JPS6055280A - 開口合成映像化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は電波または音波を用いて映像化対象領域の分解
能の高い映像を簡易に且つ高速に得ることのできる開口
合成映像化装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

レーダ装置や超音波診断装置では、電波や超音波を映像
化対象領域に送信し、その反射波を受信して上記対象領
域の像を得ている。そして、く、開口合成の手法が堆入
れられている。

ところでこの開口合成法は、例えば第１図に示すように
、Ｘ軸方向に走査される超音波振動子から映像化対象領
域に超音波を送波し、その反射波を受信したのち、受信
信号を位相検波することによって次のホログラムＲｅＭ
を得る。

ＲｃＭ（ｘ）＝Ｒｅ（ｘ）　ＪＲｓ（ｘ）　’べ１）但
し、Ｘは振動子の位置である。しかして上記反射波を生
起する反射体が点反射体Ｐである場合、前記ホログラム
ＲｃＭは ＲｃＭ（ｘ）　＝ｅＸｐ［ｊ（Ａｘ２＋Ｂ）〕となる。

但し、ＡおよびＢＵ、λを超音波の波長、２を点反射体
と振動子との距離として２π　４π２ Ａ＝−、Ｂ＝− λ７　λ として示される。またここでは、簡単化の為に反射係数
および超音波ノチルスのエンベロープをそれぞれｒｘ」
としている。

ここで、開口合成法に基づく前記点反射体Ｐの再構成像
は、上記ホログラムに対してカーネ［（ｘｙ＝６３Ｈｐ
ｌ″ＪＡｘ２：１ トシ、このカーネルを用いて次のようにコンｇリュージ
ョン演算を実行し、その結果の絶対値をとるこ七によっ
て得られる。

ここで前記カーネルＫ（ｘ）を Ｋ（Ｘ）　＝Ｋｃ（ｘ）　＋ｊＫｓ（ｘ）として表わす
と、削成は として表わすことができ、次のように変形することがで
きる。

しかして、現実ＫｎボログラムはＸ方向にディジタル化
されていることから、上記積分処理は実際には加算処理
（Σ）によって行われ、Ｕ（ｘｊ）：ｌΣＲｅ（ｘｌ）
’Ｋｃ（Ｘｊ−ｘ’ｌ）十ΣＲｓ（ｘｌ）”５（Ｘ４−
ｘｌ）１ 十ｊ（ΣＲｅ（ｘｌ）’Ｋｇ（Ｘｊ−ｘｌ）−ΣＲｓ（
ｘｌ）’Ｋｃ（ｘｊ−ｘｌ））１１ として演算処理されることになる。この式に示されるよ
うに、開口合成法による再構成像は、４種類の積和の計
算によってめられる。

然し乍ら、上記積の計算はディジタル信号処理において
、加減算処理に比して非常に長い時間を必要とし、その
処理回路も相当複雑である。

これ故、再構成像を簡易に、且つ高速に得ることができ
なかった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、開口合成法による映像化対象領
域の再構成像を高速に且つ簡易に得ることのできる開口
合成映像化装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明はディジタル化されたカーネルデータが一般にホ
ログラムデータのビット数と等しいか、或いはより多い
ビット数のデータで示されることに鑑みて、逆に上記カ
ーネルデータをホログラムデータのビット数よシ少ない
ビット数のデータとして与えるようにしたものである。

そして、このようなホログラムデータに比してビット数
の少ないカーネルデータを用いることによって、開口合
成の為の演算処理の高速化を図ったものである・またこ
の演算処理を、簡易に実行可能ならしめたものである。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、以下に説明するように高速に
、且つ簡易に分解能の高い再構成像を得ることが可能と
なる。

即ちディジタル処理における掛算は、基本的にはディジ
タル加算の繰返しによって行われる。

従って一般に掛算に供せられるディジタルデーｉ　σ）
ｌ−”　、、、ｋ　米６−Ａ−ＩＳ　−ｊ＋　Ｌ＋　（
Ｑ　ｎ　Ｍ　ｋシ＃　ｎ−１＝　Ｉ’ｌｒｌ　Ｍ　ｍ　
Ｔｈ化（高速化）と、構成規模の簡易化を図り得る。

またディジタル乗算をＲＯＭ等のメモリに登録されたデ
ータテーブル全周いて上記演算を実行する方法もあるが
、この場合ディジタルデータのビット数が少ない程、上
記チーグルの容量を少なくすることができる。ちなみに
、８ビツト×８ビツトの演算を行う場合には２１６バイ
ト（６４にパイトンの容量を必要とするが、一方のデー
タが７ビツトで示されるものとすると、必要容量はその
半分の３２にバイトで良い。従って一般にホログラムデ
ータのビット数と同じかまたはより大きいビット数で示
されるカーネルデータを、上記ホログラムデータのビッ
ト数′よシ少ないビット数のデータとすることによｐ１
上述した演算を高速に且つ簡易に実行することが可能と
なる。またテーブル変換方式を採用する場合にはテーブ
ル容量の小容量化を図ることが可能となる。この結果、
高速アクセス型のメモリを使用することも可能となり、
その高速演算が可能となる。またこのようにカーネルの
ビット数を少なくしても、次のように十分なる性能の再
構成像が得られる。

即ち、カーネルのビット数を小さくしたときの再構成像
の分解能およびサイドロープの振幅がどのように変化す
るかを調べれば、その性能について評価することが可能
となる。しかして、その性能が最も劣化すると考えられ
るのは、カーネルを１ビツトのデータとして表わしたと
きであり、従って２値化されたカーネルについて詞べて
みると次のような結果が得られる。

第２図（ａ）　（ｂ）は、超音波の周波数が３．５　Ｎ
ＩＨｚ　％その音速が１５４０　ｍｙ’ｓｅｔ、反射体
までの距離が７５闇、この反射体位置における超音波ビ
ームの幅が１５１＋ＩＩ＋＋である条件下で、２値化さ
れないカーネルを用いて計算された再構成像（ａ）と２
値化されたカーネルを用いて計算された再構成像（ｂ）
とを対比して示したものである。この図に示されるよう
に、カーネルを２値化しない場合のサイドロープレベル
が約−１３，５ｄＢ、そしてその分解能が２．２晴であ
るのに対し、カーネルを２値化した場合にはそのサイド
ロープレイルが約−１３，８ｄＢ１分解能は２．３ｍと
なシ、殆んど差が生じない。このことは、ホログラムデ
ータがＮビットの場合、通常カーネルデータはＮビット
以上で表わされるが、これをＮビットより少ないビット
数で表わしても実用に十分な性能が得られることを意味
している。従って分解能の低下およびサイドロープレベ
ルの上昇ヲ招くことなしに、開口合成の為の演算処理を
高速に、且つ簡易に実行することが可能となる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第３図のものは、この発明を超音波診断装置に適用した
実施例を示している。

図において１は超音波プローグでおり、アレー形振動子
によって構成されている。個々の振動子からは、ある広
がりをもって超音波が対象とする生体に向けて発射され
る。生体内各部からの反射波は送波と同じ振動子によっ
て受波され電気信号に変換される。

振動子の共振周波数は通常２〜１０　ＭＨｚのものが用
いられる。

パルサ２はグローブ１とともに超音波の発射手段を構成
し、プローグ１内の各振動子を駆動するもので、スキャ
ンコントローラ３からのパルスに同期しかつスキャンコ
ントローラ３にょシ指定された振動子に駆動ノ４ルスを
送る。このようにして各振動子は、一定の周期で順次切
シ換えて駆動されることにより、スキャニングが行なわ
れる。

グローブ１およびレシーバ４は反射波の受信手段を構成
するもので、プローグ１で受信された信号は、レシーバ
４において必要なレベルまで増幅される。この増幅度は
大刀される信号のレベルに応じて必要な値に設定される
。

位相検波器５は位相検波手段を構成し、レシーバ４から
の信号にスキャンコントローラ３がら供給される二つの
正弦波をそれぞれ掛けることによって位相検波を行なう
。これらの正弦波の周波数は振動子の共振周波数に一致
している。

位相検波の結果は、ｅ０１ホログラム信号、ｓｉｎホロ
グラム信号として次段のＣ−ＶＤ変換器６およびＳ−Ａ
／Ｄ変換器７にそれぞれ入力される。

ｃ−Ａ／Ｄ変換器６およびＳ−Ａ／１）変換器７はそれ
ぞれｅ０１１ホログラム信号および＠ｉｎホログラム信
号のサンプリングと、ディジタル化を行なう。

サンプリングピッチは、反射体１からの反射信号の継続
時間を考慮して決められる。例えば、それが２μ就なら
、サンプリングピッチはその５分の１の４００　ｎ５ｅ
ｃａ度が適当である。このサンプリングピッチを決める
のはスキャンコントローラ３から送られてくるサンプリ
ングクロックであシ、サンプリングおよびＶＤ変換はこ
れに同期して行なわれる。各信号はいずれも８ビツトに
ディジタル化される。

ディジタル化されたＣＯ！＋ホログラム信号とｓｉｎホ
ログラム信号はそれぞれＣＯ３パ、ファメモリ８とＳＩ
Ｎバッファメモリ９に記憶される。

これらのバッファメモリ８および９へのデータの書込み
は、スキャンコントローラ３からＣ−Ａ／Ｄ変換器６お
よびｓ　−Ａ／Ｄ変換器７にも供給されているサンプリ
ングクロックに同期して行なわれる。

すなわち、サンプリング化されたホログラム信号はサン
プリングクロックに同期して次々にＣＯＳバッファメモ
リ８およびＳＩＮパックアメモリ９に書込まれて行く。

これらのバッファメモリ８および９は１個の超音波・２
ルスの発射で得られる一連の反射信号を記憶するのに必
要な容量をもっている。記憶されたデータはすべて書込
み完了後コンピータ１０によって読出されるＯ 画像メモリ１１は２画像分のデータを記憶することがで
きるものである。これはＣＯＳバッファメモリ８および
ＳＩＮバッファメモリ９から読出された００８ホログラ
ムデータおよびｓｉｎホログラムデータをそれぞれ記憶
するためのものである。

それぞれの構成は第４図に示すようなものとなっている
。ＸおよびＹアドレスの取り得る値はいずれもＯ〜５１
１であシ、それぞれ走査方向と深さ方向に対応ずけられ
ている。各アドレスには８ビツトのデータを記憶するこ
とができる。

出力バッファメモリ１２はコンピュータ１０における演
算の結果得られた構成像の画像データを記憶するための
ものである。その構成は画像メモリ１１と同じで、デー
タはタイミングコントローラ１３からのクロックに同期
して常時読出されている。この読出しはテレビモニタ１
４における走査に合せて行なわれる。

タイミングコントローラ１３は出カッ々ツファメモリ１
２に記憶されている画像データをテレビモニタ１４に表
示するためのデータ読出しコントロールとテレビ同期信
号の発生を行なっている。

Ｄ／Ａ変換器１５において出力・々ラフアメモリから画
像データはＤ／Ａ変換される。タイミングコントローラ
１３からの同期信号はここで画像信号に混合される。こ
のコンポジットビデオ信号はテレビモニタ１４に入力さ
れ、再構成像が表示される。

コンビーータ１０において行なわれる機能は次の３つで
ある。

（１）　スキャンコントローラ３の制御（２）ホログラ
ムデータの転送 （３）像の再構成処理 この中、（３）がホログラムより小さいビット数で表わ
されたカーネルを用いてコンポリー−ションをとる手段
に相当する。

次にこれらの３つの機能について順次説明する。コンピ
ュータ１０はスキャンコントローラ３に対し、超音波発
射の指示と駆動振動子の指定を行なう。スキャンコント
ローラ３はコンビーータ１０から超音波発射の指示があ
ると、ただちにパルサ２を制御して、指定された振動子
の駆動を行なう。超音波発射の指示はＣＯＳバッファメ
モリ８とＳＩＮバッファメモリ９からのデータの読出し
が完了した時点で行なう０１個の超音波の発射で得られ
るｅＯｓホログラムデータおよびｓｉｎホログラムデー
タは、上言己のように一旦ＣＯ８／ぐツフ＋メモリ８と
８ＩＮ／−”ラフアメモリ９とに記憶される。コンピュ
ータ１０はこれらのデータ′ｌｃ順次ＣＯ８／−’　ラ
フアメモリ８およびＳＩＮノ々ッファメモリ９から読出
し、これらを画像メモリ１１の振動子の位置と深さによ
って決まるアドレスに順次書込んで行く。

像の再構生処理は、全部の振動子が順次駆動されホログ
ラムが全て画像メモリ１１に記憶された後開始する。こ
の処理は、第３図に示した画像メモリ１１において左か
ら右へ、浅い部分から深い部分へという順序で行なわれ
る。したがってコンピータ１０に取込まれるデータは（
０，０）を先頭とする一行分のデータである。

画像メモリ１１から読出された仁の一行分のＣＯＳおよ
びｓｉｎホログラムデータは（１）式のように複素数化
される。

このホログラムデータに対応するカーネルデータは本発
明にもとづきホログラムデータより少ない４ビツトのデ
ータとしてコンビー−タフ０内のＲＯＭに予め蓄積され
ている。コンピュータ１０はこのＲＯＭに予め蓄積され
ているカーネルデータを読出し、ホログラムデータとの
積和の計算を行なう。

ただし、その際実行すべき掛算は、コンピュータ１０の
メモリ上にあらかじめ作成されているカーネルおよびホ
ログラムをアドレスデータとする変換チーグルによって
行なう。計算結果はさらに絶対値がとられ、その後出力
バッファメモリに蓄積される。以上の処理はＹアドレス
が５１１に達するまで繰り返して行なわれる。

さらに、この蓄積された信号は読出されてテレビモニタ
１４上に表示される。

かくしてこの発明の処理装置によれば、画像を高速にし
かも容易に得ることができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
要旨を変更しない範囲において種々変形して実施するこ
とができる。

以上の記載では超音波を用いた音響イメージング装置を
対象とする場合について主として述べたが、この発明は
これに限定されず開口合成レーダや周波数の低い音波に
よるイメージング装置等の場合にも適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は開口合成法による映像化処理の基本概念を示す
図、第２図（、）　（ｂ）は本発明の効果を示す図、第
３図は本発明の一実施例装置の概略構成図、第４図は画
像メモリの構成を示す図である。 １・・・超音波プローブ、５・・・位相検波器、８，９
・・・バッファメモリ（ホログラム）、１０・・・コン
ピュータ、１ノ・・・画像メモ１ハ　１２−・・ノ々ツ
ファメモリ（再構成像）。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　映像化対象領域に電波または音波を送信し、そ
   の反射波を受信する手段と、前記映像化対象領域に対す
   る上記電波または音波の送信位置および上記反射波の受
   信位置をそれぞれ制御する手段と、前記手段により受信
   された信号の直交成分をホログラムとして取出し、この
   ホログラムをディジタル化する手段と、このディジタル
   化されたホログラムのビット数より少ないビット数で表
   わしたカーネルを用いて前記ディジタル化されたホログ
   ラムに対して開口合成法による信号処理を施して前記映
   像化対象領域の映像化情報をめる手段とを具備したこと
   を特徴とする開口合成映像化装置。 １川−１←豫イヒ対→Ｆ領ｌたに戒４信　゛（２ン 蔓開口合成法による信号処理は、ホログラムおよびカー
   ネルをそれぞれアドレスデータとするテーブル変換処理
   によって行われるものである特許請求の範囲第１項記載
   の開口合成映像化装置。