JPS61245781A - 補償回路 - 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】 発明の背景 この発明は作像装置、更に具体的に云えばビデオ表示装
置を用いた作像装置に関する。

医療用作像装置ではビデオ表示装置が次第に普及してい
る。例えば、米国特許第３．８９４．１８１号、同第３
．８４８．１３０号、同第４，２０４．２２５号及び同
第４．’２０４，２２６号には、ビデオ表示装置を用い
たＸ線装置が記載されている。従来のフィルム表示の代
りにビデオ表示を利用することにより、多数の利点が得
られる。

例えば、フィルム処理工程を待たずに、像を実時間で観
察することが出来るし、ビデオ像は、写真像よりも、デ
ィジタル化して計算機によって処理するのが一層容易で
ある。更に、ビデオ像を記録に残すことも、磁気テープ
又はディスクに対して比較的低置に行なうことが出来る
。

ビデオ装置の利点は、ビデオ装置に伴う成る固有の欠点
があるにもか〜わらず、それが段々普及する十分な原因
となっている。例えば、ビデオ表示装置は写真フィルム
よりもダイナミックレンジが小さく、信号の強さが強い
ことによって、過負荷状態に一層なり易い。信号の強さ
が強いことによる装置の過負荷又はブルーミングを防止
する為の従来の解決策は、ビデオ装置にガンマ補正を取
入れることである。簡単に云うと、ガンマ補正は、表示
装置のコントラストを低下させる非線形回路応答である
。ガンマ補正を使うと、振幅の大きい信号が相対的に減
衰させられ、従って装置が過負荷になる惧れが小さくな
ると云う利点がある。然し、成る場合には、ガンマ補正
には重大な欠点が伴う。最も重要なことは、普通、ガン
マ補正は信号レベルが比較的低く、実際には補正を全く
必要としない時でも、成る程度信号を減衰させることで
ある。更に、従来のガンマ補正の減衰特性は周波数依存
性を持っている。これは成る用途では欠点である。例え
ば、医療用の作像では、ビデオ信号の周波数の高い情報
は診断上で役に立つ大部分の情報を持っている場合が多
いが、それに重畳された低周波情報は振幅の一層大きな
変化を持ち、その為ビデオ装置の過負荷を招き、その為
に振幅が一層小さいが、一層役立つ高周波情報がマスク
されることがある。

上に述べたことの例として、患者の胸部の像を作る為に
Ｘ線作像装置が使われた場合を考える。

患者の片側をＸ線で一様に照射し、患者を通過した放射
を反対側で検出する。典型的には、この検出はＸ線イメ
ージ増倍管によって行なわれる。テレビ・カメラがＸ線
イメージ増倍管の光出力を観測する。心臓の近くの区域
を考える。カメラの各々の水平走査線が最初は、患者の
胸壁の側面と略平行に通過した著しく減衰された放射に
よって生ずる低レベル信号を観測し、その後に患者の肺
区域を通過し、その為に、患者の肺に相当量の空気があ
る為にそれ程強く減衰していない放射によって生じた信
号を観測する。信号の次の部分は、背柱を通過し、場合
によっては心臓区域を通過した、著しく減衰した放射の
為に、低レベルになる。その後、肺を通過した放射によ
る高レベルの信号があり、最後に胸壁によって著しく減
衰した信号が出る。医者が心臓区域の軟組織を観測する
ことが出来る様にビデオ装置を設定した場合、心臓区域
に於けるＸ線の減衰が強い為に、医者は利得を比較的高
く設定すると共に、Ｘ線強度を強くしなければならない
。然し、この大きな利得及び強度により、ビデオ・カメ
ラ及びＣＲ７表示装置の様なビデオ回路及び部品が過負
荷になる為に、肺区域の像は、肺区域の細かい構造的な
細部が失われる程の高い平均強度で表示される。これは
一般的にビデオ表示装置でブルーミングとなって現われ
る。

逆に、肺区域を観測する為に利得を低レベルに設定する
と、心臓区域の役に立つ像が形成されなくなる。

従来のガンマ補正回路は、肺区域でビデオ強度を下げる
ことにより、この問題を処理していた。

然し、こういうガンマ補正回路は周波数に左右されない
ので、役に立つ高周波情報の振幅が著しく減衰し、像が
診断にそれ程役立たなくなる。

発明の要約 この発明は、ビデオ入力信号を受取る入力、及び出力ビ
デオ信号を発生する出力を持つ補償装置を特徴とする。

閾値検出器が入力ビデオ信号監視し、その振幅に基づい
て補償を必要とする入力信号を選択する。補償を必要と
する信号については、補償回路がその低周波成分を隔離
し、元の入力信号から低周波信号を減算する。この低周
波信号は、閾値回路内で直流値を下げ、振幅を変え、一
般的に下げることにより、入力信号の低周波成分から導
き出される。この減算の正味の効果として、低周波成分
の振幅が減少し、この為診断上で役に立つ高周波成分を
保存しながら、信号の全体的な振幅を減少する。側路回
路が補償を必要としない入力信号を直接的に出力に送出
す。この装置の利点は、役に立つ高周波成分を保存する
他に、振幅が補償を必要とする程ではなければ、信号を
同等変更しないことである。この為、閾値レベルより低
いレベルを持つ信号は、何等それを減算せずに、直接的
に出力に通過する。

この発明の特徴は、補正を必要とする入力信号から減算
される低周波信号が補償しようとする入力信号と実質的
に同相である様に保証する遅延回路である。その利点は
、誤って高周波診断情報と解釈される惧れのある、補償
済み出力信号の低周波位相差を防止することである。後
で更に詳しく説明するが、遅延回路は補償回路にあって
もよいし、或いは側路回路にあってもよい。

この発明の別の特徴は、入力低域フィルタを設けたこと
である。入力低域フィルタは、遅延回路が補償回路にあ
る時に使うことが出来る。その場合、入力低域フィルタ
が遅延回路に対してろ波した入力信号を供給する。遅延
回路より前に入力信号をろ波する目的は、遅延回路はク
ロックを持つ場合が多いが、相対的に高周波の信号とう
なり信号を形成すると時、このクロックがビデオ信号の
周波数に近い周波数の信号を発生し、その為にビデオ装
置の性能を低下させる惧れがあるからである。

従って、この発明の目的は、ビデオ装置又はその部品に
歪み又はブルーミングが起らない位に小さい振幅を持つ
修正されていないビデオ信号を通過させるが、ブルーミ
ングが起る惧れのある程大きな振幅を持つ信号に応答し
て、高周波の振幅は減少せずに、低周波の振幅を減少し
た信号を発生するビデオ補償装置を提供することである
。

この発明の新規と考えられる特徴は特許請求の範囲に具
体的に記載しであるが、この発明の構成、作用及びその
他の目的並びに利点は、以下図面について説明する所か
ら最もよく理解されよう。

好ましい実施例の説明 最初に第１図について説明すると、従来のガンマ補正を
用いた回路の典型的な応答を示す曲線が示されている。

多くの用途では、ビデオ回路の入力に対して出力が単純
な線形の相関を持つと、第１図並びにその他の図面で実
線して示した限界を出力信号レベルが越える惧れがある
ことが認識されている。第１図に示す様な非線形の関係
を用いることにより、入力振幅の範囲をずっと広くして
も、出力振幅が限界りを越えることがない様にすること
が出来る。然し、前に述べた様に、これは成る用途には
役に立つ方法であるが、入力信号レベルの大幅の変化の
原因が信号の低周波成分である様な用途では最適ではな
く、高周波情報に較べてそれ程役に立たない。

第２図には、ビデオ信号の処理又は表示を用いる、Ｘ線
作像装置を含む作像装置等の用途に役に立つ補償装置１
０のブロック図が示されている。

入力１１が補償していないビデオ信号を受取り、出力１
２が、必要に応じて補償したビデオ信号を作像装置内の
普通の回路に送出す。側路線１３を設けて、補償を必要
としない入力信号を直接的に出力１２に送出す。遅延回
路１５、低域フィルタ１６、直流再生装置１７、閾値回
路１８及び圧縮調節回路１９を含む補償回路１４が、バ
ッファ２１及びスイッチ４１を介して各々の入力信号を
標本化する。回路１５乃至１９及び２１の各々は普通の
設計である。

圧縮調節回路１９からの出力がある場合、その出力を加
算節２２で入力信号から減算する。加算節２２の出力が
補償装置の出力１２である。

補償装置の動作は、第２図と共に第３Ａ図乃至第３Ｅ図
を参照すれば一番判り易い。第３Ａ図乃至第３Ｅ図は補
償装置１０の種々の部分で得られる波形を何れも共通の
時間軸に対して示している。

第３Ａ図には、低周波情報に高周波情報が重畳された典
型的なビデオ入力信号３１が示されている。高周波情報
のピーク間振幅が低周波情報よりも実質的に小さいこと
は第３Ａ図から明らかである。

典型的な医療用作像装置では、第３Ａ図の曲線３１は、
例えばビデオ−カメラの１回の水平掃引で得られるビデ
オ信号に対応する。その高周波情報は、作像する身体内
の小さな密度変化に関係する情報を含んでいる。この様
な小さな密度変化は、例えば身体内の小さな病巣又は小
さな血管構造によって起り得る。ビデオ表示又は信号処
理を利用するＸ線作像装置で、臨床的に意味のあるのは
小さな密度変化であるのが普通である。

この信号の振幅の大きい低周波変動は、骨とそ　　　　
　　′の周りの組織の間の密度の差、又は比較的密度の
高い心臓区域の像と密度が低いそれに隣合う肺区域の像
の間の密度差の様な、身体内の主要な密度の差によって
起ることがある。医者が骨折の疑いを確認する為等に、
大きな密度差を検出する様に作像装置を使う場合、医者
はフィルムを基本とする方式を使うのが普通である。こ
の様な検査では、振幅が比較的小さい高周波情報はそれ
程関心がない。然し、高周波情報に関心がある場合、現
在の医療用作像技術では、計算機によって像を強化する
場合が多い。計算機による強化を用いる時、ビデオ処理
及び表示を使うのが普通である。この為、一般的にビデ
オ作像装置で（ユ、それがＸ線、超音波、核物質又はＮ
ＭＲのどれを基準とするものであっても、高周波情報に
一層大きな関心がある。

第３Ａ図に示す場合、信号が３つの区域で上限りを越え
る。この為、水平掃引線のこういう３つの区域では、ビ
デオ表示装置に歪み又はブルーミングが現われると予想
される。補償装置１０は、高周波信号を完全に保存しな
がら、この様なブルーミングを防止する様に設計されて
いる。

第３Ａ図の曲線３１で表わす入力信号がバッファ２１及
び遅延回路１５を通過する。遅延回路１５の目的は後で
詳しく説明する。次に遅延信号が低域フィルタ１６に送
られる。低域フィルタでは、信号の高周波成分が除かれ
、低周波成分だけが直流再生装置１７に送られる。この
低周波成分を第３Ｂ図の曲線３２で示しである。その後
、低周波成分の振幅を予め選ばれた閾値と比較して、特
定の入力信号の内、補償を必要とする部分を選択する。

然し、交流容量結合により、信号の内容に応じて変化す
る直流レベルを生ずる場合が多いから、低周波成分が直
流再生装置１７を通過して、閾値検出器１８で設定され
た基準と比較される前に、信号に直流情報を再び設定す
る。普通のどの直流再生装置でも行なわれている様に、
直流レベルは、ポテンショメータ１７Ａにより、装置の
他の部分と両立する様に調節される。

閾値検出器１８が、低周波信号の内、予定の閾値を越え
る部分だけを通過させる様に設定されている。予定の閾
値が第３Ａ図及び第３Ｂ図及び他の図でも、破線Ｔで示
されている。閾値レベルがポテンショメータ１８Ａによ
って設定される。

第３Ｃ図は閾値回路から出て来る補償信号３３を示す。

信号３３は、低周波信号が閾値レベルＴを越えた区域に
だけ存在する。補償信号が閾値と入力信号の低周波成分
との間の差に依存するから、これは入力信号の内、補償
を必要とする部分だけであり、それから補償信号３３が
発生される。

次に補償信号を圧縮調節回路１９に送り、そこで第３Ｄ
図の調節済み補償信号３４で示す様に、その振幅を変え
る。調節の程度はポテンショメータ１９Ａによって制御
される。

次に調節済み補償信号３４を加算節２２で入力信号３１
から減算し、第３Ａ図の曲線３５で示す補償済み出力信
号を発生する。信号３５は、閾値レベルＴより低い所で
は、曲線３１の全ての部分と同一である二とが認められ
よう。然し、曲線３１がレベルＴを超える所では、曲線
３５内にあるそれに対応する低周波成分を減少して、曲
線３５が依然としてレベルＴを越えるけれども、それよ
り高くなるとブルーミング又はクリップ作用が起る様な
ビデオ部品又は装置の限界りを越えることは絶対にない
様にする。然し、曲線３５の内、レベルＴより高い低周
波成分だけに影響があることに注意されたい。診断上で
重要な高周波成分は変わらない。

補償回路１４の幾つかの素子は、信号がその中を通過す
る時に、成る長さの時間的な遅延を生じさせる。この為
、圧縮調節回路１９から加算節２２に供給される調節済
み補償信号は、側路線１３を介して節２２に直接的に供
給された入力信号に較べて、幾分遅延している。出力信
号の低周波位相差を避ける為、若干の追加の補償遅延を
用いる。

遅延回路は側路線１３に設けることが出来る。然し、側
路線１３に入っている遅延回路は、補償回路１４の遅延
を有効に復元し、こうして出力信号の低周波位相差を防
屯することが出来るが、これは好ましい方法ではない。

高周波情報が出力信号中に正確に送出されることが重要
である。主信号の一部分として、重要な高周波情報を出
ノＪ１２に送出すのは側路線１３である。側路線１３に
遅延回路を入れると、高周波情報の正確さに変化が生じ
たり或いは低下することがある。

従って、好ましい実施例では、遅延回路１５は補償回路
１４に入れる。この装置がビデオ表示装置に最も役立つ
ことを考えれば、１本の水平走査線と次の水平走査線と
の間で、一般的に重大な像の違いは発生しないことが認
められよう。従って、１本の水平走査線から得られる調
節済み補償信号を次に続く水平走査線の入力信号から減
算することにより、許容し得る程度の正確さ並びに補償
が得られることが判った。この為、遅延調節ポテンショ
メータ１５Ａは、ビデオ装置が１本の水平掃引を行なう
のに要する時間から補償回路１４の残りの部分に固有の
遅延を差し引いた値に等しい遅延を生ずる様に設定され
る。この時、調節済み補償信号が、この後の水平走査線
が持つ入力信号と整合して、それから減算される。

然し、例えばこの後の走査線を使うことが出来ない場合
の様に、遅延回路１５を側路線１３に入れることが好ま
しい用途もあり得ることを承知されたい。

典型的には、医療用Ｘ線装置で使われるビデオ作像装置
では、それ程役に立たない低周波情報はＩＭＨｚ未満で
ある。従って、この為、低域フィルタはＩＭＨｚを越え
る信号成分を除去する様に設計すべきである。然し、異
なる装置及び用途では、他の周波数限界を用いて最もよ
く作用する。

典型的な遅延回路１５がクロックを含むことに注意され
たい。遅延回路１５のクロックを普通のビデオ同期信号
に位相固定して、加えられる遅延がビデオ同期信号に対
して正確な状態にとソまる様に保証することが望ましい
。。

図面に示してないが、随意選択により、入力低域フィル
タをバッファ２１と遅延回路１５の間に入れることが出
来る。成る周波数、一般的には診断に役立つ高周波範囲
の周波数の信号が、遅延回路１５のクロック周波数とう
なりを生じて、出力信号の高周波数成分の忠実度を低下
させる惧れのある１望ましくないうなり信号を発生する
惧れがある場合、この様なうなりを起す惧れのある高周
波信号は、遅延回路１５に入る前に、入力低域フィルタ
によって除くことが出来る。

成る用途では、バッファ２１を入力１１から切離すこと
が出来る入力スイッチ４１を設けることがよい。バッフ
ァ２１を入力１１から切離す様にスイッチを切換えた場
合、補償信号が発生されず、この為入力信号が常に直接
的に出力１２に供給される。これは装置の動作に対して
有用な検査となることがあり、或いは利用者が元の低周
波部分を含めて、元の像を観測したい場合に使うことが
出来る。その後、単にスイッチ４１を倒すことにより、
補償装置を動作状態にすることが出来る。

第４図には補償装置１０の典型的な低周波応答曲線が示
されている。これを第１図に比較すれば、この発明の装
置と従来の応答の違いを認めることが出来る。第４図に
示すのは低周波応答だけであることに注意されたい。前
に述べた様に、入力信号の高周波成分は補償装置の影響
を受けない。

第４図について説明すると、入力信号の低周波成分は、
出力信号レベルが閾値レベルＴを越えるまでは影響を受
けない。レベルＴを越える出力を生ずる様な全ての入力
信号に対し、その低周波成分を減少させる。この減少の
レベル、即ち角度θが圧縮レベル制御部１９Ａによって
制御される。

圧縮レベル制御部１９Ａを非常に小さな調節済み補償信
号を発生する様に設定した場合、加算節２２で入力信号
から減算されるものはごく僅かであり、出力信号は入力
信号と同じ状態に近くなる。

角度θが増加し、第４図の応答曲線は直線に近づく。他
方、圧縮レベルを一層振幅の大きい調節済み補償信号を
発生する様に設定すれば、角度θが小さくなり、入力信
号の一層大きな低周波の振幅変動も、高周波成分を保存
しながら許すことが出来る。

一般的に、全てのポテンシヨメータ１５Ａ、１７Ａ、１
８Ａ、１９Ａは、装置を取付けた時、構成部品の変動を
補償する様に設定し、毎日の動作の一部分として調節す
る必要はない。

従って、まとめて云えば、この発明は、役に立つ高周波
成分を保存しながら、他の場合には装置の最大ダイナミ
ックレンジを越える様な、ビデオ信号の強度が極めて高
い低周波成分を減衰させる装置を提供した。

この発明を特定の実施例及び例について説明したが、当
業者には、以上の説明から、この他の変更が考えられよ
う。従って、特許請求の範囲に記載した範囲内で、この
発明はこ＼に具体的に説明した以外の形で実施すること
が出来ることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

ｔＸＳ１図は普通のガンマ補正を用いた回路の典型的な
応答を示すグラフ、隼２図はこの発明の好ましい実施例
のブロック図、第３Ａ図乃至第３Ｅ図は第２図の回路の
種々の点に現われる波形を示すグラフであって、その動
作を示す。第４図はこの発明を用いた回路の典型的な周
波数応答を示すグラフである。 主な符号の説明 １１：入力 １２：出力 １５：遅延回路 １６：低域フィルタ １８：閾値回路 １９：圧縮調節回路 ２２：加算節

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）情報を失うことなく処理することが出来る最大信号
   レベルを定める最大信号レベル限界を信号レベルが越え
   ない様にする補償装置を有し、該補償装置は、入力信号
   を受取る入力手段と、出力信号を発生する出力手段と、
   前記入力信号の低周波成分を隔離する低域フィルタ手段
   と、前記低周波成分を予め選ばれた閾値と比較して入力
   信号が補償を必要とするかどうかを判定する閾値手段と
   、該閾値手段に結合されていて、選ばれた入力信号から
   、前記選ばれた閾値及び前記選ばれた入力信号の低周波
   成分の間の差に依存する信号を減算して補償済み出力信
   号を作る減算手段を持っていて、前記選ばれた入力信号
   に応答して前記出力手段に対して補償済み出力信号を送
   出す補償手段と、前記減算手段に於ける低周波の位相差
   を防止する遅延手段と、前記選ばれた入力信号を除いて
   、入力信号を直接的に前記出力手段に送出す側路手段と
   で構成されているＸ線ビデオ作像装置。 ２）情報を失わずに処理し得る最大信号レベルを定める
   最大信号レベル限界を持つ医療用作像装置に使われる補
   償装置に於て、入力信号を受取る入力手段と、出力信号
   を発生する出力手段と、前記入力信号の低周波成分を隔
   離する低域フィルタ手段と、該低周波成分を予め選ばれ
   た閾値と比較して、入力信号が補償を必要とするかどう
   かを判定する閾値手段と、該閾値手段に結合されていて
   、選ばれた入力信号から、前記選ばれた閾値及び前記選
   ばれた入力信号の低周波成分の間の差に依存する信号を
   減算して補償済み出力信号を作る減算手段を持っていて
   、前記選ばれた入力信号に応答して該補償済み出力信号
   を前記出力手段に送出す補償手段と、前記選ばれた入力
   信号を除き、入力信号を直接的に前記出力手段に送出す
   側路手段とを有する補償装置。 ３）特許請求の範囲２）に記載した補償装置に於て、前
   記減算手段に於ける低周波位相差を防止する遅延手段を
   有する補償装置。 ４）特許請求の範囲３）に記載した補償装置に於て、前
   記低域フィルタ手段及び前記閾値手段の間に直流再生装
   置を有する補償装置。 ５）特許請求の範囲４）に記載した補償装置に於て、前
   記遅延手段が前記側路手段に入っている補償装置。 ６）特許請求の範囲４）に記載した補償装置に於て、前
   記遅延手段が前記補償手段に入っている補償装置。 ７）特許請求の範囲６）に記載した補償装置に於て、前
   記低域フィルタ手段が前記遅延手段から遅延信号を受取
   り、更に、遅延入力信号を遅延手段に供給する入力低域
   フィルタを有する補償装置。 ８）情報を失わずに処理し得る信号レベルを定める信号
   レベル限界を持つ作像装置に使われる補償装置に於て、
   入力信号を受取る入力手段と、出力信号を発生する出力
   手段と、入力信号が補償を必要とするかどうかを判定す
   る閾値手段と、該閾値手段に結合されていて、選ばれた
   入力信号の低周波成分の一部分を該選ばれた入力信号と
   組合せて補償済み出力信号を作る低周波処理手段を持っ
   ていて、前記選ばれた入力信号に応答して前記補償済み
   出力信号を前記出力手段に送出す補償手段と、前記選ば
   れた入力信号を除いて、入力信号を直接的に前記出力手
   段に送出す側路手段とを有する補償装置。 ９）特許請求の範囲８）に記載した補償装置に於て、前
   記補償済み出力信号の低周波位相差を防止する遅延手段
   を有する補償装置。 １０）特許請求の範囲９）に記載した補償装置に於て、
   前記遅延手段が前記側路手段に入っている補償装置。 １１）特許請求の範囲９）に記載した補償装置に於て、
   前記遅延手段が前記補償手段に入っている補償装置。 １２）ビデオ装置に於けるブルーミングを防止する補償
   方法に於て、補償していないビデオ入力信号を標本化し
   て、その低周波成分が予定の振幅閾値を越えるかどうか
   を判定し、前記低周波成分と閾値の間の差に依存する補
   償信号を前記補償していないビデオ入力信号から減算す
   ることにより、補償済み出力信号を発生する工程を含む
   補償方法。 １３）特許請求の範囲１２）に記載した補償方法に於て
   、前記補償信号が、前記低周波成分と閾値の間の差の振
   幅を減少することによって形成される補償信号である補
   償方法。