JPH0228871B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、物理的な状態が位置によつて異な
る媒体をパルス波により極座標走査してその媒体
の状態を画像表示する画像処理装置に関する。

この種の画像処理装置の具体的な例として、セ
クタ走査型超音波診断装置が知られている。これ
は体内に発射される超音波パルスを扇状に偏向さ
せて、セクタ走査と呼ばれる極座標走査を行なつ
て体内の状態を示す断層像の画像信号を取出し表
示するもので、特に肋骨の間から超音波パルスを
発射して走査を行なえるため、主に心臓の断層像
を表示するものとして活用されている。

ところで、一般に画像処理システムにおける表
示フオーマツトとしては、テレビジヨンフオーマ
ツトが最適である。第１に、多様のテレビジヨン
関連機器を直接接続してその機能を活用でき、特
に比較的安価なVTRを用いて画像を任意に記録
し再生できる、第２にテレビジヨンモニタは多く
の分野で用いられていて表示装置としての信頼性
が高い、等がその理由である。

さて、前述した極座標走査により得られる画像
信号をテレビジヨンモニタで表示するには、走査
変換という処理が必要である。この処理を行なう
ためのスキヤンコンバータとして種々のものが考
えられているが、その一つとしてデイジタルメモ
リを画像メモリに用いたデイジタルスキヤンコン
バータについて説明する。

第１図はテレビジヨンモニタ１画面分の画像信
号データを蓄積することのできる画像メモリを模
式的に示したもので、Ｘ（行）座標とＹ（列）座標
とで表現される直交座標からなるアドレスを持つ
多数の画像領域（セル）を持つている。この場
合、テレビジヨンモニタの走査線数525本に適合
するよう、Ｘ，Ｙ両方向のセルの数は512程度と
するのが適当である。また、各セルは各画素の画
像信号データを階調表現する必要から、４ビツト
または５ビツト程度とすることが多い。

この画像メモリからのデータの読出しは、テレ
ビジヨンモニタの走査に同期し、かつこの走査と
同様な走査方式（テレビジヨン走査方式）に従つ
て行なわれる。すなわち、テレビジヨンモニタの
ある走査線上に表示すべきデータを読出すときに
は、Ｙ座標がその走査線に対した値に、固定され
た状態で、Ｘ座標がテレビジヨンモニタでの掃引
に応じて１つずつインクリメントされることによ
り、各アドレスの内容が順次読出される。このよ
うにして画像メモリから読出されたデータ列は、
Ｄ／Ａ変換器でアナログ化され、テレビジヨンモ
ニタへ入力される。なお、スキヤンコンバータと
しての機能を果たすためには、画像メモリの書込
みおよび読出し動作が見かけ上独立である必要が
あるが、これはこれらの各動作を時分割で高速に
切換えることにより達成できる。

一方、この画像メモリに書込むべき画像信号デ
ータは、極座標走査により得られる画像信号、先
の例ではセクタ走査によるパルス波の各反射信号
を、Ａ／Ｄ変換器で一定周期でサンプリングしデ
イジタル化することによつて得られる。これらの
画像信号データを画像メモリに書込むためには、
各データを書込むべきアドレス、つまりXYの両
座標を指定する必要があるが、それらはそのデー
タが得られた極座標走査における偏向角と、この
データのサンプリングの時間位置（これは反射信
号を画像信号として取出す場合、パルス波の発射
時点から反射信号が受信される迄の時間に対応す
る）、つまりそのデータがその偏向角で得られた
一連のデータ中の何番目のものであるかというこ
ととによつて、計算で求めることができる。第２
図はこのようにして画像メモリに画像信号データ
が蓄積される様子を模式的に示したもので、斜線
部が極座標走査におけるθ_i、θ_i+1という偏向角の
走査によつて得られる画像信号データが書込され
るべきアドレスを示している。そして、これらの
各アドレスに画像信号がその振幅に応じた階調性
を持つたデータとして書込まれ、これが先に説明
したようにテレビジヨン走査方式で読出されてテ
レビジヨンモニタで表示される。

ここに２つの問題が生じる。第１には、画面上
で一体の斜めの線として表示されるべき部分が、
画像が画素によつて構成されることから、連続し
た一本の線としては表現されないことであり、第
２には、極座標走査のパターンが遠方ほど広がつ
てその走査線が荒くなり、画像メモリ内で画像信
号データが書込まれないアドレスが生じることで
ある。その結果として、最終的にテレビジヨンモ
ニタで表示される画像は非常に品質の悪いものと
なつてしまう。

このような問題を解決する方法として、極座標
走査の偏向角のピツチを、画像メモリ内で画像信
号データが書込まれないアドレスが生じなくなる
程度に小さくするという方法が考えられる。しか
し、この方法では一枚の画像を構成するのに必要
な時間が長くなり、そのため心臓のような速い動
きを伴うものを画像化する場合問題となる。

この発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、その目的はセクタ走査等の極座標走査により
得られる画像信号を、テレビジヨンモニタ上に高
品質の画像として表示できる画像処理装置を提供
するにある。

まず、この発明の概要を説明する。前述した問
題は、画像メモリ内で画像信号データが蓄積され
ていないアドレス（セル）を等価的になくすこと
によつて、解決することができる。この場合、先
に述べたような極座標走査の偏向角のピツチを小
さくするといつた方法をとらずに、このような画
像信号データのないアドレスを等価的になくす方
法としては、そのアドレスを囲むアドレスに蓄積
されているデータを基に、そのアドレスに書込む
べきデータ、いわゆる補間データを近似的に得
て、それを画像メモリから読出されるデータ列
の、そのアドレスの内容が読出される位置に挿入
する、というのが妥当である。

ところがこのような補間処理を行なう場合、補
間データを挿入すべき位置、つまり画像メモリ内
の画像信号データが蓄積されていないアドレスを
いかに検出するかが問題となる。この方法として
まず考えられるのは、画像メモリから読出される
データ列を順次レベル検出器に加え、検出された
レベルがある一定値以下なら、そのタイミングに
対応するアドレスにはデータが蓄積されていない
と判定する方法である。しかし、実際には各アド
レスに蓄積されている画像信号データの値はすべ
て一定値以上とは限らず、０に近いものもあるの
で、この方法ではそのようなデータも補間データ
に置換してしまうという不都合が生じる。

この発明はこのような不都合を避けるため、画
像メモリの各アドレスの画像信号データの有無を
示す情報を蓄積する手段を設けることにより、画
像メモリより読出されるデータ列の、画像信号デ
ータが蓄積されていないアドレスの内容が読出さ
れる位置を確実に検出して、その位置にのみ補間
データを正しく挿入することができるようにした
ものである。

以下、この発明を実施例により詳細に説明す
る。

第３図はこの発明をセクタ走査型超音波診断装
置に適用した一実施例を示したものである。図に
おいて、１は超音波プローブであり、多数の超音
波振動子を一列に配列したアレイ振動子によつて
構成されている。この各振動子を駆動するタイミ
ングをコントロールすることによつて、超音波プ
ローブから体内に発射される超音波パルスのビー
ムが扇状に偏向され、いわゆるセクタ走査が行な
われる。送受信回路２は超音波プローブ１の各振
動子とシステムコントローラ９からの、超音波パ
ルスの発射タイミングを決める一定周期のパルス
信号と偏向角を決めるデータとに従つて駆動する
とともに、各振動子で受波された体内各部からの
反射波を電気信号に変換し、画像信号として取出
す。

超音波プローブ１の１回の超音波パルスの発射
によつて送受信回路２から取出される一連の反射
波信号（画像信号）は、Ａ／Ｄ変換器３において
システムコントローラ９からのサンプリングクロ
ツクパルスに従い逐次一定の周期でサンプリング
されて、デイジタル化される。

このＡ／Ｄ変換器３でデイジタル化された画像
信号データは、システムコントローラ９の制御下
で、画像メモリ４に順次書込まれ蓄積される。こ
の場合、前述したように１つ１つの画像信号デー
タが書込まれる画像メモリ４内の直交座標からな
るアドレスは、そのデータが得られるときの極座
標走査（モニタ走査）における偏向角と、Ａ／Ｄ
変換器３でのサンプリングの時間位置とによつて
決まり、それらのアドレス情報はシステムコント
ローラ９から画像信号データの入力に同期して画
像メモリ４に与えられる。

この画像メモリ４の内容は、テレビジヨン走査
方式によつて読出される。すなわち、全てのアド
レスの内容が画像信号データの有無に関係なく順
次読出される。

こうして画像メモリ４から読出されたデータ列
は、補間処理部６に入力され、ここで画像メモリ
４から画像信号データが蓄積されていないアドレ
スの内容が読出される位置に、補間データが挿入
される。

この場合、画像メモリ４から読出されるデータ
列においては、画像信号データのない部分、つま
り画像信号データが蓄積されていないアドレスの
内容が読出される位置は、セクタパターンメモリ
５に蓄積された情報によつて検出される。

セクタパターンメモリ５は画像メモリ４と同様
に直交座標からなるアドレスを持つ多数のセルを
画像メモリ４と同数個（例えば512×512）持つた
もので、その各アドレスに画像メモリ４の対応す
るアドレスの画像信号データの有無を示す情報を
予め蓄積している。すなわち、画像メモリ４に
Ａ／Ｄ変換器３を介して画像信号データを書込む
場合、セクタ走査における中心と各走査線の偏向
角が一定であれば、画像メモリ４のどのアドレス
にデータが書込まれるかは予め分るので、その画
像信号データが書込まれる画像メモリ４のアドレ
スに対応するセクタパターンメモリ５のアドレス
には、例えば情報“１”を書込んでおき、それ以
外の、画像信号データが書込まれる画像メモリ４
のアドレスに対応するセクタパターンメモリ５の
アドレスには、これと異なる情報“０”を書込ん
でおくようにする。このようなセクタパターンメ
モリ５は、具体的にはROMによつて構成するこ
とができる。そして、このセクタパターンメモリ
５の内容は、画像メモリ４からの読出しと同期
し、かつ画像メモリ４の読出しアドレスよりＸ座
標方向に１つずつ遅れたタイミングで順次読出さ
れて、補間処理部６に供給される。すなわち、セ
クタパターンメモリ５の読出し時には、画像メモ
リ４に与えられる読出しアドレス情報をＸ座標方
向に１アドレス分だけデクリメントさせたアドレ
ス情報がセクタパターンメモリ５に与えられる。
補間処理部６はセクタパターンメモリ５より読出
された情報に従つて、画像メモリ４から読出され
たデータ列に補間処理を行なう。

なお、セクタパターンメモリ５の１つのセルの
ビツト数は１ビツトで十分であり、その読出し時
間も画像メモリ４のそれと同じか、またはそれ以
下とすることができる。従つて、画像メモリ４か
ら読出されるデータ列に補間処理を施すのに十分
な速度で補間処理部６に、画像メモリ４から画像
信号データのないアドレスの内容が読出された否
かの情報、すなわち補間処理が必要かどうかの情
報を伝達することが可能となる。また、セクタパ
ターンメモリ５のアドレス制御系統は、画像メモ
リ４のそれと全く同じかほとんど同じものが使用
できる。

補間処理部６は例えば線形近似によつてデータ
の補間を行なうが、これはこの実施例の場合、Ｘ
方向（テレビジヨン走査の水平走査方向）の一次
元の線形近似で十分である。すなわち、超音波プ
ローブ１から発射される超音波パルスのビーム幅
は、現在の技術レベルではその進行方向のパルス
幅ほどには細くすることができないため、得られ
る画像の分解能は超音波の進行方向の分解能（距
離分解能）に比べ、それと直角方向の分解能（立
位分解能）の方が悪い。このことはある点の画像
の濃度が、超音波の進行方向における近傍の画像
濃度とよりも、その直角方向の近傍の画像濃度と
より相関が大きい、ということを示している。換
言すれば、画像メモリ４内の１つ１つのアドレス
に蓄積されるべきデータは、それとＹ方向で隣接
するアドレスのデータとの相関よりも、Ｘ方向で
隣接するアドレスのデータとの相関の方が大き
い、ということを意味する。従つて、このような
場合の補間処理はＸ方向の一次元の線形近似によ
つても良質の画像が得られる。

このような補間処理部６の具体的な構成例を第
４図に示す。図において、端子T₁には画像メモ
リ４から読出されたデータ列が入力され、このデ
ータ列の各データは、画像メモリ４からのデータ
の読出しに同期してシステムコントローラ９より
端子T₂に入力されるクロツクパルスによつてま
ず第１のラツチ１１に蓄積される。第１のラツチ
１１の内容は、さらに次のクロツクパルスにより
第２のラツチ１２に転送され、そのとき同時に第
１のラツチ１１には次のデータが蓄積される。端
子T₁への入力データαと、第２のラツチ１２の
出力データγとは、加算平均部１３に入力され、
それらの加算平均値が求められる。

今、第５図に示すようにデータαおよびγが、
画像メモリ４内でＹ座標が同一のアドレス、すな
わちテレビジヨン走査の同一走査線に位置する画
像信号データであつて、画像メモリ４のこれら２
つのアドレスの間のアドレス（X_n，Y_o）には画
像信号データが蓄積されていないとする。この場
合、画像メモリ４から読出されるデータ列の、こ
のアドレス（（X_n，Y_o）の内容が読出される位
置に補間データとして挿入して、あたかも初めか
らアドレス（X_n，Y_o）に蓄積されていたものと
して表示すべき画像信号データは、加算平均部１
３の出力データである（α＋γ）／２となる。一
方、画像メモリ４の上記アドレス（X_n，Y_o）に
画像信号データが蓄積されている場合は、第１の
ラツチ１１の出力データβが表示すべきデータと
なる。これら（α＋γ）／２，βのいずれのデー
タを表示すべきデータとして出力するかは、端子
T₃に入力されるセクタパターンメモリ５からの
情報に基いて、セレクタ１４によつて選択され
る。すなわち、前述したようにセクタパターンメ
モリ５の読出し時には、画像メモリ４に与えられ
る読出しアドレス情報をＸ座標方向に１アドレス
分だけデクリメントさせたアドレス情報がセクタ
パターンメモリ５に与えられることにより、セク
タパターンメモリ５の内容は画像メモリ４の読出
しアドレスＸ座標方向に１つずつずれたタイミン
グで順次読出される。従つて、セクタパターンメ
モリ５から読出される情報は、画像メモリ４から
読出されるデータを１アドレス分遅らせたデータ
である第１のラツチ１１の出力データと時間的に
対応している。そして、セレクタ１４はセクタパ
ターンメモリ５より端子T₃に入力される情報が
“０”の場合は、そのときの第１のラツチ１１の
出力データβは画像メモリ４の画像信号データが
蓄積されていないアドレスから読出されたもの
（従つてそのデータ値は０である）として、加算
平均部１３の出力データ（α＋γ）／２を選択
し、補間データとして出力する。また、端子T₃
に入力される情報が“１”のときは、そのときの
第１のラツチ１１の出力データβは画像メモリ４
の画像信号データが蓄積されているアドレスから
読出されたものとして、セレクタ１４はこのデー
タβを選択してそのまま出力する。

このようにして、補間処理部６で画像メモリ４
から読出されるデータ列の画像信号データの欠如
した位置に、補間データが挿入される。この補間
処理部６から出力される画像信号データは、シス
テムコントローラ９の制御下でＤ／Ａ変換器７で
アナログ化され、さらにシステムコントローラ９
から供給されるテレビジヨン走査のための同期信
号と混合された後、テレビジヨンモニタ８に供給
される。こうしてテレビジヨンモニタ８で体内の
状態を示す画像、すなわちセクタ走査による断層
像が表示される。この場合、表示される画像は、
セクタ走査の遠方かつ側方の部分においても、補
間データに基く画像の補間によつてボケを生じる
ことがなく、全体として非常に高品質で見易いも
のとなる。

なお、上記説明ではセクタパターンメモリ５に
ROMを用いたが、RAMを用い、画像メモリ４
に画像信号データを書込むとき、対応するセクタ
パターンメモリ５のアドレスに例えば情報“１”
を書込むようにしてもよい。このようにすると、
画像メモリ４に書込むデータの位置を移動させて
も、それに容易に対応できる。

さらに、セクタパターンメモリ５は必らずしも
画像メモリ４と別に設ける必要はなく、画像メモ
リ４の各アドレス内の一部のビツト（１ビツトで
十分である）に、そのアドレス内の画像信号デー
タの有無を示す情報を蓄積するようにしてもよ
い。この構成は画像メモリ４の容量に余裕がある
場合、非常に有効である。

また、この発明はセクタ走査型超音波診断装置
に限定されるものではなく、一般に極座標走査に
より得た画像信号をデイジタルスキヤンコンバー
タを介してテレビジヨンモニタで画像表示するも
のに適用が可能である。

さらに、この発明における補間処理の具体的な
方法は、第４図および第５図を用いて説明した加
算平均部を補間データとする方法に限らず、重み
付け加算その他の種々の線形近似による補間処理
を用いることができ、場合によつては画像メモリ
のデータのないアドレスと例えばＸ方向で隣接す
るアドレスに蓄積されているデータをそのまま補
間データとして用いることも可能である。

以上説明したように、この発明によればセクタ
走査等の極座標走査によつて得られる画像信号を
直交座標からなるアドレスを持つ画像メモリに蓄
積した後、テレビジヨン走査方式で読出してテレ
ビジヨンモニタに表示する場合、主に極座標走査
の遠方に対応する部分で走査が荒くなることによ
つて生じるデータの欠如を補間し、高品質の画像
を表示することができる。

特に、この発明では画像メモリの各アドレスの
画像信号データの有無を蓄積する手段を設けたた
め、画像メモリから画像信号データのないアドレ
スの内容が読出される位置を確実に検出でき、従
つて補間処理をデータの欠如した位置にのみ正し
く行なえる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は直交座標構成の画像メモリを模式的に
示す図、第２図は上記画像メモリにセクタ走査に
おける２本の走査線の画像信号データが書込まれ
る様子を示す図、第３図はこの発明の一実施例に
係る画像処理装置の構成を示す図、第４図は同実
施例における補間処理部の具体的な構成例を示す
図、第５図は同実施例における補間処理態様を説
明するための図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物理的な状態が位置によつて異なる媒体をパ
   ルス波により極座標走査して画像信号を得る手段
   と、 前記画像信号をサンプリングしてデイジタル化
   し画像信号データを出力するＡ／Ｄ変換器と、 前記画像信号データを前記極座標走査における
   パルス波の偏向角と前記サンプリングの時間位置
   とに基いて決定される直交座標からなるアドレス
   に蓄積しかつその内容がテレビジヨン走査方式に
   よりデータ列として読出される画像メモリと、 前記画像メモリの各アドレス内の画像信号デー
   タの有無を示す情報を蓄積する手段と、 この手段により蓄積された情報に従つて、前記
   データ列のうち前記画像信号データのあるアドレ
   スからのデータはそのまま出力し、前記画像信号
   データのないアドレスからのデータは該データが
   読出される位置に該画像信号データのないアドレ
   スの近傍の画像信号データのあるアドレスからの
   データより求めた補間データを挿入して出力する
   補間処理手段と、 この補間処理手段から出力される画像信号デー
   タをアナログ化するＤ／Ａ変換器と、 このＤ／Ａ変換器の出力を受けて前記媒体の状
   態を画像表示するテレビジヨンモニタと を備えたことを特徴とする画像処理装置。 ２ 前記画像メモリの各アドレス内の画像信号デ
   ータの有無を示す情報を蓄積する手段は、前記画
   像メモリの各アドレスに対応した直交座標からな
   るアドレスを有し、その各アドレスに予め上記情
   報を蓄積するものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の画像処理装置。 ３ 前記画像メモリの各アドレス内の画像信号デ
   ータの有無を示す情報を蓄積する手段は、前記画
   像メモリに画像信号データを書込むとき上記情報
   が書込まれるものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の画像処理装置。 ４ 前記画像メモリの各アドレス内の画像信号デ
   ータの有無を示す情報を蓄積する手段は、上記情
   報を画像メモリの各アドレス内の一部のビツトに
   蓄積するものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載の画像処理装置。