超音波診断装置
【目的】 超音波診断装置において、フレームレートを低下させずに、円弧状走査される超音波ビーム間においてデータの欠落を解消する。
【構成】 超音波ビーム方向に沿って直線補間が行われた後、走査方向即ち円弧状に円弧補間が実行される。その場合、直線補間により生成された補間データ１０２も利用される。
【構成】 超音波ビーム方向に沿って直線補間が行われた後、走査方向即ち円弧状に円弧補間が実行される。その場合、直線補間により生成された補間データ１０２も利用される。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置における画像データの補間に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波診断装置は、超音波の送受波によって、人体等の被検体の診断を行うものである。かかる装置において、超音波ビームの走査方式としては、各種の方式が知られており、例えばセクタ走査やコンベックス走査がある。
【０００３】セクタ走査では、各超音波振動子の送受信波に電子的な遅延を与えて合成することにより、超音波ビームが円弧状（扇状）に走査される。また、コンベックス走査では、円弧状に配列された超音波振動子に対して電子リニア走査を行うことにより、超音波ビームが円弧状（扇状）に走査される。
【０００４】図６に示すように、上記の超音波ビームの円弧状走査が行われる場合、超音波ビーム毎にデータが取り込まれ、サンプリングされた各データは、走査角度（ビーム位置）と半径とで特定される。すなわち、各データは極座標形式で表現される。ここで、各超音波ビームは、互いに離散的であり、また、各超音波ビーム上のサンプリングされたデータも互いに離散的である。
【０００５】一方、図７に示すように、ＴＶモニタの表示形式は、ｘとｙとで特定される直交座標である。ここで、表示画面は、５００×５００画素程度であり、各画素はエコー強度を表現するため６ビット程度の階調を有する。
【０００６】サンプリングされたデータをＴＶモニタに表示するためには、極座標形式から直交座標形式への座標変換（２次元マッピング）が必要となる。そこで、従来からデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）が利用されている。ここで、このＤＳＣは、上記の座標変換機能の他、データ補間機能、２次元画像の記憶機能、等を有する。
【０００７】ところで、ＤＳＣにおける従来の一般的な補間方式は直線補間である。すなわち、超音波ビーム上において隣接する２つのサンプルデータの値に基づいて、その間の画素データの値を決定するものである。
【０００８】図７には、その直線補間後の状態が示され、ここでは超音波ビーム方向に沿ってデータが補間されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図７に示すように、超音波ビームに沿った補間によれば、超音波ビームに沿ってデータの欠落を解消できるが、一方、超音波ビーム間においてはデータの欠落を解消できない。
【００１０】これに対し、ビームの本数を増加させることもできるが、その場合には、１枚の画像を表示するまでの時間であるフレームレートが低下してしまう。リアルタイムの表示が要望されている中において、フレームレートの低下は大きな問題となる。
【００１１】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、フレームレートを低下させずに、超音波ビーム間においてデータの欠落を解消することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、円弧状の走査方向にデータの補間を行う円弧補間手段を含み、前記円弧補間が行われた画像データが表示されることを特徴とする。
【００１３】請求項２記載の発明は、超音波ビームを円弧状に走査する走査手段と、前記走査により得られた極座標形式の画像データを直交座標形式の画像データに変換する座標変換手段と、前記座標変換後に、超音波ビーム方向に沿って画像データの補間を行う直線補間手段と、前記直線補間後に、前記円弧状の走査方向に沿って画像データの補間を行う円弧補間手段と、前記補間後の画像データを表示する表示手段と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
【作用】上記請求項１記載の構成によれば、超音波ビームの走査方向に沿ってデータの補間が実行される。すなわち、隣接する各超音波ビーム間にデータを補うことができ、フレームレートを低下させることなく、画像を鮮明なものにできる。
【００１５】上記請求項２記載の構成によれば、最初に、超音波ビームに沿って直線補間が行われ、データが揃ったところで、走査方向に沿った円弧補間を行うことができる。よって、２種類の補間を組み合わせることにより、各方向について、データの欠落を補った良好な画像を形成できる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
【００１７】まず、図１を用いて、本発明に係る超音波診断装置の基本構成について説明する。図１において、超音波プローブ１０は、例えば、生体の表面に当接して使用されるものであり、超音波を生体へ送波し、生体内からの反射波を受波し、それを電気的な受信信号に変換する。なお、本実施例では、超音波ビームがセクタ走査されており、その走査は図示されていない走査制御部により制御されている。
【００１８】パルス送受信部１２は、超音波プローブ１０に対して送信パルスを供給すると共に、超音波プローブ１０からの受信信号を受け入れて増幅等の信号処理を行う。そして、受信信号は、ＡＤＣ１４においてサンプリングされ、デジタル信号に変換される。
【００１９】デジタル信号に変換された受信信号は、ＤＳＣ１６に入力され、上述したように、ここで座標変換や補間処理等が実行される。本実施例のＤＳＣ１６は、直線補間機能の他、円弧補間機能を有しており、これについては後に詳述する。
【００２０】ＤＳＣにて座標変換され、また補間処理が行われた画像データは、ＤＡＣ２０において、アナログ信号に変換され、ＴＶモニタに表示される。なお、直線補間及び円弧補間が行われた明瞭な超音波画像が表示されるので、診断精度を向上できる。
【００２１】次に、ＤＳＣ１６について詳述する。図２にはＤＳＣ１６の内部構成が図示されているが、まず、図３〜５を用いて、本発明に係る補間処理について説明する。
【００２２】図３には、極座標から直交座標へ変換された後の各画素データ（サンプリングデータ）が示されている。この座標変換後、まず、超音波ビームに沿って、すなわちｒ方向に直線補間処理が行われる。図３では、黒の四角１００がもとからあるサンプリングデータであり、内部が斜線の四角１０２が補間処理により生成されたデータ（補間データ）である。
【００２３】本実施例では、座標変換後の２次元画像データが２次元画像メモリに書き込まれる際に、各画素データ毎に、有効な画素データか否かを示すフラグビットが付加されている。すなわち、各画素アドレスには、例えば６ビットの輝度情報の他、１ビットのフラグビットデータが格納される。ここで、フラグビットは、データ（サンプルデータ又は補間データ）が格納された画素であることを示すものであり、データが格納された位置のフラグビットはオンされる。
【００２４】上記のようにして直線補間が行われた後、走査方向すなわちθ方向に沿って円弧補間が実行される。
【００２５】図５には、円弧補間の例が示され、この例では超音波プローブの位置（原点）の遠方から円弧補間が実行されている。ここでは、まずある半径ｒを固定して円弧状にメモリアドレスが発生されてデータを探索し、前記フラグビットがオンとなっている２つの座標間で、補間を行なう。
【００２６】図６には、円弧補間の例が示され、ここで黒丸１０４はフラグビットがオンとなっている画素を示しており、六角形１０６は、円弧上の画素すなわち補間により生成される画素を示している。本実施例では、隣接する２つの画素１０４の画素値と補間画素１０６の位置とに応じて、補間画素の画素値が演算されている。具体的には、２つの画素１０４の値がＥ１，Ｅ２で、その間の画素数（アドレス個数）がＮの場合に、増分値ΔＥが、ΔＥ＝（Ｅ２−Ｅ１）／（Ｎ＋１）
と演算され、各補間画素の値Ｅは、値Ｅ１をもつ画素１０４から当該画素までの画素数をｎとして、Ｅ＝Ｅ１＋ΔＥ×ｎで求まる。図５において、例えば、左の画素の値Ｅ１が３で、右の画素の値Ｅ２が１５であれば、その間のアドレス発生数が５であるので、（１５−３）／（５＋１）を演算して、増分値ΔＥは２と算出される。そして、各補間画素の値は、左から順番に５、７、９、１１、１３と演算される。
【００２７】以上の円弧補間を各半径について行えば、結果として、２次元画像の全域に渡って各ビーム間にデータを補うことができる。
【００２８】なお、補間処理は、１８０度の半円領域について又は走査領域である扇状の領域について行われる。前者によれば、アドレス発生が簡易になり、後者によれば、無駄な探索を回避できる。
【００２９】図２には、以上の補間原理を実現するＤＳＣ１６の内部が示されている。ＡＤＣ１４からの画像データに対して、まず、座標変換器２４で座標変換が実行される。すなわち、各データの座標を極座標形式から直交座標形式へ変換する。その後、直線補間器２６で上述した直線補間が行われる。この直線補間器２６は、超音波ビーム上において、隣接する２つのデータの値とその間のアドレス個数とを求め、それを増分生成器３０で送る。増分生成器３０は、それら２つの値及びアドレス個数から直線補間用の増分値を演算し、その増分値を直線補間器２６へ送る。直線補間器２６は、その増分値を順次加算することにより、２つの画素間の各補間画素の値を決定する。そして、サンプルデータ及び補間データは、画像メモリ２８に送られ、上述のように、フラグビットが付加されて、対応するアドレスに各画素データが格納される。
【００３０】このような直線補間が行われた後、円弧補間が実行される。すなわち、円弧補間器３２は、走査方向に沿ってアドレスを順次発生させ、フラグビットがオンになっている互いに隣接する２つのデータを特定する。そして、それらのデータの値とデータ間のアドレス個数とから、増分生成器３０が円弧補間用の増分値ΔＥを演算する。一方、円弧補間器３２は、その増分値ΔＥに基づき、順次補間画素について補間値を求め、それが画像メモリ２８に記憶される。ある半径ｒ上のすべてのデータに対して、円弧補間が実行された後、次の半径について円弧補間が実行され、それが全域に渡って繰り返される。
【００３１】以上のように直線補間及び円弧補間が行われた２次元画像データは、画像メモリ２８から読み出され、図１に示したＤＡＣ２０によってアナログ信号に変換された後、ＴＶモニタ２２に表示される。
【００３２】以上の実施例においては、直線補間器２６及び円弧補間器３２を整数が減算だけで構成でき、更に増分生成器における除算もテーブル方式などを用いることができるので、高速でかつ安価なＤＳＣを実現できるという利点がある。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、円弧補間手段によって円弧状の走査方向に沿ってデータの補間を行うことができるので、ビームの本数を増やすことなく、画素データの欠落を補って、明瞭な画像を提供できる。
【００３４】また、直線補間が行われた後に、円弧補間を行うことにより直線補間で生成された補間データを基礎としてより緻密な補間を行えるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置のブロック図である。
【図２】デジタルスキャンコンバータの具体的な構成を示すブロック図である。
【図３】エコーデータの直線補間を示す図である。
【図４】エコーデータの円弧補間を示す図である。
【図５】円弧補間の具体的な内容を示す図である。
【図６】超音波ビームと極座標との対応関係を示す概念図である。
【図７】極座標と直交座標の関係を示す概念図である。
【符号の説明】
１６ デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）
２４ 座標変換器
２６ 直線補間器
２８ 画像メモリ
３０ 増分生成器
３２ 円弧補間器
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置における画像データの補間に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波診断装置は、超音波の送受波によって、人体等の被検体の診断を行うものである。かかる装置において、超音波ビームの走査方式としては、各種の方式が知られており、例えばセクタ走査やコンベックス走査がある。
【０００３】セクタ走査では、各超音波振動子の送受信波に電子的な遅延を与えて合成することにより、超音波ビームが円弧状（扇状）に走査される。また、コンベックス走査では、円弧状に配列された超音波振動子に対して電子リニア走査を行うことにより、超音波ビームが円弧状（扇状）に走査される。
【０００４】図６に示すように、上記の超音波ビームの円弧状走査が行われる場合、超音波ビーム毎にデータが取り込まれ、サンプリングされた各データは、走査角度（ビーム位置）と半径とで特定される。すなわち、各データは極座標形式で表現される。ここで、各超音波ビームは、互いに離散的であり、また、各超音波ビーム上のサンプリングされたデータも互いに離散的である。
【０００５】一方、図７に示すように、ＴＶモニタの表示形式は、ｘとｙとで特定される直交座標である。ここで、表示画面は、５００×５００画素程度であり、各画素はエコー強度を表現するため６ビット程度の階調を有する。
【０００６】サンプリングされたデータをＴＶモニタに表示するためには、極座標形式から直交座標形式への座標変換（２次元マッピング）が必要となる。そこで、従来からデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）が利用されている。ここで、このＤＳＣは、上記の座標変換機能の他、データ補間機能、２次元画像の記憶機能、等を有する。
【０００７】ところで、ＤＳＣにおける従来の一般的な補間方式は直線補間である。すなわち、超音波ビーム上において隣接する２つのサンプルデータの値に基づいて、その間の画素データの値を決定するものである。
【０００８】図７には、その直線補間後の状態が示され、ここでは超音波ビーム方向に沿ってデータが補間されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図７に示すように、超音波ビームに沿った補間によれば、超音波ビームに沿ってデータの欠落を解消できるが、一方、超音波ビーム間においてはデータの欠落を解消できない。
【００１０】これに対し、ビームの本数を増加させることもできるが、その場合には、１枚の画像を表示するまでの時間であるフレームレートが低下してしまう。リアルタイムの表示が要望されている中において、フレームレートの低下は大きな問題となる。
【００１１】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、フレームレートを低下させずに、超音波ビーム間においてデータの欠落を解消することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、円弧状の走査方向にデータの補間を行う円弧補間手段を含み、前記円弧補間が行われた画像データが表示されることを特徴とする。
【００１３】請求項２記載の発明は、超音波ビームを円弧状に走査する走査手段と、前記走査により得られた極座標形式の画像データを直交座標形式の画像データに変換する座標変換手段と、前記座標変換後に、超音波ビーム方向に沿って画像データの補間を行う直線補間手段と、前記直線補間後に、前記円弧状の走査方向に沿って画像データの補間を行う円弧補間手段と、前記補間後の画像データを表示する表示手段と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
【作用】上記請求項１記載の構成によれば、超音波ビームの走査方向に沿ってデータの補間が実行される。すなわち、隣接する各超音波ビーム間にデータを補うことができ、フレームレートを低下させることなく、画像を鮮明なものにできる。
【００１５】上記請求項２記載の構成によれば、最初に、超音波ビームに沿って直線補間が行われ、データが揃ったところで、走査方向に沿った円弧補間を行うことができる。よって、２種類の補間を組み合わせることにより、各方向について、データの欠落を補った良好な画像を形成できる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
【００１７】まず、図１を用いて、本発明に係る超音波診断装置の基本構成について説明する。図１において、超音波プローブ１０は、例えば、生体の表面に当接して使用されるものであり、超音波を生体へ送波し、生体内からの反射波を受波し、それを電気的な受信信号に変換する。なお、本実施例では、超音波ビームがセクタ走査されており、その走査は図示されていない走査制御部により制御されている。
【００１８】パルス送受信部１２は、超音波プローブ１０に対して送信パルスを供給すると共に、超音波プローブ１０からの受信信号を受け入れて増幅等の信号処理を行う。そして、受信信号は、ＡＤＣ１４においてサンプリングされ、デジタル信号に変換される。
【００１９】デジタル信号に変換された受信信号は、ＤＳＣ１６に入力され、上述したように、ここで座標変換や補間処理等が実行される。本実施例のＤＳＣ１６は、直線補間機能の他、円弧補間機能を有しており、これについては後に詳述する。
【００２０】ＤＳＣにて座標変換され、また補間処理が行われた画像データは、ＤＡＣ２０において、アナログ信号に変換され、ＴＶモニタに表示される。なお、直線補間及び円弧補間が行われた明瞭な超音波画像が表示されるので、診断精度を向上できる。
【００２１】次に、ＤＳＣ１６について詳述する。図２にはＤＳＣ１６の内部構成が図示されているが、まず、図３〜５を用いて、本発明に係る補間処理について説明する。
【００２２】図３には、極座標から直交座標へ変換された後の各画素データ（サンプリングデータ）が示されている。この座標変換後、まず、超音波ビームに沿って、すなわちｒ方向に直線補間処理が行われる。図３では、黒の四角１００がもとからあるサンプリングデータであり、内部が斜線の四角１０２が補間処理により生成されたデータ（補間データ）である。
【００２３】本実施例では、座標変換後の２次元画像データが２次元画像メモリに書き込まれる際に、各画素データ毎に、有効な画素データか否かを示すフラグビットが付加されている。すなわち、各画素アドレスには、例えば６ビットの輝度情報の他、１ビットのフラグビットデータが格納される。ここで、フラグビットは、データ（サンプルデータ又は補間データ）が格納された画素であることを示すものであり、データが格納された位置のフラグビットはオンされる。
【００２４】上記のようにして直線補間が行われた後、走査方向すなわちθ方向に沿って円弧補間が実行される。
【００２５】図５には、円弧補間の例が示され、この例では超音波プローブの位置（原点）の遠方から円弧補間が実行されている。ここでは、まずある半径ｒを固定して円弧状にメモリアドレスが発生されてデータを探索し、前記フラグビットがオンとなっている２つの座標間で、補間を行なう。
【００２６】図６には、円弧補間の例が示され、ここで黒丸１０４はフラグビットがオンとなっている画素を示しており、六角形１０６は、円弧上の画素すなわち補間により生成される画素を示している。本実施例では、隣接する２つの画素１０４の画素値と補間画素１０６の位置とに応じて、補間画素の画素値が演算されている。具体的には、２つの画素１０４の値がＥ１，Ｅ２で、その間の画素数（アドレス個数）がＮの場合に、増分値ΔＥが、ΔＥ＝（Ｅ２−Ｅ１）／（Ｎ＋１）
と演算され、各補間画素の値Ｅは、値Ｅ１をもつ画素１０４から当該画素までの画素数をｎとして、Ｅ＝Ｅ１＋ΔＥ×ｎで求まる。図５において、例えば、左の画素の値Ｅ１が３で、右の画素の値Ｅ２が１５であれば、その間のアドレス発生数が５であるので、（１５−３）／（５＋１）を演算して、増分値ΔＥは２と算出される。そして、各補間画素の値は、左から順番に５、７、９、１１、１３と演算される。
【００２７】以上の円弧補間を各半径について行えば、結果として、２次元画像の全域に渡って各ビーム間にデータを補うことができる。
【００２８】なお、補間処理は、１８０度の半円領域について又は走査領域である扇状の領域について行われる。前者によれば、アドレス発生が簡易になり、後者によれば、無駄な探索を回避できる。
【００２９】図２には、以上の補間原理を実現するＤＳＣ１６の内部が示されている。ＡＤＣ１４からの画像データに対して、まず、座標変換器２４で座標変換が実行される。すなわち、各データの座標を極座標形式から直交座標形式へ変換する。その後、直線補間器２６で上述した直線補間が行われる。この直線補間器２６は、超音波ビーム上において、隣接する２つのデータの値とその間のアドレス個数とを求め、それを増分生成器３０で送る。増分生成器３０は、それら２つの値及びアドレス個数から直線補間用の増分値を演算し、その増分値を直線補間器２６へ送る。直線補間器２６は、その増分値を順次加算することにより、２つの画素間の各補間画素の値を決定する。そして、サンプルデータ及び補間データは、画像メモリ２８に送られ、上述のように、フラグビットが付加されて、対応するアドレスに各画素データが格納される。
【００３０】このような直線補間が行われた後、円弧補間が実行される。すなわち、円弧補間器３２は、走査方向に沿ってアドレスを順次発生させ、フラグビットがオンになっている互いに隣接する２つのデータを特定する。そして、それらのデータの値とデータ間のアドレス個数とから、増分生成器３０が円弧補間用の増分値ΔＥを演算する。一方、円弧補間器３２は、その増分値ΔＥに基づき、順次補間画素について補間値を求め、それが画像メモリ２８に記憶される。ある半径ｒ上のすべてのデータに対して、円弧補間が実行された後、次の半径について円弧補間が実行され、それが全域に渡って繰り返される。
【００３１】以上のように直線補間及び円弧補間が行われた２次元画像データは、画像メモリ２８から読み出され、図１に示したＤＡＣ２０によってアナログ信号に変換された後、ＴＶモニタ２２に表示される。
【００３２】以上の実施例においては、直線補間器２６及び円弧補間器３２を整数が減算だけで構成でき、更に増分生成器における除算もテーブル方式などを用いることができるので、高速でかつ安価なＤＳＣを実現できるという利点がある。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、円弧補間手段によって円弧状の走査方向に沿ってデータの補間を行うことができるので、ビームの本数を増やすことなく、画素データの欠落を補って、明瞭な画像を提供できる。
【００３４】また、直線補間が行われた後に、円弧補間を行うことにより直線補間で生成された補間データを基礎としてより緻密な補間を行えるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置のブロック図である。
【図２】デジタルスキャンコンバータの具体的な構成を示すブロック図である。
【図３】エコーデータの直線補間を示す図である。
【図４】エコーデータの円弧補間を示す図である。
【図５】円弧補間の具体的な内容を示す図である。
【図６】超音波ビームと極座標との対応関係を示す概念図である。
【図７】極座標と直交座標の関係を示す概念図である。
【符号の説明】
１６ デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）
２４ 座標変換器
２６ 直線補間器
２８ 画像メモリ
３０ 増分生成器
３２ 円弧補間器
【特許請求の範囲】
【請求項１】 超音波ビームを円弧状に走査し、それにより得られた極座標形式の画像データを直交座標形式の画像データに変換し、その画像データを表示する超音波診断装置において、円弧状の走査方向にデータの補間を行う円弧補間手段を含み、前記円弧補間が行われた画像データが表示されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】 超音波ビームを円弧状に走査する走査手段と、前記走査により得られた極座標形式の画像データを直交座標形式の画像データに変換する座標変換手段と、前記座標変換後に、超音波ビーム方向に沿って画像データの補間を行う直線補間手段と、前記直線補間後に、前記円弧状の走査方向に沿って画像データの補間を行う円弧補間手段と、前記補間後の画像データを表示する表示手段と、を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１】 超音波ビームを円弧状に走査し、それにより得られた極座標形式の画像データを直交座標形式の画像データに変換し、その画像データを表示する超音波診断装置において、円弧状の走査方向にデータの補間を行う円弧補間手段を含み、前記円弧補間が行われた画像データが表示されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】 超音波ビームを円弧状に走査する走査手段と、前記走査により得られた極座標形式の画像データを直交座標形式の画像データに変換する座標変換手段と、前記座標変換後に、超音波ビーム方向に沿って画像データの補間を行う直線補間手段と、前記直線補間後に、前記円弧状の走査方向に沿って画像データの補間を行う円弧補間手段と、前記補間後の画像データを表示する表示手段と、を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【図１】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開平７−２４６２０４
【公開日】平成７年（１９９５）９月２６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−３９６３９
【出願日】平成６年（１９９４）３月１０日
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【公開日】平成７年（１９９５）９月２６日
【国際特許分類】
【出願日】平成６年（１９９４）３月１０日
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
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