(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を走査して得られる受信信号を原信号として、一定幅の複数区間に区切られた原信号の各区間ごとに、当該各区間に対応するサンプリング値を求める超音波診断装置であって、
前記区間に応じた幅を有するウィンドウを前記原信号で移動させるウィンドウ設定手段と、
各ウィンドウ位置において前記ウィンドウ内に含まれる前記原信号の極値を検出する極値検出手段と、
を有し、
前記極値が検知された場合には当該極値をそのウィンドウ位置における代表値とし、前記極値が検知されない場合には前記ウィンドウ内の所定位置の原信号値を代表値として、各ウィンドウ位置に対応する代表値を設定し、複数のウィンドウ位置に対応した複数の代表値のうち前記各区間内に対応する位置の代表値を、当該各区間に対応するサンプリング値とする、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
一定幅の複数区間に区切られた原信号の各区間ごとに、当該各区間に対応するサンプリング値を求める信号サンプリング装置であって、
前記原信号の極値を検出する極値検出手段と、
前記極値に基づいて前記原信号を変形することにより中間信号を生成する信号変換手段と、
前記一定幅の間隔で前記中間信号の信号値を抽出し、抽出した中間信号の信号値のうち前記各区間内に対応する位置の信号値を、当該各区間に対応するサンプリング値とするサンプリング値決定手段と、
前記区間に応じた幅を有するウィンドウを前記原信号で移動させるウィンドウ設定手段と、
を有し、
前記極値検出手段は、各ウィンドウ位置において前記ウィンドウ内に含まれる前記原信号の極値を検出し、
前記信号変換手段は、前記極値が検知された場合には当該極値をそのウィンドウ位置における代表値とし、前記極値が検知されない場合には前記ウィンドウ内の所定位置の原信号値を代表値とし、前記代表値によって前記中間信号が構成されること、
を特徴とする信号サンプリング装置。
【請求項３】
請求項２記載の信号サンプリング装置において、
前記極値検出手段は、
前記ウィンドウ内での前記原信号の変化率を検出する変化率検出手段と、
前記変化率の極性が変化する位置に基づいて前記極値の位置を定める極値位置決定手段と、
を有することを特徴とする信号サンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原信号データ列を間引いてサンプリングし、データ数を減じたデータ列を生成する信号サンプリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば超音波診断装置では、被検体へ超音波を送信し、被検体の各点からの反射波の強度に基づいて、断層画像を生成することが行われる。例えば、探触子から１回超音波パルスを発射することにより、超音波ビームにより走査される線上の被検体各部からの反射信号を含んだＡモード信号が生成される。このＡモード信号は、画面上で１本の線状の像として表され、その線上の各点は、反射信号の振幅に応じた輝度で表示される。Ｂモード画像と呼ばれるものは、探触子の位置や角度を順次わずかずつ動かして得られる断層画像である。このＢモード画像は、Ａモードが有する超音波送受波方向の軸と探触子の移動方向の軸とを有した２次元画像である。
【０００３】
アナログ信号として得られる反射信号は、Ａ／Ｄ（analog to digital）変換回路によりデジタル信号に変換され、そのデジタル信号を用いて信号処理が行われる。このＡ／Ｄ変換におけるサンプリングは、送信される超音波のベースバンド周波数に応じた比較的高い周波数で行われる。しかし、画像表示装置が有する画素分解能に応じた空間周波数は、Ａ／Ｄ変換回路にて可能なサンプリングの周波数よりも低い。そのため、Ａ／Ｄ変換回路で高い周波数でサンプリングした信号を画像表示しようとする場合、表示装置の表示ピクセル数に応じた周波数で再サンプリングする必要がある。
【０００４】
従来、採られている方法では、超音波の反射信号は、Ａ／Ｄ変換の前に、表示ピクセル数に応じた周波数をナイキスト周波数としたアンチエイリアジングフィルタに通され、その後、上述のようなサンプリング処理を施されている。このサンプリング方法としてはポイントサンプリングや最大値サンプリングがある。図６は、これら従来の方法によるサンプリング例を示す模式図である。同図（ａ）はＡ／Ｄ変換回路から再サンプリングを行う回路へ入力されるデータ列を示しており、横軸が時間軸であり、縦方向がデータ値に相当する。同図（ｂ）（ｃ）はそれぞれこの入力データに対するポイントサンプリング、最大値サンプリングの結果を示す図である。この例では、再サンプリングは時刻ｔ3以降４データごとに行われる。
【０００５】
同図（ｂ）に示すポイントサンプリングでは、再サンプリングの出力タイミングである各時刻ｔiにおける入力データが再サンプリングの結果値として出力される。一方、同図（ｃ）に示す最大値サンプリングでは、各時刻ｔiにおける再サンプリングの結果値として前回の再サンプリングタイミングより以降の入力データの最大値、すなわちｔi-1＜ｔ≦ｔiなる時間軸範囲における入力データの最大値が出力される。これら再サンプリングされたデータは、次の再サンプリングタイミングまでの間、反射信号を代表する値としてホールドされる。この再サンプリング処理により、表示装置の解像度に応じて入力データ列が間引かれ、反射信号の概略の変化が抽出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の再サンプリングの方法はいずれも、元の反射信号波形と再サンプリング後の反射信号波形とのずれが大きくなってしまうという問題を有していた。
【０００７】
まず、ナイキスト周波数で帯域制限を加えた後、一定の間隔で再サンプリングするだけのポイントサンプリング法では、再サンプリングのタイミング間の入力データは破棄される。つまり、超音波の送受波により得られている精細な情報が有効に利用されていない。具体的には、最大値や最小値といった入力データが再サンプリングのタイミング間に位置してしまうと、そのような反射信号の特徴を表す重要な入力データがサンプリングされないという問題があった。そのため、例えば、反射信号を輝度に変換して断層画像を生成した場合、最大値がサンプリングされないことにより画像の輝度低下が起こり、画像にむらが生じるという不都合が生じていた。
【０００８】
一方、最大値サンプリング法では、各再サンプリングの間隔での入力データの最大値がホールドされるため画像の輝度低下は生じないが、図６（ｃ）に見られるように波形が尾曳きを生じてしまう。この尾曳きは、データが最大値となるタイミングとその出力タイミングとが同期していないため、隣接する再サンプリングデータの発生時刻差とその出力間隔とが変動することに起因して生じる。この現象により、サンプリング方向の分解能が低下して、見かけ上のカットオフ周波数が本来のナイキスト周波数よりも低くなるという問題が生じていた。
【０００９】
図７、図８は、上記従来の再サンプリング処理が有する問題を別の側面から理解するための説明図であり、図７は、正弦波を３つの異なる位相でポイントサンプリングした様子を示す模式図である。また図８は、正弦波を図７と同じ３つの異なる位相で最大値サンプリングした様子を示す模式図である。なお、図７（ａ），図８（ａ）は、再サンプリングタイミングが、正弦波の位相θ＝９０°，２７０°に位置する場合、図７（ｂ），図８（ｂ）は、θ＝０°，１８０°である場合、図７（ｃ），図８（ｃ）は、θ＝４５°，２２５°である場合である。
【００１０】
ポイントサンプリングに関して図７（ａ）に示す場合は、正弦波の極大、極小が捉えられており問題ない場合である。しかし、位相がこの位置からずれ、例えば同図（ｃ）に示す位置となると、正弦波の振幅が過小評価されコントラストが低下する。同図（ｂ）に示す場合は、極端な場合であって振幅が現れず平坦な信号となってしまう。
【００１１】
また最大値サンプリングに関しては、いずれの位相でも正弦波の極大値は正しく捉え得るが、振幅が小さくなる。例えばここで示すように再サンプリングの周期と正弦波の周期とが同一である場合には、再サンプリング後の振幅は最大でも元の正弦波の１／２（図８（ｂ）に示す場合）であり、極端な場合には同図（ａ）に示すように振幅が現れず平坦な信号となってしまう。
【００１２】
これらのことより、従来の再サンプリング処理では、同一の入力データ列であっても、ホールド値の振幅が再サンプリングの位相に依存して大きく異なることが理解される。このような現象は正弦波に限らず一般の波形においても多かれ少なかれ起こるものであり、サンプリングの位相に応じて、再サンプリング後の信号波形が比較的大きな影響を受ける。そのため超音波探触子で得られる情報が画面上に忠実に再現されにくいという問題を生じていた。
【００１３】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、原波形の最大最小を精度良く捉え、ポイントサンプリングで生じた輝度低下を抑制することができ、かつナイキスト周波数近辺の信号を再サンプリングの位相によらず安定して捉え、最大値サンプリングで生じた分解能低下をも抑制し、再サンプリング前の原波形の特徴を良好に抽出することができる信号サンプリング装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る信号サンプリング装置は、複数の区間に区切られた原信号の各区間ごとに、当該各区間に対応するサンプリング値を求める信号サンプリング装置であって、前記原信号の極値を検出する極値検出手段と、前記極値を有する前記区間に関しては当該極値に基づく値を前記サンプリング値として定めるサンプリング値決定手段とを有するものである。
【００１５】
本発明によれば、極値検出手段が、各区間内で原信号が極大又は極小をとるか否かを調べる。区間内に極大点又は極小点が存在する場合には、サンプリング値決定手段は、それらいずれかの点での原信号の値、すなわち極大値又は極小値に基づいて当該区間に対応するサンプリング値を決定し出力する。よって、サンプリングにおいて原信号の極大値、極小値を反映した値が捉えられるので、コントラストの低下が生じない。また、ナイキスト周波数近辺の原信号に対しても極大、極小が捉えられることにより、原信号と同様の周波数で変動するサンプリングデータ列が得られる。ここで、原信号はアナログ信号であっても、デジタルデータ列であってもよい。また極値を有する区間に対応するサンプリング値は、区間に含まれる極値が単一の場合はその値そのものとすることできるし、その他、極値から所定の規則に基づいて算出されるものとすることもできる。また区間内に複数の極値、すなわち極大値と極小値とが同時に存在する場合には、単純に所定の一方をサンプリング値として選択することもできるし、当該区間の両端の信号値や隣接する区間の信号波形をも考慮にいれた所定の判断基準に基づいて、いずれが原信号の特徴をより好適に表すかを判断して当該好適な極値をサンプリング値として選択することもできる。
【００１６】
他の本発明に係る信号サンプリング装置においては、さらに前記サンプリング値決定手段が、前記極値を有さない前記区間に関しては当該区間中の所定位置の前記原信号の値を前記サンプリング値として定めることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、極値が存在しない区間に対しては、サンプリング値決定手段が、当該区間内の所定位置の前記原信号の値を前記サンプリング値として定める。各区間内の一定の位置にてサンプリングを行うことにより、隣り合うサンプリング値の原信号上での時間間隔とそれらの出力タイミング差との関係が、最大値サンプリングと異なり一定に保たれる。つまり、本発明では基本的にはポイントサンプリングと同様に、原信号がサンプリングされる時刻とそれが出力されるタイミングとは同期しているので、尾曳き等の解像度の低下が抑制される。
【００１８】
本発明の好適な態様は、前記サンプリング値決定手段が、前記極値を複数有する前記区間に関しては、当該区間中の所定位置の前記原信号の値を前記サンプリング値として定めるものである。
【００１９】
また他の本発明の好適な態様は、前記所定位置が前記区間の一方端である信号サンプリング装置である。区間の一方端は、他の位置に比べ容易な処理で特定される点で好適である。また本発明の他の好適な態様は、前記所定位置が前記区間の中央である信号サンプリング装置である。この態様では、区間内に極値が存在しない場合のサンプリングされる原信号データの当該区間内での位置と極値が存在する場合の区間内での位置との相違が区間幅の半分以下に抑制される。
【００２０】
本発明の別の好適な態様は、前記サンプリング値決定手段が、単一の極値を有する前記区間に関しては当該極値を前記サンプリング値として定めることを特徴とする信号サンプリング装置である。また他の本発明の好適な態様は、前記極値が極大値であることを特徴とする信号サンプリング装置である。さらに好適な態様は、前記サンプリング値決定手段は、前記極値に基づいて前記原信号が変形された中間信号を利用して、前記サンプリング値を定めることを特徴とする信号サンプリング装置である。
【００２１】
他の本発明に係る信号サンプリング装置は、一定幅の複数区間に区切られた原信号の各区間ごとに、当該各区間に対応するサンプリング値を求める信号サンプリング装置であって、前記原信号の極値を検出する極値検出手段と、前記極値に基づいて前記原信号を変形することにより中間信号を生成する信号変換手段と、前記一定幅の間隔で前記中間信号の信号値を抽出し、抽出した中間信号の信号値のうち前記各区間内に対応する位置の信号値を、当該各区間に対応するサンプリング値とするサンプリング値決定手段とを有するものである。
【００２２】
上記従来のサンプリング法ではサンプリングの位相に応じて、サンプリング後の波形に極値が好適に反映されたり、反対にサンプリング値に極値が全く反映されずサンプリング値列で表される信号波形と原信号との相違が大きくなったりすることが問題であった。本発明によれば、極値に基づいて原信号を変形して中間信号が生成される。この中間信号は、サンプリングの位相によらず極値がサンプリング値に反映されるように構成することができる。よって、サンプリング値決定手段が単純に一定間隔でのサンプリングを行っても、サンプリング値に区間内の極値が反映される。
【００２３】
本発明の好適な態様は、前記中間信号が、前記一定幅を有し前記極値の位置が包含される範囲においてその信号値が当該極値に保たれることを特徴とする信号サンプリング装置である。
【００２４】
本発明の他の好適な態様は、前記区間に応じた幅を有するウィンドウを前記原信号で移動させるウィンドウ設定手段を有し、前記極値検出手段は、各ウィンドウ位置において前記ウィンドウ内に含まれる前記原信号の極値を検出し、前記信号変換手段は、前記極値が検知された場合には当該極値をそのウィンドウ位置における代表値とし、前記極値が検知されない場合には前記ウィンドウ内の所定位置の原信号値を代表値とし、前記代表値によって前記中間信号が構成されることを特徴とする信号サンプリング装置である。
【００２５】
本発明の別の好適な態様は、前記極値検出手段が、前記ウィンドウ内での前記原信号の変化率を検出する変化率検出手段と、前記変化率の極性が変化する位置に基づいて前記極値の位置を定める極値位置決定手段とを有することを特徴とする信号サンプリング装置である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ここで述べる本発明の実施形態は、Ｂモード画像の表示機能を備えた超音波診断装置である。本超音波診断装置は、被検体に対し超音波探触子から発する超音波を走査し、その超音波の反射信号は表示装置の輝度に変換され画像表示される。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態である上記超音波診断装置の主要な回路構成を示すブロック図である。超音波探触子（図示せず）から出力されたアナログ信号である反射信号１は、Ａ／Ｄ変換器２によりデジタルサンプリングされる。Ａ／Ｄ変換器２からは、反射信号１の振幅値の変化を表す時系列デジタルデータが出力される。このＡ／Ｄ変換器２におけるサンプリングは、超音波の送信周波数に依存した比較的早い周波数で行われる。
【００２８】
本発明に係る信号サンプリング処理部４は、Ａ／Ｄ変換器２で生成されたデジタルデータ列を原信号として入力される。この原信号データ列は、最大値選択回路６、最小値選択回路８、データ遅延回路１０、減算器１２及び選択回路１４にそれぞれ入力される。最大値選択回路６、最小値選択回路８には、ウィンドウ幅データが入力される。このウィンドウ幅が、再サンプリングの周期を定めるパラメータである。つまり、後述するようにこのウィンドウ幅おきの原信号データが原則として再サンプリング値として出力されるので、例えば本超音波診断装置の画像表示装置（図示せず）の画面走査のレート及びその画素分解能に応じてウィンドウ幅が定められる。
【００２９】
最大値選択回路６は、ウィンドウ幅分遡った原信号データから最新の原信号データまでのうち最大の値を選択回路１４へ出力する回路である。一方、最小値選択回路８は、ウィンドウ幅分遡った原信号データから最新の原信号データまでのうち最小の値を選択回路１４へ出力する回路である。
【００３０】
データ遅延回路１０は、入力された原信号データをＡ／Ｄ変換器２のサンプリングクロック１周期だけ遅延させて出力することができる回路である。データ遅延回路１０から出力される遅延されたデータは減算器１２に入力される。
【００３１】
減算器１２は、遅延なしに入力された最新の原信号データとデータ遅延回路１０から入力される１つ前の原信号データとの差を求め、その差の正負を表す符号データをシフトレジスタ１６へ出力する。変極点検出回路１８はシフトレジスタ１６内の符号データの並びを監視し、ウィンドウ幅により切り出された原信号データ列中にその変化率の極性の変わり目（変極点）が存在するか否かを検知する。
【００３２】
変極点検出回路１８は、原信号データの増加から減少への変極点を検知すると、選択回路１４に対して最大値選択回路６からの最大値データを選択するように指示する。また減少から増加への変極点が検知されると、最小値選択回路８からの最小値データを選択させる指示が出される。また、変極点が検出されない場合は、最新の原信号データを選択させる指示が出される。
【００３３】
この制御信号に応じて選択回路１４は、Ａ／Ｄ変換器２から入力される最新の原信号データと、最大値選択回路６、最小値選択回路８からそれぞれ入力されるデータとの３つのデータのうちいずれかを選択して出力する。選択回路１４から出力されるデータ列は、Ａ／Ｄ変換器２の出力と同じレートである。サンプリング回路２０は、この選択回路１４からの早いレートのデータ列をウィンドウ幅に応じた周期で再サンプリングする回路である。
【００３４】
次に、信号サンプリング処理部４の動作例を図を用いて説明する。図２は原信号データ列から選択回路１４の出力である中間信号データ列が生成される過程を説明する模式図である。同図（ａ）〜（ｋ）はそれぞれ横軸が時間ｔ（右向きが正）、縦軸がデータ値Ｄ（上向きが正）の軸である。同図（ａ）は原信号データ列であり、同図（ｋ）は中間信号データ列である。黒丸がデータを表す。以下、時刻ｔにおける原信号データ、中間信号データをそれぞれＤO（ｔ）、ＤP（ｔ）で表す。同図（ｂ）〜（ｊ）はウィンドウ（ウィンドウ幅はここでは５データ）により切り出されたデータを黒丸で表したものである。
【００３５】
ここでは、信号サンプリング処理部４の再サンプリング間隔が、原信号データ列の４データに１回である場合を説明する。すなわち信号サンプリング処理部４は、原信号データを４つごとの区間に区切り各区間ごとに１つのサンプリング値を出力する。
【００３６】
本装置では、極値を検出するために隣接するデータの差分を求める。このことに起因して、処理に利用されるデータ数であるウィンドウ幅は、区間幅より１つ大きく設定される。つまり、上記再サンプリングの区間幅“４”に対応して、ここではウィンドウ幅として“５”が指定される。このウィンドウ幅に基づいて、最大値選択回路６、最小値選択回路８は、原信号データ列の最新のデータを含んで過去５データを最大値選択処理、又は最小値選択処理の対象とする。
【００３７】
また、最新の原信号データを含んで過去５データから生成される符号データは４つである。よって、変極点検出回路１８は、ウィンドウ幅として“５”を指定されると、シフトレジスタ１６に保持される符号データのうち最も新しいものを含んで過去４つを監視する。ここで符号データは、減算器１２での減算結果が正、すなわち原信号データの変化率が正（＋）である場合には値“１”、反対に減算結果が負、すなわち原信号データの変化率が負（−）である場合には値“０”に定義する。この定義の下では、各符号データは１ビットで表される。シフトレジスタ１６は新しい符号データが入力される場合には現存の格納内容を左シフトして、最新符号データを最下位ビットｂ0に格納する。変極点検出回路１８は、シフトレジスタ１６の下位４ビットを読み出すことにより、最新の符号データを含んだ４ビットの符号データ列“ｂ3ｂ2ｂ1ｂ0”を取得する。そして、変極点検出回路１８はそのビットパターンに基づいてウィンドウ内の変極点を検出する。
【００３８】
例えば、符号データ列が“１１１１”、“００００”のときはウィンドウ内では原信号データはそれぞれ単調増加、単調減少であり、変極点を有さない。一方、符号データ列が“１１１０”、“１１００”、“１０００”の場合は、ウィンドウ内に変化率が正から負へ変化する変極点、すなわち極大点が１つだけ存在する。また、反対に符号データ列が“０００１”、“００１１”、“０１１１”の場合は、ウィンドウ内に変化率が負から正へ変化する変極点、すなわち極小点が１つだけ存在する。変極点検出回路１８はこの変極点の検出結果に基づいて上述のように選択回路１４を制御する。
【００３９】
なお、これ以外のビットパターン、例えば“０１１０”等の場合は、ウィンドウ内に変極点が複数存在することになる。本装置では、この場合には、いずれの変極点を選択してサンプリングすべきかについての加重判断基準が必要である。そのような加重基準を判断する処理を行って極値を捕捉するか否かは用途に応じて任意に選択することができる。一般には再サンプリングは、このような複数の変極点が１つのウィンドウ内に発生する事象が多発するような周波数では行われないであろう。本装置では、このことを考慮して、複数の変極点が検知された場合には、変極点が存在しない場合と同様に扱うこととして処理負荷の軽減、回路構成の簡素化を図っている。
【００４０】
さて、時刻ｔ5においては、ウィンドウには時刻ｔ1〜ｔ5の原信号データが切り出される（図２（ｂ））。最大値選択回路６、最小値選択回路８はそれぞれ、このウィンドウ内の最大値ＤO(t5)、最小値ＤO(t1)を出力する。データ遅延回路１０は、最新の原信号データより１つ古い原信号データ、すなわちＤO(t4)を出力する。減算器１２は“ＤO(t5)−ＤO(t4)”を計算し、新たな符号データを生成し、シフトレジスタ１６へ出力する。この時点で符号データ列は“１１１１”であるので、変極点検出回路１８は変極点なしと判断する。そして変極点検出回路１８は最新の原信号データを選択するように選択回路１４を制御し、選択回路１４からはＤO(t5)が中間信号データＤP(t5)として出力される。
【００４１】
時刻ｔ6においても、ウィンドウ内に変極点が存在しない（図２（ｃ））。よって、時刻ｔ5と同様の動作により、最新の原信号データＤO(t6)が選択され、中間信号データＤP(t6)として出力される。
【００４２】
時刻ｔ7においては、ウィンドウには時刻ｔ3〜ｔ7の原信号データが切り出される（図２（ｄ））。この場合は、最新の原信号データＤO(t7)として、直前のＤO(t6)より小さい値が入力される。そのため、減算器１２の出力は“０”に変化し、変極点検出回路１８へ出力される符号データ列は“１１１０”となる。この符号データ列に基づいて、変極点検出回路１８はウィンドウ内に極大点が存在すると判断する。そして変極点検出回路１８は最大値選択回路６からの出力を選択するように選択回路１４を制御する。最大値選択回路６は時刻ｔ3〜ｔ7での最大値ＤO(t6)を出力する。よって選択回路１４からはこのＤO(t6)が中間信号データＤP(t7)として出力される。
【００４３】
図２（ｅ）、（ｆ）に示す時刻ｔ8、ｔ9においては、新たに入力される原信号データによって、シフトレジスタ１６に順次、符号データ“０”が入力される。これにより、符号データ列はそれぞれ“１１００”、“１０００”と変化するが、いずれも正から負への変極点を含む。つまり、ウィンドウ内に極大点が存在するという状態は時刻ｔ7から変化していない。よって、これらの時刻においては、時刻ｔ7と同様の動作により、最大値選択回路６からの出力が選択される。最大値選択回路６からは、時刻ｔ7以降、継続してＤO(t6)が出力されており、中間信号データＤP(t8)、ＤP(t9)としてＤO(t6)が連続して出力される。
【００４４】
図２（ｇ）〜（ｉ）に示す時刻ｔ10〜ｔ12においては符号データ列が“００００”であるので、変極点検出回路１８は、ウィンドウ内に変極点が存在しないと判断する。選択回路１４は変極点検出回路１８からの制御信号に基づいて、最新の原信号データを選択し、出力する。よって中間信号データＤP(t10)、ＤP(t11)、ＤP(t12)としてＤO(t10)、ＤO(t11)、ＤO(t12)が順に出力される。
【００４５】
時刻ｔ13においては、ウィンドウには時刻ｔ9〜ｔ13の原信号データが切り出される（図２（ｊ））。この場合は、最新の原信号データＤO(t13)として、直前のＤO(t12)より大きい値が入力される。そのため、減算器１２の出力は、それまでの“０”から“１”に変化し、変極点検出回路１８へ出力される符号データ列は“０００１”となる。この符号データ列に基づいて、変極点検出回路１８はウィンドウ内に極小点が存在すると判断する。そして変極点検出回路１８は最小値選択回路８からの出力を選択するように選択回路１４を制御する。最小値選択回路８は時刻ｔ9〜ｔ13での最小値ＤO(t12)を出力する。よって選択回路１４からはこのＤO(t12)が中間信号データＤP(t13)として出力される。
【００４６】
以上の処理によって生成された中間信号データ列が図２（ｋ）に示される。この中間信号データは、原信号データ列の極大が検知された時刻ｔ7以降の３データに亘って原信号データの極大値ＤO(t6)にホールドされる。したがって、これにより、時刻ｔ6を含めて、サンプリング区間幅と等しい４つのデータに亘ってＤO(t6)がホールドされることになる。また、中間信号データは同様に、時刻ｔ13において原信号データ列の極小が検知されると、原信号データの極小値ＤO(t12)にホールドされる。
【００４７】
図３は、中間信号データ列から再サンプリングデータ列が生成される過程を説明する模式図である。同図（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ図２と同様、横軸が時間ｔ、縦軸がデータ値Ｄに対応する。同図（ａ）は原信号データ列であり、比較のために示している。同図（ｂ）は、上述した処理で生成された中間信号データ列である。この中間信号データ列を区間幅４ごとに再サンプリングする場合、そのサンプリングの位相は４通りある。同図（ｃ）〜（ｆ）は、この４通りの再サンプリング結果を示している。それぞれｎを整数として、同図（ｃ）は、ＤP(ti)（ｉ＝４ｎ＋１）をサンプリングする場合、同図（ｄ）は、ＤP(ti)（ｉ＝４ｎ）をサンプリングする場合、同図（ｅ）は、ＤP(ti)（ｉ＝４ｎ−１）をサンプリングする場合、同図（ｆ）は、ＤP(ti)（ｉ＝４ｎ−２）をサンプリングする場合を表している。
【００４８】
上述したように、１ウィンドウ幅内に複数の変極点が存在しない場合にあっては、中間信号データ列は、原信号データ列の波形を基本としつつも、極値の近傍では、当該極値が再サンプリング間隔に等しい数だけ連続するように波形が変形されている。よって、中間信号データ列をいかなる位相でサンプリングしても、必ず極値がサンプリングされる。例えば、図３（ｃ）に示す位相では、再サンプリングされた中間信号データＤP(t9)が原信号データの極大値ＤO(t6)を有し、同様に同図（ｄ）〜（ｆ）ではそれぞれ再サンプリングされた中間信号データＤP(t8)、ＤP(t7)、ＤP(t6)が原信号データの極大値ＤO(t6)を有する。
【００４９】
したがって、サンプリング回路２０は、単純に４データごとにサンプリングする簡単な回路構成を採ることができる。
【００５０】
図４は、本装置の再サンプリング結果と従来のポイントサンプリング、最大値サンプリングの結果とを比較するために、原信号データ列の波形、及びそれぞれのサンプリング法で得られる出力波形を示した模式図である。なお、図４（ａ）〜（ｃ）は、従来技術の説明で用いた図６（ａ）〜（ｃ）と同一である。図４（ｄ）が本装置による変極点検出サンプリングの結果である。本装置の出力は、時刻ｔ9における極大値を捉えることができるとともに、最大値サンプリングのような尾曳きを生じないことが図から理解される。
【００５１】
この尾曳きについて、より詳しく検討する。再サンプリングされたデータをＤR(t)と表す。ここで、ｔは再サンプリングデータが出力されるタイミングを表し、その原信号データ中での発生タイミングではないことに留意する。最大値サンプリングでは、例えば、ＤR(t7)＝ＤO(t7)、ＤR(t11)＝ＤO(t9)、ＤR(t15)＝ＤO(t11)である。サンプリングされたデータの出力タイミングと当該データの発生タイミングとを比較すると、最大値サンプリングでは、波形の前端側においては出力タイミングと発生タイミングとはずれないのに対し、後端側においては出力タイミングが発生タイミングよりも再サンプリング間隔と同じだけ遅延し得る。これが尾曳きという現象として認識される。
【００５２】
一方、本装置のサンプリングによれば、例えば、ＤR(t7)＝ＤO(t7)、ＤR(t11)＝ＤO(t9)、ＤR(t15)＝ＤO(t15)である。このように本装置によるサンプリングでは、基本的にサンプリングされたデータの出力タイミングと当該データの発生タイミングは波形の前端、後端ともに同期している。つまり、両位置において出力タイミングと発生タイミングとのずれに違いがない。このことが本装置のサンプリングが尾曳きを生じないことを意味している。
【００５３】
図５は、本装置によって正弦波を３つの異なる位相でサンプリングした様子を示す模式図である。これは、従来のサンプリングに関する図７、図８に対応するものであり、図５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、再サンプリングタイミングが、正弦波の位相θ＝９０°，２７０°である場合、θ＝０°，１８０°である場合、θ＝４５°，２２５°である場合である。この図に示されるように本装置によれば、いずれの再サンプリングの位相においても、極大値、極小値が正しく捉えられ、再サンプリング後の波形の振幅は、原信号の波形に等しい。また、サンプリング位相に無関係に常に原信号と同一周期のデータ値の変動が再現され、ナイキスト周波数に限りなく近い周波数の原信号も好適にサンプリングすることができる。
【００５４】
［実施形態２］
上述の装置では、変極点検出回路１８は、原信号データが増加から減少へ転ずる変極点と減少から増加へ転ずる変極点との双方を検知するように構成した。これに対応して、中間信号データ列には、原信号データ列の極大値と極小値との双方がサンプリング区間幅に亘ってホールドされた。
【００５５】
これに対して、変極点検出回路１８をいずれか一方の変極点のみを検出するように構成することもできる。例えば、変極点検出回路１８を、原信号データが増加から減少へ転ずる変極点のみを検知するように構成した場合、中間信号データ列には極大値のみがホールドされる。この中間信号データ列を再サンプリングした結果には極大値は必ず捉えられる。一方、この構成では極小値は必ずしも捉えられる保証はない。つまり、全体として、再サンプリング値を底上げする効果が発生する。このことは、振幅が過小評価されることにはなるが、超音波画像に適用した場合、コントラストと周波数特性を適度に維持しつつ、極大値のサンプリング漏れがなく、かつ輝度が明るい方向へ引き上げられた画像が得られる。
【００５６】
ここで、超音波画像は、輝度の異なる小さな点の集まりによって構造物の形状を表現するものである。その画像において、比較的一様な輝度の領域内に、明るい点と暗い点とが存在した場合、それらの周囲との輝度差が互いに同程度であっても、視覚的には暗い点の方が明るい点より目立つ性質がある。このように目立つ暗い点は、ノイズとして画像観察者の目に映り、Ｓ／Ｎ比が低下した印象を与える。
【００５７】
本装置によれば、このような低輝度の点に対応する再サンプリング値の低下は抑制されるので、ノイズが目立たなくされ、超音波画像の画質の向上が図られる。
【００５８】
また、反対に原信号データ列の減少から増加への変極点のみを検出する構成では、極小値は必ずサンプリングされる一方、極大値はサンプリングされる保証がなくなる。そのようなサンプリングも利用分野に応じては好適な場合がある。
【００５９】
［その他、実施態様］
上述の構成では、再サンプリング区間内に極値が１つのみ存在する場合以外は、最新の原信号データがサンプリングされる。すなわち、再サンプリング区間の後端が原則としてサンプリングされ、区間内に極値が１つのみ存在する場合のみ、サンプリング位置が区間内の当該極値の位置に変更される。しかし、原則的なサンプリング位置は区間の後端に限られる必要はなく、区間の所定の位置であればよい。
【００６０】
最大値サンプリングでは、極値が存在する場合に、サンプリング位置が区間の途中の点となるだけでなく、単調増加の場合は区間の後端でサンプリングされ、単調減少の場合は区間の前端でサンプリングされることとなる。このようなサンプリング位置の変動が尾曳きの原因となる。よって、サンプリング間隔が変動しないようにすることで尾曳きが防止される。本発明は、原則としてサンプリング区間内の所定位置でサンプリングすることにより、一定間隔でのサンプリングを実現し、これにより尾曳きが防止することができる。つまり、尾曳きを防止するためには、サンプリング位置が原則として区間内の一定の位置であればよく、それが端部であるかどうかには関係がない。
【００６１】
また、上述の構成では、原信号データ列上を移動するウィンドウを導入した。この構成では原信号データ列と同じレートを有する中間信号データ列が一旦生成され、当該データ列が再サンプリングされた。しかし、１データずつ移動するウィンドウを用いない構成も可能である。例えば、原信号データ列を所定のサンプリング区間ごとに区切り、その各区間から直接、サンプリング値を１つ選択する構成も可能である。この構成では、区間内に極値が存在することが検知された場合には、その極値をサンプリングし、極値が存在しない場合には区間内の一定位置の原信号データをサンプリングする。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の信号サンプリング装置によれば、原信号がサンプリングの区間内で極値を生じるか否かを検知し、存在する場合にはその極値に基づいた値がサンプリングされる。これにより、原信号の極値を反映したサンプリングが行われ、コントラストの低下が生じないという効果が得られる。また、ナイキスト周波数近辺の原信号に対しても極大、極小が捉えられることにより、原信号と同様の周波数で変動するサンプリングデータ列が得られ、カットオフ周波数をナイキスト周波数にまで引き上げることができるという効果も得られる。
【００６３】
また、本発明の信号サンプリング装置によれば、極値を有さないサンプリング区間に関しては当該区間中の所定位置の原信号の値がサンプリングされ、これにより尾曳き等の現象を防ぎ、解像度の低下が防止される効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態である上記超音波診断装置の主要な回路構成を示すブロック図である。
【図２】  原信号データ列から中間信号データ列が生成される過程を説明する模式図である。
【図３】  中間信号データ列から再サンプリングデータ列が生成される過程を説明する模式図である。
【図４】  原信号データ列の波形、従来によるサンプリング波形、及び本装置によるサンプリング波形を示した模式図である。
【図５】  本装置によって正弦波を３つの異なる位相でサンプリングした様子を示す模式図である。
【図６】  従来の方法によるサンプリング例を示す模式図である。
【図７】  正弦波を３つの異なる位相でポイントサンプリングした様子を示す模式図である。
【図８】  正弦波を３つの異なる位相で最大値サンプリングした様子を示す模式図である。
【符号の説明】
２  Ａ／Ｄ変換器、４  信号サンプリング処理部、６  最大値選択回路、８  最小値選択回路、１０  データ遅延回路、１２  減算器、１４  選択回路、１６シフトレジスタ、１８  変極点検出回路、２０  サンプリング回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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