(57)【要約】【課題】設定されたウィンドウ内のデータ群から最大値又は最小値を抽出する信号処理回路の規模が大きい。【解決手段】２ｎ個のデータを含むウィンドウから最大値をｎ段の比較部で抽出する。第ｋ段比較部は２ｋ−１個のデータを保持する遅延手段であるシフトレジスタ７２−ｋ及び、２つの入力データのいずれか大きい方を次段比較部へ出力する比較器７０−ｋを有する。第１段比較部の比較器７０−１は順次入力されるｊ番目の元データとシフトレジスタ７２−１で遅延された（ｊ−１）番目の元データとを入力される。第ｋ段比較部（ｋ≧２）は前段の比較部の出力データを入力され、そのｊ番目のデータとシフトレジスタ７２−ｋからの（ｊ−２ｋ−１）番目のデータとが比較器７０−ｋに入力される。最終段の比較器７０−６は、元のデータ列を幅２６のウィンドウで走査した場合のウィンドウ内のデータの最大値を順次出力する。【選択図】　　　　図３
2004073735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の選択条件に従って動作する段階的に接続されたｎ段（ｎは２以上の整数である）の比較部を有し、
第１段比較部は、現在の入力データとそれよりも１つ前の入力データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、
第ｋ段比較部（ｋは２≦ｋ≦ｎなる整数である）は、第（ｋ−１）段比較部から出力された選択データとそれよりも２ｋ−１個前の選択データとを比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、
前記ｎ段の比較部は、それら全体として、前記第１段比較部に順次入力された２ｎ個のデータ中の最大値又は最小値を抽出することを特徴とする信号処理回路。
【請求項２】
請求項１記載の信号処理回路において、
前記所定の選択条件は、比較される２つのデータのうち大きい方を選択する条件であり、
前記ｎ段の比較部は、それら全体として、前記第１段比較部に順次入力された２ｎ個のデータ中の最大値を抽出することを特徴とする信号処理回路。
【請求項３】
請求項１記載の信号処理回路において、
前記所定の選択条件は、比較される２つのデータのうち小さい方を選択する条件であり、
前記ｎ段の比較部は、前記第１段比較部に順次入力された２ｎ個のデータ中の最小値を抽出することを特徴とする信号処理回路。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の信号処理回路において、
前記第ｋ段比較部は、
前記第（ｋ−１）段比較部から出力された選択データを２ｋ−１個分保持して遅延出力するデータ保持手段と、
前記第（ｋ−１）段比較部から現在出力された選択データと、前記データ保持手段から遅延出力された２ｋ−１個前の選択データとの大小を比較する比較器と、
を有することを特徴とする信号処理回路。
【請求項５】
二次元のデータアレイに対して二次元のウィンドウを設定し、その二次元のウィンドウ内の複数のデータの中から、所定の選択条件に従って最大値又は最小値を抽出する信号処理回路であって、
前記ウィンドウ内における各データ列ごとに、データ列を構成する複数のデータを順次入力して、それらの中から最大値又は最小値を抽出し、その抽出されたデータを出力する第１抽出部と、
前記第１抽出部によって各データ列ごとに抽出された複数のデータを順次入力して、それらの中から最大値又は最小値を抽出し、その抽出されたデータを出力する第２抽出部と、
を有し、
前記第１抽出部は、段階的に接続されたｎ段（ｎは２以上の整数である）の第１比較部を有し、
第１段の第１比較部は、現在の入力データとそれよりも１つ前の入力データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、
第ｋ段の第１比較部（ｋは２≦ｋ≦ｎなる整数である）は、第（ｋ−１）段の第１比較部から出力された選択データとそれよりも２ｋ−１個前の選択データとを比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、
前記ｎ段の第１比較部は、それら全体として、前記第１段の第１比較部に順次入力された複数のデータ中の最大値又は最小値を抽出して、その抽出されたデータを出力し、
前記第２抽出部は、段階的に接続されたｍ段（ｍは２以上の整数である）の第２比較部を有し、
第１段の第２比較部は、現在の入力データとそれよりも１つ前の入力データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、
第ｋ段の第２比較部（ｋは２≦ｋ≦ｍなる整数である）は、第（ｋ−１）段の第２比較部から出力された選択データとそれよりも２ｋ−１個前の選択データとを比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、
前記ｍ段の比較部は、それら全体として、前記第１段の第２比較部に順次入力された複数のデータ中の最大値又は最小値を抽出する、
ことを特徴とする信号処理回路。
【請求項６】
超音波の送受波によって得られた受信データ列に対してウィンドウを設定し、前記ウィンドウ内の複数の受信データの中から、最大値又は最小値を抽出して、その抽出された受信データを出力する抽出部と、
前記抽出部から順次出力される受信データを用いて超音波画像を生成する画像生成部と、
を有し、
前記抽出部は、所定の選択条件に従って動作する段階的に接続されたｎ段（ｎは２以上の整数である）の比較部を有し、
第１段比較部は、現在の入力受信データとそれよりも１つ前の入力受信データとの大小を比較して、いずれか一方を選択受信データとして出力し、
第ｋ段比較部（ｋは２≦ｋ≦ｎなる整数である）は、第（ｋ−１）段比較部から出力された選択受信データとそれよりも２ｋ−１個前の選択受信データとを比較して、いずれか一方を選択受信データとして出力し、
前記ｎ段の比較部は、それら全体として、前記第１段比較部に順次入力された２ｎ個の受信データ中の最大値又は最小値を抽出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項６記載の超音波診断装置において、
前記所定の選択条件は、比較される２つの受信データのうち大きい方を選択する条件であり、
前記ｎ段の比較部は、それら全体として、前記第１段比較部に順次入力された２ｎ個の受信データ中の最大値を抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項６記載の超音波診断装置において、
前記所定の選択条件は、比較される２つの受信データのうち小さい方を選択する条件であり、
前記ｎ段の比較部は、それら全体として、前記第１段比較部に順次入力された２ｎ個の受信データ中の最小値を抽出することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
超音波の送受波によって得られた受信データ列に対して第１ウィンドウを設定し、前記第１ウィンドウ内の複数の受信データの中から、最大値又は最小値の一方を抽出して、その抽出された選択データを出力する第１抽出部と、
前記第１抽出部から得られる選択データ列に対して第２ウィンドウを設定し、前記第２ウィンドウ内の複数の選択データの中から、最大値又は最小値の他方を抽出して、その抽出された選択受信データを出力する第２抽出部と、
前記第２抽出部から順次出力される選択受信データを用いて超音波画像を生成する画像生成部と、
を有し、
前記第１抽出部は、所定の第１選択条件に従って動作する段階的に接続されたｎ段（ｎは２以上の整数である）の第１比較部を有し、
第１段の前記第１比較部は、現在の入力受信データとそれよりも１つ前の入力受信データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、
第α段の前記第１比較部（αは２≦α≦ｎなる整数である）は、第（α−１）段の前記第１比較部から出力された選択データとそれよりも２α−１個前の選択データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、
前記第２抽出部は、所定の第２選択条件に従って動作する段階的に接続されたｍ段（ｍは２以上の整数である）の第２比較部を有し、
第１段の前記第２比較部は、現在入力された選択データとそれよりも１つ前に入力された選択データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、
第β段の前記第２比較部（βは２≦β≦ｍなる整数である）は、第（β−１）段の前記第２比較部から出力された選択データとそれより２β−１個前の選択データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、
前記第１選択条件は、比較される２つのデータのうち大きい方又は小さい方のいずれか一方を選択する条件であり、
前記第２選択条件は、比較される２つのデータのうち大きい方又は小さい方のいずれか他方を選択する条件であること、
を特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ列から最大値又は最小値を抽出する信号処理回路、及びその信号処理回路を用いた超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、種々のフィルタが、観測された時系列データから不要なノイズや信号を除去するために用いられている。平滑化フィルタは最も代表的なものであり、非常に多くの場合に使用されている。この平滑化フィルタは、データ列に沿ってウィンドウを移動させつつ、そのウィンドウ内のデータの平均値を順次出力するものである。
【０００３】
平滑化フィルタは線形型フィルタの代表例である。平滑化フィルタは優れた特性を有するが、急激に変化する信号部位を抽出したい場合には、その信号波形を大きく変形させる点で好ましくない。このような急峻に変化するエッジ部分での信号波形の変形を抑えつつ、不要な信号を除去する特性を有するフィルタとして、非線形フィルタであるモルフォロジーフィルタが注目されている。モルフォロジーフィルタでは、例えば、入力信号の波形が上に凸の部分に対しては、その基本的な波形を変化させない一方で、下に凹んだ信号部分に対しては埋めてふたをしてしまう特性を有したクロージングフィルタ（Ｃｌｏｓｉｎｇ　Ｆｉｌｔｅｒ）が考案されている。また逆の特性を有したモルフォロジーフィルタとしてオープニングフィルタ（Ｏｐｅｎｉｎｇ　Ｆｉｌｔｅｒ）が考案されており、このフィルタは、入力信号の波形が下に凹んだ部分に対しては、その基本的な波形を変化させない一方で、上に凸の信号部分に対しては削ってしまう特性を有する。
【０００４】
クロージングフィルタ、オープニングフィルタは最大値抽出回路及び最小値抽出回路を組み合わせて構成することが可能である。ここで最大値抽出回路は、入力データ列に沿ってウィンドウを移動させ、そのウィンドウ内の最大値を順次出力するものであり、一方、最小値抽出回路は、入力データ列に沿ってウィンドウを移動させ、そのウィンドウ内の最小値を順次出力するものである。図４はクロージングフィルタの概略構成を示すブロック図である。クロージングフィルタ１００は、入力データ列を入力される最大値抽出回路１０２と、当該最大値抽出回路の出力データ列を入力される最小値抽出回路１０４とから構成される。一方、オープニングフィルタは、最大値抽出回路及び最小値抽出回路の接続順序をクロージングフィルタとは逆にして構成される。これらクロージングフィルタ、オープニングフィルタの特性は、ウィンドウのサイズを変えることにより大きく変化させることができる。
【０００５】
図５は、従来の第１の最大値抽出回路の模式的な構成図である。この回路は、ウィンドウのサイズに応じた数のデータを保持できるシフトレジスタ１１０と複数の比較器１１２とから構成される。シフトレジスタ１１０は、それぞれ１データを記憶可能な「ビット」と称する記憶回路が多段に接続されて構成され、シフトレジスタ１１０に順次入力されたデータは、クロックに同期して各ビットを順に一方向（図５において右方向）へ転送される。
【０００６】
シフトレジスタに記憶されたデータは各ビットそれぞれから読み出すことが可能である。一群の比較器１１２はシフトレジスタ１１０の各ビットから一斉に読み出された複数のデータの中から、トーナメント方式で最大値を検出して出力する。つまり、１段目の比較器１１２−１はシフトレジスタ１１０の隣接する２ビットごとに１つずつ設けられ、当該２ビットに保持されたデータを読み出し、それらのデータ値を比較して、いずれか値の大きなデータを出力する。２段目の比較器１１２−２は２つの１段目比較器１１２−１から出力されたデータを比較して、いずれか大きな値を出力する。このように比較器群の各段で順次、大きな値が選択され、最終的に残される１つの値が最大値である。シフトレジスタ１１０にデータが入力されるごとに、比較器群での最大値検出処理が行われ、フィルタ出力端子から出力される。
【０００７】
例えば、ウィンドウが２ｋ個のデータからなる場合には、比較器１１２はｋ段のトーナメント構成に組まれ、合計で２ｋ−１個必要となる。
【０００８】
図６は、従来の第２の最大値抽出回路の模式的な構成図である。この回路は、ウィンドウのサイズに応じた数の最大値記憶回路１２０、これら最大値記憶回路１２０の出力を選択する選択回路１２２、及び最大値記憶回路１２０のリセットと選択回路の切り替えとを制御する制御回路１２４から構成される。図７は、最大値記憶回路１２０のブロック構成図である。最大値記憶回路１２０は比較器１３０とシフトレジスタ１３２とから構成される。シフトレジスタ１３２は１段構成であり、比較器１３０の出力データを保持し、１クロック後に出力する遅延回路として機能する。比較器１３０は、最大値記憶回路１２０へ各クロックごとに入力されるデータと、シフトレジスタ１３２から出力されるデータとを入力され、それらの大小を比較し、比較結果としてそれら２つの入力データのいずれか大きい方を保持すると共に、これを出力する。この構成により、比較器１３０に保持される内容は、前回リセットされた後に入力されたデータのうちの最大値で漸次更新されると共に、その最大値が最大値記憶回路１２０から出力される。
【０００９】
制御回路１２４は、各最大値記憶回路１２０を、ウィンドウを構成する数のデータが入力される時間間隔でリセットする。このリセット周期は、各最大値記憶回路１２０に対し、互いに１クロックずつずらして設定され、制御回路１２４はリセット直前の最大値記憶回路１２０の出力データを選択して出力するように選択回路１２２を制御する。これにより、１データずつずれた各ウィンドウ内での最大値が順次出力される。
【００１０】
以上、最大値抽出回路の従来構成を説明したが、比較器１１２，１３０が２つの入力データのうちいずれか小さい方を出力するように構成すれば、それぞれ最小値抽出回路が得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の第１の最大値（又は最小値）抽出回路は、ウィンドウを構成するデータ個数とほぼ同じ数の比較器１１２を必要とし、また第２の最大値（又は最小値）抽出回路は、ウィンドウを構成するデータ個数と同じ数の最大値記憶回路１２０（又は最小値記憶回路）を必要とし、いずれも回路規模がウィンドウサイズと共に大きくなるという問題があった。また第１の従来回路では、シフトレジスタ１１０への１入出力クロックに同期して、比較器群によるｋ段の比較演算を行う必要がある。そのため比較器群は、シフトレジスタの駆動クロックのｋ倍のクロックで動作されることとなるという問題があった。
【００１２】
また、超音波診断装置も、その信号処理フィルタに上述の従来の最大値（又は最小値）抽出回路を採用することにより、装置が大規模化するという問題があった。
【００１３】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、小さな規模の回路で最大値又は最小値を抽出可能な信号処理回路、及び当該信号処理回路を用いることにより小型化、低コスト化される超音波診断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】
本発明に係る信号処理回路は、所定の選択条件に従って動作する段階的に接続されたｎ段（ｎは２以上の整数である）の比較部を有し、第１段比較部は、現在の入力データとそれよりも１つ前の入力データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、第ｋ段比較部（ｋは２≦ｋ≦ｎなる整数である）は、第（ｋ−１）段比較部から出力された選択データとそれよりも２ｋ−１個前の選択データとを比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、前記ｎ段の比較部は、それら全体として、前記第１段比較部に順次入力された２ｎ個のデータ中の最大値又は最小値を抽出する。
【００１５】
本発明の好適な態様の信号処理回路においては、前記選択条件が、比較される２つのデータのうち大きい方を選択することであり、これにより前記ｎ段の比較部は、前記第１段比較部に順次入力された２ｎ個のデータ中の最大値を抽出する。
【００１６】
この最大値を抽出する態様に即して述べれば、本発明の信号処理装置は、２ｎ個のデータ中の最大値の抽出をｎ個の比較部で行うことができる。すなわち最大値の探索範囲であるウィンドウの幅が２ｎである場合には、ｎ個の比較部だけで最大値を抽出することができる。そのことを、ｎ＝３（すなわちウィンドウの幅が８）の場合について、次の表１に示す具体例を用いて説明する。
【００１７】
【表１】
2004073735.tif 000003
この表において、“ｉ”と記す左から１番目の列は、装置を駆動するクロックのカウントに相当し、時刻を表す。また“Ｄ０（ｉ）”と記す左から２番目の列はｉ番目のクロックでの１段目の比較部への入力データであり、さらに各々、“Ｄ１（ｉ）”、“Ｄ２（ｉ）”、“Ｄ３（ｉ）”と記す左から３番目、４番目、５番目の列はそれぞれ第１段比較部、第２段比較部、第３段比較部からのｉ番目のクロックでの出力を表している。ウィンドウに含まれるデータは１個ずつ第１段比較部に入力される。ウィンドウがＤ０（１）〜Ｄ０（８）（すなわち、表１に示すデータ“３０”，“３１”，“０”，“３３”，“３４”，“０”，“０”，“３７”）を含む場合、第１段比較部は、Ｄ０（１）及びＤ０（２）、Ｄ０（２）及びＤ０（３）、…、Ｄ０（７）及びＤ０（８）に対し、それぞれ大小比較を行い、いずれか大きい方の値（比較される２つのデータの値が等しい場合にはその値）を選択して、Ｄ１（２）、Ｄ１（３）、…、Ｄ１（７）として“３１”，“３１”，“３３”，“３４”，“３４”，“０”，“３７”を出力する。第２段比較部は、Ｄ１（２）及びＤ１（４）、Ｄ１（３）及びＤ１（５）、…、Ｄ１（６）及びＤ１（８）に対し、それぞれ大小比較を行い、いずれか大きい方の値を選択して、Ｄ２（４）、Ｄ２（５）、…、Ｄ２（８）として“３３”，“３４”，“３４”，“３４”，“３７”を出力する。ここで、例えばＤ２（４）はＤ１（２）及びＤ１（４）のいずれか大きい方であり、さらにＤ１（２）はＤ０（１）及びＤ０（２）のいずれか大きい方、またＤ１（４）はＤ０（３）及びＤ０（４）のいずれか大きい方であるので、結局、Ｄ２（４）は４個のデータＤ０（１）〜Ｄ０（４）のうちの最大値となる。同様に、Ｄ２（８）は４個のデータＤ０（５）〜Ｄ０（８）のうちの最大値となる。また、第３段比較部は、Ｄ２（４）及びＤ２（８）の大小比較を行い、いずれか大きい方の値を選択して、Ｄ３（８）として“３７”を出力する。上述のように、Ｄ２（４）はＤ０（１）〜Ｄ０（４）のうちの最大値であり、Ｄ２（８）はＤ０（５）〜Ｄ０（８）のうちの最大値であるので、結局、第３段比較部から出力されるＤ３（８）はＤ０（１）〜Ｄ０（８）のうちの最大値となる。以上、例示したように２３個のデータを含むウィンドウ内の最大値が、３段に接続された３個の比較部で抽出される。このことから理解されるように、ウィンドウ幅２ｎのデータ列に対しては、ｎ段の比較部で最大値を抽出することができる。
【００１８】
またウィンドウ幅が２ｎでなく、２ｎ＋α（ここでα＜２ｎ）である場合には、２ｎ個中の最大値Ｖ１を前記ｎ段の比較部で求め、残るα個中の最大値Ｖ２を前記ｎ段の比較部とは別途に設けた付加的な比較部で求め、最後にＶ１とＶ２とのいずれか大きい方を選択するように構成される。この付加的な比較部は、周知の最大値抽出回路を用いて構成することもできるし、αを２ｍ１＋２ｍ２＋…（ｍ１，ｍ２＜ｎ）の形式に分解し、前記ｎ段の比較部と同様の構成であって、より段数が低い（すなわちｍ１段、ｍ２段、…の）比較部を用いて構成することもできる。
【００１９】
以上、最大値を抽出する信号処理回路を例にその構成を説明したが、最小値を抽出する本発明の他の好適な態様の信号処理回路も同様である。その場合には、前記選択条件が、比較される２つのデータのうち小さい方を選択することであり、これにより前記ｎ段の比較部は、前記第１段比較部に順次入力された２ｎ個のデータ中の最小値を抽出する。
【００２０】
他の本発明に係る信号処理回路は、前記第ｋ段比較部が、前記第（ｋ−１）段比較部から出力された選択データを２ｋ−１個分保持して遅延出力するデータ保持手段と、前記第（ｋ−１）段比較部から現在出力された選択データと、前記データ保持手段から遅延出力された２ｋ−１個前の選択データとの大小を比較する比較器とを有する。
【００２１】
１組の２ｎ個のデータ中の最大値又は最小値を抽出するだけならば、各段の比較部の出力データは全部は必要ではない。例えば、最大値の抽出に関する上記説明に基づいて述べれば、２ｎ個のデータＤ０（ｉ）（ｉ＝１〜２ｎ）からなるウィンドウＷ（１）中の最大値を求める際に、第ｎ段比較部は第（ｎ−１）段比較部の一連の出力データのうちＤｎ−１（２ｎ）及びそれより２ｎ−１クロック前に得られたＤｎ−１（２ｎ−１）を比較するだけで足りる。最大値の検出に必要なデータを順次、前段へ遡ると、第ｋ段比較部は第（ｋ−１）段比較部の一連の出力データのうち２ｋ−１−１個おきのデータＤｋ−１（２ｎ−λ・２ｋ−１）（λ＝０，１，…，２ｎ−ｋ）のみを用いている。ここで、ウィンドウを順次ずらし、各ウィンドウ位置で、そのウィンドウに含まれる最大値又は最小値を抽出する場合には、各段の比較部にて必要とされるデータも順次シフトする。例えば、ウィンドウＷ（１）からデータ１個分シフトしたウィンドウＷ（２）、すなわちデータＤ０（ｉ）（ｉ＝２〜２ｎ＋１）からなるウィンドウに対する最大値を求める際には、各段の比較部で必要とされるデータもウィンドウＷ（１）に対する処理で必要とされたものから１個ずつずれる。第ｋ段比較部はウィンドウＷ（１）に対してはＤｋ−１（２ｎ−λ・２ｋ−１）を用いたが、ウィンドウＷ（２）に対してはＤｋ−１（２ｎ−λ・２ｋ−１＋１）を用いる。ここで述べる他の本発明に係る信号処理回路では、各段の比較部が前段比較部から出力されたデータを所定個数の過去分まで保持して遅延出力することで、順次シフトして設定されるウィンドウにおける最大値又は最小値を順次、抽出することができる。具体的には第ｋ段比較部は第（ｋ−１）段比較部から出力されたデータを２ｋ−１個前のものまで、データ保持手段に保持する。例えば、第（ｋ−１）段比較部から現在出力されたデータをＤｋ−１（ｊ）とすると、その時点でデータ保持手段にはＤｋ−１（ξ）（ξ＝ｊ−２ｋ−１〜ｊ−１）が保持される。そして第ｋ段比較部は新たに出力されたＤｋ−１（ｊ）と、データ保持手段に保持されたもののうち最も古いＤｋ−１（ｊ−２ｋ−１）とを比較してＤｋ（ｊ）を出力する一方、Ｄｋ−１（ｊ）をデータ保持手段に格納する。ウィンドウを順次シフトする場合、この段階で最も古いＤｋ−１（ｊ−２ｋ−１）は不要となるのでデータ保持手段から削除することができる。データ保持手段は例えば、メモリで構成することができる。またウィンドウを順次シフトする場合、データ保持手段に保持されたデータは古いものから順番に使用されるので、データ保持手段は遅延回路で構成することができ、その遅延回路としては例えばシフトレジスタを用いることができる。
【００２２】
さらに他の本発明に係る信号処理回路は、二次元のデータアレイに対して二次元のウィンドウを設定し、その二次元のウィンドウ内の複数のデータの中から、所定の選択条件に従って最大値又は最小値を抽出するものであって、前記ウィンドウ内における各データ列ごとに、データ列を構成する複数のデータを順次入力して、それらの中から最大値又は最小値を抽出し、その抽出されたデータを出力する第１抽出部と、前記第１抽出部によって各データ列ごとに抽出された複数のデータを順次入力して、それらの中から最大値又は最小値を抽出し、その抽出されたデータを出力する第２抽出部とを有し、前記第１抽出部は、段階的に接続されたｎ段（ｎは２以上の整数である）の第１比較部を有し、第１段の第１比較部は、現在の入力データとそれよりも１つ前の入力データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、第ｋ段の第１比較部（ｋは２≦ｋ≦ｎなる整数である）は、第（ｋ−１）段の第１比較部から出力された選択データとそれよりも２ｋ−１個前の選択データとを比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、前記ｎ段の第１比較部は、それら全体として、前記第１段の第１比較部に順次入力された複数のデータ中の最大値又は最小値を抽出して、その抽出されたデータを出力し、前記第２抽出部は、段階的に接続されたｍ段（ｍは２以上の整数である）の第２比較部を有し、第１段の第２比較部は、現在の入力データとそれよりも１つ前の入力データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、第ｋ段の第２比較部（ｋは２≦ｋ≦ｍなる整数である）は、第（ｋ−１）段の第２比較部から出力された選択データとそれよりも２ｋ−１個前の選択データとを比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、前記ｍ段の比較部は、それら全体として、前記第１段の第２比較部に順次入力された複数のデータ中の最大値又は最小値を抽出する。
【００２３】
本発明に係る超音波診断装置は、超音波の送受波によって得られた受信データ列に対してウィンドウを設定し、前記ウィンドウ内の複数の受信データの中から、最大値又は最小値を抽出して、その抽出された受信データを出力する抽出部と、前記抽出部から順次出力される受信データを用いて超音波画像を生成する画像生成部とを有し、前記抽出部は、所定の選択条件に従って動作する段階的に接続されたｎ段（ｎは２以上の整数である）の比較部を有し、第１段比較部は、現在の入力受信データとそれよりも１つ前の入力受信データとの大小を比較して、いずれか一方を選択受信データとして出力し、第ｋ段比較部（ｋは２≦ｋ≦ｎなる整数である）は、第（ｋ−１）段比較部から出力された選択受信データとそれよりも２ｋ−１個前の選択受信データとを比較して、いずれか一方を選択受信データとして出力し、前記ｎ段の比較部は、それら全体として、前記第１段比較部に順次入力された２ｎ個の受信データ中の最大値又は最小値を抽出する。
【００２４】
本発明によれば、一連の受信データに沿って、所定のウィンドウを順次シフトさせて設定する。そして上述の最大値又は最小値を抽出する本発明に係る信号処理回路を用いて各ウィンドウ位置での、そのウィンドウに含まれるデータの最大値又は最小値が抽出され、その抽出値を用いて超音波画像が生成される。
【００２５】
本発明の好適な態様の超音波診断装置においては、前記選択条件が、比較される２つのデータのうち大きい方を選択する条件であり、これにより前記ｎ段の比較部は、前記第１段比較部に順次入力された２ｎ個のデータ中の最大値を抽出する。また本発明の他の好適な態様の超音波診断装置においては、前記選択条件が、比較される２つのデータのうち小さい方を選択する条件であり、これにより前記ｎ段の比較部は、前記第１段比較部に順次入力された２ｎ個のデータ中の最小値を抽出する。
【００２６】
他の本発明に係る超音波診断装置は、超音波の送受波によって得られた受信データ列に対して第１ウィンドウを設定し、前記第１ウィンドウ内の複数の受信データの中から、最大値又は最小値の一方を抽出して、その抽出された選択データを出力する第１抽出部と、前記第１抽出部から得られる選択データ列に対して第２ウィンドウを設定し、前記第２ウィンドウ内の複数の選択データの中から、最大値又は最小値の他方を抽出して、その抽出された選択受信データを出力する第２抽出部と、前記第２抽出部から順次出力される選択受信データを用いて超音波画像を生成する画像生成部とを有し、前記第１抽出部は、所定の第１選択条件に従って動作する段階的に接続されたｎ段（ｎは２以上の整数である）の第１比較部を有し、第１段の前記第１比較部は、現在の入力受信データとそれよりも１つ前の入力受信データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、第α段の前記第１比較部（αは２≦α≦ｎなる整数である）は、第（α−１）段の前記第１比較部から出力された選択データとそれよりも２α−１個前の選択データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、前記第２抽出部は、所定の第２選択条件に従って動作する段階的に接続されたｍ段（ｍは２以上の整数である）の第２比較部を有し、第１段の前記第２比較部は、現在入力された選択データとそれよりも１つ前に入力された選択データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、第β段の前記第２比較部（βは２≦β≦ｍなる整数である）は、第（β−１）段の前記第２比較部から出力された選択データとそれより２β−１個前の選択データとの大小を比較して、いずれか一方を選択データとして出力し、前記第１選択条件は、比較される２つのデータのうち大きい方又は小さい方のいずれか一方を選択する条件であり、前記第２選択条件は、比較される２つのデータのうち大きい方又は小さい方のいずれか他方を選択する条件であることである。
【００２７】
本発明によれば、例えば、第１抽出部が一連の受信データに対して順次シフトしてウィンドウ（第１ウィンドウ）を設定し、各ウィンドウ位置にてそのウィンドウに含まれる受信データの最大値を抽出する。一方、第２抽出部は第１抽出部から出力される最大値データの列に対して順次シフトしてウィンドウ（第２ウィンドウ）を設定し、各ウィンドウ位置にてそのウィンドウに含まれる最大値データのうちの最小値を抽出する。すなわち、第１抽出部及び第２抽出部は受信データに対するクロージングフィルタを構成する。また第１抽出部が最小値を抽出し、第２抽出部が最大値を抽出する構成では、それらは受信データに対するオープニングフィルタを構成する。これら第１抽出部、第２抽出部がそれぞれ上述の本発明に係る最大値又は最小値を抽出する信号処理回路により、簡素な構成で実現される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
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。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態である超音波診断装置の概略のブロック構成図である。本装置は、被検体内を三次元表示するものであり、特に血管を三次元表示する機能を有する。
【００３０】
超音波探触子２０は、例えばリニアアレイ型の超音波振動子を有し、その超音波振動子を電子走査（リニア走査、セクタ走査）することによって、走査面が形成される。この走査面を当該面の法線方向へ例えば機械的に走査することによって、三次元空間でのエコーデータが取得される。ここで、超音波探触子２０の機械的な走査は図示しない駆動部によって行われている。
【００３１】
送信器２２は超音波探触子２０に対して送信信号を供給する。振動子アレイを構成する個々の振動子が発する超音波の合成により超音波ビームが形成されるように、送信器２２は各振動子へ位相をずらして励振パルスを供給する。
【００３２】
受信器２４は超音波探触子２０の各振動子から出力された受信信号を整相加算し、被検体の表面から深さ方向に延びる音線に沿った受信信号を出力する。
【００３３】
検波器２６は、受信器２４から出力される受信信号を検波して、ベースバンドの受信信号を抽出する。受信信号は、受信器２４又は検波器２６にてＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換され、検波器２６からは受信信号がデジタルデータとして出力される。
【００３４】
モルフォロジーフィルタ部２８は、検波器２６から入力された受信信号に対し、その時間軸方向に関する一次元のクロージング処理又はオープニング処理を行うモルフォロジーフィルタを備えている。
【００３５】
メモリ部３０は、モルフォロジーフィルタ部２８から音線に沿って出力されるデータを記憶する。メモリ部３０には、超音波探触子２０により走査された三次元空間に対応したデータが格納される。
【００３６】
三次元画像構築部３２は、メモリ部３０に格納された三次元のデータ空間に対して、複数の視線を設定する。そして、各視線に沿ってボリュームレンダリング法などによる三次元画像生成処理を行い、視線ごとに三次元画像の画素値が求められる。
【００３７】
フレームバッファ３４は、三次元画像構築部３２から視線ごとに出力される画素値を順次記憶する。これによりフレームバッファ３４には、一画面分の三次元画像が格納される。
【００３８】
表示部３６は、フレームバッファ３４に格納された画像データを所定の順序・速度で読み出し、画像表示する。
【００３９】
図２はモルフォロジーフィルタ部２８の概略構成を示すブロック図である。モルフォロジーフィルタ５０は、入力された所定幅のデータ列において最大値を検出する最大値演算回路５２と、入力された所定幅のデータ列において最小値を検出する最小値演算回路５４とから構成される。ここでは、最大値演算回路５２の後に最小値演算回路５４を直列接続し、これらの直列接続体がモルフォロジーフィルタ５０を構成する。この構成のモルフォロジーフィルタ５０は、ウィンドウ幅の谷部を埋めるクロージング処理を行う。さらに、モルフォロジーフィルタ部２８は、モルフォロジーフィルタ５０での処理時間に応じた遅延を生じる遅延回路５６及び減算回路５８を備える。
【００４０】
検波器２６から入力されたデータ列は、モルフォロジーフィルタ５０及び遅延回路５６にそれぞれ入力される。そして、減算回路５８は、モルフォロジーフィルタ５０の出力データから、遅延回路５６の出力データを減算し、これをモルフォロジーフィルタ部２８から出力する。
【００４１】
ここで血管内部は血液であり、このほぼ一様な液体からのエコーは非常に微弱である。そのため血管部位での受信信号の波形は急峻に落ち込んで谷部を形成し、その谷部の幅は血管のサイズに対応して比較的狭い。モルフォロジーフィルタ５０のウィンドウ幅をこの谷部の幅に応じて設定することにより、その谷部が埋められた信号がモルフォロジーフィルタ５０から出力される。
【００４２】
遅延回路５６は検波器２６から出力された元の受信信号と、モルフォロジーフィルタ５０の出力信号とを同期させる。しかる後、減算回路５８にて、モルフォロジーフィルタ５０の出力信号から元の受信信号を減算して差分信号を生成することで、その差分信号には血管部位に対応する谷部の信号波形が反転された形で抽出される。すなわち、血管部位にて大きな信号値を有する信号が生成され、これを用いて超音波画像を生成することにより、血管が見やすく表示された画像が得られる。
【００４３】
図３は、最大値演算回路５２又は最小値演算回路５４となる信号処理回路の模式的なブロック構成図である。この信号処理回路は、ウィンドウ幅２ｎのデータ列中の最大値又は最小値を抽出するものであり、図３に示す例ではｎ＝６である。この信号処理回路は、比較器７０及びシフトレジスタ７２からなる比較部が多段に接続されて構成される。その段数はｎ＝６に対応して６段である。第ｋ段比較部（ｋ＝１〜６）は比較器７０−ｋとシフトレジスタ７２−ｋとで構成される。各比較器７０は２個のデータを入力され、それらの大小関係を比較し、いずれか一方のデータを出力する。最大値演算回路５２では各比較器７０は２個の入力データのうち大きい方（２個のデータが同じ値である場合には、その値）を出力する。一方、最小値演算回路５４では各比較器７０は２個の入力データのうち小さい方（２個のデータが同じ値である場合には、その値）を出力する。またシフトレジスタ７２−ｋは２ｋ−１段のビットで構成され、入力されるデータを順に２ｋ−１個保持することができる。シフトレジスタ７２中の最も古いデータは新たなデータの入力に同期して出力され、シフトレジスタ７２の記憶内容は順次更新される。このようにシフトレジスタ７２は入力データ２ｋ−１個分の遅延を生じる遅延回路として機能する。
【００４４】
以下、当該信号処理回路が最大値演算回路５２を構成する場合を説明する。以下の説明において、ｉは装置のクロックカウントを表す変数である。このクロックカウントは時刻に対応付けられ、以下の説明で“時刻ｉ”は“クロックカウントがｉとなる時刻”を意味する。そして、カウント値ｉにおけるこの信号処理回路への入力データをＤ０（ｉ）、また各段の比較器７０−ｋの出力データをＤｋ（ｉ）と表記する。
【００４５】
時刻ｊにおいて、データＤ０（ｊ）は第１段比較部を構成する比較器７０−１及びシフトレジスタ７２−１にそれぞれ入力される。ｊ≧２なる時刻ｊでは、シフトレジスタ７２−１は先行して入力された１個のデータＤ０（ｊ−１）を保持している。そして、シフトレジスタ７２−１はデータＤ０（ｊ）の入力に同期して、保持しているデータＤ０（ｊ−１）を出力する。比較器７０−１は最大値演算回路５２に入力されるデータＤ０（ｊ）と、シフトレジスタ７２−１から出力される遅延されたデータＤ０（ｊ−１）とを入力される。比較器７０−１は入力されたＤ０（ｊ−１）とＤ０（ｊ）との大小を比較して、いずれか大きい方を、時刻ｊにおける出力データＤ１（ｊ）とする。すなわち、第１段比較部は、Ｄ０（ｉ）（ｉ＝１，２，３，…２ｎ−１，２ｎ，…）を入力されると、Ｄ０（１）及びＤ０（２）、Ｄ０（２）及びＤ０（３）、…、Ｄ０（２ｎ−１）及びＤ０（２ｎ）、…に対し、それぞれ大小比較を行い、いずれか大きい方の値を選択して、Ｄ１（２）、Ｄ１（３）、…、Ｄ１（２ｎ）、…を出力する。
【００４６】
時刻ｊにて比較器７０−１から出力されたデータＤ１（ｊ）は第２段比較部を構成する比較器７０−２及びシフトレジスタ７２−２にそれぞれ入力される。ｊ≧４なる時刻ｊでは、シフトレジスタ７２−２は先行して入力された２個のデータＤ１（ｊ−２）、Ｄ１（ｊ−１）を保持している。シフトレジスタ７２−２は、データＤ１（ｊ）の入力タイミングに同期して、最先に格納されたデータＤ１（ｊ−２）を出力する。比較器７０−２は、比較器７０−１から出力されるデータＤ１（ｊ）と、シフトレジスタ７２−２から出力される遅延されたデータＤ１（ｊ−２）とを入力される。比較器７０−２は入力されたＤ１（ｊ）とＤ１（ｊ−２）との大小を比較して、いずれか大きい方を、時刻ｊにおける出力データＤ２（ｊ）とする。すなわち、第２段比較部は、Ｄ１（ｉ）（ｉ＝２，３，４，…）を入力されると、Ｄ１（２）及びＤ１（４）、Ｄ１（３）及びＤ１（５）、…に対し、それぞれ大小比較を行い、いずれか大きい方の値を選択して、Ｄ２（４）、Ｄ２（５）、…を出力する。
【００４７】
以上、第１段比較部及び第２段比較部に関して説明したのと同様の処理が、第３〜６段比較部においても行われる。一般化して、第ｋ段比較部（ｋ＝２〜６）に関して述べれば、時刻ｉ≧２ｋ−１にて比較器７０−（ｋ−１）から出力されるデータ列Ｄｋ−１（ｉ）は第ｋ段比較部を構成する比較器７０−ｋ及びシフトレジスタ７２−ｋにそれぞれ入力される。ある時刻ｊにおいて、シフトレジスタ７２−ｋは２ｋ−１個のデータＤｋ−１（ξ）（ξ＝ｊ−２ｋ−１〜ｊ−１）を保持し、データＤｋ−１（ｊ）の入力タイミングに同期して、最先に格納されたデータＤｋ−１（ｊ−２ｋ−１）を出力する。例えば、第（ｋ−１）段比較部から第ｋ段比較部へのデータ入力をｋ＝４の場合について具体的に述べれば、時刻ｊでは、第３段比較部の比較器７０−３から第４段比較部の比較器７０−４にデータＤ３（ｊ）が入力されると共に、シフトレジスタ７２−４からは最先に格納されたデータＤ３（ｊ−２３）が出力される（図３参照）。このように、比較器７０−ｋは、比較器７０−（ｋ−１）から順次出力されるデータＤｋ−１（ｊ）と、シフトレジスタ７２−ｋから順次出力される遅延されたデータＤｋ−１（ｊ−２ｋ−１）とを入力される。比較器７０−ｋはこれら入力された２つのデータの大小を比較して、いずれか大きい方を時刻ｊにおける出力データＤｋ（ｊ）とする。すなわち、第ｋ段比較部は、Ｄｋ−１（ｉ）（ｉ＝２ｋ−１，２ｋ−１＋１，２ｋ−１＋２，…）を入力されると、Ｄｋ−１（２ｋ−１）及びＤｋ−１（２ｋ）、Ｄｋ−１（２ｋ−１＋１）及びＤｋ−１（２ｋ＋１）、…に対し、それぞれ大小比較を行い、いずれか大きい方の値を選択して、Ｄｋ（２ｋ）、Ｄｋ（２ｋ＋１）、…を出力する。
【００４８】
以上の構成により、第１段比較部にウィンドウを構成する６４個のＤ０（ξ）（ξ＝ｊ−２６＋１〜ｊ）が入力されると、最終段である第６段比較部からは、当該ウィンドウ内のデータＤ０のうちの最大値がＤ６（ｊ）として出力される。また、第１段比較部に次のデータＤ０（ｊ＋１）が入力されると、ウィンドウ位置は１データずれることとなり、そのウィンドウに含まれる６４個のＤ０（ξ）（ξ＝ｊ−２６＋２〜ｊ＋１）のうちの最大値がＤ６（ｊ＋１）として出力される。このようにして最大値演算回路５２へのデータの入力に同期して、ウィンドウが順次シフトされ、その各ウィンドウ内の最大値が最大値演算回路５２から順次出力される。
【００４９】
上述の最大値演算回路５２及び最小値演算回路５４を構成する信号処理回路は、一次元のデータ列に設定された一次元のウィンドウ内でのデータの最大値又は最小値を抽出するものであった。しかしながら、この信号処理回路を用いて、二次元のウィンドウ内でのデータの最大値又は最小値を抽出するフィルタを構成することもできる。
【００５０】
例えば、本発明の信号処理回路である最大値演算回路を用いて構成される二次元最大値抽出フィルタの構成を説明する。ここで述べる二次元最大値抽出フィルタの例は、３段（すなわちｎ＝３）の比較部で構成された最大値演算回路を用いて、８×８の大きさを有する二次元ウィンドウ内での最大値を抽出する。この二次元最大値抽出フィルタは、元の二次元データ群Ｄ０（ｘ，ｙ）（ｘ＝１，２，３，…；ｙ＝１，２，３，…）から、例えば、まず行方向（ｘが変化する方向）に並ぶデータ群を読み出して、最大値演算回路に入力する。この処理を、行の位置ｙを変えて、各行データ群について実行する。これにより得られた二次元データ群をＤ１（ｘ，ｙ）としてメモリに格納する。Ｄ１（ｘ，ｙ’）は第ｙ’行に並ぶ８個のデータＤ０（η，ｙ’）（η＝ｘ〜ｘ＋７）のうちの最大値である。次にＤ１（ｘ，ｙ）から列方向（ｙが変化する方向）に並ぶデータ群を読み出して、最大値演算回路に入力する。この処理を、列の位置ｘを変えて、各列データ群について実行する。これにより得られた二次元データ群がＤ２（ｘ，ｙ）としてメモリに格納される。Ｄ２（ｘ’，ｙ）はＤ１（ｘ，ｙ）の第ｘ’列に並ぶ８個のデータＤ１（ｘ’，ξ）（ξ＝ｙ〜ｙ＋７）のうちの最大値である。このように生成されたＤ２（ｘ，ｙ）が８×８のウィンドウ内のデータＤ０（η，ξ）（η＝ｘ〜ｘ＋７；ξ＝ｙ〜ｙ＋７）のうちの最大値からなる二次元データ群として、二次元最大値抽出フィルタから出力される。同様の原理で、二次元最小値抽出フィルタも構成することができる。これら二次元最大値抽出フィルタと二次元最小値抽出フィルタとを組み合わせて、二次元のモルフォロジーフィルタを構成し、超音波画像に対して、クロージング処理やオープニング処理を施すことができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の信号処理回路によれば、小さな回路規模で最大値又は最小値の抽出を行うことができる。またそれを用いた超音波診断装置の小型化、低コスト化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である超音波診断装置の概略のブロック構成図である。
【図２】モルフォロジーフィルタ部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】最大値演算回路又は最小値演算回路となる信号処理回路の模式的なブロック構成図である。
【図４】クロージングフィルタの概略構成を示すブロック図である。
【図５】従来の第１の最大値抽出回路の模式的な構成図である。
【図６】従来の第２の最大値抽出回路の模式的な構成図である。
【図７】図６の最大値抽出回路に用いられる最大値記憶回路のブロック構成図である。
【符号の説明】
２０　超音波探触子、２２　送信器、２４　受信器、２６　検波器、２８　モルフォロジーフィルタ部、３０　メモリ部、３２　三次元画像構築部、３４　フレームバッファ、３６　表示部、５０　モルフォロジーフィルタ、５２　最大値演算回路、５４　最小値演算回路、５６　遅延回路、５８　減算回路、７０　比較器、７２　シフトレジスタ。
【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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