JP2006528522A - 音波撮像の方法および装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は音波撮像方法に関する。音波撮像方法は放射工程を含み、放射工程の間、目標媒体において集中される超音波励起波は、トランスデューサのネットワークによって放射される。この励起波は、目標媒体に到達する前に残響固体を通過する。
【選択図】 図1

Description

本発明は音波による撮像の方法および装置に関する。
より詳細には、本発明は少なくとも1つの放射工程を含む音波撮像方法に関する。放射工程の間、トランスデューサの第1アレイ(少なくとも1つの送受波器を含む)は、或る中心放射周波数fを呈し、および目標媒体の少なくとも1つの目標点に集中される少なくとも1つの超音波励起波を放射し、そして前記励起波は、目標媒体に到達するより前に残響媒体を通過する。
特許文献1が、この種の完全な満足を与える方法を記載している。
国際公開第97/03438号パンフレット
本発明の具体的な目的は、具体的にいえば医学的または産業用の応用に関して、その既知の方法を使いやすくするために、それをさらに改良することである。
この目的を達するため本発明によれば、問題になっている種類の方法は、放射工程中、残響固体が残響媒体として使用され、第1アレイの各トランスデューサはこれに取り付けられる。前記残響固体は、これを通過する励起波の多重反射を起こすように、そして前記固体に入る持続時間1/fの衝撃波が、10/f以上の持続時間にわたって起こる音響放射を目標媒体に対して引き起こさせるように適合されることを特徴とする。
これらの処理を用いて、残響物体およびトランスデューサの第1アレイは、一体となったプローブをともに形成する。このプローブでは第1アレイのトランスデューサは前方に正確に定置され、使用する都度調整することが回避されるか、または大幅に減らされる。さらに、残響固体が小型軽量である場合に、プローブは、トランスデューサの位置決めを乱すこと無く、取扱いが容易である。
本発明の方法の種々の実現では、手段としても次の処理の1つ以上を任意に用いることがある。
・放射工程中、励起波s(t)は、第1アレイの各トランスデューサiに放射信号を放射させることによって、目標媒体に属する所定の目標点kの1つ以上の番号Kに向けて放射される。
Figure 2006528522
ここで、信号eik(t)は、トランスデューサiが信号eik(t)を放射する場合に、衝撃音波が目標点kで発生するように適合した所定の個別放射信号である。
・信号eik(t)は1から64の範囲にある多くのビットで符号化される。
・信号eik(t)は1ビットで符号化される。
・個別放射信号eik(t)は、前記放射工程より前に、練習工程中に実験的に決定される。
・練習工程中、超音波の衝撃信号が各所定の目標点kから連続して放射され、第1アレイのトランスデューサiの各々によって、前記超音波衝撃信号の放射から受信され信号rik(t)が受け取られ、そして個別放射信号eik(t)は受信信号rik(t)の時間反転によって決定される。
Figure 2006528522
・練習工程中、目標媒体と異なる液体媒体が残響固体に接触され、前記衝撃信号は前記液体媒体から放射させられる。
・練習工程中、所定の目標点kに関して、超音波の衝撃信号が第1アレイのトランスデューサiの各々から連続して放射させられ、前記超音波の衝撃信号の放射から目標点kで受信した信号rik(t)は受け取られ、そして個別放射信号eik(t)は受信信号rik(t)の時間反転によって決定される。
Figure 2006528522
・練習工程中、目標媒体と異なる液体媒体が残響固体に接触させられ、前記信号rik(t)は前記液体媒体で受け取られる。
・練習工程中に用いる液体媒体は水を原則的に含み、前記放射工程中、励起波が集中される目標媒体は患者の身体の少なくとも一部を含む。
・個別放射信号eik(t)は計算によって決定される。
・前記励起波が前記放射工程中に通過する残響固体は、目標媒体と接触する。
・この方法は、前記目標媒体の少なくとも一部を撮像するため、励起波に対応して目標媒体によって放射された反響を受信する工程をさらに含む。
・前記励起波は1/2f〜10/fの範囲にある持続時間の間に放射される。
・前記放射工程中、励起波は少なくとも1つの音響的に非線形の媒体を通過し、中心放射周波数の高調波である波が前記音響的に非線形の媒体で発生するのに十分な振幅を呈し、そして前記受信工程中、前記目標媒体から戻る反響が前記中心放射周波数の整数の倍数である受信周波数で受け取られる。
・高調波が目標媒体で発生し、非線形の音響的挙動を呈する。
・前記受信工程中、目標帯から戻る前記反響が前記中心放射周波数の2または3倍に等しい受信周波数で受け取られる。
・前記放射工程中、励起波が集中される前記目標媒体が患者の本体の少なくとも一部を含む。
・前記受信工程中、前記目標帯から戻る反響が前記残響固体に取り付けたトランスデューサの第2アレイを用いて受け取られる。
・前記放射工程中、放射圧を前記目標媒体に加えて、低周波のねじれ波を発生するように適合される、振幅変調された励起波が放射される。そして
・前記放射工程中、前記目標媒体を局部的に加熱するように適合される励起波が放射される。
さらに、本発明はまた、トランスデューサの第1アレイを含む放射手段を少なくとも含む音波撮像装置を提供し、前記放射手段は、少なくとも1つの超音波励起波がトランスデューサの第1アレイによって残響媒体を通して放射されるように適合され、放射波は或る中心放射周波数fを呈し、目標媒体の少なくとも1つの目標点に集中される。
この装置は、残響媒体は残響固体を含み、第1アレイのトランスデューサの各々が前記残響固体に取り付けられる。前記残響固体は、これを通過する励起波の多重反射を起こすように、そして前記固体に入る持続時間1/fの衝撃波に、10/f以上の持続時間にわたって目標媒体に向けて放射される音響を生じさせるように適合されることを特徴とする。
本発明の装置の種々の実施形態では、手段としても次の処理の1つ以上を任意に用いることがある。
・放射手段は、第1アレイの各トランスデューサiに放射信号を放射させることによって、励起波s(t)が目標媒体に属する所定の目標点kの1つ以上の番号Kに向けて放射されるようにするように適合される。
Figure 2006528522
ここで、信号eik(t)は、トランスデューサiが信号eik(t)を放射する場合に、衝撃音波が目標点kで発生するように適合した所定の個別放射信号である。
・この装置は、前記目標媒体の少なくとも一部を撮像するために、前記励起波に対応して前記目標媒体によって放射された反響を受信する受信手段をさらに備える。
・前記放射手段は前記励起波を1/2f〜10/fの範囲にある持続時間の間に放射するように適合される。
・前記受信手段は、前記目標媒体から戻る前記反響を中心放射周波数の整数の倍数である受信周波数で受信するように適合される。
・前記受信手段は、前記目標媒体から戻る前記反響を中心放射周波数の2倍に等しい受信周波数で受信するように適合される。
・前記受信手段は、前記残響固体に取り付けたトランスデューサの第2アレイを備える。
・前記放射手段は、放射圧を前記目標媒体に加えるように適合した前記励起波を放射するように適合される。そして
・前記放射手段は、前記目標媒体を局部的に加熱するように適合した前記励起波を放射するように適合される。
本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照して限定されない例として挙げられ、その実施についての次の説明から明らかである。
図に示す超音波集中装置1は、例として、目標媒体2、例えば、医学的応用における患者の身体の一部、あるいは実際は非破壊または他の検査応用における工業物品の一部を撮像するためのものである。
より正確に言えば、超音波集中装置1は目標媒体2の検査中の帯3を撮像するためのものであり、帯3は場合により3次元である。
このために、撮像装置1は、帯3に属する様々な所定の目標点4に集中される、一連の超音波の励起波を放射するように適合される。前記励起波に対応した目標帯によって、好ましくは励起波が集中される点4において受信に集中することによって、各励起波を放射した後、前記撮像装置は、放射された反響を受け取る。
前記励起波は、放射トランスデューサ6の第1アレイ5によって放射され、放射トランスデューサ6は残響固体7に取り付けられる。前記残響固体は、トランスデューサの前記第1アレイ5に放射された励起波が、目標媒体2に達する前に前記固体の内部で複数の反射を受けるように適合されており、目標媒体2は固体7と接触して置かれる。
放射トランスデューサ6は、1〜数十の範囲にあり、例えば約100であり、そして図1に示す例のように5〜10の範囲にある数のような中間値を通る、任意の数であってよい。
説明される例では、トランスデューサの第1アレイ5によって放射された持続時間1/fの衝撃波が、10/f以上の持続時間にわたって目標媒体2中へ放射される音を生じるように、物体7は超音波がほとんど減衰せずに、かつ長い残響時間で伝播する、金属の塊または他の堅い材料によって構成されてよい。
本明細書で説明される例では、物体7は、大体、球の一部の形状を有して形成された凹み8を有する直方体の形をしており、第1アレイのトランスデューサ6は、例えば、目標媒体2と接触することになる物体7の面から離れて位置する前記物体の面に貼り付けられる。
もちろん、他の普通の形状が物体7および/または凹み8に関して想定され得る。
目標点4の1つに集中される励起波の放射後に目標帯3から戻る反響が、受信トランスデューサ10の第2アレイ9によってそれ自体で受け取られる。この受信トランスデューサもまた上述の物体7に、例えば目標媒体2と接触する前記物体の面に、任意に取り付けられることがある。
受信トランスデューサは、1〜数十の範囲にある、任意の数であってよい(これらのトランスデューサは、図1に示す特定の例では4つである)。
トランスデューサ6、10は、マイクロコンピュータ12(通常、スクリーン12aおよびキーボード12bのようなユーザインタフェースと共に設けられる)によって互いに独立に制御される。場合により、例えば、可撓ケーブルを経由してトランスデューサ6、10に接続した電子機器ラック11に含まれる中央プロセッサユニットCPUを経由する。
一例として、電子機器ラック11は次のものを備えることがある。
・トランスデューサ6、10の各々に接続した個別のサンプラー回路E1〜E6、E1´〜E´4、
・トランスデューサ6、10の各々のサンプラーに接続した個別のメモリM1〜M6、M´1〜M´4、
・メモリM1〜M6、M´1〜M´4に接続した加算回路S、および
・中央プロセッサユニットCPUに接続した汎用メモリM。
上述の装置は次のように動作する。
任意の撮像動作に先だって、個別放射信号eik(t)の行列が最初に決定される。励起波s(t)を目標点kで発生させるため、第1アレイ5における各トランスデューサiは放射信号を放射する。
Figure 2006528522
個別放射信号は、計算によって(例えば、時空リバーサルフィルタ方法によって)任意に決定されてもよいし、またはそれらは予備的な練習工程中に実験的に決定されてもよい。
この練習工程中、超音波衝撃信号が、各目標点kに順次に置かれるハイドロホンのようなエミッターによって効果的有利に放射されてよく、前記超音波衝撃信号の放射に基づいて第1アレイ5におけるトランスデューサiの各々によって受信された信号rik(t)が受け取られる。このようにして受け取られた信号rik(t)はCPUへ送られ、次いでこのCPUは前記受信信号の時間反転によって個別放射信号eik(t)を計算する。
Figure 2006528522
目標媒体2が液体媒体である場合は、超音波エミッターを検査される帯3における種々の目標点4に連続して定置することによって、予備的な練習工程を進めることが恐らくよいであろう。媒体2が患者の身体の一部であるか、または大量の水を含む類似の媒体である場合は、媒体2を好ましくは大量の水を含む多量の液体と置き換えて練習工程を進め、そして残響固体7に関連して識別された位置で、超音波エミッターを種々の目標点4の位置に順次に定置することによって、練習工程を進めてよい。
3次元相互依存原理を活用して、上述の液体媒体における目標点kに1つ以上のハイドロホンを順次に置くことによって、信号eik(t)を決定することもまた可能である。各ハイドロホン位置kに関して、超音波衝撃信号はトランスデューサiの各々によって連続して放射され、信号rik(t)はハイドロホンによって受信される。従って、信号eik(t)は時間反転によって推定される。
Figure 2006528522
その後、目標媒体2において検査のために帯3を撮像することが望まれる場合、残響固体7は目標媒体と接触し、第1アレイのトランスデューサ6は一連の励起波を放射する。各々の励起波は、検査される帯3の目標点4の1つに限定される。
この目的のため、励起波を目標点kに集中させるために、第1アレイ5の各トランスデューサiが放射信号を放射する。
Figure 2006528522
この励起波を放射する動作は、検査される帯3における目標点4の各々に関して繰り返される。
変形例では、第1アレイ5の各トランスデューサiが放射信号を放射することによって、検査のために帯3における目標点4の番号K(Kは1より大きい)に集中される励起波s(t)を発生することもまた可能である。
Figure 2006528522
このようにして放射される励起波は、具体的に言えば、200キロヘルツ(kHz)から100メガヘルツ(MHz)の範囲、例えば3MHzであり得る中心周波数を呈し、これらの励起波は、1/2f〜10/fの範囲にある持続時間の間第1アレイのトランスデューサ6によって放射される。
検査される帯3の1つ以上の目標点4に集中される励起波をそれぞれ放射した後に、目標媒体2によって戻された反響が、第2アレイ9の受信トランスデューサ10を用いて受け取られる。このようにして受け取られた信号は同じサンプラーE´1〜E´4によってデジタル化され、メモリM´1〜M´4に格納され、次いで従来のチャンネル形成技術によって処理され、放射目標点4に集中する受信を実行する。
当該処理は、特に、信号を受け取り、受け取った信号に異なる遅延を施すことに存し、加算回路Sによって実行され得る。
反響を受信するこの工程中、励起波が通過する物質、すなわち、目標媒体2および/または残響固体7(実際には、それは主として、残響固体の物質はむしろ線形である音響挙動を呈するので、非線形音響挙動を呈することになる目標媒体2である)のうちの少なくとも1つの非線形音響挙動を活用できることが効果的である。励起波は、中心周波数fの高調波である波が、中心放射周波数fの整数の倍数である受信周波数で目標媒体2から戻る反響を受信することが十分可能なレベルで発生するのに足りる振幅で発生する。
周波数fの2倍または3倍の周波数で目標媒体2から戻る反響は、このように受信されることが有利である。
かかる周波数の選択的な受信は、周知の方法で、受信トランスデューサ10のその構造によってか、あるいは受信トランスデューサ10から来る信号を濾波することによって得られ得る。
この励起波が、残響固体7内の多重反射によって特に長い時間持続したとしても、このように周波数fと異なる周波数で受信することによって、受信は励起波自体によって決して妨げられることがない。
装置1は超音波撮像装置として述べたが、必要に応じて、撮像に加えて、または撮像と関係なく、装置は次の目的のために使用されることもあり得る。
・ねじれ波を目標媒体2で発生するか、または
・目標媒体を局部的に加熱する。
ねじれ波を発生させるため、例えば、ねじれ波の伝播に続いて撮像を進めるため、具体的には、文献FR−A−2791136、または仏国特許出願第02/10838号明細書に記載されているように、上述の超音波励起波s(t)は、比較的長い持続時間、例えば、10/fから200,000/fの範囲にある持続時間にわたって放射されることが可能である。放射圧を可能にする(連続する、または段階的な)振幅変調が、ねじれ波を発生するために目標媒体2に加えられる。
あるいは、目的が目標媒体2を局部的に加熱することである場合、放射トランスデューサ6は、0.5秒より長い持続時間の間、そして好ましくは広い周波数帯域にわたって、上述の(連続する、または段階的な)超音波励起波s(t)を放射してよい。これは数度〜数十度の範囲にあり得る媒体2の温度上昇を生じる。
本発明の方法および装置は、精密な超音波洗浄用途に、または超音波溶接用途に使用されることもあり得ることが認められるべきである。
本発明の実施形態で超音波を集中させる装置を示す図である。

Claims (31)

  1. トランスデューサの第1アレイ(5)が、或る中心放射周波数fを呈し、目標媒体(2)の少なくとも1つの目標点(4)に集中する少なくとも1つの超音波の励起波を放射し、前記励起波は前記目標媒体(2)に達する前に残響媒体(7)を通過する、少なくとも1つの放射工程を含む音波撮像方法であって、
    前記放射工程中、残響固体(7)は前記残響媒体として使用され、前記第1アレイ(5)の各トランスデューサ(6)が前記残響固体に取り付けられ、
    前記残響固体(7)は、これを通過する前記励起波の多重反射を起こすように、および前記残響固体に入る持続時間1/fの衝撃波が、10/f以上の持続時間にわたって起こる前記目標媒体に対する音響放射を生じさせるように適合されることを特徴とする方法。
  2. 前記放射工程中、励起波s(t)は、前記第1アレイ(5)の各トランスデューサiが放射信号を放射することにより前記目標媒体に属する所定の目標点kの1つ以上の番号Kに向けて放射され、
    Figure 2006528522
    ここで、信号eik(t)は、前記トランスデューサiが前記信号eik(t)を放射する場合に衝撃音波が前記目標点kで発生するように適合した、所定の個別放射信号である請求項1記載の方法。
  3. 前記信号eik(t)は、範囲1から64にある多くのビットで符号化される請求項2記載の方法。
  4. 前記信号eik(t)は、1ビットで符号化される請求項3記載の方法。
  5. 前記個別放射信号eik(t)は、前記放射工程より前の練習工程中に実験的に決定される請求項2〜4いずれか記載の方法。
  6. 前記練習工程中、超音波衝撃信号が各所定の目標点kから連続して放射され、
    前記第1アレイ(5)の前記トランスデューサiの各々によって、前記超音波衝撃信号の放射から受信した信号rik(t)が受け取られ、
    前記個別放射信号eik(t)が受信した前記信号rik(t)の時間反転によって決定される請求項5記載の方法。
    Figure 2006528522
  7. 前記練習工程中、前記目標媒体(2)と異なる液体媒体が前記残響固体(7)に接触し、前記衝撃信号は前記液体媒体から放射される請求項6記載の方法。
  8. 前記練習工程中、所定の目標点kに対して、超音波衝撃信号が前記第1アレイの前記トランスデューサiの各々から連続して放射され、
    前記超音波衝撃信号の放射から前記目標点kで受信した信号rik(t)が受け取られ、
    前記個別放射信号eik(t)は、受信した信号rik(t)の時間反転によって決定される請求項5記載の方法。
    Figure 2006528522
  9. 前記練習工程中、前記目標媒体(2)と異なる液体媒体が前記残響固体(7)に接触し、前記信号rik(t)は前記液体媒体で受け取られる請求項8記載の方法。
  10. 前記練習工程中に用いる前記液体媒体は水を原則的に含み、前記放射工程中に前記励起波が集中される前記目標媒体(2)は、患者の身体の少なくとも一部を含む請求項7または9記載の方法。
  11. 前記個別放射信号eik(t)は、計算によって決定される請求項2から4いずれか記載の方法。
  12. 前記放射工程中に前記励起波が通過する前記残響固体(7)は、前記目標媒体(2)と接触する請求項1から11いずれか記載の方法。
  13. 前記目標媒体の少なくとも一部(3)を撮像するため、前記励起波に対応して前記目標媒体(2)によって放射された反響の受信工程をさらに含む、請求項1から12いずれか記載の方法。
  14. 前記励起波は1/2fから10/fの範囲にある持続時間の間に放射される請求項13記載の方法。
  15. 前記放射工程中、前記励起波は、少なくとも1つの音響的に非線形の媒体(2)を通過し、
    中心放射周波数の高調波である波は、前記音響的に非線形の媒体で発生するのに十分な振幅を呈し、
    前記受信工程中、前記目標媒体(2)から戻る反響が前記中心放射周波数の整数の倍数である受信周波数で受け取られる請求項13または14記載の方法。
  16. 非線形の音響的挙動を呈する前記高調波は、前記目標媒体(2)で発生する請求項15記載の方法。
  17. 前記受信工程中、目標帯(2)から戻る前記反響は、前記中心放射周波数の2倍または3倍に等しい受信周波数で受け取られる請求項15または16記載の方法。
  18. 前記放射工程中、前記励起波が集中される前記目標媒体(2)は、患者の前記身体の少なくとも一部を含む請求項13から17いずれか記載の方法。
  19. 前記受信工程中、前記目標帯(2)から戻る前記反響は、前記残響固体(7)に取り付けられるトランスデューサの第2アレイ(9)を用いて受け取られる請求項13から18いずれか記載の方法。
  20. 前記放射工程中、放射圧を前記目標媒体(2)に加えて、低周波のねじれ波を発生するよう適合される振幅変調された励起波が放射される請求項1から12いずれか記載の方法。
  21. 前記放射工程中、前記励起波が集中される前記目標媒体(2)は、患者の前記身体の少なくとも一部を含む請求項20に記載の方法。
  22. 前記放射工程中、前記目標媒体(2)を局部的に加熱するように適合される励起波が放射される請求項1から12いずれか記載の方法。
  23. トランスデューサの第1アレイ(5)を含む放射手段(11、5)を少なくとも含む音波撮像装置であって、前記放射手段は、少なくとも1つの超音波の励起波が前記トランスデューサの第1アレイによって残響媒体(7)を通して放射をされるように適合され、前記放射された波は或る中心放射周波数fを呈し、目標媒体(3)の少なくとも1つの目標点(4)に集中され、
    前記残響媒体は、残響固体(7)を含み、前記第1アレイ(5)の前記トランスデューサ(6)の各々が前記残響固体(7)に取り付けられ、前記残響固体は、これを通過する前記励起波の多重反射を起こすように、および前記残響固体に入る持続時間1/fの衝撃波が、10/f以上の持続時間にわたって前記目標媒体に向けて放射される音響を生ずるように適合されることを特徴とする装置。
  24. 前記放射手段(11、5)は、前記第1アレイ(5)の各トランスデューサiに放射信号を放射させることによって、前記励起波s(t)が前記目標媒体(2)に属する所定の目標点kの1つ以上の番号Kに向けて放射されるように適合され、
    Figure 2006528522
    ここで、信号eik(t)は、前記トランスデューサiが前記信号eik(t)を放射する場合に、衝撃音波が前記目標点kで発生するように適合した所定の個別放射信号である請求項23に記載の装置。
  25. 前記目標媒体の少なくとも一部(3)を撮像するために、前記励起波に対応して前記目標媒体(2)によって放射された反響を受信する受信手段(11、9)をさらに備える請求項23または24記載の装置。
  26. 前記放射手段は、前記励起波を1/2fから10/fの範囲にある持続時間の間に放射するように適合される請求項25記載の装置。
  27. 前記受信手段(11、9)は、前記目標媒体(2)から戻る前記反響を前記中心放射周波数の整数の倍数である受信周波数で受信するように適合される請求項25または26記載の装置。
  28. 前記受信手段(11、9)は、前記目標媒体(2)から戻る前記反響を前記中心放射周波数の2倍に等しい受信周波数で受信するように適合される請求項27記載の装置。
  29. 前記受信手段(11、9)は、前記残響固体(7)に取り付けたトランスデューサの第2アレイ(9)を備える請求項26から28のいずれか記載の装置。
  30. 前記放射手段(11、5)は、放射圧を前記目標媒体(2)に加えるように適合した励起波を放射するように適合される請求項23から25のいずれか記載の装置。
  31. 前記放射手段(11、5)は、前記目標媒体(2)を局部的に加熱するように適合された励起波を放射するように適合される請求項23から25のいずれか記載の装置。
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