JP6013493B2 - デュアルバンドパルス合成物による非線形イメージング - Google Patents
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Description
測定信号または画像信号を形成するためにHF受信信号が処理され、この処理は少なくとも1つの上記HF受信信号を、
(i)高速時間(深度−時間)における補正遅延を使用する遅延補正と、
(ii)高速時間におけるスペックル補正と、
のうちの少なくとも1つによって補正することにより、補正されたHF信号を形成することを含み、
上記補正されたHF信号がさらに処理されて、パルス反響ノイズを抑制したノイズ抑制HF信号、および線形散乱成分を抑制した非線形散乱信号のうち少なくとも一方が形成される。
(a)表示された画像内の観察に基づいた、上記対象物材料パラメータの手動調整と、
(b)画像の領域における上記処理済みHF受信信号内の総電力を最小化するための、上記対象物材料パラメータのコンピュータに基づく調整と、
のうちの一方または両方によって抑制されるように調整することができる。
実際のLF/HFパルス合成物の非線形波方程式を、定義されたパラメータを用いてシミュレーションすることにより、送信HFパルスについての非線形伝播遅延およびパルス形状歪みを、1次散乱体の位置に応じて取得すること、
反射器の相対反射係数に関連したパラメータの推定を、ビームに沿った深度に応じて、測定済みのHF受信信号から取得すること、
シミュレーションによって取得した1次散乱体までの上記非線形伝播遅延およびパルス形状歪みと、測定されたHF受信信号から取得した相対反射係数に関連する上記パラメータの推定とを、パルス反響ノイズのための数学的モデル内で組み合わせる工程において、ノイズ補正遅延による補正とスペックル補正の推定を取得すること、を考案する。上記方法を等級I/II/IIIのパルス反響ノイズの組み合わせの抑制へと拡張させることも可能である。
(a)表示された画像の観察に基づく手動調整と、
(b)画像の領域中にある処理済HF受信信号内の総電力を最小化するための自動調整と、のうちの一方または両方によって実行される。
弱エコー領域における等級I、IIのパルス反響ノイズの組み合わせを抑制する場合には、非ゼロLFパルスで得た同じHF受信信号を、2つの異なる補正遅延によって遅延補正すると2つの補正されたHF信号が得られ、上記2つの補正されたHF信号を組み合わせることで、ノイズ抑制されたHF信号が得られる。この方法により、スペックル補正の必要性が減少する。
(i)高速時間(深度−時間)における補正遅延を使用した遅延補正と、
(ii)高速時間におけるスペックル補正を使用したスペックル補正と、
のうちの一方によって処理されて少なくとも2つの補正された中間HF信号を形成し、また、線形散乱成分を抑制するために、この補正された中間HF信号を組み合わせて非線形測定信号または画像化HF信号を形成する。
少なくとも2つのパルス波合成物を上記領域へ送信するための、低周波数(LF)送信開口と高周波(HF)送信開口とを備えた送信手段を備え、上記パルス合成物の各々は、LF開口から送信されたLF帯域内の周波数を持ったLFパルスと、HF開口から送信されたHF帯域内の周波数を持ったHFパルスとで構成されており、HFパルスは、共伝播するLFパルスによる対象物材料パラメータの操作を、HFパルスの伝播深度の少なくとも一部について観察できるように、LFパルスと非常に接近して空間伝播し、少なくとも送信されたLFパルスは、対象物の異なる操作を生成するために、送信されたパルス合成物毎に異なっており、
少なくとも2つの送信されたパルス合成物から散乱したHF成分および送信されたHF成分のうち一方または両方からのHF受信信号をピックアップするHF受信開口を備えた受信およびビーム形成手段をさらに備え、
測定信号または画像信号を形成するために、上記HF受信信号を処理するための補正手段をさらに備え、上記処理は、上記受信したHF信号のうち少なくとも1つを、
(i)高速時間(深度−時間)における補正遅延を使用する遅延補正と、
(ii)高速時間におけるスペックル補正を使用するスペックル補正と、
のうちの一方により補正して、補正されたHF信号を形成することを備え、
上記補正されたHF信号をさらに処理して、パルス反響ノイズを抑制したノイズ抑制HF信号、および線形散乱成分を抑制した非線形散乱信号のうちの少なくとも一方を形成する手段をさらに備える。
(a)表示された画像の観察に基づく手動調整と、
(b)画像の領域内に存在する処理済みのHF受信信号の総電力を最小化する自動調整と、
のうちの一方または両方によって実行される。
(i)高速時間(深度−時間)における補正遅延を使用した遅延補正と、
(ii)高速時間におけるスペックル補正を使用したスペックル補正と、
のうちの少なくとも一方を含み、さらに、線形散乱成分を抑制するために、上記補正された中間HF信号を組み合わせることで、HF受信信号中の非線形散乱成分を増強する手段を備える。
以下、本発明による例証的実施形態を説明する。
本発明の機器の方法および構造は電磁(EM)波と弾性(EL)波の両方に、および幅広い用途での幅広い周波数に適用できる。EL波については、これらの方法および機器を、亜音波、音波、超音波周波数範囲にあるすべり波と圧縮波の両方に適用することができる。実施形態では、技術用途および医療用途両方のための超音波測定または画像化を例として説明する。この提示は例証のみを目的としており、いかなる意味においても、最も広範な態様が本明細書に添付の請求の範囲によって定義される本発明の限定を表すものではない。
等級Iの反響:
1次散乱体z1<z/2、および3次散乱体z3>z/2、z3=z−z1
等級IIの反響:
1次散乱体z3<z/2、および3次散乱体z1>z/2、z1=z−z3。
[2.線形材料における1次散乱および3次散乱の信号モデル]
[A.1次散乱のモデル]
最初に、対象物の圧力と関係ない弾性、つまり線形弾性の範囲内にある1次散乱波成分からのHF受信信号を分析する。図3を参照すると、線形に送信された場「1」が得られる。
多重散乱は、方程式(2)における1次散乱場が、次式のように、2次散乱場を生成するために、R2内のr 2にて散乱体から散乱することで生成される。
[A.2次非線形弾性のための波動方程式]
非線形材料パラメータは、波動伝播速度と、非線形パラメータにおける空間変動によって生じる散乱との両方に影響を与える。流体と固体における音響波について、体積弾性率は概して圧力中の2次項に近似でき、つまり、少量体積ΔVの体積圧縮率δVは圧力pに関連する。
方程式(14)の各項は、波動伝播および散乱へのそれぞれ異なる効果を有する。線形伝播項(1)は、新たな周波数成分を追加することなく、入射波の前方空間伝播を誘導する。線形散乱源項(4)は、新たな周波数成分を追加することなく、入射波の局所散乱を生じさせる、つまり、散乱項中の2次微分によって生じた約ω2の振幅を変更することで、線形散乱波は入射波と同じ周波数成分を有する。
時間HFパルス長TpHがLFパルスTL/2の期間の半分よりも遥かに短い、つまりHFパルスの帯域幅がBH>ωL/2(ここで、ωL=2π/TLはLF波の角度周波数)である場合には、和周波数スペクトルと差周波数スペクトルが互いに、また基礎HFスペクトルと重なり合う。これは図1に示した状況である。さらなる分析のために、近似1−x≒1/(1+x)を可能にする|2βp(r)pL(r,t)|=|x|<<1であると仮定し、また、方程式(14)の左側の伝播項を、共伝播するLFパルスによりHFパルスを操作するために、次式のとおり近似できる。
(i)非線形伝播遅延τ(r)。この非線形伝播遅延τ(r)は、方程式(18)に従い、共伝播するHFパルスの重心においてLF圧力により生じ、また、LFパルスの影響がこの地点以降無視できる程度になるほどにLFパルスの振幅が大幅に低下する第1散乱まで蓄積する。
グループA:グループAは、入射波の前方、蓄積性の非線形伝播歪み(つまり方程式(14)の項(2)と項(4)の組み合わせ)の線形散乱(つまり方程式(14)の項(4))にて発生し、これが、方程式(18)に従って、非線形伝播遅延(上記(i))と、非線形パルス形状歪み(上記(ii))と、HFパルスの非線形減衰(上記(iii))とに分割される。
[A.1次散乱のモデル]
rにて受信機アレイと衝突する1次線形および非線形散乱波は、方程式(2、19、20)から得られる。
3次多重散乱については、非線形伝播遅延およびパルス形状歪みが第1散乱体座標r 1、3の関数となる。これは、LF、HF両方のパルス振幅がこの第1散乱において大幅に低下し、第1散乱後に線形伝播が得られるようになるためである。したがって、上述のようなデュアルバンドパルス合成物による非線形効果は、方程式(12)内の3次散乱信号を次式のように変更する。
[A.多成分送信を伴う1次散乱]
合成送受信ビームを用いることにより、像点の大きなグループにおいて、フレームレートを低下させることなく、Q=1を得ることができる。このような方法を用いて、多様な方向に向いた1組の幅広い送信ビーム{Htj(r,ω);j=1,...,J}を送信する。図4の符号400で示す線形アレイを使用し、例えばHtj(r,ω)は、方位方向における各種方向において平面波面に近いビームであってよいが、その一方で、ビーム高さのバリエーションは標準の固定焦点と同じである。2次元アレイでは、Htj(r,ω)は、方位方向および高さ方向の両方において平面波面に接近していてよい。このような方位方向にある平面波面の1例を図4の符号401で示す。平面波が角度φjでアレイへ送信され、これはt=0と定義されるため、中心素子はt=0で送信される。それぞれの送信ビーム方向について、全てのアレイ素子においてHF受信信号が平行にピックアップされる。
したがって、画像再構成は1次散乱の仮説に基づく。しかし、各HF受信素子信号は多重散乱ノイズを含有しており、その中でも、方程式(26)で得られる3次散乱ノイズが最も優勢な成分である。そのため、最大で第1散乱体まで送信パルスを非線形伝播させる、等級I、IIの3次散乱パルス反響についての、素子#kおよび成分送信ビーム#jのためのHF受信素子信号は次式で表される。
アレイ開口の中心においてz=0であるビーム軸に沿ったz軸を選択する。これにより、座標表示r=ze z+r ⊥=z+r ⊥が得られ、e zはビーム軸に沿った単位ベクトル、r⊥はz軸と直交する平面における座標であり、すなわち、z・r⊥=0となる。画像はビームを側方走査させることで得られ、ここで、1次散乱画像信号は、方程式(23)から、横断面における畳み込みとしてモデリングできる。
[A.ビームと反射面の構造]
一般に、体壁内の脂肪層のような対象物の正面に設置した反射層によって強力なパルス反響が生じる。アレイ軸に対して直角な平面層をν(r)=R(z)とモデリングすることができ、ここで、zは、ビーム軸に沿い、脂肪層に対して直角な座標である。続けて図5を参照すると、符号500は、超音波トランスデューサアレイの放射表面を示している。符号501は、送信開口Dt(502)と、ztにおける焦点とを有する送信ビームの幾何学的境界を形式的に(つまり、回折を無視して)示す。符号503は、受信開口Dr(504)と、zrにおける焦点とを有する受信ビームの幾何学的境界を形式的に示す。受信ビームが画像深度zr=ct/2にて動的に合焦点されると仮定するが、ここで、tはエコー到達時間であり、高速時間と呼ばれる。遅速時間は対象物が変動する時間−スケールであり、このような変動は、パルス合成物を繰り返し送信することによって観察される。動的焦点により、受信ビームは、この例において固定焦点および送信F値FNt=zt/Dtを有する送信ビームよりも低いF値、FNr=zr/Drを有することができる。同図は4つの反射面505、506、507、508を示し、各反射面はそれぞれ位置z1、z2、z3、zにあり、また、反射係数R(z1)、R(z2;ω)、R(z3)、R(z)を有している。第2平面506はさらにトランスデューサ面であってよいため、R(z2;ω)を周波数依存とした。座標をr=ze z +r ⊥に分割し、ここでr ⊥は平面における横断座標、zはビーム軸に沿った座標である。各反射において、各平面毎の信号r ⊥を積分し、ここで、散乱密度ν(r)=R(z)およびσn(r)=Rn(z)はr ⊥とは無関係である。
受信ビームを動的に焦点調節すると、受信ビームを合焦点させている平面508から1次散乱が生じる。線形および非線形散乱した信号のための方程式(23)を次式のとおり補正した。
等級Iタイプのパルス反響ノイズでは、送信されたパルスはまずz1における第1面505で反射され、次にz2における第2面506で再反射され、最後にz3における第3面507で再反射されて、トランスデューサへ戻り、受信される。平面にかけて積分する際に、Hrevが送信ビームHtおよび受信ビームHrのうちのいずれか一つと相互作用して、平面な第2反射器の周囲でミラーリングされた、拡大した送受信ビームを提供する。LFパルスがHFパルスに与える影響は第1反射の後には無視できる程度になるため、第1反射からさらに2つの反射にわたって受信ビームを拡大し、受信側トランスデューサへ戻すことが便宜的である。そのため、以下に留意する。
[A.1次散乱の遅延およびスペックル]
方程式(23、36、43)から、点状散乱体からの1次散乱の信号モデルν(r 1)d3 r 1が得られ、このモデルは3D空間のr1に自由に位置している。この状況において、方程式(25)では、非線形パルス歪みフィルタVpが既知であると仮定した上で、r 1における非線形散乱からの信号を拡張するために、線形散乱成分をどのように抑制するかを示す。しかし、一般には、散乱体が分布することで線形散乱の抑制が困難になる。HF受信信号は高速時間tに対してピックアップされ、ここで、画像の受信ビーム軸に沿った深度座標がz=ct/2と計算される。
(i)高速時間tにおけるHF受信信号の平均的な非線形伝播遅延pτ(t)、つまり、高速時間tにて重なり合い、干渉し合う、r 1∈R1(t)における散乱体からの全てのHF受信パルスについての非線形伝播遅延の加重平均値pτ(r 1)。この平均的な局所的な非線形伝播遅延は、例えば、ゼロLFパルスと複合させた送信パルスの1次HF受信信号と、実際の送信LFパルスと複合させた送信パルスの1次HF受信信号との間の補正技術を用いて推定できる。
(iia)共伝播するHFパルスに沿ったLFパルスの変化によって生じた非線形パルス形状歪みが、HFパルスをLFパルスと共に変化させ、これにより、経時的に重なり合うHPパルス間の干渉も変化する。この影響は、HF受信信号スペックルをLFパルスと共に変化させ、またこの影響はV〜 pに含まれる。
高速時間tにおける3次散乱ノイズは、3つの場所r 1,r 2,r 3∈R3(t)での一連の散乱によって生じ、この式は、この一連の散乱からのHF受信パルスが高速時間tにおいて重なり合うように定義されている。これは、HF送信トランデューサからr 1へ進み、r 1からr 2へ進み、r 2からr 3へ進み、そしてr 3からHF受信トランデューサへ戻る伝播の遅れがtと非常に近く、そのためr 1,r 2,r 3∈R3(t)のHF受信パルスが重なり合うことを意味している。したがって、高速時間受信と散乱体位置との間の関係が、3次散乱ノイズの場合では1次散乱信号の場合よりも複雑になる。HF受信ノイズパルス長は、送信HFパルス長と、HF送受信ビームインパルス応答の長さと、HFトランスデューサー受信インパルス応答の長さとの間の畳み込みによって得られる点に留意する。
(i)r 1,r 2,r 3∈R3(t)を満たす散乱体位置r 1、r 3の範囲が広い場合には、高速時間tにて散乱信号の重なり合いの寄与を受けるので、等級I、IIを組み合わせたノイズの平均非線形伝播遅延は、1次散乱の場合と比べて、非線形伝播遅延pτ(r)における空間変化への依存性が高い。しかし、高速時間t2=0、およびQ=V〜 p=1における非線形伝播遅延の線形変化では、等級I、IIのノイズの組み合わせが、pτn(t)=pτ(t)/2に等しい平均非線形伝播遅延となり、ノイズスペックルがLFパルスの極性の変化と無関係になる。これは、以降の方程式(67、68)と同様に、等級I、IIのノイズの組み合わせを抑制するために、方程式(62)を介して使用することができる。
方程式(57)のHF受信信号モデルに基づき、LFパルスの振幅+p、0、−pを有する3つのパルス合成物の送信からのHF受信信号として得た次の方程式セットについて検討する。
遅延補正およびフィルタリングは方程式(62〜65)のものと同一で、次式が得られる。
方程式(66、68)において、非線形伝播遅延およびパルス形状歪みと、等級I、IIのノイズスペックルの組み合わせのLFパルス依存性との両方を補正した。等級I、等級IIのノイズの組み合わせと、線形散乱との抑制の成功は、τ(ti)V⌒ pl(ω;ti)、τni、M⌒ i(ω;p)をどれだけ正確に推定できるかによって異なる。非線形パルス形状歪みが無視できるものであれば、V− pl(ω;ti)の全体の推定を回避でき、非線形伝播遅延τ(ti)を提供するその線形位相成分のみを推定すればよい。
(i)τniの不正確な推定とは、例えば方程式(61a)からのτ∧ ni=τi/2を使用したものである。この推定の誤りの理由は次のとおりである。
(iia)t1、t3におけるHF送信ビームの断面にわたるHFパルスの非線形伝播遅延の空間変化。この状況を改善するための対策は、HFおよびLFビームを、t1、t3におけるHF送信ビームの断面にわたるHFパルスの非線形伝播遅延の変化が最小となるように設計するものである。
(A)HF、LF送信開口および焦点を、非線形伝播遅延で可能なものと同様に可能な限り線形の変化を高速時間tによって得られるように設計する。
[8.遅延およびスペックル補正のモデルベースの推定]
[A.波動伝播のシミュレーションモデル]
非線形伝播遅延が高速時間において線形でない、および/またはt2>0、および/またはQ>1、および/または不快な非線形パルス形状歪みVpi(ω;r)≠0を有する場合には、τi、τni、Vpi(ω;r)、Wi(ω;p)を推定するための改善された推定方法が必要である。所与の材料パラメータについて、方程式(1)のHt(r 1,ω;r t)、方程式(4)のHr(r 3,ω;r r)、方程式(22)のUp(r 1,ω;r t)、方程式(18、19)のVp(ω;r)およびpτ(r)について、3D表現をシミュレーションする。これらの3D表現を、zにおける横断面(x,y)にかけて積分すると、方程式(49、50)においてH− t(z,ω;zt)、H− r(z,ω;z)、V−p(z,ω)、V⌒ p(z,ω)、pτ(z)を得る。
筋組織または実質組織における脂肪層からの反射により、最強のパルス反響ノイズが生成される。このような組織の典型的な音響パラメータを表Iに示す。βn=1+B/2Aは体積圧縮率非線形性パラメータ、kは体積圧縮率、βp=βn、*kはシミュレーションに使用される非線形性パラメータ、ρは組織塊密度、Z0=ρcは特徴的な音響インピーダンス、Rはこの表中に示す近接し合う材料同士間の平面界面の反射係数である。
セクション8Bのシミュレーションから、方程式(90)は、非線形伝播遅延とパルス形状歪みの両方の推定を提供し、一方、方程式(95、98)は、ノイズ補正遅延と、波動方程式のシミュレーションで使用した材料パラメータを有するノイズスペックルフィルタとの推定を提供する。これらのパラメータを、次に、等級I、IIのパルス反響ノイズの組み合わせが強力に抑制された線形および非線形散乱信号を推定する方程式(63〜66)に使用するか、または、等級I、IIのパルス反響ノイズが抑制された線形散乱のみを推定する方程式(67、68)に使用する。
本発明の方法は機器において便宜的に実施され、このような機器の例証的な実施形態を図9に示す。機器のサブユニットは、コントローラバス902によってサブユニットと通信するコントローラユニット901によって設定される。コントローラは、ユーザからの入力をユーザインターフェース903によって受け取る。ユーザインターフェース903は、一般的に制御キーおよび英数字キーから成るキーボードと、トラックボールと、マウスと、タッチパッドなどとによって構成されている。
複合ビーム空間周波数応答は、送受信ビーム空間周波数応答の積であり、すなわち次式で表される。
[B1.1次散乱]
次に、この結果を、方程式(48)のzにおける平面からの1次散乱信号の式において、zにおける平面にわたっての横断積分に適用することができる。線形材料にVp=1を用いると、横断積分は次の形をとる。
十分に線形な材料にVp=1を用いると、方程式(49)の横断積分は次の形をとる。
[1] ビョルンA.J.アンゲルセン著、「超音波イメージング‐波動、信号、および信号処理」、Emantec、トロンハイム、2001年12月、http://www.ultrasoundbook.com
[2] ビョルンA.J.アンゲルセン、ルネ・ハンセン共著、「SURFイメージング−超音波コントラスト剤イメージングに対する新手法」、IEEE超音波シンポジウム2007年、ニューヨーク、ニューヨーク州
[3] ビョルンA.J.アンゲルセン、ソア・アンドレアス・タンゲン、「非線形相互作用散乱の画像化方法」、英国特許出願1018933.0号
Claims (38)
- 波動場強度によって波動伝播および散乱の対象物材料パラメータが変動する対象物の領域を波動により測定または画像化する方法であって、
(a)少なくとも2つのパルス合成物を前記領域へ送信することであって、
各パルス合成物が、
低周波(LF)アレイ素子を有するLFアレイ開口から送信されたLF帯域の周波数を有する低周波(LF)パルスと、
高周波(HF)アレイ素子を有するHFアレイ開口から送信されたHF帯域の周波数を有する高周波(HF)パルスと、によって構成され、
送信されたHFパルスのパルス長が、送信されたLFパルスの振動期間の半分未満であり、
前記送信されたHFパルスは、前記HFパルスの伝播深度の少なくとも一部について共伝播するLFパルスによって前記対象物材料パラメータの操作を観察できるように前記送信されたLFパルス内でまたは前記送信されたLFパルスに接近して空間伝播し、
前記対象物の異なる操作を生じさせるために、少なくとも前記送信されたLFパルスが前記送信されたパルス合成物間で異なっており、前記送信されたパルス合成物のLFパルスがゼロであってもよく、少なくとも一つのパルス合成物において前記LFパルスが非ゼロである、前記少なくとも2つのパルス合成物を前記領域へ送信すること、
(b)送信された各パルス合成物から散乱および送信されたHF成分の一方または両方からのHF受信素子信号を、HF受信アレイ素子を使用してピックアップすることであって、前記HF受信素子信号は、送信された各パルス合成物における所与のHF受信開口とHF受信焦点とによってHF受信信号内に組み合わされる、前記ピックアップすること、
(c)高速時間(深度−時間)を複数の高速時間インターバルに分割し、高速時間インターバル中の前記HF受信信号を、
(i)高速時間インターバル中にHFパルス反響ノイズを形成する干渉を与える多重散乱HFパルスの非線形伝播遅延の加重平均を表す補正遅延推定を用いた高速時間中の遅延補正であって、前記加重平均は、高速時間インターバル中の前記多重散乱HFパルスの振幅変動およびパルス形状を補償する、前記遅延補正と、
(ii)高速時間インターバル中にHFパルス反響ノイズを形成する干渉を与える多重散乱HFパルスの非線形伝播遅延のLFパルスによる変動およびパルス形状歪みによって生じる高速時間インターバル中のHFパルス反響ノイズのスペックルのLFパルスによる変動を補償するスペックル補正フィルタ推定を用いた高速時間中のスペックル補正と
のうちの少なくとも一方によって補正することであって、前記高速時間インターバルについて補正されたHF信号を形成するために、前記遅延補正および前記スペックル補正のうちの一方または両方を少なくとも1つのHF受信信号についてゼロとすることが可能であるとともに、前記遅延補正および前記スペックル補正のうちの少なくとも一方を少なくとも1つのHF受信信号について非ゼロとすることが可能である、前記高速時間インターバル中の前記HF受信信号を上記(i)および(ii)のうちの少なくとも一方によって補正すること、
(d)パルス反響ノイズの抑制によって、少なくとも1つのノイズ抑制HF信号を形成するために、少なくとも2つの送信されたパルス合成物からの前記補正されたHF信号を組み合わせること、
を備える方法。 - 前記(a)および(b)のステップは、異なるLFパルスを有する少なくとも3つのパルス合成物を前記対象物に向けて送信して少なくとも3つのHF受信信号を生じさせることを含み、
前記(c)および(d)のステップは、前記HF受信信号を補正して組み合わせることにより少なくとも2つのノイズ抑制HF信号を形成することを含み、
前記少なくとも2つのノイズ抑制HF信号が、
(i)高速時間中に補正遅延を使用した遅延補正と、
(ii)高速時間中にスペックル補正を使用したスペックル補正と、
のうちの少なくとも一方によってさらに補正されることにより、少なくとも2つの補正されたノイズ抑制HF信号が形成され、
当該方法はさらに、
前記少なくとも2つの補正されたノイズ抑制HF信号を組み合わせることで、線形散乱成分及びパルス反響ノイズが実質的に抑制された少なくとも1つの非線形散乱HF信号を形成することを備える、請求項1に記載の方法。 - 前記スペックル補正は、前記高速時間中にフィルタによって行われる、請求項1または2に記載の方法。
- 前記フィルタは、前記信号の帯域幅を低減するバンドパスフィルタである、請求項3に記載の方法。
- HF送信および受信ビームは、ゼロLFパルスについて等級Iおよび等級IIの3次散乱ノイズ間の差を最小化するように選択される、請求項1に記載の方法。
- 整合HF受信ビームを有する多重送信ビームが異なる方向へ送信されて当該異なる方向にてHF受信信号が形成され、少なくとも1つの深度について前記異なる方向からのHF受信信号をトランスバーサルフィルタリングすることで、前記少なくとも1つの深度に合成HF画像ビーム焦点を有する合成HF受信信号を取得し、請求項1の上記(c)および(d)に従って前記合成HF受信信号をさらに処理する、請求項5に記載の方法。
- 複数の深度領域の画像を備え、前記複数の深度領域の各々が、各深度領域内で選択されたHF送信および受信ビーム焦点を有する異なる送信パルス合成物からの異なるHF受信信号によって画像化される、請求項5に記載の方法。
- 当該方法はさらに、
(a)複数のパルス合成物を異なる方向で前記対象物に向けて送信すること、
(b)HF受信アレイ素子毎および送信されたパルス合成物毎に、HF受信アレイ素子信号を受信および記憶すること、
(c)像点群において前記送信されたパルス合成物からの前記HF受信アレイ素子信号どうしを組み合わせて、合成HF送信・受信ビームを有する合成HF受信信号を像点毎に提供することを備え、
前記合成HF送信・受信ビームは、前記合成HF受信信号内の等級I、等級IIの3次散乱ノイズ−信号間の差が、ゼロLFパルスを持つパルス合成物の各像点において実質的に最小化されるように構築される、請求項1に記載の方法。 - 前記複数の送信されたパルス合成物の各々は、少なくとも一方向において実質的に平坦な波面を有する、請求項8に記載の方法。
- 前記補正遅延推定および前記スペックル補正フィルタ推定のうちの少なくとも一方は、(i)HF受信信号遅延、(ii)HF受信信号における多重散乱ノイズ信号成分のスペックル、のうちの少なくとも一方においてLFパルスが生成した変化の数学的モデルを使用する工程にて推定される、請求項1に記載の方法。
- 前記工程は、
(a)実際の送信LF/HFパルス合成物と定義された対象物材料パラメータとを用いた前方伝播HFパルスのための非線形波方程式のシミュレーションを介して、複数の深度にある前方伝播HFパルスについて、非線形伝播遅延およびパルス形状歪みを取得すること、
(b)前記測定されたHF受信信号から、ビームに沿った深度に応じた相対反射係数に関するパラメータを取得すること、
(c)上記(a)で取得した前記HFパルスについての前記非線形伝播遅延およびパルス形状歪みのうちの一方または両方と、上記(b)で取得した前記深度に応じた相対反射係数に関連した前記パラメータとを多重散乱HFノイズ信号のための数学的モデルにおいて組み合わせることを含む工程にて、前記補正遅延推定およびスペックル補正フィルタ推定を行うこと
を備える、請求項10に記載の方法。 - 前記工程は複数のステップによって段階的に実行され、各ステップは請求項11による方法を適用し、各ステップにおいて前記定義された対象物材料パラメータは、i)パルス反響ノイズ、およびii)処理済HF受信信号の1次線形散乱成分のうちの一方または両方の抑制を増大するように調整され、当該調整は、
(a)表示された画像の観察に基づく手動調整と、
(b)画像領域中に存在する処理済HF受信信号の機能を最適化する自動調整と、
のうちの一方または両方を介して実行される、請求項11に記載の方法。 - 前記機能は、画像領域内における処理済HF受信信号の合計電力である、請求項12に記載の方法。
- 実際の送信LF/HFパルス合成物と定義された対象物材料パラメータとを用いた前方伝播HFパルスのための非線形波方程式の前記シミュレーションは、測定前の複数の定義されたパラメータについて実行され、前記非線形伝播遅延および前記前方伝播パルスのパルス形状歪みのうちの少なくとも一方が抽出されて電子メモリに事前に記憶され、前記推定する工程では、定義された対象物材料パラメータおよびLFパルスについて前記非線形伝播遅延およびパルス形状歪みのうちの少なくとも一方が、前記定義されたパラメータに関連付けされたメモリアドレスに基づいてメモリから取り出される、請求項11に記載の方法。
- 上記(a)について、前記LFパルスおよび定義された対象物材料パラメータに依存した前記非線形伝播遅延およびパルス形状歪みの級数展開の係数が計算および記憶されることで、所与の送信されたLFパルスおよび定義された対象物材料パラメータについて、前記非線形伝播遅延およびパルス形状歪みを、前記級数展開の前記記憶された係数を利用した当該級数展開によって推定可能である、請求項11に記載の方法。
- 前記級数展開は、テイラー級数およびフーリエ級数展開のうちの一方または両方である、請求項15に記載の方法。
- 前記LFおよびHF送信開口は、前記送信されたHFパルスのための前記非線形伝播遅延τ(t)が前記高速時間tで実質的に線形に変化し、かつパルス反響ノイズの抑制のために前記補正遅延がτ(t)/2で近似されるように定義される、請求項1に記載の方法。
- 低エコー領域におけるパルス反響ノイズの抑制について、非ゼロLFパルスによって得られた同じHF受信信号が2つの異なる補正遅延によって遅延補正されることにより2つの補正されたHF信号が得られ、前記2つの補正されたHF信号が組み合わされることによりノイズ抑制HF信号が提供される、請求項1に記載の方法。
- 送信LFアレイ素子は、前記LFアレイ開口がその周囲に前記LFパルスを送信しない領域を有するように選択され、これにより、共伝播する前記HFパルスによって観察される前記LFパルスによる前記対象物材料パラメータの操作性が前記HFアレイ開口の近似場領域内で低くなる、請求項1に記載の方法。
- 波動場強度によって波動伝播および散乱の対象物材料パラメータが変更される対象物の領域を波動により測定または画像化するための機器であって、
(a)送信手段であって、
当該送信手段が、
低周波(LF)アレイ素子と、選択可能なLF送信焦点と、LF送信ビーム方向とを有する選択可能な低周波(LF)送信アレイ開口と、
高周波(HF)アレイ素子と、選択可能なHF送信焦点と、HF送信ビーム方向とを有する選択可能な高周波(HF)送信アレイ開口と、を含み、
前記LF送信アレイ開口および前記HF送信アレイ開口は、少なくとも2つのパルス合成物を前記領域に向けて送信するためのものであって、各パルス合成物は、LF帯域の周波数を有するLFパルスと、HF帯域の周波数を有するHFパルスとによって構成されており、
前記送信されたHFパルスは、前記HFパルスの伝播深度の少なくとも一部について共伝播するLFパルスによって前記対象物材料パラメータの操作を観察できるように前記送信されたLFパルス内でまたは前記送信されたLFパルスに接近して空間伝播し、
前記対象物の異なる操作を生じさせるために、少なくとも前記送信されたLFパルスが前記送信されたパルス合成物間で異なっており、前記送信されたパルス合成物のLFパルスがゼロであってもよく、少なくとも一つのパルス合成物において前記LFパルスが非ゼロである、前記送信手段と、
(b)前記送信された各パルス合成物から散乱および送信されたHF成分の一方または両方からのHF受信素子信号をピックアップするHF受信アレイ素子を備えたHF受信手段およびHFビーム形成手段であって、選択可能なHF受信開口およびHF受信焦点により、前記HF受信素子信号をHF受信信号内に組み合わせる前記HF受信手段およびHFビーム形成手段と、
(c)高速時間(深度−時間)を複数の高速時間インターバルに分割し、高速時間インターバル中の前記HF受信信号を、
(i)高速時間インターバル中にHFパルス反響ノイズを形成する干渉を与える多重散乱HFパルスの非線形伝播遅延の加重平均を表す補正遅延推定を用いた高速時間中の遅延補正であって、前記加重平均は、高速時間インターバル中の前記多重散乱HFパルスの振幅変動およびパルス形状を補償する、前記遅延補正と、
(ii)高速時間インターバル中にHFパルス反響ノイズを形成する干渉を与える多重散乱HFパルスの非線形伝播遅延のLFパルスによる変動およびパルス形状歪みによって生じる高速時間インターバル中のHFパルス反響ノイズのスペックルのLFパルスによる変動を補償するスペックル補正フィルタ推定を用いた高速時間中のスペックル補正と
のうちの少なくとも一方によって補正する補正手段であって、高速時間インターバルについて補正されたHF信号を形成するために、前記遅延補正およびスペックル補正のうちの一方または両方を少なくとも1つのHF受信信号についてゼロとすることが可能であるとともに、前記遅延補正およびスペックル補正のうちの少なくとも一方を少なくとも1つのHF受信信号について非ゼロとすることが可能である、前記補正手段と、
(d)前記補正されたHF信号を組み合わせて、パルス反響ノイズを抑制する少なくとも1つのノイズ抑制HF信号を形成する処理手段と、
を備える機器。 - 前記送信手段は、異なるLFパルスを有する少なくとも3つのパルス合成物を前記対象物に向けて送信する手段を含み、
前記(c)および(d)のステップがさらに、
(a)前記HF受信信号を補正して組み合わせることにより少なくとも2つのノイズ抑制HF信号を形成する手段と、
(b)前記少なくとも2つのノイズ抑制HF信号に対して、
(i)高速時間(深度−時間)中の補正遅延を使用した遅延補正と、
(ii)高速時間中のスペックル補正と、
のうちの少なくとも一方を含む処理をさらに行うことによって、少なくとも2つの補正されたノイズ抑制HF信号を形成する手段と、
(c)前記補正されたノイズ抑制HF信号を組み合わせることで、線形散乱成分を抑制して非線形測定または画像HF信号を形成する手段と、
を含む、請求項20に記載の機器。 - 前記高速時間中のスペックル補正のためのフィルタの形態による手段を含む、請求項20または21に記載の機器。
- 前記高速時間中における前記フィルタは前記信号の帯域幅を低減するバンドパスフィルタである、請求項22に記載の機器。
- 前記HF送信手段、HF受信手段、HFビーム形成手段は、ゼロLFパルスについて、等級Iおよび等級IIの3次散乱ノイズ間の差を最小化するための、HF送信ビームとHF受信ビームを整合させる手段を備えている、請求項21に記載の機器。
- 前記送信手段、HF受信手段、HFビーム形成手段は、
異なる送信ビーム方向を有し、当該異なる方向においてHF受信信号を形成するための整合するHF受信ビームを持った多重パルス合成物を送信する手段と、
少なくとも1つの深度について前記異なる方向からのHF受信信号のトランスバーサルフィルタリングを行うことで、前記少なくとも1つの深度に合成HF画像ビーム焦点を有する合成HF受信信号を取得し、請求項20の上記(c)および(d)に従って前記合成HF受信信号をさらに処理する手段と、
を備えている、請求項24に記載の機器。 - (a)前記送信手段は、複数のパルス合成物を異なる方向で前記対象物に向けて送信することが可能であり、
(b)前記HF受信手段は、各HF受信アレイ素子および各送信されたパルス合成物について、HF受信アレイ素子信号を受信および記憶する手段を備え、
(c)前記HFビーム形成手段は、像点群において前記送信されたパルス合成物からの前記HF受信アレイ素子信号どうしを組み合わせて、合成HF送信・受信ビームを有する合成HF受信信号を像点毎に提供する手段を備え、
前記合成HF送信・受信ビームは、前記合成HF受信信号内の等級I、等級IIの3次散乱ノイズ−信号間の差が、ゼロLFパルスを持つパルス合成物の各像点において実質的に最小化されるように構築される、請求項20に記載の機器。 - 前記送信手段は、少なくとも一方向において実質的に平坦な波面を有するLFおよびHFパルス波を送信可能とする、請求項26に記載の機器。
- 前記補正遅延とスペックル補正とのうちの少なくとも一方を推定する推定手段を備える請求項20または21に記載の機器。
- 前記推定手段は、(i)HF受信信号遅延、および(ii)HF受信信号における多重散乱したノイズ信号成分のスペックルのうちの少なくとも一方においてLFパルスが生成した変化の数学的モデルを使用する、請求項28に記載の機器。
- 前記推定手段は、
(a)実際の送信LF/HFパルス合成物と定義された対象物材料パラメータとを用いて前方伝播HFパルスのための非線形波方程式のシミュレーションを行い、シミュレートされたHFパルスについての非線形伝播遅延およびパルス形状歪みを取得する手段と、
(b)前記測定されたHF受信信号から、ビームに沿った深度に応じた相対反射係数に関連したパラメータを取得する手段と、
(c)上記(a)で取得した前記シミュレーションされたHFパルスについての前記非線形伝播遅延およびパルス形状歪みのうちの一方または両方と、上記(b)で取得した前記深度に応じた相対反射係数に関連した前記パラメータとを多重散乱HFノイズ信号のための数学的モデルにおいて組み合わせることを含む工程にて、前記補正遅延推定およびスペックル補正フィルタ推定を行う手段と
を備える、請求項29に記載の機器。 - 前記推定手段は、前記処理されたHF受信信号において(i)パルス反響ノイズおよび(ii)1次線形散乱成分のうちの一方または両方の抑制を増大させるように前記定義された対象物材料パラメータを調整する手段を備え、当該調整は、
(i)表示された画像の観察に基づいた手動調整と、
(ii)画像領域内の処理されたHF受信信号の機能を最適化するための自動調整と、
のうちの一方または両方によって実行される、請求項30に記載の機器。 - 実際の送信LF/HFパルス合成物と定義された対象物材料パラメータとを用いて前方伝播HFパルスのための非線形波方程式のシミュレーションを行う前記手段は、定義された異なる対象物材料パラメータによる、前記非線形伝播遅延および前記前方伝播パルスのパルス形状歪みのうちの少なくとも一方のシミュレーションを記憶するための手段を備え、前記シミュレーションは前記測定の前に実行され、前記推定する工程において、前記定義された対象物材料パラメータのためのシミュレーションが、前記定義されたパラメータに関連付けされたメモリアドレスに基づいてメモリから取り出される、請求項30に記載の機器。
- 前記シミュレーションを行う手段は、前記LFパルスおよび定義された対象物材料パラメータに依存した前記非線形伝播遅延およびパルス形状歪みの級数展開の係数を計算および記憶して、所与の送信されたLFパルスおよび定義された対象物材料パラメータについて、前記非線形伝播遅延およびパルス形状歪みを、前記級数展開の前記記憶された係数を利用した当該級数展開によって推定する手段を備える、請求項30に記載の機器。
- 前記送信手段は、前記送信されたHFパルスの前記非線形伝播遅延τ(t)が前記高速時間tで実質的に線形に変化し、かつ前記高速時間tにおけるパルス反響ノイズの抑制のために前記補正遅延がτ(t)/2で近似されるように、前記LFおよびHF送信開口を定義することを可能にする、請求項20に記載の機器。
- 前記補正手段は、非ゼロLFパルスで取得された同じHF受信信号を2つの異なる補正遅延によって遅延補正することにより2つの補正されたHF信号を提供するものであり、前記2つの補正されたHF信号が組み合わされることによりノイズ抑制HF信号が提供される、請求項20に記載の機器。
- 前記LFパルスを送信しない領域をその中心の周りに有するLFアレイ開口を取得するように送信LFアレイ開口を選択して、共伝播する前記HFパルスによって観察される前記LFパルスによる前記対象物材料パラメータの操作性が前記HFアレイ開口の近似場領域内で低くなるようにする手段を含む、請求項20に記載の機器。
- 前記ノイズ抑制HF信号は、波動伝播速度における空間変動による材料の波面収差補正を推定する工程において使用される、請求項1に記載の方法。
- 波動伝播速度における空間変動による材料の波面収差補正を推定する手段と、
前記HF受信素子信号の波面収差を補正する手段と、
を備える請求項21に記載の機器。
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