(57)【要約】  画像化方法は、複数の角度から目標の器官の方に複数の無線周波数（ＲＦ）ビーム（２０６，２０７）を向けることを含んでいる。このＲＦビームは１以上の第１の対の無線周波数（ＲＦ）ビームを含み、各第１の対のＲＦビームは反対の方向から目標の器官に衝突する２つのＲＦビームを含んでいる。前記目標の器官から反射されたＲＦ信号は前記ＲＦビームに対応して受信され、該ＲＦ信号は前記１以上の第１の対のＲＦビームによってそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を含んでいる。前記目標の器官の多数の点の局所組織パラメーターは、前記第２の対のそれぞれのＲＦ信号を共同で処理することにより導き出される。前記目標の器官の画像はこの導き出された組織パラメーターを使用して生成される。ここに記載する他の実施例は、受動的画像化、動作ベクトル分析、剥離、局所加熱及び電磁圧力の作用のための方法を含んでいる。
2009513184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の第１の対の無線周波数（ＲＦ）ビームを有する複数のＲＦビームであって、該各第１の対のＲＦビームが反対の方向から目標の器官に衝突する２つのＲＦビームを有する複数のＲＦビームを、各複数の角度から目標の器官に向け、
前記ＲＦビームに対応して前記目標の器官から反射したＲＦ信号であって、前記１以上の第１の対のＲＦビームによってそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を有するＲＦ信号を受信し、
前記第２の対のそれぞれのＲＦ信号を共同で処理することにより目標の器官の多数の点で局所組織パラメーターを導き出し、
前記導き出した局所組織パラメーターを使用して前記目標の器官の画像を作り出す
ことを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項２】
前記複数のＲＦビームを向けることは、複数の放射エレメントを含むアンテナアレイから選択された放射エレメントの選択的に活動している部分集合により前記複数の角度から前記目標の器官に向けられたそれぞれ複数の有効なアンテナを形成することを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アンテナアレイは前記目標の器官を取り囲む円筒形状のアレイを備えており、前記ＲＦビームは、１度以上ずれることなく円筒形のベースに平行であり、多数の方位角及び高度から前記円筒形の中心軸の方に向っている請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のＲＦビームを向けることは、前記複数の角度から送るように１以上のアンテナを機械的に走査することを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のＲＦビームを向けることは、前記アンテナにより生じたＲＦビームを前記複数の角度から前記目標の器官に衝突させるように１以上のアンテナに関して前記目標の器官を機械的に走査することを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のＲＦビームは前記ＲＦビームのそれぞれに１以上の広帯域のＲＦパルスを送ることを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記１以上のパルスを送ることは、２以上の広帯域のＲＦパルスの配列を送ると共に、該配列の前記パルスの位置により該パルスにそれぞれの位相を割り振ることにより前記配列を位相符号化することを含んでいる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＲＦ信号を受信することは、お互いに関して増分時間のオフセットを有する多数のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器を使用して前記反射したＲＦ信号をサンプリングすることを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ＲＦ信号を受信することは、前記多数のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器の多数の出力を使用して前記反射するＲＦ信号の距離分解能を上げることを含んでいる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＲＦ信号を受信することは、前記受信したＲＦ信号に時間依存の利得制御（ＴＧＣ）機能を適用することを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記局所組織パラメーターは、局所減衰係数、局所反射係数、局所時間遅延、及び局所組織の誘電特性から成るパラメーター群から選択された少なくとも１つのパラメーターを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＲＦ信号を受信することは、時間の関数として第２の対のそれぞれの前記ＲＦ信号の強度を示す第１及び第２の反射強度特性を各第２の対のために測定することを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の反射強度特性を比較することは、第１の方向でそれぞれの組織の界面から反射された第１の反射のピークを第１の反射強度特性で識別し、前記第１の方向の反対の第２の方向でそれぞれの組織の界面から反射された第２の反射のピークを前記第２の反射強度特性で識別し、前記第１の反射のピークと第２の反射のピークの間の差に反応して前記局所組織パラメーターの補正値を計算することを含んでいる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記局所組織パラメーターを計算することは、前記第１及び第２反射強度特性において局所時間遅延及び局所減衰から成る群から選択された少なくとも１つのアーティファクトを補正することを含んでいる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記目標の器官の画像を生成することは、前記目標の器官の多数点において前記第２の対の前記局所組織パラメーターの補正値の蓄積貢献度を計算することにより前記局所組織パラメーターの三次元（３−Ｄ）表示を再生することを含んでいる請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＲＦビームの少なくとも幾つかはお互いにオーバーラップし、前記３−Ｄ表示を再生することは、前記オーバーラップしているＲＦビームを使用して前記３−Ｄ表示の空間分解能を改善することを含んでいる請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記蓄積貢献度を計算することは、各ビームのため、該ビームを振り向けるアンテナに関して特定の伝達遅延を有する目標の器官において前記多数の点の幾つかの点の軌跡で定義する等時間面を計算することを含んでいる請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＲＦビームを向け、前記ＲＦ信号を受信し、前記組織パラメーターを導き出すことは、前記ＲＦビームを使用して前記目標の器官を継続的に走査することを含み、前記目標の器官の画像を生成することは時間を通して導き出された組織パラメーターの変化を表示する３−Ｄ画像列を生成することを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項１９】
前記３−Ｄ画像列は毎秒５５の３−Ｄフレームより多いフィルムスピードを有している請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記フィルムスピードは毎秒１００の３−Ｄフレームより多い又はそれに等しいフィルムスピードである請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記３−Ｄ画像列の組織領域の各位置の間の差を測定することにより組織領域の時間変化を追跡することを含んでいる請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記目標の器官の生成画像は２ｍｍより良い空間分解能を有している請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項２３】
前記空間分解能は１ｍｍより良い請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記目標の器官の画像を生成することは、前記導き出された局所組織パラメーターを使用して第１の異なる組織タイプと第２の異なる組織タイプとを区別することを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項２５】
前記目標の器官の画像を生成することは、前記導き出された局所組織パラメーターを使用して組織タイプを識別することを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項２６】
前記目標の器官の画像を生成することは、前記導き出された局所組織パラメーターを使用して前記目標の器官の多数の点の少なくとも幾つかの点において局所導電率を測定することを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項２７】
前記目標の器官は心臓を含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項２８】
前記ＲＦビームの少なくとも幾つかは前記目標の器官の多数の点の少なくとも幾つかで像を造るために２０ｃｍ以上の深さまで前記目標の器官を含む体を貫通する請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項２９】
前記深さは３０ｃｍ以上である請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＲＦビームを振り向けることは、第１の偏光を使用する前記ＲＦビームの第１の部分集合と、前記第１の偏光とは異なる第２の偏光を使用する前記ＲＦビームの第２の部分集合とを形成し、前記局所組織パラメーターを導き出すことは、前記ビームの第１の部分集合に対応する局所組織パラメーターの第１の値と前記ビームの第２の部分集合に対応する局所組織パラメーターの第２の値を計算することを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＲＦ信号を受信することは、該受信したＲＦ信号をフィルタリングし、第１及び第２の空間帯域幅のＲＦ信号を生成し、前記局所組織パラメーターを導き出すことは、前記第１の空間帯域幅のＲＦ信号に対応する前記局所組織パラメーターの第１の値と前記第２の空間帯域幅のＲＦ信号に対応する前記局所組織パラメーターの第２の値を計算することを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項３２】
前記局所組織パラメーターの少なくとも１つに作用するコントラスト剤を前記目標の器官に挿入することを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項３３】
前記局所組織パラメーターを導き出すことは、前記３以上のＲＦビームで前記ＲＦ信号のドップラースペクトルを測定することにより前記目標の器官の多数の点で組織の動作速度を予測することを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項３４】
前記ＲＦビームの少なくとも幾つかを使用して剥離領域にアブレーション信号を集中することにより前記目標の器官の剥離領域にＲＦアブレーションを当てることを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項３５】
前記剥離領域に前記アブレーション信号を集中することは、前記目標の器官の生成画像に基づいて前記剥離信号を向けることを含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記ＲＦビームの少なくとも幾つかを使用して前記領域に加熱したＲＦ信号を集中することにより前記目標の器官の領域を局所的に加熱することを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項３７】
前記ＲＦビームの少なくとも幾つかを使用して前記領域にＲＦ信号を集中することにより前記目標の器官の領域に電磁圧力を加えることを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項３８】
それぞれ異なる角度で目標の器官からの無線周波数（ＲＦ）信号の３以上の方向性の軸の受信を定義するためアンテナセットを形成し、
前記アンテナセットを使用して前記目標の器官で発生した局所電気動作信号により３以上の軸に沿って放射された前記ＲＦ信号を受動的に検知し、
前記検知したＲＦ信号に基づいて前記局所電気動作信号の位置座標を決定する、
ことを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項３９】
前記ＲＦ信号を受動的に検知することは、１ＧＨｚより高いサンプリングレートで前記ＲＦ信号をサンプリングし、１ミリ秒より大きい又はそれに等しい時間に亘って前記サンプリングされたＲＦ信号を積分することを含んでいる請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記局所電気動作信号の位置座標を決定することは、前記位置座標を周期的に決定し、時間を通して前記位置座標の変化を表示する請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記位置座標を決定することは、前記検知したＲＦ信号をフィルタリングし、それぞれの狭帯域信号を生成し、該狭帯域信号に干渉計使用法計算を適用することを含んでいる請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
１以上の第１の対のＲＦビーム備えた複数の無線周波数（ＲＦ）ビームであって、それぞれの対が反対方向から前記目標の器官に衝突する２つのＲＦビームを備えた複数の無線周波数（ＲＦ）ビームをそれぞれの複数のアンテナ位置から目標の器官の方に振り向け、
前記ＲＦビームに対応して前記目標の器官から反射したＲＦ信号であって、前記１以上の第１の対のＲＦビームによってそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を有するＲＦ信号を受信し、
前記それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記ＲＦ信号の局所組織のアーティファクトを補償し、
前記局所組織のアーティファクトの補償後に、前記ＲＦ信号を使用して前記アンテナの位置に関して目標の器官の多数の点の三次元（３−Ｄ）速度ベクトルを計算することを含んでいることを特徴とする画像化方法。
【請求項４３】
前記３−Ｄ速度ベクトルを計算することは、前記それぞれの多数の点のためのアンテナの位置に関して前記ＲＦ信号のドップラースペクトルを予測し、前記ドップラースペクトルの主要なスペクトル成分を識別すると共に３−Ｄ速度ベクトルの予測をするために前記各３以上のドップラースペクトルにおいて３以上の主要なスペクトル成分を結合する請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記３以上の主要なスペクトル成分を結合することは、前記３−Ｄ速度ベクトルを、前の３−Ｄ速度ベクトルの予測値及び前記目標の器官の近接点の３−Ｄ速度ベクトルの予測値から成るグループから選択された少なくとも１つの予測値と比較することにより、主要なスペクトル成分との間で誤った結合を識別すると共に放棄することを含んでいる請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
それぞれの複数の角度から目標の器官の方に複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを向けるように設けられ、前記複数のＲＦビームが１以上の第１の対のＲＦビームを備え、それぞれの第１の対は反対の方向から前記目標の器官に衝突する２つの前記ＲＦビームを備えている１以上のアンテナと、
前記ＲＦビームに応答して前記目標の器官から反射されたＲＦ信号を前記１以上のアンテナを介して受信するように設けられ、前記ＲＦ信号は前記１以上の第１の対のＲＦ信号によりそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を備えている受信機と、
それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記目標の器官の多数の点で局所組織パラメーターを導き出すと共に前記導き出した局所組織パラメーターを使用して前記目標の器官の画像を生成するように設けられたプロセッサーと、
を備えていることを特徴とする画像化システム。
【請求項４６】
前記１以上のアンテナは、複数のアンテナエレメントと切換えアレイとを備えたアンテナアレイを備え、前記プロセッサーにより制御されると共に、前記放射エレメントの部分集合を選択的に動作させることにより前記複数の角度から前記目標の器官に向けられる複数の有効なアンテナを形成するように設けられている請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記アンテナアレイは、前記目標の器官を取り囲む円筒形のアレイを備え、前記ＲＦビームは、１度以下のずれで、前記円筒形のベースに平行で、多数の方位及び高さから前記円筒形の中心軸に向う請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記円筒形のアレイは地面に対してある角度を成して傾いている請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記１以上のアンテナは前記複数の角度から送信するように前記目標の器官を機械的に走査するように配列されている請求項４５に記載のシステム。
【請求項５０】
前記複数の角度から前記目標の器官に衝突するアンテナによって前記ＲＦビームに発生させるように１以上のアンテナに対して前記目標の器官を機械的に走査するための手段を備えている請求項４５に記載のシステム。
【請求項５１】
送信機を備え、１以上の広帯域のＲＦパルスにより前記アンテナを作動するように設けられている請求項４５に記載のシステム。
【請求項５２】
前記１以上のＲＦパルスは２以上の広帯域のＲＦパルス列を備え、前記送信機は前記配列のパルスの位置によりそれぞれの位相を前記パルスに割り当てることにより前記配列を位相符号化するように設けられている請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記受信機は、多数のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器を備え、お互いに対して増分時間のオフセットで前記反射したＲＦ信号をサンプリングするように設けられている請求項４５に記載のシステム。
【請求項５４】
前記プロセッサーは、前記多数のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器の多数の出力を使用して前記反射したＲＦ信号の距離分解能を向上させるように設けられている請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記受信機は時間依存の利得制御装置（ＴＧＣ）機能を前記受信したＲＦ信号に適用するように設けられている請求項４５に記載のシステム。
【請求項５６】
前記局所組織パラメーターは、局所減衰係数、局所反射係数、局所時間遅延、及び局所組織誘電特性から成るパラメーターのグループから選択された少なくとも１つのパラメーターを備えている請求項４５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記プロセッサーは、時間の関数として前記それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号の強度を示す第２の対の第１及び第２の各反射強度特性のため測定し、前記第１及び第２の反射強度特性を比較することにより前記局所組織パラメーターを導き出すように設けられている請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項５８】
前記プロセッサーは、第１の方向でそれぞれの組織界面から反射した第１の反射ピークを前記第１の反射強度特性で識別し、前記第１の方向の反対の第２の方向で前記それぞれの組織界面から反射した第２の反射ピークを前記第２の反射強度特性で識別し、前記第１の反射ピークと前記第２の反射ピークの間の差に応じて前記局所組織パラメーターの補正値を計算するように設けられている請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
前記プロセッサーは、前記第１及び第２の反射強度特性で局所時間遅延及び局所減衰から成るグループから選択された少なくとも１つのアーティファクトを補正するように設けられている請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
前記プロセッサーは、前記目標の器官の前記多数の点で前記第２の対の局所組織パラメーターの補正値の蓄積貢献度を計算することにより前記局所組織パラメーターの三次元（３−Ｄ）表示を再生するように設けられている請求項５８に記載のシステム。
【請求項６１】
前記ＲＦビームの少なくとも幾つかはお互いにオーバーラップし、前記プロセッサーは前記オーバーラップしているＲＦビームを使用して前記再生した３−Ｄ表示の空間分解能を向上させるように設けられている請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
前記プロセッサーは、各ビームのため、ビームを向けるアンテナに対して特別の伝達遅延を有する目標の器官の多数の点の幾つかの位置を定義する等時間面を計算することにより蓄積貢献度を計算するように設けられている請求項６０に記載のシステム。
【請求項６３】
前記１以上のアンテナは前記ＲＦビームを使用して前記目標の器官を連続的に走査するように設けられ、前記プロセッサーは時間を通して前記導き出された組織パラメーターの変化を表示する３−Ｄ画像列を生成するように設けられている請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項６４】
前記３−Ｄ画像列は毎秒５５の３−Ｄフレームより大きいフィルムスピードを有している請求項６３に記載のシステム。
【請求項６５】
前記フィルムスピードは毎秒１００の３−Ｄフレームより大きいか或いはそれに等しい請求項６４に記載のシステム。
【請求項６６】
前記プロセッサーは、３−Ｄ画像列の組織領域の各位置の間の差を測定することにより組織領域の時間変化を追跡するように設けられている請求項６３に記載のシステム。
【請求項６７】
前記目標の器官の生成画像は２ｍｍより良い空間分解能を有している請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項６８】
前記空間分解能は１ｍｍより良い請求項６７に記載のシステム。
【請求項６９】
前記プロセッサーは、前記導き出された局所組織パラメーターを使用して第１の異なる組織タイプと第２の異なる組織タイプとを区別するように設けられている請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項７０】
前記プロセッサーは、前記導き出された局所組織パラメーターを使用して組織タイプを識別するように設けられている請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項７１】
前記プロセッサーは、前記導き出された局所組織パラメーターを使用して前記目標の器官の多数の点の少なくとも幾つかの点において局所導電率を測定するように設けられている請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項７２】
前記目標の器官は心臓を含んでいる請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項７３】
前記ＲＦビームの少なくとも幾つかは前記目標の器官の多数の点の少なくとも幾つかで像を造るために２０ｃｍ以上の深さまで前記目標の器官を含む体を貫通する請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項７４】
前記深さは３０ｃｍ以上である請求項７３に記載のシステム。
【請求項７５】
前記ＲＦビームの第１の部分集合は第１の偏光を使用するように構成され、前記ＲＦビームの第２の部分集合は前記第１の偏光とは異なる第２の偏光を使用するように構成され、前記プロセッサーは、前記ビームの第１の部分集合に対応する局所組織パラメーターの第１の値と前記ビームの第２の部分集合に対応する局所組織パラメーターの第２の値を計算するように設けられている請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項７６】
前記受信機及び前記プロセッサーから成るグループから選択された少なくとも１つのエレメントは、前記受信したＲＦ信号をフィルタリングし、第１及び第２の空間帯域幅のＲＦ信号を生成するように設けられ、前記プロセッサーは、前記第１の空間の帯域幅の信号に対応する前記局所組織パラメーターの第１の値と前記第２の空間の帯域幅の信号に対応する前記局所組織パラメーターの第２の値を計算するように設けられている請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項７７】
前記プロセッサーは、前記３以上のＲＦビームで前記ＲＦ信号のドップラースペクトルを測定することにより前記目標の器官の多数の点で組織の動作速度を予測することを含んでいる請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項７８】
前記１以上のアンテナ及び前記プロセッサーは、前記ＲＦビームの少なくとも幾つかを使用して剥離領域にアブレーション信号を集中することにより前記目標の器官の剥離領域にＲＦアブレーションを当てるように配列されている請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項７９】
前記プロセッサーは、前記目標の器官の生成画像に基づいて前記剥離信号を向けるように前記１以上のアンテナを制御するように設けられている請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記１以上のアンテナ及び前記プロセッサーは、前記ＲＦビームの少なくとも幾つかを使用して前記領域に加熱したＲＦ信号を集中することにより前記目標の器官の領域を局所的に加熱するように設けられている請求項４５〜５６のいずれか１の請求項に記載のシステム。
【請求項８１】
前記ＲＦビームの少なくとも幾つかを使用して前記領域にＲＦ信号を集中することにより前記目標の器官の領域に電磁圧力を加えることを含んでいる請求項１〜１１のいずれか１の請求項に記載の方法。
【請求項８２】
それぞれ異なる角度で目標の器官からの無線周波数（ＲＦ）信号の３以上の方向性の軸の受信を定義するように構成されるアンテナセットと、
前記アンテナセットを使用して、前記目標の器官で発生した局所電気動作信号により３以上の軸に沿って放射された前記ＲＦ信号を受動的に検知するように設けられる受信機と、
前記検知したＲＦ信号に基づいて前記局所電気動作信号の位置座標を決定するように設けられたプロセッサーと、
を備えていることを特徴とする画像化システム。
【請求項８３】
前記受信機及び前記プロセッサーは、１ＧＨｚより高いサンプリングレートで前記ＲＦ信号をサンプリングし、１ミリ秒より大きい又はそれに等しい時間に亘って前記サンプリングされたＲＦ信号を積分するように設けられている請求項８２に記載のシステム。
【請求項８４】
前記プロセッサーは、前記局所電気動作信号の位置座標を周期的に決定し、時間を通して前記位置座標の変化を表示する請求項８２に記載のシステム。
【請求項８５】
前記プロセッサーは、前記検知したＲＦ信号をフィルタリングし、それぞれの狭帯域信号を生成し、該狭帯域信号に干渉計使用法計算を適用するように設けられている請求項８２に記載のシステム。
【請求項８６】
複数の無線周波数（ＲＦ）ビームをそれぞれの複数のアンテナ位置から目標の器官の方に振り向けるように設けられ、該複数のＲＦビームが１以上の第１の対のＲＦビーム備え、それぞれの対が反対方向から前記目標の器官に衝突する２つのＲＦビームを備えているアンテナセットと、
前記ＲＦビームに対応して前記目標の器官から反射したＲＦ信号をアンテナセットを介して受信するように設けられ、該ＲＦ信号が前記１以上の第１の対のＲＦビームによりそれぞれ生じる１以上の第２の対のＲＦ信号を備えた受信機と、
前記それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記ＲＦ信号の局所組織のアーティファクトを補償し、前記局所組織のアーティファクトの補償後に前記ＲＦ信号を使用して前記アンテナの位置に関して前記目標の器官の多数の点の三次元（３−Ｄ）速度ベクトルを計算するように設けられているプロセッサーと、
を備えていることを特徴とする画像化システム。
【請求項８７】
前記プロセッサーは、前記それぞれの多数の点のためのアンテナの位置に関して前記ＲＦ信号のドップラースペクトルを予測し、前記ドップラースペクトルの主要なスペクトル成分を識別すると共に３−Ｄ速度ベクトルの予測をするために前記各３以上のドップラースペクトルにおいて３以上の主要なスペクトル成分を結合することにより、前記３−Ｄ速度ベクトルを計算するように設けられている請求項８６に記載のシステム。
【請求項８８】
前記プロセッサーは、前記３−Ｄ速度ベクトルの予測値を、前の３−Ｄ速度ベクトルの予測値及び前記目標の器官の近接点の３−Ｄ速度ベクトルの予測値から成るグループから選択された少なくとも１つの予測値と比較することにより、主要なスペクトル成分との間で誤った結合を識別すると共に放棄するように設けられている請求項８７に記載のシステム。
【請求項８９】
プログラムの指令が格納されたコンピュータで読み取り可能な媒体を備えた画像化するためのコンピュータソフトウェア製品であって、指令がコンピュータにより読み取られた時に、コンピュータに、
それぞれの複数の角度から目標の器官の方に複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを向けるように１以上のアンテナを制御させ、前記複数のＲＦビームは１以上の第１の対のＲＦビームを備え、それぞれの第１の対は反対の方向から前記目標の器官に衝突する２つの前記ＲＦビームを備えており、
前記ＲＦビームに応答して前記目標の器官から反射されたＲＦ信号を前記１以上のアンテナを介して受信するように１以上のアンテナを制御させ、前記ＲＦ信号は前記１以上の第１の対のＲＦ信号によりそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を備えており、
それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記目標の器官の多数の点で局所組織パラメーターを導き出すと共に前記導き出した局所組織パラメーターを使用して前記目標の器官の画像を生成するように１以上のアンテナを制御させることを特徴とするコンピュータソフトウェア製品。
【請求項９０】
プログラムの指令が格納されたコンピュータで読み取り可能な媒体を備えた画像化するためのコンピュータソフトウェア製品であって、指令がコンピュータにより読み取られた時に、コンピュータに、
それぞれ異なる角度で目標の器官からの無線周波数（ＲＦ）信号の３以上の方向性の軸の受信を定義するようにアンテナセットを形成させ、
前記アンテナセットを使用して、前記目標の器官で発生した局所電気動作信号により３以上の軸に沿って放射された前記ＲＦ信号を受動的に検知させ、
前記検知したＲＦ信号に基づいて前記局所電気動作信号の位置座標を決定させる、
ことを特徴とするコンピュータソフトウェア製品。
【請求項９１】
プログラムの指令が格納されたコンピュータで読み取り可能な媒体を備えた画像化するためのコンピュータソフトウェア製品であって、指令がコンピュータにより読み取られた時に、コンピュータに、
１以上の第１の対のＲＦビーム備えた複数の無線周波数（ＲＦ）ビームであって、それぞれの第１の対が反対方向から前記目標の器官に衝突する２つのＲＦビームを備えた複数の無線周波数（ＲＦ）ビームをそれぞれの複数のアンテナ位置から目標の器官の方に振り向け、
前記ＲＦビームに対応して前記目標の器官から反射したＲＦ信号であって、前記１以上の第１の対のＲＦビームによりそれぞれ生じたＲＦ信号の１以上の第２の対を備えたＲＦ信号を、前記アンテナセットを介して受信し、
前記それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記ＲＦ信号の局所組織のアーティファクトを補償し、
前記局所組織のアーティファクトの補償後に前記ＲＦ信号を使用して前記アンテナの位置に関して目標の器官の多数の点の三次元（３−Ｄ）速度ベクトルを計算するようにアンテナセットを制御させることを特徴とするコンピュータソフトウェア製品。
【請求項９２】
それぞれの複数の角度から目標の器官の方に複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを向け、前記複数のＲＦビームが１以上の第１の対のＲＦビームを備え、それぞれの第１の対は反対の方向から前記目標の器官に衝突する２つの前記ＲＦビームを備えており、
前記ＲＦビームに応答して前記目標の器官から反射されたＲＦ信号を受信し、前記ＲＦ信号は前記１以上の第１の対のＲＦ信号によりそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を備えており、
それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記目標の器官の多数の点で局所組織パラメーターを導き出し、
前記導き出した局所組織パラメーターに基づき多数の剥離ビームを使用して前記目標の器官の剥離領域に剥離信号を集中する、
ことを含んでいることを特徴とする無線周波数（ＲＦ）剥離方法。
【請求項９３】
それぞれの複数の角度から目標の器官の方に複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを向けるように設けられ、前記複数のＲＦビームが１以上の第１の対のＲＦビームを備え、それぞれの第１の対は反対の方向から前記目標の器官に衝突する２つの前記ＲＦビームを備えている１以上のアンテナと、
前記ＲＦビームに応答して前記目標の器官から反射されたＲＦ信号を前記１以上のアンテナを介して受信するように設けられ、前記ＲＦ信号は前記１以上の第１の対のＲＦ信号によりそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を備えている受信機と、
前記１以上のアンテナを介して前記目標の器官の剥離領域の方に剥離信号を送信するように設けられた送信機と、
それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記目標の器官の多数の点で局所組織パラメーターを導き出すと共に前記導き出した局所組織パラメーターに基づき前記目標の器官の剥離領域に前記剥離信号を集中させるように設けられているプロセッサーと、
を備えていることを特徴とする無線周波数（ＲＦ）剥離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年８月９日に出願された米国仮特許出願６０／７０７，０６４の利益を主張し、その内容はここに組み込まれている。
【０００２】
本発明は、一般には、医療画像化及び治療システムに関し、特に、高分解能無線周波数（ＲＦ）画像化及び治療のための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
医療画像化方法及びシステムは各種の画像化様式を使用している。各様式はその典型的な空間及び時間の分解能により特徴付けられることができる。例えば、以下の表は典型的に達成可能な幾つかの公知な画像化様式の空間及び時間の分解能の値を示している。
【０００４】
【表１】
2009513184.tif 000003
幾つかの方法及びシステムは無線周波数（ＲＦ）に基づく画像化を使用している。例えば、米国特許第６，４９０，４７１は、実物大の生物を画像化することのできる単周波三次元（３−Ｄ）マイクロ波断層撮影装置について説明している。その装置は符号分割ソフトウェアを含み、生物学システムの表面画像化を可能にするマイクロ波パッチシステムと協動している。アンテナとトランシーバーの組み合わせは、実時間の複数の写真から生物を検査するための単３−Ｄマイクロ波システムに統合されるマイクロ波断層撮影法（ＭＷＴ）及び電気インピーダンス断層撮影法（ＥＩＴ）を提供するために使用される。
【０００５】
ＰＣＴ国際公開ＷＯ０３／００３９０７は、時空ビーム形成を介してマイクロ波画像化のためのシステムについて説明している。マイクロ波信号は検査される個体に多数のアンテナ位置から送信される。後方散乱されたマイクロ波信号は多数のアンテナ位置で受信され、アンテナから受信信号を供給する。その受信信号はコンピュータで処理され、各アンテナで信号の皮膚界面反射成分を除去する。補正された信号データはビーム形成機により処理される。ビーム形成機は、ビーム形成機の処理の時間変化、フィルター重量及び時間ゲーティングを変えることにより個体の複数の異なる位置に亘って走査される。出力された力は、悪性障害のような重要なマイクロ波散乱に対応する大出力の力の領域で走査位置の関数として表示されてもよい。
【０００６】
米国特許第６，４４８，７８８号は、同質でない目標、特に生物組織のマイクロ波画像化のための方法及び装置について説明している。その方法は作動しているアンテナと作動していないアンテナの間の相互作用を補償する。測定された電界データは大きさ及び位相の形式で処理され、明らかにされた位相情報が画像再生に直接使用されてもよい。最初の有限成分の測定及び計算は検査される目標の境界寸法を決定するために使用される。
【０００７】
米国特許第６，２５３，１００号は、人体のような不透明な媒体で、病気の人体の心臓又は骨のような物体を画像化する方法を説明している。その方法は媒体と動作上結合する送信機と受信機のアレイを配置することを含んでいる。送信機は高調波又はパルス一次電磁（ＥＭ）場を発生し、媒体を通って伝達する。一次の場は散乱の場を生成する物体と相互に作用し、それは受信機によって記録される。受信機により測定された散乱のＥＭ場の成分は人工のＥＭ場として適用され、後方散乱するＥＭ場を発生する。一次及び後方散乱の場の横の力のスペクトル又はこれらの場の間の横の相互関係はＥＭホログラムの数の再生を作り出す。導電率又は誘電率のような媒体の所望な特性はその後にこのホログラムから得られる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのため、本発明の実施例の画像化方法は、１以上の第１の対の無線周波数（ＲＦ）ビームを有する複数のＲＦビームであって、該各第１の対のＲＦビームが反対の方向から目標の器官に衝突する２つのＲＦビームを有する複数のＲＦビームを、各複数の角度から目標の器官に向け、
前記ＲＦビームに対応して前記目標の器官から反射したＲＦ信号であって、前記１以上の第１の対のＲＦビームによってそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を有するＲＦ信号を受信し、
前記第２の対のそれぞれのＲＦ信号を共同で処理することにより目標の器官の多数の点で局所組織パラメーターを導き出し、
前記導き出した局所組織パラメーターを使用して前記目標の器官の画像を作り出すことを含んでいる。
【０００９】
幾つかの実施例では、前記複数のＲＦビームを向けることは、複数の放射エレメントを含むアンテナアレイから選択された放射エレメントの選択的に活動している部分集合により前記複数の角度から前記目標の器官に向けられたそれぞれ複数の有効なアンテナを形成することを含んでいる。別の実施例では、前記アンテナアレイは前記目標の器官を取り囲む円筒形のアレイを備えており、前記ＲＦビームは、１度以上ずれることなく前記円筒形のベースに平行であり、多数の方位角及び高度から前記円筒形の中心軸の方に向っている。
【００１０】
さらに別の実施例では、前記複数のＲＦビームを向けることは、前記複数の角度から送るように１以上のアンテナを機械的に走査することを含んでいる。さらに又は代わりに、前記複数のＲＦビームを向けることは、前記アンテナにより生じたＲＦビームを前記複数の角度から前記目標の器官に衝突させるように１以上のアンテナに関して前記目標の器官を機械的に走査することを含んでいる。
【００１１】
開示した実施例では、前記複数のＲＦビームは前記ＲＦビームのそれぞれに１以上の広帯域のＲＦパルスを送ることを含んでいる。別の実施例では、前記１以上のパルスを送ることは、２以上の広帯域のＲＦパルスの配列を送ると共に、該配列の前記パルスの位置により該パルスにそれぞれの位相を割り振ることにより前記配列を位相符号化することを含んでいる。
【００１２】
ある実施例では、前記ＲＦ信号を受信することは、お互いに関して増分時間のオフセットを有する多数のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器を使用して前記反射したＲＦ信号をサンプリングすることを含んでいる。前記ＲＦ信号を受信することは、前記多数のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器の多数の出力を使用して前記反射するＲＦ信号の距離分解能を上げることを含んでいる。
【００１３】
別の実施例では、前記ＲＦ信号を受信することは、前記受信したＲＦ信号に時間依存の利得制御（ＴＧＣ）機能を適用することを含んでいる。
【００１４】
さらに別の実施例では、前記局所組織パラメーターは、局所減衰係数、局所反射係数、局所時間遅延、及び局所組織の誘電特性から成るパラメーター群から選択された少なくとも１つのパラメーターを含んでいる。
【００１５】
さらに別の実施例では、前記ＲＦ信号を受信することは、時間の関数として第２の対のそれぞれの前記ＲＦ信号の強度を示す第１及び第２の反射強度特性を各第２の対のために測定することを含んでいる。前記第１及び第２の反射強度特性を比較することは、第１の方向でそれぞれの組織の界面から反射された第１の反射のピークを第１の反射強度特性で識別し、前記第１の方向の反対の第２の方向でそれぞれの組織の界面から反射された第２の反射のピークを前記第２の反射強度特性で識別し、前記第１の反射のピークと第２の反射のピークの間の差に反応して前記局所組織パラメーターの補正値を計算することを含んでいる。
【００１６】
幾つかの実施例では、前記局所組織パラメーターを計算することは、前記第１及び第２反射強度特性において局所時間遅延及び局所減衰から成る群から選択された少なくとも１つのアーティファクトを補正することを含んでいる。
【００１７】
ある実施例では、前記目標の器官の画像を生成することは、前記目標の器官の多数点において前記第２の対の前記局所組織パラメーターの補正値の蓄積貢献度を計算することにより前記局所組織パラメーターの三次元（３−Ｄ）表示を再生することを含んでいる。
【００１８】
別の実施例では、前記ＲＦビームの少なくとも幾つかはお互いにオーバーラップし、前記３−Ｄ表示を再生することは、前記オーバーラップしているＲＦビームを使用して前記３−Ｄ表示の空間分解能を改善することを含んでいる。
【００１９】
前記蓄積貢献度を計算することは、各ビームのため、該ビームを振り向けるアンテナに関して特定の伝達遅延を有する目標の器官において前記多数の点の幾つかの点の軌跡で定義する等時間面を計算することを含んでいる。
【００２０】
ある実施例では、前記ＲＦビームを向け、前記ＲＦ信号を受信し、前記組織パラメーターを導き出すことは、前記ＲＦビームを使用して前記目標の器官を継続的に走査することを含み、前記目標の器官の画像を生成することは時間を通して導き出された組織パラメーターの変化を表示する３−Ｄ画像列を生成することを含んでいる。
【００２１】
別の実施例では、前記３−Ｄ画像列は毎秒５５の３−Ｄフレームより多いフィルムスピードを有している。さらに別の実施例では、前記フィルムスピードは毎秒１００の３−Ｄフレームより多い又はそれに等しいフィルムスピードである。
【００２２】
さらに別の実施例では、前記方法は、前記３−Ｄ画像列の組織領域の各位置の間の差を測定することにより組織領域の時間変化を追跡することを含んでいる。
【００２３】
ある実施例では、前記目標の器官の生成画像は２ｍｍより良い空間分解能を有している。別の実施例では、前記空間分解能は１ｍｍより良い。
【００２４】
さらに別の実施例では、前記目標の器官の画像を生成することは、前記導き出された局所組織パラメーターを使用して第１の異なる組織タイプと第２の異なる組織タイプとを区別することを含んでいる。さらに又は代わりに、前記目標の器官の画像を生成することは、前記導き出された局所組織パラメーターを使用して組織タイプを識別することを含んでいる。さらに又は代わりに、前記目標の器官の画像を生成することは、前記導き出された局所組織パラメーターを使用して前記目標の器官の多数の点の少なくとも幾つかの点において局所導電率を測定することを含んでいる。
【００２５】
ある実施例は、前記目標の器官は心臓を含んでいる。さらに又は代わりに、前記ＲＦビームの少なくとも幾つかは前記目標の器官の多数の点の少なくとも幾つかで像を造るために２０ｃｍ以上の深さまで前記目標の器官を含む体を貫通する。幾つかの実施例では、前記深さは３０ｃｍ以上である。
【００２６】
開示した実施例では、前記ＲＦビームを振り向けることは、第１の偏光を使用する前記ＲＦビームの第１の部分集合と、前記第１の偏光とは異なる第２の偏光を使用する前記ＲＦビームの第２の部分集合とを形成し、前記局所組織パラメーターを導き出すことは、前記ビームの第１の部分集合に対応する局所組織パラメーターの第１の値と前記ビームの第２の部分集合に対応する局所組織パラメーターの第２の値を計算することを含んでいる。
【００２７】
別の実施例では、前記ＲＦ信号を受信することは、該受信したＲＦ信号をフィルタリングし、第１及び第２の空間帯域幅のＲＦ信号を生成し、前記局所組織パラメーターを導き出すことは、前記第１の空間帯域幅のＲＦ信号に対応する前記局所組織パラメーターの第１の値と前記第２の空間帯域幅のＲＦ信号に対応する前記局所組織パラメーターの第２の値を計算することを含んでいる。
【００２８】
さらに別の実施例では、前記方法は、前記局所組織パラメーターの少なくとも１つに作用するコントラスト剤を前記目標の器官に挿入することを含んでいる。
【００２９】
さらに別の実施例では、前記局所組織パラメーターを導き出すことは、前記３以上のＲＦビームで前記ＲＦ信号のドップラースペクトルを測定することにより前記目標の器官の多数の点で組織の動作速度を予測することを含んでいる。
【００３０】
幾つかの実施例では、前記方法は、前記ＲＦビームの少なくとも幾つかを使用して剥離領域にアブレーション信号を集中することにより前記目標の器官の剥離領域にＲＦアブレーションを当てることを含んでいる。前記剥離領域に前記アブレーション信号を集中することは、前記目標の器官の生成画像に基づいて前記剥離信号を向けることを含んでいる。別の実施例では、前記方法は、前記ＲＦビームの少なくとも幾つかを使用して前記領域に加熱したＲＦ信号を集中することにより前記目標の器官の領域を局所的に加熱することを含んでいる。さらに別の実施例では、前記方法は、前記ＲＦビームの少なくとも幾つかを使用して前記領域にＲＦ信号を集中することにより前記目標の器官の領域に電磁圧力を加えることを含んでいる。
【００３１】
本発明の実施例の画像化方法は、それぞれ異なる角度で目標の器官からの無線周波数（ＲＦ）信号の３以上の方向性の軸の受信を定義するためアンテナセットを形成し、
前記アンテナセットを使用して前記目標の器官で発生した局所電気動作信号により３以上の軸に沿って放射された前記ＲＦ信号を受動的に検知し、
前記検知したＲＦ信号に基づいて前記局所電気動作信号の位置座標を決定することを含んでいる。
【００３２】
ある実施例では、前記ＲＦ信号を受動的に検知することは、１ＧＨｚより高いサンプリングレートで前記ＲＦ信号をサンプリングし、１ミリ秒より大きい又はそれに等しい時間に亘って前記サンプリングされたＲＦ信号を積分することを含んでいる。別の実施例では、前記局所電気動作信号の位置座標を決定することは、前記位置座標を周期的に決定し、時間を通して前記位置座標の変化を表示する。さらに別の実施例では、前記位置座標を決定することは、前記検知したＲＦ信号をフィルタリングし、それぞれの狭帯域信号を生成し、該狭帯域信号に干渉計使用法計算を適用することを含んでいる。
【００３３】
本発明の実施例の画像化方法は、
１以上の第１の対のＲＦビーム備えた複数の無線周波数（ＲＦ）ビームであって、それぞれの対が反対方向から前記目標の器官に衝突する２つのＲＦビームを備えた複数の無線周波数（ＲＦ）ビームをそれぞれの複数のアンテナ位置から目標の器官の方に振り向け、
前記ＲＦビームに対応して前記目標の器官から反射したＲＦ信号であって、前記１以上の第１の対のＲＦビームによってそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を有するＲＦ信号を受信し、
前記それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記ＲＦ信号の局所組織のアーティファクトを補償し、
前記局所組織のアーティファクトの補償後に、前記ＲＦ信号を使用して前記アンテナの位置に関して目標の器官の多数の点の三次元（３−Ｄ）速度ベクトルを計算することを含んでいる。
【００３４】
ある実施例では、前記３−Ｄ速度ベクトルを計算することは、前記それぞれの多数の点のためのアンテナの位置に関して前記ＲＦ信号のドップラースペクトルを予測し、前記ドップラースペクトルの主要なスペクトル成分を識別すると共に３−Ｄ速度ベクトルの予測をするために前記各３以上のドップラースペクトルにおいて３以上の主要なスペクトル成分を結合する。
【００３５】
別の実施例では、前記３以上の主要なスペクトル成分を結合することは、前記３−Ｄ速度ベクトルを、前の３−Ｄ速度ベクトルの予測値及び前記目標の器官の近接点の３−Ｄ速度ベクトルの予測値から成るグループから選択された少なくとも１つの予測値と比較することにより、主要なスペクトル成分との間で誤った結合を識別すると共に放棄することを含んでいる。
【００３６】
本発明の実施例の画像化システムは、それぞれの複数の角度から目標の器官の方に複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを向けるように設けられ、前記複数のＲＦビームが１以上の第１の対のＲＦビームを備え、それぞれの第１の対は反対の方向から前記目標の器官に衝突する２つの前記ＲＦビームを備えている１以上のアンテナと、
前記ＲＦビームに応答して前記目標の器官から反射されたＲＦ信号を前記１以上のアンテナを介して受信するように設けられ、前記ＲＦ信号は前記１以上の第１の対のＲＦ信号によりそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を備えている受信機と、
それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記目標の器官の多数の点で局所組織パラメーターを導き出すと共に前記導き出した局所組織パラメーターを使用して前記目標の器官の画像を生成するように設けられたプロセッサーと、
を備えている。
【００３７】
本発明の実施例の画像化システムは、
それぞれ異なる角度で目標の器官からの無線周波数（ＲＦ）信号の３以上の方向性の軸の受信を定義するように構成されるアンテナセットと、
前記アンテナセットを使用して、前記目標の器官で発生した局所電気動作信号により３以上の軸に沿って放射された前記ＲＦ信号を受動的に検知するように設けられる受信機と、
前記検知したＲＦ信号に基づいて前記局所電気動作信号の位置座標を決定するように設けられたプロセッサーと、
を備えている。
【００３８】
本発明の実施例の画像化システムは、
複数の無線周波数（ＲＦ）ビームをそれぞれの複数のアンテナ位置から目標の器官の方に振り向けるように設けられ、該複数のＲＦビームが１以上の第１の対のＲＦビーム備え、それぞれの対が反対方向から前記目標の器官に衝突する２つのＲＦビームを備えているアンテナセットと、
前記ＲＦビームに対応して前記目標の器官から反射したＲＦ信号をアンテナセットを介して受信するように設けられ、該ＲＦ信号が前記１以上の第１の対のＲＦビームによりそれぞれ生じる１以上の第２の対のＲＦ信号を備えた受信機と、
前記それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記ＲＦ信号の局所組織のアーティファクトを補償し、前記局所組織のアーティファクトの補償後に前記ＲＦ信号を使用して前記アンテナの位置に関して前記目標の器官の多数の点の三次元（３−Ｄ）速度ベクトルを計算するように設けられているプロセッサーと、
を備えている。
【００３９】
本発明の実施例は、プログラムの指令が格納されたコンピュータで読み取り可能な媒体を備えた画像化するためのコンピュータソフトウェア製品であって、指令がコンピュータにより読み取られた時に、コンピュータに、それぞれの複数の角度から目標の器官の方に複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを向けるように１以上のアンテナを制御させ、前記複数のＲＦビームは１以上の第１の対のＲＦビームを備え、それぞれの第１の対は反対の方向から前記目標の器官に衝突する２つの前記ＲＦビームを備えており、前記ＲＦビームに応答して前記目標の器官から反射されたＲＦ信号を前記１以上のアンテナを介して受信するように１以上のアンテナを制御させ、前記ＲＦ信号は前記１以上の第１の対のＲＦ信号によりそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を備えており、それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記目標の器官の多数の点で局所組織パラメーターを導き出すと共に前記導き出した局所組織パラメーターを使用して前記目標の器官の画像を生成するように１以上のアンテナを制御させる。
【００４０】
本発明の実施例は、プログラムの指令が格納されたコンピュータで読み取り可能な媒体を備えた画像化するためのコンピュータソフトウェア製品であって、指令がコンピュータにより読み取られた時に、コンピュータに、それぞれ異なる角度で目標の器官からの無線周波数（ＲＦ）信号の３以上の方向性の軸の受信を定義するようにアンテナセットを形成させ、前記アンテナセットを使用して、前記目標の器官で発生した局所電気動作信号により３以上の軸に沿って放射された前記ＲＦ信号を受動的に検知させ、前記検知したＲＦ信号に基づいて前記局所電気動作信号の位置座標を決定させる。
【００４１】
本発明の実施例は、プログラムの指令が格納されたコンピュータで読み取り可能な媒体を備えた画像化するためのコンピュータソフトウェア製品であって、指令がコンピュータにより読み取られた時に、コンピュータに、１以上の第１の対のＲＦビーム備えた複数の無線周波数（ＲＦ）ビームであって、それぞれの第１の対が反対方向から前記目標の器官に衝突する２つのＲＦビームを備えた複数の無線周波数（ＲＦ）ビームをそれぞれの複数のアンテナ位置から目標の器官の方に振り向け、前記ＲＦビームに対応して前記目標の器官から反射したＲＦ信号であって、前記１以上の第１の対のＲＦビームによりそれぞれ生じたＲＦ信号の１以上の第２の対を備えたＲＦ信号を、前記アンテナセットを介して受信し、前記それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記ＲＦ信号の局所組織のアーティファクトを補償し、
前記局所組織のアーティファクトの補償後に前記ＲＦ信号を使用して前記アンテナの位置に関して目標の器官の多数の点の三次元（３−Ｄ）速度ベクトルを計算するようにアンテナセットを制御させることを含んでいる。
【００４２】
本発明の実施例の無線周波数（ＲＦ）剥離方法は、
それぞれの複数の角度から目標の器官の方に複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを向け、前記複数のＲＦビームが１以上の第１の対のＲＦビームを備え、それぞれの第１の対は反対の方向から前記目標の器官に衝突する２つの前記ＲＦビームを備えており、
前記ＲＦビームに応答して前記目標の器官から反射されたＲＦ信号を受信し、前記ＲＦ信号は前記１以上の第１の対のＲＦ信号によりそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を備えており、
それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記目標の器官の多数の点で局所組織パラメーターを導き出し、
前記導き出した局所組織パラメーターに基づき多数の剥離ビームを使用して前記目標の器官の剥離領域に剥離信号を集中することを含んでいる。
【００４３】
本発明の実施例の無線周波数（ＲＦ）剥離システムは、
それぞれの複数の角度から目標の器官の方に複数の無線周波数（ＲＦ）ビームを向けるように設けられ、前記複数のＲＦビームが１以上の第１の対のＲＦビームを備え、それぞれの第１の対は反対の方向から前記目標の器官に衝突する２つの前記ＲＦビームを備えている１以上のアンテナと、
前記ＲＦビームに応答して前記目標の器官から反射されたＲＦ信号を前記１以上のアンテナを介して受信するように設けられ、前記ＲＦ信号は前記１以上の第１の対のＲＦ信号によりそれぞれ生じた１以上の第２の対のＲＦ信号を備えている受信機と、
前記１以上のアンテナを介して前記目標の器官の剥離領域の方に剥離信号を送信するように設けられた送信機と、
それぞれの第２の対において前記ＲＦ信号を共同で処理することにより前記目標の器官の多数の点で局所組織パラメーターを導き出すと共に前記導き出した局所組織パラメーターに基づき前記目標の器官の剥離領域に前記剥離信号を集中させるように設けられているプロセッサーと、
を備えている。
【００４４】
本発明は、図面と共に以下の詳細な説明からより十分に理解されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
概  観
ここに記載した方法及びシステムは、幾つかの動作方法を使用して、高分解能のＲＦ画像化及び治療（ＲＦＩＴ）を提供する。これらの方法は、例えば、能動及び受動の三次元（３−Ｄ）画像化方法、３−Ｄ動作ベクトル分析、及びＲＦ剥離のようなＲＦ治療方法、局所加熱及び電磁圧力の付加を含んでいる。
【００４６】
能動の画像化方法では、患者の体の目標の器官はアンテナアレイにより生じる多数のＲＦビームにより放射線治療される。アンテナアレイは多数の放射エレメントを含んでいる。エレメントの部分集合は多数の有効なアンテナを形成するために選択的に作動され、異なる方位角及び高度を有する多数の放射ビームを送受信する。それぞれの有効なアンテナ（ビーム）から、システムは高時間分解能を有する符号化されたパルス列のような広帯域信号を送信する。
【００４７】
送信された信号は患者の体の異なる組織タイプと相互に作用し合う。典型的には、ＲＦエネルギーは組織に吸収され、遷移領域、すなわち、異なる組織タイプの間の界面から反射される。送信された信号の一部分は有効なアンテナの方に後方散乱する。時間の関数として後方散乱された信号の大きさはビームの特定の角度から見られる組織の特性を表わす。例えば、同質の組織は実質的に一定で次第に減衰する大きさとして発生する。組織の界面は結合した反射による時間ピークとして発生する。
【００４８】
ＲＦＩＴシステムは、目標の器官を画像化するため後方散乱の信号を受信すると共に分析する。システムは取得したサンプルの距離分解能を高めるため増分時間のオフセットで信号をサンプリングする多数のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器を使用してもよい。システムは、局所組織減衰、光の速度の局所変化（すなわち、局所時間遅延）、及び信号分散等の、異なるアーティファクト及び測定歪みを補償する。アーティファクトの補償は反対の方向から目標の器官を放射線治療するビーム対を共同で分析することにより実行される。これらの補償方法はシステムの達成可能な空間分解能をさらに向上させる。
【００４９】
異なるアーティファクトの補償後、局所誘電特性と同様に、減衰、反射、時間遅延等の異なる局所組織パラメーターは測定値から導き出される。
【００５０】
幾つかの実施例では、測定値は多数の方向からの多数のビーム対を使用して実行される。アーティファクトの補償後、多数のビームにより集められたデータは方位角と高度の両方で再生され、目標の器官の３−Ｄ表示を生成する。目標の器官の導き出された組織特性は二次元又は三次元で表示され、高い空間及び時間の分解能での組織の区別及び分類を可能にする。システムは解剖学の組織情報と機能的な組織情報の両方を供給する。
【００５１】
上記した公知の幾つかの画像化方法のような幾つかの公知な方法及びシステムとは異なり、ＲＦＩＴシステムは、多数の局所組織パラメーターの測定及び計算に基づき、時間の関数として空間の各点のため、組織タイプ（例えば、血液、筋肉、神経、骨又は脂肪）を正確に決定する。
【００５２】
開示した方法及びシステムの期待した性能を立証するため、後述するように、一連の実験及びコンピューターシミュレーションが行われた。ここに説明した方法及びシステムは軸当り１ｍｍのオーダーの空間分解能及び１００Ｈｚ（１０ｍｓ）のオーダーの時間分解能を達成することを期待されている。この性能は、前記背景部分で引用したシステム及び方法のような公知のシステムの分解能より著しく優れている。結果として、各種医療状態を診断すると共に治療する医師の能力が著しく向上する。
【００５３】
ここに説明した方法及びシステムは、高い時間分解能のため、心臓又は肺のような活動的な器官の画像化性能を高める。幾つかの公知な画像化方法とは異なり、１００Ｈｚのオーダーの時間分解能は実時間の心臓の画像化を可能にする。その上さらに、高い時間分解能は、より遅いリフレッシュレートを有する公知な画像化方法で通常要求されるゲート画像化の必要性を除去する。
【００５４】
能動的な画像化方法では、システムは、神経単位、筋肉細胞及び又は終板の電気動作を能動的に検知する。他の動作方法では、システムは高分解能のＲＦ剥離、局所加熱を実行し、及び又は選択された組織にＲＦ誘導の電磁圧力をかけることができる。
【００５５】
幾つかの実施例では、適切なコントラスト剤が画像化の前に患者に施され、器官特有の機能的な画像化を可能にするようになっている。異なるシステムの構成は動作方法の所望な部分集合を支持することができる。
【００５６】
比較的浅い貫通深さ（例えば、胸部の画像化）に限定される幾つかの公知な画像化方法及びシステムとは異なり、本発明の実施例は、心臓の画像化のように深いＲＦの貫通を必要とする用途でも高性能の画像化を達成する。
【００５７】
システムの説明
図１Ａは、本発明の実施例による無線周波数医療画像化及び治療（ＲＦＩＴ）システム２０の概略図である。以下の説明は明瞭化のため、主に能動の画像化方法について言及する。他の動作方法及びそれらを支持するシステム構成がさらに後述される。
【００５８】
患者２４は円筒形状のアンテナアレイ３２の中央に配置された椅子２８に座っている。アンテナアレイは多数の有効なアンテナを形成するように選択的に結合されると共に作動される多数のアンテナエレメント３６を備えている。有効なアンテナは、目標の器官又は組織を画像化し及び又はそれに治療を施すため、患者の体との間に異なる方向を有するＲＦビームを送受信する。しかし、ＲＦ剥離、局所加熱を行うかＲＦ誘導圧力を発生するため、アンテナエレメント３６の幾つか又はすべては一定の焦点の方に同時に送信する。後述する実施例は心臓の画像化の適用を主に取り扱っているが、ここに説明する方法及びシステムは他の適切な目標の器官及び組織タイプを画像化及び治療するために使用可能である。
【００５９】
図１Ａの例示したシステムの構成では、アレイ３２は約４ｍの直径と約８０ｃｍの高さを有している。６３０のエレメント３６は円筒形状の境界の回りに分配され、アレイは４０エレメントの高さを有している。したがって、全体では、アレイは２５，２００のアンテナエレメントを備えている。代わりの実施例では、アレイ３２はより少ない又はより多い数のエレメントを備えていてもよく、他の適切な形状又は寸法を備えていてもよい。幾つかの実施例では、システムは、患者の上方及び又は下方に配置される１又は２のさらなるドーム形状のアンテナアレイ（図示せず）を備えている。追加のアレイは、特にＲＦ剥離を実行する時に、システムの空間分解能をさらに向上させる。
【００６０】
アンテナエレメント３６は、フレアノッチをベースにしたエレメント、渦巻き又は螺旋状のエレメント及びホーンをベースにしたエレメントのような、当技術分野で公知の適当な広帯域の放射エレメントを備えていてもよい。幾つかの実施例では、アレイ３２は異なる偏光で送信するエレメントを備え、偏光依存のパラメーター測定値をシステムに実行させるようになっていてもよい。幾つかの実施例では、エレメント３６は能動エレメントであり、受信のための低ノイズ増幅器及び多数のＡ／Ｄ変換器と同様に、送信のための電力増幅器を備えている。
【００６１】
典型的には、椅子２８はＲＦ放射能に歪みをほとんど引き起こさない材料、すなわち、低反射率及び吸収作用を有する材料を備えている。例えば、椅子は、ポリスチレンフォーム、木、人工の革及び布を備えていてもよい。各種医療及び外科の器具及び器械のような他の物は患者の付近にあってもよい。これらの物はまたＲＦ透過材料を備え、又はＲＦ吸収材料により覆われているべきである。
【００６２】
典型的には、画像化される目標の器官は実質的には、水平及び垂直の両方の次元で円筒形状のアンテナアレイの中央に配置されているべきである。この目的のため、椅子２８は通常調整可能であり、リクラインし、患者が水平に横たわれるようになっている。椅子は自由に多数の角度に調整可能となっていてもよい。幾つかの実施例では、ビデオカメラ４０は円筒形状の中央に患者を正確に配置するために使用される。カメラ４０は椅子２８に関して異なる角度に取り付けられている。各カメラはその画像の場の中央が円筒形状のアレイの中央に向くように取り付けられている。カメラ４０により生成された画像は１以上の位置決めディスプレイ４４に表示される。患者を正確に配置するため、椅子２８は関心領域（すなわち、患者の胴）がすべてのカメラの画像の場の中央で見られるまで遠隔又は局所的に調整される。
【００６３】
アレイ３２は上昇するプラットフォーム２８に取り付けられてもよい。信号生成及び受信回路のようなシステム２０の幾つかのエレメントはＲＦロスを最小にするためアンテナアレイの近くに配置されるべきである。そのようなシステムエレメントは昇降するプラットフォームの下に配置されていてもよい。スロープ５２は車椅子又はガーニーをプラットフォームにアクセス可能にする。信号処理エレメントのような他のシステムエレメントは棚５６に配置され、アレイ３２からさらに離れて配置される。通常、広々とした領域が患者の周りに残され、職員及び機器が患者へアクセスし易いようになっている。例えば、ＲＦ画像化及び治療は、カテーテル法及び他の方法を使用する画像化のような他の処置と平行に行うことができる。
【００６４】
システム２０は、通常、ＲＦ吸収壁６４によりアレイ３２から分離した制御場所６０から制御されると共に操作される。ＲＦ吸収材料を備えた壁６８は制御場所から患者を監視するために使用される。ＲＦ吸収壁及び窓はＲＦ放射能から職員を保護するのに役立つ。システム２０への及びそれからのＲＦの漏れは、ＲＦ吸収タイル７２のような放射能吸収材料で外壁を覆うことにより削減可能である。システム２０を収容する部屋は、特にＲＦ剥離を行う時にＲＦエネルギーにより作られる熱を放散させるため空調されるべきである。
【００６５】
制御装置６０は、画像化された目標の器官及び他の関連性のある情報を表示する１以上の画像ディスプレイ７６を備えている。制御装置はまた、システムに入力及びそれを制御するために、キーボード、マウス及び又はトラックボール等の入力装置８０を備えている。
【００６６】
図１Ｂは、本発明の実施例のＲＦＩＴシステムの概略図である。図１Ｂのシステム構成では、円筒形状のアンテナアレイ３２は、通常３０〜５０°の範囲の角度で傾斜している。椅子２８は、関心領域、この実施例では患者２４の胴が円筒形状の中央に配置されるように配置されている。
【００６７】
図１Ｂの構成は、職員及び又は機器が患者の付近にあるがＲＦ放射能の影響がビーム経路の外側にそれらを配置することにより最小となる用途に特に適している。例えば、この構成はカテーテル法の処置のような異なる外科手術中の画像化の用途に使用される。
【００６８】
この実施例では、医師８２は患者の足のそばのアレイの上昇領域の下方に座っているから立っている。ディスプレイ８３はシステムにより取得したデータを医師に対して表示する。幾つかの実施例では、放射線に被曝を最小にするため、放射能吸収の衣類が医師により着用される。
【００６９】
動作方法
システム２０は画像化及び又は治療のための幾つかの動作方法を支持する。幾つかのシステム構成はすべての方法を支持し、他の構成は１つだけの方法又は方法の部分集合を支持してもよい。
【００７０】
幾つかの実施例では、システムは能動の画像化方法を支持し、目標の器官は多数のビームにより走査される。この実施例では、他の放射パターンも使用可能であるが、ビームは約１５°の水平ビーム幅と約４°の垂直ビーム幅を有している。上記した図１Ａ及び１Ｂで示した例示のアレイの寸法及び構造を使用して、これらのビーム幅は患者の胴を放射線治療するのに適している。そのようなビーム幅を作るため、それぞれの有効なアンテナは約１５ｃｍ幅で５０ｃｍの高さを有している。アンテナエレメント３６が２ｃｍ離れていると仮定すると、各有効なアンテナは水平次元で約７エレメント、垂直次元で２５エレメントを有している。
【００７１】
システムは目標の器官の多数の位置で多数の組織パラメーターを測定し、三次元でそれらを表示する。典型的には、システムは各位置のための３つのパラメーター、すなわち、自由空間に対する組織の光速度を減少させることにより引き起こされる局所ＲＦ減衰、局所反射係数及び局所時間遅延を直接測定する。集められた生データと同様に、測定されたパラメーターは、組織の局所複合誘電率と局所導電率等の誘電組織特性を評価するために使用されてもよい。
【００７２】
上述したそれぞれのパラメーターは全体システムの帯域幅を使用して又は多数の副帯域で別個に評価可能である。パラメーターはまた異なる偏光をも評価可能である。各パラメーター、又はパラメーターの組合せは３−Ｄで表示可能である。例えば、心臓の画像化を行う時、システムは心臓内の伝導経路に沿って局所導電率を測定すると共に表示する。別の実施例として、心臓の弁の石灰化は３−Ｄ測定及び局所誘電率の表示に基づき正確に検出される。
【００７３】
多数の組織マラメーターは、目標の器官のそれぞれの位置の組織のタイプ、例えば、骨、筋肉、脂肪又は血液を正確且つ高い信頼性で分類するために共同で分析可能である。この分析を使用して、目標の期間の高分解能の表示は、各組織のタイプが明確に記録されると共に区別されて、医師に提供されることができる。能動の画像化方法では、全体の心臓は、ゲーティングすることなく、１００Ｈｚの典型的なフィルムスピードで画像化可能である。空間分解能は２ｍｍに達し、１ｍｍ又はそれより良いこともある。
【００７４】
幾つかの実施例では、目標の器官の一定の動的な機械特性は能動の画像化方法でフレーム間の変化を追跡することにより評価可能である。この方法は、ここでは組織追跡と呼ばれる。例えば、組織追跡により局所歪み及び局所歪み率と同様に心臓壁の動作速度を予測することができる。これらの特性は通常３−Ｄベクトルとして表わされる。
【００７５】
インターフレームの変化の追跡は、光学フロー方法のような公知の画像化処理技術を含んでいてもよい。さらに又は代わりに、解剖学上の目標は手動又は自動のいずれかにより画像で識別可能である。これらの目標の座標の変化はその後に異なるフレームで追跡可能である。
【００７６】
幾つかの実施例では、能動の画像化の間、コントラスト剤が使用可能である。コントラスト剤は１以上の測定されたパラメーターの不規則な値を作るために使用される。例えば、コントラスト剤はフェライトをベースにした物質のような高反射物質を備えていてもよい。幾つかのコントラスト剤は特定の期間又は組織タイプを目標とし、高い特定の機能の画像化を可能にするようになっている。例えば、器官特有の薬品は心筋灌流予測、腎臓性能評価及び肝臓性能評価のために使用可能である。
【００７７】
幾つかの実施例では、システム２０は、時間の関数として走査された目標の器官の各位置のための局所動作ベクトル（例えば、局所血液速度）を測定する３−Ｄ動作ベクトル分析方法を支持する。この方法では、システムは同時に多数の受信ビームを分析すると共に各ビームに関してドップラー偏移を測定する。幾つかの基準点に対して空間の各点を測定するように、ドップラー偏移は時間の関数として各そのような点のために主要な速度ベクトルを決定するために使用される。時間及び空間の関数としての完全なドップラースペクトルはまたベクトルの特別の成分のために計算されてもよい。
【００７８】
動作ベクトルの分析方法を使用して、全体の人間の心臓の画像化はゲーティングなしで２０Ｈｚのオーダーのフィルムスピードで実行可能であることが予想される。各軸の空間分解能は１ｍｍのオーダーになると予測される。各ビームの速度測定の分解能は約０．３ｍ／ｓになると予測され、ナイキスト周波数（すなわち、最大明白速度）は約３ｍ／ｓになると予測される。
【００７９】
幾つかの実施例では、システム２０は非侵襲性のＲＦ剥離方法を支持する。この方法では、アンテナアレイは２０℃のオーダーの因数で局所温度を増加させるため目標の器官の小領域にＲＦエネルギーを集中させる。２つの方法を結合することにより、システムは目標地点の温度を安定させることができる。ＲＦ剥離は、内部出血の削減のように非侵襲性の外科手術を実行するためと同様に、腫瘍及び癌細胞を除去するために使用可能である。
【００８０】
典型的には、システム２０のＲＦ剥離は能動画像化と平行に実行される。画像化と剥離のために異なる方法を使用する公知な剥離方法とは異なり、システム２０では画像化のためと剥離のために使用される座標システムの間で通常、登録が必要とされる。
【００８１】
剥離方法の空間分解能は、剥離領域の３ｄＢ点において、軸当り約６ｍｍになると予想される。より高い周波数帯域を使用することは約２の因数で空間分解能を改善させることができる。剥離が能動の画像化により導かれると、フィルムスピードは約５０Ｈｚになると予想され、画像化の空間分解能は軸当り約１ｍｍになると予想される。
【００８２】
組織追跡方法によるＲＦ剥離方法の同時動作は、心筋の正常でない領域の破壊及び肺癌細胞の除去のような器官を移動させる非浸襲性の剥離を可能にする。ＲＦ剥離が組織追跡と結合された時、システムは画像化のフィルムスピードに匹敵するリフレッシュレートで剥離領域を調整する。
【００８３】
幾つかの実施例においてシステム２０は目標の組織に電磁気誘導圧力をかけるために使用可能である。幾つかの場合には、神経経路に瞬間の高出力の電磁気圧力をかけることは、直接か熱影響によるかのいずれかにより動作電位を誘導する。したがって、電磁気圧力をかけることは心臓の伝導システム内の異なる領域の本質的な周波数を制御するために有用であり、安定した静脈洞リズムを達成するようになっている。胃腸システムのような他の内蔵の器官のペースは電磁気圧力によって影響を及ぼされる。
【００８４】
さらに又は代わりに、システム２０は組織を局所加熱するために使用可能である。例えば、局所加熱は圧力を加えられた筋肉を治療し、傷を与えられ炎症を起こした領域の自然治癒を促進するために使用される。局所加熱方法では、目標の領域は能動の画像化方法を使用して定義されると共に明視化される。その後、システムは低出力のＲＦエネルギーをその領域に当てることにより選択された領域を局所的に加熱することができる。
【００８５】
幾つかの実施例では、システム２０は目標の器官の電気動作の高速の受動の画像化を実行する。神経細胞や筋肉細胞のような人体の各種細胞は実質的な電気動作を示すことが知られている。受動の画像化方法では、システム２０は電気動作の位置を決定するため、多数の受信ビームにより検出された信号を三角法で測定する。受動の画像化方法は約１μｓの時間分解能と約１ｍｍの空間分解能に達することが予測される。この性能レベルはそれらが各種生理学システムを通過する時にシステムに電気信号を表示させる。
【００８６】
システム２０のデータ処理は、実時間、すなわちデータ取得中か、オフライン、すなわちデータ取得の完了後のいずれかで実行可能である。能動及び受動の画像化方法及び動作ベクトル分析方法では、データ処理は実時間かオフラインのいずれかで実行される。ＲＦ治療方法では、データ処理は、通常、治療処置に対する画像化の案内を与えるため実時間で実行される。
【００８７】
システム構成
図２は本発明の実施例のＲＦＩＴシステム２０を概略的に示すブロック図である。システムは各種画像化方法及び治療方法で使用される信号を発生するデジタル励磁機及び送信機ユニット８４を備えている。励磁機により生成された信号は複数の信号に分割され、送信機アレイ８８により増幅される。増幅された信号は切換えアレイ９２によりアンテナアレイ３２の個々のアンテナエレメント３６に分配され、適切な放射ビームを形成するようになっている。信号はアレイ３２により目標の器官の方に送信される。
【００８８】
後方散乱したＲＦ放射線はアレイ３２により受信される。切換えアレイ９２は現在受信したビームに対応してエレメント３６の適切な部分集合を選択する。特定のビームに対応する信号はユニット８４でデジタル受信機により受信される。その受信機により生成された信号はデジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニット９６により処理される。ＤＳＰユニット９６は、通常、多数回繰り返される動作のようなコンピュータ処理の集中計算を実行する。これらの計算は、例えば、アーティファクトや測定歪みの補償及び３−Ｄ画像再生を備えている。
【００８９】
データプロセッサー及びマン−マシンインターフェース（ＭＭＩ）ユニット１００はシステム２０により実行される各種実時間処理を管理し、送信機アレイ８８、デジタル受信機及び励磁機８４及び切換えアレイ９２のような他のシステムエレメントを制御する。実時間処理の管理は、通常のシステムのタイミングと同様に、方法選択、ＤＳＰユニット９６により使用されるパラメーターの計算及び他のシステムエレメントを備えている。
【００９０】
ユニット１００はまた、ユーザの入力及び命令を受け入れるため、ユーザと相互に作用する。幾つかの実施例では、ユニット１００はビデオ／ディスプレイプロセッサー（図示せず）を備えており、それは時間依存の３−Ｄ画像及び計算したパラメーターを変換する変換器を実行し、ディスプレイ７６及び８３にある所望の視覚構成に対して、ＤＳＰユニット９６により生成される。幾つかの実施例では、ビデオ／ディスプレイプロセッサーは、最終の組織の分類、すなわち３−Ｄ画像に基づき空間の各点のために組織タイプを決定することも実行する。さらに又は代わりに、ビデオ／ディスプレイプロセッサーは組織追跡を実行する。
【００９１】
典型的には、ＤＳＰ９６及びユニット１００は、ここに説明した機能を実行するためにソフトウェアにプログラムされた用途の広い規格品のコンピュータを備えている。ソフトウェアは、例えば、ネットワーク上で電子形式でコンピュータにダウンロードされ、又は、代わりにＣＤ−ＲＯＭのような有形の媒体でコンピュータに提供されてもよい。ＤＳＰ９６及びユニット１００は単一のコンピュータプラットフォーム又は別個のプラットフォームで実行されてもよい。ＤＳＰユニット９６の幾つか又はすべてはまたハードウェアで実行されてもよい。
【００９２】
幾つかの実施例では、特に受動の画像化を実行する時、アンテナアレイ３２の熱ノイズレベルが減少される。この目的のため、システム２０は、アンテナアレイ３２、切換えアレイ９２及び又はユニット８４の受信機を冷却する冷却システム１０４を備えている。システム２０は電源１０８により電力を供給される。適切な環境状態、例えば、温度及び湿度は環境制御ユニット１１２により維持される。
【００９３】
図３は本発明の実施例の送信機アレイ８８を概略的に示すブロック図である。ユニット８４の励磁機により生成される信号は電力スプリッター１１６により分割され、多数の電力増幅器により増幅される。増幅された信号は切換えアレイ９２に供給される。後述するように、各有効なアンテナの送信した電力は約３ｋＷのピーク電力と３５０Ｗの平均電力に設定される。各有効なアンテナが２５×７＝１７５エレメントを備えていると仮定すると、各増幅器１２０のピーク電力は約１７Ｗで、平均電力は２Ｗとなる。これらの電力レベルは公知のソリッドステート装置を使用して容易に達成可能である。
【００９４】
各増幅器１２０は現在使用されている有効なアンテナの特別なエレメント３６を最後に駆動する信号を生成する。したがって、送信機アレイの増幅器１２０の数は有効なアンテナのエレメントの数に一致する。代わりの実施例では、単一の増幅器は有効なアンテナのエレメントのグループに割り当てられることができる。
【００９５】
ＲＦ剥離方法では、特定の増幅器に割り当てられるエレメントの数は所望の剥離領域のサイズとアンテナアレイの焦点を制御する能力に依存する。受動の画像方法では、送信機アレイは使用されない。
【００９６】
幾つかの実施例では、有効なアンテナのビームは異なる重量及び又は異なるエレメントへの異なるタイミングのオフセットを加えることにより集中されると共に形成される。この処理は通常、アポディゼーションと呼ばれている。これらの実施例では、送信機アレイ８８は、データプロセッサーにより制御されるタイミング及びアポディゼーションモジュール１２４を備えている。モジュール１２４は、使用されるアポディゼーション計画に従って、増幅器１２０のタイミング、利得及び又は位相を調整する。幾つかの実施例では、送信されたパルス列の符号化、以下にさらに詳述する機能がまたモジュール１２４により実行される。
【００９７】
図４は本発明の実施例による切換えアレイ９２を概略的に示すブロック図である。切換えアレイ９２はアンテナアレイ３２に接続される。例示の有効なアンテナ１２８が図示されている。送信において、切換えアレイ９２は、現在使用している有効なアンテナに従って、送信機アレイ８８から信号を受け取り、それらを適切なエレメント３６に送信する。受信において、切換えアレイ９２は現在使用している有効なアンテナのエレメントにより受信した信号をユニット８４の受信機に送信する。
【００９８】
切換えアレイ９２はエレメント３６の適切な部分集合を選択する切換えマトリックス１３２を備えている。切換えマトリックスはユニット１００のデータプロセッサーにより制御される。切換えアレイはさらに多数の送受切換器１３６を備えている。送信において、送受切換器は送信された信号を受振器から分離する。幾つかの実施例では、システムの結合構造及びパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）は送受信が同時に起こらないように構成されている。これらの実施例では、Ｔ／Ｒスイッチ又は循環器が送受切換器１３６の代わりに使用されてもよい。
【００９９】
切換えアレイの動作及び又は構成はシステム２０の異なる動作方法で変化する。例えば、能動の画像化方法では、単一の受信機チャネルが現在使用している有効なアンテナの各エレメント、エレメントのグループ、又は全体の有効なアンテナに割り当てられる。動作ベクトル分析方法では、単一の送信ビームと幾つか（例えば、１０）の受信ビームが使用される。受信ビームは能動の画像方法においてより狭いことがあり、そのため、有効なアンテナはより多い数のエレメント３６を備えている。ＲＦ剥離の間、ほとんど又はすべてのエレメントは送信に参加し、受信は実行されない。受動の画像化方法では、送信が実行されず、幾つかの受信ビームが、交互に又は同時にかのいずれかで使用される。
【０１００】
所望のフレームフレッシュレートを達成するため、システム２０は、通常は９ＭＨｚ（すなわち、毎秒９，０００，０００ビームの走査）のオーダーで高速ビーム切換えを実行する。切換えマトリックス１３２の切換えエレメントは高切換え速度を支持する。例えば、ＧＴマイクロウェーブ社（ニュージャージー州ランドルフ）により製造されているＳ９Ｈ−７９−３のようなＰＩＮダイオードスイッチがこの目的のために使用可能である。これらの装置は３０ｎｓ切換え時間を有している。これらのＰＩＮダイオードに関するさらなる詳細については、www.gtmicrowave.comで入手可能である。
【０１０１】
図５は本発明の実施例によるデジタル受信機及び励磁機ユニット８４を概略的に示すブロック図である。ユニット８４は、送信ために使用されるパルス信号波形を作り、送信機アレイ８８に信号を供給する励磁機１４０を備えている。上記図２に示されているように、ユニット８４は切換えアレイ９２を介して現在使用している有効なアンテナのエレメント３６から受信信号を受け入れる。その信号は電力コンバイナー１４２を使用して結合される。
【０１０２】
相関モジュール１４４は受信信号を予想信号、すなわち励磁機により生成された信号波形と相互に関連させる。送信パルスのパルス形状はその時間のポイントスプレッド機能が低い副ローブを有するように選択される。幾つかの実施例では、モジュール１４４は、照合フィルタリング、適切な帯域又は中間周波数（ＩＦ）への下方変換及び又はパルス復元のような追加の機能を実行する。
【０１０３】
代わりの実施例では、パルス復元は信号がデジタル化された後に適切なソフトウェア又はデジタルハードウェアを使用して実行可能である。信号の下方変換はまたデジタル化された信号で実行されてもよい。そのような構成では、信号は使用される最も高い無線周波数（例えば、１８ＧＨｚ）に対応するサンプリング率でデジタル化されるべきである。
【０１０４】
より詳細には後述するように、システムの距離分解能は増分時間のオフセットで信号をサンプリングする多数のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器を使用して信号をサンプリング（デジタル化）することにより達成される。この目的のため、モジュール１４４により作られた信号は１：１５の電力スプリッター１４６により分割される。電力スプリッターの１５の出力は１５の遅延ライン１４８により分割される。電力スプリッターの１５の出力は１５の遅延ライン１４８により遅らせられる。
【０１０５】
ここで説明する例示システムの構成では、モジュール１４４により作られた信号は１．５ｃｍの未処理の空間分解能を可能にする。遅延ライン１４８はこの距離を１５の間隔に分割する。換言すれば、連続する遅延ラインの間の遅延差は１ｍｍの距離に相当する。遅延ラインの出力は１５の同期したＡ／Ｄ変換器１５０によりサンプリングされる。サンプリングされた信号はＤＳＰユニット９６に供給される。
【０１０６】
図５の例示した構成は通常、能動の画像化方法に適している。受動の画像化方法では、システムは送信しない。この方法では、モジュール１４４は、受信信号を、目標の組織により作られると予測される信号波形に近似する合成信号と相互に関連させる。ＲＦ剥離方法では、励磁機１４０は剥離信号の波形を作り、受信機は画像化を実行する時にだけ使用される。動作ベクトル分析方法では、目標の器官が幾つかのビームにより同時に画像化される。この方法に適している例示の受信機の構成はさらに以下の図１２に記載されている。
【０１０７】
代わりの実施例では、アンテナエレメント３６の幾つかは送信だけのエレメントとして定義可能であり、他のエレメントは受信だけのエレメントとして定義可能である。そのような構成は送受切換器とケーブルの数を削減し、システムの較正を簡素化する。幾つかのエレメントが送信だけで、幾つかが受信だけで、幾つかが送信と受信の両方を実行する混成の構成も可能である。
【０１０８】
幾つかの実施例では、システム構成は幾つかのシステム要求を緩和することにより簡略化可能である。例えば、システムは単一の動作方法だけ又は小部分集合の方法を支持するために定義可能である。より小さな貫通深さ及び又はより遅いリフレッシュレートのためにシステムを定義することによりまたシステムを簡素化することができる。例えば、より遅いリフレッシュレートを使用する時、システムは、飛石的な周波数、直線周波数の変化、相補的な符号化及び他の位相符号化方法のようにより簡単な波形を有する送信信号を使用可能である。システムはこれらの波形と共により長いパルス列を使用可能である。
【０１０９】
代わりの実施例では、システムは電子走査の代わりに機械アンテナ走査を実行可能である。例えば、単一のアンテナは１以上の軸の患者の周りで機械的に操作し、画像化に必要な多数のビームを作ることができるようになっている。別の実施例として、アンテナ対は患者の反対側に配置され、患者の反対側でビーム対を形成して患者の周りで機械的に操作可能である。代わりに、２以上のアンテナ対を使用可能である。さらに代わりに、アンテナは静止可能であり、患者はアンテナに対して移動可能及び又は回転可能である。
【０１１０】
さらに又は代わりに、アンテナと患者の間の距離はアンテナ又は患者のいずれかを動かすことにより増加させて変化可能である。アンテナと患者の間の多数の距離を使用することは増加時間オフセットを有する多数のＡ／Ｄ変換器を使用することに相当する。球形走査又は他の適当な走査構造は機械的走査又は電気的走査のいずれかを使用する時に円筒形状の走査の代わりに使用可能である。
【０１１１】
機械的走査に基づくシステム構成では、アンテナ及び増幅器の数がかなり減少され、切換えアレイはかなり簡素化又はまったく削除可能である。そのような構成は、歯科学、形成外科、眼科学及び整形外科の用途等の入院をしない用途に特に適している。アンテナが静止し、物体が移動する構成は、動物実験のような実験及び非医学的な用途に有用である。
空間分解能
能動の画像化方法のシステム２０により達成されることを予測される空間分解能は軸当り１ｍｍのオーダーである。特に、一定のビームの後方散乱信号を処理する時、システムは１ｍｍの距離分解能を有している。この分解能レベルは、（１）１．５ｃｍまでの距離分解能を有する広帯域の送信波形を使用することと、（２）増加時間のオフセットを有する１５のＡ／Ｄ変換器を使用して受信信号を処理することにより１．５ｃｍ分解能を１ｍｍの有効な距離ゲートに分割することとの組合せにより達成される。
【０１１２】
励磁機４０により作られた送信信号は狭パルス列（時間が狭く、スペクトルが広い）を備えている。各パルスは約１０ＧＨｚの帯域幅、すなわち、約０．１ｎｓのパルス幅を有している。典型的には、パルスのスペクトルの容量は８〜１８ＧＨｚの範囲をカバーする。代わりの実施例では、６〜２５ＧＨｚのより高い帯域幅も可能である。
【０１１３】
信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善するため、励磁機１４０が６５の連続パルス列を作り出す。その列が位相符号化され、すなわちその列の各パルスは一定の位相パルスを与えられる。現在の例では、ニ相符号化が使用され、位相のずれは０°又は１８０°のいずれかである。代わりに、他の適当な符号化計画が使用可能である。受信において、受信パルス列は基準列と相互に関係があり、所望の圧縮利得を達成するようになっている。
【０１１４】
狭く広帯域のパルスは、例えば、その周波数が所望の送信搬送波周波数とほぼ一致する狭帯域信号をチョップすることにより作り出される。代わりに、ベースバンド信号はチョップ可能であり、その後、所望な送信周波数に上方変換される。高速チョップが、例えば、ステップリカバリーダイオード（ＳＲＤ）を使用して実行可能である。例えば、Aeroflex/Metelix社（カリフォルニア州、サニーヴェール）は、MMDB30-B11で表わされるシリコンＳＲＤデバイスを提供し、それはこの目的のために使用可能である。これらのダイオードは３０ｐｓパルスを生成可能である。さらなる詳細は、www.aeroflex-metalics.comで入手可能である。
【０１１５】
ＳＲＤの回復時間は比較的長いので、短パルス列は多数のＳＲＤデバイスにより平行に発生可能であり、それは連続的に動作する。各ＳＲＤは適当なタイミングで列で単一パルスを発生する。
【０１１６】
図６Ａ及び６Ｂは本発明の実施例によるパルス発生回路１５２を概略的に示す図であり、それは励磁機１４０により使用され、送信パルス列を発生する。図６Ａの回路１５２は一連のＳＲＤベースのスイッチ１５４を備えている。回路１５２は簡略化のため８個のスイッチだけを示しているが、異なる数のスイッチを有する同様の回路が所望数のパルスを有するパルス列を発生するために使用可能である。各スイッチ１５４は入力１５６を有し、位相符号化されたＲＦ信号を受け入れる。この例では、ニ相符号化が使用される。そのパルスが０°の位相のずれで符号化されるスイッチへの入力は「＋」で記録され、そのパルスが１８０°の位相のずれで符号化されるスイッチへの入力は「−」で記録される。スイッチはタイミング論理回路１５８により連続的に動作される。ＳＲＤ出力はコンバイナー１６０を使用して結合され、所望のパルス列を作り出す。
【０１１７】
図６Ｂは本発明の実施例による異なるＳＲＤスイッチへの入力として使用される位相符号化ＲＦ信号を発生するための例示回路を示している。発振器１６２は所望な送信周波数で連続的なシヌソイド信号を発生する。発振器１６２の出力は電力スプリッター１６４により分割される。スプリッターの１つの出力は０°の位相のずれで符号化されたＳＲＤ段階に供給される（図６Ａで「＋」で示された段階）。スプリッターの他の出力は１８０°移相器１６６を使用して位相を反転され、１８０°の位相のずれで符号化されるＳＲＤに供給される（「−」で示される段階）。
【０１１８】
図７は本発明の実施例による励磁機１４０により生成された送信パルス列を示す図である。この例では、励磁機１４０は６４の位相符号化されたパルス列を送信する。各パルスは０．１ｎｓ幅であり、全体の送信信号が６．４ｎｓの長さを有するようになっている。励磁機は５５ｎｓのパルス繰返しインターバル（ＰＲＩ）でパルス列を送信する。このＰＲＩは、自由空間で、アンテナアレイ３２の半径以上の８ｍ以上の二方向の範囲に対応し、したがって範囲の不明確さを避ける。幾つかの実施例では、ビーム当り２以上のパルス列が送信される。これらの実施例では、各ビーム位置のため、各距離ゲートのデータがＳＮＲを高めるために異なるパルスで統合される。５５ｎｓのＰＲＩは、以下の図１０で詳細に説明するように、１００Ｈｚの時間分解能を達成するために選択される。
【０１１９】
上述したように、反射信号は１ｍｍに相当する増加時間のオフセットを有する１５の平行Ａ／Ｄ変換器によりサンプリングされる。５５のＡ／Ｄ変換器は広帯域パルスにより達成された１．５ｃｍの距離ゲートを１ｍｍの有効な距離ゲートに有効に分割する。幾つかの実施例では、ＤＳＰユニット９６は１５のＡ／Ｄ変換器の出力に基づき１組の一次式を解き、１ｍｍの分解能で受信信号を評価する。ＤＳＰユニットはこの目的のために公知なデコンヴォルーション方法を適用してもよい。この処理は通常、パルス列の各パルスのために別個に実行される。幾つかの実施例では、各パルスを処理後、ＤＳＰユニット９６は測定ＳＮＲを改善するため列の６４のパルス上に各距離ゲートのためデータを統合する。
【０１２０】
受信機のモジュール１４４はＡ／Ｄ変換器で十分な動的範囲を供給するため信号のデジタル化の前に時間依存の利得制御（ＴＧＣ）を実行する。ＴＧＣ処理は通常、距離の関数として減衰を特定する固定又は予め較正された関数を使用する。その関数は時折狭い較正ビームを送信すると共に距離の関数として減衰を測定することにより評価されてもよい。典型的には、ＴＧＣ処理は粗雑な利得制御を与え、信号がＡ／Ｄ変換器によりサンプリングされた後、さらに繊細な利得制御処理がデジタル方式で実行される。
【０１２１】
上述したことは、非常に動的で厳しいリフレッシュレートの要求を課す心臓の画像化への適用である。心臓以外の他の器官のため、１００Ｈｚのリフレッシュレートは必要ない。これらの場合には、１０００パルス以上まで備えたより長いパルス列が使用される。長いパルス列を使用することは達成可能な貫通深さをかなり増加させる。
【０１２２】
パラメーターの抽出及び測定アーティファクト補償
システム２０により実行される反射信号測定は画像化された組織の異なる物理学特性の結果としてゆがめられることがある。異なる組織のタイプは光速度、局所減衰及び信号分散特性によりお互いに及び自由空間と異なる。幾つかの実施例では、システム２０は高空間分解能を達成するためこれらのアーティファクトを補償する。
【０１２３】
上述したように、システム２０は多数の方向からの多数のビームを使用して目標の器官を走査する。幾つかの実施例では、システムは反対方向から目標の器官を画像化するビーム対による測定された反射を共同で分析することにより組織のアーティファクトを補償する。
【０１２４】
図８Ａ及び８Ｂは本発明の実施例による反対のビームにより測定された反射信号の強度を概略的に示すグラフである。
図８Ａでは、曲線２２０は特定のビームにより測定されるように距離の関数として反射強度を示している。曲線２２０は３つの特徴のあるピーク２２４Ａ，２２４Ｂ及び２２４Ｃを示しており、それらは通常、組織のトランジション（すなわち、異なる組織タイプの間の界面）により作り出される。ピーク２２４Ａは有効なアンテナに対して最短距離を有する強いピークである。この種のピークは、通常、皮膚を貫通する時、体の「表皮効果」、すなわち、自由空間から組織へのトランジションにより作り出される。ピーク２２４Ｂ及び２２４Ｃは１つの組織タイプから別の組織タイプへの他のトランジションに関するものである。
【０１２５】
図８Ｂでは、曲線２２８は別のビームにより測定されるように距離の関数として反射強度を示しており、それは図８Ａのビームに関して１８０°の方位角のオフセットで配置されている。換言すれば、図８Ｂのビームは反対方向から以外の目標の器官の同様の深さの断面を画像化する。図８Ｂの距離（水平）軸は曲線２２０及び２２８が比較されるように反対にされる。曲線２２８は２２４Ｄ，２２４Ｅ及び２２４Ｆで示された３つのピークが反対方向から見られるようにそれぞれピーク２２４Ａ．．．ｃとして同じ組織トランジションに対応することを示している。
【０１２６】
図８Ａ及び８Ｂでは、２つの反対のビームのピークの距離座標はお互いに一致するように示されている。しかし、多くの実際の場合には、組織を横切る局所光速度（局所時間遅延）の差のため、ピークの測定座標は通常、反対方向の測定でお互いに異なる。これらの差は局所組織時間遅延を予測及び補償するために使用される。
【０１２７】
図９は本発明の実施例による反対のビームの反射信号の強度測定から組織特性を導き出す方法を概略的に示すフローチャートである。図９の方法は、１８０°のオフセットでビーム対により画像化されているように、目標の器官の特定の深さ断面に関するものである。異なる方位角及び高度で多数のビーム対により測定されたデータを目標の器官の３−Ｄ表示に統合する処理はさらに後述される。
【０１２８】
その方法はデータ取得ステップ２４０で反対方向で２つのビームを使用して未処理の反射測定値を取得するシステムで開始する。特定のビームにより取得された距離の関数として強度測定値は測定対として以下に言及される。そのシステムは距離分解能の改善ステップ２４４で、上述したように、多数のＡ／Ｄ変換器を使用して２つの測定対の距離分解能を改善する。測定対の１つの距離次元を反対にした後、２つのビームの反射測定値は上記図８Ａ及び８Ｂの例示の反射測定値に似ている。
【０１２９】
多くの場合、表皮効果の反射、すなわち、有効なアンテナに対して最短の距離を有する反射ピークは他の反射ピークをゆがめると共にマスクする。副ローブはシステム２０のポイントスプレッド機能（ＰＳＦ）の結果である。幾つかの実施例では、表皮効果のピークにより生じたゆがみは、表皮効果のピークの真の位置を検出し、システムのＰＳＦのレプリカを測定信号から減ずることにより削減され、測定された表皮効果のピーク位置で中央に置かれることができる。この処理は、通常、各ビーム位置のために実行される。皮膚表面は異なるアーティファクトの補正処理を行った後に追加される。
【０１３０】
システム２０は時間遅延補正ステップ２４８において時間遅延予測及び補償を実行する。そのシステムは、２つの反対方向から見られるように（例えば、上記図８Ａ及び８Ｂの対２２４Ａ及び２２４Ｄ等）、同一組織のトランジション（界面）に対応する特徴のあるピークの２つの測定対を識別する。上述したように、測定されたピーク位置は局所時間遅延差により２つの測定対でお互いにオフセットされる。各ピークのため、システムは２つの測定対のピーク位置に基づき予測されたピーク位置を計算する。
【０１３１】
その後、システムは２つの測定対の水平軸に区分的変換及び拡張変換を適用し、それは予測された位置にピークを移動する。したがって、各ピークは２つの時間遅延オフセット、すなわち２つの測定対の元のピーク位置と予測位置との時間オフセットにより結合される。これら時間オフセットは有効なアンテナからピークの位置までの累積の局所組織の時間遅延に比例している。ピークの間に、組織は比較的均一であると仮定され、そのため、時間遅延オフセットは連続するピークの間で均等に分配される。
【０１３２】
特徴のあるピークのそれぞれの対のため、予測されたピークの位置は以下のように決定されることができる。２つの測定対のｉ’番目の特徴のあるピークに対応する２つの有効なアンテナの１つの方向から測定された距離はそれぞれ、ｒｉ１及びｒｉ２で表わされる。ｉ’番目のピークの予測位置はｒｉで表わされる。（ｉ−１）’番目のピークとｉ’番目のピークの間の組織により生じる、自由空間の同一距離に対応するタイミングに関する時間遅延は、距離のユニットで表現される時にｄｉで表わされる。この表記を使用すると、それは、
【０１３３】
【数１】
2009513184.tif 000004
で示され、Ｐは特徴のあるピーク対の数である。この一次式の組はｒｉとｄｉの両方を得るために解かれる。これらの計算は対象となる体の外に時間遅延がないことを想定している。
【０１３４】
ステップ２４８を完了後、システムは目標の器官の断面に沿ってそれぞれの点（有効な距離ゲート）のための局所組織の時間遅延の予測を有している。
【０１３５】
システム２０は減衰予測ステップ２５２で局所組織減衰を予測する。第１に、システムは検査した深さ断面に沿って全体の側位置の体の減衰を計算する。システムは特定の皮膚のトランジションに対応するピーク対を２つの測定対で区別する（例えば、上記図８Ａ及び８Ｂの対２２４Ａ／２２４Ｄ又は対２２４Ｃ／２２４Ｆ）。２つのピークの反射強度の間の割合は全体の体の減衰の予測として使用される。
【０１３６】
公知な全体減衰を使用すると、皮膚から特定のピークまでの蓄積減衰が計算可能である。蓄積減衰は以下の４つの等式を考えることにより計算される。それらの４つの等式は、（１）全体の体の減衰が２つの測定対で同一であることと、（２）第１の測定対の測定されたピーク強度（すなわち、第１の有効なアンテナの方向から測定された）がピーク位置の真の反射に皮膚からこの方向からのピークまでの蓄積組織減衰を加えたものに等しいことと、（３）第２の測定対の測定されたピーク強度（すなわち、第２の有効なアンテナの方向から測定された）がピーク位置の真の反射に皮膚から反対方向からのピークまでの蓄積組織減衰を加えたものに等しいことと、（４）（皮膚からピークまでの）２つの蓄積減衰の合計が公知の全体の体の減衰に等しいことである。
【０１３７】
システムは、すべての２つの連続ピークの間の蓄積減衰と同様に、これらの４つの等式から得られた一次式を解き、各ピークの真の反射係数を得る。局所組織減衰及び反射はピークの間で一定であると想定される。そのため、蓄積減衰はピークの間で一定に分配される。システムは局所減衰を補償するように測定対の強度を調整する。ステップ２５２を完了後、システムは目標の器官の断面に沿って各点（有効な距離ゲート）のために局所組織減衰及び反射の予測を有している。
【０１３８】
ピークの強度を測定すると共に操作する時、受信機により行われる利得制御が考慮に入れられるべきである。例えば、受信機が時間依存の利得制御（ＴＧＣ）を使用する時、ピーク強度を正確に測定するため、各距離ゲートのＴＧＣ値が考慮に入れられるべきである。
【０１３９】
幾つかの実施例では、反射係数の計算の正確さは２つの減衰補正した測定値を平均化することにより改善されることができる。さらに又は代わりに、予測の正確さは時間遅延と減衰補正の何回かの繰返しを行なうことにより実行可能である。幾つかの実施例では、通常は組織の存在なしで予め較正される、距離ゲート当りの背景信号は各距離ゲートの補正した測定値から減じられる。例示の予め較正された処理はさらに後述される。
【０１４０】
幾つかの実施例では、上記したステップ２４０〜２５２の予測処理は信号のゆがみの影響を減少させるため幾つかのスペクトル副帯域で別個に実行可能である。例えば、１０ＧＨｚの信号の帯域幅は１〜２ＧＨｚの帯域幅の５〜１０の副帯域、及び各副帯域のために別々に計算される局所時間遅延、反射及び減衰に分割される。各副帯域を処理するため、反射信号は現在処理されている副帯域のスペクトラルの内容だけを保持するようにフィルタリングされるべきである。そのようなフィルタリングは、それぞれ、アナログフィルタリングかデジタルフィルタリングのいずれかを使用して、Ａ／Ｄ変換器の前か後のいずれかに実行される。所望な場合には、補正された測定対はすべての副帯域に亘って合計され、同等の帯域幅の測定対を作り出す。
【０１４１】
システムは、誘電性評価ステップ２５６において、３つの予測された局所組織パラメーター（局所時間遅延、反射及び減衰）を使用し、検査された深さ断面に沿って局所誘電特性を評価する。そのような物理学パラメーターに基づき誘電特性を計算するためには当分野で幾つかのモデルが公知である。例えば、単一の誘電層モデルが、ヤリブによる「オプティカルエレクトロニクス」CBSカレッジ出版、１９８５、第４章、８７〜９５ページに記載されており、ここに組み込まれている。
【０１４２】
上記した単一層モデルは特に連続的な送信に適している。幾つかの実施例では、多数の誘電層とパルス送信を考えるより複雑なモデルが使用可能である。そのモデルは、自由空間を表わす第１層で異なる材料構成を有する多数の近接層の構造を分析する。例えば、３層と３つのトランジション（第１層に空気、第２層に第１、第３層に第２）を考える。３層はε２，ε３で表わされる誘電定数を有し、ε４・ε１＝ε０は空気の誘電定数を表わしている。ｋ’番目の層のトランジションでは、入射波はＩＫＬで表わされ、次の層に処理する波はＩＫＲで表わされる。入射波成分は、
【０１４３】
【数２】
2009513184.tif 000005
として記載され、ｒｉはｉ’番目の層のトランジションの反射係数を表わし、△ｉはｉ’番目の層の厚さを表わし、ｋｉはｉ’番目の層の波数を表わしている。
【０１４４】
各層のトランジションでは、両方の現在の層のトランジションからとより深い層のトランジションからの反射（出て行く）波の成分がある。一般に、ｉ’番目の層のトランジションから派生し、反射後に横切る（ｊ−１）層を有する反射成分はＯｉｊで表わされる。出て行く成分は、
【０１４５】
【数３】
2009513184.tif 000006
で与えられる。
【０１４６】
第１の層のトランジションから出て行く全体の信号は、Ｏ１１＋Ｏ２２＋Ｏ３３に等しい。Ｏｎｎは、
【０１４７】
【数４】
2009513184.tif 000007
として記載され、Ａは入射信号のφは第１層のトランジションの位相を表わし、ωは信号の角速度を表わし、ｔｎはビームの二方向経路に対応して信号が受信される時間指標を表わしている。このモデルを使用すると、誘電係数εｉは測定結果から導き出される。
【０１４８】
上述したモデルは平面入射波の前部を想定している。代わりの実施例では、モデルは、信号をＲ２で分割することによる等、球形の波の前部の球形崩壊を考慮に入れるようになっている。幾つかの場合には、入射波は層のトランジションの平面に垂直ではなく、その結果を偏光に依存させる効果がある。
【０１４９】
システム２０の測定値に適切な層モデルを適用する時、層の厚さは減衰及び時間遅延の補正後に連続するピークの間の距離に対応する。さらに、局所減衰及び反射係数もまた上述したように公知である。各層の複雑な誘電率は周知の等式を使用して（垂直入射を仮定して）計算される。
【０１５０】
【数５】
2009513184.tif 000008
ｒｎ及びｋｎはそれぞれ、ｎ’番目の層の反射及び減衰を表わしている。ε”で表わされる誘電率の仮想成分及びσで表わされる導電率はおおよそε”＝σ／ωの関係式に従う。そのため、導電率σは予測される誘電率から得られる。
【０１５１】
複雑な誘電率を予測するための代わりの方法は別個に各層内の信号に基づいている。ロスがないと仮定すると、特定の層の光速度νは、
【０１５２】
【数６】
2009513184.tif 000009
によって与えられる。ｎは屈折率を表わし、ωは信号の角速度である。ロスの存在で、ｋは合成物である。ｋをｋ≡β−ｊα／２と定義し、α及びβは等式により与えられる。
【０１５３】
【数７】
2009513184.tif 000010
このモデルは、ジャクソンによる「クラシカルエレクトロダイナミクス」、John Wiley & Sons 社、ニューヨーク、１９９９、２９５〜３１６ページに詳細に記載されている。
【０１５４】
α及びβは反射ピークの直前に（減衰補正及び時間遅延の補償前に）複雑な信号を測定することにより予測される。予測されたα及びβを使用すると、誘電率の実成分及び仮想成分の両方が計算可能である。このモデルは、信号がシステム２０の特定の副帯域に制限される時のように狭帯域の信号に特に適している。
【０１５５】
さらに又は代わりに、他の適切なモデルは、測定された時間遅延、反射及び減衰値に基づき誘電組織特性を予測するために使用可能である。
【０１５６】
要約すると、図９の方法は、反対方向から目標の器官に放射線治療する２つのビームにより後方散乱する強度測定に基づき、局所誘電特性と同様に、局所組織の時間遅延、反射及び減衰係数の予測を与える。この方法を使用すると、局所時間遅延及び減衰を説明するため、異なるビームにより取得された反射信号の強度測定は補正される。
【０１５７】
システム２０により測定されるほとんどのパラメーターは通常、測定の構造に依存しない。例えば、ガブリエルらによる「生物学組織の誘電特性、I.Literature Survey」、医学及び生物学の医学、第４１巻、１９９６、２２３１〜２２４９ページは、スカラーとしてでテンソルとしてではなく、組織の誘電特性に言及している。他方、反射係数の測定は、測定の構造、例えば、反射を作る組織界面に関する入射角に依存することがよくある。しかし、システム２０では、空間のすべての点は多数の方向から測定される。結果として、構造依存の効果は本質的に平均化されると共に最小化される。
【０１５８】
誘電特性の角度の依存によるか或いは組織界面構造の効果によるかのいずれかによる反射係数の可能な空間依存は、さらなる臨床上方を導き出すために使用可能である。例えば、３−Ｄ再生画像は多数のビーム構成を使用して作られ、ビーム構成は１つのフレームから別のフレームへ周期的に変化する。連続するフレーム間の差は空間依存を示している。ビーム構成は、円筒の平面に関するビームの上昇のように幾つかの点でお互いに異なる。
【０１５９】
走査及び再生
システム２０は、アーティファクトの補償後、異なるビームにより測定された導き出された組織パラメーターをこれらのパラメーターの３−Ｄ表示に統合する。原則として、目標の器官を含む走査したものは、１ｍｍのオーダーの増分で水平なスライスに分割される、各水平なスライスは多数の方向から走査される。上述したように、アーティファクトは補償され、パラメーターは反対のビーム対を使用して導き出される。その後、システムは、多数のビームにより集められたデータを使用して、スライスを横切る反射信号の強度の二次元（２−Ｄ）再生を実行する。
【０１６０】
図１０は本発明の実施例による特定の水平スライスの二次元信号の再生を概略的に示す図である。以下の説明は反射信号の強度の値の２−Ｄ再生に関するものであるが、その方法は同様にスライスを横切る他の導き出された組織パラメーターを再生するために使用される。換言すれば、その方法は、減衰、反射及び又は２−Ｄスライスを横切る時間遅延値を再生するために使用可能である。
【０１６１】
時間遅延マップは局所光速度のマップに直接変換される。時間及び空間の関数として、局所誘電特性の値は上記した３つの再生画像（すなわち、減衰マップ、反射マップ及び時間遅延マップ）から得られる。
【０１６２】
図は特定のスライスの頂部の図を示している。スライスの領域はグリッド２００により多数のグリッド室２０４に分割されている。２つのビーム２０６及び２０７は２つの異なる方向からスライスを見る。図に示されている２つの角度セクターはビームのほぼ水平なビーム幅を示している。
【０１６３】
上述したように、各ビームのため、システム２０は１ｍｍの有効な距離ゲートで反射信号の強度を測定し、それはその後、局所時間遅延及び減衰の説明するために補正される。ビーム２０６では、特定の有効な距離ゲートが△ｒ＝１ｍｍの幅を有する円弧に対応している。類似の有効な距離ゲート２１２はビーム２０７のために示されている。図に見られるように、各有効な距離ゲートは多数のグリッド室２０４を覆っている。
【０１６４】
反射振動の強度の２−Ｄ再生を実行するため、ＤＳＰユニット９６は異なるビーム及び有効な距離ゲートにより各グリッド室２０４に与える強度を蓄積する。各ビームのそれぞれの有効な距離ゲートのため、以前、システムは特定の強度の値を測定した。この強度の値は該有効な距離ゲートにより覆われたグリッド室の間で均等に分割されている。その処理はすべてのグリッド室、ビーム及び有効な距離ゲートのために繰り返される。処理の終わりには、各グリッド室は特定のスライスを走査する異なるビームの異なる有効な距離ゲートに渡って統合される蓄積値を有している。
【０１６５】
上述した２−Ｄ再生処理は特定の水平なスライスに関連する。その処理はすべてのスライスのために繰り返され、３−Ｄグリッドを作り出す。隣接するスライスの間の垂直な増分は１ｍｍのオーダーであるが、各スライスの厚みは、通常、１５ｃｍのオーダーで、使用される有効なアンテナの上昇ビーム幅から得られる。したがって、スライスの間にはかなりのオーバーラップがある。
【０１６６】
システム２０は、オーバーラップするスライスで実行された測定値を一次式の組に変換する。式を解くことは垂直次元で増分サイズ（この例では１ｍｍ）のオーダーで空間分解能を達成する。例えば、式はデコンヴォルーション方法を使用して解かれる。デコンヴォルーション方法はしばしば騒音に敏感である。そのため、十分に高いＳＮＲが得られる。
【０１６７】
式を正確に解くことは走査領域の境界での解法の知識を必要とすることがよくある。幾つかの実施例では、ごく僅かな反射係数を有する保護ＲＦ吸収シートが患者の関連性のある体の領域の上方及び下方の領域に置かれ、公知な境界状態を強いるようになっている。したがって、式は分析的に解かれる。
【０１６８】
幾つかの実施例では、それぞれの有効な距離ゲートの貢献度は有効な距離ゲートにより覆われるグリッド室の間で不均等に分割可能である。例えば、分配は距離に依存することができる。代わりに、分配は有効なアンテナの角度依存の利得差を考慮に入れることができる。断層撮影システムで時々使用される繰り返し背景映写及びフィルタリングされた背景映写等の他の公知な方法はまた、システム２０の空間分解能を改善するために使用可能である。
【０１６９】
上述では、有効な距離ゲートは有効なアンテナの位相中心で中心に置かれた同心円弧として幾何学的に表わされる。多くの実際の場合には、組織の光速度が自由空間の光速度と異なると共に組織の異なるタイプで異なるため、この表示は不正確である。結果として、同時間表面（すなわち、有効なアンテナから一定の伝達遅延を有するすべての点の位置）の実際の幾何学形状は完全な円弧から外れる。同時間表面の実際の形状を予測することは有効な距離ゲートのより正確な表示を作り出す。
【０１７０】
例えば、同時間表面は、２つの異なる光速度の値、自由空間の値及び組織の代表する光速度を考慮することにより予測可能である。同時間表面の形状は患者の体の外側表面の形状の予測に基づいて決定可能である。患者の体内にあるように決定される点は組織の光速度の値を割り当てられ、体外にあるように決定される点は自由空間の値に割り当てられる。
【０１７１】
例えば、体の外側表面は以下の処理を使用して予測可能である。
・各ビームのため、無視できない後方散乱の強度が受け取られる最小距離を測定する（すなわち、有効なアンテナの位相中心から体表面までの最小距離を測定する）。
・円筒形状のアンテナアレイ内に閉じ込められる量は３−Ｄアレイにより表わされ、その値は最初はゼロに設定され、有効なアンテナの位相中心からの距離が表面への測定距離に一致すると共にそれぞれのビーム内にあるすべてのエレメントは「１」に設定される。各ビームのため結果として生じる座標組は通常、ドーム形状の表面に似ている。
・円筒形状の３−Ｄ中心の点が走査された組織内に位置していると仮定する。円筒形状の中心から派生し、４π球状に及ぶ同質の異なる３−Ｄ角度に向く放射ラインに沿って３−Ｄアレイの値を調べさせる。各そのような放射に沿って、患者の体の外側表面はその値が「１」で円筒形状の中心からのその距離が最小である３−Ｄアレイエレメントにより定義される。
【０１７２】
さらに又は代わりに、同表面は患者の体内の各点で局所時間遅延に従って調整可能である。この情報は通常、（体の外側表面の予測に基づき）再生処理が完了した後に利用可能である。再生処理は、本質的に、走査された容量で局所時間遅延の３−Ｄマップを作り出し、それぞれのビームのため同時間表面を再計算するために使用可能である。その後、時間遅延の値は再生画像をさらに精密にするために使用される。そのような処置は、例えば、各繰返しでの増分の変化がごく僅かになるまで繰り返される。
【０１７３】
本実施例では、システム２０は２５ｃｍの高さと心臓画像の通常のサイズを有する容量を走査する。その容量は１ｍｍの増加で２５０の水平スライスに分割される。各スライスは３６０ビームで走査され、それは円筒形状のアンテナアレイの境界線の回りを１°の増加で分配される。各ビームでは、２つの６４パルス列が送信される。したがって、２５０×３６０×２＝１８０，０００のパルス列の合計は一度容量を走査するために送信される。１００Ｈｚの時間分解能を達成するため、システム２０は、上記図７に示されているように、１／１８，０００，０００＝５５ｎｓのＰＲＩを与え、毎秒１８，０００，０００パルス列を送信する。
【０１７４】
本実施例では、画像化された要領の高さ寸法は高さ寸法に沿って４０のアンテナエレメントを有するアレイを使用して２５０のスライスに分割される。特定のスライスを画像化する時、ビームは通常、それらの位相中心がスライス平面に来るように形成される。結果として、ビームの幾つかは円筒形状のベースと完全には平行にならず、すなわち、幾つかのビームは高さが僅かに傾斜する。その傾斜は通常、１度の数１０分の１のオーダーで、１度より大きくならない。
【０１７５】
代わりの実施例では、他の走査及び再生処理が使用可能である。例えば、各ビームは高さに一定の幅を有しているため、走査された容量をスライスに分割する代わりに、垂直次元が図１０の水平再生方法と同様に再生される。一般に、容量は多数の３−Ｄグリッド室を有する三次元グリッドに分割される。各３−Ｄグリッド室の反射信号強度は高さと同様に方位角でビームを走査することにより予測される。
【０１７６】
幾つかの場合には、２−Ｄ再生処理で使用されるビーム対の幾つかは、例えば、深い貫通深さによる低いＳＮＲのため、不十分な品質データを含んでいる。これらの場合には、反対方向からの部分を横切って同一の深さを見る２つのビームの間のオーバーラップは、アーティファクトの補償を実行するのに不十分である。オーバーラップ領域が幾つかのビーム対で十分でない時、スライスの２−Ｄ再生は２層で実行可能である。最初に、十分なオーバーラップを有するビーム対を使用して２−Ｄ再生が実行される。特定のビーム対のビームが十分なオーバーラップを有していない時、このビーム対の減衰及び時間遅延はスライスの他のビーム対の２−Ｄ再生値を使用して補正可能である。心臓以外の用途のように、より低いフレッシュレートを許容する用途では、貫通深さ（及びそのため、反対のビームの間で達成可能なオーバーラップ）はより長いパルス列を使用することにより著しく改善可能である。
【０１７７】
比較的広いビームの使用のため、及び各サンプルが本質的に大容量に亘って平均化された情報を含むため、空間収差及び多重通路によるアーティファクトがシステム２０で削減されることに注意すべきである。多重通路のアーティファクトはまた含まれる比較的強い組織減衰により削減される。
【０１７８】
幾つかの実施例では、公知の最高の分解能方法がシステムの最終の空間分解能をさらに改善するために後の処理で使用されている。そのような方法は、例えば、バーグの最小変化方法（英語標記：Minimum Variance Methods、略標記：ＭＶＭ）及び又はエール・ウォーカー方法（英語標記：Yule-Walker methods）を含んでいる。最高の分解能方法は、例えば、ボリソン等による「広帯域レーダーのための最高の分解能方法」、科学技術リンカーン実験室ジャーナルのマサチューセッツ協会、（５：３）、１９９２、４４１〜４６１ページに記載されている。最高の分解能方法は、各ビーム対、各有効なスライス（すなわち、２−Ｄ再生後の円筒形状の特定の高さに対応するデータ）、又は完全な３−Ｄグリッドに適用される。
【０１７９】
３−Ｄ再生された組織パラメーターはディスプレイ７６又は８３のユニット１００によりユーザーに表示される。異なる視覚化方法及び方式も使用可能である。例えば、ユニット１００は、３−Ｄディスプレイの色コード層として示された選択された組織パラメーターにより、目標の器官又はその部分の等大画を表示することができる。そのディスプレイは使用されるフレッシュレートに従って動的に変化可能である。
【０１８０】
ユニット１００は３−Ｄ情報に基づき選択された２−Ｄスライス、突起及び他の表面を表示する。実時間の３−Ｄデータ表現も使用可能である。さらに又は代わりに、組織パラメーターも数字で表示可能である。通常、ユーザーは入力デバイス８０を使用して異なる表示機能を制御すると共にカスタマイズすることができる。幾つかの実施例では、ユニット１００は、３−Ｄディスプレイに基づき、各種長さ及び速度測定等の測定をユーザーに実行させる。
【０１８１】
３−Ｄ動作ベクトルの分析方法
動作ベクトルの分析方法では、システム２０は、血液流のような組織の動力学を追跡すると共に表示する。システムは走査した容量で各点の３−Ｄ速度ベクトルを示す実時間画像を作る。組織の速度はドップラー効果を使用して測定される。
【０１８２】
図１１は、本発明の実施例による、ドップラー測定を使用して三次元の動作ベクトルを計算するための方法を概略的に示すフローチャートである。
【０１８３】
その方法は、走査ステップ２８０で、目標の器官を走査するシステム２０で開始する。システムは反対のビーム対を使用して多数の角度から器官を走査する。それぞれのビームでは、上記図７の列に類似する幾つかのパルス列が送信されると共に分析される。各ビームのパルス列の数は、他の値も使用可能であるが、１０のオーダーである。
【０１８４】
速度に関連性のある範囲を十分に画像化するため、測定は３ｍ／ｓのオーダーのナイキスト周波数と０．３ｍ／ｓのオーダーの速度分解能を有しているべきである。この性能に達するため、２０Ｈｚのオーダーのリフレッシュレートが使用される。幾つかの実施例では、ビームは、パルス列の所望の数が送信されるまで、同時に単一のパルス列を送信すると共に同一のビーム位置に数回戻り、インターリーブされた方法で走査される。結果として、パルス列は全体の走査サイクル内で均等に分配される。通常、４°のオーダーの方位角及び高度ビーム幅を有する狭ビームが使用される。
【０１８５】
後述するように、所定の有効なアンテナに関して測定されたドップラー偏移は３−Ｄ組織の速度ベクトルの単一成分に関する情報を供給する。３−Ｄ速度ベクトルを再生するため、３以上のデータセットが取得される。それぞれのデータセットは異なる視覚角度から空間の各点のための情報を供給する。例えば、データセットは１つのデータセットから他のデータセットへビームの垂直傾斜を変更することにより取得可能である。
【０１８６】
各角度ビーム位置及び各距離ゲートのため、測定は垂直（円筒形状の高さ）次元に沿って１ｍｍのオーダーで分解能を達成するためにデコンヴォルーションされる。その後、ＤＳＰユニットは補償ステップ２８４で各ビーム対の測定においてアーティファクトの補償を実行する。その補償処理は上記図９のステップ２４８及び２５２で実行される処理に類似している。
【０１８７】
この処理の終わりに、少なくとも３つの測定セットは１ｍｍのオーダーで空間分解能を有する円筒形状の座標で利用可能である。近接ビームの間方位角でかなりのオーバーラップがあるため、デコンヴォルーションはまた距離ゲート及び高さスライス当りで近接する水平ビーム角度の間で実行可能である。デコンヴォルーションはまた水平ビーム角度及び距離ゲート当りで近接する高さスライスの間で実行可能である。
【０１８８】
システムは、スペクトルの計算ステップ２８８で、各ビームの方向から見られるように、走査された容量の各有効な距離ゲートのドップラースペクトルを計算する。周知のドップラー等式を使用して、特定の組織エレメントのドップラー周波数の偏移ｆｄは、
【０１８９】
【数８】
2009513184.tif 000011
として記載可能であり、λは単一波長を表わし、Ｒ→Ｓは（送信アンテナと同じ）受信有効アンテナに関する組織エレメントの位置ベクトルを表わし、Ｖ→ｔは組織エレメントの速度ベクトルを表わす。各組織エレメントのドップラースペクトルは、例えば、各ビーム位置の各距離ゲートの時間依存のデータに１６バイナリーの離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を適用することにより計算可能である。ゼロパディングはＤＦＴ分解能を改善するために使用される。幾つかの実施例では、スペクトルの副ローブのレベルを減少させるためにウィンドウ機能が使用される。
【０１９０】
幾つかの場合には、特定の有効なアンテナにより測定されるドップラー偏移は有効なアンテナの異なるエレメントに関して異なる値を有している。この結果、ドップラースペクトルに欠陥を生じさせる。その欠陥の影響は予測されると共に補償されることができる。例えば、一定のアンテナエレメントにより測定された角度のドップラー速度はｃｏｓ（θ）に比例して変化し、θは有効なアンテナの位相中心のアンテナ平面への垂線と問題のエレメントの位置のアンテナ平面への垂線との間の角度を表わしている。この仮定を使用すると、適切な時間及び周波数依存の重み付けはＤＦＴ係数に適用される。
【０１９１】
幾つかの場合には、ドップラースペクトルは大きな信号の帯域幅の結果として傷付けられる。この影響を補償するため、ＤＦＴ結果は欠陥影響を表わすポイントスプレッド機能（ＰＳＦ）でデコンヴォルーションされる。ＰＳＦは送信信号の所定のスペクトル分配のためドップラー等式を使用して予め計算される。
【０１９２】
システムは、成分識別ステップ２９２において、ドップラースペクトルの主要なスペクトル成分を識別する。主要なドップラー成分は通常、比較的強い強度を有するスペクトルライン又は周波数を備えている。当業者に公知な適切なピーク検出方法はピーク周波数を決定するために使用可能である。中心軌跡ベースの方法は計算の正確さを改善するために使用可能である。
【０１９３】
システムはお互いに結合される主要な成分を見つけようとし、すなわち、異なる方向から測定された異なるスペクトルで同一の組織の速度ベクトルに関する。ベクトル計算ステップ２９６において、３−Ｄ三角測量を使用するように、結合された主要な周波数を使用して、システムはドップラー等式を解き、３−Ｄ動作ベクトルを計算する。
【０１９４】
しかしながら、多くの実際の場合、ドップラースペクトルは多数の主要な成分を備え、どの異なるスペクトルの成分がお互いに結合するかを決定することは時々難しい。お互いに結合されないドップラー成分に基づき動作ベクトルを計算することは通常、不正確で不明瞭な動作ベクトルを作り出す。
【０１９５】
システムは、放棄ステップにおいて、不正確な動作ベクトルを検出すると共に放棄する。システムは不正確な動作ベクトルを検出するための適切な方法又は基準を使用する。例えば、時間と空間の両方で真の動作ベクトルが連続すると仮定される。換言すれば、新しく計算された動作ベクトルは同一の組織エレメントの以前計算されたベクトルからあまり異ならず、近接の組織エレメントの動作ベクトルはお互いからあまり異ならない。これらの仮定を使用して、時間及び又は空間に亘りかなり変化する動作ベクトルが放棄される。この方法を使用すると、速度がゼロに近い血管の境界で注意すべきである。
【０１９６】
上述した処理は走査された容量で異なる点の３−Ｄ動作ベクトルを作り出す。この情報は、システムの他の画像化方法の情報とは無関係に又はそれと関連してのいずれかで医師に表示される。
【０１９７】
上述したように、動作ベクトルの分析で使用されるビームは比較的狭い。狭いビームで目標の器官を走査することは、達成可能なリフレッシュレートを制限する。走査時間を削減するため、幾つかの実施例では、システムは広いビームで送信し、同時に多数の狭いビームで受信する。狭いビームは円筒形状の中心の方に向き、異なる位相中心位置を有している。同時に多数のビームで受信するため、システムの受信機は多数の平行な受信回路を備えている。
【０１９８】
各受信回路へのアンテナエレメント３６の配置は、アーティファクトの補償を実行するため、反対のビーム対を使用してデータデータ取得を支持する。この目的のため、幾つかの実施例では、異なる受信回路に対応する受信ビームは異なる位相中心を有するように構成され、各受信ビームの照準あわせは対応する位相中心でアンテナ表面に垂直になるように構成されている。
【０１９９】
図１２は本発明の別の実施例によるデジタル受信機及び励磁機ユニット３２０を概略的に示すブロック図である。ユニット３２０では、受信信号は多数の受信回路３２４により同時に処理される。各受信回路３２４は上記図５の受信機に構造が類似している。切換えアレイは適切な受信の有効なアンテナの信号を各受信回路に供給するように構成されている。
【０２００】
アンテナアレイ３６の幾つかのエレメントは多数の有効なアンテナ及び多数の受信回路により使用されるため、切換えアレイ９２から受信された信号のそれぞれは、例えば、１：１０のスプリッターを使用して分割され、各受信回路３２４で異なるコンバイナーに与えられる。特定の受信回路に対応するそれぞれのそのようなコンバイナーは異なるアポディゼーション計画を使用し、要求する受信ビームパターンを明確にするようになっている。所定の受信ビームでは、通常、使用されないエレメント３６はゼロの重みを与えられる。
【０２０１】
ＲＦ治療方法
ＲＦ治療方法（ＲＦ剥離、局所加熱及び電磁圧力方法）では、システム２０は目標の器官の３−Ｄの目標領域に集中されたＲＦエネルギーを加える。以下の説明は主にＲＦ剥離に関する。他の治療方法への一般化は簡単である。
【０２０２】
典型的には、システム２０は、剥離処理を視覚化すると共に指導するため、目標の器官及びその付近の能動の画像化でインターリーブされたＲＦ剥離を実行する。幾つかの実施例では、システムは剥離フレームと画像化フレームとの間でちょうどよい時に交替する。剥離フレームの間、アンテナエレメント３６の幾つか又はすべては目標の剥離領域に集中される高周波数のＲＦパルスを送信する。３−Ｄ画像化情報は、剥離エネルギーが集中される焦点（すなわち、目標領域の位置）を適応可能に追跡するために使用される。
【０２０３】
剥離領域の位置の適応可能な追跡は、心筋のような動的な器官の剥離を可能にする。正確な追跡を可能にするため、目標領域の最大のフレーム間動作は一般的に剥離分解能の一定の部分を越えない。画像化のための５０Ｈｚ及び剥離のための５０Ｈｚのオーダーでのフレームリフレッシュレートは通常、十分である。
【０２０４】
画像化及び剥離が同一座標システムを使用して実行され、２つの方法が同一の物理的なアーティファクトにより影響を受けるため、取得された３−Ｄ画像のゆがみは、通常、焦点位置の正確さにほとんど影響を与えない。さらに、画像化方法で測定される各エレメント３６と目標領域の間の時間遅延は剥離のため各送信エレメントの時間遅延を最適化するために使用され、異なるエレメントからのパルスが同時に目標領域に届くようになっている。
【０２０５】
シミュレートされた結果によれば、１８ＧＨｚの送信周波数を使用すると、剥離領域の３ｄＢの幅はほぼ０．６、０．６、３．６ｃｍである。画像化のために使用されるパルス列と異なり、剥離は比較的長いパルスを使用して実行され、狭帯域幅が使用される。
【０２０６】
幾つかの実施例では、システム２０は１又は２つの追加のドーム形状のアンテナアレイを備えている。ドーム形状のアレイと円筒形状のアレイの組合せは球形のアレイに近づく。球形のアレイでは、分解能はすべての軸で実質的に一定である。そのような構成はすべての軸でほぼ０．６ｃｍの空間剥離分解能を供給すると予測される。
【０２０７】
さらに又は代わりに、システム２０は剥離のため指向性の放射エレメントを使用することができる。それぞれの指向性エレメントの照準合わせとエレメントの中心のアンテナ平面への垂線の間の角度は、能動の画像化方法の空間分解能に最小の影響で、剥離ビームの焦点を最大化するように最適化可能である。例えば、すべての指向性エレメントはそれらの照準合わせが円筒形状の中心に向うように向けられる。
【０２０８】
剥離方法の空間分解能はまた剥離信号の周波数を増加させることにより改善可能である。他方、組織の信号吸収は周波数により増加し、送信出力が増加するようになっている。アレイ３２の半径は剥離空間分解能に影響をあまり与えないことを示している。
【０２０９】
処理がオフラインで実行されるシステム２０の他の方法と異なり、ＲＦ剥離方法の処理は実時間で実行される。軸当り２ｍｍの空間分解能で画像化される５ｃｍ２の容量を仮定すると、スライス数は２５０から２５に削減される。各スライスは３６０のビーム位置を有している。各パルスのため、６個だけの距離ゲートがそれぞれのＡ／Ｄ変換器のために処理される。２ｍｍの分解能を得るためには、８個のＡ／Ｄ変換器が使用され、パルス当り４８のサンプル、又は（各送信において２つのパルス列を使用すると）各パルス列のため９６のサンプルを供給する。Ｆフレーム／秒のフィルムスピードのため、秒当りのサンプル数は２５・３６０・９６・Ｆ、又は８．６４・１０５・Ｆサンプル／秒である。Ｆ＝５０フレーム／秒のため、取得されるデータ割合は４．３２・１０７サンプル／秒である。
【０２１０】
上記データ割合を仮定すると、秒当りの１５Ｇ浮動小数点式操作（ギガ浮動小数点演算毎秒）の処理出力を有する代表のデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）はサンプル当り約３３０の操作、又はパルス当り３３０００の操作を実行可能である。高処理出力は並列の多数の信号プロセッサーを使用して得られる。各プロセッサーは異なるパルスセットを処理し、結果の３−Ｄ画像マトリックスが合計され、最終画像を作り出す。
【０２１１】
パルス列当りの処理負荷は３つの主要な要因により作られる。
【０２１２】
（１）有効な距離ゲート当りのデコンヴォルーション。√３・５ｃｍ幅領域に対応し
て、パルス列当り４４の有効な距離ゲートがある。幾つかの場合には、√２・５ｃｍ幅も十分である。８個のＡ／Ｄサンプルの一次組合せ（８の加法と８の乗法）が各パルス列ために計算される。２つのパルス列の結果が追加される（すなわち、１６操作×２パルス列、プラス有効な距離ゲート当り１つの追加）。したがって、ほぼ３３×４４＝１４５２の操作の合計がパルス列当りに実行される。
【０２１３】
（２）時間遅延及び減衰の補正：ほぼ５００の操作がパルス列当りに実行され、すなわち、各反対のビーム対当り１０００の操作が実行される。
【０２１４】
（３）３−Ｄ再生：２５のサンプルのそれぞれは約２５×２５のグリッド室に亘って広げられ、パルス列当り１５６２５の操作の合計を作り出す。
【０２１５】
全体では、パルス列当りの操作総数は約２００００である。Ｆ＝５０フレーム／秒のため、２５・３６０・２００００・５０又は９・１０９の操作が秒当りに実行される。
【０２１６】
一度３−Ｄ画像が作られると、剥離の焦点を適応可能に追跡するため、組織追跡のための追加の計算が実行される。追跡は連続フレームで３−Ｄブロックを相互相関することにより実行される。代わりに、連続フレームの３−Ｄブロックの間で最小の平均平方エラー（又は最小の平均絶対差）を最小化する３−Ｄ変換を決定することにより追跡が実行される。それぞれの可能な動作ベクトルのため、２５３の乗法及び加法が実行される（すなわち、３１２５０の操作の合計）。したがって、１０００の可能な動作ベクトル（各軸で１０の可能性）はフレーム当り約３１．２５・１０６の操作に対応する。Ｆ＝５０フレーム／秒のため、秒当りほぼ１．６・１０９の操作が追加される。
【０２１７】
要約すると、１５ギガ浮動小数点演算毎秒ＤＳＰは通常、実時間で結合画像化及び剥離処理を実行可能である。しかし、反対のビームの間のオーバーラップが不十分の場合、処理はより複雑になる。そのような場合、より早く低い正確さの時間遅延及び減衰補正方法が時々使用される。
【０２１８】
受動の画像化方法
神経や筋肉の細動のように人体の異なる細胞のタイプは実質的に電気の動作を示す。神経単位内の伝達速度は通常、３０〜１２０ｍ／ｓの範囲である。動作電位な継続時間は通常、１〜１０ｍｓの範囲であり、それらの振幅は７０と１１０ｍＶの間の範囲である。神経単位のレセプター電位及びシナプシス電位の継続時間は通常、５と１００ｍｓの間であり、それらの振幅は０．１〜１０ｍＶの範囲である。これらの特性は、例えば、カンデル等による「神経科学の原理」、McGraw-Hill、ニューヨーク、２０００、１９〜３５ページに記載されている。筋肉細胞の伝達速度は著しく低くなる傾向がある（例えば、心臓の洞房結節により発生する信号が房室結節に達するのに約５０ｍｓかかる）。
【０２１９】
この電気動作は電磁場を発生する。能動の画像化方法で動作すると、システム２０はこれらの場を検知すると共に写像する。システムは、神経又は筋肉に沿ってのように、目標の器官での電気信号の伝達を示す動的な３−Ｄディスプレイを供給する。受動及び能動の画像化方法が結合され、システムは能動の画像化により作られる器官の３−Ｄ画像にオーバーレイされた電気動作を表示するようになっている。
【０２２０】
信号が二方向の体減衰を受ける能動の画像化方法とは異なり、受動の画像化において信号は器官から受信アンテナへのその経路で減衰されるだけである。さらにその上、アンテナアレイ及び受信機のフロントエンドは冷却され、それらの感度が改善されるようになっている。
【０２２１】
生理的な電気動作により発生する比較的弱い電磁場を検知するため、受信機は通常、比較的長い間隔で統合する。例えば、受信機は、１ＧＨｚより高いサンプリングレート、通常、１０ＧＨｚのオーダーで、動作する１つのＡ／Ｄ変換器を使用し、１μｓのオーダーの間隔でデータを統合する。
【０２２２】
多くの実際のシナリオでは、検知した電気動作信号の低い衝撃係数のため、受信機は通常、それぞれ１μ秒の間隔内で僅かに１つの信号だけを検知する。狭い受信ビームは多数の信号を同時に検知する可能性をさらに減少させるために使用可能である。
【０２２３】
幾つかの実施例では、システム２０は異なる方向を有する３以上のビームを使用して電気動作信号を受動的に検知する。ビームは同時又は交互のいずれかで受信される。これらの測定に基づき、システムは干渉計使用法を使用する等して電気動作源の３−Ｄ座標を予測する。
【０２２４】
幾つかの場合には３つのビームの使用が十分であるが、例えば、組織の光速度変化により生じる時間遅延の影響を減少させるため、より多くの数のビーム（例えば、５つのビーム）が望ましい。幾つかの実施例では、３つのビームの異なる部分集合が１つの３−Ｄ座標の推定値を計算するために使用される。代わりに、能動の画像化方法により作られた局所時間遅延マップは各ビームにより測定された距離に対応する同時間表面を計算するために使用される。３つ（又はそれ以上）のビームに対応する表面の交差点は１つの起点座標の良好な推定値を与える。
【０２２５】
干渉計三角測量計算を実行するため、検知信号は狭帯域幅で処理される。幾つかの実施例では、検知信号はデジタル又はアナログのいずれかのフィルタリングを使用してフィルタリングされる。
【０２２６】
送信出力の考慮及び実験結果
システム２０で送信のために使用される出力レベルは主に関連性のある画像化シナリオでの体の減衰による。能動の画像化及び動作ベクトル分析方法では、送信された出力は最大の所望な貫通深さで十分なＳＮＲをシステムに提供する。他方、送信された出力は業界標準の安全推薦を超えるべきではない。
【０２２７】
幾つかの実施例では、システムの瞬間の送信出力（すなわち、特定の有効なアンテナのエレメントで合計される瞬間出力）は能動の画像化及び動作ベクトル分析方法で３ｋＷに設定される。後述するように、この出力レベルは所望なシステム性能を達成するために予測され、また許容された放射安全規制に従う。
【０２２８】
上述したパルス列を使用して、送信衝撃係数は約１１．６％であり、平均出力が約３５０Ｗになるようになっている。放射にさらされる体の領域が１ｍ２のオーダーであると仮定すると、単位体領域当りの平均出力は３５ｍＷ／ｃｍ２である。１９９５年２月２１日の「無線周波数放射線及び軍用免除レーザーへの被爆からの国防省の保護」という表題の米国国防省（ＤｏＤ）の命令＃６０５５．１１は、０．１時間より短い被爆時間でＴｅｘｐ時間の間隔で１／ＴｅｘｐｍＷ／ｃｍ２の最大許容被爆レベルを明記している。０．１時間より長い被爆時間では、１０ｍＷ／ｃｍ２の最大値が許容される。命令＃６０５５．１１はまた最大被爆レベルの制限が一部分の体への被爆の場合には緩和されると述べている。ＲＦＩＴシステムを使用する画像化は数秒の被爆を伴うため、システムの出力レベルは推奨の安全制限内でよい。
【０２２９】
特定の出力レベルが所望のシステム性能を達成できることを立証するため、各種の組織タイプのＲＦエネルギーの伝達が実験装備を使用して測定された。実験の目的は（１）異なる組織タイプの予測された組織の減衰を定量化することと（２）組織の減衰の差、異なる組織タイプ間の反射及び時間遅延の値を定量化することであった。
【０２３０】
実験は無響室で行われる。８〜１８ＧＨｚの短いＲＦパルスはホーンアンテナに接続される時間領域ネットワーク分析器により発生され、分析された。異なる組織のサンプルがＲＦパルスにより紫外線放射された。９個の子羊の組織サンプル、すなわち、血液、心臓、肺、骨、肝臓、腎臓、腸、脳及び大腿筋が試験された。空気及び水を含む２つのさらなるサンプルもまた測定された。
【０２３１】
それぞれの測定では、特定のサンプルが無響室に置かれ、約６５ｃｍの距離からＲＦパルスで放射された。両面の銅板ＰＶＣシートがホーンアンテナ及びネットワーク分析器に放射線を反射させるため放射されたサンプルの後に配置された。反射シートの領域はサンプルのサイズ及びアンテナのビーム幅にほぼ一致した。測定の幾つかでは、他の後ろに置かれた２つの異なるサンプルのカスケードが試験された。
【０２３２】
ネットワーク分析器により発生した信号は階段状周波数信号であり、異なる周波数の８０１パルスで関連性のある周波数範囲をカバーする。それぞれのパルスは１９２ｎｓ幅であった。使用される出力は１ｍＷであった。８〜１２ＧＨｚ、１５〜１８ＧＨｚ及び８〜１８ＧＨｚ等の異なる周波数範囲が試験された。ネットワーク分析器がサンプル及び反射板から反射された信号をサンプリングし、時間の関数としてその信号を再生した。その装備はサンプルの正味の減衰の測定を可能にするため予め較正された。
【０２３３】
ネットワーク分析器の測定は、各組織タイプの反射、減衰及び時間遅延特性を提供した。測定結果はすべての３つのパラメーターにおいて異なる組織タイプの間にかなりの差があることを明確に示している。測定された全体減衰値は３０ｃｍのオーダーの貫通深さで十分なＳＮＲを達成するＲＦＩＴシステム２０の可能性を支持し、高分解能の心臓の画像化を可能にする。
【０２３４】
実験結果はシステム２０の送信出力ランクを立証するために使用された。実験におけるシステムパラメーターの幾つかはＲＦＩＴシステムのパラメーターとは異なるため、計算はこれらの差を考慮に入れるべきである。
【０２３５】
公知のレーダー等式によれば、
【０２３６】
【数９】
2009513184.tif 000012
又は、対数表示で、ＳＮＲ＝Ｐｔ＋２Ｇａ＋ＧＣ＋Ｇｉ−４Ｒ−Ｌ＋Ｃ、ＳＮＲはシステムの騒音比に対する信号を表わし、Ｐｔは送信出力を表わし、Ｇａはアンテナの一方向利得を表わし、ＧＣはパルス圧縮による処理利得を表わし、Ｇｉは多数のパルスの統合による利得を表わし、Ｒは範囲を表わし、Ｌはシステム及び媒体（空気及び組織）損失を表わしている。
【０２３７】
以下の表は実験装備とシステム２０の両方で達成可能なＳＮＲに影響を与えるパラメーターを示している。
【０２３８】
【表２】
2009513184.tif 000013
ＲＦＩＴシステムの実験装備のＳＮＲが発生したものを保存すると、
【０２３９】
【数１０】
2009513184.tif 000014
となり、〜で記されたパラメーターはＲＦＩＴシステムのパラメーターを表わし、〜で記されていないパラメーターは実験結果のパラメーターを表わしている。実際に、実験装備のＳＮＲはシステム２０で要求されるＳＮＲよりかなり良く、ＸｄＢ＝７５ｄＢと安全に予測する。実験結果に基づき、そのような値は約３０ｃｍの貫通深さに対応する。この貫通深さは心臓の画像化のように深い貫通深さに適している。
【０２４０】
ＲＦ剥離方法では、システム２０の送信出力は目標の剥離領域の温度を約２０℃上昇させる。上述したように、剥離領域の寸法は、３ｄＢの点で約０．６、０．６、３．６ｃｍである。剥離領域が長円形状を有していると仮定すると、その容量は約（４π／３）・０．３・０．３・１．８＝０．６８ｃｍ３となる。特性組織密度が１ｇ／ｃｍ３と仮定すると、剥離領域の質量は約０．７グラムとなる。この質量の温度を１℃上昇させるために要求されるエネルギーは２．９ジュールである。したがって、剥離領域の温度を２０℃上昇させるためには約５９ジュールが必要となる。
【０２４１】
剥離処理が６００秒の長さと仮定すると、剥離領域で放散される出力は５９／６００＝０．０９８より幾分大きい。目標温度に達した後、使用される出力は正常に減少され、局所温度は安定状態となる（体の熱放散機構とＲＦ加熱機構は互いに平衡する）。
【０２４２】
上述した実験結果によれば、最大の一方向出力減衰は約２ｄＢ／ｃｍとなる。この減衰は血液と水のために測定された。そのため、組織で２０ｃｍの距離を移動するパルスはたった４０ｄＢだけ減衰される。コンピュータのシミュレーション結果によれば、エレメント当りの送信出力と剥離領域の出力との間の割合は持続波送信では１：２７７１２となる。したがって、エレメントＰ当りの送信出力はほぼ
Ｐ＝０．０９８・１００００Ｗ／２７７１２＝３５．４ｍＷ
に設定される。
【０２４３】
シミュレートされたシナリオでは、２９９６４エレメントを有するアレイが使用され、全体のＲＭＳ出力はほぼ１０６０Ｗとなる。放射された体領域が１．５ｍ２であると仮定すると、ユニット当りの出力は７０ｍＷ／ｃｍ２となり、それは上記引用したＤｏＤの安全基準の短被爆制限内になる。６００秒（０．１時間）のオーダーのより長い期間では、出力密度は処理シナリオに受け入れられる。
【０２４４】
上記計算は最悪の場合の減衰予想に基づいており、多くの実際の場合には、送信出力はかなり低くなる。システム２０が追加のドーム形状のアンテナアレイを使用すると、剥離領域の寸法は約０．６、０．６、０．６ｃｍに減少される。そのような構成では、剥離のために要求されるエネルギーは６倍削減され、ユニット体領域当りの出力は約１１ｍＷ／ｃｍ２に減少される。幾つかの実施例では、敏感な体の部分はそれらの被爆をさらに減少させるため放射吸収材料により覆われる。加熱の影響は３ｄＢの剥離領域の外側では急速に減少することに注意すべきである。典型的には、３ｄＢの境界の外側の直ぐ近くでは、それぞれの組織点は剥離領域の内側でのそれぞれ１℃の温度上昇のため０．５℃またはそれ以下で加熱される。
【０２４５】
上記した実験装備はまた多数のＡ／Ｄ変換器を使用して距離分解能を高める可能性を立証するために使用された。反射板及び組織サンプルはアンテナから多数の間隔で配置された。その間隔は１５．７ｍｍの距離でお互いから約１．５７ｍｍ空けられた。距離オフセットはシステム２０のＡ／Ｄ変換器の間の時間遅延オフセットと同等である。
【０２４６】
ネットワーク分析器により測定されたデータは各有効な距離ゲート当り１つの大きさを導き出すためオフラインで処理された。その結果は、サンプルが未処理の距離分解能より小さい増分で移動する時に測定信号が著しく変化したことを明らかに示した。サンプルと板の異なる反射面に対する測定距離は手動測定の距離にほぼ一致した。
【０２４７】
システム試験及び較正
幾つかの実施例では、異なる試験及び較正処理がシステム２０の異なるライフサイクル段階で行われてもよい。例えば、特定の場所で設置の間、設置品質及びシステムの完全さが評価され、必要な場合に補正される。注意は通常、アレイ３２の機械的な変形に与えられ、それは各種放射エレメントの相対位置に影響を与える。使用される各種有効なアンテナのビーム形状に影響を与えるケーブル長さ、遅延ラインの精度及びケーブルとコネクタの減衰はまた、時々設置で試験される。システムの日常の使用の間、システムは放射エレメントレベルと有効なアンテナレベルの両方で試験されてもよい。そのような試験は定期的或いは障害が検出又は疑われた時に行われてもよい。
【０２４８】
放射するエレメントレベルの較正及び試験は正確に製造された較正球を使用して行われ、それは円筒形状のアンテナアレイの中心に配置される。各エレメント３６のため、パルスはエレメントを使用して送受信される。その出力が予測範囲内にある信号を受信することは全体の送受チェーンの完全さを示している。受信信号の出力はまた励磁機からエレメントへの二方向通路に沿って減衰を補正するために使用されてもよい。その上さらに、給表面への距離に応じてごく僅かな反射が検出される最小範囲は範囲の偏りを最小にするために使用可能である。他の較正処理は特定エレメント３６からパルスを送信することと幾つかの近接エレメントで信号を受信することを含んでいる。反射の相対的なタイミングは近接エレメントの間の位相の調整不良を最小にするために使用可能である。
【０２４９】
有効なアンテナレベルでは、特別に製造された模型（すなわち、画像対象を模造する人工体）が円筒形状のアレイ内の所定位置に配置される。それぞれの可能な有効なアンテナからパルスが送信される。模型からの反射は距離の関数として有効なアンテナにより受信される。別々の測定がそれぞれの周波数の副帯域のために実行可能である。ごく僅かな反射が検出される最小距離は距離較正のために使用可能である。予測信号からの著しい偏りは故障又は性能低下を示す。
【０２５０】
上述したように、幾つかの実施例では、背景信号（すなわち、反射物の存在のない受信機により出力された信号）は画像再生の間、それぞれの受信ビームの出力から減じられる。背景信号は通常、それぞれの可能な有効なアンテナのために予め測定される。それぞれの有効なアンテナの背景信号は距離の関数として各周波数の副帯域のため測定されることがよくある。
【０２５１】
データ取得の負荷推定
上述したように、測定されたデータは、（通常、データがオンラインで集められるＲＦ治療方法を除いて）実時間か或いはオフラインのいずれかでシステム２０で集められる。オフラインで動作する時、取得されるデータはＤＳＰユニット９６又はデータプロセッサユニット１００に格納される。通常、完全なオフラインのデータ取得の継続期間は１秒のオーダーである。
【０２５２】
能動の画像方法では、Ａ／Ｄ変換器は信号を同時にサンプリングする。１０ＧＨｚの信号帯域幅、１．５ｃｍの距離ゲート及び５０ｃｍの深さの関心領域を仮定すると、Ａ／Ｄ変換器当りのパルス当りのサンプル数は３５である。サンプル当りＢビット（例えば、Ｂ＝２０ビット、複素成分につき１０ビット）を使用すると、Ａ／Ｄ変換器当りのパルス当りのビット数は３５・Ｂである。１５の同時Ａ／Ｄ変換器では、パルス当りのビット数は５２５・Ｂである。１８ＭＨｚのパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）のため、データ取得割合は９．４５・ＢＧビット／秒である。
【０２５３】
動作ベクトル分析方法では、能動の画像方法と比較すると、データセットは、より低いリフレッシュレート（通常、能動の画像化のために使用されるリフレッシュレートの５分の１）で、３つの異なる方向から集められる。多数のパルス列、通常は１０列はビーム位置当りで使用される。したがって、データ取得割合は能動の画像化方法のデータ割合より３・１０／５＝６倍高く、又は５６．７・ＢＧビット／秒である。
【０２５４】
ＲＦ治療方法では、データ取得は実時間の画像化及び案内のために行われる。使用されるフィルムスピードは通常、能動の画像化で使用される割合の半分であり、使用される垂直スライスの数は能動の画像化で使用されるスライス数の１０分の１である。その上さらに、５ｃｍ３だけの領域のより小さい領域は通常、画像化される。パルス当りのサンプル数は能動の画像化より約３．８倍であり、約１２５・ＢＭビット／秒のデータ取得割合を与える。
【０２５５】
受動の画像化方法では、非常に高い割合、通常１０ＧＨｚのオーダーでデータが集められる。データはＭビームから同時に集められる。各サンプルはＢビットを使用する。結果として生じるデータ取得割合は１０・Ｍ・ＢＧビット／秒である。
【０２５６】
ここで説明される実施例は主に心臓の用途を取り扱っているが、ここで説明される方法及びシステムは画像化及び他の器官又はシステムに処理を適用するために使用されてもよい。ＲＦＩＴ方法及びシステムは、腫瘍学の異なる分野のように、腫瘍を検出すると共に取り除くために使用可能である。組織の分類能力は病理学での組織分析のために使用可能である。測定する局所導電率は異なる神経学の用途で使用可能である。他の用途は獣医学及び一般の臨床研究を含んでいる。
【０２５７】
ＲＦＩＴシステムの変形は、遠い田舎地方、オイルバージ、船及び宇宙ステーションのような病院へのアクセスが制限されている環境でのオールインワンの診断及び又は処置ツールとして使用可能である。
【０２５８】
ＲＦＩＴシステムは処理のさらなるタイプを適用可能である。例えば、動脈に配置されるプラーク又は他の材料が周囲の組織と比較して特に熱に敏感であると仮定すると、より低い出力のＲＦＩＴシステムが、冠状動脈のような動脈狭窄を処置するＲＦ剥離を使用することができる。ＲＦ剥離はまた塞栓を破壊するために使用可能である。局所加熱方法のさらなる用途は温度で活性化する薬の活性剤である。そのような薬は患者の体に導入され、局所加熱を適用することにより特定の位置又は器官でのみ活性化される。
【０２５９】
ＲＦＩＴ方法及びシステムの他の適用は整形外科及びスポーツ医学である。例えば、極端に高いリフレッシュレートで３−Ｄ画像化を実行する能力は骨格の動作及び筋肉の動作に関する運動データを集める事を可能にする。
【０２６０】
異なるＲＦＩＴ方法、特に、局所加熱方法は異なるパラメディカルの用途で使用可能である。例えば、局所加熱は異なる皮膚科学状態を処置するためのように化粧品に使用可能である。
【０２６１】
ＲＦＩＴ方法及びシステムはまた非医学的な用途にも使用可能である。例えば、ＲＦＩＴシステムは、各種産業の用途において温度に敏感な材料の３−Ｄモデリング及び非金属物の３−Ｄ画像化のために使用可能である。
【０２６２】
ＲＦＩＴ方法及びシステムはまたセキュリティの用途にも使用可能である。例えば、高空間分解能で導電率を測定する能力は隠された武器を遠隔から検出するために使用可能である。局所加熱方法の変形は隠された武器を運ぶ時に識別された人間を一時的に無能力化するために使用可能である。システムの組織の特色付けの能力は爆発物、薬及び他の非合法的な物質を検出するために使用可能である。
【０２６３】
以下に説明されるＲＦＩＴは後方散乱する反射に基づいている。代わりの高分解能画像化システムはまた減衰に基づいている。減衰に基づいたシステムは放射エレメントの円筒形状のアレイを使用し、それは画像化された器官の幅にほぼ対応して、比較的広いビームを送信する。減衰された信号は同時に多数の狭いビームにより受信される。受信ビームは方位角の幾つかの位置又は方位角と高度の両方の幾つかの位置のいずれかに及んでもよい。送受信両方のビームは物体の長軸に向かうが、送受信ビームは物体の異なる側に配置される。送信ビームは円筒形状の周囲に１８０°又は３６０°回転する。
【０２６４】
原則として、減衰に基づくシステムは各送信ビーム位置で減衰パラメーターの二次元又は一次元のアレイを供給する。改善された性能は円筒形状の高さに沿った幾つかの高度で送信することにより得られる。画像の再生は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像化システムで使用される再生方法のような公知の方法を使用可能である。
【０２６５】
直線からビームをそらす反射の影響を減少させるため、各受信ビームは比較的広い。そのような場合には、近接する受信ビームはオーバーラップする主ローブを有し、角度分解能はデコンヴォルーション処理により達成可能である。
【０２６６】
減衰を基にしたシステムは使用されるハードウェアを簡略化するため狭いＲＦ信号を使用することができる。さらに、使用される出力は一方向の減衰を仮定するだけであり、深い貫通深さが達成されるようになっている。幾つかの実施例では、減衰を基にしたシステムは機械的なアンテナ走査を使用可能である。広角源（例えば、ホーンアンテナ）は物体の一方側に配置され、多数の受信ビームのアレイ（例えば、デジタルビーム形成のアンテナ又はディスクリートアンテナ）は反対側に配置される。２つのアンテナは一次元又は二次元で物体の回りを機械的に走査される。高リフレッシュレートが必須でない用途では、単一ビーム受信アンテナが使用され、多数の受信ビームはそれぞれのビーム位置のため一連のパルスを送信し、パルスからパルスへ受信アンテナを動かすことにより発生可能である。
【０２６７】
このような上述した実施例は例示として引用され、本発明は特に上述したものに限定されないことは認識されるだろう。むしろ、本発明の範囲は、当業者が前述した説明を読むことにより思い浮かぶ、従来技術に開示されていない変形及び修正と同様に、上述した各種特徴の組合せ及び部分的な組合せの両方を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【０２６８】
【図１Ａ】本発明の実施例の無線周波数医療画像化及び治療（ＲＦＩＴ）システムの概略図である。
【図１Ｂ】本発明の実施例の無線周波数医療画像化及び治療（ＲＦＩＴ）システムの概略図である。
【図２】本発明の実施例のＲＦＩＴシステムを概略的に示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例の送信機アレイを概略的に示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例の切換えアレイを概略的に示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例のデジタル受信機及び励磁機ユニットを概略的に示すブロック図である。
【図６Ａ】本発明の実施例のパルス発生回路を概略的に示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施例のパルス発生回路を概略的に示す図である。
【図７】本発明の実施例の送信されたパルス列を示す図である。
【図８Ａ】本発明の実施例の反対ビームにより測定された反射信号の強度を概略的に示すグラフである。
【図８Ｂ】本発明の実施例の反対ビームにより測定された反射信号の強度を概略的に示すグラフである。
【図９】本発明の実施例の反射信号の強度測定値から組織特性を導き出すための方法を概略的に示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例の二次元信号の再生を概略的に示す図である。
【図１１】本発明の実施例の三次元動作ベクトルを計算する方法を概略的に示すフローチャートである。
【図１２】本発明の別の実施例のデジタル受信機及び励磁機ユニットを概略的に示すブロック図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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