(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像領域を撮像する方法であって、
音響トランスデューサアレイを用いて、前記音響トランスデューサアレイと前記撮像領域の少なくとも一部との間に１つ以上の障害物がある前記撮像領域の画像データを生成することと、
（ｉ）前記音響トランスデューサアレイのための逆フィルタを求めることであって、前記１つ以上の障害物がないと存在するはずの前記撮像領域に対する前記音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトルを、前記１つ以上の障害物が存在する前記撮像領域に対する前記音響トランスデューサアレイの角度スペクトルで除算することで、前記逆フィルタを求めることと、
（ｉｉ）前記音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した信号を、前記送信／受信対の角度周波数に対応する前記逆フィルタの値で重み付けすることと、
によって、前記１つ以上の障害物による前記撮像領域の画像データの欠落を補償するために、前記音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用することと、
全ての前記送信／受信対の前記重み付けした信号を合計することによって、補償した前記画像データから前記撮像領域の画像を生成することと、
を有する、方法。
【請求項２】
音響トランスデューサアレイを用いて前記撮像領域の画像データを生成することが、合成アパーチャ取得を実行することを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記音響トランスデューサアレイの前記逆フィルタを求めること、前記音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した前記信号を前記送信／受信対の前記角度周波数に対応する前記逆フィルタの前記値で重み付けすること、及び全ての前記送信／受信対の前記重み付けした信号を合計することで音響画像を生成することが、
前記撮像領域内の対象となる複数ポイントの各々について、
前記ポイントに対する前記音響トランスデューサアレイの逆フィルタを求めることであって、前記逆フィルタを、前記１つ以上の障害物が存在する前記ポイントに対する前記音響トランスデューサアレイの角度スペクトルで乗算すると、前記１つ以上の障害物がないと存在するはずの前記ポイントに対する前記音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトルが生成される、前記逆フィルタを求めることと、
前記ポイントからの前記音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した前記信号を、前記送信／受信対の角度周波数に対応する前記逆フィルタの値で重み付けすることと、
前記ポイントからの前記音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した前記重み付けした信号を合計することによって前記ポイントにおける前記音響画像の強度を求めることと、
を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ポイントに対する前記音響トランスデューサアレイの前記逆フィルタを求めることが、光線追跡アルゴリズムを用いて前記ポイントによって見られる有効アパーチャを計算することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記１つ以上の障害物による前記撮像領域の画像データの欠落を補償するために、前記音響トランスデューサアレイの前記音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用すること、及び前記補償した画像データから前記撮像領域の画像を生成することが、
少なくとも第１及び第２のアポディゼーション関数を用いて少なくとも第１及び第２の送信及び受信動作を実行することであって、
前記音響トランスデューサアレイを用いて、第１の音響波を前記撮像領域に送信し、前記撮像領域から第１の音響エコーを受信し、そこから第１の画像データを生成することによって前記第１の送信及び受信動作を実行することであって、前記第１のアポディゼーション関数を前記音響トランスデューサアレイに適用して前記第１の送信及び受信動作のための第１の送信アパーチャ及び第１の受信アパーチャを生成する、前記第１の送信及び受信動作を実行することと、
前記音響トランスデューサアレイを用いて、第２の音響波を前記撮像領域に送信し、前記撮像領域から第２の音響エコーを受信し、そこから第２の画像データを生成することによって前記第２の送信及び受信動作を実行することであって、前記第２のアポディゼーション関数を前記音響トランスデューサアレイに適用して前記第２の送信及び受信動作のための第２の送信アパーチャ及び第２の受信アパーチャを生成する、前記第２の送信及び受信動作を実行することと、
を含む、第１及び第２の送信及び受信動作を実行することと、
前記第１の画像データを前記第２の画像データと組み合わせることによって前記撮像領域の画像を生成することと、
を有し、前記少なくとも第１及び第２のアポディゼーション関数が前記撮像領域に対する前記音響トランスデューサアレイの逆フィルタから求められる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも第１及び第２のアポディゼーション関数が、分解アルゴリズムを用いることによって、前記撮像領域に対する前記音響トランスデューサアレイの前記逆フィルタから求められる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記音響トランスデューサアレイの前記音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して、前記１つ以上の障害物による前記撮像領域の画像データの欠落を補償すること、及び前記補償した画像データから前記撮像領域の画像を生成することが、ＲＦデータに基づく又は画像に基づくデコンボリューションアルゴリズムを実行することを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
撮像領域を撮像するための装置であって、前記装置が、
音響トランスデューサアレイと前記撮像領域の少なくとも一部との間に１つ以上の障害物がある前記撮像領域の画像データを生成する音響トランスデューサアレイと、
（ｉ）前記音響トランスデューサアレイのための逆フィルタを求めることであって、前記１つ以上の障害物がないと存在するはずの前記撮像領域に対する前記音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトルを、前記１つ以上の障害物が存在する前記撮像領域に対する前記音響トランスデューサアレイの角度スペクトルで除算することで、前記逆フィルタを求めることと、
（ｉｉ）前記音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した信号を、前記送信／受信対の角度周波数に対応する前記逆フィルタの値で重み付けすることと、
によって、前記１つ以上の障害物による前記撮像領域の画像データの欠落を補償するために、前記音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用する１つ以上のプロセッサと、
を備え、前記１つ以上のプロセッサが更に、
全ての前記送信／受信対の前記重み付けした信号を合計することによって、前記補償した画像データから前記撮像領域の画像を生成する、装置。
【請求項９】
前記１つ以上のプロセッサが更に、
前記音響トランスデューサアレイに対する前記１つ以上の障害物の１つ以上の位置を求め、
前記求めた１つ以上の位置を用いて、前記１つ以上の障害物が存在する前記撮像領域に対する前記音響トランスデューサアレイの前記角度スペクトルを求める、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置が合成アパーチャ取得を実行することによって前記画像データを生成する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記１つ以上のプロセッサが、前記音響トランスデューサアレイの前記逆フィルタを求め、前記音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した前記信号を前記送信／受信対の前記角度周波数に対応する前記逆フィルタの前記値で重み付けし、全ての前記送信／受信対の前記重み付けした信号を合計することで音響画像を生成することが、
前記撮像領域内の対象となる複数ポイントの各々について、
前記ポイントに対する前記音響トランスデューサアレイの逆フィルタを求めることであって、前記逆フィルタを、前記１つ以上の障害物が存在する前記ポイントに対する前記音響トランスデューサアレイの角度スペクトルで乗算すると、前記１つ以上の障害物がないと存在するはずの前記ポイントに対する前記音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトルが生成される、前記逆フィルタを求めることと、
前記ポイントからの前記音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した前記信号を、前記送信／受信対の角度周波数に対応する前記逆フィルタの値で重み付けすることと、
前記ポイントからの前記音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した前記重み付けした信号を合計することによって前記ポイントにおける前記音響画像の強度を求めることと、
によって行われ、
前記１つ以上のプロセッサが、光線追跡アルゴリズムを用いて前記ポイントによって見られる有効アパーチャを計算することによって、前記ポイントに対する前記音響トランスデューサアレイの前記逆フィルタを求める、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記１つ以上のプロセッサが、前記音響トランスデューサアレイの前記逆フィルタを求めること、前記音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した前記信号を前記送信／受信対の前記角度周波数に対応する前記逆フィルタの前記値で重み付けすること、及び全ての前記送信／受信対の前記重み付けした信号を合計することで音響画像を生成することが、
前記音響トランスデューサアレイから仮想トランスデューサアレイを生成することと、
前記仮想トランスデューサアレイのための逆フィルタを求めることであって、前記逆フィルタを、前記１つ以上の障害物が存在する前記撮像領域に対する前記仮想トランスデューサアレイの角度スペクトルで乗算すると、前記１つ以上の障害物がないと存在するはずの前記撮像領域に対する前記仮想トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトルが生成される、前記逆フィルタを求めることと、
エコーから前記仮想トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した信号を、前記送信／受信対の角度周波数に対応する前記逆フィルタの値で重み付けすることと、
前記エコーからの全ての前記送信／受信対の前記重み付けした信号を合計することによって音響画像を生成することと、
によって行われる、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記１つ以上のプロセッサが、前記音響トランスデューサアレイの前記音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して、前記１つ以上の障害物による前記撮像領域の画像データの欠落を補償すること、及び前記補償した画像データから前記撮像領域の画像を生成することが、
少なくとも第１及び第２のアポディゼーション関数を用いて少なくとも第１及び第２の送信及び受信動作を実行することであって、
前記音響トランスデューサアレイを用いて、第１の音響波を前記撮像領域に送信し、前記撮像領域から第１の音響エコーを受信し、そこから第１の画像データを生成することによって前記第１の送信及び受信動作を実行することであって、前記第１のアポディゼーション関数を前記音響トランスデューサアレイに適用して前記第１の送信及び受信動作のための第１の送信アパーチャ及び第１の受信アパーチャを生成する、前記第１の送信及び受信動作を実行することと、
前記音響トランスデューサアレイを用いて、第２の音響波を前記撮像領域に送信し、前記撮像領域から第２の音響エコーを受信し、そこから第２の画像データを生成することによって前記第２の送信及び受信動作を実行することであって、前記第２のアポディゼーション関数を前記音響トランスデューサアレイに適用して前記第２の送信及び受信動作のための第２の送信アパーチャ及び第２の受信アパーチャを生成する、前記第２の送信及び受信動作を実行することと、
を含む、第１及び第２の送信及び受信動作を実行することと、
前記第１の画像データを前記第２の画像データと組み合わせることによって前記撮像領域の画像を生成することと、
によって行われ、前記少なくとも第１及び第２のアポディゼーション関数が前記撮像領域に対する前記音響トランスデューサアレイの前記逆フィルタから求められる、請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記１つ以上のプロセッサが、分解アルゴリズムを用いることによって、前記撮像領域に対する前記音響トランスデューサアレイの前記逆フィルタから前記少なくとも第１及び第２のアポディゼーション関数を求める、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記１つ以上のプロセッサが、前記音響トランスデューサアレイの前記音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して、前記１つ以上の障害物による前記撮像領域の画像データの欠落を補償すること、及び前記補償した画像データから前記撮像領域の画像を生成することが、ＲＦデータに基づく又は画像に基づくデコンボリューションアルゴリズムを実行することによって行われる、請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響撮像装置、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響（例えば超音波）撮像（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ）、又はその他のアクティブ音響映像法においては、まずトランスデューサのアレイが、通常は集束ビームを発生させるために適した遅延で、パルスを媒体内に送信し、次いでエコーを受信する。ビーム形成は媒体の画像を再構築するために用いられる。画像の品質は、点像分布関数（ＰＳＦ：ｐｏｉｎｔ−ｓｐｒｅａｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）すなわち単一ポイントに対する撮像システムの応答に関連している。ＰＳＦはアレイのアパーチャに関連している。遠距離近似では、ＰＳＦの横プロファイル（ｌａｔｅｒａｌ  ｐｒｏｆｉｌｅ）は、アパーチャ振幅分布のフーリエ変換の２乗である。アポディゼーション（ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ）を用いない場合、これはｓｉｎｃ２関数となる。
【０００３】
しかしながら、アパーチャの一部が１つ又はいくつかの障害物によって遮られることがある。医療用超音波では、この障害物は肋骨である場合がある。例えば胸部による心臓の超音波撮像（経胸壁超音波撮像）は、アパーチャが大きすぎる場合にその一部を遮る肋骨が存在すると、複雑になる。遮られたアパーチャ部分がアパーチャ縁部に沿っている場合、結果として解像度が損なわれる。その部分がアパーチャ内にある場合、結果として画像品質を大きく低下させるグレーティングローブ（ｇｒａｔｉｎｇ  ｌｏｂｅ）が生じる。これと同じ現象はアパーチャのギャップからも起こり、これは、機能していないトランスデューサアレイ要素によって、又はギャップで分離された２つの超音波アレイによりコヒーレントに撮像を行おうとした場合に生じる。一方、２本の肋骨間の空間（以降、これを「肋骨間ギャップ」と呼ぶ）に収まる小さいアパーチャを用いる場合、視野及び超音波画像の解像度が限定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、いくつかの肋骨間空間にまたがる大きいコヒーレントなアパーチャを用いることができる超音波撮像のための方法及びシステムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様において、方法は、音響トランスデューサアレイを用いて、音響トランスデューサアレイと撮像領域の少なくとも一部との間に１つ以上の障害物がある撮像領域の画像データを生成することと、音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して、１つ以上の障害物による撮像領域の画像データの欠落を補償することと、補償した画像データから撮像領域の画像を生成することと、を有する。
【０００６】
いくつかの実施形態では、音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して１つ以上の障害物による撮像領域の画像データの欠落を補償すること、及び補償した画像データから撮像領域の画像を生成することが、音響トランスデューサアレイのための逆フィルタを求めることであって、逆フィルタを、１つ以上の障害物が存在する撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの角度スペクトルで乗算すると、１つ以上の障害物がないと存在するはずの撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトルが生成される、逆フィルタを求めることと、音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した信号を、送信／受信対の角度周波数に対応する逆フィルタの値で重み付けすることと、全ての送信受信対の重み付けした信号を合計することによって音響画像を生成することと、を有する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して、１つ以上の障害物による撮像領域の画像データの欠落を補償すること、及び補償した画像データから撮像領域の画像を生成することが、少なくとも第１及び第２のアポディゼーション関数を用いて少なくとも第１及び第２の送信及び受信動作を実行することであって、音響トランスデューサアレイを用いて、第１の音響波を撮像領域に送信し、撮像領域から第１の音響エコーを受信し、そこから第１の画像データを生成することによって第１の送信及び受信動作を実行することであって、第１のアポディゼーション関数を音響トランスデューサアレイに適用して第１の送信及び受信動作のための第１の送信アパーチャ及び第１の受信アパーチャを生成する、第１の送信及び受信動作を実行することと、音響トランスデューサアレイを用いて、第２の音響波を撮像領域に送信し、撮像領域から第２の音響エコーを受信し、そこから第２の画像データを生成することによって第２の送信及び受信動作を実行することであって、第２のアポディゼーション関数を音響トランスデューサアレイに適用して第２の送信及び受信動作のための第２の送信アパーチャ及び第２の受信アパーチャを生成する、第２の送信及び受信動作を実行することと、を含む、第１及び第２の送信及び受信動作を実行することと、第１の画像データを第２の画像データと組み合わせることによって撮像領域の画像を生成することと、を有する。少なくとも第１及び第２のアポディゼーション関数は、撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの逆フィルタから求められ、逆フィルタを、１つ以上の障害物が存在する撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの角度スペクトルで乗算すると、１つ以上の障害物がないと存在するはずの撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトルが生成される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して、１つ以上の障害物による撮像領域の画像データの欠落を補償すること、及び補償した画像データから撮像領域の画像を生成することが、ＲＦデータ（検出前）に基づく又は画像に基づくデコンボリューションアルゴリズムを実行することを有する。
【０００９】
本発明の別の態様では、撮像領域を撮像するための装置は、音響トランスデューサアレイと撮像領域の少なくとも一部との間に１つ以上の障害物がある撮像領域の画像データを生成する音響トランスデューサアレイと、音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して、１つ以上の障害物による撮像領域の画像データの欠落を補償し、補償した画像データから撮像領域の画像を生成する１つ以上のプロセッサと、を備える。
【００１０】
いくつかの実施形態では、１つ以上のプロセッサが、音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して１つ以上の障害物による撮像領域の画像データの欠落を補償し、補償した画像データから撮像領域の画像を生成することが、音響トランスデューサアレイのための逆フィルタを求めることであって、逆フィルタを、１つ以上の障害物が存在する撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの角度スペクトルで乗算すると、１つ以上の障害物がないと存在するはずの撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトルが生成される、逆フィルタを求めることと、音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した信号を、送信／受信対の角度周波数に対応する逆フィルタの値で重み付けすることと、及び、全ての送信受信対の重み付けした信号を合計することによって音響画像を生成することと、によって行われる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、１つ以上のプロセッサが、音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して、１つ以上の障害物による撮像領域の画像データの欠落を補償すること、及び補償した画像データから撮像領域の画像を生成することが、少なくとも第１及び第２のアポディゼーション関数を用いて少なくとも第１及び第２の送信及び受信動作を実行することであって、音響トランスデューサアレイを用いて、第１の音響波を撮像領域に送信し、撮像領域から第１の音響エコーを受信し、そこから第１の画像データを生成することによって第１の送信及び受信動作を実行することであって、第１のアポディゼーション関数を音響トランスデューサアレイに適用して第１の送信及び受信動作のための第１の送信アパーチャ及び第１の受信アパーチャを生成する、第１の送信及び受信動作を実行することと、音響トランスデューサアレイを用いて、第２の音響波を撮像領域に送信し、撮像領域から第２の音響エコーを受信し、そこから第２の画像データを生成することによって第２の送信及び受信動作を実行することであって、第２のアポディゼーション関数を音響トランスデューサアレイに適用して第２の送信及び受信動作のための第２の送信アパーチャ及び第２の受信アパーチャを生成する、第２の送信及び受信動作を実行することと、を含む、第１及び第２の送信及び受信動作を実行することと、第１の画像データを第２の画像データと組み合わせることによって撮像領域の画像を生成することと、によって行われる。少なくとも第１及び第２のアポディゼーション関数は、撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの逆フィルタから求められ、逆フィルタを、１つ以上の障害物が存在する撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの角度スペクトルで乗算すると、１つ以上の障害物がないと存在するはずの撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトルが生成される。
【００１２】
いくつかの実施形態では、１つ以上のプロセッサが、音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して、１つ以上の障害物による撮像領域の画像データの欠落を補償すること、及び補償した画像データから撮像領域の画像を生成することが、ＲＦデータ（検出前）に基づく又は画像に基づくデコンボリューションアルゴリズムを実行することによって行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】音響トランスデューサと撮像領域の少なくとも一部との間の肋骨の存在により生成される音響画像アパーチャにおける肋骨間ギャップを示す。
【図２】図１に示すような状況において生成される音響画像においてメインローブの両側に顕著なグレーティングローブが観察されることを示す。
【図３】音響撮像装置の一実施形態を示す。
【図４】撮像デバイスと撮像領域の少なくとも一部との間に１つ以上の障害物が存在する撮像領域を撮像する方法４００の一実施形態を示すフローチャートである
【図５】（１）１つ以上の障害物がないと存在するはずの、撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトル、（２）１つ以上の障害物がある撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの角度スペクトルの例を示す。
【図６】撮像デバイスと撮像領域の少なくとも一部との間に１つ以上の障害物がある撮像領域を撮像する方法の別の実施形態を示すフローチャートである。
【図７】肋骨モデルを示し、どのように光線追跡アルゴリズムを用いてどの画像ポイントがトランスデューサアレイ内のどのトランスデューサ要素を見るかを検出するかを説明する。
【図８】２つの送信及び受信動作で用いられる２組の送信／受信アパーチャのためのアポディゼーション関数を示す。
【図９】撮像デバイスと撮像領域の少なくとも一部との間に１つ以上の障害物がある撮像領域を撮像する方法の更に別の実施形態を示すフローチャートである。
【図１０】補償アルゴリズムを肋骨間空間に用いた場合の、図２に示したものと同じ状況での点像分布関数を示す。
【図１１Ａ】補償なしの場合の、大きいアパーチャにおいて肋骨間ギャップが存在するシミュレーション画像を示す。
【図１１Ｂ】補償なしの場合の、大きいアパーチャにおいて肋骨間ギャップが存在するシミュレーション画像を示す。
【図１２Ａ】２つの妨害物（ｂｌｏｃｋａｇｅ）（例えば２本の肋骨）をシミュレーションした場合の、大きいアパーチャを用いて生成された経胸壁心エコー図を示す。
【図１２Ｂ】２つの妨害物（例えば２本の肋骨）をシミュレーションし、肋骨間ギャップ補償アルゴリズムを用いた場合の、大きいアパーチャを用いて生成された経胸壁心エコー図を示す。
【図１２Ｃ】図１２Ａと同様であるが妨害物が存在しない場合の、大きいアパーチャを用いて生成された基準経胸壁心エコー図を示す。
【図１２Ｄ】図１２Ａ〜図１２Ｃを生成するために用いたものよりも小さいアパーチャを用いて生成された経胸壁心エコー図を示す。
【図１３】肋骨が存在する生成されたコヒーレント画像を示す。
【図１４Ａ】「肋骨間ギャップ補償」アルゴリズムを用いるコヒーレントな複合（ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ）を利用した場合の、図１３に示すものと同様の肋骨が存在する生成された画像を示す。
【図１４Ｂ】肋骨が存在しないと生成されるはずの、図１３及び図１４Ａに示すものと同様の画像を示す。
【図１５Ａ】図８に示したモデルにおける遠距離中心のポイントの角度スペクトルを示す。
【図１５Ｂ】図８に示したモデルにおける画像の縁部上の、音響トランスデューサアレイに近いポイントの角度スペクトルを示す。
【図１６】図８の例について、画像の様々なポイントについてアルゴリズムにより再構築され得る最大往復アパーチャサイズを示す。
【図１７】肋骨が肋骨間空間と同じくらい大きい場合の補償アルゴリズムの結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
これより、本発明の好適な実施形態が示された添付図面を参照して本発明について更に充分に説明する。しかしながら本発明は異なる形態で具現化することも可能であり、本明細書に記載する実施形態に限定されるものとして解釈するべきではない。これらの実施形態は本発明の教示の例として与えられる。
【００１５】
図１は、音響トランスデューサと撮像領域の少なくとも一部との間に配置された障害物（例えば肋骨）の存在によって生じ得る、音響画像アパーチャにおける肋骨間ギャップを示す。
【００１６】
具体的には、図１は音響プローブ１０（例えば超音波プローブ）を示し、これは、例えば心臓のような関心領域（ＲＯＩ：ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ）５を含む撮像領域７を撮像するための音響トランスデューサアレイ１０’を含む。撮像領域７は、例えば肋骨のような複数の障害物１５−１、１５−２、１５−３も含み、これらは肋骨間空間１１−１、１１−２により相互に分離され離間している。一般に、音響プローブ１０及び音響トランスデューサアレイ１０’は、音響撮像装置（例えば超音波撮像システム）の構成要素である。音響トランスデューサアレイ１０’は複数の音響要素（例えば超音波要素）を含む。音響トランスデューサアレイ１０’の音響要素は、例えば音響撮像装置のマイクロビームフォーマから電気信号を受信し、これに応答して対応する音響信号を撮像領域７に送信することによって、送信動作を実行するように構成されている。また、音響トランスデューサアレイ１０’の音響要素は、撮像領域７から音響信号（例えば音響エコー）を受信し、これに応答して対応する電気信号を音響撮像装置の信号処理回路に供給することによって、受信動作を実行するように構成することができる。音響プローブ１０、音響トランスデューサアレイ１０’、音響プローブ１０と音響トランスデューサアレイ１０’とを含む音響撮像装置の例示的な実施形態のこれ以上の詳細については、図３の説明を参照して以下に与える。
【００１７】
動作において、アパーチャ１１０−１及び１１０−２が音響トランスデューサアレイ１０’によって形成され、撮像領域７の、特にＲＯＩ５の対応するセクタスキャン１２０及び１２２を形成する。図１からわかるように、この例では、音響トランスデューサアレイ１０’とＲＯＩ５との間に障害物１５−１、１５−２、１５−３が配置されている。従って、スキャン１２０は、障害物１５−１によって遮られるか又は影になる第１の部分１２０−１、肋骨間空間１１−１を通りアパーチャ１１０−１の視野を含む第２の部分１２０−２、障害物１５−２によって遮られるか又は影になる第３の部分１２０−３を含む。同様に、スキャン１２２は、障害物１５−２によって遮られるか又は影になる第１の部分１２２−１、肋骨間空間１１−２を通りアパーチャ１１０−２の視野を含む第２の部分１２２−２、障害物１５−３によって遮られるか又は影になる第３の部分１２２−３を含む。
【００１８】
音響撮像装置はビーム形成を用いて撮像領域７の画像を再構築する。画像の品質は、点像分布関数（ＰＳＦ）すなわち単一ポイントに対する音響撮像装置の応答に関連している。ＰＳＦは、音響トランスデューサアレイ１０’のアパーチャ（複数のアパーチャ）１１０−１、１１０−２等に関連している。遠距離近似では、ＰＳＦの横プロファイルはアパーチャ振幅分布のフーリエ変換の２乗である。アパーチャ（複数のアパーチャ）にアポディゼーションを適用しない場合、ＰＳＦはｓｉｎｃ２関数となる。しかしながら、図１に示すように、アパーチャ（複数のアパーチャ）の一部は１つ又はいくつかの障害物によって遮られている。遮られたアパーチャ部分がアパーチャ縁部に沿っている場合、結果として解像度が損なわれる。その部分がアパーチャ内にある場合、結果として画像品質を大きく低下させるグレーティングローブが生じる。これと同じ現象はアパーチャのギャップからも起こり、これは、機能していない要素によって、又はギャップで分離された２つのプローブアレイによりコヒーレントに撮像を行おうとした場合に生じる。
【００１９】
図２は、図１に示し上述したような、１つ以上のアパーチャによる撮像領域の１つ以上の部分の撮像を障害物が遮っている状況において、音響プローブ１０により生成された音響画像２００のメインローブ２０２の両側に顕著なグレーティングローブ２０４が観察されることを示す。具体的には、図２は、２００要素アパーチャを３つの４２要素サブアパーチャに分割し、２つの３７要素ギャップで分離した場合のＰＳＦシミュレーションを示す（この場合、不活性の（ｉｎａｃｔｉｖｅ）要素によりシミュレーションされている）。シミュレーションされたファントムのポイントは、４ｃｍ、８ｃｍ、１２ｃｍ、及び１６ｃｍの深さにあり、画像の上から下に深くなる。
【００２０】
本発明者らは、ギャップ又は妨害物が大きいアパーチャをいくつかのサブアパーチャに分離している場合、ギャップがサブアパーチャよりも小さい限り、補償アルゴリズムを用いることによって完全な非遮蔽アパーチャの解像度を回復できることを発見し認識している。以下に記載する様々な実施形態では、補償アルゴリズムは往復信号の冗長性を利用する。具体的には、以下に記載する様々な実施形態は、往復超音波信号の冗長性の概念に基づいている［１］。ＮＴｘとＮＲｘをそれぞれ、音響トランスデューサアレイにおける送信要素と受信要素の指数とする。遠距離において（かつ位相収差が存在しない場合）、これらの和（ＮＴｘ＋ＮＲｘ）が一定であるような全てのＴｘ／Ｒｘ要素の対の信号は同一である。従って、これらの対のいくつかが肋骨に遮られたために欠落した場合、遮られていない同一の対によって置換することができる。
【００２１】
図３は、往復超音波信号の冗長性を利用してトランスデューサアレイアパーチャ（複数のアパーチャ）のギャップ及び妨害物を補償するための１つ以上の補償方法又はアルゴリズムを実施することができる音響撮像装置３００の一実施形態を示す。音響撮像装置３００では、音響トランスデューサアレイ１０’（例えば静電容量型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）アレイ）は、超音波を送信しエコー情報を受信するための音響プローブ１０に設けられている。あるいは、トランスデューサアレイ１０’は、ＰＺＴ又はＰＶＤＦのような材料で形成された圧電トランスデューサ要素を含み得る。トランスデューサアレイ１０’は、２Ｄ平面で及び／又は３Ｄ撮像のため３次元でのスキャンが可能な、トランスデューサ要素の１次元又は２次元アレイである。トランスデューサアレイ１０’は、音響プローブ１０において、ＣＭＵＴアレイセル又は圧電要素によって信号の送信及び受信を制御するマイクロビームフォーマ１２に結合されている。マイクロビームフォーマは、トランスデューサ要素のグループ又は「パッチ」により受信された信号の少なくとも部分的なビーム形成を行うことができる。これについては、米国特許第５，９９７，４７９号（Ｓａｖｏｒｄ等）、第６，０１３，０３２号（Ｓａｖｏｒｄ）、第６，６２３，４３２号（Ｐｏｗｅｒｓ等）に記載されている。マイクロビームフォーマ１２は、プローブケーブルによって送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１６に結合されている。Ｔ／Ｒスイッチ１６は、送信と受信との間で切り換えを行い、マイクロビームフォーマ１２が使用されずにトランスデューサアレイ１０’が直接メインシステムビームフォーマ２０により動作される場合にメインビームフォーマ２０を高エネルギ送信信号から保護する。マイクロビームフォーマ１２の制御下でのトランスデューサアレイ１０からの超音波ビーム送信は、Ｔ／Ｒスイッチによってマイクロビームフォーマに結合されたトランスデューサコントローラ１８と、ユーザインタフェース又は制御パネル３８のユーザ動作による入力を受信するメインシステムビームフォーマ２０とによって誘導される。トランスデューサコントローラ１８が制御する機能の１つは、ビームをステアリングし集束させる方向である。ビームは、トランスデューサアレイ１０’から（これに直交して）まっすぐに、又はより広い視野のために様々な角度にステアリングされる。トランスデューサコントローラ１８は、ＣＭＵＴアレイのためＤＣバイアス制御４５を制御するように結合することができる。ＤＣバイアス制御４５は、ＣＭＵＴセルに印加されるＤＣバイアス電圧（複数の電圧）を制御する。
【００２２】
受信されてマイクロビームフォーマ１２により部分的にビーム形成された信号はメインビームフォーマ２０に結合され、ここで、個々のトランスデューサ要素パッチからの部分的にビーム形成された信号は組み合わされて、完全にビーム形成された信号となる。例えば、メインビームフォーマ２０は１２８のチャネルを有し、その各々が、ＣＭＵＴトランスデューサセル又は圧電要素のパッチから部分的にビーム形成された信号を受信する。いくつかの実施形態では、各パッチは数十又は数百のＣＭＵＴトランスデューサセル又は圧電要素を含む。このように、トランスデューサアレイ１０’の多数のトランスデューサ要素（例えば数十、数百、又は数千の要素）によって受信された信号は、ビーム形成された単一の信号を効率的に生成することができる。
【００２３】
ビーム形成された信号は、信号プロセッサ２２に結合される。信号プロセッサ２２は、受信したエコー信号を様々な手法で処理する。その手法は例えば、バンドパスフィルタリング、デシメーション、Ｉ成分とＱ成分の分離、高調波信号分離である。高調波信号分離は、線形信号と非線形信号を分離して、組織及びマイクロバブルから戻った非線形（基本周波数の高調波）エコー信号の識別を可能とするように作用する。信号プロセッサは、スペックル低減、信号複合、及びノイズ除去のような追加の信号向上を実行してもよい。信号プロセッサのバンドパスフィルタは、エコー信号が深い場所から受信されると通過帯域が高周波帯域から低周波帯域へとスライドするトラッキングフィルタとし、これによって、解剖学上の情報が存在しない深い場所からの高周波数のノイズを阻止することができる。
【００２４】
処理された信号は、Ｂモードプロセッサ２６及びドップラープロセッサ２８に結合される。Ｂモードプロセッサ２６は、身体の臓器の組織や血管のような身体内の構造を撮像するため、受信した音響信号の振幅の検出を用いる。身体の構造のＢモード画像は、高調波画像モード又は基本画像モード又はこれら双方の組み合わせにおいて形成される。これは、米国特許第６，２８３，９１９号（Ｒｏｕｎｄｈｉｌｌ等）及び米国特許第６，４５８，０８３号（Ｊａｇｏ等）に記載されている。ドップラープロセッサ２８は、画像フィールドにおける血球の流れのような物質の動きを検出するため、組織の動き及び血流からの時間的に別個の信号を処理する。ドップラープロセッサは典型的に、身体内の選択されたタイプの物質から戻ったエコーを通過及び／又は阻止するように設定されたパラメータのウォールフィルタ（ｗａｌｌ  ｆｉｌｔｅｒ）を含む。例えばウォールフィルタは、高速の物質からの比較的低い振幅の信号を通過させると共に低速又はゼロ速度の物質からの比較的強い信号を阻止する通過帯域特性を有するように設定することができる。この通過帯域特性は、流れている血液からの信号を通過させると共に、心壁のようなほぼ静止しているか又はゆっくりと動く物体からの信号を阻止する。逆の特性では、動いている心臓組織からの信号を通過させると共に血流信号を阻止して、組織ドップラー撮像と称されるものを行い、組織の動きを検出して描写する。ドップラープロセッサは、画像フィールド内の様々なポイントから時間的に離散したエコー信号のシーケンスを受信及び処理する。特定ポイントからのエコーのシーケンスをアンサンブルと称する。比較的短い期間に高速で連続して受信されたエコーのアンサンブルを用いて、流れている血液のドップラーシフト周波数を推定することができ、ドップラー周波数と速度との対応が血流速度を示す。より長い時間期間に受信したエコーのアンサンブルを用いて、ゆっくり流れる血液又はゆっくり動く組織の速度を推定する。
【００２５】
Ｂモードプロセッサ及びドップラープロセッサにより生成された構造信号及び動き信号は、スキャン変換器３２及び多面リフォーマッタ（ｍｕｌｔｉｐｌａｎａｒ  ｒｅｆｏｒｍａｔｔｅｒ）４４に結合される。スキャン変換器は、受信時の空間関係にあるエコー信号を所望の画像フォーマットに配列する。例えば、スキャン変換器はエコー信号を、２次元（２Ｄ）セクタ形状フォーマット又はピラミッド形状の３次元（３Ｄ）画像に配列する。スキャン変換器は、Ｂモード構造画像に、ドップラー推定速度を用いた画像フィールド内のポイントでの動きに対応した色を重ね合わせて、画像フィールド内の組織の動きと血流を表すカラードップラー画像を生成することができる。多面リフォーマッタは、身体の体積領域（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｒｅｇｉｏｎ）の共通平面内のポイントから受信されたエコーを、その平面の超音波画像に変換する。これは米国特許第６，４４３，８９６号（Ｄｅｔｍｅｒ）に記載されている。体積レンダラー（ｒｅｎｄｅｒｅｒ）４２は、３Ｄデータセットのエコー信号を、所与の基準点から見るような投影３Ｄ画像に変換する。これは米国特許第６，５３０，８８５号（Ｅｎｔｒｅｋｉｎ等）に記載されている。２Ｄ又は３Ｄ画像は、スキャン変換器３２、多面リフォーマッタ４４、及び体積レンダラー４２から画像プロセッサ３０に結合されて、更に画像を向上させたり、画像ディスプレイ４０に表示するためのバッファリングや一時的な記憶を行ったりする。撮像に用いることに加えて、ドップラープロセッサ２８により生成した血流値及びＢモードプロセッサ２６により生成した組織構造情報は、定量化プロセッサ３４に結合される。定量化プロセッサは、血流の容積流量のような様々なフロー条件の測定値や臓器の大きさ及び妊娠期間のような構造測定値を生成する。定量化プロセッサは、ユーザ制御パネル３８から、測定を行う画像の解剖学的組織内のポイント等の入力を受信する。定量化プロセッサからの出力データはグラフィックプロセッサ３６に結合され、ディスプレイ４０上の画像によって測定グラフィック及び測定値の再生が行われる。グラフィックプロセッサ３６は、音響画像と共に表示するためのグラフィックオーバーレイも発生させることができる。これらのグラフィックオーバーレイは、患者の氏名、画像の日時、撮像パラメータ等の標準的な識別情報を含むことができる。これらの目的のため、グラフィックプロセッサは、患者の氏名等の入力をユーザインタフェース３８から受信する。ユーザインタフェースは送信コントローラ１８にも結合されて、トランスデューサアレイ１０’からの音響信号の発生を制御し、従ってトランスデューサアレイ及び音響システムが生成する画像の発生を制御する。ユーザインタフェースは多面リフォーマッタ４４にも結合され、多面リフォーマットされる（ＭＰＲ）画像の面の選択及び制御が行われる。これを用いて、ＭＰＲ画像の画像フィールドにおいて定量化測定を実行する。
【００２６】
音響撮像装置３００は閉塞回避プロセッサ５０も含む。これは、トランスデューサコントローラ１８、ビームフォーマッタ２０、信号プロセッサ２２、及び画像プロセッサ３０と協働して、音響トランスデューサアレイ１０’の音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して、１つ以上の障害物による撮像領域の画像データの欠落を補償すると共に、補償した画像データから撮像領域の画像を生成する。閉塞回避プロセッサ５０によるこのような動作の例示的な実施形態については、以下で更に詳しく説明する。
【００２７】
図４は、撮像デバイスと撮像領域の少なくとも一部との間に１つ以上の障害物が存在する撮像領域を撮像する方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【００２８】
動作４１０では、音響トランスデューサアレイを用いて、音響トランスデューサアレイと撮像領域の少なくとも一部との間に１つ以上の障害物が存在する撮像領域の画像データを生成する。
【００２９】
動作４２０では、音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用して、１つ以上の障害物による撮像領域の画像データの欠落を補償する。
【００３０】
動作４３０では、補償した画像データから撮像エリアの画像を生成する。
【００３１】
冗長性は、フラウンホーファー近似が当てはまる遠距離において特に明らかである。その場合、フィールド及びアパーチャにおける振幅分布は、単純なフーリエ変換によって関連付けられる。例えば遠距離では、単一の要素によって発生するフィールドは平面波である。ＩＴｘ及びＩＲｘを、それぞれ送信要素と受信要素の指数とする。遠距離では、対応するフィールドはｅｘｐ（ｊ．ｋ．ｘ（ＩＴｘ））（又はｅｘｐ（ｊ．ｋ．ｘ（ＩＲｘ））である。ここで、ｋは波数であり、ｘ（ＩＴｘ））はアレイ内の送信要素の物理座標である。往復フィールドは、送信フィールドと受信フィールドの積であり、ｅｘｐ（ｊ．ｋ．（ｘ（ＩＴｘ）＋ｘ（ＩＲｘ）））として表される。このため、ｘ（ＩＴｘ）＋ｘ（ＩＲｘ）が同一である全ての要素対は同一の往復フィールドを発生する。これらの要素対は冗長であると言われる。
【００３２】
フィールドの角度スペクトルは、その横空間周波数への分解である。ここで、「角度スペクトル」という言葉は、ＰＳＦの横空間スペクトルに関連して用いられる。これは、ＰＳＦの横プロファイルのフーリエ変換として表される。遠距離では、先に検討したフラウンホーファー近似に従って、一方向（送信又は受信のみ）の角度スペクトルはアパーチャ振幅分布に比例している。アクティブなアパーチャが矩形である場合、一方向ＰＳＦはｓｉｎｃ関数である。往復点像分布関数はｓｉｎｃ２関数であり、往復ＰＳＦの角度スペクトルは三角関数である。往復角度スペクトルは、送信アパーチャ及び受信アパーチャの振幅分布の畳み込み積として計算される。
【００３３】
図５は、（１）１つ以上の障害物がないと存在するはずの、撮像領域に対する２００要素を有する矩形の音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトル５１０（破線）と、（２）１つ以上の障害物がある撮像領域に対する同じ音響トランスデューサアレイの角度スペクトル５２０（実線）の例を示す。
【００３４】
図５からわかるように、障害物（例えば肋骨１５）が肋骨間空間よりも大きくない限り、各周波数の振幅は非ゼロである。従って、障害物（例えば肋骨１５）が存在するために小さく表される角度周波数に重みを加えることによって、真の角度スペクトル（及び点像分布関数）を回復させることができる。角度スペクトルにおける各周波数の重みは、障害物がない理想的な振幅（その周波数におけるスペクトル５１０の値）を、障害物が存在することによる実際の振幅（そのポイントにおけるスペクトル５２０の値）で除算した比である。音響トランスデューサアレイの全ての角度周波数におけるこれらの重み又は係数の集合を、ここで逆フィルタ（ｉｎｖｅｒｓｅ  ｆｉｌｔｅｒ）と称する。
【００３５】
この方法を実施するための１つの直接的な手法は、合成アパーチャ取得を用いることである。いったん障害物（複数の障害物）（例えば肋骨１５）の位置（複数の位置）がわかったら、１つ以上の障害物（例えば肋骨１５）が存在する撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの角度スペクトル５２０を計算することができ、角度スペクトル５２０と理想的な角度スペクトル５１０の比を算出することで各送信／受信要素対の重み又は係数が得られる。ここで、障害物（複数の障害物）の位置（複数の位置）又は場所（複数の場所）は、音響撮像装置３００により生成された撮像エリア７の画像を用いる肋骨検出アルゴリズム及びフィーチャ認識アルゴリズムの使用を含む多種多様な技法によって決定される。２０１３年１２月９日に出願された米国仮特許出願第６１／９１３，５７６号は、肋骨検出アルゴリズムの実施形態を開示している。米国仮特許出願第６１／９１３，５７６号の内容は引用により本願にも含まれるものとする。利用可能な他の方法は、Ｘ線データ、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）データのような他の撮像様式から得られた画像データの使用を含む。しかしながら、障害物（複数の障害物）（例えば肋骨１５）の位置（複数の位置）の特定にどの方法を用いるとしても、いったん場所（複数の場所）が明らかになったら、上述したように、１つ以上の障害物（例えば肋骨１５）が存在する撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの角度スペクトル５２０を計算することができ、角度スペクトル５２０と理想的な角度スペクトル５１０の比を算出することで各送信／受信要素対の重み又は係数が得られる。合成アパーチャ加算の間、各送信／受信要素対を対応する重み係数で重み付けする。この方法の１つの欠点は、単一要素の送信を用いるために信号対雑音比（ＳＮＲ）が低くなる可能性があることである。
【００３６】
図６は、撮像デバイスと撮像領域の少なくとも一部との間に１つ以上の障害物（例えば肋骨１５）がある撮像領域を撮像する方法６００の一実施形態を示すフローチャートである。方法６００の様々な動作は、図６に示し以下に説明するものとは異なる順序で実行し得ることは理解されよう。
【００３７】
動作６１０では、障害物（複数の障害物）がないと存在するはずの、撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトルを求める。
【００３８】
動作６２０では、障害物（複数の障害物）が存在する撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの角度スペクトルを求める。
【００３９】
動作６３０では、音響トランスデューサアレイの逆フィルタを求める。
【００４０】
いくつかの実施形態では、逆フィルタを得るには、上述のように求められる１つ以上の障害物がないと存在するはずの撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトル（例えば図５の５１０）を、１つ以上の障害物が存在する撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの角度スペクトル（例えば図５の５２０）で除算すればよい。
【００４１】
動作６４０では、音響トランスデューサアレイを用いて撮像領域７の画像データを生成する。
【００４２】
動作６５０では、撮像動作において音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した信号を、送信／受信対の角度周波数に対応する逆フィルタの値で重み付けする。
【００４３】
動作６６０では、補償した画像データから撮像エリアの画像を生成する。
【００４４】
上記の説明は、障害物の影響を簡略化し、それらが音響トランスデューサアレイのすぐ前に位置する薄い幕のようなフィーチャであるようにモデル化している。実際は、障害物（例えば肋骨１５）は典型的に厚く、音響トランスデューサアレイから一定の距離に位置している。結果として、アパーチャ上の障害物の「影」は、撮像ポイントの位置と共に変化する。このため、有効な送信及び受信アパーチャ、並びに角度スペクトルは、撮像領域の各ポイントで変化する。しかしながら、障害物（複数の障害物）の場所（複数の場所）が明らかになったら、光線追跡アルゴリズムを用いて、各ポイントによって「見られる」アパーチャを計算し、各ポイントの角度スペクトルを計算し、上述したアルゴリズムを使用することができる。
【００４５】
従って、上述した方法６００のいくつかの実施形態では、音響トランスデューサアレイの逆フィルタを求めること、音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した信号を送信／受信対の角度周波数に対応する逆フィルタの値で重み付けすること、全ての送信／受信対の重み付けした信号を合計することで音響画像を生成することは、撮像領域内の対象となる複数ポイントの各々についてアルゴリズムを実行することを含み得る。このアルゴリズムは、ポイントに対する音響トランスデューサアレイの逆フィルタを求めることであって、逆フィルタを、１つ以上の障害物が存在するポイントに対する音響トランスデューサアレイの角度スペクトルで乗算すると、１つ以上の障害物がないと存在するはずのポイントに対する音響トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトルが生成される、ことと、ポイントからの音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した信号を、送信／受信対の角度周波数に対応する逆フィルタの値で重み付けすることと、ポイントからの音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した重み付けした信号を合計することによってポイントにおける音響画像の強度を求めることと、を含み得る。
【００４６】
いくつかの実施形態では、各ポイントに対する音響トランスデューサアレイの逆フィルタは、光線追跡アルゴリズムを用いて、ポイントによって見られる有効アパーチャを計算することにより、求めることができる。
【００４７】
図７は肋骨モデルを示し、障害物１５が存在する場合に、図６の方法６００において、どのように光線追跡アルゴリズムを用いてどの画像ポイントがトランスデューサアレイ内のどのトランスデューサ要素を見るかを検出するかを説明する。具体的には、図７は、特定の要素７０２が見ることができる第１のエリア７２２と、要素７０２からの視野が障害物１５によって遮られる第２のエリア７２４と、を示す。
【００４８】
柔軟性を保ちながら、方法６００で用いられる合成アパーチャ撮像の低いＳＮＲを軽減するための１つの解決策は、仮想トランスデューサ手法を用いることである。このような手法では、１組の集束した送信及び受信対を生成する。各集束ビームは、ビーム焦点に位置する仮想トランスデューサ（しかしながら単一要素よりも強度が高い）として見ることができ、合成アパーチャアルゴリズムは、この仮想トランスデューサアレイを用いて適用可能である。仮想トランスデューサの理想的な深さは障害物（例えば肋骨１５）の深さである。
【００４９】
従って、上述した方法６００のいくつかの実施形態では、音響トランスデューサアレイの逆フィルタを求めること、音響トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した信号を送信／受信対の角度周波数に対応する逆フィルタの値で重み付けすること、及び全ての送信／受信対の重み付けした信号を合計することで音響画像を生成することは、仮想トランスデューサを用いるアルゴリズムを実行することを含み得る。いくつかの実施形態では、このアルゴリズムは、音響トランスデューサアレイから仮想トランスデューサアレイを生成することと、仮想トランスデューサアレイのための逆フィルタを求めることであって、逆フィルタを、１つ以上の障害物が存在する撮像領域に対する仮想トランスデューサアレイの角度スペクトルで乗算すると、１つ以上の障害物がないと存在するはずの撮像領域に対する仮想トランスデューサアレイの理想的な角度スペクトルが生成される、逆フィルタを求めることと、仮想トランスデューサアレイの各送信／受信要素対によって生成した信号を、送信／受信対の角度周波数に対応する逆フィルタの値で重み付けすることと、全ての送信受信対の重み付けした信号を合計することによって音響画像を生成することと、を含む。
【００５０】
他の実施形態は、音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を、ビーム空間において直接に利用することができる。そのような実施形態は従来のビーム形成を用い、空間内のいくつかのポイントからのエネルギを１つの位置に集束できるので、図６の実施形態に比べてＳＮＲを上昇させ得る。これらの実施形態では、単一要素の送信の代わりに集束送信を用いる。この目的のため、計算される往復重みを、送信アパーチャのための重みと受信アパーチャのための重みとに分割しなければならない。これは、特異値分解、固有値分解、又は他の分解のような分解アルゴリズムを用いて実行可能である。しかしながら、所望の往復点像分布関数は単一の送信−受信動作で達成することができず、２つ以上の送信−受信動作の合計を必要とする（例えば、第２の送信／受信点像分布関数は実際はサイドローブのみを含み、メインローブとサイドローブの双方を含む第１のものから減じることができる）。
【００５１】
例えば、往復重みの行列をＷとする。例えばＷｉ，ｊは、対応する送信／受信対の角度スペクトルの値により与えられる送信ｉと受信ｊから成る対に対応した重みである。
【００５２】
Ｕ（又はＶ）を、送信（又は受信）におけるアポディゼーションベクトルとする（Ｕの各要素は送信の場合にアレイ内の要素に適用される重みである）。所与のＵとＶについて、ＷはＷ＝ＵＶ＊によって与えられる。ここで＊は行列転置を表す。
【００５３】
ここで、興味深いのは逆の問題である。すなわち、Ｗは既知であるが、対応する１組の送信及び受信アパーチャを見つけることは常に可能かということである。Ｗのランクが１である場合、Ｗは１送信アパーチャ及び１受信アパーチャの積に分解することができる。しかしながらＷのランクが１より大きいと、ギャップ補償アルゴリズムの場合のように、Ｗは、特異値分解（ＳＶＤ）によって、いくつかの送信及び受信アパーチャの積の和に分解できるだけである。
【００５４】
Ｗ＝ＵＳＶ＊  ここで、Ｓは特異値の体格行列であり、Ｕ（又は）は、列が様々な送信（又は受信）アポディゼーションベクトルである行列である。
【００５５】
実際には、２つのみの特異値が有意である（他のものは極めて小さい）ので、Ｗは、２つの送信−受信ビームの和として表される極めて良好な近似であり得ることがわかっている。
Ｗ＝Ｓ（１，１）．Ｕ１．Ｖ１＋Ｓ（２，２）．Ｕ２．Ｖ２      （１）
Ｗの対称性のため、送信及び受信アポディゼーションは同一である。すなわちＵ１＝Ｖ１である。
【００５６】
図８は、図２に関して上述したシミュレーションしたアパーチャのアポディゼーション８１０（Ｕ１）及び８２０（Ｕ２）を示す。双方のアポディゼーション８１０及び８２０は、サブアパーチャの縁部の近傍に大きい重みを有する。アポディゼーション８１０のみが大きいサイドローブを生成する。しかしながら、アポディゼーション８１０及び８２０の各々を用いて生成した点像分布関数が上記の式（１）に従って組み合わされた場合、結果として得られる点像分布関数からグレーティングローブは消える。実際、アポディゼーション８２０が生成する点像分布関数では、メインローブは存在せずグレーティグローブのみが存在し、このグレーティングローブは、アポディゼーション８１０を用いて生成した第１の点像分布関数から減じられる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、第１のアポディゼーション８１０（Ｕ１）を送信及び受信動作の双方で用いて第１の画像データセットを生成することができる。同様に、送信及び受信動作で第２のアポディゼーション８２０（Ｕ２）を用いて第２の画像データセットを発生させる。次いで、２つの合計データセットを、式１に示すようなそれぞれの特異値で重み付けし、これらを組み合わせることで、最終的な画像データを得る。
【００５８】
図９は、撮像デバイスと撮像領域の少なくとも一部との間に１つ以上の障害物（例えば肋骨１５）がある撮像領域を撮像する方法９００の一実施形態を示すフローチャートである。方法９００の様々な動作は、図９に示し以下に説明するものとは異なる順序で実行し得ることは理解されよう。
【００５９】
動作９１０では、撮像領域に対する音響トランスデューサアレイの逆フィルタから、第１及び第２のアポディゼーション関数を求める。
【００６０】
図８は、図９の方法９００で用いられる２組の送信／受信アパーチャの第１及び第２のアポディゼーション関数８１０及び８２０の例を示す。
【００６１】
動作９２０では、第１のアポディゼーション関数を音響トランスデューサアレイに適用する。
【００６２】
動作９３０では、第１のアポディゼーションを用いて第１の送信−受信動作を実行して、第１の画像データを生成する。
【００６３】
動作９４０では、第２のアポディゼーション関数を音響トランスデューサアレイに適用する。
【００６４】
動作９５０では、第２のアポディゼーションを用いて第２の送信−受信動作を実行して、第２の画像データを生成する。
【００６５】
動作９６０では、第１の画像データと第２の画像データとを組み合わせることで、撮像領域の画像を生成する。
【００６６】
音響トランスデューサアレイの音響トランスデューサ間の送信／受信対経路における冗長性を利用する方法の他の実施形態は、画像に基づくデコンボリューションを用いる。上述のように、遠距離では、所与の周波数における点像分布関数のフーリエ変換はアパーチャに比例する。広帯域信号では、ｋ空間として知られる点像分布関数の２Ｄ空間フーリエ変換を求めることができる。所与の波数ｋにおけるスペクトルは、上述のように導出される往復角度スペクトルの倍率を変えたものである。倍率は波数ｋ自体である。これはフラウンホーファー近似から導出することができる。上述のことからわかるように、アパーチャの１つの要素は平面波ｅｘｐ（ｊ．ｋ．ｘ（ＩＴｘ））に関連付けられる。空間周波数はｋに比例する。
【００６７】
従って、逆フィルタは、合成アパーチャ往復対でなくｋ空間において直接実施することができる。
【００６８】
いくつかの実施形態では、画像のｋ空間は、合計ＲＦデータの２Ｄフーリエ変換を求めることによって計算される（包絡線検出の前）。逆フィルタの重みを上述のように計算し、ｋの各値について倍率を変え、スペクトルを乗算する。この時点で、信号の時間的な帯域幅を考慮に入れることができる。最後に、２Ｄ逆フーリエ変換を計算して、補償された画像を得る。あるいは、ｋ空間における乗算が画像ドメインにおけるコンボリューションと同等である場合、デコンボリューションを画像ドメインで直接実行することができる。その場合、逆フィルタの２Ｄフーリエ変換を計算して、画像でコンボリューションされるカーネルを得る（合計ＲＦデータ）。カーネルのサイズは、概ね点像分布関数のサイズである。
【００６９】
画像に基づくデコンボリューション使用の基礎にある想定は、上述したような合成アパーチャアルゴリズム使用の基礎にある想定ほどロバストでないことが観察されている。遠距離においても、ｋ空間スペクトルは、ポイントの横位置の関数として大きく変動する。しかしながらこれは、空間依存逆フィルタを用いることで対処可能である。フィルタの重みは、点像分布関数のシミュレーションによって計算することができる。コンボリューションカーネル手法は、カーネルが位置の関数として変化し得るので、空間依存フィルタリングに特に適している。
【００７０】
図１０は、図６に関して説明したような補償アルゴリズムを肋骨間空間に用いた場合の、図２に示したものと同じ状況での点像分布関数を示す。ここでも、４ポイント散乱体が深さ４ｃｍ、８ｃｍ、１２ｃｍ、１６ｃｍに位置している。１２ｃｍと１６ｃｍにある深い方の２つのポイントでは、画像は図２に比べて大幅に改善されている。グレーティングローブは抑制され、点像分布関数は、ギャップのない完全なアパーチャで得られるものと同様に見える。最も浅い４ｃｍのポイントでは、遠距離近似は成立せず、再構築は良好でない。８ｃｍのポイントは遷移領域である。
【００７１】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、大きいアパーチャにおいて肋骨間ギャップの存在をシミュレーションした画像を、補償あり（図１１Ｂ）及び補償なし（図１１Ａ）の場合で示す。具体的には、１つの８０要素アパーチャを用い、それらの要素の一部を遮ることで「小型肋骨」を人工的に導入した。２つの１３要素妨害物を用い、３つの１８要素アパーチャを残した。図１１Ａは顕著なグレーティングローブを示し、図１１Ｂは、本明細書に記載したギャップ補償アルゴリズムを用いることによってグレーティングローブが低減したこと、場合によっては除去されたことを示す。
【００７２】
図１２Ａから図１２Ｄは、２つの妨害物（例えば２本の肋骨１５による）をシミュレーションした場合の、大きいアパーチャを用いて生成された経胸壁心エコー図のシミュレーションを示す。図１１Ａから図１１Ｂにおいてと同様、１つの８０要素アパーチャが、２つの１３要素妨害物で分離された３つの１８要素アパーチャに分割されている。
【００７３】
図１２Ａは、２つの妨害物（例えば２本の肋骨による）をシミュレーションした場合の、大きいアパーチャを用いて生成された経胸壁心エコー図のシミュレーションを示す。
【００７４】
図１２Ｂは、２つの妨害物（例えば２本の肋骨による）をシミュレーションし、肋骨間ギャップ補償アルゴリズムを用いた場合の、大きいアパーチャを用いて生成された経胸壁心エコー図を示す。
【００７５】
図１２Ｃは、図１２Ａと同様であるが妨害物が存在しない、大きいアパーチャを用いて生成された基準経胸壁心エコー図を示す。
【００７６】
図１２Ｄは、図８Ａから図８Ｃを生成するために用いたものよりも小さいアパーチャを用いて生成された経胸壁心エコー図を示す。
【００７７】
図１３は、障害物（例えば１５）が存在する生成されたコヒーレント画像を示す。図２及び図１０においてと同様、４ポイント散乱体が深さ４ｃｍ、８ｃｍ、１２ｃｍ、１６ｃｍに位置している。グレーティングローブ１３０４はメインローブ１３０２に隣接して示されている。
【００７８】
図１４Ａは、上述したような「肋骨間ギャップ補償」アルゴリズムを用いるコヒーレントな複合を利用した場合の、図１３に示すものと同様の肋骨が存在する生成された画像を示す。図１４Ｂは、障害物が存在しないと生成されるはずの、図１３及び図１４Ａに示すものと同様の画像を示す。図１３、図１４Ａ、及び図１４Ｂを比較することによって、１０ｃｍを超える深さでは、補償アルゴリズムを用いた場合の障害物（例えば肋骨）を介した画像は、障害物が存在しない場合とほぼ同じくらい良好であることがわかる。
【００７９】
図１５Ａは、図８に示したモデルにおける遠距離中心のポイントの角度スペクトルを示す。図１５Ｂは、図８に示したモデルにおける画像の縁部上の、音響トランスデューサアレイに近いポイントの角度スペクトルを示す。図１５Ｂに示すように、角度スペクトルは、送信／受信往復経路における冗長性を利用した上述のアルゴリズムによって埋めることができないギャップ１５０５を有する。これは、最小振幅がゼロであるか又は極めて小さいからである。矢印で示すスペクトルの部分１５１０に、コヒーレント複合アルゴリズムを用いることができる。スペクトルの他の部分はインコヒーレントに追加される。
【００８０】
図１６は、図８の例について、画像の様々なポイントについてこのアルゴリズムにより再構築され得る最大往復アパーチャサイズを示す。障害物は左の縁部に沿って位置している。
【００８１】
図１７は、障害物（例えば肋骨）が肋骨間空間と同じくらい大きい場合の補償アルゴリズムの結果を示す。ここでは、ギャップを埋めることができないので、各ポイントに１つだけ肋骨間空間が用いられる。インコヒーレントな複合を用いてこの結果を改善することができる。
【００８２】
本明細書において好適な実施形態を詳細に開示したが、本発明の概念及び範囲内に収まる多くの変形が可能である。そのような変形は、本明細書、図面、及び特許請求の範囲を精査した後に、当業者には明らかとなろう。従って本発明は、添付の特許請求の範囲内にある場合を除いて制約を受けないものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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