(57)【要約】  全合成送信開口撮像における送信の時空間符号化のための技術、システム、及びデバイスを開示し、より少ない信号送信による医療撮像用途のための最適な空間的及びコントラスト解像度、並びに大きな信号対雑音比を達成し、送信の数は、開口内のアレイ素子の数以下にできる。幾つかの側面では、振幅及び位相、及び／又は遅延符号化を使用した波形の一意的な、ランダムな、及び／又は最適化された組み合わせを有する複数の素子上の１つ以上の送信集合のシーケンスを含む信号送信方法を開示する。シーケンスに対応するエコーの集合は、開口内のアレイ素子の数よりも少ない送信が必要とされるようにビームフォーミングされ、同じ開口上の合成送信開口送信の全集合に従ってサンプリングされるかのように、開口の完全な空間サンプリングを維持する。【選択図】  図１３
2021500966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成開口音響撮像における音響波形の空間的及び時間的符号化のための方法であって、
（ｉ）符号化された波形の一意的な集合、（ｉｉ）目標体積に向けて送信される音響波形の時間遅延の送信遅延パターン、又は（ｉｉｉ）目標体積に向けて送信される音響波形の送信振幅及び位相パターンのうちの１つ以上を生成することを含む、目標体積に向けて送信するための時空間符号化された音響波形の集合を生成することと、
音響プローブデバイスの１又は複数のトランスデューサセグメントのトランスデューサ素子のアレイ上に形成された空間サンプリング開口を使用して、前記時空間符号化された音響波形を目標体積に向けてコヒーレントに送信することであって、前記送信に使用される各トランスデューサ素子には、第１のインデックス番号１〜ｉが割り当てられ、ｉは、トランスデューサ素子の総数以下の数であることと、
空間的にサンプリングされた開口上で戻り符号化音響波形を受信することであって、前記トランスデューサ素子には、第２のインデックス番号１〜ｊが割り当てられ、ｊは、トランスデューサ素子の総数以下の数であることと、
前記戻り符号化音響波形を復号して前記目標体積の画像点の集合に対応するｊ番目の受信上のｉ番目の送信を分離することと、
前記復号された戻り符号化音響波形を処理して、前記目標体積の画像点の集合の各画像点について、分離されたエコーサンプルをビームフォーミングすることと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１において、
更に、前記ビームフォーミングされた分離されたエコーサンプルに関連するデータを処理することによって前記目標体積の画像を形成することを含む方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記送信される音響波形の送信遅延パターンにおける各時間遅延は、ランダム時間遅延の集合から選択される方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記ランダム時間遅延の集合は、０から、２つ以上のトランスデューサ素子間の最大許容スタンドオフ距離までの範囲内のランダム値の均一な分布を含む方法。
【請求項５】
請求項１において、
前記音響波形の時間遅延の送信遅延パターンを生成することは、ランダムに遅延された送信時間を生成して、１つ以上のトランスデューサセグメントのアレイの全てのトランスデューサ素子上で、ランダムパルス繰返し間隔で音響波形を個別に送信することを含む方法。
【請求項６】
請求項１において、
前記音響波形の送信振幅及び位相パターンを生成することは、振幅を変調することと、トランスデューサ素子インデックス又はトランスデューサ素子の空間位置に関して、送信される各音響波形の位相を変調することを含む方法。
【請求項７】
請求項１において、
前記符号化された音響波形は、送信毎に異なる振幅を有する方法。
【請求項８】
請求項１において、
前記符号化された音響波形は、送信毎に異なる位相を有する方法。
【請求項９】
請求項１において、
前記符号化された波形の一意的な集合は、レンジ圧縮と直交性の特性を同時に満たす任意の波形を含む方法。
【請求項１０】
生物学的対象の身体構造をインタフェースする音響プローブであって、
トランスデューサ素子のアレイを含む１つ以上のトランスデューサセグメントと、
前記トランスデューサ素子のアレイと通信し、音響波形を送信する前記トランスデューサ素子のアレイの第１の下位集合の選択及び戻り音響波形を受信する前記トランスデューサ素子のアレイの第２の下位集合の選択を可能にするプローブコントローラと、を備え、
前記トランスデューサ素子の前記第１の下位集合は、前記生物学的対象の目標体積に向けて前記音響波形を送信するように構成され、前記トランスデューサ素子の前記第２の下位集合は、前記目標体積の少なくとも一部から戻る前記戻り音響波形を受信するように構成され、
前記音響プローブは、前記送信波形を時空間符号化する所定の送信遅延パターンに従って前記音響波形を送信して、前記戻り音響波形のそれぞれを他の戻り音響波形から区別可能に動作可能な音響プローブ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の音響プローブにおいて、前記所定の送信遅延パターンは、ランダム時間遅延の集合を含む音響プローブ。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記ランダム時間遅延の集合は、０から、トランスデューサ素子のアレイの最大許容スタンドオフ距離までの範囲内のランダム値の均一な分布を含む音響プローブ。
【請求項１３】
請求項１０において、
前記トランスデューサ素子の第１の下位集合は、前記トランスデューサ素子の第２の下位集合とは異なる音響プローブ。
【請求項１４】
請求項１０において、
前記トランスデューサ素子の第１の下位集合は、トランスデューサ素子の第２の下位集合と同じである音響プローブ。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記トランスデューサ素子の第２の下位集合は、送信クロストーク信号を減衰させて画像アーチファクトを低減する音響プローブ。
【請求項１６】
請求項１０において、
前記音響波形は、送信毎に異なる振幅を有する音響プローブ。
【請求項１７】
請求項１０において、
前記音響波形は、送信毎に異なる位相を有する音響プローブ。
【請求項１８】
請求項１０において、
送信毎に異なる周波数符号化又は位相符号化波形を使用する音響プローブ。
【請求項１９】
信号送信の方法であって、
第１のトランスデューサ素子によって、前記第１のトランスデューサ素子に関連付けられた時間遅延の後に、生物学的対象内の目標体積に向けて音響波形を送信することと、
第２のトランスデューサ素子によって、前記第１のトランスデューサ素子と前記第２のトランスデューサ素子との間の往復時間の後に、前記目標体積の少なくとも一部から戻る戻り音響波形を受信することと、
前記時間遅延及び前記往復時間に基づいて、前記戻り音響波形に寄与する第１のトランスデューサ素子を特定することと、
前記第１のトランスデューサ素子の特定に基づいて、前記戻り音響波形を処理して、前記生物学的対象内の目標体積の画像を生成することと、
を含む方法。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記時間遅延は、ランダム時間遅延の集合から選択される方法。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記ランダム時間遅延の集合は、０から、前記第１及び第２のトランスデューサ素子の最大許容スタンドオフ距離までの範囲内のランダム値の均一な分布を含む方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法において、前記第１のトランスデューサ素子は、前記第２のトランスデューサ素子とは異なる方法。
【請求項２３】
請求項１９において、
前記第１のトランスデューサ素子は、前記第２のトランスデューサ素子と同じである方法。
【請求項２４】
請求項２３において、
前記第２のトランスデューサ素子は、送信クロストーク信号を減衰させて画像アーチファクトを低減する方法。
【請求項２５】
請求項１９において、
前記音響波形は、送信毎に異なる振幅を有する方法。
【請求項２６】
請求項１９において、
前記音響波形は、送信毎に異なる位相を有する方法。
【請求項２７】
請求項１９において、
送信毎に異なる周波数符号化又は位相符号化波形を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１０月２７日に出願された米国仮出願第６２／５７８，３５１号、発明の名称「SPATIAL AND TEMPORAL ENCODING OF TRANSMISSION FOR FULL SYNTHETIC TRANSMIT APERTURE IMAGING」の優先権及び利益を主張する。前述の特許出願の全内容は、参照によって本出願の一部として援用される。
【０００２】
本特許文献は、様々な医療用撮像方式に適用可能な撮像技術のためのシステム、デバイス、及びプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
レーダ、ライダ（lidar）、光学、電磁、マイクロ波、テラヘルツ、ソナー、及び光音響撮像等の種々の撮像方式のなかで、音響撮像は、媒体を通過する音波の特性を使用して視覚的画像をレンダリングする安全で比較的安価な撮像方式である。高周波音響撮像は、様々な生物医学分野で数十年に亘り動物とヒトの内部構造と機能を視覚化するための撮像方式として用いられている。基本的に、超音波撮像は、ソナー（sound navigation and ranging（音響航法及び測距）：ＳＯＮＡＲ）と同じ原理で動作し、１又は複数の音波の送信によって、構造からの１又は複数のエコーを生成し、これを受信及び処理して画像を形成するものである。従来の超音波撮像技術では、不十分な空間分解能及び組織分化を含む幾つかの原因によって、望ましい画質が得られないことがあり、このため、多くの臨床的指示又は用途について、使用が制限される場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
より少ない信号送信で医用画像のための空間及びコントラスト分解能を達成する、全合成送信開口撮像における送信の時空間符号化のための技術、システム、及びデバイスを開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
幾つかの側面では、合成開口音響撮像における音響波形の空間的及び時間的符号化のための方法は、（ｉ）符号化された波形の一意的な集合、（ｉｉ）目標体積に向けて送信される音響波形の時間遅延の送信遅延パターン、又は（ｉｉｉ）目標体積に向けて送信される音響波形の送信振幅及び位相パターンのうちの１つ以上を生成することを含む、目標体積に向けて送信するための時空間符号化された音響波形の集合を生成することと、音響プローブデバイスの１又は複数のトランスデューサセグメントのトランスデューサ素子のアレイ上に形成された空間サンプリング開口を使用して、時空間符号化された音響波形を目標体積に向けてコヒーレントに送信することであって、送信に使用される各トランスデューサ素子には、第１のインデックス番号１〜ｉが割り当てられ、ｉは、トランスデューサ素子の総数以下の数であることと、空間的にサンプリングされた開口上で戻り符号化音響波形を受信することであって、トランスデューサ素子には、第２のインデックス番号１〜ｊが割り当てられ、ｊは、トランスデューサ素子の総数以下の数であることと、戻り符号化音響波形を復号して目標体積の画像点の集合に対応するｊ番目の受信上のｉ番目の送信を分離することと、復号された戻り符号化音響波形を処理して、目標体積の画像点の集合の各画像点について、分離されたエコーサンプルをビームフォーミングすることとを含む。
【０００６】
幾つかの側面では、生物学的対象の身体構造をインタフェースするプローブデバイスが開示される。このデバイスは、トランスデューサ素子のアレイを含む１つ以上のトランスデューサセグメントと、トランスデューサ素子のアレイと通信し、波形を送信するトランスデューサ素子のアレイの第１の下位集合を選択し、及び戻り波形を受信するトランスデューサ素子のアレイの第２の下位集合を選択するプローブコントローラとを備え、トランスデューサ素子の第１の下位集合は、生物学的対象の目標体積に向けて波形を送信するように構成され、トランスデューサ素子の第２の下位集合は、目標体積の少なくとも一部から戻る戻り波形を受信するように構成される。波形は、目標体積に向けて送信される波形を時空間符号化する所定の（ｉ）波形の一意的な集合、（ｉｉ）送信遅延パターン、及び／又は（ｉｉｉ）送信振幅及び位相パターンを生成する符号化方法に従って送信され、これにより、復号方法による処理の後、各送信トランスデューサ素子に対応する波形成分が各受信トランスデューサ素子上の波形から分離され、この結果、全合成送信開口取得を表す波形の集合が得られる。
【０００７】
幾つかの側面において、音響信号送信を符号化する方法が開示される。この方法は、第１のトランスデューサ素子によって、第１のトランスデューサ素子に関連する時間遅延の後に、生物学的対象における目標体積に向けて波形を送信することと、第２のトランスデューサ素子によって、第１のトランスデューサ素子と第２のトランスデューサ素子との間の往復時間の後に、目標体積の少なくとも一部から戻る戻り波形を受信することと、時間遅延と往復時間に基づいて、戻り音響波形に寄与する第１のトランスデューサ素子を特定することと、第１のトランスデューサ素子の特定に基づいて、戻り波形を処理して、生物学的対象内の目標体積の画像を生成することと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】全合成送信開口を介して得られる例示的な画像を示す図である。
【図２Ａ】各行に送信ベクトルを有するｎ＝１６に対応する例示的なアダマール行列図を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すｎ＝１６のアダマール行列行の離散フーリエ変換の大きさについての例示的な図であり、ＤＣ値は、各行において最も左である。
【図３】ここに開示する技術に基づく合成開口音響撮像における音響波形の空間的及び時間的符号化及び復号のための例示的な方法を示す図である。
【図４】ここに開示する技術に基づく合成開口音響撮像における音響波形の空間的及び時間的符号化のためのシステムの例示的な実施形態を示す図である。
【図５Ａ】１２８組の１２８個の遅延についての全合成送信開口及び遅延符号化合成送信開口を介して得られた例示的画像を示す図である。
【図５Ｂ】１２８組の１２８個の遅延についての全合成送信開口及び遅延符号化合成送信開口を介して得られた例示的画像を示す図である。
【図６Ａ】１６組の１２８個の遅延のための全合成送信開口及び遅延符号化合成送信開口を介して得られた例示的画像を示す図である。
【図６Ｂ】１６組の１２８個の遅延のための全合成送信開口及び遅延符号化合成送信開口を介して得られた例示的画像を示す図である。
【図７Ａ】０から１波長に亘る１２８組の遅延について、全合成送信開口及び遅延符号化合成送信開口を介して得られた例示的な画像を示す図である。
【図７Ｂ】０から１波長に亘る１２８組の遅延について、全合成送信開口及び遅延符号化合成送信開口を介して得られた例示的な画像を示す図である。
【図８Ａ】０から１波長に亘る１６組の遅延について、全合成送信開口及び遅延符号化合成送信開口を介して得られた例示的画像を示す図である。
【図８Ｂ】０から１波長に亘る１６組の遅延について、全合成送信開口及び遅延符号化合成送信開口を介して得られた例示的画像を示す図である。
【図９Ａ】１６組の長さ１６のランダム振幅及び位相送信空間符号化ベクトルの数値的に最適化された集合の例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａに対応する離散フーリエ変換の大きさの一例を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ａに対応する空間符号化の循環自己相関の例を示す図である。[0020]
【図１０】遅延符号化のみを用いてビームフォーミングされた９点標的の例示的な画像を示す図である。
【図１１】振幅及び位相符号化と組み合わせた遅延符号化を用いてビームフォーミングされた９点標的の例示的な画像を示す図である。
【図１２】ここに開示する技術の合成送信開口音響システムの一実施形態のブロック図である。
【図１３】プローブの１８０°の曲率に沿った複数の送信位置から、合成送信開口ビームを形成する複数のトランスデューサセグメント上のトランスデューサアレイによって生成される例示的な複合超音波ビームを示す図である。
【図１４】時空間符号化送信波形及び復号前の受信波形の数学的記述に対応するトランスデューサアレイ素子の任意の集合を示す図である。
【図１５】一定の遅延を有する１６素子アレイ上の送信の一例を示すトランスデューサアレイ素子を示す図である。
【図１６】ランダムに符号化された遅延を有する１６素子アレイ上の送信の一例を示すトランスデューサアレイ素子を示す図である。
【図１７】単一の目標点ｐに対する符号化、復号、及びビームフォーミングのための幾何形状的形状に対応するトランスデューサアレイ素子の任意の集合を示す図である。
【図１８】波形符号化に使用される１６個の異なる波形を示す図である。
【図１９】遅延符号化のための１６個のランダム遅延のプロットを示す図である。
【図２０】図１９に対応する遅延符号化による１６個の異なる波形を示す図である。
【図２１】振幅及び位相符号化のための１６個の振幅及び位相値の例示的なシーケンスのプロットを示す図である。
【図２２】図２１のシーケンスの循環自己相関のプロットを示す図である。
【図２３】図１９に対応する遅延符号化及び図２１に対応する振幅及び位相符号化による１６個の異なる波形を示す図である。
【図２４】本技術に基づく復号方法の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
音響撮像は、組織を含む生物学的媒体等の物理的弾性媒体内に音響波形（例えば、パルス）を放射することによって行うことができる。音響波形は、（例えば、トランスデューサ素子のアレイの）トランスデューサ素子から目標関心体積（target volume of interest：ＶＯＩ）に向けて送信される。従来の実開口超音波撮像（real aperture ultrasound imaging system）システムでは、画像の品質は、超音波システムのトランスデューサによって生成される音響場に直接依存し、画像は、通常、１つの軸方向画像線（すなわち、スライス毎の標的領域範囲の走査）毎に順次的に取得される。このため、撮像中のフレームレートに制限が生じ、これは、例えば、移動標的の撮像を含む様々なリアルタイム超音波撮像用途において不利となる場合がある。
【００１０】
従来の実開口超音波撮像の限界に対処するために、合成開口超音波撮像（synthetic aperture ultrasound imaging）を用いることによって、超音波画像の品質を改善できる。「合成開口（synthetic aperture）」とは、特定又は任意の形状の既知の１次元（１Ｄ）、２次元（２Ｄ）、及び／又は３次元（３Ｄ）経路に沿って位相中心が移動する１又は複数のより小さい実開口（サブ開口）を連続的に使用してＶＯＩを検査することにより、画像を取得するためのより大きい有効（非実）開口を実現する概念である。合成開口は、電気音響トランスデューサ（例えば、トランスデューサアレイ）の空間位置を、連続するビーム送信位置及び／又は受信位置に機械的に変更することによって、電気音響トランスデューサアレイ上の連続するビームの送信位置及び／又は受信位置の位相中心を電子的に変更することによって、又はこれらの組み合わせによって形成できる。合成開口ベースの撮像は、当初、航空機によって上空から地上の関心領域を走査して、地上の広い領域を撮像するレーダシステムで使用されていたものである。超音波撮像における合成開口フォーカシングは、超音波送信素子からＶＯＩ位置までの幾何形状的距離と、その位置から超音波受信素子に戻るまでの距離とに基づく。超音波撮像では、合成開口を使用することによって、全方向から、複数の送受信位置のそれぞれにおいて記録された戻りエコー（例えば、モノスタティック（mono-static）エコーとバイスタティック（bi-static）エコー）の受信された振幅及び位相データを解析することによって、標的領域内の点へのフォーカシングが可能になり、これによって、全領域に関する情報を提供できる。戻りエコーの方向は、１つの受信チャネルのみからでは決定できないため、多数の受信チャネルを用いて、戻りエコーに含まれる情報を判定し、この情報をチャネルの一部又は全部に亘って処理し、最終的に、標的領域の画像を生成するために使用される情報をレンダリングする。
【００１１】
全合成送信開口撮像（full synthetic transmit aperture imaging）の幾つかの具体例では、送信機の全集合内の各送信機は、順次的に、分離して、連続的に、個別に励起できる。エコーは、各送信機空間位置について受信機の集合全体に記録される。Ｍ個の送信機及びＮ個の受信機の集合を考慮すると、これらは、空間的位置を共有していても、共有していなくてもよいが、結果として生じる超音波エコーの数は、Ｍ×Ｎとなる。例えば、１２８素子の超音波アレイの場合、エコーの総数は、１６３８４個である。エコーは、遅延和（delay-and-sum）ビームフォーマに供給され、このビームフォーマは、画像を構成する空間内の一組の点をビームフォーミングするために適用され、これにより得られる画像は、空間分解能についての「至適基準（gold standard）」とみなされる。全合成送信開口の特性は、送信開口と受信開口との畳み込みによる物理的開口の仮想拡張と組み合わされた送信及び受信の両方における全ての利用可能な（例えば、トランスデューサ素子によって提供される）空間サンプルの使用に関連する。送信と受信の両方に同じ開口が使用される場合、有効開口は、物理的な開口のサイズの２倍であり、したがって、有効なＦ値及び空間分解能は、２分の１に低下する。
【００１２】
図１は、全合成送信開口を介して得られる例示的な画像１００を示している。この例示的な画像は、ＣＩＲＳモデル０４４超音波ファントムであり、全合成送信開口ビームフォーミングによって取得されたものであり、５５．２ｄＢのダイナミックレンジを有し、これは、Ｖｅｒａｓｏｎｉｃｓ社の超音波撮像システムに接続された、５ＭＨｚで動作するＰｈｉｌｉｐｓ／ＡＴＬ７−４線形アレイを用いて生成されたものである。この画像は、３個の１００マイクロメートルのナイロンワイヤ標的（１０１、１０３、１０５の符号を付している。）を示しており、これらは、それぞれ１５ｍｍ、３５ｍｍ、６５ｍｍの深度で視認される。同様に、この画像は、４個の無響標的（１０７、１０９、１１１の符号を付しているが、１つは、表示されていない。）がそれぞれ２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍの深度で視認されることを示している。空間分解能は、深度と共に悪化し、これは、深度と共に直線的にｆ値が増加することと、約３０ｍｍを超えると仰角ビームの焦点ぼけが生じることとの複合的要因に起因する。
【００１３】
合成開口撮像の分野の当業者に知られているように、全合成送信開口撮像のための所与の画像点に対応する空間サンプル（例えば、トランスデューサ素子）の大部分が冗長であることがあり及び／又は大部分が類似する情報を含むことがある。実際、合成送信開口が２つ以上の連続する素子の縮小されたサブ開口の集合を含む場合、空間分解能を犠牲にして、ＳＮＲ及び速度捕捉を改善するためにこの冗長性が利用されることも多い。更に、周知の冗長性低減空間サンプリング方式は、空間領域における線形畳み込みによって、送信開口及び受信開口のｋ空間表現に対応する送受信開口応答の積を用いて容易に定式化される。
【００１４】
合成送信開口撮像における重要な冗長性は、音響相反原理に基づいており、例えば、素子ｉ上の送信及び素子ｊ上の受信から生じるエコーは、素子ｊ上の送信及び素子ｉ上の受信から生じるエコーと実質的に同一であり、これによって、送信機及び受信機の組合せの約半分が同一であると仮定される。例えば、Ｔｘ，Ｒｘの組合せ（ｉ，ｊ）の知識があれば、Ｔｘ，Ｒｘの組合せ（ｊ，ｉ）を復元、仮定、及び／又は置換できる。更に、Ｎ２個のエコーサンプル、すなわち、所与の画像点に対する全ての可能な送信機及び受信機の組み合わせのうちの２Ｎ−１個のエコーサンプルのみから、略同等の画像を形成できることは周知である。例えば、全てのＴｘ，Ｒｘの組み合わせ（ｉ，ｊ）から、完全空間サンプリング画像形成に必要な２Ｎ−１個のエコーサンプルは、合計２Ｎ−１エコーサンプルについて、ｉ＝ｊ（Ｎ個のエコーサンプルに対応）である組み合わせ及びｉ＝ｊ＋１（Ｎ−１エコーサンプル対応）である組み合わせを含む。
【００１５】
しかしながら、合成送信開口撮像において冗長性を利用するための既知の技術は、多数（Ｎ個）の送信のために取得速度が遅くなる。したがって、合成送信開口撮像における冗長性を利用して、送信の数をＮ個からＮ個よりかなり少ない数にすることで、速度を高めることができる可能性がある。
【００１６】
更に、一度に１つの素子上で送信を実行するプロセスは、往復時間によって制限され、往復時間は、音速及び関心深度によって決定される。更に、２つ以上の素子を使用するフォーカシングされた送信、あるいは、以下に限定されるものではないが、平面波送信、仮想ソース送信、及びサブ開口送信を含む調整された送信の他のモードと比較して、一度に１つの素子上で送信を実行することにより、送信されるエネルギの量が大幅に制限される。したがって、全合成送信開口撮像には、ＳＮＲ及び浸透深度が不十分であるという課題がある。
【００１７】
符号化開口送信（coded aperture transmission）では、送信開口を符号化する直交ベクトルの集合を使用することによって、送信エネルギ量が大幅に改善される。アダマール行列（Hadamard matrix）は、二相値−１及び１のみからなる一組の線形独立ベクトルに基づく符号化開口送信に使用できる。全てのアダマール行列は、ｎが集合２ｋから選択され、ｋが非負整数であるｎ×ｎの次元を有する正方行列である。ｎの他の多くの値もアダマール行列特性を有することが知られている。Ｈを次数ｎのアダマール行列とする。Ｈの転置は、次のように、逆行列と密接に関連している。
【００１８】
ＨＨＴ＝ｎＩｎ        式（１）
ここで、Ｉｎは、ｎ×ｎ単位行列であり、ＨＴは、Ｈの転置行列である。式（１）は、Ｈの行及び列が実数のフィールドに亘って全て直交ベクトルであり、各ベクトルが√ｎ（すなわち、ｎの平方根）の長さを有するという事実に基づく。式（１）は、アダマール空間符号の各行ベクトルが他の全ての行又は列ベクトルに対して時間不変である場合に、アダマール行列が全てのチャネルを完全に分離できることを示している。したがって、Ｎ個の送信機及びＮ個の受信機を有する開口に対して、アダマール空間符号化に基づくＳＮＲ改善は、Ｎ個の送信機が１のみに対して有効であるという事実に起因して、√Ｎによって与えられる。
【００１９】
典型的には、双極送信機（−１，１）の場合、トランスデューサアレイは、アダマール行列の直交ベクトルを使用して励起され、単極バイナリ送信機（０，１）の場合、トランスデューサアレイは、アダマール行列の関連するバイナリバージョン、例えば、Ｓ行列（散乱行列）を使用して励起できる。Ｓ行列は、アダマール行列に比べると僅かに劣る程度の制約があるが、送信機の出力を反転できない場合等、幾つかの用途で有用である。
【００２０】
アダマール行列は、ゼロ遅延空間位相符号化方式を可能にする。すなわち、空間符号化及び復号プロセスは、直交ベクトルの送信の間の遅延が無視できる程度のものであることを仮定する。換言すれば、音響エコーは、送信間に動き又は変化が発生しないと仮定し、並びに送信間の唯一の変数が、送信されるＨの特定の行（又は列）であると仮定して復号される。復号は、ビームフォーマの遅延和演算に依存しない。また、この方法は、各直交ベクトルを含む送信間に遅延がないように、各直交ベクトルの素子が理想的なタイミングで同時に送信されることを仮定する。したがって、アダマール行列の直交ベクトルに対応する音響エコーの集合は、アダマール行列の行若しくは列の間、又は任意の要素の間の遅延又は位相がゼロであると仮定して、同時に復号される。
【００２１】
アダマール符号化方式が全合成送信開口送信と共有する１つの主要な短所は、ｎ個の送信を必要とすることであり、このため、真のリフレッシュレートは、パルス繰返し周波数（pulse repetition frequency：ＰＲＦ）をｎで除算した値に制限される。最後に送信されたアダマール直交ベクトルに対応するエコー集合がビームフォーミングの前に置換される場合、見かけ上のリフレッシュレートは、ＰＲＦに等しくなるが、動きの完全で適切なサンプリングは、ＰＲＦ／ｎによって制限されるため、ＰＲＦ／ｎの１波長倍程度の速度では、動きボケアーチファクト（motion blur artifact）が発生する。アダマール空間符号化の他の短所は、特定のサイズの正方行列に制限されることである。アダマール空間符号化の他の短所は、全体の集合の取得時間を短縮するために時間符号化を利用しないことである。
【００２２】
また、アダマール空間符号化は、更なるＳＮＲ改善のために、相補的符号化波形、例えば、ゴレイ（Golay）符号化波形を使用するように拡張されている。しかしながら、基本的な動作及びこれに関連する制約は、概ねアダマール空間符号化と同様である。
【００２３】
また、アダマール空間符号化は、位相符号化に代えて、復号複雑性がかなり高い遅延符号化送信を使用するようにも拡張されている。この場合も、基本的な動作及びこれに関連する制約は、概ねアダマール空間符号化と同様である。
【００２４】
可能な最高の撮像速度及び解像度を達成するために、全ての空間周波数を同時に又は略同時に励起して、例えば、組織運動のような時間変動の影響を緩和する必要がある。アダマール空間符号化は、全ての空間周波数を励起するが、これらの全てを同時に励起するわけではない。直交ベクトルの全集合の線形結合が考慮される場合（例えば、式（１）参照）のみ、全ての空間周波数が励起される。これは、各行に送信ベクトルを有する図２Ａに示すアダマール行列に関して、アダマール行列のフーリエ変換が、図２Ｂに示すように、各送信ベクトルについて一定値ではないという事実によって証明される。
【００２５】
図２Ａ及び図２Ｂは、各行に送信ベクトルを有するｎ＝１６に対応する例示的なアダマール行列（図２Ａ）、及び図２Ａからのｎ＝１６アダマール行列行に対する離散フーリエ変換（図２Ｂ）を示しており、各行の最も左がＤＣ値である。例えば、全ての空間周波数を復元するために、全体の集合を送信する必要があるため、アダマール空間符号化は、動きアーチファクトに非常に影響されやすい。
【００２６】
動きの影響が少ない符号化方式は、各送信ベクトルに対して全ての空間周波数を等しく励起する空間符号化方式を利用する。全ての空間周波数が同時に励起されるという追加の制約を伴う、式（１）と同様の完全線形分離を有する他の空間符号化方式を実現してもよい。このようなストラテジは、依然として、Ｎ個の送信の制限を受ける可能性があるが、空間サンプリング情報の冗長性により、動きに対する感受性が低いことが保証される。
【００２７】
より少ない信号送信で医用画像のための空間及びコントラスト分解能を達成する、全合成送信開口撮像における送信の時空間符号化のための技術、システム、及びデバイスを開示する。
【００２８】
幾つかの例示的な実施形態では、プローブデバイスは、トランスデューサ素子のアレイを含む１つ以上のトランスデューサセグメントと、トランスデューサ素子のアレイと通信し、波形を送信するトランスデューサ素子のアレイの第１の下位集合を選択し、及び戻り波形を受信するトランスデューサ素子のアレイの第２の下位集合を選択するプローブコントローラとを含み、トランスデューサ素子の第１の下位集合は、生物学的対象の目標体積に向けて波形を送信するように構成され、トランスデューサ素子の第２の下位集合は、目標体積の少なくとも一部から戻る戻り波形を受信するように構成される。プローブデバイスは、所定の（ｉ）波形の一意的な集合、（ｉｉ）送信遅延パターン、及び／又は（ｉｉｉ）送信振幅及び位相パターンを含む時空間符号化された波形を、目標体積に向けて送信するように動作可能であり、これにより、目標から戻り音響波形を受信した後、各送信トランスデューサ素子に対応する波形成分を処理して各受信トランスデューサ素子上の波形から分離することによって戻り波形が復号され、その結果、全合成送信開口取得を表す波形の集合が得られる。
【００２９】
幾つかの例示的な実施形態では、音響信号送信を符号化する方法が開示される。この方法は、第１のトランスデューサ素子によって、第１のトランスデューサ素子に関連する時間遅延の後に、生物学的対象における目標体積に向けて波形を送信することと、第２のトランスデューサ素子によって、第１のトランスデューサ素子と第２のトランスデューサ素子との間の往復時間の後に、目標体積の少なくとも一部から戻る戻り波形を受信することと、時間遅延と往復時間に基づいて、戻り音響波形に寄与する第１のトランスデューサ素子を特定することと、第１のトランスデューサ素子の特定に基づいて、戻り波形を処理して、生物学的対象内の目標体積の画像を生成することとを含む。
【００３０】
図３は、ここに開示する技術に基づく、合成開口音響撮像における音響波形の空間的及び時間的符号化のための方法２００の例示的な実施形態を示している。方法２００は、目標体積に向けて送信するための時空間符号化された音響波形の集合を生成するプロセス２１０を含み、ここで、符号化は、（ｉ）符号化された波形の一意的な集合、（ｉｉ）目標体積に向けて送信される波形の集合の波形の送信遅延のためのパターン、及び／又は（ｉｉｉ）目標体積に向けて送信される波形の集合の送信振幅及び位相パターンのうちの１つ以上を生成することを含む。方法２００は、音響プローブデバイスの１つ以上のトランスデューサセグメントのトランスデューサアレイに形成された空間的にサンプリングされた開口上で、目標体積に向けて波形をコヒーレントに送信するプロセス２２０を含み、ここで、各トランスデューサ素子には、インデックス（例えば、１，２，…ｉ）が付される。方法２００は、送信された符号化音響信号に基づく戻り音響波形を空間的にサンプリングされた開口上で受信するプロセス２３０を含み、ここで、各トランスデューサ素子には、インデックスｊ（例：１，２…ｊ）が付される。方法２００は、（符号化された）戻り音響波形を復号して、目標体積の画像点の集合について、第ｊの受信上の第ｉの送信を分離するプロセス２４０を含む。復号プロセス２４０の幾つかの例示的な具体例は、図２４に関して後述する方法２４０を含む。方法２００は、目標体積の画像点の集合の各画像点について分離されたエコーサンプルをビームフォーミングし、目標体積のビームフォーミングされた画像を形成するために処理可能なデータ集合を生成するプロセス２５０を含む。
【００３１】
方法２００の幾つかの具体例において、プロセス２１０は、送信のための符号化波形の集合を生成することを含む。そのような具体例では、これらの符号化された波形は、特定の特性を有するコード、すなわち数の集合から導出される。例えば、符号化された波形の有用な特性は、復号されたとき、レンジローブが小さいか０に近く、復号された波形の振幅が符号化された波形よりも大きいことである。この例における復号プロセスは、レンジ圧縮又は整合フィルタリングを含むことができる。２つ以上の符号化された波形の他の例示的な特性は、２つ以上の符号化された波形が直交することである。例えば、２つの符号化された波形の集合が与えられ、第１の波形が第２の波形の復号方法で復号される場合、出力は、理想的には、０である。同様に、第１の波形の復号方法で第２の波形を復号する場合、出力は、理想的には、０である。同様に、直交性は、線形性及び時間不変性に従い、例えば、スケーリング、加算、減算、及び／又は遅延を含む演算によって第１及び第２の波形の線形結合から形成される合成波形を復号できる。プロセス２０１によって生成される符号化波形の一意的な集合は、理想的には、圧縮性可能であり、理想的には、直交性を有する２つ以上の符号化波形を含むことが好ましい。これらの波形の集合は、周波数符号化及び／又は位相符号化された波形を含むことができるが、このような周波数符号化及び／又は位相符号化は、選択可能であり、符号化された波形の一意的な集合は、レンジ圧縮及び直交性の特性を同時に満たす任意の波形を含むことができる。実際には、２つ以上の波形に対して両方の特性を同時にかつ理想的に達成することは困難であり、したがって、トレードオフが存在する。レンジ圧縮及び／又は直交性の非理想的な性質は、空間遅延及び／又は空間振幅及び位相符号化を含むことによって低減でき、プロセス２１０の具体例にこれらの技術を含めることができる。
【００３２】
図４は、全合成送信開口音響撮像における音響波形の空間的及び時間的符号化のためのシステム３００の例示的な実施形態を示している。システム３００は、送信波形を時空間符号化し、戻り符号化波形を復号してビームフォーミングされた画像を生成する方法２００を実施するように動作できる。幾つかの具体例では、システム３００は、スペクトル拡散、広瞬時帯域幅、コヒーレント、擬似ランダム雑音特性、及び符号化を含む複合音響波形の形式で時空間符号化された波形を生成するように動作できる。例示的なシステム３００は、ここに開示する技術による多くのシステム設計のうちの１つを示している。
【００３３】
図４の例に示すように、システム３００は、合成開口音響波形（synthetic aperture acoustic waveform：ＳＡＡＷ）処理デバイス３１０と、このＳＡＡＷ処理デバイス３１０と通信する音響プローブデバイス３２０とを含む。システム３００は、ＳＡＡＷ処理デバイス３１０と通信するコンピュータ３３０を含み、このコンピュータは、処理ユニット（図示せず）、ディスプレイ３３１、及びシステム３００の動作のためにデータ入力及び表示データ出力を受信するためのユーザインタフェースモジュール３３３を含む。コンピュータ３３０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ラップトップ、タブレット、及び移動通信デバイスアーキテクチャ等の様々なデータ処理アーキテクチャのうちの１つとして実施できる。幾つかの例では、ユーザインタフェース３３３は、種々のタイプのキーボード、マウス、音声コマンド、タッチパッド、及びブレインマシンインタフェース（brain-machine interface）装置を含む多くの適切なインタフェースを含むことができる。
【００３４】
ＳＡＡＷ処理デバイス３１０は、データ処理部を備えるシステムコントローラ３１３を含む。システムコントローラ３１３のデータ処理ユニットは、データを処理するプロセッサと、プロセッサと通信してデータを格納するメモリと、プロセッサ及び／又はメモリを、電子ユニットの他のモジュール、ユニット、又はデバイス、或いは外部デバイスとインタフェースするための入出力ユニット（Ｉ／Ｏ）とを含む。例えば、プロセッサは、中央処理デバイス（central processing unit：ＣＰＵ）、マイクロコントローラユニット（microcontroller unit：ＭＣＵ）、又は他のプロセッサユニットを含むことができる。例えば、プロセッサは、特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit：ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field-programmable gate array：ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（digital signal processor：ＤＳＰ）、単一プロセッサの非同期アレイ（asynchronous array of simple processors：ＡｓＡＰ）、及び他のタイプのデータ処理アーキテクチャを含むことができる。例えば、メモリは、プロセッサ実行可能コードを含み及び格納し、このプロセッサ実行可能コードがプロセッサによって実行されると、データ処理ユニットは、様々な動作、例えば、情報、コマンド、及び／又はデータの受信、情報及びデータの処理、音響プローブデバイス３２０及び／又はコンピュータ３３０への情報／データの送信又は提供等を実行するように構成される。幾つかの具体例では、システムコントローラ３１３のデータ処理ユニット（及び／又はコンピュータ３３０の処理ユニット）は、１つ以上の遠隔計算処理デバイス（例えば、クラウド内のサーバ）を含むインターネット（「クラウド」と呼ばれる）を介してアクセス可能なコンピュータシステム又は通信ネットワークに生データ及び／又は処理済みデータを送信できる。データ処理ユニットの様々な機能をサポートするために、メモリは、命令、ソフトウェア、値、画像、及びプロセッサによって処理又は参照される他のデータ等の情報及びデータを記憶できる。例えば、様々なランダムアクセスメモリ（Random Access Memory：ＲＡＭ）デバイス、読出専用メモリ（Read Only Memory：ＲＯＭ）デバイス、フラッシュメモリデバイス、及び他の適切な記憶媒体を用いて、メモリデバイスの格納機能を実現することができる。システムコントローラ３１３（及び／又はコンピュータ３３０の処理ユニット）のデータ処理ユニットのＩ／Ｏは、データ処理ユニットを無線通信ユニットとインタフェースし、例えば、無線送受信機（Ｔｘ／Ｒｘ）ユニットを介して、データ処理ユニットと他のデバイスとの通信に使用できる典型的なデータ通信規格と互換性を有する様々なタイプの有線又は無線インタフェースを利用でき、この規格は、以下に限定されるものではないが、ブルートゥース（登録商標）、ブルートゥース低エネルギ、Ｚｉｇｂｅｅ、ＩＥＥＥ８０２．１１、無線ローカルエリアネットワーク（Wireless Local Area Network：ＷＬＡＮ）、無線パーソナルエリアネットワーク（Wireless Personal Area Network：ＷＰＡＮ）、無線ワイドエリアネットワーク（Wireless Wide Area Network：ＷＷＡＮ）、ＷｉＭＡＸ、ＩＥＥＥ８０２．１６（Worldwide Interoperability for Microwave Access；ＷｉＭＡＸ）、３Ｇ／４Ｇ／ＬＴＥ��ルラー通信方式、近距離無線通信（Near Field Communication：ＮＦＣ）、及びパラレルインタフェースを含む。また、データ処理ユニットのＩ／Ｏは、他の外部インタフェース、データストレージのソース、及び／又は視覚又は音声表示デバイス等とインタフェースして、プロセッサが処理可能、メモリに格納可能、又は出力ユニット又は外部デバイスに表示可能なデータ及び情報を検索し、転送することができる。
【００３５】
ＳＡＡＷ処理デバイス３１０は、波形発生器３１１を含み、この波形発生器は、システムコントローラ３１３によって制御され、ここに開示する時空間符号化された合成音響送信開口技術に従って１つ以上のデジタル波形を生成できる。波形発生器３１１は、波形合成器及びビームコントローラのアレイを含み、このアレイは、例えば、時空間符号化された複合音響波形を含む、音響プローブデバイスが音響波形として変換する１又は複数のデジタル波形に対応するアナログ電子信号を発生する。波形発生器３１１は、関数発生器又は任意波形発生器（arbitrary waveform generator：ＡＷＧ）を含むことができる。例えば、波形発生器３１１は、波形合成器及びビームコントローラが個々のアナログ波形及び／又は複合アナログ波形として合成するための任意のデジタル波形を生成するＡＷＧとして構成できる。幾つかの具体例では、波形発生器３１１は、予め記憶された波形、並びにデジタル波形の発生に使用される係数データ及び情報を記憶できるメモリユニットを含むことができる。
【００３６】
幾つかの具体例では、波形発生器３１１の波形合成器及びビームコントローラは、Ｉ個のアレイ素子を含む。一例では、波形合成器及びビームコントローラは、Ｉ個のアレイ波形合成器の各ライン上に少なくとも１つの波形合成器素子を含むように構成できる。他の例では、波形合成器及びビームコントローラは、Ｉ個のアレイビームコントローラの各ライン上に少なくとも１つのビームコントローラ素子を含むことができる。他の例では、波形合成器及びビームコントローラは、Ｉ個のアレイ波形合成器及びビームコントローラの各ライン上に、少なくとも１つの波形合成器素子及びビームコントローラ素子を含むことができる。波形合成器及びビームコントローラは、電子信号、例えば、無線周波数（ＲＦ）波形を生成するための位相同期ループシステムを含むことができる。例示的なＲＦ波形は、波形合成器及びビームコントローラのアレイ素子において生成された個々の波形から、波形合成器及びビームコントローラによって合成でき、例えば、１つの個々のＲＦ波形は、波形合成器及びビームコントローラの他のアレイ素子によって生成された他の全ての個々の波形と実質的に同時に、１つのアレイ素子において生成できる。個々の直交ＲＦ波形のそれぞれは、周波数成分又は「チップ」と呼ばれる特定の周波数帯域に対して定義でき、波形発生器３１１は、チップに対応する少なくとも１つの振幅値及び少なくとも１つの位相値を含むことができる各個々の直交波形の波形特性を決定できる。波形発生器３１１は、コマンドを発行し、個々の直交波形のそれぞれの特性に関する情報を含む波形データを、波形合成器及びビームコントローラに送信して、波形合成器及びビームコントローラは、個々の直交ＲＦ波形を発生し、これらを共に組み合わせて、合成ＲＦ波形を形成できる。
【００３７】
幾つかの実施形態では、ＳＡＡＷ処理デバイス３１０は、波形発生器３１１で生成された生成波形、例えば、波形合成器及びビームコントローラによって生成された個々の直交ＲＦ波形及び／又は複合ＲＦ波形を修正する増幅器３１７を含む。例えば、増幅器３１７は、それぞれが波形の利得を増幅し及び／又は位相をシフトするように動作可能なＩ個の増幅器のアレイを含むことができる。幾つかの例では、増幅器のアレイは、線形増幅器として構成される。ここでは、増幅器３１７をＳＡＡＷ処理デバイス３１０の一部として示しているが、これに代えて又はこれに加えて、増幅器３１７を音響プローブデバイス３２０に含ませてもよい。
【００３８】
幾つかの実施形態では、システムコントローラ３１３は、例えば、制御バスを介した接続によって、システム３００のモジュールの一部又は全部を制御できる。幾つかの実施形態では、システムコントローラ３１３は、時間同期のためのマスタークロックを含む。例えば、マスタークロックは、システムコントローラ３１３及びシステム３００の他のモジュールとインタフェースされ、これらの動作を相互に同期させることができる。様々な具体例において、例えば、ＳＡＡＷ処理デバイス３１０は、方法２００のプロセス２１０、２２０、２３０、２４０、及び／又は２５０を実施するように動作できる。様々な具体例において、例えば、音響プローブデバイス３２０は、ＳＡＡＷ処理デバイス３１０と共に方法２００のプロセス２２０及び／又は２３０を実施するように動作できる。
【００３９】
音響プローブデバイス３２０は、１つ以上のトランスデューサセグメントを含み、トランスデューサセグメントは、トランスデューサ素子のアレイを含むことができる。音響プローブデバイス３２０は、１つ以上のトランスデューサセグメントと通信する（例えば、トランスデューサ素子のアレイと通信する）プローブコントローラを含み、波形を送信するトランスデューサ素子のアレイの第１の下位集合を選択し、戻り波形を受信するトランスデューサ素子のアレイの第２の下位集合を選択する。幾つかの実施形態では、トランスデューサ素子の第１の下位集合は、生物学的対象（例えば、生体）内の目標体積に向けて波形を送信するように構成され、トランスデューサ素子の第２の下位集合は、目標体積の少なくとも一部から戻る戻り波形を受信するように構成され、波形は、戻り波形のそれぞれが識別可能であるように、所定の送信遅延パターンに従って送信される。
【００４０】
幾つかの例では、変換された音波は、音響波形バーストの形式で出射できる。例えば、例示的な（トランスデューサセグメントの）トランスデューサアレイの選択されたアレイ素子は、波形発生器３１１によって決定され、空間的に結合されて複合音響波形を形成する個々の直交波形に対応する２つ以上の個々の直交音響波形を発生（例えば、変換）できる。一例として、選択されたアレイ素子は、波形発生器３１１によって決定された合成波形に対応する１又は複数の合成音響波形を発生（例えば、変換）することができる。
【００４１】
幾つかの実施形態では、例えば、音響プローブデバイス３２０は、音響プローブが送信モード及び受信モードの両方で同じトランスデューサ素子を利用できるように構成された送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチを含む。例えば、送信モードでは、例示的な変換及び送信される時空間符号化された複合音響波形は、変換及び送信された音響波形が空間的に結合された音響波形を形成する標的、例えば、生物学的対象の組織に対するトランスデューサアレイの複数の位置から標的領域に向けて送信できる。送信された時空間符号化された複合音響波形は、例えば、送信された音響波形を部分的に透過し、部分的に反射する１つ以上の不均質な媒体を有する標的媒体内に伝搬させることができる。例えば、音響波形が送信された後、Ｔ／Ｒスイッチを受信モードに構成できる。標的から（少なくとも部分的に）反射される典型的な複合音響波形は、トランスデューサアレイによって受信され、例えば、時空間符号化された音響波形が返される。幾つかの例では、個々の直交波形（例えば、周波数チップ）に対応する戻り音響波形をアナログＲＦ波形に変換できる。幾つかの例では、選択されたトランスデューサ素子は、送信された合成波形に対応する戻り音響波形を受信し、これを合成アナログＲＦ波形に変換するように構成できる。
【００４２】
幾つかの具体例では、例えば、プローブデバイス３２０は、ビーム位相中心を有することができ、このビーム位相中心は、（１又は複数のトランスデューサセグメントの）トランスデューサアレイを空間的に移動させることによって、データサンプリング／超音波走査位置の１次元、２次元、及び／又は３次元において機械的に移動され、システム３００を使用する超音波撮像実施中に合成開口が生成される。これに加えて又はこれに代えて、幾つかの実施形態では、例えば、プローブデバイス３２０を固定したまま、例えば、システムコントローラ３１３からの制御信号に基づいて、データサンプリング／超音波走査位置として、トランスデューサ素子を連続的又はランダムに個別にアドレス指定することによって、（１又は複数のトランスデューサセグメントの）固定されたトランスデューサアレイに沿って、ビーム位相中心を１次元、２次元、及び／又は３次元で、電子的に移動さて、システム３００を使用する超音波撮像実施中に合成開口を生成してもよい。例えば、システム３００は、１次元、２次元、及び／又は３次元で、データサンプリング／超音波走査位置における位相中心を機械的及び電子的に移動させて、超音波撮像実施中に合成開口を生成できる。音響プローブデバイス３２０の１つ以上のトランスデューサセグメントの例示的な実施形態については、図１２及び図１３を参照して後述する。
【００４３】
ここに開示する技術、システム、及びデバイスは、ゼロ遅延空間符号化／復号技術からの代替的な解決策を提示する。ここに開示する技術は、複数の超音波トランスデューサ上のコヒーレント送信を時空間符号化し、同様の空間分解能及びコントラスト分解能を維持しながら、他の符号化開口方式に必要とされる数より少ない数の送信で部分的又は全合成送信開口撮像を達成するための技術を含む。
【００４４】
波形、振幅及び位相、及び／又は遅延について符号化され、対応する音響エコーが空間内の各点について復号される送信開口について検討する。ここに開示する技術を使用することにより、空間内の点に対応する各音響サンプルは、その波形、振幅及び位相、及び／又は遅延に対して一意的である送信機及び受信機の特定の組み合わせに関連付けられ、この結果、復号時に、全合成送信開口遅延和ビームフォーミング（synthetic transmit aperture delay-and-sum beamformation）が行われる。ここに開示する技術は、画像形成とは無関係に受信開口に亘って及び直交送信ベクトルに亘って全く同じ遅延でエコーサンプルの集合に亘って復号が行われる空間的アダマールベースの方式とは著しく異なる。
【００４５】
無限の送信帯域幅及び一組の点送信機について検討すると、一組の送信イベントは、非常に特定の状況においてのみ、空間内の単一の点に重なりうる。例えば、一組の送信イベントについて、これらの全てが空間の同じ点に同時に到着するように遅延され、例えば、ある点に幾何形状的にフォーカシングされるとする。エイリアシングを生じる周知の空間サンプリング条件を除いて、空間内の他のどの点にも、全ての送信が同時に到着することはない。焦点を除く空間内の他の全ての位置からのエコーは、１つ以上の送信と一致できるが、これらは、完全に重複することも建設的干渉を生じることもない。撮像は、焦点で増幅され、特定の受信機において、どの送信機がどのエコーサンプルに寄与するかに関して区別はない。
【００４６】
これとは対照的に、ここに開示する技術に基づいた具体例において、同一のインパルス及び点源送信状況では、一意的な遅延パターンを有する送信集合を生成でき、このため、送信機に関連する一意的な遅延集合に従って受信エコーが遅延されると、空間内の点目標から受信されたエコーが個々の送信機に一致する。標的から生成されるエコーは、音響インパルスの独立した点源とみなすことができ、それぞれが一意的な送信機遅延に従う一意的な遅延で受信機のアレイに到着する。空間内の全ての点は、等しく扱われ、したがって、目標空間全体の撮像を可能にし、送信機と受信機の特定の組み合わせのための送信遅延と往復時間の一意的な組み合わせに基づいて、どの送信機が特定の受信機におけるどのエコーサンプルに寄与するかを分離して区別でき、このため、全ての空間周波数が励起され、潜在的に復元可能である。
【００４７】
幾つかの実施形態では、送信は、ランダム時間遅延の集合に従って複数のトランスデューサ素子上で行われる。ここで、「ランダム」という用語は、本明細書では乱数とも呼ぶ、コンピュータが生成する擬似乱数の集合を指す。乱数は、以下に限定されるものではないが、一様、正規（ガウス）、コーシー、指数、及び／又はカイ二乗を含む確率分布に従って生成できる。乱数の集合は、統計的に独立でき、すなわち、集合は、統計的に相関していない。幾つかの乱数の集合は、他の集合より良好に機能する可能性があり、したがって、乱数の集合又は乱数によってシードされた集合を選択、操作、及び／又は最適化することによって、結果を向上させることができる。
【００４８】
有限時間帯域幅と有限空間帯域幅を組み合わせた送信遅延のランダムな性質のため、空間内の点と一致する送信と受信イベントの望ましくない重複によって、ランダムな送信遅延の単一の集合を検討する手法に問題が生じる。例えば、時間遅延の複数のランダム集合の多重送信を考慮すると、重複するエコーは、ランダムに発生し、したがって、エコーサンプルは、複数の集合に亘って相関されず、このため、遅延和ビームフォーマにおいてより容易に拒絶される。各集合は、先の集合から統計的に独立であるのため、送信数が無限大に近づくにつれて、ＳＮＲが単調に向上する。例えば、実用的な用途では、送信の数は、無限ではあり得ないが、ＳＮＲは、独立送信の数の平方根に応じて向上する。
【００４９】
ランダム時間遅延の集合は、例えば、０から２００の範囲の波長の実数等、遅延の範囲に亘る実数の一様なランダム分布から選択できる。遅延の範囲は、主に、送信中に生じる、送信から受信へのクロストークによって制限され、対応する最大許容スタンドオフ距離は、最大遅延によって決定され、例えば、先の具体例におけるように２００波長である。同じ範囲からランダムにサンプリングされた複数の遅延値の集合は、指定されたＰＲＦで順次起動する送信シーケンスを含む。遅延の範囲は、好ましくは、０から最大許容スタンドオフ距離まで及ぶ。
【００５０】
ここに開示する時空間符号化技術の具体例について、様々な符号化遅延を用いた結果例を含めて以下に説明する。例示的な具体例において、アレイ幾何形状は、必要なスタンドオフ距離、例えば、１Ｄ線形アレイ幾何形状に対する仰角における焦点距離の最適化に適合するように適切に最適化してもよい。
【００５１】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、１２８組の１２８個の遅延についての全合成送信開口及び遅延符号化合成送信開口を介して得られた例示的画像を示す図である。図５Ｂに示す画像と比較するために、図５Ａには、図１と同じ画像を示している。前述のように、図１は、比較のために５５．２ｄＢのダイナミックレンジで捕捉された全合成送信開口画像の一例を示している。
【００５２】
図５Ｂは、１２８組の１２８個の遅延に対する遅延符号化合成送信開口に対応する例示的画像を示している。また、図５Ｂに示す例示的遅延符号化合成送信開口画像も例示的ＣＩＲＳモデル０４４超音波ファントムであり、これは、Ｖｅｒａｓｏｎｉｃｓ社の超音波撮像システムに接続された、５ＭＨｚで動作するＰｈｉｌｉｐｓ／ＡＴＬ７−５線形アレイを使用して生成されたものである。この画像は、５４．０ｄＢのダイナミックレンジを示している。この画像は、０から３０波長に亘る１２８組のランダム遅延符号化ベクトルに対するコヒーレント加算の結果である。図５Ａ及び３つのワイヤ標的のそれぞれの上下のアーチファクトと比較して、頂部画像における頂部無エコー病変のコントラストがわずかに低下している。特に、例えば、等価な空間サンプリングのために、画像間には類似性がある。１８７．０ｄＢの絶対画像輝度レベルの上限範囲は、１４４．８ｄＢと比較して遥かに大きい。また、遅延符号化された画像では、ノイズ無し浸透深度（noise-free depth-of-penetration）が非常に向上し、したがって、図５Ａには示されていない深度８０ｍｍの無響標的（５０１の符号を付したボックス）が明らかになっている。
【００５３】
図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、１６組の１２８個の遅延のための全合成送信開口及び遅延符号化合成送信開口を介して得られた例示的画像を示している。図６Ｂと比較するために、図６Ａには、５５．２ｄＢのダイナミックレンジで捕捉された全合成送信開口画像（すなわち、図１と同じ画像）を再び示している。図６Ｂは、Ｖｅｒａｓｏｎｉｃｓ社の超音波撮像システムに接続された、５ＭＨｚで動作するＰｈｉｌｉｐｓ／ＡＴＬ７−５線形アレイを用いて生成された、例示的ＣＩＲＳモデル０４４超音波ファントムの遅延符号化合成送信開口画像を示している。図６Ｂの画像では、５２．０ｄＢのダイナミックレンジが表示されている。図６Ｂの画像は、（例えば、図５Ｂの１２８個の遅延集合と比較して）０から３０波長に亘る１６組のランダム遅延符号化ベクトルに対するコヒーレント加算の結果である。この画像に示すように、例えば、ランダム遅延パターンの最適化が行われておらず、空間情報の大部分が保存されているにもかかわらず、重複エコーのために全ての病変でコントラストが低下している。例えば、図６Ａと比較して、フレームレート速度が８倍であるにもかかわらず、深度８０ｍｍの無響標的（６０１の符号が付されたボックス）を示す遅延符号化画像については、依然としてノイズ無し浸透深度が大幅に向上している。
【００５４】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、０から１波長に亘る１２８組の遅延について、全合成送信開口及び遅延符号化合成送信開口を介して得られた例示的な画像を示している。図７Ａは、比較のために５５．２ｄＢのダイナミックレンジで捕捉された全合成送信開口画像（図１と同じ）を示している。図７Ｂは、Ｖｅｒａｓｏｎｉｃｓ社の超音波撮像システムに接続された、５ＭＨｚで動作するＰｈｉｌｉｐｓ／ＡＴＬ７−５線形アレイを使用して生成された、例示的ＣＩＲＳモデル０４４超音波ファントムの遅延符号化合成送信開口画像を示している。図７Ｂの画像は、５５．５ｄＢのダイナミックレンジを示している。図７Ｂの画像は、０から１波長に亘る１２８組のランダム遅延符号化ベクトルに対するコヒーレント加算の結果である。この画像に示すように、例えば、６０ｍｍ及び８０ｍｍの深度の無エコー病変におけるコントラストは、図５Ｂで使用される３０波長の符号化遅延と比べて低下している。したがって、図５Ｂにおける８０ｍｍの深度の無響標的５０１は、図７Ｂでは、明らかではない。
【００５５】
図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ、０から１波長に亘る１６組の遅延について、全合成送信開口及び遅延符号化合成送信開口を介して得られた例示的画像を示している。図８Ａは、比較のために５５．２ｄＢのダイナミックレンジで捕捉された全合成送信開口画像（図１と同じ）を示している。図８Ｂは、Ｖｅｒａｓｏｎｉｃｓ社の超音波撮像システムに接続された、５ＭＨｚで動作するＰｈｉｌｉｐｓ／ＡＴＬ７−５線形アレイを使用して生成された、例示的ＣＩＲＳモデル０４４超音波ファントムの遅延符号化合成送信開口画像を示している。図８Ｂの画像は、５２．５ｄＢのダイナミックレンジを示している。図８Ｂの画像は、０から１波長に亘る１６組のランダム遅延符号化ベクトルに対するコヒーレント加算の結果である。この画像に示すように、例えば、図６Ｂで使用される３０波長符号化遅延と比較して、ワイヤの周囲のアーチファクトが僅かに向上しているが、６０ｍｍ及び８０ｍｍでの２つの最も深い病変におけるコントラストが低下している。深さ方向に亘るストライピングアーチファクト（striping artifact）は、非最適な遅延選択からのわずかな破壊的干渉に起因する。また、例えば、図８Ａと比較して、フレームレート速度が８倍であるにもかかわらず、遅延符号化された画像については、依然としてノイズ無し浸透深度が大幅に向上している。
【００５６】
ここに開示する方法の幾つかの実施形態では、例えば、クロストークによって、結果として生じる画像に知覚可能なアーチファクトが生じないように、送信は、受信機から電気的かつ音響的に分離される。送信遅延は、空間的にも時間的にも任意である。例えば、ランダムに遅延された送信は、全ての素子に対して独立してランダムなパルス繰返し間隔で進行できる。更に、超音波撮像では、通常、パルス繰返し間隔が送信から受信までの往復時間以上であることを強制されるが、ここではその必要はない。更に、送信は、空間及び時間に亘って任意に分散させることができるため、幾つかの実施形態は、送信マルチプレクサと組み合わせた１組の送信機を使用して、送信素子を任意に高速に選択できる。送信機は、任意の波形を送信するように最適化してもよい。幾つかの実施形態では、受信機は、フリーランニングであってもよく、例えば、例えば、ビームフォーマハードウェアに連続的に方向付けされるエコーを連続的に記録してもよい。
【００５７】
ここに開示する方法の幾つかの実施形態では、例えば、送信と受信の両方に同じアレイを使用し、同時動作のために送信機と受信機を電気的に分離できない場合、受信機の全て又は下位集合上の回路は、送信クロストーク信号をブランクにし又は閾値未満に減衰させて、画像アーチファクトを知覚の閾値未満に減少させる。例えば、送信と同時に、ＰＩＮスイッチングダイオード又は同様の高速高帯域スイッチを用いて、１又は複数の受信機を個別にオフに切り替えることによって、送信信号が受信機回路を飽和させることを防止する。
【００５８】
ここに開示する方法の幾つかの実施形態では、受信機チャネルの全て又は下位集合のＡＤＣ出力は、デジタル信号化され、調整可能な遅延及び持続時間により、各送信と一致して現れる送信クロストーク信号をゼロにする（zero-out）。
【００５９】
ここに開示する方法の幾つかの実施形態では、ビームフォーミングに先立って、信号処理を用いて送信クロストーク信号を拒絶する。更に、拒絶された信号は、信号処理を使用して復元でき、例えば、１つ以上の独立した送信実現（transmit realizations）に亘って、１つ以上の送信機及び／又は受信機の組み合わせを範囲とする空間的（例えば、相互関係）及び／又は時間的に相関された信号（フィルタリング等）に基づいて、欠落したサンプルを推定するのに有用な補間又は任意の方法又はアルゴリズムを適用することによって、拒絶された信号を復元できる。
【００６０】
ここに開示する方法の幾つかの実施形態では、遅延和ビームフォーマにおいて、画像点への到着の重複時間をもたらす特定の送信機、受信機、及び／又は遅延の組み合わせに対応するエコーサンプルは、メモリに記憶され又はビームフォーマ内で算出された所定のパターンに基づいて、拒否され、省略され、又は重み付けされる。更に、拒絶された信号は、信号処理を使用して復元でき、例えば、補間を適用することによって又は１つ以上の独立した送信実現に亘って、１つ以上の送信機及び／又は受信機の組み合わせを範囲とする空間的及び／又は時間的に相関された信号に基づいて、欠落したサンプルを推定するのに有用な任意の方法によって、拒絶された信号を復元できる。
【００６１】
送信波形の振幅及び／又は位相の両方を考慮することによって、追加の空間符号化が可能になる。振幅符号化は、送信された波形の振幅を素子インデックス又は空間素子位置に対して変調することによって達成される。位相符号化は、送信された波形の位相を素子インデックス又は空間素子位置に対して変調することによって達成される。幾つかの実施形態では、振幅符号化及び位相符号化は、音響波形を時空間符号化する方法と同じプロセスで達成できる。例えば、［０．５  １．０  ０．０  ０．７５］によって与えられる４素子振幅符号化シーケンスは、［１  −１  １  −１］の４素子二値位相符号化シーケンスと組み合わされて、［０．５  −１．０  ０．０  −０．７５］の４素子振幅及び位相符号化シーケンス、すなわち、位相シーケンスと振幅シーケンスの素子毎の積が算出される。
【００６２】
上述したように、全ての空間周波数が同時に又は略同時に励起される場合、可能な最良の撮像速度及び解像度が達成され、運動の影響が緩和される。遅延符号化は、略同時の励起への経路であるが、この場合でも、より統計的に独立した遅延エコーサンプルが平均化されるにつれて平均化される望ましくない重複エコーからのノイズが導入される可能性がある。
【００６３】
送信波形の振幅及び位相は、送信毎に一意的な手法で変化させることができ、したがって、振幅及び位相によって全ての空間周波数を同時に符号化できるとともに、振幅及び位相は、有意なＳＮＲ利得で、正確に又は略正確に復号できる。例えば、４素子開口の場合、送信は、二相値シーケンス［１  −１  １  １］に対応する空間的振幅及び位相を有することができ、これは、［４  ０  ０  ０］の循環自己相関（circular autocorrelation）に対応し、正に、振幅４を有するクロネッカーデルタ関数である。同様に、８素子開口については、例えば［１．０００００  −０．９１５４６  ０．７５１８４  ０．９９８７７  ０．９１４７８  ０．２３４３０  −０．５０９５３  −０．３１７６０］として与えられる二相振幅変調シーケンスは、［４．６５３１  ４．３３１４ｅ−０９  −９．２１７７ｅ−１０  ６．１０８４ｅ−０９  １．６６５２ｅ−０８  ６．１０８４ｅ−０９  −９．２１７７ｅ−１０  ４．３３１４ｅ−０９］として与えられる循環自己相関を有し、これは、概ね、振幅４．６５３１を有するクロネッカーデルタ関数である。
【００６４】
幾つかの具体例では、任意の長さのシーケンスを数値的に最適化して、ラグゼロの循環自己相関（lag-zero circular autocorrelation）を最大化し、他の全てのラグを最小化できる。一例として、長さ１６のランダム振幅及び位相送信空間符号化ベクトルの数値的に最適化された１６の組を図９Ａに示しており、ここでは、各行が送信ベクトルである。図９Ｂは、離散フーリエ変換の対応する大きさを示している。各行の一番左は、ＤＣ値である。なお、スペクトルは、全ての符号化ベクトルに亘る全ての空間周波数について√８に略等しい。各送信ベクトルの復号特性は、送信ベクトルの循環自己相関を計算することによって評価される。図９Ｃは、空間符号化の循環自己相関を示している。スケールは、ｄＢで示され、最大値は、各符号化ベクトルについて約８に等しく、サイドローブは、０より大きい全てのラグについて−１７０ｄＢ未満であり、したがってクロネッカーデルタ関数への優れた近似である。各行ベクトルは、長さ１６のベクトル毎に最適化された８の線形利得を有するクロネッカーのデルタ関数への極めて優れた近似に圧縮される。なお、符号化行列のこの特定の例は、振幅及び位相反転の任意の制御を可能にする送信機を必要とし、これは、ここに開示する技術の範囲内である。
【００６５】
幾つかの具体例では、２次元行列に対して任意の長さのシーケンスを最適化して、例えば、２次元アレイ上で符号化された送信を達成してもよい。更に、３次元行列に対してシーケンスを最適化して、２つの空間次元プラス時間次元で符号化された送信を達成して、３次元符号化を達成してもよい。復号は、符号化ベクトル／行列との直接的な円形整合フィルタ畳み込みによって適用してもよく、離散フーリエ変換又は等価的に、計算上好ましい場合には、高速フーリエ変換を使用して、周波数領域で適用してもよい。
【００６６】
また、任意の長さのシーケンスは、主に光学的撮像に適用されるマスクパターンである均一冗長アレイ（uniformly redundant array：ＵＲＡ）と密接な関係を有する。ＵＲＡは、二値であり、これらは、一致するパターンと相関されると、同様のクロネッカーデルタ特性を共有する。ＵＲＡは、本質的に、より大きな開口を用いたピンホール様撮像分解能（pinhole-like imaging resolution）を可能にし、したがって、より多くの受光光とより高いＳＮＲを可能にする。ＵＲＡは、主に遠距離視野撮像に限定されるが、超音波撮像は、開口の近接場で行われることがよく知られている。
【００６７】
ここに開示する技術は、近接場撮像問題に対処するために、超音波撮像においてこれまで考慮されていなかった遠方場空間符号化ストラテジを利用するという独特の特徴を有する。遅延和ビームフォーマの遅延成分は、近接場のエコーを遠方場の等価物に変換するため、加算前の遅延エコーサンプルに空間復号を適用する。ここに開示する技術は、遅延和ビームフォーマのサンプル遅延ステップにおいて、加算に先立って復号を適用でき、すなわち、異なる遅延を有するエコーサンプルに復号が適用され、これは、同じ遅延を有するエコーサンプルに復号が適用される従来の空間符号化／復号に対するアダマール空間符合化とは、根本的に異なることを意味している。
【００６８】
幾つかの実施形態において、符号化ベクトルは、相補的でありうる。例えば、符号化ベクトルと復号ベクトルは、同一ではなくてもよいが、これらの円形相互相関は、クロネッカーデルタ関数をもたらす一方、これらの個々の循環自己相関は、クロネッカーデルタ関数ではない。これはまた、ベクトルスクランブリング、他のランダムベクトルとの畳み込み等、他の難読化技術の代替となるリバースエンジニアリングからの観測可能な符号化ベクトルの難読化を提供できる。
【００６９】
ここに開示する振幅及び位相及び遅延符号化ストラテジの具体例として、９個の点標的についての例示的シミュレーションにおいて、０から２２７．５波長に亘る１２８組のランダム遅延符号化ベクトルと組み合わされた１２８組の振幅及び位相符号化ベクトルについてテストした。シミュレートしたアレイは、５ＭＨｚで動作するＰｈｉｌｉｐｓ社のＬ７−４線形アレイを使用し、シミュレーションは、Ｖｅｒａｓｏｎｉｃｓ社の撮像システムソフトウェアシミュレータを用いて行った。
【００７０】
図１０及び図１１は、遅延符号化のみ（図１０）及び振幅及び位相符号化と組み合わせた遅延符号化（図１１）でビームフォーミングされた９点標的の例示的な画像を示す。図１０は、遅延符号化のみでビームフォーミングされた９個の点標的の画像であり、１００ｄＢのダイナミックレンジを表示している。なお、エコーによるアーチファクト（例えば、灰色のピクセルの散乱）は、横方向次元（符号８０１）及び深さ次元（符号８０３）において重複している。図１１は、遅延符号化と振幅位相符号化を組み合わせた９個の点目標ビームの画像であり、１００ｄＢのダイナミックレンジを表示している。例えば、図１１に示すように、アーチファクトは、横方向次元（符号８０５）において大幅に減少しており、深度次元（符号８０７）においても、例えば、振幅及び位相空間符号化に起因してアーチファクトが減少している。また、ここでは、１２３．２ｄＢ対１１７．９ｄＢのより大きな絶対画像振幅がある。幾つかの実施形態では、複合符号化も実施できる。
【００７１】
空間遅延符号化の上記の全ての実施形態において、振幅、位相、及び遅延符号化の組み合わせを利用して、データ取得の速度を改善し、画像アーチファクトを低減することができる。例えば、所与の視野について、符号化遅延を最適化して、画像全体に亘る重複エコーの平均発生を最小にしてもよい。更に、フレーム間及びフレーム内の後画像処理を高精度化することにより、ここに開示する実施形態に大きな変更を加えることなく、画質を大幅に改善できる。
【００７２】
ここに開示する方法及びシステムは、符号化された波形と完全に互換性があり、これらは、符号化された波形送信のチャネル分離及び波形ダイバーシチの側面から恩恵を受ける。
【００７３】
図１２は、ここに開示する技術を適用できる合成送信開口音響システムの一例のブロック図を示している。図１２に示すように、システムは、音響プローブデバイス９２０及びデータ処理ユニット又はコンピュータ９３０と電気通信する送受信電子モジュール９１０を含む。送受信電子回路モジュール９１０は、個々に生成された符号化波形に基づいて、１つ以上の複合波形（例えば、コヒーレント、スペクトル拡散、瞬時広帯域、符号化波形）を送受信するために、プローブデバイス９２０に転送される複数のチャネル上に個々の符号化波形を生成するように構成されている。プローブデバイス９２０は、各プローブトランスデューサセグメントと通信するプローブインタフェースユニットと通信するプローブコントローラユニットを含む。送信については、プローブコントローラは、プローブトランスデューサセグメント上のトランスデューサ素子によって変換され、複数の通信チャネルで搬送される生成された離散波形の波形情報を、送受信電子回路モジュール９１０から受信するように動作できる。プローブインタフェースは、選択されたトランスデューサ素子に波形信号をルーティングするための回路を含む。プローブデバイス９２０は、対象の身体構造と接触する特定の幾何形状を有する筐体の部分に配置された１つのトランスデューサセグメント又は複数のトランスデューサセグメントのアレイを含むことができる。幾つかの実施形態では、例えば、この部分は、平坦な形状を含むことができ、他の実施形態では、この部分は、湾曲した形状を含むことができる。
【００７４】
図１３は、プローブ９２０の１８０°の曲率に沿った複数の送信位置からの合成送信開口ビームを形成する複数のトランスデューサセグメント上のトランスデューササブアレイによって生成される例示的な複合超音波ビームの図を示している。この図に示すように、プローブ９２０は、１又は複数のトランスデューサセグメント上に１又は複数の実開口サブアレイＳｕｂ１、Ｓｕｂ２、…ＳｕｂＮを形成するために使用される複数のトランスデューサセグメントを含む。トランスデューサアレイを形成するトランスデューサ素子の一部又は全部は、複数のサブアレイ位相中心位置から標的に向けて個々の互いに直交する符号化音響波形の１又は複数の複合音響波形を（例えば、連続的、同時的、又はランダムに）送信して、超音波撮像のための合成送信開口を形成できる。幾つかの具体例では、トランスデューサセグメント上の異なるトランスデューサ素子を選択して、受信アレイを形成し、（個々の、互いに直交する、符号化された音響波形に基づいて形成される）送信音響波形に対応する戻り音響波形を受信でき、受信音響波形は、標的の少なくとも一部から、後方散乱され及び戻される（例えば、反射、屈折、回折、遅延、及び／又は減衰される）。一方、幾つかの具体例では、送信アレイを形成するトランスデューサ素子の一部又は全部は、送信された音響波形に対応する戻り音響波形を受信することもできる。これにより、受信された個々の音響波形は、送信された複合音響波形に対応する１つ以上の受信複合波形を形成する。
【００７５】
図１４は、任意のアレイ素子の集合上の符号化された送信の数式を示している。波形ｔｘｉ（ｔ）は、波形符号化関数ｗｆｉ（ｔ）、振幅及び位相符号化ベクトルαｉ、及び遅延符号化ベクトルτｅｉによって、ｉ番目のアレイ素子を駆動する。エコー波形γｘｉ（ｔ）は、ｊ番目のアレイ素子から受信される。アレイ素子の全て又は下位集合は、同じ送信イベント内でコヒーレントに駆動される。
【００７６】
図１５は、１６個のアレイ素子から伝搬速度ｃを有する媒体へのコヒーレント送信の例示的な図式を示している。ここに図示する波面は、それぞれ、開口に亘って一定の遅延を有する単一の素子から出射されている。各波面は、一意的な波形符号化及び／又は振幅及び位相符号化に対応させることができる。
【００７７】
図１６は、１６個のアレイ素子から伝搬速度ｃを有する媒体へのコヒーレント送信の例示的な図式を示している。ここに図示する波面は、開口に亘ってランダム遅延符号化された単一の素子からそれぞれ出射されている。また、各波面は、一意的な波形符号化及び／又は振幅及び位相符号化に対応してもよい。
【００７８】
図１７は、アレイ素子の任意の集合に対するビームフォーミング幾何形状を示す。
【００７９】
【数１】
2021500966.tif 000003
【００８０】
は、送信素子、受信素子、及び像点ｐの原点に対する３Ｄベクトル位置である。
【００８１】
ビームフォーマでは、ｉ番目の送信素子から像点まで及びｊ番目の受信素子までの往復距離を中速ｃで割った距離に基づいて、幾何的な合焦遅延が次のように算出される。
【００８２】
【数２】
2021500966.tif 000004
【００８３】
ここで、｜｜演算子は、囲まれたベクトルのユークリッド距離を示し、τｐ（ｉ，ｊ）は、送信素子ｉ及び受信素子ｊに対応する点ｐに対する合焦遅延である。式（２）は、遅延和ビームフォーマにおける遅延計算の要約である。
【００８４】
図１８は、それぞれが５ＭＨｚの中心周波数及び７０％の−６ｄＢの分数帯域幅を有し、それぞれが略理想的な線形自己相関特性、例えば、−６０ｄＢ未満の範囲ローブを有する１６個の独立した符号化波形の例示的な集合を示している。
【００８５】
図１９は、０．１９６マイクロ秒から２．５６マイクロ秒の範囲で、均一にランダムに分布した符号化遅延の例示的なシーケンスを示す。
【００８６】
図２０は、図１９に示す遅延符号化による図１８に示す１６個の符号化波形の例示的な集合を示している。
【００８７】
図２１は、略理想的な循環自己相関特性を有する１６個の振幅及び位相符号化値の例示的なシーケンスを示している。
【００８８】
図２２は、図２０に示すシーケンスの循環自己相関であり、２．０９ｅ−０８未満のゼロでないラグ値及びラグ０において８の線形利得を有するシーケンスの略理想的なクロネッカーデルタ特性を示している。
【００８９】
図２３は、図２１に示す振幅及び位相符号化による図２０に示す１６個の符号化波形の例示的な集合を示している。
【００９０】
図２４は、本技術に基づく復号方法２４００の具体例を示している。幾つかの具体例では、例えば、方法２４００は、方法２００のプロセス２４０で実施できる。方法２４００の様々な実施形態では、例えば、どの符号化ストラテジを利用するかに応じて、例示的な復号方法２４００は、以下の最大３個のステージを含むことができ、すなわち、（ｉ）符号化波形復号（例えば、符号化された波形の一意的な集合の復号であり、この波形は、レンジ圧縮及び直交性の特性を同時に満たす任意の波形、及び／又は周波数符号化された波形、及び／又は位相符号化された波形を含むことができる）、（ｉｉ）送信遅延パターン復号、及び（ｉｉｉ）送信振幅及び位相パターン復号の３個のステージを含むことができ、ここで、符号化波形復号ステージ、送信遅延パターン復号ステージ、及び／又は送信振幅及び位相パターン復号ステージは、例えば、方法２００のプロセス２１０において、それぞれの符号化技術のうちのいずれが用いられるかに基づいて選択される。
【００９１】
符号化された音響信号を受信した後、図２４の２４１０において、復号方法２４００は、第１の復号フェーズを含むことができ、この例では、符号化された波形を復号するプロセス２４２０を実行する。復号方法２４００は、第２の復号フェーズを含むことができ、この例では、送信遅延を復号するプロセス２４３０を実行する。復号方法２４００は、第３の復号フェーズを含むことができ、この例では、振幅及び位相を復号するプロセス２４４０を実行する。復号方法２４００は、ビームフォーミングプロセス２４５０を含むことができる。以下、例示的な復号方法の処理について説明する。
【００９２】
図２４に示す例示的な手順は、符号化された波形の復号、送信遅延の復号、及び振幅及び位相の復号を含む方法２４００の復号ステージの１つの順序を示しているが、この手順は、特定の復号順序、特定の復号方法、又は特定の復号アルゴリズムに限定されるものではない。
【００９３】
図２４に示す例示的な復号方法２４００では、第１ステージは、波形復号を含み、第ｊの受信エコーは、第ｉの送信波形の時間反転及び共役バージョンによってフィルタリングされ、その結果、以下のような部分的に復号された波形の集合が得られる。
【００９４】
【数３】
2021500966.tif 000005
【００９５】
ここで、＊演算子(operator)は、畳み込みを表し、星型の演算子は、共役を表し、上付き文字（ｄ１）は、第１の復号を表す。なお、素子ｉからの送信に起因して素子ｊで受信された波形は、ｒｘｉｊ（ｄ１）（ｔ）として表され、これにより、例えば、ｉ番目の送信に対応するｊ番目のエコー成分間には、分離の形態が存在する。ここで、ｒｘｉｊ（ｄ１）は、ｉ番目の行が送信インデックスｉに従って参照され、ｊ番目の列が受信インデックスｊに従って参照される２Ｄビームフォーマのサンプル行列である。
【００９６】
復号方法２４００の第２のステージは、遅延復号プロセスを含むことができる。波形復号ステージの出力は、図１４に示す符号化遅延τｅｉに加えて、式（２）の遅延計算に基づいて、図１７に示す幾何形状を用いた画像点ｐに対して以下のように遅延される。
【００９７】
【数４】
2021500966.tif 000006
【００９８】
上付き文字（ｄ２）は、第２の復号を表す。ここで、ｒｘｉｊ（ｄ２）は、ｉ番目の行が送信インデックスｉに従って参照され、ｊ番目の列が受信インデックスｊに従って参照される２Ｄビームフォーマのサンプル行列である。
【００９９】
復号方法２４００の第３ステージは、振幅及び位相復号を含むことができる。遅延復号ステージの出力は、振幅及び位相符号化ベクトルαｉの関数である関数ｆα（Ｘ）によって復号され、これにより、以下のような３回復号されたエコーの集合が得られる。
【０１００】
【数５】
2021500966.tif 000007
【０１０１】
可能な一実施形態では、ｆα（Ｘ）は、列ベクトルαｉ及びＸの各列との間の循環相関であり、Ｘは、２次元行列である。ここで、ｒｘｉｊ（ｄ３）は、ｉ番目の行が送信インデックスｉに従って参照され、ｊ番目の列が受信インデックスｊに従って参照される２Ｄビームフォーマのサンプル行列である。
【０１０２】
例示的な実施形態では、点ｐについてビームフォーミングされたサンプルは、以下のように、復号された送信機及び受信機の全ての組み合わせに亘る重み付け加算によって得られる。
【０１０３】
【数６】
2021500966.tif 000008
【０１０４】
ここで、重み付け又はアポダイゼーション関数ｗｐ（ｉ，ｊ）は、画像点ｐ、送信素子ｉ、及び受信素子ｊの関数である。ビームフォーミングされたサンプルｂｐは、他の手法、例えば、非線形及び／又は適応ビームフォーマを用いて、復号されたエコーサンプルを組み合わせることによって得ることができる。
【０１０５】
例示的な実施形態では、複数の独立した送信についてビームフォーミングされたサンプルｂｐを得ることができ、各送信は、符号化波形、符号化振幅及び位相、及び／又は符号化遅延の独立した集合を利用する。送信イベントのインデックスをｋとし、各送信に対するビームフォーミングされたサンプルをｂｐｋとすると、多重送信からのビームフォーミングされたサンプルは、多重送信を次のように加算することによって求めることができる。
【０１０６】
【数７】
2021500966.tif 000009
【０１０７】
ここで、
【０１０８】
【数８】
2021500966.tif 000010
【０１０９】
は、ｂｐの推定バージョンを示す。
【０１１０】
同様に、有限インパルス応答（finite impulse response：ＦＩＲ）及び／又は無限インパルス応答（infinite impulse response：ＩＩＲ）フィルタ及び／又は窓付きメジアンフィルタ等の非線形フィルタ及び／又はカルマンフィルタ等の統計的に最適なフィルタを使用して、ビームフォーミングサンプルシーケンスｂｐｋをフィルタリングすることもできる。
【０１１１】
上述の符号化及び復号方式は、暗黙的に１次元アレイについて説明しているが、単に適切なアレイ素子インデックス方式を適用することによって、任意の幾何形状に拡張できる。
【０１１２】
幾つかの具体例では、最適化を実行して、符号化及び復号プロセス全体を微調整できる。例えば、符号化波形、符号化振幅、及び／又は符号化遅延をオプティマイザによって数値的に変化させることによって、目的関数（objection function）の値を最小化してもよい。目的関数は、ＩＦＳＴＡとして表される全合成送信開口に基づく理想的なビームフォーミングされた画像に対して、ＩＥＳＴＡとして表される符号化された合成送信開口画像内の画像アーチファクトを最小にすることを求める。例えば、非線形最適化は、以下のように定義される。
【０１１３】
【数９】
2021500966.tif 000011
【０１１４】
ここで、総和は、全ての画像サンプルの２乗の大きさとなる。非線形オプティマイザは、固定された復号手順によって、例えば、上述した復号手順に従って、最良の符号化パラメータを解く。
【０１１５】
例示的な最適化は、αｉ、ｗｆｉ（ｔ）、及びτｅｉの一意的集合と、対応する画像ＩＥＳＴＡとに対して行ってもよい。
【０１１６】
例示的な最適化は、非線形機械学習アルゴリズムを使用して達成できる。例えば、機械学習アルゴリズムを使用して一組の符号化パラメータが学習され、これにより、全合成開口に基づくトレーニング画像集合と符号化合成開口画像集合との間の誤差が最小化される。
【０１１７】
例示的な最適化は、最適化又は機械学習ループ内の撮像システムを使用してオンラインで達成され、トレーニング画像集合及び出力画像集合の両方を生成できる。
【０１１８】
例示的な最適化は、人工的に加えられた波形符号化、振幅及び位相符号化、並びに遅延符号化を伴う全合成開口データ集合を使用してオフラインで達成できる。
【０１１９】
例
本技術に基づく幾つかの実施形態（例Ａ１）では、生物学的対象の身体構造にインタフェースするプローブデバイスは、トランスデューサ素子のアレイを含む１つ以上のトランスデューサセグメントと、トランスデューサ素子のアレイと通信し、波形を送信するトランスデューサ素子のアレイの第１の下位集合を選択し、及び戻り波形を受信するトランスデューサ素子のアレイの第２の下位集合を選択するプローブコントローラとを含み、トランスデューサ素子の第１の下位集合は、生物学的対象の目標体積に向けて波形を送信するように構成され、トランスデューサ素子の第２の下位集合は、目標体積の少なくとも一部から戻る戻り波形を受信するように構成され、波形は、所定の送信遅延パターンに従って送信される。プローブデバイスは、所定の（ｉ）波形の一意的な集合、（ｉｉ）送信遅延パターン、及び／又は（ｉｉｉ）送信振幅及び位相パターンを含む時空間符号化された波形を、目標体積に向けて送信するように動作可能であり、これにより、目標から戻り音響波形を受信した後、各送信トランスデューサ素子に対応する波形成分を処理して各受信トランスデューサ素子上の波形から分離することによって戻り波形が復号され、その結果、全合成送信開口取得を表す波形の集合が得られる。
【０１２０】
例Ａ２は、例Ａ１のプローブデバイスを含み、所定の送信遅延パターンは、ランダム時間遅延の集合を含む。
【０１２１】
例Ａ３は、例Ａ２のプローブデバイスを含み、ランダム時間遅延の集合は、０から、トランスデューサ素子のアレイの最大許容スタンドオフ距離までの範囲内のランダム値の均一な分布である。
【０１２２】
例Ａ４は、例Ａ１のプローブデバイスを含み、トランスデューサ素子の第１の下位集合は、トランスデューサ素子の第２の下位集合とは異なる。トランスデューサ素子の第１の下位集合は、トランスデューサ素子の第２の下位集合とは異なる。
【０１２３】
例Ａ５は、例Ａ１のプローブデバイスを含み、トランスデューサ素子の第１の下位集合は、トランスデューサ素子の第２の下位集合と同じである。
【０１２４】
例Ａ６は、例Ａ５のプローブデバイスを含み、トランスデューサ素子の第２の下位集合は、送信クロストーク信号を減衰させて画像アーチファクトを低減する。
【０１２５】
例Ａ７は、例Ａ１のプローブデバイスを含み、波形は、送信毎に異なる振幅を有する。
【０１２６】
例Ａ８は、例Ａ１のプローブデバイスを含み、波形は、送信毎に異なる位相を有する。
【０１２７】
例Ａ９は、例Ａ１のプローブデバイスを含み、送信毎に異なる波形が使用される。
【０１２８】
本技術に基づく幾つかの実施形態（例Ａ１０）では、信号送信方法は、第１のトランスデューサ素子によって、第１のトランスデューサ素子に関連付けられた時間遅延の後に、生物学的対象内の目標体積に向けて波形を送信することと、第２のトランスデューサ素子によって、第１のトランスデューサ素子と第２のトランスデューサ素子との間の往復時間の後に、目標体積の少なくとも一部から戻る戻り音響波形を受信することと、時間遅延及び往復時間に基づいて、戻り音響波形に寄与する第１のトランスデューサ素子を特定することと、第１のトランスデューサ素子の特定に基づいて、戻り波形を処理して、生物学的対象内の目標体積の画像を生成することと、を含む。
【０１２９】
例Ａ１１は、例Ａ１０の方法を含み、時間遅延は、ランダム時間遅延の集合から選択される。
【０１３０】
例Ａ１２は、例Ａ１１の方法を含み、ランダム時間遅延の集合は、０から、第１及び第２のトランスデューサ素子の最大許容スタンドオフ距離までの範囲内のランダム値の均一な分布である。
【０１３１】
例Ａ１３は、例Ａ１０の方法を含み、第１のトランスデューサ素子は、第２のトランスデューサ素子とは異なる。
【０１３２】
例Ａ１４は、例Ａ１０の方法を含み、第１のトランスデューサ素子は、第２のトランスデューサ素子と同じである。
【０１３３】
例Ａ１５は、例Ａ１４の方法を含み、第２のトランスデューサ素子は、送信クロストーク信号を減衰させて画像アーチファクトを低減する。
【０１３４】
例Ａ１６は、例Ａ１０の方法を含み、波形は、送信毎に異なる振幅を有する。
【０１３５】
例Ａ１７は、例Ａ１０の方法を含み、波形は、送信毎に異なる位相を有する。
【０１３６】
例Ａ１８は、例Ａ１０の方法を含み、送信毎に異なる波形が使用される。
【０１３７】
本技術に基づく幾つかの実施形態（例Ｂ１）では、合成開口音響撮像における音響波形の空間的及び時間的符号化のための方法は、（ｉ）符号化された波形の一意的な集合、（ｉｉ）目標体積に向けて送信される音響波形の時間遅延の送信遅延パターン、又は（ｉｉｉ）目標体積に向けて送信される音響波形の送信振幅及び位相パターンのうちの１つ以上を生成することを含む、目標体積に向けて送信するための時空間符号化された音響波形の集合を生成することと、音響プローブデバイスの１又は複数のトランスデューサセグメントのトランスデューサ素子のアレイ上に形成された空間サンプリング開口を使用して、時空間符号化された音響波形を目標体積に向けてコヒーレントに送信することであって、送信に使用される各トランスデューサ素子には、第１のインデックス番号１〜ｉが割り当てられ、ｉは、トランスデューサ素子の総数以下の数であることと、空間的にサンプリングされた開口上で戻り符号化音響波形を受信することであって、トランスデューサ素子には、第２のインデックス番号１〜ｊが割り当てられ、ｊは、トランスデューサ素子の総数以下の数であることと、戻り符号化音響波形を復号して目標体積の画像点の集合に対応するｊ番目の受信上のｉ番目の送信を分離することと、復号された戻り符号化音響波形を処理して、目標体積の画像点の集合の各画像点について、分離されたエコーサンプルをビームフォーミングすることとを含む。
【０１３８】
例Ｂ２は、例Ｂ１の方法を含み、更に、ビームフォーミングされた分離されたエコーサンプルに関連するデータを処理することによって目標体積の画像を形成することを含む。
【０１３９】
例Ｂ３は、例Ｂ１の方法を含み、送信される音響波形の送信遅延パターンにおける各時間遅延は、ランダム時間遅延の集合から選択される。
【０１４０】
例Ｂ４は、例Ｂ３の方法を含み、ランダム時間遅延の集合は、０から、２つ以上のトランスデューサ素子間の最大許容スタンドオフ距離までの範囲内のランダム値の均一な分布を含む。
【０１４１】
例Ｂ５は、例Ｂ１の方法を含み、音響波形の時間遅延の送信遅延パターンを生成することは、ランダムに遅延された送信時間を生成し、１つ以上のトランスデューサセグメントのためのアレイの全てのトランスデューサ素子上で独立して、ランダムなパルス繰返し間隔で音響波形の送信を可能にすることを含む。
【０１４２】
例Ｂ６は、例Ｂ１の方法を含み、音響波形の送信振幅及び位相パターンを生成することは、振幅を変調することと、トランスデューサ素子インデックス又はトランスデューサ素子の空間位置に関して送信される各音響波形の位相を変調することとを含む。
【０１４３】
例Ｂ７は、例Ｂ１の方法を含み、符号化された音響波形は、送信毎に異なる振幅を有する。
【０１４４】
例Ｂ８は、例Ｂ１の方法を含み、符号化された音響波形は、送信毎に異なる位相を有する。
【０１４５】
例Ｂ９は、例Ｂ１の方法を含み、符号化された波形の一意的な集合は、レンジ圧縮と直交性の特性を同時に満たす任意の波形を含む。
【０１４６】
本技術に基づく幾つかの実施形態（例Ｂ１０）では、生物学的対象の身体構造にインタフェースする音響プローブデバイスは、トランスデューサ素子のアレイを含む１つ以上のトランスデューサセグメントと、トランスデューサ素子のアレイと通信し、トランスデューサ素子のアレイの第１の下位集合を選択して音響波形を送信し、トランスデューサ素子のアレイの第２の下位集合を選択して戻り音響波形を受信し、トランスデューサ素子の第１の下位集合は、音響波形を生物学的対象内の目標体積に向けて送信するように構成され、トランスデューサ素子の第２の下位集合は、目標体積の少なくとも一部から戻る戻り音響波形を受信するように構成され、プローブデバイスは、送信波形を時空間符号化する所定の送信遅延パターンに従って音響波形を送信するように動作可能であり、戻り音響波形のそれぞれが別の音響波形から区別可能となるようにする。
【０１４７】
例Ｂ１１は、例Ｂ１０のデバイスを含み、所定の送信遅延パターンは、ランダム時間遅延の集合を含む。
【０１４８】
例Ｂ１２は、例Ｂ１１のデバイスを含み、ランダム時間遅延の集合は、０から、トランスデューサ素子のアレイの最大許容スタンドオフ距離までの範囲内のランダム値の均一な分布を含む。
【０１４９】
例Ｂ１３は、例Ｂ１０のデバイスを含み、トランスデューサ素子の第１の下位集合は、トランスデューサ素子の第２の下位集合とは異なる。
【０１５０】
例Ｂ１４は、例Ｂ１０のデバイスを含み、トランスデューサ素子の第１の下位集合は、トランスデューサ素子の第２の下位集合と同じである。
【０１５１】
例Ｂ１５は、例Ｂ１４のデバイスを含み、トランスデューサ素子の第２の下位集合は、送信クロストーク信号を減衰させて画像アーチファクトを低減する。
【０１５２】
例Ｂ１６は、例Ｂ１０のデバイスを含み、音響波形は、送信毎に異なる振幅を有する。
【０１５３】
例Ｂ１７は、例Ｂ１０のデバイスを含み、音響波形は、送信毎に異なる位相を有する。
【０１５４】
例Ｂ１８は、例Ｂ１０のデバイスを含み、各送信に異なる周波数符号化又は位相符号化波形を使用する。
【０１５５】
本技術に基づく幾つかの実施形態（例Ｂ１９）では、信号送信方法は、第１のトランスデューサ素子によって、第１のトランスデューサ素子に関連付けられた時間遅延の後に、生物学的対象内の目標体積に向けて音響波形を送信することと、第２のトランスデューサ素子によって、第１のトランスデューサ素子と第２のトランスデューサ素子との間の往復時間の後に、目標体積の少なくとも一部から戻る戻り音響波形を受信することと、時間遅延及び往復時間に基づいて、戻り音響波形に寄与する第１のトランスデューサ素子を特定することと、第１のトランスデューサ素子の特定に基づいて、戻り音響波形を処理して、生物学的対象内の目標体積の画像を生成することと、を含む。
【０１５６】
例Ｂ２０は、例Ｂ１９の方法を含み、時間遅延は、ランダム時間遅延の集合から選択される。
【０１５７】
例Ｂ２１は、例Ｂ２０の方法を含み、ランダム時間遅延の集合は、０から、第１及び第２のトランスデューサ素子の最大許容スタンドオフ距離までの範囲内のランダム値の均一な分布を含む。
【０１５８】
例Ｂ２２は、例Ｂ１９の方法を含み、第１のトランスデューサ素子は、第２のトランスデューサ素子とは異なる。
【０１５９】
例Ｂ２３は、例Ｂ１９の方法を含み、第１のトランスデューサ素子は、第２のトランスデューサ素子と同じである。
【０１６０】
例Ｂ２４は、例Ｂ２３の方法を含み、第２のトランスデューサ素子は、送信クロストーク信号を減衰させて画像アーチファクトを低減する。
【０１６１】
例Ｂ２５は、例Ｂ１９の方法を含み、音響波形は、送信毎に異なる振幅を有する。
【０１６２】
例Ｂ２６は、例Ｂ１９の方法を含み、音響波形は、送信毎に異なる位相を有する。
【０１６３】
例Ｂ２７は、例Ｂ１９の方法を含み、送信毎に異なる周波数符号化又は位相符号化波形を使用する。
【０１６４】
この説明において、「例示的」という語は、具体例、実例、又は説明の役割を果たすことを意味する。本明細書で「例示的」と記述される実施形態又は設計は、必ずしも他の実施形態又は設計よりも好ましい又は有利であると解釈されるべきではない。すなわち、例示的とは、具体的な手法で概念を提示することを意図している。
【０１６５】
本明細書は、図面と共に、例示的であると解釈され、例示的とは、単なる例を意味する。本明細書で冠詞（a, an , the）が付された単数形は、文脈による特段の指定がない限り、複数形も含むことを意図している。更に、「又は」の使用は、文脈が他の意味を明確に示さない限り、「及び／又は」を含むことを意図している。
【０１６６】
本明細書は、多くの詳細事項を含んでいるが、これらの詳細事項は、特許請求している又は特許請求することができる本発明の範囲を限定するものとは解釈されず、本発明の特定の実施形態の特定の特徴の記述として解釈される。本明細書において、別個の実施形態の文脈で開示した幾つかの特徴を組み合わせて、単一の実施形態として実現してもよい。逆に、単一の実施形態の文脈で開示した様々な特徴は、複数の実施形態に別個に具現化してもよく、適切な如何なる部分的組合せとして具現化してもよい。更に、以上では、幾つかの特徴を、ある組合せで機能するものと説明しているが、初期的には、そのように特許請求している場合であっても、特許請求された組合せからの１つ以上の特徴は、幾つかの場合、組合せから除外でき、特許請求された組合せは、部分的組合せ又は部分的な組合せの変形に変更してもよい。
【０１６７】
同様に、図面では、動作を特定の順序で示しているが、このような動作は、所望の結果を達成するために、図示した特定の順序又は順次的な順序で行う必要はなく、また、図示した全ての動作を行う必要もない。更に、上述した実施形態における様々なシステムのコンポーネントの分離は、全ての実施形態においてこのような分離が必要であることを意図してはいない。
【０１６８】
幾つかの具体例及び具体例のみを開示したが、この特許文献に記述し例示した内容に基づいて、他の具体例、拡張例及び変形例を想到することができる。
【図１】
2021500966.tif 000012
【図２Ａ】
2021500966.tif 000013
【図２Ｂ】
2021500966.tif 000014
【図３】
2021500966.tif 000015
【図４】
2021500966.tif 000016
【図５Ａ】
2021500966.tif 000017
【図５Ｂ】
2021500966.tif 000018
【図６Ａ】
2021500966.tif 000019
【図６Ｂ】
2021500966.tif 000020
【図７Ａ】
2021500966.tif 000021
【図７Ｂ】
2021500966.tif 000022
【図８Ａ】
2021500966.tif 000023
【図８Ｂ】
2021500966.tif 000024
【図９Ａ】
2021500966.tif 000025
【図９Ｂ】
2021500966.tif 000026
【図９Ｃ】
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【図１０】
2021500966.tif 000028
【図１１】
2021500966.tif 000029
【図１２】
2021500966.tif 000030
【図１３】
2021500966.tif 000031
【図１４】
2021500966.tif 000032
【図１５】
2021500966.tif 000033
【図１６】
2021500966.tif 000034
【図１７】
2021500966.tif 000035
【図１８】
2021500966.tif 000036
【図１９】
2021500966.tif 000037
【図２０】
2021500966.tif 000038
【図２１】
2021500966.tif 000039
【図２２】
2021500966.tif 000040
【図２３】
2021500966.tif 000041
【図２４】
2021500966.tif 000042
【国際調査報告】
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