(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブ収集からの信号（Ｓ）を処理するための方法（６００）であって、前記方法（６００）は、以下のステップ：
Ｌ個の放射区域（ＺＥ１、・・・、ＺＥＬ）内におけるＬ個の異なる連続的放射角度（θ１、・・・、θＬ）を有する超音波平面波のＬ個の連続的放射のための、Ｍ個の放射トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）のアレイの制御（６０２）と、
放射ごとに、特に、考慮されている前記放射の反射によるエコーを測定する、Ｎ個の測定時間信号を、所定の継続時間の間、同時に受信する（６０４）ための、Ｎ個の受信トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）のアレイの制御（６０２）と、
画像化区域の複数の所定の点の各点（Ｐ）において、受信された前記ＬｘＮ個の測定時間信号の少なくとも一部の処理の結果得られる値を計算することによる、前記画像化区域の再構成（６０６、６０８、６１０、６１２、６１４、６１６）と、
を含む、方法（６００）において、
前記画像化区域の前記再構成が、プロセッサ（１１４）によって、前記画像化区域の点（Ｐ）ごとに実行される、以下のステップ：
前記放射区域（ＺＥ１、・・・、ＺＥＬ）が、考慮されている前記点（Ｐ）を含む、前記Ｌ個の連続的放射のうちの、Ｌ’≦ＬであるＬ’個の放射の判定（６０８）と、
Ｌ’ｘＮ個の飛行時間の計算（６０８）であって、各飛行時間ｔｌ，ｎは、前記放射区域が、考慮されている前記点を含む、１≦ｌ≦Ｌ’であるｌ番目の平面波が、所定の伝播モードに従って、考慮されている前記点（Ｐ）を通過し、１≦ｎ≦Ｎであるｎ番目の受信トランスデューサによって受信されるのに要する時間である、計算（６０８）と、
判定された前記Ｌ’個の放射に対応する、受信された前記Ｌ’ｘＮ個の測定時間信号によって、計算された前記Ｌ’ｘＮ個の飛行時間においてそれぞれ取得されたＬ’ｘＮ個の瞬時値のコヒーレント合計（６１０、６１２）と、
を含むことを特徴とする、信号（Ｓ）を処理するための方法（６００）。
【請求項２】
前記放射トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）が、超音波平面波の前記連続的なＬ個の放射の各々のために定義された遅延規則（Ｔ１、・・・、ＴＬ）を用いて制御され、各遅延規則は、前記Ｌ個の異なる連続的放射角度（θ１、・・・、θＬ）のうちの所望の放射角度で超音波平面波を発生することを可能にする、請求項１に記載の超音波信号を処理するための方法（６００）。
【請求項３】
Ｍ＝Ｎであり、前記トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）が連続的に放射器および受信器になる、請求項１または２に記載の超音波信号を処理するための方法（６００）。
【請求項４】
前記Ｌ個の異なる連続的放射角度（θ１、・・・、θＬ）が、前記放射トランスデューサ・アレイ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）と垂直でない平均方向（θ（Ｌ＋１）／２）を中心として定義される、請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波信号を処理するための方法（６００）。
【請求項５】
放射ごとに、すなわち、放射角度ごとに、前記所定の伝播モードが、以下のモード：
放射された前記平面波が、あらゆる他の反射を伴うことなく、縦−横モード変換を伴って、前記画像化区域の各点（Ｐ）によって直接受信され、前記受信トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）へ直接返されることに従って、変換を伴う直接経路伝播モード、
放射された前記平面波が、あらゆる他の反射を伴うことなく、縦−横モード変換を伴うことなく、前記画像化区域の各点（Ｐ）によって直接受信され、前記受信トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）へ直接返されることに従って、変換を伴わない直接経路伝搬モード、
放射された前記波が、縦−横モード変換を伴って、前記放射トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）と前記画像化区域の各点（Ｐ）との間、または前記画像化区域の各点（Ｐ）と前記受信トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）との間のいずれかにおいて、前記画像化区域の所定の表面上で反射（Ｒ）を受けることに従って、変換を伴うコーナー・エコー伝播モード、
放射された前記波が、縦−横モード変換を伴うことなく、前記放射トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）と前記画像化区域の各点（Ｐ）との間、または前記画像化区域の各点（Ｐ）と前記受信トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）との間のいずれかにおいて、前記画像区域の所定の表面上の反射（Ｒ）を受けることに従って、変換を伴わないコーナー・エコー伝播モード、
放射された前記波が、縦−横モード変換を伴って、前記放射トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）と前記画像化区域の各点（Ｐ）との間において少なくとも１回、および前記画像化区域の各点（Ｐ）と前記受信トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）との間においてもう１回、前記画像化区域の少なくとも１つの所定の表面に衝突して少なくとも２回の反射（Ｒ）を受けることに従って、変換を伴う間接経路伝播モード、
放射された前記波が、縦−横モード変換を伴うことなく、前記放射トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）と前記画像化区域の各点（Ｐ）との間において少なくとも１回、および前記画像化区域の各点（Ｐ）と前記受信トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）との間においてもう１回、前記画像化区域の少なくとも１つの所定の表面に衝突して少なくとも２回の反射（Ｒ）を受けることに従って、変換を伴わない間接経路伝播モード、
のうちの１つから固有に選定される、
複数の所定の伝搬モードが、Ｌ個の連続的放射のためにそれぞれ選定される、
請求項１から４のいずれか一項に記載の超音波信号を処理するための方法（６００）。
【請求項６】
前記画像化区域が、前記Ｌ個の放射区域（ＺＥ１、・・・、ＺＥＬ）の和集合内に含まれ、その再構成が、以下の連続的ステップ：
前記画像化区域の各点の、０の値へのリセット（６０６）と、
１〜Ｌの範囲の添字ｌの任意の値について、前記画像化区域と前記ｌ番目の放射区域との交差部内に配置された点（Ｐ）ごとに：
前記Ｎ個の飛行時間ｔｌ，ｎの計算（６０８）と、
前記ｌ番目の放射に応じて受信された前記Ｎ個の測定時間信号によって、前記Ｎ個の計算された飛行時間においてそれぞれ取得された前記Ｎ個の瞬時値のコヒーレント合計（６１０）と、
考慮されている前記点の、前記値への前記コヒーレント合計の結果の加算（６１２）と、
前記画像化区域の各点において最終的に得られた前記値の絶対値の計算（６１６）と、を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波信号を処理するための方法（６００）。
【請求項７】
放射ごとに、超音波平面波を形成するための、前記Ｍ個の放射トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）によって放射される前記Ｍ個の超音波信号のアポディゼーションが、台形、ハミングまたはブラックマン−ハリス振幅規則などのアポディゼーション窓を用いて実行される、請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波信号を処理するための方法（６００）。
【請求項８】
前記画像化区域が、最大角度および最小角度の前記放射区域の端部（ＺＥ１、ＺＥＬ）によって区切られた扇形区域の形をとる、請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波信号を処理するための方法（６００）。
【請求項９】
通信ネットワークからダウンロード可能であり、かつ／もしくはコンピュータ可読媒体上に記録され、かつ／またはプロセッサ（１１４）によって走行させられることができるコンピュータ・プログラム（１１８）であって、それが、前記プログラムがコンピュータ（１１２）上で走行させられると、請求項１から８のいずれか一項に記載の超音波信号処理方法（６００）のステップを実行するための命令（１２０、１２４、１２６、１２８）を含むことを特徴とする、コンピュータ・プログラム（１１８）。
【請求項１０】
超音波プローブ・デバイス（１００）であって、
Ｍ個の超音波放射トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）およびＮ個の超音波受信トランスデューサ（１０８１、・・・、１０８Ｎ）を含むプローブ（１０４）と、  Ｌ個の放射区域（ＺＥ１、・・・、ＺＥＬ）内におけるＬ個の異なる連続的放射角度（θ１、・・・、θＬ）を有する超音波平面波のＬ個の連続的放射のために、Ｍ個の放射トランスデューサを制御するための手段（１１２）と、
放射ごとに、特に、考慮されている前記放射の反射によるエコーを測定する、Ｎ個の測定時間信号を、所定の期間の間、同時に受信するために、Ｎ個の受信トランスデューサを制御する手段（１１２）と、
画像化区域の複数の所定の点の各点（Ｐ）において、受信された前記ＬｘＮ個の測定時間信号の少なくとも一部の処理の結果得られる値を計算することによって、前記画像化区域を再構成するためのプロセッサ（１１４）と、
を含む超音波プローブ・デバイス（１００）において、前記プロセッサ（１１４）が、前記画像化区域の点（Ｐ）ごとに、以下の処理作業：
前記放射区域（ＺＥ１、・・・、ＺＥＬ）が、考慮されている前記点（Ｐ）を含む、前記Ｌ個の連続的放射のうちの、Ｌ’≦ＬであるＬ’個の放射の判定と、
Ｌ’ｘＮ個の飛行時間の計算であって、各飛行時間ｔｌ，ｎは、前記放射区域が、考慮されている前記点を含む、１≦ｌ≦Ｌ’であるｌ番目の平面波が、所定の伝播モードに従って、考慮されている前記点（Ｐ）を通過し、１≦ｎ≦Ｎであるｎ番目の受信トランスデューサによって受信されるのに要する時間である、計算と、
判定された前記Ｌ’個の放射に対応する、受信された前記Ｌ’ｘＮ個の測定時間信号によって、計算された前記Ｌ’ｘＮ個の飛行時間においてそれぞれ取得されたＬ’ｘＮ個の瞬時値のコヒーレント合計と、
を実行するようにさらに構成されることを特徴とする、超音波プローブ・デバイス（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波画像を生成するべく超音波プローブ収集からの信号を処理するための方法に関する。それはまた、対応するコンピュータ・プログラムおよび超音波プローブ・デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、特に、超音波信号の収集が、構造物内の欠陥を観察および検出することを可能にする、超音波による非破壊試験の技術分野に適用されるが、それはまた、特に、人間または動物の身体内の目的の区域を調査するための医療分野における、任意の種類の超音波検査画像化に適用されてもよい。
【０００３】
それは、より詳細には、以下のとおりの超音波信号を収集する処理方法に関する：
−  目的の区域へのＬ個の連続的超音波放射のための、Ｍ個の放射トランスデューサの制御と、
−  放射ごとに、特に、目的の区域内における考慮されている放射の反射によるエコーを測定する、Ｎ個の測定時間信号を、同時に、所定の継続時間の間、受信するための、Ｎ個の受信トランスデューサの制御と、
−  前記目的の区域の複数の所定の点の各点において、受信されたＬｘＮ個の測定時間信号の少なくとも一部の処理の結果得られる値を計算することによる、目的の区域の画像の再構成。
【０００４】
このような収集は一般的に、各トランスデューサが放射器および受信器のどちらにもなり、前記２つのモード間の切り替えは電子的に制御されることができる、多要素センサ・プローブ・デバイスを用いて実行される。センサは、探測対象物と接触して配置されるか、または距離をおいて配置されてもよいが、後者の場合には、それは、探測対象物内における超音波の伝達を確実にするために、液浸されなければならない。前記センサは、硬質要素または可撓性要素を有する、２Ｄまたは３Ｄ画像化のための、線形（１Ｄ）センサまたはマトリックス（２Ｄ）センサであってもよい。
【０００５】
現在のプロセッサの計算能力を考慮すると、受信された測定時間信号の処理による目的の区域の画像の再構成は、リアルタイム処理のために制御機器内においてオンボードで提供されてもよい。
【０００６】
実際には、および第１の群の収集技法によれば、ＦＭＣ（ｆｕｌｌ  ｍａｔｒｉｘ  ｃａｐｔｕｒｅ、フル・マトリックス・キャプチャ）収集として一般的に分類される、以前に定義された超音波収集は、最初の放射トランスデューサを励振することによって超音波を放射し、Ｎ個の受信トランスデューサのセットを用いて前記放射のエコーを受信し、その後、放射トランスデューサのセット内で、それらを連続的に励振するよう、電子的に切り替えることに依拠する。放射トランスデューサおよび受信トランスデューサは、２つの別個のセンサ上に配置されてもよいが、同じトランスデューサが放射機能および受信機能を実行する場合には、ＮｘＮ個の測定時間信号が得られる。
【０００７】
ＮＤＴ＆Ｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ３８（２００５年６月１５日にオンラインで入手可能）、７０１〜７１１ページにおいて発表された、「Ｐｏｓｔ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｆｕｌｌ  ｍａｔｒｉｘ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｔｒａｎｓｍｉｔ−ｒｅｃｅｉｖｅ  ａｒｒａｙ  ｄａｔａ  ｆｏｒ  ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ」と題する、Ｃ．Ｈｏｌｍｅｓ、他の論文では、得られたＮｘＮ個の測定時間信号は、「全点集束（ａｌｌ−ｐｏｉｎｔ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」型の合成集束（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）を作り出すように処理され、目的の区域の高分解能画像が得られることを可能にする。
【０００８】
より具体的には、この合成集束は、目的の区域の点ごとに、考慮されている点を通過する、各放射トランスデューサ（添字ｉ）と各受信トランスデューサ（添字ｊ）との間の移動時間に対応する飛行時間Ｔｉ，ｊ（点ごとにＮｘＮ個の飛行時間）を計算することに依拠する。合成集束は、目的の区域の点ごとに、時間ｔ＝Ｔｉ，ｊにおける、Ｋｉ，ｊ（ｔ）と表される、受信された測定時間信号から抽出された振幅を合計することによって実行される。したがって、画像の点Ｐにおける振幅Ａは次式のように書かれてもよい：
【数１】
0006342498.tif 000002
【０００９】
全点集束による再構築は、超音波調査の様々な既知のモード：関連付けられる飛行時間が以上において説明された、直接モード、ならびに飛行時間が、構造物の境界上における複数の反射、および縦偏波と横偏波との間のモードの変換を含む、他のより複雑なモード、に従って実行されてもよい。前記他のより複雑なモードの詳細な説明については、特に、Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，  ｖｏｌ．  ２９（２００９年）、８４７〜８５４ページにおいて発表された、「Ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｄｅｆｅｃｔｓ  ｉｎ  ｓｅｖｅｒａｌ  ｃｏｍｐｌｅｘ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ  ｂｙ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ−ｈｅｌｐｅｄ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ａｒｒａｙ  ｄａｔａ」と題する、Ａ．Ｆｉｄａｈｏｕｓｓｅｎ、他の論文を参照することができる。
【００１０】
しかし、測定信号上に電子ノイズ（収集システムに起因）または構造ノイズ（材料の性質に起因）が存在する状態では、全点集束による再構築は、古典的な超音波検査方法と比べて、より品質の低い画像を提供し得る。全点集束による画像化はまた、例えば、航空用複合材、ゴム複合材またはタイヤ複合材などを調査する場合のように、材料が減衰性である場合にも、著しく劣化を受け得る。この減衰は、超音波が伝播されるにつれて、材料内を伝達される超音波の振幅を減少させ、それにより、受信されるエコーの振幅は電子ノイズよりも低くなり得る。古典的な超音波検査方法の利点は、所与の点に焦点を合わせるために所定の遅延規則を適用することによって、トランスデューサの全てが同時に放射することである。逆に、次に合成集束による再構築を実行するために一般的に実施されるＦＭＣ収集方法では、各放射は、単一のトランスデューサによって実行されるが、これは、伝達されるエネルギー、および検査部分内における波の透過の深さを制限する。これは、結果として得られた画像上における信号対ノイズ比（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ、ＳＮＲ）の低下を生じさせ、これは、いかなる欠陥を検出し、特徴付けることをも困難にし得る。このＳＮＲの低下は、構造ノイズまたは電子ノイズが高いほど、大きくなる。
【００１１】
ＳＮＲを低下させるこの問題に対する部分的解決策が、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，  ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，  ｖｏｌ．４２，  Ｎｏ．３（１９９５年５月）、４２９〜４４２ページにおいて発表された、「Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｆｏｒ  ｓｍａｌｌ  ｓｃａｌｅ  ｓｙｓｔｅｍｓ」と題する、Ｍ．Ｋａｒａｍａｎ、他の論文において提供されている。
【００１２】
それは、放射ごとに、１つのトランスデューサではなく、複数の隣接するトランスデューサを用いることに依拠する。用いられる隣接する放射トランスデューサに遅延規則が適用され、それにより、それらが、センサから特定の距離をおいて配置された単一の仮想音源によって放射されるものに近い球面超音波を媒質内で伝達するようにする。仮想音源によってかように放射された超音波は、そのエネルギーは、前記音源を形成する放射トランスデューサの数の平方根に比例するため、より高強度になる。発生されるノイズが主として電子白色ノイズであると仮定すると、ＳＮＲは改善される。この原理は、構造ノイズを低減することも可能にするが、その程度はより小さい。
【００１３】
しかし、検査部分が信号上に大きな構造ノイズを発生させる場合には、合成全点集束によって最終的に得られる画像の品質の改善はより制限され、ＳＮＲの増加はより少なくなり、検出に対する効果は、期待されたほどは良くならない。この解決策は、上述された問題を一部補償するが、それを解消はしない。さらに、仮想音源を用いた放射は、部分の境界面（縁部、表面または底面）によって反射される幾何学エコー、あるいは対象物上における複数の反射、および対象物、または部分の境界面との各相互作用時における縦波と横波との間のモードの変換を含む複雑なエコーなどの、妨害エコーに本質的に起因する再構築アーチファクトによって示される問題を克服することを可能にしない。しかし、これらのアーチファクトは、欠陥の本当のエコーを隠すか、または誤認警報になり得る。さらに、この解決策は、収集のモードおよび再構築アルゴリズムを複雑にする。
【００１４】
上述された論文において開発されたとおりの画像再構築技法の別の大きな不利点は、必要とされる連続的超音波発射の数、および処理されるべき測定超音波信号の数である。したがって、この種の技法は、特に、プローブ・トランスデューサの数が多い場合には、リアルタイムの高速用途に適していない。
【００１５】
第２の群の収集技法によれば、上述された超音波収集原理に対する代替手段は、好適な遅延規則を用いて放射トランスデューサの全てを毎回同時に励振することによって、異なる放射角度を有する超音波平面波を連続的に放射し、Ｎ個の受信トランスデューサの全てを用いて前記連続的放射のエコーを受信することに依拠する。一般的に「平面波合成（ｐｌａｎｅ−ｗａｖｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ）」として分類されるこの代替手段は、例えば、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ  ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，  ｖｏｌ．５６，  Ｎｏ．３、４８９〜５０６ページ、２００９年３月において発表された、「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｐｌａｎｅ−ｗａｖｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｖｅｒｙ  ｈｉｇｈ  ｆｒａｍｅ  ｒａｔｅ  ｕｌｔｒａｓｏｎｏｇｒａｐｈｙ  ａｎｄ  ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ」と題する、Ｇ．Ｍｏｎｔａｌｄｏ、他の論文において説明されている。
【００１６】
本発明は、より具体的には、この代替手段、すなわち、以下のように超音波信号を収集する処理方法に関する：
−  Ｌ個の放射区域内におけるＬ個の異なる連続的放射角度を有するＬ個の連続的超音波平面波放射のための、Ｍ個の放射トランスデューサのアレイの制御、
−  放射ごとに、特に、考慮されている放射の反射によるエコーを測定する、Ｎ個の測定時間信号を、同時に、所定の継続時間の間、受信するための、Ｎ個の受信トランスデューサのアレイの制御、
−  前記画像化区域の複数の所定の点の各点において、受信されたＬｘＮ個の測定時間信号の少なくとも一部の処理の結果得られる値を計算することによる、画像化区域の再構成。
【００１７】
この第２の群の収集技法は、本質的に、医療分野において想定され、一部の高速超音波検査器において実装され、人間の身体の弾力性のマップが画像化されることを可能にしている。結果として得られる画像は高品質であり、Ｎ＝１２８の放射／受信トランスデューサのセンサの場合、第１の群の技法の場合の１２８回前後の発射と比べて、数十回の超音波発射（一般的に、Ｌは１０〜３０である）を必要とするのみである。加えて、結果としてもたらされるアルゴリズム、および関連付けられるアプリケーションは、コンピュータ・グラフィックス・カード内に実装されたＧＰＵプロセッサ（Ｇｒａｐｈｉｃ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、グラフィック処理ユニット）上における計算の並列化のために特に好適である。それゆえ、「平面波合成」技法を実施する超音波検査器の性能は、実際上、１０，０００画像／ｓに達し得る。この第２の群の収集技法の別の利点は、各発射が、放射トランスデューサの全てを用いることによって実行され、そのため、放射されるエネルギーは明らかにより高くなり、この方法を、減衰、電子ノイズまたは構造ノイズ現象に対してより低感度にするという事実にある。
【００１８】
この第２の群の収集技法によれば、上述されたＧ．Ｍｏｎｔａｌｄｏ、他の論文において教示されているように、画像を構築するための、受信されたＬｘＮ個の測定時間信号の処理は、「ビームフォーミング」または「動的深さ集束」（ｄｙｎａｍｉｃ  ｄｅｐｔｈ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ、ＤＤＦ）の周知の技法に従って、毎回、受信トランスデューサのごく一部のみに適用される受信遅延規則を適用することによって、線ごとに実行される（線は、放射トランスデューサ・アレイに対して垂直に延びる直線として定義される）。これは、センサの開口内でのみ画像を得ることを可能にし、前記開口は最初と最後のトランスデューサの間の距離によって定義される。したがって、得られる画像のサイズはそれに依存することになるため、用いられるセンサは多数のトランスデューサを有しなければならない。
【００１９】
概して、「平面波合成」技法は医療分野のために好適であり、その理由は、通常、関係する用途は、媒質は均質であると仮定し、センサの下方に中心を有する画像を作成することに依拠するためである。検査媒質の境界面の経路における屈折現象は、たとえ存在したとしても、わずかしかなく、すなわち、人間／動物の組織と、カップリング・ゲル（ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｇｅｌ）、または身体が局部水浸（ｌｏｃａｌ  ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）内に配置される場合には、水との間の音響コントラスト（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｃｏｎｔｒａｓｔ）はほとんど存在しない。また、画像化において考慮されるべき波は、縦波または圧縮波の１種類しかない。加えて、ほとんどの医療用途では、探測されるべき媒質は半無限であると仮定される。アルゴリズムが単純化されるため、この全てが超音波検査器のめざましい画像化速度を大部分説明する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、非破壊試験においては、これらの技法は満足な結果をもたらさない。実際に、この適用分野では、エコーは、縦波（文字Ｌによって特定されている）または横波（文字Ｔによって特定されている）から生じる可能性があり、部分の欠陥または境界面との相互作用の間における前記２つの波の種類の間のＬ−Ｔ変換をも含み得る。検査媒質は、例えば、大粒径鋼、溶接部または複合材料の場合には、不均質または異方性になり得る。加えて、検査媒質の境界面（すなわち、多くの場合、複雑な、例えば水／鋼の、境界面を形成し得る、部分の底面、表面および縁部）は、結果として生じる屈折および反射現象とともに考慮されることができなければならない。加えて、必ずしもセンサの下方に中心を有せず、センサの開口を越えて横方向に延在する画像を得ることがしばしば求められる。最後に、医療分野に対する最も大きな差異は、画像化されるべき実体の特徴に関係する。非破壊試験では、これらの特徴は、例えば、亀裂型の欠陥である。一般的に、それらは部分の境界面（一般的に、それは部分の表面または底面である）の付近に位置し、前記境界面に対して垂直方向に向いた、細長い対象物である。この種の欠陥の場合には、画像化を最適化するために部分の境界面上における反射を利用することが有利であるため、アプローチは医療分野のものと非常に異なる。現在の知識に基づけば、上述された「平面波合成」技法はこの種の欠陥の画像化のために好適ではない。
【００２１】
それゆえ、連続的平面波放射による信号の有利な収集からの恩恵を受けつつ、上述された問題および制約の少なくとも一部を克服することを可能にする超音波信号処理方法を提供することが望まれ得る。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
したがって、超音波プローブ収集からの信号を処理するための方法であって、以下のステップ：
−  Ｌ個の放射区域内におけるＬ個の異なる連続的放射角度を有する超音波平面波のＬ個の連続的放射のための、Ｍ個の放射トランスデューサのアレイの制御と、
−  放射ごとに、特に、考慮されている放射の反射によるエコーを測定する、Ｎ個の測定時間信号を、所定の継続時間の間、同時に受信するための、Ｎ個の受信トランスデューサのアレイの制御と、
−  前記画像化区域の複数の所定の点の各点において、受信されたＬｘＮ個の測定時間信号の少なくとも一部の処理の結果得られる値を計算することによる、画像化区域の再構成と、
を含む、方法において、
画像化区域の再構成が、プロセッサによって、画像化区域の点ごとに実行される、以下のステップ：
−  放射区域が、考慮されている点を含む、Ｌ個の連続的放射のうちの、Ｌ’≦ＬであるＬ’個の放射の判定と、
−  Ｌ’ｘＮ個の飛行時間の計算であって、各飛行時間ｔｌ，ｎは、放射区域が、考慮されている点を含む、１≦ｌ≦Ｌ’であるｌ番目の平面波が、所定の伝播モードに従って、考慮されている点を通過し、１≦ｎ≦Ｎであるｎ番目の受信トランスデューサによって受信されるのに要する時間である、計算と、
−  判定されたＬ’個の放射に対応する、受信されたＬ’ｘＮ個の測定時間信号によって、計算されたＬ’ｘＮ個の飛行時間においてそれぞれ取得されたＬ’ｘＮ個の瞬時値のコヒーレント合計と、
を含む、方法が提案される。
【００２３】
それゆえ、こうすることにより、提案されている本方法は、受信における「ビームフォーミング」を用いずに「平面波合成」収集を実行する。それはＦＭＣ収集の合成集束の原理を参照するが、そのまま「平面波合成」には適用されない。この原理は、反対に、所望される画像の合成全点集束に関連付けられる、空間分解能およびコントラストの点で、高い収集速度および画像品質を得るために、「平面波合成」技法の単純さの利点をどちらも活かすように巧妙に適合される。それはまた、この合成全点集束のおかげで、それを実施するセンサの開口を越えて延在し得る画像を得ることを可能にする。最後に、合成全点集束の利用は、上述された文献、Ａ．Ｆｉｄａｈｏｕｓｓｅｎ、他に教示されているように、調査される部分の境界面における波の反射を用いて、本方法を亀裂型欠陥の画像化に対応したものにする。
【００２４】
任意選択的に、放射トランスデューサは、超音波平面波の連続的なＬ個の放射の各々のために定義された遅延規則を用いて制御され、各遅延規則は、Ｌ個の異なる連続的放射角度のうちの所望の放射角度で超音波平面波を発生することを可能にする。
【００２５】
また、任意選択的に、Ｍ＝Ｎであり、トランスデューサは連続的に放射器および受信器になる。
【００２６】
また、任意選択的に、Ｌ個の異なる連続的放射角度は、放射トランスデューサ・アレイと垂直でない平均方向を中心として定義される。
【００２７】
また、任意選択的に、放射ごとに、すなわち、放射角度ごとに、所定の伝播モードは、以下のモード：
−  放射された平面波が、他の反射を全く伴うことなく、画像化区域の各点によって直接受信され、受信トランスデューサへ直接返されることに従って、縦−横モード変換を伴うか、または伴わない、直接経路伝播モード、
−  放射された波が、放射トランスデューサと画像化区域の各点との間、または画像化区域の各点と受信トランスデューサとの間のいずれかにおいて、画像化区域の所定の表面上で反射を受けることに従って、縦−横モード変換を伴うか、または伴わない、コーナー・エコー伝播モード、ならびに
−  放射された波が、放射トランスデューサと画像化区域の各点との間において少なくとも１回、および画像化区域の各点と受信トランスデューサとの間においてもう１回、画像化区域の少なくとも１つの所定の表面に衝突して少なくとも２回の反射を受けることに従って、縦−横モード変換を伴うか、または伴わない、間接経路伝播モード、
のうちの１つから選定される。
【００２８】
また、任意選択的に、画像化区域は、Ｌ個の放射区域の和集合内に含まれ、その再構成は、以下の連続的ステップ：
−  画像化区域の各点の、０の値へのリセットと、
−  １〜Ｌの範囲の添字ｌの任意の値について、画像化区域とｌ番目の放射区域との交差部内に配置された点ごとに：
●  Ｎ個の飛行時間ｔｌ，ｎの計算と、
●  ｌ番目の放射に応じて受信されたＮ個の測定時間信号によって、Ｎ個の計算された飛行時間においてそれぞれ取得されたＮ個の瞬時値のコヒーレント合計と、
●  考慮されている点の値への前記コヒーレント合計の結果の加算と、
−  画像化区域の各点において最終的に得られた値の絶対値の計算と、
を含む。
【００２９】
また、任意選択的に、放射ごとに、超音波平面波を形成するための、Ｍ個の放射トランスデューサによって放射されるＭ個の超音波信号のアポディゼーション（ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ）が、台形、ハミングまたはブラックマン−ハリス振幅規則などのアポディゼーション窓を用いて実行される。
【００３０】
また、任意選択的に、画像化区域は、最大角度および最小角度の放射区域の端部によって区切られた扇形区域の形をとる。
【００３１】
また、通信ネットワークからダウンロード可能であり、かつ／もしくはコンピュータ可読媒体上に記録され、かつ／またはプロセッサによって走行させられることができるコンピュータ・プログラムであって、前記プログラムがコンピュータ上で走行させられると、本発明に係る超音波信号処理方法のステップを実行するための命令を含む、コンピュータ・プログラムが提案される。
【００３２】
また、超音波プローブ・デバイスであって、
−  Ｍ個の超音波放射トランスデューサおよびＮ個の超音波受信トランスデューサを含むプローブと、
−  Ｌ個の放射区域内におけるＬ個の異なる連続的放射角度を有する超音波平面波のＬ個の連続的放射のために、Ｍ個の放射トランスデューサを制御するための手段と、
−  放射ごとに、特に、考慮されている放射の反射によるエコーを測定する、Ｎ個の測定時間信号を、所定の期間の間、同時に受信するために、Ｎ個の受信トランスデューサを制御するための手段と、
−  画像化区域の複数の所定の点の各点において、受信されたＬｘＮ個の測定時間信号の少なくとも一部の処理の結果得られる値を計算することによって、画像化区域を再構成するためのプロセッサと、
を含む超音波プローブ・デバイスにおいて、プロセッサが、画像化区域の点ごとに、以下の処理作業：
−  放射区域が、考慮されている点を含む、Ｌ個の連続的放射のうちの、Ｌ’≦ＬであるＬ’個の放射の判定と、
−  Ｌ’ｘＮ個の飛行時間の計算であって、各飛行時間ｔｌ，ｎは、放射区域が、考慮されている点を含む、１≦ｌ≦Ｌ’であるｌ番目の平面波が、所定の伝播モードに従って、考慮されている点を通過し、１≦ｎ≦Ｎであるｎ番目の受信トランスデューサによって受信されるのに要する時間である、計算と、
−  判定されたＬ’個の放射に対応する、受信されたＬ’ｘＮ個の測定時間信号によって、計算されたＬ’ｘＮ個の飛行時間においてそれぞれ取得されたＬ’ｘＮ個の瞬時値のコヒーレント合計と、
を実行するようにさらに構成される、超音波プローブ・デバイスが提案される。
【００３３】
本発明は、単なる例として提供される以下の説明を考慮し、添付の図面を参照することにより、理解することがより容易になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波プローブ・デバイスの全体構造を概略的に示す図である。
【図２】図１のデバイスによって実施される超音波平面波の連続的放射の原理を示す図である。
【図３】図１のデバイスによって、それが図２の原理を実施する際に、画像化区域の再構成において実行される飛行時間の計算を幾何学的に示す図である。
【図４】図１のデバイスによって、それが図２の原理を実施する際に、画像化区域の再構成において実行される飛行時間の計算を幾何学的に示す図である。
【図５】図１のデバイスによって、それが図２の原理を実施する際に、画像化区域の再構成において実行される飛行時間の計算を幾何学的に示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る、図１のデバイスによって実施される超音波信号の収集および処理のための方法の連続的ステップを示す図である。
【図７】図６の方法の第１の可能な適用を示す図である。
【図８】図６の方法の第２の可能な適用を示す図である。
【図９】図８の適用の異なる可能な結果を示す図である。
【図１０】図８の適用の異なる可能な結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る対象物１０２のプローブ・デバイス１００は、ハウジング１０６、すなわち、プローブ１０４に取り付けられた基準の役割を果たす変形不可能な構造要素、を有する超音波プローブ１０４を有し、その内部に、Ｎ個の固定または可動トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎのアレイが、例えば、直線状またはマトリックス状に配列されている。
【００３６】
対象物１０２は、例えば、非破壊試験によって調査されるべき機械部品であるか、または、医療状況では、非侵襲的に調査されるべき人間もしくは動物の身体部分である。図１の実施形態では、対象物１０２は水１１０などの液体内に液浸され、プローブ１０４は対象物１０２から距離をおいて保持され、そのため、水１１０がそれらを分離している。しかし、別の同等の実施形態では、プローブ１０４は対象物１０２と直接接していてもよい。
【００３７】
トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎは、図１における点線矢印によって指示され、図の主平面内にある、互いに平行な主方向に従って、一般参照符号Ｃの下で特定された制御信号に応じて、対象物１０２に向けて超音波を個々に放射するように設計されている。
【００３８】
トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎは、対象物１０２上またはその内部で反射された超音波のエコーを検出し、一般参照符号Ｓによって特定され、前記エコーに対応する測定信号を提供するようにさらに設計されている。それゆえ、図１の非限定例では、トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎは放射および受信の両方の機能を満足するが、同様に、放射器と異なる受信器が、本発明の原理との一貫性を維持しつつ、異なる独立したハウジング内に設けられてもよい。
【００３９】
プローブ・デバイス１００は、プローブ１０４のトランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎを制御し、測定信号Ｓを処理するための電子回路１１２をさらに有する。この電子回路１１２はプローブ１０４に接続され、それにより、そこへ制御信号Ｃを送信し、測定信号Ｓを受信する。電子回路１１２は、例えば、コンピュータのものである。それは、プローブ１０４へ制御信号Ｃを発し、プローブ１０４から測定信号Ｓを受信するように設計されたマイクロプロセッサなどの、中央処理装置１１４、および特に、コンピュータ・プログラム１１８が記憶される、メモリ１１６を有する。
【００４０】
コンピュータ・プログラム１１８はまず、トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎを制御するための信号Ｃを発生し、それらのエコーを受信するための命令１２０を有する。これらの命令は、より具体的には：
−  トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎを、対象物１０２のＬ個の放射区域内におけるＬ個の異なる連続的放射角度を有する超音波平面波のＬ個の連続的放射のための放射器として作動させ、
−  トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎを、各放射後に、特に、考慮されている各放射の反射によるエコーを測定する、Ｎ個の測定時間信号を、Ｎ個の受信器によって、所望の検査深さの、所定の継続時間の間、同時に受信するための受信器として作動させる、
ようにプログラムされている。
【００４１】
超音波平面波は、放射時に、トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎに、遅延規則ベース１２２内のメモリ１１６内に記録された遅延規則を適用することによって得られる。各遅延規則は、Ｌ個の異なる連続的放射角度のうちの所望の放射角度で超音波平面波を発生するために、放射においてトランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎに適用されるべき遅延を定義する。したがって、所望の連続的放射と同数の遅延規則が存在する。
【００４２】
受信時には、トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎによって受信されたＬｘＮ個の測定時間信号のセットＳが、プローブ１０４によって中央処理装置１１４へ返される。
【００４３】
コンピュータ・プログラム１１８は、前記信号を記録するための命令１２４をさらに含み、Ｋｌ，ｎ（ｔ）は、ｌ番目の超音波平面波放射に応じてトランスデューサ１０８ｎによって受信される測定時間信号を表す。
【００４４】
コンピュータ・プログラム１１８は、画像化区域の複数の所定の点の各点において、受信されたＬｘＮ個の測定時間信号の少なくとも一部の処理の結果得られる値を計算することによって、画像化区域を再構成するための命令１２６をさらに含む。より具体的には、画像化区域は、例えば、画素からなるデジタル画像であるものとして定義されるため、命令１２６は、前記画像の各画素において：
−  放射区域が、考慮されている画素を含む、Ｌ個の連続的放射のうちの、Ｌ’≦ＬであるＬ’個の放射を判定すること、
−  Ｌ’ｘＮ個の飛行時間を計算することであって、各飛行時間ｔｌ，ｎは、放射区域が、考慮されている画素を含む、１≦ｌ≦Ｌ’であるｌ番目の平面波が、所定の伝播モードに従って、考慮されている画素を通過し、１≦ｎ≦Ｎであるｎ番目の受信トランスデューサによって受信されるのに要する時間である、計算すること、
−  判定されたＬ’個の放射に対応する、受信されたＬ’ｘＮ個の測定時間信号によって、計算されたＬ’ｘＮ個の飛行時間においてそれぞれ取得されたＬ’ｘＮ個の瞬時値をコヒーレントに合計すること、および
−  値Ｌ’によって任意選択的に重みづけされた、得られた値の絶対値を計算すること、
のために定義される。
【００４５】
最後に、コンピュータ・プログラム１１８は、得られたデジタル画像を、図示されていない、表示デバイス上に表示するための命令１２８を含む。
【００４６】
図２に示されるように、連続的放射の数Ｌが奇数であり、放射角度が、トランスデューサ・アレイ１０８１、・・・、１０８Ｎと直交する方向ｚに対して対称的な角度セクタ内で一定の間隔でたどられる場合には、最初の平面波放射は、プローブ１０４の開口の外側に部分的に配置された第１の放射区域ＺＥ１内における、方向ｚに対して放射角度θ１を有する平面波の放射を可能にする、トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎによって放射されるパルスに関わる遅延規則Ｔ１に関連付けられる。（Ｌ＋１）／２番目の平面波放射は、プローブ１０４の開口を覆う、（Ｌ＋１）／２番目の放射区域ＺＥ（Ｌ＋１）／２内における、方向ｚに対して０の放射角度を有する平面波の放射のための均一な遅延規則Ｔ（Ｌ＋１）／２に関連付けられる。最後に、最後の平面波放射は、プローブ１０４の開口の外側に部分的に配置された最後の放射区域ＺＥＬ内における、方向ｚに対して放射角度θＬ＝−θ１を有する平面波の放射を可能にする遅延規則ＴＬに関連付けられる。一般的には、ｌ番目の平面波放射は、方向ｚに対して放射角度θｌ＝θ１＋（ｌ−１）．（θＬ−θ１）／（Ｌ−１）を有する平面波の放射を可能にする遅延規則Ｔｌに関連付けられる。
【００４７】
縁部効果による歪みのない、より高品質の超音波平面波を形成するべく、画像化区域を再構築するために用いられる測定信号の品質を改善するために、トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎによって放射される超音波信号のアポディゼーションを適用することも可能である。このようなアポディゼーションは、各放射時に、台形、ハミングまたはブラックマン−ハリス振幅規則などのアポディゼーション窓を用いて、トランスデューサの全てに対して空間的に実行される。それは、連続的放射区域のより良好な定義を提供する効果を有する。
【００４８】
用いられる収集技法を考慮すると、画像化されるべき区域は、Ｌ個の連続的放射区域の和集合内に包含されていなければならない。その結果、前記区域は、図２に見られることができるように、プローブ１０４の開口を越えて延在してもよい。特に、画像化区域は、最大角度および最小角度の放射区域の端部によって区切られた扇形区域の形をとってもよい。それゆえ、Ｓ走査画像が得られてもよい。
【００４９】
本発明の２Ｄ適用を示す図３を参照すると、放射角度θｌのｌ番目の超音波平面波放射について、画像化されるべき区域の平面に関連付けられ、軸（Ｏ，ｘ）がトランスデューサ・アレイ１０８１、・・・、１０８Ｎの軸となる基準系（Ｏ，ｘ，ｚ）内における座標（ｘ，ｚ）の点Ｐに対し、かつ座標が、同じ基準系（Ｏ，ｘ，ｚ）内において（ｘｎ，０）であるトランスデューサ１０８ｎに対する、直接経路飛行時間ｔｌ，ｎ（Ｐ）は、次式のように分解される：
【数２】
0006342498.tif 000003
ここで、
【数３】
0006342498.tif 000004
は、平面波の放射の平面（Ｏ，ｘ’）と点Ｐとの間の放射飛行時間であり、
【数４】
0006342498.tif 000005
は、点Ｐとトランスデューサ１０８ｎとの間の受信飛行時間である。
【００５０】
幾何学的計算によって、放射飛行時間は次式のように表される：
【数５】
0006342498.tif 000006
ここで、ｃは、考慮されている媒質内における平面波の伝播速度である（媒質の変化はないと仮定しており、これは接触非破壊試験の場合において検証されている）。点Ｐについての前記放射飛行時間はトランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎに依存せず、放射角度θｌにのみ依存することが留意される。
【００５１】
同様に幾何学的計算によって、受信飛行時間は次式のように表される：
【数６】
0006342498.tif 000007
ここで、点Ｐについての前記受信飛行時間はトランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎにのみ依存し、放射角度θｌに依存しないことが留意される。
【００５２】
したがって、総飛行時間は次式のように表される：
【数７】
0006342498.tif 000008
【００５３】
点Ｐにおいて画像化される区域に寄与すると判定されたＬ’個の放射に対応する、受信されたＬ’ｘＮ個の測定時間信号によって、以上において計算されたとおりのＬ’ｘＮ個の飛行時間においてそれぞれ取得されたＬ’ｘＮ個の瞬時値をコヒーレントに合計するために、実際には、時間の再校正のために、各放射に固有の定数
【数８】
0006342498.tif 000009
【００５４】
を適用することも適当であり、その値は次式のように表される：
【数９】
0006342498.tif 000010
ここで、ｚ’ｌ，ｎは、トランスデューサ１０８ｎと、軸（Ｏ，ｘ）からθｌに等しい角度だけ仮想的に角度的に変位されたトランスデューサ・アレイ（Ｏ，ｘ’）の軸との間の距離を表す。この距離は以下の式に従って計算されてもよい：
【数１０】
0006342498.tif 000011
【００５５】
以上の計算、および特に、値ｍｉｎｎ［ｘｎ．ｓｉｎ（θｌ）］は、たとえ、角度θｌが負であっても、遅延規則において適用される遅延は常に正のままであることを確実にする。さらに、平面表面を有する検査部分の場合には、各放射に固有の定数
【数１１】
0006342498.tif 000012
は、ｌ番目の放射に適用される遅延規則の平均遅延に対応するか、または、等価に、最大遅延の半分に対応する。
【００５６】
その結果、点Ｐにおいて画像化される区域に寄与するＬ’ｘＮ個の測定時間信号を関与させる、以上において定義されたコヒーレント合計の絶対値は、次式のように表されてもよい：
【数１２】
0006342498.tif 000013
【００５７】
実際には、画像包絡線を得るために、合計されるのは、代わりに、特に、信号Ｋｌ，ｎ（ｔ）のヒルベルト変換Ｈｌ，ｎ（ｔ）を用いた、解析信号である。このとき、以上の計算は、より具体的には、次式になる：
【数１３】
0006342498.tif 000014
【００５８】
全点集束に近い前記計算によれば、遅延規則は受信時に適用されないことが留意される。
【００５９】
各点における飛行時間計算に基づくこのような技法によって、画像化されるべき区域を再構成する利点は、超音波の異なる構成および伝播モードを考慮することが可能になることである。それゆえ、例えば、以前の計算では、単純性のために、超音波の伝播モードは直接モードであり、伝播媒質を変えず（プローブは、検査されるべき対象物と接触している）、かつ放射された波の偏波変換を伴わない、すなわち、放射された各平面波は画像化区域の各点によって直接受信され、他の反射を伴わずにトランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎへ直接返されると見なされた。
【００６０】
しかし、他の仮説が立てられてもよく、このときには、飛行時間の計算を適合させれば十分になるであろう：
−  考慮されている対象物の調査は、接触のない液浸を用いて実行され、大なり小なり複雑な対象物表面を有し得ること、
−  超音波の伝播モードは、特に、亀裂型欠陥の付近において、特定の平面波の入射に応じて、コーナー・エコー・モードになり得ること：この場合には、放射された平面波は、トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎと画像化区域の各点との間、または画像化区域の各点とトランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎとの間のいずれかにおいて、画像化区域の所定の表面、例えば、対象物の底面に衝突して反射を受ける、
−  超音波の伝播モードは、特に、同様に亀裂型欠陥の付近において、特定の平面波の入射に応じて、間接経路モードになり得ること：この場合には、放射された平面波は、トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎと画像化区域の各点との間において少なくとも１回、および画像化区域の各点とトランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎとの間においてもう１回、画像化区域の少なくとも１つの所定の表面、例えば、対象物の底面に衝突して少なくとも２回の反射を受ける、
−  伝播モードに関わりなく、超音波の縦偏波または横偏波は反射時に変化し得ること：横波は縦波になり得、その逆もあり得、前記変換は伝播速度に影響を与えること。
【００６１】
以上の仮説は組み合わせられる場合もある。
【００６２】
一例として、図４は、接触のない液浸を用いた調査を示し、これに応じて、伝播は、直接モードで、第１の媒質、例えば、水の内部において、速度ｃ１で、その後、第２の媒質、例えば、検査される対象物の材料（鋼、・・・）内において、速度ｃ２で行われる。２つの媒質は、この特定の場合には、トランスデューサ・アレイ１０８１、・・・、１０８Ｎの軸（Ｏ，ｘ）から距離Ｈをおいて配置された対象物の平面表面によって区切られている。
【００６３】
図３の表記を用い、かつ図４のものを追加し、対象物の平面表面の衝突点
【数１４】
0006342498.tif 000015
および
【数１５】
0006342498.tif 000016
の計算が、総飛行時間ｔｌ，ｎ（Ｐ）を計算するために考慮に入れられなければならない。
【００６４】
対象物の平面表面の上方の第１の媒質内に入射角度αｌで平面波を放射することによって、スネル−デカルトの法則によって対象物の表面下の第２の媒質内への平面波の入射角度θｌを推定することが可能であり、次式のように書かれる：
【数１６】
0006342498.tif 000017
【００６５】
次に、検査される対象物内の集束点Ｐの座標ｘおよびｚが分かっていると、放射経路に関連付けられる表面上の衝突点の横座標
【数１７】
0006342498.tif 000018
が推定される：
【数１８】
0006342498.tif 000019
【００６６】
このとき、点Ｐへの放射飛行時間は次式のように書かれる：
【数１９】
0006342498.tif 000020
【００６７】
上記のように、点Ｐについての前記放射飛行時間はトランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎに依存せず、放射角度θｌにのみ依存することが留意される。
【００６８】
受信においては、同様に：
【数２０】
0006342498.tif 000021
ここで、受信における衝突点の横座標
【数２１】
0006342498.tif 000022
は、点Ｐと受信器１０８ｎとの間の復路が最短経路に対応しなければならないフェルマーの原理に基づいて判定される。平面部分の場合には、この原理は、関数の０の探索を必要とする。このような０の探索を解くために一般的に用いられる方法は多種多様あり、ニュートン・ラフソン（Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ）法、フェラーリ（Ｆｅｒｒａｒｉ）法、ラゲール（Ｌａｇｕｅｒｒｅ）法、勾配降下（ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｄｅｓｃｅｎｔ）法などがある。ニュートン・ラフソン法および勾配降下法は、複雑な表面幾何形状に対しても依然として有効であるため、より都合が良い。特に、より短い経路の探索および衝突点の計算に関する従来技術文献は数多くある。したがって、これらの方法は言及されない。
【００６９】
上記のように、点Ｐについての受信飛行時間はトランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎにのみ依存し、入射角度θｌに依存しないことが証明される。
【００７０】
追加の例として、図５は、接触のない液浸を用いた調査を示し、これに応じて、伝播は、コーナー・エコー・モードで、第１の媒質、例えば、水の内部において、速度ｃ１で、その後、第２の媒質、例えば、検査される対象物の材料（鋼など）内において行われる。第２の媒質内において、伝播は、縦波については速度ｃ２で、横波については速度ｃ３で行われる。２つの媒質は、この特定の場合には、トランスデューサ・アレイ１０８１、・・・、１０８Ｎの軸（Ｏ，ｘ）から距離Ｈｉをおいて配置された対象物の平面表面によって区切られている。対象物はまた、軸（Ｏ，ｘ）から距離Ｈｒにおいて、平面底面を有し、平面入射波はそれに衝突してコーナー・エコー伝播原理に従って反射される。点Ｐにおける入射経路のみが示されているが、復路は以前の例のものと同様である。
【００７１】
それゆえ、ｌ番目の平面波放射の入射経路は３つの部分に分解される：
−  方向（Ｏ，ｚ）に対して角度αｌに従って方向づけられた、軸（Ｏ，ｘ）上の座標（ｘ１、ｚ１）のその理論上の放射点Ｅと、２つの媒質の境界面における座標（ｘｉ，ｚｉ＝Ｈｉ）の衝突点Ｉｐとの間の第１の部分Ｔａ、
−  方向（Ｏ，ｚ）に対して角度θｌに従って方向づけられた、衝突点Ｉｐと、対象物の底面における座標（ｘｒ，ｚｒ＝Ｈｒ）の反射点Ｒとの間の第２の部分Ｔｂ、および
−  方向（Ｏ，ｚ）に対して角度γｌに従って方向づけられた、反射点Ｒと、（ｘ２，ｚ２）と表された座標の点Ｐとの間の第３の部分Ｔｃ。
【００７２】
また、波は、経路ＴａおよびＴｂ上では縦波であり、その後、経路Ｔｃ上では、横波であり、対象物の底面との衝突による反射時に偏波変換が生じると仮定される。
【００７３】
スネル−デカルトの法則に従い、点Ｉｐにおいては屈折原理が検証されなければならず、点Ｒにおいては反射原理が検証されなければならない。これは以下の方程式系を生じさせる：
【数２２】
0006342498.tif 000023
【００７４】
問題をデカルト座標内で設定するために、サインは、点Ｅ、Ｉｐ、ＲおよびＰの座標の関数として表される：
【数２３】
0006342498.tif 000024
【００７５】
このとき、上記の方程式系は以下のように表されてもよい：
【数２４】
0006342498.tif 000025
【００７６】
２つの未知数ｘｉおよびｘｒを有するこの２つの非線形方程式の系は、古典的に、ニュートン・ラフソン法を用いて解かれる。それは、点ＩｐおよびＲを判定し、その後、放射飛行時間
【数２５】
0006342498.tif 000026
を推定することを可能にする。
【００７７】
図６を参照して、これより、図１のデバイス１００によって実施される超音波信号収集および処理方法６００の一例が、本発明の好ましい実施形態に基づいて説明される。
【００７８】
ステップ６０２において、命令１２０を実行する処理ユニット１１４は、測定信号Ｋｌ，ｎ（ｔ）の収集のためにトランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎの放射および受信の配列を順序付ける。
【００７９】
これらの配列はＬ個あり、Ｌは、トランスデューサ１０８１、・・・、１０８Ｎの数Ｎよりもはるかに小さくなり得る整数である。各発射の後に、信号は、Ｎ個のトランスデューサのセット上で受信され、デジタル化され、電子回路１１２へ送信される。
【００８０】
ステップ６０４において、命令１２４を実行する処理ユニット１１４は、測定信号Ｋｌ，ｎ（ｔ）を記録し、前記信号は、それらのその後の処理を促進するためにデジタル化される。ステップ６０２および６０４は同時に実行されてもよく、すなわち、測定信号を記録し、画像を再構成することを開始するために、発射の全てが実行されるのを待つ必要はない。
【００８１】
次のステップ６０６において、命令１２６を実行する処理ユニット１１４は、Ｌ個の放射区域の和集合内で選定された、画像化されるべき区域の各画素を０の値にリセットする。さらに、１からＬまで変化するように意図された添字ｌは１へリセットされる。このステップは、ステップ６０２および６０４とは独立に、それらの前、最中、または後に実行されてもよい。
【００８２】
次のステップ６０８において、ｌ番目の放射区域内に配置された、画像化されるべき区域の画素ごとに、例えば、以上において提示された計算のうちの１つに従って、放射角度θｌのために固有に選定された伝播モードに従ってＮ個の飛行時間ｔｌ，ｎ、１≦ｎ≦Ｎ、が計算される。したがって、偏波変換を伴うか、または伴わない複数の伝播モードが、Ｌ個の連続的放射のためにそれぞれ選定され得ることが見てとれる。したがって、本発明は、画像化されるべき単一の区域内で複数の超音波再構築モードを融合させることを可能にする。
【００８３】
ステップ６１０において、ｌ番目の放射区域内に配置された、画像化されるべき区域の画素ごとに、ｌ番目の放射に応じて受信されたＮ個の測定時間信号によって、以上において計算されたＮ個の飛行時間においてそれぞれ取得されたＮ個の瞬時値が、以下のコヒーレント合計演算に従って合計される：
【数２６】
0006342498.tif 000027
ここで、Ａｌ（Ｐ）は、ｌ番目の放射についての画素Ｐの振幅である。
【００８４】
ステップ６１２において、ｌ番目の放射区域内に配置された、画像化されるべき区域の画素ごとに、コヒーレント合計の結果が、考慮されている画素の現在の値に加算され、添字ｌが１単位だけ増加させられる。
【００８５】
次に、吟味ステップ６１４において、ｌがＬよりも厳密に小さい場合には、本方法はステップ６０８へ戻る。さもなければ、それは最終ステップ６１６へ進む。
【００８６】
最終ステップ６１６において、画像化区域の各点において最終的に得られた値の絶対値が計算され、それにより、以上において定義された値Ａｅｎｖ（Ｐ）が各画素Ｐにおいて得られる：
【数２７】
0006342498.tif 000028
【００８７】
放射の平均角度に近い画素は、より遠く離れたものよりも多くの超音波を受信するという理解のもとに、画素値の各々の値に寄与した発射の数による画素値の重みづけが任意選択的に実行されてもよい。
【００８８】
添字ｌに基づく反復のステップ６０８、６１０および６１２の各ループは、前記ループの各々において実行される処理は単一の超音波発射の結果にのみ依存するため、ステップ６０２および６０４と並行して実行されてもよい。特に、反復プロセス６０８−６１０−６１２−６１４の計算を開始するために、発射の全てが実行されるのを待つ必要はない。ステップ６０８、６１０、６１２、６１４および６１６は、さらに、ステップ６０６のように、処理ユニット１１４によって命令１２６を用いて実行される。
【００８９】
同じく最後のステップ６１６において、命令１２８を実行する処理ユニット１１４は、結果として得られた画像を表示する。
【００９０】
この好ましい実施形態の実施のおかげで、画像化区域は、発射角度ごとに、発射区域内に配置された画素の値のみを更新しながら、角度ごとに漸進的に再構築されてもよく、超音波平面波の放射時に効果的なアポディゼーションが実行されているため、前記区域の外形はより良好に定義される。したがって、各発射時に最終画像の画素の全てについての計算を実行する必要はない。この原理は、最終画像がセンサの寸法を大きく越えて延在する場合には、特に有利である。
【００９１】
図７に示されるように、本発明の利点の１つはまた、Ｌ個の異なる連続的放射角度θ１〜θＬは、放射トランスデューサ・アレイ１０８１、・・・、１０８Ｎと垂直でない平均方向θ（Ｌ＋１）／２を中心として定義されてもよいことである。具体的には、それが、非破壊試験において検査されるべき対象物の底面における亀裂Ｆなどの欠陥を検出することを含み、また、前記亀裂Ｆがトランスデューサ・アレイと垂直である場合には、検査されるべき区域をプローブ１０４に対して横方向にずらし、例えば、４５°の平均を中心として放射することが好ましい。かくして、亀裂はより視認可能になる。また、それは、その付近においては、以上において見られたように本発明の実施において同様に可能である、偏波変換を伴い得るコーナー・エコー伝播モードを選定することによって、その全長にわたって有利に検出される。検査されるべき区域は、プローブ１０４の開口から完全に離れるようにずらされることさえ可能であり、これは、従来の「ビームフォーミング」法では不可能である。
【００９２】
図８に、上述された方法の具体的適用の別の例が示される。この適用は実際の試験の主題であったもので、その様々な結果が図９および図１０を参照して説明される。
【００９３】
検査部分８００はステンレス鋼でできており、３つの人工的な切り欠き型の欠陥を有する。２つの切り欠きｈ１およびｈ３は、トランスデューサ・アレイ１０８１、・・・、１０８ｎと垂直に配向され、トランスデューサ１０８１、・・・、１０８ｎのセットによって形成されたセンサの開口の外側の検査部分８００の底面に配置されている。第３の切り欠きｈ２は、トランスデューサ・アレイ１０８１、・・・、１０８ｎと平行な配向を有し、それらが形成するセンサに対する法線の付近に配置されている。部分の深さはＨ＝７０ｍｍであり、トランスデューサの数Ｎは６４に等しく（トランスデューサ間の間隔は０．６ｍｍ、放射される超音波の中心周波数は５ＭＨｚ）、検査部分は、切り欠きｈ２上に中心を有するトランスデューサと接触している。３つの切り欠きは１０ｍｍの長さを有する。
【００９４】
（センサの法線に対して）４°の間隔ごとに−６０°〜＋６０°の範囲の放射角度を有する３１個の連続的な超音波平面波放射が実行される。これらの３１個の連続的放射の間で、以下のものが区別される：−４５°を中心として方向づけられた、より具体的には、−６０°〜−３０°の放射の第１のグループであって、この第１のグループは、切り欠きｈ１が配置された角度セクタを範囲に含む、第１のグループ、法線（０°）を中心として方向づけられた、より一般的には、−３０°〜＋３０°の放射の第２のグループであって、この第２のグループは、切り欠きｈ２が配置された角度セクタを範囲に含む、第２のグループ、および＋４５°を中心として方向づけられた、より具体的には、＋３０°〜＋６０°の放射の第３のグループであって、この第３のグループは、切り欠きｈ３が配置された角度セクタを範囲に含む、第３のグループ。画像化区域は放射区域の和集合内に含まれ、参照符号Ｚによって特定されている。
【００９５】
画像化区域Ｚの第１の可能な再構成によれば、同じ直接経路および縦波伝播モードが全ての超音波発射の測定信号の処理に適用される。このモードは、表記ＬｄＬによって記号化され、「Ｌ」は縦偏波による直線サブ経路を指示し、「ｄ」は欠陥との平面波相互作用を指示する。より一般的には、直接経路伝播モードは表記ＸｄＸによって記号化され、「Ｘ」は、各サブ経路上において、値「Ｌ」または「Ｔ」（横偏波による直線サブ経路の場合）を取り得る。単一のモードＬｄＬを用いた再構成は図９（ａ）の結果をもたらす。切り欠きｈ２はその全体が画像化されており、それに対して、２つの他の切り欠きｈ１およびｈ３は、各欠陥の底部に位置する、単一の回折エコーによって各々特徴付けられている。２つの場合において、切り欠きの上部の回折エコーは事実上、ほとんど視認可能でない。
【００９６】
画像化区域Ｚの第２の可能な再構成によれば、同じコーナー・エコーおよび縦波伝播モードが全ての超音波発射の測定信号の処理に適用される。このモードは表記ＬｄＬｒＬによって記号化され、「ｒ」は、検査部分の底面との平面波相互作用を指示する。より一般的には、コーナー・エコー伝播モードは表記ＸｄＸｒＸによって記号化され、「Ｘ」は、各サブ経路上において、値「Ｌ」または「Ｔ」を取り得る。単一のモードＬｄＬｒＬを用いた再構成は図９（ｂ）の結果をもたらす。切り欠きｈ１およびｈ３は今度はそれらの全長にわたってはっきりと視認可能であるが、切り欠きｈ２は再構築アーチファクトによって完全に隠されている。このアーチファクトは、直接エコーである、底面エコーの存在によって説明される。より具体的には、センサの開口内に位置するアーチファクトは、コーナー・エコー経路に対応する飛行時間における、検査される部分の底面から来た直接エコーの位置変更に対応する。エコーの性質と再構築モードとの間に矛盾がある。
【００９７】
画像化区域Ｚの第３の可能な再構成によれば、２つの前の不完全な再構成を利用して：
−  −６０°〜−３０°の放射の第１のグループからの測定信号の処理には、切り欠きｈ１の構成に適合している、ＬｄＬｒＬの第１の伝播モードが適用され、
−  −３０°〜＋３０°の放射の第２のグループからの測定信号の処理には、切り欠きｈ２の構成に適合している、ＬｄＬの第２の伝播モードが適用され、
−  ＋３０°〜＋６０°の放射の第３のグループからの測定信号の処理には、切り欠きｈ３の構成に適合している、ＬｄＬｒＬの第３の伝播モードが適用される。
【００９８】
この第３の再構成は、図１０の漸進的結果をもたらす。図１０（ａ）は超音波発射ｎ°１（−６０°）の中間結果を示し、この間、選定された伝播モードはＬｄＬｒＬである。図１０（ｂ）は超音波発射ｎ°２（−５６°）の中間結果を示し、この間、選定された伝播モードは依然としてＬｄＬｒＬである。図１０（ｃ）は超音波発射ｎ°９（−２８°）の中間結果を示し、この間、選定された伝播モードはＬｄＬである。図１０（ｄ）は超音波発射ｎ°１０（−２４°）の中間結果を示し、この間、選定された伝播モードは依然としてＬｄＬである。図１０（ｅ）は超音波発射ｎ°１１（−２０°）の中間結果を示し、この間、選定された伝播モードは依然としてＬｄＬである。図１０（ｆ）は超音波発射ｎ°２４（＋３２°）の中間結果を示し、この間、選定された伝播モードは再びＬｄＬｒＬである。図１０（ｉ）は超音波発射ｎ°２６（＋４０°）の中間結果を示し、この間、選定された伝播モードは依然としてＬｄＬｒＬである。最後に、図１０（ｊ）は超音波発射ｎ°３１（＋６０°）の最終結果を示し、この間、選定された伝播モードは依然としてＬｄＬｒＬである。
【００９９】
画像１０（ｊ）が画像９（ａ）および９（ｂ）と比較されることになる。再構成の間に選定される伝播モードを連続的超音波発射の放射角度の関数として適合させる、本発明に係る方法によって提供された可能性のおかげで、３つの切り欠きの視認性は明らかにより高くなっている。
【０１００】
上述されたとおりの方法およびデバイスは、最終的に得られる同等の画像品質のために全点集束方法において必要なものよりも少数の発射を実行すること、または同等の数の発射に対する画像品質の点でより良好な性能を達成することを可能にすることが明らかに見てとれる。この改善、すなわち、より高い速度またはより良好な画像品質の主な理由は、各発射時に、放射トランスデューサの全てが用いられることである。
【０１０１】
加えて、提案されている方法は複雑な幾何形状または材料に依然として対応可能であり、発射角度に応じて、同じ画像内で複数の伝播モードを融合させることを可能にする。また、センサの開口を越えて延在する画像も得られ得る。
【０１０２】
本発明によって可能にされるとおりの、角度ごとの画像の漸進的再構成の場合には、結果は最終的に改善される。
【０１０３】
最後に、実験試験は、本発明に係る方法では、検出振幅は古典的な全点集束方法の場合よりも明らかに高いことを示している。比較研究では、２つの方法の間の１０という倍数が実証された。この差の理由は、この場合も先と同様に、各発射における放射トランスデューサの全ての使用である。
【０１０４】
また、本発明は、上述された実施形態に限定されないことが留意されるべきである。実際に、当業者には、以上において開示された教示に鑑みて、上述された実施形態に様々な変更が行われ得ることが明らかになるであろう。
【０１０５】
具体的には、コンピュータ・プログラム命令は、前記命令の実行の間に果たされる機能専用の電子回路によって置換されてもよい。
【０１０６】
概して、添付の請求項において、使用されている用語は、請求項を本明細書に記載されている実施形態に限定するものと解釈されてはならず、請求項がそれらの表現によって網羅することを意図され、以上において開示された教示の実施に一般知識を適用する当業者が利用可能である同等物の全てを含むように解釈されなければならない。
【図１】
0006342498.tif 000029
【図２】
0006342498.tif 000030
【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】
0006342498.tif 000036
【図９ａ）】
0006342498.tif 000037
【図９ｂ）】
0006342498.tif 000038
【図１０】
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