(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探査によって収集された超音波信号（Ｓ）を処理する方法（２００）であって、  対象領域（１０２）に対して超音波をＬ回逐次放出するために複数の放出変換器（１０８１，・・・，１０８Ｎ）を制御するステップ（２０２）と、
所定の時間にわたって、各逐次放出に対して、特に前記対象領域内での当該の前記放出の反射によりノイズのあるエコーを測定するＮ個の測定信号を同時に受信するように、Ｎ個の受信変換器（１０８１，・・・，１０８Ｎ）を制御するステップ（２０２）と、  サイズＬ×Ｎの超音波時間信号の配列（Ｋ（ｔ））を得るステップ（２０４）であって、前記配列の各係数Ｋｉ，ｊ（ｔ）が、ｉ番目の放出のためにｊ番目の受信変換器によって受信される前記測定信号を表す、ステップ（２０４）と、
前記時間信号配列（Ｋ（ｔ））を周波数信号配列（Ｋ（ω））に変換するステップ（２０８）と、
前記周波数信号配列（Ｋ（ω））の特異値分解を行うステップ（２１０）と
を含む方法（２００）において、
前記特異値分解（２１０）から得られた特異値および関連特異ベクトルの一部を、欠陥に関連する特異値とノイズに関連する特異値とを区別するための所定の基準に従って除去すること（２１４）であって、前記基準が差異値に基づいており、各々の前記差異値は前記周波数信号配列（Ｋ（ω））に基づいて決定された前記特異値の減少する一連の振幅において、特異値の連続的な振幅間の差として算出されること、
除去されていない特異値および特異ベクトルに基づいてノイズ除去された周波数信号配列（Ｋｆ（ω））を再構成すること（２１４）、および
前記ノイズ除去された周波数信号配列（Ｋｆ（ω））からノイズ除去された時間信号配列（Ｋｆ（ｔ））への逆変換（２１６）を行うこと
により前記超音波時間信号配列（Ｋ（ｔ））のノイズ除去をするステップ（２０８、２１０、２１２、２１４、２１６）を含むことを特徴とする方法（２００）。
【請求項２】
欠陥に関連する特異値とノイズに関連する特異値とを区別するための前記所定の基準が、前記減少する一連の特異値振幅の曲率変化基準である、請求項１に記載の超音波時間信号を処理する方法（２００）。
【請求項３】
欠陥に関連する特異値とノイズに関連する特異値とを区別するための前記所定の基準が、前記減少する一連の特異値振幅の勾配変化基準である、請求項１に記載の超音波時間信号を処理する方法（２００）。
【請求項４】
前記変換（２０８）および前記逆変換（２１６）が離散フーリエ変換である、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方法（２００）。
【請求項５】
前記ノイズ除去ステップ（２０８、２１０、２１２、２１４、２１６）の前に、前記対象領域（１０２）から除外された飛行時間に位置するデータがあればこれを削除することにより前記時間信号配列（Ｋ（ｔ））にフィルタをかけるステップ（２０６）を含む、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方法（２００）。
【請求項６】
前記超音波時間信号配列（Ｋ（ｔ））のノイズ除去をするステップ（２０８、２１０、２１２、２１４、２１６）は、特異値と前記対象領域（１０２）内の欠陥との間の対応関係を最適化し、したがってノイズフィルタリングを最適化するように、前記周波数信号配列（Ｋ（ω））の前記特異値および前記特異ベクトルの周波数成分を再編成する、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方法（２００）。
【請求項７】
各逐次放出時に、Ｍ個の隣り合う放出変換器が作動され、遅延シーケンスが、前記複数の放出変換器（１０８１，・・・，１０８Ｎ）から所定の距離（Ｆ）を置いて位置する仮想源（Ｏ）から球面波を放出するように前記Ｍ個の放出変換器に適用される、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方法（２００）。
【請求項８】
各受信がＬ’個の仮想受信変換器によって行われ、各仮想受信変換器が、遅延シーケンスが適用される対象のＭ’個の隣り合う受信変換器からなる、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方法（２００）。
【請求項９】
特に合成全集束処理を用いて、前記ノイズ除去された時間信号配列（Ｋｆ（ｔ））から前記対象領域（１０２）のデジタル画像を再構成する追加ステップ（２１８）を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の超音波信号を処理する方法（２００）。
【請求項１０】
通信ネットワークからダウンロード可能であり、かつ／または、コンピュータ可読媒体に保存され、かつ／または、プロセッサ（１１４）によって実行可能であるコンピュータプログラム（１１８）において、前記プログラムがコンピュータ（１１２）上で実行されるときに、請求項１から９のいずれか一項に記載の超音波信号を処理する方法（２００）の各ステップを実行するための命令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１１】
複数の超音波放出変換器（１０８１，・・・，１０８Ｎ）および複数の超音波受信変換器（１０８１，・・・，１０８Ｎ）を備えるプローブ（１０４）と、  請求項１から９のいずれか一項に記載の超音波信号を処理する方法（２００）を実施するように設計された変換器制御および処理手段（１１２）と
を備える超音波探査装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探査（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｐｒｏｂｉｎｇ）によって収集された信号を処理する方法に関し、詳細には超音波画像化（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ）を行う方法に関する。本発明は、対応するコンピュータプログラムおよび超音波探査装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、特に、超音波非破壊試験の分野に適用可能であり、超音波信号の収集により、構造内の欠陥を観察して検出することが可能になるが、本発明は、特に人体または動物体内の対象領域を検査するための医療分野で、任意のタイプの超音波エコーグラフィック画像化（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｅｃｈｏｇｒａｐｈｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ）に適用することもできる。
【０００３】
本発明は、より詳細には、以下のように超音波信号を収集する処理方法に関する、すなわち
対象領域に対して超音波（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｗａｖｅｓ）をＬ回逐次放出するために複数の放出変換器を制御すること、
所定の時間にわたって、各逐次放出に対して、特に対象領域内での当該の放出の反射によりノイズのあるエコー（ｎｏｉｓｙ  ｅｃｈｏ）を測定するＮ個の測定信号を同時に受信するように、Ｎ個の受信変換器を制御すること、
サイズＬ×Ｎの超音波時間信号の配列を得ることであって、この配列の各係数Ｋｉ，ｊ（ｔ）が、ｉ番目の放出のために第ｊ番目の受信変換器によって受信される測定信号を表すこと
を含む方法に関する。
【０００４】
このような収集は、一般に多要素センサ探査装置を使用して行われ、各変換器は送信器と受信器の両方であり、これらの２つのモードの切替えが電子的に制御され得る。センサは、物体と接触してまたは物体から離れて置かれてもよいが、後者の場合、センサは、探査されるべき物体内での超音波の伝送を確実にするために液中に沈められるべきである。このセンサは、剛性要素または可撓性要素を用いて線形（１Ｄ（一次元））または配列ベース（２Ｄ（二次元））とすることができる。
【０００５】
その場合、この種の収集を用いて得られる時間信号配列は、特に、検査される対象領域の画像を提供するために、または、検査される対象領域内の重要な構造欠陥パラメータを取り出すために処理する対象とすることができる。プロセッサの計算能力を考慮して、この処理は実時間処理用の監視機器に組み込まれてもよい。
【０００６】
実際には、一般にＦＭＣ（「フルマトリクスキャプチャ（Ｆｕｌｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃａｐｔｕｒｅ）」）と呼ばれる上記に規定した超音波収集は、第１の放出変換器を励起することによって超音波を放出し、この放出のエコーをＮ個の受信変換器のセットで受信し、次いで放出変換器のセットにおいてこれらの放出変換器を逐次励起するように電子的に切り替えることからなる。放出変換器および受信変換器は、２つの別々のセンサ上に配置されてもよいが、同じ変換器が放出機能および受信機能を果たしたときに、サイズＮ×Ｎの超音波時間信号配列Ｋ（ｔ）が得られる。
【０００７】
ＮＤＴ＆Ｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ３８（２００５年６月１５日にオンラインで利用可能）、７０１〜７１１頁に掲載された、Ｃ．Ｈｏｌｍｅｓらの「Ｐｏｓｔ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｆｕｌｌ  ｍａｔｒｉｘ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｔｒａｎｓｍｉｔ−ｒｅｃｅｉｖｅ  ａｒｒａｙ  ｄａｔａ  ｆｏｒ  ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ」という名称の論文において、配列Ｋ（ｔ）の係数は、「全集束（ｔｏｔａｌ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」タイプ合成開口集束を行って対象領域の高解像度画像を得ることを可能にするために使用される。
【０００８】
より具体的には、この合成集束は、対象領域の各ポイントに関して、各放出変換器（索引ｉ）と各受信変換器（索引ｊ）との間の当該ポイント経由の移動時間に対応する飛行時間Ｔｉ，ｊ（各ポイントに対してＬ×Ｎ回の飛行時間）を計算することからなる。合成集束は、対象領域の各ポイントに対して、信号Ｋｉ，ｊ（ｔ）から時間ｔ＝Ｔｉ，ｊで取り戻された振幅を合計することによって行われる。したがって、画像のポイントＰでの振幅は次式で表すことができる。
【数１】
0006258314.tif 000002
全集束を使用する再構成は、様々な既知の超音波検査モード、すなわち、関連する飛行時間が上述されている直接モード、および、飛行時間がモード変換とともに構造の境界上での多重反射を含むその他のより複雑なモードに従って行うことができる。これらの他のより複雑なモードの詳細な説明として、特に、Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ、第２９巻（２００９年）、８４７〜８５４頁に掲載された、Ａ．Ｆｉｄａｈｏｕｓｓｅｎらの「Ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｄｅｆｅｃｔｓ  ｉｎ  ｓｅｖｅｒａｌ  ｃｏｍｐｌｅｘ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ  ｂｙ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ−ｈｅｌｐｅｄ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ａｒｒａｙ  ｄａｔａ」という名称の論文を参照することができる。
【０００９】
しかし、ノイズのある部分の画像化に適用されると、全集束を使用する再構成は、従来の超音波診断法に比べて低い品質の画像を提供する場合がある。実際、後者の場合、変換器はすべて、所与のポイントで集束するように事前定義した遅延シーケンスを適用することにより同時に放出する。しかし、合成開口集束を用いて続いて再構成を行うために一般に実施されるＦＭＣ収集法によれば、各放出は、伝送されるエネルギーおよび被検査部分内の波の侵入深さを制限する単一変換器によって行われる。これは、エコー信号の振幅が電子ノイズより弱いかもしれないので、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の劣化によって最終的に運ばれる。このＳＮＲの劣化は、物体が高水準の構造ノイズを有する場合に増大して、欠陥の検出および特性評価を困難にする。
【００１０】
このＳＮＲ劣化の問題への１つの部分解決法が、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ、第４２巻、第３号（１９９５年５月）、４２９〜４４２頁に掲載された、Ｍ．Ｋａｒａｍａｎらの「Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｆｏｒ  ｓｍａｌｌ  ｓｃａｌｅ  ｓｙｓｔｅｍｓ」という名称の論文に提供されている。
【００１１】
上記解決法は、各ミッションに、もはや１つの変換器を使用するのではなく、Ｍ個の隣り合う変換器を使用することからなる。遅延シーケンスが作動されたＭ個の放出変換器に適用されて、Ｍ個の放出変換器は、センサから一定距離を置いて位置する仮想源によって放出されるはずのものと類似の球面超音波を媒体中で伝送するようにする。したがって、仮想源によって放出される超音波は、この超音波のエネルギーが、仮想源を形成している変換器の数の平方根に比例するので、より強い。生成されるノイズが本質的に無相関な電子ノイズであるという仮定で、ＳＮＲはそれに応じて改善される。
【００１２】
しかし、被検査部分が高水準の構造ノイズを有する場合、最終的に合成全集束によって得られる画像の品質の向上はより制限され、ＳＮＲの増加は低くなり、検出に対する影響は望まれているかもしれないほど肯定的ではない。この解決法は、上述した問題をある程度補償するが、取り除くことはない。さらに、仮想源を用いて放出することは、幾何学的エコーや複合エコーなどの妨害エコーが物体の境界面上での多重反射およびモード変換を含んでいるため、本質的に再構成アーチファクトによって引き起こされ得る問題を排除するのに役立たない。最後に、Ｎ個の放出／受信変換器を有するセンサの場合、得られる超音波時間信号の配列Ｋ（ｔ）が縮小されたサイズＬ×Ｎを有し、ただし、１≦Ｌ≦Ｎ−Ｍ＋１であり、Ｍが仮想源を形成するために同時に作動される変換器の数（１≦Ｍ≦Ｎ）であることに留意されたい。
【００１３】
Ｗａｖｅ  Ｍｏｔｉｏｎ  ２０（１９９４年）、１５１〜１６３頁に掲載された、Ｃ．Ｐｒａｄａらの「Ｅｉｇｅｎｍｏｄｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｉｍｅ  ｒｅｖｅｒｓａｌ  ｏｐｅｒａｔｏｒ：ａ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｏ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｉｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｔａｒｇｅｔ  ｍｅｄｉａ」という名称の論文において、配列Ｋ（ｔ）は、共役積（Ｔは複素共役を示す）Ｋ（ω）・ＫＴ（ω）であり、ただしＫ（ω）は配列Ｋ（ｔ）のフーリエ変換に対応するものとして定義される時間反転演算子の分解を行うために使用される。この論文に記述されている原理は、この時間反転演算子の不変量を決定する原理である。この目的のために、時間信号配列Ｋ（ｔ）のフーリエ変換を用いて得られた周波数信号配列Ｋ（ω）の特異値分解が、ＦＭＣ収集に続いて行われる。原則として、得られる特異値の分布では、高特異値（すなわち、有意な振幅を有する）の数は検査される部分内の欠陥の数に等しいことが実際に観測されている。ただし、欠陥は十分に小さくかつ互いに隔てているものとする。したがって、各特異ベクトルは、物体の幾何学的かつ音響的特性に関する正確な情報を必要とせずに特異ベクトルに集束するように使用され得る欠陥からの応答（特異ベクトルのグリーン関数）を提供する。これはオートフォーカス原理と呼ばれる。特異ベクトルの順序は、多かれ少なかれ欠陥の散乱性に依存する。このようにして、第１の特異ベクトルは、最大の拡散体、例えばセンサに最も近い欠陥などに対応する。
【００１４】
しかし、この時間反転演算子分解法は本質的に、高水準の構造ノイズの存在下で、または、欠陥が、例えば部品ベースに近接する欠陥の場合に、被検査物体の界面に近接しているときに、時間反転演算子分解法の限界を実証する有意なパラメータを検索することによる検出方法である。確かに、これらの仕様では、他に関連する特異値の実際の分離は観測されない。したがって、実際には、特異値を考えられる欠陥に調和させるのは困難である。したがって、検出はより困難である。さらに、上述した合成開口集束方法とは異なり、この方法は画像を提供せず、単に欠陥の存在の有無の表示を提供する。欠陥の位置または特性評価は、画像処理アルゴリズムの追加を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、上述した問題および制約のうちの少なくともいくつかを排除するのに適した超音波信号を処理する方法を提供することが求められ得る。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
したがって、超音波探査によって収集された超音波信号を処理する方法であって、
対象領域に対して超音波をＬ回逐次放出するために複数の放出変換器を制御するステップと、
所定の時間にわたって、各逐次放出に対して、特に対象領域内での当該の放出の反射によりノイズのあるエコーを測定するＮ個の測定信号を同時に受信するように、Ｎ個の受信変換器を制御するステップと、
サイズＬ×Ｎの超音波時間信号の配列を得るステップであって、この配列の各係数Ｋｉ，ｊが、ｉ番目の放出のためにｊ番目の受信変換器によって受信される測定信号を表す、ステップと、
この時間信号配列を変換することによって得られた周波数信号配列の特異値分解を行うステップと
を含む方法において、
前記特異値分解から得られた特異値および関連特異ベクトルの一部を除去すること、および
除去されていない特異値および特異ベクトルからノイズ除去された時間信号配列を再構成すること
により超音波時間信号配列のノイズ除去をするステップを含む方法が提案される。
【００１７】
このようにして、収集された時間信号配列の変換によって得られた周波数信号配列の特異値分解は、収集された時間信号配列のノイズ除去をするために機敏に使用される。というのは、これらの特異値の一部は、実際に、多要素センサを用いて被探査部分からの構造ノイズおよび／または超音波収集からの妨害エコー（境界面エコー）と直接相関しているからである。ノイズ除去された時間信号配列をこのようにして再構成することにより、次いで、より高品質のデータに基づいて、例えば被探査対象領域の優れた超音波画像を得るために、収集された時間信号配列の従来の処理を続けることが可能である。
【００１８】
随意に、ノイズ除去ステップは、
時間信号配列を周波数信号配列に変換すること、
周波数信号配列を特異値分解すること、
欠陥に関連する特異値とノイズに関連する特異値とを区別するための所定の基準に従って特異値および関連特異ベクトルの一部を除去すること、
除去されていない特異値および特異ベクトルに基づいてノイズ除去された周波数信号配列を再構成すること、
このノイズ除去された周波数信号配列を逆変換してノイズ除去された時間信号配列にすること
によって行われる。
【００１９】
また随意に、欠陥に関連する特異値とノイズに関連する特異値とを区別するための所定の基準は、周波数信号配列に基づいて決定された特異値の減少する一連の振幅の特異値相互間の連続的な振幅差に関する基準であり、例えば、この減少する一連の特異値振幅の曲率変化基準または勾配変化基準である。
【００２０】
また随意に、変換および逆変換は離散フーリエ変換である。
【００２１】
また随意に、本発明による超音波信号を処理する方法は、ノイズ除去ステップの前に、対象領域から除外された飛行時間に位置するデータがあればこれを削除することにより時間信号配列にフィルタをかけるステップを含むことができる。
【００２２】
また随意に、本発明による超音波信号を処理する方法は、特異値と対象領域内の欠陥との間の対応関係を最適化し、したがってノイズフィルタリングを最適化するように、特異ベクトルの周波数発生相互間の相関の最適化に基づいて周波数信号配列の特異値および特異ベクトルの周波数成分を再編成するステップを含むことができる。
【００２３】
また随意に、各逐次放出時に、Ｍ個の隣り合う放出変換器が作動され、遅延シーケンスが、前記複数の放出変換器から所定の距離を置いて位置する仮想源から球面波を放出するようにこれらのＭ個の放出変換器に適用される。
【００２４】
また随意に、各受信がＬ’個の仮想受信変換器によって行われ、各仮想受信変換器は、遅延シーケンスが適用される対象のＭ’個の隣り合う受信変換器からなる。
【００２５】
また随意に、本発明による超音波信号を処理する方法は、特に合成全集束処理を用いて、ノイズ除去された時間信号配列から対象領域のデジタル画像を再構成する追加ステップを含むことができる。
【００２６】
通信ネットワークからダウンロード可能であり、かつ／または、コンピュータ可読媒体に保存され、かつ／または、プロセッサによって実行可能であ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実行されるときに、本発明による超音波信号を処理する方法の各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も提案される。
【００２７】
複数の超音波放出変換器および複数の超音波受信変換器を備えるプローブと、
本発明による超音波信号を処理する方法を実施するように設計された変換器制御および処理手段と
を備える超音波探査装置も提案される。
【００２８】
本発明は、単に例として添付図面を参照して与えられる以下の記述を用いてより明瞭に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態による超音波探査装置の一般構造を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、図１の装置によって実施される超音波信号を収集し処理する方法の一連のステップを示す図である。
【図３】図１の装置によって実施される超音波放出／受信原理を示す図である。
【図４】図１の装置によって実施される超音波放出／受信原理を示すもう１つの図である。
【図５】図２の方法の中間ステップから得られた特異値分布を、線図を用いて示す図である。
【図６】図２の方法の中間ステップから得られた特異値分布を、線図を用いて示すもう１つの図である。
【図７】図２の方法を完全には適用せずに得られた超音波画像を比較して示す図である。
【図８】図２の方法を完全に適用して得られた超音波画像を比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１を参照すると、本発明の一実施形態による物体１０２を探査するための装置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として働く変形しない構造要素を有する超音波プローブ１０４を備え、例えば直線状にまたは配列に従って、Ｎ個の固定変換器または可動変換器１０８１，・・・，１０８Ｎが配置される。
【００３１】
物体１０２は、例えば、非破壊検査によって検査されるべき機械部品、または、医療状況では非侵襲的に監視されるべき人体の一部である。図１の実施形態では、物体１０２は水１１０などの液体中に沈められ、プローブ１０４は、水１１０がプローブ１０４および物体１０２を隔てるように物体１０２からある距離を置いて保持される。しかし、別の同等の実施形態では、プローブ１０４は、物体１０２と直接接触していてもよい。
【００３２】
変換器１０８１，・・・，１０８Ｎは、図１に点線矢印で、図１の面である主平面内に示されている互いに平行な主方向に沿って、一般参照符号Ｃの下に識別表示されている制御信号に応答して超音波を物体１０２に向かって放出するように設計される。
【００３３】
変換器１０８１，・・・，１０８Ｎは、物体１０２上または物体１０２内で反射された超音波のエコーを検出するともに、一般参照符号Ｓの下に識別表示されこれらのエコーに対応する測定信号を供給するように設計される。このように、図１の非限定的な例では、変換器１０８１，・・・，１０８Ｎは放出と受信の両方の機能を果たすが、放出体とは異なる受信器が、本発明の原理に適合し続けながら異なる独立したハウジング内に設けられてもよい。
【００３４】
探査装置１００は、プローブ１０４の変換器１０８１，・・・，１０８Ｎを制御しかつ測定信号Ｓを処理するための電子回路１１２をさらに備える。この電子回路１１２は、電子回路１１２に制御信号Ｃを送信するとともに、測定信号Ｓを受信するために、プローブ１０４に接続される。電子回路１１２は、例えばコンピュータの電子回路である。電子回路１１２は、プローブ１０４に対して制御信号Ｃを放出し、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と、コンピュータプログラム１１８が保存されるメモリ１１６とを有する。
【００３５】
コンピュータプログラム１１８は、最初に、
変換器１０８１，・・・，１０８Ｎを、物体１０２の対象領域に対して超音波をＬ回逐次放出するための放出体として作動させ、
変換器１０８１，・・・，１０８Ｎを、各逐次放出に続いて、これらのＮ個の受信器を介してかつ求められる検査深さの所定時間幅にわたって、特に対象領域内の各放出の反射によりノイズのあるエコーを測定するＮ個の測定信号を同時に受信する受信器として作動させる
ように変換器１０８１，・・・，１０８Ｎ用の制御信号Ｃを生成するための命令１２０を含む。
【００３６】
変換器１０８１，・・・，１０８Ｎによって送信されるＬ×Ｎ個の測定信号のセットＳは、プローブ１０４によって中央処理装置１１４に戻される。
【００３７】
コンピュータプログラム１１８は、サイズＬ×Ｎの超音波時間信号配列Ｋ（ｔ）を構成するための命令１２２をさらに含み、この配列の各係数Ｋｉ，ｊ（ｔ）は、ｉ番目の放出に応答して変換器１０８ｊによって受信される測定信号を表す。
【００３８】
随意に、コンピュータプログラム１１８は、配列Ｋ（ｔ）の時間フィルタリングを行うための命令１２４をさらに含み、このフィルタリングは、物体１０２内の対象領域から除外された飛行時間に位置するデータがあればこれを削除するためのものである。
【００３９】
コンピュータプログラム１１８は、フーリエ変換を用いて、有利には配列Ｋ（ｔ）の係数の時間サンプリング後の離散フーリエ変換を用いて、または、より有利には配列Ｋ（ｔ）の各係数のサンプル数が許せばＦＦＴ（「高速フーリエ変換」）計算を用いて、配列Ｋ（ｔ）を周波数信号配列Ｋ（ω）に変換するための命令１２６をさらに含む。
【００４０】
コンピュータプログラム１１８は、周波数信号配列Ｋ（ω）を周波数帯にわたって前記配列を対角化するように特異値に分解するための命令１２８をさらに含む。この既知の演算は、
【数２】
0006258314.tif 000003
、ただし、Ｕ＝［ｕ１（ω），・・・，ｕＬ（ω）］およびＶ＝［ｖ１（ω），・・・，ｖＮ（ω）］はそれぞれ、送信および放出の特異ベクトル、すなわち時間反転演算子の受信および放出の不変量を含むサイズＬ×ＬおよびサイズＮ×Ｎの直交配列であり、Ｓは、所与の基準周波数λ１（ω）≧・・・≧λＬ（ω）≧０で高いものから順に整列された、配列Ｋ（ω）のＬ個の特異値λｉ（ω）を含むサイズＬ×Ｎの対角配列である
ように、配列Ｕ、ＳおよびＶを推定することを可能にする。
【００４１】
随意に、コンピュータプログラム１１８は、周波数に従って、配列Ｋ（ω）の特異値および特異ベクトルの周波数成分を再編成することにより配列Ｋ（ω）を配列Ｋ（ω）に再編成するための命令１３０をさらに含む。実際、欠陥のエコーが物体１０２の境界面のエコーに近接する飛行時間に位置する（例えば、部品のベースに近接する欠陥）場合、または、このエコーが構造ノイズとほぼ同じ振幅を有する場合、配列Ｓの同じ特異値は、欠陥、境界面、およびプローブのスペクトルバンド幅内の当該周波数による構造ノイズに同等に対応することができる。このことは、特異値と欠陥との間の対応関係を最適化するように、特異値の周波数成分の再編成および関連特異ベクトルの対応する周波数発生に有利に値することができる。再編成された固有値は、注釈付きλ１（ω）≧・・・≧λＬ（ω）≧０である。
【００４２】
コンピュータプログラム１１８は、特異値λｉのうちのいくつかを除去することにより、随意に再編される、配列Ｋ（ω）の階数（または、オプションの命令１３０が実行されない場合は配列Ｋ（ω）の階数）を減じるための命令１３２をさらに含む。この除去は、欠陥に関連する特異値とノイズに関連する特異値とを区別するための基準に従って行われ、欠陥に関連する特異値はノイズに関連する特異値よりも大きい振幅を有する。λ１≧・・・≧λＬ≧０とすると、λ１，・・・，λＰが物体１０２内の検出されるべき欠陥に関連すると見なされ得るように、かつ、λＰ＋１，・・・，λＬが、λＰ＋１，・・・，λＬがノイズに関連すると見なされるときに除去され得るように、１とＬとの間の値Ｐを求める必要がある。実際には、Ｐは、特異値振幅減退曲線を研究することによって決定され、より具体的には、基準周波数、例えば配列Ｋ（ω）の周波数スペクトルの中心周波数における特異値の連続的な振幅差（すなわち、λ２−λ１，・・・，λＮ−λＮ−１）を研究することによって決定される。非限定的な例として、Ｐは特異値に関連する指数に等しくてもよく、特異値減退曲線は、そのために、特異値相互間の連続的な振幅差の有意な変動を示す曲率の変化、より具体的には勾配の変化を示す。Ｐのこのような決定は、２段階線形減退を前提として線形回帰によってそれ自体が知られる方法で行われてもよい。理想的には互いに一定の間隔をあけて配置された小欠陥の場合、Ｐは、検査される対象領域内に存在する欠陥の数に等しい。したがって、配列Ｋ（ω）の階数を減じることは、次式中のＫｆ（ω）を維持することだけからなる。
【数３】
0006258314.tif 000004
、ただし
【数４】
0006258314.tif 000005
であり、
【数５】
0006258314.tif 000006
である。
【００４３】
このようにして再構成された配列Ｋｆ（ω）はノイズ除去された周波数信号配列であり、配列Ｋｂ（ω）で表されるノイズ部分空間は除去されている。
【００４４】
コンピュータプログラム１１８は、逆フーリエ変換を用いて、有利には逆離散フーリエ変換を用いて、または、より有利には配列Ｋｆ（ω）の各係数のサンプル数が許せばＩＦＦＴ（「逆高速フーリエ変換」）計算を用いて、配列Ｋｆ（ω）をノイズ除去された時間信号配列Ｋｆ（ｔ）に変換するための命令１３４をさらに含む。
【００４５】
最後に、コンピュータプログラム１１８は、ノイズ除去された配列Ｋｆ（ｔ）に対してＣ．Ｈｏｌｍｅｓらの上述した論文に規定されているように合成全集束を行うための命令１３６を含む。したがって、対象領域のデジタル画像が再構成され、品質は、合成集束がノイズ除去されていない配列Ｋ（ｔ）に対して行われている場合よりも良い。特に、ＳＮＲが改善される。
【００４６】
次に図２を参照して、図１の装置１００によって実施される超音波信号を収集し処理する方法２００について説明する。
【００４７】
ステップ２０２の間、命令１２０を実行する処理装置１１４は、配列Ｋ（ｔ）を収集するために変換器１０８１，・・・，１０８Ｎの放出シーケンスおよび受信シーケンスを制御する。
【００４８】
これらのシーケンスの数はＬであり、１とＮ−Ｍ＋１との間の整数である。ただし、Ｍ、１とＮとの間の整数は、少なくとも１つの変換器のインターバルでプローブ１０４のハウジング１０６に沿って移動する放出副開口を形成する隣り合う変換器の数である。数Ｍの選択は、副開口によって放出される球面波の求められる品質に依存する。各ラウンドの後、信号は、Ｎ個の変換器のすべてにおいて受信され、デジタル化され、電子回路１１２に送信される。図３は、これらの放出シーケンスおよび受信シーケンスに、連続的に参照符Ｅ１およびＲ１、Ｅ２およびＲ２、Ｅ３およびＲ３、・・・、ＥＬおよびＲＬを付けて示してあり、作動した変換器はグレートーンで描かれている。
【００４９】
Ｍ≧２の場合、所定の遅延シーケンスが、Ｍ個の変換器の副開口を形成する変換器に適用される。所定の遅延シーケンスは、プローブ１０４の下の深さＦｍｍのところに位置するポイントＯで放出された波の集束を可能にする。放出された波面はポイントＯのところでは止まらない。波はこのポイントから発散し、媒体中を伝搬される。Ｆよりも深いところに位置する観測者には、それは、発散波がＯのところに配置された仮想源からであるようなものである。作られる仮想源は、点源のような完全無指向性を有しておらず、比較的広い角度θをもつ角度指向性を有する。この指向性は、仮想源によって放出された波が物体１０２内で好ましい方向に向けられるように副開口の変換器に適用される遅延を修正することによって調整することができる。このことはこの領域内の欠陥の検出を増進する。図４は、例として与えられた２つの遅延シーケンスによる仮想源の原理を示す。
【００５０】
ステップ２０４の間、処理装置１１４は命令１２２を実行して配列Ｋ（ｔ）を構成し、この配列の各係数Ｋｉ，ｊ（ｔ）は、ｉ番目の放出に応答して変換器１０８ｊによって受信された測定信号を表し、この信号は、その信号の後続処理を容易にするためにデジタル化される。
【００５１】
オプションのステップ２０６の間、処理装置１１４は命令１２４を実行して配列Ｋ（ｔ）の時間フィルタリングを行い、このフィルタリングは、対象領域から除外された飛行時間に位置するデータがあればこれを削除するためのものである。ステップ２０６の目的は、特に、画像化されるべき欠陥が有意に反響性の境界面、例えば部品のベースなどに近接しているときに、配列Ｋｆ（ω）およびＫｂ（ω）で表される２つの部分空間の分離を後で容易にすることである。ステップ２０６は、特に妨害反響性境界面を除外することにより画像化されるべき領域を欠陥に近接する領域に限定することを可能にする。ステップ２０６は、物体のベースから形成された亀裂を画像化することを特に対象としている。
【００５２】
ステップ２０８の間、処理装置１１４は命令１２６を実行して配列Ｋ（ｔ）の離散フーリエ変換を行い、それによって周波数信号配列Ｋ（ω）を得る。
【００５３】
ステップ２１０の間、処理装置１１４は命令１２８を実行して、上記のように配列Ｋ（ω）を特異値に分解することによって配列Ｋ（ω）を診断する。
【００５４】
オプションのステップ２１２の間、処理装置１１４は命令１３０を実行して、分解配列Ｓ（ω）、Ｕ（ω）およびＶ（ω）の特異値および特異ベクトルの周波数成分を再編成することにより新たな分解配列Ｓ（ω）、Ｕ（ω）およびＶ（ω）に再編成することにより配列Ｋ（ω）を配列Ｋ（ω）に再編成する。
【００５５】
特異値および特異ベクトルの周波数成分を再編成するための第１の代替実施形態によれば、各特異値λｉ（ω）、１≦ｉ≦Ｌに対して、
λｉ（ω）に関連する特異ベクトル、例えば配列Ｕの特異ベクトルｕｉ（ω）の基準周波数発生が選択され、この基準周波数発生は注釈付きｕｉｒｅｆ＝ｕｉ［ωｒｅｆ］であり（これは一般にＫ（ω）の周波数スペクトルの中心周波数からなり、最高特異値の分離がそのために観察される）、
この基準周波数発生ｕｉｒｅｆの位相は計算され、この位相はインターバル［０，１］で正規化され、次いで、
Ｋ（ω）の周波数スペクトルの各周波数について、
配列Ｕの他の特異ベクトルの周波数発生ｕｋ［ω］の位相が計算され、これらの位相はインターバル［０，１］で正規化され、
ｕｉｒｅｆの正規化位相と各ｕｋ［ω］の正規化位相との間の相関が計算され、
相関が最大となるｋの値ｊが決定され、
λｊ［ω］の値がλｉ［ω］に割り当てられ、ｕｊ［ω］の値がｕｉ［ω］に割り当てられ、ｖｊ［ω］の値がｖｉ［ω］に割り当てられる。
【００５６】
これは、新たな再編成された配列Ｓ（ω）、Ｕ（ω）およびＶ（ω）、したがって新たな再編成された配列
【数６】
0006258314.tif 000007
を与える。
【００５７】
特異値および特異ベクトルの周波数成分を再編成するための第２の代替実施形態によれば、各特異値λｉ（ω）、１≦ｉ≦Ｌに対して、
λｉ（ω）に関連する特異ベクトル、例えば配列Ｕの特異ベクトルｕｉ（ω）の基準周波数発生が選択され、この基準周波数発生は注釈付きｕｉｒｅｆ＝ｕｉ［ωｒｅｆ］であり、特異値λｉ（ω）の最大周波数発生に対応し（これもまた一般にＫ（ω）の周波数スペクトルの中心周波数からなる）、
この基準周波数発生ｕｉｒｅｆの位相が計算され、次いで、
Ｋ（ω）の周波数スペクトルを反復的に走査するための基本増分Δωを定義することにより、
配列Ｕの他の特異ベクトルの周波数発生ｕｋ［ωｒｅｆ±Δω］の位相が計算され、ｕｉｒｅｆの位相と各ｕｋ［ωｒｅｆ±Δω］の位相との間の相関が計算され、その相関が最大となるｋの値ｊが決定され、λｊ［ωｒｅｆ±Δω］の値がλｉ［ωｒｅｆ±Δω］に割り当てられ、ｕｊ［ωｒｅｆ±Δω］の値がｕｉ［ωｒｅｆ±Δω］に割り当てられ、ｖｊ［ωｒｅｆ±Δω］の値がｖｉ［ωｒｅｆ±Δω］に割り当てられ、
新たな基準周波数発生として、特異値の基準周波数発生が周波数ωｒｅｆ±Δωでの前のステップとの相関を最大にすることが採用され、ωｒｅｆ±２Δωでの前のステップの相関計算が繰り返され、
したがって、プローブのスペクトルバンド幅内のＫ（ω）の研究が、Ｋ（ω）の限界まで段階的に継続される。
【００５８】
したがって、新たな再編成された配列Ｓ（ω）、Ｕ（ω）およびＶ（ω）、したがって新たな再編成された配列
【数７】
0006258314.tif 000008
が得られる。
【００５９】
したがって次に、再編成された配列Ｋ（ω）は特異値に分解され、特異値はそれぞれ、選定された一定基準周波数に関して（第１の代替実施形態）または段階的に（第２の代替実施形態）、特異値の相関をすべての周波数で最適化する特異ベクトルを有する。このようにして、配列Ｋ（ω）を再編成した後、欠陥が、プローブのスペクトルバンド内のすべての周波数に対して同じ特異値に関連する。Ｌ個の固有値の振幅（Ａ）に関する周波数分布の一例が図５に示されている。配列Ｋ（ω）の周波数スペクトルの平均、または選定された中心周波数での、これらの固有値の正規化振幅の減少は、例えば図６に示されており、この例では、第１の特異値と第２の特異値との間に振幅の有意な差が観測される。
【００６０】
ステップ２１４の間、処理装置１１４は命令１３２を実行して、配列Ｋ（ω）の階数（または前のオプションのステップが実行されなかった場合の配列Ｋ（ω）の階数）を減じて
【数８】
0006258314.tif 000009
を維持するにすぎない。
【００６１】
ステップ２１６の間、処理装置１１４は命令１３４を実行して配列Ｋｆ（ω）の離散逆フーリエ変換を行い、それによってノイズ除去された時間信号配列Ｋｆ（ｔ）を得る。
【００６２】
最後に、最終ステップ２１８の間、処理装置１１４は命令１３６を実行して、ノイズ除去された配列Ｋｆ（ｔ）に基づいて合成集束することにより対象有効領域のデジタル画像を再構成する。比較として、図７および図８は、図７では配列Ｋ（ｔ）を構成するためのステップ２０４のすぐ後、または、図８ではステップ２０２〜２１６をすべて実行した後の再構成されたデジタル画像の例を示す。
【００６３】
具体的には、図５〜図８に示されている例は、人工的な直径２ｍｍの母線穴（Ｇｅｎｅｒａｔｒｉｘ  Ｈｏｌｅ）（ＧＨ）が４０ｍｍの深さのところに機械加工されている、オーステノフェライト鋼で作られた厚み７０ｍｍのノイズのある部分で実験をすることによって得られたことに留意されたい。この実験では、６４個の放出／受信変換器からなる１．１ＭＨｚ中心周波数センサを使用して欠陥を画像化しようとした。センサの要素間インターバル（すなわち、２つの隣り合う変換器の間の空間に加えた変換器の幅）（１．４ｍｍ）および欠陥の深さを考慮すると、３２個の中心要素だけが作動される。適用例として、このセンサは、物体１０２上にＧＨ欠陥から４５°で置かれる。従来のＦＭＣ収集に関する収集を増進するために、放出はＭ＝７個の変換器からなる副開口を使用して行われ（その場合、３８個の中心要素が３２個の逐次放出のために作動される）、適用される遅延シーケンスは、７個の変換器に対して、放出される波が本質的に４５°で向けられるように定義された。
【００６４】
上記に詳述したような方法および装置は、上記に定義したように配列Ｋ（ｔ）の形で収集された超音波信号のノイズを効果的に除去するのに適していることは明らかである。
【００６５】
さらに、本発明は上述した実施形態に限定されないことに留意されたい。本明細書で開示される教示に照らして上述した実施形態に種々の修正がなされ得ることが当業者には明らかであろう。
【００６６】
特に、コンピュータプログラム命令は、これらの命令の実行中に果たされる機能用に設けられた電子回路で置き換えることができる。
【００６７】
原則として、特許請求の範囲において、使用されている用語は、特許請求の範囲を本明細書に開示される実施形態に限定するものとして解釈されるべきでなく、特許請求の範囲でそれの表現により網羅されるように意図され、かつ、本明細書で開示される教示の実施に当業者の一般知識を適用することにより当業者によって着想され得る任意の同等物を含むと解釈されるべきである。
【図１】
0006258314.tif 000010
【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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