(57)【要約】  画像作成される媒質の外面（３）上に所定の電気的状態が与えられ、一方、前記媒質のインピーダンスを局所的に修正することによって前記媒質の所定の位置で力学的摂動を生成し、前記媒質の外面上のいくつかの位置（７）で電気的パラメータが測定される電気的測定ステップと、前記摂動による電気インピーダンスの修正についての法則によって、前記摂動の間に実行される測定を考慮して、前記媒質の内容積（２）の中のいくつかの位置で電気インピーダンスが決定される計算ステップと、を有する電気インピーダンストモグラフィー法。
2010504781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面（３）によって境界を定められた、ある内容積（２）を有する媒質の画像作成のための電気インピーダンストモグラフィー法であって、
前記媒質の外面（３）上に所定の電気的状態が与えられ、前記媒質の所定の位置で力学的摂動を生成し、従って、前記媒質のインピーダンスを局所的に修正する一方で、前記媒質の外面（３）上のいくつかの位置（７）で少なくとも１つの電気的パラメータが測定される、少なくとも１つの電気的測定ステップと、
前記媒質の内容積（２）の中のいくつかの位置で電気インピーダンスに関する少なくとも１つのパラメータが決定される、少なくとも１つの計算ステップと、
を有する方法において、
前記計算ステップにおいて、前記電気インピーダンスに関するパラメータは、前記摂動による電気インピーダンスの修正についての所定の法則を使用して、前記摂動の間に実行される測定を考慮して決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記与えられる電気的状態は、前記媒質の外面上の少なくとも１つの位置（７）で与えられる少なくとも１つの電流を含み、
前記測定される電気的パラメータは電位である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電気インピーダンスに関するパラメータは導電率である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記力学的摂動は、前記媒質の少なくとも１つの位置に焦点を合わせた波動である請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記波動は音波である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記音波は超音波である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記波動は、結果として前記媒質の局所的な変位となる超音波放射力を生成するために適合した変調周波数における振幅変調信号に対応する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記波動は弾性波である請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記波動は符号化された信号に対応する請求項４から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記計算ステップにおいて、前記画像作成される媒質の任意の位置ｚについて次式
【数１】
2010504781.tif 000032
が解かれ、ここで、
ｋは、前記媒質の外面における少なくとも１つの電流の集合ｊｉｋを示すインデックスであり、ｉはこの集合の各々の電流を示すインデックスであり、
Ｅｋ（ｚ）は、前記媒質の外面における電流の集合ｊｉｋを印加する間に前記波動によって生じる摂動に対応するエネルギーであり、
ｕｋ（ｚ）は、前記媒質の位置ｚにおける電位であり、
Ａは、焦点を合わせた位置の周囲に前記波動によって生じる焦点領域の形状を表わす行列である請求項４から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記焦点領域は球形であり、Ａは単位行列である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記計算ステップにおいて、前記エネルギーは、前記摂動による電気インピーダンスの修正についての前記法則によって決定される請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記エネルギーは次式
【数２】
2010504781.tif 000033
で計算され、ここで、
ｚは、前記媒質の中の位置を示し、
Ｄｉｋ（ｚ）は、前記媒質の外面（３）上のインデックスｉの位置において測定された電気的摂動を表わす値であり、前記位置ｉにおいて電流の集合ｊｉｋを印加する間に前記波動によって生成される請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
Ｄｉｋ（ｚ）は次式
【数３】
2010504781.tif 000034
に対応し、ここで、γは導電率であり、Ｇ（ｚ，ｉ）は前記媒質のノイマン関数である請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
Ｄｉｋ（ｚ）の値は、異なる信号Ｓｌ（ｔ）に対応する波動を使用して、実行された測定から計算され、ｌは１とＬの間のインデックスである請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
Ｌは２に等しく、それぞれ振幅Ｓ１、Ｓ２であるＳ１（ｔ）＝Ｓ１・ｓ（ｔ）、Ｓ２（ｔ）＝Ｓ２・ｓ（ｔ）の２つの信号が使用され、
Ｄｉｋ（ｚ）の値は、焦点領域の形状が円または球であるとき、次式
【数４】
2010504781.tif 000035
によって計算され、ここで、
ｄは、２次元の画像作成について２に等しく、３次元の画像作成について３に等しく、
｜Ｖ｜は、２次元の画像作成について焦点領域の面積、３次元の画像作成について焦点領域の容積である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記波動は超音波であり、
Ｌは２に等しく、それぞれ振幅Ｓ１、Ｓ２であるＳ１（ｔ）＝Ｓ１・ｓ（ｔ）、Ｓ２（ｔ）＝Ｓ２・ｓ（ｔ）の２つの信号が使用され、ｓ（ｔ）は結果として前記媒質の局所的な変位となる超音波放射力を生成するために適合した変調周波数における振幅変調信号であり、
Ｄｉｋ（ｚ）の値は、焦点領域の形状が円または球であるとき、次式
【数５】
2010504781.tif 000036
によって計算され、ここで、
ｄは、２次元の画像作成について２に等しく、３次元の画像作成について３に等しく、
｜Ｖ｜は、２次元の画像作成について焦点領域の面積、３次元の画像作成について焦点領域の容積である請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記計算ステップにおいて、仮定された導電率γから始めて次のサブステップが繰り返され、サブステップａ）からｄ）は停止の基準が満たされるまで繰り返され、
ａ）  次式を数値的に解き、ここで、γは前に評価された導電率の値であり、
【数６】
2010504781.tif 000037
ｂ）  前記導電率において評価された誤差ｅｋを計算し、
ｃ）  次式を解き、
【数７】
2010504781.tif 000038
ｄ）  次式によって前記導電率を更新し、
【数８】
2010504781.tif 000039
ここで、ｖｋは式（１１）の解であり、ｕｋは式（９）の解であり、γｋは、前記媒質の少なくとも１つの領域において、電流の集合ｊｉｋによって生成される電流の列と一致しない電流の列を生成するもう１つの電流の集合ｊｉｋとともに新たな導電率の値として使用される請求項１０から１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記サブステップｂ）において、前記導電率において評価された誤差ｅｋは次式
【数９】
2010504781.tif 000040
によって計算される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記サブステップｂ）において、前記導電率において評価された誤差ｅｋは次式
【数１０】
2010504781.tif 000041
によって計算される請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記サブステップｄ）において、
前記媒質の各々の位置ｚについて、電気的状態のどのインデックスｋが最大のエネルギー
【数１１】
2010504781.tif 000042
に対応するかを求め、これは関数ｋ（ｚ）を与え、
前記導電率は次式のように更新され、
【数１２】
2010504781.tif 000043
ここで、γｋ（ｚ）は導電率の値γとして使用される請求項１８から２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記画像作成される媒質は生物学的組織である請求項１から２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記画像作成される媒質は人間の器官である請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記画像作成される媒質は地球の土壌である請求項１から２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか１項に記載の方法を実現するように構成された装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気インピーダンストモグラフィー法および装置に関する。
より詳しくは、本発明は、外面によって境界を定められた、ある内容積を有する媒質の画像作成のための電気インピーダンストモグラフィー法に関し、この方法は、
媒質の外面上に所定の電気的状態が与えられ、媒質の所定の位置で力学的摂動を生成し、従って、媒質のインピーダンスを局所的に修正する一方で、媒質の外面上のいくつかの位置で少なくとも１つの電気的パラメータが測定される、少なくとも１つの電気的測定ステップと、
媒質の内容積におけるいくつかの位置で電気インピーダンスに関する少なくとも１つのパラメータが決定される、少なくとも１つの計算ステップと、
を有する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は上記方法の一例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０２８０９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている方法を含む、全ての周知の電気インピーダンストモグラフィー法は、画像作成される媒質の外面に対する深さに応じた（医療用に約数センチメートルの、地球物理学の分野において約数十メートルの）低い解像度を欠点としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、これらの欠点を改善することである。
この目的のために、本発明によれば、上記方法は、前記計算ステップにおいて、電気インピーダンスに関する前記パラメータは、前記摂動による前記電気インピーダンスの修正のために所定の法則を用いて、前記摂動の間に実行された測定を考慮して決定されることを特徴とする。
この構成によれば、上述した摂動が媒質の局所的な“マーキング”を実行することによって、本発明による方法の実現の正確さと迅速さを著しく向上させることができる。特に、たいへん手ごろな実現コストで、媒質の外面に対するたいへん深い深さまで、ミリメートルの精度を得ることが可能である。
【０００６】
また、本発明による方法の様々な実施形態において、オプションで、次の構成のうち、あるもの、および／または、他のものを用いることが可能である。
【０００７】
前記与えられる電気的状態は、前記媒質の外面上の少なくとも１つの位置で与えられる少なくとも１つの電流を含み、前記測定される電気的パラメータは電位である（もちろん、電位を与え、電流を測定することが可能である）。
【０００８】
前記電気インピーダンスに関するパラメータは導電率である。
【０００９】
前記力学的摂動は、前記媒質の中の少なくとも１つの位置に焦点を合わせた波動である。
【００１０】
前記波動は音波である。
【００１１】
前記音波は（例えば、ピエゾ電気トランスデューサの集合によって生成された）超音波である。
【００１２】
前記音動は、結果として前記媒質の局所的な変位となる超音波放射力を生成するために適合した変調周波数における振幅変調信号に対応する。
【００１３】
前記波動は弾性波（例えば、土壌の表面上に配置された機械的な起振機の集合によって生成された圧縮波または剪断波の混合）である。
【００１４】
前記波動は符号化された信号に対応する。
【００１５】
前記計算ステップにおいて、前記画像作成される媒質の任意の位置ｚについて次式
【００１６】
【数１】
2010504781.tif 000003
【００１７】
が解かれ、ここで、
ｋは、前記媒質の外面に印加される少なくとも１つの電流の集合ｊｉｋを示すインデックスであり、ｉはこの集合の各々の電流を示すインデックスであり、
Ｅｋ（ｚ）は、前記電流の集合ｊｉｋを印加する間に前記波動によって生じる摂動に対応するエネルギーであり、
ｕｋ（ｚ）は、前記媒質の位置ｚにおける電位であり、
Ａは、焦点を合わせた位置の周囲に前記波動によって生じる焦点領域の形状を表わす行列である。
【００１８】
前記焦点領域は球形であり、Ａは単位行列である。
【００１９】
前記計算ステップにおいて、前記エネルギーは、前記摂動による電気インピーダンスの修正についての前記法則によって決定される。
【００２０】
前記エネルギーは次式
【００２１】
【数２】
2010504781.tif 000004
【００２２】
で計算され、ここで、
ｚは、前記媒質の中の位置を示し、
Ｄｉｋ（ｚ）は、前記媒質の外面上のインデックスｉの位置において測定された電気的摂動を表わす値であり、前記位置ｉにおいて電流の集合ｊｉｋを印加する間に前記波動によって生成される。
【００２３】
Ｄｉｋ（ｚ）は次式
【００２４】
【数３】
2010504781.tif 000005
【００２５】
に対応し、ここで、γは導電率であり、Ｇ（ｚ，ｉ）は前記媒質のノイマン関数である。
【００２６】
Ｄｉｋ（ｚ）の値は、異なる信号Ｓｌ（ｔ）に対応する波動を使用して、実行された測定から計算され、ｌは１とＬの間のインデックスである。
【００２７】
Ｌは２に等しく、それぞれ振幅Ｓ１、Ｓ２であるＳ１（ｔ）＝Ｓ１・ｓ（ｔ）、Ｓ２（ｔ）＝Ｓ２・ｓ（ｔ）の２つの信号が使用され、
Ｄｉｋ（ｚ）の値は、焦点領域の形状が円または球であるとき、次式
【００２８】
【数４】
2010504781.tif 000006
【００２９】
によって計算され、ここで、
ｄは、２次元の画像作成について２に等しく、３次元の画像作成について３に等しく、
｜Ｖ｜は、２次元の画像作成について焦点領域の面積、３次元の画像作成について焦点領域の容積である。
【００３０】
前記波動は超音波であり、
Ｌは２に等しく、それぞれ振幅Ｓ１、Ｓ２であるＳ１（ｔ）＝Ｓ１・ｓ（ｔ）、Ｓ２（ｔ）＝Ｓ２・ｓ（ｔ）の２つの信号が使用され、ｓ（ｔ）は結果として前記媒質の局所的な変位となる超音波放射力を生成するために適合した変調周波数における振幅変調信号であり、
Ｄｉｋ（ｚ）の値は、焦点領域の形状が円または球であるとき、次式
【００３１】
【数５】
2010504781.tif 000007
【００３２】
によって計算され、ここで、
ｄは、２次元の画像作成について２に等しく、３次元の画像作成について３に等しく、
｜Ｖ｜は、２次元の画像作成について焦点領域の面積、３次元の画像作成について焦点領域の容積である。
【００３３】
前記計算ステップにおいて、仮定された導電率γから始めて次のサブステップが繰り返され、サブステップａ）からｄ）は停止の基準が満たされるまで繰り返され、
ａ）  次式を数値的に解き、ここで、γは前に評価された導電率の値（従って、最初、γは上記仮定された値）であり、
【００３４】
【数６】
2010504781.tif 000008
【００３５】
ｂ）  前記導電率において評価された誤差ｅｋを計算し、
ｃ）  次式を解き、
【００３６】
【数７】
2010504781.tif 000009
【００３７】
ｄ）  次式によって前記導電率を更新し、
【００３８】
【数８】
2010504781.tif 000010
【００３９】
ここで、ｖｋは式（１１）の解であり、ｕｋは式（９）の解であり、γｋは、前記媒質の少なくとも１つの領域において、電流の集合ｊｉｋによって生成される電流の列と一致しない電流の列を生成するもう１つの電流の集合ｊｉｋとともに新たな導電率の値として使用される。
【００４０】
前記サブステップｂ）において、前記導電率において評価された誤差ｅｋは次式
【００４１】
【数９】
2010504781.tif 000011
【００４２】
によって計算される。
【００４３】
前記サブステップｂ）において、前記導電率において評価された誤差ｅｋは次式
【００４４】
【数１０】
2010504781.tif 000012
【００４５】
によって計算される。
【００４６】
前記サブステップｄ）において、
前記媒質の各々の位置ｚについて、電気的状態のどのインデックスｋが最大のエネルギー
【００４７】
【数１１】
2010504781.tif 000013
【００４８】
に対応するかを求め、これは関数ｋ（ｚ）を与え、
前記導電率は次式のように更新され、
【００４９】
【数１２】
2010504781.tif 000014
【００５０】
ここで、γｋ（ｚ）は導電率の値γとして使用される。
【００５１】
前記画像作成される媒質は生物学的組織である。
【００５２】
前記画像作成される媒質は人間の器官（例えば、乳房、脳、肝臓、その他）である。
【００５３】
前記画像作成される媒質は地球の土壌である。
【００５４】
さらに、本発明は、上記方法を実現するように構成された装置である。
【００５５】
本発明の他の特徴および効果は、添付図面を参照して、限定でない例として与えられた続く実施形態の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態による電気インピーダンストモグラフィー装置の図である。
【図２】図１の装置によって印加される超音波に対応する信号を表わすグラフである。
【図３】本発明の変形についての図２と同様のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。異なる図において、同一の参照符号は同一または類似の構成要素を示す。
【実施例１】
【００５８】
図１は、電気インピーダンストモグラフィー装置１を表わし、外面３によって境界を定められた、ある内容積２を有する媒質（例えば、生物学的媒質、例えば、乳房、脳、肝臓、または、任意の他の組織のような人体の一部）の画像作成のために使用される。
【００５９】
装置１は、コンピュータまたは類似物のような中央ユニット（ＵＣ）４を備え、中央ユニット４は、スクリーン５および（図示しない）他の入出力インタフェースのような各種の周辺機器に接続することができる。
中央ユニット４は、電気インピーダンストモグラフィーにおいて従来使用されているような電気的測定インタフェース６（ＩＮＴ．１）に接続され、画像作成される媒質の外面３に配置された複数の電極７に接続される。電極７の数はＩ（ゼロでない自然数）であり、各々は１とＩの間のインデックスｉによって示される。
【００６０】
電気的測定インタフェース６は、ある電極７に所定の電気的状態を与え、全てまたはいくつかの電極７について少なくとも１つの電気的パラメータを測定するように構成される。例えば、電気的測定インタフェース６は、１つの電極７について少なくとも１つの所定の電流ｊを与え、全ての電極７について電圧ｕｉを測定するように構成することができる。より詳しくは、中央ユニット４は、いくつかの電流ｊ１，…ｊｋ，…ｊＫ（ｋは各々の測定を示すインデックスであり、Ｋは異なる電流を用いた測定の総数を示すゼロでない自然数である。インデックスｋの各々の電流は、印加される電極７によって、かつ／または、対応する信号によって、他の電流と異なりうる。）を連続的に与えるように電気的測定インタフェース６を制御し、各々の電流ｊｋについて電圧ｕｉを測定するように構成される。
その代わりに、電気的測定インタフェー６は、１つまたは複数の電圧を与え、電極７について電流を測定するように構成することができる。
上記の電流および電圧は、例えば、約１ｋＨｚの周波数で交互に変動する。
【００６１】
さらに、中央ユニット４は、信号処理インタフェース８（ＩＮＴ．２）に接続され、信号処理インタフェース８は、画像作成される媒質の外面３に当てられる超音波ピエゾ電気トランスデューサアレイ９（例えば、直線状の細長い一片のトランスデューサ）を制御する。トランスデューサアレイ９は、２次元アレイとし、かつ／または、アレイの位置および／または方向の変化を可能とする可動支持物の上に搭載されることが可能であることに留意すべきである。
【００６２】
信号処理インタフェース８は、トランスデューサアレイ９に、画像作成される媒質内に位置する所定の位置ｚ（個数はＺ）に連続的に焦点を合わせた超音波を発生させるように構成される。これらの位置ｚのうち少なくともいくつかは、内容積２の中に位置する（その他は任意選択で外面３上に存在する）。上記超音波は、例えば、０．５ＭＨｚと１５ＭＨｚの間、特に、約１ＭＨｚの周波数とすることができる。
【００６３】
媒質の内容積２の画像作成が望まれるとき、中央ユニット４は、電気的測定インタフェース６によって、電流ｊｋを全てまたはいくつかの電極７に連続的に印加する。
各々の電流ｊｋについて、電気的測定インタフェース６は、画像作成される媒質内に超音波が存在しない、各々のインデックスｉの電極７の電圧（ｕｉｋ）１≦ｉ≦Ｉを測定する。
【００６４】
そして、中央ユニット４は信号処理インタフェース８によって放射を引き起こし、各々の位置ｚにおいて局所化された媒質の力学的摂動を生成するために、上述した所定の位置ｚに連続的に焦点を合わせた超音波のトランスデューサアレイ９は、結果として、媒質の電気インピーダンスの局所化された摂動（特に、導電率）となる。
【００６５】
超音波は、超音波の数百の周期について各々の位置ｚに焦点を合わせられる。
この超音波は、低周波数変調されていない波動であり、超音波ビームの焦点領域内に局所的で微小な容積の変動を引き起こす。この振動が生じる周波数は、超音波励起周波数である。そして、超音波信号と同一の周波数を有する、電気インピーダンスの局所的な摂動が生じる。超音波ビームの電気信号への影響を検出するために必要な信号対ノイズ比を向上させるために、例えば、図２に表わされているような符号化された超音波信号Ｓ（ｔ）を放射することが可能である。
【００６６】
符号化された信号として、例えば、“チャープ”関数Ｓ（ｔ）＝ｓｉｎ（２π（ｆ０＋Δｆ・ｔ）ｔ）を使用することが可能である。ここで、ｆ０は周波数、Δｆは周波数帯域幅である。変形として、所定の形態の白色ノイズを符号化として使用することが可能である。
【００６７】
より一般に、信号Ｓ１（ｔ），…  Ｓｌ（ｔ），…  ＳＬ（ｔ）に対応する超音波の放射を連続的に引き起こすことが可能であり、ここで、ｌは１とＬの間の指数であり、Ｌはゼロでない自然数である（１つのみの信号Ｓ（ｔ）が使用されるならばＬ＝１である）。この場合において、各々の信号Ｓｌに対応する波動は、例えば、信号Ｓｌ＋１に対応する波動を放射して焦点を合わせる前に、異なる位置ｚに連続的に焦点を合わせることができる。信号Ｓｌ（ｔ）は、オプションで、振幅のみが互いに異なることが可能であることに留意すべきである。
【００６８】
電流ｊｋおよび信号Ｓｌが印加され、信号Ｓｌに対応する超音波が所定の位置ｚに焦点を合わせられるとき、インデックスｉのＩ個の電極７において電圧（ｕｉｋ，ｌ，ｚ）１≦ｉ≦Ｉが測定される。信号Ｓｌ（ｔ）が上述したように符号化されるならば、測定の感度は信号Ｓｌ（ｔ）に適用される符号による電気信号（ｕｉｋ，ｌ，ｚ）１≦ｉ≦Ｉの解析によって向上させることができる。
結局、中央ユニットは、音波の焦点を合わせることなく実行されたＩ、Ｋ電圧の測定値（ｕｉｋ）１≦ｉ≦Ｉ，１≦ｋ≦Ｋ、および、音波の焦点を合わせて実行されたＩ、Ｋ、Ｌ、Ｚ電圧の測定値（ｕｉｋ，ｌ，ｚ）１≦ｉ≦Ｉ，１≦ｋ≦Ｋ，１≦ｌ≦Ｌを格納する。
【００６９】
これらの測定値に基づいて、復元の計算が実行され、これは、画像作成される媒質の任意の位置ｚにおける導電率γ（ｚ）を見つけ出すことを含む。
【００７０】
この復元は、次の問題に対応する。
【００７１】
【数１３】
2010504781.tif 000015
【００７２】
ここで、ｕｋは外面３上の電圧（電位）であり、ｕｋ（ｚ）は内容積２の中の位置ｚにおける電圧であり、
【００７３】
【数１４】
2010504781.tif 000016
【００７４】
は媒質の外面３への法線である。
【００７５】
この数学的問題を解くために、オプションで、測定データとの差を最小化することによって、例えば、最小二乗法によって、異なる導電率をテストすることを含む標準的な方法を使用することが可能である。
【００７６】
より好ましくは、以下で述べる、特に、効果的、正確、かつ、強固であることが分かっている方法を使用することが可能である。
この方法は、H.AmmariとH.Kangの著作（“Reconstruction of Small Inhomogeneities from Boundary Measurements, Lecture notes in mathematics”，ベルリン，Springer Verlag，第１８４６巻，２００４年）に教示されているように、画像作成される媒質の位置ｚにおける局所的な導電率の変化による電気的摂動は、主として次式で与えられる、という事実に基づく。
【００７７】
【数１５】
2010504781.tif 000017
【００７８】
ここで、
ｕｉｋは位置ｉにおける電位、ｕｉｋ，ｌ，ｚは位置ｚに焦点を合せられた、信号ｌに対応する超音波摂動による電位であり、
γｐは超音波によって局所的に摂動した導電率であり、
Ｍは、γｐ、および、超音波の焦点領域（例えば、超音波の振幅が最大振幅の半分より大きい領域）の形状に依存した幾何係数である極性テンソルであり、
関数Ｇは、導電率γの媒質のノイマン関数、従って、既知である。
【００７９】
これらの電気的摂動から、電流ｋが存在する位置ｚにおける電気的摂動を表わす行列Ｄを導き出すことが可能である。
【００８０】
【数１６】
2010504781.tif 000018
【００８１】
ここで、Ａは、焦点領域の形状のみに依存する既知の正定値行列である。
この行列Ａは、式  Ａ＝１／ｄ（γ／γｐ＋（ｄ−１））Ｍ  によって極性テンソルＭと関係付けられる。ここで、ｄは空間次元（２次元の画像作成についてｄ＝２、３次元の画像作成についてｄ＝３）である。
超音波の焦点領域の形状は既知であり、この行列Ａは既知である。例えば、円形または球形の焦点領域について、Ａは単位行列Ｉｄに等しい。
【００８２】
行列Ｄは、異なる信号Ｓｌ（ｔ）に対応する超音波の振幅における差のみを使用して、実行された測定値から計算することができる。
上記行列は、焦点領域の形状が円または球であるとき、例えば、それぞれ振幅Ｓ１、Ｓ２の２つの信号Ｓ１（ｔ）＝Ｓ１・ｓ（ｔ）、Ｓ２（ｔ）＝Ｓ２・ｓ（ｔ）から次式によって計算することができる。
【００８３】
【数１７】
2010504781.tif 000019
【００８４】
ここで、
ｄは空間次元（２次元の画像作成についてｄ＝２、３次元の画像作成についてｄ＝３）であり、
｜Ｖ｜は、超音波の焦点領域の面積（２次元の画像作成）または容積（３次元の画像作成）であり、Ｓ１、Ｓ２は超音波の振幅である。
この行列Ｄは、各々の電流ｋについて、位置ｚにおける音波の摂動に等しい電気的エネルギーＥｋ（ｚ）の計算を可能とする。
この電気的エネルギーは次式
【００８５】
【数１８】
2010504781.tif 000020
【００８６】
で定義され、実際は、次式
【００８７】
【数１９】
2010504781.tif 000021
【００８８】
で計算される。
【００８９】
また、例えば、電極ｉについての電流は測定できないが、画像作成される媒質の外面３と異なる位置で電流が測定できるとき、他の積分式を使用することが可能である。
式（６）を式（１）に代入することによって、解くべき数学的問題は、次のように表わすことができる。
【００９０】
【数２０】
2010504781.tif 000022
【００９１】
画像作成される媒質の外面３上の導電率γは、適切ならば、この方法を用いることなく、別個の測定によって決定することができることに留意すべきである。
画像作成される媒質の任意の位置ｚにおいてｕｋ（ｚ）を与える、未知の係数を含まないこの非線形方程式を解く。これは、画像作成される媒質の任意の位置ｚにおいて次式を生じる。
【００９２】
【数２１】
2010504781.tif 000023
【００９３】
この非線形方程式を解くために、次のアルゴリズムを使用することが可能である。
【００９４】
１）  媒質の任意の位置において、仮定された導電率γ、例えばγ＝１から始める。
２）  次のステップを繰り返す。
ａ）  電流ｊｋについて標準的な線形ソルバーを用いて、次の問題を数値的に解く。
【００９５】
【数２２】
2010504781.tif 000024
【００９６】
ｂ）  次式で誤差を計算する。ここで、Ｅｋは式（６）によって計算する。
【００９７】
【数２３】
2010504781.tif 000025
【００９８】
ｃ）  次の問題を解く。
【００９９】
【数２４】
2010504781.tif 000026
【０１００】
ｄ）  次式によって導電率を更新する。
【０１０１】
【数２５】
2010504781.tif 000027
【０１０２】
ここで、ｖｋは電位であり、式（１１）の解である。ｕｋは電位であり、式（９）の解である。式（１２）によって与えられるγｋは、適切な（少なくとも画像作成される媒質のある領域内で、ｊｉｋによって生成される電流の列と一致しない電流の列を生成する）電流の集合ｊｉｋについて、続く繰り返しにおいて導電率の値γとして使用される。
【０１０３】
停止の基準が満たされるまで、例えば、
誤差ｅのノルムが小さくなるとき、
または、∇ｖｋのノルムが小さくなるとき
まで、ステップａ）からｄ）が繰り返される。
実際、ステップａ）からｄ）の約１０回の繰り返しが収束に十分である。
【０１０４】
変形として、例えば、図３に表わされているような数百Ｈｚの変調周波数を有する、相対的に低周波数で変調された信号Ｓ１（ｔ）に対応する超音波を使用することが可能である。この場合において、超音波ビームは、媒質を押す、焦点領域における局所的な力を誘発する。この力は、超音波放射力として知られ、時間に基づく変化が超音波周波数に関係しないが超音波信号の低周波数包絡線に関係する、媒質の局所的な変位を引き起こす。また、この第２の技術の使用の間、超音波与圧信号の振幅を時間において変調することによって、超音波放射力を時間において符号化することができる。
【０１０５】
この場合において、焦点領域の形状が円または球であるとき、好ましくは、式（４）を次式（４’）で置き換えて、上述したのと同じ方法を使用することが可能である。
【０１０６】
【数２６】
2010504781.tif 000028
【０１０７】
さらに、アルゴリズムをより安定して強固にするために、誤差の式（１０）を次式で置き換えることが可能である。
【０１０８】
【数２７】
2010504781.tif 000029
【０１０９】
この場合において、収束はより遅いが、不安定になることなく、物質内のたいへん強いコントラストを検出することができる。
【０１１０】
さらに、上記方法において同時にいくつかの電流のデータを使用することが可能である。
この目的のために、ステップ（ｄ）において、
・領域の各々の位置ｚについて、どの電流ｋが最大のエネルギー
【０１１１】
【数２８】
2010504781.tif 000030
【０１１２】
に対応するかを求め、これは関数ｋ（ｚ）を与え、
・各々の電流ｋ（ｚ）について、導電率が次のように更新され、ここで、γは前の導電率の値であり、
【０１１３】
【数２９】
2010504781.tif 000031
【０１１４】
・続く繰り返しにおいてγｋ（ｚ）が導電率の値γとして使用される。
【０１１５】
本発明による方法は地球物理学においても使用できることに留意すべきである。この場合において、画像作成される媒質は地球の土壌であり、超音波は弾性波、特に、低周波数の圧縮波または剪断波（例えば、５Ｈｚから５０００Ｈｚ）で置き換えられる。そして、上述したピエゾ電気トランスデューサは、地表に配置された機械的な起振機またはアクチュエータの集合で置き換えられる。
【符号の説明】
【０１１６】
１  ・・・  電気インピーダンストモグラフィー装置
２  ・・・  内容積
３  ・・・  外面
４  ・・・  中央ユニット
５  ・・・  スクリーン
６  ・・・  電気的測定インタフェース
７  ・・・  電極
８  ・・・  信号処理インタフェース
９  ・・・  トランスデューサアレイ
【図１】
2010504781.tif 000044
【図２】
2010504781.tif 000045
【図３】
2010504781.tif 000046
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月28日(2009.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面（３）によって境界を定められた、ある内容積（２）を有する媒質の画像作成のための電気インピーダンストモグラフィー法であって、
前記媒質の外面（３）上に所定の電気的状態が与えられ、前記媒質の所定の位置で力学的摂動を生成し、従って、前記媒質のインピーダンスを局所的に修正する一方で、前記媒質の外面（３）上のいくつかの位置（７）で少なくとも１つの電気的パラメータが測定される、少なくとも１つの電気的測定ステップと、
前記媒質の内容積（２）の中のいくつかの位置で電気インピーダンスに関する少なくとも１つのパラメータが決定される、少なくとも１つの計算ステップと、
を有する方法において、
前記計算ステップにおいて、前記電気インピーダンスに関するパラメータは、前記摂動による電気インピーダンスの修正についての所定の法則を使用して、前記摂動の間に実行される測定を考慮して決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記与えられる電気的状態は、前記媒質の外面上の少なくとも１つの位置（７）で与えられる少なくとも１つの電流を含み、
前記測定される電気的パラメータは電位である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電気インピーダンスに関するパラメータは導電率である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記力学的摂動は、前記媒質の少なくとも１つの位置に焦点を合わせた波動である請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記波動は音波である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記音波は超音波である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記波動は、結果として前記媒質の局所的な変位となる超音波放射力を生成するために適合した変調周波数における振幅変調信号に対応する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記波動は弾性波である請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記波動は符号化された信号に対応する請求項４から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記計算ステップにおいて、前記画像作成される媒質の任意の位置ｚについて次式
【数１】
2010504781.tif 000047
が解かれ、ここで、
ｋは、前記媒質の外面における少なくとも１つの電流の集合ｊｉｋを示すインデックスであり、ｉはこの集合の各々の電流を示すインデックスであり、
Ｅｋ（ｚ）は、前記媒質の外面における電流の集合ｊｉｋを印加する間に前記波動によって生じる摂動に対応するエネルギーであり、
ｕｋ（ｚ）は、前記媒質の位置ｚにおける電位であり、
Ａは、焦点を合わせた位置の周囲に前記波動によって生じる焦点領域の形状を表わす行列である請求項４から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記焦点領域は球形であり、Ａは単位行列である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記計算ステップにおいて、前記エネルギーは、前記摂動による電気インピーダンスの修正についての前記法則によって決定される請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記エネルギーは次式
【数２】
2010504781.tif 000048
で計算され、ここで、
ｚは、前記媒質の中の位置を示し、
Ｄｉｋ（ｚ）は、前記媒質の外面（３）上のインデックスｉの位置において測定された電気的摂動を表わす値であり、前記位置ｉにおいて電流の集合ｊｉｋを印加する間に前記波動によって生成される請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
Ｄｉｋ（ｚ）は次式
【数３】
2010504781.tif 000049
に対応し、ここで、γは導電率であり、Ｇ（ｚ，ｉ）は前記媒質のノイマン関数である請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
Ｄｉｋ（ｚ）の値は、異なる信号Ｓｌ（ｔ）に対応する波動を使用して、実行された測定から計算され、ｌは１とＬの間のインデックスである請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
Ｌは２に等しく、それぞれ振幅Ｓ１、Ｓ２であるＳ１（ｔ）＝Ｓ１・ｓ（ｔ）、Ｓ２（ｔ）＝Ｓ２・ｓ（ｔ）の２つの信号が使用され、
Ｄｉｋ（ｚ）の値は、焦点領域の形状が円または球であるとき、次式
【数４】
2010504781.tif 000050
によって計算され、ここで、
ｄは、２次元の画像作成について２に等しく、３次元の画像作成について３に等しく、
｜Ｖ｜は、２次元の画像作成について焦点領域の面積、３次元の画像作成について焦点領域の容積である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記波動は超音波であり、
Ｌは２に等しく、それぞれ振幅Ｓ１、Ｓ２であるＳ１（ｔ）＝Ｓ１・ｓ（ｔ）、Ｓ２（ｔ）＝Ｓ２・ｓ（ｔ）の２つの信号が使用され、ｓ（ｔ）は結果として前記媒質の局所的な変位となる超音波放射力を生成するために適合した変調周波数における振幅変調信号であり、
Ｄｉｋ（ｚ）の値は、焦点領域の形状が円または球であるとき、次式
【数５】
2010504781.tif 000051
によって計算され、ここで、
ｄは、２次元の画像作成について２に等しく、３次元の画像作成について３に等しく、
｜Ｖ｜は、２次元の画像作成について焦点領域の面積、３次元の画像作成について焦点領域の容積である請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記計算ステップにおいて、仮定された導電率γから始めて次のサブステップが繰り返され、サブステップａ）からｄ）は停止の基準が満たされるまで繰り返され、
ａ）  次式を数値的に解き、ここで、γは前に評価された導電率の値であり、
【数６】
2010504781.tif 000052
ｂ）  前記導電率において評価された誤差ｅｋを計算し、
ｃ）  次式を解き、
【数７】
2010504781.tif 000053
ｄ）  次式によって前記導電率を更新し、
【数８】
2010504781.tif 000054
ここで、ｖｋは式（１１）の解であり、ｕｋは式（９）の解であり、γｋは、前記媒質の少なくとも１つの領域において、電流の集合ｊｉｋによって生成される電流の列と一致しない電流の列を生成するもう１つの電流の集合ｊｉｋとともに新たな導電率の値として使用される請求項１０から１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記サブステップｂ）において、前記導電率において評価された誤差ｅｋは次式
【数９】
2010504781.tif 000055
によって計算される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記サブステップｂ）において、前記導電率において評価された誤差ｅｋは次式
【数１０】
2010504781.tif 000056
によって計算される請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記サブステップｄ）において、
前記媒質の各々の位置ｚについて、電気的状態のどのインデックスｋが最大のエネルギー
【数１１】
2010504781.tif 000057
に対応するかを求め、これは関数ｋ（ｚ）を与え、
前記導電率は次式のように更新され、
【数１２】
2010504781.tif 000058
ここで、γｋ（ｚ）は導電率の値γとして使用される請求項１８から２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記画像作成される媒質は生物学的組織である請求項１から２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記画像作成される媒質は人間の器官である請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記画像作成される媒質は地球の土壌である請求項１から２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
外面によって境界を定められた、ある内容積を有する媒質（２）の画像作成のための電気インピーダンストモグラフィー装置であって、
中央ユニット（４）と、
電極（７）を有する電気的測定装置（６，７）と、
を備え、
前記電気的測定装置（６，７）は、前記媒質の外面上の前記電極（７）において所定の電気的状態を与え、前記媒質の外面上で前記電極（７）を通して少なくとも１つの電気的パラメータを測定するために前記中央ユニット（４）によって制御され、
前記媒質の所定の位置で力学的摂動を生成し、従って、前記媒質のインピーダンスを局所的に修正する一方で、前記電気的パラメータを測定するために、前記中央ユニット（４）によって制御される力学的摂動生成装置（８，９）と、
前記媒質の内容積の中のいつくかの位置において前記電気インピーダンスに関する少なくとも１つのパラメータを決定する計算手段と、
をさらに備え、
前記計算手段は、前記摂動による電気インピーダンスの修正についての所定の法則を使用して、前記摂動の間に実行される測定を考慮して前記パラメータを決定するように構成された装置。
【請求項２６】
前記力学的摂動生成装置（８，９）は、前記媒質の少なくとも１つの位置に焦点を合わせた波動を生成するように構成された請求項２５に記載の電気インピーダンストモグラフィー装置。
【国際調査報告】
2010504781.tif 000059
2010504781.tif 000060
2010504781.tif 000061
2010504781.tif 000062
2010504781.tif 000063
2010504781.tif 000064