(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に安定な固有識別特性を有する不可視内部組織を認識することによって、人または動物のアイデンティティを認識する非侵襲的な方法であって、
ａ）電気発振信号を発生するステップと、
ｂ）ステップ（ａ）の前記電気発振信号を音響エネルギ・ビームに変換するステップであって、前記音響エネルギ・ビームが１００ｋＨｚないし１０ＭＨｚの範囲の少なくとも１つの周波数を有する、ステップと、
ｃ）前記音響エネルギ・ビームを、外部からアクセス可能な表面を介して、前記不可視内部組織に送信するステップと、
ｄ）前記不可視内部組織からの放出音響エネルギ・ビームを受信するステップであって、前記放出音響エネルギ・ビームは、送信された前記音響エネルギ・ビームに応答したものである、ステップと、
ｅ）前記放出音響エネルギ・ビームを放出電気信号に変換するステップと、
ｆ）前記放出電気信号に応答して、前記実質的に安定な固有識別特性を有する前記不可視内部組織の現表現パターンを形成するステップであって、
i）少なくとも１つの振幅対時間のプロットを生成するステップであって、エコー・ピークの振幅及びピーク間距離が前記放出電気信号に応答してのものである、ステップと、
ii）前記プロットのｘ軸に平行でありｙ軸に垂直である最小スレッショルド振幅値を決定し、それにより前記プロットを選択エリアと除去エリアに分割するステップと、
iii）前記選択エリアにあるピークのピーク間距離及びピーク高さから表現パターンを提供するステップ
を含むステップと、
ｇ）前記不可視内部組織の以前に生成して格納してあるマスタ表現パターンと、当該不可視内部組織の前記現表現パターンとを比較するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記音響エネルギ・ビームが、内部組織において実質的に減衰しない少なくとも１つの周波数を有する方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、ステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）を送信変換器によって実行する方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、ステップ（ｄ）およびステップ（ｅ）を受信変換器によって実行する方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、前記送信変換器および前記受信変換器が、１つの同一の変換器である方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、前記音響エネルギ・ビームが、約１ＭＨｚから約５ＭＨｚの少なくとも１つの周波数を有する方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記不可視内部組織が少なくとも１つの媒体を備える方法。
【請求項８】
請求項５記載の方法において、前記外部アクセス可能表面を介しての前記送信ステップが、前記同一の変換器を前記外部アクセス可能表面に配置し、前記不可視内部組織に対して実質的に垂直に前記音響エネルギ・ビームを送信するステップを備える方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記不可視内部組織が、骨格組織、脂肪組織、軟骨、内臓、筋肉組織、軟質組織、血管、および神経系統組織から成るグループから選択された少なくとも１つの部材を含む方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法において、前記同一の変換器を水平方向に掃引し、各水平方向の掃引の後に直角方向に短い距離だけ移動させ、前記外部からアクセス可能な表面の所定部分の調査を完了するまで繰り返すステップを更に含む方法。
【請求項１１】
請求項５記載の方法において、前記外部アクセス可能表面を介しての前記送信ステップが、前記同一の変換器を前記外部アクセス可能表面と接触させ、送信および受信を行なう前記変換器をｘ方向およびｙ方向の双方に少なくとも９０度の円弧状にわたって掃引するステップを更に備える方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法において、前記不可視内部組織が骨格組織を備える方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法において、前記現表現パターンを形成するステップが、
ａ）前記振幅対時間のプロットを四角形格子パターンに分割するステップと、
ｂ）前記四角形格子パターンを複数の四角形サブフレームに細分化するステップと、
ｃ）各前記四角形サブフレームに整数を割り当てるステップと、
ｄ）前記振幅対時間のプロットを、対象とするエコー・ピークを含む少なくとも１つの分析領域に区分するステップであって、分析領域の境界が前記プロットのｙ軸に平行であり、ｘ軸に垂直である、ステップと、
ｅ）サブフレームの数によって定量化される値を有する前記境界内に含まれる前記分析領域の距離を測定するステップと、
ｆ）前記分析領域の選択した各前記エコー・ピークの中心を決定するステップと、
ｇ）サブフレーム数によって定量化された値を有する前記の選択した各エコー・ピークの前記中心間の、ｘ軸に平行なピーク間距離を測定するステップと、
ｈ）前記ピーク間距離の各々に比率値を割り当てるステップであって、前記ピーク間距離におけるサブフレームでの前記測定値を、前記分析領域に含まれるサブフレームでの前記測定値と比較するステップと、
ｉ）前記比率値を、前記ピーク間距離を表わす十進数に変換するステップと、
ｊ）選択した全てのエコー・ピークの前記ピーク間距離の平均を計算するステップと、
ｋ）前記平均の標準偏差を計算するステップと、
ｌ）サブフレーム数によって定量化された値を有する、前記最小スレッショルド値よりも大きな前記の選択したエコー・ピークの各々について、高さ値を測定するステップと、
ｍ）前記ピーク間距離の前記平均および前記選択したエコー・ピークの前記高さ値を格納するステップと
を更に備える方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、マスタ表現パターンを、前記現表現パターンを形成するのと同じ方法を用いて生成する方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法において、前記の少なくとも１つの振幅対時間のプロットを生成するステップは、
前記放出電気信号をアナログ形式からデジタル形式に変換するステップと、
デジタル変換した前記放出電気信号に応答して前記振幅対時間のプロットを電子的に計算するステップと
を備える方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の方法において、前記の少なくとも１つの振幅対時間のプロットを生成するステップは、
急速に変化する電圧または電流によって生ずる電気信号を観察するために視覚出力を提供するステップ
を備える方法。
【請求項１７】
請求項１記載の方法において、前記人または動物の少なくとも１つの肯定的検証がなされた後に、前記マスタ表現パターンを前記現表現パターンと置換する方法。
【請求項１８】
請求項１記載の方法において、前記の発生した電気信号がパルス形式である方法。
【請求項１９】
請求項１記載の方法において、前記放出音響エネルギ・ビームが、前記送信した音響エネルギ・ビームと前記不可視内部組織内の何れかの不連続性および非均質性との相互作用に応答してのものである方法。
【請求項２０】
実質的に安定な固有識別特性を有する不可視内部組織を認識することによって人または動物のアイデンティティを検証する非侵襲的な方法であって、
ａ）前記実質的に安定な固有識別特性を有する前記不可視内部組織のマスタ表現パターンを生成するステップと、
ｂ）少なくとも１つのメモリ記憶システムに、前記不可視内部組織の前記マスタ表現パターンを格納するステップと、
ｃ）電気発振信号を発生するステップと、
ｄ）ステップ（ｃ）の信号を、少なくとも１つの送信変換器に送り、前記信号を音響エネルギ・ビームに変換する、ステップと、
ｅ）外部からアクセス可能な表面を介して前記送信変換器から前記音響エネルギ・ビームを前記不可視内部組織に送信するステップであって、前記送信音響エネルギ・ビームは、放出される前に、前記不可視内部組織内の不連続性および非均質性との相互作用によって変化を受ける、ステップと、
ｆ）少なくとも１つの受信変換器によって、前記不可視内部組織から放出音響エネルギ・ビームを受信するステップであって、前記放出音響エネルギ・ビームを放出電気信号に変換するステップと、
ｇ）前記放出電気信号に応答して、前記固有識別特性を有する前記不可視内部組織の現表現パターンを形成するステップであって、
i）少なくとも１つの振幅対時間のプロットを生成するステップであって、エコー・ピークの振幅が前記放出電気信号に応答してのものである、ステップと、
ii）前記プロットのｘ軸に平行でありｙ軸に垂直である最小スレッショルド振幅値を決定し、それにより前記プロットを選択エリアと除去エリアに分割するステップと、
iii）前記最小スレッショルド振幅値より小さい前記エコー・ピークを除去して、選択されたピークだけを残すステップ
を含むステップと、
ｈ）前記不可視内部組織の格納してある前記マスタ表現パターンと、その前記現表現パターンとを比較するステップと
を備える方法。
【請求項２１】
実質的に安定な固有識別特性を有する不可視内部組織を認識することによって人または動物のアイデンティティを認識するシステムであって、
ａ）電気発振信号を発生する手段と、
ｂ）エレメント（ａ）に接続され、前記電気発振信号を音響エネルギ・ビームに変換し、前記音響エネルギ・ビームを外部からアクセス可能な表面を介して前記不可視内部組織に送信する少なくとも１つの送信変換器であって、前記送信音響エネルギ・ビームは、放出される前の前記不可視内部組織内の不連続性および非均質性との相互作用によって変化を受ける、送信変換器と、
ｃ）前記不可視内部組織から放出された前記放出音響エネルギ・ビームを放出電気信号に変換する少なくとも１つの受信変換器と、
ｄ）エレメント（ｃ）から受信した前記放出電気信号を、前記実質的に安定な固有識別特性の現表現パターンに変換する、現表現パターンを形成する手段であって、該手段が
i）少なくとも１つの振幅対時間のプロットを生成し、エコー・ピークの振幅は前記放出電気信号に応答してのものであることと、
ii）前記プロットのｘ軸に平行でありｙ軸に垂直である最小スレッショルド振幅値を決定し、それにより前記プロットを選択エリアと除去エリアに分割することと、
iii）前記最小スレッショルド振幅値より小さい前記エコー・ピークを除去して、選択されたピークだけを残すことと
を含む、
ｅ）エレメント（ｄ）に接続され、比較を行なう手段であって、前記現表現パターンと、以前に生成して格納してあるそのマスタ表現パターンとを比較する手段と
を備えるシステム。
【請求項２２】
請求項２１記載のシステムにおいて、前記エレメント（ｂ）および（ｃ）が１つの同一の変換器であるシステム。
【請求項２３】
請求項２２記載のシステムにおいて、前記変換器を保持する手段を更に備えるシステム。
【請求項２４】
請求項２２記載のシステムにおいて、前記同一の変換器が、約１ＭＨｚから約５ＭＨｚの周波数を有する前記音響エネルギ・ビームを送信するシステム。
【請求項２５】
請求項２１記載のシステムにおいて、前記不可視内部組織が、骨格組織、脂肪組織、軟骨、内臓、筋肉組織、軟質組織、血管、および神経系統組織からなるグループから選択された少なくとも１つの部材であるシステム。
【請求項２６】
請求項２１記載のシステムにおいて、前記マスタ表現パターンは、前記現表現パターンを形成するのと同じ手段を利用して生成するシステム。
【請求項２７】
請求項２１記載のシステムにおいて、前記マイクロプロセッサが、エレメント（ｃ）から受け取った前記放出電気信号から前記現表現パターンを、生成する際に、
ａ）エコー・ピークの振幅が前記放出電気信号に応答してのものである、少なくとも１つの振幅対時間のプロットを生成し、
ｂ）前記振幅対時間のプロットを、四角形格子パターンに分割し、
ｃ）前記四角形格子パターンを複数の四角形サブフレームに細分化し、
ｄ）各前記四角形サブフレームに整数を割り当て、
ｅ）前記振幅対時間のプロットを、対象とするエコー・ピークを含む少なくとも１つの分析領域に区分し、分析領域の境界は前記プロットのｙ軸に平行でありｘ軸に垂直であるようにし、
ｆ）前記サブフレームの数によって定量化される値を有する前記境界内に含まれる前記分析領域の距離を測定し、
ｇ）前記プロットのｘ軸に平行な最小スレッショルド振幅値を決定し、それにより前記プロットを選択エリアと除去エリアに分割し、
ｈ）前記分析領域内において前記最小スレッショルド振幅値より小さい前記エコー・ピークを除去し、選択されたエコー・ピークのみを残し、
ｉ）前記分析領域の選択した各前記エコー・ピークの中心を決定し、
ｊ）前記サブフレームの数によって定量化された値を有する、各前記選択したエコー・ピークの前記中心間の、ｘ軸に平行なピーク間距離を測定し、
ｋ）前記ピーク間距離の各々に比率値を割り当て、前記ピーク間距離におけるサブフレームでの前記測定値を、前記分析領域に含まれるサブフレームでの前記測定値と比較し、
ｌ）前記比率値を、前記ピーク間距離を表す十進数に変換し、
ｍ）選択した全てのエコー・ピークの前記ピーク間距離の平均を計算し、
ｎ）前記平均の標準偏差を計算し、
ｏ）前記サブフレームの数によって定量化された値を有する、前記最小スレッショルド値よりも大きな前記選択した振幅ピークの各々について高さ値を測定し、
ｐ）前記ピーク間距離の前記平均および前記選択した振幅ピークの前記高さ値を格納する
ことにより生成するシステム。
【請求項２８】
請求項２３記載のシステムにおいて、前記同じ変換器が前記外部アクセス可能表面上に配置され、よって前記放出音響エネルギ・ビームが前記不可視内部組織に対して実質的に垂直方向に送信されるシステム。
【請求項２９】
請求項１記載の方法において、前記音響エネルギ・ビームの前記音響エネルギが１００ｋＨｚと１０ＭＨｚの間の周波数を有する方法。
【請求項３０】
請求項１記載の方法において、前記音響エネルギ・ビームの前記音響エネルギが１マイクロ秒と１０マイクロ秒の間のパルス幅を有する方法。
【請求項３１】
請求項１記載の方法において、前記電気発信信号が１０ミリボルトと５００ボルトの間の振幅を有する方法。
【請求項３２】
請求項１記載の方法において、前記発生した音響エネルギがパルス・エコー・モード、ピッチ・キャッチ・モード、スルー・モードのいずれかの送信モードである方法。
【請求項３３】
請求項１記載の方法において、前記音響エネルギ・ビームが超音波を含む方法。
【請求項３４】
請求項１記載の方法において、前記超音波が長波を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、固有の識別特性を有する不可視の内部組織を用いた人または動物の識別のための生物測定学的認識方法およびシステムに関する。
【０００２】
発明の背景
個人識別番号またはパスワードのような、磁気カードにエンコードされたメモリ・データに基づくセキュリティ方法が、今日の商業界、産業界および政府機関において広く用いられている。電子的なトランザクションおよび検証の増大に伴って、カードの紛失や盗難、および識別番号またはパスワードの忘却、共有、盗み見（ｏｂｓｅｒｖｅ）も増大しつつある。磁気カードは詐欺や窃盗に対するセキュリティを殆ど備えていないので、指紋や網膜紋（ｒｅｔｉｎａ  ｐｒｉｎｔｓ）のような一意に外部から検出可能な個人の肉体的解剖学的特徴や、筆記様式や声紋というような外部的性質特性に基づく、安全性を高めた自動認識方法の開発に向けて動きつつある。生物測定学（ｂｉｏｍｅｔｒｉｃｓ）として知られる技法は、個人に固有の特性によってその人を特定することにより認識システムの信頼性向上に有効である。表現的な技法には、人の外部皮膚パターンを対象とする指紋認識、人の手の形状および寸法に注目する手の幾何学的形状、人の目の網膜における固有の血管配置を規定する網膜走査、個人の異なる音波を区別する音声検証、およびサイン（署名）検証が含まれる。
【０００３】
生物測定学的認識は、「識別モード」（ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｍｏｄｅ）で用いることができ、この場合、生物測定学的システムは、データベースを探索して一致を求めることによって、登録されている母集団全体から一人の人を特定する。また、「検証モード」（ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｍｏｄｅ）でシステムを用いることもでき、この場合、生物測定学的システムは、人が請求したアイデンティティ（ｉｄｅｎｔｉｔｙ、同一性）を彼／彼女の以前に登録した識別データ・パターンから認証する。多くの生物測定学的応用では、識別モードまたは検証モードの何れにおいても、何れの不正確に対しても猶予（ｍａｒｇｉｎ）は殆どない。これらの用途では、制限されたエリアに対する物理的アクセス、ならびに軍事用役、諜報機関およびその他のセキュリティに厳しい政府機関が使用する機密情報を含むコンピュータ・システムへのアクセスを含み得る。また、家庭監禁（ｈｏｍｅ  ｉｎｃａｒｃｅｒａｔｉｏｎ）、仮出獄プログラム（ｐａｒｏｌｅ  ｐｒｏｇｒａｍ）、および刑務所または牢獄への物理的な出入りを含む法執行での用途がある。最後に、アクセスに自動指紋識別システム（ＡＦＩＳ）を拠り所とする、政府出資の権利付与プログラム（ｅｎｔｉｔｌｅｍｅｎｔ  ｐｒｏｇｒａｍ）は、二重の受益や、更には受取人の死亡（ｄｅｍｉｓｅ）の後にも継続して受益することを減少させることにより、社会福祉事業プログラムにおいて詐欺を防止するのに重要である。
【０００４】
今日では、レーザや合成ポリマーの進歩により、特定の個人に必須の独特の物理的パターンや特色を有する人体の一部を再生する技術が利用可能となっている。エントリの際に固有の皮膚または身体パターンの提示を検証する必要がある高レベルのセキュリティ・システムでは、偽造モデルを生産することができれば、詐欺師による機密設備への不正侵入が許されてしまう。これらの潜在的な可能性が高まりかつ広がって、固有の皮膚パターンまたは具体的な幾何学的形状を有する一層現実的な人体部分が提供されると、識別目的のために提示された身体部分が、偽造された複製（ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）なのか、または既に死亡した正当な人の身体部分なのかについての検証も増々必要となってくる。
【０００５】
現在市販されている生物測定学的方法およびシステムは、外部から視認可能な区別のための特性、例えば、指紋、手の形状および血管パターンのみを識別に用いている。今日まで、最も広く用いられている方法は指紋であるが、これまでにいくつかの問題が発見されている。その中には、走査した指紋の汚れ、水分、油による誤ったネガティブな識別が含まれる。加えて、個人によっては、稜構造の外傷または摩耗のため彼らの指紋における稜パターンの詳細が十分に得られない場合もある。これらの問題を克服するために、超音波技術を用い、表皮が表示する特徴全てを含む、指紋稜パターンの皮下特徴を走査する生物測定学的方法が導入されている。しかしながら、この方法は、フェイル・プルーフ・システム（ｆａｉｌ  ｐｒｏｏｆ  ｓｙｓｔｅｍ）を備えていない。何故なら、今日の最新技術によって、指紋は、表面および皮下の稜パターンの双方が容易に再生可能であるからである。
【０００６】
セキュリティ向上のために、人または動物を特定するために、コード化したコンピュータ・チップを備えた内部インプラントを用いる試みがなされてきた。これら内部インプラントの中には、動物にタグを付ける際に用いられているものがある。例えば、貴重な雄牛、高価な生産用家畜、競走馬や、家庭用ペットに至るまで、動物に非常に高い価値がある場合に特に用いられている。しかし、これらのインプラントでさえもリスクがない訳ではない。これらのインプラントは、動物を特定する際に役立つが、インプラントが除去されていない場合に限られる。一旦除去されてしまうと、行方不明の動物または盗まれた動物を特定するための知覚可能な情報はなくなってしまう。更に、機密施設へのアクセスのために内部インプラントを用いる場合において、許可を受けた個人から埋め込まれたチップを取り出し、その後に無許可の個人にチップを埋め込むのは比較的容易に行うことができる。
【０００７】
従って、容易に除去または複製できない固有の特性を用いて個人または動物のアイデンティティを検証する、経済性および信頼性を高めた自動生物測定学的認識システムおよび方法が求められている。これがあれば、内部インプラントの除去や、汚れ、油、水分、または外部表面の劣化のために識別不可能な指紋や、識別に用いられる固有の識別特性の人工複製物を用いてシステムを欺く可能性に関する懸念が解消されよう。
【０００８】
発明の概要
用語
本発明の目的上、以下の明細書および特許請求の範囲に出て来る用語および表現は、次の意味を有することとする。
【０００９】
「不可視内部組織」は、骨格組織、皮下脂肪、軟骨、内臓、筋肉組織、軟質組織、血管、および神経系統組織を含む、外皮の外側からの視認によってまたは外被を通して人の目に見ることができない動物または人の何れかの身体の内部組織を意味する。
【００１０】
「固有識別特性」は、人または動物の特性であって、当該個人または動物に固有であり、それを特定するために使用可能なものである。この特性は、不可視の内部組織の表面形状、不可視の内部組織の幾何学的形状、不可視の内部組織の物理的および機構的特性、ならびにそれらの組み合わせを含むことができる。
【００１１】
「表現（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ）パターン」は、内部組織における不連続性または不均質性との相互作用の後に放出される音波によって形成され、固有識別特性を表すパターンを意味する。
【００１２】
「実質的に安定」とは、固有識別特性が通常のストレスのない状態において大きく変化しないことを意味する。
【００１３】
本発明は、音響エネルギを用いて、実質的に安定な固有識別特性を有する不可視内部組織を認識することによって人または動物のアイデンティティを検証する生物測定学的認識方法およびシステムに関する。
【００１４】
本方法は、電気発振信号の発生を含む。電気発振信号を音響エネルギ・ビームに変換する。音響エネルギ・ビームを、外部からアクセス可能な表面（外部アクセス可能表面）を介して、不可視内部組織に送る。不可視内部組織への音響エネルギ・ビームの入射に応答して、内部組織から音響エネルギ・ビームが放出される。この放出される音響エネルギ・ビームは、内部の不連続性および非均一性との相互作用により変化されている。放出された音響エネルギ・ビーム（放出音響エネルギ・ビーム）を、放出された電気信号（放出電気信号）に変換する。放出電気信号に応答して、不可視内部組織内の実質的に安定な固有識別特性の現在の表現パターン（現表現パターン）を形成する。現表現パターンを、以前に生成して格納してあるマスタ表現パターンと比較し、生物測定学的システムによって個人が認識されるか否かについて判定を行う。
【００１５】
電気発振信号を音響エネルギ・ビームに変換し、音響エネルギ・ビームを外部アクセス可能表面を介して送ることは、送信変換器によって行うことができる。同様に、放出音響エネルギ・ビームを受信し、これを放出電気信号に変換することは、受信変換器によって行うことができる。
【００１６】
この方法は、後にアクセスして現表現パターンと比較するために、少なくとも１つのメモリ記憶システムにアーカイブ・マスタ表現パターンを格納しておくことによって、実施することができる。また、この方法は、認識システムで少なくとも１回実行した後にマスタ表現パターンを置換する現表現パターンに依存するようにしてもよい。
【００１７】
本発明の別の目的は、音響エネルギ・ビームを用いて不可視内部組織を走査することによって個人を照合する新規の非侵襲生物測定学的認識システムを提供することである。本システムは、電気発振信号を発生する手段を含むことができる。信号を発生した後、電気信号を音響エネルギ・ビームに変換する少なくとも１つの手段を、電気信号を発生する手段に接続する。音響エネルギ・ビームを、外部アクセス可能表面を介して、変換手段から不可視内部組織に送信する。送信音響エネルギ・ビームは、放出音響エネルギ・ビームとして放出される前に、不可視内部組織内の不連続性や非均質性との相互作用によって変化されている。放出音響ビームを放出電気信号に変換する少なくとも１つの手段が、放出音響エネルギ・ビームを受信し、これを放出電気信号に変換する。現表現パターンを形成する手段を、放出音響エネルギ・ビームを受信して変換する手段に接続し、放出電気信号を、実質的に安定な固有識別特性の現表現パターンに変換する。比較手段を、現表現パターンを形成する手段に接続し、以前に生成して格納してあるマスタ表現パターンと現表現パターンとを比較する。
【００１８】
加えて、電気発振信号を音響エネルギ・ビームに変換する手段、および音響エネルギ・ビームを外部アクセス可能表面を介して送信する手段は、少なくとも１つの送信変換器とすることができる。同様に、放出音響エネルギ・ビームを受信し、放出音響エネルギ・ビームを放出電気信号に変換する手段は、少なくとも１つの受信変換器とすることができる。送信変換器および受信変換器は、１つの同じ変換器とすることができる。送信および受信変換器は、当該変換器を配置するホルダによって、外部アクセス可能表面に隣接して保持することができる。
【００１９】
好適な実施形態の説明
本発明のシステムおよび方法を図１に示す。不可視内部組織を検査する最も実用的な手段はパルス方法を用いるものであるが、共振のような他の方法も本発明では使用可能である。パルス方法の基本原理は、外部アクセス可能表面を通じて音響エネルギ・パルスを不可視内部組織に伝達し、続いて、組織内部の不連続性および不均質性によって変化した音響エネルギ・パルスを組織内部から放出することから成る。
【００２０】
電気発振信号をパルス発生装置４によって発生する。パルス発生装置は、例えば、周波数、モード、パルス持続時間または幅、および繰り返しレートのような、所定の特性を有する信号を発生する形式であれば何れでもよい。この装置は、約１００ｋＨｚないし約１０ＭＨｚの範囲、好ましくは約５００ｋＨｚないし約５ＭＨｚの範囲の適切なパルス周波数、約１ないし約１０マイクロ秒、好ましくは約２ないし約４マイクロ秒のパルス幅、および振幅が約１０ミリボルトないし約５００ボルト、好ましくは約１０００ミリボルトないし約３００ボルトの、狭いパルス列を発生する必要がある。何れのソリッドステート・パルス発生器でも使用可能であるが、出力電圧、減衰、繰り返しレート、周波数、およびパルス持続時間のコンピュータ制御を有することが好ましい。
【００２１】
前述の要件を満たすパルス発生器は数種類あり、その中には、ＢＫ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ２００５Ａ（１００ｋＨｚ〜４５０ＭＨｚ）（Ｂ＆Ｋ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ（Ｂ＆Ｋプレシジョン社）、シカゴ、イリノイ州）、Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ  ＳＭＥ０２（５ｋＨｚ〜５ＧＨｚ）およびＴｅｋｔｒｏｎｉｘ  ＳＭＥ４０４０（０．５Ｈｚ〜２０ＭＨｚ）（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｃ，  Ｉｎｃ．（テクトロニック社）、ビーバートン、オレゴン州）、ならびにＭａｔｅｃ７００シリーズ（１〜１１００ＭＨｚ）が含まれる。
【００２２】
不可視内部組織の調査に音響パルス方法を利用することにより、パルス−エコー、ピッチ−キャッチ、およびスルー送信（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を含む異なる選択肢が得られる。パルス・エコー方法は単一の変換器の使用を伴い、この変換器が最初に音響パルスの送信機として機能し、次いで、走査した内部組織内の欠陥またはその他の界面から反射して放出されるエコーを検出する受信機として機能する。ピッチ−キャッチ方法は２つの同じ変換器の使用を伴い、必須ではないが、多くの場合同一のホルダ上に取り付け、一方のエレメントが音響パルスを送信するように機能し、他方が反射パルスを受信するように機能する。スルー送信方法は、互いにおよび試料に対して相対的に配置した２つの変換器の使用を伴い、一方の変換器が他方から送信したエネルギを受信するが、音響エネルギ・ビームが対象領域を通過した後にのみ受信する。本生物測定学的認識システムでは、これらの方法の何れもが使用可能であるが、パルス−エコー方法が好ましい。
【００２３】
４において発生した電気発振信号は、送信変換器６に送出即ち転送され、ここで電気発振信号を音響エネルギ・ビームの形態の機械的出力に変換する。パルス発生器から受け取った電圧パルスを音響エネルギ・ビームに変換する機能を有する電気機械変換器であれば、何れでも本発明において利用することができる。
【００２４】
電気機械変換器の最も一般的な形式は、圧電効果を使用したものである。圧電効果は、幾つかの自然結晶および人工結晶において発生し、電荷を結晶表面に印加した際またはその逆の際の結晶寸法の変化として定義される。圧電効果およびその逆効果の重要性は、圧電物質が、電気的発振を機械的発振に、またはその逆に変換する手段を提供する点にある。
【００２５】
圧電変換器を短い電気的パルスで励起すると、その帯域幅によって決定される長さτの音響パルスを放出する（τ≒１／Δｆであり、ここでΔｆは変換器の帯域幅である）。パルス型の測定において用いられる変換器は、本発明におけると同様、差が極く僅かな深さに位置する２つの不連続からの別個のエコーを分解できなければならず、これは、パルスが非常に短く、広帯域幅で、Ｑが小さい変換器によってのみ達成することができる。変換器の量Ｑは次のように、即ち、
Ｑ＝ｆ0（ｆ1−ｆ2）
と定義される。
【００２６】
変換器のＱは、共振の鋭さの尺度であり、従って、変換器の動作周波数帯域はＱの関数となる。殆どの圧電エレメントは通常は高いＱ値を有し、その結果、短い電気インパルスによってこれらを長い時間振動させる、即ち、「響かせる（ｒｉｎｇ）」。これは、本発明のような、パルス・エコーの応用では通常望ましくない。何故なら、初期パルスが消滅する前にエコーが受信され、その電気的指示が初期パルスの電気的指示において失われるからである。低いＱおよび広帯域特性を得るためには、圧電変換器を、高い吸収特性を有する材料を用いた非放射面に装荷することにより、減衰効果を得る。減衰材料は、圧電材料と同じ特性インピーダンスを有することが好ましい。
【００２７】
本発明では、一般的に用いられている圧電材料であれば何れでも利用可能であり、それらには、改質チタン酸鉛、クオーツ、チタン酸バリウム、硫酸リチウム、ジルコン酸チタン酸鉛、ニオブ酸鉛、およびフッ化ポリビニリダインのような幾つかのポリマー材が含まれる。市販の音響変換器で本発明に使用可能なものの例には、マテック（Ｍａｔｅｃ）広帯域ＭＩＢＯシリーズ（５〜１０ＭＨＺ）、マテック広帯域ＭＩＣＯ（３．５ＭＨＺ）、マテック広帯域ＭＩＤＯ（２．２５ＭＨＺ）、およびマテック広帯域ＭＩＥＣシリーズ（５０ｋＨｚ〜１ＭＨＺ）が含まれる。
【００２８】
本発明で利用する変換器６の幾何学的形状は、円形または矩形（線形アレイ）の何れにすることも可能である。変換器の最も単純な形状であり、本発明に用いるのが好ましいのは、円盤である。固形体の一つの円盤は、単一相または複合相の何れでも可能である。円盤型の変換器は、１つの信号チャネルのみがあればよいが、集束パワー（ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｐｏｗｅｒ）が限定される。集束パワーの改善は、変換器を整形することによって、あるいはプレスペックス（Ｐｅｒｓｐｅｘ）またはエポキシ樹脂で作られた音響レンズを追加することによって得ることができる。変換器６の直径は、適度に狭いビームを生成するためには、通常、少なくとも約１０波長と同等とする。円盤型変換器を用いた走査は、線形または回転の何れかの機械的運動によって行う。
【００２９】
複数の変換器を線形アレイとしても、本発明において使用可能である。線形アレイを使用する利点は、変換器が電気的に整相し、矩形二次元平面を掃引するビームを生成することが可能であり、動く部品を必要としないことである。
【００３０】
圧電変換器または他の何れかの変換器を音響発生器として用いる際に、別個の可変周波数発振器または信号発生器からの出力を変換器に印加する必要がないことに留意するのは重要である。実際に、変換器は、発振回路自体の一部とすることができ、電気的発振の周波数を安定させるように圧電結晶の共振周波数を選択する。これを念頭に入れておけば、何れのソリッドステート・パルス発生器またはマイクロプロセッサでも、本発明における減衰およびパルス持続時間を制御することができる。
【００３１】
勿論、変換器の設計は、振動システムから最大のエネルギおよび効率を得るためには極めて重要であるが、同等に重要なのは、変換器６を支持する適切なホルダ８である。一旦、変換器に、信号発生器４に接続するために適切なリードを接続したなら、取り付けの準備が完了する。最も一般的な取り付け形式では、変換器の背面を、通常ボタンと呼ばれる固体の支持部に取り付ける。ボタンは、音響的に伝導性がない一片の材料で構成され、その中に変換器を嵌め込む。ホルダ８内の変換器６は、手で保持して対象のエリア上でゆっくりと移動させることができ、あるいはモータによって駆動してあるパターンを描くことも可能である。外部アクセス可能表面を通じて不可視の内部組織内を走査する場合、変換器は当該表面に対して垂直に配置し、一回の水平方向掃引で十分である。より広いエリアの調査では、水平方向掃引を完了し、次いで、変換器の垂直移動によって変換器を別の水平方向走査を完了する位置に配置することにより、内部構造の所定のエリアを調査する。加えて、変換器は、ｘ方向およびｙ方向の双方に少なくとも９０度円弧状に掃引運動を可能とするように、変換器を旋回するように保持することも可能である。また、変換器は、外部アクセス可能表面に対して或る角度に配置することにより、所定の角度で音響エネルギ・ビームを送信することも可能である。
【００３２】
電気パルス発生器４および変換器６との間に増幅器１０を配置することも可能である。小さな入力信号を取り込み、当該信号の形状や周波数を著しく変化させないでそれを大きくすることができるのであれば、何れの増幅器でも本発明において利用可能である。増幅装置は、幾つかの段を含むことができ、その各々で前段の出力を増加し、ミリボルトの信号を大きなボルト値まで増幅することが可能である。パルス発生器４および増幅器１０は、「鋭い電気パルス」を供給して変換器６を励起しなければならない。従って、変換器および増幅器は、受け取った信号を歪ませるのを回避するために、同様の広帯域特性を有する必要がある。また、増幅器１０は、パルス発生器からの信号でオンおよびオフにすることができ、そのレートはシンクロナイザによって制御する。
【００３３】
パルス発生器４から変換器６への最大の音響エネルギ転送を得るには、インピーダンス整合装置１２を、パルス発生器と変換器との間に配することにより、互いの音響インピーダンスをできるだけ等しく整合するとよい。このインピーダンス整合の問題は、その言葉が示すように、物理学の多くの部門で生じており、音響技術において、異なる音響インピーダンスＲ1およびＲ2の２つの媒体を整合する手段として用いられる。整合する媒体を他の２つの間に挟み、送信する音響エネルギ・ビームの波長に対して適切な厚さとし、その音響インピーダンスＲを（Ｒ1Ｒ2）1/2にほぼ等しくしなければならない。信号発生器と変換器との音響インピーダンスを整合することができるインピーダンス整合装置であれば、何れでも本発明において使用可能であり、そのようなインピーダンス整合装置は、マテック・インスツルメンテーション社（Ｍａｔｅｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ）が製造する市販のモデル６０を含むことができる。
【００３４】
変換器６と、不可視内部組織の外部アクセス可能表面１４との間の結合は、軟質組織に照射する際にエネルギが失われないようにする点で重要である。従って、変換器と、この場合は親指７の不可視内部組織である検査対象との間で、音響エネルギを伝達する手段を備えなければならない。本発明では、変換器と外部アクセス可能表面の界面の間で最大のエネルギ伝達を容易にする結合材料であれば、何れでも使用可能である。基本的に、本発明において、変換器と検査対象の間のエネルギ伝達を結合する媒体として液体を用いることができる。この場合、液体または油状の結合体（ｃｏｕｐｌａｎｔ、カプラント）を用いて変換器と検査対象の間を直接に接触させたり、液体槽に変換器および検査対象を浸漬したり、あるいは、液体を満たしたブートまたは軟質の折り曲げ可能なポリマーの薄膜で変換器と検査対象の間のギャップを充填することも可能である。
【００３５】
図３に示すように、パルス・エコー方法は変換器６の使用を伴い、変換器は第１に音響パルスの送信器として機能し、次いで、不可視組織内の欠陥またはその他の界面からのエコーを検出する放出音響パルスの受信器として機能する。本発明は、約１ないし約５ＭＨｚの範囲の中心周波数即ち公称周波数を有する変換器を用いる。しかしながら、約２ないし約４ＭＨｚの周波数を用いる方が好ましい。発生した音響エネルギ・ビームは、親指７の外部アクセス可能表面１４を通じて、不可視内部組織に入る。音響エネルギ・ビームは、異なる音響インピーダンス値を有する異なる媒体間の界面や、親指内の異なる種類の組織を含むマクロ構造におけるあらゆる非均質性によって生ずる不連続部によって反射される。異なる音響インピーダンスを呈する骨と軟質組織１６のような異なる媒体間の境界界面からの音響エネルギ反射の原理が、固有識別特性を有する個人の不可視内部組織の認識の基礎となる。
【００３６】
異なる人または動物の組織および内臓は、反射信号の数およびこれらの信号の振幅が互いに異なることがわかっている。従って、本発明はこの事実を利用して、骨格組織、皮下脂肪、軟骨、内臓、筋肉組織、軟質組織、血管、および神経系統組織を含む異なる種類の組織を試験し、放出された信号を生物測定学的認識方法およびシステムとして使用する。
【００３７】
組織層における構造的な違いのために、健康な組織は病的な組織とは区別可能であることが知られている。例えば、癌組織は、正常な組織または良性腫瘍よりも多くの反射面を含む。組織におけるこれらの差は、悪性細胞のＤＮＡにおける構造的な変化によるものであり、液体の増加によるものか又は組織の密度によるものかの組織形態における異形を生ずる。
【００３８】
また、指紋、手の幾何学的形状、顔面および頭蓋骨の寸法、声紋、または血管構成のような固有識別特徴は、個人に固有の遺伝的な構成によって決定されることも知られている。人の固有のＤＮＡは、先に述べたものおよび他のあらゆる個人の生物学的特徴およびメカニズムを決定する。個人の外部に現れる相違は、骨格組織のような不可視内部構造および組織にまで及ぶことは疑いがなく、これが本発明の識別源の１つとなる。
【００３９】
マクロ・スケールでは、骨は種々の特徴および構造を有する。これらは、塊または隆起のような高所、長く狭い突起、骨表面上の溝または管、および骨を貫通する孔または管を有する。また、ミクロ・スケールでは、様々な異なる構造があり、３種類の骨組織を含む。形態学に基づくと、それらの種類は、皮質、海面質、およびサブクロンダル（ｓｕｂｃｈｒｏｎｄａｌ）を含む。皮質骨は、骨格エレメントの外面に見られる一般的な種類である。この種の骨には孔または空間は殆どない。海面骨質には、多数の孔および空間がある。空間には、赤血球を生成する組織が満たされている。サブクロンダル骨では、その表面を貫く大量の微細な血管路が顕著である。これらの管路が血管を巡らし、生存中に、ある種の軟骨の深い部分に滋養物を与える。
【００４０】
骨は、２つの非常に異なる材質で構成された二相複合物質である。かかる物質は異方性と呼ばれ、これらが２つの異なる特性の組を有することを意味する。骨の主要な２つの成分は、有機相と、主に以下の骨ハイドロキシアパタイト
Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2
から成る無機、即ち、鉱物相とである。骨に現れるハイドロキシアパタイトの結晶は完全ではない。成長するに連れて、多くの不連続性が単一の結晶の構造内に形成される。時とともに別のものが形成する。不規則でランダムに生ずる不連続性の表面には、不純物が存在する可能性がある。実際、かかる不純物が十分な大きさとなると、これらは不連続性の原因となり得る。
【００４１】
骨鉱物における不連続性は、結晶内部に限られることではない。結晶自体が離散的であり、結晶間の空間は、有機基質、水、結晶構造には含まれない固体構成物で満たされている。水や有機物質を除去して骨を検討すると、それ自体に特異なパターンを有するレンガの壁に似ており、各人または動物毎に個別化される。これは、各個人のホルモン応答が骨の成長およびその後の骨の補修機構の個別化に影響を及ぼすからである。骨の成長に主要な影響を及ぼす６種類の主要なホルモンは、カルシトニン、成長ホルモン、甲状腺ホルモン、副甲状腺ホルモン、性ホルモン、およびグルココルチコイドである。ホルモンおよび後の酵素応答は全て究極的には個人のＤＮＡによって決定され制御される。従って、骨の構造は、マクロ・スケールおよびミクロ・スケールの双方において、単に個人の固有のＤＮＡの制御および機構に対する身体の固有の応答の実証に過ぎない。従って、骨の形状、表面の不規則性、機構的特性および強度は、特定の骨構造に左右され、固有で個別な相違を呈する。これを念頭に入れると、密度、多孔性、幾何学的形状、厚さ、および表面の不連続性を含む骨の構造は、各個人または動物に固有であり、従って、本発明の生物測定学的認識方法およびシステムにおける識別および／または検証のための固有識別特性として利用することができる。
【００４２】
以上のことを理解すると、音響エネルギを用いて骨格組織を調査する場合、続いて内部構造から反射したか又は組織を透過して放出された音響ビームは、個人の固有の不連続性、異常性および／または特性との相互作用の結果を示す。音響エネルギ・ビームが不可視内部組織から放出された後、図１に示す変換器６がビームを受信して検出する。前述のように、パルス−エコー方法では、音響パルスを送信するのと同じ変換器が、放出された音響パルスを受信、即ち、検出する変換器である。
【００４３】
媒体内における物理的な欠陥、または図３に示すような骨と軟質組織１６のような異なる音響インピーダンスを有する異なる媒体間の境界では、音響的不連続がある可能性が高く、これが音波を反射する。パルス−エコー方法は、異なる組織の音響インピーダンスを拠り所とする。何故なら、組織内における小さなインピーダンス差であっても、受け入れ可能なエコーを提供するからである。音響インピーダンスは、個々の材料毎の圧縮性および密度に依存する。例えば、皮下組織と骨のような、異なる媒体間の界面は、音響エネルギ・ビームを反射し、皮下組織の厚さのような情報を与えることができる。「骨紋」（ｂｏｎｅｐｒｉｎｔ）を採取する場合、骨の高い音響インピーダンスが反射面として作用し、良好な音響エコーを提供することにより、骨面ならびに変換器と骨との間に位置する組織の特性を規定する。
【００４４】
音響エネルギ・ビームを用いて骨組織を走査する場合、特に弾性特性を判定するのであれば、皮質骨と海面骨質の間の差を考慮しなければならない。弾性特性ｋは、密度ｐおよび波の伝搬速度ｖに関係する。その関係は、次の一般形式
ｋ＝ｐｖ2
となる。何らかの多孔性を有する皮質骨を走査する場合、約２ＭＨｚないし約１０ＭＨｚの間の周波数が最も有用である。何故なら、これら比較的高い周波数は、皮質性試料を通過する伝搬による時間遅延を、精度高く判定することができるからである。多孔性が更に高い海面骨質の構造では、約１００ないし約１０００ｋＨｚの範囲の低い周波数の波が必要となる。
【００４５】
音響エネルギのパルスを変換器から媒体内に送信する場合、媒体の音響速度がわかっていれば、このパルスが変換器から不連続性まで行って戻ってくるのに要する時間が、不連続性の距離の尺度を与えることになる。図２および図３において、Ａ走査として知られる振幅対時間のプロット（グラフ）が、骨の前面１６および背面１８からのエコー反射を示し、これが測定情報を与えることができる。親指の不可視組織における速度がわかっていると仮定すると、前面エコー２０と背面エコー２２の間の時間間隔を測定すれば、骨５の厚さを計算することができる。背面エコー２２の後に、爪１７の表面に対応する別のエコー列２４と、指の厚さの連続する二重の横断とが続く。加えて、骨の表面までの距離は、走査上のエコーのピークの相対的な位置から推定することができる。また、エコーのピークの振幅は、不連続のサイズを示すことができる。本発明において調査可能な不連続性の幾つかの種類には、骨結晶における転位、骨表面上の管または隆起、および骨における密度差が含まれる。
【００４６】
骨における高い音響速度および減衰には、比較的大きな分散が伴い、散乱と関連付けられると考えられる。受信変換器６からの信号を向上するためには、信号を変化させる可能性がある組織内における音響波のあらゆる減衰を補償することによって、信号を補正することができる。減衰および散乱に関連する全プロセスの和と考えられる。音響波が組織内を伝達する場合、高周波成分の方が低周波よりも多く吸収される。何故なら、吸収は周波数に比例するからである。従って、深さが増すに連れての波の振幅の損失および高周波信号成分の損失は、図１に示すように受信変換器６と表示装置３２の間に配する時間可変利得増幅器３０および時間可変フィルタ回路２８を用いることによって補正することができる。
【００４７】
時間可変利得増幅器３０は、エコーが生ずる組織内における深さに比例する増幅を用いた補正により、振幅の損失を補正する。異なる深さ範囲にわたってほぼ同じレベルで振幅を維持するためには、いかなる上限を設定してもよい。好ましい上限デシベル（ｄＢ）利得レベルは約６５ｄＢである。時間可変フィルタ回路２８は、組織の深い部分から来る高周波信号の利得を増大させる。
【００４８】
内部組織において実質的に減衰のない周波数を発生して送信することは、本発明では最も効果的であることがわかった。これを達成するには、約１００ｋＨｚないし約５ＭＨＺの範囲、好ましくは約１ないし３ＭＨＺの多周波数を有する縦超音波を用いる。
【００４９】
表現パターンの形成は表示装置３２の機能であり、オシロスコープ３４またはマイクロプロセッサ３８、あるいは双方の組み合わせによって、振幅対時間のプロットを得ることができる。図１における受信変換器６からの放出電気信号をデジタル・システムおよび／またはマイクロプロセッサ３８とインターフェースすることにより、大量のデータを迅速に計算することが可能となる。しかしながら、デジタル電子回路の利点を実現するためには、Ａ／Ｄ装置３６を用いて、アナログ信号をデジタル形態に変換する必要がある。アナログ信号の振幅を測定し、その振幅を二進数として表現することによりアナログ信号をビット集合に変換するアナログ／デジタル変換器であれば、何れでも本発明において使用可能である。
【００５０】
放出音響ビームは、受信変換器６によって放出電気信号に変換された後に、オシロスコープ３４上に表示することができる。本発明では、素早く変化する電圧または電流によって生ずる電気信号を観察するための視覚出力を増幅、測定、および供給するために、何れのオシロスコープでも利用可能である。表現パターンは、視覚的形態では、図２に示すような、振幅（縦軸）対時間（横軸）のプロットからなり、ここで、エコーのピークの振幅は、受信信号の電圧または電流に応答する。この反射エコーのピークのプロットは、送信した音響ビームと、固有の構造および表面を有する不可視内部組織との相互作用を示す。オシロスコープの設定は、図２に示したように前面エコー反射２０をオシロスコープ画面の左側に示し、背面反射２２がオシロスコープ画面の右側に得られ、検査材料内の不連続性からの反射が前面反射と背面反射の間で発生するように、調節することが可能である。
【００５１】
オシロスコープ画面上に正弦波を表示させるためには、各掃引を波上の同一位置で開始しなければならない。従って、信号の同期を取らなければならない。これは、オシロスコープにおいて掃引信号と検査パルス信号の一部を混合し、電圧スパイクを生成することによって、実現することができる。このスパイクは、掃引をトリガするように機能するので、画面上では波形を連続画像として観察することができる。掃引の開始後にパルスを遅延させることが望ましい場合、掃引からの信号を用いて、適当な遅延回路を作動させることができる。遅延回路は、固定でも可変でもよい。遅延回路は、適当な時間遅延の後、別の信号を生成し、これがパルスをトリガする機能を果たす。
【００５２】
放出電気信号のスペクトルは、個人の骨紋の固有性に関する貴重な情報を提示する。放出電気信号を注意深く調査することによって、比較分析のための基準が得られる。振幅プロットから収集したデータを数学的に操作することによって、振幅プロットを数値形態に変換する。こうすれば、数値形態のマスタ表現パターンとの比較を容易に行うことができる。振幅対時間プロットに含まれる情報を特定の数値に換算可能な数学的アルゴリズムであれば、何れでも用いることができる。しかしながら、図４のフローチャートにおいて概要を説明するアルゴリズムを利用することが好ましい。このフローチャートは、Ａ走査の反射エコーのピークを分析し、不可視の固有識別特性の表現パターンを規定する特定の数値を計算する。これらの計算は、手作業で行うことも可能であるが、システム参加者のグループが大きい場合、コンピュータを利用するとよい。
【００５３】
最初に、図５に示すような振幅対時間プロットを、四角形の格子パターン４０に分割し、格子パターンを更に複数の四角形のサブフレーム４２に細分化する。サブフレームを更にまた細分化することもできる。何故なら、最終の格子パターンが小さい程、データ値の精度が一層高まるからである。サブフレームの各々に、プロットの左下角における最低値から始まる整数を割り当てる。整数の値はプロットを横切って水平方向に増加し、垂直方向に１サブフレーム移動し、全てのサブフレームに値を割り当てるまでプロット全体にわたってこれを繰り返す。
【００５４】
次に、対象とするエコー・ピークを含み、プロットのｙ軸に平行でｘ軸に垂直な境界４６および４８を有する少なくとも１つの調査領域４４を選択する。対象とするエコー・ピークは、通常、走査される不可視内部組織の少なくとも前面および背面を含み、この特定の方法では、参加者の親指の指骨を含む。ｘ軸に平行でｙ軸に垂直な最小振幅スレッショルド・レベル値５０を決定することによって、プロットを選択エリア５２および除去エリア５４に分割する。後の分析のために最小スレッショルド・レベルよりも上に達するエコー・ピークを選択し、このレベルより下のエコー・ピークは、後の分析から除外する。次に、これら選択したピークの分析を、それぞれの高さおよびピーク間のピーク間距離について行う。
【００５５】
選択した各ピークの中心間のピーク間距離は、最初に、サブフレームの数によって定量化された値を有する、ｘ軸に沿った調査領域の正確な長さを測定し、それにより、一方の境界４６におけるサブフレームに割り当てた小さい方の整数を、他方の境界４８における大きい方の整数から減算することにより、決定する。これによって、選択したエコー・ピーク間の可能な最大距離が得られる。
【００５６】
調査領域内において選択した各ピークの中心を決定する。次に、選択した各ピークの中心間の実際のピーク間距離を、含まれるサブフレームの量によって定量化された値を有するものとして測定する。各ピーク間距離毎に、調査領域の最大距離に対する実際の各ピーク間距離の比率を計算する。この比率を十進形態に変換する。統計的方法を用いて、平均ピーク間距離、および適用可能な標準偏差を計算する。平均値は、
【００５７】
【数１】
0004444497.tif 000002
【００５８】
であり、標準偏差は、
【００５９】
【数２】
0004444497.tif 000003
【００６０】
である。計算したピーク間距離の平均および標準偏差を、後の比較のためにセーブする。
【００６１】
調査領域内で選択した各ピークの高さは、最小スレッショルド値５０よりも上に達するサブフレームの量によって定量化された値を有する各ピークの垂直距離を測定し、これによって、最小スレッショルド・レベル５０に位置するサブフレームに割り当てられた小さい方の整数を、ピーク頂部における大きい方の整数から減算することにより、決定する。これらの値も、マスタ・ファイルとして、セーブし格納する。
【００６２】
このルーチンは、個々の走査毎に実行し、全てのデータは後に比較の際に用いるために格納しておく。
【００６３】
システムへの再エントリ（ｒｅｅｎｔｒｙ）の間に、個人を再度走査し、新たなデータを、他の参加者のマスタ表現パターンからのデータと比較する。多くの比較アルゴリズムが入手可能であるが、好適なアルゴリズムは、未知の選択した各ピークのピーク間距離平均値、標準偏差値、および高さ値の和と、以前にセーブし格納した参加者の各マスタ・ファイルの各値とに対するユークリッド距離の計算を含むのが好ましい。例えば、ａmiおよびａuiをそれぞれ、最終的に選択したピークの高さ値のような、マスタ・ファイルおよび未知のファイルのｉ番目の特徴の値とする。マスタ・ファイルおよび未知ファイルにおいて見出された値の間のユークリッド距離ｄは、
【００６４】
【数３】
0004444497.tif 000004
【００６５】
である。ユークリッド距離は、マスタ・ファイルにおいて見出された値と未知の値との類似性の尺度となる。未知の表現パターンからの値が、特定のマスタ表現ファイルにおいて見出された１組の値と同一である場合、ユークリッド距離は０に近づき、一致ということで当該人または動物が特定される。正確な一致が得られない場合、コンピュータは最も近い一致を探し、その一致が所定の信頼性レベルの範囲内で容認可能か否かについて判定を行う。一致があると、アイデンティティ（同一性）が証明され、なければ、その個人は拒絶される。
【００６６】
以下の例は、本発明を例示する役割を果たすが、その範囲を限定するためのものではない。
【００６７】
例１
個人に固有の識別特徴を有する不可視内部組織の表現パターンを用いて、当該個人の特定、従って、検証が行なえることを示すために、実験を行なった。完全に成長した骨構造を有する多数の大人を検査対象として用いた。これらの大人の検査は、彼らの右親指の掌側先端から、表現「骨紋」を採取することを含んだ。マスタ表現パターンを、一個人からの未知の現表現パターンと比較し、続いて、未知の個人のアイデンティティを検証するために用いた。
【００６８】
最初に、図１示したシステムを構成し、これを用いて検査において各個人に対するマスタ表現パターンを生成した。パルス−エコー方法を利用し、周波数が約２．２５ＭＨｚ、パルス繰り返しレートが１０ミリ秒毎に１パルス、パルス幅が２μ秒、振幅が１５０ボルトの電気信号を発生した。パルス状電気信号を、直径が１２．５ｍｍ、公称共振周波数が２．２５ＭＨｚのマテック（ＣＦ２０４ＨＲ）変換器へ送った。各検査対象の親指と変換器との間の結合物質として、インピーダンス整合のためにＫＥＧゲルを用いた。同じ変換器を用いて、音響エネルギ・ビームの送信および放出された音響エネルギ・ビームの受信の双方を行なった。受信変換器によって放出音響エネルギ・ビームから変換された後、放出電気信号を、Ａ走査プロットのトレースのためにオシロスコープに送り、更に、マイクロプロセッサにおける処理のためにアナログからデジタルに変換した。エコーが来た深さに比例する振幅の損失、および信号が組織内の深い位置から来る場合に高周波を補正するために、増幅器を用いた。
【００６９】
図６および図７に示すように、単一のマテック変換器による単一線走査を、右親指７の内側面６０において開始し、変換器を親指の掌側面６２を横切って１８０°円弧状に徐々に側面まで移動させて、変換器６の底縁を親指の爪の近縁とアライメントした。走査数を２５から４０まで変化させた。
【００７０】
放出電気信号を、振幅対時間のプロットとしてオシロスコープ上に表示し、図４のフローチャートに概要を示した計算に従って手作業でハードコピーの軌跡（トレース）を分析した。また、データをアナログ形式からデジタル形式に変換し、更に処理するためにＩＢＭ／ＰＣマイクロプロセッサにセーブした。ＩＢＭ／ＰＣマイクロプロセッサは、更に、デジタル信号をアナログに戻すように変換し、振幅プロットのハードコピーを提供した。また、マセマティカ（Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ）を用いてデータを分析した。マセマティカは市販の数学および波形の分析プログラムであり、基本的にプロットを各「骨紋」毎にハードコピー形態の音響画像に変える。更に、図４のフローチャートに概要を示したアルゴリズムに従って波形データを分析し、セーブした。
【００７１】
二日後、一人の個人を呼び戻し、その時点での表現の走査を実行させた。以前に製作したマスタ表現パターンとの比較によって、これは未知と特定された。同じ走査手順を繰り返し、単一走査に限定し、現表現パターンを、図４に概要を説明した選択した振幅ピークの高さおよびピーク間距離を含む波形方法によって、分析した。マスタ表現パターンのセーブしてあるデータとの比較によって、未知の個人は容易に特定され証明された。個人の「骨紋」の固有識別特性を認識することによって、個人のアイデンティフィケーションが照合された。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の音響生物測定学的認識システムをブロック図で示す概略図である。
【図２】  Ａ走査を示す振幅対時間のプロットである。
【図３】  図２に示す振幅ピークに対応する親指および内部骨面の拡大側面図である。
【図４】  振幅対時間のプロットからのデータを分析して表現パターンを形成する際に有用なアルゴリズムの概要を示すフローチャートである。
【図５】  図４のフローチャートに概要を示したデータを分析するためのＡ走査の区画を示す、図２の振幅対時間のプロットである。
【図６】  水平単一走査の開始点を示す、右親指の内側の拡大図である。
【図７】  完了した水平単一走査の経路を示す、親指の手の平側の拡大図である。
【図１】
0004444497.tif 000005
【図２】
0004444497.tif 000006
【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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