(57)【要約】本発明は、音響トランスデューサ（Ｔ１〜Ｔｎ，Ｔ’１−Ｔ’ｍ）によって周囲にイメージング・ネットワークとターゲット・ネットワークが形成されている放散異質媒体（２、３）内で観察対象の領域の画像を得るため使用する音波を集束させる方法に関するものである。この方法で採用する学習ステップでは、媒体からのパルス応答をイメージング・ネットワーク（５）の各トランスデューサ（Ｔｉ）とターゲット・ネットワーク（６）のいくつかのトランスデューサ（Ｔｊ）との間で測定し、そこからイメージング・ネットワークのトランスデューサによって放射される基準信号を推定してターゲット・ネットワークの各トランスデューサ内に集束音響パルスを発生し、それ以降累積的に、放射される基準信号を判別し、媒体内の所定の位置に音響パルスを集束させる。前記基準信号を記憶しておいて、それ以降それを使用して媒体の音響画像を生成する。
2004511291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波が伝搬するときに収差を発生する放散収差層（３）によって少なくとも一部が囲まれている実質的に均質な媒体（２）を含む放散異質媒体内で、収差層（３）の外から放射されかつ実質的に均質な媒体（２）内に集束する音波を集束させる非侵襲的方法であって、
（ａ）　個数ｔが２よりも大きい音響トランスデューサ（Ｔ１〜Ｔｎ、Ｔ’１〜Ｔ’ｍ）が収差層（３）の外部の所定の位置に固定され、これらのトランスデューサは前記収差層と接触し、少なくとも、
１からｔまでの範囲の個数ｎの前記トランスデューサを組み合わせたイメージング・アレイ（Ｔ１〜Ｔｎ）と、
１からｔまでの範囲の個数ｍの前記トランスデューサを組み合わせたターゲット・アレイ（Ｔ’１〜Ｔ’ｍ）を形成するステップと、
（ｂ）　学習ステップ自体であって、サブステップとして、
（ｂ１）　ターゲット・アレイ上にイメージング・アレイを集束させる学習のサブステップであって、そのときに
（ｂ１１）　放散異質媒体のインパルス応答ｈｒｉ（ｔ）がそれぞれ、イメージング・アレイの各トランスデューサｉとターゲット・アレイのトランスデューサと各対応関係のある収差層（３）に配置されている複数の焦点ｒとの間で決定され、これらのインパルス応答はそれぞれの周波数ωｋを持つインパルス応答の個数ｐの周波数成分を決定する特定の時間サンプリングでデジタル形態により格納され、ｉはイメージング・アレイのトランスデューサを指定する１からｎまでの範囲のインデックスであり、ｒはターゲット・アレイのトランスデューサに対応する焦点を指定する１からｍまでの範囲のインデックスであり、ｋは周波数成分を指定する１からｐまでの範囲のインデックスであり、
（ｂ１２）　これらのインパルス応答に基づき、イメージング・アレイのトランスデューサに対応する焦点ｒ毎に、ｎ個の基準時間信号の集合ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）を計算し、ｉは１からｎまでの範囲であり、収差壁が焦点ｒの近傍で除去されている場合にイメージング・アレイのさまざまなトランスデューサｉによりこれらの基準信号が放射されることで焦点ｒに集束する所定の信号を発生するサブステップと、
（ｂ２）　実質的に均質な媒体内に置かれている個数Ｒの所定の焦点に合わせるサブステップであって、インデックスｑはｍ＋１からｍ＋Ｒまでの範囲であり、このサブステップでは、これらの焦点ｑに集束するパルスを発生するために前記焦点ｑのそれぞれについてターゲット・アレイのトランスデューサに対応する１からｍまでの焦点から段階的に離れながら、イメージング・アレイのさまざまなトランスデューサｉによって放射される基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）を決定し、基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）は焦点ｑ毎に、
（ｂ２１）　１からｎまでの範囲のｉに対するｅ’ｉ（ｔ，ｑ）の第１の推定値を少なくとも１つの基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ０）に基づいて計算し、ｑ０は基準信号がすでに決定されている焦点ｑに近い位置にある少なくとも１つの焦点のインデックスであり、この計算には、実質的に均質な媒体（２）内の音波の平均速度を使用し、
（ｂ２２）　イメージング・アレイのトランスデューサは、繰り返しにより、基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）のすでに求められている推定値を放射し、放散異質媒体により後方散乱された信号ｓｉ（ｔ，ｑ）を同じトランスデューサにより拾い上げ、これらの基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）を次の繰り返しで手順
ｅ’ｉ（ｔ）→αｉ（ｑ）．ｅ’ｉ（ｔ−τｉ（ｑ））
で修正するが、ただし、値αｉ（ｑ）とτｉ（ｑ）は補正振幅係数と補正遅延であり、これらは前記後方散乱信号間のコヒーレンス基準Ｃが最大にするような値として計算され、前記繰り返しは基準Ｃが所定のしきい値に到達すると停止するサブステップと、
（ｂ３）　基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）が少なくともｍ＋１からｍ＋Ｒの間のｑについて格納されるサブステップを含む学習ステップと、
（ｃ）　前記焦点ｑの少なくとも１つについてイメージング・アレイのトランスデューサが前記基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）を放射し、ｉはイメージング・アレイのトランスデューサを指定する１からｎまでの範囲のインデックスである、集束ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
サブステップ（ｂ１１）において、少なくともいくつかのトランスデューサ（Ｔ１〜Ｔｍ、Ｔ’１〜Ｔ’ｍ）が収差層とそれ自体接触している中間異質媒体と接触している場合、インパルス応答ｈｒｉ（ｔ）をデジタル逆伝搬により補正し、収差層と直接接触しているトランスデューサをシミュレートする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
サブステップ（ｂ１２）自体が、
（ｂ１２１）　ｉを１からｎまでの範囲の数とし、ｒを１からｍまでの範囲の数とし、Ｈｒｉ（ωｋ）がインパルス応答ｈｒｉ（ｔ）のフーリエ変換の周波数ωｋでの値であるｐ伝達行列Ｈ（ωｋ）＝［Ｈｒｉ（ωｋ）］を求めるサブステップと、
（ｂ１２２）　ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、Ｅ（ωｋ，ｒ）＝［Ｅｉ（ωｋ，ｒ）］をｎ個の成分からなるベクトルとし、Ｆ（ωｋ，ｒ）をｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）からなるベクトルとし、ｒを１からｍまで可変とし、これらｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）はターゲット・アレイのトランスデューサに対応する焦点ｒへの周波数ωｋの音波の所望の集束に対応する、ｉを１からｎまで可変とするＦ（ωｋ，ｒ）＝Ｈ（ωｋ）．Ｅ（ωｋ，ｒ）となるようなｎ個の成分Ｅｉ（ωｋ，ｒ）を求めるサブステップと、
（ｂ１２３）　ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、複素表記で、
【数１】
2004511291.tif 000022
としｉを１からｎまで可変とするｎ個の時間信号のベクトルｅ（ｔ，ｒ）＝［ｅｉ（ｔ，ｒ）］をそこから推定し、それぞれイメージング・アレイのさまざまなトランスデューサｉによる放射でターゲット・アレイの焦点ｒに集束する音響パルスを発生するようにこれらの信号ｅｉ（ｔ，ｒ）を修正するサブステップと、
（ｂ１２４）　実質的に均質な媒体と各ターゲット・トランスデューサｒとの間の収差層により発生する収差を補正し、これらの収差をすでに行った測定に基づいて推定し、このようにして推定した収差を使用して前記基準時間信号ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）を計算するサブステップを含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
サブステップ（ｂ１２２）で、伝達行列Ｈ（ωｋ）の正規化および逆行列をそれぞれ求めることによりｐ行列Ｈ−１（ωｋ）を計算し、式Ｅ（ωｋ、ｒ）＝Ｈ−１（ωｋ）．Ｆ（ωｋ，ｊ）によりターゲット・アレイの各トランスデューサｒについてベクトルＥ（ωｋ，ｒ）を計算する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｂ１２２）で、周波数ωｋの所望の領域の空間的分布に対応するベクトルＦ（ωｋ，ｒ）の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）がｌ≠ｒでは０、ｌ＝ｒでは１に等しい、請求項３または請求項４に記載の方法。
【請求項６】
サブステップ（ｂ１２４）で、ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒの近傍の収差壁はフィルタに似ており、有限インパルス応答を有し、振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φｒ（ωｋ）により各周波数ωｋで定義され、サブステップ（ｂ１２４）自体は、
（ｂ１２４１）　各周波数ωｋについて、振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φｒ（ωｋ）を信号ｅｉ（ｔ，ｒ）またはベクトルＥ（ωｋ，ｒ）のいずれかに基づいて計算するサブステップと、
（ｂ１２４２）　ｐ補正伝達行列Ｈ’（ωｋ）＝［Ｈ’ｊｉ（ωｋ）］を計算するサブステップであって、ただし、
【数２】
2004511291.tif 000023
とするサブステップと、
（ｂ１２４３）　ターゲット・アレイのトランスデューサｒについて、Ｅ’（ωｋ，ｒ）＝［Ｅｉ（ωｋ，ｒ）］をｎ個の成分からなるベクトルとし、Ｆ（ωｋ，ｒ）をｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）からなるベクトルとし、ｌを１からｍまで可変とし、これらｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）はターゲット・アレイのトランスデューサに対応する焦点ｒへの周波数ωｋの音波の所望の集束に対応する、ｉを１からｎまで可変とするＦ（ωｋ，ｒ）＝Ｈ’（ωｋ）．Ｅ’（ωｋ，ｒ）となるようなｎ個の成分Ｅ’ｉ（ωｋ，ｒ）を求めるサブステップと、
（ｂ１２４４）　ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、複素表記で
【数３】
2004511291.tif 000024
とし、ｉを１からｎまで可変として、ｎ個の基準時間信号のベクトルｅ’（ｔ，ｒ）＝［ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）］をそこから推定するサブステップを含む、請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
サブステップ（ｂ１２４１）で、振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φ（ωｋ）を式
【数４】
2004511291.tif 000025
で計算するが、ただし、
Ｅｉ＊はＥｉの複素共役値であり、
Δτ（ｒ０，ｒ，ｉ）＝（ｄ（ｒ０，ｉ）−ｄ（ｒ，ｉ））／ｃとし、ｄ（ｒ，ｉ）をトランスデューサｉと焦点ｒとの間の距離とし、ｄ（ｒ０，ｉ）をトランスデューサｉと特定の焦点ｒ０との間の距離とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
サブステップ（ｂ１２）自体が、
（ｂ１２１）　ｉを１からｎまでの範囲の数とし、ｒを１からｍまでの範囲の数とし、Ｈｒｉ（ωｋ）がインパルス応答ｈｒｉ（ｔ）のフーリエ変換の周波数ωｋでの値であるｐ伝達行列Ｈ（ωｋ）＝［Ｈｒｉ（ωｋ）］を求めるサブステップと、
（ｂ１２２’）　各焦点ｒの近傍で収差壁により生じる収差を克服するためすでに求められているインパルス応答ｈｒｉ（ｔ）に基づいて伝達行列Ｈ（ωｋ）を補正し、補正された伝達行列Ｈ’（ωｋ）をこのようにして求めるサブステップと、
（ｂ１２３’）　ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、Ｅ’（ωｋ，ｒ）＝［Ｅ’ｉ（ωｋ，ｒ）］をｎ個の成分からなるベクトルとし、Ｆ（ωｋ，ｒ）をｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）からなるベクトルとし、ｌを１からｍまで可変とし、これらｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）はターゲット・アレイのトランスデューサに対応する焦点ｒへの周波数ωｋの音波の所望の集束に対応する、ｉを１からｎまで可変とするＦ（ωｋ，ｒ）＝Ｈ’（ωｋ）．Ｅ’（ωｋ，ｒ）となるようなｎ個の成分Ｅ’ｉ（ωｋ，ｒ）を求めるサブステップと、
（ｂ１２４’）　ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、複素表記で
【数５】
2004511291.tif 000026
とし、ｉを１からｎまで可変として、ｎ個の時間信号のベクトルｅ’（ｔ，ｒ）＝［ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）］をそこから推定し、信号ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）を前記基準信号とするサブステップを含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項９】
サブステップ（ｂ１２３’）で、伝達行列Ｈ’（ωｋ）の正規化および逆行列をそれぞれ求めることによりｐ行列Ｈ’−１（ωｋ）を計算し、式Ｅ’（ωｋ、ｒ）＝Ｈ’−１（ωｋ）．Ｆ（ωｋ，ｊ）によりターゲット・アレイの各トランスデューサｒについてベクトルＥ’（ωｋ，ｒ）を計算する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｂ１２３’）で、周波数ωｋの所望の領域の空間的分布に対応するベクトルＦ（ωｋ，ｒ）の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）がｌ≠ｒでは０、ｌ＝ｒでは１に等しい、請求項８または請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
サブステップ（ｂ１２２’）で、ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒの近傍の収差壁はフィルタに似ており、有限インパルス応答を有し、振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φｒ（ωｋ）により各周波数ωｋで定義され、サブステップ（ｂ１２２’）自体は、
（ｂ１２２’１）　各周波数ωｋについて、振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φｒ（ωｋ）をすでに求められているインパルス応答に基づいて計算するサブステップと、
（ｂ１２２’２）　ｐ補正伝達行列Ｈ’（ωｋ）＝［Ｈ’ｊｉ（ωｋ）］を計算するサブステップであって、ただし、
【数６】
2004511291.tif 000027
とするサブステップを含む、請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
サブステップ（ｂ１２２’１）で、各周波数ωｋについて振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φ（ωｋ）を式
【数７】
2004511291.tif 000028
で計算するが、ただし、
Ｈ＊ｒｉはＨｒｉの複素共役値であり、
Δτ（ｒ０，ｒ，ｉ）＝（ｄ（ｒ０，ｉ）−ｄ（ｒ，ｉ））／ｃとし、ｄ（ｒ，ｉ）をトランスデューサｉと焦点ｒとの間の距離とし、ｄ（ｒ０，ｉ）をトランスデューサｉと特定の焦点ｒ０との間の距離とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ステップ（ｃ）において、サブステップ（ｃ１）の後に、
（ｃ２）　イメージング・アレイの前記トランスデューサが放散異質媒体により後方散乱される信号ｓｉ（ｔ）を拾い上げるサブステップと、
（ｃ３）　イメージング・アレイの各トランスデューサによって放射される基準信号とこのトランスデューサにより拾い上げられた後方散乱信号との合成積を計算するサブステップと、
（ｃ４）　このようにして得られた合成積の総和を取るサブステップが続き、ステップ（ｃ）を実質的に均質な媒体内にある複数の位置について繰り返す、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
サブステップ（ｂ２１）で、各基準信号の第１の推定は各焦点ｑについてｅ’ｉ（ｔ，ｑ）＝ｅ’ｉ（ｔｓ＋θｉ（ｑ），ｑ０）であり、ｑ０は基準信号がすでに求められている焦点ｑに近い位置にある焦点のインデックスであり、θｉ（ｑ）は値δｉ（ｑ）／ｃに等しい遅延であり、ｃは媒体中の音波の平均速度であり、δｉ（ｑ）は一方のイメージング・アレイのトランスデューサｉと焦点ｑ０との距離と他方のイメージング・アレイのトランスデューサｉと焦点ｑとの距離との差に等しい、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
サブステップ（ｂ２）において、イメージング・アレイのインデックスがｖである少なくともいくつかのトランスデューサが収差層と直接には接触していないときに、収差層と直接接触しているトランスデューサをシミュレートするためにデジタル逆伝搬により対応する信号ｅ’ｖ（ｔ，ｑ）を補正する、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
サブステップ（ｂ２２）で、コヒーレンス基準Ｃ
【数８】
2004511291.tif 000029
を最大にする値αｉ（ｑ）およびτｉ（ｑ）を探すが、ただし、
【数９】
2004511291.tif 000030
＜＞は時間平均を表す、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
サブステップ（ｂ２２）で、イメージング・アレイに近い位置にあるトランスデューサについて、信号ｇｉ（ｔ，ｑ）およびｇｉ＋１（ｔ，ｑ）の相互相関関数の最大値を求めることにより値τｉ（ｑ）を計算する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
サブステップ（ｂ２２）で、インデックスｉについて関数ｇｉ（ｔ，ｑ）の最大振幅を等しくするような値αｉ（ｑ）を計算する、請求項１６または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
各焦点ｑに関係するサブステップ（ｂ２２）を同じ焦点ｑに関係するサブステップ（ｂ２１）の直後に実行する、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
放散異質媒体が頭蓋で囲まれている脳である、前記請求項のいずれ一項に記載の方法。
【請求項２１】
イメージング・アレイおよびターゲット・アレイが放散異質媒体のいずれかの側に配列された２つの別々のアレイであるか、
または、すべてのトランスデューサがイメージング・アレイとターゲット・アレイの両方に属する、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
使用する音波を超音波とする、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記請求項のいずれか一項に記載の方法を実行するように設計されたデバイス（１）であって、個数ｔが２よりも大きい音響トランスデューサ（Ｔ１〜Ｔｎ、Ｔ’１〜Ｔ’ｍ）が収差層（３）の外部の所定の位置に固定されるようになっており、これらのトランスデューサは少なくとも１つの中央電子ユニット（ＣＰＵ）により制御され、少なくとも、
１からｔまでの範囲の個数ｎの前記トランスデューサを組み合わせたイメージング・アレイ（Ｔ１〜Ｔｎ）と、
１からｔまでの範囲の個数ｍの前記トランスデューサを組み合わせたターゲット・アレイ（Ｔ’１〜Ｔ’ｍ）を形成し、
中央電子ユニットは、
（ｂ）　学習ステップ自体であって、サブステップとして、
（ｂ１）　ターゲット・アレイ上にイメージング・アレイを集束させる学習のサブステップであって、
（ｂ１１）　放散異質媒体のインパルス応答ｈｒｉ（ｔ）をそれぞれ、イメージング・アレイの各トランスデューサｉとターゲット・アレイのトランスデューサと各対応関係のある収差層に配置されている複数の焦点ｒとの間で決定され、これらのインパルス応答はそれぞれの周波数ωｋを持つインパルス応答の個数ｐの周波数成分を決定する特定の時間サンプリングでデジタル形態により格納され、ｉはイメージング・アレイのトランスデューサを指定する１からｎまでの範囲のインデックスであり、ｒはターゲット・アレイのトランスデューサに対応する焦点を指定する１からｍまでの範囲のインデックスであり、ｋは周波数成分を指定する１からｐまでの範囲のインデックスであり、
（ｂ１２）　これらのインパルス応答に基づき、イメージング・アレイのトランスデューサに対応する焦点ｒ毎に、ｎ個の基準時間信号の集合ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）を計算し、ｉは１からｎまでの範囲であり、収差壁が焦点ｒの近傍で除去されている場合にイメージング・アレイのさまざまなトランスデューサｉによりこれらの基準信号が放射されることで焦点ｒに集束する音響パルスを発生するサブステップと、
（ｂ２）　実質的に均質な媒体内に置かれている個数Ｒの所定の焦点に合わせるサブステップであって、インデックスｑはｍ＋１からｍ＋Ｒまでの範囲であり、このサブステップでは、これらの焦点ｑに集束する所定の信号を発生するために前記焦点ｑのそれぞれについてターゲット・アレイのトランスデューサに対応する１からｍまでの焦点から段階的に離れながら、イメージング・アレイのさまざまなトランスデューサｉによって放射される基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）を決定し、基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）は焦点ｑ毎に、
（ｂ２１）　１から４までの範囲のｉに対するｅ’ｉ（ｔ，ｑ）の第１の推定値を少なくとも１つの基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ０）に基づいて計算し、ｑ０は基準信号がすでに決定されている焦点ｑに近い位置にある少なくとも１つの焦点のインデックスであり、この計算には、実質的に均質な媒体（２）内の音波の平均速度を使用し、
（ｂ２２）　イメージング・アレイのトランスデューサは、繰り返しにより、基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）のすでに求められている推定値を放射し、放散異質媒体により後方散乱された信号ｓｉ（ｔ，ｑ）を同じトランスデューサにより拾い上げ、これらの基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）を次の繰り返しで手順
ｅ’ｉ（ｔ）→αｉ（ｑ）．ｅ’ｉ（ｔ−τｉ（ｑ））
で修正するが、ただし、値αｉ（ｑ）とτｉ（ｑ）は補正振幅係数と補正遅延であり、これらは前記後方散乱信号間のコヒーレンス基準Ｃを最大にするような値として計算され、前記繰り返しは基準Ｃが所定のしきい値に到達すると停止するサブステップと、
（ｂ３）　基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）が少なくともｍ＋１からｍ＋Ｒの間のｑについて格納されるサブステップを含む学習ステップと、
（ｃ）　前記焦点ｑの少なくとも１つについてイメージング・アレイのトランスデューサが前記基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）を放射し、ｉはイメージング・アレイのトランスデューサを指定する１からｎまでの範囲のインデックスである、集束ステップに従うように設計されている、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、音波、特に超音波を集束させるための非侵襲的方法およびデバイスに関するものである。
【０００２】
より具体的には、本発明は、音波が伝搬する際に収差を発生する放散収差層（例えば、頭蓋）によって少なくとも一部が囲まれている実質的に均質な媒体（例えば、脳）を含む放散異質媒体内で音波を集束させる非侵襲的方法に関するものである。音波は、収差層の外から放射され、実質的に均質な媒体内に集束する。
【０００３】
一般に使用されているこの種の方法では、媒体の内部に音波を十分に集束させることができず、そのため、これらの方法をイメージング・アプリケーションで使用する場合、伝搬収差が著しいとき、例えば頭蓋の外部から脳の超音波検査を行うとき十分な分解能および十分な画像コントラストが得られない。
【０００４】
特に、本発明の目的はこの欠点を克服することである。
【０００５】
そのために、本発明による当該の種類の集束方法が含む特徴的なステップは、
【０００６】
（ａ）　個数ｔが２よりも大きい音響トランスデューサが収差層の外部の所定の位置に固定され、これらのトランスデューサは前記収差層と（直接的または間接的に）接触し、少なくとも、
【０００７】
−　１からｔまでの範囲の個数ｎの前記トランスデューサを組み合わせたイメージング・アレイと、
【０００８】
−　１からｔまでの範囲の個数ｍの前記トランスデューサを組み合わせたターゲット・アレイ（これら２つのアレイは全く別々であってもよいし、いくつかの共通のトランスデューサを含んでいてもよく、あるいはそれぞれが前記のトランスデューサすべてを含んでいてもよい）を形成する初期設定ステップと、
【０００９】
（ｂ）　学習ステップ自体であって、サブステップとして、
【００１０】
（ｂ１）　ターゲット・アレイ上にイメージング・アレイを集束させる学習のサブステップであって、そのときに、
【００１１】
（ｂ１１）　放散異質媒体のインパルス応答ｈｒｉ（ｔ）をそれぞれ、イメージング・アレイの各トランスデューサｉと、ターゲット・アレイのトランスデューサにそれぞれ対応する収差層に配置されている複数の焦点ｒとの間で決定し（この決定は、ターゲット・アレイのトランスデューサが音響パルスを放出するようになっている場合には直接測定により、または、任意選択で、ターゲット・アレイのトランスデューサがパルス以外の信号を放射するようになっている場合には測定と計算により実行し、次にこの方法で測定および／または計算された値を任意選択でデジタル逆伝搬により補正し、トランスデューサが収差層と直接接触していない場合に収差層と直接接触する配置のトランスデューサをシミュレートすることができる）、これらのインパルス応答はそれぞれの周波数ωｋを有するインパルス応答の個数ｐの周波数成分を決定する特定の時間サンプリングのデジタル形態により格納され、ｉはイメージング・アレイのトランスデューサを指定する１からｎまでの範囲のインデックスであり、ｒはターゲット・アレイのトランスデューサに対応する焦点を指定する１からｍまでの範囲のインデックスであり、ｋは周波数成分を指定する１からｐまでの範囲のインデックスであり、
【００１２】
（ｂ１２）　これらのインパルス応答に基づき、ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する焦点ｒ毎に、ｎ個の基準時間信号の集合ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）を計算し、ｉは１からｎまでの範囲であり、収差壁が焦点ｒの近傍で除去されている場合にイメージング・アレイのさまざまなトランスデューサｉによりこれらの基準信号が放射されることで焦点ｒに集束する所定の信号（例えば音響パルス）を発生するサブステップと、
【００１３】
（ｂ２）　実質的に均質な媒体内に置かれている個数Ｒの所定の焦点に合わせるサブステップであって、インデックスｑはｍ＋１からｍ＋Ｒまでの範囲であり、このサブステップでは、これらの焦点ｑに集束するパルスを発生するために前記焦点ｑのそれぞれについてターゲット・アレイのトランスデューサに対応する１からｍまでの焦点から段階的に離れながら、イメージング・アレイのさまざまなトランスデューサｉによって放射される基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）を決定し、基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）は焦点ｑ毎に、
【００１４】
（ｂ２１）　１からｎまでの範囲のｉに対するｅ’ｉ（ｔ，ｑ）の第１の推定値を少なくとも１つの基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ０）に基づいて計算し、ｑ０は基準信号がすでに決定されている焦点ｑに近い位置にある少なくとも１つの焦点のインデックスであり、この計算には、実質的に均質な媒体（２）内の音波の平均速度を使用し、
【００１５】
（ｂ２２）　イメージング・アレイのトランスデューサは、繰り返しにより、基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）のすでに求められている推定値を放射し、放散異質媒体により後方散乱された信号ｓｉ（ｔ，ｑ）を同じトランスデューサにより拾い上げ、これらの基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）を次の繰り返しで手順
ｅ’ｉ（ｔ）→αｉ（ｑ）．ｅ’ｉ（ｔ−τｉ（ｑ））
で修正するが、ただし、値αｉ（ｑ）とτｉ（ｑ）は補正振幅係数と補正遅延であり、これらは前記後方散乱信号間のコヒーレンス基準Ｃが最大にするような値として計算され、前記繰り返しは基準Ｃが所定のしきい値に到達すると停止するサブステップと、
【００１６】
（ｂ３）　基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）が少なくともｍ＋１からｍ＋Ｒの間のｑについて格納されるサブステップを含む学習ステップと、
【００１７】
（ｃ）　前記焦点ｑの少なくとも１つについてイメージング・アレイのトランスデューサが前記基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）を放射し、ｉはイメージング・アレイのトランスデューサを指定する１からｎまでの範囲のインデックスである、集束ステップである。
【００１８】
このように用意することにより、放散異質媒体中の音波の伝搬収差が克服され、集束が非常に正確になり、特に、観察するべき領域の様々な地点に集束する音波が連続放射され、後方散乱音波が拾い上げられるときに、後方散乱により収差層を通じて観察される領域の信頼性の高い正確な超音波検査を実行することができる。
【００１９】
このような精度の高い集束技術は、超音波検査以外の用途にも使用でき、特に、
−　ドップラー・カラー・イメージング
−　文献ＷＯ−Ａ−００／５５　６１６に記載されているような、弾性グラフィック・イメージング方法
−　非線形イメージング（「ハーモニック・イメージング」）
−　放散異質媒体の一部の局部的破壊、特に温熱療法による治療方法
−　超音波などによる活性化を使用する細胞組織の光吸収パラメータを測定する方法などの用途がある。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態では、任意選択により、
【００２１】
−　サブステップ（ｂ１１）において、少なくともいくつかのトランスデューサ（ターゲット・アレイおよび／またはイメージング・アレイの）が収差層とそれ自体接触している中間均質媒体（例えば、ゲル）と接触している場合、インパルス応答ｈｒｉ（ｔ）をデジタル逆伝搬により補正し、収差層と直接接触しているトランスデューサをシミュレートし、
【００２２】
−　サブステップ（ｂ１２）自体をさらに構成するサブステップにおいて、
（ｂ１２１）　ｉを１からｎまでの範囲の数とし、ｒを１からｍまでの範囲の数とし、Ｈｒｉ（ωｋ）がインパルス応答ｈｒｉ（ｔ）のフーリエ変換の周波数ωｋでの値であるｐ伝達行列Ｈ（ωｋ）＝［Ｈｒｉ（ωｋ）］を求め、
【００２３】
（ｂ１２２）　ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、Ｅ（ωｋ，ｒ）＝［Ｅｉ（ωｋ，ｒ）］をｎ個の成分からなるベクトルとし、Ｆ（ωｋ，ｒ）をｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）からなるベクトルとし、ｌを１からｍまで可変とし、これらｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）はターゲット・アレイのトランスデューサに対応する焦点ｒへの周波数ωｋの音波の所望の集束に対応する、ｉを１からｎまで可変とするＦ（ωｋ，ｒ）＝Ｈ（ωｋ）．Ｅ（ωｋ，ｒ）となるようなｎ個の成分Ｅｉ（ωｋ，ｒ）を求め、
【００２４】
（ｂ１２３）　ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、複素表記で、
【数１０】
2004511291.tif 000003
としｉを１からｎまで可変とするｎ個の時間信号のベクトルｅ（ｔ，ｒ）＝［ｅｉ（ｔ，ｒ）］をそこから推定し、それぞれイメージング・アレイのさまざまなトランスデューサｉによる放射でターゲット・アレイの焦点ｒに集束する音響パルスを発生するようにこれらの信号ｅｉ（ｔ，ｒ）を修正し、
【００２５】
（ｂ１２４）　実質的に均質な媒体と各ターゲット・トランスデューサｒとの間の収差層により発生する収差を補正し、これらの収差をすでに行った測定に基づいて推定し、このようにして推定した収差を使用して前記基準時間信号ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）を計算するサブステップを実行し、
【００２６】
−　サブステップ（ｂ１２２）で、伝達行列Ｈ（ωｋ）の正規化および逆行列をそれぞれ求めることによりｐ行列Ｈ−１（ωｋ）を計算し、以下の式によりターゲット・アレイの各トランスデューサｒについてベクトルＥ（ωｋ，ｒ）を計算し、
Ｅ（ωｋ，ｒ）＝Ｈ−１（ωｋ）．Ｆ（ωｋ，ｊ）
【００２７】
−　ステップ（ｂ１２２）で、周波数ωｋの所望の領域の空間的分布に対応するベクトルＦ（ωｋ，ｒ）の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）がｌ≠ｒでは０、ｌ＝ｒでは１に等しく、
【００２８】
−　サブステップ（ｂ１２４）で、ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒの近傍の収差壁はフィルタに似ており、有限インパルス応答を有し、振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φｒ（ωｋ）により各周波数ωｋで定義され、サブステップ（ｂ１２４）自体をさらに構成するサブステップにおいて、
【００２９】
（ｂ１２４１）　各周波数ωｋについて、振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φｒ（ωｋ）を信号ｅｉ（ｔ，ｒ）またはベクトルＥ（ωｋ，ｒ）のいずれかに基づいて計算し、
【００３０】
（ｂ１２４２）　ｐ補正伝達行列Ｈ’（ωｋ）＝［Ｈ’ｊｉ（ωｋ）］を計算し、ただし、
【数１１】
2004511291.tif 000004
とし、
【００３１】
（ｂ１２４３）　ターゲット・アレイの各トランスデューサｒについて、Ｅ’（ωｋ，ｒ）＝［Ｅｉ（ωｋ，ｒ）］をｎ個の成分からなるベクトルとし、Ｆ（ωｋ，ｒ）をｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）からなるベクトルとし、ｌを１からｍまで可変とし、これらｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）はターゲット・アレイのトランスデューサに対応する焦点ｒへの周波数ωｋの音波の所望の集束に対応する、ｉを１からｎまで可変とするＦ（ωｋ，ｒ）＝Ｈ’（ωｋ）．Ｅ’（ωｋ，ｒ）となるようなｎ個の成分Ｅ’ｉ（ωｋ，ｒ）を求め、
【００３２】
（ｂ１２４４）　ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、複素表記で
【数１２】
2004511291.tif 000005
とし、ｉを１からｎまで可変として、ｎ個の基準時間信号のベクトルｅ’（ｔ，ｒ）＝［ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）］をそこから推定し、
【００３３】
−　サブステップ（ｂ１２４１）で、振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φｒ（ωｋ）を以下の式で計算するが、
【数１３】
2004511291.tif 000006
ただし、
−　Ｅｉ＊はＥｉの複素共役値であり、
−　Δτ（ｒ０，ｒ，ｉ）＝（ｄ（ｒ０，ｉ）−ｄ（ｒ，ｉ））／ｃとし、ｄ（ｒ，ｉ）をトランスデューサｉと焦点ｒとの間の距離とし、ｄ（ｒ０，ｉ）をトランスデューサｉと特定の焦点ｒ０との間の距離とし、
【００３４】
−　サブステップ（ｂ１２）自体をさらに構成するサブステップにおいて、
【００３５】
（ｂ１２１）　ｉを１からｎまでの範囲の数とし、ｒを１からｍまでの範囲の数とし、Ｈｒｉ（ωｋ）がインパルス応答ｈｒｉ（ｔ）のフーリエ変換の周波数ωｋでの値であるｐ伝達行列Ｈ（ωｋ）＝［Ｈｒｉ（ωｋ）］を求め、
【００３６】
（ｂ１２２’）　各焦点ｒの近傍で収差壁により生じる収差を克服するためすでに求められているインパルス応答ｈｒｉ（ｔ）に基づいて伝達行列Ｈ（ωｋ）を補正し、補正された伝達行列Ｈ’（ωｋ）をこのようにして求め、
【００３７】
（ｂ１２３’）　ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、Ｅ’（ωｋ，ｒ）＝［Ｅ’ｉ（ωｋ，ｒ）］をｎ個の成分からなるベクトルとし、Ｆ（ωｋ，ｒ）をｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）からなるベクトルとし、ｌを１からｍまで可変とし、これらｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）はターゲット・アレイのトランスデューサに対応する焦点ｒへの周波数ωｋの音波の所望の集束に対応する、ｉを１からｎまで可変とするＦ（ωｋ，ｒ）＝Ｈ’（ωｋ）．Ｅ’（ωｋ，ｒ）となるようなｎ個の成分Ｅ’ｉ（ωｋ，ｒ）を求め、
【００３８】
（ｂ１２４’）　ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、複素表記で
【数１４】
2004511291.tif 000007
とし、ｉを１からｎまで可変として、ｎ個の時間信号のベクトルｅ’（ｔ，ｒ）＝［ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）］をそこから推定し、信号ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）を前記基準信号とし、
【００３９】
−　サブステップ（ｂ１２３’）で、伝達行列Ｈ’（ωｋ）の正規化および逆行列をそれぞれ求めることによりｐ行列Ｈ’−１（ωｋ）を計算し、以下の式によりターゲット・アレイの各トランスデューサｒについてベクトルＥ’（ωｋ，ｒ）を計算し、
Ｅ’（ωｋ）＝Ｈ’−１（ωｋ）．Ｆ（ωｋ，ｊ）
【００４０】
−　ステップ（ｂ１２３’）で、周波数ωｋの所望の領域の空間的分布に対応するベクトルＦ（ωｋ，ｒ）の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）がｌ≠ｒでは０、ｌ＝ｒでは１に等しく、
【００４１】
−　サブステップ（ｂ１２２’）で、ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒの近傍の収差壁はフィルタに似ており、有限インパルス応答を有し、振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φｒ（ωｋ）により各周波数ωｋで定義され、サブステップ（ｂ１２２’）自体をさらに構成するサブステップにおいて、
【００４２】
（ｂ１２２’１）　各周波数ωｋについて、振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φｒ（ωｋ）をすでに求められているインパルス応答に基づいて計算し、
【００４３】
（ｂ１２２’２）　ｐ補正伝達行列Ｈ’（ωｋ）＝［Ｈ’ｊｉ（ωｋ）］を計算し、ただし、
【数１５】
2004511291.tif 000008
とし、
【００４４】
−　サブステップ（ｂ１２２’１）で、振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φｒ（ωｋ）を各周波数ωｋについて以下の式で計算するが、
【数１６】
2004511291.tif 000009
ただし
−　Ｈ＊ｒｉはＨｒｉの複素共役値であり、
−　Δτ（ｒ０，ｒ，ｉ）＝（ｄ（ｒ０，ｉ）−ｄ（ｒ，ｉ））／ｃとし、ｄ（ｒ，ｉ）をトランスデューサｉと焦点ｒとの間の距離とし、ｄ（ｒ０，ｉ）をトランスデューサｉと特定の焦点ｒ０との間の距離とし、
【００４５】
−　ステップ（ｃ）において、サブステップ（ｃ１）の後に、
【００４６】
（ｃ２）　イメージング・アレイの前記トランスデューサが放散異質媒体により後方散乱される信号ｓｉ（ｔ）を拾い上げるサブステップと、
【００４７】
（ｃ３）　イメージング・アレイの各トランスデューサによって放射される基準信号とこのトランスデューサにより拾い上げられた後方散乱信号との合成積を計算するサブステップと、
【００４８】
（ｃ４）　このようにして得られた合成積の総和を取るサブステップが続き、ステップ（ｃ）を実質的に均質な媒体内にある複数の位置について繰り返し、
【００４９】
−　サブステップ（ｂ２１）で、各基準信号の第１の推定は各焦点ｑについてｅ’ｉ（ｔ，ｑ）＝ｅ’ｉ（ｔｓ＋θｉ（ｑ），ｑ０）であり、ｑ０は基準信号がすでに求められている焦点ｑに近い位置にある焦点のインデックスであり、θｉ（ｑ）は値δ（ｑ）／ｃに等しい遅延であり、ｃは媒体中の音波の平均速度であり、δｉ（ｑ）は一方のイメージング・アレイのトランスデューサｉと焦点ｑ０との距離と他方のイメージング・アレイのトランスデューサｉと焦点ｑとの距離との差に等しく、
【００５０】
−　サブステップ（ｂ２）において、イメージング・アレイのインデックスがｖである少なくともいくつかのトランスデューサが収差層と直接には接触していないときに、収差層と直接接触しているトランスデューサをシミュレートするためにデジタル逆伝搬により対応する信号ｅ’ｖ（ｔ，ｑ）を補正し、
【００５１】
−　サブステップ（ｂ２２）で、コヒーレンス基準Ｃ
【数１７】
2004511291.tif 000010
を最大にする値αｉ（ｑ）およびτｉ（ｑ）を探すが、ただし、
【数１８】
2004511291.tif 000011
−　＜＞は時間平均を表し、
【００５２】
−　サブステップ（ｂ２２）で、イメージング・アレイに近い位置にあるトランスデューサについて、信号ｇｉ（ｔ，ｑ）およびｇｉ＋１（ｔ，ｑ）の相互相関関数を最大にすることにより値τｉ（ｑ）を計算し、
【００５３】
−　サブステップ（ｂ２２）で、インデックスｉについて関数ｇｉ（ｔ，ｑ）の最大振幅を等しくするような値αｉ（ｑ）を計算し、
【００５４】
−　サブステップ（ｂ２２）で、イメージング・アレイに近い位置にあるトランスデューサについて、信号ｇｉ（ｔ，ｑ）およびｇｉ＋１（ｔ，ｑ）の相互相関を実行することにより値αｉ（ｑ）とτｉ（ｑ）を計算し、
【００５５】
−　サブステップ（ｂ２２）で、インデックスｉについて関数ｇｉ（ｔ，ｑ）の最大振幅を等しくするような値αｉ（ｑ）およびτｉ（ｑ）を計算し、
【００５６】
−　各焦点ｑに関係するサブステップ（ｂ２２）を同じ焦点ｑに関係するサブステップ（ｂ２１）の直後に実行し、
【００５７】
−　放散異質媒体は頭蓋で囲まれている脳であり、
【００５８】
−　イメージング・アレイおよびターゲット・アレイは放散異質媒体のいずれかの側に配列された２つの別々のアレイであり、
【００５９】
−　すべてのトランスデューサはイメージング・アレイとターゲット・アレイの両方に属し、
【００６０】
−　使用する音波を超音波とする。
【００６１】
本発明はさらに、上で定義した方法を実施するために考案されたデバイスに関係する。
【００６２】
本発明の他の特性および利点は、その実施形態のうちの１つに関する以下の説明から明白であり、その際に、付属の図面を参照しながら制限のない実施例を用いて説明する。
【００６３】
図面において、単一の図は本発明の一実施形態による超音波画像診断デバイスを表している。
【００６４】
図面に示されている超音波画像診断デバイス１は、頭蓋３の外部から（例えば、１から３ＭＨｚのオーダーの周波数で）患者の脳２の超音波検査画像を撮るように設計されており、脳２は音波を伝搬する実質的に均質な媒体であり、頭蓋３は放散収差層であり、頭蓋全体２、３は放散異質媒体である。
【００６５】
本発明は、別の形で、特に、
−　超音波の伝搬で収差を発生する比較的薄い放散層により囲まれている実質的に均質な媒体を含む他の非均質的な放散異質媒体の音響画像、
−　または、このような媒体内への放射に対する少なくとも１つの集束を伴う他の方法に適用することができる。
【００６６】
図面に表されている実施例では、画像診断デバイス１は、マイクロコンピュータ４、または超音波画像の制御および／または視覚化を行うその他のデバイスを備え、このマイクロコンピュータは従来、他の制御インターフェイスと任意選択で組み合わせたキーボード４ａおよび脳２の像を視覚化することができる画面４ｂを備えている。
【００６７】
画像診断デバイス１はさらに、互いに関して所定の幾何学的位置で利用者の頭蓋３のいずれかの側に配列されているトランスデューサの例えば２つの直線状バンクを形成する超音波トランスデューサＴ１、Ｔ２．．．、ＴｎおよびＴ’１、Ｔ’２．．．、Ｔ’ｍからなる２つのアレイ５、６を備え、それぞれのトランスデューサ・バンク５、６はゲルの層７などを介して頭蓋３に接触する。
【００６８】
さまざまなトランスデューサＴ１、Ｔ２．．．、ＴｎおよびＴ’１、Ｔ’２．．．、Ｔ’ｍは、マイクロコンピュータ４により直接、または好ましくは例えば電子回路ラック８内に収納されているそれ自体マイクロコンピュータ４により制御される中央電子ユニットＣＰＵにより制御することができる。
【００６９】
都合のよいことに、トランスデューサＴ１、Ｔ２．．．、Ｔｎ、Ｔ’１、Ｔ’２．．．、Ｔ’ｍはそれぞれ、サンプラＥ１、Ｅ２．．．、Ｅｎ、Ｅ’１、Ｅ’２．．．、Ｅ’ｍに接続され、各サンプルはそれ自体、メモリＭ１、Ｍ２．．．、Ｍｍ、Ｍ’１、Ｍ’２．．．、Ｍ’ｍ、および中央ユニットＣ１、Ｃ２．．．、Ｃｍ、Ｃ’１、Ｃ’２．．．、Ｃ’ｍに接続されている。これらのメモリおよびこれらの中央ユニットは、次に、前述の中央ユニットＣＰＵに直接的にまたは間接的に接続され、これはさらに少なくとも１つの中央メモリＭに接続される。
【００７０】
今説明したデバイスは次のように動作する。
【００７１】
最初に、トランスデューサの２つのアレイ５、６は、前記の所定位置で患者の頭蓋３のいずれかの側に固定される。そのために、それぞれイメージング・アレイおよびターゲット・アレイと呼ばれるトランスデューサのアレイ５、６を患者の頭部周囲に配置された帽子（図には示されていない）などの剛性のある支えで支えることができる。
【００７２】
次にデバイスは、数分間（１から３分程度がよい）続く学習ステップに従い、頭蓋３と脳２によって形成される放散媒体の非均質的性質によるすべての伝搬収差を考慮することが可能である。
【００７３】
この学習ステップで、まず最初にイメージング・アレイ５のトランスデューサＴ１、Ｔ２．．．、Ｔｉ、．．．Ｔｎで音響パルスを連続的に放射し、イメージング・アレイのトランスデューサの１つＴｉにより放射される各パルスについて、ターゲット・アレイ６のトランスデューサＴ’１、Ｔ’１、．．．Ｔ’ｒ、．．．Ｔ’ｍにより拾い上げられた信号、つまり、イメージング・アレイ５の当該のトランスデューサｉとターゲット・アレイ６の各トランスデューサｊの間の放散異質媒体のインパルス応答ｈｒｉ（ｔ）を記録する。
【００７４】
各インパルス応答ｈｒｉ（ｔ）はインパルス応答の特定の数ｐの単色周波数成分を判別する特定の時間サンプリングによりデジタル形態で記録され、それぞれ周波数ωｋに対応し、ｋは１からｐまでのインデックスである。
【００７５】
ここで考えているケースでは、ターゲット・アレイおよび／またはイメージング・アレイの少なくともいくつかのトランスデューサが前記収差層３と直接には接触していない場合、インパルス応答が補正され、前記収差層と接触するように配列されている仮想トランスデューサをシミュレートする。トランスデューサに関する層の位置は、任意選択により、従来のイメージング機能（超音波検査、Ｘ線スキャナ、ＭＲＩなど）で得ることができる。補正されたインパルス応答は知られているデジタル逆伝搬アルゴリズムで計算され、このアルゴリズムは特に下記文献で説明されている。
【００７６】
−　「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｂｅａｍ　ｓｔｅｅｒｉｎｇ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｌａｙｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ａ　ｔｉｍｅ　ｒｅｖｅｒｓａｌ　ｍｉｒｒｏｒ」、Ｃ．ＤＯＲＭＥ，Ｍ．ＦＩＮＫ，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ａｎｄ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，４３　（１），Ｊａｎｕａｒｙ　１９９６，ｐｐ．１６７−１７５
【００７７】
−　「Ｆｏｃｕｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｒｉｎｇ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｂｓｏｒｂｉｎｇ　ａｎｄ　ａｂｅｒｒａｔｉｎｇ　ｌａｙｅｒｓ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｓｋｕｌｌ」、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ，１０３（５），Ｍａｙ　１９９８，ｐｐ．２４０３−２４１０
【００７８】
−　「Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｗａｖｅｆｒｏｎｔ　ｄｅｓｉｇｎ」、Ｌｉｕ，Ｄ．−Ｌ．，ａｎｄ　Ｗａａｇ，Ｒ．Ｃ．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｕｌｔｒａｓ．Ｆｅｒｒｏ．ａｎｄ　Ｆｒｅｑ．Ｃｏｎｔｒ．４４（１）：１−１３（１９９７）
【００７９】
したがって、以下では、ｈｒｉ（ｔ）は収差層に寄りかかっている要素（実または仮想）のインパルス応答を表す。収差層３に寄りかかっている仮想または実要素を、さらに、１からｍまでの範囲のインデックスｒの「焦点」と以下では呼ぶ。
【００８０】
イメージング・アレイ５のトランスデューサが音響信号ｅｉ（ｔ）を放射すると、これらの信号はターゲット・アレイ６のトランスデューサｒで式
【数１９】
2004511291.tif 000012
【００８１】
フーリエ変換を実行した後、この式は
Ｆ（ωｋ）＝Ｈ（ωｋ）．Ｅ（ωｋ）、となるが、ただし、
【００８２】
−　Ｈ（ωｋ）はイメージング・アレイのトランスデューサＴｉとターゲット・アレイのトランスデューサＴｒとの間のサイズｍ＊ｎの伝達行列であり、この行列の成分Ｈｒｉ（ωｋ）は周波数ωｋのインパルス応答ｈｒｉ（ｔ）のフーリエ変換の成分であり、
【００８３】
−　Ｅ（ωｋ）は、その成分Ｅｉ（ωｋ）が周波数ωｋの前述の信号ｅｉ（ｔ）のフーリエ変換の成分であるベクトルであり、
【００８４】
−　Ｆ（ωｋ）は、その成分Ｆｊ（ωｋ）が周波数ωｋの前述の信号ｆｊ（ｔ）のフーリエ変換の成分であるベクトルである。
【００８５】
したがって、それぞれの伝達行列Ｈ（ωｋ）の逆行列を求めることにより、ターゲット・アレイのトランスデューサＴ’ｒに対応する焦点ｒで、Ｈ−１（ωｋ）をＨ（ωｋ）の逆行列としたときに関係式
【数２０】
2004511291.tif 000013
により、そのすべての成分が最初に固定されている対象にできる限り近い（好ましくは、本発明において焦点ｒで音響パルスを放射するときに１に等しい、トランスデューサＴ’ｊに対応するインデックスｊを持つ成分を除きすべてが０に等しい）ベクトルＦ（ωｋ，ｊ）を生成するのに適しているベクトルＥ（ωｋ，ｊ）を決定することが可能である。
【００８６】
Ｈ−１（ωｋ）は、特異値分解により計算することができ、例えば、行列Ｈ（ωｋ）の逆行列を正規化することができる。
【００８７】
次に、ベクトルＥ（ωｋ，ｊ）のさまざまな成分Ｅｉ（ωｋ，ｊ）の逆フーリエ変換により、イメージング・アレイ５のさまざまなトランスデューサＴｉにより放射したときに、焦点ｒに音響パルス（または任意選択で他の音響信号）を集束するのに適しているさまざまな基準信号ｅｉ（ｔ，ｊ）を決定する。したがって、ターゲット・アレイ５の各トランスデューサでのイメージング・アレイ５の集束は、逆空間時間フィルタで実行される。
【００８８】
次に、中央ユニットＣＰＵは、頭蓋３の壁によるターゲット・アレイの収差を学習するプロセスに従う。
【００８９】
このプロセスでは、これらの収差は、有限インパルス応答を持つフィルタとして考えられる。
【００９０】
フーリエ領域では、このフィルタは、振幅Ｇｒ（ωｋ）と位相φｒ（ωｋ）により各周波数ωｋで定義される。
【００９１】
これらの係数を計算するために、すべてのベクトルＥｒの位相と振幅を比較する。そのために、第１のステージでは、イメージング・トランスデューサＴｉとインデックスがｒであるさまざまな焦点との間の経路の違いにより入り込む位相シフトをなくす。これは、特定の焦点ｒ０を選択し、ｄ（ｒ，ｉ）をトランスデューサｉと焦点ｒとの間の距離を表すものとし、ｃをイメージング対象の媒体、この場合は脳２内の音波の平均速度として、Δτ（ｒ０，ｒ，ｉ）＝（ｄ（ｒ０，ｉ）−ｄ（ｒ，ｉ））／ｃである角周波数ｅｘｐ（−ｊΔτ（ｒ０，ｒ，１）ω）を持つ他のものについて直線位相シフトを持ち込むことと同等である。
【００９２】
この補正を実行した後、ベクトルＥｒの振幅と位相の違いはターゲット・アレイに寄りかかっている収差層３によるものとなる。各焦点ｒについて利得係数Ｇｊ（ωｋ）および位相係数φｊ（ωｋ）を、Ｅｉ＊をＥｉの複素共役値として式
【数２１】
2004511291.tif 000014
により計算する。
【００９３】
対｛Ｇｊ（ωｋ），φｊ（ωｋ）｝は、焦点ｒに寄りかかっている収差層３の部分により各周波数で持ち込まれる相対的減衰係数および相対的位相シフトに対応する。したがって、これらは最終的に、ターゲット・アレイに寄りかかっている収差層部分により持ち込まれる収差を特徴付ける。
【００９４】
次に、上で定義されているすべてのｐ行列Ｈ（ωｋ）＝［Ｈｊｉ（ωｋ）］にいてターゲット・トランスデューサに寄りかかっている収差層３により持ち込まれる収差を取り除く。
【００９５】
そのために、イメージング・アレイと、イメージング・アレイに対している収差のみが残る仮想媒体におけるターゲット・アレイとの間の伝搬を特徴付ける伝達行列Ｈ’（ωｋ）＝［Ｈ’ｊｉ（ωｋ）］の新しい集合を式
【数２２】
2004511291.tif 000015
で計算する。
【００９６】
ターゲット・アレイの各トランスデューサｒについて、Ｅ’（ωｋ，ｒ）＝［Ｅ’ｉ（ωｋ，ｒ）］をｎ個の成分からなるベクトルとし、Ｆ（ωｋ，ｒ）をｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）からなるベクトルとし、ｌを１からｍまで可変とし、これらｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）はターゲット・アレイのトランスデューサに対応する焦点ｒへの周波数ωｋの音波の所望の集束に対応する、ｉを１からｎまで可変とするＦ（ωｋ，ｒ）＝Ｈ’（ωｋ）．Ｅ’（ωｋ，ｒ）となるようなｎ個の成分Ｅ’ｉ（ωｋ，ｒ）を求める。
【００９７】
ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、複素表記で
【数２３】
2004511291.tif 000016
とし、ｉを１からｎまで可変として、ｎ個の基準時間信号のベクトルｅ’（ｔ，ｒ）＝［ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）］をそこから推定する。
【００９８】
ターゲット・アレイに寄りかかっている収差層がない場合に、これらの基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｊ）を修正して、イメージング・アレイのさまざまなトランスデューサｉによるそれぞれの放射からターゲット・アレイのトランスデューサｊに集束する音響パルスを発生する。
【００９９】
一変形として、インパルス応答ｈｒｉ（ｔ）とｐ伝達行列Ｈ（ωｋ）を決定した後に、基準信号を、
【０１００】
−　各焦点ｒの近傍で収差壁３により生じる収差を克服するためすでに求められているインパルス応答ｈｒｉ（ｔ）に基づいて伝達行列Ｈ（ωｋ）を補正し、補正された伝達行列Ｈ’（ωｋ）をこのようにして求め、
【０１０１】
−　行列Ｈ’（ωｋ）の逆行列を求めることにより、ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、Ｅ’（ωｋ，ｒ）＝［Ｅ’ｉ（ωｋ，ｒ）］をｎ個の成分からなるベクトルとし、Ｆ（ωｋ，ｒ）をｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）からなるベクトルとし、ｌを１からｍまで可変とし、これらｍ個の成分Ｆｌ（ωｋ，ｒ）はターゲット・アレイのトランスデューサに対応する焦点ｒへの周波数ωｋの音波の所望の集束に対応する、ｉを１からｎまで可変とするＦ（ωｋ，ｒ）＝Ｈ’（ωｋ）．Ｅ’（ωｋ，ｒ）となるようなｎ個の成分Ｅ’ｉ（ωｋ，ｒ）を求め、
【０１０２】
−　ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒについて、複素表記で
【数２４】
2004511291.tif 000017
とし、ｉを１からｎまで可変として、ｎ個の時間信号のベクトルｅ’（ｔ，ｒ）＝［ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）］をそこから推定し、信号ｅ’ｉ（ｔ，ｒ）を前記基準信号とするという方法で求めることに留意されたい。
【０１０３】
都合のよいことに、行列Ｈ’（ωｋ）の計算で、ターゲット・アレイのトランスデューサに対応する各焦点ｒの近傍内の収差壁はフィルタに似ており、有限インパルス応答を有し、振幅Ｇｒ（ωｋ）および位相φｒ（ωｋ）により各周波数ωｋで定義され、式
【数２５】
2004511291.tif 000018
で計算されるが、ただし、
−　Ｈ＊ｒｉはＨｒｉの複素共役値であり、
−　Δτ（ｒ０，ｒ，ｉ）＝（ｄ（ｒ０，ｉ）−ｄ（ｒ，ｉ））／ｃとし、ｄ（ｒ，ｉ）をトランスデューサｉと焦点ｒとの間の距離とし、ｄ（ｒ０，ｉ）をトランスデューサｉと特定の焦点ｒ０との間の距離とする。
【０１０４】
次に、ｐ補正伝達行列Ｈ’（ωｋ）＝［Ｈ’ｊｉ（ωｋ）］を計算するが、ただし、
【数２６】
2004511291.tif 000019
とし、これらを使用して、上で説明したようにベクトルＥ’ｉ（ωｋ）を求め、そこで、ｒを１からｍまで可変とするさまざまな基準信号ｅ’（ｔ，ｒ）を求める。
【０１０５】
次に、中央ユニットＣＰＵは、脳２内のある個数Ｒの所定の焦点に集束することを学習し、インデックスｑをｍ＋１からｍ＋Ｒとして、このサブステップで、前記焦点ｑに集束するパルスを発生するために、これらの焦点ｑのそれぞれについて、ターゲット・アレイのトランスデューサにから段階的に離れながら、イメージング・アレイのさまざまなトランスデューサによって放射される基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）を決定する。
【０１０６】
基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）は、最初に、各焦点ｑについてｅ’ｉ（ｔ，ｑ）＝ｅ’ｉ（ｔ＋θｉ（ｑ），ｑ０）の形態で新しい焦点ｑ毎に決定され、ｑ０は基準信号がすでに求められている焦点ｑに近い位置にある焦点のインデックスであり、遅延θｉ（ｑ）は最初に値δｉ（ｑ）／ｃに等しく、ｃは媒体中の音波の平均速度であり、δｉ（ｑ）は一方のイメージング・アレイのトランスデューサｉと焦点ｑ０との距離と他方のイメージング・アレイのトランスデューサｉと焦点ｑとの距離との差に等しい。
【０１０７】
さらに、イメージング・アレイのインデックスｖを持ついくつかのトランスデューサが収差層に寄りかかっていない場合、インパルス応答に関して上述の方法と逆の方法により、それ自体知られている形で、仮想トランスデューサ（収差層３に寄りかかっている）から実トランスデューサ（前記層３から何らかのゲル７などにより隔てられている）へのデジタル逆伝搬により基準信号、つまり対応する信号ｅ’ｖ（ｔ，ｑ）を補正することが望ましい。
【０１０８】
イメージング・アレイのトランスデューサは、繰り返しにより、基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）の得られている推定値を放射し、放散異質媒体により後方散乱された信号ｓｉ（ｔ，ｑ）を同じトランスデューサにより拾い上げる。
【０１０９】
次に、これらの基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）を次の繰り返しで
ｅ’ｉ（ｔ）→αｉ（ｑ）．ｅ’ｉ（ｔ−τｉ（ｑ））
により修正するが、ただし、値τｉ（ｑ）およびαｉ（ｑ）は補正遅延と補正振幅係数であり、前記後方散乱信号の間のコヒーレンス基準Ｃが最大になるように計算される。
【０１１０】
都合のよいことに、このコヒーレンス基準Ｃは、
【数２７】
2004511291.tif 000020
とすることができ、ただし、
【数２８】
2004511291.tif 000021
−　＜＞は時間平均を表す。
【０１１１】
この最適化プロセスで、イメージング・アレイに近い位置にあるトランスデューサについて、前述の信号ｇｉ（ｔ，ｑ）およびｇｉ＋１（ｔ，ｑ）の相互相関関数が最大になるように繰り返し毎に値τｉ（ｑ）を計算して求めることができ、インデックスｉに対して関数ｇｉ（ｔ，ｑ）の最大振幅が等しくなるように値αｉ（ｑ）を計算して求めることができる。
【０１１２】
したがって、ｉを１からｎまで可変とする基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）が最適化され、脳内にある焦点ｑに正確に集束する音響信号を発生する。この最適化プロセスはすでに、Ｍａｌｌａｒｔ　ｅｔ　ａｌ．によりさらに詳しく説明されている（「Ｔｈｅ　Ｖａｎ　Ｃｉｔｔｅｒｔ−Ｚｅｒｎｉｋｅ　ｔｈｅｏｒｅｍ　ｉｎ　ｐｕｌｓｅ　ｅｃｈｏ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」，Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．９０（５），Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　１９９１，ｐｐ．２７１６−２７２７；「Ａｄａｐｔｉｖｅ　ｆｏｃｕｓｉｎｇ　ｉｎ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｍｅｄｉａ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｏｕｎｄ　ｓｐｅｅｄ　ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｉｅｓ：　ｔｈｅ　Ｖａｎ　Ｃｉｔｔｅｒｔ　Ｚｅｒｎｉｋｅ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ａｎｄ　ｆｏｃｕｓｉｎｇ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ」，Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．９６（６），Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　１９９４，ｐｐ．３７２１−３７３２）。
【０１１３】
焦点ｑについてこの最適化が完了したとき、例えば、基準Ｃが所定の値（特に、２／３に近い値）に達して２、３回繰り返した後、演算は次の焦点ｑ＋１に進む、というように進行する。
【０１１４】
このようにして得られた基準信号ｅ’ｉ（ｔ，ｑ）は、例えば、メモリＭ１〜Ｍｎに格納する。
【０１１５】
学習ステップが完了したら、とりわけ、脳２の超音波検査画像を出力することができ、その際に任意選択により、標準の超音波検査速度よりも高速に、例えば毎秒２０から３０画像の速さで出力することが可能である。これらの画像をそれぞれ出力するために、観察する領域に属する各焦点ｑについて、
【０１１６】
−　イメージング・アレイのトランスデューサＴｉがそれぞれ、前記基準信号ｅｉ（ｔ，ｑ）を放射し、
【０１１７】
−　イメージング・アレイの前記トランスデューサが粘弾性媒体により後方散乱される信号ｓｉ（ｔ）を拾い上げ、
【０１１８】
−　イメージング・アレイの各トランスデューサによって放射される基準信号ｅｉ（ｔ，ｑ）とこのトランスデューサにより拾い上げられた後方散乱信号ｓｉ（ｔ）との合成積を計算し、
【０１１９】
−　最後にこのようにして得られた合成積の総和を取るという手順を採用する。
【０１２０】
学習ステップまたはイメージング・ステップで実行される上述のさまざまな演算は、中央ユニットＣＰＵでプログラムすることも、また専用回路によりその全部または一部を実行することもできることに留意されたい。
【０１２１】
さらに、すべてのトランスデューサＴｉ、Ｔ’ｒを使用して、脳の超音波検査画像を出力できることにも留意されたい。この場合、イメージング・アレイはターゲット・アレイと同じになり、これら２つのアレイはそれぞれ、すべてのトランスデューサを含み、必要な変更加えて上述の演算が適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態による超音波画像診断デバイスの図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004511291.tif 000071
2004511291.tif 000072
2004511291.tif 000073