(57)【要約】  手持ち式医用超音波装置（１０）は、超音波を放出する超音波トランスデューサ（１）と、放出された超音波の少なくとも一部分を反射するリフレクタ（２）と、トランスデューサ（１）とリフレクタ（１）の間の相対位置および／または方位の指示を可能にする、インジケータ（２１、２２、３１１、３１２）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を放出する、超音波トランスデューサ（１）と、
前記放出された超音波の少なくとも一部分を反射する、リフレクタ（２）と
を備える、手持ち式医用超音波装置（１０）。
【請求項２】
前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（１）の間の相対位置および／または方位の指示を可能にする、インジケータ（２１、２２、３１１、３１２）を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）が、互いに対向して、機械的構造（３）に取り付けられている、請求項１または２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
前記機械的構造（３）が、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の距離（ｄ）を変えるための距離調節部を備え、前記距離調節部の少なくとも一部がインジケータ（３１１、３１２）として作用する、請求項３に記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記機械的構造（３）が、前記トランスデューサ（１）がそれに取り付けられた第１のフレーム（３３）と、前記リフレクタ（２）がそれに取り付けられるか、またはそれに一体化されるか、またはそれで構成された、第２のフレーム（３４）と、前記第１および第２のフレーム（３３、３４）の両方がそれに装着された、少なくとも第１の棒材（３１）とを備え、
前記フレームの少なくとも一方（３３）が、前記第１の棒材（３１）の上に摺動可能に装着されている、請求項３または４に記載の装置（１０）。
【請求項６】
前記第１の棒材（３１）が、前記少なくとも一方のフレーム（３３）を所定の位置に保持するための、位置決め手段を備える、請求項４または５に記載の装置（１０）。
【請求項７】
前記位置決め手段が、前記第１の棒材（３１）における前記所定の位置に穿孔（３１１）を含むとともに、
前記少なくとも一方のフレーム（３３、３４）が、前記少なくとも一方のフレーム（３１）を前記第１の棒材（３１）における前記所定の位置に保持するために、前記穿孔（３１１）中に少なくとも部分的に挿入可能な、ピン（３３１）を備える、請求項６に記載の装置（１０）。
【請求項８】
前記ピン（３３１）が、前記穿孔（３１１）のいずれかの中に少なくとも部分的に到達する第１の位置と、前記穿孔（３１１）から出た第２の位置であって、前記第１の棒材（３１）の２つの隣接する穿孔（３１１）の間で前記フレーム（３３）を摺動させるために必要とされる、第２の位置とをとるように、前記少なくとも一方のフレーム（３４）内に装着されているとともに、
特に、前記ピン（３３１）が前記第１の位置から前記第２の位置まで、弾性力に抗して移動可能である、請求項７に記載の装置（１０）。
【請求項９】
前記機械的構造（３）が第１の棒材（３２）を含み、
前記第１のフレーム（３３）が前記第１および第２の棒材（３１，３２）の両方に装着されており、
前記第２のフレーム（３４）が前記第１および第２の棒材（３１，３２）の両方に装着されており、
前記フレームの少なくとも一方（３３）が、前記第１および第２の棒材（３３、３４）の両方の上に摺動可能に装着されており、
前記第１および第２の棒材（３１、３２）のそれぞれが、前記一方のフレーム（３３）を所定の位置に保持するための位置決め手段を含む、請求項５に記載の装置（１０）。
【請求項１０】
前記位置決め手段が、前記第１および第２の棒材（３１、３２）のそれぞれにおける前記所定の位置に穿孔（３１１、３２１）を含み、
前記少なくとも一方のフレーム（３３）が、前記少なくとも一方のフレーム（３３）を前記所定の位置に保持するために、前記第１の棒材（３１）の前記穿孔（３１１）中に少なくとも部分的に挿入可能なピン（３１１）と、前記第２の棒材（３２）の前記穿孔（３２１）中に少なくとも部分的に挿入可能な別のピン（３２１）とを含む、請求項９に記載の装置（１０）。
【請求項１１】
前記インジケータが、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の位置および／または方位それぞれを特定するための位置および／または方位センサ（５）を含むとともに、
特に、前記位置および／または方位センサ（５１）が磁気式または光学式センサである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１２】
前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（１）とが機械的に分離されており、
特に、前記リフレクタ（１）は、平面フレーム（３４）に取り付けられるか、またはそれに一体化されるか、またはそれから構成されている、請求項１１に記載の装置（１０）。
【請求項１３】
前記インジケータがリフレクタ（２）を含み、前記リフレクタ（２）は、単一の層を含むか、または異なる超音波反射特性の２つ以上の層（２１、２２）を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１４】
前記第１のフレーム（３３）および前記第２のフレーム（３４）はそれぞれ、幅（ｗ）および長さ（ｌ）を有し、前記長さ（ｌ）は前記幅（ｗ）を超えており、
各フレーム（３３、３４）の幅（ｗ）は、少なくとも、調査しようとする組織（４）と接触するために割り当てられた領域内で、２ｃｍ未満である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置（１０）と、
プロセッサ（５１）と
を備え、
前記トランスデューサ（１）は、前記プロセッサ（５１）に電気的に接続されており、
前記プロセッサ（５１）は、前記超音波トランスデューサ（１）によって受波される反射超音波（ｕｓｒ）を受けて、超音波ベーストモグラフィイメージを特定するように構成されている、医用超音波システム。
【請求項１６】
前記トランスデューサ（１）が、一組の放出器素子（Ｔｘ）と一組の受波器素子（Ｒｘ）とを備え、
前記プロセッサ（５１）は、一組の放出器素子（Ｔｘ）−受波器素子（Ｒｘ）組合せに対して、それぞれの放出器素子（Ｔｘ）に、超音波（ｕｓｒ）を放出させて、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間に配設される組織（４）を通過して、リフレクタ（２）まで進行し、前記リフレクタ（２）から組織（４）を通過して受波器素子（Ｒｘ）へと戻るようにトリガリングするように構成されており、
前記プロセッサ（５１）は、前記一組の放出器素子（Ｔｘ）−受波器素子（Ｒｘ）組合せに対して、前記放出器素子（Ｔｘ）から前記受波器素子（Ｒｘ）へ進行する超音波（ｕｓｒ）に対する飛行時間値（ｔｐ）を特定するように構成されており、
前記プロセッサ（５１）は、前記飛行時間値（ｔｐ）に応じて、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）とによって画定される面（ｘ，ｙ）内のセル（ｃｉ，ｊ）に対して、超音波（ｕｓｒ）の超音波パラメータ値（σ、α）を特定するように構成されており、
前記プロセッサ（５１）は、前記超音波パラメータ値（σ、α）をイメージに変換するように構成されている、請求項１５に記載の医用超音波システム。
【請求項１７】
前記プロセッサ（５１）が、近傍セル（ｃｉ，ｊ）の超音波パラメータ値（σ、α）の勾配に依存する、一組の超音波パラメータ値から超音波パラメータ値（σ、α）を特定するように構成されている、請求項１６に記載の医用超音波システム。
【請求項１８】
前記プロセッサ（５１）は、前記面（ｘ、ｙ）における少なくとも２つの方向において、近傍セル（ｃｉ，ｊ）の超音波パラメータ値の勾配に依存する、一組の超音波パラメータ値から前記超音波パラメータ値（σ、α）を特定するように構成されている、請求項１６または１７に記載の医用超音波システム。
【請求項１９】
前記プロセッサ（５１）が、前記面（ｘ，ｙ）内の第１の方向における超音波パラメータ値の勾配に依存するとともに、前記第１の方向と異なる、前記面（ｘ，ｙ）内の第２の方向における、超音波パラメータ値の勾配に依存する、前記一組の超音波パラメータ値から、前記超音波パラメータ値（σ，α）を特定するように構成されている、請求項１８に記載の医用超音波システム。
【請求項２０】
前記第１の方向が、前記リフレクタ（２）および／または前記トランスデューサ（１）の長手方向延長に直交する方向（ｙ）であり、前記第２の方向（ｘ）が、前記第１の方向（ｙ）に直交する、請求項１９に記載の医用超音波システム。
【請求項２１】
前記プロセッサ（５１）が、前記面（ｘ，ｙ）内の第１の方向における超音波パラメータ値の勾配に依存し、前記面（ｘ，ｙ）内の第２の方向における超音波パラメータ値の勾配に依存し、かつ前記面（ｘ，ｙ）内の第３の方向における超音波パラメータ値の勾配に依存する、前記一組の超音波パラメータ値から、前記超音波パラメータ値（σ，α）を特定するように構成されている、請求項１７または１８に記載の医用超音波システム。
【請求項２２】
前記第１の方向（ｙ）が、前記リフレクタ（２）および／または前記トランスデューサ（１）の長手方向延長に直交する方向であり、
前記第２の方向が、前記第１の方向に対する最大角度（φｍａｘ）によって定義され、前記最大角度は、φｍａｘ＝ａｒｃｔａｎ（Ｗ／（２＊ｄ））によって定義され、Ｗは、前記トランデューサ（１）のトランスデューサ素子の線形アレイの幅であり、ｄは、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の距離であり、
前記第３の方向は、負の最大角度（φｍａｘ）によって定義される、請求項２１に記載の医用超音波システム。
【請求項２３】
前記プロセッサ（５１）が、前記面（ｘ，ｙ）内の少なくとも２つの方向において、近傍セル（ｃｉ，ｊ）の超音波パラメータ値の重み付け勾配に依存する一組の超音波パラメータ値から、前記超音波パラメータ値（σ、α）を特定するように構成されている、請求項１７から２２のいずれか一項に記載の医用超音波。
【請求項２４】
前記プロセッサ（５１）が、同一方向の全勾配に同一の重み（ｋ）を適用するとともに、方向毎に異なる重み（ｋ，１−ｋ）を適用するように構成されている、請求項２３に記載の医用超音波システム。
【請求項２５】
前記プロセッサ（５１）が、第１の重み（ｋ）を前記第１の方向のすべての勾配に適用するとともに、第２の重み（１−ｋ）を前記第２の方向のすべての勾配に適用するように構成されており、前記第１の重み（ｋ）は前記第２の重み（１−ｋ）を超える、請求項１９または２０に記載の医用超音波システム。
【請求項２６】
前記プロセッサ（５１）が、第１の重みを前記第１の方向のすべての勾配に適用し、第２の重みを前記第２の方向のすべての勾配に適用し、第３の重みを前記第３の方向のすべての勾配に適用するように構成されている、請求項２１または２２に記載の医用超音波システム。
【請求項２７】
前記超音波パラメータ（σ，α）が音速度（σ）であり、
前記プロセッサ（５１）が、各セル（ｃｉ，ｊ）に対する音速度値（σ）を、好ましくは、単一値として、または周波数の関数として、または組織に加えられる任意の摂動の関数として、特定するように構成されている、請求項１５から２６のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項２８】
前記超音波パラメータ（σ，α）が音響減衰（α）であり、
前記プロセッサ（５１）が、各セル（ｃｉ，ｊ）に対する音響減衰値（α）を、好ましくは単一の値として、または周波数の関数として、または組織に加えられる任意の摂動の関数として、特定するように構成されている、請求項１５から２６のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項２９】
前記超音波パラメータ値（σ，α）が、いくつかの放出超音波周波数において識別されて、そのようなパラメータの周波数依存性を再構築することを可能にする、請求項１６から２８のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項３０】
前記プロセッサ（５１）が、前記トランスデューサ（１）における超音波をトリガリングすることに応答して、飛行時間値（ｔｐ）に応じて、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の距離を特定するように構成されている、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項３１】
前記処理ユニットが、トモグラフィ超音波イメージの計算において全変動正則化を適用するように構成されており、
特に、前記全変動正則化において、解こうとする式が、形式ａｒｇｍｉｎ＿σ｛｜｜Δｔ−Ｌσ｜｜＿１＋λ｜｜Ｄσ｜｜＿１｝、またはそのような形式の任意の組合せに従い、ここでΔｔは測定量のベクトルであり、σは再構築される、前記未知のベクトルであり、Ｌは設定幾何学形状の考慮の下で幾何学的に計算されるマトリックスであり、Ｄは勾配マトリックスであり、λは定数であって、
特に、前記式は凸最適化を用いて解かれる、請求項１４に記載の医用超音波システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手持ち式医用超音波装置と、医用超音波システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
乳房組織における腫瘍およびその他特定の異常（ａｎｏｍａｌｉｅｓ）は、従来式Ｂモード超音波システムにおいて、常に検出可能であるとは限らない。しかしながら、これらの病変は、超音波伝播速度および減衰などの、その他の超音波特性に関して、高いコントラストを提示する。Ｘ線コンピュータトモグラフィ（ＣＴ：Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）と同様に、これらのパラメータの空間的に解像されたイメージを得るために、超音波は、複数角度方向において送波され、記録される。現在、これには、ハイエンドの特定用途超音波コンピュータトモグラフィ（ＵＳＣＴ：Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）機器を必要とし、それらは、Ｄｕｒｉｃらによる、「Ｂｒｅａｓｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：  Ａ  ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｗｉｔｈ  ｆｉｌｍ  ａｎｄ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｍａｍｍｏｇｒａｐｈｙ」、Ｍｅｄ．  Ｐｈｙｓ．  ４０（１）、２０１３年１月、に記載された、乳房のまわりに配置された多数の静止超音波センサに基づくか、またはＮｅｂｅｋｅｒらによる、「Ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｏｕｎｄ  Ｓｐｅｅｄ  Ｕｓｉｎｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」、Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｍｅｄ  ２０１２、３１、１３８９〜１４０４ページ、に記載された、乳房のまわりに機械的に回転する超音波センサによっており、両方のシステムとも、乳房を水タンクに浸漬し、嵩張るカスタムメイドの超音波システムで走査する必要がある。結果は正確であるが、それらのシステムは、日常の臨床使用では負担が大きく、医院に追加のスペースと、実施するための専門人員を必要とし、通常、コストが高く、所与の特定の目的に対してのみ使用できる。
【０００３】
超音波音速および減衰イメージングに対する現在のＸ線マンモグラフィの拡張が研究されており、例えば、Ｋｒｕｅｇｅｒらによる、「Ｌｉｍｉｔｅｄ−ａｎｇｌｅ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  ｆｅｍａｌｅ  ｂｒｅａｓｔ．  ＩＥＥＥ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  １９９８、１３４５〜１３４８ページ」に記載されている。この場合に、乳房は、２つの静止加圧プレートの間で完全に加圧されて、超音波トランスデューサが、加圧プレートの上方および／または下方に配置される。その他の実施形態においては、プレートの一方が削除されて、乳房は、トランスデューサと静止プレートの間で加圧され、これはＣｈａｎｇらによる「Ｒｅ−ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｓｏｕｎｄ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ａｎｄ  ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｕｓｉｎｇ  ｌｉｎｅａｒ  ａｒｒａｙｓ：  ｃｌｉｎｉｃａｌ  ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ、２００７年、１６８１〜１６８７ページ」に記載されている。これらの設定によって乳房を圧縮すると、Ｘ線マンモグラフィに類似して、痛みのある診断手順となる。そのような加圧は、超音波トランスデューサが、加圧プレートに対して平行に動くように固定または制約されるので、フレキシビリティも低下させて、コロナル面（ｃｏｒｏｎａｌ  ｐｌａｎｅ）だけにアクセスを有する。小寸の乳房および胸壁近くの超音波イメージングも不可能となる可能性もある。ＵＳＣＴ機器について、マンモグラフィ設備は、限定された組の角度方向を通る送波および記録だけを可能にし、このことは、病変（例えば、腫瘍）の位置および幾何学形状が事前に分かっていない場合には、得られた超音波イメージ内に強いアーチファクトを生じる。さらに、加圧プレートと乳房の間に、小さな空隙を回避するのが難しく、それらは、超音波イメージ内に、強いアーチファクトを誘発する。結果として、これらのシステムによって得られる、診断の品質は、現在では貧弱であり、商業的実現レベルに達したものはまだ無い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明によって解決しようとする課題は、したがって、超音波コンピュータトモグラフィ（ＵＳＣＴ）の広範囲な使用を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、超音波を放出するための超音波トランスデューサと、放出された超音波の少なくとも一部分を反射するためのリフレクタと、好ましくは、トランスデューサとリフレクタの間の相対位置および／または方位の指示を可能にするインジケータとを備える、手持ち式医用超音波装置によって解決される。
【０００６】
この装置は、必ずしもフルスケールの超音波コンピュータトモグラフィシステムを包含するものではないが、この装置は、そのようなシステムのそのようなトモグラフィユニットの一部であり、且つ／またはそれに接続されている。
【０００７】
超音波装置は、その使用が医療文脈に含まれることを示唆する、医用装置である。すなわち、この装置は、医用スクリーニング、診断、（例えば、癌の）ステージング、術前プラニング、術中ガイダンス、および術後フォローアップの内の１つまたは複数に対して使用される。
【０００８】
この文脈における手持ち式とは、携帯可能、または移動可能であることを意味している。この装置は、医師または看護師などの音波検査技師（ｓｏｎｏｇｒａｐｈｅｒ）が、患者を検査中に、保持することができる。したがって、その重量およびその拡張は、トランスデューサに対する静的な設定に拘束されることなく、任意の場所に装置を適用するように寸法決めされている。
【０００９】
超音波トランスデューサは、好ましくは、１ＭＨｚから４０ＭＨｚの間の範囲のある周波数において、より好ましくは、３ＭＨｚから１４ＭＨｚの間の範囲において、超音波を放出する少なくとも１つの素子を備える。超音波トランスデューサは、好ましくは、例えば、圧電変換器をそのような素子として用いて、電気信号を超音波に変換する。非常に好ましい実施形態において、超音波トランスデューサはまた、反射された超音波を受波するため、特に、以下で説明されるように、反射された超音波を受波するために、さらに受波された超音波を電気信号に変換するために、少なくとも１つの受波器素子、好ましくはそれよりも多くを備える。
【００１０】
装置は、トランスデューサによって放出されて被検査組織を通過して移動する、反射超音波のリフレクタをさらに備える。したがって、リフレクタは、超音波反射特性を有するものであり、組織と異なる音響インピーダンスにおけるリフレクタを選択することによるか、または金属（例えば、アルミニウム、鋼）、ポリマー／プラスチック（例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ＡＢＳ、ゴム、シリコーン）、封入空気または流体層、ガラス、セラミックス、鉱物骨材、およびその他の複合材またはメタマテリアルなどの、物質を、超音波に対して反射性であるリフレクタの中またはその上に適用することによって、達成することができる。
【００１１】
動作に際して、好ましくは、女性の乳房である、試験しようとする体組織は、トランスデューサとリフレクタの間に配設されるものと想定するのが好ましい。リフレクタとトランスデューサは、組織を通過して移動した後の、トランスデューサによって放出された超音波の少なくとも一部に対して、リフレクタが露出されるように、相互に配設されるのが好ましい。好ましくは、トランスデューサとリフレクタとは、リフレクタが、トランスデューサに直接、またはおよそそれに向かって面する状態で、互いに対向して配設されている。
【００１２】
超音波は、１つまたは複数の放出素子から順次に送波され、乳房ターゲットを通過して伝達され、リフレクタプレートにおいて反射および／または散乱されて、受波素子の内の１つまたは複数によって再取得される。このことによって、超音波パラメータ、特に、異なる角度方向に沿った、超音波伝播速度および／または超音波減衰の測定が可能となり、装置がそれに接続されている、トモグラフィユニット内で、ＵＳＣＴイメージの再構築が可能になる。トモグラフィユニットは、装置によって供給される信号を、例えば、音波検査技師に対して表示されるイメージに変換するものと理解される。
【００１３】
それがある場合には、装置のインジケータは、トランスデューサとリフレクタの間の相対的位置および／または方位の指示を可能にする。位置と方位の両方を常に指示することは必要ではなく、位置は、好ましくはトランスデューサとリフレクタの間の距離を意味し、これに対して方位は、トランスデューサとリフレクタの間の角度を意味する。特に、例えば他方の尺度がいずれかの方法で、例えば、装置におけるトランスデューサとリフレクタの配設によって、事前定義されているときには、これらの２つの尺度の一方で十分である。インジケータは、装置自体における位置および／または方位を必ずしも示す必要はないが、それを可能にしてもよい。一実施形態においては、装置自体において、ユーザが臨機応変に位置および／または方位を導出するための、手段が設けられている。そのような手段は、好ましくは、スケール、またはその他の視覚的インジケータを含み、例えば、トランスデューサとリフレクタの間の距離を予測することを可能にしてもよい。別の実施形態においては、装置は、位置および／または方位を特定することの内の１つまたは複数のためのセンサを収納してもよい。ここでは、センサ信号をそれに対して送波することのできる、トモグラフィユニットなどのリモートユニット内で、対応するセンサ信号を評価して、位置および／または方位を特定してもよい。第３の変形形態においては、トランスデューサによって受波された反射超音波から導出され、最終的にトモグラフィユニットのディスプレイ上に表示されるイメージにおける、リフレクタ−トランスデューサ位置／方位の同定を可能にするように、リフレクタ自体を準備してもよい。
【００１４】
装置は、医療分野における超音波コンピュータトモグラフィ（ＵＳＣＴ）において使用して、従来のＢモードイメージにおいては見ることができないか、または見ることはできるが、Ｂモードイメージだけでは診断または分類することができない、乳房組織における腫瘍性封入体（ｔｕｍｏｒｏｕｓ  ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ）を検出することが好ましい。好ましくは、装置は、トランスデューサからリフレクタへ、およびトランスデューサに戻るまでの経路で、超音波の速度を測定することを可能にするように準備される。超音波トランスデューサと既知の位置と方位のリフレクタの間の組織を通るとともに、組織を通ってトランスデューサへ戻るように、超音波を送波することによって、ＵＳＣＴイメージを得ることができる。超音波の超音波パラメータは、最も簡単な場合にはトランスデューサとリフレクタの間の距離の２倍に等しい、超音波が移動する経路の長さに応じて、および超音波パルスの放出と超音波パルスの反射部分の受波の間に測定される時間である、この経路を移動するのにかかった時間に応じて、演算することができる。したがって、本装置は、好ましくは、ＵＳＣＴトモグラフィユニットの手持ち式拡張と考えることができる。
【００１５】
好ましくは、セル当たりで決まる、超音波パラメータは、音速度（ｓｐｅｅｄ  ｏｆ  ｓｏｕｎｄ）（超音波速度）、音響減衰、周波数依存音響量、音速度分散の内の１つとすることができる。以下の実施形態は、ほとんど、超音波パラメータとして特定される音速度に関係しているが、以下の実施形態のいずれにおいても、音速度は、関連のある超音波パラメータとしての音響減衰、または列挙されたその他のパラメータのいずれかに置き換えられることを理解されたい。
【００１６】
次いで、測定された超音波パラメータを組み合わせて、例えば、組織温度（例えば、アブレーション処置中の）、または質量密度、または一般に、測定された超音波パラメータと相関のある、健常組織または患部組織の任意の特性などの、その他の組織特性を評価することができる。反復される超音波測定値を、時間経過における組織変化をモニタリングするのに使用することができる。
【００１７】
測定された超音波パラメータも、同様に、とりわけ、機械的励振（例えば、音声振とう（ｖｏｃａｌ  ｆｒｅｍｉｔｕｓ）などの、予圧縮または振動場）、または（例えば、アブレーション処置中の）温度場などの、組織に加えられる外部摂動（ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）の関数として特定することができる。
【００１８】
好ましくは、実施形態のいずれかによる手持ち式装置と、トモグラフィイメージを特定するための処理ユニットとを備える、この超音波システムは、リフレクタからの超音波エコーを検出して、腫瘍などの組織不均質性の存在によって導入される、音速度または減衰などの、関連のある音響パラメータにおける摂動を検出するように具現化されている。
【００１９】
この目的で、超音波トランスデューサは、一組の放出器（ｅｍｉｔｔｅｒ）素子と一組の受波器素子とを備える。これらの組の素子は、放出器素子は超音波を放出することだけが可能であるのに対して、受波器素子は超音波を受波することだけが可能であるように、異なる素子としてもよいが、異なる実施形態においては、単一のトランスデューサ素子を、超音波を放出し、且つ受波するように構成してもよい。そのようなトランスデューサ素子は、それぞれ、放出器素子として、且つ受波器素子として作用すると言われる。各組は、好ましくは、２つ以上の素子、好ましくは数百を超える素子を備える。
【００２０】
好ましくは、放出器素子と受波器素子の組合せは、対とも呼ばれ、同時に動作される、すなわち、プロセッサは、それぞれの放出器素子が、超音波を放出するようにトリガリングし、同時に受波器素子が、放出されて反射された超音波をある遅延で受波する。それを追跡すると、超音波は、放出器素子からトランスデューサとリフレクタの間に配設された組織を通りリフレクタへと進行し、組織を通り受波器素子へと戻り、それにより波線経路（ｒａｙ  ｐａｔｈ）を画定する。受波器素子において受波された反射超音波は、無線周波数（ＲＦ）トレースとも呼ばれる、時間経過に対する電気信号に変換される。
【００２１】
したがって、時間遅延は、放出器素子からの超音波の放出時間と、受波器素子における反射超音波の受波時間の間の時間差の形態で測定される。この時間遅延は、飛行時間とも呼ばれる。様々な放出器−受波器素子の組合せがプロセッサによって順次にトリガリングされるとすると、それぞれの組合せに対して、対応するＲＦトレースが記録される。好ましくは、すべての可能な放出器素子−受波器素子組合せがトリガリングされて、組合せの集合を定義する。しかしながら、異なる実施形態においては、すべての可能な組合せからの１つの選択だけが、組合せの集合において定義される。
【００２２】
好ましい実施形態においては、Ｎトランスデューサ素子を備える単一のトランスデューサが適用されて、ＲＦトレースを有する、「マルチスタティックマトリックス」、および／または、すべての可能なＮ×Ｎ放出器素子−受波器素子組合せに対する対応する飛行時間値が記憶される。次いで、飛行時間ｔｐおよびｔｅ，ｒが等価となるように、特定の経路ｐを識別するために、トランスデューサ放出器素子ｅおよびトランスデューサ受波器素子ｒの指標を使用するのが好ましい。
【００２３】
その他の変形形態が可能である：例えば、いくつかの隣接する放出器素子が、同時に、または漸増的な時間遅延を有して発射されて、いわやる「平面波」放出を生成して、測定された組織中に結合される音響強度レベルを増大させ、かつ／またはいくつかの隣接するトランスデューサのＲＦトレースを、平均化するか、または任意の形態に組み合わせて、ノイズを低減してもよい。したがって、イメージ再構築への好ましい開始点は、特定の放出器発射時に、個々の受波器素子によって取得される、したがって、それぞれが放出器素子−受波器素子位置対に対応する、デジタル化されたＲＦトレースの組である。このＲＦトレースマトリックスから、対応する飛行時間マトリックスｔｐを、例えば、ＲＦトレースを解析することによって生成してもよい。この処理ステップは、描写（ｄｅｌｉｎｅａｔｉｏｎ）とも呼ばれる。
【００２４】
波線経路ｐは、トランスデューサとリフレクタによって画定される面内にあると仮定される。この面は、好ましくは、異なる放出器素子−受波器素子対に対応する、有限の組の波線経路ｐによって横断されるセルに離散化される。動作に際して、組織がトランスデューサとリフレクタの間に配設されるとき、これらのセルは、対象面における組織内の場所を反映する。このセル構造は、その部分が封入体とも呼ばれる、腫瘍性であると考えられる、組織の部分の位置同定を支援する。セルサイズは、前もって定義され、イメージの解像度を決定する。飛行時間値に基づいて、セル当たりの超音波パラメータを決定するプロセスは、再構築とも呼ばれる。最終的に、プロセッサは、特定された超音波パラメータ値を、システムのスクリーン上で医療関係者に示される、イメージに変換するように構成されている。この変換には、超音波パラメータ値の色への符号化、例えば、グレースケールへの符号化を含めてもよい。
【００２５】
一実施形態において、それぞれの放出器素子からリフレクタ素子まで、および受波器素子に戻る、波線経路ｐ当たりの既知の経路長ｌｐ「ｍ」が与えられて、飛行時間値Δｔｐ−遅延とも呼ばれる−が、この実施形態においては、音速度（ＳｏＳ）増分σｃ−セルｃ当たりの遅さ増分（ｓｌｏｗｎｅｓｓ  ｉｎｃｒｅｍｅｎｔｓ）とも呼ばれる−の関数として計算される、すなわち：
【００２６】
【数１】
2018526173.tif 000003
【００２７】
この式（１）は、ある経路ｐに対する飛行時間値Δｔｐを、個々のセルｃ当たりの経路長ｌｐ，ｃの部分を有する対象経路ｐに沿って通行されたセルの数Ｃに対して、セルｃ当たりの個々の音速度値σｃの合計として説明している。
【００２８】
全体経路数Ｐは、好ましくは、指定の線形システムのためのセル数Ｃ以上である。式（１）で表わされたシステムは、集合Δｔ＝Ｌσの放出器素子−受波器素子組合せを表わす全経路ｐに対して、マトリックス形式で表わすことが可能であり、この場合に、経路長ｌｐ，ｃは、マトリックスＬに集められて、トランスデューサとリフレクタ配設の設定、ならびにセルの大きさおよび形状、特にそれらの粒度／解像度に依存する、幾何学的情報を表わす。
【００２９】
セルｃ当たりの遅さ値σｃを含むσを求めることは、逆問題である。それゆえに、結果として得られるマトリックスσは、セルｃを横断する、すなわち、対象面における組織がそれに分割される仮想セルに対する、特に、そのようなセルにおける音速度が、非腫瘍組織を含むセルにおける音速度と異なると仮定すると、封入体の影響を受けるセルｃに対する、音速度分布を表わす。
【００３０】
面におけるセルｃを識別するために、デカルト座標ｘおよびｙを、好ましくは、ｘをフラットリフレクタに平行、水平方向とも呼ばれる、方位にして、ｙをそれに直交する、垂直方向とも呼ばれる、方位として使用するのが好ましい。インデックスｉおよびｊは、それぞれｘおよびｙ方向のセルを数えるのに使用される。
【００３１】
式（１）で書かれたような、遅延Δｔｐおよび遅さ増分σｃは、均質組織、すなわち封入体がその中に存在しない組織モデルに対して、封入体により生じた摂動を表わすのが好ましい。好ましくは、次いで、事前ステップを使用して、測定された飛行時間マトリックスｔｐから平均音速度ｖＢを評価する。次いで、Δｔｐは、ｔｐから均質組織によって生じた遅延を減算した後の、遅延残余に対応する、すなわち
【００３２】
【数２】
2018526173.tif 000004
【００３３】
本発明の特定の実施形態に対する、ｖＢ計算の詳細は、図８と合わせて、以降により詳細に紹介される。定量的な音速度イメージｖ［ｍ，ｓ］は、面内で座標ｘおよびｙによってアドレス指定される、個々のセルｃに対して、ｖＢおよび遅さ増分σ［ｓ／ｍ］から計算される：
ｖ（ｘ，ｙ）＝ｖＢ（１＋σ（ｘ，ｙ））−１          （３）
逆問題は、波線経路ｐの完全な角度集合が各セルｃに対して利用可能であれば、良設定（ｗｅｌｌ−ｐｏｓｅｄ）である。言い換えると、すべての可能な方位［−１８０，１８０］（°）において、すべてのセルを横断する、波線経路ｐの集合が利用可能である。しかしながら、このことは、３６０°トランスデューサ、または回転トランスデューサをそれぞれ備える、ハイエンド超音波コンピュータトモグラフィ（ＵＳＣＴ）機器でのみ達成することができる。しかしながら、本明細書に記載された装置の手持ち式機器を用いると、装置の所与の方位に対して、限定された集合の角度方向だけが波線経路に含まれ、したがって限定された集合の角度波線経路方向だけがセル当たりに利用可能である。
【００３４】
このことは、本発明者らによって識別された２種類のイメージ歪みにつながる：
ａ）欠落した角度方向に沿った解像度損失：例えば、リフレクタに平行な波線経路が欠落しているので、この水平方向には非常に良好な解像度が得られるが、垂直方向には粗い解像度だけが得られる。
【００３５】
ｂ）強いストリークアーチファクト（ｓｔｒｅａｋｉｎｇ  ａｒｔｉｆａｃｔ）：これらは、εが任意に小さい場合に、φ＝φｍａｘ＋εに対して情報が存在しない、限定的な角度方位φ＝φｍａｘにおける、急な遷移の結果である。
【００３６】
したがって、本質的に悪設定（ｉｌｌ−ｐｏｓｅｄ）である、式（２）による不完全な再構築問題を解くことが望ましい。このことは、対応する数学式が一意的に解けないことを意味する。音速度マトリックスσに対する、またはより一般的に、超音波パラメータマトリックスに対する、いくつかの潜在的な解が可能である。しかしながら、式（２）を解くに際して、封入体の最善の幾何学描写と、封入体内の音速度値に対する最善の精度をもたらす、可能な解の集合から、解を見出すのが好ましく、望ましい。しかしながら、可能な解の集合を特定しようとするものではない。これらの他の解を知る必要性なく、可能な解の集合から解を特定すれば十分である。
【００３７】
好ましくは、この最適化アプローチは次式で実現される：
【００３８】
【数３】
2018526173.tif 000005
【００３９】
但し、可能な音速度値σからの特定の音速度値
【００４０】
【数４】
2018526173.tif 000006
【００４１】
に対して、誤差関数Δｔ−Ｌ＊σ、および好ましくはそれの第２のノルム、が最小化される。しかしながら、１−ノルムＬ１などの、いかなるノルムでも、このコスト項目に対して使用できる。しかしながら、シナリオによっては、この数値的に解かれた問題における、σに対する解は、垂直方向において低解像度となる可能性のある、低いイメージ品質を生じる可能性があり、同時に、アーチファクトが、腫瘍の識別とセグメント化を妨げる可能性がある。
【００４２】
したがって、数学的な正則化を導入して、均質な組織背景における、１つまたは複数の腫瘍性封入体の位置および幾何学的形状の満足のできる再構築を可能にする、数値的に有界の解を得るのが好ましい。
【００４３】
第１の実施形態においては、ＳｏＳイメージの平滑度（ｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓ）のために、次式による正則化仮定を導入する：
【００４４】
【数５】
2018526173.tif 000007
【００４５】
したがって、誤差関数Δｔ−Ｌ＊σが最小化されるだけでなく、誤差関数と追加項Ｄ＊σの合計も最小化される。Ｄは、どのセルが互いに隣接しているかを導入する勾配マトリックスであり、それに対応して、Ｄ＊σは、面内の隣接セルの音速度の勾配を表わす。項目Ｄ＊σの使用は、式（２）の所望の解が、均質な組織背景において、１つまたは複数の閉じた封入体幾何学形状を示すとの洞察に基づいている。したがって、式（２）を解く、可能なＳｏＳ値の集合から、それらの解は、少なくとも、必要な場合には、突然の遷移を有する、区分的に一定のセル値を用いて誤差関数を最小化することと組み合わせて、選択される。
【００４６】
しかしながら、別の実施形態においては、Ｄは、（２次導関数を正則化するための）曲率マトリックス、周波数成分を正則化するためのＤＦＴ／ＤＣＴ、または任意のウェーブレット変換などの、任意その他の関係する特性とすることができる。したがって、超音波パラメータ値は、超音波パラメータ値の曲率、離散フーリエ／余弦変換、ウェーブレット変換などの、「その他の線形組合せ」Ｄ、すなわちそれらの導関数に依存する可能性がある。
【００４７】
好ましい実施形態においては、｜｜Ｄσ｜｜ｎは、再構築されたイメージの水平勾配と垂直勾配の合計を最小化し、λは定数である。
平滑度項Ｄ＊σのノルムｎは、再構築結果に重大な影響を及ぼす。例えば、任意のベクトルχｑに対して｜｜Χ｜｜２＝Σｑ（χｑ）２で定義される、Ｌ２−ノルム（ｎ＝２）がＤ＊σに適用されると、式（５）の閉じられた解（チホノフ（Ｔｉｋｈｏｎｏｖ）正則化）を求めることができるが、鋭い勾配に対して、平滑な勾配が好ましい。異なる組織を含有する可能性がる、隣接するセルのＳｏＳ値における大きなジャンプは、Ｌ２−ノルムによって不必要にペナルティを科せられて、非現実的に平滑な結果を生成する。
【００４８】
しかしながら、Ｌ１−ノルムｎ＝１が使用される場合には、｜｜Χ｜｜１＝Σｑ｜χｑ｜となり、これは、正則化の文脈において全変動（ＴＶ：ｔｏｔａｌ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）正則化または圧縮センシングとも呼ばれ、鋭い勾配および平滑な勾配が等しく重み付けされて、このことは、区分的に均質な領域の再構築につながる。ｎ＝１とすると、式（５）は、凸問題（ｃｏｎｖｅｘ  ｐｒｏｂｌｅｍ）、特に二次錐計画問題（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｏｒｄｅｒ  Ｃｏｎｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ  ｐｒｏｂｌｅｍ）となり、この問題は、内点法（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）および交互方向乗数法（ＡＤＭＭ：Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）などの最適化方法で反復的に解くのが好ましい。
【００４９】
本発明の様々な実施形態によれば、好ましくは最適化に寄与する正則化項は、Ｌ１−ノルム（式６）またはＬ２，１−ノルム（式７）などのＴＶ挙動を示す１つのノルムによって計算することができる：
｜｜Ｄσ｜｜１＝Σｉ，ｊ｜σｉ＋１，ｊ−σｉ，ｊ｜＋｜σｉ，ｊ＋１−σｉ，ｊ｜    （６）
【００５０】
【数６】
2018526173.tif 000008
【００５１】
一般的に、セルが、水平方向に行をなして隣接して配設されて、垂直方向にセルの列を形成しているような、面内のグリッド状のセル組織においては、各セルは、水平方向に少なくとも１つの隣接セルと、垂直方向に少なくとも１つの隣接セルとを有する。したがって、そのような正則化項は、方向性勾配、具体的にはｘ軸に沿った勾配、およびｙ軸に沿った別の勾配を導入する。各セルの指標ｉおよびｊは、それぞれｘおよびｙ軸に沿った位置を指す。結果として得られるＳｏＳベースイメージは、限定角度アーチファクトを首尾よくフィルタリング除去し、閉じた封入体幾何学形状を描写する。相応して、各角度方向において利用可能な情報の量は、平滑度再構築に組み込まれる。
【００５２】
上記に配置されたように、トランスデューサの非３６０°設定によって欠落した角度方位は、再構築されたＳｏＳイメージにおける歪みをもたらす。しかしながら、波伝播／波線経路は、手持ち式装置によって規定されるので、腫瘍性封入体により導入される小さな摂動とは別に、各セルに対してどの角度方位が利用可能であるかは、事前に分かっている。したがって、異なる角度方向において、好ましくは、これらの方向のそれぞれにおける波線情報の利用可能性および／または影響度に応じて、ＳｏＳ勾配寄与を重み付けするのが大変好ましい。結果として得られる正則化は、「非等方性重み付け空間正則化（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃａｌｌｙ  Ｗｅｉｇｈｔｅｄ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｒｅｇｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）」とも呼ばれる。特定の実施形態において、この概念は、全変動アプローチと組み合わされるとともに、以下においては、「非等方性重み付け全変動（ＡＷＴＶ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃａｌｌｙ  Ｗｅｉｇｈｔｅｄ  Ｔｏｔａｌ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）」と呼ばれる。
【００５３】
したがって、上記で言及された直交方向ｘおよびｙなどの、２方向に対する最も基本的な形態において、定数κが、重みとして正則化項に導入され、この定数は、水平および垂直の勾配を、各方向における利用可能な波線情報に応じて、均衡させる。
【００５４】
｜｜Ｄσ｜｜ＡＷＴＶ＝Σｉ，ｊκ｜σｉ＋１，ｊ−σｉ，ｊ｜＋
（１−κ）｜σｉ，ｊ＋１−σｉ，ｊ｜      （８）
このことは、パラメータκによって軸成分に異なる重み付けをすることによって、式７に対して同様に達成することができる。本明細書においては、軸整列重み付け（ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ）を優先するが、非軸整列重み付けは、式６および７における導関数成分を、テンソルに投射することによっても達成できることに留意されたい。重みκは、個々のセルｃに対して調整することができる。しかしながら、好ましい実施形態においては、単一の値κが、全イメージに対して定義される、すなわち、同一の重みκが、一方の軸の全勾配に対して適用され、同時に、重み１−κが他方の軸ｙの全勾配に対して適用される。κ≠０．５という仮定の下で、方向／軸の一方に沿った勾配は、他方の方向／軸に沿った勾配に対して強調される。非常に好ましい実施形態において、κ＝０．９である。
【００５５】
別の実施形態において、正則化において使用される勾配方向は、直交方向に限定はされない。３つ以上の方向を、空間正則化項に導入して、これを「多角度ＡＷＴＶ」（ＭＡ−ＡＷＴＢ）と呼んでもよい：
【００５６】
【数７】
2018526173.tif 000009
【００５７】
ここで、Ｄασ＝Ｄσ・ｅαは、傾斜αの単位ベクトルに沿った方向導関数である。最大利用可能角度を
φｍａｘ＝ａｒｃｔａｎ（０．５Ｗ／ｄ）        （１０）
とすると、手持ち式装置において、Ｗをトランスデューサにおけるトランスデューサ要素の線形アレイの幅とし、ｄをトランスデューサとリフレクタの間の距離として、合計Ｎαの異なる方向に対する勾配方向αは、好ましくは以下のように選択され：
【００５８】
【数８】
2018526173.tif 000010
【００５９】
重みΚαは、好ましくは、以下のアルゴリズムで計算される：
１）重みを初期化Κα＝｛０｝；
２）セルｃを横切る各波動路ｐに対して：
ａ．波動経路φ＝±ａｒｃｔａｎ（０．５（χｅ−χｒ）／ｄ）の傾斜を計算する、但し、χｅ，χｒは、組合せの対応する放出器素子Ｔｘおよび受波器素子Ｒｘの水平位置であり、ｄはリフレクタ深さである；
ｂ．セルｃとの経路ｐの幾何学的重複によって、φに対する、最も近い勾配方向｛α｝の重みΚαを増大させる。｜φ｜＞φｍａｘである場合には、式（１０）を参照して、Καを増大させない；
３）全セルにわたって、｛Κα｝を平均化する。
【００６０】
ステップ３が省略される場合には、セル特有Κα値を使用することもできる。好ましい実施形態においては、３つの勾配方向、好ましくは、［０，φｍａｘ，−φｍａｘ］が使用され、ここで０°はｙ軸に沿った、すなわちリフレクタおよび／またはトランスデューサの長手方向延長によって定義されるｘ軸に沿った第２の方向と直交する、第１の方向ｙとして定義される。φｍａｘは式（１０）に定義される。
【００６１】
好ましい実施形態において、式（５）は、具体的には以下のように具現化される：
【００６２】
【数９】
2018526173.tif 000011
【００６３】
異なる実施形態においては、式（５）は具体的には以下のように具現化される：
【００６４】
【数１０】
2018526173.tif 000012
【００６５】
さらに別の実施形態において、式（５）は、具体的には以下のように具現化される：
【００６６】
【数１１】
2018526173.tif 000013
【００６７】
式（１２）および式（１３）に対して同じ正則化を一定に保つために、重みは、好ましくは、ΣαΚα＝１となるように正規化される。
誤差関数項｜｜Δｔ−Ｌσ｜｜２，１に対するＬ２，１−ノルム（式７）、またはＴＶ挙動を示す、その他任意のノルムを使用することができる。
【００６８】
好ましい実施形態において、正則化定数とも呼ばれる、定数λは、イメージ解像度およびイメージアスペクト比の内の１つまたは複数に応じて設定される。イメージアスペクト比は、Ｗがリフレクタおよび／またはトランスデューサの長手方向延長を表わし、ｄがトランスデューサとリフレクタの間の距離を表わすとした場合の、比Ｗ／ｄと考えられる。イメージ解像度は、セルの高さを表わすパラメータｈによって与えられ、好ましくはまた、正方形セルの場合には、セルの幅によって与えられる。図１０および１１に従って詳細に後述される、好ましい実施形態において、式１３および式１４内の定数λは、以下のように設定される：
【００６９】
【数１２】
2018526173.tif 000014
【００７０】
ここで、１２８素子超音波アレイに対する一特定例においては、Ｄ＝Ｗ＝３８Ｅ−３ｍ、およびｈｒｅｆ＝３００Ｅ−６ｍとして、基準正則化定数はλｒｅｆ＝０．０１３であり、基準セルサイズｈｒｅｆ＝３００Ｅ−３は、アレイピッチ（トランスデューサ素子間の平均間隔）に等しい。解項目に全変動を使用することの追加の利点は、誤差関数（コスト）および空間正則化項の両方が互いに共通の尺度を有するので、λは封入体コントラストｍａｘσｃに依存しないことである。
【００７１】
好ましい実施形態において、超音波パラメータ値は、いくつかの放出超音波周波数に対して特定されて、そのようなパラメータの周波数依存性を再構築することを可能にする。測定は、好ましくは、超音波機において放出器周波数を異なる値に設定しながら、反復される。これによって、非線形ＳｏＳおよび減衰再構築が可能となる。次いで、異なる再構築されたパラメータが、例えば周波数当たりの変化率において、情報を露呈する。
【００７２】
好ましい実施形態において、特定のセルのラインに対して、最も好ましくは水平方向ｘにおいてセルの最低の行または最高の行に対して、正則化は適用されない。したがって、これらのセルに対する値は、この行のセルに対する最良の音速度を探すときの、式（４）による誤差関数だけに基づいて求められる。そのような手段によって、ベースラインアーチファクトを解放することができる：遅さ分布σにおける、小さなＤＣ成分は、式（１２）または式（１３）により再構築されたイメージの垂直方向における階段状アーチファクト（ｓｔａｉｒｃａｓｅ  ａｒｔｉｆａｃｔ）につながることがある。これらのアーチファクトは、イメージにおける解放ライン、すなわち平滑度正則化がそれに適用されない、セルの行を定義することによって最小化することができる。通常、これは、最低の水平ライン（ｊ＝１）に対して実施される。この解放ラインは、ＤＣ成分をσに蓄積し、このＤＣ成分は、次いで、イメージ上に均質に分布される。次に、式（１２）は次のように書き直される：
【００７３】
【数１３】
2018526173.tif 000015
【００７４】
さらに、再構築されたイメージのエッジにおいて、勾配は規定されない。好ましくは、σｉ＋１，ｊ＝０、σｉ，ｊ＋１＝０を境界条件として設定して、この条件は、エッジの遅さ値の最小化に導き、再構築において良好な安定性をもたらす。
【００７５】
一実施形態においては、試験しようとする組織について、事前情報を利用可能としてもよい。そのようなシナリオにおいては、一定ＳｏＳ値を、再構築されたイメージの一部の領域に対して割り当ててもよい。例えば、乳房組織の場合に、一定音速度値それぞれに、嚢胞性領域または脂肪層の内の１つまたは複数が割り当てられてもよい。好ましくは組織内の領域に関する事前情報は、以下の好ましいアルゴリズムで導入してもよい：
１）誤差関数｜｜Δｔ−Ｌσ｜｜ｍ
ａ）事前情報が利用可能な同一領域に属するすべてのσ値を、単一の値にグループ化する；
ｂ）グループ化されたσ値に対応するＬのすべての列を合計する；
２）正則化項｜｜Ｄσ｜｜ｎ
ａ）事前情報が利用可能な同一領域に属するすべてのσ値を、単一の値にグループ化する；
ｂ）グループ化されたσ値に対応するＤのすべての列を合計する。
【００７６】
この実施形態において、面内の複数セルを含む領域が均質に処置されて、既知の音速度値が割り当てられる。そのようなグループ化されたσ領域は、Ｌにおいてより長い関連の相対経路長ｌｐ，ｃを示す。結果的に、グループ化された領域の誤差重み付けは、それらの表面に比例する。
【００７７】
勾配マトリックスＤは、好ましくは隣接セルに対する形式［＋１，−１］の差を含むので、グループ化された値に対応する正則化制約は消失する。しかしながら、事前に分かっていた領域のエッジは、好ましくは、正則化制約を保存する。
【００７８】
イメージの再構築の実施形態において使用されるＬ１ノルムとしての、全変動は、腫瘍とその周辺に対して典型的であるように、封入体などの区分的に一定のイメージ領域を再構築する上で特によく機能する。しかしながら、シナリオによっては、平滑なＳｏＳ領域を再構築することが必要となることがある。これらの場合には、上記の全変動は、階段状アーチファクトを示すことがある。これらの効果を軽減する可能性は、平滑度正則化において高次差分を考慮することである。具体的な例は、全一般化変動である：
【００７９】
【数１４】
2018526173.tif 000016
【００８０】
これは、関数の第１と第２の導関数の間を均衡させる。したがって、別の実施形態においては、プロセッサは、以下の関数に従って最小化することによって音速度値を特定するように構成されている。
【００８１】
【数１５】
2018526173.tif 000017
【００８２】
イメージの再構築は、測定されたＲＦトレースにおいて識別された、飛行時間値ｔｐに依拠する。第１に、飛行時間値ｔｐは、空間分解イメージのトモグラフ再構築の前に、好ましくは、受波器素子において受波された、エコー／ＲＦトレースにおいて識別される。蓄積経路摂動が組織座標において再構築／それに投射される。そのような事前処理は、再構築から独立した、描写とも呼ばれる。より良好な腫瘍描写と定量的ＳｏＳ再構築を含む、イメージ改善は、再構築ステップにおいて達成されるが、描写ステップにおいては、再構築ステップに対して自動的に好適な入力データを供給することである。
【００８３】
通常は、受波器素子において受波されるＲＦトレースは、振動性圧力パターンを有する、変調された超音波波形である。記録されたＲＦトレースは、放出器素子においてトリガリングされたパルスに対応する、単一のパルスではなく、複数の局所極大値を示す。局所極大値は、さらに、波線経路に依存する変動する振幅を示す。それぞれの記録されたＲＦトレースにおける最大ピークを単に摘出するだけでは、異なる放出器素子−受波器素子対に対して、異なるピークが選択される場合があるので、不正確な飛行時間値が得られる。
【００８４】
本発明の好ましい実施形態において、プロセッサは、すべての放出器−受波器素子組合せの、記録されたＲＦトレースを同時に評価して、遅延マトリックスとも呼ばれる、飛行時間マトリックスΔｔを提供するための、リフレクタエコー／ＲＦトレースを描写するように構成される。このステップは、好ましくは、エネルギー関数を最小化して、Δｔにおいて最適の飛行時間値を与える、大域的最適化アプローチで実施される。正則化は、例えば、隣接する放出器−受波器対の間の遅延連続性、および／または許容されるリフレクタ位置および方位についての制約の項として、このエネルギー関数に組み込むことができる。
【００８５】
一実施形態において、プロセッサは、完全ＲＦトレースデータセット、すなわち各受波器素子に対する時間経過に対するデジタル化された電気信号を、同時にのみ考慮する。このことは、ＲＦトレース／信号は、同じ時間ベースを有する、すべてのＲＦトレースの同時解析によって、遅延Δｔマトリックスに対する飛行時間値の定量化が改善されることが期待されると仮定して、解析される前に記録されることを意味する。
【００８６】
その好ましい実施形態においては、プロセッサは、ＲＦトレースにおける振動性パターンを検出するように構成される。この検出は、ＲＦトレースの全部について同時に実行される。この検出には、大域的コストマトリックスＣ（ｌ，ｔ１）を生成することを含み、このマトリックスは、Ｎ個のタイミング候補のリスト
【００８７】
【数１６】
2018526173.tif 000018
【００８８】
、すなわち、放出器素子によって放出されたパルスを表わすことのできる、現在のＲＦトレースｌにおける可能な時間サンプル／イベントのリストに対して、連続するＲＦトレースｌ（隣接する放出器−受波器対）に沿って累積的に蓄積され、このサンプルの中から、最良候補が識別される。トレース識別子ｌは、先に使用されたトレース識別子ｐと等しい。好ましくは、メモリマトリックスＭ（ｌ，ｔｌ）は、各ＲＦトレースおよびその中の候補に対する、離散的なタイミング決定を記録する。次いで、最適なリフレクタタイミングが、例えば、動的計画法（ＤＰ：Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ）に基づいて、累積コストを最小化するとともに、最適リフレクタ描写Ｔ（ｌ）：
【００８９】
【数１７】
2018526173.tif 000019
【００９０】
と逆方向にＭ（ｌ，ｔｌ）に追従することによって求められ、ここで、ｆ０およびｆ１を、現在ｔｌと隣接ｔｌ−１ＲＦトレースに対する飛行時間が組み込まれた、非線形関数とする。式（１９）の一般的定式化は、リフレクタタイミング問題に正則化を導入し、振動性パターン、平滑度、多重エコー、経路幾何学形状の内の１つまたは複数などの、利用可能な事前情報の最適化への自然な組込みを可能にする。したがって、この実施形態においては、リフレクタ超音波エコーの遅延が、単一の放出器−受波器組合せに対応する、個々のＲＦトレースにおいて順次に識別されるのではなく、すべての記録されたＲＦトレースの情報を同時に組み入れる、大域的コスト関数に基づいて最適化される。そのようなコストは、また、グラフカット（ｇｒａｐｈ−ｃｕｔｓ）、マルコフ確率場（Ｍａｒｋｏｖ−ｒａｎｄｏｍ  Ｆｉｅｌｄｓ）、条件付き確率場（Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ  Ｒａｎｄｏｍ  Ｆｉｅｌｄｓ）などの、当業者には周知の離散的かつグラフベースの最適化手法を使用して最小化することもできる。本発明の一実施形態において、最適リフレクタ描写Ｔ（ｌ）は、先に定義された飛行時間マトリックスｔｐに等しい。別の実施形態においては、リフレクタ幾何学形状および組織ｖＢにおける平均音速度が、最適リフレクタ描写Ｔ（ｌ）が、先の定義された遅延残差Δｔｐと等価となるように、既知のパラメータまたは最適化変数として、コスト関数に組み入れられる。
【００９１】
描写ステップ、特には対応するＲＦトレースからの飛行時間値の識別に関連する、記述された実施形態は、ＲＦトレースの任意の変換形態、例えば、相関器の出力または信号包絡線の導関数にも適用することができる。
【００９２】
セル当たりに特定される、超音波パラメータは、以下のものの内の１つとすることができる：
音速度（超音波速度）、
音響減衰、
周波数依存音響量、
音速度分散。
【００９３】
一実施形態において、トモグラフイメージ再構築は、音響減衰に基づいている。音響減衰α（ｄＢ／ｃｍ）は、トランスデューサとリフレクタの間における組織内の吸収および散乱による、信号振幅の損失を記述する。減衰測定は、装置および方法のいずれかの実施形態により、以下のように実施することができる。初期リフレクタ描写が定義されている場合には、遅延ｔｐは各経路ｐに対して既知であり、信号振幅ａｐは、ｔｐにおいて受波器素子によって供給される信号から抽出することができる。
【００９４】
それゆえに、これらの実施形態においては、飛行時間値の代わりに、測定された遅延値に対応する、波形サンプルにおける（そのまりの）ＲＦ波振幅が、代わりに識別されて、これは、トランスデューサおよび／またはリフレクタ入射角度に基づいて補正／縮尺することもできる。
【００９５】
次いで、事前ステップを使用して、測定された振幅ａｐから、均質組織モデルに基づいて、平均組織音響減衰αＢを評価する。対数スケールにおける残差振幅ｌｏｇΔａｐは、均質組織に対する、封入体によって生じた摂動を表わし、音響減衰分布を再構築するのに使用することができる。音速度と関係して述べた、すべてのイメージ再構築方法を適用することができる。
【００９６】
図８に詳細に後述される、本発明の特定の実施形態において、トランスデューサと平面リフレクタの間で伝達される第１のエコーを考え、かつトランスデューサ素子、組織およびリフレクタ間の不完全な結合を仮定すると、組織の平均音響減衰αＢは次式で記述することができる：
【００９７】
【数１８】
2018526173.tif 000020
【００９８】
ここで、ＳｅおよびＳｒは、それらの位置における信号結合に依存する、放出器素子ｅおよび受波器素子ｒの感度であり、Ｒｅ，ｒは、ｅおよびｒが与えられるときの反射係数であり、αＢは、組織における平均音響減衰であり、ｄｅ，ｒは、図８と合わせてより詳細に紹介される経路長である。項目Ｒｅ，ｒ＝Ｒｓ（ｅ＋ｒ）／２＋Ｒａ（ｅ−ｒ）／２は、入射リフレクタ位置に依存するその対称成分Ｒｓ結合項目と、入射角度に依存する非対称成分Ｒａ反射項目とに分割することができる。成分Ｒａは、ｄｅ，ｒの考慮の下で、物理モデルから当てはめ、または推定することができる。
【００９９】
したがって、式（２０）は、対数スケールで次のように書き直される：
ｌｏｇａｅ，ｒ＝ｌｏｇＳｅ＋ｌｏｇＳｒ＋ｌｏｇＲｓ（ｅ＋ｒ）／２＋ｌｏｇＲａ（ｅ−ｒ）／２−
αＢｄｅ，ｒｌｏｇ（ｅｘｐ（１））      （２１）
式（２１）は最適化問題につながり、この問題は先述の方法によって解くことができる。特に、ｄｅ，ｒが利用可能である場合には、式２１は、Ｎ放出器−受波器対と最大４Ｎ＋１までの未知数（ｌｏｇＳｅ、ｌｏｇＳｒ、ｌｏｇＲｓ（ｅ＋ｒ）／２、ｌｏｇＲａ（ｅ−ｒ）／２）に基づくＮ×Ｎ式の過剰根の線形系として書くことが可能であり、これは、例えば、最小二乗法によって解くことができる。さらなる簡略化の過程を導入して、未知数の数を低減することができる。組織における平均音響減衰αＢが得られると、対数スケールにおける残差振幅ｌｏｇΔαｉｊを用いて音響減衰分布を再構築することができる。音速度と関係して記載された、すべてのイメージ再構築方法を適用することができる。
【０１００】
別の実施形態において、トモグラフイメージ再構築は、周波数依存音響量に基づいている。放出器−受波器対の各素子に対して、超音波エコー遅延ｔｅ，ｒが既知である、初期のリフレクタ描写が与えられると、時間ｔの関数である超音波リフレクタエコー信号Ｓｅ，ｒ（ｔ）を各ＲＦラインＲＦｅｒ（ｔ）に対して抽出することができる：
Ｓｅ，ｒ（ｔ）＝ＲＦｅｒ（ｔ−ｔｅ，ｒ）ｗ（ｔ）        （２２）
ここで、ｗ（ｔ）は、所与の期間Ｔの窓関数、例えば、矩形関数ｗ（ｔ）＝ｒｅｃｔ（（ｔ−Ｔ／２）Ｔ）である。エッジ不連続性を低減するために、その他の窓関数、例えばハニング（Ｈａｎｎｉｎｇ）、ガウシアン、その他も使用してもよい。次いで、記録されたＳｅ，ｒ（ｔ）は、周波数ドメインｆにおいて、例えばフーリエ変換、余弦変換またはウェーブレット変換によって、別個の振幅ａｅ，ｒ（ｆ）および位相φｅ，ｒ（ｆ）成分で表される：
【０１０１】
【数１９】
2018526173.tif 000021
【０１０２】
別の実施形態において、トモグラフイメージ再構築は、音速度分散χｃ（ｆ）に基づいており、この場合にｖＢ（ｆ）＝ｖＢ（１＋χｃ（ｆ））は、式（２）を次のように書き直すことによって位相φｅ，ｒ（ｆ）から直接的に計算することができる：
【０１０３】
【数２０】
2018526173.tif 000022
【０１０４】
組織における平均ＳｏＳ分散ｘｃ（ｆ）は、式（２４）で当てはめを行われて、遅延Δｔｅ，ｒ（ｆ）の残差は、周波数依存ＳｏＳイメージσ（ｆ）を再構築するのに使用される。音速度特定と関係して記述されたすべてのイメージ再構築方法を適用することができる。同様に、周波数依存減衰は、式（２１）においてａｅ，ｒをａｅ，ｒ（ｆ）で置き換えることによって測定することができる。次いで、平均αＢ（ｆ）を推定することができる。同様に、残差ｌｏｇΔａｅ，ｒ（ｆ）を使用して、周波数依存音響減衰イメージを再構築することができる。音速度特定と関係して記述されたすべてのイメージ再構築方法を適用することができる。
【０１０５】
好ましい実施形態において、トランスデューサは、トランスデューサ素子の線形アレイを有し、それゆえに、これらの素子に沿った、平坦で、長手方向延長を有する。好ましくは、リフレクタは、長手方向延長を有する、平坦なリフレクタである。しかしながら、トランスデューサおよび／またはリフレクタのその他の幾何学形状、例えば１つまたはそれぞれの凸形実現形態が可能である。好ましくは、トランスデューサ対とリフレクタの間の幾何学的経路は、そのような他の幾何学形状に対して定義することができ、このことは一般に任意の幾何学形状に対して可能である。このために、レイトレーシング式またはより先進的な完全波シミュレーションアプローチ、例えば、有限差分時間領域シミュレーションを適用することができる。
【０１０６】
線形アレイトランスデューサに基づく２次元再構築、特に、そのイメージの２次元再構築が、トランスデューサとリフレクタによって画定される面内であることが好ましい。複数のそのような２次元測定値は、３次元体積を形成するように縫い合わせることができる。別の実施形態においては、２つ以上のリフレクタまたはアレイトランスデューサ、あるいはそれらの組合せを、例えば、視野を増大させるために、または各再構築セルに対して、より多くの経路方向で情報を拡充するために、使用することができる。別の実施形態においては、装置は、処理ユニットが、異なる面における放出器−受波器対情報を組み合わせることによって、３次元イメージを再構築することを可能にする、トランスデューサ素子の２次元アレイを備えるマトリックストランスデューサを含んでもよい。異なる実施形態においては、２次元手持ち式装置は、３次元イメージスタックを生成するために、それぞれ異なる面において、複数回使用することができる。ここで概説した手持ち式装置はまた、３次元イメージスタックを提供するが、複数の面に沿って順次に移動して、この順次の移動が自動的に制御される、自動化走査システムに組み込むこともできる。別の実施形態においては、視野を拡大するために、または各再構築セルに対してより多くの経路方向で情報を拡充するために、３つ以上のリフレクタ（例えば、図１５３）、またはアレイトランスデューサ、またはそれらの組合せ（例えば、図１４）を使用することができる。異なる実施形態においては、３次元イメージスタックを生成するために、２次元手持ち式装置を、それぞれ異なる面において、複数回使用することができる。ここで概説した手持ち式装置はまた、３次元イメージスタックを提供するが、複数の面に沿って順次に移動して、この順次移動が自動的に制御される、自動化走査システムに組み込むこともできる。
【０１０７】
本発明は、好ましくは、超音波トランスデューサとリフレクタの間の位置と方位を正確に制御することが可能としながら、ＵＳＣＴに適用可能である、手持ち式の局所乳房圧縮用の装置を提供する。これに対して、その他のほとんどの知られているＵＳＣＴシステムは、乳房を水タンク内に浸漬する必要があり、このことは応用において追加の複雑さを付加するのに対して、本発明の装置システムは手持ち式で、使用におけるフレキシビリティが得られる。
【０１０８】
さらに、知られているシステムの専用化されて高コストのトランスデューサ機構と対照的に、例えば、従来式のＢモード走査により知られている、標準的な超音波トランスデューサを、使用することも可能であり、このことにより、臨床医が、装置のその他の要素をそれから単に切り離すことによって、従来式臨床Ｂモードイメージング用に、このトランスデューサを使用することも可能になる。
【０１０９】
本発明の実施形態においては、トランスデューサとリフレクタは、機械的構造に取り付けられて、その一体部分となっている。トランスデューサとリフレクタは、好ましくは、互いに対向して配設される。この機械的構造は、好ましくは、音波検査技師が、トランスデューサとリフレクタの間の距離を変化させることを可能にするための距離調節部を備える。この距離調整部の少なくとも一部は、インジケータとして作用する。具体的には、機械的構造は、トランスデューサがそれに取り付けられる、第１のフレームと、リフレクタがそれに取り付けられるか、またはそれに一体化されているか、またはそれから構成されている、第２のフレームと、第１および第２のフレームの両方がそれに装着されている、少なくとも第１の棒材とを備える。これらのフレームの少なくとも一方は、例えば、各フレームが、棒材がその中に挿入される穴を設けることによって、第１の棒材の上を摺動可能である。この第１の棒材は、好ましくは、第１の棒材内の穿孔（ｂｏｒｉｎｇ）などの、少なくとも一方のフレームを所定の位置に保持するための、位置決め手段を備える。少なくとも一方のフレームは、少なくとも一方のフレームを第１の棒材における所定の位置に保持するために、穿孔の中に一時に１つを少なくとも部分的に挿入可能な、ピンを備える。そのような実施形態において、ピンは、穿孔のいずれかの中に到達する第１の位置と、穿孔の外の第２の位置とをとるように、好ましくは少なくとも一方のフレームに装着されおり、この場合に、第２の位置は、第１の棒材の２つの隣接する穿孔の間でフレームを摺動させるために必要となる。好ましくは、ピンは、弾性力に抗して、第１の位置から第２の位置まで移動可能である。ピンは、好ましくは、第２の位置を達成するための弾性力が手動力によって達成できるように調節された、バネ機構によって穿孔中に保持される。ピンと穿孔の代わりに、スナップ嵌めなどの、その他の解除可能な調節機構を、棒材に対してフレームを調節するために使用してもよい。異なる実施形態において、第１の棒材は、第１および／または第２のフレームが、例えばハンドホイールによって作動されて、それに沿って移動する、線形ステージのスピンドルとしてもよい。好ましくは、位置および／または距離を、装置に割り当てられたディスプレイ上でユーザに対して表示してもよく、この場合には、例えばハンドホイールの位置が検出されて、トランスデューサとリフレクタの間の距離に変換される。または、カーソルがスピンドルに接続されて、音波検査技師に距離の読取り値を提供する。
【０１１０】
しかしながら、機械的な安定性を向上させるために、機械的構造が、第２の棒材を備えて、第１のフレームが第１および第２の棒材の両方に装着されて、第２のフレームが第１および第２の棒材の両方に装着された状態とすることが好ましいことがある。ここでも、フレームの少なくとも一方は、第１および第２の棒材の両方の上に摺動可能に装着される。位置決め手段は、少なくとも一方のフレームを所定の位置に保持するために、この場合には、第１および第２の棒材の両方に設けられる。位置決め手段は、好ましくは、第１および第２の棒材のそれぞれにおける所定の位置に、穿孔を含む。少なくとも一方のフレームは、少なくとも一方のフレームを所定の位置に保持するために、第１の棒材の穿孔に少なくとも部分的に挿入可能なピンと、第２の棒材の穿孔に少なくとも部分的に挿入可能な別のピンとを備える。
【０１１１】
トランスデューサとリフレクタを、手持ち操作可能な機械的構造に取り付けるか、またはそれと一体化することによって、乳房は局所的にのみ圧縮される。機械的構造を収納する装置は、トランスデューサとリフレクタの間の固定相対方位を確保し、トランスデューサとターゲット、例えば乳房との間の直接接触をもたらし、好ましくは、圧縮面積を超音波トランスデューサの能動横断面積に低減し、任意に配向された走査面とリフレクタ距離の迅速な調節とを可能にする、手持ち操作を可能にする。手持ち操作は、従来式超音波イメージングにおいては標準的であり、検査中の音波検査技師には必須である。
【０１１２】
第２の実施形態において、トランスデューサとリフレクタの間の相対位置および／または方位を特定することを可能にするために、位置センサおよび／または方位センサが、装置に設けられている。好ましくは、センサの部品は、トランスデューサとリフレクタの両方に取り付けられている。一実施形態においては、磁石と、磁場を検知するためのセンシング素子とを含む、磁気センサが使用される。光学的、電磁気的、慣性測位式のセンシング、または一般に、トランスデューサとリフレクタの間の相対位置および／または方位を、ほとんど独立した運動を保ちながら記録する、任意のセンサ技術などの、その他の技術が可能である。トランスデューサとリフレクタの間の相対位置および／または方位が、ＵＳＣＴイメージングの要件を満足すると、付加的な整列不良を、センサ情報と超音波測定から抽出された追加の特徴とに基づいて、イメージ処理アルゴリズムによって補償してもよい。この第２の実施形態において、トランスデューサとリフレクタとは、機械的に接続されておらず、乳房ターゲットに対して、例えば、別の手を用いて、別個に操作することが可能である。しかしながら、例えば、トランスデューサとリフレクタの一方または両方を、動きにおいて制限して、例えば、所定の方向および／または方位にだけ移動することを可能にしてもよい。
【０１１３】
第３の実施形態において、単層または多層の連続リフレクタが使用される。単層は、その表側および裏側の両方での反射を可能にするので、十分である。薄い共振リフレクタ層を、追跡リフレクタ信号に音響シグネチャを導入するために、付加することが可能であり、この音響シグネチャは、望ましくない構造において、例えば、組織内部で、またはトランスデューサ／ターゲット乳房／リフレクタ間の空隙において観察される反射から、分離させることができる。これによって、ＵＳＣＴイメージ再構築の間の、例えば、超音波ジェルに捕捉された空気界面からの、望ましくない情報を相殺することが可能となり、再構築／イメージングの質が向上する。さらに、異なる層からのよく分離された超音波信号を得るために、より厚いリフレクタ層を適用することができる。層の幾何学形状の考慮の下で、両方の分離された超音波信号の連合識別（ｃｏｎｊｏｉｎｔ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）によって、望ましくない反射性構造の判別を行う。そのような層表面（または厚さ）は、反射超音波イメージにおける、その弁別を可能にするために、周波数リップルパターンなどにより、工業処理／マイクロマシンニングを行うこともできる。リフレクタ幾何学形状は、任意選択で積層化された構造は別として、現在紹介された実施形態に限定されるものではないことに留意すべきである。例えば、弯曲したリフレクタも考えられる。
【０１１４】
好ましくは、リフレクタを備える、少なくとも第２のフレーム、および、利用可能な場合には、トランスデューサを備える、第１のフレームは、全乳房圧縮には到らない幾何学形状のものである。それゆえに、フレームは、それぞれ幅ｗと長さｌを有して、長さｌは幅ｗを超えてもよく、各フレームの幅ｗは、少なくとも、調査しようとする組織に接触するために指定された領域における、トランスデューサの能動横断面幅に概略、一致して、例えば２ｃｍ未満であり、具体的には１ｃｍ以下であるのが好ましい。したがって、現行のマンモグラフィシステムにおいて行われるように、全乳房が２つのプレート間で圧縮されて、それが痛みのある診断手順へと変わるとともに、フレキシビリティを低下させることは避けられる。その代りに、検査中に患者のくつろいだ休止が促進されるとともに、トランスデューサに対するリフレクタ位置および／または方位の正確な追跡を維持しながら、乳房の手持ち式の局所的な圧縮が達成される。
【０１１５】
すべての実施形態において、相対位置および／または方位が正確に抽出可能であること、およびイメージングの品質が、トランスデューサとリフレクタの間の正確な位置決めおよび配向に高度に依存することを仮定すると、優れた品質のイメージを達成することができる。さらに、マンモグラフィ設備と比較して、トランスデューサは、圧縮プレートに沿って移動するように制約され、コロナル面へのアクセスのみが可能であるということはない。代わりに、トランスデューサは手操作されるとともに、乳房と直接接触しており、このことにより、任意の乳房位置と方位へのフレキシブルなアクセスが可能となる。同様の文脈において、従来技術圧縮プレートと乳房との間の小さな空隙を避けることができる。これらの空隙は、ＵＳＣＴイメージにおいて強いアーチファクトを導入する。次いで、小寸の乳房および胸壁近くの超音波イメージングへの適応が、従来の圧縮プレートシステムと比較して、容易になっている。
【０１１６】
要約すると、乳房圧縮は、現在では超音波トランスデューサの横断面に限定され、このことは、診断に関係する対象者の痛みを大幅に低減する。乳房に対するトランスデューサの任意の配向および位置決めが可能となり、これによって、従来式の手操作Ｂモードトランスデューサと比較して、ＵＳＣＴのための同様のフレキシビリティが音波検査技師に与えられる。圧縮プレートと乳房の間の小さな空隙は、圧縮面積を低減することによって最小化される。さらに、残りの空気封入体を識別して、利用可能な場合には、リフレクタの積層構造の便益によって、イメージから除去することができる。
【０１１７】
本発明は、従来技術ハイエンド超音波トモグラフィシステムに対する、低コストの手持ち式代替案を提供する。従来式Ｂモードシステムは、受動式機械構成要素に専用ソフトウェアを加えたわずかな追加によって、ＵＴＣＴ用として使用することができる。本発明の装置は、特に、乳癌検出用に、従来式Ｂモード超音波機器へのアドオンとして使用することができる。しかしながら、本発明はまた、病変（ｌｅｓｉｏｎ）／乳腺線維腺腫（ｆｉｂｒａｄｅｎｏｍａ）／嚢腫（ｃｙｓｔｓ）などの対象組織のその他の異常の検出と弁別を可能とし、また大きさおよび／または深さおよび／または場所についての情報を与える。
【０１１８】
乳房走査を別にして、その他の応用およびターゲットも考えられ、それらにおいては、記述された試験幾何学形状が、例えば、指／足／手の走査のための医用イメージングにおいて、または一般的には、物質、生物または非生物の非破壊試験に対して、応用可能である。さらに、トモグラフィイメージング用の超音波トランスデューサに対する、リフレクタの再現可能な位置決めの、その他の応用が、医用イメージングにおいて、または材料特性、例えば、発泡材などの、柔らかく、変形可能な固体材料の非破壊試験用にでも見出される。
【０１１９】
その他の有利な実施形態は、独立請求項ならびに以下の説明に列挙されている。
本発明の上記で定義された実施形態、およびさらなる実施形態、特徴および利点は、以下に記述されて、添付の図面を参照して説明される、実施例から導出することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の実施形態による装置を示す図である。
【図２】本発明の別の実施形態による装置を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による装置を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるシステムのブロック図である。
【図５】図１の実施形態の詳細を示す図である。
【図６】図６ａ）は、本発明の実施形態による装置の斜視図であり、図６ｂ）は、本発明の実施形態による装置の模擬乳房への適用時における図である。図６の装置は、好ましくは図１に概略的に示された装置と一致している。
【図７】本発明の実施形態による装置を示す、模擬乳房への応用における斜視図であり、図７の装置は、好ましくは図２に概略的に示された装置と一致している。
【図８】図３の実施形態の詳細を示す図である。
【図９】図９ａ）は、本発明の実施形態による装置のリフレクタ配設の分解図であり、図９ｂ）は、本発明の実施形態による装置のリフレクタ配設の組立図であり、そのリフレクタ配設は図３に示された装置において具体的に使用されてもよい。
【図１０】本発明の実施形態によって提案されたデータ評価によって再構築されたサンプルトモグラフィイメージを示す図である。
【図１１】本発明の実施形態によって提案されたデータ評価によって再構築されたサンプルトモグラフィイメージを示す図である。
【図１２】本発明の実施形態による装置を示す概略図である。
【図１３】本発明の実施形態による装置を示す概略図である。
【図１４】本発明の実施形態による装置を示す概略図である。
【図１５】乳房検査への応用における、本発明の実施形態による装置を示す図である。
【図１６】列ａ）において、組織における人工的な封入体の異なる例を示し、列ｂ）からｆ）において、本発明の実施形態によるシステムおよび／または方法によって達成されたシミュレーション結果のイメージを示す図である。
【図１７】ａ．２）〜ａ．４）、ｂ．２）〜ｂ．４）、およびｃ．２）〜ｃ．４）において、本発明の実施形態による、システムにおいて使用されたときの測定結果を示すグラフである。
【図１８】好ましくは図１６に示された方法と一致する、本発明の実施形態によるシステムおよび／または方法を応用して、改良型音速度イメージをそれに対して達成することのできる、装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１２１】
図面の詳細な説明
すべての図にわたって、同一の要素が同一の参照符号によって参照される。
図１ａ）は、本発明の第１の実施形態による、手持ち式医用超音波装置１０の側面図を示す。装置１０は、超音波トランスデューサ１およびリフレクタ２を備える。トランスデューサ１およびリフレクタ２は、互いに対向して配設されている。その間には、ターゲットが配設され、調査しようとする、そのターゲットの組織は、参照番号４で指示されており、この例においては女性の乳房である。超音波放出器１２のアレイによって放出される超音波は、乳房の組織４を通過して進行して、その少なくとも一部分がリフレクタ２によって反射される。トランスデューサ１２は、反射された超音波を受波して、これらを電気信号に変換するための、超音波受波器１３のアレイをさらに備える。超音波放出器１２および受波器１３は、図１に示されているような一般のアレイによって形成することができる。
【０１２２】
トランスデューサ１は、ネジのような固定手段１４を用いて第１のフレーム３３に固定される、ハウジング１１を備える。トランスデューサ内にネジ穴が利用可能でない場合には、固定手段１４は、トランスデューサ幾何学形状を正確に再生するプラスチック型とすることができる。この成形品は、例えば、任意の商用トランスデューサ幾何学形状に対して、３Ｄプリンティング装置によって製造することができる。トランスデューサは、次いで、プラスチック型中に挿入されて固定される。トランスデューサ１は、好ましくは、ケーブル１５を介して、トモグラフィユニット、好ましくは従来型医用超音波システム（図示せず）に接続されて、受波された超音波、またはそれから抽出された信号を表わす、電気信号を送波するように構成されている。
【０１２３】
第１のフレーム３３は、金属または剛性材料で構成される。第１のフレーム３３は、第１の棒材３１および第２の棒材３２の上をｙ軸に沿って摺動可能に装着されている。第１および第２の棒材３１、３２は、それぞれ、金属またはプラスチックなどの剛性材料で構成されており、好ましくは円筒形の中空形状をとる。第１および第２の棒材３１、３２のそれぞれは、好ましくは、第１のフレーム３３のための位置決め手段として、等距離に配設された穿孔３１１、３２１を有する。第１のフレーム３３は、その端部のそれぞれに、穿孔３３１、３３２の１つに少なくとも部分的に挿入することのできる、ピン３３１、３３２を備える。各ピン３３１、３３２は、例えば、ボルト、ネジ、または棒材３１、３２の穿孔中に挿入可能である限り、その他の要素としてもよい。それゆえに、穿孔３１１およびピン３３１は、一緒に、第１のフレーム３３の左端を指定された位置に保持する手段を提供し、これに対してボア３２１およびピン３２２は、一緒に、第１のフレーム３３の右端を指定された位置に保持する手段を提供する。ピン３３１および３３２が、穿孔３１１、３２１のいずれにも挿入されていない場合には、第１のフレーム３３は、各棒材３１、３２の隣接する２つの穿孔の間でｙ軸に沿って移動可能である。このシナリオは、図５ａ）において、切り出し図内に、ピン３３１について、示されている。その代わりに、図５ｂ）は、ピン３３１が穿孔３１１の１つに挿入されている切り出し図内に、シナリオを示している。ピン３３１はｚ方向に移動可能である。好ましくは、ピン３３１および３３２は、弾性力、例えばバネ機構に抗して第１のフレーム３３内に装着されており、これによって、それぞれのピンは、穿孔を越えると、その中に進入する。第１のフレーム３３を穿孔から解放するためには、第１のフレーム３３を棒材３１および３２に沿って移動可能にするために、例えば、手動で、それぞれの弾性力に抗して、２つのピン３３１および３３２を持ち上げて、ｚ方向にすべらせる。それゆえに、トランスデューサ１を含む第１のフレーム３３は、手動操作で、リフレクタ２を含む第２のフレーム３４に向かって、垂直にすべらせることができる。弾性力は、位置が調節されると、２つのフレーム３３および３４をターゲット４に対して安定に保つのに十分に高いが、フレームが再び移動可能にならなければならないときに、手で解放するのに十分に小さい。締め付けリングなどの追加の要素を使用して、指定されたピン位置にフレーム３３を安定化させてもよい。
【０１２４】
その下端において、２つの棒材３１および３２は、第２のフレーム３４に取り付けられ、好ましくは溶接、ネジ止め、またはその他の方法で、解放可能に、または解放不能に装着されている。この例においては、トランスデューサ１とリフレクタ２の間の距離は、第１のフレーム３３を第２のフレーム３４に対して移動させることによって調節することができる。別の実施形態においては、例えば、第２のフレーム３４の端部において対応するピンを設けることによって、第２のフレーム３４はさらに、第１のフレーム３３と同様に、２つの棒材３１および３２の上で摺動可能にしてもよい。異なる実施形態においては、第１のフレーム３３は、棒材３１および３２によってその位置に固定され、リフレクタ２を備える、第２のフレーム３４だけが、棒材３１および３２の上を摺動可能である。
【０１２５】
それゆえに、フレーム３３および３４に加えて、棒材３１および３２は、トランスデューサ１およびリフレクタ２を保持するための機械的構造３が、トランスデューサ１とリフレクタ２の間の距離ｄを変化／調節することを可能にすること、およびトランスデューサ１とリフレクタ２の間で調節された距離を特定することの両方に寄与する。この目的を支援するために、棒材３１、３２の一方または両方に、音波検査技師が距離を読み取る、推定する、または推測することを可能にするスケール３１２を設けるか、またはこの距離を、センサによって自動的に読み取ってもよい。それゆえに、ピン／穿孔機構は、距離調節器として作用し、これは、一方で、ピンによって指定された解放ポイントが穿孔の１つに進入するまで、第１のフレーム３３を、第２のフレーム３４に向かって手動ですべらせることによって、指定された圧縮厚さを固定することを可能にする。圧縮は、好ましくは、単に第１のフレーム３３を上方にすべらせることによって、解放される。この行程中に、ネジを緩めること、または締め付けることは必要ではない。一実施形態においては、スケールさえも必要ではないが、音波検査技師は、隣接する穿孔間の距離の知識と合わせて、例えば２つのフレーム３３、３４間の空の穿孔の数だけによって、距離を特定することができる。
【０１２６】
図１ｂ）は、図１ａ）に示される装置の第２のフレーム３４の上面図を示す。その両端において、第２のフレーム３４を棒材３１および３２に装着するため、例えば、これらの場所での溶接のために、装着穴３４１が設けられている。第２のフレーム３４は、長さｌおよび幅ｗを有し、その幅ｗは、ターゲット、すなわち乳房の組織４に接触することが予期される、第２のフレーム３４の場所において画定される。第２のフレーム３４は、均一な幅のものとするか、または図１ｂ）に示されるように、その長さｌに沿って変化する幅のものとしてもよい。幅ｗは、好ましくは、通常２ｃｍ未満であり、好ましくは１ｃｍ以下である、トランスデューサの能動横断面幅に概略一致する。それゆえ、第２のフレーム３４は、圧縮プレートではなく、局所的に乳房を圧縮するだけの役割を果たす。好ましくは、第１のフレーム３３は、局所化された圧縮概念が妨げられないように、圧縮の場所において、類似の幅のものである。
【０１２７】
乳房４の超音波読取り値を採取するために、音波検査技師は、乳房の形状に適合させるために、好ましくは、第１のフレーム３３を、投射の面から出入りする方向に移動させ、それによって可能であれば、トランスデューサ１とリフレクタ２の間の距離ｄを調節する。音波検査技師は、各位置において、ケーブル１５に接続されたトモグラフィユニットによって組み立てて、可視化することのできる、超音波イメージを記録してもよい。
【０１２８】
リフレクタ２は、第２のフレーム３４に取り付けられる、その中に一体化される、または第２のフレーム３４に代えられる、の内の１つとしてもよい。例えば、最後の場合には、第２のフレーム３４は、全体が金属であり、リフレクタ２として作用する。異なる実施形態において、リフレクタ材料は、第２のフレーム３４に取り付けられ、例えば接着されてもよく、第２のフレーム３４は、この場合には、超音波反射材料で製造されなくてもよく、例えばプラスチックで構成される。
【０１２９】
図２は、本発明の第２の実施形態による、手持ち式医用超音波装置の側面図を示す。装置１０は、図１のトランスデューサ１と同一の超音波トランスデューサ１と、図１のリフレクタと同一のリフレクタ２とを備える。トランスデューサ１およびリフレクタ２は、互いに対向して配設されて、調査しようとするターゲットは、その間に、好ましくはわずかに圧縮されて配設される。しかしながら、機械的な安定性、ならびにトランスデューサ１とリフレクタ２の間の、指定された距離ｄおよび／または指定された方位を与えるための、棒材は設けられない。しかしながら、異なる実施形態においては、トランスデューサおよびリフレクタの一方または両方を、指定された方向または方位にだけ移動することを可能にするように装着してもよい。例えば、リフレクタは、その一端にピボット装着して、したがって回転によってその位置だけを変化させてもよい。この実施形態においては、位置および／または方位センサ６が設けられる。そのようなセンサ６は、トランスデューサ１とリフレクタ２の間の距離、またはそれらの間の方位のいずれか、または好ましくは両方を特定してもよい。センサ６は、トランスデューサ１およびリフレクタ２の両方に配設された素子を備えてもよい。センサ６は、医療用に認可された技術に基づいて構築される。例えば、磁気位置追跡のために、センサ６は、強い磁場を誘発するためのベースと、誘発された磁場を読み取るための小型の受波器コイルとを含む。ベースと受波器コイルとは、位置を推測するために、すべて、同一のユニットに接続（配線）される。この場合に、受波器コイルは、リフレクタ２とトランスデューサ１の両方に配設してもよい。別の可能性としては、リフレクタ２とトランスデューサ１の両方に、受動型および能動型のマーカを配設することによって、例えば赤外線または可視光による、光学追跡を使用してもよい。または、センシング原理に従って、センサ６を、トランスデューサ１とリフレクタ２の一方のみに配設してもよい。
【０１３０】
図３は、本発明の第３の実施形態による、手持ち式医用超音波装置の側面図を示す。装置１０は、図１のトランスデューサ１と同一の超音波トランスデューサ１と、リフレクタ２とを備える。トランスデューサ１とリフレクタ２とは、互いに対向して配設されて、調査しようとするターゲットは、その間に配置される（図３においては明示的に示されていない）。ここでも、トランスデューサ１とリフレクタ２の間の機械的安定性を与えるための、棒材は設けられていない。その代わりに、リフレクタ２は、第２の反射特性を有する第２の層Ｌ２と、超音波対する第１の反射特性を有する、第２の層Ｌ２の上の第１の層Ｌ１とを含む、２層構成を備え、この第２の反射特性は第１の反射特性と異なる。それゆえに、放出された超音波ｕｓの第１の部分は、層Ｌ１によって反射されて、反射超音波信号ｕｓｒ１としてトランスデューサ１内の受波器によって受波される。放出された超音波ｕｓの別の部分は、第２の層Ｌ２によって反射され、反射超音波信号ｕｓｒ２としてトランスデューサ１内の受波器によって受波される。層Ｌ１の厚さは、追跡されたリフレクタ信号における音響シグネチャ、例えば、特定された超音波周波数の相殺または増強を誘発するのに十分に薄い。層Ｌ２の厚さは、十分に離隔された超音波信号ｕｓｒ２およびｕｓｒ１を得るのに十分に大きい。層Ｌ１およびＬ２の両方が、望ましくない構造、例えば、組織とリフレクタ２の間の空隙ＡＧ、における反射ｕｓｒ３を相殺する、相補的な判別手段を与える。これらの判別手段は、したがって、個別に使用することが可能であり、例えば、リフレクタは、層Ｌ１またはＬ２だけで構成されるか、あるいはより良好な判別のために組み合わされる。さらなる層を、必要な場合には追加してもよい。
【０１３１】
図８は、単一のリフレクタ層Ｌ２だけが使用される、特定の実施形態を示す。トランスデューサ１の送波器素子とも呼ばれる、放出器素子ξｉと、トランスデューサ１の受波器素子ξｏの間の任意波伝播経路を考え、この素子ξｉ、ξｏは、任意のトランスデューサ素子対としてもよい。トランスデューサ１は、リフレクタ２から未知の距離ｄだけ離隔されており、リフレクタ２は、トランスデューサ１に対して、未知の角度θだけ傾斜している。ｃＢは、トランスデューサ１とリフレクタ２（図示せず）の間の乳房組織媒体内の未知の平均超音波伝播速度である。パラメータξｉ、ξｏ、ｃＢは、それぞれ、上記のパラメータξｅ、ξｏおよびｖＢと等価である。厚さｌと、層Ｌ２内の平均超音波伝播速度ｃＬは既知である。リフレクタ２の上部界面および下部界面における超音波反射信号ｕｓｒ１およびｕｓｒ２の、測定された到着時間ｔ１、ｔ２は未知のパラメータの関数である。上部表面における反射ｕｓｒ１に対して、到着時間ｔ１は、以下のように計算される：
【０１３２】
【数２１】
2018526173.tif 000023
【０１３３】
なお、θ＝０°であれば、式は次のように減縮される：
ｔ１２＝（ｃＢ−２）（４ｄ２＋（ξｏ−ξｉ）２）        （２６）
これは、線形最小二乗最適化によって、ｄとｃＢの両方に対して最適化することが可能である。しかしながら、先の式（２５）は、線形ではなく、非線形最適化アプローチ、好ましくはＮｅｌｄｅｒ−Ｍｅａｄシンプレックス最適化またはその他の任意の適当な方法を用いて解かなくてはならない。
【０１３４】
それゆえ、式（２５）によって、単一の反射性層から記録された遅延ｔ１から、リフレクタ距離ｄ、傾斜θ、および組織ｃＢにおける平均超音波伝播層度を特定することができる。
【０１３５】
別の実施形態においては、式（２５）は、未知の時間バイアスｔｏｆｆを導入することによって修正され、この時間バイアスは、データ収集に対するシステムラグに対する時間オフセットに加えて、どの超音波エコー特徴が反響パルスとして受波信号から選択されるかの判定に依存し、特に、その振動が次のように選択される：
【０１３６】
【数２２】
2018526173.tif 000024
【０１３７】
図１７は、本発明の実施形態による、単一の反射性層の遅延ｔ１からの、好ましい実施形態によるリフレクタ２の推定、特には、図８に示される装置によるトランスデューサ１からのその距離ｄ、および角度θの推定と関係するグラフを示す。
【０１３８】
ここで、トランスデューサおよびリフレクタを含む装置は、音速度ｃＢがそれに対して精密に測定されている媒体、例えば、蒸留水媒体内で描写された。図１７ａ．２）に示されるチャートによれば、トランスデューサ１とリフレクタ２の間の距離は修正されていた。時間バイアス値ｔｏｆｆ、音速度ｃＢ、距離ｄおよび角度θの同時に推定によって、大きな誤差を生じる（ｃＢにおける、不確定度＞１０％）ことが導出できる。したがって、時間バイアス値ｔｏｆｆを前もって較正することが好ましい。音速度ｃＢは、すべての距離に対して一定であると安全に仮定することができる。したがって、仮定された時間バイアス値ｔｏｆｆの集合が、当てはめ式（２７）に対して仮定され、時間バイアス値ｔｏｆｆが、好ましいものとして選択されて、その値が、すべての試験距離にわたって音速度ｃＢの標準偏差を最小化する（図１７ａ．４）を参照）。時間バイアス値ｔｏｆｆが記述のように較正されると、ｄの関数における音速度ｃＢの不確定度を解析することができる（図１７ａ．３）を参照）。音速度ｃＢの不確定度は、それに対して近接場効果が起こる、例えば５〜１０ｍｍの間などの、短いリフレクタ−トランスデューサ距離において最大であり、より長い距離に対して減少する。これらの変形例は、放射圧力場をシミュレーションすることによって再生することができる。粗較正試験および細較正試験に対する距離ｄの不確定度は、トランスデューサおよびリフレクタが取り付けられている、位置決めフレームの機械的精度に関係しており、正確さ＜１ｍ／ｓ（＜０．１％）での音速度の再構築を可能にする。
【０１３９】
チャート１７ｂ．２）〜ｂ．４）によって示される別のステップにおいて、装置は、好ましくは、固定リフレクタ位置、すなわち固定距離ｄおよび角度θに対して、異なる音速度ｃＢ値において較正される。異なる音速度ｃＢ値は、トランスデューサとリフレクタの間の組織／流体の温度、したがってここでは蒸留水の温度、を変化させることによって達成することができる。均質な温度分布を確実にするために、水は、冷却行程中にファンで撹拌することができる。
【０１４０】
最終的に、１７ｃ．２）〜ｃ．４）によって示されるように、リフレクタ２とトランスデューサ１の間の異なる傾斜が、リフレクタ上、または別個に位置して、面内または面外のいずれかの超音波反射を生成する、一組のアルミニウム三角形プリズム、例えば０°、１°、２°、５°、７．５°、１０°、１５°、および２０°上での超音波反射を解析することによって、一定の音速度に対して試験される。面内反射は、例えば、リフレクタ−またはこの例においてはプリズム−がトランスデューサの長手方向延長に対して傾斜している、したがって角度θだけ傾斜しているとき、トランスデューサとリフレクタによって画定される面における反射と考えられる。面外反射は、リフレクタ−またはプリズム−が、面内と直交する面に対して傾斜しているとき、すなわちリフレクタがその長手方向軸のまわりに傾斜しているときに、達成される。信号レベルが、面内および面外の傾斜の関数として測定される（チャート１８ｃ．３）および１８ｃ．４）を参照）。この結果は、各トランスデューサ素子に対して、シミュレーションによる指向性関数（ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）と比較される。面内傾斜は、２０°のような大きい傾斜シフトに対して、５ｄＢのオーダーの小さな信号損失を生じる。しかしながら、超音波トランスデューサによって検出することのできない、面外傾斜は、５°の整列不良に対して２０ｄＢの信号損失という、大きな効果を有する。これは、良好な面外較正の重要性を示しており、それは、位置決めフレームまたは追加のセンサ手段、例えば、光学または磁気追跡センサを用いて達成することができる。図１７におけるような線形トランスデューサの代わりに、トランスデューサ素子の２次元アレイを備えるマトリックストランスデューサが使用される場合には面内および面外の傾斜の両方を、超音波トランスデューサによって検出することができる。
【０１４１】
図８に対する、第２の反射性層ｔ２の場合、すなわち下部表面ｕｓｒ２における反射に対して、到着時間ｔ２は、式（２８）による４次多項式を解くことによって計算される：
【０１４２】
【数２３】
2018526173.tif 000025
【０１４３】
ここで、ξｉは既知の送波器横位置、ξｏは既知の受波器横位置、ｄは第１のトランスデューサ素子に対する、トランスデューサとプレートの間の未知の距離、θはトランスデューサとプレートの間の未知の傾斜、ｃＢは被検査媒体４における未知の平均超音波伝播速度、ｌはプレートＬ２の既知の厚さ、ｃＬはプレート内での既知の平均超音波伝播速度である。
【０１４４】
図８ｂ）は、送波器素子ξｉについて、層Ｌ２が５ｍｍ厚さのＰｌｅｘｉｇｌａｓ（登録商標）プレート（ｃＬ＝２７６０ｍ／ｓ）である、好ましい構成に対して計算された、反射遅延を示す。選択された材料パラメータを用いて、２つのリフレクタｕｓｒ１とｕｓｒ２の間の、制御された、ほぼ一定の遅延が達成され（約３μｓ）、これは、連続的超音波反射信号の時間判別と、リフレクタＬ２が厚いほど低くなる、第２のエコーｕｓｒ２のＳＮ（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ）比との間の妥協である。実験結果が図１１ｂ）に示されている。
【０１４５】
図８ｃ）は、ここでも第１のトランスデューサ素子ξｉに対して、リフレクタトラッカーのロバスト性を向上させるために、２つのエコーｕｓｒ１、ｕｓｒ２の同時検出の適用可能性を示す。リフレクタ２の各横位置ｙに対して、少なくとも、そのような位置において反射された、超音波信号ｕｓｒ１に対応する受波器位置に加えて、それぞれ位置ｙにおいて入射および反射された、超音波信号ｕｓｒ２に対する２つの受波器位置がある。３つの信号は、同じ位置ｙに対して同時に検出可能であって、さらに上記の式による一貫性のある時間推定値ｔ１およびｔ２をもたらすべきである。したがって、非線形最適化アルゴリズムにおいて複数の反射信号を同時に考慮することは、反射タイミングの正確さを向上させるとともに、図３に示されるように、望ましくない構造における反射ｕｓｒ３をフィルタリング除去するために、使用することができる。外れ値検出（ｏｕｔｌｉｅｒ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）アルゴリズム、例えば、ランダムサンプルコンセンサス（ＲＡＮＳＡＣ：Ｒａｎｄｏｍ  ｓａｍｐｌｅ  ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ）を使用して、そのような望ましくない構造を、測定された時間マトリックスからフィルタリング除去することができる。上記に示した式は、トランスデューサ素子ξとリフレクタ２の間の直線の波線軌跡を仮定する、簡略化された式である。より一般的な実現形態において、これらの式は、不均質組織媒体内部での屈折、回折および散乱の現象を考慮する、全波解（ｆｕｌｌ−ｗａｖｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を伴う収束まで、反復的に改善される。同様に、時間遅延（超音波減衰、線形周波数応答、非線形効果）とは別のその他の音波シグネチャを、提示された実施形態によって、リフレクタ追跡およびトモグラフィ再構築のために使用することができる。
【０１４６】
図４は、本発明の実施形態によるシステムのブロック図を示す。このシステムは、先行の実施形態のいずれか１つによる携帯可能な装置１０と、装置１０から遠隔位置にある静止トモグラフィユニット５０とを備える。この装置のトランスデューサ１は、反射された超音波ｕｓｒを表わす、電気信号を、トモグラフィユニット５０の処理ユニット５１に送波し、ここで信号ｕｓｒは評価されて、好ましくはターゲットの切断視イメージに変換される。結果として得られるイメージは、好ましくは、トモグラフィユニット５０のディスプレイ５２上に表示される。トランスデューサ１とリフレクタ２の間の距離および／または方位が、装置１０内の対応するセンサによって検知される場合には、この位置情報ｐｓは、センサの設定に従って、トランスデューサ１によるか、またはリフレクタ２によって、プロセッサユニット５１へも送波されるのが好ましい。
【０１４７】
トモグラフィユニット５０は、一実施形態において、商用のＦＤＡ認可研究超音波機械、例えば、カナダのブリティッシュコロンビア州、リッチモンドのＵｌｔｒａｓｏｎｉｘ  Ｍｅｄｉｃａｌ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＳｏｎｉｘＴａｂｌｅｔ／ＳｏｎｉｘＴｏｕｃｈ（登録商標）に基づくものであってもよい。そのような機械は、ユーザ定義された超音波収集順序を、それを用いて定義することのできる、プログラミングインターフェイスを提供する。同様の機械が、その他の製造業者、例えば、米国のワシントン州、カークランドのＶｅｒａｓｏｎｉｃｓ  Ｉｎｃ．やフランスのＡｉｘ−ｅｎ−ＰｒｏｖｅｎｃｅのＳｕｐｅｒＳｏｎｉｃから、市販されている。好ましい実施形態によれば、現在の超音波トモグラフィに対して、トランスデューサ１の放出器および受波器レイは、通常、各素子が個別に発射して、残部が受波する、マルチスタティックモードで動作される。この概念が、図１０ａ）に図解されており、１素子の送波器および受波器開口による、超音波イメージングと等価である。厚い乳房組織を通過して透過しているときのＳＮ比を向上させるために、より大きな送波開口、典型的には２つまたは４つの素子を使用してもよい。一般に、送波器および受波器開口の両方の定義を可能にする任意の臨床的に認可された超音波機械は、反射されたエコーｕｓｒ１、ｕｓｒ２が十分な時間解像度でサンプリングされる限り、本発明による超音波トモグラフィにも使用してもよい。したがって、Ｂモードイメージがリフレクタ検出に使用される場合でも、無線周波数データＲＦが、一般的に好ましい。
【０１４８】
一般的に、上記の実施形態にかかわらず、特にトランスデューサ１とリフレクタ２の間で決まる距離を、ターゲットを通過する超音波の速度を特定するのに使用してもよく、その速度は組織不規則性を指示することができる。および／または、トランスデューサ１とリフレクタ２の間の位置および／または方位を、ターゲットによって取得された、切出しイメージにおける関連面積を識別するために使用してもよい。
【０１４９】
それゆえに、一般的には、乳房組織における、区分的に均質な封入体の、リフレクタベース全変動音速イメージングおよび描写が、前もって封入体の位置を知る必要なく、一実施形態において提案される。例えば、トランスデューサにおける１２８放出／受波素子アレイが、マルチスタティックモードで動作されて、各素子は、個々に発射して、残部は受波する。好ましくは、上記のような大域最適化アプローチ（式１９）は、サンプルの背後のリフレクタから反射されたエコーの遅延を測定する。とりわけ、グラフ理論またはランダムマルコフ場（ｒａｎｄｏｍ  Ｍａｒｋｏｖ  ｆｉｅｌｄｓ）に基づく、その他のアルゴリズムを、連続的にエコーの遅延を追跡するのに使用してもよい。１２８×１２８遅延マトリックスの非線形最適化、例えば、Ｎｅｌｄｅｒ−Ｍｅａｄシンプレックス最適化および／またはＲＡＮＳＡＣ外れ値フィルタリングは、音速不均質性によって誘発される、相対遅延Δｔと共に、平均音速、プレート距離および傾斜を与える。既知の幾何学的経路長Ｌ（すなわち、トランスデューサとリフレクタの間の距離）によって、相対遅さ増分（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｓｌｏｗｎｅｓｓ  ｉｎｃｒｅｍｅｎｔｓ）σ（低：高音速／硬封入体；高：低音速／軟封入体）は、好ましくは、悪条件の線形システムΔｔ＝Ｌσから解かれる。全変動正則化ａｒｇｍｉｎ＿σ｛｜｜Δｔ−Ｌσ｜｜＿１＋λ｜｜Ｄσ｜｜＿１｝、または上述のような変形例は、Ｄを勾配マトリックスとして、好ましくは凸最適化（ｃｏｎｖｅｘ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）を用いて解かれる。同じ式構造または反復的に調節されたバージョンを、超音波減衰またはその他の線形もしくは非線形特徴などの、その他の音波シグネチャについて解くのに使用することができる。
【０１５０】
図６は、本発明の実施形態による装置を、図６ａ）に斜視図で、図６ｂ）に模擬乳房への応用において示しており、図６の装置は、好ましくは、以下の開示が特に図１の実施形態に適用可能となるように、図１に概略的に示される装置と一致する。超音波トランスデューサ１は、好ましくは、商用の線形アレイである（本明細書に提示された一実施形態においては、カナダのブリティッシュコロンビア州、リッチモンドのＵｌｔｒａｓｏｎｉｘ  Ｍｅｄｉｃａｌ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＬ１４−５）。それは、合計で１２８のトランスデューサ素子を備え、これらは、送波器または受波器として交互に作用することが可能であり、素子間のピッチは３００μｍであり、素子高さは７ｍｍ、全開口は３８ｍｍである。トランスデューサ１は、トランスデューサ素子に垂直な面内での２次元超音波イメージングを提供し、このイメージの幅は線形アレイ方向に対応し、深さはトランスデューサ素子に対して垂直方向に対応し、これらのトランスデューサ素子に沿って、超音波エコーが時間の関数として記録される（図１および図１１を参照）。その他のトランスデューサタイプ、例えば、凸アレイ超音波プローブまたは２次元超音波アレイを同様に使用することができる。
【０１５１】
リフレクタ２は、好ましくは、ターゲット接触領域において、幅ｗが１０ｍｍのアルミニウムプレートであり、このプレートは、トランスデューサ１に対向して配設されている。図６ｂ）は、女性乳房４を模擬する、超音波ファントム（米国、バージニア州、ノーフォークのＣｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｉｎｃ（ＣＩＲＳ）のＭｏｄｅｌ０５９）を検査中の同じ実現形態を示す。固定手段１４は、ここでは、３Ｄプリンティング技術で製造された、トランスデューサ幾何学形状のプラスチック型（ポリカーボネート）である。第１のフレーム３３および第２のフレーム３４の両方が、アルミニウムで構成され、第２のフレーム３４は、同時にリフレクタ２として作用する。棒材３１および３２は、円筒形で、大きくて重く、ステンレス鋼で製作されている。穿孔は、棒材３１、３２中に機械加工された、９０°座ぐり穿孔である。それらの穿孔は、５ｍｍまたは１０ｍｍのステップの位置決め基準として、等距離に配設されている。ピンは、ボールベアリング先端を有するネジであって、ナットで第２のフレーム３４に取り付けられている。ボールベアリングは、紐でネジ（圧力ネジ）に取り付けられて、第１のフレーム３３を手持ち式で固定し、解除するための、適当な弾性力を提供する。
【０１５２】
図７は、本発明の実施形態による、模擬乳房への応用における、装置を斜視図で示しており、図６の装置は、好ましくは、以下の開示が図２の実施形態にも特に適用可能であるように、図２に概略的に示される装置と一致している。トランスデューサ１、リフレクタ２および乳房ファントム４は、図６におけるものと同じである。トランスデューサ１およびリフレクタ２は、別の手で自由に、かつ独立して動かすことができる。光学センサは、トランスデューサ１とリフレクタ２の両方に取り付けられた受動および能動マーカ５１および５２を含み、相互間の相対変位および方位のリアルタイム追跡を可能にする。音波検査技師は、最初に、トランスデューサ１を乳房４に沿って動かすことによって、関心領域を探索して、好ましくは、超音波トモグラフィユニットのディスプレイ上にＢモード超音波イメージによるリアルタイムフィードバックを受ける。所望の位置が識別されると、リフレクタ２が、トランスデューサ１に概して対向して整列されるまで、手で動かされる。良好な音響結合を達成するために、両方の素子が、好ましくはその間に結合剤（例えば、水、超音波ジェル、蜂蜜、油）を用いて、乳房の上にわずかに押し当てられる。光学センサ５は、ディスプレイ５２上にリアルタイムフィードバックを与えて、トモグラフィイメージングを実施するのに十分なほど整列が良好になるときを知らせる。さらに、光学センサ５は、乳房ファントムに対するトランスデューサ１とリフレクタ２の幾何学的基準を与えて、既知の位置と方位における超音波イメージ面の連続取得による容量計測乳房走査の構築を可能にする。
【０１５３】
図９は、本発明の実施形態におる装置において使用されるリフレクタ配設を示し、このリフレクタ配設は、以下の開示が、図３の実施形態にも特に適用可能となるように、とりわけ、図３に示される装置において使用することができる。リフレクタ２は、図８ｂ）と関係して計算されるような、特定の材料幾何学形状を含んでもよい。図３とは対照的に、単一の５ｍｍ厚の、ｗ＝１００ｍｍ幅のリフレクタ層Ｌ２が、リフレクタ２として使用される。リフレクタ２は、Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ（登録商標）（ｃＬ＝２６７０ｍ／ｓ、ｒｈｏＬ＝１２００ｋｇ／ｍ３）で構成され、これは、組織（ｃＢ＝１５４０ｃｍ／ｓ、ｒｈｏＢ＝１０００ｋｇ／ｍ３）と良好な音響コントラストを示す。層Ｌ２の上部表面は、被検査乳房組織と接触して、Ｒ＝（ｃＬ＊ｒｈｏＬ−ｃＢ＊ｒｈｏＢ）／（ｃＬ＊ｒｈｏＬ＋ｃＢ＊ｒｈｏＢ）＝０．３５の反射超音波信号ｕｓｒ１に対して、（正常入射による）反射係数を与える。Ｌ２の下部表面は、空気（ｃＡｉｒ＝３４６ｍ／ｓ、ｒｈｏＡｉｒ＝１．２ｋｇ／ｍ３）と接触して、反射超音波信号ｕｓｒ２に対して、反対符号の強い反射係数、Ｒ＝（ｃＡｉｒ＊ｒｈｏＡｉｒ−ｃＬ＊ｒｈｏＬ）／（ｃＡｉｒ＊ｒｈｏＡｉｒ＋ｃＬ＊ｒｈｏＬ）＝−０．９９９７を与える。ｕｓｒ２の再生可能な反射挙動に対して、層Ｌ２の下部表面は好ましくは透明に保たれる。このために、プレート２１は、関心領域におけるＰｌｅｘｉｇｌａｓ−空気界面を確保する彫版（ｅｎｇｒａｖｉｎｇ）２１１で、リフレクタ層Ｌ２の下方に取り付けられる。装着されたリフレクタ配設が、図９ｂ）に示されており、ネジ穴２１２を通して、例えば、第２のフレーム３４に取り付けられてもよい。
【０１５４】
図１０は、本発明の実施形態により、提案されたデータ評価による、超音波トモグラフィ例を示す。２つの５ｍｍ円筒形封入体を包含するゼラチンファントム４が、＜１％超音波伝播速度コントラストで、トランスデューサ１で検査されている（図１１ａ）を参照）。封入体は、背景に対してエコー発生性コントラストを示さず、したがって、Ｂモードイメージにおいては目に見えず、それの対応するイメージが図１１ｃ）に示されている。単一の反射界面を有する、リフレクタ２の大型プレートが追跡される。上述の適応振幅追跡により、サンプル背後のリフレクタ２から反射されたエコーの遅延が測定される（図１１ｂ）を参照）。１２８×１２８遅延マトリックスのＮｅｌｄｅｒ−Ｍｅａｄシンプレックス最適化によって、マルチスタティック波軌跡に応じた、時間プロファイルの最小二乗（ＬＳ）当てはめが達成されて、リフレクタ２の平均音速ｃｏ、プレート距離ｄｏ、および傾斜θが得られる。何らかの病変がある傾向のある、高密度の乳房は、平均の乳房よりも、より高い音速を示すので、平均音速ｃｏは、すでに診断値を有している。３つの異なる勾配方向が式１１によって計算されるとともに、正則化パラメータλが式１５によって計算される、提案された、式１４による「非等方性重み付け全変動正則化」による限定角度再構築は、従来技術において観察された強いストリークアーチファクトの被害を受けない。逆に、２つの封入体は、再構築された音速イメージにおいて、明確に、かつ区分的に平滑に描写される（図１１ｂ）を参照）。封入体の位置または幾何学形状についての事前知識は必要ではない。
【０１５５】
図１１は、本発明の実施形態による、提示された手持ち式装置の癌性塊（ｃａｎｃｅｒｏｕｓ  ｍａｓｓ）検出への応用を実証している。乳房ファントムが、図６または１による装置によって調査されている（図１２ａ）を参照）。図９に示されたリフレクタシステムが使用される。２つの十分に離隔された超音波エコーｕｓｒ１およびｕｓｒ２が、リフレクタ２において取得されて、これから、図８に記述されるようにロバストな反射追跡が可能になる（図１２ｂ）を参照）。第２の反射信号ｕｓｒ２は、Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ−空気界面における負の反射係数のために、第１の反射信号ｕｓｒ１に対して反対の符号を示す。この反射構成は、超音波信号の非常にロバストな追跡を可能にして、高品質の時間遅延マトリックスΔｔを達成する（図１２ｂ）を参照）。比較として、従来技術マンモグラフィ設備（Ｋｒｕｅｇｅｒら、１９９８年、Ｃｈａｎｇら、２００７年）において実施されたような、幅広のリフレクタプレートと単一のリフレクタ層とによる測定は、無制御の空隙の存在と、偽性の面外伝播経路の存在が理由で、大幅にノイズの多い遅延マトリックスΔｔを生じることが明らかに観察される。それゆえに、本発明に記載された装置は、より高い診断フレキシビリティを達成し、診断時の痛みを低減することを別にして、記録された超音波信号の品質の明快な改善をもたらす。
【０１５６】
再構築された音速イメージは、約５％の強く、局所化された音速度の増加（遅さの減少）を示し、幅＝２５ｍｍ、深さ＝１２ｍｍにおいて堅い封入体を露呈させた（図１２ｂ）を参照）。堅い封入体は、癌性腫瘍の代表であり、したがって超音波乳房診断における最も関心の高いものである。対応する部位のＢモードイメージ（図１２ｃ）を参照）は、この位置における不均質性の指示を与えているが、その性質についての結論的な診断フィードバックは与えない。例えば、Ｂモードイメージにおける、深さ２０から３０ｍｍの間のその他の疑わしい塊は、はるかに低い堅さコントラストを示し、その嚢胞性質（ｃｙｓｔｉｃ  ｎａｔｕｒｅ）を指示しており、Ｂモードイメージにおいては露呈されない。３つの異なる勾配方向が式１１によって計算され、正則化パラメータλが式１５によって計算される、式１４による「非等方性重み付け全変動正則化アプローチ」は、堅い封入体と背景の間の優れたコントラストを有する、区分的に平滑な超音波イメージを提供する。したがって、この装置は、腫瘍性封入体を描写して、そのような封入体を良性の嚢胞性塊と弁別することを可能にする、高品質トモグラフィイメージを提供することができる。
【０１５７】
図１２は、本発明の実施形態による装置の概略図を示し、超音波イメージの再構築に有用な尺度および寸法を図解している。ここでも、トランスデューサは、番号１で参照され、リフレクタは番号２で参照される。トランスデューサ１は、Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、などとも呼ばれる、複数の放出器１２と、Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、などとも呼ばれる、複数の受波器１３とを含み、この場合に、好ましくは、各放出器は、「Ｔｘ２＝Ｒｘ２」によって指示されるように、受波器としても動作させ、それによってトランスデューサ素子を表わすことも可能である。それゆえに、アレイは、Ｎ個のトランスデュ−サ素子を含む。隣接するトランスデューサ素子間の距離は、ピッチｐｔと呼ばれる。水平方向ｘとも呼ばれる、方向ｘにおけるトランスデューサ素子１２、１３の延長は、幅Ｗと呼ばれる。トランスデューサ１およびリフレクタ２は、互いに距離ｄで配設されている。トランスデューサ１とリフレクタ２に間には、調査しようとする組織が配設される。好ましくは、距離ｄが、幅Ｗの全体に適用されるように、リフレクタ２は平坦である。
【０１５８】
トランスデューサ１とリフレクタ２によって画定される面は、デカルト座標ｘおよびｙによって定量化可能とされて、ここでｙはｘと直交する。これは、イメージがそれに対して再構築されるのが望ましい、面ｘ、ｙである。方位もまた、この面における角度方向φとも呼ばれ、ｙ方位と具体的に関係している。３つのサンプル波線経路ｐ１、ｐ２、ｐ３が、この面ｘ、ｙにおいて図１２に図解されている。波線経路ｐ２を生成するために、放出器Ｔｘ２において超音波が発射される。そのエコーが、同じトランスデューサ素子Ｔｘ２＝Ｒｘ２の受波器Ｒｘ２において受波される。ここで、破線経路ｐ２は、角度方向φ２＝０°を有する。波線経路ｐ１を生成するために、放出器Ｔｘ１において超音波が発射される。そのエコーが、Ｔｘ１およびＲｘ１が素子の行の中で最も離れた２つの素子である、受波器Ｒｘ１において受波される。したがって、この対応数する波線経路ｐ１は、この種の装置で可能な、最大角度方向φ３＝φｍａｘを示す。最大角度方向φｍａｘは、ａｒｃｔａｎ（Ｗ／（２ｄ））によって求められ、それゆえに、トランスデューサ素子の行の幅Ｗと、トランスデューサ１とリフレクタ２の間の距離とに依存する。トランスデューサ１とリフレクタ２の間の面ｘ、ｙは、好ましくはそれぞれ正方形サイズｈのデカルト座標ｘ、ｙに沿って配向された、セルｃの行と列に実質的に分割されている。測定に関連するこれらのセル、例えば、測定中に組織が存在する、幅Ｗと距離ｄによって画定される四角形内部の、特定のセルのそれぞれに対して、組織組成に応じて、セル毎に変動する可能性がある、音速度（超音波速度）値が特定される。しかしながら、装置の設定と、波線経路がとることのできる関係する限定された角度方向とを考慮すると、各セルｃは、限定された数の波線経路だけによって横断され、すなわちこの限定された数の対応する角度方向のみからだけ、対象セルｃに対する音速度を特定するために情報を抽出することができる。例えば、一般にそのような設定において、最大角度範囲は、［−φｍａｘ，φｍａｘ］によって与えられる。ＳｏＳイメージアスペクト比１：１、すなわちＷ＝深さＤに対して、最大の利用可能な角度方向は、φｍａｘ＝ａｔａｎ（１／２）＝２７°で与えられる。［φｍａｘ，１８０°］と［−１８０°，−φｍａｘ］の間の角度方位からのイメージ情報が欠落している。しかしながら、波線経路、およびリフレクタ２に平行な対応する角度方向、すなわちｘ方向が欠落しており、非常に良好な解像度が、この水平方向において達成されるが、直交する垂直方向ｙにおいては粗い解像度だけが達成される。ｙ方向における解は、上述のような「非等方性重み付け空間正則化」が適用される場合には、大幅に改善される。特に、正則化なしの通常の垂直方向の封入体伸び率（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）（＞３００％）は、ＡＷＳＲによって＜１５％に低減される。
【０１５９】
好ましい実施形態において、セルサイズｈは、ピッチｐｔに等しく選択される。この尺度は、それに対して異なる音速度値が特定されて、最終的には異なる種類の組織組成を示す、面内における最小の単位であるので、再構築解像度も定義する。ピッチｐｔで離隔されたＮ素子の線形アレイを有するトランスデューサ１を仮定すると、システムの動作において、処理ユニットが、それぞれの放出器素子における超音波パルスの発射を制御し、トリガリングして、受波器素子によって供給される、対応する信号を読み取る。イメージアスペクト比Ｗ／ｄは、幅Ｗおよび距離ｄとして、例えば、１：１としてもよい。問題ΔｔＰ×１＝ＬＰ×ＣσＣ×ｌを考えると、記録された波線経路の数は、Ｐ＝Ｎ２である。低密度のセル、すなわち最も密度の高いセルを横切る波線の＜１０％によって横切られるセルは、再構築されないのが好ましく、その結果として、この例においては、セルの数Ｃは、Ｃ≒０．９６Ｎ２である。
【０１６０】
装置およびシステムの特定の例においては、Ｎ＝１２８、ｐｒｅｆ＝ｎｒｅｆである。式（１３）および式（１４）の両方に対して、正則化定数はλｒｅｆ＝０．０１３である。
【０１６１】
図１３は、本発明の別の実施形態による装置の概略図である。この実施形態において、リフレクタ２は、２つの方位の、特には面内で直交する方位の、２つのリフレクタ部分２１および２２を含む（図１２において導入されたｘ／ｙ座標は、図１３から１５における図にも当てはまる）。この配設において、セルｃに対する角度方位集合φを増大させることができる。
【０１６２】
図１４の実施形態、トランスデューサ１は、２つのトランスデューサ部分１００および１０２を含み、リフレクタ２は、ここでもセルｃに対する角度方位集合φを増大させるために、互いに対向する、２つのリフレクタ部分２１および２２を含む。
【０１６３】
図１５は、乳房検査への応用における、本発明の実施形態による装置の図を示す。この実施形態においては、第１の棒材を、例えば、ハンドホイール（３０２）を介して作動させて、第１および／または第２のフレーム（３０１）を、それに沿って移動させることのできる、線形ステージのスピンドル（３００）としてもよい。好ましくは、位置および／または距離を、ユーザに対して装置に割り当てられたディスプレイ上に表示してもよく、この場合には、例えば、ハンドホイールの位置が検出されて、トランスデューサとリフレクタの間の距離に変換される。または、カーソル（３０３）を、スピンドルに接続して、音波検査技師に距離の読み値を与えてもよい。
【０１６４】
図１６は、列ａ）において、組織（灰色）内の人工的な封入体（黒色）の１３の異なる例を示す。列ｂ）からｆ）は、各サンプルの上部ラインに延びる仮想トランスデューサおよび各サンプルの下部ラインの仮想リフレクタ（この仮想装置はサンプルを反響させる）のシミュレーション結果と、それぞれの行におけるサンプルＰ１からＰ１３の各々に提供されるそれぞれのイメージを用いて、各イメージにおける仮想セルに対する音速度値を決定する異なる方法とに基づく画像を示す。特に、イメージは、正則化における異なるアプローチによって再構築され、特に、この場合に、以下の式によるか、またはそれに含まれる正則化項が使用される：
ｂ）Ｋｒｕｅｇｅｒらによる、「Ｌｉｍｉｔｅｄ−ａｎｇｌｅ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  ｆｅｍａｌｅ  ｂｒｅａｓｔ．  ＩＥＥＥ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  １９９８、１３４５〜１３４８ページ」において実現された従来技術による；
ｃ）式（５）、「全変動（ＴＶ）」；
ｄ）式（６）、式（５）におけるように誤差関数項に適用されるＬ２ノルムを有する、「非等方性重み付け全変動（ＡＷＴＶ）」；
ｅ）式（１３）、誤差関数項に適用されるＬ１ノルムを有し、式（１６）により組み込まれた解放ラインを有する、「非等方性重み付け全変動（ＡＷＴＶ）」；
ｆ）式（１４）、３つの勾配方向［０，２５°，−２５°］を有する、「多角度非等方性重み付け全変動（ＭＡ−ＡＷＴＶ）」。
【０１６５】
図１８は、リフレクタの代わりに、２つの対向するトランスデューサ（１、２０１）を使用し、それによって各トランスデューサの特定の素子を、送波器素子として、または受波器素子として使用することのできる、装置を示す。この場合には、超音波のための戻り経路が必要ではなく、このことは信号損失を最少化して、より厚い組織を検査することを潜在的に可能にする。本発明の実施形態による、好ましくは図１６に示される方法と一致する、このシステムおよび／または方法を適用することによって、改善された音速度イメージを達成することができる。
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年5月2日(2018.5.2)
【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】
超音波を放出する、超音波トランスデューサ（１）と、
前記放出された超音波の少なくとも一部分を反射する、リフレクタ（２）と
を備える、手持ち式医用超音波装置（１０）。
【請求項２】
前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の相対位置および／または方位の指示を可能にする、インジケータ（２１、２２、３１１、３１２）を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）が、互いに対向して、機械的構造（３）に取り付けられている、請求項１または２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
前記機械的構造（３）が、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の距離（ｄ）を変えるための距離調節部を備え、前記距離調節部の少なくとも一部がインジケータ（３１１、３１２）として作用する、請求項３に記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記機械的構造（３）が、前記トランスデューサ（１）がそれに取り付けられた第１のフレーム（３３）と、前記リフレクタ（２）がそれに取り付けられるか、またはそれに一体化されるか、またはそれで構成された、第２のフレーム（３４）と、前記第１および第２のフレーム（３３、３４）の両方がそれに装着された、少なくとも第１の棒材（３１）とを備え、
前記フレームの少なくとも一方が、前記第１の棒材（３１）の上に摺動可能に装着されている、請求項３または４に記載の装置（１０）。
【請求項６】
前記第１の棒材（３１）が、前記少なくとも一方のフレームを所定の位置に保持するための、位置決め手段を備える、請求項４または５に記載の装置（１０）。
【請求項７】
前記位置決め手段が、前記第１の棒材（３１）における前記所定の位置に穿孔（３１１）を含むとともに、
前記少なくとも一方のフレームが、前記少なくとも一方のフレームを前記第１の棒材（３１）における前記所定の位置に保持するために、前記穿孔（３１１）中に少なくとも部分的に挿入可能な、ピン（３３１）を備える、請求項６に記載の装置（１０）。
【請求項８】
前記ピン（３３１）が、前記穿孔（３１１）のいずれかの中に少なくとも部分的に到達する第１の位置と、前記穿孔（３１１）から出た第２の位置であって、前記第１の棒材（３１）の２つの隣接する穿孔（３１１）の間で前記フレーム（３３）を摺動させるために必要とされる、第２の位置とをとるように、前記少なくとも一方のフレーム内に装着されているとともに、
特に、前記ピン（３３１）が前記第１の位置から前記第２の位置まで、弾性力に抗して移動可能である、請求項７に記載の装置（１０）。
【請求項９】
前記機械的構造（３）が第１の棒材（３２）を含み、
前記第１のフレーム（３３）が前記第１および第２の棒材（３１，３２）の両方に装着されており、
前記第２のフレーム（３４）が前記第１および第２の棒材（３１，３２）の両方に装着されており、
前記フレームの少なくとも一方が、前記第１および第２の棒材（３１、３２）の両方の上に摺動可能に装着されており、
前記第１および第２の棒材（３１、３２）のそれぞれが、前記一方のフレーム（３３）を所定の位置に保持するための位置決め手段を含む、請求項５に記載の装置（１０）。
【請求項１０】
前記位置決め手段が、前記第１および第２の棒材（３１、３２）のそれぞれにおける前記所定の位置に穿孔（３１１、３２１）を含み、
前記少なくとも一方のフレームが、前記少なくとも一方のフレームを前記所定の位置に保持するために、前記第１の棒材（３１）の前記穿孔（３１１）中に少なくとも部分的に挿入可能なピン（３３１）と、前記第２の棒材（３２）の前記穿孔（３２１）中に少なくとも部分的に挿入可能な別のピン（３３２）とを含む、請求項９に記載の装置（１０）。
【請求項１１】
前記インジケータが、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の位置および／または方位それぞれを特定するための位置および／または方位センサ（５）を含むとともに、
特に、前記位置および／または方位センサ（５１）が磁気式または光学式センサである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１２】
前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（１）とが機械的に分離されており、
特に、前記リフレクタ（１）は、平面フレーム（３４）に取り付けられるか、またはそれに一体化されるか、またはそれから構成されている、請求項１１に記載の装置（１０）。
【請求項１３】
前記インジケータがリフレクタ（２）を含み、前記リフレクタ（２）は、単一の層を含むか、または異なる超音波反射特性の２つ以上の層（２１、２２）を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１４】
前記第１のフレーム（３３）および前記第２のフレーム（３４）はそれぞれ、幅（ｗ）および長さ（ｌ）を有し、前記長さ（ｌ）は前記幅（ｗ）を超えており、
各フレーム（３３、３４）の幅（ｗ）は、少なくとも、調査しようとする組織（４）と接触するために割り当てられた領域内で、２ｃｍ未満である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置（１０）と、
プロセッサ（５１）と
を備え、
前記トランスデューサ（１）は、前記プロセッサ（５１）に電気的に接続されており、
前記プロセッサ（５１）は、前記超音波トランスデューサ（１）によって受波される反射超音波（ｕｓｒ）を受けて、超音波ベーストモグラフィイメージを特定するように構成されている、医用超音波システム。
【請求項１６】
前記トランスデューサ（１）が、一組の放出器素子（Ｔｘ）と一組の受波器素子（Ｒｘ）とを備え、
前記プロセッサ（５１）は、一組の放出器素子（Ｔｘ）−受波器素子（Ｒｘ）組合せに対して、それぞれの放出器素子（Ｔｘ）に、超音波（ｕｓｒ）を放出させて、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間に配設される組織（４）を通過して、リフレクタ（２）まで進行し、前記リフレクタ（２）から組織（４）を通過して受波器素子（Ｒｘ）へと戻るようにトリガリングするように構成されており、
前記プロセッサ（５１）は、前記一組の放出器素子（Ｔｘ）−受波器素子（Ｒｘ）組合せに対して、前記放出器素子（Ｔｘ）から前記受波器素子（Ｒｘ）へ進行する超音波（ｕｓｒ）に対する飛行時間値（ｔｐ）を特定するように構成されており、
前記プロセッサ（５１）は、前記飛行時間値（ｔｐ）に応じて、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）とによって画定される面（ｘ，ｙ）内のセル（ｃｉ，ｊ）に対して、超音波（ｕｓｒ）の超音波パラメータ値（σ、α）を特定するように構成されており、
前記プロセッサ（５１）は、前記超音波パラメータ値（σ、α）をイメージに変換するように構成されている、請求項１５に記載の医用超音波システム。
【請求項１７】
前記プロセッサ（５１）が、近傍セル（ｃｉ，ｊ）の超音波パラメータ値（σ、α）の勾配に依存する、一組の超音波パラメータ値から超音波パラメータ値（σ、α）を特定するように構成されている、請求項１６に記載の医用超音波システム。
【請求項１８】
前記プロセッサ（５１）は、前記面（ｘ、ｙ）における少なくとも２つの方向において、近傍セル（ｃｉ，ｊ）の超音波パラメータ値の勾配に依存する、一組の超音波パラメータ値から前記超音波パラメータ値（σ、α）を特定するように構成されている、請求項１６または１７に記載の医用超音波システム。
【請求項１９】
前記プロセッサ（５１）が、前記面（ｘ，ｙ）内の第１の方向における超音波パラメータ値の勾配に依存するとともに、前記第１の方向と異なる、前記面（ｘ，ｙ）内の第２の方向における、超音波パラメータ値の勾配に依存する、前記一組の超音波パラメータ値から、前記超音波パラメータ値（σ，α）を特定するように構成されている、請求項１８に記載の医用超音波システム。
【請求項２０】
前記第１の方向が、前記リフレクタ（２）および／または前記トランスデューサ（１）の長手方向延長に直交する方向（ｙ）であり、前記第２の方向（ｘ）が、前記第１の方向（ｙ）に直交する、請求項１９に記載の医用超音波システム。
【請求項２１】
前記プロセッサ（５１）が、前記面（ｘ，ｙ）内の第１の方向における超音波パラメータ値の勾配に依存し、前記面（ｘ，ｙ）内の第２の方向における超音波パラメータ値の勾配に依存し、かつ前記面（ｘ，ｙ）内の第３の方向における超音波パラメータ値の勾配に依存する、前記一組の超音波パラメータ値から、前記超音波パラメータ値（σ，α）を特定するように構成されている、請求項１７または１８に記載の医用超音波システム。
【請求項２２】
前記第１の方向（ｙ）が、前記リフレクタ（２）および／または前記トランスデューサ（１）の長手方向延長に直交する方向であり、
前記第２の方向が、前記第１の方向に対する最大角度（φｍａｘ）によって定義され、前記最大角度は、φｍａｘ＝ａｒｃｔａｎ（Ｗ／（２＊ｄ））によって定義され、Ｗは、前記トランデューサ（１）のトランスデューサ素子の線形アレイの幅であり、ｄは、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の距離であり、
前記第３の方向は、負の最大角度（φｍａｘ）によって定義される、請求項２１に記載の医用超音波システム。
【請求項２３】
前記プロセッサ（５１）が、前記面（ｘ，ｙ）内の少なくとも２つの方向において、近傍セル（ｃｉ，ｊ）の超音波パラメータ値の重み付け勾配に依存する一組の超音波パラメータ値から、前記超音波パラメータ値（σ、α）を特定するように構成されている、請求項１７から２２のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項２４】
前記プロセッサ（５１）が、同一方向の全勾配に同一の重み（ｋ）を適用するとともに、方向毎に異なる重み（ｋ，１−ｋ）を適用するように構成されている、請求項２３に記載の医用超音波システム。
【請求項２５】
前記プロセッサ（５１）が、第１の重み（ｋ）を前記第１の方向のすべての勾配に適用するとともに、第２の重み（１−ｋ）を前記第２の方向のすべての勾配に適用するように構成されており、前記第１の重み（ｋ）は前記第２の重み（１−ｋ）を超える、請求項１９または２０に記載の医用超音波システム。
【請求項２６】
前記プロセッサ（５１）が、第１の重みを前記第１の方向のすべての勾配に適用し、第２の重みを前記第２の方向のすべての勾配に適用し、第３の重みを前記第３の方向のすべての勾配に適用するように構成されている、請求項２１または２２に記載の医用超音波システム。
【請求項２７】
前記超音波パラメータ（σ，α）が音速度（σ）であり、
前記プロセッサ（５１）が、各セル（ｃｉ，ｊ）に対する音速度値（σ）を、好ましくは、単一値として、または周波数の関数として、または組織に加えられる任意の摂動の関数として、特定するように構成されている、請求項１５から２６のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項２８】
前記超音波パラメータ（σ，α）が音響減衰（α）であり、
前記プロセッサ（５１）が、各セル（ｃｉ，ｊ）に対する音響減衰値（α）を、好ましくは単一の値として、または周波数の関数として、または組織に加えられる任意の摂動の関数として、特定するように構成されている、請求項１５から２６のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項２９】
前記超音波パラメータ値（σ，α）が、いくつかの放出超音波周波数において識別されて、そのようなパラメータの周波数依存性を再構築することを可能にする、請求項１６から２８のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項３０】
前記プロセッサ（５１）が、前記トランスデューサ（１）における超音波をトリガリングすることに応答して、飛行時間値（ｔｐ）に応じて、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の距離を特定するように構成されている、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項３１】
前記処理ユニットが、トモグラフィ超音波イメージの計算において全変動正則化を適用するように構成されており、
特に、前記全変動正則化において、解こうとする式が、形式ａｒｇｍｉｎ＿σ｛｜｜Δｔ−Ｌσ｜｜＿１＋λ｜｜Ｄσ｜｜＿１｝、またはそのような形式の任意の組合せに従い、ここでΔｔは測定量のベクトルであり、σは再構築される、前記未知のベクトルであり、Ｌは設定幾何学形状の考慮の下で幾何学的に計算されるマトリックスであり、Ｄは勾配マトリックスであり、λは定数であって、
特に、前記式は凸最適化を用いて解かれる、請求項１５に記載の医用超音波システム。
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月7日(2018.5.7)
【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】
超音波を放出する、超音波トランスデューサ（１）と、
前記放出された超音波の少なくとも一部分を反射する、リフレクタ（２）と
を備える、手持ち式医用超音波装置（１０）。
【請求項２】
前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の相対位置および／または方位の指示を可能にする、インジケータ（２１、２２、３１１、３１２）を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）が、互いに対向して、機械的構造（３）に取り付けられている、請求項１または２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
前記機械的構造（３）が、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の距離（ｄ）を変えるための距離調節部を備え、前記距離調節部の少なくとも一部がインジケータ（３１１、３１２）として作用する、請求項３に記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記機械的構造（３）が、前記トランスデューサ（１）がそれに取り付けられた第１のフレーム（３３）と、前記リフレクタ（２）がそれに取り付けられるか、またはそれに一体化されるか、またはそれで構成された、第２のフレーム（３４）と、前記第１および第２のフレーム（３３、３４）の両方がそれに装着された、少なくとも第１の棒材（３１）とを備え、
前記第１のフレーム（３３）および前記第２のフレーム（３４）の少なくとも一方が、前記第１の棒材（３１）の上に摺動可能に装着されている、請求項３または４に記載の装置（１０）。
【請求項６】
前記第１の棒材（３１）が、前記少なくとも一方のフレームを所定の位置に保持するための、位置決め手段を備える、請求項５に記載の装置（１０）。
【請求項７】
前記位置決め手段が、前記第１の棒材（３１）における前記所定の位置に穿孔（３１１）を含むとともに、
前記少なくとも一方のフレームが、前記少なくとも一方のフレームを前記第１の棒材（３１）における前記所定の位置に保持するために、前記穿孔（３１１）中に少なくとも部分的に挿入可能な、ピン（３３１）を備える、請求項６に記載の装置（１０）。
【請求項８】
前記ピン（３３１）が、前記穿孔（３１１）のいずれかの中に少なくとも部分的に到達する第１の位置と、前記穿孔（３１１）から出た第２の位置であって、前記第１の棒材（３１）の２つの隣接する穿孔（３１１）の間で前記少なくとも一方のフレームを摺動させるために必要とされる、第２の位置とをとるように、前記少なくとも一方のフレーム内に装着されているとともに、
特に、前記ピン（３３１）が前記第１の位置から前記第２の位置まで、弾性力に抗して移動可能である、請求項７に記載の装置（１０）。
【請求項９】
前記機械的構造（３）が第１の棒材（３２）を含み、
前記第１のフレーム（３３）が前記第１および第２の棒材（３１，３２）の両方に装着されており、
前記第２のフレーム（３４）が前記第１および第２の棒材（３１，３２）の両方に装着されており、
前記第１のフレーム（３３）および前記第２のフレーム（３４）の少なくとも一方が、前記第１および第２の棒材（３１、３２）の両方の上に摺動可能に装着されており、
前記第１および第２の棒材（３１、３２）のそれぞれが、前記一方のフレーム（３３）を所定の位置に保持するための位置決め手段を含む、請求項５に記載の装置（１０）。
【請求項１０】
前記位置決め手段が、前記第１および第２の棒材（３１、３２）のそれぞれにおける前記所定の位置に穿孔（３１１、３２１）を含み、
前記少なくとも一方のフレームが、前記少なくとも一方のフレームを前記所定の位置に保持するために、前記第１の棒材（３１）の前記穿孔（３１１）中に少なくとも部分的に挿入可能なピン（３３１）と、前記第２の棒材（３２）の前記穿孔（３２１）中に少なくとも部分的に挿入可能な別のピン（３３２）とを含む、請求項９に記載の装置（１０）。
【請求項１１】
前記インジケータが、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の位置および／または方位それぞれを特定するための位置および／または方位センサ（５）を含むとともに、
特に、前記位置および／または方位センサ（５１）が磁気式または光学式センサである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１２】
前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（１）とが機械的に分離されており、
特に、前記リフレクタ（１）は、平面フレーム（３４）に取り付けられるか、またはそれに一体化されるか、またはそれから構成されている、請求項１１に記載の装置（１０）。
【請求項１３】
前記インジケータがリフレクタ（２）を含み、前記リフレクタ（２）は、単一の層を含むか、または異なる超音波反射特性の２つ以上の層（２１、２２）を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１４】
前記第１のフレーム（３３）および前記第２のフレーム（３４）はそれぞれ、幅（ｗ）および長さ（ｌ）を有し、前記長さ（ｌ）は前記幅（ｗ）を超えており、
各フレーム（３３、３４）の幅（ｗ）は、少なくとも、調査しようとする組織（４）と接触するために割り当てられた領域内で、２ｃｍ未満である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置（１０）。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置（１０）と、
プロセッサ（５１）と
を備え、
前記トランスデューサ（１）は、前記プロセッサ（５１）に電気的に接続されており、
前記プロセッサ（５１）は、前記超音波トランスデューサ（１）によって受波される反射超音波（ｕｓｒ）を受けて、超音波ベーストモグラフィイメージを特定するように構成されている、医用超音波システム。
【請求項１６】
前記トランスデューサ（１）が、一組の放出器素子（Ｔｘ）と一組の受波器素子（Ｒｘ）とを備え、
前記プロセッサ（５１）は、一組の放出器素子（Ｔｘ）−受波器素子（Ｒｘ）組合せに対して、それぞれの放出器素子（Ｔｘ）に、超音波（ｕｓｒ）を放出させて、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間に配設される組織（４）を通過して、リフレクタ（２）まで進行し、前記リフレクタ（２）から組織（４）を通過して受波器素子（Ｒｘ）へと戻るようにトリガリングするように構成されており、
前記プロセッサ（５１）は、前記一組の放出器素子（Ｔｘ）−受波器素子（Ｒｘ）組合せに対して、前記放出器素子（Ｔｘ）から前記受波器素子（Ｒｘ）へ進行する超音波（ｕｓｒ）に対する飛行時間値（ｔｐ）を特定するように構成されており、
前記プロセッサ（５１）は、前記飛行時間値（ｔｐ）に応じて、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）とによって画定される面（ｘ，ｙ）内のセル（ｃｉ，ｊ）に対して、超音波（ｕｓｒ）の超音波パラメータ値（σ、α）を特定するように構成されており、
前記プロセッサ（５１）は、前記超音波パラメータ値（σ、α）をイメージに変換するように構成されている、請求項１５に記載の医用超音波システム。
【請求項１７】
前記プロセッサ（５１）が、近傍セル（ｃｉ，ｊ）の超音波パラメータ値（σ、α）の勾配に依存する、一組の超音波パラメータ値から超音波パラメータ値（σ、α）を特定するように構成されている、請求項１６に記載の医用超音波システム。
【請求項１８】
前記プロセッサ（５１）は、前記面（ｘ、ｙ）における少なくとも２つの方向において、近傍セル（ｃｉ，ｊ）の超音波パラメータ値の勾配に依存する、一組の超音波パラメータ値から前記超音波パラメータ値（σ、α）を特定するように構成されている、請求項１６または１７に記載の医用超音波システム。
【請求項１９】
前記プロセッサ（５１）が、前記面（ｘ，ｙ）内の第１の方向における超音波パラメータ値の勾配に依存するとともに、前記第１の方向と異なる、前記面（ｘ，ｙ）内の第２の方向における、超音波パラメータ値の勾配に依存する、前記一組の超音波パラメータ値から、前記超音波パラメータ値（σ，α）を特定するように構成されている、請求項１８に記載の医用超音波システム。
【請求項２０】
前記第１の方向が、前記リフレクタ（２）および／または前記トランスデューサ（１）の長手方向延長に直交する方向（ｙ）であり、前記第２の方向（ｘ）が、前記第１の方向（ｙ）に直交する、請求項１９に記載の医用超音波システム。
【請求項２１】
前記プロセッサ（５１）が、前記面（ｘ，ｙ）内の第１の方向における超音波パラメータ値の勾配に依存し、前記面（ｘ，ｙ）内の第２の方向における超音波パラメータ値の勾配に依存し、かつ前記面（ｘ，ｙ）内の第３の方向における超音波パラメータ値の勾配に依存する、前記一組の超音波パラメータ値から、前記超音波パラメータ値（σ，α）を特定するように構成されている、請求項１７または１８に記載の医用超音波システム。
【請求項２２】
前記第１の方向（ｙ）が、前記リフレクタ（２）および／または前記トランスデューサ（１）の長手方向延長に直交する方向であり、
前記第２の方向が、前記第１の方向に対する最大角度（φｍａｘ）によって定義され、前記最大角度は、φｍａｘ＝ａｒｃｔａｎ（Ｗ／（２＊ｄ））によって定義され、Ｗは、前記トランデューサ（１）のトランスデューサ素子の線形アレイの幅であり、ｄは、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の距離であり、
前記第３の方向は、負の最大角度（φｍａｘ）によって定義される、請求項２１に記載の医用超音波システム。
【請求項２３】
前記プロセッサ（５１）が、前記面（ｘ，ｙ）内の少なくとも２つの方向において、近傍セル（ｃｉ，ｊ）の超音波パラメータ値の重み付け勾配に依存する一組の超音波パラメータ値から、前記超音波パラメータ値（σ、α）を特定するように構成されている、請求項１７から２２のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項２４】
前記プロセッサ（５１）が、同一方向の全勾配に同一の重み（ｋ）を適用するとともに、方向毎に異なる重み（ｋ，１−ｋ）を適用するように構成されている、請求項２３に記載の医用超音波システム。
【請求項２５】
前記プロセッサ（５１）が、第１の重み（ｋ）を前記第１の方向のすべての勾配に適用するとともに、第２の重み（１−ｋ）を前記第２の方向のすべての勾配に適用するように構成されており、前記第１の重み（ｋ）は前記第２の重み（１−ｋ）を超える、請求項１９または２０に記載の医用超音波システム。
【請求項２６】
前記プロセッサ（５１）が、第１の重みを前記第１の方向のすべての勾配に適用し、第２の重みを前記第２の方向のすべての勾配に適用し、第３の重みを前記第３の方向のすべての勾配に適用するように構成されている、請求項２１または２２に記載の医用超音波システム。
【請求項２７】
前記超音波パラメータ（σ，α）が音速度（σ）であり、
前記プロセッサ（５１）が、各セル（ｃｉ，ｊ）に対する音速度値（σ）を、好ましくは、単一値として、または周波数の関数として、または組織に加えられる任意の摂動の関数として、特定するように構成されている、請求項１５から２６のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項２８】
前記超音波パラメータ（σ，α）が音響減衰（α）であり、
前記プロセッサ（５１）が、各セル（ｃｉ，ｊ）に対する音響減衰値（α）を、好ましくは単一の値として、または周波数の関数として、または組織に加えられる任意の摂動の関数として、特定するように構成されている、請求項１５から２６のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項２９】
前記超音波パラメータ値（σ，α）が、いくつかの放出超音波周波数において識別されて、そのようなパラメータの周波数依存性を再構築することを可能にする、請求項１６から２８のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項３０】
前記プロセッサ（５１）が、前記トランスデューサ（１）における超音波をトリガリングすることに応答して、飛行時間値（ｔｐ）に応じて、前記トランスデューサ（１）と前記リフレクタ（２）の間の距離を特定するように構成されている、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の医用超音波システム。
【請求項３１】
前記処理ユニットが、トモグラフィ超音波イメージの計算において全変動正則化を適用するように構成されており、
特に、前記全変動正則化において、解こうとする式が、形式ａｒｇｍｉｎ＿σ｛｜｜Δｔ−Ｌσ｜｜＿１＋λ｜｜Ｄσ｜｜＿１｝、またはそのような形式の任意の組合せに従い、ここでΔｔは測定量のベクトルであり、σは再構築される、前記未知のベクトルであり、Ｌは設定幾何学形状の考慮の下で幾何学的に計算されるマトリックスであり、Ｄは勾配マトリックスであり、λは定数であって、
特に、前記式は凸最適化を用いて解かれる、請求項１５に記載の医用超音波システム。
【国際調査報告】
2018526173.tif 000061
2018526173.tif 000062
2018526173.tif 000063
2018526173.tif 000064
2018526173.tif 000065
2018526173.tif 000066