特許 7319943 音響光学撮像方法および音響撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-25

(45)【発行日】2023-08-02

(54)【発明の名称】音響光学撮像方法および音響撮像装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/14 20060101AFI20230726BHJP

【ＦＩ】

A61B8/14

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020059993

(22)【出願日】2020-03-30

(62)【分割の表示】P 2017516277の分割

【原出願日】2015-09-25

(65)【公開番号】P2020142085

(43)【公開日】2020-09-10

【審査請求日】2020-04-28

【審判番号】

【審判請求日】2022-10-18

(31)【優先権主張番号】1459136

(32)【優先日】2014-09-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】506316557

【氏名又は名称】サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック

(73)【特許権者】

【識別番号】507002516

【氏名又は名称】アンセルム（アンスティチュート・ナシオナル・ドゥ・ラ・サンテ・エ・ドゥ・ラ・ルシェルシュ・メディカル）

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】ミカエル・タンター

(72)【発明者】

【氏名】ブルノ－フェリクス・オスマンスキー

(72)【発明者】

【氏名】マチュー・ペルノ

(72)【発明者】

【氏名】ジャン－リュック・ジェニソン

【合議体】

【審判長】石井 哲

【審判官】樋口 宗彦

【審判官】上田 泰

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０９９３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２１９８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１１０９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１５５８６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

A61B8/00-8/15

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

音響撮像方法であって、前記方法は、
（ａ）送信／受信ステップであって、そのステップの間に、音響トランスデューサの配列（２）が、撮像されるべき媒体（１）の一部である観察領域内に一連のｎ個の入射音波Ｅｉ（ｔ）を連続して送信し、および音響トランスデューサの前記配列は、前記ｎ個の入射音波Ｅｉ（ｔ）の前記送信に続いて撮像されるべき前記媒体によってそれぞれ反射されるｎ個の反射波Ｒｉ（ｔ）を検出する、送信／受信ステップであって、ここでｎは少なくとも２に等しい自然数であり、
前記ｎ個の入射音波の各々は、ｎ個の基本的な入射音波Ｅ０ｉ（ｔ）を次の式に対応する方法で線形結合することによって得られ、

【数1】

ここで、Ｈｃは、次数ｎの正方行列であり、

【数2】

は、成分として前記ｎ個の入射音波を有するベクトルであり、

【数3】

は、成分として前記ｎ個の基本入射波Ｅ０ｉ（ｔ）を有するベクトルであり、
前記ｎ個の基本入射波Ｅ０ｉ（ｔ）は、平面波または発散波またはｎ個の異なる波面をそれぞれ有する空間において異なる点に集束された波であり、
前記ｎ個の基本入射波の各基本入射波Ｅ０ｉ（ｔ）は、音響トランスデューサの前記配列（２）の複数の音響トランスデューサによって送信され、および観察領域全体を走査し、
前記複数の音響トランスデューサの数は、１０個以上であり、前記複数の音響トランスデューサによって送信される入射音波の数ｎより多い、
送信/受信ステップと、
（ｂ）復号化ステップであって、そのステップの間に、ｎ個の基本反射波Ｒ０ｉ（ｔ）は、検出された前記ｎ個の反射波Ｒｉ（ｔ）を線形結合することによって決定され、式（２）に対応し、

【数4】

ここで、Ｈｄは次数ｎの正方行列であって、行列ＨｃおよびＨｄは、Ｈｃ.Ｈｄ＝Ｄとなるようなものであり、Ｄは、全ての対角要素ｄｉｉが非ゼロである次数ｎの対角行列であり、

【数5】

は、成分として前記ｎ個の反射波を有するベクトルであり、

【数6】

は、成分として前記ｎ個の基本反射波を有するベクトルである、復号化ステップと、
（ｃ）画像構築ステップであって、そのステップの間に、合成画像は、前記ｎ個の基本反射波Ｒ０ｉ（ｔ）から生成される、画像構築ステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記複数の音響トランスデューサの数は１００以上であり、前記複数の音響トランスデューサによって送信される入射音波の数ｎは４以上２０以下である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記行列ＨｃおよびＨｄは、Ｈｃ・Ｈｄ＝Ｄであるようなものであり、Ｄは、全ての対角要素ｄｉｉが１より大きい次数ｎの対角行列である、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

ｎは、偶数の非ゼロの自然数である、請求項１から３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

行列Ｈｃは、次数ｎのアダマール行列であり、行列Ｈｄは、行列Ｈｃの転置である、請求項１から４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

前記入射音波Ｅｉ（ｔ）の各々は、複数の時間信号Ｅｉｊ（ｔ）によって表され、各時間信号は、トランスデューサ配列の一部であるトランスデューサで前記音波を表し、 前記複数の時間信号Ｅｉｊ（ｔ）は、振幅および時間的形において全て互いに異なる、
請求項１から５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

撮像されるべき前記媒体（１）は、生きたヒトまたは動物の生体組織を含む、請求項１から６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

音響撮像装置であって、
（ａ）音響トランスデューサの配列（２）の手段によって、撮像されるべき媒体内の観察領域内に一連のｎ個の入射音波Ｅｉ（ｔ）を連続して送信するために適合された送信手段（１３，２）であって、
前記ｎ個の入射音波Ｅｉ（ｔ）の各々は、ｎ個の基本的な入射波Ｅ０ｉ（ｔ）を次の式に対応する方法で線形結合することによって得られ、

【数7】

ここで、Ｈｃは、次数ｎの正方行列であり、

【数8】

は、成分として前記ｎ個の入射音波を有するベクトルであり、

【数9】

は、成分として前記ｎ個の基本入射波Ｅ０ｉ（ｔ）を有するベクトルであり、
前記基本入射波Ｅ０ｉ（ｔ）は、平面波または発散波またはｎ個の異なる波面をそれぞれ有する空間において異なる点に集束された波であり、
前記ｎ個の基本入射波の各基本入射波Ｅ０ｉ（ｔ）は、音響トランスデューサの前記配列（２）の複数の音響トランスデューサによって送信され、および観察領域全体を走査し、
前記複数の音響トランスデューサの数は、１０個以上であり、前記複数の音響トランスデューサによって送信される入射音波の数ｎより多い、
送信手段と、
（ｂ）前記ｎ個の入射波の前記送信に続いて撮像されるべき媒体によってそれぞれ反射さ
れるｎ個の反射波Ｒｉ（ｔ）の音響トランスデューサの前記配列（２）によって連続して検出するために適合された受信手段（２，１３）と、
（ｃ）式（２）に対応する方法で、前記検出されたｎ個の反射波Ｒｉ（ｔ）を線形結合することによってｎ個の基本反射波Ｒ０ｉ（ｔ）を決定するために適合された復号化手段（１３）であって、

【数10】

ここで、Ｈｄは次数ｎの正方行列であって、行列ＨｃおよびＨｄは、Ｈｃ.Ｈｄ＝Ｄとなるようなものであり、Ｄは、全ての対角要素ｄｉｉが非ゼロである次数ｎの対角行列であり、

【数11】

は、成分として前記ｎ個の反射波を有するベクトルであり、

【数12】

は、成分として前記ｎ個の基本反射波を有するベクトルである、復号化手段と、
（ｄ）前記ｎ個の基本反射波Ｒ０ｉ（ｔ）から合成画像を生成するために適合された画像構築手段（１３）と、
を含む、音響撮像装置。

【請求項9】

前記複数の音響トランスデューサの数は１００以上であり、前記複数の音響トランスデューサによって送信される入射音波の数ｎは４以上２０以下である、請求項８に記載の音響撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、音響撮像方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

文献EP2101191およびMontaldoらによる「Coherent plane-wave compounding for very high frame rate ultrasonography and transient elastography」(IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control 2009 March; 56(3): 489-506)と題する論文は、音響トランスデューサの配列が、撮像されるべき媒体において、平面または発散の、一連のｎ個の入射音波Ei(t)を連続して送信する音響撮像方法を記載しており、ｎ個の入射波は、撮像されるべき媒体において伝播され、ｎ個の反射波をそれぞれ生成し、およびトランスデューサ配列は、反射波の代表的な信号を検出する。

【発明の概要】

【0003】

この方法は、画像取得速度および画像定義の観点では、かなりの進歩を可能にしている。

【0004】

しかしながら、このタイプの方法は、撮像されるべき媒体において、特に生体組織において超音波の減衰によって、取得された画像の解像度が深度とともに急速に減衰するという欠点を有する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この問題に対する１つの解決策は、送信される超音波の振幅を増加することである。しかし、この大きさは、超音波トランスデューサ及び／又はトランスデューサを制御する電子機器及び／又は医療アプリケーションに事実上関する安全基準によって指示された特定
の閾値を超えて増加させることができない。

【0006】

送信された信号の時間的なまたは空間的な符号化に基づく別の解決策が提案されているが、これらの解決策は、実際には従来の超音波撮像装置では使用できない、複雑で高価な送信電子機器の使用を必要とする。

【0007】

本発明は、これらの欠点を克服し、およびそれが実施される音響撮像装置の複雑さまたはコストを大幅に増加することなく、撮像速度を損なうことなく解像度を改善することを可能にする音響撮像方法を提供する。

【0008】

この目的を達成するために、本発明は以下のステップを含む超音波撮像方法を提供する。
（ａ）送信／受信ステップであって、そのステップの間に、音響トランスデューサの配列が、撮像されるべき媒体の一部である観察領域内に一連のｎ個の入射音波Ｅｉ（ｔ）を連続して送信し、および音響トランスデューサの前記配列は、前記ｎ個の入射音波の前記送信に続いて撮像されるべき前記媒体によってそれぞれ反射されるｎ個の反射波Ｒｉ（ｔ）を検出する、送信／受信ステップであって、ここでｎは少なくとも２に等しい自然数であり、前記入射音波は、ｎ個の基本的な入射波E0i(t)を次の式に対応する方法で線形結合することによって得られ、

【数1】

ここで、Hc は、次数ｎの正方行列であり（符号化行列と呼ばれる）、

【数2】

は、成分としてｎ個の入射波を有するベクトルであり、

【数3】

は、成分としてｎ個の基本入射波を有するベクトルであり、前記基本入射波は、平面波または発散波またはｎ個の異なる波面をそれぞれ有する空間において異なる点に集束された波であり、
各基本入射波は、音響トランスデューサの前記配列の複数の音響トランスデューサによって送信され、および前記観察領域全体を走査する、送信/受信ステップ。
（ｂ）復号化ステップであって、そのステップの間に、ｎ個の基本反射波R0i(t)は、検出されたｎ個の反射波Ri(t)を線形結合することによって決定され、式（２）に対応し、

【数4】

ここで、λは非ゼロ定数であり、
Hdは次数ｎの正方行列であって（復号化行列と呼ばれる）、行列HcおよびHdは、Hc.Hd = Dとなるようなものであり、Dは、全ての対角要素diiが非ゼロである次数ｎの対角行列であり、

【数5】

は、成分としてｎ個の反射波を有するベクトルであり、

【数6】

は、成分としてｎ個の基本反射波を有するベクトルである、復号化ステップ。
（ｃ）画像構築ステップであって、そのステップの間に、合成画像は、ｎ個の基本反射波R0i(t)から生成される、画像構築ステップ。

【0009】

従って本発明は、入射波のバースト数を増加させる必要なく（および、したがってフレームレートを低下させることなく）、超音波装置の複雑さを増加する必要なく、および入射音波の振幅を増加する必要なく、取得された超音波画像の解像度を大幅に向上することができる。

【0010】

実際には、ｎ個の基本反射波R0i(t)は、ｎ個の基本入射波E0i(t)を別々に送信し、次いで対応する反射波をキャプチャすることによって得られるであろう信号のそれぞれ代表であるが、該ｎ個の基本反射波R0i(t)は、ｎ個の基本入射波E0i(t)を別々に送信することによって検出されるであろう信号の振幅よりも大きい振幅を有し、これは解像度を向上する。

【0011】

この振幅、ひいては解像度の増加は、各基本反射波R0i(t)が入射波のｎ個のバーストからの情報を結合するため、情報が豊富である。

【0012】

本発明は、特に文献EP2101191に記載されているように、平面波または発散波または多焦点波のｎ個のバーストから超音波画像を合成する全ての方法に用いられることができ、例えば、せん断波の撮像、血管ネットワークの撮像（高感度ドップラ撮像または別のもの、特に脳の機能的撮像）等である。

【0013】

本発明に従った方法の様々な実施形態において、以下の構成の内の１つまたは複数を場合により使用してもよい。
・行列HcおよびHdは、Hc.Hd = Dであるようなものであり、Dは、全ての対角要素diiが１より大きい次数ｎの対角行列である。
・ｎは、偶数の非ゼロの自然数である。
・行列Hcは、次数ｎのアダマール行列であり、行列Hdは、行列Hcの転置である。
・音波の各々は、複数の時間信号によって表され、各時間信号は、前記トランスデューサ配列の一部であるトランスデューサで音波を表す。
・該方法は、復号化ステップの後にさらに、合成画像がｎ個の基本反射波R0i(t)から生成される画像構築ステップを含む。

【0014】

本発明はまた、上記のような方法を実装するための装置に関し、
（ａ）音響トランスデューサの配列の手段によって、撮像されるべき媒体内の観察領域内に一連のｎ個の入射音波Ei(t)を連続して送信するために適合された送信手段であって、入射音波は、ｎ個の基本入射波E0i(t)を次の式に対応する方法で線形結合することによって得られ、

【数7】

ここで、Hcは、次数ｎの正方行列であり、

【数8】

は、成分としてｎ個の入射波を有するベクトルであり、

【数9】

は、成分としてｎ個の基本入射波を有するベクトルであり、基本入射波は、平面波または発散波またはｎ個の異なる波面をそれぞれ有する空間において異なる点に集束された波であり、
各基本入射波は、音響トランスデューサの配列の複数の音響トランスデューサによって送信され、および観察領域全体を走査する、送信手段と、
（ｂ）ｎ個の入射波の送信に続いて撮像されるべき媒体によってそれぞれ反射されるｎ個の反射波Ri(t)の音響トランスデューサの配列によって連続して検出するために適合された受信手段と、
（ｃ）式（２）に対応する方法で、検出されたｎ個の反射波Ri(t)を線形結合することによってｎ個の基本反射波R0i(t)を決定するように適合された復号化手段であって、

【数10】

ここで、Hdは次数ｎの正方行列であって、行列HcおよびHdは、Hc.Hd = Dとなるようなものであり、Dは、全ての対角要素diiが非ゼロである次数ｎの対角行列であり、

【数11】

は、成分としてｎ個の反射波を有するベクトルであり、

【数12】

は、成分としてｎ個の基本反射波を有するベクトルである、復号化手段と、
（ｄ）ｎ個の基本反射波R0i(t)から合成画像を生成するように適合された画像構築手段と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0015】

本発明の他の特徴及び利点は、非限定例として添付の図面を参照して示される、その実施形態のうちの１つの以下の説明から明らかとなろう。

【図1】本発明の実施形態に従った方法を実装するための装置の概略図である。

【図2】図１の装置のブロック図である。

【図3】合成画像を生成するために連続して送信された異なる入射音波の成分基本入射波を示す一連のタイミング図である。

【図4a】脳の血管系を表す超高速のドップラ画像であり、４ａおよび４ｃは、本発明を用いない合成撮像によって２つの異なる平面で取得され、図４ｂおよび４ｄは、本発明を用いて合成撮像によって同じ平面でそれぞれ取得された、図である。

【図4b】脳の血管系を表す超高速のドップラ画像であり、４ａおよび４ｃは、本発明を用いない合成撮像によって２つの異なる平面で取得され、図４ｂおよび４ｄは、本発明を用いて合成撮像によって同じ平面でそれぞれ取得された、図である。

【図4c】脳の血管系を表す超高速のドップラ画像であり、４ａおよび４ｃは、本発明を用いない合成撮像によって２つの異なる平面で取得され、図４ｂおよび４ｄは、本発明を用いて合成撮像によって同じ平面でそれぞれ取得された、図である。

【図4d】脳の血管系を表す超高速のドップラ画像であり、４ａおよび４ｃは、本発明を用いない合成撮像によって２つの異なる平面で取得され、図４ｂおよび４ｄは、本発明を用いて合成撮像によって同じ平面でそれぞれ取得された、図である。

【図5】図５ａおよび５ｂは、本発明を用いて、および用いずに合成撮像によって得られた、ヒト組織におけるせん断波の伝播を示す弾性図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

様々な図において、同じ参照番号は同じまたは同様の要素を示す。

【0017】

図１および図２は、例えば周波数２～４０ＭＨｚの間、特に２～１０ＭＨｚの間で超音波圧縮波を送信または受信することにより、撮像されるべき媒体１、例えば研究対象のヒトまたは動物の組織の合成超音波撮像を行うための装置の例を示す。生成された超音波画像は、媒体１の一部に対応し、ここでは観察領域として参照される。

【0018】

超音波の送信および受信は、例えば数百のトランスデューサ２ａ（例えば、少なくとも１００）を含むｐ個の超音波トランスデューサ2a (T1-Tn)の配列２の手段で発生することができ、配列２は、場合により２次元（２Ｄ）画像を生成するように適合された例えばトランスデューサ（１Ｄ配列）の線形配列であり、または場合により３次元（３Ｄ）画像を生成するために適合された２次元配列である。

【0019】

撮像装置はまた、例えば、
・トランスデューサ配列２を制御し、トランスデューサ配列に超音波を送信させるように構成され、トランスデューサ配列によって受信した信号を検出する、電子回路３
・電子回路３を制御し、前記検出された信号から得られた超音波画像を見るためのコンピュータ４または類似の装置
も含む。

【0020】

図２に示すように、電子回路３は、例えば、
・トランスデューサ配列２のｐ個のトランスデューサΤ1-Τpに個別に接続されたｐ個のアナログ／デジタル変換器１１（A/Dj）
・ｐ個のアナログ／デジタル変換器１１にそれぞれ接続されたｐ個のバッファ１２(Bj)
・バッファ１２およびコンピュータ４と通信し、トランスデューサ配列２に送られた、および前記トランスデューサ配列から受信した、信号を処理するように構成される、プロセッサ１３（ＣＰＵ）
・プロセッサ１３に接続されたメモリ１４（ＭＥＭ）
を含んでもよい。

【0021】

図１および２に表された撮像装置は、特に文献EP2101191において記述されているように、媒体１の合成超音波撮像を行うために適合されている。

【0022】

この撮像方法において、いくつかの主要なステップが識別されることができる。すなわ
ち、
（ａ）送信／受信ステップ
（ｂ）復号化ステップ
（ｃ）画像構築段階

【0023】

これらのステップを詳細に説明する。送信および復号化ステップは、上述した符号化行列Hcおよび復号化行列Hdを使用する。

【0024】

これらの符号化Hcおよび復号化Hd行列は、次数ｎの正方行列であり、ｎは少なくとも２に等しい自然数、好ましくは偶数であり、ｎは例えば２から１００の間であり、有利には、４と２０の間である。

【0025】

符号化行列Hcおよび復号化行列Hdは、Hc.Hd = Dであるようなものであり、Dは、全ての対角要素diiが非ゼロの次数ｎの対角行列である

【0026】

好ましくは、Ｄは、全ての対角要素が正、好ましくは１より大きい次数ｎの対角行列であってもよい。

【0027】

より好ましくは、行列Hcは、次数ｎのアダマール行列Hnに比例し、行列Hdは、行列Hcの転置であってもよい。

【0028】

言い換えると、

【数13】

であって、ここでλは、非ゼロ定数である。

【0029】

アダマール行列Hnの例は、ｎ＝２およびｎ＝４について以下に与えられる。
ｎ＝２について

【数14】

ｎ＝４について

【数15】

【0030】

符号化行列がアダマール行列(Hc=Hn)である場合、上記対角行列Ｄは恒等行列のｎ倍に等しい（言い換えると、Ｄの全ての対角要素diiはｎに等しい）。

【0031】

（ａ）送信／受信ステップ
（ａ１）送信
送信／受信ステップの間、プロセッサ１３は、トランスデューサ配列２に一連のｎ個の入射音波Ei(t)、特に前述の超音波を媒体１に連続的に送信させる。入射音波は、一般にマイクロ秒未満のパルス、通常は中心周波数における超音波の約１～１０周期である。入射波のバーストは、例えば約５０から２００マイクロ秒だけ互いに離れていてもよい。

【0032】

それぞれの入射音波は、平面波または発散波またはｎ個の異なる波面をそれぞれ有する空間内の異なる点に集束される波のいずれかであるｎ個の基本（elemental）入射波E0i(t)を線形結合することによって得られる。

【0033】

EP2101191に開示されているように、これらの基本波は、媒体１内の撮像されるべき領域全体を走査するために、複数のトランスデューサ（好ましくは少なくとも１０のトランスデューサ、および通常は配列２のｐ個のトランスデューサ）によってそれぞれ送信されるであろうものである。

【0034】

この線形結合は、次の式に対応する方法で行われる。

【数16】

ここで

【数17】

は、ｎ個の入射波を成分として有するベクトルであり、

【数18】

は、ｎ個の基本入射波を成分として有するベクトルである。

【0035】

入射音波は、あらかじめ計算され、例えばメモリ１４に保存されることができる。

【0036】

各基本入射波は、音響トランスデューサの配列２の複数の音響トランスデューサによって送信され、観察領域全体を走査する。

【0037】

有利なことに、ｎ個の入射音波Ei(t)のそれぞれは、トランスデューサ配列２の様々なトランスデューサTjによってそれぞれ送信された入射音波を表す複数の時間信号Eij(t)によって表されることができる。従って、Ei(t)はベクトルEi(t)=[Eij(t)]によって表されることができる。

【0038】

同様に、ｎ個の基本入射波E0i(t)の各々は、前記トランスデューサ配列２の異なるトランスデューサTjで前記基本入射波をそれぞれ表す複数の時間信号E0ij(t)によって表されることができる。従ってE0i(t)、は、ベクトルE0i(t)=[E0ij(t)]によって表されることができる。

【0039】

同じ送信波Ei(t)に対して、従って定数iにおいて信号Eij(t)が、それらの振幅および時間的形において全て互いに異なり、ここで行われる符号化は時空間符号化であることに留意されたい。

【0040】

トランスデューサｊによって送信された各信号Eij(t)は、基本信号Eij0(t)の線形結合であり、この線形結合は、上述の式（１）

【数19】

から導かれる。行列Hcは非ゼロ係数を有するので、上記線形結合も非ゼロ係数を有し、言い換えると、各トランスデューサjによって送信される信号Eij(t)は、異なる基本波i（合計ｎ個の基本波）に対応する全ての基本信号Eij0(t)の非ゼロ係数（例えば、アダマール行列の場合は＋１または－１）との線形結合である。

【0041】

１つのトランスデューサｊから別のトランスデューサへの信号Eij0(t)も、それらの時間的な形の点で異なり、これは基本波の所望された形状を取得するために必要である。

【0042】

さらに、様々な成分Eij0(t)は、非ゼロ信号であるので、線形結合は有効であり、各信号Eij(t)は、信号Eij0(t)と異なる。

【0043】

図３は、ｎ＝４の特別な場合を図示しており、入射音波Ei(t)は、異なる傾きの平面波E0i(t)である４つの基本入射波の線形結合であり、波面はトランスデューサ配列に対して平行なＸ軸に沿って、時間ｔの関数として表される。この例において、使用される符号化行列は、上述のアダマール行列H4である。

【0044】

線形係数－１(-E0i(t))を割り当てられた平面波は、細い線によって表され、線形係数＋１(+E0i(t))を割り当てられた平面波は、実線で表される。波E1(t)およびE2(t)について図３の上部詳細図に示されるように、基本入射波E0i(t)の波形は、例えば約３周期持続する減衰正弦曲線であることができ、平面波はE0i(t)と単純に反対の波形を有する線形係数-1(-E0i(t))を割り当てられる。

【0045】

（ａ２）受信
各入射音波Ei(t)は、対応する反射波Ri(t)を返す媒体１を介して伝播する。次の入射音波を送信する前に、トランスデューサ配列２は、反射波Ri(t)を検出し、次いでプロセッサ１３に送信され、メモリ１４に記憶される。

【0046】

反射波Ri(t)は、トランスデューサ配列２の様々なトランスデューサTjによってそれぞれ検出された前記反射波を表す複数の時間信号Rii(t)として記憶される。従って、Ri(t)は、ベクトルRi(t)=[Rij(t)]によって表されることができる。

【0047】

（ｂ）復号化ステップ
ｎ個の入射音波Ei(t)を受信し、ｎ個の反射波Ri(t)を受信した後、プロセッサ１３は、検出されたｎ個の反射波Ri(t)を線形結合することによってｎ個の基本反射波R0i(t)を決定する、復号化ステップを行い、次の式に対応する。

【数20】

ここで、

【数21】

は、成分としてｎ個の反射波を有するベクトルであり、

【数22】

は、成分としてｎ個の基本反射波を有するベクトルである。

【0048】

基本反射波R0i(t)は、トランスデューサ配列２の異なるトランスデューサTjで前記基本反射波を代表する複数の時間信号R0ij(t)の形で検出される。従って、R0i(t)は、ベクトルR0i(t)=[R0ij(t)]によって表されることができ、またはより一般的には、Ｋ個の時間tkで時間サンプリングした後の、正確にR0i(t)=[R0ijk(tk)]である行列によって表されることができる。

【0049】

（ｃ）画像構築ステップ
復号化ステップ（ｂ）の後、プロセッサ１３は、例えば、文献EP2101191またはMontaldoらの「Coherent plane-wave compounding for very high frame rate ultrasonography and transient elastography」(IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control 2009 March; 56(3): 489-506)と題する論文に教示されている、合成画像がｎ個の基本反射波R0i(t)から生成される、画像構築ステップを実行する。

【0050】

先に示したように、行列形式R0i(t)=[R0ijk(tk)]において一般に表される、基本反射波R0i(t)は、前述の文献において記載れた方法の初期の未加工データ（または“RF rawデータ”）の行列を構成する。具体的には、RF rawデータのｎ個の行列R0i(t)から、プロセッサ１３は、撮像されるべき媒体１のＭ個の点Pm(x,z)（仮想焦点と呼ばれる）でそれぞれコヒーレント合成ＲＦデータ行列を計算し、ｍは１とＭの間の整数であり、ｘは線形トランスデューサ配列２の場合にトランスデューサ配列２に平行なＸ軸上のポイントPmの横軸であり（二次元配列２の場合には、ｘはx,ｙで置き換えられる）、およびｚは、Ｘ軸に垂直なＺ軸に沿った媒体１における深度である。コヒーレント合成ＲＦデータのこれらのＭ個の行列の各々は、トランスデューサが点Pmに集束された入射波を送信する場合、ｐ個のトランスデューサTjによってそれぞれ検出されるであろう信号に対応するｐ個の時間信号RFcoherentm,j(t)を含む。

【0051】

コヒーレントＲＦデータの行列は、特に文献EP2101191またはMontaldoらの「Coherent plane-wave compounding for very high frame rate ultrasonography and transient elastography」(IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control 2009 March; 56(3): 489-506)と題する論文に記載された原理に従って、例えば超音波圧縮波のための媒体１にわたって均一な伝播速度ｃを仮定することによって得られる。

【0052】

各基本入射波E0i(t)に対応する平面波の伝播の方向が分かっており、および伝播速度ｃが分かっているので、プロセッサ１３は、各点Pmに対して、基本入射波iの点Pmまでの伝搬時間τec(i,m)と、点PmからトランスデューサTjまでの基本反射波の伝播時間τrec(i,m,j)を計算することができ、従って、往復の合計時間は、τ(i,m,j) = τec(i,Pm) + τrec(i,Pm,j)である。

【0053】

仮想焦点Pmに対応するトランスデューサTjのための空間的コヒーレント信号は、次の式を使用して計算される。

【数23】

ここで、B(i)は、各基本入射波iの寄与を重み付けするための関数である（係数B(i)が全て１に等しくてもよい）。

【0054】

例えば、前述の文献EP2101191またはMontaldoらの論文で説明されているように、媒体１の収差の影響を補正することによって、コヒーレントデータ行列RFcoherentmjを改良してもよい。

【0055】

次いでプロセッサ１３は、前述の文献EP2101191またはMontaldoらの論文で説明されているような、従来の受信ビームフォーミングを実行し、超音波画像を取得し、及び／又はより精巧な処理（例えば、ドップラまたはカラードップラ画像の計算）を適用することができ、これらはそれ自体が公知である。

【0056】

トランスデューサ配列２が２次元であるとき、または基本入射波または基本反射波が発散しているとき、画像構築方法は類似である。

【0057】

全ての場合において、結果として生じた画像は、平面波の送信を介した従来の合成撮像によって得られた画像と比較して、明らかに高い解像度を示す（文献EP2101191またはMontaldoらの論文によって記載されているように）。

【0058】

従って、超高速ドップラ画像の図４ａおよび４ｃは、平面波の送信を用いて（本発明を用いず）合成撮像によって２つの異なる面において実行される、ラット脳の血管新生を示しているが、図４ｂおよび４ｄは、本発明を用いた合成撮像を使用して同じ面においてそれぞれ実行された。すなわち、図４ｂおよび４ｄの画像の明らかに増加した解像度が肉眼で見える。

【0059】

同様に、図５ａおよび５ｂは、それぞれ本発明を用いず、および本発明を用いて合成撮像によって得られた、ヒト組織のせん断波の伝播を表す弾性画像である。すなわち、図５ｂの画像の優れた解像度は、肉眼で見える。

【符号の説明】

【0060】

１ 媒体
３ 電子回路
４ コンピュータ
１１ アナログ／デジタル変換器
１２ バッファ
１３ プロセッサ（ＣＰＵ）
１４ メモリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図5a】

【図5b】