[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP3133764B2 - Acoustic image forming device - Google Patents

Acoustic image forming device

Info

Publication number
JP3133764B2
JP3133764B2 JP07527827A JP52782795A JP3133764B2 JP 3133764 B2 JP3133764 B2 JP 3133764B2 JP 07527827 A JP07527827 A JP 07527827A JP 52782795 A JP52782795 A JP 52782795A JP 3133764 B2 JP3133764 B2 JP 3133764B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
acoustic
medium
programmed
complex
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP07527827A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH08508925A (en
Inventor
スピビー,ブレット,エー.
マーティン,ピーター,ジェー.
パーマー,ダグラス,エー.
オットー,グレゴリー
クラム,ロバート,エム.
Original Assignee
サーモトレックス コーポレーション
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/232,741 external-priority patent/US5435312A/en
Priority claimed from US08/232,740 external-priority patent/US5417218A/en
Application filed by サーモトレックス コーポレーション filed Critical サーモトレックス コーポレーション
Publication of JPH08508925A publication Critical patent/JPH08508925A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3133764B2 publication Critical patent/JP3133764B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/46Ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic devices with special arrangements for interfacing with the operator or the patient
    • A61B8/461Displaying means of special interest
    • A61B8/463Displaying means of special interest characterised by displaying multiple images or images and diagnostic data on one display
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/13Tomography
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02881Temperature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8977Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using special techniques for image reconstruction, e.g. FFT, geometrical transformations, spatial deconvolution, time deconvolution

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この出願は、1991年5月31日出願の整理番号07/708,3
54号の一部継続出願である、1992年6月1日出願の整理
番号第07/891,851号の一部継続出願である。この発明
は、画像形成システム及び方法に関し、特に数学的な方
法及び音響波データを使用して対象物の内部画像を形成
するシステム及び方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION This application is filed on May 31, 1991 with the serial number 07 / 708,3.
It is a continuation-in-part application of Serial No. 07 / 891,851, filed on June 1, 1992, which is a continuation-in-part application of No. 54. The present invention relates to an image forming system and method, and more particularly to a system and method for forming an internal image of an object using mathematical methods and acoustic wave data.

X線計算断層X線写真法(X線CT)で利用されるよう
な従来のファンビーム送信断層X線写真法においては、
このファンビームが多くの異なる軌道に沿って媒体を精
査するときX線のファンビームの減衰が測定される。こ
れらの減衰投影画像に含まれる情報は、使用されて媒体
の断層X線写真画像を再構成する。(画像の分解能及び
精澄性で明らかにされた)X線CTの成功は、基本的に
は、入射X線ビーム の非常に短い波長に関連している。この数学的な再構成
技術は、幾何学的な光線近似法を仮定するものであり、
極めて簡略化されている。
In conventional fan-beam transmission tomography, such as used in X-ray computed tomography (X-ray CT),
As the fan beam probes the media along many different trajectories, the attenuation of the X-ray fan beam is measured. The information contained in these attenuated projection images is used to reconstruct a tomographic x-ray image of the medium. The success of X-ray CT (as revealed by the resolution and clarity of the image) is basically due to the incident X-ray beam Related to very short wavelengths. This mathematical reconstruction technique assumes a geometric ray approximation,
It has been greatly simplified.

超音波断層写真法では、音響波長 は、媒体の非均質物の規模サイズのオーダであり、音響
波の回折効果は無視できない。この場合、音波の減衰
は、回折、屈折、反射及び吸収のような分散効果により
実質的に影響を受ける。従来のX線CTで使用された簡略
化になる数学的再構成アルコリズムは、この場合に利用
できない。
In ultrasound tomography, the acoustic wavelength Is of the order of magnitude of the size of the non-homogeneous medium in the medium, and the diffraction effects of acoustic waves cannot be ignored. In this case, the attenuation of sound waves is substantially affected by dispersion effects such as diffraction, refraction, reflection and absorption. The simplified mathematical reconstruction algorithm used in conventional X-ray CT is not available in this case.

超音波回折断層写真(UDT)技術は、関係を有する音
響波長に関連する分散効果に充分な考慮をはかって音響
波データから媒体の断層写真画像を数学的に再構成しよ
うとするものである。これは、全波方程式、すなわち、
X線CTで使用される幾何学的な波近似再構成法よりも展
開すべき且つ実施すべき更にいっそう困難な問題を考慮
することにより行われる。UDT技術は、対象物の境界の
外側で検出された一組の分散波データから音響波を半分
通す対象物の内部構造を決定しようとするものである。
ボーン(Born)近似法(E.Wols,“Three−dimensional
Structure Determination of Semi−Transparent
Objects from Holographic Data".Opt.Comm.153−
156(1969)及びリトフ(Rytov)近似法(A.j.Devaney,
“Inverse Scattering Within the Rytov approxi
mations"、Opt.Lett,6,374(1981))を使用する簡略化
されたアルゴリズムを含むいくつかのこれらの数学的な
技術が理論的に考慮された。ボーン近似法及びリトフ近
似法は、画像形成の媒体が音響波の弱い分散であり、そ
して、音響波が媒体内において大きな位相シフトを経験
しないということを仮定している。コンピュタ集中全波
再構成アルゴリズム(S.Johnson及びM.Tracy,「Inverse
Scattering Solution By a Sinc Basis、Multi
ple Source,Moment Method"Ultrasonic Imaging
5、361−375(1983)及びその中の参考文献)は、ボー
ン近似法またはリトフ近似法の有効性の範囲内には存在
しない条件下での媒体の画像形成のために提案されてい
る。従来技術の特許には、Devaney(米国特許第4,598,3
66号及び同第4,594,662号)及びJohnson(米国特許第4,
662,222号)がある。Johnsonの特許は、画像形成の対象
物内の全ての点における音速の最初の評価を形成し、音
速マップ(一種の画像)を計算し、そして、このマップ
を更新する反復アルゴリズムを開示している。この方法
は、残りのエラーパラメータが充分に小さくなるまで反
復される。Devaneyの特許は、フィルタードバック伝搬
(filtered back propagation)と呼ばれる技術で、
ボーン反転及びリトフ反転を用いてデータから直接画像
を形成する。
Ultrasonic diffraction tomography (UDT) technology seeks to mathematically reconstruct a tomographic image of a medium from acoustic wave data with due consideration of the dispersion effects associated with the acoustic wavelengths of interest. This is the full-wave equation,
This is done by considering an even more difficult problem to develop and implement than the geometric wave approximation reconstruction method used in X-ray CT. UDT technology seeks to determine the internal structure of an object through which acoustic waves pass halfway from a set of dispersive wave data detected outside the boundaries of the object.
Born approximation (E.Wols, “Three-dimensional
Structure Determination of Semi-Transparent
Objects from Holographic Data ".Opt.Comm.153-
156 (1969) and the Rytov approximation (AjDevaney,
“Inverse Scattering Within the Rytov approxi
mations ", Opt. Lett, 6, 374 (1981)), several of these mathematical techniques were considered in theory, including a simplified algorithm. Assume that the medium is a weak dispersion of the acoustic wave and that the acoustic wave does not experience a large phase shift in the medium.Computer-lumped full-wave reconstruction algorithms (S. Johnson and M. Tracy, " Inverse
Scattering Solution By a Sinc Basis, Multi
ple Source, Moment Method "Ultrasonic Imaging
5, 361-375 (1983) and references therein) have been proposed for imaging media under conditions that do not fall within the validity of the Bone or Litoff approximations. Prior art patents include Devaney (U.S. Pat. No. 4,598,3).
Nos. 66 and 4,594,662) and Johnson (U.S. Pat.
No. 662,222). Johnson's patent discloses an iterative algorithm that forms an initial estimate of the speed of sound at every point within the object being imaged, calculates a sound speed map (a type of image), and updates this map. . This method is repeated until the remaining error parameters are small enough. Devaney's patent is a technology called filtered back propagation,
An image is formed directly from the data using bone inversion and Litov inversion.

発明の要約 本発明の目的は、超音波を媒体に当てて音響ホログラ
ムを作り、この媒体から分散された超音波に関する情報
を記録し、そして、この媒体の画像を迅速且つ効率的に
構成するためにその情報を使用するシステム及び方法を
提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to create an acoustic hologram by applying ultrasonic waves to a medium, to record information about the ultrasonic waves dispersed from the medium, and to quickly and efficiently construct an image of the medium. To provide systems and methods for using that information.

この発明は,画像形成対象を囲む円の上に音響波の波
長の半分より小さい距離だけ多数のトランスチューサを
離間配置した音響画像形成装置を提供する。信号発生器
は、100kHzないし1.5MHzの範囲の離散的な音響周波数を
発生する。マルチプレクサシステム(1ないし8)は、
各々トランスジューサが一度に一つずつ信号を放送する
ことができるように提供され、この放送信号は、他のト
ランスジューサにより検出される。電子装置は、検出さ
れた信号を記録し、そして、この記録された情報から、
位相及び振幅データが各トランスジューサの場所に関し
て計算される。アルゴリズムをプログラムされたコンピ
ュータは、上記位相及び振幅データを使用して画像形成
対象にわたるスライス画像を形成する。各受信トランス
ジューサで音響信号の位相及び振幅の正確な決定を可能
にする単一周波数の定常状態音響信号が利用される。最
後に、データ取得時間及び人造運動物を減少させるため
に、各周波数が媒体の画像を提供する複数の離散的な識
別可能な周波数よりなる音響信号が利用される。
The present invention provides an acoustic image forming apparatus in which a large number of transducers are spaced apart from each other by a distance smaller than half the wavelength of an acoustic wave on a circle surrounding an image forming object. The signal generator generates discrete acoustic frequencies ranging from 100 kHz to 1.5 MHz. The multiplexer systems (1 to 8)
Each transducer is provided so that it can broadcast one signal at a time, the broadcast signal being detected by the other transducers. The electronic device records the detected signal and from this recorded information,
Phase and amplitude data is calculated for each transducer location. A computer programmed with the algorithm uses the phase and amplitude data to form a slice image across the object to be imaged. A single frequency steady state acoustic signal is utilized that allows accurate determination of the phase and amplitude of the acoustic signal at each receiving transducer. Finally, in order to reduce data acquisition time and artifacts, an acoustic signal is used, where each frequency consists of a plurality of discrete identifiable frequencies providing an image of the medium.

図面の簡単な説明 図1は、数学的再構成アルゴリズムを示す場合に使用
される略図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram used to illustrate the mathematical reconstruction algorithm.

図2は、本発明の正確なプロトタイプの装置で使用さ
れる電気回路のブロック線図である。
FIG. 2 is a block diagram of the electrical circuit used in the exact prototype device of the present invention.

図3は、本発明の特徴の一部を示すために使用され
た、コンピュータにより模擬された対象物の図である。
FIG. 3 is an illustration of a computer-simulated object used to illustrate some of the features of the present invention.

図4は、この模擬された対象物の単一周波数画像の実
(右)成分及び虚(左)成分である。
FIG. 4 shows a real (right) component and an imaginary (left) component of the simulated object single-frequency image.

図5は、この模擬された対象物の音速c(r、θ)
(左)マップ及び減衰μ(r,θ)(右)マップである。
FIG. 5 shows the sound speed c (r, θ) of the simulated object.
(Left) map and attenuation μ (r, θ) (right) map.

図6は、この模擬された対象物の実(右)成分及び虚
(左)成分である。これらの像は、位相ずれが訂正され
た図5に示した単一周波数像の和である。
FIG. 6 shows a real (right) component and an imaginary (left) component of the simulated object. These images are the sum of the single frequency images shown in FIG. 5 with the phase shift corrected.

図7は、模擬された対象物の合成画像である。この合
成画像は、図6に描いた音速マップと、図7に描いた画
像の実成分とを組み合わせてなる。
FIG. 7 is a composite image of the simulated object. This combined image is obtained by combining the sound speed map depicted in FIG. 6 and the real components of the image depicted in FIG.

図8は、図1ないし図3に描いたプロトタイプの装置
を使用して好適なアルゴリズムで生成した女性の乳房の
9個の画像を示す。
FIG. 8 shows nine images of a female breast generated by a suitable algorithm using the prototype apparatus depicted in FIGS.

図9は、図1ないし図3に描いたプロトタイプの装置
を使用して好適なアルゴリズムで生成した豚の腎臓の9
個の画像を示す。
FIG. 9 shows 9 pig pig kidneys generated by a suitable algorithm using the prototype device depicted in FIGS.
Shows three images.

図10は、図1ないし図3に描いたプロトタイプの装置
で生成した正常な女性の乳房の9個のスライスの画像を
示す。
FIG. 10 shows images of nine slices of a normal female breast generated with the prototype device depicted in FIGS.

図11は、図1ないし図3に描いたプロトタイプの装置
で生成した包嚢のある女性の乳房の9個のスライスの画
像を示す。
FIG. 11 shows images of nine slices of a female breast with a cyst generated with the prototype device depicted in FIGS.

図12は、図1ないし図3に描いたプロトタイプの装置
で生成した豚の腎臓の画像を示す。
FIG. 12 shows images of pig kidneys generated with the prototype device depicted in FIGS.

図13は、種々の場所で如何にスライスが得られるかを
示す胸像形成に使用されるほ発明の図解である。
FIG. 13 is an illustration of the invention used in bust formation to show how slices are obtained at various locations.

図14は、腹部像形成のために利用される本発明の図解
である。
FIG. 14 is an illustration of the present invention utilized for abdominal imaging.

図15は、生体組織検査針のために利用される本発明の
適用例の図解である。
FIG. 15 is an illustration of an application example of the present invention used for a living tissue inspection needle.

好適な実施例の詳細な説明 本発明は、複数の場所から離散的な周波数の音響波を
媒体に当てると共に、この媒体から分散された音響波を
表すデータを記録するためのシステムを提供する。この
記録されたデータから媒体の画像を計算するアルゴリズ
ムが提供される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention provides a system for applying acoustic waves of discrete frequencies from a plurality of locations to a medium and recording data representing the acoustic waves dispersed from the medium. An algorithm is provided for calculating an image of the medium from the recorded data.

A.装置類の記載 好適な実施例の一部の断面図及び画像形成の対象物の
略図が図1に示してある。この実施例では、半径ro=10
2mmの円の軌跡上に等間隔に配列された1024個の音響式
のトランスジューサ10すなわち10.1,...,10.1024が存在
している。このトランスジューサ10は、各々、音響波の
送信器または受信器のいずれかとして機能することがで
き、そして、ここで(r,θ)(または(X,Y))平面と
呼ぶ平面に近似する薄いスライスに配置されている。z
方向はこの平面に直角である。音響波を半分通すと仮定
された対象物9にトランスジューサ10が、外接してい
る。この好適な実施例では、結合流体11は、トランスジ
ューサ10と対象物9との間に音響波を有効に結合させる
ためにその円の内側の残留体積(領域として示した)内
に存在する。対象物9とこの残留体積内の結合流体11
は、今後、媒体12と称する。水と人間の組織とは、ほぼ
等しい音速及び密度を有しているので、水は、人間の組
織の画像形成に好適な流体である。他の画像形成の場
合、結合流体11としては、画像形成の対象物9の平均密
度及び音速にほぼ等しい密度ρ及び音速coを有するこ
とが好ましい結合流体を選択すべきである(塩水は、と
きどき、人間の組織と使用するには、純水よりもよ
い)。
A. Description of the Apparatus A cross-sectional view of a portion of the preferred embodiment and a schematic diagram of the object to be imaged are shown in FIG. In this embodiment, the radius r o = 10
There are 1024 acoustic transducers 10, ie 10.1,..., 10.1024, arranged at equal intervals on the locus of a 2 mm circle. The transducers 10 can each function as either a transmitter or a receiver for acoustic waves, and have a thinner approximation to a plane referred to herein as the (r, θ) (or (X, Y)) plane. Arranged in slices. z
The direction is perpendicular to this plane. A transducer 10 circumscribes an object 9 supposed to pass half an acoustic wave. In this preferred embodiment, coupling fluid 11 is in a residual volume (shown as a region) inside the circle to effectively couple acoustic waves between transducer 10 and object 9. The object 9 and the coupling fluid 11 in this residual volume
Will hereinafter be referred to as the medium 12. Water is a suitable fluid for imaging human tissue because water and human tissue have approximately equal speeds of sound and densities. For other imaging, the coupling fluid 11 should be selected to have a density ρ o and a sound velocity c o approximately equal to the average density and sound velocity of the object 9 to be imaged (salt water is And, sometimes, better than pure water for use with human tissue).

本発明の好適な実施例では、各トランスジューサ10
は,1MHzの中心周波数、60%の帯域幅を有し、そして、
互いに異なる時に音響波の受信器または送信器として作
動する。1MHz周波数のとき水中では、音響波は、λ
1.5mmで、人体の組織内ではほぼこの波長である。トラ
ンスジューサの相互の間隔は,0.65mmであって、分散波
頭の適当なサンプリングを行うために(すなわち、エイ
リアシングを避けるため)λ0/2よりも幾分小さい。こ
れにより、取得したデータから独特な画像の構成が容易
となる。この好適な実施例では、各トランスジューサ
は、(r,θ)平面内においてダイポール放射パターンを
有している。このトランスジューサ10の垂直方向の高さ
は、12mmで、各トランスジューサは、約12mmのz方向の
距離にわたってz方向にほぼ平行にされてこのトランス
ジューサから(r,θ)平面を伝搬するビームを発生す
る。従って、得られた任意の画像がトランスジューサの
高さ(すなわち、約12mmの厚さのスライス)にわたる分
散情報の平均を表すと期待することができるように、こ
のトランスジューサの垂直方向の高さに大体等しい媒体
をよぎる有効な厚さに音響波を当てて音響ホログラムを
作る。
In the preferred embodiment of the present invention, each transducer 10
Has a center frequency of 1 MHz, a bandwidth of 60%, and
Act as an acoustic wave receiver or transmitter at different times. Underwater at 1 MHz frequency, the acoustic wave is λ 0 =
At 1.5 mm, this wavelength is about the same in human tissue. Mutual spacing of the transducer is a 0.65 mm, in order to carry out proper sampling of the dispersion wavefront (i.e., for avoiding aliasing) lambda somewhat smaller than 0/2. This makes it easy to construct a unique image from the acquired data. In the preferred embodiment, each transducer has a dipole radiation pattern in the (r, θ) plane. The vertical height of the transducer 10 is 12 mm, and each transducer is made substantially parallel in the z-direction over a z-direction distance of about 12 mm to produce a beam propagating from the transducer in the (r, θ) plane. . Thus, one can expect that any image obtained will represent the average of the variance information over the height of the transducer (ie, a slice about 12 mm thick), so that the vertical height of this transducer is approximately Acoustic holograms are created by exposing acoustic waves to an effective thickness across equal media.

本実験システムの略図は、図2に示してある。トラン
スジューサリング10は、102mmの半径を持つ円に配列さ
れた1024個の音響式のトランスジューサ10.1,...,10.10
24からなる。このトランスジューサリング10は、8分円
1ないし8として示した8個の8分円に分割され、各々
の8分円は、128個のトランスジューサを含んでいる。
このトランスジューサリングには、8個のマルチプレク
サ70が結合され、この各々のマルチプレクサ70は、2チ
ャンネル64対1式の受信マルチプレクサ72、各々がこの
受信マルチプレクサ72の1チャネルに接続された二つの
増幅器74、2チャネル64ピン式の送信マルチプレクサ7
6、各々が、この2チャネル送信マルチプレクサの1チ
ャネルを駆動する二つの駆動器78、及び、アドレスレコ
ーダユニット79からなっている。データは、各々が、16
メガバイトのバッハメモリを有する8個の2チャネルア
ナログ−デジタル変換器22により集められる。システム
タイミングは、プログラマブルタイミング/制御ユニッ
ト42と、位相同期式の任意波形発生器26を駆動するプロ
グラマブルマスタクロック28により達成される。システ
ム全体は、スーパーバイザ(管理)コンピュータ30によ
り制御され、このスーパーバイザコンピュータは、高分
解能モニタ32、キーボード34、3ギガバイトハイドドラ
イブ38、及びイ−サネットリンク31と関連づけられてい
る。タイミング命令は、命令インタプリタ50を介してト
ランスジューサマルチプレクサ70に送られる。送信器信
号は、送信バッハ52を介して任意波形発生器26により発
生され、そして、トランスジューサマルチプレクサ70に
送られる。
A schematic diagram of the experimental system is shown in FIG. The transducer ring 10 consists of 1024 acoustic transducers 10.1, ..., 10.10 arranged in a circle with a radius of 102 mm.
Consists of 24. The transducer ring 10 is divided into eight octants, shown as octants 1 through 8, each octant containing 128 transducers.
Eight multiplexers 70 are coupled to the transducer ring, each multiplexer 70 being a two-channel 64-to-one receive multiplexer 72, and two amplifiers 74 each connected to one channel of the receive multiplexer 72. , 2-channel 64-pin transmission multiplexer 7
6, each comprising two drivers 78 for driving one channel of the two-channel transmission multiplexer and an address recorder unit 79. The data is 16
Collected by eight two-channel analog-to-digital converters 22 with megabytes of Bach memory. System timing is achieved by a programmable timing / control unit 42 and a programmable master clock 28 which drives a phase-locked arbitrary waveform generator 26. The entire system is controlled by a supervisor (management) computer 30, which is associated with a high resolution monitor 32, a keyboard 34, a three gigabyte hide drive 38, and an Ethernet link 31. The timing instruction is sent to the transducer multiplexer 70 via the instruction interpreter 50. The transmitter signal is generated by the arbitrary waveform generator 26 via the transmit bach 52 and sent to the transducer multiplexer 70.

ここに記載の好適なシステムの個々の要素を次に詳細
に記載する。
The individual components of the preferred system described herein will now be described in detail.

1)トランスジューサ このシステムで使用されるトランスジューサ10は、圧
電材料及び非圧電材料の複合体で構成されている。各ト
ランスジューサ10は,1MHzの中心周波数、60%の帯域幅
を有し、そして、互いに異なる時に音響波の受信器また
は送信器として作動する。1MHz周波数のとき水中では、
音響波は、λ=1.5mmで、人体の組織内ではほぼこの
波長である。隣接のトランスジューサの中心線相互の間
隔は,分散波頭の適当なサンプリングを行うために(す
なわち、エィリアシングを避けるため)水中ではλO/2
よりも幾分小さい。さらに、各トランスジューサの幅
は、λO/2より小さいので、各トランスジューサは、
(r,θ)平面内でダイポールアンテナパターンを有して
いる。このことは、送信された音響エネルギの相対振幅
は、トランスジューサの正面に垂直なベクトルに関して
測定された角度ΨのcosΨ関数に従うということを意味
する。トランスジューサ10と結合流体11との間には2つ
の音響インピーダンス整合用の層17が存在する。これら
の層17は、音響トランスジューサ10から結合流体11への
音響エネルギの結合を助ける。更に、これらの層17は、
トランスジューサ10の正面から媒体12の内部へ反射され
て戻る音響エネルギの量を最小にするのに役立つ。この
反射された音響エネルギは、それ自体、媒体12の最終画
像内における画像的人工物として現れる。トランスジュ
ーサの構成におけるいくつかの変形例を圧電材料及び非
圧電材料の複合体の代わりに利用することもできる。こ
れらには、圧電チタン酸ジルコネート(例えば、PZT5
A)、圧電フィルム(PVDF)またはコポリマで作られた
トランスジューサがある。
1) Transducer The transducer 10 used in this system is composed of a composite of a piezoelectric material and a non-piezoelectric material. Each transducer 10 has a center frequency of 1 MHz, a bandwidth of 60%, and operates as an acoustic wave receiver or transmitter at different times. Underwater at 1MHz frequency,
The acoustic wave is λ O = 1.5 mm, which is approximately this wavelength in human body tissue. The spacing between the centerlines of adjacent transducers should be λ O / 2 in water for proper sampling of the dispersive wavefront (ie, to avoid aliasing).
Somewhat smaller than. Furthermore, since the width of each transducer is smaller than λ O / 2,
It has a dipole antenna pattern in the (r, θ) plane. This means that the relative amplitude of the transmitted acoustic energy follows a cosΨ function of the angle に 関 し て measured with respect to a vector perpendicular to the front of the transducer. There are two acoustic impedance matching layers 17 between the transducer 10 and the coupling fluid 11. These layers 17 help couple acoustic energy from the acoustic transducer 10 to the coupling fluid 11. Furthermore, these layers 17
It helps to minimize the amount of acoustic energy reflected back from the front of the transducer 10 into the medium 12. This reflected acoustic energy manifests itself as an imaging artifact in the final image of the medium 12. Some variations in the transducer configuration may be used instead of a composite of piezoelectric and non-piezoelectric materials. These include piezoelectric zirconates such as PZT5
A), transducers made of piezoelectric film (PVDF) or copolymer.

2)送信器及び受信器のマルチプレクサ 送信器及び受信器のマルチプレクサとユニットは、な
るべくなら、通信装置で普通使用されるすぐ入手可能な
マルチプレクサで作られることが好ましい。ここでは、
アナログ デバイス インク(Analog Device Inc.)
のADG506装置とCom−Linear CLC522装置を使用する。
2) Transmitter and receiver multiplexers The transmitter and receiver multiplexers and units are preferably made of off-the-shelf multiplexers commonly used in communication devices. here,
Analog Device Inc.
ADG506 device and Com-Linear CLC522 device are used.

3)アドレスデコーダ このアドレスデコーダ79は、Altera Corporationに
より提供された型EP910プログラマブル論理装置であ
る。このユニットは、マルチプレクサ72、76を動作する
ようにプログラムされている。
3) Address Decoder This address decoder 79 is a type EP910 programmable logic device provided by Altera Corporation. This unit is programmed to operate the multiplexers 72,76.

4)命令インタプリタ 命令インタプリタ50は、プログラマブルタイミング/
制御モジュール42から命令を受けて、送信トランスジュ
ーサと受信トランスジューサの両方を作動させるために
マルチプレクサ70におけるアドレスデコーダ79にこの命
令を伝達する。命令インタプリタ50については、Altera
Corp.により供給される型EP1810プログラマブル論理
装置を使用する。
4) Instruction interpreter The instruction interpreter 50 has a programmable timing /
Upon receiving a command from the control module 42, the command is transmitted to the address decoder 79 in the multiplexer 70 to operate both the transmitting and receiving transducers. Altera for instruction interpreter 50
Uses a type EP1810 programmable logic device supplied by Corp.

5)プログラマブルマスタクロック プログラマブルマスタクロック28は、このシステムの
ための公知のクロック周波数を正確に発生することがで
きるコンピュータによりプログラム可能な発生器であ
る。この要素28は、このシステムの全ての要素を位相同
期させる主時間軸を発生するが、システムが、使用時に
データ収集アルゴリズムについて初期化される時に設定
される。このプログラマブルなマスタークロック28は、
WaveTek Corporationにより供給されるモデルNo.1391
のVXIモジュールである。
5) Programmable Master Clock The programmable master clock 28 is a computer programmable generator that can accurately generate known clock frequencies for this system. This element 28 generates the main time axis that synchronizes all elements of the system, but is set when the system is initialized for data collection algorithms in use. This programmable master clock 28
Model No.1391 supplied by WaveTek Corporation
VXI module.

6)プログラマブルタイミング/制御モジュール プログラマブルタイミング/制御モジュール42は、Ad
vance Micro Devices CorporationのIDT2910マイク
ロシーケンサの近くに形成されている。このプログラマ
ブルタイミング/制御モジール42は、プログラマブルマ
スタクロック28によりクロッキング制御されるプログラ
マブルビットスライスマイクロシーケンサ兼マイクロ命
令RAMで作られている。この装置は、各連続クロックサ
イクルで独特なビットパタンを発生するように設計され
ている。それは、上記マルチプレクサを初期化し、上記
命令インタプリタを制御し、サンプルクロックをアナロ
グデジタル変換器22に発生し、上記任意波形発生器をト
リガし、及び、データ収集を可能にするために使用され
る。このプログラマブルタイミング/制御モジール42
は、上記時間軸発生器に同期されるので、これらの機能
の全では、位相同期動作である。このモジール42は、以
下に記載するスーパブァイザ30のVMEバスシャーシとの
インタフェースとして設計されている。
6) Programmable timing / control module 42
Formed near the IDT2910 microsequencer from vance Micro Devices Corporation. The programmable timing / control module 42 is made of a programmable bit slice microsequencer and microinstruction RAM clocked and controlled by the programmable master clock 28. This device is designed to generate a unique bit pattern on each successive clock cycle. It is used to initialize the multiplexer, control the instruction interpreter, generate a sample clock to the analog-to-digital converter 22, trigger the arbitrary waveform generator, and enable data acquisition. This programmable timing / control module 42
Are synchronized with the time base generator, so that all of these functions are phase-locked. This module 42 is designed as an interface with the VME bus chassis of the supervisor 30 described below.

7)任意波形発生器 この任意波形発生器26は、種々のデータ取得方法に必
要な種々の任意のアナログ出力波形を発生することがで
きる位相同期形コンピュータプログラマブル発生器であ
る。それは、トランスジューサ10を介して媒体12に送信
される波形を合成するために使用される。それは、プロ
グラマブルマスタクロック28に位相同期され、そして、
プログラマブルタイミング/制御モジール42によりトリ
ガされるので、この送信された波形は、データ収集シー
ケンスに位相同期される。この任意の波形発生器26は、
Wavetek Corporationにより供給される形番号1395のVX
Iモジュールである。
7) Arbitrary Waveform Generator The arbitrary waveform generator 26 is a phase-locked computer programmable generator that can generate various arbitrary analog output waveforms required for various data acquisition methods. It is used to synthesize the waveform transmitted to the medium 12 via the transducer 10. It is phase locked to the programmable master clock 28, and
This transmitted waveform is phase locked to the data acquisition sequence as triggered by the programmable timing / control module 42. This arbitrary waveform generator 26
Model number 1395 VX supplied by Wavetek Corporation
It is an I module.

8)アナログデジタル変換器 アナログ変換器22の設計は,Signal Processing Tec
hnologiesにより供給される型SPT7922 12ビット、30MH
zアナログデジタル変換器を中心として行われている。
各チャネルは、8メガバイトの局部バッハメモリを有し
ている。アナログデジタル変換器22は、受信マルチプレ
クサ72を介して受信されたアナログデータを集め、そし
て、一時的にこのデータをデジタルバッハメモリに記憶
するようにプログラムされている。この好適なシステム
は128メガバイトのデータを記憶する容量を有する16チ
ャネルのアナログデジタル変換部を有している。
8) Analog-to-digital converter The analog converter 22 is designed by Signal Processing Tec.
Type SPT7922 12-bit, 30MH supplied by hnologies
z Mainly performed by analog-to-digital converters.
Each channel has 8 megabytes of local Bach memory. The analog-to-digital converter 22 is programmed to collect analog data received via the receive multiplexer 72 and temporarily store this data in a digital Bach memory. The preferred system has a 16-channel analog-to-digital converter with a capacity to store 128 megabytes of data.

9)コンピュータスーパヴァイザ 画形成装置の制御全体は、コンピュータスーパヴァイ
ザ30により行われる。このコンピュータスーパヴァイザ
30は、システムを初期化し、タイミングおよび制御アル
ゴリズムをコンパイル及びダウンロードし、試験機能を
実行し、生のデータを集め、そして、最終画像を発生す
るデータ編集整理アルゴリズムを実行するために使用さ
れる。この装置に対するインターフェースは、キーボー
ド34とモニタ32により提供される。3ギガバイトのハー
ドドライブ38がデータ記憶用に提供されている。イーサ
ネットリンク31は、この装置から設けられて続くオフラ
イン処理及び整理編集のためのデータ及びアルゴリズム
のダウンロードまたはアップロードを行う。スーパヴァ
イザ30は,インテル80486コンピュータファミリに基づ
くRadisys Corporationからの一連の基盤レベル製品と
Zortech Corporationにより提供されたコンパイラであ
る。
9) Computer Superviser The entire control of the image forming apparatus is performed by the computer superviser 30. This computer superviser
30 is used to initialize the system, compile and download timing and control algorithms, perform test functions, collect raw data, and execute data editing and reorganization algorithms that generate the final image. The interface to this device is provided by a keyboard 34 and a monitor 32. A three gigabyte hard drive 38 is provided for data storage. The Ethernet link 31 downloads or uploads data and algorithms provided from this device for subsequent offline processing and organizing and editing. Supervisor 30 is a suite of foundation-level products from Radisys Corporation based on the Intel 80486 computer family.
Compiler provided by Zortech Corporation.

10)重要な要素 本発明者及び共同作業者により構成されたプロトタイ
プようの装置で得られた画像は、図8ないし図11に再生
されている。これらの画像及びこれらの画像を得るため
に使用した特定のアルゴリズムは、本特許の続く部分で
詳細に述べられている。本出願人は、これらの画像は、
かって音響装置で得られた断然最良の断層写真画像であ
ると信ずる。
10) Significant elements Images obtained with a prototype-like device composed of the inventor and the co-workers are reproduced in FIGS. These images and the particular algorithm used to obtain these images are described in detail in a subsequent part of this patent. Applicants believe that these images
I believe that it is by far the best tomographic image obtained with an acoustic device.

従来技術に対して以上の改良をもたらした本システム
の主な原理は、次のハードウエアの要素の組み合わせで
ある; 1.対象物を包囲する円にほぼλ/2(ここでこのλは、媒
体12における音響波長である)よりもほぼ小さい距離離
して配置された多数のトランスジューサ、 2.(3MHzないし10MHzの範囲内の周波数で従来技術で使
用された音響波長に比較して)入射音響波の同位相波面
に対し歪が大いに減少されて女性の乳房のような人間の
組織をこの音響波が横断することができる100kHzと1.5M
Hzとの間の種々の音響周波数。この好適な実施例におけ
る音響周波数は、再構成アルゴリズムが取得データから
最終の画像を更に正確に計算することができる程充分低
い。しかし、この音響周波数は、最終画像における充分
な空間分解能を提供することができるように充分高い。
また、100kHzないし1.5MHzの範囲の音響周波数の使用に
より入射音響波の減衰量が最小になり、かくして、組織
の大きな部分の単一の大きなフォーマット画像の発生が
可能となる。
The main principle of the present system that has provided the above improvement over the prior art is the combination of the following hardware elements: 1. A circle surrounding the object is approximately λ / 2 (where λ is A large number of transducers located at a distance that is approximately less than the acoustic wavelength in the medium 12; 2. incident acoustic waves (compared to acoustic wavelengths used in the prior art at frequencies in the range of 3 MHz to 10 MHz); The distortion is greatly reduced for the in-phase wavefront of 100kHz and 1.5M, which allows this acoustic wave to traverse human tissues such as female breasts
Various acoustic frequencies between Hz. The acoustic frequencies in this preferred embodiment are low enough that the reconstruction algorithm can more accurately calculate the final image from the acquired data. However, this acoustic frequency is high enough to provide sufficient spatial resolution in the final image.
Also, the use of acoustic frequencies in the range of 100 kHz to 1.5 MHz minimizes the attenuation of incident acoustic waves, thus enabling the generation of a single large format image of a large portion of tissue.

3.各受信器トランスジューサにおける各離散的周波数毎
の音響波の位相及び振幅の正確な測定を可能にする媒体
12の離散周波数の定常状態での音響波を当てての音響ホ
ログラムの作成。
3. A medium that allows accurate measurement of the phase and amplitude of the acoustic wave at each discrete frequency at each receiver transducer
Creating acoustic holograms by applying acoustic waves in the steady state at 12 discrete frequencies.

4.画像を計算することができるデータのマドリクスを開
発するために非常に大量の音響データを迅速に記録し記
憶することが可能。
4. It is possible to record and store a very large amount of acoustic data quickly in order to develop a data madix that can calculate images.

5.音響データの発生及び収集の全ての態様を位相同期す
るための電子システム。
5. Electronic system for phase synchronization of all aspects of acoustic data generation and collection.

B.データ取得プロセスの記載 データ取得プロセスは、各トランスジューサ10.j(j
=1,...,N)に連続波単一周波数の音(周波数ω)の
送信器として順次動作させ、残りのトランスジューサ1
0.k(k=1,...,N;kNj)によって分散液の引き続く受信
を行うことを意味する。取得情報は、音響波の適用によ
る音響ホログラムの作成周波数ωα(ωαのうちの
「α」は下付き1/4角文字とする。以下同じ。)で取得
されたデータについてmjk(ωα)(j,k=1,...,N)と
呼ぶ(N−1)個の係数を持つNxN複素マトリックス
の形をしている。(N−1)=10232個の係数mjk(ω
α)(j,k=1,...,N;jNk)は、次の例で記載するように
集めてもよい。
B. Description of Data Acquisition Process The data acquisition process is described for each transducer 10.j (j
= 1,..., N), sequentially operate as a transmitter of a continuous wave single frequency sound (frequency ω 1 ),
0.k (k = 1,..., N; kNj) means that subsequent reception of the dispersion liquid is performed. Acquisition information is m jk (ωα) for data acquired at the acoustic hologram creation frequency ωα by applying an acoustic wave (“α” in ωα is a subscript / 4 character; the same applies hereinafter). j, k = 1, ..., N) and is referred to (N-1) in the form of NxN complex matrix with two coefficients. (N-1) 2 = 1023 two coefficients m jk
α) (j, k = 1, ..., N; jNk) may be collected as described in the following example.

女性の乳房のような画像形成対象9は、トランスジュ
ーサリング10の内部に置かれる。結合流体11は、対象9
とトランスジューサリング10との間に配置されている。
キーボード34からのオペレータ信号で、このシステムの
個々の要素は、コンピュータスーパヴァイザ30により初
期化される。オペレータは、取得シーケンスを開始する
ためにプログラマブルタイミング及ぶ制御モジール42に
命令を発する。タイミング/制御モジール42は、一連の
命令を命令インタプリタ50に送り、送信器及び受信器の
マルチプレクサ60のリセットを行ってそれぞれの初期状
態に戻す。
An imaging object 9, such as a female breast, is placed inside the transducer ring 10. The coupling fluid 11 is
And the transducer ring 10.
With operator signals from the keyboard 34, the individual components of the system are initialized by the computer superviser 30. The operator issues commands to the programmable timing and control module 42 to initiate the acquisition sequence. The timing / control module 42 sends a series of instructions to the instruction interpreter 50 to reset the transmitter and receiver multiplexers 60 to their initial state.

任意波形発生器26は、次に、トリガされて、送信マル
チプレクサ76を介して第一の送信器10.1に単一周波数
(ω=687kHz)の正弦波音響信号を媒体12に対して放
送させる。この送信された音響波は、媒体12に非均質物
により分散され、そして、他のN−1個のトランスジュ
ーサ10.2,...,10.1024に当たり、これらのトランスジュ
ーサは、これらの音響信号を単一周波数の電気信号に変
換する。この装置の直径2rOを横切る音響波の伝ぱん時
間の2倍に相当する時間T=270ミリ秒の後に、各トラ
ンスジューサの音響信号は、定状状態に達している。こ
のとき、各トランスジューサ10.2ないし10.1024からの
電気信号は、受信マルチプレクサ72を介して8個の2チ
ャネルアナログデジタル変換器22に送られる。各トラン
スジューサ10毎の正確なデータ取得プロセスは、次の如
く進行する。スーパヴァイザ30は、プログラマブルタイ
ミング/制御モジール42に命令を与えて各トランスジュ
ーサ10.2ないし10.1024からの4個の直角位相(quadrat
ure)測定を行わせる。A,B,C,Dと示したこれら4個の測
定値は、任意波形発生器26からの信号に位相同期した1
音響期間中における4個の短い等しく離れた区間におけ
るトランスジューサの電圧出力の測定値である。例え
ば、入力周波数が1MHz(1周期が1x10-6秒)の場合、サ
ンプルは、0.25x10-6秒間隔で取られる。複素振幅の実
部は、測定値Dから測定値Bを引き算することにより決
定され、そして、虚部は、測定値Cから測定値Aを引き
算することによって決定される。各トランスジューサに
おけるこの計算された複素振幅は、10.1からの入力信号
に比較して各トランスジューサ10.2ないし10.1024にお
ける音響波の位相振幅情報を有している。このデータ
は、一時的に、アナログデジタル変換器ユニット22のバ
ットメモリユニットに記憶される。
Arbitrary waveform generator 26 is then triggered to cause first transmitter 10.1 to broadcast a single frequency (ω 1 = 687 kHz) sinusoidal acoustic signal to medium 12 via transmit multiplexer 76. This transmitted acoustic wave is dispersed by the inhomogeneity in the medium 12 and hits the other N-1 transducers 10.2, ..., 10.1024, which convert these acoustic signals to a single frequency. To an electrical signal. After a time T = 270 ms, which is twice the propagation time of the acoustic wave across the diameter 2r O of the device, the acoustic signal of each transducer has reached a steady state. At this time, the electric signals from the respective transducers 10.2 to 10.1024 are sent to the eight 2-channel analog-to-digital converters 22 via the reception multiplexer 72. The exact data acquisition process for each transducer 10 proceeds as follows. Superviser 30 commands programmable timing / control module 42 to provide four quadrature (quadrat) signals from each transducer 10.2 to 10.1024.
ure) Allow the measurement to be performed. These four measurements, denoted A, B, C, and D, are phase synchronized with the signal from the arbitrary waveform generator 26.
5 is a measurement of the voltage output of the transducer in four short, equally spaced intervals during the acoustic period. For example, the input frequency when the 1 MHz (1 cycle is 1x10 -6 sec), samples are taken at 0.25X10 -6 seconds. The real part of the complex amplitude is determined by subtracting the measured value B from the measured value D, and the imaginary part is determined by subtracting the measured value A from the measured value C. This calculated complex amplitude at each transducer has the phase amplitude information of the acoustic wave at each transducer 10.2 to 10.1024 compared to the input signal from 10.1. This data is temporarily stored in the bat memory unit of the analog-to-digital converter unit 22.

このシステムは、信号がトランスジューサ10から平行
して記録されるように8個の2チャネルアナログデジタ
ル変換器を有している。16個のトランスジューサ10.2,1
0.66,10.129,...,10.961からの最初の信号は同時に記録
される。この16個の変換器10.2,10.66,10.129,...,10.9
61からのデータの取得後、受信マルチプレクサ72は、16
個のトランスジューサ10.3,10.67,10.130,...,10.962か
らの信号をアナログデジタル変換器22に送り、このアナ
ログデジタル変換器22は、これらのトランスジューサか
らデータを取得する。この取得プロセスは、各アナログ
デジタル変換器22が64個のトランスジューサ10からデー
タを取得するまで続く。この取得プロセスは、信号が定
状状態に達するために270ミリ秒を要し、各アナログデ
ジタル変換器22が64個のトランスジューサ10からサンプ
ルを得るために512ミリ秒を 要する。送信トランスジ
ューサ10.1に相対的な各受信トランスジューサ10.
2,...,10.1024の位相及び振幅を表すデジタル値は、N
−1(すなわち1023)個の複素係数mjk(ω)(j=
1;k=2,...,1024)としてアナログデジタル変換器22の
バッハメモリ内に記録される。このデータ収集過程は、
今や、音響エネルギの送信器として動作するトランスジ
ューサ10.2に対してω=687kHzの電気信号を送ること
によって続行する。このシステムが定状状態に達するに
必要な別の時間T=270ミリ秒の後、1023個の複素係数M
jk(j=2;k=1,3,...,1024)を収集するために上記の
ようにトランスジューサ10.1,10.3,...,10.1024から電
気信号が順次測定される。この測定過程は、各トランス
ジューサ10.1,...,10.1024が音響波の送信器として動作
するまで続行する。その送信器として動作した時点で、
複素係数mjk(ω)(j,k=1,...,N;jNk)を表す完全
な一組のデータは、周波数ω=687kHzについて記録さ
れている。単一の音響周波数での完全な一組のデータ
は、約1秒で得られる。好適な実施例では、前の測定過
程全体は、687kHzから1.250MHzまで62.5kHzの間隔で離
れた10個の離散周波数ωα(α=1,2,...,10)の各々に
おける別々のmjk(ωα)を獲得するために、10回繰り
返される。
The system has eight two-channel analog-to-digital converters so that signals are recorded in parallel from the transducer 10. 16 transducers 10.2,1
The first signals from 0.66, 10.129, ..., 10.961 are recorded simultaneously. These 16 converters 10.2, 10.66, 10.129, ..., 10.9
After obtaining the data from 61, the receive multiplexer 72
The signals from the 10.3, 10.67, 10.130,..., 10.962 transducers are sent to an analog-to-digital converter 22, which obtains data from these transducers. This acquisition process continues until each analog-to-digital converter 22 has acquired data from 64 transducers 10. This acquisition process requires 270 milliseconds for the signal to reach a steady state, and 512 milliseconds for each analog-to-digital converter 22 to obtain samples from 64 transducers 10. Each receive transducer relative to the transmit transducer 10.1 10.
The digital value representing the phase and amplitude of 2, ..., 10.1024 is N
−1 (ie, 1023) complex coefficients m jk1 ) (j =
1; k = 2,..., 1024) is recorded in the Bach memory of the analog-to-digital converter 22. This data collection process
We now continue by sending an electrical signal of ω 1 = 687 kHz to the transducer 10.2 acting as a transmitter of acoustic energy. After another time, T = 270 ms, required for the system to reach a steady state, 1023 complex coefficients M
Electrical signals are sequentially measured from the transducers 10.1, 10.3,..., 10.1024 as described above to collect jk (j = 2; k = 1, 3,..., 1024). This measurement process continues until each transducer 10.1,..., 10.1024 operates as an acoustic wave transmitter. When operating as that transmitter,
A complete set of data representing the complex coefficients m jk1 ) (j, k = 1,..., N; jNk) is recorded for a frequency ω 1 = 687 kHz. A complete set of data at a single acoustic frequency is obtained in about one second. In a preferred embodiment, the entire previous measurement process consists of a separate m at each of ten discrete frequencies ωα (α = 1, 2,..., 10) separated by 62.5 kHz from 687 kHz to 1.250 MHz. Repeat 10 times to get jk (ωα).

最初に本装置の校正をするために、対象物9のない
(結合流体11のみの)媒体12から完全な一組のデータを
取得する。このデータは、章D.1に記載したようにトラ
ンスジューサの校正に使用されるだけとなる。対象物9
は除去され、そして、687kHzから1.250MHzまで62.5kHz
の間隔で離れた10個の離散周波数ωα(α=1,2,...,1
0)の各々において、対象物9のない(結合流体11のみ
の)媒体12について を取得するために前節で記載した測定過程全体が繰り返
される。
First, to calibrate the apparatus, a complete set of data is obtained from the medium 12 without the object 9 (only the coupling fluid 11). This data will only be used for transducer calibration as described in Section D.1. Object 9
Is removed and 62.5kHz from 687kHz to 1.250MHz
10 discrete frequencies ωα (α = 1,2, ..., 1
0), in each of the media 12 without the object 9 (only the coupling fluid 11) The entire measurement process described in the previous section is repeated to obtain

C.取得データからの画像の計算 媒体12について獲得されたデータmjk(ωα)(j,k=
1,...,N;α=1,2,...,10)は、媒体の音速c(r,θ)及
び減衰係数μ(r,θ)により独特に決定される。本目的
は、媒体12の12mm厚のスライスの画像をデジタルコンピ
ュータで数学的に計算するためにこの一組のデータmjk
(ωα)を使用することである。この画像は、媒体12の
12mm厚のスライスにわたる全ての場所(r,θ)での水素
分散ポテンシャルS(α)(r,θ){S(α)のうちの
「(α)」は、上付き1/4角文字とする。以下、同
じ。}の近似計算に基づく(図1参照)。
C. Calculation of Image from Acquired Data Data m jk (ωα) (j, k =
1,..., N; α = 1, 2,..., 10) are uniquely determined by the sound velocity c (r, θ) and the attenuation coefficient μ (r, θ) of the medium. The purpose of this set of data m jk is to calculate an image of a 12 mm thick slice of the medium 12 on a digital computer mathematically.
(Ωα). This image shows the media 12
The hydrogen dispersion potential S (α) (r, θ) {S (α) at all locations (r, θ) over a 12 mm thick slice “(α)” is a superscript 1/4 square character and I do. same as below. Based on the approximate calculation of} (see FIG. 1).

好適な実施例では、各周波数ωαにおける取得データ
mjk(ωα)から媒体12の画像を計算する。S(α)
(r,θ)として定義されたこの画像は、媒体12の二次元
マップである。第三次元は、トランスジューサ10の垂直
方向の範囲にわたり平均化される。
In the preferred embodiment, the acquired data at each frequency ωα
The image of the medium 12 is calculated from m jk (ωα). S (α)
This image, defined as (r, θ), is a two-dimensional map of the medium 12. The third dimension is averaged over the vertical extent of the transducer 10.

S(α)(r,θ)のアルゴリズムは、ヘルムホルツの
方程式としての次の公知の音響波方程式から得られる: ▽2f(r,θ)+S(α)(r,θ)f(r,θ)=0
(1) ここで、f(r,θ)=ρ(r,θ)/ρ(r,θ)
1/2は、周波数ωαにおける単一周波数の音響圧力波f
(r,θ)=ρ(r,θ)を表す。
The algorithm for S (α) (r, θ) is obtained from the following well-known acoustic wave equation as Helmholtz equation: ▽ 2 f (r, θ) + S (α) (r, θ) f (r, θ) = 0
(1) Here, f (r, θ) = ρ (r, θ) / ρ (r, θ)
1/2 is a single frequency acoustic pressure wave f at frequency ωα
(R, θ) = ρ (r, θ).

ρ(r,θ)は、媒体における密度分布 S(r,θ)=k2(r,θ)−kO−ρ(r,θ)1/2▽ρ
(r,θ)−1/2は、媒体の複素分散ポテンシャル ωα=音響波の角周波数 kO=ωα/cO co=結合流体11における音速 k(r,θ)=ωα2/c2(r,θ)−iωN(r,θ)]
1/2は、空間的に変化する音速c(r,θ)を考慮した複
素波形ベクトルで、媒体12の粘性加熱とトランスジュー
サ10の視野からの音響エネルギの回折を考慮した音響エ
ネルギ損失項N(r,θ)を含んでいる。
ρ (r, θ) is the density distribution in the medium S (r, θ) = k 2 (r, θ) −k O −ρ (r, θ) 1/2 ▽ ρ
(R, theta) -1/2 is the angular frequency of the complex dispersion potential .omega..alpha = acoustic medium k O = ωα / c O c o = velocity of sound in the coupling fluid 11 k (r, θ) = ωα 2 / c 2 (R, θ) -iωN (r, θ)]
1/2 is a complex waveform vector taking into account the spatially varying sound speed c (r, θ), and the acoustic energy loss term N (taking into account the viscous heating of the medium 12 and the diffraction of acoustic energy from the field of view of the transducer 10 r, θ).

(roにおける)音響トランスジューサ10.jによ
る媒体12の単一周波数での(音響波による)音響ホログ
ラム作成(ωα)による(rOにおける)トランス
ジューサ10.kにおけるf(rO)に関する方程式
(1)の解は、以下を含む二次元積分方程式の項で表現
することができる: (i)複素分散ポテンシャルS(α)(r,θ)、 (ii)トランスジューサ(iO)と(iO)の位
置、及び (iii)要約されたHankel(H)関数及びBessel(J)
関数。
F (r in transducer 10.k (at r O , θ k ) by acoustic hologram creation (at ω α) (at acoustic wave) at single frequency of medium 12 by acoustic transducer 10. j (at r o , θ j ) The solution of equation (1) for ( O , θ k ) can be expressed in terms of a two-dimensional integral equation including: (i) complex dispersion potential S (α) (r, θ), (ii) transducer (I O , θ j ) and (i O , θ k ) locations, and (iii) the summarized Hankel (H) function and Bessel (J)
function.

その解は、 項f(α)(rO){f(α)のうちの「(α)」
は、上付き1/4角文字とする。以下、同じ。}は、トラ
ンスジューサ10.jの位置で生じる圧力波に相対的な関す
る振幅及び位相に関して表現されたトランスジューサ1
0.kの位置における圧力波(周波数ωα)を表す。これ
は、章Bで記載した取得データmjk(ωα)に正確に等
価である。従って、 f(α)(ro)≡mjk(ωα). (3) それ故、等式(2)は、次の如く書くことができる: ここで、 S(α)(r,θ)は、周波数ωαで得られたデータか
ら決定される媒体12の複素画像である。それは、(r,
θ)平面で媒体12を介する12mm厚のスライス内における
(1024)(r,θ)個の点における音響分散ポテンシャ
ルを表す二次元マトリックスである。S(α)(r,θ)
の(1024)個の複素数値の各々は、実成分と虚成分を
有している。
The solution is “(Α)” in the term f (α) (r O , θ k ) {f (α)
Is a superscript 1/4 character. same as below. } Is the transducer 1 expressed in terms of amplitude and phase relative to the pressure wave occurring at the location of the transducer 10.j.
Represents a pressure wave (frequency ωα) at the position of 0.k. This is exactly equivalent to the acquired data m jk (ωα) described in Chapter B. Therefore, f (α) (r o , θ k) ≡m jk (ω α). (3) Therefore, equation (2) can be written as: Here, S (α) (r, θ) is a complex image of the medium 12 determined from the data obtained at the frequency ωα. It is (r,
is a two-dimensional matrix representing the acoustic dispersion potential at (1024) 2 (r, θ) points in a 12 mm thick slice through the medium 12 in the (θ) plane. S (α) (r, θ)
Each of the (1024) two complex values have real and imaginary components.

H′(KOrO)は、送信器トランスジューサ10.jのア
ンテナパターンを表すHankel関数の一次導関数であり、
この好適な実施例で使用されるダイポールトランスジュ
ーサのための正しい数学的表現である。Hankel関数は、
例えば、Abramowitz及びStegunによる“The Poketbook
of Mathematical Functions"、Chapter 9、Verla
g Harri Deutach 1984に記載され、要約されてい
る。どの任意のトランスジューサのアンテナパターン
も、単極子、双極子、4極子等のアンテナパターンの重
み付けの和としてモデル化することができる。これらの
アンテナパターンは、例えば、“Classical Electrody
namics"、J.D.Jackson,Chatter 16,I.Wiley and Son
s,New York,1962に記載されている。
H ′ m (K O r O ) is the first derivative of the Hankel function representing the antenna pattern of the transmitter transducer 10.j,
5 is a correct mathematical expression for the dipole transducer used in the preferred embodiment. The Hankel function is
For example, “The Poketbook by Abramowitz and Stegun
of Mathematical Functions ", Chapter 9, Verla
g Harri Deutach 1984, summarized. The antenna pattern of any given transducer can be modeled as the sum of the antenna pattern weights, such as monopole, dipole, quadrupole, etc. These antenna patterns are, for example, “Classical Electrody
namics ", JDJackson, Chatter 16, I. Wiley and Son
s, New York, 1962.

H′(kOrO)は、受信器トランスジューサ10.kのア
ンテナパターンを表すHankel関数の1次導関数である。
この好適な実施例で使用されるダイポールトランスジュ
ーサについては、その機能は、送信器トランスジューサ
の場合と同じである。
H ′ n (k O r O ) is the first derivative of the Hankel function representing the antenna pattern of the receiver transducer 10.k.
For the dipole transducer used in this preferred embodiment, its function is the same as for the transmitter transducer.

Jm(kOr)及びJn(kOr)とは、要約されたBessl関数
値に基づく(r,θ)平面内における全ての値rについて
決定されたBessel関数である。
The J m (k O r) and J n (k O r), a Bessel function determined for all values r in based on summarized Bessl function values (r, theta) plane.

は、次により与えられる表示された関数のフーリエ変換
を表す: は、次により与えられる表示された関数の逆フーリエ変
換を表す: 式(4)は、測定された音響データmjk(ωα)に関し
てS(α),(r,θ)を与える次の形状に適当な数学的
操作により変換することができる: D.画像の形成 この実施例においてS(α)(r,θ)画像を生成する
全過程は、式(7)に関してここに記載する。
Represents the Fourier transform of the displayed function given by: Represents the inverse Fourier transform of the displayed function given by: Equation (4) can be transformed by the appropriate mathematical operation into the following shape giving S (α), (r, θ) for the measured acoustic data m jk (ωα): D. Image Formation The entire process of generating an S (α) (r, θ) image in this example is described herein with respect to equation (7).

ステップ(1)。第一のステップは、トランスジュー
サを校正することである。これは、媒体12が結合流体11
のみであるように対象9を除去して10個の離散周波数ω
α(α=1、2、...、10)の各々で章Bで記載したよ
うに一組のデータ をまず取得することによって行われる。(周波数は、68
7kHzと1、250kHzとの間で62.5kHzの間隔で離散してい
る。)校正ファクタは、この章のステップ2ないし9に
より与えられるように水浴のみのデータが処理されると
きに一様なグレイスケール画像を生じさせるためにコン
ピュータに重み付けファクタの作成を要求することによ
って決定される。追加の校正ファクタは、トランスジュ
ーサの周波数依存性を除去し、且つ、水浴の各複素グレ
イスケール画像を大規模に調整して各離散周波数ωαに
おいて同一の画像を提供するように決定される。これら
の校正ファクタは、10個の離散周波数ωα(α=1,
2,...,10)の各々毎に別個の1024x1024校正マトリクス
として記憶される。これらの校正マトリクスは、コンピ
ュータ72のメモリに記憶される。
Step (1). The first step is to calibrate the transducer. This is because the medium 12 is
Object 9 is removed so that only 10 discrete frequencies ω
A set of data as described in Chapter B for each of α (α = 1, 2, ..., 10) Is done by first obtaining (The frequency is 68
It is discrete at intervals of 62.5 kHz between 7 kHz and 1,250 kHz. ) The calibration factor is determined by requiring the computer to create a weighting factor to produce a uniform grayscale image when the bath-only data is processed as given by steps 2 to 9 in this section. Is done. The additional calibration factors are determined to eliminate the frequency dependence of the transducer and to scale each complex grayscale image of the water bath to provide the same image at each discrete frequency ωα. These calibration factors have ten discrete frequencies ωα (α = 1,
2, ..., 10) is stored as a separate 1024x1024 calibration matrix. These calibration matrices are stored in the memory of the computer 72.

ステップ(2)。媒体12のmjk(ωα)を表すデータ
は、687kHzと1、250kHzとの間に等間隔に離間された10
個の周波数の各々毎に章Bで記載したように取得され
る。各周波数ωα毎に、mjk(ωα)は、位相及び振幅
のデータよりなる1024x1024複素マトリクスである。
Step (2). The data representing the m jk (ωα) of the medium 12 is equally spaced between 687 kHz and 1,250 kHz.
For each of these frequencies, as described in Chapter B. For each frequency ωα, m jk (ωα) is a 1024 × 1024 complex matrix consisting of phase and amplitude data.

ステップ(3)。各離散周波数ωαについて、コンピ
ュータ72は、校正されたmjk(ωα)データを提供する
ために、本章のステップ(1)で決定された校正マトリ
クスをmjk(ωα)に乗算する。
Step (3). For each discrete frequency ωα, computer 72 multiplies m jk (ωα) by the calibration matrix determined in step (1) of this section to provide calibrated m jk (ωα) data.

ステップ(4)。この校正したmjk(ωα)データを
用いて、コンピュータ72は、各周波数ωα毎に次の量を
計算する。
Step (4). Using the calibrated m jk (ωα) data, the computer 72 calculates the following quantity for each frequency ωα.

この操作は、校正された複素マトリクスmjk(ωα)
の1次(fast)迅速フーリエ変換を構成する。このフー
リエ変換の結果、各周波数ωα毎の校正mjk(ωα)
は、方位モード番号pとqにより指定された方位モード
値に依存する方位モード空間における1024x1024マトリ
クスの形をしている。
This operation is performed by calibrating the complex matrix m jk (ωα)
Construct a fast fast Fourier transform of As a result of this Fourier transform, calibration m jk (ωα) for each frequency ωα
Is in the form of a 1024x1024 matrix in an azimuth mode space that depends on the azimuth mode values specified by the azimuth mode numbers p and q.

ステップ(5)。次に、各々トランスジューサ10毎に
アンテナパターンH′(kOrO)とH′(kOrO)を計
算する。これには、方位モード番号p,q=−512ないし51
2に関するHankel関数の一次導関数微分の要約が係わ
る。これらの値は、コンピュータ72のメモリに記憶され
る。
Step (5). Next, the antenna patterns H ′ p (k O r O ) and H ′ q (k O r O ) are calculated for each transducer 10. This includes the azimuth mode numbers p, q = −512 to 51
A summary of the first derivative derivative of the Hankel function for 2 is involved. These values are stored in the memory of the computer 72.

ステップ(6)。このステップでは、次の量を計算す
るために周波数ωαにおける各送信器−受信器の組み合
わせ毎に且つ各モードの組み合わせ(p,q)毎にステッ
プ(5)で計算されたアンテナパターンの積でステップ
(4)で決定された量を単に割算する: ステップ(7)。次に、1024x1024マトリックスであ
る各点rとθにおける重み付け関数Jp(kOr)Jq(kOr)
−iθ(p+q)を計算する。JpとJqは、コンピュー
タ72のメモリに記憶されたBessel関数テーブルから決定
される。
Step (6). In this step, the product of the antenna patterns calculated in step (5) for each transmitter-receiver combination at frequency ωα and for each mode combination (p, q) to calculate the next quantity is Simply divide the quantity determined in step (4): Step (7). Next, a weighting function J p (k O r) J q (k O r) at each point r and θ which is a 1024 × 1024 matrix
Calculate e− iθ (p + q) . J p and J q are determined from a Bessel function table stored in the memory of the computer 72.

ステップ(8)。次に、ステップ(7)で計算された
重み付け関数を、ステップ(6)で計算された量に乗算
し、そして、方位モードpとqにわたり加算して次の量
を得る: このステップは、媒体12の各点(r,θ)で行われる。こ
のステップの結果は、S(α)conv(r,θ)である。こ
れは、S(α)(r,θ)の画像であるが、これは、S
(α)(r,θ)の平滑像を表す[JO(kOr)]と合成
される。更に正確な画像を得るためには、S(α)conv
(r,θ)から量[JO(kOr)]を分離する必要があ
る。
Step (8). Next, the weighting function calculated in step (7) is multiplied by the quantity calculated in step (6) and added over the azimuthal modes p and q to obtain the following quantity: This step is performed at each point (r, θ) of the medium 12. The result of this step is S (α) conv (r, θ). This is an image of S (α) (r, θ), which is
It is synthesized with [J O (k O r)] 2 representing a smooth image of (α) (r, θ). To obtain a more accurate image, S (α) conv
It is necessary to separate the quantity [J O (k O r)] 2 from (r, θ).

ステップ(9)。合成(convolution)法及び分離(d
ecomvolution)法は、標準的な数学的計算であって、例
えば“Descrete−Time Signal Processing"、pg.58、
by Oppenheim and Schafer,Prentice−Hall(1989)
に記載されている。二つの空間関数の合成及び分離は、
空間領域またはフーリエ波ベクトル領域で計算すること
ができる。この好適な実施例は、フーリエ波ベクトル領
域における合成及び分離を計算することができる。しか
し、当業者は、これらの合成及び分離は、空間領域で容
易に行うことができると云うこと を認識するであろう。[JO(kOr)]のフーリエ変換
は、 1/π・1/k・1/(4kO−k)1/2である。
Step (9). Convolution method and separation (d
ecomvolution) method is a standard mathematical calculation, for example, “Descrete-Time Signal Processing”, pg.
by Oppenheim and Schafer, Prentice-Hall (1989)
It is described in. The composition and separation of the two spatial functions is
It can be calculated in the spatial domain or the Fourier wave vector domain. This preferred embodiment is able to calculate the synthesis and separation in the Fourier wave vector domain. However, those skilled in the art will recognize that these syntheses and separations can be easily performed in the spatial domain. Fourier transform of [J O (k O r) ] 2 is, 1 / π · 1 / k · 1 / (4k O -k) is 1/2.

従って、次の如く画像S(α)(r,θ)を計算するた
めにS(α)conv(r,θ)から[JO(kOr)]を分離
する: 式(11)を使用して、媒体12の各周波数ωαにおける画
像S(α)(r,θ)を生成することができる。デジタル
コンピュータのモニタに画像を示すために、コンピュー
タ72は、極座標(r,θ)からカルテシアン座標(x,y)
に変換してS(α)(x,y)を生じるようにプログラム
されている。S(α)(x,y)の各々は、値のマトリク
スである。このマトリクスの各値は、二つの数、すなわ
ち、この値の実部分を表す第一の数と、この値の虚部分
を表す第二の数を含んでいる。
Therefore, the image S (alpha) as follows (r, theta) for computing the S (α) conv (r, θ) from [J O (k O r) ] 2 is separated: Using equation (11), an image S (α) (r, θ) at each frequency ωα of the medium 12 can be generated. To display the image on the monitor of the digital computer, the computer 72 converts the polar coordinates (r, θ) to the Cartesian coordinates (x, y).
To generate S (α) (x, y). Each of S (α) (x, y) is a matrix of values. Each value of the matrix includes two numbers, a first number representing the real part of the value and a second number representing the imaginary part of the value.

これらの数の大きさは、格子画素(x,y)においてコ
ンピュータモニタ上のグレイスケールとして表すことが
できる。(この数が大きくなるに従って、画素は、更に
白くなり或いはこの逆も成り立つ。)これがなされる
と、各周波数毎の二つの別々の画像、即ち、Sの値の実
部分から一つと、Sの虚部分から一つが得られる。
The magnitude of these numbers can be represented as a gray scale on a computer monitor at grid pixels (x, y). (As this number increases, the pixels become whiter and vice versa.) When this is done, two separate images for each frequency, one from the real part of the value of S and one of S One comes from the imaginary part.

E.単一周波数画像の組み合わせ 離散周波数ωαでのS(α)(r,θ)の値は、媒体12
の良好な画像を生成する。媒体12の音速と減衰係数がほ
ぼ周波数と無関係である、例えば687kHzないし1.25MHz
のような特定の周波数範囲にわたって、互いに異なる周
波数ωαで取得されたS(α)(r,θ)の画像は、理想
的には、周波数ωαとは独立に媒体12の同一画像を提供
するものとなるべきであろう。しかし、この画像は、受
信器トランスジューサ10.kの正面から及び媒体12内の多
数の分散事象からの音響エネルギの反射分で生じる周波
数依存の人工事象により複雑化することがある。互いに
異なる周波数ωαで再構成された(α)(r,θ)像を組
み合わせると、画像的人工物が減少され、そして、画像
の品質が改良される。次の記載は、互いに異なる周波数
ωαで構成された単一周波数画像S(α)(r,θ)を組
み合わせる7つの好適な方法を中心に扱う。
E. Combination of single frequency images The value of S (α) (r, θ) at the discrete frequency ωα
Produces a good image. The speed of sound and the damping coefficient of the medium 12 are almost independent of frequency, for example 687 kHz to 1.25 MHz
An image of S (α) (r, θ) acquired at different frequencies ωα over a specific frequency range, such as, ideally, provides the same image of medium 12 independent of frequency ωα It should be. However, this image can be complicated by frequency-dependent artifacts that occur in reflections of acoustic energy from the front of the receiver transducer 10.k and from multiple dispersal events in the medium 12. Combining the reconstructed (α) (r, θ) images at different frequencies ωα reduces image artifacts and improves image quality. The following description will focus on seven preferred methods of combining single frequency images S (α) (r, θ) composed of different frequencies ωα.

互いに異なる周波数ωαで形成された像S(α)(r,
θ)を組み合わせるためには、次に計算する項(α)
(r,θ)を定義することが有用であることが分かった: 式(12)では、(α)(r,θ)は、まず、S(α)
(r,θ)のFFTを計算し、次に、kで割算し、そして、
その結果の逆FFTを計算することによって計算される。
Images S (α) (r,
To combine θ), the next calculated term (α)
Defining (r, θ) has proven useful: In equation (12), (α) (r, θ) is first expressed as S (α)
Calculate the FFT of (r, θ), then divide by k, and
It is calculated by calculating the inverse FFT of the result.

1) 複素画像S(α)(r,θ)の和 取得したデータnjk(ωα)から、章Dのステップ
(1)ないし(9)で与えられたように、各周波数ωα
(α=1,2,...,10)におけるS(α)(r,θ)の別々の
画像を再構成する。次に、これらの複素画像を加算して
次を生成する: 次にカルテシアン座標(z,y)に変換して、各単一周波
数の画像S(α)(r,θ)よりも画像的人工物が少な
く、更に清澄性が高い画像Stotal(r,θ)を生成する。
1) Sum of complex images S (α) (r, θ) From the acquired data n jk (ωα), as given in steps (1) to (9) of chapter D, each frequency ωα
Reconstruct separate images of S (α) (r, θ) at (α = 1,2, ..., 10). Then, add these complex images to produce: Next, the image is converted into Cartesian coordinates (z, y), and the image S total (r, θ) having less image artifacts and higher clarity than the image S (α) (r, θ) of each single frequency. θ).

2) S(α)(r,θ)画像の大きさの和 取得したデータmjk(ωα)から、章Dのステップ
(1)ないし(9)で与えられたように、各周波数ωα
(α=1,2,...,10)におけるS(α)(r,θ)の別々の
画像を再構成する。これらの複素画像の大きさをS
(α)(r,θ)=[S(α)(r,θ)S(α)(r,
θ)]1/2(S(α)(r,θ)は、S(α)(r,θ)
の共役複素数である)。次に、これらの画像の大きさを
加算して次を生成する: また、カルテシアン座標に変換して、各画像S(α)
(r,θ)よりも人工物が少なく更に清澄性が高い画像S
total(r,θ)を生成する。
2) Sum of S (α) (r, θ) image size From the acquired data m jk (ωα), as given in steps (1) to (9) of chapter D, each frequency ωα
Reconstruct separate images of S (α) (r, θ) at (α = 1,2, ..., 10). Let the size of these complex images be S
(Α) (r, θ) = [S (α) (r, θ) S (α) * (r,
θ)] 1/2 (S (α) * (r, θ) is S (α) (r, θ)
Is the conjugate complex number of Next, the sizes of these images are added to produce: Further, each image S (α) is converted into Cartesian coordinates.
Image S with fewer artifacts and higher clarity than (r, θ)
Generate total (r, θ).

3) S(α)(r,θ)画像から計算された音速マップ
及び減衰マップ 媒体12の音速マップ及び減衰マップは、次の如くS
(α)(r,θ)から計算することができる: ステップ(1)。取得したデータmjk(ωα)から、
章Dのステップ(1)ないし(9)で与えられたよう
に、各周波数ωα(α=1,2,...,10)におけるS(α)
(r,θ)の別々の画像を再構成する。次に、マップ
(α)(r,θ)を式(12)に与えられたように、各周波
数ωαで計算する。
3) Sound velocity map and attenuation map calculated from the S (α) (r, θ) image The sound velocity map and attenuation map of the medium 12 are as follows:
(Α) can be calculated from (r, θ): Step (1). From the acquired data m jk (ωα),
S (α) at each frequency ωα (α = 1,2, ..., 10) as given in steps (1) to (9) of chapter D
Reconstruct separate images at (r, θ). Next, the map (α) (r, θ) is calculated at each frequency ωα, as given in equation (12).

ステップ(2)。コンピュータ72は、次の関数を計算
する: 媒体12の各点(r,θ)ごとにP(r,θ,τ)は、点(r,
θ)に収束された合成音響パルスP(τ)をあらわす。
Step (2). Computer 72 calculates the following function: For each point (r, θ) on the medium 12, P (r, θ, τ) is
θ) represents the synthesized acoustic pulse P (τ) converged to θ).

ステップ(3)。媒体12の各点(r,θ)ごとに、P
(τ)は、τmaxと呼ぶτの値での最大値Pmaxを有して
いる。コンピュータ72は、各点(r,θ)毎に、Pmax(r,
θ)を求め、且つ、τmax(r,θ)の値を決定するよう
にプログラムされている。
Step (3). For each point (r, θ) of the medium 12, P
(Tau) has the maximum value P max of the value of tau referred to as tau max. The computer 72 calculates P max (r, θ) for each point (r, θ).
θ) and determine the value of τ max (r, θ).

ステップ(4)。コンピュータ72は、次の計算により
媒体12の音速マップc(r,θ)を作る: ステップ(5)。コンピュータ72は、次に、次の計算
により媒体12の減衰マップN(r,θ)を生じる: 式(16)において、rOは、トランスジューサリングの半
径であり、cOは結合流体11の音速である(17) 式(17)において、μは、結合流体11の減衰係数で
ある。これらのc(r,θ)とN(r,θ)の値は、rとθ
の1024x1024マトリクスである。これらは、カルテシア
ン座標(x,y)に変換されて、グレイスケール値として
描かれたcとNの値でコンピュータスクリーンに表示さ
れる。
Step (4). Computer 72 creates a sound velocity map c (r, θ) of medium 12 by the following calculation: Step (5). Computer 72 then produces an attenuation map N (r, θ) of medium 12 by the following calculation: In Equation (16), r O is the radius of the transducer ring, and c O is the sound velocity of the coupling fluid 11 (17) In Equation (17), μ O is the damping coefficient of the coupling fluid 11. The values of c (r, θ) and N (r, θ) are r and θ
Is a 1024x1024 matrix. These are converted to Cartesian coordinates (x, y) and displayed on a computer screen with c and N values drawn as grayscale values.

4) S(α)(r,θ)から計算された精製の音速マッ
プ及び減衰マップ 式(15)ないし(17)で計算された音速c(r,θ)マ
ップと減衰N(r,θ)マップは、媒体12の適切な画像を
表す。この章は、媒体12の更に正確な画像を表す単一周
波数の画像S(α)(r,θ)からc(r,θ)とN(r,
θ)の精製計算を記載する。
4) Refined sound velocity map and attenuation map calculated from S (α) (r, θ) Sound velocity c (r, θ) map and attenuation N (r, θ) calculated by equations (15) to (17) The map represents a suitable image of the medium 12. This section describes the single frequency images S (α) (r, θ) to c (r, θ) and N (r,
The purification calculation of θ) is described.

ステップ(1)。取得したデータmjk(ωα)から、
章Dのステップ(1)ないし(9)で与えられたよう
に、各周波数ωα(α=1,2,...,10)におけるS(α)
(r,θ)の別々の画像を再構成する。次に、マップ
(α)(r,θ)を式(12)に与えたように、各周波数ω
αで計算する。
Step (1). From the acquired data m jk (ωα),
S (α) at each frequency ωα (α = 1,2, ..., 10) as given in steps (1) to (9) of chapter D
Reconstruct separate images at (r, θ). Next, as given in the map (α) (r, θ) in equation (12), each frequency ω
Calculate with α.

ステップ(2)。次に、次の如く各周波数ωα(α=
1,2,...,10)におけるマップ▲S(α) △p,△q▼(r,
θ)を計算する: このマップ▲S(α) △p,△q▼(r,θ)は、方位モー
ドpとqからモードp+△pとq+!qへの音響エネルギ
の結合を表す。
Step (2). Next, each frequency ωα (α =
Map ▲ S (α) △ p, △ q ▼ (r,
Calculate θ): This map SS (α) pp, △ q, (r, θ) represents the coupling of acoustic energy from the azimuth modes p and q to the modes p + △ p and q +! Q.

ステップ(3)。コンピュータ72は、次に、次の式
(19)を計算する: !p=−6ないし+6、!q=0;!p=0,!q=−6ないし+6;
及び!p=−6ないし+6、!q=−6ないし+6の和を用
いて優れた結果を得た。!pと!qの他の組み合わせも使用
することができよう。
Step (3). Computer 72 then calculates the following equation (19): ! p = -6 to +6,! q = 0;! p = 0,! q = -6 to +6;
Excellent results were obtained with the sum of! P = -6 to +6 and! Q = -6 to +6. Other combinations of! p and! q could be used.

媒体12の各点(r,θ)ごとに、Pcorr(r,θ,τ)
は、点(r,θ)に収束された合成音響パルスP
corr(τ)を表す。Pcorr(r,θ,τ)は、式(15)で
与えられた関数P(r,θ,τ)の精製表現である。
For each point (r, θ) of the medium 12, P corr (r, θ, τ)
Is the synthesized acoustic pulse P converged to the point (r, θ)
Corr (τ). P corr (r, θ, τ) is a refined expression of the function P (r, θ, τ) given by equation (15).

ステップ(4)。媒体12の各点(r,θ)ごとに、P
corr(τ)は、τmaxと呼ぶτの値において最大値Pmax
を有する。コンピュータ72は、各点(r,θ)ごとにPmax
(r,θ)を得て、P(r,θ,τ)の代わりにPcorr(r,
θ,τ)を使用する点を除き章E.3のステップ(3)で
行ったようにτmax(r,θ)の値を決定するようにプロ
グラムされている。
Step (4). For each point (r, θ) of the medium 12, P
corr (tau), the maximum value Pmax in value of tau referred to as tau max
Having. The computer 72 calculates P max for each point (r, θ).
(R, θ), and instead of P (r, θ, τ), P corr (r,
It is programmed to determine the value of τ max (r, θ) as done in step (3) of section E.3 except that it uses (θ, τ).

ステップ(5)。τmax(r,θ)とPmax(r,θ)の精
製値を用いて、次に、式(16)と(17)で行ったように
音速c(r,θ)と減衰N(r,θ)を計算する。
Step (5). Using the refined values of τ max (r, θ) and P max (r, θ), the sound velocity c (r, θ) and damping N (r , θ).

5) 位相ずれを訂正したS(α)(r,θ)画像の和 章Fのステップ(1)ないし(9)で与えたように再
構成された複素画像S(α)(r,θ)は、媒体12の適切
な画像を表す。これらの画像の複素位相は、章Dのステ
ップ(1)ないし(9)で与えたように再構成アルゴリ
ズムの限界のため各点(r,θ)において歪むことがあ
る。この章は、画像S(α)(r,θ)における位相ずれ
の訂正方法と、画像的人工物を減少させるためにこれら
の画像の組み合わせを記載する。
5) Complex image S (α) (r, θ) reconstructed as given in steps (1) to (9) of chapter F of S (α) (r, θ) image with phase shift corrected Represents a suitable image of the medium 12. The complex phase of these images may be distorted at each point (r, θ) due to the limitations of the reconstruction algorithm as given in steps (1) to (9) of chapter D. This section describes how to correct the phase shift in the images S (α) (r, θ) and the combination of these images to reduce the visual artifacts.

ステップ(1)。取得したデータmjk(ωα)から、
章Dのステップ(1)ないし(9)で与えられたよう
に、各周波数ωα(α=1,2,...,10)におけるS(α)
(r,θ)の別々の画像を再構成する。式(12)に与えた
ように、各周波数ωαでマップ(α)(r,θ)を計算
する。
Step (1). From the acquired data m jk (ωα),
S (α) at each frequency ωα (α = 1,2, ..., 10) as given in steps (1) to (9) of chapter D
Reconstruct separate images at (r, θ). As given in equation (12), a map (α) (r, θ) is calculated at each frequency ωα.

ステップ(2)。次に章E.3または章E.4で与えられた
方法により記載されたようにマップτmax(r,θ)を計
算する。
Step (2). Then calculate the map τ max (r, θ) as described by the method given in section E.3 or E.4.

ステップ(3)。コンピュータ72は、マップtotal
(r,θ)を次の如く計算する: ステップ(4)。最終画像Stotal(r,θ)は、次の計
算により決定される: この画像は、媒体12の高空間周波数成分(即ち、こまか
な詳細)のみを示す。これらのこまかな詳細は、媒体12
内における音速での鋭い縁部(sharp edges)または不
連続部分と、音響波長に匹敵する規模サイズの小さな対
象をも含む。
Step (3). Computer 72 map total
Calculate (r, θ) as follows: Step (4). The final image S total (r, θ) is determined by the following calculation: This image shows only the high spatial frequency components (ie, fine details) of the medium 12. These fine details can be found in Medium 12
It also includes sharp edges or discontinuities at the speed of sound within and small objects of a size comparable to the acoustic wavelength.

6) 複合画像 章E.5で計算された画像Stotal(r,θ)は、媒体12の
更に正確な表現である複合マップScomp(r,θ)を提供
するようにマップτmax(r,θ)と組み合わすことがで
きる。Scomp(r,θ)画像は、媒体12の高空間周波数成
分と低空間周波数成分の両方を含んでいる。
6) Composite Image The image S total (r, θ) calculated in Section E.5 is combined with the map τ max (r, θ) to provide a more accurate representation of the medium 12, the composite map S comp (r, θ). , θ). The S comp (r, θ) image contains both high and low spatial frequency components of the medium 12.

ステップ(1)。コンピュータ72は、章E.3またはE.4
で与えられた方法により記載されたτmax(r,θ)及び
式(20)により与えられたtotal(r,θ)を計算す
る。
Step (1). Computer 72 may be installed in Chapter E.3 or E.4
Τ max (r, θ) described by the method given in, and total (r, θ) given by equation (20).

ステップ(2)。コンピュータ72は、次に、次の式を
計算する: 式(22)において,Inは、自然対数を示し、△ωは、周
波数ωα(この好適な実施例では、△ω=62.5kHz)ど
うしの間の間隙である。
Step (2). Computer 72 then calculates the following equation: In equation (22), In represents the natural logarithm and △ ω is the gap between frequencies ωα ((ω = 62.5 kHz in the preferred embodiment).

ステップ(3)。コンピュータ72は、次に、Scomp
次の如く計算する: コンピュータ72は、次に、Scomp(r,θ)をカーテシア
ン座標(x,y)に変換して、コンピュータモニタに表示
する。
Step (3). Computer 72 then calculates S comp as follows: Next, the computer 72 converts S comp (r, θ) into Cartesian coordinates (x, y) and displays it on a computer monitor.

7) S(α)(r,θ)から計算された更に精製の音速
マップ 本章は,E.3とE.4で計算された音速マップc(r,θ)
の精度を更に改善する方法を記載する。章E.3とE.4で
は、各点(r,θ)においてパルスP(τ)が最大値Pmax
を有する値τとして移動時間τmax(r,θ)を計算し、
そして、この情報から音速マップを得る。この章では、
パルスP(τ)に含まれるパワの平均到着時間としての
移動時間τav(r,θ)を計算する。このマップτav(r,
θ)は、次に、使用されて媒体12の音速c(r,θ)の精
製マップを計算する。
7) Further refined sound velocity map calculated from S (α) (r, θ) This chapter describes the sound velocity map c (r, θ) calculated in E.3 and E.4
A method for further improving the accuracy of the method is described. In Chapters E.3 and E.4, the pulse P (τ) at each point (r, θ) has a maximum value P max
Τ max (r, θ) is calculated as a value τ having
Then, a sound speed map is obtained from this information. In this chapter,
The moving time τ av (r, θ) as the average arrival time of the power included in the pulse P (τ) is calculated. This map τ av (r,
θ) is then used to calculate a refinement map of the sound velocity c (r, θ) of the medium 12.

ステップ(1)。コンピュータ72は、次の量を計算す
る: ここで、▲S(α) △p,△q▼(r,θ)は、式(18)の
場合のように計算され、そして、*は、共役複素数を示
す。この好適な実施例は、1)!p=−6ないし+6;!q=
0;2)!p=0,!q=−6+6;または3)!p=−6+6,!q=
−6ないし+6の和を有する。△pと△qの他の組み合
わせも使用することができよう。
Step (1). Computer 72 calculates the following quantities: Here, SS (α) pp, △ q ▼ (r, θ) is calculated as in equation (18), and * indicates a conjugate complex number. The preferred embodiment is: 1)! P = -6 to +6;! Q =
0; 2)! P = 0,! Q = -6 + 6; or 3)! P = -6 + 6,! Q =
It has a sum of -6 to +6. Other combinations of Δp and Δq could be used.

ステップ(2)。コンピュータ72は、次の計算により
媒体12の平均移動時間τav(r,θ)画像を計算する: ステップ(3)。コンピュータ72は、次に、次の計算
により媒体12の音速画像c(r,θ)を計算する: ステップ(4)。コンピュータ72は、次に、次の計算
により媒体12の減衰画像μ(r,θ)を作成する: F.コンピュータシィミュレーション アルゴリズムをチェックするためにコンピュータシィ
ミュレーションを作成した。コンピュータ以外の以下な
るハードウエアもこれらの再構成には使用されなかっ
た。図4ないし図7は、動作する本プロトタイプシステ
ムと同一のトランスジューサ構成を用いて、1MHzでシィ
ミュレートしたデータから再構成した画像を示す。図3
に示したシィミュレートした対象は、周囲の結合流体よ
り5%大きい音速を有する均質な材料よりなるの3イン
チの直径の円筒体である。対象物における二つの1セン
チ直径の空洞は、この対象物を囲む結合流体3と同一の
音速を有している。この対象物と結合流体の減衰係数
は、0に等しい(即ち減衰無し)。画像は、次の方法に
より作成された。即ち、図4は、章Dで記載したよう
に、単一周波数再構成物の実(右)成分と虚(左)成分
を示す。図5は、章E.4で記載したように、音速画像及
び減衰画像を示す。図6は、章E.5に記載したように、
位相ずれについて訂正され、且つ、加算された10個の単
一周波数の再構成物の実(右)成分と虚(左)成分を示
す。図6は、章E.6に記載した複合画像を示す。
Step (2). Computer 72 calculates an average travel time τ av (r, θ) image of medium 12 by the following calculation: Step (3). Computer 72 then calculates a sound velocity image c (r, θ) of medium 12 by the following calculation: Step (4). Computer 72 then creates an attenuated image μ (r, θ) of medium 12 by the following calculation: F. Computer simulation A computer simulation was created to check the algorithm. The following hardware other than the computer was not used for these reconstructions. FIGS. 4 to 7 show images reconstructed from data simulated at 1 MHz using the same transducer configuration as the working prototype system. FIG.
The simulated object shown in Figure 1 is a 3 inch diameter cylinder of a homogeneous material having a sound velocity 5% greater than the surrounding coupling fluid. The two 1 cm diameter cavities in the object have the same sound speed as the coupling fluid 3 surrounding this object. The damping coefficient of the object and coupling fluid is equal to zero (ie, no damping). The image was created by the following method. That is, FIG. 4 shows the real (right) component and the imaginary (left) component of the single-frequency reconstruction, as described in Section D. FIG. 5 shows a sound velocity image and an attenuation image as described in section E.4. Figure 6 shows that, as described in Chapter E.5,
The real (right) and imaginary (left) components of the 10 single-frequency reconstructions corrected for phase shift and added are shown. FIG. 6 shows the composite image described in section E.6.

G.実像 図8ないし図12は、章Aないし章Dに記載したプロト
タイプ装置を使用して得られた実像を示す。図8は、女
性の乳房の1.2cmのスライスの9個の画像を示す。取得
したデータは、全部で9個の画像について同一であり、
再構成方法は、各画像毎に異なっている。上部の左の隅
から始まって左から右へ進むと、画像は、(1)単一周
波数画像の実成分(章D)、2)単一周波数画像の虚成
分(章D)、3)加算された5個の単一周波数画像の大
きさ(章E.1)、4)位相ずれについて訂正された単一
周端数画像の実成分(章E.5)、5)位相ずれについて
訂正された単一周波数画像の虚部分(章E.5)、6)位
相ずれについて各々が訂正された5個の単一周波数画像
の大きさ(章E.5)、7)音速画像(章E.7)、8)減衰
画像(章E.7)及び9)音速画像及び減衰画像の平方の
和の平方根(章E.7)である。図9は、章AないしBで
記載したプロトタイプの装置を使用して得ら得られ、そ
して、図8について説明した方法で再構成された切除に
なる豚の腎臓の9個の画像を示す。
G. Real Images FIGS. 8-12 show real images obtained using the prototype apparatus described in Chapters A through D. FIG. FIG. 8 shows nine images of a 1.2 cm slice of a female breast. The acquired data is the same for all nine images,
The reconstruction method differs for each image. Starting from the top left corner and going from left to right, the image consists of (1) the real component of the single frequency image (Chapter D), 2) the imaginary component of the single frequency image (Chapter D), 3) 5) Single-frequency image size corrected for phase shift (chapter E.1), 4) Real component of single-fraction image corrected for phase shift (Chapter E.5), 5) Single-phase image corrected for phase shift Imaginary part of one frequency image (chapter E.5), 6) magnitude of five single frequency images each corrected for phase shift (chapter E.5), 7) sound velocity image (chapter E.7) , 8) the attenuated image (Chapter E.7) and 9) the square root of the sum of the squares of the sound velocity image and the attenuated image (Chapter E.7). FIG. 9 shows nine images of a resected porcine kidney obtained using the prototype device described in Chapters AB and reconstructed in the manner described for FIG.

図10は、図12に関して章Aないし章Bで記載したプロ
トタイプの装置で得られた女性の乳房の9個の画像を示
す。この女性は、テーブルの上にうつ伏せで顔を下向き
にして8インチの孔を通してトランスジューサアセンブ
リ80を含む水浴の中に彼女の左乳房を置いている。この
9個の画像は、図10の上部の左隅で始まって、1cmのス
テップで女性の胸壁に接近したその乳房86の領域からそ
の乳房の乳首までトランスジューサアセンブリ80を順次
移動させることによって得られた。この画像は、各々
が、章E.5で記載したように位相ずれについて訂正され
た5個の単一周波数画像の和の大きさである。図11は、
流体充填の大きな包嚢が存在する別の女性の乳房につい
ての同様な画像を示す。
FIG. 10 shows nine images of a female breast obtained with the prototype device described in Chapters A and B with respect to FIG. The woman has her left breast lying face down on a table in a water bath containing the transducer assembly 80 through an 8-inch hole. The nine images were obtained by sequentially moving the transducer assembly 80 from the area of the breast 86 close to the woman's chest wall in steps of 1 cm from the upper left corner of FIG. 10 to the breast nipple. . This image is the magnitude of the sum of five single frequency images, each corrected for phase shift as described in Section E.5. FIG.
7 shows a similar image of another female breast with a large fluid-filled cyst.

図12は、章AないしBで記載したプロトタイプの装置
を使用し、そして、章E.1で記載した方法にに従って再
構成された切除になる豚の腎臓の画像を示す。
FIG. 12 shows an image of a resected porcine kidney that was reconstructed using the prototype device described in Sections AB and reconstructed according to the method described in Section E.1.

H.生態組織検査針の案内 本発明は、例えば、女性の乳房のような人体の組織の
ある量内に挿入されたときの生態組織検査針の監視のた
めに使用することができる。図15は、この目的のための
本発明の実例を示す。トランスジューサリング91から乳
房90への音響エネルギの結合は、この乳房に従う流体充
填嚢の使用で達成してもよい。乳房の数個のスライスの
断層写真画像は、この生体組織検査の場所を突き止める
ために図10におけるように作られる。生体検査されるべ
き乳房のある量は、これらの断層写真の画像から決定さ
れる。コンピュータは、この断層写真の画像を解析し
て、生体検査針93の先端が何処に配置されるべきかを決
定する。コンピュータは、次に、所定の場所までこの生
体検査針93を案内する。別の一組の断層写真画像は、適
所にあるこの生体検査針で得て生体検査針の先端の位置
を確認することができる。
H. Guide of Biopsy Needle The present invention can be used for monitoring of a biopsy needle when inserted into a volume of tissue of the human body, for example, the breast of a woman. FIG. 15 shows an example of the present invention for this purpose. Coupling of acoustic energy from the transducer ring 91 to the breast 90 may be achieved with the use of a fluid-filled sac according to the breast. Tomographic images of several slices of the breast are made as in FIG. 10 to locate this biopsy. A certain amount of the breast to be biopsied is determined from these tomographic images. The computer analyzes the image of the tomographic image to determine where the tip of the biopsy needle 93 should be placed. The computer then guides the biopsy needle 93 to a predetermined location. Another set of tomographic images can be obtained with this biopsy needle in place to confirm the position of the tip of the biopsy needle.

I.温度分布の画像 本発明は、媒体12の温度変化を測定するための装置及
び方法を提供する。これは、人体の組織の温度変化がこ
の組織の音速の変化をもたらすという事実によって達成
される。局部的に加熱された人体の組織の音速は、次の
ごとく表現することができる: c(r、θ){加熱された}=c(r、θ) +△T(r,θ)[d/dTc(r,θ)] (26) ここで、△T(r,θ)は、組織の局部加熱から生じる温
度分布であり、c(r、θ)は、周囲の人体温度での人
体組織の音速マップであり、そして、d/dTc(r,θ)
は、温度に関する音速の微分変化である。例えば、37℃
での人体の肝臓の組織では、c(r、θ)=1596m/sec
で、d/dTc(r,θ)=0.96m/(sec−℃)ある。レーザ、
または、マイクロ波の加熱による肝臓の局部加熱に原因
する△T=5℃温度変化は、[c(r,θ)-1]△T(r,
θ)][d/dTc(r,θ)]=0.3%の音速変化をもたらす
であろう。
I. Image of Temperature Distribution The present invention provides an apparatus and a method for measuring a temperature change of the medium 12. This is achieved by the fact that a change in the temperature of the body tissue results in a change in the speed of sound of this tissue. The speed of sound of a locally heated human body tissue can be expressed as: c (r, θ) {heated} = c (r, θ) + △ T (r, θ) [d / dTc (r, θ)] (26) where ΔT (r, θ) is the temperature distribution resulting from local heating of the tissue, and c (r, θ) is the human body tissue at the surrounding human body temperature. , And d / dTc (r, θ)
Is the differential change in sound speed with respect to temperature. For example, 37 ° C
C (r, θ) = 1596m / sec
Where d / dTc (r, θ) = 0.96 m / (sec− ° C.). laser,
Alternatively, a temperature change of {T = 5 ° C. due to local heating of the liver due to microwave heating is [c (r, θ) −1 ]} T (r,
θ)] [d / dTc (r, θ)] = 0.3%.

章AないしFで方法で規定したように、本発明は、組
織のある量を局部的に加熱し、次に、この組織の音速を
直接画像に形成することによって組み合わせになる音速
と温度の画像を生成するために使用することができる。
あるいはまた、この組織のある量の局部加熱、及び、次
の温度分布の画像の作成のために2つの画像の引き算ま
たは割り算の前後に組織の音速画像を作ることもでき
る。
As specified in the methods in Sections A through F, the present invention provides a method of locally heating a volume of tissue and then combining the sound velocity and temperature image by directly imaging the sound velocity of this tissue. Can be used to generate
Alternatively, a sound velocity image of the tissue can be made before and after subtraction or division of the two images to create an image of a certain amount of local heating of the tissue and the next temperature distribution.

J.他の実施例 この実施例は、周期的な時間変化信号が媒体内へ順次
各トランスジューサから送られる周期的な広帯域の発生
された超音波信号の使用に係わる。この信号は、1MHzの
中心周波数、600kHzの周波数帯域幅を有し、そして、16
ミリ秒ごとに繰り返される。この信号のフーリエ変換
は、687kHzから1.25MHzまでの間に62.5kHzの間隔で等し
く離間した10個の離散周波数の組み合わせからなる。こ
の離散周波数の成分の相対的な音響信号強度は、この周
波数範囲にわたりほぼ一様である。この離散周波数成分
の相対位相は、周期的な時間変化信号のほぼ平坦な時間
応答を提供するために不規則にされている。トランスジ
ューサリングの直径にわたる音響移動時間の2倍である
ほぼ270ミリ秒の後に、この広帯域信号は、定常状態に
達する。この時間の後、各受信器は、16マイクロ秒ごと
に繰り返される時間変化信号に遭遇する。4MHzデータ速
度で16ミリ秒の間、各受信器からデータが取得されて記
憶される。この取得方法は、音の送信器として作動する
各トランスジューサで繰り返される。この時間変化の受
信器信号のフーリエ変換は、多周波数データに対して6
2.5kHz(1/(16ミリ秒))の周波数分解能を与える。こ
のデータの組は、650kHzから1.25MHzまで62.5kHzずつ離
間した10個の離散周波数で10個の別々のデータの組が取
得される章C,Dで記載した取得方法により得られたデー
タに匹敵する。しかし、取得時間全体は、広帯域取得方
法で3秒まで減少される。
J. Other Embodiments This embodiment involves the use of a periodic broadband generated ultrasound signal in which a periodic time-varying signal is sequentially transmitted from each transducer into the medium. This signal has a center frequency of 1 MHz, a frequency bandwidth of 600 kHz, and 16
Repeated every millisecond. The Fourier transform of this signal consists of a combination of ten discrete frequencies equally spaced at 62.5 kHz from 687 kHz to 1.25 MHz. The relative acoustic signal strength of the discrete frequency components is substantially uniform over this frequency range. The relative phase of the discrete frequency components is randomized to provide a substantially flat time response of the periodic time varying signal. After approximately 270 milliseconds, twice the acoustic transit time across the diameter of the transducer ring, the broadband signal reaches a steady state. After this time, each receiver encounters a time-varying signal that repeats every 16 microseconds. Data is acquired from each receiver and stored for 16 ms at a 4 MHz data rate. This acquisition method is repeated for each transducer acting as a sound transmitter. The Fourier transform of this time-varying receiver signal is
Gives 2.5kHz (1 / (16ms)) frequency resolution. This data set is comparable to the data obtained by the acquisition method described in Chapters C and D, where ten separate data sets are acquired at 10 discrete frequencies from 650 kHz to 1.25 MHz at 62.5 kHz intervals. I do. However, the overall acquisition time is reduced to 3 seconds with the wideband acquisition method.

本発明の他の実施例は、また、トランスジューサアレ
ーの幾何学的配置構造をも有している。これらの他の実
施例は、例えば、腹部、女性の乳房、頭蓋空洞、首、
腕、及び大腿を含む人体の種々の部分または他の非人間
的な主題に対する音響波の結合を容易にするに適切なも
のであろう。人間の患者の腹部領域の画像を作るように
設計された実施例は、図4に示してある。乳房x線撮影
法の検査を行う装置は、図13に示して有る。この実施例
では、1024個のトランスジューサ80よりなるリングは、
女性の乳房86の完全な走査が得られるように、水槽84を
包囲する油槽82の中で垂直方向に移動可能である。これ
らの画像は、図10に示したように、別々に見ることがで
き、あるいは、乳房の3次元画像を表示するためにコン
ピュータ内で結合することもできる。他の実施例は、腕
及び脚の動脈及び静脈の画像を作るための同様な装置を
有する。また、他の実施例は、円の軌跡上に存在しない
音響式のトランスジューサよりなるリング、画像形成対
象の媒体を完全には包囲しないトランスジューサよりな
るリング、媒体に部分的に外接する種々の長さの部分で
ある一組のトランスジューサ、及び、像形成対象の媒体
の互いに対向する側において平行列に配置された一組の
トランスジューサを有している。また、他の実施例は、
図13に示した媒体にトランスジューサから音響波を結合
するためにゴムの流体充填袋の使用に関する。種々の数
のトランスジューサは、利用することができるが、その
数は、少なくとも8個とすべきで、上述のように、トラ
ンスジューサどうしは、送信される音響波の半波長を越
えない距離離間することが好ましい。非円形配列の場
合、上に得られたアルゴリズムは、適当な境界条件を考
慮するために、再度計算すべきであろう。
Other embodiments of the present invention also include a transducer array geometry. These other examples include, for example, abdomen, female breast, cranial cavity, neck,
It would be appropriate to facilitate coupling of acoustic waves to various parts of the human body, including the arms and thighs, or other non-human subjects. An embodiment designed to produce an image of the abdominal region of a human patient is shown in FIG. An apparatus for performing a mammography examination is shown in FIG. In this embodiment, a ring of 1024 transducers 80
It is vertically movable in an oil tank 82 surrounding an aquarium 84 so that a complete scan of the female breast 86 is obtained. These images can be viewed separately, as shown in FIG. 10, or they can be combined in a computer to display a three-dimensional image of the breast. Other embodiments have similar devices for imaging arteries and veins in the arms and legs. Other embodiments include rings of acoustic transducers that do not lie on the trajectory of a circle, rings of transducers that do not completely surround the media to be imaged, and various lengths that partially circumscribe the media. And a set of transducers arranged in parallel rows on opposite sides of the medium to be imaged. Also, in other embodiments,
It relates to the use of a rubber fluid-filled bag to couple acoustic waves from the transducer to the medium shown in FIG. Various numbers of transducers can be used, but the number should be at least eight, and as described above, the transducers should be separated by no more than half a wavelength of the transmitted acoustic wave. Is preferred. For non-circular arrays, the algorithm obtained above would have to be recalculated to take into account the appropriate boundary conditions.

他の実施例は、無線波、マイクロ波、赤外光、可視
光、紫外光の画像形成装置を含む1MHzからx線エネルギ
までの範囲にわたるエネルギスペクトルを持つ電磁波で
媒体を精査するための本発明の適用に関するものであ
る。
Another embodiment is a method for probing media with electromagnetic waves having an energy spectrum ranging from 1 MHz to x-ray energy, including radio, microwave, infrared, visible, and ultraviolet imaging devices. It is related to the application of.

500kHzないし1.25MHzの範囲の周波数で本プロトタイ
プを試験して良好な結果を得たが、これらの範囲は、10
0kHzないし1.5MHzまで本技術で拡張することができると
思われる。
The prototype was tested at frequencies ranging from 500 kHz to 1.25 MHz with good results, but these ranges were
It is believed that this technology can extend from 0kHz to 1.5MHz.

以上記載した好適な実施例は、放送用及び受信用の同
一のトランスジューサを使用したが、放送用及受信用の
別々の手段を、放送トランスジューサのリングを模擬す
るために媒体の周りに放送用及び受信用の別々の手段を
回転することもできる。類似の構成を、受信トランスジ
ューサのリングを模擬するために受信器を回転するよう
に設けることもできよう。
Although the preferred embodiment described above used the same transducer for broadcasting and receiving, separate means for broadcasting and receiving were used for broadcasting and around the medium to simulate the ring of the broadcast transducer. Separate means for receiving can also be rotated. A similar arrangement could be provided to rotate the receiver to simulate the ring of a receiving transducer.

読者は、本発明の上記の実施例を例として解釈すべき
であって、本発明の範囲は、添付の請求の範囲及びその
法律上の均等物により決定されるべきである。
The reader should interpret the above embodiments of the invention as examples and the scope of the invention should be determined by the appended claims and their legal equivalents.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーティン,ピーター,ジェー. アメリカ合衆国,カリフォルニア州 92024 エンシナータス,アヴェニダ ミモサ 1819 (72)発明者 パーマー,ダグラス,エー. アメリカ合衆国,カリフォルニア州 92107,サン ディエゴ,ツリーエスタ ドライブ 1224 (72)発明者 オットー,グレゴリー アメリカ合衆国,カリフォルニア州 92129,サン ディエゴ,アズアガ #イ―202 9919 (72)発明者 クラム,ロバート,エム. アメリカ合衆国,カリフォルニア州 92065,ロモーナ,ブラック キャニオ ン 2348 (56)参考文献 特開 昭52−152679(JP,A) 特開 平6−183(JP,A) 特開 平6−43242(JP,A) 特開 平1−221149(JP,A) 特開 平3−258251(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Martin, Peter, J. United States, California 92024 Encinatas, Avenida Mimosa 1819 (72) Inventor Palmer, Douglas, A. United States, California 92107, San Diego, Tree Esta Drive 1224 (72) Inventor Otto, Gregory United States, California 92129, San Diego, Azaga # E-202 9919 (72) Inventor Clam, Robert, M. United States, California 92065, Lomona, Black Canyon 2348 (56 References JP-A-52-152679 (JP, A) JP-A-6-183 (JP, A) JP-A-6-43242 (JP, A) JP-A-1-221149 (JP, A) A) Patent flat 3-258251 (JP, A)

Claims (54)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】平均の音速を規定する媒体にわたり画像ス
ライスに沿う断層写真の画像を生成するための音響画像
形成装置において、 A)多数の音響トランスジューサが円上に配置され、こ
の多数は、 N=2πD/λ(Dは、その円の直径であり、λは波長で
あり、Nは、円の中に配置されたトランスジューサの数
である。)よりも大きい、前記の多数のトランスジュー
サの各々は、100kHzないし1.5MHzの範囲内の周期的な信
号で励振されると、音響信号を前記媒体の内部へ送り、 また、前記媒体を通して送信された音響信号で励振され
ると電気信号を生じるように電子的に結合され、 B)100kHzないし1.5MHzの周波数範囲内の少なくとも1
つの離散周波数で周期的な電子信号を発生するための電
子信号発生手段が設けられ、この電子信号は、少なくと
もD/c(cは、前記媒体の平均音速である)の時間間隔
の間連続し、 C)複数の前記音響トランスジューサを一度に一つづつ
前記媒体内へ、100kHzないし1.5MHzの周波数範囲内の離
散周波数で前記媒体内へ音響エネルギを放送させるため
に前記多数の音響トランスジューサの各々に前記周期的
な電子信号を加えるための第1のマルチプレクス手段が
設けられ、 D)前記媒体にわたり送信された音響エネルギの手段に
より励振される複数の前記多数のトランスジューサによ
り発生された電気トランスジューサ信号により送られる
情報を記録するための記録手段が設けられ、 E)前記電子トランスジューサ信号により送られる前記
情報を前記記録手段が記録できるように前記記録手段に
前記多数のトランスジューサを接続するための第2のマ
ルチプレクス手段が設けられ、 F)前記記録手段により記録された前記情報を利用して
前記画像のスライスに沿って前記媒体の断層写真の画像
を計算するためのアルゴリズムを有するコンピュータ手
段が設けられていることを特徴とする音響画像形成装
置。
1. An acoustic imaging apparatus for producing tomographic images along image slices over a medium defining an average sound speed: A) a number of acoustic transducers arranged on a circle, a number of which are N Each of the multiple transducers, greater than = 2πD / λ, where D is the diameter of the circle, λ is the wavelength, and N is the number of transducers placed in the circle. When excited with a periodic signal in the range of 100 kHz to 1.5 MHz, sends an acoustic signal into the interior of the medium, and produces an electrical signal when excited with the acoustic signal transmitted through the medium. B) at least one in the frequency range 100 kHz to 1.5 MHz;
Electronic signal generating means for generating a periodic electronic signal at two discrete frequencies, wherein the electronic signal is continuous for at least a time interval of D / c (c is the average sound velocity of the medium). C) applying a plurality of said acoustic transducers, one at a time, into said medium and to each of said plurality of acoustic transducers for broadcasting acoustic energy into said medium at a discrete frequency in the frequency range of 100 kHz to 1.5 MHz. First multiplex means for applying said periodic electronic signal is provided; D) by means of an electrical transducer signal generated by said plurality of said plurality of transducers excited by means of acoustic energy transmitted over said medium. Recording means for recording the information to be transmitted; and E) pre-recording said information transmitted by said electronic transducer signal. A second multiplexing means for connecting the plurality of transducers to the recording means so that the recording means can record, F) using the information recorded by the recording means to slice the image; Computer apparatus having an algorithm for calculating an image of a tomographic image of said medium along said medium.
【請求項2】前記少なくとも1つの識別可能な離散周波
数は、複数の識別可能な離散周波数である請求項1記載
の音響画像形成装置。
2. The acoustic image forming apparatus according to claim 1, wherein said at least one identifiable discrete frequency is a plurality of identifiable discrete frequencies.
【請求項3】前記トランスジューサは、前記円上に等間
隔に離間されている請求項1記載の音響画像形成装置。
3. The acoustic image forming apparatus according to claim 1, wherein said transducers are equally spaced on said circle.
【請求項4】前記多数は、少なくとも256である請求項
1記載の音響画像形成装置。
4. The acoustic image forming apparatus according to claim 1, wherein the number is at least 256.
【請求項5】前記音響記録手段は、各々がデジタル音響
情報の一時的な記億のためのバッファメモリユニットを
有する複数のアナログデジタル交換器を備えている請求
項1記載の音響画像形成装置。
5. The acoustic image forming apparatus according to claim 1, wherein said acoustic recording means includes a plurality of analog / digital exchangers each having a buffer memory unit for temporarily storing digital acoustic information.
【請求項6】前記バッファメモリユニットの各々は、少
なくとも100万バイトの記億容量を有している請求項5
記載の音響画像形成装置。
6. The buffer memory unit of claim 5, wherein each of said buffer memory units has a storage capacity of at least one million bytes.
The acoustic image forming apparatus as described in the above.
【請求項7】媒体の少なくとも一部の画像を提供するた
めの音響画像形成装置において、 A)前記媒体を少なくとも一部包囲する円上の少なくと
も7個の放送場所から前記媒体内へ音響信号を一度に1
つの場所から放送するための音響放送手段(前記音響手
段は、少なくとも1つの離散周波数であって、前記媒体
を横切る前記音響信号の少なくとも移動時間に等しい時
間の間連続している)、 B)前記媒体を少なくとも一部包囲する前記円上の複数
の検出場所において、前記放送手段により放送された音
響信号を検出するための音響信号検出手段、 C)前記少なくとも7個の場所から放送された前記音響
信号の位相及び振幅に関して前記複数の場所で受信され
た音響信号の位相及び振幅を表す一組のデータを前記複
数の場所の各々に関して提供するために放送された前記
音響信号に対して受信された信号を比較するためのデー
タ収集比較手段、及び (D)前記位相及び振幅データを利用する前記媒体の少
なくとも一部の少なくとも1つの画像を数学的に構成す
るための計算手段を有し、この計算手段は、 1)方位モード空間内に設定された方位データを定義す
る一組のデータ内に前記位相および振幅データを変換し
(前記一組のデータは、前記放送手段および前記検出手
段の場所における方位モードを表す。)、 2)アンテナとは独立の方位データの組を生成するため
にトランスジューサアンテナパターンを考慮するように
前記方位データの組を変化させ、及び 3)前記アンテナとは独立の方位データの組に、前記媒
体の多数の場所で計算された重みづけ関数をかけ、か
つ、前記媒体の合成画像を生成するために前記方位モー
ドにわたり加算し、及び 4)前記媒体の前記画像を生成するため前記媒体の前記
合成画像を分離するステップを達成するようにプログラ
ムされている音響画像形成装置。
7. An acoustic imaging apparatus for providing an image of at least a portion of a medium, comprising: A) transmitting an acoustic signal into the medium from at least seven broadcast locations on a circle at least partially surrounding the medium. One at a time
Sound broadcasting means for broadcasting from two locations, said sound means being at least one discrete frequency and continuous for a time at least equal to the travel time of said sound signal across said medium; B) Audio signal detection means for detecting an audio signal broadcast by the broadcast means at a plurality of detection locations on the circle at least partially surrounding a medium; C) the audio broadcast from the at least seven locations A set of data representing the phase and amplitude of the acoustic signal received at the plurality of locations with respect to the phase and amplitude of the signal is received for the acoustic signal broadcast to provide for each of the plurality of locations. Data acquisition and comparison means for comparing signals; and (D) at least one image of at least a portion of the medium utilizing the phase and amplitude data. Has mathematical means for: 1) transforming the phase and amplitude data into a set of data defining azimuth data set in azimuthal mode space (the The set of data represents the azimuth mode at the location of the broadcast means and the detection means.) 2) The azimuth data to take into account the transducer antenna pattern to generate an antenna independent azimuth data set. And 3) multiplying the set of azimuth data independent of the antenna by a weighting function calculated at a number of locations on the medium, and generating a composite image of the medium. Sum over azimuthal mode; and 4) sound programmed to accomplish the steps of separating the composite image of the medium to generate the image of the medium. Image forming apparatus.
【請求項8】前記計算手段は、複数の単一周波数複素画
像を構成するように複数の離散周波数で前記A)ないし
D)を順次達成する他のステップを達成するようにプロ
グラムされている請求項7記載の音響画像形成装置。
8. The method according to claim 1, wherein said calculating means is programmed to perform another step of sequentially accomplishing said A) through D) at a plurality of discrete frequencies to form a plurality of single frequency complex images. Item 7. The acoustic image forming apparatus according to Item 7.
【請求項9】前記計算手段は、組み合わせになる複素画
像を生成するために前記複数の単一周波数複素画像を加
算する他のステップを達成するようにプログラムされて
いる請求項8記載の音響画像形成装置。
9. The acoustic image of claim 8, wherein said calculating means is programmed to perform another step of adding said plurality of single frequency complex images to produce a complex image to be combined. Forming equipment.
【請求項10】前記計算手段は、組み合わせになる画像
を生成するために前記複数の単一周波数複素画像の振幅
どうしを加算する他のステップを達成するようにプログ
ラムされている請求項8記載の音響画像形成装置。
10. The method of claim 8 wherein said calculating means is programmed to perform another step of adding the amplitudes of said plurality of single frequency complex images to produce a combined image. Acoustic image forming device.
【請求項11】前記計算手段は、次の他のステップを達
成するようにプログラムされている請求項8記載の音響
画像形成装置: A)前記媒体内の前記多数の場所に順次集束する合成音
響パルスを表す一組の時間データを構成するために前記
複数の単一周波数複素画像を利用し、及び B)前記一組の時間データを利用して前記媒体の画像を
計算する。
11. An acoustic image forming apparatus according to claim 8, wherein said calculating means is programmed to perform the following other steps: A) synthetic sound sequentially focused on said plurality of locations in said medium. Utilizing the plurality of single frequency complex images to construct a set of time data representing a pulse; and B) calculating an image of the medium using the set of time data.
【請求項12】前記計算手段は、前記放送場所から前記
媒体内の前記多数の場所まで、そして、さらに前記検出
場所までの前記合成された音響パルスの到着時間データ
を決定するために前記一組の時間データを利用するよう
プログラムされており、前記到着時間データは、到着時
間画像を形成する請求項11記載の音響画像形成装置。
12. The set of means for determining arrival time data of the synthesized acoustic pulse from the broadcast location to the multiple locations in the medium and further to the detection location. 12. The acoustic image forming apparatus according to claim 11, wherein the apparatus is programmed to use the time data of (1), and the arrival time data forms an arrival time image.
【請求項13】前記コンピュータ手段は、音速画像を生
成するために前記到着時間画像の関数を分離する別のス
テップを達成するようにプログラムされている請求項12
記載の音響画像形成装置。
13. The computer means of claim 12, wherein said computer means is programmed to perform another step of separating a function of said time of arrival image to produce a sound velocity image.
The acoustic image forming apparatus as described in the above.
【請求項14】前記関数は、前記到着時間画像により割
られた前記円の直径である請求項13記載の音響画像形成
装置。
14. The acoustic image forming apparatus according to claim 13, wherein said function is a diameter of said circle divided by said arrival time image.
【請求項15】前記計算手段は、前記放送場所から前記
媒体内の前記多数の場所まで、そして、さらに前記媒体
の周りの前記検出場所までの前記合成された音響パルス
の最大パルスパワーデータを決定するために前記一組の
時間データを利用するようプログラムされており、前記
最大パルスパワーデータは、ピークパルスパワー画像を
形成する請求項11記載の音響画像形成装置。
15. The computing means determines maximum pulse power data of the combined acoustic pulse from the broadcast location to the multiple locations in the medium and further to the detection location around the medium. 12. The acoustic image forming apparatus of claim 11, wherein the set of time data is programmed to utilize the set of time data, and the maximum pulse power data forms a peak pulse power image.
【請求項16】前記計算手段は、減衰画像を生成するた
めに前記最大パルスパワー画像の機能の別のステップを
達成するようにプログラムされている請求項11記載の音
響画像形成装置。
16. The acoustic image forming apparatus according to claim 11, wherein said calculating means is programmed to perform another step of the function of said maximum pulse power image to generate an attenuation image.
【請求項17】前記機能は、前記円の直径により割られ
た前記最大パルスのパワー画像の対数である請求項16記
載の音響画像形成装置。
17. The acoustic image forming apparatus according to claim 16, wherein the function is a logarithm of a power image of the maximum pulse divided by a diameter of the circle.
【請求項18】前記計算手段は、次の他のステップを達
成するようにプログラムされている請求項8記載の音響
画像形成装置: A)前記媒体内の前記多数の場所に順次集束する合成音
響パルスを表す一組の時間データを構成するために前記
複数の単一周波数複素画像を利用し、 B)前記方位モードのデータの組に数値的に近接した前
記方位モードから前記合成音響パルスに対する影響を加
算することによって前記一組の時間データから生成され
た一組の時間データを計算し、及び C)前記生成された一組の時間データを利用して画像を
計算する。
18. The acoustic image forming apparatus according to claim 8, wherein said calculating means is programmed to perform the following other steps: A) Synthetic sound which sequentially focuses on said plurality of locations in said medium. Utilizing the plurality of single frequency complex images to construct a set of temporal data representing a pulse; and B) affecting the synthesized acoustic pulse from the azimuth mode numerically close to the azimuth mode data set. And C) calculating a set of time data generated from said set of time data, and C) calculating an image using said generated set of time data.
【請求項19】前記計算手段は、前記放送場所から前記
媒体内の前記多数の場所まで、そして、さらに前記検出
場所までの前記合成された音響パルスの正確化された到
着時間データを決定するために前記正確化された一組の
時間データを利用するようプログラムされており、前記
生成された到着時間データは、生成された到着時間画像
を形成する請求項18記載の音響画像形成装置。
19. The computing means for determining accurate arrival time data of the synthesized acoustic pulse from the broadcast location to the multiple locations in the medium and further to the detection location. 19. The acoustic image forming apparatus according to claim 18, wherein the apparatus is programmed to use the corrected set of time data, and the generated arrival time data forms a generated arrival time image.
【請求項20】前記計算手段は、正確化された音響画像
を生成するために前記正確化された到着時間画像の関数
を分離する別のステップを達成するようにプログラムさ
れている請求項19記載の音響画像形成装置。
20. The apparatus of claim 19, wherein said calculating means is programmed to perform another step of separating a function of said refined arrival time image to produce a refined acoustic image. Acoustic image forming apparatus.
【請求項21】前記関数は、前記正確化された到着時間
画像により割られる前記円の直径である請求項20記載の
音響画像形成装置。
21. The acoustic imaging apparatus of claim 20, wherein said function is a diameter of said circle divided by said refined arrival time image.
【請求項22】前記計算手段は、前記放送場所から前記
媒体内の前記多数の場所まで、そして、さらに前記検出
場所までの前記合成された音響パルスの生成最大パルス
パワーデータを決定するために前記一組の時間データを
利用するようプログラムされており、前記正確化最大パ
ルスパワーデータは、正確化されたピークパルスパワー
画像を形成する請求項18記載の音響画像形成装置。
22. The calculation means for determining the maximum pulse power data of the synthesized acoustic pulse from the broadcast location to the multiple locations in the medium and further to the detection location. 20. The acoustic imaging apparatus of claim 18, wherein the apparatus is programmed to utilize a set of time data, and wherein the refined maximum pulse power data forms a refined peak pulse power image.
【請求項23】前記計算手段は、正確化された減衰画像
を生成するために前記成長最大パルスパワー画像の関数
を分離する別のステップを達成するようにプログラムさ
れている請求項22記載の音響画像形成装置。
23. The sound of claim 22, wherein said calculating means is programmed to perform another step of separating a function of said growing maximum pulse power image to produce an accurate attenuation image. Image forming device.
【請求項24】前記関数は、前記円の直径により割られ
た前記正確化最大パルスパワー画像の対数である請求項
23記載の音響画像形成装置。
24. The function of claim 17, wherein the function is a logarithm of the refined maximum pulse power image divided by a diameter of the circle.
23. The acoustic image forming apparatus according to 23.
【請求項25】前記計算手段は、 A)複数の合成された単一周波数複素画像を生成するた
めに各前記単一周波数複素画像を合成し、 B)複数の位相ずれ訂正の合成になる単一周波数複素画
像を生成するために前記到着時間画像の指数関数を各前
記合成単一周波数複素画像に乗算し、 C)位相ずれ訂正の合成複素画像を生成するために前記
複数の位相ずれ訂正の合成単一周波数複素画像どうしを
加算し、及び D)位相ずれ訂正の複素画像を生成するために前記位相
ずれ訂正の合成複素画像を分離するステップを達成する
ようにプログラムされている請求項12記載の音響画像形
成装置。
25. The computing means comprising: A) combining each single frequency complex image to generate a plurality of combined single frequency complex images; and B) combining a plurality of phase shift corrections. Multiplying each of said composite single frequency complex images by an exponential function of said arrival time image to generate a single frequency complex image; and C) applying said plurality of phase shift corrections to generate a composite complex image of phase shift correction. 13. The programmed single-frequency complex image is added to accomplish the steps of: and D) separating the phase-corrected complex image to produce a phase-corrected complex image. Acoustic image forming apparatus.
【請求項26】前記計算手段は、位相ずれ訂正の画像を
生成するために前記位相ずれ訂正の複素画像の大きさを
計算する別のステップを達成するようにプログラムされ
ている請求項25記載の音響画像形成装置。
26. The method according to claim 25, wherein said calculating means is programmed to perform another step of calculating a magnitude of said complex image of phase shift correction to generate an image of phase shift correction. Acoustic image forming device.
【請求項27】前記計算手段は、次の他のステップを達
成するようにプログラムされている請求項19記載の音響
画像形成装置: A)複数の合成された単一周波数複素画像を生成するた
めに各前記単一周波数複素画像を合成し、 B)複数の正確化された位相ずれ訂正の合成単一周波数
複素画像を生成するために前記生成された到着時間画像
の指数関数を各前記合成単一周波数複素画像に乗算し、 C)正確化された位相ずれ訂正の合成複素画像を生成す
るために前記複数の生成された位相ずれ訂正の合成単一
周波数複素画像どうしを加算し、及び D)正確化された位相ずれ訂正の複素画像を生成するた
めに前記正確化された位相ずれ訂正の合成複素画像を分
離する。
27. The acoustic image forming apparatus according to claim 19, wherein said calculating means is programmed to perform the following other steps: A) for generating a plurality of synthesized single-frequency complex images. B) combining the exponential functions of the generated arrival time images with each of the composite units to generate a plurality of composite phase-corrected corrected single-frequency images. Multiplying the one-frequency complex image; C) adding the plurality of generated phase-shift-corrected composite single-frequency complex images together to generate an accurate phase-shift-corrected composite complex image; and D). Separating the refined phase shift correction composite complex image to generate a refined phase shift correction complex image.
【請求項28】前記計算手段は、正確化された位相ずれ
訂正の画像を生成するために前記生成された位相ずれ訂
正の複素画像の大きさを計算する別のステップを達成す
るようにプログラムされている請求項27記載の音響画像
形成装置。
28. The calculation means is programmed to perform another step of calculating the magnitude of the generated phase shift correction complex image to generate an accurate phase shift correction image. 28. The acoustic image forming apparatus according to claim 27, wherein:
【請求項29】前記計算手段は、次の他のステップを達
成するようにプログラムされている請求項25記載の音響
画像形成装置: A)合成された複素画像を生成するために前記到着時間
画像と前記合成された位相ずれ訂正の複素画像の対数関
数とを加算し、 B)複素画像を生成するために前記合成された複素画像
を分離する。
29. An acoustic imaging apparatus according to claim 25, wherein said calculating means is programmed to perform the following other steps: A) The arrival time image to generate a synthesized complex image. And B) separating the combined complex image to generate a complex image.
【請求項30】前記計算手段は、次の他のステップを達
成するようにプログラムされている請求項27記載の音響
画像形成装置: A)正確化された合成の複素画像を生成するために前記
正確化された到着時間画像と前記正確化された合成の位
相ずれ訂正の複素画像の対数関数とを加算し、 B)正確化された複素画像を生成するために前記正確化
された合成の複素画像を分離する。
30. The acoustic image forming apparatus according to claim 27, wherein said calculating means is programmed to perform the following other steps: A) generating the corrected composite complex image; Adding the refined arrival time image and the logarithmic function of the refined composite phase shift correction complex image; and B) adding the refined composite complex to produce a refined complex image. Separate images.
【請求項31】前記少なくとも離散周波数は、複数の離
散周波数である請求項7記載の音響画像装置。
31. The acoustic imaging apparatus according to claim 7, wherein said at least discrete frequencies are a plurality of discrete frequencies.
【請求項32】前記計算手段は、複数の単一周波数複素
画像を構成するように複数の識別可能な離散周波数に関
して前記1)〜4)を達成するようにプログラムされて
いる請求項31記載の装置。
32. The method according to claim 31, wherein said calculating means is programmed to achieve said 1) to 4) with respect to a plurality of identifiable discrete frequencies to form a plurality of single frequency complex images. apparatus.
【請求項33】前記計算手段は、組み合わせになる複数
画像を生成するために前記複数の単一周波数複素画像を
加算する他のステップを達成するようにプログラムされ
ている請求項32記載の音響画像形成装置。
33. The acoustic image of claim 32, wherein said calculating means is programmed to perform another step of adding said plurality of single frequency complex images to generate a plurality of images to be combined. Forming equipment.
【請求項34】前記計算手段は、組み合わせになる画像
を生成するために前記複数の単一周波数複素画像の振幅
どうしを加算する他のステップを達成するようにプログ
ラムされている請求項32記載の音響画像形成装置。
34. The method according to claim 32, wherein said calculating means is programmed to perform another step of adding the amplitudes of said plurality of single-frequency complex images to produce a combined image. Acoustic image forming device.
【請求項35】前記計算手段は、次の他のステップを達
成するようにプログラムされている請求項32記載の音響
形成装置: A)前記媒体内の前記多数の場所に順次収束する合成音
響パルスを表す一組の時間データを構成するために前記
複数の単一周波数複素画像を利用し、及び B)前記一組の時間データを利用して画像を計算する。
35. A sound forming apparatus according to claim 32, wherein said calculating means is programmed to perform the following other steps: A) Synthetic sound pulses sequentially converging at said multiple locations in said medium. Utilizing the plurality of single frequency complex images to construct a set of time data representing: and B) calculating an image utilizing the set of time data.
【請求項36】前記計算手段は、前記放送場所から前記
媒体内の前記多数の場所まで、そして、さらに前記検出
場所までの前記合成された音響パルスの到着時間データ
を決定するために前記一組の時間データを利用するよう
プログラムされており、前記到着時間データは、到着時
間画像を形成する請求項35記載の音響画像形成装置。
36. The set of means for determining arrival time data of the synthesized acoustic pulse from the broadcast location to the multiple locations in the medium and further to the detection location. 36. The acoustic image forming apparatus according to claim 35, wherein the apparatus is programmed to use the time data, and the arrival time data forms an arrival time image.
【請求項37】前記コンピュータ手段は、音速画像を生
成するために前記到着時間画像の関数を分離する別のス
テップを達成するようにプログラムされている請求項36
記載の音響画像形成装置。
37. The computer means is programmed to perform another step of separating a function of the time of arrival image to generate a sound velocity image.
The acoustic image forming apparatus as described in the above.
【請求項38】前記関数は、前記到着時間画像により割
られた前記円の直径である請求項37記載の音響画像形成
装置。
38. The acoustic image forming apparatus according to claim 37, wherein said function is a diameter of said circle divided by said arrival time image.
【請求項39】前記計算手段は、前記放送場所から前記
媒体内の前記多数の場所まで、そして、さらに前記媒体
の周りの前記検出場所までの前記合成された音響パルス
の最大パルスパワーデータを決定するために前記一組の
時間データを利用するようプログラムされており、前記
最大パルスパワーデータは、ピークパルスパワー画像を
形成する請求項35記載の音響画像形成装置。
39. The computing means determines maximum pulse power data of the combined acoustic pulse from the broadcast location to the multiple locations in the medium and further to the detection location around the medium. 36. The acoustic image forming apparatus of claim 35, wherein the apparatus is programmed to utilize the set of time data to generate the peak pulse power image.
【請求項40】前記計算手段は、減衰画像を生成するた
めに前記最大パルスパワー画像の機能の別のステツプを
達成するようにブログラムされている請求項39記載の音
響画像形成装置。
40. An acoustic imaging apparatus according to claim 39, wherein said calculating means is programmed to achieve another step in the function of said maximum pulse power image to generate an attenuated image.
【請求項41】前記機能は、前記円の直径により割られ
た前記最大パルスのパワー画像の対数である請求項40記
載の音響画像形成装置。
41. The acoustic image forming apparatus according to claim 40, wherein the function is a logarithm of a power image of the maximum pulse divided by a diameter of the circle.
【請求項42】前記計算手段は、次の他のステップを達
成するようにプログラムされている請求項32記載の音響
画像形成装置: A)前記媒体内の前記多数の場所に順次集束する合成音
響パルスを表す一組の時間データを構成するために前記
複数の単一周波数複素画像を利用し、 B)前記方位モードのデータの組に数値的に近接した前
記方位モードから前記合成音響パルスに対する貢献を加
算することによって前記一組の時間データから正確化さ
れた一組の時間データを計算し、及び C)前記正確化された一組の時間データを利用して画像
を計算する。
42. An acoustic image forming apparatus according to claim 32, wherein said calculating means is programmed to perform the following other steps: A) Synthetic sound focusing sequentially on said plurality of locations in said medium. Utilizing the plurality of single frequency complex images to construct a set of temporal data representing a pulse; and B) a contribution to the synthetic acoustic pulse from the azimuth mode in numerical proximity to the azimuth mode data set. And C) calculating an accurate set of time data from the set of time data by adding C., and C) calculating an image using the corrected set of time data.
【請求項43】前記計算手段は、前記放送場所から前記
媒体内の前記多数の場所まで、そして、さらに前記検出
場所までの前記合成された音響パルスの正確化された到
着データを決定するために前記正確化された一組の時間
データを利用するようプログラムされており、前記正確
化された到着時間データは、正確化された到着時間画像
を形成する請求項42記載の音響画像形成装置。
43. The calculating means for determining the accurate arrival data of the synthesized acoustic pulse from the broadcast location to the multiple locations in the medium and further to the detection location. 43. The acoustic image forming apparatus of claim 42, wherein the apparatus is programmed to utilize the refined set of time data, and wherein the refined arrival time data forms a refined arrival time image.
【請求項44】前記計算手段は、正確化された音速画像
を生成するために前記正確化された到着時間画像の関数
を分離する別のステップを達成するようにプログラムさ
れている請求項43記載の音響画像形成装置。
44. The apparatus according to claim 43, wherein said calculating means is programmed to perform another step of separating a function of said refined arrival time image to produce a refined sound velocity image. Acoustic image forming apparatus.
【請求項45】前記関数は、前記正確化された到着時間
画像により割られる前記円の直径である請求項44記載の
音響画像形成装置。
45. The acoustic imaging apparatus of claim 44, wherein said function is a diameter of said circle divided by said refined arrival time image.
【請求項46】前記計算手段は、前記放送場所から前記
媒体内の前記多数の場所まで、そして、さらに前記検出
場所までの前記合成された音響パルスの正確化最大パル
スパワーデータを決定するために前記一組の時間データ
を利用するようプログラムされており、前記正確化最大
パルスパワーデータは、正確化されたピークパルスパワ
ー画像を形成する請求項42記載の音響画像形成装置。
46. The computing means for determining an accurate maximum pulse power data of the combined acoustic pulse from the broadcast location to the multiple locations in the medium and further to the detection location. 43. The acoustic image forming apparatus of claim 42, wherein the apparatus is programmed to utilize the set of time data, and wherein the refined maximum pulse power data forms a refined peak pulse power image.
【請求項47】前記計算手段は、正確化された減衰画像
を生成するために前記正確化最大パルスパワー画像の関
数を分離する別のステップを達成するようにプログラム
されている請求項46記載の音響画像形成装置。
47. The method of claim 46, wherein said calculating means is programmed to perform another step of separating a function of said refined maximum pulse power image to produce a refined attenuation image. Acoustic image forming device.
【請求項48】前記関数は、前記円の直径により割られ
た前記最大パルスパワー画像の対数である請求項47記載
の音響画像形成装置。
48. The acoustic image forming apparatus according to claim 47, wherein said function is a logarithm of said maximum pulse power image divided by a diameter of said circle.
【請求項49】前記計算手段は、次の他のステップを達
成するようにプログラムされている請求項42記載の音響
画像形成装置: A)複数の合成された単一周波数複素画像を生成するた
めに各前記単一周波数複素画像を合成し、 B)複数の位相ずれ訂正の合成になる単一周波数複素画
像を生成するために前記到着時間画像の指数関数を各前
記合成単一周波数複素画像に乗算し、 C)位相ずれ訂正の合成複素画像を生成するために前記
複数の位相ずれ訂正の合成単一周波数複素画像どうしを
加算し、及び D)位相ずれ訂正の複素画像を生成するために前記位相
ずれ訂正の合成複素画像を分離する。
49. An acoustic imaging apparatus according to claim 42, wherein said calculating means is programmed to perform the following other steps: A) for generating a plurality of synthesized single frequency complex images. B) combining the exponential function of the time-of-arrival image with each of the synthesized single-frequency complex images to generate a single-frequency complex image that results in the synthesis of a plurality of phase shift corrections. C) summing the plurality of phase shift correction composite single frequency complex images to generate a phase shift correction composite complex image; and D) generating the phase shift correction complex image. Separate the composite complex image for phase shift correction.
【請求項50】前記計算手段は、位相ずれ訂正の画像を
生成するために前記位相ずれ訂正の複素画像の大きさを
計算する別のステップを達成するようにプログラムされ
ている請求項49記載の音響画像形成装置。
50. The method of claim 49, wherein said calculating means is programmed to perform another step of calculating a magnitude of said phase shift corrected complex image to generate a phase shift corrected image. Acoustic image forming device.
【請求項51】前記計算手段は、次の他のステップを達
成するようにプログラムされている請求項50記載の音響
画像形成装置: A)複数の合成された単一周波数複素画像を生成するた
めに各前記単一周波数複素画像を合成し、 B)複数の正確化された位相ずれ訂正の合成単一周波数
複素画像を生成するために前記正確化された到着時間画
像の指数関数を各前記合成単一周波数複素画像に乗算
し、 C)正確化された位相ずれ訂正の合成複素画像を生成す
るために前記複数の生成された位相ずれ訂正の合成単一
周波数複素画像どうしを加算し、及び D)正確化された位相ずれ訂正の複素画像を生成するた
めに前記正確化された位相ずれ訂正の合成複素画像を分
離する。
51. An acoustic imaging apparatus according to claim 50, wherein said calculating means is programmed to perform the following other steps: A) for generating a plurality of synthesized single frequency complex images. B) synthesizing each of the single-frequency complex images into a plurality of the corrected phase-shift corrections; exponential function of the corrected time-of-arrival images to generate a single-frequency complex image; Multiplying a single-frequency complex image; C) adding the plurality of generated phase-shift-corrected composite single-frequency complex images together to generate an accurate phase-shift-corrected composite complex image; and D. ) Separating the complex phase-corrected corrected complex image to generate a complex phase-corrected phase-corrected image.
【請求項52】前記計算手段は、正確化された位相ずれ
訂正の画像を生成するために前記生成された位相ずれ訂
正の複素画像の大きさを計算する別のステップを達成す
るようにプログラムされている請求項49記載の音響画像
形成装置。
52. The calculating means is programmed to perform another step of calculating a magnitude of the generated phase shift correction complex image to generate an accurate phase shift correction image. 50. The acoustic image forming apparatus according to claim 49, wherein:
【請求項53】前記計算手段は、請求項49記載の音響画
像形成装置: A)合成された複素画像を生成するために前記到着時間
画像と前記合成された位相ずれ訂正の複素画像の対数関
数とを加算し、 B)複素画像を生成するために前記合成された複素画像
を分離する。
53. The acoustic image forming apparatus according to claim 49, wherein: A) a logarithmic function of the arrival time image and the synthesized phase-shift-corrected complex image to generate a synthesized complex image. B) separating the combined complex image to generate a complex image.
【請求項54】前記計算手段は、次の他のステップを達
成するようにプログラムされている請求項51記載の音響
画像形成装置: A)正確化された合成の複素画像を生成するために前記
生成された到着時間画像と前記正確化された合成の位相
ずれ訂正の複素画像の対数関数とを加算し、 B)正確化された複素画像を生成するために前記正確化
された合成の複素画像を分離する。
54. The acoustic image forming apparatus according to claim 51, wherein said calculating means is programmed to perform the following other steps: A) The acoustic image forming apparatus for generating an accurate composite complex image. Adding the generated arrival time image and the logarithmic function of the refined composite phase shift correction complex image; and B) the refined composite complex image to produce a refined complex image. Is separated.
JP07527827A 1994-04-25 1995-04-24 Acoustic image forming device Expired - Fee Related JP3133764B2 (en)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/232,741 1994-04-25
US08/232,740 1994-04-25
US232,740 1994-04-25
US08/232,741 US5435312A (en) 1991-05-31 1994-04-25 Acoustic imaging device
US232,741 1994-04-25
US08/232,740 US5417218A (en) 1991-05-31 1994-04-25 Acoustic imaging device
PCT/US1995/005078 WO1995028883A1 (en) 1994-04-25 1995-04-24 Acoustic imaging device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08508925A JPH08508925A (en) 1996-09-24
JP3133764B2 true JP3133764B2 (en) 2001-02-13

Family

ID=26926278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP07527827A Expired - Fee Related JP3133764B2 (en) 1994-04-25 1995-04-24 Acoustic image forming device

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0705073A1 (en)
JP (1) JP3133764B2 (en)
WO (1) WO1995028883A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11369338B2 (en) 2019-07-31 2022-06-28 Fujifilm Healthcare Corporation Ultrasonic CT device, image processing device, and image processing program that corrects a signal or pixel

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5313610B2 (en) * 2007-09-28 2013-10-09 富士フイルム株式会社 Ultrasonic diagnostic method and apparatus
WO2014125815A1 (en) 2013-02-12 2014-08-21 国立大学法人神戸大学 Scattering tomography method and scattering tomography device
EP3270790A4 (en) * 2015-03-18 2019-03-20 Decision Sciences Medical Company, LLC Synthetic aperture ultrasound system
KR102722181B1 (en) * 2015-10-08 2024-10-24 디시전 사이선씨즈 메디컬 컴패니, 엘엘씨 Acoustic orthopedic tracking systems and methods
JP6777511B2 (en) * 2016-11-22 2020-10-28 株式会社日立製作所 Ultrasound imaging device
JP6803044B2 (en) * 2017-02-17 2020-12-23 株式会社日立製作所 Measuring device and measuring method
JP6820791B2 (en) 2017-04-26 2021-01-27 株式会社日立製作所 Ultrasound imager and ultrasonic image generation program
JP2019162294A (en) 2018-03-20 2019-09-26 株式会社日立製作所 Ultrasonic ct apparatus
JP2020130597A (en) * 2019-02-19 2020-08-31 株式会社Cesデカルト Method and measurement apparatus for acquiring three-dimensional reflection image inside measurement object
JP7401323B2 (en) * 2020-01-27 2023-12-19 富士フイルムヘルスケア株式会社 Ultrasonic CT device and its control method
FR3113136A1 (en) * 2020-07-30 2022-02-04 Vallourec Tubes France Process of dynamic control by ultrasonic imaging
RU2755594C1 (en) * 2020-10-27 2021-09-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) Device for measuring geometric parameters of three-dimensional image of objects made of sound-reflecting materials

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5937969B2 (en) * 1976-06-12 1984-09-13 株式会社東芝 Ultrasound diagnostic equipment
US4222274A (en) * 1978-09-15 1980-09-16 Johnson Steven A Ultrasound imaging apparatus and method
US4594662A (en) * 1982-11-12 1986-06-10 Schlumberger Technology Corporation Diffraction tomography systems and methods with fixed detector arrays
DE3531893A1 (en) * 1985-09-06 1987-03-19 Siemens Ag METHOD FOR DETERMINING THE DISTRIBUTION OF DIELECTRICITY CONSTANTS IN AN EXAMINATION BODY, AND MEASURING ARRANGEMENT FOR IMPLEMENTING THE METHOD
JPH01221149A (en) * 1988-02-29 1989-09-04 Shimadzu Corp Temperature distribution measuring device
US5158088A (en) * 1990-11-14 1992-10-27 Advanced Technology Laboratories, Inc. Ultrasonic diagnostic systems for imaging medical instruments within the body
JPH03258251A (en) * 1990-03-09 1991-11-18 Gijutsu Kenkyu Kumiai Iryo Fukushi Kiki Kenkyusho Apparatus for measuring temperature distribution
JP3289952B2 (en) * 1992-06-18 2002-06-10 株式会社日立メディコ Ultrasound diagnostic equipment

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11369338B2 (en) 2019-07-31 2022-06-28 Fujifilm Healthcare Corporation Ultrasonic CT device, image processing device, and image processing program that corrects a signal or pixel

Also Published As

Publication number Publication date
EP0705073A1 (en) 1996-04-10
WO1995028883A1 (en) 1995-11-02
JPH08508925A (en) 1996-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5435312A (en) Acoustic imaging device
André et al. High‐speed data acquisition in a diffraction tomography system employing large‐scale toroidal arrays
JP6749369B2 (en) Coherent spread spectrum coded waveforms in synthetic aperture imaging.
US8246543B2 (en) Imaging method utilizing attenuation and speed parameters in inverse scattering techniques
US5417218A (en) Acoustic imaging device
Nock et al. Phase aberration correction in medical ultrasound using speckle brightness as a quality factor
Gemmeke et al. 3D ultrasound computer tomography for medical imaging
JP2004520094A (en) Ultrasonic tomograph
Stotzka et al. Medical imaging by ultrasound computer tomography
US5305752A (en) Acoustic imaging device
JP3133764B2 (en) Acoustic image forming device
CA2338735A1 (en) Synthetic structural imaging and volume estimation of biological tissue organs
Marmarelis et al. High-resolution ultrasonic transmission tomography
JPH0211251B2 (en)
Heller et al. Deep learning-based speed-of-sound reconstruction for single-sided pulse-echo ultrasound using a coherency measure as input feature
Dmitriev et al. Principles of obtaining and processing of acoustic signals in linear and nonlinear tomographs
Littrup et al. Computerized ultrasound risk evaluation (CURE) system: Development of combined transmission and reflection ultrasound with new reconstruction algorithms for breast imaging
Haun et al. Efficient three-dimensional imaging from a small cylindrical aperture
Schmidt et al. Modification of Kirchhoff migration with variable sound speed and attenuation for tomographic imaging of the breast
Qu et al. The effect of sound-speed-image resolution on phase aberration correction for ultrasound computed tomography
Muller et al. 8c-5 full 3d inversion of the viscoelasticity wave propagation problem for 3d ultrasound elastography in breast cancer diagnosis
Mensah et al. Diffraction tomography: a geometrical distortion free procedure
US20240163420A1 (en) Method for generating a two-dimensional ultrsasound transducer and to process the data acquired with such a transducer
Tasinkiewicz 3D Synthetic Aperture Imaging Method in Spectrum Domain for Low-Cost Portable Ultrasound Systems
JPH06254097A (en) Ultrasonic diagnostic device

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees