JP5417337B2 - サーチボリュームの内容物を測定する方法および装置 - Google Patents
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Description
(a)電磁波エネルギーをサーチボリューム内へ送るような1つまたは複数の送信機を作動する工程と、
(b)それぞれが、サーチボリューム内の異なる伝搬経路(典型的には、単静的または双静的経路のいずれか)に関連づけられる2つ以上の信号を記録することによって、サーチボリュームが電磁波エネルギーの通過に与える影響を検出する工程と、
(c)それぞれが、サーチボリューム内の異なる伝搬経路(典型的には、単静的または双静的経路のいずれか)に関連づけられ、サーチボリューム内の所望のボクセル上に合成して集束される2つ以上の整列信号を生成するため、信号を整列させる工程と、
(d)整列信号を処理して2つ以上のデータ値を生成し、データ値を処理して品質係数を生成することによって、整列信号におけるコヒーレンスの程度を示す品質係数を計算する工程と、
(e)整列信号を総和して、総和された信号を生成する工程と、
(f)総和された信号を処理して、所望のボクセル位置におけるサーチボリュームの内部構造を示し、品質係数に従って変動する出力を生成する工程と、
を含む。
(a)サーチボリュームへおよびサーチボリュームから電磁波エネルギーを送るおよび受け取るように構成されたアンテナアレイ、および
(b)プロセッサ
を備え、プロセッサは、
(i)それぞれは、サーチボリュームが電磁波エネルギーの通過に与える影響を示し、およびサーチボリューム内の異なる伝搬経路に関連づけられる2つ以上の信号を記録し、
(ii)それぞれが、サーチボリューム内の異なる伝搬経路に関連づけられ、サーチボリューム内の所望のボクセル上に合成して集束される2つ以上の整列信号を生成するため信号を整列させ、
(iii)時間整列信号を処理して2つ以上のデータ値を生成し、データ値を処理して品質係数を生成することによって、整列信号におけるコヒーレンスの程度を示す品質係数を計算し
(iv)整列信号を総和して、総和信号を生成し、
(v)総和信号を処理して、所望のボクセル位置におけるサーチボリュームの内部構造を示し、品質係数に従って変動する出力を生成するように構成される。
・ 1つまたは複数の整列信号の振幅
・ 1つまたは複数の周波数における1つまたは複数の整列信号のスペクトル成分の振幅
・ 1つまたは複数の周波数における1つまたは複数の時間整列信号のスペクトル成分
・ 1つまたは複数の時間整列信号の到着時間
図1に示される胸部癌検出用実開口合成組織レーダ(a real aperture synthetically organised radar)は、胸部1と接近または接触するN個(例えば、3個)のアンテナのアレイ2を採用することによって作動する。各アンテナは、順番に作動されて電磁波エネルギーのパルスを胸部1内へ送り、胸部が電磁波エネルギーの通過に与える影響が、他のアンテナの各々で反射信号yi(t)を受け取って信号yi(t)を記録することによって検出される。したがって、各信号yi(t)は、アンテナのi番目の送信機/受信機の対、したがって、胸部1内の異なる伝搬経路に関連づけられる。パルス生成器8および検出器9は、図1に示されるように、切り換えマトリックス5によって時分割されてよい。任意の送信または受信経路増幅(6、7)も同様である。
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・ yi(t)は、i番目の測定されたレーダ信号である。
・ τは、積分窓の持続時間であり、帯域幅の逆数に略等しい。
・ wi(x,y,z)yi(t)は、時間tにおけるi番目の送信機/受信機の対に関連づけられた前処理信号である。
・ wi(x,y,z)yi(t−Ti(x,y,z))は、時間(t−Ti(x,y,z))に、位置x,y,zにおけるサーチボリュームの所望のボクセル上に合成して集束され、i番目の送信機/受信機の対に関連づけられた時間整列信号である。
・ QF(x,y,z)は、時間整列信号を処理して、図2に示されるエネルギーデータ値曲線を生成し、エネルギーデータ値曲線を処理して品質係数QFを生成することによって計算された品質係数である。品質係数QFは、位置x,y,zにおける整列信号のコヒーレンスの程度を示す。
図3aおよび図3bは、位置PT(x=20,y=20,z=−20)にある10mm球状ファントム腫瘍の3D集束結果を示す。具体的には、これらの図面は散乱エネルギーの−3dB輪郭マップを提示し、散乱エネルギーは位置x,y,zにおける所望のボクセル位置でサーチボリュームの内部構造を示すものと仮定される。図3aおよび図3bは、方程式1の標準DASアルゴリズム(図3(a))および方程式2の改善DASアルゴリズム(図3(b))の出力を対比する。図3(a)で分かるように、標準DASアルゴリズムを使用して集束するとき、画像内に幾つかの散乱体が存在する。3Dボリューム全体の中で最も強い散乱体は位置PT(x=15,y=18,z=−18)にあり、これは腫瘍応答に関連づけられる。図3aは、位置P1(x=−21,y=9,z=−18)およびP2(x=−18,y=−21,z=−27)にある2つの他の強い散乱体の場所も示す。図4(a)および図4(b)は、クラッタに関連づけられたPT、P1(双方ともにz=−18)およびP2(z=−27)信号を含む水平面(Z軸)における標準DASの2D集束結果を示す。2D輪郭プロットは、3Dボリューム全体で最大に正規化された線形目盛上の信号エネルギーを示す。各平面における皮膚の場所は、黒い円として示される。腫瘍を含む平面の図4(a)から、集束された腫瘍応答(PT)が比較的容易に認識することができ、近くに双子の腫瘍応答が存在する(x=18、y=9の位置; 双子の標的応答は、バックグラウンド減法方法、つまり10度の機械的アレイ回転に起因する)。図4aは、位置P1における強いクラッタ、および不完全なバックグラウンド減法から起こる他の位置での弱いクラッタを更に示す。図4(b)は、P2における強いクラッタ散乱体を含む平面(z=−27)を介する2D集束結果を示す。
このセクションは、より小さい7mmの球状腫瘍ファントムの検出を示す。図6では、位置PT(x=20, y=10, z=−10)にある6mm球状ファントム腫瘍について、3D集束結果が示される。図6aおよび図6bは、標準DASアルゴリズム(図6(a))および改善DASアルゴリズム(図6(b))を使用して集束が実行されたときの散乱エネルギーの−3dB輪郭マップを示す。
Claims (15)
- (a)電磁波エネルギーを前記サーチボリューム内へ送るような、1つまたは複数の送信機を作動する工程と、
(b)それぞれが、前記サーチボリューム内の異なる伝搬経路に関連付けられる、2つ以上の信号を記録することによって、前記サーチボリュームの前記内容物が前記電磁波エネルギーの通過に与える影響を検出する工程と、
(c)それぞれが、前記サーチボリューム内の異なる伝搬経路に関連付けられ、前記サーチボリューム内の所望のボクセル上に合成して集束される2つ以上の整列信号を生成するため、前記信号を整列させる工程と、
(d)前記整列信号を処理して2つ以上のデータ値を生成し、前記データ値を処理して、前記整列信号におけるコヒーレンスの程度を示す品質係数を計算する工程と、
(e)前記整列信号を総和して、総和信号を生成する工程と、
(f)前記総和信号を処理して、前記所望のボクセル位置における前記サーチボリュームの前記内容物を示し、前記品質係数に従って変動する出力を生成する工程と、
を含み、
前記データ値の各々が、
(i)1つまたは複数の前記整列信号のエネルギー、
(ii)1つまたは複数の前記整列信号の振幅、
(iii)1つまたは複数の周波数における1つまたは複数の前記整列信号のスペクトル成分の振幅、
(iv)1つまたは複数の周波数における1つまたは複数の時間整列信号のスペクトル成分、および
(v)1つまたは複数の時間整列信号の到着時間、
のいずれか1つの特性を示すサーチボリュームの内容物を測定する方法。 - 前記品質係数を計算するステップが、前記データ値の統計的分散の程度を示すパラメータを計算する工程を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記品質係数を計算するステップが、前記整列信号の全エネルギーの総和に対する前記総和信号の総エネルギーを査定するパラメータを計算する工程を含む、請求項1または請求項2に記載の方法。
- 信号帯域幅の一部分からのみエネルギーが計算される、請求項3に記載の方法。
- 前記品質係数を計算するステップが、異なる数の前記整列信号を総和することによって生成される一連の各異なる総和信号を生成する工程と、前記異なる総和信号を処理して一連の異なるデータ値を生成する工程と、前記異なるデータ値へ曲線を当てはめる工程とを含む、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記総和の順序を変更することによって、異なる結果が達成される、請求項5に記載の方法。
- 前記曲線が多項式曲線である、請求項5または請求項6に記載の方法。
- 前記総和信号がエネルギーに比例し、前記曲線が二次曲線である、請求項7に記載の方法。
- 前記ステップ(b)で記録される前記信号が等化信号である、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ステップ(a)が、2つ以上の送信機を逐次に作動する工程を備える、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ステップ(b)は、それぞれが、前記サーチボリューム内の異なる伝搬経路に関連づけられる2つ以上の信号を逐次に記録する工程を備える、請求項10に記載の方法。
- 前記サーチボリュームが、ヒトまたは動物の体の一部分である、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記整列信号を総和し、前記総和された信号から第1のエネルギーデータ値を生成し、前記整列信号のエネルギーを総和して第2のエネルギーデータ値を生成し、前記2つのエネルギーデータ値の比を計算することによって前記品質係数が計算される、請求項3に記載の方法。
- 前記ステップ(b)で記録される前記信号が、前処理された信号である、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の方法。
- (a)電磁波エネルギーを前記サーチボリュームへおよび前記サーチボリュームから送るおよび受け取るように構成されたアンテナアレイと、
(b)プロセッサと
を備え、前記プロセッサは、
(i)それぞれは、前記サーチボリュームが前記電磁波エネルギーの通過に与える影響を示し、かつ前記サーチボリューム内の異なる伝搬経路に関連づけられる2つ以上の信号を記録し、
(ii)それぞれが、前記サーチボリューム内の異なる伝搬経路に関連づけられ、前記サーチボリューム内の所望のボクセル上に合成して集束される2つ以上の整列信号を生成するため、前記信号を整列させ、
(iii)時間整列した前記信号を処理して2つ以上のデータ値を生成し、前記データ値を処理して、前記整列信号におけるコヒーレンスの程度を示す品質係数を計算し、
(iv)前記整列信号を総和して、総和信号を生成し、
(v)前記総和信号を処理して、前記所望のボクセル位置における前記サーチボリュームの前記内容物を示し、前記品質係数に従って変動する出力を生成する
ように構成され、
前記データ値の各々が、
(1)1つまたは複数の前記整列信号のエネルギー、
(2)1つまたは複数の前記整列信号の振幅、
(3)1つまたは複数の周波数における1つまたは複数の前記整列信号のスペクトル成分の振幅、
(4)1つまたは複数の周波数における1つまたは複数の時間整列信号のスペクトル成分、および
(5)1つまたは複数の時間整列信号の到着時間、
のいずれか1つの特性を示すサーチボリュームの内容物を測定する装置。
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