图像化方法以及图像化装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及图像化方法以及图像化装置。图像化方法包括：朝对象物(10)放射波的步骤；接收波在对象物(10)中散射后的散射波的步骤；以及根据表示散射波的散射波数据，重构与对象物(10)的内部信息相关的图像的步骤。在重构图像的步骤中，使用散射波数据和表示形状的解析模型对偏微分方程式进行求解，由此来导出重构函数，使用重构函数重构与对象物(10)的内部信息相关的图像。此处，偏微分方程式是用于重构与对象物(10)的内部信息相关的图像的重构函数满足的方程式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】图像化方法以及图像化装置
本专利技术涉及利用波取得物体的内部信息并影像化(图像化)的技术，特别是涉及利用波的散射现象取得物体的内部信息的图像化方法以及图像化装置。
技术介绍
以往，作为将生物体或建筑物等的物体内部的信息影像化的方法，使用X射线CT(X射线断层照相术)、MRI(MagneticResonanceImaging：核磁共振图像法)、PET(PositronEmissionTomography：正电子发射断层扫描法)等方法。具体地说，朝作为观测对象物的生物体或物体、或者血浆放射光、太赫兹波、毫米波、微波之类的电磁波或者超声波等波，且对其散射波(反射波)进行观测和解析，由此来将生物体内部、固体内部、或者血浆的内部的信息影像化。并且，最近，也代替波而使用磁场来进行生物体、物体内部的信息的影像化。一般地，在这些方法中，采用如下的技术：朝物体O放射电磁波、超声波之类的波u，在物体O周围的多个场所观测从物体O散射的散射波p，并将所获得的数据影像化(例如，参照专利文献1、非专利文献1)。专利文献1所记载的技术为：使用电波进行物体内部的信息的影像化。是如下的技术：边用导电率、介电常数等参数对利用配置在圆周上的传感器元件观测到的散射波的数据进行修正，边反复进行数据的取得，从而进行影像化。非专利文献1所记载的技术是与多通道线阵雷达相关的技术，是进行混凝土内部的缺陷等信息的影像化的技术。在对象物的表面配置呈直线状或者曲线状地配置的传感器元件(直线状的多阵列天线)，利用传感器观测所放射的波的散射波，并对观测数据进行解析而影像化。并且，在医疗领域中，例如，设想在用于进行乳腺癌的检测的乳房X射线照相装置等中利用上述的使用了波的观测方法。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2003－177656号公报非专利文献非专利文献1：トンネル覆工コンクリート検査用3次元影像化レーダを開発、三井造船技報、No.184、p24、2005年2月(开发隧道衬砌混凝土检查用三维影像化雷达；三井造船技报；No.184，p24，2005年2月)
技术实现思路
专利技术所要解决的课题在专利文献1以及非专利文献1所公开的技术中，例如，每当物体的曲面形状等条件变化时，就需要改变理论、装置内部的构造等而重新取得数据、或者对已取得的数据进行修正，因此难以实现通用的使用。特别地，对于生物体等具有灵活多变的形状的对象物，很多情况下对象物的形状、外形的曲面的曲率并不一定，因此，难以一律使用以往的直线状多阵列天线、以一定形状的对象物作为模型的阵列天线。并且，由于需要重新取得数据或者对数据进行修正，因此存在计算速度延迟、存储器的大量使用的问题。并且，作为以生物体作为对象物的情况下的现有技术，存在乳房X射线照相装置等利用了X射线的装置。但是，在使用了X射线的乳房X射线照相装置中，特别是对于占据亚洲人的大半的高浓度乳房，有时通过拍摄碳酸钙来间接地进行癌的诊断，因此难以直接识别微细的乳腺癌组织与其他组织。此外，近年来，虽然也提出有利用高亮度X射线的散射的技巧，但由于是测定相对于透射光为数百万分之一的强度的散射光，因此，为了进行正确的诊断需要提高X射线的强度。在该情况下，担心X射线对生物体的影响。因此，本专利技术的目的在于，提供一种通用的、能够将物体内部的信息简便且高速地影像化的检查方法以及检查装置。用于解决课题的手段为了解决上述课题，本专利技术所涉及的图像化方法包括：朝对象物放射波的步骤；接收所述波在所述对象物中散射后的散射波的步骤；以及根据表示所述散射波的散射波数据，重构与所述对象物的内部信息相关的图像的步骤，在重构所述图像的步骤中，使用所述散射波数据和表示形状的解析模型对偏微分方程式进行求解，由此来导出用于重构与所述对象物的内部信息相关的图像的重构函数，使用所述重构函数，重构与所述对象物的内部信息相关的图像，所述偏微分方程式是所述重构函数满足的方程式。由此，在一边使具有发送天线元件和接收天线元件的传感器元件在对象物上自由移动一边进行对象物的内部信息的观测(检查)的解析模型中，设定逆问题用的偏微分方程式，通过求解该偏微分方程式，由此能够将对象物的内部信息通用地且高速地影像化。并且，在重构图像的步骤中，重构函数φ的设定是以三维空间为对象进行的，因此能够将对象物的内部信息在三维上高精度且高速地影像化。并且，并非经由针对其他物体的观测结果来观测对象物，能够直接观测对象物。此外，与具备多个发送部和接收部的、利用了基于多元静态(multistatic)法的散射断层照相术的检查装置相比较，该检查方法是利用了基于单静态(monostatic)法的散射断层照相术的检查方法，即便是形状灵活多变的检查对象也能够高精度地计测。并且，也可以形成为，关于所述偏微分方程式，使用表示所述对象物内的发送点以及接收点的位置的独立变量来表达，是在与所述独立变量的数量具有相同维度的空间中的各点中，所述散射波所产生的场的函数即散射场函数成为解的线性偏微分方程式，在重构所述图像的步骤中，导出所述重构函数的时间变量的极限值即影像化函数，使用所述影像化函数来重构与所述对象物的内部信息相关的图像。由此，能够将对象物的内部信息更高精度且高速地影像化。并且，也可以形成为，所述解析模型所呈现的形状为圆锥，所述影像化函数用以下的(式A)表达，在重构所述图像的步骤中，使用由通过用θ对所述影像化函数进行积分得到的以下的(式B)表达的函数来重构与所述对象物的内部信息相关的图像。[数1][数2]此处，x是所述发送点以及所述接收点的位置的x坐标，y是所述发送点以及所述接收点的位置的y坐标，z是所述发送点以及所述接收点的位置的z坐标，(X，Y，Z)是以所述圆锥的顶点为原点、将从所述原点朝向所述圆锥的底面的中心的方向设为Z方向、将与所述底面平行且通过所述原点的方向设为X方向、将与所述底面平行且通过所述原点并与所述X方向正交的方向设为Y方向时的坐标，ρ是介电常数的函数，φ是所述重构函数，φR是φ＝φRδ(x)成立的函数，kx、ky、kz是波数的x、y、z分量，k是时间的波数，θ是以所述圆锥的轴作为旋转轴的旋转角度。由此，能够将大致具有圆锥状的形状的对象物的内部信息更高精度且高速地影像化。并且，也可以形成为，所述解析模型所呈现的形状为具有曲线状的母线的大致圆锥，所述影像化函数由以下的(式C)表达，在重构所述图像的步骤中，使用由通过用θ对所述影像化函数进行积分得到的以下的(式D)表达的函数来重构与所述对象物的内部信息相关的图像。[数3][数4]此处，x是所述发送点以及所述接收点的位置的x坐标，y是所述发送点以及所述接收点的位置的y坐标，z是所述发送点以及所述接收点的位置的z坐标，(X，Y，Z)是以所述大致圆锥的顶点为原点、将从所述原点朝向所述大致圆锥的底面的中心的方向设为Z方向、将与所述底面平行且通过所述原点的方向设为X方向、将与所述底面平行且通过所述原点并与所述X方向正交的方向设为Y方向时的坐标，ρ是介电常数的函数，φ是所述重构函数，aθ是系数，kx、ky、kz是波数的x、y、z分量，k是时间的波数，θ是以所述大致圆锥的轴作为旋转轴的旋转角度。由此，能够将大致具有大致圆锥的形状的对象物的内部信息更高精度且高速地影像化。并且，也可以形成为，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像化方法，包括：朝对象物放射波的步骤；接收所述波在所述对象物中散射后的散射波的步骤；以及根据表示所述散射波的散射波数据，重构与所述对象物的内部信息相关的图像的步骤，在重构所述图像的步骤中，使用所述散射波数据和表示形状的解析模型对偏微分方程式进行求解，由此来导出用于重构与所述对象物的内部信息相关的图像的重构函数，使用所述重构函数，重构与所述对象物的内部信息相关的图像，所述偏微分方程式是所述重构函数满足的方程式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.29 JP 2015-1922161.一种图像化方法，包括：朝对象物放射波的步骤；接收所述波在所述对象物中散射后的散射波的步骤；以及根据表示所述散射波的散射波数据，重构与所述对象物的内部信息相关的图像的步骤，在重构所述图像的步骤中，使用所述散射波数据和表示形状的解析模型对偏微分方程式进行求解，由此来导出用于重构与所述对象物的内部信息相关的图像的重构函数，使用所述重构函数，重构与所述对象物的内部信息相关的图像，所述偏微分方程式是所述重构函数满足的方程式。2.根据权利要求1所述的图像化方法，其中，关于所述偏微分方程式，使用表示所述对象物内的发送点以及接收点的位置的独立变量来表达，是在与所述独立变量的数量具有相同维度的空间中的各点中，所述散射波所产生的场的函数即散射场函数成为解的线性偏微分方程式，在重构所述图像的步骤中，导出所述重构函数的时间变量的极限值即影像化函数，使用所述影像化函数来重构与所述对象物的内部信息相关的图像。3.根据权利要求2所述的图像化方法，其中，所述解析模型所呈现的形状为圆锥，所述影像化函数用以下的(式A)表达，在重构所述图像的步骤中，使用由通过用θ对所述影像化函数进行积分得到的以下的(式B)表达的函数来重构与所述对象物的内部信息相关的图像，[数1][数2]此处，x是所述发送点以及所述接收点的位置的x坐标，y是所述发送点以及所述接收点的位置的y坐标，z是所述发送点以及所述接收点的位置的z坐标，(X，Y，Z)是以所述圆锥的顶点为原点、将从所述原点朝向所述圆锥的底面的中心的方向设为Z方向、将与所述底面平行且通过所述原点的方向设为X方向、将与所述底面平行且通过所述原点并与所述X方向正交的方向设为Y方向时的坐标，ρ是介电常数的函数，φ是所述重构函数，φR是φ＝φRδ(x)成立的函数，kx、ky、kz是波数的x、y、z分量，k是时间的波数，θ是以所述圆锥的轴作为旋转轴的旋转角度。4.根据权利要求2所述的图像化方法，其中，所述解析模型所呈现的形状为具有曲线状的母线的大致圆锥，所述影像化函数由以下的(式C)表达，在重构所述图像的步骤中，使用由通过用θ对所述影像化函数进行积分得到的以下的(式D)表达的函数来重构与所述对象物的内部信息相关的图像，[数3][数4]此处，x是所述发送点以及所述接收点的位置的x坐标，y是所述发送点以及所述接收点的位置的y坐标，z是所述发送点以及所述接收点的位置的z坐标，(X，Y，Z)是以所述大致圆锥的顶点为原点、将从所述原点朝向所述大致圆锥的底面的中心的方向设为Z方向、将与所述底面平行且通过所述原点的方向设为X方向、将与所述底面平行且通过所述原点并与所述X方向正交的方向设为Y方向时的坐标，ρ是介电常数的函数，φ是所述重构函数，aθ是系数，kx、ky、kz是波数的x、y、z分量，k是时间的波数，θ是以所述大致圆锥的轴作为旋转轴的旋转角度。5.根据权利要求2所述的图像化方法，其中，所述解析模型所呈现的形状为非对称的锥体，所述影像化函数在ξ、η、以及ζ分别为满足以下的(式E)的变量时由以下的(式F)表达，在重构所述图像的步骤中，使用由通过用θ对所述影像化函数进行积分得到的以下的(式G)表达的函数来重构与所述对象物的内部信息相关的图像，[数5]ξ＝-kxcosθ+{kycosα(θ)+kzsinα(θ)}sinθη＝-kxsinθ-{kycosα(θ)+kzsinα(θ)}cosθkx＝-ξcosθ-ηsinθ[数6][数7]此处，x是所述发送点以及所述接收点的位置的x坐标，y是所述发送点以及所述接收点的位置的y坐标，z是所述发送点以及所述接收点的位置的z坐标，(X，Y，Z)是以所述锥体的顶点为原点、将从所述原点朝向所述锥体的底面的中心的方向设为Z方向、将与所述底面平行且通过所述原点的方向设为X方向、将与所述底面平行且通过所述原点并与所述X方向正交的方向设为Y方向时的坐标，ρ是介电常数的函数，φ是所述重构函数，φR是φ＝φRδ(x)成立的函数，aθ是系数，kx、ky、kz是波数的x、V、z分量，k是时间的波数，θ是以所述锥体的轴作为旋转轴的旋转角度，α是以所述Z方向作为基准的倾斜角度。6.根据权利要求1或2所述的图像化方法，其中，在所述放射的步骤中，使用接收所述散射波的接收天线元件和朝所述对象物放射所述波的发送天线元件一体设置、且电波吸收单元位于所述接收天线元件与所述发送天线元件之间的探测器来将所述波朝所述对象物放射，在所述接收的步骤中，使用所述探测器来接收所述散射波。7.根据权利要求6所述的图像化方法，其中，所述解析模型所呈现的形状为圆锥，所述发送天线元件以及所述接收天线元件为一体，且沿着所述对象物中的与圆锥的母线相当的线移动。8.根据权利要求6所述的图像化方法，其中，所述解析模型所呈现的形状为具有曲线状的母线的大致圆锥，所述发送天线元件以及所述接收天线元件为一体，且沿着所述对象物中的与大致圆锥的曲线状的母线相当的线移动。9.根据权利要求6所述的图像化方法，其中，所述解析模型所呈现的形状为非对称的锥体，所述发送天线元件以及所述接收天线元件为一体，且沿着所述对象物中的与非对称的锥体的母线相当的线移动。10.根据权利要求1～9中任一项所述的图像化方法，其中，所述波为微波。11.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：木村建次郎，木村宪明，
申请(专利权)人：国立大学法人神户大学，积分几何科学公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP