特許 6566465 異常組織検出装置及び信号送受信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6566465

(24)【登録日】2019年8月9日

(45)【発行日】2019年8月28日

(54)【発明の名称】異常組織検出装置及び信号送受信方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/05 20060101AFI20190819BHJP

   H03K 17/693 20060101ALI20190819BHJP

   G01N 22/00 20060101ALI20190819BHJP

   G01N 22/02 20060101ALI20190819BHJP

   A61B 10/00 20060101ALI20190819BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/05 Z

   H03K17/693 A

   G01N22/00 S

   G01N22/02 C

   A61B10/00 B

【請求項の数】11

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2015-63703(P2015-63703)

(22)【出願日】2015年3月26日

(65)【公開番号】特開2016-182221(P2016-182221A)

(43)【公開日】2016年10月20日

【審査請求日】2018年2月8日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 発行日：平成２６年１０月２２日 刊行物：ＩＥＥＥ ２０１４ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＵＳＢメモリ 発行日：平成２６年１１月 ４日 刊行物：２０１４ Ａｓｉａ−Ｐａｃｉｆｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＵＳＢメモリ

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、独立行政法人科学技術振興機構、研究成果展開事業 先端計測分析技術・機器開発プログラム「乳がん検査用複素誘電率分布計装技術」委託研究開発、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100138955

【弁理士】

【氏名又は名称】末次 渉

(74)【代理人】

【識別番号】100109449

【弁理士】

【氏名又は名称】毛受 隆典

(72)【発明者】

【氏名】吉川 公麿

(72)【発明者】

【氏名】アズハリ アフリーン

【審査官】 牧尾 尚能

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０３６４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３１１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６９１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０８５５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０１５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５２８８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２４１４０９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／０４− ５／０５３

Ａ６１Ｂ ９／００−１０／０６

Ｇ０１Ｎ ２２／００−２２／０４

Ｇ０１Ｎ ２４／００−２２／１４

Ｇ０１Ｒ ３３／２８−３３／６４

Ｈ０３Ｋ １７／００−１７／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロ波のインパルス信号を送受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信されるマイクロ波のインパルス信号を出力する送信部と、
前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナで受信されたマイクロ波の電気信号を入力する受信部と、
前記送信部から出力された前記インパルス信号を入力する第１の入力端及び前記受信部に前記電気信号を出力する第１の出力端を有し、前記第１の入力端及び前記第１の出力端のいずれかと、前記複数のアンテナのうちの第１のグループに属するアンテナのいずれかとを、切り替え接続する第１のＣＭＯＳスイッチと、
前記送信部から出力された前記インパルス信号を入力する第２の入力端及び前記受信部に前記電気信号を出力する第２の出力端を有し、前記第２の入力端及び前記第２の出力端のいずれかと、前記複数のアンテナのうち、前記第１のグループとは異なる第２のグループに属するアンテナのいずれかとを、切り替え接続する第２のＣＭＯＳスイッチと、
前記第１のＣＭＯＳスイッチと、前記第１のグループに属するアンテナのそれぞれとを結ぶ第１の配線部と、
前記第２のＣＭＯＳスイッチと、前記第２のグループに属するアンテナのそれぞれとを結ぶ第２の配線部と、
前記第１のＣＭＯＳスイッチ及び前記第２のＣＭＯＳスイッチを制御して、信号を送信するアンテナ及び信号を受信するアンテナの組み合わせを切り替えながら、前記送信部に前記マイクロ波のインパルス信号を出力させ、前記アンテナから出力された電気信号を前記受信部に入力させる信号処理部と、
を備える異常組織検出装置。

【請求項2】

前記第１、第２の配線部は、
前記第１、第２のＣＭＯＳスイッチの複数の入出力端それぞれと、前記第１、第２のグループに属するアンテナのそれぞれとを同じ長さの配線で結ぶ、
請求項１に記載の異常組織検出装置。

【請求項3】

前記第１の配線部は、
前記第１のＣＭＯＳスイッチが実装された基板を有し、
前記第２の配線部は、
前記第２のＣＭＯＳスイッチが実装された基板を有し、
前記各基板上には、前記第１のＣＭＯＳスイッチ又は前記第２のＣＭＯＳスイッチを中心に放射状に実装された同軸ケーブルの複数の接続ポートと、
前記第１のＣＭＯＳスイッチ又は前記第２のＣＭＯＳスイッチの複数の入出力端のいずれかと、前記複数の接続ポートのいずれかとを接続するために放射状に延びる長さが同じ複数のマイクロストリップラインと、
が実装されている、
請求項２に記載の異常組織検出装置。

【請求項4】

前記複数の接続ポートのいずれかと、前記複数のアンテナのいずれかとを結ぶ複数の同軸ケーブルの長さが同じである、
請求項３に記載の異常組織検出装置。

【請求項5】

前記第１のＣＭＯＳスイッチ及び前記第２のＣＭＯＳスイッチは、
２Ｐ８ＴのＣＭＯＳスイッチである、
請求項１から３のいずれか一項に記載の異常組織検出装置。

【請求項6】

前記２Ｐ８ＴのＣＭＯＳスイッチは、
８つのアンテナのうちのいずれか１つのアンテナを選択するために各アンテナに接続され、それぞれ４つずつのアンテナから成る２つのグループにグループ分けされた８つの選択回路と、
前記送信部と接続され、前記送信部から入力されたマイクロ波のインパルス信号を、前記２つのグループのいずれかに出力する第１の１Ｐ２ＴのＣＭＯＳスイッチと、
前記受信部と接続され、前記２つのグループのいずれかから出力されたマイクロ波の電気信号を前記受信部に出力する第２の１Ｐ２ＴのＣＭＯＳスイッチと、
を備える、
請求項５に記載の異常組織検出装置。

【請求項7】

前記第１、第２の１Ｐ２ＴのＣＭＯＳスイッチでは、
前記送信部又は前記受信部と、一方のグループの選択回路との間に直列に接続された２つの第１の半導体スイッチング素子と、
前記２つの第１の半導体スイッチング素子の間にソースが接続されるとともに、ドレインが接地され、前記第１の半導体スイッチング素子がオンしたときにオフとなる第２の半導体スイッチング素子と、
を備える回路が、前記選択回路のグループ毎に設けられている、
請求項６に記載の異常組織検出装置。

【請求項8】

前記複数のマイクロストリップラインのそれぞれには、
前記マイクロ波の中心波長をλとしたときにλ／４の長さを有し、前記各接続ポートのインピーダンスをＺ１とし、前記第１、第２のＣＭＯＳスイッチの出力端のインピーダンスをＺ２としたときに、√（Ｚ１×Ｚ２）の中間インピーダンスを有する伝送線路が挿入されている、
請求項３に記載の異常組織検出装置。

【請求項9】

前記各アンテナは、
前記各同軸ケーブルの内部導体と接続された裏側導体線と、前記裏側導体線と絶縁層を介して配置された前記各同軸ケーブルの外部導体と接続された表面導体と、を有し、
同一のグループに属するアンテナが、前記裏側導体線で電流の流れる方向が同じとなるように１次元配列され、
前記第１のグループのアンテナの配列と、前記第２のグループのアンテナの配列とが、前記裏側導体線で電流が流れる方向に交互に配列されている、
請求項４に記載の異常組織検出装置。

【請求項10】

前記信号処理部は、
位置関係が同じ複数の異なるアンテナの組み合わせで前記マイクロ波の送受信を行い、
前記送受信の結果得られた受信信号を平均化した信号を基準信号とし、
前記受信信号と前記基準信号との差分に基づいて、異常組織を検出する、
請求項１から９のいずれか一項に記載の異常組織検出装置。

【請求項11】

マイクロ波のインパルス信号を送受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信されるマイクロ波のインパルス信号を出力する送信部と、前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナで受信されたマイクロ波の電気信号を入力する受信部と、を設け、
前記複数のアンテナを２つのグループに分けて、前記送信部から出力された前記インパルス信号を入力する第１の入力端及び前記受信部に前記電気信号を出力する第１の出力端を有する第１のＣＭＯＳスイッチを介して、前記第１の入力端及び前記第１の出力端と、一方のグループに属するアンテナとを接続するとともに、前記送信部から出力された前記インパルス信号を入力する第２の入力端及び前記受信部に前記電気信号を出力する第２の出力端を有する第２のＣＭＯＳスイッチを介して、前記第２の入力端及び前記第２の出力端と、他方のグループに属するアンテナとを接続し、
前記第１のＣＭＯＳスイッチと前記一方のグループに属するアンテナとをそれぞれ結ぶ複数の第１の配線と、前記第２のＣＭＯＳスイッチと前記他方のグループに属するアンテナとをそれぞれ結ぶ複数の第２の配線との長さを同じとし、
前記第１のＣＭＯＳスイッチ及び前記第２のＣＭＯＳスイッチを制御して、前記アンテナの組み合わせを切り替えながら、送信信号を前記第１、第２のＣＭＯＳスイッチのいずれかを介して前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナに出力し、前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナから出力された受信信号を前記第１、第２のＣＭＯＳスイッチのいずれかを介して入力し、入力した電気信号に対する信号処理を行う、
信号送受信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、異常組織検出装置及び信号送受信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

癌の診断は、例えば、Ｘ線や核磁気共鳴装置（ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging））により対象部位の画像を撮像し、撮像した画像を分析することにより行われるのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、Ｘ線の生体への悪影響が懸念されるうえ、Ｘ線装置、ＭＲＩ装置は、小型化が困難である。さらに、これらの装置を用いて診断を行うためには、専門機関での受診が必須になる。

【0003】

そこで、Ｘ線装置やＭＲＩ装置を用いずに、簡易な構成で簡単に異常組織を検出することが可能な異常組織検出装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この異常組織検出装置には、アンテナがマトリクス状に配置されたアンテナアレイが設けられている。この異常組織検出装置は、アンテナアレイの一のアンテナから生体にマイクロ波のインパルス信号を放射し、アンテナアレイの他のアンテナで、放射したインパルス信号の反射波を受信する。この異常組織検出装置は、マイクロ波のインパルス信号を送信するアンテナと、マイクロ波を受信するアンテナとの組み合わせを変えながら、インパルス信号の反射波の送受信を行い、各アンテナの組み合わせで得られた複数の受信信号に基づいて、生体内の異常組織を検出する。

【0004】

特許文献２に開示された異常組織検出装置において生体内の異常組織を精度良く検出するためには、送受信を行うアンテナの組み合わせが変わっても、両アンテナの相対距離が同一であり、かつ、生体に異常組織がないのであれば、同じ受信信号（インパルス信号の反射波）を受信できるようになっている必要がある。アンテナの組み合わせが変わるだけで受信信号が変わってしまうのであれば、信号変動が極めて小さい生体内の異常組織を示す信号成分を検出するのが困難になるからである。

【0005】

しかしながら、電波の送受信を行うアンテナの組み合わせによって、受信信号が異なる場合がある。送受信用のアンテナがアンテナアレイの外周側にあるのか内周側にあるのかなど、各アンテナの周囲の環境の違いによって受信信号のレベルの変化が発生するためである。そこで、ダミーアンテナなどを設けて電波の送受信状態を、異なるアンテナの組み合わせで同じ状態とするアンテナアレイ装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

【0006】

また、異常組織を検出する装置は、スイッチングをＣＭＯＳスイッチで行うようにして、装置の小型化が試みられている（例えば、特許文献４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００９−００５７８９号公報

【特許文献2】特開２０１０−６９１５８号公報

【特許文献3】特開２０１４−１３１１９９号公報

【特許文献4】特開２０１４−０３６４１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上述のアンテナアレイ装置のように、異なるアンテナの組み合わせで電波の送受信状態を同じにしても、受信信号の遅れなどがアンテナの組み合わせによって異なる場合がある。この受信信号の遅れの違いにより、検出精度が低下するおそれがある。

【0009】

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上し、検出精度を向上することができる異常組織検出装置及び信号送受信方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る異常組織検出装置は、
マイクロ波のインパルス信号を送受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信されるマイクロ波のインパルス信号を出力する送信部と、
前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナで受信されたマイクロ波の電気信号を入力する受信部と、
前記送信部から出力された前記インパルス信号を入力する第１の入力端及び前記受信部に前記電気信号を出力する第１の出力端を有し、前記第１の入力端及び前記第１の出力端のいずれかと、前記複数のアンテナのうちの第１のグループに属するアンテナのいずれかとを、切り替え接続する第１のＣＭＯＳスイッチと、
前記送信部から出力された前記インパルス信号を入力する第２の入力端及び前記受信部に前記電気信号を出力する第２の出力端を有し、前記第２の入力端及び前記第２の出力端のいずれかと、前記複数のアンテナのうち、前記第１のグループとは異なる第２のグループに属するアンテナのいずれかとを、切り替え接続する第２のＣＭＯＳスイッチと、
前記第１のＣＭＯＳスイッチと、前記第１のグループに属するアンテナのそれぞれとを結ぶ第１の配線部と、
前記第２のＣＭＯＳスイッチと、前記第２のグループに属するアンテナのそれぞれとを結ぶ第２の配線部と、
前記第１のＣＭＯＳスイッチ及び前記第２のＣＭＯＳスイッチを制御して、信号を送信するアンテナ及び信号を受信するアンテナの組み合わせを切り替えながら、前記送信部に前記マイクロ波のインパルス信号を出力させ、前記アンテナから出力された電気信号を前記受信部に入力させる信号処理部と、
を備える。

【0011】

前記第１、第２の配線部は、
前記第１、第２のＣＭＯＳスイッチの複数の入出力端それぞれと、前記第１、第２のグループに属するアンテナのそれぞれとを同じ長さの配線で結ぶ、
こととしてもよい。

【0012】

前記第１の配線部は、
前記第１のＣＭＯＳスイッチが実装された基板を有し、
前記第２の配線部は、
前記第２のＣＭＯＳスイッチが実装された基板を有し、
前記各基板上には、前記第１のＣＭＯＳスイッチ又は前記第２のＣＭＯＳスイッチを中心に放射状に実装された同軸ケーブルの複数の接続ポートと、
前記第１のＣＭＯＳスイッチ又は前記第２のＣＭＯＳスイッチの複数の入出力端のいずれかと、前記複数の接続ポートのいずれかとを接続するために放射状に延びる長さが同じ複数のマイクロストリップラインと、
が実装されている、
こととしてもよい。

【0013】

前記複数の接続ポートのいずれかと、前記複数のアンテナのいずれかとを結ぶ複数の同軸ケーブルの長さが同じである、
こととしてもよい。

【0014】

前記第１のＣＭＯＳスイッチ及び前記第２のＣＭＯＳスイッチは、
２Ｐ８ＴのＣＭＯＳスイッチである、
こととしてもよい。

【0015】

前記２Ｐ８ＴのＣＭＯＳスイッチは、
８つのアンテナのうちのいずれか１つのアンテナを選択するために各アンテナに接続され、それぞれ４つずつのアンテナから成る２つのグループにグループ分けされた８つの選択回路と、
前記送信部と接続され、前記送信部から入力されたマイクロ波のインパルス信号を、前記２つのグループのいずれかに出力する第１の１Ｐ２ＴのＣＭＯＳスイッチと、
前記受信部と接続され、前記２つのグループのいずれかから出力されたマイクロ波の電気信号を前記受信部に出力する第２の１Ｐ２ＴのＣＭＯＳスイッチと、
を備える、
こととしてもよい。

【0016】

前記第１、第２の１Ｐ２ＴのＣＭＯＳスイッチでは、
前記送信部又は前記受信部と、一方のグループの選択回路との間に直列に接続された２つの第１の半導体スイッチング素子と、
前記２つの第１の半導体スイッチング素子の間にソースが接続されるとともに、ドレインが接地され、前記第１の半導体スイッチング素子がオンしたときにオフとなる第２の半導体スイッチング素子と、
を備える回路が、前記選択回路のグループ毎に設けられている、
こととしてもよい。

【0017】

前記複数のマイクロストリップラインのそれぞれには、
前記マイクロ波の中心波長をλとしたときにλ／４の長さを有し、前記各接続ポートのインピーダンスをＺ１とし、前記第１、第２のＣＭＯＳスイッチの出力端のインピーダンスをＺ２としたときに、√（Ｚ１×Ｚ２）の中間インピーダンスを有する伝送線路が挿入されている、
こととしてもよい。

【0018】

前記各アンテナは、
前記各同軸ケーブルの内部導体と接続された裏側導体線と、前記裏側導体線と絶縁層を介して配置された前記各同軸ケーブルの外部導体と接続された表面導体と、を有し、
同一のグループに属するアンテナが、前記裏側導体線で電流の流れる方向が同じとなるように１次元配列され、
前記第１のグループのアンテナの配列と、前記第２のグループのアンテナの配列とが、前記裏側導体線で電流が流れる方向に交互に配列されている、
こととしてもよい。

【0019】

前記信号処理部は、
位置関係が同じ複数の異なるアンテナの組み合わせで前記マイクロ波の送受信を行い、
前記送受信の結果得られた受信信号を平均化した信号を基準信号とし、
前記受信信号と前記基準信号との差分に基づいて、異常組織を検出する、
こととしてもよい。

【0020】

本発明の第２の観点に係る信号送受信方法は、
マイクロ波のインパルス信号を送受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信されるマイクロ波のインパルス信号を出力する送信部と、前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナで受信されたマイクロ波の電気信号を入力する受信部と、を設け、
前記複数のアンテナを２つのグループに分けて、前記送信部から出力された前記インパルス信号を入力する第１の入力端及び前記受信部に前記電気信号を出力する第１の出力端を有する第１のＣＭＯＳスイッチを介して、前記第１の入力端及び前記第１の出力端と、一方のグループに属するアンテナとを接続するとともに、前記送信部から出力された前記インパルス信号を入力する第２の入力端及び前記受信部に前記電気信号を出力する第２の出力端を有する第２のＣＭＯＳスイッチを介して、前記第２の入力端及び前記第２の出力端と、他方のグループに属するアンテナとを接続し、
前記第１のＣＭＯＳスイッチと前記一方のグループに属するアンテナとをそれぞれ結ぶ複数の第１の配線と、前記第２のＣＭＯＳスイッチと前記他方のグループに属するアンテナとをそれぞれ結ぶ複数の第２の配線との長さを同じとし、
前記第１のＣＭＯＳスイッチ及び前記第２のＣＭＯＳスイッチを制御して、前記アンテナの組み合わせを切り替えながら、送信信号を前記第１、第２のＣＭＯＳスイッチのいずれかを介して前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナに出力し、前記複数のアンテナのうちのいずれかのアンテナから出力された受信信号を前記第１、第２のＣＭＯＳスイッチのいずれかを介して入力し、入力した電気信号に対する信号処理を行う。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、マイクロ波のインパルス信号を送受信する複数のアンテナを２つのグループに分けて、各グループでスイッチングを行う回路構成とすることにより、配線を単純化することができるので、その間の信号の遅れやノイズ成分の混入状態を揃え易くすることができる。このため、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上し、検出精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る異常組織検出装置の構成を示すブロック図である。

【図2】送信部から出力されるインパルス信号の一例を示す図である。

【図3】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、ＣＭＯＳスイッチの一部の回路図である。

【図4】ＣＭＯＳスイッチの全体の回路図である。

【図5】ＣＭＯＳスイッチを構成する１Ｐ２Ｔスイッチの回路図である。

【図6】ＣＭＯＳスイッチ、配線部、アンテナアレイ、配線部、ＣＭＯＳスイッチの具体例を模式的に示す図である。

【図7】基板の斜視図である。

【図8】基板上のマイクロストリップラインの具体例を模式的に示す図である。

【図9】基板上のマイクロストリップラインのインピーダンスを示す図である。

【図10】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、中間インピーダンスを示す図である。

【図11】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、アンテナアレイの詳細な構成を示す図である。

【図12】図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）は、個々のアンテナにおいて生じる電界と磁界を模式的に示す図である。

【図13】異常組織の検出原理を示す図である。

【図14】図１４（Ａ）は、従来の受信信号の波形データの一例を示すグラフである。図１４（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る異常組織検出装置における受信信号の波形データの一例を示すグラフである。

【図15】信号処理のフローチャートである。

【図16】図１６（Ａ）は、ＸＹ面の検出画像の一例を示す図である。図１６（Ｂ）は、ＹＺ面の検出画像の一例を示す図である。図１６（Ｃ）は、それらを組み合わせた３次元画像の一例を示す図である。

【図17】本発明の第２の実施の形態に係る異常組織検出装置における信号処理のフローチャートである。

【図18】図１８（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る異常組織検出装置におけるアンテナの組み合わせでの受信信号の平均の波形データを示すグラフである。図１８（Ｂ）は、従来の異常組織検出装置におけるアンテナの組み合わせでの受信信号の平均の波形データを示すグラフである。

【図19】図１９（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る異常組織検出装置におけるアンテナの組み合わせでの検出画像の一例を示す図である。図１９（Ｂ）は、従来の異常組織検出装置におけるアンテナの組み合わせでの検出画像の一例を示す図である。

【図20】出力ポートを２つのグループに分けた場合と１つのグループにまとめた場合の挿入損失及び反射損失の違いを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施の形態に係る異常組織検出装置及び信号送受信方法について、乳癌を検出する乳癌センサを例に、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態では、送受信用のアンテナがアンテナアレイの外周側にあるのか内周側にあるのかなど、各アンテナの周囲の環境の違いによる受信信号の違いを考慮しないものとする。

【0024】

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。

【0025】

図１に示すように、異常組織検出装置１は、制御部１０と、送信部１１と、ＣＭＯＳスイッチ１２と、配線部１３と、アンテナアレイ１４と、配線部１５と、ＣＭＯＳスイッチ１６と、受信部１７と、を備える。

【0026】

信号処理部としての制御部１０は、ＣＰＵ、メモリ、外部記憶装置、入出力Ｉ／Ｏ等を備えるコンピュータである。ＣＰＵが外部記憶装置にインストールされ、メモリに読み込まれたプログラムを実行することにより、制御部１０の機能が実現される。

【0027】

例えば、制御部１０は、プログラムの実行により、送信信号ＳＳを出力させるタイミングを示すタイミング信号を送信部１１に出力するとともに、ＣＭＯＳスイッチ１２の制御信号ＣＳ１を出力する。制御部１０は、ＣＭＯＳスイッチ１６の制御信号ＣＳ２を出力するとともに、受信部１７から受信信号ＲＳの波形データを入力する。

【0028】

信号処理部としての送信部１１は、制御部１０から入力されたタイミング信号に従って、例えば、図２に示すようなインパルス状の電気信号である送信信号ＳＳを出力するハードウエア回路である。図２に示すように、この電気信号のレベルは、短時間で正の値から負の値に変動するインパルス信号である。

【0029】

第１のＣＭＯＳスイッチとしてのＣＭＯＳスイッチ１２は、双極側の２つの入出力端のいずれかと、８投側の８つの入出力端のいずれかとを、選択的に切り替え接続する双極８投のスイッチである。切り替えは、制御部１０から入力する制御信号ＣＳ１に基づいて行われる。ＣＭＯＳスイッチ１２の双極側の一方の入出力端が送信部１１と接続され、この入出力端から送信信号ＳＳを入力する。また、ＣＭＯＳスイッチ１２の双極側の他方の入出力端は、受信部１７と接続され、この入出力端から受信信号ＲＳを、受信部１７に出力する。ＣＭＯＳスイッチ１２では、８投側の８つの入出力端が８つのアンテナＡ１、Ａ２、…、Ａ８と接続されている。ＣＭＯＳスイッチ１２は、制御信号ＣＳ１に従って、双極側の一方の入出力端を、アンテナＡ１、Ａ２、…、Ａ８に接続された８投側の８つの入出力端のいずれかに接続する。これにより、ＣＭＯＳスイッチ１２は、送信信号ＳＳをアンテナＡ１、Ａ２、…、Ａ８のいずれかに送信可能となる。一方、ＣＭＯＳスイッチ１２は、制御信号ＣＳ１に従って、双極側の他方の入出力端を、アンテナＡ１、Ａ２、…、Ａ８に接続された８投側の８つの入出力端のいずれかに接続する。これにより、ＣＭＯＳスイッチ１２は、アンテナＡ１、Ａ２、…、Ａ８のいずれかから入力した受信信号ＲＳを受信部１７に送信する。

【0030】

図３（Ａ）、図３（Ｂ）には、ＣＭＯＳスイッチ１２の一部の回路構成が示されている。図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、ＣＭＯＳスイッチ１２は、半導体スイッチング素子２１（抵抗Ｒ_SUB内蔵型）と、半導体スイッチング素子２２（抵抗Ｒ_SUB内蔵型）と、インバータ２５と、インダクタＬとを備える。

【0031】

半導体スイッチング素子２１のソースは、送信号ポート（Ｔｘ／Ｒｘ Ｐｏｒｔ）に接続されている。また、半導体スイッチング素子２１のドレインは、インダクタＬを介してＣＭＯＳスイッチ１２の８投側の入出力端Ｔｎ（ｎ＝１、２、３、４、・・・）と接続されている。入出力端Ｔｎは、アンテナＡｎと接続されている。このように、半導体スイッチング素子２１は、アンテナＡ１〜Ａ８のいずれかと、送信部１１と接続された信号ポート（Ｔｘ／Ｒｘ Ｐｏｒｔ）、すなわち双極側の一方の入出力端との間に挿入されている。また、半導体スイッチング素子２１のゲートは、抵抗Ｒ_Gを介して、制御信号の信号ポートに接続されている。制御信号の信号ポートからは制御信号ＣＴｎ（ｎ＝１、２、３、４、・・・）が出力される。

【0032】

半導体スイッチング素子２２のソースは、半導体スイッチング素子２１のドレインに接続されている。また、半導体スイッチング素子２２のドレインは、接地されている。すなわち、半導体スイッチング素子２２は、半導体スイッチング素子２１のドレイン側と入出力端Ｔｎとの間と、グラウンドとの間にそれぞれ挿入されている。また、半導体スイッチング素子２２のゲートは、インバータ２５及び抵抗Ｒ_Gを介して、制御信号の信号ポートに接続されている。したがって、半導体スイッチング素子２２のゲートには、制御信号ＣＴｎの反転信号が入力される。

【0033】

図３（Ａ）に示すように、制御信号ＣＴｎがハイレベル（ＣＴｎ＝１）となると、半導体スイッチング素子２１はオンとなり、半導体スイッチング素子２２はオフとなる。この状態であれば、送信部１１の送信ポート（Ｔｘ Ｐｏｒｔ）から出力されたマイクロ波の電気信号は、入出力端ＴｎからアンテナＡｎに出力され、アンテナＡｎからマイクロ波が放射される。

【0034】

図３（Ｂ）に示すように、送信部１１から出力される制御信号ＣＴｎがローレベル（０）となると、半導体スイッチング素子２１はオフとなり、半導体スイッチング素子２２はオンとなる。この状態であれば、送受信ポート（Ｔｘ／Ｒｘ Ｐｏｒｔ）と、入出力端Ｔｎとは非接続となり、アンテナＡｎではマイクロ波の送受信は行われない。仮に、送信部１１から半導体スイッチング素子２１を通してアンテナＡｎの方へリーク電流が流れたとしても、そのリーク電流は、半導体スイッチング素子２２を通ってグラウンドに流れるようになる。これにより、リーク電流に起因する諸問題、例えばノイズの混入などを防ぐことができる。

【0035】

半導体スイッチング素子２１のドレインは、インダクタＬを介して入出力端Ｔｎ（アンテナＡｎ）と接続されている。これにより、回路の負荷容量を小さくして、送信信号の帯域幅を広げることができる。

【0036】

ＣＭＯＳスイッチ１２は図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示されるような入出力端Ｔｎ（アンテナＡｎ）に接続される回路を基本回路としている。以下では、この回路構成を基本回路３０とする。

【0037】

図４には、ＣＭＯＳスイッチ１２の全体回路の回路構成が示されている。図４に示すように、ＣＭＯＳスイッチ１２は、入出力端Ｔ１〜Ｔ８（アンテナＡ１〜Ａ８）に接続する８個の基本回路３０を有している。８個の基本回路３０は４つずつの２つのグループに分かれている。

【0038】

ＣＭＯＳスイッチ１２は、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａ、３１Ｂをさらに備えている。１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａは、インダクタ２３Ａを介して送信部１１の送信ポート（Ｔｘ Ｐｏｒｔ）と接続されている。１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ｂは、インダクタ２３Ｂを介して受信部１７の受信ポート（Ｒｘ Ｐｏｒｔ）と接続されている。

【0039】

１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａは、送信ポートから出力された送信信号ＳＳを入力する。１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａは、２つの送信ポートの出力Ａ、Ｂを有している。

【0040】

１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａの送信ポートの出力Ａ、Ｂは、インダクタ２４Ａ、２４Ｂを介して対応するグループを構成する４つの基本回路３０にそれぞれ接続されている。例えば、送信ポートの出力Ａから送信信号ＳＳが出力された場合には、図４の左側のグループの各基本回路３０に送信信号ＳＳが入力される。また、送信ポートの出力Ｂから送信信号ＳＳが出力された場合には、図４の右側のグループの各基本回路３０に送信信号ＳＳが入力される。

【0041】

図５には、ＣＭＯＳスイッチ１２の１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａの構成が示されている。１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａには、半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａ、４２Ａ及びインバータ４３Ａを備える回路と、半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂ、４２Ｂ及びインバータ４３Ｂを備える回路と、で構成されている。半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａは、送信ポート（Ｔｘ Ｐｏｒｔ）の入力端子と、送信ポートの出力Ａとの間に直列に挿入され、半導体スイッチング素子４２Ａは、半導体スイッチング素子４０Ａと半導体スイッチング素子４１Ａとの間と、グラウンド（ＧＮＤ）との間に挿入されている。また、半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂは、送信ポート（Ｔｘ Ｐｏｒｔ）の入力と、送信ポートの出力Ｂとの間に直列に挿入され、半導体スイッチング素子４２Ｂは、半導体スイッチング素子４０Ｂと半導体スイッチング素子４１Ｂとの間と、グラウンド（ＧＮＤ）との間に挿入されている。半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａのゲートへの入力と、半導体スイッチング素子４２Ａのゲートへの入力との間には、インバータ４３Ａが挿入され、半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂのゲートへの入力と、半導体スイッチング素子４２Ｂのゲートへの入力との間には、インバータ４３Ｂが挿入されている。半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａ、４２Ａ、４０Ｂ、４１Ｂ、４２Ｂのゲートと外部入力との間には、抵抗Ｒ_Ｇが挿入されている。

【0042】

送信ポートの出力Ａから送信信号を出力する場合には、送信ポートの出力Ａに接続された半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａをオンとする。この場合、インバータ４３Ａにより、半導体スイッチング素子４２Ｂはオフとなる。送信ポート出力Ｂに接続された半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂについてはオフとする。この場合、インバータ４３Ａにより、半導体スイッチング素子４２Ｂについてはオンとなる。送信ポートの出力Ｂから送信信号を出力する場合には、半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａをオフとする。この場合、インバータ４３Ａにより、半導体スイッチング素子４２Ａはオンとなる。送信ポート出力Ｂに接続された半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂについてはオンとする。この場合、インバータ４３Ｂにより、半導体スイッチング素子４２Ｂについてはオフとなる。

【0043】

例えば、送信ポートの出力Ａから送信信号を出力する場合には、半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａを介して太線のように、送信信号が流れる。その際、点線のようなリーク電流が送信ポートの出力Ｂから入ったとしても、そのリーク電流は、半導体スイッチング素子４２Ｂからグラウンドに流れるようになる。

【0044】

図４に戻り、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ｂは、インダクタ２３Ｂを介して受信部１７の受信ポート（Ｒｘ Ｐｏｒｔ）と接続されている。１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ｂは、受信信号ＲＳを入力する。１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ｂは、２つの受信ポートの入力Ｃ、Ｄを有している。

【0045】

１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ｂの受信ポートの入力Ｃ、Ｄは、インダクタ２４Ａ、２４Ｂを介して対応するグループを構成する４つの基本回路３０にそれぞれ接続されている。例えば、図４の左側のグループの各基本回路３０にアンテナＡｎから入力された受信信号ＲＳは、受信ポートの入力Ｃに入力される。また、図４の右側のグループの各基本回路３０にアンテナＡｎから入力された受信信号ＲＳは、受信ポートの入力Ｄに入力される。

【0046】

１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ｂの構成も、図５に示す１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａの構成と同じである。１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａにおける半導体スイッチング素子のスイッチングにより、受信信号ＲＳを入力するアンテナＡｎのグループが決定される。

【0047】

ＣＭＯＳスイッチ１２は、２つのデマルチプレクサ３３をさらに備える。デマルチプレクサ３３は、基本回路３０のグループ毎に設けられている。２つのデマルチプレクサ３３には、制御部１０から出力される制御信号ＣＳ１が入力されている。制御信号ＣＳ１には、どのアンテナＡ１〜Ａ８を送信用として選択すべきか否かを示す情報が含まれている。各デマルチプレクサ３３は、この制御信号ＣＳ１に基づいて、選択されたアンテナに接続された基本回路３０が、接続するグループに含まれているか否かを判定し、制御信号ＣＴｎを出力する。

【0048】

デマルチプレクサ３３は、選択されたアンテナＡｎに接続された基本回路３０が、接続するグループに含まれている場合には、そのアンテナＡｎに接続された基本回路３０に出力する制御信号ＣＴｎをハイレベルとし、他の基本回路３０に出力される制御信号ＣＴｎについてはローレベルとする。図４では、アンテナＡ１に対応する制御信号がハイレベルとなり、他の制御信号がローレベルとなって、アンテナＡ１に接続される入出力端Ｔ１が選択される様子が示されている。

【0049】

また、デマルチプレクサ３３は、選択されたアンテナＡ１〜Ａ８に接続された基本回路３０が、接続するグループに含まれていない場合には、すべての基本回路３０に出力される制御信号ＣＴｎをローレベルとする。

【0050】

デマルチプレクサ３３は、制御信号ＣＳ１に基づいて、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａ、３１Ｂを制御する制御信号ＣＴＡ、ＣＴＢ、ＣＴＣ、ＣＴＤも出力する。例えば、デマルチプレクサ３３は、アンテナＡ１〜Ａ４のいずれかが送信用として選択された場合には、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａの送信ポートの出力Ａから送信信号が出力されるような制御信号ＣＴＡを出力する。デマルチプレクサ３３は、アンテナＡ５〜Ａ８のいずれかが送信用として選択された場合には、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａの送信ポートの出力Ｂから送信信号が出力されるような制御信号ＣＴＢを出力する。また、デマルチプレクサ３３は、アンテナＡ１〜Ａ４のいずれかが受信用として選択された場合には、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ｂの受信ポートの入力Ｃに受信信号が出力されるような制御信号ＣＴＣを出力する。デマルチプレクサ３３は、アンテナＡ５〜Ａ８のいずれかが受信用として選択された場合には、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ｂの受信ポートの入力Ｄから送信信号が出力されるような制御信号ＣＴＤを出力する。

【0051】

図４の場合、送信部１１から出力された送信信号ＳＳはインダクタ２３Ａ、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａ及びインダクタ２４Ａを介してグループＡの各基本回路３０に入力される。ここで、アンテナＡ１に接続された各基本回路３０がハイレベルの制御信号ＣＴ１を入力している。この結果、送信信号ＳＳに基づくマイクロ波は、入出力端Ｔ１から出力され、アンテナＡ１から放射される。

【0052】

第１の配線部としての配線部１３は、ＣＭＯＳスイッチの８つの入出力端Ｔ１〜Ｔ８のいずれかと、アンテナＡ１〜Ａ８のいずれかとを、同じ長さの配線で結ぶ８つの伝送線路を備えている。

【0053】

第２のＣＭＯＳスイッチとしてのＣＭＯＳスイッチ１６は、双極８投のスイッチである。ＣＭＯＳスイッチ１６も図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図４に示す構成と同様の構成を有する。ＣＭＯＳスイッチ１６は、８投側の８つの入出力端Ｔ１〜Ｔ８を有し、複数のアンテナＡ９〜Ａ１６と接続されている。ＣＭＯＳスイッチ１６では、双極側の２つの入出力端が送信部１１及び受信部１７と接続されている。ＣＭＯＳスイッチ１６は、制御信号ＣＳ２に従って複数のアンテナＡ９、Ａ１０、…、Ａ１６のいずれかに切り替えるとともに、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａ、３１Ｂの切り替えを行う。これにより、ＣＭＯＳスイッチ１６を介して、アンテナＡ９〜Ａ１６における信号の送受信が行われる。

【0054】

第２の配線部としての配線部１５は、ＣＭＯＳスイッチ１６の８つの入出力端Ｔ１〜Ｔ８のいずれかと、アンテナＡ９〜Ａ１６のいずれかとを、同じ長さの配線で結ぶ８つの伝送線路を備えている。

【0055】

アンテナアレイ１４は、複数のアンテナＡ１、Ａ２、…、Ａ１６を備える。送信用として選択された複数のアンテナＡ１、Ａ２、…、Ａ１６のいずれかは、入力した送信信号ＳＳに従ってマイクロ波のインパルス信号ＭＷを送信する。インパルス信号ＭＷは、被検者の体内の異常組織ＣＡで反射し、反射信号ＲＷとなる。受信用として選択された複数のアンテナＡ１、Ａ２、…、Ａ１６のいずれかは、マイクロ波を受信する。なお、アンテナＡ１〜Ａ８が送信用として選択された場合には、アンテナＡ９〜Ａ１６が受信用となり、アンテナＡ１〜Ａ８が受信用として選択された場合には、アンテナＡ９〜Ａ１６が送信用となる。

【0056】

受信部１７は、ＣＭＯＳスイッチ１６から入力した受信信号ＲＳを制御部１０に出力するハードウエア回路である。

【0057】

制御部１０は、入力した受信信号ＲＳに基づいて、信号処理を行って、異常組織ＣＡを検出する。

【0058】

図１に示すように、制御信号ＣＳ１により、アンテナＡ２が選択された場合には、ＣＭＯＳスイッチ１２は、送信信号ＳＳをアンテナＡ２に出力するように切り変わる。制御信号ＣＳ２により、アンテナＡ１０が選択された場合には、ＣＭＯＳスイッチ１６は、アンテナＡ１０で受信された受信信号ＲＳを受信部１７に出力するように切り変わる。この場合、アンテナＡ２、アンテナＡ１０の組み合わせでマイクロ波のインパルス信号ＭＷの送受信が行われる。

【0059】

信号処理部としての制御部１０、送信部１１、受信部１７は、制御信号ＣＳ１、ＣＳ２によりＣＭＯＳスイッチ１２、１６を制御して、アンテナＡ１〜Ａ１６の組み合わせを切り替えながら、送信信号ＳＳをＣＭＯＳスイッチ１２、１６のいずれかに出力し、アンテナＡ１〜Ａ１６のいずれかから出力された受信信号ＲＳを、ＣＭＯＳスイッチ１２、１６のいずれかを介して入力し、入力した電気信号に対する信号処理を行う。

【0060】

図６には、図１のＣＭＯＳスイッチ１２、配線部１３、アンテナアレイ１４、配線部１５、ＣＭＯＳスイッチ１６の具体的な構成が模式的に示されている。図６に示すように、配線部１３は、ＣＭＯＳスイッチ１２が実装された基板１８Ａを有する。配線部１５は、ＣＭＯＳスイッチ１６が実装された基板１８Ｂを有する。基板１８Ａの大きさは、３４ｍｍ×４４ｍｍである。

【0061】

図６に示すように、基板１８Ａ上には、送信部１１から同軸ケーブルＡＸ２０を介して送信信号ＳＳを受信する接続ポートＳＭＰ９が設けられている。接続ポートＳＭＰ９とＣＭＯＳスイッチ１２との間には、図７、図８及び図９に示すように、送信信号ＳＳを送信するためのマイクロストリップラインＭＳ０が設けられている。また、基板１８Ａ上には、受信部１７に同軸ケーブルＡＸ２２を介して受信信号ＲＳを受信する接続ポートＳＭＰ１０が設けられている。接続ポートＳＭＰ１０とＣＭＯＳスイッチ１２との間には、送信信号ＳＳを送信するためのマイクロストリップラインＭＳ１０が設けられている。なお、図８、図９では、マイクロストリップラインＭＳ１０の図示は省略されている。

【0062】

また、基板１８Ａ上には、ＣＭＯＳスイッチ１２を中心に放射状に実装された同軸ケーブルＡＸ１〜ＡＸ８の複数の接続ポートＳＭＰ１〜ＳＭＰ８が設けられている。ＣＭＯＳスイッチ１２は、線幅６５ｎｍのＣＭＯＳスイッチである。ＣＭＯＳスイッチ１２のチップ領域は、例えば３ｍｍ×３ｍｍである。図７、図８に示すように、基板１８Ａ上には、マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８が実装されている。マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８は、ＣＭＯＳスイッチ１２を中心に放射状に延びている。マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８は、ＣＭＯＳスイッチ１２の複数の入出力端Ｔ１〜Ｔ８（図４参照）のいずれかと、端子ｏ／ｐ Ｐｏｒｔ１〜ｏ／ｐ Ｐｏｒｔ８との間を接続する。端子ｏ／ｐ Ｐｏｒｔ１〜ｏ／ｐ Ｐｏｒｔ８が、複数の接続ポートＳＭＰ１〜ＳＭＰ８に対応する。マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８は、ＣＭＯＳスイッチ１２を中心に放射状に延びているので、マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８の長さが無理なく等しくなるように、かつ、長くなりすぎないように設計することができる。基板１８Ｂも基板１８Ａと同様の構成を有する。

【0063】

図９に示すように、マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８は同じ長さであり、幅も同じである。ＣＭＯＳスイッチ１２の各パッドの間隔は２００μｍであるため、マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８の幅も２００μｍより小さくなる。ライン間の最小ギャップは７５μｍであるため、マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８のライン幅は１２５μｍとなっている。ＣＭＯＳスイッチ１２の複数の入出力端Ｔ１〜Ｔ８でのインピーダンスは、同じＺ２となっている。各接続ポートＳＭＰ１〜ＳＭＰ８のインピーダンスは、Ｚ１である。マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８のインピーダンスは、Ｚ１とＺ２との間のＺ４となるような中間インピーダンスが挿入されている。

【0064】

より具体的には、図１０（Ａ）に示すように、複数のマイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８のそれぞれには、マイクロ波の中心波長をλとしたときにλ／４の長さを有し、各接続ポートＳＭＰ１〜ＳＭＰ８のインピーダンスをＺ１とし、ＣＭＯＳスイッチ１２、１６の出力端Ｔ１〜Ｔ８のインピーダンスをＺ２としたときに、√（Ｚ１×Ｚ２）＝Ｚ４の中間インピーダンスを有する伝送線路が挿入されている。これにより、各マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８の反射係数を低減することができる。例えば、図１０（Ａ）に示すように、Ｚ１＝５０Ω、Ｚ２＝６４Ωの場合には、中間インピーダンスＺ４は、５６．５Ωとなる。

【0065】

また、図１０（Ｂ）に示すように、マイクロストリップラインＭＳ０、ＭＳ１０にも、マイクロ波の中心波長をλとしたときにλ／４の長さを有する中間インピーダンスが挿入されている。接続ポートＳＭＰ９、ＳＭＰ１０のインピーダンスをＺ１とし、ＣＭＯＳスイッチ１２の入出力端のインピーダンスをＺ３としたときに、√（Ｚ１×Ｚ３）＝Ｚ５の中間インピーダンスを有する伝送線路が挿入されている。例えば、図１０（Ｂ）に示すように、Ｚ１＝５０Ω、Ｚ３＝４４Ωの場合には、中間インピーダンスＺ５は、４７Ωとなる。

【0066】

なお、マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８の長さは同一であることが望ましいが、それらの長さを完全に同一にするのが困難な場合もある。この場合には、マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８の長さの差は、生体組織中の電波の伝播速度、異常組織の位置検出精度等を考慮して、許容される範囲内とするのが望ましい。好ましくは、長さの差は、全体の長さに対して１０％以下とするのがよい。また、マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８の幅についても、信号伝送路のインピーダンスのばらつきを考慮して、許容される範囲内とするのが望ましい。好ましくは、幅の差は、全体の幅に対して１０％以下とするのがよい。

【0067】

また、図６に示すように、基板１８Ａの複数の接続ポートＳＭＰ１〜ＳＭＰ８と、アンテナアレイ１４における複数のアンテナＡ１〜Ａ８との間は、それぞれ同軸ケーブルＡＸ１〜ＡＸ８で接続されている。同軸ケーブルＡＸ１〜ＡＸ８の長さはそれぞれ同じである。これは、アンテナアレイ１４のアンテナＡ９〜Ａ１６と基板１８Ｂとを結ぶ同軸ケーブルＡＸ９〜ＡＸ１６についても同様である。なお、同軸ケーブルＡＸ１〜ＡＸ８の長さは同一であることが望ましいが、それらの長さを完全に同一にするのが困難な場合もある。この場合には、同軸ケーブルＡＸ１〜ＡＸ８の長さの差は、生体組織中の電波の伝播速度、異常組織の位置検出精度等を考慮して、許容される範囲内とするのが望ましい。好ましくは、長さの差は、全体の長さに対して１０％以下とするのがよい。

【0068】

図１１（Ａ）にはアンテナアレイ１４の表面が示され、図１１（Ｂ）にはアンテナアレイ１４の裏面が示されている。アンテナアレイ１４では、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように、複数のアンテナが４×４のマトリクス状に配列されている。アンテナアレイ１４の大きさは、例えば、５５．４ｍｍ×４７ｍｍであり、厚みは、０．６３５ｍｍである。各アンテナは、１１ｍｍ×１３．１ｍｍである。また、アンテナ間のギャップは、１ｍｍに設定されている。アンテナアレイ１４では、アンテナＡ１〜Ａ４がＸ軸方向に並んで配置され、アンテナＡ９〜Ａ１２がＸ軸方向に並んで配置され、アンテナＡ５〜Ａ８がＸ軸方向に並んで配置され、アンテナＡ１３〜Ａ１６がＸ軸方向に並んで配置されている。アンテナＡ１〜Ａ４、アンテナＡ９〜Ａ１２、アンテナＡ５〜Ａ８、アンテナＡ１３〜Ａ１６は、Ｙ軸方向にこの順で並んでいる。

【0069】

図１２（Ａ）に示すように、アンテナＡ１には、裏側導体線５０と、表面導体５１とが設けられている。裏側導体線５０と、表面導体５１とは、絶縁層を介して向かいあっている。フォーク型の裏側導体線５０は、同軸ケーブルＡＸ１の内部導体４０と接続されている。表面導体５１は、同軸ケーブルＡＸ１の外部導体４１と接続されている。アンテナＡ２〜Ａ１６についても、同様な構成を有している。複数のアンテナＡ１〜Ａ１６は、裏側導体線５０で電流の流れる方向が同じとなるように１次元配列されている。複数のアンテナの配列（Ａ１〜Ａ４、Ａ５〜Ａ８）と、複数の受信アンテナの配列（Ａ９〜Ａ１２、Ａ１３〜Ａ１６）とは、裏側導体線５０で電流が流れる方向（Ｙ軸方向）に交互に配列されている。

【0070】

図１２（Ａ）に示すように、同軸ケーブルＡＸ１の内部導体４０から送信されるインパルス信号により、裏側導体線５０に＋Ｙ方向、−Ｙ方向の電流が流れる。一方、誘電体を挟んで表面導体５１には、容量結合により、裏側導体線５０に流れる電流に対応した電流Ｉが流れる。表面導体５１には矩形のスロットが切ってあり、電流はスロットの周辺を流れる。言い換えると、裏側導体線５０の電流の向きに対応して表面導体５１のスロットの周辺電極に容量結合で時計回り、反時計回りに電流が生じる。この電流により、スロットの中を貫通するようにスロットの長さに比例する波長の磁界が発生する。磁界Ｂは、スロットを垂直に通過し、振幅はスロットの長手方向に平行に振動する。電界Ｅは磁界Ｂに直交して発生するため、電界Ｅが矩形スロットの短手方向に平行に振動する。したがって、電磁波はアンテナ面に垂直に、すなわちスロットのある表面導体５１の法線方向に放射される。そのとき、電磁波は球状に（等方的に）放射されるのではなく、Ｘ方向の角度依存性（９０度が最大強度を有する指向性）を有し、Ｙ方向に等方的なドーナツ状の立体を持つ電磁波が広がっていく。すなわち、アンテナＡ１は、矩形スロットのＸ方向を磁気ダイポールとするアンテナである。アンテナアレイ１４では、図１２（Ｂ）に示すように、スロットのある表面導体５１の法線方向に指向性を持ち、図１２（Ｃ）に示すように、Ｙ方向に等方性の電磁波が放射される。従って、アンテナＡ１〜Ａ４、Ａ９〜Ａ１２、Ａ５〜Ａ８、Ａ１３〜Ａ１６を等方性のあるＹ軸方向に配列し、角度依存性を抑制している。

【0071】

アンテナアレイ１４では、アンテナＡｍ（ｍ＝１〜１６）とアンテナＡｎ（ｎ＝１〜１６）との相対距離が同じとなる送信アンテナと受信アンテナとの組み合わせ（Ａｍ、Ａｎ）でのマイクロ波のインパルス信号の受信環境が同じになるように形成されている。

【0072】

図１３に示すように、アンテナＡ１からマイクロ波のインパルス信号を放射する。放射されたマイクロ波の一部は、生体内に伝播する。一般に、癌組織等の異常組織ＣＡは、通常の生体組織に比して、５〜１０倍程度の高い誘電率を有することが知られている。したがって、異常組織ＣＡが存在する場合には、誘電率の異なる領域の界面、即ち、異常組織ＣＡの表面で、マイクロ波が反射され、アンテナＡ１〜Ａ１６で受信される。

【0073】

ここで、マイクロ波のインパルス信号を放射してからアンテナＡ２が反射波を受信するまでの時間をＴ_１２［ｓ］とすると、Ｔ_１２・ｃ（ｃ：生体中の光の速度）が、マイクロ波のインパルス信号の行程距離となる。

【0074】

従って、異常組織ＣＡは、アンテナＡ１とアンテナＡ２を焦点とし、アンテナＡ１とアンテナＡ２からの距離の和がＴ_１２・ｃとなる楕円Ｅ_１２上に位置することになる。

【0075】

アンテナＡ３_、Ａ４が受信したマイクロ波についても同様の処理を行い、複数の楕円Ｅ_１２〜Ｅ_１４（Ｅ₁₄については不図示）の交点を求めることにより、異常組織ＣＡの位置を求めることができる。

【0076】

さらに、インパルス信号を送信するアンテナをアンテナＡ２に切り換えて、アンテナＡ２からマイクロ波を放射し、これをアンテナＡ２〜Ａ４で受信して、同様の処理を行う。以後、送信用のアンテナを順次切り換えながら、マイクロ波を放射し、受信用のアンテナで反射波を受信し、同様の処理を行うことにより、異常組織ＣＡの位置をより正確に特定することが可能となる。

【0077】

なお、上述の例では、理解を容易にするため、２次元で説明したが、実際は、３次元で上述の処理を行うことになる。

【0078】

図１４（Ａ）は、従来の異常組織検出装置における異なる送信アンテナから送信されるインパルス信号の時間変化を示すグラフである。図１４（Ａ）に示すように、従来は、異なる送信アンテナへ信号を送信する伝送線路の長さがまちまちであるため、送信される信号には大きな時間差が生じている。

【0079】

これに対して、図１４（Ｂ）は、本実施の形態に係る異常組織検出装置１のアンテナＡ１〜Ａ１６から送信されるインパルス信号の時間変化を示すグラフである。図１４（Ｂ）に示すように、配線部１３でアンテナＡ１〜Ａ１６に信号を送信する伝送線路の長さが同じであるため、各信号の時間差がほとんどなくなっている。

【0080】

上述のように、異常組織検出装置１では、アンテナＡ１〜Ａ１６間で送受信されるインパルス信号の伝搬時間に基づいて、異常組織ＣＡを検出する。そのため、本実施の形態のように、回路上のインパルス信号の遅れを解消することにより、異常組織ＣＡの位置を精度良く検出することができる。

【0081】

本実施の形態に係る異常組織検出装置１によれば、アンテナＡ１〜Ａ８を送信用とし、アンテナＡ９〜Ａ１６を受信用とすることもできるし、アンテナＡ９〜Ａ１６を送信用とし、アンテナＡ１〜Ａ８を受信用とすることもできる。このようにすれば、アンテナＡ１〜Ａ８を送信用として固定し、アンテナＡ９〜Ａ１６を受信用として固定するよりも、アンテナの組み合わせを増やすことができる。本実施の形態に係る異常組織検出装置１によれば、送受信のアンテナの組み合わせは、９６通りとなる。

【0082】

次に、本実施の形態１に係る異常組織検出装置１の動作について説明する。図１５には、異常組織検出装置１の動作のフローチャートが示されている。

【0083】

図１５に示すように、制御部１０は、すべてのアンテナの組み合わせでマイクロ波を送受信し、受信信号を取得する（ステップＳ１）。続いて、制御部１０は、受信信号から基準信号を差分して差分信号を求める（ステップＳ２）。基準信号は、異常組織ＣＡがないときに、各アンテナで受信される受信信号と同等の信号を用いることができる。続いて、制御部１０は、差分信号に基づいて、異常組織ＣＡを検出する（ステップＳ３）。

【0084】

図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）には、このようにして求められた体内組織のＸＹ画像、ＹＺ画像が示されている。図１６（Ｃ）には、これらのＸＹ画像、ＹＺ画像によって構成された３次元画像が示されている。図１６（Ａ）から図１６（Ｃ）に示すように、深さ２０ｍｍに１０ｍｍ×１０ｍｍの異常組織ＣＡの像（明るい部分）が検出されている。

【0085】

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

【0086】

図１７には、制御部１０の処理の流れが示されている。図１７に示すように、まず、制御部１０は、相対距離が同じアンテナの全ての組み合わせ（Ａｍ、Ａｎ）でマイクロ波のインパルス信号を送受信し、受信信号をそれぞれ取得する（ステップＳ１１）。

【0087】

続いて、制御部１０は、取得した複数の受信信号の平均信号パターンを基準信号として算出する（ステップＳ１２）。

【0088】

相対距離が同じ送受信用のアンテナの組み合わせとして、（Ａ１、Ａ９）、（Ａ５、Ａ１３）、（Ａ７、Ａ１５）などと相対距離が同じアンテナの組み合わせでは、異常組織ＣＡがなければ、受信信号のパターンは同じになる。

【0089】

また、生体には、受信信号を変化させる異常組織ＣＡが含まれている場合がある。異常組織ＣＡがあると、各アンテナＡｎで受信される受信信号の信号パターンは変化する。各アンテナＡｎで受信される受信信号が、異常組織ＣＡによってどのように変化するかは、アンテナＡｎと異常組織ＣＡとの位置関係によって決まる。例えば、アンテナＡ１を送信用とし、アンテナＡ９を受信用とした場合の受信信号における異常組織ＣＡの成分の出現位置と、アンテナＡ６を送信用としアンテナＡ１４を受信用とした場合の受信信号における異常組織ＣＡの成分の出現位置とは、それぞれ異なっている。

【0090】

各アンテナＡｎで受信される受信信号における異常組織ＣＡの成分の出現位置はそれぞれ異なるため、各アンテナＡｎで受信された受信信号の平均をとれば、受信信号から、異常組織ＣＡの成分を抑圧することができる。本実施の形態では、異常組織ＣＡの成分が抑圧され、かつ、生体を用いて実際に測定された受信信号を基準信号として、異常組織ＣＡの成分を検出する。

【0091】

図１８（Ａ）に示すように、本実施の形態に係る異常組織検出装置１では、アンテナＡｎ、アンテナＡｎにつながる伝送線路の長さが同じとなっているので、すべての組み合わせでの受信信号の波形が類似しており、平均信号との一致度が高くなっている。これに対し、図１８（Ｂ）に示すように、従来の異常組織検出装置では、各アンテナにつながる伝送線路の長さがまちまちであるため、受信信号の波形がばらついているので、各受信信号と平均化された信号との乖離が大きく、基準信号を精度良く求めるのが困難になる。

【0092】

図１７に戻り、続いて、制御部１０は、基準信号とアンテナアレイ１４の各アンテナＡｎで受信されたマイクロ波のインパルス信号との違いに基づいて、生体内の異常組織ＣＡを検出する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３終了後、制御部１０は、処理を終了する。

【0093】

図１９（Ａ）には、本実施の形態に係る異常組織検出装置１で検出された生体の３次元画像が示され、図１９（Ｂ）には、信号伝送線路の長さを同一としていない従来の異常組織検出装置で検出された生体の３次元画像が示されている。図１９（Ａ）に示すように、本実施の形態に係る異常組織検出装置１では、異常組織ＣＡが検出されたのに対し、図１９（Ｂ）に示すように、従来の異常組織検出装置では、異常組織ＣＡが検出されなかった。

【0094】

このように、本実施の形態によれば、相対距離が同じ（位置関係が同じ）アンテナの組み合わせでそれぞれ受信される受信信号の平均パターンを基準とする。このようにすれば、生体内に異常組織ＣＡが有ると無いとに関わらず、生体の特性に沿った受信信号（基準信号）の信号パターンを実質的に得ることができる。この結果、異常組織ＣＡを高精度に検出することができる。

【0095】

以上詳細に説明したように、上記各実施の形態によれば、ＣＭＯＳスイッチ１２の複数の入出力端と複数のアンテナＡ１〜Ａ８との間の配線と、複数のアンテナＡ１〜Ａ８とＣＭＯＳスイッチ１６の複数の入出力端との間の配線とを分けることで、配線を単純化することができるので、その間の信号の遅れやノイズ成分の混入状態を揃え易くすることができる。このため、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上し、検出精度を向上することができる。

【0096】

具体的には、ＣＭＯＳスイッチ１２、１６の複数の入出力端Ｔ１〜Ｔ１６と複数のアンテナＡ１〜Ａ１６との間の配線の長さを同一とするので、その間の信号の遅れやノイズ成分の混入状態を均一にすることができる。このため、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上し、検出精度を向上することができる。

【0097】

また、上記各実施の形態によれば、ＣＭＯＳスイッチ１２、１６が実装された基板では、ＣＭＯＳスイッチ１２、１６を中心に放射状に接続ポートＳＭＰ１〜ＳＭ８が配置されている。このようにすれば、その間のマイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８の長さを同じとすることができるので、その間の信号の遅れやノイズ成分の混入状態を均一にすることができる。このため、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上し、検出精度を向上することができる。

【0098】

また、同軸ケーブルＡＸ１〜ＡＸ１６の長さも同じとするので、その間の信号の遅れやノイズ成分の混入状態を均一にすることができる。このため、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上し、検出精度を向上することができる。

【0099】

また、上記各実施の形態によれば、ＣＭＯＳスイッチ１２、１６は、双極８投のＣＭＯＳスイッチである。マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８が長すぎることのないように、送信ポート等を放射状に配置するのに好都合であるためである。

【0100】

また、上記各実施の形態によれば、マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８には中間インピーダンスを有する伝送線路が挿入されている。このようにすれば、インピーダンス特性を向上することができる。

【0101】

また、上記各実施の形態によれば、電波の飛ぶ方向にアンテナＡ１〜Ａ４、Ａ９〜Ａ１２、Ａ５〜Ａ９、Ａ１３〜Ａ１６が配置されている。このようにすれば、電波の受信効率を向上することができる。

【0102】

また、上記各実施の形態によれば、位置関係が同じアンテナＡ１〜Ａ１６の組み合わせで送受信された受信信号の平均を、基準信号として異常組織ＣＡを検出する。上記各実施の形態では、アンテナＡ１〜Ａ８、Ａ９〜Ａ１６とＣＭＯＳスイッチ１２、１６の間の配線の長さが同じであり、受信信号が良く一致しているので、受信信号のばらつきを抑え、基準信号を精度良く求めることができる。

【0103】

なお、アンテナＡ１〜Ａ８、Ａ９〜Ａ１６とＣＭＯＳスイッチ１２、１６の間の配線の長さを同じとしたが、多少長さが違っていても、位置関係が同じアンテナＡ１〜Ａ１６の組み合わせで送受信された受信信号に対してキャリブレーションを行って配線の長さの違いによる受信信号の差を調整してもよい。

【0104】

上記各実施の形態では、ＣＭＯＳスイッチ１２として、双極８投（２Ｐ８Ｔ）スイッチを採用しており、さらに図４に示すように、ＣＭＯＳスイッチ１２では、８つの基本回路３０をそれぞれ４つずつの２つのグループにグループ分けし、そのグループの一方を選択する１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａ、３１Ｂで接続している。ＣＭＯＳスイッチ１２をこのような構成とすれば、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａ、３１Ｂを用いず、グループ分けしていない場合に比べ、挿入損失を改善し、入力と出力とがマッチングする周波数帯域を改善することができる。例えば、図５に示すように、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａにおいて、半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａがオンして半導体スイッチング素子４２Ａがオフし、半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂがオンして半導体スイッチング素子４２Ｂがオフすると、送信ポートの出力Ａのグループのもれ電流が、送信ポートの出力Ｂに接続するグループのもれ電流よりも大きくなるためである。このことは、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ｂでも同様である。

【0105】

図２０には、１Ｐ２Ｔスイッチ３１Ａ、３１Ｂを用いて送信ポートを２つのグループに分けた場合と、グループ分けしない場合とについての挿入損失、反射損失の違いが示されている。図２０では、２つのグループに分けた場合の透過係数Ｓ２１が、Ｓ２１＿２Ｇｒｏｕｐｓとして示され、１グループとした場合の透過係数Ｓ２１が、Ｓ２１＿１ＧｒｏｕｐＳとして示されている。また、２つのグループに分けた場合のリターン損失Ｓ１１、Ｓ２２が、Ｓ１１＿２Ｇｒｏｕｐｓ、Ｓ２２＿２Ｇｒｏｕｐｓとして示され、１つのグループとした場合のリターン損失Ｓ１１、Ｓ２２が、Ｓ１１＿１Ｇｒｏｕｐ、Ｓ２２＿１Ｇｒｏｕｐとして示されている。図２０に示すように、挿入損失は、Ｔｘ ｐｏｒｔから出力ポートまで、１５ＧＨｚで０．７ｄＢ減少した。また、リターン損失Ｓ１１、Ｓ２２が−１０ｄＢ以下となる周波数帯域を、それぞれ９ＧＨｚ、９．５ＧＨｚ広げることができた。すなわち、入出力がマッチングする周波数帯域を約９ＧＨｚだけ増加することができた。

【0106】

上記各実施の形態では、アンテナの数を１６個としたが、本発明はこれには限られず、アンテナの数は任意でよい。これに合わせて、第１、第２のＣＭＯＳスイッチも、双極８投でなくてもよく、他の双極多投のスイッチでよい。その数は、送信アンテナ、受信アンテナの数に合わせることになる。最も、ＣＭＯＳスイッチ１２の入出力端、ＣＭＯＳスイッチ１６の入出力端は、配線の長さが等しくなるように、かつ長すぎないように、円状に配置できる数とするのが望ましい。

【0107】

その他、制御部１０のハードウエア構成やソフトウエア構成は一例であり、任意に変更および修正が可能である。

【0108】

制御部１０の処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等）に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する制御部１０を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することで制御部１０を構成してもよい。

【0109】

制御部１０の機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

【0110】

搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板（BBS, Bulletin Board System）にコンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介してコンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。

【0111】

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

【産業上の利用可能性】

【0112】

本発明は、乳癌センサなどに用いられるアンテナアレイ装置に好適である。また、本発明は、乳癌センサに限らず、他の腫瘍等、生体内の誘電率の異なる領域の検出・判別に応用可能である。

【符号の説明】

【0113】

１ 異常組織検出装置
１０ 制御部
１１ 送信部
１２ ＣＭＯＳスイッチ
１３ 配線部
１４ アンテナアレイ
１５ 配線部
１６ ＣＭＯＳスイッチ
１７ 受信部
１８Ａ、１８Ｂ 基板
２１、２２ 半導体スイッチング素子
２３Ａ、２３Ｂ、２４Ａ、２４Ｂ インダクタ
２５ インバータ
３０ 基本回路
３１Ａ、３１Ｂ １Ｐ２Ｔスイッチ
３３ デマルチプレクサ
４０ 内部導体
４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａ、４１Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ 半導体スイッチング素子
４１ 外部導体
４３Ａ、４３Ｂ インバータ
５０ 裏側導体線
５１ 表面導体
ＡＸ１〜１６、ＡＸ２１〜ＡＸ２３ 同軸ケーブル
ＣＡ 異常組織
ＣＳ１、ＣＳ２ 制御信号
ＣＴｎ 制御信号
Ｌ インダクタ
ＭＳ０〜ＭＳ８、ＭＳ１０ マイクロストリップライン
ＭＷ インパルス信号
Ａ１、Ａ２、…、Ａ１６ アンテナ
ＲＳ 受信信号
ＲＷ 反射信号
ＳＭＰ０〜ＳＭＰ１０ 接続ポート
ＳＳ 送信信号
Ｔｎ 入出力端

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】