JP5224454B2 - 異常組織検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体にマイクロ波を放射して癌等の異常組織を検出する装置に関する。

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なされている（例えば、特許文献１）。

特表２００７−０７１８７３号公報

しかし、Ｘ線は、生体に悪影響を与えるという欠点がある。また、Ｘ線装置、ＭＲＩ装置は、いずれも、装置が大型化するという問題がある。さらに、専門機関での受診が必須となるという問題がある

同様の問題は、癌に限らず、生体内の腫瘍等の異常組織を検出する場合に同様に存在する。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、生体に無害で、小型な構成により癌組織などの異常組織を検出することが可能な装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、簡易な構成で簡単に異常組織を検出することが可能な装置を提供することを他の目的とする。

本発明の異常組織検出装置は、
生体に対して複数のアンテナから順次マイクロ波を放射する放射手段と、
放射したマイクロ波の反射波を複数のアンテナで受信する受信手段と、
受信したマイクロ波に基づいて、生体中の異常組織の有無を判別するための信号処理を行う信号処理手段と、を備え、
前記放射手段は、
マイクロ波領域の周波数成分を含むパルス波を生成する手段と、
同じパルス波を繰り返し放射する手段と、を備え、
前記信号処理手段は、
前記放射手段で繰り返し放射され前記受信手段で受信したパルス波をサンプリングタイミングをずらしながら１つのパルス波につき１回ずつサンプリングして記憶するサンプリング手段と、
前記サンプリング手段でサンプリングして取得した波形データに基づいて、マイクロ波の放射からマイクロ波の受信までの時間を求める手段と、
前記複数のアンテナに関して求めた時間から、異常組織の位置を求める手段と、を備える、
ことを特徴とする。

例えば、基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成手段をさらに備え、前記放射手段は、前記基準クロック信号生成手段からの基準クロック信号に応答して、マイクロ波を放射し、前記サンプリング手段は、前記基準クロック信号の整数倍の発振周波数を有し、かつ、基準クロック信号に同期する信号を生成する位相同期回路と、前記位相同期回路の出力に基づいて、前記基準クロック信号の生成から所定時間経過後にタイミングパルスを生成するタイミングパルス生成手段と、前記タイミングパルス生成手段で生成したタイミングパルスに応答して、前記受信手段で受信した受信信号をサンプリングする手段と、を備えてもよい。

例えば、前記サンプリング手段は、１つの基準クロック信号に１つのタイミングパルスを生成し、ｍ個の基準クロック信号に対して同一のタイミングパルスを生成して、サンプリングを行う。

例えば、前記位相同期回路は、リング状に結合されたインバータから構成されるｎ段のリング発振器と、前記リング発振器の発振信号を１／ｎ分周し、１／ｎ分周した信号と基準クロック信号とが同期するように、リング発振器の発振周波数を制御する手段と、を備える。

以下、この発明の実施の形態に係る異常組織検出装置及び検出方法を、乳癌を検出する装置を例に、図面を参照しながら説明する。

まず、本実施の形態において、癌組織を検出する手法について図１を参照して説明する。

まず、図１に模式的に示すように、生体表面に複数のアンテナＡ_１〜Ａ_４を一定間隔で配置する。

続いて、アンテナＡ_１からマイクロ波を放射する。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おり、癌組織ＣＡが存在する場合には、誘電率の異なる領域の界面、即ち、癌組織ＣＡの表面で、マイクロ波が反射され、アンテナＡ_２〜Ａ_４で受信される。

ここで、マイクロ波を放射してからアンテナＡ_２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、マイクロ波の行程距離となる。

従って、癌組織ＣＡは、アンテナＡ_１とＡ_２を焦点とし、アンテナＡ_１とＡ_２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。

アンテナＡ_３〜Ａ_４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の交点を求めることにより、癌組織ＣＡの位置を求めることができる。

さらに、送信用のアンテナをＡ_２に切り替えて、アンテナＡ_２からマイクロ波を放射し、これをアンテナＡ_１，Ａ_３、Ａ_４で受信して、同様の処理を行い、以後、送信アンテナをＡ_３、Ａ_４に順次切り替えながら、マイクロ波を放射し、他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、癌組織ＣＡの位置をより正確に特定することが可能となる。

なお、上述の例では、理解を容易にするため、二次元で説明したが、実際は、三次元で上述の処理を行うことになる。

次に、このような手法を用いて、癌組織の有無及び位置を判別する癌検出装置１０について、説明する。

癌検出装置１０は、図２に示すように、本体１１と、表示装置１２とから構成され、例えば、縦１０〜２０ｃｍ、横５〜１５ｃｍ、厚さ２〜４ｃｍ程度の携帯型に構成されている。

本体１１には、図３に示すように、アンテナアレー１３と、信号処理回路１４とが積層配置されている。

アンテナアレー１３は、図４に模式的に示すように、マトリクス状に配置されたアンテナＡ_１〜Ａ_ｎのアレーから構成されている。

信号処理回路１４は、図５に示すように、基準クロック信号生成回路２１と、ＵＷＢ送信機２２と、送信アンテナセレクタ２３と、受信アンテナセレクタ２４と、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２５と、Ａ／Ｄコンバータ２６と、制御部２７と、メモリ２８とから構成されている。

基準クロック信号生成回路２１は、図８（ａ）に示すような、所定周期（本実施形態では、１２５ＭＨｚ）のクロック信号ＣＬＫを生成する。

ＵＷＢ(Ultra Wide Band）送信機２２は、マイクロ波帯（例えば、中心周波数５ＧＨｚ）において、広帯域信号であるＵＷＢパルス波形を形成し、これを送信する回路であり、図６に示すように、三角波生成回路３１と、微分回路３２と、増幅器３３とから構成される。

三角波生成回路３１は、図７に示すように、アンドゲート４１、４２、４３と、インバータ４４、４５、４６と、排他的論理和ゲート（ＥＸＯＲゲート）４７と、から構成される。

アンドゲート４１と４２の一方の入力端子には、イネーブル信号ＥＮが供給される。
一方、アンドゲート４１の他方の入力端子には、基準クロック信号生成回路２１からの基準クロック信号ＣＬＫが供給される。アンドゲート４２の他方の入力端子には、基準クロック信号ＣＬＫの反転信号ＣＬＫ￣（バー）が、インバータ４４を介して供給される。アンドゲート４１の出力は、ＥＸＯＲゲート４７の一方の入力端とアンドゲート４３の一方の入力端に供給される。アンドゲート４２の出力は、インバータ４５，４６を介して、一定時間遅延して、ＥＸＯＲゲート４７の他方の入力端子に供給される。

このような構成において、アクティブレベルのイネーブル信号ＥＮが供給されると、アンドゲート４１、４２が開く。これにより、図８（ａ）に示すように、基準クロック信号ＣＬＫがクロック信号ＣｌｏｃｋとしてＥＸＯＲゲート４７の一方の入力端子に供給される。また、図８（ｂ）に示すように、反転クロック信号ＣＬＫ￣の遅延信号Ｃｌｏｃｋ＿ｄがＥＸＯＲゲート４７の他方の入力端子に供給される。

ＥＸＯＲゲート４７は、入力信号のＥＸＯＲを取り、図８（ｃ）に示すように、２つのパルスの列を含むパルス信号ＥＸを出力する。このパルス信号ＥＸに含まれるパルスは、ＥＸＯＲゲート４７の立ち上がり特性及び立ち下がり特性のため、波形が三角形状となる。

アンドゲート４３は、ＥＸＯＲゲート４７が生成したパルス信号とクロック信号Ｃｌｏｃｋとの論理積を取り、２つのパルスの後半のパルスをカットして、図８（ｄ）に示す三角波信号ＴＲを生成し、微分回路３２に出力する。

図６に示す微分回路３２は、三角波生成回路３１から供給された三角波信号ＴＲを微分することにより、図９に例示するように、広帯域のマイクロ波成分（例えば、中心周波数５ＧＨｚ）を含み、一階微分されたガウス分布に相当する波形を有するパルス波を生成する。
増幅器３３は、生成されたパルス波を、増幅して出力する。

図５に示す送信アンテナセレクタ２３は、制御部２７によって制御され、アンテナアレー１３を構成するアンテナＡ_１〜Ａ_ｎのうち送信に使用するいずれかのアンテナＡ_ｉを選択し、増幅器３３からのパルス波を供給する。選択されたアンテナＡ_ｉは、供給されたパルス波を放射する。

基準クロック信号生成回路２１で基準クロック信号ＣＬＫが生成される度に、パルス波が生成されるため、アンテナＡ_ｉは、図１０に示すように、周期的にパルス波を放射する。

受信アンテナセレクタ２４は、制御部２７によって制御され、アンテナアレー１３を構成するアンテナＡ_１〜Ａ_ｎのいずれかのうち受信に使用するアンテナＡ_ｊ（ｊ≠ｉ）を選択し、その受信信号をＬＮＡ２５に供給する。
ＬＮＡ２５は、受信アンテナセレクタ２４を介して供給されたアンテナＡ_ｊの受信信号を低ノイズで増幅する。

Ａ／Ｄコンバータ２６は、ＬＮＡ２５の出力をサンプリングし、Ａ／Ｄ変換する。
制御部２７は、プロセッサ等から構成され、信号処理回路１４の動作を制御する。また、制御部２７は、Ａ／Ｄコンバータ２６の出力を、メモリ２８に格納する。また、制御部２７は、メモリ２８に格納されたデータを処理して、癌組織の有無、存在する場合には、その位置を特定し、表示装置１２に表示する。
なお、表示装置１２をタッチパネルで構成し、制御部２７に任意の指示やデータを入力できるようにしてもよい。また、別途、入力部を配置してもよい。外部接続端子を配置する等してもよい。

上述の構成において、送信パルスの繰り返し周期は１２５ＭＨｚであり、１周期は８ｎｓである。
中心周波数５ＧＨｚのパルスは２００ｐｓのパルス幅を有する。この間に、複数のサンプルタイミングを設定して、入力信号を実時間でＡ／Ｄ変換することは、困難である。
そこで、本実施形態においては、図１１，１２に示すようなＡ／Ｄコンバータ２６を構成し、１パルス波について１回のサンプリングを行い、パルス波を繰り返して出力し、サンプリングタイミングを相対的に移動することにより、複数点のサンプリングを可能とする。

Ａ／Ｄコンバータ２６は、図１１に示すタイミング生成回路４１と、図１２に示す変換回路４２とから構成される。

タイミング生成回路４１は、図１１に示すように、バッファ回路１０１と、位相周波数比較器（ＰＦＤ）１０２と、インバータ１０３と、チャージポンプ（ＣＰ）１０４と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０５と、リング発振器１０６と、８入力１出力のマルチプレクサ１０７と、２入力１出力のマルチプレクサ１０８と、分周回路１０９〜１１４から構成される。

バッファ回路１０１には、基準クロック信号生成回路２１より基準クロック信号ＣＬＫが供給される。バッファ回路１０１は、供給された基準クロック信号ＣＬＫをユニティ・ゲインで増幅して出力する。

ＰＦＤ１０２は、リング発振器１０６の発振信号を１／１６分周した信号とバッファ回路１０１を介して供給される基準クロック信号ＣＬＫとの位相を比較し、比較結果を示す信号を出力する。例えば、ＰＦＤ１０２は、バッファ回路１０１から供給される受信信号の方が位相が進んでいれば、ＱＡ端子に”１”を出力し、遅れていれば、ＱＢ端子に”１”を出力する。

インバータ１０３は、ＰＦＤ１０２のＱＡ出力を反転してＱＡ￣（バー）を出力する。

チャージポンプ（ＣＰ）１０４は、ＱＡが”１”ならば、電流ソースとしてローパスフィルタ１０５を充電し、ＱＢが”１”ならば、電流シンクとして、ローパスフィルタ１０５を放電する。

ローパスフィルタ１０５は、充電された電荷にほぼ比例する電位を発生する。この電位は、制御電圧としてリング発振器１０６に入力される。

リング発振器１０６は、リング状に接続された８段のインバータＩ１〜Ｉ８から構成された実効的に１６段のリング発振器であり、２ＧＨｚで発振動作を行う。各インバータＩ１〜Ｉ８のＱ出力とＱ￣出力との対Ｉ１Ｑ，Ｉ１Ｑ￣〜Ｉ８Ｑ，Ｉ８Ｑ￣とは、図１３に示すようになる。

マルチプレクサ１０７は、分周回路１１０〜１１２の出力に基づいて、リング発振器１０６を構成する８つのインバータＩ１〜Ｉ８の１対の出力信号を選択して出力する。

マルチプレクサ１０８は、分周回路１１３の出力に基づいて、マルチプレクサ１０７が出力する一対の出力信号をフリップする、しないを選択する。

分周回路１０９は、リング発振器１０６の一対の発振信号をそれぞれ１／１６分周して分周回路１１０に出力する。また、分周回路１０９のＱ出力は、ＰＦＤ１０２に供給される。

分周回路１１０は、分周回路１０９の一対の出力信号をそれぞれ１／６４分周して分周回路１１１とマルチプレクサ１０７に出力する。
分周回路１１１は、分周回路１１０の一対の出力信号をそれぞれ１／２分周して分周回路１１２とマルチプレクサ１０７に出力する。
分周回路１１２は、分周回路１１１の一対の出力信号をそれぞれ１／２分周して分周回路１１３とマルチプレクサ１０７に出力する。
分周回路１１３は、分周回路１１２の一対の出力信号をそれぞれ１／２分周して、マルチプレクサ１０８に供給する。

分周回路１１４は、マルチプレクサ１０８の一対の出力信号を１／１６分周して、変換回路４２に供給する。

この構成によれば、基準クロック信号生成回路２１からの１２５ＭＨｚの基準クロック信号ＣＬＫと、リング発振器１０６の１／１６分周された信号とが、ＰＦＤ１０２で比較されており、リング発振器１０６のインバータＩ１のＱ出力は、基準クロック信号ＣＬＫに同期すると共に基準クロック信号ＣＬＫの１６倍の周波数、すなわち、２ＧＨｚで発振する。

マルチプレクサ１０７と１０８は、分周回路１１０〜１１３の出力に従って、図１３に示すインバータＩ１のＱ、Ｑ￣出力を３２回、Ｉ８のＱ￣、Ｑ出力を３２回、Ｉ７のＱ、Ｑ￣出力を３２回、．．．、Ｉ２のＱ￣、Ｑ出力を３２回、Ｉ１のＱ￣、Ｑ出力を３２回、Ｉ８のＱ、Ｑ￣出力を３２回、．．．というように、リング発振器１０６の単位時間ずつ遅れた信号を選択していく。

分周回路１１４は、マルチプレクサ１０８の出力信号を１／１６分周する。この信号は、基準クロック信号ＣＬＫの出力に同期した信号、基準クロック信号ＣＬＫから単位時間遅れた信号、２単位時間遅れた信号、．．．１５単位時間遅れた信号となる。

一方、変換回路４２は、図１２に示すように、分圧回路１２１と、比較器群１２２と、エンコーダ１２３と、平均化回路１２４とから構成される。

分圧回路１２１は、直列接続された６４個の抵抗素子から構成され、基準電圧＋Ｖrefと−Vrefとの間を、６４段階に分圧する。
比較器群１２２を構成する各比較器は、分圧回路１２１により分圧された電圧の１つと、入力電圧Ｖｉｎとを受け、クロックφに応答して、両電圧を比較し、φ￣（バー）に応答して、比較結果を出力する。

エンコーダ１２３は、比較器群１２２の出力をエンコードする。
平均化回路１２４は、複数の測定値を平均化して出力する。

次に、上記構成の癌検出装置１０の動作を説明する。
基準クロック信号生成回路２１は、１２５ＭＨｚの基準クロック信号ＣＬＫとその反転信号ＣＬＫ￣を、図８（ａ）に示すように出力する。

ＵＷＢ送信機２２内の三角波生成回路３１は、基準クロック信号ＣＬＫを処理し、図８（ｄ）に示すように、繰り返し周期が１２５ＭＨｚの三角波信号ＴＲを出力する。

微分回路３２は、三角波信号ＴＲを微分し、図１０に示すような、一階微分されたガウス波形を有するパルス信号を、１２５ＭＨｚの繰り返し周期で出力する。増幅器３３は、供給された信号を増幅して出力する。

一方、制御部２７は、図１４の処理を開始し、まず、送信アンテナセレクタ２３と受信アンテナセレクタ２４を切り替えて、送信アンテナＡ_ｉとしてアンテナＡ_１を選択し、受信アンテナＡ_ｊ（ｉ≠ｊ）としてアンテナＡ_２を選択する（ステップＳ１１〜Ｓ１３）。

選択されたアンテナＡ_１は、ＵＷＢ送信機２２からパルス波が供給されると、これを放射する（ステップＳ１４）。

放射されたパルスは、図１を参照して説明したように、生体表面を伝播すると共に生体内に伝播し、癌組織が存在する場合には、癌組織との境界面で反射し、アンテナＡ_２に到達する。アンテナＡ_２はこれらのマイクロ波を受信し、受信アンテナセレクタ２４を介してＬＮＡ２５に供給され、増幅されて、Ａ／Ｄコンバータ２６に供給され、図１２に示す変換回路４２の入力Ｖｉｎとなる（ステップＳ１４）。

一方、Ａ／Ｄコンバータ２６のタイミング生成回路４１には、基準クロック信号生成回路２１からの基準クロック信号ＣＬＫが供給されており、リング発振器１０６の発振信号は、基準クロック信号ＣＬＫに同期すると共に１６倍の周波数（すなわち、２ＧＨｚ）で発振する状態にロックしている。

マルチプレクサ１０７は、分周回路１１０〜１１２の出力に従って、当初は、インバータＩ１の一対の出力を選択する。また、マルチプレクサ１０８は、分周回路１１３の出力に従って、インバータＩ１のＱ、Ｑ￣出力を選択する。

インバータＩ１のＱ、Ｑ￣出力は、基準クロック信号ＣＬＫに同期し、かつ、基準クロック信号ＣＬＫの１６倍の周波数を有する信号である。

分周回路１１４は、これを１／１６分周して、タイミング信号φとその反転信号φ￣を生成し、比較器群１２２に出力する。タイミング信号φ、φ￣は、基準クロック信号ＣＬＫに同期し、周期が基準クロック信号ＣＬＫに等しい信号である。

比較器群１２２は、タイミング信号φ及びφ￣に応答し、ＬＮＡ２５から供給された受信信号の電圧Ｖｉｎと分圧回路１２１から供給される基準電圧とを比較し、入力信号の電圧Ｖｉｎの方が大きければ”１”を、電圧Ｖｉｎが基準電圧よりも低ければ”０”をそれぞれ出力する。

エンコーダ１２３は、比較器群１２２の出力を取り込み、これをエンコードして、平均化回路１２４に供給する。平均化回路１２４は、これを記憶する。
こうして、第１の基準クロック信号ＣＬＫの出力に応答して、パルス波が放射されると共に基準クロック信号ＣＬＫに同期したタイミングで、アンテナＡ_２の受信信号のサンプリングが行われる。

続いて、３１回同様の動作が実行され、送信アンテナＡ_１からパルス波が放射される度に、アンテナＡ_２の受信信号の電圧Ｖｉｎが、基準クロック信号ＣＬＫに同期したタイミングでサンプルされる（ステップＳ１４）。

平均化回路１２４は、エンコーダ１２３から順次出力されるエンコーダの出力を取り込むと共に平均化する（ステップＳ１４）。

３２回のサンプリングが終了すると、制御部２７は、平均化回路１２４の記憶値をｔ＝０時点（基準クロック信号ＣＬＫの出力時点）の受信信号のサンプリング値としてメモリ２８に格納する（ステップＳ１４）。

続いて、マルチプレクサ１０７は、分周回路１１０〜１１２の出力に従って、インバータＩ８の出力対を選択する。さらに、マルチプレクサ１０８は、分周回路１１３の出力に従って、インバータＩ８のＱ￣、Ｑ出力を選択する。

図１３に示すように、インバータＩ８のＱ￣出力は、基準クロック信号ＣＬＫよりも、１基準時間（すなわち、５００ｐｓ（２ＧＨｚ）／８／２＝３１．２５ｐｓ）だけ遅延した信号であり、かつ、基準クロック信号ＣＬＫの１６倍の周波数を有する信号である。

分周回路１１４は、これを１／１６分周して出力して、タイミング信号φとその反転信号φ￣を生成し、比較器群１２２に出力する。

比較器群１２２は、クロック信号φ及びφ￣に応答し、ＬＮＡ２５から供給された受信信号の電圧Ｖｉｎと分圧回路１２１から供給される基準電圧とを比較し、電圧Ｖｉｎの方が大きければ”１”を、電圧Ｖｉｎの方が低ければ”０”をそれぞれ出力する。

エンコーダ１２３は、比較器群１２２の出力を取り込み、エンコードして、平均化回路１２４に供給する。

続いて、３１回同様の動作が実行され、基準クロック信号ＣＬＫに応答して送信アンテナＡ_１から放射される度に、基準クロック信号ＣＬＫから３１．２５ｐｓシフトしたサンプリング点で、受信アンテナＡ_２の受信信号の電圧Ｖｉｎがサンプルされ、エンコードされる。

平均化回路１２４は、順次出力されるエンコーダ１２３の出力を取り込むと共に平均化する。３２回のサンプリングが終了すると、制御部２７は、平均化回路１２４の記憶値をｔ＝３１．２５ｐｓ時点（基準クロック信号ＣＬＫの出力から３１．２５ｐｓ経過時点）の受信信号のサンプリング値としてメモリ２８に格納する（ステップＳ１４）。

以後、マルチプレクサ１０８と１０７は、インバータＩ７のＱ、Ｑ￣出力→インバータＩ６のＱ￣、Ｑ出力→インバータＩ５のＱ、Ｑ￣出力→インバータＩ４のＱ￣、Ｑ出力→インバータＩ３のＱ、Ｑ￣出力→インバータＩ２のＱ￣、Ｑ出力→インバータＩ１のＱ￣、Ｑ出力→インバータＩ８のＱ、Ｑ￣出力→インバータＩ７のＱ￣、Ｑ出力→インバータＩ６のＱ、Ｑ￣出力→インバータＩ５のＱ￣、Ｑ出力→インバータＩ４のＱ、Ｑ￣出力→インバータＩ３のＱ￣、Ｑ出力→インバータＩ２のＱ、Ｑ￣出力、をそれぞれ３２回ずつ選択し、分周回路１１４は、これらを１／１６分周し、比較器群１２２に出力する。

比較器群１２２、エンコーダ１２３、平均化回路１２４は、基準クロック信号ＣＬＫの出力からｔ＝６２．５ｐｓ（３１．２５×２）経過時点の、アンテナＡ_２の受信信号の電圧Ｖｉｎのサンプリングを３２回行ってその平均値を求め、基準クロック信号ＣＬＫの出力からｔ＝９３．７５ｐｓ（３１．２５×３）経過時点の、アンテナＡ_２の受信信号の電圧Ｖｉｎのサンプリングを３２回行ってその平均値を求め、．．．．、基準パルスの出力からｔ＝４６８．２５ｐｓ（３１．２５×１５）経過時点の、アンテナＡ_２の受信信号の電圧Ｖｉｎのサンプリングを３２回行ってその平均値を求める。

ｔ＝５００ｐｓ（３１．２５×１６）で、インバータＩ１のＱ、Ｑ￣が再び選択され、マルチプレクサ１０７、１０８の出力は一周する。しかし、１／１６分周された１２５ＭＨｚ＝８ｎｓのタイミング信号φ、φ￣にとっては、５００ｐｓは１／１６ 周期分回ったに過ぎず、以降１５回、上述のインバータＩ１のＱ、Ｑ￣出力を３２回、．．．、Ｉ２のＱ￣、Ｑ出力を３２回、Ｉ１のＱ￣、Ｑ出力を３２回、．．．Ｉ２のＱ、Ｑ￣出力を３２回ずつ選択し、受信信号の電圧Ｖｉｎを３２回ずつサンプリング・エンコードして、平均化するという動作を繰り返す（ステップＳ１４）。

以上で、送信アンテナＡ_１と受信アンテナＡ_２の組み合わせによる、検出処理が終了し、図１５（ａ）、（ｂ）に例示するように、サンプリング値がメモリ２８に格納される（ステップＳ１４）。

さらに、図１４のステップＳ１５で、ｊ≠ｎと判別され（ステップＳ１５；Ｎｏ）、ｊが＋１されて３に更新され、受信アンテナＡ_ｊがＡ_３となる（ステップＳ１６）。続いて、処理は、ステップＳ１２にリターンして、以後同様の動作が繰り返される。

アンテナＡ_ｉを除く全てのアンテナでの受信が終了すると、ステップＳ１５でｊ＝ｎと判別され（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、次に、ｉ＝ｎか否かが判別される（ステップＳ１７）。当初は、ｉ≠ｎであり（ステップＳ１７；Ｎｏ）、ｉとｊを更新し（ステップＳ１８）、ステップＳ１２にリターンし、新たなアンテナＡ_ｉからパルス波を放射し、他のアンテナＡ_ｊで受信・記録する処理が繰り返される。

このようにして、送信アンテナＡ_ｉと受信アンテナＡ_ｊを順次切り替えながら、放射、受信、記録の処理を行って、アンテナＡ_ｎからパルス波を放射し、アンテナＡ_ｎ−１で受信する処理が終了すると、ステップＳ１５及びステップＳ１７でＹｅｓと判別され、処理が終了する。

このようにして、本実施の形態に係る癌組織検出装置１０においては、小型軽量の装置で、かつ、生体に悪影響を与えずに、癌組織を検出可能である。

また、超高速でのサンプリングが必要とされる癌検出装置１０において、パルス波を周期的に放射し、逐次的に相対位置をずらしつつサンプリングを繰り返すことにより、等価的に高いサンプリングレートを得ることができる。

さらに、平均化回路によって、３２回の測定値の平均値をとるので、クロックジッタからくる誤差を低減することができる。

このようにしてメモリ２８に格納したデータをどのように処理するかは任意である。
例えば、図１６（ａ）に概略を示す波形データがサンプルされた場合には、図１６（ｂ）に示すように生体表面を伝播したパルスの影響を除去し、次に、基準クロック信号ＣＬＫの出力から反射波を受信するまでの時間Ｔを求め、この時間を距離に換算し、条件を満たす楕円球を求める処理を行い、複数のデータから得られた楕円球の交点を求めて、癌組織の位置を特定すればよい。
この処理は、制御部２７自身が行ってもよく、或いは、メモリ２８に蓄積されたデータを用いて、他の装置で実行してもよい。

なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、例示したハードウエアは、例示であり、他の任意の構成を採用可能である。例えば、癌検出装置１０の外観や、回路やアンテナの配置などは任意に変更可能である。

また、回路構成も、同様の機能を実現できるならば、任意に変更可能である。例えば、基準クロック信号ＣＬＫの繰り返し周期を１２５ＭＨｚとしたが、５０ＭＨｚ程度から４００ＭＨｚ程度まで、適宜変更可能である。

また、上記実施の形態では、等価的なサンプリングレートを３１．２５ｐｓ（３２ＧＨｚ）とするため、タイミング生成回路４１の２ＧＨｚ発振周波数をもつリング発振器１０６を実効的に１６段のインバータから構成した。サンプリングレートは、３２ＧＨｚに限定されず、任意である。この場合、リング発振器１０６を構成するインバータの実効的な段数及びリング発振器の発信周波数をサンプリングレートに合わせて調整する。

また、ノイズ、ジッタなどを考慮し、変換回路４２として、相対的に同一のタイミングで受信した信号を３２回サンプリングし、その出力を平均化する構成の例を示したが、例えば、コンパレータ群１２２を構成する各コンパレータの出力を複数回モニタし、多数決でその出力を確定することにより、ジッタの影響などを排除してもよい。同様に、エンコーダ１２３の各出力を複数回モニタし、多数決でその出力を確定するようにしてもよい。その他、ノイズやジッタの影響を除去するための任意の手法を採用可能である。

同一のデータを繰り返して取得する回数も３２回に限定されず、１６回、６４回など、適宜設定可能である。この場合、その回数にあわせて、分周回路１１０〜１１３の設定を変更する。

上記実施の形態においては、受信アンテナセレクタ２４で１つのアンテナを選択して、選択したアンテナで放射波を受信する例を示したが、ＬＮＡ２５とＡ／Ｄコンバータ２６とをｍ（複数）個用意し、受信アンテナセレクタ２４で複数のアンテナを選択し、並行して送信波を受信し、処理してもよい。

また、リング発振器１０６を使用する例に限定されず、基準クロック信号ＣＬＫに対してタイミングのずれた複数の信号を生成する他の任意の構成の発振器を使用することが可能である。

さらに、発振器を使用する例に限定されず、基準クロック信号ＣＬＫを複数の遅延線で順次遅延させて、サンプリングのタイミングとする等してもよい。
上記実施の形態においては、ＵＷＢ信号のパルス波を生成して送信したが、送信信号と受信信号との間で相関が確保できるならば、送信する信号の波形は任意である。

検出の対象として、乳癌を例示したが、この発明は、他の癌、任意の腫瘍、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。

本発明は、癌等の異常組織を、簡易な装置と方法等で検出することに利用可能である。

癌組織を検出する手法を説明するための図である。 実施の形態に係る癌検出装置の外観を示す図である。 実施の形態に係る癌検出装置の内部の構成を示す図である。 アンテナの配置の例を示す図である。 送受信回路の構成例を示すブロック図である。 ＵＷＢ送信機の構成例を示すブロック図である。 三角波生成回路の構成例を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）は、各部の信号波形を示す図である。 一階微分ガウス波形の周波数スペクトルの一例を示す図である。 実際の送信波形の一例を示す図である。 タイミング生成回路の構成例を示すブロックである。 変換回路の構成例を示すブロック図である。 リング発振器の波形図である。 動作を説明するためのフローチャートである。 （ａ）と（ｂ）は、サンプリングされたデータの例を示す図である。 取得したデータの一例を示す図である。

符号の説明

１０ 癌検出装置
１１ 本体
１２ 表示装置
１３ アンテナアレー
１４ 信号処理回路
２１ 基準クロック信号生成回路
２２ ＵＷＢ送信機
２３ 送信アンテナセレクタ
２４ 受信アンテナセレクタ
２５ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
２６ Ａ／Ｄコンバータ
２７ 制御部
２８ メモリ
３１ 三角波生成回路
３２ 微分回路
３３ 増幅器
４１ タイミング生成回路
４２ 変換回路
１０１ バッファ回路
１０２ 位相周波数比較器（ＰＦＤ）
１０４ チャージポンプ（ＣＰ）
１０５ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１０６ リング発振器
１０７、１０８ マルチプレクサ
１０９〜１１４ 分周回路
１２１ 分圧回路
１２２ 比較器群
１２３ エンコーダ
１２４ 平均化回路

Claims (4)

1. 生体に対して複数のアンテナから順次マイクロ波を放射する放射手段と、
   放射したマイクロ波の反射波を複数のアンテナで受信する受信手段と、
   受信したマイクロ波に基づいて、生体中の異常組織の有無を判別するための信号処理を行う信号処理手段と、を備え、
   前記放射手段は、
   マイクロ波領域の周波数成分を含むパルス波を生成する手段と、
   同じパルス波を繰り返し放射する手段と、を備え、
   前記信号処理手段は、
   前記放射手段で繰り返し放射され前記受信手段で受信したパルス波をサンプリングタイミングをずらしながら１つのパルス波につき１回ずつサンプリングして記憶するサンプリング手段と、
   前記サンプリング手段でサンプリングして取得した波形データに基づいて、マイクロ波の放射からマイクロ波の受信までの時間を求める手段と、
   前記複数のアンテナに関して求めた時間から、異常組織の位置を求める手段と、を備える、
   ことを特徴とする異常組織検出装置。
2. 基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成手段をさらに備え、
   前記放射手段は、前記基準クロック信号生成手段からの基準クロック信号に応答して、マイクロ波を放射し、
   前記サンプリング手段は、
   前記基準クロック信号の整数倍の発振周波数を有し、かつ、基準クロック信号に同期する信号を生成する位相同期回路と、
   前記位相同期回路の出力に基づいて、前記基準クロック信号の生成から所定時間経過後にタイミングパルスを生成するタイミングパルス生成手段と、
   前記タイミングパルス生成手段で生成したタイミングパルスに応答して、前記受信手段で受信した受信信号をサンプリングする手段と、を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の異常組織検出装置。
3. 前記サンプリング手段は、
   １つの基準クロック信号に１つのタイミングパルスを生成し、
   ｍ個の基準クロック信号に対して同一のタイミングパルスを生成して、サンプリングを行う、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の異常組織検出装置。
4. 前記位相同期回路は、
   リング状に結合されたインバータから構成されるｎ段のリング発振器と、
   前記リング発振器の発振信号を１／ｎ分周し、１／ｎ分周した信号と基準クロック信号とが同期するように、リング発振器の発振周波数を制御する手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載の異常組織検出装置。

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