JP2007061359A - Mammographic method using microwave and mammography apparatus - Google Patents

Mammographic method using microwave and mammography apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an easy-to-handle and low-cost mammography apparatus with high sensitivity and discrimination ability which is safe and not causing any pain by using microwave but without using X-ray. <P>SOLUTION: The mammography apparatus which visualizes three-dimensionally the inside of tissue structure of the breast T by use of microwave is provided with: an irradiating means 1, 2 for irradiating the breast T with the microwave pulse; a receiving means 1, 2 for receiving scattered waves from the breast T; and an imaging means 3 for imaging the distribution of electrical constants in the breast T. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、乳房内部の組織構造をマイクロ波を用いて三次元可視化する方法(マンモグラフィの方法)、およびその装置(マンモグラフィ装置)に関するものである。   The present invention relates to a method (mammography method) for visualizing a tissue structure inside a breast three-dimensionally using a microwave and a device (mammography device).

近年、女性がかかる癌は、乳癌が最も多くなっている。このような現状において、乳癌は、早期発見早期治療により治癒率の高い癌であるため、集団検診が勧められる。   In recent years, breast cancer is the most common cancer that affects women. In such a current situation, breast cancer is a cancer with a high cure rate due to early detection and early treatment, and thus mass screening is recommended.

例えば、米国では、早くから乳癌検診に視触診とX線マンモグラフィとの併用が行われている。また、我国においても、「50歳以上の女性は視触診に加え2年に1度、X線マンモグラフィを受診すること」とする指針が、2000年に厚生労働省から示された。さらに、2003年には、厚生労働省の研究班が、「X線マンモグラフィの対象者を40歳代に引き下げること」とする基本指針を示した。   For example, in the United States, a combination of visual examination and X-ray mammography has been performed for breast cancer screening from an early stage. In Japan, the Ministry of Health, Labor and Welfare issued a guideline in 2000, stating that women over 50 years old should undergo X-ray mammography once every two years in addition to visual examination. Furthermore, in 2003, a research team of the Ministry of Health, Labor and Welfare presented basic guidelines for “reducing X-ray mammography subjects to those in their 40s”.

X線マンモグラフィは、臨床的に目に見えない乳癌検出をするための方法として、現時点で最も効果的な診断方法(集団検診での診断方法)と言われている。   X-ray mammography is currently said to be the most effective diagnostic method (diagnostic method in mass screening) as a method for detecting breast cancer that is clinically invisible.

しかしながら、X線を用いる方法(X線マンモグラフィ)は、極めて初期の微小石灰化を示していない腫瘍や乳腺の発達した乳房組織に対しては感度が低いため、この方法(X線マンモグラフィ)による乳癌検診を行ったとしても、乳癌の約15%は見逃されている(偽陰性)という問題がある。また、X線マンモグラフィにて得られるレントゲン写真は、二次元投影像であるため、その判読には経験を積んだ専門医が必要である。   However, since the method using X-rays (X-ray mammography) is low in sensitivity to a tumor that does not show very early microcalcification or a breast tissue in which the mammary gland has developed, breast cancer by this method (X-ray mammography) Even after screening, there is a problem that about 15% of breast cancers are missed (false negatives). Moreover, since the X-ray photograph obtained by X-ray mammography is a two-dimensional projection image, an expert who has experience is necessary for interpretation.

さらに、上述したX線マンモグラフィにて使用するX線(電離放射線)は、胎児への影響が強く、癌遺伝子の活性化、癌抑制遺伝子の不活性化に寄与すると言われる。したがって、X線マンモグラフィは、妊娠中あるいは妊娠の可能性のある女性や、乳癌家族歴を持つ女性に対して使用することは望ましくないという問題がある。   Furthermore, X-rays (ionizing radiation) used in the above-mentioned X-ray mammography have a strong influence on the fetus and are said to contribute to activation of oncogenes and inactivation of tumor suppressor genes. Therefore, X-ray mammography has a problem that it is not desirable to use it for women who are pregnant or have a possibility of pregnancy, or women who have a family history of breast cancer.

また、マンモグラフィ判読がつかない場合、あるいはより詳細な検査を行う場合には、針生検を行うことがあるが、この針生検の結果、実際には腫瘍でないこと(偽陽性)も多い。このような針生検は、詳細な検査等を行うために必要ではあるが、乳癌検診を行うという精神的苦痛に加え、乳房に針を刺すという身体的苦痛をも伴うため、可能であれば避けたいところである。   In addition, when a mammography interpretation is not possible or when a more detailed examination is performed, a needle biopsy may be performed, but as a result of this needle biopsy, it is often not a tumor (false positive). Such needle biopsy is necessary for detailed examinations, but it is accompanied by physical pain such as piercing the breast in addition to the mental pain of performing breast cancer screening. It is where you want.

特開平08−186762号公報JP 08-186762 A

上述したように、従来技術にかかるX線マンモグラフィは、(1)初期微小石灰化していない腫瘍は感度が低く見つけ難い、(2)乳腺密度の高い乳房内の腫瘍を見つけ難い、(3)電離放射線であるため妊娠中あるいは妊娠の可能性のある女性に対しては不向き、(4)二次元画像であるため画像診断に熟練が必要、等の問題がある。また、従来技術においては、X線マンモグラフィで判読できない場合や詳細な検査を行う場合には、(5)痛みを伴う針生検を行わなければならない、という問題もある。   As described above, X-ray mammography according to the prior art is (1) a tumor that is not initially microcalcified is less sensitive, (2) it is difficult to find a tumor in the breast with high breast density, and (3) ionization. There are problems such as being unsuitable for women who are pregnant or may be pregnant because of radiation, and (4) skilled in image diagnosis because of the two-dimensional image. Further, in the prior art, there is a problem that (5) a painful needle biopsy has to be performed when it cannot be read by X-ray mammography or when a detailed examination is performed.

そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、X線を用いることなく(すなわち上記(1)〜(4)の問題をなくし)、マイクロ波を用いることによって、より安全で痛みがなく高い感度と識別能力を有し(上記(5)の問題をなくし)、低コストで取扱いが容易な、マンモグラフィの方法、およびマンモグラフィ装置を提供することを課題とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and uses microwaves without using X-rays (that is, eliminating the problems (1) to (4) above). It is an object of the present invention to provide a mammography method and a mammography apparatus that are safer, painless, have high sensitivity and discrimination ability (eliminating the problem of (5) above), and are easy to handle at low cost. .

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、乳房内部の組織構造をマイクロ波を用いて三次元可視化するマンモグラフィの方法であって、乳房にマイクロ波パルスを照射する照射工程と、前記乳房からの散乱波の時間領域データを計測する計測工程と、前記散乱波の時間領域データに基づいて、前記乳房内の電気定数分布を映像化する映像化工程とを備えたことを特徴としている。   The present invention has been made in order to solve the above problems, and is a mammography method for three-dimensional visualization of the tissue structure inside the breast using microwaves, and an irradiation step of irradiating the breast with a microwave pulse; A measurement step of measuring time domain data of the scattered wave from the breast, and an imaging step of imaging the electrical constant distribution in the breast based on the time domain data of the scattered wave. It is said.

また、本発明にかかるマンモグラフィの方法は、前記映像化工程において、推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値ステップと、前記初期推定値を有する物体に対して数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算ステップと、前記計測工程にて得られた計測された受信データと、前記順伝播計算ステップにて得られた前記計算された受信データとを用いて汎関数の値を計算する汎関数計算ステップと、前記計測された受信データと前記計算された受信データとの差を用いて随伴電磁界を計算する逆伝播計算ステップと、前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算ステップと、前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新ステップと、前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算ステップ、前記勾配計算ステップ、前記推定値更新ステップ、前記順伝播計算ステップ、および前記汎関数計算ステップを繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定ステップとを有する構成であることが好ましい。   The mammography method according to the present invention includes an initial estimation value step for providing an appropriate initial estimation value for an electrical constant distribution to be estimated in the imaging step, and a numerical calculation for an object having the initial estimation value. Using the forward propagation calculation step for obtaining the received data, the measured reception data obtained in the measurement step, and the calculated reception data obtained in the forward propagation calculation step. A functional calculation step for calculating a value, a back-propagation calculation step for calculating an adjoining electromagnetic field using a difference between the measured received data and the calculated received data, and a gradient of the functional from the adjoining electromagnetic field A gradient calculating step for calculating the estimated value, an estimated value updating step for updating the estimated value of the electric constant distribution using the gradient, a convergence determination for the functional, and the If the result of the iteration number determination regarding the number of updates of the constant value satisfies a predetermined condition, the process proceeds to image the electrical constant distribution, and if the result does not satisfy the predetermined condition, A determination step for performing a determination process so as to advance the process to repeatedly perform the back propagation calculation step, the gradient calculation step, the estimated value update step, the forward propagation calculation step, and the functional calculation step. Preferably there is.

また、本発明にかかるマンモグラフィの方法は、前記映像化工程において、推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値ステップと、前記初期推定値を有する物体に対して数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算ステップと、前記計測工程にて得られた計測された受信データと、前記順伝播計算ステップにて得られた前記計算された受信データと、電気定数の推定分布とを用いて、正則化項を組み込んだ汎関数の値を計算する汎関数計算ステップと、前記計測された受信データと前記計算された受信データとの差を用いて随伴電磁界を計算する逆伝播計算ステップと、前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算ステップと、前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新ステップと、前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算ステップ、前記勾配計算ステップ、前記推定値更新ステップ、前記順伝播計算ステップ、および前記汎関数計算ステップを繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定ステップとを有する構成であることが好ましい。   The mammography method according to the present invention includes an initial estimation value step for providing an appropriate initial estimation value for an electrical constant distribution to be estimated in the imaging step, and a numerical calculation for an object having the initial estimation value. Forward propagation calculation step for obtaining the received data, measured reception data obtained in the measurement step, the calculated reception data obtained in the forward propagation calculation step, and an estimated distribution of electrical constants And a functional calculation step for calculating a functional value incorporating a regularization term, and an inverse for calculating an adjoining electromagnetic field using a difference between the measured reception data and the calculated reception data. A propagation calculating step; a gradient calculating step for calculating a functional gradient from the associated electromagnetic field; and an estimated value updating step for updating the estimated value of the electric constant distribution using the gradient. And the result of the convergence determination regarding the functional and the iteration number determination regarding the update number of the estimated value satisfy a predetermined condition, the process proceeds to image the electric constant distribution, and the result is If the condition given in advance is not satisfied, the process proceeds to repeat the back propagation calculation step, the gradient calculation step, the estimated value update step, the forward propagation calculation step, and the functional calculation step. And a determination step for performing a determination process.

また、本発明にかかるマンモグラフィの方法は、前記映像化工程において、推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値ステップと、フィルタの設定を行うフィルタ設定ステップと、前記計測工程にて得られた計測された受信データをフィルタに通す第一フィルタリングステップと、前記初期推定値を有する物体に対して数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算ステップと、前記順伝播計算ステップにて得られた前記計算された受信データをフィルタに通す第二フィルタリングステップと、前記第一フィルタリングステップにて得られたフィルタリング後の計測された受信データと、前記第二フィルタリングステップにて得られたフィルタリング後の計算された受信データとを用いて汎関数の値を計算する汎関数計算ステップと、前記フィルタリング後の計測された受信データと、前記フィルタリング後の計算された受信データとの差を用いて、随伴電磁界を計算する逆伝播計算ステップと、前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算ステップと、前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新ステップと、前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、フィルタ段数の判定ステップに進み、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算ステップ、前記勾配計算ステップ、前記推定値更新ステップ、前記順伝播計算ステップ、前記第二フィルタリングステップ、および前記汎関数計算ステップを繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定ステップと、前記判定ステップの後、前記フィルタの段数が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記条件を満たさない場合には、フィルタの更新ステップ、前記第一フィルタリングステップ、前記順伝播計算ステップ、前記第二フィルタリングステップ、前記汎関数計算ステップ、前記判定ステップ、前記逆伝播計算ステップ、前記勾配計算ステップ、および推定値更新ステップを繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行うフィルタ段数判定ステップとを有する構成であることが好ましい。   Further, the mammography method according to the present invention includes an initial estimation value step for giving an appropriate initial estimation value to an electrical constant distribution to be estimated in the imaging step, a filter setting step for setting a filter, and the measurement step. A first filtering step of passing the measured received data obtained in this way through a filter, a forward propagation calculating step of obtaining received data calculated by numerical calculation for the object having the initial estimated value, and the forward propagation calculating step A second filtering step of passing the calculated received data obtained in step through a filter, a measured received data after filtering obtained in the first filtering step, and obtained in the second filtering step. Calculate the functional value using the received data after filtering A function calculation step, a back-propagation calculation step for calculating an adjoining electromagnetic field using a difference between the measured received data after filtering and the calculated received data after filtering; A gradient calculating step for calculating a gradient of the function; an estimated value updating step for updating the estimated value of the electric constant distribution using the gradient; and a convergence determination for the functional and an iteration count determination for the update count of the estimated value. When the result satisfies a predetermined condition, the process proceeds to the step of determining the number of filter stages. When the result does not satisfy the predetermined condition, the back propagation calculation step, the gradient calculation step, the estimated value The update step, the forward propagation calculation step, the second filtering step, and the functional calculation step are repeated. In order to proceed as much as possible, a determination step for performing a determination process, and after the determination step, if the number of stages of the filter satisfies a predetermined condition, the process proceeds to image an electrical constant distribution, When the condition is not satisfied, a filter update step, the first filtering step, the forward propagation calculation step, the second filtering step, the functional calculation step, the determination step, the back propagation calculation step, the gradient It is preferable to have a configuration including a filter stage number determination step for performing a determination process so that the process proceeds to repeatedly perform the calculation step and the estimated value update step.

また、本発明にかかるマンモグラフィの方法は、前記映像化工程において、推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値ステップと、マルチグリッドの設定を行うマルチグリッド設定ステップと、前記計測工程にて得られた計測された受信データをフィルタに通す第三フィルタリングステップと、前記照射工程にて照射されたマイクロ波パルスをフィルタに通す第四フィルタリングステップと、前記第四フィルタリングステップにて得られたフィルタリング後のマイクロ波パルスを入射波として前記初期推定値を有する物体に対して照射し、数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算ステップと、前記順伝播計算ステップにて得られた前記計算された受信データと、前記第三フィルタリングステップにて得られたフィルタリング後の計測された受信データとを用いて汎関数の値を計算する汎関数計算ステップと、前記フィルタリング後の計測された受信データと、前記計算された受信データとの差を用いて、随伴電磁界を計算する逆伝播計算ステップと、前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算ステップと、前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新ステップと、前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、マルチグリッド段数判定ステップに進み、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算ステップ、前記勾配計算ステップ、前記推定値更新ステップ、前記順伝播計算ステップ、および前記汎関数計算ステップを繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定ステップと、前記判定ステップの後、前記マルチグリッドの段数が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記条件を満たさない場合には、グリッド間隔の延長補間処理ステップ、グリッドの更新ステップ、前記第三フィルタリングステップ、前記第四フィルタリングステップ、順伝播計算ステップ、前記汎関数計算ステップ、前記判定ステップ、前記逆伝播計算ステップ、前記勾配計算ステップ、および推定値更新ステップを繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行うマルチグリッド段数判定ステップとを有する構成であることが好ましい。   Further, the mammography method according to the present invention includes an initial estimated value step for providing an appropriate initial estimated value for an electrical constant distribution to be estimated in the imaging step, a multigrid setting step for setting a multigrid, and the measurement Obtained in the third filtering step of passing the measured reception data obtained in the process through the filter, the fourth filtering step of passing the microwave pulse irradiated in the irradiation step through the filter, and the fourth filtering step A forward propagation calculation step of irradiating an object having the initial estimated value as an incident wave with the filtered microwave pulse and obtaining reception data calculated by numerical calculation; and the forward propagation calculation step. The calculated received data and obtained in the third filtering step. A functional calculation step of calculating a functional value using measured received data after filtering, and using the difference between the measured received data after filtering and the calculated received data, A back propagation calculating step for calculating an associated electromagnetic field, a gradient calculating step for calculating a functional gradient from the associated electromagnetic field, an estimated value updating step for updating an estimated value of the electric constant distribution using the gradient, When the result of the convergence determination regarding the functional and the determination of the number of iterations regarding the update count of the estimated value satisfy a predetermined condition, the process proceeds to a multigrid stage number determination step, and the result does not satisfy the predetermined condition In this case, the back propagation calculation step, the gradient calculation step, the estimated value update step, the forward propagation calculation step, and the general function If the determination step for performing the determination process and the number of stages of the multigrid satisfy a predetermined condition after the determination step so that the process proceeds to repeat the calculation step, the electrical constant distribution is imaged. If the process is not performed and the condition is not satisfied, an extended interpolation process step of grid intervals, a grid update step, the third filtering step, the fourth filtering step, a forward propagation calculation step, and a functional calculation step The multi-grid stage number determination step for performing the determination process is preferably performed so that the determination step, the back propagation calculation step, the gradient calculation step, and the estimated value update step are repeated.

さらに、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、乳房内部の組織構造をマイクロ波を用いて三次元可視化するマンモグラフィ装置であって、乳房にマイクロ波パルスを照射する照射手段と、前記乳房からの散乱波を受信する受信手段と、前記散乱波の時間領域データに基づいて、前記乳房内の電気定数分布を映像化する映像化手段とを備えたことを特徴としている。   Furthermore, the present invention has been made to solve the above-described problem, and is a mammography apparatus for three-dimensionally visualizing a tissue structure inside a breast using a microwave, and irradiating means for irradiating a breast with a microwave pulse And receiving means for receiving the scattered wave from the breast, and imaging means for visualizing the electrical constant distribution in the breast based on the time domain data of the scattered wave.

また、本発明にかかるマンモグラフィ装置は、前記映像化手段がパーソナルコンピュータを用いて構成されており、前記パーソナルコンピュータを、推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値計算手段、前記初期推定値を有する物体に対して数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算手段、前記受信手段にて得られた計測された受信データと、前記計算された受信データとを用いて汎関数の値を計算する汎関数計算手段、前記計測された受信データと前記計算された受信データとの差を用いて随伴電磁界を計算する逆伝播計算手段、前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算手段、前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新手段、および前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算、前記勾配計算、前記推定値更新、前記順伝播計算、および前記汎関数計算を繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定手段として機能させる構成であることが好ましい。   Further, in the mammography apparatus according to the present invention, the imaging means is configured by using a personal computer, and the initial estimated value calculating means for giving the personal computer an appropriate initial estimated value for the electrical constant distribution to be estimated, Forward propagation calculation means for obtaining reception data calculated by numerical calculation for an object having an initial estimated value, measured reception data obtained by the reception means, and general calculation using the calculated reception data A functional calculation means for calculating a value of the function, a back propagation calculation means for calculating an associated electromagnetic field using a difference between the measured received data and the calculated received data, and a gradient of the functional from the associated electromagnetic field A gradient calculating means for calculating the estimated value, an estimated value updating means for updating the estimated value of the electric constant distribution using the gradient, and a convergence determination and When the result of the iteration number determination regarding the update number of the estimated value satisfies a predetermined condition, the process proceeds to image the electric constant distribution, and the result does not satisfy the predetermined condition. Is configured to function as a determination unit that performs a determination process so that the process proceeds to repeatedly perform the back propagation calculation, the gradient calculation, the estimated value update, the forward propagation calculation, and the functional calculation. preferable.

また、本発明にかかるマンモグラフィ装置は、前記映像化手段がパーソナルコンピュータを用いて構成されており、前記パーソナルコンピュータを、推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値計算手段、前記初期推定値を有する物体に対して数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算手段、前記受信手段にて得られた計測された受信データと、前記計算された受信データと、電気定数の推定分布とを用いて、正則化項を組み込んだ汎関数の値を計算する汎関数計算手段、前記計測された受信データと前記計算された受信データとの差を用いて随伴電磁界を計算する逆伝播計算手段、前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算手段、前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新手段、および前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算、前記勾配計算、前記推定値更新、前記順伝播計算、および前記汎関数計算を繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定手段として機能させる構成であることが好ましい。   Further, in the mammography apparatus according to the present invention, the imaging means is configured by using a personal computer, and the initial estimated value calculating means for giving the personal computer an appropriate initial estimated value for the electrical constant distribution to be estimated, Forward propagation calculating means for obtaining received data calculated by numerical calculation for an object having an initial estimated value, measured received data obtained by the receiving means, the calculated received data, and an electrical constant A functional calculation means for calculating a functional value incorporating a regularization term using the estimated distribution, and an associated electromagnetic field is calculated using a difference between the measured received data and the calculated received data Back propagation calculating means, gradient calculating means for calculating a gradient of a functional from the accompanying electromagnetic field, and an estimated value update for updating the estimated value of the electric constant distribution using the gradient Means, and if the result of the convergence determination regarding the functional and the number of iterations determination regarding the number of updates of the estimated value satisfy a predetermined condition, the process proceeds to image the electrical constant distribution, and the result is If a predetermined condition is not satisfied, a determination process is performed so that the process proceeds to repeatedly perform the back propagation calculation, the gradient calculation, the estimated value update, the forward propagation calculation, and the functional calculation. It is preferable that the configuration function as a determination unit.

また、本発明にかかるマンモグラフィ装置は、前記映像化手段がパーソナルコンピュータを用いて構成されており、前記パーソナルコンピュータを、推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値計算手段、フィルタの設定を行うフィルタ設定手段、前記受信手段にて得られた計測された受信データをフィルタに通す第一フィルタリング手段、前記初期推定値を有する物体に対して数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算手段、前記計算された受信データをフィルタに通す第二フィルタリング手段、前記フィルタリング後の計測された受信データと、前記フィルタリング後の計算された受信データとを用いて汎関数の値を計算する汎関数計算手段、前記フィルタリング後の計測された受信データと、前記フィルタリング後の計算された受信データとの差を用いて、随伴電磁界を計算する逆伝播計算手段、前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算手段、前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新手段、前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、フィルタ段数の判定に進み、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算、前記勾配計算、前記推定値更新、前記順伝播計算、前記第二フィルタリング、および前記汎関数計算を繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定手段、および前記判定処理の後、前記フィルタの段数が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記条件を満たさない場合には、フィルタの更新処理、前記第一フィルタリング、前記順伝播計算、前記第二フィルタリング、前記汎関数計算、前記判定処理、前記逆伝播計算、前記勾配計算、および推定値更新を繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行うフィルタ段数判定手段として機能させる構成であることが好ましい。   Further, the mammography apparatus according to the present invention is such that the imaging means is configured using a personal computer, and the personal computer gives an initial estimated value calculating means for providing an appropriate initial estimated value to an electrical constant distribution to be estimated, a filter Filter setting means for setting the above, first filtering means for passing the measured reception data obtained by the receiving means through a filter, and receiving data calculated by numerical calculation for the object having the initial estimated value A forward propagation calculating means, a second filtering means for passing the calculated received data through a filter, the measured received data after filtering, and a functional value calculated using the filtered received data after filtering Functional calculation means for performing the filtering, the received data measured after filtering, and the file Back propagation calculation means for calculating an adjoining electromagnetic field using a difference from the calculated reception data after tulling, a gradient calculation means for calculating a gradient of a functional from the adjoining electromagnetic field, and the electric constant using the gradient If the result of the estimated value updating means for updating the estimated value of the distribution, the convergence determination regarding the functional and the iteration count determination regarding the update count of the estimated value satisfies a predetermined condition, the process proceeds to the determination of the number of filter stages, If the result does not satisfy a predetermined condition, processing is performed to repeatedly perform the back propagation calculation, the gradient calculation, the estimated value update, the forward propagation calculation, the second filtering, and the functional calculation. In order to proceed, the determination means for performing the determination process, and after the determination process, if the number of stages of the filter satisfies a predetermined condition, the electrical constant distribution is imaged In the case where the condition is not satisfied, the update process of the filter, the first filtering, the forward propagation calculation, the second filtering, the functional calculation, the determination process, the back propagation calculation, It is preferable to have a configuration that functions as a filter stage number determination unit that performs a determination process so that the process proceeds to repeatedly perform gradient calculation and update of the estimated value.

また、本発明にかかるマンモグラフィ装置は、前記映像化手段がパーソナルコンピュータを用いて構成されており、前記パーソナルコンピュータを、推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値計算手段、マルチグリッドの設定を行うマルチグリッド設定手段と、前記受信手段にて得られた計測された受信データをフィルタに通す第三フィルタリング手段、前記照射手段にて照射されたマイクロ波パルスをフィルタに通す第四フィルタリング手段、前記フィルタリング後のマイクロ波パルスを入射波として前記初期推定値を有する物体に対して照射し、数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算手段、前記計算された受信データと、前記フィルタリング後の計測された受信データとを用いて汎関数の値を計算する汎関数計算手段、前記フィルタリング後の計測された受信データと、前記計算された受信データとの差を用いて、随伴電磁界を計算する逆伝播計算手段、前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算手段、前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新手段、前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、マルチグリッド段数の判定に進み、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算、前記勾配計算、前記推定値更新、前記順伝播計算、および前記汎関数計算を繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定手段と、および前記判定処理の後、前記マルチグリッドの段数が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記条件を満たさない場合には、グリッド間隔の延長補間処理、グリッドの更新、前記第三フィルタリング、前記第四フィルタリング、前記順伝播計算、前記汎関数計算、前記判定処理、前記逆伝播計算、前記勾配計算、および推定値更新を繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行うマルチグリッド段数判定手段として機能させる構成であることが好ましい。   In the mammography apparatus according to the present invention, the imaging means is configured using a personal computer, and the personal computer is provided with an initial estimated value calculating means for giving an appropriate initial estimated value to an electrical constant distribution to be estimated, A multi-grid setting means for setting a grid; a third filtering means for passing the measured reception data obtained by the receiving means through a filter; and a fourth filter for passing the microwave pulse irradiated by the irradiation means through the filter. Filtering means, irradiating an object having the initial estimated value as an incident wave with the filtered microwave pulse, forward propagation calculating means for obtaining received data calculated by numerical calculation, the calculated received data, The functional value is calculated using the measured received data after filtering. A functional calculation means, a back-propagation calculation means for calculating an associated electromagnetic field using a difference between the measured received data after filtering and the calculated received data, and a gradient of the functional from the associated electromagnetic field Gradient calculation means for calculating the estimated value, estimated value update means for updating the estimated value of the electrical constant distribution using the gradient, results of convergence determination regarding the functional and iteration count determination regarding the update count of the estimated value are given in advance. If the above condition is satisfied, the process proceeds to the determination of the number of multigrid stages, and if the result does not satisfy a predetermined condition, the back propagation calculation, the gradient calculation, the estimated value update, the forward propagation calculation, And a determination means for performing a determination process so that the process proceeds to repeat the functional calculation, and after the determination process, the number of stages of the multigrid is given in advance. If the condition is satisfied, the process proceeds to image the electrical constant distribution. If the condition is not satisfied, the grid interval extension interpolation process, the grid update, the third filtering, and the fourth filtering are performed. , Function as multi-grid stage number determination means for performing determination processing so as to advance the processing to repeatedly perform the forward propagation calculation, the functional calculation, the determination processing, the back propagation calculation, the gradient calculation, and the estimated value update. A configuration is preferred.

本発明によれば、X線を用いることなく、マイクロ波を用いることによって、より安全で痛みがなく高い感度と識別能力を有し、低コストで取扱いが容易な、マンモグラフィの方法、およびマンモグラフィ装置を得ることができる。   According to the present invention, by using microwaves without using X-rays, a mammography method and a mammography apparatus that are safer, painless, have high sensitivity and discrimination capability, and are easy to handle at low cost. Can be obtained.

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第一実施形態>
図1は、本発明の第一実施形態にかかるマンモグラフィ装置の概略図を示したものである。この図1に示すように本実施形態にかかるマンモグラフィ装置は、乳房Tに対してマイクロ波パルスを照射すると共に、乳房Tからの散乱波を受信するアレイ・アンテナ計測部1、このアレイ・アンテナ計測部1に対しパルス波の送受信を行うパルス波送受信部2、およびパルス波送受信部2の制御、受信された信号の波形解析、得られた信号等に基づいて画像を表示する画像表示部として機能する、パーソナルコンピュータ(以下「PC」という。)3等を用いて構成されている。
<First embodiment>
FIG. 1 is a schematic view of a mammography apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the mammography apparatus according to this embodiment irradiates the breast T with the microwave pulse and receives the scattered wave from the breast T, and this array antenna measurement. Functions as an image display unit that displays an image based on control of the pulse wave transmission / reception unit 2 that performs transmission / reception of pulse waves to / from the unit 1, control of the pulse wave transmission / reception unit 2, waveform analysis of the received signal, and the obtained signal And a personal computer (hereinafter referred to as “PC”) 3 or the like.

このアレイ・アンテナ計測部1(本発明の「照射手段」「受信手段」に相当)は、乳房Tを収容可能である円筒型のアンテナ設置部11と、このアンテナ設置部11に設けられた複数のアンテナ素子12と、このアンテナ素子12とパルス波送受信部2とを電気的に接続する接続線13とを用いて構成されている。アンテナ設置部11は、例えば、四フッ化エチレン樹脂グラスファイバ、ポリスチレングラス、ポリイミド、ガラスエポキシ、ポリエステル、TMM等の絶縁性材料を用いて構成されている。アンテナ素子12は、例えば、銅、銀、アルミナ等を用いて構成されている。   The array antenna measurement unit 1 (corresponding to the “irradiation unit” and “reception unit” of the present invention) includes a cylindrical antenna installation unit 11 that can accommodate the breast T and a plurality of antenna installation units 11. The antenna element 12 and a connection line 13 that electrically connects the antenna element 12 and the pulse wave transmitting / receiving unit 2 are configured. The antenna installation part 11 is comprised using insulating materials, such as a tetrafluoroethylene resin glass fiber, a polystyrene glass, a polyimide, glass epoxy, polyester, TMM, for example. The antenna element 12 is configured using, for example, copper, silver, alumina, or the like.

パルス波送受信部2(本発明の「照射手段」「受信手段」に相当)は、PC3にて制御されており、予め定められたアンテナ素子12から定められたタイミングでマイクロ波パルスの照射を行うように構成されている。また、このパルス波送受信部2は、マイクロ波パルスを照射した後には(あるいはマイクロ波パルスを照射しながら)、予め定められたアンテナ素子12を用いて、乳房Tからの透過・散乱パルスを受信すべく構成されている。   The pulse wave transmission / reception unit 2 (corresponding to “irradiation means” and “reception means” of the present invention) is controlled by the PC 3 and irradiates a microwave pulse at a predetermined timing from a predetermined antenna element 12. It is configured as follows. Further, the pulse wave transmitting / receiving unit 2 receives a transmission / scattering pulse from the breast T using a predetermined antenna element 12 after irradiating the microwave pulse (or while irradiating the microwave pulse). It is structured to do.

次に、本実施形態にかかるマンモグラフィ装置における計測方法について二次元モデルを用いて説明する。ここで、図2は、本実施形態にかかるマンモグラフィ装置を構成するアレイ・アンテナ計測部1の二次元モデル概略図を示したものである。この図2においては、内側の円が乳房Tを示し、外側の円がアンテナ設置部11を示している。そして、このアンテナ設置部11に、複数のアンテナ素子(第一アンテナ素子12a,第二アンテナ素子12b,…第八アンテナ素子12h)が設けられた状態が示されている。なお、図2(a)は、第一アンテナ素子12aを送信アンテナ(「○」にて表示)とした場合を示す概略図、図2(b)は、第二アンテナ素子12bを送信アンテナ(「○」にて表示)とした場合を示す概略図である。   Next, a measurement method in the mammography apparatus according to the present embodiment will be described using a two-dimensional model. Here, FIG. 2 shows a schematic diagram of a two-dimensional model of the array antenna measurement unit 1 constituting the mammography apparatus according to the present embodiment. In FIG. 2, the inner circle indicates the breast T, and the outer circle indicates the antenna installation unit 11. And the state by which the several antenna element (1st antenna element 12a, 2nd antenna element 12b, ... 8th antenna element 12h) was provided in this antenna installation part 11 is shown. 2A is a schematic diagram showing a case where the first antenna element 12a is a transmission antenna (indicated by “◯”), and FIG. 2B is a diagram showing the second antenna element 12b as a transmission antenna (“ It is the schematic which shows the case where it is set as (circle).

本実施形態においては、アレイ・アンテナ計測部1を構成する複数のアンテナ素子12のうち、一つのアンテナ素子を送信アンテナとしてマイクロ波パルスの照射を行い、残りのアンテナ素子を受信アンテナとして透過・散乱パルスの計測処理を行うべく構成されている。   In the present embodiment, among the plurality of antenna elements 12 constituting the array antenna measurement unit 1, microwave pulse irradiation is performed using one antenna element as a transmission antenna, and transmission / scattering is performed using the remaining antenna elements as reception antennas. It is configured to perform pulse measurement processing.

具体的には、図2(a)に示すように、第一アンテナ素子(#1)12aを送信アンテナ(「○」にて表示)として、この第一アンテナ12aから乳房Tに対してマイクロ波パルスを照射し、残りのアンテナ素子12b〜12hを受信アンテナ(「●」にて表示)として、これらのアンテナ素子12b〜12hを用いて乳房Tからの透過・散乱パルスを受信する(計測する)。この際、第一アンテナ素子12aから照射されるマイクロ波パルスと、残りのアンテナ素子12b〜12hにて計測される透過・散乱パルスとは、パルス波送受信部2を介し、関連付けされた送受信データ(計測データ)としてPC3内に記憶される。   Specifically, as shown in FIG. 2A, the first antenna element (# 1) 12a is used as a transmission antenna (indicated by “◯”), and a microwave is applied from the first antenna 12a to the breast T. Pulses are irradiated, and the remaining antenna elements 12b to 12h are used as receiving antennas (indicated by “●”), and transmission / scattering pulses from the breast T are received (measured) using these antenna elements 12b to 12h. . At this time, the microwave pulse irradiated from the first antenna element 12a and the transmitted / scattered pulses measured by the remaining antenna elements 12b to 12h are associated with the transmission / reception data ( Measurement data) is stored in the PC 3.

次に、図2(b)に示すように、第二アンテナ素子(#2)12bを送信アンテナ(「○」にて表示)として、この第二アンテナ12bから乳房Tに対してマイクロ波パルスを照射し、残りのアンテナ素子12c〜12aを受信アンテナ(「●」にて表示)として、これらのアンテナ素子12c〜12aを用いて乳房Tからの透過・散乱パルスを受信する(計測する)。この場合も、第二アンテナ素子12bから照射されるマイクロ波パルスと、残りのアンテナ素子12c〜12aにて計測される透過・散乱パルスとは、パルス波送受信部2を介し、関連付けされた送受信データ(計測データ)としてPC3内に記憶される。   Next, as shown in FIG. 2B, the second antenna element (# 2) 12b is used as a transmission antenna (indicated by “◯”), and a microwave pulse is applied from the second antenna 12b to the breast T. Irradiation is performed, and the remaining antenna elements 12c to 12a are used as receiving antennas (indicated by “●”), and transmission / scattering pulses from the breast T are received (measured) using these antenna elements 12c to 12a. Also in this case, the microwave pulse irradiated from the second antenna element 12b and the transmission / scattering pulse measured by the remaining antenna elements 12c to 12a are associated with the transmission / reception data associated with each other via the pulse wave transmission / reception unit 2. It is stored in the PC 3 as (measurement data).

本実施形態にかかる計測方法においては、上述した第一アンテナ素子12aや第二アンテナ素子12bを送信アンテナとした場合と同様の処理を、他のアンテナ素子12c〜12hについても行う。つまり、それぞれのアンテナ素子を送信アンテナとし、それ以外の残りのアンテナ素子を受信アンテナとして、それぞれの場合におけるマイクロ波パルスと透過・散乱パルスとを関連付けた送受信データ(計測データ)としてPC3内に記憶させる。   In the measurement method according to the present embodiment, the same processing as that when the first antenna element 12a and the second antenna element 12b described above are used as transmission antennas is performed for the other antenna elements 12c to 12h. In other words, each antenna element is used as a transmitting antenna, and the remaining antenna elements are used as receiving antennas, and transmission / reception data (measurement data) in which microwave pulses and transmission / scattering pulses in each case are associated is stored in the PC 3. Let

次に、本実施形態にかかるマンモグラフィ装置における乳房内の映像化方法(像再構成アルゴリズム)について説明する。   Next, a method for imaging a breast (image reconstruction algorithm) in the mammography apparatus according to the present embodiment will be described.

像再構成アルゴリズムとは、上述した図2の方法に基づいて計測された受信データを用いて、乳房内部の電気定数(誘電率、導電率)分布を映像化する計算手順のことである。マイクロ波領域では、乳房の正常組織と腫瘍との電気定数のコントラストが非常に高いため、上記のようにして得られた受信データの電気定数分布を映像化すれば、乳房内部の組織構造を三次元視覚化することが可能となる。   The image reconstruction algorithm is a calculation procedure for visualizing the electrical constant (dielectric constant, conductivity) distribution inside the breast using the received data measured based on the method of FIG. 2 described above. In the microwave region, the contrast of the electrical constant between the normal tissue of the breast and the tumor is very high, so if the electrical constant distribution of the received data obtained as described above is visualized, the tissue structure inside the breast is tertiary. It is possible to visualize the original.

本実施形態にかかる像再構成アルゴリズムは、まず、対象物体である乳房内の電気定数分布として適当な分布を与える。そして、この分布に対して、図2に示した計測方法と同じ手順を計算機(PC3)上で数値的に行い、受信データを数値的に求める(ここで得られたデータを、以下「計算された受信データ」という。)。「適当に与えた電気定数分布」は、実際の乳房の「真の電気定数分布」とは、一般に異なっているため、「計算された受信データ」は実際に計測されたデータ(以下「計測された受信データ」という。)とは異なっている。「計算された受信データ」と「計測された受信データ」との差は、「適当に与えた電気定数分布」が「真の電気定数分布」とどれくらい異なっているかの情報を含んでいる。したがって、この情報を用いて、「適当に与えた電気定数分布」を更新して「真の電気定数分布」に近づけていくことが考えられ、この更新方法が像再構成アルゴリズムである。   In the image reconstruction algorithm according to the present embodiment, first, an appropriate distribution is given as the electrical constant distribution in the breast that is the target object. Then, for this distribution, the same procedure as the measurement method shown in FIG. 2 is numerically performed on the computer (PC3) to obtain the received data numerically (the obtained data is hereinafter referred to as “calculated "Received data"). Since the “appropriately distributed electrical constant distribution” is generally different from the “true electrical constant distribution” of an actual breast, “calculated received data” is actually measured data (hereinafter “measured "Received data"). The difference between “calculated received data” and “measured received data” includes information on how “appropriately given electrical constant distribution” differs from “true electrical constant distribution”. Therefore, it is conceivable to use this information to update the “appropriately given electrical constant distribution” to approach the “true electrical constant distribution”, and this updating method is an image reconstruction algorithm.

本実施形態にかかる像再構成アルゴリズムは、「計算された受信データ」と「計測された受信データ」との差をもとに定義される汎関数を最小化する方法である。汎関数の引数は空間的に変化する誘電率分布関数と導電率分布関数である。汎関数は非線形であり、その具体例を以下に示す。   The image reconstruction algorithm according to the present embodiment is a method for minimizing a functional defined based on a difference between “calculated received data” and “measured received data”. The functional arguments are a spatially varying dielectric constant distribution function and a conductivity distribution function. The functional is nonlinear, and a specific example is shown below.

ここでは、まず汎関数を定義するにあたって、図3に示すような自由空間中に置かれた無損失誘電体Dの再構成問題を考える。電流源Jを仮定すると、規格化されたMaxwell(マクスウエル)の方程式は、演算子Lを用いて次の数1のように表される。   Here, first, in defining the functional, consider the reconstruction problem of the lossless dielectric D placed in the free space as shown in FIG. Assuming the current source J, the standardized Maxwell equation is expressed by the following equation 1 using the operator L.

Figure 2007061359
Figure 2007061359

ここで、演算子Lは、次の数2のように表される。   Here, the operator L is expressed as the following Expression 2.

Figure 2007061359
Figure 2007061359

数1および数2中の、v,J,A,B,C,F,Gは、次の数3のように表される。   V, J, A, B, C, F, and G in Expression 1 and Expression 2 are expressed as the following Expression 3.

Figure 2007061359
Figure 2007061359

また、c(=1/(√(εμ)))は自由空間中の光速、η(=√(μ/ε))は自由空間中の固有インピーダンスであり、ε,μ,σはそれぞれ誘電体の比誘電率、比透磁率、導電率である。入射パルスは時刻t=0で励振されるものとし、電磁界はt≦0で零とする。すなわち順問題はマクスウエルの方程式(数1)をt=0での初期条件である、次の数4のもとで解く。 C (= 1 / (√ (ε 0 μ 0 ))) is the speed of light in free space, η (= √ (μ 0 / ε 0 )) is the intrinsic impedance in free space, and ε r , μ r 1 and σ are the relative permittivity, relative permeability, and conductivity of the dielectric, respectively. The incident pulse is excited at time t = 0, and the electromagnetic field is zero when t ≦ 0. In other words, the forward problem is solved by Maxwell's equation (Equation 1) under the following equation 4, which is an initial condition at t = 0.

Figure 2007061359
Figure 2007061359

次に汎関数F(p)を次式数5で定義する。   Next, the functional F (p) is defined by the following equation (5).

Figure 2007061359
Figure 2007061359

ここで、v’(r ,t)は、m番目の送信点r に位置する波源から電磁波を照射し、n番目の観測点r で観測した(受信した)電磁界であり、v(p;r ,t)は、推定媒質ベクトル関数(以下の数6)を用いて計算した推定電磁界である。 Here, v m ′ (r n r , t) is an electromagnetic field that is irradiated (emitted) with an electromagnetic wave from a wave source located at the m-th transmission point r m t and observed (received) at the n-th observation point r n r. in and, v m (p; r n r, t) is the calculated estimated electromagnetic field using the estimated medium vector function (below 6).

Figure 2007061359
Figure 2007061359

また、Tは観測時間長、Kmn(t)はt=Tのときに零となる負でない重み関数であり、上付添字“t”は転置を表す。 T is an observation time length, K mn (t) is a non-negative weight function that becomes zero when t = T, and the superscript “t” represents transposition.

計測データに雑音がない理想的な場合は、推定媒質ベクトル関数pが真の媒質ベクトル関数と一致すれば、汎関数F(p)は最小値零となる。したがって、ここで考察している逆散乱問題は、汎関数F(p)の最小化問題とみなすことができる。   In an ideal case where there is no noise in the measurement data, the functional F (p) has a minimum value of zero if the estimated medium vector function p matches the true medium vector function. Therefore, the inverse scattering problem considered here can be regarded as a minimization problem of the functional F (p).

本実施形態においては、汎関数F(p)の最小化は勾配法を用いて行う。汎関数F(p)のフレシェ微分F’δpは、次式数7で与えられる。 In this embodiment, the functional F (p) is minimized using a gradient method. The Fréchet derivative F p ′ δp of the functional F (p) is given by the following equation (7).

Figure 2007061359
Figure 2007061359

ここで、δpは推定媒質ベクトル関数pの微分であり、次の数8で表される。   Here, δp is a derivative of the estimated medium vector function p, and is expressed by the following equation (8).

Figure 2007061359
Figure 2007061359

また、δv(p;r ,t)は、v(p;r ,t)のpにおけるフレシェ微分であり、次の数9で表される連立微分方程式、および次の数10で表されるt=0での初期条件を満たす解δv(p;r,t)の観測点r=r での値である。 Further, δv m (p; r n r , t) is a Frechet derivative of v m (p; r n r , t) at p, and simultaneous differential equations represented by the following equation 9 and This is the value at the observation point r = r n r of the solution δv m (p; r, t) satisfying the initial condition at t = 0 represented by 10.

Figure 2007061359
Figure 2007061359

Figure 2007061359
Figure 2007061359

さらに、数9中のδF,δGは,次の数11のように表される。   Furthermore, δF and δG in Equation 9 are expressed as the following Equation 11.

Figure 2007061359
Figure 2007061359

フレシェ微分F’δpは、リースの表現定理よりδpと勾配ベクトルg(r)との内積で表すことができ、次式数12の通りとなる。 The Fréchet differential F p ′ δp can be represented by the inner product of δp and the gradient vector g (r) according to the Reese's representation theorem.

Figure 2007061359
Figure 2007061359

ここで、3次元ベクトル関数a=(a,a,aとb=(b,b,bとの内積は、次式数13で表される。ただし、Vは再構成領域である。 Here, the inner product of the three-dimensional vector function a = (a 1 , a 2 , a 3 ) t and b = (b 1 , b 2 , b 3 ) t is expressed by the following equation (13). However, V is a reconstruction area.

Figure 2007061359
Figure 2007061359

また、勾配g(r)は、次式数14,数15,数16で与えられる。   The gradient g (r) is given by the following equations (14), (15), and (16).

Figure 2007061359
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Figure 2007061359
Figure 2007061359

Figure 2007061359
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ここで6次元随伴ベクトル関数W(p;r,t)=(Wm1,Wm2,Wm3,Wm4,Wm5,Wm6は、数17の方程式を、条件式数18の下で解いたときの解である。 Here, the 6-dimensional adjoint vector function W m (p; r, t) = (W m1 , W m2 , W m3 , W m4 , W m5 , W m6 ) t is the equation of Expression 17 and This is the solution when solved below.

Figure 2007061359
Figure 2007061359

Figure 2007061359
Figure 2007061359

ただし、随伴演算子Lは、次式数19で与えられる。 However, the adjoint operator L * is given by the following equation (19).

Figure 2007061359
Figure 2007061359

また、δ(r−r )はデルタ関数であり、uは次式数20である。 Further, δ (r−r n r ) is a delta function, and u m is the following equation (20).

Figure 2007061359
Figure 2007061359

なお、随伴ベクトル関数Wは、数17をFDTD法(有限差分時間領域法)を用いて、t=Tから時間を遡って数値的に計算することができる。 The adjoint vector function W m can be numerically calculated by using the FDTD method (finite difference time domain method) in Equation 17 by tracing the time back from t = T.

本実施形態においては、以上のような考えの下、汎関数Fを定義し、共役勾配法によってこの汎関数Fの最小化を行う。具体的には、汎関数Fの最小化を行うべく、計測データに基づいた種々の計算(最終的には電気定数分布の画像化)を実施する。   In the present embodiment, the functional F is defined based on the above-described idea, and the functional F is minimized by the conjugate gradient method. Specifically, in order to minimize the functional F, various calculations based on the measurement data (finally, imaging of electric constant distribution) are performed.

以下、図4のフローチャートに基づいて、本実施形態のアルゴリズムを説明する。図4は、本実施形態にかかる像再構成アルゴリズムを示したフローチャートである。   The algorithm of this embodiment will be described below based on the flowchart of FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an image reconstruction algorithm according to the present embodiment.

この図4に示すように、まず、本実施形態においては、PC3等の入力装置(キーボード等)を用いて、PC3内のメモリ等に記憶されている「計測された受信データ」が、演算処理部(CPU等)に与えられる。つまり、「計測された受信データ」に関する入力処理が行われる(ステップS401)。   As shown in FIG. 4, first, in this embodiment, “measured received data” stored in a memory or the like in the PC 3 is calculated using an input device (such as a keyboard) such as the PC 3. Part (CPU or the like). That is, an input process related to “measured reception data” is performed (step S401).

次に、PC3等の入力装置(キーボード等)を用いて、PC3内のメモリ等に記憶されている入射パルス(乳房Tに対して照射されたマイクロ波パルス)が、演算処理部(CPU等)に与えられる。つまり、入射パルスに関する入力処理が行われる(ステップS402)。具体的には、入射パルスの形状(波形)が入力される。   Next, using an input device (such as a keyboard) such as a PC 3, an incident pulse (a microwave pulse irradiated to the breast T) stored in a memory or the like in the PC 3 is converted into an arithmetic processing unit (such as a CPU). Given to. That is, input processing related to the incident pulse is performed (step S402). Specifically, the shape (waveform) of the incident pulse is input.

次に、推定したい電気定数分布に適当な初期推定値が与えられる(ステップS403)(本発明の「初期設定値ステップ」に相当)。つまり、乳房Tに対して、適当な初期推定値が与えられる。ここで、適当な初期推定値としては、例えば、拡張ボルン近似法、逆伝播法、パルスの受信時間を利用した電気定数の簡易推定法等により与えられる推定値が用いられる。   Next, an appropriate initial estimated value is given to the electric constant distribution to be estimated (step S403) (corresponding to the “initial setting value step” of the present invention). That is, an appropriate initial estimated value is given to the breast T. Here, as an appropriate initial estimated value, for example, an estimated value given by an extended Born approximation method, a back propagation method, a simple estimation method of an electric constant using a pulse reception time, or the like is used.

次に、推定電気定数分布を持つ物体(ここでは乳房T)に対して、数値計算により受信アンテナにおける散乱電磁界を計算する。つまり、PC3上で、適当な初期推定値が与えられた乳房Tに対して、マイクロ波パルスの照射を行ったと仮定して(実際の測定と同様の照射を行ったと仮定して)、その際に得られる透過・散乱パルスを計算し、「計算された受信データ」を得る(ステップS404)(本発明の「順伝播計算ステップ」に相当)。   Next, the scattered electromagnetic field in the receiving antenna is calculated by numerical calculation for an object having an estimated electrical constant distribution (here, breast T). That is, on the PC 3, it is assumed that the breast T to which an appropriate initial estimated value is given is irradiated with the microwave pulse (assuming that the irradiation similar to the actual measurement is performed). To obtain the “calculated received data” (step S404) (corresponding to the “forward propagation calculation step” of the present invention).

次に、「計算された受信データ」(数5の「v(p;r ,t)」に相当)と「計測された受信データ」(数5の「v’(r ,t)」に相当)とを用いて、汎関数Fの値が計算される(ステップS405)(本発明の「汎関数計算ステップ」に相当)。 Next, “calculated received data” (corresponding to “v m (p; r n r , t)” in equation 5) and “measured received data” (“v m ′ (r n r in equation 5) , T) ") is used to calculate the value of the functional F (step S405) (corresponding to the" functional calculation step "of the present invention).

次に、汎関数Fが予め与えられた値以下となっているか否かの判断(収束判定)、および電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数になったか否かの判断(反復回数判定)が行われる(ステップS406)(本発明の「判定ステップ」に相当)。汎関数Fが予め与えられた値以下となっている場合、あるいは電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達していた場合(S406にて「Yes」の場合)には、次いで、ステップS410以降の処理が行われる。また、汎関数Fが予め与えられた値以下でなく、且つ電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達していない場合(S406にて「No」の場合)には、次いで、ステップS407以降の処理が行われる。   Next, a determination as to whether or not the functional F is equal to or less than a predetermined value (convergence determination), and a determination as to whether or not the number of updates of the electrical constant estimation value has been a predetermined number (number of iterations) (Determination) is performed (step S406) (corresponding to the “determination step” of the present invention). If the functional F is equal to or less than a predetermined value, or if the number of updates of the electrical constant estimated value has reached a predetermined number (“Yes” in S406), then The process after step S410 is performed. If the functional F is not less than a predetermined value and the number of updates of the electrical constant estimated value has not reached the predetermined number (in the case of “No” in S406), then the step The process after S407 is performed.

収束および反復回数の判定(S406)の結果、汎関数Fが予め与えられた値以下でなく、且つ電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達していない場合(S406にて「No」の場合)には、「計算された受信データ」と「計測された受信データ」との差を用いて、随伴電磁界の計算が行われる(ステップS407)(本発明の「逆伝播計算ステップ」に相当)。つまり、受信点での残差(数式17のu)を等価波源とする電磁波を時間t=Tから零までの間、逆伝播させる。 As a result of the determination of the number of convergence and iteration (S406), when the functional F is not less than a predetermined value and the update number of the electrical constant estimated value has not reached the predetermined number ("No" in S406) ”), The associated electromagnetic field is calculated using the difference between“ calculated received data ”and“ measured received data ”(step S407) (“ back propagation calculation step of the present invention ”). ”). That is, the electromagnetic wave having the residual at the receiving point (u m in Expression 17) as an equivalent wave source is propagated back from time t = T to zero.

ステップS406の逆伝播の計算が行われた後には、次いで、随伴電磁界から汎関数Fの勾配の計算が行われる(ステップS408)(本発明の「勾配計算ステップ」に相当)。つまり、推定電気定数における汎関数Fの勾配ベクトルの計算が行われる。   After the back propagation calculation in step S406 is performed, the gradient of the functional F is then calculated from the associated electromagnetic field (step S408) (corresponding to the “gradient calculation step” of the present invention). That is, the gradient vector of the functional F in the estimated electrical constant is calculated.

ステップS408の勾配の計算が行われた後には、次いで、計算された勾配を用いて、勾配法(例えば共役勾配法)によって定まっている更新方法により、電気定数分布の推定値を更新し(探索方向に沿って電気定数を更新し)(ステップS409)(本発明の「推定値更新ステップ」に相当)、さらに、ステップS404以降の処理が繰り返して行われる。   After the calculation of the gradient in step S408, the estimated value of the electrical constant distribution is then updated using the calculated gradient by an update method determined by the gradient method (for example, the conjugate gradient method) (search). The electric constant is updated along the direction) (step S409) (corresponding to the “estimated value update step” of the present invention), and the processing after step S404 is repeated.

収束および反復回数の判定(S406)の結果、汎関数Fが予め与えられた値以下であった場合、あるいは電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達していた場合((S406にて「Yes」の場合)には、得られた推定電気定数分布を画像化し(ステップS410)、本実施形態にかかる一連のアルゴリズムを終了する。   As a result of the determination of the convergence and the number of iterations (S406), when the functional F is less than or equal to a predetermined value, or when the number of updates of the electrical constant estimated value has reached a predetermined number (in S406) In the case of “Yes”, the obtained estimated electrical constant distribution is imaged (step S410), and a series of algorithms according to the present embodiment is terminated.

以上説明したように、本実施形態にかかるマンモグラフィ装置は、X線ではなく、マイクロ波を用いることによって、乳房T内部の組織構造を三次元視覚化可能に構成されている。したがって、本実施形態によれば、電離放射線被曝の心配が無いため、安全性が高く、被検者が安心して受信可能なマンモグラフィ装置を得ることができる。また、電離放射線被曝の心配が無いため、検査技師に対しても安全であり、検査技師は計測中も被検者の傍らで装置の操作を行うことができる。   As described above, the mammography apparatus according to the present embodiment is configured to be capable of three-dimensional visualization of the tissue structure inside the breast T by using microwaves instead of X-rays. Therefore, according to the present embodiment, since there is no concern about exposure to ionizing radiation, it is possible to obtain a mammography apparatus that is highly safe and can be received by the subject with peace of mind. In addition, since there is no concern about exposure to ionizing radiation, it is safe for an inspection engineer, and the inspection engineer can operate the apparatus beside the subject during measurement.

また、本実施形態にかかるマンモグラフィ装置は、マイクロ波を用いた時間領域法を採用しているため、次のような効果を有する。   In addition, since the mammography apparatus according to the present embodiment employs the time domain method using microwaves, it has the following effects.

例えば、周波数領域法と比較すれば、周波数領域法は単一周波数(正弦波)か数種類の周波数をそれぞれ単独に用いる方法にすぎないが、本実施形態にかかるマイクロ波を用いた時間領域法は、使用するパルスのスペクトル帯域幅内の全ての周波数を用いている。また、周波数領域法は正弦波を対象物体(例えば乳房)に照射し、正弦波状の散乱界を計測するにすぎないが、本実施形態にかかる時間領域法は、パルス波を対象物体に照射しパルス状の散乱界を計測するため、散乱界のパルスの大きさ、遅延時間、および波形の歪に対象物体の情報が含まれている。すなわち、本実施形態にかかるマイクロ波を用いた時間領域法における散乱界データは、周波数領域法における散乱界データよりも、対象物体に関する情報をより多く有することとなる。   For example, compared with the frequency domain method, the frequency domain method is only a method using a single frequency (sine wave) or several kinds of frequencies, but the time domain method using the microwave according to the present embodiment is All frequencies within the spectral bandwidth of the pulse used are used. The frequency domain method only irradiates a target object (for example, a breast) with a sine wave and measures a sine wave-like scattered field, but the time domain method according to the present embodiment irradiates a target object with a pulse wave. In order to measure a pulsed scattered field, information on the target object is included in the pulse size, delay time, and waveform distortion of the scattered field. That is, the scattered field data in the time domain method using the microwave according to the present embodiment has more information on the target object than the scattered field data in the frequency domain method.

このことから、本実施形態によれば、散乱界データの計測に用いる送受信アンテナの数をより少ない数にて構成することができるため、マンモグラフィ装置を低コストにて得ることが可能となる。
また、計測時間を短縮することができる。
さらに、多くのデータを得ることが可能となるため、アルゴリズムがより安定化され、より明確な三次元画像を得ることができることとなる。したがって、様々な方向から腫瘍の位置、形状、大きさを容易に読み取ることができる。また、このように電気定数分布の明確な三次元画像を得ることができるため、組織の特定(正常組織か腫瘍かの特定)が専門家でなくとも容易に行うことが可能となる。さらに、明確な三次元画像を得られるため、偽陽性(誤診)による心理的・身体的不利益や、偽陰性による悪性腫瘍の見逃し等を避けることができる。
また、タイム・ゲートを適用することにより、計測装置(マンモグラフィ装置)の外部からのクラッターの除去が可能である。
From this, according to this embodiment, since the number of transmission / reception antennas used for measurement of scattered field data can be configured with a smaller number, a mammography apparatus can be obtained at low cost.
Moreover, the measurement time can be shortened.
Furthermore, since a lot of data can be obtained, the algorithm is further stabilized and a clearer three-dimensional image can be obtained. Therefore, the position, shape, and size of the tumor can be easily read from various directions. In addition, since a three-dimensional image with a clear electrical constant distribution can be obtained in this way, tissue identification (specification of normal tissue or tumor) can be easily performed without being an expert. Furthermore, since a clear three-dimensional image can be obtained, it is possible to avoid psychological and physical disadvantages due to false positives (misdiagnosis) and missed malignant tumors due to false negatives.
Further, by applying the time gate, it is possible to remove clutter from the outside of the measuring device (mammography device).

すなわち、本実施形態によれば、以上のような構成等を有するため、X線を用いることなく、マイクロ波を用いることによって、より安全で痛みがなく高い感度と識別能力を有し、低コストで取扱いが容易な、マンモグラフィ装置を得ることができる。   That is, according to the present embodiment, since it has the above-described configuration and the like, by using microwaves without using X-rays, it is safer, painless, has high sensitivity and discriminating ability, and is low in cost. A mammography apparatus that is easy to handle can be obtained.

<第二実施形態>
次に、本発明の第二実施形態にかかるマンモグラフィ装置について説明する。この第二実施形態にかかるマンモグラフィ装置の基本構成(図1に示した構成、および図2にて説明した計測方法等)は、先に説明した第一実施形態にかかるマンモグラフィ装置と同様であるため、ここでは、その具体的構成については割愛し、必要に応じ、図1等を参照しながら説明を行う。
<Second embodiment>
Next, a mammography apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The basic configuration of the mammography apparatus according to the second embodiment (the configuration shown in FIG. 1 and the measurement method described with reference to FIG. 2) is the same as the mammography apparatus according to the first embodiment described above. Here, the specific configuration is omitted, and description will be made with reference to FIG.

この第二実施形態にかかるマンモグラフィ装置と、第一実施形態にかかるマンモグラフィ装置との違いは、乳房内の映像化方法(像再構成アルゴリズム)である。つまり、得られたデータ(計測された受信データ)を用いて、乳房T内部の映像化を行う際の像再構成アルゴリズムが異なる。   The difference between the mammography apparatus according to the second embodiment and the mammography apparatus according to the first embodiment is an imaging method (image reconstruction algorithm) in the breast. That is, the image reconstruction algorithm used when the inside of the breast T is visualized using the obtained data (measured received data) is different.

以下、第一実施形態と同様の部分(構成および方法等)については説明を省略し、主に、第一実施形態と異なる部分(第二実施形態の特徴部分)について具体的に説明する。   Hereinafter, description of the same parts (configuration and method) as those of the first embodiment will be omitted, and mainly the parts different from the first embodiment (characteristic parts of the second embodiment) will be specifically described.

散乱データから対象物体(ここでは乳房T)内部の電気定数分布を推定する問題は非適切な逆散乱問題であるため、数値的に不安定である。これを避けるためには、電気定数分布はある程度滑らかな変化であるという条件を与える必要がある。このような条件を与える手法は、「正則化の手法」と呼ばれる。   Since the problem of estimating the electrical constant distribution inside the target object (here, the breast T) from the scattering data is an inappropriate inverse scattering problem, it is numerically unstable. In order to avoid this, it is necessary to give a condition that the electric constant distribution is a somewhat smooth change. A method for giving such a condition is called a “regularization method”.

しかしながら、通常の正則化手法を用いると、組織が急に異なる境界(エッジ)(例えば、乳房Tと空気との境界)がぼやけてしまうので、このような「エッジ」のシャープさを保存する「エッジ保存正則化法」が知られている。そこで、本実施形態においては、この「エッジ保存正則化法」における「エッジ保存正則項」(以下、単に「正則化項」という。)を組み込んで、像再構成アルゴリズムが構成されている。   However, when a normal regularization method is used, a boundary (edge) where the tissue suddenly differs (for example, a boundary between the breast T and the air) is blurred, and thus the sharpness of such an “edge” is preserved. An edge-preserving regularization method is known. Therefore, in the present embodiment, an “edge-preserving regular term” (hereinafter simply referred to as “regularization term”) in the “edge-preserving regularization method” is incorporated to constitute an image reconstruction algorithm.

本実施形態にかかる正則化項を組み込んだ汎関数FTOTAL(p)は、以下の数21で与えられる。 The functional F TOTAL (p) incorporating the regularization term according to the present embodiment is given by the following equation (21).

Figure 2007061359
Figure 2007061359

ここで、FRES(p)は、「計算された受信データ」と「計測された受信データ」との差をもとに定義される汎関数であり、FREG(p)は、正則化項である。 Here, F RES (p) is a functional defined based on the difference between “calculated received data” and “measured received data”, and F REG (p) is a regularization term. It is.

正則化項を組み込んだ汎関数FTOTAL(p)の勾配は、FRES(p)の勾配とFREG(p)の勾配の和で与えられる。正則化項FREG(p)に含まれている正則化パラメータの増減により、汎関数FTOTAL(p)への寄与量が増減する。本実施形態においては、勾配法により汎関数FTOTAL(p)を逐次的に最小化する際、初期段階では正則化項FREG(p)は残差の汎関数FRES(p)と同程度の大きさにしておき、反復過程が進むにつれて正則化パラメータを徐々に小さくしていき、収束段階では、正則化項FREG(p)の寄与を消し去るべく演算処理を行う。 The gradient of the functional F TOTAL (p) incorporating the regularization term is given by the sum of the gradient of F RES (p) and the gradient of F REG (p). As the regularization parameter included in the regularization term F REG (p) increases or decreases, the amount of contribution to the functional F TOTAL (p) increases or decreases. In this embodiment, when the functional F TOTAL (p) is successively minimized by the gradient method, the regularization term F REG (p) is approximately the same as the residual functional F RES (p) in the initial stage. The regularization parameter is gradually reduced as the iterative process proceeds. At the convergence stage, arithmetic processing is performed to eliminate the contribution of the regularization term F REG (p).

以下、図5のフローチャートに基づいて、本実施形態のアルゴリズムを説明する。図5は、本実施形態にかかる像再構成アルゴリズムを示したフローチャートである。   The algorithm of this embodiment will be described below based on the flowchart of FIG. FIG. 5 is a flowchart showing an image reconstruction algorithm according to the present embodiment.

この図5に示すように、第二実施形態においては、先に説明した第一実施形態と同様に、PC3等の入力装置(キーボード等)を用いて、PC3内のメモリ等に記憶されている「計測された受信データ」が、演算処理部(CPU等)に与えられる。つまり、「計測された受信データ」に関する入力処理が行われる(ステップS501)。   As shown in FIG. 5, in the second embodiment, as in the first embodiment described above, the input device (keyboard or the like) such as the PC 3 is used and stored in the memory or the like in the PC 3. “Measured received data” is given to an arithmetic processing unit (CPU or the like). That is, an input process related to “measured reception data” is performed (step S501).

次に、PC3等の入力装置(キーボード等)を用いて、PC3内のメモリ等に記憶されている入射パルス(乳房Tに対して照射されたマイクロ波パルス)が、演算処理部(CPU等)に与えられる。つまり、入射パルスに関する入力処理が行われる(ステップS502)。具体的には、入射パルスの形状(波形)が入力される。   Next, using an input device (such as a keyboard) such as a PC 3, an incident pulse (a microwave pulse irradiated to the breast T) stored in a memory or the like in the PC 3 is converted into an arithmetic processing unit (such as a CPU). Given to. That is, input processing related to the incident pulse is performed (step S502). Specifically, the shape (waveform) of the incident pulse is input.

次に、推定したい電気定数分布に適当な初期推定値が与えられる(ステップS503)(本発明の「初期推定値ステップ」に相当)。つまり、乳房Tに対して、適当な初期推定値が与えられる。ここで、適当な初期推定値としては、例えば、拡張ボルン近似法、逆伝播法、パルスの受信時間を利用した電気定数の簡易推定法等により与えられる推定値が用いられる。   Next, an appropriate initial estimated value is given to the electrical constant distribution to be estimated (step S503) (corresponding to the “initial estimated value step” of the present invention). That is, an appropriate initial estimated value is given to the breast T. Here, as an appropriate initial estimated value, for example, an estimated value given by an extended Born approximation method, a back propagation method, a simple estimation method of an electric constant using a pulse reception time, or the like is used.

次に、推定電気定数分布を持つ物体(ここでは乳房T)に対して、数値計算により受信アンテナにおける散乱電磁界を計算する。つまり、PC3上で、適当な初期推定値が与えられた乳房Tに対して、マイクロ波パルスの照射を行ったと仮定して(実際の測定と同様の照射を行ったと仮定して)、その際に得られる透過・散乱パルスを計算し、「計算された受信データ」を得る(ステップS504)(本発明の「順伝播計算ステップ」に相当)。   Next, the scattered electromagnetic field in the receiving antenna is calculated by numerical calculation for an object having an estimated electrical constant distribution (here, breast T). That is, on the PC 3, it is assumed that the breast T to which an appropriate initial estimated value is given is irradiated with the microwave pulse (assuming that the irradiation similar to the actual measurement is performed). To obtain the “calculated received data” (step S504) (corresponding to the “forward propagation calculation step” of the present invention).

次に、「計算された受信データ」、「計測された受信データ」、および電気定数の推定分布を用いて、正則化項を組み込んだ汎関数(数21参照)の値が計算される(ステップS505)(本発明の「汎関数計算ステップ」に相当)。   Next, using the “calculated received data”, “measured received data”, and the estimated distribution of electrical constants, the value of the functional (see Equation 21) incorporating the regularization term is calculated (step 21). S505) (corresponding to the “functional calculation step” of the present invention).

次に、数21にて示される汎関数FTOTAL(p)が予め与えられた値以下となっているか否かの判断(収束判定)、および電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数になったか否かの判断(反復回数判定)が行われる(ステップS506)(本発明の「判定ステップ」に相当)。汎関数が予め与えられた値以下となっている場合、あるいは電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達している場合(S506にて「Yes」の場合)には、次いで、ステップS510以降の処理が行われる。また、汎関数が予め与えられた値以下でなく、且つ電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達していない場合(S506にて「No」の場合)には、次いで、ステップS507以降の処理が行われる。 Next, a determination as to whether or not the functional F TOTAL (p) represented by Equation 21 is equal to or less than a predetermined value (convergence determination), and the number of times the number of updates of the electrical constant estimated value is given in advance. Is determined (repetition count determination) (step S506) (corresponding to the “determination step” of the present invention). If the functional is less than or equal to a predetermined value, or if the electrical constant estimated value has been updated a predetermined number of times (“Yes” in S506), then the step The process after S510 is performed. If the functional is not less than or equal to a predetermined value and the number of updates of the electrical constant estimated value has not reached the predetermined number (“No” in S506), then step S507 is performed. Subsequent processing is performed.

収束および反復回数の判定(S506)の結果、汎関数が予め与えられた値以下でなく、且つ電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達していない場合(S506にて「No」の場合)には、「計算された受信データ」と「計測された受信データ」との差を用いて、随伴電磁界の計算が行われる(ステップS507)(本発明の「逆伝播計算ステップ」に相当)。   As a result of the determination of the number of convergence and iteration (S506), when the functional is not less than a predetermined value and the number of updates of the electrical constant estimated value has not reached the predetermined number ("No" in S506) In the case of (1), an adjoining electromagnetic field is calculated using a difference between “calculated received data” and “measured received data” (step S507) (“back propagation calculation step” of the present invention). Equivalent).

ステップS507の逆伝播の計算が行われた後には、次いで、随伴電磁界から汎関数の勾配の計算が行われる(ステップS508)(本発明の「勾配計算ステップ」に相当)。つまり、推定電気定数における汎関数の勾配ベクトルの計算が行われる。   After the back propagation calculation in step S507 is performed, the functional gradient is then calculated from the associated electromagnetic field (step S508) (corresponding to the “gradient calculation step” of the present invention). That is, the functional gradient vector in the estimated electrical constant is calculated.

ステップS508の勾配の計算が行われた後には、次いで、計算された勾配を用いて、勾配法(例えば共役勾配法)によって定まっている更新方法により、電気定数分布の推定値を更新し(探索方向に沿って電気定数を更新し)(ステップS509)(本発明の「推定値更新ステップ」に相当)、さらに、ステップS504以降の処理が繰り返して行われる。   After the calculation of the gradient in step S508, the estimated value of the electrical constant distribution is then updated using the calculated gradient by an updating method determined by a gradient method (for example, conjugate gradient method) (search). The electric constant is updated along the direction) (step S509) (corresponding to the “estimated value update step” of the present invention), and the processing after step S504 is repeated.

収束および反復回数の判定(S506)の結果、汎関数が予め与えられた値以下であった場合、あるいは電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達している場合(S506にて「Yes」の場合)には、得られた推定電気定数分布を画像化し(ステップS510)、本実施形態にかかる一連のアルゴリズムを終了する。   As a result of the determination of the number of convergence and iteration (S506), when the functional is less than or equal to a predetermined value, or when the number of updates of the electrical constant estimated value reaches a predetermined number (in S506, “ In the case of “Yes”), the obtained estimated electrical constant distribution is imaged (step S510), and a series of algorithms according to the present embodiment is terminated.

以上説明したように、本実施形態にかかるマンモグラフィ装置は、X線ではなく、マイクロ波を用いることによって、乳房T内部の組織構造を三次元視覚化可能に構成されている。したがって、本実施形態によれば、第一実施形態にて説明した種々の効果を全て得ることができる。   As described above, the mammography apparatus according to the present embodiment is configured to be capable of three-dimensional visualization of the tissue structure inside the breast T by using microwaves instead of X-rays. Therefore, according to this embodiment, all the various effects explained in the first embodiment can be obtained.

加えて、この第二実施形態によれば、ステップS505において、正則化項を含んだ汎関数の計算が行われている。また、ステップS507およびステップS508においても正則加項の寄与がある。したがって、本実施形態によれば、第一実施形態と比較して、安定した演算結果を得ることができる。   In addition, according to the second embodiment, a functional calculation including a regularization term is performed in step S505. In addition, regular additions also contribute in steps S507 and S508. Therefore, according to the present embodiment, a stable calculation result can be obtained as compared with the first embodiment.

<第三実施形態>
次に、本発明の第三実施形態にかかるマンモグラフィ装置について説明する。この第三実施形態にかかるマンモグラフィ装置の基本構成(図1に示した構成、および図2にて説明した計測方法等)は、先に説明した第一実施形態にかかるマンモグラフィ装置と同様であるため、ここでは、その具体的構成については割愛し、必要に応じ、図1等を参照しながら説明を行う。
<Third embodiment>
Next, a mammography apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. The basic configuration of the mammography apparatus according to the third embodiment (the configuration shown in FIG. 1 and the measurement method described with reference to FIG. 2) is the same as that of the mammography apparatus according to the first embodiment described above. Here, the specific configuration is omitted, and description will be made with reference to FIG.

この第三実施形態にかかるマンモグラフィ装置と、第一および第二実施形態にかかるマンモグラフィ装置との違いは、乳房内の映像化方法(像再構成アルゴリズム)である。つまり、得られたデータ(計測された受信データ)を用いて、乳房T内部の映像化を行う際の像再構成アルゴリズムが異なる。   The difference between the mammography device according to the third embodiment and the mammography devices according to the first and second embodiments is an imaging method (image reconstruction algorithm) in the breast. That is, the image reconstruction algorithm used when the inside of the breast T is visualized using the obtained data (measured received data) is different.

より具体的には、本実施形態にかかるマンモグラフィ装置は、「正則化」の方法が、第二実施形態と異なる。以下、第二実施形態と同様の部分(構成および方法等)については説明を省略し、主に、第二実施形態と異なる部分(第三実施形態の特徴部分)について具体的に説明する。   More specifically, the mammography apparatus according to the present embodiment differs from the second embodiment in the “regularization” method. Hereinafter, the description of the same parts (configuration and method) as those of the second embodiment will be omitted, and mainly the parts different from the second embodiment (characteristic parts of the third embodiment) will be specifically described.

この第三実施形態にかかるマンモグラフィ装置においては、周波数フィルタを用いた「正則化」が行われる。具体的には、異なった遮断周波数を有するいくつかの低域周波数フィルタが用いられる。   In the mammography apparatus according to the third embodiment, “regularization” using a frequency filter is performed. Specifically, several low-pass filters with different cutoff frequencies are used.

そして、まずは、最も低い遮断周波数を有するフィルタに「計測された受信データ」の時間波形を通して高域部をカットする。このフィルタのかかった受信データを用いると、SN比(信号対雑音比)が改善されるだけでなく、像をより安定に再構成することができる。このとき得られる電気定数分布は、空間的変化の滑らかな像となる。   First, the high frequency part is cut through the time waveform of “measured received data” through the filter having the lowest cutoff frequency. Using this filtered received data not only improves the signal-to-noise ratio (signal-to-noise ratio), but also allows the image to be reconstructed more stably. The electrical constant distribution obtained at this time is a smooth image of spatial changes.

上記のようにして得られた像を初期推定値として、さらに高い遮断周波数を有するフィルタに通した受信データを用いて像再構成を行うと、得られる像はより鮮明になる。本実施形態にかかるマンモグラフィ装置は、周波数フィルタを用いたこの工程を繰り返すことにより、分解能の高い像を得ることができる。   When an image obtained as described above is used as an initial estimated value and image reconstruction is performed using received data that has passed through a filter having a higher cutoff frequency, the obtained image becomes clearer. The mammography apparatus according to this embodiment can obtain an image with high resolution by repeating this process using a frequency filter.

以下、図6のフローチャートに基づいて、本実施形態のアルゴリズムを説明する。図6は、本実施形態にかかる像再構成アルゴリズムを示したフローチャートである。   Hereinafter, the algorithm of the present embodiment will be described based on the flowchart of FIG. FIG. 6 is a flowchart showing an image reconstruction algorithm according to the present embodiment.

この図6に示すように、第三実施形態においては、先に説明した第一および第二実施形態と同様に、PC3等の入力装置(キーボード等)を用いて、PC3内のメモリ等に記憶されている「計測された受信データ」が、演算処理部(CPU等)に与えられる。つまり、「計測された受信データ」に関する入力処理が行われる(ステップS601)。   As shown in FIG. 6, in the third embodiment, similarly to the first and second embodiments described above, the input device (keyboard or the like) such as the PC 3 is used to store in the memory or the like in the PC 3. The “measured received data” is given to an arithmetic processing unit (CPU or the like). That is, an input process related to “measured received data” is performed (step S601).

次に、PC3等の入力装置(キーボード等)を用いて、PC3内のメモリ等に記憶されている入射パルス(乳房Tに対して照射されたマイクロ波パルス)が、演算処理部(CPU等)に与えられる。つまり、入射パルスに関する入力処理が行われる(ステップS602)。具体的には、入射パルスの形状(波形)が入力される。   Next, using an input device (such as a keyboard) such as a PC 3, an incident pulse (a microwave pulse irradiated to the breast T) stored in a memory or the like in the PC 3 is converted into an arithmetic processing unit (such as a CPU). Given to. That is, input processing related to the incident pulse is performed (step S602). Specifically, the shape (waveform) of the incident pulse is input.

次に、推定したい電気定数分布に適当な初期推定値が与えられる(ステップS603)(本発明の「初期推定値ステップ」に相当)。つまり、乳房Tに対して、適当な初期推定値が与えられる。ここで、適当な初期推定値としては、例えば、拡張ボルン近似法、逆伝播法、パルスの受信時間を利用した電気定数の簡易推定法等により与えられる推定値が用いられる。   Next, an appropriate initial estimated value is given to the electrical constant distribution to be estimated (step S603) (corresponding to the “initial estimated value step” of the present invention). That is, an appropriate initial estimated value is given to the breast T. Here, as an appropriate initial estimated value, for example, an estimated value given by an extended Born approximation method, a back propagation method, a simple estimation method of an electric constant using a pulse reception time, or the like is used.

次に、フィルタの設定が行われる(ステップS604)(本発明の「フィルタ設定ステップ」に相当)。具体的には、フィルタの段数N、遮断周波数f(n=1,2,…,N)の設定等が行われる。遮断周波数fはnとともに増加する。 Next, the filter is set (step S604) (corresponding to the “filter setting step” of the present invention). Specifically, the number of filter stages N and the cutoff frequency f n (n = 1, 2,..., N) are set. The cut-off frequency f n increases with n.

次に、計測された受信データのフィルタリングが行われる(ステップS605)(本発明の「第一フィルタリングステップ」に相当)。具体的には、遮断周波数f(この時点ではn=1)のフィルタに、計測された受信データが通される。 Next, the measured received data is filtered (step S605) (corresponding to the “first filtering step” of the present invention). Specifically, the measured reception data is passed through a filter having a cutoff frequency f n (n = 1 at this time).

次に、推定電気定数分布を持つ物体(ここでは乳房T)に対して、数値計算により受信アンテナにおける散乱電磁界を計算する。つまり、PC3上で、適当な初期推定値が与えられた乳房Tに対して、マイクロ波パルスの照射を行ったと仮定して(実際の測定と同様の照射を行ったと仮定して)、その際に得られる透過・散乱パルスを計算し、「計算された受信データ」を得る(ステップS606)(本発明の「順伝播計算ステップ」に相当)。   Next, the scattered electromagnetic field in the receiving antenna is calculated by numerical calculation for an object having an estimated electrical constant distribution (here, breast T). That is, on the PC 3, it is assumed that the breast T to which an appropriate initial estimated value is given is irradiated with the microwave pulse (assuming that the irradiation similar to the actual measurement is performed). To obtain the “calculated received data” (step S606) (corresponding to the “forward propagation calculation step” of the present invention).

次に、計算された受信データのフィルタリングが行われる(ステップS607)(本発明の「第二フィルタリングステップ」に相当)。具体的には、遮断周波数fのフィルタに、計算された受信データが通される。 Next, filtering of the calculated reception data is performed (step S607) (corresponding to the “second filtering step” of the present invention). More specifically, the filter cut-off frequency f n, calculated received data is passed through.

次に、汎関数の計算が行われる(ステップS608)(本発明の「汎関数計算ステップ」に相当)。具体的には、フィルタリングされた「計算された受信データ」とフィルタリングされた「計測された受信データ」とを用いて、汎関数の値が計算される。   Next, functional calculation is performed (step S608) (corresponding to “functional calculation step” of the present invention). Specifically, the functional value is calculated using the filtered “calculated received data” and the filtered “measured received data”.

次に、汎関数が予め与えられた値以下となっているか否かの判断(収束判定)、および電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達しているか否かの判断(反復回数判定)が行われる(ステップS609)(本発明の「判定ステップ」に相当)。汎関数が予め与えられた値(この値はフィルタ毎に異なってよい)以下となっている場合、あるいは電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数(この回数はフィルタ毎に異なってよい)に達している場合(S609にて「Yes」の場合)には、次いで、ステップS613以降の処理が行われる。また、汎関数が予め与えられた値以下でなく、且つ電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達していない場合(S609にて「No」の場合)には、次いで、ステップS610以降の処理が行われる。   Next, a determination as to whether or not the functional is less than or equal to a predetermined value (convergence determination), and a determination as to whether or not the number of updates of the electrical constant estimated value has reached a predetermined number (number of iterations) (Determination) is performed (step S609) (corresponding to the “determination step” of the present invention). If the functional is less than or equal to a pre-given value (this value may vary from filter to filter), or the number of times the electrical constant estimated value has been updated in advance (this number may vary from filter to filter) ) Has been reached (in the case of “Yes” in S609), the processing from step S613 onward is then performed. If the functional is not less than or equal to a predetermined value and the number of updates of the electrical constant estimated value has not reached the predetermined number (“No” in S609), then step S610 is performed. Subsequent processing is performed.

収束および反復回数の判定処理(S609)の結果、汎関数が予め与えられた値以下でなく、且つ電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達していない場合(S609にて「No」の場合)には、逆伝播の計算が行われる(ステップS610)(本発明の「逆伝播計算ステップ」に相当)。具体的には、フィルタリングされた「計算された受信データ」とフィルタリングされた「計測された受信データ」との差を用いて、随伴電磁界の計算が行われる。   As a result of the determination process of convergence and iteration number (S609), when the functional is not less than or equal to a predetermined value and the update number of the electrical constant estimated value has not reached the predetermined number ("No" in S609) In the case of "", back propagation calculation is performed (step S610) (corresponding to the "back propagation calculation step" of the present invention). Specifically, the associated electromagnetic field is calculated using the difference between the filtered “calculated received data” and the filtered “measured received data”.

ステップS610の逆伝播の計算が行われた後には、次いで、随伴電磁界から汎関数の勾配の計算が行われる(ステップS611)(本発明の「勾配計算ステップ」に相当)。つまり、推定電気定数における汎関数の勾配ベクトルの計算が行われる。   After the back propagation calculation in step S610 is performed, the functional gradient is then calculated from the associated electromagnetic field (step S611) (corresponding to the “gradient calculation step” of the present invention). That is, the functional gradient vector in the estimated electrical constant is calculated.

ステップS611の勾配の計算が行われた後には、次いで、計算された勾配を用いて、勾配法(例えば共役勾配法)によって定まっている更新方法により、電気定数分布の推定値を更新し(探索方向に沿って電気定数を更新し)(ステップS612)(本発明の「推定値更新ステップ」に相当)、さらに、ステップS606以降の処理が繰り返して行われる。   After the calculation of the gradient in step S611, the estimated value of the electric constant distribution is then updated using the calculated gradient by an updating method determined by a gradient method (for example, the conjugate gradient method) (search). The electric constant is updated along the direction) (step S612) (corresponding to the “estimated value update step” of the present invention), and the processing after step S606 is repeated.

収束および反復回数の判定処理(判定ステップ)(S609)の結果、汎関数が予め与えられた値以下となっている場合、あるいは電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達している場合(S609にて「Yes」の場合)には、次いで、フィルタ段数の判定処理が行われる(ステップS613)(本発明の「フィルタ段数判定ステップ」に相当)。具体的には、フィルタの段数が最大(遮断周波数が信号パルスの最大周波数と同じ)になっているか否かが判断される。フィルタの段数が最大になっている場合(S613にて「Yes」の場合)には、次いで、ステップS614以降の処理が行われる。フィルタの段数が最大になっていない場合(S613にて「No」の場合)には、フィルタを現時点のフィルタナンバーnよりも1だけ大きなフィルタ(次に高い遮断周波数を持つフィルタ)に更新し(ステップS615)(本発明の「フィルタの更新ステップ」に相当)、さらに、ステップS605以降の処理が繰り返して行われる。   As a result of the determination process (determination step) (S609) of the number of convergence and iteration, when the functional is less than or equal to a predetermined value, or the number of updates of the electrical constant estimated value has reached the predetermined number. In the case (“Yes” in S609), the filter stage number determination process is then performed (step S613) (corresponding to the “filter stage number determination step” of the present invention). Specifically, it is determined whether or not the number of filter stages is the maximum (the cutoff frequency is the same as the maximum frequency of the signal pulse). If the number of filter stages is the maximum (in the case of “Yes” in S613), then the processing from step S614 is performed. If the number of filter stages is not maximized (“No” in S613), the filter is updated to a filter that is larger by 1 than the current filter number n (the filter having the next highest cutoff frequency) ( Step S615) (corresponding to the “filter update step” of the present invention), and further, the processing after step S605 is repeated.

フィルタ段数の判定処理(S613)の結果、フィルタの段数が最大になっている場合(S613にて「Yes」の場合)には、得られた推定電気定数分布を画像化し(ステップS614)、本実施形態にかかる一連のアルゴリズムが終了する。   As a result of the filter stage number determination process (S613), when the number of filter stages is maximized ("Yes" in S613), the obtained estimated electrical constant distribution is imaged (step S614). A series of algorithms according to the embodiment ends.

以上説明したように、本実施形態にかかるマンモグラフィ装置は、X線ではなく、マイクロ波を用いることによって、乳房T内部の組織構造を三次元視覚化可能に構成されている。したがって、本実施形態によれば、第一実施形態にて説明した種々の効果を全て得ることができる。   As described above, the mammography apparatus according to the present embodiment is configured to be capable of three-dimensional visualization of the tissue structure inside the breast T by using microwaves instead of X-rays. Therefore, according to this embodiment, all the various effects explained in the first embodiment can be obtained.

また、この第三実施形態は、上述したように、まずは、測定電磁界を信号成分の最大周波数よりも十分に低いカットオフ周波数を有する低域通過フィルタに通し、低い周波数成分のみを用いて再構成を行う。そして、低周波成分のみを用いて再構成を行った結果を初期値とし、カットオフ周波数の高いフィルタに通して再構成を行い、この工程を一番高いカットオフ周波数のフィルタまで繰り返して行っている。つまり、この第三実施形態によれば、計算を行う際にフィルタリング処理(S605,S607等)を繰り返し行った後に、像の再構成を行っている。したがって、第三実施形態によれば、第一実施形態と比較して、像の再構成をより安定して実施することが可能となって、より鮮明な分解能の高い「像」を得ることができる。   In the third embodiment, as described above, first, the measurement electromagnetic field is passed through a low-pass filter having a cut-off frequency sufficiently lower than the maximum frequency of the signal component, and only the low frequency component is used. Make the configuration. Then, the result of reconfiguration using only the low frequency component is set as the initial value, the reconfiguration is performed through a filter with a high cutoff frequency, and this process is repeated until the filter with the highest cutoff frequency. Yes. That is, according to the third embodiment, the image reconstruction is performed after the filtering process (S605, S607, etc.) is repeatedly performed during the calculation. Therefore, according to the third embodiment, it is possible to perform image reconstruction more stably as compared with the first embodiment, and it is possible to obtain an “image” with clearer and higher resolution. it can.

<第四実施形態>
次に、本発明の第四実施形態にかかるマンモグラフィ装置について説明する。この第四実施形態にかかるマンモグラフィ装置の基本構成(図1に示した構成、および図2にて説明した計測方法等)は、先に説明した第三実施形態にかかるマンモグラフィ装置と同様であるため、ここでは、その具体的構成については割愛し、必要に応じ、図1等を参照しながら説明を行う。
<Fourth embodiment>
Next, a mammography apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described. The basic configuration of the mammography apparatus according to the fourth embodiment (the configuration shown in FIG. 1 and the measurement method described with reference to FIG. 2) is the same as that of the mammography apparatus according to the third embodiment described above. Here, the specific configuration is omitted, and description will be made with reference to FIG.

この第四実施形態にかかるマンモグラフィ装置と、第三実施形態にかかるマンモグラフィ装置等との違いは、乳房内の映像化方法(像再構成アルゴリズム)である。つまり、得られたデータ(計測された受信データ)を用いて、乳房T内部の映像化を行う際の像再構成アルゴリズムが異なる。   The difference between the mammography apparatus according to the fourth embodiment and the mammography apparatus according to the third embodiment is an imaging method (image reconstruction algorithm) in the breast. That is, the image reconstruction algorithm used when the inside of the breast T is visualized using the obtained data (measured received data) is different.

より具体的には、本実施形態にかかるマンモグラフィ装置は、「マルチグリッド」を用いた像再構成アルゴリズムを採用している点が、第三実施形態とは異なる。以下、第三実施形態と同様の部分(構成および方法等)については説明を省略し、主に、第三実施形態と異なる部分(第四実施形態の特徴部分)について具体的に説明する。   More specifically, the mammography apparatus according to the present embodiment is different from the third embodiment in that an image reconstruction algorithm using “multigrid” is employed. Hereinafter, the description of the same parts (configuration and method) as those of the third embodiment will be omitted, and mainly the parts different from the third embodiment (characteristic parts of the fourth embodiment) will be specifically described.

逆散乱問題は一般に悪条件であり、雑音が存在する場合や未知のパラメータ数が多くなると像の再構成が不安定になる。また、再構成領域が大きくなると再構成が不安定になるだけでなく,解析に多大な時間を要することとなる。本実施形態においては、これらの問題を改善すべく、「マルチグリッド」を用いた像再構成アルゴリズムを採用している。以下、グリッド段数が2段の場合を例にとり像再構成の2次元モデルを用いて、図7および図8を用いて説明する。   The inverse scattering problem is generally ill-conditioned, and image reconstruction becomes unstable when noise is present or the number of unknown parameters increases. Further, when the reconstruction area becomes large, not only the reconstruction becomes unstable, but also the analysis takes a long time. In this embodiment, in order to improve these problems, an image reconstruction algorithm using “multigrid” is employed. Hereinafter, an example in which the number of grid stages is two will be described with reference to FIGS. 7 and 8 using a two-dimensional model of image reconstruction.

本実施形態にかかるアルゴリズムは、図7(a)のようにΔuで分割した再構成領域Dをそのまま解析せずに、図7(b)のようにΔu’=2Δuに分割幅を変更した「粗い格子」で解析を行うべく構成されている。このとき粗い格子での再構成に必要な観測電磁界(計測された受信データ)「(v’(r ,t))’」は入射パルスに対する観測電磁界「v’(r ,t)」をカットオフ周波数fmax/2のLPF1(低域通過フィルタ1)に通すことで得ることができる。ここで、fmaxは、入射パルスの最高周波数である。また、入射パルスを同じLPF1に通して得られた低周波成分だけを有するパルスを入射波として、粗い格子での推定電磁界(計算された受信データ)「(v(p;r ,t))’」を得ることができる。 The algorithm according to the present embodiment does not analyze the reconstruction area D divided by Δu as shown in FIG. 7A, and changes the division width to Δu ′ = 2Δu as shown in FIG. It is configured to perform analysis with a "rough grid". In this case a coarse (received data measured) observation field necessary for reconstruction of the lattice "(v m '(r n r , t))''is the observation field relative to the incident pulse" v m' (r n r 2 , t) ”can be obtained by passing through LPF 1 (low-pass filter 1) having a cutoff frequency f max / 2. Here, f max is the highest frequency of the incident pulse. Further, an incident electromagnetic wave (calculated reception data) “(v m (p; r n r ,) in a coarse grating is obtained by using a pulse having only a low frequency component obtained by passing the incident pulse through the same LPF 1 as an incident wave. t)) '"can be obtained.

本実施形態においては、これらの新たな観測電磁界「(v’(r ,t))’」と推定電磁界「(v(p;r ,t))’」とを用いて、先に説明した数5における汎関数F(p)の最小化を行い、再構成処理を行う。 In the present embodiment, these new observed electromagnetic fields “(v m ′ (r n r , t)) ′” and estimated electromagnetic fields “(v m (p; r n r , t)) ′” By using this, the functional F (p) in Equation 5 described above is minimized, and the reconstruction process is performed.

次いで、この分割幅Δu’の粗い格子による結果を分割幅Δuの細かい格子の初期値として、細かい格子における再構成処理を行う。この際、観測電磁界「v’(r ,t)」をカットオフ周波数fmaxのLPF2に通すことで、入射パルスの最高周波数よりも高い雑音の高周波成分を除去している。 Next, the result of the coarse grid having the division width Δu ′ is used as the initial value of the fine grid having the division width Δu, and a reconstruction process is performed on the fine grid. At this time, the observation field "v m '(r n r, t) " and is passed through the LPF2 cutoff frequency f max, and removing the high noise of the high frequency component than the maximum frequency of the incident pulse.

また、本実施形態においては、分割幅Δu’の粗い格子の再構成結果を分割幅Δuに変換するために、以下の数22の延長補間を用いている。図8に、延長補間の図を示す。   Further, in the present embodiment, the following extended interpolation of Expression 22 is used in order to convert the reconstruction result of the coarse lattice having the division width Δu ′ into the division width Δu. FIG. 8 shows a diagram of extended interpolation.

Figure 2007061359
Figure 2007061359

以下、図9のフローチャートに基づいて、本実施形態のアルゴリズムを説明する。図9は、本実施形態にかかる像再構成アルゴリズムを示したフローチャートである。   The algorithm of this embodiment will be described below based on the flowchart of FIG. FIG. 9 is a flowchart showing an image reconstruction algorithm according to the present embodiment.

この図9に示すように、第四実施形態においては、先に説明した第三実施形態等と同様に、PC3等の入力装置(キーボード等)を用いて、PC3内のメモリ等に記憶されている「計測された受信データ」が、演算処理部(CPU等)に与えられる。つまり、「計測された受信データ」に関する入力処理が行われる(ステップS901)。   As shown in FIG. 9, in the fourth embodiment, similarly to the third embodiment described above, it is stored in a memory or the like in the PC 3 using an input device (such as a keyboard) such as the PC 3. The “measured received data” is given to an arithmetic processing unit (CPU or the like). That is, an input process related to “measured reception data” is performed (step S901).

次に、PC3等の入力装置(キーボード等)を用いて、PC3内のメモリ等に記憶されている入射パルス(乳房Tに対して照射されたマイクロ波パルス)が、演算処理部(CPU等)に与えられる。つまり、入射パルスに関する入力処理が行われる(ステップS902)。具体的には、入射パルスの形状(波形)が入力される。   Next, using an input device (such as a keyboard) such as a PC 3, an incident pulse (a microwave pulse irradiated to the breast T) stored in a memory or the like in the PC 3 is converted into an arithmetic processing unit (such as a CPU). Given to. That is, input processing related to the incident pulse is performed (step S902). Specifically, the shape (waveform) of the incident pulse is input.

次に、推定したい電気定数分布に適当な初期推定値が与えられる(ステップS903)(本発明の「初期推定値ステップ」に相当)。つまり、乳房Tに対して、適当な初期推定値が与えられる。ここで、適当な初期推定値としては、例えば、拡張ボルン近似法、逆伝播法、パルスの受信時間を利用した電気定数の簡易推定法等により与えられる推定値が用いられる。   Next, an appropriate initial estimated value is given to the electrical constant distribution to be estimated (step S903) (corresponding to the “initial estimated value step” of the present invention). That is, an appropriate initial estimated value is given to the breast T. Here, as an appropriate initial estimated value, for example, an estimated value given by an extended Born approximation method, a back propagation method, a simple estimation method of an electric constant using a pulse reception time, or the like is used.

次に、マルチグリッドの設定が行われる(ステップS904)(本発明の「マルチグリッド設定ステップ」に相当)。具体的には、マルチグリッドの段数N、グリッド間隔Δu(n=1,2,…,N)、グリッド間隔に対応したフィルタの遮断周波数f(n=1,2,…,N)等の設定が行われる。 Next, multigrid setting is performed (step S904) (corresponding to the “multigrid setting step” of the present invention). Specifically, the number N of multigrid stages, the grid interval Δu n (n = 1, 2,..., N), the cutoff frequency f n of the filter corresponding to the grid interval (n = 1, 2,..., N), etc. Is set.

次に、計測された受信データのフィルタリングが行われる(ステップS905)(本発明の「第三フィルタリングステップ」に相当)。具体的には、遮断周波数f(この時点ではn=1)のフィルタに、計測された受信データが通される。 Next, the measured received data is filtered (step S905) (corresponding to the “third filtering step” of the present invention). Specifically, the measured reception data is passed through a filter having a cutoff frequency f n (n = 1 at this time).

次に、入射パルス(照射されたマイクロ波パルス)のフィルタリングが行われる(ステップS906)(本発明の「第四フィルタリングステップ」に相当)。具体的には、遮断周波数f(この時点ではn=1)のフィルタに、入射パルスが通される。 Next, filtering of incident pulses (irradiated microwave pulses) is performed (step S906) (corresponding to the “fourth filtering step” of the present invention). Specifically, the incident pulse is passed through a filter having a cutoff frequency f n (n = 1 at this time).

次に、順伝播の計算が行われる(ステップS907)(本発明の「順伝播計算ステップ」に相当)。具体的には、フィルタリングされた入射パルスを入射波として、推定電気定数分布を有する物体(ここでは乳房T)に対して照射し、グリッド間隔Δu(この時点ではn=1)上での数値計算により受信アンテナにおける散乱電磁界(透過・散乱パルス)を計算して「計算された受信データ」を得る(S907)。 Next, forward propagation calculation is performed (step S907) (corresponding to the “forward propagation calculation step” of the present invention). Specifically, a filtered incident pulse is used as an incident wave to irradiate an object having an estimated electrical constant distribution (here, breast T), and a numerical value on the grid interval Δu n (n = 1 at this time). The scattered electromagnetic field (transmitted / scattered pulse) at the receiving antenna is calculated to obtain “calculated received data” (S907).

次に、汎関数の計算が行われる(ステップS908)(本発明の「汎関数計算ステップ」に相当)。具体的には、ステップS907にて「計算された受信データ」とステップS905にてフィルタリングされた「計測された受信データ」とを用いて、汎関数の値が計算される。   Next, functional calculation is performed (step S908) (corresponding to “functional calculation step” of the present invention). Specifically, the value of the functional is calculated using “calculated received data” in step S907 and “measured received data” filtered in step S905.

次に、汎関数が予め与えられた値以下となっているか否かの判断(収束判定)、および電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達しているか否かの判断(反復回数判定)が行われる(ステップS909)(本発明の「判定ステップ」に相当)。汎関数が予め与えられた値(この値はグリッド毎に異なってよい)以下となっている場合、あるいは電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数(この回数はグリッド毎に異なってよい)に達している場合(S909にて「Yes」の場合)には、次いで、ステップS913以降の処理が行われる。また、汎関数が予め与えられた値以下でなく、且つ電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達していない場合(S909にて「No」の場合)には、次いで、ステップS910以降の処理が行われる。   Next, a determination as to whether or not the functional is less than or equal to a predetermined value (convergence determination), and a determination as to whether or not the number of updates of the electrical constant estimated value has reached a predetermined number (number of iterations) (Determination) is performed (step S909) (corresponding to “determination step” of the present invention). When the functional is less than a predetermined value (this value may be different for each grid), or the number of times the electrical constant estimated value is updated in advance (this number may be different for each grid) ) Has been reached (in the case of “Yes” in S909), the processing from step S913 is then performed. If the functional is not less than or equal to a predetermined value and the number of updates of the electrical constant estimated value has not reached the predetermined number (“No” in S909), then step S910 is performed. Subsequent processing is performed.

収束および反復回数の判定(判定ステップ)(S909)の結果、汎関数が予め与えられた値以下でなく、且つ電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達していない場合(S909にて「No」の場合)には、逆伝播の計算が行われる(ステップS910)。具体的には、「計算された受信データ」とフィルタリングされた「計測された受信データ」との差を用いて、随伴電磁界の計算が行われる(S910)(本発明の「逆伝播計算ステップ」に相当)。   As a result of the determination of the number of convergence and iteration (determination step) (S909), the functional is not less than a predetermined value and the number of updates of the electrical constant estimation value has not reached the predetermined number (in S909) In the case of “No”, back propagation is calculated (step S910). Specifically, the adjoining electromagnetic field is calculated using the difference between the “calculated received data” and the filtered “measured received data” (S910) (“back propagation calculation step of the present invention”). ”).

ステップS910の逆伝播の計算が行われた後には、次いで、随伴電磁界から汎関数の勾配の計算が行われる(ステップS911)(本発明の「勾配計算ステップ」に相当)。つまり、推定電気定数における汎関数の勾配ベクトルの計算が行われる。   After the back propagation calculation in step S910, the functional gradient is calculated from the associated electromagnetic field (step S911) (corresponding to the “gradient calculation step” of the present invention). That is, the functional gradient vector in the estimated electrical constant is calculated.

ステップS911の勾配の計算が行われた後には、次いで、計算された勾配を用いて、勾配法(例えば共役勾配法)によって定まっている更新方法により、電気定数分布の推定値を更新し(探索方向に沿って電気定数を更新し)(ステップS912)(本発明の「推定値更新ステップ」に相当)、さらに、ステップS907以降の処理が繰り返して行われる。   After the calculation of the gradient in step S911, the estimated value of the electric constant distribution is then updated using the calculated gradient by an updating method determined by a gradient method (for example, the conjugate gradient method) (search). The electric constant is updated along the direction) (step S912) (corresponding to the “estimated value update step” of the present invention), and the processing after step S907 is repeated.

収束および反復回数の判定(判定ステップ)(S909)の結果、汎関数が予め与えられた値以下となっている場合、あるいは電気定数推定値の更新回数が予め与えられた回数に達している場合(S909にて「Yes」の場合)には、次いで、マルチグリッド段数の判定処理が行われる(ステップS913)(本発明の「マルチグリッド段数判定ステップ」に相当)。具体的には、グリッド間隔が、ステップS904にて設定された最小値よりも小さくなっているか否かが判断される。そして、グリッド間隔が最小値より小さくなっている場合(S913にて「Yes」の場合)には、次いでステップS916以降の処理が行われる。また、グリッド間隔が最小値より小さくなっていない場合(S913にて「No」の場合)には、次いでステップS914以降の処理が行われる。   As a result of the determination of the number of convergence and iteration (determination step) (S909), when the functional is less than or equal to a predetermined value, or when the number of updates of the electrical constant estimated value reaches a predetermined number Next, in the case of “Yes” in S909, determination processing of the number of multigrid stages is performed (step S913) (corresponding to “multigrid stage number determination step” of the present invention). Specifically, it is determined whether or not the grid interval is smaller than the minimum value set in step S904. Then, when the grid interval is smaller than the minimum value (in the case of “Yes” in S913), the processing subsequent to step S916 is performed. Further, when the grid interval is not smaller than the minimum value (in the case of “No” in S913), the processing subsequent to step S914 is performed.

マルチグリッド段数の判定処理(S913)の結果、グリッド間隔が最小値より小さくなっていない場合(S913にて「No」の場合)には、延長補間処理が行われる(ステップS914)(本発明の「グリッド間隔の延長補間処理ステップ」に相当)。具体的には、グリッドの間隔を1/2にし、現在のグリッドによる推定電気定数から細かいグリッドに対する電気定数の分布を延長補間(図8参照)により求める。   As a result of the multi-grid stage number determination process (S913), if the grid interval is not smaller than the minimum value ("No" in S913), an extended interpolation process is performed (step S914) (in the present invention). Equivalent to “grid interval extended interpolation processing step”). Specifically, the grid interval is halved, and the distribution of the electrical constant for the fine grid is obtained from the estimated electrical constant by the current grid by extended interpolation (see FIG. 8).

延長補間の処理(S914)が行われた後には、グリッドの更新処理が行われ(ステップS915)(本発明の「グリッドの更新ステップ」に相当)、その後、ステップS905以降の処理が繰り返し行われる。このステップS915においては、遮断周波数fの値の更新が行われる。 After the extension interpolation process (S914) is performed, a grid update process is performed (step S915) (corresponding to the “grid update step” of the present invention), and thereafter, the processes after step S905 are repeated. . In this step S915, updates the value of the cutoff frequency f n is carried out.

マルチグリッド段数の判定処理(S913)の結果、グリッド間隔が最小値と等しくなっている場合(S913にて「Yes」の場合)には、得られた推定電気定数分布を画像化し(ステップS916)、本実施形態にかかる一連のアルゴリズムが終了する。   As a result of the multi-grid stage number determination process (S913), when the grid interval is equal to the minimum value (in the case of “Yes” in S913), the obtained estimated electrical constant distribution is imaged (step S916). The series of algorithms according to this embodiment is completed.

以上説明したように、本実施形態にかかるマンモグラフィ装置は、X線ではなく、マイクロ波を用いることによって、乳房T内部の組織構造を三次元視覚化可能に構成されている。したがって、本実施形態によれば、上述した他の実施形態にて説明した種々の効果を全て得ることができる。   As described above, the mammography apparatus according to the present embodiment is configured to be capable of three-dimensional visualization of the tissue structure inside the breast T by using microwaves instead of X-rays. Therefore, according to the present embodiment, all the various effects described in the other embodiments described above can be obtained.

また、この第四実施形態にかかるマンモグラフィ装置(像再構成アルゴリズム)においては、フィルタリング処理にマルチグリッドを組み合わせることによって、再構成像の改善と解析の高速化を図ることが可能となる。具体的には、再構成像をより明確化することが可能となることに加え、解析時間を大幅に短縮することが可能となる。   Further, in the mammography apparatus (image reconstruction algorithm) according to the fourth embodiment, it is possible to improve the reconstruction image and speed up the analysis by combining the multigrid with the filtering process. Specifically, the reconstructed image can be clarified, and the analysis time can be greatly shortened.

さらに、この第四実施形態にかかるマンモグラフィ装置(像再構成アルゴリズム)においては、グリッドの更新の際にグリッドの間隔を必ずしも1/2にする必要はない。グリッドの間隔が1/2以外の場合には,グリッド間隔の更新に応じた延長補間と、遮断周波数を適用することにより、第四実施形態にかかるマンモグラフィ装置(像再構成アルゴリズム)をそのまま実行できる。   Furthermore, in the mammography apparatus (image reconstruction algorithm) according to the fourth embodiment, it is not always necessary to halve the grid interval when updating the grid. When the grid interval is other than 1/2, the mammography apparatus (image reconstruction algorithm) according to the fourth embodiment can be executed as it is by applying extended interpolation according to the update of the grid interval and the cutoff frequency. .

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で必要に応じて種々の変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with various modifications as necessary within the scope that can meet the spirit of the present invention. Is also included in the technical scope of the present invention.

上記実施形態においては、図1に示したように、アレイ・アンテナ計測部1が、乳房Tを収容可能な円筒型のアンテナ設置部11を用いて構成された場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、必要に応じて、図10に示すような種々の形態のアレイ・アンテナ計測部1A,1B,1Cを採用してもよい。なお、この図10においては、各アンテナ素子に接続される接続線の記載は省略されている。   In the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the array antenna measurement unit 1 has been described using the cylindrical antenna installation unit 11 that can accommodate the breast T. It is not limited to this configuration. Therefore, for example, various types of array antenna measurement units 1A, 1B, and 1C as shown in FIG. 10 may be employed as necessary. In FIG. 10, connection lines connected to each antenna element are not shown.

図10(a)は、二枚の板状のアンテナ設置部11A1,11A2を用いて構成された、並行パネル型のアレイ・アンテナ計測部1Aを示したものである。このアレイ・アンテナ計測部1Aを用いる場合には、二枚のアンテナ設置部11A1,11A2にて乳房Tを挟み込んだ状態で、アンテナ素子12によるマイクロ波パルスの照射処理および透過・散乱パルスの計測処理が行われる。その後の乳房内部の映像化方法(像再構成アルゴリズム)については、必要に応じて、上述したいずれかの実施形態にかかる方法が採用される。   FIG. 10A shows a parallel panel type array antenna measurement unit 1A configured using two plate-like antenna installation units 11A1 and 11A2. When this array antenna measurement unit 1A is used, microwave pulse irradiation processing and transmission / scattering pulse measurement processing by the antenna element 12 with the breast T sandwiched between the two antenna installation portions 11A1 and 11A2 Is done. As for the subsequent imaging method (image reconstruction algorithm) inside the breast, the method according to any one of the above-described embodiments is adopted as necessary.

図10(b)は、一枚の板状のアンテナ設置部11Bを用いて構成された、単一パネル型のアレイ・アンテナ計測部1Bを示したものである。このアレイ・アンテナ計測部1Bを用いる場合には、アンテナ設置部11Bを乳房T上部に押し当てた状態で、アンテナ素子12によるマイクロ波パルスの照射処理および反射・散乱パルスの計測処理が行われる。その後の乳房内部の映像化方法(像再構成アルゴリズム)については、必要に応じて、上述したいずれかの実施形態にかかる方法が採用される。   FIG. 10B shows a single-panel array antenna measurement unit 1B configured using a single plate-like antenna installation unit 11B. When the array antenna measurement unit 1B is used, the antenna element 12 performs microwave pulse irradiation processing and reflection / scattering pulse measurement processing with the antenna installation unit 11B pressed against the breast T. As for the subsequent imaging method (image reconstruction algorithm) inside the breast, the method according to any one of the above-described embodiments is adopted as necessary.

図10(c)は、乳房に密着し得るカップ状の第一アンテナ設置部11C1と、乳房に連続した胸部に密着し得る板状の第二アンテナ設置部11C2とを用いて構成された、密着型のアレイ・アンテナ計測部1Cを示したものである。このアレイ・アンテナ計測部1Cを用いる場合には、カップ状の第一アンテナ設置部11C1で乳房を包み込んだ状態で、アンテナ素子12によるマイクロ波パルスの照射処理および透過・散乱パルスの計測処理が行われる。その後の乳房内部の映像化方法(像再構成アルゴリズム)については、必要に応じて、上述したいずれかの実施形態にかかる方法が採用される。なお、このような場合には、被検者の乳房の大きさや形状に合わせて、カップ状の第一アンテナ設置部11C1を取替え可能に構成してもよい。この図10(c)に示した密着側のアレイ・アンテナ計測部1Cであれば、通常のブラジャーのように被検者に装着させることが可能である。この密着側のアレイ・アンテナ計測部1Cは、乳房に密着する構成であるため、他の方法と比較して、より良好な再構成像を得ることができる。   FIG. 10C shows a close contact formed by using a cup-shaped first antenna installation portion 11C1 that can be in close contact with the breast and a plate-like second antenna installation portion 11C2 that can be in close contact with the breast continuous to the breast. This shows an array antenna measurement section 1C of a mold. When this array / antenna measurement unit 1C is used, the irradiation process of the microwave pulse and the measurement process of the transmission / scattering pulse are performed by the antenna element 12 with the breast wrapped in the cup-shaped first antenna installation unit 11C1. Is called. As for the subsequent imaging method (image reconstruction algorithm) inside the breast, the method according to any one of the above-described embodiments is adopted as necessary. In such a case, the cup-shaped first antenna installation portion 11C1 may be configured to be replaceable in accordance with the size and shape of the subject's breast. If it is the array antenna measuring section 1C on the close contact side shown in FIG. 10C, it can be attached to the subject like a normal brassiere. Since the array antenna measurement unit 1C on the close contact side is in close contact with the breast, a better reconstructed image can be obtained as compared with other methods.

また、上記実施形態においては、アレイ・アンテナ計測部1を用いて得られる受信データを用いて乳房内部の映像化を行う構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、必要に応じて、各アンテナ素子と乳房との位置関係を計測等して、これらのデータをも加えて乳房内部の映像化を行うように構成してもよい。より具体的には、例えば、アンテナ設置部が変形可能なシート等(例としては、導電性布を用いたマイクロストリップアンテナ等)を用いて構成されている場合には、乳房の形状やアンテナ設置部の装着状態に応じて各アンテナ素子の位置関係が変化するので、各アンテナ素子と乳房との位置関係等をCCDカメラ等の撮像手段にて撮影し、ここで得られた情報(乳房の形状、その乳房におけるアンテナ素子の位置等)をも像再構成アルゴリズムに加える。このような構成であれば、乳房外形の三次元情報等を組み込んだ状態で、乳房内部の電気定数分布像の再構成を実施可能であるため、像質の改善および計算時間の短縮化を図ることができる。   Further, in the above-described embodiment, the configuration for performing imaging inside the breast using the reception data obtained using the array antenna measurement unit 1 has been described, but the present invention is not limited to this configuration, If necessary, the positional relationship between each antenna element and the breast may be measured, and the data inside the breast may be visualized by adding these data. More specifically, for example, when the antenna installation part is configured using a deformable sheet or the like (for example, a microstrip antenna using a conductive cloth), the shape of the breast or the antenna installation Since the positional relationship between each antenna element changes depending on the mounting state of the part, the positional relationship between each antenna element and the breast is photographed by an imaging means such as a CCD camera, and the information obtained here (the shape of the breast) The position of the antenna element in the breast, etc.) is also added to the image reconstruction algorithm. With such a configuration, it is possible to reconstruct the electrical constant distribution image inside the breast in a state in which the three-dimensional information of the breast outline is incorporated, so that the image quality is improved and the calculation time is shortened. be able to.

また、他の実施形態として、図11のような構成を採用してもよい。図11は、整合液容器を備えたアレイ・アンテナ計測部1Dの概略図を示したものである。   Further, as another embodiment, a configuration as shown in FIG. 11 may be adopted. FIG. 11 shows a schematic diagram of an array antenna measurement unit 1D provided with a matching liquid container.

アンテナ設置部11に設けられたアンテナ素子12からマイクロ波パルスを効率よく乳房Tに入射させるためには、アンテナ素子12を配置しているアンテナ設置部11を、整合液16にて覆うことが好ましい。そこで、図11は、かかる構成を開示している。つまり、この図11は、図1にて示した円筒型のアンテナ設置部11を整合液16で満たすべく、アンテナ設置部11の周囲に整合液容器15を備えた構成を示している。この図11に示した構成においては、アンテナ設置部11および乳房Tは、整合液16で満たされた整合液容器15内に入れられる。そして、この際には、乳房Tが整合液16に直接触れることを防止するために、乳房Tを薄いフィルムで覆うか、アンテナ設置部11の乳房Tが挿入される部分に乳房Tの形状に変形可能なシートを予め設けてもよい。また、この図11のように整合液16を用いる場合には、乳房Tの大きさ等によって整合液容器15内の整合液16の量を調節する必要があるため、乳房Tをアンテナ設置部11内に挿入した後に、整合液容器15内に整合液16を注入する。   In order to efficiently cause a microwave pulse to enter the breast T from the antenna element 12 provided in the antenna installation part 11, it is preferable to cover the antenna installation part 11 in which the antenna element 12 is arranged with the matching liquid 16. . FIG. 11 discloses such a configuration. That is, FIG. 11 shows a configuration in which the matching liquid container 15 is provided around the antenna installation portion 11 so that the cylindrical antenna installation portion 11 shown in FIG. In the configuration shown in FIG. 11, the antenna installation unit 11 and the breast T are placed in a matching liquid container 15 filled with the matching liquid 16. At this time, in order to prevent the breast T from directly touching the matching liquid 16, the breast T is covered with a thin film, or the shape of the breast T is formed in a portion where the breast T of the antenna installation unit 11 is inserted. A deformable sheet may be provided in advance. Further, when the matching liquid 16 is used as shown in FIG. 11, it is necessary to adjust the amount of the matching liquid 16 in the matching liquid container 15 depending on the size of the breast T and the like. After the insertion, the matching liquid 16 is injected into the matching liquid container 15.

上記図11のような構成によれば、マイクロ波パルスを効率よく乳房Tに入射させることが可能となり、整合液を使わない場合に比べてアンテナ素子を小型化することが可能となる。また、図11に示した整合液16を用いる構成については、円筒型のアンテナ設置部11だけではなく、例えば、図10(c)に示した密着型のアンテナ設置部11Cを用いることも可能である。   According to the configuration shown in FIG. 11, the microwave pulse can be efficiently incident on the breast T, and the antenna element can be downsized as compared with the case where no matching liquid is used. In addition, for the configuration using the matching liquid 16 shown in FIG. 11, it is possible to use not only the cylindrical antenna installation portion 11 but also the close contact type antenna installation portion 11C shown in FIG. 10C, for example. is there.

また、整合液16としては、例えば、純水、生理食塩水、あるいはアルコール等を用いることができる。さらに、整合液16としては、例えば、純水、食塩、砂糖、グリセリン、アルコール等を混ぜた混合溶液等を用いることが可能である。   Further, as the matching liquid 16, for example, pure water, physiological saline, alcohol, or the like can be used. Further, as the matching liquid 16, for example, a mixed solution in which pure water, salt, sugar, glycerin, alcohol, or the like is mixed can be used.

さらに、整合液容器15は、その全体が電波吸収材シートで覆われた構成であってもよい。このような構成であれば、外部からの不要電波を減衰させるという効果を得ることができる。   Further, the matching liquid container 15 may be configured so as to be entirely covered with a radio wave absorber sheet. With such a configuration, an effect of attenuating unnecessary radio waves from the outside can be obtained.

さらに、本発明においては、他の実施形態として、図12に示すような構成のアレイ・アンテナ計測部1Eを用いてもよい。なお、この図12においては、各アンテナ素子に接続される接続線の記載は省略されている。   Furthermore, in the present invention, as another embodiment, an array antenna measurement unit 1E having a configuration as shown in FIG. 12 may be used. In FIG. 12, connection lines connected to each antenna element are not shown.

ここで、図12(a)は、他の実施形態にかかるアレイ・アンテナ計測部1Eの断面図を示しており、図12(b)は、図12(a)のX部拡大図を示している。これらの図に示すように、本実施形態にかかるアレイ・アンテナ計測部1Eは、全体がカップ状に形成されており、このカップ状に形成されたアレイ・アンテナ計測部1Eの中央部断面図が図12(a)である。このアレイ・アンテナ計測部1Eは、その外側は金属層19で覆われ、内側は二層の高誘電率の誘電体層(第一誘電体層17,第二誘電体層18)で覆われている。そして、これらの第一誘電体層17と第二誘電体層18との間に、複数枚規則正しく並べられた金属ストリップから成るアンテナ素子12Eが設けられている。このアンテナ素子12Eは、これまで説明した他の実施形態と同様の機能を有している。   Here, FIG. 12 (a) shows a cross-sectional view of an array antenna measurement unit 1E according to another embodiment, and FIG. 12 (b) shows an enlarged view of a part X in FIG. 12 (a). Yes. As shown in these figures, the array antenna measurement unit 1E according to the present embodiment is formed in a cup shape as a whole, and a sectional view of the center portion of the array antenna measurement unit 1E formed in this cup shape is shown. FIG. 12 (a). The array antenna measurement unit 1E is covered with a metal layer 19 on the outside and covered with two high dielectric constant dielectric layers (first dielectric layer 17 and second dielectric layer 18) on the inside. Yes. Between the first dielectric layer 17 and the second dielectric layer 18, an antenna element 12E composed of a plurality of metal strips regularly arranged is provided. This antenna element 12E has a function similar to that of the other embodiments described so far.

図12に示したようなアレイ・アンテナ計測部1Eであれば、アンテナ素子部12Eが二層の誘電体層17,18間に設けられているため、乳房内部へのパルス入射効率を高め、アンテナ素子12Eの小型化を図ることができる。また、アンテナ素子が乳房に直接触れるのを避けることができる。すなわち、本実施形態においては、二層の誘電体層17,18が先に図11にて説明した整合液と同様の機能を有することとなる。また、本実施形態においては、乳房の大きさに応じて、異なる曲率半径を有するアレイ・アンテナ計測部1Eを用意してもよい。   In the array antenna measurement unit 1E as shown in FIG. 12, since the antenna element unit 12E is provided between the two dielectric layers 17 and 18, the efficiency of pulse incidence into the breast is increased, and the antenna The element 12E can be downsized. Further, it is possible to avoid the antenna element from directly touching the breast. That is, in the present embodiment, the two dielectric layers 17 and 18 have the same function as the matching liquid described above with reference to FIG. In the present embodiment, an array antenna measurement unit 1E having different radii of curvature may be prepared according to the size of the breast.

また、上述した実施形態においては、図2にて示したように、それぞれのアンテナ素子12が順番に送信アンテナあるいは受信アンテナとして機能する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、全てのアンテナ素子ではなく、予め選択された幾つかのアンテナ素子のみに送信アンテナとしての機能を持たせるような構成としもよい。また、例えば、送信アンテナとして用いられるアンテナ素子以外のアンテナ素子全てを受信アンテナとして用いるのではなく、適当に選択された幾つかのアンテナ素子を受信アンテナとして使用するような構成としてもよい。さらに、単一のアンテナ素子を送信アンテナとして用いるのではなく、幾つかのアンテナ素子を送信アンテナとして用い、同時にパルス波を放射させて乳房に対する照射を行うような構成としてもよい。また、必要に応じて、上述した種々の方法を適宜組み合わせて、送信アンテナや受信アンテナを設定してもよい。   Further, in the above-described embodiment, as illustrated in FIG. 2, the case where each antenna element 12 functions as a transmission antenna or a reception antenna in order has been described, but the present invention is not limited to this configuration. Therefore, for example, it may be configured such that not only all antenna elements but only some of the preselected antenna elements have a function as a transmission antenna. Further, for example, not all antenna elements other than the antenna element used as the transmitting antenna may be used as the receiving antenna, but some appropriately selected antenna elements may be used as the receiving antenna. Furthermore, instead of using a single antenna element as a transmitting antenna, it may be configured such that several antenna elements are used as transmitting antennas and at the same time a pulse wave is emitted to irradiate the breast. Further, if necessary, the transmitting antenna and the receiving antenna may be set by appropriately combining the various methods described above.

本発明の第一実施形態にかかるマンモグラフィ装置の概略図を示したものである。1 is a schematic view of a mammography apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本実施形態にかかるマンモグラフィ装置を構成するアレイ・アンテナ計測部の二次元モデル概略図を示したものである。FIG. 2 is a schematic diagram of a two-dimensional model of an array antenna measurement unit constituting the mammography apparatus according to the present embodiment. 本実施形態にかかる汎関数を定義する際の説明に用いられる無損失誘電体柱等を示した概略図である。It is the schematic which showed the lossless dielectric pillar etc. used for description at the time of defining the functional concerning this embodiment. 本発明の第一実施形態にかかる像再構成アルゴリズムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the image reconstruction algorithm concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態にかかる像再構成アルゴリズムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the image reconstruction algorithm concerning 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態にかかる像再構成アルゴリズムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the image reconstruction algorithm concerning 3rd embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態にかかる像再構成アルゴリズムにおけるマルチグリッドの「細かい格子」と「粗い格子」とを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the "fine grating | lattice" and the "rough grating | lattice" of a multigrid in the image reconstruction algorithm concerning 4th embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態にかかる像再構成アルゴリズムにおけるマルチグリッドの「延長補間」を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the "extension interpolation" of the multigrid in the image reconstruction algorithm concerning 4th embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態にかかる像再構成アルゴリズムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the image reconstruction algorithm concerning 4th embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態にかかるアレイ・アンテナ計測部の概略図を示したものである。The schematic of the array antenna measurement part concerning other embodiment of this invention is shown. 本発明の他の実施形態にかかるアレイ・アンテナ計測部(整合液容器を備えたアレイ・アンテナ計測部)の概略図を示したものである。The schematic of the array antenna measurement part (array antenna measurement part provided with the matching liquid container) concerning other embodiment of this invention is shown. 本発明の他の実施形態にかかるアレイ・アンテナ計測部(二層の誘電体層を有するアレイ・アンテナ計測部)の概略図を示したものである。FIG. 5 is a schematic view of an array antenna measurement unit (array antenna measurement unit having two dielectric layers) according to another embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A、1B、1C、1D、1E…アレイ・アンテナ計測部
2…パルス波送受信部
3…PC(パーソナルコンピュータ)
11、11A1、11A2、11B、11C1、11C2…アンテナ設置部
12、12a〜12h、12E…アンテナ素子
13…接続線
15…整合液容器
16…整合液
17…第一誘電体層
18…第二誘電体層
19…金属層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E ... Array antenna measurement part 2 ... Pulse wave transmission / reception part 3 ... PC (personal computer)
11, 11 A 1, 11 A 2, 11 B, 11 C 1, 11 C 2 ... Antenna installation part 12, 12 a to 12 h, 12 E ... Antenna element 13 ... Connection line 15 ... Matching liquid container 16 ... Matching liquid 17 ... First dielectric layer 18 ... Second dielectric Body layer 19 ... Metal layer

Claims (10)

乳房内部の組織構造をマイクロ波を用いて三次元可視化するマンモグラフィの方法であって、
乳房にマイクロ波パルスを照射する照射工程と、
前記乳房からの散乱波の時間領域データを計測する計測工程と、
前記散乱波の時間領域データに基づいて、前記乳房内の電気定数分布を映像化する映像化工程と
を備えたことを特徴とするマンモグラフィの方法。
A mammography method that visualizes the tissue structure inside the breast using a microwave in three dimensions,
An irradiation step of irradiating the breast with a microwave pulse;
A measuring step of measuring time domain data of scattered waves from the breast;
A mammography method comprising: an imaging step of imaging an electrical constant distribution in the breast based on time domain data of the scattered wave.
前記映像化工程において、
推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値ステップと、
前記初期推定値を有する物体に対して数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算ステップと、
前記計測工程にて得られた計測された受信データと、前記順伝播計算ステップにて得られた前記計算された受信データとを用いて汎関数の値を計算する汎関数計算ステップと、
前記計測された受信データと前記計算された受信データとの差を用いて随伴電磁界を計算する逆伝播計算ステップと、
前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算ステップと、
前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新ステップと、
前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算ステップ、前記勾配計算ステップ、前記推定値更新ステップ、前記順伝播計算ステップ、および前記汎関数計算ステップを繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定ステップとを有する
請求項1に記載のマンモグラフィの方法。
In the imaging process,
An initial estimate step that provides an appropriate initial estimate for the electrical constant distribution to be estimated;
Forward propagation calculation step of obtaining received data calculated by numerical calculation for the object having the initial estimated value;
A functional calculation step of calculating a functional value using the measured reception data obtained in the measurement step and the calculated reception data obtained in the forward propagation calculation step;
A back-propagation calculation step of calculating an adjoining electromagnetic field using a difference between the measured reception data and the calculated reception data;
A gradient calculating step of calculating a gradient of a functional from the associated electromagnetic field;
An estimated value update step of updating the estimated value of the electrical constant distribution using the gradient;
When the result of the convergence determination regarding the functional and the determination of the number of iterations regarding the number of updates of the estimated value satisfies a predetermined condition, the process proceeds to image the electric constant distribution, and the result is given in advance. If the above condition is not satisfied, the determination process is performed so that the back propagation calculation step, the gradient calculation step, the estimated value update step, the forward propagation calculation step, and the functional calculation step are repeated. The mammography method according to claim 1, further comprising:
前記映像化工程において、
推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値ステップと、
前記初期推定値を有する物体に対して数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算ステップと、
前記計測工程にて得られた計測された受信データと、前記順伝播計算ステップにて得られた前記計算された受信データと、電気定数の推定分布とを用いて、正則化項を組み込んだ汎関数の値を計算する汎関数計算ステップと、
前記計測された受信データと前記計算された受信データとの差を用いて随伴電磁界を計算する逆伝播計算ステップと、
前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算ステップと、
前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新ステップと、
前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算ステップ、前記勾配計算ステップ、前記推定値更新ステップ、前記順伝播計算ステップ、および前記汎関数計算ステップを繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定ステップとを有する
請求項1に記載のマンモグラフィの方法。
In the imaging process,
An initial estimate step that provides an appropriate initial estimate for the electrical constant distribution to be estimated;
Forward propagation calculation step of obtaining received data calculated by numerical calculation for the object having the initial estimated value;
Using the measured reception data obtained in the measurement step, the calculated reception data obtained in the forward propagation calculation step, and the estimated distribution of electrical constants, A functional calculation step for calculating the value of the function;
A back-propagation calculation step of calculating an adjoining electromagnetic field using a difference between the measured reception data and the calculated reception data;
A gradient calculating step of calculating a gradient of a functional from the associated electromagnetic field;
An estimated value update step of updating the estimated value of the electrical constant distribution using the gradient;
When the result of the convergence determination regarding the functional and the determination of the number of iterations regarding the number of updates of the estimated value satisfies a predetermined condition, the process proceeds to image the electric constant distribution, and the result is given in advance. If the above condition is not satisfied, the determination process is performed so that the back propagation calculation step, the gradient calculation step, the estimated value update step, the forward propagation calculation step, and the functional calculation step are repeated. The mammography method according to claim 1, further comprising:
前記映像化工程において、
推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値ステップと、
フィルタの設定を行うフィルタ設定ステップと、
前記計測工程にて得られた計測された受信データをフィルタに通す第一フィルタリングステップと、
前記初期推定値を有する物体に対して数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算ステップと、
前記順伝播計算ステップにて得られた前記計算された受信データをフィルタに通す第二フィルタリングステップと、
前記第一フィルタリングステップにて得られたフィルタリング後の計測された受信データと、前記第二フィルタリングステップにて得られたフィルタリング後の計算された受信データとを用いて汎関数の値を計算する汎関数計算ステップと、
前記フィルタリング後の計測された受信データと、前記フィルタリング後の計算された受信データとの差を用いて、随伴電磁界を計算する逆伝播計算ステップと、
前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算ステップと、
前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新ステップと、
前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、フィルタ段数の判定ステップに進み、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算ステップ、前記勾配計算ステップ、前記推定値更新ステップ、前記順伝播計算ステップ、前記第二フィルタリングステップ、および前記汎関数計算ステップを繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定ステップと、
前記判定ステップの後、前記フィルタの段数が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記条件を満たさない場合には、フィルタの更新ステップ、前記第一フィルタリングステップ、前記順伝播計算ステップ、前記第二フィルタリングステップ、前記汎関数計算ステップ、前記判定ステップ、前記逆伝播計算ステップ、前記勾配計算ステップ、および推定値更新ステップを繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行うフィルタ段数判定ステップとを有する
請求項1に記載のマンモグラフィの方法。
In the imaging process,
An initial estimate step that provides an appropriate initial estimate for the electrical constant distribution to be estimated;
A filter setting step for setting a filter;
A first filtering step of passing the measured reception data obtained in the measurement step through a filter;
Forward propagation calculation step of obtaining received data calculated by numerical calculation for the object having the initial estimated value;
A second filtering step of passing the calculated received data obtained in the forward propagation calculation step through a filter;
A functional value is calculated using the measured received data after filtering obtained in the first filtering step and the calculated received data after filtering obtained in the second filtering step. A function calculation step;
Back propagation calculation step of calculating an associated electromagnetic field using a difference between the measured received data after filtering and the calculated received data after filtering;
A gradient calculating step of calculating a gradient of a functional from the associated electromagnetic field;
An estimated value update step of updating the estimated value of the electrical constant distribution using the gradient;
If the result of the convergence determination regarding the functional and the iteration number determination regarding the number of updates of the estimated value satisfy a predetermined condition, the process proceeds to the filter stage determination step, and the result does not satisfy the predetermined condition In such a case, the determination is made so as to proceed to repeat the back propagation calculation step, the gradient calculation step, the estimated value update step, the forward propagation calculation step, the second filtering step, and the functional calculation step. A determination step for processing;
After the determination step, when the number of stages of the filter satisfies a predetermined condition, the process proceeds to image the electric constant distribution. When the condition is not satisfied, the filter update step, The process proceeds to repeatedly perform the first filtering step, the forward propagation calculation step, the second filtering step, the functional calculation step, the determination step, the back propagation calculation step, the gradient calculation step, and the estimated value update step. The mammography method according to claim 1, further comprising: a filter stage number determination step for performing a determination process.
前記映像化工程において、
推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値ステップと、
マルチグリッドの設定を行うマルチグリッド設定ステップと、
前記計測工程にて得られた計測された受信データをフィルタに通す第三フィルタリングステップと、
前記照射工程にて照射されたマイクロ波パルスをフィルタに通す第四フィルタリングステップと、
前記第四フィルタリングステップにて得られたフィルタリング後のマイクロ波パルスを入射波として前記初期推定値を有する物体に対して照射し、数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算ステップと、
前記順伝播計算ステップにて得られた前記計算された受信データと、前記第三フィルタリングステップにて得られたフィルタリング後の計測された受信データとを用いて汎関数の値を計算する汎関数計算ステップと、
前記フィルタリング後の計測された受信データと、前記計算された受信データとの差を用いて、随伴電磁界を計算する逆伝播計算ステップと、
前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算ステップと、
前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新ステップと、
前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、マルチグリッド段数判定ステップに進み、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算ステップ、前記勾配計算ステップ、前記推定値更新ステップ、前記順伝播計算ステップ、および前記汎関数計算ステップを繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定ステップと、
前記判定ステップの後、前記マルチグリッドの段数が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記条件を満たさない場合には、グリッド間隔の延長補間処理ステップ、グリッドの更新ステップ、前記第三フィルタリングステップ、前記第四フィルタリングステップ、順伝播計算ステップ、前記汎関数計算ステップ、前記判定ステップ、前記逆伝播計算ステップ、前記勾配計算ステップ、および推定値更新ステップを繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行うマルチグリッド段数判定ステップとを有する
請求項1に記載のマンモグラフィの方法。
In the imaging process,
An initial estimate step that provides an appropriate initial estimate for the electrical constant distribution to be estimated;
Multi-grid setting step for setting multi-grid,
A third filtering step of passing the measured reception data obtained in the measurement step through a filter;
A fourth filtering step of passing the microwave pulse irradiated in the irradiation step through a filter;
A forward propagation calculation step of irradiating the object having the initial estimated value as an incident wave with the filtered microwave pulse obtained in the fourth filtering step, and obtaining received data calculated by numerical calculation;
Functional calculation for calculating a functional value using the calculated reception data obtained in the forward propagation calculation step and the measured reception data after filtering obtained in the third filtering step. Steps,
Back propagation calculation step of calculating an associated electromagnetic field using a difference between the measured received data after filtering and the calculated received data;
A gradient calculating step of calculating a gradient of a functional from the associated electromagnetic field;
An estimated value update step of updating the estimated value of the electrical constant distribution using the gradient;
When the result of the convergence determination regarding the functional and the determination of the number of iterations regarding the update count of the estimated value satisfy a predetermined condition, the process proceeds to a multigrid stage number determination step, and the result does not satisfy the predetermined condition In this case, a determination step for performing a determination process so as to proceed to repeat the back propagation calculation step, the gradient calculation step, the estimated value update step, the forward propagation calculation step, and the functional calculation step; ,
After the determination step, if the number of stages of the multigrid satisfies a predetermined condition, the process proceeds to image the electric constant distribution. If the condition is not satisfied, extended interpolation of the grid interval is performed. Processing step, grid update step, third filtering step, fourth filtering step, forward propagation calculation step, functional calculation step, determination step, back propagation calculation step, gradient calculation step, and estimated value update The mammography method according to claim 1, further comprising: a multi-grid stage number determination step for performing a determination process so as to advance the process to repeat the steps.
乳房内部の組織構造をマイクロ波を用いて三次元可視化するマンモグラフィ装置であって、
乳房にマイクロ波パルスを照射する照射手段と、
前記乳房からの散乱波を受信する受信手段と、
前記散乱波の時間領域データに基づいて、前記乳房内の電気定数分布を映像化する映像化手段と
を備えたことを特徴とするマンモグラフィ装置。
A mammography device for three-dimensional visualization of tissue structure inside the breast using microwaves,
An irradiation means for irradiating the breast with a microwave pulse;
Receiving means for receiving scattered waves from the breast;
A mammography apparatus comprising: an imaging unit configured to image an electrical constant distribution in the breast based on time domain data of the scattered wave.
前記映像化手段がパーソナルコンピュータを用いて構成されており、
前記パーソナルコンピュータを、
推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値計算手段、
前記初期推定値を有する物体に対して数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算手段、
前記受信手段にて得られた計測された受信データと、前記計算された受信データとを用いて汎関数の値を計算する汎関数計算手段、
前記計測された受信データと前記計算された受信データとの差を用いて随伴電磁界を計算する逆伝播計算手段、
前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算手段、
前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新手段、
および前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算、前記勾配計算、前記推定値更新、前記順伝播計算、および前記汎関数計算を繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定手段として機能させる
請求項6に記載のマンモグラフィ装置。
The imaging means is configured using a personal computer,
The personal computer;
Means for calculating an initial estimated value that gives an appropriate initial estimated value for the electrical constant distribution to be estimated;
Forward propagation calculating means for obtaining received data calculated by numerical calculation for the object having the initial estimated value;
Functional calculation means for calculating a functional value using the measured reception data obtained by the reception means and the calculated reception data;
Back propagation calculating means for calculating an associated electromagnetic field using a difference between the measured received data and the calculated received data;
A gradient calculating means for calculating a gradient of a functional from the associated electromagnetic field;
Estimated value updating means for updating the estimated value of the electrical constant distribution using the gradient;
When the result of the convergence determination regarding the functional and the iteration number determination regarding the update number of the estimated value satisfies a predetermined condition, the process proceeds to image the electric constant distribution, and the result is given in advance. A determination unit that performs a determination process so as to advance the process to repeatedly perform the back propagation calculation, the gradient calculation, the estimated value update, the forward propagation calculation, and the functional calculation when the predetermined condition is not satisfied The mammography apparatus according to claim 6, which functions as a computer.
前記映像化手段がパーソナルコンピュータを用いて構成されており、
前記パーソナルコンピュータを、
推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値計算手段、
前記初期推定値を有する物体に対して数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算手段、
前記受信手段にて得られた計測された受信データと、前記計算された受信データと、電気定数の推定分布とを用いて、正則化項を組み込んだ汎関数の値を計算する汎関数計算手段、
前記計測された受信データと前記計算された受信データとの差を用いて随伴電磁界を計算する逆伝播計算手段、
前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算手段、
前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新手段、
および前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算、前記勾配計算、前記推定値更新、前記順伝播計算、および前記汎関数計算を繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定手段として機能させる
請求項6に記載のマンモグラフィ装置。
The imaging means is configured using a personal computer,
The personal computer;
Means for calculating an initial estimated value that gives an appropriate initial estimated value for the electrical constant distribution to be estimated;
Forward propagation calculating means for obtaining received data calculated by numerical calculation for the object having the initial estimated value;
Functional calculation means for calculating a functional value incorporating a regularization term using the measured reception data obtained by the reception means, the calculated reception data, and an estimated distribution of electrical constants ,
Back propagation calculating means for calculating an associated electromagnetic field using a difference between the measured received data and the calculated received data;
A gradient calculating means for calculating a gradient of a functional from the associated electromagnetic field;
Estimated value updating means for updating the estimated value of the electrical constant distribution using the gradient;
When the result of the convergence determination regarding the functional and the iteration number determination regarding the update number of the estimated value satisfies a predetermined condition, the process proceeds to image the electric constant distribution, and the result is given in advance. A determination unit that performs a determination process so as to advance the process to repeatedly perform the back propagation calculation, the gradient calculation, the estimated value update, the forward propagation calculation, and the functional calculation when the predetermined condition is not satisfied The mammography apparatus according to claim 6, which functions as a computer.
前記映像化手段がパーソナルコンピュータを用いて構成されており、
前記パーソナルコンピュータを、
推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値計算手段、
フィルタの設定を行うフィルタ設定手段、
前記受信手段にて得られた計測された受信データをフィルタに通す第一フィルタリング手段、
前記初期推定値を有する物体に対して数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算手段、
前記計算された受信データをフィルタに通す第二フィルタリング手段、
前記フィルタリング後の計測された受信データと、前記フィルタリング後の計算された受信データとを用いて汎関数の値を計算する汎関数計算手段、
前記フィルタリング後の計測された受信データと、前記フィルタリング後の計算された受信データとの差を用いて、随伴電磁界を計算する逆伝播計算手段、
前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算手段、
前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新手段、
前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、フィルタ段数の判定に進み、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算、前記勾配計算、前記推定値更新、前記順伝播計算、前記第二フィルタリング、および前記汎関数計算を繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定手段、
および前記判定処理の後、前記フィルタの段数が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記条件を満たさない場合には、フィルタの更新処理、前記第一フィルタリング、前記順伝播計算、前記第二フィルタリング、前記汎関数計算、前記判定処理、前記逆伝播計算、前記勾配計算、および推定値更新を繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行うフィルタ段数判定手段として機能させる
請求項6に記載のマンモグラフィ装置。
The imaging means is configured using a personal computer,
The personal computer;
Means for calculating an initial estimated value that gives an appropriate initial estimated value for the electrical constant distribution to be estimated;
Filter setting means for setting the filter,
First filtering means for passing the measured received data obtained by the receiving means through a filter;
Forward propagation calculating means for obtaining received data calculated by numerical calculation for the object having the initial estimated value;
Second filtering means for passing the calculated received data through a filter;
Functional calculation means for calculating a functional value using the measured received data after filtering and the calculated received data after filtering;
Back propagation calculation means for calculating an associated electromagnetic field using a difference between the measured received data after filtering and the calculated received data after filtering;
A gradient calculating means for calculating a gradient of a functional from the associated electromagnetic field;
Estimated value updating means for updating the estimated value of the electrical constant distribution using the gradient;
When the result of the convergence determination regarding the functional and the iteration number determination regarding the number of updates of the estimated value satisfy a predetermined condition, the process proceeds to determination of the number of filter stages, and the result does not satisfy the predetermined condition A determination means for performing a determination process so as to advance the process to repeatedly perform the back propagation calculation, the gradient calculation, the estimated value update, the forward propagation calculation, the second filtering, and the functional calculation,
And after the determination process, if the number of stages of the filter satisfies a predetermined condition, the process proceeds to image the electric constant distribution, and if the condition is not satisfied, the filter update process, The determination process is performed so that the first filtering, the forward propagation calculation, the second filtering, the functional calculation, the determination process, the back propagation calculation, the gradient calculation, and the estimated value update are repeated. The mammography apparatus according to claim 6, wherein the mammography apparatus is made to function as means for determining the number of filter stages to be performed.
前記映像化手段がパーソナルコンピュータを用いて構成されており、
前記パーソナルコンピュータを、
推定したい電気定数分布に適当な初期推定値を与える初期推定値計算手段、
マルチグリッドの設定を行うマルチグリッド設定手段と、
前記受信手段にて得られた計測された受信データをフィルタに通す第三フィルタリング手段、
前記照射手段にて照射されたマイクロ波パルスをフィルタに通す第四フィルタリング手段、
前記フィルタリング後のマイクロ波パルスを入射波として前記初期推定値を有する物体に対して照射し、数値計算により計算された受信データを得る順伝播計算手段、
前記計算された受信データと、前記フィルタリング後の計測された受信データとを用いて汎関数の値を計算する汎関数計算手段、
前記フィルタリング後の計測された受信データと、前記計算された受信データとの差を用いて、随伴電磁界を計算する逆伝播計算手段、
前記随伴電磁界から汎関数の勾配を計算する勾配計算手段、
前記勾配を用いて前記電気定数分布の推定値を更新する推定値更新手段、
前記汎関数に関する収束判定および前記推定値の更新回数に関する反復回数判定の結果が予め与えられた条件を満たす場合には、マルチグリッド段数の判定に進み、前記結果が予め与えられた条件を満たさない場合には、前記逆伝播計算、前記勾配計算、前記推定値更新、前記順伝播計算、および前記汎関数計算を繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行う判定手段と、
および前記判定処理の後、前記マルチグリッドの段数が予め与えられた条件を満たす場合には、電気定数分布の画像化を行うべく処理を進め、前記条件を満たさない場合には、グリッド間隔の延長補間処理、グリッドの更新、前記第三フィルタリング、前記第四フィルタリング、前記順伝播計算、前記汎関数計算、前記判定処理、前記逆伝播計算、前記勾配計算、および推定値更新を繰り返し行うべく処理を進めるように、判定処理を行うマルチグリッド段数判定手段として機能させる
請求項6に記載のマンモグラフィ装置。
The imaging means is configured using a personal computer,
The personal computer;
Means for calculating an initial estimated value that gives an appropriate initial estimated value for the electrical constant distribution to be estimated;
Multigrid setting means for setting multigrid;
Third filtering means for passing the measured received data obtained by the receiving means through a filter;
A fourth filtering means for passing the microwave pulse irradiated by the irradiation means through a filter;
A forward propagation calculating means for irradiating an object having the initial estimated value as an incident wave with the filtered microwave pulse, and obtaining received data calculated by numerical calculation;
Functional calculation means for calculating a functional value using the calculated received data and the measured received data after filtering;
Back propagation calculating means for calculating an associated electromagnetic field using a difference between the measured received data after filtering and the calculated received data;
A gradient calculating means for calculating a gradient of a functional from the associated electromagnetic field;
Estimated value updating means for updating the estimated value of the electrical constant distribution using the gradient;
When the result of the convergence determination regarding the functional and the iteration number determination regarding the number of updates of the estimated value satisfy a predetermined condition, the process proceeds to determination of the number of multigrid stages, and the result does not satisfy the predetermined condition In this case, a determination unit that performs a determination process so as to proceed to repeat the back propagation calculation, the gradient calculation, the estimated value update, the forward propagation calculation, and the functional calculation;
After the determination process, if the number of stages of the multigrid satisfies a predetermined condition, the process proceeds to image an electrical constant distribution. If the condition is not satisfied, the grid interval is extended. Processing to repeatedly perform interpolation processing, grid update, the third filtering, the fourth filtering, the forward propagation calculation, the functional calculation, the determination processing, the back propagation calculation, the gradient calculation, and the estimated value update. The mammography apparatus according to claim 6, wherein the mammography apparatus functions as multi-grid stage number determination means for performing determination processing so as to proceed.
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