JP2016083036A - 異常組織検出装置及び信号送受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上し、検出精度を向上することができる異常組織検出装置及び信号送受信方法を提供する。
【解決手段】ＣＭＯＳスイッチ１２の複数の出力端それぞれと、送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８のそれぞれとを結ぶ配線部１３の配線の長さを同じにする。ＣＭＯＳスイッチ１６の複数の入力端それぞれと、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８のそれぞれとを結ぶ配線部１５の配線の長さを同じにする。制御部１０，送信部１１、受信部１７は、ＣＭＯＳスイッチ１２、１６を制御して、送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８及び受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８の組み合わせを切り替えながら、電気信号をＣＭＯＳスイッチ１２に出力し、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８から出力された電気信号を、ＣＭＯＳスイッチ１６を介して入力し、入力した電気信号に対する信号処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、異常組織検出装置及び信号送受信方法に関する。

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

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

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

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

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

特表２００７−０７１８７３号公報 特開２０１０−６９１５８号公報 特開２０１４−１３１１９９号公報 特開２０１４−０３６４１１号公報

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

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

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る異常組織検出装置は、
マイクロ波のインパルス信号を送信する複数の送信アンテナと、
前記マイクロ波を受信する複数の受信アンテナと、
入力端から入力した前記マイクロ波に対応する電気信号を前記複数の送信アンテナのいずれかに出力するために複数の出力端それぞれが前記複数の送信アンテナと接続された単極多投の第１のＣＭＯＳスイッチと、
前記受信アンテナで受信した前記マイクロ波に対応する電気信号を出力するために複数の入力端それぞれが前記複数の受信アンテナと接続された単極多投の第２のＣＭＯＳスイッチと、
前記第１のＣＭＯＳスイッチの複数の出力端それぞれと、前記複数の送信アンテナのそれぞれとを配線で結ぶ第１の配線部と、
前記第２のＣＭＯＳスイッチの複数の入力端それぞれと、前記複数の受信アンテナのそれぞれとを配線で結ぶ第２の配線部と、
前記第１のＣＭＯＳスイッチ及び前記第２のＣＭＯＳスイッチを制御して、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの組み合わせを切り替えながら、前記電気信号を前記第１のＣＭＯＳスイッチに出力し、前記受信アンテナから出力された電気信号を前記第２のＣＭＯＳスイッチを介して入力し、入力した電気信号に対する信号処理を行う信号処理部と、
を備える。

前記第１の配線部は、
前記第１のＣＭＯＳスイッチの複数の出力端それぞれと、前記複数の送信アンテナのそれぞれとを同じ長さの配線で結び、
前記第２の配線部は、
前記第２のＣＭＯＳスイッチの複数の入力端それぞれと、前記複数の受信アンテナのそれぞれとを同じ長さの配線で結ぶ、
こととしてもよい。

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

前記複数の接続ポートのいずれかと、前記複数の送信アンテナ又は前記複数の受信アンテナのいずれか１つのアンテナとを結ぶ複数の同軸ケーブルの長さが同じである、
こととしてもよい。

前記第１のＣＭＯＳスイッチ及び前記第２のＣＭＯＳスイッチは、
単極８投のＣＭＯＳスイッチである、
こととしてもよい。

前記単極８投のＣＭＯＳスイッチは、
前記送信アンテナ又は前記受信アンテナである８つのアンテナと接続され、
前記８つのアンテナのうちのいずれか１つのアンテナを選択するために各アンテナに接続され、それぞれ４ずつのアンテナから成る２つのグループにグループ分けされた８つの選択回路と、
前記選択回路のグループの一方を選択する単極双投のＣＭＯＳスイッチと、
を備える、
こととしてもよい。

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

前記各送信アンテナ及び前記各受信アンテナは、
前記各同軸ケーブルの内部導体と接続された裏側導体線と、前記裏側導体線と絶縁層を介して配置された前記各同軸ケーブルの外部導体と接続された表面導体と、を有し、
前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナのそれぞれが、前記裏側導体線で電流の流れる方向が同じとなるように１次元配列され、
前記複数の送信アンテナの配列と、前記複数の受信アンテナの配列とが、前記裏側導体線で電流が流れる方向に交互に配列されている、
こととしてもよい。

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

本発明の第２の観点に係る信号送受信方法は、
単極多投の第１のＣＭＯＳスイッチと複数の送信アンテナとをそれぞれ結ぶ複数の第１の配線の長さを同じとし、
単極多投の第２のＣＭＯＳスイッチと複数の受信アンテナとをそれぞれ結ぶ複数の第１の配線の長さを同じとし、
前記第１のＣＭＯＳスイッチ及び前記第２のＣＭＯＳスイッチを制御して、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの組み合わせを切り替えながら、電気信号を前記第１のＣＭＯＳスイッチに出力し、前記受信アンテナから出力された電気信号を前記第２のＣＭＯＳスイッチを介して入力し、入力した電気信号に対する信号処理を行う。

本発明によれば、第１のＣＭＯＳスイッチの複数の出力端と複数の送信アンテナとの間の配線と、複数の受信アンテナと第２のＣＭＯＳスイッチの複数の入力端との間の配線とを分けることで、配線を単純化することができるので、その間の信号の遅れやノイズ成分の混入状態を揃え易くすることができる。このため、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上し、検出精度を向上することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る異常組織検出装置の構成を示すブロック図である。 送信部から出力されるインパルス信号の一例を示す図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、ＣＭＯＳスイッチの一部の回路図である。 ＣＭＯＳスイッチの全体の回路図である。 ＣＭＯＳスイッチ、配線部、アンテナアレイ、配線部、ＣＭＯＳスイッチの具体例を模式的に示す図である。 基板の斜視図である。 基板上のマイクロストリップラインの具体例を模式的に示す図である。 基板上のマイクロストリップラインのインピーダンスを示す図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、中間インピーダンスを示す図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、アンテナアレイの詳細な構成を示す図である。 図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）は、個々のアンテナにおいて生じる電界と磁界を模式的に示す図である。 異常組織の検出原理を示す図である。 図１３（Ａ）は、従来の受信信号の波形データの一例を示すグラフである。図１３（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る異常組織検出装置における受信信号の波形データの一例を示すグラフである。 信号処理のフローチャートである。 図１５（Ａ）は、いくつかのアンテナの組み合わせでの異常組織ＣＡがあったときの受信信号を示す図である。図１５（Ｂ）は、いくつかのアンテナの組み合わせでの異常組織ＣＡがなかったときの受信信号を示す図である。図１５（Ｃ）は、いくつかのアンテナの組み合わせでの受信信号と基準信号との差分信号の一例を示す図である。 図１６（Ａ）は、ＸＹ面の検出画像の一例を示す図である。図１６（Ｂ）は、ＸＺ面の検出画像の一例を示す図である。図１６（Ｃ）は、それらを組み合わせた３次元画像の一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る異常組織検出装置における信号処理のフローチャートである。 図１８（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る異常組織検出装置におけるアンテナの組み合わせでの受信信号の平均の波形データを示すグラフである。図１８（Ｂ）は、従来の異常組織検出装置におけるアンテナの組み合わせでの受信信号の平均の波形データを示すグラフである。 図１９（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る異常組織検出装置におけるアンテナの組み合わせでの検出画像の一例を示す図である。図１９（Ｂ）は、従来の異常組織検出装置におけるアンテナの組み合わせでの検出画像の一例を示す図である。 出力ポートを２つのグループに分けた場合と１つのグループにまとめた場合の挿入損失及び反射損失の違いを示す図である。

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

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。

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

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

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

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

第１のＣＭＯＳスイッチとしてのＣＭＯＳスイッチ１２は、送信信号ＳＳを入力する。ＣＭＯＳスイッチ１２は、単極８投のスイッチである。ＣＭＯＳスイッチ１２は、入力端から送信信号ＳＳを入力する。ＣＭＯＳスイッチ１２では、複数の出力端それぞれが複数の送信アンテナＳＡ１、ＳＡ２、…、ＳＡ８と接続されている。ＣＭＯＳスイッチ１２は、制御信号ＣＳ１に従って、入力した送信信号ＳＳを出力するアンテナを、複数の送信アンテナＳＡ１、ＳＡ２、…、ＳＡ８のいずれかに切り替える。

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

半導体スイッチング素子２１のソースは、送信信号ＳＳの信号ポート（Ｔｘ／Ｒｘ Ｐｏｒｔ；ＣＭＯＳスイッチ１６ではＲｘ Ｐｏｒｔ）に接続されている。また、半導体スイッチング素子２１のドレインは、インダクタＬを介してＣＭＯＳスイッチ１２の出力端Ｔｎ（ｎ＝１、２、３、４、・・・）と接続されている。出力端Ｔｎは、送信アンテナＳＡｎと接続されている。すなわち、半導体スイッチング素子２１は、送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８のいずれかと、送信部１１と接続された送信信号ポート（Ｔｘ／Ｒｘ Ｐｏｒｔ）との間に挿入されている。また、半導体スイッチング素子２１のゲートは、制御信号の信号ポートに接続されている。制御信号の信号ポートからは制御信号ＣＴｎ（ｎ＝１、２、３、４、・・・）が出力される。

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

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

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

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

図４には、ＣＭＯＳスイッチ１２の全体回路の回路構成が示されている。図４に示すように、ＣＭＯＳスイッチ１２は、送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８に接続する８個の基本回路３０を有している。８個の基本回路３０は２つのグループに分かれている。

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

１Ｐ２Ｔスイッチ３１は、送信ポートから出力された送信信号ＳＳを入力する。１Ｐ２Ｔスイッチ３１は、２つの送信ポートＡ、Ｂを有しており、送信するアンテナに接続された基本回路３０が属するグループにインダクタ２３を介して接続された送信ポートＡ、Ｂから、入力した送信信号ＳＳを出力する。

１Ｐ２Ｔスイッチ３１の送信ポートの２つの出力は、インダクタを介して対応するグループを構成する４つの基本回路３０にそれぞれ接続されている。例えば、送信ポートの出力Ａから送信信号ＳＳが出力された場合には、図４の左側のグループＡの各基本回路３０に送信信号ＳＳが入力される。

ＣＭＯＳスイッチ１２は、２つのデマルチプレクサ３３をさらに備える。デマルチプレクサ３３は、基本回路３０のグループ毎に設けられている。２つのデマルチプレクサ３３には、制御部１０から出力される制御信号ＣＳ１が入力されている。制御信号ＣＳ１には、どの送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８を送信用として選択すべきか否かを示す情報が含まれている。各マルチプレクサ３３は、この制御信号ＣＳ１に基づいて、送信用として選択されたアンテナに接続された基本回路３０が、接続するグループに含まれているか否かを判定し、制御信号ＣＴｎを出力する。

デマルチプレクサ３３は、送信用として選択された送信アンテナＳＡｎに接続された基本回路３０が、接続するグループに含まれている場合には、その送信アンテナＳＡｎに接続された基本回路３０に出力する制御信号ＣＴｎをハイレベルとし、他の基本回路３０に出力される制御信号ＣＴｎについてはローレベルとする。図４では、送信アンテナＳＡ１に対応する制御信号がハイレベルとなり、他の制御信号がローレベルとなって、送信アンテナＳＡ１に接続される出力端Ｔ１が選択される様子が示されている。

また、デマルチプレクサ３３は、送信用として選択された送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８に接続された基本回路３０が、接続するグループに含まれていない場合には、すべての基本回路３０に出力される制御信号ＣＴｎをローレベルとする。

図４の場合、送信部１１から出力された送信信号ＳＳはインダクタ２３を介してグループＡの各基本回路３０に入力される。ここで、送信アンテナＳＡ１に接続された各基本回路３０がハイレベルの制御信号を入力している。この結果、送信信号ＳＳに基づくマイクロ波は、出力端Ｔ１から出力され、送信アンテナＳＡ１から放射される。

このように、単極８投のＣＭＯＳスイッチ１２は、８つの送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８と接続されている。ＣＭＯＳスイッチ１２は、８つの基本回路３０を備えている。基本回路３０は、８つの送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８のうちのいずれか１つのアンテナを選択するために各アンテナに接続され、それぞれ４ずつの２つのグループにグループ分けされた８つの選択回路である。さらに、ＣＭＯＳスイッチ１２は、基本回路３０のグループの一方を選択する１Ｐ２ＴのＣＭＯＳスイッチを備えている。

第１の配線部としての配線部１３は、ＣＭＯＳスイッチの８つの出力端Ｔ１〜Ｔ８のいずれかと、送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８のいずれかとを同じ長さの配線で結ぶ８つの伝送線路を備えている。

アンテナアレイ１４は、複数の送信アンテナＳＡ１、ＳＡ２、…、ＳＡ８を備える。複数の送信アンテナＳＡ１、ＳＡ２、…、ＳＡ８は、入力した送信信号ＳＳに従ってマイクロ波のインパルス信号ＭＷを送信する。インパルス信号ＭＷは、被検者の体内の異常組織ＣＡで反射し、反射信号ＲＷとなる。

アンテナアレイ１４は、複数の受信アンテナＲＡ１、ＲＡ２、…、ＲＡ８を備える。複数の受信アンテナＲＡ１、ＲＡ２、…、ＲＡ８は、マイクロ波を受信する。

第２の配線部としての配線部１５は、ＣＭＯＳスイッチ１６の８つの入力端Ｔ１〜Ｔ８のいずれかと、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８のいずれかとを、同じ長さの配線で結ぶ８つの伝送線路を備えている。

第２のＣＭＯＳスイッチとしてのＣＭＯＳスイッチ１６は、単極８投のスイッチである。ＣＭＯＳスイッチ１６も図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図４に示す構成と同様の構成を有する。ＣＭＯＳスイッチ１２の出力端Ｔ１〜Ｔ８であったものが、ＣＭＯＳスイッチ１６では、入力端Ｔ１〜Ｔ８となる。ＣＭＯＳスイッチ１６は、８つの入力端Ｔ１〜Ｔ８を有し、複数の受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８で受信した信号を入力する。ＣＭＯＳスイッチ１６では、１つの出力端が受信部１７と接続されている。ＣＭＯＳスイッチ１６は、制御信号ＣＳ２に従って受信した信号を、受信信号ＲＳとして受信部１７に送信する複数の受信アンテナＲＡ１、ＲＡ２、…、ＲＡ８のいずれかに切り替える。ＣＭＯＳスイッチ１６では、制御信号ＣＳ２によって選択された入力端Ｔ１〜Ｔ８から入力された受信信号が、Ｒｘ Ｐｏｒｔに伝えられる。

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

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

図１に示すように、制御信号ＣＳ１により、送信アンテナＳＡ２が選択された場合には、ＣＭＯＳスイッチ１２は、送信信号ＳＳを送信アンテナＳＡ２に出力するように切り変わる。制御信号ＣＳ２により、受信アンテナＲＡ２が選択された場合には、ＣＭＯＳスイッチ１６は、受信アンテナＲＡ２で受信された受信信号ＲＳを受信部１７に出力するように切り変わる。この場合、送信アンテナＳＡ２、受信アンテナＲＡ２の組み合わせでマイクロ波のインパルス信号ＭＷの送受信が行われる。

信号処理部としての制御部１０、送信部１１、受信部１７は、制御信号ＣＳ１、ＣＳ２によりＣＭＯＳスイッチ１２、１６を制御して、送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８及び受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８の組み合わせを切り替えながら、送信信号ＳＳをＣＭＯＳスイッチ１２に出力し、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８から出力された受信信号ＲＳを、ＣＭＯＳスイッチ１６を介して入力し、入力した電気信号に対する信号処理を行う。

図５には、図１のＣＭＯＳスイッチ１２、配線部１３、アンテナアレイ１４、配線部１５、ＣＭＯＳスイッチ１６の具体的な構成が模式的に示されている。図５に示すように、配線部１３は、ＣＭＯＳスイッチ１２が実装された基板１８Ａを有する。配線部１５は、ＣＭＯＳスイッチ１６が実装された基板１８Ｂを有する。基板１８Ａの大きさは、３４ｍｍ×４４ｍｍである。

図６に示すように、基板１８Ａ上には、送信部１１から同軸ケーブルＡＸ２０を介して送信信号ＳＳを受信する接続ポートＳＭＰ９が設けられている。接続ポートＳＭＰ９とＣＭＯＳスイッチ１２との間には、図７、図８に示すように、送信信号ＳＳを送信するためのマイクロストリップラインＭＳ０が設けられている。

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

図８に示すように、マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８は同じ長さであり、幅も同じである。ＣＭＯＳスイッチ１２の各パッドの間隔は２００μｍであるため、マイクロストリップラインの幅も２００μｍより小さくなる。ライン間の最小ギャップは７５μｍであるため、マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８のライン幅は１２５μｍとなっている。ＣＭＯＳスイッチ１２の複数の出力端Ｔ１〜Ｔ８でのインピーダンスは、同じＺ２となっている。各接続ポートＳＭＰ１〜ＳＭＰ８のインピーダンスは、Ｚ１である。マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８のインピーダンスは、Ｚ１とＺ２との間のＺ４となるような中間インピーダンスが挿入されている。

より具体的には、図９（Ａ）に示すように、複数のマイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８のそれぞれには、マイクロ波の中心波長をλとしたときにλ／４の長さを有し、各接続ポートＳＭＰ１〜ＳＭＰ８のインピーダンスをＺ１とし、ＣＭＯＳスイッチ１２、１６の出力端Ｔ１〜Ｔ８のインピーダンスをＺ２としたときに、√（Ｚ１×Ｚ２）＝Ｚ４の中間インピーダンスを有する伝送線路が挿入されている。これにより、各マイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８の反射係数を低減することができる。例えば、図９（Ａ）に示すように、Ｚ１＝５０Ω、Ｚ２＝６４Ωの場合には、中間インピーダンスＺ４は、５６．５Ωとなる。

また、図９（Ｂ）に示すように、マイクロストリップラインＭＳ０にも、マイクロ波の中心波長をλとしたときにλ／４の長さを有する中間インピーダンスが挿入されている。接続ポートＳＭＰ９のインピーダンスをＺ１とし、ＣＭＯＳスイッチ１２の入力端のインピーダンスをＺ３としたときに、√（Ｚ１×Ｚ３）＝Ｚ５の中間インピーダンスを有する伝送線路が挿入されている。例えば、図９（Ｂ）に示すように、Ｚ１＝５０Ω、Ｚ３＝４４Ωの場合には、中間インピーダンスＺ５は、４７Ωとなる。

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

また、図５に示すように、基板１８Ａの複数の接続ポートＳＭＰ１〜ＳＭＰ８と、アンテナアレイ１４における複数の送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８との間は、それぞれ同軸ケーブルＡＸ１〜ＡＸ８で接続されている。同軸ケーブルＡＸ１〜ＡＸ８の長さはそれぞれ同じである。これは、アンテナアレイ１４の各受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８と基板１８Ｂとを結ぶ同軸ケーブルＡＸ１〜ＡＸ８についても同様である。なお、同軸ケーブルＡＸ１〜ＡＸ８の長さは同一であることが望ましいが、それらの長さを完全に同一にするのが困難な場合もある。この場合には、同軸ケーブルＡＸ１〜ＡＸ８の長さの差は、生体組織中の電波の伝播速度、異常組織の位置検出精度等を考慮して、許容される範囲内とするのが望ましい。好ましくは、長さの差は、全体の長さに対して１０％以下とするのがよい。

図１０（Ａ）にはアンテナアレイ１４の表面が示され、図１０（Ｂ）にはアンテナアレイ１４の裏面が示されている。アンテナアレイ１４では、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すように、複数のアンテナが４×４のマトリクス状に配列されている。アンテナアレイ１４の大きさは、例えば、５５．４ｍｍ×４７ｍｍであり、厚みは、０．６３５ｍｍである。各アンテナは、１１ｍｍ×１３．１ｍｍである。また、アンテナ間のギャップは、１ｍｍに設定されている。アンテナアレイ１４では、送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ４がＸ軸方向に並んで配置され、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ４がＸ軸方向に並んで配置され、送信アンテナＳＡ５〜ＳＡ８がＸ軸方向に並んで配置され、受信アンテナＲＡ５〜ＲＡ８がＸ軸方向に並んで配置されている。受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ４、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ４、送信アンテナＳＡ５〜ＳＡ８、受信アンテナＲＡ５〜ＲＡ８は、Ｙ軸方向にこの順で並んでいる。

図１１（Ａ）に示すように、送信アンテナＳＡ１には、裏側導体線５０と、表面導体５１とが設けられている。裏側導体線５０と、表面導体５１とは、絶縁層を介して向かいあっている。フォーク型の裏側導体線５０は、同軸ケーブルＡＸ１の内部導体４０と接続されている。表面導体５１は、同軸ケーブルＡＸ１の外部導体４１と接続されている。送信アンテナＳＡ２〜ＳＡ８、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８についても、同様な構成を有している。複数の送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ４、ＳＡ５〜ＳＡ８及び複数の受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ４、ＲＡ５〜ＲＡ８は、裏側導体線５０で電流の流れる方向が同じとなるように１次元配列されている。複数の送信アンテナの配列（ＳＡ１〜ＳＡ４、ＳＡ５〜ＳＡ８）と、複数の受信アンテナの配列（ＲＡ１〜ＲＡ４、ＲＡ５〜ＲＡ８）とは、裏側導体線５０で電流が流れる方向（Ｙ軸方向）に交互に配列されている。

図１１（Ａ）に示すように、同軸ケーブルＡＸ１の内部導体４０から送信されるインパルス信号により、裏側導体線５０に＋Ｙ方向、−Ｙ方向の電流が流れる。一方、誘電体を挟んで表面導体５１には、容量結合により、裏側導体線５０に流れる電流に対応した電流Ｉが流れる。表面導体５１には矩形のスロットが切ってあり、電流はスロットの周辺を流れる。言い換えると、裏側導体線５０の電流の向きに対応して表面導体５１のスロットの周辺電極に容量結合で時計回り、反時計回りに電流が生じる。この電流により、スロットの中を貫通するようにスロットの長さに比例する波長の磁界が発生する。磁界Ｂは、スロットを垂直に通過し、振幅はスロットの長手方向に平行に振動する。電界Ｅは磁界Ｂに直交して発生するため、電界Ｅが矩形スロットの短手方向に平行に振動する。したがって、電磁波はアンテナ面に垂直に、すなわちスロットのある表面導体５１の法線方向に放射される。そのとき、電磁波は球状に（等方的に）放射されるのではなく、Ｘ方向の角度依存性（９０度が最大強度を有する指向性）を有し、Ｙ方向に等方的なドーナツ状の立体を持つ電磁波が広がっていく。すなわち、送信アンテナＳＡ１は、矩形スロットのＸ方向を磁気ダイポールとするアンテナである。アンテナアレイ１４では、図１１（Ｂ）に示すように、スロットのある表面導体５１の法線方向に指向性を持ち、図１１（Ｃ）に示すように、Ｙ方向に等方性の電磁界が放射される。従って、送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ４、ＳＡ５〜ＳＡ８と、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ４、ＲＡ５〜ＲＡ８とを等方性のあるＹ軸方向に配列し、角度依存性を抑制している。

アンテナアレイ１４では、送信アンテナＳＡｍ（ｍ＝１〜８）と受信アンテナＲＡｎ（ｎ＝１〜８）との相対距離が同じとなる送信アンテナと受信アンテナとの組み合わせ（ＳＡｍ、ＲＡｎ）でのマイクロ波のインパルス信号の受信環境が同じになるように形成されている。

図１２に示すように、送信アンテナＳＡ１からマイクロ波のインパルス信号を放射する。放射されたマイクロ波の一部は、生体内に伝播する。一般に、癌組織等の異常組織ＣＡは、通常の生体組織に比して、５〜１０倍程度の高い誘電率を有することが知られている。したがって、異常組織ＣＡが存在する場合には、誘電率の異なる領域の界面、即ち、異常組織ＣＡの表面で、マイクロ波が反射され、受信アンテナＲＡ２〜ＲＡ４で受信される。

ここで、マイクロ波のインパルス信号を放射してから受信アンテナＲＡ２が反射波を受信するまでの時間をＴ_１２［ｓ］とすると、Ｔ_１２・ｃ（ｃ：生体中の光の速度）が、マイクロ波のインパルス信号の行程距離となる。

従って、異常組織ＣＡは、送信アンテナＳＡ１と受信アンテナＲＡ２を焦点とし、アンテナＳＡ１とＲＡ２からの距離の和がＴ_１２・ｃとなる楕円Ｅ_１２上に位置することになる。

アンテナＲＡ３_、ＲＡ４が受信したマイクロ波についても同様の処理を行い、複数の楕円Ｅ_１２〜Ｅ_１４（Ｅ₁₄については不図示）の交点を求めることにより、異常組織ＣＡの位置を求めることができる。

さらに、インパルス信号を送信するアンテナを送信アンテナＳＡ２に切り換えて、送信アンテナＳＡ２からマイクロ波を放射し、これを受信アンテナＲＡ２〜ＲＡ４で受信して、同様の処理を行う。以後、送信アンテナを順次切り換えながら、マイクロ波を放射し、受信アンテナで反射波を受信し、同様の処理を行うことにより、異常組織ＣＡの位置をより正確に特定することが可能となる。

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

図１３（Ａ）には、従来の異常組織検出装置における異なる送信アンテナから送信されるインパルス信号の時間変化を示すグラフである。図１３（Ａ）に示すように、従来は、異なる送信アンテナへ信号を送信する伝送線路の長さがまちまちであるため、送信される信号には大きな時間差が生じている。

これに対して、図１３（Ｂ）には、本実施の形態に係る異常組織検出装置１の送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８から送信されるインパルス信号の時間変化を示すグラフである。図１３（Ｂ）に示すように、配線部１３で送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８に信号を送信する伝送線路の長さが同じであるため、各信号の時間差がほとんどなくなっている。

上述のように、異常組織検出装置１では、送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８と受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８との間で送受信されるインパルス信号の伝搬時間に基づいて、異常組織ＣＡを検出する。そのため、本実施の形態のように、回路上のインパルス信号の遅れを解消することにより、異常組織ＣＡの位置を精度良く検出することができる。

次に、本実施の形態１に係る異常組織検出装置１の動作について説明する。図１４には、異常組織検出装置１の動作のフローチャートが示されている。

図１４に示すように、制御部１０は、すべてのアンテナの組み合わせでマイクロ波を送受信し、受信信号を取得する（ステップＳ１）。続いて、制御部１０は、受信信号から基準信号を差分して差分信号を求める（ステップＳ２）。基準信号は、異常組織ＣＡがないときに、各アンテナで受信される受信信号と同等の信号を用いることができる。続いて、制御部１０は、差分信号に基づいて、異常組織ＣＡを検出する（ステップＳ３）。

図１５（Ａ）には、送信アンテナＳＡ４、受信アンテナＲＡ４の組み合わせ、送信アンテナＳＡ８、受信アンテナＲＡ４の組み合わせ、送信アンテナＳＡ５、受信アンテナＲＡ５の組み合わせにおいて、異常組織ＣＡがあったときの受信信号がそれぞれ示されている。図１５（Ｂ）には、これらの組み合わせで異常組織ＣＡがなかったときの受信信号がそれぞれ示されている。基準信号は、図１５（Ｂ）に示される信号となる。図１５（Ｃ）には、これらの組み合わせでの差分信号がそれぞれ示されている。異常組織ＣＡの存在により、破線で囲まれた時間帯において、異常組織ＣＡがあったときとなかったときとの間で、信号に変化があらわれており、この変化を示す差分信号に基づいて、異常組織ＣＡが検出される。

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

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

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

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

相対距離が同じ送受信用のアンテナの組み合わせとして、（ＳＡ１、ＲＡ１）、（ＳＡ５、ＲＡ１）、（ＳＡ５、ＲＡ５）などと相対距離が同じアンテナの組み合わせでは、異常組織ＣＡがなければ、受信信号のパターンは同じになる。

また、生体には、受信信号を変化させる異常組織ＣＡが含まれている場合がある。異常組織ＣＡがあると、各受信アンテナＲＡｎで受信される受信信号の信号パターンは変化する。各受信アンテナＲＡｎで受信される受信信号が、異常組織ＣＡによってどのように変化するかは、受信アンテナＲＡｎと異常組織ＣＡとの位置関係によって決まる。例えば、送信アンテナＳＡ１を送信用とし、受信アンテナＲＡ１を受信用とした場合の受信信号における異常組織ＣＡの成分の出現位置と、送信アンテナＳＡ６を送信用とし受信アンテナＲＡ６を受信用とした場合の受信信号における異常組織ＣＡの成分の出現位置とは、それぞれ異なっている。

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

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

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

図１９（Ａ）には、本実施の形態に係る異常組織検出装置１で検出された生体の３次元画像が示され、図１９（Ｂ）には、従来の異常組織検出装置で検出された生体の３次元画像が示されている。図１９（Ａ）に示すように、本実施の形態に係る異常組織検出装置では、異常組織ＣＡが検出されたのに対し、図１９（Ｂ）に示すように、従来の異常組織検出装置では、異常組織ＣＡが検出されなかった。

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

以上詳細に説明したように、上記各実施の形態によれば、ＣＭＯＳスイッチ１２の複数の出力端と複数の送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８との間の配線と、複数の受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８とＣＭＯＳスイッチ１６の複数の入力端との間の配線とを分けることで、配線を単純化することができるので、その間の信号の遅れやノイズ成分の混入状態を揃え易くすることができる。このため、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上し、検出精度を向上することができる。

具体的には、ＣＭＯＳスイッチ１２の複数の出力端と複数の送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８との間の配線の長さを同一にし、複数の受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８とＣＭＯＳスイッチ１６の複数の入力端Ｔ１〜Ｔ８との間の配線の長さを同一とするので、その間の信号の遅れやノイズ成分の混入状態を均一にすることができる。このため、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上し、検出精度を向上することができる。

また、上記各実施の形態によれば、ＣＭＯＳスイッチ１２、１６が実装された基板では、ＣＭＯＳスイッチ１２、１６を中心に放射状に接続ポートＳＭＰ１〜ＳＭＰ８が配置されている。このようにすれば、その間のマイクロストリップラインＭＳ１〜ＭＳ８の長さを同じとすることができるので、その間の信号の遅れやノイズ成分の混入状態を均一にすることができる。このため、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上し、検出精度を向上することができる。

また、同軸ケーブルＡＸ１〜ＡＸ８、ＡＸ９〜ＡＸ１６の長さも同じとするので、その間の信号の遅れやノイズ成分の混入状態を均一にすることができる。このため、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上し、検出精度を向上することができる。

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

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

また、上記各実施の形態によれば、電波の飛ぶ方向に送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ４、ＳＡ５〜ＳＡ８と受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ４、ＲＡ５〜ＲＡ８とが配置されている。このようにすれば、電波の受信効率を向上することができる。

また、上記各実施の形態によれば、位置関係が同じ送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８及び受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８の組み合わせで送受信された受信信号の平均を、基準信号として異常組織ＣＡを検出する。上記各実施の形態では、送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８とＣＭＯＳスイッチ１２、１６の間の配線の長さが同じであり、受信信号が良く一致しているので、受信信号のばらつきを抑え、基準信号を精度良く求めることができる。

なお、送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８、受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８とＣＭＯＳスイッチ１２、１６の間の配線の長さを同じとしたが、多少長さが違っていても、位置関係が同じ送信アンテナＳＡ１〜ＳＡ８及び受信アンテナＲＡ１〜ＲＡ８の組み合わせで送受信された受信信号に対してキャリブレーションを行って配線の長さの違いによる受信信号の差を調整してもよい。

上記各実施の形態では、ＣＭＯＳスイッチ１２として、単極８投（１Ｐ８Ｔ）スイッチを採用しており、さらに図４に示すように、ＣＭＯＳスイッチ１２では、８つの基本回路３０をそれぞれ４つずつの２つのグループにグループ分けし、そのグループの一方を選択する１Ｐ２Ｔスイッチ３１で接続している。ＣＭＯＳスイッチ１２をこのような構成とすれば、１Ｐ２Ｔスイッチ３１を用いず、グループ分けしていない場合に比べ、挿入損失を改善し、入力と出力とがマッチングする周波数帯域を改善することができる。例えば、図４に示すように、１Ｐ２Ｔスイッチ３１において、Ｍ’１トランジスタがオンし、Ｍ’２トランジスタがオフすると、送信ポートＡのグループ１のもれ電流が、送信ポートＢに接続するグループ２のもれ電流よりも大きくなるためである。図２０には、１Ｐ２Ｔスイッチ３１を用いて送信ポートを２つのグループに分けた場合と、グループ分けしない場合とについての挿入損失、反射損失の違いが示されている。図２０では、２つのグループに分けた場合の透過係数Ｓ₂₁が、Ｓ２１＿２＿Ｇｒｏｕｐとして示され、１グループとした場合の透過係数Ｓ₂₁が、Ｓ２１＿１＿Ｇｒｏｕｐとして示されている。また、２つのグループに分けた場合の反射係数Ｓ₁₁、Ｓ₂₂が、Ｓ１１＿２＿Ｇｒｏｕｐ、Ｓ２２＿２＿Ｇｒｏｕｐとして示され、１つのグループとした場合の反射係数Ｓ₁₁、Ｓ₂₂が、Ｓ１１＿１＿Ｇｒｏｕｐ、Ｓ２２＿１＿Ｇｒｏｕｐとして示されている。図２０に示すように、挿入損失は、Ｔｘ ｐｏｒｔから出力ポートまで、１５ＧＨｚで０．７ｄＢ減少した。また、反射係数Ｓ₁₁、Ｓ₂₂が−１０ｄＢ以下となる周波数帯域を、それぞれ９ＧＨｚ、９．５ＧＨｚ広げることができた。すなわち、入出力がマッチングする周波数帯域を約９ＧＨｚだけ増加することができた。

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

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

制御部１０の処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等）に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行するコンピュータ２を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することで制御部１０を構成してもよい。

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

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

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

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

１ 異常組織検出装置
１０ 制御部
１１ 送信部
１２ ＣＭＯＳスイッチ
１３ 配線部
１４ アンテナアレイ
１５ 配線部
１６ ＣＭＯＳスイッチ
１７ 受信部
１８Ａ、１８Ｂ 基板
２１、２２ 半導体スイッチング素子
２３ インダクタ
２５ インバータ
３０ 基本回路
３１ １Ｐ２Ｔスイッチ
３３ デマルチプレクサ
４０ 内部導体
４１ 外部導体
５０ 裏側導体線
５１ 表面導体
ＡＸ１〜８、ＡＸ２０ 同軸ケーブル
ＣＡ 異常組織
ＣＳ１、ＣＳ２ 制御信号
ＣＴｎ 制御信号
Ｌ インダクタ
ＭＳ０〜ＭＳ８ マイクロストリップライン
ＭＷ インパルス信号
ＲＡ１、ＲＡ２、…、ＲＡ８ 受信アンテナ
ＲＳ 受信信号
ＲＷ 反射信号
ＳＡ１、ＳＡ２、…、ＳＡ８ 送信アンテナ
ＳＭＰ０〜ＳＭＰ９ 接続ポート
ＳＳ 送信信号
Ｔｎ 出力端、入力端

Claims (10)

1. マイクロ波のインパルス信号を送信する複数の送信アンテナと、
   前記マイクロ波を受信する複数の受信アンテナと、
   入力端から入力した前記マイクロ波に対応する電気信号を前記複数の送信アンテナのいずれかに出力するために複数の出力端それぞれが前記複数の送信アンテナと接続された単極多投の第１のＣＭＯＳスイッチと、
   前記受信アンテナで受信した前記マイクロ波に対応する電気信号を出力するために複数の入力端それぞれが前記複数の受信アンテナと接続された単極多投の第２のＣＭＯＳスイッチと、
   前記第１のＣＭＯＳスイッチの複数の出力端それぞれと、前記複数の送信アンテナのそれぞれとを配線で結ぶ第１の配線部と、
   前記第２のＣＭＯＳスイッチの複数の入力端それぞれと、前記複数の受信アンテナのそれぞれとを配線で結ぶ第２の配線部と、
   前記第１のＣＭＯＳスイッチ及び前記第２のＣＭＯＳスイッチを制御して、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの組み合わせを切り替えながら、前記電気信号を前記第１のＣＭＯＳスイッチに出力し、前記受信アンテナから出力された電気信号を前記第２のＣＭＯＳスイッチを介して入力し、入力した電気信号に対する信号処理を行う信号処理部と、
   を備える異常組織検出装置。
2. 前記第１の配線部は、
   前記第１のＣＭＯＳスイッチの複数の出力端それぞれと、前記複数の送信アンテナのそれぞれとを同じ長さの配線で結び、
   前記第２の配線部は、
   前記第２のＣＭＯＳスイッチの複数の入力端それぞれと、前記複数の受信アンテナのそれぞれとを同じ長さの配線で結ぶ、
   請求項１に記載の異常組織検出装置。
3. 前記第１の配線部は、
   前記第１のＣＭＯＳスイッチが実装された基板を有し、
   前記第２の配線部は、
   前記第２のＣＭＯＳスイッチが実装された基板を有し、
   前記各基板上には、前記第１のＣＭＯＳスイッチ又は前記第２のＣＭＯＳスイッチを中心に放射状に実装された同軸ケーブルの複数の接続ポートと、
   前記第１のＣＭＯＳスイッチ又は前記第２のＣＭＯＳスイッチの複数の出力端のいずれかと、前記複数の接続ポートのいずれかとを接続するために放射状に延びる長さが同じ複数のマイクロストリップラインと、
   が実装されている、
   請求項２に記載の異常組織検出装置。
4. 前記複数の接続ポートのいずれかと、前記複数の送信アンテナ又は前記複数の受信アンテナのいずれか１つのアンテナとを結ぶ複数の同軸ケーブルの長さが同じである、
   請求項３に記載の異常組織検出装置。
5. 前記第１のＣＭＯＳスイッチ及び前記第２のＣＭＯＳスイッチは、
   単極８投のＣＭＯＳスイッチである、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の異常組織検出装置。
6. 前記単極８投のＣＭＯＳスイッチは、
   前記送信アンテナ又は前記受信アンテナである８つのアンテナと接続され、
   前記８つのアンテナのうちのいずれか１つのアンテナを選択するために各アンテナに接続され、それぞれ４ずつのアンテナから成る２つのグループにグループ分けされた８つの選択回路と、
   前記選択回路のグループの一方を選択する単極双投のＣＭＯＳスイッチと、
   を備える、
   請求項５に記載の異常組織検出装置。
7. 前記複数のマイクロストリップラインのそれぞれには、
   前記マイクロ波の中心波長をλとしたときにλ／４の長さを有し、前記各接続ポートのインピーダンスをＺ１とし、前記第１、第２のＣＭＯＳスイッチの出力端のインピーダンスをＺ２としたときに、√（Ｚ１×Ｚ２）の中間インピーダンスを有する伝送線路が挿入されている、
   請求項３に記載の異常組織検出装置。
8. 前記各送信アンテナ及び前記各受信アンテナは、
   前記各同軸ケーブルの内部導体と接続された裏側導体線と、前記裏側導体線と絶縁層を介して配置された前記各同軸ケーブルの外部導体と接続された表面導体と、を有し、
   前記複数の送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナのそれぞれが、前記裏側導体線で電流の流れる方向が同じとなるように１次元配列され、
   前記複数の送信アンテナの配列と、前記複数の受信アンテナの配列とが、前記裏側導体線で電流が流れる方向に交互に配列されている、
   請求項４に記載の異常組織検出装置。
9. 前記信号処理部は、
   位置関係が同じ複数の異なる前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの組み合わせで前記マイクロ波の送受信を行い、
   前記送受信の結果得られた受信信号を平均化した信号を基準信号とし、
   前記受信信号と前記基準信号との差分に基づいて、異常組織を検出する、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の異常組織検出装置。
10. 単極多投の第１のＣＭＯＳスイッチと複数の送信アンテナとをそれぞれ結ぶ複数の第１の配線の長さを同じとし、
    単極多投の第２のＣＭＯＳスイッチと複数の受信アンテナとをそれぞれ結ぶ複数の第１の配線の長さを同じとし、
    前記第１のＣＭＯＳスイッチ及び前記第２のＣＭＯＳスイッチを制御して、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの組み合わせを切り替えながら、電気信号を前記第１のＣＭＯＳスイッチに出力し、前記受信アンテナから出力された電気信号を前記第２のＣＭＯＳスイッチを介して入力し、入力した電気信号に対する信号処理を行う、
    信号送受信方法。

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