JP2017113222A - 異常組織検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送受信される電気信号、無線信号に含まれるノイズ成分を低減して異常組織の検出精度を向上する。【解決手段】送信部１１は、差動送信信号を出力する差動出力端を有する。受信部は差動受信信号を入力する差動入力端を有する。４個のＣＭＯＳスイッチは、４×４個のダイポールアンテナのうち、それぞれが異なる４個のダイポールアンテナに接続され、差動出力端から出力された差動送信信号を、１つのダイポールアンテナに出力するか、１つのダイポールアンテナから入力した差動受信信号を、差動入力端に出力するか、オフとなる双極ｎ投のスイッチである。制御部１４は、４個のＣＭＯＳスイッチを制御して、差動送信信号を送信するダイポールアンテナ及び差動受信信号を受信するダイポールアンテナの組み合わせを切り替えながら、送信部に差動送信信号を出力させ、差動受信信号を受信部に入力させる。【選択図】図１

Description

本発明は、異常組織検出装置に関する。

Ｘ線装置やＭＲＩ装置を用いずに、簡易な構成で異常組織を検出する異常組織検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。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。

アンテナアレイの一のアンテナから生体にインパルス状のマイクロ波の無線信号が放射され、アンテナアレイの他のアンテナで、生体の一部で反射した無線信号が受信される。アンテナの組み合わせを変えながら無線信号の送受信が行われ、各組み合わせで得られた複数の無線信号の送受信時間に基づいて、生体内の異常組織の位置が検出される。

最近では、送受信アンテナの組み合わせのスイッチングをＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）スイッチで行うようにして、異常組織検出装置の小型化が試みられている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−６９１５８号公報 特開２０１４−０３６４１１号公報

しかしながら、送受信される電気信号、無線信号には、様々なノイズ成分が混入する。このようなノイズ成分は、異常組織の検出精度の低下の要因となる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、送受信される電気信号、無線信号に含まれるノイズ成分を低減して異常組織の検出精度を向上することができる異常組織検出装置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、
インパルス状のマイクロ波の差動信号に対応する無線信号を送受信するｍ×ｎ（ｍ、ｎは自然数）個のダイポールアンテナと、
前記ｍ×ｎ個のダイポールアンテナのうちのいずれか１つのダイポールアンテナから送信される前記無線信号に対応する差動送信信号を出力する差動出力端を有する送信部と、
前記ｍ×ｎ個のダイポールアンテナのうちのいずれか１つのダイポールアンテナで受信された無線信号に対応する差動受信信号を入力する差動入力端を有する受信部と、
前記ｍ×ｎ個のダイポールアンテナのうち、それぞれが異なるｎ個のダイポールアンテナに接続され、前記差動出力端から出力された前記差動送信信号を、ｎ個のダイポールアンテナのいずれか１つのダイポールアンテナに出力するか、ｎ個のダイポールアンテナのいずれか１つのダイポールアンテナから入力した前記差動受信信号を、前記差動入力端に入力するか、前記差動出力端及び前記差動入力端と、ｎ個のダイポールアンテナとを切断する双極ｎ投のｍ個のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）スイッチと、
前記ｍ個のＣＭＯＳスイッチを制御して、前記差動送信信号を送信するダイポールアンテナ及び前記差動受信信号を受信するダイポールアンテナの組み合わせを切り替えながら、前記送信部に前記差動送信信号を出力させ、前記差動受信信号を前記受信部に入力させる制御部と、
を備える。

前記差動送信信号及び前記差動受信信号は、正の極性を有する第１の信号と、負の極性を有し、前記第１の信号と逆相の第２の信号とで構成されている、
こととしてもよい。

前記ダイポールアンテナの数は、４×４個であり、
前記ＣＭＯＳスイッチは、双極４投のＣＭＯＳスイッチである、
こととしてもよい。

本発明によれば、送受信されるインパルス状の電気信号、無線信号を差動信号としているので、正極側の信号にも、負極側の信号にも同等のノイズ成分が含まれるようになり、それらの信号を加算等すれば、それらのノイズ成分を相殺することができる。この結果、送受信される電気信号、無線信号に含まれるノイズ成分を低減して異常組織の検出精度を向上することができる。

本発明の一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。 アンテナアレイの構成を示す上面図である。 異常組織の検出原理を示す模式図である。 図４（Ａ）は、送信部から送信される差動送信信号（正極信号、負極信号）の信号波形の一例を示す図である。図４（Ｂ）は、受信部で受信される差動受信信号（正極信号、負極信号）の信号波形の一例を示す図である。 ＤＰ４Ｔ（双極４投）スイッチの構成を示すブロック図である。 図６（Ａ）は、１Ｐ２Ｔ（単極双投）スイッチの入出力を示すブロック図である。図６（Ｂ）は、１Ｐ２Ｔ（単極双投）スイッチの内部構成を示すブロック図である。 １Ｐ１Ｔ（単極単投）スイッチの構成を示す回路図である。 ＤＰ４Ｔ（双極４投）スイッチのダイフォトグラフを示す図である。 制御部の信号処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る異常組織検出装置においてノイズ成分が低減される様子を示す図である。 図１１（Ａ）は、ＣＭＯＳスイッチにおける挿入損失を示すグラフである。図１１（Ｂ）は、ＣＭＯＳスイッチにおける入力端子側の反射係数を示すグラフである。 シングルエンドのＣＭＯＳスイッチと、差動のＣＭＯＳスイッチとの挿入損失の比較結果を示すグラフである。 差動の双極４投スイッチと他のスイッチとの挿入損失の比較結果をまとめた表である。

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。本実施の形態に係る異常組織検出装置は、インパルス状のマイクロ波の無線信号の送受信を行い、その送受信結果に基づいて、異常組織、すなわち乳癌を検出する。この異常組織検出装置は、送受信される無線信号として、互いの極性が逆の２つの信号から構成される差動信号を用いることにより、送受信結果に含まれるノイズ成分を低減し、異常組織の検出精度を高めている。まず、差動信号を用いてノイズ成分を低減するための装置構成について説明する。

図１に示すように、異常組織検出装置１は、４×４個のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）（ｍ＝１〜４，ｎ＝１〜４）と、送信部１１と、受信部１２と、４つのＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）スイッチ（ＤＰ４Ｔスイッチ）１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄと、制御部１４と、を備える。

ダイポールアンテナＡ（１，１）〜Ａ（４，４）は、実際には、図２に示すように、４×４行のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）の配列、すなわちアンテナアレイ１０の形態で構成されている。アンテナアレイ１０では、ダイポールアンテナＡ（１，１）、Ａ（１，２）、Ａ（１，３）、Ａ（１，４）が１行に並べられ、ダイポールアンテナＡ（２，１）、Ａ（２，２）、Ａ（２，３）、Ａ（２，４）が１行に並べられている。さらに、ダイポールアンテナＡ（３，１）、Ａ（３，２）、Ａ（３，３）、Ａ（３，４）が１行に並べられ、ダイポールアンテナＡ（４，１）、Ａ（４，２）、Ａ（４，３）、Ａ（４，４）が１行に並べられている。各行のダイポールアンテナＡ（１，１）〜Ａ（１，４）、Ａ（２，１）〜Ａ（２，４）、Ａ（３，１）〜Ａ（３，４）、Ａ（４，１）〜Ａ（４，４）は、列方向に並べられ、アンテナアレイ１０が構成される。

アンテナアレイ１０を構成するダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）（ｍ＝１〜４、ｎ＝１〜４）では、それらの中から選択された２つのダイポールアンテナを用いて、インパルス状のマイクロ波の差動信号に対応する無線信号が送受信される。ダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）には、差動信号（正極側、負極側の一対の信号）をそれぞれ入力する扇形の一対の極が設けられている。

例えば、図３に示すように、ダイポールアンテナＡ（１，１）からインパルス状のマイクロ波の無線信号（電磁波）を放射する。放射された無線信号の一部は、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、マイクロ波の無線信号が反射され、例えば他のダイポールアンテナＡ（２，２）で受信される。

ダイポールアンテナＡ（１，１）がインパルス状のマイクロ波の無線信号を放射してからダイポールアンテナＡ（２，２）がその反射波を受信するまでの時間（送受信時間）がＴ_１２［ｓ］であったとすると、Ｔ_１２・ｃ（ｃ：生体中の光の速度）が、インパルス状のマイクロ波の無線信号の行程距離となる。この場合、異常組織ＣＡは、ダイポールアンテナＡ（１，１）とダイポールアンテナＡ（２，２）を焦点とし、ダイポールアンテナＡ（１，１）とダイポールアンテナＡ（２，２）からの距離の和がＴ_１２・ｃとなる楕円Ｅ_１２上に位置することになる。

この他、アンテナＡ（３，３）、Ａ（４，４）でもマイクロ波の無線信号を受信していた場合、その送受信時間がＴ_１３［ｓ］、Ｔ_１４［ｓ］であったとする。この場合、異常組織ＣＡは、ダイポールアンテナＡ（１，１）とダイポールアンテナＡ（３，３）を焦点とし、ダイポールアンテナＡ（１，１）とダイポールアンテナＡ（３，３）からの距離の和がＴ_１３・ｃとなる楕円Ｅ_１３上に位置することになる。

同様に、異常組織ＣＡは、ダイポールアンテナＡ（１，１）とダイポールアンテナＡ（４，４）を焦点とし、ダイポールアンテナＡ（１，１）とダイポールアンテナＡ（４，４）からの距離の和がＴ_１４・ｃとなる楕円Ｅ_１４上に位置することになる。したがって、複数の楕円Ｅ_１２〜Ｅ_１４（Ｅ_１４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の位置を検出することができる。

さらに、インパルス状のマイクロ波の無線信号を送信するダイポールアンテナを、アンテナＡ（１，２）に切り換えて、アンテナＡ（１，２）からマイクロ波の無線信号を放射し、これを他のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）で受信する。以後、送信用のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）を順次切り換えながら、マイクロ波の無線信号を放射し、受信用のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）で反射波を受信し、その送受信時間から、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。

このように、４×４個のダイポールアンテナＡ（１，１）〜Ａ（４，４）は、インパルス状のマイクロ波の差動信号に対応する無線信号を送受信する。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１に戻り、送信部１１は、差動信号を出力する２つの差動出力端を有している。送信部１１は、２つの差動出力端より、それぞれインパルス状のマイクロ波の差動送信信号Ｔｘｐ、Ｔｘｎを出力する。２つの差動出力端は、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄの２つの差動送信ポート、すなわち双極側の一方の２端子と接続されている。

２つの差動出力端は、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄを介してダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）（ｍ＝１〜４、ｎ＝１〜４）と接続されている。この差動送信信号Ｔｘｐ、Ｔｘｎが、ダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）から送信されるインパルス状のマイクロ波の無線信号に対応する。図４（Ａ）に示すように、差動送信信号Ｔｘｐ（実線）、Ｔｘｎ（点線）は、互いに逆向きに変化する、逆極性の信号である。

受信部１２は、差動信号を入力する２つの差動入力端を有している。受信部１２は、２つの差動入力端より、それぞれインパルス状のマイクロ波の差動受信信号Ｒｘｐ、Ｒｘｎを入力する。２つの差動入力端は、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄの２つの差動受信ポート、すなわち双極側の他方の２端子と接続されている。

２つの差動入力端は、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄを介してダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）（ｍ＝１〜４，ｎ＝１〜４）と接続されている。この差動受信信号Ｒｘｐ、Ｒｘｎが、ダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）で受信されるインパルス状のマイクロ波の無線信号に対応する。図４（Ｂ）に示すように、差動受信信号Ｒｘｐ（実線）、Ｒｘｎ（点線）は、互いに逆向きに変化する、逆極性の信号である。

ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄは、双極４投の半導体スイッチ回路である。ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄは、双極の一方側で、送信部１１の２つの差動出力端と接続され、双極の他方側で、受信部１２の２つの差動入力端と接続されている。

また、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄは、４×４個のダイポールアンテナのうち、４投側で、それぞれが異なる４個のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）に接続されている。ＣＭＯＳスイッチ１３Ａは、ダイポールアンテナＡ（１，ｎ）（ｎ＝１〜４）と接続されている。ＣＭＯＳスイッチ１３Ｂは、ダイポールアンテナＡ（２，ｎ）（ｎ＝１〜４）と接続されている。ＣＭＯＳスイッチ１３Ｃは、ダイポールアンテナＡ（３，ｎ）（ｎ＝１〜４）と接続されている。ＣＭＯＳスイッチ１３Ｄは、ダイポールアンテナＡ（４，ｎ）（ｎ＝１〜４）と接続されている。

ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄは、２つの差動出力端から出力された差動送信信号Ｔｘｐ、Ｔｘｎを、４個のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）のいずれか１つのダイポールアンテナに出力するか、４個のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）のいずれか１つのダイポールアンテナから入力した差動受信信号Ｒｘｐ、Ｒｘｎを、受信部１２の２つの差動入力端に入力するか、差動出力端及び差動入力端とダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）との間、すなわち双極側と４投側との間の接続を遮断する３つの状態をとる。

これにより、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄのいずれかのスイッチが、送信部１１から送信された差動送信信号Ｔｘｐ、Ｔｘｎを接続する１つのダイポールアンテナに出力するとともに、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄの他のスイッチが、１つのダイポールアンテナから入力された差動受信信号Ｒｘｐ、Ｒｘｎを受信部１２に入力する。

図５に示すように、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａは、１Ｐ２Ｔスイッチ２０Ｔ、２０Ｒと、１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄと、セレクタ２２Ａ，２２Ｂとを備える。

図６（Ａ）に示すように、１Ｐ２Ｔスイッチ２０Ｔは、送信部１１の差動入力端と接続する２つの入力ポートＴｘｉｎｐ、Ｔｘｉｎｎを有しており、４つの出力ポートがそれぞれ４つの信号線Ｒ１ｐ、Ｒ１ｎ、Ｒ２ｐ、Ｒ２ｎに接続されている。１Ｐ２Ｔスイッチ２０Ｔは、セレクタ２２Ａより入力される選択信号Ｒ１Ｔｘ、Ｒ２Ｔｘに従って動作する。

図６（Ｂ）に示すように、１Ｐ２Ｔスイッチ２０Ｔは、２つの１Ｐ１Ｔスイッチ２０Ｔ１、２０Ｔ２を備えている。１Ｐ１Ｔスイッチ２０Ｔ１は、２つの入力ポートＴｘｉｎｐ、Ｔｘｉｎｎを有しており、２つの出力ポートでそれぞれ信号線Ｒ１ｐ、Ｒ１ｎと接続されている。１Ｐ１Ｔスイッチ２０Ｔ２は、２つの入力ポートＴｘｉｎｐ、Ｔｘｉｎｎを有しており、２つの出力ポートでそれぞれ信号線Ｒ２ｐ、Ｒ２ｎと接続されている。

選択信号Ｒ１Ｔｘがアクティブになると、１Ｐ１Ｔスイッチ２０Ｔ１がオンとなり、入力ポートＴｘｉｎｐが信号線Ｒ１ｐと導通し、入力ポートＴｘｉｎｎが信号線Ｒ１ｎと導通する。また、選択信号Ｒ２Ｔｘがアクティブになると、１Ｐ１Ｔスイッチ２０Ｔ２がオンとなり、入力ポートＴｘｉｎｐと信号線Ｒ２ｐとが導通し、入力ポートＴｘｉｎｎが信号線Ｒ２ｎと導通する。

図７には、１Ｐ１Ｔスイッチ２０Ｔ１の構成が示されている。１Ｐ１Ｔスイッチ２０Ｔ１には、半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａ、４２Ａ及びインバータ４３Ａを備える回路と、半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂ及び４２Ｂを備える回路と、で構成されている。

半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａは、入力ポートＴｘｉｎｐと、信号線Ｒ１ｐとの間に直列に挿入されている。また、半導体スイッチング素子４２Ａは、半導体スイッチング素子４０Ａと半導体スイッチング素子４１Ａとの間と、グラウンドＧＮＤとの間に挿入されている。半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａのゲートへの入力と、半導体スイッチング素子４２Ａのゲートへの入力との間には、インバータ４３Ａが挿入されている。半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａ、４２Ａのゲートと外部入力との間には、抵抗Ｒｇが挿入されている。半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａ、４２ＡとグラウンドＧＮＤとの間には、抵抗Ｒ_SUBが挿入されている。

また、半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂは、入力ポートＴｘｉｎｎと、信号線Ｒ１ｎとの間に直列に挿入され、半導体スイッチング素子４２Ｂは、半導体スイッチング素子４０Ｂと半導体スイッチング素子４１Ｂとの間と、グラウンドＧＮＤとの間に挿入されている。半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂのゲートへの入力と、半導体スイッチング素子４２Ｂのゲートへの入力との間には、インバータ４３Ａが挿入されている。半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂ、４２Ｂのゲートと外部入力との間には、抵抗Ｒｇが挿入されている。半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂ、４２ＢとグラウンドＧＮＤとの間には、抵抗Ｒ_SUBが挿入されている。

信号線Ｒ１ｐに差動送信信号Ｔｘｐを出力する場合には、選択信号Ｒ１Ｔｘを制御して、信号線Ｒ１ｐに接続された半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａはオンとなる。この場合、インバータ４３Ａにより、半導体スイッチング素子４２Ａはオフとなる。また、信号線Ｒ１ｎに差動送信信号Ｔｘｎを出力する場合には、信号線Ｒ１ｎに接続された半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂについてはオンとなる。この場合、インバータ４３Ａにより、半導体スイッチング素子４２Ｂについてはオフとなる。

逆に、信号線Ｒ１ｐに差動送信信号Ｔｘｐを出力しない場合には、選択信号Ｒ１Ｔｘを制御して、信号線Ｒ１ｐに接続された半導体スイッチング素子４０Ａ、４１Ａはオフとなる。この場合、インバータ４３Ａにより、半導体スイッチング素子４２Ａはオンとなる。また、信号線Ｒ１ｎに差動送信信号Ｔｘｎを出力しない場合には、信号線Ｒ１ｎに接続された半導体スイッチング素子４０Ｂ、４１Ｂについてはオフとなる。この場合、インバータ４３Ａにより、半導体スイッチング素子４２Ｂについてはオンとなる。

図６（Ｂ）に戻り、１Ｐ１Ｔスイッチ２０Ｔ２の構成は、選択信号がＲ２Ｔｘとなる他は、図７に示す１ＰＩＴスイッチ２０Ｔ１の構成と同じである。したがって、１Ｐ２Ｔスイッチ２０Ｔは、選択信号Ｒ１Ｔｘ、Ｒ２Ｔｘに従って、入力ポート（Ｔｘｉｎｐ，Ｔｘｉｎｎ）を、信号線（Ｒ２ｐ，Ｒ２ｎ）と接続するか、入力ポート（Ｔｘｉｎｐ，Ｔｘｉｎｎ）と信号線（Ｒ２ｐ，Ｒ２ｎ）との接続を遮断する。

図５に戻り、１Ｐ２Ｔスイッチ２０Ｒの構成は、上述した１Ｐ２Ｔスイッチ２０Ｒと同じである。セレクタ２２Ａは、電源信号ＶＤＤＲｘ、選択信号Ｒ２Ｒｘ、Ｒ１Ｒｘを１Ｐ２Ｔスイッチ２０Ｒに入力している。１Ｐ２Ｔスイッチ２０Ｒは、選択信号Ｒ２Ｒｘ、Ｒ１Ｒｘに従って、出力ポート（Ｒｘｉｎｐ、Ｒｘｉｎｎ）と、信号線（Ｒ１ｐ、Ｒ１ｎ）、信号線（Ｒ２ｐ、Ｒ２ｎ）のいずれかとを接続するか、それらの接続を遮断する。

以上のように、セレクタ２２Ａの制御による１Ｐ２Ｔスイッチ２０Ｔ、２０Ｒの切り替えにより、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａを送信用とするか受信用とするかが決定される。

ＣＭＯＳスイッチ１３Ａは、さらに１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを備える。１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ａ，２１Ｂは、信号線Ｒ１ｐ、Ｒ１ｎと接続され、１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ｃ，２１Ｄは、信号線Ｒ２ｐ、Ｒ２ｎと接続されている。

さらに、１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ａ〜２１Ｄに示す構成は、図７に示すものと同じである。１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ａは、ダイポールアンテナＡ（１，１）（そのアンテナの各極Ａ（１，１）ｐ，Ａ（１，１）ｎ）と接続されている。１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ｂは、ダイポールアンテナＡ（１，２）（そのアンテナの各極Ａ（１，２）ｐ，Ａ（１，２）ｎ）と接続されている。１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ｃは、ダイポールアンテナＡ（１，３）（そのアンテナの各極Ａ（１，３）ｐ，Ａ（１，３）ｎ）と接続されている。１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ｄは、ダイポールアンテナＡ（１，４）（そのアンテナの各極Ａ（１，４）ｐ，Ａ（１，４）ｎ）と接続されている。

セレクタ２２Ｂは、選択信号ｓｅｌを出力して、１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄのいずれかを選択する。この選択により、１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ａ〜２１Ｄのうち、いずれか１つのスイッチがアクティブとなるか、全てのスイッチがオフとなる。

セレクタ２２Ａ、２２Ｂにより、１Ｐ２Ｔスイッチ２０Ｔ、１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ａがアクティブになると、送信部１１から出力された差動送信信号Ｔｘｐ，Ｔｘｎは、ダイポールアンテナＡ（１、１）に送信され、無線信号として放射される。また、セレクタ２２Ａ、２２Ｂにより、１Ｐ２Ｔスイッチ２０Ｒ、１Ｐ１Ｔスイッチ２１Ａがアクティブになると、ダイポールアンテナＡ（１、１）で受信された差動受信信号Ｒｘｐ，Ｒｘｎは、受信部１２に入力される。

以上がＣＭＯＳスイッチ１３Ａの構成である。ＣＭＯＳスイッチ１３Ｂ〜１３Ｄの構成は、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａと同じである。異常組織検出装置１では、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄのスイッチングにより送受信のダイポールアンテナＡ（ｍ、ｎ）の組み合わせが切り替えられ、無線信号が送受信される。ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄにおいて、セレクタ２２Ａ、２２Ｂが出力する選択信号（Ｒ１Ｔｘ，Ｒ２Ｔｘ，Ｒ１Ｒｘ，Ｒ２Ｒｘ，ｓｅｌ）は、図１に示すように、制御部１４から出力される制御信号ＣＴＡ，ＣＴＢ，ＣＴＣ，ＣＴＤによって決定される。

図８は、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａのダイフォトグラフが示されている。図８に示すように、入力ポート（Ｔｘｉｎｐ、Ｔｘｉｎｎ）としてそれぞれ２つの信号端子Ｓが設けられている。３つのグラウンド端子Ｇが設けられている。各信号端子Ｓは、２つのグラウンド端子Ｇに挟まれ、信号端子Ｓから発生した電磁波が極力外部にもれないようになっている。出力ポート（Ｒｘｉｎｐ、Ｒｘｉｎｎ）も同様に、ＧＳＧＳＧの順に端子が設けられている。

また、ダイポールアンテナＡの極に接続される端子としては、Ａ（１，１）ｐ、Ａ（１、１）ｎ、Ａ（１，２）ｐ、Ａ（１、２）ｎに対してそれぞれ４つの信号端子Ｓが設けられており、５つのグラウンド端子Ｇが設けられている。各信号端子Ｓは、２つのグラウンド端子Ｇに挟まれ、信号端子Ｓから発生した電磁波が極力外部にもれないようになっている。Ａ（１，３）ｐ、Ａ（１、３）ｎ、Ａ（１，４）ｐ、Ａ（１、４）ｎも同様に、ＧＳＧＳＧＳＧＳＧの順に端子が設けられている。

ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３ＤとダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）との間をそれぞれ結び差動送信信号Ｔｘｐ、Ｔｘｎ、差動受信信号Ｒｘｐ、Ｒｘｎを送る配線の長さ、インピーダンスは、それぞれ同じとなっている。本実施の形態では、差動送信信号Ｔｘｐ，Ｔｘｎ、差動受信信号Ｒｘｐ，Ｒｘｎが通る配線の全体のインピーダンスが５０Ωとなるように調整されている。

制御部１４は、ＣＰＵ、メモリ、外部記憶装置、入出力Ｉ／Ｏ、水晶発振器等を備えるコンピュータ（情報処理装置）である。水晶発振器が発生するクロック信号に従って、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して、外部記憶装置へのデータの書き込み／読み出しや入出力Ｉ／Ｏを介して外部機器と送受信を行うことにより、制御部１４の機能が実現される。

図９に示すように、制御部１４は、取り得る全てのダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）の組み合わせで無線信号を送受信し、各組み合わせでの受信信号Ｒｘを取得する（ステップＳ１）。具体的には、このステップＳ１において、制御部１４は、制御信号ＣＴＡ、ＣＴＡ、ＣＴＣ、ＣＴＤを出力してＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄを制御しつつ、差動送信信号Ｔｘｐ、Ｔｘｎを送信するダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）及び差動受信信号Ｒｘｐ、Ｒｘｎを受信するダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）の組み合わせを順次切り替えていく。そして、制御部１４は、この切り替えを行いながら、送信信号Ｔｘを出力して送信部１１に差動送信信号Ｔｘｐ、Ｔｘｎを出力させ、差動受信信号Ｒｘｐ、Ｒｘｎを受信部１２に入力させる。

制御部１４は、ダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）での差動受信信号Ｒｘｐ、Ｒｘｎを加算した信号を最終的な受信信号Ｒｘとして取得し、制御部１４が記憶する。このようにして、全てのダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）の組み合わせで受信信号Ｒｘが取得される。上述のように、最終的な受信信号Ｒｘの信号レベルは、差動受信信号Ｒｘｐ、Ｒｘｎの２倍となる。

本実施の形態では、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄのうち、いずれかのＣＭＯＳスイッチが送信用となり、他のいずれかのＣＭＯＳスイッチが受信用として指定される。すなわち、１つの送信用のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）に対して、１２個の受信用のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）が存在する。送信用の数は１６個であるので、１２×１６＝１９２通りのアンテナの組み合わせで送受信が行われる。

続いて、制御部１４は、送受信のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）の組み合わせのうち、相対距離が同じ送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせでの受信信号の同距離平均波形パターンを算出する（ステップＳ２）。

続いて、制御部１４は、送信アンテナ及び受信アンテナの全ての組み合わせでの全信号平均波形パターンを算出する（ステップＳ３）。このパターンが、異常組織ＣＡを算出する基準波形パターンとなる。

続いて、制御部１４は、同距離平均波形パターンと基準波形パターンの差分波形パターンを算出する（ステップＳ４）。さらに、制御部１４は、その差分波形パターンに基づいて、無線信号の送受信時間を求め、その送受信時間に基づいて、図３に示すように、異常組織ＣＡの位置を検出する（ステップＳ５）。ステップＳ５終了後は、処理を終了する。

異常組織検出装置１は、ダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）で送受信される信号を差動信号として、ノイズ成分を低減する。例えば、図１０に示すように、ＣＭＯＳスイッチ１３Ａ中の各１Ｐ１Ｔスイッチでは、入力ポートＴｘｉｎｐから入力される差動送信信号Ｔｘｐと、入力ポートＴｘｉｎｎから入力される差動送信信号Ｔｘｎとが入力された場合、差動送信信号Ｔｘｐと差動送信信号Ｔｘｎとを加算すると、常に０となる。このことは、信号にノイズ成分が含まれていたとしても、それらは相殺され、１Ｐ１Ｔスイッチから流れ出すグラウンド電流は０となり打ち消し合うようになる。また、各半導体スイッチング素子に、もれ電流があった場合にもそれぞれは打ち消し合ってその大きさはほぼ０となる。

このように、送受信される電気信号、無線信号は、信号レベルが２倍となり、逆にノイズ成分が相殺され低減された信号となる。これにより、信号のＳＮ比を著しく向上することができる。

図１１（Ａ）には、ＣＭＯＳスイッチにおける入力ポートＴｘｉｎｐとダイポールアンテナＡ（１、１）〜Ａ（１，４）との間の挿入損失（ＳパラメータＳ２１）が示されている。図１１（Ａ）に示すように、どの場合についても、挿入損失は、例えば５、１０、１５ＧＨｚにおいて、それぞれ４ｄＢ、６ｄＢ、８ｄＢ程度となっており、広い周波数帯域で、挿入損失が小さくなっている。

図１１（Ｂ）には、ＣＭＯＳスイッチにおける入力端子側の反射係数（ＳパラメータＳ１１）が示されている。図１１（Ｂ）に示すように、どの場合についても、反射損失は、０−１７ＧＨｚにおいて、−１０ｄＢ以下となっており、広い周波数帯域で、反射損失が小さくなっている。

図１２には、シングルエンドのＣＭＯＳスイッチと、差動のＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄとの挿入損失の比較結果が示されている。図１２では、ＧＳＧ（Ｐｒｏｂｅ ｃｈｉｐ）が、シングルエンドのＣＭＯＳスイッチの挿入損失を示しており、ＧＳＧＳＧ（Ｐｒｏｂｅ ｃｈｉｐ）が、差動のＣＭＯＳスイッチ１３Ａ〜１３Ｄの挿入損失を示している。図１２に示すように、差動のＣＭＯＳスイッチを、シングルエンドのＣＭＯＳスイッチと比べると、１０ＧＨｚでは、２ｄＢ程度低く、１５ＧＨｚでは、３〜４ｄＢ程度低く、２０ＧＨｚでは、４〜６ｄＢ程度低くなっている。

図１３には、差動の双極４投（ＤＰ４Ｔ）スイッチと他のスイッチ（シングルエンドのＤＰ４Ｔスイッチ、ＳＰ８Ｔスイッチ、ＤＰ８Ｔスイッチ）との挿入損失の比較結果がまとめられている。この表では、３ＧＨｚ、６ＧＨｚ、１０ＧＨｚ、１５ＧＨｚ、２０ＧＨｚにおいて、差動（Differential Ended）のＤＰ４Ｔスイッチ、シングルエンドのＤＰ４Ｔスイッチ、シングルエンドのＳＰ８Ｔスイッチ、シングルエンドのＤＰ８Ｔスイッチでの挿入損失が示されている。図１３に示すように、０−２０ＧＨｚの広い周波数帯域において、差動のＣＭＯＳスイッチの挿入損失が最小となる。

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、送受信されるインパルス状の電気信号、無線信号を差動信号（差動送信信号Ｔｘｐ，Ｔｘｎ／差動受信信号Ｒｘｐ，Ｒｘｎ）としているので、正極側の信号にも、負極側の信号にも同等のノイズ成分が含まれるようになる。したがって、それらの信号を加算等すれば、ノイズ成分が相殺された受信信号Ｒｘを生成することができる。この結果、送受信される電気信号、無線信号に含まれるノイズ成分を低減して異常組織ＣＡの検出精度を向上することができる。

また、本実施の形態によれば、差動送信信号Ｔｘｐ，Ｔｘｎ及び差動受信信号Ｒｘｐ，Ｒｘｎが、正の極性を有する差動送信信号Ｔｘｐ，差動受信信号Ｒｘｐと、負の極性を有する差動送信信号Ｔｘｎ，差動受信信号Ｒｘｎとで構成されている。このようにすれば、差動送信信号Ｔｘｐ，Ｔｘｎの和、を常に０としてノイズ成分を除去するとともに、元々の信号に比べ、差動信号の差を２倍に大きくすることができる。この結果、ＳＮ比をさらに向上して、異常組織ＣＡの検出精度を大きく向上することができる。

さらに、本実施の形態によれば、４つのＣＭＯＳアンテナ１３Ａ〜１３Ｄを用いて、送信用のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）と受信用のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）との切り替えを行うので、送受信のダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）の組み合わせを増やして、異常組織ＣＡの検出精度を高めることができる。なお、ＣＭＯＳスイッチをＤＰ４Ｔスイッチとした場合には、送受信のアンテナの組み合わせを１９２通りとすることができるので、ＣＭＯＳスイッチとして、ＳＰ８Ｔスイッチ、ＤＰ８Ｔスイッチを採用した場合よりも、アンテナの組み合わせ数を多くすることができる。このようにすれば、異常組織ＣＡを検出するための信号の数を増やすことができるので、その検出精度を高めることができる。

また、場合によっては、差動のＤＰ８Ｔスイッチ等、他の差動のＣＭＯＳスイッチを、用いるようにしてもよい。

最も、上記実施の形態では、ダイポールアンテナの数を、４×４の１６個としたが、これには限られない。ダイポールアンテナの数は、ｍ×ｎ（ｍ、ｎは自然数）個であればよい。

なお、図２に示すアンテナアレイ１０では、ダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）の周囲にダミーアンテナを設けて、各ダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）の周囲の環境を均一にし、各ダイポールアンテナＡ（ｍ，ｎ）の無線信号の送受信の状態を極力同じにするようにしてもよい。

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。また、生体に関わらず、周囲と誘電率が異なる検出対象の検出・判別に応用可能である。

１ 異常組織検出装置、１０ アンテナアレイ、１１ 送信部、１２ 受信部、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ ＣＭＯＳスイッチ、１４ 制御部、２０Ｔ，２０Ｒ １Ｐ２Ｔスイッチ、２０Ｔ１，２０Ｔ２，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ １Ｐ１Ｔスイッチ、２２Ａ，２２Ｂ セレクタ、４０Ａ，４１Ａ，４２Ａ，４０Ｂ，４１Ｂ，４２Ｂ 半導体スイッチング素子、Ａ（ｍ，ｎ）（ｍ＝１〜４、ｎ＝１〜４） ダイポールアンテナ、ＣＡ 異常組織、４３Ａ インバータ、Ｅ₁₂，Ｅ₁₃ 楕円、Ｔｘ 送信信号、Ｒｘ 受信信号、Ｔｘｐ，Ｔｘｎ 差動送信信号、Ｒｘｐ，Ｒｘｎ 差動受信信号、Ｔｘｉｎｐ、Ｔｘｉｎｎ 入力ポート、Ｒｘｉｎｐ，Ｒｘｉｎｎ 出力ポート、Ｒ１Ｔｘ，Ｒ２Ｔｘ，Ｒ１Ｒｘ，Ｒ２Ｒｘ 選択信号、Ｒ１ｐ，Ｒ１ｎ，Ｒ２ｐ，Ｒ２ｎ 信号線、ＶＤＤＴｘ，ＶＤＤＲｘ 電源信号、ＣＴＡ、ＣＴＢ、ＣＴＣ、ＣＴＤ 制御信号、ｓｅｌ 選択信号、Ａ（ｍ，ｎ）ｐ，Ａ（ｍ，ｎ）ｎ ダイポールアンテナの極

Claims (3)

1. インパルス状のマイクロ波の差動信号に対応する無線信号を送受信するｍ×ｎ（ｍ、ｎは自然数）個のダイポールアンテナと、
   前記ｍ×ｎ個のダイポールアンテナのうちのいずれか１つのダイポールアンテナから送信される前記無線信号に対応する差動送信信号を出力する差動出力端を有する送信部と、
   前記ｍ×ｎ個のダイポールアンテナのうちのいずれか１つのダイポールアンテナで受信された無線信号に対応する差動受信信号を入力する差動入力端を有する受信部と、
   前記ｍ×ｎ個のダイポールアンテナのうち、それぞれが異なるｎ個のダイポールアンテナに接続され、前記差動出力端から出力された前記差動送信信号を、ｎ個のダイポールアンテナのいずれか１つのダイポールアンテナに出力するか、ｎ個のダイポールアンテナのいずれか１つのダイポールアンテナから入力した前記差動受信信号を、前記差動入力端に入力するか、前記差動出力端及び前記差動入力端と、ｎ個のダイポールアンテナとを切断する双極ｎ投のｍ個のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）スイッチと、
   前記ｍ個のＣＭＯＳスイッチを制御して、前記差動送信信号を送信するダイポールアンテナ及び前記差動受信信号を受信するダイポールアンテナの組み合わせを切り替えながら、前記送信部に前記差動送信信号を出力させ、前記差動受信信号を前記受信部に入力させる制御部と、
   を備える異常組織検出装置。
2. 前記差動送信信号及び前記差動受信信号は、正の極性を有する第１の信号と、負の極性を有し、前記第１の信号と逆相の第２の信号とで構成されている、
   請求項１に記載の異常組織検出装置。
3. 前記ダイポールアンテナの数は、４×４個であり、
   前記ＣＭＯＳスイッチは、双極４投のＣＭＯＳスイッチである、
   請求項１又は２に記載の異常組織検出装置。

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