JP6198097B2 - Abnormal tissue detection device - Google Patents

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Description

本発明は、異常組織検出装置に関する。 The present invention relates to abnormal tissue detection device.

癌の診断は、例えば、X線マンモグラフィや核磁気共鳴装置(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線マンモグラフィでは、X線の生体への悪影響が懸念されるうえ、X線マンモグラフィ装置、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。   The diagnosis of cancer is generally performed by, for example, capturing an image of a target region with an X-ray mammography or a nuclear magnetic resonance apparatus (MRI (Magnetic Resonance Imaging)) and analyzing the captured image (for example, , See Patent Document 1). However, in X-ray mammography, there are concerns about the adverse effects of X-rays on the living body, and it is difficult to reduce the size of the X-ray mammography apparatus and MRI apparatus. Furthermore, in order to make a diagnosis using these devices, it is essential to have a medical examination at a specialized institution.

そこで、X線マンモグラフィ装置や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、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(インパルス電磁波)を放射し、アンテナアレイの他のアンテナで、放射したマイクロ波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、マイクロ波の送受信を行い、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。   Therefore, an abnormal tissue detection apparatus has been proposed that can easily detect abnormal tissues with a simple configuration without using an X-ray mammography apparatus or an MRI apparatus (see, for example, Patent Document 2). This abnormal tissue detection apparatus is provided with an antenna array arranged in a matrix. This abnormal tissue detection apparatus radiates a microwave (impulse electromagnetic wave) from one antenna of an antenna array to a living body, and receives a reflected wave of the radiated microwave by another antenna of the antenna array. This abnormal tissue detection device transmits and receives microwaves while changing the combination of an antenna that transmits microwaves and an antenna that receives microwaves, and based on a plurality of received signals obtained by the combination of each antenna Detecting abnormal tissues in the living body.

特表2007−071873号公報Special table 2007-071873 特開2010−69158号公報JP 2010-69158 A

上記特許文献1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。   In order to detect an abnormal tissue in the living body with high accuracy in the abnormal tissue detection device disclosed in Patent Document 1, the relative distance between both antennas is the same even if the combination of antennas for transmission and reception is changed, and If there is no abnormal tissue in the living body, it is necessary to be able to receive the same received signal. This is because, if the received signal changes only by changing the combination of antennas, it is difficult to detect a signal component indicating an abnormal tissue in the living body with extremely small signal fluctuation.

しかしながら、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。図22には、3つの送受信を行うアンテナの組み合わせの受信信号の時間変動パターンがそれぞれ示されている。図22に示すように、3つの受信信号はそれぞれ異なる。この受信信号の違いは、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って生じるものである。周囲が他のアンテナで囲まれているアンテナでは周囲のアンテナからの電波のしみだしの影響を強く受け、周縁にあるアンテナでは、周囲のアンテナからの電波のしみだしの影響が弱くなる。例えば、このような影響の違いが受信信号の違いとなって現れるものと考えられている。   However, the received signal may differ depending on the combination of antennas that perform transmission and reception. FIG. 22 shows time variation patterns of received signals of combinations of antennas that perform three transmissions / receptions. As shown in FIG. 22, the three received signals are different. This difference in the received signal is caused by a difference in environment around each antenna such as whether the antenna for transmission and reception is on the outer peripheral side or the inner peripheral side of the antenna array. Antennas that are surrounded by other antennas are strongly affected by the bleeding of radio waves from the surrounding antennas, and the antennas at the periphery are less affected by the bleeding of radio waves from the surrounding antennas. For example, it is considered that such a difference in influence appears as a difference in received signals.

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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a abnormal tissue detection device that can improve the receiving efficiency of the impulse signal of the microwave.

上記目的を達成するために、本発明の第1の観点に係る異常組織検出装置は、マイクロ波のインパルス信号を送受信する複数のアンテナの配列を有するアンテナアレイと、前記複数のアンテナの中から、前記マイクロ波のインパルス信号を送信する一のアンテナと、前記一のアンテナから送信されたインパルス信号を受信する他のアンテナとから成り、前記一のアンテナと前記他のアンテナとの相対距離が同じとな送受信用のアンテナの組み合わせを選択する選択部と、前記選択部を制御して、前記一のアンテナと前記他のアンテナとの相対距離が同じとな前記送受信用のアンテナの組み合わせを変えながら、前記マイクロ波のインパルス信号を送受信し、前記他のアンテナで受信された前記マイクロ波のインパルス信号に対する信号処理を行う信号処理部と、を備え、調整部又はアンテナの配列により、前記一のアンテナと前記他のアンテナとの相対距離が同じとなる送受信用のアンテナの組み合わせでの前記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In order to achieve the above object, an abnormal tissue detection device according to a first aspect of the present invention includes an antenna array having an array of a plurality of antennas for transmitting and receiving a microwave impulse signal, and the plurality of antennas. It consists of one antenna that transmits the impulse signal of the microwave and another antenna that receives the impulse signal transmitted from the one antenna, and the relative distance between the one antenna and the other antenna is the same. changing a selection unit for selecting a combination of antennas for transmission and reception Do that, the controls the selection unit, the relative distance of the between one antenna and the other antenna is a combination antenna for the transceiver same preparative ing However, the microwave impulse signal is transmitted and received, and the signal processing for the microwave impulse signal received by the other antenna is performed. And a signal processing unit that performs, by the array of adjuster or antenna, the impulse signal of the microwave in combination antenna for transmitting and receiving the relative distance of the between one antenna and the other antenna are the same The reception environment is the same .

この場合、前記アンテナアレイでは、前記各アンテナとインピーダンスが等価となる複数のダミーのアンテナが前記調整部として設けられ、前記複数のダミーのアンテナは、前記複数のアンテナの周囲に配列されている、こととしてもよい。 In this case, in the antenna array, a plurality of dummy antennas having impedances equivalent to the antennas are provided as the adjustment unit, and the plurality of dummy antennas are arranged around the plurality of antennas. It is good as well.

また、前記アンテナアレイでは、前記各アンテナが所定の距離だけ離隔して配列されている、こととしてもよい。   In the antenna array, the antennas may be arranged at a predetermined distance.

この場合、前記アンテナアレイでは、前記各アンテナが、千鳥足状に配列されている、こととしてもよい。   In this case, in the antenna array, the antennas may be arranged in a staggered pattern.

また、前記アンテナアレイでは、前記各アンテナの間にマイクロ波を吸収する吸収体が前記調整部として挿入されている、こととしてもよい。 In the antenna array, an absorber that absorbs microwaves may be inserted between the antennas as the adjustment unit .

この場合、前記アンテナアレイと生体との間に、インピーダンス整合層を有し、
前記インピーダンス整合層の実効誘電率が皮膚組織と脂肪組織の間の値をとり、
前記インピーダンス整合層の厚さが、前記インパルス信号の幅に実効位相速度をかけた値より小さく、実効位相速度の1/2をかけた値より大きい、こととしてもよい。
In this case, an impedance matching layer is provided between the antenna array and the living body,
The effective dielectric constant of the impedance matching layer takes a value between skin tissue and adipose tissue,
The thickness of the impedance matching layer may be smaller than a value obtained by multiplying the width of the impulse signal by an effective phase velocity and larger than a value obtained by multiplying the effective phase velocity by half.

また、前記各アンテナと前記選択部との間で送受信用の信号を伝送する線路として、所定値以上のインピーダンスを有するマイクロストリップ伝送線路が前記調整部として設けられている、こととしてもよい。 In addition, a microstrip transmission line having an impedance of a predetermined value or more may be provided as the adjustment unit as a line for transmitting transmission / reception signals between the antennas and the selection unit.

前記アンテナの組み合わせは、アンテナ間の相対距離を同じくする2組の送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせであり、前記信号処理部は、第1の組の前記一のアンテナから送信した前記インパルス信号を第1の組の前記他のアンテナで受信して得られる信号から、第2の組の送信アンテナから送信した前記インパルス信号を前記第2の組の他のアンテナで受信して得られる信号を引き算する、こととしてもよい。 The combination of the antenna is also of two pairs of transmit and receive antennas to combine the relative distance between the antennas, the signal processing unit, the impulse signal transmitted from the first set of the one antenna first A signal obtained by receiving the impulse signal transmitted from the second set of transmission antennas by the other antenna of the second set is subtracted from a signal obtained by receiving by the other antenna of the first set. It's good.

また、前記信号処理部は、前記一のアンテナと前記他のアンテナとの相対距離が同じとな送受信用のアンテナの全ての組み合わせについて、前記アンテナアレイ装置で取得された複数の前記マイクロ波のインパルス信号の平均信号パターンを基準信号として算出し、前記基準信号と前記アンテナアレイ装置のアンテナアレイの各アンテナで受信された前記マイクロ波のインパルス信号との違いに基づいて、前記生体内の異常組織を検出する、こととしてもよい。 Further, the signal processing unit, for all combinations of antenna for transmitting and receiving the relative distance that Do the same with the other antenna and the one antenna, a plurality of acquired by the antenna array system of the microwave An average signal pattern of the impulse signal is calculated as a reference signal, and the abnormal tissue in the living body is calculated based on a difference between the reference signal and the impulse signal of the microwave received by each antenna of the antenna array of the antenna array device. May be detected.

本発明によれば、マイクロ波のインパルス信号を送信する一のアンテナとインパルス信号を受信する他のアンテナとの相対距離が同じである送受信用のアンテナの組み合わせでは、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。これにより、各アンテナでの受信信号を同じとすることができるので、受信された複数の受信信号に基づいて、生体内の異常組織を精度良く検出することができる。この結果、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上することができる。   According to the present invention, in the combination of an antenna for transmission and reception in which the relative distance between one antenna that transmits a microwave impulse signal and the other antenna that receives the impulse signal is the same, the reception environment of the microwave impulse signal Are formed to be the same. Thereby, since the received signal in each antenna can be made the same, the abnormal tissue in the living body can be accurately detected based on the plurality of received signals received. As a result, the reception efficiency of the microwave impulse signal can be improved.

癌組織を検出する手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of detecting a cancer tissue. 本発明の実施の形態1に係る癌検出装置の斜視図である。1 is a perspective view of a cancer detection device according to Embodiment 1 of the present invention. 図2の癌検出装置の内部構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the internal structure of the cancer detection apparatus of FIG. 図3のアンテナアレイにおける各アンテナの配列を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | sequence of each antenna in the antenna array of FIG. 図3のアンテナアレイが生体にセットされた様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the antenna array of FIG. 3 was set to the biological body. 散乱パラメータの周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of a scattering parameter. 散乱パラメータの周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of a scattering parameter. 誘電膜が2層構成となっている癌検出装置の内部構造を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the cancer detection apparatus with which the dielectric film is 2 layer structure. 誘電膜が2層構成となっている場合の散乱パラメータの周波数特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency characteristic of the scattering parameter in case a dielectric film is 2 layer structure. 誘電膜が2層構成となっている場合の散乱パラメータの周波数特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency characteristic of the scattering parameter in case a dielectric film is 2 layer structure. 幾つかのアンテナの組み合わせで受信された受信信号の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the received signal received with the combination of several antennas. アンテナアレイのマトリックス座標を示す図である。It is a figure which shows the matrix coordinate of an antenna array. 図11(A)は、受信アンテナで受信される信号を示すグラフである。図11(B)は、受信アンテナで受信された信号の差分信号を示すグラフである。FIG. 11A is a graph showing a signal received by the receiving antenna. FIG. 11B is a graph showing a differential signal of signals received by the receiving antenna. 図12(A)は、本発明の実施の形態3に係る癌検出装置の構成を示す図である。図12(B)は、癌検出装置による検出方法を説明するための図である。FIG. 12 (A) is a diagram showing a configuration of a cancer detection apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 12B is a diagram for explaining a detection method by the cancer detection apparatus. 本発明の実施の形態4に係る癌検出装置のアンテナアレイにおける各アンテナの配列を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | sequence of each antenna in the antenna array of the cancer detection apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention. 幾つかのアンテナの組み合わせで受信された受信信号の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the received signal received with the combination of several antennas. 本発明の実施の形態5に係る癌検出装置のアンテナアレイにおける各アンテナの配列を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | sequence of each antenna in the antenna array of the cancer detection apparatus which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6に係る癌検出装置のアンテナとアンテナに接続されたスイッチとを接続する回路図である。It is a circuit diagram which connects the antenna of the cancer detection apparatus which concerns on Embodiment 6 of this invention, and the switch connected to the antenna. 本発明の実施の形態7に係る癌検出装置の本体の断面図である。It is sectional drawing of the main body of the cancer detection apparatus which concerns on Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態8に係る癌検出装置の信号処理部の処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process of the signal processing part of the cancer detection apparatus which concerns on Embodiment 8 of this invention. アンテナの組み合わせと異常組織との位置関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the positional relationship of the combination of an antenna and abnormal tissue. 図20(A)及び図20(B)は、実際の臨床において、乳がんを検出するための、もうひとつの基準信号の作成方法を説明するための図である。FIG. 20A and FIG. 20B are diagrams for explaining another method for creating a reference signal for detecting breast cancer in actual clinical practice. 図21(A)及び図21(B)は、実際の臨床において、乳がんを検出するための、もうひとつの基準信号の作成方法を説明するためのグラフである。FIG. 21A and FIG. 21B are graphs for explaining another method of creating a reference signal for detecting breast cancer in actual clinical practice. 従来の異常組織検出装置におけるアンテナの異なる組み合わせでの受信信号の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the received signal in the combination from which the antenna differs in the conventional abnormal tissue detection apparatus.

以下、本発明の実施の形態に係るアンテナアレイ装置及び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。   Hereinafter, an antenna array apparatus and an abnormal tissue detection apparatus according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking a breast cancer sensor for detecting breast cancer as an example.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1について、説明する。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described.

まず、癌組織を検出する手法について図1を参照して説明する。   First, a method for detecting cancer tissue will be described with reference to FIG.

まず、図1に模式的に示すように、生体表面に複数のアンテナA〜Aを一定間隔で配置する。 First, as schematically shown in FIG. 1, a plurality of antennas A 1 to A 4 are arranged at regular intervals on the surface of a living body.

続いて、アンテナA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、癌組織CAが存在する場合には、誘電率の異なる領域の界面、即ち、癌組織CAの表面で、マイクロ波が反射され、アンテナA〜Aで受信される。 Subsequently, it emits an impulse signal of the microwave from the antenna A 1. Part of the emitted microwave propagates into the living body. In general, cancer tissue CA is known to have a dielectric constant about 5 to 10 times higher than that of normal living tissue. Therefore, when the cancer tissue CA exists, the microwave is reflected at the interface of the regions having different dielectric constants, that is, the surface of the cancer tissue CA, and is received by the antennas A 2 to A 4 .

ここで、マイクロ波のインパルス信号を放射してからアンテナAが反射波を受信するまでの時間をT12[s]とすると、T12・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。 Here, if the time from when the microwave impulse signal is emitted until the antenna A 2 receives the reflected wave is T 12 [s], T 12 · c (c: speed of light in the living body) is This is the stroke distance of the microwave impulse signal.

従って、癌組織CAは、アンテナAとAを焦点とし、アンテナAとAからの距離の和がT12・cとなる楕円E12上に位置することになる。 Accordingly, the cancer tissue CA is the antenna A 1 and A 2 is the focus, the sum of the distance from the antenna A 1 and A 2 will be located on an ellipse E 12 as a T 12 · c.

アンテナA〜A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E12〜E14の交点を求めることにより、癌組織CAの位置を求めることができる。 The same processing is performed on the microwaves received by the antennas A 3 to A 4 , and the position of the cancer tissue CA can be obtained by obtaining the intersections of the plurality of ellipses E 12 to E 14 .

さらに、送信用のアンテナをAに切替て、アンテナAからマイクロ波を放射し、これをアンテナA,A、Aで受信して、同様の処理を行う。以後、送信アンテナをA、Aに順次切替ながら、マイクロ波を放射し、他のアンテナで反射波を受信し、同様の処理を行うことにより、癌組織CAの位置をより正確に特定することが可能となる。 Furthermore, an antenna for transmitting Te switched to A 2, radiating microwaves from an antenna A 2, which was received by the antenna A 1, A 3, A 4 , the same processing. Thereafter, while switching the transmitting antenna to A 3 and A 4 in sequence, the microwave is radiated, the reflected wave is received by the other antenna, and the same processing is performed, whereby the position of the cancer tissue CA is specified more accurately. It becomes possible.

以下では、各アンテナAにおいて、送信用として選択されたアンテナをAとし、受信用として選択されたアンテナをAとする。 Hereinafter, each antenna A k, the selected antenna for transmission and A m, a selected antenna for the reception and A n.

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。   In the above-described example, the description has been given in two dimensions for easy understanding, but in reality, the above-described processing is performed in three dimensions.

次に、このような手法を用いて、癌組織の有無及び位置を判別する癌検出装置10について、説明する。   Next, the cancer detection apparatus 10 that determines the presence and position of cancer tissue using such a method will be described.

癌検出装置10は、図2に示すように、本体11と、表示装置12とを備える。   As shown in FIG. 2, the cancer detection device 10 includes a main body 11 and a display device 12.

本体11には、図3に示すように、アンテナアレイ13と、スイッチ回路14と、信号処理部15とが積層配置されている。   As shown in FIG. 3, an antenna array 13, a switch circuit 14, and a signal processing unit 15 are stacked on the main body 11.

アンテナアレイ13では、図4に示すように、複数のアンテナA(k=1〜16)が4×4のマトリクス状に配列されている。図4は、アンテナアレイ13を生体側から見ている。このアンテナアレイ13の各アンテナA〜A16が、マイクロ波のインパルス信号を送受信する。 In the antenna array 13, a plurality of antennas A k (k = 1 to 16) are arranged in a 4 × 4 matrix as shown in FIG. FIG. 4 shows the antenna array 13 viewed from the living body side. The antennas A 1 to A 16 of the antenna array 13 transmit and receive microwave impulse signals.

アンテナアレイ13は、一のアンテナAと他のアンテナAとの相対距離が同じとなる送受信用のアンテナの組み合わせ(A、A)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。 Antenna array 13, one antenna A m and another antenna A n and antenna combination (A m, A n) for transmission and reception relative distance is equal microwave impulse signal of the reception environment in the same with It is formed to become.

より具体的には、アンテナアレイ13では、複数のダミーのアンテナB〜B20がさらに設けられている。複数のダミーのアンテナB〜B20は、各アンテナA〜A16とインピーダンスが等価となる。例えば、各アンテナA〜A16とそのアンテナに接続するスイッチ回路14のCMOS回路を含む全体の回路のインピーダンスが50Ωであるとすれば、アンテナB〜B20を含む回路全体のインピーダンスも50Ωに設定される。 More specifically, the antenna array 13 further includes a plurality of dummy antennas B 1 to B 20 . The plurality of dummy antennas B 1 to B 20 are equivalent in impedance to the antennas A 1 to A 16 . For example, if the impedance of the entire circuit including the CMOS circuits of the antennas A 1 to A 16 and the switch circuit 14 connected to the antennas is 50Ω, the impedance of the entire circuit including the antennas B 1 to B 20 is also 50Ω. Set to

複数のダミーのアンテナB〜B20は、複数のアンテナA〜A16の周囲を囲むように配列されている。ダミーのアンテナB〜B20により、アンテナA〜A、A、A、A、A12、A13〜A16についても、アンテナA、A、A10、A11と同じように、四方がアンテナに囲まれた状態となる。 The plurality of dummy antennas B 1 to B 20 are arranged so as to surround the plurality of antennas A 1 to A 16 . With the dummy antennas B 1 to B 20 , the antennas A 1 to A 4 , A 5 , A 8 , A 9 , A 12 , A 13 to A 16 are also connected to the antennas A 6 , A 7 , A 10 , A 11 and the like. Similarly, the four sides are surrounded by the antenna.

図3に戻り、選択部としてのスイッチ回路14は、半導体スイッチング素子を用いた半導体スイッチ回路である。スイッチ回路14は、アンテナアレイ13と信号処理部15との間に設けられている。スイッチ回路14は、信号処理部15の制御の下、送受信を行うアンテナ(A、A)の切替えを行う。より具体的には、スイッチ回路14は、複数のアンテナA〜A16のうちのマイクロ波のインパルス信号を送信する一のアンテナAと、一のアンテナAから送信されたインパルス信号を受信する他のアンテナAとから成る送受信用のアンテナの組み合わせ(A、A)を選択する。 Returning to FIG. 3, the switch circuit 14 as a selection unit is a semiconductor switch circuit using a semiconductor switching element. The switch circuit 14 is provided between the antenna array 13 and the signal processing unit 15. The switch circuit 14 switches antennas (A m , A n ) that perform transmission and reception under the control of the signal processing unit 15. More specifically, the switch circuit 14, receives the one antenna A m which transmits an impulse signal of the microwave of the plurality of antennas A 1 to A 16, an impulse signal transmitted from one antenna A m the combination of an antenna for transmitting and receiving comprising a further antenna a n to (a m, a n) to select a.

信号処理部15はコンピュータである。コンピュータはCPU(Central Processing Unit)及びメモリを有する。信号処理部15は、CPUがメモリに格納されたプログラムを実行することにより、その機能が実現される。   The signal processing unit 15 is a computer. The computer has a CPU (Central Processing Unit) and a memory. The function of the signal processing unit 15 is realized by the CPU executing a program stored in the memory.

信号処理部15は、受信したマイクロ波の電気信号に基づいて、生体中の癌組織CAの有無を判別するための信号処理を行う。信号処理部15は、マイクロ波の送信信号をアンテナアレイ13に出力するとともに、そのマイクロ波の受信信号をアンテナアレイ13から入力する。また、信号処理部15は、スイッチ回路14を制御するための制御信号をスイッチ回路14に出力している。マイクロ波の送信信号、受信信号の入出力と、制御信号の出力とにより、信号処理部15は、アンテナアレイ13のいずれかのアンテナAから送信されるマイクロ波の電気信号を出力するとともに、アンテナアレイ13のいずれかのアンテナAで受信されたマイクロ波の電気信号を入力する。 The signal processing unit 15 performs signal processing for determining the presence or absence of cancer tissue CA in the living body based on the received microwave electrical signal. The signal processing unit 15 outputs a microwave transmission signal to the antenna array 13 and inputs the microwave reception signal from the antenna array 13. Further, the signal processing unit 15 outputs a control signal for controlling the switch circuit 14 to the switch circuit 14. Transmission signal of the microwave, and input and output of the received signal, by the output of the control signal, the signal processing unit 15 outputs the microwave electric signal sent from either antenna A m of the antenna array 13, inputting the electrical signals of the received microwave with either antenna a n of the antenna array 13.

信号処理部15は、スイッチ回路14を制御して、送受信用のアンテナAの組み合わせを変えながら、マイクロ波のインパルス信号を送受信し、他のアンテナAで受信されたマイクロ波のインパルス信号に対する信号処理を行う。 The signal processing unit 15 controls the switch circuit 14, while changing the combination of the antenna A k for transmission and reception, and transmitting and receiving an impulse signal of the microwave, for microwave impulse signal received by the other antenna A n Perform signal processing.

図5Aには、アンテナアレイ13が生体30にセットされる様子が示されている。図5Aに示すように、癌検出装置10では、アンテナアレイ13と生体30との間には、インピーダンス整合層としての誘電膜20が挿入されている。アンテナアレイ13は、誘電膜20及び生体30の皮膚31を介して、生体30の脂肪層32と接する。   FIG. 5A shows a state where the antenna array 13 is set on the living body 30. As shown in FIG. 5A, in the cancer detection device 10, a dielectric film 20 as an impedance matching layer is inserted between the antenna array 13 and the living body 30. The antenna array 13 is in contact with the fat layer 32 of the living body 30 through the dielectric film 20 and the skin 31 of the living body 30.

伝送線路理論より、誘電率、真性インピーダンスをそれぞれε1、η1とする誘電体層1、誘電率、真性インピーダンスをそれぞれε2、η2とする誘電体層2、誘電率、真性インピーダンスをそれぞれε3、η3とする誘電体層3からなる多層構造があるとき、厚さdの誘電体層2における電波の波長をλ2、伝搬定数をβ2とすると、実効的な電波の反射係数Γeffは次式で表される。 From transmission line theory, dielectric layer 1 with dielectric constant and intrinsic impedance ε 1 and η 1 respectively, dielectric layer 2 with dielectric constant and intrinsic impedance ε 2 and η 2 respectively, dielectric constant and intrinsic impedance respectively When there is a multilayer structure composed of the dielectric layer 3 having ε 3 and η 3 , the effective radio wave reflection coefficient is λ 2 and the propagation constant is β 2 in the dielectric layer 2 of thickness d. Γ eff is expressed by the following equation.


ここで、d=λ2/4とすると、
のとき、

となり、反射が最小、透過が最大になる。このとき
であるため、

となり、誘電体層3と誘電体層1の真性インピーダンスが等しいとき、反射は無くなる。

Here, when d = λ 2/4,
When,

Thus, reflection is minimum and transmission is maximum. At this time
Because

Thus, when the intrinsic impedances of the dielectric layer 3 and the dielectric layer 1 are equal, the reflection disappears.

ここで、2つの実施例1、2について考える。実施例1では、誘電体層1、誘電体層2、誘電体層3をそれぞれ、アンテナ基板(ε1=10)、インピーダンス整合層、皮膚(ε3=28)とする。周波数を10GHzとし、波長を3cmとすると、誘電体層2における波長λ2は、3cm/√(ε2)となる。インピーダンス整合層の誘電率は
となり、ε2=19が得られる。
Here, two examples 1 and 2 are considered. In Example 1, the dielectric layer 1, the dielectric layer 2, and the dielectric layer 3 are an antenna substrate (ε 1 = 10), an impedance matching layer, and skin (ε 3 = 28), respectively. When the frequency is 10 GHz and the wavelength is 3 cm, the wavelength λ 2 in the dielectric layer 2 is 3 cm / √ (ε 2 ). The dielectric constant of the impedance matching layer is
Thus, ε 2 = 19 is obtained.

実施例2では、誘電体層1、誘電体層2、誘電体層3をそれぞれ、インピーダンス整合層(e1)、皮膚(e2=28)、脂肪(e3=5.2)とする。周波数を10GHz、波長を3cmとすると、誘電体層2における波長λ2は3cm/√(ε2)となる。皮膚の誘電率は、
となり、ε1=150が得られる。
In Example 2, the dielectric layer 1, the dielectric layer 2, and the dielectric layer 3 are an impedance matching layer (e 1 ), skin (e 2 = 28), and fat (e 3 = 5.2), respectively. When the frequency is 10 GHz and the wavelength is 3 cm, the wavelength λ 2 in the dielectric layer 2 is 3 cm / √ (ε 2 ). The dielectric constant of the skin is
Thus, ε 1 = 150 is obtained.

このように、誘電体の構造によって値が異なる。3次元電磁界シミュレーションを用いて最適値を求めた結果を、図5Bに示す。図5Bには、散乱パラメータ(反射係数S11及び透過係数S21)の周波数特性が示されており、上側の曲線が反射係数S11を示しており、下側の曲線が透過係数S21を示している。誘電膜20の誘電率に応じて、散乱パラメータ(反射係数S11及び透過係数S21)の周波数特性は大きく変化する。このように、誘電膜20をアンテナと皮膚との間に挿入することで、S11を−10dB以下にすることができる。このことは誘電膜20の界面で反射する電波の強さが−10dB以下、すなわち反射にともなって生じる定在波の最大最小の比が2以下に抑制できることを示している。一方、高周波側の透過係数S21は、電波が誘電膜20を透過する程度を示しており、誘電率を上げるとS21が下がるため、反射を最小にする散乱パラメータS11が広い帯域にわたって、−10dB以下になるインピーダンス整合層の最適誘電率はε2=20となる。このときのインピーダンス整合層の厚さは1mmである。ただし、このとき、皮膚の誘電率をε2=35で計算している。 Thus, the value varies depending on the structure of the dielectric. The result of obtaining the optimum value using the three-dimensional electromagnetic field simulation is shown in FIG. 5B. FIG. 5B shows the frequency characteristics of the scattering parameters (reflection coefficient S 11 and transmission coefficient S 21 ), the upper curve shows the reflection coefficient S 11 , and the lower curve shows the transmission coefficient S 21 . Show. Depending on the dielectric constant of the dielectric film 20, the frequency characteristic of the scattering parameter (reflection coefficient S 11 and transmission coefficient S 21) varies greatly. Thus, by inserting the dielectric film 20 between the antenna and the skin, S 11 can be reduced to −10 dB or less. This indicates that the intensity of the radio wave reflected at the interface of the dielectric film 20 can be suppressed to -10 dB or less, that is, the maximum / minimum ratio of standing waves caused by reflection can be suppressed to 2 or less. On the other hand, the transmission coefficient S 21 of the high-frequency side, radio waves indicates the degree to transmit dielectric film 20, since S 21 decreases when increasing the dielectric, over a band wider scattering parameter S 11 to minimize reflections, The optimum dielectric constant of the impedance matching layer that becomes −10 dB or less is ε 2 = 20. At this time, the thickness of the impedance matching layer is 1 mm. However, at this time, the dielectric constant of the skin is calculated with ε 2 = 35.

このことから、誘電膜20の実効誘電率は、皮膚組織と脂肪組織の間の値をとることがわかる。これにより、アンテナAから発せられるマイクロ波のインパルス信号の伝送効率が向上する。皮膚の誘電率を28程度とし、脂肪組織の誘電率を5.2とすると、誘電膜20の実効誘電率を、例えば10〜20とすることができる。 From this, it can be seen that the effective dielectric constant of the dielectric film 20 takes a value between the skin tissue and the fat tissue. This improves the transmission efficiency of the microwave impulse signal emitted from the antenna A m. If the dielectric constant of the skin is about 28 and the dielectric constant of the fat tissue is 5.2, the effective dielectric constant of the dielectric film 20 can be 10 to 20, for example.

また、インピーダンス整合層、すなわち誘電膜20の厚さは、直接波が受信された後に、腫瘍ターゲットからの散乱波が到着するようにし、受信信号間の干渉を無くする。このためには、インピーダンス整合層の厚さをt、送受信アンテナ間距離d、パルス幅をT、実効位相速度をνeffとすると、ピタゴラスの定理から、

を満足するtを求める。すなわち、インピーダンス整合層の厚さtはインパルス信号の幅に実効位相速度をかけた値の1/2より大きく、2倍より小さい範囲が適切である。あまり大きくすると、測定時間が長くなるため、適切ではない。
In addition, the thickness of the impedance matching layer, that is, the dielectric film 20 allows a scattered wave from the tumor target to arrive after a direct wave is received, and eliminates interference between received signals. For this purpose, assuming that the thickness of the impedance matching layer is t, the distance d between the transmitting and receiving antennas, the pulse width is T, and the effective phase velocity is ν eff , from Pythagorean theorem,

T is satisfied. That is, it is appropriate that the thickness t of the impedance matching layer is larger than ½ of the value obtained by multiplying the width of the impulse signal by the effective phase velocity and smaller than twice. If it is too large, the measurement time becomes longer, which is not appropriate.

実施例として、例えば、T=100psとし、光速をc=3×108m/sとし、誘電膜20の誘電率を28として、実効位相速度を5.7×107m/sとすると、インピーダンス整合層の厚さtは3〜6mmの範囲が適切である。 As an example, for example, if T = 100 ps, the speed of light is c = 3 × 10 8 m / s, the dielectric constant of the dielectric film 20 is 28, and the effective phase velocity is 5.7 × 10 7 m / s, The thickness t of the impedance matching layer is suitably in the range of 3 to 6 mm.

図6には、散乱パラメータ(反射係数S11及び透過係数S21)の周波数特性が示されている。図6のグラフでは、上側の曲線が反射係数S11を示しており、下側の曲線が透過係数S21を示している。図6に示すように、誘電膜20の厚さに応じて、散乱パラメータ(反射係数S11及び透過係数S21)の周波数特性は大きく変化する。 FIG. 6 shows the frequency characteristics of the scattering parameters (reflection coefficient S 11 and transmission coefficient S 21 ). In the graph of FIG. 6, the upper curve shows the reflection coefficient S 11, the lower curve indicates the transmission coefficient S 21. As shown in FIG. 6, the frequency characteristics of the scattering parameters (reflection coefficient S 11 and transmission coefficient S 21 ) vary greatly depending on the thickness of the dielectric film 20.

11は、反射の度合いを示すパラメータであるから、できるだけ小さいほうがよい。ひとつの目安として、反射にともなって生じる定在波の大きさである定在波比2以下を基準とする。これをデシベル表示すると、−10dBとなり、これ以下であれば反射が小さいといえる。この観点から図6の上の方のデータを見ると、d=1mmの場合、3〜10GHzの帯域すべてにおいて、−10dB以下であるから、良好な特性と判断できる。 S 11, since a parameter indicating the degree of reflection, it is as small as possible. As a guide, a standing wave ratio of 2 or less, which is the magnitude of a standing wave that occurs due to reflection, is used as a reference. If this is displayed in decibels, it will be -10 dB, and if it is less than this, it can be said that reflection is small. From this point of view, when viewing the upper data in FIG. 6, when d = 1 mm, it is −10 dB or less in all the bands of 3 to 10 GHz.

一方、図6の下の方の曲線は、透過係数S21を表しており、膜厚が厚くなると、S21が大きくなっている。これは減衰が少なく、信号が伝送しやすいことを表しており、好ましいことではあるが、上述のS11が悪化しており、ほとんど信号は伝送されないので、厚い膜は採用できない。このことからも、d=1mmが最適と判断される。 On the other hand, the curve of the bottom of FIG. 6 represents the transmission coefficient S 21, when the film thickness increases, S 21 is increased. This indicates that the attenuation is small and the signal is easily transmitted, and although it is preferable, since the above-described S 11 is deteriorated and almost no signal is transmitted, a thick film cannot be adopted. Also from this, it is determined that d = 1 mm is optimal.

このように、誘電膜20をアンテナと皮膚との間に挿入することで高周波側の透過係数S21が改善されているが、誘電膜20の厚みdが5mm以上になると、ほとんどの周波数範囲で反射していることがわかる。 Thus, the dielectric film 20 transmission coefficient S 21 of the high-frequency side by inserting between the antenna and the skin but has been improved, the thickness d of the dielectric film 20 is equal to or greater than 5 mm, for most frequency ranges You can see that it is reflected.

なお、図7に示すように、誘電膜20は、誘電膜20Aと誘電膜20Bの2層構成であってもよい。誘電膜を2層にすると、散乱パラメータ(反射係数S11及び透過係数S21)の周波数特性は、さらに良好なものになる。 As shown in FIG. 7, the dielectric film 20 may have a two-layer structure of a dielectric film 20A and a dielectric film 20B. When the dielectric film has two layers, the frequency characteristics of the scattering parameters (reflection coefficient S 11 and transmission coefficient S 21 ) are further improved.

ここで、実施例1として、誘電率10.2の誘電膜20Aと誘電率38の誘電膜20Bを用いてインピーダンス整合層を形成する場合を考える。この場合、アンテナアレイ13の誘電率が10.2であることから、誘電膜20Aの誘電率を、これに合わせる。また、皮膚31の誘電率が28であるので、それに近い物質の38の誘電率を選択する。このとき、膜厚を最適化することにより整合条件を見つける。   Here, as Example 1, a case where an impedance matching layer is formed using a dielectric film 20A having a dielectric constant of 10.2 and a dielectric film 20B having a dielectric constant of 38 is considered. In this case, since the dielectric constant of the antenna array 13 is 10.2, the dielectric constant of the dielectric film 20A is adjusted to this. Moreover, since the dielectric constant of the skin 31 is 28, the dielectric constant of 38 of the substance close to it is selected. At this time, the matching condition is found by optimizing the film thickness.

図8Aに示すように、誘電膜20Aの膜厚が1mm、誘電膜20Bの膜厚が4mmのときに、S11が3.9〜11GHzの帯域で−10dB以下となる反射の少ない条件を得ることができる。このとき、透過係数S21も帯域を確保している。 As shown in FIG. 8A, when the film thickness of the dielectric film 20A is 1 mm and the film thickness of the dielectric film 20B is 4 mm, a condition with less reflection is obtained in which S 11 is −10 dB or less in the band of 3.9 to 11 GHz. be able to. At this time, the transmission coefficient S 21 also secures a band.

インピーダンス整合層を2層にすることで、最適化の自由度を向上することができ、その時の構造はアンテナ基板に接する側の誘電率εAはアンテナ基板に近い値を、皮膚に接する側の誘電率εBは皮膚に近い誘電率を選択する。このときの平均的な値は

となり、インピーダンス整合層の実効的な誘電率は皮膚と脂肪の値の間の値となる。
By making the impedance matching layer into two layers, the degree of freedom of optimization can be improved, and the structure at that time has a dielectric constant ε A on the side in contact with the antenna substrate, a value close to the antenna substrate, on the side in contact with the skin As the dielectric constant ε B , a dielectric constant close to that of the skin is selected. The average value at this time is

Thus, the effective dielectric constant of the impedance matching layer is between the skin and fat values.

実施例2として、図8Bに、2層構造の全膜厚が10mmの場合について、シミュレーションした結果を示す。誘電膜20Aの膜厚が1mm、誘電膜20Bの膜厚が9mmのときに、S11が4〜11GHzの帯域で−10dB以下となる反射の少ない条件を得ることができる。 As Example 2, FIG. 8B shows a simulation result in the case where the total film thickness of the two-layer structure is 10 mm. When the film thickness of the dielectric film 20A is 1 mm and the film thickness of the dielectric film 20B is 9 mm, it is possible to obtain a low reflection condition where S 11 is −10 dB or less in the band of 4 to 11 GHz.

図9には、幾つかのアンテナの組み合わせで受信された受信信号の一例が示されている。このグラフには、アンテナAを送信用のアンテナAとし、アンテナAを受信用のアンテナAとした場合の受信信号Tx1_Rx5と、アンテナAを送信用のアンテナAとし、アンテナA11を受信用のアンテナAとした場合の受信信号Tx7_Rx11と、アンテナA11を送信用のアンテナAとし、アンテナA15を受信用のアンテナAとした場合の受信信号Tx11_Rx15と、が示されている。図9に示すように、受信信号Tx1_Rx5と、受信信号Tx7_Rx11と、受信信号Tx11_Rx15とは、構造対称性から、信号波形が良く一致している。 FIG. 9 shows an example of a received signal received by a combination of several antennas. This graph, the antenna A 1 and the antenna A m for transmission, the received signal Tx1_Rx5 the case of the antenna A n for receiving an antenna A 5, the antenna A m for transmission antenna A 7, the antenna A 11 and the received signal Tx7_Rx11 the case of the antenna a n for receiving and an antenna a 11 and the antenna a m for transmission, the received signal Tx11_Rx15 the case of the antenna a n for receiving an antenna a 15, but shows Has been. As shown in FIG. 9, the received signal Tx1_Rx5, the received signal Tx7_Rx11, and the received signal Tx11_Rx15 have the same signal waveforms because of the structural symmetry.

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、マイクロ波のインパルス信号を送信する一のアンテナAとインパルス信号を受信する他のアンテナAとの相対距離が同じである送受信用のアンテナの組み合わせ(A、A)では、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。これにより、図9に示すように、各アンテナAでの受信信号を同じとすることができるので、受信された複数の受信信号に基づいて、生体内の癌組織CAを精度良く検出することができる。この結果、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上することができる。 As described above in detail, according to the present embodiment, for transmission and reception relative distance between the other antenna A n for receiving an antenna A m and the impulse signal for transmitting an impulse signal of the microwave is the same In the antenna combination (A m , A n ), the microwave impulse signal reception environment is the same. Thus, as shown in FIG. 9, since the received signal at each antenna A n can be the same, based on the received plurality of received signals, possible to accurately detect cancer tissue CA in vivo Can do. As a result, the reception efficiency of the microwave impulse signal can be improved.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について、説明する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態では、アンテナアレイ13における各アンテナAk、ダミーのアンテナB〜B20の配列が、上記実施の形態1と同じである。 In the present embodiment, the arrangement of each antenna Ak and dummy antennas B 1 to B 20 in the antenna array 13 is the same as that in the first embodiment.

この実施の形態では、送受信アンテナの組み合わせは、アンテナ間の相対距離を同じくする2組の送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせである。例えば、アンテナAkのマトリックス座標を、図10に示すように、(1,1)〜(4,4)とする。 In this embodiment, the combination of transmission and reception antennas is a combination of two sets of transmission antennas and reception antennas having the same relative distance between the antennas. For example, the matrix coordinates of the antenna A k, as shown in FIG. 10, and (1,1) to (4,4).

ここで、生体表面に一定間隔で行・列のマトリクス状に配置された複数のアンテナについて、例えば、マトリクス座標(1,1)、(3,1)に対応する送信、受信アンテナの組み合わせを第1の組とし、マトリクス座標(1,2)、(3,2)に対応する送信、受信アンテナの組み合わせを第2の組とする。   Here, for a plurality of antennas arranged in a matrix of rows and columns at regular intervals on the surface of the living body, for example, a combination of transmission and reception antennas corresponding to matrix coordinates (1, 1) and (3, 1) is Assume that a pair of transmission and reception antennas corresponding to matrix coordinates (1, 2) and (3, 2) is a second group.

信号処理部15は、第1の組の送信アンテナ(A1(1,1))から送信したインパルス信号を第1の組の受信アンテナ(A9(3,1))で受信して得られる信号から、第2の組の送信アンテナ(A2(1,2))から送信したインパルス信号を第2の組の受信アンテナ(A10(3,2))で受信して得られる信号を引き算する。 The signal processing unit 15 is obtained by receiving the impulse signal transmitted from the first set of transmission antennas (A 1 (1, 1)) by the first set of reception antennas (A 9 (3, 1)). The signal obtained by receiving the impulse signal transmitted from the second set of transmission antennas (A 2 (1,2)) by the second set of reception antennas (A 10 (3,2)) is subtracted from the signal. To do.

図11(A)に示すように、送信アンテナ(A1(1,1))から受信アンテナ(A9(3,1))に至る直接波は、送信アンテナ(A2(1,2))から受信アンテナ(A10(3,2))に至る直接波とほぼ同一である。このため、引き算により得られる信号は、腫瘍ターゲットで散乱された成分だけからなる信号(図11(B)参照)となる。信号処理部15は、これを用いて共焦点画像処理を行って、ターゲット位置を計算する。 As shown in FIG. 11A, the direct wave from the transmitting antenna (A 1 (1,1)) to the receiving antenna (A 9 (3,1)) is transmitted to the transmitting antenna (A 2 (1,2)). To the receiving antenna (A 10 (3, 2)). For this reason, the signal obtained by subtraction is a signal (see FIG. 11B) consisting only of components scattered by the tumor target. The signal processing unit 15 performs confocal image processing using this to calculate the target position.

(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3について、説明する。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

図12(A)には、本実施の形態2に係る癌検出装置10の本体11の内部構造が示されている。図12(A)に示すように、癌検出装置10は、加速度センサ17をさらに備えている。また、アンテナアレイ13が形成される平面をXY平面とする。   FIG. 12A shows the internal structure of the main body 11 of the cancer detection apparatus 10 according to the second embodiment. As shown in FIG. 12A, the cancer detection device 10 further includes an acceleration sensor 17. A plane on which the antenna array 13 is formed is an XY plane.

図12(B)に示すように、癌検出装置10では、本体11をX軸方向、Y軸方向にΔX、ΔYずつずらしながら、皮膚の上に接触させて複数回検出が行われる。これによって、案手難の数を見かけ上増やして解像度を上げることができる。加速度センサ17は、各アンテナAkの位置を検出するためのセンサとして用いられる。信号処理部15は、加速度センサ17の出力により、検出時の各アンテナAkの位置を算出する。このようにすれば、検出の度に、ターゲットTAと各アンテナとの位置関係を変えて、実質的に、測定点の数を増やすことができる。これにより、検出精度を向上することができる。 As shown in FIG. 12 (B), in the cancer detection apparatus 10, detection is performed a plurality of times by contacting the body 11 on the skin while shifting the main body 11 by ΔX and ΔY in the X-axis direction and the Y-axis direction. As a result, it is possible to increase the resolution by apparently increasing the number of draft difficulties. The acceleration sensor 17 is used as a sensor for detecting the position of each antenna Ak . The signal processing unit 15, the output of the acceleration sensor 17, calculates the position of each antenna A k at the time of detection. In this way, the number of measurement points can be substantially increased by changing the positional relationship between the target TA and each antenna for each detection. Thereby, detection accuracy can be improved.

なお、本実施の形態では、加速度センサ17に限らず、各アンテナAkの位置を検出するためのセンサであれば、任意のセンサを用いることもできる。 In the present embodiment, not only the acceleration sensor 17 but also any sensor can be used as long as it is a sensor for detecting the position of each antenna Ak .

(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4について、説明する。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態では、アンテナアレイ13における各アンテナAの配列が、上記実施の形態1と異なる。また、アンテナアレイ13には、ダミーのアンテナB〜B20は設けられていない。 In this embodiment, the sequence of each antenna A k of the antenna array 13 is different from the first embodiment. The antenna array 13 is not provided with dummy antennas B 1 to B 20 .

図13には、アンテナアレイ13におけるアンテナA(k=1〜16)の配列が示されている。図13に示すように、このアンテナアレイ13では、各アンテナAが所定の距離だけ離隔して配置されている。各アンテナAの間隔は、縦がamm(例えば10mm程度)であり、横がbmm(例えば6mm程度)であるが、本発明はこの間隔に限定されない。 FIG. 13 shows an arrangement of antennas A k (k = 1 to 16) in the antenna array 13. As shown in FIG. 13, in this antenna array 13, the antennas Ak are spaced apart by a predetermined distance. Interval of each antenna A k is vertical is amm (for example, about 10 mm), although horizontal is b mm (for example, about 6 mm), the present invention is not limited to this interval.

より具体的には、このアンテナアレイ13では、各アンテナAが、千鳥足状に配置されている。このようにすれば、アンテナアレイ13における各アンテナAの間隔をさらに広げ、隣接するアンテナAからの電波のしみだしの影響を最小限に留めることができる。 More specifically, in the antenna array 13, each antenna A k are arranged in staggered. Thus, further increasing spacing of each antenna A k of the antenna array 13, it is possible to minimize the effects of radio waves oozing from adjacent antenna A k.

図14には、幾つかのアンテナの組み合わせで受信された受信信号の一例が示されている。このグラフでも、アンテナAを送信用アンテナとし、アンテナAを受信用アンテナとした場合の受信信号Tx1_Rx5と、アンテナAを送信用アンテナとし、アンテナA11を受信用アンテナとした場合の受信信号Tx7_Rx11と、アンテナA11を送信用アンテナとし、アンテナA15を受信用アンテナとした場合の受信信号Tx11_Rx15と、が示されている。図14に示すように、受信信号Tx1_Rx5と、受信信号Tx7_Rx11と、受信信号Tx11_Rx15とは、良く一致している。 FIG. 14 shows an example of a received signal received by a combination of several antennas. In this graph, the antenna A 1 and the transmitting antenna, the received signal Tx1_Rx5 in the case where the antenna A 5 and the receiving antenna, the antenna A 7 and the transmitting antenna, receiving in the case where the antenna A 11 and the receiving antenna a signal Tx7_Rx11, the antenna a 11 and the transmitting antenna, the received signal Tx11_Rx15 in the case where the antenna a 15 and the receiving antenna are the shown. As shown in FIG. 14, the received signal Tx1_Rx5, the received signal Tx7_Rx11, and the received signal Tx11_Rx15 are in good agreement.

このように、本実施の形態でも、マイクロ波のインパルス信号を送信する一のアンテナAとインパルス信号を受信する他のアンテナAの相対距離が同じ送受信用のアンテナの組み合わせ(A、A)では、隣接するアンテナAを離隔することにより、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。これにより、図8に示すように、癌組織CAがない状態での各アンテナAでの受信信号を同じとすることができるので、その受信信号から、生体30内の癌組織CAを精度良く検出することができる。この結果、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上することができる。 Thus, also in this embodiment, one which transmits an impulse signal of a microwave antenna A m and combinations of other relative distance between the antenna A n is for the same transmitting and receiving antenna for receiving an impulse signal (A m, A in n), by separating the adjacent antenna a k, the reception environment of the impulse signal of the microwave is formed to be the same. Thus, as shown in FIG. 8, since the received signal at each antenna A k in the absence of cancer tissue CA may be the same, from the received signal, accurately cancer tissue CA in vivo 30 Can be detected. As a result, the reception efficiency of the microwave impulse signal can be improved.

(実施の形態5)
次に、本発明の実施の形態5について、説明する。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態では、アンテナアレイ13における各アンテナAの配列が、上記実施の形態1と異なる。また、アンテナアレイ13には、ダミーのアンテナB〜B20は設けられていない。 In this embodiment, the sequence of each antenna A k of the antenna array 13 is different from the first embodiment. The antenna array 13 is not provided with dummy antennas B 1 to B 20 .

なお、図15に示すように、アンテナアレイ13では、各アンテナA〜A16の間に吸収体40が挿入されている。このような吸収体40としては、例えばフェライトの薄膜を用いることができる。このようにすれば、各アンテナAからの電波のしみだしは、吸収体40によって吸収され、各アンテナで受信される受信信号への影響を最小限に留めることができる。 As shown in FIG. 15, in the antenna array 13, the absorber 40 is inserted between the antennas A 1 to A 16 . As such an absorber 40, for example, a ferrite thin film can be used. By this way, the radio wave exudation of from each antenna A k is absorbed by the absorber 40, the effect on the received signal received by each antenna can be minimized.

このように、本実施の形態でも、マイクロ波のインパルス信号を送信する一のアンテナAとインパルス信号を受信する他のアンテナAnの相対距離が同じ送受信用のアンテナの組み合わせ(A、A)では、隣接するアンテナA間に吸収体40を挿入することにより、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。これにより、癌組織CAがない状態での各アンテナAでの受信信号を同じとすることができるので、その受信信号から、生体30内の癌組織CAを精度良く検出することができる。この結果、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上することができる。 Thus, also in this embodiment, one which transmits an impulse signal of a microwave antenna A m and combinations of other antennas An of the relative distances for the same transmitting and receiving antenna for receiving an impulse signal (A m, A n in), by inserting an absorber 40 between adjacent antenna a k, the reception environment of the impulse signal of the microwave is formed to be the same. Thus, it is possible to equalize the received signal at each antenna A k in the absence of cancer tissue CA, can be from the received signal, to accurately detect cancerous tissue CA in vivo 30. As a result, the reception efficiency of the microwave impulse signal can be improved.

(実施の形態6)
次に、本発明の実施の形態6について、説明する。
(Embodiment 6)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.

図16には、アンテナAと、アンテナAに接続されたスイッチ回路14のスイッチ70とを接続する回路構成が示されている。図16に示すように、各アンテナAとスイッチ70との間で信号を伝送する伝送線路60が設けられている。伝送線路60は、インピーダンスが所定値以上となっている。伝送線路60は、十分に高インピーダンスとなっている。これにより、スイッチ70がオンとなっていてもオフとなっていても、アンテナAにおけるインピーダンスはほぼ一定であるとみなすことができる。 FIG. 16 shows a circuit configuration for connecting the antenna A k and the switch 70 of the switch circuit 14 connected to the antenna A k . As shown in FIG. 16, a transmission line 60 for transmitting a signal between each antenna Ak and the switch 70 is provided. The transmission line 60 has an impedance of a predetermined value or more. The transmission line 60 has a sufficiently high impedance. Thereby, it can be considered that the impedance in the antenna Ak is substantially constant regardless of whether the switch 70 is on or off.

このように、本実施の形態でも、マイクロ波のインパルス信号を送信する一のアンテナAとインパルス信号を受信する他のアンテナAの相対距離が同じ送受信用のアンテナの組み合わせ(A、A)では、アンテナAとスイッチ70との間を高インピーダンスな伝送線路60で接続して、アンテナAのインピーダンスを安定させることにより、各アンテナAで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。これにより、癌組織CAがない状態での各アンテナAでの受信信号を同じとすることができるので、その受信信号から、生体30内の癌組織CAを精度良く検出することができる。この結果、マイクロ波のインパルス信号の受信効率を向上することができる。 Thus, also in this embodiment, one which transmits an impulse signal of a microwave antenna A m and combinations of other relative distance between the antenna A n is for the same transmitting and receiving antenna for receiving an impulse signal (A m, A in n), between the antenna a k and the switch 70 are connected by a high impedance transmission line 60, by stabilizing the impedance of the antenna a k, the reception environment of the impulse signal of the microwave by each antenna a k It is formed to be the same. Thus, it is possible to equalize the received signal at each antenna A k in the absence of cancer tissue CA, can be from the received signal, to accurately detect cancerous tissue CA in vivo 30. As a result, the reception efficiency of the microwave impulse signal can be improved.

(実施の形態7)
次に、本発明の実施の形態7について、説明する。
(Embodiment 7)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.

図17には、本実施の形態に係る本体11の断面が示されている。図17に示すように、本実施の形態では、アンテナアレイ13と、スイッチ回路14との間にアンテナアレイ13をカバーする吸収体膜16がさらに形成されている。吸収体膜16は、例えばフェライトである。   FIG. 17 shows a cross section of the main body 11 according to the present embodiment. As shown in FIG. 17, in the present embodiment, an absorber film 16 that covers the antenna array 13 is further formed between the antenna array 13 and the switch circuit 14. The absorber film 16 is, for example, ferrite.

この吸収体膜16により、アンテナAから発せられたマイクロ波が、スイッチ回路14を流れる信号に混入するのを防止することができる。 The absorber film 16 can prevent the microwaves emitted from the antenna Ak from being mixed into the signal flowing through the switch circuit 14.

(実施の形態8)
次に、本発明の実施の形態8について、説明する。
(Embodiment 8)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態では、信号処理部15における生体の癌組織CAの検出方法について説明する。   In the present embodiment, a method for detecting a cancer tissue CA of a living body in the signal processing unit 15 will be described.

図18には、信号処理部15の処理の流れが示されている。図18に示すように、まず、信号処理部15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(A、A)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S1)。 FIG. 18 shows a flow of processing of the signal processing unit 15. As shown in FIG. 18, first, the signal processing unit 15 transmits / receives microwave impulse signals with all combinations (A m , A n ) of transmission / reception antennas having the same relative distance, and acquires reception signals, respectively. (Step S1).

続いて、信号処理部15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S2)。   Subsequently, the signal processing unit 15 calculates an average signal pattern of the acquired plurality of received signals as a reference signal (step S2).

図19に示すように、相対距離が同じ送受信用のアンテナの組み合わせ(A、A)として、(A、A)、(A、A10)、(A、A)などと相対距離が同じアンテナAの組み合わせ(A、A)では、癌組織CAがなければ、受信信号のパターンは同じになる。 As shown in FIG. 19, combinations (A m , A n ) of transmission / reception antennas having the same relative distance (A 1 , A 5 ), (A 6 , A 10 ), (A 5 , A 9 ), etc. And the combination of the antennas A k having the same relative distance (A m , A n ), the pattern of the received signal is the same if there is no cancer tissue CA.

また、生体30には、受信信号を変化させる癌組織CAが含まれている場合がある。癌組織CAがあると、各アンテナAで受信される受信信号の信号パターンは変化する。各アンテナAで受信される受信信号が、癌組織CAによってどのように変化するかは、アンテナAと癌組織CAとの位置関係によって決まる。例えば、アンテナAを送信用とし、アンテナAを受信用とした場合の受信信号における癌組織CAの成分の出現位置と、アンテナAを送信用としアンテナA10を受信用とした場合の受信信号における癌組織CAの成分の出現位置とは、それぞれ異なっている。 In addition, the living body 30 may include a cancer tissue CA that changes a received signal. When cancer tissue CA is present, the signal pattern of the received signal received by each antenna Ak changes. How the received signal received by each antenna Ak varies depending on the cancer tissue CA depends on the positional relationship between the antenna Ak and the cancer tissue CA. For example, when the antenna A 5 is for transmission and the antenna A 9 is for reception, the appearance position of the component of the cancer tissue CA in the received signal, and when the antenna A 6 is for transmission and the antenna A 10 is for reception The appearance positions of the components of the cancer tissue CA in the received signal are different from each other.

このように、各アンテナAで受信される受信信号における癌組織CAの成分の出現位置はそれぞれ異なるため、各アンテナAで受信された受信信号の平均をとれば、受信信号から、癌組織CAの成分を抑圧することができる。本実施の形態では、癌組織CAの成分が抑圧され、かつ、生体30を用いて実際に測定された受信信号を基準信号として、癌組織CAの成分を検出する。 Thus, since the appearance positions of the components of the cancer tissue CA in the reception signals received by the respective antennas A k are different from each other, if the average of the reception signals received by the respective antennas A k is taken , CA components can be suppressed. In the present embodiment, the component of the cancer tissue CA is detected using the received signal actually measured using the living body 30 as a reference signal.

図18に戻り、続いて、信号処理部15は、基準信号とアンテナアレイ13の各アンテナA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30内の癌組織CAを検出する(ステップS3)。ステップS3終了後、信号処理部15は、処理を終了する。 Returning to FIG. 18, subsequently, the signal processing unit 15 detects the cancer tissue CA in the living body 30 based on the difference between the reference signal and the impulse signal of the microwave received by each antenna Ak of the antenna array 13. (Step S3). After step S3 ends, the signal processing unit 15 ends the process.

このように、本実施の形態によれば、相対距離が同じ各アンテナA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30内に癌組織CAが有ると無いとに関わらず、その生体30で観測される癌組織CAがなく、かつ、生体30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、癌組織CAを高精度に検出することができる。 Thus, according to this embodiment, the basis of the average pattern of a received signal relative distance is received respectively by the same combination of the antenna A k. In this way, regardless of the presence or absence of the cancer tissue CA in the living body 30, there is no cancer tissue CA observed in the living body 30, and the signal pattern of the received signal along the characteristics of the living body 30 is set. Can be substantially obtained. As a result, cancer tissue CA can be detected with high accuracy.

(実施の形態9)
次に、本発明の実施の形態9について、説明する。
(Embodiment 9)
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described.

図20、図21を参照して、実際の臨床において、乳がんを検出するための、もうひとつの基準信号の作成方法について説明する。図19又は図10において、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、(A、A)、(A、A10)、(A、A11)などのように、相対距離が同じアンテナAの組み合わせ(A、A)があるとする。例えば、(A、A)と(A、A10)の組み合わせで、図20(A)、図20(B)に示すように、一方の組み合わせが、乳がんターゲットが真ん中にあり、もう一方の組み合わせがd=11.6mmだけ離れていた場合、それぞれ受信された受信波形の差分(図21(A)参照)をとると、直接波は、構造対称性から等しいため消滅する。よって、乳がんターゲットに散乱されて遅れた信号だけが位置関係の違いから差分信号(図21(B)参照)として残る。これによって、平均化しなくても、2組の受信信号の差分によって、散乱信号だけを作ることができる。この方式は、基準信号を平均ではなく、差分で形成するために、コモンノイズを抑制することができ、信号雑音比が向上できる。2組4個の送受信アンテナの組み合わせをアンテナアレイについて行い、その差分信号を用いて、共焦点画像することにより、比較的簡単なアルゴリズムでイメージングできる。 With reference to FIGS. 20 and 21, another reference signal generation method for detecting breast cancer in actual clinical practice will be described. In FIG. 19 or FIG. 10, as a combination of transmitting and receiving antennas having the same relative distance, the relative distance is (A 5 , A 9 ), (A 6 , A 10 ), (A 7 , A 11 ), and the like. It is assumed that there is a combination (A m , A n ) of the same antenna A k . For example, in the combination of (A 5 , A 9 ) and (A 6 , A 10 ), as shown in FIGS. 20 (A) and 20 (B), one combination has the breast cancer target in the middle, When one of the combinations is separated by d m = 11.6 mm, the direct wave disappears because the difference between the received waveforms (see FIG. 21A) is equal because of the structural symmetry. Therefore, only the signal delayed by being scattered by the breast cancer target remains as a differential signal (see FIG. 21B) due to the difference in positional relationship. As a result, only the scattered signal can be created by the difference between the two sets of received signals without averaging. In this method, since the reference signal is formed by a difference instead of an average, common noise can be suppressed and a signal-to-noise ratio can be improved. By performing a combination of two sets of four transmission / reception antennas on the antenna array and using the difference signal to perform a confocal image, imaging can be performed with a relatively simple algorithm.

上記各実施の形態では、アンテナの数を16個としたが、本発明はこれには限られず、アンテナの数は任意でよい。   In each of the above embodiments, the number of antennas is 16. However, the present invention is not limited to this, and the number of antennas may be arbitrary.

本発明は、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、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、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、本発明の範囲内とみなされる。   Various embodiments and modifications can be made to the present invention without departing from the broad spirit and scope of the present invention. The above-described embodiments are for explaining the present invention and do not limit the scope of the present invention. In other words, the scope of the present invention is shown not by the embodiments but by the claims. Various modifications within the scope of the claims and within the scope of the equivalent invention are considered to be within the scope of the present invention.

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。   The present invention is suitable for an antenna array device used for a breast cancer sensor or the like. The present invention is not limited to breast cancer sensors, and can be applied to detection and discrimination of regions with different dielectric constants in the living body such as other tumors.

10 癌検出装置
11 本体
12 表示装置
13 アンテナアレイ
14 スイッチ回路
15 信号処理部
16 吸収体膜
17 加速度センサ
20、20A、20B 誘電膜
30 生体
31 皮膚
32 脂肪層
40 吸収体
60 伝送線路
70 スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cancer detection apparatus 11 Main body 12 Display apparatus 13 Antenna array 14 Switch circuit 15 Signal processing part 16 Absorber film | membrane 17 Acceleration sensor 20, 20A, 20B Dielectric film | membrane 30 Living body 31 Skin 32 Fat layer 40 Absorber 60 Transmission line 70 Switch

Claims (9)

マイクロ波のインパルス信号を送受信する複数のアンテナの配列を有するアンテナアレイと、
前記複数のアンテナの中から、前記マイクロ波のインパルス信号を送信する一のアンテナと、前記一のアンテナから送信されたインパルス信号を受信する他のアンテナとから成り、前記一のアンテナと前記他のアンテナとの相対距離が同じとな送受信用のアンテナの組み合わせを選択する選択部と、
前記選択部を制御して、前記一のアンテナと前記他のアンテナとの相対距離が同じとな前記送受信用のアンテナの組み合わせを変えながら、前記マイクロ波のインパルス信号を送受信し、前記他のアンテナで受信された前記マイクロ波のインパルス信号に対する信号処理を行う信号処理部と、
を備え
調整部又はアンテナの配列により、前記一のアンテナと前記他のアンテナとの相対距離が同じとなる送受信用のアンテナの組み合わせでの前記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、
異常組織検出装置。
An antenna array having an array of a plurality of antennas for transmitting and receiving microwave impulse signals;
The antenna includes one antenna that transmits the microwave impulse signal and another antenna that receives the impulse signal transmitted from the one antenna. The one antenna and the other antenna a selection unit relative distance between the antenna selecting a combination of antennas for transmission and reception that Do the same,
Wherein by controlling the selection unit, while changing a combination of the antenna for the transmission and reception relative distance equal bets ing said as one of the antenna and the other antenna transmits and receives an impulse signal of the microwave, of the other A signal processing unit that performs signal processing on the microwave impulse signal received by the antenna;
Equipped with a,
Depending on the arrangement of the adjustment unit or antenna, the reception environment for the microwave impulse signal is the same for the combination of transmitting and receiving antennas having the same relative distance between the one antenna and the other antenna. ing,
Abnormal tissue detection device.
前記アンテナアレイでは、
前記各アンテナとインピーダンスが等価となる複数のダミーのアンテナが前記調整部として設けられ、
前記複数のダミーのアンテナは、前記複数のアンテナの周囲に配列されている、
請求項1に記載の異常組織検出装置。
In the antenna array,
A plurality of dummy antennas having an impedance equivalent to each of the antennas is provided as the adjustment unit,
The plurality of dummy antennas are arranged around the plurality of antennas,
The abnormal tissue detection apparatus according to claim 1.
前記アンテナアレイでは、
前記各アンテナが所定の距離だけ離隔して配列されている、
請求項1に記載の異常組織検出装置。
In the antenna array,
The antennas are arranged at a predetermined distance apart from each other.
The abnormal tissue detection apparatus according to claim 1.
前記アンテナアレイでは、
前記各アンテナが、千鳥足状に配列されている、
請求項3に記載の異常組織検出装置。
In the antenna array,
The antennas are arranged in a staggered pattern,
The abnormal tissue detection device according to claim 3.
前記アンテナアレイでは、
前記各アンテナの間にマイクロ波を吸収する吸収体が前記調整部として挿入されている、
請求項1に記載の異常組織検出装置。
In the antenna array,
An absorber that absorbs microwaves is inserted as the adjustment unit between the antennas.
The abnormal tissue detection apparatus according to claim 1.
前記アンテナアレイと生体との間に、インピーダンス整合層を有し、
前記インピーダンス整合層の実効誘電率が皮膚組織と脂肪組織の間の値をとり、
前記インピーダンス整合層の厚さが、前記インパルス信号の幅に実効位相速度をかけた値より小さく、実効位相速度の1/2をかけた値より大きい、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の異常組織検出装置。
Between the antenna array and the living body, there is an impedance matching layer,
The effective dielectric constant of the impedance matching layer takes a value between skin tissue and adipose tissue,
A thickness of the impedance matching layer is smaller than a value obtained by multiplying the width of the impulse signal by an effective phase velocity, and larger than a value obtained by multiplying a half of the effective phase velocity;
The abnormal tissue detection apparatus according to any one of claims 1 to 5.
前記各アンテナと前記選択部との間で送受信用の信号を伝送する線路として、所定値以上のインピーダンスを有するマイクロストリップ伝送線路が前記調整部として設けられている、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の異常組織検出装置。
As a line for transmitting a signal for transmission and reception between each antenna and the selection unit, a microstrip transmission line having an impedance of a predetermined value or more is provided as the adjustment unit.
The abnormal tissue detection apparatus according to any one of claims 1 to 6.
前記アンテナの組み合わせは、アンテナ間の相対距離を同じくする2組の送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせであり、前記信号処理部は、第1の組の前記一のアンテナから送信した前記インパルス信号を第1の組の前記他のアンテナで受信して得られる信号から、第2の組の送信アンテナから送信した前記インパルス信号を前記第2の組の他のアンテナで受信して得られる信号を引き算する、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の異常組織検出装置。
The combination of the antenna is also of two pairs of transmit and receive antennas to combine the relative distance between the antennas, the signal processing unit, the impulse signal transmitted from the first set of the one antenna first A signal obtained by receiving the impulse signal transmitted from the second set of transmission antennas by the other antenna of the second set is subtracted from a signal obtained by receiving by the other antenna of the first set. ,
The abnormal tissue detection apparatus according to any one of claims 1 to 7.
前記信号処理部は、
前記一のアンテナと前記他のアンテナとの相対距離が同じとな送受信用のアンテナの全ての組み合わせについて、前記アンテナアレイ装置で取得された複数の前記マイクロ波のインパルス信号の平均信号パターンを基準信号として算出し、
前記基準信号と前記アンテナアレイ装置のアンテナアレイの各アンテナで受信された前記マイクロ波のインパルス信号との違いに基づいて、前記生体内の異常組織を検出する、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の異常組織検出装置。
The signal processing unit
For all combinations of antenna for transmitting and receiving the relative distance that Do the same with the one antenna and the other antenna, the reference average signal pattern of a plurality of impulse signal of the microwave obtained by the antenna array system As a signal,
Detecting abnormal tissue in the living body based on the difference between the reference signal and the impulse signal of the microwave received by each antenna of the antenna array of the antenna array device;
The abnormal tissue detection apparatus according to any one of claims 1 to 8.
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