本發(fā)明涉及利用波動(dòng)來(lái)獲得對(duì)象物的內(nèi)部信息并進(jìn)行影像化(圖像化)的技術(shù)，尤其涉及利用了波動(dòng)的散射現(xiàn)象的散射斷層成像方法以及散射斷層成像裝置。

背景技術(shù)：

以往作為對(duì)生物體或建筑物等物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化的方法曾經(jīng)采用過(guò)X線CT(X線斷層成像)、MRI(Magnetic Resonance Imaging：核磁共振圖像法)、PET(Positron Emission Tomography：正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像)等方法。具體而言，將光、太赫茲、毫米波、微波等電磁波或超聲波、聲波、彈性波等波動(dòng)照射到作為觀察對(duì)象物的生物體、物體、或等離子體，通過(guò)對(duì)其散射波(反射波)進(jìn)行觀察以及解析，從而對(duì)生物體內(nèi)部、固體內(nèi)部、或等離子體的內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化。并且，最近還有替代波動(dòng)而采用磁場(chǎng)，來(lái)對(duì)生物體或物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化的方法。

一般而言，在這些方法中采用的技術(shù)是，對(duì)物體O照射如電磁波或超聲波等波動(dòng)u，在物體O的周圍的多個(gè)位置觀察從物體O散射的散射波p，并對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行影像化(例如參照專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn)1)。

專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)是利用電波來(lái)對(duì)物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化。對(duì)以被配置在圓周上的傳感器元件觀察的散射波的數(shù)據(jù)，以電導(dǎo)率或介電常數(shù)等參數(shù)進(jìn)行校正的同時(shí)，反復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲得并進(jìn)行影像化。

非專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)是，關(guān)于多路徑線性陣列雷達(dá)的技術(shù)，對(duì)混凝土內(nèi)部的缺陷等信息進(jìn)行影像化。將被配置成直線狀的傳感器元件(直線狀的多陣列天線)配置到對(duì)象物的表面，以傳感器來(lái)觀察被照射的波動(dòng)的散射波，并對(duì)觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行解析以及影像化。

(現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn))

(專利文獻(xiàn))

專利文獻(xiàn)1日本 特開(kāi)2003-177656號(hào)公報(bào)

(非專利文獻(xiàn))

非專利文獻(xiàn)1開(kāi)發(fā)隧道襯里混凝土檢查用三維影像化雷達(dá)、三井造船技報(bào)、No.184(2005-2)、p24

在專利文獻(xiàn)1以及非專利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的技術(shù)中，例如每當(dāng)物體的曲面形狀等條件變化時(shí)，需要改變理論或裝置內(nèi)部的結(jié)構(gòu)等，并再次獲得數(shù)據(jù)，而且還需要對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，因此難于通用。尤其是對(duì)于生物體等具有柔軟的形狀的對(duì)象物，由于對(duì)象物的形狀或外形的曲面的曲率不固定的情況較多，因此以往的直線狀多陣列天線難于通用。并且，由于需要再次獲得數(shù)據(jù)并進(jìn)行校正，因此出現(xiàn)計(jì)算速度慢以及存儲(chǔ)容量被大量使用的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明提供一種能夠廣泛通用、且能夠簡(jiǎn)便快速地對(duì)物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化的散射斷層成像方法以及散射斷層成像裝置。

為了解決上述的課題，本發(fā)明所涉及的散射斷層成像方法，解析針對(duì)被收納在外殼內(nèi)的物體放射的波動(dòng)的散射波，在所述散射斷層成像方法中包括如下步驟：進(jìn)行放射的步驟，從被配置在所述外殼的側(cè)面上的多個(gè)發(fā)送天線元件，向所述物體放射所述波動(dòng)，所述多個(gè)發(fā)送天線元件被配置成線狀，在進(jìn)行平面視的情況下，所述線狀與所述外殼的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的軸為同一方向；進(jìn)行接收的步驟，由被配置在所述外殼的側(cè)面上的多個(gè)接收天線元件，接收所述散射波，所述多個(gè)接收天線元件被配置成線狀，在進(jìn)行平面視的情況下，所述線狀與所述外殼的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的軸為同一方向；以及重新構(gòu)成圖像的步驟，根據(jù)示出所述接收天線元件所接收的散射波的散射波數(shù)據(jù)，重新構(gòu)成關(guān)于所述物體的內(nèi)部信息的圖像，在所述重新構(gòu)成圖像的步驟中，將具有與所述外殼相同的形狀的三維空間作為對(duì)象，事先設(shè)定重構(gòu)函數(shù)，所述重構(gòu)函數(shù)用于對(duì)關(guān)于所述物體的內(nèi)部信息的圖像進(jìn)行重構(gòu)，構(gòu)筑滿足所述重構(gòu)函數(shù)的漸近式的漸近方程式，從所述散射波數(shù)據(jù)，導(dǎo)出通過(guò)解所述漸近方程式而得到的影像化函數(shù)，根據(jù)所述影像化函數(shù)，對(duì)關(guān)于所述物體的內(nèi)部信息的圖像進(jìn)行重構(gòu)。

據(jù)此，在傳感器元件被配置在外殼的側(cè)面上的解析模式中，通過(guò)設(shè)定反演問(wèn)題用的偏微分方程，并通過(guò)解該方程，從而能夠?qū)Ρ皇占{在外殼內(nèi)的對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行通用且高速的影像化。并且，在重新構(gòu)成圖像的步驟中，由于重構(gòu)函數(shù)的設(shè)定是以三維空間為對(duì)象來(lái)進(jìn)行的，因此能夠?qū)?duì)象物的內(nèi)部信息，高精度且高速地在三維上進(jìn)行影像化。

并且也可以是，所述外殼具有圓錐狀的形狀，所述多個(gè)發(fā)送天線元件以及所述多個(gè)接收天線元件沿著所述外殼的圓錐的母線而被配置。

據(jù)此，在傳感器元件被配置在外殼側(cè)面的圓錐的母線上的解析模式中，通過(guò)設(shè)定反演問(wèn)題用的偏微分方程，并通過(guò)解該方程，從而能夠通用且高速地對(duì)對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。尤其是針對(duì)具有圓錐狀的形狀的對(duì)象物，能夠高精確地且高速地對(duì)內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。

并且也可以是，所述外殼具有大致圓錐狀的形狀，該大致圓錐狀的形狀具有曲線狀的母線，所述多個(gè)發(fā)送天線元件以及所述多個(gè)接收天線元件沿著所述曲線狀的母線而被配置。

據(jù)此，在傳感器元件被配置在外殼側(cè)面的曲線狀的母線上的解析模式中，通過(guò)設(shè)定反演問(wèn)題用的偏微分方程，并通過(guò)解該方程，從而能夠通用且高速地對(duì)對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。尤其是針對(duì)大致圓錐狀的對(duì)象物，例如具有半球或圓頂狀的形狀的對(duì)象物，能夠高精確且高速地對(duì)內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。

并且也可以是，所述波動(dòng)為微波。

據(jù)此，即使是水分多的對(duì)象物，也能夠以通用且簡(jiǎn)便的方法對(duì)對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。

并且，所述波動(dòng)可以是脈沖波，或者可以是具有規(guī)定的頻率的周期波。

據(jù)此，能夠以通用且簡(jiǎn)便的方法，對(duì)具有柔軟的形狀的對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。

并且，為了解決上述的課題，本發(fā)明所涉及的散射斷層成像裝置，解析針對(duì)被收納在外殼內(nèi)的物體放射的波動(dòng)的散射波，所述散射斷層成像裝置具備：多個(gè)發(fā)送天線元件，以線狀被配置在所述外殼的側(cè)面上，且向所述物體放射所述波動(dòng)，在平面視的情況下，所述線狀與所述外殼的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的軸為同一方向；多個(gè)接收天線元件，以線狀被配置在所述外殼的側(cè)面上，接收被放射的所述波動(dòng)在所述物體上散射的散射波，在平面視的情況下，所述線狀與所述外殼的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的軸為同一方向；以及圖像重構(gòu)部，根據(jù)示出接收的所述散射波的散射波數(shù)據(jù)，重新構(gòu)成關(guān)于所述物體的內(nèi)部信息的圖像，所述圖像重構(gòu)部，將具有與所述外殼相同的形狀的三維空間作為對(duì)象，事先設(shè)定重構(gòu)函數(shù)，所述重構(gòu)函數(shù)用于對(duì)關(guān)于所述物體的內(nèi)部信息的圖像進(jìn)行重構(gòu)，構(gòu)筑滿足所述重構(gòu)函數(shù)的漸近式的漸近方程式，從所述散射波數(shù)據(jù)，導(dǎo)出通過(guò)解所述漸近方程式而得到的影像化函數(shù)，根據(jù)所述影像化函數(shù)，對(duì)關(guān)于所述物體的內(nèi)部信息的圖像進(jìn)行重構(gòu)。

據(jù)此，在傳感器元件被配置在外殼的側(cè)面上的解析模式中，通過(guò)設(shè)定反演問(wèn)題用的偏微分方程，并通過(guò)解該方程，從而能夠通用且高速地對(duì)被收納在外殼內(nèi)對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。并且，在重新構(gòu)成圖像的步驟中，由于重構(gòu)函數(shù)的設(shè)定是以三維空間為對(duì)象來(lái)進(jìn)行的，因此能夠高精確且高速地對(duì)對(duì)象物的內(nèi)部信息在三維上進(jìn)行影像化。

并且，也可以是，所述發(fā)送天線元件由具有兩個(gè)輸入端子和兩個(gè)輸出端子的第一寬頻帶用天線構(gòu)成，所述第一寬頻帶用天線具備：由半導(dǎo)體元件構(gòu)成的第一有源平衡電路、與所述兩個(gè)輸出端子中的一方連接的第一天線元件、與所述兩個(gè)輸出端子中的另一方連接的第二天線元件、以及分別使所述第一天線元件和所述第二天線元件接地的第一電阻元件，所述接收天線元件由具有兩個(gè)輸入端子和兩個(gè)輸出端子的第二寬頻帶用天線、以及對(duì)接收的頻率信號(hào)進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的混頻器構(gòu)成，所述第二寬頻帶用天線具備：由半導(dǎo)體元件構(gòu)成的第二有源平衡電路、與所述兩個(gè)輸入端子中的一方連接的第三天線元件、與所述兩個(gè)輸入端子中的另一方連接的第四天線元件、以及分別使所述第三天線元件和所述第四天線元件接地的第二電阻元件。

據(jù)此，在超廣頻帶用天線中由于可以不使用由線圈型變壓器構(gòu)成的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高速且高精度的乳房造影裝置。

并且也可以是，所述外殼具有圓錐狀的形狀，所述多個(gè)發(fā)送天線元件以及所述多個(gè)接收天線元件沿著所述外殼的圓錐的母線而被配置。

據(jù)此，在傳感器元件被配置在外殼側(cè)面的圓錐的母線上的解析模式中，通過(guò)設(shè)定反演問(wèn)題用的偏微分方程，并通過(guò)解該方程，從而能夠通用且高精確地對(duì)對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。尤其是對(duì)于具有圓錐狀的形狀的對(duì)象物，能夠高精確地且高速地對(duì)內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。

并且也可以是，所述外殼具有大致圓錐狀的形狀，該大致圓錐狀的形狀具有曲線狀的母線，所述多個(gè)發(fā)送天線元件以及所述多個(gè)接收天線元件沿著所述曲線狀的母線而被配置。

據(jù)此，在傳感器元件被配置在外殼側(cè)面的曲線狀的母線上的解析模式中，通過(guò)設(shè)定反演問(wèn)題用的偏微分方程，并通過(guò)解該方程，從而能夠通用且高速地對(duì)對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。尤其是對(duì)于大致圓錐狀的對(duì)象物，例如具有半球或圓頂狀的形狀的對(duì)象物，能夠高精確且高速地對(duì)內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。

并且，所述波動(dòng)可以是微波。

據(jù)此，即使是水分多的對(duì)象物，也能夠以通用且簡(jiǎn)便的方法對(duì)對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。

并且，所述波動(dòng)可以是脈沖波，或者可以是具有規(guī)定的頻率的周期波。

據(jù)此，能夠以通用且簡(jiǎn)便的方法，對(duì)具有柔軟的形狀的對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。

通過(guò)本發(fā)明能夠通用且快速地進(jìn)行反演問(wèn)題的解析，并且能夠簡(jiǎn)便地對(duì)具有柔軟的形狀的物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化。能夠以更高的精確度且高速地對(duì)具有柔軟的形狀的對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。

附圖說(shuō)明

圖1是示出實(shí)施方式1所涉及的多路徑陣列雷達(dá)的構(gòu)成的概略圖。

圖2是實(shí)施方式1所涉及的多路徑陣列雷達(dá)的工作的流程圖。

圖3是用于說(shuō)明實(shí)施方式1所涉及的散射斷層成像方法的原理的解析模式。

圖4是用于說(shuō)明實(shí)施方式1所涉及的散射斷層成像方法的原理的解析模式。

圖5是用于說(shuō)明實(shí)施方式1所涉及的散射斷層成像方法的原理的解析模式。

圖6是用于說(shuō)明實(shí)施方式2所涉及的散射斷層成像方法的原理的解析模式。

圖7是用于說(shuō)明實(shí)施方式2所涉及的散射斷層成像方法的原理的解析模式。

圖8是示出實(shí)施方式3所涉及的天線系統(tǒng)的構(gòu)成的概略圖。

圖9是示出實(shí)施方式3所涉及的發(fā)送用陣列天線的構(gòu)成的概略圖。

圖10是示出實(shí)施方式3所涉及的接收用陣列天線的構(gòu)成的概略圖。

圖11是示出實(shí)施方式3所涉及的發(fā)送天線元件的構(gòu)成的概略圖。

圖12是示出實(shí)施方式3所涉及的發(fā)送用UWB天線的構(gòu)成的概略圖。

圖13是示出實(shí)施方式3所涉及的接收天線元件的構(gòu)成的概略圖。

圖14是示出實(shí)施方式3所涉及的接收用UWB天線的構(gòu)成的概略圖。

圖15是示出了實(shí)施方式3所涉及的被檢體表面的解析模式。

圖16A是示出了天線元件的構(gòu)成的一個(gè)例子的概略圖。

圖16B是示出天線元件的構(gòu)成的其他的例子的概略圖。

具體實(shí)施方式

(成為本發(fā)明的基礎(chǔ)的見(jiàn)解)

在對(duì)本發(fā)明所涉及的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明之前，對(duì)成為本發(fā)明的基礎(chǔ)的技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明。

在對(duì)物體照射波動(dòng)時(shí)而產(chǎn)生的散射現(xiàn)象能夠利用算子來(lái)表示。例如，針對(duì)物體O、照射波u、觀察數(shù)據(jù)p所表示的物理方程式，能夠利用算子A以p＝A_u[O]來(lái)表示。在此，在物體O、照射波u、算子(系統(tǒng)函數(shù))A是已知的情況下，求出觀察數(shù)據(jù)p的問(wèn)題被稱作正演問(wèn)題。正演問(wèn)題是確切的數(shù)學(xué)基盤的方法，求出這些解可以通過(guò)一般的物理教科書中所記載的方法。

對(duì)此，在醫(yī)療或產(chǎn)業(yè)上的重要課題是，當(dāng)照射波u、系統(tǒng)函數(shù)A、觀察數(shù)據(jù)p為已知的情況下，求出物體O是什么。這種問(wèn)題在從逆向來(lái)追溯物理現(xiàn)象的因果關(guān)系上來(lái)看，被稱作反演問(wèn)題，能夠以O(shè)＝A_u^-1[p]來(lái)表示。觀察并解析波動(dòng)被照射到物體時(shí)的散射波，并對(duì)物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化的方法(散射斷層成像)則利用該反演問(wèn)題。

反演問(wèn)題不是像正演問(wèn)題那樣不是確切的數(shù)學(xué)基盤的方法，由于沒(méi)有確立的理論，因此存在不能容易地解出的問(wèn)題。

并且，在對(duì)生物體等柔軟的形狀的物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化時(shí)，例如每當(dāng)物體的曲面形狀等條件改變時(shí)，則需要改變理論或裝置內(nèi)部的結(jié)構(gòu)等并再次獲得數(shù)據(jù)，并需要對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。因此，利用反演問(wèn)題對(duì)物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化的方法難于普遍使用。并且，由于需要再次獲得數(shù)據(jù)并進(jìn)行校正，因此會(huì)出現(xiàn)計(jì)算速度慢以及容量被大量占用的問(wèn)題。

作為上述的利用波動(dòng)的散射波非破壞性地對(duì)對(duì)象物的缺陷等進(jìn)行檢測(cè)的方法(散射斷層成像)有Multi-Path Linear Array Radar(MPLA Radar：多路徑線性陳列雷達(dá))。該方法例如將作為傳感器的天線元件安裝到對(duì)象物，即使是具有曲率的對(duì)象物也作為平面而被近似，根據(jù)從天線元件放射的電磁波與在對(duì)象物反射的反射波(散射波)的關(guān)系，非破壞性地對(duì)對(duì)象物的缺陷等進(jìn)行檢測(cè)。

MPLA Radar根據(jù)放射到對(duì)象物的放射波與在對(duì)象物反射的反射波(散射波)的關(guān)系，非破壞性地對(duì)對(duì)象物的缺陷等進(jìn)行檢測(cè)。然而在MPLA Radar中存在的問(wèn)題是，因成為對(duì)象物的生物體等的形狀不同，而給電磁波的相位的影響誤差就會(huì)增加，通過(guò)計(jì)算得到的像不能成像在焦點(diǎn)。

以下對(duì)散射斷層成像進(jìn)行說(shuō)明，該散射斷層成像對(duì)MPLA Radar進(jìn)行了改良，即使是生物體等具有柔軟的形狀的對(duì)象物也能夠通用。

以下利用附圖對(duì)本發(fā)明所涉及的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。并且，圖中被賦予相同符號(hào)的構(gòu)成要素表示相同或同種的構(gòu)成要素。

并且，以下所說(shuō)明的實(shí)施方式示出了本發(fā)明的的一個(gè)優(yōu)選的具體例子。以下的實(shí)施方式所示的數(shù)值、形狀、材料、構(gòu)成要素、構(gòu)成要素的配置位置以及連接方式、步驟、步驟的順序等為一個(gè)例子，其主旨并非是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定。并且，對(duì)于以下的實(shí)施方式的構(gòu)成要素中示出本發(fā)明的最上位概念的技術(shù)方案中所沒(méi)有記載的構(gòu)成要素，作為構(gòu)成較優(yōu)選的形態(tài)的任意的構(gòu)成要素來(lái)說(shuō)明。

并且，一般而言，散射斷層成像是指利用波動(dòng)的散射波非破壞性地對(duì)對(duì)象物的缺陷等進(jìn)行檢測(cè)的方法，但是在本申請(qǐng)中為了明確散射斷層成像是一種方法，以下將這種方法稱作散射斷層成像方法。并且，將用于執(zhí)行散射斷層成像方法的裝置稱作散射斷層成像裝置。

(實(shí)施方式1)

<傳感器陣列的構(gòu)成>

在實(shí)施方式1中，對(duì)用于執(zhí)行散射斷層成像方法的傳感器，即利用一維傳感器陣列的情況進(jìn)行說(shuō)明。一維傳感器陣列是被配置成一維的由發(fā)送天線元件以及接收天線元件(線性陣列天線)構(gòu)成的傳感器陣列。

在本實(shí)施方式中，對(duì)生物體的內(nèi)部信息、尤其是缺陷細(xì)胞的位置信息進(jìn)行影像化的例子，可以舉出將持有直線狀的母線的圓錐體作為模式的散射斷層成像裝置。具體而言，作為具有大致圓錐狀的形狀的對(duì)象物，以乳房為例進(jìn)行說(shuō)明，作為缺陷細(xì)胞，以乳房中的癌細(xì)胞為例進(jìn)行說(shuō)明。

在該裝置中，構(gòu)成線性陣列天線的發(fā)送天線元件以及接收天線元件沿著圓錐體的母線被配置成一列(一維的)。線性天線在作為圓錐的底面的圓的周向上旋轉(zhuǎn)掃描。

首先，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的散射斷層成像裝置、即多路徑陣列雷達(dá)20的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。多路徑陣列雷達(dá)20是發(fā)送用的多個(gè)天線元件和接收用的多個(gè)天線元件分別被配置成一列的線性陣列天線。在該線性陣列天線中，以發(fā)送天線元件列上的任意的元件發(fā)送波動(dòng)，以接收天線元件列上的任意的元件接收反射波。例如，在發(fā)送天線元件以及接收天線元件分別在y方向上配置了n_y個(gè)的情況下，能夠得到n_y²組時(shí)間序列數(shù)據(jù)。

圖1是示出實(shí)施方式1所涉及的多路徑陣列雷達(dá)20的構(gòu)成的概略圖。如圖1所示，多路徑陣列雷達(dá)20具備傳感器部30以及圖像重構(gòu)部40。

傳感器部30具備：發(fā)送部31、接收部32、外殼33、以及線性陣列天線37。線性陣列天線37具有多個(gè)被排列成線狀的、由發(fā)送天線元件36a和接收天線元件36b構(gòu)成的天線元件36。

發(fā)送天線元件36a向作為對(duì)象物的生物體發(fā)送波動(dòng)，接收天線元件36b接收從生物體反射(散射)的反射波(散射波)。在此，作為波動(dòng)以微波為例進(jìn)行說(shuō)明，但是波動(dòng)并非受微波所限，也可以是其他的頻帶范圍的電磁波或超聲波。因此，發(fā)送天線元件36a以及接收天線元件36b可以是微波用的天線元件，但是不受微波所限，可以是其他的頻帶的電磁波或超聲波用的天線元件。并且，隨著近些年移動(dòng)通信技術(shù)的廣頻帶化，從而也可以是廣頻帶或超廣頻帶用的天線元件。另外，對(duì)于超廣頻帶用天線待后述。

發(fā)送部31對(duì)從發(fā)送天線元件36a放射的微波的發(fā)送定時(shí)、次數(shù)、發(fā)送增益進(jìn)行調(diào)整。

接收部32將接收天線元件36b所接收的微波的散射波的數(shù)據(jù)傳送給圖像重構(gòu)部40。此時(shí)，可以是接收的散射波的數(shù)據(jù)由接收部32放大，并被進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換等信號(hào)處理。

外殼33具有圓錐狀的形狀，在其內(nèi)部例如容納作為觀察對(duì)象物(被檢體)的乳房。底面的圓的直徑作例如是10cm。在外殼33配置有線性陣列天線37，該線性陣列天線37沿著從外殼33的頂點(diǎn)向底面的母線被配置成線狀。即，發(fā)送天線元件以及接收天線元件至少?gòu)囊粋€(gè)方向被配置成線狀，即在平面視的情況下，在與外殼33的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的軸的同一方向上配置成線狀。在此，外殼33的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的軸是指，連接圓錐的頂點(diǎn)與圓錐的底面的中心的直線。

圖像重構(gòu)部40對(duì)從接收部32傳送的散射波的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，通過(guò)后述的圖像重構(gòu)算法，對(duì)散射波的數(shù)據(jù)進(jìn)行影像化。據(jù)此，與對(duì)象物的內(nèi)部信息對(duì)應(yīng)的影像被再現(xiàn)到監(jiān)視畫面，即圖像顯示部50。

另外，在多路徑陣列雷達(dá)20，通過(guò)上述的線性陣列天線37向圓錐的底面的圓周的方向移動(dòng)，從而能夠得到n_xn_y²組時(shí)間序列數(shù)據(jù)。在時(shí)間序列為n_t個(gè)的情況下，得到的數(shù)據(jù)總共為n_xn_y²n_t個(gè)。以上這樣得到的n_xn_y²n_t個(gè)數(shù)據(jù)，與需要三維影像化的量的數(shù)據(jù)n_xn_yn_t個(gè)相比，具有n_y倍冗余度的信息量。因此，通過(guò)使該數(shù)據(jù)與以后將要說(shuō)明的圖像重構(gòu)算法中的影像化函數(shù)對(duì)應(yīng)，從而能夠再現(xiàn)與對(duì)象物的內(nèi)部信息相對(duì)應(yīng)的三維的圖像。

并且，由于發(fā)送天線元件36a和接收天線元件36b之間的間隔能夠自由選擇，因此能夠按照發(fā)送天線元件36a以及接收天線元件36b的配對(duì)來(lái)改變波動(dòng)的增益(路徑依存可變?cè)鲆娣糯蠊δ?，從而改變?cè)趯?duì)象物能夠檢查的深度。關(guān)于發(fā)送天線元件36a以及接收天線元件36b的配置待后述。

以下將要說(shuō)明的是，對(duì)通過(guò)散射斷層成像方法的生物體的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化的順序，即將要說(shuō)明對(duì)乳房中的癌細(xì)胞的位置信息進(jìn)行影像化的順序。

<散射斷層成像方法的順序>

圖2是示出圖1所涉及的多路徑陣列雷達(dá)20的工作的流程圖。

如圖2所示，通過(guò)散射斷層成像方法對(duì)生物體的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化(圖像化)的方法如以下所示。

首先，從發(fā)送天線元件36a向被配置在外殼33的內(nèi)部的對(duì)象物，即向乳房放射波動(dòng)(S11)。作為波動(dòng)例如使用微波。在發(fā)送部31對(duì)微波的波長(zhǎng)、振幅等進(jìn)行調(diào)整，從發(fā)送天線元件36a放射到乳房。

接著，通過(guò)接收天線元件36b來(lái)接收由乳房?jī)?nèi)部的正常細(xì)胞以及癌細(xì)胞反射的反射波(散射波)(S12)。由于正常細(xì)胞與癌細(xì)胞的介電常數(shù)不同，散射波的強(qiáng)度也就不同。被接收的散射波在接收部32可以被放大或被AD轉(zhuǎn)換等，而轉(zhuǎn)換成適于在圖像重構(gòu)部40進(jìn)行解析的形式。

接著，從接收部32向圖像重構(gòu)部40傳送表示接收的散射波的散射波數(shù)據(jù)。在圖像重構(gòu)部40對(duì)被傳送的散射波數(shù)據(jù)進(jìn)行解析(S13)。在此，通過(guò)以下將要說(shuō)明的圖像重構(gòu)算法，來(lái)執(zhí)行散射波數(shù)據(jù)的解析。具體而言，導(dǎo)出影像化函數(shù)。據(jù)此，與乳房?jī)?nèi)的正常細(xì)胞和癌細(xì)胞對(duì)應(yīng)的影像(圖像)被重新構(gòu)成(S14)。

接著，被重新構(gòu)成的影像的數(shù)據(jù)從圖像重構(gòu)部40被傳送圖像顯示部50，并被顯示在圖像顯示部50。這樣，能夠確認(rèn)到乳房?jī)?nèi)的癌細(xì)胞的存在，以及癌細(xì)胞的位置、形狀、大小。

以下對(duì)圖像重構(gòu)部40所執(zhí)行的圖像重構(gòu)算法進(jìn)行說(shuō)明。該圖像重構(gòu)算法是以具有直線狀的母線的錐體為模式的、本實(shí)施方式所涉及的散射斷層成像方法的原理。

<圖像重構(gòu)算法>

圖3至圖5是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的散射斷層成像方法的原理的解析模式。以下，將圖3至圖5所示的模式作為解析模式，對(duì)導(dǎo)出傳感器部30為一維的傳感器陣列的情況下的影像化函數(shù)進(jìn)行說(shuō)明。

在以下將要說(shuō)明的圖像重構(gòu)算法(理論)中，將影像化對(duì)象假定為是具有直線狀的母線的圓錐體。將該圓錐體作為解析模式，在該母線上任意地設(shè)置波動(dòng)的放射點(diǎn)(發(fā)送天線元件36a)和接收點(diǎn)(接收天線元件36b)。并且，利用示出從放射點(diǎn)放射的放射波的發(fā)送數(shù)據(jù)以及示出在接收點(diǎn)接收的散射波的散射波數(shù)據(jù)，對(duì)影像化對(duì)象物的內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化。

關(guān)于圖像重構(gòu)算法若在數(shù)學(xué)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明，則是解反演問(wèn)題，具體而言，先設(shè)定影像化所需要的漸近的解(函數(shù))，根據(jù)該解構(gòu)筑方程式，并根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)以及接收數(shù)據(jù)來(lái)求出更嚴(yán)密的解。

即，首先設(shè)定影像化所需要的格林函數(shù)。接著，導(dǎo)入成為該格林函數(shù)的解的函數(shù)(重構(gòu)函數(shù))。接著，構(gòu)筑有關(guān)該函數(shù)成為漸近的解(函數(shù))的五維空間(t，x，y₁，y₂，z)的偏微分方程(漸近方程)。接著，將從被配置成曲線狀的發(fā)送天線元件36a放射的發(fā)送數(shù)據(jù)以及在被配置成曲線狀的接收天線元件36b接收的接收數(shù)據(jù)作為邊界條件，來(lái)解該偏微分方程，通過(guò)設(shè)為t→0、x→x、y₁→y₂(＝y(tǒng))、z→z，從而求出嚴(yán)密的解(函數(shù))。據(jù)此，能夠求出由嚴(yán)密的解(函數(shù))構(gòu)成的影像化函數(shù)，從而能夠通用且高速地對(duì)物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化。

具體而言，如以下所述。

1.散射的反演問(wèn)題與格林函數(shù)

根據(jù)圖3考慮如下的情況，即從r₁發(fā)出的波動(dòng)在點(diǎn)ξ反射，并返回到點(diǎn)r₂。以頻率ω固定作為條件，波動(dòng)的發(fā)送點(diǎn)r₁與接收點(diǎn)r₂以滿足某種約束條件的狀態(tài)下，在x截面D(圓錐體60a的側(cè)面)的內(nèi)部自由運(yùn)動(dòng)。此時(shí)得到的數(shù)據(jù)記作G(r₁，r₂，ω)時(shí)，該函數(shù)則成為與區(qū)域內(nèi)的反射點(diǎn)的分布有關(guān)的函數(shù)。在此，ω為角頻率，ω＝2πf。G(r₁，r₂，ω)為來(lái)自所有的點(diǎn)ξ的反射信號(hào)的和，由于在區(qū)域內(nèi)存在許多反射點(diǎn)，因此，G(r₁，r₂，ω)能夠由以下的(式1)來(lái)表示。

[數(shù)式1]

在此，

[數(shù)式2]

表示，從r₁發(fā)出，在點(diǎn)ξ反射之后，返回到點(diǎn)r₂的波動(dòng)的信號(hào)強(qiáng)度。

賦予給波動(dòng)的發(fā)送點(diǎn)r₁以及接收點(diǎn)r₂的約束條件是，r₁與r₂的x坐標(biāo)總是保持相等。

利用該函數(shù)G(r₁，r₂，ω)對(duì)散射的反演問(wèn)題的理論的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。

三維空間的部分區(qū)域設(shè)為D，將其邊界設(shè)為此時(shí)，函數(shù)G(r₁，r₂，ω)在區(qū)域D的內(nèi)部成為以下的(式2)所示的微分方程式的解。

[數(shù)式3]

針對(duì)G(r₁，r₂，ω)進(jìn)行了關(guān)于ω的傅里葉變換的函數(shù)

(式2)

并且，在G(r₁，r₂，ω)的邊界的值成為傳感器部30中的測(cè)定值(發(fā)送數(shù)據(jù)以及接收數(shù)據(jù))。以該邊界條件為基礎(chǔ)來(lái)解上述方程式，根據(jù)其結(jié)果，將ρ(r)定義成以下的(式3)所示。

[數(shù)式4]

在此，ρ(r)是與將要求的區(qū)域D內(nèi)的介電常數(shù)的梯度有關(guān)的函數(shù)。實(shí)際上，在此需要求出微分算子

2.將圓錐體作為解析模式的、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面上的多路徑逆散射理論

以下對(duì)求出上述的微分算子的方法進(jìn)行說(shuō)明。圖4以及圖5是用于對(duì)微分算子求出方法進(jìn)行說(shuō)明的解析模式。

本實(shí)施方式中的解析模式如圖4所示，假定影像化對(duì)象為具有直線狀的母線的圓錐體60a。天線元件36沿著圓錐體60a的母線以線狀被配置多個(gè)，由多個(gè)天線元件36構(gòu)成了線性陣列天線37a。在圖4所示的線性陣列天線37a中，線性陣列天線37a以穿過(guò)圓錐體60a的頂點(diǎn)和圓錐體60a的底面的中心的軸為中心，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。即，發(fā)送天線元件36a以及接收天線元件36b被配置成線狀，該線狀的方向在至少?gòu)囊粋€(gè)方向進(jìn)行平面視時(shí)，與外殼33的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的軸為同一方向。在此，外殼33的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的軸是指連接圓錐的頂點(diǎn)與圓錐的底面的中心的直線。

詳細(xì)而言，假定一個(gè)在線性陣列天線37a的位置的圓錐體60a的切平面80a，假定的切平面80a旋轉(zhuǎn)，能夠針對(duì)所有的旋轉(zhuǎn)角度θ得到散射波數(shù)據(jù)。從這種圓錐體60a的表面中的多元靜態(tài)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)中，對(duì)圓錐體60a的內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)。以下對(duì)這種理論進(jìn)行說(shuō)明。

另外，在本解析模式中如圖4所示，將圓錐體60a的頂點(diǎn)設(shè)為點(diǎn)O、將圓錐體60a的底面的圓的中心設(shè)為點(diǎn)O’。將點(diǎn)O朝向點(diǎn)O’的方向作為Z方向(Z軸方向)。并且，將與經(jīng)過(guò)點(diǎn)O的圓錐體60a的底面平行的面作為基準(zhǔn)平面70a。將基準(zhǔn)平面70a中的任意的一個(gè)方向設(shè)為X方向(X軸方向)、將基準(zhǔn)平面70a中與X方向垂直的方向設(shè)為Y方向(Y軸方向)。

并且，在圓錐體60a的底面，將與X方向平行的方向設(shè)為X’方向(X’軸方向)、將與Y方向平行的方向設(shè)為Y’方向(Y’軸方向)。

并且，在圓錐體60a的側(cè)面，將在線性陣列天線37a的位置與圓錐體60a相切的平面設(shè)為切平面80a。將該切平面80a與基準(zhǔn)平面70a交叉的交叉線的一個(gè)方向設(shè)為x方向(x軸方向)。在切平面80a，將從點(diǎn)O向圓錐體60a的底面的方向設(shè)為y方向(y軸方向)。并且，將與x方向以及y方向垂直的方向設(shè)為z方向(z軸方向)。

并且，在基準(zhǔn)平面70a，x軸以Z軸為中心旋轉(zhuǎn)，X軸與x軸之間的角為θ。并且，Z軸與z軸之間的角為α。

圖5是對(duì)圖4所示的線性陣列天線37a的一部分進(jìn)行放大后的模式圖。

在圖5中，若在y軸上定義多元靜態(tài)坐標(biāo)y₁以及y₂，則以下所示的重構(gòu)理論成立。并且，在以下的理論中，在切平面80a上能夠得到關(guān)于x坐標(biāo)的一個(gè)點(diǎn)(x＝0，y₁，y₂)的數(shù)據(jù)。

如圖5所示，從線性陣列天線37a的點(diǎn)P₁(x，y₁，z)上的發(fā)送天線元件36a放射的波動(dòng)，在點(diǎn)P反射，并由線性陣列天線37a的點(diǎn)P₂(x，y₂，z)上的接收天線元件36b接收。并且，假定測(cè)量點(diǎn)P₂能夠在配置了線性陣列天線37的任意直線上移動(dòng)。

在任意直線上，r₁、r₂的yz坐標(biāo)由r₁＝(x，y₁，z₁)、r₂＝(x，y₂，z₂)來(lái)表示。此時(shí)，函數(shù)G由以下的(式4)來(lái)定義。

[數(shù)式5]

接著，作為滿足函數(shù)G(r₁，r₂，ω)的方程式，導(dǎo)入以下的(式5)所示的函數(shù)即，當(dāng)點(diǎn)P在區(qū)域全體中移動(dòng)時(shí)，以P₂接收的信號(hào)能夠由以下的(式5)來(lái)表示。在此，在c為伝播速度、k為波數(shù)、波長(zhǎng)為λ時(shí)，存在ω＝ck、k＝2π/λ的關(guān)系。并且，(式5)所示的相當(dāng)于本發(fā)明中的為了對(duì)與物體的內(nèi)部信息相關(guān)的圖像進(jìn)行重新構(gòu)成的重構(gòu)函數(shù)(解)。ξ、η、ζ是圖4以及圖5所示的點(diǎn)P(ξ，η，ζ)的x坐標(biāo)、y坐標(biāo)以及z坐標(biāo)。并且，點(diǎn)P(ξ，η，ζ)是區(qū)域中的任意的散射點(diǎn)。

[數(shù)式6]

在此假定為，時(shí)間的因子與exp(-iωt)成比例。將上式的被積分項(xiàng)中的核函數(shù)視為Φ。

[數(shù)式7]

求出該式成為漸近的解的偏微分方程，以及求出以ξ、η、ζ等對(duì)該式進(jìn)行微分以及積分得到的結(jié)果成為漸近的解的偏微分方程。為此，對(duì)于微分的結(jié)果而得到的1/ρ，可以忽視高維項(xiàng)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

在此，微分的略記法由以下的(式6)來(lái)定義。

[數(shù)式8]

若利用該(式6)來(lái)求Φ的各次數(shù)的微分，則成為以下的(式7)。

[數(shù)式9]

在以下的式中，省略繁瑣的o(*)項(xiàng)。并且，*表示任意的變數(shù)。若取與二階微分相關(guān)的四個(gè)數(shù)式的和，則成為以下的(式8)。

[數(shù)式10]

若對(duì)(式8)的兩邊進(jìn)行整理，則成為(式9)。

[數(shù)式11]

若使該(式9)的左邊的算子作用兩次，則成為以下的(式10)。

[數(shù)式12]

通過(guò)對(duì)此進(jìn)行整理，而得到以下的(式11)。

[數(shù)式13]

該(式11)是通過(guò)假定為定態(tài)而被導(dǎo)出的，不過(guò)也可以簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)展為非定態(tài)的情況。要想將(式11)擴(kuò)展為非定態(tài)的情況，則針對(duì)(式11)利用以下的(式12)所示的變數(shù)來(lái)進(jìn)行替換。

[數(shù)式14]

這樣，最終得到以下的(式13)所示的方程式。另外，(式13)相當(dāng)于本發(fā)明中的漸近方程。

[數(shù)式15]

通過(guò)在(式13)將微分適用于積分核，從而也滿足上述的偏微分方程。該方程式為，由t、x、y₁、y₂、z這五個(gè)變數(shù)構(gòu)成的四維的虛擬波動(dòng)方程式。

該(式13)通過(guò)傅里葉變換來(lái)解出。首先，將針對(duì)t、x、y₁、y₂進(jìn)行多重傅里葉變換，得到以下的(式14)。

[數(shù)式16]

在(式14)中，若將關(guān)于z的微分寫作Dz，則得到以下的(式15)。

[數(shù)式17]

在此，若利用ω＝ck的關(guān)系，則該方程式(式15)的四個(gè)基本解如以下所示。

[數(shù)式18]

在(式16)中，若考慮到時(shí)間的因數(shù)為e-iωt、在放射電波的通路被添加相位、并且在物體反射的電波反彈向測(cè)量面，則E1成為只有一個(gè)意思的解。因此，得到以下的(式17)。

[數(shù)式19]

對(duì)此進(jìn)行傅里葉變換，波動(dòng)方程式(式13)的解如以下所示求出。

[數(shù)式20]

由于被測(cè)量的數(shù)據(jù)只有x＝0的情況，因此，以下的(式19)成立。

[數(shù)式21]

φ(x，y₁，y₂，0，k)＝φ_R(y₁，y₂，k)δ(x)

(式19)

若將(式19)適用于以上的數(shù)式中的z＝0，則成為以下的(式20)。

[數(shù)式22]

若對(duì)該(式20)的兩邊以(x，y₁，y₂)進(jìn)行傅里葉變換，a(kx，k_y1，k_y2，k)按照以下所示來(lái)求出。

[數(shù)式23]

這樣，能夠得到偏微分方程的解

取函數(shù)的y₁、y₂的Trace。具體而言，影像函數(shù)首先在k，z＝固定的條件下，成為y₁→y、y₂→y。

[數(shù)式24]

為了執(zhí)行關(guān)于k的積分，進(jìn)行以下的(式23)所示的變數(shù)轉(zhuǎn)換。

[數(shù)式25]

接著，針對(duì)(式23)進(jìn)行關(guān)于k的傅里葉變換，若適用t＝0，則如(式24)所示，求出在角度θ的局部坐標(biāo)系中的影像化函數(shù)ρ(r，θ)。

在此，由于

[數(shù)式26]

依存于θ，為了明確θ依存性，則寫成

[數(shù)式27]

[數(shù)式28]

進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)在各個(gè)θ得到的結(jié)果進(jìn)行積分，從而得到(式25)所示的三維重構(gòu)圖像。

[數(shù)式29]

接著，將在切空間計(jì)算的結(jié)果轉(zhuǎn)換為全體坐標(biāo)(X，Y，Z)。若將向y軸的(X，Y)平面的投影設(shè)為y’，則以下的(式26)成立。

[數(shù)式30]

y＝y(tǒng)′cosα+Z sinα

z＝-y′sinα+Z cosα

(式26)

并且，從(x，y’)轉(zhuǎn)換為(X，Y)的數(shù)式成為以下的(式27)。

[數(shù)式31]

x＝X cosθ+Y sinθ

y′＝-X sinθ+Y cosθ

(式27)

若對(duì)以上進(jìn)行歸納，則x、y、z成為以下的(式28)。

[數(shù)式32]

x＝X cosθ+Y sinθ

y＝-X cosαsinθ+Y cosαcosθ+Z sinα

z＝X sinαsinθ-Y sinαcosθ+Z cosα

(式28)

將該轉(zhuǎn)換公式適用為以下的(式29)。

[數(shù)式33]

進(jìn)一步，導(dǎo)入以下的(式30)所示的變數(shù)。

[數(shù)式34]

通過(guò)導(dǎo)入(式30)，(式29)成為以下的(式31)。

[數(shù)式35]

并且，在波譜區(qū)域進(jìn)行以下的(式32)所示的變數(shù)轉(zhuǎn)換。

并且，在以下的(式32)以及(式33)所使用的變數(shù)ξ、η、ζ，不是圖5以及(式5)等中所使用的P點(diǎn)的坐標(biāo)(ξ，η，ζ)，而是用于變數(shù)轉(zhuǎn)換的新被使用的變數(shù)。

[數(shù)式36]

ξ＝-k_x cosθ+(k_ye cosα+k_z sinα)sinθ

η＝-k_x sinθ-(k_ye cosα+k_z sinα)cosθ

該逆轉(zhuǎn)換由以下的(式33)給出。

[數(shù)式37]

k_x＝-ξcosθ-ηsinθ

在角度θ的重構(gòu)函數(shù)成為以下的(式34)。

[數(shù)式38]

在此，由于k_x、k_y1、k_y2、k_z等是(式30)、(式33)所示的ξ、η、ζ、k_yo的函數(shù)，因此，能夠僅利用傅里葉變換，將角度θ的局部坐標(biāo)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為全體坐標(biāo)。

最后，對(duì)角度θ進(jìn)行積分，從而得到(式35)所示的重構(gòu)圖像，即得到影像化函數(shù)。

[數(shù)式39]

通過(guò)該影像化函數(shù)，能夠?qū)εc物體的內(nèi)部信息相關(guān)的圖像進(jìn)行重新構(gòu)成。

<通過(guò)散射斷層成像方法得到的再構(gòu)成圖像>

針對(duì)通過(guò)上述的散射斷層成像方法而得到再構(gòu)成圖像的效果進(jìn)行說(shuō)明。

本實(shí)施方式所涉及的散射斷層成像方法尤其對(duì)乳房中的缺陷細(xì)胞的觀察有效。

作為對(duì)乳房中的缺陷細(xì)胞進(jìn)行觀察的方法，以往有通過(guò)X線、超聲波或者M(jìn)RI來(lái)進(jìn)行觀察的方法，在通過(guò)X線進(jìn)行的觀察中，由于X線能夠穿透水分多的組織，因此難于生成構(gòu)成圖像，從而存在不適于對(duì)乳房中的缺陷細(xì)胞進(jìn)行觀察的問(wèn)題。并且，在通過(guò)超聲波進(jìn)行的觀察中，雖然超聲波具有易于在水分多的組織中傳播的優(yōu)點(diǎn)，但是由于在區(qū)域中占大分部的脂類中衰減較大，因此難于提高構(gòu)成圖像的精確度，從而存在不適于對(duì)乳房中的缺陷細(xì)胞進(jìn)行觀察的問(wèn)題。并且，在通過(guò)MRI進(jìn)行的觀察中，雖然通過(guò)造影劑能夠得到鮮明的構(gòu)成圖像，但是難于判斷構(gòu)成圖像中哪個(gè)是缺陷細(xì)胞，從而存在不適于對(duì)乳房中的缺陷細(xì)胞進(jìn)行觀察的問(wèn)題。除此之外，由于在產(chǎn)生強(qiáng)的磁場(chǎng)的情況下需要超傳導(dǎo)線圈以及冷卻系統(tǒng)，成本非常高。

對(duì)此，通過(guò)本實(shí)施方式所涉及的散射斷層成像方法進(jìn)行的觀察中，采用1～10GHz的UWB(超寬帶)微波。微波的衰減針對(duì)生物體非常小，尤其針對(duì)脂類等非常小，因此對(duì)乳房中的缺陷細(xì)胞的觀察有效。并且，與MRI相比，裝置構(gòu)成比較簡(jiǎn)單，也不需要造影劑等其他的物質(zhì)，從而能夠廣泛地應(yīng)用。而且，在本實(shí)施方式所涉及的散射斷層成像方法中，利用上述的逆散射理論，根據(jù)微波的多重路徑(多元靜態(tài))散射波數(shù)據(jù)，對(duì)乳房等生物體內(nèi)部的三維的構(gòu)成要素進(jìn)行影像化，從而能夠通用地且高速地對(duì)生物體的內(nèi)部信息(構(gòu)成)進(jìn)行影像化。

并且，作為上述的散射斷層成像裝置的證實(shí)實(shí)驗(yàn)的例子，目前采用的是將人造奶油填充到上述外殼，對(duì)這種生物體模式進(jìn)行觀察、以及對(duì)動(dòng)物的乳房進(jìn)行觀察。

作為測(cè)量條件的一個(gè)例子，在從發(fā)送天線發(fā)送的微波中采用10GHz的微波。在這種情況下，接收天線的大小為4cm角左右的大小。外殼的大小為，底面的直徑為30cm、高為10cm左右。在以這種條件對(duì)豬的乳房進(jìn)行觀察時(shí)，與通過(guò)上述的X線、超聲波以及MRI進(jìn)行觀察而得到的圖像相比，能夠得到高精度的重構(gòu)圖像。

如以上所述，本實(shí)施方式所涉及的散射斷層成像方法尤其對(duì)乳房中的缺陷細(xì)胞的觀察有效。

以上通過(guò)本實(shí)施方式所涉及的散射斷層成像方法，在沿著圓錐體60a的母線多個(gè)天線元件36配置成線狀的解析模式中，設(shè)定反演問(wèn)題用的偏微分方程，通過(guò)解該方程從而得到影像化函數(shù)。據(jù)此，在對(duì)放射到物體的波動(dòng)的散射波進(jìn)行解析的散射斷層成像方法中，能夠通用且高速地對(duì)對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。

并且，在多路徑陣列雷達(dá)20中，通過(guò)沿著圓錐體60a的母線而被配置的線性陣列天線37a，以圓錐體60a的Z軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，從而得到n_xn_y²組時(shí)間序列數(shù)據(jù)。在時(shí)間序列為n_t個(gè)的情況下，得到的數(shù)據(jù)總計(jì)為n_xn_y²n_t個(gè)。通過(guò)以上這樣得到的n_xn_y²n_t個(gè)的數(shù)據(jù)，與三維的影像化所需要的量的數(shù)據(jù)n_xn_yn_t個(gè)相比，具有n_y倍的冗余度的信息量。這樣，由于測(cè)量數(shù)據(jù)具有大的冗余度，因此多路徑陣列雷達(dá)20的輸出具有耐噪聲的性質(zhì)。

另外，上述的運(yùn)算表達(dá)式、以及運(yùn)算表達(dá)式的導(dǎo)出順序僅為一個(gè)例子，也可以采用其他的運(yùn)算表達(dá)式、以及其他的導(dǎo)出順序。

并且，在本實(shí)施方式中作為波動(dòng)采用了微波，但是并非受微波所限，可以采用其他的頻率范圍的電磁波或超聲波。并且，在本實(shí)施方式中由于采用了微波，因此采用了具有規(guī)定的頻率的周期波，作為波動(dòng)并非受周期波所限，也可以采用脈沖波。

并且，在本實(shí)施方式中，作為對(duì)象物以乳房為例進(jìn)行了說(shuō)明，但是對(duì)象物并非受乳房所限，例如也可以是圓錐狀的混凝土支柱等其他的物體。

(實(shí)施方式2)

接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2進(jìn)行說(shuō)明。

在本實(shí)施方式中，作為用于進(jìn)行散射斷層成像方法的傳感器，采用二維傳感器陣列，以下對(duì)采用二維傳感器陣列的情況進(jìn)行說(shuō)明。二維傳感器陣列是由以曲線狀被配置成一維的發(fā)送天線元件以及接收天線元件(多陣列天線)構(gòu)成的傳感器陣列。

作為本實(shí)施方式所涉及的散射斷層成像裝置的多路徑陣列雷達(dá)20的構(gòu)成，與實(shí)施方式1所涉及的多路徑陣列雷達(dá)20幾乎相同，只有發(fā)送天線元件以及接收天線元件被配置成一維的曲線狀這一點(diǎn)與實(shí)施方式1所涉及的多路徑陣列雷達(dá)20不同。具體而言，實(shí)施方式1的圓錐體的解析模式中的圓錐體的母線呈曲線狀，沿著該曲線狀的母線配置了發(fā)送天線以及接收天線。因此，以本實(shí)施方式所涉及的多路徑陣列雷達(dá)的圖像重構(gòu)部進(jìn)行的圖像重構(gòu)算法與實(shí)施方式1所涉及的多路徑陣列雷達(dá)20不同。

以下對(duì)本實(shí)施方式所涉及的散射斷層成像方法的圖像重構(gòu)算法進(jìn)行說(shuō)明。

<圖像重構(gòu)算法>

圖6以及圖7是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的散射斷層成像方法的原理的解析模式。以下將要說(shuō)明的是，將圖6以及圖7所示模式作為解析模式，在多路徑陣列雷達(dá)的傳感器部為一維的傳感器陣列的情況下的影像化函數(shù)的導(dǎo)出。

在以下將要說(shuō)明的圖像重構(gòu)算法(理論)中，假定影像化對(duì)象是具有曲線狀的母線的圓錐體，即假定為半球狀或圓頂狀的圓錐體。作為該圓錐體的解析模式，在該母線上任意地設(shè)置波動(dòng)的放射點(diǎn)(一個(gè)發(fā)送天線元件36a)和接收點(diǎn)(一個(gè)接收天線元件36b)。接著，利用示出從放射點(diǎn)放射的放射波的發(fā)送數(shù)據(jù)和示出以接收點(diǎn)接收的散射波的散射波數(shù)據(jù)，對(duì)影像化對(duì)象物的內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化。

具體而言，本實(shí)施方式所涉及的解析模式如圖6所示，假定影像化對(duì)象是具有曲線狀的母線的圓錐體(略圓錐體)60b。天線元件36沿著圓錐體60b的母線被配置多個(gè)，由多個(gè)天線元件36構(gòu)成線性陣列天線37b。在圖4所示的線性陣列天線37b中，線性陣列天線37b以從圓錐體60b的頂點(diǎn)經(jīng)由圓錐體60b的底面的中心而通過(guò)的軸作為中心，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。即，由多個(gè)發(fā)送天線元件36a和多個(gè)接收天線元件36b構(gòu)成的線性陣列天線37，至少在從一個(gè)方向進(jìn)行平面視的情況下，以與外殼的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的軸為同一個(gè)方向的狀態(tài)被配置成線狀。在此，外殼的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的軸是指，連結(jié)圓錐體的頂點(diǎn)與圓錐體的底面的中心的直線。

詳細(xì)而言，設(shè)想在線性陣列天線37b的位置上的圓錐體60b的切平面80b，假定的切平面80b以經(jīng)由圓錐體60b的頂點(diǎn)與圓錐體60b的底面的中心的軸為中心來(lái)旋轉(zhuǎn)，從而得到相對(duì)于所有的旋轉(zhuǎn)角度θ的散射波數(shù)據(jù)。根據(jù)在這種圓錐體60b的表面上的多元靜態(tài)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，來(lái)重構(gòu)圓錐體60b的內(nèi)部的三維的結(jié)構(gòu)。以下對(duì)該理論進(jìn)行說(shuō)明。

并且，在本解析模式中如圖6所示，將圓錐體60b的頂點(diǎn)設(shè)為點(diǎn)O、將圓錐體60b的底面的圓的中心設(shè)為點(diǎn)O’。將從點(diǎn)O朝向點(diǎn)O’的方向作為Z方向(Z軸方向)。并且，在圓錐體60b的側(cè)面，將在一個(gè)線性陣列天線37b的位置與圓錐體60b相切的平面作為切平面80b。該切平面80b包含與Z軸交叉的點(diǎn)，將與圓錐體60b的底面平行的平面作為基準(zhǔn)面70b。將基準(zhǔn)平面70b中的任意的一個(gè)方向設(shè)為X方向(X軸方向)、將基準(zhǔn)平面70b中的與X方向垂直的方向設(shè)為Y方向(Y軸方向)。

并且，在圓錐體60b的底面，將與X方向平行的方向設(shè)為X’方向(X’軸方向)、將與Y方向平行的方向設(shè)為Y’方向(Y’軸方向)。

將切平面80b與基準(zhǔn)平面70b交叉的交叉線的一個(gè)方向設(shè)為x方向(x軸方向)。在切平面80b，將從點(diǎn)O朝向圓錐體60b的底面的方向設(shè)為y方向(y軸方向)。并且，將與x方向以及y方向垂直的方向設(shè)為z方向(z軸方向)。

并且，在基準(zhǔn)平面70b設(shè)定為，x軸以Z軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，X軸與x軸之間的角為θ。并且，Z軸與z軸之間的角為α。

圖7是對(duì)圖6所示的線性陣列天線37b進(jìn)行一部分放大后的模式圖。如圖7所示，x、y坐標(biāo)在對(duì)象物的表面，z坐標(biāo)為對(duì)象物的表面的法線方向。在該解析模式中，在xyz空間中將發(fā)送天線元件36a以及接收天線元件36b設(shè)置為曲面狀。

在本實(shí)施方式所涉及的圖像重構(gòu)算法中，與實(shí)施方式1所涉及的散射斷層成像方法同樣，首先設(shè)定影像化所需要的格林函數(shù)。接著，導(dǎo)入成為該格林函數(shù)的解的函數(shù)。接著，構(gòu)筑與該函數(shù)成為漸近的解(函數(shù))的六維空間(t，x，y₁，y₂，z₁，z₂)相關(guān)的偏微分方程。接著，將從被配置成曲線狀的發(fā)送天線元件36a放射的發(fā)送數(shù)據(jù)、與被配置成曲線狀的接收天線元件36b所接收的接收數(shù)據(jù)作為邊界條件，來(lái)解該偏微分方程，通過(guò)t→0、x→x、y₁→y₂(＝y(tǒng))、z₂→z₁(＝z)，來(lái)求嚴(yán)密的解(函數(shù))。據(jù)此，由嚴(yán)密的解(函數(shù))構(gòu)成的影像化函數(shù)被求出，從而能夠通用且高速地對(duì)物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化。

具體而言，如以下所示。

1.散射的反演問(wèn)題與格林函數(shù)

根據(jù)圖6考慮的狀況是，從r₁發(fā)出的波動(dòng)在點(diǎn)ξ反射，并返回到點(diǎn)r₂。以頻率ω固定作為條件，以波動(dòng)的發(fā)送點(diǎn)r₁和接收點(diǎn)r₂滿足某約束條件的狀態(tài)下，在曲面(圓錐體60b的側(cè)面)上自由運(yùn)動(dòng)。將此時(shí)得到的數(shù)據(jù)記作G(r₁，r₂，ω)，該函數(shù)與區(qū)域內(nèi)的反射點(diǎn)的分布相關(guān)。此時(shí)，ω為角頻率＝2πf。G(r₁，r₂，ω)是來(lái)自所有的點(diǎn)ξ的反射信號(hào)的和，由于區(qū)域內(nèi)存在較多的反射點(diǎn)，能夠?qū)(r₁，r₂，ω)考慮為與實(shí)施方式1所示的(式1)相同。

但是，在本實(shí)施方式中，賦予給波動(dòng)的發(fā)送點(diǎn)r₁和接收點(diǎn)r₂的約束條件是，r₁與r₂的局部x坐標(biāo)相等(x為固定)。

利用該函數(shù)G(r₁，r₂，ω)對(duì)散射的反演問(wèn)題的理論的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。

2.將具有曲線狀的母線的圓錐體作為解析模式的、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面上的多路徑逆散射理論

以下對(duì)求出該微分算子的方法進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式所涉及的解析模式中，如圖6以及圖7所示，實(shí)施方式1的解析模式中的圓錐體的母線為曲線狀，沿著該曲線狀的母線配置發(fā)送天線以及接收天線。接著，沿著該曲線狀的母線而被配置的天線陣列，以Z軸為中心旋轉(zhuǎn)。在曲線狀的母線上，r₁、r₂的y、z坐標(biāo)未必相等。具體而言，r₁＝(x，y₁，z₁)、r₂＝(x，y₂，z₂)。

在此，函數(shù)G與實(shí)施方式1同樣，由(式4)來(lái)定義，根據(jù)r₁＝(x，y₁，z₁)、r₂＝(x，y₂，z₂)來(lái)求滿足函數(shù)G(r₁，r₂，ω)的方程式。作為滿足函數(shù)G(r₁，r₂，ω)的方程式，導(dǎo)入以下的(式36)所示的函數(shù)并且，(式36)所示的相當(dāng)于本發(fā)明中的重構(gòu)函數(shù)(解)，用于重新構(gòu)成與物體的內(nèi)部信息相關(guān)的圖像。

在圖7中，若考慮在截面曲線S上的點(diǎn)P₁放射、并在點(diǎn)P反射后，在點(diǎn)P₂接收的波動(dòng)，則函數(shù)可以由以下的(式36)表示。

[數(shù)式40]

在此，假定時(shí)間的因子與exp(-iωt)成比例，將波數(shù)設(shè)為k。并且，將上式的被積分項(xiàng)中的核函數(shù)設(shè)為

[數(shù)式41]

求出該式以及對(duì)該式以ξ、η、ζ等進(jìn)行微分以及積分的結(jié)果成為漸近的解的偏微分方程。為此，對(duì)于微分的結(jié)果而得到的1/ρ，可以忽視高維項(xiàng)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

在此，微分的略記法由以下的(式38)定義。

[數(shù)式42]

若利用該(式38)來(lái)求Φ的各維數(shù)的微分，則成為以下的(式39)。

[數(shù)式43]

在以下的式中，省略了復(fù)雜的o(*)的項(xiàng)。并且，*表示任意的變數(shù)。若取關(guān)于二階微分的四個(gè)數(shù)式的和，則成為以下的(式40)。

[數(shù)式44]

因此，

[數(shù)式45]

若使該(式41)的左邊的算子作用兩次，則成為以下的(式42)。

[數(shù)式46]

因此，滿足以下的(式43)所示的方程式。

[數(shù)式47]

若對(duì)此進(jìn)行整理，則得到以下的(式44)所示的方程式。

[數(shù)式48]

在此雖然假定該(式44)為定態(tài)而進(jìn)行導(dǎo)出的，不過(guò)也可以容易地?cái)U(kuò)展為非定態(tài)的情況。要想將(式44)擴(kuò)展為非定態(tài)的情況，則針對(duì)(式44)利用以下的(式45)所示的變數(shù)來(lái)進(jìn)行替換。

[數(shù)式49]

這樣，最終得到以下的(式46)。另外，(式46)相當(dāng)于本發(fā)明中的漸近方程。

[數(shù)式50]

假定為的時(shí)間的因子與exp(-iωt)成比例，求出(式46)的解。首先，將針對(duì)t、x、y₁、y₂進(jìn)行多重傅里葉變換，得到以下的(式47)。

[數(shù)式51]

將與z₁、z₂相關(guān)的偏微分分別寫作D_z1、D_z2時(shí)，則得到以下數(shù)式。

[數(shù)式52]

解該方程式，具有z₁、z₂這兩個(gè)變數(shù)。關(guān)于因此而被固定的(x，y₁，y₂)或(k_x，k_y1，k_y2)，若邊界條件沒(méi)有賦予到具有(z₁，z₂)空間中的一維的自由度的區(qū)域，則邊界值問(wèn)題不成立。但是，通過(guò)雷達(dá)的測(cè)量而得到的邊界條件，僅賦予在(z₁，z₂)空間中的一點(diǎn)(f(y₁)，f(y₂))。

為了解決該重要的問(wèn)題，需要以下的要求。在上一節(jié)所述的局部切平面的理論與本節(jié)的理論需要具有一致性。將z₁、z₂視為獨(dú)立的本節(jié)的理論為，包括z₁＝z、z₂＝z的特殊情況下的解。

將(式48)的解假定為以下的(式49)所示。

[數(shù)式53]

在z₁＝z₂＝z時(shí)，成為以下的(式50)。

[數(shù)式54]

若將(式49)代入(式48)則得到以下的數(shù)式。

[數(shù)式55]

而且還需要一個(gè)方程式。在此，上述的一致性的要求成為以下所示。

[數(shù)式56]

根據(jù)(式51)和(式52)，s₁(k_x，k_y1，k_y2)、s₂(k_x，k_y1，k_y2)能夠如以下的(式53)所示來(lái)決定。

[數(shù)式57]

具體的計(jì)算之后進(jìn)行，利用這樣的s₁(k_x，k_y1，k_y2)、s₂(k_x，k_y1，k_y2)，能夠?qū)?式46)的解寫成以下的(式54)所示。

[數(shù)式58]

將x為固定的截面曲線S的方程式，假定為以下的(式55)所示。

[數(shù)式59]

z＝f(y)

(式55)

在截面曲線S上被給予的邊界條件成為以下的(式56)所示。

[數(shù)式60]

該方程式用于決定a(k_x，k_y1，k_y2)。采用以下的簡(jiǎn)略記法。

[數(shù)式61]

(式54)成為關(guān)于以下這種a(k_x，k_y1，k_y2)的積分方程式。

[數(shù)式62]

若能夠根據(jù)該(式58)求出a(k)，則影像化在下式

[數(shù)式63]

中為z₁＝z₂＝z，進(jìn)一步通過(guò)進(jìn)行關(guān)于k的傅里葉變換來(lái)求。局部坐標(biāo)系中的影像化函數(shù)如以下的(式60)所示來(lái)求出。

[數(shù)式64]

在此，求出積分方程式(式58)的解。對(duì)在曲面上的點(diǎn)P_I、P_J測(cè)量的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換而得到的Φ(x，y_I，y_J，k)，能夠?qū)懗扇缦滤尽?/p>

[數(shù)式65]

在此，z_I、z_J滿足以下的數(shù)式。

[數(shù)式66]

z_I＝f(y_I)

z_J＝f(y_J)

(式62)

而且，由于在x＝0以外沒(méi)有數(shù)據(jù)，因此如以下所示。

[數(shù)式67]

φ(x，y_I，y_J，z_I，z_J，t)＝δ(x)φ_R(y_I，y_J，z_I，z_J，t)

(式63)

若如上式所示，則(式61)成為以下的數(shù)式。

[數(shù)式68]

在該(式64)的右邊不包含kx。但是若考慮在某個(gè)角度θ的數(shù)據(jù)，則右邊可以由以下的(式65)所示的函數(shù)表示。

[數(shù)式69]

若采用該符號(hào)，則從(式58)得到以下的(式66)。

[數(shù)式70]

(式66)可以改寫成以下的(式67)。

[數(shù)式71]

若在兩邊進(jìn)行傅里葉變換，則得到以下的(式68)。

[數(shù)式72]

若被積分，并且

[數(shù)式73]

若被積分，則得到以下的(式70)。

[數(shù)式74]

在此，

[數(shù)式75]

能夠如以下的(式71)所示而得出。

[數(shù)式76]

而且，若對(duì)所有的I、J求和，則得到以下的(式72)。

[數(shù)式77]

偏微分方程(式46)的解如以下的(式73)所示。

[數(shù)式78]

在該(式73)，若y₁→y、y₂→y以及z₁＝z₂＝z，則影像化函數(shù)如以下的(式74)所示。

[數(shù)式79]

進(jìn)一步進(jìn)行變形，則得到以下的(式75)。

[數(shù)式80]

通過(guò)對(duì)以各個(gè)θ得到的結(jié)果進(jìn)行積分，則得到以下的(式76)所示的三維重構(gòu)圖像。

[數(shù)式81]

在此，將以切空間計(jì)算的結(jié)果轉(zhuǎn)換為全體坐標(biāo)(X，Y，Z)。將向y軸的(X，Y)平面的投影作為y’，則以下的(式77)成立。

[數(shù)式82]

y＝y(tǒng)′cosα+Z sinα

z＝-y′sinα+Z cosα

(式77)

進(jìn)一步，從(x，y’)轉(zhuǎn)換向(X，Y)的數(shù)式，成為以下的(式78)所示。

[數(shù)式83]

x＝X cosθ+Y sinθ

y＝-X cosαsinθ+Y cosαcosθ+Z sinα

z＝X sinαsinθ-Y sinαcosθ+Z cosα

(式78)

該轉(zhuǎn)換公式適用于以下的(式79)。

[數(shù)式84]

進(jìn)一步，導(dǎo)入以下的(式80)所示的變數(shù)。

[數(shù)式85]

以上的(式80)如以下的(式81)所示。

[數(shù)式86]

進(jìn)一步，在波譜區(qū)域，進(jìn)行以下的(式82)所示的變數(shù)轉(zhuǎn)換(逆轉(zhuǎn)換)。

并且，在以下的(式82)以及(式83)所使用的變數(shù)ξ、η、ζ，不是圖7以及(式36)等所使用的P點(diǎn)的坐標(biāo)(ξ，η，ζ)，而是為了進(jìn)行變數(shù)轉(zhuǎn)換而新被采用的變數(shù)。

[數(shù)式87]

ξ＝-k_x cosθ+(k_ye cosα+k_z sinα)sinθ

η＝-k_x sinθ-(k_ye cosα+k_z sinα)cosθ

該逆轉(zhuǎn)換由以下的(式83)給出。

[數(shù)式88]

k_x＝-ξcosθ-ηsinθ

角度θ上的重構(gòu)函數(shù)成為以下的(式84)。

[數(shù)式89]

在此，在被積分項(xiàng)出現(xiàn)的函數(shù)成為以下的(式85)。

[數(shù)式90]

在此，k_x、k_y1、k_y2、k_z如(式30)、(式33)所示，由于是ξ、η、ζ、k_yo這樣的函數(shù)，因此能夠僅利用傅里葉變換，將角度θ的局部坐標(biāo)上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為全體坐標(biāo)。向全體坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換采用以下的(式86)。即，最后以角度θ進(jìn)行積分，而得到影像化函數(shù)。

[數(shù)式91]

通過(guò)該影像化函數(shù)，對(duì)關(guān)于物體的內(nèi)部信息的圖像進(jìn)行再構(gòu)成。因此，能夠通用且高速地對(duì)關(guān)于物體內(nèi)部的缺陷等、物體的內(nèi)部信息的圖像進(jìn)行影像化。并且，在對(duì)圖像進(jìn)行再構(gòu)成的步驟中，由于函數(shù)的設(shè)定是以三維空間為對(duì)象來(lái)進(jìn)行的，因此，能夠更精確且更高速地對(duì)具有曲率大的曲面對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。

如以上所述，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的散射斷層成像方法，在曲面上任意地配置了傳感器元件的解析模式中，設(shè)定反演問(wèn)題用的偏微分方程，通過(guò)解該方程，從而得到影像化函數(shù)。據(jù)此，在對(duì)放射到物體的波動(dòng)的散射波進(jìn)行解析的散射斷層成像方法中，能夠通用且高速地對(duì)具有曲率大的曲面的對(duì)象物的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化。

尤其在本實(shí)施方式中，針對(duì)多路徑陣列雷達(dá)的傳感器部為曲線狀的一維傳感器陣列的情況，通過(guò)散射斷層成像方法來(lái)導(dǎo)出影像化函數(shù)。因此，通過(guò)該影像化函數(shù)，與實(shí)施方式1所示的多路徑陣列雷達(dá)的傳感器部為一維傳感器陣列的情況相比，能夠以更廣的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面來(lái)進(jìn)行測(cè)量，從而能夠得到重構(gòu)圖像。

(實(shí)施方式3)

接著對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式3進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，作為實(shí)施方式1以及2所示的多路徑陣列雷達(dá)20中的傳感器部30，以使用了超廣頻帶用天線的天線系統(tǒng)100用作散射斷層成像裝置的一個(gè)例子，對(duì)乳房造影裝置進(jìn)行說(shuō)明。

一般而言，在廣頻帶天線中，由形成在電介質(zhì)基板的正反面的導(dǎo)體圖案構(gòu)成天線。詳細(xì)而言，在電介質(zhì)基板的表面，由銅箔的導(dǎo)體圖案構(gòu)成的一對(duì)天線元件被對(duì)稱配置。這一對(duì)天線元件通過(guò)被配置在電介質(zhì)基板的層疊巴倫等平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，與同軸線連接。

在此，巴倫是平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，是用于對(duì)在平衡與不平衡的狀態(tài)下的電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的元件。例如，用于將偶極天線等完全處于平衡(電對(duì)稱)狀態(tài)的天線，連接到處于不平衡狀態(tài)的同軸電纜。

5GHz以下的頻帶所使用的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，通常采用線圈型變壓器來(lái)構(gòu)成。但是，對(duì)于更高頻率的頻帶，例如要想制作與10GHz以上高頻頻帶對(duì)應(yīng)的線圈型變壓器，由于線圈的圈數(shù)或大小等會(huì)較困難，因此難于實(shí)現(xiàn)與高頻頻帶對(duì)應(yīng)的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器。為此，難于實(shí)現(xiàn)與采用了平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器的UWB(超寬帶)等廣頻帶對(duì)應(yīng)的天線。

以下將要說(shuō)明的天線系統(tǒng)100由于不使用平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器就能夠?qū)⑿盘?hào)傳送到天線元件，因此能夠?qū)崿F(xiàn)與UWB等廣頻帶對(duì)應(yīng)的天線。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)利用超廣頻帶的頻率，高速且頻率頻帶不受線圈的圈數(shù)以及大小的限制的高精度的乳房造影裝置。

首先，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的天線系統(tǒng)100的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。上述的乳房造影裝置將生物體的乳房作為被檢體，將高頻的微波信號(hào)發(fā)送到該被檢體，并接收反射的散射波數(shù)據(jù)。

圖8是示出天線系統(tǒng)100的構(gòu)成的概略圖。

如圖8所示，本實(shí)施方式所涉及的天線系統(tǒng)100具備：陣列天線37，將微波等波動(dòng)發(fā)送到被收納在外殼33的被檢體；代碼發(fā)生器31a；接收電路32a；控制裝置136；天線旋轉(zhuǎn)信號(hào)生成器138；圖像重構(gòu)部40；以及圖像顯示部50。

陣列天線37如圖8所示，發(fā)送天線元件36a以及接收天線元件36b分別具備多個(gè)。發(fā)送天線元件36a與接收天線元件36b交替配置成一直線狀。并且，發(fā)送天線元件36a與接收天線元件36b的構(gòu)成并非受交替地被配置成一直線狀所限，也可以是僅發(fā)送天線元件36a被配置成一直線狀的發(fā)送用陣列天線、與僅接收天線元件36b被配置成一直線狀的接收用陣列天線并排配置。

并且，如圖8所示，陣列天線37例如針對(duì)內(nèi)部收納有作為被檢體的乳房的、具有大致圓錐狀的形狀的外殼33，沿著外殼33的大致圓錐狀的母線而被配置。陣列天線37以外殼33的大致圓錐狀的頂點(diǎn)為中心，圍繞外殼33旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，按照每規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角，從構(gòu)成陣列天線37的發(fā)送天線元件36a，向被收容在外殼33的被檢體發(fā)送波動(dòng)。

并且，接收天線元件36b接收以后將要說(shuō)明的成為散射波數(shù)據(jù)的接收信號(hào)，所述散熱波數(shù)據(jù)與被收納在外殼33的內(nèi)部的被檢體的生物體信息對(duì)應(yīng)。接收天線元件36b例如得到被稱作多元靜態(tài)散射數(shù)據(jù)的散射波數(shù)據(jù)。

并且，發(fā)送天線元件36a經(jīng)由同軸電纜130a，連接于代碼發(fā)生器31a。接收天線元件36b經(jīng)由同軸電纜130b，連接于接收電路32a。

代碼發(fā)生器31a是N通道的代碼發(fā)生器，由FPGA(Field-Programmable Gate Array：現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列)構(gòu)成。代碼發(fā)生器31a將編碼后的發(fā)送信號(hào)(RF信號(hào))，從后述的控制裝置136發(fā)送給發(fā)送天線元件36a。被輸入到發(fā)送天線元件36a的信號(hào)(RF信號(hào))是數(shù)字編碼系列。通過(guò)以FPGA構(gòu)成的代碼發(fā)生器31a的內(nèi)置開(kāi)關(guān)，多個(gè)發(fā)送天線元件36a被一個(gè)一個(gè)地(按每一通道)依次選擇，發(fā)送信號(hào)被發(fā)送。并且，代碼發(fā)生器31a包含在實(shí)施方式1所示的發(fā)送部31中。發(fā)送部31可以僅具備代碼發(fā)生器31a，也可以除了代碼發(fā)生器31a以外還具備其他的構(gòu)成。

接收電路32a是N通道的接收電路。接收電路32a按照陣列天線37的規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角，從構(gòu)成陣列天線37的接收天線元件36b得到成為被稱作多元靜態(tài)散射數(shù)據(jù)的散射波數(shù)據(jù)的波動(dòng)信號(hào)。并且，接收電路32a被包含在實(shí)施方式1所示的接收部32中。

并且，代碼發(fā)生器31a以及接收電路32a分別相當(dāng)于本發(fā)明中的信號(hào)生成部以及接收部。

控制裝置136進(jìn)行發(fā)送信號(hào)向代碼發(fā)生器31a發(fā)送的控制、以及由接收電路32a接收的接收信號(hào)向散射波數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。控制裝置136例如由計(jì)算機(jī)構(gòu)成。另外，控制裝置136也可以具備除計(jì)算機(jī)以外的計(jì)算器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等。

天線旋轉(zhuǎn)信號(hào)生成器138生成天線旋轉(zhuǎn)信號(hào)，該天線旋轉(zhuǎn)信號(hào)用于使陣列天線37按照規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。天線旋轉(zhuǎn)信號(hào)生成器138將生成的天線電路信號(hào)傳輸?shù)娇刂蒲b置136?？刂蒲b置136將天線旋轉(zhuǎn)信號(hào)賦予到陣列天線37。據(jù)此，使陣列天線37在外殼33的周圍旋轉(zhuǎn)。

圖像重構(gòu)部40是用于執(zhí)行被稱作散射斷層成像的運(yùn)算方法的電路。散射斷層成像是指，利用所謂的反演問(wèn)題，觀察并解析波動(dòng)被照射到物體時(shí)的散射波，并對(duì)物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化的方法(散射斷層成像)。圖像重構(gòu)部40根據(jù)從控制裝置136發(fā)送來(lái)的散射波數(shù)據(jù)，生成用于對(duì)被收納在外殼33的被檢體的內(nèi)部信息進(jìn)行影像化的影像化信號(hào)。

在對(duì)生物體等具有柔軟的形狀的物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化時(shí)，例如每當(dāng)物體的曲面形狀等條件發(fā)生變化時(shí)，需要改變理論或裝置內(nèi)部的結(jié)構(gòu)等來(lái)重新獲得數(shù)據(jù)，并且需要對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。為此，利用反演問(wèn)題對(duì)物體內(nèi)部的信息進(jìn)行影像化的方法難于通用，但是散射斷層成像則是能夠通用的方法。圖像重構(gòu)部40相當(dāng)于本發(fā)明中的圖像重構(gòu)部。

圖像顯示部50是監(jiān)視器畫面，將由圖像重構(gòu)部40運(yùn)算的數(shù)據(jù)作為影像來(lái)輸出。

圖9是示出發(fā)送用陣列天線的構(gòu)成的概略圖。

如圖9所示，發(fā)送用陣列天線的構(gòu)成為，多個(gè)發(fā)送天線元件36a被配置成一直線狀。各個(gè)發(fā)送天線元件36a分別具備：差動(dòng)放大器150、同軸電纜152a以及152b、天線元件154a以及154b、電阻56(參照?qǐng)D11)。在各個(gè)發(fā)送天線元件36a共通，差動(dòng)放大器150的一個(gè)輸入端子與同軸電纜130a連接。

據(jù)此，在代碼發(fā)生器31a生成的代碼經(jīng)由同軸電纜130a，被順序地傳輸?shù)礁鱾€(gè)發(fā)送天線元件36a。因此，各個(gè)發(fā)送天線元件36a依次地從天線元件154a以及154b發(fā)送信號(hào)。

圖10是示出接收用陣列天線的構(gòu)成的概略圖。

如圖10所示，接收用陣列天線被構(gòu)成為，多個(gè)接收天線元件36b被配置成一直線狀。各個(gè)接收天線元件36b分別具備：差動(dòng)放大器160、混頻器161、同軸電纜162a以及162b、天線元件164a以及164b、電阻166(參照?qǐng)D13)。在各個(gè)接收天線元件36b共通，差動(dòng)放大器160的輸出端子經(jīng)由混頻器161與同軸電纜130b連接。

據(jù)此，以天線元件164a以及164b接收的信號(hào)經(jīng)由同軸電纜130b，被依次傳輸?shù)浇邮针娐?2a。據(jù)此，各個(gè)接收天線元件36b依次對(duì)由接收電路32a接收的接收信號(hào)進(jìn)行檢波。

接著，對(duì)發(fā)送天線元件36a的構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖11是示出發(fā)送天線元件36a的構(gòu)成的概略圖。

如圖11所示，發(fā)送天線元件36a如以上所述具備：差動(dòng)放大器150、同軸電纜152a以及152b、天線元件154a以及154b、電阻56(參照?qǐng)D11)。

差動(dòng)放大器150是由多個(gè)半導(dǎo)體元件構(gòu)成的完全差動(dòng)型放大器，例如是由多個(gè)晶體管構(gòu)成的放大器。完全差動(dòng)型放大器是，通過(guò)具有兩個(gè)輸入端子和兩個(gè)輸出端子這四個(gè)端子，而在輸入與輸出均進(jìn)行差動(dòng)工作的放大器。在發(fā)送天線元件36a，差動(dòng)放大器150的一個(gè)輸入端子與同軸電纜130a連接。差動(dòng)放大器150的其他的輸入端子接地。

并且，差動(dòng)放大器150的一個(gè)輸出端子與同軸電纜152a的內(nèi)部導(dǎo)體(芯線)連接，其他的輸出端子與同軸電纜152b的內(nèi)部導(dǎo)體(芯線)連接。同軸電纜152a的內(nèi)部導(dǎo)體與天線元件154a連接，同軸電纜152b的內(nèi)部導(dǎo)體與天線元件154b連接。并且，同軸電纜152a以及152b的外部導(dǎo)體均接地。

并且，天線元件154a以及154b例如構(gòu)成蝴蝶結(jié)天線。在天線元件154a以及154b分別設(shè)置電阻156。電阻156是天線元件154a以及154b的終端電阻器。電阻156的一端與天線元件154a以及154b連接，電阻156的另一端接地。

在該發(fā)送天線元件36a中，通過(guò)如同軸電纜130a這種不平衡傳輸路徑，波動(dòng)信號(hào)被傳入到差動(dòng)放大器150。該信號(hào)被輸入到作為完全差動(dòng)放大器的差動(dòng)放大器150的一個(gè)輸入端子。并且，差動(dòng)放大器150的其他的輸入端子接地。此時(shí)，在該差動(dòng)放大器150的兩個(gè)輸出端子，彼此的相位180度不同的信號(hào)被放大，并從差動(dòng)放大器150輸出。從差動(dòng)放大器150輸出的信號(hào)經(jīng)由同軸電纜152a以及152b，從天線元件154a以及154b輸出。

并且，差動(dòng)放大器150相當(dāng)于本實(shí)施方式中的第一有源平衡電路。天線元件154a以及154b分別相當(dāng)于本實(shí)施方式中的第一天線元件以及第二天線元件。電阻156相當(dāng)于本發(fā)明中的第一電阻元件。發(fā)送天線元件36a相當(dāng)于本發(fā)明中的第一寬頻帶用天線。

并且，同軸電纜152a以及152b并非是必需的，也可以取代同軸電纜152a以及152b，而使用其他種類的電纜。在這種情況下，其他種類的電纜也可以被直接連接到天線元件154a以及154b。

接著，對(duì)將上述的發(fā)送天線元件36a用作UWB用的發(fā)送天線的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。在將上述的發(fā)送天線元件36a用作UWB用的發(fā)送天線時(shí)，例如需要天線元件的終端電阻、電波吸收體、導(dǎo)體罩等適于UWB的構(gòu)成。因此，以下對(duì)實(shí)用性的UWB用的發(fā)送天線的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。

圖12是示出發(fā)送用UWB天線的構(gòu)成的概略圖。

如圖12所示，發(fā)送用UWB天線在基板153上，由圖11所示的天線元件154a和154b、以及電阻56形成。

天線元件154a以及154b的輸入端子彼此相對(duì)地形成。從天線元件154a的輸出端子側(cè)的一端至天線元件154b的輸出端子側(cè)的一端的距離為1/2波長(zhǎng)左右。

并且，電阻56與基板153的地線連接。作為天線元件154a以及154b的終端電阻的電阻56的電阻值，作為一個(gè)例子為100～200Ω。

并且，在形成有天線元件154a以及154b的基板153上，以分別覆蓋天線元件154a以及天線元件154b的狀態(tài)，配置了電波吸收體157。電波吸收體157例如由鐵氧體構(gòu)成。

并且，在覆蓋天線元件154a的電波吸收體157與覆蓋天線元件154b的電波吸收體157之間，設(shè)置有相對(duì)于基板153垂直的基板155。在基板155形成差動(dòng)放大器150。

差動(dòng)放大器150的兩個(gè)輸出端子分別與天線元件154a以及154b的輸入端子連接。并且，差動(dòng)放大器150的輸入端子與同軸電纜159連接。

并且，以覆蓋基板153、被構(gòu)成在基板153上的天線元件154a和154b、基板155、差動(dòng)放大器150和電波吸收體157的方式，配置有金屬外殼158?；?53與基板155由于連接于金屬外殼158，因此成為接地的構(gòu)成。通過(guò)此構(gòu)成，不僅能夠降低來(lái)自外部的噪聲的影響，而且能夠?qū)崿F(xiàn)UWB用的發(fā)送天線。

接著，對(duì)接收天線元件36b進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖13是示出接收天線元件36b的構(gòu)成的概略圖。

如圖13所示，接收天線元件36b具備：差動(dòng)放大器160、混頻器161、同軸電纜162a和162b、天線元件164a和164b、電阻166(參照?qǐng)D13)。

差動(dòng)放大器160是由多個(gè)半導(dǎo)體元件構(gòu)成的差動(dòng)放大器。差動(dòng)放大器160具有兩個(gè)輸入端子和一個(gè)輸出端子。在接收天線元件36b，差動(dòng)放大器160的輸出端子經(jīng)由混頻器161與同軸電纜130b連接。

并且，差動(dòng)放大器160的一個(gè)輸入端子與同軸電纜162a的內(nèi)部導(dǎo)體(芯線)連接，其他的輸入端子與同軸電纜162b的內(nèi)部導(dǎo)體(芯線)連接。同軸電纜162a的內(nèi)部導(dǎo)體與天線元件164a連接，同軸電纜162b的內(nèi)部導(dǎo)體與天線元件164b連接。

并且，同軸電纜162a以及162b的外部導(dǎo)體均接地。并且，天線元件164a以及164b分別與電阻166的一端連接。并且，電阻166的另一端接地。

通過(guò)以上所示的構(gòu)成，由天線元件164a以及164b接收的信號(hào)經(jīng)由同軸電纜162a以及162b，被輸入到差動(dòng)放大器160的輸入端子。由天線元件164a以及164b接收的信號(hào)(RF信號(hào))為數(shù)字編碼系列，或者在N通道同時(shí)被檢波，或者由外部開(kāi)關(guān)被引導(dǎo)到一個(gè)檢波電路而被檢波。

并且，差動(dòng)放大器160的輸出端子與混頻器161連接。混頻器161將IF信號(hào)輸出到差動(dòng)放大器160的輸出，該IF信號(hào)是對(duì)發(fā)送頻率的標(biāo)準(zhǔn)本地信號(hào)(LO信號(hào))進(jìn)行混合，并轉(zhuǎn)換為中間頻帶(IF)的信號(hào)。即，混頻器161對(duì)接收的頻率信號(hào)進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換后輸出。在混頻器161使與發(fā)送用代碼相同的代碼延遲，對(duì)延遲比特進(jìn)行控制的檢波用代碼被用作混頻器161的LO信號(hào)。從混頻器161輸出的信號(hào)(被檢波的信號(hào))經(jīng)由IF濾波器以及IF放大器(未圖示)，作為IF信號(hào)被輸入向控制裝置136的A/D轉(zhuǎn)換器(未圖示)，并被記錄到存儲(chǔ)器(未圖示)。

并且，差動(dòng)放大器160相當(dāng)于本實(shí)施方式中的第二有源平衡電路。天線元件164a以及164b分別相當(dāng)于本實(shí)施方式中的第三天線元件以及第四天線元件。電阻166相當(dāng)于本發(fā)明中的第二電阻元件。接收天線元件36b相當(dāng)于本發(fā)明中的第二寬頻帶用天線。

以上是取得以接收天線元件36b接收的信號(hào)與從發(fā)送天線元件36a發(fā)送的發(fā)送信號(hào)的相互關(guān)聯(lián)的過(guò)程。相互關(guān)聯(lián)的最終過(guò)程由計(jì)算機(jī)(未圖示)來(lái)執(zhí)行，從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看得到與脈沖應(yīng)答相同的結(jié)果。

并且，差動(dòng)放大器150以及差動(dòng)放大器160也可以采用具有相同構(gòu)成的完全差動(dòng)放大器。在這種情況下，作為用于發(fā)送天線元件36a的差動(dòng)放大器150可以將該完全差動(dòng)放大器的兩個(gè)輸入端子中的一個(gè)用作輸入端子，使另一個(gè)端子接地。并且，作為用于接收天線元件36b的差動(dòng)放大器160可以將該完全差動(dòng)放大器的兩個(gè)輸出端子中的一個(gè)用作輸出端子，使另一個(gè)端子用作終端。

接著，對(duì)將上述的接收天線元件36b用作UWB用的接收天線的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。

圖14是示出接收用UWB天線的構(gòu)成的概略圖。

接收用UWB天線的構(gòu)成幾乎與上述的發(fā)送用UWB天線的構(gòu)成相同。如圖14所示，接收用UWB天線在基板163上，由圖13所示的天線元件164a和164b、以及電阻166形成。

天線元件164a以及164b以輸出端子彼此相對(duì)的方式而被形成。從天線元件164a的輸入端子側(cè)的一端至天線元件164b的輸入端子側(cè)的一端的距離為1/2波長(zhǎng)左右。

電阻166與基板163的地線連接。作為天線元件164a以及164b的終端電阻的電阻166的電阻值，作為一個(gè)例子為100～200Ω。

并且，在形成有天線元件164a以及164b的基板163上，以分別覆蓋天線元件164a以及天線元件164b的方式配置電波吸收體167。電波吸收體167例如由鐵氧體構(gòu)成。

并且，在覆蓋天線元件164a的電波吸收體167與覆蓋天線元件164b的電波吸收體167之間設(shè)置有，相對(duì)于基板163垂直的基板165。在基板165形成有差動(dòng)放大器160。

差動(dòng)放大器160的兩個(gè)輸入端子分別與天線元件164a以及164b的輸出端子連接。并且，差動(dòng)放大器160的輸出端子與同軸電纜169連接。并且，在同軸電纜169連接有混頻器161(未圖示)。

并且，以覆蓋基板163、被構(gòu)成在基板163上的天線元件164a和164b、基板165、差動(dòng)放大器160以及電波吸收體167的方式配置了金屬外殼168。由于基板163與基板165連接于金屬外殼168，因此被構(gòu)成為接地。通過(guò)以上的構(gòu)成，不僅能夠降低來(lái)自外部的噪聲的影響，而且能夠?qū)崿F(xiàn)UWB用的接收天線。

接著，對(duì)將上述的天線系統(tǒng)100用作乳房造影裝置的情況下的圖像重構(gòu)部40中的解析模式進(jìn)行簡(jiǎn)單地說(shuō)明。

圖15是示出本實(shí)施方式所涉及的外殼33表面的解析模式的圖。

外殼33如以上所述，具有大致圓錐狀的形狀，本實(shí)施方式所涉及的陣列天線37沿著大致圓錐狀的母線而被配置。構(gòu)成陣列天線37的發(fā)送天線元件36a以及接收天線元件36b的大小，作為一個(gè)例子為5mm～10mm左右。

在進(jìn)行檢查時(shí)，從發(fā)送天線元件36a向被收納在外殼33的被檢體發(fā)送微波。微波的頻率作為一個(gè)例子為0.4～12.0GHz。接著，在被收納于外殼33的被檢體反射的微波，由接收天線元件36b接收。在被收納于外殼33的被檢體中存在缺陷(例如，癌細(xì)胞等)的情況下，能夠得到對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)。該工作將由所有的發(fā)送天線元件36a以及接收天線元件36b順序進(jìn)行。并且，通過(guò)使陣列天線37以規(guī)定的角度旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行同樣的檢查，從而能夠得到針對(duì)被收納在外殼33的被檢體內(nèi)的缺陷的立體的位置信息。

并且，關(guān)于乳房造影的空間分辨率，在將發(fā)送天線元件36a以及接收天線元件36b的大小設(shè)為上述的5mm～10mm左右、將微波設(shè)為10GHz的情況下，乳房造影的空間分辨率為1.97mm左右。因此，若將本實(shí)施方式所涉及的天線系統(tǒng)用作乳房造影裝置，則能夠進(jìn)行高速且高分辨率的檢查。

如以上所述，通過(guò)上述的天線系統(tǒng)100，由于可以在超廣頻帶用天線中不使用由線圈型變壓器構(gòu)成的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，因此收發(fā)信號(hào)的頻帶不受線圈的圈數(shù)以及大小的限制。并且，可以取代平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，使用由半導(dǎo)體元件構(gòu)成的、具有兩個(gè)輸入端子和兩個(gè)輸出端子的完全差動(dòng)型放大器，從而能夠高速地進(jìn)行信號(hào)的收發(fā)。因此能夠提供高速且頻帶不受線圈的圈數(shù)以及大小的限制的超廣頻帶用天線。通過(guò)本實(shí)施方式所涉及的超廣頻帶用天線，例如從直流到10GHz以上的超高頻都能夠?qū)?yīng)。據(jù)此，能夠高速且精確度高的乳房造影裝置。

并且，用于本實(shí)施方式所涉及的發(fā)送天線元件36a的差動(dòng)放大器150并非受上述的天線系統(tǒng)以及乳房造影所限，例如可以在構(gòu)成圖8所示的代碼發(fā)生器31a的FPGA內(nèi)使用。

即，通過(guò)將作為差動(dòng)放大器150而使用的完全差動(dòng)放大器安裝到FPGA的輸出端子，從而在FPGA能夠輸出一對(duì)具有180度不同的位相的信號(hào)。

例如，以在1GHz以下的工作時(shí)鐘來(lái)動(dòng)作FPGA為基礎(chǔ)，想要實(shí)現(xiàn)能夠在波譜區(qū)域生成最高12GHz的信號(hào)的數(shù)字代碼生成器的情況下，生成作為10bit的并列信號(hào)的代碼，進(jìn)行Parallel-Series(串并聯(lián))轉(zhuǎn)換，生成10倍速度的10Gbps(千兆位/秒)的信號(hào)。此時(shí)，通過(guò)在輸出端安裝完全差動(dòng)放大器，從而能夠從FPGA的存儲(chǔ)器并行地讀出代碼，最終生成串行的高速信號(hào)。因此，本實(shí)施方式所涉及的差動(dòng)放大器150除了用于發(fā)送天線元件36a以外，還能夠用于高速代碼生成器的構(gòu)成。

(變形例)

接著，利用圖16A以及圖16B對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的變形例進(jìn)行說(shuō)明。

本發(fā)明所涉及的陣列天線不受以上所述的配置的限制，也可以是圖16A所示的配置。即，如圖16A所示，在陣列天線237，構(gòu)成天線元件236的發(fā)送天線236a與接收天線236b隔著母線被分別配置成線狀，并且，發(fā)送天線236a與接收天線236b也可以被配置成相錯(cuò)半個(gè)的位置關(guān)系。

并且，陣列天線也可以是圖16B所示的構(gòu)成。即，如圖16B所示，在陣列天線337，構(gòu)成天線元件336的發(fā)送天線336a與接收天線336b在一個(gè)母線上以線狀交替配置。

并且，發(fā)送天線與接收天線的配置并非受此所限，由發(fā)送天線與接收天線構(gòu)成的陣列天線只要被構(gòu)成在一個(gè)線上，可以是任意的配置。

并且，上述的運(yùn)算表達(dá)式、以及運(yùn)算表達(dá)式的導(dǎo)出順序僅為一個(gè)例子，也可以采用其他的運(yùn)算表達(dá)式、以及其他的導(dǎo)出順序。

并且，在上述的實(shí)施方式中作為波動(dòng)雖然采用了微波，但是并非受微波所限，也可以是其他的頻帶的電磁波或超聲波，也可以是廣頻帶或超廣頻帶的電磁波或超聲波。并且，在本實(shí)施方式中由于采用微波，因此采用了具有規(guī)定的頻率的周期波，不過(guò)作為波動(dòng)，并非受周期波所限，也可以采用脈沖波。

并且，在上述的實(shí)施方式中，作為對(duì)象物以生物體、具體而言以乳房為例進(jìn)行了說(shuō)明，不過(guò)對(duì)象物并非受乳房所限，也可以是其他的生物體結(jié)構(gòu)、或者生物體以外的物體結(jié)構(gòu)。例如，也可以是圓錐狀的混凝土支柱等結(jié)構(gòu)物。

以上對(duì)本發(fā)明所涉及的散射斷層成像方法、散射斷層成像裝置以及散射斷層成像裝置中包括的陣列天線系統(tǒng)，根據(jù)多個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，本發(fā)明并非受實(shí)施方式所限。執(zhí)行本領(lǐng)域技術(shù)人員針對(duì)實(shí)施方式所能夠想到的變形而得到的形態(tài)、以及通過(guò)對(duì)多個(gè)實(shí)施方式中的構(gòu)成要素進(jìn)行任意地組合而實(shí)現(xiàn)的其他的形態(tài)均包含在本發(fā)明中。

例如，在散射斷層成像裝置中，特定的處理部執(zhí)行的處理也可以由其他的處理部來(lái)執(zhí)行。例如，可以是僅散射斷層成像裝置所包括的陣列天線系統(tǒng)由其他的處理部執(zhí)行。并且，也可以變更在散射斷層成像方法中執(zhí)行處理的順序，也可以對(duì)多個(gè)處理并行執(zhí)行。

并且，在上述的實(shí)施方式所示的陣列天線系統(tǒng)中，發(fā)送天線元件與接收天線元件的構(gòu)成為，交替地被配置成一直線狀，發(fā)送天線元件與接收天線元件并非受被交替地配置成一直線狀的構(gòu)成所限，也可以是僅發(fā)送天線元件被配置成一直線狀的發(fā)送用陣列天線、與僅接收天線元件被配置成一直線狀的接收用陣列天線被并列配置的構(gòu)成。

并且，本發(fā)明的散射斷層成像方法中的步驟也可以由計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行。而且，本發(fā)明能夠作為使計(jì)算機(jī)執(zhí)行散射斷層成像方法中所包含的步驟的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，本發(fā)明能夠作為記錄了這些程序的CD-ROM等非暫時(shí)性的計(jì)算機(jī)可以讀取的記錄介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

并且，散射斷層成像裝置中包含的多個(gè)構(gòu)成要素可以作為集成電路的LSI來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些構(gòu)成要素可以分別地作為一個(gè)芯片，也可以是其中的一部分或全部作為一個(gè)芯片來(lái)構(gòu)成。這些LSI可以根據(jù)集成度的不同，而被稱作IC(Integrated Circuit)、系統(tǒng)LSI、超級(jí)LSI或極超級(jí)LSI。

并且，作為集成電路化的方法并非受LSI所限，可以由專用電路或通用處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。也可以利用能夠進(jìn)行編程的FPGA(Field Programmable Gate Array)、或?qū)SI內(nèi)部的電路單元的連接以及設(shè)定能夠進(jìn)行重構(gòu)的可重裝處理器。

并且，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步或派生出的其他的技術(shù)，而出現(xiàn)取代LSI的集成電路化的技術(shù)的情況下，當(dāng)然可以利用這些技術(shù)對(duì)散射斷層成像裝置中包括的構(gòu)成要素進(jìn)行集成電路化。

本發(fā)明所涉及的散射斷層成像方法以及散射斷層成像裝置能夠有效地應(yīng)用于針對(duì)具有較大曲率的對(duì)象物的檢查，例如能夠應(yīng)用于醫(yī)療裝置、混凝土內(nèi)部的鋼筋腐蝕的檢查、以及受災(zāi)地區(qū)的鋼筋結(jié)構(gòu)物的耐震檢查等。

符號(hào)說(shuō)明

20 多路徑陣列雷達(dá)(散射斷層成像裝置)

30 傳感器部

31 發(fā)送部

31a 代碼發(fā)生器(發(fā)送部)

32 接收部

32a 接收電路(接收部)

33 外殼

36 天線元件

36a 發(fā)送天線元件(發(fā)送天線元件、第一寬頻帶用天線)

36b 接收天線元件(接收天線元件、第二寬頻帶用天線)

37 線性陣列天線

40 圖像重構(gòu)部

50 圖像顯示部

60a、60b 圓錐體

70a、70b 基準(zhǔn)平面

80a、80b 切平面

100 天線系統(tǒng)

130a、130b、152a、152b、159、162a、162b、169 同軸電纜

136 控制裝置

138 天線旋轉(zhuǎn)信號(hào)生成器

150 差動(dòng)放大器(第一有源平衡電路)

154a 天線元件(第一天線元件)

154b 天線元件(第二天線元件)

153、155、163、165 基板

156 電阻(第一電阻元件)

157、167 電波吸收體

158、168 金屬外殼

160 差動(dòng)放大器(第二有源平衡電路)

161 混頻器

164a 天線元件(第三天線元件)

164b 天線元件(第四天線元件)

166 電阻(第二電阻元件)

236a、336a 發(fā)送天線元件

236b、336b 接收天線元件

237、337 陣列天線