タイムドメインマイクロ波CTによる組織性状断層撮像技術の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12558105
• Research Institution: NIIGATA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 宮川 道夫 新潟大学, 工学部, 教授 (50239357)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石井 望 新潟大学, 工学部, 助教授 (50232236)
• Keywords: マイクロ波CT / タイムドメイン計測 / 生体計測 / 無侵襲計測 / 減衰定数と位相定数 / 分布 / ゲーティング / 時間分解能

Research Abstract

最終年度にあたり性能評価とその実用的意義を、我々が既に開発したチャープパルスマイクロ波CT(CP-MCT)と対比して検討した。
(1)CT計測能力評価
試作したタイムドメインマイクロ波CT(TD-MCT)は、0.8〜4.2GHzの帯域でS21の計測を行う。物理的距離と食塩水を仮定して送受信アンテナ間の伝搬時間を推定、またアンテナ前面に金属反射板を置いた反射計測実験等によってコネクタ等の位置を推定、S21の時間波形から計測信号を切り出した。時間領域での処理後、再び周波数領域に戻し、500MHz刻みの周波数ごとにプロジェクションを求めてCT画像を再構成した。周波数の違いによる再構成画像の差異は、信号レベルの大小によるSNの違い、またそれほど顕著ではないが、波長に依存すると思われる回折効果の影響の大小が主なものであった。また、1GHzの帯域を持たせた画像再構成では1〜2GHzの画像がSN比に最も優れ、結果的に同じ帯域で動作するよう開発されたCP-MCTの先見性、妥当性が実証された。同じ周波数帯域で評価した場合、TD-MCTの空間分解能はCP-MCTと同一と評価された。
(2)タイムドメインマイクロ波CTの実用的意義
タイムドメイン計測の特徴を生かすためには、超広帯域で実効的な透過計測を行う必要がある。また、生体計測用のCTではインピーダンス整合のため、生体もアンテナも電気的特性がほぼ等しい食塩水の中に浸した状態で計測を行う必要がある。生体組織もこの整合媒質も周波数とともに急激に増加する損失が特徴であり、実効的に超広帯域で意味のある信号を観測するのは極めて難しい。食塩水中で超広帯域特性を備えたアンテナを実現することも同様である。TD-MCTは時間領域で送受信アンテナ間の直線経路伝搬信号を取り出すものであるが、CP-MCTは同じ計測を周波数空間で行い、観測する信号の周波数もkHz以下と極めて低いため、計測が容易である。ただし、任意の周波数でスペクトル画像を得たい場合等はタイムドメイン計測に特別な意義が見いだされ、この点にTD-MCTの利点が見いだされる。

Research Products

• [Publications] M.Miyakawa, K.Orikas, M.Bertro, P.Boccacci, F.Conic, M.Piana: "Experimental validation of a linear model for data reduction in Chirp-Pulse Microwave CT"IEEE Trans. Medical Imaging. 27・42002. 385-395 (2002)
• [Publications] M.Miyakawa, K.Orikasa, M.Bertero: "Evaluation of the response funiction and its space dependence in Chirp Pulse Microwave Computed Tomography (CP-MCT)"LEICE, Trans. Inf. & Syst.. E85-D・1. 52-59 (2002)
• [Publications] M.Bertero, P.Boccacci, F.Conte, M.Miyakawa, M.Piana: "A linear model for CP-MCT"Progress In Electromagnetic Research Symposium 2002. 591 (2002)
• [Publications] M.Miyakawa, Wu Jing, K.Sugawara, M.Bertero: "FDTD-based computation to find an optimal configuration of the printed array antenna used for a fan beam scanner of chirp pulse microwave computed tomography (CP-MCT)"Progress In Electromagnetic Research Symposium 2002. 592 (2002)
• [Publications] M.Miyakawa, K.Sugawara, M.Bertero, M.Piana: "Computational Imaging of the Breast-and Head-Models in CP-MCT"Progress In Electromagnetic Research Symposium 2002. 593 (2002)
• [Publications] M.Miyakawa, E.Harada, N.Ishii, M.Bertero: "Development of a printed dipole array antenna for fan beam-type chirp-pulse microwave computed tomography (CP-MCT)"Progress In Electromagnetic Research Symposium 2002. 871 (2002)
• [Publications] 宮川道夫: "マイクロ波イメージング-CT計測の現状と展望"東北大学電案通信研究所共同プロジェクト研究「ミリ波帯イメージング技術の開発と各種波動を用いたイメージング技術の研究」研究. 83-86 (2002)
• [Publications] 呉 晶, 菅原邦義, 宮川道夫: "ファンビーム型スキャナにおけるアンテナ素子の最適配置"電子情報通信学会技術研究会報告. MBE2002・81. 33-36 (2002)
• [Publications] 原田枝実子, 呉晶, 宮川道夫: "ファンビーム型マイクロ波CT用受信アンテナの実験による最適配置"電子情報通信学会技術研究会報告. MBE2002・80. 29-32 (2002)
• [Publications] 永山正登, 宮川道夫: "タイムドメインマイクロ波CTの可能性"電子情報通信学会総合大会論文誌,情報・システム分冊. D-7-13. 82 (2002)
• [Publications] 原田枝実子, 呉晶, 宮川道夫: "プリント化ダイポールアンテナを用いたファンビーム型CP-MCT"第41回日本エムイー学会大会論文誌. 22I-03. 225 (2002)
• [Publications] 菅原邦義, 宮川道夫, 石井望: "プリント化ダイポールアンテナを用いたファンビーム型CP-MCT)"第41回日本エムイー学会大会論文誌. 22I-04. 226 (2002)
• [Publications] 永山正登, 宮川道夫, 石井望: "タイムドメインマイクロ波CT-実験システムの構成"第40回日本エムイー学会大会論文誌. 39. 484 (2001)
• [Publications] 菅原邦義, 宮川道夫, 石井望: "CP-MCTによる早期乳がん診断情報の獲得-数値計算による可能性の検討"第40回日本エムイー学会大会論文誌. 39. 485 (2001)
• [Publications] 永山正登, 宮川道夫, 石井望: "タイムドメインマイクロ波CTの基礎的検討"第14回日本エムイー学会秋期大会論文誌. 53 (2000)
• [Publications] 北村恵一, 宮川道夫, 石井望: "CP-MCTにおる酸および糖イメージングの基礎的検討"第14回日本エムイー学会秋期大会論文誌. 54 (2000)
• [Publications] 川田洋平, 宮川道夫, 石井望: "マイクロ波CTによる温度変化量の画像計測-実測と計算手法-"第39回日本エムイー学会大会論文誌. 38. 470 (2000)
• [Publications] 永山正登, 宮川道夫, 石井望: "マイクロ波CTによる温度変化量の画像計測-減衰と位相の計測-"第39回日本エムイー学会大会論文誌. 38. 471 (2000)