(57)【要約】      （修正有）【課題】広い帯域幅でありながらもコンパクトな断層撮影マイクロ波撮像システムを提供する。【解決手段】中に撮像領域４を画定する導電性包囲体と、広帯域共振器のアレイとを備え、各共振器が導電性包囲体によって画定される平面に実質的に位置する、マイクロ波撮像デバイス。【選択図】図１
2018025533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中に撮像領域を画定する導電性包囲体と、
広帯域共振器のアレイと、を備え、各共振器は、前記導電性包囲体によって画定される平面に実質的に位置する、マイクロ波撮像デバイス。
【請求項２】
前記広帯域共振器の１つもしくは複数またはすべては、前記導電性包囲体の開口部に対して取り付けられた共振スロットアンテナであるか、または、前記導電性包囲体にスロットとして設けられる、請求項１に記載のマイクロ波撮像デバイス。
【請求項３】
前記導電性包囲体は、直角の内角を備える断面エリアを有する、請求項１または２に記載のマイクロ波撮像デバイス。
【請求項４】
前記導電性包囲体の、前記撮像領域が位置する側とは反対の側に、前記広帯域共振器の個々を遮蔽する導電キャビティをさらに備える、請求項１、２、または３に記載のマイクロ波撮像デバイス。
【請求項５】
前記導電キャビティは電磁波吸収物質を備える、請求項４に記載のマイクロ波撮像デバイス。
【請求項６】
前記共振器は、
導電接地平面内に直角の内角を備えるスロット、および／または、
直角の内角を備え、導電接地平面に位置するスロットの中に位置する直角のスタブ
を備える、請求項１から５のいずれか１つに記載のマイクロ波撮像デバイス。
【請求項７】
前記共振器と検査対象物との間に損失マッチング媒質をさらに備える、請求項１から６のいずれか１つに記載のマイクロ波撮像デバイス。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載のマイクロ波撮像デバイスと、電磁場モデラによって実行されると、前記デバイス内の電磁条件をモデル化する際に前記モデラで使用するための前記デバイスの表現を作成するコンピュータ実行可能コードとを備える、マイクロ波撮像システム。
【請求項９】
電磁場モデラによって実行されると、請求項１から７のいずれか１つに記載のデバイス内の電磁条件をモデル化する際に前記モデラで使用するための前記デバイスの表現を作成する、コンピュータ実行可能コード。
【請求項１０】
マイクロ波撮像方法であって、
前記デバイスを使用して取得された検査対象物の撮像データから、時間領域逆散乱アルゴリズムを使用して検査対象物の画像を生成するために、請求項１から７のいずれか１つに記載のマイクロ波撮像デバイスのモデルを使用すること、を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される実施形態は、概してマイクロ波撮像デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの断層撮影（tomographic）マイクロ波撮像システムが公知である。しかしながら、いくつかの公知のシステムは、大きな全体ディメンション（dimensions）および／または狭い帯域幅を有する。広い帯域幅でありながらもコンパクトな断層撮影マイクロ波撮像システムを提供することが望ましいと認識されている。
【０００３】
以下、実施形態が図面を参照し説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】一実施形態に従って構成された撮像システムを示す図。
【図２】別の実施形態に従って構成された撮像システムを示す図。
【図３】金属境界（metal boundary）を有するアンテナインターフェースの詳細を示す図。
【図４】一実施形態によるＬＣＢＷＳアンテナの詳細およびディメンションを示す図。
【図５】１ＧＨｚ〜（左）および３ＧＨｚ〜（右）で、単一のアンテナによって作り出されたＥｙ偏向された場の周波数領域の大きさを示す、撮像アレイのシミュレーション領域アンテナ要素の中心を通るＹ平面断面図。
【図６】再構築で使用する８つのアンテナアレイのシミュレーションモデルを示す図。
【図７】フィジカル（physical）８要素ＭＩＳ撮像アレイのプロトタイプを示す図。
【図８】３Ｄ印刷されたＡＢＳ製の前腕のファントムの画像を示す図。
【図９】腕のファントムのＭＲＩ画像、および、ＭＲＩ画像を基に作成された腕のファントムを通るｗ断面を示す図。
【図１０】１ＧＨｚにおける、フィジカル３Ｄ印刷された健康な骨組織を有する腕のファントムの３Ｄ物質マップを示す図。
【図１１】ＭＩＳアルゴリズムによって作り出された、フィジカル３Ｄ印刷された健康な骨組織を有する腕のファントムの３Ｄ画像を示す図。
【図１２】健康な腕のファントムに対する完全なＭＩＳ再構築プロセスについてのコスト関数を示す図。
【図１３】健康な腕のファントムに対する完全なＭＩＳ再構築プロセスについての、腕のファントムの７５のうちの平面３６における誘電率のピクセル誤差を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
一実施形態によれば、中に撮像領域を画定する導電性包囲体（conductive enclosure）と、広帯域共振器（wideband resonator）のアレイとを備え、各共振器が、導電性包囲体によって画定される平面に実質的に位置するマイクロ波撮像デバイスが提供される。
【０００６】
導電性包囲体は、撮像空間を画定することができ、この撮像空間を囲む多数の平面におよび（extend in）／多数の平面を画定することができる。導電性包囲体は、２つの対向端部で開口する、連続的な導電性の中空（hollow）または管状(tubular)境界を形成することができる。代替として、導電性包囲体は、その端部のうち１つにおいて導電性端部表面（conductive end surface）によって閉じられた、連続的な導電性の中空または管状境界を形成することができ、ここにおいて、導電性端部表面は、導電性の中空または管状境界に導電的に連結されている。このように、代替的な導電性包囲体は、１つの開口側からの撮像空間へのアクセスを可能にしながら、すべての側（side）で撮像空間を包囲する導電性包囲体である。さらなる代替では、導電性包囲体は、すべての側において連続的な導電性表面として撮像空間を包囲する、連続的な導電性の中空または管状境界を形成することができ、ここにおいて、連続的な導電性表面の一部は、導電性閉鎖表面によって閉じられ得る開口部を備える。撮像される対象物は、この開口部を通って導電性包囲体の中に挿入され得、この開口部が閉鎖表面で閉じられると、連続的な導電性包囲体を完成する。
【０００７】
一実施形態では、複数の広帯域共振器が、１つの平面において撮像領域を囲む。代替的な実施形態では、広帯域共振器は、例えば、それらが、３次元における表面全体の周囲に均等な間隔を置いて配置されるように、撮像領域を囲む複数の平面に配置され得る。
【０００８】
一実施形態では、複数の広帯域共振器の１つもしくは複数または各々は、０．１０と等しいまたはそれより大きい分数帯域幅（fractional bandwidth）を任意の時点において有する。より好ましくは、複数の広帯域共振器の１つもしくは複数またはすべては、任意の時点において、０．２０と等しいもしくはそれより大きい分数帯域幅、または、分数帯域幅にかかわらず、５００ＭＨｚと等しいもしくはそれより大きい帯域幅を有する、超広帯域共振器である。
【０００９】
広帯域、または、より好ましくは超広帯域共振器を使用することは、狭帯域システムと比べて、各センサによってより多くの情報量が収集されることを意味する。時間領域再構築アルゴリズムと組み合わされると、周波数領域システムよりも、再構築を行うのに必要とされるアンテナは少なくなる。同時に、大スケールおよび小スケールの対象物の両方が再構築されることを可能にするように、多様な波長（したがって幾何学的なスケール）から情報が集められる。マルチ周波数狭帯域システムはこの機能を可能にするが、異なる周波数からデータを探すこと（combing）が問題となり得、一方でこれは時間領域アルゴリズムに必然的に伴う本質的な部分である。また、超広帯域システムは、シミュレーションを短縮し、結果として再構築時間を短縮する狭パルス幅の使用を可能にする。
【００１０】
撮像領域は、損失（lossy）撮像媒質で満たされ得る。導電性包囲体の中でロッシー撮像媒質を使用すると、多重反射が減る。このようにして、シミュレーション時間が短く保たれ得る。好ましくは、撮像媒質は、少なくとも０．１Ｓ／ｍの導電率を有する。損失媒質は、共振器と撮像空間との間に提供され得る。この損失マッチング媒体（lossy matching medium）は、撮像空間も満たすことができ、液体、個体、もしくはゲル状物質、またはそれらの任意の組み合わせとすることができる。
【００１１】
デバイスは、好ましくは、マイクロ波逆散乱（microwave inverse scattering）技術を使用して撮像するためのものである。
【００１２】
前述したように、共振器は、導電性包囲体の平面内にあることができるが、この平面に正確に配置されなければならないとは限らない。共振器を、それが導電性包囲体を越えて／導電性包囲体の外側にあり、導電性包囲体内でアラインされた開口部（aligned opening）を通して撮像領域の中に放射するように、撮像領域から遠ざけて移動させることは、共振器によって生成されるビームを狭め、共振器によって受信され得るデータ量を低減させる。導電性包囲体から前方へ／調査対象物／撮像領域に向けて共振器を移動させることも可能である。導電性包囲体の平面に位置する共振器によって達成されるイルミネーション（illumination）と同程度の検査対象物のイルミネーションを確保するために、撮像領域に向けて共振器を大きく移動させることは不可能である。好ましくは、共振器の平面は、導電性包囲体からλ／４以下の間隔を置いて配置され、ここにおいて、この場合のλは、センシングおよび／または励起（excitation）のために共振器によって使用される最長の波長である。
【００１３】
実施形態は、可能な限りコンパクトなシステムを用いて誘電性ターゲットの良好な品質のＵＷＢ測定を得ることができる断層撮影マイクロ波撮像システムを提供する。実施形態は、時間領域電磁シミュレータにおいて、物理的な測定の正確で効率的な複製を可能にする構造を有する。このようにして、実施形態は、時間領域撮像アルゴリズムを使用して妥当な時間およびリソースコストで良好な品質の画像を作り出すことができる撮像システムを提供する。これは公知の技術では不可能である。この実施形態は特に、公知のシステムで見られるものほど曖昧ではない境界条件を提供するが、シミュレーションボリュームのサイズと、結果として、シミュレーション時間と画像再構築時間とを低減する。１つの実施形態では、３Ｄ時間領域アルゴリズムが撮像のために使用される。実施形態のデバイスは、このアルゴリズムとともに使用されると、特に有利な結果をもたらす。
【００１４】
実施形態の撮像アレイの小さいサイズおよびその明確な境界条件は、短い時間期間で、複雑なアンテナのフル３Ｄ  ＥＭモデルを含む、システム全体がシミュレーションされることを可能にする。モデルの精度に起因し、そのようなシミュレーションの結果得られるデータは、測定データと厳密に合致する高品質なものとなる。これは、正確な３Ｄマイクロ波撮像にとって重要である。
【００１５】
実施形態の手段の導電境界（conducting boundary）は、それらが、システムの正確なシミュレーションを可能にするように明確であることを意図する。損失マッチング媒質および金属境界の使用は、境界が検査対象物（ＯＵＴ）の近くに配置され得ることを意味する。この新しいシステムは、したがって、開境界システムよりも小さいものとすることができる。
【００１６】
１つの実施形態では、デバイスは医療用撮像デバイスである。別の実施形態では、デバイスは、対象物の非破壊検査に適している。
【００１７】
一実施形態では、超広帯域金属キャビティマイクロ波撮像アレイ（ultra-wide band metal cavity microwave imaging array）が提供される。別の実施形態では、金属製撮像チャンバに搭載された（mounted）キャビティに支えられた（cavity-backed）ＵＷＢワイドスロットアンテナを備える、断層撮影ニアフィールドマイクロ波撮像アレイ（tomographic nearfield microwave imaging array）が提供される。
【００１８】
広帯域共振器の１つもしくは複数またはすべては、導電性包囲体の開口部に対して取り付けられた（mounted）共振スロットアンテナとすることができるか、または、導電性包囲体にスロットとして設けられ得る。
【００１９】
一実施形態で使用されるワイドスロットアンテナは、既存の実装よりも多数の有利性を有することが認識された。それらのスロットアンテナは、他の要素のタイプと比べて優れた広帯域性能を有し、それゆえ、時間領域ソルバ（solver）および逆散乱ソルバとともに使用され得る。周波数領域ソルバと比べて、これらのソルバは、広い帯域幅の信号から得られ得る情報を最も効果的に利用し、より少ないアンテナを使用して実装され得る。また、ワイドスロットアンテナは本質的に磁気的であり、これは、そのようなアンテナは、性能が影響を受けることなく、電気式アンテナ（例えばダイポール、モノポール）よりも検査対象物により近接して配置され得ることを意味する。これは、システムが可能な限りコンパクトであるべき場合に望ましい。
【００２０】
１つの実施形態では、導電性包囲体は、直角の内角（internal right angle）を備える断面エリア、好ましくは、直角の内角のみを備える断面を有する。断面は、長方形または矩形とすることができる。矩形のアンテナアレイは、反復逆散乱（iterative inverse scattering）スキームにおいて効率的にシミュレーションするのに特に効率的である。直角の幾何学的形状のアレイおよび／またはアンテナを使用することにより、すべての構成部品が、有限差分時間領域（Finite Difference Time Domain）ソルバで使用される直交性の直角のデカルトメッシュに完全に適合することができる。この類の配置は、湾曲した、または非直角の幾何学的形状が採用された配置よりも、正確および／または効率的である。後者の場合、これらの特徴を記述するために、多くのセルおよび長いシミュレーション時間につながる非常に微細なメッシュが使用されなければならないか、または、やはりあまり効率的ではない、より複雑な等角アルゴリズム（conformal algorithm）が必要とされるかのいずれかとなる。
【００２１】
１つの実施形態では、マイクロ波撮像デバイスは、導電性包囲体の、撮像領域が位置する側とは反対の側に、広帯域共振器の個々を遮蔽する導電キャビティをさらに備える。これらの導電性キャビティは、導電性包囲体の、撮像領域とは反対の側で生じる電磁的影響に対して共振器を不感応（insensitive）にする。このように作られたアンテナの指向性質は、エネルギーがターゲットの中に放射され、ターゲットから受信されるのみであることを意味する。
【００２２】
いくつかの公知のシステムは、非金属製材料から構築された大きな撮像タンク内に位置するワイヤ型アンテナを使用する。このタイプのアンテナは、シミュレーションが容易である。しかしながら、その無指向性放射パターンおよび電気的性質は、それらが、シミュレーション境界から遠く離されて配置されなければならないことを意味する。これは、大きなシミュレーション空間と、結果として、長いシミュレーション時間を必要とする。本明細書に記載される実施形態は、これらの問題を軽減する。実施形態はさらに、スロットアンテナの後方側からの後方散乱（backscatter）を除去し、後方側を隔離するとともに、スロットの後方側における境界条件を画定する。この配置は、小さなボリュームを有する撮像システムに明確な境界条件を与えるという有利性を有する。
【００２３】
導電キャビティは、電磁波吸収物質を備えることができる。
【００２４】
１つの実施形態における共振器は、導電接地平面内に直角の内角を備えるスロット、および／または、直角の内角を備え、導電接地平面に位置するスロットの中に位置する直角のスタブを備える。１つの実施形態では、スロットは長方形または矩形である。一実施形態では、スタブは長方形または矩形である。
【００２５】
別の実施形態では、上述されたマイクロ波撮像デバイスと、電磁場モデラによって実行されると、デバイス内の電磁条件をモデル化する際にモデラで使用するためのデバイスの表現を作成するコンピュータ実行可能コードと、を備える、マイクロ波撮像システムが提供される。
【００２６】
別の実施形態では、電磁場モデラによって実行されると、上述されたデバイス内の電磁条件をモデル化する際にモデラで使用するためのデバイスの表現を作成する、コンピュータ実行可能コードが提供される。
【００２７】
別の実施形態では、上述されたマイクロ波撮像デバイスのいずれかのモデルを使用するマイクロ波撮像方法であって、当該マイクロ波撮像デバイスを使用して取得された検査対象物の撮像データから、時間領域逆散乱アルゴリズムを使用して検査対象物の画像を生成することを備える方法が提供される。
【００２８】
好ましくは、３Ｄ再構築アルゴリズムが使用される。
【００２９】
図１は、一実施形態による撮像システムを示す。システムは、複数の金属キャビティ１と、金属キャビティ１の各々と関連付けられた超広帯域（ＵＷＢ）スロットアンテナ２と、導電性境界３とを備える。導電性境界３およびスロットアンテナ２は、導電性境界３内に画定された撮像領域４を囲む。撮像対象物は、使用時に撮像領域４に置かれ得る。撮像媒質５が、インピーダンス整合の目的で撮像領域内に提供される。
【００３０】
実施形態では、ＵＷＢスロットアンテナ２は、導電性境界３に共振スロットを設けることによって形成される。スロットを支える金属キャビティ１（１つの実施形態では、銅から作製される）は、非共振型であり、導電性境界３の、撮像領域４とは反対の側で生じる電磁放射からスロット２を遮蔽するように働く。金属キャビティの存在が、スロットアンテナ２の指向性を向上させることを理解されたい。実施形態におけるスロットアンテナ２の指向性をさらに向上させるために、金属キャビティ１は、電磁放射を吸収するフォーム（foam）で満たされる。しかしながら、このフォームの使用は必須ではないことを理解されたい。
【００３１】
図２は、撮像装置のさらなる実施形態を示す。この実施形態では、導電境界３は、図１を参照して上述された実施形態の場合の円形断面の代わりに、正方形断面を有する。図２に示される実施形態のすべての他の構成部品は、図１に示されるそれらの同等の構成部品と同じである。
【００３２】
図３は、金属境界（この図では参照符号２で示される）とスロットアンテナ（この図では参照符号１で示される）との間のインターフェースと、スロットアンテナを支える金属キャビティ（この図では参照符号３で示される）と、吸収フォーム（この図では参照符号４で示される）とを示す。図３の左手側は、アンテナに向かって外側へ撮像領域から見たアンテナの図を提供し、図３の右手側は、図１および図２において図面平面に対し直交して延びる金属キャビティ３の中心を通って切断された断面を示す。確認できるように、金属キャビティ３の後部、すなわち、共振スロット１から離れて位置し、共振スロット１まで延在しない部分を満たすように、吸収フォーム物質が提供される。
【００３３】
一実施形態によるスロットアンテナの線図が図４にさらに提供され、この図でもやはり、左手側は撮像領域からスロットアンテナへの半径方向外側の図を示し、右手側は、図３の右手側と同じように導電キャビティを通って切断された断面を示す。アンテナは、導電接地平面（図４では参照符号１で示される）と、ワイドスロットアパーチャ（wide slot aperture）（図４では参照符号２で示される）と、５０Ωのマイクロストリップ給電ライン（図４では参照符号４で示される）を終端する、矩形（例えば正方形）のスタブ（図４では参照符号３で示される）とを備える。実施形態では、導電接地平面が基板の一方側に設けられ、マイクロストリップ給電ラインおよび正方形のスタブが基板の反対側に設けられる。導電接地平面１は、実施形態では基板（図４では参照符号５で示される）上に設けられる。しかしながら、これは必須ではなく、導電接地平面１は、自立（self-supporting）のために十分に厚くすることもできることを理解されたい。エアギャップ（図４では参照符号６で示される）が、基板（substrate）と吸収体(absorber)（図４では参照符号７で示される）との間に設けられる。また、例示的な寸法（ディメンション）が図４に提供されるが、これらはもちろん限定するものではない。吸収物質(absorbing material)は、吸収体（absorber）とマイクロストリップとの間の結合によって引き起こされる損失を最小限にするために、基板の裏表面から１０．５ｍｍの間隔を置いて配置される。吸収体は、各々が９．５〜ｍｍの厚さである６層の完全に整合された層を使用してモデル化されている。すべてが、自由空間の比誘電率と、アンテナに最も近い場所における１．４５×１０-3Ｓ／ｍから最終層における２１．２Ｓ／ｍまで指数関数的に変化する導電率値とを有する。反復逆散乱アルゴリズムにおける主な演算オーバヘッドは、フォワードモデルの繰り返されるシミュレーションである。測定アレイのＥＭモデルは、再構築時間を最小限にするために、できる限り効率的であることが必須である。したがって、アンテナの設計は、０．５ｍｍの最小セルサイズを有する疎なメッシュで離散化された長方形の要素から構成される。複雑なアンテナのモデルは、それらの幾何学的な細部のために、微細なメッシュを必要とする傾向にある。これは、ここで言及された最小セルサイズが、アンテナの幾何学的形状を記述する必要性によってモデルに制約がなかった場合に使用される０．６７ｍｍのメッシュサイズに近いものである、この実施形態の幾何学的形状（geometry）にはあてはまらない。一実施形態では、規則的なデカルトメッシュを有する有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）ソルバが使用される。このソルバにおいてより大きい最小メッシュサイズを使用することは、シミュレーション時間を制限するという有利性を有する。これは、５ＧＨｚの最大周波数、８０の比誘電率、およびλ／１０（λ＝波長）のセルサイズに基づく。この幾何学的形状（geometry）は、それが単純でありながら効率的なデカルト系ＦＤＴＤソルバを使用してモデル化され得ることを意味する。一実施形態で使用するのに適する別のアンテナは、米国特許出願公開第２０１１／０２６３９６１号から公知である。
【００３４】
図４に示されるアンテナは、特に、大きな長方形要素で設計されているため、デカルトメッシュを用いて効率的および正確にモデル化され得る。正方形のアレイが使用されている場合（図２に図示）も、すべての要素がこのようにしてモデル化され得る。これにより、システムが高品質の広帯域のデータを得ることが可能となる。
【００３５】
図５は、すべてのアンテナの中心を通って延びるデバイスの断面における、撮像デバイスのシミュレーションの結果を示す。このシミュレーションは、アンテナのうちの１つが励起され、残りのアンテナが受信機として作用するモードのシミュレーションである。１ＧＨｚ〜（左）および３ＧＨｚ〜（右）で単一のアンテナによって作り出された、ｙ方向（すなわち、垂直／ｙ軸と一致する方向）に偏向された電場成分の周波数領域の大きさが、これらの図に示されている。正方形のアレイの幾何学的形状を使用する場合の１つの懸念事項は、アンテナが、周波数を用いて均一に一貫して検査対象物を照射することができないことである。大半の公知のシステムは、この問題を避けるために円形の幾何学的形状を有する。この図に示されたシミュレーションの結果は、ワイドスロットのビーム幅が広いために、そのことが問題にはならないことを示している。好ましくは、−１０ｄＢのビーム幅は、調べられる対象物が十分に照射されることを確実にするために、１から４Ｇｈｚの間で少なくとも１１０度である。
【００３６】
図６は、撮像キャビティを使用し取得されたデータから画像を再構築するために使用される８つのアンテナアレイを示し、ａはアンテナ要素、ｂは吸収体で満たされたキャビティ、ｃはＦＤＴＤシミュレーション領域、ｄは、シミュレーションにおいてアレイの本体を形成する完全電気導体のブロック、ｅは、以下でさらに詳細に記載されるＭＲＩに基づいた前腕のファントム、およびｆは、再構築アルゴリズムが適用されるアップデート領域である。
【００３７】
図７は、調整可能な脚部と、マッチング媒質を容易に空にするための導出パイプ（out-pipe）とを有する、最終形態の８要素マイクロ波逆散乱撮像アレイのプロトタイプを示す。
【００３８】
図８は、ファントム蓋（lid）および骨管（bone tube）が嵌められてその全長にすべてが揃う、前腕ファントム（左）の３Ｄ印刷されたＡＢＳ製ファントムを示す。右上には、５°間隔の回転目印を有する上蓋の中に嵌められたファントムが図示されている。この図の右下には、組織を模倣する液体で満たされたファントムの上面図が提供されている。
【００３９】
図９は、人の前腕のＭＲＩ画像（左）と、腕のファントムを通る断面（右）とを示す。尺骨(ulna)は参照符号１で示され、橈骨(radius)は参照符号２で示され、脂肪（脂肪質）組織は参照符号３で示され、血管は参照符号４および６で示され、筋肉は参照符号５で示されている。
【００４０】
図１０は、１ＧＨｚにおける、フィジカル３Ｄ印刷された健康な骨組織を有する腕のファントムの３Ｄ物質マップを示し、当該ファントムの導電率（conductivity）が左に示され、その誘電率（permittivity）が右に示されている。尺骨は参照符号１で示され、橈骨は参照符号２で示され、脂肪（脂肪質）組織は参照符号３で示され、血管は参照符号４および６で示され、筋肉は参照符号５で示されている。
【００４１】
図１１は、再構築の高周波部分におけるソルバの１５回反復後に、マイクロ波逆散乱（ＭＩＳ）アルゴリズム（Ｔ．  Ｔａｋｅｎａｋａ、Ｈ．  Ｚｈｏｕ、およびＴ．  Ｔａｎａｋａ、「Ｉｎｖｅｒｓｅ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｆｏｒ  ａ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ」、Ｊ．  Ｏｐｔ．  Ｓｏｃ．  Ａｍ．  Ａ  ２０、１８６７〜１８７４、２００３年）によって作り出された、フィジカル３Ｄ印刷された健康な骨組織を有する腕のファントムの３Ｄ画像を示す。導電率は左に示され、誘電率は右に示されている。
【００４２】
図１２は、健康な腕のファントムに対する完全なＭＩＳ再構築プロセスについてのコスト関数を示す。コスト関数は、Ｉ．  Ｔ．  Ｒｅｋａｎｏｓ、Ｉｎｖｅｒｓｅ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ：  ａｎ  ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  ｍｅｔｈｏｄ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ＦＤＴＤ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｓｃｈｅｍｅ、  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｍａｇｎ．，  ｖｏｌ．  ３８、  ｎｏ．  ２、１１１７〜１１２０ページ、２００２年３月に記載されているように算出されている。
【００４３】
図１３は、健康な腕のファントムに対する完全なＭＩＳ再構築プロセスについての、腕のファントムの７５の平面のうちの平面３６における誘電率のピクセル誤差（Ａ．  Ｆｈａｇｅｒ、Ｓ．  Ｋ．  Ｐａｄｈｉ、およびＪ．  Ｈｏｗａｒｄ、３Ｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ＦＤＴＤ  Ｍｏｄｅｌ、  ＩＥＥＥ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  Ｗｉｒｅｌ．  Ｐｒｏｐａｇ．  Ｌｅｔｔ．，  ｖｏｌ．  ８、１３５３〜１３５６ページ、２０１０年に従って決定された）を示す。
【００４４】
既存の技術に比べ、本明細書に記載される実施形態は、指向性の広帯域アンテナがターゲット対象物の近くに配置され、同時に、撮像システムのボリュームを最小にすることを可能にする。
【００４５】
図７に示される物理的アレイと、逆散乱ソルバで使用されるＦＤＴＤモデル（図６Ｂに示される）から構成される撮像システムが開発されてきた。このシステムは、図８および図９の右手側に示される人の前腕のファントムを撮像するために、時間領域逆散乱アルゴリズムと併せて使用されてきた。このファントムは、図９の左手側に示されるＭＲＩ画像の２Ｄ断面に基づいており、３Ｄ印刷技術を使用してＡＢＳプラスチックから構築されている。プラスチックは、脂肪質組織を表し、他の組織は、組織を模倣する液体を使用してモデル化されている。実験結果は、システムが、妥当な精度まで腕のファントムの物質特性（図１０に図示）を再構築し得ることを示した（図１１に図示）。この目視評価は、散乱電磁場の見地からファントムと再構築された画像との誤差を比較するメトリック（図１２）、およびピクセル物質値（pixel material value）の直接比較（図１３）によって確認される。これらのメトリックは、反復再構築アルゴリズムが進むにつれ、グランドトゥルース（ground truth）と再構築された画像との間が減少することを示す。
【００４６】
特定の実施形態が記載されたが、これらの実施形態は単に例示の目的で提示されており、本発明の範囲を限定することが意図されたものではない。実際に、本明細書に記載される新規なデバイスおよび方法は、様々な他の形態で実施され得、さらに、本明細書に記載されるデバイス、方法、および製品の形態における様々な省略、置換、および変更が、本発明の精神から逸脱することなくなされ得る。添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物は、本発明の範囲および精神に包含されるようなそのような形態または修正を含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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