(57)【要約】【課題】被検出物内の所定の深度にある物質を、小規模な構成で検出できる物質検出装置を提供する。【解決手段】２次元上に配設された複数の電極のうち、深度ｄに対応した電気長を基に選択した電極から、被検出物５に向けて励起信号Ｓ２１を送信するセンサ９および送信部２１と、上記選択された電極から被検出物５に向けて送信された励起信号Ｓ２１の反射信号Ｓ１０から得られる周波数スペクトルを基に、被検出物５内の深度ｄの２次元領域にある物質を検出する複素誘電率算出部３４および対象組織検出部３７とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の被検出物に印加した励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の所定の深度にある物質を検出する物質検出装置であって、
２次元上に配設された複数の送信部のうち、前記所定の深度に対応した電気長を基に選択した前記送信部から、前記被検出物に向けて前記励起信号を送信する送信手段と、
前記送信手段によって前記選択された前記送信部から前記被検出物に向けて送信された前記励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の前記所定の深度の２次元領域にある物質を検出する物質検出手段とを有する物質検出装置。
【請求項２】
前記物質検出手段は、前記周波数スペクトルから複素誘電率を検出し、当該検出した複素誘電率と、所定の物質の複素誘電率に関する予め用意された特徴データと基に、前記２次元領域における前記所定の物質の分布パターンを検出する請求項１に記載の物質検出装置。
【請求項３】
前記被検出物の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段が検出した温度を基に、前記特徴データを補正する補正手段と
をさらに有し、前記物質検出手段は、前記補正手段で補正された前記特徴データを基に、前記分布パターンを検出する請求項２に記載の物質検出装置。
【請求項４】
前記物質検出手段は、α分散、β分散およびγ分散の誘電緩和強度および共振周波数を基に、前記複素誘電率を検出する請求項２に記載の物質検出装置。
【請求項５】
前記送信手段は、送信される前記励起信号が相互に干渉する複数の前記送信部が、異なるタイミングで前記励起信号を送信するように前記選択を行う請求項１に記載の物質検出装置。
【請求項６】
複数の前記深度にそれぞれ対応した複数の前記電気長を順に決定する電気長決定手段を有し、
前記送信手段は、前記電気長決定手段が決定した前記電気長を基に、前記送信部を選択し、
前記物質検出手段は、前記電気長決定手段が順に決定した前記複数の電気長にそれぞれ対応して得られた前記周波数スペクトルを基に、前記被測定物内の３次元領域にある前記物質を検出する請求項１に記載の物質検出装置。
【請求項７】
前記送信手段は、検出対象の物質の種類を基に決定した前記電気長を基に、前記送信部を選択する請求項１に記載の物質検出装置。
【請求項８】
被検出物に印加した励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の物質を検出する物質検出装置であって、
前記被検出物に向けて前記励起信号を送信する送信手段と、
前記送信手段から前記被検出物に向けて送信された前記励起信号の反射信号を受信する受信手段と、
前記被検出物の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段が検出した前記温度を基に、所定の物質の複素誘電率に関する予め用意された特徴データを補正する補正手段と、
前記受信手段が受信した前記反射信号の周波数スペクトルから複素誘電率を検出し、当該検出した複素誘電率と前記補正手段で補正された前記特徴データと基に、前記被検出物内の物質を検出する物質検出手段とを有する物質検出装置。
【請求項９】
２次元上に配設された複数の送信部を有し、所定の深度に対応した電気長を基に選択した前記送信部から生体に向けて励起信号を送信する送信手段と、
前記送信手段から前記生体に向けて送信された前記励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記生体内の前記所定の深度の２次元領域にある組織を検出する物質検出手段と、
前記物質検出手段の検出結果を基に、前記生体の照合を行う照合手段とを有する生体照合装置。
【請求項１０】
３次元の被検出物に印加した励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の所定の深度にある物質を検出する物質検出方法であって、
２次元上に配設された複数の送信部のうち、前記所定の深度に対応した電気長を基に選択した前記送信部から前記被検出物に向けて前記励起信号を送信する第１の工程と、
前記第１の工程で前記被検出物に向けて前記送信部から送信された前記励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の前記所定の深度の２次元領域にある物質を検出する第２の工程とを有する物質検出方法。
【請求項１１】
被検出物に印加した励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の物質を検出する物質検出方法であって、
前記被検出物に向けて前記励起信号を送信する第１の工程と、
前記第１の工程で前記被検出物に向けて送信された前記励起信号の反射信号を受信する第２の工程と、
前記被検出物の温度を検出する第３の工程と、
前記第３の工程で検出した前記温度を基に、所定の物質の複素誘電率に関する予め用意された特徴データを補正する第４の工程と、
前記第２の工程で受信した前記反射信号の周波数スペクトルから複素誘電率を検出し、当該検出した複素誘電率と前記第４の工程で補正された前記特徴データと基に、前記被検出物内の物質を検出する第５の工程とを有する物質検出方法。
【請求項１２】
２次元上に配設された複数の送信部のうち、前記所定の深度に対応した電気長を基に選択した送信部から、前記生体に向けて前記励起信号を送信する前記送信部を前記選択する第１の工程と、
前記第１の工程で選択された前記送信部から前記生体に向けて送信された前記励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記生体内の前記所定の深度の２次元領域にある組織を検出する第２の工程と、
前記第２の工程の検出結果を基に、前記生体の照合を行う第３の工程とを有する生体照合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、生体などの内部の組織などの物質を検出する物質検出装置、生体照合装置、並びにそれらの方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、被検出（測定）物の物性を得る手法として、ＴＤＲ（Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）  法が知られている（特許文献１）。
ＴＤＲ法は、被検出物に対して、ステップパルスなどの特定波形を有する信号を入力し、その反射信号の各周波数成分の位相と強度の変化から測定対象の複素誘電率を求める。そして、当該複素誘電率を基に、被検出物内にある組織を検出（特定）する。
以下、ＴＤＲ法の原理について説明する。
非侵襲的に生体組織を捕らえる方法としては、検出対象の組織で吸収されるスペクルを検出できれば良く、また、当該生体組織そのものではなく当該生体組織に結合している結合水で吸収されるスペクトルを検出しても、当該生体組織で吸収されるスペクトルを補足的に検出できる。
【０００３】
生体組織に周波数を変化させながらマイクロ波等の電磁波を入射すると、可視光や近赤外線の場合と同様に特定周波数でスペクトルの吸収が起きる。この吸収は、組織中の電気双極子の回転によって起こる。組織中に電気双極子を持った分子や分子の一部が存在するなら、電磁波の吸収スペクトルを測定することでその分子の回転運動を調べることができる。
電磁波の吸収スペクトルは、試料の複素誘電率のスペクトルの虚部になる。吸収のピークの大きさは電気双極子の大きさに対応し、吸収スペクトルの位置が回転運動の特徴的な時間に対応する。
【０００４】
ここで、数百ＭＨｚの電磁波を入射すれば、タンパク質などに結合した水によるスペクトルの吸収を測定できる。
通常の自由水は、大きな電気双極子を持つため測定は可能であるが水自体の分子量が非常に小さいため回転運動が早く、赤外領域近くに吸収スペクトルが存在する。しかし、生体のタンパク質など高分子の結合水は高分子に束縛されてその動きが遅くなっているので、自由水よりも低い周波数で吸収のピークを示す。
こうした生体組織結合水の吸収特性を利用するものとして、誘電緩和測定では、生体組織を構成するタンパク質の判別が可能であり、例えばヘモグロビン固有のスペクトルを得ることができることが知られている（非特許文献１）。
上記ＴＤＲ法は、上述した生体組織の特性を利用して時間領域反射による組織の含水構造の非侵襲的測定やむくみの判定を行うものである（特許文献２）。
また、上述したＴＤＲ法を基に、生体組織の断層撮影等を行う技術がある（特
許文献３）。
この断層撮像は、例えば、複数の電極を１列に配設して構成されるセンサを被検出物に接触させ、その被検出物の表面上で、電極の配列方向と直交する方向にセンサを移動させ、そのセンサの検出結果を基にＴＲＤ法で組織を検出し、その結果を基に被検出物内の組織の分布画像を生成するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−１１０３５７号公報
【非特許文献１】
ＦＡＣＥＲ  Ｇ  Ｒ  ，ＮＯＴＴＥＲＭＡＮ  Ｄ  Ａ  ，ＳＯＨＮ  Ｌ  Ｌ（Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ｕｎｉｖ．，  Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ  ）”Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｆｏｒ  ｂｉｏａｎａｌｙｓｉｓ：  Ｆｒｏｍ  ４０Ｈｚ  ｔｏ  ２６．５ＧＨｚ  ｉｎ  ａ  ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｗａｖｅ  ｇｕｉｄｅ．  ”  Ａｐｐｌ  Ｐｈｙｓ  Ｌｅｔｔ  ＶＯＬ．７８，ＮＯ．７；ＰＡＧＥ．９９６−９９８；２００１
【特許文献２】
特開平１０−１３７１９３号公報
【特許文献３】
特開平９−２４３５７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献３の生体組織の断層撮影装置では、１列に配設された複数の電極を、被検出物に接触させながら機械的に移動させる必要があり、その移動のための駆動機構を装置内に設ける必要がある。
そのため、当該断層撮像装置では、小型化が困難であるという問題がある。
【０００７】
また、生体高分子の結合水の電気双極子としての回転運動は温度依存があり、これにより誘電緩和条件が異なる。人体等の生体の体温は変化し、また更に表皮近くの温度は気温によっても大きく変化する。
しかしながら、上述した従来のＴＤＲ法を用いた物質検出装置では、温度による補正処理は行わず、実験室内の温度環境であることを前提として検出を行っている。そのため、実際の温度が前提とする温度と異なる場合に、検出精度が低いという問題がある。
【０００８】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされ、被検出物内の所定の深度にある物質を、小規模な構成で検出できる物質検出装置、生体照合装置、並びにそれらの方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、被検出物内の所定の深度にある物質を、被検出物の温度の依存せず安定して高精度に検出できる物質検出装置、生体照合装置、並びにそれらの方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために、第１の発明の物質検出装置は、３次元の被検出物に印加した励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の所定の深度にある物質を検出する物質検出装置であって、２次元上に配設された複数の送信部のうち、前記所定の深度に対応した電気長を基に選択した前記送信部から、前記被検出物に向けて前記励起信号を送信する送信手段と、前記送信手段によって前記選択された前記送信部から前記被検出物に向けて送信された前記励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の前記所定の深度の２次元領域にある物質を検出する物質検出手段とを有する。
【００１０】
第１の発明の物質検出装置の作用は以下のようになる。
送信手段が、２次元上に配設された複数の送信部のうち、前記所定の深度に対応した電気長を基に選択した前記送信部から、前記被検出物に向けて前記励起信号を送信する。
そして、物質検出手段が、前記送信手段によって前記選択された前記送信部から前記被検出物に向けて送信された前記励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の前記所定の深度の２次元領域にある物質を検出する。
【００１１】
第２の発明の物質検出装置は、被検出物に印加した励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の物質を検出する物質検出装置であって、前記被検出物に向けて前記励起信号を送信する送信手段と、前記送信手段から前記被検出物に向けて送信された前記励起信号の反射信号を受信する受信手段と、前記被検出物の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した前記温度を基に、所定の物質の複素誘電率に関する予め用意された特徴データを補正する補正手段と、前記受信手段が受信した前記反射信号の周波数スペクトルから複素誘電率を検出し、当該検出した複素誘電率と前記補正手段で補正された前記特徴データと基に、前記被検出物内の物質を検出する物質検出手段とを有する。
【００１２】
第２の発明の物質検出装置の作用は以下のようになる。
送信手段が、被検出物に向けて励起信号を送信する。
そして、受信手段が、前記送信手段から前記被検出物に向けて送信された前記励起信号の反射信号を受信する。
また、温度検出手段が、前記被検出物の温度を検出する。
そして、補正手段が、前記温度検出手段が検出した前記温度を基に、所定の物質の複素誘電率に関する予め用意された特徴データを補正する。
そして、物質検出手段が、前記受信手段が受信した前記反射信号の周波数スペクトルから複素誘電率を検出し、当該検出した複素誘電率と前記補正手段で補正された前記特徴データと基に、前記被検出物内の物質を検出する。
【００１３】
第３の発明の生体照合装置は、２次元上に配設された複数の送信部を有し、所定の深度に対応した電気長を基に選択した前記送信部から生体に向けて励起信号を送信する送信手段と、前記送信手段から前記生体に向けて送信された前記励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記生体内の前記所定の深度の２次元領域にある組織を検出する物質検出手段と、前記物質検出手段の検出結果を基に、前記生体の照合を行う照合手段とを有する。
【００１４】
第３の発明の生体照合装置の作用は以下のようになる。
送信手段が、２次元上に配設された複数の送信部のうち、所定の深度に対応した電気長を基に選択した前記送信部から生体に向けて励起信号を送信する。
そして、物質検出手段が、前記送信手段から前記生体に向けて送信された前記励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記生体内の前記所定の深度の２次元領域にある組織を検出する。
そして、照合手段が、前記物質検出手段の検出結果を基に、前記生体の照合を行う。
【００１５】
第４の発明の物質検出方法は、３次元の被検出物に印加した励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の所定の深度にある物質を検出する物質検出方法であって、２次元上に配設された複数の送信部のうち、前記所定の深度に対応した電気長を基に選択した前記送信部から前記被検出物に向けて前記励起信号を送信する第１の工程と、前記第１の工程で前記被検出物に向けて前記送信部から送信された前記励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の前記所定の深度の２次元領域にある物質を検出する第２の工程とを有する。
【００１６】
第５の発明の物質検出方法は、被検出物に印加した励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記被検出物内の物質を検出する物質検出方法であって、前記被検出物に向けて前記励起信号を送信する第１の工程と、前記第１の工程で前記被検出物に向けて送信された前記励起信号の反射信号を受信する第２の工程と、前記被検出物の温度を検出する第３の工程と、前記第３の工程で検出した前記温度を基に、所定の物質の複素誘電率に関する予め用意された特徴データを補正する第４の工程と、前記第２の工程で受信した前記反射信号の周波数スペクトルから複素誘電率を検出し、当該検出した複素誘電率と前記第４の工程で補正された前記特徴データと基に、前記被検出物内の物質を検出する第５の工程とを有する。
【００１７】
第６の発明の生体照合方法は、２次元上に配設された複数の送信部のうち、前記所定の深度に対応した電気長を基に選択した送信部から、前記生体に向けて前記励起信号を送信する前記送信部を前記選択する第１の工程と、前記第１の工程で選択された前記送信部から前記生体に向けて送信された前記励起信号の反射信号から得られる周波数スペクトルを基に、前記生体内の前記所定の深度の２次元領域にある組織を検出する第２の工程と、前記第２の工程の検出結果を基に、前記生体の照合を行う第３の工程とを有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係わる物質検出装置、生体照合装置、並びにそれらの方法について説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の実施形態に係わる組織検出装置１の構成図である。
組織検出装置１は、小型軽量化が可能であり、例えば、特開２００２−３１２３２４号公報などに開示されているリストバンド形状の装置内に組み込まれる。
【００１９】
図１に示すように、組織検出装置１は、例えば、センサ９、計測系１５および演算系１６を有している。
図１において、送信部２１および電極選択部３２が本発明の送信手段に対応し、複素誘電率算出部３４および対象組織検出部３７が本発明の物質検出手段に対応し、温度センサ１３が本発明の温度検出手段に対応し、温度補正部３６が本発明の補正手段に対応している。
組織検出装置１は、計測系１５によりセンサ９を介して３次元の被検出物５に励起信号（マイクロ波）Ｓ２１を印加し、その反射信号Ｓ１０を受信し、演算系１６により、反射信号Ｓ１０から得られる周波数スペクトルを基に、被検出物５内の所定の深度にある組織を検出する。
本実施形態では、検出対象の組織は、例えば、生体組織を構成するタンパク質、コラーゲンまたはヘモグロビンなどである。
【００２０】
具体的には、電気長決定部３１が、指定された深度ｄに対応した電気長を決定し、電極選択部３２が、当該決定された電気長を基に、センサ９が有するマトリクス状に配設された複数の電極のうち、被検出物５に向けて励起信号Ｓ２１を送信する電極を選択する。
そして、送信部２１が、電極選択部３２で選択されたを電極に向けて励起信号Ｓ２１を出力する。
そして、電極を介して被検出物５に向けて出射された励起信号Ｓ２１の反射信号Ｓ１０を上記電極を介して受信部２２が受信する。
そして、複素誘電率算出部３４が、Ａ／Ｄ変換回路２３を介して受信部２２から入力した反射信号Ｓ１０からフーリエ変換で得られる周波数スペクトルを基に複素誘電率を算出し、これ対象組織検出部３７に出力する。
対象組織検出部３７では、上記複素誘電率から得られる複素誘電スペクトルと、所定の組織の予め用意された誘電緩和ピークの周波数を示す複素誘電ピークデータ（本発明の特徴データ）とを基に、被検出物５内の深度ｄの２次元領域にある組織を検出する。
【００２１】
ここで、高分子の結合水は高分子に束縛されてその動きが遅くなっているので、自由水よりも低い周波数で吸収のピーク（複素誘電ピーク）を示す。上複素誘電率は比誘電率と導電率とにより決定され、生体組織などの組織によって固有の値が存在する。例えば血液は１ＧＨｚの周波数において導電率１．３〜１．６Ｓ／ｍ、比誘電率５８〜６７に対して脂肪組織では導電率０．０３〜０．０９Ｓ／ｍ、比誘電率４．３〜７．５のように異なっており、反射波形のフーリエ変換により組織そのものの特定が可能となる。
また、励起信号の周波数に対して媒質の誘電率による波形短縮を考慮した電気長に応じて、対象組織に対する検出深度ｄを制御可能であり、印加する電気長を任意に変化させることにより、検出対象の２次元領域の深さを規定できる。検出対象の組織の任意の周波数、電気長における複素誘電率の特性テーブルを用意し、当該電気長を印加した場合の反射波から得られる複素誘電率の情報に当該組織特性を示す情報が得られるかを判定する。
【００２２】
以下、図１に示す各構成要素について説明する。
〔センサ９〕
図２は、センサ９の２次元構成図である。
図２に示すように、センサ９は、例えば、それぞれ複数の電極１０、誘電体１１、シールド１２および温度センサ１３を有し、これらが被検出物５に接触される面上に位置している。
電極１０は、２次元領域にマトリクス状に配設されている。
電極１０は、送信部２１から入力した１ＧＨｚの励起信号Ｓ２１を、被検出物５の接触面に向けて出射する。
また、電極１０は、被検出物５の接触面から入力した励起信号Ｓ２１の反射信号Ｓ１０を入力し、これを受信部２２に出力する。反射信号Ｓ１０は、励起信号Ｓ２１が被検出物５内で反射して信号である。
【００２３】
誘電体１１は、上記２次元領域上で各々の電極１０の周囲を囲むように配設されている。
シールド１２は、上記２次元領域上で各々の誘電体１１の周囲を囲むように配設されている。
温度センサ１３は、上記２次元領域上で、対角に隣接する電極１０の間に位置するように、マトリクス状に配設されている。
温度センサ１３は、被検出物５の接触面の温度を検出し、Ａ／Ｄ変換部２３に出力する。
【００２４】
〔計測系１５〕
図１に示すように、計測系１５は、例えば、送信部２１、受信部２２およびＡ／Ｄ変換部２３を有する。
送信部２１は、センサ９が有する複数の電極１０のうち、電極選択部３２で選択された電極１０に向けて励起信号Ｓ２１を出力する。
送信部２１は、励起信号Ｓ２１を生成するパルスジェネレータを有している。
受信部２２は、電極を介して被検出物５に向けて出射された励起信号Ｓ２１の反射信号Ｓ１０を電極１０を介して入力する。
Ａ／Ｄ変換部２３は、受信部２２から入力したアナログの反射信号Ｓ１０をデジタルの反射信号Ｓ１０ａに変換して複素誘電率算出部３４に出力する。
Ａ／Ｄ変換部２３は、温度センサ１３から入力したアナログの温度信号Ｓ１３をデジタルの温度信号Ｓ１３ａに変換して温度補正部３６に出力する。
【００２５】
〔演算系１６〕
図１に示すように、演算系１６は、例えば、電気長決定部３１、電極選択部３２、複素誘電率算出部３４、複素誘電ピーク記憶部３５、温度補正部３６、対象組織検出部３７、表示信号生成部３８および表示部３９を有する。
【００２６】
電気長決定部３１は、指定（入力）された深度ｄに対応した電気長を決定し、その結果を電極選択部３２に出力する。
電気長決定部３１は、被検出物５の３次元領域になる組織を検出する場合に、当該３次元領域内の位置に対応する複数の深度ｄにそれぞれ対応した複数の電気長を順に決定する。
また、電極選択部３２は、検出対象の組織の種類を基に電気長を決定する。
【００２７】
電極選択部３２は、電気長決定部３１で決定された電気長を基に、センサ９の複数の電極１０のうち、被検出物５に向けて励起信号Ｓ２１を送信する電極１０を選択する。
ここで、電極選択部３２は、送信される励起信号Ｓ２１が相互に干渉する複数の電極１０が、異なるタイミングで励起信号Ｓ２１を送信するように、電極１０の選択を行う。
【００２８】
複素誘電率算出部３４は、Ａ／Ｄ変換回路２３から入力した反射信号Ｓ１０ａをフーリエ変換して周波数スペクトルを生成し、この周波数スペクトルを基に複素誘電率を算出して複素誘電スペクトルＳ３４を生成し、これを対象組織検出部３７に出力する。
【００２９】
また、複素誘電率算出部３４は、反射信号Ｓ１０ａから得られるα分散、β分散およびγ分散の誘電緩和強度および共振周波数を用いて、下記式（１）を基に、複素誘電率を検出してもよい。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
ここで、α分散は、図３に示すように、被検出物５に励起信号を印加した際に、帯電した粒子等の表面を対イオンが移動する過程であり、複素誘電率スペクトルεの低域成分を構成する。なお、図３において、εが複素誘電率を示している。
また、β分散は、上記励起信号によって膜構造の界面におけるＭａｘｗｅｌｌ−Ｗａｇｎｅｒ効果による分極である。
また、γ分散は、双極子である水の分子が電界によって配向する誘電緩和過程である。
本実施形態では、結合水を中心としたγ分散だけでなく、α、β分散を考慮して複素誘電率を生成することで、検出精度を上げる。
【００３２】
複素誘電ピーク記憶部３５は、図４に示すように、予め用意された所定の基準温度における検出対象の組織の複素誘電率に応じた複素誘電ピークデータＳ３５を記憶する。
ここで、複素誘電ピークデータとは、複素誘電スペクトルにおける、検出対象の各組織を特徴付ける結合水の誘電緩和特性を示しているデータである。
また、上記検出対象の組織は、図４に示すように、生体組織を構成するタンパク質、コラーゲンまたはヘモグロビンなどである。
【００３３】
温度補正部３６は、Ａ／Ｄ変換部２３から入力した温度信号Ｓ１３ａが示す温度に適合するように、複素誘電ピーク記憶部３５から読み出された複素誘電ピークデータＳ３５を補正した複素誘電ピークデータＳ３５ａを対象組織検出部３７に出力する。
温度補正部３６は、図４に示すように、検出対象組織に応じた温度補正関数を用いて温度補正を行う。
【００３４】
対象組織検出部３７は、複素誘電率算出部３４から入力した複素誘電スペクトルＳ３４と、温度補正部３６から入力した温度補正された複素誘電ピークデータＳ３５ａとを基に、被検出物５内の深度ｄの２次元領域にある組織の分布パターンを検出する。
また、対象組織検出部３７は、前述したように、電気長決定部３１が被検出物５の３次元領域になる組織を検出するために複数の電気長を順に決定した場合に、当該３次元領域内にある組織の分布パターンを検出する。
表示信号生成部３８は、対象組織検出部３７が検出した上記組織の分布パターンの表示信号を生成する。
表示部３９は、表示信号生成部３８が生成した上記表示信号に応じた画面表示を行う。
【００３５】
以下、図１および図２に示す組織検出装置１の動作例を説明する。
図５は、図１および図２に示す組織検出装置１の動作例を説明するためのフローチャートである。
以下、図５に示す各ステップについて説明する。
ステップＳＴ１：
ユーザによって検出対象とする３次元領域を指定する情報が入力される。
電気長決定部３１は、当該入力された情報を基に、検出開始深度ｄｍｉｎ、検出終了深度ｄｍａｘ、並びにステップｄｓｔｅｐを決定する。
【００３６】
ステップＳＴ２：
電気長決定部３１は、深度ｄの初期値として、検出開始深度ｄｍｉｎを代入する。
ステップＳＴ３：
電気長決定部３１は、深度ｄが、検出終了深度ｄｍａｘ以下であるか否かを判断し、検出終了深度ｄｍａｘ以下であると判断した場合にステップＳＴ４に進み、そうでない場合にステップＳＴ６に進む。
【００３７】
ステップＳＴ４：
電気長決定部３１は、深度ｄに対応する電気長を決定する。
組織検出装置１は、電気長決定部３１が決定した深度ｄに対応する電気長を基に、被検出物５の深度ｄの２次元領域の組織を検出する。
当該処理については、後に詳細に説明する。
【００３８】
ステップＳＴ５：
電気長決定部３１は、深度ｄにステップｄｓｔｅｐを加算した結果を新たな深度ｄとし、続いてステップＳＴ２に進む。
ステップＳＴ６：
表示信号生成部３８が表示信号を生成し、それに応じた画面を表示部３９に出力する。
当該画面には、被検出物５内の３次元領域における組織の分布パターンが表示される。
【００３９】
図６は、図５に示すステップＳＴ４の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。
以下、図６に示す各ステップについて説明する。
ステップＳＴ１１：
電気長決定部３１は、深度ｄ、並びに検出対象の組織の種類を基に電気長を決定する。
【００４０】
ステップＳＴ１２：
電極選択部３２は、ステップＳＴ１１で決定された電気長を基に、電極１０から出射される励起信号Ｓ２１が干渉しない最小の電極間距離を求める。
ステップＳＴ１３：
電極選択部３２は、ステップＳＴ１２で求めた電極間距離を基に、センサ９の複数の電極１０のうち、被検出物５に向けて励起信号Ｓ２１を同時に送信する電極１０を選択する。
【００４１】
ステップＳＴ１４：
演算系１６は、電極１０の番号を示す変数ｉに初期値「０」を代入する。
なお、本実施形態では、センサ９が備える全ての電極１０に、０から順に番号が付されている。
ステップＳＴ１５：
演算系１６は、変数ｉが電極１０の数（検出電極数）未満であるか否かを判断、すなわち、全ての電極１０についてステップＳＴ１７の処理を終了したか否かを判断し、検出電極数未満である場合（全ての電極１０について処理を終了していない場合）にステップＳＴ１６に進み、そうでない場合に処理を終了する。
【００４２】
ステップＳＴ１６：
電極選択部３２は、変数ｉに対応する電極１０を選択する。
ステップＳＴ１７：
送信部２１は、電極選択部３２で選択された電極１０に向けて励起信号Ｓ２１を出力する。
そして、その電極１０の位置に対応する深度ｄの組織が検出される。
ステップＳＴ１７の処理については後に詳細に説明する。
ステップＳＴ１８：
演算系１６は、変数ｉに１を加算した結果を、変数ｉの新たな値とする。
【００４３】
図７は、図６に示すステップＳＴ１７の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。
以下、図７に示す各ステップについて説明する。
ステップＳＴ２１：
ステップＳＴ１６で電極選択部３２によって選択された電極１０の近傍の温度センサ１３からの温度信号Ｓ１３が、Ａ／Ｄ変換部２３を介して温度補正部３６に出力される。
ステップＳＴ２２：
送信部２１は、ステップＳＴ１６で電極選択部３２によって選択された電極１０に励起信号Ｓ２１を出力し、この電極１０から被検出物５に向けて励起信号Ｓ２１が出射される。
ステップＳＴ２３：
受信部２２は、ステップＳＴ２２で電極１０を介して被検出物５に向けて出射された励起信号Ｓ２１の反射信号Ｓ１０を電極１０を介して入力する。
ステップＳＴ２４：
複素誘電率算出部３４は、ステップＳＴ２３で受信部２２が入力した反射信号Ｓ１０をデジタル化した反射信号Ｓ１０ａを入力する。
複素誘電率算出部３４は、当該入力した反射信号Ｓ１０ａをフーリエ変換して周波数スペクトルを生成し、この周波数スペクトルを基に複素誘電率を算出して複素誘電スペクトルＳ３４を生成し、これを対象組織検出部３７に出力する。
【００４４】
ステップＳＴ２５：
温度補正部３６は、検出対象となる組織に割り当てられた番号ｋとして初期値「１」を代入する。当該「１」は、例えば、図４に示すコラーゲンに対応している。
ステップＳＴ２６：
温度補正部３６は、番号ｋが検出対象組織数の最大値以下であるか否かを判断し、最大値以下であると判断するとステップＳＴ２７に進み、そうでない場合には処理を終了する。
ステップＳＴ２７：
温度補正部３６は、例えば、図４に示すテーブルを基に番号ｋに対応する複素誘電ピークデータ（Ｈｚ）を特定し、これを変数ｐｅｅｋｋ  に代入する。
ステップＳＴ２８：
温度補正部３６は、例えば、図４に示すテーブルを基に番号ｋに対応する温度補正関数ｇｋ  を特定し、ステップＳＴ２１で入力した温度信号が示す温度をｔと、ステップＳＴ２７で得られた変数ｐｅｅｋｋ  とを入力（引数）として補正された複素誘電ピークデータｐを算出する。
【００４５】
ステップＳＴ２９：
対象組織検出部３７は、複素誘電率算出部３４から入力した複素誘電スペクトルＳ３４内に、温度補正部３６から入力した温度補正された複素誘電ピークデータＳ３５ａ（ｐ）が存在すると判断した場合にステップＳＴ３０に進み、存在しないと判断するとステップＳＴ３１に進む。
ステップＳＴ３０：
対象組織検出部３７は、被検出物５内の上記特定された電極１０に対応する２次元位置の深度ｄに、番号ｋに対応する組織が存在すると判断する。
ステップＳＴ３１：
対象組織検出部３７は、被検出物５内の上記特定された電極１０に対応する２次元位置の深度ｄに、番号ｋに対応する組織が存在しないと判断する。
ステップＳＴ３２：
温度補正部３６は、番号ｋに１を加算し、その結果を番号ｋの新たな値とする。
【００４６】
以上説明したように、組織検出装置１によれば、図２に示すように、２次元的にマトリクス状に配設された複数の電極１０を用いて、被検出物５の組織検出を行うため、従来のように電極を走査しなくても、被検出物５内の指定された深度の２次元領域上の組織を検出できる。そのため、組織検出装置１の小型軽量化が図れる。
また、組織検出装置１によれば、温度センサ１３が被検出物５の温度検出を行い、その結果を基に、温度補正部３６において複素誘電ピークデータの温度補正を行うため、被検出物５内の組織を温度に依存せずに高精度に検出できる。
また、組織検出装置１によれば、図５に示すように、深度ｄを順に増加させ、各々の深度で被検出物５内の２次元領域上の組織を検出することで、被検出物５内の３次元領域の組織分布パターンを得ることができる。
【００４７】
第２実施形態
上述した第１実施形態では、被検出物５内の３次元領域において、複数の組織の分布パターンを検出する場合を例示したが、本実施形態では、人体などの生体内の所定の深度の組織検出パターンを基に、生体の照合を行う生体照合装置について説明する。
図８は、本実施形態の生体照合装置５１の構成図である。
図８に示すように、生体照合装置５１は、例えば、センサ９、計測系１５および演算系５２を有する。
ここで、センサ９および計測系１５は、第１実施形態で説明したものと同じである。
図８において、照合部５４が本発明の照合手段に対応している。
以下、演算系５２について説明する。
図８に示すように、演算系５２は、例えば、複素誘電率算出部３４、複素誘電ピーク記憶部３５ａ、温度補正部３６ａ、対象組織検出部３７ａ、照合用パターン記憶部５３および照合部５４を有する。
ここで、複素誘電率算出部３４は、第１実施形態で説明したものと同じである。
複素誘電ピーク記憶部３５ａ、温度補正部３６ａおよび対象組織検出部３７ａは、複素誘電ピーク記憶部３５ａに記憶された１つの組織についての複素誘電ピークを基に、温度補正部３６ａによる温度補正、並びに対象組織検出部３７ａによる組織検出を行う点を除いて、第１実施形態で説明した複素誘電ピーク記憶部３５、温度補正部３６および対象組織検出部３７と同じである。
【００４８】
以下、図８に示す生体照合装置５１の動作を説明する。
図９は、図８に示す生体照合装置５１の動作を説明するためのフローチャートである。
ステップＳＴ４１：
ユーザによって生体５ａ内の検出対象とする深度ｄが入力される。
ステップＳＴ４２：
生体照合装置５１は、ステップＳＴ４１で入力された生体５ａ内の深度ｄにある組織分布パターンを検出する。
当該ステップＳＴ４２の処理については後に詳細に説明する。
ステップＳＴ４３：
図８に示す照合部５４は、ステップＳＴ４２で検出された組織分布パターンを変数ｐａｔｔｅｒｎに代入する。
ステップＳＴ４４：
照合部５４は、変数ｊに初期値「１」を代入する。
ここで、変数ｊは、照合対象の登録者に割り当てられた番号を示す。
ステップＳＴ４５：
照合部５４は、変数ｊが照合対象の登録者数以下であるか否かを判断し、登録者数以下であると判断した場合にステップＳＴ４６に進み、そうでない場合にステップＳＴ４９に進む。
【００４９】
ステップＳＴ４６：
照合部５４は、ステップＳＴ４３で得られた変数ｐａｔｔｅｒｎと、照合用パターン記憶部５３から読み出した変数ｊに対応する照合用パターンとを比較し、一致していると判断した場合にステップＳＴ４７に進み、そうでない場合にステップＳＴ４８に進む。
ステップＳＴ４７：
照合部５４は、生体５ａが、既に登録された正当な生体であることを認証する。
ステップＳＴ４８：
照合部５４は、変数ｊに「１」を加算した結果を、変数ｊの新たな値とする。
ステップＳＴ４９：
照合部５４は、生体５ａが、既に登録された正当な生体ではないことを認証する。
【００５０】
図１０は、図９に示すステップＳＴ４２の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。
以下、図１０に示す各ステップについて説明する。
ステップＳＴ５１：
電気長決定部３１は、深度ｄ、並びに検出対象の組織の種類を基に電気長を決定する。
【００５１】
ステップＳＴ５２：
電極選択部３２は、ステップＳＴ５１で決定された電気長を基に、電極１０から出射される励起信号Ｓ２１が干渉しない最小の電極間距離を求める。
ステップＳＴ５３：
電極選択部３２は、ステップＳＴ５２で求めた電極間距離を基に、センサ９の複数の電極１０のうち、生体５ａに向けて励起信号Ｓ２１を同時に送信する電極１０を選択する。
【００５２】
ステップＳＴ５４：
演算系５２は、電極１０の番号を示す変数ｉに初期値「０」を代入する。
なお、本実施形態では、センサ９が備える全ての電極１０に、０から順に番号が付されている。
ステップＳＴ５５：
演算系５２は、変数ｉが電極１０の数（検出電極数）未満であるか否かを判断、すなわち、全ての電極１０についてステップＳＴ５７の処理を終了したか否かを判断し、検出電極数未満である場合（全ての電極１０について処理を終了していない場合）にステップＳＴ５６に進み、そうでない場合に処理を終了する。
【００５３】
ステップＳＴ５６：
電極選択部３２は、変数ｉに対応する電極１０を選択する。
ステップＳＴ５７：
送信部２１は、電極選択部３２で選択された電極１０に向けて励起信号Ｓ２１を出力する。
そして、その電極１０の位置に対応する深度ｄの組織が検出される。
ステップＳＴ５７の処理については後に詳細に説明する。
ステップＳＴ５８：
演算系５２は、変数ｉに１を加算した結果を、変数ｉの新たな値とする。
【００５４】
図１１は、図１０に示すステップＳＴ５７の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。
以下、図１１に示す各ステップについて説明する。
ステップＳＴ６１：
ステップＳＴ５６で電極選択部３２によって選択された電極１０の近傍の温度センサ１３からの温度信号Ｓ１３が、Ａ／Ｄ変換部２３を介して温度補正部３６ａに出力される。
ステップＳＴ６２：
送信部２１は、ステップＳＴ５６で電極選択部３２によって選択された電極１０に励起信号Ｓ２１を出力し、この電極１０から生体５ａに向けて励起信号Ｓ２１が出射される。
ステップＳＴ６３：
受信部２２は、ステップＳＴ６２で電極１０を介して生体５ａに向けて出射された励起信号Ｓ２１の反射信号Ｓ１０を電極１０を介して入力する。
ステップＳＴ６４：
複素誘電率算出部３４は、ステップＳＴ６３で受信部２２が入力した反射信号Ｓ１０をデジタル化した反射信号Ｓ１０ａを入力する。
複素誘電率算出部３４は、当該入力した反射信号Ｓ１０ａをフーリエ変換して周波数スペクトルを生成し、この周波数スペクトルを基に複素誘電率を算出して複素誘電スペクトルＳ３４を生成し、これを対象組織検出部３７ａに出力する。
【００５５】
ステップＳＴ６５：
温度補正部３６ａは、番号ｋに、検出対象となる組織の番号を代入する。
ステップＳＴ６６：
温度補正部３６ａは、ステップＳＴ６５で得られた番号ｋに対応する複素誘電ピークデータ（Ｈｚ）を特定し、これを変数ｐｅｅｋｋ  に代入する。
ステップＳＴ６７：
温度補正部３６ａは、例えば、図４に示すテーブルを基に番号ｋに対応する温度補正関数ｇｋ  を特定し、ステップＳＴ６１で入力した温度信号が示す温度をｔと、ステップＳＴ６６で得られた変数ｐｅｅｋｋ  とを入力として補正された複素誘電ピークデータｐを算出する。
【００５６】
ステップＳＴ６８：
対象組織検出部３７ａは、複素誘電率算出部３４から入力した複素誘電スペクトルＳ３４内に、温度補正部３６ａから入力した温度補正された複素誘電ピークデータＳ３５ａ（ｐ）が存在すると判断した場合にステップＳＴ６９に進み、存在しないと判断するとステップＳＴ７０に進む。
ステップＳＴ６９：
対象組織検出部３７ａは、生体５ａ内の上記特定された電極１０に対応する２次元位置の深度ｄに、番号ｋに対応する組織が存在すると判断する。
ステップＳＴ７０：
対象組織検出部３７ａは、生体５ａ内の上記特定された電極１０に対応する２次元位置の深度ｄに、番号ｋに対応する組織が存在しないと判断する。
【００５７】
以上説明したように、生体照合装置５１によれば、人体などの生体５ａ内の所定の深度の組織検出パターンを基に、生体の照合を行うことができる。
【００５８】
本発明は上述した実施形態には限定されない。
例えば、上述した実施形態では、生体などの組織を検出する場合を例示したが、本発明は任意の物質を検出する場合に適用できる。
また、上述した第１実施形態では、被検出物５内の３次元領域にある組織の分布パターンを検出する場合を例示したが、所定の深度ｄの２次元領域にある組織の分布パターンのみを検出してもよい。
また、上述した第２実施形態では、生体５ａ内の所定の深度の２次元領域にある組織の分布パターンを基に照合を行う場合を例示したが、生体５ａ内の３次元領域にある組織の分布パターンを基に照合を行ってもよい。
さらに、上述した第２実施形態では、１つの組織の分布パターンを照合に用いたが、複数の組織の分布パターンを用いて照合を行ってもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被検出物内の所定の深度にある物質を、小規模な構成で検出できる物質検出装置、生体照合装置、並びにそれらの方法を提供することができる。
また、本発明によれば、被検出物内の所定の深度にある物質を、被検出物の温度の依存せず安定して高精度に検出できる物質検出装置、生体照合装置、並びにそれらの方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係わる組織検出装置の構成図である。
【図２】図２は、図１に示すセンサの２次元構成図である。
【図３】図３は、α，β，γ分散を説明するための図である。
【図４】図４は、図１に示す組織検出装置において検出対象とする組織を説明するための図である。
【図５】図５は、図１および図２に示す組織検出装置の動作例を説明するための図である。
【図６】図６は、図５に示すステップＳＴ４の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。
【図７】図７は、図６に示すステップＳＴ１７の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態の生体照合装置の構成図である。
【図９】図９は、図８に示す生体照合装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図１０は、図９に示すステップＳＴ４２の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１１は、図１０に示すステップＳＴ５７の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…組織検出装置、５…被検出物、５ａ…生体、９…センサ、１０…電極、１１…誘電体、１２…シールド、１３…温度センサ、１５…計測系、１６，５２…演算系、２１…送信部、２２…受信部、２３…Ａ／Ｄ変換部、３１…電気長決定部、３２…電極選択部、３４…複素誘電率算出部、３５，３５ａ…複素誘電ピーク記憶部、３６，３６ａ…温度補正部、３７，３７ａ…対象組織検出部、３８…表示信号生成部、３９…表示部、５３…照合用パターン記憶部、５４…照合部
【図１】
2004245661.tif 000004
【図２】
2004245661.tif 000005
【図３】
2004245661.tif 000006
【図４】
2004245661.tif 000007
【図５】
2004245661.tif 000008
【図６】
2004245661.tif 000009
【図７】
2004245661.tif 000010
【図８】
2004245661.tif 000011
【図９】
2004245661.tif 000012
【図１０】
2004245661.tif 000013
【図１１】
2004245661.tif 000014