吉村 博幸

In the light of a limited number of related studies, a new data processing method for increasing matching accuracy and reducing process time in fingerprint authentication using the fractional Fourier transform (FRT) was proposed being also taken into account protection of personal information. The new method was based on the minimization of error rate (MER) obtained from the false acceptance rate (FAR) and the false rejection rate (FRR). It was highlighted that making use of analyses on the peak value of the normalized cross-correlation function of the FRT intensity distributions was the key. By changing the extraction range and the order of FRT in each of the scanned lines of fingerprint images, feasibility was investigated. As a result, it was clarified that the data processed by the FRT provided higher matching accuracy than those processed by the conventional Fourier transform (FT). In addition, it was found that the matching accuracy was not strongly dependent on the data size extracted from original fingerprint images. This fact led to reduction of the matching time. © 2010 IEEE.

近年,マイクロ波治療という言葉に代表されるように,マイクロ波が生体に与える熱的効果を医療分野に応用する研究が広く行われている.その一つとしてがんの温熱治療があり,特に人体深部に存在するがんを治療対象とした際には,組織内加温法が有効である.組織内加温用アンテナにおいて,最も重視されるべき特性は加温特性であるものの,臨床を考慮した場合にはインピーダンス整合についても注意を払う必要がある.本論文では,組織内加温用アンテナのインピーダンス整合を目的とし,簡易な構造の整合回路を設けた同軸スロットアンテナを提案した.本アンテナの反射係数(S_<11>)を評価指標として,FDTD法による計算機シミュレーション及び実測を行った結果,反射特性が大幅に改善されることを確認した.更に提案したアンテナは,アンテナ剌入長及び被加温体である生体組織の電気定数によらず一定のレベル以上の電力を供給できることを確認し,実用上有用であることを示した.

がんの温熱療法(ハイパサーミア)の一形態であるマイクロ波組織内加温法と放射線療法の一つである組織内照射療法を組み合わせることにより,がん細胞に対して致死効果の高い治療が可能であることが知られている.現在,組織内照射療法単独では多数の治療が行われており,その治療手技はほぼ確立されている.しかしながら,効果的なマイクロ波組織内加温を実現するためには,アレーアプリケータの構造及び給電方法等に関して検討が必要である.そこで本論文では,既存の治療装置(マイクロ波発生器)を活用した臨床応用を念頭におき,比較的大きな腫瘍の均一加温を目指して,マイクロ波組織内加温用アレーアプリケータの給電システムとして,コヒーレント給電システム及びコヒーレント給電システムとインコヒーレント給電システムを組み合わせた給電システム(提案システム)の二つの給電システムを取り上げ,提案システムを用いて腫瘍部分を確実に加温するためのアンテナ素子への入力電力の条件について検討を行った.

The authors have been studying thin coaxial-slot antennas for interstitial microwave thermal therapy. In this paper, firstly, the structure of the coaxial-slot antenna is briefly reviewed. Secondly, the procedure for temperature calculation around the antennas and the calculation model based on the CT images of the patient are described. Thirdly, the blood flow rate of the tissue concerned during the treatment is estimated from the temperature transition during the treatment. Finally, the temperature distribution in and around the tumor is calculated based on the estimated blood flow rate and some conditions for the actual treatment.

Hyperthermia is one of the modalities for cancer treatment, utilizing the difference of thermal sensitivity between tumor and normal tissue. In this treatment, the tumor or target cancer cell is heated up to the therapeutic temperature between 42 and 45degreesC without overheating the surrounding normal tissues. Particularly, the authors have been studying the coaxial-slot antenna for interstitial microwave hyperthermia. At that time, we analyzed the heating characteristics of the coaxial-slot antenna under the assumption that the human body is a homogeneous medium. In this paper, we analyzed the heating characteristics of the coaxial-slot antenna inside an actual neck tumor by using numerical calculations. The models of calculations consist of MRI tomograms of an actual patient. As a result of the calculations, we observed almost uniform temperature distributions inside the human body including the actual neck tumor, which are similar to the results obtained for a homogeneous medium.

Microwave coagulation therapy (MCT) has been used mainly for the treatment of hepatocellular carcinoma (small cancer in the liver). In this therapy, a thin microwave antenna is inserted into the tumor. Using microwave radiation, the tumor is heated to a high temperature (at least 60 degreesC) and is killed by coagulation. In the MCT antenna used at present, there is the problem that the coagulation region is elongated along the antenna insertion direction so that the normal tissue around the tumor is also heated. It is desirable to heat the vicinity of the antenna tip in a spherical manner. In order to meet this requirement, a coaxial-dipole antenna is used and localized heating is realized. In this paper, first, by numerical analysis by the FDTD method and measurement of the SAR distribution, the usefulness of the coaxial-dipole antenna is demonstrated. Further, by computing the current distribution on the antenna, the reason for localization of the SAR by this antenna is studied. (C) 2002 Wiley Periodicals, Inc.

マイクロ波が生体に与える熱的作用を利用したがん治療の一つに,マイクロ波凝固療法がある.本論文では,生体等価固体ファントムを用いて,マイクロ波凝固療法用アンテナの加温特性改善を行ったので報告する.

生体等価ファントムを用いたSARの実験的評価が盛んに行われている.しかしながら,ファントムの電気定数を所望の値と完全に一致させることは難しい.そこで,高精度なSAR評価を実現するためには,電気定数の差異がSARに及ぼす影響を把握することが重要である.本論文では,ファントムの電気定数の差異による局所SAR(ピーク,1g平均,10g平均)の誤差を低減して高精度なSAR測定を行うため,電気定数の差異が局所SAR及びSAR分布に及ぼす影響について,900MHz用及び2.OGHz用脳等価モデルを対象として検討を行った.また,そのなかで,電気定数の差異による局所SARの変動範囲を明らかにした.その結果,局所SARが電気定数の変動に対してほぼ比例することがわかった.また,2.0GHzでは900MHzと比較して,比誘電率の変動による局所平均SARの変化量が増加し,導電率の変動による局所平均SARの変化量が減少することを示した.更に,内部SAR分布が電気定数の変化に伴って変動することを確認した.最後に,これらの検討結果をもとに,局所SAR測定時の電気定数の差異による誤差の補正方法及び注意点を示した.

マイクロ波凝固療法(MCT:Microwave Coagulation Therapy)は, 肝細胞がんなどの比較的小さながんの治療に用いられる手法である.本治療法は, 細いアンテナを患部に刺入して, マイクロ波を照射することにより, 腫瘍を高温に加熱し, 凝固壊死させる治療法である.現在用いられているMCT用アンテナにおいては, 凝固領域がアンテナ刺入方向に長くなってしまい, 局所加熱が難しいといった問題があり, アンテナ先端部付近のみを球状に加熱することが求められている.そこでこれを実現するため, 同軸ダイポールアンテナを導入し, 局所過熱を実現した.本論文では, まずFDTD法による数値解析及びSAR分布の実測により, 同軸ダイポールアンテナの有用性を示した.更に, アンテナ上の電流分布を算出することにより, 本アンテナのSARの局在化の理由について考察を試みた.

The microwave coagulation therapy has been used mainly for the treatment of hepatocellular carcinoma (small size tumor in the liver). In the treatment, a thin microwave antenna is inserted into the tumor, and the microwave e energy heats up the turner to produce the coagulated region including the cancer cells. At present, a problem occurs: the size of the coagulated region is insufficient, especially in the perpendicular direction of the antenna axis. In order to overcome this problem without increasing the physical load of the patient, the authors introduced a new type of array applicator composed of two coaxial-slot antennas. However, we cannot estimate heating characteristics of this array applicator precisely by using the FDTD calculation, because the use of staircasing approximation, which employs rectangular parallelepiped cells, is unsuitable for the analysis. Therefore, in this paper, we introduce the finite element method (FER I), which employs tetrahedral cells, to estimate the heating: characteristics of the array applicator.

In recent years, various types of applications of electromagnetic techniques for microwave thermal therapy have been developed. Among them, minimally invasive microwave thermal therapies for cancer are of great interest. They are interstitial microwave hyperthermia and microwave coagulation therapy. In this paper, we describe the characteristics of thin coaxial antennas for those therapies.