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JPH09243576A - Method and apparatus for tomography by two-dimensional time domain reflection method - Google Patents

Method and apparatus for tomography by two-dimensional time domain reflection method

Info

Publication number
JPH09243576A
JPH09243576A JP5618596A JP5618596A JPH09243576A JP H09243576 A JPH09243576 A JP H09243576A JP 5618596 A JP5618596 A JP 5618596A JP 5618596 A JP5618596 A JP 5618596A JP H09243576 A JPH09243576 A JP H09243576A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
time domain
domain reflection
dimensional time
water
measured
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP5618596A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoru Mashita
悟 真下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
Original Assignee
Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan filed Critical Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
Priority to JP5618596A priority Critical patent/JPH09243576A/en
Publication of JPH09243576A publication Critical patent/JPH09243576A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物の必要な物理量を2次元的に的確に
測定することができる2次元時間領域反射法による断層
撮影方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 2次元時間領域反射法による断層撮影方
法において、複数の電極が一列に配列されたセンサー3
を被測定物1に接触させ、その被測定物1の表面を電極
の配列方向に対して垂直に走査を行い、この走査に基づ
く情報を処理し、この情報に基づいて必要な物理量を分
布画像として表示することができる。
(57) Abstract: A tomographic imaging method and apparatus using a two-dimensional time domain reflection method capable of accurately measuring a required physical quantity of an object to be measured two-dimensionally. In a tomography method using a two-dimensional time domain reflection method, a sensor having a plurality of electrodes arranged in a line
With the object to be measured 1, the surface of the object to be measured 1 is scanned perpendicularly to the arrangement direction of the electrodes, the information based on this scanning is processed, and the necessary physical quantity is distributed based on this information. Can be displayed as

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TDR(Time Doma
in Reflectrometry)−CT(Com
puter Tomography)〔時間領域反射率
計−コンピュータ断層撮影法〕の利用は、医療、薬品、
化粧品、食品、機械、建築、土木などのさまざまな範囲
に及ぶと考えられる。特に、医療への応用は可能性が極
めて大きく、ヒトの皮膚の火傷や皮膚ガンの診断、内視
鏡の届く範囲でのガンなどの疾病診断、センサー(0.
1〜5mmφ)先端が触れることのできる皮膚や脳梗
塞、肺気腫、肺繊維症、肝硬変等の診断や、摘出した臓
器や病体部分の診断が可能である。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION TDR (Time Domain)
in Reflectometry-CT (Com
The use of computer tomography [time domain reflectometry-computed tomography]
It is considered to cover various areas such as cosmetics, food, machinery, construction and civil engineering. In particular, it has a great potential for application to medical treatment, and is used to diagnose human skin burns and skin cancers, diagnose diseases such as cancers within the reach of endoscopes, and sensors (0.
1 to 5 mmφ) It is possible to diagnose skin that can be touched by the tip, cerebral infarction, emphysema, pulmonary fibrosis, cirrhosis, etc., and diagnosed excised organs or diseased parts.

【0002】また、自由水、結合水が品質に重要な役割
を果たす食品の鮮度測定や、加工技術の評価、電子材
料、セラミクスなどの機械材料、コンクリート、アスフ
ァルトなどの建築材料の評価や土質のレオロジー的性質
の評価などに利用することができる。
In addition, free water and bound water play an important role in quality measurement of freshness of foods, evaluation of processing technology, electronic materials, mechanical materials such as ceramics, construction materials such as concrete and asphalt, and soil quality. It can be used for evaluation of rheological properties.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来、上記したTDR−CTに近い技術
として、以下のようなものが挙げられる。 (1)NMR−CT(Nuclear Magneti
c Resonance Computer Tomo
graphy)〔核磁気共鳴断層撮影法〕 このNMR−CTによれば、組織中の水分子の存在状態
の違いにより被測定物の断面画像が得られる。存在状態
の違いとは、具体的には水分子の磁気緩和時間(T1)
であるが、これは組織中に含まれる水分子の回転運動の
速さに由来するものであると解釈されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, the following techniques are available as techniques close to the above-mentioned TDR-CT. (1) NMR-CT (Nuclear Magneti)
c Resonance Computer Tomo
[Graphic] [Nuclear Magnetic Resonance Tomography] According to this NMR-CT, a cross-sectional image of the measured object can be obtained due to the difference in the existence state of water molecules in the tissue. The difference in the existence state is, specifically, the magnetic relaxation time (T1) of the water molecule.
However, it is understood that this is due to the speed of rotational movement of water molecules contained in the tissue.

【0004】(2)X線−CT このX線−CTによれば、生体中の各組織のX線吸収係
数の違いを利用し、被測定物の断面画像が得られる。
(2) X-ray-CT According to this X-ray-CT, a cross-sectional image of the object to be measured can be obtained by utilizing the difference in the X-ray absorption coefficient of each tissue in the living body.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の(1)NMR−CTによれば、NMRではTD
Rで観測された2種類の水の平均化された情報しか得ら
れないため、結合水と自由水を分離して観測することは
できない。またT1には水の量的な情報は含まれていな
いため被測定物の水分量を定量化(Quantific
ation)することも不可能である。
However, according to the above-mentioned conventional (1) NMR-CT, the TD in NMR is
Since only the averaged information of the two types of water observed in R can be obtained, bound water and free water cannot be observed separately. In addition, since T1 does not include quantitative information on water, the water content of the measured object is quantified (Quantitative).
ation) is also impossible.

【0006】また、上記した従来の(2)X線−CTに
よれば、被測定物組織中の物質のX線の吸収係数を計測
するため、水分量を定量化することは不可能である。ま
た、上記したNMR−CTによれば、被測定物の破壊及
び被爆はないが、このX線−CTでは、放射線を使用す
るため被測定物は被爆する。本発明は、上記問題点を除
去し、被測定物の必要な物理量を2次元的に的確に測定
することができる2次元時間領域反射法による断層撮影
方法及びその装置を提供することを目的とする。
Further, according to the above-mentioned conventional (2) X-ray-CT, since the X-ray absorption coefficient of the substance in the tissue of the object to be measured is measured, it is impossible to quantify the water content. . Further, according to the above-mentioned NMR-CT, there is no destruction or exposure of the object to be measured, but in this X-ray-CT, radiation is used, so the object to be measured is exposed. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to eliminate the above-mentioned problems and provide a tomographic imaging method by a two-dimensional time domain reflection method and an apparatus therefor capable of accurately measuring a required physical quantity of an object to be measured two-dimensionally. To do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的を達成するために、 〔1〕2次元時間領域反射法による断層撮影方法におい
て、複数の電極を配列するセンサーを被測定物に接触さ
せ、前記被測定物表面を電極の配列方向に対して垂直に
走査を行い、この走査に基づく情報を処理し、この情報
に基づいて2次元画像を表示するようにしたものであ
る。
According to the present invention, in order to achieve the above object, [1] in a tomography method by a two-dimensional time domain reflection method, a sensor in which a plurality of electrodes are arranged is used as an object to be measured. The contact is made, the surface of the object to be measured is scanned perpendicularly to the arrangement direction of the electrodes, information based on this scanning is processed, and a two-dimensional image is displayed based on this information.

【0008】〔2〕上記〔1〕記載の2次元時間領域反
射法による断層撮影方法において、前記被測定物は生体
物質であり、誘電スペクトルにより、自由水と結合水を
分離して観測し、これらの2種類の水の量を個別に定量
化するようにしたものである。 〔3〕上記〔1〕記載の2次元時間領域反射法による断
層撮影方法において、前記情報の処理は前記生体物質の
誘電率の演算を行うようにしたものである。
[2] In the tomographic method by the two-dimensional time domain reflection method described in [1] above, the object to be measured is a biological material, and free water and bound water are separated and observed by a dielectric spectrum, The amounts of these two types of water are individually quantified. [3] In the tomographic imaging method by the two-dimensional time domain reflection method described in [1] above, the processing of the information is performed by calculating the dielectric constant of the biological material.

【0009】〔4〕上記〔3〕記載の2次元時間領域反
射法による断層撮影方法において、前記誘電率に基づい
て必要な物理量の演算を行うようにしたものである。 〔5〕上記〔4〕記載の2次元時間領域反射法による断
層撮影方法において、前記必要な物理量は水分の量であ
る。 〔6〕上記〔4〕記載の2次元時間領域反射法による断
層撮影方法において、前記必要な物理量は水の運動の緩
和時間である。
[4] In the tomographic imaging method by the two-dimensional time domain reflection method described in [3] above, a necessary physical quantity is calculated based on the dielectric constant. [5] In the tomographic imaging method by the two-dimensional time domain reflection method described in [4] above, the required physical quantity is the amount of water. [6] In the tomographic method by the two-dimensional time domain reflection method described in [4] above, the necessary physical quantity is a relaxation time of water motion.

【0010】〔7〕2次元時間領域反射法による断層撮
影装置において、被測定物に接触させて配列される複数
の電極を有するセンサーと、前記被測定物表面を電極の
配列方向に対して垂直に走査する走査手段と、この走査
手段からの情報を処理する情報処理手段と、この処理さ
れた情報に基づいて2次元画像を表示する表示装置とを
設けるようにしたものである。
[7] In a tomography apparatus using the two-dimensional time domain reflection method, a sensor having a plurality of electrodes arranged in contact with an object to be measured and the surface of the object to be measured are perpendicular to the arrangement direction of the electrodes. There is provided a scanning means for scanning, an information processing means for processing information from the scanning means, and a display device for displaying a two-dimensional image based on the processed information.

【0011】〔8〕上記〔7〕記載の2次元時間領域反
射法による断層撮影装置において、前記複数の電極は2
次元的に配列され、前記被測定物に対して走査するよう
にしたものである。このように、TDR法(時間領域反
射法)は、同軸ケーブルの断面状先端を物質に接触する
だけで、短時間で広い周波数(100kHz〜10GH
z)の誘電スペクトルを測定することができ、現在は主
に生体物質を中心とした物性研究に用いられている。生
体物質中には多くの水が含まれているが、誘電スペクト
ルではこの水の中から通常の状態の水“自由水”と、生
体高分子などに束縛され比較的動き難い“結合水”を分
離して観測することができるため、この2種類の水の
“量”を個別に定量化することができる。
[8] In the tomography apparatus by the two-dimensional time domain reflection method described in [7], the plurality of electrodes are 2
It is arranged in a three-dimensional manner so that the object to be measured is scanned. As described above, the TDR method (time-domain reflection method) can be used for a wide frequency (100 kHz to 10 GH) in a short time only by contacting the cross-sectional end of the coaxial cable with a substance.
The dielectric spectrum of z) can be measured, and it is currently used mainly for physical property research mainly on biological materials. A large amount of water is contained in biological materials, but in the dielectric spectrum, water that is in a normal state, "free water", and "bound water," which is bound by biopolymers and is relatively hard to move, are included in this spectrum. Since they can be observed separately, the “amount” of these two types of water can be quantified separately.

【0012】これにより、物質表面付近の水の詳細な情
報を得ることができる。TDR−CTでマイクロ波を使
用する最大の利点は、このように水を2種類に分離して
定量化できることにあり、現在の電極では直径0.1m
m〜5mm程度の部位の誘電率測定が行われているが、
この電極を数個直線上に並べたセンサーを被測定物に接
触させ垂直に走査すると、誘電率の2次元平面上の情報
が得られる。
This makes it possible to obtain detailed information on water near the surface of the substance. The greatest advantage of using microwaves in TDR-CT is that water can be separated into two types and quantified in this way, and current electrodes have a diameter of 0.1 m.
Although the dielectric constant of a part of about m to 5 mm is measured,
When a sensor in which several of these electrodes are arranged on a straight line is brought into contact with the object to be measured and is vertically scanned, information on the two-dimensional plane of the dielectric constant can be obtained.

【0013】これらの情報の画像処理を行い、必要な物
理量を分布画像として表示する。2次元TDR−CT
は、物質中の水分量測定や水構造評価に有効であり、物
質の含水量や結合水と自由水の比、分子の動的構造の知
見が得られる。このような情報の2次元分布が画像表示
を通して観察することができる。
Image processing of these pieces of information is performed, and necessary physical quantities are displayed as a distribution image. Two-dimensional TDR-CT
Is effective for measuring the amount of water in a substance and for evaluating the water structure, and provides knowledge of the water content of the substance, the ratio of bound water to free water, and the dynamic structure of the molecule. The two-dimensional distribution of such information can be observed through the image display.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の実施
例を示す2次元TDR−CTの概略構成図である。この
図において、Aはマイクロ波発信・計測系、Bはマイク
ロコンピュータ、1は被測定物、2はパルスジェネレー
タ、3は被測定物に接触するセンサー、4はサンプリン
グヘッド、5はA/D変換部、6は誘電率演算部であ
り、波形処理とフーリエ変換を行う。7は必要な物理量
を演算する物理量演算部であり、例えば、水分量や水の
運動の緩和時間などの演算を行う。8はそれらの情報を
記憶可能な記憶部、9は表示装置(2次元画像表示装
置)である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional TDR-CT showing an embodiment of the present invention. In this figure, A is a microwave transmission / measuring system, B is a microcomputer, 1 is an object to be measured, 2 is a pulse generator, 3 is a sensor that contacts the object to be measured, 4 is a sampling head, 5 is A / D conversion. Reference numeral 6 denotes a dielectric constant calculation unit that performs waveform processing and Fourier transform. Reference numeral 7 denotes a physical quantity calculation unit that calculates a necessary physical quantity, for example, calculates a water content and a relaxation time of water movement. Reference numeral 8 is a storage unit capable of storing such information, and 9 is a display device (two-dimensional image display device).

【0015】ここで、パルスジェネレータ2、サンプリ
ングヘッド4、A/D変換部5はマイクロ波発信・計測
系Aとして一つの装置に組み込まれている。また、誘電
率演算と必要な物理量の演算はマイクロコンピュータB
で行う。図1ではマイクロコンピュータBと、表示装置
9を分けて示してあるが、マイクロコンピュータBによ
る画像表示も可能である。
Here, the pulse generator 2, the sampling head 4, and the A / D converter 5 are incorporated in one device as a microwave transmission / measurement system A. Further, the calculation of the dielectric constant and the calculation of the required physical quantity are performed by the microcomputer B.
Do with. Although FIG. 1 shows the microcomputer B and the display device 9 separately, the microcomputer B can also display an image.

【0016】まず、パルスジェネレータ2からステップ
パルスを立ち上げる。パルスは同軸ケーブルを通し、セ
ンサー3部分に入射する。センサー3と被測定物1との
接触面でパルスは反射し、反射波はサンプリングヘッド
4に取り込まれる。サンプリングヘッド4に取り込まれ
た反射波は、A/D変換部5でA/D変換される。これ
をマイクロコンピュータBに送り、誘電率演算部6で波
形処理とフーリエ変換を行うことにより複素誘電率が得
られる。
First, the pulse generator 2 raises a step pulse. The pulse passes through the coaxial cable and is incident on the sensor 3 portion. The pulse is reflected on the contact surface between the sensor 3 and the DUT 1, and the reflected wave is captured by the sampling head 4. The reflected wave taken into the sampling head 4 is A / D converted by the A / D converter 5. The complex permittivity is obtained by sending this to the microcomputer B and subjecting the permittivity calculator 6 to waveform processing and Fourier transform.

【0017】さらに、この演算された複素誘電率に基づ
いて、物理量演算部7で水分量や水の運動の緩和時間な
どの必要な物理量を演算し、それらの情報は、必要に応
じて、記憶部8に記憶が可能である。また、それらの情
報は、表示装置9で2次元画像による表示が可能であ
る。2次元TDR−CTは、図2に示すようなセンサー
3を有する。そのセンサー3は一列に並んでいる複数の
電極10からなる。その電極10の具体的構造は、図3
に示すように、中心内部導体11と、それを取り巻く絶
縁体12とその外側に同心状に形成される外部導体13
とを有する。なお、図3(a)はその電極10の横断面
図、図3(b)はその電極10の縦断面図である。
Further, based on the calculated complex permittivity, the physical quantity calculator 7 calculates necessary physical quantities such as the water content and the relaxation time of the motion of water, and the information is stored as necessary. It can be stored in the unit 8. Further, such information can be displayed on the display device 9 as a two-dimensional image. The two-dimensional TDR-CT has a sensor 3 as shown in FIG. The sensor 3 comprises a plurality of electrodes 10 arranged in a line. The specific structure of the electrode 10 is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, a center inner conductor 11, an insulator 12 surrounding the center inner conductor 11, and an outer conductor 13 formed concentrically outside the insulator 12
And 3A is a horizontal sectional view of the electrode 10, and FIG. 3B is a vertical sectional view of the electrode 10.

【0018】上記したセンサー3を、図4に示すよう
に、被測定物1に対して走査する。そして、図4のXY
平面上の各位置の水分量や水分子運動の緩和時間などの
必要な物理量を、物理量演算部7で演算する。このよう
にして得られた物理量は、必要に応じて記憶部8に記憶
することができるとともに、表示装置9で2次元画像表
示することができる。
The sensor 3 described above is scanned with respect to the DUT 1 as shown in FIG. And XY of FIG.
The physical quantity calculator 7 calculates necessary physical quantities such as the water content at each position on the plane and the relaxation time of water molecule motion. The physical quantity thus obtained can be stored in the storage unit 8 as necessary and can be displayed as a two-dimensional image on the display device 9.

【0019】このように、本発明の2次元TDR−CT
によれば、直線上に並んだ複数個の電極10によって構
成されたセンサー3を被測定物に接触させ垂直に走査す
ると、誘電率の2次元平面上の情報が得られる。これら
の情報の処理を行い、必要な物理量を分布画像として表
示することができる。
Thus, the two-dimensional TDR-CT of the present invention
According to this, when the sensor 3 composed of a plurality of electrodes 10 arranged on a straight line is brought into contact with the object to be measured and vertically scanned, information on the two-dimensional plane of the dielectric constant can be obtained. By processing these pieces of information, necessary physical quantities can be displayed as a distribution image.

【0020】[0020]

【実施例】本発明のTDR法を用いた野菜の断面におけ
る水分量の分布の評価について説明する。TDR法を用
いた誘電測定を行うことにより、野菜断面の水分量の分
布を評価する。
EXAMPLES The evaluation of the distribution of water content in the cross section of vegetables using the TDR method of the present invention will be described. By performing dielectric measurement using the TDR method, the distribution of water content in the vegetable cross section is evaluated.

【0021】試料としては、胡瓜、人参、里芋、蕪、椎
茸各一個を実験したので、以下順にその結果について述
べる。 (実験装置)本発明のTDRシステムを用いて、100
MHz〜10GHzの周波数範囲で誘電測定を行った。
ケーブルは長さ50cmの潤工社製(DGM224)、
電極はコンタクト・タイプ(φ6.0mm、γd=0.
355mm)を用いた。ここで、γdとは、電極の電気
的長さを示している。電極は電気回路としては、その構
造や機能がコンデンサーと類似しており、コンデンサー
の電気容量に相当する。したがって、γdが大きい方が
電極の感度は高くなるが、信号の高周波数側の特性は悪
くなる。
As a sample, one cucumber, carrot, taro, turnip, and shiitake mushroom was tested. The results will be described below in order. (Experimental apparatus) Using the TDR system of the present invention, 100
Dielectric measurement was performed in the frequency range of MHz to 10 GHz.
The cable is made by Junkosha Co., Ltd. (DGM224) with a length of 50 cm.
The electrode is a contact type (φ 6.0 mm, γd = 0.
355 mm) was used. Here, γd represents the electrical length of the electrode. The electrode has an electric circuit similar in structure and function to a capacitor, and corresponds to the electric capacity of the capacitor. Therefore, the larger γd is, the higher the sensitivity of the electrode is, but the characteristics on the high frequency side of the signal are deteriorated.

【0022】(実験方法)数点の測定ポイントごとに刃
物で切り出し、コンタクト・タイプの電極を測定ポイン
トにあてて測定した。時間領域での波形の積算は測定ポ
イント1点につき32回とした。1点の測定は約1分で
ある。胡瓜、人参、里芋、蕪では水を、椎茸ではアセト
ンを標準試料に用いた。各試料の測定ポイントをそれぞ
れ図5、図6、図7、図8、図9に示す。
(Experimental Method) Each of several measurement points was cut out with a blade, and a contact type electrode was applied to the measurement points for measurement. Waveform integration in the time domain was 32 times per measurement point. One point measurement is about 1 minute. Water was used for cucumber, carrot, taro and turnip, and acetone was used for shiitake as standard samples. The measurement points of each sample are shown in FIGS. 5, 6, 7, 8, and 9, respectively.

【0023】(結果)測定によって得られた複素誘電率
から誘電パラメーターを求めた。測定周波数域では10
0MHz付近と20GHz付近に緩和が観測される。高
周波側の緩和は自由水によるものである。この緩和過程
の緩和強度から(1)式を用いて単位体積あたりの自由
水の割合を見積もることができる。
(Results) Dielectric parameters were determined from the complex permittivity obtained by the measurement. 10 in the measurement frequency range
Relaxation is observed around 0 MHz and around 20 GHz. Relaxation on the high frequency side is due to free water. From the relaxation strength of this relaxation process, the ratio of free water per unit volume can be estimated using the equation (1).

【0024】 c=(Δε/Δεw)×100 …(1) ここで、Δεは測定で得られた自由水の緩和強度、Δε
wは純粋な水の緩和強度である。また、Δεwは73.
0とした。各サンプルにおける各測定ポイントの(1)
式より求めた含水率を、以下胡瓜、人参、里芋、蕪、椎
茸について順次示す。
C = (Δε / Δεw) × 100 (1) where Δε is the relaxation strength of free water obtained by measurement, Δε
w is the relaxation strength of pure water. Also, Δεw is 73.
It was set to 0. (1) of each measurement point in each sample
The water content obtained from the formula is sequentially shown below for cucumber, carrot, taro, turnip, and shiitake mushroom.

【0025】その結果より、サンプルの断面の大凡の水
分量の分布の傾向を知ることができる。図5は本発明の
実施例を示す試料としての胡瓜の形状と含水率とを示す
図であり、図5(a)は胡瓜の測定部位と含水率を、図
5(b)はその胡瓜の形状を示している。
From the result, it is possible to know the tendency of the distribution of the water content in the cross section of the sample. FIG. 5 is a diagram showing the shape and water content of cucumber as a sample showing an example of the present invention. FIG. 5 (a) shows the measurement site and water content of cucumber, and FIG. 5 (b) shows the water content of that cucumber. The shape is shown.

【0026】この図から明らかなように、胡瓜20の場
合は、茎側21は花側22よりも水分量が多い。種23
の部分より果肉24の部分のほうが水分量が多い。図6
は本発明の実施例を示す試料としての人参の形状と含水
率とを示す図であり、図6(a)は人参の測定部位と含
水率を、図6(b)はその人参の形状と色を示してい
る。
As is apparent from this figure, in the case of the cucumber 20, the stem side 21 has a higher water content than the flower side 22. Seed 23
The pulp 24 has a higher water content than the pulp. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing the shape and water content of carrot as a sample showing an example of the present invention. FIG. 6 (a) shows the measurement site and water content of carrot, and FIG. 6 (b) shows the shape of the carrot. Shows the color.

【0027】この図から明らかなように、人参30の場
合は、芯31の部分は水分量が多く、根の先端32や表
皮33に近づくにつれて水分量が少なくなっている。な
お、34は黄色部、35は赤色部である。図7は本発明
の実施例を示す試料としての里芋の形状と含水率とを示
す図であり、図7(a)は里芋の測定部位と含水率を、
図7(b)はその里芋の形状を示している。
As is clear from this figure, in the case of carrot 30, the core 31 has a large amount of water, and the amount of water decreases as it approaches the tip 32 of the root and the epidermis 33. In addition, 34 is a yellow part and 35 is a red part. FIG. 7 is a diagram showing the shape and water content of taro as a sample showing an example of the present invention, and FIG. 7 (a) shows the measurement site and water content of taro,
FIG.7 (b) has shown the shape of the taro.

【0028】この図から明らかなように、里芋40の場
合は、中心部分41に水分量が少なく、茎側の切り口4
2や根の先端43に水分量が多い。図8は本発明の実施
例を示す試料としての蕪の部位の含水率を示す図であ
る。この図から明らかなように、蕪50の場合は、中心
部分51は水分量が多い。図9は本発明の実施例を示す
試料としての椎茸の形状と含水率を示す図であり、図9
(a)は椎茸の測定部位と含水率を、図9(b)はその
椎茸の形状を示している。
As is clear from this figure, in the case of the taro 40, the central portion 41 has a small amount of water and the cut end 4 on the stalk side.
2 and the root tip 43 have a large amount of water. FIG. 8 is a diagram showing the water content of a turnip as a sample showing an example of the present invention. As is clear from this figure, in the case of the turnip 50, the central portion 51 has a large amount of water. FIG. 9 is a diagram showing the shape and water content of a shiitake mushroom as a sample showing an example of the present invention.
FIG. 9A shows the measurement site and water content of the shiitake mushroom, and FIG. 9B shows the shape of the shiitake mushroom.

【0029】この図から明らかなように、椎茸60の場
合は、切口61は乾燥しており、かさの裏(ひだ)6
2,63に水分量が多い。参考までに、各試料毎に平均
した単位体積当りの含水率Aを表1に示す。なお、この
表1のBは、食品成分表(一橋出版、1991年)に記
載されている100gあたりに含まれる水分量(g)を
示している。
As is apparent from this figure, in the case of the shiitake mushroom 60, the cut 61 is dry, and the back (fold) of the umbrella 6
The water content is high at 2,63. For reference, Table 1 shows the water content A per unit volume averaged for each sample. In addition, B of this Table 1 has shown the water content (g) contained per 100g described in the food ingredient table (Hitotsubashi Publishing, 1991).

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】上記したように、野菜断面の水分量の分布
は、TDR法を用いた誘電測定により評価することがで
きたが、サンプルに電極を接触させるときの圧力の調節
に工夫が必要である。なぜならば、電極に圧力をかけす
ぎて、接触部位の組織を壊してしまったり、あるいはサ
ンプルにぴったりと電極が接触しなかったりするためで
ある。また、椎茸のようなスポンジ状のサンプルでは、
圧力のかけ方により密度が変わってしまうことがあるか
らである。
As described above, the distribution of the water content in the vegetable cross section could be evaluated by the dielectric measurement using the TDR method, but it is necessary to devise the adjustment of the pressure when the electrode is brought into contact with the sample. . This is because too much pressure is applied to the electrodes and the tissue at the contact site is destroyed, or the electrodes do not come into close contact with the sample. Also, for sponge-like samples such as shiitake mushrooms,
This is because the density may change depending on how the pressure is applied.

【0032】また、積算回数を増やすことにより、測定
精度を向上させることができる。また、電極を細くする
ことにより、測定点数を増やし、より細かい水の分布量
を評価することもできる。上記したように、短時間で広
い周波数域の複素誘電スペクトルを測定することがで
き、現在は生体高分子、合成高分子や生体組織に含まれ
る分子の動的構造を調べる物性研究に用いられている。
TDR法は装置本体でステップパルスを発信させ、同軸
ケーブルを通して電極先端で反射させるが、同軸ケーブ
ルの断面状の電極を用いると、電極表面から1mm程度
の電界漏れが生じる。このような電極先端に物質を接触
させるだけで複素誘電率を測定することができる。
Moreover, the measurement accuracy can be improved by increasing the number of times of integration. Further, by making the electrode thin, the number of measurement points can be increased and a finer distribution amount of water can be evaluated. As described above, it is possible to measure a complex dielectric spectrum in a wide frequency range in a short time, and it is currently used for physical property research to investigate the dynamic structure of molecules contained in biopolymers, synthetic polymers and biological tissues. There is.
In the TDR method, a step pulse is emitted from the apparatus main body and reflected at the electrode tip through the coaxial cable. However, when an electrode having a cross section of the coaxial cable is used, an electric field leakage of about 1 mm occurs from the electrode surface. The complex permittivity can be measured only by bringing a substance into contact with the tip of such an electrode.

【0033】現在の電極では直径0.1〜5mm程度の
部位の誘電率測定が可能であるが、この電極を数個直線
上に並べたものからなるセンサーを被測定物に接触さ
せ、垂直に走査させると誘電率の2次元平面上の情報が
得られる。これらの情報の画像処理を行い、必要な物理
量を分布画像として表示することができる。なお、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣
旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明
の範囲から排除するものではない。
With the current electrodes, it is possible to measure the permittivity of a site having a diameter of about 0.1 to 5 mm, but a sensor consisting of several electrodes arranged in a straight line is brought into contact with the object to be measured to make it vertically. By scanning, information on the two-dimensional plane of the dielectric constant is obtained. Image processing of these pieces of information can be performed, and a required physical quantity can be displayed as a distribution image. It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made based on the gist of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、試料の誘電率の2次元平面上の情報が得られ
る。これらの情報の画像処理を行い、必要な物理量を分
布画像として表示することができる。したがって、本発
明は、物質中の水分量測定や水構造評価に有効である。
As described above in detail, according to the present invention, information on the two-dimensional plane of the dielectric constant of the sample can be obtained. Image processing of these pieces of information can be performed, and a required physical quantity can be displayed as a distribution image. Therefore, the present invention is effective for measuring the amount of water in a substance and evaluating the water structure.

【0035】このように、TDR−CTは物質表面の含
水率分布画像が得られる。生体物質中には多くの水が含
まれているが、誘電スペクトルでは、この水の中から通
常の状態の水“自由水”と、生体高分子などに束縛され
比較的動き難い“結合水”を分離して観測することがで
きるため、この2種類の水の“量”を個別に定量するこ
とができる。
As described above, in TDR-CT, an image of the water content distribution on the material surface can be obtained. A lot of water is contained in biological materials, but the dielectric spectrum shows that water is "free water" in a normal state, and "bound water" that is relatively hard to be bound by biopolymers. Since it is possible to separately observe, the “amount” of these two types of water can be individually quantified.

【0036】これにより、物質表面付近の水の詳細な情
報を得ることができる。TDR−CTでマイクロ波を使
用する最大の利点は、このように水を2種類に分離して
定量化できることであり、NMR−CTやX線−CTで
は不可能である。また、被測定物には微小な電圧しか加
えないため、生体等に対しても破壊や被爆の心配はな
い。このようなTDR−CTの利用は医療、食品、工業
材料等広範囲に及ぶと考えられる。特に医療への応用は
可能性が極めて大きく、ヒトの皮膚の火傷や皮膚ガンの
診断、内視鏡の届く範囲でのガンなどの疾病診断、ま
た、摘出した臓器や病体部分の診断が可能である。コス
トはNMR−CTやX線−CTの1/50〜1/100
で作製が可能である。
This makes it possible to obtain detailed information on water near the surface of the substance. The greatest advantage of using microwaves in TDR-CT is that water can be separated into two types and quantified in this way, which is not possible with NMR-CT or X-ray-CT. Moreover, since only a minute voltage is applied to the object to be measured, there is no fear of destruction or exposure to a living body. It is considered that such TDR-CT is used in a wide range of fields such as medical care, foods, and industrial materials. In particular, it has great potential for medical applications, and can diagnose human skin burns and skin cancer, diagnose diseases such as cancer within the reach of an endoscope, and diagnose excised organs and diseased parts. is there. Cost is 1/50 to 1/100 of NMR-CT and X-ray-CT
It can be manufactured by.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示す2次元TDR−CTの概
略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional TDR-CT showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例を示す2次元TDR−CTのセ
ンサーの構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a two-dimensional TDR-CT sensor showing an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例を示す2次元TDR−CTの電
極の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of electrodes of a two-dimensional TDR-CT showing an example of the present invention.

【図4】本発明の実施例を示す2次元TDR−CTのセ
ンサーによる走査の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of scanning by a two-dimensional TDR-CT sensor according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例を示す試料としての胡瓜の形状
と含水率とを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the shape and water content of cucumber as a sample showing an example of the present invention.

【図6】本発明の実施例を示す試料としての人参の形状
と含水率とを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the shape and water content of carrot as a sample showing an example of the present invention.

【図7】本発明の実施例を示す試料としての里芋の形状
と含水率とを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the shape and water content of taro as a sample showing an example of the present invention.

【図8】本発明の実施例を示す試料としての蕪の含水率
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a water content of turnip as a sample showing an example of the present invention.

【図9】本発明の実施例を示す試料としての椎茸の形状
と含水率とを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the shape and water content of a shiitake mushroom as a sample showing an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A マイクロ波発信・計測系 B マイクロコンピュータ 1 被測定物(試料) 2 パルスジェネレータ 3 センサー 4 サンプリングヘッド 5 A/D変換部 6 誘電率演算部 7 物理量演算部 8 記憶部 9 表示装置(2次元画像表示装置) 10 電極 11 中心内部導体 12 絶縁体 13 外部導体 20 胡瓜 30 人参 40 里芋 50 蕪 60 椎茸 A microwave transmission / measurement system B microcomputer 1 object to be measured (sample) 2 pulse generator 3 sensor 4 sampling head 5 A / D converter 6 dielectric constant calculator 7 physical quantity calculator 8 storage 9 display device (two-dimensional image) Display device) 10 electrode 11 center inner conductor 12 insulator 13 outer conductor 20 cucumber 30 ginseng 40 taro 50 turnip 60 shiitake

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2次元時間領域反射法による断層撮影方
法において、(a)複数の電極を配列するセンサーを被
測定物に接触させ、(b)前記被測定物表面を電極の配
列方向に対して垂直に走査を行い、(c)該走査に基づ
く情報を処理し、(d)該情報に基づいて2次元画像を
表示することを特徴とする2次元時間領域反射法による
断層撮影方法。
1. In a tomographic imaging method using a two-dimensional time domain reflection method, (a) a sensor in which a plurality of electrodes are arranged is brought into contact with an object to be measured, and (b) the surface of the object to be measured is arranged in an electrode arrangement direction. Vertical scanning is performed, (c) information based on the scanning is processed, and (d) a two-dimensional image is displayed based on the information, and a two-dimensional time domain reflection method tomography method.
【請求項2】 請求項1記載の2次元時間領域反射法に
よる断層撮影方法において、前記被測定物は生体物質で
あり、誘電スペクトルにより、自由水と結合水を分離し
て観測し、該2種類の水の量を個別に定量化することを
特徴とする2次元時間領域反射法による断層撮影方法。
2. The tomography method by the two-dimensional time domain reflection method according to claim 1, wherein the object to be measured is a biological substance, and free water and bound water are separated and observed by a dielectric spectrum, A tomography method using a two-dimensional time domain reflection method, characterized in that the amount of each type of water is quantified individually.
【請求項3】 請求項1記載の2次元時間領域反射法に
よる断層撮影方法において、前記情報の処理は前記生体
物質の誘電率の演算を行うことを特徴とする2次元時間
領域反射法による断層撮影方法。
3. The tomography method according to the two-dimensional time domain reflection method according to claim 1, wherein the processing of the information is performed by calculating a dielectric constant of the biological material. How to shoot.
【請求項4】 請求項3記載の2次元時間領域反射法に
よる断層撮影方法において、前記誘電率に基づいて必要
な物理量の演算を行うことを特徴とする2次元時間領域
反射法による断層撮影方法。
4. The tomography method by the two-dimensional time domain reflection method according to claim 3, wherein a necessary physical quantity is calculated based on the dielectric constant. .
【請求項5】 請求項4記載の2次元時間領域反射法に
よる断層撮影方法において、前記必要な物理量は水分の
量であることを特徴とする2次元時間領域反射法による
断層撮影方法。
5. The tomography method according to the two-dimensional time domain reflection method according to claim 4, wherein the required physical quantity is the amount of water.
【請求項6】 請求項4記載の2次元時間領域反射法に
よる断層撮影方法において、前記必要な物理量は水の運
動の緩和時間であることを特徴とする2次元時間領域反
射法による断層撮影方法。
6. The tomography method according to the two-dimensional time domain reflection method according to claim 4, wherein the required physical quantity is a relaxation time of motion of water. .
【請求項7】 2次元時間領域反射法による断層撮影装
置において、(a)被測定物に接触させて配列される複
数の電極を有するセンサーと、(b)前記被測定物表面
を電極の配列方向に対して垂直に走査する走査手段と、
(c)該走査手段からの情報を処理する情報処理手段
と、(d)該処理された情報に基づいて2次元画像を表
示する表示装置とを具備することを特徴とする2次元時
間領域反射法による断層撮影装置。
7. A tomography apparatus using the two-dimensional time domain reflection method, wherein (a) a sensor having a plurality of electrodes arranged in contact with the object to be measured, and (b) an array of electrodes on the surface of the object to be measured. Scanning means for scanning perpendicular to the direction,
Two-dimensional time domain reflection, comprising (c) information processing means for processing information from the scanning means, and (d) a display device for displaying a two-dimensional image based on the processed information. Tomography device by method.
【請求項8】 請求項7記載の2次元時間領域反射法に
よる断層撮影装置において、前記複数の電極は1次元的
に配列され、前記被測定物を走査することを特徴とする
2次元時間領域反射法による断層撮影装置。
8. The tomographic apparatus by the two-dimensional time domain reflection method according to claim 7, wherein the plurality of electrodes are arranged one-dimensionally and scan the object to be measured. Tomographic equipment by reflection method.
JP5618596A 1996-03-13 1996-03-13 Method and apparatus for tomography by two-dimensional time domain reflection method Withdrawn JPH09243576A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008526347A (en) * 2005-01-04 2008-07-24 デューン メディカル デヴァイシズ リミテッド Endoscopic system for in vivo procedures
US9526460B2 (en) 2005-08-04 2016-12-27 Dune Medical Devices Ltd. Tissue-characterization probe with effective sensor-to-tissue contact

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