医療応用におけるアレーアンテナを用いた超広帯域UWBシステムのための先進信号処理

超広帯域(UWB:Ultra Wideband)無線技術を中心とする先端通信技術を医療に応用することにより医療システムの高度化を図ることを目的とした。生体への電磁波障害を避け、マイクロ・ナノサイズのインプラントセンサーの位置を正確に測位し、澎大な生体医療情報を高速伝送するために通信測位方式としてUWB方式を用いてアレーアンテナで通信・測距を行う信号処理技術の研究を行った。本年度は、これまでに入った方式考案と理論解析や実験実証に基づき、提案方式の性能を明確にし、具体的な応用などを明確にし、本共同研究を取りまとめた。具体的には、(1)UWB無線システムのための周波数利用効率が高い直交パルス波形設計:医療にUWB無線技術を導入する場合、同一周波数帯をUWBシステムと既存システムがオーバーレイして利用することにより生じる干渉(与干渉、被干渉)を低減することが求められる。各国により異なるUWB信号に関する電波法の送信信号の周波数特性制限(スペクトルマスク)に準拠し、周波数効率を上げ、多数のUWBシステム間での相互干渉を解消するために、新たなクラスの直行パルス波形を考案し、その特性を理論的に解析し最適化を図った。(2)生体内医療イメージングのための超広帯域(UWB)信号用フィルタの設計:UWB無線の固有の特長である通信と同時に測距・測位(レーダー機能)が可能であることを医療における体内臓器の外部からのイメージング(CTなど)に活用したUWB医療イメージングシステムにおいて、様々な体内臓器に応じて伝搬特性が異なることによるイメージング精度の劣化を解消するためのアレーアンテナと圧縮フィルタを考案し、その距離分解能、誤認識確立などの性能解析、最適化を行なった。

超広帯域(UWB:Ultra Wideband)無線技術を中心とする先端通信技術を医療に応用することにより医療システムの高度化を図ることを目的とした。生体への電磁波障害を避け、マイクロ・ナノサイズのインプラントセンサーの位置を正確に測位し、澎大な生体医療情報を高速伝送するために通信測位方式としてUWB方式を用いてアレーアンテナで通信・測距を行う信号処理技術の研究を行った。本年度は、これまでに入った方式考案と理論解析や実験実証に基づき、提案方式の性能を明確にし、具体的な応用などを明確にし、本共同研究を取りまとめた。具体的には、(1)UWB無線システムのための周波数利用効率が高い直交パルス波形設計:医療にUWB無線技術を導入する場合、同一周波数帯をUWBシステムと既存システムがオーバーレイして利用することにより生じる干渉(与干渉、被干渉)を低減することが求められる。各国により異なるUWB信号に関する電波法の送信信号の周波数特性制限(スペクトルマスク)に準拠し、周波数効率を上げ、多数のUWBシステム間での相互干渉を解消するために、新たなクラスの直行パルス波形を考案し、その特性を理論的に解析し最適化を図った。(2)生体内医療イメージングのための超広帯域(UWB)信号用フィルタの設計:UWB無線の固有の特長である通信と同時に測距・測位(レーダー機能)が可能であることを医療における体内臓器の外部からのイメージング(CTなど)に活用したUWB医療イメージングシステムにおいて、様々な体内臓器に応じて伝搬特性が異なることによるイメージング精度の劣化を解消するためのアレーアンテナと圧縮フィルタを考案し、その距離分解能、誤認識確立などの性能解析、最適化を行なった。