(57)【要約】【課題】設置スペースを削減できるとともに、設備コストを抑えることができる光学／超音波顕微鏡システムを提供すること。【解決手段】本発明の光学／超音波顕微鏡システム１は、顕微鏡本体３、対物レボルバ４、超音波プローブ５、パソコン６等を備える。顕微鏡本体３は試料ステージ２を有する。対物レボルバ４は試料ステージ２の上方に設置される。超音波プローブ５は、試料ステージ２に載置された生体組織８に対して超音波を照射しその反射波を受信して電気信号に変換する。パソコン６は超音波プローブ５と電気的に接続される。超音波プローブ５のプローブ本体２２は、超音波伝達媒体Ｗを貯留可能な貯留部２１を有する。その貯留部２１を上向きにした状態で超音波プローブ５が試料ステージ２の下方に設置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学顕微鏡に取り付けた状態で使用される超音波プローブであって、
超音波伝達媒体を貯留可能な貯留部をその先端部に有するプローブ本体と、
前記貯留部内において前記プローブ本体の略中心部に配置され、試料に対して超音波を照射しその反射波を受信して電気信号に変換する超音波トランスデューサと
を備え、前記貯留部を上向きにした状態で前記光学顕微鏡の試料ステージの下方に設置可能なことを特徴とする光学顕微鏡用超音波プローブ。
【請求項２】
前記プローブ本体に光源を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光学顕微鏡用超音波プローブ。
【請求項３】
前記プローブ本体に、前記光源の発した光を前記試料の近傍まで導く光導波構造を設けたことを特徴とする請求項２に記載の光学顕微鏡用超音波プローブ。
【請求項４】
前記超音波トランスデューサの音軸は、前記光学顕微鏡が備える対物用の光学レンズの光軸に対して略一致するように配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学顕微鏡用超音波プローブ。
【請求項５】
前記プローブ本体を前記試料ステージの面方向に沿って二次元的に走査するための二次元走査手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学顕微鏡用超音波プローブ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波プローブと、
前記超音波プローブの前記超音波トランスデューサと電気的に接続された処理装置と
を備え、前記処理装置は、前記超音波トランスデューサにより得られた前記電気信号に基づいて試料の音響パラメータ値を求め、その求められた音響パラメータ値に基づいて音響像データを生成する音響像データ生成手段を有することを特徴とする超音波顕微鏡システム。
【請求項７】
試料ステージを有する顕微鏡本体と、
対物用の光学レンズが固定可能であって、前記試料ステージの上方に設置された光学レンズ固定部と、
前記貯留部を上向きにした状態で前記試料ステージの下方に設置された、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波プローブと、
前記超音波プローブの前記超音波トランスデューサと電気的に接続された処理装置と
を備え、前記処理装置は、前記超音波トランスデューサにより得られた前記電気信号に基づいて試料の音響パラメータ値を求め、その求められた音響パラメータ値に基づいて音響像データを生成する音響像データ生成手段を有することを特徴とする光学／超音波顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に超音波を照射し、得られた反射波に基づいて前記試料を可視化するための光学顕微鏡用超音波プローブ、その超音波プローブを備えた超音波顕微鏡システム、及び光学／超音波顕微鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野では、生体組織の診断を行う装置として、超音波顕微鏡を応用した製品の開発が進められており、光学顕微鏡と同等の解像度で生体組織の観察が可能なものが実用化されている。光学顕微鏡では生体組織における化学的性質の違いを染色法によって区別するのに対し、超音波顕微鏡では物理的性質の違いを無染色で区別することができる。つまり、超音波顕微鏡を用いる場合には、染色法を用いなくても生体組織診断を行うことができるといった利点がある。
【０００３】
具体的には、超音波顕微鏡を用いる場合、生体組織などの試料に超音波を照射しその反射波を検出することにより、音響パラメータ（音速、音響インピーダンス、減衰などのパラメータ）の値を算出して、そのパラメータ値に応じた音響像（音速像、音響インピーダンス像、減衰像など）を表示装置に表示する。例えば、特許文献１や非特許文献１では、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して生体組織の音速像を表示させる装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２９４１８９号公報
【非特許文献１】「医用超音波：パルス励起型超音波音速顕微鏡」（「超音波TECHNO」VOL.15 No.6(2003.11〜12)（１０１〜１０５頁）日本工業出版社発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、同一の試料の同じ場所を観察したとしても、光学顕微鏡を用いて取得した光学像と超音波顕微鏡を用いて取得した音響像とでは、見えるものが異なる場合がある。従って、より正確な組織診断を行うためには、光学像と音響像との両方を観察してそれらを比較することが望ましい。
【０００５】
ところが、従来では、光学像を取得するために光学顕微鏡が必要となり、音響像を取得するために超音波顕微鏡が必要となる。つまり、光学像と音響像とは別々の顕微鏡で取得されるため、各顕微鏡の設置スペースが増大したり設備費用が嵩んだりするといった問題が生じる。また、生体組織をそれぞれの顕微鏡に設置して各画像を取得する必要があるため、生体組織を顕微鏡間で移動させなければならない。さらに、取得した光学像と音響像とを比較して各画像の相関性を確認するために、別々の顕微鏡で取得した各画像の位置やサイズを合わせる必要があり、組織診断を迅速に行うこと困難となるといった問題も生じてしまう。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学顕微鏡の機能と超音波顕微鏡の機能とを兼ね備えた顕微鏡システムを実現するための超音波プローブであり、そのシステムの設置スペースを削減するとともに設備コストを抑えることができる光学顕微鏡用超音波プローブを提供することにある。また、別の目的は、設置スペースを削減するとともに設備コストを抑えることができる超音波顕微鏡システムを提供することにある。さらに、別の目的は、設置スペースを削減するとともに設備コストを抑えることができ、光学像及び音響像を迅速に取得できる光学／超音波顕微鏡システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、光学顕微鏡に取り付けた状態で使用される超音波プローブであって、超音波伝達媒体を貯留可能な貯留部をその先端部に有するプローブ本体と、前記貯留部内において前記プローブ本体の略中心部に配置され、試料に対して超音波を照射しその反射波を受信して電気信号に変換する超音波トランスデューサとを備え、前記貯留部を上向きにした状態で前記光学顕微鏡の試料ステージの下方に設置可能なことを特徴とする光学顕微鏡用超音波プローブをその要旨とする。
【０００８】
請求項１に記載の光学顕微鏡用超音波プローブでは、プローブ本体の先端部に超音波伝達媒体を貯留可能な貯留部が設けられ、その貯留部内においてプローブ本体の略中心部に超音波トランスデューサが配置されている。この超音波プローブは、貯留部を上向きにした状態で光学顕微鏡の試料ステージの下方に設置される。そして、超音波トランスデューサで発生された超音波が貯留部の超音波伝達媒体を介して試料に照射されるとともに、その試料で反射された反射波が超音波トランスデューサで受信されて電気信号に変換される。この電気信号をデジタル処理することで試料の音響像を生成することが可能となる。つまり、本発明の超音波プローブを光学顕微鏡に設置することにより、超音波顕微鏡として利用することができる。従って、従来技術のように光学顕微鏡と超音波顕微鏡とを個別に設置しなくても、光学像と音響像とを取得することができ、顕微鏡の設置スペースを削減できるとともに、設備コストを抑えることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記プローブ本体に光源を設けたことをその要旨とする。
【００１０】
例えば、試料ステージの下方にコンデンサ（集光器）が設けられた光学顕微鏡に上記超音波プローブを設置する場合、通常はそのコンデンサを取り外す必要があるが、そうすると試料に十分な光が照射されなくなるおそれがある。よって、超音波プローブとは別にコンデンサ等の光源を設ける必要が生じる。しかしながら、請求項２に記載の発明によれば、プローブ本体に光源を設けているため光源を別途設けなくてもよく、光源の設置スペースを省略することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記プローブ本体に、前記光源の発した光を前記試料の近傍まで導く光導波構造を設けたことをその要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、プローブ本体に設けられた光導波構造によって、光源の光が試料の近傍まで導かれるため、光が試料に確実に照射される。またこの場合、光導波構造が光を導いて試料を照らしてくれるので、光源の設置自由度が大きくなり、邪魔にならない場所に光源を設置することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記超音波トランスデューサの音軸は、前記光学顕微鏡が備える対物用の光学レンズの光軸に対して略一致するように配置されることをその要旨とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、光学レンズを用いて取得される試料の光学像と同じ場所の音響像を容易に取得することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記プローブ本体を前記試料ステージの面方向に沿って二次元的に走査するための二次元走査手段をさらに備えることをその要旨とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、例えば焦点を絞って超音波を照射しながら、プローブ本体を試料の面方向に沿って二次元的に走査することにより、音響像を速やかにかつ正確に得ることができる。また、超音波プローブ側に二次元走査手段を設ける場合、その二次元走査手段の駆動時においても光学レンズによる試料の観察が可能となるため、実用上好ましいものとなる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波プローブと、前記超音波プローブの前記超音波トランスデューサと電気的に接続された処理装置とを備え、前記処理装置は、前記超音波トランスデューサにより得られた前記電気信号に基づいて試料の音響パラメータ値を求め、その求められた音響パラメータ値に基づいて音響像データを生成する音響像データ生成手段を有することを特徴とする超音波顕微鏡システムをその要旨とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、超音波トランスデューサで変換された電気信号が処理装置に入力され、処理装置における音響像データ生成手段により、その電気信号に基づいて試料の音響パラメータ値が求められる。そして、音響パラメータ値に基づいて、その値の大小や位相などに応じた音響像データが生成される。従って、この音響像データによって試料の可視化が可能となり、超音波顕微鏡の機能を備えた顕微鏡システムが実現される。このように顕微鏡システムを構成すれば、従来技術と比較して設置スペースを削減できるとともに、設備コストを抑えることができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、試料ステージを有する顕微鏡本体と、対物用の光学レンズが固定可能であって、前記試料ステージの上方に設置された光学レンズ固定部と、前記貯留部を上向きにした状態で前記試料ステージの下方に設置された、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波プローブと、前記超音波プローブの前記超音波トランスデューサと電気的に接続された処理装置とを備え、前記処理装置は、前記超音波トランスデューサにより得られた前記電気信号に基づいて試料の音響パラメータ値を求め、その求められた音響パラメータ値に基づいて音響像データを生成する音響像データ生成手段を有することを特徴とする光学／超音波顕微鏡システムをその要旨とする。
【００２０】
請求項７に記載の発明によれば、光学レンズ固定部に光学レンズが固定され、その光学レンズを用いて試料ステージに載置された試料を観察することができる。また、試料ステージの下方に光学顕微鏡用超音波プローブが設置され、その超音波プローブの超音波トランスデューサが処理装置に電気的に接続される。そして、超音波トランスデューサで変換された電気信号が処理装置に入力され、処理装置における音響像データ生成手段により、その電気信号に基づいて試料の音響パラメータ値が求められ、音響パラメータ値に基づいて音響像データが生成される。この音響像データによって試料の可視化が可能となり、光学顕微鏡と超音波顕微鏡との両機能を兼ね備えた光学／超音波顕微鏡システムが実現される。このように光学／超音波顕微鏡システムを構成すれば、従来技術と比較して設置スペースを削減できるとともに、設備コストを抑えることができる。また、この光学／超音波顕微鏡システムでは、試料ステージ上の試料を移動させることなくその試料の光学像と音響像とを迅速に取得できるので、それら画像の相関性を容易に確認できる。
【発明の効果】
【００２１】
以上詳述したように、請求項１〜５に記載の発明によると、光学顕微鏡の機能と超音波顕微鏡の機能とを兼ね備えた顕微鏡システムを実現するための超音波プローブであり、そのシステムの設置スペースを削減するとともに設備コストを抑えることができる光学顕微鏡用超音波プローブを提供することができる。また、請求項６に記載の発明によると、設置スペースを削減するとともに設備コストを抑えることができる超音波顕微鏡システムを提供することができる。さらに、請求項７に記載の発明によると、設置スペースを削減するとともに設備コストを抑えることができる光学／超音波顕微鏡システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施の形態における光学／超音波顕微鏡システム１を示す概略構成図である。
【００２３】
図１に示されるように、光学／超音波顕微鏡システム１は、試料ステージ２を有する顕微鏡本体３と、試料ステージ２の上方に設置された光学レンズ固定部としての対物レボルバ４と、試料ステージ２の下方に設置された光学顕微鏡用超音波プローブ５と、その超音波プローブ５と電気的に接続された処理装置としてのパーソナルコンピュータ（パソコン）６とを備える。
【００２４】
本実施の形態の試料ステージ２は、ユーザの手動操作により、光軸Ａ１に対し直交方向である水平方向（即ちＸ方向及びＹ方向）に移動できるように構成されている。この試料ステージ２には、観察対象の試料である生体組織８を載置した樹脂プレート９が固定されている。なお、生体組織８は、所定の厚さ（例えば、１０μｍ程度）にスライスされた凍結切片（生体組織切片）である。また、樹脂プレート９としては、光及び超音波を透過する部材である透明なアクリル板などが用いられる。この樹脂プレート９の試料載置面（上面）において生体組織８のセット部の周縁にリファレンス部材１０が設けられている。
【００２５】
対物レボルバ４は顕微鏡本体３に回転可能に取り付けられており、この対物レボルバ４には、倍率が異なる複数の対物用の光学レンズ（対物レンズ）１１が装着されている。対物レンズ１１の切り替えは、例えば、ユーザが手動で対物レボルバ４を回転させることで行われる。
【００２６】
また、顕微鏡本体３には、操作ハンドル１２を有する焦準調節機構（図示略）が設けられている。この操作ハンドル１２を操作すると、対物レボルバ４とともに対物レンズ１１が光軸Ａ１の方向（図１の上下方向）に移動して、試料ステージ２上の生体組織８に対して対物レンズ１１の焦点が調節される。
【００２７】
さらに、顕微鏡本体３の上部には鏡筒１４が設けられ、その鏡筒１４内には光路を切り替えるプリズム（図示略）が設けられている。この鏡筒１４内で光軸Ａ１が２系統に分割され、一方の光軸Ａ１上に接眼レンズ１５が設けられ、他方の光軸Ａ１上にＣＣＤカメラ１６が設けられている。
【００２８】
対物レンズ１１の焦点を調節してその焦点が生体組織８の表面に一致すると、生体組織像が対物レンズ１１を通って接眼レンズ１５に導かれ、生体組織８の光学像が観察可能となる。また、ＣＣＤカメラ１６は、接眼レンズ１５で観察される生体組織８の光学像と同じ画像を撮影し、その画像に対応する画像信号をパソコン６に出力する。
【００２９】
図１，図２に示されるように、光学顕微鏡用超音波プローブ５は、水などの超音波伝達媒体Ｗを貯留可能な貯留部２１をその先端部に有するプローブ本体２２と、プローブ本体２２の略中心部に配置される超音波トランスデューサ２３と、プローブ本体２２を前記試料ステージ２の面方向に沿って二次元的に走査するためのＸ−Ｙステージ２４とを備える。プローブ本体２２の貯留部２１は上部が開口しており、その貯留部２１の開口側を上向きにした状態で超音波プローブ５が試料ステージ２の下方に設置されている。本実施の形態の超音波プローブ５は、光学顕微鏡のコンデンサ（集光器）と同じ場所に装着可能となっている。従って、超音波プローブ５を装着する場合には、あらかじめコンデンサをコンデンサ取付部から取り外しておき、そのコンデンサ取付部に超音波プローブ５の下部を固定する。なお、固定の手段は特に限定されず、ボルトやねじ等の締結手段を用いることができる。
【００３０】
超音波トランスデューサ２３は、酸化亜鉛の薄膜圧電素子２６とサファイアロッドの音響レンズ２７とからなり、パルス励起されることで生体組織８に対して超音波を照射する。超音波トランスデューサ２３が照射する超音波は、貯留部２１の超音波伝達媒体Ｗを介して円錐状に収束されて樹脂プレート９の上面（生体組織８の表面）で焦点を結ぶようになっている。なお、超音波トランスデューサ２３としては、口径１．２ｍｍ、焦点距離１．５ｍｍ、中心周波数８０ＭＨｚ、帯域幅５０〜１０５ＭＨｚ（−６ｄＢ）の仕様のものを用いている。
【００３１】
本実施の形態における超音波トランスデューサ２３は、照射する超音波の音軸Ａ２が対物レンズ１１の光軸Ａ１に対して略一致するようプローブ本体２２に配置されている（図１参照）。そして、そのプローブ本体２２の下端部はＸ−Ｙステージ２４上に固定されている。
【００３２】
また、プローブ本体２２の下端部には光源２８が設けられている。光源２８は、例えば発光ダイオードなどからなり、超音波トランスデューサ２３の外周を囲むように複数設けられている。本実施の形態のプローブ本体２２は、光を透過する樹脂材料、例えば、透明なアクリル樹脂を用いて形成されており、光源２８が発する光を生体組織８の近傍まで導く光導波構造を有する。そして、そのプローブ本体２２の先端部（図１の上端部）には、光源２８からの光が対物レンズ１１の焦点位置に収束するよう傾斜したテーパー面２９が形成されている。このテーパー面２９を含むプローブ本体２２の先端部は、光源２８の光を集光するコンデンサレンズとして機能するとともに、超音波伝達媒体Ｗを溜める貯留部２１として機能する。
【００３３】
図３は、光学／超音波顕微鏡システム１の電気的な構成を示すブロック図である。
【００３４】
図３に示されるように、超音波プローブ５は、超音波トランスデューサ２３と、Ｘ−Ｙステージ２４と、Ｉ／Ｆ回路３１と、パルス発生回路３２と、受信回路３３と、送受波分離回路３４と、検波回路３５と、Ａ／Ｄ変換回路３６と、エンコーダ３７と、コントローラ３８と、駆動モータ３９Ｘ，３９Ｙとを備える。
【００３５】
Ｘ−Ｙステージ２４は、超音波の照射点を二次元的に走査させるためのＸステージ２４Ｘ及びＹステージ２４Ｙを備えるとともに、それぞれのステージ２４Ｘ，２４Ｙを駆動するモータ３９Ｘ，３９Ｙを備えている。これらのモータ３９Ｘ，３９Ｙとしては、ステッピングモータやリニアモータが使用される。
【００３６】
各モータ３９Ｘ，３９Ｙにはコントローラ３８が接続されており、該コントローラ３８の駆動信号に応答してモータ３９Ｘ，３９Ｙが駆動される。これらモータ３９Ｘ，３９Ｙの駆動により、Ｘステージ２４Ｘを連続走査（連続送り）するとともに、Ｙステージ２４Ｙを間欠送りとなるよう制御することで、Ｘ−Ｙステージ２４の高速走査が可能となっている。
【００３７】
また、本実施の形態においては、Ｘステージ２４Ｘに対応してエンコーダ３７が設けられ、エンコーダ３７によりＸステージ２４Ｘの走査位置が検出される。具体的に、走査範囲を３００×３００個の測定点（ピクセル）に分割した場合、１回のＸ方向（水平方向）の走査が３００分割される。そして、各測定点の位置がエンコーダ３７によって検出され、Ｉ／Ｆ回路３１を介してパソコン６に取り込まれる。パソコン６はそのエンコーダ３７の出力に同期して駆動制御信号を生成して、その駆動制御信号をＩ／Ｆ回路３１を介してコントローラ３８に供給する。コントローラ３８は、この駆動制御信号に基づいてモータ３９Ｘを駆動する。また、コントローラ３８は、エンコーダ３７の出力信号に基づきＸ方向の１ラインの走査が終了した時点でモータ３９Ｙを駆動して、Ｙステージ２４ＹをＹ方向に１ピクセル分移動させる。
【００３８】
さらに、コントローラ３８は、駆動制御信号に同期してトリガ信号を生成してパルス発生回路３２に供給する。これにより、パルス発生回路３２において、そのトリガ信号に同期したタイミングで励起パルスが生成される。その励起パルスが送受波分離回路３４を介して超音波トランスデューサ２３に供給される結果、超音波トランスデューサ２３から超音波が照射される。
【００３９】
図４には、Ｘ−Ｙステージ２４の移動に伴う超音波の走査範囲Ｒ１の一例を示している。この例では、走査範囲Ｒ１の左上の隅にリファレンス部材１０が配置されるようになっており、その位置から走査が開始される。そして、矢印で示すように、生体組織８の表面に沿ってＸ方向及びＹ方向に二次元的に走査が順次行われる。
【００４０】
超音波トランスデューサ２３の薄膜圧電素子２６は、送受波兼用の超音波振動子であり、生体組織８で反射した超音波（反射波）を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は、送受波分離回路３４を介して受信回路３３に供給される。受信回路３３は、信号増幅回路を含んで構成されていて、反射波の信号を増幅して検波回路３５に出力する。
【００４１】
検波回路３５は、図示しないゲート回路、遅延回路、演算回路、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）及びピークホールド回路などを含み、生体組織８からの反射波の信号強度を検出する。検波回路３５の出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路３６に供給されてＡ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｆ回路３１を介してパソコン６に転送される。
【００４２】
Ｉ／Ｆ回路３１としては、パソコン等の標準インターフェースであるＵＳＢインターフェースが用いられる。なお、Ｉ／Ｆ回路３１としては、ＵＳＢインターフェースの他にＩＥＥＥ１３９４インターフェースを採用してもよく、また、データ転送速度は遅くなるが、シリアルインターフェースやパラレルインターフェースを採用することもできる。
【００４３】
パソコン６は、ＣＰＵ４１、Ｉ／Ｆ回路４２，４３、メモリ４４、記憶装置４５、入力装置４６、及び表示装置４７を備え、それらはバス４８を介して相互に接続されている。
【００４４】
ＣＰＵ４１は、メモリ４４を利用して制御プログラムを実行し、システム全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、Ｘ−Ｙステージ２４による二次元走査を制御するためのプログラム、音響パラメータ値としての音響インピーダンスを算出するためのプログラム、音響インピーダンス像や光学像を表示するためのプログラムなどを含む。
【００４５】
Ｉ／Ｆ回路４２は、超音波プローブ５との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）である。Ｉ／Ｆ回路４２は、超音波プローブ５に制御信号（コントローラ３８への駆動制御信号）を出力したり、超音波プローブ５からの転送データ（Ａ／Ｄ変換回路３６からＩ／Ｆ回路３１を介して転送されるデータ）を入力したりする。Ｉ／Ｆ回路４３は、ＣＣＤカメラ１６との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）であり、ＣＣＤカメラ１６に制御信号を出力したり、該カメラ１６からの画像信号を入力したりする。
【００４６】
表示装置４７は、例えば、ＬＣＤやＣＲＴなどのカラーディスプレイであり、生体組織８の画像（音響インピーダンス像及び光学像）や各種設定の入力画面を表示するために用いられる。入力装置４６は、キーボードやマウス装置などであり、ユーザからの要求や指示、パラメータの入力に用いられる。
【００４７】
記憶装置４５は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、制御プログラム及び各種のデータを記憶している。ＣＰＵ４１は、入力装置４６による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置４５からメモリ４４へ転送し、それを逐次実行する。なお、ＣＰＵ４１が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置４５にインストールして利用する。
【００４８】
次に、生体組織８の音響インピーダンスを算出する方法について説明する。
【００４９】
本実施の形態では、リファレンス部材１０からの反射波の強度と生体組織８からの反射波の強度とを測定し、それら反射波の強度に基づいて生体組織８の音響インピーダンスを求めている。
【００５０】
具体的には、図５に示すように、樹脂プレート９を介してリファレンス部材１０に超音波Ｓｏを照射し、リファレンス部材１０での反射波Ｓｒを測定する。リファレンス部材１０においてその表面と直交する角度で照射される超音波（入射波）Ｓｏと反射波Ｓｒとの間には、次式（１）の関係が成り立つ。
【００５１】
【数１】
2006275849.tif 000003
【００５２】
ただし、Ｚｓは樹脂プレート９の音響インピーダンスであり、Ｚｒはリファレンス部材１０の音響インピーダンスである。
【００５３】
また、図６に示すように、樹脂プレート９を介して生体組織８に超音波Ｓｏを照射し、生体組織８での反射波Ｓｔを測定する。生体組織８においてその表面と直交する角度で照射される超音波Ｓｏと反射波Ｓｔとの間には、次式（２）の関係が成り立つ。
【００５４】
【数２】
2006275849.tif 000004
【００５５】
ただし、Ｚｔは生体組織８の音響インピーダンスである。
従って、上記式（１），（２）から生体組織８の音響インピーダンスＺｔは、次式（３）により求められる。
【００５６】
【数３】
2006275849.tif 000005
【００５７】
なお、樹脂プレート９の音響インピーダンスＺｓやリファレンス部材１０の音響インピーダンスＺｒは、制御プログラムのデータとして記憶装置４５に予め記憶されている。また、上記の式（２）で示されるように、樹脂プレート９の音響インピーダンスＺｓが生体組織８の音響インピーダンスＺｔと等しい場合、生体組織８表面で超音波が反射しなくなる。そのため、樹脂プレート９としては、生体組織８の音響インピーダンスＺｔを考慮してその材料を選択するとよく、例えば、音響インピーダンスＺｓが生体組織８の３倍程度の大きさの材料を用いる。また、超音波伝達媒体Ｗとの界面となる樹脂プレート９の下面側でも超音波の反射が起こるため、超音波伝達媒体Ｗの音響インピーダンスも考慮して樹脂プレート９の材料を選択することが好ましい。
【００５８】
次に、本実施の形態において、ＣＰＵ４１が実行する画像表示処理について説明する。
【００５９】
図７に示すように、ＣＰＵ４１は、ＣＣＤカメラ１６を駆動することにより該カメラ１６で撮影した光学像の画像信号をＩ／Ｆ回路４３を介して取り込み、周知の画像処理を行う。ＣＰＵ４１は、この画像処理を行うことにより、光学像に対応した画像データ（光学像データ）を生成しそのデータをメモリ４４に記憶させる（ステップ１００）。
【００６０】
その後、音響像データ生成手段としてのＣＰＵ４１は、超音波プローブ５を駆動することにより該超音波プローブ５で取得した反射波信号をＩ／Ｆ回路４２を介して取り込み、音響インピーダンス像の画像データ（音響像データ）を生成するための処理を行う（ステップ２００）。
【００６１】
図８には、そのデータ生成処理の具体例を示している。
【００６２】
まず、超音波プローブ５の初期動作として、ＣＰＵ４１からの指示に基づいてコントローラ３８によりモータ３９Ｘ，３９Ｙが駆動され、走査位置がリファレンス部材１０に位置するようにＸ−Ｙステージ２４が移動される。またこのとき、励起パルスがトランスデューサ２３に供給されると、図５に示すように、リファレンス部材１０に超音波Ｓｏが照射され、その反射波Ｓｒが検波回路３５で検出される。そして、ＣＰＵ４１は、Ａ／Ｄ変換回路３６で変換されたデジタルデータをＩ／Ｆ回路３１，４２を介して取得し、そのデータをリファレンス部材１０の反射波の強度としてメモリ４４に一旦格納する（ステップ２１０）。
【００６３】
その後、ＣＰＵ４１からの指示に基づいてコントローラ３８によりモータ３９Ｘ，３９Ｙが駆動され、Ｘ−Ｙステージ２４による二次元走査が開始される。ＣＰＵ４１は、エンコーダ３７の出力に基づいて測定点の座標データを取得する（ステップ２２０）。そして、図６に示すように、生体組織８に超音波Ｓｏが照射され、その反射波Ｓｔが検波回路３５で検出される。ＣＰＵ４１は、Ａ／Ｄ変換回路３６で変換されたデジタルデータを生体組織８の反射波の強度としてメモリ４４に一旦格納する（ステップ２３０）。
【００６４】
その後、ＣＰＵ４１は、得られたリファレンス部材１０及び生体組織８での反射波Ｓｒ，Ｓｔの強度と、リファレンス部材１０及び樹脂プレート９の音響インピーダンスＺｒ，Ｚｓとを用いて、上記の式（３）に対応した演算処理を行い測定点での音響インピーダンスＺｔを算出する。そして、ＣＰＵ４１は、算出された音響インピーダンスＺｔを測定点の座標データに関連付けてメモリ４４に記憶させる（ステップ２４０）。
【００６５】
その後、ＣＰＵ４１は、算出した音響インピーダンスＺｔに基づいて音響インピーダンス像を生成するための画像処理を行う（ステップ２５０）。詳しくは、ＣＰＵ４１は、音響インピーダンスＺｔを用いてカラー変調処理を行い、音響インピーダンスＺｔの大きさに応じた画像データを生成し、該画像データをメモリ４４に記憶させる。
【００６６】
ＣＰＵ４１は、全ての測定点での処理が終了し、１画面分の画像データが取得されたか否かを判断する（ステップ２６０）。ここで、全データが取得されていない場合、ＣＰＵ４１は、ステップ２２０に戻って、ステップ２２０〜２６０の処理を繰り返し実行し、全データが取得された場合には、図７に示すステップ３００の画像表示処理に移行する。
【００６７】
ステップ３００において、ＣＰＵ４１は、光学像の画像データと音響インピーダンス像の画像データとをメモリ４４から読み出し、該各データを表示装置４７に転送する。これにより、表示装置４７の画面には生体組織８の光学像と音響インピーダンス像とが同時に表示される。
【００６８】
本実施の形態の光学／超音波顕微鏡システム１において、ＣＣＤカメラ１６によって撮影される光学像は生体組織８の表面（上面）の画像であり、超音波プローブ５によって取得される音響インピーダンス像は生体組織８の裏面（下面）の画像である。つまり、音響インピーダンス像は、光学像に対して上下及び左右が反転された画像となる。従って、ステップ３００では、ＣＰＵ４１はメモリ４４から読み出した画像データを並び替えて表示装置４７に転送する。これにより、音響インピーダンス像は、光学像と同じ方向、すなわち上方から見た画像となるよう上下及び左右が反転された画像として表示装置４７に表示される。
【００６９】
この表示装置４７の画面において、音響インピーダンス像は、生体組織８での音響インピーダンスの大きさに応じて色分けされて表示される。従って、その音響インピーダンス像によって、生体組織８における音響インピーダンスの分布が確認され、光学像との相関性が判定される。
【００７０】
また、表示装置４７の画面には、表示画面を切り替えるボタンが表示されており、ユーザが入力装置４６を操作してそのボタンを選択すると、その選択結果に応じて光学像及び音響インピーダンス像のいずれか一方の画像が拡大表示される。
【００７１】
表示装置４７の画面に音響インピーダンス像を表示させた状態でユーザが入力装置４６を操作して音響インピーダンス像における所定のポイント（座標）を指定すると、ＣＰＵ４１により、その座標に対応する音響インピーダンスのデータがメモリ４４から読み出される。そして、表示装置４７における表示画面にその音響インピーダンスの値が表示される。
【００７２】
さらに、表示装置４７の画面には、表示処理の終了を指示するための終了ボタンが表示されており、ユーザが入力装置４６を操作してその終了ボタンを押したときに図７の処理が終了する。
【００７３】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００７４】
（１）本実施の形態の光学／超音波顕微鏡システム１は、光学顕微鏡の試料ステージ２の下方に超音波プローブ５を配置した構成であるので、光学顕微鏡と超音波顕微鏡とを個別に設ける必要がある従来と比較して、設置スペースを削減できるとともに、設備コストを抑えることができる。
【００７５】
（２）本実施の形態の光学／超音波顕微鏡システム１では、試料ステージ２に載置された生体組織８を動かすことなく、その生体組織８の光学像と音響インピーダンス像とを取得することができるため、生体組織診断を迅速に行うことができる。
【００７６】
（３）本実施の形態の光学／超音波顕微鏡システム１では、プローブ本体２２の光導波構造によって光源２８の光が生体組織８の近傍まで導かれる。また、そのプローブ本体２２の先端部に、光源２８からの光が対物レンズ１１の焦点位置に収束するよう傾斜したテーパー面２９が形成される。この構成により、光源２８の光が生体組織８に確実に照射され、対物レンズ１１を用いて生体組織８の観察を適切に行うことができる。さらに、このプローブ本体２２の先端部にテーパー面２９を形成することにより、コンデンサレンズとしての機能に加えて、超音波伝達媒体Ｗの貯留部２１としての機能を付与することができる。
【００７７】
（４）本実施の形態の光学／超音波顕微鏡システム１では、超音波トランスデューサ２３の音軸Ａ２は、対物レンズ１１の光軸Ａ１に対して略一致するように配置される。このようにすると、光学レンズ１１を用いて取得される生体組織８の光学像と、同じ場所の音響インピーダンス像を容易に取得することができ、生体組織８の組織診断を迅速に行うことができる。
【００７８】
（５）本実施の形態の場合、Ｘ−Ｙステージ２４によりプローブ本体２２が試料ステージ２の面方向に沿って二次元的に走査される。従って、焦点を絞って超音波を照射することにより、生体組織８の音響インピーダンス像を速やかにかつ正確に得ることができる。
【００７９】
（６）本実施の形態の光学／超音波顕微鏡システム１では、光学像の画像データと音響インピーダンス像の画像データとがメモリ４４に記憶される。このため、画像の取得時以外でも、その画像データを利用して生体組織８の光学像と音響インピーダンス像を表示装置４７に表示させることができ、それらの画像の相関性を検討することができる。
【００８０】
（７）測定条件（温度や測定系の回路特性）が変化し、超音波トランスデューサ２３から出力される超音波の強度が変動したとしても、図５に示すように、リファレンス部材１０の反射波Ｓｒを検出し、その強度に基づいて音響インピーダンスを算出することにより、測定条件の変動に応じた補正が可能となる。これにより、正確な音響インピーダンス像を得ることができる。
【００８１】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００８２】
・上記実施の形態では、超音波プローブ５のプローブ本体２２に二次元走査手段としてのＸ−Ｙステージ２４を設ける構成であったが、試料ステージ２に二次元走査手段を設けてもよい。また、その試料ステージ２を含めた構成の超音波プローブ５として具体化してもよい。なお、その超音波プローブを用いる場合には、二次元走査手段の駆動時に試料ステージ２とともに生体組織８が動くことになるため、生体組織８の光学像の観察は、二次元走査手段の停止時に行う必要がある。従って、上記実施の形態のように、プローブ本体２２に二次元走査手段を備える構成を採用した方が、二次元走査手段の駆動時にも生体組織８の光学像の観察が可能となるので実用上好ましいものとなる。
【００８３】
・上記実施の形態において、走査開始時にリファレンス部材１０での反射波Ｓｒの強度を検出するものであったがこれに限定されるものではない。例えば、生体組織８における１走査ラインの音響インピーダンスの測定を行う度に、リファレンス部材１０での反射波Ｓｒの強度を検出して、その強度に基づいて音響インピーダンスの算出を行うようにしてもよい。この場合、リファレンス部材１０が両側もしくは片側に位置するよう走査範囲Ｒ１を設定する。このようにすれば、測定条件が急激に変わる場合に、測定条件の変動に応じた補正をリアルタイムで行うことができる。なお、リファレンス部材１０は、生体組織８のセット部の周縁に設ける必要はなく、走査範囲Ｒ１のいずれかの位置に設けるものであればよい。
【００８４】
・上記実施の形態では、測定点毎に反射波の強度を検出し音響インピーダンスを求めるようにしたが、反射波の強度の検出を全ての測定点について行い、その後の処理ステップにおいて各測定点での音響インピーダンス（１画面分の複数の音響インピーダンス）を一括で求めるようにしてもよい。
【００８５】
・上記実施の形態の光学／超音波顕微鏡システム１では、光学レンズ固定部として、複数の対物レンズ１１が固定可能な対物レボルバ４を備えるものであったが、これに限定されるものではない。つまり、顕微鏡システムとしては、少なくとも１つの対物レンズ１１を固定可能なレンズ固定部を有するものであればよい。
【００８６】
・上記実施の形態では、プローブ本体２２に光導波構造を設けるものであったが、光ファイバーなどの部材を用いて光導波構造を実現してもよい。光ファイバーを用いる場合、光源２８の設置自由度がさらに大きくなり、邪魔にならない所望の場所に光源２８を配置しやすくなる。
【００８７】
・上記実施の形態の光学／超音波顕微鏡システム１では、超音波プローブ５を用いて音響インピーダンス像を表示させるものであったが、音速像、強度像、減衰像などの他の音響像を表示させるものでもよい。
【００８８】
・上記実施の形態では、試料として生体組織８の観察を行うものであったが、それ以外に、例えば樹脂表面などの観察を行うようにしてもよい。
【００８９】
・上記実施の形態の光学／超音波顕微鏡システム１は、光学像を取得するためにＣＣＤカメラ１６を備えるものであったが、それ以外の撮像装置を備えてもよい。
【００９０】
・上記実施の形態では、パソコン６を用いて顕微鏡システム１を構成したが、それ以外にワークステーションなどのコンピュータを用いてもよい。また、光学像や音響インピーダンス像を表示する表示装置４７は、パソコン６に一体的に設けられるものであったが、パソコン６と別体で設けてもよい。勿論、光学像と音響インピーダンス像とを別々の表示装置に表示させるように構成してもよい。
【００９１】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００９２】
（１）光学顕微鏡に取り付けた状態で使用される超音波プローブであって、試料を固定するための試料ステージと、超音波伝達媒体を貯留可能な貯留部をその先端部に有し、前記貯留部を上向きにした状態で試料ステージの下方に設置されるプローブ本体と、前記貯留部内において前記プローブ本体の略中心部に配置され、試料に対して超音波を照射しその反射波を受信して電気信号に変換する超音波トランスデューサとを備えたことを特徴とする、試料ステージ付きの光学顕微鏡用超音波プローブ。
【００９３】
（２）上記（１）において、前記試料ステージに、前記超音波の照射点を二次元的に走査させるための二次元走査手段を設けたことを特徴とする試料ステージ付きの光学顕微鏡用超音波プローブ。
【００９４】
（３）請求項３において、前記プローブ本体の先端部には、前記光源からの光が光学レンズの焦点位置に収束するよう傾斜したテーパー面が形成されることを特徴とする光学顕微鏡用超音波プローブ。
【００９５】
（４）請求項７において、前記音響像データ生成手段が生成した音響像データに基づいて前記試料の音響像を表示するための表示装置をさらに備えることを特徴とする光学／超音波顕微鏡システム。
【００９６】
（５）請求項７において、前記光学レンズを用いて観察される光学像を撮影するための撮像装置をさらに備えることを特徴とする光学／超音波顕微鏡システム。
【００９７】
（６）上記（５）において、前記処理装置は、前記撮像装置と電気的に接続され、前記撮像装置から取得した光学像データを記憶するメモリをさらに備えることを特徴とする光学／超音波顕微鏡システム。
【００９８】
（７）上記（６）において、前記音響像データ及び光学像データに基づいて、前記試料の音響像及び光学像を表示するための表示装置をさらに備えることを特徴とする光学／超音波顕微鏡システム。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明を具体化した一実施の形態の光学／超音波顕微鏡システムを示す概略構成図。
【図２】超音波プローブを示す概略断面図。
【図３】光学／超音波顕微鏡システムの電気的構成を示すブロック回路図。
【図４】超音波の走査範囲を示す説明図。
【図５】リファレンス部材での反射を説明するための説明図。
【図６】生体組織での反射を説明するための説明図。
【図７】画像表示処理を示すフローチャート。
【図８】音響インピーダンス像のデータ生成処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
【０１００】
１…光学／超音波顕微鏡システム
２…試料ステージ
３…顕微鏡本体
４…光学レンズ固定部としての対物レボルバ
５…超音波プローブ
６…処理装置としてのパソコン
８…試料としての生体組織
１１…光学レンズとしての対物レンズ
２１…貯留部
２２…プローブ本体
２３…超音波トランスデューサ
２４…二次元走査手段としてのＸ−Ｙステージ
２８…光源
４１…音響像データ生成手段としてのＣＰＵ
Ｗ…超音波伝達媒体
Ａ１…光軸
Ａ２…音軸
【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】
2006275849.tif 000011
【図７】
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【図８】
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