(57)【要約】【課題】このような測定方法では、１点のデータを解析するために、１００ＭＨｚ〜２００ＭＨｚステップでデータを取るには、２１回の測定がという問題があった。【解決手段】インパルス発振器１から広帯域の周波数、例えば１００ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの周波数成分を含むインパルスを発超音波振動子２に発信すると、超音波振動子２は複数の周波数を含む超音波をガラス基板３の上に載置されて超音波伝播媒体４で覆われた試料５に照射されるので、照射された超音波の反射波は再度超音波振動子２で受信され、超音波振動子２で受信された反射波は受信機６で受信されて増幅され、Ａ／Ｄ変換器７でアナログ反射信号からデジタル反射信号に変換されて、音速演算機能８ａと厚さ演算機能８ｂ及び音速演算機能８ａと厚さ演算機能８ｂの出力を表示させる表示変換機能８ｃを設けたパーソナルコンピュータ８に入力され、演算結果は表示装置９で表示される。【選択図】        図１
2004294190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数を含むインパルスを発振するインパルス発振器と、該インパルス発振器から出力されたインパルスを入力することによって超音波を出力する超音波振動子と、試料が載置したガラス基板と、前記超音波振動子から前記ガラス基板及び前記試料に照射された超音波の反射波を受信して増幅する受信機と、該受信機からの反射波信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器から出力されたデジタル信号から試料の音速を演算する音速演算機能と試料の厚さを演算する厚さ演算機能と該演算された信号を表示信号に変換する表示変換機能とを設けたパーソナルコンピュータと、該パーソナルコンピュータの出力を表示する表示装置とからなることを特徴とする超音波顕微鏡。
【請求項２】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、切り出した組織の音速を１回の超音波の照射で測定する超音波顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波顕微鏡で組織音速を測定する場合、例えば、１０μｍの組織切片をスライドガラス上にセットし、超音波顕微鏡で１００ＭＨｚから２００ＭＨｚまでを５ＭＨｚステップで周波数を変えながら測定して、取得されたデータから極大値を示す周波数と極小値を示す周波数を求め、論理計算グラフより組織音速を求めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような測定方法では、１点のデータを解析するために、１００ＭＨｚ〜２００ＭＨｚを５ＭＨｚステップでデータを取るには、２１回の測定が必要になり、多大な時間をようするとともに、周波数の不安定性が誤差要因となるなどの問題があった。
【０００４】
【課題を解決しようとする手段】
本発明は、複数の周波数を含むインパルスを発振するインパルス発振器と、該インパルス発振器から出力されたインパルスを入力することによって超音波を出力する超音波振動子と、試料が載置したガラス基板と、前記超音波振動子から前記ガラス基板及び前記試料に照射された超音波の反射波を受信して増幅する受信機と、該受信機からの反射波信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器から出力されたデジタル信号から試料の音速を演算する音速演算機能と試料の厚さを演算する厚さ演算機能と該演算された信号を表示信号に変換する表示変換機能とを設けたパーソナルコンピュータと、該パーソナルコンピュータの出力を表示する表示装置とからなるものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は、インパルス発振器から出力された複数の周波数を含むインパルスを超音波振動子に入力し、超音波振動子から複数の周波数を含む超音波を試料に照射することにより、その反射波をデジタル信号に変換し、そのデータをパーソナルコンピュータの音速演算機能及び厚さ演算機能で演算することにより、１回の超音波の送受信で複数の周波数のそれぞれの周波数における試料の音速及び厚さを演算により求めることができる。
【０００６】
【実施例】
図１は本発明の実施例の超音波顕微鏡のブロック図で、インパルス発振器１から広帯域の周波数、例えば１００ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの周波数成分を含むインパルスを発振出力を超音波振動子２に印加すると、超音波振動子２は複数の周波数を含む超音波をガラス基板３の上に載置されて超音波伝播媒体４で覆われた試料５に照射されるので、照射された超音波の反射波は再度超音波振動子２で受信され、超音波振動子２で受信された反射波は受信機６で受信されて増幅され、Ａ／Ｄ変換器７でアナログ反射信号からデジタル反射信号に変換されて、音速演算機能８ａと厚さ演算機能８ｂ及び音速演算機能８ａと厚さ演算機能８ｂの出力を表示させる表示変換機能８ｃを設けたパーソナルコンピュータ８に入力され、演算結果は表示装置９で表示される。
【０００７】
ここで、本発明の生体試料の音速と敦美を非接触で求めるための基本原理を図２で説明すると、まず、ガラス基板３の上に置いた生体組織である試料５に音波が入力されると、試料５の表面からの反射波Ａ（ＳＳ）とガラス基板３からの反射波Ｂ（Ｓｄ）が超音波振動子２で受波され、又、試料５が無い面からの反射波Ｃ（Ｓｒｅｆ）が受波され、反射波ＢＣ間の時間差Δｔｄ  は試料の音速と伝播媒質の音速が異なることにより伝播時間差となる。又、反射波ＡＣ間の時間差Δｔｓ  は試料５を挿入することにより生じた伝播時間差である。これらの伝播時間差より試料５の厚みｄと音速ｃは次式より求められる。
2004294190.tif 000003
ここで、Ｃ０は超音波伝播媒体４の音速である。
【０００８】
又、周波数が８０ＭＨｚ程度の短パルスの超音波を用いても、試料５の厚みが１０μｍ  程度では、試料５の表面からの反射波Ａとガラス基板３からの反射波は時間軸上で重なりあい、分離は困難である。そこで、受波信号と周波数領域で解析することにより、ΔｔｄとΔｔｓ  を推定する。試料５が無い場合の基板３からのフーリエ変換をＸｒｅｆ（ω）とする。試料５がある場合の受波を、試料５の表面反射とガラス基板の反射面のみの和と仮定すれば、そのフーリエ変換Ｆ（ω）は次式で表される。
2004294190.tif 000004
ここで、ｋｄとｋｓはガラス基板と試料５の表面からの反射係数である。Ｆ（ω）をＸｒｅｆ（ω）で正規化したスペクトルをＲ（ω）とすれば、これは、
2004294190.tif 000005
と表される。受波のスペクトルの計算には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いるので、得られる正規化スペクトルも周波数領域において離散化されている。
【０００９】
この離散化されたスペクトル系列を、
2004294190.tif 000006
と表すと、これらは次式の関係を満たす。
2004294190.tif 000007
ただし、
2004294190.tif 000008
である。ここで、ｅは誤差項であり、仮定した２つの反射成分以外の信号成分を表している。又、ｘはモデルパラメータであり、
2004294190.tif 000009
と表される。重み付けされた誤差の２乗和、すなわちｅＴＧｅ（Ｔ：複素共役転置）を最小にするｘは、次式により求められる。
2004294190.tif 000010
ここで、Ｑは重み行列であり、│Ｘｒｅｆ（ω）│の値を用いて設定する。フーリエ変換により求めたＲｎをもとに、（１２）式よりモデルパラメータｘを求め、（１０）式及び（１１）式を満たすΔｔｄとΔｔｓを求める。これらを（１）式及び（２）式に代入すれば、試料の音速と厚みが得られる。
【００１０】
このように、本実施例では、インパルス発振器１から出力された複数の周波数を含むインパルスを超音波振動子２に入力し、超音波振動子２から複数の周波数を含む超音波を試料５に照射することにより、その反射波をＡ／Ｄ変換器７でデジタル信号に変換し、そのデータをパーソナルコンピュータ８の音速演算機能８ａ及び厚さ演算機能８ｂで上記の演算処理で演算することにより、１回の超音波の送受信で複数の周波数のそれぞれの周波数における試料５の音速及び厚さを演算により求めることができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波顕微鏡は、インパルス発信機から出力された複数の周波数を含むインパルスを超音波振動子に入力し、超音波振動子から複数の周波数を含む超音波を試料に照射することにより、その反射波をデジタル変換し、そのデータをパーソナルコンピュータの音速演算機能及び厚さ演算機能で演算するすることにより、複数の周波数のそれぞれの周波数における試料の音速及び試料の厚さ演算により求めることができるので、１回の超音波の送受信で組織片の各周波数の組織データを求めことができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の超音波顕微鏡のブロック図である。
【図２】図１の装置において音速及び厚さを求める状態を示した図である。
【符号の説明】
１                インパルス発振器
２                超音波振動子
３                ガラス基板
４                伝播媒体（水）
５                試料
６                受信機
７                Ａ／Ｄ変換器
８                パーソナルコンピュータ
９                表示装置
【図１】
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【図２】
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