(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料台に載置された生体試料に電子線を照射し、生体試料から発せられる特性Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、前記電子線の照射によって生体試料に生じた二次電子を検出する二次電子検出手段と、前記生体試料に対して、前記電子線の照射位置を可変制御する可変制御手段と、前記可変制御手段からの信号によって前記電子線の照射位置を検出する位置検出手段とを備える電子顕微鏡と、
前記生体試料に対して、電子線の照射位置を可変制御する可変制御手段と、
前記可変制御手段からの信号によって電子線の照射位置を検出する位置検出部と、
前記電子顕微鏡によって検出された特性Ｘ線を分析し、生体中の元素及びその濃度を特定するＸ線分析部と、
前記Ｘ線分析部によって特定された生体中の各元素及びその各濃度のデータと共に、前記位置検出手段部からの検出位置を示す座標データを記憶するデータ記憶部と、
生体の各部位別標準元素および標準量の範囲を記憶した標準値記憶部と、
異常値を示す元素と病気の対応を記憶した病気対応記憶部と、
前記データ記憶部に記憶された生体中の各元素及びその各濃度と、前記標準値記憶部に記憶された生体の各部位別標準元素および標準量とを比較し、異常値を示す元素を特定し、前記病気対応記憶部に記憶された元素と病気の対応関係から一又は複数の病気を特定する比較演算部と、
前記二次電子検出手段で検出された検出出力に基づいた前記分析試料の表面形態画像と前記Ｘ線分析部によって特定された生体中の各元素の分布状態画像とを重ね合わせた合成画像、及び前記比較演算部によって特定された一又は複数の病気名を表示する表示部と、
を備えていることを特徴とする病気診断装置。
【請求項２】
病気毎の症状の特徴、治療方法、治療薬の種類、投薬法の少なくとも一つが記憶された病気内容記憶部を備え、
前記比較演算部によって特定された病気の症状の特徴、治療方法、治療薬の種類、投薬法の少なくとも一つが病気内容記憶部から読み出され、表示部に表示されることを特徴とする請求項１に記載された病気診断装置。
【請求項３】
前記電子顕微鏡の走査範囲が１５ｍｍ×１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された病気診断装置。
【請求項４】
前記電子顕微鏡の解像度が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された病気診断装置。
【請求項５】
前記電子顕微鏡が、Ｘ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された病気診断装置。
【請求項６】
試料台に載置された生体試料に電子線を照射し、生体試料から発せられる特性Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、前記電子線の照射によって生体試料に生じた二次電子を検出する二次電子検出手段と、前記生体試料に対して、前記電子線の照射位置を可変制御する可変制御手段と、前記可変制御手段からの信号によって前記電子線の照射位置を検出する位置検出手段とを備える電子顕微鏡と、
前記生体試料に対して、電子線の照射位置を可変制御する可変制御手段と、
前記可変制御手段からの信号によって電子線の照射位置を検出する位置検出部と、
前記電子顕微鏡によって検出された特性Ｘ線を分析し、生体中の元素及びその濃度を特定するＸ線分析部と、
前記二次電子検出手段で検出された検出出力に基づいた前記分析試料の表面形態画像と前記Ｘ線分析部によって特定された生体中の各元素の分布状態画像とを重ね合わせた合成画像を表示する表示部と、
前記電子顕微鏡と同一の筐体内に配置された光学顕微鏡と、
前記電子顕微鏡と光学顕微鏡の間、試料台を移動させる搬送手段とを備え、
前記光学顕微鏡によって生体試料における病変部を特定し、更に前記電子顕微鏡によって病変部の元素分析を行ない、異常値を示す元素を特定し、病気名を特定することを特徴とする病気診断装置。
【請求項７】
前記電子顕微鏡と光学顕微鏡は、隔壁によって隔離された各室に夫々配置されていることを特徴とする請求項６に記載された病気診断装置。
【請求項８】
前記電子顕微鏡が配置される室は、低温、かつ減圧状態におかれることを特徴とする請求項６または請求項７に記載された病気診断装置。
【請求項９】
前記特性Ｘ線分析部によって特定された生体中の各元素及びその各濃度のデータと共に、前記位置検出手段部からの検出位置を示す座標データを記憶するデータ記憶部と、
生体の各部位別標準元素および標準量の範囲を記憶した標準値記憶部と、
前記データ記憶部に記憶された生体中の各元素及びその各濃度と、前記標準値記憶部に記憶された生体の各部位別標準元素および標準量とを比較し、異常値を示す元素を特定する比較演算部と、
前記比較演算部の結果を画像化する画像形成部と、
前記光学顕微鏡に設けられたＣＣＤカメラと、
前記画像形成部からの画像信号と前記ＣＣＤカメラからの画像信号とを切換える画像切換え部と、
前記画像切換え部によって、電子顕微鏡からの画像あるいは光学顕微鏡からの画像のいずれかが表示される表示部と、
を備えていることを特徴とする請求項６または請求項８に記載された病気診断装置。
【請求項１０】
前記特性Ｘ線分析部によって特定された生体中の各元素及びその各濃度のデータと共に、前記位置検出手段部からの検出位置を示す座標データを記憶するデータ記憶部と、
生体の各部位別標準元素および標準量の範囲を記憶した標準値記憶部と、
前記データ記憶部に記憶された生体中の各元素及びその各濃度と、前記標準値記憶部に記憶された生体の各部位別標準元素および標準量とを比較し、異常値を示す元素を特定する比較演算部と、
前記光学顕微鏡に設けられたＣＣＤカメラと、
前記比較演算部の結果を画像化すると共に、前記ＣＣＤカメラからの画像と電子顕微鏡からの画像とを合成する画像形成部と、
前記画像形成部からの画像を表示する表示部と、
を備えていることを特徴とする請求項６乃至請求項９に記載された病気診断装置。
【請求項１１】
前記試料台がシリコン製の板状体に導電性薄膜がコーティングされた試料台であることを特徴とする請求項１または請求項６に記載の病気診断装置。
【請求項１２】
前記導電性薄膜がカーボンであることを特徴とする請求項１１に記載された病気診断装置。
【請求項１３】
前記光学顕微鏡は前記試料台の下方に配置された光源を有し、前記ＣＣＤカメラは前記試料台を介して、前記光源の上方に配置されており、前記試料台が、石英製の透明板状体に導電性薄膜がコーティングされた試料台であることを特徴とする請求項６乃至１０いずれかに記載の病気診断装置。
【請求項１４】
前記導電性薄膜が、カーボン、チタン、酸化錫、酸化チタンのいずれか一種以上の素材で形成されていることを特徴とする請求項１３に記載された病気診断装置。
【請求項１５】
前記導電性薄膜が、金または銀であることを特徴とする請求項１３に記載された病気診断装置。
【請求項１６】
前記導電性膜の膜厚が１０Å乃至１００Åであることを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載された病気診断装置。
【請求項１７】
生体から採取した生体試料を薄片状に加工し、
電子顕微鏡を用いて照射位置を可変制御し、この可変制御した信号によって照射位置を検出しながら前記生体試料に電子線を照射し、
前記生体試料から発生られる特性Ｘ線及び二次電子を検出し、
前記検出された特性Ｘ線を分析して生体中の元素及びその濃度を特定し、
前記特定した生体中の各元素及びその各濃度と、あらかじめ記憶された生体の各部位別標準元素および標準量とを比較し、異常値を示す元素を特定し、あらかじめ記憶された元素と病気との対応関係から一又は複数の病気を特定し、
前記検出された二次電子の検出出力に基いた前記生体試料の表面状態画像と前記照射位置の検出に基いた生体中の各元素の分布状態画像とを重ね合わせた合成画像、及び前記特定された一又は複数の病気を表示することを特徴とする生体の含有元素検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、病気診断装置及び生体の含有元素検出方法に関し、特に人を含む動物、植物の生体中の元素を電子顕微鏡を用いて分析する病気診断装置、及び生体の含有元素検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば医学の分野にあっては、病巣部の検体を採取し、そこに蓄積された元素を分析することはあまり行われていなかった。
それは、生体（検体）を医学的に元素分析しようとする場合、各種試薬を用意し、分析する元素一つ一つについて試験を繰り返さなければならず、このように各元素について試験を繰り返すことは、多くの人手と時間がかかるという問題があったためである。
【０００３】
一方、近年の電子顕微鏡技術の著しい進歩により、生体であってもいろいろな方法で細胞レベルまたはそれ以下の観察ができるようになってきた。また電子顕微鏡の中には、構成元素を分析する機能を有する顕微鏡も出現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、病気には、その病理部に特有の物質（元素）を蓄積することが多く、この点を利用すれば、例えば、病変部をサンプリングし、構成元素を分析することにより病気の特定に役立てることができる。
しかしながら、前記した電子顕微鏡を用いて、人を含む動物、植物の生体中の元素を分析しても、直ちにその病気（病名）を特定することができないという技術的課題があった。
【０００５】
また、医師等の者は、まず病変部を光学顕微鏡によって特定し、その後、電子顕微鏡で元素分析を行うことで元素を特定し、病名を特定することが考えられる。このように病変部の特定から構成元素の特定に到る一連の作業を連続的に行うことが、迅速に病名を特定する上で、好ましい。
しかしながら、光学顕微鏡と電子顕微鏡は別個独立した装置であるため、前記した一連の作業を連続的に行うことができないという技術的課題があった。
【０００６】
また、電子顕微鏡で元素分析を行う際用いられる試料台に、不純物が含まれていると、その不純物を元素として検出してしまうため、高純度のものでなければならない。また、試料台の構成元素が明らかなものである必要がある。
このように高純度で、しかも構成元素の明らかな試料台を製作しようとするとかなり高価になるという技術的課題があった。
【０００７】
更に、電子顕微鏡に用いられる試料台は電子のチャージを防止するため、導電性を備えている必要がある。一方、光学顕微鏡に用いられる試料台は導電性の性質を備えている必要はなく、光透過性を備えている必要がある。
このように、電子顕微鏡、光学顕微鏡に用いられる試料台は機能を異にするため、両方の顕微鏡に使用することができず、作業の効率化を図ることができないという技術的課題があった。
【０００８】
本発明は上記技術的課題を解決するためになされたものであり、本発明の第一の目的は、電子顕微鏡を用いて、人を含む動物、植物の生体中の元素を分析することにより、迅速に病気を特定することができる病気診断装置を提供することにある。
【０００９】
また、第二の目的は、光学顕微鏡での病変部の特定から電子顕微鏡での元素の特定に到る一連の作業を連続的に行うことができる病気診断装置を提供することにある。
【００１２】
更にまた、第三の目的は、生体の標準値と比較することによって異常値を示す元素を検出する生体の含有元素検出方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記第一の目的を達成するためになされた本発明にかかる病気診断装置は、試料台に載置された生体試料に電子線を照射し、生体試料から発せられる特性Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、前記電子線の照射によって生体試料に生じた二次電子を検出する二次電子検出手段と、前記生体試料に対して、前記電子線の照射位置を可変制御する可変制御手段と、前記可変制御手段からの信号によって前記電子線の照射位置を検出する位置検出手段とを備える電子顕微鏡と、前記電子顕微鏡によって検出された特性Ｘ線を分析し、生体中の元素及びその濃度を特定するＸ線分析部と、前記Ｘ線分析部によって特定された生体中の各元素及びその各濃度のデータと共に、前記位置検出手段からの検出位置を示す座標データを記憶するデータ記憶部と、生体の各部位別標準元素および標準量の範囲を記憶した標準値記憶部と、異常値を示す元素と病気の対応を記憶した病気対応記憶部と、前記データ記憶部に記憶された生体中の各元素及びその各濃度と、前記標準値記憶部に記憶された生体の各部位別標準元素および標準量とを比較し、異常値を示す元素を特定し、前記病気対応記憶部に記憶された元素と病気の対応関係から一又は複数の病気を特定する比較演算部と、前記二次電子検出手段で検出された検出出力に基づいた前記分析試料の表面形態画像と前記Ｘ線分析部によって特定された生体中の各元素の分布状態画像とを重ね合わせた合成画像、及び前記比較演算部によって特定された一又は複数の病気名を表示する表示部とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
このように本発明にかかる病気診断装置にあっては、電子顕微鏡によって検出された特性Ｘ線を分析して、生体中の元素及びその濃度を特定する。そして、生体の各部位別標準元素および標準量と比較して、異常値を示す元素を特定し、該元素と病気対応記憶部に記憶された元素と病気の対応関係から一又は複数の病気を特定する。
したがって、人を含む動物、植物の生体中の元素を分析することにより、迅速に病気を特定することができる。
【００１５】
ここで、病気毎の症状の特徴、治療方法、治療薬の種類、投薬法の少なくとも一つが記憶された病気内容記憶部を備え、前記比較演算部によって特定された病気の症状の特徴、治療方法、治療薬の種類、投薬法の少なくとも一つが病気内容記憶部から読み出され、表示部に表示されることが好ましい。
このように病気内容記憶部を備えている場合には、迅速な処置を講ずることができる。
【００１６】
また、前記電子顕微鏡の走査範囲が１５ｍｍ×１０ｍｍ以上であることが好ましい。走査範囲が狭い場合には、病巣を見逃してしまう危険があるためである。
【００１７】
更に、前記電子顕微鏡の解像度が１０ｎｍ以下であることが好ましい。このように解像度が１０ｎｍ以下である場合には、一つの細胞内の元素分布を調べることができる。
【００１８】
なお、前記電子顕微鏡としては、Ｘ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いることができる。
【００１９】
また、上記第二の目的を達成するためになされた本発明にかかる病気診断装置は、試料台に載置された生体試料に電子線を照射し、生体試料から発せられる特性Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、前記電子線の照射によって生体試料に生じた二次電子を検出する二次電子検出手段と、前記生体試料に対して、前記電子線の照射位置を可変制御する可変制御手段と、前記可変制御手段からの信号によって前記電子線の照射位置を検出する位置検出手段とを備える電子顕微鏡と、前記電子顕微鏡によって検出された特性Ｘ線を分析し、生体中の元素及びその濃度を特定するＸ線分析部と、前記二次電子検出手段で検出された検出出力に基づいた前記分析試料の表面形態画像と前記Ｘ線分析部によって特定された生体中の各元素の分布状態画像とを重ね合わせた合成画像を表示する表示部と、前記電子顕微鏡と同一の筐体内に配置された光学顕微鏡と、前記電子顕微鏡と光学顕微鏡の間、試料台を移動させる搬送手段とを備え、前記光学顕微鏡によって生体試料における病変部を特定し、更に前記電子顕微鏡によって病変部の元素分析を行ない、異常値を示す元素を特定し、病気名を特定することを特徴としている。
【００２０】
このように、電子顕微鏡と同一の筐体内に光学顕微鏡を配置し、電子顕微鏡と光学顕微鏡の間、試料台を移動させる搬送手段が設けられているため、光学顕微鏡と電子顕微鏡とを用いた一連の作業を迅速に行うことができ、病名を迅速に特定することができる。
【００２１】
また、前記電子顕微鏡と光学顕微鏡は、隔壁によって隔離された各室に夫々配置されていることが好ましい。
電子顕微鏡は、試料からの水分の蒸発、試料の電子線損傷を防止するため、減圧、低温環境下におかれる場合がある。この減圧、低温環境が光学顕微鏡に対して悪影響を与えないためにも、電子顕微鏡と光学顕微鏡は、隔壁によって隔離された各室に夫々配置されていることが望ましい。
なお、前記したように電子顕微鏡が配置される室は、試料からの水分の蒸発、試料の電子線損傷を防止するため、低温、かつ減圧状態におかれることが好ましい。
【００２２】
更に、前記Ｘ線分析部によって特定された生体中の各元素及びその各濃度のデータと共に、前記位置検出手段からの検出位置を示す座標データを記憶するデータ記憶部と、生体の各部位別標準元素および標準量の範囲を記憶した標準値記憶部と、前記データ記憶部に記憶された生体中の各元素及びその各濃度と、前記標準値記憶部に記憶された生体の各部位別標準元素および標準量とを比較し、異常値を示す元素を特定する比較演算部と、前記比較演算部の結果を画像化する画像形成部と、前記光学顕微鏡に設けられたＣＣＤカメラと、前記画像形成部からの画像信号と前記ＣＣＤカメラからの画像信号とを切換える画像切換え部と、前記画像切換え部によって、電子顕微鏡からの画像あるいは光学顕微鏡からの画像のいずれかが表示される表示部とを備えていることが好ましい。
【００２３】
このように、電子顕微鏡からの画像あるいは光学顕微鏡からの画像のいずれかが表示される表示部を備えているため、光学顕微鏡で病変部を特定した上で、電子顕微鏡で元素分析をして、元素の分布状況を確認することができる。
【００２４】
また、前記特性Ｘ線分析部によって特定された生体中の各元素及びその各濃度のデータと共に、前記位置検出手段からの検出位置を示す座標データを記憶するデータ記憶部と、生体の各部位別標準元素および標準量の範囲を記憶した標準値記憶部と、前記データ記憶部に記憶された生体中の各元素及びその各濃度と、前記標準値記憶部に記憶された生体の各部位別標準元素および標準量とを比較し、異常値を示す元素を特定する比較演算部と、前記光学顕微鏡に設けられたＣＣＤカメラと、前記比較演算部の結果を画像化すると共に、前記ＣＣＤカメラからの画像と電子顕微鏡からの画像とを合成する画像形成部と、前記画像形成部からの画像を表示する表示部と、を備えていることが好ましい。
【００２５】
このように、光学顕微鏡からの画像と電子顕微鏡からの画像とを合成する画像形成部を備えて、前記画像形成部からの画像を表示するように構成されているため、両方の画像を並列にあるいは重ね合わせて表示することができ、診断を容易になすことができる。
【００２６】
また、試料台は、シリコン製の板状体に導電性薄膜がコーティングされていることが望ましい。このようなシリコン製の板状体は、半導体材料（半導体ウエハ）に見られるように構成元素が明らかであって高純度のものが、比較的安価に製作できる。なお、前記導電性薄膜としてカーボンを用いることができる。
【００２７】
また、前記光学顕微鏡は前記試料台の下方に配置された光源を有し、前記ＣＣＤカメラは前記試料台を介して、前記光源の上方に配置されており、前記試料台が、石英製の透明板状体に導電性薄膜がコーティングされた試料台であることが望ましい。
このように、石英製の透明板状体に導電性薄膜がコーティングされた試料台は、導電性と光透過性を備えているため、電子顕微鏡、光学顕微鏡の両方の試料台として用いることができ、作業の効率化を図ることができる。また、石英はＳｉとＯしか成分元素として含まないため、生体の元素分析に好ましい。
【００２８】
ここで、前記導電性薄膜が、カーボン、チタン、酸化錫、酸化チタンのいずれか一種以上の素材で形成されていることが好ましい。また、前記導電性薄膜が、金、または銀であることが好ましい。
【００２９】
また、前記導電性膜の膜厚が１０Å乃至１００Åであることが好ましい。前記導電性膜の膜厚が１０Å乃至１００Åである場合には、光透過性を失わないため、光学顕微鏡に用いても、その影響は少ない。
【００３０】
また、上記第三の目的を達成するためになされた本発明にかかる生体の含有元素検出方法は、生体から採取した生体試料を薄片状に加工し、電子顕微鏡を用いて照射位置を可変制御し、この可変制御した信号によって照射位置を検出しながら前記生体試料に電子線を照射し、前記生体試料から発生られる特性Ｘ線及び二次電子を検出し、前記検出された特性Ｘ線を分析して生体中の元素及びその濃度を特定し、前記特定した生体中の各元素及びその各濃度と、あらかじめ記憶された生体の各部位別標準元素および標準量とを比較し、異常値を示す元素を特定し、あらかじめ記憶された元素と病気との対応関係から一又は複数の病気を特定し、前記検出された二次電子の検出出力に基いた前記生体試料の表面状態画像と前記照射位置の検出に基いた生体中の各元素の分布状態画像とを重ね合わせた合成画像、及び前記特定された一又は複数の病気を表示することを特徴としている。
このように、生体の標準値と比較することによって異常値を示す元素を検出するため、容易に元素を特定することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる病気診断装置の第一の実施形態について、図１乃至図４に基づいて説明する。図１は病気診断装置の元素分析を行う電子顕微鏡（ＥＰＭＡ）の概略構成図、図２は病気診断装置の概略ブロック図、図３は試料台の概略構成図、図４は病気診断装置の表示部の表示状態を示した概略図である。
【００３２】
まず、病気診断装置の元素分析を行う電子顕微鏡ＥＰＭＡの概略構成を図１、図２基づいて説明する。
図において、符号１は電子線を発する電子銃であって、該電子線銃１から発せられた電子線は、ビームチョッピングコイル２、集束レンズ３、対物しぼり４、走査コイル５、対物レンズ６、分析試料７に照射されるように構成されている。この顕微鏡にあっては、病巣の見逃を防止するため、電子顕微鏡の走査範囲は、１５ｍｍ×１０ｍｍ以上に設定されている。また、生体試料中の一つの細胞内の元素分布を調べるため、電子顕微鏡の解像度が１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
また、試料から発せられた特性Ｘ線を検出するＸ線検出器８と、電子線の照射により発せられた２次電子、反射電子を検出する２次電子検出器９とを備えている。
更に、分析試料７に対して、電子線の照射位置を可変制御する制御手段１１と、該制御手段からの信号によって電子線の照射位置を検出する位置検出手段１２を備えている。なお、符号１０は分析試料７を流れる電流を検出するための試料電流計である。
【００３４】
前記したように電子線検出部９は電子線の照射によって試料７に生じた二次電子を検出する。Ｘ線検出器８は電子線を照射することによって試料９から生じた特性Ｘ線を検出する役割を有する。
電子線検出部９の検出出力は、図２に示すように画像形成部２０に入力される。画像形成部２０は電子線検出部９の検出出力に基づいて分析試料７の表面の形態を表わす画像信号を主として形成する。
なお、この場合に、プリズム、分光器、ＲＧＢホトマルチアンプリファイア等からなる光検出器（図示せず）を設け、前記画像形成部２０にＲＧＢホトマルチアンプリファイアーの検出出力を入力し、その信号に基づいてその画像の色成分を形成しても良い。
【００３５】
また、Ｘ線検出器８の検出出力はＸ線分析部２１に入力される。このＸ線分析部２１は、検出されたＸ線を公知のＥＤＸ法（エネルギー分散型Ｘ線分光法）により、定性分析、定量分析を行う。このＸ線分析により元素の定性、定量分析が可能である。この分析された元素及びその濃度のデータは画像形成部２０に入力され、表示部２２に表示される。
【００３６】
また、前記Ｘ線分析部２１によって特定された各元素及びその各濃度は、データ記憶部２３に入力され記憶される。このデータ記憶部２３に記憶される際、位置検出部１２からの検出位置を示す座標データと共に、各元素及びその各濃度のデータが記憶されることが好ましい。
このデータ記憶部２３に記憶された各元素及びその各濃度のデータは、比較演算部２４によって読み出され、後述する標準値記憶部２５に記憶されたの各部位別標準元素と比較し、またその濃度が標準量の範囲内であるか、比較される。
【００３７】
前記比較・演算部２４は、前記した標準値記憶部２５と、異常値を示す元素と病気の対応を記憶した病気対応記憶部２６と、病気毎の症状の特徴、治療方法、治療薬の種類、投薬法が記憶された病気内容記憶部２７と接続されている。
【００３８】
したがって、比較・演算部２４によって、まず前記データ記憶部２３に記憶された生体試料中の各元素及びその各濃度と、前記標準値記憶部２５に記憶された生体試料の各部位別標準元素および標準量とを比較し、異常値を示す元素を特定する。
そして次に、比較・演算部２４によって、異常値を示す元素をキーとして、前記病気対応記憶部２６に記憶された元素と病気の対応関係から一又は複数の病気を特定する。
更に、比較・演算部２４によって特定された病気名をキーとして、この病気の症状の特徴、治療方法、治療薬の種類、投薬法を病気内容記憶部２７から読み出し、表示部２２に表示する。
【００３９】
なお、前記比較・演算部２４の出力は画像形成部２８に入力され、表示部２２に表示するための映像信号が作成される。また、電子線検出器９、Ｘ線検出器８に基づく映像と前記比較・演算部２４に基づく映像とを切換えるための画像切換部２９が設けられている。
【００４０】
また、試料７および試料台１３は、図３に示すように、生体試料をカーボン基台１３ａからなる試料台１３に載置した後、乾燥させ、カーボンあるいは金蒸着させ、コーティングすることによって作成する。
なお、試料台１３は、シリコン製の板状体（基台）１３ａに導電性薄膜をコーティングしたものも用いることができる。このようなシリコン製の板状体は、半導体材料（半導体ウエハ）に見られるように構成元素が明らかであって高純度のものが、比較的安価に製作できる。なお、前記導電性薄膜としてカーボンを用い、その膜厚は１０Å乃至１００Åであることが好ましい。
【００４１】
このような構成を備える病気診断装置について、その動作について説明する。電子銃１から電子線が照射され、生体試料７から特性Ｘ線および２次電子が発せられ、これらをＸ線検出器８、２次電子検出器９で検出する。この病気診断装置にあっては、検出された特性Ｘ線をＸ線分析部２１で分析して、生体中の元素及びその濃度を特定する。
【００４２】
この２次電子検出器９の出力に基づいて、画像形成部２０によって形成された、表示部２２に表示される模式的画像を図４（ａ）に示す。
また、このＸ線分析部２３の出力に基づいて、画像形成部２０によって形成された、表示部２２に表示される模式的画像を図４（ｂ）に示す。
この図４（ｂ）に示す画像は、図４（ａ）の試料の表面形状に、元素の分布状況の画像を重ね合わせた合成画像であって、太い線によって表された部分に特定の元素が蓄積していることが示されている。
【００４３】
なお、図４（ａ）の画像と図４（ｂ）の画像は、画像切換部２９で切換えることによって変えることができる。また、図４（ｂ）では、図４（ａ）の試料７の表面形状に、元素の分布状況の画像を重ね合わせた合成画像を示したが、画面を２分割し、両者を並べて表示しても良い。更に、図４（ｂ）では元素の分布状況を各元素ごとに表示するようにしても良い。
【００４４】
一方、比較・演算部２４において、標準値記憶部２５から読み出した生体の各部位別標準元素および標準量と比較して、異常値を示す元素を特定する。
この異常値を示す元素の分布状態を画像形成部２８によって形成し、表示部２２によって表示する。また、画像形成部２８から画像形成部２０に入力し、前記した図４（ｂ）のような合成画像として表示しても良い。
【００４５】
次に、異常値を示す元素をキーとして、病気対応記憶部２６に記憶された元素と病気の対応関係から一又は複数の病気を特定する。
この比較・演算処理部２４からの出力に基づいて、画像形成部２８によって画像を形成した模式的画像を図４（ｃ）に示す。この画像は、画像切換部２９によって、図４（ａ）、図４（ｂ）から切換えられる。
そしてまた、前記比較・演算部２４によって特定された一又は複数の病気名をキーとして、対応する病気の症状の特徴、治療方法、治療薬の種類、投薬法が病気内容記憶部２７から読み出され、表示部２２に表示される。
【００４６】
なお、一又は複数の病気名（病名候補リスト）を表示し、該病名を指定（クリック）することにより、その病気の症状の特徴、治療方法、治療薬の種類、投薬法が病気内容記憶部２７から読み出され、画像表示部２２に表示されるのが好ましい。即ち、図４（ｃ）の例えば病名Ａを指定（クリック）することにより、病名Ａの症状の特徴、治療方法、治療薬の種類、投薬法が病気内容記憶部２７から読み出され、図４（ｄ）に模式的に示すように表示部２２に表示されるのが好ましい。
【００４７】
このように、本発明にかかる病気診断装置によれば、試料から発生する特性Ｘ線の分析を行い、位置と元素と元素量の関係を分析し、特定部位に存在すべき元素の標準データと比較して、存在すべきでない元素や量的に正常範囲を超えた元素を特定し、病気を特定するものである。
したがって、本発明にかかる病気診断装置を利用すれば、人を含む動物、植物の生体中の元素を分析することにより、迅速に病気を特定することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態においては、前記電子顕微鏡としてＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いた場合について説明したが、これ以外に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いることができる。
【００４９】
次に、本発明にかかる病気診断装置の第二の実施形態について図５乃至図７に基づいて説明する。なお、図１乃至図４に示された部材と同一、あるいは相当する部材は同一符号を付することによって、その説明を省略する。
【００５０】
この実施形態にあっては、電子顕微鏡Ａと同一の筐体３０内に配置された光学顕微鏡Ｂと、前記電子顕微鏡Ａと光学顕微鏡Ｂの間、試料台６０を移動させる搬送手段３１を備えている。
このように、光学顕微鏡Ｂを電子顕微鏡Ａと併設することにより、医師等の者は、まず病変部を光学顕微鏡によって特定し、その後、電子顕微鏡で元素分析を行うことで元素を特定し、病名を特定することができる。
【００５１】
なお、前記搬送手段３１は、図５に示すように試料台６０を把持するアームを有するロボットであっても良いし、あるいは試料台６０がレール上を移動するように構成したものであっても良い。
【００５２】
また、前記電子顕微鏡Ａと光学顕微鏡Ｂは、隔壁３０ａによって隔離された各室に夫々配置され、その中間に搬送手段３１が設置されている。また、電子顕微鏡Ａが設置された室と搬送手段３１が設置された室との間、及び光学顕微鏡Ｂが設置された室と搬送手段３１が設置された室との間には、開閉可能なシャッタ３０ｂ、３０ｃが設けられている。
【００５３】
電子顕微鏡Ａは、試料からの水分の蒸発、試料の電子線損傷を防止するため、減圧、低温環境下におかれる。この減圧、低温環境が光学顕微鏡Ｂに対して悪影響を与えないため、電子顕微鏡Ａと光学顕微鏡Ｂは、隔壁３０ａによって隔離された各室に夫々配置され、しかも試料の搬入・搬出を考慮して開閉可能なシャッタ３０ｂ、３０ｃが設けられている。
【００５４】
このように、電子顕微鏡Ａが配置される室を、低温、減圧状態におくことにより、水分を含んだ生の状態の生体試料を分析することができ、より自然な状態で分析することができる。
【００５５】
そのため、電子顕微鏡Ａが配置される室に、冷却手段３２によって冷却された空気を供給するため導入口３３と、室内部の空気を導出する導出口３４が設けられている。なお、３５はポンプ、３６は空気を清浄するフィルタ、３７ａ、３７ｂは導入、導出を制御するための弁である。
【００５６】
一方、光学顕微鏡Ｂが配置される室に、空気供給手段３８からの空気を供給するため導入口３９と、室内部の空気を導出する導出口４０が設けられている。
なお、４１はポンプ、４２は空気を清浄するフィルタ、４３ａ、４３ｂは導入、導出を制御するための弁である。
【００５７】
また、光学顕微鏡Ｂは、特に限定されるものではないが、この例にあっては位相差顕微鏡を用いた場合を説明する。
図５に示すように、符号５０は光源、５１はリング絞り、５２はコンデンサレンズであって、試料台６０の下方に配置されている。また、前記試料台６０の上方には対物レンズ５３、位相板５４が配置されている。更に画像として表示するために、ＣＣＤカメラ５５が位相板５４の上方に配置されている。
【００５８】
また、図６に示すように、このＣＣＤカメラ５５からの出力は画像切換部２９に入力され、光学顕微鏡によって得られる画像を表示部２２に表示することができる。このＣＣＤカメラからの画像は、画像切換部２９によって、電子線に基づく画像、Ｘ線に基づく画像、病名等の画像に切換えることができる。
なお、前記ＣＣＤカメラからの画像信号を画像形成部２０に入力し、電子線に基づく画像、Ｘ線に基づく画像とを重ね合わせた合成画像としても良く、あるいは画面を２分割等し、並べて表示しても良い。
【００５９】
このように、電子顕微鏡からの画像あるいは光学顕微鏡からの画像を表示することができるため、光学顕微鏡で病変部を特定した上で、電子顕微鏡で元素分析をして、元素の分布状況を確認することができる。
【００６０】
また、図７に基づいて、この第二の実施形態の病気診断装置で用いられる試料台６０について説明する。
この試料台６０は、石英製の透明板状体（基台）６０ａに導電性薄膜がコーティングされているものである。
このように、石英製の透明板状体６０ａに導電性薄膜がコーティングされた試料台６０は、導電性と光透過性を備えているため、電子顕微鏡、光学顕微鏡の両方の試料台として用いることができ、作業の効率化を図ることができる。
【００６１】
この導電性薄膜は、カーボン、チタン、酸化錫、酸化チタンのいずれか一種以上の素材、あるいは金、銀のいずれかによって形成されている。また、前記導電性膜の膜厚は、１０Å乃至１００Åに形成されている。前記導電性膜の膜厚が１０Å乃至１００Åである場合には、光透過性を失わないため、光学顕微鏡に用いても、その影響は少ない。
【００６２】
次に、第二の実施形態の動作について説明する。
この第二の実施形態の実施にあたって、試料の作成は、従来から知られている、フリーズドライ法、樹脂固定法、凍結法、これら以外の方法を用いても良い。しかし、細胞、組織を自然な状態で観察・分析するのが最良であり、凍結技法（凍結超薄切片法、凍結置換法、凍結レプリカ法）がもっとも適切している。
【００６３】
このようにして、作成した試料が載置された試料台６０を、まず光学顕微鏡Ｂで観察し、その画像を表示部２２に表示する。その後、シャッタ３０ｃを開いて、搬送手段３１によって光学顕微鏡Ｂが配置された室から搬出し、前記シャッタ３０ｃを閉める。続いて、シャッタ３０ｂを開き、前記試料台６０を電子顕微鏡Ａが配置させた室に搬入し、前記シャッタ３０ｂを閉める。
その後、電子顕微鏡Ａの室内部を、冷却手段３２によって冷却された空気を導入しながら、ポンプ３４によって排気し、低温、減圧状態になす。
【００６４】
この状態を維持しつつ、第一の実施形態で説明した動作が行われ、元素分布、元素量の分析がなされると共に、病名が特定され、それらが表示部２２に表示される。
このように、電子顕微鏡Ａと同一の筐体内に光学顕微鏡Ｂを配置し、電子顕微鏡Ａと光学顕微鏡Ｂの間、試料台６０を移動させる搬送手段３１が設けられているため、光学顕微鏡Ｂと電子顕微鏡Ａとを用いた一連の作業を迅速に行うことができ、病名を迅速に特定することができる。
【００６５】
なお、上記実施形態にあっては、光学顕微鏡Ｂが配置された室を電子顕微鏡Ａが配置された室と同様に、空気供給手段３８及びポンプ４１によって減圧状態になすのが好ましい。
また、上記実施形態にあっては、電子顕微鏡Ａが配置された室を冷却された空気を介して冷却する場合について説明したが、装置の壁面を冷却することによって、電子顕微鏡Ａが配置された室を冷却しても良い。また、試料台、電子顕微鏡のレンズ等を冷却するようにしても良い。
【００６６】
更に、上記実施形態にあっては、低温、減圧になす場合について説明したが、いずれか一方の環境下で分析する場合には、低真空ＳＥＭ、超電導クライオ電子顕微鏡等を用いることができる。また光学顕微鏡も位相差顕微鏡に限られず、他の光学顕微鏡を用いることができる。
また、本発明で用いる試料台には、通常医学用に用いるスライドガラスと同様にアルブミンのような蛋白質の薄い層でコーティングしても良い。
【００６７】
以上説明した本発明にかかる病気診断装置を利用すれば、例えば、一例として次のような病気診断や分析、検証に活用できる。
１．hemochromatosis（ヘモクロマトーシス）：骨、関節、滑膜などに鉄が沈着する疾患。
２．fluorosis（フルオローシス）：フッ素中毒症、フッ素の過剰蓄積による骨形成亢進状態（骨棘形成、筋・靭帯の骨化）などがおこる病態。
３．慢性腎不全、副甲状腺機能亢進症におけるアルミニウム沈着による骨病変。
４．骨軟化症、くる病における類骨では、カルシウム、リンの著明な低下を認める。
５．重金属、ヒ素、鉛などの有害物質の蓄積量が分析できる。
６．亜鉛、カルシウム、鉄などの不足が分析できる。
７．骨補填材の有効度（ＺｎやＮなど、人工骨に存在しない元素を検出することにより、新骨の形成状態が確認できる。）や再生のメカニズムを確認できる。
【００６８】
また、高精度な顕微鏡を利用すれば、細胞内、細胞間の元素の状況がつかめ、細胞の活性化、異常増殖などの原因を元素面から明らかにすることができる。
更に、薬剤の効果を間接的に確認できる。例えば、直接細胞に作用するような薬剤の中に含まれる特長的な元素が細胞近辺に集まってくるか、などが確認できるようになる。
なお、実施にあたっては、分析対象の元素を含まない試料台を用いることが必要である。
【００６９】
【実施例】
（実施例１）
ラットの大腿骨の一部をハイドロキシアパタイト製多孔質骨補填材で置き換えた。４週間後に取り出した骨辺を凍結乾燥した試料に金コーティングを行い、ＥＰＭＡで観察した。その結果、ハイドロキシアパタイト気孔内表面にＺｎやＮを含む層が一様に形成され、骨補綴材内に新生骨ができていることが確認できた。
【００７０】
（実施例２）
肉片を凍結し、厚さ４μｍにスライスした。その試料を総不純物量１０ｐｐｍ以下の高純度合成石英ガラスに高純度チタンを７０μｍほどコーティングして作成した試料台にのせ、液体窒素で凍結を保ちながら光学顕微鏡で観察した。透光性は十分であった。次にこの試料を液体ヘリウムで凍結しても特に変化はなく、このまま超電導クライオ電子顕微鏡でも十分に観察できる状態であった。
【００７１】
以上、説明した病気診断装置及び生体試料用試料台、並びに生体の含有元素検出方法は、人間だけでなく、動物や植物、微生物にも利用でき、また魚介類、食肉の安全度を元素面から分析できる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明にかかる病気診断装置よれば、電子顕微鏡を用いて、人を含む動物、植物の生体中の元素を分析することにより、迅速に病気を特定することができる。また、本発明にかかる病気診断装置よれば、光学顕微鏡での病変部の特定から電子顕微鏡での元素の特定に到る一連の作業を連続的に行うことができる。
【００７３】
また、本発明にかかる生体試料用試料台よれば、電子顕微鏡で使用した際、不純物のデータを検出することがなく、構成元素が明らかであって、比較的安価に製作できる。
また、本発明にかかる生体試料用試料台よれば、電子顕微鏡、光学顕微鏡の両方の試料台としての機能を備え、作業の効率化を図ることができる。
【００７４】
また、本発明にかかる生体の含有元素検出方法よれば、生体の標準値と比較することによって、容易に異常値を示す元素を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第一の実施形態にかかる病気診断装置の元素分析を行う電子顕微鏡ＥＰＭＡの概略構成図である。
【図２】図２は病気診断装置の概略ブロック図である。
【図３】図３は試料台の概略構成図である。
【図４】図４は病気診断装置の表示部の表示状態を示した概略図である。
【図５】図５は電子顕微鏡と光学顕微鏡とを備えた第二の実施形態にかかる病気診断装置の概略構成図である。
【図６】図６は図５に示した病気診断装置の概略ブロック図である。
【図７】図７は試料台の概略構成図である。
【符号の説明】
７      分析試料（生体試料）
８      Ｘ線検出器
９      ２次電子検出器
１２    位置検出器
１３    試料台
２０    画像形成部
２１    Ｘ線分析部
２３    データ記憶部
２４    比較・演算部
２５    標準値記憶部
２６    病気対応記憶部
２７    病気対応記憶部
２８    画像形成部
２９    画像切換部
３０    筐体
３０ａ  隔壁
３０ｂ  シャッタ
３０ｃ  シャッタ
３２    冷却手段
５５    ＣＣＤカメラ
６０    試料台
Ａ      電子顕微鏡
Ｂ      光学顕微鏡
【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】
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【図７】
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