JP2004294189A - 超音波顕微鏡 - Google Patents

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JP2004294189A JP2003085152A JP2003085152A JP2004294189A JP 2004294189 A JP2004294189 A JP 2004294189A JP 2003085152 A JP2003085152 A JP 2003085152A JP 2003085152 A JP2003085152 A JP 2003085152A JP 2004294189 A JP2004294189 A JP 2004294189A
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Kazuto Kobayashi
和人 小林
Tadahiro Hozumi
直裕 穂積
Masayuki Nagao
雅行 長尾
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Honda Electronics Co Ltd
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Abstract

【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】インパルス発信機1から広帯域の複数の周波数、例えば100MHz〜200MHzの周波数帯域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、フーリエ変換機能8aと音速解析機能8b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

Description

【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るという問題があった。
【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信するインパルス発信機と、該インパルス発信機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、試料を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をフーリエ変換するフーリエ変換機能とフーリエ変換された信号を前記試料の音速を解析する音速解析機能とを設けたパーソナルコンピュータとからなり、前記インパルス発信機からの1回の出力によって取り込まれた超音波の反射波信号を前記パーソナルコンピュータのフーリエ変換機能でフーリエ変換して得られたデータから前記試料の音速を求めるものである。
【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フーリエ変換機能でフーリエ変換することにより、複数の周波数のそれぞれの周波数における試料の伝達関数を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音速を求めことができる。
【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、インパルス発信機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、フーリエ変換機能8aと音速解析機能8b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、本発明の演算原理を説明すると、図2で示すように、まず、位相差の周波数特性を求めるということは、ガラス基板3のみからの反射信号を入力とし、試料5を載置したガラス基板3からの反射を出力とするシステムの伝達関数を求めることと等価であり、このガラス基板3のみからの反射信号をSref(t)、試料5を置いたガラス基板3からの反射信号をSd(t)とし、それぞれのフーリエ変換をFref(ω)及びFd(ω)とすると、システムの伝達関数G(ω)はG(ω)=Fref(ω)/Fd(ω)で表せるので、複数の周波数(100MHz〜200MHz)を含むインパルスを発生し、ガラス基板3のみからの反射信号をSref(t)及び試料5を置いたガラス基板3からの反射信号をSd(t)を測定し、各周波数領域で割り算を行うことにより、伝達関数G(ω) が求まる。
【0008】
そこで、反射波のベクトルを複素平面で表現すると、図3に示すようになり、試料5が無い場合の反射波Sref を基準とすると、試料5をおくことにより、伝播時間が変化するため、この変化分だけ試料5の下のガラス基板3からの反射波Sdの位相が回転し、さらに、試料5の表面からの反射波SSを生じるので、受波信号はこの2つの信号SdとSSの和となり、又、周波数を変化することにより、2つの信号SdとSSのベクトルはそれぞれ回転する。
【0009】
そこで、ガラス基板3からの直接反射と比較するとにより、強度及び位相スペクトルを得る。信号強度の極小点又は極大点の周波数をfs 、その時の位相をφm とすると、組織表面と背面からの反射は極小点では逆位相、極大点では同位相となっている。すなわち、極小点においては、組織表面からの反射は背面からの反射より(2n−1)π進んでおり、φm+(2n−1)πとなっている(nは自然数)。組織の厚さd、水の音速C0として、
Figure 2004294189
極大点においてはこの位相差が2nπとなっていることから、
Figure 2004294189
が成立している。一方、2dの距離を組織音速Cで通過した波とC0で通過した波の位相差がφs であるから、
Figure 2004294189
となる。これに(1)式と(3)式を連立させて解くと、
Figure 2004294189
となる。この式によって試料5の組織厚さdが求まる。又、(2)式と(3)式を連立させて解くと、
Figure 2004294189
となる。この式によって試料5の組織音速が求まる。
【0010】
このように構成した本実施例では、超音波振動子2でガラス基板3及び試料5からそれぞれ反射された反射信号を受信機6で増幅し、A/D変換器7でデジタル信号に変換してパーソナルコンピュータ8に入力することにより、パーソナルコンピュータ8では、フーリエ変換機能8aにより入力された反射信号をフーリエ変換してそれぞれの周波数での伝達関数G(ω)を求め、音速解析機能8bで信号強度の極小点又は極大点の周波数と位相より試料5の組織の厚さと音速を一回の送受信で算出することができる。
【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フーリエ変換機能でフーリエ変換することにより、複数の周波数のそれぞれの周波数における試料の伝達関数を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音速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。
【図3】図1の装置において、反射波のベクトルを表示した図である。
【符号の説明】
1 インパルス発信機
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

Claims (1)

  1. 複数の周波数を含むインパルスを発信するインパルス発信機と、該インパルス発信機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、試料を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をフーリエ変換するフーリエ変換機能とフーリエ変換された信号を前記試料の音速を解析する音速解析機能とを設けたパーソナルコンピュータとからなり、前記インパルス発信機からの1回の出力によって取り込まれた超音波の反射波信号を前記パーソナルコンピュータのフーリエ変換機能でフーリエ変換して得られたデータから前記試料の音速を求めることを特徴とする超音波顕微鏡。
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