JP2004294190A - Ultrasonic microscope - Google Patents
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Abstract
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。
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。
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、
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、
と表すと、これらは次式の関係を満たす。
ただし、
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、
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。
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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic microscope that measures the sound speed of a cut tissue by one ultrasonic irradiation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when measuring the sound velocity of a tissue with an ultrasonic microscope, for example, a tissue section of 10 μm is set on a slide glass, and measurement is performed while changing the frequency from 100 MHz to 200 MHz in 5 MHz steps with an ultrasonic microscope, and acquired. The frequency indicating the maximum value and the frequency indicating the minimum value are obtained from the data, and the tissue sound velocity is obtained from the logical calculation graph.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a measurement method, 21 measurements are required to obtain data at 100 MHz to 200 MHz in 5 MHz steps in order to analyze one point of data, which requires a great deal of time, There was a problem that the instability of the device became an error factor.
[0004]
[Means to solve the problem]
The present invention is an impulse oscillator that oscillates an impulse including a plurality of frequencies, an ultrasonic oscillator that outputs an ultrasonic wave by inputting an impulse output from the impulse oscillator, a glass substrate on which a sample is mounted, A receiver that receives and amplifies reflected waves of ultrasonic waves applied to the glass substrate and the sample from the ultrasonic transducer, and an A / D converter that converts a reflected wave signal from the receiver into a digital signal A sound speed calculation function for calculating the sound speed of the sample from a digital signal output from the A / D converter, a thickness calculation function for calculating the thickness of the sample, and a display conversion for converting the calculated signal into a display signal And a display device for displaying the output of the personal computer.
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the present invention, an impulse including a plurality of frequencies output from an impulse oscillator is input to an ultrasonic vibrator, and an ultrasonic wave including a plurality of frequencies is irradiated from the ultrasonic vibrator onto a sample, so that a reflected wave is digitally converted. By converting the data into signals and calculating the data with the sound speed calculation function and the thickness calculation function of the personal computer, the sound speed and thickness of the sample at each of a plurality of frequencies can be calculated by one transmission / reception of ultrasonic waves. You can ask.
[0006]
【Example】
FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic microscope according to an embodiment of the present invention. When an impulse including a frequency component of a wide band, for example, 100 MHz to 200 MHz is applied from an
[0007]
Here, the basic principle for determining the sound velocity and Atsumi of a biological sample in a non-contact manner according to the present invention will be described with reference to FIG. 2. First, a sound wave is input to a
Here, C0 is the sound speed of the ultrasonic wave propagation medium 4.
[0008]
Even when a short pulse ultrasonic wave having a frequency of about 80 MHz is used, when the thickness of the
Here, kd and ks are reflection coefficients from the surface of the glass substrate and the
It is expressed as Since the fast Fourier transform (FFT) is used to calculate the spectrum of the received wave, the resulting normalized spectrum is also discretized in the frequency domain.
[0009]
This discretized spectral series is
, These satisfy the following relationship:
However,
It is. Here, e is an error term and represents a signal component other than the two assumed reflection components. X is a model parameter,
It is expressed as The sum of squares of the weighted errors, that is, x that minimizes eTGe (T: complex conjugate transpose) is obtained by the following equation.
Here, Q is a weight matrix, which is set using the value of | Xref (ω) |. Based on Rn obtained by Fourier transform, a model parameter x is obtained from Expression (12), and Δtd and Δts satisfying Expressions (10) and (11) are obtained. By substituting these into equations (1) and (2), the sound velocity and thickness of the sample can be obtained.
[0010]
As described above, in the present embodiment, the impulse including a plurality of frequencies output from the
[0011]
【The invention's effect】
As described above, the ultrasonic microscope of the present invention is configured such that an impulse including a plurality of frequencies output from an impulse transmitter is input to an ultrasonic oscillator, and an ultrasonic wave including a plurality of frequencies is sampled from the ultrasonic oscillator. The reflected wave is converted into a digital signal, and the data is calculated by the sound speed calculation function and the thickness calculation function of the personal computer, whereby the sound velocity of the sample and the thickness of the sample at each of a plurality of frequencies are calculated. Since it can be obtained by calculation, there is an advantage that tissue data of each frequency of a tissue piece can be obtained by one transmission / reception of ultrasonic waves.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic microscope according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state in which a sound speed and a thickness are obtained in the apparatus of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
5
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003085153A JP2004294190A (en) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | Ultrasonic microscope |
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JP2003085153A JP2004294190A (en) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | Ultrasonic microscope |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2004294190A true JP2004294190A (en) | 2004-10-21 |
JP2004294190A5 JP2004294190A5 (en) | 2006-04-13 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003085153A Pending JP2004294190A (en) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | Ultrasonic microscope |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007171052A (en) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Honda Electronic Co Ltd | Sonic velocity measuring method and device, and ultrasonic image inspecting device |
US7290451B2 (en) * | 2003-01-17 | 2007-11-06 | Kinden Corporation | Status discriminating apparatus of human, animal, machine or the like using ultrasonic vibration detecting sensor, and status discriminating method of human, animal, machine or the like using the same |
-
2003
- 2003-03-26 JP JP2003085153A patent/JP2004294190A/en active Pending
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US7290451B2 (en) * | 2003-01-17 | 2007-11-06 | Kinden Corporation | Status discriminating apparatus of human, animal, machine or the like using ultrasonic vibration detecting sensor, and status discriminating method of human, animal, machine or the like using the same |
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