JP2008046096A - Ultrasonic microscopic system and adjusting method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波を利用して試料を可視化する超音波顕微鏡システムの調整方法、及び超音波顕微鏡システムに関するものである。 The present invention relates to an adjustment method of an ultrasonic microscope system that visualizes a sample using ultrasonic waves, and an ultrasonic microscope system.
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、染色を行わなくても生体組織を診断することができるといった利点がある。 Conventionally, in the medical field, as a device for diagnosing a living tissue, development of a product applying an ultrasonic microscope has been promoted, and a device capable of observing a living tissue with the same resolution as an optical microscope has been put into practical use. Yes. In the optical microscope, the difference in chemical properties in the living tissue is distinguished by staining, whereas in the ultrasonic microscope, the difference in physical properties can be distinguished without staining. That is, when using an ultrasonic microscope, there is an advantage that a living tissue can be diagnosed without staining.
従来の超音波顕微鏡では、単一周波数のバースト波を利用し、反射した超音波信号の強度や位相を解析することで、生体組織の性状を観察する。しかし、このような超音波顕微鏡には、超音波信号の測定に長時間を要するという問題があった。また、十分な精度と安定度を持った発振器や測定系などのアナログシステムが必要となるため、装置が大型化、複雑化するといった問題もあった。 A conventional ultrasonic microscope observes the properties of living tissue by analyzing the intensity and phase of a reflected ultrasonic signal using a single frequency burst wave. However, such an ultrasonic microscope has a problem that it takes a long time to measure an ultrasonic signal. In addition, since an analog system such as an oscillator and a measurement system having sufficient accuracy and stability is required, there is a problem that the apparatus becomes large and complicated.
これら問題を解消して術中診断を可能とするための手段として、本発明者らはパルス励起型の超音波顕微鏡をすでに提案している(例えば、非特許文献1、特許文献1参照)。このパルス励起型超音波顕微鏡を用いた観察では、生体組織から切り出し、その組織を用いて厚さ数μmの凍結切片41を作製し、これをまずガラス基板42上に固定する(図14参照)。そして、パルス波でトランスデューサ43を励起して超音波Soを出力させ、その超音波Soを水などの超音波伝達媒体W1を介して凍結切片41に照射する。そして、組織表面の反射波Sfrontと組織裏面の反射波Srearとの合成波を、トランスデューサ43で受信する。さらに、この受信波をフーリエ変換して基板42からの直接反射と比較することにより、強度及び位相スペクトルを得る。
As means for solving these problems and enabling intraoperative diagnosis, the present inventors have already proposed a pulse excitation type ultrasonic microscope (see, for example, Non-Patent
ところで、バースト波を用いた従来方式では、同じ測定点で周波数を切り替え何回も測定し、組織表面の反射と背面の反射との干渉を観測する必要があった。これに対して、パルス励起型超音波顕微鏡によれば、1回の測定で算出することができるという利点がある。この測定で得られた信号強度の極小点または極大点の周波数をfm、そのときの位相を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位相が(2n−1)π進んでおり、φm+(2n−1)πとなる(nは自然数)。従って、組織の厚さd、水中の音速C0とすると、
従って、次式のように組織厚さdが求まる。
また、距離2dを組織音速Cで通過した波と水中の音速C0で通過した波との位相差がφmであることから、
このように、組織音速Cを測定しながら、超音波の照射点を二次元走査することにより、二次元の音速像が得られる。音速Cは、組織の硬さに関連するパラメータであり、音速像によって凍結切片41の性状を観察することができる。
ところで、上記の超音波顕微鏡では、凍結切片41がガラス基板42に載せられており、さらにそのガラス基板42が二次元走査手段であるX−Yステージ45上に載せられている。そのため、トランスデューサ43とガラス基板42及び凍結切片41との関係は、それぞれ正対の関係にあるとは限らず、わずかな傾きが生じる場合がある。この傾きがゼロでないと、凍結切片41の厚さdや組織音速Cを正確に算出することができず、測定誤差が生じてしまう。この測定誤差を解消するため、従来の超音波顕微鏡では、ガラス基板42の傾きを機械的に調整するためのゴニオステージが設けられている。そして、レーザ測定器などの測定器を用いてガラス基板42の傾きを確認しながら、ゴニオステージを操作してその傾きがゼロとなるよう調整している。この場合、ガラス基板42の傾きを測定するために専用の測定器が必要となるため、その設置コストが増してしまうといった問題がある。
By the way, in the above-described ultrasonic microscope, the frozen
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、試料載置板の傾きを測定するための専用の測定器を用いることなく、試料載置板の傾きを調整して、試料の超音波像をより正確に表示することができる超音波顕微鏡システムの調整方法、及び超音波顕微鏡システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to adjust the tilt of the sample mounting plate without using a dedicated measuring instrument for measuring the tilt of the sample mounting plate. An object of the present invention is to provide an adjustment method of an ultrasonic microscope system that can display an ultrasonic image of a sample more accurately, and an ultrasonic microscope system.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、試料を載置する試料載置板と、Z軸方向に沿って前記試料に超音波を照射する焦点型超音波振動子と、前記超音波の照射点をZ軸方向に直交するX軸方向及びY軸方向に二次元的に走査させる二次元走査手段とを備え、前記試料に超音波を照射して得た反射波に基づいて生成した前記試料の超音波像を表示する超音波顕微鏡システムにおける前記試料載置板のZ軸方向に対する角度を調整する方法であって、前記二次元走査手段の走査範囲内における異なる複数の照射点にて前記焦点型超音波振動子から前記試料載置板の表面に超音波を照射し、前記焦点型超音波振動子で受信した各反射波から複数の波形情報を取得する波形情報取得ステップと、該各反射波の受信タイミングを合致させるべく、取得した複数の波形情報に基づいて前記試料載置板の角度を調整する角度調整ステップとを含むことを特徴とする超音波顕微鏡システムの調整方法をその要旨とする。
In order to solve the above problems, in the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、二次元走査手段の走査範囲内における異なる複数の照射点において焦点型超音波振動子から試料載置板の表面に超音波が照射され、焦点型超音波振動子で受信された各反射波から複数の波形情報が取得される。そして、各波形情報に基づいて、試料載置板の角度を調整することにより、各反射波の受信タイミングを合致させることができる。このように、各反射波の受信タイミングを合致させた場合、各照射点において焦点型超音波振動子と試料載置板との間隔が一定間隔となる。従って、従来技術のようにレーザ測定器などの専用測定器の測定器を用いなくても、試料載置板の傾きがゼロとなるよう調整することができる。そして、得られた反射波に基づいて鮮明な超音波像を生成することができ、試料を正確に観察することができる。 According to the first aspect of the present invention, the ultrasonic wave is irradiated from the focal ultrasonic transducer to the surface of the sample mounting plate at a plurality of different irradiation points within the scanning range of the two-dimensional scanning unit, and the focal ultrasonic wave A plurality of waveform information is acquired from each reflected wave received by the vibrator. And the reception timing of each reflected wave can be made to correspond by adjusting the angle of a sample mounting board based on each waveform information. As described above, when the reception timings of the reflected waves are matched, the distance between the focal ultrasonic transducer and the sample mounting plate is constant at each irradiation point. Therefore, the inclination of the sample mounting plate can be adjusted to zero without using a measuring instrument such as a laser measuring instrument as in the prior art. And a clear ultrasonic image can be produced | generated based on the obtained reflected wave, and a sample can be observed correctly.
請求項2に記載の発明は、試料を載置する試料載置板と、Z軸方向に沿って前記試料に超音波を照射する焦点型超音波振動子と、前記超音波の照射点をZ軸方向に直交するX軸方向及びY軸方向に二次元的に走査させる二次元走査手段と、前記試料に超音波を照射して得た反射波に基づいて生成した前記試料の超音波像を表示する表示装置とを備えた超音波顕微鏡システムにおける前記試料載置板のZ軸方向に対する角度を調整する方法であって、前記二次元走査手段が走査するX軸方向の走査ライン上における異なる2つの照射点にて前記焦点型超音波振動子から前記試料載置板の表面に超音波を照射し、前記焦点型超音波振動子で受信した各反射波からX軸方向波形情報を取得するX軸方向波形情報取得ステップと、取得した複数のX軸方向波形情報に基づいて、該各反射波の波形をその受信タイミングが認識可能な態様で前記表示装置に表示させるX軸方向波形表示ステップと、該各反射波の受信タイミングを合致させるべく、取得した複数のX軸方向波形情報または前記表示装置の表示に基づいて前記試料載置板をY軸方向を回動中心として回動させることにより、前記試料載置板の角度を調整するX軸方向角度調整ステップと、前記二次元走査手段が走査するY軸方向の走査ライン上における異なる2つの照射点にて前記焦点型超音波振動子から前記試料載置板の表面に超音波を照射し、前記焦点型超音波振動子で受信した各反射波からY軸方向波形情報を取得するY軸方向波形情報取得ステップと、取得した複数のY軸方向波形情報に基づいて、該各反射波の波形をその受信タイミングが認識可能な態様で前記表示装置に表示させるY軸方向波形表示ステップと、該各反射波の受信タイミングを合致させるべく、取得した複数のY軸方向波形情報または前記表示装置の表示に基づいて前記試料載置板をX軸方向を回動中心として回動させることにより、前記試料載置板の角度を調整するY軸方向角度調整ステップとを含むことを特徴とする超音波顕微鏡システムの調整方法をその要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a sample mounting plate for mounting a sample, a focal-type ultrasonic transducer for irradiating the sample with ultrasonic waves along the Z-axis direction, and the ultrasonic irradiation point as Z Two-dimensional scanning means for two-dimensionally scanning in the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to the axial direction, and an ultrasonic image of the sample generated based on a reflected wave obtained by irradiating the sample with ultrasonic waves A method of adjusting an angle of the sample mounting plate with respect to the Z-axis direction in an ultrasonic microscope system including a display device for display, wherein the two different scanning lines in the X-axis direction scanned by the two-dimensional scanning unit X is obtained by irradiating the surface of the sample mounting plate from the focal ultrasonic transducer at two irradiation points, and acquiring X-axis direction waveform information from each reflected wave received by the focal ultrasonic transducer. Axial waveform information acquisition step and acquired X-axis Based on the direction waveform information, an X-axis direction waveform display step for displaying the waveform of each reflected wave on the display device in a manner in which the reception timing can be recognized is obtained in order to match the reception timing of each reflected wave. X-axis direction for adjusting the angle of the sample mounting plate by rotating the sample mounting plate around the Y-axis direction based on the plurality of X-axis direction waveform information or the display of the display device Irradiating the surface of the sample mounting plate with ultrasonic waves from the focal ultrasonic transducer at two different irradiation points on the Y-axis direction scanning line scanned by the two-dimensional scanning means, A Y-axis direction waveform information acquisition step for acquiring Y-axis direction waveform information from each reflected wave received by the focal ultrasonic transducer, and a waveform of each reflected wave based on the acquired plurality of Y-axis direction waveform information The In order to match the reception timing of each reflected wave with the Y-axis direction waveform display step displayed on the display device in a manner in which the reception timing is recognizable, the acquired plurality of Y-axis direction waveform information or the display device display And an Y-axis direction angle adjusting step for adjusting the angle of the sample mounting plate by rotating the sample mounting plate about the X-axis direction as a rotation center. The gist of this adjustment method is as follows.
請求項2に記載の発明によれば、二次元走査手段が走査するX軸方向の走査ライン上における異なる2つの照射点での各反射波からX軸方向波形情報が取得される。それらX軸方向波形情報に基づいて、受信タイミングが認識可能な態様で各反射波の波形が表示装置に表示される。この表示装置の表示により、各反射波の受信タイミングのズレを容易に確認できる。そして、複数のX軸方向波形情報または表示装置の表示に基づいて試料載置板がY軸方向を回動中心として回動されることにより、試料載置板の角度が調整され、各反射波の受信タイミングを合致させることができる。このように、各反射波の受信タイミングを合致させた場合、X軸方向の走査ライン上での各照射点において焦点型超音波振動子と試料載置板との間隔が一定間隔となる。また、二次元走査手段が走査するY軸方向の走査ライン上における異なる2つの照射点での各反射波からY軸方向波形情報が取得される。それらY軸方向波形情報に基づいて、受信タイミングが認識可能な態様で各反射波の波形が表示装置に表示される。この表示装置の表示により、各反射波の受信タイミングのズレを容易に確認できる。そして、複数のY軸方向波形情報または表示装置の表示に基づいて試料載置板がX軸方向を回動中心として回動されることにより、試料載置板の角度が調整され、各反射波の受信タイミングを合致させることができる。このように、各反射波の受信タイミングを合致させた場合、Y軸方向の走査ライン上での各照射点において焦点型超音波振動子と試料載置板との間隔が一定間隔となる。従って、従来技術のようにレーザ測定器などの専用測定器の測定器を用いなくても、試料載置板の傾きがゼロとなるよう調整することができる。そして、得られた反射波に基づいて鮮明な超音波像を生成することができ、試料を正確に観察することができる。 According to the second aspect of the invention, the X-axis direction waveform information is acquired from the reflected waves at two different irradiation points on the X-axis direction scanning line scanned by the two-dimensional scanning unit. Based on the X-axis direction waveform information, the waveform of each reflected wave is displayed on the display device in such a manner that the reception timing can be recognized. By the display of this display device, it is possible to easily confirm the deviation of the reception timing of each reflected wave. Then, the angle of the sample mounting plate is adjusted by rotating the sample mounting plate about the Y axis direction based on the plurality of X-axis direction waveform information or the display of the display device, and each reflected wave Can be matched with each other. As described above, when the reception timing of each reflected wave is matched, the distance between the focal ultrasonic transducer and the sample mounting plate is constant at each irradiation point on the scanning line in the X-axis direction. Further, Y-axis direction waveform information is acquired from each reflected wave at two different irradiation points on the Y-axis direction scanning line scanned by the two-dimensional scanning unit. Based on the Y-axis direction waveform information, the waveform of each reflected wave is displayed on the display device in such a manner that the reception timing can be recognized. By the display of this display device, it is possible to easily confirm the deviation of the reception timing of each reflected wave. The angle of the sample mounting plate is adjusted by rotating the sample mounting plate around the X axis direction based on the plurality of Y-axis direction waveform information or the display of the display device, and each reflected wave Can be matched with each other. As described above, when the reception timing of each reflected wave is matched, the distance between the focal ultrasonic transducer and the sample mounting plate is constant at each irradiation point on the scanning line in the Y-axis direction. Therefore, the inclination of the sample mounting plate can be adjusted to zero without using a measuring instrument such as a laser measuring instrument as in the prior art. And a clear ultrasonic image can be produced | generated based on the obtained reflected wave, and a sample can be observed correctly.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2において、前記一連のステップに先立ち、前記試料載置板と前記焦点型超音波振動子との間隔を、前記焦点型超音波振動子の焦点距離と一致させるように調整する焦点合わせステップを実施することをその要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, prior to the series of steps, an interval between the sample mounting plate and the focal ultrasonic transducer is set to a focal point of the focal ultrasonic transducer. The gist of the present invention is to perform a focusing step that adjusts the distance to match the distance.
請求項3に記載の発明によれば、試料載置板と焦点型超音波振動子との間隔が焦点型超音波振動子の焦点距離と一致するよう調整されるので、その焦点距離に応じた適切なタイミングで各反射波から波形情報を確実に取得することができる。また、試料載置板の角度の調整後には、走査範囲における各照射点において試料載置板と焦点型超音波振動子との間隔が焦点距離に維持されるため、より鮮明な超音波像を生成することができる。 According to the third aspect of the invention, the distance between the sample mounting plate and the focal ultrasonic transducer is adjusted so as to coincide with the focal length of the focal ultrasonic transducer. Waveform information can be reliably acquired from each reflected wave at an appropriate timing. In addition, after adjusting the angle of the sample mounting plate, the distance between the sample mounting plate and the focal ultrasonic transducer is maintained at the focal length at each irradiation point in the scanning range. Can be generated.
請求項4に記載の発明は、試料を載置する試料載置板と、Z軸方向に沿って前記試料に超音波を照射する焦点型超音波振動子と、前記超音波の照射点をZ軸方向に直交するX軸方向及びY軸方向に二次元的に走査させる二次元走査手段と、前記試料に超音波を照射して得た反射波に基づいて生成した前記試料の超音波像を表示する表示装置とを備えた超音波顕微鏡システムであって、前記二次元走査手段が走査するX軸方向の走査ライン上における異なる2つの照射点にて前記焦点型超音波振動子から前記試料載置板の表面に超音波を照射した場合に、前記焦点型超音波振動子で受信した各反射波からX軸方向波形情報を取得するX軸方向波形情報取得手段と、取得した複数のX軸方向波形情報に基づいて、該各反射波の波形をその受信タイミングが認識可能な態様で前記表示装置に表示させるX軸方向波形表示制御手段と、前記試料載置板をY軸方向を回動中心として回動させることにより、前記試料載置板の角度を調整可能なX軸方向角度調整手段と、前記二次元走査手段が走査するY軸方向の走査ライン上における異なる2つの照射点にて前記焦点型超音波振動子から前記試料載置板の表面に超音波を照射した場合に、前記焦点型超音波振動子で受信した各反射波からY軸方向波形情報を取得するY軸方向波形情報取得手段と、取得した複数のY軸方向波形情報に基づいて、該各反射波の波形をその受信タイミングが認識可能な態様で前記表示装置に表示させるY軸方向波形表示制御手段と、前記試料載置板をX軸方向を回動中心として回動させることにより、前記試料載置板の角度を調整可能なY軸方向角度調整手段とを備えた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。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a sample mounting plate for mounting a sample, a focal ultrasonic transducer for irradiating the sample with ultrasonic waves along the Z-axis direction, and the ultrasonic irradiation point as Z Two-dimensional scanning means for two-dimensionally scanning in the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to the axial direction, and an ultrasonic image of the sample generated based on a reflected wave obtained by irradiating the sample with ultrasonic waves An ultrasonic microscope system including a display device for displaying, wherein the sample mounting is performed from the focal ultrasonic transducer at two different irradiation points on a scanning line in the X-axis direction scanned by the two-dimensional scanning unit. X-axis direction waveform information acquisition means for acquiring X-axis direction waveform information from each reflected wave received by the focal ultrasonic transducer when the surface of the mounting plate is irradiated with ultrasonic waves, and a plurality of acquired X-axes Based on the direction waveform information, the waveform of each reflected wave is converted into its reception type. X-axis direction waveform display control means for displaying on the display device in a recognizable manner, and by rotating the sample mounting plate about the Y-axis direction as a rotation center, the angle of the sample mounting plate is adjusted. An adjustable X-axis direction angle adjusting means and two different irradiation points on a scanning line in the Y-axis direction scanned by the two-dimensional scanning means from the focal ultrasonic transducer to the surface of the sample mounting plate Based on Y-axis direction waveform information acquisition means for acquiring Y-axis direction waveform information from each reflected wave received by the focal ultrasonic transducer and a plurality of acquired Y-axis direction waveform information when ultrasonic waves are irradiated. Y-axis direction waveform display control means for displaying the waveform of each reflected wave on the display device in a manner in which the reception timing can be recognized, and the sample mounting plate is rotated about the X-axis direction as a rotation center. By placing the sample To the angle adjustable in the Y-axis direction angle adjusting means and the gist of the acoustic microscope system characterized by comprising a.
請求項4に記載の発明によれば、X軸方向波形情報取得手段によって、二次元走査手段が走査するX軸方向の走査ライン上における異なる2つの照射点での各反射波からX軸方向波形情報が取得される。X軸方向波形表示制御手段により、それらX軸方向波形情報に基づいて、受信タイミングが認識可能な態様で各反射波の波形が表示装置に表示される。この表示装置の表示により、各反射波の受信タイミングのズレを容易に確認できる。そして、X軸方向角度調整手段により、試料載置板がY軸方向を回動中心として回動されることにより、試料載置板の角度が調整され、表示装置に表示される各反射波の受信タイミングを合致させることができる。このように、各反射波の受信タイミングを合致させた場合、X軸方向の走査ライン上での各照射点において焦点型超音波振動子と試料載置板との間隔が一定間隔となる。また、Y軸方向波形情報取得手段により、二次元走査手段が走査するY軸方向の走査ライン上における異なる2つの照射点での各反射波からY軸方向波形情報が取得される。Y軸方向波形表示制御手段により、それらY軸方向波形情報に基づいて、受信タイミングが認識可能な態様で各反射波の波形が表示装置に表示される。この表示装置の表示により、各反射波の受信タイミングのズレを容易に確認できる。そして、Y軸方向角度調整手段により、試料載置板がX軸方向を回動中心として回動されることにより、試料載置板の角度が調整され、各反射波の受信タイミングを合致させることができる。このように、各反射波の受信タイミングを合致させた場合、Y軸方向の走査ライン上での各照射点において焦点型超音波振動子と試料載置板との間隔が一定間隔となる。従って、従来技術のようにレーザ測定器などの専用測定器の測定器を用いなくても、試料載置板の傾きがゼロとなるよう調整することができる。そして、得られた反射波に基づいて鮮明な超音波像を生成することができ、試料を正確に観察することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the X-axis direction waveform is obtained from the reflected waves at two different irradiation points on the X-axis direction scanning line scanned by the two-dimensional scanning unit by the X-axis direction waveform information acquisition unit. Information is acquired. Based on the X-axis direction waveform information, the X-axis direction waveform display control means displays the waveform of each reflected wave on the display device in such a manner that the reception timing can be recognized. By the display of this display device, it is possible to easily confirm the deviation of the reception timing of each reflected wave. Then, the angle of the sample mounting plate is adjusted by the X axis direction angle adjusting means so that the sample mounting plate is rotated about the Y axis direction, and each reflected wave displayed on the display device is adjusted. The reception timing can be matched. As described above, when the reception timing of each reflected wave is matched, the distance between the focal ultrasonic transducer and the sample mounting plate is constant at each irradiation point on the scanning line in the X-axis direction. Further, the Y-axis direction waveform information acquisition means acquires Y-axis direction waveform information from each reflected wave at two different irradiation points on the Y-axis direction scanning line scanned by the two-dimensional scanning means. The Y-axis direction waveform display control means displays the waveform of each reflected wave on the display device in a manner in which the reception timing can be recognized based on the Y-axis direction waveform information. By the display of this display device, it is possible to easily confirm the deviation of the reception timing of each reflected wave. Then, the angle of the sample mounting plate is adjusted by the Y axis direction angle adjusting means so that the sample mounting plate is rotated about the X axis direction, and the reception timing of each reflected wave is matched. Can do. As described above, when the reception timing of each reflected wave is matched, the distance between the focal ultrasonic transducer and the sample mounting plate is constant at each irradiation point on the scanning line in the Y-axis direction. Therefore, the inclination of the sample mounting plate can be adjusted to zero without using a measuring instrument such as a laser measuring instrument as in the prior art. And a clear ultrasonic image can be produced | generated based on the obtained reflected wave, and a sample can be observed correctly.
請求項5に記載の発明は、請求項4において、前記X軸方向角度調整手段及び前記Y軸方向角度調整手段による角度調整が行われる前に、前記試料載置板と前記焦点型超音波振動子との間隔を、前記焦点型超音波振動子の焦点距離と一致させるように自動的に調整する自動焦点合わせ手段をさらに備えたことをその要旨とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, before the angle adjustment by the X-axis direction angle adjusting means and the Y-axis direction angle adjusting means is performed, the sample mounting plate and the focal ultrasonic vibration are used. The gist of the invention is that it further comprises an automatic focusing means for automatically adjusting the distance from the child so as to coincide with the focal length of the focal ultrasonic transducer.
請求項5に記載の発明によれば、自動焦点合わせ手段によって、試料載置板と焦点型超音波振動子との間隔が焦点型超音波振動子の焦点距離と一致するように自動的に調整されるので、その焦点距離に応じた適切なタイミングで各反射波から波形情報を確実に取得することができる。また、試料載置板の角度の調整後には、走査範囲における各照射点において試料載置板と焦点型超音波振動子との間隔が焦点距離に維持されるため、より鮮明な超音波像を生成することができる。 According to the fifth aspect of the invention, the automatic focusing means automatically adjusts so that the distance between the sample mounting plate and the focal ultrasonic transducer matches the focal length of the focal ultrasonic transducer. Therefore, it is possible to reliably acquire waveform information from each reflected wave at an appropriate timing according to the focal length. In addition, after adjusting the angle of the sample mounting plate, the distance between the sample mounting plate and the focal ultrasonic transducer is maintained at the focal length at each irradiation point in the scanning range. Can be generated.
請求項6に記載の発明は、請求項5において、前記X軸方向角度調整手段は、該各反射波の受信タイミングを合致させるべく、取得した複数のX軸方向波形情報に基づいて前記試料載置板をY軸方向を回動中心として自動的に回動させる第1駆動手段を有し、前記Y軸方向角度調整手段は、該各反射波の受信タイミングを合致させるべく、取得した複数のY軸方向波形情報に基づいて前記試料載置板をX軸方向を回動中心として自動的に回動させる第2駆動手段を有することをその要旨とする。 A sixth aspect of the present invention is the method according to the fifth aspect, wherein the X-axis direction angle adjustment means is configured to mount the sample on the basis of a plurality of pieces of acquired X-axis direction waveform information so as to match the reception timings of the reflected waves. A first driving unit that automatically rotates the mounting plate about the Y-axis direction as a rotation center, and the Y-axis direction angle adjusting unit includes a plurality of acquired plurality of acquired waves to match the reception timing of each reflected wave. The gist of the present invention is to have second driving means for automatically rotating the sample mounting plate about the X-axis direction as a rotation center based on the Y-axis direction waveform information.
請求項6に記載の発明によれば、X軸方向角度調整手段の第1駆動手段により、複数のX軸方向波形情報に基づいてY軸方向を回動中心として試料載置板が自動的に回動される。また、Y軸方向角度調整手段の第2駆動手段により、複数のY軸方向波形情報に基づいてX軸方向を回動中心として試料載置板が自動的に回動される。このようにすると、試料載置板の角度調整を迅速かつ正確に行うことができるので、超音波顕微鏡システムの操作性を向上させることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the first driving means of the X-axis direction angle adjusting means automatically causes the sample mounting plate to rotate around the Y-axis direction based on a plurality of X-axis direction waveform information. It is rotated. Further, the second mounting means of the Y-axis direction angle adjusting means automatically rotates the sample mounting plate with the X-axis direction as the rotation center based on the plurality of Y-axis direction waveform information. In this way, the angle adjustment of the sample mounting plate can be performed quickly and accurately, so that the operability of the ultrasonic microscope system can be improved.
以上詳述したように、請求項1〜6に記載の発明によると、試料載置板の傾きを測定するための専用の測定器を用いることなく、試料載置板の傾きを調整して、試料の超音波像をより正確に表示することができる。
As described in detail above, according to the invention described in
[第1の実施の形態] [First Embodiment]
以下、本発明を具体化した第1の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は超音波顕微鏡システムを示す概略構成図である。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS A first embodiment embodying the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an ultrasonic microscope system.
図1に示されるように、本実施の形態の超音波顕微鏡システム1は、パルス励起型超音波顕微鏡2と、A/Dボード3と、パーソナルコンピュータ(パソコン)4とを備える。
As shown in FIG. 1, the
超音波顕微鏡2には、パルス発生回路10と、送受波分離回路11と、受信回路12と、トランスデューサ13と、X−Yステージ14と、Z軸ステージ15と、2軸ゴニオステージ16と、エンコーダ(ENC)17と、X−Yコントローラ18と、Z軸コントローラ19とが設けられている。
The
超音波顕微鏡2において、自動焦点合わせ手段としてのZ軸ステージ15の下部に焦点型超音波振動子としてのトランスデューサ13が固定されている。Z軸ステージ15は、駆動モータ22Zを備え、このモータ22ZにZ軸コントローラ19が接続されている。そして、このZ軸コントローラ19の駆動信号に応答してモータ22Zが駆動することにより、Z軸ステージ15とともにトランスデューサ13がZ軸方向(図1では上下方向)に移動して、そのトランスデューサ13から照射される超音波の焦点位置が調整される。
In the
トランスデューサ13は、酸化亜鉛の薄膜圧電素子13aとサファイアロッドの音響レンズ13bとからなり、パルス発生回路10で発生される励起パルスにより薄膜圧電素子13aが振動して所定周波数帯域の超音波が音響レンズ13bを通して出力される。この音響レンズ13bにおける超音波は円錐状に収束され、水などの超音波伝達媒体W1を介して試料載置板としてのガラス基板20の表面で焦点を結ぶようになっている。なお、トランスデューサ13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。
The
また、トランスデューサ13の下方に、二次元走査手段としてのX−Yステージ14が設けられ、そのステージ14上にはガラス基板20が固定されている。そして、そのガラス基板20の上面に、試料としての生体組織21が載置され、この生体組織21に対してその上方からZ軸方向に沿って超音波が照射される。なお、この生体組織21は、数μm程度(通常4μm〜10μm)の厚さにスライスされた凍結切片(生体組織切片)である。
An
X−Yステージ14は、Z軸方向に直交するX軸方向及びY軸方向に生体組織21を二次元的に動かすためのステージ14X,14Yを備えるとともに、それぞれのステージ14X,14Yを駆動するモータ22X,22Yを備えている。これらのモータ22X,22Y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。
The
各モータ22X,22YにはX−Yコントローラ18が接続されており、該X−Yコントローラ18の駆動信号に応答してモータ22X,22Yが駆動される。これらモータ22X,22Yの駆動により、Xステージ14Xを連続走査(連続送り)するとともに、Yステージ14Yを間欠送りとなるよう制御する。そしてこの制御によりX−Yステージ14の高速走査が可能となっている。
An
また、本実施の形態においては、Xステージ14Xに対応してエンコーダ17が設けられ、エンコーダ17によりXステージ14Xの走査位置が検出される。具体的にいうと、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17によって検出され、パソコン4に取り込まれる。パソコン4はそのエンコーダ17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X−Yコントローラ18に供給する。X−Yコントローラ18は、この駆動制御信号に基づいてモータ22Xを駆動する。また、X−Yコントローラ18は、エンコーダ17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22Yを駆動して、Yステージ14YをY方向に1ピクセル分移動させる。
In the present embodiment, an
さらに、X−Yコントローラ18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10に供給する。これにより、パルス発生回路10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11を介してトランスデューサ13に供給されて該トランスデューサ13から超音波が照射される。
Further, the
図2は、トランスデューサ13側から見たX−Yステージ14の平面図である。図2に示されるように、Xステージ14XによるX軸方向への往復走査とYステージによるY軸方向への走査とを行うことにより、ガラス基板20上の生体組織21に対して超音波が二次元的に走査される。
FIG. 2 is a plan view of the
図3には、本実施の形態における超音波の走査範囲R1の一例を示している。すなわち、超音波の走査範囲R1は、生体組織21に加えてガラス基板20の表面が露出している部分(ガラス面20a)を含むように設定される。そして、走査範囲R1の左上の隅の位置から走査が開始され、矢印で示すように、X軸方向及びY軸方向に二次元的に走査が順次行われる。
FIG. 3 shows an example of the ultrasonic scanning range R1 in the present embodiment. That is, the ultrasonic scanning range R1 is set so as to include a portion (
本実施の形態の超音波顕微鏡2において、X−Yステージ14は、2軸ゴニオステージ16上に載置されている。2軸ゴニオステージ16は、X軸方向角度調整手段としてのX軸ゴニオメータ16XとY軸方向角度調整手段としてのY軸ゴニオメータ16Yとを積層してなる。X軸ゴニオメータ16X及びY軸ゴニオメータ16Yには、ステージ16の傾き量を変更してガラス基板20の角度を調整するための調整ツマミ16a,16bがそれぞれ設けられている。X軸ゴニオメータ16Xは、Y軸方向を回動中心としてガラス基板20を回動させることにより、ガラス基板20の角度を調整する。Y軸ゴニオメータ16Yは、X軸方向を回動中心としてガラス基板20を回動させることにより、ガラス基板20の角度を調整する。
In the
図1に示すトランスデューサ13の薄膜圧電素子13aは、送受波兼用の素子であり、生体組織21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11を介して受信回路12に供給される。受信回路12は、図示しない信号増幅回路を含み、反射波の信号を増幅してA/Dボード3の検波回路23に出力する。
The thin film piezoelectric element 13a of the
検波回路23は、超音波の反射波を検出するための回路であり、ゲート回路23aやピーク検出回路23bなどを含む。本実施の形態の検波回路23のゲート回路23aは、トランスデューサ13で受信した反射波信号のなかからガラス面20aまたは生体組織21の反射波信号を抽出する。超音波は、トランスデューサ13とガラス面20aまたは生体組織21との間で繰り返し反射されるものである。そのため、検波回路23(ゲート回路23a)は、最初に得られる反射波信号を抽出するよう構成されている。また、検波回路23のピーク検出回路23bは、その反射波信号のピーク電圧を検出する。そして、検波回路23で検出された反射波信号やピーク電圧の電圧信号はA/D変換回路24に入力されて、A/D変換された後、パソコン4に転送される。
The
パソコン4は、CPU31、インターフェース(I/F)32,33、メモリ34、記憶装置35、入力装置36、及び表示装置37を備え、それらはバス38を介して相互に接続されている。
The
CPU31は、メモリ34を利用して制御プログラムを実行し、装置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14による二次元走査を制御するためのプログラム、自動焦点調整を行うためのプログラム、ガラス基板20の角度を調整するためのプログラムや組織音速を算出するためのプログラムなどを含む。
The
インターフェース32は、A/Dボード3からの転送データ(A/D変換後の反射波信号など)を取り込むための通信ポート(例えば、USBポート)である。インターフェース33は、X−Yコントローラ18やZ軸コントローラ19への駆動制御信号を出力したり、エンコーダ17の出力信号を取り込んだりするための入出力ポートである。
The interface 32 is a communication port (for example, a USB port) for taking in transfer data (such as a reflected wave signal after A / D conversion) from the A /
表示装置37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21の音速像や、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36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。
The
記憶装置35は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、その記憶装置35には制御プログラム及び各種のデータが記憶されている。CPU31は、入力装置36による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置35からメモリ34へ転送し、それを逐次実行する。なお、CPU31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35にインストールして利用する。
The
次に、本実施の形態の超音波顕微鏡システム1において、超音波の焦点を調整するための調整方法について説明する。
Next, an adjustment method for adjusting the focus of the ultrasonic wave in the
図4に示されるように、トランスデューサ13からガラス基板20の表面(ガラス面20a)に垂直に超音波Soを照射する場合、超音波Soの焦点が合った位置で反射波の音圧が最大になる。このように、反射波の音圧が焦点位置で最大となる特性を利用して、超音波Soの焦点を調整する。
As shown in FIG. 4, when the ultrasonic wave So is irradiated perpendicularly to the surface of the glass substrate 20 (
具体的には、ガラス基板20に生体組織21を載せていない状態で、超音波Soの照射点が走査範囲R1の中心点P0に位置するようにX−Yステージ14を移動させる(図5参照)。そして、トランスデューサ13の焦点がガラス面20a付近となるようZ軸ステージ15を設定した後、Z軸ステージ15を駆動しつつトランスデューサ13から超音波Soを照射し、その際に検波回路23のピーク検出回路23bにおいて反射波信号のピーク電圧を検出する。その検出結果に基づいて、反射波が最大音圧(反射波信号のピーク電圧が最大)となる位置を判定する。そして、その最大音圧となる位置でZ軸ステージ15を停止させることにより、トランスデューサ13から照射される超音波Soがガラス面20a上で焦点を結ぶように超音波Soの焦点位置が調整される。つまり、トランスデューサ13とガラス面20aとの間隔Lがトランスデューサ13の焦点距離と一致するよう調整される。
Specifically, in a state where the
次に、本実施の形態の超音波顕微鏡システム1において、ガラス基板20のZ軸方向に対する角度を調整するための角度調整方法について説明する。なお、このガラス基板20の角度調整も、自動焦点調整と同様に、ガラス基板20に生体組織21を載せる前の状態で行われる。
Next, an angle adjustment method for adjusting the angle of the
先ず、Xステージ14Xを駆動することにより、ステージ14上のガラス基板20をX軸方向に往復動させる。本実施の形態では、図5に示すように、走査範囲R1の中心点P0を通るX軸方向の走査ラインLx上にトランスデューサ13(超音波の照射点)が位置するようにXステージ14Xを往復動させる。このとき、図6に示すように、走査範囲R1における両端の照射点(図5における走査ラインLxの左端の測定点Px1及び右端の測定点Px2)でトランスデューサ13からガラス面20aに向けて超音波Soが照射される。そして、ガラス面20aからの各反射波Sr1,Sr2が受信され、各反射波Sr1,Sr2から波形情報が取得される(X軸方向波形情報取得ステップ)。また、その波形情報を表示装置37に転送することにより、その画面に各反射波Sr1,Sr2の波形が表示される(X軸方向波形表示ステップ)。なお、X軸方向の角度調整が完了するまでは、左端及び右端の測定点Px1,Px2における超音波Soの照射と、各測定点Px1,Px2での反射波Sr1,Sr2の波形の表示とが繰り返し実行される。
First, the
ここで、ガラス基板20が傾いていた場合、例えば、図6に示すように右端の測定点Px2が左端の測定点Px1よりも低くなっていた場合、右端の測定点Px2での反射波Sr2は、伝搬距離が長いため、左端の測定点Px1での反射波Sr1よりも遅いタイミングで受信される。具体的には、図7に示されるように、検波回路23において、ゲートパルスG1に応じてゲート回路23aが動作して、そのゲートパルスG1に対応したゲート区間Tgで反射波Sr1,Sr2の信号が抽出される。なお、このゲートパルスG1は、トランスデューサ13の焦点距離や超音波伝達媒体W1中の音速に応じてその出力タイミングが設定されるものであり、超音波Soの照射時刻t1から所定時間T1が経過したときに出力される。
Here, if the
本実施の形態では、ゲート区間Tgに対応した反射波信号(X軸方向波形情報)が表示装置37に転送されることで、図8に示されるように、左端の測定点Px1での反射波Sr1は画面37aの左側に表示され、右端の測定点Px2での反射波Sr2は画面37aの右側に表示される。なお、本実施の形態では、左端の測定点Px1での反射波Sr1を黄色で表示し、右端の測定点Px2での反射波Sr2を緑色で表示している。
In the present embodiment, the reflected wave signal (X-axis direction waveform information) corresponding to the gate section Tg is transferred to the
作業者は、この表示装置37の画面37aに表示されている各反射波Sr1,Sr2を確認し、各反射波Sr1,Sr2の受信タイミングが合致するよう、2軸ゴニオステージ16を調整する(X軸方向角度調整ステップ)。すなわち、X軸ゴニオメータ16Xの調整ツマミ16aが操作され、ガラス基板20をY軸方向を回動中心として回動させることにより、ガラス基板20の傾き(角度)が調整される。ここで、画面37aの中央(図8に示す破線の内側)において各反射波Sr1,Sr2が合致したとき、ガラス基板20のX軸方向の傾きがゼロとなる。このとき、合致した反射波Srは、例えば青色で表示されることで合致したことが作業者に報知される。そして、作業者が調整ツマミ16aの操作を停止して画面37aに表示されている調整完了ボタン37bを選択したとき、ガラス基板20のX軸方向の角度調整が完了する。
Operator checks the respective reflected waves S r1, S r2 displayed on the
その後、ガラス基板20のY軸方向の角度調整が開始される。すなわち、Yステージ14Yを駆動することにより、ステージ14上のガラス基板20をY軸方向に往復動させる。本実施の形態では、図5に示すように、走査範囲R1の中心点P0を通るY軸方向の走査ラインLy上にトランスデューサ13(超音波Soの照射点)が位置するようにYステージ14Yを往復動させる。このとき、走査範囲R1における両端の照射点(図5における走査ラインLyの上端の測定点Py1及び下端の測定点Py2)でトランスデューサ13からガラス面20aに向けて超音波Soが照射される。そして、ガラス面20aからの各反射波が受信され、各反射波から波形情報が取得される(Y軸方向波形情報取得ステップ)。また、その波形情報を表示装置37に転送することにより、その画面37aに各反射波の波形が表示される(Y軸方向波形表示ステップ)。なお、Y軸方向の角度調整が完了するまでは、上端及び下端の測定点Py1,Py2における超音波Soの照射と、各測定点Py1,Py2での反射波の波形の表示とを繰り返し実行する。
Thereafter, the angle adjustment of the
作業者は、その表示装置37の画面37aに表示されている各反射波を確認し、各反射波の受信タイミングが合致するよう、2軸ゴニオステージ16を調整する(Y軸方向角度調整ステップ)。すなわち、Y軸ゴニオメータ16Yの調整ツマミ16bが操作され、ガラス基板20をX軸方向を回動中心として回動させることにより、ガラス基板20の傾き(角度)が調整される。ここで、画面37aの中央において各反射波が合致したとき、ガラス基板20のY軸方向の傾きがゼロとなる。このとき、合致した反射波は、例えば青色で表示されることで合致したことが作業者に報知される。そして、作業者が調整ツマミ16bの操作を停止して画面37aに表示されている調整完了ボタン37bを選択したとき、ガラス基板20の角度調整が完了する。
The operator confirms each reflected wave displayed on the
次に、本実施の形態において、生体組織21の音速像を生成するためにCPU31が実行する処理例について、図9及び図10のフローチャートを用いて説明する。図9は、超音波の自動焦点調整及びガラス基板20の角度調整を行うための処理であり、図10は、生体組織21の音速像を表示するための処理である。なお、図9の処理は、生体組織21が載っていないガラス基板20をXYステージ14上にセットした後に開始される。
Next, an example of processing executed by the
先ず、CPU31は、制御信号を出力することでX−Yコントローラ18によってモータ22X,22Yを駆動し、超音波Soの照射点が走査範囲R1の中心点P0に位置するようにX−Yステージ14を移動する。そして、CPU31は、制御信号を出力することでZ軸コントローラ19によってモータ22Zを駆動し、Z軸ステージ15を移動して超音波Soの焦点位置を調整する(ステップ100)。
First,
具体的には、超音波Soの焦点域近傍となる初期位置(例えば、トランスデューサ13の焦点距離Lよりも若干離れた位置)にZ軸ステージ15を移動させる。その後、励起パルスがトランスデューサ13に供給されると、トランスデューサ13から超音波Soがガラス面20aに照射され、反射波信号のピーク電圧がピーク検出回路23bで検出される。そして、CPU31は、A/D変換回路24で変換されたデジタルデータをインターフェース32を介して取り込み、そのデータ(ピーク電圧)をZ軸ステージ15の位置(Z軸の座標データ)と関連付けてメモリ34に記憶する。
Specifically, the Z-axis stage 15 is moved to an initial position (for example, a position slightly away from the focal length L of the transducer 13) near the focal region of the ultrasonic wave So. Thereafter, when the excitation pulse is supplied to the
次いで、トランスデューサ13をガラス面20aに近づけるようにZ軸ステージ15が所定距離(例えば、0.01mm)だけ移動された後、ガラス面20aに超音波Soが照射され、反射波信号のピーク電圧がピーク検出回路23bで検出される。そして、CPU31は、A/D変換回路24で変換されたデジタルデータをピーク電圧としてZ軸ステージ15の位置と関連付けてメモリ34に記憶する。
Then, Z-axis stage 15 is predetermined distance so as to approach the
同様に、Z軸ステージ15をガラス面20aに徐々に近づけ、その都度、Z軸ステージ15の位置に対応する反射波信号のピーク電圧を取得してメモリ34に記憶する。そして、CPU31は、メモリ34に記憶された各ピーク電圧について、最大となる位置(Z軸の座標)を判定し、その位置にZ軸ステージ15を移動させることにより、ガラス面20a上で焦点を結ぶように超音波Soの焦点位置を調整する。
Similarly, the Z-axis stage 15 is gradually brought closer to the
次いで、CPU31は、ガラス面20aの角度調整のための処理を行う。具体的には、CPU31は、制御信号を出力することでX−Yコントローラ18によってモータ22Xを駆動し、Xステージ14XをX軸方向に往復動させる。ここで、トランスデューサ13が走査ラインLx上の左端及び右端の測定点Px1,Px2に位置するときに、励起パルスがトランスデューサ13に供給される。
Next, the
励起パルスが供給されると、トランスデューサ13からガラス面20aに超音波Soが照射され、反射波信号(X軸方向波形情報)が検波回路23で検出される。そして、X軸方向波形情報取得手段としてのCPU31は、A/D変換回路24でデジタルデータに変換されたX軸方向波形情報をインターフェース32を介して取得する(ステップ110)。X軸方向波形表示制御手段としてのCPU31は、その波形情報を表示装置37に転送することにより、表示装置37の画面37aに反射波の波形を表示させる(ステップ120)。この画面37aには、X軸方向の走査ラインLx上の左端及び右端の測定点Px1,Px2での各反射波Sr1,Sr2が表示される(図8参照)。
When the excitation pulse is supplied, the ultrasonic wave So is irradiated from the
CPU31は、作業者によって画面37aの調整完了ボタン37bが選択されたか否かを判定する(ステップ130)。ここで、調整完了ボタン37bが選択されていないと判定した場合、CPU31は、ステップ110に戻り、ステップ110〜ステップ130の処理を繰り返し実行する。これにより、左端及び右端の測定点Px1,Px2において各反射波信号が繰り返し検出され、画面37aに表示される反射波Sr1,Sr2はそれに対応した最新の反射波Sr1,Sr2に逐次更新される。
The
ここで、作業者が表示装置37の画面37aに表示されている各反射波Sr1,Sr2を確認し、各反射波Sr1,Sr2が合致するよう、X軸ゴニオメータ16Xの調整ツマミ16aを操作する。そして、作業者は、画面の中央において各反射波Sr1,Sr2が合致したときに、調整ツマミ16bの操作を停止して調整完了ボタン37bを選択する。CPU31はそのボタン選択を検出したとき、ステップ140以降の処理を実行する。
Here, the operator confirms the reflected waves S r1 and S r2 displayed on the
すなわち、CPU31は、制御信号を出力することでX−Yコントローラ18によってモータ22Yを駆動し、Yステージ14YをY方向に往復動させる。ここで、トランスデューサ13が走査ラインLy上の上端及び下端の測定点Py1,Py2に位置するときに、励起パルスがトランスデューサ13に供給される。
That is, the
励起パルスが供給されると、トランスデューサ13からガラス面20aに超音波Soが照射され、反射波信号(Y軸方向波形情報)が検波回路23で検出される。そして、Y軸方向波形情報取得手段としてのCPU31は、A/D変換回路24でデジタルデータに変換されたY軸方向波形情報をインターフェース32を介して取得する(ステップ140)。Y軸方向波形表示制御手段としてのCPU31は、その波形情報を表示装置37に転送することにより、表示装置37の画面37aに反射波の波形を表示させる(ステップ150)。この画面37aには、Y軸方向の走査ラインLy上の上端及び下端の測定点Py1,Py2での各反射波の波形が表示される。
When the excitation pulse is supplied, the ultrasonic wave So is irradiated from the
CPU31は、作業者によって画面37aの調整完了ボタン37bが選択されたか否かを判定する(ステップ160)。ここで、調整完了ボタン37bが選択されていないと判定した場合、CPU31は、ステップ140に戻り、ステップ140〜ステップ160の処理を繰り返し実行する。これにより、上端及び下端の測定点Py1,Py2において各反射波信号が繰り返し検出され、画面37aに表示される反射波はそれに対応した最新の反射波に逐次更新される。
The
ここで、作業者が表示装置37の画面37aに表示されている各反射波を確認し、各反射波が合致するよう、Y軸ゴニオメータ16Yの調整ツマミ16bを操作する。そして、作業者は、画面の中央において各反射波が合致したときに、調整ツマミ16bの操作を停止して調整完了ボタン37bを選択する。CPU31はそのボタン選択を検出したとき、図9の処理を終了する。
Here, the operator checks each reflected wave displayed on the
作業者は、図2及び図3に示すように、ガラス基板20上に生体組織21を載置する。その後、画面37aに表示されている音速像表示ボタン(図示略)が選択されることで、図10の処理が開始される。
The operator places the
CPU31は、制御信号を出力することでX−Yコントローラ18によってモータ22X,22Yを駆動し、超音波Soの照射点がガラス面20a上に位置するようにX−Yステージ14を移動する。このとき、励起パルスがトランスデューサ13に供給されると、図11に示されるように、トランスデューサ13から超音波Soがガラス面20aに照射され、反射波Srの信号が検波回路23で検出される。そして、CPU31は、A/D変換回路24で変換されたデジタルデータをインターフェース32を介して取り込む。その後、CPU31は、そのデータを用いて、周波数成分を得るためのフーリエ変換を行い、その変換結果をガラス面20aでの直接反射波のデータとしてメモリ34に記憶する(ステップ200)。
CPU31 is motor 22X by
次に、CPU31は、制御信号を出力することでX−Yコントローラ18によってモータ22X,22Yを駆動し、X−Yステージ14による二次元走査を開始させる。このとき、CPU31は、エンコーダ17の出力に基づいて測定点の座標データを取得する。そして、図11に示されるように、生体組織21に超音波Soが照射されると、その反射波(組織表面の反射波Sfrontと組織裏面の反射波Srearとの合成波)Stの反射波信号が検波回路23で抽出される。CPU31は、A/D変換回路24で変換されたデジタルデータをインターフェース32を介して取り込み、そのデータを各測定点の座標データに関連付けてメモリ34に記憶する(ステップ210)。なおここでは、走査範囲R1における全ての測定点での反射波信号を検出して1画面分のデータを取得する。
Next, the
そして、CPU31は、各測定点における反射波のデータをフーリエ変換して、その変換結果をガラス面20aでの反射波信号(フーリエ変換結果)と比較することにより、強度及び位相スペクトルを求める(図12参照)。CPU31は、その強度及び位相スペクトルから信号強度の極小点の周波数fmとそのときの位相φmとを判定する。CPU31は、それら周波数fm及び位相φmを用いて、上記の式(2)に対応した演算を行い、測定点での生体組織21の厚さdを求める(ステップ220)。
And CPU31 calculates | requires an intensity | strength and a phase spectrum by Fourier-transforming the data of the reflected wave in each measurement point, and comparing the conversion result with the reflected wave signal (Fourier-transform result) in the
さらに、CPU31は、算出した厚さdを用いて上記の式(4)に対応した演算を行い、測定点での生体組織21中の音速Cを求める(ステップ230)。なお、生体組織21の厚さd及び音速Cは、測定点毎に求められ、その測定点での座標データと関連付けてメモリ34に記憶される。
Further, the
その後、CPU31は、算出した組織音速Cに基づいて音速像を生成するための画像処理を行う(ステップ240)。詳しくは、CPU31は、組織音速Cを用いてカラー変調処理を行い、組織音速Cの大きさに応じた画像データを生成する。そして、CPU31は、各画像データを表示装置37に転送することにより、その表示装置37の画面に生体組織21の音速像を表示させた後、図10の処理を終了する。
Thereafter, the
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施の形態の超音波顕微鏡システム1では、トランスデューサ13で受信された各反射波Sr1,Sr2から複数の波形情報が取得され、それら波形情報に基づいて、各反射波Sr1,Sr2の受信タイミングを合致させるべく、ガラス基板20の角度が調整される。このようにすれば、従来技術のようにレーザ測定器などの専用測定器の測定器を用いなくても、ガラス基板20の傾きがゼロとなるよう調整することができる。従って、得られた反射波に基づいて鮮明な音速像を生成することができ、生体組織21を正確に観察することができる。
(1) In the
(2)本実施の形態の超音波顕微鏡システム1では、各反射波Sr1,Sr2の波形情報に基づいて、表示装置37の画面37aに各反射波Sr1,Sr2の波形が表示される。この画面37aにおいて、各反射波Sr1,Sr2の波形が異なる色で表示されるので、各反射波Sr1,Sr2の受信タイミングのズレを容易に判断することができる。そのため、反射波Sr1,Sr2の受信タイミングが合致するよう、2軸ゴニオステージ16の調整ツマミ16a,16bを操作して、ガラス基板20の角度を迅速に調整することができる。
(2) In the
(3)本実施の形態の超音波顕微鏡システム1では、2軸ゴニオステージ16によってガラス基板20の角度調整が行われる前に、超音波Soの自動焦点調整が行われる。この場合、ガラス基板20の角度調整の際に、トランスデューサ13の焦点距離に応じたゲート区間Tgで各反射波Sr1,Sr2の波形情報を確実に取得することができる。また、ガラス基板20の角度の調整後には、超音波Soの走査範囲R1での各照射点において、ガラス基板20とトランスデューサ13との間隔Lが焦点距離に維持されるため、より鮮明な音速像を生成することができる。
(3) In the
(4)本実施の形態の超音波顕微鏡システム1では、ガラス基板20の角度調整を行う際に、走査ラインLx,Ly上の端部に位置する照射点Px1,Px2,Py1,Py2で超音波Soを照射し、その反射波Sr1,Sr2の波形情報を取得するようにした。このようにすれば、ガラス基板20の角度に応じた各反射波Sr1,Sr2の受信タイミングのズレを確実に検出することができる。
(4) In the
(5)本実施の形態の場合、2軸ゴニオステージ16は、手動で角度を調整する構成であるため、駆動モータなどのアクチュエータによって自動で角度を調整する場合と比較してその装置コストを抑えることができる。
[第2の実施の形態]
(5) In the case of the present embodiment, the
[Second Embodiment]
本発明を超音波顕微鏡システムに具体化した第2の実施の形態を図13に基づき説明する。 A second embodiment in which the present invention is embodied in an ultrasonic microscope system will be described with reference to FIG.
図13に示されるように、本実施の形態の超音波顕微鏡システム1では、2軸ゴニオステージ16に設けられた第1駆動モータ26X及び第2駆動モータ26Yとそれら駆動モータ26X,26Yを制御するコントローラ27とを備える点が第1の実施の形態と相違する。上記第1の実施の形態では、2軸ゴニオステージ16によるガラス基板20の角度調整が手動で行われるのに対し、本実施の形態では、2軸ゴニオステージ16による角度調整が自動で行われるよう構成されている。
As shown in FIG. 13, in the
詳述すると、2軸ゴニオステージ16において、X軸ゴニオメータ16Xに第1駆動手段としての第1駆動モータ26Xが設けられ、Y軸ゴニオメータ16Yに第2駆動手段としての第2駆動モータ26Yが設けられている。これら駆動モータ26X,26Yはコントローラ27に接続されている。
Specifically, in the 2-
本実施の形態において、ガラス基板20の角度調整を行う場合、上記第1の実施の形態と同様に、Xステージ14Xによってガラス基板20をX軸方向に往復動させ、走査ラインLxにおける各測定点Px1,Px2での反射波Sr1,Sr2から波形情報を取得する。そして、各反射波Sr1,Sr2の波形情報に基づいて、受信タイミングのズレを判定し、そのズレ量に応じてガラス基板20の角度を調整する。
In the present embodiment, when the angle of the
具体的には、左端の測定点Px1において、トランスデューサ13から超音波Soを照射した照射時刻t1と、ピーク検出回路23bにて反射波Sr1のピーク電圧を検出した検出時刻t2との時間差Tx1を求める(図7参照)。同様に、右端の測定点Px2において、トランスデューサ13から超音波Soを照射した照射時刻t1と、ピーク検出回路23bにて反射波Sr2のピーク電圧を検出した検出時刻t3との時間差Tx2を求める(図7参照)。それら時間差Tx1,Tx2に基づいて、反射波Sr1,Sr2の受信タイミングが合致(時間差Tx1,Tx2が一致)するように、第1駆動モータ26Xが駆動されることで、X軸ゴニオメータ16Xによりガラス基板20がY軸方向を回動中心として回動され、ガラス基板20の角度が調整される。
Specifically, at the measurement point Px1 at the left end, the time difference Tx1 between the irradiation time t1 when the ultrasonic wave So is applied from the
その後、Yステージ14Yによりガラス基板20をY軸方向に往復動させ、走査ラインLyにおける各測定点Py1,Py2での反射波から波形情報を取得する。そして、各反射波の波形情報に基づいて、反射波の受信タイミングが合致するように、第2駆動モータ26Yが駆動されることで、Y軸ゴニオメータ16Yによりガラス基板20がX軸方向を回動中心として回動され、ガラス基板20の角度が調整される。
Thereafter, the
このように、本実施の形態によれば、ガラス基板20の角度調整を自動的に行うことができる。従って、ガラス基板20の角度調整を迅速かつ正確に行うことができ、超音波顕微鏡システム1の操作性を向上できる。また、本実施の形態のように、角度調整を自動的に行う場合、上記第1の実施の形態のように、反射波Sr1,Sr2の受信タイミングが認識可能な態様で表示装置37の画面37aに表示させる必要がなく、その反射波Sr1,Sr2の表示処理(図9のステップ120やステップ150の処理)を省略することができる。
Thus, according to this Embodiment, the angle adjustment of the
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。 In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
・上記実施の形態では、走査範囲R1における中心点P0を通る走査ラインLx,Ly上の端部に位置する照射点Px1,Px2,Py1,Py2で超音波Soを照射し、反射波Sr1,Sr2の受信タイミングに基づいてガラス基板20の角度調整を行うものであったが、これに限定されるものではない。超音波Soの照射点の位置としては、例えば、走査範囲R1におけるコーナー部であってもよい。この場合、例えば、走査範囲R1のコーナー部に位置する3つの照射点で超音波Soを照射する。そして、各反射波の波形情報を取得し、それら波形情報に基づいて表示装置37の画面37aに3つの反射波の波形を表示させる。その後、それら3つの反射波の受信タイミングが合致するよう2軸ゴニオステージ16を操作してガラス基板20の角度を調整する。このようにしても、上記実施の形態と同様に、専用測定器の測定器を用いなくても、ガラス基板20の傾きがゼロとなるよう調整することができる。
In the above embodiment, the scanning line Lx which passes through the center point P0, the irradiation point Px1 located at the end of the Ly, Px2, Py1, ultrasound S o in Py2 irradiated in a scanning range R1, the reflected wave S r1 The angle of the
・上記実施の形態では、各反射波の受信タイミングが合致したとき、反射波の波形を青色で表示することで、その合致した旨を作業者に報知するよう構成したが、これに限定されるものではない。例えば、ブザーやランプなどの報知手段によって、受信タイミングが合致した旨を報知するよう構成してもよい。 In the above embodiment, when the reception timing of each reflected wave is matched, the reflected wave waveform is displayed in blue so as to notify the operator of the match, but the present invention is limited to this. It is not a thing. For example, a notification means such as a buzzer or a lamp may be used to notify that the reception timing matches.
・上記実施の形態では、二次元走査手段としてのX−Yステージ14をトランスデューサ13に対向する位置に設け、そのX−Yステージ14を駆動することにより、超音波Soの照射点を二次元的に走査する構成を採用したが、トランスデューサ13側に二次元走査手段を設けてもよい。また、X−Yステージ14の上方に焦点調整用のZ軸ステージ15を設けるものであったが、X−Yステージ14の下方にZ軸ステージ15を設けてもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態の超音波顕微鏡システム1では、試料としての生体組織21の音速像を表示するものであったが、それ以外に、例えば樹脂表面などの音速像を表示してもよい。また、音速像以外に、音響インピーダンス像、減衰像などの超音波像を表示してもよい。
-In the
・上記実施の形態において、パソコン4を用いて超音波顕微鏡システム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、音速像を表示するための表示装置37は、パソコン4に一体的に設けられるものであったが、パソコン4と別体で設けてもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施の形態の超音波顕微鏡システム1では、カラー変調による音速像を得るものであったが、それ以外に輝度変調した音速像として可視化してもよい。
In the
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。 Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the embodiments described above are listed below.
(1)請求項2において、前記X軸方向波形表示ステップ及びY軸方向波形表示ステップでは、各反射波の波形を異なる色で表示することを特徴とする超音波顕微鏡システムの調整方法。
(1) The method for adjusting an ultrasonic microscope system according to
(2)請求項2において、前記2つの照射点は、前記走査ライン上の端部に位置することを特徴とする超音波顕微鏡システムの調整方法。
(2) The method of adjusting an ultrasonic microscope system according to
(3)請求項4乃至6のいずれか1項において、前記X軸方向角度調整手段としてのとしてのX軸ゴニオメータと前記Y軸方向角度調整手段としてのY軸ゴニオメータとを積層してなる2軸ゴニオステージを設けたことを特徴とする超音波顕微鏡システム。
(3) The biaxial structure according to any one of
(4)請求項4乃至6のいずれか1項において、前記各反射波の受信タイミングが合致したとき、その旨を報知する報知手段をさらに備えたことを特徴とする超音波顕微鏡システム。
(4) The ultrasonic microscope system according to any one of
1…超音波顕微鏡システム
13…焦点型超音波振動子としてのトランスデューサ
14…二次元走査手段としてのX−Yステージ
15…自動焦点合わせ手段としてのZ軸ステージ
16X…X軸方向角度調整手段としてのX軸ゴニオメータ
16Y…Y軸方向角度調整手段としてのY軸ゴニオメータ
20…試料載置板としてのガラス基板
21…試料としての生体組織
26X…第1駆動手段としての第1駆動モータ
26Y…第2駆動手段としての第2駆動モータ
31…情報取得手段、及び波形表示制御手段としてのCPU
37…表示装置
Lx,Ly…走査ライン
Px1,Px2,Py1,Py2…照射点としての測定点
So…超音波
Sr1,Sr2…反射波
DESCRIPTION OF
37 ... display Lx, Ly ... scan lines Px1, Px2, Py1, Py2 ... measuring points as an irradiation point S o ... ultrasonic S r1, S r2 ... reflected wave
Claims (6)
前記二次元走査手段の走査範囲内における異なる複数の照射点にて前記焦点型超音波振動子から前記試料載置板の表面に超音波を照射し、前記焦点型超音波振動子で受信した各反射波から複数の波形情報を取得する波形情報取得ステップと、
該各反射波の受信タイミングを合致させるべく、取得した複数の波形情報に基づいて前記試料載置板の角度を調整する角度調整ステップと
を含むことを特徴とする超音波顕微鏡システムの調整方法。 A sample mounting plate for mounting the sample, a focal-type ultrasonic transducer for irradiating the sample with ultrasonic waves along the Z-axis direction, an X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction at the ultrasonic irradiation point, and An ultrasonic microscope system for displaying an ultrasonic image of the sample generated on the basis of a reflected wave obtained by irradiating the sample with ultrasonic waves. A method of adjusting an angle of the sample mounting plate with respect to the Z-axis direction,
Each of the ultrasonic waves applied to the surface of the sample mounting plate from the focal ultrasonic transducer at a plurality of different irradiation points within the scanning range of the two-dimensional scanning means, and received by the focal ultrasonic transducer A waveform information acquisition step for acquiring a plurality of waveform information from the reflected wave;
An adjustment method for an ultrasonic microscope system, comprising: an angle adjustment step of adjusting an angle of the sample mounting plate based on a plurality of acquired waveform information so as to match the reception timing of each reflected wave.
前記二次元走査手段が走査するX軸方向の走査ライン上における異なる2つの照射点にて前記焦点型超音波振動子から前記試料載置板の表面に超音波を照射し、前記焦点型超音波振動子で受信した各反射波からX軸方向波形情報を取得するX軸方向波形情報取得ステップと、
取得した複数のX軸方向波形情報に基づいて、該各反射波の波形をその受信タイミングが認識可能な態様で前記表示装置に表示させるX軸方向波形表示ステップと、
該各反射波の受信タイミングを合致させるべく、取得した複数のX軸方向波形情報または前記表示装置の表示に基づいて前記試料載置板をY軸方向を回動中心として回動させることにより、前記試料載置板の角度を調整するX軸方向角度調整ステップと、
前記二次元走査手段が走査するY軸方向の走査ライン上における異なる2つの照射点にて前記焦点型超音波振動子から前記試料載置板の表面に超音波を照射し、前記焦点型超音波振動子で受信した各反射波からY軸方向波形情報を取得するY軸方向波形情報取得ステップと、
取得した複数のY軸方向波形情報に基づいて、該各反射波の波形をその受信タイミングが認識可能な態様で前記表示装置に表示させるY軸方向波形表示ステップと、
該各反射波の受信タイミングを合致させるべく、取得した複数のY軸方向波形情報または前記表示装置の表示に基づいて前記試料載置板をX軸方向を回動中心として回動させることにより、前記試料載置板の角度を調整するY軸方向角度調整ステップと
を含むことを特徴とする超音波顕微鏡システムの調整方法。 A sample mounting plate for mounting the sample, a focal-type ultrasonic transducer for irradiating the sample with ultrasonic waves along the Z-axis direction, an X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction at the ultrasonic irradiation point, and A super provided with a two-dimensional scanning means for two-dimensionally scanning in the Y-axis direction, and a display device for displaying an ultrasonic image of the sample generated based on a reflected wave obtained by irradiating the sample with ultrasonic waves A method of adjusting an angle with respect to the Z-axis direction of the sample mounting plate in an acoustic microscope system,
The focal ultrasonic wave is emitted from the focal ultrasonic transducer to the surface of the sample mounting plate at two different irradiation points on the X-axis scanning line scanned by the two-dimensional scanning means. An X-axis direction waveform information acquisition step of acquiring X-axis direction waveform information from each reflected wave received by the vibrator;
An X-axis direction waveform display step for displaying the waveform of each reflected wave on the display device in a manner in which the reception timing can be recognized based on the acquired plurality of X-axis direction waveform information;
In order to match the reception timing of each reflected wave, by rotating the sample mounting plate based on the Y-axis direction as a rotation center based on a plurality of acquired X-axis direction waveform information or the display of the display device, An X-axis direction angle adjusting step for adjusting the angle of the sample mounting plate;
The focal ultrasonic wave is emitted from the focal ultrasonic transducer to the surface of the sample mounting plate at two different irradiation points on the scanning line in the Y-axis direction scanned by the two-dimensional scanning means. Y-axis direction waveform information acquisition step for acquiring Y-axis direction waveform information from each reflected wave received by the vibrator;
A Y-axis direction waveform display step for displaying the waveform of each reflected wave on the display device in a manner in which the reception timing can be recognized based on the acquired plurality of Y-axis direction waveform information;
In order to match the reception timing of each reflected wave, by rotating the sample mounting plate based on the X-axis direction as the rotation center based on the acquired plurality of waveform information in the Y-axis direction or the display of the display device, A method for adjusting an ultrasonic microscope system, comprising: a Y-axis direction angle adjusting step for adjusting an angle of the sample mounting plate.
前記二次元走査手段が走査するX軸方向の走査ライン上における異なる2つの照射点にて前記焦点型超音波振動子から前記試料載置板の表面に超音波を照射した場合に、前記焦点型超音波振動子で受信した各反射波からX軸方向波形情報を取得するX軸方向波形情報取得手段と、
取得した複数のX軸方向波形情報に基づいて、該各反射波の波形をその受信タイミングが認識可能な態様で前記表示装置に表示させるX軸方向波形表示制御手段と、
前記試料載置板をY軸方向を回動中心として回動させることにより、前記試料載置板の角度を調整可能なX軸方向角度調整手段と、
前記二次元走査手段が走査するY軸方向の走査ライン上における異なる2つの照射点にて前記焦点型超音波振動子から前記試料載置板の表面に超音波を照射した場合に、前記焦点型超音波振動子で受信した各反射波からY軸方向波形情報を取得するY軸方向波形情報取得手段と、
取得した複数のY軸方向波形情報に基づいて、該各反射波の波形をその受信タイミングが認識可能な態様で前記表示装置に表示させるY軸方向波形表示制御手段と、
前記試料載置板をX軸方向を回動中心として回動させることにより、前記試料載置板の角度を調整可能なY軸方向角度調整手段と
を備えたことを特徴とする超音波顕微鏡システム。 A sample mounting plate for mounting the sample, a focal-type ultrasonic transducer for irradiating the sample with ultrasonic waves along the Z-axis direction, an X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction at the ultrasonic irradiation point, and A super provided with a two-dimensional scanning means for two-dimensionally scanning in the Y-axis direction, and a display device for displaying an ultrasonic image of the sample generated based on a reflected wave obtained by irradiating the sample with ultrasonic waves An acoustic microscope system,
When the ultrasonic wave is irradiated from the focal ultrasonic transducer to the surface of the sample mounting plate at two different irradiation points on the scanning line in the X-axis direction scanned by the two-dimensional scanning means, the focal type X-axis direction waveform information acquisition means for acquiring X-axis direction waveform information from each reflected wave received by the ultrasonic transducer;
X-axis direction waveform display control means for displaying the waveform of each reflected wave on the display device in a manner in which the reception timing can be recognized based on the plurality of acquired X-axis direction waveform information;
An X-axis direction angle adjusting means capable of adjusting the angle of the sample mounting plate by rotating the sample mounting plate around the Y-axis direction;
When the surface of the sample mounting plate is irradiated with ultrasonic waves from the focal ultrasonic transducer at two different irradiation points on the scanning line in the Y-axis direction scanned by the two-dimensional scanning means, the focal type Y-axis direction waveform information acquisition means for acquiring Y-axis direction waveform information from each reflected wave received by the ultrasonic transducer;
Y-axis direction waveform display control means for displaying the waveform of each reflected wave on the display device in a manner in which the reception timing can be recognized based on the acquired plurality of Y-axis direction waveform information;
An ultrasonic microscope system comprising Y-axis direction angle adjusting means capable of adjusting the angle of the sample mounting plate by rotating the sample mounting plate about the X-axis direction as a rotation center. .
前記Y軸方向角度調整手段は、該各反射波の受信タイミングを合致させるべく、取得した複数のY軸方向波形情報に基づいて前記試料載置板をX軸方向を回動中心として自動的に回動させる第2駆動手段を有する
ことを特徴とする請求項5に記載の超音波顕微鏡システム。
The X-axis direction angle adjusting means automatically adjusts the sample mounting plate with the Y-axis direction as the center of rotation based on a plurality of acquired X-axis direction waveform information so as to match the reception timing of each reflected wave. First driving means for rotating,
The Y-axis direction angle adjusting means automatically adjusts the sample mounting plate with the X-axis direction as the rotation center based on the acquired plurality of Y-axis direction waveform information so as to match the reception timing of each reflected wave. 6. The ultrasonic microscope system according to claim 5, further comprising second driving means for rotating.
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