JPS59119257A - 超音波顕微鏡 - Google Patents
超音波顕微鏡Info
- Publication number
- JPS59119257A JPS59119257A JP57226880A JP22688082A JPS59119257A JP S59119257 A JPS59119257 A JP S59119257A JP 57226880 A JP57226880 A JP 57226880A JP 22688082 A JP22688082 A JP 22688082A JP S59119257 A JPS59119257 A JP S59119257A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- ultrasonic
- sample
- terminals
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は超音波エネルギーを用いたる撮像装置、特に超
音波顕微鏡に関する。
音波顕微鏡に関する。
近年において医学界において人体の内部構造を観察する
のに有効な波動として応用されている超音波は、光や電
子線には不可能な光学的に不透明な物体をも透過する性
質を持っており、その周波数が高ければ高い程より微細
な対象物まで描き出す事が可能である。その上、超音波
が取シ出す情報は対象物の弾性、密度、粘性等の力学的
性質を反映している為、光や電子線では得られない内部
の構造までみる事が出来る。
のに有効な波動として応用されている超音波は、光や電
子線には不可能な光学的に不透明な物体をも透過する性
質を持っており、その周波数が高ければ高い程より微細
な対象物まで描き出す事が可能である。その上、超音波
が取シ出す情報は対象物の弾性、密度、粘性等の力学的
性質を反映している為、光や電子線では得られない内部
の構造までみる事が出来る。
音波周波数ＩＧＨ２，従って水中での音波長として約１
μｍに及ぶ超高周波音波を利用して、上記の超音波の特
徴を生かした超音波顕微鏡が検討されている（Ｒ，Ａ、
レモン氏とＣ，Ｆ’、クウエーツ氏のＡ Ｓｃａｎ
ｎｉｎｇ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
と題するＩＥＥＥ Ｃａｔ、Ａ７３ＣＨ１４８２９ＳＵ
ＰＰ４２３−４２６に掲載の文献）。
μｍに及ぶ超高周波音波を利用して、上記の超音波の特
徴を生かした超音波顕微鏡が検討されている（Ｒ，Ａ、
レモン氏とＣ，Ｆ’、クウエーツ氏のＡ Ｓｃａｎ
ｎｉｎｇ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
と題するＩＥＥＥ Ｃａｔ、Ａ７３ＣＨ１４８２９ＳＵ
ＰＰ４２３−４２６に掲載の文献）。
この超音波顕微鏡の原理は、約１μｍ位まで細く絞った
超音波ビームによって試料面を機械的に２次元走査しな
がら、試料によって惹起された散乱、反射、透過減食と
いったしよう乱世波を集音して電気信号に変換し、この
電気信号をブラウン管上に、上記機械走査と同期して２
次元表示する事により顕微画像を得るものである。
超音波ビームによって試料面を機械的に２次元走査しな
がら、試料によって惹起された散乱、反射、透過減食と
いったしよう乱世波を集音して電気信号に変換し、この
電気信号をブラウン管上に、上記機械走査と同期して２
次元表示する事により顕微画像を得るものである。
第１図はその従来の超音波顕微鏡の基本構成を示す図で
ある。図において超音波を発生検出するトランスデユー
サは、主として圧電薄膜２０、音響レンズ４０から構成
される。即ち、レンズ結晶４０（例えば、サファイア、
石英ガラス等の円柱状結晶）は、その一端面４１は光学
研磨された平面であり、他端面には微小な曲率半径（例
えば０．１〜ｌ ｉｔｓ ）の半球穴４２が形成されて
いる。端面４１に蒸着等によって設けられた上部電極１
０゜圧電薄膜２０及び下部電極１１からなる層構造の上
下電極間に、ＲＦパルス発振器１００の出力電気信号を
印加すれば、上記圧電薄膜の圧電効果により、レンズ結
晶４０内に平面波のＲＦパルス超音波８０が放射される
。この平面超音波は上記半球穴４２と媒質５０（一般に
純水が用いられる）との界面で形成される正の音響球面
レンズにより所定焦点面におかれた試料６ｏ上に集束さ
れる。
ある。図において超音波を発生検出するトランスデユー
サは、主として圧電薄膜２０、音響レンズ４０から構成
される。即ち、レンズ結晶４０（例えば、サファイア、
石英ガラス等の円柱状結晶）は、その一端面４１は光学
研磨された平面であり、他端面には微小な曲率半径（例
えば０．１〜ｌ ｉｔｓ ）の半球穴４２が形成されて
いる。端面４１に蒸着等によって設けられた上部電極１
０゜圧電薄膜２０及び下部電極１１からなる層構造の上
下電極間に、ＲＦパルス発振器１００の出力電気信号を
印加すれば、上記圧電薄膜の圧電効果により、レンズ結
晶４０内に平面波のＲＦパルス超音波８０が放射される
。この平面超音波は上記半球穴４２と媒質５０（一般に
純水が用いられる）との界面で形成される正の音響球面
レンズにより所定焦点面におかれた試料６ｏ上に集束さ
れる。
試料６０によって反射された超音波は、上記音響レンズ
により集音さｔ１平面超音波に変換されてレンズ結晶４
０内を伝播し、最終的に圧電薄膜２０の逆圧電効果によ
りＲＦパルス電気信号に変換される。このＲ，Ｆパルス
電気信号はＲＦ受信器１１０で増巾検波後、ビデオ信号
（１〜１０ＭＨｚ）に変換されブラウンｖ１３０の輝度
信号（Ｚ人カ）として用いられる。
により集音さｔ１平面超音波に変換されてレンズ結晶４
０内を伝播し、最終的に圧電薄膜２０の逆圧電効果によ
りＲＦパルス電気信号に変換される。このＲ，Ｆパルス
電気信号はＲＦ受信器１１０で増巾検波後、ビデオ信号
（１〜１０ＭＨｚ）に変換されブラウンｖ１３０の輝度
信号（Ｚ人カ）として用いられる。
かかる構成において、試料ステージ７ｏ上に貼付された
試料６ｏをｘ −７面内の２次元機械走査系１２０によ
って、２次元機械振動を行なわせなカラ、上記ビデオ信
号をこの走査と同期シテブラウン旨１３０上に表示すれ
ば、顕微画像が得られる事になる。
試料６ｏをｘ −７面内の２次元機械走査系１２０によ
って、２次元機械振動を行なわせなカラ、上記ビデオ信
号をこの走査と同期シテブラウン旨１３０上に表示すれ
ば、顕微画像が得られる事になる。
ところで、この様な装置の分解能には、超音波の伝播方
向の深度分解能（焦点深度）Δρと超音波の伝播方向と
垂直な面内の方位分解能Δｒとがあり、いずれも使用し
た超音波の波長λとレンズの照るさを表わすＦナンバＦ
によって定まシ、Δγ＝λ・Ｆ ・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（１）Δρ−２λ・Ｆ２
・旧旧・・・・用団・ｆ２１で与えらｎる
。
向の深度分解能（焦点深度）Δρと超音波の伝播方向と
垂直な面内の方位分解能Δｒとがあり、いずれも使用し
た超音波の波長λとレンズの照るさを表わすＦナンバＦ
によって定まシ、Δγ＝λ・Ｆ ・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（１）Δρ−２λ・Ｆ２
・旧旧・・・・用団・ｆ２１で与えらｎる
。
即ち、この様な装置は、直径Δγ、高さΔρの円柱状の
容積からうけたじょう乱の程度を検出しているのである
。この検出容積の体積Δ■は式（１）。
容積からうけたじょう乱の程度を検出しているのである
。この検出容積の体積Δ■は式（１）。
（２）より
ΔＶ＝−（Δγ）２・Δρ＝−λ３Ｆ３ ・・・・
・・・・・（３３２ で与えられる。
・・・・・（３３２ で与えられる。
本発明者等は、超音波顕微鏡の撮像対象の１つである生
物試料とりわけ組織切片を観察する際、この検出容積の
周波数、従って波長依存性が定量的な計測を行なうのに
問題となる事を見出したのである。
物試料とりわけ組織切片を観察する際、この検出容積の
周波数、従って波長依存性が定量的な計測を行なうのに
問題となる事を見出したのである。
即ち、反射型の構成の場合生物組織切片から得られる検
出信号は大部分、試料中の減衰を反映するのであるが、
有用な情報の一つに減衰率の周波数依存性があるのであ
る。顕微鏡で用いる周波数帯１００ＭＨ２〜ＩＧＨ２で
は、組織を構成する蛋白質等の生体高分子の分子運動の
様が減衰率に主として寄与すると考えられておシ、逆に
減衰率の周波数依存性からこれら高分子の挙動を推測す
る事が出来るからである。ところで、かかる検出を行な
う場合、検出容積を一定にして、試料の同一領域からの
信号を検出する必要があるのであるが、第（１）式より
明らかなように方位分解能従って超音波ビームのスポッ
ト径は、使用周波数によって変化し、同一領域の信号を
検出出来ないのである。例えばＦナンバ０．７のレンズ
系を用いて、２００ＭＨ２〜ＩＧＨ２にわたって観察す
る場合、２００ＭＨ２では約５μｍ径の、ＩＧＨ２では
約１μｍ径の領域の信号が検出される事になるのである
。生物試料の特定の部位、例えば５μｍの大きさの構造
物の減衰を周波数をかえて計測する場合、検出領域を一
定の大いさにして撮像する方法があれば、検出信号は試
料の同一領域、同一容積の減衰率を反映しており、サン
プル容積という１つのパラメータを除去する事により、
著るしく計測を簡易化する事が出来るのである。
出信号は大部分、試料中の減衰を反映するのであるが、
有用な情報の一つに減衰率の周波数依存性があるのであ
る。顕微鏡で用いる周波数帯１００ＭＨ２〜ＩＧＨ２で
は、組織を構成する蛋白質等の生体高分子の分子運動の
様が減衰率に主として寄与すると考えられておシ、逆に
減衰率の周波数依存性からこれら高分子の挙動を推測す
る事が出来るからである。ところで、かかる検出を行な
う場合、検出容積を一定にして、試料の同一領域からの
信号を検出する必要があるのであるが、第（１）式より
明らかなように方位分解能従って超音波ビームのスポッ
ト径は、使用周波数によって変化し、同一領域の信号を
検出出来ないのである。例えばＦナンバ０．７のレンズ
系を用いて、２００ＭＨ２〜ＩＧＨ２にわたって観察す
る場合、２００ＭＨ２では約５μｍ径の、ＩＧＨ２では
約１μｍ径の領域の信号が検出される事になるのである
。生物試料の特定の部位、例えば５μｍの大きさの構造
物の減衰を周波数をかえて計測する場合、検出領域を一
定の大いさにして撮像する方法があれば、検出信号は試
料の同一領域、同一容積の減衰率を反映しており、サン
プル容積という１つのパラメータを除去する事により、
著るしく計測を簡易化する事が出来るのである。
本発明は以上の点を鑑みてなされたもので、周波数によ
らず方位分解能を一定にし、従ってサンプル容積を一定
にする手段を提供する事により、上記課題に応えとする
ものである。
らず方位分解能を一定にし、従ってサンプル容積を一定
にする手段を提供する事により、上記課題に応えとする
ものである。
本発明の対象の１つである生物組織切片は１〜３μｍの
薄いものであるから、上記サンプル容積を決めるパラメ
ータのうち、深度分解能は切片の厚みより大きければ考
慮しなくてよい。この場合、検出容積ΔＶは試料の厚み
２ｄとして、ΔＶ＝−λ２・Ｆ２・ｄ ・・・・１
旧・・・・・・・・（４Ｊとなる。本発明はこの式（４
）に基づいており、λ・Ｆなるパラメータを一定に保つ
事により、使用超音波周波数をかえても、検出容積ΔＶ
＝に一定ならしめんとするのである。即ち、高い周波数
ではＦナンバを太きくシ、低い周波数ではＦナンバを小
さくすればよいのである。
薄いものであるから、上記サンプル容積を決めるパラメ
ータのうち、深度分解能は切片の厚みより大きければ考
慮しなくてよい。この場合、検出容積ΔＶは試料の厚み
２ｄとして、ΔＶ＝−λ２・Ｆ２・ｄ ・・・・１
旧・・・・・・・・（４Ｊとなる。本発明はこの式（４
）に基づいており、λ・Ｆなるパラメータを一定に保つ
事により、使用超音波周波数をかえても、検出容積ΔＶ
＝に一定ならしめんとするのである。即ち、高い周波数
ではＦナンバを太きくシ、低い周波数ではＦナンバを小
さくすればよいのである。
以下、実施例をもとに本発明を詳述する。
本実施例では、第２図に示す表から明らかなように、超
音波の周波数範囲を３００〜６００ＭＨ２とし、この間
’ｔ５０ＭＨｚずつ計測している。周波数３００ＭＨ２
ではＦナンバ０．７のレンズ系を用い、方位分解能３５
μｍであり、６００ＭＨ２ではＦナンバ１．４のレンズ
系を用い、やはり方位分解能３．５μｍを実現している
。
音波の周波数範囲を３００〜６００ＭＨ２とし、この間
’ｔ５０ＭＨｚずつ計測している。周波数３００ＭＨ２
ではＦナンバ０．７のレンズ系を用い、方位分解能３５
μｍであり、６００ＭＨ２ではＦナンバ１．４のレンズ
系を用い、やはり方位分解能３．５μｍを実現している
。
かかるＦナンバの変化を行なう手段について、レンズ系
に関する部分を第３図を用いて説明する。
に関する部分を第３図を用いて説明する。
図において、レンズ材２００にはその一端面に下部電極
２０５を蒸着し、その上にｚｎ−ｏ等の圧電薄膜２２０
を蒸着する。史にその上に従来と異なり同心円状の２つ
の上部電極２３０，２１０を図の如く設は各々に電気入
力端子２４０．２５０を設けるのである。かかる構成に
おいて、周波数’ｉ３００ＭＨ２としてＲＦ電気パルス
信号を端子２４０．２５０に同時に印加すれば、２６０
の様な巾の平面超音波パルスが発生し焦点ＰＫ集束する
。この時の焦点Ｆからみたレンズ径の見込み角θｌがＦ
ナンバを決め、 Ｆユ１ ／ ２ ｓｉｎθｌ ・・・・・・・
・・・・・・・・・・・＋５１で与えられる。Ｆナンバ
０．７のときはθｔ：４５゜である。今、本構成で端子
２５０のみにＲＦ電気信号を印加するなら、周波数’に
６００ＭＨｚ として上部電極２３０と下部電極２０
５ではさまれた圧電薄膜２２０の一部のみが振動し、２
７０の様な巾の集束超音波パルスが発生し、同じく焦点
Ｆに集束する。この時のＦナンバは、 Ｆχ１ ／ ２ ｓｉｎθ２ ・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（６）で与えられる。６００Ｍ
Ｈ２ではθ２＝２０．９°となる様に上部電極の大いさ
を設定する事に工りＦナンバは１．４となるのである。
２０５を蒸着し、その上にｚｎ−ｏ等の圧電薄膜２２０
を蒸着する。史にその上に従来と異なり同心円状の２つ
の上部電極２３０，２１０を図の如く設は各々に電気入
力端子２４０．２５０を設けるのである。かかる構成に
おいて、周波数’ｉ３００ＭＨ２としてＲＦ電気パルス
信号を端子２４０．２５０に同時に印加すれば、２６０
の様な巾の平面超音波パルスが発生し焦点ＰＫ集束する
。この時の焦点Ｆからみたレンズ径の見込み角θｌがＦ
ナンバを決め、 Ｆユ１ ／ ２ ｓｉｎθｌ ・・・・・・・
・・・・・・・・・・・＋５１で与えられる。Ｆナンバ
０．７のときはθｔ：４５゜である。今、本構成で端子
２５０のみにＲＦ電気信号を印加するなら、周波数’に
６００ＭＨｚ として上部電極２３０と下部電極２０
５ではさまれた圧電薄膜２２０の一部のみが振動し、２
７０の様な巾の集束超音波パルスが発生し、同じく焦点
Ｆに集束する。この時のＦナンバは、 Ｆχ１ ／ ２ ｓｉｎθ２ ・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（６）で与えられる。６００Ｍ
Ｈ２ではθ２＝２０．９°となる様に上部電極の大いさ
を設定する事に工りＦナンバは１．４となるのである。
即ち、本発明のトランスデユーサの構成では、使用する
上部電極の大いさを使用する超音波周波数に応じて切り
換える事によって、Ｆナンバを変え、λ・Ｆなる量従っ
て方位分解能が一定になる様にしているのである。
上部電極の大いさを使用する超音波周波数に応じて切り
換える事によって、Ｆナンバを変え、λ・Ｆなる量従っ
て方位分解能が一定になる様にしているのである。
かかる構成を用いた装置構成の実施例′（ｉ−第４図に
示す。
示す。
即ち、センサ系３００の２つの端子２５０及び２４０は
、超音波送受信器３２０とＲＦアナログスイッチ３１０
ａ、３１０ｂ’＆介して結合されている。
、超音波送受信器３２０とＲＦアナログスイッチ３１０
ａ、３１０ｂ’＆介して結合されている。
ＲＦパルス発振器３２０のキャリア周波数が３００ＭＨ
２のときは、スイッチ３１０ａ、３１０ｂはいずれもＯ
Ｎ状態にしておけば、上述の上部電極２１０゜２３０は
共に駆動され、従ってＦ＝０．７が実現される。又、Ｒ
Ｆパルス発振器３２０のキャリア周波数が６００ＭＨ２
の時は、スイッチ３１０ａのみＯＮ状態に設定すれば、
上部電極２３０のみ駆動され、従ってＦ＝１．４’ｉ実
現する事が出来る。
２のときは、スイッチ３１０ａ、３１０ｂはいずれもＯ
Ｎ状態にしておけば、上述の上部電極２１０゜２３０は
共に駆動され、従ってＦ＝０．７が実現される。又、Ｒ
Ｆパルス発振器３２０のキャリア周波数が６００ＭＨ２
の時は、スイッチ３１０ａのみＯＮ状態に設定すれば、
上部電極２３０のみ駆動され、従ってＦ＝１．４’ｉ実
現する事が出来る。
かかるスイッチのＯＮ・ＯＦＦの制御は、周知の技術を
用いてＲ，Ｆパルス発撮器のキャリア周波数に対応して
行彦う事が出来る。第３図及び第４図の実施例では説明
の為、２つの周波数の場合について述べたが、一般に多
周波数の切り換えに対してＦナンハヲ変化せしめる事は
、第３図のようなＮ本の多重リング上部電極構成のセン
サと、ＮヶのＲＦアナログスイッチと、キャリア周波数
の切り換え可能なりＰ’パルス送受信器を用いれば容易
に実施しうる。その場合、上記表の如く、レンズの見込
み角θと上部電極径を設定すればレンズの焦点距離１陥
のとき、λ・Ｆなる量を一定にする事が出来る。
用いてＲ，Ｆパルス発撮器のキャリア周波数に対応して
行彦う事が出来る。第３図及び第４図の実施例では説明
の為、２つの周波数の場合について述べたが、一般に多
周波数の切り換えに対してＦナンハヲ変化せしめる事は
、第３図のようなＮ本の多重リング上部電極構成のセン
サと、ＮヶのＲＦアナログスイッチと、キャリア周波数
の切り換え可能なりＰ’パルス送受信器を用いれば容易
に実施しうる。その場合、上記表の如く、レンズの見込
み角θと上部電極径を設定すればレンズの焦点距離１陥
のとき、λ・Ｆなる量を一定にする事が出来る。
なお、以上述べた実施例では、周波数に応じてトランス
デユーサのＦ値を可変してλ・Ｆなる量を一定にしてい
るが、勿論上記表の様なトランスデユーサを個別に作成
しこれを周波数毎にさし換えても本発明の目的を達成し
得る事は明らかであろう。
デユーサのＦ値を可変してλ・Ｆなる量を一定にしてい
るが、勿論上記表の様なトランスデユーサを個別に作成
しこれを周波数毎にさし換えても本発明の目的を達成し
得る事は明らかであろう。
以上述べた如く、本発明によれば実効的にＦナンバの値
を、周波数に応じて可変とし、λ・Ｆなる量即ち方位分
解能を一定にする事により、試料の所定部位を、周波数
によらず一定の検出領域に限って計測する事を可能とし
、超音波顕微鏡に、試料の減衰率の周波数依存性といっ
たスペクトロスコピーの機能を付加する事が出来、当業
界への寄与は極めて犬である。
を、周波数に応じて可変とし、λ・Ｆなる量即ち方位分
解能を一定にする事により、試料の所定部位を、周波数
によらず一定の検出領域に限って計測する事を可能とし
、超音波顕微鏡に、試料の減衰率の周波数依存性といっ
たスペクトロスコピーの機能を付加する事が出来、当業
界への寄与は極めて犬である。
第１図は、従来の超音波顕微鏡の概略構成金示す図、第
２図は本発明を説明するだめの周波数とＦナンバーの関
係を示す図、第３図及び第４図は本発明の一実施例の要
部の構成を示す図である。
２図は本発明を説明するだめの周波数とＦナンバーの関
係を示す図、第３図及び第４図は本発明の一実施例の要
部の構成を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ： １６超音波集束ビームを送受信するセンサと該レームの
焦域内を２次元に相対的に試料を走査する手段を有する
超音波顕微鏡において、センサのＦす／バの値を、使用
超音波の周波数に応じて可変する手段を具備せる事を特
徴とする超音波顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57226880A JPS59119257A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | 超音波顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57226880A JPS59119257A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | 超音波顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59119257A true JPS59119257A (ja) | 1984-07-10 |
Family
ID=16852015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57226880A Pending JPS59119257A (ja) | 1982-12-27 | 1982-12-27 | 超音波顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59119257A (ja) |
-
1982
- 1982-12-27 JP JP57226880A patent/JPS59119257A/ja active Pending
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