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High-speed Measurement of 3D Ultrasound Field Reconstructed from Shadowgraph Images

Research Project

Project/Area Number 16K12906
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Medical systems
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

YOSHIZAWA Shin  東北大学, 工学研究科, 准教授 (30455802)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 梅村 晋一郎  東北大学, 医工学研究科, 学術研究員 (20402787)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords音場計測 / 音響光学効果 / シャドウグラフ / 集束超音波 / 医用超音波 / 音場測定 / 光学的計測
Outline of Final Research Achievements

An experimental system for the measurement of a 3D ultrasound field reconstructed from optical images was developed. The optical images of a 3D focused ultrasound field were obtained and the pressure field was successfully reconstructed. A simulation code was developed to estimate optical phase modulations by acoustic field from shadowgraph images. The error of the reconstructed pressure when the distance between the acoustic field and the optical measurement plane was relatively long was reduced by the simulation. Furthermore, a 3D ultrasound field was reconstructed using the combination of the optical measurement and numerical simulation where the nonlinearity of ultrasound propagation is considered. The measurement time for a 3D nonlinear ultrasound field was significantly reduced by the combined method.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発した手法は,超音波トランスデューサ評価で重要な3次元音場測定手法について,従来法である圧力センサ(ハイドロフォン)を3次元走査するのに比べ,計測時間を著しく短縮するものである.光学的測定手法を利用しているため,カメラ画像による2次元情報を瞬時に取得でき,音場の1軸回転によって3次元情報を得ることができる.これにより,超音波トランスデューサ評価にかかる時間を大幅に短縮でき,開発サイクルの短縮が可能となる.また,非接触で音場測定が可能であるため,狭い流路やシャーレ内などのハイドロフォンが挿入できない音場の評価も行うことができる.

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Quantitative measurement of ultrasonic pressure field using combination of optical phase contrast and nonlinear acoustic holography methods2018

    • Author(s)
      Nakamura Takuya、Iwasaki Ryosuke、Yoshizawa Shin、Umemura Shin-ichiro
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 57 Issue: 7S1 Pages: 07LB13-07LB13

    • DOI

      10.7567/jjap.57.07lb13

    • NAID

      210000149280

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Simulation of optical propagation based on wave optics for phase retrieval in shadowgraph of ultrasonic field2017

    • Author(s)
      Hanayama Hiroki、Nakamura Takuya、Takagi Ryo、Yoshizawa Shin、Umemura Shin-ichiro
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 56 Issue: 7S1 Pages: 07JC13-07JC13

    • DOI

      10.7567/jjap.56.07jc13

    • NAID

      210000148035

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 光位相コントラスト法と音響ホログラフィを用いた診断用超音波音場の測定2018

    • Author(s)
      吉澤 晋,中村 拓也,梅村 晋一郎
    • Organizer
      第91回日本超音波医学会学術集会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 光位相コントラスト法と音響ホログラフィー的解析を用いた超音波パルス音場の定量測定2017

    • Author(s)
      中村 拓也, 花山 洋貴, 高木 亮, 吉澤 晋, 梅村 晋一郎
    • Organizer
      電子情報通信学会 超音波研究会
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都市)
    • Year and Date
      2017-01-25
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] Quantitative Measurement of High-Intensity Pulsed Ultrasound Pressure Field using Combination of Optical Phase Contrast Method and Acoustic Holography2017

    • Author(s)
      Takuya Nakamura, Hiroki Hanayama, Ryo Takagi, Shin Yoshizawa, Shin-ichiro Umemura
    • Organizer
      The 17th International Symposium on Therapeutic Ultrasound (ISTU2017)
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 光学的測定と音響ホログラフィー的解析によるHIFUパルス音場の定量測定2017

    • Author(s)
      中村 拓也, 吉澤 晋, 梅村 晋一郎
    • Organizer
      日本超音波医学会 平成29年度第2回基礎技術研究会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Three Dimensional Pressure Field Measurement of Focused Ultrasound by Optical Phase Contrast Method2017

    • Author(s)
      Shin Yoshizawa, Takuya Nakamura, Yohei Sasaki, Maxime Lafond, Shin-ichiro Umemura
    • Organizer
      2017 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS2017)
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 光学的測定と非線形音響ホログラフィー的解析による超音波音場の定量測定2017

    • Author(s)
      中村 拓也, 吉澤 晋, 梅村 晋一郎
    • Organizer
      第38回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム(USE2017)
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 光学測定と音響ホログラフィによる超音波音場測定手法の開発2016

    • Author(s)
      吉澤 晋, 中村 拓也, 花山 洋貴, 鈴木 魁, 高木 亮, 梅村 晋一郎
    • Organizer
      日本超音波医学会 平成28年度第5回基礎技術研究会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-12-19
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 音場のシャドウグラフにおける位相復元を目的とした光伝搬シミュレーション2016

    • Author(s)
      花山 洋貴, 中村 拓也, 高木 亮, 吉澤 晋, 梅村 晋一郎
    • Organizer
      第37回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム(USE2016)
    • Place of Presentation
      釜山(韓国)
    • Year and Date
      2016-11-16
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 音場のシャドウグラフにおける位相復元を目的とした光伝搬シミュレーションの検討2016

    • Author(s)
      花山 洋貴, 中村 拓也, 高木 亮, 吉澤 晋, 梅村 晋一郎
    • Organizer
      電子情報通信学会 超音波研究会
    • Place of Presentation
      日本大学(郡山市)
    • Year and Date
      2016-10-07
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 光学的測定と音響ホログラフィー解析による高強度超音波音場の定量測定2016

    • Author(s)
      中村 拓也, 大山 誠司, 花山 洋貴, 高木 亮, 吉澤 晋, 梅村 晋一郎
    • Organizer
      電気関係学会東北支部連合大会
    • Place of Presentation
      東北工業大学(仙台市)
    • Year and Date
      2016-08-30
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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