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Development of ultrasonic probe evaluation system using change in liquid surface shape due to acoustic radiation pressure

Research Project

Project/Area Number 19K04253
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

Nomura Hideyuki  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (90334763)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords音響放射圧 / 音響流 / 音響パワー / 音圧 / 超音波プローブ
Outline of Research at the Start

超音波プローブの新たな評価方法の確立を目的を目指す.
超音波診断・治療おいて,使用される超音波プローブの出力評価は重要な検査項目である.特に安全面から,プローブから放射された音響エネルギーが「どの位置にどのくらい集中しているか」を測定することが重要である.
本研究では,超音波が液面に入射するときに生じる,音響放射圧による液面形状変化を光学的に測定し,さらに音響放射圧分布・音圧分布・音響パワーを推定する方法の確立を目指す.

Outline of Final Research Achievements

To establish a new evaluation method for ultrasonic probes, we proposed and evaluated a method based on the measurement of water surface shape change by acoustic radiation pressure.
First, a theoretical model that takes into account the large-amplitude of water surface displacement was developed and compared with measurements. The results were not sufficient to explain the water surface displacement proportional to the cube of the sound pressure as shown in the measurement results. Next, instead of an unstable water surface, a thin film was used to measure the displacement due to radiation pressure, and its stability was verified. Finally, radiant power was measured from the obtained water surface displacement. The results showed larger values than those estimated by the hydrophone method.
Further studies on the relationship between water surface displacement and sound pressure and more accurate measurement methods are needed.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

放射圧による水面変位計測によって音響パワーと放射圧分布の同時計測が可能となる点が,社会的に意義ある成果である.この手法が確立されることで,現場における超音波プローブの評価が容易になる.
音響パワーに比例する放射圧が,今回の研究では示されなかった.このことは今後解決する必要があるが,同時に新たな物理メカニズムが潜んでいる可能性を示唆している.したがって,この現象の追求は新たな超音波現象の発見につながる可能性がある点で,学術的意義を有する.

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] 液面の形状変化計測を用いた集束超音波の音響放射圧・音圧測定法2020

    • Author(s)
      野村 英之, 下村 諒哉
    • Journal Title

      超音波TECHNO

      Volume: 32 Pages: 59-63

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] Water surface displacement induced by acoustic radiation pressure of focused ultrasound acting on air-water interface2019

    • Author(s)
      Nomura Hideyuki、Shimomura Masaya
    • Journal Title

      Proc. of Meetings on Acoustics

      Volume: 38 Pages: 045025-045025

    • DOI

      10.1121/2.0001145

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 音響放射力励起による過渡応答を用いた金属箔の振動特性測定法2022

    • Author(s)
      北村 香子, 野村 英之
    • Organizer
      日本音響学会2022年春季研究発表会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 音響放射力によって加振された金属箔の振動特性と音響放射特性の比較2021

    • Author(s)
      北村 香子, 野村 英之
    • Organizer
      電子情報通信学会超音波研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 音響放射力によって加振された膜の振動特性の測定と評価2021

    • Author(s)
      北村 香子, 野村 英之
    • Organizer
      日本音響学会2021年春季研究発表会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 集束超音波の音響放射圧による液面変位2019

    • Author(s)
      野村 英之, 下村 諒哉
    • Organizer
      第40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
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 界面における集束超音波の音響放射圧と超音波パワー2019

    • Author(s)
      下村 諒哉, 野村 英之
    • Organizer
      電子情報通信学会超音波研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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