位相共役超音波を用いた無歪み診断装置および自動標的治療装置開発の基礎研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555021
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高木 堅志郎 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013218)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 健 日本学術振興会, 特別研究員 ; 坂本 直人 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (10282592) ; 酒井 啓司 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (00215584)
• Keywords: 位相共役波 / 超音波 / 超音波映像系 / 画像補正 / 非線形 / 超音波診断装置

Research Abstract

超音波の位相共役は波その時間反転性と波面歪みの自動補正性から、様々な応用が期待されている。特に、医療への応用(超音波診断やガン治療、結石破砕など)は、身近な医療施設に広く普及するものであり、その社会的意義は極めて重要である。本研究において、我々は圧電セラミクスの非線形応答を利用した新しい位相共役波の発生法を用い、(1)無歪み超音波映像法および(2)収束超音波による自動標的系の製作を目的とした。これらの技術の開発のためには高い効率を持つ位相共役鏡の設計および強い非線形性を示す材料の探索が必須である。このため本年度は材料の非線形特性を定量的かつ迅速に測定するシステムを作製した。この装置は非線形圧電材料に周期的なバイアス電圧をかけ、これに追随して変化する圧電共振の応答を観察するものである。このシステムにより位相共役波の生成に寄与する高次の圧電定数を高い精度で測定することに成功した。さらにこれと平行して高効率位相共役鏡の設計・開発を進めた。最近、その高い電気機械結合係数が注目を集めているリラクサ型圧電単結晶材料についてその物性定数を測定し、これから理論的に実現可能な位相共役波発生効率を計算した。この材料は圧電非線形が強いばかりでなく、単結晶ゆえ15MHzの超音波に対する音響損失がセラミクスよりも少ないという利点をもち、実効的な効率が大幅に増大することが期待される。これに加えて位相共役波発生電気系の改良に取り組んだ。有効に2倍のポンプ電場をかける大型共振キャビティを試作し、30mm×5mmの電極間に3kV、30MHzの有効電圧を発生させることができた。これらの研究の結果、世界ではじめて反射率100%を超える超音波位相共役生成システムを作ることに成功した。

Research Products

• [Publications] M.Ohno,K.Yamamoto,A.Kokubo,K.Sakai,K.Takagi: "Acoustic Phase conjugation by nonlinear piezoelectricity I.-principle-"J.Acoust.Soc.Am. 106(3). 1330-1338 (1999)
• [Publications] K.Yamamoto,M.Ohno,A.Kokubo,K.Sakai,K.Takagi: "Acoustic Phase conjugation by nonlinear piezoelectricity II.-Visualization and Application-"J.Acoust.Soc.Am. 106(3). 1339-1345 (1999)