2016 Fiscal Year Research-status Report
シャドウグラフ像を用いた3次元超音波音場の超高速計測手法の開発
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16K12906
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
吉澤 晋 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30455802)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅村 晋一郎 東北大学, 医工学研究科, 教授 (20402787)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 医用超音波 / 音場測定 / シャドウグラフ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)2次元軸対称音場計測のための実験系構築
カメラを用いた撮像系は，直径150 mmの大口径単レンズとカメラレンズを組み合わせて遠方から撮像する場合と，カメラレンズのみで近傍から撮像する場合において，ほぼ同様な結果が得られることが確認できた．したがって，1 MHz程度の治療用超音波で一般的に用いられる周波数から，数MHzの診断用超音波で用いられる周波数まで対応可能であることがわかった．また，3次元非軸対称音場の測定を行うための実験系の構築に着手した．
(2)比較的低強度な2次元軸対称音場の計測
超音波周波数1.1 MHz，焦点圧力振幅が約0.4 MPaである軸対称の集束超音波音場についてシャドウグラフを応用した手法により測定し，ハイドロフォンによる測定結果と比較した．その結果，焦点領域の負圧部分については良い一致が得られたものの，正圧部分に対しては光学的手法による測定値がハイドロフォン測定値の70%程度に低下していることがわかり，改善が必要であることがわかった．
(3)2次元空間での光伝播の計算コード開発および3次元空間光伝播の計算負荷評価
Matlabで，3次元空間での光伝播計算のコードを実装した．カメラの撮像素子の指向性を考慮したこと，また撮像素子スケール未満の光の空間変調を無視することによって計算時間の短縮を行っているものの，収束計算を行うために1平面の光位相計算について1時間程度の時間が必要となっている．3次元非軸対称音場における90平面程度の光位相計算については単純計算で90時間程度かかる見込みとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交付申請書における計画のうち，(1)の実験系構築においては，様々なピクセル分解能で光学的測定を行う実験系が構築できている．これまでは1～2 MHzの超音波周波数の音場測定を行っているが，空間分解能としては近傍撮影を行うことで5 MHz程度までは対応できる見込みである．したがって本項目については順調に進展していると言える．(2)の軸対称音場計測については，集束超音波焦点領域の圧力について，負圧部分では良い一致を示すものの，全体としてはピークピーク値においてハイドロフォン測定値に対して80%程度の値と低く見積もられている．原因としては，光学測定値から圧力を算出するために仮定している物理モデルと実際の実験系もしくは物理現象に差異があることが考えられる．そのため，実験系の改良，もしくは算出式の修正や，それに伴う測定対象の増加などについて検討していく必要がある．そのため，予定よりもやや遅れていると言える．(3)の光伝播計算については，軸対称音場による1平面のデータに対してのみではあるものの，3次元空間での光伝播計算が行えるようになっている．これは，平成29年度に計画していた内容の一部であり，したがって，当初の計画以上に進展していると言える．以上より，全体としてはおおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
実験系の構築については，引き続き非軸対称音場への対応を進める．具体的には，自動回転ステージ，超音波照射，レーザ照射，画像データ取得の自動化を進め，非軸対称音場測定に必要な時間について評価検討を行っていく．音場計測については，用いている透過型スクリーンの光拡散角度の影響について調べる．これまでの検討において1～10度までは大きな違いがない結果が得られているため，より大きい拡散角度についても測定結果に影響がないかどうかを調べる予定である．開発した光伝播計算コードについては，収束計算における高速化について検討を行い，非軸対称音場の測定において膨大な時間がかかると予測されるポストプロセッシング時間の低減を図る．
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| Causes of Carryover |
実験系の構築過程において，すでに保有している水槽，ステージ，スクリーン，カメラレンズ，超音波トランスデューサを用いることができることが判明したため，使用額が当初計画よりも減少したが，研究計画には影響がなかった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
「次年度使用額」分については，測定結果の検討の結果，さらなる実験系の検討が必要になったことから，レンズ系や透過型スクリーン等の光学関係消耗品の購入費用として使用する．また，計算の高速化を検討し，GPUが効果的である場合には関連するソフトウェアの購入費用として使用する．当初計画分としては，測定対象用のトランスデューサの購入，各種学会参加のための旅費，論文投稿料などに使用する．
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Research Products
(5 results)
