2018 Fiscal Year Annual Research Report
High-speed Measurement of 3D Ultrasound Field Reconstructed from Shadowgraph Images
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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, 学術研究員 (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 / 光学的計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 3次元音場計測のための実験系を構築した．3次元音場を光学的に測定するためには，光学系か音場を回転させて様々な方向から撮像する必要がある．本研究では，超音波トランスデューサを回転ステージに取り付けた，光学系固定の測定システムとした．レーザ照射と超音波照射を同期させ，カメラ撮像およびステージ回転をPCから制御することで，3次元光学データを自動取得するシステムを構築した．
2. 3次元集束超音波音場の光学的計測を行った．構築した実験系を用いて，3次元集束超音波音場の直接計測を行った．2度刻みでトランスデューサを回転させながら撮像を行い，光学データから3次元の集束超音波音場を再構成した．
3. 3次元空間での光伝播数値計算コードを開発した．撮像されたシャドウグラフ像から，音場によって引き起こされた光の位相変化を算出する光伝播数値計算コードの開発を行った．光の波長は医用超音波の波長の1000分の1程度であるため，光の分解能で行う数値計算は計算負荷が高すぎて現実的ではない．そこで本研究では，計算量低減のため，超音波波長オーダよりも十分に細かい空間変調は考慮しないこととした．この数値計算により，光伝播距離が長い条件での音場算出誤差を低減した．
4. 3次元集束超音波音場の直接計測と音場伝播数値計算を組み合わせた非線形超音波音場の計測を行った．超音波トランスデューサからパルス波もしくはバースト波による集束超音波を発生させ，トランスデューサ近傍の集束前の超音波音場を光学的に計測した．次に，その音場をトランスデューサに逆伝播させることでトランスデューサ面上の音圧分布を再現した．さらに，トランスデューサの駆動電圧に応じてその音場をスケーリングし，それを入力データとした非線形超音波伝播数値計算を行い，強力な集束超音波音場の3次元再構成を行った．従来法よりも高速な3次元音場評価手法となった．
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