2020 Fiscal Year Research-status Report
音響放射圧による液面形状変化を利用した超音波プローブ評価システムの開発
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19K04253
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
野村 英之 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (90334763)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 音響放射圧 / 音響流 / 音響パワー / 音圧 / 超音波プローブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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.しかしながら，音響パワーと音圧 分布を同時に短時間で評価する方法は未だ確立されていない.
本研究では，液面に作用する超音波放射圧計測を応用した超音波プローブの新しい評価方法を提案する. 測定法の確立にあたっては，(1)超音波の液面入射時 における放射圧による液面形状変化の測定技術の確立と液面変位予測モデルの構築，(2) 液面形状分布から放射圧分布・音圧分布・音響パワーを推定する方法を 確立，(3)最終的にはこれらの自動測定システムの構築を行う．開発にあたっては音響流を考慮した測定法や，表面張力の影響の検討も行う.
2019年度の研究で，音響放射圧による液面変位は音圧の2乗に比例することが予測した．しかし，実際に測定を行ったところ，液面変位は超音波トランスデューサの駆動電圧の2乗ではなく，むしろ3乗に近い変化を見せることがわかった．2020年度はこのことを更に確認するための評価を行った．具体体的には不安定な水面ではなく，食品用透明フィルム(ポリ塩化ビニリデン膜，以下，ラップ)を水-空気の界面に設置し，さらに変調放射圧によるラップの変位を評価した．
実験結果は，放射圧によるラップの変位は音圧の2乗に比例すること，変調周波数に追従して変位も時間的に変化することを示した．すなわち，少なくとも安定したラップのようなターゲットの場合，変位は放射圧，すなわち音圧の2乗に比例するこをが確認された．ただい，その変位振幅は水面変位を対象とした実験より2桁程度小さかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
超音波による水面変位の測定の確立を確立，安定した対象物であれば変位が放射圧に比例することを確認した．また，水面変位の大振幅特性を考慮した理論モデルでは予測とは異なり，実験結果を説明するのに不十分であることを確認した点は評価される.
一方，当初，音響放射圧と音響流の相互作用について評価することを計画していたが，コロナ禍の影響で十分な実験時間の確保ができず，そのための実験を実施できなかった．この点については次年度以降の課題とした.
以上の点から，現状では「やや遅れている」と判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度，実施できなかった(1)音響放射圧と音響流の相互評価についての評価を進める．同時に，その自動測定システムを導入し，(2)測定系プロトタイプを構築と評価を行う．
(1)の実験は，音響流と音響放射圧の発生時間スケールの違いを利用する．これまでより高倍率の光学系を導入する．音場中に置かれたターゲットを高速度ビデオシステムで観測し，その動きから両作用の分離を行う．結果から，音響流がどの程度，放射圧に影響しているかを見積もる．また，数値シミュレーションにより，変形した界面近傍の集束音場についても評価する．(2)について，ハイドロホンによる音場計測及び，放射圧天秤によるパワー計測を比較す，構築したシステムおよび提案法の妥当性を評価する．まだ，測定のバラツキも検討し，確からしさについても検討する．
最終的には，提案法がどの程度の確からしさを持ち，どの程度，その他の測定法とどの程度の差異を含む結果を評価，問題と合わせて指摘する．
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| Causes of Carryover |
当初予定の実験が実施できなかったため，残額が生じた．2021年度においてその実験を計画しており，その消耗品費としてあてる．
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