低電圧高出力な半球殻状超音波トランスデューサの開発

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H03188
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 梅村 晋一郎 東北大学, 医工学研究科, 学術研究員 (20402787)
• 研究分担者: 高木 亮 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (20771885) ; 吉澤 晋 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30455802)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 超音波治療 / キャビテーション / 圧電トランスデューサ / 球殻状トランスデューサ / 円筒状トランスデューサ / パワーMOSFET

研究実績の概要

強力超音波治療の効率と適用範囲を飛躍的に高める音響キャビテーションを，精度よく発生させるためには，著しく高い音圧の短い超音波パルスが有効である．これを，従来の厚み振動に基づく超音波トランスデューサにより生成しようとすると，必要な駆動電圧が汎用パワーMOSFETの限界である数百Vに達してしまう．本研究では，この課題を解決することを目的に，同半径の薄い圧電セラミック球殻と水玉の径振動共振周波数がほぼ一致する偶然を利用し，共振において機械的コンプライアンスが極大となるに伴って極大となる電気的アドミタンスを利用する球殻型トランスデューサを提案してきた．先年度，この考え方をさらに発展させ，同半径の薄い圧電セラミック円筒と水円柱の径振動共振周波数を解析した結果，両者も，ほぼ一致することを見出した．円筒型の圧電セラミック・トランスデューサは，水中音響分野において，投げ込み型検出器として従来から知られているが，この性質に着目した応用は提案されていなかった．おそらく，この偶然による特徴が知られていないためであると考えられる．本年度は，球殻型トランスデューサに加えて，円筒型トランスデューサについても，その特徴を生かした応用につながる研究を進めた．具体的には，有限要素法による数値計算シミュレーションにより，上記特長を生かすことのできる円筒型トランスデューサの長さ／半径および厚さ／半径の比を明らかにした．次に，それを試作し，音圧出力／駆動電圧の比が，実用範囲にあることを確かめた．

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Sonodynamic Therapy: Advances and Challenges in Clinical Translation (2018)
  • 著者名/発表者名: Lafond Maxime、Yoshizawa Shin、Umemura Shin-ichiro
  • 雑誌名: Journal of Ultrasound in Medicine 巻: 38 ページ: 567～580
  • DOI: 10.1002/jum.14733
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cavitation-threshold Determination and Rheological-parameters Estimation of Albumin-stabilized Nanobubbles (2018)
  • 著者名/発表者名: Lafond Maxime、Watanabe Akiko、Yoshizawa Shin、Umemura Shin-ichiro、Tachibana Katsuro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: 7472
  • DOI: 10.1038/s41598-018-25913-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Basic study of improvement of axial resolution and suppression of time side lobe by phase-corrected Wiener filtering in photoacoustic tomography (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagaoka Ryo、Yoshizawa Shin、Umemura Shin-ichiro、Saijo Yoshifumi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 ページ: 07LD11
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.07LD11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective detection of cavitation bubbles by triplet pulse sequence in high-intensity focused ultrasound treatment (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Ryosuke、Nagaoka Ryo、Yoshizawa Shin、Umemura Shin-ichiro
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 ページ: 07LF12
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.07LF12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of scanning the focus on generating cavitation bubbles and reactive oxygen species by using trigger high-intensity focused ultrasound sequence (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishitaka Shinya、Mashiko Daisaku、Yoshizawa Shin、Umemura Shin-ichiro
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 ページ: 07LF25
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.07LF25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative measurement of ultrasonic pressure field using combination of optical phase contrast and nonlinear acoustic holography methods (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Takuya、Iwasaki Ryosuke、Yoshizawa Shin、Umemura Shin-ichiro
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 ページ: 07LB13
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.07LB13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of annular focusing of ultrasound on rate of stone erosion using cavitation bubbles (2018)
  • 著者名/発表者名: Yura Toshiya、Lafond Maxime、Yoshizawa Shin、Umemura Shin-Ichiro
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 ページ: 07LB18
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.07LB18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of a Three-Hydrophone Method for 2-D Cavitation Localization (2018)
  • 著者名/発表者名: Lafond Maxime、Asquier Nicolas、Mestas Jean-Louis A.、Carpentier Alexandre、Umemura Shin-ichiro、Lafon Cyril
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control 巻: 65 ページ: 1093～1101
  • DOI: 10.1109/TUFFC.2018.2825233
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of sonodynamic treatment region with sonochemiluminescence in gel phantom (2018)
  • 著者名/発表者名: Mashiko Daisaku、Nishitaka Shinya、Iwasaki Ryosuke、Lafond Maxime、Yoshizawa Shin、Umemura Shin-ichiro
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 ページ: 07LF13
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.07LF13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Singular value decomposition of received ultrasound signal to separate tissue, blood flow, and cavitation signals (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Hayato、Nagaoka Ryo、Lafond Maxime、Yoshizawa Shin、Iwasaki Ryosuke、Maeda Moe、Umemura Shin-ichiro、Saijo Yoshifumi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 ページ: 07LF04～07LF04
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.07LF04
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of murine lymph vessels using photoacoustic imaging with contrast agents (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagaoka Ryo、Tabata Takuya、Yoshizawa Shin、Umemura Shin-ichiro、Saijo Yoshifumi
  • 雑誌名: Photoacoustics 巻: 9 ページ: 39～48
  • DOI: 10.1016/j.pacs.2018.01.001
  • 査読あり
• [産業財産権] 超音波処置具 (2019)
  • 発明者名: 伊藤 寛，梅村 晋一郎，吉澤 晋
  • 権利者名: オリンパス(株)
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2019/007064
  • 外国