| 研究課題/領域番号 |
18K04028
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 東京慈恵会医科大学 |
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研究代表者 |
植田 毅 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (30251185)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | フォノニックレンズ / 点状散乱体 / 配置最適化 / 経頭蓋 / クロスバースイッチ / 積分方程式法 / 有限要素解析 |
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| 研究成果の概要 |
頭蓋骨の外部から照射する超音波を経頭蓋で脳内の移動する焦点に即時的適宜的に集束させるフォノニックレンズの基礎研究を行ってきた。当初、音響ホログラフィーを用いてレンズを構成するインピーダンスの異なる物質の分布を有限要素法により決定した。しかし、構造の最適化、適時的にすることが困難であるため、頭部を覆う水様物質内に気泡を配列することにより音響レンズ構成することとした。気泡を点状散乱体としてモデル化し、頭蓋内の焦点では音場が極大となり、それ以外では０になるように散乱体の最適配置を決定し、進行方向の垂直な方向に回折限界、進行方向にその２倍程度に集束できるレンズが実現可能であることを示した。
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| 自由記述の分野 |
メタマテリアル
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
超音波平面波を頭蓋骨内に集束させるレンズは音響ホログラフィーの原理を用いて設計、製作され、集束特性が調べられていた。このレンズでは、頭蓋骨形状、焦点位置によりレンズを作り直す必要があった。本研究では、任意形状の頭蓋骨、移動する焦点に対して適時的に焦点を結ぶレンズを提案し、十分な機能を実現できることを示した。泡を適切に配列することでレンズとして機能させ得ること、その配列の最適化に用いる目的関数の定義、高速な音場の計算法の開発など学術的意義は大きい。得られた成果は脳梗塞の解消のみならず、近年精力的に研究されている超音波による脳刺激によるアルツハイマー病の治療にも応用でき、社会的波及効果も大きい。
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