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第1回 2014年6月23日開催 <アコースティックイメージング研究会資料>

AI-2014-01
時間領域音響計測における超解像手法の検討 −SCMアルゴリズムに基づく高分解能な空中音響計測システム− 【 PDF
山田 友佳里, 大久保 寛, 田川 憲男
首都大学東京 大学院システムデザイン研究科
抄録

 空中音響センシングでは,エコー信号のTime-of-Flightを処理することで対象物までの距離を計測し,またそれらを2次元にスキャンすることで画像化を行う.一般には送信信号のパルス幅が狭いほど空間分解能が高くなり,高精細な画像化が可能となる.したがって,搬送波の周波数としては,原理的には周波数が高ければ高いほど,高精細な計測が可能となる.しかし,一方で空中でのセンシングにおいては,周波数が高いと空気中での減衰が大きくなり,エコー信号が受信分解能以下となり,SN比が小さくなり測定できる距離が短くなるという可能性が指摘される.送信する音圧を上げることでSN比は向上するが,音圧を大きくしすぎるとスピーカが壊れやすくなり,また,画像化の対象によっては送信ピーク音圧が制限される場合があるため,一定値以上音圧を上げることができないこともある.そこで本論文では,空中音響センシングにおける距離分解能向上のための高分解能推定法として,可聴域音波とSCM法(MUSIC法)アルゴリズムを組み合わせた手法を提案し,その評価を行なった結果を報告する.

AI-2014-02
不均一グリッドを用いたCIP-MOC法による音響数値シミュレーション 【 PDF
松村 勇汰1, 大久保 寛1, 土屋 隆生2, 田川 憲男1, 石塚 崇3
1首都大学東京 大学院システムデザイン研究科, 2同志社大学 理工学部, 3清水建設株式会社 技術研究所
抄録

CIP法は特性曲線法の1つであり,数値分散が発生しにくい計算手法として知られている.この手法の特徴として、波動の伝搬を計算する際に,グリッド上にある音圧および粒子速度とともにその空間微分値を利用する点が挙げられる.一方,CIP法では計算領域が大きくなる場合や複雑な計算モデルだとメモリの使用量や計算時間などが膨大になり,多くの計算コストが必要になる.そこで,このようなモデルを計算する場合には複雑な計算モデルの周囲は小さいグリッドで計算し,均一な領域は大きいグリッドで計算することでメモリの削減や計算時間の短縮が可能となる.これまで我々は,使用メモリと計算時間の低減を目的に,サブグリッド・テクニックを用いたCIP法を提案してきているが,サブグリッドをCIP法で用いる場合,異なるグリッド間の境界での直交方向微分の取扱いが難しく,その実装はかなり複雑になる.そこで本研究では,2次元の計算領域において,これまで均一グリッドのみに対して適用を行っていたPMLを不均一グリッドを用いた特性曲線法と組み合わせて用いる方法をあわせて検討している.

AI-2014-03
強力集束超音波(HIFU)治療のモニター用イメージングにおける強力超音波成分除去 【 PDF
高木 亮1, 松浦 景子2, 岩崎 亮祐3, 吉澤 晋4, 梅村 晋一郎5
1東北大学 大学院医工学研究科医工学専攻, 2東北大学 大学院医工学研究科医工学専攻, 3東北大学 大学院医工学研究科医工学専攻, 4東北大学 大学院工学研究科通信工学専攻, 5東北大学 大学院医工学研究科医工学専攻
抄録

低侵襲ながん治療法の一つである強力集束超音波(HIFU)治療のリアルタイム治療モニタリングにおいて, 従来はHIFU成分との干渉を避けるため, HIFU照射を一時的に止めて, 組織内部の変化の様子を捕えている. しかしながら, その方法では組織の1msスケールの変化をモニタリングできない. そこで本研究では, B-mode画像構成前の生受信データを取得し, そのデータからHIFU成分のみをカットすることにより, 治療中のモニター用インターバルを設けずにHIFU成分のみを除去したB-mode画像を取得する方法について検討を行った. その結果, HIFU成分のみを除去したB-mode画像が得られ, 治療に伴う組織変化の様子を鮮明に確認することができた.

強力集束超音波,治療判定,超音波イメージング,フィルタ
AI-2014-04
穿刺用超音波リニアアレイ探触子による穿刺の画像化 【 PDF
田中 雄介1, 大平 克己1, 小倉 幸夫1, 田中 克彦2, 塩見 尚礼3, 来見 良誠3, 谷 徹3
1ジャパンプローブ株式会社 研究開発センター, 2立命館大学 総合科学技術研究機構, 3滋賀医科大学 外科学講座
抄録

前方の患部と針先端位置を同時に画像化しながら穿刺するため、小型の128chリニアアレイ探触子を開発し穿刺の画像化を行った。血管ファントムに穿刺し、血管壁と針先端を同時に観測した。動物実験においてイヌ大腿に穿刺し、動脈や静脈、針先端をそれぞれ観測した。また血管に対して斜めに穿刺するために傾斜穿刺用スペーサを開発し、イヌに対して穿刺を行った。さらに穿刺針用ガイドスリーブ、スリーブ固定用アタッチメントを開発した。アタッチメントを滅菌カバーの上から装着し、動物実験において滅菌カバーに穴を開けずに穿刺を行い、良好な穿刺操作性を確認した。

超音波,穿刺,リニアアレイ,探触子,画像化
AI-2014-05
スライス方向分解能を考慮したテクスチャ解析による肝組織性状定量化の試み 【 PDF
磯野 洋, 平田 慎之介, 蜂屋 弘之
東京工業大学 理工学研究科機械制御システム専攻
抄録

超音波画像を用いて非侵襲的に肝組織性状の定量化を行う手段として,テクスチャ解析の一種である同時生起行列に注目している.肝炎により線維化が進行した肝臓のBモード画像のテクスチャには,結節や線維組織といった組織構造の情報が含まれるため、画像から得られる同時生起行列からテクスチャ特徴量を算出することにより,肝病変情報を定量的に抽出できることが期待される.テクスチャ解析の基となるBモード画像においては,エコー信号の送受信の際にプローブが形成する三次元的な超音波ビーム形状の影響を受けることがわかっている.本報告では特に画像のコントラスト分解能に寄与するスライス方向の超音波ビーム厚に着目し,超音波画像シミュレーションを用いて画像のテクスチャ特徴量と超音波ビームのスライス方向分解能の関係性を定量的に調べた結果を報告する.

超音波定量診断,テクスチャ解析,スライス方向分解能,超音波画像シミュレーション
AI-2014-06
脈波の反射波成分を用いた動脈硬化簡易検査手法の研究 - 頸動脈分岐前後の波形解析の検討 - 【 PDF
小田原 拓也1, 松川 真美1, 齊藤 雅史2, 浅田 隆昭2
1同志社大学, 2村田製作所  
抄録

動脈硬化症の簡易検査手法として脈波による評価法がある.脈波は入射波と反射波から構成される.反射波は入射波に比べて伝搬距離が長いため,血管の粘弾性の影響を受ける.そこで,我々はこれまで反射波による血管の硬さ評価法を提案し,左総頸動脈における反射波の最大振幅値と被験者の年齢の相関を確認した.しかし,左総頸動脈は頭側にかけて,左外頸動脈と左内頸動脈に分岐する.そこで,本報告ではこの分岐前後の左総頸動脈と左内頸動脈において脈波と血流速度波形を測定し,反射波の検討を行った.その結果,脈波と血流速度波形には違いが見られたが,反射波の最大振幅値は同様な傾向を示した.

脈波,左総頸動脈,左内頸動脈,反射波,動脈硬化
AI-2014-07
超音波による生体組織の単位体積あたりの熱容量の測定 【 PDF
清水 冠太朗1, 村上 真一2, 渡辺 好章1, 秋山 いわき1
1同志社大学 生命医科学部, 2同志社大学 理工学部
抄録

我々は生体組織の単位体積当たりの熱容量に着目した超音波による組織性状診断を目指している.一般的にガン細胞は正常細胞と比べ,エネルギー吸収時の熱の発生量が多く,単位体積当たりの熱容量には臨床診断に有用な情報が含まれると考えられる.本研究では,超音波を生体組織に照射し,音響エネルギーの吸収減衰によって生じた熱の生成量から,単位体積当たりの熱容量を算出する手法を提案し,その有用性をファントム実験によって検討した.

組織性状診断,生体熱輸送方程式,熱電対,生体組織模擬ファントム,温度上昇
AI-2014-08
非線形伝搬によって生じる高調波成分の位相観察 【 PDF
田邉 将之, 田代 康太, 西本 昌彦
熊本大学 大学院自然科学研究科情報電気電子工学専攻
抄録

医用超音波画像において,非線形伝搬で生じる高調波成分を利用して生体内部を高精細可視化するTissue Harmonic Imaging(THI)や,非線形パラメータによる組織識別手法などが登場して久しい.本研究では,水中およびエチルアルコール中にチャープ信号を伝搬させ,直達波の基本波および高調波成分を解析したところ,高調波と基本波の位相成分にずれが確認された.また,この位相ずれは伝搬距離や伝搬物質の非線形性によって変化することが示唆された.

生体高調波画像化法,チャープ信号,非線形パラメータ
AI-2014-09
ゾルゲル複合体による超音波トランスデューサの開発 【 PDF
小林 牧子, 井上 拓男, 木本 圭祐, 田邉 将之
熊本大学 大学院自然科学研究科情報電気電子工学専攻
抄録

生体組織の高精細画像化を目的とした、ゾルゲル複合体によるシンプルな高周波広帯域超音波トランスデューサを作製したので報告する。ゾルゲル複合体は圧電膜中の微細な空孔の存在により、音響インピーダンスが低下すること、バッキング材を用いずに広帯域特性が得られることが特徴である。通常のPZTバルク粉体と粒径が小さいPZTゾルゲル溶液由来の圧電粉体を用いた結果、それぞれ平均膜厚約8μmおよび2μmの多孔性薄膜を厚さ3mmのチタン基板上に作製することに成功した。パルスエコーモードによる超音波測定を行い、第1反射波のFFTを行ったところ、平均膜厚約8μmのサンプルにおいて中心周波数約50MHzという結果が得られた。

超音波トランスデューサ,高周波,広帯域,ゾルゲル複合体,生体組織観察

第2回 2014年8月1日開催 <アコースティックイメージング研究会資料>

AI-2014-10
低出力超音波パルスに応答する遺伝子と遺伝子ネットワーク 【 PDF
田渕 圭章1, 工藤 信樹3, 近藤 隆2
1富山大学 生命科学先端研究センター, 2富山大学 大学院医学薬学研究部, 3北海道大学 大学院情報科学研究科
抄録

超音波は、医療現場において診断や治療に広く使用されている。低出力超音波パルス (LIPUS) に対する細胞応答の分子メカニズムを明らかにする目的で、我々はヒトリンパ腫U937細胞に対して300 mW/cm2のLIPUSを1分間、マウス前骨芽MC3T3-E1細胞に対して30 mW/cm2のLIPUSを20分間照射し、両細胞における遺伝子発現プロファイルを調べた。また、バイオインフォマティクス解析により各々の細胞においてLIPUSに応答する遺伝子と遺伝子ネットワークが明らかとなった。これらの成績は、細胞におけるLIPUS応答の生体分子メカニズムに新しい洞察を与える。

低出力超音波パルス,遺伝子発現,遺伝子ネットワーク
AI-2014-11
空間領域干渉計法と適応型信号処理を用いた超音波頭蓋内血流速度推定法の基礎検討 【 PDF
奥村 成皓1, 喜田 亜矢2, 瀧 宏文1, 佐藤 亨1
1京都大学 大学院情報学研究科通信情報システム専攻, 2坂井瑠実クリニック
抄録

経頭蓋骨超音波ドップラー法(TCD)は、くも膜下出血の予後管理において重要であるが、頭蓋骨からの強い反射波が混入し、その精度は低い。そこで本研究では空間領域干渉計法とCapon法を適用し、頭蓋骨からの妨害波を抑圧する。TCDでは測定対象が近傍界に存在し、高時間分解能が要求されるため、焦点形成による近傍界でのCapon法適用方法、相関行列の距離-時間方向平均による時間分解能改善方法を提案する。簡易シミュレーションの結果、距離分解能5.8mm、時間分解能0.8ms、妨害波電力と所望波電力の比が50dB以下の場合で平均推定誤差が0.1m/s以下となった。

経頭蓋骨超音波ドップラー,適応型ビームフォーミング,Capon法,血流速度推定,空間領域干渉計法
AI-2014-12
受動励振による組織粘弾性評価の実験的検討 【 PDF
小江 啓介1, 近藤 健悟2, 山川 誠3, 椎名 毅1
1京都大学 大学院医学研究科, 2京都大学 学際融合教育研究推進センター, 3京都大学 先端医工学研究ユニット
抄録

癌や肝硬変における線維化、動脈硬化症などの疾患は、組織弾性率、粘性率の変化を伴う。これらの変化を可視化できれば、疾病の早期診断や、病巣の進展範囲の鑑別の利用が期待できる。現在利用されている組織弾性のイメージング法に、加振器や音響放射圧により剪断波を発生させ、その伝搬速度を計測して弾性の分布を可視化する「動的手法」がある。これに対して、本研究では、生体内の拍動などによる肝臓の低周波振動からshear wave の成分を抽出し、組織粘弾性のイメージングを行う’’Passive Elastography 法’’を検討した。本研究では、生体組織を模したファントムに対し、用手的にランダムに発生させたshear wave からファントムの粘弾性の測定を行い、Passive Elastography の実用化に向けた基礎的検討を行う。

Passive Elastography,剪断波,粘弾性
AI-2014-13
ドプラ外測ウロダイナミクス計測システムの実用評価について 【 PDF
松本 成史, 竹内 康人, 柿崎 秀宏
旭川医科大学 医学部腎泌尿器外科学講座
抄録

我々はこの所40KHz空中超音波CW ドプラシステムによる外測ウロダイナミクス計測システムの開発を進め、臨床実用化に近い段階にある(1)。一方、外測ウロダイナミクスはマイクロ波ドプラシステムによっても可能(2)(3)であり、さらにまた最近はただのビデオカメラによる動画像ビデオ計測によっても可能で、ある旨の提案もある(4)。しかしながらいずれの外測ウロダイナミクスシステムにおいても尿その物に接触的に計測しないため、臨床上必要となる量的計測はいくつかの前提条件の許に推定値を導出する間接計測とならざるを得ない。また多人数のサンプルによる臨床評価ないし前臨床評価もまだ課題として残っている。本研究においては我々のCW ドプラ方式におけるマイクロ波と超音波の2つの計測方法への取り組みと、ファントムおよび実際の排尿の観測による実用評価の取り組み、および現段階での中間結論について報告する。

CWドプラ,ウロダイナミクス,空中超音波,マイクロ波,ファントム
AI-2014-14
培養足場層の硬さが微小気泡のふるまいとソノポレーション効果に与える影響 【 PDF
工藤 光, 工藤 信樹
北海道大学 大学院情報科学研究科
抄録

我々は,生体組織に近い硬さを持つ足場層上に培養した細胞において,ソノポレーション効率が著しく低下することを報告してきた.その原因の一つとして,超音波照射下で微小気泡の生じるふるまいが細胞培養足場層の硬さによって異なることが挙げられる.そこで本研究では,硬さの異なる 2 つの足場層を用いて,その近傍の気泡が超音波照射下で生じるふるまいの違いを高速度撮影し,細胞膜に生じる損傷を蛍光観察によって調べた結果と比較した.その結果,柔軟な足場層近傍では微小気泡が超音波照射によって膨張・収縮を繰り返しながら瞬時的に離れていくことが確認され,細胞膜損傷の発生する頻度が低下することが確認された.このことより,生体内におけるソノポレーション効率を向上させるためには気泡運動を考慮に入れた超音波照射条件や気泡の付着条件の考案が重要であることが示された.

ソノポレーション,超音波,微小気泡,高速度撮影,足場層,硬さ
AI-2014-15
超音波イメージングにおけるログステップマルチキャリア波系統時刻偏移の利用と解消法 【 PDF
前田 泰成1, 杉本 雅則2, 橋爪 宏達1
1国立情報学研究所, 2北海道大学 大学院情報科学研究科
抄録

著者らは空中超音波を用いたイメージングにおいて,乗法相似性を持つログステップマルチキャリア波を提案し,これを用いたドップラー解析法を研究してきた.これまでに複数の参照波との相互相関ピーク比を主に用いたドップラー量推定方法を提案し,この方法が優れた性能を持つことを示した.このたび,同波の持つ特徴の一つである系統時刻偏移を利用したドップラー量解析法を確立した.この方法が特に高ノイズ環境において有効であることをシミュレーションにより示す.

空間超音波,超音波イメージング,マルチキャリア波,系統時刻偏移
AI-2014-16
音響放射力インパルス照射下のウサギ肝臓及び大腿骨上における温度上昇のin vivo測定 【 PDF
新田 尚隆1, 石黒 保直2, 笹沼 英紀2, 谷口 信行3, 秋山 いわき4
1(独)産業技術総合研究所 ヒューマンライフテクノロジー研究部門, 2自治医科大学 消化器・一般外科, 3自治医科大学 臨床検査医学, 4同志社大学 生命医科学部医情報学科
抄録

近年、超音波診断で音響放射力の利用が進む一方、生体への影響についても関心が高まっている。本研究では、以前開発した動物実験用の温度測定システムを用い、音響放射力インパルス照射下で、ウサギ肝臓内及び大腿骨上に設定した焦点域での温度上昇をin vivo測定した。肝臓では超音波造影剤を併用した場合の温度上昇も測定した。

音響放射力インパルス,温度上昇,動物実験,肝臓,造影剤,大腿骨
AI-2014-17
金ナノ粒子を用いた光音響信号増強に関する基礎的検討 【 PDF
石原 美弥1, 平沢 壮1, 佐藤 良太2, 大川 晋平1, 寺西 利治2
1防衛医科大学校 医用工学講座, 2京都大学 化学研究所
抄録

光音響イメージング(光超音波イメージング)は,光を照射した際に光吸収体で発生する超音波を用いて画像化する原理に基づく断層画像である。超音波で検出するため光散乱などによる減衰の影響がなく深部の画像化が可能である特徴を持つ。さらに,励起波長を複数にするマルチスペクトル化により複数の撮像対象を画像化できるため,蛍光イメージングなどで先行している特定の分子を標的するイメージングプローブの手法が光音響イメージングに活用され始めている。吸収断面積の大きい金ナノ粒子を用いることが有効である。様々な金ナノ粒子を用いて光音響信号増強効果を検討した。

イメージングプローブ,金ナノ粒子,プラズモン,光吸収,スペクトル

第3回 2014年10月16日開催 <アコースティックイメージング研究会資料>

AI-2014-18
シミュレータによる超音波伝搬の可視化とその応用 【 PDF
田中 雄介, 大平 克己, 小倉 幸夫
ジャパンプローブ株式会社 研究開発センター
抄録

超音波伝搬シミュレータにより超音波の挙動を可視化した。平面探触子で中心軸上の変位を計算し、連続波とパルス波の違いを確かめた。また、ゼロ輻射角が発生は2波目以降のエッジ波によることを確かめた。フェーズドアレイ走査におけるグレーティングローブについて連続波とパルス波の場合を可視化し、パルス波ではグレーティングローブが発生しなかった。波数を変えてグレーティングローブのシミュレーションを行い、2波目以降の波がそれ以前の波と重なってグレーティングローブが発生することを確かめた。集束型探触子のシミュレーションを行い、焦点位置が曲率半径中心とずれることを確かめた。

超音波,シミュレータ,連続波,パルス波,エッジ波
AI-2014-19
FDTD法を用いた超音波Bモード画像の作成における散乱体反射の検討 【 PDF
楊 笑影, 平田 慎之介, 蜂屋 弘之
東京工業大学 大学院理工学研究科 機械制御システム専攻
抄録

超音波Bモード画像における肝病変の定量診断手法について検討を行っている。計算機シミュレーションにより病変肝のBモード画像を作成することで,様々な病変の組織構造について検討を行うことができる。通常,肝臓内の正常組織や病変組織は,散乱体密度の違いによって表現することができる。本報告では,FDTD法を用いた超音波Bモード画像生成における散乱体パラメータの影響について述べる。様々な散乱体反射のシミュレーションを行うことで,散乱体のパラメータと反射率の関係について検証する。

超音波Bモード画像,散乱体反射,FDTD法
AI-2014-20
建設構造物の環境振動の可視化技術の適用事例 【 PDF
佐野 泰之1, 林 健太郎2, 神谷 俊行2
1愛知工業大学 工学部建築学科, 2ベネック振動音響研究所  
抄録

建設の分野においても、構造物の振動を可視化する技術が利用されている。本報では、振動の実測結果を基に可視化し、応用する事例について紹介する。機械製品とは異なり、建設構造物は大きく、振動性状の実測の際には暗振動の影響を受ける。また、非線形変形の影響を受けるケースもある。線形変形を前提とした、モーダル解析を適用可能な事例や、これらが適用できない場合に対しても可視化を試みた事例などについて紹介する。

環境振動,可視化,建設構造物,モード,アニメーション
AI-2014-21
時空間フィルタを用いたシュリーレン法による音場の可視化 【 PDF
柳沼 啓太, Nachanant Chitanont, 矢田部 浩平, 及川 靖広
早稲田大学 基幹理工学部表現工学科
抄録

音場の測定には一般的にマイクロホンが用いられるが,音波の空間的な挙動を把握するためには多数のマイクロホンを用いなければならず,またマイクロホンなどの測定機器自体が音場を乱してしまう.これらの課題を解決する手法として,シュリーレン法による音場収録が挙げられる.シュリーレン法は,レンズや反射板によって広げられた光が通過する領域における媒質の密度勾配を明暗像として観測する手法であり,光が通過する領域内の各点における情報を同時に取得することが可能である.しかし,音圧勾配の大きさが可視化の容易さに直結するので,これまでは大振幅超音波への適用が主流であった.本稿では,シュリーレン法で得られる画像から可聴域の音場情報を抽出する手法として,時空間フィルタリングを提案する.基礎的な検討として,スピーカから放射される音場を撮影した画像から音場情報の抽出を行う.

音場の可視化,シュリーレン法,時空間フィルタリング
AI-2014-22
波長走査光断層測定による低弾性定数材料の表面波測定〜表面近傍の波動伝搬特性の検討〜 【 PDF
田原 麻梨江, 加藤 友佳子, 山口 晃広, 中村 健太郎
東京工業大学 精密工学研究所
抄録

近年、非侵襲で生体組織の弾性特性を画像化するエラストグラフィが疾患の早期発見のために使われている。光干渉断層撮影定(OCT) は、体表下3mm 程度の深さまで10μm程度の分解能で画像化できることから、皮膚や血管などの微小領域におけるOCT エラストグラフィの研究が行われている。我々は、波長走査光断層測定(SS-OCT)を用いて1m/s以下の低速なスキャン速度であっても、1〜20m/s程度の弾性表面波(SAW) 伝搬速度を計測する方式を考案した。これまで一カ所における定点計測について検討を行った。しかし、生体組織のような不均質な媒質に対して高精度な計測を行うためにはSAW伝搬速度の分布や、体表下の構造を考慮した計測が必要がある。本報告では、レーザドプラ振動計およびSS-OCTを用いて、SAW伝搬速度の2次元分布計測や、構造物が表面近傍に存在する場合の弾性波の伝搬特性について実験的に検討した。SAW伝搬速度の2次元分布を測定した結果、豚肉の赤身と脂肪の領域を区別することができた。また、表面近傍に構造物が存在する場合の検討として、寒天ゲル内部に金属線がある場合について実験を行ったところ、表面から1波長以内の場所に金属線が存在するとSAW伝搬速度が遅くなることがわかった。また、約400μmの層を持つ鶏肉で実験を行った結果、表面と層の弾性波を推定できることがわかった。

光断層測定,表面波,弾性測定,伝搬速度
AI-2014-23
C-C法を用いた工事騒音モニタリングシステムの開発とその適用 【 PDF
池上 雅之1, 渡辺 充敏1, 本田 泰大1, 羽入 敏樹2, 星 和磨2
1(株)大林組 技術研究所 環境技術研究部, 2日本大学 短期大学部 建築・生活デザイン学科
抄録

建設工事では、規制基準や管理目標値遵守のため騒音計を敷地境界付近に設置して工事騒音の監視を行っているが、騒音計は到来する音すべてを合成して測定するため、敷地外で発生する目的外の騒音を除外できず、また騒音源の特定も難しいという課題があった。本報ではC-C法を用いて、敷地内外の騒音レベルの時間波形や等価騒音レベルを推定可能なことを示すとともに、この手法に基づいて開発した工事騒音モニタリングシステムの概要を示す。工事現場における実証実験の結果、敷地外騒音(前面道路の自動車騒音)を除外して監視でき、敷地内騒音(重機の騒音)が管理目標値を超過したときのみオペレータに通報される等、実験室よりも音場が複雑な工事現場でも機能することを確認した。また方向判別マーカーとビデオの重ね合わせを使って管理目標値超過時の騒音源を特定できる等、上記課題を解決しながら周辺を含めた工事現場の音環境改善に役立つことを確認した。

工事騒音,モニタリング,方向判別,C-C法,騒音レベル

第4回 2014年12月12日開催 <アコースティックイメージング研究会資料>

AI-2014-24
産総研 計量標準総合センター(NMIJ)における音響・超音波標準の開発と供給 【 PDF
吉岡 正裕, 高橋 弘宜, 松田 洋一, 内田 武吉, 山田 桂輔, 堀内 竜三
独立行政法人 産業技術総合研究所 計測標準研究部門 音響振動科 音響超音波標準研究室
抄録

産総研(AIST)計量標準総合センター(NMIJ)において開発している音響・超音波標準と,その供給に関する活動について報告する.音響標準では,定量的な騒音の評価などで重要な役割を担っているコンデンサマイクロホンの感度や基準音源が放射する音響パワーを校正するための技術開発を行っている.超音波標準では,医用超音波機器の性能,安全性評価のための超音波音場計測技術の研究と,その計測に資する超音波パワー,ハイドロホン感度,超音波音場パラメタ校正システムの開発を行っている.また,諸外国の音響・超音波標準との同等性を相互に承認するための国際比較やピアレビューに参加している.

NMIJ,国家計量標準,音響標準,超音波標準,国際比較
AI-2014-25
パルス超音波を用いたソノポレーションにおける2気泡間相互作用を用いた細胞損傷の制御 【 PDF
工藤 祐也, 工藤 信樹
北海道大学 大学院情報科学研究科
抄録

我々は,パルス超音波照射下で生じる微小気泡のふるまいにより細胞膜の透過性を一時的に向上させ,細胞内に遺伝子や薬剤を導入するソノポレーションについて検討している.我々はこれまでの検討において,微小気泡の非等方的収縮に伴って発生する水流が膜損傷を引き起こすことを明らかにし,近接する2つの気泡が存在する場合には,気泡間の相互作用により安定な水流の発生と,それによる導入効果の向上が期待できることを報告してきた.そこで本研究では,1つもしくは2つの気泡を細胞近傍に配置した条件でソノポレーションを行い,超音波照射下の気泡のふるまいが細胞の損傷へ与える作用を高速度観察した.実験の結果,1つの気泡を用いた場合には,超音波の波数による気泡の分裂の制御が難しく,細胞への作用は全か無かの傾向を示した。これに対し,2つの気泡を近接して配置した場合には,より短い波数で安定に微小な流れを発生させることができ,細胞に再現性良く修復可能な膜損傷を与えられることを確認した.

ソノポレーション,細胞,微小気泡,2気泡間相互作用,高速度観察
AI-2014-26
高速フーリエビームフォーミングの波数マッチングにおいて補間近似を要さなない平面波やフォーカシングビームのステアリング 【 PDF
炭 親良
上智大学 理工学部情報理工学科
抄録

高速フーリエ変換を用いた補間近似を要さない高速エコーデータの生成方法に関する本研究において、他のフーリエ変換を用いる方法とは異なり、波数マッチング等において補間近似を要さずに、任意のビームフォーミング時において、高速且つ高精度に任意直交座標系にてエコーデータを生成できる方法を開発し、シミュレーションと実験を通じて実行可能性を報告してきた。リニアやコンベックス、セクタスキャン、IVUS等の任意のトランスデューサを使用できる。ステアリングした平面波や円形波、円筒波、球面波等を送波した場合、モノスタティックとマルチスタティックの開口面合成を行った場合、固定フォーカシング送信を行った場合等を報告している。本稿では、送信と受信のステアリング角度が異なる場合や、物理的にステアリング送信した場合において、ソフト的にステアリング送信を加えて受信ステアリングを行うことについて報告する。

高速フーリエビームフォーミング,ステアリング,平面波,フォーカシングビーム,波数マッチング
AI-2014-27
リニアアレイプローブを用いた生体観察時の散乱体サイズ・密度分布推定 【 PDF
大栗 拓真1, 田村 和輝1, 憲司 吉田2, Mamou Jonathan3, 丸山 紀史4, 蜂屋 弘之5, 山口 匡2
1千葉大学大学院 工学研究科人工システム科学専攻, 2千葉大学 医工学センター, 3Riverside Research Lizzi Center for Biomedical Engineering, 4千葉大学大学院 医学研究院消化器・腎臓内科学, 5東京工業大学大学院 理工学研究科機械制御システム専攻
抄録

これまでに,病変組織の定量評価を目的とし,凹面単一振動子を用いて生体組織から取得したRF信号より散乱体サイズ・密度を推定した例が報告されている.しかし,超音波診断装置を用いて得られた推定結果に対しては,送受信音波の使用可能な周波数帯域が狭いことや形成される音場が複雑であることなどの理由により十分な議論がなされていない.そこで本研究では,リニアアレイプローブを用いてガラスビーズファントムから取得したRF信号より,プローブによって形成される音場を考慮した手法を用いて散乱体サイズ・密度の推定を試み,凹面単一振動子での推定結果と比較した.また,摘出したブタ肝臓を対象としても同様に検討を行った.

後方散乱係数,散乱体サイズ,散乱体密度,リニアアレイプローブ,凹面単一振動子
AI-2014-28
超音波による体積熱容量の測定 【 PDF
清水 冠太朗, 杉山 真璃子, 渡辺 好章, 秋山 いわき,
同志社大学 生命医科学部
抄録

本研究では生体組織の単位体積当たりの熱容量(体積熱容量)に着目した超音波による組織性状診断を目指している.一般的にガン細胞は正常細胞と比べ,エネルギー吸収時の熱の発生量が多く,体積熱容量には臨床診断に有用な情報が含まれると考えられる.本研究では,超音波を生体組織に照射し,音響エネルギーの吸収減衰によって生じた熱の生成量から,体積熱容量を算出する手法を提案し,その有用性をひまし油を測定対象とした実験によって検討した.

組織性状診断,生体熱輸送方程式,熱電対,ひまし油,温度上昇

第5回 2015年2月27日開催 <アコースティックイメージング研究会資料>

AI-2014-29
ICAを用いた超音波信号分離 − 鏡面反射信号と散乱信号の分離 − 【 PDF
炭 親良, 島津 大
上智大学大学院 理工学研究科情報領域
抄録

超音波診断装置はヒト組織の病変の検出や治療に広く使用されている。臨床医は疾患を読影して形態学的な超音波所見の下で病変の鑑別を行う。この他、血流や組織変位等の動態観測も行われる。この様な中で、我々は、病変と正常組織との鑑別や、血管壁等の様々な組織の境界を検出する技法の開発を行っている。例えば、外科術やHigh Intensity Focus Ultrasound(HIFU)を用いたMinimum-invasive治療、クラッター除去等に応用できる。本研究では、それらに独立成分分析(Independent Component Analysis: ICA)を応用し、シミュレーションを通じて技法としての可能性の確認された幾例かの事例を報告する。例えば、鏡面反射と散乱信号の分離等である。その効果を定量的に評価する指標も提案されている。

独立成分分析,鏡面反射,散乱
AI-2014-30
SLDVと空中放射音波を用いたコンクリート表層部の欠陥映像化に関する研究 −強力超音波音源に関する検討- 【 PDF
杉本 恒美1, 赤松 亮2, 上地 樹1, 杉本 和子1, 歌川 紀之3, 片倉 景義4
1桐蔭横浜大学 大学院工学研究科, 2菱電湘南エレクトロニクス, 3佐藤工業㈱ 技術研究所, 4明篤技研
抄録

本研究室では、空中放射音波とレーザドップラ振動計を用いた非接触音響探査法を研究してきた。従来のLRADを音源とした場合の非接触音響探査法では、測定面との角度に制約があること及び周囲の騒音問題等の問題があった。しかしながら、強力超音波音源を用いれば、これらの問題が一気に解決できる可能性があるため、その基礎検討を行った。

超音波音源,非破壊計測,空中放射音波,SLDV,LRAD
AI-2014-31
SLDVと空中放射音波を用いたコンクリート表層部の欠陥映像化に関する研究 −振動エネルギー比とスペクトルエントロピーを用いた欠陥検出アルゴリズム- 【 PDF
杉本 和子1, 赤松 亮2, 杉本 恒美1, 黒田 千歳3, 歌川 紀之3, 片倉 景義4
1桐蔭横浜大学 大学院工学研究科, 2菱電湘南エレクトロニクス, 3佐藤工業(株), 4明篤技研
抄録

本研究室では,空中放射音波とレーザドップラ振動計を用いた非接触音響探査法を研究してきた。この手法では,計測対象の表面状態(反射率や汚れ等)に依存した光学ノイズの発生が問題となっている。しかしながら,光学ノイズの周波数特性は白色雑音に似ているために,振動エネルギー比に加えて,信号の白色性を現す特徴量であるスペクトルエントロピーを併用することにより,健全部・欠陥部・計測不良点の判定を行い,欠陥部をより鮮明に検出するアルゴリズムの検討を行った。

振動エネルギー比,スペクトルエントロピー,非破壊計測,SLDV,LRAD
AI-2014-32
FMチャープ超解像イメージングの合成開口方式による効率的実現 【 PDF
和田 貴之1, 大久保 寛1, 田川 憲男1, 広瀬 意育2
1首都大学東京 大学院システムデザイン研究科情報通信システム学域, 2伊藤忠テクノソリューションズ株式会社 科学システム事業部
抄録

本研究では, 既提案のFMチャープ超解像イメージング(Super resolution FM-Chirp correlation Method: SCM)の合成開口方式による効率的実現について検討する. SCMは電波到来方向推定法であるMUSIC法 (Multiple Signal Classification) を応用した手法であり,フォーカスされた送信ビームを用いるため, 撮影対象領域全体の画像を得るためには各ラインに対して複数回の送信が必要となり, 処理量の増加やフレームレートの低下が課題となる. そこでこの課題を解決する手法として,SA-SCM (Synthetic Aperture-Super resolution FM Chirp correlation Method)を提案する. 本稿では, 有限要素法コードであるPZFlexを用いてシミュレーションを行った. 結果から, 合成開口方式の採用により,少ない送信数で従来のSCMとほぼ変わらない超解像が実現可能であることが確認できた.

超音波画像,超解像,合成開口,FMチャープ,パルス圧縮技術,Music法
AI-2014-33
超音波マトリクスアレイ探触子を用いたFSAP方式による欠陥の3次元再構成 【 PDF
中畑 和之, 堀口 貴志, 高本 龍直
愛媛大学 大学院理工学研究科
抄録

超音波マトリクスアレイ探触子を全波形サンプリング処理(FSAP) 方式に適用し,固体中の欠陥の3次元イメージングについて検討を行った.FSAP方式では,超音波の送・受信にアレイ探触子の素子を1つずつ利用し,すべての素子の送受信の組み合わせを収録する.この収録した波形を用いて,コンピュータのポスト処理演算で集束ビームを合成し,各画素に集束ビームを送信する.各画素からのエコーの振幅高さを基に欠陥の映像化を行う.ここでは,高速なマルチプレクサを用いて超音波の波形取得(送・受信) 時間を短縮し,かつGPU計算を導入することで,高速に欠陥像を3次元出力するFSAP方式のプロトタイプを開発した.

超音波3次元映像化,マトリクスアレイ探触子,FSAP方式,高速処理マルチプレクサ,GPU計算
AI-2014-34
時間反転を用いた可変焦点音源の実現 【 PDF
守屋 大樹, 齊藤 広高, 野村 英之
電気通信大学 情報理工学研究科情報・通信工学専攻
抄録

医療や非破壊検査の分野において,超音波を集束させることが,測定精度向上のために重要である.この目的のために,音響レンズや,アレイトランスデューサによるビームフォーミングの検討が行われてきた.また,時間反転音響波の利用も提案されてきた.しかし,時間反転による収束音源の場合,通常,複数の素子が必要である.さらに,時間反転波による収束可能範囲の検討が不十分であると思われる.本研究おいて,これまで複数素子を用いてきた時間反転波による収束の代わりに,同様な収束が単一素子でも可能であることを,実験的に示す.さらに焦点形成可能範囲の検討が行われた.実験結果は,時間反転によって,キャビティ内に設置した単一素子が焦点を形成することを示した.また,収束点は数cmの範囲で制御可能であることが示された.

時間反転,収束,非接触
AI-2014-35
超音波を利用した鉄鋼材の磁気測定および探傷検査への応用 【 PDF
山田 尚人, 渡部 翔, 生嶋 健司
東京農工大学 工学府
抄録

本稿では超音波を利用した鉄鋼材における磁気ヒステリシスループの測定および磁化分布測定を利用した探傷検査について報告する。我々は音響刺激電磁(ASEM)応答の鉄鋼材における磁場依存性を調べた。その結果、重要な磁気特性の一つであるヒステリシスカーブの測定が可能であることが明らかにされた。また、ヒステリシス曲線において磁束密度に敏感な領域を利用し鋼板の磁束密度分布イメージングを実演した。

超音波,強磁性,磁気測定
AI-2014-36
任意曲面を探傷可能な柔軟性超音波探触子の開発 【 PDF
田中 雄介, 平野 大輔, 岩田 典朗, 酒井 玲, 星野 秀和, 小倉 幸夫
ジャパンプローブ株式会社
抄録

凹凸のある表面や狭隘部、さらに表面直下のきずを探傷可能な柔軟性超音波探触子(ソフトプローブ)を開発した。接触面が柔らかいので表面に凹凸がある部材の探傷が可能である。さらに不感帯が減り表面直下の探傷や探触子の小型化による狭隘部の探傷が可能となった。ソフトプローブの基礎特性として不感帯やSN比の評価を行った。表面直下0.5[mm]の穴からの反射を計測し、従来品と比べて不感帯の減少やSN比の向上を確認した。また、また、適用事例としてソフトプローブを用いて溶接部や鋼材狭隘部、鉄筋のガス切断面や鋳鉄クランクシャフトの探傷を行った。

超音波,ソフトプローブ,曲面探傷,不感帯減少,溶接部探傷
AI-2014-37
高SN比Lamb波用水結合式トランスデューサの試作 〜水中での多重反射の抑制〜 【 PDF
小畑 智, 渡邉 雄太, 西野 秀郎
徳島大学 大学院ソシオテクノサイエンス研究部
抄録

Lamb波は板材を伝搬する超音波である。Lamb波の励起には一般的に縦波センサーと板材の間に斜角材を挿入し,その角度を臨界角に設定する必要がある。過去に我々は水を斜角材にした水結合Lamb波センサーを製作し,高効率で励起検出出来たが,計測に悪影響を与える不要な信号が多く検出された。本発表では,不要信号を減衰させる方法として,水と音響インピーダンスが近く,減衰効率の高いゴムに着目しその効果を検証したので報告する。

Lamb波,臨界角,板材の非破壊検査
AI-2014-38
探触子の公称周波数とその振動子の実際の周波数との違いについての関係 【 PDF
宇田川 義夫1, 小堀 修身2
1アイ・エス・エル, 2(一財)電子科学研究所
抄録

市販探触子カタログに記される周波数の測定法は規定されていないが、伝搬する受信反射波の周波数解析から決定されるようである。しかしながらパルス励振される音は送信電圧から決められる機械的固有振動でさらに保護膜などを通過して伝搬するので、共振周波数と公称周波数が一致しないと色々な不具合が出る。その違いについて測定した。

Transducer,Sound wave,Frequency,Resonance
AI-2014-39
電受信音圧波形と観測波形の関係 【 PDF
宇田川 義夫1, 小堀 修身2
1㈲アイ・エス・エル 本社, 2一般財団法人電子科学研究所 研修教育部門
抄録

 

Cutt Off Frequency,Received sound,Crystal,PZT
AI-2014-40
有限開口圧電振動子からのパルス放射音場の時空間特性解析 【 PDF
山田 晃1, 宇田川 義夫2
1東京農工大学 大学院生物システム応用科学府, 2アイ・エス・エル
抄録

有限開口圧電振動子からの放射音場は、これまで連続サイン波やサインバーストパルスのような波形で駆動する場合を対象にしている。一方で、ステップパルスや矩形バーストパルスのような階段状に急峻変化する波形で駆動した際の過渡放射音場はこれまで殆ど解明されていない。本研究では、時間領域レーリー積分解析式に基づいて、ステップパルス電圧駆動の際に液体媒質中に放射される矩形単パルス過渡放射音場の挙動を調べた。その結果、通常の連続サインパルス波音場とは本質的に大きく異なる過渡放射音場固有の特性を明らかにした。

パルス過渡放射音場,有限開口圧電振動子,時空間過渡応答解析,レーリー積分解析