植村 友樹¹, 椎葉 倫久², 内田 武吉³, 菊池 恒男³, 黒澤 実⁴, 竹内 真一^{1, 2}

Yuuki UEMURA¹, Michihisa SHIIBA², Takeyoshi UCHIDA³, Tsuneo KIKUCHI³, Minoru KUROSAWA⁴, Shinichi TAKEUCHI^{1, 2}

¹桐蔭横浜大学医用工学部臨床工学科, ²桐蔭横浜大学大学院工学研究科医用工学専攻, ³産業技術総合研究所計測標準研究部門, ⁴東京工業大学大学院総合理工学研究科

¹Faculty of Biomedical Engineering, Toin University of Yokohama, ²Graduate school of Biomedical Engineering, Toin University of Yokohama, ³National Metrology Institute of Japan, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, ⁴Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology

キーワード :

ソノポレーション，HIFU治療装置やARFI（Acoustic Radiation Force Impulse）などの高強度の超音波を照射する超音波治療法や診断法の安全性評価を目的として音響キャビテーションの測定方法を検討している．英国のNPL（National Physical Laboratory） は高分子圧電膜を用いて空間分解能を有するキャビテーションセンサを開発した．しかし，このセンサは寿命が短い，小型化が困難と言った短所があるようである．そこで，我々は水熱合成法を用いて，チタンパイプの外側に水熱合成PZT圧電膜を成膜し，その外側に独立気泡の音響アイソレータを装着した構造の筒型キャビテーションセンサを試作した．試作したキャビテーションセンサを用いてソノリアクタ中でのキャビテーションの空間分布を延べ150時間以上壊れることなく測定する事ができた．我々が作製した従来型のキャビテーションセンサは内径18 mm，高さ約6 mmであったが，今回内径4.5 mm，高さ約1 mmの超小型キャビテーションセンサを作製したので報告する．当研究室製のソノリアクタ（140 mm×140 mm）を150 kHzで駆動して水槽底部から水槽内に超音波を照射したことで生じた音響キャビテーション発生場中において試作した超小型センサの評価を行った．センサの位置を機械走査してキャビテーション音場の空間分布（ソノリアクタ内の100 mm×100 mm）の測定を行ってきた．上記の測定においては周波数解析としてセンサ出力電圧の周波数スペクトルを特定の周波数範囲で積分して，広帯域積分電圧BIV（Broadband Integrated Voltage）を計算した．積分範囲はソノリアクタの駆動信号の高調波成分が無視できる程低レベルとなる高周波領域間で積分範囲を変化させることにより空間分布像の違いについて報告する．従来型のキャビテーションセンサで基本波成分を含めて積分した際には，音圧分布に近似していた事がわかっている．また超小型キャビテーションセンサでは従来型センサと比較して，感度が高くなったため高調波成分が従来型よりも高い周波数領域まで含まれていた．従来型センサでは1 MHz 〜10 MHzの周波数範囲でBIVを計算していたが新型センサでは10 MHz 〜15 MHzの範囲でBIVを計算してきた．しかし，高調波成分の間の区間等の積分範囲を細かく限定してBIVの空間分布像の違いを比較する．超小型キャビテーションセンサで測定した受信電圧の周波数スペクトルをFig.1 に示す．