堀内 弘喜, 中嶋 俊貴, 江田 廉, 山越 芳樹

Hiroki HORIUCHI, Toshitaka NAKAJIMA, Ren KODA, Yoshiki YAMAKOSHI

群馬大学大学院理工学府

Grad. School of Sci. & Tech., Gunma University

キーワード :

【目的】
気泡キャビテーションにおいて気泡ダイナミクスのメカニズムを解明するためには,非線形振動による高次高調波や破壊によるブロードバンドな信号を検出し,気泡キャビテーション信号から周波数情報を取得し解析することが必要である.本稿では,気泡キャビテーション信号の受信RFデータに,カラードプラ法のドプラ偏移信号を取得する信号処理と基準信号を仮想的に入力する処理を行うことで,気泡キャビテーション信号の周波数情報を取得する新たな観測法を提案する．
【方法】
気泡キャビテーションを起こすための強力超音波を超音波計測装置のRFデータを受信するタイミングに同期させ気泡に照射する.この際に基準信号及び逆位相の基準信号を入力することで,強力超音波照射時間分だけの気泡キャビテーション信号の位相情報を基準信号との位相差として検出でき,得られる流速情報から瞬時周波数に換算することができる.実験では生体を模擬した寒天ファントムを使用し,ファントム中の気泡導入孔（直径2mm）に焦点を結ぶように周波数2.5MHz,音圧1MPaの強力超音波を照射した.微小気泡はソナゾイド®と工業用バブルの2種類を用いた.超音波計測装置にはRSYS0003（マイクロソニック：7.5MHzリニアプローブ）を使用した.基準信号の周波数は映像用超音波プローブの周波数に合わせ,振幅は受信するキャビテーション信号の振幅に応じて調整した.
【結果・考察】
工業用バブル,ソナゾイドに本手法を適用した結果を図（a）,（b）にそれぞれ示す.図（a）,（b）のライン画像は,キャビテーション発生時に得られたRF信号と基準信号との位相差から換算した流速マップである.また,流速情報を基に瞬時周波数の時間変化をプロットした.瞬時周波数のグラフでは,流速の正負の反転により飽和してしまう箇所が見られた.強力超音波を工業用バブルに照射した際には, 2.5MHzの3次高調波である7.5MHz付近の信号が観測されており,非線形振動が支配的であることが考察できる.また,強力超音波をソナゾイドに照射した際には,3次高調波以外にも様々な周波数成分を含む信号が観測されており,この信号は気泡破壊に伴い生じるブロードバンドな信号であることが考察できる.
【結論】
カラードプラ法を用いた気泡キャビテーション信号の周波数情報を測定する手法を提案した．結果から気泡ダイナミクスの解明に有効であることが示された．