Fundamental studies on high power and high frequency ultrasonic vibration using DPLUS

利用DPLUS进行高功率高频超声振动的基础研究

• 批准号: 20H02097
• 负责人: 森田 剛
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02097/
• 关键词: 強力超音波; DPLUS; 圧電振動; 二重放物面反射; 高周波振動

DPLUSは二重放物面反射を利用して強力超音波を細棒導波路から出力する独自開発したデバイスである。本年度は、DPLUSの低侵襲治療への応用についての基礎研究として生体組織の熱アブレーションに関する実験を実施した。半径0.6mmで長さ40 mmの石英導波路を利用し、駆動周波数2.26 MHzで導波路先端の振動速度1.5 m/sを計測した。この強力超音波を鶏肉に5秒間連続駆動した結果、組織の変性を確認することができた。このような強力超音波を導波路先端から出力して生体の熱アブレーションを実現したのは世界初の報告である。なお、導波路を1 mとした場合にも同様の熱アブレーションを確認している。DPLUSから派生したチューブ型DPLUSでは、導波路を円筒形状とすることによって、超音波照射先端部における温度や音圧などのセンシングを可能にする。このチューブ型DPLUSを例にして、導波路の着脱が可能な新しい機構を考案し、その有効性を確認した。この構造は、導波路のみをディスポーザル化や、滅菌処理を可能にするになるなど、実用化に向けて重要な開発である。本年度はチューブ型DPLUSだけではなく、Fluid型DPLUSという新原理を発案した。これは、従来のDPLUSが主に金属固体中を伝搬することを想定しているのに対して、液体や気体中を伝搬しながら超音波を集束させるものである。このような発想を採用することにより、DPLUSの応用範囲が大幅に拡大されただけではなく、固体界面で反射する際に生じる縦波が横波に変換されることに伴って、伝搬損失が大幅に減少されることも重要である。すでにシミュレーションと実測により、空中超音波や水中超音波が効果的に集束されることを確認し、柔軟物体の非接触弾性率測定に有望であることを実証している。

The DPLUS <s:1> double surface reflection を utilizes the <s:1> て powerful ultrasonic を fine rod waveguide path ら output and する independently develops the たデバ たデバ スである スである スである. This year は, DPLUS の minimally invasive treatment へ の 応 with に つ い て の basic research と し て living body tissue の hot ア ブ レ ー シ ョ ン に masato す る be 験 を be applied し た. The radius is 0.6mmで, the length is さ40 mm, and the <s:1> quartz waveguide circuit を is measured by using the <s:1> and 駆 frequency wavenand of 2.26 MHzで, and the vibration velocity at the tip of the waveguide circuit is 1.5 m/sを. <s:1> <s:1> powerful ultrasound を鶏 meat に within 5 seconds is linked to 続駆 <s:1> た results, tissue <s:1> changes を are confirmed する する とがで た た た た. こ の よ う な power ultrasound を guided wave road apex か ら output し て raw body heat の ア ブ レ ー シ ョ ン を be presently し た の は initial の world report で あ る. な お, guided wave を 1 m と し た occasions に も with others の hot ア ブ レ ー シ ョ ン を confirm し て い る. DPLUS か ら derived し た チ ュ ー ブ type DPLUS で は, guided wave を has drifted back towards &yen; tube shape と す る こ と に よ っ て, ultrasound irradiation apex に お け る temperature や sound 圧 な ど の セ ン シ ン グ を may に す る. Type こ の チ ュ ー ブ DPLUS を example に し て, guided wave road の が may な off new し い し を test case, そ の have sharper sex を confirm し た. は こ の structure, guided wave の み を デ ィ ス ポ ー ザ ル や, sterilization 処 Richard を may に す る に な る な ど, be used to け に て important な open 発 で あ る. This year, the <s:1> チュ ブ ブ ブ DPLUSだけで なく なく and the Fluid DPLUSと う う new principle を have been updated た. こ れ は, 従 の DPLUS が main に metal solid を 伝 move す る こ と を scenarios し て い る の に し seaborne て, liquid や 気 body を 伝 move し な が ら ultrasound を cluster さ せ る も の で あ る. こ の よ う な 発 think を using す る こ と に よ り, DPLUS の 応 with van 囲 が sharply に company, big さ れ た だ け で は な く で, solid interface reflection す る interstate に raw じ る 縦 transverse wave が に variations in さ れ る こ と に with っ て, 伝 move loss が に substantially reduce さ れ る こ と も important で あ る. す で に シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と be measured に よ り, airborne ultrasound ultrasound が や water services に cluster of fruit さ れ る こ と を confirm し の non-contact 弾 sex rate determination, soft object に could で あ る こ と を card be し て い る.

项目成果

DPLUS によるシリコンウェーハの超音波洗浄

使用 DPLUS 超声波清洗硅片

• 发表时间: 2022
• 作者: 山田恭平;陳康;三宅奏;鈴木一成;森田剛
• 通讯作者: 森田剛

Hard-type piezoelectric materials based DPLUS for high-power ultrasonics

基于硬质压电材料的 DPLUS，用于高功率超声波

• 发表时间: 2021
• 作者: 陳康;入江喬介;飯島高志;笠島崇;横山広大、森田剛
• 通讯作者: 横山広大、森田剛

Nonlinear transfer matrix model for high-power piezoelectric vibration

高功率压电振动的非线性传递矩阵模型

• 发表时间: 2020
• 作者: Satoshi Tanaka;Keisuke Koyama;Taku Senoo;Makoto Shimojo;and Masatoshi Ishikawa;Takeshi Morita and Susumu Miyake
• 通讯作者: Takeshi Morita and Susumu Miyake

Reveal the vibration characteristics of DPLUS: the selection criteria of piezoelectric materials

揭示DPLUS的振动特性：压电材料的选择标准

• 发表时间: 2021
• 作者: 陳康;入江喬介;飯島高志;笠島崇;横山広大;三宅奏;森田剛
• 通讯作者: 森田剛

Selection criteria of piezoelectric materials for double-parabolic-reflectors ultrasonic transducers (DPLUS) for high-power ultrasound

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac1fb9
• 发表时间: 2021
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Kang Chen;T. Irie;T. Iijima;Takashi Kasashima;Kota Yokoyama;T. Morita