Study on Development of Self-Sensing Flexible Ultrasonic Array Probe

本年度は，主に一次元セルフセンシング形フレキシブル超音波アレイ探触子を実現するための作製システムおよび曲げ変形を計測するシステムについて検討をおこなった．圧電フィルムには柔軟性を有する高分子圧電材料PVDF，また保護膜にはポリイミドをそれぞれ採用した．基礎実験として，アレイ探触子の素子数を4～8，振動子であるPVDFの膜厚を110μm，ポリイミドの膜厚を75μm，開口面積を5mm×30mm，素子間隔を2mmとしてフレキシブルアレイ探触子の作製をおこなった．各素子は2枚の圧電膜の残留分極方向を互いに逆向きにして積層させたバイモルフ構造とした．ここでは，大面積のPVDF膜上の電極に対しエッチング処理をおこなうことでアレイ素子を作製するシステムを構築し，それに係る設備を整えた．作製したアレイ探触子の曲げ変形計測をおこなう際，信号が電源ノイズに埋もれ，オシロスコープでの信号取得が困難であることが判明した．そこで，形状計測システムとして，波形に重畳する電源ノイズを除去することが可能なローパスフィルタ付きチャージアンプを新たに考案した．これをオシロスコープとフレキシブルアレイ探触子の間に用いた．加えて，提案回路で計測した信号波形には高周波ノイズが残っていたため，python上でFFT（高速フーリエ変換）を用いたディジタルローパスフィルタ処理を施し，さらなるノイズ除去をおこなった．以上のシステムを用いて作製したフレキシブルアレイ探触子の性能評価をおこなった結果，曲率半径60mmの計測時には20dB以上のSN比の改善を示し，いずれの曲率においてもSN比が向上していることが確認できた．これにより，計測可能な曲率半径の幅が広がり，曲率半径20～120mmの被検体に対して形状計測が可能なことを実証した．

本年度は，主に一次元セルフセンシング形フレキシブル超音波アレイ探触子を実現するための作製システムおよび曲げ変形を計測するシステムについて検討をおこなった．圧電フィルムには柔軟性を有する高分子圧電材料PVDF，また保護膜にはポリイミドをそれぞれ採用した．基礎実験として，アレイ探触子の素子数を4～8，振動子であるPVDFの膜厚を110μm，ポリイミドの膜厚を75μm，開口面積を5mm×30mm，素子間隔を2mmとしてフレキシブルアレイ探触子の作製をおこなった．各素子は2枚の圧電膜の残留分極方向を互いに逆向きにして積層させたバイモルフ構造とした．ここでは，大面積のPVDF膜上の電極に対しエッチング処理をおこなうことでアレイ素子を作製するシステムを構築し，それに係る設備を整えた．作製したアレイ探触子の曲げ変形計測をおこなう際，信号が電源ノイズに埋もれ，オシロスコープでの信号取得が困難であることが判明した．そこで，形状計測システムとして，波形に重畳する電源ノイズを除去することが可能なローパスフィルタ付きチャージアンプを新たに考案した．これをオシロスコープとフレキシブルアレイ探触子の間に用いた．加えて，提案回路で計測した信号波形には高周波ノイズが残っていたため，python上でFFT（高速フーリエ変換）を用いたディジタルローパスフィルタ処理を施し，さらなるノイズ除去をおこなった．以上のシステムを用いて作製したフレキシブルアレイ探触子の性能評価をおこなった結果，曲率半径60mmの計測時には20dB以上のSN比の改善を示し，いずれの曲率においてもSN比が向上していることが確認できた．これにより，計測可能な曲率半径の幅が広がり，曲率半径20～120mmの被検体に対して形状計測が可能なことを実証した．