音響放射圧を用いた表面硬さ分布のリアルタイム遠隔計測とその応用

前年度までに行なった提案手法の高速化・高精度化を受け、本年度はまず、表面硬さ分布計測の空間分解能を定量化した。表面硬さ分布計測の空間分解能は計測対象の物性によるが、対象を局所的には滑らかな線形弾性体に限れば、ヤング率やポアソン比によらず 1mm 以下の空間分解能が得られることを明らかにした。皮膚上の2点に与えた機械的刺激が別々の刺激であると識別できる最小の距離を二点弁別閾と言うが、この値は指先で3mm程度であると言われている。したがって、本手法により指先程度の分解能で表面硬さ分布を測定できると言える。また複数の変位分布測定法について、変位分布測定時間時間の下限を求めた。一般曲面形状の物体においては、各点において変位前後の高さを測定する方法が最も汎用性が高く、また光学走査などにより変位測定のオーバーヘッドを最小化することで計測時間の短縮を図れることを示した。これらにより、集束超音波の音響放射圧を用いた遠隔表面硬さ分布計測法を確立した。さらに派生手法として従来の静的な硬さのみでなく、本装置を用いて動的な機械周波数応答を含む、広義の硬さを計測する手法を考察した。機械的周波数応答は粘性や慣性の情報を含み、これらから機械的共振点を抽出することも可能になる。このことから、従来は物体表面の硬さ情報のみが取得されていたが、内部の物性情報も取得できる可能性がある。本研究では、音響放射圧を Swept-Sine 波形により広帯域変調して変位応答を測定することによって、機械的振幅周波数応答を取得できることを確認した。

前年度までに行なった提案手法の高速化・高精度化を受け、本年度はまず、表面硬さ分布計測の空間分解能を定量化した。表面硬さ分布計測の空間分解能は計測対象の物性によるが、対象を局所的には滑らかな線形弾性体に限れば、ヤング率やポアソン比によらず 1mm 以下の空間分解能が得られることを明らかにした。皮膚上の2点に与えた機械的刺激が別々の刺激であると識別できる最小の距離を二点弁別閾と言うが、この値は指先で3mm程度であると言われている。したがって、本手法により指先程度の分解能で表面硬さ分布を測定できると言える。また複数の変位分布測定法について、変位分布測定時間時間の下限を求めた。一般曲面形状の物体においては、各点において変位前後の高さを測定する方法が最も汎用性が高く、また光学走査などにより変位測定のオーバーヘッドを最小化することで計測時間の短縮を図れることを示した。これらにより、集束超音波の音響放射圧を用いた遠隔表面硬さ分布計測法を確立した。さらに派生手法として従来の静的な硬さのみでなく、本装置を用いて動的な機械周波数応答を含む、広義の硬さを計測する手法を考察した。機械的周波数応答は粘性や慣性の情報を含み、これらから機械的共振点を抽出することも可能になる。このことから、従来は物体表面の硬さ情報のみが取得されていたが、内部の物性情報も取得できる可能性がある。本研究では、音響放射圧を Swept-Sine 波形により広帯域変調して変位応答を測定することによって、機械的振幅周波数応答を取得できることを確認した。