日工の技術雑誌

超音波テクノ 2017年9-10月号
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U1709-10

超音波テクノ 2017年9-10月号

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■特集:超音波分野の数値シミュレーション技術と実際
○〔巻頭言〕第一原理計算とモデリングによる計算
/(国研)産業技術総合研究所/安井 久一
数値シミュレーションには、第一原理計算とモデリングによる計算がある。モデリングによる計算の具体例(ソノケミカル反応)の紹介と、数値シミュレーションのためのモデリングに必要なことをまとめた。

○大型セラミックス超音波ホーンの設計・開発
/東北大学/コマロフ・セルゲイ
溶融アルミニウム合金の超音波処理用大型セラミックスホーンを開発した。本稿では、超音波ホーンの設計概念、振動挙動シミュレーションと測定およびアルミニウム合金の工業的鋳造機での性能評価について結果を紹介する。

○強力集束超音波による低侵襲治療HIFUシミュレーション
/日本大学/沖田 浩平
強力集束超音波を用いた治療に対するHIFUシミュレーションについて紹介し、乳がんのHIFU治療やキャビテーションを援用したHIFU治療に対するシミュレーション結果から、数値シミュレーションの現状について述べる。

○異種材料接合界面に対する三次元非線形超音波シミュレーション
/東京理科大学/丸山 泰蔵/東京工業大学/廣瀬 壮一
異種材料の接合界面の評価のための接触音響非線形性を利用した非線形超音波法を想定した数値解析について説明する。入射超音波の周波数、母材間の透過係数及び初期圧縮応力と高調波発生特性との関係について数値解析例を示す。

○MPS法による弾性波動解析における吸収境界条件の適用
/富山大学/中野 翼・佐藤 雅弘
MPS法における吸収境界条件の適用例がなかった。そこで、PMLをベースとした吸収境界条件をMPS法による二次元弾性体解析に適用し、性能を評価した。その結果、厚さ200の吸収領域を用いることで、縦波で最大-55dB、横波で最大-95dBの反射率となった。

○音場シミュレーションと音空間レンダリング
/同志社大学/土屋 隆生
本稿では、FDTD法の理論的な取り扱いを解説した後、三次元音場計算の応用例として、聴取位置での音圧波形を計算した上で、立体音場技術などで三次元的に可聴化する音空間レンダリングについても解説する。

○PZFlex解析事例(CFRP、pMUT)
/伊藤忠テクノソリューションズ(株)/入谷 佳一
本稿では、伝播解析の事例としてCFRP内の伝播解析の事例紹介し、次に、デバイス解析の事例としてpMUTアレイの解析事例によりクロストーク評価を紹介する。

○設計者用CAEソフトを用いた超音波デバイスの設計事例
/(株)村田製作所/浅田 隆昭/ムラタソフトウェア(株)/東出 祐樹
有限要素シミュレーションソフトウェアFemtet®の機能のうち、圧電デバイス・超音波デバイスの研究開発のツールである圧電解析機能と音波解析機能について、解析例とともにその特徴を紹介した。

○COMSOL Multuphysicsを利用した解析事例
/計測エンジニアリングシステム(株)/橋口 真宜
本稿では、超音波に関する有限要素解析の事例によって本ソフトウェアにおける超音波解析機能を利用した解析の実際について紹介する。

○骨中の超音波伝搬のシミュレーション
/神戸市立工業高等専門学校/長谷 芳樹
本稿では、骨の内部を伝搬する超音波伝搬を各種の三次元FDTDシミュレーションで解析した事例について紹介する。FDTD法は伝搬の様子の可視化や物理パラメータの変化の影響を検討するのに適しており、今後も進歩が想定される計算機資源の助けを借りながら医工学分野へのさらなる貢献が期待される。

■特集:進化する超音波治療技術の最前線2
○ナノバブルと集束超音波併用による血液脳関門透過性亢進と脳内遺伝子デリバリーシステムの構築
/東京薬科大学/根岸 洋一・高橋 葉子/帝京大学/鈴木 亮・丸山 一雄
中枢神経系疾患に対する治療法の開発は、急務とされながら、血液脳関門の存在により、その研究開発の障壁となっている。本稿では、ポリエチレングリコール修飾リポソームに超音波造影ガスであるパーフルオロプロパンガスを封入したナノバブル(バブルリポソーム)と集束超音波併用による血液脳関門の一時的な透過性亢進とそれを利用した脳内遺伝子デリバリーシステムを構築した。本システムは、厳密な時間的・空間的制御を可能とする中枢神経系疾患に有用な診断・治療システム(セラノスティックス)の開発に繋がるものと期待される。

○キャビテーション援用超音波加熱におけるワイドビーム超音波照射の加熱凝固領域に対する影響
/東北大学/吉澤 晋・梅村 晋一郎
本稿では、加熱用の超音波についてワイドビーム照射を行うことで、キャビテーション生成領域と加熱凝固領域の一致度を向上させ、超音波イメージングによる治療領域の推定を容易とする手法について述べる。

○超音波凝固切開装置の機械的作用に関する安全性の検討
/東京工業大学/蜂屋 弘之
超音波凝固切開装置の機械的作用による安全性を検討した結果について紹介する。振動分布・音圧測定、キャビテーション気泡の発生状況などから、機械的作用は発生点近傍に集中していると推察された。

○超音波およびマイクロバブル併用のin vitroにおける血栓溶解増強効果の定量的評価
/東京慈恵会医科大学/王 作軍・横山 昌幸・中田 典生/日本薬科大学/澤口 能一
本稿では、この度新規開発したin vitro超音波血栓溶解評価法の要点を紹介した上で、本法を用いた超音波及びマイクロバブル(MB)併用の血栓溶解増強作用の定量評価に関するin vitro研究の成果について述べる。

■特集:医療における光・超音波の貢献
○パラボリックアレイセンサを用いた光音響イメージングシステム
/東北大学/西條 芳文
光音響イメージングは、医と工、光と音のコラボレーションで発展し、現在は産学官金の連携で事業化を目指すフェーズに入っており、各国で大学発のベンチャー企業が創出されるようになってきた。また、従来の高価なレーザに代わり小型半導体レーザやLEDも用いられるようになり、一層の小型化、高機能化が期待される。本稿では、その要諦について纏める。

○光ファイバ型音響センサを用いた全光学式光音響イメージングプローブ
/東北大学/関 淳・片桐 崇史・松浦 祐司
内視鏡下での光音響イメージングが可能な細径かつフレキシブルなプローブの実現を目指し、光ファイバを用いた音響センサと、励起レーザ光伝送用の中空光ファイババンドルで構成された全光学式の光音響イメージングプローブを開発した。

○光音響法による不顕性う蝕イメージング
/東北大学/小山 卓耶・松浦 祐司/東京医科歯科大学/柿野 聡子
歯牙内部に発生する不顕性う蝕を非侵襲で検出することを目的とした光音響イメージングシステムを提案した。中空光ファイババンドルを用いて可視レーザ光を照射し、発生した音響波の高周波成分を検出することにより、不顕性う蝕のイメージングに成功した。

○レーザーで発生させた超音波パルスによる三次元イメージング可能な超音波内視鏡
/崇城大学/杉浦 忠男
本稿では、血管内視鏡での利用を想定して開発を進めているレーザー誘起ブレークダウン音源を用いた超音波内視鏡について紹介する。

○光音響イメージングによる頸動脈プラークの性状診断
/京都大学/浪田 健・橋本 一輝・平野 進・内本 陽・近藤 健悟・山川 誠・椎名 毅
侵襲性が低く、操作が容易なプラークの性状診断を目指し、体表から撮像可能なハンドヘルド型の装置を開発した。本稿では、これまでに開発してきた装置とその有用性評価の結果について紹介する。

■解説
〔超音波探測〕
○斜方晶構造を有する液晶ポリマーの弾性率計測
/大阪大学/長久保 白・中島 静香・荻 博次/上野製薬(株)/太田 晃仁
本稿では、まずプラスチックと液晶ポリマーの分類や特徴について紹介したのち、液晶ポリマーに対する弾性率計測の手法について解説する。最後に計測結果を示して配向性の違いが弾性率に及ぼす影響を論じる。

■連載
○圧電振動子を用いた超音波プローブの設計入門 第6回
圧電振動子のFパラメータ・マトリクス
/桐蔭横浜大学/竹内 真一

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