Fundamental study of an instantaneous adaptive point-like-scatterers-arrayed transcranial acoustic lens

瞬时自适应点状散射体阵列经颅声透镜的基础研究

基本信息

批准号：
22K03987
负责人：
植田毅
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Jikei University School of Medicine
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

これまでの研究により、適時適所的に微細な気泡を発生させることにより、アダプティブな経頭蓋フォノニックレンズを実現できることを示し、微小気泡を点状散乱体として、その配置を頭蓋内の焦点で音場が極大になり、それ以外の頭蓋内では音場が小さくなるように散乱体の最適配置を決定できることを示した。決定された構造のフォノニックレンズは、頭蓋骨を円形、楕円形に散乱体を配置したものとしてモデル化することにより、頭蓋内の様々な点で入射方向に垂直方向には回折限界まで集束することを確認していた。本研究課題では、2022年度において、頭蓋骨のCTデータより頭蓋骨をモデル化し、その場合にも頭蓋内の様々な点で入射方向に垂直方向には回折限界まで集束することを確認した。しかしながら、焦点でのスポットの半値幅は入射方向には垂直方向の５倍となっているため、それを改善させるために、部分的に頭蓋骨を点状散乱体で覆うことにより半値幅は入射方向には垂直方向の２倍程度にできることを確認した。これらの成果は、J. Appl. Phys. 132, 144504 (2022)、国際会議15th World Congress on Computational Mechanics (WCCM-XV)、日本機械学会第35回計算力学講演会、日本機械学会第14回最適化シンポジウムにおいて発表した。また、2023年6月26～30日にシンガポールにおいて開催されるICMAT2023において、Automatic design of a point-like scatterer-arrayed transcranial ultrasound lens by optimizing intracranial sound fieldと題して口頭発表することが決定している。

先前的研究表明，可以通过在正确的时间在正确的位置产生微泡来创建自适应经颅声子透镜。我们表明可以确定散射体的最佳位置，以使场变得最大并且声音更大。头骨其余部分的场变得更小。通过将头骨建模为具有以圆形或椭圆形排列的散射体，具有确定结构的声子透镜可以在头骨内的各个点处在垂直于入射方向的方向上聚焦到衍射极限。在这个研究项目中，我们根据2022年头骨的CT数据对头骨进行了建模，并确认即使在这种情况下，光束也会在头骨内的各个点在垂直于入射方向的方向上聚焦到衍射极限。然而，焦点处的光斑半宽在入射方向上是垂直方向上的五倍，因此为了改善这一点，通过用点散射体部分覆盖头骨，已经确认，入射方向可以是垂直方向的大约两倍。这些结果发表在 J. Appl. 132, 144504 (2022)、第 15 届世界计算力学大会 (WCCM-XV)、第 35 届日本机械工程师学会计算力学会议和第 14 届优化会议上。日本机械工程学会会议在研讨会上发表。此外，他还决定于2023年6月26日至30日在新加坡举行的ICMAT2023上发表题为“通过优化颅内声场自动设计点状散射体阵列经颅超声透镜”的口头报告。