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公開番号2025076808
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-16
出願番号2023188689
出願日2023-11-02
発明の名称超音波送受信方法および該装置
出願人株式会社神戸製鋼所,国立大学法人大阪大学
代理人個人,個人
主分類G01N 29/24 20060101AFI20250509BHJP(測定;試験)
要約【課題】本発明は接触媒質を用いること無く超音波を送信し、より良好な受信信号を受信できる超音波送受信方法および該装置を提供する。
【解決手段】本発明の超音波送受信方法は、第1焦点の第1焦点型電磁超音波トランスデューサで被検体に第1周波数の第1超音波を送信する第1送信工程と、第2焦点の第2焦点型電磁超音波トランスデューサで、前記被検体における前記第1焦点に対応する対応位置が前記第2焦点となるように、前記被検体に第2周波数の第2超音波を送信する第2送信工程と、前記第1焦点型電磁超音波トランスデューサの前記第1超音波と前記第2焦点型電磁超音波トランスデューサの前記第2超音波とが前記対応位置で、超音波における非線形3波相互作用を生じるように前記第1および第2送信工程を実施することによって(S5)、前記非線形3波相互作用で生じた第3超音波を第3超音波トランスデューサで受信する受信工程(S6)とを備える。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
第１焦点の第１焦点型電磁超音波トランスデューサで被検体に第1周波数の第１超音波を送信する第１送信工程と、
第２焦点の第２焦点型電磁超音波トランスデューサで、前記被検体における前記第１焦点に対応する対応位置が前記第２焦点となるように、前記被検体に前記第1周波数と異なる第2周波数の第２超音波を送信する第２送信工程と、
前記第１焦点型電磁超音波トランスデューサの前記第１超音波と前記第２焦点型電磁超音波トランスデューサの前記第２超音波とが前記対応位置で、超音波における非線形３波相互作用を生じるように前記第１および第２送信工程を実施することによって、前記非線形３波相互作用で生じた第３超音波を第３超音波トランスデューサで受信する受信工程とを備える、
超音波送受信方法。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１焦点型電磁超音波トランスデューサで前記被検体に前記第１超音波を送信し、前記第３超音波トランスデューサで受信する第１送受信工程と、
前記第２焦点型電磁超音波トランスデューサで前記被検体に前記第２超音波を送信し、前記第３超音波トランスデューサで受信する第２送受信工程と、
前記第１送受信工程で受信した第１受信波形と前記第２送受信工程で受信した第２受信波形と和の第１周波数スペクトル、および、前記受信工程で受信した第３受信波形の第２周波数スペクトルに基づいて、前記第３受信波形に含まれる、前記非線形３波相互作用で生じた第３超音波の波形を抽出する抽出工程とをさらに備える、
請求項１に記載の超音波送受信方法。
【請求項３】
前記第３超音波トランスデューサは、ピン型、または、非接触型である、
請求項１に記載の超音波送受信方法。
【請求項４】
被検体に第1周波数の第１超音波を送信する第１焦点の第１焦点型電磁超音波トランスデューサと、
前記被検体に前記第1周波数と異なる第2周波数の第２超音波を送信する第２焦点の第２焦点型電磁超音波トランスデューサと、
第３超音波トランスデューサと、
前記第１および第２焦点型電磁超音波トランスデューサそれぞれの送信を制御する送信制御部とを備え、
前記第１および第２焦点型電磁超音波トランスデューサそれぞれは、前記被検体における前記第１焦点に対応する対応位置が前記第２焦点となるように配置され、
前記送信制御部は、前記第１焦点型電磁超音波トランスデューサの前記第１超音波と前記第２焦点型電磁超音波トランスデューサの前記第２超音波とが前記対応位置で、超音波における非線形３波相互作用を生じるように、前記第１および第２焦点型電磁超音波トランスデューサそれぞれの送信を制御し、
前記第３超音波トランスデューサは、前記非線形３波相互作用で生じた第３超音波を受信するように配置される、
超音波送受信装置。
【請求項５】
前記送信制御部は、さらに、前記被検体に前記第１超音波を送信するように前記第１焦点型電磁超音波トランスデューサの送信を制御し、前記被検体に前記第２超音波を送信するように前記第２焦点型電磁超音波トランスデューサの送信を制御し、
前記第１焦点型電磁超音波トランスデューサが前記被検体に前記第１超音波を送信した場合に前記第３超音波トランスデューサで受信した第１受信波形と、前記第２焦点型電磁超音波トランスデューサが前記被検体に前記第２超音波を送信した場合に前記第３超音波トランスデューサで受信した第２受信波形との和の第１周波数スペクトル、および、前記非線形３波相互作用で生じた第３超音波を前記第３超音波トランスデューサで受信した第３受信波形の第２周波数スペクトルに基づいて、前記第３受信波形に含まれる、前記非線形３波相互作用で生じた第３超音波の波形を抽出する抽出部をさらに備える、
請求項４に記載の超音波送受信装置。
【請求項６】
前記第３超音波トランスデューサは、ピン型、または、非接触型である、
請求項４に記載の超音波送受信装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波における非線形３波相互作用を利用した超音波送受信方法および超音波送受信装置に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
超音波は、非破壊で被検体中の性状（空洞（き裂）や組織変化等）を検出できることから様々な分野で用いられており、その１つに、超音波における非線形３波相互作用を利用した方法があり、例えば、非特許文献１に開示されている。
【０００３】
この非特許文献１に開示された方法は、くさび形の第１および第２超音波トランスデューサを、所定の間隔を空けて被検体の表面に設置し、これら第１および第２超音波トランスデューサ間の中央位置に前記被検体の表面に設置した第３超音波トランスデューサで、これら第１および第２超音波トランスデューサそれぞれから送信された第１および第２超音波が前記中央位置下の前記被検体中で非線形３波相互作用することによって生じた第３超音波を受信するものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
ＡｎｔｈｏｎｙＪ．Ｃｒｏｘｆｏｒｄ，ＰａｕｌＤ．Ｗｉｌｃｏｘ，ａｎｄＢｒｕｃｅＷ．Ｄｒｉｎｋｗａｔｅｒ，“Ｔｈｅｕｓｅｏｆｎｏｎ－ｃｏｌｌｉｎｅａｒｍｉｘｉｎｇｆｏｒｎｏｎｌｉｎｅａｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｐｌａｓｔｉｃｉｔｙａｎｄｆａｔｉｇｕｅ”，Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．１２６（５），Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記非特許文献１に開示された第１および第２超音波トランスデューサは、接触型であり、直接または接触媒質を介して被検体に接触される。このため、受信信号は、被検体と第１および第２超音波トランスデューサそれぞれとの接触状態の影響を受け易く、その再現性に課題がある。さらに、接触型の超音波トランスデューサは、比較的高温な被検体に適用し難いという課題もある。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、接触媒質を用いること無く超音波を送信し、より良好な受信信号を受信できる超音波送受信方法および超音波送受信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる超音波送受信方法は、第１焦点の第１焦点型電磁超音波トランスデューサで被検体に第1周波数の第１超音波を送信する第１送信工程と、第２焦点の第２焦点型電磁超音波トランスデューサで、前記被検体における前記第１焦点に対応する対応位置が前記第２焦点となるように、前記被検体に前記第1周波数と異なる第2周波数の第２超音波を送信する第２送信工程と、前記第１焦点型電磁超音波トランスデューサの前記第１超音波と前記第２焦点型電磁超音波トランスデューサの前記第２超音波とが前記対応位置で、超音波における非線形３波相互作用を生じるように前記第１および第２送信工程を実施することによって、前記非線形３波相互作用で生じた第３超音波を第３超音波トランスデューサで受信する受信工程とを備える。本発明の他の一態様にかかる超音波送受信装置は、被検体に第1周波数の第１超音波を送信する第１焦点の第１焦点型電磁超音波トランスデューサと、前記被検体に前記第1周波数と異なる第2周波数の第２超音波を送信する第２焦点の第２焦点型電磁超音波トランスデューサと、第３超音波トランスデューサと、前記第１および第２焦点型電磁超音波トランスデューサそれぞれの送信を制御する送信制御部とを備え、前記第１および第２焦点型電磁超音波トランスデューサそれぞれは、前記被検体における前記第１焦点に対応する対応位置が前記第２焦点となるように配置され、前記送信制御部は、前記第１焦点型電磁超音波トランスデューサの前記第１超音波と前記第２焦点型電磁超音波トランスデューサの前記第２超音波とが前記対応位置で、超音波における非線形３波相互作用を生じるように、前記第１および第２焦点型電磁超音波トランスデューサそれぞれの送信を制御し、前記第３超音波トランスデューサは、前記非線形３波相互作用で生じた第３超音波を受信するように配置される。
【０００８】
電磁超音波トランスデューサは、被検体との間で非接触で超音波を送受信できるが、被検体との間の送受信効率（伝達効率）が大きくないため、非線形３波相互作用には、一般に、適していない。上記超音波送受信方法および超音波送受信装置は、焦点型の電磁超音波トランスデューサを用いるので、焦点の位置に集束して超音波を送信できるので、非線形３波相互作用が可能となり、接触媒質を用いること無く第１および第２超音波を送信し、第３超音波に関する、より良好な受信信号を受信できる。
【０００９】
他の一態様では、上述の超音波送受信方法において、前記第１焦点型電磁超音波トランスデューサで前記被検体に前記第１超音波を送信し、前記第３超音波トランスデューサで受信する第１送受信工程と、前記第２焦点型電磁超音波トランスデューサで前記被検体に前記第２超音波を送信し、前記第３超音波トランスデューサで受信する第２送受信工程と、前記第１送受信工程で受信した第１受信波形と前記第２送受信工程で受信した第２受信波形と和の第１周波数スペクトル、および、前記受信工程で受信した第３受信波形の第２周波数スペクトルに基づいて、前記第３受信波形に含まれる、前記非線形３波相互作用で生じた第３超音波の波形を抽出する抽出工程とをさらに備える。他の一態様では、上述の超音波送受信装置において、前記送信制御部は、さらに、前記被検体に前記第１超音波を送信するように前記第１焦点型電磁超音波トランスデューサの送信を制御し、前記被検体に前記第２超音波を送信するように前記第２焦点型電磁超音波トランスデューサの送信を制御し、前記第１焦点型電磁超音波トランスデューサが前記被検体に前記第１超音波を送信した場合に前記第３超音波トランスデューサで受信した第１受信波形と、前記第２焦点型電磁超音波トランスデューサが前記被検体に前記第２超音波を送信した場合に前記第３超音波トランスデューサで受信した第２受信波形との和の第１周波数スペクトル、および、前記非線形３波相互作用で生じた第３超音波を前記第３超音波トランスデューサで受信した第３受信波形の第２周波数スペクトルに基づいて、前記第３受信波形に含まれる、前記非線形３波相互作用で生じた第３超音波の波形を抽出する抽出部をさらに備える。
【００１０】
第３超音波トランスデューサは、実際には、非線形３波相互作用で生じた第３超音波だけでなく、第１および第２超音波それぞれに起因する超音波も受信し、前記第３超音波トランスデューサで受信した第３受信波形には、前記第３超音波の他の超音波も含まれる。上記超音波送受信方法および超音波送受信装置は、第３受信波形の第２周波数スペクトルに対し、第１受信波形と第２受信波形との和の第１周波数スペクトルを用いるので、前記非線形３波相互作用で生じた第３超音波の波形を精度よく抽出できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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