JP2015181927A - Method for resonance excitation of nano bubble having high frequency resonance frequency at low frequency - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は人体内にある高い固有振動周波数をもつナノバブルを低い周波数の超音波波動あるいはそれと等価な超音波パルスで共鳴励起して該高い固有振動周波数で共振させ発熱や崩壊を促すものである。According to the present invention, nanobubbles having a high natural vibration frequency in a human body are resonantly excited with a low frequency ultrasonic wave or an ultrasonic pulse equivalent thereto to resonate at the high natural vibration frequency to promote heat generation and collapse.
医療、特に癌の診断においてマイクロバブル、ナノバブルは超音波エコーの癌造影剤として活躍している。しかしバブルのサイズが大きく癌細胞に入ることが出来ずバブルは癌細胞の周辺に留まる。バブルのサイズが半径200nm以下になれば状況はかわる。バブルがEPR(Enhanced permeability and retention effect)効果で血管から細胞への移動する。そのバブルに細胞内で色々な操作を行わすことが出来る。ナノバブルを共振、発熱させ熱を利用するのもその一つである。 Microbubbles and nanobubbles are used as cancer echo contrast agents for ultrasound echo in medical treatment, particularly in cancer diagnosis. However, the size of the bubble is so large that it cannot enter the cancer cell, and the bubble stays around the cancer cell. The situation changes if the bubble size is less than 200 nm in radius. A bubble moves from a blood vessel to a cell by an EPR (Enhanced permeability and retention effect) effect. Various operations can be performed on the bubbles in the cell. One of them is the use of heat by resonating and generating heat from nanobubbles.
医療においてナノバブルの果たす役割は大きく且つ広い。しかしナノバブルの固有振動周波数は高い。半径が、EPR効果が起こり得る上限の200nmであるとしても、固有振動周波数は20MHzであるが、半径が小さくなる程固有振動周波数は高くなるのに、超音波媒質である人体は周波数が高くなるほど減衰が大きくなる。従って人体という媒質から見ると体内を通過する超音波波は10MH以下の低周波であることが望まれる。そこで、等価的に低い周波数の超音波で、ナノバブルを高い固有振動周波数で共振させるという名題が生まれる。
本発明はナノバブルの高い固有振動周波数での共振を、より低い周波数の超音波か、より低い周波数の超音波と等価なパルス列を外部入力として、共振を起こさせる方法を提供することを課題とする。The role of nanobubbles in medicine is large and wide. However, the natural vibration frequency of nanobubbles is high. Even if the radius is 200 nm, the upper limit at which the EPR effect can occur, the natural vibration frequency is 20 MHz. However, the natural vibration frequency increases as the radius decreases, but the human body that is an ultrasonic medium increases as the frequency increases. Attenuation increases. Accordingly, when viewed from the medium of the human body, it is desirable that the ultrasonic wave passing through the body has a low frequency of 10 MHz or less. Therefore, the title of resonating nanobubbles at a high natural vibration frequency with an equivalently low frequency ultrasonic wave is born.
It is an object of the present invention to provide a method for causing resonance at a high natural vibration frequency of nanobubbles using a lower frequency ultrasonic wave or a pulse train equivalent to a lower frequency ultrasonic wave as an external input. .
高い固有振動周波数をもつナノバブルを低い周波数の外力で励起して共振させるには二つの方法が挙げられる。
一つの方法は、一つは固有振動周波数の1/2分調周波数を用いる方法であり、他の一つは半値巾が広い間欠的なパルスを用いる方法である。
固有振動周波数の1/2分調周波数を用いる場合、わずかに周波数引き込み現象があり余裕はあるが、一応厳密な同調操作が必要であること、外力の励起周波数がバブル固有振動周波数の1/2に限られることが良くない条件となる。図1に外力の励起周波数を正確にバブル固有振動周波数の1/2に設定した場合のバブルの振動波形を示す。同図でバブルの共振波形の山に対し一つおきに励起波の山が重なっているのが見える。図2にそのスペクトルを示す。
他の一つの方法は、間欠的なパルスを用いる方法である。
間欠的なパルスを用いる場合、パルスをガウス形(ガウシアン)にするとする。この場合、パルスの巾が小さすぎると等価的な周波数は高くなり過ぎ、巾が大きすぎるとナノバブルの共振振巾が小さくなり遂には共振しなくなる。
以下外力としてパルス列を用いる場合の説明を行う。There are two methods for resonating a nanobubble having a high natural vibration frequency with an external force of a low frequency.
One method is a method using a half-frequency of the natural vibration frequency, and the other is a method using intermittent pulses having a wide half-value width.
In the case of using the ½ sub-frequency of the natural vibration frequency, there is a slight frequency pull-in phenomenon and there is a margin, but a strict tuning operation is necessary, and the excitation frequency of the external force is ½ of the bubble natural vibration frequency. It is a condition that is not good to be limited to. FIG. 1 shows a bubble vibration waveform when the excitation frequency of the external force is accurately set to ½ of the bubble natural vibration frequency. In the figure, it can be seen that every other peak of the excitation wave overlaps the peak of the resonance waveform of the bubble. The spectrum is shown in FIG.
Another method is a method using intermittent pulses.
When intermittent pulses are used, the pulses are assumed to be Gaussian (Gaussian). In this case, if the width of the pulse is too small, the equivalent frequency becomes too high, and if the width is too large, the resonance amplitude of the nanobubble becomes small and eventually does not resonate.
Hereinafter, a case where a pulse train is used as an external force will be described.
ナノバブルを外力としてパルス列で励起した場合ナノバブルは固有振動周波数で振動を始めるが、この振動は減衰する。減衰定数はRayleigh−Plesset方程式における(dR/dt)の項の係数4μ/Rなどである。Rayleigh−Plesset方程式は
で、R=R(t)はバブルの半径、Roは等価半径、ρは液体の密度、phは静液圧、pvはバブル内の気圧、kはポリトロ−プ定数、σは表面張力、μは液体の粘性係数、F(t)は外力である。
つまり、減衰定数はバブル外部の液体の粘性係数μを含んだ値できまるが、温度など粘性係数μを変える要素は多い。従って現場では、減衰定数は大巾に変化するものと見なければならない。減衰する固有振動を減衰固有振動と呼ぶことにする
従って、共振の減衰の様子を観測して、次の外部励起パルスを送るという操作が必要になる。
外力としてパルス列におけるパルスの形としてはガウシアンと、時間発展をして衝撃波になるように設計した波形がある。When nanobubbles are excited by a pulse train using an external force, the nanobubbles start to vibrate at the natural vibration frequency, but this vibration is attenuated. The attenuation constant is a coefficient of 4 μ / R for the term (dR / dt) in the Rayleigh-Plesset equation. The Rayleigh-Plesset equation is
In, R = R (t) is the radius of the bubble, Ro is the equivalent radius, [rho is the density of the liquid, p h is Seieki圧, p v is the air pressure in the bubble, k is Poritoro - flop constant, sigma is the surface tension , Μ is the viscosity coefficient of the liquid, and F (t) is the external force.
That is, the attenuation constant can be a value including the viscosity coefficient μ of the liquid outside the bubble, but there are many factors that change the viscosity coefficient μ such as temperature. Therefore, in the field, the attenuation constant must be viewed as changing greatly. The decaying natural vibration is called a damped natural vibration. Therefore, it is necessary to observe the state of resonance attenuation and send the next external excitation pulse.
As an external force, there are two types of pulses in the pulse train, such as Gaussian, and a waveform that is designed to evolve into a shock wave over time.
A、ガウシアンパルスを用いる場合
ガウシアンパルスを用いる場合、ナノバブルが大きく共振するのは、外部励起ガウシアンパルスの半値全巾が、ナノバブルの周期の2.5倍以上3.6倍以下の場合のみである。図3は半値全巾が周期の2.8倍の外部励起ガウシアンパルス列、図4は図3のパルス列で励起されたナノバブルの共振振動である。図4の波の頭は外部励起ガウシアンパルスに対応した波頭で、ナノバブルの振動がそれに続くが、振動は図のように減衰する。
ガウシアンパルスを、そのまま標的であるナノバブル群に送る場合は多い。実用的に簡便であるからである。そのときガウシアンパルス列を使うことになる。合理的、効率的につかうには、前記のように共振の減衰の様子を観測して、振巾或いは周期の数が一定の値になると次の外部励起パルスを送るという工夫が必要になる。この工夫が本発明の一つのポイントである。A. When using a Gaussian pulse When using a Gaussian pulse, the nanobubble resonates greatly only when the full width at half maximum of the externally excited Gaussian pulse is not less than 2.5 times and not more than 3.6 times the period of the nanobubble. . FIG. 3 shows an externally excited Gaussian pulse train having a full width at half maximum of 2.8 times the period, and FIG. 4 shows resonant vibrations of nanobubbles excited by the pulse train of FIG. The wave head in FIG. 4 is a wave head corresponding to the externally excited Gaussian pulse, followed by the vibration of the nanobubble, but the vibration is attenuated as shown.
In many cases, a Gaussian pulse is sent directly to a target nanobubble group. This is because it is practically simple. At that time, a Gaussian pulse train is used. In order to use it reasonably and efficiently, it is necessary to devise a method of observing the state of resonance attenuation as described above and sending the next external excitation pulse when the amplitude or number of periods becomes a constant value. This contrivance is one point of the present invention.
B,時間発展をして標的の近傍で衝撃波になるような波形のパルスを用いる場合。
外部励起の強さはパルスの立ち上がりの急峻さによる。急峻な立ち上がりは衝撃波で得られる。従って、励起パルスの波形を波高を伝播途中はなめらかなパルスであるが、標的であるナノバブル群の近くで時間発展をして、衝撃波になるような波形のパルスを用いることが得策である。このようなパルスの波形を捜すのは厳しい。図5の点線はガウスとコサインの積であるが、この点線の波形が解答の一つである。同図の実線はBurggers方程式(∂u/∂t+u(∂u/∂x)=c(∂2u/∂x2)・uは振巾)で、時間発展が251ステップ後の波形である。パルスの高さの減少は見られない。パルスの高さの決定は微妙である。高すぎれば時間発展による振巾の減衰が大きいし、低すぎれば衝撃波が生まれない。
また適当な高さのガウシアンも解答である。図5Aに減衰がすこし見られる例、図5Bの例はでは約3000ステップで初めて衝撃波が見らる。ガウシアンの衝撃波の生成時間はパルスの高さと巾できまる。
この法は衝撃波を利用するので、衝撃波になるまでのパルス巾は任意である。つまり充分低い周波数と等価なパルス巾にできる。このよう波形は前記の解以外にも解がある。しかし、ガウシアンやガウス、コサインを含む一般的な波形のパルスを希望する時間に時間発展で衝撃波にするのは、非線形偏微分方程式であるBurggers方程式を解くしかない。解析的ではないので、解は数値解でしか得られない。希望を満たす波形を得るにはコンピュータを併用する必要がある。B, When using a pulse with a waveform that develops over time and becomes a shock wave near the target.
The strength of the external excitation depends on the steepness of the rise of the pulse. A steep rise is obtained with a shock wave. Therefore, although it is a smooth pulse in the middle of propagating the waveform of the excitation pulse, it is advantageous to use a pulse having a waveform that develops in the vicinity of the target nanobubble group and becomes a shock wave. It is difficult to search for such a pulse waveform. The dotted line in FIG. 5 is the product of Gauss and cosine, and the dotted waveform is one of the answers. The solid line in the figure in Burggers equation (∂u / ∂t + u (∂u / ∂x) = c (∂ 2 u / ∂x 2) · u is Fuhaba), the time development after 251 steps waveform. There is no decrease in pulse height. The determination of the pulse height is subtle. If it is too high, the attenuation of the amplitude due to time development is large, and if it is too low, no shock wave is generated.
An appropriate height Gaussian is also an answer. In the example in which a little attenuation is seen in FIG. 5A, in the example in FIG. 5B, a shock wave is first seen in about 3000 steps. The generation time of a Gaussian shock wave depends on the height and width of the pulse.
Since this method uses a shock wave, the pulse width until it becomes a shock wave is arbitrary. That is, a pulse width equivalent to a sufficiently low frequency can be obtained. Such waveforms have solutions other than the above solutions. However, the only way to convert a pulse having a general waveform including Gaussian, Gaussian, and cosine into a shock wave with time evolution at a desired time is to solve the Burggers equation, which is a nonlinear partial differential equation. Since it is not analytical, the solution can only be obtained as a numerical solution. It is necessary to use a computer together to obtain a waveform that satisfies your wishes.
励起パルスを用いる場合、衝撃波にするかしないを問わず。位相共役波にすると有利な点が多い。(位相共役波は波原点からでた波は、正確に波原点に還る波面をもつ)位相共役波は位相共役鏡によって得られる。増巾機能をもつ位相共役鏡は、トランスデューサアレイと記憶・逆転コンポーネントと増巾器でつくることができる。
時間発展をして衝撃波になるような波形のパルスを用いる場合には、本発明では時間発展をして衝撃波になるような波形のパルスを送信トランスデューサからナノバブル群である標的で反射して位相共役鏡を構成するトランスデューサアレイに達する迄はパルスの波形を保持したままで波高だけを低くして時間発展や衝撃波がおこり得ない低い波高のパルスでもって行き、記憶・逆転コンポーネントを通ったあとで波形整形器と増巾器を用いて元来の設計した波形の強いパルスにして、このパルスの位相共役波面をつくり標的の部分で理想的な収束と衝撃波の生成をおこなう。When using an excitation pulse, whether it is a shock wave or not. A phase conjugate wave has many advantages. (A phase conjugate wave has a wavefront that accurately returns to the wave origin.) A phase conjugate wave is obtained by a phase conjugate mirror. A phase conjugate mirror with an amplifying function can be made with a transducer array, a storage / reversing component and an amplifier.
In the case of using a pulse having a waveform that evolves over time to become a shock wave, in the present invention, the pulse having a waveform that evolves over time to become a shock wave is reflected from the target, which is a group of nanobubbles, from the transmitting transducer. Until the transducer array that constitutes the mirror is reached, the pulse waveform is kept low and only the pulse height is lowered. Using a shaper and amplifier, the original designed pulse with a strong waveform is created, and a phase conjugate wavefront of this pulse is created to create an ideal convergence and shock wave at the target.
ナノバブルの固有振動による発熱や崩壊は医療の分野で利用されようとしている。
本発明の目的はナノバブルの固有振動を誘起させる方法を提供するものである。
医療、製薬の分野ではEPR効果で血管から細胞への移動するなどのため、ナノバブルの微細化が望まれ且つ実行されつつある。
ナノバブルの固有振動周波数は、微細化が進むと径に反比例して高くなる。半径が200nmのとき固有振動周波数は20MHzである。一方人体を透過する超音波の周波数は浅い所で10MHzである。つまり高い固有振動周波数を持つナノバブルを人体を透過し得る低い周波数の外力で共振励起することを本発明が可能とした。
ここでは1/2分周波を使う法、適当に半値巾が広いガウス形のパルスや時間発展により標的の近傍で衝撃波となる形の巾の広いパルスを、ナノバブルの固有振動の減衰状態を考慮した間隔で間欠的に送り高い周波数のナノバブルの固有振動を近似的に持続させる。
これは「実施の説明」に属することであるが、装置の系の中で標的に強力なパルスを送るのは位相共役鏡である。従って、時間発展の対象となるのは位相共役鏡と標的間の片道である。Heat generation and collapse due to natural vibration of nanobubbles are about to be used in the medical field.
An object of the present invention is to provide a method for inducing natural vibrations of nanobubbles.
In the medical and pharmaceutical fields, nanobubble miniaturization is desired and being implemented because of movement from blood vessels to cells due to the EPR effect.
The natural vibration frequency of the nanobubbles increases in inverse proportion to the diameter as the miniaturization proceeds. When the radius is 200 nm, the natural vibration frequency is 20 MHz. On the other hand, the frequency of the ultrasonic wave passing through the human body is 10 MHz in a shallow place. That is, the present invention has made it possible to resonantly excite nanobubbles having a high natural vibration frequency with an external force having a low frequency that can penetrate the human body.
Here, a method using 1/2 frequency division, a Gaussian pulse with a wide half-value width appropriately, and a wide pulse with a shape that becomes a shock wave in the vicinity of the target by time evolution, considering the attenuation state of the natural vibration of the nanobubble The natural vibrations of high-frequency nanobubbles that are sent intermittently at intervals are approximately sustained.
This belongs to the “implementation description”, but it is the phase conjugate mirror that sends a powerful pulse to the target in the system of the device. Therefore, it is the one-way between the phase conjugate mirror and the target that is subject to time evolution.
図1は1/2分調波で励起したときのバブルの振動波形である。
図2は図1の振動波形のスペクトルである。
図3はガウス形パルスのパルス列である。
図4は図3のパルス列で励起されたバブルの振動である。
図5は特殊な形のパルスと時間発展で衝撃波になったパルスの比較図である。
図5Aはガウシアンパルスと時間発展で衝撃波になったパルスの比較図である。
図5Bは波高が低いガウシアンパルスの時間発展を示す図である。
図6は説明のためのガウス形パルスで励起されたバブルの振動波形の図である。
図7は本発明の実施例である。
図8は実施例の一部の動作の説明図でる。
図9は実施例の一部の詳細図である。
図10は各ブロックの動作のタイムチャートである。FIG. 1 shows a vibration waveform of a bubble when excited by a half-harmonic wave.
FIG. 2 is a spectrum of the vibration waveform of FIG.
FIG. 3 shows a pulse train of Gaussian pulses.
FIG. 4 shows the vibration of bubbles excited by the pulse train of FIG.
FIG. 5 is a comparison diagram of a specially shaped pulse and a pulse that has become a shock wave with time evolution.
FIG. 5A is a comparison diagram of a Gaussian pulse and a pulse that has become a shock wave by time evolution.
FIG. 5B shows the time evolution of a Gaussian pulse with a low wave height.
FIG. 6 is a diagram showing the vibration waveform of bubbles excited by a Gaussian pulse for explanation.
FIG. 7 shows an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of part of the operation of the embodiment.
FIG. 9 is a detailed view of a part of the embodiment.
FIG. 10 is a time chart of the operation of each block.
高い共振周波数をもつナノバブルを低い周波数で励起共振させる方法として、1/2分周波を使う法、ガウス形のパルス列を使う法、衝撃波を使う法の三つの方法を挙げたが、装置にすると、ほぼ同じ形になる。
そこで、励起パルス列で励起される場合を実施例として取り上げ位相共役鏡を使用した実施例の図、図7を用いて説明を行う。作動の手順が複雑なので、実施例の説明の前に、図7の各ブロックの役目の説明を行う。位相共役鏡を用いない場合は、関係部を削除すればよいことにする。As a method of exciting and resonating nanobubbles with a high resonance frequency at a low frequency, there are three methods: a method using 1/2 frequency division, a method using a Gaussian pulse train, and a method using a shock wave. It becomes almost the same shape.
Therefore, a case where excitation is performed with an excitation pulse train will be described as an example, and a description will be given with reference to FIG. Since the operation procedure is complicated, the role of each block in FIG. 7 will be described before the description of the embodiment. When the phase conjugate mirror is not used, the related part may be deleted.
α、トランスデューサ3の役目は標的からの信号を受けるだけである。それに続く波形観測器8の役目は受けた信号の波形を見て(図6参照)、バブルの減衰振動の振巾減小が定められた小さい値の閾値より小さくなる時点の把握。バブルの共振振動開始から周期Tの数のカウントをしてカウント数が一定数なる時点の把握。それと、この二つ時点のどちらかを起点として任意の一定時間遅延させたD信号の出力をすることである。前にも記したが、この作業が本発明のポイトである。再記する。
β、トランスデューサアレイ4の素子はn個ある。その役目は信号の受信と送信である。
開閉器5もn個ある。操作開始時には開かれているが、トランスデューサアレイ4の出力信号が通過した後に出る(γの項に記されている)F信号で閉じる。その後、波形観測器8のD点の信号で開く。この開閉器は励起パルスとそれに続くバブルの減衰振動が存在している間は閉じられている。
γ、記憶・逆転コンポーネントはn個ある。その記憶作業はn個の内どれか一つに信号が到着した時に始まり時間逆転作業にうつる。逆転作業はn個すべてのコンポーネントが時間逆転信号を出し終わった時点で終了する。出力された信号は波形整形器10におくられる。記憶・逆転コンポーネントの作業終了の時点を遅延してF信号を出す。この信号は励起パルスの波尾の通過を示す信号でもある。このγの項については段落[0013]で詳しい説明を行う。
δ、増幅器6もn個ある。この増幅器6は高周波カットフィルタ付の信号増幅器である。高周波カットフィルタは非収束の励起パルスがバブルを励起してバブルの共振固有振動を起こさせたとき、該固有振動を取り除くためのものである。増幅器7は電力増幅器である。
ε、励起パルス発生器の役目は波形観測器8のD信号が来れば所定の形の励起パルスをトランスデューサ2から送り出すだけである。
ζ、波形整形器10は以下の文中で説明する。
以上が各ブロックの役目の説明である。α, the role of the
β, the
There are n switches 5. Although it is open at the start of operation, it is closed by the F signal (denoted in γ) that comes out after the output signal of the
γ, there are n storage / reversal components. The storage operation starts when a signal arrives at any one of the n, and goes through a time reversal operation. The reversal operation ends when all n components have given time reversal signals. The output signal is sent to the waveform shaper 10. The F signal is output with a delay in the work end time of the storage / reversal component. This signal is also a signal indicating the passage of the excitation pulse wave tail. This γ term will be described in detail in paragraph [0013].
δ and
ε, the function of the excitation pulse generator is to send out a predetermined form of excitation pulse from the transducer 2 when the D signal of the waveform observer 8 comes.
ζ and the waveform shaper 10 will be described in the following text.
The above is an explanation of the role of each block.
作動の説明に移る。作動のタイムチャートを図10に示す。まず、波高が低い励起パルスをパルス発生器9でつくり、トランスデューサ2で標的1に向かって送る。衝撃波を生成しないガウシアンパルスと、時間発展で衝撃波になるパルスの場合をとりあげる。時間発展で衝撃波にするパルスの場合は目的の場所以外衝撃波が生成されてはならないので波高が低いことが必要である。このバブルの共振のない時点では標的であるバブルの反射率は高い(共振が始まると反射率は下がる)。標的1での散乱、反射波はn個の素子でできたトランスデューサアレイ4で受けられ、電気信号となり開閉器5、信号増巾器6を経て記憶・逆転コンポーネント11に入り時間反転が行われる。時間反転信号は波形整形器で整形される。衝撃波を期待しないガウシアンの場合は波高が対象であるが、衝撃波を期待する場合は、衝撃波になる時間発展は、トランスデューサアレイ4と標的1の間の片道であるので、繊細な整形が要求される。信号は整形された後、電力増巾されトランスデューサアレイ4で位相共役波面をもつ励起パルス波として送り出され、正確に標的1で収束する。このプロセスが繰り返される。これが励起パルスのみの作動のループであり、該励起パルスで励起されたナノバブルの固有振動にはかかわりをもたせていない。 Move on to operation description. A time chart of the operation is shown in FIG. First, an excitation pulse having a low wave height is generated by the pulse generator 9 and sent toward the
トランスデューサ3、波形観測器8については前に記したが、再記する。トランスデューサ3は標的1にかかわる総ての超音波信号を受けとり波形観測器8に送る。信号を受けた波形観測器はナノバブルの固有振動の減衰にかんする情報をとりだす。固有振動の振巾が定められた閾値より低くなればA信号を出すか、あるいはナノバブルの固有振動が始まってから固有振動の周期Tの数を数え始め、一定の数になればC信号を出す。ついでA信号かC信号のどちらかを遅延させてD信号をつくり出力する。D信号で、励起パルスの波尾で閉じられていた開閉器5を開く。要するに波形観測器8は周波数の高いナノバブルの固有振動周波数の信号を、記憶・逆転コンポーネント11に入れないためのものである。D信号は次の励起パルスをつくるようにパルス発生器9に命令をだす。以上の手順で励起パルスの循環がおこなわれ、間欠的なナノバブルの減衰固有振動が誘起される。
循環のプロセスは、手動命令で、パルス発生器9にパルスをつくらせることで始まり、手動命令でパルス発生を止めることで終わる。The
The circulation process begins with a manual command causing the pulse generator 9 to create a pulse and ends with a manual command to stop the pulse generation.
本発明では位相共役鏡の使用法が特殊で、一般の画像の位相共役鏡として使用せず立ち上がり立下りが対称的で簡単な形の独立したパルスしか使用しない。そのため、トランスデューサアレイ4の素子の数は多くない。それに繋がる開閉器、増巾器、波形整形器および記憶・逆転コンポーネントの数も多くない。多くないので本発明で用いる記憶・逆転コンポーネントの数も多くなく波形も簡単であるが位相共役鏡が主役になる場合もあるで、説明を加える。コンポーネントをコンポと略称する。In the present invention, the use of the phase conjugate mirror is special, and it is not used as a phase conjugate mirror of a general image, but only an independent pulse having a symmetric and simple form of rising and falling is used. Therefore, the number of elements of the
時間反転を図8と図9を用いて説明する。本発明ではガウシアンに対応した一山か、それに似た山だけをつかうが、説明のため前後がわかる模式波形をつかう。標的のナノバブルで散乱、反射し、不均一媒質ために歪んだ超音波の波面の波頭がn個のトランスデューサアレイ1からnのどれか一つの素子に最初に到着すると所定時間遅れの後、同時にn個総ての記憶・逆転コンポの記憶が始まり(or)、1からnのすべての素子の波尾がきえると(and)、所定時間遅れの後記憶が終わる。図8では最初に波頭がjコンポに到着し,最後に波頭がiコンポに到着している。このjコンポの波の波頭からiコンポの波の波尾までの時間がTDであるが、この時間TD内に到着した波がすべて記憶される。その後で記憶した波の逆転と読み出しが行われるつまりiコンポの波から波頭から次々の各コンポの読み出しが行われ、jコンポの波の波尾で終わる。これらの動作はクロックパルス整理器12とのデジタル信号のやり取りで行われる。
逆転された信号は波形整形、電力増巾され送信器としてのトランスデューサアレイに送られる。衝撃波の生成を見込んだ波形の波形整形は繊細である必要がある。何度も書くが、衝撃波生成の時間発展はトランスデューサアレイと標的間の片道で行われるからである。Time inversion will be described with reference to FIGS. In the present invention, only one mountain corresponding to Gaussian or a similar mountain is used, but for the sake of explanation, a schematic waveform that shows the front and back is used. When the wavefront of an ultrasonic wave that is scattered, reflected by a target nanobubble, distorted due to an inhomogeneous medium, first arrives at any one element of
The inverted signal is waveform-shaped, power amplified, and sent to the transducer array as a transmitter. The waveform shaping of the waveform in anticipation of the generation of the shock wave needs to be delicate. It is written many times because the time evolution of shock wave generation occurs in one way between the transducer array and the target.
本実施例ではトランスデューサアレイを線状に並べているが、面状の方が好ましいし、球面が更に好ましい。この場合素子の数はk個となる。また、説明のため、トランスデューサ2とトランスデューサ3に別けて画いているが、実際には、役目はそのまゝでトランスデューサアレイの中の2つの素子をもちいる。
また、記憶・逆転の方法はデジタルの場合もアナログの場合もあり両者とも既知である。In this embodiment, the transducer arrays are arranged in a line, but a planar shape is preferable, and a spherical surface is more preferable. In this case, the number of elements is k. Further, for the purpose of explanation, the transducer 2 and the
Further, the storage / reversal method may be digital or analog, and both are known.
ナノバブル群の励起方法として位相共役波を用いない場合もある。その時は図7のトランスデューサアレイ4、開閉器5、増幅器6、7、記憶・逆転コンポ11、波形整形器を図から削除すればよい。パルス発生器9の励起パルスの発送は波形観測器の出すD信号の命令で行えばよい。
1/2分周周波数の正弦、余弦波で励起する場合はパルス発生器9を発振器におきかえればよい。In some cases, a phase conjugate wave is not used as a method for exciting the nanobubble group. At that time, the
When excitation is performed with a sine and cosine wave having a ½ frequency, the pulse generator 9 may be replaced with an oscillator.
1、ナノバブル群
2.発信用トランスデューサ
3、受信用トランスデューサ
4、トランスデューサアレイ
5、開閉器
6、増巾器
7、電力増巾器
8、波形観測器
9、パルス発生器
10、波形整形器
11、記憶・逆転コンポーネント
12、クロックパルス整理器
13、クロック1. Nanobubble
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JP2014079742A JP2015181927A (en) | 2014-03-20 | 2014-03-20 | Method for resonance excitation of nano bubble having high frequency resonance frequency at low frequency |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109085247A (en) * | 2018-06-27 | 2018-12-25 | 中国计量大学 | A kind of acoustic contrast agent cavitation bubble group resonance state measurement method |
CN109336219A (en) * | 2018-12-05 | 2019-02-15 | 宁夏北斗星物联科技有限公司 | A kind of water purification system and method |
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- 2014-03-20 JP JP2014079742A patent/JP2015181927A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109085247A (en) * | 2018-06-27 | 2018-12-25 | 中国计量大学 | A kind of acoustic contrast agent cavitation bubble group resonance state measurement method |
CN109085247B (en) * | 2018-06-27 | 2020-10-30 | 中国计量大学 | Ultrasonic contrast agent cavitation bubble group resonance state measurement method |
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