Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

超音波 / 光超音波 / 造影剤 / イメージング / 光音響 / レーザ / 半導体レーザ / 変調光 / 診断装置 / 強度変調

本研究では、医用超音波画像技術のひとつである光超音波イメージングにおいて今後の利用拡大が見込まれる専用造影剤について、その性能を定量的に評価する装置の開発を行うことを目的としている。２つの異なった評価装置の開発を進めている。
その一つとして、振幅変調した連続光を用いることで低い尖頭光パワーで評価を安定に行うことをめざし、半導体レーザ光源と音響共鳴を利用した高感度検出系を考案している。今年度は、これまでの研究期間で開発した装置について周波数掃引法を適用するなど、測定時間の短縮と使いやすさの向上のための改良を行った。
二つ目の方式として、実際のイメージング装置に近いパルス光とMHz帯超音波トランスデューサによる評価装置を検討した。これは、人体模擬ファントムに血管を想定した直径1 mm以下の透明細管を埋め込み、その中に評価する試料造影剤を充填する構造のものである。試料入り細管に光パルス照射を行い、超音波トランスデューサで受信する。半導体レーザとパルス駆動回路を用いてピーク光パワー1 W程度のパルス光を発生させ、パルス幅を15～129 nsの範囲で可変として実験を行った。受信には中心周波数5 MHzまたは10 MHzの非破壊検査用圧電トランスデューサを用いた。その結果、内径が1 mm以下のガラスキャピラリでは管内音響モードが励振されて、管径に応じて感度の高くなる光パルス幅が存在することが実験的に示された。管内音場モードの理論から、どのパルス幅でどのモードが励振されやすいのかが説明できた。また、シリコンチューブなどの柔らかい細管を用いると、周囲ファントムとの音響インピーダンスの差が小さいため音場の閉じ込めが起きにくく、はっきりした共振特性が現れにくいことを実験的に明らかにした。また、その際にはガラスキャピラリよりも光音響信号のレベルが数分の１以下になることを示した。

ホログラフィックメモリ / ニューラルネットワーク / レーザ / コヒーレント波 / 並列計算 / 干渉 / 回析格子 / 超音波 / ニュートラルネットワーク / 回折格子 / 光コンピュータ / 超並列計算機 / ホログラフィー / 波動 / 位相 / 画像処理

本研究課題では、2年の研究期間を通じて新しい超並列計算の枠組みを提案すると共にその実現の可能性を各種コンピュータシミュレーションを通じて確認した。提案する方式においては超音波、レーザなどのコヒーレント光の干渉を直接的に計算に利用することで、プロセッサ間の高密度通信を無結線に行い、またニューラルコンピューティングの基本演算である重み付け総和演算を一切の演算装置なしに実現する。こうした特徴を生かし、従来にない多数の素子、高密度の結線を有する脳型計算機を実現することを最終的な目標としている。本研究課題では、ハードウェア製作の前段階として、現実の状況で予想される波動のノイズや歪、製作上の誤差を含めてコンピュータ上で提案システムの動作をシミュレートし、現実的な状況において十分な計算能力が得られることを確認した。ノイズとしてはレーザの波長の時間変動、振幅の変動を考慮し、これらが提案方式に与える影響を明らかにした。また単一光源を用いる方式の他に回析格子による複数光源を用いる方式を提案し後者がより優れた計算能力を有することを確認した。

【研究分担者】
平林晃	東京工業大学	大学院・情報理工学研究科	助手	(Kakenデータベース)
小川英光	東京工業大学	大学院・情報理工学研究科	教授	(Kakenデータベース)