RESEARCH

Group-4  FLOW OBSERVATION USING TIME RESOLVED MRI


Flow visualization using MRI Time-SLIP Method
2014年より，国立病院機構岡山医療センターの先生と岡山光生病院の先生方の研究に参加させていただき，時間分解撮影が可能なMRI装置を 用いた流れ場の計測を行っています．工業高専の特性上，病理や診療に関する内容にはタッチせず，”工業分野における流体機械内部の流れ”を テーマに，医療の分野と工学の分野とで共通する流れ場の可視化と定量的解析手法の確立を目指しています．世の中では４DMRI（三次元＋時間 軸で４D)の研究が盛んですが，評価が非常に難しく，そもそも写っている画像の信頼性から考えていかなければなりません．　本研究室では簡単 な流体実験用流路（フローファントム，Flow phantomといいます）を研究室内で設計・試作し，複雑な流れ場にどこまで迫れるかトライしています．
 


　MRIに関する研究論文は星の数ほどありますが，たぶんガントリー内で水車タービンを回したのは本グループが初めてではないでしょうか．ジャーナル掲載 もこのような通常 やらないことを評価されたような気がします．もちろん，ハーゲンポアズイユ流れ，ベンチュリー管など，定番の流れ場はすでに検証済です．

Cerebrospinal fluid (CSF) flow phantom for Time-SLIP MRI
MRI画像 ガントリー内に収まる水理実験装置の基礎研究を経て，人の脳脊髄液（CSF）の動きを模したMRI用流動ファントムを試作しています．この研究の大きな目的は，ファントム （ロボット）が作り出すクリアー流れを機械学習により学習させ，この学習データを用いてヒトのMR画像から流れのプロパティを推論することで す．2021年現在までの様子を下記に示します．



Contracting flow， Pulsating flow
  拡大縮小管です．Re数は500程度と低く，層流の 流れ場になります．MRIによってトレースされた水塊パターンは数値モデル（２Dの有限体積法モデルで計算した流速場に仮想粒子を移流させた Lagrangianモデルです）とおおむね一致しています．またPIV計測結果とも符合しております．このような基礎実験を経てMRI画像 の信頼性の確認を行っています．



 
ベローズピペットを用いた摂動流実験です．摂動流はいわゆるWomersley数で流速分布が分類できるのですが，往復運動する水塊の挙動はおおむね 摂動流の特徴を示しています．ここでは定量的な解析結果は挙げていませんが，水塊挙動から色々なことがわかります．　現在は医療分野のニーズと工学分 野のニーズからお聞きしたより複雑な流れ場を測定しています．本研究は科研費（基盤C)採択テーマです．


 
現在，流体機械だけではなく，CSFの動態イメージングが可能なファントム実験も行っています．


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その他のテーマ
MECHATRONICS and OTHER  （その他のテーマ）

 EGG sensor project (2015-2016)
JP 本研究室では産学連携推進事務室に寄せられたテーマにも取り組んでいます．2015年から2016年にかけては鶏卵型の振動・圧力測定装置の試作 に挑みました．なかなか難 しいテーマで卒業研究の担当学生は頭をひねりながらTrial and Errorを繰り返し，徐々にですが形になってきました．


実験の様子です．守秘義務のため，センサー本体の掲載はできませんが，沢山の卵を使った実験を時々行います．割れてしまった卵はちゃんと加熱処理し て学生たちがいずこへか 持っていきます．なお，実験で使用する鶏卵はすべて教員がボランティアとして寄付したものです（公費使用 ではありません）．

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