京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

　空気や水など透明流体の速度分布を可視化計測するためには、流れに追従する小さな異物（トレーサ）の動きを捉える必要があります。しかし、液体と無数の粒子から構成される粒子懸濁液は、異物として粒子を含むため、連続相と分散相それぞれの速度を計測するためには、トレーサの動きと粒子の動きを正確に分離する必要があります。我々の研究では、不可逆的な光化学反応による蛍光退光現象を応用し、分子レベルのタグを空間中に設置しました。任意の場所と時間でタグを設置できるため、計測の要求に合わせてタグの設置をアレンジできます。計測対象に合わせて、タグを自在に操り、速度を可視化することで、複雑な流動現象の理解に繋がります。

■研究の概要

　ものづくりのプロセスにおいて数値シミュレーションの活用は有効です。本研究では、汎用PCにも実装することができる、高精度かつ高速演算が可能な計算アルゴリズム（等間隔デカルト格子をベースとした格子ボルツマン法に親和性の高い計算アルゴリズム）を開発し、肉眼では確認することが難しい流動現象の可視化や、その力学的評価を通して、ものづくりにおける最適設計支援を行います。従来の研究と比べて、特に、物体界面近傍における圧力分布をより精度良く捉える（流体力学的な境界条件を陽的に与える）ことが可能であり、アルゴリズムの簡易性（反復演算が不要）からも、並列計算時における良好なスケーラビリティが期待されます。適用事例としては、流体機械や生物内外流れに関連する分野を中心に研究を進めています。

■研究の概要

生物試料の場合、乾燥の防止や内部組織の固定の目的で、低温環境での測定が欠かせません。我々が研究開発しているX線CT装置は、非常に小型です。500mm(W) x 400mm(D) x600mm(H)であり、小型の真空オーブン程度のサイズです。そのため、少し大きな冷蔵庫に収めることができます。そこで、X線CT装置を冷凍庫内に設置し、低温での観察実験を行いました。
■生体試料の観察に適しています！
デモンストレーションとして、食肉の観察を行い、脂肪の分散の三次元可視化を行いました。図は凍結X線CTによって得られた食肉（国産和牛・肩ロース）の断面像です。
明るい部位は筋肉で、暗い部位は脂肪です。筋肉の繊維に沿って「さし」が入っていることが一目瞭然です。拡大図では、筋肉の繊維や脂肪細胞が判別できます。

■研究の概要

　固体高分子形燃料電池(PEFC)は、次世代の自動車用動力源や定置型分散電源として普及が期待されています。しかしながら、PEFCセルの内部で生じている基本的な反応メ力ニズムや物質移動現象は十分明らかにされておらず、燃料電池の高性能化を実現させるためには、これらの内部現象を把握するための新しい計測評価技術の確立が必要不可欠です。本研究では、PEFCセル内部における物質(水素、酸素、水)の輸送現象を解明するための可視化計測手法の開発を行っています。

■研究の概要

■背景
・3次元情報の実時間計測に対するニーズの高まり
・生細胞の3次元動画像計測に対するニーズの高まり
・3次元構造計測、屈折率分布計測、位相イメージング
・従来技術では奥行き方向の情報取得に走査過程が必要
・微視的領域では奥行き走査間隔が短く瞬時計測が困難
■目的
・面内方向サブμmの3次元情報の瞬時計測
・画像の連続取り込みによる4次元イメージング
・3次元構造と光学特性を同時に瞬時計測
・4次元イメージング装置の開発
・生細胞、微細構造への計測応用
■内容
・レーザを用いて試料の3次元情報を計測します(図1)
・レーザ光を2分し、片側の光を試料に照射します
・他方の光は直接カメラに照射します(参照光)
・試料からの回折光を顕微鏡対物レンズで集めます
・試料の拡大像と参照光が撮像素子面上で干渉します
・干渉縞画像を撮像素子で取込み、計算機へ送ります
・計算機で干渉縞を画像処理します
・所望の奥行き位置の試料の像を計算し、表示します
・図2は1回の撮影より得られた試料のある瞬間の像
・従来デジタルホログラフィック顕微鏡よりも高画質
・位相分布情報により屈折率分布等の光学特性計測可能
・図3は1回の撮影より得られた異なる奥行き位置の像
・瞬時の3次元空間の情報取得、計測、表示が可能
・面内方向サブμm、奥行方向10nmオーダの分解能
・画像連続取り込みにより、4次元イメージング可能
■応用
・生体、微生物、生細胞の3次元動的現象観察
・微細構造の高速検査、実時間検査
・透明物体の構造および欠陥観察
・流体の微視的領域における現象観察
・将来展望
・4次元イメージング顕微鏡装置の開発と生体計測応用
・細胞液の可視化と時間分解3次元解析
・ガラス等透明材料の密度分布計測応用
・製品の微細構造の高速検査応用

■研究の概要

■機能性有機色素の中には、熱異性化により着色するサーモクロミズム、光異性化により着色するフォトクロミズム、酸により着色するハロクロミズムなど色々な種類のクロミック材料があります。現在、この可逆的な色調変化を利用した応用研究が盛んに行われており、日本はその分野の最先端を進んでいます。本研究は、これらクロミック材料を用いて放射線を可視化する高分子繊維材料を開発しています。
■放射線可視化フィルム(可逆型)　～フォトクロミック色素を利用～
放射線（X線）をフィルム中のシンチレーターが吸収し紫外線に変換することでフォトクロミック色素が反応します。
■放射線可視化フィルム(不可逆型)　～ハロクロミック色素を利用～
放射線（X線）をフィルム中のシンチレーターが吸収し紫外線に変換することで光酸（フォトアシッド）を発生させ、ハロクロミック色素が反応します。

■研究の概要

■クロミズムは、物質の光物性が外部の刺激によって可逆的に変化する現象を言います。機能性有機色素の中には、熱異性化により着色するサーモクロミズム、光異性化により着色するフォトクロミズムなど色々な種類のクロミック材料があります。現在、この可逆的な色調変化を利用した応用研究が盛んに行われており、日本はその分野の最先端を進んでいます。本研究は、このクロミック材料の合成、薄膜化、機能化、素子作製まで一貫して行なっています。
■多重記録材料　～可視光と紫外光を利用～
紫外光と可視光で4種類の異性体を可逆的に制御することが出来ます。
■マルチカラーリライタブル　～熱と紫外光を利用～
熱と光で4色（赤、青、黄、紫）のフィルムが可逆的に制御することが出来ます。
■放射線（Ｘ線またはγ線）を可視化　～放射光と可視光を利用～
放射線（Ｘ線またはγ線）を可視化することが出来ます。また色の濃淡から放射線量も分かります。

■研究の概要

　医用画像は、X 線CT やMRI のように、撮影条件の安定した検査室で高精細な断層面を多数撮影し、異常所見を事後的に読影するモダリティを中心に発展してきました。一方、超音波エコー画像は、X 線CT やMRI に比べて精細度には劣るものの、動画像が容易に得られるので、医師が徒手でプローブを走査しつつ撮影と読影を同時進行できるという利点があります。このような超音波の利点を活用するには、医師の事後的な読影を代替するのではなく、撮影の最中に医師の診断を支援するアプローチが有効です。
　本研究の目的は、組織の動き( 動脈拍動) をリアルタイムで2D/3D 可視化することによって、読影に有効なビジュアルフィードバックを医師に提供することにあります。

■研究の概要

　超音波エコー、X線、MRlに代表される医用画像診断は､これまで2次元静止画像が用いられてきましたが､最近では3次元静止画像､さらには動画像が活用されつつあります｡動画像は組織の動きなど多くの情報が得られる反面､医師が直接読影するのはしばしば困難であり､画像工学的な診断支援技術が有効です｡
　我々は､医用超音波診断装置の出力する動画像から､組織の動き(動脈拍動)を画像処理によって選択的に抽出･可視化することに成功しました｡
　小児科専門医との共同研究により､動脈拍動抽出画像は新生児集中治療室(NICU)での頭部虚血性疾患診断への有効性が実証され､他の疾患への適用も検討されています｡