医療分野における可視化計測

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この動画では、医療分野での可視化事例をまとめて紹介します。PIV（粒子画像流速測定法）、シュリーレン法、DIC（デジタル画像相関法）を駆使して、医療の現場でどのように可視化が役立っているのかを具体的な事例で紹介しています。

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撮影協力：東京大学 医用精密工学研究室 中川 桂一 先生
がん細胞破壊を目的とするPCND（phase change nano droplet）を気泡化させるための、衝撃波の伝播を可視化しています。実験では、薬剤（ドラッグデリバリーシステム：DDS）を用いたがん治療の検証を目的としています。

薬剤であるPCND（フェイズ・チェンジ・ナノドロップレット：音波感受性薬剤）へ衝撃波を伝播させ気泡化することで、がん細胞破壊を促進します。PCNDが気泡化するメカニズムを衝撃波の可視化によって検証します。

※動画のフルバージョンはこちらで公開しています。

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撮影協力：自治医科大学 分子病態研究部 西村 智 先生
マウス血管の赤血球の画像から、PIVで流れを計測。血管内の速度分布を算出しています。

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撮影協力：桐蔭横浜大学 医用工学部 臨床工学科 佐藤 敏夫 先生 山内 忍 先生
PIV（粒子画像流速測定法）を用いて、2種類のカテーテルで血流を再現した流体を解析した事例です。模擬血管内に配置したカテーテル脱血時の血流のダイナミクスを可視化。トレーサー粒子として蛍光粒子を使用しています。PIVによる血流の定量化を行いました。

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撮影協力：桐蔭横浜大学 医用工学部 臨床工学科 佐藤 敏夫 先生 山内 忍 先生
人工透析の現場で血液の回路内における凝固過程を検証するため、エアトラップチャンバー内の流体解析をPIVで行った事例です。エアトラップチャンバーは、血液凝固の好発部位とされ、凝固が発生しにくい理想的なチャンバー形状を検証するための実験です。

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内視鏡検査を行う際、内視鏡医と助手を保護するアクリルボックスを用意。エアロゾルの挙動を可視化して、ボックスの有り無しで比較をしています。
※患者から吐出される飛沫を再現するため、飛沫発生器を用いて秒速10m（咳の速度）で水滴を飛ばしています。

消化器内視鏡診療では、エアロゾルによる感染症の拡大について国や厚労省の方針に基づき、対応が求められています。カトウ光研では、患者の咳やくしゃみから発生するエアロゾルを可視化する技術を提案しています。エアロゾルの挙動を直接見える化することで、医療従事者の感染リスクを検証することができます。

*A novel endoscopic shield: a barrier device to minimize virus transmission during endoscopy.*Ueyama H, Akazawa Y, Fujisawa T, Isayama H, Nagahara A. Endoscopy. 2022. 54(4):E129-E130. https://www.thieme-connect.de/products/ejournals/abstract/10.1055/a-1695-3080
*著者：順天堂大学 医学部 上山 浩也 先生*

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嚥下は、生命維持にとても重要な機能です。食物を飲み込むだけでなく、誤嚥の原因や呼吸機能の低下などにも関係します。カトウ光研では、嚥下造影検査（VF）で取得されたX線動画データから運動解析による定量化を提案しています。嚥下時の舌骨や嚥下関連筋群、食塊の動きを定量化できる技術です。

舌骨は飲み込みをする運動に重要な器官です。男女差、加齢によって嚥下時の舌骨運動に違いが現れます。この動きをソフトウェアで解析することで嚥下動態を定量的に評価します。

運動解析（モーションキャプチャー）というアプローチにより、個々の患者の状態をより正確に把握し、定量的な評価から適切な治療方法を選択する一助となります。また、進行性の疾患の初期診断にも寄与し、早期治療の可能性を広げることが期待できます。

細胞の成長に影響を及ぼす酸素供給不足、強いせん断力。これらのストレスを軽減するためには、槽内の流れに乱れが少なく、滞留が無いことが重要です。カトウ光研のPIV（粒子画像流速測定法）技術では、計算通りの流動が実現されているか？画像と数値データから検証できます。

細胞培養装置で”横運動” ”縦運動” ”円運動”の攪拌をPIVで計測しています。PIVでは、画像から非接触で粒子の運動を計測できます。映像では、PIVで速度ベクトルを算出してベクトルマップをプロットしています。攪拌の性能を定量的に評価できます。 

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撮影協力：東海大学 工学部 医工学科 菊川 久夫 先生
デジタル画像相関法（DIC：Digital Image Correlation）は、画像から”ひずみ（Strain）”を算出できます。物理的な変位を正確に捉え、視覚化・定量化することができます。

撮影協力：藤田医科大学 医学部 歯科・口腔外科講座 小林 義和 先生 金 珉廷 先生
実際の歯科治療を再現するため、医療用マネキンを使用しています。条件変えて吸引効果を比較しています。

映像は、歯科治療中に飛散するミストの可視化実験です。エアータービンで歯を削る際に発生するミストは、医療従事者へ感染リスクをもたらします。飛散するミストは通常、バキュームを使用して吸引していきます。飛散するミストを可視化し、バキュームの効果を視覚的に検証できます。

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