医療分野の可視化計測｜医用工学における可視化事例

血流や医療機器内の流れは、目視だけでは分布や滞留を把握しにくい対象です。PIVを用いることで、模擬血管、カテーテル、エアトラップチャンバー、培地流動などの流れを非接触で可視化し、速度分布や滞留を定量的に確認できます。

撮影協力：自治医科大学 分子病態研究部 西村 智 先生
マウス血管内の赤血球画像から、PIVを用いて流れを計測した事例です。血管内の速度分布や流れの変化を可視化・定量化できます。

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
2種類のカテーテルで血流を再現した流体をPIVで解析した事例です。模擬血管内の流れを可視化し、カテーテル形状による血流の違いを比較できます。

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
人工透析回路内のエアトラップチャンバーを対象に、流れの状態をPIVで計測した事例です。チャンバー内の滞留や流動状態を確認し、形状検討に活用できます。

細胞培養時の培地流動をPIVで計測した事例です。槽内の流れ、滞留、速度ベクトルを確認することで、培地流動や攪拌性能の評価に活用できます。

飛沫やエアロゾル、ミストは、発生直後の飛散方向や拡散範囲を目視で把握しにくい現象です。微粒子可視化技術を用いることで、飛散の様子や吸引・遮蔽条件による違いを視覚的に確認できます。

経口内視鏡検査時に発生するエアロゾルの挙動を可視化した事例です。アクリルボックスの有無による飛散状態を比較し、遮蔽条件によるエアロゾル挙動の違いを確認できます。
※咳によって発生す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、咳やくしゃみなどによって発生する飛沫・エアロゾルへの対策が重要になります。
カトウ光研では、エアロゾルの飛散方向や拡散範囲を可視化し、遮蔽・吸引条件による違いを確認する技術を提案しています。
目に見えにくいエアロゾルの挙動を見える化することで、作業環境評価や感染対策の検討に活用できます。

*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*

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
歯科治療中に発生するミストの飛散を可視化した事例です。バキュームの有無や吸引条件によって、ミストの飛散方向や吸引効果を確認できます。

歯科治療中に発生するミストの飛散を可視化した事例です。エアータービンによる切削時には、水や切削片を含むミストが周囲へ飛散することがあります。飛散するミストを可視化することで、バキュームによる吸引効果や飛散方向の違いを視覚的に確認できます。

衝撃波や超音波による密度変化は、目視では確認できない現象です。シュリーレン法を用いることで、透明媒質中を伝わる衝撃波や密度変化を可視化できます。

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。

医療画像やX線動画、エコー画像に対して画像解析を行うことで、動きやひずみを定量化できます。嚥下動作、筋肉の変形、組織の動きなどを数値として評価することで、観察だけでは分かりにくい変化を把握しやすくなります。

嚥下造影検査で取得されたX線動画を用い、嚥下時の動きを運動解析した事例です。
画像上の特徴点を追跡することで、目視では捉えにくい動きの変化を数値として確認できます。

舌骨は嚥下運動に関わる重要な部位であり、加齢や個人差によって動きに違いが見られる場合があります。運動解析ソフトを用いることで、舌骨の移動量や速度、食塊の動きを可視化・定量化し、嚥下動態の評価に活用できます。

撮影協力：東海大学 工学部 医工学科 菊川 久夫 先生
エコー検査画像にDICを適用し、手首の筋肉のひずみを計測した事例です。手の開閉動作中の筋肉の変化を捉え、筋肉の変位やひずみを可視化・定量化できます。