技術・技能

第151回「MRI診断　と　電気の流れる音」

2025.10.08

　夏は私にとっては健康診断の季節でもあります。以前は職員も大学キャンパスで集団健診でしたが、昨年から市内の健診施設に大学の予約で出向く形になりました。わざわざ出かけるのが面倒に感じましたが、利点が一つありました。専門の健診施設なので、高度なオプションメニューがあって、(自己負担ですが)検査を追加できます。そろそろ自分の身体は大丈夫かと気になり始めるお年頃、数年前から人間ドックに関心を持ちつつもまだ行けておらず、その代わりに、血液検査に各種マーカ検査を追加し、脳のMRI検査も初挑戦することにしました。　私の開発研究は専門分野不詳なのですが、いくつかセンシングの研究もしています。ロボットなどをやっていると「これが測れたらうれしいな」と思うことは多々あり、その研究をすることがあります。センシングには、対象から出てくる何かを受け取るだけのパッシブなセンシングと、こちらから積極的に何か働きかけてその反応を見るアクティブなセンシングあります。　たとえば、一般的なカメラは、対象となる方向からカメラに向かってくる光を拾うだけのパッシブです。それに対して、ライトを取り付ければ暗闇でも撮影できるようになりますし、レーザーで線を引いたり特殊な模様の光パターンを当てて撮影することで3次元形状情報を取得する手法もあります。近年では光を照射してから戻ってくるまでの時間で距離を得るToFカメラもあります。　アクティブセンシングの基本的な方針は、計測目的を拾い易くなるような(限定的に区別できるような)働きかけを行い、(パッシブ)センサでその反応を取得して、分析処理をすることで、パッシブでは得られないような計測結果を得ます。センサ部品そのもの新作は容易ではありませんが、アクティブセンシングは組み合わせと信号処理の工夫なので、ロボットメカトロ屋でも挑戦でき、製品検査手法などを開発する企業もあります。　という観点でいうと、高級診断装置であるX線CTやMRIはアクティブセンシングです。いわゆるCTはX線源とX線撮像素子を人体の周りでぐるぐる回して、多方向の撮影をします(胸部レントゲンや”バリウム”もこの組み合わせですが、回らないor人間の側で頑張って動きます)。1回のX線画像は、そのX線が通った経路で「のべどれだけ吸収されたか」が得られ、「中身がどういう分布だったら、各方向でその像が見えるか」という問題を解くことで中身を推定します。　一方、MRIはろくに原理を知らずに出かけてしまいました(稀少経験なのにもったいない感)。強い磁場を使うので磁石に付くようなものは厳禁、そういえば大学生の時の実験で核磁気共鳴をやった気がする程度の予備知識で検査前の説明を受けたところ、音に耐えるための耳栓を渡されました。そんな大きな音がする？　機械的に何かすごいの？　という期待を胸に台に横たわると、頭を固定された上で動かないようにと指示。多数の計測から3次元情報を得るなら、動かない方がいいのは当然です。　装置に挿入されて測定開始ですが、グオングオンいうのかと思ったら全く異なる、ブッブッブッブッなどと何種類かのリズムを刻みながら、何かが強制的に角張った振動(正弦波のようなマイルドさとは逆の)をさせられたような音を立てています。え？　MRIってどんな装置？　と思いながら音を楽しんでいたら、時間的苦痛は無く終わりました。　あとで調べたところでは、強磁場下で電波を照射すると帰ってくる電波があり、空間内に磁場の分布をつくることで、その電波の反応を変えて、水素の空間分布を得るようです。

第7回　軸と軸受の力学（その4）

2025.10.08

国立大学法人　九州工業大学支援研究員・客員教授堀田　源治

装置材料の損傷・劣化「べからず集」Vol.12

2025.09.16

　400℃以上で炭素鋼や低合金鋼を10年以上の長期間使用すると、図に模式的に示す様に経時的に「炭化物球状化」1)が発生・進行し、強度低下が生ずる。　炭素鋼は、同図中の初期に示す様に縞状に示すパーライト組織で、鉄と炭素の化合物が層状に分布することにより、強度を発現している。その層状の炭素鋼中の炭化物が、400℃以上程度の長期間の使用で、徐々に球状に変化し、材料としての強度の低下する現象が「炭化物球状化」である。強度の低下速度は、金属組織により異なり、温度が高いほど早い傾向がある。　また、炭素鋼や0.5％モリブデン鋼は、400℃以上の長期使用で、炭化物球状化と異なり「黒鉛化」2)と言って、鉄の炭化物が炭素(黒鉛)と鉄に分解し、強度の低下する現象の生ずる場合もある。　炭素鋼に応力が負荷されていない場合に問題が顕在化しないが、自重を含めて応力が負荷されて場合は炭化物球状化もしくは黒鉛化の発生により、規格で規定されている最低強度を下回る段階に至ると、装置の膨れ、座屈や破壊に至る場合がある。　このため400℃以上で炭素鋼や低合金鋼を長期間使用している場合は、炭化物球状化や黒鉛化の発生を監視しつつ使用する必要がある。　炭化物球状化の発生や進行を非破壊的に監視する方法としては、金属表面にてスンプ法を用いた組織観察実施や、部材の硬さを定期的に測定することが挙げられる。硬さから材料の強度が推定3)できるので、使用材料の推定強度が規格値の下限を下回った場合は、設備の更新を検討する必要がある。また、黒鉛化は、溶接熱影響部や母材部で局在化して発生する2)ことがあるので、現場での組織観察は、溶接熱影響部を中心に行う必要がある。