マルチスケール解析による果実内物性値分布のリアルタイム３Dマッピング

本研究の目的は、品質劣化の過程で“青果物内部で何が起こっているのか？”を細胞組織レベルで解析・可視化するとともに、青果物内部の諸物性値分布を非破壊的に直接計測可能とすることである。分解能の異なる２つのX線CT装置を用い、微細スケールCT画像より諸物性値の分布や経時変化を明らかにするとともに、これらの諸物性値とCT画像情報を関連付け、個体レベルで画像情報に反映する。すなわち、ノーマル分解能X線CT画像から空隙率や水分、熱伝導率、ガス拡散係数といった諸物性値を個体レベルで、リアルタイムに同時推定できるようにする。そのためのマルチスケール解析フレームワーク作りを行っている。本研究は、（１）マルチスケールX線CT観察画像の取得および３次元微細構造モデル再構築、（２）微細構造モデルシミュレーションによる局所物性値の推算とCT値との関連付け、（３）青果物内部の物性値分布の可視化の３つの中課題で構成される。これらの課題のうち、（１）において、カキ細胞組織の連続CT画像に対して細胞部分と空隙部分を区別し、個々の細胞を分離、楕円近似とエッジ検出により細胞の形状を検出、細胞壁に厚みを与え、ジオメトリ化した。その後（２）において、解析条件を与え、ソルバー（COMSOL Multiphysics 5.3）を用いて細胞壁・細胞膜を考慮したガス移動解析を行った。細胞組織は不均質な構造を持つため、計算領域を均質と仮定した材料についても解析を行い、不均質材料で得た計算結果と比較し、微小領域平均の物性値として求め、空隙率とガス拡散係数との関係を定量した。

本研究の目的は、品質劣化の過程で“青果物内部で何が起こっているのか？”を細胞組織レベルで解析・可視化するとともに、青果物内部の諸物性値分布を非破壊的に直接計測可能とすることである。分解能の異なる２つのX線CT装置を用い、微細スケールCT画像より諸物性値の分布や経時変化を明らかにするとともに、これらの諸物性値とCT画像情報を関連付け、個体レベルで画像情報に反映する。すなわち、ノーマル分解能X線CT画像から空隙率や水分、熱伝導率、ガス拡散係数といった諸物性値を個体レベルで、リアルタイムに同時推定できるようにする。そのためのマルチスケール解析フレームワーク作りを行っている。本研究は、（１）マルチスケールX線CT観察画像の取得および３次元微細構造モデル再構築、（２）微細構造モデルシミュレーションによる局所物性値の推算とCT値との関連付け、（３）青果物内部の物性値分布の可視化の３つの中課題で構成される。これらの課題のうち、（１）において、カキ細胞組織の連続CT画像に対して細胞部分と空隙部分を区別し、個々の細胞を分離、楕円近似とエッジ検出により細胞の形状を検出、細胞壁に厚みを与え、ジオメトリ化した。その後（２）において、解析条件を与え、ソルバー（COMSOL Multiphysics 5.3）を用いて細胞壁・細胞膜を考慮したガス移動解析を行った。細胞組織は不均質な構造を持つため、計算領域を均質と仮定した材料についても解析を行い、不均質材料で得た計算結果と比較し、微小領域平均の物性値として求め、空隙率とガス拡散係数との関係を定量した。