(57)【要約】  本発明が提供するのは、流体のレオロジー的特質を決定するための方法であって、ａ．開放孔管を用意し、ボクセルの３次元グリッド（３ＤＧ）を前記孔の内部に定義するステップと、ｂ．少なくとも２つの異なる横断面、すなわち、入口横断面（ＩＣＳ）および出口横断面（ＯＣＳ）を定義するステップと、ｃ．前記入口横断面（ＩＣＳ）と前記出口横断面（ＯＣＳ）との間の前記孔の内部で関心体積（ＶＯＩ）を定義するステップと、ｄ．前記流体のレオロジー的特質を得るステップと、ｅ．前記入口横断面（ＩＣＳ）と前記出口横断面（ＯＣＳ）との間で前記孔に圧力勾配を付与するステップと、ｆ．前記関心体積（ＶＯＩ）の内部で前記流体をＮＭＲ画像化するステップと、ｇ．前記流体に対する速度ｖ；を決定するステップと、ｈ．剪断率値（ＳＲＶ）を算出するステップと、ｉ．剪断応力値（ＳＳＶ）を算出するステップと、ｊ．各々のボクセルＶｏｘ；に対して、少なくとも１つのレオロジー的特質ＲＰｉを決定するステップと、ｋ．ボクセルＶｏｘ；に対して、レオロジー的特質ＲＰｉでの差を決定するステップと、ｌ．前記レオロジー的特質での３Ｄ変動を算出するステップとを含む方法である。
2015526724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体のレオロジー的特質を決定するための方法であって、
ａ．開放孔管を用意し、ボクセルの３次元グリッド（３ＤＧ）を前記孔の内部に定義するステップであって、各々のボクセルＶｏｘｉが前記３ＤＧでの位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を有する、定義するステップと、少なくとも２つの異なる横断面、すなわち、入口横断面（ＩＣＳ）および出口横断面（ＯＣＳ）を定義するステップと、前記入口横断面（ＩＣＳ）と前記出口横断面（ＯＣＳ）との間の前記孔の内部で関心体積（ＶＯＩ）を定義するステップと、
ｂ．前記流体のレオロジー的特質のデータベースを得るステップと、
ｃ．前記入口横断面（ＩＣＳ）と前記出口横断面（ＯＣＳ）との間で前記孔に圧力勾配を付与するステップであって、そのことにより、前記管を通して前記流体を流動させる、付与するステップと、
ｄ．前記関心体積（ＶＯＩ）の内部で前記流体をＮＭＲ画像化するステップであって、前記画像が複数のｐ個のスライスを有し、各々のスライスが前記３ＤＧの内部の平面を含む、ＮＭＲ画像化するステップと、
ｅ．前記画像から、前記ボクセルＶｏｘｉの各々に対して、前記流体に対する速度ｖｉを決定するステップと、
ｆ．前記ボクセルＶｏｘｉの各々に対して、前記速度ｖｉから、剪断率値（ＳＲＶ）を算出するステップと、前記少なくとも１つの入口横断面（ＩＣＳ）と前記少なくとも１つの出口横断面（ＯＣＳ）との間の圧力勾配を決定する間、前、または後に、またそのことにより、各々のボクセルＶｏｘｉに対して、剪断応力値（ＳＳＶ）を算出するステップと、前記剪断率値（ＳＲＶ）および前記剪断応力値（ＳＳＶ）から、各々のボクセルＶｏｘｉに対して、少なくとも１つのレオロジー的特質ＲＰｉを決定するステップと、
ｇ．前記少なくとも１つのレオロジー的特質に対して、ボクセルＶｏｘｉに対して算出されたＲＰｉを、前記データベースからのボクセルＶｏｘｉに対する記憶されたＲＰｉと比較し、そのことにより、ボクセルＶｏｘｉに対して、レオロジー的特質での差ΔＲＰｉを決定するステップと、
ｈ．前記ΔＲＰｉのセットから、前記レオロジー的特質での３Ｄ変動を算出するステップであって、そのことから、前記グリッドでの位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）の関数としてレオロジー的特質での差ΔＲＰｉを決定する、算出するステップと
を含み、
レオロジー的特質での前記差ΔＲＰｉの分解能が、スライスあたりの分解能と比較して約ｐにより乗算されるものである、
方法。
【請求項２】
前記レオロジー的特質を、流体タイプ、流体密度、流体粘度、流体降伏応力、および、それらの任意の組み合わせからなる群から選択するステップを追加的に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記流体タイプを、ニュートン流体、擬塑性流体、ダイラタント流体、ビンガム塑性流体、および、ハーシェル−バークレイ流体からなる群から選択するステップを追加的に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記流体内の不均質な領域を識別するステップを追加的に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記流体内の前記不均質な領域が、気泡、液泡、成層の領域、沈降の領域、分解された乳剤の領域、および、不完全混合の領域からなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
流頭を、前記速度画像から決定するステップと、乱流の領域を、前記流頭の形状での不規則性により識別するステップとを追加的に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
乱流の領域を、前記速度場内の渦の存在により識別するステップを追加的に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記３Ｄ速度画像を、ディスプレイデバイス上に表示するステップを追加的に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の方法で動作可能なＮＭＲシステム。
【請求項１０】
管を通って流動する流体のレオロジー的特質を決定するための方法であって、
ａ．開放孔管を用意し、ボクセルの３次元グリッド（３ＤＧ）を前記孔の内部に定義するステップであって、各々のボクセルＶｏｘｉが前記３ＤＧでの位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を有する、定義するステップと、少なくとも２つの異なる横断面、すなわち、入口横断面（ＩＣＳ）および出口横断面（ＯＣＳ）を定義するステップと、前記入口横断面（ＩＣＳ）と前記出口横断面（ＯＣＳ）との間の前記孔の内部で関心体積（ＶＯＩ）を定義するステップと、
ｂ．前記入口横断面（ＩＣＳ）と前記出口横断面（ＯＣＳ）との間で前記孔に圧力勾配を付与するステップであって、そのことにより、前記管を通して前記流体を流動させる、付与するステップと、
ｃ．前記関心体積（ＶＯＩ）の内部で前記流体をＮＭＲ画像化するステップであって、前記ＮＭＲ画像が複数のｐ個のスライスを有し、各々のスライスが前記３ＤＧの内部の平面を含む、ＮＭＲ画像化するステップと、
ｄ．前記画像から、前記ボクセルＶｏｘｉの各々に対して、前記流体に対する速度ｖｉを決定するステップと、
ｅ．前記ボクセルＶｏｘｉの各々に対して、前記速度ｖｉから、剪断率値（ＳＲＶ）を算出するステップと、前記少なくとも１つの入口横断面（ＩＣＳ）と前記少なくとも１つの出口横断面（ＯＣＳ）との間の圧力勾配を決定する間、前、または後に、またそのことにより、各々のボクセルＶｏｘｉに対して、剪断応力値（ＳＳＶ）を算出するステップと、前記剪断率値（ＳＲＶ）および前記剪断応力値（ＳＳＶ）から、各々のボクセルＶｏｘｉに対して、少なくとも１つのレオロジー的特質ＲＰｉを決定するステップと、
ｆ．ボクセルの少なくとも２つのセット、すなわち、少なくとも１つのボクセルＶｏｘＡ，Ｉを含むセット｛ＶｏｘＡ｝、および、少なくとも１つのボクセルＶｏｘＢ，ｉを含むセット｛ＶｏｘＢ｝を生成するステップであって、セット｛ＶｏｘＡ｝内のボクセルの場所が、セット｛ＶｏｘＢ｝内のボクセルの場所とは体系的な方途で異なり、セット｛ＶｏｘＡ｝内の各々のボクセルＶｏｘＡ，ｉが、セット｛ＶｏｘＢ｝内の対応するボクセルＶｏｘＢ，ｉを有する、生成するステップと、
ｇ．前記少なくとも１つのレオロジー的特質に対して、ボクセルの前記少なくとも２つのセットに対して、セット｛ＶｏｘＡ｝内の各々のボクセルＶｏｘＡ，ｉに対するレオロジー的特質ＲＰＡ，ｉを、セット｛ＶｏｘＢ｝内の対応するボクセルＶｏｘＢ，ｊに対するレオロジー的パラメータＲＰＢ，ｊと比較し、そのことにより、相対位置（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）でのレオロジー的特質での差ΔＲＰｉｊを決定するステップと、
ｈ．前記ＲＰｉｊのセットから、前記レオロジー的特質での３Ｄ変動を算出するステップであって、そのことから、前記グリッドでの相対位置（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）の関数としてレオロジー的特質での前記相対差ＲＰｉｊを決定する、算出するステップと
を含み、
レオロジー的特質での前記差ＲＰｉｊの分解能が、スライスあたりの分解能と比較して約ｐにより乗算されるものである、
方法。
【請求項１１】
前記レオロジー的特質を、流体タイプ、流体密度、流体粘度、流体降伏応力、および、それらの任意の組み合わせからなる群から選択するステップを追加的に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記流体タイプを、ニュートン流体、擬塑性流体、ダイラタント流体、ビンガム塑性流体、および、ハーシェル−バークレイ流体からなる群から選択するステップを追加的に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記流体内の不均質な領域を識別するステップを追加的に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記流体内の前記不均質な領域が、気泡、液泡、成層の領域、沈降の領域、分解された乳剤の領域、および、不完全混合の領域からなる群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
流頭を、前記速度画像から決定するステップと、乱流の領域を、前記流頭の形状での不規則性により識別するステップとを追加的に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
乱流の領域を、前記速度場内の渦の存在により識別するステップを追加的に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記３Ｄ速度画像を、ディスプレイデバイス上に表示するステップを追加的に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１０から１７のいずれか一項に記載の方法で動作可能なＮＭＲシステム。
【請求項１９】
管内の流動流体の流れ特性を決定するための方法であって、
ａ．管内の流動流体の流れ特性を決定するためのシステムであって、
ｉ．前記流動流体の少なくとも１つの画像を発生させるように構成されるＮＭＲデバイスであって、前記管を少なくとも部分的に包囲する、ＮＭＲデバイス、および、
ｉｉ．前記流動流体の前記少なくとも１つの画像から、前記流動流体の少なくとも１つの３次元（３Ｄ）速度画像を生成するように構成されるプロセッサ
を備える、システムを用意するステップと、
ｂ．前記管を通して前記流体を流動させるステップと、
ｃ．前記流動流体の少なくとも１つの３Ｄ速度画像を生成し、
そのことにより、前記流動流体の前記最も少ない１つの３Ｄ速度画像から、流体材料特性、流体材料不均質性の存在、層流の存在、および、乱流の存在からなる群の少なくとも１つを決定するステップと
を含む、方法。
【請求項２０】
前記流体の圧力を、前記管に沿った複数の点で測定し、前記流体内の圧力勾配を、前記測定された圧力から決定するステップを追加的に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記圧力勾配を、前記流体に対する３Ｄ剪断応力値に変換するステップを追加的に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
速度プロファイルを、前記速度画像から決定するステップと、前記３Ｄ速度プロファイルを、前記流体に対する３Ｄ剪断率値に変換するステップとを追加的に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
剪断応力−剪断率曲線を、前記付与される圧力勾配で前記流体に対して決定するステップを追加的に含む、請求項１２又は２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記流体のレオロジー的特性を、前記流体に対する前記剪断応力−剪断率曲線を使用して、前記少なくとも１つの３Ｄ速度画像の分析から３Ｄで決定するステップを追加的に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記レオロジー的特性を、流体タイプ、流体密度、流体粘度、流体降伏応力、指数ｎ、および、定数Ｋからなる群から選択するステップを追加的に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記流体タイプを、ニュートン流体、擬塑性流体、ダイラタント流体、ビンガム塑性流体、および、ハーシェル−バークレイ流体からなる群から選択するステップを追加的に含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記流体内の前記不均質性を、気泡、液泡、成層、沈降、分解された乳剤、および、不完全混合からなる群から選択するステップを追加的に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
流頭を、前記速度画像から決定するステップと、乱流の領域を、前記流頭の形状での不規則性により識別するステップとを追加的に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
乱流の領域を、前記速度画像内の渦の存在により識別するステップを追加的に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記３Ｄ速度画像を、ディスプレイデバイス上に表示するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
管内の流動流体の流れ特性を決定するためのシステムであって、
ａ．前記流動流体の少なくとも１つの画像を発生させるように構成されるＮＭＲデバイスであって、前記管を少なくとも部分的に包囲する、ＮＭＲデバイス、および、
ｂ．前記流動流体の前記少なくとも１つの画像から、前記流動流体の少なくとも１つの３Ｄ速度画像を生成するように構成されるプロセッサ
を備え、
前記流動流体の前記最も少ない１つの３Ｄ速度画像から、流体材料特性、流体材料不均質性の存在、層流の存在、および、乱流の存在からなる群の少なくとも１つが決定される、システム。
【請求項３２】
前記流体の圧力が、前記管に沿った複数の点で測定され、前記流体内の圧力勾配が、前記測定された圧力から決定される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記圧力勾配が、前記流体に対する３Ｄ剪断応力値に変換される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
速度プロファイルが、前記速度画像から決定され、前記３Ｄ速度プロファイルが、前記流体に対する３Ｄ剪断率値に変換される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３５】
剪断応力−剪断率曲線が、前記付与される圧力勾配で前記流体に対して決定される、請求項３３又は３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記流体のレオロジー的特性が、前記流体に対する前記剪断応力−剪断率曲線を使用して、前記少なくとも１つの３Ｄ速度画像の分析から３Ｄで決定される、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記レオロジー的特性が、流体タイプ、流体密度、流体粘度、流体降伏応力、指数ｎ、および、定数Ｋからなる群から選択される、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記流体タイプが、ニュートン流体、擬塑性流体、ダイラタント流体、ビンガム塑性流体、および、ハーシェル−バークレイ流体からなる群から選択される、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記流体内の前記不均質性が、気泡、液泡、成層、沈降、分解された乳剤、および、不完全混合からなる群から選択される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４０】
流頭が、前記速度画像から識別され、乱流の領域が、前記流頭の形状での不規則性により識別される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４１】
乱流の領域が、前記速度画像内の渦の存在により識別される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４２】
前記３Ｄ速度画像が、ディスプレイデバイス上に表示される、請求項３１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、ＭＲＩを使用する流体の特質の測定のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｍａｎｅｖａｌらに対する米国特許第５，５３２，５９３号では、核磁気共鳴を使用して流体に関するレオロジー的情報を得るための装置および方法を開示している。管を通って流動する流体は、流体の速度プロファイルを得るための核磁気共鳴画像化信号を受ける。管に沿った２つの点の間の圧力勾配もまた得られる。次いで剪断率が速度プロファイルから決定され、剪断応力が圧力勾配から決定される。単一の速度プロファイルからデータが、管の中心での０から管壁部での最大剪断率までの範囲に及ぶ剪断率にわたって得られる。あるいは速度スペクトルが、同じ様式で得られ使用され得る。そのことにより、剪断応力対剪断率曲線が、圧力勾配の特定の値でとられる単一の核磁気共鳴画像から得られ得る。しかしながら半径方向の（２次元、２Ｄ）速度プロファイルのみが、米国特許第５，５３２，５９３号では教示されている。
【０００３】
Ｗｏｌｌｉｎに対する米国特許第５，７５７，１８７号では、弱い振動勾配が、受信器コイルで出力信号を発生させる磁気共鳴画像化装置でスピンの角運動量を変調するために使用され、それらの出力信号が、振動勾配周波数の全体の高調波を内包する周期的な包絡線を生ずるように同期復調され得る、デバイスおよび方法を開示している。この周期的な包絡線は同期検出を受け、その検出によって、包絡線の個々の高調波成分の振幅が連続的に生じ、それらの振幅は次いで、積分方程式を行列解法により線形変換に近付けるために使用され、そのことによって、振動勾配の方向に沿った横磁化のラドン変換が生出し、画像再構築が可能になる。打ち切り（ギブス）アーチファクトが除去される。受信器コイルからの出力信号のインパルススペクトルの同期復調および同期検出が、連続スペクトルのジョンソンノイズを抑圧する。非常に弱い、より高い高調波が複数の周期にわたって同期検出され、そのことによって、それらの高調波の中心的傾向の改善された推定値が生ずる。しかしながらＷｏｌｌｉｎは、半径方向の（２Ｄ）速度プロファイルを測定する方法を教示しており、Ｗｏｌｌｉｎは、速度データからレオロジー的パラメータを導出する方法は教示していない。
【０００４】
したがって、半径方向の（２Ｄ）測定に限定されない、流動流体に関するレオロジー的情報を得るためのシステムおよび方法を提供することは、長年の必要性である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＭＲＩを使用する流体の特質の測定のためのシステムを開示することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
流体のレオロジー的特質を決定するための方法であって、
ａ．開放孔管を用意し、ボクセルの３次元グリッド（３ＤＧ）を前記孔の内部に定義するステップであって、各々のボクセルＶｏｘｉが前記３ＤＧでの位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を有する、定義するステップと、少なくとも２つの異なる横断面、すなわち、入口横断面（ＩＣＳ）および出口横断面（ＯＣＳ）を定義するステップと、前記入口横断面（ＩＣＳ）と前記出口横断面（ＯＣＳ）との間の前記孔の内部で関心体積（ＶＯＩ）を定義するステップと、
ｂ．前記流体のレオロジー的特質のデータベースを得るステップと、
ｃ．前記入口横断面（ＩＣＳ）と前記出口横断面（ＯＣＳ）との間で前記孔に圧力勾配を付与するステップであって、そのことにより、前記管を通して前記流体を流動させる、付与するステップと、
ｄ．前記関心体積（ＶＯＩ）の内部で前記流体をＮＭＲ画像化するステップであって、前記画像が複数のｐ個のスライスを有し、各々のスライスが前記３ＤＧの内部の平面を含む、ＮＭＲ画像化するステップと、
ｅ．前記画像から、前記ボクセルＶｏｘｉの各々に対して、前記流体に対する速度ｖｉを決定するステップと、
ｆ．前記ボクセルＶｏｘｉの各々に対して、前記速度ｖｉから、剪断率値（ＳＲＶ）を算出するステップと、前記少なくとも１つの入口横断面（ＩＣＳ）と前記少なくとも１つの出口横断面（ＯＣＳ）との間の圧力勾配を決定する間、前、または後に、またそのことにより、各々のボクセルＶｏｘｉに対して、剪断応力値（ＳＳＶ）を算出するステップと、前記剪断率値（ＳＲＶ）および前記剪断応力値（ＳＳＶ）から、各々のボクセルＶｏｘｉに対して、少なくとも１つのレオロジー的特質ＲＰｉを決定するステップと、
ｇ．前記少なくとも１つのレオロジー的特質に対して、ボクセルＶｏｘｉに対して算出されたＲＰｉを、前記データベースからのボクセルＶｏｘｉに対する記憶されたＲＰｉと比較し、そのことにより、ボクセルＶｏｘｉに対して、レオロジー的特質での差ΔＲＰｉを決定するステップと、
ｈ．前記ΔＲＰｉのセットから、前記レオロジー的特質での３Ｄ変動を算出するステップであって、そのことから、前記グリッドでの位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）の関数としてレオロジー的特質での差ΔＲＰｉを決定する、算出するステップと
を含み、
レオロジー的特質での前記差ΔＲＰｉの分解能が、スライスあたりの分解能と比較して約ｐにより乗算されるものである
方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【０００７】
前記レオロジー的特質を、流体タイプ、流体密度、流体粘度、流体降伏応力、および、それらの任意の組み合わせからなる群から選択するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【０００８】
前記流体タイプを、ニュートン流体、擬塑性流体、ダイラタント流体、ビンガム塑性流体、および、ハーシェル−バークレイ（Ｈｅｒｓｃｈｅｌ−Ｂｕｌｋｌｅｙ）流体からなる群から選択するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【０００９】
前記流体内の不均質な領域を識別するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００１０】
前記流体内の前記不均質な領域が、気泡、液泡、成層の領域、沈降の領域、分解された乳剤の領域、および、不完全混合の領域からなる群から選択される方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００１１】
流頭を、前記速度画像から決定するステップと、乱流の領域を、流頭の形状での不規則性により識別するステップとを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００１２】
乱流の領域を、速度場内の渦の存在により識別するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００１３】
前記３Ｄ速度画像を、ディスプレイデバイス上に表示するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００１４】
本明細書の上記に記載の方法で動作可能なＮＭＲシステムを開示することが、本発明の別の目的である。
【００１５】
管を通って流動する流体のレオロジー的特質を決定するための方法であって、
ａ．開放孔管を用意し、ボクセルの３次元グリッド（３ＤＧ）を前記孔の内部に定義するステップであって、各々のボクセルＶｏｘｉが前記３ＤＧでの位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を有する、定義するステップと、少なくとも２つの異なる横断面、すなわち、入口横断面（ＩＣＳ）および出口横断面（ＯＣＳ）を定義するステップと、前記入口横断面（ＩＣＳ）と前記出口横断面（ＯＣＳ）との間の前記孔の内部で関心体積（ＶＯＩ）を定義するステップと、
ｂ．前記入口横断面（ＩＣＳ）と前記出口横断面（ＯＣＳ）との間で前記孔に圧力勾配を付与するステップであって、そのことにより、前記管を通して前記流体を流動させる、付与するステップと、
ｃ．前記関心体積（ＶＯＩ）の内部で前記流体をＮＭＲ画像化するステップであって、前記ＮＭＲ画像が複数のｐ個のスライスを有し、各々のスライスが前記３ＤＧの内部の平面を含む、ＮＭＲ画像化するステップと、
ｄ．前記画像から、前記ボクセルＶｏｘｉの各々に対して、前記流体に対する速度ｖｉを決定するステップと、
ｅ．前記ボクセルＶｏｘｉの各々に対して、前記速度ｖｉから、剪断率値（ＳＲＶ）を算出するステップと、前記少なくとも１つの入口横断面（ＩＣＳ）と前記少なくとも１つの出口横断面（ＯＣＳ）との間の圧力勾配を決定する間、前、または後に、またそのことにより、各々のボクセルＶｏｘｉに対して、剪断応力値（ＳＳＶ）を算出するステップと、前記剪断率値（ＳＲＶ）および前記剪断応力値（ＳＳＶ）から、各々のボクセルＶｏｘｉに対して、少なくとも１つのレオロジー的特質ＲＰｉを決定するステップと、
ｆ．ボクセルの少なくとも２つのセット、すなわち、少なくとも１つのボクセルＶｏｘＡ，Ｉを含むセット｛ＶｏｘＡ｝、および、少なくとも１つのボクセルＶｏｘＢ，ｉを含むセット｛ＶｏｘＢ｝を生成するステップであって、セット｛ＶｏｘＡ｝内のボクセルの場所が、セット｛ＶｏｘＢ｝内のボクセルの場所とは体系的な方途で異なり、セット｛ＶｏｘＡ｝内の各々のボクセルＶｏｘＡ，ｉが、セット｛ＶｏｘＢ｝内の対応するボクセルＶｏｘＢ，ｉを有する、生成するステップと、
ｇ．前記少なくとも１つのレオロジー的特質に対して、ボクセルの前記少なくとも２つのセットに対して、セット｛ＶｏｘＡ｝内の各々のボクセルＶｏｘＡ，ｉに対するレオロジー的特質ＲＰＡ，ｉを、セット｛ＶｏｘＢ｝内の対応するボクセルＶｏｘＢ，ｊに対するレオロジー的パラメータＲＰＢ，ｊと比較し、そのことにより、相対位置（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）でのレオロジー的特質での差ΔＲＰｉｊを決定するステップと、
ｈ．前記ΔＲＰｉｊのセットから、前記レオロジー的特質での３Ｄ変動を算出するステップであって、そのことから、前記グリッドでの相対位置（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）の関数としてレオロジー的特質での相対差ΔＲＰｉｊを決定する、算出するステップと
を含み、
レオロジー的特質での前記差ΔＲＰｉｊの分解能が、スライスあたりの分解能と比較して約ｐにより乗算されるものである
方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００１６】
前記レオロジー的特質を、流体タイプ、流体密度、流体粘度、流体降伏応力、および、それらの任意の組み合わせからなる群から選択するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００１７】
前記流体タイプを、ニュートン流体、擬塑性流体、ダイラタント流体、ビンガム塑性流体、および、ハーシェル−バークレイ流体からなる群から選択するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００１８】
前記流体内の不均質な領域を識別するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００１９】
前記流体内の前記不均質な領域が、気泡、液泡、成層の領域、沈降の領域、分解された乳剤の領域、および、不完全混合の領域からなる群から選択される方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００２０】
流頭を、前記速度画像から決定するステップと、乱流の領域を、流頭の形状での不規則性により識別するステップとを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００２１】
乱流の領域を、速度場内の渦の存在により識別するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００２２】
前記３Ｄ速度画像を、ディスプレイデバイス上に表示するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００２３】
本明細書の上記に記載の方法で動作可能なＮＭＲシステムを開示することが、本発明の別の目的である。
【００２４】
管内の流動流体の流れ特性を決定するための方法であって、管内の流動流体の流れ特性を決定するためのシステムであって、流動流体の少なくとも１つの画像を発生させるように構成されるＮＭＲデバイスであって、管を少なくとも部分的に包囲する、ＮＭＲデバイス、および、流動流体の少なくとも１つの画像から、流動流体の少なくとも１つの３次元（３Ｄ）速度画像を生成するように構成されるプロセッサを備える、システムを用意するステップと、管を通して流体を流動させるステップと、流動流体の少なくとも１つの３Ｄ速度画像を生成するステップとを含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。流動流体の最も少ない１つの３Ｄ速度画像から、流体材料特性、流体材料不均質性の存在、層流の存在、および、乱流の存在からなる群の少なくとも１つが決定される。
【００２５】
流体の圧力を、管に沿った複数の点で測定し、流体内の圧力勾配を、測定された圧力から決定するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００２６】
圧力勾配を、流体に対する３Ｄ剪断応力値に変換するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００２７】
速度プロファイルを、速度画像から決定するステップと、３Ｄ速度プロファイルを、流体に対する３Ｄ剪断率値に変換するステップとを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００２８】
剪断応力−剪断率曲線を、付与される圧力勾配で流体に対して決定するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００２９】
流体のレオロジー的特性を、流体に対する剪断応力−剪断率曲線を使用して、少なくとも１つの３Ｄ速度画像の分析から３Ｄで決定するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００３０】
レオロジー的特性を、流体タイプ、流体密度、流体粘度、流体降伏応力、指数ｎ、および、定数Ｋからなる群から選択するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００３１】
流体タイプを、ニュートン流体、擬塑性流体、ダイラタント流体、ビンガム塑性流体、および、ハーシェル−バークレイ流体からなる群から選択するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００３２】
流体内の不均質性を、気泡、液泡、成層、沈降、分解された乳剤、および、不完全混合からなる群から選択するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００３３】
流頭を、前記速度画像から決定するステップと、乱流の領域を、流頭の形状での不規則性により識別するステップとを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００３４】
乱流の領域を、速度場内の渦の存在により識別するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００３５】
３Ｄ速度画像を、ディスプレイデバイス上に表示するステップを追加的に含む方法を開示することが、本発明の別の目的である。
【００３６】
管内の流動流体の流れ特性を決定するためのシステムであって、流動流体の少なくとも１つの画像を発生させるように構成されるＮＭＲデバイスであって、管を少なくとも部分的に包囲する、ＮＭＲデバイス、および、流動流体の少なくとも１つの画像から、流動流体の少なくとも１つの３Ｄ速度画像を生成するように構成されるプロセッサを備える、システムを開示することが、本発明の別の目的である。流動流体の最も少ない１つの３Ｄ速度画像から、流体材料特性、流体材料不均質性の存在、層流の存在、および、乱流の存在からなる群の少なくとも１つが決定される。
【００３７】
流体の圧力が、管に沿った複数の点で測定され、流体内の圧力勾配が、測定された圧力から決定されるシステムを開示することが、本発明の別の目的である。
【００３８】
圧力勾配が、流体に対する３Ｄ剪断応力値に変換されるシステムを開示することが、本発明の別の目的である。
【００３９】
速度プロファイルが、前記速度画像から決定され、３Ｄ速度プロファイルが、流体に対する３Ｄ剪断率値に変換されるシステムを開示することが、本発明の別の目的である。
【００４０】
剪断応力−剪断率曲線が、付与される圧力勾配で流体に対して決定されるシステムを開示することが、本発明の別の目的である。
【００４１】
流体のレオロジー的特性が、流体に対する剪断応力−剪断率曲線を使用して、少なくとも１つの３Ｄ速度画像の分析から３Ｄで決定されるシステムを開示することが、本発明の別の目的である。
【００４２】
前記レオロジー的特性が、流体タイプ、流体密度、流体粘度、流体降伏応力、指数ｎ、および、定数Ｋからなる群から選択されるシステムを開示することが、本発明の別の目的である。
【００４３】
流体タイプが、ニュートン流体、擬塑性流体、ダイラタント流体、ビンガム塑性流体、および、ハーシェル−バークレイ流体からなる群から選択されるシステムを開示することが、本発明の別の目的である。
【００４４】
流体内の不均質性が、気泡、液泡、成層、沈降、分解された乳剤、および、不完全混合からなる群から選択されるシステムを開示することが、本発明の別の目的である。
【００４５】
流頭が、速度画像から決定され、乱流の領域が、流頭の形状での不規則性により識別されるシステムを開示することが、本発明の別の目的である。
【００４６】
乱流の領域が、速度場内の渦の存在により識別されるシステムを開示することが、本発明のさらに別の目的である。
【００４７】
３Ｄ速度画像が、ディスプレイデバイス上に表示されるシステムを開示することが、本発明のさらに別の目的である。
【００４８】
本発明、および実際上のその実装形態をより良く理解するために、次に複数の実施形態が、単に非限定的な例によって、付随する図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】流体の異なるタイプに対する速度プロファイルを概略的に例示する図である。
【図２】流体の異なるタイプに対する速度プロファイルを概略的に例示する図である。
【図３】流体の異なるタイプに対する剪断応力の関数としてリスケーリングされた速度を概略的に例示する図である。
【図４】剪断応力の関数として速度勾配を概略的に例示する図である。
【図５】流体不均質性を決定する方法の実施形態を例示する図である。
【図６Ａ】流体のレオロジー的パラメータを決定する方法の実施形態を例示する図である。
【図６Ｂ】流体のレオロジー的パラメータを決定する方法の実施形態を例示する図である。
【図７】上下非対称性を伴う流れの例を例示する図である。
【図８Ａ】異なる流れ指数ｎを伴う流れのレオロジー的特質の比較を例示する図である。
【図８Ｂ】異なる流れ指数ｎを伴う流れのレオロジー的特質の比較を例示する図である。
【図８Ｃ】異なる流れ指数ｎを伴う流れのレオロジー的特質の比較を例示する図である。
【図９Ａ】異なる粘度ηを伴う流れのレオロジー的特質の比較を例示する図である。
【図９Ｂ】異なる粘度ηを伴う流れのレオロジー的特質の比較を例示する図である。
【図９Ｃ】異なる粘度ηを伴う流れのレオロジー的特質の比較を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
本発明のすべての章とともにある以下の説明は、当業者ならば誰でも本発明を利用することが可能になるように提供されるものであり、本発明を履行することの、本発明者により企図される最良の形態を論述するものである。ただし、本発明の包括的な原理が、ＭＲＩを使用する流体の特質の測定のための手段および方法を提供するために具体的に定義されているので、様々な修正が当業者には明らかなままとなろう。
【００５１】
用語「泡」は以降、流動流体の本体のものとは有意に異なる特性を伴う流体で実質的に充填された領域を指す。泡は、実質的に球形または卵形である必要はないが、それらの泡の中の流体は、比較的均一な品質のものであるべきである。泡の非限定的な例は、乳剤または液体の内部のおおよそ１ミリメートルより大きい空気の領域である。泡の他の非限定的な例は、乳剤もしくは液体の内部の油の領域、または、気体の内部の液体の領域である。
【００５２】
用語「約」および「おおよそ」は以降、定義された値から２５％多いか少ないかの範囲に含まれた値を指す。
【００５３】
本発明のシステムは、３Ｄ  ＮＭＲを使用して、流動流体の３Ｄ速度プロファイルを決定し、３Ｄ速度プロファイルからレオロジー的パラメータを決定する。
【００５４】
２Ｄプロファイルより優れた３Ｄ速度プロファイルのいくつかの利点が存在する。２Ｄプロファイルは、それらの２次元の性質を理由として、流動流体の１つのスライスによって速度プロファイルを与えることが可能であるのみである。例えばスライスが、流体の流れの支配的な方向に直交している場合（流体が通って流動しているパイプの横断面に平行なスライスなど）、速度プロファイルは、パイプのその横断面に対して決定され得る。そのような速度プロファイルは、その横断面内の場所に対して速度プロファイルでの非対称性を決定することが可能である。そのような非対称性は、例えば本明細書の下記で論考されるように、流体内の泡を示唆する場合がある。しかしながらそのような２次元スライスは、小さな局所的な泡と、パイプ内の気体の永続的な存在との間で区別することは可能でない。垂直方向の縦方向の断面は、例えばパイプが充填不足である（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌｅｄ）場合、パイプ内の他の流体を上部で覆う気体の層が存在したかどうかを決定することは可能であるが、スライスの中心の垂直方向の直径から離れた泡、水平方向の縦方向のスライスでは識別可能になる泡を識別することは可能でない。固定された場所での一連の横断面スライスは、気体のそのような上部で覆う層を識別することは可能であるが、問題を識別するための時間が、流体の流速により制限されることになる。対照的に３Ｄ速度プロファイルは、３Ｄの関心体積の内部の任意の位置で、レオロジー的パラメータ、およびそれらのパラメータの変動を識別するために使用され得るものであり、縦方向および横断面の両方の変動の識別は、流体の流速により制限されない。
【００５５】
本発明の実施形態では、流動流体は押し出し反応器内にあり、ＮＭＲデバイスは、押し出し反応器の少なくとも一部分を少なくとも部分的に包囲する。ＮＭＲデバイスにより測定される速度プロファイルは、流動材料を特徴付けするために使用される。特徴付けの結果は、流体の組成を改変すること、流体の温度プロファイルを改変すること、流体、またはその成分のいずれかの混合を、攪拌機、振盪機、または回転機のいずれかにより改変すること、流体を照射すること（可視光源、ＩＲ電磁放射の源、ＵＶ電磁放射の源、ｘ線源、マイクロ波放射の源、および、超音波源）、および、反応の少なくとも一部分を停止、開始、または中止することのような態様を含めて、反応を制御するために使用され得る。反応制御機構は、ＮＭＲデバイスと連動して上流である場合があり、またはＮＭＲデバイスの下流である場合がある。
【００５６】
流体は、流れプロファイルの形状により特徴付けされ得る。図１は、同じ最大流速に規格化された、流体の異なるタイプに対する流れプロファイルの形状を概略的に例示する。図２は、同じ総流量に規格化された、同じ流れプロファイルを例示する。流体により呈される流れのタイプが、流れプロファイルから容易に決定され得るということは明白である。さらに本明細書の下記で説明されるように、粘度などの流体の特性が流れプロファイルから決定され得る。
【００５７】
図３は、剪断応力が、流体の異なるタイプに対して速度勾配にどのように依存するかを概略的に例示する。ニュートン流体に対しては、剪断応力は速度勾配とともに線形に増大し、曲線の傾き、流体の粘度は一定である。ビンガム塑性流体は、やはり一定の傾きを有するが、剪断応力が最小値τ０未満である場合、速度は０となり、材料は、τ０未満の剪断応力に対しては固体のようにふるまう。擬塑性流体に対しては、傾き、粘度は、速度勾配の増大とともに減少し、ダイラタント流体に対しては、粘度は、速度勾配の増大とともに増大する。
【００５８】
図４は、リスケーリングされた速度が、流体の異なるタイプに対して剪断応力にどのように依存するかの両対数プロットを例示する。ニュートン流体に対しては、曲線は、傾き１を伴う直線であり、指数ｎ＝１である。擬塑性流体（ｎ＜１を伴う冪乗則流体）に対しては、曲線は、傾き１／ｎを伴う直線であり、そのため、傾きは１より大きい。ハーシェル−バークレイ流体およびビンガム塑性流体は、両方とも応力τ０を有し、その応力τ０より下では材料は固体のようにふるまう。その値より下の剪断応力に対しては、速度は０である。τ０より有意に大きい応力に対しては、ビンガム塑性は、ニュートン流体のように、ハーシェル−バークレイ流体は、冪乗則流体のように挙動する。
【００５９】
ＮＭＲ画像から直接速度プロファイルを測定することは、ＮＭＲ信号内のノイズの影響を悪い形で被る。しかしながら速度プロファイルの抽出は、速度リスケーリング技法の使用により、より健全にされ得る。リスケーリング技法の１つの実施形態では、剪断応力に依存的なリスケーリングされた速度が使用される。半径ｒの関数としての、円形のパイプの内側の流体内の剪断応力τ（ｒ）は次式となる。
【００６０】
【数１】
2015526724.tif 000003
【００６１】
ただしΔＰはパイプ内の圧力降下であり、Ｌはパイプの長さである。τ（ｒ）はｒの線形関数であるので、剪断応力の関数としての速度ｖ＝ｖ（τ）が、より通例であるｖ＝ｖ（ｒ）の代わりに使用され得る。次いで、リスケーリングされた速度Ｖ（ｒ）が次式のように定義され得る。
【００６２】
【数２】
2015526724.tif 000004
【００６３】
この関数は、ｖ（τ）＝ｖ（０）である管の中心では０であり、どこでも負ではない。リスケーリングされた速度の導関数は次式となる。
【００６４】
【数３】
2015526724.tif 000005
【００６５】
そして、
【００６６】
【数４】
2015526724.tif 000006
【００６７】
であるので、導関数ｄＶ／ｄτが剪断率である。
【００６８】
【数５】
2015526724.tif 000007
【００６９】
したがって関数Ｖ（τ）はさらに、式（４）を積分することにより見出され得る。
【００７０】
【数６】
2015526724.tif 000008
【００７１】
式（６）から、関数Ｖ（τ）が剪断変形率
【００７２】
【数７】
2015526724.tif 000009
【００７３】
のみに依存するということは自明であり、そのことによって、データのフィッティングまたは平滑化は、速度プロファイルを見出すためには必要とされない。
【００７４】
剪断応力τは、剪断変形率
【００７５】
【数８】
2015526724.tif 000010
【００７６】
の関数として、次式のように記述され得る。
【００７７】
【数９】
2015526724.tif 000011
【００７８】
ただしτｙは降伏応力であり、Ｋおよびｎは、流体を特徴付けする定数である。流体の異なるタイプに対するτｙ、Ｋ、およびｎの値が表１に示されており、ただしηは流体の粘度である。
【００７９】
【表１】
2015526724.tif 000012
【００８０】
式（６）を
【００８１】
【数１０】
2015526724.tif 000013
【００８２】
に対して解くと、次式となる。
【００８３】
【数１１】
2015526724.tif 000014
【００８４】
式（７）を式（５）に挿入すると、リスケーリングされた速度Ｖ（τ）は次式となる。
【００８５】
【数１２】
2015526724.tif 000015
【００８６】
図３は、パラメータＫ、ｎ、およびτｙのＶ（τ）への影響を例示する。図３ではＶ（τ）は、両対数プロットでのτの関数としてプロットされており、そのことは次式によって表される。
【００８７】
【数１３】
2015526724.tif 000016
【００８８】
式９は、τｙ＝０である場合、すなわち、冪乗則流体に対して、およびニュートン流体に対して直線となる。冪乗則流体に対してはｎ＝１であり、そのことによって、傾きは２である。異なる粘度のニュートン流体は、ｌｎ（２η）だけ垂直方向に変位させられることになり、高い粘度の線は低い粘度の線の下になる。ｎ＜１を伴う冪乗則流体（擬塑性流体）は、２より大きな傾きを有することになり、一方で、ｎ＞１を伴う冪乗則流体（ダイラタント流体）は、１から２の間の傾きを有することになり、傾きは、ｎが増大するにつれて１に接近する。
【００８９】
０でない降伏応力を伴う流体は、τ＞＞τｙである場合に線形領域を有することになるが、傾きは、τがτｙに接近するにつれて急速に無限大に接近することになる。
【００９０】
ｎ＝１であるニュートン型の事例に対しては、式（８）を粘度ηに対して、および式（７）を変形率
【００９１】
【数１４】
2015526724.tif 000017
【００９２】
に対して解くことが、次式を与える。
【００９３】
【数１５】
2015526724.tif 000018
【００９４】
および
【００９５】
【数１６】
2015526724.tif 000019
【００９６】
関数ｆ（τ）＝τ２／（２Ｖ（τ））＝ΔＰ２／（２Ｌ｜ｖ０−ｖ｜）はさらに、非ニュートン流体に対して有用である。式（８）が式（１０）に挿入される場合、関数ｆ（τ）は次式となる。
【００９７】
【数１７】
2015526724.tif 000020
【００９８】
式（１１）の両辺の対数をとると、次式となる。
【００９９】
【数１８】
2015526724.tif 000021
【０１００】
そして、降伏応力τｙ＝０である場合、次式となる。
【０１０１】
【数１９】
2015526724.tif 000022
【０１０２】
式（１３）の両辺の対数をとると、次式となる。
【０１０３】
【数２０】
2015526724.tif 000023
【０１０４】
この式は、傾き（２ｎ−１）／ｎおよび切片
【０１０５】
【数２１】
2015526724.tif 000024
【０１０６】
の直線である。
【０１０７】
上記で述べられた流体に対する剪断応力の関数としての粘度は、
【０１０８】
【数２２】
2015526724.tif 000025
【０１０９】
の形式をとるので、ｆ（τ）／η（τ）の比率は次式となる。
【０１１０】
【数２３】
2015526724.tif 000026
【０１１１】
そのことによって、ｎは、ｌｎ（ｆ（τ））対ｌｎ（τ）の、または、ｌｎ（Ｖ（τ））対ｌｎ（τ）のプロットから見出され得るので、ｆ（τ）はη（τ）から容易に決定され得る。
【０１１２】
ＮＭＲ画像化システムでは、管または導管などの外囲器を通って流動する材料の速度は、経過時間技法を使用して、または、位相エンコーディング技法を使用してのいずれかで見出され得る。いずれの事例でも流動流体は、知られている空間変動を伴う、知られている強さの一定の磁場にさらされる。スピン系が、かけられた磁場によって整列した後、それらのスピン系は、流れ内の領域をタグ付けする無線周波数パルスにより乱される。経過時間技法は、流れの個別の横断面を次々に励起し、励起されたスピンの到着を、それらのスピンが励起された場所から下流で検出することにより、速度画像を築造することを必然的に含む。スピンが検出された下流の場所、および、励起と検出との間の時間を知ることにより、速度プロファイルが、層状の一方向性の流れに対して構築され得る。位相エンコード画像化は、一方向性でもあり、より複雑でもある流れに対して、速度プロファイル分布の直接的な画像を発生させる。一方向性の定常流の事例では、時間ｔでのスピンを伴う原子核の位置がｚ（ｔ）である場合、ｚ（ｔ）＝ｚ０＋ｗｔであり、ただしｚ０は、時間０でのスピンを伴う原子核の位置であり、ｗは、スピンを伴う原子核の速度である。流れ方向での付与される磁場勾配は大きさｇｚを有し、ブロッホ方程式は、磁化の位相が次式により与えられることを示す。
【０１１３】
【数２４】
2015526724.tif 000027
【０１１４】
ただしγｇは原子核の磁気回転比であり、
【０１１５】
【数２５】
2015526724.tif 000028
【０１１６】
である。
【０１１７】
位相エンコード画像化では、付与される勾配は、ｍ０＝０であるがｍ１≠０であるように設計される。したがって位相角は、スピンを伴う原子核の速度に比例するものであり、適正に設計された勾配によって、位相が、試料内の速度の分布の尺度となることが可能になる。
【０１１８】
本発明のシステムの実施形態では、勾配は、流体頭の３次元マップが、試料内の位置の関数として速度から生出されるように選定される。
【０１１９】
本発明のシステムの別の実施形態では、流頭の３つの２Ｄ画像が生成され、各々の画像は他の２つに直交しており、流頭の３Ｄ画像が３つの画像から再生成される。
【０１２０】
他の実施形態では、４つ以上の２Ｄ画像が生成され、それらの画像の少なくともいくつかの間の角度は９０°とは異なる。非限定的な例では、画像が、流れの方向に直交して生成され、３つのさらなる画像が作製され、すべての３つのものは第１のものに直交しており、さらなる画像の各々は、他の２つのさらなる画像に対して６０°である。
【０１２１】
試料の全域での速度分布および圧力降下から、リスケーリングされた速度Ｖ（τ）（式（８））が見出される。式（９）または式（１２）のいずれかを使用して、流れのタイプが傾きから、および、定数Ｋが切片から見出され得る。これらから、流体の粘度ηが見出され得る。
【０１２２】
図５は、それにより流れ内の不均質性が見出され得る方法（５００）の実施形態を例示する。ＮＭＲデバイス（５０５）およびプロセッサ（５１０）が用意される。好ましくは管または導管であり、流体を少なくとも部分的に取り囲む流体外囲器が用意され（５１５）、外囲器の少なくとも一部は、ＮＭＲデバイスの磁場を通して流体を搬送する。流体は、外囲器を通して、およびＮＭＲデバイスを通して流動させられ（５２０）、流動流体の３Ｄ速度画像が、当技術分野で知られている方法の任意のものを使用して生成される（５２５）。３Ｄ速度画像から、流頭が、当技術分野で知られている技法の任意のものを使用して決定される（５３０）。流頭が対称的である場合（５４０）、不均質性は存在しない（５３５）。流頭が対称的でない場合、不均質性の性質が決定される。流頭が上下非対称性を示し（５５０）、プロファイルが、左右対称性を示すが上下対称性を示さない場合、成層または沈降が起こったということである（５４５）。流れは非対称的であるが、明白な対称面が存在しない場合、渦が速度内に存在する場合（５６０）、乱流が存在する。渦が存在しない場合、流れは層状であるが、流体内に泡または他の不均質性が存在する。
【０１２３】
図６は、流れプロファイルから流体のレオロジー的パラメータを決定する方法を例示する。ＮＭＲデバイス（６０４）およびプロセッサ（６０８）が用意される。好ましくは管または導管であり、流体を少なくとも部分的に取り囲む流体外囲器が用意され（６１２）、外囲器の少なくとも一部は、ＮＭＲデバイスの磁場を通して流体を搬送する。流体は、外囲器を通して、およびＮＭＲデバイスを通して流動させられ（６１６）、流動流体の３Ｄ速度画像が、当技術分野で知られている方法の任意のものを使用して生成される（６２０）。流体内の圧力が、好ましくは外囲器に沿ったいくつかの点で測定される（６２４）。剪断応力が、式
【０１２４】
【数２６】
2015526724.tif 000029
【０１２５】
を使用して、圧力勾配および位置から、位置の関数として決定される（６２８）。速度が剪断応力の関数として決定され、リスケーリングされた速度が算出され（６３２）、剪断応力の関数としてのリスケーリングされた速度の両対数プロットが生成される（６３６）。曲線の線形の一部分が、当技術分野で知られている方法の任意のものを使用して決定され得るものであり（６４０）、線形の一部分の傾きｎが、当技術分野で知られている方法の任意のものを使用して算出され得る。傾きｎが見出された後で、定数Ｋが、剪断応力τ＝０軸に関しての線形の一部分の切片から算出され得るものであり（６４４）、ただし、
【０１２６】
【数２７】
2015526724.tif 000030
【０１２７】
である。曲線が、最も低い剪断応力に対してでさえ線形のままである場合（６５２）、降伏応力は０である（６４８）。そうではない場合、降伏応力（６５６）は、リスケーリングされた速度が急速に減少するτの値から見出される。
【０１２８】
降伏応力、ｎ、およびＫによって、流体のタイプが決定され得る。降伏応力が０であり（６６４）、ｎ＝１である（６６０）場合、流れはニュートン型であり（６７６）、Ｋは粘度ηである。降伏応力が０であり（６６４）、ｎ＜１である（６６８）場合、流れは擬塑性である（６８４）。そうではない場合、ｎ＞１であり、流れはダイラタントである（６８０）。降伏応力が０でなく（６６４）、ｎ＝１である（６７２）場合、ビンガム流れが存在する。そうではない場合、流れはハーシェル−バークレイ流れである（６９２）。流れに対するすべてのパラメータが決定されているので、流れは完全にレオロジー的に特徴付けされる。この特徴付けは３Ｄで行われ得るものであり、そのことによって、流れ内の異なる領域の間のレオロジー的な差が決定され得る。データから、流頭がプロットされ得る。いくつかの実施形態では、流頭の形状が、流体を特徴付けするために使用される。非限定的な例では、流頭での非対称性が、流体内の気泡の存在、成分の不完全混合、不安定な流れ、または、乳剤の分解を示唆する場合がある。流頭の形状はさらに、層流と乱流との間で区別するために使用され得るものであり、乱流は層流より平坦なプロファイルを有する。
【０１２９】
１つの実施形態では、反応は、流体がＮＭＲデバイスの内部にある時間の間に起こっている。流頭の形状が、本明細書の上記で説明されたように、反応の成熟度を特徴付けすることになり、そのことによって補正フィードバックが、所望のパラメータの範囲内の成熟度をもたらすように、例えば管壁部の温度を改変することにより付与され得る。
【０１３０】
別の実施形態では、製品はマヨネーズなどの乳剤である。乳剤は通常は、鋭く先がとがった流れプロファイルを伴うハーシェル−バークレイタイプの流れを呈する。空気泡が存在する場合、または、乳剤が分解している場合、流れプロファイルは、先がよりとがらなくなる。空気泡、または、乳化されない流体の泡は、乳剤からの１つまたは複数の成分の沈降を意図するような、流頭での非対称性を引き起こすことにもなる。図７は、沈降が起こった流頭の例を例示する。
【０１３１】
他の実施形態では、システムはフィードバック機構を組み込み、そのことによって、流体の少なくとも１つのレオロジー的特質が、少なくとも１つの所望の判定基準を満たさない場合、プロセスに対する少なくとも１つの製造パラメータは、流体の少なくとも１つのレオロジー的パラメータが、少なくとも１つの所望の判定基準を満たすようにするように改変される。
【０１３２】
さらに別の実施形態では、ＮＭＲシステムは、高磁場ＮＭＲおよび低磁場ＮＭＲの両方を組み込み、そのことによって、速度の高分解能画像が高場システムによって取得され、速度の高コントラスト画像が低場システムによって取得され、２つの画像は、流体の流頭の高コントラスト、高分解能画像を提供するために融合させられる。
【０１３３】
例１  流動流体での冪乗則指数と、データベースに記憶された冪乗則指数との間の比較。
【０１３４】
図８Ａは、非限定的な様式で、および、スケールのない様式で、管の全域での位置の関数としての速度を示す、流頭を通る２Ｄスライスを例示する。実線（８１０）が実際の速度を示し、一方で破線（８２０）が、データベースに記憶されたような、材料に対する予測される速度を示す。
【０１３５】
図８Ｂは、本明細書の上記で説明されたような、速度曲線および圧力データから導出されるような、管の全域での位置の関数としての冪乗則指数ｎのグラフを図示する。指数ｎは、記憶されたデータベース流体（８２２）に対しては定数０．８５である。その指数は、実際の流体（８１２）に対しては平均して約０．８５となるが、管の中心の近くの約０．８９から管の縁部での約０．８まで変動する。図８Ｃは、流体が、管の中心ではデータベースでの標準よりニュートン型であるが、縁部では、よりそうではないということを明白に示す、差をプロットする。
【０１３６】
例２  流動流体での粘度と、データベースに記憶された粘度との間の比較。
【０１３７】
図９Ａは、やはり非限定的な様式で、および、スケールのない様式で、管の全域での位置の関数としての速度を示す、流頭を通る２Ｄスライスを例示する。実線（９１０）が実際の速度を示し、一方で破線（９２０）が、データベースに記憶されたような、材料に対する予測される速度を示す。
【０１３８】
図９Ｂは、本明細書の上記で説明されたような、速度曲線および圧力データから導出されるような、管の全域での位置の関数としての粘度のグラフを図示する。粘度は、記憶されたデータベース流体（９２２）に対しては定数１０００である。その粘度は、実際の流体（９１２）に対しては平均して約１０００となるが、管の中心の近くの約９６０から管の縁部での約１０６０まで変動する。図９Ｃは、管内の流体の所望の一定の粘度からの乖離を明白に示す、差をプロットする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【国際調査報告】
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