hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
湖沼比較民俗調査を通じた国際的博物館・大学連携研究のモデル構築

3同じ東アジア地域にある長江流域の洞庭湖・太湖などと琵琶湖の資料による稲作および淡水漁労の比較調査の成果は、博物館学的な意義も含めて、企画展示および国際連携講演会として公表し、国を超えた博物館提携・協定が、研究調査・展示公開という実質的なものを伴うものとして確立することを目的としている。今年度は、中国湖沼の湖辺における干拓地図や水田放棄後に内湖再生を図った図面の作成・整理、さらには長江中流域の新石器時代農耕集落の構造図等まで、航空写真を利用した基礎的地図資料の作成を図った。そして、これまでの一連の調査研究成果は、『琵琶湖博物館研究調査報告書』第28号として総括的に取り上げて、図面資料はすべて公表し、その方法論についても詳細に記述して刊行したところであるあわせて日本列島における弥生時代の開始と稲作伝播の系譜の追及を行うため、遼寧式銅剣の調査を遼東半島で旅順の博物館研究員の協力の下で行い、また長江上流域にあたる雲南省の水田の棚田における水田養魚有無と実態調査等を行った。太湖・洞庭湖周辺の家船集中分布地域や伝統的定置網漁であるエリの分布図については、整理と図化作業を順調に進め、長江中流域や下流域の初期農耕集落の構造図、水田放棄地などの図面とともに、『琵琶湖博物館研究調査報告書』として年度末に取りまとめてその成果を広く公表したところである。さらには、琵琶湖地域の湧水環境保全につながる基礎資料整備の方法論についても論を進めて記録化を図り、南西諸島における稲作伝播とも絡んだ井戸の実態調査の成果まで合わせて発表したところである。また、こうした研究調査にあたっては、中国湖南省博物館とは協定を結び、河海大学も含めた全面的な協力の下で行い、長江流域関係研究機関等の研究者の協力も得られているなど、当初の計画にあった博物館と大学などの研究機関による国際的な連携研究が順調に進んでいる。本研究は、琵琶湖と中国の太湖・洞庭湖における稲作と淡水漁労など水辺環境の民俗事例を対象に、比較民俗調査を中国湖南省博物館や河海大学などと協働で行い、1国際的な博物館・大学連携による人文科学研究モデル事例を確立する。2稲作発祥の地である長江中流域の洞庭湖を起点に、下流の太湖も含めて稲作と不可分に結びついた淡水定置網漁のエリ、水上居住民の家船分布を航空写真などから探査して分布平面図等を記録化する研究法の開発を行い、容易に現地調査を行えない海外など遠隔地における予備的民俗調査法の確立を図る。3同じ東アジア地域にある長江流域の洞庭湖・太湖などと琵琶湖の資料による稲作および淡水漁労の比較調査の成果は、博物館学的な意義も含めて、企画展示および国際連携講演会として公表し、国を超えた博物館連携・協定が、研究調査・展示公開という実質的なものを伴うものとして確立することを目的としてきた。今年度は、これまで継続的に行ってきた航空写真と現地調査を組み合わせた平面図および記録写真等の作成・整理、および過去の記録写真の再発掘も行った。こうしたことを踏まえて過去4年以上にわたる本研究の準備段階から調査研究の過程と成果の取りまとめを行い、これを論文化して公表するとともに、湖沼環境をテーマとする国際学会においてもその成果を発表した。さらには考古民俗学的方法論の博物館学的な展示や公開の手法と意義を追究し、比較研究するための調査を日本や中国で行い、今後さらに本研究にかわる発展的な日中共同研究に向けて、博物館・大学に加え中国太湖周辺の江蘇省を中心とする行政・研究機関も含めて取りかかるための基礎的検討と協議を実施した。琵琶湖と中国の太湖・洞庭湖における水辺環境の民俗事例を対象に、比較民俗調査を中国・湖南省博物館や河海大学など大学・博物館・関係研究機関とともに協働で調査研究を行った。これにより、国際的な博物館・大学連携による人文科学研究のモデル事例を確立し、稲作発祥の地である長江中流域の洞庭湖を起点に、下流の太湖も含めて稲作や水田養魚、淡水定置網漁のエリ、水上居住民の家船分布などを航空写真から探査して記録化・分析する研究法の開発を行った。
酸触媒を含む煮沸酢酸水溶液による木質バイオマス成分の分別と利用

近代社会の持続的繁栄のためには化石有機資源である石油資源の永続的供給が不可欠であり、節度ある石油資源の消費と共に石油延命・代替資源の開発が必要である。エネルギ-代替資源は原子力・太陽熱・地熱の水力・石炭など数多く提案されているが、ケミカルスの代替資源は石炭・バイオマスくらいしかない。バイオマスは再生可能な資源であり、比較的簡単な処理でペテロケミカルスの95%を代替・製造することが可能であるから重要な石油延命・代替資源である。特に食糧との競合がなく、資源の蓄積量も多い木質バイオマスは有効な代替資源である。また木質バイオマスは長期間にわたり炭酸ガスを固定化し、地球環境の浄化・保全機能が高いから地球規模で撫育していく必要性が叫ばれている。従って環境と資源を調和した森林・木質バイオマスの管理・利用が近代社会の持続的繁栄のための重要な課題である。木質バイオマスをケミカルス原料に使用する場合、緊密に入り込んで存在する全成分の95%強を占めるセルロ-ス、ヘミセルロ-スとリグニンを出来るだけ変質の少ない化学処理でほぐして各成分に分け、各成分を高度な用途に利用することが必要であるが、現在そのような木質バイオマスの分離法は存在しない。そこで、本研究は環境・資源の両面で重要な広葉樹材を対象に、硫酸を触媒としたフラスコ(常圧)内での分離法を検討した。即ちチップを0.20.4%の硫酸を含む90%酢酸水溶液で煮沸することで不溶性のセルロ-ス(パルプ)と可溶性のホミセルロ-スとリグニンに分離した。セルロ-スは紙・パルプやケミカルスの原料に使用するために基礎的性質を調べ、残存リグニンが若干多く、相当するクラフトパルプに比べて強度持性が劣るが、多くの用途のケミカルパルプや酵素分解してケミカルス原料に利用できることが明らかになった。可溶性物質は水による分別沈殿法でヘミセルロ-ス(水可溶部)とリグニン(水不溶部)に簡単に分けられる。ヘミセルロ-スは大部分がキシロ-スであり、簡単な精製操作で甘味料や医薬品となるキシロ-スを回収できることが明らかになった。また、リグニンの詳細な化学構造の分析を行ったが、リグニンは反応活性なベンジル水酸基が残存し、重量分子量が3,0007,000の有機溶媒に可溶性のリグニンであり、20%のフェノ-ルと混合し、リグニン接着剤に使用することが可能であった。リグニンの利用法の開発研究はなお継続している。木質バイオマスの全成分を高度な用途に効率よく利用するには、環境汚染物質の放出のない、且つエネルギ-消費の少ない簡便な処理法で各成分を分別するこが不可欠であるが、未解決の課題である。

触媒量の硫酸を含む酢酸水溶液で木質バイオマスを数時間、煮沸する方法が課題解決の興味ある方法であると考え、検討した。先ず、シラカンバ材チップを0.54%の硫酸を含む90%酢酸水で3時間煮沸すると、セルロ-スはパルプとして残り、リグニンとヘミセルロ-スの大部分は溶液中に溶出した。80%酢酸で同様の分離をするには、1.08%の硫酸が必要であった。溶液中のリグニンとヘミセルロ-スは溶媒を減圧留去した後、水で分別沈澱することで、容易に分離された。成分の変質を抑えた、より経済的な分離法とするために、硫酸添加量の削減を検討した。シラカンバ材は90%酢酸水のみで予め煮沸前処理し、次に硫酸を加えて煮沸する操作で、硫酸濃度を0.32%まで減らすことが出来た。しかし、ブナ材では、前処理液を濾過し、新たな90%酢酸水を加えて、さらに煮沸前処理・濾過を繰り返し、次に0.28%0.32%濃度の90%硫酸水で煮沸する操作が効果的であった。このことから、広葉樹材の種類ちよっては、酢酸水に可溶性の抽出成分が硫酸触媒によりリグニンと縮合反応し、リグニンを不溶性の成分に変換する。ブナ材では、水可溶の抽出成分中に阻害物質が存在することが明らかになった。しかし、前処理液のろ別で容易に阻害成分を除去できる。これらの結果から、触媒量の硫酸を用いた酢酸水による木質バイオマスの簡易分離法のプロセスを考案した。分離された各成分の性質についても詳細な考察を行い、これらが種々の用途の原料として有効であることが明らかになった。商業用広葉樹チップとして世界的規模で使用されているアカシヤ,ユ-カリおよびオルダ-の各チップ,更に短伐期早生広葉樹として注目されている北海ポプラ,キヌヤナギとナカバヤナギの各チップを木材分析とリグニンの骨格構造の分析により特徴づけた。次に各チップは昨年度の研究で開発された硫酸を触媒とした酢酸水による木質バイオマスの簡易成分分離法により、セルロ-ス(パルプ)、ヘミセルロ-スおよびリグニンに分別した。商業用チップではアカシヤの成分分離が若干難しかったが、チップの大きさを実験室サイズにそろえることで比較的良好な分離が可能であった。北海ポプラは極めて容易に分離出来たが、ヤナギ類は困難であった。しかし、0.5%程度の陰イオン界面活性剤を添加することで容易に成分分離された。分離したセルロ-ス(パルプ)を製紙特性を検討し、相応する材のクラフトパルプの特性と比較した。裂断長と破裂強さは両パルプに大差なかったが、引裂強さはクラフトパルプの70%であった。しかし、この分離法で得られたパルプはいずれの材のものでも化学パルプとしての特性を有した。容出した水溶性成分であるヘミセルロ-ス由来の低分子量糖類はほゞ理論収率で水溶液中に回収されることが、還元糖分析の結果により示された。溶出した分離液から水不溶部として20%(対チップ)程度のリグニンが回収された。リグニンの構造分析の結果は単離されたリグニンが若干の縮合が起こっているが、反応活性なベンジルアルコ-ル基も存在する変質度の少ないリグニンであった。リグニンをフェノ-ルとホルムアルデヒドで縮合した樹脂は一類合板接着剤として利用でき、これに少量のレゾルシノ-ルを加えると中温硬化型リグニン接着剤として有効であった。木質バイオマス成分の分別を更に検討するために、新たにナラ・オルダ-・マングロ-ブの工場チップを入手し、硫酸を用いた常圧酢酸パルプ化を行った。早生広葉樹材に属するオルダ-は前処理と常圧酢酸パリプ化によりパルプ粕が少なく、比較的容易にパルプ化された。容積重の大きなナラやマングロ-ブは蒸解溶媒の浸透が不十分なためか、パルプ粕が多く、パルプ収率が低かった。
多機能集積キャピラリー電気泳動マイクロチプの開発

本年度は、昨年度開発した電気泳動チップ技術を踏まえ、下記2種類の多機能集積キャピラリー電気泳動マイクロチップ試作を実施した。(1)クロス型チャネルと化学修飾角型キャピラリー作製に基づくキャピラリー電気クロマトグラフィーチップ(2)濃縮キャピラリーを用いた試料濃縮-電気泳動チップ(1)格子状PDMS基板に角型キャピラリーを埋め込んで、クロス型チャネルチップを試作した。電気的注入(ピンチ・インジェクション、ゲート・インジェクション)を試みたところ、ゲート・インジェクションを用いれば、比較的少ない量の試料導入が達成され、短時間での分離分析が可能になることを明らかにした。この方法は、昨年度検討したシリンジポンプによる制御よりも迅速な注入が可能である。次に、オクタデシル基を角型キャピラリーの内壁に修飾し、上記のチップに埋め込むことで、キャピラリー電気クロマトグラフィーの実現を試みた。ローダミンB(RB)、スルフォローダミン(SR)を用いて基礎検討を実施したところ、通常のCEモードではRBのピークが遅れて現れるのに対し、適切な量の有機溶媒を泳動液に添加すれば、その順序が逆転し、典型的なキャピラリー電気クロマトグラフィーの分離挙動を示すことを明らかにした。この成果は、固定相となるキャピラリーのバリエーションを増やすだけで実に多彩な分離を可能とすることを示した成果であり、極めて先駆的な成果である。(2)昨年度検討した疎水性モノリスポリマー修飾キャピラリーを作製し、それを埋め込んだチップを試作した。電気的注入によってモデル試料の濃縮を試みたところ、数百倍の濃縮が実現できた。現在、濃縮した試料の電気泳動キャピラリーへの注入・分離挙動の基礎検討を実施している。本年度は多機能集積キャピラリー電気泳動マイクロチップ開発のための基盤技術開発として、次の項目を実施した。(A)電気泳動チップの試作(B)化学修飾角型キャピラリーの試作(酵素反応機能、濃縮機能)(A)ここでは角型ガラスキャピラリーを、角型断面を持つマイクロチャネルに接合させる電気泳動チップ作製方法を確立した。接合の際、スピンキャストしたPDMS薄膜をカバーとして用いることで、キャピラリー埋め込み時に生じるデッドボリュームや液漏れを防ぐことができた。また、このチップを用いてゾーン電気泳動を試みたところ、シリンジポンプのON-OFFスイッチングに基づく試料導入および電気泳動分離に成功した。(B)酵素固定化キャピラリーの開発においては、角型キャピラリー内にグルシジルメタクリレート系ポリマーモノリスを作製し、その表面への酵素固定化を行った。モデル実験としてペルオキシダーゼ、ガラクトシダーゼを用いた実験を試みたところ、キャピラリー内滞在時間に応じた蛍光応答が得られ、酵素固定化に成功したことがわかった。また、濃縮機能キャピラリーとしては、ブチルメタクリレート系ポリマーモノリスを作製し、ローダミン6Gを用いた吸着・溶離実験を試みた。その結果、10-7Mオーダーの試料溶液を約500倍程度まで濃縮できることを確認した。これは初期濃度を下げることによって、さらなる濃縮倍率向上が期待できるため、次年度、より実際的な試料溶液を用いてその有用性を検証する。本年度は電気泳動チップ作製の試作、化学修飾角型キャピラリーの作製に成功した。次年度、これらを組み合わせることに加えて、多層流形成などのマイクロ流路の特徴を取り入れ、多機能集積キャピラリー電気泳動マイクロチップの試作品を完成させる。
シアノバクテリアを用いたストリゴラクトン高効率生産系構築と新規類縁体の創成

植物ホルモンであるストリゴラクトン(SL)はアフリカにおいて深刻な農業被害をもたらす根寄生雑草の駆除に高い効果を示す。しかしSLは分解されやすく、植物からの分泌量も微量であるため、SLを安価かつ大量に生産する系の確立が求められている。SLはβ-カロテンを初発物質としてD27、CCD7、CCD8、およびP450ホモログであるMAX1の4酵素により主に葉緑体で合成される。本研究ではSL生産のホストとして、葉緑体の祖先生物であるシアノバクテリアに着目した。シアノバクテリアは葉緑体と酷似した代謝機能、そして生合成酵素の作業環境を有しておりβ-カロテンを高蓄積している。さらに細胞内において植物型P450が機能することが保証されているため、シアノバクテリアにSL生合成遺伝子を導入すればSLまでの合成反応を一挙に進めることができると考えた。これまでにシアノバクテリアにおいてSL合成遺伝子発現株を構築した。シロイヌナズナ、イネに加え、藻類であるドナリエラよりSL合成酵素であるD27, CCD7, CCD8, Os900をクローニングした。これらの遺伝子をシアノバクテリアで強発現するプロモーター下に配置し、新規開発したシャトルプラスミドに組み込んだ。得られた発現プラスミドをシアノバクテリアに形質転換し、その効果を検証したところ、SLの中間産物が有意に蓄積することが確認された。またSL大量合成のためにβカロテン量の確保を考慮し、βカロテン水酸化酵素CrtRの欠損を試みた。その結果、crtR遺伝子のコピー数を低下させた株の取得に成功した。上記に加え、生合成酵素の葉緑体移行シグナルや幕貫通ドメインが、シアノバクテリア細胞内における発現や活性に阻害的に働くことなど、本研究を発展させる上で必要不可欠な情報を得ることができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。植物ホルモンであるストリゴラクトン(SL)はアフリカにおいて深刻な農業被害をもたらす根寄生雑草Strigaに高い効果を示す。SLは分解されやすく、植物からの分泌量も微量であるため、SLを安価かつ大量に生産する系の確立、および高活性のSL類縁体の創出が求められている。SLはカロテノイドの一種であるβ-カロテンを初発物質としてD27、CCD7、CCD8、およびP450ホモログであるMAX1の4酵素により主に葉緑体で合成される。本研究では、SL生産のホストとして、葉緑体の祖先生物であるシアノバクテリアに着目し、SL高発現系の構築を目指す。シアノバクテリアは葉緑体と酷似した代謝機能、そして生合成酵素の作業環境を有しており、前駆体であるβ-カロテンを高蓄積させている。さらに細胞内において植物型P450が機能することが保証されているため、シアノバクテリアにSL生合成遺伝子を導入すればSLまでの合成反応を一挙に進めることができると考えられる。現在、シアノバクテリアSynechococcus elongatus PCC 7942におけるD27、CCD7, CCD8、そしてMAX1の発現系の構築を行なっている。SL合成が確認されているシロイヌナズナ、イネのCCD7, 8, MAX1(AtCCD7、AtCCD8、Os0900)に加え、中間産物である9-cis-β-カロテン合成活性を示す緑藻DunaliellaのD27相同遺伝子(DbD27)を人工合成し、それぞれS. elongatus 7942細胞内で発現させた。Os0900、DbD27は全長では発現しなかったため、膜結合領域やシグナル配列を含むN末端を欠損させ、C末端にHAタグを付加した発現系を構築した。その結果、Western解析よりDbD27およびOs0900がS. elongatus 7942細胞内で過剰に蓄積していることを確認した。これまでに4酵素(D27、CCD7, CCD8、MAX1)それぞれの発現株は構築したが、それらを合わせた株の構築には至っておらず、シアノバクテリア内での酵素活性も確認はできていない。この原因として、当初発現を試みたOsD27やOs0900が全長ではシアノバクテリア細胞内で発現不可能であったことが挙げられる。このため、D27については由来生物をイネから緑藻であるDunaliellaとし、さらにドメイン解析を行って必要領域を絞った上で発現させることでS. elongatus 7942細胞内での発現を達成した。また、Os0900に関してはN末端に存在する二回膜貫通領域を欠失することで、発現を確認できた。次のステップとしてDbD27、Os0900を中心に酵素活性を比較・解析しているが、DbD27に関しては現状では生成物である9-cis-β-カロテンの蓄積は確認できていない。また、Os0900に関しては酵素活性の測定系を検討中である。このような状況であるため、「やや遅れている」とした。

本研究ではSL生産のホストとして、葉緑体の祖先生物であるシアノバクテリアに着目した。シアノバクテリアは葉緑体と酷似した代謝機能、そして生合成酵素の作業環境を有しておりβ-カロテンを高蓄積している。さらに細胞内において植物型P450が機能することが保証されているため、シアノバクテリアにSL生合成遺伝子を導入すればSLまでの合成反応を一挙に進めることができると考えた。これまでにシアノバクテリアにおいてSL合成遺伝子発現株を構築した。シロイヌナズナ、イネに加え、藻類であるドナリエラよりSL合成酵素であるD27, CCD7, CCD8, Os900をクローニングした。これらの遺伝子をシアノバクテリアで強発現するプロモーター下に配置し、新規開発したシャトルプラスミドに組み込んだ。得られた発現プラスミドをシアノバクテリアに形質転換し、その効果を検証したところ、SLの中間産物が有意に蓄積することが確認された。またSL大量合成のためにβカロテン量の確保を考慮し、βカロテン水酸化酵素CrtRの欠損を試みた。その結果、crtR遺伝子のコピー数を低下させた株の取得に成功した。上記に加え、生合成酵素の葉緑体移行シグナルや幕貫通ドメインが、シアノバクテリア細胞内における発現や活性に阻害的に働くことなど、本研究を発展させる上で必要不可欠な情報を得ることができた。大腸菌細胞内においてD27、CCD7、CCD8の活性を確認した上で、遺伝子発現系をシアノバクテリアに移植する。またシアノバクテリア細胞内でのβ-カロテン代謝経路の改変を行う。現状ではDbD27の活性は確認できていないが、9-cis-β-カロテンの蓄積を期待して、β-カロテン下流に位置するゼアキサンチン合成酵素CrtRの不活化を試みている。また、DbD27の逆反応による影響も考慮してDbD27とAtCCD7, AtCCD8共発現についても発現系の構築を行なっている。Os0900のS. elongatus 7942細胞内での酵素活性が認められない場合は、N末端の膜貫通領域が本当に必要ないか、まずカーラクトン(SLの中間産物)生産大腸菌で確認すると共に、他のP450酵素についても導入を検討する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
日本とオーストラリアの雇用労働者夫妻の生活時間構造の比較

生データ(ミクロデータ)により、Unpaid Workである家事労働を中心とした2ヶ国の生活時間の比較を行い、日本の特徴を抽出した。日本のデータは、大竹が1995年に雇用労働者夫妻を対象に行った調査で、男子は雇用者、女子は無職、パート、フルタイムの勤務の東京の郊外の多摩ニュータウン在住の既婚夫妻203組の平日と休日と土曜である。オーストラリアは、オーストラリア統計局が1992年に国民を対象に行ったサンプル調査(オーストラリア調査)の結果である。オーストラリアのデータ7056の中から、日本のデータに合わせて、大都市に住む既婚者で、男子は雇用者、女子は無職、パート、フルタイムの者結果、男子は平日832名、土曜213名、日曜305名女子は平日982名、土曜198名、日曜287名を抽出した。また、生活時間分類は日本は54分類、オーストラリアは99分類となっている。現在、国際的な研究者のネットワークでは、各国で独自に行われている生活時間調査を国際比較する方向を模索しており、その1つに23の共通のカテゴリーで集計するものがある。基本的にはこの生活時間分類に合わせて、両者のデータを再集計した。2つのデータを比較可能にするために上記のようにデータを調整た。両者を比較した結果、フルタイムで働く平日の男女の仕事時間は、日本の方が長い。逆に余暇活動やUnpaid Workのである家事労働は非常に低い。その他、妻の職の有無・勤務形態別、収入階級別、子供の年齢階級別、職業別などで分析を行った。
口腔顔面筋のパターン運動形成機構におけるコリン作動性投射の形態学的意義の解明

咀嚼・嚥下といった口腔顔面のパターン運動は,頭頸部の筋を支配する運動ニューロンの協調活動により制御される.このパターン運動の形成は脳幹網様体で行われるが,網様体の入出力系が複雑であることから,運動パターン形成機構から運動ニューロンにいたるまでのネットワークには不明な点が多い.申請者はこれまでに,網様体コリン作動性介在ニューロンが口腔顔面筋運動ニューロンと連絡し,運動ニューロンの協調活動に関与する可能性を明らかにした.そこで本研究では,網様体コリン作動性介在ニューロンに注目することで,既知の1運動パターン形成機構と運動ニューロンとの神経連絡,2その情報伝達の分子機構について形態学的解明を目指す.咀嚼・嚥下といった口腔顔面のパターン運動は,頭頸部の筋を支配する運動ニューロンの協調活動により制御される.このパターン運動の形成は脳幹網様体で行われるが,網様体の入出力系が複雑であることから,運動パターン形成機構から運動ニューロンにいたるまでのネットワークには不明な点が多い.申請者はこれまでに,網様体コリン作動性介在ニューロンが口腔顔面筋運動ニューロンと連絡し,運動ニューロンの協調活動に関与する可能性を明らかにした.そこで本研究では,網様体コリン作動性介在ニューロンに注目することで,既知の1運動パターン形成機構と運動ニューロンとの神経連絡,2その情報伝達の分子機構について形態学的解明を目指す.
製造要件を考慮した最適形状創成設計法に基づく一気通貫型設計生産法の開発

本年度は、昨年度基礎検討を行った、オイラー記述に基づく形状不確定性を考慮したトポロジー最適化手法についての詳細な検討を行った。まず、一次信頼性法をモンテカルロ法と比較することで、信頼性解析における近似精度を検証した。その結果、形状不確定性の空間的相関が小さい場合、すなわち形状変動が局所的な場合に近似精度が低下するため、形状更新の度に信頼性解析を行う二重ループの最適化アルゴリズムが妥当であると確認した。続いて、剛性最大化問題に加えてコンプライアントメカニズムの最適形状創成設計法へと展開し、得られた最適設計解について分析を行った。その結果、確定的な手法と比べて、本手法により得られた最適構造は、形状変動に弱い部分を補強することで高い信頼性をもっていることが確認できた。さらに、想定する形状変動量が大きいほど、そして形状変動の自己相関が空間的に小さいほど、信頼性を考慮する効果が大きいことを確認した。一方、本年度はトポロジー最適化の設計解に対する意思決定支援のためのデータマイニング手法の構築も行った。本手法は、複数の最適設計解にクラスタリングとアソシエーション分析を順に適用することでデータマイニングを行うものである。複数荷重に対する剛性最大化問題を通して、本手法がそれぞれの荷重に対する剛性に大きく寄与する部分構造を抽出可能であることを示し、設計者の力学的解釈を支援できることを確認した。本研究の成果により、製造性及び製造誤差を考慮した最適形状の創成設計、並びにその下流工程における設計者の意思決定支援が可能となり、これまでにない一気通貫型設計生産法の確立が今後期待できる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、製造工程における多様な要件を考慮した最適形状創成設計法の開発を目的として、製造性に起因する幾何学的な制約付きのトポロジー最適化手法を構築する。このような方法論が確立されれば、高性能かつ製造可能な最適設計解の創成が可能となり、これまでに開発された様々な高機能デバイスの構想設計法の産業展開が期待できる。本年度は、まず鋳造や樹脂射出成形等の型を用いた製造方法を対象として、幾何学的制約を考慮したトポロジー最適化手法の構築を行った。この方法では、制約を表現するための仮想的な現象を考え、その現象に対応する仮想的な物理モデルを介して幾何学的制約を最適化の方法論に組み込む。具体的な実施内容としては、まず幾何学的要件を明確化し、その要件を表現するための仮想的な物理モデルを移流拡散方程式に基づき構築した。次に、構築した物理モデルを元に、最適化問題の定式化、最適化アルゴリズムの開発及び数値実装を行った。その後、ベンチマーク問題に対して最適化を行い、構築した方法論の妥当性及び有効性を検証した。さらに、フライス加工の製造要件と型を用いた製造方法における製造要件の類似性に着目し、前述の方法論をフライス加工における製造要件も考慮できるよう拡張した。本手法は幾何学的制約も実現象と同様に物理モデルを介して扱うため、従来のCAEとの親和性が高く、将来的に産業界への展開が容易になることも期待される。一方で、設計段階から、製造・生産までを一気通貫で考慮するためには、製造性だけでなく製造段階において生じる形状の不確定性も考慮に入れる必要がある。そこで、次年度に幾何学的な不確定性に対する信頼性も考慮可能なトポロジー最適化の方法論を構築することを目的とし、本年度はその基礎的な検討を行った。こちらの研究では、形状の変動をオイラー座標系で表す方法を提案し、二次元ベンチマーク問題を通して手法の妥当性を検証した。トポロジー最適化は、抜本的な形状変化を許容する性質上、製造困難、あるいは不可能な最適設計解が得られる場合が多い。そのため、得られた最適形状をそのまま採用することは難しく、開発期間の大幅な短縮を可能とするトポロジー最適化手法の利点が十分に発揮されていなかった。これに対し、本年度は幾何学的な制約を与える方法を開発することで、従来の方法と比べて実現性の高い最適形状を得ることに成功した。さらに、幾何学的制約を仮想的な物理モデルにより陰的に表現することで、設計空間を制限することなく幾何学的制約を実現した。すなわち、最適構造においては制約が満たされるものの、最適化の過程では制約違反を許容することにより、初期構造依存性の低い幾何学的制約を実現することに成功した。また、今年度後半には、製造性に留まらず、製造段階において生じる幾何学的な不確定性に対する信頼性を考慮した方法論の構築にも着手した。こちらに関してもすでに基礎的な検討は完了していることから、次年度に信頼性に基づく方法論を完成させ、幾何学的な制約と組み合わせることで、最終的に設計から製造・生産までを考慮した最適形状創成設計のための方法論として完成させることは十分に可能であると考えられる。

続いて、剛性最大化問題に加えてコンプライアントメカニズムの最適形状創成設計法へと展開し、得られた最適設計解について分析を行った。その結果、確定的な手法と比べて、本手法により得られた最適構造は、形状変動に弱い部分を補強することで高い信頼性をもっていることが確認できた。さらに、想定する形状変動量が大きいほど、そして形状変動の自己相関が空間的に小さいほど、信頼性を考慮する効果が大きいことを確認した。一方、本年度はトポロジー最適化の設計解に対する意思決定支援のためのデータマイニング手法の構築も行った。本手法は、複数の最適設計解にクラスタリングとアソシエーション分析を順に適用することでデータマイニングを行うものである。複数荷重に対する剛性最大化問題を通して、本手法がそれぞれの荷重に対する剛性に大きく寄与する部分構造を抽出可能であることを示し、設計者の力学的解釈を支援できることを確認した。本研究の成果により、製造性及び製造誤差を考慮した最適形状の創成設計、並びにその下流工程における設計者の意思決定支援が可能となり、これまでにない一気通貫型設計生産法の確立が今後期待できる。これまでに構築した方法論は、製造の前段階として製造性を考慮するものであった。今後は、さらに下流の工程である、製造時に生じる幾何学的な不確定性を考慮した最適形状創成設計手法の方法論を構築する。今年度後半には、形状の変動をオイラー座標系で表す方法を提案し、形状変動を考慮した最適化問題の定式化、最適化アルゴリズムの構築、及び数値実装を行った。その後、ベンチマーク問題として二次元剛性最大化問題に適用し、構築した手法の妥当性を検証した。その結果、高い信頼性を要求する構造ほど、ひずみの集中する部分を補強し、かつ多数の梁構造から構成される最適構造が得られ、概ね良好な結果が得られたと言えるが、計算コスト面での課題が明らかとなった。これは、現在のアルゴリズムが信頼性解析のための内部ループと、設計変数、すなわち形状の更新のための外部ループから成る二重ループの構成になっているためであり、今後三次元問題へと展開していく際の課題となる。そこで次年度には、本手法の三次元問題への適用を容易にするため、計算コストの削減行う。そのために、現在二重ループで構成されている最適化アルゴリズムの単ループ化に取り組む予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
生体用Ti-Nb合金が示す特異軟化現象の発現メカニズム解明

β型Ti合金において発現する疲労軟化現象とω相バリアントの単一化について単結晶と疲労試験を用いて調査した.Ti-xNb合金ではNb濃度増加にともなってβ相が安定化する.β相の相安定性が低いTi-34Nb合金では全歪振幅が弾性変形内である場合,サイクル数が増加するにつれて最大荷重が増加し破断に至った.一方,全歪振幅が塑性変形領域ではサイクル数増加にともなって,最大荷重は増加し,約200サイクルにてピークを示した後,疲労軟化現象を示した.この疲労軟化前後でω相バリアントが選択され単一化されていることを透過型電子顕微鏡観察にて解明した.本研究は新規骨置換インプラント材として期待さされているβ型Ti-Nb合金を用いて、近年我々の研究グループが見出した疲労軟化現象と、この減少を発現させる転位誘起ω相の単一バリアント化のメカニズムを解明することを目的として進めている。β型Ti-Nb合金におけるβ相の相安定性はNb濃度に依存し、特定の組成にて、格子変調、弾性スティフネス定数の軟化や低デバイ温度といった特異的な物性を伴い、不安定化する。本研究では相安定性が単純圧縮応力下における塑性変形挙動に及ぼす影響について単結晶試料における主すべり系{101}[111]におけるシュミット因子が最大となる<149>方位での圧縮試験と二面トレース解析を用いて調査した。その結果、相安定性が低い場合、主すべり系が活動するが、その降伏した後、軟化現象を示す。この軟化現象は相安定性が高くなると現れなくなる。圧縮試験後の内部組織にはω相の形成が確認されたが、マルテンサイト相は観察されなかった。すなわち、転位の運動とω相の形成が関与していることを見出した。さらにこの現象を顕著化させるため、現在、交番応力を付加した疲労試験を行い、転位の長距離往復運動させることで、軟化現象と活動転位との関係について解明しようとしている。来年度は、この結果を踏まえ、単一すべり面上での転位の長距離運動による積算塑性ひずみの蓄積と形成されるω相バリアントの幾何学的関係について詳細に明らかにする予定である。近年医療技術が発達するにつれ、骨および関節治療用インプラントを使用するケースが増加しており、よりよい生体金属材料の開発が求められている。TiおよびTi合金は優れた生体適合性、力学的信頼性の観点から主要な生体材料用の金属材料として期待が寄せられ、多くの研究および開発がなされている。本研究は、近年我々の研究グループがβ型Ti合金の塑性変形挙動の調査にて、世界で初めて見出した疲労軟化現象と、この現象を引き起こす転位誘起ω相の単一バリアント化の発現メカニズムについて単結晶試料を用いた実験にて解明することを目的とし研究を遂行した。具体的には組成の異なるTi-Nb合金単結晶を育成し、荷重軸を〈149〉方位として交番応力を負荷し、疲労軟化現象が発現する条件を把握するとともに、試験後の試料にて透過型電子顕微鏡による転位のコントラスト解析と活動転位と析出ω相の結晶幾何学関係を調査した。その結果、β相の相安定性が低い合金のみで疲労軟化が発現し、この試料中に存在するω相は本来存在すべき4バリアントの内、1種類のバリアントのみが選択され、単一バリアントが形成されていた。その際、同一の塑性歪を与える最大荷重のサイクル依存性は興味深いことに100サイクル程度までは増加し、その後破断に至るまで軟化を示した。さらに軟化発現前にはω相の単一化は観察されず、疲労軟化とω相の単一化には明瞭な相関が示唆された。加えて、4種のω相バリアントのうち、活動転位のバーガースベクトルと任意の方位関係を有したバリアントが選択され、単一化に至ることも解明した。以上の結果は析出ω相のバリアント制御のみでハード化とソフト化を実現させうることを示唆し、次世代骨代替インプラント設計におけるキーテクノロジーとしての潜在的価値の高い研究成果が得られたといえる。β型Ti合金において発現する疲労軟化現象とω相バリアントの単一化について単結晶と疲労試験を用いて調査した.Ti-xNb合金ではNb濃度増加にともなってβ相が安定化する.β相の相安定性が低いTi-34Nb合金では全歪振幅が弾性変形内である場合,サイクル数が増加するにつれて最大荷重が増加し破断に至った.一方,全歪振幅が塑性変形領域ではサイクル数増加にともなって,最大荷重は増加し,約200サイクルにてピークを示した後,疲労軟化現象を示した.この疲労軟化前後でω相バリアントが選択され単一化されていることを透過型電子顕微鏡観察にて解明した.本研究課題において最もハードルの高い良質な単結晶育成を真空アーク溶解法と浮遊帯溶融法にて成功し、2年間の研究計画に必要な分量の試料が確保できた。さらに本年度に計画していた、圧縮試験を用いた二面トレース解析ならびに電子顕微鏡観察を用いたg・b解析により単純圧縮応力下における主すべり系の同定を完了し、この主すべり系の組成依存性と疲労軟化現象の発現との関係について解明することに成功した。すなわち、本年度予定していた研究計画は全て達成された。これらの結果を含め、本年度では3本の論文発表、8報の学会発表、1冊の著書として発表し、その成果は日本鉄鋼協会関西支部平成26年度第2回材料開発会議における優秀ポスター賞として高い評価を得ている。加えて、来年度遂行予定であった、疲労軟化現象と主すべり系やω相バリアントの関係についての調査をすでに開始しており、計画を上回る進捗状況にある。

生体材料来年度は、本年度において疲労軟化現象が発現することが確認された組成において単一すべり系が活動するだけでなく、多重すべりとなる荷重軸での疲労試験を行い、軟化現象発現に及ぼす、積算歪量、負荷サイクル、活動転位のバーガースベクトルの影響を注意深く調査する予定である。また、形成された転位誘起ω相について、活動転位のバーガースベクトルの方向と一致する[111]方位を晶帯軸とした種々の<110>から電子顕微鏡観察を行うことで、活動転位のバーガースベクトルと幾何学的相互作用について解明する。これらの結果をふまえ、疲労軟化を発現し、転位誘起ω相を内在した試料からω相のバリアントと平行および交差するバーガースベクトルを有する転位が活動するような荷重軸下において圧縮試験を行い、ω相バリアントが転位による塑性変形挙動に与える影響を解明する。次年度の具体的な研究項目を以下に示す(1)疲労試験後の試料において種々の<110>方位が電子線入射方位となるTEM観察を行い、ω相の単一バリアント形成の有無を確認する。(2)TEM観察によるg・b解析を行い、主変形モードを決定し、さらに活動転位とω相の単一バリアントとの幾何学的方位関係を解析する。(3)疲労試験後の試料において種々の<110>方位が電子線入射方位となるTEM観察を行い、ω相の単一バリアント形成の有無を確認する。(4)TEM観察によるg・b解析を行い、主変形モードを決定し、さらに活動転位とω相の単一バリアントとの幾何学的方位関係を解析する。
ダイオキシン関連化合物の人リンパ球芳香族炭化水素水酸化酵素に及ぼす影響

ダイオキシン(polychlorinated dibezo-p-dioxin: PCDD)、ダイベンゾフラン(polychlorinated dibenzofuran: PCDF)およびそれらの関連化合物の人における毒性あるいは生体作用と芳香族炭化水素水酸化酵素(aryl hydrocarbon hydroxylase: AHH)誘導性の関係については、今まで殆ど調べられていない。しかし、他の化合物による生体毒性とAHHとの間には正の相関が示されている。この研究では、まず、PCDD、PCDFの中で毒性の評価がなされている異性体で、最も人体汚染レベルの高いと考えられている異性体の単独投与による人リンパ球培養細胞のAHH活性に対する作用を検討した。また、環境中には種々の物質、AHH誘導剤や阻害剤、が様々な組み合わせで存在しており、ある化合物は発癌に、またある化合物は発癌抑制に関与していると考えられる。そこで、複合処理によるAHH活性への影響についても検討した。単独投与の場合は溶媒であるアセトンを1.0(AHH活性は0.032 pmoles/10^6 cells/min)としてAHH誘導性(誘導AHH活性/アセトン処理のAHH活性)を記した。2,4,6,8-tetraCDF(0.76±0.09)>OctaCDD(1.31±0.08)>1,3,6,8-tetraCDD(2.06±0.21)>2,3,7,8-tetraCDF(3.63±0.31)>2,3,6,7-tetraCDF(4.29±0.16)>1,2,3,4,6,7-pentaCDF(1,2,3,6,7-pentaPCDF(4.43±0.50)>2,3,4,6,7-pentaCDF(4.71±0.68)>1,2,3,7,8-pentaCDF(6.50±0.81)>2,3,4,7,8-pentaCF(7.29±0.63)>2,3,7,8-tetraCDD(9.11±1.29)>1,2,3,4,7,8-hexaCDF(9.31±1.17)>1,2,4,6,7-hexaPCDF(9.76±1.42)であった。つぎに複合投与の結果は1,3,6,8-tetraCDD+2,4,6,8-tetraCDF(1.65±0.13)、2,3,7,8-tetraCDD+2,3,6,8-tetraCDF(8.27±0.28)、2,3,7,8-tetraCDD+OctaCDD(8.74±0.86)そして2,3,7,8-tetraCDD+1,3,6,8-tetraCDD(13.147±2.26)であった。以上のような結果から、AHH誘導性と毒性の間にも強い正の相関(r=0.87)が認められた。また、毒性の強い化合物と弱い化合物と組み合わせることによって強い化合物の毒性が弱められることが示唆された。2,4,6,8-tetraCDF(0.76±0.09)>OctaCDD(1.31±0.08)>1,3,6,8-tetraCDD(2.06±0.21)>2,3,7,8-tetraCDF(3.63±0.31)>2,3,6,7-tetraCDF(4.29±0.16)>1,2,3,4,6,7-pentaCDF(1,2,3,6,7-pentaPCDF(4.43±0.50)>2,3,4,6,7-pentaCDF(4.71±0.68)>1,2,3,7,8-pentaCDF(6.50±0.81)>2,3,4,7,8-pentaCF(7.29±0.63)>2,3,7,8-tetraCDD(9.11±1.29)>

1,2,3,4,7,8-hexaCDF(9.31±1.17)>1,2,4,6,7-hexaPCDF(9.76±1.42)であった。つぎに複合投与の結果は1,3,6,8-tetraCDD+2,4,6,8-tetraCDF(1.65±0.13)、2,3,7,8-tetraCDD+2,3,6,8-tetraCDF(8.27±0.28)、2,3,7,8-tetraCDD+OctaCDD(8.74±0.86)そして2,3,7,8-tetraCDD+1,3,6,8-tetraCDD(13.147±2.26)であった。以上のような結果から、AHH誘導性と毒性の間にも強い正の相関(r=0.87)が認められた。また、毒性の強い化合物と弱い化合物と組み合わせることによって強い化合物の毒性が弱められることが示唆された。
双方向通信を利用した新教育システムの研究

現在は,異地点の教室間を通信回線で結び,協同学習を行えるようになった。日本の場合は,児童数30名程度で行われる一斉授業を基盤におき,異文化の交流を通して創造力の育成を目的にする遠隔教育を考える必要がある。そのために必要な機器のシステム化(CCV教育システム)と教育内容の開発を行った。CCV教育システムは,市販のTV会議システムを教育用に改良したもので,通常の教室の明るさで80インチスクリーンに精彩に投影できるプロジェクタ,音声を収録するための天井マイク,3台のTVカメラ,書画台カメラ,タッチパネル式の児童を写すためプリセットカメラ,パソコンTV会議システム等によって,システム化された。教育内容では,算数の「ケント紙で作ろう(立体)」,「北風と亀(速さ)」,「位置の学習」,「問題作り(文字式)」,「置物づくり(曲面)」,「刺繍画を作ろう(曲線)」が開発された。1996年4月より山形大学教育学部附属小学校と山梨大学教育学部附属小学校とをINSネット1500とINSネット64で結び遠隔協同学習実験を開始した。実験では以下のことが確認できた。(1)新たに開発されたプロジェクタは,鮮明度,色彩,動きの表現などの点火ら,30人程度のクラスの協同学習に十分に役立つ。(2)協同学習は,児童の創造力の育成と,クラスの創造的活動に大変役立つ。(3)協同学習に馴染みにくいと予想される数学で大きな成果を得た。これから,他教科での大きな成果も予想される。(4)協同学習の教育内容は,総合教育に大変役立つと考えられる。むしろ,交信授業を中心にすると,社会や国語,図工,算数の総合教育にならざをえない。
新規毒性物質(アミロスフェロイド)による神経細胞死機構の解明

アミロイド(Aβ)は、凝集により神経毒性を得る。Aβに由来する多様な凝集体の中で、10-15nmの新たな球状Aβ凝集体「アミロスフェロイド」だけに、非常に強い神経毒性が存在することを新たに見出した。本研究では、アミロスフェロイド形成機構と神経細胞死の解明から、アルツハイマー病発症の謎に迫ろうとしている。本研究により、初代培養並びに動物モデルを用いて、アミロスフェロイドの投与に伴い神経細胞内のカルシウム濃度が徐々に亢進し、その結果、カルパインの活性化が起きることを見出した。カルパイン活性化の阻害は神経細胞死を抑制することから、カルパイン活性化はアミロスフェロイドの毒性発現に重要な役割を果たしていることを見出した(菊池・柳澤・星ほか、投稿準備中)。さらに、トレハロースによってAβ凝集経路が影響を受け、アミロスフェロイド形成が抑制することを見出した(工業出願1件)。最近、我々はアミロスフェロイド特異的抗体の作製に成功し、ヒト脳での探索から類似構造体が存在している可能性を見出した(野口・松村・星ほか、投稿準備中)。海外のアルツハイマー病研究者からも我々の研究を指示する結果が得られている。従って、アミロスフェロイド形成のメカニズムを明らかにすることが今後、発症の開始を解明する糸口となることが改めて示された。そこで、様々な溶媒条件でのAβ凝集を解析した結果、発症の分岐点と考える「Aβモノマーが線維になるか、アミロスフェロイドになるか」を制御する原理を試験管内で見出し、脳でのAβ凝集の制御に関する新たな仮説を示した(野口・星ほか、未発表データ)。以上、本研究によりアミロスフェロイドの神経細胞死機構の一端について解明が出来た。βアミロイド(Aβ)は、凝集により神経毒性を得る。今年度、各種溶媒環境におけるアミロスフェロイド形成を検証した結果、アミロスフェロイドは生理的pH・イオン強度の溶媒環境下、特にリン酸緩衝液の存在下で回転撹拌することで最も良く形成される一方、線維は緩衝剤の有無を問わず酸性条件、即ちタンパク質の変性条件下で形成されることを明らかにした。どのような溶媒条件においても、神経毒性は10-15nmのアミロスフェロイド形成量とのみ相関しており、アミロスフェロイド形成のメカニズムを明らかにすることが今後、発症の開始を解明する糸口となることが改めて示された。そこで、金コロイドを核として、直径が10-15nmに均一に分布する人工アミロスフェロイド(擬似Aβ球)を作製し、それに毒性があるのか、表面構造はアミロスフェロイドに類似しているか等のタンパク質化学的解析を行った。現在、初代培養神経細胞に投与し、毒性があるのかどうかを評価するとともに、その挙動を可視化しようとしている。今年度、初代培養並びに動物モデルを用いて、アミロスフェロイドの投与に伴い神経細胞内のカルシウム濃度が徐々に亢進し、その結果、カルパインの活性化が起きることを見出した。

カルパイン活性化の阻害は神経細胞死を抑制することから、カルパイン活性化はアミロスフェロイドの毒性発現に重要な役割を果たしていることを見出した。さらに、トレハロースによってAβ凝集経路が影響を受け、アミロスフェロイド形成が抑制することを見出した。最近、我々はアミロスフェロイド特異的抗体の作製に成功し、ヒト脳での探索から類似構造体が存在している可能性を見出した。海外のアルツハイマー病研究者からも我々の研究を指示する結果が得られている。従って、アミロスフェロイド形成のメカニズムを明らかにすることが今後、発症の開始を解明する糸口となることが改めて示された。そこで、様々な溶媒条件でのAβ凝集を解析した結果、発症の分岐点と考える「Aβモノマーが線維になるか、アミロスフェロイドになるか」を制御する原理を試験管内で見出し、脳でのAβ凝集の制御に関する新たな仮説を示した。
磁気を併用した生体電気インピーダンスCTの開発研究

本研究では、磁気を併用した生体電気インピーダンスCTの実現化方法を提案した。この方法に基づいて、測定装置を試作しモデル実験を行った。この装置は定電流源、電磁石とその駆動回路、電位差検出回路で構成される。検出された電位差はA/D変換器で計算機に入力される。磁界はリニアモータにより移動され、測定方向の回転はステッピングモータによって行われた。これらの動作は計算機で制御される。電位差のデータからモデルのコンダクタンス分布を得るのに、残差最小化法が使用された。計算回数と初期値の設定方法が検討された。得られた結果を下記する。1)すべての測定方向で同じ計算回数を設定するのに比べ、ある条件を設定することにより、計算回数を減らすことが出来た。2)θ_<i-1>方向の最終コンダクタンス値をθ_iでの初期値として用いることで計算回数を減らすことが可能であった。3)モデルの回転とコンダクタンスの部分的な変化は画像において再現された。したがって、提案されたCT実現化方法はコンダクタンス変化に対し高感度を持っていると考えられる。4)X-Y平面の測定をZ軸方向に移動されることで、3次元インピーダンスCTが実現されることが示された。実用的なインピーダンスCTを確立するためには、より空間的分解能を得るとことより短い時間での電位差データの収集が必要である。磁気を併用した生体電気インピーダンスCTの開発研究として、本年度は生体モデル実験用の測定装置の改良と2次元抵抗分布画像再合成に必要なデータ収集速度およびデータ処理の高速化とについて検討した。インピーダンスの測定装置システムは交付補助金で購入したターンテーブルシステムとロータリモータシステムとを既存のA/D、D/A変換器を備えているコンピュータに接続して構成した。これにより、印加磁界の直線方向と測定方向の回転はソフトにより行われる。また、電位差データの収集は、1次元の測定間隔すなわちセグメント幅は1mm5mm、測定方向は1.8度ごとに40方向で、2次元のデータ収集が自動化された。これによって、いままでの手動と目視による方法に比べ、約10倍の高速でのデータ収集が達成できた。生体の電気モデルとして、アクリル系のプラスチックと電極に銀棒を使用したファントムを試作し、それに生体の電気抵抗に近い食塩水を満たし、スポンジを挿入したものを生体の電気モデルとした。2次元インピーダンス画像は多方向から得られた1次元インピーダンス分布から逆投影法を用いて合成して得ている。データ処理の高速化については、1次元インピーダンス分布算出で使用した残差最小化法おける最終値と初期値の設定方法から検討した。まず、すべての測定方向において同じ初期値および同じ計算回数で得られた画像を基準として、同じ初期値で残差の収束条件を2回前と1回前の残差の差と1回前と現在得られた残差の差との比を決め、それを収束条件にした場合、繰り返計算の回数が約1/2で基準としたものと同等の画像が得られた。また、1方向前に得られた最終値を初期値とすることで、さらに計算回数を減らせることが確認された。実際の生体では使用したモデルイに比べ、1.8度の測定方向では大きなインピーダンスの違いがないと考えられるため、より計算回数を減らすことが予想される。磁気を併用した電気インピーダンスCTの開発で、本年度は測定対象のインピーダンス変化と本法によって得られるインピーダンス画像との対応について調べた。測定対象は人体の抵抗率に近い食塩水中(約100200Ωcm)に抵抗率の異なる物体を入れた物とした。具体的な測定対象のインピーダンス変化として、食塩水中の物体の回転による変化、X-Y平面方向の変化、Z軸方向の移動による変化、物体の抵抗率の変化などについて、それぞれ画像上でどのように再現されるかについて調べた。物体の回転については、回転角9度以上で、画像上物体の回転が確認できた。X-Y平面方向のインピーダンス変化として、二つの抵抗率が異なる物体の間隔を変化させて再現される画像について調べた。

二つの物体として、抵抗率が無限大のゴムとゼロのアルミ棒を使用したモデルでは、抵抗がゼロであるアルミ棒の影響が強く、画像上二つの物体の画像は認識できなかった。しかし、生体の抵抗率に近い異なる抵抗体の場合は、画像上も明確に二つの物体の像が確認された。また抵抗率もモデルに近い値の画像が得られた。これら二つの物体の間隔を1cm以上変えたときに、画像上の物体も対応して変化することが確認された。Z軸方向のインピーダンス変化は、測定電極間距離2cmとし、物体の挿入範囲を変えて行った。その結果、5mmごとの挿入部分の増減に対応した画像が得られた。すなわち、5,10,15,20cmと挿入部分の増加に伴い、画像が徐々に大きくなり、20cmになると物体の形状がある程度認識される画像が得られた。この結果は、本法による3次元インピーダンスCTの実現化を示唆するものと思われる。さらに、物体の一部の抵抗率を変化させた測定では、変化前と変化後の画像の差を取ることで、変化した部位だけ現れることが確認された。