hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
衛星画像情報を考慮したアンサンブル学習による日射予測手法の開発

太陽光発電が大量導入された電力システムの安定運用には日射予測精度の向上が重要である。本研究では,メソ数値予報モデルGPV(MSM)の低・中・高層雲量と相対湿度の予測値および大気外日射量を説明変数とする重回帰式によって日射量を予測する(以下,GPVモデル)と,米国大気研究センター・米国環境予測センターによって開発されたWRFに基づく手法(以下,WRFモデル)との併用による予測精度の向上を検討した。WRFモデルでは,領域1(北緯35.17度,東経136.97度を中心とする1500 km四方,水平解像度:25 km,時間解像度:120秒)と領域2(中部エリアを含む605 km×455 km,水平解像度:5 km,時間解像度:24秒)の双方向ネスティングを用いて,2016年の名古屋,静岡,長野,富山の各気象官署の日射量1時間値を前日午前9時に予測するとした。日射に関わる雲物理,大気境界層,地表面,短波放射の各スキームの組み合わせを7通り想定した(Case-1Case-7)。また,サポートベクター回帰(SVR)を用いて予測値を補正する際,学習期間を予測対象日の前々日までのX日間(X=025)と変化させ,GPVモデルの予測値との単純平均する場合の予測値精度に与える影響について検討した。その結果,併用モデルの高精度化には,WRFモデル単体として精度向上するような補正が効果的である月が存在する一方で,過度に補正を適用しないほうが効果的である月も存在した。このため,予測対象日の状況に応じてWRFモデルの物理スキームのモデルおよびSVRの学習期間を適切に使い分けることで,併用モデルの精度向上の可能性があることが確認できた。本研究では、太陽光発電事業者が電力スポット市場に提出する翌日30分単位の発電計画値の策定の基礎となる日射量の前日予測手法を開発する。大気現象を支配する物理法則に関する数値気象予報(NWP)モデル、精度向上のための機械学習をそれぞれ2種類以上組み合わせて複数の予測手法を開発し、これらを組み合わせて100km四方単位の空間平均日射量の30分値に関する予測手法を開発する。さらに、衛星画像に基づき算定する日本付近のメソスケールの気象場情報を考慮して予測精度の向上を図るとともに、NWPモデルの各種気象予報値のばらつきおよび画像情報の空間分布に関するベータ回帰分析に基づき、予測の信頼度別の誤差範囲(信頼区間)を予測する手法を開発する。平成28年度は、(1)WRF実行環境の構築、(2)複数の日射予測手法の構築、(3)4種類の日射予測手法の予測誤差の分析を計画した。(1)に関して、米国大気研究センターが開発したWeather Research and Forecasting (WRF)の実行環境を構築し、WRF内の物理スキーム、ネスティング方法などを調整した。しかし、調整に予想以上の時間を要し、(2)を実施するのに十分な精度が得られず、当初計画を延長してWRFの予測精度向上に取り組んでいる。(2)に関して、サポートベクター回帰(SVR)の実行環境を統計解析ソフト「R」にて構築中である。しかし、WRFの精度が十分でないため、SVRは未適用である。このため、(3)も未着手である。ただし、予備的検討として予測対象日までの過去数十日の実測値を教師データとする線形回帰によってWRFの予測値を補正した。その結果、予測精度が十分に改善されず、SVR等による補正の必要性を確認できた。一方で、当初の計画を前倒して、衛星画像情報の有効な利用方法の検討に着手した。WRFを用いた日射予測に関する先行研究を参考に、WRFで用いる物理スキーム、ネスティングの大きさなどを調整したが、先行研究と比較して予測精度が低い結果となった。その理由として、一部の物理スキームに関してWRFが適切に実行できないことが理由と考えられる。そこで、WRFを用いた日射予測に関する実績のある研究機関に指導を仰ぎWRF実行環境の調整を行うとともに、初期条件・境界条件として用いるデータの変更などを行い、予測精度の改善に取り組んでいる。予測精度のお日射予測精度の改善のためには、NWPモデルによる予測精度の更なる改善が不可欠である。その方法として、これまでに構築してきた気象庁のGPV(MSM)における下・中・上層の雲量と相対湿度を説明変数とする重回帰式による手法に加え、WRFによる日射予測値をSVMによって補正する手法を構築し、各時刻における両手法の予測値の単純平均による精度向上の可能性について検討した。予測対象は、2016年の1年間における名古屋気象官署の日射量とした。初期時刻(予測に利用した初期値・境界値の予測開始時刻)として3時および21時を用いた。3月19日の場合、3時を初期時刻とすると、WRFに基づく手法では正の誤差、GPV(MSM)に基づく手法では負の誤差が生じており、両手法を単純平均することで、予測精度が大幅に向上した。各手法および併用した場合の年間の平均絶対誤差を算出した結果、WRFおよびGPV(MSM)に基づく手法における年間%MAEはそれぞれ29.9 %および24.5 %であり、2つの予測を併用すると%MAEが23.1 %となり、改善が見られた。誤差の正負の関係を2016年の1年間について集計した結果、予測対象時間の38.3%において両手法の予測誤差の正負が逆であったことから、正負の誤差が相殺されたためと考えられる。

21時を初期時刻とする場合について同様の検討を行った結果、3時の予測と比較して両手法ともそれぞれの予測誤差は減少した。しかし、併用の効果は限定的であった。その理由として、初期時刻が予測対象時刻に近づくことで、手法による誤差の傾向が類似するようになり、両手法の予測誤差の正負が逆となる時間帯が30.2 %に減少したためと考えられる。このように、本研究により、複数のNWPモデルの組み合わせによる予測精度向上は、数時間前予測よりも前日予測において有用であることがわかった。当初の計画では、NWPモデルの雲量等の予測値を説明変数として、過去数十日間から予測対象日の類似日を抽出し、類似日全体における各手法における平均予測誤差の逆数を重みとし、各手法の予測値をアンサンブル平均することで、対象日についての予測値を算出するものであった。しかし、単純平均する場合と比較して、必ずしも予測精度は向上せず、有用な併用手法の構築には至っていない。また、併用に有用な情報を気象衛星画像から得ることも計画していたが、上記の検討に時間を要し、着手できていない。太陽光発電が大量導入された電力システムの安定運用には日射予測精度の向上が重要である。本研究では,メソ数値予報モデルGPV(MSM)の低・中・高層雲量と相対湿度の予測値および大気外日射量を説明変数とする重回帰式によって日射量を予測する(以下,GPVモデル)と,米国大気研究センター・米国環境予測センターによって開発されたWRFに基づく手法(以下,WRFモデル)との併用による予測精度の向上を検討した。WRFモデルでは,領域1(北緯35.17度,東経136.97度を中心とする1500 km四方,水平解像度:25 km,時間解像度:120秒)と領域2(中部エリアを含む605 km×455 km,水平解像度:5 km,時間解像度:24秒)の双方向ネスティングを用いて,2016年の名古屋,静岡,長野,富山の各気象官署の日射量1時間値を前日午前9時に予測するとした。日射に関わる雲物理,大気境界層,地表面,短波放射の各スキームの組み合わせを7通り想定した(Case-1Case-7)。また,サポートベクター回帰(SVR)を用いて予測値を補正する際,学習期間を予測対象日の前々日までのX日間(X=025)と変化させ,GPVモデルの予測値との単純平均する場合の予測値精度に与える影響について検討した。その結果,併用モデルの高精度化には,WRFモデル単体として精度向上するような補正が効果的である月が存在する一方で,過度に補正を適用しないほうが効果的である月も存在した。このため,予測対象日の状況に応じてWRFモデルの物理スキームのモデルおよびSVRの学習期間を適切に使い分けることで,併用モデルの精度向上の可能性があることが確認できた。まずは、H28年度の未達分を実施する。物理スキームの調整等により、単地点日射量の前日予測に関して、平均絶対誤差(MAE)を2530%まで向上させる。次に、H28年度に未実施のSVRによるWRF予測値の補正を行い、MAEを2025%まで向上させる。そして、研究代表者らがこれまでに構築した気象庁のメソスケール格子点値(MSM-GPV)を用いた予測値と比較し、MSM-GPVを用いた予測において精度が低い日に関して、WRFの予測精度を向上するように物理スキーム等を見直す。そして、WRFによる予測値とMSM-GPVによる予測値とを組み合わせ、20%以下のMAEを目指す。
皮膚筋炎におけるI型インターフェロン発現上昇：LINE-1とウイルス感染の関与

皮膚筋炎はそのウイルス性発疹様の皮疹、筋症状、間質性肺炎の合併から、何らかのウイルス感染の関与が疑われてきた。SLEではその初期病態にI型IFN上昇が報告され、最近レトロトランスポゾンLINE-1の関与が報告された。本研究課題ではこれまでの予備的知見を多検体で立証し、皮膚筋炎初期の病態形成にI型IFN発現上昇がどの様に関わるかを明らかにする。さらにLINE-1発現上昇に加えウイルス感染が関与している可能性もあり検証する。これらの研究成果により、皮膚筋炎の新たな初期病態の形成機序を解明し、根本的治療法の開発につなげたい。
貧困世帯の子どもへの学習支援プログラムとネットワーク形成に関する研究

本年度は、研究最終年度として、「学習支援プログラムとネットワーク形成」に関する質問紙調査を実施した。質問票は、2018年11月に実施した。全国の学習支援事業運営団体計351団体に配布し、有効回収数は160、有効回答率46%であった。本科研応募時の研究目的は、全国で実施されている学習支援事業の実態を把握するために、活動規模・内容・方法・運営団体に関する網羅的調査を行う予定であった。しかしながら、当該調査は、生活困窮者就労準備支援事業費等補助金を受けたさいたまユースサポートネットによって実施された。そのため、さいたまユースサポートネットによってなされた調査結果を受け、そこで課題として考えられた事項について、当団体の協力を得ながら実施することとなった。質問票を配布した学習支援事業運営団体は、さいたまユースサポートネットの調査対象となった運営団体であり、継続調査という形で研究を進めたため、有効回答率は比較的高くなったと考えられる。質問票は、学習支援事業運営団体の規模や活動方法などの概要と学校との連携状況および課題についての主に3つのパートから構成された。結果として、学習支援事業運営団体と学校との連携は、1年前のさいたまユースサポートネットの調査時よりもうまくいっており、この間に子どもの貧困対策としての異業種間連携が進んだといえる。しかしながら、約40%の団体がうまくいっていないと回答しており、その理由として行政の部局間連携や学校における連携システムの不足があげられていた。平成27年度は、まず、研究組織体制の整備を行った。代表者、分担者で研究会議を開き、今後の研究方針についての確認と、調査設計の検討を行った。具体的には、以下の作業を実施した。1,子どもの貧困・学習支援・学習意欲・ネットワークに関する国内外の先行研究の精査を行い、現状の把握と問題の洗い出した。その上で、調査設計に関する視点を整理した。経費は、これらに関する文献購入および論文複写、研究会議のための旅費を用いた。2,学習支援プログラムの全体像を明らかにするために、雑誌・新聞・HP等から全国の情報を可能な限り収集した。その上で、学習支援を安定して実施している組織を選定し、インタビューを実施した。また、学習支援の具体的内容を把握するために、インタビュー対象組織の実施する活動のフィールドワークを行った。インタビュー対象は、静岡県の学習支援NPO、大阪府の公立小・中学校における学習支援組織とNPOを運営する担当者とした。インタビューでは、学習支援組織運営の在り方、財源、行政との関係性、ボランティアの育成について聞き取りをした。また、学習支援の目的、内容、方法についての説明を受けると同時に、参与観察を行い、どのような支援が行われているのかをフィールドノーツに書き留めた。調査は研究会議と同時に行うものもあり、経費として研究会議や調査のための旅費をあてた。3,本年度の調査結果をもちより、次年度の調査に関する計画を検討した。代表者・分担者の4名が、小・中学校、NPO等民間組織、保護者・地域住民組織、大学・行政組織の4つの運営主体の中からそれぞれ受け入れ可能な組織を選定し、各自フィールドワークを実施することとした。経費として、調査研究旅費、テープ起こしのための謝金を用いた。平成27年度の研究実施計画通り、おおむね順調に研究計画が進展した。ただし、学習支援プログラム拡充のためのネットワーク形成のニーズ調査に関する選定はいまだできておらず、これについては、次年度の検討課題とした。本年度は、前年度に引き続き、子どもの貧困・学習支援・学習意欲・ネットワークに関する国内外の先行研究精査を行い、分析枠組に関する視点の整理を行った。また、地域によって、学習支援の在り方が異なるのかについて、資料収集とともにインタビュー調査を実施した。子どもの貧困問題に対しては、行政主導の支援活動とNPO等の民間組織による支援活動が広がりつつあり、それらがネットワークを形成し、協力して問題解決に取り組みつつある自治体が多くなってきた。学習支援に関しても、行政主導で学校が何らかの方法で主に担っているところもあれば、NPO委託のところもある。また、塾が委託先になっている場合もある。大学生による支援組織が立ち上がっているところもある。地域によって委託先が異なるとともに、選択肢がほとんどない場合がある。というのも、大都市圏であれば多くのNPOが立ち上がっているが、地方の市の場合はNPOがなかったりする。塾もほとんどない場合もある。学習支援の在り方に地域の違いが見いだされた。また、学習支援の受託先によって、その支援内容が異なることがインタビュー調査から示されつつある。本研究のねらいは、学習支援のプログラム内容や方法等を明らかにすることであったが、学習支援のプログラム内容や方法が、塾とNPO、学校、大学生の支援との間で異なっていたりする。学習支援の場のもつ意味自体も受託先によって異なり、居場所づくりを主に担っている場合もあれば、居場所づくりを兼ねつつもやはり学力向上に重点をおいている場合もある。加えて、子どもの年齢によって異なるものの、高校進学という明確な目的を持っているところもあれば、そうではないところもある。さらに、学習支援と子ども食堂が合わさっているところもあり、多様な形態が見いだされた。貧困世帯に対する学習支援はこの数年で相当な広がりを見せつつあり、プログラムの運営主体や地域特性およびプログラム内容とその方法に関する体系的な実態把握をするには現段階では網羅できていないところが多く、調査数が少ない現状にある。また、その効果検証については、調査できていない。まずは、多様なあり方を把握するための調査方法を検討すべきであると考えている。

本年度は、前年度に整理した分析枠組みをもとに、学習支援活動を実施する団体・組織に関する資料収集を行った。また、その中から調査対象先を選定し、インタビューと参与観察を実施した。調査の結果、学習支援活動に関しては、学力向上だけではなく、居場所づくりの機能を果たすことが前提とされていた。また、活動内容に関しても、テストや宿題対応を適宜行いながら、学校や家での様子、趣味などについて談笑する姿が見られ、子どもと大学生・大人があたたかな関係性を築こうとしている様子がうかがわれた。学習支援活動を通じて、子どものソーシャル・キャピタルが醸成されているといえる。こうした今年度の調査結果から、学習支援活動の幅広い目的と利点および学力の底上げに関する効果は把握できたが、一方で、学習支援活動が中・高位レベルの子どもの学力向上に関してどれほどの効果をもつのかが疑問であり、比較的難易度の高い進学希望校を合格できるための学力をどこで身に付けられるのかという点が把握できていない。給付型奨学金など、学習支援のための経済的支援策が講じられているが、それらは一定の学力を有する子ども向けの支援の場合が多い。そうした支援を得られる学力をどこで保障するのか。そして、学習支援活動団体と学校との連携はどう進められているのか。これらについて、調査ができていない。学校との連携については、学習支援活動の組織運営の方針によって異なり、退職した教員が支援員として入り、学校の教員と連携しているところがある一方で、学校に不信感を抱いている子どものために学校とは連携をしないようにしている活動団体もあった。学校との連携をいかに進めていくのか、あるいは連携をしない選択肢をどう考えるのか、等については、今後の調査を実施した上で、議論を進めていきたい。当初は、3カ年計画で研究を進める予定であったが、質問紙調査を予定していた内容が先に実施されてしまったため、再度調査内容を練り直さなくてはならなくなったため。ただし、調査内容はすでに検討し直し、次年度に向けて実施可能な状況になっている。本年度は、研究最終年度として、「学習支援プログラムとネットワーク形成」に関する質問紙調査を実施した。質問票は、2018年11月に実施した。全国の学習支援事業運営団体計351団体に配布し、有効回収数は160、有効回答率46%であった。本科研応募時の研究目的は、全国で実施されている学習支援事業の実態を把握するために、活動規模・内容・方法・運営団体に関する網羅的調査を行う予定であった。しかしながら、当該調査は、生活困窮者就労準備支援事業費等補助金を受けたさいたまユースサポートネットによって実施された。そのため、さいたまユースサポートネットによってなされた調査結果を受け、そこで課題として考えられた事項について、当団体の協力を得ながら実施することとなった。
胎生期に高発現するPPARγ3のマウス後期胚における局在と機能解析

前年度の研究ではQuantiGene ViewRNA法を用いてマウス切片におけるPparγ1svの特異的検出を試みたが、Pparγ1svの発現量が低いため検出できなかった。そこで平成26年度はPparγの共通領域でプローブ配列を設計してPparγの全てのスプライシングバリアントを検出することを試みた。その結果、微弱ではあるがマウス17日胚の唾液腺と思われる部位にてPparγの発現を確認することができた。また脂肪組織や毛根などでもPparγの発現が認められた。一方抗Pparγ抗体を用いたマウス胚切片の免疫染色の実験では、残念ながらネガティブコントロールと比較して明らかにPparγの発現が認められる組織は確認できなかった。Pparγ1svの発現制御機構の研究では、Pparγ1svおよびPparγ2の転写がPPARγタンパク質自身によって制御されている可能性を検証した。まず遺伝子発現バンクGEOに登録されているPPARγ抗体を用いたChIP-seqのデータからPPARγ遺伝子およびそのプロモーター領域にPPARγタンパク質が結合している部位が存在するかを解析したところ、3カ所で顕著な結合が確認された。そこで3T3-L1の脂肪細胞分化誘導時にPPARγタンパク質がこれらの部位に結合しているかどうかをChIP-qPCRを用いて確認したところ、分化2日目に3カ所すべてでPPARγタンパク質の有意な結合が認められた。一方Pparγ1svの胎生期における機能を解明するため、竹中と研究分担者(中野、井上)は、Pparγ1svにユニークなエクソンCのみを欠損したノックアウトマウスの作製を行った。得られたエクソンCのホモノックアウトマウスは野生型と比較して低体重、脂肪組織量の低下などの表現形が確認された。今後さらに詳細な解析を行う予定である。本研究では申請者が見いだしたマウスの新規スプライシングバリアントPparγ1sv(PPARγ3より遺伝子名変更)のマウス胎児期における発現部位と機能を明らかにし、PPARγの発生における役割を解明することを目的とする。平成25年度の研究では、ベリタス社で販売されているQuantiGene ViewRNA法を用いてマウス胚切片におけるPparγ1svの特異的な検出を試みたが、Pparγ1svの発現量が低いためか明瞭な発現部位を同定することが出来なかった。そこで同じくマウス胚切片を用いたPPARγ抗体による組織免疫染色を試みた。その結果微弱ではあるが腸管の一部でPPARγの発現を認めることが出来た。一方Pparγ1svの胎生期における機能を解明するため、申請者と研究分担者(中野、井上)はPparγ1svにユニークなエクソンCのみを欠損したノックアウトマウスの作製を行った。現在のところエクソンCのホモKOマウスの作製に成功した。QuantiGene ViewRNA法によりマウス胚切片におけるPparγ1svの特異的な検出を試みた。本実験に際してマウス胎児のサンプリング、固定、包埋、切片作製等を行ったが、その最適条件の設定に予想以上に時間がかかった。またQuantiGene ViewRNA法による結果があまり思わしくなく、解析法の変更を余儀なくされた。さらに免疫染色に使用できるPPARγ抗体の選別に時間がかかり、年度末になってやっと染色像が得られるまでの状態になった。今後はPPARγ抗体を使った免疫染色を更に詳細に解析していくとともに、さらにそこからマイクロダイセクションによって染色組織の一部をサンプリングし、これよりqPCR法により各PPARγバリアントの発現量比を明らかにする。マイクロダイセクションについては昨年度本学に新しい機器が入った為、研究をこれまで以上に迅速に推進していきたい。またKOマウスの解析は一部外部受託機関に依頼することも検討してこれまで以上に研究を推進していきたい。

物品費(消耗品)について、複数の業者に見積もりをとってもらい、出来るだけ割引率のいい業者に毎回発注するなどして予想以上に支出額を抑える事が出来たため。次年度の物品費(消耗品)に充当する予定である。
大規模野外実験による流域スケールでの北方林生態系動態の解明

本研究は、気候条件の異なる複数の小流域と観測サイトを対象に、森林伐採などの大規模野外操作実験を行い、生物多様性と生態系機能との関連のメカニズムを解明するとともに、長期流域観測のモデルケースを創出しようとしたものである。多雪気候下にある雨竜研究林においては、9小流域を対象に、森林伐採と地表処理(ササ植生の除去)を実施し、無施業の対象流域も含めたモニタリングの継続・解析をすすめた。(1)森林伐採により、夏期渇水流量の増加や水温低下が確認された。また、(2)渓流水中の夏期NO3-N濃度は、樹木の伐採だけでは変化せず、地表処理をともなうことによって増加する状況が把握された。(3)渓流中の無脊椎動物群集に対しても、森林伐採や地表処理が、食餌量供給の増大として、多様性や個体数の増加をおよぼす状況も把握された。寡雪気候下にある苫小牧研究林においては、選択伐採による純林の創出と窒素施肥と組み合わせによる、96サイトで観測をおこなった。(1)フェノロジーの早い林床植物が栄養塩制限、遅い植物が光制限になる傾向があることが把握された。(2)施肥は被食量を高める方向に・伐採は被食量を低める方向に働くこと、伐採と施肥の双方がリター分解速度を低下させる方向に働くことが明らかになった。(3)生産性は光と栄養塩勾配に強い影響を受けるが、多様性は概乱履歴に強い影響を受けることなどが明らかになった。ササ群落は流域の水分動態や物質動態に大きな影響(緩衝機能)をもつことが明らかになり、ササ群落の乏しい寡雪地帯と高密度のササ群落が存在する多雪地帯における土地利用や環境保全においては、ササ群落の形態にもとつく検討も必要と考えられた。なお、これらの試験流域や実験サイトをふくむ研究林は、全てJaLTERに登録されるなど、長期モニタリングサイトとして整備することができた。平成16年度においては、寡雪気候下にある北海道大学・苫小牧研究林と多雪気候下にある雨竜研究林とを対象にして、実験区および実験流域の設置と各種の観測を開始した。また、これまで得られたデータをもとにしたGIS解析の条件整備を開始した。苫小牧研究林のミズナラ、シラカンバ、カラマツ、トドマツの優占林において他樹種の選択的伐採によりミズナラ、シラカンバ、カラマツ、トドマツの純林を設定した。これらに栄養塩量と生育期間を変化させるために窒素施肥とを組み合わせ、純林化区、施肥区、純林化+施肥区、対照(純林化区と同程度ランダムに伐採)区を設定した。4樹種、4処理、3反復、2地域、総計96ヶ所配置し、生物多様性と生態系機能の機能を明らかにするための野外実験を開始した。主な観測・解析項目は、(1)土壌物質動態、(2)生産性、(3)一次消費者個体群動態、(4)二次消費者個体群動態などである。また、多雪気候下にある雨竜研究林において、試験林分および試験流域を設定し、観測を開始した。様々な土地利用や自然撹乱・人為撹乱下における物質循環の変化を把握するために、8小流域からなる約150haの試験流域を設定した。8小流域のうち4小流域に、量水堰と流量・水質の観測機器の設置をおこない、観測を開始した。また、試験流域全体の森林調査や自動カメラの設置により、森林伐採などの操作実験前の森林構造や生物層の実態把握と森林伐採後の変化観測のための基礎資料を収集した。

主な調査・観測項目は、大気沈着物質や森林の自然撹乱や人為撹乱の実態、落葉・落枝および土壌無機化の状況、河川水の量・質に関する観測、水生動物から大型ほ乳類をふくめた動物相などである。本研究は、気候条件の異なった複数の小流域を対象に、生産者の多様性や栄養塩量などをコントロールした大規模野外実験を行い、生物多様性と生態系機能との関連のメカニズム解明とともに、長期流域観測のモデルケースを創出しようとしたものである。多雪気候下にある北海道大学・雨竜研究林においては、昨年度に設定した9試験流域において、モニタリングの継続とGISによる流域の空間解析をすすめた。主な観測・解析項目は、1)水分動態観測、2)C・Nを中心とした物質動態観測、3)流域地形と森林・植生状況の解析、4)渓流性低生動物の個体群構造および生息環境とリター分解速度の観測(一次消費者個体群動態関連)、5)赤外線自動カメラによる野生動物の実態把握(二次消費者個体群動態関連)、6)渓流における浮遊砂・土砂移動の観測などである。本年度に予定している森林伐採や表土・ササ根茎除去などの操作実験は、3月末から実施する予定となっている。寡雪気候にある苫小牧研究林では、昨年度に設置した96試験地においてモニタリングの継続とデータ解析を行った。主な観測・解析項目は、1)土壌物質動態、2)森林・植生の変化と生産性、3)一次消費者個体群動態、4)二次消費者個体群動態などである。本年度においては、5)2004年大型台風撹乱に対する植物群集の応答観測、6)人工ギャップ形成による植物群集の応答実験、7)伐採・施肥処理による森林群集の応答実験、8)シカの密度操作による森林群集の応答実験、9)ミミズの密度操作による植物群集の応答実験などを加えた大規模野外実験・観測をすすめている。これらの操作実験や観測と並行して、流域における生物地球化学プロセスのモデル化や、森林伐採や大気沈着などの撹乱が物質循環に及ぼす影響に関するシュミレーションの適用性の検討などにも着手した。本研究は、気候条件の異なった複数の小流域を対象に、森林伐採などの大規模野外実験を行い、生物多様性と生態系機能との関連のメカニズムを解明するとともに、長期流域観測のモデルケースを創出しようとしたものである。多雪気候下にある雨竜研究林においては、9試験流域を対象に、3流域での森林伐採・1流域で地表処理(ササ植生の除去)を実施し、無施業の対象流域も含めたモニタリングの継続・解析をすすめた。森林伐採により、夏期渇水流量の増加や水温低下が確認された。また、渓流水中の夏期NO3-N濃度は、樹木の伐採だけでは変化せず、地表処理をともなうことによって増加する状況が把握された。渓流中の無脊椎動物群集に対しても、森林伐採や地表処理が、食餌量供給の増大として、多様性や個体数の増加をおよぼす状況も把握された。天塩研究林において実施している「天然林皆伐・カラマツ植裁」による流域試験の成果を加えることにより、森林伐採による渓流流出量の増加やNO3-Nや浮遊砂を中心とした水質への影響と、ササ植生や渓畔林保全などによる緩衝効果が明らかになった。寡雪気候にある苫小牧研究林においても、昨年度に設置した試験地において、モニタリングの継続とデータ解析をすすめた。とくに、野生生物(哺乳類)のモニタリングにおいては、苫小牧研究林・雨竜研究林とにおいて、ネズミの捕獲調査やライトセンサスによるシカの分布調査・赤外線カメラによる中・大型動物の活動量調査を実施し、動物種の相対生息密度の森林変化や気候的相異による影響の解明をすすめた。これらの観測データの一部については、データベース化と公開をすすめることができた。
自然言語の文の意味を表示するためのメタ言語の構築と日仏相互翻訳への応用

日本語と外国語の間の機械翻訳は、ヨーロッパの主要言語(特に英語)から日本語へという方向では、かなりの精度をもつシステムが開発されており、実用化は順調に進展しつつあると言える。一方で、日本語から外国語へという逆の方向の機械翻訳に関しては、まだ十分な実用化が達成されているとは言い難い。日本語からフランス語への翻訳においても事情は同様である。その主たる原因は、一つには日本語の構成素配列の規則が、フランス語に比べると自由度が高いということであり、もう一つには、日本語の名詞が、その指示対象の定性や数の区別を形態素のレベルで表示しないという特徴に求められる。今年度の研究では、日本語からフランス語への機械翻訳のために必要な、上にあげた二つの問題を解決することに重点を置いた。構成素配列の自由度という点に関しては、日本語に特徴に認められる数量詞移動(遊離)の問題を取り扱った。この結果、従来生成文法の枠組みで主張されているような構造に依存する数量詞移動の解釈は適当ではなく、数量詞が本来の位置から移動した結果、通常の意味解釈規則を適用して得られる文の意味表示が、世界に関する人間の知識から大きく逸脱する事態に対応している場合に、ある位置への数量詞移動が不適格とされることが解明された。名詞の指示対象に関する問題では、日本語において主体を表示する格形式である「が」と、主題を表示する形式ではあるが、そのことによって主体を表示する頻度の高い形式である「は」を伴う名詞の指示対象の性質に焦点を絞って研究を行った。この結果、前者の形式を伴う名詞の指示対象は、述語が要求する主体の集合の部分集合であること、後者の形式を伴う名詞については、その指示対象の集合は状況によって決定され、その集合に適合するように、述語の表示する事態が決定されることが明らかにされた。日仏語間の機械翻訳を目的とする文の意味表示を得るために、以下の研究を行った。(1)日本語の時制・アスペクト形式を伴う動詞形をフランス語に置き換える際に問題となるのは、部分相(未完了相)形式「ている」「ていた」が、(1)事態そのものの部分、(2)事態の結果生じる状態の部分、のいずれをも表示することがありうるということである。これら(1)(2)の意味は、フランス語では(1)が現在または半過去時制、(2)は複合過去、単純過去、大過去、前過去によって表されることになるため、(1)と(2)の意味が生じる条件をできるだけ正確に記述しておく必要がある。そのための前提となるのが、これらの時制・アスペクト形式を伴う動詞の表示する事態の時間的性質の理解である。事態の時間的性質は、まずはそれを適切に分類することによって大きな枠組みを与える必要があり、本研究では従来の学説で「瞬間動詞」として分類されていた動詞群を、「本来的瞬間動詞」「事実的瞬間動詞」および「変化動詞」に下位分類することを提案した。(2)フランス語においては形式的に統一された形で表示されることのない「主題」という概念は、日本語においては係助詞「は」によって義務的に表示されることになっている。したがって、特にフランス語から日本語への翻訳の際には、この主題という概念が意味的にどのような特徴をもっているのかが、形式化することも可能であるような形で記述されている必要がある。さらにはまた、日本語の「は」は、「主体」という意味役割を表示する頻度が高いという点で、同じ意味役割を専ら表示するための格助詞である「が」と意味的な対立を示している。本研究では、ともに主体を表示する場合の「は」と「が」の機能がどのように相違しているのかを、文の構造と形態素の表示する集合という観点から詳しく分析することを試みた。
ホスホニル基およびホスフィニル基の構造的特徴を利用する創薬研究

リン酸は生体内に普遍的に存在し、核酸の加リン酸分解やシグナルタンパク質のリン酸化など多くの生体機能に関与している。本研究課題では、ヌクレオシド加リン酸分解酵素を分子標的とした創薬研究をfragment-based drug design(FBDD)に基づいて展開させた。すなわち、プリンヌクレオシドホスホリラーゼ(PNP)阻害剤の創製研究では、PNPと親和性を示す9-デアザグアニン誘導体(DG)とリン酸ミミック(CF_2PO_3H_2)をスペーサで連結したPNP二基質複合型アナログを設計・合成した。スペーサ長の距離を種々変化させた類縁体の構造活性相関研究から、臨床で治療効果を発揮し得る高い阻害活性を有するPNP阻害剤(DFPP-DG)の創製に成功した。DFPP-DGは、各種アッセイの結果から、予想通り二基質複合類縁型PNP阻害剤として機能していることが明らかとなった。このことは、Calf-PNP/DFPP-DGの共結晶のX線構造解析研究によっても支持された。一方、PNP阻害剤は成人T-細胞白血病(ATL)の治療薬として利用可能と考えられることから、DFPP-DG関連化合物のヒト白血病細胞やリンパ球細胞の増殖抑制率について検討した。その結果、予想通り当該細胞の増殖を抑制する効果が認められた。また、DFPP-DGはslow-binding inhibitorとして機能し、平衡時の阻害定数はK_<eqi>=85 pMを示すことが明らかとなった。ホスフィニルジペプチドイソスター(PDIs)の合成研究では、これまでの成果を発展させ、光学活性PDIsの合成法を開発した。その他、ホスホニル化合物およびホスフィニル化合物の新規合成法を見出した。すなわち、プリンヌクレオシドホスホリラーゼ(PNP)阻害剤の創製研究では、PNPと親和性を示す9-デアザグアニン誘導体とリン酸ミミック(CF_2PO_3H_2)をスペーサで連結したPNP二基質複合型アナログを設計・合成した。その結果、臨床で治療効果を発揮し得る高い阻害活性を有する阻害剤(DFPP-DG)の創製に成功した。また、連携研究者との共同研究として、Calf-PNP/DFPP-DGの共結晶のX線構造解析に成功した。この構造情報を利用して、スペーサ部に窒素原子を導入したPNP二基質複合体アナログの設計および合成を行った。このアナログは、リン酸ミミックを組み入れたPNP遷移状態アナログと見なすことも出来、生体内の低いリン酸濃度においても高い阻害活性及び高い選択性を示すPNP阻害剤となると期待される。さらに,DFPP-DGのアルキルスペーサがPNPとの相互作用に関与していないことから、これらを改善する目的で、スペーサーにベンゼン環を組み込み、これをスキャフォールドとする多官能性スペーサの開発にも着手した。スフィンゴミエリナーゼ(SMase)阻害剤の創製研究においては、ライブラリー構築のための新規合成法を開発した。リン酸は生体囚に普遍的に存在し、核酸の加リン酸分解やシグナルタンパク質のリン酸化など多くの生体機能に関与している。すなわち、プリンヌクレオシドボスホリラーゼ(PNP)阻害剤の創製研究では、PNPと親和性を示す9-デアザグアニン誘導体(DG)とリン酸ミミック(CF_2PO_3H_2)をスペーサで連結したPNP二基質複合型アナログを設計・合成した。

スペーサ長の距離を種々変化させた類縁体の構造活性相関研究から、臨床で治療効果を発揮し得る高い阻害活性を有するPNP阻害剤(DFPP-DG)の創製に成功した。DFPP-DGは、各種アッセイの結果から、予想通り二基質複合類縁型PNP阻害剤として機能していることが明らかとなった。このことは、Calf-PNP/DFPP-DGの共結晶のX線構造解析研究によっても支持された。一方、PNP阻害剤は成人T-細胞白血病(ATL)の治療薬として利用可能と考えられることから、DFPP-DG関連化合物のヒト白血病細胞やリンパ球細胞の増殖抑制率について検討した。その結果、予想通り当該細胞の増殖を抑制する効果が認められた。また、DFPP-DGはslow-binding inhibitorとして機能し、平衡時の阻害定数はKeqi=85pMを示すことが明らかとなった。リン酸は生体内に普遍的に存在し、核酸の加リン酸分解やシグナルタンパク質のリン酸化など多くの生体機能に関与している。本研究課題の一つとして、ヌクレオシド加リン酸分解酵素の一つであるプリンヌクレオシドボスホリラーゼ(PNP)を分子標的とした創薬研究をfragment-based drug design(FBDD)に基づいて展開させた。すなわち、PNPと親和性を示す9-デアザグアニン誘導体とリン酸ミミック(CF_2PO_3H_2)をスペーサで連結したPNP二基質複合型アナログを設計・合成した。その結果、臨床で治療効果を発揮し得る高い阻害活性を有する阻害剤(DFPP-DG)の創製に成功した。また、連携研究者との共同研究として、Calf-PNP/DFPP-DGの共結晶のX線構造解析に成功した。また、詳細な阻害メカニズムの検討を行った。一方、ボスフィニル基やボスホニル基は、四面体構造を有しカルボニル基の水和構造に類似している。このような構造的特徴は、ペプチド結合の加水分解遷移状態のミミックとして機能する。そこで、本研究課題ではジペプチドのアミド結合(-CONH-)をホスフィニルメチル基(-P(0)(OH)CH_2-)に置換したボスフィニルジペプチドイソスター(PDIs)の立体選択的な合成法およびその光学活性体の合成法についても検討した。本研究年度では、リパーゼを触媒とする速度論的光学分割法を利用して光学活性PDIsの合成素子の開発に成功し、論文として報告した。また、バリン-プロリン(Val-Pro)ジペプチドのPDIsのラセミ合成法を開発し、論文として報告した。さらに、α,α'-ビスヒドロキシホスフィン酸誘導体の新しい変換反応について検討したところ、新しい骨格を有するボスフィン酸誘導体の合成に成功し、論文として報告した。
塑性波伝播形態を考慮した超高速切削機構の材料物理学的検討

切削速度が被削材材料の塑性波伝播速度以上となる超高速切削過程では,塑性波が衝撃波となって伝播するため,せん断面では非常に高い静水圧が発生する.このため超高速切削過程では工具すくい面に非常に高い応力が発生する.この現象をまず動的熱弾塑性FEMシミュレーションソフトウェアを新たに開発しシミュレーション上で確認した.本シミュレーションでは,切りくずと工具の動的弾塑性接触問題を解析できるように,変位と温度に関するペナルティ係数を新規に提案した.シミュレーションでは,低炭素鋼S15Cを超硬P20工具で切削する場合を想定し,切削速度50m/sから700m/sで解析を行った.S15Cの材料特性より,本切削条件での塑性波伝播速度は100m/s以上である.そのため切削速度100m/s以下では,切削速度が切削機構に及ぼす影響はほとんど無いが,切削速度が400m/sを超えると,せん断面の静水圧の影響が顕著になり,せん断角は40°に至るにも関わらず急激に切削力が高くなることが分かった.すなわち通常は切削速度を増加させると切削力は熱軟化により減少していくと考えられているが,切削速度が塑性波伝播以上の速度になると切削力は急に増加することになる.この現象を実際の切削実験で確認するために,本研究で開発した圧縮空気を用いた衝撃切削試験装置で実験を行った.本試験装置は最大60m/sの二次元切削が可能ではあるが,通常の鋼の塑性波伝播速度以下である.そこで被削材に塑性波伝播速度の小さい鉛を用いて実験を行った.その結果シミュレーション結果と定性的に同じ結果が得られ,超高速切削過程では,せん断角が高く薄い切りくずを生成するにも関わらず,切削力が高くなることが分かった.本年度は,開発中である動的陽解法FEM切削シミュレーションで低速切削過程から超高速切削過程まで解析できるための手法の改良を行った.動的陽解法の場合,低速切削過程を解析するためには,莫大な計算時間を必要とする.この計算時間を短縮化するためマススケーリング法を採用するが,妥当な解析結果が得られるマススケーリングレートについて検討した.またFEMによる超高速切削過程シミュレーションで得られる現象が実際に起こるかどうかを確認するための超高速切削実験装置の改良を行った.本実験装置は申請者か開発した装置であり,平行に配置した2本のガイドレール上を,圧縮空気により加速された被削材ブロックと工具ブロックが互いに高速で対向移動することによって衝撃切削を行うものである,衝撃切削加工装置の改良点は,ガイドレールの設置剛性を高めること,高速で移動する工具と被削材のガイドブロックを安全に安定して停止させる機構を新たに設計製作したことである.特に高速衝撃切削直後では,両ブロックは,30m/s程度で移動しており,これらを300mm程度の区間で0m/sにさせなければならない.改良後の実験装置は,ディスクブレーキ機構とダンパー機構を持つように設計した.ブレーキ機拙が機能するためには,各部品は精度の良い加工が必要となるため、改良部品の大部分を外注加工とした.また切削距離を長くするため被削材ブロックと工具ブロックの形状を改良し,同時に軽量化も行った.切削速度が被削材材料の塑性波伝播速度以上となる超高速切削過程では,塑性波が衝撃波となって伝播するため,せん断面では非常に高い静水圧が発生する.このため超高速切削過程では工具すくい面に非常に高い応力が発生する.この現象をまず動的熱弾塑性FEMシミュレーションソフトウェアを新たに開発しシミュレーション上で確認した.本シミュレーションでは,切りくずと工具の動的弾塑性接触問題を解析できるように,変位と温度に関するペナルティ係数を新規に提案した.シミュレーションでは,低炭素鋼S15Cを超硬P20工具で切削する場合を想定し,切削速度50m/sから700m/sで解析を行った.S15Cの材料特性より,本切削条件での塑性波伝播速度は100m/s以上である.そのため切削速度100m/s以下では,切削速度が切削機構に及ぼす影響はほとんど無いが,切削速度が400m/sを超えると,せん断面の静水圧の影響が顕著になり,せん断角は40°に至るにも関わらず急激に切削力が高くなることが分かった.すなわち通常は切削速度を増加させると切削力は熱軟化により減少していくと考えられているが,切削速度が塑性波伝播以上の速度になると切削力は急に増加することになる.この現象を実際の切削実験で確認するために,本研究で開発した圧縮空気を用いた衝撃切削試験装置で実験を行った.本試験装置は最大60m/sの二次元切削が可能ではあるが,通常の鋼の塑性波伝播速度以下である.そこで被削材に塑性波伝播速度の小さい鉛を用いて実験を行った.その結果シミュレーション結果と定性的に同じ結果が得られ,超高速切削過程では,せん断角が高く薄い切りくずを生成するにも関わらず,切削力が高くなることが分かった.
6自由度顎運動測定器を用いた睡眠時ブラキシズムの測定解析法の確立

当教室で開発した6自由度顎運動測定器を用いて睡眠時ブラキシズムの測定解析法について検討し以下の結果を得た.1.磁気空間に関する検討大型磁気空間を対象として測定器の理論値と実測値の比較を行った結果、測定値と実測値の差のばらつきは最大で0.65%であった。また上下顎センサコイル間距離が50mm以内に近づけると測定データに影響した。2.測定方法に関する検討義歯装着者および顎顔面補綴患者の顎運動測定を行うことで被験者の口腔内の状態に制限されることなく顎運動測定を実現できるセンサの設置方法や顎運動の基準座標系の設定方法をあらたに考案した。顎運動の基準座標系として咬合平面座標系の替わりにCamper平面を採用することで被験者の治療前後のデータを比較することが可能となった。また上顎センサコイルを眼鏡を介して上顎に固定することで上顎無歯顎患者の顎運動測定が可能であった.3.測定データの処理方法に関する検討BS-3では高速フーリエ変換(FFT)を用いてディジタル信号処理を行い顎運動データを算出している.解析対象となる顎運動データ算出後,データに適した標本点数でFFT処理を再度行う方法としてFFT処理後のデータを保存し逆FFT処理を行うことで元波形を復元する方法を考案し計算機シミュレーションを行った.計算機シミュレーション用のソフトウエアは,Microsoft社製Visual C++で開発した.FFT処理後のデータは顎運動用周波数(2.0,2.4,2.8,3.2,3.6,4.0kHz)の実部と虚部を保存するだけで元波形を復元できるため保存するデータ量は生データを保存する方法と比較して数十分の1に圧縮することが可能であった.また、筋電図等の生体信号は微弱信号で,解析に耐えうるデータを得るためには磁場を形成する周波数成分からの分離が必要である。FFT処理は信号に含まれる周波数成分を分離できることからFFT処理後顎運動用周波数成分を除去し,逆FFT処理を施すことで理論的には生体信号のみが抽出可能である.この方法について計算機シミュレーションを行い生体信号と顎運動用周波数を分離できることを確認した.今後実際の測定データにこれらの方法を適応する予定である4.センサコイルの小型化に関する検討東京電子機材社製の直径2.8mm,5.0mmおよび9.0mmの球状コアを用いてセンサコイルを口腔内に設置するためセンサコイルの小型化についての試験を行っている。ブラキシズム解析用顎運動測定器は,一次コイルが一辺1800mmの立方体の6面に,一辺1800mmの方形空心コイルを配置した形状であり,この内部で交流磁場を形成する大型磁気空間である.

この測定器の中央を原点とし,原点から±120×120×120mmの空間について,実際に形成される磁場と計算機シミュレーションから得られる理論値との比較を行った.長さ2mのアクリルパイプの先端に固定したセンサコイル(二次コイル)を精密自動リニアステージ(PI社製,M-500)を使って,測定空間を60mmごとに移動し,合計125点の位相データを収集した.格子状に分布する125点の位相データをX,Y,Zの各軸に直交する,15組の平面上の点として分割し,各面において測定値と理論値との比較を行った.15面のうち各平面に含まれる25点の測定値と理論値との差のばらつきが最も大きかったのはZ=-120mmのXY平面で,測定範囲に対し0.65%のばらつきがあった.また,最も小さかったのはX=0mmにおけるYZ平面であり,0.16%であった.また,2つの二次コイルを近接させることによる影響について検討したところ,コイル間距離を50mm以内に近づけると位相変化が認められた.一次コイルの形成する立方体に磁気空間は底面部の歪みが最も大きく,理論値のデータを顎運動データの補正に使うためには,さらに検討が必要である.また,二次コイルを近接した状態で使用するためには,現在の二次コイルに改良を加える必要がある.睡眠時ブラキシズムの測定はこれまで咬筋筋電図の測定が主流であったが,顎機能障害の発症にどの程度関わっているのかその役割については明らかにされていない.また,適当な測定手段が無かったことから,ブラキシズム発現時の下顎運動や咬合接触等についてもほとんど解明されていない.これまで磁気空間を使ってブラキシズム発現時の6自由度顎運動を測定するためにベットが入る大きさの大型磁気空間を製作し,安静時および睡眠時の顎運動測定を試みてきた.測定器としての一応の完成はみているが,顎関節部の解析に十分耐えるほどの測定精度を得るためにはさらに改良が必要である.上下顎にシーネを介して装着しているセンサコイル(二次コイル)は10mHの既製インダクタを二個組み合わせ,それを三組それぞれ直交に配置していることから,コイルの電気的な中心を一致させることが困難であり,また頭部動揺などによるセンサコイルの回転でもコイルの中心が変化する可能性ある.二次コイルが360°回転しても解析可能なデータを得るためにはコイルの原点が一致した二次コイルを使用することが良いと考えられる.そこで,インダクタンスが一致した三個の空芯コイルを原点が一致するようにして組み合わせたコイルを試作した.球の赤道に一個のコイルを,経度0°と経度90°にもそれぞれ配置し,原点を一致させるために三個のコイルはその直径を少しずつ変えてある.最大のコイルの直径が約20mmの外形寸法になるように組み合わせると現有の二次コイルの大きさとほとんど変わらないが,空芯であることもありそのインダクタンスは約0.7mHであった.また,直径15mmの二次コイルでは0.1mHであった.インダクタンスについては中心に球状のコアを配置することで異方性の少ない二次コイルができると考えられる.今後はさらにデータ処理過程についても検討していく予定である.1.運動測定器の評価実験2.顎運動データ保存方法の検討BS-3では高速フーリエ変換(FFT)を用いてディジタル信号処理を行い顎運動データを算出している.FFT標本点数が増えると高精度測定は実現できるが高速測定が困難である.解析対象となる顎運動データを算出後,データに適した標本点数(高速測定あるいは高精度測定)でFFT処理を再度行う方法としてFFT後のデータを保存し逆FFT処理を行うことで元波形を復元する方法を考案し計算機シミュレーションを行った.
下顎骨再建手術シュミレーションシステムの開発

下顎骨に原発あるいは浸潤する悪性腫瘍の治療法として区域切除を選択する場合があるが、切除のみでは下顎骨の連続性が断たれ患者にとって著しいQOL低下をきたすこととなる。本研究では、術後の審美性や咀嚼嚥下および構音機能の低下に影響を与える高難易度の手術として、下顎区域切除および顎骨再建手術を対象とし、手術プロセスの改善に寄与する定量的な術前シミュレーションの開発とその評価を行った。今年度は、本対象手術患者20人の術後整容性を評価した。審美性の評価は、患者および臨床医による主観評価をおこなった。しかし、審美性に対する基準は評価者間また評価のタイミングで違いがあり、臨床医複数人で評価した。また、新たに客観評価として、3Dカメラにより得られた画像を解析した。術後の3D顔面画像は、非再健側を正中で反転し再健側と重ね合わせることで、この両者間の誤差として「差分体積」「最大陥凹値」「最大突出値」を新たな定量評価として提唱し検討した。下顎骨の切除量が増加すると、臨床医による整容性の主観評価は低下していた。しかし、評価者間でのばらつきが見られた。患者による主観評価は、下顎骨の切除量を含め、手術による因子とは相関せず、それぞれの審美性の基準が異なることが原因と考えられた。複数人の臨床医による主観評価の平均と3Dカメラで得られ、今回我々が新たに提唱する「差分体積」「最大陥凹値」は負の相関を示しており、新たな術後整容性の評価として有用であると考えられた。この新たな客観的定量評価を用いることで、評価者による整容性の違いを解消できるとともに、複数人での評価を行うより短時間での評価を可能とすると思われた。審美的でなおかつ力学的に安定した顎骨再建を行うためには,術前シミュレーションが必須となる.適切な術前シミュレーションを確立するためには,審美性に影響する定量的な評価を行う必要があり,本年度は定量評価の指標開発に着手した.京都大学情報学研究科の中尾恵,イーグロース社の今西勁峰と協力して下顎骨再建術計画システムである「biGAKU」の開発を行い,アプリケーションソフトウェアをホームページ上に公開した.元の下顎骨形状に近い再建を行うことを重視し,審美性の定量的な指標として,下顎骨切除領域の外縁と移植腓骨外縁がどの程度近いかを示す「形状誤差」.移植腓骨が切除下顎骨より最も突出している点を示す「最大突出値」.移植腓骨が切除下顎骨より最も陥凹している点を示す「最大陥凹値」.最も短い移植腓骨の長さを示す「セグメント長」を提案した.「biGAKU」を使用し,側貌・正貌に影響するオトガイ部を含む顎骨再建シミュレーション手術を行い,「最大突出値」が大きくなりすぎないこと,また「セグメント長」が短くなりすぎないことが再建計画時の「定量的な指標」として,有用であることが示唆された.力学的な評価として,三次元有限要素解析を行った.まず下顎辺縁切除についての解析を行い,残存する下顎骨が10mm以下となると,切除部にかかる応力が増大することを明らかにした.また,応力を緩和するためには再建プレートによる補強が有用であることをモデル上で再現した.下顎骨再建術計画システム「biGAKU」の開発が進んでおり,下顎骨再建手術における硬組織の審美性の定量評価が可能となった.審美的な顎骨再建を行うため,術前シミュレーションにて十分に検討した上で下顎切除術および顎骨再建術を行った.適切な術前シミュレーションを行うための指標としては,われわれが提案する「形状誤差」を指標とした.術前シミュレーションをもとに,手術中に使用するサージカルガイド(下顎切除および腓骨分割に用いるカッティングガイド,また,切除により連続性を断たれた下顎骨を復位するためのリポジショニングプレート)は,3Dプリンターを応用して作製した.この内容については,第40回日本頭頸部癌学会学術集会にて発表した.術前シミュレーションと実際の手術結果についての適切な評価法を考案する必要があるため.本研究により開発した,術前シミュレーションにより下顎切除術および顎骨再建術がなされた症例において硬組織再建の正確性を検討した。また,術後機能として嚥下機能,構音機能,また,術後の整容につき評価を行った。硬組織再建の正確性の評価については,術前シミュレーションによる画像と術後に得られたCT画像を3D構築し,重ね合わせて計測した。結果として下顎骨の切除量の増加に伴い,再建腓骨の骨切り数も増加し,特に下顎角部に誤差が生じる可能性があると考えられた。術後機能および整容の評価については,患者の主観により評価を行った。術後の嚥下および構音機能については患者の主観評価で満足のいく結果であった。整容については,下顎骨の切除量の増加に伴い,患者の主観評価の満足感が低下していた。今回の結果より,下顎骨の切除量の増加に伴い,硬組織再建の正確性が低下すること。術後の整容について満足度が低下することが分かった。術後の整容評価については,主観評価のみでは不十分であり客観評価が必要である。3Dカメラにより画像を得るが,術後の軟組織の腫脹の問題から,術後一定の期間をあける必要があり,術後6か月以上の期間をあけての画像採取が適切と判断したため。