hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光誘起スピン転移による分子性導体の伝導性・磁性制御

鉄(II)スピンクロスオーバー錯体は熱・光などの外場によって低スピン・高スピン状態を可逆に変換可能な双安定性分子として知られている。特に光によるスピン状態の可逆な変換(LIESST、Light Induced Excited Spin State Trapping)は、配位子と鉄イオンとの結合長の変化に伴う大きな構造・電子状態の変化を与えることが可能である。LIESST現象を示す分子を分子性導体に導入することができれば、光などの外場による伝導性の制御、新規な物性の発現が期待される。本研究では、「分子性導体-スピンクロスオーバー錯体ハイブリットシステムの構築」に焦点を絞り研究を行った。まず、スピンクロスオーバー錯体[Fe^<II>(dpp)_2]^<2+>と[Ni(dmit)_2]^<1->からなる複合系の合成を行った。鉄(II)錯体のアセトニトリル溶液を[Ni(dmit)_2]^<1->溶液にゆっくり拡散させることにより2:1塩[Ni(dmit)_2]_2[Fe^<II>(dpp)_2](1)を得た。その結果、鉄(II)錯体は結晶中に二分子独立に存在し、一つは高スピン錯体、一つはスピンクロスオーバー錯体であることがわかった。さらに、錯体1のアセトニトリル溶液を定電流電解することにより、4:1塩[Ni(dmit)_2]_4[Fe^<II>(dpp)_2](2)を得た。2において、[Ni((dmit)_2]アニオンは-0.5価の部分酸化状態をもつことがわかった。電気伝導度測定の結果、錯体2は活性化エネルギーE_a=101meVをもつ半導体であることがわかった。また、前駆体dppOHを出発原料として四段階の反応により分子内にTTFドナー部位をもつ新規配位子dppTTFを合成した。この配位子から得られる鉄二価錯体[Fe^<II>(dppTTF)_2](BF_4)_2(3)は、熱および光により可逆にスピン転移を示し、さらに二段階の可逆な酸化還元挙動を示す外場応答性ドナー分子であることがわかった。得られた錯体の詳細な物性に関しては現在検討中である。まず、窒素系三座配位子からなる新規スピンクロスオーバー錯体[Fe^<II>(dppOH)_2](PF_6)_2(1)を合成した。錯体1は光によりスピン状態を100%変換することが可能であることから、本研究における光応答性分子として有用である。この錯体1類縁体を用いたクリスタルエンジニアリングによるハイブリットシステムの構築を目的とし、部分酸化することで多様な分子性導体を与えることが知られている[Ni(dmit)_2]^<-1>をカウンターにもつスピンクロスオーバー錯体[Fe^<II>(dpp)_2][Ni(dmit)_2]_2(2)を合成した。また、前駆体dppOHを出発原料として二段階の反応により分子内にTTFドナー部位をもつ新規配位子dppTTFを合成した。この配位子から得られる鉄二価錯体[Fe^<II>(dppTTF)_2](BF_4)_2(3)において、二つのTTF部位はともに中性であり、結晶中で一次元カラム構造を形成している。さらに、錯体3のアセトニトリル溶液を酸化することにより酸化体[Fe^<II>(dppTTF)_2](BF_4)_4(4)を得た。まず、スピンクロスオーバー錯体[Fe^<II>(dpp)_2]

^<2+>と[Ni(dmit)_2]^<1->からなる複合系の合成を行った。鉄(II)錯体のアセトニトリル溶液を[Ni(dmit)_2]^<1->溶液にゆっくり拡散させることにより2:1塩[Ni(dmit)_2]_2[Fe^<II>(dpp)_2](1)を得た。その結果、鉄(II)錯体は結晶中に二分子独立に存在し、一つは高スピン錯体、一つはスピンクロスオーバー錯体であることがわかった。さらに、錯体1のアセトニトリル溶液を定電流電解することにより、4:1塩[Ni(dmit)_2]_4[Fe^<II>(dpp)_2](2)を得た。2において、[Ni((dmit)_2]アニオンは-0.5価の部分酸化状態をもつことがわかった。電気伝導度測定の結果、錯体2は活性化エネルギーE_a=101meVをもつ半導体であることがわかった。また、前駆体dppOHを出発原料として四段階の反応により分子内にTTFドナー部位をもつ新規配位子dppTTFを合成した。この配位子から得られる鉄二価錯体[Fe^<II>(dppTTF)_2](BF_4)_2(3)は、熱および光により可逆にスピン転移を示し、さらに二段階の可逆な酸化還元挙動を示す外場応答性ドナー分子であることがわかった。得られた錯体の詳細な物性に関しては現在検討中である。
環境プローブとしての底質中の鉄の存在状態のinーsituメスバウアー分析

メスバウアー分光法を環境の状態を把握する上で重要な底質中の鉄のキャラクタリゼーションに応用するために、これに関する基礎的な分析化学的研究ならびに地球化学・環境化学への応用についての予備的研究を実施した。底質試料は長期間空気中で放置すると試料の表層が褐色に変色する場合があり、この変色層について乾燥等の前処理を加えずにメスバウアースペクトルを測定した。スペクトルは水酸化鉄(3)ゲルの生成を示唆する結果を与え、硫化鉄(2)などが表層で酸化されて行くプロセスが追跡された。通常のメスバウアースペクトルの測定で前処理として行なわれる乾燥処理も鉄の存在状態に影響を与える場合があることも実験的に明らかにした。鉄などの重金属の形態別の定量法としてしばしば用いられる選択的溶出法との比較に関しても研究を進めた。両者の定量結果は必ずしも一致しない場合があり、これは溶出法の選択性や溶出平衡の達成などに問題が生ずることが試料によっては十分に考え得ることによって説明される。メスバウアー法の適用が一般に用いられる選択的溶出法の溶出条件の設定に対して有効であることが示された。このような基礎的な分析化学的研究に基づいて、底質の地球化学・環境化学に関する研究を実施した。特に日本海で採取されたボーリングコア試料については詳細な解析を加え、メスバウアーパラメーターからの底質中の鉄を含む鉱物種の同定、各鉱物種の定量、堆積年代に対する鉄を含む鉱物種の量の変動に関する知見を得た。これらの結果は微化石などの地質学的手法、微量元素含有量・同位体比などの地球化学から推定される日本海の環境動態の変遷史を支持するものであった。
プロスタサイクリンによる血管内皮細胞と平滑筋機能の制御に関する研究

本年度の研究計画に従い、以下の知見を得た。1.平滑筋や肥満細胞でのプロスタサイクリン(PGI_2)作用の研究:(1)培養癌化肥満細胞に、促進性G蛋白共役型のPGI_2受容体が高濃度存在することを見いだし、その受容体の結合特異性とG蛋白共役によるアデニル酸シクラーゼの活性化機構を解析した。(2)PGI_2受容体の実体はいまだ確認されていない。そこで、光標識誘導体による確認を検討し、イソカルバサイクリンにアジド基を導入した〔^3H〕標識体、15ー〔^3H〕ー19(3ーazidophenyl)ー20ーnorisocarbacyclin(APINC)を合成し、癌化肥満細胞のPGI_2受容体を光標識し、SDSゲル電気泳動により分子量43kDaを確認した。これらPGI_2受容体は、G蛋白と共役し、PGI_2に特異的でPGE^1がクロスするものであることが判明した。(3)ブタ血小板のPGI_2受容体の分子量を、同様な方法により52kDaと同定した。現在、平滑筋細胞の受容体の同定を行っている。尚、PGI_2産生細胞であるウシ血管内皮細胞には受容体の存在を確認できなかった。2.血管内皮細胞におけるプロスタサイクリン産生系の研究:虚血時の血管内皮細胞でのPGI_2産生を調べるために、培養ウシ大動脈血管内皮細胞を低酸素条件で培養し、まず低酸素による細胞増殖への影響を検討した。細胞のPGI_2産生に及ぼす低酸素の影響を検討中である。3.平滑筋細胞、肥満細胞におけるPGI_2受容体の遺伝子研究:(1)マウス癌化肥満細胞のPGI_2受容体cDNAを、我々が先に行ったトロンボキサンA_2受容体cDNA、あるいはPGE_2受容体cDNAのホモロジー・スクリーニングで単離を試みたがまだ成功には至っていない。光親和性標識による単離は、理論的に可能であるが経済的に現実的でないことがわかった。
斜面崩壊監視用ハイブリットネットワーク型双方向テレメトリングシステムの実用開発

本研究の目的は、崩壊の危険性が高い山地・丘陵地の斜面に配置するセンシングノードを複数分散配置して構成される「無線ローカルネットワーク」とクラウドシステムを介した「ホストシステム(遠隔地に設置)」により実現される大局的、堅牢的、柔軟的機能(災害予測、装置制御、通信制御、ネットワーク制御など)を実開発し、「突発的な斜面崩壊の兆候・発生の感知」、「効率的なデータ伝送/情報通信」、「被災対象者に対する適切な危険通報」などについて自律的に対応することができる「高次ハイブリットネットワーク型双方向テレメトリング(遠隔測定)システム」の実用的計装と実地(斜面地)実験を通した本システムの実用的開発を行うことにある。本年度は、システムの実用的安定性と信頼性を実証させたセンシングノードネットワークシステムにおいて、従来の4つの特徴的な機能に「ノードリンクの負荷平衡」、「遠隔地に設置したホストシステムとのメッセージング(コマンド、データ)」、「斜面崩壊タイプの識別」を加えた7つの特徴的機能について、実フィールドの丘陵斜面における動作の実証に取り組みを行った。これらいずれの取組みにおいてもほぼ諸望の成果と知見を得ることができた。平成28-30年度の研究活動を介して、非定常性を鑑みた独創的な「高次ハイブリットネットワーク型双方向テレメトリング(遠隔測定)システム」を設計し実用的機能の実現を果たすことができた。本システムは、他の静的かつ(観測データ収集といった)一方向性な測定システムとは明確に異なる一線を持ち、顕著な新規性、独自性および実用的価値を有しており、実用開発を実施しなければならない必然的意義があった。本研究を介して、「自然災害監視」の専門領域において、自律性、双方向性、ネットワーク性、クラウドシステムという新たな要素項目に対する関心を高めることができ、今後の新展開が大いに期待される。本年度は、実用的安定性を得るために、主としてシステムの計装化とローカルネットワークシステムの動作別最適化に関わる「ハードウエアシステムの小型化・高密度化」、「屋外環境に即したセンシングノードの計装改良」、「災害発生がない平常観測時を念頭においた連続動作試験」、「斜面崩壊などの有事を想定したテスト外乱による「測定モード」から「緊急モード」へのシステム動作モードの遷移」、「センシングノードネットワークのシステム動作」、「『ノードネットワークの自律的構成』、『緊急モード時のデータ伝送の自律的制御』、『センシングノードの破損や新規挿入におけるネットワークの自己再編成機能』などのシステムアルゴリズム、データフォーマット、伝送プロトコルなどについての実用的ロバスト性の実証」について取り組みを行った。本年度の成果として、実用的安定性を得るために主としてシステムの計装化とローカルネットワークシステムの動作別最適化について取り組みを行い、下記のような所望の成果を得ることができた。1)ハードウエアシステムの小型化・高密度化を更に推し進め、センシングノードのポータビリティを向上させることができた。また、屋外環境での使用に耐えうる防御(防水、防塵、防風)を施したセンシングノードの計装改良(センサ、センサ回路、RISCベース制御回路、特定周波数省電力型無線通信ユニット、バッテリなど)について改良を重ね、システムの実用性を高めた。2)入力信号の変動がない平常観測時を念頭においた連続動作試験を行い、所望の動作を確認した。斜面崩壊などの有事を想定したテスト外乱を入力に与えた際にシステムの動作モードが「測定モード」から「緊急モード」へ遷移し、入力信号の高速サンプリング、信号処理、データ解析、データ伝送が自律的に実現されることを繰り返し確認し、実用的安定性を実証した。3)センシングノードネットワークシステムにおけるシステム応答、ハードウエア構成、システムアルゴリズム、データフォーマット、伝送プロトコルについて、本システムを特徴つける4つの機能:「ノードの数や配置形態をパラメータとしたノードネットワークの自律的構成」、「斜面崩壊の兆候検出時(緊急モード)のネットワーク内のデータ伝送の自律的制御」、「任意のセンシングノード破損によるノードネットワークの自己修復」、「任意の場所への新規センシングノード挿入に対するネットワークの自己成長」の実装を行い、それらの実用的ロバスト性を実証した。

本年度は、「ローカルセンシングノードネットワークシステムの屋内外での実用的安定動作」と「効率的で信頼あるデータ/コマンド伝送」、「ホストシステムとのクラウド経由による通信システムの構成」などを具現化するために、「複数のセンシングノードを有したローカルネットワークの屋外環境下での動作」、「屋外実フィールドにて発生した斜面崩壊のタイプ区別」、「様々なネットワークトポロジーにおけるデータ伝送」、「ノードリンクの負荷分散を図るためのアルゴリズムの開発と実証」、「商用クラウドによるメールシステムを利用したローカルネットワークシステムと遠隔地ホストシステム間の非同期データ通信システムの構成と実証」についての取組みを行い、ほぼ諸望の成果と新たな課題についての知見を得た。本年度の成果として、「ローカルセンシングノードネットワークシステムの屋内外での実用的安定動作」と「効率的で信頼あるデータ伝送」、「ホストシステムとのクラウド経由による通信システムの構成」などの具現化について取り組みを行い、次のような所望の成果を得ることができた。まず、ポータビリティを高めた複数のセンシングノードを屋外環境に配置して、本システムを特徴づける4つの機能:「ノードの数や配置形態をパラメータとしたノードネットワークの自律的構成」、「斜面崩壊の兆候検出時(緊急モード)のネットワーク内のデータ伝送の自律的制御」、「任意のノード破損によるノードネットワークの自己修復」、「任意の場所への新規ノード挿入に対するネットワークの自己成長」についての実用性を確認した。次に、センシングノードが搭載している加速度センサにより得られる3軸加速度信号と軸角度の時系列信号により、人工的な斜面崩壊の2種類の崩壊タイプ(スライディング、ローリング)と斜面崩壊でない落下物の衝突について、1秒以内で判別することが切るアルゴリズムの開発と実用性を確認した。そして、実用に際して想定されるネットワークトポロジー(ライン型、スター型、メッシュ型、ハイブリッド型)におけるデータ伝送について動作を確認した。また、ローカルネットワークのノードリンク構成において、優先条件として最短距離を設定することによるホストノード近郊のリンク負荷の不平衡性を鑑み、それを補正するアルゴリズムを開発し、その有効性を確認した。最後に、ローカルネットワークとホストシステム間のデータ/コマンド伝送の遠隔性を得るために商用のクラウドシステムのメールシステムを活用した通信システムを構成した。そして、ネットワーク内のデータ伝送とクラウドメールシステムの通信において相互の干渉を防ぐために非同期性の結合性を内包することが出来た。本研究の目的は、崩壊の危険性が高い山地・丘陵地の斜面に配置するセンシングノードを複数分散配置して構成される「無線ローカルネットワーク」とクラウドシステムを介した「ホストシステム(遠隔地に設置)」により実現される大局的、堅牢的、柔軟的機能(災害予測、装置制御、通信制御、ネットワーク制御など)を実開発し、「突発的な斜面崩壊の兆候・発生の感知」、「効率的なデータ伝送/情報通信」、「被災対象者に対する適切な危険通報」などについて自律的に対応することができる「高次ハイブリットネットワーク型双方向テレメトリング(遠隔測定)システム」の実用的計装と実地(斜面地)実験を通した本システムの実用的開発を行うことにある。
表示性能の飛躍的向上を図る光線集中型3Dディスプレイの研究

電子ホログラフィやインテグラル式に代表される空間像方式の立体映像は、将来の立体映像技術の本命と目されているが、現在の技術水準を大きく上回る膨大な画素数の表示デバイスを必要とするため、実用レベルに達するには新たなブレークスルーが必要である。本研究では、必要な光線のみを選択的に出力するという新たな着想による3D表示技術を提唱し,その実現法の一つとしてレンチキュラーレンズと指向性バックライトによる基本原理を実証した。電子ホログラフィやインテグラル式に代表される空間像方式の立体映像は、将来の立体映像技術の本命と目されているが、現状では解像度や画像サイズ等が大幅に不足している。その原因は、同方式が現在の技術水準を大きく上回る膨大な画素数の表示デバイスを必要とするためであり、実用レベルに達するには新たなブレークスルーが必要である。本研究では、同方式で射出される光線の大部分は視聴者の知覚する映像には寄与しないことを指摘し、必要な光線のみを選択的に出力するという新たな着想によって表示デバイスや信号帯域の利用効率を飛躍的に高め、空間像方式による立体映像を実用レベルに引き上げる光線集中型3D表示技術の確立を目指す。具体的には、空間像ディスプレイから無駄な光線を射出の射出を省き、視聴者の瞳孔に光線を集中させることで画質の大幅に向上を図るため、(1)複数の視聴者の瞳孔位置をリアルタイム計測し、(2)それぞれの方向へ光線を集中して射出する瞳孔集中型立体ディスプレイを提案し、その技術の確立を目指す。本年度は視聴者の瞳孔の周囲に限定して光線を射出する光学系の開発を行った。従来のパララクスバリアもしくはレンティキュラレンズ等を用いて狭い視域に多くの光線が集中する表示系を構成すると、いわゆるサイドローブが多数生じて意図しない方向に光線が射出されるが、照明光学系を工夫することでこれを抑制し、射出方向を限定する光学系を提案し、実験によって原理を実証した.電子ホログラフィやインテグラル式に代表される空間像方式の立体映像は、将来の立体映像技術の本命と目されているが、現状では解像度や画像サイズ等が大幅に不足している。具体的には、空間像ディスプレイから無駄な光線を射出の射出を省き、視聴者の瞳孔に光線を集中させることで画質の大幅に向上を図るため、(1)視聴者の瞳孔位置をリアルタイム計測し、(2)その方向へ光線を集中して射出する瞳孔集中型立体ディスプレイを提案し、その技術の確立を目指す。本年度は前年度に考案した視聴者の瞳孔の周囲に限定して光線を射出する光学系について、より詳細な検討を行った。レンティキュラレンズを用いて狭い視域に多くの光線が集中する表示系を構成すると、射出角度が大きい場合に像面湾曲等の影響による指向性の劣化が問題となることが明らかになったが、指向性の強い照明光を用いること等でこの影響が低減されることが見出された。これらの検討結果に基づき、実証システムの設計とレンズアレイの製作を行った。具体的には、空間像ディスプレイから無駄な光線を射出の射出を省き、視聴者の瞳孔に光線を集中させることで画質の大幅に向上を図るため、視聴者の瞳孔方向へ光線を集中して射出する瞳孔集中型立体ディスプレイを提案し、その技術の確立を目指す。本年度は、昨年度に開発したレンズアレイと液晶ディスプレイ、シリンドリカルレンズとLEDを用いた指向性バックライトを用いて実証システムの製作と評価を行った。具体的には、提案手法の原理である指向性バックライトによるサイドローブの抑制および表示方向の制御が可能であることを実験によって実証した。さらに、これまでの検討で明らかになっていたレンティキュラレンズの像面湾曲等に起因する光線指向性の劣化の影響と、指向性照明の利用によるその低減効果を実験によって確認した。光線の射出角度が大きい場合に像面湾曲等の影響が大きく現れることが明らかになった為、この点に関する検討を他に優先して行い、低減できる見通しを得た。

瞳孔位置検出系の開発については実現の見通しが得られており、今後の開発に大きな支障はない。24年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度に開発したレンズアレイ等を用いて実証システムの製作と評価を行う。これまでの検討で明らかになったレンティキュラレンズの像面湾曲等に起因する光線指向性の劣化の影響および指向性光源の利用によるその低減の程度を実験的に評価し、性能向上のための方策を検討する。
カエル餌定位行動の情報処理メカニズムの解明とそのロボティクスヘの応用

フリームービング下におけるカエル行動中の四肢の筋電図の取得方法を確立した。これにより、カエル餌定位行動中に発生する筋電図を取得でき、これを解析することにより、どの筋肉がどのような行動中にどのような力で働くのかを解明することができる。この解明により、網膜より入る餌情報を脳でどのように処理し(組織学)、その結果どのような筋肉を動かすことによって(筋電図)、その結果どのような行動を現わすのか(行動学)という、一連の情報処理メカニズムを解明することができるようになる。このメカニズムによる考えだされる行動発現モデルをデバイスへと応用することによって行動発現チップを作製することができる。さらに、この行動発現チップをロボティクスへと応用することができれば、行動を模倣するロボットではなく、入力である餌情報をチップで処理しどのようなモーターをどれくらいの力で駆動するのかを出力として出し行動をとるということになる。それが結果として餌取り行動と類似した行動となれば、各研究によって考えだされたモデルが正しかった。つまり、カエル餌定位行動の本質であるといえる。たとえその出力が実際の出力と異なっていたとしても、その差異を見、どこのモデルにその原因があるのかを調べ、どのような追加実験を構築することでその問題を解決することができるかを見出すことができる。つまり、ロボティクスをロボティクスで終わらせるのではなく、それから得られる問題と解決案を生物学の研究に還元する。従来の生物学のみでの研究方法では解決できなかったことが、このまったく新しいアプローチ方法の確立によって解明することができるのではないかと期待される。そのために、第二段階として、研究室を大学院GPという制度を用いてホームである中川研究室からデバイスの研究を行っている山川研究室に移動し、その基礎を学習した。HSPICEを用いさまざまなモデルの相互特性、ドレイン特性を測定した。また、MOSFETの各レベルにおけるデバイスモデルのチャネル長変調効果に関する研究を行った。カエルにおけるこれまでのEMG記録は、脊髄に化学的または電気的な刺激を与えることで誘発させた払拭反射に関する研究等で行われてきた。しかし、自発的な行動の一種である餌取り行動についてのEMG記録実験は行われたことはなく、さらに、視覚刺激による誘発を試みることはこれまで行われていなかった。この研究が成功すれば、定位行動のmotor outputに関する新たな研究手法として貢献することが期待できる。これまでに餌取り行動中の活性化された筋肉の電気的な応答を測定するためにカエルの肢の筋肉に、麻酔下で電極を埋め込み、リード線を多チャンネル高感度増幅器に接続し、筋肉からの電気的活動(EMG)の記録を行った。さらに、このカエルを円柱に入れ、上方に設置した、CCDカメラによってPCにて行動を記録した。この時、行動の開始と終了を検出し、HDDへ記録を行う検出ソフトウェアを用いてEMG記録中の行動を同時記録することが可能となった。来年度は記録中のカエルの周囲で餌であるコオロギを自由に移動させ、その時発生する定位行動中のEMGとカエルの定位角度とコオロギの移動軌跡を記録する。EMG記録とカエルの定位角度より段階的な速度上昇の発生時の各筋肉の活性化パターンを測定する。このパターンを因子分析することでいくつかの基本的な構成要素を導出し比較する。その結果motor outputのメカニズムが構成要素の数によって決定されるのか、各構成要素の振幅の変化によって決定されるのかを解明する。さらにはその他の分野の研究結果をもとに、行動発現の処理系をモデル化し、それをチップ化していきたい。可能ならば、さらにロボットに応用し、その結果、得られる行動と、実際の行動とを比較し、その相違から、再び行動実験、組織実験等に還元していきたい。そして、この研究系をその他の動物に応用できるような新たな研究手法としていきたい。

HSPICEを用いさまざまなモデルの相互特性、ドレイン特性を測定した。また、MOSFETの各レベルにおけるデバイスモデルのチャネル長変調効果に関する研究を行った。
中国の市場経済化過程における郷鎮企業の成長機構と構造的特質

本研究のねらいは、中国の沿海地域で急速な成長を続けてきた郷鎮企業の成長メカニズムを統計分析により明らかにしたうえで、内陸農村で郷鎮企業が導入されることの可能性、さらに、内陸郷鎮企業の導入促進と沿海郷鎮企業の持続的成長を可能にするため現存する郷鎮企業の構造をいかに転換すればよいかを分析するところにある。具体的には、以下の手順で課題の解明が行われた。(1)中国経済の高度成長と構造変化に郷鎮企業が果たした役割と、沿海地域における郷鎮企業の存在形態およびそれぞれの成長要因について統計分析が行われた。(3)以上の分析結果をもとに、内陸農村における郷鎮企業の導入可能性および主要な制約要因が検討された。(4)沿海地域における郷鎮企業の構造的特質、すなわち、地域間、産業間、業種間に存在する競争構造が統計的に解明された。また、外向型郷鎮企業の現状および沿海地域における郷鎮企業の外向型への転換可能性が検討された。(5)以上の実証分析を踏まえて、中国で「実験」されている農村工業化と農村都市化の可能性と限界、とくに開発経済論においての意味あいが総合的に分析された。
無償配布可能なオープンソースCAEを利用したビジュアルな材料力学教育教材の開発

(1)工業高等学校や公設試験場に備えられていることから,容易に利用できる万能材料試験機(島津製作所製オートグラフ)を用いて,チャンネル型板金曲げ加工試験体の座屈試験を行った.試験体を構成する平板に対する引張試験を行い,弾塑性応力ひずみ特性のデータを取得した.この結果は,2019年11月に予定されているオープンCAEシンポジウム(主催:オープンCAE学会)で発表予定.(2)学会論文として公開されている熱疲労試験をオープンソースCAEを用いて再現し,試験結果との比較を行った.解析では,非定常熱伝導解析と弾性熱応力解析を行った.疲労寿命を計算するpythonプログラムを開発し,妥当性を確認した.この結果は,2019年9月に予定されている日本機械学会年次大会で発表予定.(3)学会論文として公開されている熱疲労き裂進展試験をオープンソースCAEを用いて再現し,試験結果との比較を行った.解析では,非定常熱伝導解析と弾性熱応力解析を行った.疲労き裂進展シミュレーションには,過去に開発したプログラムを使用し,試験における疲労き裂進展挙動と比較した.この結果は,2019年9月に予定されている日本機械学会年次大会で発表予定.(4)上記(1)および(2)の操作手順をマニュアル化した.(5)日本機械学会年次大会(2018年9月)の先端技術フォーラム「先端的CAE技術の開発と展開」において講演し,先端的CAEの普及にあたってのオープンソースCAEの意義を展望した.意義としては「市民目線での技術への信頼性向上」を強調した.1.材料力学の基本原理教育プログラム引張試験機を用いた引張試験と加工品の座屈試験を実施した.可視化例題としての整備は次年度以降取り組む.2.機械設計への応用教育プログラム座屈試験ではひずみゲージ計測が安定して行えなかったため,安定した試験方法を考案し,2年目以降着手予定.3.材料試験機による実験でシミュレーションの確からしさを検証実験は1.で実施したが,シミュレーションは満足する精度に達しなかった.次年度以降改善予定.引き続き,万能材料試験機を用いた簡便な実験と,学会論文として公開されている構造モデル試験のデータを利用し,データと解析事例の拡充を図る.安価なひずみゲージ計測事例を作成する.研究成果を順次学会等で発表し,普及を図る.(1)工業高等学校や公設試験場に備えられていることから,容易に利用できる万能材料試験機(島津製作所製オートグラフ)を用いて,チャンネル型板金曲げ加工試験体の座屈試験を行った.試験体を構成する平板に対する引張試験を行い,弾塑性応力ひずみ特性のデータを取得した.この結果は,2019年11月に予定されているオープンCAEシンポジウム(主催:オープンCAE学会)で発表予定.(2)学会論文として公開されている熱疲労試験をオープンソースCAEを用いて再現し,試験結果との比較を行った.解析では,非定常熱伝導解析と弾性熱応力解析を行った.疲労寿命を計算するpythonプログラムを開発し,妥当性を確認した.この結果は,2019年9月に予定されている日本機械学会年次大会で発表予定.(3)学会論文として公開されている熱疲労き裂進展試験をオープンソースCAEを用いて再現し,試験結果との比較を行った.解析では,非定常熱伝導解析と弾性熱応力解析を行った.疲労き裂進展シミュレーションには,過去に開発したプログラムを使用し,試験における疲労き裂進展挙動と比較した.この結果は,2019年9月に予定されている日本機械学会年次大会で発表予定.(4)上記(1)および(2)の操作手順をマニュアル化した.(5)日本機械学会年次大会(2018年9月)の先端技術フォーラム「先端的CAE技術の開発と展開」において講演し,先端的CAEの普及にあたってのオープンソースCAEの意義を展望した.意義としては「市民目線での技術への信頼性向上」を強調した.1.材料力学の基本原理教育プログラム引張試験機を用いた引張試験と加工品の座屈試験を実施した.可視化例題としての整備は次年度以降取り組む.2.機械設計への応用教育プログラム座屈試験ではひずみゲージ計測が安定して行えなかったため,安定した試験方法を考案し,2年目以降着手予定.3.材料試験機による実験でシミュレーションの確からしさを検証実験は1.で実施したが,シミュレーションは満足する精度に達しなかった.次年度以降改善予定.引き続き,万能材料試験機を用いた簡便な実験と,学会論文として公開されている構造モデル試験のデータを利用し,データと解析事例の拡充を図る.安価なひずみゲージ計測事例を作成する.研究成果を順次学会等で発表し,普及を図る.本年度は,座屈試験におけるひずみゲージ計測が困難であることが判明し,ひずみ分布計測を伴う試験を行なわなかったため,残額が生じた.次年度以降は,座屈を生じないはりの曲げ試験等,ひずみ分布が安定した実験を行なうのに必要な消耗品を購入する予定である.
局所変形を用いた曲面上のグラフの多色彩色に関する研究

本研究では,曲面上のグラフの多色彩色に関する研究テーマを扱った.この概念はいわゆる「美術館問題」を動機として定義されたものであり,私の研究の糸口は,3-正則平面2部グラフの多色4-彩色性をグラフの局所変形を用いて解くことであり,本研究は,そのアナロジーとして,その他の曲面の偶角形分割に同様の事実が成立するかを扱った.結果的には,当初想定していた問題はすべて,予想通りに解くことができた.一方,得られた結果がグラフの拡張問題に結びつき,曲面のZ2ホモロジーやグラフのサイクルスペースなどの代数的手法を用いる新たな研究の方向性を見つけた.本研究では当初の予想を大きく超える成果を得ることができた.本研究では,曲面上のグラフの多色彩色に関する研究を行っている.その彩色は美術館問題の鮮やかな証明手法から派生したものであり,平面グラフの彩色へと自然に拡張される.本研究は,それを一般の曲面に拡張するとどのようになるかを考察したものである.曲面上のグラフの多色k-彩色とは,すべての面の境界上にすべてのk色が現れるk-彩色を考え,そのkの最大値を考察するものである.これは,与えられた曲面上のグラフの面をすべて見られる彩色頂点数の考察にも役に立つ.前年度までの研究で,平面と射影平面上の3-正則偶角形分割が多色4-彩色であることを示してきたが,今年度はトーラスに関して同様の研究を行った.そのために,ある局所変形に関して,極小となるすべての3-正則偶角形分割を決定し,それらについて定理が成立することを確かめ,そこから帰納的に定理を証明した.それらの極小グラフは三角形分割のGrunbaum coloringなど,他の研究においても意味を持つものであり,たいへん有用なリストとなる.今後はそれと同様の方針で,クラインの壷上の3-正則偶角形分割に関する研究が期待されるが,場合分けが煩雑になる可能性があり,そこを効率化できるかどうかがポイントとなる.また,これまで,射影平面上のoddMobius ladderのみが多色4-彩色をもたない反例であったが,向き付け不可能な曲面でさらに反例が見つかるかが興味深い.このように,単に1つの彩色の亜種を定義し,それに関する一考察を得るのではなく,グラフの多色彩色をキーワードに曲面上のグラフの様々な性質や分類等を行うのが本研究の目標である.本研究では,曲面上のグラフの多色彩色に関する研究テーマを扱った.この概念はいわゆる「美術館問題」を動機として定義されたものであり,私の研究の糸口は,3-正則平面2部グラフの多色4-彩色性をグラフの局所変形を用いて解くことであり,本研究は,そのアナロジーとして,その他の曲面の偶角形分割に同様の事実が成立するかを扱った.結果的には,当初想定していた問題はすべて,予想通りに解くことができた.一方,得られた結果がグラフの拡張問題に結びつき,曲面のZ2ホモロジーやグラフのサイクルスペースなどの代数的手法を用いる新たな研究の方向性を見つけた.本研究では当初の予想を大きく超える成果を得ることができた.3-正則平面2部グラフの多色彩色(各面にすべての色が表れる頂点彩色)に関する研究を皮切りに,グラフの局所変形を用いて,その結果を射影平面とトーラスに関して,拡張することを試みた.そのために,射影平面とトーラス上の3-正則偶角形分割の生成定理を作り,既約グラフの彩色可能性を証明した.同様の定理をクラインの壷に関して証明しようと考えているが,曲面の向き付け不可能性が障害となり,なかなかうまく論理を動かすことができていない.これについては,来年度以降の課題となりそうである.一方,多色3-彩色可能な四角形分割を,射影平面に関して,特徴付けることに成功した.この証明は,結び目理論の手法を用いたものであり,たいへん興味深いものである.また,向き付け可能性によらず,曲面上の与えられた四角形分割が多色3-彩色可能であるための必要十分条件を,代数トポロジーの用語を用いて記述することに成功した.さらに,上述の文脈を少し緩和すると,「与えられた四角形分割を,辺の追加のみで,偶三角形分割に変形可能であるか」という問題へとつながる.(四角形分割が多色3-彩色可能であれば,その各四角形面に対角線を加えることにより,3-彩色可能な偶三角形分割に変形できることは明らかである.)この問題に対しても,代数的な条件により,その必要十分条件を与えることができた.平面グラフに関しては,20年余り前に同様の定理が得られていたが,それを拡張することに成功した.平面グラフの多色彩色理論は,いわゆる計算機科学における「美術館問題」を動機にして定義され,いくつかの研究がなされていた.この研究テーマにおいて,Horevたちが提唱した「3-正則平面2部グラフに関する予想」を私たちがグラフの局所変形を用いて解決したことを皮切りに,本研究をスタートさせた.この解決において,3-正則平面2部グラフは偶三角形分割の双対グラフであり,我々は異なる文脈から,偶三角形分割の生成に関する研究を行っており,ちょうどその結果を利用することによって,上述の予想に至った.本研究は,その流れを引き継ぎ,グラフの変形を用いて,曲面上のグラフの多色彩色に関する理論を拡大しようというものである.まず,私たちは,射影平面上の3-正則偶角形分割が多色4-彩色を持つための必要十分条件を与えた.

さらに,トーラス上の偶三角形分割の生成定理を証明し,それを用いることで,トーラス上のすべての3-正則偶三角形分割が多色4-彩色を持つことを証明した.さらに,平面の四角形分割が,辺の追加により,偶三角形分割に拡張することがグラフの多色彩色のある命題のキーとなっていたことを動機に,曲面のホモロジー理論を用いて,一般の曲面上の四角形分割Gが偶三角形分割Hに拡張するためのメカニズムを完全に言及することに成功した.これらの成功から,「与えられた偶三角形分割に,ある特定の性質を満たす四角形分割が存在するか」という,前述の問題の逆にも取り組んだ.この問題は,曲面上のグラフの多色彩色問題に応用があるばかりか,グラフの向き付け問題や支配数に関する問題にも豊かに結びつき,今後とも研究を継続できそうな研究テーマとなった.このように,本研究は当初予定していたものを大きく上回る予想以上の研究成果が得られ,今後の私の研究に大いに資することとなった.グラフ理論問題提起の段階では,グラフの多色彩色の研究動機と基本的な性質くらいしか明らかでなかったが,平成22,23年度の研究を通じて,特に3-正則偶角形分割の多色4-彩色性については,種数の低い曲面である程度,解決されてきた.また,クラインの壷についてどうなるかを考察することにより,さらに本研究を深めることができると考えている.さらに,平成23年度には,得られた結果をスロバキア,アメリカ,台湾で開催された国際研究集会で発表することができており,それらが論文等の業績に順調に結びついているからである.当初,平面グラフの定理をその他の曲面に拡張することを目標としていたが,多色染色数が低いグラフを特別に注目することにより,「偶三角形分割に辺の追加のみで変形できる四角形分割の構造」という新たな研究テーマが得られた.その問題について,代数トポロジー的なアプローチにより解決することができ,当初からは予想もしないような壮大な結果が得られた.私の研究の概要と現況に関しては上に述べたが,今後の研究として,次のことに取り組みたいと考えている.まず,最初に掲げた目標通り,曲面上のグラフの多色彩色に関する知見を蓄積する.次には,平面偶角形分割が辺の追加により偶三角形分割に変換され,結果的に多色3-彩色を持つことに着目し,一般の曲面の偶角形分割が辺の追加により偶三角形分割に拡張するかという問題を考えたい.その問題は,HofmannとKriegelによって,提起されたものであり,ZhangとHeがそれに関して部分的な解答を与えているに過ぎない.来年度には,曲面のホモロジーや線形代数を用いて,それに関する現象がある程度記述できることが判明したので,そういうアプローチにより,本問題に取り組む予定である.それにより,多色3-彩色や多色4-彩色を持つ曲面上の四角形分割が完全に特徴付けられるものと思われる.新たな研究ーテーマに関するさらなる研究を深めつつも,当初予定していた「局所変形理論」の構築に取り組む.これができれば,グラフマイナー的な手法で得られた曲面上の偶三角形分割の染色数に関する一般論を,大雑把な評価ではなく,緻密な値により改良することができる.今後の位相幾何学的グラフ理論の方向性として,既存の定理の緻密化や簡素な証明の模索が挙げられ,本研究テーマもその方向性で進められると考えている.天候不良により,国内出張の予定が少々変わったため,宿泊数等の関係で執行金額が減った.上での金額を考慮に入れて,支出計画を立案する予定である.
有機質資材を利用した肥効と温室効果ガス削減の両立できる複合型肥料の開発

窒素肥料施肥由来の土壌から発生するN2Oは、一般に施用窒素が多いほど、N2O発生は増大する。ところが、窒素高付加ペレット堆肥の場合は、高窒素付加によって、逆にN2Oの排出量が下がる。畑での肥効を考慮した窒素高付加ペレットは、肥料としての実用性、かつN2O排出削減効果の両立に有望だが、N2O低減の理由は不明である。そこで、本研究では、堆肥と化学窒素等のベストミックスおよびその形態的考察によってN2O排出の少ない施肥設計をすることである。肥料の形態、化学組成別の硝化・脱窒の活性に重点を絞る。肥料設計に関わりながらN2O削減可能な新しいタイプの、現実に流通可能な肥料を開発する。
脂肪組織M1M2マクロファージによるインスリン抵抗性の制御についての研究.

肥満脂肪組織には炎症性のM1マクロファージが著明に増加し、抗炎症性のM2マクロファージの比率が低下することでインスリン感受性が低下する(Diabetes 58 : 2574-2582, 2009)。さらにPPARγ活性化作用を有するアンギオテンシンII受容体拮抗薬、テルミサルタンがマウス脂肪組織のM1/M2マクロファージの極性を変えることによりインスリン感受を改善することを報告した(Endocrinology152 : 1789-1799, 2011)。また肥満脂肪組織の低酸素状態がM1マクロファージの誘導に重要であることを見出した。肥満に伴うインスリン抵抗性の発症には脂肪組織マクロファージ(Mφ)が深く関与する。これにはインスリン抵抗性増悪に関与するM1Mφと、抗炎症性サイトカインであるIL-10を高発現しインスリン感受性改善に関与するM2Mφが存在する。我々は、M1MφのマーカーであるCD11c、M2MφのマーカーであるCD206を用いてフローサイトメトリーで脂肪組織Mφを解析した。その結果CD11c(+)CD206(-)のM1Mφ分画とCD11c(-)CD206(+)のM2Mφ分画を明確に分離することに成功し、インスリン感受性の制御にはM1/M2Mφの数や比率、さらにM2MφにおけるIL-10発現レベルが重要であることを見出した。さらに、IL-10は脂肪組織へのさらなるM2Mφ誘導に関与している可能性があることを報告した(Diabetes. 58 : 2574-2582, 2009)。一方、遺伝子発現検討の結果、M1Mφには細胞質代謝、M2Mφにはミトコンドリア代謝の遺伝子が高発現していることがわかった。M2Mφに高発現するIL-10も、マウス骨格筋において、ミトコンドリア代謝を促進する作用があることを見出した。これらのことから、M2Mφに発現するIL-10が、何らかの機序を介して骨格筋のエネルギー代謝を亢進させ、耐糖能改善に寄与している可能性が示唆される。メタボリック症候群発症に深く関与する内臓脂肪M1/M2Mφによるインスリン感受性制御機構の一端を明らかにしたことは極めて意義深い。さらに、これまでに知られていないM2Mφの役割として、IL-10を介したエネルギー代謝制御メカニズムについて、現在詳細に検討を行っている。本研究の目的は、肥満に伴い内臓脂肪組織に浸潤するM1/M2マクロファージの制御機構を明らかにすることである。本年度の検討において、我々はPPARγ活性化作用を有するアンギオテンシンII受容体拮抗薬、テルミサルタンが肥満脂肪組織のマクロファージを炎症性のM1から抗炎症性のM2有意に変化させることを見出し報告した(Fujisaka et al.Endocrinology.2011 Mar 22.[Epub ahead of print])。さらに、肥満の脂肪組織は低酸素環境になっており、M1マクロファージではその程度がより強いことを明らかにした。C57BL/6Jマウスを高脂肪食投与により肥満にすると、脂肪組織中のマクロファージを含む分画に低酸素関連の遺伝子発現レベルが上昇する。また低酸素のマーカー分子であるピモニダゾールの取り込みが増加する。これらのことから肥満内臓脂肪組織は低酸素状態になっていることが明らかとなった。一方、内臓脂肪組織に浸潤する炎症性のM1マクロファージと抗炎症性のM2マクロファージをフローサイトメトリーで解析すると、M1マクロファージの方でピモニダゾールの取り込みが増強しており、低酸素関連の遺伝子発現レベルも上昇していた。すなわち、肥満内臓脂肪組織の低酸素環境がM1マクロファージの分化誘導に関与している可能性が示唆された。マウス骨髄由来単球を24時間低酸素環境(1%02)下で培養すると、CD11cやIL-1β、IL-6などいくつかのM1マーカーが増加した。これらのことから、肥満により内臓脂肪組織が低酸素環境となり、M1マクロファージの分化誘導に関与している可能性が示唆された。現在は転写因子レベルでの制御機構を検討中である。本研究により、「低酸素」という新たなM1マクロファージの分化誘導因子が明らかとなる可能性がある。肥満内臓脂肪組織におけるマクロファージの制御機構が明らかになることは、メタボリック症候群の新たな治療戦略となり得る、極めて意義深いものであると考えている。肥満に伴うインスリン抵抗性の発症には脂肪組織に浸潤するマクロファージが深く関与する。このマクロファージには、インスリン抵抗性を誘導する炎症性のM1マクロファージと、抗炎症性のM2マクロファージの少なくとも2種類が存在する。前者は糖代謝にとって悪玉、後者は善玉と認識されている。

本研究の目的は、インスリン抵抗性におけるこの脂肪組織M1/M2マクロファージの役割を明らかにすることである。昨年度から継続して行った検討で我々は、PPARγ活性化作用を有するアンギオテンシンII受容体拮抗薬、テルミサルタンが脂肪組織のM1/M2マクロファージの極性を変えることによりインスリン抵抗性を改善することを見出し報告した(Endocrinology 152: 1789-1799, 2011)。またM2マーカーとしてのIL10の役割についての検討では、IL 10全身ノックアウトマウスの解析で有意義な結果が見いだせなかったものの、アデノウイルスを用いたIL-10過剰発現マウスの検討は現在も進行中である。一方、M2マクロファージの役割を明らかにするため我々は、M2マーカーであるCD206遺伝子のプロモーター領域にジフテリアトキシン受容体遺伝子を組み込んだCD206-DTRTgマウスの作成に成功した。このマウスの解析を通じ、今後M2マクロファージの機能が明らかになることが期待される。さらに肥満による内臓脂肪組織の低酸素状態が、より炎症性のM1マクロファージ誘導に関与することを見いだし、現在論文投稿準備中である。「低酸素」という新たな脂肪組織M1マクロファージの分化誘導因子が明らかとなることが期待される。
大血管ナビゲーションのシステムデザイン最適化に向けたユーザビリティ工学的探究

我々の人工血管置換術用手術ナビゲーションシステムは,2006年にプロトタイプ機による臨床応用を開始した,当該システムによる100症例の臨床経験を通して,精度向上や使いやすさの工夫を重ね,ユーザビリティ評価を導入し,新規ナビゲーションシステムが再構築された.非臨床評価の後,臨床応用を行い,2016年6月から2017年1月までの胸腹部大動脈人工血管置換術6例に適用した.ナビゲーションは前例でスムーズに運用でき,皮膚切開前のナビゲーションでは左胸から目標血管へ向かう方向のアプローチを画像で確認するために十分な精度が得られ,剥離後も肋間動脈の目標血管の位置及び走行を確認できた.ナビゲーションシステムに求められる性能で特に重視されるのは,患者自身と画像とのレジストレーション誤差をナピゲーションの使用目的を達成するのに十分な低値に収めることと考えてきた.ナピゲーション施行に伴う操作において,初期の作業内容から比べると工夫が重ねられ,術者にとっての解剖学的特徴点探索の簡易化,レジストレーション回数の減少,方向別誤差の減少等がなされてきた.その一方で,追加機能によって作業が複雑化し,使い方に慣れていない操作者には機能を使いこなすことが困難になっている.そこで,ユーザビリティを考慮した上で,システムに求められる機能の見直しを行い,大血管用のナビゲーションシステムの再構築を進めている.見直しの結果,ベッド移動に対応する作業の改善が求められた.ベッド移動後において,現システムでは操作者がベッド移動を検知し,ベッドマーカ計測後に移動量の計算結果を更新,ナビゲーション用ファイルに修正を加える作業を操作者が行う必要がある.まず,新システムではベッド移動の検知を自動化した.マーカ自体の隠れで計測不能となったのか,ベッドの移動で位置ずれが起こったのか等,状況に応じて再レジストレーション有無の判断が異なるため,マーカ計測の状態を示す機能も追加し,操作者が判断しやすくした.さらにベッド移動に伴うナビゲーション用ファイルの更新作業はシステムが行い,操作者の作業量を減らした.現システム,新システムを用いてベッド移動に対する更新作業を行い,かかる時間を比較した.被験者はで現システムの使用経験のある非医師3名とし,試行回数は各3回とした.ベッド移動への対応作業にかかる時間は現システムでは平均370.3秒,新システムでは全試行で10秒以内であった.この機能の改善により,複雑な作業を必要とせず,ベッドを動かした直後にも即座にナビゲーションを使用可能となることにつながる結果を得た.新規システムを開発するにあたってのモジュールのひとつとして,解剖学的な特徴を利用した新たなアルゴリズムを開発し,追加した.提案法の特徴は,背中にある棘突起のレベルは正確に見つけることが難しいため,棘突起のレベルの上下を正確に判別できなくても,背中の位置を計測すればよいとし,各部位に情報の信頼度を与えたことである.到達目標は,開胸前のレジストレーションによって,肋間の頭足方向にレベルを区別した上で,背骨近くにある大動脈周辺でもその位置精度を維持することとした.目標精度は開胸前の腹側で,頭足方向に10mmとする.開胸後は追加の特徴点で位置合わせをするため,開胸前の背側の位置精度が10mmを超えることは許容する.今回,従来の手術ナビゲーションで計測した骨格点のデータから,有用性の検討を行った.対象は頚切痕,胸骨角,左前腸骨棘,恥骨,棘突起(Th12)の5点が計測された連続する8症例とした.左右方向では,座標変換軸に用いた胸骨角,恥骨,棘突起で平均1mm以下の精度であった.背腹方向では,左前棘突起では平均47.1mmの精度であり,腹側の頚切痕,胸骨角,恥骨では平均10mm前後の精度であった.頭足方向では,頚切痕,胸骨角で平均10mm以下,他3点でも平均20mm以下の精度であった.開胸前の肋間レベルの決定における到達目標を満たした.頭足方向の精度並びに腹側から背側に向かってその精度は概ね維持されるといえる.左前腸骨棘の位置ずれが大きいことについては,術中の体位は側臥位であることによる誤差の集中といえる.個別の症例では,棘突起において頭足方向に40mmを超える誤差が生じた.これは,側湾症の2例の場合であり,提案法における体軸の基準ベクトルを設定するにあたり,頚切痕,胸骨角,恥骨が左右方向にズレが大きくなく,直線上に存在するという前提条件を満たさないためと考えられた.開発モジュールを統合し,新規システムが完成した.2種類のアルゴリズムを組み入れ,症例によりアルゴリズムを比較しながら,適切な方法を用いることができるようになった.また,ベッドに基準位置を設定するためのアンテナを設置し,手術中のベッドの移動や回転を計測し,位置合わせ結果を更新させる機能も追加した.運用面においても,一人で簡易にセッティングできるように運搬や固定方法を工夫した.ナビゲーション使用モードや計測モードについても,画面上での確認を容易にした.

我々は,2006年7月から2016年4月までに総計100症例への適用を通じて,大動脈外科手術に求められるナビゲーションシステムの使用法や要求精度について検討してきた.人工血管置換術は時間的な制約が大きく,術者が術中の手技に集中する必要がある.ナビゲーションシステムの適用においては,簡易な操作性と必要なタイミングで的確な情報を即座に呈示する性能が求められる.今般我々は,運用に要する時間を削減し,使用経験に乏しい術者が操作してもナビゲーションをすぐに利用できるようにシステムを改良した.臨床試験の実施にあたっては,東京女子医科大学病院倫理委員会の承認を受け(承認番号160402),UMIN-CTRに登録した(UMIN000021508).新システムの臨床応用を2016年6月に開始し,2017年1月までに6症例が施行された.患者の体位決定後,消毒前に患者と事前に取得した画像データとのレジストレーションを行い,術者の目標血管へのアプローチ法を決定した.皮膚切開及び癒着部の剥離を経て,術野を確保した後,目標血管周辺に存在する特徴点に基づいて患者と画像とのずれを補正し,肋間動脈を同定した.ナビゲーションは全例でスムーズに運用できた.ナビゲーションに要した時間は,皮膚切開前のアプローチ方法の決定に9.8±1.7分,術野における血管同定に6.4±1.5分であった.皮膚切開前のナビゲーションでは左胸から目標血管へ向かう方向のアプローチを画像で確認するために十分な精度が得られ,剥離後も肋間動脈の目標血管の位置及び走行を確認できた.新規ナビゲーションシステムは,セッティングも容易となり,現在良好に運用できている.今後は,新システムを解剖学的に特異的な症例にも適用し,ナビゲーションが広く使用できることを示していきたい.我々の人工血管置換術用手術ナビゲーションシステムは,2006年にプロトタイプ機による臨床応用を開始した,当該システムによる100症例の臨床経験を通して,精度向上や使いやすさの工夫を重ね,ユーザビリティ評価を導入し,新規ナビゲーションシステムが再構築された.非臨床評価の後,臨床応用を行い,2016年6月から2017年1月までの胸腹部大動脈人工血管置換術6例に適用した.ナビゲーションは前例でスムーズに運用でき,皮膚切開前のナビゲーションでは左胸から目標血管へ向かう方向のアプローチを画像で確認するために十分な精度が得られ,剥離後も肋間動脈の目標血管の位置及び走行を確認できた.各スタッフのシステムとの相互作用を抽出するため,現ナビゲーションシステムをUML(Unified Modeling Language)の記法を使って示した.ユースケース図でシステムの可視化を行った.アクティビティ図・状態図により手術流れをシナリオ化し,人的コストの削減可能性を探った.現システムではベッド移動に伴う作業が操作者への負担につながっていることが明らかになり,その対応策として人的作業の自動化を進めた.H28年度に新規システムの臨床評価を開始するため,倫理委員会の承認を受け,準備が整った.手術中に術者の必要なタイミングで術者が求めている情報を呈示するために,手術進行の中でシステムの使用のタイミングを図りながら,システムの使いやすさや有用性を評価をしていく.手術支援工学ユーザである医療スタッフの人間中心のシステム設計とするため,手術現場での運用におけるユーザビリティ向上,術前画像処理工程の人的コストの省力化,術中のナビゲーション運用工程の人的コストの省力化などをふまえて,引き続き改良を進めていく.新規システムによる臨床評価を開始するにあたり,必要品の購入準備を進めたが,納期の関係で次年度に繰り越された.当初購入を計画していた製品の供給がなくなり,購入できなくなったため,代替品の検討を進めることで購入の変更をすることにした.新システムの臨床評価をH28年6月に開始するに伴い,手術室における使用を目的とした必要品の購入を行う.代替品購入にあたり配分額では購入に十分でなかったため,次年度分とを合わせて購入することにした.