hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ビッグデータからの論理抽出による乳房X線画像用次世代型CADシステムの開発

本研究では、乳がんの早期発見に有効とされる乳房X線撮影による画像診断において、読影医師の負担軽減のための計算機支援診断システムによる病変検出能改善、ならびに診断論理の高度化と定量化によるシステム性能向上を目的として、これまで困難であった診断上有用な画像特徴量の自動抽出を、大量のデータを用いた深層学習神経回路網により学習的に獲得することで、信頼性の高い参考意見提示が可能なシステムの開発を行った。その結果、乳がんの典型的な画像所見を90%程度の高い割合で正しく鑑別可能であることを世界で初めて実証した。乳がんの早期発見に有効とされる乳房X線撮影による画像検診において,読影医師の負担軽減のための計算機支援診断(computer-aided diagnosis, CAD)システムの病変検出・診断論理の高度化と定量化を目標に,つぎのようなシステムの開発と性能検証を行った。1.乳房密度の定量的推定法の開発と性能評価:複数の専門医の協力を得て,医師の読影過程において重要な診断基準となる画像解剖学的特徴のうち,がんの罹患因子の一つと考えられている乳房密度について,これまでよりも定量的に推定可能な手法を開発した。また,臨床データを用いて医師の推定結果と比較し,その性能を検討した。2.がんの進行度判定システムのプロトタイプ開発と性能評価:1と同様に専門医の協力を得て,がんの進行度を診断する基準として,乳がんの典型的画像所見の1つである微小石灰化群の空間的分布に関する特徴量を抽出する手法のプロトタイプを開発した。また,臨床データを用いて,提案特徴抽出法の乳がん進行度判定への応用と,その性能を検討した。3.Deep learningによるCADアルゴリズムの試験実装:読影論理の基準となる画像解剖学的特徴は多岐に渡り,その設計は不可避的に大自由度をもち複雑になることから,Deep learningによる自動的な特徴量設計を利用したCADアルゴリズムを試験的に実装した。本研究では,乳がんの早期発見に有効とされる乳房X線撮影による画像診断において,読影医師の負担軽減のための計算機支援診断(computer-aided diagnosis, CAD)システムの病変検出・診断論理の高度化と定量化による性能向上を目標にしている。とくに,これまで困難であった診断上有用な画像特徴量の自動抽出を,大量のデータを用いた深層学習(deep learning)により学習的に獲得することで,信頼性の高い意見提示が可能なCADシステムの開発を目指し,本年度は次のような機能の開発と性能検証を行った。1.乳房密度の定量的推定法の改良:昨年度開発した,乳がんの罹患因子の一つと考えられている乳房密度を計算機を用いて自動的に推定する手法の定量性を向上させるとともに,罹患リスクをより統計的に妥当な解析方法で明らかにした。具体的には,推定手法において,これまでよりも手動設定するパラメータ数を減じることで,設計者の経験や主観の影響を受けにくい高精度な推定を可能にした。また,収集可能な臨床データ数が少なくても,統計的により妥当な解析が可能な方法を採用し,その罹患リスクを明らかにするとともに,その他の因子についても考察した。2.Deep learningを用いた自動的な画像所見の特徴量抽出:Deep learningは入力データを与えるだけで,自動的にそれらを識別する特徴量を学習的に抽出可能であるが,その学習には数十万,数百万という大量のデータが要求される。しかし,臨床画像の場合には十分な数のデータを用意することは一般に難しいため,入手が容易な自然画像での学習結果を転移する効果的な学習手法を開発し,その有効性を実験的に検証した。当該年度の研究計画のうち,1Deep learningを用いたCADシステムの実装に関しては,これまでの課題であった学習に必要な大量の入力データを,入手困難な臨床データではなくweb等を通して容易に収集可能な自然画像データで代替する転移学習の枠組みを提案することで解決の見通しを得た。これは想定以上の進捗・成果である。また,2研究に必要なデータベースの構築は概ね予定通り進捗した。一方,3読影論理に影響を与える画像解剖学的特徴の解析・特定については,乳房密度に関してある程度の成果があったものの,想定していた以上に困難な課題であることが判明した。以上より,3つの研究計画項目のうち,1つは計画以上の進展,1つは概ね計画通り,残る1つは計画よりやや遅れたため,これらを総合して,概ね順調に進展していると判断した。本研究では、乳がんの早期発見に有効とされる乳房X線撮影による画像診断において、読影医師の負担軽減のための計算機支援診断(computer-aided diagnosis, CAD)システムの病変検出・診断論理の高度化と定量化による性能向上を目標にしている。とくに、これまで困難であった診断上有用な画像特徴量の自動抽出を、大量のデータを用いた深層学習(deep learning)により学習的に獲得することで、信頼性の高い意見提示が可能なCADシステムの開発を目指し、本年度は次のような機能の開発と性能検証を行った。1.乳房密度の定量的推定法の改良:これまでに開発した,乳がんの罹患因子の一つと考えられている乳房密度を計算機を用いて自動的に推定する手法の定量性を向上させるとともに,正確性を犠牲にせず簡便で高速な推定法を開発した。また、新たな乳がんリスク指標として左右乳房密度の差に着目し、その統計的解析を行った。その結果、乳房密度の左右差は乳がんの新しい指標になり得る可能性を明らかにした。2.Deep learningを用いた代表的画像所見の自動鑑別:Deep learningは、自動的な特徴量抽出が可能である反面、その学習には数十万、数百万という大量のデータが要求される。一方、大量の臨床画像の入手は困難であることが多い。

この問題に対し昨年度開発した転移学習法を、乳がんの代表的な画像所見の1つである腫瘤陰影の鑑別に適用した。その結果、Deep learningとしては比較的小規模な臨床データ数でも、大量に入手可能な自然画像を用いた事前学習後の転移学習により、腫瘤陰影と正常陰影を正しく鑑別可能であることを世界で初めて実証した。本研究では、乳がんの早期発見に有効とされる乳房X線撮影による画像診断において、読影医師の負担軽減のための計算機支援診断システムによる病変検出能改善、ならびに診断論理の高度化と定量化によるシステム性能向上を目的として、これまで困難であった診断上有用な画像特徴量の自動抽出を、大量のデータを用いた深層学習神経回路網により学習的に獲得することで、信頼性の高い参考意見提示が可能なシステムの開発を行った。その結果、乳がんの典型的な画像所見を90%程度の高い割合で正しく鑑別可能であることを世界で初めて実証した。当該年度の研究計画のうち,1読影論理に影響を与える画像解剖学的特徴の解析・特定,ならびに2それらの定量的抽出法の開発は,一部の特徴について計画通り進展した。とくに一部の特徴については,これまで明らかになっていなかった乳がんの罹患危険因子であることが示唆されるなど計画以上の進展があった。一方,そのような重要な特徴量は多岐に渡るため,十分に明らかにできたとはいえず,この点は計画通りには進展しなかった。また,3Deep learningによるCADアルゴリズムの試験実装は,おおむね計画通りに進展した。以上より,3つの研究計画のうち,2つは一部計画以上の進展と他の一部は計画よりやや遅れ,残り1つは計画通りであった。これらを総合して,おおむね順調に進展していると判断した。当該年度の研究計画で遅れが生じた読影論理に影響を与える画像解剖学的特徴の解析・特定については,特徴量が複雑で多岐にわたるため網羅的な解析は難しいことが分かってきた。しかし,deep learningによる病変と正常画像の分類では,高い識別結果を得ることができたため,自動的な特徴量抽出はある程度可能であることが示唆された。今後は,自動抽出された特徴量の可視化など,解析方法を工夫することにより,この課題の解決を試みる計画である。複雑系科学当該年度の研究計画で遅れが生じた読影上重要な画像解剖学的特徴の特定と抽出法の開発については,対象が多岐に渡ることもあり,次年度以降も引き続き解析と開発を進めることでデータベース等に蓄積する計画である。また,本年度開発したDeep learningの枠組みも利用し,自動的な特徴量抽出も試みる計画である。開発したシステムの知的財産申請について検討していたことによる,学会発表等の遅れが原因で,旅費ならびに論文掲載料等の執行が遅れたため。また,一部のデータ収集が年度末になったことにより,データベース構築用のデータ入力作業を年度内に行うことができず,謝金等の執行が遅れたため。
非破壊的方法による彩色文化財の総合的現地調査方法の確立とその応用に関する研究

敦煌莫高窟に代表されるように、東アジアには種々の顔料を使った壁画が残されている。それらの顔料の歴史的変遷を知ることは、美術史的にも保存科学的にも重要である。この場合、現場で非破壊的に分析することが望ましい。プロセスとしては、蛍光X線により元素を同定し、X線回折で化合物、特に結晶を同定するということになる。さらに、有機性の色素が使われているときには、赤外吸収を用いる。これら3種類の機器は、通常、実験室内で粉末状の試料を測定するように設計されている。本研究は、可搬式で、壁面をそのまま測定することができる機器を開発し、実際の例に応用して問題点を拾い上げることを目的とした。1.段型プラットリフターの作成:3種類の機器に共通に使用でき、現場で任意の1種類の機器を載せて、壁画近くで上下・前後・左右に微動させる架台である。油圧式で高さ3mまで持上げ可能である。特注により作成した。2.蛍光X線分析装置とX線回折装置の改造:従来の装置を実験室外で使用できるように、電源・冷却水・架台などを改変した。3.赤外吸収分光計の特注:市販の機器は内部試料型なので、クベルク・ムンクの拡散反射法を採用し、壁面のような外部試料を測れるように設計変更させた。4.壁画調査のテスト:横浜市の三渓園天瑞寺寺塔(2回)と五条市栄山寺八角堂(1回)において壁画残部を調査した。三渓園では銅が検出され、緑青と同定された。栄山寺では銅と水銀が検出されたがX線回折装置の故障のため、化合物は同定できなかった。全体を通じて実験室外では、電源(電圧降下)、水(供給源)、足場(水平に保つ)、気象条件によるコンピュータの故障などが問題になり、それらへの対策を予め考えることが重要とわかった。1.既存可搬式X線分析装置の改良高所に描かれた壁画や建築彩色の顔料の材質分析を完全非破壊的に行う目的をもって、東京国立文化財研究所の備品である蛍光X線分析装置とX線回析装置に改良を加えた。すなわち、両装置のうちX線発生部、檢出器及びゴニオメータを分離し、これを高所で作動しうるような装置を設計した。すなわち、まず両装置兼用のリフターを製作し、その上部に、蛍光X線分析装置のためには仰角30゚まで可能な傾斜台、XY両軸方向微動移動装置ならびに光学距離計について、問題点を檢討した上で仕様を定めた。またX線回析装置のためには、前記微動移動装置を活用するとともに、別箇の光学距離計をとりつけることとした。なお、蛍光X線分析装置には、波長分教型とエネルギー分教型の2種があり、後者にも種々の利点が認められるが、本研究が中国奥地にある敦煌の文化財保存修復に活用することを目的の一つとしている関係上、今回は波長分教型を選択することとした。2.同上装置による実地測定上記の可搬式X線分析装置の改良が完成したので、実地について測定を行った。すなわち、横浜市三渓園内に所在する重要文化財天瑞寺寿塔覆堂(天文19年)の柱最上部金襴券部分(高さ土間床より約2.5m)について、測定を行った。結果は良好であったが、しかし現地測定に特有なトラブルが周辺機器に生じた。このためさらに今後の檢は、改良が必要となったところがある。3.X線エミツショグラフィー垂直面に撮影フィルムを密着保持できるようにするための装置を設け、製作した。4.赤外分光分析ごく最近開発された拡散反射型の装置をさらに改良し、壁画等より直接に完全非破壊分析できるメドが立った。実際の製作は来年度に於て行う。1.可搬式赤外分光計の性能テスト拡散反射型の可搬式赤外分光計を新規に購入し,実験室内に設けた模擬壁画について赤外スペクトルを求めた.結果は透過法とほぼ同じであり,外部試料に対して有効な機器であることを確認した.2.同上装置による実地測定上記の機器を実際の採色文化財について実験するため,横浜市三渓園の天瑞寺寺塔に運搬し,測定した.ここで問題になったのは,電源が遠いため電圧低下をきたし,リフトが円滑に作動しないことである.これは今後の実験で十分対策を立てる必要がある.3.奈良県下の彩色文化財の予備調査次年度に測定を予定している五条市栄山寺八角堂および法隆寺金堂壁画の現地調査を行なった結果,つぎのような問題があることがわかり,対策を考えた.(1)安定電源の確保法隆寺の金堂は昭和24年の火災により,そのまま収蔵庫に安置されているので電源の問題はない.しかし,栄山寺八角堂は50m離れた所に電源があり,何らかの対策が必要である.管理者と協議した結果,測定期間中だけ近傍3mの所に電源を仮設することが定まった.(2)計測器と壁面距離の調整螢光X線装置, X線回折装置,赤外分光計の3著とも共通のリフターの上に乗せて操作するが,栄山寺も法隆寺も足下に障害物があり,上部の計測器を壁面に向って突出させる必要がある.計測器は3著とも100Kg程度あるので,そのままではバランスを欠く.対策として,リフターと測定器の間にもう一つの架台を作成し,おもりによってバランスを保つという方法を考案した.

壁面は両者とも重要文化財ないし国宝であり,美術史的にも重要な彩色文化財なので,これら3種の機器によって得られる顔料についての情報は極めて貴重なものになることが期待される.敦煌莫高窟に代表されるように、東アジアには種々の顔料を使った壁画が残されている。それらの顔料の歴史的変遷を知ることは、美術史的にも保存科学的にも重要である。この場合、現場で非破壊的に分析することが望ましい。プロセスとしては、蛍光X線により元素を同定し、X線回折で化合物、特に結晶を同定するということになる。さらに、有機性の色素が使われているときには、赤外吸収を用いる。これら3種類の機器は、通常、実験室内で粉末状の試料を測定するように設計されている。本研究は、可搬式で、壁面をそのまま測定することができる機器を開発し、実際の例に応用して問題点を拾い上げることを目的とした。1.段型プラットリフターの作成:3種類の機器に共通に使用でき、現場で任意の1種類の機器を載せて、壁画近くで上下・前後・左右に微動させる架台である。油圧式で高さ3mまで持上げ可能である。特注により作成した。2.蛍光X線分析装置とX線回折装置の改造:従来の装置を実験室外で使用できるように、電源・冷却水・架台などを改変した。3.赤外吸収分光計の特注:市販の機器は内部試料型なので、クベルク・ムンクの拡散反射法を採用し、壁面のような外部試料を測れるように設計変更させた。4.壁画調査のテスト:横浜市の三渓園天瑞寺寺塔(2回)と五条市栄山寺八角堂(1回)において壁画残部を調査した。三渓園では銅が検出され、緑青と同定された。栄山寺では銅と水銀が検出されたがX線回折装置の故障のため、化合物は同定できなかった。全体を通じて実験室外では、電源(電圧降下)、水(供給源)、足場(水平に保つ)、気象条件によるコンピュータの故障などが問題になり、それらへの対策を予め考えることが重要とわかった。
放射線による変異誘導を調節するヒト生理機構におけるシャペロンとSUMO分子の役割

本研究では、細胞の放射線応答・変異誘導調節に関して、シャペロン・SUMO・プロテアーゼネットワークという新規のシグナル伝達メカニズムを提唱し、次の研究成果を得た。細胞内メジエーター分子の検証:細胞内のシャペロン分子について、以下のような知見を得た。1.X線照射後のプロテアーゼ活性を指標に精製されるシャペロン分子GRP94を同定した。このGRP94siRNA処理ヒト細胞において、X線照射によるコロニー形成能が著しく低下し、GRP94のX線致死抵抗化への関与が示唆された。2.プロテアーゼ活性を指標に精製される他の分子としてHSP27タンパクが同定された。このHSP27遺伝子のアンチセンスDNA導入ヒト細胞では、チミンダイマーと(6-4)光産物の除去能の低下が見られ、紫外線致死感受性化した。HSP27タンパクと結合するタンパクを検索した結果、紫外線抵抗性の細胞で感受性細胞と比べ、よりHSP27タンパクに強く結合しているタンパクが複数認められた。3.また、変異誘導調節に関わる因子として、GRP78遺伝子が同定され、GRP78遺伝子アンチセンスDNA導入ヒト細胞では、紫外線に対し感受性となった。プラスミドDNA基質を含むCell-freesystemを用いた再構成実験のシステムから、ヌクレオチド除去修復系に関与することが示された。4.さらに、細胞内修飾タンパクであるSUMOタンパクについては、X線照射後のDNA合成代謝に関わることが示唆された。また、GFPとSUMO-3の結合タンパクを細胞で一過的に発現させると、X線照射後核内でドット状にフォーカスが形成されることが見出された。ヒト個体レベルでの酸ヒストレス度の測定:ストレスによるヒト個体の酸化障害物代謝の指標として、ヒドロペルオキシド産物の測定を行った。ある種の疾患患者や重喫煙者では、体内のヒドロペルオキシド産物の量が増大することが示された。本研究では、細胞の放射線応答・変異誘導調節に関して、シャペロン・SUMO・プロテアーゼネットワークという新規のシグナル伝達メカニズムを提唱する。(1)X線照射後のプロテアーゼ活性を指標に精製されるシャペロン分子GRP94を同定した。(2)プロテアーゼ活性を指標に精製される他の分子としてHSP27タンパクが同定された。GST融合HSP27タンパクを作製し、結合タンパクを検索している。(3)また、変異誘導調節に関わる因子として、GRP78/Bip遺伝子が同定され、GRP78/Bip遺伝子アンチセンスDNA導入ヒト細胞では、紫外線に対し感受性となった。プラスミドDNA基質を含むCell-freesystemを用いた再構成実験のシステムから、NER修復系に関与することが示された。(4)さらに、細胞内修飾タンパクであるSUMOタンパクについてはGFPとSUMO-3の結合タンパクを細胞で一過的に発現させると、X線照射後核内でドット状にフォーカスが形成されることが見出された。ヒト個体レベルでの酸化ストレス度の測定:ストレスによるヒト個体の酸化障害物代謝の指標として、ヒドロペルオキシド産物の測定を行った。

本研究では、細胞の放射線応答・変異誘導調節に関して、シャペロン・SUMO・プロテアーゼネットワークという新規のシグナル伝達メカニズムを提唱し、次の研究成果を得た。細胞内メジエーター分子の検証:細胞内のシャペロン分子について、以下のような知見を得た。1.X線照射後のプロテアーゼ活性を指標に精製されるシャペロン分子GRP94を同定した。このGRP94siRNA処理ヒト細胞において、X線照射によるコロニー形成能が著しく低下し、GRP94のX線致死抵抗化への関与が示唆された。2.プロテアーゼ活性を指標に精製される他の分子としてHSP27タンパクが同定された。このHSP27遺伝子のアンチセンスDNA導入ヒト細胞では、チミンダイマーと(6-4)光産物の除去能の低下が見られ、紫外線致死感受性化した。GST融合HSP27タンパクを作製し、結合タンパクを検索した結果、複数のタンパク質分子に対する結合能が紫外線照射後に変化した。3.また、変異誘導調節に関わる因子として、GRP78/Bip遺伝子が同定され、GRP78/Bip遺伝子アンチセンスDNA導入ヒト細胞では、紫外線に対し感受性となった。プラスミドDNA基質を含むCell-freesystemを用いた再構成実験のシステムから、NER修復系に関与することが示された。4.さらに、細胞内修飾タンパクであるSUMOタンパクについては、X線照射後のDNA合成代謝に関わることが示唆された。また、GFPとSUMO-3の結合タンパクを細胞で一過的に発現させると、X線照射後核内でドット状にフォーカスが形成されることが見出された。ヒト個体レベルでの酸化ストレス度の測定:ストレスによるヒト個体の酸化障害物代謝の指標として、ヒドロペルオキシド産物の測定を行った。ある種の疾患患者や重喫煙者では、体内のヒドロペルオキシド産物の量が増大することが示された。
「中１不登校」等の解消に向けた「小中学校兼務教員」の配置効果に関する研究

近年、国の審議会等では、小学校と中学校の連携・接続の必要性が示されており、特に、9年間の系統性を視野に入れた教育活動が強く求められている。このことも踏まえて、本研究の主な目的は「小中学校兼務教員」の配置が中学1年生とともに、中学2年生の不登校の新規出現率を抑制しているかどうかを確認するとともに、彼らのどのような行動が特に効果的であるのかを明らかにしようとするものである。平成30年度はO県P市内において「小中学校兼務教員」が配置されている4中学校区の全小学6年生を対象とした「学校生活に関する質問紙調査」を、予定通りに年2回実施した。2回の「学校生活に関する質問紙調査」の結果からは、「小中学校兼務教員」が配置されている4校区全てにおいて、質問紙調査の結果が1回目から2回目に数値が上昇した。このことについては、「小中学校兼務教員」等からの聞き取り調査結果から見られたように、「兼務教員の研修会が年々充実してきていること」や、「兼務教員以外の教職員の協力体制が年々構築されてきていること」によって、兼務教員の意識と行動が高まったことが児童の数値の上昇に結びついていることが確認できた。平成30年度はO県P市で「小中学校兼務教員」が配置されている4校区の全小学6年生対象とした「学校生活に関する質問紙調査」と「小中学校兼務教員」等からの聞き取り調査も、予定通りに年2回実施することができた。2回の質問紙調査の結果比較からは、質問紙調査の数値の上昇が兼務教員の意識と行動の高かったことによるものであることが、兼務教員並びに児童の言葉からも確認できたことは意義深いことである。研究2年目以降は、平成30年度の小学6年生が校区内の中学1年生となっていることから、小学6年時の「小中学校兼務教員」との関係が在籍中学校において、どのような影響を及ぼしているのかを「学校生活に関する質問紙調査」において追跡していくことが主な方策である。そして、中学校段階での「学校生活に関する質問紙調査」結果が、小学校時代の調査結果と比べて、どのような変化が見られるのかということから、さらに兼務教員の具体的な意識と行動について注視していきたいと考えている。兼務教員の活動視察と他市への視察において、どちらも先方の都合により、スケジュールの調整がつかずに予定していた回数をこなせなかったため。
円盤型有機レーザー素子の連続励起駆動に向けた低しきい値化

円盤型有機レーザー素子のCW駆動励起のための低しきい値化を求め、円盤型光共振器の材料および作製の最適化を実施した。具体的には、(1)低光吸収損失の材料探索、(2)表面粗さの改善、(3)WGMの安定性向上の3つを実施した。(1)ではホスト材料の選定・熱耐久性・光学特性の評価、(2)ではエッチングの機械化、(3)では低光損失の円盤形状の最適化を行い、これらを通してCW駆動励起へつながる低しきい値化に関する多くの知見が得られ、その方向性が示された。H28年度は、1.材料の光吸収損失の改善における「ホスト材料の改善」、2.表面粗さの改善における「エッチングの機械化」、3.WGMの安定性向上における「マルチパルス制御による円盤サイズ縮小化」の計画のもと研究を遂行した。1.においては、これまで円盤型微小共振器の主要なホスト材料としていた球状高分子は、有機材料ゆえの熱耐久性に課題があり、連続レーザー発振の阻害要因となっていた。そこで新たなホスト材料を共同研究により開発した。この材料は、シリカ系のナノ粒子をベースとしており、熱に対する耐性が極めて高く、凝集状態でナノポーラス構造を有する。この有望な材料に着目しただけではなく、これを有機溶媒に分散させた溶液をインクジェット技術で印刷できるよう最適化を行い、室温・大気圧下で円盤型微小共振器を得ることに成功し、レーザー色素をインクに事前添加した共振器によるWGMレーザー発振にも成功した。また、ナノポーラス構造下でのレーザー色素の挙動に関する評価も行った。さらに、円盤構造体の熱耐久性は簡易評価にて本研究の最終目標値を十分に達成した。2.においては、エッチング機械化のためのシステムの構築を行った。有機溶媒での溶解の心配が無い新しいシリカ系の円盤型微小共振器の達成により、エッチングの機械化は優先度を下げて実施した。3.においては、2.のシステムの構築と並行して、マルチパルス対応のインクジェットヘッドを導入およびシステムの構築を行った。システム完成まで、基板表面と吐出インクとの濡れの評価を行い、円盤サイズの縮小化に関して基板選定などの知見を得た。また、計算量の多い円盤構造中の光伝搬を高速に計算できるハード、ソフトの構築を行い計算の準備が整った。加えて、形状の実験評価を先行して行い、円盤のエッジ角度が大きいほどレーザー発振しきい値が低下することを明らかにした。H28年度の当初の実施計画は、1.材料の光吸収損失の改善においる「ホスト材料の改善」、2.表面粗さの改善における「エッチングの機械化」、3.WGMの安定性向上における「マルチパルス制御による円盤サイズ縮小化」である。1.においては、共同研究により新しいホスト材料を開発した。この新しいホスト材料は、シリカ系のナノ粒子をベースとしており、熱に対する耐性が極めて高い。そして、これを有機溶媒に分散させた溶液をインクジェット技術で印刷できるよう最適化を行い、室温・大気圧下で円盤型微小共振器を得ることに成功し、有機色素をインクに事前添加した共振器によるWGMレーザー発振にも成功した。また、熱耐久性は簡易評価にて最終目標値を十分に達成した。新しいシリカ系の円盤型共振器による熱耐久性向上に大きな進展があったため、その評価にエフォートを振り分けたことでエッチングシステム構築に関してはわずかに遅れがある。しかし、有機溶媒での溶解の心配が無い新しいシリカ系の円盤型微小共振器の達成により、エッチングの機械化後の評価は精密なハンドリングが不要となる見込みで研究全体の進捗として問題はない。3.においては、エッチング機械化のためのシステムの構築と並行して、マルチパルス対応のインクジェットヘッドを導入およびシステムの構築を行った。システム完成までは、次年度の基板表面と吐出インクとの濡れの評価を行い、円盤サイズの縮小化に関しての基板選定などの知見を得た。また、計算量の多い複雑な円盤構造中のWGMを高速に計算できるハード、ソフトの構築を行い計算の準備が整った。加えて、形状の実験評価を先行して行い、エッジ角度が大きいほどレーザー発振しきい値が低下することを明らかにした。以上より、研究全体としておおむね順調に進捗している。H29年度は、1.材料の光吸収損失の改善における「熱耐久性評価」、2.表面粗さの改善における「エッチングの最適化」、3.WGMの安定性向上における「ディスクサイズ縮小化」と「WGM計算」の計画のもと研究を遂行した。1.においては、前年度のシリカとアクリル系ポリマーを共添加したインクを見出したが、より「有機」という要素を強めるために引き続き材料探索を進め、フッ素系球状ポリマーが有望であることを見出した。これは、紫外領域の約320 nm以上の長波長側では99%以上の高い透過率が得られる。そして、インクジェット技術での印刷および、レーザー色素を添加した共振器によるWGMレーザー発振に成功した。さらに、このフッ素系球状ポリマーの高い透過性により円盤構造体の熱耐久性は従来のポリマーより高いことが分かった。2.においては、前年度に構築した機械式エッチングシステムを用いてウェットエッチングの最適化を行った。この機械式エッチングシステムは内径約0.1 mmのニードルを基板に対して垂直に二本束ねたソース・ドレイン方式であり、エッチングの最適化はエッチャント溶液の濃度、ソースにおける送液量、送液時間を調整して行った。

その結果、フッ素系球状ポリマーを屈折率の高いポリマー層に印刷したサンプルにおいて、通常であれば屈折率の関係でレーザー発振できないにもかかわらず、円盤周囲のみを良好にエッチングして光損失を低減させレーザー発振に成功した。3.においては、まずFDTD法による数値解析により直径が小さ過ぎると光損失が大きくなることを明らかにした。その上で、分光器の分解能で判別できるモード間隔(直径が大きいほど小さくなる)と、効率的に発振する高い利得(直径が大きいほど高い)の両方の要素を鑑み、0.05-0.1 mm程度の直径サイズが有効であるとした。そして、吐出条件の調整によりそのサイズを達成した。円盤型有機レーザー素子のCW駆動励起のための低しきい値化を求め、円盤型光共振器の材料および作製の最適化を実施した。具体的には、(1)低光吸収損失の材料探索、(2)表面粗さの改善、(3)WGMの安定性向上の3つを実施した。(1)ではホスト材料の選定・熱耐久性・光学特性の評価、(2)ではエッチングの機械化、(3)では低光損失の円盤形状の最適化を行い、これらを通してCW駆動励起へつながる低しきい値化に関する多くの知見が得られ、その方向性が示された。H29年度の当初の実施計画は、1.材料の光吸収損失の改善においる「熱耐久性評価」、2.表面粗さの改善における「エッチング最適化」、3.WGMの安定性向上における「円盤サイズ縮小化」および「WGM計算」である。1.においては、前年度にて高い熱耐久性を持つ新しい材料の開発および、その材料によるインクジェット印刷のための吐出条件の最適化を実施して、次の評価を安定して行える準備が整っている。加えて、先行して実施した熱耐久性のワンポイント評価にて、当初の目標値を達成している。H29年度は、光励起強度を変化させて連続的かつ定量的な評価を行う。2.においては、まずエッチングの機械化のシステムを早い段階で完成させる。評価においては、ナノ粒子の凝集体である新材料による円盤型微小共振器のナノポーラス状の表面の粗さをなめらかにするために、エッチングの際に溶解した土材の高分子材料がなめらかにコーティングするような条件を探りつつ評価を行う。これはシリカ系の円盤型微小共振器が有機溶媒によって溶解しないことに着目しており、当初の有機材料による円盤型微小共振器をソフトエッチングすることと観点が異なる。3.においては、構築したマルチパルスのヘッドを有する印刷システムの稼働と最適化を行い、円盤サイズの縮小化(サイズコントロール)に適した条件を見出す。また、構築したWGM計算の環境を用いて本格的な評価を行い、光損失の小さなエッジ角度、厚さ、サイズを明らかにする。レーザー工学材料の光吸収損失改善において大きな進展があり、次年度にその研究成果の学会発表・論文発表が増える見込みとなった。それを補うため、当初新規導入予定であった位置制御用ロボットに関する配分を抑えたため次年度使用額が生じた。研究室の既存のロボットと併用するなどの工夫により研究遂行に問題が無いよう対処済みである。材料の光吸収損失改善において大きく進展した研究結果について、追加的に行う学会発表・論文発表の旅費、学会参加費、論文投稿料に使用する。具体的には、国際学会1件、国際原著論文1件の追加発表を予定している。
重症心身障害児に対する３Dスキャナーを用いた腹腔鏡ポートレイアウトシステムの開発

本研究では、体躯変形の著しい重症心身障害患者に対し腹腔鏡下手術を計画する際に、事前に腹腔内容積を計算して腹腔鏡ポートレイアウトを決定するシステムの開発を目標としている。本研究計画では以下のように段階的に研究を進める方針としている。1.変形モデルでの実験として、I:術者操作領域の測定、II:体表形状測定システムの確立、III:システム統合/モデルの検証2.臨床例での計測として、I:術者操作領域の測定、II:体表形状測定3.臨床例での検証として、I:臨床応用、II:システム改良これらの結果をもとに、ポートレイアウトシステムの開発を行う。昨年度までの進捗として、患者体表の3Dデータと腹部CTデータから仮想腹腔鏡下手術イメージの作成に成功した。本年度は次の段階として、患者体表の3Dデータと腹部CTデータから割り出した腹腔内モデルを作成し、腹腔鏡下手術をシミュレートしたドライボックスを作成した。このモデルを用いることで、術前にポートレイアウトを検証することができる他、手術を想定したトレーニングを行うことができる。またトレーニングによって得られた鉗子軌跡のデータから、訓練者にフィードバックすることや以後のトレーニングメニューのアレンジができるようになった。ここまでの研究成果を2019年4月にチリにおいて開催された国際小児内視鏡外科グループ定期学術集会において報告し、現在英文雑誌に投稿中である。本年は腹腔鏡下手術における術者操作領域の測定を行った。手術時の鉗子の可動範囲をあらかじめ把握しておくことで、患者の体表データとの統合により手術操作可能範囲の測定が可能になると考えている。具体的には、腹腔鏡手術モデルを用い、術者の操作する鉗子の動きを光学式マーカーで追跡し、動いた範囲を3次元にログ情報として記録した。結果として鉗子の位置、加速度から、術者の修練により鉗子操作の習熟度を評価出来るまでに、鉗子の移動範囲を測定する技術を習得し得た。次に体表形状測定システムの確立として、株式会社COM-ONE製3DスキャナーBODY TRACERと3Dデータ解析ソフト内蔵のPCを取得した。学内倫理規則に則って倫理委員会より研究開始の承認を取得し、変形患者の体表3Dデータの収集を開始した。データ蓄積開始に先立って、手術時の患者体位や測定範囲、測定回数等の測定方法を標準化する作業を行った。変形患者の手術時体位における患者体表測定データの蓄積と、ほぼ同時期における同一患者の腹部CT画像の収集を行っている。体表測定にあたっては条件の標準化が必要であるため、データ蓄積開始に先立って測定プロトコールの作成を行った。患者体位、滅菌範囲、手術用シーツの範囲、メルクマールの設定、測定範囲、測定回数に対し検討を行い、統一した測定プロトコールを作成した。具体的には、患者を開脚位とし、乳頭より頭側から恥骨より尾側までを滅菌範囲とした。手術シーツを、患者側面が広く露出するように覆い、両側乳頭を通る線と恥骨結合直上を測定範囲のメルクマールとした測定回数は気腹操作開始前に3回、気腹開始後に3回の合計6回測定することとした。本年は引き続き患者体表データの収集と、蓄積した患者体表の3Dデータと予め撮影した腹部CT画像との統合処理を行った。まず患者体表データを画像処理することで、気腹前と気腹後における腹部体表のボリュームデータを計算した。これらのデータを差し引くことで、気腹によって得られた腹部ボリュームの変化分を計算した。次に腹部CT画像から、各臓器別に腹腔内臓器の3Dボリュームデータを作成した。これらのデータに気腹による臓器変形の効果を加えることで、気腹下における臓器の形状をシミュレーションすることが出来た。上記体表データ並びに腹腔内臓器データを統合することで、気腹時の腹腔内ボリュームデータのシミュレーション画像を作成した。作成したシミュレーション画像に、鉗子の挿入を想定したポイントを作成し、同位置から腹腔内を観察した場合の視野の展開を確認することが出来た。これにより、任意の位置に鉗子口を作成した場合の鉗子の到達し得る範囲を表示し、仮想的な腹腔鏡下手術のイメージを作成することが出来た。

上記研究により、仮想的腹腔鏡下手術のイメージを作成することが出来た。このシステムは低侵襲かついままでに無い画期的なツールに成りうると考えられる。上記研究経過を、2018年4月に米国において開催された国際小児内視鏡外科グループ定期学術集会において報告した。本研究では、体躯変形の著しい重症心身障害患者に対し腹腔鏡下手術を計画する際に、事前に腹腔内容積を計算して腹腔鏡ポートレイアウトを決定するシステムの開発を目標としている。本研究計画では以下のように段階的に研究を進める方針としている。1.変形モデルでの実験として、I:術者操作領域の測定、II:体表形状測定システムの確立、III:システム統合/モデルの検証2.臨床例での計測として、I:術者操作領域の測定、II:体表形状測定3.臨床例での検証として、I:臨床応用、II:システム改良これらの結果をもとに、ポートレイアウトシステムの開発を行う。昨年度までの進捗として、患者体表の3Dデータと腹部CTデータから仮想腹腔鏡下手術イメージの作成に成功した。本年度は次の段階として、患者体表の3Dデータと腹部CTデータから割り出した腹腔内モデルを作成し、腹腔鏡下手術をシミュレートしたドライボックスを作成した。このモデルを用いることで、術前にポートレイアウトを検証することができる他、手術を想定したトレーニングを行うことができる。またトレーニングによって得られた鉗子軌跡のデータから、訓練者にフィードバックすることや以後のトレーニングメニューのアレンジができるようになった。ここまでの研究成果を2019年4月にチリにおいて開催された国際小児内視鏡外科グループ定期学術集会において報告し、現在英文雑誌に投稿中である。術者の鉗子操作領域の測定を行い、3Dデータとして構築する。患者体表形状の測定を行い、データの蓄積を行う。患者体腔の3Dデータを作成し、鉗子操作領域の3Dデータとの統合が可能か検討する。患者体表の、腹部以外の部分の3Dデータを収集し、患者体表面からみた鉗子操作範囲のシミュレーションを行う。機材の無償貸与による提供を受けることが出来たため機材の無償貸与による提供を受けることが出来たため。次年度の機材購入に充てることとする。大容量のデータ保存装置の購入などに充てることにする
根端分裂組織生長速度のフィジオメカニック制御

施設園芸においてみられるように植物生育環境に対しては植物工場などに代表される高度な環境制御技術がほぼ完成している.しかし,それはあくまでも気温や日照に相当する植物を取り巻く生育環境要素を対称とした制御であり、植物生長を積極的に制御するものではない.農業機械学分野の計測制御に関する研究成果の蓄積は植物生産において植物により接近した見地から新たな技術的可能性をみいだすに余りある.その計測制御の技術的理論的蓄養とフィジオメカニックス理論の融合の上に植物生長そのものを制御対象とする理論的実験的研究を展開することが本研究の目的である.目的を具体的に示すと根端分裂組織の細胞生長・生理・代謝に関してフィジオメカニックス理論とデジタル制御理論を基にそれに整合するファジイ線形システムの同定を行うこと,また,養液栽培で根端分裂組織の生長を工学的手法で制御するシステムを開発することである.根菜類の水耕栽培は大根などで実験的に成功しているが実用栽倍のレベルには至っていない.しかし,根端分裂組織の生長速度を制御することが可能になれば根菜類の水耕栽培はもとより,植物生産に新たな技術的飛躍をもたらすことはいうまでもない.根端分裂組織の生長速度の制御はフィジオメカニックス理論の上からは不可能な課題ではない。本研究は,フィジォメカニックス理論を基礎に植物の根端分裂組織に直接的操作を加えることによりその成長速度の制御について次のような理論的,実験的考察を行った,まず,根端分裂組織の細胞生長・生理・代謝に関してフィジオメカニックス理論と非線形システム論を基にそれに整合するシステム同定をニュ-ラルネットワ-クを用いて行った.次に,養液栽培で根端分裂組織の生長を工学的手法で制御するシステムを水ポテンシャル制御と物理刺激(超音波)によって実現した.施設園芸においてみられるように植物生育環境に対しては植物工場などに代表される高度な環境制御技術がほぼ完成している.しかし,それはあくまでも気温や日照に相当する植物を取り巻く生育環境要素を対称とした制御であり、植物生長を積極的に制御するものではない.農業機械学分野の計測制御に関する研究成果の蓄積は植物生産において植物により接近した見地から新たな技術的可能性をみいだすに余りある.その計測制御の技術的理論的蓄養とフィジオメカニックス理論の融合の上に植物生長そのものを制御対象とする理論的実験的研究を展開することが本研究の目的である.目的を具体的に示すと根端分裂組織の細胞生長・生理・代謝に関してフィジオメカニックス理論とデジタル制御理論を基にそれに整合するファジイ線形システムの同定を行うこと,また,養液栽培で根端分裂組織の生長を工学的手法で制御するシステムを開発することである.根菜類の水耕栽培は大根などで実験的に成功しているが実用栽倍のレベルには至っていない.しかし,根端分裂組織の生長速度を制御することが可能になれば根菜類の水耕栽培はもとより,植物生産に新たな技術的飛躍をもたらすことはいうまでもない.根端分裂組織の生長速度の制御はフィジオメカニックス理論の上からは不可能な課題ではない。本研究は,フィジォメカニックス理論を基礎に植物の根端分裂組織に直接的操作を加えることによりその成長速度の制御について次のような理論的,実験的考察を行った,まず,根端分裂組織の細胞生長・生理・代謝に関してフィジオメカニックス理論と非線形システム論を基にそれに整合するシステム同定をニュ-ラルネットワ-クを用いて行った.次に,養液栽培で根端分裂組織の生長を工学的手法で制御するシステムを水ポテンシャル制御と物理刺激(超音波)によって実現した.植物工場などに代表される高度な環境制御技術がほぼ完成しているがそれはあくまでも気温や日照に相当する生育環境要素を対称とした制御であり,植物生長を直接制御するものではない.農業機械学分野の計測制御に関する研究成果の蓄積は植物生産において植物により接近した見地から新たな技術的可能性をみいだすに余りある.その計測制御の技術的理論的蓄積およびフィジオメカニックス理論の融合の上に植物生長そのものを制御対象とする理論的実験的研究を展開することが本研究の目的である。目的を具体的に示すと根端分裂組織の細胞生長・生理・代謝に関してフィジオメカニックス理論とデジタル制御理論を基にそれに整合するファジィ線形システムの同定を行うこと,また,養液栽培で根端分裂組織の生長を工学的手法で制御するシステムを開発することである。平成2年度は,根端分裂組織の生理・代謝・生長に関するファジィ線形システムモデルの同定を中心に研究を進めた.具的体には,細胞の水ポテンシャル調節機能で重要な役割を果たす陽イオン,生体電位,温度等を現象パラメ-タとしてファジィ線形システムモデルを決定することや,作物についてシステムパラメ-タと制御パラメ-タを決定するソフトウェアを開発した。さらに,供試作物についてパラメ-タ推定を行うために必要なデ-タを収集すること等を行った.ここでは,極めて多量のデ-タを同時に扱うことから専用のデ-タ記憶シテステムを設備して研究に用いた.細胞の水ポテンシャル調節機能で重要な役割を果たす物理量は,NaとCaイオン濃度,温度そして生体電位であるが,それら状態量の測定をモデルパラメ-タの推定過程で行う必要があり,現有の液体クロマトグラフとグロスキャビネットを用いた.また,根菜類の水ポテンシャル環境変化に対する物理的な応答として根の亀裂などの障害を発生するので脱気実験などでその現象の解明を試みた.植物工場などに代表される高度な環境制御技術がほぼ完成しているがそれはあくまでも気温や日照に相当するも生育環境要素を対称とした制御であり,植物生長を直接制御するものではない。

農業機械学分野の計測制御に関する研究成果の蓄積は植物生産において植物により接近した見地から新たな技術的可能性をみいだすに余りある.その計測制御の技術的理論的蓄積およびフィジオメカニックス理論の融合の上に植物生長そのものを制御対象とする理論的実験的研究を展開することが本研究の目的である.目的を具体的に示すと根端分裂組織の細胞生長・生理・代謝に関してフィジオメカニックス理論とデジタル制御理論を基にそれに整合するファジィ線形システムの同定を行うこと,また,養液栽培で根端分裂組織の生長を工学的手法で制御するシステムを開発することである.平成2年度の根端分裂組織細胞の生理・代謝・生長に関するシステムモデルの同定に関する研究に続き,本研究の最終年度である平成3年度は,根の生長制御実験を中心に研究を遂行し研究結果のまとめを行った.具体的な研究計画は,制御パラメ-タに関わる各物理要素を制御できるグロスキャビネットを用いて栽培装置を研究分担者と協力して製作した.さらに,環境要素の安定を図るため養液栽培で供試植物を栽培して,そこで作物の根の生長と制御の効果を検証した.また,後述するが,根端分裂組織細胞の生理・代謝・生長にファジィ線形システムモデルの同定が作物によっては当初の予測よりも困難である場合もあり,平成3年度では新たにニュ-ロシステムモデルの導入を行って問題点の解決を図った.また,工学的あるいは実用的観点から細胞分裂の制御を単に通常の環境要素を介した制御に加え積極的に人為的な植物生育環境を作りだしその環境の植物生育への影響を含むニュ-ロ制御系等も検討し,極めて人工的な環境として超音波等の音場を環境に取り入れる実験も行った.
光プローブ法によるシンジオタクチックポリスチレンの固体・ゲルのミクロ構造解明

4種類の結晶型をもつシンジオタクチックポリスチレン(sPS)の結晶フィルムやゲル状態におけるsPS鎖について光プローブ法でアプローチし,そのミクロ環境を明らかにし,さらに有害有機分子を除去させるために有効なδ型結晶フィルム作製を目指して,δ型結晶フィルムに包接されたゲスト分子の高度な配向性を明確にした.具体的には,1.サレルノ大のGuerraグループと共同して,ナフタレン(Np)をドープしたsPS固体サンプルの(i)構造解析,(ii)蛍光偏光解消法による自由体積情報,(iii)偏光蛍光のフィルムの測定角度分布,からδ結晶フィルムの包接挙動と結晶の配向性を明らかにした.δ型結晶中ではNpの平面環がsPS鎖にほぼ垂直に存在していることを赤外二色性やモデル計算との比較で明確にすることに成功した.さらにδ型結晶がフィルムに対して一定方向に配向しているフィルム中のゲスト分子の高度な配向性を(iii)から明らかにした.この手法の具体的な初めての成功例といえる.2.分子サイズの異なるNpやその誘導体などをsPS・クロロホルムゲルに一定量加えてsPS濃度を変化させ,蛍光偏光解消法を適用した結果,(1)sPS鎖間に1,5-ジメチルナフタレンの分子サイズ程度の自由空間が存在し,(2)ポリマー・溶媒分子化合物が存在することを明確にした.さらに,狭義の物理ゲルの定義から外れるtrans-デカリン溶液の場合,ゲル状にはなるがNpでさえ,sPS鎖間には挿入できる自由体積がなく,結果的に,溶媒分子の分子サイズ自体がゲル化の有無に大きく関係していることを明確にすることができた.3.sPSゲルを長時間蛍光測定していると照射光ビームの形に刻印されるという不思議な光物性が観察された.この刻印はゲルの加熱で消滅する.条件変化を詳細に調べることでsPSのフェニル基の光吸収が原因であることを明らかにした.4種類の結晶型をもつシンジオタクチックポリスチレン(sPS)の結晶フィルムやゲル状態におけるsPS鎖について光プローブ法でアプローチし,そのミクロ環境を明らかにし,さらに有害有機分子を除去させるために有効なδ型結晶フィルム作製を目指して,δ型結晶フィルムに包接されたゲスト分子の高度な配向性を明確にした.具体的には,1.サレルノ大のGuerraグループと共同して,ナフタレン(Np)をドープしたsPS固体サンプルの(i)構造解析,(ii)蛍光偏光解消法による自由体積情報,(iii)偏光蛍光のフィルムの測定角度分布,からδ結晶フィルムの包接挙動と結晶の配向性を明らかにした.δ型結晶中ではNpの平面環がsPS鎖にほぼ垂直に存在していることを赤外二色性やモデル計算との比較で明確にすることに成功した.さらにδ型結晶がフィルムに対して一定方向に配向しているフィルム中のゲスト分子の高度な配向性を(iii)から明らかにした.この手法の具体的な初めての成功例といえる.2.分子サイズの異なるNpやその誘導体などをsPS・クロロホルムゲルに一定量加えてsPS濃度を変化させ,蛍光偏光解消法を適用した結果,(1)sPS鎖間に1,5-ジメチルナフタレンの分子サイズ程度の自由空間が存在し,(2)ポリマー・溶媒分子化合物が存在することを明確にした.さらに,狭義の物理ゲルの定義から外れるtrans-デカリン溶液の場合,ゲル状にはなるがNpでさえ,sPS鎖間には挿入できる自由体積がなく,結果的に,溶媒分子の分子サイズ自体がゲル化の有無に大きく関係していることを明確にすることができた.3.sPSゲルを長時間蛍光測定していると照射光ビームの形に刻印されるという不思議な光物性が観察された.この刻印はゲルの加熱で消滅する.条件変化を詳細に調べることでsPSのフェニル基の光吸収が原因であることを明らかにした.本研究は、配向・結晶に多様性のあるシンジオタクチックポリスチレン(SPS)の結晶やゲル状態のSPS鎖について光プローブ法でアプローチし,そのミクロ環境を明らかにし,さらに,延伸やゲル状態からの溶媒蒸発などを利用して,有害有機分子を除去させるために有効なδ結晶フィルムを作製する方法を確定するのが目的である.本年度は以下の3つのプロジェクトを平行して進め,各々で成果を上げつつある.(1)SPSの有機溶媒ゲルについては,イソタクチックポリスチレンゲルで成功した蛍光法を適用した.SPS濃度を変化させて,分子サイズの異なるナフタレンやメチルナフタレンなどの誘導体をゲルに一定量加えて,偏光解消測定からこれらの分子が動けるような自由体積があるかどうかを検証していく方法である.その結果,SPS鎖間に1,5-ジメチルナフタレンサイズ程度の自由空間が存在することが判明し,ポリマー・溶媒分子化合物の存在を明確にした.さらに,狭義の物理ゲルの定義から外れるtrans-デカリン溶液の場合,ゲル状にはなるが,ナフタレンでさえ,SPS鎖間には挿入できる自由体積がなく,結果的に,溶媒分子の分子サイズ自体がゲル化の有無に大きく関係していることが確認された.(2)SPS固体は4種類の結晶形が知られているが,イタリア・サレルノ大のGuerra教授グループと共同して,完全非晶・α型・δ型およびこれらの延伸フィルムにナフタレンをドープしたサンプルの構造解析と蛍光偏光解消法による自由体積情報を組み合わせてδ結晶フィルムの包接挙動を明らかにしつつある.

(3)SPSのクロロホルムゲルを長時間蛍光測定していると照射光ビームの形に刻印されるという不思議な光物性が観察されたので,光照射装置を購入し,照射条件・SPS濃度・溶媒などを変化させて形態変化の調査を開始し,SPSのフェニル基の光吸収が原因であることを明らかにしつつある.本研究は,4種類の結晶型をもつシンジオタクチックポリスチレン(SPS)の結晶フィルムやゲル状態におけるSPS鎖について光プローブ法でアプローチし,そのミクロ環境を明らかにし,さらに有害有機分子を除去させるために有効なδ型結晶フィルム作製方法を確定するのが目的である.以下のプロジェクトを平行して進め,成果を上げた.1.分子サイズの異なるナフタレン(NP)やメチルナフタレンなどの誘導体をクロロホルムゲルに一定量加えてSPS濃度を変化させ,偏光解消測定からこれらの分子が動けるような自由体積があるかどうかを検証した結果,(1)SPS鎖間に1,5-ジメチルナフタレンの分子サイズ程度の自由空間が存在し,(2)ポリマー・溶媒分子化合物が存在することを明確にした.さらに,狭義の物理ゲルの定義から外れるtrans-デカリン溶液の場合,ゲル状にはなるがNPでさえ,SPS鎖間には挿入できる自由体積がなく,結果的に,溶媒分子の分子サイズ自体がゲル化の有無に大きく関係していることが確認された.2.サレルノ大のGuerraグループと共同して,NPをドープしたSPS固体サンプルの構造解析と蛍光偏光解消法による自由体積情報を組み合わせてδ結晶フィルムの包接挙動を明らかにした.δ型結晶中ではNPの平面環がSPS鎖にほぼ垂直に存在していることをFTIRやモデル計算との比較で明らかにした.さらにδ型結晶がフィルムに対して一定方向に配向しているフィルムにおいて,フィルム全体に対してNPが一定方向に配向している様子を,偏光蛍光のフィルムのセット角度依存性から明らかにした.3.SPSのクロロホルムゲルを長時間蛍光測定していると照射光ビームの形に刻印されるという不思議な光物性が観察された.この刻印はゲルの加熱で消滅する.条件変化を詳細に調べることでSPSのフェニル基の光吸収が原因であることを明らかにした.
需要弾力性の低い市場における交通事業者のサービス水準決定メカニズムの分析

(1)「社会的圧力最小化投資行動」の検証昨年度に構築した「サービス-コストサブモデル」を用いて、東京圏、関西圏の大手民鉄事業者9社を対象に、各社の1967年以降の5カ年ごとの設備投資実績を表現することで、以下のことを明らかにした。・事業者は、単位サービス改善に対する限界費用が5円/分前後の水準で設備投資を行ってきた。・どの事業者も同様程度の限界費用で設備投資をしていることから、事業者は、利用者の時間価値がこの値前後であると認知して設備投資を行ってきたと考えられる。・ただしこの値は、他の交通モードにおける時間価値に比べて費用に低い値である。(2)「社会的圧力最小化投資行動モデル」から導かれる鉄道政策に対する提言鉄道事業者が設備投資を決定しそれを実行できるときとは以下のときであると言える。「当該事業者内の利用者間での内部補助が、利用者の感覚、制度の運用面の2点から見て容認されやすいとき(なぜなら、設備投資資金の回収が、基本的に、当該事業者の利用者間での内部補助(路線(区間)間/時間帯間/時代間)に依存しているため)」。またそれらの事業実施の結果としてサービスが向上(混雑率が低下)するのは、a)減価償却費の範囲内でサービス改善が可能な場合b)需要の伸びによる収益増加分(平均運営費用低減分も含む)を財源にして需要の伸び以上の容量増加投資が行える場合、などごく限定された場合に限られる。従って、鉄道事業者にとっての設備投資の実施可能性の高さと、鉄道利用者にとっての事業の必要性・逼迫性(=プロジェクトの有効性)とは、必ずしも一致しない。従って、必要性の高い事業が実施可能となるような制度が必要である。(1)我が国の大都市圏通勤鉄道の現状整理<モデル構築の準備>我が国の大都市圏通勤鉄道について、東京圏・大阪圏の大手民営鉄道事業者を対象として、各種輸送データ(輸送力、輸送量等)、サービスデータ(運賃、混雑率、表定速度等)および各種財務データを整理した。また同時に、鉄道事業に適用されている各種制度についてのレビューを行い、必要に応じて事業者へのヒアリング等を行った。また、海外の都市鉄道についても、制度や各種事業の概要等についても整理を行った。さらに、鉄道だけでなく、非弾力的な需要下にあると考えられる各種公益事業の現状についても、各種文献、統計から把握し、モデル構築の準備を行った。(2)鉄道事業のサービスーコストサブモデルの構築線区条件を入力として、あるサービス水準(混雑率、表定速度、乗換至便性)を達成するための各種コストを出カするモデルを構築した。このコストには、輸送力増強投資費用、取換え・保安投資費用、運営費用、金利等を考え、この4費用それぞれについて、サービスとコストとの関係を表現する費用算定モデルを構築した。パラメータの推定にあたっては、わが国の大手民鉄12社の1967年から1996年までの30年間のデータを用いた。その結果、おおむね良好なモデルが構築できたが、輸送力増強投資費用については、長編成化のような逐次改善投資と、線増のような大規模改良投資とをより明示的に表現するモデルとすることが課題として残った。