hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロ波CTの開発

乳がん医療診断や建築物非破壊検査への応用に向けて,携帯端末や無線通信技術を利用したマイクロ波の計算機トモグラフィー(マイクロ波CT)装置を研究開発した。携帯電話用の安価な電子部品を流用して送受信アンテナとマイクロ波回路を製作し,乳がん模型によるマイクロ波CTの模擬計測実験において計算機シミュレーション結果との良い一致が得られた。また,短時間の計算で断層像を得るために,パルスレーダーや高速並列計算の技術が導入された。平成21年度はマイクロ波CTのハードウェア開発を進め,システム全体の6割が完成した。平面波照射用コルゲートホーンアンテナが完成した。本体の長さ355mm×外径φ160mm,アルミ合金製で中心周波数10GHzとして設計した。円錐ホーンアンテナの内側に深い溝構造を与えると交差偏波が抑制されて平面波が放射される。平面波を利用すると断層像再生のデータ解析過程が簡略化され,実用段階における解析時間を大幅に短縮される。コルゲート構造は機械加工が大変難しいため,核融合研の西村輝樹氏と共同開発を行い,サイズが異なる中心孔付き薄円板を多数積層することで技術的課題を解決した。周波数変調回路が完成した。この回路は,超高温プラズマ実験(産総研TPE-RX)のマイクロ波イメージングで動作実績のある高周波回路を流用した。電圧制御発振器と周波数変調素子を組み合わせて8.513.5GHz帯を自在に周波数変調し,測定対象物の空間構造(特に深さ方向の空間情報)を探る。32チャンネルのデータ収録システムを構築した。自動回転ステージ(測定対象物を精密に角度スキャンする)と1Uラックマウント解析サーバーを小テーブルに収納し,データ収録ソフトウェアLab VIEWを用いてこれらを統合制御する。解析サーバー上のGUIを通じて,照射周波数制御・測定対象物の角度スキャン・反射波のデータ収録・断層像再生に至る一連の診断過程を一貫して行うことができるようになった。16個の角錐ホーンアンテナ(E面)からなる受信器アンテナアレイの開発を進めている。現在4チャンネルが完成し,動作試験において反射強度と位相信号を計測することができた。マイクロ波CTの解析方法とそのコーディングについて共同研究会を3回開催した。CT法アルゴリズムを専門とする岩間教授(大同大学)・寺西准教授(広島工業大学)と共に,ボルン近似法を用いてグリーン関数行列の非線形方程式を解くことにより,複素誘電率分布関数(測定対象物の断層像)を求める解析手法を考案した。マイクロ波CTの初期実験データに対してこの解析手法を適用する予定である。H22年度も引き続きマイクロ波CTのハードウェア開発を進めてCTシステム全体が完成した。平面波照射コルゲートホーンアンテナ用の角度掃引式光学ベース,および,被測定対象物用の自動回転ステージが完成した。また,直交復調ICを利用した位相計測モジュールをシステム本体に組み込み,周波数変調よる位相測定の動作確認が完了した。CT装置の最適化とCT解析コード開発に向けてC言語プログラミングを用いたFDTD法(有限差分時間領域法)によるマイクロ波の伝搬・散乱の計算機シミュレーションを行った。被測定対象物(アクリル誘電体,乳がん模型)の大きさについて数ミリの差を判別できる空間分解能を得るには5度以下の刻み角度で被測定対象物を周囲から測定する必要があること,また,反射強度のみを測定する既存の方法では空間分解能は0.2λ程度(実際の乳がん検出に換算すると35mm)が測定限界になることが予想され,精密な位相測定による空間分解能の向上が必要であることを確認した。固有インピーダンス整合のため被測定対象物と検出器の間に高誘電率の整合液を充填させる方法を試みた。高誘電率グリセリン中においてマイクロ波の送受信試験(直線偏波・円偏波)を行ったところ,液中における伝送損失が非常に大きく実用性の観点も含めて,本研究のマイクロ波CTでは空中伝送,あるいは,肌にインビーダンス整合クリームを薄く塗付して検出器素子を密着させる方法を採用することにした。また,パルス照射型マイクロ波CT装置の開発に着手した。パルス計測装置は非常に高価で導入が困難であるが,Comb Generatorという特殊な半導体素子を用いると安価な任意信号発生器を使ってマイクロ波パルスを容易に発振できることが判り,パルス発振回路(時間幅100psec)を設計した。これに対応できる広帯域円偏波アンテナ(帯域220GHz)の試作品も完成したので,次年度よりパルス波照射型マイクロCTによる初期実験を行う予定である。アクリル誘電体と乳がん模型を被測定対象物として連続型マイクロ波CTシステムによる測定実験を行った。乳がん模型を内製し,実物の乳房組織および癌組織の比誘電率に近い安価な素材を選定して,その電気定数を実測して確認した。10 GHz帯のマイクロ波を被測定対象物に照射し,反射・散乱・回折による合成波を測定対象物の周囲で観測した。観測波形から振幅分布および位相分布が得られ,FDTD法(有限差分時間領域法)による電磁波伝搬シミュレーションとの比較を行ったところ,実測された振幅・位相分布とシミュレーション結果が非常に良く一致しており,携帯電話の通信技術を応用した安価なCTシステムが実際のCT実験において正確に動作することを確認した。

次に,実測データから画像解析を高速に行うためにGPGPUワークステーションを導入した。既存の解析技術の場合,24台のPCクラスターで並列計算しても3次元マイクロ波CT像を得るまでに1ヶ月の計算時間を要する。本研究では近年飛躍的な進化を遂げるGPGPU(一般目的画像処理演算素子)による高速コンピューティング技術を導入し,実際の医療現場において実用的な時間内でマイクロ波CT像再生するべくGPGPU(448コア)とCPU(12コア)を並列処理に組み込む高速計算コードの開発に着手した。CT像解析では3次元の電磁波伝搬シミュレーションと非線形方程式(大規模な複素行列解析)を解くために膨大な計算時間を要するが,その両方に対して並列計算を可能にする既存コードがないので,本研究内で開発している。現在ところ,被測定対象物のCT像(複素誘電率分布)の情報を含む散乱波解を離散化して行列方程式に直し,コーディングする段階に進んでいる。今後はFDTD法による電磁波伝搬シミュレーションを使って本コーディングの動作検証を行う予定である。また,パルスレーダー方式による3次元マイクロ波CTシステムの試作機が完成した。本年度予算でパルス波の時間波形を観測できるサンプリングスコープを導入し,パルス波の送受信回路(パルス幅100psec,最大出力10mW)が完成した。本システム専用の円偏波送受信アンテナを製作し,パルスの空中伝送実験および誘電球・金属球を用いたパルス反射実験を行った。現在のところ,アンテナ素子が持つ強い周波数依存性によって反射パルスに著しい波形歪みが生じており,パルスの飛行時間をまだ正確に測定できていない。今後はアンテナ素子開発によって周波数特性を改善し,観測された受信波形から反射波形と直達波を分離して正確なパルス飛行時間を算出できる信号処理を進めることによってパルスレーダー方式の3次元CT像解析実験を行う予定である。
細胞シート工学による臨床応用へ向けた培養骨膜を利用した骨再生

歯科口腔外科、整形外科領域において骨量が不足する疾患に遭遇することは珍しくない。これら骨欠損に対する再生医療として注目されているのが、骨髄細胞を採取し培養系で増殖させ骨芽細胞に分化させた後、生分解性の足場に播種して三次元培養して移植する方法である。本研究ではこれら骨髄細胞とは異なる、骨膜細胞を細胞ソースとして活用し骨組織を誘導する方法、すなわち培養骨膜による骨再生を目指して行った。骨膜細胞シートの作製は東京女子医科大学先端生命医科学研究所が世界にさきがけて開発した温度応答性培養皿を活用した。本申請研究は平成15年度から開始し、平成16、17年度に研究課題(課題番号16791262)「細胞シート工学を応用した培養骨膜による硬組織の再生」として科学研究費補助金(若手B)の助成を受けて行ってきた。現在までの実験でラット、ウサギ、イヌの培養骨膜シートの作製に成功しており、回収した培養骨膜シート中に骨芽細胞、線維芽細胞が含まれていることを確認している。またこの培養骨膜シートをラットの頭頂骨に作製した骨欠損モデルに移植したところ、欠損辺縁骨からの骨再生とは異なり、欠損中心部から異所性に再生骨が出現し継時的に増大することも確認できている。本年度はこれまでの結果を踏まえて、より骨形成能の高い培養骨膜を作成するために、培養骨膜シートの生化学的解析を行った。骨形成に関わる蛋白としては1、type I collagen(骨基質中にもっとも多く含まれる蛋白)2、ALP(骨芽細胞の初期の分化マーカー)3、Osteopontin(骨芽細胞の中期の分化マーカー)4、Osteocalcin(骨芽細胞の後期の分化マーカー5、Runx2(間葉系幹細胞の骨芽細胞の分化に必要な転写因子などが主にあげられる。骨膜細胞培養時に培養条件をかえることにより、これらの骨形成蛋白の発現にどのような違いがあるかを検討するためにRT-PCR法を用いて実験を行った。結果は作成した培養骨膜中にはこれらすべての骨関連蛋白が含まれていた。次に培養条件を1、通常培地(DMEM)で培養したもの、2、骨形成培地で24時間コンフルエント後培養したもの、3、骨形成培地で72時間コンフルエント後培養したのも、4、骨形成培地で120時間コンフルエント後培養したもの、で比較検討をおこなった。Runx2はすべての条件で均等に発現していた。Type Icollagenは1と2の条件下で多く発現していた。ALPは1の条件のみで多く発現していた。Osteopontinは2と3の条件で多く発現していた。Osteocalcinは4の条件のみで多く発現していた。このことから、骨形成培地で培養する時間が長いほど培養骨膜中に含まれる骨芽細胞の分化が進んでいる可能性があることが示唆された。今後はさらにn数を増やし実験を行う予定である。

Osteocalcinは4の条件のみで多く発現していた。このことから、骨形成培地で培養する時間が長いほど培養骨膜中に含まれる骨芽細胞の分化が進んでいる可能性があることが示唆された。今後はさらにn数を増やし実験を行う予定である。
テーラーメイド教育のための多様なセンサーを用いた学習支援

テーラーメイド教育とは、個人の特性に応じた適切な教育であり、次世代の教育として注目を集めている。本研究では、テーラーメイド教育を実現する上で必須となる、多様なセンシング技術と、それに基づく学生の特性推定を可能とするものである。特に教育・学習の基礎を「読むこと」と捉え、読んだ単語数の推定、時間帯の推定、文書の種類の推定、単語の記録を行う方法を開発したほか、それらの機能に基づいて、未知単語の推定、語彙推定、TOEICスコアの推定、多肢選択問題解答時やタイピング問題解答時の確信度の推定、ビデオ授業視聴時の集中度の推定、推定結果に基づく読書素材推薦などを実現した。本年度は,まず様々なセンサの試験を行った.具体的には,既に保有している高価なアイトラッカ(SMI RED-250;サンプリング周波数250Hz),安価なアイトラッカ(Tobii EyeX; 30Hz),眼電位計測(EOG)眼鏡(JINS MEME)の3つについて試験を行った.その結果,高価なアイトラッカほどではないにせよ,安価なアイトラッカでもある程度,学習時の読書行動などを計測することが可能であると分かった.具体的には,読んだ単語数の計測などが可能である.また,EOG眼鏡については,連続値を出力可能なものと離散値のみが可能なものの2通りがある.連続値が出力可能なものについてはアイトラッカと同様,読んだ単語数を計測可能である.また離散値のものについては,読書行動を行っている時間区間を推定可能である.次に,学習プロセスとの関連付けについて述べる.本研究では,上記のアイトラッカやEOG眼鏡を用いて学習成果を計測するための基礎的実験を行った.その結果,アイトラッカを用いると,TOEICの点数を精度良く(24点程度の絶対誤差で)推定可能であることがわかった.被験者はTOEICの長文問題を3問程度解けば良い.また,さらに理解が難しい英単語の推定にも使えることがわかった.一方,EOG眼鏡については,そのような高度な処理に用いることができず,読んだ量や時間に留まることもあきらかとなった.最後に実証実験のための機関について述べる.ITを用いた教育に理解が深い品川女子学院を訪問し,協力への承諾を得た.この他,大阪府立大学でも実証実験を実施する予定である.本年度はセンサの試験,学習プロセスとの関連付け,実証実験のための環境構築の3項目を実施することとしていたが,前述のとおり,これらすべてについて概ね計画した通りの成果を得て,順調に進展している.学習プロセスとの関連付けについては,特にTOEICスコアを非常に高い精度で,かつ少ない練習問題を解くだけで推定可能となった点は,予想を上回る成果であった.センサについては,まだ十分な結果は得られていないものの,廉価版装着型アイトラッカ(Pupil Labs社製)の試験も行っている.これらをもとに次年度の研究を行いたいと考えている.視線解析を中心として,以下の3つの業績を挙げた.(1) TOEICスコアの推定:TOEICの長文読解問題(Part7)を対象として問題解答時の視線を解し,TOEICスコアを推定した.具体的には,他の被験者による視線データが存在する問題(既知問題),そのようなデータが存在しない問題(未知問題)の双方について対象とした.その結果,既知問題については2問の視線データを用いて33点の平均誤差,未知問題については6文書を用いて65点の平均誤差により点数を推定可能であることを示した.これは,TOEICの試験や模試を2時間かけて受けることなく,少数の問題を解くだけでTOEICの点数が瞬時に分かることを意味しており,英語能力のモニタリングや勉強の動機付けに有用であると考えられる.(2) TOEIC多肢選択問題を対象とした確信の推定:TOEICの短文穴埋め問題(Part5)を対象として問題解答時の視線を解析し,被験者が自信をもって回答したか否かを推定した.その結果,90%の精度で確信の有無を推定できることを示した.これにより,確信なく偶然正解した問題を復習の対象に含めることができ,さらに確信をもって回答したにもかかわらず間違った問題について優先して復習することが可能となる.(3)主観的高難易度語の推定:英文を読む際の視線を解析することにより,被験者が難しいと感じる単語(主観的高難易度語)を抽出する手法を開発した.ほぼすべての高難易度語を検出するとき(Recallが99%),推定精度(Precision)として33%を得た.これは,英文を読むだけで自分自身にとって難しい単語のリストを作成可能であることを意味する.新に高難易度である語は出力の1/3であるが,これに基づいて問題を作成し,復習することの障害とはなり得ず,むしろ有効であると考えられる.実績の概要で述べたように,英語の学習を対象として,学習者の知識や問題点を把握する様々な手法を開発した.これらの手法の精度は,研究当初の予測を上回るものであり,テーラーメイド教育に有効な手法となり得るものと考えている.一方で,これらの成果は学習者の状態をセンシングすることにとどまっており,学習をサポートする環境やサポートの方式については,完成するに至っていない.この主な理由は,学習者の状態をまとめて計測可能なセンサークラスルームを構築することに,特に,場所の確保やセンサの選定に,予想以上の時間がかかったことによる.現在,両者は完了している.具体的には,学習者10名が同時計測可能な小規模クラスルームを作成し,そこに,本研究で用いたアイトラッカを含めて,多様なセンサを配置し,学習者の計測を可能としている.

あとは学習サポートを可能とするシステムとして組み上げるだけである.多様なセンサを用いて学習支援を個人適合させることを目的として研究を行い、以下の成果を得た。(1)多様なセンサ:従来から用いているアイトラッカに加えて、心拍や発汗などを計測できる生体信号リストバンド、カメラ、シート圧センサ、キーロガーなどを用いてシステムを開発した。(2)推定対象と結果:キーロガーを用いて英単語のタイピング課題を解析し、ユーザが回答に確信を持っているかどうかを推定した。シート圧センサを用いてユーザの重心の移り変わりを解析することによって、ユーザが集中しているかどうかを判定した。講義のビデオの構造解析結果と講義ビデオを視聴しているユーザの状態(アイトラッカのデータ、心拍、発汗などの生体信号データ)を併せて解析することによって、ユーザがそのビデオの内容を理解したかどうかを判定した。このとき、講義内容に対する設問に正しく回答できるかどうか(客観的理解度)に加えて、自分が講義内容を理解したと思っているかどうか(主観的理解度)の双方を推定した。ユーザが置かれた状況に応じて英単語を学習するシステムを構築した。このシステムでは、ユーザの周囲にある物体を画像認識し、それに応じた名詞、形容詞、副詞、動詞などの問いをユーザに問うものである。読む量と学習には深い関係があることに鑑み、読んだ単語量を計数するシステムを開発した。これまでの類似システムに比べて、より実際の使用状況に沿った形でも利用可能となる点が新しい。(3)推定結果を用いたテーラーメイド教育:確信の推定については、自信を持って不正解となった問いにより強い注意を与えること、自信なく正解した問いを復習に含めるなどのテーラーメイド教育が可能となった。理解度についても同様のことが可能である。集中度の計測については、集中度が落ちてくれば、休憩を提案し、全体としての学習効率を向上させるなどの利用法がある。テーラーメイド教育とは、個人の特性に応じた適切な教育であり、次世代の教育として注目を集めている。本研究では、テーラーメイド教育を実現する上で必須となる、多様なセンシング技術と、それに基づく学生の特性推定を可能とするものである。特に教育・学習の基礎を「読むこと」と捉え、読んだ単語数の推定、時間帯の推定、文書の種類の推定、単語の記録を行う方法を開発したほか、それらの機能に基づいて、未知単語の推定、語彙推定、TOEICスコアの推定、多肢選択問題解答時やタイピング問題解答時の確信度の推定、ビデオ授業視聴時の集中度の推定、推定結果に基づく読書素材推薦などを実現した。次年度は,これまでに培った技術を用いて,実際に様々なセンサを用いて学習プロセスを記録し,その解析結果から,教師や学生へのフィードバックをかけることを実現する.このためのデータの視覚化手法を確立すること,実際のフィールドで安定的にデータを取得可能なシステムを構築すること,さらには,大量のデータを有効に解析するための手法を考案することなどが主なテーマとなる.
遺伝性対側性色素異常症の病因遺伝子の検索とその発症機序の解明

遺伝性対側性色素異常症(Dyschromatosis Symmetrica Hereditaria)は、1910年東北帝国大学医学部皮膚科遠山郁三教授により初めて報告された。手背、足背等、四肢末梢部に粟粒大または半米粒大の色素斑及び、網状または斑状の脱色素斑が混在する臨床症状を呈する遺伝病である。遺伝様式は浸透率ほぼ100%の常染色体優性遺伝である。原因は不明で有効な治療法も無い。本研究の目的は、DSH原因遺伝子とその発症機序の解明である。まず本研究では病因遺伝子のポジッショナルクローニングのため、その遺伝子座位を決定を試みた。本症を持つ3家系の患者、健常人の計83名の血液から染色体DNAを抽出し、マイクロサテライト・マーカーと本症との連鎖解析を行った。その結果、3家系に共通するLODスコア5を越える候補領域が明らかとなった。その候補領域の縮小に務め、single nucleotide polymorphism(SNP)の解析により、3Mb長さの候補領域を決定した。遺伝性対側性色素異常症(Dyschromatosis Symmetrica Hereditaria)は、手背、足背等、四肢末梢部に粟粒大または半米粒大の色素斑及び、網状または斑状の脱色素斑が混在する臨床症状を呈する遺伝病である。遺伝様式は浸透率ほぼ100%の常染色体優性遺伝であることが分かっているが、原因は不明で有効な治療法も無い。本研究では、DSH原因遺伝子の座位を決定するため連鎖解析を行い、それと平行して本症の病態解明を試みた。本症を持つ3家系の患者、健常人の計75名の血液から染色体DNAを抽出し、マイクロサテライト・マーカーと本症との連鎖解析を行った。その結果、LODスコア3を越える候補領域が捕まった。現在その領域の確認および領域範囲の縮小を試みている。本症は手背、足背に半米粒大の色素斑及び、網状または斑状の脱色素斑が混在する。これらの斑が紫外線などによって増悪するのか、どの様な因子により拡大、縮小するのか、などの病態を調べた。患者の発疹部を3月と9月に写真撮影し、フィルムをスキャナーを用いて画像ファイルとしてコンピューターに取り込み、コンピュータープログラムのphotoshopを用い、色素斑、脱色素斑の面積及び濃度を定量した。その結果冬期に比べ夏期では色素斑部の面積が拡大し、脱色素斑部の面積は減少した。また正常部位の色素濃度は夏期に有意に増加した。今までに報告されていた本症の夏期における増悪は、脱色素斑部と正常部位のコントラストが強まると同時に、色素斑部の面積が拡大することによることが明らかとなった。遺伝性対側性色素異常症の病因遺伝子を明らかにするために、まずその遺伝子の座位の特定を試み、連鎖解析により座位の特定に成功した。つぎに病因遺伝子の候補領域を数cMの距離にまで絞り込んだが、近傍の組み換え情報を得られるDNAマーカーの数が不足していたため、原因遺伝子の特定までは至らなかった。しかし、本研究中にゲノムプロジェクトにより、95%のドラフト配列が明らかにされ、また詳細な物理地図も作成され、公開された物理地図やドラフト配列から、有用なDNAマーカーが得られた。遺伝性対側性色素異常症の3家系の家系構成員83人のうち、これまでの連鎖解析とハプロタイプ解析から、候補領域を狭めるのに有効な組み換え情報が得られると考えられる17人を対象に、データベースから得られた配列に基づいてマーカーを作成し、疾患とマーカーとの組み替えの有無を調べた。その結果、数cMの候補領域は、物理的距離にして約12Mbに及ぶ事が解かった。その後さらにデータベースの配列から作製したマーカーおよび、患者家系の候補領域の遺伝子において、我々が発見したSNPを用いて、ハプロタイプ解析を行ったところ、候補領域を約3Mbに絞り込むことができた。現在、この候補領域で疾患と関連ありそうな遺伝子の変異を解析している。
造血幹細胞の分化増殖における抑制因子と増殖因子間の遺伝子発現制御機構

ヒト・サイトカインLD78はIL-8等を含む細胞増殖や炎症に関与したス-パ-ファミリ-の一員である。我々はLD78の3種の遺伝子を単離し、その構造を明らかにしているが、この内の一つα遺伝子のプロモ-タ-中の発現誘導を抑制する領域(ICK-1)について白血病細胞株K562及びJurkatを用いて解析した。まずsite-directedmutantsを用いた解析により、この領域にはpositive及びnegativeに働く2つの転写因子がオ-バ-ラップして結合することを見い出した。ゲルシフトアッセイでのコンペティション実験により、positiveに働く因子はGM-CSF遺伝子プロモ-タ-中のCLEO領域に結合する因子と同じものと考えられ、またnegativeに働く因子はIL-3遺伝子プロモ-タ中の発現を阻害する配列に結合する因子NIPと同一のものと考えられた。また両因子ともα遺伝子プロモ-タ-のICK-1領域に対してのアフィニティ-は低かったが、少なくともpositiveな因子は発現誘導に重要な役割をしていた。次にゲルシフトアッセイやDNaselフットプリンティングによりタイムコ-スを調べると、両因子とも刺激前及び刺激後でも存在し、移動度や量的に顕著な変化はなかった。しかしこのICK-1領域のオリゴマ-を用いた解析から、このpositiveに働く因くは無刺激後では活性はなく、刺激後に何らかの修飾を受けるものと考えられた。またnegativeな因子はpositiveな因子の結合を拮抗的に阻害するだけではなく、他の部位に結合するpositiveな因子の活性をも阻害することが示唆された。以上の結果から、これら両因子の量比によってLD78 mRNAのレベルがコントロ-ルされていると考えられた。
カーボン60・カーボンナイチューブによるナノ複合強化炭素材料の作製

本研究ではカーボン60やナノチューブ等の炭素系新物質を利用した新奇複合材料の作製において、この系がナノメートルレベルでの組織制御が可能であり、従来の炭素系材料とは異なる特性を持つ新しいタイプのC/C複合材料の作製が期待できることを示した.カーボン60/ナノチューブ系のナノ組織を利用した電極材料あるいは電子放出材料など機能性材料としての可能性がそれである.特に、ナノチューブを添加したC60結晶体を超高圧圧縮することで得られる成型体は、制御された微細な空間を有するためその空間を利用して異種元素のドーピングが期待された.X線回折、TEM観察等による構造解析の結果、C60結晶体は超高圧圧縮により重合体構造を形成し、その組織は<111>方向に面間が伸長した構造を取る事が示された.ナノチューブ及びC60重合体に形成される微細空間を利用してリチウムイオンの充・放電特性の測定を試みた.しかし、高温・高圧での重合体化により分子間の結合状態が変化するため空間は有するもののそこに達するまでのpathがないため標準試料に用いたグラファイトと比較して充電容量は小さいことが判明した.特性を改善するためにアルカリ金属等による化学修飾等により結合状態に変化を与える工夫が必要である.一方、極細多芯線化加工で作製した複合体試料ではナノチューブが一方向に配向した組織が得られたことからナノチューブの電界電子放出特性を評価した.この試料から得られた1-V特性は一回目は480V二回目以降は約430V付近から電子放出が観測された.一回目と二回目以降とのエミッション特性の違いはこれまでのところ本実験で作製した試料全てに観測された.そこでこの電気的特性とナノチューブエミッターの微細組織との関連を調べるためエミッター先端の微細構造についてTEM観察した.その結果、エミッション前後でナノチューブの先端構造が変化していることが判明した.ナノチューブの先端の微細構造変化によりエミッションサイトが形成されたことが、放出電流の安定化、高効率化に寄与しているものと考えられる.本研究ではカーボン60やナノチューブ等の炭素系新物質を利用した新奇複合材料の作製において、この系がナノメートルレベルでの組織制御が可能であり、従来の炭素系材料とは異なる特性を持つ新しいタイプのC/C複合材料の作製が期待できることを示した.カーボン60/ナノチューブ系のナノ組織を利用した電極材料あるいは電子放出材料など機能性材料としての可能性がそれである.特に、ナノチューブを添加したC60結晶体を超高圧圧縮することで得られる成型体は、制御された微細な空間を有するためその空間を利用して異種元素のドーピングが期待された.X線回折、TEM観察等による構造解析の結果、C60結晶体は超高圧圧縮により重合体構造を形成し、その組織は<111>方向に面間が伸長した構造を取る事が示された.ナノチューブ及びC60重合体に形成される微細空間を利用してリチウムイオンの充・放電特性の測定を試みた.しかし、高温・高圧での重合体化により分子間の結合状態が変化するため空間は有するもののそこに達するまでのpathがないため標準試料に用いたグラファイトと比較して充電容量は小さいことが判明した.特性を改善するためにアルカリ金属等による化学修飾等により結合状態に変化を与える工夫が必要である.一方、極細多芯線化加工で作製した複合体試料ではナノチューブが一方向に配向した組織が得られたことからナノチューブの電界電子放出特性を評価した.この試料から得られた1-V特性は一回目は480V二回目以降は約430V付近から電子放出が観測された.一回目と二回目以降とのエミッション特性の違いはこれまでのところ本実験で作製した試料全てに観測された.そこでこの電気的特性とナノチューブエミッターの微細組織との関連を調べるためエミッター先端の微細構造についてTEM観察した.その結果、エミッション前後でナノチューブの先端構造が変化していることが判明した.ナノチューブの先端の微細構造変化によりエミッションサイトが形成されたことが、放出電流の安定化、高効率化に寄与しているものと考えられる.
医工連携に基づく組織細胞工学を応用した革新的ハイブリッド大動脈弁の実用化研究

ブタの胸部下行大動脈に脱細胞化大動脈弁とコントロールとしてステントレス大動脈弁を移植した。カテーテル的に生来の大動脈弁にIII度以上の大動脈弁閉鎖不全症(AR)を作成した。AR作製前、移植弁は開口したままで閉じることは全くなかった。しかしながらAR作製直後より移植弁の開閉は良好で、拡張期に移植弁の完全閉鎖も確認された。移植後3ヶ月、6ヶ月、12ヶ月後に経食道エコー検査施行後、弁を取り出し、胸部X線、病理学的検査を施行した。【脱細胞化大動脈弁の開発】大動脈弁は肺動脈弁と異なり、高血流速、高圧環境下に暴露されるため、大動脈弁の脱細胞化はとても重要である。完全に脱細胞されることで優れた抗石灰化特性を呈し、耐久性は向上する。しかしながら一方で脱細胞による強度の低下も報告されており、強度を低下せずに脱細胞する手法が必要である。われわれが開発したデオキシコール酸・バイオリアクター・マイクロ波照射・拍動流を用いた脱細胞化法はドナー大動脈弁の完全脱細胞化を可能にし、強度試験でも未処理大動脈弁と強度に差を認めなかった。【大動物を使った慢性実験】ブタの胸部下行大動脈に脱細胞化大動脈弁を移植した。移植後3ヶ月、6ヶ月後に経食道エコー検査施行後、弁を取り出し、胸部X線、病理学的検査を施行した。【結果】脱細胞化大動脈弁を移植されたブタに死亡例はなく、経食道エコー検査では脱細胞化大動脈弁の開閉は良好で、逆流を全く認めなかった。脱細胞化大動脈弁は3ヶ月、6ヶ月の移植弁ともに弁尖に亀裂や穿孔などの変化を全く認めず、大動脈壁の瘤化や拡大等の所見も見られなかった。胸部X線では弁尖の石灰化も全く認めなかった。病理学的検査では3ヶ月、6ヶ月ともに石灰化はなく、6ヶ月の移植弁で弁尖の先端まで内皮細胞の被覆が確認された。【結語】大動物を使った慢性実験で我々が開発したハイブリッド大動脈弁の耐久性が証明された。今後は臨床応用を目指したい。脱細胞化大動脈弁は3ヶ月、6ヶ月、12ヶ月の移植弁ともに弁尖に亀裂や穿孔などの変化を全く認めず、大動脈壁の瘤化や拡大等の所見も見られなかった。胸部X線では12ヶ月後の移植弁でも弁尖の石灰化を認めなかった。病理学的検査では3ヶ月、6ヶ月、12ヶ月ともに石灰化はなく、6ヶ月の移植弁で弁尖の先端まで内皮細胞の被覆が確認された。カテーテル的に作成したARも3ヶ月、6ヶ月、12ヶ月経過しても治癒傾向はなく、ARが持続的に維持されたことが確認できた。移植弁のCa contentは現在解析中である。さらに解析を進め、臨床応用に向けて準備をしていきたい。【大動物を使った慢性実験】ブタの胸部下行大動脈に脱細胞化大動脈弁とコントロールとしてステントレス大動脈弁を移植した。

脱細胞化大動脈弁は3ヶ月、6ヶ月、12ヶ月の移植弁ともに弁尖に亀裂や穿孔などの変化を全く認めず、大動脈壁の瘤化や拡大等の所見も見られなかった。胸部X線ではステントレス大動脈弁が3ヶ月で弁全体に著明な石灰化を認めるのに対し、12ヶ月後の脱細胞化大動脈弁は弁尖の石灰化を認めなかった。病理学的検査では3ヶ月、6ヶ月、12ヶ月ともに石灰化はなく、6ヶ月の移植弁で弁尖の先端まで内皮細胞の被覆が確認された。カテーテル的に作成したARも3ヶ月、6ヶ月、12ヶ月経過しても治癒傾向はなく、ARが持続的に維持されたことが確認できた。脱細胞化大動脈弁のCa contentはステントレス大動脈弁と比較して弁尖・大動脈壁共に有意に低値を示した。また、脱細胞化大動脈弁のCa contentは3ヶ月、6ヶ月、12ヶ月経過しても有意な上昇を認めなかった。【結語】大動物を使った慢性実験で我々が開発したハイブリッド大動脈弁の耐久性が証明された。臨床応用に向けて準備をしていきたい。
周期分極反転ニオブ酸リチウムの縦続二次非線形効果を用いた全光超高速広帯域信号処理

将来のフォトニックネットワークでは、1テラビット毎秒を遥かに越える超大容量性が要求され、用いる光パルスの幅はピコ秒からサブピコ秒の領域に達する。このようなネットワークを構築するには、電子技術によらない全光学的信号処理デバイスが必須である。本研究では、周期分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN)デバイスにおける第二高調波発生と差周波混合の縦続二次非線形光学効果を用いた、テラビット毎秒級の様々な全光信号処理デバイスを提案した。具体的には、異常光導波型および常光・異常光両導波型PPLNデバイスに対して、電子計算機を用いた詳細な特性解析と原理実験を行い、全光超高速ゲートスイッチ、全光超高速再生中継器、ポンプ光フリー全光超広帯域波長変換器の実現可能性を示した。全光超高速再生中継器は、基本波と第二高調波間の群速度不整合に起因する固有の波形整形機能を用いており、ポンプ光フリー全光超広帯域波長変換器は、信号スペクトルの端に擬似位相整合波長を合わせることにより、ポンプ光を必要としない。これらは、これまでにない全く新しい動作原理である。最終目標は、これらの全光超高速超広帯域信号処理デバイスを用いて、真に高速大容量の次世代フォトニックネットワークを構築することである。本ネットワークノードに必須となる全ての信号処理デバイスを、同種の素子を用いて実現することにより低コスト化と同時に高性能化を図る試みは、国内外における他の研究開発機関ではなされておらず極めて独創的かつ先駆的であると考えられる。次世代の真に高速大容量かつ柔軟なフォトニックネットワークのノードに必要となる、全光超高速・超広帯域信号処理デバイスに関する理論的研究を行った。具体的には、周期分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN)光導波路における第二高調波発生と差周波混合の縦続二次非線形光学効果を用いた全光信号処理に着目し、数値解析による以下の先駆的研究成果を得た。将来のフォトニックネットワークノードに必須となる全ての全光信号処理機能を、同種の非線形光学素子を用いて実現することにより、低コスト化と同時に高性能化を図る試みは、国内外における他の研究開発機関ではなされておらず極めて独創的である。1.常光・異常光両導波型PPLN光導波路を用いた全光超高速ゲートスイッチ通常PPLN光導波路は、高効率化の観点から異常光を用いる。本研究では、常光と異常光の両導波により、1テラビット毎秒以上の動作速度を有する全光超高速ゲートスイッチの実現可能性を示し、動作速度に応じてデバイスの構造パラメータや入力光パワーの最適化を可能にするデバイス設計論を確立した。2.異常光導波型PPLN光導波路の群速度不整合(GVM)を用いた全光超高速再生(3R)中継器基本波と第二高調波間のGVMに起因する全光波形整形機能を用いた、全光超高速3R中継器の実現可能性を示し、高効率・超高速性を最大限引き出すためのデバイス設計論を展開した。3.両導波型および異常光導波型PPLN光導波路を用いたポンプ光フリー全光超広帯域波長変換器信号スペクトルの端に擬似位相整合波長を合わせることにより、ポンプ光を必要としない変調フォーマットフリーかつ高効率の全光超広帯域波長変換器の実現可能性を示し、デバイス設計論を確立した。
有機溶剤中毒症例の全国的収集による病態の解明

全国的に有機溶剤中毒の疑われる症例を収集し、一定の基準で解解し、その発生実態と病態を明らかにすることは有機溶剤中毒の病態を解明し、早期診断法の改善や予防対策に有用である。方法としては有機溶剤中毒症例収集のための調査用紙を作成し、患者の臨床症状や検査所見、使用溶剤や労働条件などを調査した。調査用紙は全国の医系大学、研究施設、病院等で有機溶剤中毒を取り扱う可能性のある機関に配布し、症例の収集に努めた。既報の有機溶剤中毒症例の論文や学会報告のあるものも調査し、同一の調査用紙に記入を依頼した。可能な限り暴露溶剤の種類を暴露量の資料も収集した。症例の蓄積と解析のために、症例のデータはコンピューターに入力してデータベースを作成した。現在までに154例を収集することができた。その内訳は職業性117例、非職業性37例であった。職業性の中では急性中毒40例、慢性中毒76例、催畸性1例であった。職業性中毒の発生職場は急性中毒では脱脂洗浄18例(45%)、塗装7例(18%)、接着3例(8%)であり、慢性中毒では塗装14例(19%)、脱脂洗浄13例(18%)、接着6例(8%)であり、複数の職種に従事しているものが多かった。暴露溶剤の頻度では急性中毒の場合は111-トリクロロエタン40%、メタノール30%、トリクロロエチレン18%、トルエン18%、キシレン15%であり、慢性中毒の場合は、トルエン53%、キシレン30%、トリクロロエチレン27%、酢酸エチル21%、MEK19%、n-ヘキサン18%、アセトン18%、イソプロピルアルコール18%であった。職業性慢性中毒の臨床所見としては中枢神経障害が多く、中枢神経系自覚症33例(45%)、脳波異常17例(23%)、脳萎縮例(11%)などが認められた。他に多い症状としては肝障害15例(21%)、貧血6例(8%)、耐糖能低下5例(7%)などが認められた。他に、潜伏期、転起、労働条件などの解析を行った。日本における有桟溶剤中毒の発生状況,有桟溶剤の使用と暴露の実態,臨床所見の特徴などを明らかにするために,調査用紙を作成し,産業衛生学会有桟溶剤中毒研究会参加者,有桟溶剤中毒事例を報告している臨床医,特殊健康診断を行っている桟関,労災病院などに配布して中毒症例を収集した.現在までに60名の報告者から122例の症例がよせられた.これらの症例の調査項目をコード化してコンピューター集計用のデータベースの作成と単純集計を行った.122例中業務起因性およびその疑いのある症例は98例であった.中毒の種類は慢性中毒66例(67.3%),亜急性中毒14例(14.3%),急性中毒18例(18.4%)であった.職種別では塗装22例(33.4%),洗浄13(19.7%),接着10例(15.1%)が多いものであった.

暴露された溶剤ではトルエン34(51.5%),キシレン19(28.8%),トリクロロエチレン17(25.8%),酢酸エチル14(21.2%), nーヘキサン13(19.7%),メチルエチルケトン13(19.7%),メタノール12(18.2%),アセトン11(16.7%)などが多く含まれていた.慢性中毒の臨床所見では中枢神経障害35(53.0%),末梢神経障害27(40.9%),脳神経・自律神経障害17(25.8%)など神経系の障害がもっとも多くみられた.肝障害,腸管のう腫様気腫などの消化器障害も16(24.2%)例に認められた.血液系障害は3(4.5%)例のみであった.患者の職場環境では定期的な環境測定,局排装置の設置は半数以上が行なっておらず,有桟溶剤の特殊健康診断も大部分が受診していなかった.現在さらに中毒症例の収集とその解析の準備を行っている.全国的に有機溶剤中毒の疑われる症例を収集し、一定の基準で解析し、有機溶剤中毒の発生実態とその病態を明らかにすることは、有機溶剤中毒の病態の解明や早期診断法の改善や予防対策に大いに有用であると考え、この研究を実施した。方法としては有機溶剤中毒症例収集のための調査用紙を作成し、全国の医系大学、研究施設、病院等に調査用紙を配布し、症例の収集に努めた。また、既報の有機溶剤中毒症例を論文、学会報告などのあるものも調査し、同一の調査用紙に記入を依頼した。可能なかぎり暴露溶剤の種類と暴露量の資料も収集した。症例の蓄積と解析のために、症例のデータはコンピュータに入力してデータベースを作成した。その結果、今までに154例が収集できた。その内訳は職業性が117例、非職業性が37例であった。職業性の中で急性中毒は40例、慢性中毒は76例、催奇性1例であった。職業性症例の発生職場は脱脂洗滌がもっとも多く、急性18名(45%)、慢性13名(18%)であった。次いで多い職場は塗装で急性7名(18%)、慢性14名(19%)、3番目は接着で急性3名(8%)、慢性6名(8%)であった。暴露された溶剤の種類では急性中毒ではIII-トリクロロエタン40%、メタノール30%、トリクロロエチレン18%、トルエン18%、キシレン15%が多い溶剤であり、慢性中毒ではトルエン53%、キシレン30%、トリクロロエチレン27%、酢酸エチル21%、MEK19%、n-ヘキサン18%、アセトン18%、イソプロピルアルコール18%が多い溶剤であった。職業性慢性中毒の臨床所見としては中枢神経障害がもっとも多く、自覚症33名(45%)、脳波異常17名(23%)、脳萎縮8名(11%)などが認められた。末梢神経障害は多発神経炎22名、単神経炎3名が認められた。他に多い症状としては肝障害15名、貧血6名、耐糖能低下5名などが認められた。職業性慢性中毒の発症までの期間、報告時点での症状の転帰なども解析した。
腫瘍分子イメージングによる効果的がん治療法開発のための総合研究

我が国最大の死因であるがんの死亡率は増加し続けており、がん診療の強化は国民的課題である。治療抵抗性難治がん治療も大きな課題の一つであり、新たな治療戦略が求められている。本研究では、進行がん集学的治療の成績向上を図るため、治療計画の高精度化を実現する分子イメージングを治療前に行い、機能画像に基づく放射線・化学療法等の治療有効性評価法を検討した。低酸素、細胞増殖能、受容体活性等、腫瘍組織の特異性を非侵襲的に可視化する分子イメージング技術を臨床腫瘍診断に取り入れるとともに、MRIによる描出法開発も並行して進め、PETおよびMRIを用いたマルチモダリティー解析により、汎用性の高い検査法開発を目指した。本研究課題は、革新的な生体機能画像や分子プローブを効果的にがん診療に取り入れることにより、最新の放射線治療や分子標的薬剤によるがん治療を飛躍的に進展させ、治療抵抗性難治がんに対する新しい効果的治療法を確立することを目標としている。PET/MRI用分子プローブの開発や新しいMRI撮像法の開発といった基礎検討と、臨床応用を直結する橋渡し研究であり、比較的短期間の研究期間中に、治療抵抗性難治がんの分子基盤や病態生理の解明を進めるとともに、それらの基礎的エビデンスを活用した画像診断法の開発を並行して進め、最終的には実際のがん治療に役立つ機能画像法の開発を目指す点で画期的な研究である。がん特異物質の発現を捕らえる分子イメージングのがん診療への展開は、最先端の医療画像ナノテクノロジーによる病態に即した機能画像の臨床応用を可能とし、高いエビデンスに基づく個別化医療の実現を可能とするものである。本年度は昨年に引き続き、腫瘍組織の特異性を非侵襲的に可視化・診断することを目指し、細胞増殖能、低酸素、受容体活性などの分子イメージング的手法を基礎実験及び腫瘍診断に取り入れ、通常の糖代謝活性を反映するFDG-PET画像以外の様々な腫瘍活性の画像化と、その臨床応用を図った。具体的研究内容は以下の通りである:1)頭頸部がん患者を対象に、Cu-ATSM PETを用いて腫瘍低酸素組織を画像化し、FDG-PET画像と比較することで、腫瘍全体の広がりに加えて治療抵抗部位である低酸素部位の分布の違いを腫瘍毎に明らかにした。2)子宮がん・肉腫を対象とした検討で、エストロゲン受容体(ER)発現とブドウ糖代謝が逆相関することを明らかとし、ER発現密度とFES集積が良好に相関することを報告した。3)基礎的検討では、各種放射線治療(X線、陽子線、炭素線)効果と照射後のFLT集積に相関があることを明らかにした。本研究課題は、革新的な生体機能画像や分子プローブを効果的にがん診療に取り入れることにより、最新の放射線治療や分子標的薬剤によるがん治療を飛躍的に進展させ、治療抵抗性難治がんに対する新しい効果的治療法を確立することを目標とし、本年度から開始した。本年度は特に腫瘍組織の特異性を非侵襲的に可視化・診断することを目指し、細胞増殖能、低酸素、受容体活性などの分子イメージング的手法を臨床腫瘍診断に取り入れ、通常の糖代謝活性を反映するFDG-PET画像以外の様々な腫瘍活性の画像化と、その臨床応用を図った。2)子宮肉腫を対象とした検討で、エストロゲン受容体(ER)発現とブドウ糖代謝が逆相関することを明らかとし、ER発現密度とFES集積が良好に相関することを報告した。3)基礎的検討では、放射線治療効果と照射後早期のFLT集積に相関があることを明らかにした。新しい分子プローブの開発や新規MRI撮像法の開発といった基礎検討を臨床に応用する橋渡し研究であり、比較的短期間の研究期間中に、治療抵抗性難治がんの分子基盤や病態生理の解明を進めるとともに、それらの基礎的エビデンスを活用した画像診断法の開発を並行して進め、最終的には実際のがん治療に役立つ機能画像法の開発を目指す点で画期的な研究である。

本年度は昨年に引き続き、腫瘍組織の特異性を非侵襲的に可視化・診断することを目指し、細胞増殖能、低酸素、受容体活性などの分子イメージング的手法を基礎実験及び腫瘍診断に取り入れ、糖代謝活性を反映する通常のFDG-PET画像以外の様々な腫瘍活性の画像化と、その臨床応用を図った。具体的研究内容は以下の通りである:1)頭頸部がん患者を対象に、Cu-ATSM PETを用いて腫瘍低酸素組織を画像化し、FDG-PET画像と比較し、腫瘍の全体像および治療抵抗部位である低酸素部位の分布の違いを腫瘍毎に明らかにした。2)子宮がん・肉腫に対し、エストロゲン受容体(ER)発現(FES)とブドウ糖代謝(FDG)が逆相関することを明らかとし、独自の指標であるFDG/FES比と予後の相関を検討した。3)基礎検討では、各種放射線治療(X線、陽子線、炭素線)効果と照射後のFLT集積に相関があることを明らかにし、早期治療効果判定の可能性を示した。本研究課題は、革新的な生体機能画像や分子プローブを効果的にがん診療に取り入れることにより、最新の放射線治療や分子標的薬剤によるがん治療を飛躍的に進展させ、治療抵抗性難治がんに対する新しい効果的治療法を確立することを目指した取組である。新しい分子プローブの開発や新規MRI撮像法の開発といった基礎検討を臨床に応用する橋渡し研究であり、腫瘍組織の特異性を非侵襲的に可視化・診断することを目標に、細胞増殖能(FLT)、低酸素(Cu-ATSM)、受容体活性(FES)などの分子イメージング的手法を基礎実験及び腫瘍診断に取り入れ、糖代謝活性を反映する通常のFDG-PET画像(ブドウ糖代謝)以外の様々な腫瘍活性の画像化と、その臨床応用を図った。本年度は前年度までの研究を継続し、以下の検討を行った:1)頭頸部がん患者を対象に、Cu-ATSM PETを用いた腫瘍低酸素イメージングとFDG-PETを同時期に実施し、腫瘍の全体像および治療抵抗部位である低酸素部位と高糖代謝部位の違いを腫瘍毎に明らかにするとともに、いずれのPET指標が予後を的確に反映するか検討した。2)子宮がん・肉腫を対象に、エストロゲン受容体発現(FES)とブドウ糖代謝(FDG)の相関を検討し、体積指標、代謝指標、機能指標のいずれが予後をよりよく反映するか検討した。3)各種放射線治療(X線、陽子線、炭素線)効果と照射後のFLT集積に相関があることを基礎検討で明らかにし、早期治療効果判定の可能性を示した。がん特異物質の発現を捕らえる分子イメージングのがん診療への展開は、最先端の医療画像ナノテクノロジーによる病態に即した機能画像の臨床応用を可能とし、高いエビデンスに基づく個別化医療の実現を可能とするものである。我が国最大の死因であるがんの死亡率は増加し続けており、がん診療の強化は国民的課題である。治療抵抗性難治がん治療も大きな課題の一つであり、新たな治療戦略が求められている。本研究では、進行がん集学的治療の成績向上を図るため、治療計画の高精度化を実現する分子イメージングを治療前に行い、機能画像に基づく放射線・化学療法等の治療有効性評価法を検討した。低酸素、細胞増殖能、受容体活性等、腫瘍組織の特異性を非侵襲的に可視化する分子イメージング技術を臨床腫瘍診断に取り入れるとともに、MRIによる描出法開発も並行して進め、PETおよびMRIを用いたマルチモダリティー解析により、汎用性の高い検査法開発を目指した。研究実績の概要に記載した3項目の検討に関し、おおむね順調に研究成果が得られ、国内外の学会発表を行うとともに、複数の論文発表を行った。
日本における歴史時代の噴火災害と発生頻度

神津島、新島、東伊豆単成火山地域、浅間山、樽前山、有珠山、北海道駒ケ岳、そして現在噴火中の雲仙岳を調査した。たとえば、東伊豆単成火山地域では過去3万2千年間の噴火史を調べ、現状を正しく認識するための基礎資料とした。北海道では17世紀の噴火に注目した。有珠山のUsーb噴火(1663年)堆積物と樽前山のTaーb噴火(1667年?)堆積物の間に4年の時間が存在するという考えには否定的な野外観察結果が得られた。Usーb噴火が1663年に起こったことはほぼ間違いないから、Taーb噴火もそれに引き続いて1663年に起こったのではないかという仮説を現在検証中である。雲仙岳では、火砕流・溶岩ド-ム・土石流災害の情報を多方面から収集して現在分析中である。また、これから来る災害の予知と防災の研究にも努力している。一方、歴史時代の大噴火の影響などを知るために、樽前火山東麓でTaーa噴火(1739年)で根元を埋められた樹木について年輪幅の測定を行った。その結果、1)樽前山の噴火が起こった年の後2年間は年輪の成長が異常に貧弱であったが、3年目から蘇生し、その後7ー8年間は造輪が一生のうちでもっとも大きく成長したこと、2)Taーbの噴火以後25年経つて、ようやく林地の回復がみられたこと、3)Taーaの噴火以後、樽前では何回も噴火があったが、直接的影響はありまみられず、全体として小氷期の影響かとみられる年輪幅の小さい時期が1750年代の末から1980年代まで続いたことなどがわかった。1992年5月に東大出版会から「火山灰アトラス」(町田洋・新井房夫著)を出版する。この本は主として過去13万年間に日本で起こった、規模およそ0.1km3以上の爆発的噴火によるテフラについて、ひとつひとつの特徴を記述したものである。
マルチレイヤリバースプロキシによる分散キーバリューストアへのトランザクション実装

本研究では、従来のD-KVSの特徴であるクライアントからの要求を全てのDBノードで受信・問い合わせ処理を行う方式を大転換し、少数のリバースプロキシで受信し、レイヤ2、4を跨いだパケットの纏め上げを行うことにより、(1)パケット数の削減によるスループットの向上(2)リバースプロキシにコーディネータ機能を持たせることによるトランザクション処理、排他制御の実現、を実現する。本研究は以下の3つのプロジェクトに分けて行う。プロジェクト1:我々はすでに、SDNの研究において、INTEL DPDKを用いたL2レベルでのパケット纏め上げ手法を提案し、10Gbpsインターフェースでのワイヤーレート通信を実現した。しかしこの手法は単にL2レベルでパケットを纏め上げるのみであり、本研究の主題であるマルチレイヤでのパケット纏め上げを行う場合は、パケット内の情報(セマンティックス)にまで踏み込んだ解析が必要となる。本プロジェクトでは、L2でのレイヤ選択アルゴリズムについて検討する。プロジェクト2:このプロジェクトでは、D-KVS上での、排他制御・トランザクション機能を実現するために、データベースクエリー解析によるパケット纏め上げ、およびリオーダリング・アウトオブオーダ手法について検討する。我々はすでに、PostgreSQL+PGpool-IIを用いて、データベースリプリケーション時に複数の一貫性制御を行う手法を提案している。その際のデータベースクエリー解析の手法を元に、このプロジェクトを遂行する。プロジェクト3:このプロジェクトでは、単一故障点がないというD-KVSの利点が、提案手法では失われることに対する対応策について検討する。最初の検討として、ポートミラーリングハブによるパケット同時受信による同時処理と分散合意プロトコルPAXOSによる協調システムによる実現を検討する。初年度は、まず同一データベースに配信されるパケットを纏め上げる、さらには各キーにロックを掛けるプロキシの実装を行った。このプロキシは、以下の特徴を有する。(1)INTELDPDKを用いて、10Gbps以上のスループットを実現した。(2)プロキシ自体を複数のスレッドに分解し、メニーコアプロセッサでスケールアウトすることを確認した。その結果、10Gbpsネットワークの限界性能と同等の約8Mqueries/sec)の速度を実現した。(3)プロキシを用いたロックを実現した。その結果従来のpaxosベースのcassandoraに比べて、約50倍高速化可能であることを確認した。今後の課題として以下の2つが挙げられる。1)現在は、各キーを対象としたロックのみを実装しているが、今後はトランザクションの実装を行う。2)本手法の最大の問題点である、proxyが単一故障点であることを克服するために、proxyの多重化を行う予定である。この多重化について2つの手法を検討する。まずはロードバランサを前段に配し、2つのアクティブアクティブproxyを実装する。問題点としては、トランザクション情報の安全な共有であるが、paxosベースのプロトコルを考える。2つめとしてアクティブスタンバイ実装を検討する。こちらは、トランザクション情報を同期する必要はなく、同期もしくは非同期にスタンバイ側に転送する方式をを検討する。

2)本手法の最大の問題点である、proxyが単一故障点であることを克服するために、proxyの多重化を行う予定である。この多重化について2つの手法を検討する。まずはロードバランサを前段に配し、2つのアクティブアクティブproxyを実装する。問題点としては、トランザクション情報の安全な共有であるが、paxosベースのプロトコルを考える。2つめとしてアクティブスタンバイ実装を検討する。こちらは、トランザクション情報を同期する必要はなく、同期もしくは非同期にスタンバイ側に転送する方式をを検討する。平成30年度は、従来の機器1台を用いて、単一プロキシーでの高速化実装を行った。来年度は、トランザクション及び分散トランザクションの実装を行うために、高速サーバを購入する予定である。
イノベーションの事業化における企業内経営者人材の役割

本研究はまずは1980年代以後の重要技術の開発に関する政策と経営の歴史をたどり、研究開発のプロセスがどのようにして企業内で事業化されていったのかに注目する。対象としては、第1期(初年度から2年度)に電子産業を、第2期(2年度から4年度)に新素材産業を、第3期(3年度から最終年度)にバイオ産業を対象にする。これらの産業を対象にしつつ、本研究では政府の政策と民間企業のインタラクションをイノベーションの事業化に焦点を当てて明らかにする。その際には製造業の大企業において、どのようにして新規事業開発が行われてきたか、またそれはいかなるキャリアをたどった人材によって行われたのかに注目する。