hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
6軸制御加工による角隅・角穴加工の研究

非回転工具を6軸制御すると従来では不可能な加工を実現できる。特に、角部をもつ隅や角張った穴などは回転工具では加工できないために、今までは逆形状を作って放電加工などで対処してきた。このような複数工程の必要な加工を、一台の6軸制御のマシニングセンタによる切削加工だけで遂行しようとするもので、そのために加工能率のよい回転工具で5軸制御荒加工を行い、残存する角隅・角穴部分は工具を交換して6軸制御加工で仕上げるCAMシステムを研究するものである。前年度は、平面の交わりからできる角隅形状の6軸制御加工の研究を主に行ったが、本年度は角隅と角穴を構成する面を曲面に拡張して研究を行い、以下のような結果を得た。(1)曲面の交線からなる角隅を加工する6軸制御アルゴリズムを考え、その基礎を確立できた。角隅の荒、中仕上げまでを5軸制御で加工し、その後、6軸制御加工法に組み込み、形状定義からNCデータ生成までをシステム化できた。(2)角隅加工技術を角穴加工(角隅ポケッティング加工)に拡張するためのアルゴリズムを考え、それを加工システムに組み込み、NCデータ生成を可能にした。さらに、ポケット形状が曲面からなる場合にも適応できるように手法を改良した。(3)6軸制御マシニングセンタを使用して、角隅ならびに角穴からなるポケット加工を行い、所望の動作を実現できることを確認した。特に、角部をもつ隅や角張った穴などは回転工具では加工できないために、逆形状を作って放電加工などで対処してきた。このような複数工程の必要な加工を6軸制御のマシニングセンタによる切削加工だけで仕上げまでを達成することを目指す。しかし、6軸制御加工の切削速度は送り速度と等しく、前加工には能率のよい5軸加工が不可欠である。そこで、加工能率のよい回転工具で5軸制御荒加工を行い、残存する角隅・角穴部分は工具を交換して6軸制御加工で仕上げるCAMシステムを研究する。このように1台の加工機で荒加工から仕上げまでを取り付け直しなしに可能にする高性能複合加工システムを実現することを目的とする。本年度は特に角隅加工に傾注して研究を行い、次にような結果を得た。(1)6軸制御加工は能率の低い加工法であり、荒加工、中仕上げは5軸制御の回転工具で効率よく処理することが望ましい。そこで、まず回転工具による角隅の荒、中仕上げまでの5軸制御加工法を考案し、6軸制御法に組み込み、形状定義からNCデータの生成までをプログラム化できた。(2)6軸制御仕上げ加工直交した面からなる角隅についての独自の6軸制御アルゴリズムを考案できた。これを全体のシステムに組み込み、CLデータを生成できた。(3)角隅加工を対象とした粉末ハイスによる非回転工具とそのホルダを試作し、基礎実験を行いながら最適工具系の設計方針を確立した。(4)CLデータをもとにポストプロセッサによってNCデータを生成し、主軸に回転位置決めと高速化回転までを可能にする6軸制御マシニングセンタを用いて角隅実験加工を行い、期待した形状と精度を実現した。

角隅の荒、中仕上げまでを5軸制御で加工し、その後、6軸制御加工法に組み込み、形状定義からNCデータ生成までをシステム化できた。(2)角隅加工技術を角穴加工(角隅ポケッティング加工)に拡張するためのアルゴリズムを考え、それを加工システムに組み込み、NCデータ生成を可能にした。さらに、ポケット形状が曲面からなる場合にも適応できるように手法を改良した。(3)6軸制御マシニングセンタを使用して、角隅ならびに角穴からなるポケット加工を行い、所望の動作を実現できることを確認した。
酵母分秘蛋白質の小胞体膜識別・透過機構

哺乳類のシグナル認識粒子(SRP)54Kサブユニットは分泌蛋白質の小胞体膜識別、透過に関与するGTP結合蛋白質である。申請者らは、酵母のSRP54Kサブユニット相同遺伝子コードするSRH1遺伝子を単離し、酵母においてもSRPに依存した分泌蛋白質の小胞体膜識別、透過が存在することを示してきた。この結果をふまえ、本研究ではGTPがSRH1の機能発現に及ぼす役割の解析、GTPase活性調節因子の検索と相互作用機構の解析、SRH1遺伝子産物とシグナルペプチドやSRP受容体との相互作用機構解析、もうひとつの小胞体膜識別系である70K熱ショック蛋白質に依存した系との関連を解明していくことをめざしている。酵母の実験系の特長である遺伝学的手法も含めて上記の問題点を解明していくために、GTP結合部位に変異を持つSRH1遺伝子の単離と、変異遺伝子産物の解析を行った。この結果、2種類の優性の低温感受性変異株を単離し、その変異部位の同定を行った。変異株の生化学的解析から、変異遺伝子産物は野生型に較べやや不安定ながら、酵母SRPにアセンブルされていることから、本変異株による表現型は主にGTPase活性の変化、またはそれにともなう本遺伝子産物のコンフォメーション転換の違いに起因するものと推定されることを示した。さらに分泌蛋白質の小胞体膜透過のin vivoにおける速度論的解析から、SRH1遺伝子産物のGTP結合部位の変異によるGTPase活性の変化はシグナルペプチドとSRH1遺伝子産物の相互作用に影響を与えていることを示唆する知見を得た(投稿準備中)。70K熱ショック蛋白質の変異細胞内での大量発現実験から、SRPに依存した小胞体膜識別系と熱ショック蛋白質に依存した小胞体膜識別系の関連に対する予備的知見を得た。
ラットにおけるメタ認知の存在証明：行動分析・神経記録・数理モデルによる統合的理解

本研究課題は、メタ認知に関して特定の行動や脳活動が持つ機能やそれらの関係性を示し、メタ認知的行動を総合的に理解することを目的としたものである。本年度は、平成27年度に開発した、ラットに適応可能なメタ認知課題を遂行しているラットからの脳活動記録に取り組んだ。しかし、自由行動下で複雑な系列行動を行うラットからの神経記録には想定以上の困難が伴い、最終的にメタ認知的な行動制御との対応関係を検討するために十分なデータを取得するには至らなかった。特に問題になった点として、ノーズポークを用いる空間記憶課題のパフォーマンスが、頭部に電極という一種の重りが付くことで大きく阻害されたことが挙げられる。メタ認知的な行動制御に関する神経記録に用いる行動課題については、今後さらなる検討と改良が必要である。ラットからの神経記録と並行して、過年度に取得した動物課題と共通の構造を持つメタ認知課題を遂行中のヒトの脳活動データの再解析を行い、メタ認知的な行動制御の予測と制御に有効な神経指標を探索した。これまでの解析からは内側前頭前野の腹側部と背側部、楔前部をつなぐネットワークがメタ認知に基づく行動制御に特に関与することが示唆されていたため、Dynamic causal modeling(DCM)法を用いてこのネットワーク内の情報伝播の方向性を検討することで、よい神経指標の発見を目指した。その結果、メタ認知に基づく行動制御時には、前頭前野内側部の腹側部から背側部、楔前部に至る情報伝播経路が特に変化していたことが示唆された。さらに、前頭前野内側部の腹側部から背側部への情報伝播の変化がメタ認知の行動指標の個人差と対応していた。これらの結果は、メタ認知的な行動制御を可能とする脳内ネットワークが持つ性質について示唆を与えるものであり、メタ認知の予測モデルの作成や統合的理解に貢献できると考えられる。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、ラットが記憶確信度を利用した適切な行動制御(メタ認知)を持つと示し、その行動制御中の神経活動を捉え、メタ認知的行動の予測モデルを作成することで、メタ認知に関して特定の行動や脳活動が持つ機能やそれらの関係性を示し、メタ認知的行動を総合的に理解することを目的としている。これまでメタ認知に関する研究は主にヒト、特に十分な言語能力をもつ健常成人を対象に言語的な情報を利用して行われてきた。しかし、既に霊長類などの一部の動物では、適切に設計された実験環境においては、自身の記憶や知識に基づいた行動制御という形での一種のメタ認知的行動が可能であることが示されており、動物における非言語的なメタ認知の実験的検証の道が開かれつつある。そこで本研究はまず神経メカニズムや分子遺伝学的基盤の研究に有用なラットが、メタ認知のモデル生物たりえるかを検証する。ラットをモデル生物として確立できれば、詳細なレベルでのメタ認知の行動・神経基盤研究が可能となる。今年度は、ラットがメタ認知を用いなければ不可能な行動制御が可能かを実験的に検証した。実験課題として、遅延多肢位置見本合わせ課題に、比較刺激呈示の直前にもらえる報酬を減らすことと引き換えに、その問題をスキップ(回避)できる選択肢を加えたメタ認知課題をラットに課した。この課題では、その問題で正答できるという確信度が高い場合には課題を続行し、逆に確信度が低い場合には課題を回避することで、課題全体で獲得できる総報酬量を最大化できる。実験の結果、ラットは6肢課題であった場合に、回避選択肢を適切に利用して課題全体での獲得報酬量を増やすことが可能であり、またそもそも正解が存在しない解決不能問題を挿入すると、特に多く回避を選択することが分かった。この結果は、ラットが確信度という自身の内的状態を利用して行動を適切に制御できることを示唆する。当初の計画で予定したとおり、本年度はラットが確信度という自身の内的状態を利用して行動を適切に制御できる、つまりメタ認知的行動が可能であること、従来のヒト研究からメタ認知との関与が示唆されている前帯状皮質や楔前部が、ヒトがラットのメタ認知課題と同様の構造をもつメタ認知行動課題での適切な行動制御においても同様に関与することの2点を示すことに成功した。さらに、計画時に予定していた6肢メタ認知課題の訓練に非常に長い期間が必要となることが明らかになったため、これと並行して課題のチャンスレベルを2肢選択まで下げた簡易版のメタ認知行動課題の作成を試みた。その結果、チャンスレベルが高い簡易版メタ認知行動課題ではどの個体もメタ認知的行動を示さないことが明らかになった。その一方で、簡易版メタ認知行動課題ではメタ認知的行動を示さないが、チャンスレベルが低い計画通りのメタ認知課題を課した場合にはメタ認知的行動を示した個体もいた。これらの結果から、研究対象種が有する認知能力自体の高低の他に、環境設定の適切さがメタ認知的行動の発現に重要である可能性も示された。これは、計画時には想定されていなかった重要な知見である。課題のチャンスレベルによる影響は霊長類のフサオマキザルでも既に同様の報告があり、メタ認知の種間比較研究の重要な枠組になりえると考えられる。一方で課題のチャンスレベルを下げることによる簡易版課題の作成という意味では成功しなかったため、現在はラットが条件に応じて記憶保持の精度を変えることが適応的となるような行動課題を設計し、条件の推移に応じてラットが記憶保持の精度を能動的に切り替えることを示す行動を捉えることを目指している。メタ認知とは、記憶や知識などの内的な情報の評価に基づいて、適応的に行動方略を制御する能力である。

本研究の目的は、ラットをこの適応的な行動制御としてのメタ認知のモデル動物として確立し、メタ認知の制御機構を行動・神経活動レベルで総合的に理解することである。モデル動物を利用した研究ではヒト研究との連続性をどう担保するかが常に問題となる。そこで昨年度はラットとヒトの研究の連続性を担保するために、ラット研究と同様な構造を持つメタ認知課題をヒトに行ってもらい、課題中の脳活動を従来のヒト研究の知見と比較し、一貫した関与部位があることを確認した。今年度はメタ認知に基づいた行動選択の神経基盤を明らかにするために、この脳活動データを詳細に解析し、内側前頭前野の腹側部と背側部、楔前部の3領域をつなぐ内側前頭前野-楔前部間の機能的結合の強度が、ハイリスク・ハイリターンとローリスク・ローリターンのどちらを選んだかに応じて有意に異なることを明らかにした。特に内側前頭前野の腹側部と背側部の機能的結合は、リスク選択をメタ認知に基づいて行っていた参加者ほど強いという個人間での対応も示した。これは、動物研究の視点を取りいれることで、ヒトのメタ認知的な行動制御に特異的な脳内ネットワークが直接関与することを示した初めての研究である。そのため、英語論文としてまとめ、著名国際一般紙への投稿準備を行っている。さらに、昨年度はラットがメタ認知を用いなければ不可能な行動制御を示すことを実験的に検証したが、本年度はこれを英語論文にまとめ、国際専門誌に発表した。メタ認知は主に自身の認知状態の評価とそれに基づく認知・行動の制御の2段階の処理によると考えられる。メタ認知の神経基盤はこれまで主にヒト研究で行われてきたが、ヒト研究は特に自身の認知の評価部分に焦点を当ててきた。そのため、こういったメタ的な評価を適切に認知や行動方略の制御に反映させる過程の神経基盤は未だに明らかでない。そこで、昨年度に取得した動物課題と共通の構造を持つメタ認知課題中のヒトの脳活動データをより詳細に解析し、ラットからの神経記録に先んじて、メタ認知的評価を行動制御に反映させる過程の神経基盤の作業仮説を探索した。その結果、内側前頭前野の腹側・背側部、楔前部間の機能的結合が行動選択に反映された確信度の高低に、また個人間では内側前頭前野間の機能的結合が記憶確信度を行動選択に反映された程度に対応することが示唆された。これらの結果は、今後メタ認知課題中のラットから神経記録を行い、メタ認知的評価を行動制御に反映させる過程の神経基盤を探索する際の作業仮説となる。本研究課題は、メタ認知に関して特定の行動や脳活動が持つ機能やそれらの関係性を示し、メタ認知的行動を総合的に理解することを目的としたものである。本年度は、平成27年度に開発した、ラットに適応可能なメタ認知課題を遂行しているラットからの脳活動記録に取り組んだ。しかし、自由行動下で複雑な系列行動を行うラットからの神経記録には想定以上の困難が伴い、最終的にメタ認知的な行動制御との対応関係を検討するために十分なデータを取得するには至らなかった。特に問題になった点として、ノーズポークを用いる空間記憶課題のパフォーマンスが、頭部に電極という一種の重りが付くことで大きく阻害されたことが挙げられる。
地表-熱圏間の音波共鳴が引き起こす電離層電磁気現象の観測的・理論的研究

地表と熱圏の間で捕らえられて共鳴する音波が引き起こす力学的および電磁気的変動の物理過程を明らかにし、共鳴振動という観点から固体-下層中性大気-電離層プラズマの結合過程を解明することが本研究の目的である。当初の計画ではダイナモモデルを開発し、音波による力学的変動が罐磁気的な変動に変換される物理過程を調べることに重点を置いていた。ところが、2011年3月11日の東北地方太平洋沖地震の後に音波共鳴による電離層電子密度変動の水平構造が初めて明瞭に観測された[Saito et al.,Earth,Planets,Space,2011]。音波共鳴モードは水平方向に広がりにくいため、波源の広さと変位の情報を長時間保存する。当該年度には報告者はこの性質に着目して、数値シミュレーションと観測の比較により波源の情報を推定することに計画の重点を置き換えた。シミュレーションには京都大学学術情報メディアセンターの大型計算機システムを利用した。Shinagawaらによる2次元の中性大気-電離層モデル[Earth,Planets,Space,2007]を3次元に拡張し、それを用いて同地震後に観測された電離層の全電子数(TEC)の変動を再現した。その結果、波源である海面変動の直径を250km、変位を30mと推定した。モデルの精度を確認するために、音波共鳴以外に観測された2つの現象のシミュレーションも行いメカニズムを明らかにした。(1)地震直後の震央直上での電子密度の急激な減少は、磁力線に沿ってプラズマが震央の南北へ輸送されることによるものである。(2)震央から遠方に伝播する位相速度220-780m/sのTEC変動のうち、420-780m/sのものは下部熱圏で発生した大気重力波と音波によるものである。220-290m/sのものは震央付近から伝播する津波によって励起された大気重力波が引き起こしたものである。以上の結果は、電離層変動の観測とシミュレーションを組み合わせることにより津波の規模を推定できることを示唆している。数値実験および観測データの解析によって、下層大気から電離層まで伝播した音波が引き起こす力学的および電磁気的変動の物理過程を明らかにし、共鳴振動という観点から固体-下層中性大気-電離層プラズマの結合過程を解明することが本研究の目的である。当該年度には京都大学学術情報メディアセンターの大型計算機システムを利用し、数値実験を行った。Shinagawaらによる2次元の非線形非静力学圧縮性中性大気-電離層モデル[Earth, Planets and Space, 2007]の中性大気部分を3次元に拡張し、地表-下部熱圏間で捕捉される音波の共鳴モードの力学的構造を明らかにしようと試みた。しかし、memoryの制約から3次元のモデルでは水平方向の構造を解析するには不十分であったため、2次元のモデルを用いて計算を行った。計算の結果を国内学会・研究会6件、国際学会1件で発表し、二篇の論文にまとめて投稿した。数値計算により、地表に点波源を置いた場合の音波共鳴モードの時間的・空間的特徴を調べた。その結果、共鳴が形成される範囲が明らかになった。2つの共鳴モードの減衰性の違いを示し、それが過去に観測された電離層擾乱や地磁気脈動の周波数の特徴と矛盾しないことを示した。また、音波の捕捉と同時に、内部重力波が成層圏のダクトに捕捉されることが明らかになった。2011年3月11日の東北地方太平洋沖地震の後に電離層高度で全電子数(TEC)の波状構造が観測された。それを再現するために数値計算を行った。計算の結果得られた高度300kmにおける大気振動には、波源に近い領域では音波共鳴モードが、波源から遠い領域では内部重力波モードが見られ、それらの特徴は観測されたTECの振動とかなりよく一致した。このモデルを改良をすればTECの観測結果から音波の励起領域での海面の隆起の範囲と隆起の速度を推定することが可能であることを示唆した。

(1)地震直後の震央直上での電子密度の急激な減少は、磁力線に沿ってプラズマが震央の南北へ輸送されることによるものである。(2)震央から遠方に伝播する位相速度220-780m/sのTEC変動のうち、420-780m/sのものは下部熱圏で発生した大気重力波と音波によるものである。220-290m/sのものは震央付近から伝播する津波によって励起された大気重力波が引き起こしたものである。以上の結果は、電離層変動の観測とシミュレーションを組み合わせることにより津波の規模を推定できることを示唆している。
鳥インフルエンザウイルスと鳥類との共生に関わる細胞内因子・遺伝子制御機構の探索

鳥インフルエンザウイルスは水禽類と共生関係を確立しており感染鳥に症状を示さない。一方で、幾つかの亜型の鳥インフルエンザウイルスは鳥ーヒト間で伝播して呼吸器疾患を引き起こす。しかしながら、鳥インフルエンザウイルスと水禽との共生メカニズムは全く不明である。本研究では、鳥類の中で例外的にヒト適応変異を獲得している中東域の鳥インフルエンザウイルスの進化動態がアジア域のウイルスにおける進化動態とは異なると仮設を立て、両ウイルス群における鳥細胞機能の利用や宿主因子との相互作用の様式の差異を検知することを切り口として、鳥インフルエンザウイルスと水禽類との共生メカニズムを明らかにすることを目的とする。
低次元の力学系におけるカオスの研究

我々の当初の目的は次の二つであった。1。一次元力学系におけるエントロピーの単調性についての結果の拡張。2。高次元の非一様双曲型力学系に関する分岐についての研究。特にBenedicks-Carlesonの結果と私自身の過去の結果の融合。1。については残念ながらあまり成果があがらなかった。1。の問題の本質はある写像の縮小性に帰着するのであるが、私はそれはさらにそれはある種の曲率の評価に帰着すると考え、苦労の末、その曲率の満たす微分方程式を導いた。しかし、その方程式が予想に反して非常に複雑になり元の問題にたいして貢献するまでには至っていない。これは今後の課題である。2。についてはほぼ期待していた成果が上がった。結果を簡単に述べる。一次元の分岐多様体上の力学系(写像のite rati on)を考える。一次元の分岐多様体はある高次元の多様体に埋め込まれているとし、その管状近傍からそれ自身への写像を一次元の分岐多様体への射影と一次元多様体上の写像の合成とする。もし、一次元多様体上の写像がColl et-Eckmann条件をみたすカオス的力学系なら、ここで作られた写像の高次元の空間の力学系としてのgenericな摂動の中にstrange attractorを持つものが正の割合で現われる。さらにstrangeattractorを持たないパラメーターの割合は摂動の大きさに比例して小さくなる。つまりstrange attractorは安定的に現われる。この結果は現在論文としてまとめている途中である。1。2。1。1。2。結果を簡単に述べる。
多元素系リチウムイオン二次電池正極材のコンビナトリアル高速スクリーニング

リチウムイオン二次電池正極材の代替物質が探索されるなか、コンビナトリアル技術を駆使して多元系材料の探索を進め、層状岩塩構造を有するLi(Ni,Co,Ti)O2では遷移金属サイトに10%のTiを含む物質群が優れたサイクル特性を有することを見出してきた。Ti置換効果は層状岩塩型に限らず、スピネル型化合物においても同様の挙動を示した。オリビン型構造ではLiFe1-x-yMnxCoyPO4の初期放電容量において、Co無置換体に比べ、Co10%置換体LiFe1-xMnxCo0.1PO4の値が大きくなる傾向もみられた。これらの知見は、多元系新規機能材を探索する上で、大きな指針になると期待する。リチウムイオン二次電池正極材として一般的に用いられているLiCoO2の代替材料の探索を多元素置換系で行うためにコンビナトリアル材料探索技術を活用し、本申請では層状岩塩型複合酸化物のほかにオリビン型やスピネル型などの複合酸化物についても代替材料の探索を推し進めるのが目的である。平成25年度では、層状岩塩型結晶構造を有するLiCoO2のCoサイトを他の複数の遷移金属により置換したLi(Ni,Co,Fe,Ti)O2およびFeをMnやCrへ置換した同型化合物の作製を進めてきた。本申請課題をスタートする前にLi-Ni-Co-Fe-Ti系複合酸化物の反応図を作成し、その結果を参考にLi(Ni0.4Co0.2Fe0.2Ti0.2)O2およびLi(Ni0.4Co0.2Mn0.2Ti0.2)O2、Li(Ni0.4Co0.2Cr0.2Ti0.2)O2の作製と電極評価を行った。試料の作製には溶液プロセスのひとつであり、コンビナトリアル材料探索技術の基盤概念である静電噴霧熱分解法を用いた。結果、Fe系およびMn系とも、初期放電容量はLiCoO2と比べ10%ほどの向上が確認された。また、50サイクル後の要領維持率ではFe系が75%付近に低下するのに対し、Mn系では100%を維持する結果となった。なお、Cr系では固溶体としての作製は困難であった。FeおよびMn系のサイクル特性の相違を検討するとともに、遷移金属サイトの元素の組成を変化させたものに関しても同様の調査、比較検討を行う必要性があることが分かり、平成26年度研究の予定を平行して実施予定である。平成25年度の継続として、層状岩塩型複合酸化物Li(Ni0.4Co0.2Fe0.2Ti0.2)O2およびLi(Ni0.4Co0.2Mn0.2Ti0.2)O2およびTi固溶量を減少させたLi(Ni0.5-x/2Co0.25-x/4Fe(Mn)0.25-x/4TiX)O2(X = 0, 0.05, 0.10, 0.15)について、粒子特性と電池特性を評価した。粉末X線回折測定により粒子サイズ算出および構造精密化を行ったところ、Ti量の増加に伴い、イオン半径比に基づいた格子の拡大とともに、LiサイトへのNiイオンの挿入、すなわちカチオンミキシングの増大も確認された。また結晶子サイズについてはTi置換量が増えるにつれて小さくなる(50nm17nm)結果を示した。このような粒子特性のなか、20サイクル後のサイクル容量維持率はTi10%置換体が一番望ましい値を示した。この系統の試料については、今後、放射光X線なども用いて、現象を解明する必要がある。また、平成26年度ではオリビン型結晶構造を有するLiFePO4のエネルギー密度を高めるため、遷移金属であるFeサイトへMn, Coを部分的または全置換したオリビン型結晶構造が得られる組成条件を広範囲で調査し、電池特性との相関も調査してきた。静電噴霧堆積法を基盤技術としたコンビナトリアルシステムにより、500700°C(2時間焼成)でのLiFePO4 - LiMnPO4 - LiCoPO4反応図を作成し、特にオリビン型構造の単一相生成領域が広い600°C焼成の試料群に関して電極特性を調査した。その結果、LiFe1-xMnxCo0.1PO4の初期放電容量がCo無置換体LiFe1-xMnxPO4より大きくなる知見を得た。構造中にFe2+, Mn2+, Co2+が存在することで充放電に伴う酸化還元反応が促進されたと考えられる。層状岩塩型複合酸化物について、最終年度では平成26年度までのデータの補足をしつつ、酸素雰囲気下700°C熱処理後の反応図構築に取り掛かった。擬三元系Li(Ni-Co-Fe) 0.8Ti0.2O2反応図をX線回折による相同定と組成分析より作成した結果、大気雰囲気で焼成した既報の反応図と比べて層状岩塩型構造の単一相領域が拡大した。また、電極評価の一例としてLiNi0.4Co0.2Fe0.2Ti0.2O2の初期放電容量は117 mAh/gとなり、50サイクル後の放電容量維持率は97%となった。酸素雰囲気下650°Cで得られた同組成試料では初期放電容量が112 mAh/g、50サイクル後の放電容量維持率が85%であったことから、静電噴霧熱分解法により得られる粉体は、酸素雰囲気下700°C焼成が適していることになる。今後はTi置換量を変えた擬三元系反応図を作成し、組成・構造・物性の相関をまとめたい。

平成26年度より取り組んでいるオリビン型Li(Fe,Mn,Co)PO4では層状岩塩型化合物の成果を踏まえLi(Fe,Mn,Co)0.97Ti0.03PO4について反応図を作成した。Ar(97%)-H2(3%)混合ガス雰囲気下600°Cで2時間焼成した試料群は、Feを多く含む組成でオリビン型構造の単一相を示し、Ti固溶により充放電サイクル特性の、Co10%置換体で初期放電容量の向上を確認した。平成27年度では充放電時のMn溶解やヤーン・テラー歪みによる構造変化を抑制することを目的にスピネル型LiMn2O4にも着目し、Li(Ni-Mn-Ti)2O4系酸化物の探索を進めた。大気雰囲気下700°Cで3時間熱処理したLiNi0.5Mn1.5-xTixO4では0x0.5において単一相が得られ、0.1Cにおける電極評価では無置換体よりも高い充放電電位(4.7V)を示した。dQ/dV曲線から、Ti量の増加に伴いNi2+/4+の酸化還元反応が高電位側にシフトする傾向が見られ、金属酸素間の結合力が原因と考えられた。なお、x=0.2においては、放電容量、維持率ともに優れた値を示した。リチウムイオン二次電池正極材の代替物質が探索されるなか、コンビナトリアル技術を駆使して多元系材料の探索を進め、層状岩塩構造を有するLi(Ni,Co,Ti)O2では遷移金属サイトに10%のTiを含む物質群が優れたサイクル特性を有することを見出してきた。Ti置換効果は層状岩塩型に限らず、スピネル型化合物においても同様の挙動を示した。オリビン型構造ではLiFe1-x-yMnxCoyPO4の初期放電容量において、Co無置換体に比べ、Co10%置換体LiFe1-xMnxCo0.1PO4の値が大きくなる傾向もみられた。これらの知見は、多元系新規機能材を探索する上で、大きな指針になると期待する。年度ごとの研究予定については概ね順調に進めることができている。平成25年度の研究成果を当初平成26年度までに学術論文として投稿する予定であったが、研究実績の概要に示したとおり、さらに調査が必要な箇所があり、これに関しては平成26年度成果を踏まえ今年度の学術論文投稿完了を目指す。無機材料化学コンビナトリアル化学平成25年度から実施している層状岩塩型複合酸化物の合成と電池特性に関しては、今後、Ti置換における効果をより詳細に調査するべく、放射光による分析にも力を入れたい。平成26年度から実施のオリビン型複合酸化物についてもCo置換量による電極特性の向上が見出されたことから、層状岩塩型複合酸化物系と同様に、結晶構造と物性との相関性を放射光なども用いて評価を進めていきたいと考えている。さらに、今年度はオリビン構造のほかにポリアニオン系複合酸化物Li2F2P2O7およびFeサイト置換体試料群のコンビナトリアル材料探索を並行して進め、多元素置換系リチウム二次電池正極材における材料設計指針をまとめられるようにしたい。層状岩塩化合物LiCoO2のCoサイトへのFeやMnの置換およびレドックスに寄与しないTiの置換に対してリートベルト解析による構造精密化などをすすめ、目標に近い成果が得られてきているが、良い意味で思わぬ成果も見えてきており、今後も調査が必要である。一部の成果については平成26年度中に学術論文への投稿を行う予定である。残額はほぼゼロに近い状況のため、予定に沿って予算消化できている。層状岩塩型であるLi(Ni,Co,Fe,Ti)O2およびLi(Ni,Co,Mn,Ti)O2系の電極特性に関してさらに調査を進めるとともに、平成26年度ではオリビン型結晶構造を有するLiFePO
地理情報とユーザー視点を活用した子育て支援システムの評価モデルの構築

本研究では、地域の子育て支援資源に着目し、地域の子育て支援資源、ならびに乳幼児をもつ親の日常行動範囲や子育て、家族関係などの評価、およびその関連の分析を併せて行うことにより、地域での資源や親の日常生活行動を考慮した、サービス利用者の視点を包含した地域子育て支援システム評価モデルを開発することを目指している。2018年度は、子育て中の母親の日常生活行動範囲、ユーザー視点による子育て資源の評価と子育て自己評価に関する調査の先行文献検索を実施した。先行研究では、乳幼児(0歳3歳)をもつ親子の日常生活行動範囲は、都市部で半径2.1キロ以内であったが、まずはこれを一つのモデルとして、地理情報の分析を進めた。フィールド調査実施予定の自治体の公開データを活用し、GISにより分析を実施した。子育て支援センターや児童館を子育て支援資源として、所在地を入力し、子育て中の母親の日常生活行動範囲の前提を2.1キロとし、それらの配置状況が市内面積をどの程度カバーできているかを探った。比較的都市部であった候補地では、子育て支援センターや児童館が多く存在し、2.1キロの活動範囲モデルとすると、現在のセンターや児童館の配置状況で、地理的に市内すべてをカバーしていることがわかった。来年度のフィールド調査実施に向けて、調査票作成の準備を進めているが、日常行動範囲を質問票でどのように尋ねるか検討をした。また、今年度は、実際にフィールド調査が実施可能かどうかを、候補の自治体に協力を求めた。2018年度は、GIS分析や調査表作成に関する準備は計画通りに進んだものの、実際の調査を実施するフィールド候補地に協力依頼を求めたが、研究対象にあった母親のリクルートが難しいという理由から、調査協力が得られなかった。そのため、予備調査まで実施する予定であったが、実施ができておらず、当初の予定より進捗がやや遅れていると評価した。2019年度も引き続きフィールドとの調整を行うとともに、GISでの分析は、使用する公開データの種類の数を増やし、候補フィールドとなるいくつかの自治体のデータにて分析を進める。フィールド調査については、順調に調査ができるように準備することを目指し、GIS分析の結果は、結果がまとまり次第、学会での発表を考えている。実際の調査を実施するフィールド候補地に協力依頼を求めたが、研究対象にあった母親のリクルートが難しいという理由から、調査協力が得られなかった。そのため、予備調査を実施する予定であったが、実施ができておらず、研究計画にやや遅れが生じている。それらの研究計画を次年度にもちこしたため、使用額にみ変更が生じた。
口唇裂・口蓋裂の発症原因の追究

口唇裂口蓋裂は,遺伝要因が強いが,原因遺伝子の解明には至っていない.今回,原因遺伝子を追究するために,次世代シークエンサーを用いてゲノム解析を行った.対象は,東京歯科大学唇顎口蓋裂外来を受診した患者で過去に口唇裂口蓋裂との関連が報告されている10遺伝子(TP63,IRF6,Wnt5A,Wnt9B,PAX9,MSX1,TFAP2A,MN1,DLX3/4)に対し,Illumina HiSeq2500を用いた.DLX4,Wnt5A,TFAP2Aの3遺伝子から一般集団に存在しない3つのバリアントを検出した.このうちDLX4のc.359C>Tへの変化は,ミスセンス変異で口唇裂口蓋裂の発症に関与する.口唇裂・口蓋裂の発症原因には、様々な要因が挙げられるが、遺伝的要因と環境的要因に大きく分けられる。今回、私は、遺伝的要因に着目し、口唇裂・口蓋裂の原因遺伝子を追究することが目的である。口唇裂・口蓋裂の遺伝的要因として、単一遺伝子病、多因子遺伝病が考えられる。そこで、単一遺伝子病として変異解析、多因子遺伝子病としてSNP(一塩基多型)を用いてケースコントロール・スタディ(Case-control study)、伝達不平衡テスト(TDT)を行う。対象は、東京歯科大学口腔外科を受診した口唇裂・口蓋裂(非症候性)の患者およびその両親、健常者である。平成26年度の目標としては、口唇裂・口蓋裂患者及び両親と健常者の検体(血液)採取と解析する3遺伝子の情報収集、3遺伝子の解析に必要なプライマー(試薬)の作成である。到達した成果として、東京歯科大学倫理委員会より承認を受け、患者・健常者説明用資料を作成した。この説明用紙を用いて同意を得た口唇裂・口蓋裂患者及び両親50家系と健常者の血液を採取し、DNA抽出作業が完了した。口唇裂・口蓋裂に関連すると考えられる3遺伝子(3つ)のデータ収集NCBI、JSNP、UCSC、RepeatMaskerなどのWebを利用し、遺伝子配列、登録SNPの検出などを行った。今後は、これらのDNAを用いて関連すると思われる3遺伝子の解析を行っていく。また、継続し検体の採取を行っていく。口唇裂・口蓋裂は、遺伝要因と環境要因が相互に関与した多因子遺伝性疾患と考えられている。そして、本研究は、この疾患を遺伝子解析により原因を解明することが目的である。対象は、東京歯科大学口腔外科を受診した非症候性の口唇裂・口蓋裂の患者およびその両親、健常者である。平成27年度は、15家系の検体採取し、DNA抽出作業が完了した。シーケンスは過去に口唇裂・口蓋裂との関連が報告されている10遺伝子の全エキソン、イントロンおよび、近傍の保存領域に対して、Illumina HiSeq2500を用いたターゲットリシーケンスを行った。今後は、平成28年5月26日27日の第40回口蓋裂学会で発表予定である。平成27年度は、Illumina HiSeq2500を用いたターゲットリシーケンスを用いて10遺伝子の全エキソン、イントロンおよび、近傍の保存領域に対して解析を終了することができた。いくつかの変異が口唇裂・口蓋裂の発症に関与が疑われ、再度検索中である。口唇裂・口蓋裂の発症頻度は、アジア人種では500人に1人の割合で発症し、その他の人種に比べ発症頻度は高い。しかし、発生機序は未だ明らかにされていないのが現実である。近年、次世代シークエンサーを用いた遺伝子解析が行われ、多くの疾患遺伝子が同定されている。本研究は、口唇裂・口蓋裂の発症に関与する遺伝子を同定するため、日本人の口唇裂・口蓋裂患者を対象に、遺伝子解析を行った。本研究では、70家系採取し、合計250家系の検体を採取することができた。東京歯科大学千葉病院唇顎口蓋裂外来を受診した、日本人の症候群を持たない唇顎口蓋裂および口蓋裂を伴わない唇顎裂(NSCL±P)患者78人と、症候群を持たない口蓋裂単独(NCP)患者14人を対象とした。これらの患者と採取可能であった両親148人を対象に解析を行った。解析した遺伝子は、IRF6、TP63、WNT5A、MSX1、TFAP2A、PAX9、WNT9B、MN1、DLX3、DLX4とし、これら10遺伝子のエキソンと、イントロンの保存領域を含めた153Kbpに対し、illmina HiSeq 2500を用いて遺伝子解析を行った。7遺伝子から一塩基多様性(SNVs)を検出した。これらのSNVsは、遺伝情報に存在しない新規のSNVsであった。このうち2名のNSCL±P患者に2遺伝子のヘテロ接合ミスセンス変異を認めた。この変異はIn-silico解析の結果、有害な変異であることが予測された。口唇裂・口蓋裂の発症に関与することが示唆された。この領域における変異は唇顎口蓋裂の発症に関与することが考えられた。この結果は、The Cleft Plate-Craniofacial Journalに投稿中である。口唇裂口蓋裂は,遺伝要因が強いが,原因遺伝子の解明には至っていない.今回,原因遺伝子を追究するために,次世代シークエンサーを用いてゲノム解析を行った.

対象は,東京歯科大学唇顎口蓋裂外来を受診した患者で過去に口唇裂口蓋裂との関連が報告されている10遺伝子(TP63,IRF6,Wnt5A,Wnt9B,PAX9,MSX1,TFAP2A,MN1,DLX3/4)に対し,Illumina HiSeq2500を用いた.DLX4,Wnt5A,TFAP2Aの3遺伝子から一般集団に存在しない3つのバリアントを検出した.このうちDLX4のc.359C>Tへの変化は,ミスセンス変異で口唇裂口蓋裂の発症に関与する.初年度に掲げた目標には、ほぼ到達している。研究が十分に行えるかの最終チェックを行い、平成27年度の遺伝子解析が十分に行える準備が完了した。検体採取に関しては、平成28年7月までに手術を予定している10人予定しているため最低でも採取可能である。昨年度に解析を終えた10遺伝子にいくつかの領域で変異を認めた。その変異が、本当か否かを再度、確認作業にとりかかる。口腔外科本研究は、検体採取、DNA抽出、解析に多くの経費が使われる。平成26年度では、検体採取、DNA抽出に関して、概ねシステムができスムーズに行うことができ、平成27年度も継続し行うことができる。また、平成27年度の大きな事項として、3遺伝子の解析に重点をおき、主に試薬などに予算を割くことにする。本研究は、検体採血、DNA抽出、そして解析に予算が多くかかる。平成27年度は、検体採取は、15家系と前年度より少なく、予算を削減できた。解析を10遺伝子の全エキソン、イントロンおよび、近傍の保存領域に対して、Illumina HiSeq2500を用いたターゲットリシーケンスを行ったため低予算で可能であった。本年度に得られた結果を来年度再度検索する予定である。本研究は、検体採取、DNA抽出、解析に多く予算が使われる。平成26年度は、口唇裂・口蓋裂患者及び両親と健常者の検体(血液)採取と解析する3遺伝子の情報収集、3遺伝子の解析に必要なプライマー(試薬)の作成であり、旅費、人件費は削減できた。そして、解析を今後予定しているため次年度使用にした。解析を10遺伝子の全エキソン、イントロンおよび、近傍の保存領域に対して、Illumina HiSeq2500を用いたターゲットリシーケンスを行って得られた結果を来ダイレクトシークエンスを行いプライマーなどの試薬に予算を充てる。また、第40回日本口蓋裂学会総会学に発表を行い、論文発表も行う予定である。本研究の主な解析は、平成27年度から予定しているため多くの試薬が必要である。そこで、平成26年度で検体採取、DNA抽出の予算は、完了し、平成27年度では、解析に予算を充てる。
炭質物ラマン摩擦発熱温度計を用いた断層摩擦発熱温度分布の解明

断層活動に伴う摩擦発熱温度を定量的に評価することを目的とし,陸上に露出する過去の沈み込みプレート境界断層の断層岩中に含まれる炭質物および100°C1300°Cまで加熱実験した炭質物のラマン分析を行った.加熱実験試料のラマン分析の結果,温度上昇と共にラマンスペクトルが大きく変化することが明らかとなった.特に600°C以上の加熱実験試料においてその変化が明瞭に表れた.断層試料のラマン分析の結果,断層の主要すべり面において700°C以上に加熱実験した試料のラマンスペクトルと同様のスペクトルが得られた.以上より,断層中に含まれる炭質物のラマン分析は,断層摩擦発熱温度を見積る上で有用であると考えられる.断層活動に伴う摩擦発熱温度の計測は,地震時の絶対応力推定や動的弱化機構を推定する上で重要である.本研究は,断層岩中に含まれる炭質物の熱熟成を指標とした,断層摩擦発熱温度の定量的評価を行うことを目的としている.本年度に行った研究内容および成果は以下の通りである.陸上付加体から採取した炭質物の100°C1300°Cまでの100°Cごとの加熱実験(昇温速度20°C/min)を行い,実験後の試料のラマン分析を行った.その結果,短時間の被熱でも,被熱温度の上昇とともに炭質物のラマンスペクトルが大きく変化することが明らかとなった.陸上付加体に露出する2つの化石巨大分岐断層から採取した断層岩の顕微鏡下での微細構造観察を行った.2つの断層のうち,浅部断層岩が露出していると考えられている,房総半島保田付加体から採取した断層岩には,カタクレーサイトおよびウルトラカタクレーサイトが認められた.相対的に深部の断層岩が露出していると考えられている四国南西部四万十帯から採取した断層岩には,断層角礫,カタクレーサイト,ウルトラカタクレーサイト,シュードタキライトが認められた.顕微鏡観察で確認されたこれらの断層岩に対し,微細構造に対比させた摩擦発熱温度分布を明らかにすることを目的とし,それぞれの断層岩中に含まれる炭質物のラマン分析を行った.分析の結果,微細構造の違いに応じて,炭質物のラマンスペクトルが大きく異なることが明らかとなった.当初の予定では,加熱実験を100°C1000°Cの温度領域で行う予定であったが,より高温の発熱温度を検出できるよう,1300°Cまでの実験を実施した.また,断層岩の微細構造解析およびラマン分析についても次年度に行う予定であったが,実施している.炭質物の粉砕実験および化学分析についても実施済みである.断層活動に伴う摩擦発熱温度を定量的に評価することを目的とし,白亜紀付加体中に発達する巨大分岐断層中の断層岩中に含まれる炭質物および100°C1300°Cまで加熱実験した断層周辺の母岩中の炭質物のラマン分析を行った.加熱実験試料のラマン分析の結果,温度上昇と共に炭質物のラマンスペクトルが大きく変化することが明らかとなった.得られたラマンスペクトルのピーク強度比および面積比の解析を行ったところ,特に,600°C以上の加熱実験において,スペクトルの変化が明瞭に表れることが明らかとなった.また,この変化は,堆積岩が続成作用に伴って経験する被熱温度とラマンスペクトルの関係とは大きく異なることが明らかとなった.次に断層岩のうち,カタクレーサイトのみを産する断層,カタクレーサイトとシュードタキライトを伴う断層を対象に,断層岩中に含まれる炭質物のラマン分析を実施した.その結果,一部のカタクレーサイトでは,700°C,シュードタキライトでは,1300°Cまで加熱実験した試料のラマンスペクトルに類似したスペクトルが得られ,瞬間的な発熱によって,断層岩中の炭質物の熟成度が増加していることが明らかとなった.これまでシュードタキライトを産しない断層については,摩擦発熱温度の見積が困難であったが,ラマン分光法を用いることにより,600°Cを超える摩擦発熱温度を経験した断層であれば,シュードタキライトが産しなくても摩擦発熱温度の見積りが可能であることが明らかとなった.断層活動に伴う摩擦発熱温度を定量的に評価することを目的とし,陸上に露出する過去の沈み込みプレート境界断層の断層岩中に含まれる炭質物および100°C1300°Cまで加熱実験した炭質物のラマン分析を行った.加熱実験試料のラマン分析の結果,温度上昇と共にラマンスペクトルが大きく変化することが明らかとなった.特に600°C以上の加熱実験試料においてその変化が明瞭に表れた.断層試料のラマン分析の結果,断層の主要すべり面において700°C以上に加熱実験した試料のラマンスペクトルと同様のスペクトルが得られた.以上より,断層中に含まれる炭質物のラマン分析は,断層摩擦発熱温度を見積る上で有用であると考えられる.前年度に得られたラマン分析結果に対して,スペクトル解析ソフトを用いた解析を行い,ラマンスペクトルの変化を定量的に評価する.評価した結果をもとに,天然の断層における摩擦発熱温度を定量的な見積を行う.また,シュードタキライトが認められた四国南西部四万十帯の断層の周囲に,シュードタキライトを産しない断層を数本確認した.今後,これらの断層の断層岩についてもラマン分析を行い,摩擦発熱温度の見積を行う予定である.構造地質学炭質物の重液分離に使用する試薬の価格が計画時より値上がりしていたため,当初の予定より購入量を減らしたことで差額が生じた.差額分は重液を少しでも多く再利用するための濾紙の購入に充てる予定である.
多入力他出力無線通信システムにおける周波数資源高度利用技術の開発

本研究では、無線周波数資源高度利用技術の開発を目標に、通信路間干渉のない完全相補系列系を用いたCDMAシステムと、通信路容量を増やす多入力多出力(MIMO)技術の結合に関する研究を行った。その結果、1)実装時にハードウェアの複雑度を大幅に削減できる完全相補系列系の一般的な構成法を提案し、2)送信機と受信機の中心周波数の不一致による周波数オフセットと、高速移動体におけるドップラー周波数偏移がシステムに与える影響を解析する新しい手法を開発した上に、3)誤り訂正符号を適応する場合に、現行の無線LANなどの通信規格よりデータの信頼性をさらに高められる高性能インターリーバーを開発した。平成25年度の研究の実施を通じて,アダマール行列と離散フーリエ変換行列を用いた完全相補系列系の一般的な構成法を開発した.本研究で用いる完全相補系列系の一般的な構成法は,すでに研究代表者らによって提案しているが,実用の際には高速処理の可否とハードウェア実装の複雑度が応用の鍵となっている.特に多入力多出力通信システムにおいては,回路規模が用いる送受信アンテナの数のかけ算で増加するため,通信システムの性能を維持しながら回路規模を大幅に縮小できる特殊な完全相補系列系の構築法の確立は,理論と実用の両面で重要な意味を持つ.平成26年度の研究の実施を通じて,離散フーリエ変換行列を用いた完全相補系列系を用いた通信システムは,ハードウェアの実装が簡単になる特徴から複数のアンテナを搭載する多入力多出力システムとの相性が良いことを明らかにした.また,変調後の送信信号に信号配置点回転を加えると,完全な周波数ダイバーシチを実現でき,多入力多出力システムとの相乗効果が得られ,通信品質を向上できることを示した.以上の事実より,離散フーリエ変換行列を用いた完全相補系列系を用いた通信システムは複数のアンテナを搭載する多入力多出力システムに適した通信方式であり,回路の簡素化以外にもダイバーシチ効果の向上,ドップラー周波数変移への頑丈など様々な優れた特性があることが明らかになった.無線通信高速処理が可能な完全相補系列系の構成法において,以前は高速アダマール変換と高速フーリエ変換が適応可能な完全相補系列を別々に生成していたが,平成25年度の研究の実施を通じて,統一的に二つの高速変換を応用できる完全相補系列系の構成法を開発した.平成26年度においては,前年度の研究で確立した新しい完全相補系列系の構成法で生成した系列系を用いた通信システムの性能評価をテーマに,一般的な通信システムとの計算量の比較,電子素子の非線形性によるクリッピングや高速移動で生じるドップラー周波数シフトが通信システムに与える影響などを評価する.研究調査を予定していた学会が日本国内開催となったため,渡航費用の残額が生じたが,その中の一部は参考資料の電子化に必要な物品購入と学会誌掲載のための英文校正に使用した.研究調査およびホームページ上での研究成果掲載の周知費用に使用する計画である.
非メラノサイト病変を含むメラノーマ自動診断支援システムの開発

今回の研究対象である非メラノサイト病変を含む多様な皮膚腫瘍群(ほくろ、シミなど)から、熟練医でも診断が難しく極めて悪性度の高い皮膚がんであるメラノーマを高精度に識別できる全自動の手法を開発した。開発した手法は、診断が確定した合計658症例(メラノーマ42例、良性のメラノサイト病変506例、非メラノサイト病変110例)の解析を元に行われ、構築できた識別器は、感度97.6%,特異度92.2%を実現した。我々は、これまで皮膚科専門医でも識別が難しいメラノーマと、一般にほくろと呼ばれる色素細胞母斑(ともにメラノサイト病変melanocytic skin lesions: MSL)を識別できる自動診断支援システムを開発し、改良を重ねてきた。システムは、ネットの利便性を活かし世界各国から利用されている。今後システムの利用者を皮膚科専門医以外の医師に拡大する場合、これまで研究対象になってこなかったMSL以外の一般の皮膚腫瘍(非メラノサイト病変: non melanocytic skin lesions: noMSL)もメラノーマと正しく識別できる能力を持たせることが必要である。前年度の成果により、メラノーマの自動識別のために極めて重要な前処理であるダーモスコピー画像内での腫瘍領域の高精度の特定が可能となった。今年度は、この手法を用いたnoMSLも含む多様な皮膚腫瘍群から、メラノーマを極めて高精度に識別できる手法を開発した。開発した手法は、診断が確定した合計658症例(メラノーマ42例、良性のメラノサイト病変506例、非メラノサイト病変110例)の解析を元に行われ、構築できた識別器は、感度97.6%,特異度92.2%(いずれも交差検査法による評価)を実現し英文論文誌にて成果を発表した。熟練皮膚科医によるメラノーマと、母斑(MSLの良性腫瘍)の識別精度は80%程度と報告されており、これを補うためMSLのみが自動診断支援の研究対象となってきた。noMSLとメラノーマの識別は、熟練皮膚科医には比較的容易であるが、皮膚科医以外の医師にとっては困難な課題である。本研究により、noMSLを含む多様な皮膚腫瘍に対しても自動識別技術が出来たことは、メラノーマの早期発見、診断支援に大きな貢献になると考えられる。今後システムの利用者を皮膚科専門医以外の医師に拡大することを考えた場合に、これまで研究対象になってこなかった、MSL以外の一般の皮膚腫瘍(非メラノサイト病変: non melanocytic skin lesions: noMSL)もメラノーマと正しく識別できる能力を持たせることが必要である。今年度は、研究計画の前半部分のダーモスコピー画像(皮膚科医が用いる拡大鏡)からの正確な腫瘍領域抽出手法の開発に取り組み、英文原著論文2編の成果を上げた。メラノーマ等の皮膚腫瘍の自動識別を行うためには、腫瘍辺領域の特徴が極めて重要なため腫瘍領域の特定は大変重要な課題である。しかしnoMSLは種類が多く病変の容態が多様で、また境界不明瞭な腫瘍が多い。そのため完全自動化された病変抽出アルゴリズムの開発は容易ではなく、申請者が知る限り研究成果は見当たらない。そこで本研究では、noMSLにも対応した正確で頑健な腫瘍領域抽出法を開発した。本研究の実施により、既存のMSL病変およびnoMSL病変双方に対し正確な腫瘍領域特定が可能な手法を開発した。本手法は、2006年から2010年までに論文で公開されている5種の皮膚腫瘍抽出アルゴリズムと比較してnoMSL病変で1位、MSL病変の精度で2位(既存の我々の方法が1位)の精度を実現し、成果はSkin Research and Technology誌に掲載された。またMSL病変についても新たな腫瘍抽出アルゴリズムを開発し、こちらも同論文誌に掲載が決まった。本研究は、非メラノサイト病変(noMSL)を含むメラノーマ自動診断支援システム実現のために、(1)メラノサイト病変(MSL)およびnoMSLを90%以上の精度で識別できる識別器の構築、および(2)そのために必要な腫瘍領域の抽出が難しいnoMSLに対しても皮膚科医と同等の結果が得られる腫瘍領域特定アルゴリズムの開発を目標とし研究を行ってきた。2011年度の研究では主に(2)について取り組み、MSL, noMSL双方に対して、近年論文誌で公開されている最近5つの方法よりも優れ、熟練皮膚科医と同等と見なせるアルゴリズムが開発できた。これにより原著論文2本の成果を得ることができ当初の目標は順調に実現できたと考えられる。残りの識別器開発についても、2011年度中にこれまでの研究により得られた識別に関する枠組みが利用し、目標の達成が実現できる見通しが得られた。

2011年度に得られた、ダーモスコピー画像からの腫瘍領域抽出アルゴリズムの成果を用いてnoMSL病変の解析が出来るようになると、既存のMSL病変の識別システム(色素細胞母斑とメラノーマの識別システム)とあわせて、一般的な様々な種類の皮膚病変の入力に対してメラノーマの検出が可能になり、システムが研究レベルから実用化レベルへと大きな進歩を遂げることが出来る。これまでの研究において、腫瘍領域が正しく抽出できた場合に高い精度でダーモスコピー画像を分類できる枠組みを我々は持っているので、2012年度はnoMSLに対してこれを応用して総合的な識別システムの開発を行う。具体的には、腫瘍抽出結果を得た後、(A)腫瘍内外の画像から、臨床現場で用いられる指標を参考に、従来の研究で診断に重要だと考えられるパラメータを画像ごとに、腫瘍内部(T: tumor)、腫瘍辺縁(P: peripheral)および、健常部位(N: normal)との差など、各領域ごとに多数抽出する。(B)千数百例の診断が確定した症例を用い、これらのパラメータのうち、どの特徴が本テーマの分類に効果的かを、統計的な手法で選択し、医学的知見に基づく検証の上決定する。(C)基礎的な線形モデルで診断精度の検証の後、人工神経回路網(artificial neural network)もしくは、サポートベクタマシン識別器などの高度な識別器の作成を行う。良好な識別器が構成できた後、単にそれらを利用するだけではなく、識別に特に効果的な特徴については、医学分野に改めてフィードバックすること(「区別のためには○○を見つけよ」という新たな指針の提供)を目指し、臨床現場での貢献も視野に入れる。物品費:重要な画像特徴量の探索、頑健な識別器の開発、また特に画像数が合計で1500を超える状態での画像特徴フィルタ設計(最適化問題)には大変大きな計算能力が必要になり、計算能力は大きいほど望ましく現状を考慮すると更新が必須である。これまでの研究から比較的安価な計算機を並列に接続し運用する方がコストパフォーマンスに優れることがわかっているため、複数台消耗品として計上した。メインの開発を行う備品のワークステーションは、診断サーバに転用予定であり、ダウンタイムをできるだけ低減するために高信頼、高速のマシンを選定した。旅費:昨年度申請者独自の研究室が出来、今年度から研究室の大学院生にも本研究課題に対して研究成果が見込まれることから、2011年度の基金の残金を利用するなど、従来より多くの金額を旅費として計上した。謝金:実際のシステム運用や、データの基礎加工などの学生アルバイト代を、これまでの実施額に基づいて計上した。その他:英語校正、学会参加費、別刷り印刷費などについても、従来の実績に基づき計上した。