hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
波動現象とプラズマ現象の非線形偏微分方程式による解析

自然現象の多くは偏微分方程式として数式で記述され解析されていて,波動現象が摩擦の影響を受けている場合の解析には消散型波動方程式の解構造の研究が必要となる.本研究では一般奇数次元の全空間におけるコーシー問題に対する消散型波動方程式の解のL^1ノルムの一様有界性の証明やL^pタイプの減衰評価式の厳密な解析を行った.また, 4次元と5次元の場合には自己相互作用の非線形項をもつ非線形消散型波動方程式の時間大域解の一意存在定理の証明やエネルギー評価式の厳密な解析を行った.さらに,外部領域における初期値境界値問題に対する消散型波動方程式の解空間構造の研究をおこなった.自然現象の多くは偏微分方程式として数式で記述され解析されていて,波動現象が摩擦の影響を受けている場合の解析には消散型波動方程式の解構造の研究が必要となる.本研究では一般奇数次元の全空間におけるコーシー問題に対する消散型波動方程式の解のL^1ノルムの一様有界性の証明やL^pタイプの減衰評価式の厳密な解析を行った.また, 4次元と5次元の場合には自己相互作用の非線形項をもつ非線形消散型波動方程式の時間大域解の一意存在定理の証明やエネルギー評価式の厳密な解析を行った.さらに,外部領域における初期値境界値問題に対する消散型波動方程式の解空間構造の研究をおこなった.自然現象の解析には,その現象に対応する微分方程式や偏微分方程式を利用することが多く,物理学や工学の実験やその検証のための評価に利用されていて,数学方面には数学的な道具の開発や理論的な裏づけが求められている.そこで,本研究では,物理学における波動現象を記述する摩擦波動方程式やプラズマ現象等を記述する基礎方程式に関連する数学方面からの研究を中心に行った.本研究期間内における主な成果としては,空間次元に制限を課すことなしにコーシー問題に対する摩擦波動方程式のL^1評価式に関する新しい評価式を与えることができたことが挙げられる.さらに,その結果に対する初期条件に関する条件を改善することにも成功することができた.その成果は海外の有力な雑誌に掲載されていて,研究発表欄に記載しているとおりである.一方、研究成果の発表をするため2005年度日本数学会秋期総合分科会(函数方程式)において題目「On L^1 estimates for dissipative wave equations in exterior domains」について研究成果の発表を行うことができた.研究成果の発表を通して他大学の研究者と研究討議をすることができたり,さらなる問題解決への糸口や新しい発想を得ることができたりした.さらなる新しい解に対する評価式の開発については現在も研究を進めているところであり,次年度以降の成果となる予定である.自然現象の解析には,その現象に対応する微分方程式や偏微分方程式を利用することが多く,物理学や工学の実験やその検証のための評価に利用されていて,数学方面には数学的な道具の開発や理論的な裏づけが求められている.そこで,本研究では,物理学における波動現象を記述する摩擦波動方程式やプラズマ現象等を記述する基礎方程式に関連する数学方面からの研究を中心に行った.本研究期間内における主な成果としては,4次元と5次元におけるコーシー問題に対する線形爆発波動方程式の詳しい解表示を用いてL^1評価式を導き,それを半線形の爆発波動方程式の臨界指数に関する大域解の存在定理に応用し,大域解の存在と減衰評価式を導いたことがあげられる.自然現象の解析には、その現象に対応する微分方程式や偏微分方程式を利用することが多く、物理学や工学の実験やその検証のための評価に利用されていて、数学方面には数学的な道具の開発や理論的な裏づけが求められている、そこで、本研究では、物理学における波動現象を記述する摩擦波動方程式やプラズマ現象等を記述する基礎方程式に関連する数学方面からの研究を中心に行った。本研究における主な成果としては、3次元以上の一般次元の障害物等を考慮した外部領域における初期値境界値問題に対する線形爆発波動方程式の時間大域解の詳しい減衰評価式を導いたことがあげられる。この評価式には解のL^1ノルムについての時間に関する一様有界性の結果を含んでいる点が重要である。証明では、前年度までに研究してきた全空間におけるコーシー問題に対する類似の結果を応用している。加えて、局所エネルギー減衰評価式やCut-off法などを巧みに組み合わせるといった手法を用いて証明を完成している。また、2次元の場合については、幾分証明を異にする点があり別の成果として発表した。雑誌論文としては2件が発表されたがいずれも大域解の漸近挙動を明らかにしている点で研究の目的に沿ったものになっているといえる。また、これらの研究を継続していくことで解空間や大域解の漸近挙動に関する次年度以降のさらなる研究成果につないでいけるものと考えている。自然現象の解析には,その現象に対応する微分方程式や偏微分方程式を利用することが多く,物理学や工学における実験やその検証のための評価に利用されていて,数学方面には数学的な道具の開発や理論の構築が求められている.そこで,本研究では,物理学における波動現象を記述する消散型波動方程式やプラズマ現象等を記述するVlasov-Poisson-Fokker-Planck方程式系やVlasov-Poisson方程式に関連する数学方面からの研究を行った.本研究期間内における主な成果は,一般次元の初期値境界値問題に対するdamped sublinear wave equationの一様有界な時間大域解の一意存在定理を示したことであり,論文としてまとめたことである.ここではエネルギー法を活用し解の減衰構造を利用して証明を行っている.また,これ以外の非線形方程式については引き続き研究を進めているところである.これらの研究は非線形偏微分

方程式の時間大域解の漸近挙動に関連している点で研究の目的に沿ったものになっている,また,これらの研究を継続していくことで解空間や時間大域解の漸近挙動に関するさらなる研究成果に繋がっていくものと考えている.
EU統治(ガヴァナンス)の正統性――分野横断的な政策形成過程を切り口として

本研究は、中村民雄(平成14年度研究代表者)が二カ年計画として申請し認められたものである。初年度に中核となる研究と討議(シンポジウム)を行い、論文として年度末に公表した。二年度目(平成15年度)は、中村が文部科学省在外研究員(在イギリス)となったため、研究代表者を平島健司に交代した。本研究の作業仮説はこうであった。1990年代のEUは、経済共同体から政治社会共同体へと変容し始めたが、その統治制度は経済共同体時代のままであって、政治社会的な価値選択を迫られる問題群への対応が難しくなっている。この制度と活動内容のミスマッチがEU統治の正統性への疑問を引き起こしているのではないか。この仮説の妥当性を、具体的な事例研究(バイオ・テクノロジー規制の導入、製薬業規制制度の変化、経済通貨統合による構成国の財政政策および社会政策の変容)を通して検証した。その結果、仮説は妥当することが明らかに存った。すなわち、経済共同体時代の公式のEUの制度枠組みを通した問題解決が困難である場合、制度の不備を補完するために、多様な社会的主体の間に政策形成・執行のネットワークが補完的に形成される実態があること(平島・安東・工藤)、同時に欧州議会における欧州次元の政党も次第に形成され、それが国内政党政治へ逆に変容をもたらしていること(小川)が明らかになった。この成果を踏まえて、このような制度補完的な実務慣行の形成過程を描く手法として、「社会構成主義」の手法や(臼井)、H.L.A.Hartの「承認のルール」の競合状態モデル(中村)、また「主権」概念の歴史性を根本的に疑う方法(遠藤)などを模索した。平成14年度は、当初の予定通り、5月22日にシンポジウム「EUの将来-新たな視座」を開催した(東京大学山上会館)。このシンポジウムのために、同じタイトルの資料冊子(製本)を作成し、会場参加者のみならず、当該主題を研究する研究者にも配布した。このシンポジウムにおいては、研究代表者・分担者が基調報告・コメント・司会の中心的役割を果たした。またシンポジウムには当初の研究計画に予定していなかった、他の学問領域の協力者による報告やコメントも加えた。さらに、このシンポジウムに対しては、駐日欧州委員会代表部の後援もいただくことができ、EU-日本フレンドシップ週間の行事の一つとしても広く広報していただくことができ、当日の参加者は150名を越え、活発な質疑応答が交わされた。このシンポジウムにおける報告と質疑応答は、社会科学研究所ディスカッションペーパーJ-117として編集発行済みである。この後は、シンポジウムの成果を確認し、相互に議論を深める研究会を数回開きながら、研究代表者・分担者各自が研究テーマである「EU統治の正統性」に関して、初年度の成果を取りまとめるために論文を執筆した。この諸論文は、東京大学社会科学研究所紀要『社会科学研究』54巻1号(平成15年1月発行)に、特集「ヨーロッパ統合研究への新たな視座」として公表された。研究2年目の来年度は、分野横断的な政策形成の具体例についての研究成果を取りまとめ、今年度の理論的な研究をさらに拡充する予定である。1990年代、欧州共同体はマーストリヒト条約を一つの里程標として、経済的共同体を超える政治社会共同体へと向かい始めた。他方、共同体は新たに生じた問題についても解決を試みてきたが、それらの政策的対応の中には従来とは全く異質のものも含まれた。その結果、共同体の政体そのものが大きく変容しつつある、といえる。本研究は、バイオテクノロジー規制などの分野横断的な政策を素材として、90年代における共同体の質的変化をさまざまな角度から明らかにしようと試みた。

その成果としては、第一に、市場の次元については、製薬業における規制レジームの形成と経済通貨統合による共通通貨体制の形成とそれが構成国の財政政策に及ぼす影響について明らかにすることができた。第二に、政治の次元については、共同体の諸機関と社会的主体の間に形成される政策ネットワークと、欧州議会を中心とするヨーロッパの政党システムの形成について一定の見取り図を得ることができた。また、法の次元についても、市場競争とそれ以外の諸価値との対抗関係に着目し、ソフト・ローの概念や社会的構成主義の視座を援用することによって、ヨーロッパにおける法規範体系の形成を分析する手がかりを得ることができた。今後の課題は、分野横断的な政策の事例研究を拡大するとともに、経済、政治、法の側面に関する分析概念の相互関係を明らかにしながら、さまざまな側面から考察された共同体の変化する政体像を総合し、全体像を構築することにある。
完全非線形楕円型・放物型偏微分方程式の境界値問題の可解性と解の挙動の解析

完全非線形の楕円型・放物型偏微分方程式に対し,その境界値問題の可解性および解の性質について研究を行っている.本年度行った研究とその成果を以下に述べる.一つは,昨年度までに引き続きk次基本対称関数(k=1,・・・,n,ここでnは空間次元)により定まる曲率方程式(以下,k-曲率方程式と呼ぶ)についての研究である.凸関数のクラスに対して、そのk-曲率がボレル測度として得られることを証明した.それにより,k-曲率方程式に対して弱い意味の解である「広義解」を定義することができるようになった.加えて,広義解の基本的な性質についても考察した.特に,別の弱い意味の解として知られている「粘性解」の概念を(凸関数のクラスでは)包含していることは特筆に値する.この結果はk-曲率方程式の特別な場合であるガウス曲率方程式(k=n)に関する結果の拡張となっており,また今後のk-曲率方程式に対する境界値問題の解の存在・一意性の研究にも有用であると考えられる.次に,本年度は一般の完全非線形楕円型・放物型偏微分方程式についても研究を行った.ある条件を満たす完全非線形方程式の粘性解において,1つの等高面は常に除去可能であることを証明した.この種の研究はこれまで半線形および準線形方程式に対してのみ行われてきたが,完全非線形方程式に対しては本研究が初めてである.さらに,本研究の結果は既知の結果の多くを含むものとなっている.このことについての論文は現在投稿中である.完全非線形楕円型・放物型偏微分方程式について,その境界値問題の可解性と解の性質について研究している.本年度は特に幾何学的な構造を持つ「曲率方程式」と呼ばれる方程式について詳細な研究を行った.k次基本対称関数(k=1,...,n,ここでnは空間次元)により定まる曲率方程式(以下,k-曲率方程式と呼ぶ)に対しては,古典解や粘性解よりも弱い意味の解である「広義解」と呼ばれる解の概念が定義でき,それによって非負ボレル測度を非斉次項に持つk-曲率方程式を考察できる,ということは既に研究代表者によって明らかにされていた.これはある種のモンジュ・アンペール型方程式に対して定義された広義解の概念の拡張になっており,広義解の理論の体系化は本研究の目的の一つである.このk-曲率方程式の広義解について解析を行い,(n-k)次元ハウスドルフ測度が0であるコンパクト集合は常に除去可能であることを証明した.ここで,次元n-kはこれ以上大きくすることはできない.この結果は,k-曲率方程式の特別な場合である平均曲率方程式(k=1)に関するSerrinの結果のある種の拡張となっている.また,本結果はk-曲率方程式に対する既存の研究とは異なる手法で得られたもので,その解の性質を深く理解する上での端緒となることが期待される.これらの結果をまとめた研究論文は学術雑誌への掲載が認められ,現在印刷中である.さらに,本年度はk-曲率方程式の境界爆発問題について,解の存在および境界付近における解の挙動に関する研究結果を得た.このことについての論文を現在投稿準備中である.完全非線形の楕円型・放物型偏微分方程式に対し,その境界値問題の可解性および解の性質について研究を行っている.本年度行った研究とその成果を以下に述べる.まず,昨年度に引き続きk次基本対称関数(k=1,...,n,ここでnは空間次元)により定まる曲率方程式(以下,k-曲率方程式と呼ぶ)について研究を行った.与えられた領域の境界に近づくとき解が無限大に発散するという境界条件(境界爆発条件)を課したk-曲率方程式を考察し,粘性解のクラスにおける解の存在・非存在,および境界付近における解の挙動に関する結果を得た.解の存在・非存在に関する結果はk-曲率方程式の特別な場合である平均曲率方程式(k=1)に関するGrecoの結果の拡張となっているだけでなく,解の挙動に関する結果は平均曲率方程式の場合を含め新しいものである.これらの結果をまとめた研究論文は学術雑誌への掲載が認められ,現在印刷中である.さらに,本年度は一般の完全非線形楕円型・放物型偏微分方程式についても研究を行い,ある条件を満たす完全非線形方程式の粘性解において,等高面は常に除去可能であることを証明した.この種の研究はこれまで完全非線形方程式に対しては殆どなされていなかったものであり,また本結果は半線形および準線形方程式に対する既知の結果の多くを含むものである.このことについての論文を現在投稿準備中である.最終年度となる来年度はこれらの方程式の境界値問題の可解性を引き続き考察するとともに,完全非線形方程式の重要なクラスに対して系統的な解析手法の確立を目指す.完全非線形の楕円型・放物型偏微分方程式に対し,その境界値問題の可解性および解の性質について研究を行っている.本年度行った研究とその成果を以下に述べる.一つは,昨年度までに引き続きk次基本対称関数(k=1,・・・,n,ここでnは空間次元)により定まる曲率方程式(以下,k-曲率方程式と呼ぶ)についての研究である.凸関数のクラスに対して、そのk-曲率がボレル測度として得られることを証明した.それにより,k-曲率方程式に対して弱い意味の解である「広義解」を定義することができるようになった.加えて,広義解の基本的な性質についても考察した.特に,別の弱い意味の解として知られている「粘性解」の概念を(凸関数のクラスでは)包含していることは特筆に値する.

この結果はk-曲率方程式の特別な場合であるガウス曲率方程式(k=n)に関する結果の拡張となっており,また今後のk-曲率方程式に対する境界値問題の解の存在・一意性の研究にも有用であると考えられる.次に,本年度は一般の完全非線形楕円型・放物型偏微分方程式についても研究を行った.ある条件を満たす完全非線形方程式の粘性解において,1つの等高面は常に除去可能であることを証明した.この種の研究はこれまで半線形および準線形方程式に対してのみ行われてきたが,完全非線形方程式に対しては本研究が初めてである.さらに,本研究の結果は既知の結果の多くを含むものとなっている.このことについての論文は現在投稿中である.
神経細胞の発芽および開口放出における神経特異蛋白質HPC-1の機能について

HPC-1/syntaxin 1Aは、シナプス小胞のシナプス前膜への融合過程への関与が指摘されているが、細胞内での本来の機能については明らかではない。そこでまず、これに特異的なモノクローナル抗体を作製した。幸運なことにsyntaxin 1Bを認識しない特異性の極めて高い抗体が得られた。これを用いてラット海馬でのHPC-1/syntaxin 1Aの分布を調べた結果、ポリクローナル抗体での結果と同様に軸索全体が陽性であった。脳内での発現量としてHPC-1/syntaxin 1Aはこれまで胎児脳はほとんどないと思われていたが、本抗体による検討の結果、出生以前から存在し発生に伴って増加することが示された。また、この抗体を用いて脳から精製されたHPC-1/syntaxin 1Aは、セリン残基がリン酸化されていたが、チロシンとスレオニンはリン酸化されていなかった。これらの結果からHPC-1/syntaxin 1Aはプレシナプス末端以外でも機能していると考えられた。そこで、HPC-1/syntaxin 1AのアンチセンスDNAをトランスフェクトしたPC12h細胞を作製しその形態の変化を調べた。複数得られたクローン全てが親株と異なり、偏平で大型化し、その内部には大きな液胞状のものが見られ、チューブリンの細胞内分布が発達していた。また、電子顕微鏡で観察するとシナプス小胞様のものがほとんど見られない。また、L型カルシウムチャネルによるカルシウム流入が見られなくなっていた。以上の結果から、HPC-1/syntaxin 1Aが細胞骨格蛋白質やL型カルシウムチャネルと相互作用して細胞の形態形成および細胞内情報伝達を制御しており、その機能はリン酸化によって調節されている可能性が考えられた。今後、これらに関する生化学的な機構を解明することがHPC-1/syntaxin 1Aの機能を明らかにする上で重要であると考えられる。
平安・鎌倉時代における日本漢音の歴史的研究

本研究の目的は、平安・鎌倉時代の日本漢音の実態を歴史的に整理することであった。この目的の達成のために、次のことをおこなった。1.本研究の対象となる資料を、現在公刊されている目録類によって確認した。2.複製本の形で公刊されているものを購入した。また、写真撮影の許可が得られた資料の写真を購入した。3.原本の閲覧が許される図書館・文庫・寺社等に原本閲覧調査に出向いた。4.その結果得られた加点例を、中国音韻の体系に基づき韻別・漢字別に整理した。5.その際、どの様なコンテキストの中でその音で読まれていたのかを知り得るようにした。平安・鎌倉時代の漢音資料は多種・多数であり、一年の研究でその総てを記述しきれるものではない。本年度は、訓点資料の漢字音の調査・整理を試みた。資料の整理にはコンピュータを利用した。その整理に際して、当該音がどの様な文脈で使用されているかという観点を導入した。この点が従来の研究で最も欠けていたところであった。本年度発表した研究結果は、資料の調査・整理の結果の一部である。本年度の研究を通して、以下の点が明らかになった。1.同一時期の日本漢音とはいっても、その様相はさまざまである。2.日本漢音は、日本に伝来以来、日本独自の変化をした。3.日本漢音の整理にあたって、どの様なコンテキストの中での音であるのかを考慮に入れることが重要である。具体例・詳細は「11.研究発表」に記した論文のなかで述べた。
プロテオーム時代におけるタンパク質立体構造の第一原理的予測

まず、我々が開発を続けている粗視化モデルのさらなる改良を行った.とくに、a)側鎖が110程度のロータマー間を動くことができるようなモデル、b)2次構造予測サーバーの結果を読み込んで、2次構造形成傾向にバイアスをかける方法、及び、c)タンパク質の既知立体構造データベースを利用したエネルギーパラメータの改良を行った.従来から問題であったβシートの形成について、最終的な解決はいまだ達成していないが、b)の2次構造予測サーバーの利用によって、実用的にはある程度のβシート形成が可能になった.立体構造予測には、効率よい構造サンプリングが不可欠である.本年は、a)レプリカ交換法による高速構造サンプリング、b)高分子鎖の通り抜けをゆるすファントム鎖モデル、c)前2法を組み合わせたファントム鎖レプリカ交換法、を構築しその有効性をテストした.a)のレプリカ法は、並列計算に適しており、構造予測、平衡状態の物理量計算に多大な威力を発揮する.b)c)の方法は、ある程度の手がかりをつかんだものの、いまだに完全に機能するには至っていない.今後の詳細なチューニングが必要である.上記モデルを用いて、アミノ酸配列情報のみから立体構造予測のベンチマークテストを試みた.αヘリックスからなる短いタンパク質(アルブミン結合タンパク質ドメイン、ファージリプレッサーなど)では予測はある程度成功する.従来からの課題であったβシートを多く含むタンパク質(SH3ドメイン、protein Gなど)については、Architectureレベルで立体構造の特徴をつかむことは可能な場合が多いが、目標であるトポロジーレベルの予測は未だ難しいことが分かった.2年に一度行われているタンパク質の立体構造予測コンテストCASP4に参加し、我々の予測プログラムの達成度を他のグループと比較した.我々のプログラムには、局所的な分子の幾何学的パラメータの精度に難があることが判明した.一方、難しいトポロジーをもつタンパク質の大まかな形状では、他者と比べても、よい予測を与える場合があった.このコンテストでは、局所構造の一致が重要な採点基準になるので、ペプチドの幾何的情報のリファインメントが、今後の重要課題である.まず、我々が開発を続けている粗視化モデルのさらなる改良を行った.とくに、a)側鎖が110程度のロータマー間を動くことができるようなモデル、b)2次構造予測サーバーの結果を読み込んで、2次構造形成傾向にバイアスをかける方法、及び、c)タンパク質の既知立体構造データベースを利用したエネルギーパラメータの改良を行った.従来から問題であったβシートの形成について、最終的な解決はいまだ達成していないが、b)の2次構造予測サーバーの利用によって、実用的にはある程度のβシート形成が可能になった.立体構造予測には、効率よい構造サンプリングが不可欠である.本年は、a)レプリカ交換法による高速構造サンプリング、b)高分子鎖の通り抜けをゆるすファントム鎖モデル、c)前2法を組み合わせたファントム鎖レプリカ交換法、を構築しその有効性をテストした.a)のレプリカ法は、並列計算に適しており、構造予測、平衡状態の物理量計算に多大な威力を発揮する.b)c)の方法は、ある程度の手がかりをつかんだものの、いまだに完全に機能するには至っていない.今後の詳細なチューニングが必要である.上記モデルを用いて、アミノ酸配列情報のみから立体構造予測のベンチマークテストを試みた.αヘリックスからなる短いタンパク質(アルブミン結合タンパク質ドメイン、ファージリプレッサーなど)では予測はある程度成功する.従来からの課題であったβシートを多く含むタンパク質(SH3ドメイン、protein Gなど)については、Architectureレベルで立体構造の特徴をつかむことは可能な場合が多いが、目標であるトポロジーレベルの予測は未だ難しいことが分かった.2年に一度行われているタンパク質の立体構造予測コンテストCASP4に参加し、我々の予測プログラムの達成度を他のグループと比較した.我々のプログラムには、局所的な分子の幾何学的パラメータの精度に難があることが判明した.一方、難しいトポロジーをもつタンパク質の大まかな形状では、他者と比べても、よい予測を与える場合があった.このコンテストでは、局所構造の一致が重要な採点基準になるので、ペプチドの幾何的情報のリファインメントが、今後の重要課題である.
金属ナノワイヤー集合体を用いた高感度SERSセンシング

近接した金属ナノ構造体間のナノスペースでは、光電場増強などにより表面増強ラマン散乱(SERS)発生効率が向上するために、特にバイオ分析を指向したSERSセンシング場として有効である。本研究では、陽極酸化アルミナ(PAA)膜のアルミナ細孔内にメソポーラスシリカを形成させた複合メソポーラス(HMP)膜[1]を用いた鋳型電析によって、銀ナノワイヤーが3次元的にからみあった銀ナノワイヤー集合体を固体基板上に集積化させ、銀ナノワイヤー間での光増強電場を利用した高感度SERSセンシングを目指した。らせん状のシリカメソ細孔(12nmφ)を含有するHMP膜を固体電極上に設置し、硝酸銀水溶(0.05MAgNO_3, 0.5MH_3BO_3)中でのパルス電析によって、銀ナノワイヤー集合体を固体電極上に形成させた。形成後、10w/w%リン酸水溶液と0.1Mの熱水酸化ナトリウム溶液によってHMPの酸化物層を除去し、SEMおよびTEM測定を行った。その結果、図1に示すように、固体電極上にロッド状の銀の構造物がSEMにより確認された。ロッド状構造物の微細構造をTEMにより観測したところ、報告例[2]と同様な、シリカメソ細孔の構造とサイズを反映した銀ナノワイヤー集合体であることが示唆された。このような、銀ナノワイヤー集合体のt-BPE溶液中でのSERS測定を行ったところ、t-BPEの両端のピリジル基が銀に吸着したことを示すスペクトルが得られたことから、銀ナノワイヤー間がSERSのhot spotと成りうることが示唆された。
繊維強化有機ハイブリッド系の構造リストラクチュアリングと低周波音吸収特性

有機ハイブリッド系制振材料は高分子マトリックス内で分散された有機低分子フィラーの分散形態により(1)相溶型(2)ドメイン析出型に分類できる.相溶型としてアクリルゴム(AR)/4,4'チオ-ビス(3-メチル-tertブチルフェノール)(TMBP)、ドメイン析出型として塩素化ポリエチレン(CPE)/N,N'ジシクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(DBS)を選び,制振・音響特性と相構造の関係,制振特性に及ぼす気相成長炭素繊維(VGCF)添加効果を解析した.AR/TMBP有機ハイブリッドではTMBPの充填量が0200phrで損失正接(tanδ)が2.56.0に増大し,この間Tgは-20°C40°Cに増大する.このように有機低分子の充填に伴う損失正接の増大とともにTgも大きく増大するのが有機ハイブリッド系制振材の特徴である.このことから,有機低分子の充填量により制振効果が発現する温度域、周波数特性を制御できることがわかった.またこの系にVGCFを3wt%を添加することにより,損失正接を減少させることなく、貯蔵弾性率を約3倍に増大させることが明らかにされた.CPE/DBS系有機ハイブリッドでは有機低分子の充填に伴い有機低分子リッチドメインの形成により損失弾性率と損失正接が急激に増大することが判明した.この系を50°Cで熱処理することによる構造の再編成(リストラクチュアリング)によって発生する微細・粗雑な結晶により,垂直吸音率の測定において低周波数領域(350Hz)と中周波数領域(1100Hz)に未熱処理試料では見られない新たな吸音ピークが観測された.微細・粗雑結晶の形態及び生成量を制御することにより,低周波数領域の音響特性を制御できる可能性が見出せた.有機ハイブリッド系制振材料は高分子マトリックス内で分散された有機低分子フィラーの分散形態により(1)相溶型(2)ドメイン析出型に分類できる.相溶型としてアクリルゴム(AR)/4,4'チオ-ビス(3-メチル-tertブチルフェノール)(TMBP)、ドメイン析出型として塩素化ポリエチレン(CPE)/N,N'ジシクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(DBS)を選び,制振・音響特性と相構造の関係,制振特性に及ぼす気相成長炭素繊維(VGCF)添加効果を解析した.AR/TMBP有機ハイブリッドではTMBPの充填量が0200phrで損失正接(tanδ)が2.56.0に増大し,この間Tgは-20°C40°Cに増大する.このように有機低分子の充填に伴う損失正接の増大とともにTgも大きく増大するのが有機ハイブリッド系制振材の特徴である.このことから,有機低分子の充填量により制振効果が発現する温度域、周波数特性を制御できることがわかった.またこの系にVGCFを3wt%を添加することにより,損失正接を減少させることなく、貯蔵弾性率を約3倍に増大させることが明らかにされた.CPE/DBS系有機ハイブリッドでは有機低分子の充填に伴い有機低分子リッチドメインの形成により損失弾性率と損失正接が急激に増大することが判明した.この系を50°Cで熱処理することによる構造の再編成(リストラクチュアリング)によって発生する微細・粗雑な結晶により,垂直吸音率の測定において低周波数領域(350Hz)と中周波数領域(1100Hz)に未熱処理試料では見られない新たな吸音ピークが観測された.微細・粗雑結晶の形態及び生成量を制御することにより,低周波数領域の音響特性を制御できる可能性が見出せた.本年度は、有機ハイブリッド系制振材料の構成成分の選定を行った。高分子マトリックスとして、力学的損失正接(tanδ)の高い塩素化ポリエチレン(CPE),アクリルゴム(AR)とガラス転移領域の広いCPE/ARブレンド体を選定し、分散成分である有機低分子誘電体として、マトリックス内でのドメイン構造形成能およびマトリックスとの相互作用を考慮して、N, N'ジシクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(DZ)と4, 4-チオ-ビス(3-メチル-6-tert-ブチルフェノール)(BPSR)を選定した。CPE/DZ, AR/BPSRおよびCPE/BPSR/DZ系の3種の有機ハイブリッド材料について相構造と有機低分子の分散状態を観察し、tanδの温度依存性を測定した。CPE/DZ(50wt%)ハイブリッド体はDSC融解ピークのブロード化、SEMおよびEDX観察によるシリンダー状ドメインの存在とドメイン中でのCPEとDZの共存が確認されCPEマトリックスとDZ結晶が混在して自己組織化した超分子構造を有した棒状ドメインの形成が観測された。ドメイン径の減少とともに貯蔵・損失弾性率と垂直吸音率の増大が観測された。AR/BPSR(50wt%)では相溶系であり、経時安定性の極めて良好な制振性能を観測した。この系ではFT-IRの測定から構成成分間に水素結合による相互作用が確認された。AR/CPE/DZ(50wt%)系ハイブリッド材料ではマトリックスのARとCPEは相分離しており添加したDZはCPE相に選択的に分散している。tanδの温度特性の測定からAR, CPE/DZそれぞれに起因するピークのためガラス転移領域が広くなり、そのためガラス転移領域のピーク面積が大きくなりAR, CPE両者の温度特性を生かした有用な制振材料の可能性が示された。

又これら3種のハイブリッド材料に3vol%の炭素繊維を添加することにより損失正接を維持しながら弾性率を数倍増大させる効果も観測できた。CPE/DZ系有機ハイブリッド材料では、非晶試料において損失弾性率と損失正接がDZ充填量と共に増大するが充填量が43wt%をしきい値として急激に増大する。DSC測定からTgが高温側にシフトすることからCPEとDZに分子間相互作用の存在としきい値以上で結晶化および融解ピークが観測され結晶化が容易なDZ凝集部(低分子リッチドメイン)の存在が認められた。広角X線回折から、しきい値以上で低角度側でCPEとは異なる新たな非晶ハローが観測され、低分子リッチドメインの存在が確認され損失弾性率の急激な増大が低分子リッチドメインによるものである事が明らかとなった。DZの結晶構造は単斜晶、単純格子でハイブリッド材料の結晶化速度はDZ単体に対してCPE存在下のほうが結晶化速度が速くマトリックスが低分子の結晶成長を促進することがわかった。CPE/DZの音響特性は60°Cの熱処理により250,700Hzに新たに吸音ピークが観測された。SEM観察から熱処理試料に配列したシリンダー状結晶ドメインが観測され、この結晶ドメインのサイズおよび配向度に対応して低周波領域の垂直吸音率が変化することがわかった。熱処理試料のDSC測定から2種類の融点を持つ結晶の存在が確認されたが、このうち低融点側の結晶が低周波領域の垂直吸音率と関係していることがわかった。CPE/AR/DZ系ハイブリッド材料では、低分子がCPE相に偏在すること、DZの相変化はCPE/DZ系と類似的であるが、ARのTgがCPEよりも低いため広い温度範囲で損失正接が高い材料が得られることがわかった。AR/BPSR系ハイブリッド材料は相溶系であり34の高い損失正接を有し、気相成長炭素繊維を3wt%添加することにより損失正接を90%維持しつつ貯蔵弾性率を約3倍に増大できることが明らかとなった。高分子マトリクスとして塩素化ポリエチレン(CPE)、有機低分子としてスルフェンアミド系フィラ(DBS)からなる有機ハイブリッド材料(CPE/DBS)における熱処理条件の変化に伴うDBSリッチドメイン領域の構造の再構築と吸音特性の関連性及びこの有機ハイブリッド系に気相成長炭素繊維(VGCF)を添加した繊維強化有機ハイブリッド材料の制振特性について検討し、次の結果を得た。CPE/DBS(50/50)の試料を50°Cで結晶化すると、未処理試料で得られている500Hzと600Hz付近の2つの吸音ピークの他に300Hz付近の低周波領域に新たな吸音ピーク(P1)が観測される。DSC測定から、生成した結晶には熱安定性の異なる2種類の結晶(低融点結晶、高融点結晶)が存在し、POMおよびSEM観察から低融点結晶はマトリクスと相互作用した微細・粗雑な結晶であり、高融点結晶は針状結晶の集合体であることがわかった。低周波領域の吸音特性が低融点結晶の生成が寄与しており、低融点結晶量の増加に伴い吸収周波数は増大し吸音量は増加することが明らかとなった。CPE/DBS系有機ハイブリッドにVGCFを添加すると損失弾性率E"が増大しDBSリッチドメインを形成するDBS充填量のしきい値が減少しVGCFの添加により制振性能の大幅な向上が見られた。これは、CPE/DBS系有機ハイブリッドにVGCFを添加することによりVGCFを中心にフィラーリッチドメインを促進的に形成する効果が加わりVGCF無添加の場合に比べてDBSリッチドメインの形成が容易になったためと考えられる。
上気道粘膜上皮におけるウイルス認識受容体を介した生体防御機構の検討

上気道上皮は呼吸器系ウイルスに対する生体防御最前線に位置する。ウイルス感染の初期に働く自然免疫システム解明を目的とし,ヒト鼻粘膜上皮細胞を用い,RSウイルスをターゲットとした実験を行った。結果,ヒト鼻粘膜上皮細胞においては,1)パターン認識受容体のうち主にRIG-Iがウイルス認識に関わっている,2)抗ウイルス性サイトカインであるIII型インターフェロンが産生誘導される。また3)感染抑制する上皮バリア(タイト結合分子)の一部が,ウイルス感染に伴いその発現・局在を変化させていた。呼吸器ウイルスに対し、気道上皮は宿主生体防御の最前線に位置する。気道上皮には、感染早期に発動する防御システムとして自然免疫が備わっている。自然免疫のうち、病原体が普遍的にもつ基本構造(細胞膜構成因子、核酸)を、非自己と認識するパターン認識受容体が中心的な役割を果たしている。ウイルスパターン認識受容体には、細胞膜やエンドソーム膜上に発現するToll like receptors (TLRs)と、細胞質内に局在するRIG-1 likereceptors (RLRs)がある。近年、特にウイルス核酸の認識に関わるRLRsについて注目されている。また気道上皮細胞膜頂部の細胞間接着装置タイト結合も、上皮バリアにより細胞の内外を隔てており、細胞外の病原体侵入を防ぐことで自然免疫の一端を担っている。本研究目的は、気道上皮がどのように呼吸器ウイルス感染防御しているのか解析することである。ウイルスにはその種類により感染する宿主が異なること、感染する臓器が異なること、これらにより多様性を有する。このためウイルス研究を行う際、動物実験、不死化した癌細胞を用いた実験結果では、ヒトの生体内で実際に起こっている現象をとらえているか、解釈が困難であった。そこでわれわれは、手術で得られたヒト鼻粘膜上皮組織から得られる正常ヒト鼻粘膜上皮細胞を用い、呼吸器ウイルス感染実験を行った。呼吸器ウイルスのうちRSウイルスにおいて、感染させた正常ヒト鼻粘膜上皮細胞ではタイト結合分子の一部が発現増加・局在変化をきたす現象が確認された。これはウイルス感染を模擬する人工合成核酸Poly I:C処置時とは異なる反応であった。本来ウイルス感染を抑制するタイト結合分子が、ウイルス複製・出芽に利用されていることが示唆された。またこれらの現象に関わる候補シグナル分子についても明らかとなった。呼吸器系ウイルスは気道上皮細胞に感染・複製し、気道炎症を惹起する。これらに対抗するため宿主にはあらかじめ備わっており感染後早期に反応する自然免疫、感染後に成立する獲得免疫、この二つの免疫システムがある。病原体を非自己と認識するパターン認識受容体は、自然免疫において主要な役割を果たしている。パターン認識受容体のうち、宿主細胞外に存在する病原体を感知するToll like receptorがこれまで主に研究されてきた。しかし最近、宿主細胞内の病原体を感知するセンサーが存在することがわかり注目されている。また病原体感染前よりこれらの侵入を防いでいる、"上皮バリア(タイト結合)"も自然免疫の一端を担っている。これは細胞間接着装置の一つで、細胞間隙の最も頂部側にあり、細胞間隙の物質透過を厳重に制限するバリア機能、細胞膜頂部側と基底部側の物質の極性を保つフェンス機能を有している。上皮バリアとパターン認識受容体の関連性について徐々に明らかとなってきているが、上気道についてはいまだ不明である。本研究では、ヒト鼻粘膜上皮細胞を用いて、パターン認識受容体リガンド処置およびウイルス感染時における自然免疫応答について明らかとすることを目的とした。正常ヒト鼻粘膜上皮細胞において、リガンド処置および呼吸器系ウイルス感染により、上皮バリア(タイト結合)の発現・局在が変化し、炎症性サイトカイン産生を誘導された。またこれらに関わるシグナル分子の一部が本研究で明らかとなった。パターン認識受容体リガンド処置および呼吸器ウイルス感染時に、正常ヒト鼻粘膜上皮細胞における上皮バリア(タイト結合)の変化、および正産生されるサイトカイン、ケモカインの一部が明らかとなったこと、またこれらに関わるシグナル分子についても解析がすすんだため。(1ウイルス感染系の確立と細胞内ウイルスセンサーの発現の確認)手術で得られた下鼻甲介粘膜より鼻粘膜上皮細胞を分離培養し、さらにhTERTを遺伝子導入して、延命化した細胞を確立し用いる。各種ウイルス(RSV、紫外線照射したRSV)をMOI 1で感染させ、ウイルス増殖性各種実験にて確認する。(2.ケモカイン、サイトカイン、サイトカイン誘導遺伝子の確認)リガンド処置時、ウイルス感染時のヒト鼻粘膜上皮細胞から産生されるケモカイン、サイトカインについて遺伝子発現の増加を網羅的に検討する。(3.インターフェロンの解析)ウイルス感染時のインターフェロン産生についてメッセージレベルおよび蛋白レベルで確認する。またインターフェロン産生に関わるパターン認識受容体、シグナル分子について明らかとする。(4.マイクロアレイを用いた遺伝子発現の網羅的解析)

呼吸器系ウイルス感染時に遺伝子発現が増加する、自然免疫に関わる因子について網羅的に解析する。(5.タイト結合の形態的、機能的解析)すでに報告した手法を用いて(Ohkuni T, et al. Toxicol Appl Pharmacol. 2010)タイト結合の発現および機能解析を行う。組織学的,RNAレベル,タンパクレベルでの解析を行う。さらにTERを用いて、ウイルス感染細胞、非感染細胞におけるタイト結合バリア機能の解析を行う。またタイト結合の変化とウイルス複製・出芽の関連性について検討する。上述の研究方策に従い、マイクロアレイ、免疫染色に使用する抗体、PCRおよびウェスタンブロットに使用する抗体、細胞培養に必要な培養液、関連学会への参加・報告、論文発表に使用する予定。
小分子ＲＮＡが誘導するエピゲノム形成の分子機構

Piwi蛋白質の機能を解明するため、新たなPiwi相互作用因子の探索を行ったところ、DmGTSF1と命名した因子を発見した。DmGTSF1はレトロトランスポゾンの抑制に必須であることやZn-fingerモチーフの重要性を明らかにした。更に、リンカーヒストンH1もPiwiと相互作用することを見いだした。生化学的解析から、Piwiが標的レトロトランスポゾンとH1との相互作用を正に制御することを発見した。さらに、ATAC-seq法を駆使することでPiwiがH1を介してクロマチン凝集を促す因子であることを明らかにした。以上の結果から、小分子RNAによるエピゲノム制御の分子機構の一端が解明された。OSCを用いたRNAiスクリーニングによって、多くのpiRNA生合成因子を見いだした。一方で、この解析は多くのトランスポゾン抑制因子の発見にもつながった。例えば、HP1aや、DmGTSF1、Maelstromを機能阻害した結果、piRNA量に変動は認められないが、レトロトランスポゾンの発現が上昇する。そこで次にこれら因子群の個々の機能解明へと研究を展開した。はじめにDmGTSF1の細胞内局在を検討した結果、Piwiと同様に核に局在する因子であることを明らかにした。更に、GTSF1がPiwi同様にエピジェネティックな制御を介してレトロトランスポゾンの発現抑制を担うか検討するため、ChIP-qPCR解析を行った結果、DmGTSF1、及びPiwiの機能阻害は共に、Polymerase IIのレトロトランスポゾン領域への相互作用を促進するとともに、抑制性エピジェネティックマークであるH3K9me3レベルの減少をもたらした。以上のことから、DmGTSF1はPiwi-piRNA経路上で働く因子であることが強く示唆された。次に直接的にDmGTSF1とPiwi-piRNA経路の関連性を検討するため、蛋白質間相互作用の有無を検討した。その結果、DmGTSF1はPiwiと蛋白質間相互作用することを見いだした。更に、DmGTSF1が持つCHHC-type Zn fingerモチーフに部位特異的変異を導入した結果、Zn fingerモチーフがレトロトランスポゾンの抑制に必須であることを明らかにした。OSCにてDmGTSF1をノックダウンしても、Piwiの核局在は影響を受けない。しかしながら、DmGTSF1をノックダウンした細胞ではRNAポリメラーゼIIのレトロトランスポゾン領域への結合が著しく低下したことを考え合わせると、DmGTSF1はPiwi-piRNA複合体の構成因子の一つとして機能し、レトロトランスポゾンの抑制に機能するというモデルが強く示唆された(Ohtani et al. Genes Dev 2013)。Piwi-piRNA複合体に結合する新規因子の探索を行った。その結果、リンカーヒストンH1と相互作用することをOSCを用いて明らかにした。この相互作用はRNaseやDNaseによって阻害されなかった。更に、試験管内翻訳システムを用いてPiwi蛋白質を作製し、一方で大腸菌を用いてH1蛋白質を精製した。これらのリコンビナント蛋白質を用いて相互作用を検討した結果、H1とPiwiの相互作用が認められた。従って、H1とPiwiの相互作用はpiRNAに依存しないことが明らかとなった。以上のことからH1はPiwi-piRNA経路上の因子として働くことが予測されたことから、更にH1の機能解明を行った。はじめにH1のノックダウンによってトランスポゾンの発現が上昇するか否かをOSC細胞で検討した。その結果、H1のノックダウンによって、トランスポゾンの発現上昇が引き起こされた。すなわち、H1もPiwi同様、トランスポゾンの抑制因子として働くことが明らかとなった。更に、mRNA-seq解析を行った結果、Piwiのノックダウンで発現が上昇するトランスポゾン種は、H1ノックダウンにおいても発現上昇したことから、H1とPiwiは同じ経路上の因子であることが強く示唆された。piRNAによるレトロトランスポゾンの抑制機構では、H3K9me3が主体となるモデルが提示されている。平成27年度までに、リンカーヒストンH1がPiwi-piRNA複合体によるトランスポゾン制御に必須であることを明らかにした。リンカーヒストンはクロマチンの凝集を促進する因子であることが一般的に知られている。そこで、PiwiのノックダウンによってH1とクロマチンとの相互作用が変動するか否かを検討した結果、H1のレトロトランスポゾン上での密度が減少することを発見した。すなわち、PiwiはH1の密度を制御することでレトロトランスポゾンを抑制することが示唆された。次にこの結果を他の実験系でサポートするため、人工piRNAを用いた解析を行った。OSCで中程度に発現するKrimper遺伝子を標的とする人工piRNA発現系を構築し、導入した。その結果、人工piRNAによってKrimper遺伝子の発現が転写レベルで抑制されることをChIP-seqによって確認した。さらに、H1の密度をChIP-qPCR法で検討したところ、人工piRNAによってKrimper遺伝子領域のH1密度が上昇することを見出した。以上の結果は、Piwi-piRNA複合体がH1の密度を制御することを強く支持するものである。一方、Piwiと相互作用する新たな因子群についてモノクローナル抗体の作製を行った。その結果、特異性の高いモノクローナル抗体を得た。この抗体を用いて免疫沈降などの生化学解析を行えば、Piwi-piRNAによるエピゲノム制御機構に関して新たな知見が得られるものと期待している。Piwi-piRNA

複合体と相互作用する新規因子リンカーヒストンH1に関してはデータが蓄積し、論文投稿を開始した。採択に向けた実験を中心に据えており、おおむね順調に研究が進展していると考える。Piwi-piRNA複合体が標的とするトランスポゾン領域においてリンカーヒストンH1の密度を正に制御することを見出していたが、平成28年度は更にその分子機構に迫るため、H3K9me3との関連を検討した。その結果、H1をノックダウンしてもH3K9me3の密度が変動しないことを見出した。すなわち、H1とH3K9me3の密度は独立に制御されていることがわかった。さらに、H3K9me3と相互作用するHP1aのノックダウンを行い、H1の密度をChIP-seq解析で検討した結果、HP1aのノックダウン下でトランスポゾンの発現上昇が引き起こされたにも関わらず、H1の密度に変動は認められなかった。また、H1とHP1aを同時にノックダウンした場合、単独でノックダウンするのに比べて、相乗的にトランスポゾンの脱抑制が引き起こされることがわかった。以上の結果は、Piwi-piRNA複合体はH1とH3K9me3双方を標的トランスポゾン上に誘導するものの、H1とH3K9me3はそれぞれ独立してトランスポゾンの発現抑制に機能することを示している。さらに、二つのクロマチン関連因子がどのようにクロマチン凝集構造に関与するのかその意義を深く理解するため、ATAC-seq法を駆使し解析した。Piwiを培養細胞OSCでノックダウンすると、ATAC-seqのRead数が標的トランスポゾンの転写開始点付近で減少することを見出した。以上のことからPiwiは転写開始点付近のクロマチン凝集構造を制御することが明確となった。さらに、H1やHP1aのノックダウンも行い、同様の結果が得られた。すなわち、Piwiはクロマチン凝集を促す因子であり、それはH1やHP1aを介して起こることが明確となった。これらの成果をまとめ、論文をMolecular Cell誌において発表するに至った。計画通り論文掲載に至ったので、おおむね順調に進展していると判断している。平成29年4月に情報・システム研究機構国立遺伝学研究所で自身の研究室を立ち上げた。これまでに助教2名から成る体制を構築し、本研究に必要な機器を揃えることによって、これまで所属していた研究室と同様の生化学的研究を実行できる体制を構築した。更に、生化学的研究に加えて、ハエ遺伝学を活用できる体制を整えた。新しい研究室において生化学的、遺伝学的解析を駆使することで、機能未知のレトロトランスポゾン抑制因子を1つ同定した。培養細胞OSCでこれをノックダウンするとレトロトランスポゾンの発現上昇が起こった。その上昇率はPiwiやHP1aのノックダウンとほぼ同等であり、レトロトランスポゾンの抑制にきわめて重要な因子であることが予測された。
肝臓組織の音響特性変化を用いた超音波定量診断システムの開発

超音波診断装置によって生体から得られるRF(Radio Frequency)エコー信号を用いて,肝硬変や肝炎などのびまん性肝疾患の定量診断法を実現することを目的とし,研究を行った.RFエコー信号から統計的な処理を用いて病変組織と思われる部位からの信号成分のみを抽出する処理法を提案し,コンピュータシミュレーションなどを用いて検証し,実際の生体組織構造と本研究で提案する処理法で得られる結果とを比較検討し,処理の妥当性を確認した上で,実際の臨床現場での応用に発展させることを検討した.研究協力先の医院において,合計8例の肝硬変肝臓の剖検肝試料を対象とし計測を行った.各々の試料を脱気水入りの水槽中に固定し,精密移動テーブルに取り付けた探触子を肝臓の厚み方向にスライドさせ,送信2.0MHz,受信4.0MHzの超音波を用いて0.1mm間隔で100フレーム分のRFエコー信号を連続的に収集した.さらに,計測を行った肝臓から一部を切り出し,1mm間隔で20枚の病理写真を作成した。病理写真は線維組織を青く染色する処理が施されている.各々の剖検肝試料のRFエコー信号において,本研究で提案する信号処理を施し,特異な信号成分のみを抽出し,それらの抽出結果から3次元データを構築した.また,病理写真から線維組織の構造を色差を利用して抽出し,線維組織の3次元データを構築した両者の3次元データについて,空間的な抽出率および構造の類似性について比較したところ,どの症例においても高い相関が認められ,線維組織抽出処理が有効性であることが実証された.超音波診断装置によって生体から得られるRF(Radio Frequency)エコー信号を用いて,肝硬変や肝炎などのびまん性肝疾患の定量診断法を実現することを目的とし,研究を行った.RFエコー信号から統計的な処理を用いて病変組織と思われる部位からの信号成分のみを抽出する処理法を提案し,コンピュータシミュレーションなどを用いて検証し,実際の生体組織構造と本研究で提案する処理法で得られる結果とを比較検討し,処理の妥当性を確認した上で,実際の臨床現場での応用に発展させることを検討した.研究協力先の医院において,合計8例の肝硬変肝臓の剖検肝試料を対象とし計測を行った.各々の試料を脱気水入りの水槽中に固定し,精密移動テーブルに取り付けた探触子を肝臓の厚み方向にスライドさせ,送信2.0MHz,受信4.0MHzの超音波を用いて0.1mm間隔で100フレーム分のRFエコー信号を連続的に収集した.さらに,計測を行った肝臓から一部を切り出し,1mm間隔で20枚の病理写真を作成した。病理写真は線維組織を青く染色する処理が施されている.各々の剖検肝試料のRFエコー信号において,本研究で提案する信号処理を施し,特異な信号成分のみを抽出し,それらの抽出結果から3次元データを構築した.また,病理写真から線維組織の構造を色差を利用して抽出し,線維組織の3次元データを構築した両者の3次元データについて,空間的な抽出率および構造の類似性について比較したところ,どの症例においても高い相関が認められ,線維組織抽出処理が有効性であることが実証された.超音波断層装置を用いた医用診断は大きな成果をあげ,超音波診断装置は非常に普及してきた。しかし,断層画像を用いた診断には医師の経験や熟練を必要とする。本研究は,超音波診断装置の大きな特徴であるリアルタイム性を最大限利用し,これまで行ってきた定量診断のために超音波信号の統計的特長を生かした処理方法の検討結果と,生体組織の音響特性の検討結果とを総合し,臨床の現場で使用可能な肝臓病変の定量診断システムを開発することを目的としている。本年度は,人肝臓病変の集中的な画像収集を最新のディジタル診断装置を用いて行い,さまざまな病変と画像信号との定量的な関係を明らかにした。まず,ディジタル超音波診断装置を中心に,超音波信号解析システムを構成し,臨床現場におけるさまざまな疾患の超音波RF信号の収集を行った。得られた信号の解析を行い,これまでの研究結果で提案している信号振幅の確率密度分布がレイリー分布からどの程度変化しているかを指標とする方法を検討した。特に,臨床現場では,これまでの実験室的な研究と比較して,データの収集条件が一定ではないので,このような点の検討を集中的に行い,臨床データを200例以上収集した。収集した超音波データの安定性について検討を加えるとともに,肝生検による線維化指標と肝臓からの超音波反射信号による定量指標を比較したところ,両者の間にはよい一致があり,超音波反射信号による定量評価の有効性が確認できた。さらに,臨床現場でも安定な結果が出るように,処理パラメータと評価結果の関係について検討した。これらの結果から,臨床現場で有用な定量診断システムの基本部分を開発することができた。超音波診断装置を用いることによって生体から得られるRF(Radio Frequency)エコー信号を用いて,肝硬変や肝炎などのびまん性肝疾患の定量診断法を実現することを目的とし,研究を行った.昨年度までの研究において,RFエコー信号から統計的な処理を用いて病変組織と思われる部位からの信号成分のみを抽出する処理法を提案し,コンピュータシミュレーションなどを用いて検証してきた.本年度は,実際の生体組織構造と本研究で提案する処理法で得られる結果とを比較検討し,処理の妥当性を確認した上で,実際の臨床現場での応用に発展させることを検討した.研究協力先の医院において,合計8例の肝硬変肝臓の剖検肝試料を対象とし計測を行った.

各々の試料を脱気水入りの水槽中に固定し,精密移動テーブルに取り付けた探触子を肝臓の厚み方向にスライドさせ,送信2.0MHz,受信4.0MHzの超音波を用いて0.1mm間隔で100フレーム分のRFエコー信号を連続的に収集した.さらに,計測を行った肝臓から一部を切り出し,1mm間隔で20枚の病理写真を作成した。病理写真は繊維組織を青く染色する処理が施されている.各々の剖検肝試料のRFエコー信号において,本研究で提案する信号処理を施し,特異な信号成分のみを抽出し,それらの抽出結果から3次元データを構築した.また,病理写真から線維組織の構造を色差を利用して抽出し,線維組織の3次元データを構築した.両者の3次元データについて,空間的な抽出率および構造の類似性について比較したところ,どの症例においても高い相関が認められ,線維組織抽出処理が有効性であることが実証された.