hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子イメージングおよび脳機能イメージングを用いた認知機能障害発現機構の解明

本研究では、アルツハイマー病において認知機能障害が発現する脳内生物学的基盤を明らかにすることを目的として、我々が開発したamyloid-beta蛋白の定量的イメージング([11C]BF-227-PET)、脳エネルギー代謝のイメージング([18F]FDG-PET)、MRIによる形態学的イメージングを行った。健常ボランティア、アルツハイマー病(AD)患者、軽度認知障害(MCI)の計46症例を対象とした。健常高齢者に比べてAD患者では、大脳皮質の老人斑好発部位において[11C]BF-227の集積がほぼ全例で上昇していた。MCIの症例では、大脳皮質領域で集積上昇を示す症例と健常高齢者と同レベルの集積を示す症例が混在していた。現時点でMCIからADへのコンバートが確認されている3症例では、初回検査時のBF-227集積値が全例で上昇していたが、FDG-PETで計測される脳糖代謝の変化は軽微であった。このことからamyloid-beta蛋白のイメージングは、FDG-PETを用いた脳糖代謝の計測に比べてMCIからADへの進行予測に有用な指標であることが示唆される。また我々は、塩酸donepezil(アセチルコリンエステラーゼ(AChE)阻害薬)を11Cで標識し、その投与後の脳内分布をPETにより計測した。脳内における[11C]donepezilの分布容積(DV)は、線条体で最も高く、視床、小脳がこれに次ぎ、前頭葉・側頭葉・頭頂葉などの大脳皮質では中等度であった。また健常高齢者に比べてAD患者では、大脳皮質、海馬領域を中心に、18%30%のDV低下を認めた。さらに海馬におけるDV値は、AD患者の認知機能と有意に相関した。これらの結果から、AD患者では早期段階からAChEの濃度が低下しており、アセチルコリン系ニューロンの早期からの変性を反映していると考えられた。本研究の目的は、生体内のタンパク量や酵素活性、遺伝子発現レベルなどをin vivoで可視化する分子イメージング法を応用して、認知症において認知機能障害が発現する脳内生物学的基盤を明らかにすることである。そこで我々は、アミロイドβ蛋白やコリンエステラーゼの定量的イメージング、脳エネルギー代謝のイメージング、MRIによる形態学的イメージングに神経心理学的評価を加えて、一個体レベルで脳機能の多面的な解析を行った。健常高齢者に比べてアルツハイマー病患者では、大脳皮質の老人斑好発部位においてBF227の集積が全例で上昇していた。この集積上昇は、同領域におけるアミロイドβ蛋白の沈着を反映していると考えられた。軽度認知障害(MCI)の症例では、健常高齢者と同レベルの集積を示す症例と、アルツハイマー病患者と同様に大脳皮質領域で高値を示す症例が混在していた。さらにアルツハイマー病患者でBF227の結合が上昇している脳領域をSPM2ソフトウェアによって解析した結果、側頭-頭頂葉領域を中心とする大脳皮質の広範な領域が抽出された。この分布は、過去の病理学的研究で示されている成熟した老人斑の蓄積分布とよく一致していた。アルツハイマー病患者において、MRI画像から計測した脳萎縮率およびFDG-PETで測定された脳局所糖代謝率は認知機能レベルと相関したが、BF227集積量とは相関しなかった。この結果から、アルツハイマー病患者における認知機能障害は、神経細胞数の減少やシナプス活性の低下と深く関連するが、アミロイドβ蛋白蓄積との関連性は低いことが示唆された。
食品成分の脳神経機能性およびそのメカニズムの解明

本研究は、ストレスや鬱を改善する食品の開発に寄与することを目指しマウスの行動テストバッテリー及びヒトの総合的な生理心理解析システムを用いて、精神機能に影響を与える機能性食品成分の探索を行った。いくつかの応用事例の例として、ヤマブシタケを摂取したマウスは鬱や不安を改善することを、マウスの網羅的行動テストバッテリーで示した。また、ヒトによる研究である香りに鎮静効果があることを脳波や心電図自律神経解析、質問紙や唾液の生化学的な評価を網羅的に実施することで解明した。以上の結果より、動物行動実験系やヒトの心理生理的評価方法が、食品の機能性検出に効果的であることが示された。日本ではこの10年間以上連続して自殺者が3万人を越え、その原因の第1位がうつ病として考えられている。うつ病や心身症といった精神疾患は深刻な社会問題であり、対策に必要な福祉医療費が国庫を圧迫しつつあるのが現状である。予防医学の観点からストレスやうつ病に対処する必要性が今後ますます重要視されることは想像に難くない。市場には、抗不安、抗うつといった精神機能性を謳ったサプリメントや食品が出回っているが、確たるエビデンスを持った食品はほとんどないのが現状である。そこで本研究は、ストレスや鬱を改善する、エビデンスをベースとした食品の開発に寄与することを目指し、マウスの行動テストバッテリー(網羅的な一連の行動テスト)及びヒトの総合的な生理心理解析システムを用いて、精神機能に影響を与える機能性食品成分の探索を行った。いくつかの応用事例の例として、魚油を摂取したマウスは他の油脂(植物性油脂や動物性の油脂)を摂取したマウスに比べて鬱や不安を改善することを、マウスの網羅的行動テストバッテリーで示した。また、ヒトによる研究である香りに鎮静効果があることを、脳波や心電図自律神経解析、質問紙や唾液の生化学的な評価を網羅的に実施することで解明した。以上の結果より、動物行動実験系やヒトの心理生理的評価方法が、食品の機能性検出に効果的であることが示され、このシステムが食品成分の精神機能性評価に有用であることが示唆された。いくつかの応用事例の例として、トリプトファン過剰食が行動異常を引き起こすこと、またその異常が分岐鎖アミノ酸の添加によって改善されることを、マウスの網羅的行動テストバッテリーで示した。また、ヒトによる研究である香りに鎮静効果があることやヤマブシタケの摂取により睡眠が改善されることを、脳波や心電図自律神経解析、質問紙や唾液の生化学的な評価を網羅的に実施することで解明した。日本では10年間以上連続して自殺者が3万人を越え、その原因の第1位がうつ病として考えられている。

また、ヒトによる研究である香りに鎮静効果があることを脳波や心電図自律神経解析、質問紙や唾液の生化学的な評価を網羅的に実施することで解明した。以上の結果より、動物行動実験系やヒトの心理生理的評価方法が、食品の機能性検出に効果的であることが示された。目的通りに、網羅的な精神機能性システムの整備が進み、その応用事例を示すことができた。該当課題に関連する発表を多く行っているため、十分な進捗があったと考えた。食品機能学本課題により、精神機能性を網羅的に評価するシステムが構築されつつあると言える。今後の研究については、その評価を記憶・学習や睡眠(サーカディアンリズム)などにも進展させ、脳神経系への機能性を網羅的に評価できるシステム構築に進展させたいと考えている。現在、記憶学習や睡眠につて動物実験とヒト試験の双方を進行させており、食品成分や天然物の機能性を評価できるかを検討している。その遂行のためには十分な資金や人材が必要であるが、産学連携なども活用することにより、研究の進展を試みている。目的通りに、網羅的な精神機能性解析システムの整備が進み、その応用事例を示すことができた。複雑な解析を要すると思われた試験について、予想に反して単純な結果になった。そのために充当することを予定していた謝金が必要なくなり、来年度に繰り越すこととした。本課題により、精神機能性を網羅的に評価するシステムが構築されつつあると言える。現在、記憶学習や睡眠について動物実験とヒト試験の双方を進行させており、食品成分や天然物の機能性を評価できるかを検討している。新規の試験に対して、複数の条件を検討することなどで、繰り越された予算を有意義に利用する。
心理学研究における統計的検定手法の見直しと改善

心理学の研究において広く利用されている平均値差の検定と質的変数の連関の検定について国内主要学会誌における実態を調査し,方法論的な問題およびそれらを改善するための代替法の検討を行った。前提条件の確認や,有意な効果に対する事後検定の手法選択などにおいて方法論的な問題があるが,他の既存の方法によりそれらを改善することが可能であることが示唆された。また,より望ましい手法を実行するためのRによる関数を作成した。本研究課題は,現在の心理学領域の研究において一般的に用いられている統計的検定の慣習的手続きの問題点を実証的に検討し,方法論的により望ましく,現実的に実行可能な手続きの提案を行うことを目的としている。特に,分散分析をはじめとする平均値差の検定,および,カイ二乗検定をはじめとする質的変数の連関の検定について,手法適用の前提条件の確認から,統計的に有意な効果が見られたときに詳細を調べる事後検定に至るまでの一連の手続きに焦点を当てる。研究初年度では,まず包括的な文献調査を行うことにより,現状における問題点の把握と,今後の研究において検討するべき具体的事項の方向性を定めることをめざした。文献調査では,心理学領域の応用研究,および,統計的検定の方法論研究を対象とした。手法の応用研究については,国内の主要な学会誌である『心理学研究』『教育心理学研究』『発達心理学研究』を中心に,対象となる統計的検定において採用される手続きを調べた。その結果,平均値差の検定,質的変数の連関の検定については伝統的に採用されている一連の手続きがルーチンとしてほぼ固定されており,新しい手法を取り入れられることがほとんどないことが明らかとなった。また,検定の多重性に関して考慮するべき範囲についてなど,指摘されることは少ないが,論理の一貫性などから論点となりうる事柄について確認した。方法論の研究については,平均値の多重比較に関しては多くの手法が提案されるとともに,ソフトウエアのパッケージとして利用可能なものも多い一方で,交互作用効果の事後検定や連関に関する事後検定の手法については十分に進んでいるとはいえない現状が明らかになった。これらの知見は,本研究で今後焦点を当てるべき論点を明確にするとともに,特に我が国における心理学領域の研究における検定の実践を見直し啓蒙するための基礎資料としての意義を持つといえる。本年度は,心理学領域の研究で多く用いられる平均値差を検定するt検定および分散分析に焦点を当て,慣習的手順の見直しと適切な手順の検討を行った。主な具体的検討事項は,母集団分布に関する正規性および等分散性の前提条件を確認する事前検定(予備検定)の結果によって手法選択することについて,および,分散分析において,本検定で統計的に有意な主効果や交互作用効果が見られた際に行う多重比較等の事後検定の手法選択についての2点である。事前検定について,母集団分布の種類,母平均,母分散,サンプルサイズなどの条件を変えながら人工的に発生させた乱数データを用いて,事前検定の結果によって本検定の手法選択を行う場合と,事前検定を行わずに,等分散を仮定するt検定,等分散を仮定しないWelch検定,正規性を仮定しないU検定のみを適用する場合での,第1種の誤りの確率および検定力を算出し,これらの観点から適切な手順について考察した。事後検定について,有意な主効果に対する多重比較の方法として,従来の心理学領域の研究で頻繁に適用されているTukeyのHSD法と,閉検定手順の枠組で有意水準を調整して対比較を行うShafferの方法を,母集団における効果やサンプルサイズなどの条件を変化させながら人工的に発生させた乱数データに適用して,各条件下における両手法の検定力を比較した。また,有意な交互作用効果に対する事後検定として,単純主効果の検定を適用することがルーチン化しているが,既存の手法である処理-対比交互作用の検定を適用した方が,研究の目的に照らして検定される仮説の内容という観点から,より適切である場合も多いことが示唆された。これらの結果は,心理学領域の研究において平均値差の検定を適用する際の指針を与えるものであり,方法論の改善に資するものであると考えられる。本年度は,心理学領域の研究でよく用いられる検定のうち,クロス集計表において質的変数間の連関の有無について検定する,カイ2乗検定に焦点を当て,慣習的手順の見直しを行った。具体的な検討事項として,カイ2乗検定で統計的に有意な連関があることがわかったときに,連関の詳細について調べるための事後検定の手法選択についてである。実際に行われている心理学研究の現状としては,事後検定は行われないか,行われる場合はセルごとに調整済み残差による残差分析を適用することが一般的なルーチンとなっている。しかし,2変数のうち一方を独立変数,他方を従属変数として,独立変数のカテゴリごとに従属変数の分布の違いを調べたい場合には適切な方法と言えないこと,また,クロス集計表全体でのセル数に応じて多重性を考慮しなければ,かなり甘い基準での検定になることを人工データによるシミュレーション等で確認した。さらに,残差分析が手法としてふさわしくない状況下では,クロス集計表において行間の一様性を検定する方法や,クロス集計表から一部の行と列を抽出した部分分割表についてカイ2乗検定を行う方法などが,事後検定の候補となることが示唆された。また,昨年度検討した分散分析において,交互作用効果の事後検定として適切であると考えられる処理-対比交互作用の検定や,さらにその事後検定として行う対比-対比交互作用の検定をオープンソースのソフトウエアであるRで実行するための関数の作成に着手した。

これらの結果は,心理学領域の研究において質的変数間の連関について検定を適用する際の指針を与え,また,Rでの使いやすい関数もしくはパッケージが完成すればより望ましい分散分析を実践するための手段を提供することになり,方法論の改善に資するものであると考えられる。当初の計画で予定していた,連関の検定における事後検定の性質等の詳細な検討については完成していないが,代わりに,時間のかかりそうなRでのプログラム作成に前倒しで着手できたため。前年度に引き続いて,複数の群や条件間の平均値差を検定する分散分析において,有意な交互作用効果がみられた場合の事後検定として望ましいと考えられる,処理-対比交互作用の検定や,さらにその事後検定となる対比-対比交互作用の検定をオープンソースの統計パッケージであるRで実行するための関数開発を行った。それと並行して,質的(カテゴリカル)変数間の連関を分析する検定として,これまで検討してきたカイ2乗検定のほか,新たに対数線形モデリングによる分析についても着目することとし,まずは,理論面における整理を行った。対数線形モデリングは,通常のカイ2乗検定では扱うことができない3変数間以上の関係について分析できるほか,各変数における各カテゴリの主効果,および,各セルの交互作用効果について,効果の大きさを定量的に評価でき,さらにそれらの効果について検定を適用することも可能である。これらの効果は数式モデル上は分散分析における主効果や交互作用効果と概念的には対応するが,各カテゴリの主効果の有意性に関する情報によってカテゴリ間の比較は行うことができず,別途,多重比較の方法論を整備する必要性があることが示唆された。また,各セルの交互作用効果の検定は,カイ2乗検定後の残差分析と概念的に対応すると考えられるが,数値例を用いた検討等により,両者の結果は一致しないことが確認された。対数線形モデリングに関する検討に伴い,Rを用いて各効果の大きさやその標準誤差を算出して検定を行うことのできる既存のパッケージがなかったため,これらの計算を実行する関数を作成した。それにより,Rによる質的データの分析の手法の幅を広げることが期待できる。分析プログラムの作成と整備に当初の予定より時間がかかったことに加え,計画段階では予定していなかった対数線型モデリングについても検討の対象に加えたため。本年度は,主として前年度から引き続きオープンソースの統計パッケージであるR上で実行できる分析プログラムの開発を行うとともに,仮説検定を適用する際に行われがちな実践の問題について,いくつか追加で検討を行った。分析プログラムの開発については,2つの質的変数間の連関を検定するカイ2乗検定で有意な連関が見られた際の事後検定として適切であると考えられる,クロス集計表における行間の一様性の検定や,一部の行と列を抽出した部分分割表について連関の検定を実行する関数を作成した。初学者でも使いやすくするための自動化など,今後の課題は残されているが,より適切な分析手法のバリエーションを提供できるものといえる。
内挿コイルによる発電プラント内の鋼管外面欠陥の電磁非破壊検査

試験鋼管の磁化曲線と導電率の測定各種発電プラントに使用されている鋼管は、部分的に透磁率や導電率の不均一性が生じている。ここでは最適な検査センサの設計を行うため、試験鋼管内の透磁率がどの程度、不均一性を有するのか測定を行った。その結果、今回使用したSUS430鋼では、初透磁率は最大で±21%のバラツキがあるものの、H=500A/m以上の磁界を加えると、均一化される事が分かった。同様に、ダブルブリッジ低抵抗測定回路で導電率がどの程度ばらつくかの測定も行った。この結果、最大で±1%程度の導電率のバラツキが存在する事が理解できた。三次元有限要素法による電磁界解析鋼管(外径25φ、管厚1.5mm)の初透磁率や導電率の不均一性全てを考慮に入れた三次元有限要素法の交流非線形渦電流磁界解析の開発を行い、鋼管の外面欠陥検査が可能になる電磁気センサの開発を行った。その結果、60Hz、5Aの交流磁界を使用することで、鋼管の外面に作製したスリット状の基準欠陥(幅2mm、深さ0.5mm)を鋼管内面から検出できる事が分かった。また、数値解析値と実験値は8%以内の誤差で一致する結果が得られた。またこの磁化条件を使用すれば、初透磁率や導電率のバラツキに影響される事無く探傷できる事を実験と解析の両者で確認する事ができた。鋼管の外側にアルミ製の冷却フィンがある鋼管に関するへの適用各種発電ブラントの熱交換器に使用されている伝熱鋼管には、鋼管内の流体を空冷するために鋼管の外面にアルミ製の冷却用フィンが圧着されているものがある。その鋼管の外面欠陥や腐食検査に本探傷試験法が適用可能であるのかについて、数値解析で検討を行った。その結果、同様の励磁条件(60Hz、5A)で精度良く検出が可能となることを確かめた。鋼管及びヨーク材の磁化曲線と導電率の測定最適な検査センサの設計にあたり、鋼管と電磁気センサに使用するヨーク材の磁気特性(初期磁化曲線)の測定を行った。磁気特性の測定方法は、磁極間隔可変型電磁石に試験鋼材を挟み、0.04Hzの低周波磁場で一様に磁化を加え、試験鋼材に直接巻いたコイルで磁束密度Bを測定し、空間磁場Hはガウスメータのホール素子で測定を行った。また、磁極間隔可変型電磁石に試験鋼材を挟み、試験鋼材に直接巻いた磁束密度測定用コイルと、空間磁場測定用のホール素子を、数ミリピッチで移動させ、各測定位置でばらつく透磁率を測定した。さらに、どの程度の外部磁場Hの大きさで、ばらつきが低減するかについても評価した。その結果、今回使用した試験鋼材であるSUS430鋼では、初透磁率は最大で±21%のバラツキがあるものの、H=500A/m以上の磁場を加えると、均一化される事が分かった。同様に、ダブルブリッジ低抵抗測定回路の4端子測定点を、数ミリピッチで移動させ、SUS430鋼内の各測定位置で導電率がどの程度ばらつくかの測定も行った。三次元有限要素法による電磁界解析SUS430鋼管(外径25φ、管厚1.5mm)の初期磁化曲線、導電率、初透磁率のばらつき、導電率のばらつきの全てを考慮に入れた三次元有限要素法の交流非線形渦電流磁界解析の開発を行った。また、実際の鋼管に適用可能である寸法の内挿コイルの作製を行い、実験と解析の比較を行った。励磁コイルは202ターンとし60Hz、5Aの商用周波数を使用して鋼管の外面に作製したスリット状の欠陥(幅2mm、深さ0.5mm)を鋼管内面に配置させた検出コイルで検出が可能であるのかについて、数値解析と実験による比較を行った。その結果、この磁化条件では、初透磁率や導電率のバラツキに影響される事無く、鋼管の外面欠陥を検出する事が出来た。また本研究で開発を行った数値解析と検証実験により得られた検出信号は8%以内の誤差で一致する結果が得られた。

また、数値解析値と実験値は8%以内の誤差で一致する結果が得られた。またこの磁化条件を使用すれば、初透磁率や導電率のバラツキに影響される事無く探傷できる事を実験と解析の両者で確認する事ができた。鋼管の外側にアルミ製の冷却フィンがある鋼管に関するへの適用各種発電ブラントの熱交換器に使用されている伝熱鋼管には、鋼管内の流体を空冷するために鋼管の外面にアルミ製の冷却用フィンが圧着されているものがある。その鋼管の外面欠陥や腐食検査に本探傷試験法が適用可能であるのかについて、数値解析で検討を行った。その結果、同様の励磁条件(60Hz、5A)で精度良く検出が可能となることを確かめた。
食道癌に対する強度変調放射線治療と画像誘導技術を用いた高精度放射線治療体系の構築

難治癌のひとつである食道癌の生存率向上と、化学放射線治療後に問題となる晩期心呼吸器有害事象低減に貢献する有効かつ安全性の高い放射線治療の確立を目指すために、強度変調放射線治療技術と画像誘導放射線治療技術を駆使した最新高精度放射線治療法を開発研究した。まず、食道壁の移動量を評価し、自由呼吸下では大きく動き個人差も大きい一方で、呼気息止め下では移動量は小さく個人差も小さいことが分かった。また、最適な放射線治療の計画シミュレーションを行い、各リスク臓器(心臓、胸膜、脊髄など)への線量制約を含む最適な放射線治療計画を検討した。以上の検討を踏まえ、食道癌に対する強度変調放射線治療の臨床応用を開始した。難治癌のひとつである食道癌の生存率向上と、化学放射線治療後に問題となる晩期心呼吸器有害事象低減に貢献する有効かつ安全性の高い放射線治療の確立を目指すために、強度変調放射線治療技術と画像誘導放射線治療技術を駆使した最新高精度放射線治療法を開発研究を行う。まず、食道癌に対して安全かつ正確な強度変調放射線治療を行うためには、病変および食道の呼吸性移動の正確な評価検討および最適な治療計画方法の確立が重要である。初年度は食道の位置精度評価を中心に検討を進めた。具体的には食道病変周囲に内視鏡にて留置されたクリップの自由呼吸下および呼気停止下での移動距離を計測する方法で行った。自由呼吸下の評価として4次元CTを、呼気停止下の評価として放射線治療装置に装填されているcone beam CTを用いた。結果は、自由呼吸下の評価では、胸部上部食道で2mm7mm程度、胸部中部病変で2mm8mm程度、胸部下部病変で4mm12mm程度の位置移動があった。また、呼気停止下の評価では、胸部上部食道で2mm4mm程度、胸部中部病変で1.5mm4.5mm、胸部下部病変2.5mm5mm程度の位置移動があった。この結果より、自由呼吸下よりも呼気停止下で食道の位置誤差が少なくなり、より狭い範囲で効率的な放射線治療が出来ることがはっきりとした。また、位置誤差を明確に計測できたため、放射線治療時に必要とする照射野マージンも算出できた。今後はこの結果を踏まえて、実際の放射線治療の可能性に関してシミュレーションしていく予定である。食道癌治療に対する強度変調放射線治療および画像誘導技術を用いた高精度放射線治療体系の構築を目指して、今年度は食道癌治療における最適な照射野のシミュレーションを中心に研究を進めた。食道癌に対する照射後晩期有害事象の発症に関する検討において、心臓有害事象による全生存率の低下が指摘され、3D-CRTよりもIMRTを施行し心臓への照射線量を出来るだけ低減することが望ましいと報告されている。日本でも標的体積への線量を集中させかつ周囲臓器への高線量域を低減できるIMRTの利点を最大限活用するべきであるが、原発巣周囲のみを照射野に設定する欧米と比較して原発巣および縦隔内のリンパ領域も照射するため非常に広い照射野を設定する場合が多く、IMRTを施行することによって生じる周囲への低線量域増加による影響も十分考慮する必要がある。昨年度の研究において、照射野を少しでも縮小しかつ標的体積の安定した位置精度が保持出来る、至適なマージンが確認できた。その結果をもとに、日本において食道癌に対するIMRTをより安全に導入するために、今年度は治療計画装置上で治療計画シミュレーションを行い、もっとも効果的でかつ汎用出来る方法を確認できた。今後はこれらのデータをもとに論文作成をすすめ、また実際に臨床応用出来るように研究を進める予定である。データの蓄積はある程度終了しているため。食道癌治療に対する強度変調放射線治療および画像誘導技術を用いた高精度放射線治療体系の構築を目指して、今年度は昨年度に引き続き食道癌治療における最適な照射野のシミュレーションを中心に研究を進めた。食道癌に対する照射後の晩期有害事象の発症に関する検討において心臓有害事象による全生存率低下が指摘されているが、強度変調放射線治療技術を用いて心臓への照射線量を出来るだけ低減すると、心臓疾患による死亡率の低下も得られると報告された。よって、日本でも標的体積へ照射線量を集中させかつ周囲正常臓器への高線量域を低減でいる強度変調放射線治療を導入するべきと思われる。ただし、日本で発生の多い食道癌の部位は胸部中部食道であり、原発巣およびリンパ節領域を含むと縦隔全体が照射範囲となるため、強度変調放射線治療のビーム作成には十分注意する必要がある。特に、放射線肺炎発症の危険性が高まる肺野への低線量域はもっとも考慮するべきと思われる。一昨年には照射野を少しでも縮小させかつ標的体積の安定した位置精度が保持出来る最適なマージンが確認できた。今年度はその結果をもとに、日本において食道癌に対する強度変調放射線治療を安全に導入するために、治療計画装置上での治療計画シミュレーションを継続し、かつ学会発表および論文作成を進めた。データ蓄積はある程度終了し、論文作成も進んでいるため。食道癌治療に対する強度変調放射線治療および画像誘導技術を用いた高精度放射線治療体系の構築を目指して、今年度は昨年度に引き続き、食道癌治療における最適な照射野のシミュレーションを中心に研究および論文作成を進めた。食道癌に対する照射後の晩期有害事象の発症に関する検討において、心臓の有害事象による全生存率の低下が指摘されているが、強度変調放射線治療技術を用いて心臓への照射線量を出来るだけ低減すると、心臓疾患による死亡率低下も得られると報告されている。日本でも標的体積への照射線量を集中させ、かつ正常組織への高線量域を低減できる強度変調放射線治療を導入するべきと思われる。

ただし、日本で発生の多い食道癌の部位は胸部中部食道であり、原発巣およびリンパ領域を含むと縦隔全体が照射範囲となるため、強度変調放射線治療のビーム作成には十分注意する必要がある。特に、放射線肺炎の発症の危険性が高まる肺野への低線量域は最も考慮するべきである。これらの問題はやはり照射野サイズが大きいためであり、出来るだけ照射野を狭くして効率よい照射をすることが必要である。そのために、自由呼吸下ではなく呼気停止下で食道の動きを出来るだけ制限して照射野を狭くする検討を行い、この研究に関しては論文投稿を済ませている。また、治療計画装置上での治療計画シミュレーションを続けて研究し、今年度は実際に食道癌への強度変調放射線治療を実践していくこととしている。難治癌のひとつである食道癌の生存率向上と、化学放射線治療後に問題となる晩期心呼吸器有害事象低減に貢献する有効かつ安全性の高い放射線治療の確立を目指すために、強度変調放射線治療技術と画像誘導放射線治療技術を駆使した最新高精度放射線治療法を開発研究した。まず、食道壁の移動量を評価し、自由呼吸下では大きく動き個人差も大きい一方で、呼気息止め下では移動量は小さく個人差も小さいことが分かった。また、最適な放射線治療の計画シミュレーションを行い、各リスク臓器(心臓、胸膜、脊髄など)への線量制約を含む最適な放射線治療計画を検討した。以上の検討を踏まえ、食道癌に対する強度変調放射線治療の臨床応用を開始した。データ集積は順調であり、次のステップへ移行できるものと思われる。データの解析を進め、論文化し公表作業を進めるとともに、臨床応用出来るように研究を進める。論文作成を進め、また臨床応用出来るように研究を進める放射線治療データを解析し、食道癌に対する有効な高精度放射線治療の可能性に関して、治療計画装置上でシミュレーションし検討を行っていく。昨年度は妊娠出産後の育児におわれ、研究をなかなか進めることが出来ず、使用額も少なかった。データ解析等に関する備品は購入済みであり、論文作成に関する費用として次年度に繰り越すことにした。妊娠がわかり、11月に出産後は当面育児に専念していたため、研究を行うことが出来ず、利用計画通りの予算執行が出来なかった。今後はデータ整理および学会発表を精力的に行っていく方針である。今年度は論文提出に伴う英文校正費や論文投稿費に当てる予定である。今年度は研究を再開し、解析用ソフトウエアの購入や関連学会への参加費用として使用する予定である。
熱蛍光線量計を用いた粒子線がん治療線量分布測定におけるフラグメント粒子の影響評価

組織等価ファントム熱ルミネセンス線量計(TEP-TLD)に粒子線治療ビームを照射したときに核反応によって生成するフラグメント粒子を測定することを目的として研究を行った。シミュレーション計算によりTEP-TLDやタフウォータファントムを標的とした場合の線量分布及びフルエンス分布を調査した後、放射線医学総合研究所の重粒子線加速器施設HIMACにおいて検出器システムのテスト実験を行った。その結果、検出器システムは治療場で発生する二次中性子による放射化に大きく影響されることが分かった。平成25年度は、実験体系のシミュレーション計算と検出器システムの整備及びテストを行った。シミュレーション計算にはPHITSコードを用いた。シミュレーションは、放射線医学総合研究所の医療用重粒子線加速器HIMACからの炭素ビーム(290 MeV/u)を標的(タフウォーターファントム及び組織等価ファントム熱ルミネセンス線量計)に入射し、核反応によって生成するフラグメント粒子の標的内及び検出器設置位置におけるフルエンスを計算した。また標的内における吸収線量分布と各フラグメント粒子の吸収線量への寄与も計算した。計算の結果、炭素ビームのブラッグピーク付近におけるフルエンスの約50%を水素、約30%をヘリウムが占め、水素とヘリウムがフラグメント粒子の主成分であることを確認した。さらに同様の計算を水ファントムに対しても行い、組織等価ファントム熱ルミネセンス線量計を標的とした場合と比較した。次にシミュレーション計算の結果を用いて、実験体系の検討を行った。水素・ヘリウム等の軽フラグメント粒子が主成分であることから、カウンターテレスコープと飛行時間(TOF)法を組み合わせた検出器システムを試みることとした。カウンターテレスコープの部分は、プラスチックシンチレータと無機シンチレータを組み合わせたものとし、PHITSコードを用いて検出器応答のシミュレーション計算を行った。また、標準線源を用いて各検出器のテストを行った。平成26年度は、昨年度に引き続き実験体系のシミュレーション計算と検出器システムの整備及びテストを行った。シミュレーション計算は、放射線医学総合研究所の医療用重粒子線加速器HIMACからの炭素ビーム(290 MeV/u)を標的(タフウォーターファントム及び組織等価ファントム熱ルミネセンス線量計)に入射する体系とし、今年度は特に核反応により生成する中性子に着目し、検出器設置位置におけるフルエンスを計算した。さらに、標準線源を用いた検出器のテストを継続的に行ったほか、放射線医学総合研究所においてHIMACからのビームを用いたテスト実験を行った。実験は、タフウォーターファントムを標的とし、標的中で核反応により生成する様々なフラグメント粒子が無機シンチレータ及び光電子増倍管から成る測定システムに与える影響を調べるとともに、無機シンチレータの放射化を利用して検出器設置位置における中性子束の評価を行った。実験の結果、ビーム軸上に検出器システムを設置した場合、無機シンチレータ、光電子増倍管ともに放射化によって生成された様々な核種が確認され、特に光電子増倍管の出力が不安定化することにより測定の障害となることが分かった。またビーム軸から離れた位置に検出器システムを設置した場合、中性子束に関しては無機シンチレータの放射化を利用する方法が有効であることが確認できた。以上のシミュレーション計算及び実験の結果は、国内学会や国際ワークショップで報告した。平成27年度に計画していた研究は、平成28年度に延期して実施することとした。近畿大学原子力研究所が保有する原子炉は、試験研究炉の新規制基準の施行に伴って運転を停止した。運転再開には、改めて設置(変更)許可申請を行い、原子力規制委員会による審査を受けて許可を得る必要がある。平成27年度は、審査への対応に専念する必要があり、研究の遂行が困難となったため、当初計画していた研究を平成28年度に実施するよう計画を変更した。平成28年度は、前年度までに実施した実験体系のシミュレーション計算や、放射線医学総合研究所の医療用重粒子線加速器HIMACを用いたテスト実験の結果を総合し、検出器システムの整備及びテストを進めた。HIMACを用いたビーム実験によって得られた二次中性子による検出器の放射化に関する知見を考慮して、シミュレーションコードPHITSを用いた計算を行い、効率的な実験体系の検討を行った。さらに、標準線源等を用いた検出器システムのテスト実験を継続的に行った。最終年度である平成28年度は、組織等価ファントム熱ルミネセンス線量計を標的としたビーム実験を行ない、系統的なフラグメント粒子測定を行う予定であったが、スケジュールの関係でマシンタイムを確保することが出来なかった。したがって、当初本事業で最終的な目的としていた、組織等価ファントム熱ルミネセンス線量計による線量評価値にフラグメント粒子が与える影響については実測値をベースに検討を行うまでには至ることができなかった。しかしながら、ビーム実験の結果に基づいて、実験を実施するために必要な検出器システムの整備や、標的となる組織等価ファントム熱ルミネセンス線量計の作成は完了することができた。また、PHITSを用いたシミュレーション計算による生成フラグメント成分の評価等は行うことができた。今後、本事業で構築した検出器システムを維持し、早期にビーム実験を行いたい。

その結果、検出器システムは治療場で発生する二次中性子による放射化に大きく影響されることが分かった。平成26年度は、前年度に引き続き実験体系のシミュレーション計算と検出器システムの整備を行なうとともに、放射線医学総合研究所の重粒子線加速器HIMACからのビームを用いたテスト実験を行った。テスト実験では無機シンチレータと光電子増倍管からなる検出器システムのテストと、核反応により生成する中性子線の測定実験を兼ねて実施したが、研究計画全体に大きな影響はない。平成28年度は、当初平成27年度に計画していた研究を実施する。放射線工学平成27年度は、前年度までの成果をもとにして、必要に応じて検出器システムの整備・改良を行なう。また、組織等価ファントム熱ルミネセンス線量計を標的としたビーム実験を実施するため、必要なシミュレーション計算を引き続き行うとともに、最終的には放射線医学総合研究所の重粒子線加速器HIMACからのビームを利用した実験を行うため、必要な手続き等を含めた準備を進める。平成25年度は、次年度以降に実施する予定のビーム照射実験に向けての準備として実験体系のシミュレーション計算と検出器システムの整備・テストを行った。検出器システムの最適化は次年度以降も引き続き行うが、研究計画全体に大きな影響はない。近畿大学原子力研究所が保有する原子炉は、試験研究炉の新規制基準の施行に伴って運転を停止しており、運転再開には、改めて設置(変更)許可申請を行い、原子力規制委員会による審査を受けて許可を得る必要がある。平成27年度は、原子力規制庁(東京)で毎週行われる審査への対応のため、説明資料の作成や出張に多くの時間を取られ、研究の遂行が極めて困難となった。そのため、当初の計画を変更し、平成27年度に計画していた研究を平成28年度に実施することにした。平成27年度に計画していた研究を平成28年度に実施する。平成26年度は、前年度に得られたシミュレーション計算及び検出器テストの結果をもとにして、必要に応じて検出器システムの最適化を行う。また、適当な時期に放射線医学総合研究所の医療用重粒子線加速器HIMACのマシンタイムを申請し、重粒子線を用いた検出器システムのテスト実験及び組織等価ファントム熱ルミネセンス線量計を用いた照射実験を行い、フラグメント粒子の測定を目指す。マシンタイムの取得状況によっては、一部の実験を次年度に行うこともありうる。
遅発型オルニチントランスカルバミラーゼ欠損症の発症前予知と発症予防に関する研究

男子遅発性オルニチントランスカルバミラーゼ(OTC)欠損症について遺伝疫学、発症予防の観点から研究を行い、以下の結果を得た。1.男子遅発性OTC欠損症10家系14名のOTC遺伝子解析を行った結果、R40H(7家系10名)、Y55D(2家系3名)、R277W(1家系2名)を同定した。2.Y55D、R277Wについては検索できた家系では、すべて母からこどもに伝達していた。いっぽうR40Hについては新生変異による患者の頻度は最高でも12%をこえないこと、また遺伝例では母→こども伝達が10組に対して父→娘伝達は3組にすぎなかった。これにはヘミ接合体男子のreproductive lossがヘテロ接合体女子よりも高いことの関与が推定された。またヘテロ接合体女子中、2例が発症、本変異のヘテロ接合体女子は必ずしも予後がよいとは言えないことも明らかになった。3.上記3種類の変異を簡便に検出する方法の開発を検討した。まずPCR産物のTm値の差異に基づく変異検出方法を検討したが再現性に乏しいため、2塩基ミスマッチ法による3種の変異を同時の検出するマルチプレックスPCRの条件を検討中である。4.平行して実施した新生児発症男児3例での遺伝子解析の結果では遅発例と対照的に家系ごとに異なる新奇の変異が同定された。5.遅発型男子OTC欠損症の生命予後の検討の結果、血液中のリジン他の8種のアミノ酸の濃度が予後因子として有意であると判定された。6.R40H変異を持つ男子患者の経過の分析によって、早期診断早期の特異的治療の開始によって生命予後が改善できる可能性が示された。われわれは、ヒトornithine transcarbamylase (OTC)遺伝子のR40H変異の発症予防を目的とするスクリーニング方法の開発を企画してこの研究を進めている。昨年までの段階で、野生型と変異型(R40H)OTC遺伝子のPCR産物のTm値の差に基づいて両者を弁別する方法を検討した。しかし、その後、両者のTmの差異が小さく必ずしも弁別が確実には行えないことがわかったため、別の方法を検討中である。その方法として、ARMS法による弁別を検討中である。すなわち、野生型は増幅するが、変異型は増幅しないプライマーセットおよび変異型は増幅するが、野生型は増幅しないプライマーセットの4種のプライマーセットの設計を試みているが、ゲノムDNAの該当部分の塩基配列にグアニン、シトシンの頻度に偏りがあるためプライマー設計が困難で、至適増幅条件は未だに確立していない。今後もし本法でも変異検出が困難であれば、既に確立している、コドン40を含む部分を増幅できることが確立しているプライマーセットを用いて該当部分を増幅し、制限酵素(Nla III)多型(増幅産物が、野生型であれば切断されないが、変異があれば切断される)による変異検出方法も検討する予定である。また、本研究の進行中、高アンモニア血症に対して使用される安息香酸ナトリウムの投与量が従来、欧米で記載されている量では副作用がみられがちであることを経験している。このため、日本人患者に即した至適投与量も検討したいと考えている。ヒトornithine transcarbamykase(OTC)遺伝子のR40H変異の検出法につき、検討を加え、PCR及び制限酵素による消化で同変異が検出できる(gain of site)ことが確認できた。現在、多数検体の処理に適する改善法を検討中である。また、本方法のマス・スクリーニングへの適応を可能にするために遺伝情報の扱いに関する学会の提言や法律などの改正に伴い、それらに適合する説明と承諾の獲得システムを整備中である。

また、上記と平行して男子OTC欠損症患児(者)の遺伝子解析を実施、男子遅発例でY55D、R277W、R40Hなどの変異が同定された。これらの変異は、われわれや他の研究者がすでに報告している変異である。いっぽう、新生児期発症例では、T343R、I261Tなど、過去に報告のない変異が検出された。OTC欠損症の遺伝子変異は一般的には家系毎に異なる、いわゆるprivate mutationが多いが、男子遅発例に関しては上記のように異なる家系で同じ変異が検出されたことは、遅発例では生殖適応度が高いため、その変異遺伝子が集団の中で保存されやすく、集団内で拡がりやすいことが伺われた。さらに、同じ変異を持つ遅発例でも発症時期が成人から小児期まで多様であり、発症には遺伝子変異以外の要因の関与がかなり大きいことが伺われた。また発症予防、治療面では、充分な熱量の投与によって遊離アミノ酸の同化促進を図る試みは従来から理論的には考えられていたが、ブドウ糖を主体とした計算された適切な熱量投与が有益であることを臨床研究から明らかにしつつある。本研究の実績の概要は以下の通りである。1.遺伝疫学的研究の結果1)遅発型男子オルニチントランスカルバミラーゼ(OTC)欠損症症例10家系14名のOTC遺伝子解析の結果、変異はR40H(7家系10名)、Y55D(2家系2名)、R277W(1家系2名)の3種に収束するという結果を得た。その中でもR40Hが最も高頻度であった。2)Y55D、R277Wについては検索できた家系では変異遺伝子はすべて母親からこどもに伝達していた。いっぽうR40Hについては、新生突然変異による症例の頻度は最高でも12%をこえないこと、また遺伝例では、母→こども伝達が10組に対して、父→娘伝達は3組にすぎなかった。これには、ヘミ接合体男子のreproductive lossがヘテロ接合体女性よりも高いことの関与が推定された。またヘテロ接合体女子中、2例が発症、本変異のヘテロ接合体女子は必ずしも予後がよいとは言えないことも明らかになった。3)上記3種類の変異を簡便に検出する遺伝子診断の方法を検討、まずPCR産物のTm値の差異に基づく変異検出法を検討したが、再現性に乏しいため、現在、別法の開発を検討中である。4)平行して実施した新生児発症3例の解析では、遅発例とは対照的にすべて家系ごとに異なる新奇の変異が同定された。2.臨床的研究の結果1)遅発型男子OTC欠損症症例の生命予後因子の解析の結果、リジン他8種類のアミノ酸濃度が予後因子として有意であることが明らかになった。2)R40H変異を持つ患者の経過の分析から、早期診断、早期に安息香酸ナトリウムや塩酸アルギニン投与などの特異的治療を行うことによって生命予後が改善できる可能性が示された。
Compromised hostでの免疫不全の病態解析と高度侵襲対策

ICU入室の重症患者を対象に、入室時、病態変化時、退出時に採血し、免疫能と予後との関連から臨床検体を解析中である。免疫機能の具体的な解析については、昨年報告した白血球分画、単球のMHC class-II抗原、CD4陽性リンパ球の数、Foxp3陽性CD25陽性細胞の割合、PD-1発現に加え、末梢血中のサイトカイン(IFN-r, TGF-b, IL-10など)、さらにはsPD-1, sPD-L1を測定し解析する。ICU入室の重症患者が想定よりも少ないこと、またsPD-1, sPD-L1の測定が安定しないため。現在測定しているsPD-1, sPD-L1の測定キットの再検討を行う。ICU入室高度手術侵襲症例を対象に高齢者、糖尿病、透析患者、術前抗癌剤・放射線治療などの背景因子と術前、術後での免疫能の変化と術後感染性合併症、敗血症発症、ICU滞在期間等との関連について明らかにするため臨床検体を解析中である。ICU入室症例が本臨床研究に合致した重症症例が少ないため。ICU入室症例で当初の想定よりも軽症の症例も対象に考えていく。今年度の研究が予定より遅れているため予算を次年度に移行した。当初計画していた臨床検体を集積することができていないことが主な理由である。2019年度は、検体測定用のキット費用や国際学会出張での費用が見込まれる。
ベーチェット病感受性遺伝子TRIM39の炎症応答に関する機能解析

本年度は、大規模な日本人ベーチェット病患者検体を用いた遺伝子関連解析より、新規感受性遺伝子として同定したTRIM39における機能解析を行った。TRIM39は、隣接するRPP21とのインタージェニックスプライシングにより、キメラタンパク質(TRIM39R)を作ることがわかってきた。我々の同定したTRIM39上のSNPとRPP21上のSNPsの1つが強い連鎖不平衡にあり、どちらの遺伝子が真の感受性遺伝子であるのか、判別できなかった。TRIM39、TRIM39RおよびRPP21は、いずれも機能未知分子であったので、HEK293T培養細胞を用いた過剰発現系をそれぞれの遺伝子について樹立し、マイクロアレイによる網羅的な遺伝子発現解析を行った。有意に発現量が変化した遺伝子群を用いた、遺伝子オントロジー解析により、生物学的意義を検討した。その結果、驚くべきことに、TRIM39でもRPP21でもなく、キメラタンパク質であるTRIM39Rのみが有意に1型インターフェロンやそれに付随する細菌やウイルス感染応答に関与する遺伝子群を制御していることが明らかとなった。ここまでの研究成果は、国際的な学術誌(Biochem. Biophys. Res. Commun.)に公表することができた。また、国際会議(The 15^<th> International Congress of Immunology)や国内学会(第36回日本分子生物学会)で研究成果を発表することもできた。CAGプロモーターを用いてヒトTRIM39Rのトランスジェニックマウスの作製を試みたが、四肢の関節と尾部に鬱血を呈し、出生直後に死亡した。現在、プロモーターを変更して再度トランスジェニックマウスの作製を行っている。研究計画を立てた時には予想できなかった研究結果が出たため、当初の計画通りに研究を遂行できていない。しかしながら、TRIM分子における新しい概念を発見し、よりインパクトの高い研究が行えている。これは、研究計画を立てた時には予想できなかった結果である。しかしながら、TRIM39Rが間接部で何らかの機能を示している可能性が多いに考えられる。ベーチェット病(BD)は環境要因と遺伝要因が互いに作用し合う多因子疾患であり、様々な側面からの基礎研究が病態解明には必須である。これまでに、BD患者-健常者間における関連解析により、TRIM39上のSNP(rs2074474)に強い感受性を見出している。さらに連鎖不平衡解析により、Rpp21上のrs974963がrs2074474と強いLD(r2>0.9)にあり、アミノ酸置換を伴うSNPであることも見出している。しかしながら、TRIMファミリーのほとんどが機能未知分子であり、TRIM39についても機能解析の報告は非常に少ない。そこで、TRIM39の機能を明らかにし、BDにどのように関与するのかについて検討することを目標としている。本年度は、我々の同定したBDに感受性のある新規感受性遺伝子であるTRIM39の機能解析を行った。研究実施計画では、TRIM39についてヒト培養細胞へ過剰発現系を樹立し、マイクロアレイによる網羅的遺伝子発現解析を行い、制御する遺伝子を同定する予定であった。しかしながら解析の途中で、ヒトの細胞株でTRIM39(TRIM39B)のみならず、近傍にあるRPP21とのキメラ遺伝子(TRIM39R)が発現しており、TRIM39RおよびRPP21についても行った。その結果、Rpp21では発現量が変動した遺伝子は見出せなかったが、TRIM39BとTRIM39Rでは34および42個の遺伝子を同定した。さらにそれらをノードとし、生物学的パスウェイを同定した結果、TRIM39Bではなく、TRIM39Rが1型インターフェロン(IFN)の応答とウィルス感染防御に関与することが明らかとなった。これまでに機能が明らかとなったTRIMでは、PRY-SPRYドメインがIFN応答に重要であるとされていたが、本研究ではPRY-SPRYドメインを保持しないTRIM39Rが重要であった。CAGプロモーターを用いてヒト

TRIM39Rのトランスジェニックマウスの作製を試みたが、四肢の関節と尾部に鬱血を呈し、出生直後に死亡した。現在、プロモーターを変更して再度トランスジェニックマウスの作製を行っている。研究計画を立てた時には予想できなかった研究結果が出たため、当初の計画通りに研究を遂行できていない。しかしながら、TRIM分子における新しい概念を発見し、よりインパクトの高い研究が行えている。CAGプロモーターを用いてヒトTRIM39Rのトランスジェニックマウスの作製を試みたが、四肢の関節と尾部に鬱血を呈し、出生直後に死亡した。これは、研究計画を立てた時には予想できなかった結果である。しかしながら、TRIM39Rが間接部で何らかの機能を示している可能性が多いに考えられる。
ジーンターゲッティングによる交感神経節VIP/PACAP受容体シグナルの機能解析

VIP/PACAPは脳、副腎や膵臓をはじめとする臓器において種々の重要な生理機能を持つニューロペプチドであり、その受容体は少なくとも3種類が存在している。各受容体サブタイプの各臓器(部位)における発現分布はそのリガンドと同様異なった分布をする。従って、各々の臓器での機能と個別のシグナル系の関連は不明である。われわれは、VIP/PACAPの生理機能を解明することを目的として以下の検討を行った。(1)副腎髄質および上頸神経節におけるVIP、PACAPとそれらの3種類の受容体のmRNA発現の分布を、^<35>S-標識アンチセンスRNAプローブを用いたin situ hybridization法により調べた。その結果、PACAPおよびPACAP受容体が共発現する細胞が存在し、PACAPがオートクリン因子として働く可能性が示唆された。(2)リガンド分子と結合し、細胞内シグナル系を活性化させる受容体領域について解析を行う目的で、VIP受容体およびPACAP受容体のキメラ受容体cDNAを作製し、COS細胞発現系を用いて、^<125>I-PACAPおよび^<125>I-VIP結合および細胞内cAMP産生(受容体活性化)について調べた。その結果、VIP/PACAP受容体のリガンド結合とシグナル活性化に関するドメイン構造が明らかとなり、これらの2つのドメインは機能的に完全に分離して考えることができる、2-サイトモデルであてはまることが示された。(3)PACAP受容体にHAエピトープの配列を導入した受容体(HA受容体)を作製した。HA受容体は野生型受容体と同等の機能を有しており、免疫組織化学によって検出できることを確認した。(4)PACAP受容体ノックアウトマウスの作製。PACAP受容体遺伝子DNAを用いてターゲッティングベクターを作製し、ES細胞D3株の相同組換え体から、PACAP受容体ノックアウトマウスを得て、現在その解析を行っている。
任意視点・任意分解能で観察可能な3次元デジタルホログラフィック顕微鏡の開発

ホログラフィの原理を応用したデジタルホログラフィック顕微鏡(DHM)は,試料の光強度や奥行き情報などをホログラム画像上に同時記録できるという他の顕微鏡にはない特徴を持つ.本研究では,従来の顕微鏡では困難な,試料を任意の奥行き距離と広視野・高分解能で複数同時にリアルタイム観察できるDHMシステムの試作を行った.ホログラフィの原理を応用したデジタルホログラフィック顕微鏡(DHM)は,試料の光強度や奥行き情報などをホログラム画像上に同時記録できるという他の顕微鏡にはない特徴を持つ.本研究では,従来の顕微鏡では困難な,試料を任意の奥行き距離と広視野・高分解能で複数同時にリアルタイム観察できるDHMシステムの試作を行った.バイオイメージングやMEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微小機械やその制御回路をシリコン基板上に一体化したシステム)などの分野の発展により,顕微鏡は重要な要素技術となっている.これらの分野で求められる顕微鏡の能力として,(A)試料を高分解能で観察(B)試料を広い観察領域(広視野)で観察(C)試料を3次元的に観察の3点が挙げられる.このような顕微鏡が実現できれば,バイオイメージングでは,広範囲に存在する複数の生体を高分解能かつ立体的に観察ができ,また,大規模化・微細化が進むMEMSの動作検証にも役に立つ.しかし,これまでの顕微鏡では(A)(C)は互いにトレードオフの関係にあり全てを同時に満たすことは難しい.ホログラフィの原理を応用したデジタルホログラフィック顕微鏡(Digital Holographic Microscope : DHM)は,試料の光強度や奥行き情報などをホログラム画像上に同時記録できるという他の顕微鏡にはない特徴を持つ.ホログラム画像上には試料に関する光情報が記録されるため,このホログラム画像からの光伝播をコンピュータで計算することにより,原理的には自由自在に試料の再生像を得ることができる.しかし,これまでの研究では,ホログラム画像から再生像を得る計算時間が膨大であり,リアルタイム計測が困難な問題点が残されたままである.この問題を解決するために,本研究ではGPU(Graphics Processing Unit)を用いたDHMシステムを試作し,再生像のリアルタイム再生を行った.また,ホログラム画像には試料の光情報が全て記録されているため,従来の顕微鏡では困難な広視野で試料を観測しながらある領域を高分解能で同時観察できる顕微鏡の実現が期待できる.我々は,前述の(A)(C)を同時に満たすことを目的とした,試料を任意の奥行き距離と広視野・高分解能で複数同時にリアルタイム観察できるDHMシステムの開発を試みている.バイオイメージンクやMEMS (Micro Electro Mechanical Systems:微小機械やその制御回路をシリコン基板上に一体化したシステム)などの分野の発展により,顕微鏡は重要な要素技術となっている.これらの分野で求められる顕微鏡の能力として,(A)試料を高分解能で観察(B)試料を広い観察領域(広視野)で観察(C)試料を3次元的に観察の3点が挙げられる.このような顕微鏡が実現できれば,バイオイメージングでは,広範囲に存在する複数の生体を高分解能かつ立体的に観察ができ,また,大規模化・微細化が進むMEMSの動作検証にも役に立つ.しかし,これまでの顕微鏡では(A)(C)は互いにトレードオフの関係にあり全てを同時に満たすことは難しい.ホログラフィの原理を応用したデジタルホログラフィック顕微鏡(Digital Holographic Microscope : DHM)は,試料の光強度や奥行き情報などをホログラム画像上に同時記録できるという他の顕微鏡にはない特徴を持つ.ホログラム画像上には試料に関する光情報が記録されるため,このホログラム画像からの光伝播をコンピュータで計算することにより,原理的には自由自在に試料の再生像を得ることができる.しかし,これまでの研究では,ホログラム画像から再生像を得る計算時間が膨大であり,リアルタイム計測が困難な問題点が残されたままである.この問題を解決するために,本研究ではGPU (Graphics Processing Unit)を用いたDHMシステムを試作し,再生像のリアルタイム再生を行った.また,ホログラム画像には試料の光情報が全て記録されているため,従来の顕微鏡では困難な広視野で試料を観測しながらある領域を高分解能で同時観察できる顕微鏡の実現が期待できる.我々は,前述の(A)(C)を同時に満たすことを目的とした,試料を任意の奥行き距離と広視野・高分解能で複数同時にリアルタイム観察できるDHMシステムの開発を試みている.