hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
GAとニューラルネットワークを併用した補修計画のための最適化アルゴリズムの開発

一般に構造物の補修計画策定問題は,補修予算,劣化・損傷の状態,構造物の重要性などの様々な制約条件のもと,適切な補修箇所,補修時期,補修工法を決定する組合せ最適化問題として定義できる.近年,このような複雑で大規模な組合せ最適化問題に対して,遺伝的アルゴリズム(GA)やニューラルネットワークのような情報処理技術を適用して,近似解を効率的に導出するための試みが行われている.そこで本研究では,複雑で大規模な補修計画問題の最適化アルゴリズムについて検討するとともに,道路舗装および橋梁の維持管理に関する補修空間的,時系列的な諸問題ついても検討を行った.本年度の研究実績としては以下のとおりである.(1)道路舗装の補修計画に加えて橋梁も含めた道路ネットワークとして最適化問題を解いたところ,その規模の大きさから単純GAによる求解の限界を確認することができた.また,ニューラルネットワークについても定式化がより複雑になり求解の精度に影響を及ぼすことが分かった.(2) (1)の結果より,ニューラルネットワークおよびGAのそれぞれの適用範囲について確認できたことから,それぞれの補修計画案のビジュアル化を行うためのサブルーチンを開発した.(3) (1)および(2)を考慮して,ある程度の規模の道路ネットワークに対する維持管理の諸問題(予算と補修計画の関係,提供するサービスレベルと補修計画の関係など)についてライフサイクルコストの概念を導入して分析・検討し,導出された補修案の有効性や維持管理に関する方針について再確認した.なお,本研究成果は関連学会に投稿する予定である.本研究では,複雑で大規模な組合せ最適化問題である道路舗装の補修計画問題に対して,GAとニューラルネットワークを併用した最適化アルゴリズムを開発し,その有効性と汎用性について検討することを目的とする.研究初年度の実績としては以下のとおりである.1)道路鋪装の補修計画策定問題について,既存の「時間・空間統合最適化モデル」を運用し,ニューラルネットワークの状態変化過程における初期値の影響について調べた.2)既存橋梁の耐震補強計画策定問題を対象として開発されているGA最適化モデルを利用し,GAの遺伝子フォーマットのコーディング方法と導出解との関係について,投資予算と対策工法数の関係から検討した.その成果を関係学会に公表した.3)建設省や県などの関係機関に協力いただき,一般国道に関する路面の劣化・損傷状況,交通量,その他の交通条件などの各種データを収集した.また,それらを連続10年程度の長期的時系列データとしてデータベース化した.4)道路舗装の補修計画における最適化問題を,路面の劣化度を最小化する問題として定式化するとともに,GAによってコード化した.そして,シミュレーション用のモデルデータにより運用した結果,GA単独の最適化アルゴリズムによる解の信頼性を確認することができた.以上の初年度研究実績を踏まえ,今後,既存の「最適化モデル」をGAの最適解を入力値とするように改良し,最適化アルゴリズムの性能評価を行うと共に,実路面データによる道路舗装の維持管理に関する諸問題(補修工事区間長や補修サイクルなど)についても分析・検討する.一般に構造物の補修計画策定問題は,補修予算,劣化・損傷の状態,構造物の重要性などの様々な制約条件のもと,適切な補修箇所,補修時期,補修工法を決定する組合せ最適化問題として定義できる.近年,このような複雑で大規模な組合せ最適化問題に対して,遺伝的アルゴリズム(GA)やニューラルネットワークのような情報処理技術を適用して,近似解を効率的に導出するための試みが行われている.そこで本研究では,複雑で大規模な補修計画問題の最適化アルゴリズムについて検討するとともに,道路舗装および橋梁の維持管理に関する補修空間的,時系列的な諸問題ついても検討を行った.本年度の研究実績としては以下のとおりである.(1)道路舗装の補修計画に加えて橋梁も含めた道路ネットワークとして最適化問題を解いたところ,その規模の大きさから単純GAによる求解の限界を確認することができた.また,ニューラルネットワークについても定式化がより複雑になり求解の精度に影響を及ぼすことが分かった.(2) (1)の結果より,ニューラルネットワークおよびGAのそれぞれの適用範囲について確認できたことから,それぞれの補修計画案のビジュアル化を行うためのサブルーチンを開発した.(3) (1)および(2)を考慮して,ある程度の規模の道路ネットワークに対する維持管理の諸問題(予算と補修計画の関係,提供するサービスレベルと補修計画の関係など)についてライフサイクルコストの概念を導入して分析・検討し,導出された補修案の有効性や維持管理に関する方針について再確認した.なお,本研究成果は関連学会に投稿する予定である.
原爆被爆者にみられる骨髄異形成症候群の臨床的特徴と遺伝子変化の解明

被爆者MDSの臨床的特徴とゲノム異常を解析した。近距離被爆者MDSでは遠距離例のMDSと比較して染色体異常の頻度が高く、複雑核型のように予後不良の核型例が多かった。しかし、被爆距離によって生存期間、白血病転化割合、無白血病生存期間に有意な差は見られず、MDSにおける染色体異常の持つ予後への影響が被爆者MDSと自然発症MDSで異なる可能性も考えられた。MDSから急性リンパ性白血病へ転化した稀な例のゲノム解析では、白血病転化時に新たなゲノム異常が獲得されていた。平成26年度は原爆被爆者に発症した骨髄異形成症候群症例の収集、検体試料収集、それらのゲノム解析の開始が当初の目的であった。これまでに長崎の被爆者骨髄異形成症候群3例に対して、本研究に関する説明を行い、インフォームドコンセントを得た後に、骨髄細胞検体およびコントロールとして用いる皮膚生検検体を収集した。皮膚検体からは培養を経て線維芽細胞を得、それを胚細胞型ゲノムコントロールとして用いた。3症例はいずれも長崎における原爆被爆者で、被爆距離3km未満の近距離被爆者である。3例とも化学療法や放射線療法の既往はない。対象例より病歴、身体所見、臨床検査所見、診断、病型、予後因子、染色体核型を含む骨髄所見などの臨床情報を収集した。また、この3例に対してイルミナ社の次世代シーケンサーであるHiSeqを用いて全エクソーム解析、全ゲノム解析を実施した。エクソーム解析に当たってはエクソン部分のゲノムを濃縮して解析した。胚細胞型コントロールについても、全ゲノム、エクソーム共に検体と同じ方法で塩基配列を決定し、その塩基配列と比較する事で骨髄異形成症候群細胞における変異遺伝子候補を抽出した。次世代シーケンサにて同定された変異候補遺伝子については、他方法を用いたシーケンス確認作業が必要であり、そのためのシーケンス用プライマー設計及び作製を実施した。H27年度は(1)原爆被爆者に見られた骨髄異形成症候群(MDS)症例を対象として詳細な染色体異常の検討、(2)被爆者造血器腫瘍のゲノム解析、を実施した。(1)は、シーケンス解析では詳細な検討が難しい染色体の構造的な異常を検討する目的で実施した。被爆者MDS131例、およびコントロールとして非被爆者MDS298例の骨髄細胞核型を検討したところ、被爆者群において59例(45%)、非被爆者群で141例(38%)に異常核型が見られた。核型異常の頻度は被爆者群では被爆距離によって分けた3群(<1.5km, 1.5-3.0km, >3.0kmの3群)において、距離が近いほど有意に高率(それぞれの距離群で70.4%、48.6%、33.3%。P=0.001)であった。染色体異常はMDSにおける最も強力な予後因子であるが、この3群間では全生存には有意差は認めなかった(P=0.85)。その理由を検討するため核型を詳細に検討したところ、被爆距離<1.5kmの群では有意に染色体の構造異常が増加していた。(2)のシーケンス解析では、急性骨髄性白血病(AML)と骨髄増殖性腫瘍(MPN)を続けて発症した被爆者例の細胞を対象として遺伝子異常を解析し、AMLと化学療法後に寛解が得られた時期の「正常」造血、さらにMPNが、実はいずれも遺伝子異常を抱えた同一のクローン性造血を基盤としていることが明らかとなった。本例ではAML, MPNの細胞はいずれも正常核型であり、造血器腫瘍の解析においては遺伝子配列解析が重要であることを示している。原爆被爆者の骨髄異形成症候群については、130例という多数の例を集積し、染色体の構造的異常および数の異常を詳細に検討することができた。予後と染色体異常との関連から、被爆者MDSにおける染色体異常はde novo MDSにみられる染色体異常とはその意義が異なることが示唆された。これは、現在進行中の遺伝子解析において検討の方向性やその解釈に対して極めて重要な情報となる結果であった。また、遺伝子解析でも極めて詳細な解析が可能であった例では、クローン性造血から異なる二つの骨髄系腫瘍が時期を変えて発症しうるという世界で初めての知見を示すことができた。H28年度は(1)原爆被爆者に見られた骨髄異形成症候群(MDS)症例を対象として詳細な染色体異常の検討を更に進めると共に、(2)被爆者造血器腫瘍のゲノム解析、を実施した。(1)は、シーケンス解析では検討が困難な染色体の構造的な異常を解析する目的で実施した。昨年までの検討で、被爆者MDS131例、およびコントロールとして非被爆者MDS298例の骨髄細胞核型を検討したところ、被爆者群において59例(45%)、非被爆者群で141例(38%)に異常核型が見られた。その理由の一つとして均衡型の構造異常(相互転座、逆位)が近距離被ばく者に多いことがあげられた。

また、染色体異常はMDSにおける最も強力な予後因子であるが、この3群間では全生存には有意差は認めなかった(P=0.85)。近距離被爆者群では有意に3, 8, 11番染色体の構造異常が増加していた。(2)のシーケンス解析では、骨髄異形成症候群から急性リンパ性白血病を発症した例をゲノム解析し、急性リンパ性白血病発症時には、骨髄系腫瘍に多く見られるゲノム異常を追加獲得していることが明らかとなった。また、クローン変化が造血幹細胞に生じている可能性が示された。造血器腫瘍の解析においては遺伝子配列解析が重要であることを示している。被爆者MDSの臨床的特徴とゲノム異常を解析した。近距離被爆者MDSでは遠距離例のMDSと比較して染色体異常の頻度が高く、複雑核型のように予後不良の核型例が多かった。しかし、被爆距離によって生存期間、白血病転化割合、無白血病生存期間に有意な差は見られず、MDSにおける染色体異常の持つ予後への影響が被爆者MDSと自然発症MDSで異なる可能性も考えられた。MDSから急性リンパ性白血病へ転化した稀な例のゲノム解析では、白血病転化時に新たなゲノム異常が獲得されていた。当初計画で予定していた平成26年度計画は、(1)長崎県における被爆者MDS臨床所例の集積及び臨床情報の収集、(2)試料収集、(3)MDS細胞ゲノムDNAを用いたexome解析、(4)MDS細胞ゲノムDNAを用いた全ゲノム塩基配列決定であった。上述の様に、3例の原爆被爆者MDS症例を集積し、それらから得られた検体についてエクソーム解析、全ゲノム解析を実施することが出来た。以上より、平成26年度の進捗は概ね順調と判断した。最終年度は、これらの知見を論文化しつつ、原爆被爆者MDSのゲノム解析結果をまとめる。これまでに得られているゲノム解析結果のみならず、症例を追加してターゲットシーケンスを行い、染色体の解析から得られている結果との比較を実施する。これを通じて放射線がどのように造血器腫瘍、特に骨髄異形成症候群の発症とその特徴に影響を与えているのか、ゲノム異常の観点から明らかにして行く予定である。血液内科学次年度は、症例集積を更に推進して、原爆被爆者MDSの臨床的特徴について解析できるようにすること、並びに現在進行しているエクソーム解析、全ゲノム解析について確認作業を遂行することが、大きな方策である。原爆被爆者が高齢化する中で、対象となり得る例も減少が懸念される。そのために、過去に診断された症例のデータや試料をどのように用いることが出来るかについても検討する必要がある。
PBCの病態形成に関わるB細胞、補体によるPDH特異的細胞性免疫応答制御の解析

本研究は、"B細胞、補体による細胞性免疫応答の制御"という、従来の研究とは異なる新たな視点からの原発性胆汁性肝硬変症(PBC)の自己免疫病態の解析を目的とした。研究の結果、PBCと健常人では、制御性B細胞機能に有意差は認められないこと、PBCと健常人ではB細胞活性化、制御性分子の発現に差異がみられないこと、PBCでは補体活性化はみられるが病態との関連はみられないこと、補体活性化産物による細胞性免疫能制御はみられないことが示された。§制御性B細胞(B reg)の動態と免疫制御機能の解析PBC、健常人の末梢血B細胞を用い、FACSによる細胞内サイトカイン同定法によりIL-10またはTGF-βを細胞内含有するB regを分離し動態を解析したところ、健常人に比しPBCではB regが量的に減少していることが明らかにされた。またB reg誘導能を有するLPS、CpG-DNA、CD40Lで通常B細胞を刺激した際のB reg誘導を解析し通常B細胞のB regへの分化能を検討したところ、in vitroにおける分化能はPBCでも保たれていることが明らかとなった。一方、B regの免疫制御機能を、PDH刺激によるPDH特異的CD4細胞増殖アッセイ系にB regを混合培養した際のCD4細胞増殖抑制により評価したところ、PBCと健常人ではB regの免疫制御機能に有意な差異は認められないことが示された。さらにPDHパルスDCでPDH特異的CD4細胞を刺激する系を用い同様の検討を行いB regのDC制御能を評価したところ、PBCと健常人ではB regのDC制御能に有意な差異は認められないことが示された。§通常B細胞、Bl細胞、B regにおけるB細胞活性化・抑制分子の発現解析PBC、健常人から得た通常B細胞、B1細胞、B regにおけるB細胞活性化分子、抑制性分子の発現動態を解析し、上記で検討したB細胞機能との関連を検討した。まずFACSで活性化分子CD19発現細胞、抑制分子CD22発現細胞の陽性率を解析、ついで両分子に対する抗体をFITC、PEラベルし、FACSにより同一B細胞の両分子の発現バランス動態を解析したところ、PBCと健常人ではCD19、CD22の発現に差異がみられないことが示された。なお、患者本人が承諾の上で末梢血検体採取を施行した。PBCにおける補体活性化動態、CRegsの動態、それらによる細胞性免疫応答制御の解析PBCおよび健常人の末梢血中のCH50、補体活性化産物C5a、C3a、C3b、免疫複合体Clq-CIC、C3d-CICの濃度をそれぞれの測定キットを用い測定し、補体活性化動態と病態の関連を検討したが、PBCでは補体活性化はみられるものの、病態との関連はみられないことが明らかとなった。§補体活性化産物、ICによる細胞性免疫応答活性化の解析上記でCH50、C5a、C3a、C3b、Clq-CIC、C3d-CICの血中濃度を測定したPBC症例の血中各種サイトカイン濃度をCytometric Bead Array法によりFACSを用い包括的に測定し、補体活性化産物・ICの血中濃度と各種サイトカインの血中濃度との相関を検討したが、補体活性化とサイトカイン産生動態の有意な関連は認めなかった。§膜型・可溶性補体制御因子の動態の解析と病態との関連PBC症例のCD4、CD8細胞、DCにおけるMCP、DAF、DAFリガンドCD97、CD59の発現動態を、特異的モノクローナル抗体を用いてFACSにより解析したところ、CD4、CD8細胞においてはMCP、DAF、DAFリガンドCD97、CD59のいずれもが、健常人に比べて有意に高く発現していることが明らかとなった。特にPBC症例のCD4細胞におけるDAFリガンドCD97の発現は非常に高かった。しかしPBC症例のDCにおけるこれら分子の発現は、健常人との問に有意な差異を認めなかった。また、血中可溶性MCP、DAF、CD59濃度をEHSAにより測定したところ、いずれもPBCにおいて健常人より高い傾向を認めたものの、有意差は得られなかった。§補体制御因子による細胞性免疫応答制御の解析<MCPによるTr誘導>MCPのリガンドC3bの血中濃度、CD4細胞におけるMCP発現率を測定したPBC症例のTr陽性率をFACSにより細胞内IL-10陽性CD4細胞同定により測定、また血中IL-10濃度をELISAキットで測定、C3b血中濃度・CD4細胞MCP発現率とTr陽性率、IL-10濃度の相関を検討したところ、いずれのあいだにも有意な相関は見られなかった。また、検討した症例におけるPDH蛋白添加DCによる抗原特異的CD4細胞増殖反応を解析し、C3b血中濃度・CD

4細胞MCP発現率・Tr陽性率が抗原特異的細胞性免疫応答に与える影響を検討したが、いずれも抗原特異的免疫応答との関連はみられなかった。ついで、健常人のCD4細胞、PBC症例のCD45RA陽性ナイーブCD4細胞およびin vitroでPDH蛋白感作したPDH特異的CD4細胞のMCP発現率をFACSで解析し、健常人とPBC症例のMCPによるTr誘導能の差異とTr誘導におけるPDH抗原特異性について検討したが、健常人とPBC症例の間には有意差を認めなかった。<DAFによるT細胞活性化制御>補体制御因子であるDAFは補体活性化動態によりそのT細胞制御能が変化する可能性がある。そこでPBC症例から得た、FACSでDAF発現を検討したPDH特異的CD4細胞とCD97発現を検討したPDHパルスDCの混合培養系に、補体活性化産物濃度が既知の血清を添加し、CD4細胞の増殖能・サイトカイン産生能の評価によりDAF・CD97の発現とT細胞活性化制御の関連を検討したが、意義のある結果を得ることはできなかった。
在庫と不確実性を考慮した船舶スケジューリングモデル構築

船舶スケジューリングは2週間程度までの効率的な運航スケジュールを作成する手法である。この手法を、天候による移動時間の不確実性を取り入れるもの、および生産状況の変化に対応するための在庫管理と組み合わせたものに拡張する方法を研究する。不確実性に対応するためには、Bertsimas and Simのロバスト組合せ最適化問題のフレームワークを部分問題である最短路問題に適用し、数理モデルを開発した。生産状況の変化に対応するには、2週間程度よりもより長期のスケジュールを考慮する必要がある。このためには、ローリングホライズン方式による計画方法、および近似動的計画法および強化学習による計画方法を開発した。船舶スケジューリングの標準的アプローチである集合被覆定式化は、2週間1ヶ月程度のスケジュールも分単位で得ることができる。ところが実際の船舶輸送では、天候の変化、在庫・生産状況により、荷主からの輸送依頼が数日先までしか確定しない場合がある。このような製品の輸送では不確実性に積極的に対処する必要がある。その典型的な例が鉄鋼製品輸送であり、今年度は鉄鋼製品輸送を想定したモデルを開発した。不確実性に対処する方法として、1.ローリングホライズン方式による方法と、2.強化学習による方法を採用した。ローリングホライズン方式では、向こうN日の計画を立てるが、実際に実行するのは1日目だけである(2日目以降の計画は実行しない)。次の日にはより新しい情報を用いて次のN日分の計画を立てる。これを繰り返すことにより、最新の情報を取り入れた計画を立てることができる。強化学習では、製品の輸送量・積み地・揚げ地などの統計的な情報を抽出し、ある時点の計画作成に、より長期の情報を取り入れる。これにより、繰り返しスケジュール作成を行う場合の累積コストが小さくなることが期待される。船舶輸送での不確実性の原因は、自然に起因するものと、自然以外に起因するものがある。しかし、ある輸送要求の実行が遅れた原因を、ただ一つの要因に求めることは実際には困難であることが実績データの解析により判明した。そこで、海流・波の変化などの自然要因を個別にモデル化する方法は採らず、全体をシステムとして捉え、強化学習の手法を採用することで不確実性に対処する方針を採用することとした。ローリングホライズン方式については、協力企業から提供を受けた実務データによって検証し、現在1日かけて手作業で行っているものと同程度のスケジュールが、数秒で作成できることがわかった。強化学習については、強化学習理論の基本的な調査を終え、基本モデルを開発した。これを計算機に実装し、引き続いて数値検証を行う予定である。サプライ・チェイン最適化では、これまで主に陸上業務の最適化モデルを対象としてきたが、この研究では海上輸送に関連する業務を対象とした最適化モデルの開発を行う。具体的には、研究代表者らが既に開発した船舶スケジューリングモデルを、次の2つのモデルに拡張する。1つめのモデルは、在庫管理を考慮した船舶スケジューリングモデルであり、2つめは気象海象の変化を考慮したロバストな船舶スケジューリングモデルである。これらの拡張により、実務で直面する問題に、より幅広く対応できるようにするモデルを開発することを目的とする。船舶スケジューリングモデルは、数日から2週間程度の短期の計画を行うためのものであるが、これに在庫管理を考慮しようとすると、より長期の計画を行う必要がある。より長期の計画を行うためには、貨物輸送の統計的な情報を活用した計画を行うことが有用である。そのための手法として近似動的計画法を採用し、その基本的な枠組みを整理した。それとともに、数値実験により、具体的な実装に必要なノウハウを蓄積した。また、気象海象の変化を考慮したロバストな船舶スケジューリングモデルとしては、集合被服アプローチでの列生成法の部分問題として、現在最短路問題を用いているものを、ロバスト最短路問題に置き換えるアプローチを検討した。ロバスト最短路問題としてBertsimasらの手法を採用・実装し、有効性を数値実験により検討した。サプライ・チェイン最適化とは、ロジスティクスを情報技術を用いて、全体最適化することである。現在までに、様々な個別最適かシステムが開発され、実務でも使われている。海上輸送は他の輸送モード(自動車、鉄道、航空機)に比べ安価で大量の物資を輸送できることが特徴であり、貨物量x輸送距離ベースで国内貨物輸送の4割を、産業基礎物資に限ってはその8割を輸送している。したがってサプライ・チェイン最適化には重要な要素である。サプライ・チェイン最適化ではこれまで主に陸上業務の最適化モデルを対象としてきたが、この研究では海上輸送に関連する業務を対象とした最適化モデルの開発を行う。具体的には、研究代表者らが既に開発した船舶スケジューリングモデルを、次の二つのモデルに拡張する。1つ目のモデル(モデル1)は、在庫管理を考慮した船舶スケジューリングモデルである。船舶スケジューリングにおいて輸送する貨物は、在庫管理の状況によって定まると考えられる。

したがって、在庫管理を船舶スケジューリングと併せて考察の対象とすることにより、よりコストのかからない計画が得られる可能性がある。2つ目のモデル(モデル2)は気象海象の確率的変化を考慮したロバストな船舶スケジューリングモデルである。これにより、実務で直面する問題により幅広く対応できるようにするモデルを開発することを目的とする。在庫管理を考慮する場合ある程度長い期間を考慮する必要がある。そのために強化学習の手法を取り入れたモデルを開発した。また、ロバストなスケジューリングのために、2点間の移動距離に不確実性を取り入れたロバスト最短路問題を定式化し、解法を開発した。
不均一系不斉触媒を指向したキラルな細孔を有するシロキサン系結晶性多孔体の創製

平成30年度は、1かご型シロキサンの形状が結晶構造に与える影響の調査、2コレステロールを修飾したかご型シロキサンの合成・結晶化を行った。1かご型シロキサンの形状が結晶構造に与える影響の調査細孔構造の制御を目的として、異なる形状のかご型シロキサンにシラノール基を修飾し、その結晶を作製することで、かご型シロキサンの形状が構造に与える影響を調査した。二重四員環(D4R)型シロキサンの他に、二重三員環(D3R)型シロキサンおよび二重六員環(D6R)型シロキサンにシラノール基が修飾された分子を合成した。D4RおよびD3R、D6Rの結晶構造を比較すると、かご型シロキサンに結合したシラノール基は(1)水素結合により6員環を形成しやすい、(2)大きな面を面共有した集合構造を形成しやすい、という傾向があることを見いだした。D4Rの結晶化・固相重合に関してChem. Eur. J.誌に論文を発表したほか、D3Rの結晶化に関してDalton Trans.誌に論文を発表した。どちらの論文も編集者から高い評価を受け、Inside CoverおよびBack Coverに採用された。2コレステロールを修飾したかご型シロキサンの合成・結晶化キラルな細孔の構築を目的として、キラルな官能基をかご型シロキサンの1頂点に修飾した。キラルな官能基としてコレステロールを選択した。かご型シロキサンの1頂点への修飾は、2頂点以上に修飾されたものや未反応物との分離が必要であるが、コレステロールはサイズが大きいため、分離が行いやすいと考えて選択した。コレステロールと結合したかご型シロキサンをテトラヒドロフランに溶解し、溶媒を緩やかに蒸発させることでその結晶を得た。XRDパターンから結晶は層状構造であることが考えられる。今後は3次元構造の構築を目指して分子構造・結晶化法の最適化を行う予定である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
地域環境リスク管理における市民参加・リスクコミュニケーション促進の比較法的研究

わが国の化学物質管理を適正に進めるためには、地域のリスク管理を実効あらしめる「地域リスク管理における市民参加・リスクコミュニケーション促進」がなによりも重要であるとの認識のもとで3年間比較調査を行ってきた。この分野で一番大きな影響を及ぼしたのは、EUの化学物質戦略の動向である。欧州では、物質ごとの管理から、工場プロセスの総合的汚染管理(Intergrated Pollution Control)への変化が、予防的アプローチと結びつき、2007年6月のREACH規制施行へとつながっていった。REACH規制は、サプライチェーンにおける情報伝達、コミュニケーションシステムの構築が事業者にとって重要取組事項となったのと同時に、地域の環境リスク管理のために市民がどのように事業者とコ1ミュニケーションを図るか、地方自治体はどのような役割を果たすのかも欧州のアプローチを実効あらしめるための大きなポイントとなった。欧州では、REACHに先駆けオーフス条約により、市民の意思決定過程への参加、訴訟参加、情報取得を権利として認められている。こうした市民参加の枠組みを背景に、様々なNGOが化学物質管理におけるリスクコミュニケーションを促進するための活動をはじめている。一方、わが国においても1999年にPRTR法が制定され、市民、事業者、自治体のリスクコミュニケーションのための前提が整えられた。さまざまな自治体でPRTRデータを活用するための地域対話や勉強会、HPによる情報提供が積極的に行なわれ始めたが、一般的には市民化学物質による環境リスクへの関心は高くない。国際的にはSAICM(国際的な化学物質管理のための戦略的アプローチ)が2020年までに「化学物質の影響を最小限化」の目標を規定しているが、この達成のためにわが国の市民意識をどう向上させるか、より総合的な化学物質管理の枠組みの下で市民参加の位置づけを明確にすることが必須となってきている。本年度は、欧州の化学物質管理政策がどのように展開されているのか現地ヒアリング調査、および資料収集を行った(オランダ、EU、ドイツ、スウェーデン、デンマーク、英国)。日本では、物質ごとの対策に重点がおかれている中、欧州では「持続可能な開発」という概念のもとで、化学物質の総合的対策が実施されていることが判明した。施設からの化学物質の排出に関しては、「総合的汚染コントロール」(Integrated Pollution Control)許可制度がEU全体で導入され、環境媒体ごとのアプローチから総合的環境負荷低減へのアプローチへと変化してきている。この許可条件を考慮する際に、BAT(もっとも経済的で効率性の良い技術)の導入が求められ、このBAT概念を導入することによって、従来の物質ごとに規制値を定めるアプローチでは困難だった予防原則(Precautionaly Principal)の実施が可能になった。また、オランダでは独自の取り組みとして化学物質削減、情報提供に関して、企業と行政との「自主協定」手法が活用されている。「自主協定手法」はわが国でも、自治体が活用してきた手法であるがオランダでは「自主協定」締結に際して、削減目標値達成のための環境管理計画策定、環境報告書の策定・公表を義務付けている。これにより、国家環境政策と連動することと、国民への情報提供およびリスクコミュニケーションが可能とされている。さらに、現在、EUでは化学物質の総合的管理を目指して、化学物質情報提供の責任を行政から企業へと転換させるための施策REACHが検討されている。市場に流通している化学物質の有害性、安全性に関する情報提供責任を企業が負うことにより、より国民に化学物質情報がいきわたることになりリスクコミュニケーションが促進されることとなる。施設からの排出に関するIPCアプローチと化学物質に関するREACH施策が組み合わされた総合的化学物質管理政策が模索されている。このように、本年度は、欧州の化学物質管理施策のアプローチの動向およびそのための政策手法を分析した。本年度は、PRTR法が完全施行されて自治体がどのようにそのデータを活用しているかの調査を行った。

PRTR法では、自治体に地域住民のニーズに応えたPRTRデータの集計、公表を求めており、多くの自治体が地域別、媒体別、業種別、対象物質別、規模別等項目別に集計し、グラフ化しインターネットを通じて情報提供を行っている。しかし、機械的なデータの集計から進んで、住民に分かりやすい形での情報提供を行っている自治体はほどんどない。サイトでデータ情報を提供している自治体40自治体のうち、表計算ソフトにダウンロードできる自治体はわずか5自治体である。さらに、データを提供するだけでなく、そのデータを市民が理解し活用を促進するためには自治体による啓発活動が重要であるが、リスクコミュニケーションセミナー、リーフレット発行などの独自の活動を行っている自治体もまだ30自治体程度である。普及啓発活動を行っている自治体であっても、その内容は一方的な情報発信の域を超えずPRTRデータ活用促進施策としては十分とはいえない。また、PRTRデータは地域の化学物質管理の基礎データとして活用することも可能であるが、PRTRデータをベースとして事業者への取扱量の届出、化学物質管理計画書の提出を条例で課している自治体、モニタリングの選定・モニタリング地点の選定等に活用している自治体もまだ少ない。本調査では、PRTRデータ集計作業に追われ、そのデータの活用まで十分に行えていない自治体の実態を明らかにした。来年度は、こうした実態を改善していくために、諸外国の化学物質管理政策の動向と比較しながら、自治体の化学物質管理促進のためのPRTRデータ活用に向けての課題の分析と提言の検討を行っていく。3年間、化学物質による地域環境リスク管理の市民参加・リスクコミュニケーションの比較研究を行ってきたが、この分野で一番大きな影響を及ぼしたのは、EUの化学物質戦略の動向である。欧州では、物質ごとの管理から、工場プロセスの総合的汚染管理(Intergrated Pollution Control)への変化が、予防的アプローチと結びつき、2007年6月のREACH規制施行へとつながっていった。REACH規制は、流通・使用されている化学物質の安全性評価の責任を従来の行政から企業へと移行させ、化学物質の製造・使用というサプライチェーンのなかで事業者に安全性情報の伝達を義務付けた、画期的な規制である。サプライチェーンにおける情報伝達、コミュニケーションシステムの構築が事業者にとって重要取組事項となったのと同時に、地域の環境リスク管理のために市民がどのように事業者とコミュニケーションを図るか、地方自治体はどのような役割を果たすのかも欧州のアプローチを実効あらしめるための大きなポイントとなった。欧州では、REACHに先駆けオーフス条約により、市民の意思決定過程への参加、訴訟参加、情報取得を権利として認められている。
パルサーからの重力波の探索

本研究課題ではパルサーからの連続的な重力波を検出する手法の開発と実際の解析をおこなう。2019年4月より米国のLIGOとVirgoは第3次観測O3を開始しており、KAGRAも2019年中にはLIGOとVirgoによる国際重力波観測ネットワークに参加することを目指して活動を続けている。本課題代表者は、KAGRA側の連絡担当者として活動をおこなっている。現在までに、LIGOとVirgoはすでに連星中性子星および連星ブラックホールからの重力波を検出しており、超高密度物質の物性や、ブラックホールの性質について多くの知見を得ている。ここでさらにパルサーなどの単独中性子星や、低質量X線連星からの重力波を検出・解析できれば、これら超高密度・超強磁場天体についてさらに多くの知見が得られると期待されている。現在、パルサーからの重力波の検出は成功していない。本研究課題では、応募者もコーディングに参加したComputeFStatisticコードに加え、新しく開発したノイズ棄却手法(真の重力波信号とノイズの、信号対雑音比の時間発展の違いに着目した、信号とノイズとの弁別手法)の実装をおこなっている。2018年度は、KAGRA連続重力波グループに台湾および韓国から2つの研究者グループを加えることができた。また連続重力波検出と物理の可能性についてホワイトペーパーを執筆し、KAGRAおよび第3世代重力波検出器計画における重点課題を選定する上での資料を提供することができた。KAGRA全体論文としてNature astronomyおよびLiving Reviews in Relativity誌において論文を出版している。KAGRAの国際共同重力波観測網への参加に向けて、KAGRAのための活動(LIGO-Virgoとの連絡委員、著者リスト選定委員等)が、年度当初想定よりも多いためやや遅れが出ている。やや遅れが出ており、現在協議中のLIGO-Virgoとの共同研究による計画の修正はありうるものの、現時点では当初計画どおりの活動の実施をおこなっていく。KAGRA重力波望遠鏡は平成27年度3月に試験運転を開始した。平成27年度はこのデータを解析し、パルサーなどの中性子星からの連続重力波を探索するための基盤を整備した。ソフトウェアの面では、連続重力波信号と地球起源の線ノイズとを弁別する手法を開発しており、論文を準備中である。本手法は重力波検出統計量の時間発展を理論的に求め、これと実際の検出統計量の時間発展を比較することで短時間のみ存在する線ノイズを棄却するものである。本手法によって、欧州のVirgo重力波検出器が昨年報告した3つの重力波信号候補を、信号処理の初期段階で統計的な言明を持って棄却する方法を提供できるだろう。また、解析パイプラインは一通り稼働することができるようになっており、KAGRAの試験運転データの解析に向けて準備ができた。その他、グリッチノイズを除去するための手法として独立成分解析を重力波データ解析分野において初めて導入し、その性能の研究を開始した。こちらも現在論文を準備中である。ハードウェアの面では、重力波データ解析のための専用計算機クラスタを導入、ソフトウェア環境の整備をおこなった。上記のグリッチノイズおよび線ノイズの除去方法について、その性能テストのためのモンテカルロシミュレーションを当該計算機を用いておこなっている。その他、平成27年度は理論的な研究として、単独中性子星から重力波を観測することによって中性子星の質量を決定できることを示した。当該研究を共同研究し、発表した学生によるポスターは、重力波についての国際会議GWPAW2016において最優秀ポスター賞を受賞した。KAGRA重力波検出器の試験運転は順調は終わり、これを解析するためのソフトウェアの準備は、多くのソフトウェアをLIGOから導入することで、短時間で一通りそろった。計算機資源は、少なくとも既知のパルサーを探索する上では問題ない程度に用意することができた。さらに線ノイズの弁別手法について一定の成果が得られ、平成28年度のKAGRAデータ解析に適用できるまでになった。重力波データ解析ソフトウェアの開発に必要な最低限の環境はビッグバンセンターで私が整え安定運用に至っている。一方で未知のパルサーを探索するための計算機資源は未だ足りず、インコヒーレント探索手法については基礎研究にとどまっており、今年度の課題である。中性子星の質量を決定できる手法を新たに提案できたことは、当初の計画にはなかった大きな進展である。2016年度は、iKAGRAデータを用いて電磁波で既知のパルサーのうち62のパルサーについて重力波探索をおこなった。結果として重力波候補信号は検出できなかったため、それぞれのパルサーについて重力波振幅上限値を与えた。今後bKAGRAにおいておこなう予定の観測に備えて、電磁波で既知のパルサーからの重力波を探索するための基本的なデータ解析パイプラインが整った。このパイプラインには、データカタログの作成、短時間フーリエ変換ファイルの作成等といった基本的な工程も含む。さらに昨年度から研究をおこなっていた新しいノイズ棄却方法についてその有効性を示した。この手法は既存のノイズ棄却方法とは異なり、単一の検出器のデータについても適用できる点でまったく新しいものである。この手法によって、2014年度に発表されたVirgo検出器で最後まで残った3つの重力波候補イベント(最終的に全て棄却)を、解析の初期段階で機械的に棄却できる可能性がある。またLIGO検出器で利用されている2台の検出器データが必要な手法と異なり、より検出器の観測時間を利用できる手法でもある。実際LIGO検出器が2台同時に稼働していた時間は最新の結果で33%と、一台が稼働していた時間50%程度にくらべても小さい。

積分時間が2倍になれば、観測可能な空間体積は2.8倍になり、さらにKAGRAが地面振動の小さい地下施設であって稼働率が非常に高くなることが期待されることを鑑みれば、1台のデータでノイズを棄却できる意義は極めて大きい。その他、昨年度に引き続き研究をおこなっていた独立成分分析について、同手法の重力波検出における有効性を、2信号モデルというもっとも簡単なケースでシミュレーションによって示し、論文を出版した。単独パルサーからの重力波の探索手法については、予定通りパイプラインが確立された。線ノイズの棄却方法は簡明なアイディアながらそれゆえに頑健である世界初の手法で、KAGRAデータ以外にも適用できる。また2016年度はこの棄却方法の性質について理解がすすみ、さらなる最適化についてもアイディアが出てくるなど発展性が見込める。広範囲のパラメータ領域を探索する手法については、我々のグループで追求しているGPUによるradiometry探索手法について昨年度他グループから同様のアイディアによる探索結果が発表されたため、独自性を出すために新しいアディアが求められる状況になった。昨年度問題となった計算機資源については、関係各位の協力によって2016年度末に540コア・100TBストレージを持つ計算機を本学ビッグバン宇宙国際研究センターに設置することができた。現在LIGO検出器の計算機システムとの接続のため設定を始めているところであり、全天探索についても基本的な解析パイプラインテストは可能な体制となった。本計画は、単独で存在するパルサーからの重力波を探索することを目的としている。2015年からすでに連星ブラックホールや連星中性子星からの重力波が米国に建設されたLIGO重力波検出器によって検出されているが、単独パルサーからの重力波はいまだ検出されていない。単独パルサーからの重力波が検出されれば、未だよくわかっていない、強重力下にある中性子星の内部構造についてさらなる知見を得ることができると期待されている。本計画遂行者は日本の重力波検出計画KAGRAに参画し、データ解析班に所属している。KAGRAの第1段階であるiKAGRA (initial KAGRA)のデータは2015年3月と4月に取得され、その後2017年度までにiKAGRAデータを用いた、電磁波で既知のパルサーについての連続重力波探索をおこなった。iKAGRAはまだ設計感度には到達していないため、単独パルサーからの重力波の検出にはおよばなかったが、解析パイプラインの整備の点で成果が得られた。さらにiKAGRAデータを用いたノイズ棄却方法についてのLIGOの公開データを用いた研究をおこない、線ノイズ除去について一定の成果を得ることができた。2017年度はKAGRA計画の第2段階であるbKAGRA (baseline KAGRA)の運転成功に向けて活動をおこなった。2017年度はKAGRA研究グループ全体としての成果として1本の査読論文を出版している。
南アジアにおけるポルトガル植民都市の形成と変容に関する比較研究

本年度は、昨年度の成果を踏まえ、研究の焦点となるインドの3つの植民都市、ゴアGoa、ディウDiu、ダマンDamaoにおいて、臨地調査をおこなった。調査は、街路網、街区、施設分布、広場、敷地割、建造物など都市組織を構成する物理的諸要素に着目しておこない、それぞれの都市空間の特質とその構成原理を把握することができた。また、各都市の都市型住居の基本的構成を把握することができた。研究をつうじて、これらの植民都市は、18世紀中頃から19世紀初頭にかけて一様に大きな変容を経験し、現代都市へと至っていることが明らかとなった。その意味でこの時期に都市内外に生じた一連の変化は近代化として理解し得るものである。考察をつうじて、こうした変化は、周辺状況に加えて同時期の宗主国でおこなわれた政策と密接な関連を持って進行したこと、宗主国の都市建設の伝統が色濃く反映されていることが明らかとなった。研究の成果は、論文、学会発表をつうじて順次公開している。また、昨年度から引続いて宗主国および調査地域の双方において文献・地図資料の収集をおこない、アジアにポルトガルが建設した植民都市について市街の状態が詳細に描かれた都市図を網羅的に収集することができた。双方の研究者、研究機関との交流を深めることができたことも成果である。こうした成果をもとに、アジアにおけるポルトガル植民都市の形成と変容という、より大きな枠組で研究を展開できる可能性が見えつつある。本年度は、主たる活動として、南アジアにおけるポルトガルの植民都市の概要の把握、およびこれら植民都市が建設された背景を把握するとともに、臨地調査の基礎となる地図の資料収集をおこなった。まず、国内で入手可能な資料の整理をおこなうとともに、植民地の宗主国ポルトガルにおいて2度にわたる文献・地図資料の調査、収集をおこなった。とくに地図資料の収集では、Archivo Historioco Ultramalino、Biblioteca Nationalをはじめ、リスボンを中心に約20の大学、資料館で調査をおこなった。調査では、ポルトガル植民都市の全体像の把握に重点を置き、地域を南アジアに限定せず南アメリカアフリカアジアにおよぶポルトガルの全活動範囲を対象とした。これにより都市図について国外、国内をつうじて有数のコレクションを形成することができた。地図資料はリスト化するとともに、一般に利用可能なかたちでの公開を検討している。加えて、調査をつうじて現地の研究者との交流をおこない、植民都市をめぐる最新の研究動向を把握することができた。また、収集した文献・地図資料をもとに、17世紀にオランダに占領され改変が加えられた南アジアの2つのポルトガル植民都市コーチンCoohin(ケーララ、インド)、コロンボColombo(スリランカ)を対象として、ポルトガルとオランダ植民都市の空間構成の比較をおこない、それぞれの特質について学術雑誌、学会で発表した。来年度は、文献・地図資料の補足的な収集をおこなうとともに、研究の焦点となるゴアGoa、ダマンDamao、ディウDiuの3都市を対象として臨地調査をおこない、その形成と変容について考察する見通しである。
夜間の問題行動がある人を介護・養育することが家族の睡眠に与える影響に関する研究

介護や養育は、24時間毎日家庭内で繰り返され、それを担う人々の負担は大きい。近年、睡眠の質・量の不足は、単に睡眠の問題だけでなく種々の疾患との関係性が認められている。本研究は、家庭内で家族の介護や養育を担う人々の睡眠の状況を明らかにし、必要な方向性を検討することを目的とした。介護も養育も夜間の中途覚醒が多く、就寝時間の3割程度覚醒していた。また、介護では中途覚醒を睡眠の問題と捉えていたが、養育では自身の睡眠問題と捉えていない現状があった。介護では住み慣れた自宅で夜間に受けられるサービスを、養育では睡眠が与える心身への影響を教育する機会を作ることを検討する必要性がある。本研究の目的は、家庭内で家族の介護・養育を主として担う人々の夜間睡眠の実態を明らかにし、必要な支援、制度を検討することである。夜間に家族への介護・養育を行う者に対して、その介護・養育を受ける者・児童と同時に測定器具を用いた行動量と睡眠評価の客観的な分析を双方向に調査することから、質問紙やインタビューなど主観的な評価で得られなかった行動や睡眠そのものの状況調査により、介護・養育されている者・児童の夜間を主とした日常生活の行動量や睡眠の実態、介護・養育する者の行動量と睡眠と実際介護・養育などの対応状況、さらに介護・養育する者にとって必要な支援の方向性を明らかにすることである。しかし、研究対象が帰属していると思われる施設に対して、研究についての説明をし、協力を求めても、睡眠に関する測定器具が一般化されていないため測定器具の装着に対して積極的な協力を得ることが困難であり、研究の進行が大幅に遅れ、研究期間の延長を申請するに至った。本研究では、夜間に家族への介護・養育を行う者に対して、その介護・養育を受ける者・児童と同時に測定器具を用いた行動量と睡眠評価を双方向性に調査し、質問紙やインタビューなど主観的な評価だけで得られなかった行動や睡眠そのものの実態を明らかにすること、さらに介護・養育する者にとって必要な支援の方向性を検討することが目的であった。平成25年度は、関係性を築き上げた機関に対して実際に調査を実施する機会が増加したが、対象の特性から介護を主体としたものは有効なデータが得にくく、子育て期の母子のデータの回収が多かった。子育て期では、56か月児の参加が多く、この時期は昼夜の区別ある生活リズムに移行している時期であり、母親達は子どもや自身の夜間の睡眠や行動に対する興味が高い傾向があった。56か月の乳児の多くは夜間に何度となく覚醒し動きを認め、一晩に10回にも及ぶ行動を認めた児もあった。この時期の母親は、子どもが覚醒したことに反応して起き世話をする母親が多かった。睡眠に関する質問紙(PSQI-J)では、平均値はカットオフ値付近であり、約半数がカットオフ値を超え、夜間睡眠に何らかの問題を抱えていたが、平均睡眠時間は6時間42分であり、問題は睡眠の量ではなく質にあった。母親の約7割は夜間に子どもの世話をしており、PSQI-Jでリスクの低いものが少なくボーダー値が約3割を占め、また、睡眠効率が83.8%と低かった。一般に睡眠は年代により異なるが、同じ月齢の乳児の子育て期で比較した場合、母親の年齢による差異は認めなかった。介護者では、夜間に問題行動を認める場合など、研究協力よりもデータを知りたい事例の参加が多く、測定器具を壊す、はずす、水没によりデータの抽出不能などトラブルが続き有効回答が得にくかったため、平準化して傾向を読み取れることが困難であり、事例によりパターンを解釈する結果となった。夜間に家族への介護・養育を行う者に対して、その介護・養育を受ける者・児童と同時に測定器具を用いた行動量と睡眠評価の客観的な分析を双方向性に調査することにより、質問紙やインタビューなど主観的な評価だけで得られなかった行動や睡眠そのものの状況調査により、介護・養育されている者・児童の夜間を主とした日常生活の行動量や睡眠の実態、介護・養育する者の行動量と睡眠と実際に介護・養育などの対応状況、さらに介護・養育する者にとって必要な支援の方向性を明らかにすることである。しかし、研究対象が帰属していると思われる施設に対して、研究趣旨を説明すると興味をもたれるものの、協力依頼に対しては、被験者が数日間器具を装着することを強いられることから積極的な協力を得ることが困難であり、思うように研究を進めることができなかった。現在、少数ではあるが積極的な協力を得ることが可能な施設を見つけることができ、半年程度の遅れはあるが、研究を進めることが可能な状況になった。

本研究が、今までの研究とは異なる点は2点あり、1点目は、介護・養育に対する負担を主観でなく測定器具により客観的にデータ化すること、2点目は、介護・養育を提供する者と介護・養育をされる者・児童を双方向のデータとして捉え分析することである。これまで家族の介護に関する研究では、介護する者の介護に対する意識・負担感・不安感、要介護度と介護負担の関連をテーマとした研究が数多く、研究方法は質問紙や半構成的面接法によるインタビューなど介護を行う家族の主観を明らかにするような調査研究が主流であったが、本研究では、介護・養育を提供する者の主観のみでなく、測定器具を装着することにより行動量を測定し、睡眠評価に関しても客観的なデータとして明らかにすることである。介護・養育を提供する者を単独で捉えるのでなく、同時進行として介護・養育される者・児童の夜間の行動や睡眠評価をデータ化しペアで検討することを予定していた。しかし、現在では睡眠測定器具は未だ一般化されていないことやペアで行動量を測定するためには、測定器具を数日間装着しなければならないことなど、想定以上に協力を得ることが困難であった。本研究の趣旨に理解し、さらに協力を得るに至るには予想以上の時間を要した。今年度に入り、前研究分担者の退職に伴い研究分担者の変更をした。新しい研究分担者は、生体科学の学位を持っており、今までとは異なる視点で新しく研究依頼ができる施設を開拓している。県外の施設に対しても人脈があり、現在は、研究に理解と協力を得ることができる施設を強化的に開拓している。本研究が、今までの研究とは異なる点は2点あり、1点目は、介護・養育に対する負担を主観でなく測定器具により客観的にデータ化すること、2点目は、介護・養育を提供する者と介護・養育をされる者・児童を双方向性のデータとして捉え分析することである。しかし、ペアで行動量を測定するためには、測定器具を数日間装着しなければならないことから、想定以上に協力を得ることが困難であった。そのため、本研究の趣旨に理解と協力を得ることができる施設を見つけるまでに予想以上の時間を要した。現在、研究に対する理解と協力の得られる施設がみつかり、データの収集を開始し始めたところである。本研究では、介護・養育を提供する者の主観のみでなく、測定器具を装着することにより行動量を測定し、睡眠評価に関しても客観的なデータとして明らかにすることであり、介護・養育を提供する者を単独で捉えるのでなく、同時進行として介護・養育される者・児童の夜間の行動や睡眠評価をデータ化しペアで検討することを予定していた。しかし、ペアで行動量を測定することに対し、想定以上に協力を得ることが困難であり、本研究の趣旨に理解と協力を得ることができる施設を見つけるまでに時間を要した。
近赤外線分光法を用いた心肺脳蘇生の新しい評価方法－簡易で非侵襲でリアルタイムに－

本研究はブタ脳血流モデルを用いて、近赤外線分光法を用いたNIRO-Pulseによる脳組織酸素飽和度(以下TOI)の妥当性を検証し、臨床データと比較した。ブタ脳血流モデルより、TOIが脳組織酸素分圧と強く相関し、脳組織酸素の変化を捉えていた。心原性心停止も呼吸原性心停止も脳に酸素が行かなくなって4分でTOIは最低値となる。心原性心停止はTOIがすぐ正常下限まで上昇するが、維持できるか、低下しても再上昇すれば心拍再開できた。呼吸原性心停止はTOIが上昇すれば心拍再開できた。臨床データは、内頸動脈領域がTOIの約6割を占めていて脳内を観察していた。TOIが来院時に高値で上昇した症例は心拍再開できた。本研究はブタ脳蘇生モデルを用いて、近赤外線分光法を用いたNIRO-Pulseによる脳血流変化と脳組織酸素飽和度の妥当性を検証し、臨床データと比較し心肺脳蘇生の新しい評価方法として確立することを目的とする。<実験計画1:臨床におけるNIRO-Pulseでのデータ収集>計16症例の心肺停止患者のデータを収集した。TOIやSnO2が良値であれば心拍再開することができた。また心肺停止後にTOIやSnO2が良値で維持でき、人工心肺まで行い社会復帰した症例も経験した。計28症例のCAS/CEA施行患者のデータを収集した。内頚動脈は約6割を占めていた。<予備実験:ブタ脳血流モデルの作成>ブタの全身麻酔下に気管挿管、動脈カテーテル、Swan-Ganzカテーテル挿入することは成功している。NIRO-Pulseのプローブの装着および測定、レーザードップラーの装着および脳血流の測定、脳組織酸素分圧測定器の挿入および測定は成功している。<実験計画2:脳血流評価>ブタの脳血流が体重に対して小さく、NIRO-Pulseで測定したcHb波形の振幅も非常に小さく評価が難しいことが判明した。<実験計画3:脳酸素化評価>心原性心停止および低酸素性心停止となった際に、採血やTOI、脳組織酸素分圧の評価や心肺蘇生を行うことはできた。<予備実験:ブタ脳血流モデルの作成>頭蓋内圧(ICP)モニターが挿入し測定することがまだできていない。<実験計画2:脳血流評価>NIRO-Pulseで測定したcHb波形の振幅が非常に小さく、ICPを挿入して評価可能かを再検討必要であるため。<実験計画3:脳酸素化評価>心拍再開を成し得ていない。早急に蘇生行為などを改善して評価可能かを再検討する必要があるため。本研究はブタ脳蘇生モデルを用いて、近赤外線分光法を用いたNIRO-Pulseによる脳血流変化と脳組織酸素飽和度の妥当性を検証し、臨床データと比較し心肺脳蘇生の新しい評価方法として確立することを目的とした。<実験計画1:臨床におけるNIRO-Pulseでのデータ収集>計40症例の心肺停止患者のデータを収集した。脳組織酸素飽和度(TOI)や脈波酸素飽和度(SnO2)が良値であれば有意に心拍再開することができた(P<0.05)。また心肺停止後にTOIやSnO2が良値で維持でき、人工心肺まで行い社会復帰した症例も数例経験した。計40症例の内頸動脈ステント挿入術(CAS)/内頸動脈剥離術(CEA)施行患者のデータを収集した。TOIやSnO2は内頸動脈が約6割を占めており、外頸動脈領域の皮膚や皮下組織よりも、内頸動脈領域の脳内を観察していると考えられた。<実験計画2:脳血流評価>ブタの脳血流が体重に対して小さく、NIRO-Pulseで測定したcHb波形の振幅も非常に小さく評価できないことが判明した。<実験計画3:脳酸素化評価>心停止から4分後に心肺蘇生を開始するモデルを開発した。心原性心停止は心拍再開が80%、脳蘇生が40%に対して、低酸素性心停止は心拍再開が60%、脳蘇生が20%であった。心原性心停止が低酸素性心停止より心拍再開や脳蘇生が良好であった。TOIと脳組織酸素分圧はR=0.8-0.9と非常に相関しており、TOIは脳組織酸素の変化を捉えていると考えられた。<予備実験:ブタ脳血流モデルの作成>頭蓋内圧(ICP)モニターを挿入し測定する。<実験計画

1:臨床におけるNIRO-Pulseでのデータ収集>引き続きデータ収集を行う。またICU患者でもデータ収集を行う。<実験計画2:脳血流評価>評価可能か再検討する。また昇圧薬を用いて血圧変動し波形観察が可能かを検討する。波形観察できない場合には、本計画は中止する。<実験計画3:脳酸素化評価>心拍再開を成し得ていないが、再検討しても心拍再開を成し得ない場合は、心停止時間と各パラメーターとの関係を評価する。救急集中治療物品購入や動物購入に対して、平成27年度中に多く施行する予定であったが、年度末にかかってしまったため購入が遅延した。そのために次年度使用額が大きくなった。次年度に動物実験に対して、物品購入や動物購入を行い実験を完結する。