hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
成分分離型マルチ分光水質計の開発

沿岸海域は陸域と接しているがゆえに不可避的にさまざまな物質が陸域から流入するうえ,特に閉鎖性水域では,豊富な栄養塩の流入に起因する活発な内部生産によって多量のプランクトンが生成されることから,多種多様な物質が混在した場になっているが,既存の光学センサーでは各成分物質の濃度を精度よく分離した形で抽出することは原理的に不可能である。本研究では,このような従来の接触型光学センサーの本質的な限界を打破すべく,新たに「成分分離型マルチ分光水質計」の開発することを目的とし,以下の内容について検討を行った。1)上記センサーは,衛星リモセン水色画像解析を対象として研究代表者らが最近開発した,光学理論に基づく解析フレームをベースとしている。しかし,衛星リモセンの場合ほぼ1次元的な光伝達経路を仮定できるのに対し,上記センサーの場合には3次元的な経路を考える必要があるため,衛星リモセンの際に用いた4流束モデルを今の場合には使えない。そこで,新たにモンテカルロ法をベースとした光学的シミュレータを作成することにより,センサーの諸元決定のための支援ツールを開発した。2)このシミュレータの妥当性を検証するための室内実験を行い,基本的な分光減衰散乱特性を妥当な形でシミュレートできることが示された。3)このモンテカルロ法をベースとした光学的シミュレータを用いて,複数物質の成分分離型逆推定ルーチンを開発した。4)これらの理論的な検討と並行して,マルチビーム光学センサーとして必要となる,光学系やメモリ系・電源系の基本的なスペックについて検討を進めるとともに,現地長期連続計測のためのセンサーの耐久性,およびセンサーの小型化,といった実用上重要となるさまざまな項目に関する検討を行った。5)以上の検討結果に基づいて,「成分分離型マルチ分光水質計」の試作機を開発し,その基本性能の検証を行った。沿岸海域は陸域と接しているがゆえに不可避的にさまざまな物質が陸域から流入するうえ,特に閉鎖性水域では,豊富な栄養塩の流入に起因する活発な内部生産によって多量のプランクトンが生成されることから,多種多様な物質が混在した場になっており,既存の光学センサーでは各成分物質の濃度を精度よく分離した形で抽出することは原理的に不可能である。本研究では,このような従来の接触型光学センサーの本質的な限界を打破すべく,新たに「成分分離型マルチ分光水質計」の開発を行うことを目指しているが,本年度は,そのためのベースとなる以下の作業を行った。1)上記センサーは,衛星リモセン水色画像解析を対象として申請者らが最近開発した,光学理論に基づく解析フレームをベースとしている。しかし,衛星リモセンの場合ほぼ1次元的な光伝達経路を仮定できるのに対し,上記センサーの場合には3次元的な経路を考える必要があるため,衛星リモセンの際に用いた四流束モデルを今の場合には使えない。4)これらの理論的な検討と並行して,マルチビーム光学センサーとして必要冬なる,光学系やメモリ系・電源系の基本的なスペックについて検討を進めるとともに,現地長期連続計測のためのセンサーの耐久性,およびセンサーの小型化,といった実用上重要となるさまざまな項目に関する検討を行った。

沿岸海域は陸域と接しているがゆえに不可避的にさまざまな物質が陸域から流入するうえ,特に閉鎖性水域では,豊富な栄養塩の流入に起因する活発な内部生産によって多量のプランクトンが生成されることから,多種多様な物質が混在した場になっており,既存の光学センサーでは各成分物質の濃度を精度よく分離した形で抽出することは原理的に不可能である.本研究では,このような従来の接触型光学センサーの本質的な限界を打破すすることを意図した「成分分離型マルチ分光水質計」を新たに開発するべく,昨年度までに,モンテカルロ法をベースとした光学的シミュレータを作成することにより,センサー諸元決定のための支援ツールを開発するとともに,この光学的シミュレータをベースとした複数物質の成分分離型逆推定ルーチンを開発している.本年度は,昨年度試作したマルチ分光水質計に関して,まずハード的な改良を加えることによって基本性能をより向上させるとともに,センサー実用化のうえで重要となるソフトウェア,特に逆推定アルゴリズムの計算効率やロバスト性向上のための検討を行った.また,試作器の基本性能を室内実験で確認するとともに,実水域に関する性能試験を行った.さらに,外洋に面した厳しい環境でもある程度長期にわたって安定した使用が可能になるようにするとともに,フィルター駆動部やメモリー部,電池部等の設計の見直しにより,センサー全体をコンパクト化することの可能性についても併せて検討した.
肝細胞胆汁うっ滞に及ぼすエンドトキシンーKupffer細胞反応の影響に関する研究

I.ラットを用いた肝実質細胞(PC)ー非実質細胞(NPC)相関エンドトキシン(ET)投与後早期におけるPC障害発生機序を明らかにする目的で,分離PC・NPCを用いた実験を行い,以下の結果を得た。(1)PCをNPC・ETとともに培養するか,PCをNPC・ET反応により得た培養上清で培養すると,PCリソソ-ムあるいはATPase酵素活性は有意に上昇した。PC障害因子放出の可能性が示唆された。(2)ラットにLD100/24時間のETを投与した後の血清を用いたPCの培養でPC酵素活性は上昇した。血中にPC障害因子存在の可能性が示唆された。(3)NPCとETの反応上清中に放出されると考えるPC障害因子の作用は,加熱により失われることから蛋白性物質と推定された。以上の実験結果から,ET血症早期におけるPC障害発生には,NPCとETとの反応の結果生じるPC障域因子の関与が強く示唆された。(1)両マウスPCをそれぞれC3H/HeNマウスNPCと混合培養した場合,PCの^3Hーロイシン取り込みは,ETを添加することにより低下した。(2)C3H/HeNマウスのNPCにETを添加して得た上清で両マウスPCを培養すると,(1)の結果と同様にPCの^3Hーロイシン取り込みに低下を生じた。ラットを用いた系で分離したNPCとETの反応により生じた上清をフットの門脈内注入により,胆汁うっ滞,肝細胞障害を発生しえた。したがってETとNPCのincubationの結果,胆汁うっ滞因子,肝細胞障害因子の発生が推察された。研究成果をin vivoとin vitroの2種に大別し、以下に要約して述べる。(A)in vivo実験結果:Wistar系ラットより分離したKupfferの細胞および好中球とEndotoxin(E.coli0127B_8lipopolysaccharide)を10%FBS加RPMI1640培養液を用いてincubationし1・4時間後の培養液を採取し10000Xgの遠心で得た上清を冷凍保存した。なお、incubationに供するまでの各種の条件設定を決定する予備実験に時間を要した。この成果については、裏面に付記される大学院生の論文内容にかえさせていただく。既述の上清を20%含有する潅流液(10%FBS加RPMI1640培養液)をラット門脈より注入し胸部下大静脈から再び潅流循環するという方法により、60分間潅流後の肝組織の電顕的・組織化学的に形態学的検討を行なった(実験群)。なお対照潅流液として10%FBS加RPMI1640培養液を用い、潅流した(対照群)。潅流中の胆汁流出を測定し、胆汁中の胆汁酸分析とビリルビン量を測定した。その結果、対照群でも形態学的に弱干の変化を認めたが、実験群で明らかな小器官構造の変化を生じ、酵素局在の異常を伴った。胆汁排出量および総排泄ビリルビン量も弱干減少し、排泄胆汁酸の成分にも異常胆汁酸の出現を認めた。(B)in vitro実験結果:上記の要領で得た上清を用いて、分離肝実質細胞の培養を試みた。上清による細胞障害性についてはWistar系雄ラット肝実質細胞を用いて、modulationについては^3H-leucine incorporationの肝実質細胞内摂取率を指標としてC3H/HeNおよびC3H/HeJマウス肝実質細胞を用いて確認した。胆汁うっ滞効果については、明確に証明しうるデ-タはなかった。既知のサイトカインとの比較も年度頭初の目的を終了し、肝実質細胞に対しては、IL-6と上清の類似性を確認している。以上の詳細については裏面の大学院生論文にかえさせていただく。

研究成果をin vivoとin vitroの二種に大別し,以下に要約して述べる。Kupffer細胞とエンドトキシンをin vitroの系でインキュベ-ションし、これで得られた上清を超遠心にかけ,上清中エンドトキシンを可能な限り除去した。この上清を経門脈的に持続投与(120分)し、胆汁中胆汁酸および血中胆汁酸分析を行ない、またトランスアミナ-ゼ、ビリルビン値の推移を投与前,60分,120分,240分,12時間,24時間,48時間,72時間の時点での測定値の変化から検討した。胆汁中胆汁酸値の推移は、240分以後で硫酸抱合型のそれが増加する傾向を示し,24・48時間で有意な高値を示したが,72時間値は前値と有意差がなかった。血中胆汁酸値の推移は、12時間以後でケノデオキシコ-ル酸およびコ-ル酸の上昇を認め、前者については硫酸抱合型,タオリンないしグリシン抱合型のいずれもが上昇し、後者についてはタオリンないしグリシン抱合型のそれが上昇した。しかしいずれも72時間値は前値と有意差がなかった。トランスアミナ-ゼ値・ビリルビン値は12ー48時間値で弱干の上昇傾向を生じ、72時間で正常値化した。門脈注入に用いた上清に対するconventionalな抗血清を得、あらかじめ上清とin vitroでインキュベ-ションした後に、門脈内投与すると上記変化は一般に軽度化したが、濃度依存性反応の有無の確認については充分な結果を得ていない。Kupffer細胞とエンドトキシンのインキュベ-ションで得られた上清をあらかじめ、TNF,ILー1,ILー6および上記のconventionalな抗体で前処理すると, ^3Hーleucine incorporation,cytotoxity(分離肝細胞を対象)の変化は抑制された。電顕的検討は,双方の実験で進行中で結果を述べるに到達していない。
双方向スイッチを用いた単相13レベルインバータによる超高効率パワコンの開発

本研究では、LCフィルタレス、PWM制御不要の単相13レベルインバータの高効率化と波形歪みの低減法を検討し、パワーコンディショナへの適用を試みた。まずは、パルス幅の最適化により、デッドタイムの増減によって出力電圧が影響されないことが確認された。また、出力電圧のフィードバック制御を導入し、階段状の出力電圧波形から実効値を算出して、一定に制御する方式を提案した。この制御により、電圧変動率は1%以下に抑えられた。以上の結果より、波形歪みは3.1%に低減され、98.1%の効率が確認された。パワーコンディショナの自立運転時の動作が本回路によって実現可能であることが確認された。平成27年度は、電力系統への連系に向け、出力電圧の波形歪みの低減と耐圧アップについて検討した。まず、波形歪みの低減に関しては、16個のスイッチング素子の制御方法について見直しを行った。従来は、各電圧レベルの半分の電位でスイッチを切り替えていたが、予め様々な電圧波形を生成しFFT解析を行い、その中から最適なスイッチング位相を導出する方法を検討し、実験検証した。Matlabでプログラムを作成し、無限に存在する13段の階段状の波形を描いてFFT解析を行い、各段のスイッチング位相を徐々に変えながらこの操作を繰り返して最適位相を導出した。その位相を制御用マイコン(H8-3052F)に入力し、実験検証した。その結果、従来の電圧歪みが3.8%であったのに対し、スイッチング位相の最適化により3.1%になり、0.7%の低減効果が確認された。また、波形歪みの低減に伴い効率が97.1%から97.7%まで改善された。それに加えて、デッドタイムの大きさについて検討した。従来は、スイッチの切換の度に16μsのデッドタイムを挿入していた。シミュレーションでデッドタイムの増減による影響を調べたところ、デッドタイムの大きさは波形歪みに影響しないことが確認され、安価な制御用マイコンで十分に制御可能であることが確認された。次に回路の耐圧アップに関しては、使用する素子の特性に依存するため高耐圧でオン抵抗の小さなMOS-FETを調査した。その結果、以下の2つの素子が抽出された。1つはSiCのMOS-FETで、もう1つはSiのMOS-FETである。まずSiCは、SCH2080KE(Rohm製、VDSS=1200V、ID=35A、RDS=80mΩ、VSD=1.3V)である。またSiは、TK100L60W(東芝製、VDSS=600V、ID=100A、RDS=15mΩ、VSD=1.7V)である。現在、後者のSiのMOS-FETについて動作特性を検証している。これらの素子に移行することにより、効率のさらなる改善が期待される。当初、予定していた回路の耐圧アップに関しては、これまでの調査ではオン抵抗の少ない素子を探すと低耐圧に絞られており、高耐圧と低オン抵抗の両立が困難であった。しかし、昨今のSiCやスーパージャンクション構造による高耐圧・低オン抵抗のMOS-FETが開発され、それらを用いることで系統連系に耐えうる回路が実現可能であると思われる。また、最適スイッチング位相に関しては、予め解析して導出することで波形歪みが改善できることが確認されたこと、またデッドタイムの出力電圧波形への影響が少ないことなど、出力電圧を自由に制御するための検討が確実な成果として数値的にも表れている。これらのことから、当初の予定に沿った進捗であると判断する。1点だけ懸念される点を挙げるとしたら、高耐圧の素子への移行で制御信号通りの動作が行われていないことが確認されているが、素子の電流容量の増大による入力容量の増加に対し駆動回路が電流の駆動能力不足になっていると予想され、早急に対応し安定動作を確立する予定である。平成28年度は、まず前年度の懸案であった主回路の安定動作と高効率化のための改良を実施した。高効率化に関しては、オン抵抗の小さなMOS-FETを調査し、SiCのSCH2080KE(Rohm、RDS=80mΩ)と、スーパージャンクションSiのTK100L60W(東芝、RDS=15mΩ)を候補とした。それらの素子を用いてそれぞれ主回路を作製し実験を行った。前者のSiCでは耐圧が1200Vであるため電位レベルの切り換え時に発生していたサージ電圧に対してマージンを高く取ることができ、素子を破壊することなく安定動作が確認された。次に後者のSiでは、定格出力に達する前に素子が破壊した。この素子は、VDSに低電圧を印加して動作させるとCissやCossが他の素子に比べ非常に大きくなり、ターンオフを遅らせることが確認された。その結果、主回路素子として前者のSiCを用いることにした。次に自立運転時の電圧制御法を検討した。LCフィルタレスの特徴を活かした開ループ制御での特性を評価した。このときのスイッチング位相は予めPCで生成した低歪みパターンを用いた。実験を行うと出力電力の増加に伴い出力電圧が低下する傾向が確認された。負荷の増加に伴い増加するVDSの電圧降下が予想以上に大きく、1000Wの負荷に対して約3%の電圧降下が発生した。このため、出力電圧のフィードバック制御を導入する事にした。

本回路が13レベルの電位の切換によって電圧を出力することから、従来のインバータに導入されている瞬時電圧追従制御を行わず、平均値制御を検討した。それは、出力電圧をフィードバックし、その実効値を1周期ごとに格納して指令値に補正をかけて電圧値を一定に制御する方法である。これにより、電圧変動率は±0.1%以内に制御されることがシミュレーションで確認された。今後は、実験によって検証していく予定である。平成28年度は、パワーコンディショナの自立運転時の電圧制御法について検討した。自立運転時には、商用電源と等しい振幅・周波数の電圧を出力する電圧源になるようにインバータを制御する必要がある。出力電圧を精度良く制御するためには、電圧をフィードバックして追従制御する手法が一般的に用いられている。しかし本回路の場合、13レベルの電位を切り換えながら所望の電圧に制御するため、上記のような追従制御を適用することは難しい。オープンループで電圧制御を行うときには、PCで予め最適スイッチング位相を算出して、マイコンにそのデータを読み込ませて電圧を出力していた。一案として、このスイッチング位相パターンを複数用意し、フィードバックされた電圧に合わせてパターンを切り換える方法が考えられる。しかし、きめ細かく電圧を制御するためにはマイコン内部にたくさんのパターンを格納しておく必要があり、パターン数に限界がある。そのため、1周期ごとに電圧振幅を制御する方法を検討した。それは、出力電圧の実効値とインバータ電圧指令値の振幅を用いて、1周期前の出力電圧実効値とその指令値を比較し、過不足分を1周期前の指令値に加算することで電圧を相対的に制御していく方法である。シミュレーションによって動作特性を検証すると、負荷の増加に伴い通常は電圧が低下する傾向であるが、提案する制御を導入すると電圧の低下は1000W時に±0.1%以内に抑制された。本制御は1周期前の実効値や振幅の過不足を次の指令値に加算することで徐々に電圧を一定に制御しているが、そこには位相の情報が加味されていない。そのため、波形歪みや位相のずれを補正することは困難であると予想する。平成29年度は、位相情報も加味した制御法を検討する予定である。平成29年度は前年度に引き続き出力電圧の安定化について検討した。これはパワーコンディショナの自立運転時の動作であり、太陽電池で発電された電力から家庭用電化製品に供給する交流100Vのための直流/交流変換の安定化である。負荷の変動や発電電力の変化によって出力電圧が変動しないように安定化することは、接続機器の破壊回避や安定動作を図る上で極めて重要である。出力電圧を安定化するために、フィードバック制御の導入を検討した。本回路はLCフィルタレスであり、出力電圧が階段状の擬似正弦波であることから、まずは瞬時値での制御ではなく、実効値の制御を試みた。シミュレーションによる動作確認を行った後、本制御を実機に導入し実験にて動作特性を検証した。負荷の消費電力の変化に対する出力電圧の変動は1%以内に抑制され、大幅に改善された。しかし、効率は若干低下、全高調波歪み率は約0.4%悪化する結果となった。この原因は、従来のスイッチングパルスの生成では予めPC上で歪み最小化の条件で最適パルスを生成していたが、提案する制御法では、実効値電圧を一定に制御することに主眼を置いていたため、歪みが増加したものと思われる。また、実効値で制御を行った場合、大きさのみを制御することになるため、瞬時の波形歪みに対しては、制御不可と言わざるを得ない。
地域史からみるレソト山岳地における複合的生業の生成過程

平成22年は,過去3回にわたって行なったフィールド調査で得られたデータをもとに博士論文の執筆に専念した。調査は南部アフリカに位置するレソト王国の山村で行なわれた。ライフヒストリーなどのインタビューを通し,山岳地に人が定住を始めた1890年代に調査村は開村し,その後間もなく隣国の経済大国,南アフリカの鉱山への出稼ぎ労働が行なわれるようになったことが分かった。鉱山への出稼ぎは賃金が良いことから,次第に農村の主要な生業の一つとなり,山岳地で営む農耕と牧畜への投資の収入源としても重要な役割を果たすようになった。人口が増えるにしたがい,山岳地で一般的に見られる,垂直的な土地利用形態は,1970年代までには調査村では形成され,出稼ぎ者からの仕送りを中心とした,農牧複合は,そうした土地利用形態によって支えられていた。しかし1990年代以降,南アフリカにおけるアパルトヘイト政策の撤廃や,金鉱における採掘作業の機械化などから,レソト人出稼ぎ労働者の雇用が激減した。調査村も例外でなく,出稼ぎ労働による仕送りが減少し,主要な現金収入源が断たれてしまった。その結果,換金作物の栽培を増やしたり,耕地の賃貸制度が頻繁に利用されたり,農耕の重要性が増したのである。それまでは自給レベルで存続していた耕地利用が,現金収入源としての役割を新たに担ったことにより,休耕地が減るなどして,大きな負荷がかかっているものと思われる。これまでレソトにおける土壌浸食は,過放牧や集約的農業が原因として大きく取り上げられてきたが,本研究によって,その原因は人口圧という単純なものではなく,南アフリカの政治変動という大きな取り巻きの中で発生し,複雑な生業変遷を経た結果であることが明らかとなった。これまで行なってきたレソト山岳地の生態環境に関する論文をAfrican Study Monographsへ投稿し、近く(平成21年度)刊行される予定である。それ以降、生態環境だけでなく人々の生業にも調査対象を広げ、山岳地特有の生態環境との関わりに焦点をあて、8月にスペインで開催されたInternational Geographical UnionのCommission on the Sustainability of Rural Systems主催の学会にて研究発表を行なった。参加者は主に、ヨーロッパの国々をフィールドとし、住民組織や行政が行う地域の開発を調査対象とする研究者であったが、異分野の研究者と交流を持ち、意見交換をすることで視野を広げることができた。発表内容は、近くプロシーディングに掲載される予定である(平成21年度)。1月には京都大学GCOE「生存基盤持続型の発展を目指す地域研究拠点」が主催するシンポジウム「生存を支える地域/社会の再編成」で研究発表の機会があった。参加者の多くは人類学を専門とする研究者であったが、地形や気候などの生態環境と人々の生活を関連付けた研究発表に興味を示す方は多く、互いに意義のある討論をすることができた。発表内容は、京都大学GCOE「生存基盤持続型の発展を目指す地域研究拠点」のワーキングペーパー『生存を支える地域/社会シリーズ8』にまとめられた(平成21年3月)。また3月には3週間のフィールド調査を行ない、博士論文執筆に向けて、調査村の生業変遷に関するデータを収集した。具体的には出稼ぎの経験や留守宅の現金支出と収入を聞き取り、生業変遷に関わる女性の役割についても理解を深めるため、酒造りなど女性の現金収入に関するデータも収集した。平成21年3月に3週間のフィールド調査を実施し、レソト山岳地の調査村における生業変遷に関するデータを収集した。例えば男性の出稼ぎ経験のライフヒストリーや、留守宅の現金支出と収入の聞き取り調査で得られたデータからは、1930年代から90年代までレソトの主な収入源であった南アフリカ鉱山への出稼ぎ労働が、山村においても重要な生業の一つであったことが明らかになった。また、女性の酒造りに関するインタビューでは、女性による酒を売る商売は、鉱山への出稼ぎ労働が最盛期の時代にも頻繁に行なわれており、留守宅の現金収入は必ずしも出稼ぎに出た夫の仕送りのみをあてにしたものではなかったことが明らかになった。今年度の前半は前回調査のデータを整理する作業に時間を費やし、今年度提出予定であった博士論文執筆に向け、これまでのフィールドワークで得られたデータとまとめた考察を行なった。ところが妊娠をしたため、秋に予定していた英国図書館への文献収集のための渡航を取りやめ、今年度後半はすでに手元にある文献の整理や、現段階で執筆可能な章の執筆など、来年度に提出を延期した博士論文の作業に時間をあてた。現段階で執筆可能な章とは調査村の自然環境と土地利用についての部分であり、傾斜の多い土地を人々がどのように効率的に利用し、農耕と牧畜の複数の生業を成り立たせているかを考察したものである。南アフリカ鉱山への出稼ぎ労働は90年代以降減少の一途をたどっているが、そうした社会的変化により、農耕・牧畜そして出稼ぎで成り立ってきたレソト山岳地の複合的な生業形態が、どのように変化しつつあるのか今後もデータ分析と考察を続け、博士論文としてまとめていく予定である。

鉱山への出稼ぎは賃金が良いことから,次第に農村の主要な生業の一つとなり,山岳地で営む農耕と牧畜への投資の収入源としても重要な役割を果たすようになった。人口が増えるにしたがい,山岳地で一般的に見られる,垂直的な土地利用形態は,1970年代までには調査村では形成され,出稼ぎ者からの仕送りを中心とした,農牧複合は,そうした土地利用形態によって支えられていた。しかし1990年代以降,南アフリカにおけるアパルトヘイト政策の撤廃や,金鉱における採掘作業の機械化などから,レソト人出稼ぎ労働者の雇用が激減した。調査村も例外でなく,出稼ぎ労働による仕送りが減少し,主要な現金収入源が断たれてしまった。その結果,換金作物の栽培を増やしたり,耕地の賃貸制度が頻繁に利用されたり,農耕の重要性が増したのである。それまでは自給レベルで存続していた耕地利用が,現金収入源としての役割を新たに担ったことにより,休耕地が減るなどして,大きな負荷がかかっているものと思われる。これまでレソトにおける土壌浸食は,過放牧や集約的農業が原因として大きく取り上げられてきたが,本研究によって,その原因は人口圧という単純なものではなく,南アフリカの政治変動という大きな取り巻きの中で発生し,複雑な生業変遷を経た結果であることが明らかとなった。
骨細胞への分化誘導法を確立する新たなアプローチ

骨細胞は骨組織を構成する細胞の大多数を占め、多数の細胞突起を伸ばして骨細胞間あるいは他の細胞とのネットワークを形成している。この細胞間ネットワークを介して、骨細胞はメカニカルストレスを感知し、様々な遺伝子やタンパクを発現して骨代謝を調節する。骨細胞の分化は未分化な細胞から骨芽細胞への分化に始まり、分化に伴ってマトリックスタンパク質(骨基質)を産生し、骨基質の中に埋もれて石灰化することにより骨細胞となる。これまでに、未分化な細胞から骨芽細胞および骨細胞に分化させる試みが多くなされているが、骨細胞への分化誘導を行う手法は完全には確立されていない。本研究は、三次元培養を行い、さらには骨細胞分化を誘導する様々な因子を用いることで、効果的に未分化な細胞から骨芽細胞および骨細胞へと分化誘導させる新たな手法を確立することを目的とした。我々はI型コラーゲンを用いてゲルを作製し、骨原性細胞であるマウスMC3T3-E1細胞をコラーゲンゲル内に包埋あるいはコラーゲンゲル上に播種して三次元的に培養した。培養液にはリン酸などの試薬を添加した。分化誘導7日目および14日目の細胞を、ファロイジン、DAPIなどの蛍光標識染色を用いて形態観察を行ったところ、いずれにおいても細胞から突起が伸びていることが確認できた。分化誘導を行った細胞からmRNAを抽出し、リアルタイムPCR法を用いて骨細胞分化マーカーの発現を解析したところ、分化誘導によりこれらの遺伝子発現が上昇していることがわかった。これらのことから、未分化な細胞を分化誘導させることで骨細胞様の細胞へと分化することが示唆された。骨細胞の分化は未分化間葉系幹細胞から骨芽細胞への分化に始まり、分化に伴ってマトリックスタンパク質(骨基質)を産生し、骨基質の中に埋もれて石灰化することにより骨細胞となる。これまでに、未分化間葉系幹細胞を骨芽細胞および骨細胞に分化させる試みが多くなされているが、骨細胞への分化誘導を行う手法は完全には確立されていない。本研究は、三次元培養を行い、さらには骨細胞分化を誘導する様々な因子を用いることで、効果的に未分化間葉系幹細胞を骨芽細胞および骨細胞へと分化誘導させる新たな手法を確立し、その手法を用いて骨細胞分化に関与する詳細なシグナル経路を解明することを目的とした。培養液にはリン酸を添加した。これらのことから、未分化間葉系幹細胞を分化誘導させることで骨細胞様の細胞へと分化することが示唆された。培養条件の設定に当初の計画より時間を要したが、全体的にはおおむね順調に進行している。本年度に予定していた実験計画は遅滞なく行われたことから、おおむね順調に進行している。

骨細胞の分化は未分化な細胞から骨芽細胞への分化に始まり、分化に伴ってマトリックスタンパク質(骨基質)を産生し、骨基質の中に埋もれて石灰化することにより骨細胞となる。これまでに、未分化な細胞から骨芽細胞および骨細胞に分化させる試みが多くなされているが、骨細胞への分化誘導を行う手法は完全には確立されていない。本研究は、三次元培養を行い、さらには骨細胞分化を誘導する様々な因子を用いることで、効果的に未分化な細胞から骨芽細胞および骨細胞へと分化誘導させる新たな手法を確立することを目的とした。我々はI型コラーゲンを用いてゲルを作製し、骨原性細胞であるマウスMC3T3-E1細胞をコラーゲンゲル内に包埋あるいはコラーゲンゲル上に播種して三次元的に培養した。培養液にはリン酸などの試薬を添加した。分化誘導7日目および14日目の細胞を、ファロイジン、DAPIなどの蛍光標識染色を用いて形態観察を行ったところ、いずれにおいても細胞から突起が伸びていることが確認できた。分化誘導を行った細胞からmRNAを抽出し、リアルタイムPCR法を用いて骨細胞分化マーカーの発現を解析したところ、分化誘導によりこれらの遺伝子発現が上昇していることがわかった。これらのことから、未分化な細胞を分化誘導させることで骨細胞様の細胞へと分化することが示唆された。今後は、分化させた細胞の形態を生体内の骨構造と詳細に比較して分化を評価するとともに、それぞれの分化誘導因子による作用を比較検討し、培養条件を確定する。さらに、分化誘導を行った細胞からmRNAを抽出し、リアルタイムPCR法を用いて骨細胞分化マーカーの発現解析を行う。今後は、分化させた細胞の形態を生体内の骨構造と比較して、細胞分化をさらに詳細に評価するとともに、様々な培養条件を比較検討し、それぞれの分化誘導因子による作用を解明する。これにより、骨細胞への分化に最も効果的な培養方法を確立する。
可視化ソフトウェアによるマルチメディアデータ検索関数および述語設計環境の開発

本研究の直接の成果はMWMDシステムである.このシステムは,拡張可能データベース管理システムPostgreSQLと,モジュール型可視化環境Khorosの統合利用を可能にしたものである.Khorosのような可視化環境は既に多くのメディア処理機能を提供しており,また,アイコンベースの視覚的なプログラム作成環境も提供している.MWMDを使用することでKhorosの提供する豊富な機能がそのまま間合せ術語として利用できると同時に,視覚的なプログラミング環境が間合せの構成と実行に利用できるようになる.また,統合利用と情報可視化技術の適用方法論の考察を目的として,応用システムの設計実装も行った.一つめは物体配置の類似性に基づいてデータ検索を行うシステムある.これは,VRMLによって記述された家具等の3次元レイアウトデータを検索対象としており,間合せと以降の絞り込み操作が,仮想現実空間に配置された物体への直接操作によってなされる点に新規性がある.二つ目は,お茶の水女子大学のLANシステムを題材としてネットワークラフィックの可視化を行うシステムである.このシステムの第一の目的は,LANシステムの利用者支援において情報可視化技術を適用することであるが,研究としての本質は,情報可視化の設計方法論の適用事例を蓄積することと,方法論に関する考察を行うことにある.このようなデータベースシステムの高度利用を目的とした研究と併行して,データベースシステムを情報可視化システムの利用者支援に用いる研究も行い,GADGED/IVを実装した.これは,既存技法のデータベース化と統制語彙の整備を行うことにより,可視化の技法,事例,AVS/Expressで作成されたプログラムの3種類の情報を検索可能にしたシステムで,モジュール型可視化環境と組み合わせることで,可視化アプリケーションの半自動生成を可能にしている.本研究の直接の成果はMWMDシステムである.このシステムは,拡張可能データベース管理システムPostgreSQLと,モジュール型可視化環境Khorosの統合利用を可能にしたものである.Khorosのような可視化環境は既に多くのメディア処理機能を提供しており,また,アイコンベースの視覚的なプログラム作成環境も提供している.MWMDを使用することでKhorosの提供する豊富な機能がそのまま間合せ術語として利用できると同時に,視覚的なプログラミング環境が間合せの構成と実行に利用できるようになる.また,統合利用と情報可視化技術の適用方法論の考察を目的として,応用システムの設計実装も行った.一つめは物体配置の類似性に基づいてデータ検索を行うシステムある.これは,VRMLによって記述された家具等の3次元レイアウトデータを検索対象としており,間合せと以降の絞り込み操作が,仮想現実空間に配置された物体への直接操作によってなされる点に新規性がある.二つ目は,お茶の水女子大学のLANシステムを題材としてネットワークラフィックの可視化を行うシステムである.このシステムの第一の目的は,LANシステムの利用者支援において情報可視化技術を適用することであるが,研究としての本質は,情報可視化の設計方法論の適用事例を蓄積することと,方法論に関する考察を行うことにある.このようなデータベースシステムの高度利用を目的とした研究と併行して,データベースシステムを情報可視化システムの利用者支援に用いる研究も行い,GADGED/IVを実装した.これは,既存技法のデータベース化と統制語彙の整備を行うことにより,可視化の技法,事例,AVS/Expressで作成されたプログラムの3種類の情報を検索可能にしたシステムで,モジュール型可視化環境と組み合わせることで,可視化アプリケーションの半自動生成を可能にしている.本研究は可視化システムが提供する視覚的なプログラミング環境を,拡張可能データベース管理システムが提供する抽象データ型の構成と利用に供することによって,一般利用者であっても必要な検索用関数を容易に作成できるようにすることを目的とする.本年度の研究では,可視化システムの一つであるKhorosとデータベース管理システムPostgreSQLを利用し,検索関数と問合せ設計に係わる最も基本的な機能を実装した.可視化システムを利用して設計されたデータベース検索用の関数は,今回開発したソースレベル変換の機能によってデータベース管理システムで実行可能な利用者定義関数に変換される.これにより,新規の対話的開発と,既存のKhorosモジュールの再利用の双方が可能となるため,検索関数開発作業の簡略化と,PostgreSQLのサーバ内プログラムに関する知識の無い利用者でも自分の必要とする検索述語の構成が可能となる.更に,問合せの記述が可視化システムとの利用者対話で行えるように,問合せ構成用モジュールを実装した.数値・文字データ以外のデータが問合せで利用される場合には,画像データなどの入力や結果の視覚的なプラウズも重要な要素となるが,従来の文字ベースの問合せインターフェースにはこれらの機能は含まれないため,専用にソフトウェアを作成する必要があった.新規に開発したモジュールを利用すると,多様なマルチメディアデータの問合せが,アイコンによる対話的なプログラミング環境から可能になり,サーバアクセスプログラムの知識の無い一般利用者であっても問合せ構成が可能となる.来年度は,現在のシステムを更に発展させ,情報可視化技術を問合せに利用するための方法論の確立と,システム実装の安定化を進める予定である.本研究の直接の成果はMWMDシステムである.このシステムは,拡張可能データベース管理システムPostgreSQLと,モジュール型可視化環境Khorosの統合利用を可能にしたものである。Khorosのような可視化環境は既に多くのメディア処理機能を提供しており,また,アイコンベースの視覚的なプログラム作成環境も提供している.MWMDを使用することでKhorosの提供する豊富な機能がそのまま問合せ術語として利用できると同時に,視覚的なプログラミング環境が問合せの構成と実行に利用できるようになる.また,統合利用と情報可視化技術の適用方法論の考察を目的として,応用システムの設計実装も行った.

一つめは物体配置の類似性に基づいてデータ検索を行うシステムである.これは,VRMLによって記述された家具等の3次元レイアウトデータを検索対象としており,問合せと以降の絞り込み操作が,仮想現実空間に配置された物体への直接操作によってなされる点に新規性がある.二つ目は,お茶の水女子大学のLANシステムを題材としてネットワークトラフィックの可視化を行うシステムである.このシステムの第一の目的は,LANシステムの利用者支援において情報可視化技術を適用することであるが,研究としての本質は,情報可視化の設計方法論の適用事例を蓄積することと,方法論に関する考察を行うことにある.このようなデータベースシステムの高度利用を目的とした研究と併行して,データベースシステムを情報可視化システムの利用者支援に用いる研究も行い,GADGET/IVを実装した.これは,既存技法のデータベース化と統制語彙の整備を行うことにより,可視化の技法,事例,AVS/Expressで作成されたプログラムの3種類の情報を検索可能にしたシステムで、モジュール型可視化環境と組み合わせることで,可視化アプリケーションの半自動生成を可能にしている.
荷重動作における生体内三次元動態解析手法を用いた足部・足関節の運動解析

2018年度はこれまでの研究の成果のまとめとして成果の論文化、学会および論文の発表を重点的に行った。本研究の目的は、動作中の距腿関節・距骨下関節のキネマティクスを定量的に明らかにすること、およびそれらのキネマティクスが健常足と障害を有する足とでどのように異なるかについて検討する事である。2014年度は3年間の研究計画の初年度に当たるため、健常者を対象として実験を行い、研究全体の基礎となるデータの収集を行った。【方法】17人(男性10人、女性7人)を対象とし、歩行動作中の足関節を対象としてエックス線透視連続撮影を行った。併せて足関節の3D-CTデータを取得した。得られたデータより、3D-2D model-image registration techniqueを使用し、脛骨・距骨・踵骨の相対的な位置関係を経時的に明らかにすることで、距腿関節および距骨下関節のキネマティクスを算出し、その性差を検討した。【結果と考察】歩行中の距腿関節は、背屈および外旋位で踵接地し、矢状面上では立脚期の初期20-30%にかけて底屈した後に再び背屈した。前額面上では立脚期を通して明らかな動きは観察されなかった。水平面上では、立脚期のおおよそ前半で内旋し、立脚期の後半は外旋した。距腿関節は、底屈・内反および内旋位で踵接地し、立脚期の前半に背屈・外反および外旋方向の動きを呈し、立脚期後半には底屈・内反および内旋方向に動く傾向にあった。また、歩行中の距腿関節・距骨下関節は、男女で同様の動きを示した。しかしながら、距骨下関節の底背屈・内外反および距骨下関節の内外旋角度は男女で異なった。また、距腿関節の底背屈および距骨下関節の内外反・内外旋の角度変位量は男性よりも女性で有意に大きい値を示した。これらの性差は、骨形状やアライメントを含む男女の身体的特徴の差異によるものと予測している。2015年度は足部のアーチ構造に着目し、運動による足アーチの形態変化を明らかにすることを目的として実施した。【背景】足部や足関節に起こる障害は、足部とりわけアーチ構造の形態と関連すると言われている。一方、アーチ構造の形態が運動によりどのように変化するか、また形態変化の男女差については十分に明らかになっていない。【目的】フルマラソン完走前後での、足部アーチの形態的な変化とその男女差について検討することを目的とした。【方法】健康な43名(男性31名、女性12名)を対象とした。対象者は同一のマラソン大会に出場予定であり、研究参加の時点で重篤な既往歴やランニングに障害となるような自覚症状を有しない者であった。対象者の左脚を分析対象とし、フルマラソン参加前・フルマラソン完走直後に足部三次元形状計測を行った。計測には三次元自動足型計測機(Dream GP社製)を使用し、片足約3万点の足表面の位置情報を取得し、足長・足囲・足幅・踵幅・内踏まず長・外踏まず長・舟状骨高(立位)・舟状骨高(座位)・足背高・アーチ高率・Navicular Drop・後足部角度および三次元形状情報を取得した。統計検定は二元配置分散分析を用いてフルマラソン前後および男女で各計測項目に差があるかを検討した(有意水準p < 0.05)。【結果および考察】フルマラソン参加前と比較して、男女ともにアーチ高の低下がみられ、特に男性において大きく低下していた。また、アーチ高率および座位でのアーチ高は、男性のみ有意な低下を示した。このことから、フルマラソン完走による足部アーチ構造の形態変化は男女で異なり、特に男性において変化が顕著であることが明らかとなった。研究全体としては概ね研究計画に沿って進行している。実験の実施状況は計画通りである。一部の実験で当初の予定よりも被験者数を増やしたために、データ処理の進行状況はやや遅れているものの、大幅な遅れとはならない見込みであるため、概ね順調といえる。平成28年度は、足関節不安定症を有する者を対象とし、動作中の距腿関節・距骨下関節のキネマティクスを定量的に明らかにすることおよび、それらのキネマティクスが健常な足と比較してどのように異なるかを検討することであった。【方法】足関節不安定症を有する者および健康な者を対象とし、歩行中の足関節を対象としてエックス線透視連続撮影を行い、併せてCD-CTデータを取得する予定であった。足関節不安定性には、靭帯や関節包の損傷により過度の関節可動性を生じるとされている機械的不安定性(mechanical ankle instability: MAI)と、神経・筋の因子が影響し、足関節外販筋力低下・バランス能力低下・固有感覚の低下などから生じるとされる機能的不安定性(functional ankle instability; FAI)があるため、足関節不安定症を有する者については、Ankle Arthrometerを用いてMAI群とFAI群に振り分けを行う。得られたデータより3D-2D model-image registration techniqueを使用して脛骨・距骨・踵骨の相対的な位置関係を経時的に明らかにすることで、距腿関節・距骨下関節のキネマティクスを算出し、足関節不安定症を有する者(MAI、FAIそれぞれ)と健康な者で比較検討する予定であった。平成28年度は産前産後の休暇および育児休業の取得に伴い補助事業を中断した。中断期間:平成28年4月1日

平成29年3月31日尚、平成29年度に実施する課題の予備実験および一部の本実験も前倒しで終了しているものがあることより、研究計画に沿って概ね順調に進行できているものと考えている。本研究の目的は、動作中の距腿関節および距骨下関節のキネマティクスを定量的に明らかにすることおよびそれらのキネマティクスが健常者と障害を有する足とで異なるのかについて検討することである。2017年度は健常者および足関節捻挫を繰り返している者の比較を目的として実験を行った。【方法】18人(健康な者10人、足関節捻挫患者8人)を対象とし、歩行中の足関節を対象としてエックス線透視連続撮影を行った。併せて3D-CTデータを取得した。得られたデータより、3D-2D model-mage registration法を使用し、脛骨・距骨・踵骨の相対的な位置関係を明らかにすることで、距腿関節および距骨下関節のキネマティクスを算出し、健康な者と足関節捻挫を繰り返している者とで比較した。【結果と考察】足関節捻挫を繰り返している者は健康な者と比較して、立脚期初期に距腿関節において距骨の内旋が有意に大きかった。立脚期を通しての両関節の変位量は両者で統計的な差はなかった。足関節捻挫を繰り返している者で立脚初期に距骨の内旋が大きくなることは、内反捻挫受傷時の前距腓靭帯の損傷による可能性が予測された。先行研究により、距骨の内旋が大きくなると距骨前内側の軟骨への負荷が大きくなること(Bischof et al. 2010)および10年以上前に足関節捻挫を経験した患者に距腿関節の前方内側の軟骨の磨耗が認められる(Harrington et al. 1979)と報告されていることから、歩行立脚期中の距骨内旋が変形性足関節症の発症と関連する可能性が示唆された。計画していた実験はおおむね計画通りに実施できている。一部の実験で当初の予定よりも被験者数を増やしたために、データ処理の進行状況はやや遅れているものの、大幅な遅れとはならない見込みである。2018年度はこれまでの研究の成果のまとめとして成果の論文化、学会および論文の発表を重点的に行った。初年度に計画していた実験はおおむね計画通りに終了している。また、一部2015年度に実施予定の実験の予備実験も前倒しで実施できたことより、研究計画に沿っておおむね順調に進行できているものと考えている。最終年度も計画に沿って実験を実施する。また、より精度の高い研究を実施するために、被験者数を増やして検討を加えることも予定している。平成28年度に実施予定であった課題は、平成29年度に実施する。データの精度を高めるため、被験者数を増やすことを考えている。最終年度は得られたデータをもとに多角的な検討を追加し、これまでの研究の総括をするとともに、学会や論文発表を重点的に行う予定である。今年度は足関節不安定症を有する者を対象として実験を行う予定である。また、データ解析上の課題点が見つかっているので、協力者の協力を仰いで解析を進めていく予定である。健康上の理由により、国際学会での研究発表および国内学会での発表を見合わせ、その分の出張旅費の支出が生じなかったため。平成28年度は産前産後の休暇および育児休業の取得に伴い補助事業を中断し、支出が生じなかったため次年度使用額が生じた。
理学療法の臨床実習教育における推論に関する研究

理学療法の臨床実習教育において、その、思考過程であるクリニカルリーズニング(臨床的推論)の教育の特徴や方法を明らかにするため、卓越した臨床実習指導者3名(2施設)による臨床実習教育を、非介入参加観察により年1回、週に半日1日、69週間で2年間実施した。対照群として、臨床実習指導経験が前述の指導者より少ない指導者2名(2施設)を、同様の手法で調査2年目の時期に調査した。学生は、指導者1名に対し学生1名、のべ8名となった。1年目には、臨床的推論の教育・研究を先進的に実施しているオーストラリアの2大学の学内教育、臨床実習教育について、特徴や方法を知るため訪問調査した。研究成果の概要は、以下の2つにまとめられる。1卓越した臨床実習指導者は、臨床的推論の指導はモデルを示し、理由を常に考えさせる方法は共通するが、はじめからモデルを示すタイプと、学生の考えを出させ後にモデルを示すタイプ及びその中間型に分けられ、学生の能力や資質により変わることはなかった。対照とした経験の少ない指導者の場合は、指導スタイルが定まらず、場面場面で異なる方法を用いる傾向がみられた。別の研究費により海外共同研究者招へいし、臨床実習指導者向けに実施した臨床的推論のワークショップ時に、この研究結果や解釈への助言を得たが、特に異論はなかった。2オーストラリアの2大学の学内教育と臨床実習教育は、臨床的推論の学内教育が事例を用いて一般的に実施され、臨床実習教育との連携が適切に図られていた。臨床実習では同一障害領域の多数の事例を経験し、その経験を次の事例に生かせる方式であり、方式の違いが、学生の実施能力の違いを生じている可能性を示唆された。今後の課題として、卓越した臨床実習指導者による教育により学生の推論能力の向上を測定する客観的指標の必要性、研究手法が観察主体の質的研究であり、方法の検討なども含め更なる継続研究の必要性が示唆された。理学療法の臨床実習教育において、卓越した臨床実習指導者による理学療法の思考過程、意思決定過程であるクリニカルリーズニング(臨床的推論)の教育に関する特徴や方法を明らかにすることを目的として以下のような調査研究を質的研究方法により行った。1秋田県内の二つの病院の卓越した臨床実習指導者による臨床実習教育場面での臨床的推論に関する教育の調査2海外共同研究者が所属するシドニー大学理学療法学科およびカーチン工科大学理学療法学科に共同研究者と訪問し、臨床的推論に関する授業および臨床実習の調査を実施3シドニー大学理学療法学科在籍の日本人学生を弘前大学に招き、弘前大学医学部保健学科理学療法学専攻学生との教育や臨床実習などに関する討論会の実施4海外共同研究者の一人であるシドニー大学理学療法学科助教授Kathryn Refshshauge氏及び通訳兼講師としてシドニー大学健康科学部大学院生の小形洋悦氏によるクリニカルリーズニング(臨床的推論)に関する講演およびワークショップを実施し、参加者の臨床的推論に関する臨床や教育における実践状況を把握これにより、以下のことが明らかとなり、また来年度以降の課題も明確となった。1卓越した臨床実習指導者による臨床実習教育において、その指導スタイルは指導者独自の理念や方法を持ち特定の方法があるわけではなく、臨床的推論についての指導はモデルを示したり、理由を常に考えさせる方法をとっていた。これらの方法が学生の能力や資質により変わりうるのか来年度以降の課題として明らかとなった。2オーストラリアのシドニー大学、カーチン工科大学の理学療法教育では臨床的推論の教育が事例を用いて一般的に実施され、またワークショップからも日本の理学療法教育への示唆を受けた。

理学療法の臨床実習教育において、卓越した臨床実習指導者による理学療法の思考過程、意思決定過程であるクリニカルリーズニング(臨床的推論)の教育に関する特徴や方法を明らかにすることを目的として、以下のような調査研究を昨年度に引き続き行った。1昨年度に引き続き、昨年と同じ秋田県内の二つの病院の卓越した臨床実習指導者による臨床実習教育場面での臨床的推論に関する教育の観察調査および青森県内の二つの病院において、卓越した臨床実習指導者との対照比較のため、中堅および経験の少ない臨床実習指導者の臨床実習教育場面での臨床的推論に関する教育の観察調査2海外共同研究者のシドニー大学理学療法学科教授Kathryn Refshshauge氏及び同大学院生の小形洋悦氏による臨床的推論に関する講演およびワークショップを実施し、参加者の臨床的推論に関する臨床や教育における実践状況を把握3 Refshshaug教授と、シドニー大学の理学療法教育と東北地区の大学、専門学校の教育について、特に理学療法の思考過程、意思決定過程である臨床的推論の教育に関して調査結果(途中)を示し意見交換を実施この結果、研究目的である臨床的推論の臨床実習教育の手法や特徴をある程度提示可能となり、今後の課題をより明確にすることができたと考える。1卓越した臨床実習指導者による臨床実習教育では、指導スタイルは指導者独自の理念や方法を持ち、臨床的推論についての指導はモデルを示し、理由を常に考えさせる方法は共通していた。これらの方法は学生の能力や資質に応じて大きく変わるということはなかった。中堅や経験の少ない指導者とは観察上は際立つた差異は認められなかったが、フォローアップ調査では意思決定過程への配慮が情意領域も含み広範であることが示された。2今後の課題として、(1)研究手法が観察主体の質的研究であり、研究者間の観察調査の信頼性、解釈の妥当性などの問題、(2)調査数が限られ、普遍性のある結果を導くには更なる継続調査が必要である。