hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
KRAS変異大腸がんの治療標的の探索

KRAS遺伝子の活性化型変異は大腸がん患者のおよそ40%で確認されており、この変異を有する大腸がん患者に対して効果的な治療法は確立されていない。本研究ではKRASの下流にあるMEK/ERK経路が大腸がんの治療標的になる可能性について検証した。Kras変異のない家族性大腸ポリープ症モデルマウスにおいてMEK/ERK経路の活性化は腫瘍間質細胞で認められ、COX2の発現や血管新生を介しポリープ形成を促進させることを解明した。一方、MEK阻害薬がKras変異大腸がんモデルマウスの腺がん形成を抑制したことから、KRAS変異の有無に関わらずMEK/ERK経路は大腸がんの治療標的となる可能性を示した。KRas変異大腸がんにおけるPI3K-mTOR経路およびMAPK経路の活性化状態の確認腸管ポリープを自然発生するApcマウスにタモキシフェン制御型腸管特異的Cre発現マウスとCre依存的変異型KRas発現マウスを交配し、腸上皮細胞で変異型KRasを発現するマウス(Apc/KRas)を作出した。生後6週齢からタモキシフェンを1週間連続で投与し、12週齢でのApc/KRasマウス腸腫瘍の組織学的解析を行ったが浸潤や転移が認められず、腫瘍上皮の形態もApcマウスと比較し違いは認められなかった。またMAPK経路とPI3K-Akt-mTOR経路の活性化をそれぞれリン酸化ERKとリン酸化S6抗体を用いた免疫染色により確認したが、リン酸化S6の発現はApcマウスの腸管腫瘍と比較して増大が認められず、リン酸化ERKの発現はApc/KRasマウス、Apcマウスともに腫瘍上皮で発現低下していた。以上の結果は、自然発生したポリープ内で腸管特異的Creが機能せず変異型KRasが発現していない、または変異型KRasは発現しているが腸管腫瘍で機能していない可能性が考えられる。従って現行の方法で変異型KRasの役割を検証する事は困難であることから、Apcマウスの代わりにCre発現依存的安定型b-Catenin(Ctnnb)発現マウスを用い、Creが作用した部位でWnt経路の活性化により腫瘍を形成し、さらにその部位のみ変異型KRasも発現するCtnnb/KRasマウスを作出し解析している。mTOR阻害薬をCtnnb/KRasマウスに投与しKRas変異大腸がんの形成におけるPI3K-mTOR経路の役割を解明及び、mTOR阻害薬耐性機構の解明と新規治療標的の探索現在少数であるが先行してCtnnb/KRasマウスにmTOR阻害薬AZD8055を投与したところ投与4週において腫瘍形成を抑制していたが、8週後にはコントロールと比較して腫瘍の抑制効果は認められなかった。以上の結果から変異型KRasがmTOR阻害薬に対し抵抗性を示す可能性があり、現在このメカニズムの解明を行っている。1.腸管腫瘍形成におけるMAPK経路の役割の解明大腸がんマウスであるCtnnb/KRasマウスに対するMEK阻害薬の効果を正確に検証する為、家族性大腸ポリープ症モデルマウスであるApcマウスの良性腫瘍におけるMAPK経路の役割を解明し、以下の成果を報告した。MEK阻害薬であるトラメチニブは腸管腫瘍形成を有意に抑制した。また腸管良性腫瘍におけるMAPK経路の活性化は腫瘍上皮でなく、特に血管内皮細胞や線維芽細胞など腫瘍間質細胞で認められた。さらにMAPK経路はこれら間質細胞のCOX2の発現を制御しており、トラメチニブを投与するとCOX2とその下流のCCL2の発現、さらに血管新生を抑制した。同様の効果をマウスから単離した線維芽細胞でも確認している。これらの結果はCtnnb/KRasマウスにおいても間質細胞が標的となる可能性を示唆している。Ctnnb/KRasマウスを用いて、KRAS変異大腸がん形成におけるmTOR経路およびMAPK経路の役割を解明するため、mTOR阻害薬AZD8055、MEK阻害薬トラメチニブを投与し腸腺がん形成に対する効果を検証した。またKRAS変異大腸がんはEGFR阻害薬に抵抗性を示すことからEGFR阻害薬エルロチニブを投与し抵抗性に関する評価を行った。トラメチニブの投与によりCtnnb/KRasマウスの腺がん形成を強力に抑制した(直径2 mm以上:30個以下)、またAZD8055の投与でも腺がん形成を抑制したのに対し(直径2 mm以上:70個以下)、エルロチニブ投与では抑制効果が認められなかった(直径2 mm以上:200個以上)。これらの結果はKRAS変異大腸がんでもmTOR経路及びMAPK経路が治療標的となる可能性を示唆している。また一部の腺がん形成を抑制できなかったことから、Krasの変異が上記の阻害薬にも抵抗性を示すことを明らかにした。現在トラメチニブやAZD8055の投与で残存する腺がんの解析を行っている。

一方、MEK阻害薬がKras変異大腸がんモデルマウスの腺がん形成を抑制したことから、KRAS変異の有無に関わらずMEK/ERK経路は大腸がんの治療標的となる可能性を示した。平成26年度に計画した1) KRas変異大腸がんにおけるPI3K-mTOR経路およびMAPK経路の活性化状態の確認、及び2) mTOR阻害薬をApc/KRasマウスに投与しKRas変異大腸がんの形成におけるPI3K-mTOR経路の役割を解明すると共に、mTOR阻害薬耐性機構の解明と新規治療標的の探索は、上述の研究実績の概要で記載しきれない分も含めある程度達成している。現在解析用のマウスを増やし、平成26年度のmTOR阻害薬AZD8055と平成27年度分のMEK阻害薬trametinibを用いた解析を並行して行っている。新たに必要となった実験も含めて、平成26年度中にある程度進められている。特にKRasに変異の無いApcマウスの腸管腫瘍におけるMAPK経路の役割を解明し、以下の内容を既に論文発表した。腸管腫瘍におけるMAPK経路活性化は腫瘍上皮でなく腫瘍間質細胞で認められ、特に血管内皮細胞や繊維芽細胞が大部分を占めている。この間質細胞のCOX2の発現をMAPK経路が制御しており、MEK阻害薬trametinibをApcマウスに投与するとCOX2とその下流のCCL2の発現、さらに血管新生を抑制し腫瘍形成を抑制した。総合生物解析用のマウス(Ctnnb/KRasマウスおよびその比較対象のCtnnbマウス)を繁殖し、変異型KRasがPI3K-mTOR経路およびMAPK経路の活性化状態やその他腸管腫瘍形成に関わるシグナル経路に与える影響について解析する。また平成26年度のmTOR阻害薬AZD8055と平成27年度分のMEK阻害薬trametinibを用いた薬剤耐性腸管腫瘍の検討を並行して行い、各阻害薬の腸管腫瘍形成に対する影響を腫瘍形成数の変化やHE染色、BrdU染色による組織学的解析により検証する。その結果を野生型KRasマウス(Ctnnbマウス)の腸管腫瘍と比較し、変異型KRasによる阻害薬耐性腸管腫瘍の発生を確認する。各阻害薬に抵抗性が認められた腸管腫瘍での増殖シグナルや遺伝子発現の変化をプロテインアレイ及びマイクロアレイにより検証し、耐性化に関わる分子やシグナル経路を確認する。変異型KRasマウスにおける腸管腫瘍やmTOR阻害薬またはMRK阻害薬耐性腸管腫瘍で変動のある分子やシグナル経路に対する阻害薬が存在すれば入手し、各阻害薬と併用することで耐性化した腸管腫瘍の発生を抑制可能か検討する。またヒト大腸がんの組織標本またはヒト大腸がん細胞株を用いKRas変異と阻害薬耐性化に関わる分子の発現やシグナル経路の関係を調査する。財団(安田記念医学財団と鈴木謙三記念医科学応用研究財団)からの助成金を合計二百万円頂いた。そのため本研究費の一部を27年度に繰り越し、新たに必要となったCtnnb/KRasマウスの繁殖とそれに必要な試薬や物品等(マウス餌代、mTOR阻害薬AZD8055)の購入に補充する。使用計画に変更はなく、既に計画している27年度の物品費のうち消耗品(mTOR阻害薬等)9万円は既に購入済みであり、マウス餌代とマウス購入費4万円に追加し利用する。
高機能自閉症児における情動表出と情動理解の障害と発達

高機能自閉症児における社会性障害の基底にあると考えられる、情動表出や情動理解の障害について、以下のことを明らかにした。(1)情動理解を意識的な情動処理と、無意識的な情動処理に分けた際に、自閉症児は、意識的な情動処理は高い言語能力の補償によって可能になるが、感情プライミングや表情の自動模倣にみられる無意識的な情動処理には障害を持ち続けること、よって無意識的な情動処理が一次障害と考えられることが示唆された。(2)不安な情動のコントロールは、アタッチメント関係を形成することによって可能になる。自閉症児のアタッチメント関係形成を縦断的に検討した結果、自閉症児もアタッチメント関係形成は可能であること、しかしそれが定型発達児より高い言語能力によって成立し、その際アタッチメント対象を心理的安全基地ではなく道具的安全基地と把捉するという障害による特異性も存在することが示された。(3)就学前の高機能自閉症児における自己表情写真の情動理解を検討した結果、知的に遅れのない就学前の障害児はその理解が可能であったのに対し、高機能自閉症児は障害を示すことが明らかとなった。(4)高機能自閉症児は小学生から中学生の時期にかけて、孤独感が増大し社会的コンピテンスが減少すること、定型発達児と比較すると、9,10歳の節で有意な差がみられるようになることが示された。今年度は以下の3点についての検討を、重点的に行った。1.高機能自閉症児の情動表出が現れる一例として、アタッチメント対象との関係形成が挙げられる。定型発達では、アタッチメント対象を安全基地とする関係が形成されると、アタッチメント対象との分離における不安や不快、再会における喜びの情動表出がなされるはずである。その点についての、高機能自閉症児を含めた自閉症児の、質的な障害と発達過程について、文献研究と縦断研究をもとに検討した。その結果、自閉症児もアタッチメント関係形成は可能であること、しかしそれが言語に代表される知的能力と関連するという独自の連関を示し、そこに障害による特異性の存在が示唆された。2.思春期における高機能自閉症児は、他者と自分の関係を意識し始めることにより、他者に受け入れられない自分を感じることで、不安や不快が高まると、二次障害としての問題行動(例えば、不登校、暴力的行為)につながることが指摘されている。この思春期における不安や不快といった情動は、他者との関係における孤独感(isolation)と関連していることが予想される。そこで小学1年中学3年までの高機能自閉症児と健常児に、孤独感尺度を施行した。その結果、両者の差が、思春期の入り口である小学校高学年で顕在化すること、さらにそれが健常児であれば、対人関係のコンピンテンスと有意な相関があるのに対し、高機能自閉症児ではそういった相関がみられないという、質的な特異性が存在することが明らかにされた。3.日常生活場面における典型的情動表出行動である、泣きの分析を行うため、分析機器を購入し、データ入力をしながら分析指標の析出を行ってきたまず、高機能自閉症児を含め、自閉症児者の情動理解における国内外の先行研究のレビューを行った。それにより、自閉症児の情動理解を検討する際に、2種類の情動理解を取り上げる必要性が指摘された。1つは、写真やビデオ、物語などを材料とした登場人物の情動理解で示される、意識レベルでの情動理解である。2つはそれに対し、表情写真の閥下提示による感情プライミングや、表情を見た際の自動模倣(mimicking)といった、意識下レベルでの情動理解である。自閉症児は、前者(意識レベルでの情動理解)については、定型発達より高い言語能力を有する場合は理解可能であることが示唆された。これは、言語能力によって定型発達とは異なる補償的方略を用いて行っていることが推察されるものであった。これに対し、後者(意識下レベルでの情動認知)においては、高い言語能力を持つ自閉症児においても困難を示すことが示された。これより、自閉症児においては意識下レベルでの情動理解が本質的な障害であること、しかし補償的方略によって可能となる意識レベルでの情動理解を支援することで、情動理解をすすめることは可能であることが考えられた。

このレビューが惹起した2つの課題をあわせて検討した。1つは、意識下レベルでの情動に対する反応は、発達的に早期の段階から存在するのではないかということである。2つは、他者の情動理解と比較して意識的コントロールが及びにくい自己の情動表出と理解には、意識下レベルでの反応の特異性があらわれやすいということである。前者について縦断的にビデオ記録を行った自閉症児のビデオを分析可能なデータとして収集した。後者については、就学前の高機能自閉症児は非高機能自閉症児と比較して予備的調査を行い、自己表情理解の正答が有意に少ないことを明らかにした。今回は以下の2つの点を中心に研究を行った。(1)情動理解については、日本における、高機能自閉症児を含めた自閉症児の情動理解に関する研究を、特に意識的な情動理解と無意識的な情動理解(自動性automacity)にわけ、検討した。その結果、意識的な情動理解については、言語を中心とする知的能力によって補償することで、自閉症児においてもある発達レベルから可能になることが、一貫して明らかにされていることを示した。他方、無意識的な情動理解は、知的発達が高くても障害を示す結果が多かった。これより、自閉症の情動理解の一次的障害を検討する上では、無意識的な情動理解(情動の自動性の理解)を調べる必要があることが明らかとなった。このことは、高機能自閉症を含む自閉症児は、この無意識的な情動理解に障害を抱えつつ、意識的な情動理解で補償する発達を行っている可能性を示唆しており、その彷徨での支援が可能であることを推察させるものであった。(2)情動表出については、その一つである自己表情表出を検討した。就学前の年長である高機能自閉症児と、それ以外の知的遅れの無い障害児を対象に、「嬉しい顔」「悲しい顔」「怒っている顔」「普通の顔」を自己表出させ、その写真を1週間後に分類させた。その結果、自閉症以外の障害児は3つのいずれの表情もチャンスレベルより高い正率を示したが、高機能自閉症児は「怒っている顔」以外はチャンスレベルより有意に高い正答率は示さなかった。自己表情表出に障害を持つことが明らかにされた。これが表出された表情の問題なのか、その理解の問題なのか、あるいは独自の表出スタイルと理解の関連の問題なのかを検討することが、支援を考える際の今後の課題である。
電気化学活性団修飾核酸プローブに基づくラベル化フリー遺伝子検出法

現在最も利用されているDNAマイクロアレイ法は、目的の遺伝子(ターゲット)に蛍光物質を取り付け(ラベル化)、これを捕捉するプローブがアレイ状に配置された基板上に展開し、蛍光物質由来の光を頼りにターゲットの存在を知る遺伝子検出法である。しかし、ターゲットのラベル化は煩雑であり、また未反応のターゲットを徹底洗浄する必要があることから、今日ニーズの高まっている環境・臨床検査への応用には程遠く、研究所レベルの活用に留まっている。この課題を克服するため、ターゲットの認識後に電気化学信号を自ら発生するプローブを設計・合成し、ターゲットをラベル化することなく検出可能な遺伝子センサを開発した。また、複数種類のターゲットを網羅的に検出するため、遺伝子センサのアレイチップ化を行った。本研究により、迅速で簡便な遺伝子検出法の基盤技術が確立されたと考えされ、その重要性は大変大きい。昨年度は,フェロセン修飾核酸プローブに基づく遺伝子検出法の開発を行った。遺伝子検出法の開発では,ペプチド核酸(PNA)をターゲットDNA認識部位とし,一端にフェロセン他端にシステインを有するプローブ(Fc-PNA)を合成した。鏡面研磨した金電極表面上にFc-PNAを固定し緩衝液中で電気化学測定した結果,フェロセンに由来する酸化還元波が観測された。一方,ターゲットDNAとハイブリッド形成すると,観測される波は減少した。これは詳細な検討から,ハイブリッド形成によりFc-PNAの柔軟性が減少し剛直化(コンフォメーション変化)したことで,フェロセンの電極表面への接近が阻害されたためであると結論付けられた。そこで,フェロセンへの電子供与体である[Fe(CN)_6]^4-を溶液に加え,電気化学信号の増幅が図れるかどうか検討した。その結果,ハイブリッド形成の有無での信号変化が約2倍増幅することに成功した。これは,フェロセンが電極表面に接近している時には,電子移動後のフェロセンが[Fe(CN)_6]^4-により再生されるため,フェロセンが[Fe(CN)_6]^4-の電子移動反応のメディエータとして働き,観測される電流値は増幅されるが,フェロゼンが表面から離れると,もはやメディエータとして働かなくなるためであると考えられる。この信量増幅には,DNAとの結合により表面が負電荷を得た結果,[Fe(CN)_6]^4-の表面近傍濃度が実質減少した効果も含まれると考えられる。また,ミスマッチDNAに対してはほとんど応答が観測されなかったことから,配列特異性を有することも確認された。この手法は,ラベル化することなく(ラベル化フリー)配列特異的にターゲットDNAを検出することができるため,簡便な遺伝子検出法の基盤技術として重要な成果である。昨年度は、複数のターゲット遺伝子を対象としたセンサアレイの作製を目指し、開発した遺伝子プローブをマルチ電極上に固定し、遺伝子センサアレイチップの研究開発を行った。再現性の高いデータを効率的に収集するため、スパッタ成膜法によりガラス基板上に金薄膜を作製し光リソグラフィーの手法を用いることにより、マイクロ電極アレイを作製した。このマイクロ電極表面上に複数種類の遺伝子プローブを固定するため、キャピラリーに基づくピッチ可変型の高集積アレイスポット技術を別途開発し、1mm間隔に配列した96ch遺伝子センサアレイチップを作製することができた。これに基づき、異なるターゲットDNAを対象とする遺伝子プローブに基づくセンサを作製し、配列選択的にDNAを電気化学検出することに成功した。本研究の遺伝子プローブのように合成プローブに基づく電気化学遺伝子センサは、従来適切なプローブ固定化技術が未熟であるため高集積に作製することがボトルネックとなり、従ってセンサアレイチップ化が困難であった。今回、高集積アレイスポット技術を開発することで、従来の蛍光を利用したDNAマイクロアレイ法に対抗しうる電気化学遺伝子センサアレイの作製への道が開けたものと考えられ、本研究成果の意義は大変大きい。
血管平滑筋細胞におけるアクチン遺伝子発現講節機構

正常の血管平滑筋細胞は収縮型で細胞内にはアクチン・ミオシンの線維構造がみられ、遊走分裂はほとんどみられないが、動脈硬化巣の血管平滑筋細胞は形質転換した増殖型であり、遊走分裂をする。この形質転換の変化過程においては発現遺伝子の変換、なかでもアクチンを含む主要な収縮蛋白質のアイソフォーム変換がおきている。この遺伝子発現変化を血管平滑筋特異的アクチン遺伝子の発現調節系の解析からアプローチする。ヒトの血管平滑筋特異的アクチン遺伝子のどの部分が組織特異的な発現に必要であるかを見出すため、CAT遺伝子をリポーターとしたトランスジェニックマウスを作成し、各臓器での発現を調べた。また、血管平滑筋アクチン遺伝子は腎障害の進展過程におけるメサンギウム細胞の形質変換に伴い発現を開始することが知られており、その発現に必要な領域もトランスジェニックマウスを用いた人工的腎炎モデルにおいて検討した。血管平滑筋アクチン遺伝子の5′上流から、第1エクソン、第1イントロン及び第2エクソンの一部までを持つトランスジェニックマウスにおいては、平滑筋特異的遺伝子発現が見られた。しかし、第1イントロンをもたない遺伝子構造、特に異種間で保存された約150塩基を欠失すると発現できなくなることから、この領域が必須であることが明らかになった。この150塩基には10bpのCArG配列とTAATをモチーフにするA/TBF転写調節系などが同定されている。腎障害進展過程における血管平滑筋アクチン遺伝子発現にも同じ領域が必要であった。2種類の異なる状況での血管平滑筋アクチン遺伝子のin vivo発現に同じ150塩基の第一イントロン領域が必須であることから、同じ発現システムが関与していると考えられる。この領域内のどの転写調節系が特異性を担っているのかを現在より仔細に塩基変異を導入して解析を進めている。
脳出血における脳微小血管内皮細胞フォークヘッド転写因子の役割の解明

脳出血における脳微小血管内皮細胞フォークヘッド転写因子(FOXO-1)の役割の解明は重要である。脳卒中易発症型高血圧自然発症ラット(SHRSP)は、対象である高血圧自然発症ラット(SHR)に比較し、脳微小血管内皮細胞におけるFOXO-1発現が低く、低栄養条件(食事制限)により、その発現が亢進するが、アポトーシスは誘導されない。以上の結果から、脳微小血管内皮細胞におけるFOXO-1は脳出血発症に抑制的に働くと考えられる。カロリー制限はマウス・ラット等の実験動物において、FOXO-1の活性化を介してインスリンシグナルを抑制し延命効果をもたらす。一方、FOXO-1はアポトーシスを誘導することから、低栄養ではFOXO-1に誘導されるアポトーシスにより、脳微小血管が脆弱化、脳出血が増加する可能性があり、脳微小血管内皮細胞におけるFOXO-1の役割の解明は重要である。平成20年度は、脳卒中易発症型高血圧自然発症ラット(SHRSP)を用い、脳出血に対するカロリー制限およびマクロニュートリエントの影響を検討し、次の知見を得た。(1)脂質、炭水化物摂取量ではなく、蛋白質摂取量がSHRSPの脳卒中発症に強く影響を及ぼし、高蛋白質食(45en%以上)は脳卒中発症を抑制し、低蛋白質食(5en%)は脳卒中発症を亢進する。(2)カロリー制限ではなくミクロニュートリエントを含めた食事制限がSHRSP脳卒中発症の抑制に有効である。(3)SHRSPは対照である高血圧自然発症ラット(SHR)に比較し脳微小血管内皮細胞におけるFOXO-1 mRNA発現が低い。(4)SHRSPの脳微小血管内皮細胞におけるFOXO-1 mRNA発現は培養条件に依存し、低栄養状態でその発現が亢進する以上の結果、SHRSPの脳微小血管内皮細胞においてFOXO-1発現が低く、低栄養条件(食事制限)により、その発現が亢進し脳卒中の発症抑制に働くと考えられる。平成21年度は脳微小血管内皮細胞におけるFOXO-1の役割を中心に検討を行なう。食事制限はマウス・ラット等の実験動物において、フォークヘッド型転写因子(FOXO-1)の活性化を介してインスリンシグナルを抑制し延命効果をもたらす。平成21年度は、脳卒中易発症型高血圧自然発症ラット(SHRSP)を用い、脳出血に対する食事制限の影響を検討し、次の知見を得た。(1)食事制限はSHRSPの全身性(血中炎症性サイトカインの減少)および脳局所(マクロファージの浸潤)における炎症を抑制する。(2)SHRSPは対照である高血圧自然発症ラット(SHR)に比較し脳微小血管内皮細胞におけるFOXO-1 mRNA発現が低い。(3)脳微小血管内皮細胞を低栄養状態で培養した場合、FOXO-1 mRNAの発現増加に伴い、下流に存在するアポトーシス関連遺伝子であるBimL、FasL mRNA発現も増加するものの、脳微小血管内皮細胞のアポトーシスは誘導しない。以上の結果、SHRSPの脳微小血管内皮細胞においてFOXO-1発現が低く、低栄養条件(食事制限)により、その発現が亢進するが、アポトーシスは誘導されない事から、脳微小血管内皮細胞におけるFOXO-1は脳出血発症に抑制的に働くと考えられる。食事制限により認められた炎症の抑制にFOXO-1が関与しているのか、今後の検討課題である。
外科手術における有害事象を簡便に把握するための手法の開発

本研究では、米国IHIのGlobal trigger tool(GTT)を参考に、外科手術に特化した新たな手法の開発を行った。開発した手法を用いて、2医療施設の193症例について、影響度分類3a以上の事象の把握を行ったところ、感度75%、特異度98.9%、陽性的中率90%、一例あたりの所要時間13.6分(6.3分×2名+突合1名)となり、一般の医療施設での施行が可能と判断された。今回開発した外科手術用ツールは、各施設における手術関連有害事象の把握にすぐれており、今後の普及が期待される(目的)医療における有害事象の把握には、チャートレビューが最も有効とされている。しかし経験と時間を要するため、個々の医療施設ではほとんど行われていない。申請者らは、米国IHIのGlobal Trigger Tool(GTT)をもとに日本版GTTを開発し、わが国の医療現場での実用性を確認してきた。本研究ではそれをベースに、外科手術に特化した手法を開発することを目的とする。(平成24年度の実績)平成24年度に行ったのは、1外科手術用GTT案の作成、2試行のための倫理委員会の承認、3実際の医療施設における試行である。1、2については、年度当初に終了し、現在3施設で施行を行っている。現時点で160症例の情報が収集済みである(当初目標200症例)。平成25年度は最終年度であるため、調査を完了し、作成したGTTの検証、成果公表の準備を行う。医療施設における医療安全対策の目標は、患者にとって有害な事象の発生を抑制することである。有害事象の把握にはカルテを詳細に調査するチャートレビューが有効とされているが、経験と時間を要するため、個々の医療施設ではほとんど行われていない。本研究ではこれをベースに、外科手術に特化した新たな手法を開発することを目的とする。新たに開発した調査用シートを用いて、退院患者の診療録を対象に院内スタッフ(看護師等2名、医師1名)によるレビューを行い、影響度分類3a以上の事象の把握を行った。独立して外部者(先行研究においてチャートレビューを行ってきた研究者)によるレビューを同じカルテに対して行い、その結果をゴールドスタンダードとして比較することにより手法の評価を行った。評価指標として、感度、特異度、陽性的中率、レビューの所用時間を用いた。2012年2月2013年3月にかけて、二つの医療施設の193症例について調査を行った。指標の算出が可能な症例を対象に指標を算出したところ、感度75%、特異度98.9%、陽性的中率90%、一例あたりの所要時間13.6分(6.3分×2名+突合1分)となり、一般の医療施設での施行が可能と判断された。医療における有害事象の把握について、世界各地で類似の手法による評価が行われている。今回開発した外科手術用ツールは、各施設の医療安全に関する疫学情報を得るのに優れており、我が国における普及が期待される。今回開発した外科手術用ツールは、各施設における手術関連有害事象の把握にすぐれており、今後の普及が期待される(目的)医療における有害事象の把握にはチャートレビューが最も有効とされているが、経験と時間を要するため、個々の医療施設ではほとんど行われていない。(平成23年度の実績)当初計画では、(1)先行知見のレビュー、及び(2)我が国の医療現場に適したToolの開発を行う予定であった。このうち(1)については文献の網羅的レビューに加え、米国IHI年次総会に参加し、GTT担当者との意見交換を行った。(2)については、我々が開発した日本版GTTをベースに、IHI surgical trigger toolの内容を加味して、外科手術用Toolの作成を行った。作成に当たっては複数の安全管理担当者、外科医師の意見等を取り入れた。また平成24年度に行う実地調査の準備として、医療施設の参加を募り、研究の説明及び院内スタッフのトレーニング、及び倫理審査の準備を進めているところである。平成24年度の計画をすべて実行した。平成25年度は上半期に調査を完了する見込みで、開発したGTTの検証、成果公表の準備を行う予定である。平成23年度の計画をすべて実行した。さらに平成24年度の準備として、調査施設の募集、及び院内スタッフへの説明、訓練を行っており、研究の進行は順調である。平成23年度には、東日本大震災による研究の遅延があったが、平成24年度までにほぼ本来のペースに戻った。(平成25年度)

平成25年度は最終年度であり、上半期に調査を完了する見込みである。開発したGTTの検証、成果公表の準備を行うとともに、普及のためのトレーニング方法についても立案する予定である。平成23年度には、東日本大震災による交付の遅延により、外部調査チームの調査前会合等が実現できなかった。研究そのものの進行には全く問題はないが、平成24年度以降に行う病院調査に関して、外部調査チームの事前打ち合わせを行う予定である。(平成24年度)調査は院内スタッフによる調査(看護師等2名、医師1名)、及び外部者による調査(本研究チーム)からなる。これまでの成果及び先行事例から、影響度3a以上の事象は、約15%と推定され、信頼度95%、誤差5%の結果を得るには200症例が必要である。評価指標は、Toolの妥当性(感度、特異度、陽性的中率)、実行可能性(院内調査における所要時間、スタッフの負担感)で、適宜改良を加えながら完成を目指す。(平成25年度)試行した内容を分析し発表を行う。また普及のための研修プログラムを開発する。平成24年度は、院内スタッフによる内部調査、及び院外スタッフ(研究チーム)による外部調査を行う予定である。当初の計画では200症例を見込んでいる。
肥満の過食機構の解明―脳内報酬系マイクログリア活性化と神経細胞可塑的変化の役割

肥満発症の主原因は過食だが、その是正は困難である。申請者は脂肪成分に富んだ食事により脳内報酬系の神経細胞とマイクログリアに炎症性の変化が生じ、この変化が過食につながるのではないかと考えた。そこで、高脂肪食を負荷した雄性C57BL/6Jマウスを用いて、脳内報酬系を構成する、視床下部および海馬の解析を行ったところ、負荷後2週間目から炎症性サイトカインの上昇や、マイクログリアの活性化が認められた。また、高脂肪食負荷を行った後餌を正常食に戻すことにより痩せさせたマウスの視床下部および海馬では、これらの変化が正常食を与えづづけたマウスに近い状態になっていることが明らかになった。肥満症では中脳辺縁ドーパミン神経系を中心とする報酬系の破綻により食べ物の意義づけが正常を逸脱している可能性がある。肥満病態では慢性炎症が全身で認められ、肥満動物モデル視床下部ではマイクログリア増殖やグリオーシスなどの炎症性変化が認められる。マイクログリアは中枢神経系の免疫担当細胞であり、血中由来因子や神経変性に反応して活性化され神経活動に影響を及ぼす。近年、多くの中枢神経疾患においてマイクログリアー神経細胞の相互作用に基づく神経炎症の役割が注目されている。この神経炎症は中枢神経系ネットワークの可塑的変化による機能障害に繋がると考えられているが、肥満病態における役割は明らかにされていない。本研究では肥満病態に寄与する高嗜好性の食べ物が、どのように報酬系のマイクログリア活性に影響を及ぼすかを明らかにすることで肥満症治療の新たな戦略を見出す。そこで、高嗜好性の食べ物である高脂肪食を16週間負荷したC57BL6J♂マウス脳のmRNA発現解析およびCD68陽性細胞解析を行ったところ、海馬のIba-1 mRNAおよびCD68 mRNAの上昇と、側坐核CD68陽性細胞数の増加が認められ、高脂肪食負荷による脳内マイクログリアの活性化が確認出来た。このマウス脳mRNAのマイクロアレイによるpathway解析も行っている。また、マイクログリア活性化阻害薬ミノマイシン経口投与による高脂肪食の報酬効果の変化について検討を行っている。さらに、細胞内インスリンシグナルの下流で制御される転写因子Foxo1は側坐核でdopamine transporter (DAT)と共局在し、絶食-再摂食により発現量が変化する。そこで、Foxo1の報酬系における役割を解明する目的でDAT-Creマウス(福島県立医科大学小林和人教授より)によりドーパミン神経細胞特異的Foxo1欠損マウスを作製している。平成27年度5月から12月の8ヶ月間は産休および育児のための研究中断期間ということで、本研究の研究期間を1年延長申請させていただいた。申請者は、palatable foodを慢性的に摂取する結果、代謝の変化が生じ、免疫担当細胞をはじめとする様々な因子が末梢のエネルギー状態を中枢神経系に伝えることにより、脳内に慢性炎症がおこり、結果として報酬系に変化が生じ、食べ物の意義付けが変容し、過食が生じると考えている。そこで、マイクログリア活性化と神経細胞の可塑的変化の相互作用の観点から肥満における過食メカニズムの解明を目指している。平成27年度は、平成26年度の結果を踏まえ、肥満モデルマウス(高脂肪食誘発肥満モデルマウスのタイムコース、餌を戻したマウス、Foxo1, 3aΔDATマウス)の検討を行っている。検討内容は、1報酬価値評価系の確立:マウス個体での食べ物の報酬価値を評価する行動解析(progressive ratio);2空腹感制御機構解析モデルの確立:脂肪からの離脱の検討のため絶食再摂食、Sucroseからの離脱の検討のため、Two-bottle preferencetest;3側坐核を中心とした、脳内の炎症性変化の評価:qPCRによりマイクログリア活性化マーカーおよび炎症性サイトカインの評価を行っている。平成27年度5月から12月の8ヶ月間は産休および育児のための研究中断期間ということで、本研究の研究期間を1年延長した。解析対象となる動物の作製は終了している。平成28年度に研究推進するための基礎データをこれまでに獲得し、また実験系も確立している。平成27年度は、肥満モデルマウス(高脂肪食誘発肥満モデルマウスのタイムコース、餌を戻したマウス、Foxo1, 3aΔDATマウス)の検討を行っている。また、平成26年度に行った、高脂肪食誘発肥満モデルマウス視床下部および海馬のマイクロアレイ解析を手掛かりに、脳内広範囲の肥満に伴う変化についても検討しているところである。これまでの申請者の検討により、高脂肪食負荷誘発肥満モデルマウスでは、強いうつ状態、認知機能の低下、過食が認められている。申請者は、palatable foodを慢性的に摂取する結果、代謝の変化が生じ、末梢のエネルギー状態を中枢神経系に伝える因子により、脳内に共通の変化がおこり、障害される部位や系により、phenotypeとして様々な精神神経機能の変容が認められるようになる、と考えた。本研究では、中でも、肥満者での空腹感の意義づけに注目し解析を行った。

1報酬価値評価系の確立:マウス個体での食べ物の報酬価値を評価する行動解析(progressive ratio)の系を、共同研究者である、相模女子大学後藤和宏らの研究室にて野生型マウスの基礎データを得た。2空腹感制御機構解析モデルの確立:脂肪からの離脱の検討のため絶食再摂食、Sucroseからの離脱の検討のため、Two-bottle preferencetestを行い、マウスの代謝パラメーターの評価および脳内の変化を解析した。3肥満症脳内変化のメカニズム解析:19週間高脂肪食負荷を行ったマウスと正常食を負荷したマウスの視床下部および海馬マイクロアレイを行ったところ、視床下部だけでなく、海馬においても炎症系のpathwayに変化が認められていた。一方で、視床下部と海馬の変化のパターンに大きな違いがあり、個別のmRNA解析に加え、その違いの原因について解析を行った。さらに、高脂肪食負荷の負荷期間のタイムコース、および、これまで検討できていなかったage-matched(解析週齢を30週齢に揃え、高脂肪食負荷開始時期を替えた)のタイムコースを検討した。肥満発症の主原因は過食だが、その是正は困難である。申請者は脂肪成分に富んだ食事により脳内報酬系の神経細胞とマイクログリアに炎症性の変化が生じ、この変化が過食につながるのではないかと考えた。そこで、高脂肪食を負荷した雄性C57BL/6Jマウスを用いて、脳内報酬系を構成する、視床下部および海馬の解析を行ったところ、負荷後2週間目から炎症性サイトカインの上昇や、マイクログリアの活性化が認められた。また、高脂肪食負荷を行った後餌を正常食に戻すことにより痩せさせたマウスの視床下部および海馬では、これらの変化が正常食を与えづづけたマウスに近い状態になっていることが明らかになった。肥満症関連モデルマウスの作製およびDAT-Creマウスの入手、Foxoトリプルfloxマウス作製は概ね終了している。肥満症関連モデルマウスのマイクログリア活性化評価をタイムコースと共にmRNAレベル(qRT-PCR法)およびタンパク質レベル(免疫組織化学法)で行っている。その結果、高脂肪食負荷によりCD68やF4/80などのマイクログリアの活性化を示すマーカー類の増加が確認出来ている。同時にpro-inflammatory cytokinesの上昇も確認出来ている。2週間の高脂肪食負荷では、これらのマーカーおよびpro-inflammatory cytokinesの挙動が正常食と異なる動きを示すという結果を得ている。さらに、マイクロアレイによりpathway解析を行っている。これにより本病態で重要となるターゲット遺伝子を同定する。また、マイクログリアに対する治療的介入の解析目的で肥満症関連モデルマウスに対するミノマイシン経口投与も行っている。ミノマイシン経口投与によりマイクログリア活性化抑制効果が十分得られない場合には、腹腔内投与の系に変更予定である。高脂肪食やsucroseがイニシエーターとなる過食病態のタイムコースを確認し、経口摂取から過食が成立するまでの行動学的および分子生物学的経時的変化を明らかにする。
非比例多軸変動負荷における疲労強度特性の実験的解明および強度評価手法の開発

本研究では、研究代表者らの非比例多軸負荷におけるこれまでの一連の疲労強度研究の成果を基に、構造機器・部材の疲労に関する実設計・開発および維持管理の現場への応用を具体化するための多軸疲労強度評価手法を構築した。すなわち、蓄積された多軸疲労強度データおよび研究代表者らが提示している応力・ひずみの評価手法(IS法)および解析ツールを最大限活用し、複雑な非比例の繰返し変動負荷にも対応できる多軸疲労損傷評価モデルを開発した。航空機や高速鉄道車両、高温構造機器などの実機を構成する部材では、繰返し荷重の応力・ひずみの主軸が多方向に複雑に変動する多軸負荷(非比例多軸負荷)を受けることが多い。しかしこのような繰返し負荷に関して、その多軸応力・ひずみ状態や多軸負荷損傷を考慮した強度評価手法の開発はまだ発展途上にある。本研究では、研究代表者らの非比例多軸負荷におけるこれまでの一連の疲労強度研究の成果を基に、構造機器・部材の疲労に関する実設計・開発および維持管理の現場への応用を具体化するための多軸疲労強度評価手法を構築する。すなわち、蓄積された多軸疲労強度データおよび研究代表者らが提示している応力・ひずみの評価手法(IS法)および解析ツールを最大限活用し、複雑な非比例の繰返し変動負荷にも対応できる多軸疲労損傷評価モデルを開発することを目指している。平成27年度では1.研究調査およびデータ収集、2.多軸疲労試験の実施および3.多軸疲労強度評価モデルの開発、を行った。すなわち、1.研究調査,データ収集:国内外でのこれまでの多軸疲労研究の再調査と研究代表者の多軸疲労研究における広い国内外研究ネットワークを利用して、変動負荷での多軸疲労強度データの入手と既存の損傷評価モデルの再検証を行い、モデルとツールの開発にフィードバックした。2.多軸疲労試験の実施:非比例多軸の変動負荷における疲労損傷に及ぼす材料依存性および負荷経路依存性を明らかにするために疲労試験を実施した。得られた試験結果および1で得た情報を総合的に評価分析して、非比例多軸の繰返し変動負荷で各種損傷パラメータを抽出し、それを反映してIS法の変動負荷への対応強化に繋げた。3.多軸疲労強度評価モデルの開発(損傷モデル):上述の1および2により非比例多軸の変動負荷にも対応したIS法に基づいた損傷モデルの開発を進めた。平成27年度に予定していた、モデルやツールの開発に必要な研究調査・データ収集はほぼ進められたが、次年度も継続する。多軸疲労試験においては、多軸疲労強度特性情報を得るための材料試験の準備はほぼ整ったが、薄肉円筒試験片に軸とねじりの組合せ負荷を独立且つ任意に与えた変動負荷の試験には高度な試験技術を必要とし、試験制御プログラムの作成および試験装置の整備に予想外の余分な労力を必要としたために、試験データの取得が当初計画よりも遅れている。なお、多軸疲労強度評価モデルの開発は、試験データ取得遅れの影響はほとんどなく、順調に開発が進められた。本研究の目標は、研究代表者らの非比例多軸負荷におけるこれまでの一連の疲労強度研究の成果を基に、構造機器・部材の疲労に関する実設計・開発および維持管理の現場への応用を具体化するための多軸疲労強度評価手法を構築することにある。具体的には、蓄積された多軸疲労強度データおよび研究代表者らが提示している応力・ひずみの評価手法(IS法)および解析ツールを最大限活用し、複雑な非比例の繰返し変動負荷にも対応できる多軸疲労損傷評価モデルを開発することを目指している。平成28年度では、改良型多軸疲労強度設計解析ツールの開発(改良解析ツール)を行った。すなわち、改良型解析ツールで、応力・ひずみの時刻歴のデータおよび実験から得られる寿命データ(非比例多軸負荷による損傷増加の材料依存性を示すパラメータが追加)を入力すると、計算部分はブラックボックスでも最終的に、応力・ひずみの状態(応力・ひずみの大きさと主軸方向の変化)、非比例度、応力・ひずみ範囲、同平均値、さらに予測寿命が出力される。したがって、非比例多軸負荷での疲労に関する専門知識がない技術者でも機械的、且つ手軽に解析ツールを扱うことができる点において汎用性が高く、優位性がある解析ツールであるといえる。さらに、非比例多軸繰返し負荷でのサイクル計数法や累積損傷評価法(最大累積損傷面の決定方法を含む)の組込みを行い、改良型評価ツールを強化した。平成27年度の(1)研究調査,データ収集(国内外研究ネットワークを利用した、多軸疲労強度データの入手と既存の損傷評価モデルの再検証およびモデルとツールの開発にフィードバックできる情報活用、(2)多軸疲労試験の実施(非比例多軸の変動負荷における疲労損傷に及ぼす材料依存性および負荷経路依存性を明らかにするために疲労試験の実施、ならびに、得られた試験結果および(1)で得た情報を評価分析しそれを反映したIS法の強化)、(3)多軸疲労強度評価モデルの開発((1)および(2)により非比例多軸の変動負荷にも対応したIS法に基づいた損傷モデルの開発)、さらに、平成28年度実施の(4)改良型多軸疲労強度設計解析ツールの開発(改良解析ツール開発)は、計画通りほぼ順調に進んでいる。

研究代表者らの非比例多軸負荷におけるこれまでの一連の疲労強度研究の成果を基に、構造機器・部材の疲労に関する実設計・開発および維持管理の現場への応用を具体化するための多軸疲労強度評価手法を構築することを目的とした。すなわち、蓄積された多軸疲労強度データおよび研究代表者らが提示している応力・ひずみの評価手法(IS法)および解析ツールを最大限活用し、複雑な非比例の繰返し変動負荷にも対応できる多軸疲労損傷評価モデルを開発することをゴールに置いた。平成2728年度では、まず(1)国内外でのこれまでの多軸疲労研究の再調査と国内外研究ネットワークを利用して、変動負荷での多軸疲労強度データの入手と既存の損傷評価モデルの再検証を行い、モデルとツールの開発にフィードバックした。また、(2)非比例多軸の変動負荷における疲労損傷に及ぼす材料依存性および負荷経路依存性を明らかにするために疲労試験を実施した。得られた試験結果および1で得た情報を総合的に評価分析して、非比例多軸の繰返し変動負荷で各種損傷パラメータを抽出し、それを反映してIS法の変動負荷への対応強化に繋げた。平成2829年度では、上述の1および2に基づき非比例多軸の変動負荷にも対応したI損傷モデルの開発と多軸疲労強度設計解析ツール(解析ツール)の開発を行った。解析ツールでは、応力・ひずみの時刻歴のデータおよび実験寿命データを入力すると、計算部分はブラックボックスでも最終的に、応力・ひずみの状態、非比例度、応力・ひずみ範囲、同平均値、さらに予測寿命が出力される。さらに、非比例多軸繰返し負荷でのサイクル計数法や累積損傷評価法の組込みを行い、解析ツールを強化した。また、損傷モデルおよび解析ツールを負荷経路および多軸負荷場を可視化するための工夫や、入力メニュー画面の改良などの機能を追加するなど、実用性に高いツールが開発できた。本研究では、研究代表者らの非比例多軸負荷におけるこれまでの一連の疲労強度研究の成果を基に、構造機器・部材の疲労に関する実設計・開発および維持管理の現場への応用を具体化するための多軸疲労強度評価手法を構築した。すなわち、蓄積された多軸疲労強度データおよび研究代表者らが提示している応力・ひずみの評価手法(IS法)および解析ツールを最大限活用し、複雑な非比例の繰返し変動負荷にも対応できる多軸疲労損傷評価モデルを開発した。多軸疲労強度評価モデル・ツールの開発を継続する。解析モデルを基に開発するツールは、応力・ひずみの時刻歴のデータおよび実験から得られる寿命データ(非比例多軸負荷による損傷増加の材料依存性を示すパラメータが追加)を入力すると、計算部分はブラックボックスでも最終的に、応力・ひずみの状態(応力・ひずみの大きさと主軸方向の変化)、非比例度、応力・ひずみ範囲、同平均値、さらに予測寿命が出力される。すなわち、非比例多軸負荷での疲労に関する専門知識がない技術者でも機械的、且つ手軽に解析ツールを扱うことができる点において汎用性が高く、優位性がある解析ツールとなる見込みである。本解析ツールは、平成2426年度に実施した科研基盤研究Cの研究課題の一環として基礎的なものはほぼ完成しており、これに本研究で得られた損傷モデルを組み込んで改良型評価ツールを開発する。とくに損傷モデルを構築する上で、非比例多軸繰返し負荷でのサイクル計数法や累積損傷評価法(最大累積損傷面の決定方法を含む)が重要な因子となる。
最適フレームレート推定に基づく動画メディアのための効率的な伝送制御法

動画像の毎秒当りの伝送ビットレートは,フレーム1枚当りの平均ビット量(BPF)と1秒当りのフレーム数(FPS)の積で与えられるため,伝送ビットレート一定の下では両者はトレードオフの関係にある.従って,限られた帯域の中で動画像を伝送する際にはFPSとBPFをバランス良く削減する必要があり,従来のように一方のみを優先した制御法と比較した場合,その主観評価値を大きく改善できる.研究代表者は過去にこの問題を積極的に考察し,与えられた動画像と伝送ビットレートに対して主観評価画質を最大化する最適FPSおよびBPFを推定する基礎的手法を提案してきた.本研究は,この手法を実際の動画像に適用するためのアルゴリズムを構築すると共に,実際の動画像符号化器(変換符号化器)として実装し,その評価を行うことを目的とする.まず,前述の最適FPS推定に関する基礎的手法は,単一シーンからなる1秒程度のフレーム列に対して有効であることは既に確認されている一方,実際の動画像は様々な動きやフレーム内アクティビティを持つ多くのシーンから構成されているため,当該手法を実動画像に適用するためには,時間的に変化する最適FPSの推定法やシーンの扱いなどに関する拡張が必要である.そこで,いくつかの試験画像を用いて主観評価実験を行い,当該手法の実画像への適用方法を検討した.また,対象動画像を定ビットレートで符号化するためのレート制御方法を検討し,FPSが時間的に変化する場合の定ビットレート制御アルゴリズムを構築した.さらに,得られたアルゴリズムをMPEG4規格に基づく動画像変換符号化器(トランスコーダ)として実装し,対象原MPEG4画像とビットレートが与えられた場合,動画像の瞬時的な特徴量を用いて最適FPSを推定し,その下でレート変換を行う変換符号化器を実装した.また,得られた変換符号化器を用いて種々の画像を符号化すると共に,主観評価実験によって従来の固定FPS方式と比較し,提案手法の有効性を確認した.動画像の毎秒当りの伝送ビットレートは,フレーム1枚当りの平均ビット量(BPF)と1秒当りのフレーム数(FPS)の積で与えられるため,伝送ビットレート一定の下では両者はトレードオフの関係にある.従って,限られた帯域の中で動画像を伝送する際にはFPSとBPFをバランス良く削減する必要があり,従来のように一方のみを優先した制御法と比較した場合,その主観評価値を大きく改善できる.研究代表者は過去にこの問題を積極的に考察し,与えられた動画像と伝送ビットレートに対して主観評価画質を最大化する最適FPSおよびBPFを推定する基礎的手法を提案してきた.本研究は,この手法を実際の動画像に適用するためのアルゴリズムを構築すると共に,実際の動画像符号化器(変換符号化器)として実装し,その評価を行うことを目的とする.まず,前述の最適FPS推定に関する基礎的手法は,単一シーンからなる1秒程度のフレーム列に対して有効であることは既に確認されている一方,実際の動画像は様々な動きやフレーム内アクティビティを持つ多くのシーンから構成されているため,当該手法を実動画像に適用するためには,時間的に変化する最適FPSの推定法やシーンの扱いなどに関する拡張が必要である.そこで,いくつかの試験画像を用いて主観評価実験を行い,当該手法の実画像への適用方法を検討した.また,対象動画像を定ビットレートで符号化するためのレート制御方法を検討し,FPSが時間的に変化する場合の定ビットレート制御アルゴリズムを構築した.さらに,得られたアルゴリズムをMPEG4規格に基づく動画像変換符号化器(トランスコーダ)として実装し,対象原MPEG4画像とビットレートが与えられた場合,動画像の瞬時的な特徴量を用いて最適FPSを推定し,その下でレート変換を行う変換符号化器を実装した.また,得られた変換符号化器を用いて種々の画像を符号化すると共に,主観評価実験によって従来の固定FPS方式と比較し,提案手法の有効性を確認した.本研究は,与えられた伝送レート制約の下で主観画質を最大化する「最適フレームレート推定法」を,実動画像に対して適用する手法を確立し,動画像を最適フレームレート下で符号化あるいは変換符号化(トランスコード)する具体的なアルゴリズムの開発を主たる目的とする.平成15年度は,(1)動きが非定常である動画像の主観評価値を最大とするフレームレート制御法の確立,(2)フレームレート可変の下で動画像を符号化・トランスコードする際のレート制御法の確立,の2点を研究目標とした.まず(1)については,動画フレームを一定数のフレーム群に分割し,そのフレーム群を単位に最適フレームレート推定と符号化を行う手法を検討した.推定されたフレームレートの変化点での違和感およびシーケンス全体の滑らかさ等を中心に主観評価を行ったところ,固定フレームレートに比べ主観評価値が改善されることを実際に確認した.また.フレーム単位に,その主観画質を最も大きく改善するフレームを順次挿入して行くフレームレート制御手法についても検討を行った.(2)については,動画像符号化の標準手法であるMPEG符号化法を対象として,最適フレームレート,すなわち可変フレームレート下で,与えられた伝送ビットレートを満足するレート制御手法を確立し,MPEG2によるトランスコーダおよびMPEG4によるエンコーダに実装した.簡易な主観評価実験を行った結果、固定フレームレートに基づく手法に比べ,特にシーケンス内の動きの変動が大きい画像に対して,大きな画質改善が図れることを確認した.特に,上記(1)については,従来では詳細に検討されていなかった,動画像中の動物体の移動速度と必要なフレームレートとの関係を,主観評価実験に基づいて導出し,フレーム単位でのフレームレート制御手法に対して明確な指針を与えることができた.

本研究は,与えられた伝送レート制約の下で主観画質を最大化する「最適フレームレート推定法」を,実動画像に適用する手法を確立し,動画像を最適フレームレート下で変換符号化(トランスコード)する具体的なアルゴリズムの開発を主たる目的とする.平成16年度は,(1)長時間のシーケンスに対して最適フレームレート推定手法を適用するためのアルゴリズムの確立,(2)MPEG4符号化器への実装,(3)主観評価実験に基づく提案手法の評価,の3項目を実施した.(1)については,原MPEG4符号化ビット列におけるGOV(Group Of Video object plane)を基本単位として,各GOVに対して複数の最適フレームレート侯補を推定し,GOVを複数結合すると共にこれらに共通するフレームレートを選択することで,トランスコード後の最適フレームレートを推定しながらGOVを構成する手法を確立した.(2)については,MPEG4デコーダとエンコーダ,特徴量の抽出アルゴリズム,最適フレームレート推定のアルゴリズム,および制御部を組み合わせ,与えられた原MPEG4符号化ビット列をデコードした後,特徴量の抽出とそれを用いた最適フレームレート推定およびGOV構成を行った後,MPEG4エンコーダによって再エンコードするアルゴリズムを実装した.さらに(3)については,提案するMPEG4トランスコーダを種々の試験画像に適用し与えられたビットレートの下でトランスコードを行った後,主観評価実験によってその画質を評価すると共に,同一ビットレートの定フレームレート動画像との比較を行った.その結果,提案手法は最大の主観画質を与える定フレームレート動画像とほぼ同等の画質を与えることが確認された.これより,提案手法は,最大主観画質を与えるフレームレートを自動的に推定可能であり,かつ定フレームレート動画像と比較して,時間と共にフレームレートを変化させることに伴う画質劣化がないという点で,非常に優れた手法であることが結論できる.
有機量子井戸構造の電子・光物性とEL素子応用に関する研究

有機電界発光(EL)素子は近年実用化に向け盛んに研究されてきている。また、化合物半導体においては量子井戸構造を用いた素子は実用化されるにいたり、従来のバルク構造にない特性が実現されている。本研究では、将来の発光表示素子への応用が期待できる色素分子を用いた有機物による量子井戸構造EL素子、積層構造EL素子について検討を行う。本年度は特に発光色可変素子を作製し、発光表示素子としての基礎的特性評価を行った。有機色素としては主としてアルミニュウムキノリン錯体(Alq_3)、シクロペンタジエン誘導体(PPCP)とジアミン誘導体(TPD)を用い、また高分子色素としてはポリ(9,9-ジヘキシルフルオレン)を用いた。多層膜積層構造の作製には有機分子線蒸着法により積層構造を形成した。作製された積層構造の電気的・光学的特性を評価し、さらにEL素子の基本特性を求めた。また発光色可変EL素子としての特性を評価した。その結果、2つの方法により発光色を変化させる事が可能となった。1つは印加電圧により発光色が変化する方法で、導電性高分子に色素分子を拡散させた有機EL素子、単一量子井戸を用いた有機EL素子において印加電圧に応じ発光色が連続的に可変となった。一方、積層構造素子において、複数の発光層とキャリアブロック層からなる素子を形成し、印加電界方向の反転によりキャリア注入領域を制御することにより発光色がスイッチング可能な有機EL素子を実現できた。また、発光層を形成している。分子の応答の違いからパルス電圧印加時には周波数の違いにより発光色を変化することが可能となった。これらの結果は、将来の発光表示素子への応用へ向けての基礎を築く事が出来た。