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家族ハーディネスの強化を志向した高次脳機能障害者の家族支援プログラムの開発

本研究の目的は、家族の内的強さである家族ハーディネスの強化を目指した、高次脳機能障害者と共に生きる家族に対する支援プログラムを開発することである。ピアサポートグループで行われている支援、高次脳機能障害者と共に生きる家族が受けた支援と望む支援、家族の支援にあたっている専門職者が行っている支援について、参加観察と面接調査により抽出し、高次脳機能障害者と共に生きる家族の家族ハーディネスの強化をもたらす支援を見出した。それをもとに、高次脳機能障害者の支援にあたる多職種が、家族の体験や家族ハーディネスの特徴を理解し、長期的に家族の内的強さを引き出し支えていけるような支援プログラムを作成した。本研究の目的は、家族の内的強さと耐性に起因した家族の回復因子である家族ハーディネス(Family Hardiness)の強化を目指した、高次脳機能障害者と共に生きる家族に対する支援プログラムを開発することである。平成26年度は、高次脳機能障害者と共に生きる家族が、回復期・維持期に受けた専門職者およびピアサポートグループによる家族支援の内容と効果、時期や職種による違いを明らかにするという研究目標に取り組んだ。高次脳機能障害者と共に生活している家族を対象とした面接調査を行い、家族が受けた支援の内容を抽出して家族ハーディネスの強化という視点から意味づけし、それらを「支援の時期」と「支援の効果」の2つの軸で整理することを想定し、まず効果的なデータ収集ができるように、先行研究の結果を基に受傷後の時期による家族ハーディネスの特徴について検討した。その結果、突然の受傷に伴う混乱状態のなかで家族生活を維持しながら我武者羅に乗り越えていく時期、高次脳機能障害になったという事実を受け入れ当事者を引き受ける覚悟を固める時期、高次脳機能障害の多彩な症状に翻弄されながら障害に立ち向かっていく時期、当事者の新たな居場所を求めて模索する時期、先が見えないなかで当事者に付き合い続ける時期、家族の安定を取り戻していく時期が考えられた。それらを基にインタビューガイドを作成した。また、ピアサポートグループの活動に参加し、ピアサポートグループにおいて専門職者や運営者がどのような支援を行っているか、それらがどのような点で家族の力になっているかを観察および聞き取りし、整理している。平成27年度は、平成26年度に引き続き、高次脳機能障害者と共に生きる家族が、回復期・維持期に受けた専門職者およびピアサポートグループによる家族支援の内容と効果、時期や職種による違いを明らかにするという研究目標に取り組んだ。ピアサポートグループの活動に参加し、専門職者や運営者が行っている支援について観察および聞き取り調査を実施した。その結果、不可解な当事者の体験を解説し伴走する姿勢を育む、当事者と家族の歩みの軌跡を伝え光を与える、困り事を引き出し立ち向かう術を伝授する、当事者の成長を言語化し力づける、安心して思いを吐露できる場をつくる、などの支援が見出された。家族は高次脳機能障害の症状により日常生活の様々な面で困難感を抱き、目に見えにくい障害ゆえに効果的な対処方法が見出せない中で、専門職者や運営者の経験に基づく支援により、当事者の視点から障害を理解し、膠着状態から抜け出すヒントを得ることができていた。また、将来が見通せず不安な中で、先達の体験や姿に触れることで安心感と希望を得ていた。さらに、体験を共有できるピアの存在と場があることで、ストレスを吐き出し、当事者と共に歩み続けるエネルギーを得ることができていた。ピアサポートグループでの支援に関する上記の知見を基に、さらに対象者の範囲を広げ、支援内容を具体的にするとともに、受傷後の時期ごとに支援内容を整理していくために、高次脳機能障害者と共に生活している家族を対象とした個別面接と、支援を行っている専門職者を対象とした個別面接を行うことにした。現在、そのデータ収集を進めているところである。平成26年度に引き続いてピアサポートグループでの参加観察および聞き取り調査によるデータ収集と分析を行うことを優先したため、家族および専門職者を対象とした個別面接の実施スケジュールが大幅に遅れた。平成28年度は、高次脳機能障害者と共に生きる家族の家族ハーディネスを強化するために必要な家族支援の内容と支援時期、職種ごとの支援の特徴を明らかにするために、高次脳機能障害者と共に生活している家族を対象とした個別面接と、支援を行っている専門職者を対象とした個別面接を行い、平成27年度にピアサポートグループの活動への参加を通して得た知見との統合を図っていった。家族は当事者の受傷後しばらくは、変化した当事者の姿に衝撃を受け、元に戻す方法を必死に模索する、当事者が示す記憶障害や脱抑制・遂行機能障害・社会的行動障害といった症状に振り回され、対応方法がわからず困惑する、今後どのようになるのか先行きが見えず不安に苛まれる、相談できる場所を見つけられず思い悩むといった体験をしていた。そして、家族会や支援者につながり他の家族の体験談や助言を得ることで、それが道しるべや光となり安心感につながっていた。一方で支援者は、受傷後早期から家族に当事者の病状や予後予測、高次脳機能障害への対応方法などを説明しており、それが家族に当事者の体験や回復の限界への理解を促し伴走する覚悟を育む、先の見通しをもたせ光を与えるなどにつながっていた。しかし、当事者を中心に置いた支援の中では、専門職者は数年後を予測し関わるがゆえに、家族の体験と専門職者の支援がかみ合わない部分もみられた。現在、これまで得た知見を基に、家族支援の内容とその目的を整理し、家族支援プログラム案を作成しているところである。今後、高次脳機能障害者の支援を行っている専門職者等からの評価を得て洗練化していく予定である。

家族から得たデータと専門職者から得たデータの統合を図り、家族支援プログラム案を作成しようとしたが、両者の視点が異なり統合が難しかったことや、専門職者の支援においては当事者への支援が優先される中で家族に焦点を当てた支援が十分に抽出できなかったことから、時間を要しスケジュールが大幅に遅れた。平成29年度は、家族ハーディネスの強化を目指した、高次脳機能障害者と共に生きる家族に対する支援プログラム案の作成と洗練化に取り組んだ。これまでに得たデータでは、専門職者が行っている支援について、当事者を中心に置いた支援が多く、家族の体験と専門職者の支援がかみ合わない部分があったため、専門職者から家族を中心に置いた支援について追加でデータ収集した。それにより、障害の影響の中で安全・安定を守る支援、障害に向かう体勢と力を養う支援、回復に向けて進む力を後押しする支援、家族と当事者の二人三脚を促進する支援、持ち堪えるエネルギーを保持する支援、周囲に支えをつくり出す支援などを行っていることが明らかになった。これらをここまでに得た知見と統合し、支援プログラム案を作成した。支援プログラム案では、高次脳機能障害者と共に生きる家族の当事者受傷後からの体験の特徴、家族ハーディネス(Family Hardiness)とは何か、高次脳機能障害者とと共に生きる家族の家族ハーディネスの特徴、家族ハーディネスの強化をもたらす専門職者の支援などについて整理したものを提示した。そして、作成した原案について、高次脳機能障害者の支援を行っている専門職者、および高次脳機能障害者と共に生活している家族に見てもらい、意見を得た。内容としては概ね適切であるとの評価を得たが、表現としてわかりにくい部分や修正意見などがあった。現在、修正を加えて洗練化しているところである。本研究の目的は、家族の内的強さである家族ハーディネスの強化を目指した、高次脳機能障害者と共に生きる家族に対する支援プログラムを開発することである。ピアサポートグループで行われている支援、高次脳機能障害者と共に生きる家族が受けた支援と望む支援、家族の支援にあたっている専門職者が行っている支援について、参加観察と面接調査により抽出し、高次脳機能障害者と共に生きる家族の家族ハーディネスの強化をもたらす支援を見出した。それをもとに、高次脳機能障害者の支援にあたる多職種が、家族の体験や家族ハーディネスの特徴を理解し、長期的に家族の内的強さを引き出し支えていけるような支援プログラムを作成した。当初はすぐにデータ収集に入る予定であったが、数年から十数年の長期に亘る療養生活全般における支援を引き出していくことになるため、データ収集の時点から家族ハーディネスの強化につながる支援に焦点を当てることができるように、データ収集前の準備に時間を割いた。家族を対象としたデータ収集を始めてはいるが、本格的な分析はこれからである。また、専門職およびピアサポートグループの運営者・支援者からのデータ収集もこれからである。今後は、家族および専門職者を対象とした個別面接によるデータ収集と分析を継続して進める。
格子場の理論における時空対称性の実現

当該年度は以下の研究を行った:(1)グラディエント・フローとWilson流のくりこみ群との関連を議論した研究。特に、非自明な固定点を持つ模型においてグラディエント・フローにより非摂動論的に定義される結合定数から、対応するくりこみ群の流れを導いた。(2)グラディエント・フローで構成したエネルギー運動量テンソルから、重力場中のカイラルアノマリーを計算する研究。ここでは、正しい結果を得るため並進Ward-高橋関係式を回復する局所相殺項を付け加える必要かあり、この点を解消するのは今後の課題である。(3) 2次元のN=2 Wess-Zumino模型の低エネルギー極限が超共形場理論になっているか(いわゆるランダウーギンツブルグ記述)を数値シミュレーションにより検証する研究。(4) 4次元N=2超対称Yang-Mills理論における超対称カレントのグラディエント・フローを用いた普遍的表式。この理論はSeiberg-Witten理論の文脈で大きな関心を持たれるものであり、我々の表式は将来この理論の格子シミュレーションが行われる際に、超対称性を回復するパラメター調整において有用になると考えている。(5)グラディエント・フローを用いたエネルギー運動量テンソルの普遍的表式における2ループ補正の影響の研究。これは最近Harlander達によって与えられた2ループの係数の影響を、クエンチQCDの格子シミュレーションを用いて検証する研究である。予想されるように、2ループの係数の使用は、系統誤差を一般に小さく抑えることを確認した。(6)グラディエント・フローとWilson流のくりこみ群との関連を一般のスカラー場理論で議論した研究。これは(1)と類似であるが、より踏み込んで両者の場の変数の間に直接関係を付けようというものである。これら以外にも有限温度量子色力学における格子シミュレーションを行った。上記、研究実績で詳しく述べたように、当該研究課題に関する研究を精力的に行い多くの研究論文を発表することができた。当初の研究計画の路線に沿った形で実質的な進展を得ることができたと考えている。基本的な方策に変更はない。具体的には、まず数値的研究として、有限温度量子色力学における各種物理量の決定に向けた研究に精力的に取り組む。具体的には、グラディエント・フローによるエネルギー運動量テンソルの構成を用いた状態方程式や粘性係数の測定である。これまでWHOT Collaborationとの共同研究により、いくつかの温度点に対して、物理的質量のクォークの場合と多少重いクォークの両者に対して測定を行ってきており、まずまずの結果を得ている。ただしこれらはほぼ単一の格子間隔に対してのもので、物理量の真の値を得るには、連続極限をとるためにさらに多くのパラメターでの配位生成が必要である。これを手に入る計算リソースの許す範囲で精力的に行う。理論的な研究としては、グラディエント・フローによるエネルギー運動量テンソルの普遍的表式の位置が他の演算子の位置と一致した際の並進Ward-高橋恒等式の破れをどう解決するかという問題がある。これを解消するには、エネルギー運動量テンソルが含む場の運動方程式に比例した項の不定性を用いるのが自然と期待されるが、この予想を検証し、補正項の具体的な表式を得ることを目指す。別の理論的研究としては、グラディエント・フローに基づくエネルギー運動量テンソルの普遍的表式のフロー時間ゼロでの漸近形の研究がある。これは、表式の応用上極めて重要な研究である。また別の理論的研究としては、グラディエント・フローとWilson流くりこみ群との関係の明確化が挙げられる。関連して、3次元スカラー場理論におけるエネルギー運動量テンソルのグラディエント・フローによる普遍的表式から、Wislon-Fisher固定点における臨界指数の決定を行う可能性を考察する。こうした様々なテーマを数値的・解析的に研究することで、格子場の理論における時空対称性の実現に対してさらなる知見を得る。格子場の理論における時空対称性の実現という研究テーマに対して、当該年度は以下の研究を行った。(1)多フレーバーのゲージ理論のうちある種のものは、低エネルギーにおいて共形対称性を獲得し、共形場の理論になると考えられている。この現象は純粋に非摂動論的なものなので、格子ゲージ理論による多くの研究が存在する。特に現象論への応用としてはフェルミオンの質量項の異常次元に関心がある。しかしながら、格子ゲージ理論は有限体積であるため共形対称性を厳密には保てず、この影響として異常次元の測定は大変難しい問題である。ここでは、この問題への全く異なった角度からのアプローチとして、近年注目を集めている共形ブートストラップ法と格子ゲージ理論の結果を組み合わせることで異常次元に対する厳密な上限を求める研究を行った。(2)グラディエントフローを用いた手法に関する理論的および実験的研究。具体的には、ゲージ理論のグラディエントフローで与えられる相関関数の繰り込み可能性の証明、フェルミオン双二次演算子のグラディエントフローによる表示の導出、グラディエントフローによって定義されるエネルギー運動量テンソルを用いた、SU(3)ゲージ理論および(2+1)フレーバーQCDの状態方程式の測定、グラディエントフローを用いたカイラル凝縮の測定、グラディエントフローを用いたトポロジカル感受率の測定、4次元N=1超対称ヤン-ミルズ理論における超対称カレントのグラディエントフローによる表示の導出を行った。

(3)これらの研究以外に、カイラルゲージ理論に対するの新しい格子定式化の持つアノマリーに関する理論的現象論的研究、スケール不変性の自発的破れに伴って現れる南部-ゴールドストーン粒子の質量公式に関する研究、などを行った。上記、研究実績で詳しく述べたように、当該研究課題に関する研究を精力的に行い多くの研究論文を発表することができた。当初の研究計画の路線に沿った形で本質的な進展を得ることができたと考えている。格子場の理論における時空対称性の実現という研究テーマに対して、当該年度は以下の研究を行った。(1) 2+1フレーバーQCDの状態方程式。これは、グラディエント・フローを用いたエネルギー運動量テンソルの表式の有限温度期待値を格子シミュレーションにより測定したものである。現時点では、残念ながら、格子間隔が0.07fmと一種類であり、pi-rho mass ratioも0.63という多少重いクォークの場合に限られているが、先行研究の結果とconsistentかつ誤差の小さい大変promisingな結果が得られた。(2) SU(3) Yang-Mills理論の相転移温度での潜熱の測定。これもグラディエント・フローを用いたエネルギー運動量テンソルの表式の有限温度期待値を格子シミュレーションにより測定して得られたものである。(3) 4次元N=1超対称Yang-Mills理論における超対称カレントのグラディエント・フローを用いた普遍的表式。これは、これまで我々が開発してきたグラディエント・フローに基づいた複合演算子の正則化によらない普遍的表式の方法論を、4次元N=1超対称Yang-Mills理論における超対称カレントに適用したものである。これは、今後、4次元N=1超対称Yang-Mills理論の格子シミュレーションにおいて超対称Ward-高橋恒等式を回復するパラメターの調整において有用になると考えている。(4)グラディエント・フローを用いたカイラルなゲージ理論の格子定式化の詳細な解析。これは、GrabowskaとKaplanによって提唱されたグラディエント・フローを用いたカイラルなゲージ理論の格子定式化が当初想定されていた性質をもっているかどうかを批判的に解析したものである。これら以外にも、エネルギー運動量テンソルの2点相関関数を格子シミュレーションにより測定するという研究も行った。当初の研究計画の路線に沿った形で実質的な進展を得ることができたと考えている。当該年度は以下の研究を行った:(1)グラディエント・フローとWilson流のくりこみ群との関連を議論した研究。特に、非自明な固定点を持つ模型においてグラディエント・フローにより非摂動論的に定義される結合定数から、対応するくりこみ群の流れを導いた。(2)グラディエント・フローで構成したエネルギー運動量テンソルから、重力場中のカイラルアノマリーを計算する研究。ここでは、正しい結果を得るため並進Ward-高橋関係式を回復する局所相殺項を付け加える必要かあり、この点を解消するのは今後の課題である。
辺縁性歯周炎における歯根膜靭帯の破壊機序の解明に関する実験病理学的研究

内毒素(LPS)による歯周組織特に歯周靭帯破壊機序を明らかにする目的で、今回実験(1)として、ラット歯根膜由来培養線維芽細胞株を樹立し、内毒素(LPS)による歯根膜線維芽細胞のコラーゲン原線維貪食能亢進作用を、in vitro実験系にて検討することを試みた。ラット臼歯歯根膜部より10種類に及ぶ歯根膜由来培養細胞株を樹立する事に成功した。これらの細胞は多角形、単紡鍾形、紡鍾形をなし、敷石状、シート状、束状に増殖し、歯根膜組織線維芽細胞の特徴であるアルカリファオスファターゼ陽性を示し、アリザリン陽性反応により石灰化能を示した。免疫組織化学染色により、ビメンチン、I型コラーゲンに陽性を示した。また、内皮細胞やマクロファージのマーカーであるOX-43抗体やケラチン、オステオカルシン等にも一部弱陽性を示した。これらの培養細胞を市販の3次元培養用牛コラーゲンゲル中で立体培養し電顕観察することにより、コラーゲン原線維貪食作用を検討したが、当初予測した様な良い結果が得られなかった。細胞内に取り込まれたコラーゲンを免疫染色で検出する方法を試みたが、この方法も細胞自体が産生した細胞内コラーゲンと外から取り込んだコラーゲンを形態学的に区別する良い方法が見つからずうまくゆかなかった。一方、実験(2)として、ラット臼歯歯肉溝よりLPSを局所投与し、同部に生じる歯周靭帯の断裂破壊に関与すると考えられるマクロファージ系細胞の出現状況の経時的な変化を、免疫組織化学的手法により検索することを試みた。その結果、LPS投与により辺縁歯周組織には血球単球由来のED1陽性組織常在マクロファージが増加することが明らかになり、これらのマクロファージがIL-1βを産生し、同部の組織破壊に関与する可能性が示された。又、これらの細胞は、Ia陽性を示す抗原提示細胞となり同部の免疫応答能の亢進に寄与する可能性が示された。辺縁性歯周炎による歯周組織破壊機序解明の為の研究の一端として、内毒素による歯根膜線維芽細胞のコラーゲン原線維貧食能亢進作用を、ラット歯根膜由来培養線維芽細胞株を用いたin vitroの実験系にて、光顕・電顕的観察を始め、免疫組織化学、組織化学、画像解析装置による形態計測法などにより総合的に究明を試みつつある。まず、顎骨により抜去したラット臼歯歯根部より、おもに3種類の歯根膜由来継代可能な培養細胞株を得た。これらの細胞は短紡錘形ないし多角形をし、その多くがアルカリホスファターゼ陽性を示すと共に、免疫組織学的にビメンチン、ケラチン、オステオカルシンに陽性を示し、また、アリザリンレッドS染色により石灰化能を有することなどを明らかにし、本培養細胞が歯根膜線維芽細胞に特徴的な性状を有していることを証明した。また、ラット臼歯部より継代可能な歯肉由来線維芽細胞株の樹立を行い、これらの細胞がアルカリホスファターゼに陰性で、歯根膜由来培養細胞とは異なる性状を有することを見いだした。また、上記培養細胞を市販の3次元培養用件コラーゲンゲル中で立体培養し、電顕観察し、これら細胞によるコラーゲン原線維貧食像を観察した。しかしながら、本方法では培養線維芽

細胞内に取り込まれるコラーゲン量が当初予測したほど著名ではなく、in vivoラットの尾部より採取し調製した生のコラーゲン線維束の利用や培養条件や方法の改良などを検討中である。また、購入後一部改良を加えていた画像処理装置のシステムソフトの使用が可能になり、電顕写真を用いた線維芽細胞によるコラーゲン原線維貧食能の測定および分析方法の確立を試みつつある。これら細胞のコラーゲン、コラゲナーゼ、lL1等の産生能についてさらに検討するとともに、本来の目的である、同培養系を用いたコラーゲン原線維の取り込みに及ぼす内毒素の影響についての検討に早急にとりかかるつもりである。辺縁性歯周炎における歯周組織破壊機序解明の為の研究の一端として、歯根膜線維の破壊機序を中心に検討を試みつつある。内毒素投与により惹起されるラット臼歯部の実験的歯周炎組織やラット歯根膜由来培養線維芽細胞株を用いたin vitro実験系を用いて歯根膜線維芽細胞によるコラーゲン原線維貧食作用を主な指標に形態学的観察、免疫組織化学、組織化学、画像解析装置による形態計測法などによる検索を行っている。これまでの研究でin vivoにおいて内毒素が歯根膜線維芽細胞のコラーゲン原線維の貧食能を亢進することがほぼあきらかにされた。現在、ラット歯根膜由来培養線維芽細胞株を用いたin vitroの実験系にて、線維芽細胞によるコラーゲン原線維の貧食作用や内毒素によるその亢進機序について検討中である。これらの培養細胞株はその多くがアルカリホスファターゼ陽性所見やアリザリンレッドS染色陽性所見など歯根膜線維芽細胞に特徴的な性状を示していた。しかしながら、継代を重ねるにつれ、突然死滅したリアルカリホスファターゼ活性の著明な消失を示すものが出現することがわかり、使用する細胞の継代数の検討や新たな株細胞の樹立を行い再度検討中である。また、これら細胞によるコラーゲン原線維貧職作用の検討に関しても市販の3次元培養用牛コラーゲンゲルを用いた場合、培養線維芽細胞内に取り込まれるコラーゲン量が当初予測したほど著明で無いことが判明し、より効率的な方法をもとめ、in vivoラットの尾部より採取し調製した生のコラーゲン線維束の利用やコラーゲンでコートしたラッテックスビーズを用いた取り込み測定などを検討中である。一方、内毒素投与によりラット臼歯部歯肉および歯根膜にED1、ED2、Iaなどの単球、マクロファージ系細胞マーカー陽性細胞が歯根膜組織の破壊に相応して経時的に出現する事を見いだし学会にて発表した。また、マウスを用いLPS投与による辺縁歯周組織におけるIL-1βとIL-6の発現が辺縁歯周組織の炎症性諸変化および骨吸収現象に関連することを見いだし学会にて発表した。我々はこれまで,主として形態学的な面から,実験病理学的に,辺縁性歯周炎の際に生じる歯槽骨吸収や歯根膜線維破壊など歯周組織の破壊機序の解明を試みてきた。本研究の一環として今回、内毒素(LPS)による歯根膜線維芽細胞のコラーゲン原線維貪食能亢進作用を、ラット歯根膜由来培養線維芽細胞株を用いたin vitro実験系にて検討することを試みた。まず、顎骨より抜去したラット臼歯歯根膜部より継代可能な歯根膜由来培養細胞株の樹立方法の確立を試みた。その結果初めに3種類今年度10種類の歯根膜由来培養細胞株を樹立した。これらの細胞は短紡錘形ないし多角形をし、その多くがアルカリホスファターゼ反応陽性や、石灰化能など歯根膜線維芽細胞に特徴的な性状を示した。これらの培養細胞をコラーゲンゲル中で立体培養する事によりコラーゲン原線維貪食作用を検討した。
生体組織の音響特性変化と超音波画像の関係の解明

超音波診断装置で得られる臨床診断画像において,定量診断を行う際に安定な結果を得られるようなデータ収集および処理パラメータの最適化を行った。特に,初期段階のびまん性肝病変では,線維化した組織の構造が十分発達していないため,2次元断面の画像のみではその情報が十分に描出されず,安定した解析が困難となることを考慮した。はじめに,初期病変においても安定した精度を出すために,超音波診断装置で連続的に収集できる3次元データを用いることを考案した。その際,生体内に入射する音波(ビーム)の特性によって,3次元方向の分解能がそれぞれ異なり,特にスライス方向へのデータ重畳が激しいことから,それらを軽減するためのフィルタ処理を施すことを提案し,モデル実験によって検証を行った。また,生体中の散乱体密度とエコー信号の関係に着目し,解析時における関心領域の設定法や,複数の判定法の組み合わせなどについての検討を行った。さらに,生体組織の音響特性を高速かつ高密度に計測するためのシステムを再構築し,複数の剖検肝試料について計測を行った。その結果,従来の4倍の速度で広範囲の計測が可能となり,計測環境の変化などによる精度低下を低減することができた。このように,生体内の観察におけるデータ取得法(臨床)および生体試料の計測法(物性)の両者について精度を向上させたことにより,生体組織の固有の音響特性とエコー信号との関係をより詳細に結びつけることが可能となった。超音波断層装置を用いた医用診断は大きな成果をあげ,超音波診断装置は非常に普及してきた。しかし,断層画像を用いた診断には医師の経験や熟練を必要とする。生体の音響特性を利用し定量的な診断情報を得ようとする試みも行われてはいるが,生体組織の大きな特徴である不均一な構造は十分に考慮されておらず,有用な定量診断情報は得られていない。本研究では,超音波診断装置の大きな特徴であるリアルタイム性を最大限利用した実用的な定量診断システムを構築するために,主に剖検肝試料を用いて生体組織の音響特性の変化が超音波画像にどのような影響を与えるのかを,定量的に解明することを目的としている。まず,ホルマリン固定した肝臓の一部を水槽中に固定し,精密移動テーブルに取り付けた探触子を肝臓の厚み方向にスライドさせ,RFエコー信号を連続的に収集した。計測を行った生体組織は,1mm程度の間隔で数十枚の病理写真を作成した。病理組織は線維染色され,線維組織が選択的に染められており,この色情報から,線維組織のみを抽出した。一方,水槽において超音波診断装置を用いて得られた3次元超音波データは,われわれが提案する線維抽出処理(FSET)により解析した。多数の散乱体がランダムで密に存在している正常肝からのエコー信号の振幅確率密度分布は,レイリー分布で近似できるが,本処理は,肝炎や肝硬変など線維化した組織からのエコー信号の振幅分布特性はレイリー分布から逸脱するのを利用し,線維組織を抽出している。本定量化手法による線維構造と実際の線維組織は,重度の肝硬変試料ではよく一致していた。しかし,線維化の軽度な試料では,3次元的なつながりを考慮した処理方法を開発する必要があり,今後検討する予定である。

さらに,生体組織の音響特性を高速かつ高密度に計測するためのシステムを再構築し,複数の剖検肝試料について計測を行った。その結果,従来の4倍の速度で広範囲の計測が可能となり,計測環境の変化などによる精度低下を低減することができた。このように,生体内の観察におけるデータ取得法(臨床)および生体試料の計測法(物性)の両者について精度を向上させたことにより,生体組織の固有の音響特性とエコー信号との関係をより詳細に結びつけることが可能となった。
小型マイクロビーム装置における負イオン源に関する研究

水素イオンマイクロビームはその直進性を利用した直接描画技術であるPBW(Proton Beam Writing)による三次元微細加工への応用が切望されている。本研究の全体構想は、PBW技術の普及を目的として、ビームの加速・集束を同時に行う加速レンズによって、三次元微細加工用MeV級小型イオンマイクロビーム装置を開発することである。その中で、現在使用している正水素イオンビームのエネルギー幅の大きさが色収差に寄与しており、ビーム集束の妨げとなっている。本研究では、実証機である300keV小型イオンマイクロビーム装置を用いて、色収差を低減してビーム径を縮小化することを目的とし、正水素イオンよりもエネルギー幅の小さい負水素イオンのマイクロビームを形成する。平成30年度は、前年度から継続して、負イオン加速用実験体系を用いたビーム加速実験を行った。前年度に得られたビーム電流は数pA程度と小さかったが、本装置搭載のデュオプラズマトロンイオン源では、プラズマの中心軸の少し外側付近に比較的多くの負イオンが存在していると予想された。そこで、イオン源からのビーム引き出し穴の位置とプラズマ中心軸を偏心させて負イオンビーム発生を行った。その結果、偏心前と比べて最大6倍程度ビーム電流が増大した。これにより、PBWによる微細加工に要求される10pA以上の電流値を達成したことから、本装置による負水素イオンのマイクロビーム化及びその利用を実現できる見通しを得た。水素イオンマイクロビームはその直進性を利用した直接描画(PBW: Proton Beam Writing)による三次元微細加工への応用が切望されている。その中で、現在使用している正水素イオンビームのエネルギー幅の大きさが色収差に寄与しておりビーム集束の妨げとなっている。本研究では、実証機である300keV小型イオンマイクロビーム装置を用いて、色収差を低減してビーム径を縮小化することを目的とし、正水素イオンよりもエネルギー幅の小さい負水素イオン源を開発して負水素イオンのマイクロビームを形成する。初年度である平成27年度は交付内定が10月に出たことから当初計画より進みに半年間の遅れが生じたため、物品の購入等は次年度に繰り越し、今年度中に出来ることとして実験体系等を考案した。具体的には、デュオプラズマトロンイオン源内に生成する負イオン源の分布を調べるためにプラズマの中心軸とアノード電極の中心をずらす方法として、中間電極をほんのわずかに傾けて設置することによりプラズマの生成場所を少し横にシフトすることが可能であると考えた。この実験については、平成28年度に負イオン加速用電源を購入した後に実施する予定である。当初計画では、負イオン源開発に必要な物品、特に負イオン加速用高圧電源の購入を平成27年度中に行う予定であった。しかし、本科研費の交付内定が10月に出たことにより、開始が半年間遅れてしまったため、物品等の購入を平成28年度に繰り越す必要が生じた。平成28年度では早急に物品等の購入を行い、負イオン加速実験を行う予定である。水素イオンマイクロビームはその直進性を利用した直接描画技術proton beam writing(PBW)による三次元微細加工への応用が切望されている。平成28年度は、まず、高電圧電源体系を従来の正イオン用から負イオン用に再構築した。その中で、本研究費により負イオン加速用の高電圧電源を購入した。また、300keV小型イオンマイクロビーム装置の最終段の加速レンズは正イオン加速用のため、負イオン加速のために極性が逆の電圧を印加すると放電耐性が弱くなることが考えられた。そこで、最終段加速レンズの負イオン加速電圧耐性を試験した結果、125kVを印加できることがわかった。これまでの正イオンマイクロビーム形成時の電圧は120kV程度であることから、本レンズ系が負イオンマイクロビーム形成に十分な放電耐性を有していることが確認できた。以上により、次年度の負イオンマイクロビーム形成の見通しが得られた。当初計画にあった負イオンマイクロビームの形成には至っていない。これは昨年度の本研究費の交付内定が半年間遅れて始まったことにより、昨年度末の時点で半年分の遅れが生じたためである。しかしながら、実験体系は既に完成しており、次年度早々にビーム形成実験を開始することが可能である。

その中で、現在使用している正水素イオンビームのエネルギー幅の大きさが色収差に寄与しており、ビーム集束の妨げとなっている。本研究では、実証機である300keV小型イオンマイクロビーム装置を用いて、色収差を低減してビーム径を縮小化することを目的とし、正水素イオンよりもエネルギー幅の小さい負水素イオンのマイクロビームを形成する。平成29年度は、前年度に構築及び耐電圧試験を行った負イオン加速用実験体系を用いて、デュオプラズマトロンイオン源から引き出した負水素イオン及び電子の混合ビーム加速実験を行った。その結果、トータル100kVの加速電圧でレンズ系出口までビームを導くことができ、ファラデーカップでpAオーダーのビーム電流値を計測した。このビーム電流値は非常に不安定であったが、これまで本装置を開発してきた経験上、今後ビーム加速試験を数ヶ月間継続的に行うことでレンズ系内部の状態が安定化し、ビーム電流値も安定化することが予想された。本研究の申請時当初の計画では今年度が最終年度であったが、本研究費の交付内定が6ヶ月遅れたことに加えて、今年度内に7ヶ月間に渡って研究代表者が企画部署に移って研究遂行が困難になり、当初計画と比べて合計13ヶ月の研究期間の不足が生じたことから、一年間の期間延長により本研究を遂行する。本研究課題申請時の当初想定期間は平成27年4月同30年3月の3年間であったが、本研究費の交付が平成27年10月となったことから6ヶ月間の期間不足が生じた。さらに、平成29年6月から12月までの7ヶ月間、企画部署への一時的な異動による多忙のため、本研究の遂行が困難となった。以上のことから、合計13ヶ月間の期間不足が生じたため、1年間の期間延長によって本研究を遂行する。水素イオンマイクロビームはその直進性を利用した直接描画技術であるPBW(Proton Beam Writing)による三次元微細加工への応用が切望されている。本研究の全体構想は、PBW技術の普及を目的として、ビームの加速・集束を同時に行う加速レンズによって、三次元微細加工用MeV級小型イオンマイクロビーム装置を開発することである。平成30年度は、前年度から継続して、負イオン加速用実験体系を用いたビーム加速実験を行った。前年度に得られたビーム電流は数pA程度と小さかったが、本装置搭載のデュオプラズマトロンイオン源では、プラズマの中心軸の少し外側付近に比較的多くの負イオンが存在していると予想された。そこで、イオン源からのビーム引き出し穴の位置とプラズマ中心軸を偏心させて負イオンビーム発生を行った。その結果、偏心前と比べて最大6倍程度ビーム電流が増大した。これにより、PBWによる微細加工に要求される10pA以上の電流値を達成したことから、本装置による負水素イオンのマイクロビーム化及びその利用を実現できる見通しを得た。
悪性腫瘍の遺伝子治療に関する基礎的研究:FGF遺伝子の発現調節機構の解明

線維芽細胞成長因子(fibroblast growth factor : FGF)遺伝子のラットゲノム・DNA分子構造を追求し、acidic FGF (aFGF)とbasicFGF (bFGF)遺伝子とを含むそれぞれ120kb以上のゲノム・DNAをクローニングした。獲得したDNA断片を用いて、その塩基配列やゲノムDNAの解析を行い、ラットFGF遺伝子の発現制御に関わる知見を得た。1、5プライムのrepetitive sepuence (B-1,LINE)2、5プライムの進化的に保存されている4つのsepuence4、3プライムのantisense transcript geneである。bFGF遺伝子の発現制御では、これら4つの構造が遺伝子発現調節に関与していると推定された。aFGF遺伝子では、これら4つはそれぞれにTranscription initiationがあり、alternative splicingによってcoding exonと連なり、遺伝子発現すると考えられた。それぞれの上流領域について解析中である。
国際競技力向上を目指した一流競泳選手における医科学的研究

本研究の目的は、一流競泳選手のパフォーマンスを決定する要因の解明、およびその競技力を向上させる新たなトレーニング法を開発することであった。その結果、一流競泳選手のパフォーマンスは、生理(体力)的要因より、むしろ推進パワーや抵抗、推進効率といった力学(技術)的要因の方が深く関与していることが明らかとなった。また、本研究で開発された高強度スプリントトレーニング、およびpush-offトレーニングは、無酸素性エネルギー供給能力、および最大推進パワーを効果的に向上させ、泳成績の改善に有効であることが証明された。【目的】本研究の目的は一流競泳選手の生理学的および力学的指標を定量し、それらと各距離種目の泳成績との関連性について明らかにすることであった。【方法】被検者はインカレ優勝校に属する女子競泳選手14名であり、うち6名はオリンピックを含む国際大会出場経験のある選手であった。本実験では、生理学的指標として最大酸素摂取量、最大血中乳酸濃度、V@OBLAが、力学的指標としては抵抗係数、指数、最大推進パワー、推進効率が計測された。これらの測定値と50m、100m、200m、400mの泳成績との関係を検討した。【結果及び考察】生理学的指標の中で最大酸素摂取量や最大血中乳酸濃度については泳記録との間に有意な相関関係は認められず、V@OBLAのみ200m、400mと正の相関が認められた。しかしながら、これは乳酸除去能力の差異に起因しているというよりは、泳技術を反映したスイミングエコノミーの差異に起因していると考えられた。一方、力学的指標との関係を見ると、最大推進パワーと50m、100mとの間に正の相関が、さらに抵抗係数と50mとの間に正の相関、400mとの間に負の相関が認められた。また、推進効率については、短距離選手よりも長距離選手において高い傾向が認められた。以上のことより、高いパフォーマンスを求めるためには、エネルギー供給能力が高いことに越したことはないが、一流選手の泳成績には必ずしもエネルギー供給能力が関係しているわけではなく、短距離種目ではより大きな推進パワーを発揮するための大きな体格が、長距離種目では低い乳酸蓄積と、抵抗係数を小さくし、高い推進効率を産み出す泳技術がより重要な要因となることが示唆された。【目的】本年度の研究目的は、昨年度の結果より、競泳パフォーマンスと関連の深かった体力要因のなかで、無酸素性エネルギー供給能力および最大推進パワーに焦点を当て、それらを向上させる特異的トレーニングを施し、その効果と泳パフォーマンスとの関連性について明らかにすることであった。【方法】被検者は、国際大会あるいは日本選手権等に出場経験のある一流競泳選手14名(男子8名、女子6名)とした。トレーニングは流水プールにおいて、週5日の頻度で4週間行われた。被検者は、10秒程度で疲労困憊に至る流速(250%VO_2max程度)で、5秒の運動を10秒の休息を挟みながら5回繰り返す間欠的スプリント運動を、20分の休憩を挟んで1日に2回行った。トレーニング前後に、最大酸素摂取量、最大酸素借、抵抗指標、最大推進パワー、50m、100m泳パフォーマンスが測定され、効果が評価された。【結果及び考察】4週間のトレーニング後、最大酸素摂取量は5%の増加(P<0.05)、最大酸素借は20%の増加(P<0.01)が認められ、その増加はいずれも統計上有意であった。各被検者の泳速-抵抗関係より得られた抵抗係数と抵抗指数は、どちらも変化が認められず、抵抗減少に関する泳技術の改善は認められなかった。しかしながら、最大推進パワーについては10%の増加が認められた(Pく0.01)。50m、100m泳記録については、両種目ともに被検者全員に記録の向上が認められた(P<0.01)。以上の結果より、本実験で用いられた流水プールにおけるスプリントトレーニングは、抵抗を軽減させるような泳技術については特に変化をもたらさないものの、スプリントパフォーマンスと関与の深い無酸素性エネルギー供給能力、および最大推進パワーを大幅に向上させることに有効であり、一流選手においても泳パフォーマンスを効果的に改善させ得ることが示唆された。【目的】本年度の研究目的は、過去の結果より、競泳パフォーマンスと関連の深かった技術要因のなかで、推進効率、泳速-抵抗関係、および最大推進パワーの向上を目標とした特異的トレーニングを施し、各指標への効果、および泳パフォーマンス向上との関連について明らかにすることであった。【方法】被検者は、日本選手権、日本学生選手権等に出場経験のある良く鍛錬された男子競泳選手8名とした。被検者は、抵抗測定装置(水中に設置された固定パッドを押しながら泳ぐシステム)を用いたpush-offトレーニング(25mの全力push-off泳を2分間隔で10本)を、週3日の頻度で4週間行った。

トレーニング前後に、最大酸素摂取量、推進効率、抵抗指標、最大推進パワー、50m、100m泳パフォーマンスが測定され、効果が評価された。【結果及び考察】4週間のトレーニング後、最大酸素摂取量には有意な変化は認められなかった。また、各被検者の泳速-抵抗関係より得られた抵抗係数と抵抗指数、および推進効率においても、全て有意な変化は認められず、抵抗減少に関する泳技術、あるいは水に無駄なエネルギーを失わずに泳ぐ泳技術の改善は認められなかった。一方、最大推進パワーは14%増加しており(P<0.01)、これは最大推進力(P<0.05)および最大泳速(P<0.01)の両方の向上によって達成されていた。50m、100m泳記録については、両種目ともに被検者全員に記録の向上が認められた(P<0.01)。以上の結果より、本実験で用いられたpush-offトレーニングは、抵抗軽減、効率よく泳ぐといった技術的改善については変化をもたらさないものの、スプリントパフォーマンスと関与の深い最大推進パワーを効果的に向上させ、泳パフォーマンスの向上に寄与できることが示唆された。
人工知能が社会に進出することにより、人工知能が実世界と密接に関わる状況が出現してきた。しかし、技術の急速な進歩に対応して、新しい法律が次々に作られると考えられるため、新しい法律を迅速に人工知能に実装する必要がある。このため、新しい法律について、自然言語処理を用いて要件を自動的に分節化し、その要件を用い、法律の条文を我々が開発してきた法律知識記述言語PROLEGで実装することでこの問題を解決する。さらに、人工知能の仕様自体もPROLEG化して、今まで研究してきた矛盾検出および修正機構を拡張することで、人工知能自体が自律的に法律を遵守するように自らの行為を変化させる機構を構築する。
超軌道再突入に対する非平衡空気力学

1.超軌道再突入カプセルの非平衡衝撃層の構造解明地球引力圏外から地球大気圏へ超軌道速度で帰還する宇宙飛行体周りの高温熱化学的非平衡衝撃層の構造をVSL法(Viscous Shock Layer法)により数値解析を行い壁面熱流束を算出した。さらに輻射熱流束とそのスペクトルを求めたところ、紫外、真空紫外領域に非常に強い輻射があり、それらはN, O, N^+の線スペクトルであることが判明した。2.アブレーション冷却アブレーション冷却を含めたVSL解析を行い、アブレーション冷却が有効に作用するカプセル表面温度の範囲を明らかにした。アブレーションガスの輻射スペクトルを調べ、Cスワンバンドのスペクトルが検出されることが予測できた。3.超軌道再突入体に生じる強い衝撃波構造の解明一次元イメージング分光法と定点瞬間分光法を発展させ、衝撃波背後の高温領域での電子密度、およびその流れ方向の分布を測定する手法を確立した。その結果、衝撃波直後では従来のモデルが予想するよりも急速に電離が進行することがわかった。また、これまでに開発された衝撃波背後の電子密度分査の測定手法を発展させ、いろいろな条件下での電離特性をしらべた。速度が遅い領域では従来のモデルは比較的良い一致を示すが、超軌道速度域では衝撃波背後で電離が急激に起ることがわかった。以下の研究成果を得た。1.宇宙科学研究所が計画している小惑星サンプルリターン計画「MUSES-C」の帰還カプセルが地球大気圏へ秒速10.5kmの速度で突入する際、カプセル前面に非常に強い衝撃波が発生し、衝撃波とカプセル壁面との間の衝撃層の空気温度は1万度以上に上昇する。そのため空気の構成分子である窒素、酸素が解離、電離する。このような高温空気の流れ場をVSL(Viscous Shock Layer法)により、数値解析を行い、壁面熱流束を算出した。その際衝撃層で生じている化学反応は非平衡であるとし、また、並進・回転温度、振動温度、電子温度は互いに異なるとする3温度モデルによる熱非平衡を考慮している。さらに、並進・回転温度と振動・電子温度からなる2温度モデルを用いた壁面熱流束を算出し、3温度モデル結果と比較して、温度モデル(熱非平衡モデル)効果について調べている。2.超軌道再突入空力加熱では、地球周回軌道からの再突入時の空力加熱に比べて、輻射熱流束の効果が非常に強いと予測される。上記のVSL法による衝撃層解析の結果を用いて、本研究の分担者の1人が開発した数値スペクトル解析コードを用いて、予測されるスペクトルを求めた。紫外、真空紫外領域に非常に強い輻射があり、それらはN,O,N^+の線スペクトルであることが判明した。前年度はカプセル周りのこのような熱化学的非平衡流をVSL法により解析したが、今年度はその結果を基に、アブレーション冷却を含めた解析を行い、アブレーション冷却が有効に作用するカプセル表面温度の範囲を明らかにした。上記のアブレーション冷却を含めたVSL法による衝撃層解析の結果を用いて、本研究の分担者の1人が開発した数値スペクトル解析コードを用いて、予測されるスペクトルを求め、Cスワンバンドのスペクトルが検出されることを予測できた。

さらに輻射熱流束とそのスペクトルを求めたところ、紫外、真空紫外領域に非常に強い輻射があり、それらはN,O,N^+の線スペクトルであることが判明した。2.アブレーション冷却アブレーション冷却を含めたVSL解析を行い、アブレーション冷却が有効に作用するカプセル表面温度の範囲を明らかにした。アブレーションガスの輻射スペクトルを調べ、Cスワンバンドのスペクトルが検出されることが予測できた。3.超軌道再突入体に生じる強い衝撃波構造の解明一次元イメージング分光法と定点瞬間分光法を発展させ、衝撃波背後の高温領域での電子密度、およびその流れ方向の分布を測定する手法を確立した。その結果、衝撃波直後では従来のモデルが予想するよりも急速に電離が進行することがわかった。また、これまでに開発された衝撃波背後の電子密度分布の測定手法を発展させ、いろいろな条件下での電離特性をしらべた。速度が遅い領域では従来のモデルは比較的良い一致を示すが、超軌道速度域では衝撃波背後で電離が急激に起ることがわかった。
3次元歩数計による消費カロリーの高精度推定

歩行運動の消費カロリーは、歩数計やカロリーカウンタによって計測するのが一般的である。しかし、これらの装置は平地歩行でのみ有効であり、数倍のカロリーを消費する階段昇りや早足の場合には正しい消費カロリーは計測できない。そこで本研究では、身体装着型のセンサによって平地歩行及び階段昇降時の2次元歩行速度を無拘束計測する方法を開発する。また、推定した歩行速度から消費カロリーを求める近似式の導出を試みる。最後に、3次元歩行時の消費カロリーをリアルタイムで表示する新型3次元歩数計を試作する。平成17年度では、酸素負債量を含むエネルギ消費量を推定する伝達関数の導出に必要な指標を調査した。エネルギ需要量が一定の運動に対する酸素摂取動態の解析により、求める伝達関数が一次遅れ要素で表すことが可能であることを確認した。また、携帯型呼気ガス分析装置を用いて様々な条件で歩行運動した際のエネルギ消費量と歩行速度の計測実験を行い、エネルギ需要量と歩行速度を関連付けるモデルを作成した。さらに、作成したモデルを実装した3次元歩数計を用いて,歩行運動時のエネルギ消費量を実時間で推定する実験を行った。実験では同時に,携帯型呼気ガス分析装置を利用して酸素摂取量の計測も行い、推定精度を検証した。その結果、各運動及び歩行速度の変化に対応した推定と、酸素負債量を含むエネルギ消費量の推定が良好に行われていることを確認した。しかし、階段降り運動に対しては、実際のエネルギ消費量よりも低い推定が行われていた。この原因として、3次元歩数計による下方向移動距離の推定量が小さいため、エネルギ消費量モデルの入力である2次元歩行速度が小さく得られていることがあげられる。したがって、3次元歩数計の上下方向推定精度の改善が今後の課題である。本研究では、加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサによって構成されるセンサシステムを身体に取り付けることによって、平地歩行及び階段昇降時の歩数、歩行距離、歩行速度、階段の角度、段差などを高精度で計測する方法を開発する。また、歩行時酸素摂取量と推定した歩行形態および歩行速度から、上下及び前後方向移動速度と単位体重あたりの消費カロリーとの関係を求めるための近似式の導出を試みる。平成15年度では、3軸加速度センサ、3軸地磁気センサ、3個の1軸ジャイロを使用して、歩行解析のためのセンサシステムを試作した。また、試作したセンサの精度を確認するため、平地歩行及び階段昇降時の運動身体加速度、角速度、重力加速度の方向を計測し、歩行運動の特徴(歩行パラメータ:歩数、歩行距離、歩行速度、階段の角度、段差、その他)を推定するアルゴリズムを構築した。さらに、構築したアルゴリズムをオフラインで実現するプログラムを作成した。一方、従来使用していた2軸地磁気センサを使用したセンサシステムを使用して、歩行周期と3次元移動量推定誤差との関係を調査した。実験の結果、従来のアルゴリズムでは、水平方向移動距離は歩行周期に依存しないが、上下方向移動距離は歩行周期110[step/min]以下では推定誤差が大きくなることが確認された。さらに、周囲に磁性体が多く存在する環境にて、歩行経路推定の精度について確認する実験を行った。その結果、床面に磁性体が使用されていると、推定歩行経路は実際の経路と大きく異なることが確認された。このことから、どのような場所でも正確に3次元移動量を推定するためには、地磁気の乱れを考慮したアルゴリズムの構築が必要であることが確認された。現在、歩行運動の消費カロリーは歩数計やカロリーカウンタによって計測するのが一般的である。研究代表者らはこの問題を解決するため、複数のセンサを利用して歩行形態を判別する3次元歩数計を提案した。しかし、消費カロリーを左右する歩行速度の推定精度があまり高くない等の問題が残されている。そこで本研究では、身体装着型のセンサによって平地歩行及び階段昇降時の歩行速度、階段の角度、段差などを高精度で計測する方法を開発する。平成16年度では、現有の酸素摂取量計測装置を利用し、酸素1リットルが5キロカロリーに対応するという関係から、歩行速度と消費カロリーの関係を調査する。ここでは、10名程度の被験者を対象とし、上下及び前後方向移動速度と、単位体重当たりの消費カロリーとの関係を求め、実時間高精度消費カロリー推定のための近似式を導出する。その際、傾斜歩行はトレッドミルを傾斜させた長時間歩行実験や、階段昇降実験を行い、酸素摂取量が安定した時点での酸素摂取量を測定する。実験の結果、水平方向移動速度および垂直方向移動速度を利用することにより、歩行時の消費カロリーを高精度で推定することを可能にする数学モデルの構築に成功した。一方、従来のオフラインによる3次元歩行経路推定アルゴリズムを発展させ、足爪先の3次元加速度、3次元角速度、3次元地磁気を計測し、実時間で移動経路をコンピュータ画面に描画するプログラムを作成し、従来法と同程度の推定精度を有することを確認した。

しかし、これらの装置は平地歩行でのみ有効であり、数倍のカロリーを消費する階段昇りや早足の場合には正しい消費カロリーは計測できない。そこで本研究では、身体装着型のセンサによって平地歩行及び階段昇降時の2次元歩行速度を無拘束計測する方法を開発する。また、推定した歩行速度から消費カロリーを求める近似式の導出を試みる。最後に、3次元歩行時の消費カロリーをリアルタイムで表示する新型3次元歩数計を試作する。平成17年度では、酸素負債量を含むエネルギ消費量を推定する伝達関数の導出に必要な指標を調査した。エネルギ需要量が一定の運動に対する酸素摂取動態の解析により、求める伝達関数が一次遅れ要素で表すことが可能であることを確認した。また、携帯型呼気ガス分析装置を用いて様々な条件で歩行運動した際のエネルギ消費量と歩行速度の計測実験を行い、エネルギ需要量と歩行速度を関連付けるモデルを作成した。さらに、作成したモデルを実装した3次元歩数計を用いて,歩行運動時のエネルギ消費量を実時間で推定する実験を行った。実験では同時に,携帯型呼気ガス分析装置を利用して酸素摂取量の計測も行い、推定精度を検証した。その結果、各運動及び歩行速度の変化に対応した推定と、酸素負債量を含むエネルギ消費量の推定が良好に行われていることを確認した。しかし、階段降り運動に対しては、実際のエネルギ消費量よりも低い推定が行われていた。この原因として、3次元歩数計による下方向移動距離の推定量が小さいため、エネルギ消費量モデルの入力である2次元歩行速度が小さく得られていることがあげられる。したがって、3次元歩数計の上下方向推定精度の改善が今後の課題である。