hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バルク状Zr水素化物の創生と破壊挙動解析

明確な水素の拡散は観察されなかったものの、今後の研究に必要な装置・知見・技術が整備され、課題も明らかとなった。次に、有限要素法解析によって、被覆管における温度・応力・ひずみ分布を熱-応力達成解析から計算し、また破壊評価線図を用いて破損に至る内圧を評価した。内圧の増加によって特に円周方向応力が増加し、強い引張応力が被覆管全般にわたって生じた。半径方向応力は円周方向に比べると小さいものの、被覆管内面側で大きい値をとり、この影響によって塑性ひずみ量はいずれも被覆管内面で大きくなった。また、相当塑性ひずみ量が1%となる内圧は30MPaと見積もられた。き裂先端近傍では強い円周方向の引張応力のため、負の静水圧応力が生じた。さらに、破壊評価線図から、50μm以上のき裂ではほぼき裂の進展によって破壊に至ると考えられる。そして、この温度と応力分布から、被覆管における水素の拡散挙動を評価した。き裂先端近傍の数十・mの範囲においてのみ、水素は静水圧応力分布に従って分布すること、水素の拡散は速やかに起こり、き裂先端近傍では1秒程度のごく短時間で水素濃度が10%程度増加することなどが見出された。また、浅いき裂もしくは内圧が小さいときはほぼ10秒程度で水素の拡散が収束した。水素濃度の増加率およびその範囲はき裂深さおよび内圧に依存しており、時間依存性も含め静水圧応力の分布が水素拡散挙動に対する主要因であるといえる。さらにき裂が進展するために要する時間を仮定によって求めた結果、き裂が進展するのに要する時間はき裂深さとともに指数関数的に減少し、き裂深さや内圧によって到達できる水素濃度変化率が決まり、また拡散はごく短時間で収束するため、数分以内のごく短時間に破損するか、あるいは進展が全く起こらないかの2通りに分かれた。以上より、BWRの燃料のRX材Zry-2に見られる水素化物遅れ割れ現象を模擬する手法の基礎を確立した。
高圧応力過程での相変態の動的観察とそのカイネティクス

本実験では地殻・マントルを形成するケイ酸塩鉱物、水和鉱物のや運動論を議論する。温度や圧力が変動した場合、熱力学的に安定な構造に必ずしも相転移したり、分解するとは限らない。充分な活性化エネルギーが無い場合はOstwal d Step Ruleにより準安定相や不安定中間相に留まることが明かになった。(1)蛇紋岩のような塩基性水和鉱物の類似物としてCa(OH_2)の単結晶を用いてダイヤモンドアンビル(DAC)加圧装置を用いて常温で静水圧下で相転移過程のX線回折実験を行なった。その結果格子の揺らぎにより高圧安定相CaCl_2に転移する以前に非晶質状態になる。この状態変化は可逆的であった。(2)DACに内熱式の白金ヒーターを設置して、応力場の地温勾配に対応させた実験を行う事により一層実際の環境を再現した圧力誘起による構造変化を解明も行なった。石英(SiO_2)はコ-サイトに高圧転移について、高温・高圧下で結晶構造変化について時間分割測定を行い、逐次観察と動的構造の研究を行った。圧力誘起構造変化の観測と、熱膨張率、体積圧縮率、弾性率、状態方程式、物性変化の研究を行った。静水圧性の異なる加圧と加熱過程の違いから、相転移温度や圧力誘起構造変化の運動論を議論した。(3)高圧下で結晶構造の格子が弾性変形や塑性変形により、密度の高い非晶質相の存在理由を回折実験と、局所構造解析を行なうEXAFSやラマン散乱実験から明らかにした。FeGeO_3やまたSrO_2の高圧相であるGeO_2の結晶、ガラス、非晶質相の密度変化がそれぞれ異なることも確認した。(4)二体間ポテンシャルに基づく分子動力学理論(MD)を用い、種々の応力過程での構造変態のシュミレーションをGeO_2について変態機構や弾性定数を求めた。マントル科学での流動現象やスラブの沈み込み運動などの地球ダイナミックスを理解する上で物質科学的な構造研究が必要である。既に地殻やマントルの構成鉱物の温度・圧力条件での熱力学的安定性を議論する相平衡実験や結晶構造や組織などの研究は多くなされてきたが、それらの物質を取り巻く地球内部での物理環境の変化(温度・圧力・分圧・電場・磁場・化学ポテンシャル等)による転移・分解・融解・再結晶や固相反応等の諸々の構造変化、またそれらの機構を解明すること研究対象とした。巨視的な地球物理現象はミクロな地球構成物質の格子変形、粒径変化、配向、物質移動、構造変化のカイネティクスなどの物質科学的な研究を抜きに議論することはできない。結晶の組織、粒子サイズや配向性は、圧力伝播や熱伝導、すべり系に、従って転移や分解の臨界圧力や温度に影響を与える。これらはX線回折プロファイルの定量的な解析を行い、これらの効果は圧力誘起の相転移や流動現象の立場から議論ををおこなった。本研究ではさらにサブダクションゾーンの応力や温度を再現し、地球深部物質が温度や圧力の環境変化に伴って起きる構造の変化を逐次観察し、準安定相の存在や、運動機構を議論をした。地殻・マントルを形成するケイ酸塩鉱物、水和鉱物の構造変化の素過程やカイネティックスの研究を行なった。充分な熱的な活性化エネルギーが無い場合は準安定相や不安定中間相に留まることがある。特に高い応力場でしかも非常に低温状態であるサブダクション帯での諸現象の解明の一助となった。

本実験では地殻・マントルを形成するケイ酸塩鉱物、水和鉱物のや運動論を議論する。温度や圧力が変動した場合、熱力学的に安定な構造に必ずしも相転移したり、分解するとは限らない。充分な活性化エネルギーが無い場合はOstwald Step Ruleにより準安定相や不安定中間相に留まることが明かになった。(1)蛇紋岩のような塩基性水和鉱物の類似物としてCa(OH_2)の単結晶を用いてダイヤモンドアンビル(DAC)加圧装置を用いて常温で静水圧下で相転移過程のX線回折実験を行なった。その結果格子の揺らぎにより高圧安定相CaCl_2に転移する以前に非晶質状態になる。この状態変化は可逆的であった。(2)DACに内熱式の白金ヒーターを設置して、応力場の地温勾配に対応させた実験を行う事により一層実際の環境を再現した圧力誘起による構造変化を解明も行なった。石英(SiO_2)はコ-サイトに高圧転移について、高温・高圧下で結晶構造変化について時間分割測定を行い、逐次観察と動的構造の研究を行った。圧力誘起構造変化の観測と、熱膨張率、体積圧縮率、弾性率、状態方程式、物性変化の研究を行った。静水圧性の異なる加圧と加熱過程の違いから、相転移温度や圧力誘起構造変化の運動論を議論した。(3)高圧下で結晶構造の格子が弾性変形や塑性変形により、密度の高い非晶質相の存在理由を回折実験と、局所構造解析を行なうEXAFSやラマン散乱実験から明らかにした。FeGeO_3やまたSiO_2の高圧相であるGeO_2の結晶、ガラス、非晶質相の密度変化がそれぞれ異なることも確認した。(4)二体間ポテンシャルに基づく分子動力学理論(MD)を用い、種々の応力過程での構造変態のシュミレーションをGeO_2について変態機構や弾性定数を求めた。
フラレン内包金属炭化物の電気伝導と磁性

I. 4f希土類元素15種の内11種が炭化物としてフラレン内に閉じ込められることを明かにした。電子顕微鏡とX線回折とによりストイキオメトリーと相とを決定した。また、熱分析によりフラレン内の含有濃度を評価した。さらに、共通したストイキオメトリーをもつ原因が2000°Cでの共晶反応にあることを明かにした。結果は、Physica BとCarbonとに発表した。II.希土類金属炭化物を内包するフラレンと中空多層カーボンナノチューブとについて、磁場中での電気伝導特性を調べた。前者のデータは二次元の、後者のそれは三次元の広域ホッピング伝導機構で理解できた。低磁場磁気抵抗の温度・磁場依存性は、この伝導機構に対する量子干渉効果をしめすことを明かにした。成果は、Applied PhysicsLettersとJournal AppliedPhysicsとに発表した。III.中空多層カーボンナノチューブからなる薄膜生成をおこなった。その電気伝導特性を7-300Kの温度範囲で調べ、既報の単一中空多層カーボンナノチューブでの結果と比較した。その結果、それら間の接触抵抗は温度依存性をもたないことを明かにした。成果は、Applied Physics Lettersに発表予定である。IV.炭化セリウムを内包するフラレンについて磁化測定を系統的におこなった。反強磁性相からスピンフロップ相、スピンフロップ相から常磁性相への磁場誘起転移を観測し、それらの相図を明かにした。I.4f希土類元素15種の内11種について、炭化物としてフラレン内に閉じ込められることを明かにした。電子顕微鏡観察とX線回折よりストイキオメトリーと相の決定をし、熱分析により重量濃度を評価した。結果は、Physica Bに発表した。II.非磁性のLaC_2、磁性をもつCeC_2、未知の原因により磁性を消失しているGdC_2のそれぞれを内包するフラレンについての電気伝導特性を磁場中(H<15テスラ)、温度(2K<T<280K)で明かにした。零磁場中の低温(T<50K)での電気伝導が二次元ホッピング機構で理解できることが分かった。低磁場中の磁気抵抗について、磁場ならびに温度依存性が量子干渉効果の現われとして理解できた。結果は、Appied Physics Lettersに発表した。また、第52回日本物理学会年会(名城大学)で口頭発表した。III.フラレンに内包されたことによる磁性の消失は、Gdをはじめとして、いわゆる重希土類元素すべてに共通することが明かとなった。これについて、結晶サイズ効果の観点から解明を進めている。結晶サイズ分布の希ガス種ならびに圧力依存性を明かにした。結果は、第52回日本物理学会年会(名城大学)で口頭発表した。この結果に基づき、より大きな結晶サイズの生成と帯磁率測定を計画している。I.4f希土類元素15種の内11種が炭化物としてフラレン内に閉じ込められることを明らかにした。電子顕微鏡とX線回析とによりストイキオメトリーと相とを決定した。さらに、共通したストイキオメトリーをもつ原因が-2000°Cでの共晶反応にあることを明らかにした。成果は、Physica BとCarbonとに発表した。低磁場磁気抵抗の温度・磁場依存性は、この伝導機構に対する量子干渉効果を示すことを明らかにした。

その電気伝導特性を7-300Kの温度範囲で調べ、既報の単一中空多層カーボンナチューブでの結果と比較した。その結果、それらの間の接触抵抗は温度依存性をもたないことを明らかにした。成果は、Applied Physics Lettersに発表予定である。IV.炭化セリウムを内包するフラレンについて磁化測定を系統的におこなった。反強磁性相からスピンフロップ相、スピンフロップ相から常磁性相への磁場誘起転移を観測し、それらの相図を明らかにした。
感覚受容・抑制プロテクターを利用した技能教育システムの研究

感覚の受容・抑制機能を有するスキル学習支援の方式と感覚受容と感覚阻害の場合の脳活動を識別する方式を開発した。なお、点字学習を対象にスキル学習支援システムを試作した。このシステムで脳波分析を行うことにより,学習状態の分析が可能か検証した。学習時に得られた脳波のうち、一次体性感覚野と前頭葉の領域の解析を行った。脳波データからβ波/α波の解析を行うことで学習の進度を把握でき、さらに前頭葉と感覚野、ウェルニッケ野の脳波に、脳波コヒーレンス解析を行うことで学習傾向を把握することができる可能性を示した。点字学習等の触覚スキル学習時に脳波計測を行うことでスキル学習の進捗度合いが測れる可能性を示した。(課題1)「感覚の受容時の脳波から知覚状態を精密に判別する技術」脳波の周波数スペクトルの違いから、感覚の違いを識別する方式として、脳波解析から感覚思考の解析として、深層学習(Deep Learning)に改良することで判別精度を向上させた。また、NIRSデータについても識別を試みた。(課題2)「特定の感覚を受容し、スキルに関係ない感覚を抑制する(感覚プロテクター)技術」指・手・腕の標準的な3次元モデルを構築し、3Dスキャナ(既存設備)を利用して、個人の指や手のサイズパラメータを計測することで、学習者に適合する感覚受容箇所・抑制箇所を考慮したプロテクターを3Dプリンターで作成する方式を開発する。3Dスキャナで計測した指・手・腕の形状データをもとに、スキル学習で利用する感覚のみを感知するプロテクターの形状を修正して、感覚プロテクター3Dモデルを作成した。交付申請書・平成27年度の研究計画(課題2)「特定の感覚を受容し、スキルに関係ない感覚を抑制する(感覚プロテクター)技術」指・手・腕の標準的な3次元モデルを構築し、3Dスキャナ(既存設備)を利用して、個人の指や手のサイズパラメータを計測することで、学習者に適合する感覚受容箇所・抑制箇所を考慮したプロテクターを3Dプリンターで作成する方式を開発する。3Dプロッタと切削加工による任意サイズの感覚発生器具を作成した。感覚プロテクターによる実験を拡張し、必要とする感覚以外の感覚を追加することで、感覚の集中度合を脳活動から観測する方法も合わせて検討した。感覚抑制プロテクターによる想定外の感覚(触覚や視覚効果)が発生することが分かったため、プロテクター方式だけでなく、主要感覚に、通常は必要としない触覚などを追加することで、触覚を受ける個所を変える感覚の発生器を3Dプリンターで作成し、感覚の違いを脳波計測で分離できるかを確認した。感覚の受容・抑制機能を持ったスキル学習支援の開発のために、指・手・腕の標準的な3次元モデルを構築し、3Dスキャナ(既存設備)を利用して、個人の指や手のサイズパラメータを計測することで、学習者に適合する感覚受容箇所・抑制箇所を考慮した刺激の箇所と不要な刺激を生成する方式を開発した。当初の予定では、感覚プロテクターの細部の厚さが指や手の動きは阻害しないが、感覚部分の受容抑制機能を持たせること方式としていたが、プロテクター自身の接触が感覚に影響を及ぼすことが判明し、感覚受容箇所と感覚阻害受容箇所の形状を組合わせることで、感覚の受容・抑制機能を評価反映するスキル学習支援の方式とその際の脳波分析による感覚受容箇所と感覚阻害受容箇所の影響を分離できる方式を開発した。スキル学習支援方式確認実験として、点字学習を対象に感覚技能学習時の脳波分析を行うことにより,学習状態の分析が可能か検証することとした。対象とする感覚技能は点字の読み取りとして、不要な刺激を感覚阻害受容箇所(指等)に与えることとした。これはこの技能が繊細な指先の感覚を必要とする為である。一般的に技能が習熟するにつれ脳波全体におけるα波の割合が増加するといわれている為、そういった周波数成分での解析や感覚野・前頭葉の相関等の検討を行った。その結果から脳波データからβ/αの解析を行うことで学習の進度を把握でき、さらに前頭葉と感覚野、ウェルニッケ野の脳波コヒーレンス解析を行うことで学習傾向を把握することができる可能性を見出した。この分析結果により、点字学習等の触覚スキル学習時に脳波計測を行うことでスキル学習の進捗度合いが測れるスキル学習支援の機能向上へとつながる可能性が示された。(課題1)深層学習を脳波解析に提供できるようにした。また、その利用による識別率が向上している。

特定の感覚に対しての識別ができるようになった為、色々な感覚に分析を適用を拡大する(進捗度は90%)(課題2)感覚刺激の用の感覚受容箇所・抑制箇所を指定するプロテクターは、実現したサイズが現在は、成人の手の1/3サイズ程度であるため、この3倍のサイズの感覚刺激のできる3次元プロテクターの作成中である(進捗度90%)交付申請書・平成28年度の研究計画(課題3)「感覚の受容・抑制機能を持ったスキル学習支援システム」を開発する。指先感覚を利用する各種スキル学習支援システムに、感覚の種類や数を変える触覚装置を適用する。総合的な実証実験を行い、その成果を学会や技術展示で社会に技術を広く公開する。知識情報処理感覚刺激の用の感覚受容箇所・抑制箇所を指定するプロテクターのサイズを拡大し、3Dプロッタ利用で結合と切削加工による大きい感覚プロテクターを作成する。このプロテクターを利用することで、複数種類の感覚に対して、深層学習を利用した脳は解析により、クラスタリング機能の向上をはかる。装置として購入した3Dプロッタの価格が上昇した。当初予定した3Dプロッタ型番がなく、新規の製品を購入した。購入予定の3Dプリンターで作成できるプロテクターサイズが想定していたものよりも小さかったことにより、より大きいプロテクターを切削加工で作成するため、平成27年購入予定の切削加工のできる装置のオプション治具等に当てる。3Dプロッタの治具の費用と成果発表のための学会発表の費用にあてる。3Dプロッタ(ローランドDG MDX-15)とオプション治具等を購入する。また、成果発表のために学会発表の費用に当てる。
スパッタ法による高機能光触媒の開発

<研究の目的>酸化チタンは光触媒としての機能を有するために現在に至るまで様々な応用を想定した研究開発が活発に行われてきた。本研究では、大面積基材に均一な膜厚、構造、物性を有する高機能酸化物薄膜を作製するのに大きな優位性を有するスパッタ成膜法に着目し、緻密で付着力が強くかつ高い光触媒活性度を有するアナターゼ型酸化チタン等の薄膜を低コストで再現性良く、多様な用途にあわせて大面積基板に高速で形成する方法を確立する事を目標とした。また、同方法により、酸化チタンだけではなく、酸化タングステンなどの可視光応答性等ですぐれた新規光触媒材料の探索を行い、それらの成膜方法に関しても研究を行う。<研究成果>DC、或いはRFマグネトロンスパッタ装置を用いて、酸化チタン薄膜を作製し、その構造と光触媒活性度との相関関係を調べた。構造としては、X線回折、走査型プローブ顕微鏡等を用いて、酸化チタン薄膜の結晶性や表面構造を詳細に解析し、光触媒活性を支配している構造的な要因に関して考察を深めた。また、酸化チタン薄膜の内部応力と光分解活性度の相関関係も明らかにした。それらの結果、引っ張り応力により光触媒活性度は低下し、わずかな圧縮応力により活性度は向上することを明らかにした。さらに、引き続き種々の分析機器を装備したDCスパッタ装置のエネルギー分解能をさらに向上させ、スパッタプロセス中の負イオンの量とエネルギー、スパッタ粒子のフラグメント等のin-situ測定により、種々のスパッタパラメータが薄膜成長過程に与える影響を定量的に詳細に解析した。これらの結果は、実用的な光触媒成膜装置の設計等に役立てることができる。可視光応答性酸化タングステン薄膜に関しては、カソード磁場強度等を含むスパッタ成膜プロセスパラメータを工夫しながら低インピーダンススパッタを行うことで、可視光誘起超親水性を有する薄膜の作製に成功した。スパッタ法による酸化チタンの成膜を幅広い成膜条件下で行い、高活性な酸化チタン光触媒の成膜プロセスを確立した。また、これらの薄膜の結晶性や表面の仕事関数を詳細に解析し、光触媒活性度を支配している構造的な要因に関して考察を深めた。この光触媒活性度の高い薄膜のスパッタ成膜におけるキーポイントは薄膜成長表面への高エネルギー粒子の照射によるダメージを低減させることであり、成膜中の全圧を高くする、或いはカソードの磁場強度を増加させて低インピーダンスでのスパッタリングを行えばよいことが判明した。さらに、これらの独自の成果に基づいてフラウンホーファ研究所(FEP、ドイツ連邦共和国)との共同研究を行い、プラズマ発光モニタリングによるデュアルカソード反応性スパッタ成膜法による光触媒薄膜と透明導電膜の超高速成膜法の可能性を示した。さらに、TiO_2上にSiO_2を積層した場合に、SiO_2の成膜条件を工夫し多くのクラックを持つ構造にするとTiO_2の光触媒活性度を損なうことなく、暗所での維持特性を付与することに成功した。これらの積層膜は、それぞれの膜厚を最適化することで、反射防止性能も付与できることを示した。また、TiO_2より少し還元したTiO_<1.986>ターゲットを用いた直流(DC)スパッタ法の開発も行った。このターゲットは通常の直流放電に必要な電気伝導性を十分に有しているため従来から使用されている通常のカソードを用いてDC放電を維持することが可能であった。

このターゲットを用いることで50nm/minという高速でTiO_2薄膜を作製することができ、この膜は大気中400°Cで焼成することで高い光分解活性と光誘起親水化特性を示した。この成膜方法は、建築用窓ガラス、車載用窓ガラスへの実用的な光触媒形成方法としては、既存の製造装置をそのまま使用できるというメリットがあり、性能とコストの両面で大きな優位性があると考えられる。実用化を考慮した場合に極めて有利であるTiメタルターゲットを用いたユニポーラパルスdcスパッタ法において、プラズマ発光制御を用いることで、遷移領域内での成膜に成功した。作製した膜は大気中300、400°Cで1時間焼成を行った。膜の構造解析にはX線回折(XRD)を用い、光触媒活性度の評価として、ブラックライト(0.4mW/cm^2、主波長:352nm)照射時の純水に対する接触角測定、及びアセトアルデヒドの酸化分解活性測定を行った。XRDパターンより、未焼成の状態ではどの膜もアモルファスであり光触媒活性度を示さなかったが、300°C以上で焼成することにより結晶化することが確認できた。また、アセトアルデヒドの分解活性測定では、未焼成の膜ではほとんど分解活性は見られないが、300°C、400°Cで焼成した膜では、発光強度が小さい条件で作製した膜ほど高い分解活性を示した。このことは遷移領域内において、微妙な酸素分圧の制御に成功しており、作製した膜の酸化状態が系統的に変化していることを反映している結果であると考えられる。また、300、400°Cで焼成することにより十分な分解活性を有する膜を90nm/min.(発光強度:4.0V)の高速度で成膜することに成功した。さらに、Tiターゲットを装着したDCスパッタ装置で、ターゲットから飛来し薄膜成長表面に降り注ぐ高エネルギー酸素負イオンのin-situ解析にも取り組み、成膜中の負イオン照射量とその酸化チタン膜の光触媒活性度との相関関係を明らかにすることができた。このときに酸素負イオンの発生メカニズムの解明にも成功した。金属Tiターゲットを用いた反応性スパッタ法で成膜時の全圧、反応性ガス(酸素)分圧、基板温度等が異なる、幅広い成膜条件で酸化チタン薄膜を作製し、成膜条件とそれらの膜の構造と光触媒活性度の相関関係を明らかにした。このときに、スパッタ成膜における再現性を確保するために、質量分析計を設置し、到達真空度における残留ガスの分析、成膜中のガス組成の分析を行い、再現性の高い成膜プロセスを確立した。さらにカソードの磁場強度、磁場形状、基板へのRFバイアスの依存性を調べ、酸化チタン薄膜の成長機構に与える影響を明らかにできた。これらの研究成果によって、成膜速度は数nm/min程度と小さい値であるが、スパッタ法による高活性な酸化チタン光触媒薄膜の再現性の良い成膜方法が確立できた。また、これらの薄膜の結晶性や表面の仕事関数を詳細に解析し、光触媒活性度を支配している構造的な要因に関して考察を深めた。この光触媒活性度の高い薄膜のスパッタ成膜におけるキーポイントは薄膜成長表面への高エネルギー粒子の照射によるダメージを低減させることであり、成膜中の全圧を高くする、或いはカソードの磁場強度を増加させて低インピーダンスでのスパッタリングを行えばよいことが判明した。
ソーシャルメディアにおける市民意見を活用した都市サービスの評価の自動生成

本研究では、ソーシャルメディアにおいて投稿される市民のつぶやきを利用して都市のサービスの評価をするための国際指標の開発と、指標に対する評価を自動生成する仕組みの開発を目的とする。都市の評価は、統計データに基づき行われることが一般的だが、本来は、都市の生活を体験している市民からの評価が重要である。また、国際指標の開発には、都市を平等に評価できる指標を開発することが重要である。具体的には、海外都市や国内都市の市民が投稿するつぶやきの中から、都市サービスを対象としたつぶやきを分析し、深層学習のAttentionを応用して評価に有用なつぶやきを判別して、市民からの評価を推定する仕組みを実現する。
口呼吸小児における口唇閉鎖訓練の有効性の検討とスクリーニング法の確立

小児の口呼吸は、口腔周囲の機能や形態に異常を及ぼす悪習癖の一つである。本研究では、原因を追求した上で、幼児期の口唇閉鎖訓練が口呼吸を改善し、顔面軟組織の成長を適切に導き、全身状態を向上させることができるかを検証すること、ならびに口呼吸分類のスクリーニング表作成を目的とした。調査データの収集においては、研究期間全体を通して、小児の大規模集団を対象とし、口呼吸に関連があると考えられる計53項目に関するアンケート調査を継続した。同時に口唇機能の評価として口唇閉鎖力を計測し、顔面軟組織形態の評価としてレーザースキャナを用いて顔面形態を計測した。また、口唇閉鎖訓練による機能的介入を行い、実施状況の視察、指導を継続しながら、同時にデータ収集を行った。収集したデータより、口呼吸が顔面軟組織に及ぼす形態的影響を調査するために、まず小児の顔面軟組織の成長変化について解析した。次に口呼吸小児を対象とした顔面軟組織の3次元形態解析の結果、3歳の時点で既に鼻の扁平化や口唇の突出が生じる傾向があり、比較的早期に顎顔面領域の成長に悪影響が生じることも明らかとなった。一方、口呼吸と口唇閉鎖力の関連性を解析したところ、口唇閉鎖力は口呼吸の有無に影響を与える因子であることが明らかとなり、同時に口唇閉鎖力の成長変化について、各年齢の標準値を導出することにも成功した。また、小児の口呼吸は年齢が上昇するほど増加傾向にあり、未就学児と学童期小児を対象とした調査と比較したところ、口呼吸を有する児童は未就学児よりも、より多くの全身的弊害に関する因子を抽出する傾向があった。さら解析を進めたところ、口呼吸に関連する項目は複数の因子に分類できることも示唆され、口呼吸分類スクリーニングの一助となる有用な知見を得ることに成功した。これまでの研究において、口呼吸には口唇閉鎖力の関与が大きいこと、また、アレルギー疾患等の全身状態も因子になることが示されたが、本研究では、原因をさらに追求した上で、幼児期の口唇閉鎖訓練が口呼吸を改善し、顔面軟組織の成長を適切に導き、全身状態を向上させることができるかを検証すること、ならびに口呼吸分類のスクリーニング表作成を目的としている。平成28年度の実績として、調査データの収集については、就学前小児を対象とし、口呼吸に関連があると考えられる「疾患などの全身状態について」、「鼻・のど・耳の状態について」、「口腔と咬合状態について」、「口唇と歯肉の状態について」、「食事の摂取について」の計53項目に関するアンケート調査を行った。同時に口唇機能の評価として、歯科用口唇筋力固定装置りっぷるくん(松風)を使用し、口唇閉鎖力を計測し、顔面軟組織形態の評価として、非接触型3次元形態計測器VIVID910(コニカミノルタ社:現有設備)を用い、顔面形態の計測を行った。また、口唇閉鎖訓練による機能的介入についても、「キラキラ星」の歌に合わせて、唇を「あ・い・う」と動かし、最後に舌を突出する運動を反復する「あいうべ体操」をすでに協力施設では開始しており、実施状況の視察、指導を複数回行っている。収集データの一部に関しては、解析も進めており、口呼吸と摂食状態の関連性について有意義な結果が得られたため、平成28年度日本小児歯科学会地方会大会にて発表している。本研究の目的は、口腔機能不全の中でも小児に頻発する口呼吸に着目し、口呼吸を誘発する関連因子を解明することで、口呼吸診断に応用できるスクリーニング表を作成すること、ならびに口唇閉鎖訓練という機能的介入を行うことで、口呼吸の改善、延いては全身状態を向上させるかを検証することにある。そのため、研究を段階的に行う計画であるが、H28年度計画にある未就学児を対象とした口呼吸に関するアンケート調査、口唇閉鎖力の計測、顔面軟組織形態の計測はすでに進んでおり、口唇閉鎖訓練による機能的介入も始まっている。収集データの一部については次年度に予定していた解析も進めており、結果については日本小児歯科学会学術大会で発表し、論文を作成する予定である。平成29年度の実績として、調査データの収集においては、前年度に引き続き小児を対象とし、口呼吸に関連があると考えられる「疾患などの全身状態について」、「鼻・のど・耳の状態について」、「口腔と咬合状態について」、「口唇と歯肉の状態について」、「食事の摂取について」の計53項目に関するアンケート調査を継続した。同時に口唇機能の評価として、歯科用口唇筋力固定装置りっぷるくん(松風)を使用し、口唇閉鎖力を計測し、顔面軟組織形態の評価として、非接触型3次元形態計測器VIVID910(コニカミノルタ社:現有設備)を用い、顔面形態の計測を継続した。また、口唇閉鎖訓練による機能的介入については、「キラキラ星」の歌に合わせて、唇を「あ・い・う」と動かし、最後に舌を突出する運動を反復する「あいうべ体操」の実施状況の視察、指導を継続しながら、同時にデータ収集も行った。

収集データの一部に関しては、解析を進め、口呼吸症候群の疫学や小児の顔面形態の成長についての興味深い結果が得られたため、平成29年度日本小児歯科学会全国大会にて2演題を発表している。また、口唇閉鎖力の標準値や、他因子との関連について有意義な知見が得られたため論文としてまとめPediatric Dental Journalに掲載された。本研究の目的は、口腔機能不全の中でも小児に頻発する口呼吸に着目し、口呼吸を誘発する関連因子を解明することで、口呼吸診断に応用できるスクリーニング表を作成すること、ならびに口唇閉鎖訓練という機能的介入を行うことで、口呼吸の改善、延いては全身状態を向上させるかを検証することにある。そのため、研究を段階的に行う計画であるが、H29年度計画にある未就学児を対象とした口呼吸に関するアンケート調査、口唇閉鎖力の計測、顔面軟組織形態のデータ収集、ならびに収集データの解析は進んでおり、得られた結果についてはすでに日本小児歯科学会学術大会で発表し、口唇閉鎖力の各年齢の標準値や他因子との関連性については論文としてまとめPediatric Dental Journalに掲載された。口唇閉鎖訓練前後の収集データについても解析を始めており、結果については日本小児歯科学会学術大会等で発表し、論文を作成する予定である。小児の口呼吸は、口腔周囲の機能や形態に異常を及ぼす悪習癖の一つである。本研究では、原因を追求した上で、幼児期の口唇閉鎖訓練が口呼吸を改善し、顔面軟組織の成長を適切に導き、全身状態を向上させることができるかを検証すること、ならびに口呼吸分類のスクリーニング表作成を目的とした。調査データの収集においては、研究期間全体を通して、小児の大規模集団を対象とし、口呼吸に関連があると考えられる計53項目に関するアンケート調査を継続した。同時に口唇機能の評価として口唇閉鎖力を計測し、顔面軟組織形態の評価としてレーザースキャナを用いて顔面形態を計測した。また、口唇閉鎖訓練による機能的介入を行い、実施状況の視察、指導を継続しながら、同時にデータ収集を行った。収集したデータより、口呼吸が顔面軟組織に及ぼす形態的影響を調査するために、まず小児の顔面軟組織の成長変化について解析した。次に口呼吸小児を対象とした顔面軟組織の3次元形態解析の結果、3歳の時点で既に鼻の扁平化や口唇の突出が生じる傾向があり、比較的早期に顎顔面領域の成長に悪影響が生じることも明らかとなった。一方、口呼吸と口唇閉鎖力の関連性を解析したところ、口唇閉鎖力は口呼吸の有無に影響を与える因子であることが明らかとなり、同時に口唇閉鎖力の成長変化について、各年齢の標準値を導出することにも成功した。また、小児の口呼吸は年齢が上昇するほど増加傾向にあり、未就学児と学童期小児を対象とした調査と比較したところ、口呼吸を有する児童は未就学児よりも、より多くの全身的弊害に関する因子を抽出する傾向があった。さら解析を進めたところ、口呼吸に関連する項目は複数の因子に分類できることも示唆され、口呼吸分類スクリーニングの一助となる有用な知見を得ることに成功した。昨年度までの研究により、未就学児における、口呼吸に関連する生活習慣や全身状態に関するアンケート、口唇閉鎖力計測、顔面軟組織形態の計測は進んでおり、一部データについてはすでに解析を始めている。
力学概念調査法の開発を目指す授業時間外学習指導法の研究

研究最終年度は,進捗状況の遅れから研究期間を1年間延長し,国語的方法を併用した総当り表に数値を入れる方法の開発およびその有効性の検証,総当り表に数値を入れる方法から見えてくる学校教育課程での学習内容に関する問題点の検討,並びに計算問題を取り入れた力学概念調査法における正答の根拠を示すための実験教材の開発準備を行った。香川大学で開催された2018年度日本物理教育学会年会/第35回物理教育研究大会において「力学計算問題演習の個別学習指導における総当り表の活用」という題目で研究成果発表を行った。主な発表内容は,国語的方法を併用した総当り表を使用してきた教育実践の経緯,「重さ」に関する大学生の認識調査の結果,その調査結果と学校教育課程での学習内容との対比による考察,並びに立式のための総当り表および数値を入れた総当り表の紹介と,それらの総当り表の大学生に対する教育実践例である。九州大学で開催された日本物理学会第74回年次大会において「総当り表を活用した力学教育の実践」という題目で研究成果発表を行った。主な発表内容は,2016年秋季大会で発表した研究成果を踏まえ,その調査に用いた計算問題の状況に適用した数値を入れた総当り表の紹介と,その総当り表を用いた教育実践から見えてきた学校教育課程での「重さ」に関する学習内容の問題点である。計算問題を取り入れた力学概念調査法における正答の根拠を示すための実験教材として,スマートカートなどのIT機器を用いた少人数に対するアクティブラーニング型の教育実践を行い,力学概念育成のための個別学習指導法の開発のための準備を行った。東京で開催された今春の入試問題を検討する懇談会に出席し,大学入試問題の分析結果を聴講し,計算やグラフなど定量的な問題を用いて力学の学力や概念を評価する方法に関する情報を得た。研究初年度であるため,主に,これまでに得られた知見やデータの整理と,そのデータの検証,および研究成果発表を行った。そして,次年度へ向けてのデータ収集の準備,および力学概念調査法と力学考査問題に関する情報収集を行った。日本物理教育学会年会では「力学考査問題の別解を利用した個別学習指導」と題して,授業時間外学習指導を行うための方針について過去の実践例を事例として報告した。そして,多くの別解がある考査問題を一例として答案分析の結果,並びに解き直しレポートを活用した個別学習指導の方法論を成果発表した。日本物理学会秋季大会では「「重さ」に関する計算過程に見られる大学生の非力学的思考」と題して,大学生のもつ「重さ」に関する概念獲得の状況と問題点と,「力の合成」に関する大学生の考え方の状況と問題点,並びにこれら諸問題を解決するために行った授業法や指導法について成果発表した。日本物理学会年次大会では「科学クイズを活用した物理教養教育VI」と題して,共通教育において15年前から継続的に行っている授業の実践研究の報告において,次年度からのクォータ制に向けた授業改善の方向として,四則計算問題を用いた概念調査問題の試作を紹介し,共通教育の授業で活用したい旨の成果発表を行った。情報収集のための調査として,計算問題を用いた概念調査法を開発するためのヒントを得るために,東京で開かれた「物理入試問題についての懇談会」へ出席し,高校物理の学習内容の理解状況に加え,物理概念理解の状況を考査問題の形式で,適切に問うことができる出題方法はないか模索し,そこで得た知見を問題の試作に生かした。また,データ収集の準備として,アクティブ・アンサー32を借り受け,プレゼンテーション中の回答データ収集および集計方法を整備した。これまでの研究成果の発表については,目標通りにできた。そして,授業実践や学習指導,及び「物理入試問題についての懇談会」での知見を参考にして,計算問題を用いた概念調査のための試作問題は順調に増えている。また,これまでの研究成果を検証するための答案分析のデータも収集し,研究はおおむね順調に進展している。しかし,授業時間外学習指導におけるグループ討論は,大学生の勉学に対する志向が変わったためか,上手くできていない。また,個別指導はできてはいるが,事例が少ない。現在,授業時間外学習をグループ討論で行うための工夫を考え,それを試しているところである。研究目的として,高校生や大学生を対象とする力学概念調査法の開発を目指しているが,その前の小学校や中学校での学習内容に問題があることが判明した。教科書に書かれていることは,事実なのか,定義なのか,法則なのか,条件なのか,という基本的な事項について被験者である大学生が理解できているかどうかである。つまり,概念調査法の開発だけ行うことは不十分であり,その前提となる学校教育課程で学ぶ教科書の記述や考査の有り方に問題があり,それらの分析も必要であることが判明した。力学概念の獲得というよりは,むしろ物理学という学問の理解の基礎となる知識の獲得や思考法の獲得にも重点をおいて,研究を進めていく必要があることが判明した。研究2年目は研究の正確度を高めるため,大学生との対話を重視した実践的研究を中心に行った。そして,力学計算問題を用いた個別学習指導による大学生のもつ誤概念の状況把握とその解決のための教材開発,及び力学概念調査のために試作した問題や題材について課題探究型授業における教材としての有効性に関する実践的研究,並びに前年度の研究成果を力学の授業で試す検証的研究を行った。日本物理教育学会誌

「物理教育」では「科学する心の芽を育てるための物理教育実践の流儀」と題して,小学校や中学校における物理分野の教育における問題点について,物理学の学問的視点から指摘し,本研究課題に関する意義や考え方を解説した。日本物理教育学会年会では「主題探究型科目における科学クイズの活用とクォーター制への対応の試み」と題して,共通教育の主題探究型科目において文科系学部の学生を対象とし,本研究課題の成果として得られた誤概念を調査する問題や題材を扱う授業実践を試みた研究結果について報告した。その中では「個々の学生のもつ誤概念,特に考え方の是非を扱う授業は,学生に不快感を与え,学習意欲を削ぐという点で課題がある」という現状も説明した。日本物理学会秋季大会では「力学の単純な解答に見られる大学生の思考」と題して,大学初年次生を対象とした力学の授業における本研究課題の成果の検証について報告した。その中で,試験では正答を得ても,試験の事後レポート作成時における学生間の相談により,誤概念が復活することを述べた。情報収集のための調査として,計算問題を用いた概念調査法を開発するためのヒントを得るため,そして週4コマ15週行った個別学習指導から得られた大学生のもつ誤概念の型が全国的に見られる普遍的なものであるか否かの確認のため,東京で開催された「物理入試問題についての懇談会」と「大学の物理教育研究会の会合」に,それぞれ参加した。本研究課題の採択を受け,正規の講義においても大学生のもつ誤概念を注視しながら授業を行ってきた。その中で,大学生のもつ思考や勉学に対する志向が本研究課題で当初想定していた以上に変化しており,授業の内容や水準が大学生の特性に合わなくなってきた。そして,大学生のもつ誤概念や物理学という学問に対する思い込みなどの誤解や勘違いも,年々変化していくのではないかという考えに至った。そこで,大学生のもつ誤概念の現状把握とその解決法を探るため,次の方法をとり,いくつかの知見や成果を得た。まず,本研究課題の意義や研究の方向性を明確にするために,これまでの課題意識や成果について「物理教育」誌に報告した。次に,物理教育学会年会で研究発表した共通教育の授業実践では,大学生は自分のもつ思い込みの知識を逆手にとってクイズの誤答を作ることには前向きに楽しさを感じるが,自分のもつ誤概念の考え方を正されることには抵抗感や不快感をもつことが分かった。さらに,物理学会で研究発表した大学初年次生対象の力学の授業実践では,授業を通して試験時には正答を得ていた力学概念が,相談可という条件で試験の事後のレポートを課すと,学生同士の相談の結果として誤概念が復活することが分かった。そして,2年次生以上を対象とする週4コマ15週にわたる個別学習指導の結果,現在の大学生のもつ思考や勉学に対する志向は年々変化しており,誤概念の傾向や勉学に対する取り組み方など,物理学会や物理教育学会で報告されている事例と共通点が多く,普遍的なものであることが分かった。このように大学生のもつ思考や勉学に対する取り組み方は,想定外に変化したり個性に依存したりしている。しかし,個別学習指導を行うことで,個々の大学生の実情を把握でき,概念の獲得や法則の理解のために有効性が確認された指導方法も得られ,研究方向の決定に必要な新しい知見も得ることができた。研究3年目は,研究の進捗を遅らせている原因を究明し,その解決方法を模索した。
音場のディジタルアーカイブ

音場のあるがままの伝送を目的に研究を進めている。キルヒホッフの積分公式によれば境界面の音圧と粒子速度を一致させることにより3次元音場の再生が可能であるが制御点が膨大になるという問題があった。そこで自由な形状の構成が可能であるコンデンサスピーカの固定電極を分割して1bit信号でマトリックス駆動する収録・再生システムを提案し,限られた制御点数でのシステムの実用性を明らかにした。駆動系の高速1bit信号処理にランレングスリミテッド符号を導入し,信号雑音比を悪化させることなく最小反転間隔を確保できる手法を明らかにし,コンデンサスピーカの駆動の際の高電圧スイッチングを現実のFETで行うことが可能となった。これら成果を6月の電気音響研究会にて発表した。膨大な制御点をそれぞれ独立に結線し制御するのではなく光や電磁波を用いた非結線走査型駆動を可能とするトランスデューサの実現を目的にこれまであまり注目されることのなかった相変化を利用したスピーカを提案し,塩化ナトリウム水溶液を用いた実験により実現可能であることを示した。それらを2月の音響学会誌にて発表した。多数の制御点を必要とする境界面制御ではなく音源そのものを高精細に記録・再生する手法としてそれぞれの結線を必要としない小型高精度収録機を用い音源付近で収録し同一配置で再生するシステムを提案した。半導体メモリおよび高速1bit信号処理を用いて演者に影響を与えない大きさで各収録機を試作し実用性を示した。提案するシステムを用いて無形文化財の収録活動を行い,9月にパシフィコ横浜にて開催されたA&Vフェスタにおいてデモ及び発表を行った。また超広帯域収録システムとあわせて11月に早稲田大学にて行われた国際シンポジウム1bitフォーラム2005において発表した。今後は境界面制御と音源収録の併用による3次元音場の伝送システムの確立を目指す。
相反機能を有する有機/無機ハイブリッド材料の創製

単一材料では得られないトレードオフ機能を発現する新規有機/無機ハイブリッド材料として、高熱伝導性と電気絶縁性、柔軟性を併せ持っハイブリッド材料の開発を目的とし、熱伝導性を付与する窒化アルミニウムを充填したポリマーブレンドを小型2軸混練機で調製し、その構造制御と熱伝導性について評価した。窒化アルミニウム充填量70wt%(40vol%)で最大値2. 37W/mKを示すハイブリッド材料の開発に成功した。同時に、成形加工プロセスとセラミックスナノフィラーの分散制御技術のための設計指針を確立した。自動車分野をはじめ,エレクトロニクス分野等における電子機器デバイスの高出力化に伴い,放熱対策が重要な課題となっている.従来の放熱性プラスチックは,金属あるいは炭素の粉や繊維を高充填するため,比重の増加,成形加工性や柔軟性の低下といった問題があり,さらに省資源化の観点からも好ましくない.本研究では,高熱伝導化を達成するために,複数の材料を複合化することで,単一材料では得られないトレードオフ機能を発現する新規有機/無機ハイブリッド材料の創製とその特性評価について検討を行なった.熱伝導性を付与する無機充填材として窒化物を,有機材料として樹脂A及び樹脂Bの2成分に充填した有機/無機ハイブリッド材料の調製を小型2軸混練機にて行ない,その構造制御とその熱伝導性の評価,特に窒化物フィラー充填量がハイブリッド材料の熱伝導率および力学特性に及ぼす影響について検討を行った。得られた結果を以下に示す(1)窒化物充填ハイブリッド材料の成形加工プロセスの確立:走査型電子顕微鏡観察の結果,熱伝導性フィラーである窒化物が樹脂中(2成分系)で十分に分散し,かつ,ある程度の凝集網目構造の形成が観察でき,エネルギー分散形X線分光分析の結果,窒化物が樹脂A相へ選択的に分散することが明らかとなった.(2)窒素酸化物充填ハイブリッド材料の熱伝導性の評価:熱伝導率測定の結果,窒素酸化物充填量70wt%(40vo1%)で最大値2.37W/mKを示した.(3)窒化物充填有機/無機ハイブリッド材料の力学特性の評価:三点曲げ試験の結果,窒化物充填量の増加に伴い,曲げ弾性率は約3GPa(70wt%充填)と高い値を,反対に曲げ強度は約15MPaと低い値を示し,未充填材料と比較して,ハイブリッド材料の柔軟性は低下した.急速に進展する小型・薄型電子機器等において,デバイスの高出力化に伴い,放熱対策が重要な課題となっている.従来の放熱性プラスチックは,金属あるいは炭素の粉や繊維を高充填するため,比重の増加,成形加工性や柔軟性の低下といった問題があり,さらに省資源化の観点からも好ましくない.本研究では,高熱伝導化を達成するために,複数の材料を複合化することで,単一材料では得られないトレードオフ機能を発現する新規有機/無機ハイブリッド材料の創製とその特性評価について検討を行なった.熱伝導性を付与する無機充填材として窒化アルミニウムを,有機材料として樹脂A及び樹脂Bの2成分に充填した有機/無機ハイブリッド材料の調製を小型2軸混練機にて行ない,その構造制御とその熱伝導性の評価,特に窒化アルミニウムフィラー充填量と樹脂A/Bの配合割合がハイブリッド材料の熱伝導率および力学特性に及ぼす影響について検討を行った.得られた結果を以下に示す.1.窒化アルミニウムの存在相:走査型電子顕微鏡観察の結果,界面相に局在化せずに,樹脂2成分のうち,樹脂1成分にのみに分散し,かつその樹脂相が連続相を形成し,連続相中で熱伝導性パスを形成することが明らかとなった.2.ポリマーが他種2成分,例えば,ポリオレフィン系樹脂/ポリアミド系樹脂,ポリスチレン系樹脂/ポリアミド系樹脂であるポリマーブレンド系の場合,窒化アルミニウムは極性の高い樹脂に局在化する傾向があることが明らかとなった.3.窒化ホウ素充填ハイブリッド材料の熱伝導性及び力学特性の評価:同じ樹脂成分のポリマーブレンド系で比較した場合,フィラー形状の影響により,窒化アルミニウム充填系の方が高い熱伝導率を示した.
膝関節から生じる振動信号の解析による変形性膝関節症の早期診断方法の確立

本研究では,簡易的かつ非侵襲的に早期変形性膝関節症(膝OA)を鑑別することを目的に,膝を動かした時の膝から生じる音(振動)の特徴を膝OA,高齢者,健常成人と比較することで明らかにすることである.研究で明らかになったことは,1)健常と膝OAの比較において,センサ(加速度計)は,脛骨に貼付すると鑑別能力が高い.2)立ち上がり動作では,完全に膝が伸びる0-45度の範囲内で平均約180Hzの振動が生じる特徴が膝OAにあった.3)MRIによる軟骨変性(T2mapping)との関節音の関連は見いだせなかった.4)膝上に殴打刺激を入れた場合,膝OAでは20-30Hzの振動吸収が低下していた.椅子から立ち上がる時に膝関節から生じる振動(ガサガサした感じ)を計測して,膝の変形を早期に発見する簡易な方法を開発することを研究の目的としています.本研究は,膝の変形になる率の高い女性を対象にして進めています.立ち上がり時に膝から起こる振動の計測では,今の所,健常成人,高齢者,変形性膝関節症の方それぞれ25名,計75名の計測を行いました.膝の変形がある方は,立ち上がりきる直前で,高い振動がある傾向を認めました.高齢者の方は,その結果がばらつきました.つまり,膝関節の変形(軟骨の性状)に,ばらつきがあるからかもしれません.引き続き対象者を増やし,MRIによる軟骨の評価も合わせて行っていく予定です.また,別の研究では,膝の上の骨(大腿骨:ももの骨)を叩いて,その振動を膝の下(すねの骨)で計測して,膝の変形を予測するインパルス応答という方法を用いた研究も実施しました.建物などを叩いて,その音を聞いてひび割れなどがないかを検査する方法を膝に応用した研究です.健常成人,高齢者の2つのグループ間の違いを検討しました.その結果,健常成人では,20-30Hz程度の周波数の振動が高齢者より,膝関節で吸収されているようです.つまり,軟骨が正常の場合,そのような範囲の周波数の振動が吸収されるのかもしれません.この研究を実際に応用するには,膝上に20-30Hzの振動を与えて膝下でどの程度,その振動が弱くなるか検査する方法を検討することが考えられ,次の研究課題と考えています.立ち上がり時の膝関節から起こる振動の計測(研究1)は,予定通りに実施できました(75名の計測と解析).インパルス応答による計測(研究2)も予定通りに計測が進みました(50名の計測と解析).椅子から立ち上がる時に膝関節から生じる振動(ガサガサした感じ,膝で音がする)を計測して,膝の変形を早期に発見する簡易な方法を開発することを目的にしています.昨年度に引き続き,中年期の対象者も追加し,健常成人,中年期,高齢者,変形性膝関節症症例をそれぞれ30名の約120名の関節音を計測しました.変形性膝関節症の骨の変化(末期)と健常成人では,立ち上がり時に膝が伸びる付近で高い振動があり,また膝の骨の変化があると複数回の大きな音が鳴る(回数)ことから,判別が可能な式を算出しました.本年度は,21名のMRIを計測して,膝関節の軟骨の初期の変化と比較しましたが,十分に判別できるところまではいきませんでした.そのため,骨の変化を判別する式と軟骨変化を判別する式を別に考える必要があると考えました.また,そのような判別式を作成するにあたり,臨床で応用可能なより簡便に膝の角度も振動も図れる方法が必要と考え,平成29年度は,それらの方法も検討していきます.そして,立ち上がりでは,それぞれに立ち上がり方が異なるため,受動的かつ膝関節に荷重を加えることのできる試作を重ねた装置を用いて,膝関節音の計測も行います.また,食用の大型動物の膝軟骨モデルも作成して,振動数の変化を確認する予定です.インパルス応答(膝上に刺激を入れて,脛骨でその振動の変化を計測)の研究より,20-30Hzの振動が健常膝において吸収されやすい昨年度の結果より,30Hzの音叉を膝上に入力して,膝下(脛骨)で計測した.本年度は,その解析も進める.120名の関節音の計測,50名のインパルス応答の計測,20名のMRI計測が終了しており,おおよそ順調に研究は進んでいる.解析も変形性膝関節症症例と健常成人の膝の判別式(何を変数とすると判別が可能か)までは,算出した.椅子から立ち上がる時などに膝関節から生じる振動(ガサガサした感じ,膝で音がする)を計測して,膝の変形を早期に発見する簡易な方法を開発することを目的にしています.健常成人,中年期,高齢者,変形性膝関節症症例をそれぞれ30名の約120名の関節音を計測しました.振動の周波数や音の出る回数,音の出る関節の角度から変形の強い方の特徴わかりました.しかし,MRIによる早期の膝の変形の評価とそれらの指標は関連が十分に得られませんでした.立ち上がりは,各対象者によりその方法が異なるため,本年度は,膝に一定の力が加わり,関節の動きが同じ速度となる機器を作成し,条件をそろえて健常成人と高齢者の比較を行いました.まず,膝にかかる力は被験者がリラックスして計測できる条件として5kgとして,15度/秒の速度より速いと機械のノイズが大きいため,その速度としました.また,今までの研究結果より膝屈曲45度から0度までを解析しました.

その結果,高齢者では150-200Hzの周波数帯の振動の割合が有意に多いことがわかりました.また,変動係数という周波数のばらつきを調べたところ,健常成人と比較して膝に痛みのある高齢者において,ばらつきが大きいという結果になりました.今までの研究結果より,膝の振動は脛骨で計測するとノイズが少ない,150-200Hz付近の周波数帯が高齢者や変形性膝関節症症例の膝から生じる振動しては多い,変形がある方が音が多くなる,規定の周波数領域(150-400Hz)において,ばらつきが多い(FFT後の解析)ことが膝の変形の特徴であると考えられた.また,もう一つの研究であるインパルス応答という振動の伝わり方の研究では,生体膝全体として,膝が正常である場合,20-30Hzの振動の吸収に優れている可能性が示唆されました.しかし,食用動物の膝を用いた研究は変形膝モデルとその軟骨の粘弾性計測まででした.本研究では,簡易的かつ非侵襲的に早期変形性膝関節症(膝OA)を鑑別することを目的に,膝を動かした時の膝から生じる音(振動)の特徴を膝OA,高齢者,健常成人と比較することで明らかにすることである.研究で明らかになったことは,1)健常と膝OAの比較において,センサ(加速度計)は,脛骨に貼付すると鑑別能力が高い.2)立ち上がり動作では,完全に膝が伸びる0-45度の範囲内で平均約180Hzの振動が生じる特徴が膝OAにあった.3)MRIによる軟骨変性(T2mapping)との関節音の関連は見いだせなかった.4)膝上に殴打刺激を入れた場合,膝OAでは20-30Hzの振動吸収が低下していた.研究1に関しては,更に50名程度の対象者を増やして計測を進めて,立ち上がり時,膝関節振動からの予測する判別式を作成し,その精度を検証する.そのため,MRIの計測も更に追加して実施する.研究2は,下肢の固定などの問題点,改善点も検討できたため,再度平成28年度もしくは29年度に実施を予定している.研究3であるラットの変形性膝関節症モデルの関節音の計測は,平成27年度の検証では,徒手的な関節運動で実施可能と考えれ,平成28年度に実施予定である.研究4である大型動物(牛など食用の動物)の膝を用いた音源探索は,現時点では,まだ進めていないが,既存する機械振動計測領域の音源探査システムの応用も検討して行く.受動的かつ膝関節に荷重を加えることのできる装置を作成したため,本年度はその装置を用いて,関節音の計測を行います.また,臨床応用可能な方法の構築も目指します.すでにデータ計測はしている30Hzの音叉を用いたインパルス応答の解析を進めます.動物実験ではラッドモデルの関節音の計測を予定していますが,ノイズのコントロールがかなり難しいと予測します.食用大型動物の膝軟骨変化モデルを用いて,基礎的な研究を行う準備はできているため,本年度実施する予定です.29年度が最終年度であるため、記入しない。理学療法今までに採択された科学研究費の成果をまとめています.今までに採択された科学研究費の研究成果をまとめています.29年度が最終年度であるため、記入しない。今までに採択された科学研究費の研究結果をまとめています.