hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
事故航空機の自立誘導制御技術の開発と模型実験の研究

事故や故障が発生した場合の航空機の安全な自立的誘導制御技術を研究するとともに、飛行試験を模型航空機で実験する方法の研究を推進するのが本研究の目的である。事故や故障が発生した場合に、機体の姿勢を自動的に安定化する方法に関しては、本年度はニューラルネットワークによるフィードバック誤差学習法を研究し、シミュレーションならびに実機飛行試験によってその有効性を確認した。その結果は、飛行機シンポジウム(日本航空宇宙学会)、交通・物流部門大会(機械学会)において発表し、H18年8月開催予定の誘導制御シンポジウム(米国航空宇宙学会)で講演する。模型飛行機実験に関しては、ラジコン機の製造・飛行を実施し、指定したウェイポイントを自動で飛行する自律飛行試験に成功した。また、携帯電話回線を利用したデータ通信による飛行制御にも成功した。その成果は新聞、TVでも紹介された。模型飛行機の製作と実験に関しては、教育的効果も高いので、他の研究室、専攻も参加する研究科内の研究会プロジェクトを立ち上げ、活動を開始し、本年度は第1回全日本学生室内飛行ロボットコンテストを日本航空宇宙学会の主催により開催した。事故や故障が発生した場合に、機体の姿勢を自動的に安定化する方法に関しては、ニューラルネットワークを用いた適応型飛行制御シスチムを検討し、航空機製造会社の協力を得て飛行試験を実施した。民間航空機による同種の飛行試験は世界初の試みである。一方、事故機の緊急着陸誘導に関しては、宇宙航空研究開発機構(JAXA)の実験用航空機を用いて、リアルタイム飛行軌道最適化システムの飛行試験を実施した。計算した経路をパイロットに操縦させるシステムに関してパイロットのワークロードを考慮した軌道生成法を検討した。これらの実験状況はNHK教育テレビにおいても放映され(2003年11月19日)、学会発表も実施した。現在、論文発表を準備中である。模型飛行機実験に関しては、ラジコン機の製造・飛行を実施した。現在自立飛行の開発をめざし、航法装置、無線システムの検討を進めている。なお、模型飛行機実験に関しては、教育的効果も高いので、他の研究室、専攻も参加する研究科内の研究会プロジェクトを立ち上げ、活動を開始した。設計、製造、飛行、研究を可能にする模型航空機プロジェクトとして国内の他大学へも研究の輪を広げる計画である。事故や故障が発生した場合に、機体の姿勢を自動的に安定化する方法に関しては、カルマンフィルターを用いて外乱となる突風と機体の安定微係数を同時に推定することで故障を推定し、推定結果を反映して非線形逆ダイナミックス手法によって機体を誘導制御する手法を開発した。カルマンフィルター推定に関しては、JAXA(宇宙航空研究開発機構)と共同して、実験用航空機により飛行データを取得し、その有効性を検証した。誘導制御に関してはシミュレーションによってその有効性を検証した。結果を、大13回交通・物流部門大会で発表したが、その発表は優秀論文講演賞を受賞した。飛行試験に関しては準備を進め、来年度実施する予定である。また、携帯電話回線を利用したデータと画像の受信に成功した。本技術に関しては特許を出願した。実験の状況はNHKのニュースでも中継放送された。模型飛行機の製作と実験に関しては、教育的効果も高いので、他の研究室、専攻も参加する研究科内の研究会プロジェクトを立ち上げ、活動を開始した。
ジヒドロスフィンゴシン1-リン酸の代謝動態の解明

研究目的:スフィンゴシン1-リン酸(S1P)は抗アポトーシス作用、細胞増殖作用、細胞遊走作用、血管透過性低下作用、血小板活性化など多彩な生物学的作用を引き起こすリゾリン脂質であることが知られている。S1Pの4位の炭素に二重結合を持たない構造をしているジヒドロスフィンゴシン1-リン酸(DH-S1P)はS1P同様にS1P受容体を活性化するといわれているが、その詳しい働きや動態はまだ知られていない。本研究では、DH-S1Pにおける血漿中の分布、分解、産生についてS1Pとの類似点、相違点を明らかにし、その性質から、DH-S1Pの新しいバイオマーカーとしての可能性について検討した。研究方法:(1)DH-S1PとS1Pの輸送体の違いがあるかを検討するため、健常者の血漿中のリポ蛋白を超遠心法でLDL、HDL2、HDL3、VHDL、除リポ蛋白血漿(dp)に分離し、各分画のS1P、DH-S1P濃度を調べた。(2)S1Pはアポリポ蛋白M(ApoM)の存在下で分解が遅くなることが知られているが、DH-S1Pにも同様にこの保護作用がみられるか、HepG2細胞などを用いて確認した。(3)血漿S1Pの主要な産生源は、血小板、赤血球、血管内皮細胞と言われている。これらの細胞からのS1PとDH-S1Pの放出に相違があるか、血小板、赤血球、血管内皮細胞にC_<17>DH-S1P、C_<17>S1Pの前駆物質であるC_<17>スフィンゴシン(C_<17>-Sph)、C_<17>ジヒドロスフィンゴシン(C_<17>DH-Sph)を反応させ、上清、細胞内のC_<17>S1P、C_<17>DH-S1P濃度の変動を調べた。研究成果:(1)血漿検体において、S1PはHDL分画に多く分布したのに対し、DH-S1Pはdp分画に多く分布した。S1P濃度の高い血清検体においても、同様の傾向が確認できた。(2)S1Pで確認されたApoMの保護作用はDH-S1Pでは確認されず、DH-S1PがApoMを輸送体としない可能性が考えられた。(2)活性化血小板では高濃度のS1P, DH-S1Pが産生・放出された。赤血球でも血小板と同様に産生されたが、ほとんど放出しなかった。血管内皮細胞ではS1Pはわずかに放出が見られたが、DH-S1Pはほとんど見られなかった。よって、活性化血小板、赤血球、内皮細胞から産生されるS1Pと異なり、DH-S1Pは活性化血小板の産生の影響が大きいことが推察された。

赤血球でも血小板と同様に産生されたが、ほとんど放出しなかった。血管内皮細胞ではS1Pはわずかに放出が見られたが、DH-S1Pはほとんど見られなかった。よって、活性化血小板、赤血球、内皮細胞から産生されるS1Pと異なり、DH-S1Pは活性化血小板の産生の影響が大きいことが推察された。
ポリ-L-乳酸性Instrumentationによる脊髄固定術の実験的研究

1.金属製spinal instrumentationに関する生体力学・臨床研究:従来の強固な金属により構成されるspinal instrumentationの持つ利点とその弊害につき生体力学的側面より明らかにした。不安定化脊柱や変形脊柱では、spinal instrumentationの使用が脊柱の安定性を獲得する上で必須であることが明らかになった。しかし、固定範囲延長にともない、固定隣接椎間に著しい応力集中が生じることが明らかになった。2. PLLA製(ポリ-L-乳酸骨接合材)systemによる脊椎固定術の基礎的研究:成羊12頭にPLLA製systemによる固定術を実施し、脊椎の固定材料としての臨床応用への可能性につき検討した。固定24椎間中1椎間にてrodの折損を認めた。術後、4・6ヶ月経過時、PLLA rodの一部に凹凸を認めたが、術前と変わらない形態と固定力を維持しており、PLLAの生体に吸収される特性が発揮されず、強固な金属製implantと同等なsystemとしてしか機能しないことが明らかとなった。力学的強度を脊椎の固定性を維持可能なまで高めると、PLLAの溶解能を減じることになり、高い力学的強度の維持と速やかな溶解特性を有するPLLA製spinal instrumentationの開発には、さらなる研究が必要と考えられる。3. PLLA製screwの脊椎外科領域への臨床応用に関する研究:頚椎、特に上位頚椎への後方固定術に、移植骨の母床への固定目的にPLLA製screwを応用した。吸収性PLLA screwは、移植骨を母床へと強固に固定し、母床と移植骨の接触面を最大限に拡大し、従来のonlay graftに比べ骨癒合率の向上に寄与することが判明した。ポリ-L-乳酸骨接合材(以下PLLA)は吸収性骨接合材で、理想的な固定用材料としての可能性を秘めており、脊椎外科領域では固定術に応用可能と考える。本研究では、PLLAを素材にしたspinal instrumentationを作製し、力学的実験と成犬を使用した生体内応用実験を行いその力学的特性と脊椎固定術に応用した際の生体内でのPLLAの変化と動態特性、移植骨の骨癒合過程を明らかにし、PLLA systemの脊椎外科領域への臨床応用の道を探る。平成8年度は、成犬腰椎を用いた本実験に向けた予備実験として、PLLA製Pedicle Screw Systemの試作を複数の実験段階を経て行う。数種類のPLLA製pedicle screwsystem(以下PLLA system)を試作した。同様のdimensionを持つステンレス製のsystemを作製し対照群とするとする。ハイポリマーポリエチレン製の人工椎体にimplantを設置し、以下の力学試験を行う(1)非破断試験:3次元荷重負加装置を使用し、静的負荷を段階的に前・後屈、回旋、側屈、軸圧縮方向に加え、非破断荷重負荷にたいする動態特性を比較検討する。(2)破断試験:材料試験機を使用し、軸圧縮荷重をimplantが破断するまで加え、破断様式を明らかにする。(3)疲労試験:MTS材料試験機を使用し、implantが破壊されるまで加え、疲労破断様式と疲労耐性につき比較検討した。以上より、ステンレス製のsystemに比べ、PLLA systemは非破断試験、破断試験ともに著しく力学的強度が低かった。さらに、疲労試験では、数回の荷重負荷にて破断が生じ、今後の動物実験への使用に関して不安が残った。したがって、再度PLLA製pedicle screw systemの構造・形態の見直しが必要で、より高強度で疲労耐性の高いsystemの開発を今後行う予定である。数種類のPLLA製pedicle screwsystem(以下PLLA system)を試作し、同様のdimensionを持つステンレス製systemを作製、対照群として実施した力学試験の結果

【1.非破断試験:3次元荷重負加装置を使用し静的負荷を段階的に前・後屈、回旋、側屈、軸圧縮方向に加え、非破断荷重負荷にたいする動態特性を比較検討する。2.破断試験:材料試験機を使用し軸圧縮荷重をimplantが破断するまで加え、破断様式を明らかにする。3.疲労試験:MTS材料試験機を使用しimplantが破壊されるまで加え、疲労破断様式を疲労耐性につき検討】、ステンレス製のsystemに比べ、PLLAsystemは非破断試験、破断試験ともに著しく力学的強度が低かった。したがって、再度PLLA製implantの構造・形態の見直しを行ったところ、構造が複雑で肉厚の薄くなるimplantの接合部とscrewを同材料にて構築することは現時点では困難と判断された。したがって、screwとrod接合部を金属とし、構造的に強度を維持しやすいrodをPLLA製にしたhybrid typeのimplantを試作した。力学試験では、ステンレス製のsystemに比較し力学的強度は劣るものの、動物実験には充分使用可能と判断された。現時点では、対照群を含め12頭の羊腰椎にimplantを使用した固定術を完了した。今後、実験動物の頭数を増やし、一定期間後検体を摘出し力学試験を実施する予定である。前年度の実験結果より、再度PLLA製implantの構造・形態の見直しを行い、構造が複雑で肉厚の薄くなるimplantの接合部とscrewを同一材料にて構築することは困難と判断された。12頭の羊腰椎にimplantを使用した前方固定術を完了し、1年以上経過している。術後、46ヶ月経過した検体3頭を屠殺し検討したところ、PLLA rodは、そのほとんどの部分が固定術を実施した時と変わらない形態と固定力を維持しており、骨癒合、組織修復の過程に併せて、生体に吸収されるPLLA製implantの特性が発揮されなかった。力学的強度を脊椎の固定性を維持可能なまで高めると、PLLAの溶解作用を減じることになり、現時点で脊椎への十分な固定力と有効な溶解作用を両立可能なPLLA製implantの作製を完了し得なかった。臨床的には、荷重の作用する部位への応用は実施していないが、移植骨の母床への固定に使用を行っており良好な結果を得ている。
子どもへの暴力・虐待の発生およびその予防教育の効果に関する調査研究

暴力・虐待の生起に関しては、小学生へのアンケート分析の結果、約2337%の回答者が被害を申告していた。男女別の傾向は地域差があったが、学年別では、高学年ほど被害が減少していた。被害の経年変化は一様ではないが、増加傾向は認められなかった。質問紙調査では、身体的暴力と悪口無視は中学生、性的被害は大学生に多いことがわかった。予防教育プログラムの効果に関しては、中学生のプログラム参加者と未参加者の被害経験、自尊感情などに有意差はなく、プログラムの効果は認められなかった。また、高・大学生ではプログラム参加がそもそも少なく、予防教育が定着しなかったことがうかがわれる。本研究は、3年計画で、子どもへの暴力・虐待を防止するプログラムの中・長期的効果を測定すること、および、こどもの暴力被害経験の経年変化を測定し、子どもの環境や社会の治安についての実態を明らかにすることを目的としている。前者の効果測定は、一定の年齢に達した調査対象のうち、子どもへの暴力・虐待予防教育プログラムの受講経験者と非経験者の比較によって明らかにすることができる。後者の暴力被害調査も、プログラム参加の際に得られる子どもの暴力・虐待被害経験についての情報の集積によって明らかにすることができる。ただし、どちらもプログラム開始から一定程度の年月が経過している地域でのみ研究の実施が可能であることに注意が必要である。そのため今年度は、研究に対して協力を得られる地域・団体との打合せをおこない、研究の本格実施に向けての準備をおこなった。ただし、前者の効果測定については、今年度は、研究協力団体との間で研究実施についての合意は得られたが、協力団体が他プログラムの開発と効果測定で多忙なため、プレ調査などの実施は控え、打合せも主にメイルでおこなった。また、後者の暴力被害調査に関しては、当初データが収集できると思われていた地域でのデータ収集が諸般の事情でできなくなったため、研究協力団体からの紹介により、急遽、他地域の団体にデータ提供を申し入れた。その団体とは現在も交渉中であるが、概ね好意的な感触が得られており、来年度にはデータを収集することができると思われる。その間、後者の研究の補助とするため、かつて研究協力団体から貸与されたプログラム実施時のアンケートの再整理と電子ファイル化をおこなった。電子ファイル化により、アンケートの情報のコンパクトな保存が可能になり、研究のみならず、協力団体への還元に役立てることができた。前者の効果測定については、今年度は中・高校と大学に分けて調査準備および調査をおこなった。中・高校については、研究協力団体が昨年に引き続きプログラムの効果測定で多忙だったため、調査票の作成および学校への打診まで進んだが、実施には至らなかった。大学については、研究代表者のネットワークを利用して協力者を募り、調査票作成の後、1大学で実施し約170票を回収、2大学で実施準備をおこなった。また、後者の暴力被害調査に関しては、研究協力団体からの紹介をいただいた2地域の団体より、それぞれ10年分程度(1990年代末2007年)のデータ提供を受け、コーディング準備およびコーディングをおこなった。うち1地域はまだコーディング準備の段階であるが、もう1地域のデータについては順調にコーディングが進み、全体のうち1年分を除く約8000票のアンケートについてコーディングが完了した。来年度は、中・高・大学での調査、残るアンケートデータのコーディング、収集されたデータについて整理および解析などをおこなう予定である。本研究は、3年計画で、子どもへの暴力・虐待を防止するプログラムの中・長期的効果を測定すること、および、子どもの暴力被害経験の経年変化を測定し、子どもの環境や社会の治安についての実態を明らかにすることを目的としている。前者の効果測定については、前年度に引き続き調査準備および調査をおこなった。中・高校については、研究協力団体のご協力により計5校と交渉し、うち中学1校、高校1校の計2校で実施し、中学校では215票、高校では276票の質問票を回収した。大学については、研究代表者のネットワークを利用して引き続き協力者を募ったところ、6大学で実施し約1460票を回収、2大学で実施準備をおこなった。

また、後者の暴力被害調査に関しては、研究協力団体からの紹介をいただいた2地域の団体より、それぞれ10年分程度(1990年代末2007年)のデータ提供を受け、うち1地域では総計9690票のアンケートのコーディングと入力が完了し、もう1地域のデータについては1553票のアンケートのコーディングとデータが完了し、引き続き分析をおこなった。ただし、前者の効果測定において「防止プログラムに参加した」と回答した者の比率が、中学で約37%なのに対し、高校では約3%、大学では約1%であり、参加に関する記憶が非常に薄くなっていることが判明した。この地域での防止プログラム実施実績から見て、この数字が実際の参加率を反映したものではないとは思われるが、防止プログラムでの学習成果が十分保持されていないことが明らかになつた。よって、当初予定していた対比による効果の検証は、主として中学校データを用いておこなう。なお、データ解析結果については順次論文や学会報告の形で発表する予定であるが、第1弾として2010年9月の子どもの虐待とネグレクトに関する国際会議(ハワイ大会)の報告に現在エントリー中である。
本態性振戦患者のふるえを抑制する空気圧アクチュエータを用いた装着型ロボットの開発

本研究では,本態性振戦という不随意のふるえを有する方のふるえを外部から物理的に軽減する装着型ロボットの開発しており,ふるえを軽減するだけでなく,装着時の関節への負担やロボットによる拘束を必要最低限にするために,技術課題1「人体の形状に沿わせた柔軟なアクチュエータを用いて関節を拘束する技術」,技術課題2「ふるえの強度に応じて拘束の強さを調整する技術」,技術課題3「動作意図に基づいて関節を拘束すべきタイミングを判断する技術」を解決することが必要と捉え研究を進めている.本年度は,技術課題1に関連して,柔軟材料を用いたハードウェアを開発し,関節拘束性能の評価を実施した.ハードウェアは,ワイヤや非伸縮性の生地などの柔軟材料の材料特性を考慮し,三点固定の原理の考え方に根ざした柔軟材料の配置とすることにより,アクチュエータ作動時に柔軟材料の剛性が変化して,装着者の関節の拘束状態を可変可能な機構とした.アクチュエータの出力は第2年度に計測したふるえ発生時の本態性振戦患者の肘関節周りのトルクの計測結果に基づいて決定した.関節拘束性能評価は機能的電気刺激によって本態性振戦患者のふるえの症状を模擬した健常者を被験者として実施した.評価の結果,拘束以前の振戦の強度に依存するものの,別途,実験より導出した食事動作を実施するという目的を満たすための目標水準まで振戦を軽減可能なハードウェアを構築できたことを確認した.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、柔軟なアクチュエータを用いて本態性振戦患者のふるえを抑制する装着型ロボットの開発に向け、以下の3つの大きな技術課題を設定しており、初年度はそれぞれの技術課題に関して、以下のような成果が得られた。技術課題1人体の形状に沿わせた柔軟なアクチュエータを用いて関節を拘束する技術:本技術課題においては、ふるえを効果的に抑制するために、人体のどの部位を拘束することが有効であるかを明らかにする必要がある。拘束部位を検討するためには、硬さや痛みの感じ方や神経走行といった人体の特徴分布を明らかにする必要があり、初年度は、人体の粘性分布を明らかにした。技術課題2ふるえの強度に応じて拘束の強さを調整する技術:患者は常時ふるえているのではなく、また、ふるえの強度は患者の緊張状態などに左右されるため、患者の症状に応じて、人体の拘束強度を調整できることが望ましい。本課題は第二年度から検討を行う予定であるため、初年度はふるえの専門医を交えた実験プロトコルの検討を行った。技術課題3動作意図に基づいて関節を拘束すべきタイミングを判断する技術:本技術課題では、提案する装着型ロボットを装着者の意図通りに駆動するための制御アルゴリズムを検討する。初年度は、一般に動作推定に用いられてきた表面筋電位(以下、筋電)の信号としての長所短所を踏まえ、短所を補う新たな信号を加えた信号処理の検討を開始した。そして、筋肉の収縮に伴い皮膚表面上から観察可能な筋肉の隆起状態と関節角度の対応関係を関数化した。本研究では、柔軟なアクチュエータを用いて本態性振戦患者のふるえを抑制する装着型ロボットの開発に向けて、以下の3つの大きな技術課題を設定しており、第2年度はそれぞれの技術課題に関して、以下の進捗がみられた。技術課題1「人体の形状に沿わせた柔軟なアクチュエータを用いて関節を拘束する技術」,技術課題2「ふるえの強度に応じて拘束の強さを調整する技術」に関連して,アクチュエータの要求出力を導出するため,健常者に機能的電気刺激装置を用いて擬似的なふるえを起こし,ふるえのトルクを計測する実験を実施した.また,技術課題3「動作意図に基づいて関節を拘束すべきタイミングを判断する技術」に関連して,筋電位を用いた動作意図推定技術に筋隆起位置を用いた動作意図推定技術を組み合わせるには至らなかったが,筋隆起位置の移動を計測するセンサに関して検討を進めた.また,筋電位を用いた動作意図推定アルゴリズムにおいて,筋への外力負荷の程度の変化による不随意信号の特徴変化に関して,考察を深めた.本研究では,本態性振戦という不随意のふるえを有する方のふるえを外部から物理的に軽減する装着型ロボットの開発しており,ふるえを軽減するだけでなく,装着時の関節への負担やロボットによる拘束を必要最低限にするために,技術課題1「人体の形状に沿わせた柔軟なアクチュエータを用いて関節を拘束する技術」,技術課題2「ふるえの強度に応じて拘束の強さを調整する技術」,技術課題3「動作意図に基づいて関節を拘束すべきタイミングを判断する技術」を解決することが必要と捉え研究を進めている.本年度は,技術課題1に関連して,柔軟材料を用いたハードウェアを開発し,関節拘束性能の評価を実施した.ハードウェアは,ワイヤや非伸縮性の生地などの柔軟材料の材料特性を考慮し,三点固定の原理の考え方に根ざした柔軟材料の配置とすることにより,アクチュエータ作動時に柔軟材料の剛性が変化して,装着者の関節の拘束状態を可変可能な機構とした.アクチュエータの出力は第2年度に計測したふるえ発生時の本態性振戦患者の肘関節周りのトルクの計測結果に基づいて決定した.

関節拘束性能評価は機能的電気刺激によって本態性振戦患者のふるえの症状を模擬した健常者を被験者として実施した.評価の結果,拘束以前の振戦の強度に依存するものの,別途,実験より導出した食事動作を実施するという目的を満たすための目標水準まで振戦を軽減可能なハードウェアを構築できたことを確認した.本年度は,技術課題1「人体の形状に沿わせた柔軟なアクチュエータを用いて関節を拘束する技術」,技術課題2「ふるえの強度に応じて拘束の強さを調整する技術」,技術課題3「動作意図に基づいて関節を拘束すべきタイミングを判断する技術」のいずれに関してもある程度の進展が見られたが,ハードウェアの構築が完了していることが望ましかった.27年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度では,まず,柔軟なアクチュエータを用いた本態性振戦抑制ロボットのハードウェアを構築する.次に,健常者を対象として提案するロボットの用いた際に,関節の動作を拘束可能であるかを評価する.最後に,本態性振戦患者にご協力いただき,提案するロボットを用いることによって,ふるえが抑制されることを確認する.本年度は、各技術課題に対して各々進展が見られた。技術課題1では人体の特性分布の一つとして、粘性分布を取得することができた。技術課題2では、実験プロトコルを整え、次年度からの実験開始に向け、準備を進めた。技術課題3では、筋電の短所を補うべく、新しい入力信号を検討し、筋隆起位置をパラメータとする手法を提案した。27年度が最終年度であるため、記入しない。第二年度は、以下の通り、研究を推進する。技術課題1:痛み分布計測機を用いて、人体の痛みの感じ方分布を取得する。さらに、複数の特性分布を考慮し、拘束するべき部位の検討を進める。技術課題2:人体に対して、指圧のように押し込む負荷や、人体を締め付ける負荷を与えた際のふるえの強度の変化を、倫理委員会の承認を得た上で、実験により計測する。技術課題3:筋電と筋隆起位置の両者を組み合わせた制御アルゴリズムを構築する。
培養末梢神経微小血管由来内皮細胞を用いた血液神経関門の分子細胞学的研究

血液神経関門(BNB)を通しての免疫グロブリンなどの液性因子、および感作リンパ球の末梢神経実質内への侵入はギラン・バレー症候群、CIDPなどをはじめとする免疫学的末梢神経障害発症のkey stepであり、BNBを構成する内皮細胞(PnMEC)の生物学的特性の解析はこれらの疾患の病態解明に極めて重要であるが、技術的な困難からPnMECの培養はほとんど行われていなかった。本研究により、以下の成果が得られた。(1)ウシ末梢神経神経内膜由来内皮細胞(PnMEC)の大量純培養法が確立された。(2)PnMECは形態的に脳毛細血管由来内皮細胞(BMEC)に酷似し、in vitroでtight junctionを形成するほか、acetylated LDLを取り込み、von Willebrand抗原陽性など、一般的な内皮細胞としての特性も備えていた。(3)BBB,BNB共通のバリアーのマーカーであるglucosetransporter type 1は、培養早期に消失した。(4)PnMEC膜の糖脂質分画を解析した結果、GM3が主要ガングリオシドで、その他、GM1,GD1a,GD1b,GT1bおよびSLPGを末梢神経実質との共通抗原として発現していることが明かとなった。これらの結果は、BNBの分子細胞学的研究という新たな分野に道を開くと共に、ギラン・バレー症候群、CIDPなどの免疫学的末梢神経障害において、糖鎖に対する自己抗体がまずBNBを構成する内皮細胞を攻撃し、破綻したBNBを通って抗神経抗体が末梢神経実質にアクセスするという仮説を支持するものである。現在、この細胞を用いたBNBのin vitroモデルを作製する実験が進行中で、各種サイトカインによる膜抵抗の低下に関するデータが集積している。1.初年度の目標はウシ末梢神経内膜微小血管由来内皮細胞(PnMEC)の大量培養法の確立であり、これはほぼ達成されている。新鮮成牛より座骨神経または馬尾を採取し、perineuriumおよびepineuriumを実体顕微鏡下に丁寧に除去した後(末梢神経teasingと同様の手技を用いる)endoneuriumのみを無菌的に細切し、collagenaseにより酵素処理を行った。以降の処理は研究代表者がウシ脳毛細血管由来内皮細胞(BMEC)に対して確立した方法と同様である(J Cell Biol 126:235-246,1994)が、endoneurim内の微小血管は大脳皮質に比べて量的にはるかに少ないため、純粋なクローンの確立には数回の試行錯誤を要した。培養細胞のpurityは、DiI-Ac-LDLの取り込み、抗von willebrandt factorによる免疫染色、電顕的なtight junctionの形成などにより判定した。1.ウシ末梢神経微小血管由来内皮細胞(PnMEC)の培養法を確立し、その生化学的特徴の一部を明らかにした。PnMECはin vivoで観察された血液神経関門(BNB)のマーカーの一つであるGLUT-1活性を培養早期に失うが、cloning後は活発な増殖能を保持し、少ないstarting materialにも関わらず、グリコリピドなどの微量成分の分析に必要十分量を確保することができた。ウシPnMECはGM3(NeuAc)とGM3(NeuGc)を主要ガングリオシドとし、その他に、GM1、GD1a、GD1b、GT1b、LM1、GLcCerを微量成分として有することが明らかとなった。この結果については、現在、J Neurosci Res誌投稿中である。2.末梢性ニューロパチー患者の生検腓腹神経内微小血管において、抗グリコリピド抗体陽性者では、神経内皮細胞相互間のtight junctionが破綻率が有意に高いことを超微形態的に示した。

微小血管密度や平均血管内腔面積などのパラメーターには差がなかった。これは、1での結果と関連し、患者血清に見られる抗GM1などの抗体がBNBの破綻の一助となり、これをきっかけとして末梢神経実質内へと免疫グロブリンをはじめとする液性因子が流入、ニューロパチーの成立に寄与するという仮説を形態学的に支持する結果であった。血液神経関門(BNB)を通しての免疫グロブリンなどの液性因子、および感作リンパ球の末梢神経実質内への侵入はギラン・バレー症候群、CIDPなどをはじめとする免疫学的末梢神経障害発症のkey stepであり、BNBを構成する内皮細胞(PnMEC)の生物学的特性の解析はこれらの疾患の病態解明に極めて重要であるが、技術的な困難からPnMECの培養はほとんど行われていなかった。本研究により、以下の成果が得られた。(1)ウシ末梢神経神経内膜由来内皮細胞(PnMEC)の大量純培養法が確立された。(2)PnMECは形態的に脳毛細血管由来内皮細胞(BMEC)に酷似し、in vitroでtight junctionを形成するほか、acetylated LDLを取り込み、von Willebrand抗原陽性など、一般的な内皮細胞としての特性も備えていた。(3)BBB,BNB共通のバリアーのマーカーであるglucosetransporter type 1は、培養早期に消失した。(4)PnMEC膜の糖脂質分画を解析した結果、GM3が主要ガングリオシドで、その他、GM1,GD1a,GD1b,GT1bおよびSLPGを末梢神経実質との共通抗原として発現していることが明かとなった。これらの結果は、BNBの分子細胞学的研究という新たな分野に道を開くと供に、ギラン・バレー症候群、CIDPなどの免疫学的末梢神経障害において、糖鎖に対する自己抗体がまずBNBを構成する内皮細胞を攻撃し、破綻したBNBを通って抗神経抗体が末梢神経実質にアクセスするという仮説を支持するものである。現在、この細胞を用いたBNBのin vitroモデルを作製す実験が進行中で、各種サイトカインによる膜抵抗の低下に関するデータが集積している。
損傷神経軸索におけるミトコンドリアのダイナミクス

本研究ではエネルギー供給源であるミトコンドリアに焦点を当て、損傷軸索でのミトコンドリアダイナミクスを明らかにすることを目指した。このため神経損傷に応答して神経細胞内ミトコンドリアを蛍光標識するBACトランスジェニックマウスを作製し、損傷軸索でのミトコンドリアの形態やターンオーバーを検討した。その結果、神経損傷後ミトコンドリアは細胞体で断片化し積極的に軸索末端へ輸送されることが明らかになった。これは神経再生・修復を促すための適応反応であると考えられた。損傷を受けた神経細胞の再生・変性過程にミトコンドリアの機能が深く関与することは従来報告されている。これに加え、神経細胞内での適切なミトコンドリア動態制御の重要性が近年認識されつつある。ミトコンドリアは分裂・融合を繰り返しながら絶えずダイナミックに動く細胞内小器官であり、極性を有する神経細胞においてミトコンドリア動態制御の破綻は神経変性を引き起こすと考えられる。そこで本研究では神経損傷に応答してミトコンドリアが特異的に蛍光標識されるようなシステムを確立し、損傷神経でのミトコンドリアの動態を明らかにすることを目指す。本年度は損傷神経細胞特異的にミトコンドリアを蛍光標識すると同時に組換え酵素Creリコンビナーゼを発現するトランスジェニックマウスの作製を行った。損傷神経細胞特異的な遺伝子発現制御を再現よく確保するため、神経損傷特異的に発現上昇する転写因子ATF3遺伝子全領域を含むBAC(大腸菌人工染色体)を利用した。ATF3遺伝子開始コドンの位置にIRES(Internal Ribosome Entry Site)をはさんでミトコンドリア移行シグナル付き蛍光蛋白(EGFP)と組み換え酵素Creリコンビナーゼを含む遺伝子断片を挿入しコンストラクトを構築した。この挿入遺伝子断片は培養細胞に遺伝子導入すると期待通り蛍光蛋白とCre蛋白を発現することから、挿入遺伝子断片に問題はないことが明らかになった。しかし作製したBACコンストラクトを受精卵に注入したところ、産仔を得ることはできたもののトランスジーンの挿入が認められなかった。再度同じコンストラクトの受精卵注入を試みたが同様の結果であった。現在コンストラクト構築の一部を変更し3回目の受精卵注入を試みており、早急にトランスジーンを有するマウスを得て次年度の研究計画につなげる予定である。神経再生・修復現象が円滑に進むためには、損傷神経細胞内でオルガネラが適切に移動・配置することが必要である。中でも、エネルギー供給源であるミトコンドリアが細胞内及び軸索内を適切に移動することは極めて重要であると考えられるが、損傷神経におけるミトコンドリアダイナミクスは不明である。そこで損傷神経細胞特異的にミトコンドリアを蛍光標識することができるトランスジェニックマウスの作製を計画した。組織特異性を保つために、神経損傷特異的に発現応答する転写因子ATF3のプロモーター領域を含む大腸菌人工染色体(BAC)を用いてコンストラクトを構築した。昨年度は複数回の受精卵へのインジェクションにもかかわらず全くトランスジェニックマウスを得ることができなかった。しかし今年度コンストラクトの一部を改変し再度受精卵への注入を行った結果、目的のトランスジェニックマウスを得る事が出来た。作製したマウスの神経損傷応答性を確認するため、末梢神経である舌下神経および坐骨神経を切断したところ損傷ニューロンおよび損傷軸索内で蛍光標識されたミトコンドリアが観察された。一方大脳皮質損傷や脊髄損傷などの中枢神経損傷モデルにおいても損傷を受けた大脳皮質、脊髄ニューロンで蛍光標識されたミトコンドリアを確認することが出来た。損傷神経細胞以外の他の脳部位及び他の組織では蛍光標識されたミトコンドリアがほとんど確認されず、極めて組織特異性の高いマウスを得る事ができた。このマウスは損傷神経細胞特異的にミトコンドリアを標識すると同時にCreリコンビナーゼを発現誘導する。このため各種floxマウスと交配することにより、損傷神経細胞でのみ特定遺伝子の発現をON/OFFする事が可能となる。このようなマウスは現在までに報告されておらず今後の研究の有用なツールになると考えられる。神経再生・修復を円滑に進めるためにはオルガネラが適切に移動・配置することが極めて重要であると考えられる。中でもエネルギー供給源であるミトコンドリアが正常に機能するためにはその動態が細胞内で適切に制御される必要がある。特に神経細胞特有の形態である軸索では、細胞体からミトコンドリアが輸送され細胞体へと回収されるため、そのダイナミクス制御は厳密に行われていると考えられる。本研究では損傷軸索におけるミトコンドリア動態を明らかにするために、損傷神経細胞特異的にミトコンドリアを標識し同時にCreリコンビナーゼを発現するBACトランスジェニックマウスを作製した。作製したBACコンストラクトを受精卵へ注入してもなかなかトランスジェニックマウスを得る事が出来ず予想外の時間が経過したが、平成23年度になりようやく目的のマウスを得る事ができた。

得られたマウスの表現系の解析を行ったところ、末梢・中枢神経損傷を受けると損傷神経細胞・軸索特異的にミトコンドリアを蛍光標識できることが明らかになった。そこで、このマウスの末梢神経に損傷を与えたところ、ミトコンドリアが細胞体で断片化し積極的に軸索へ運ばれ再生軸索が形成される頃元の長さに戻ることが明らかになった。これは損傷前より軸索に局在する古いミトコンドリアのターンオーバーや軸索末端へのエネルギー供給のスピードを上昇させ神経再生・修復を促すための適応反応ではないかと考えられた。本研究で作製したマウスはこのようなミトコンドリア研究に加えて広く脳損傷研究に有用なツールになると考えられる。目的のトランスジェニックマウスを得るまで、昨年度は受精卵へのDNA注入作業を複数回繰り返し予想以上の時間を費やした。このため得られたトランスジェニックマウスのキャラクタライゼーションが今年度にずれこんだ。24年度が最終年度であるため、記入しない。作製した損傷特異性を有するトランスジェニックマウスを用いて(1)in vitroおよび(2)in vivoでの解析を進める。(1)ではトランスジェニックマウスから調整した初代培養細胞を用い、損傷刺激前後での軸索内ミトコンドリアのライブイメージングを行う。損傷刺激によって誘導されるトランスジェニック由来の蛍光色素と異なる色で予めミトコンドリアを標識することで損傷刺激前後のミトコンドリアを色分けし、ターンオーバーや分裂融合現象を比較検討する。(2)では損傷神経内の蛍光標識ミトコンドリアを時間経過を追って観察し輸送やターンオーバーを組織科学的に詳細に検討する。さらに各種floxマウスとの交配を行い、損傷神経細胞特異的に特定遺伝子のON/OFFが可能であるか確認する。
現職教員の再教育のための情報通信ネットワークを用いた遠隔教育の試行研究

学校が直面している諸問題を適切に解決できる教員の養成、および現職教員の資質向上を目的とした再教育システムを試行した。これは香川大学大学院の授業を、テレビ会議システムを用いて高知大学、鳥取大学へ配信する遠隔教育として実施した。この再教育においては、ビデオによる教材はCS放送システムで送信し、テキストや印刷資料は各会場で配布して用いた。実施後の受講者に対するアンケート調査の結果から、現職教員の学修の機会として、テレビ会議システムを利用した遠隔教育が一つの方法であることが分かった。1)テレビ会議システムは、ISDNの1回線(2B)による接続で十分に利用が可能であること。2)動画の教材を、CS放送やビデオテープで提供することで、テレビ会議システムの解像度が低いという問題点を補うことができること。3)音声については、ハウリング、エコーの防止に注意を払うこと。4)講師に質問できる機会を、多くとることを望んでいること。5)授業の中で、他会場と情報交換や討議できることを強く望んでいること。6)授業科目は、教育臨床心理学、教育情報、教育実践等を望んでいること。7)授業は、夏季休業日や土曜日・日曜日に実施することを望んでいること。8)インターネットを利用した広報活動や申込み手続きの簡素化を望んでいること。今後の課題として、1)受講者の所属する学校種ごとに、教材が選択できる教育方法を講じること。2)日常化するためには、CS放送に代わる動画の配信方法を考えること、などが生じた。学校教育における今日的課題に対処するために、現職教員の実践的指導力の向上を目的とする研修のための遠隔教育システムを考えた。多地点会場を結ぶ遠隔授業では、対面授業とほぼ同様なコミュニケーションができること、映像・音声の良質化が図れること、併せて、経済性や操作性の良いことが要求される。そこで、テレビ電話やテレビ会議装置など(以下,会議装置)をISDN1回線で接続し、接続する会場数による遠隔教育システム・モデルを構成し、遠隔授業を試行した。(1)2会場間接続:新潟大学では、2台の会議装置を設備し、岐阜大学と長岡会場の各会議装置間で双方向通信できるシステムを構成し試行した。(2)4会場間接続:香川大学では、高知、鳥取、和歌山の各大学と坂出会場の4会場の会議装置と当大学の4台の会議装置をマトリクス・スイッチで結ぶシステムを試行した。これはスイッチ操作で、発言会場の映像・音声を他会場へ送信できる方式である。(3)5会場以上の接続:岐阜大学では、県内会場と新潟大学の各会議装置を多地点制御装置で結ぶ遠隔教育システムを構成し試行した。これらの試行の結果、遠隔教育の基本形(1)では、中継点においてのハウリング対策が課題になった。(2)、(3)の方式では、会場相互の音量のバランス調整が課題となった。また、(2)では他会場からの発言要求ごとのスイッチ操作に労力を要した。(3)の方式では、発言ごとに自動接続できたがシステムが高価になることや、発言会場以外では音声ミュートに設定することが約束事となった。また、映像の解像度とISDN使用数との関係を香川、岐阜大学間で調査した結果、映像からのストレスを防ぐには2回線以上の接続が必要であることが分かった。これは香川大学大学院の授業を、テレビ会議シスチムを用いて高知大学、鳥取大学へ配信する遠隔教育として実施した。

2)動画の教材を、CS放送やビデオテープで提供することで、テレビ会議システムの解像度が低いという問題点を補うことができること。3)音声については、ハウリング、エコーの防止に注意を払うこと。4)講師に質問できる機会を、多くとることを望んでいること。5)授業の中で、他会場と情報交換や討議できることを強く望んでいること。6)授業科目は、教育臨床心理学、教育情報、教育実践等を望んでいること。7)授業は、夏季休業日や土曜日・日曜日に実施することを望んでいること。8)インターネットを利用した広報活動や申込み手続きの簡素化を望んでいること。今後の課題として、1)受講者の所属する学校種ごとに、教材が選択できる教育方法を講じること。2)日常化するためには、CS放送に代わる動画の配信方法を考えること、などが生じた。
リズミックな遺伝子発現を誘起する人工時計タンパク質の創製

代表的なDNA結合モチーフであるC2H2型ジンクフィンガーモチーフを用いて、時計遺伝子プロモーターに選択的に作用する人工転写因子をデザインした。これにより、遺伝子発現リズムを制御することに成功した。また、本来は振動発現しない遺伝子にもリズミックな遺伝子発現を誘起しうる人工タンパク質をデザインすることができた。サーカディアンリズムの制御メカニズムの解明は盛んに研究が行われ、また、周期的発現の理論モデルは報告されているが、実際に真核細胞内で人工的にリズムを生み出したり、リズムを制御するという試みはほとんどない。本研究では、時計遺伝子プロモーターに存在する転写因子結合配列に選択的に作用する人工転写因子を作製し、細胞時計のリセット、すなわち、時計遺伝子発現リズムの位相シフトの誘起を試みた。人工転写因子のDNA結合ドメインとして、様々な3塩基対に対応するように改変された亜鉛フィンガーモチーフの連結体を用い、まず、このジンクフィンガーが標的DNA配列へ選択的に結合することを確認した。さらに、転写活性化ドメイン、リガンド応答性の分解ドメインを融合した人工転写因子を設計し、時計遺伝子プロモーター駆動レポーターベクターの生物発光をリアルタイムでモニタリングした。その結果、リガンド添加によって人工転写因子は核内に蓄積し、リガンド添加のタイミング依存的に、時計遺伝子発現リズムの位相を前後に操ることに成功した。これまで、細胞時計のリセットにはフォルスコリンやデキサメタゾンなどの化合物が用いられてきたが、これらは様々な遺伝子に影響を与えてしまう。高い選択性で時計遺伝子ネットワークに直接作用できるこの人工転写因子は、時間治療の新しい手段として、またリズミックな発現メカニズムを解明するためのプロモーター解析ツールとしての有用性が期待される。個々の細胞では様々な遺伝子の発現がサーカディアンリズムを有している。これらの遺伝子の多くは、プロモーター領域にE-boxをはじめとする様々な時計タンパク質結合配列が存在し、転写活性化が周期的に調節されている。このような周期的な調節を担う時計タンパク質には、E-box配列に結合し転写を活性化する活性化因子、およびこれらの抑制因子などが知られている。一方、任意の遺伝子をリズミックに発現させることができれば、リズム異常の原因解明や治療にとって有用である。そこで、活性化因子がE-box配列のみならず、様々な標的配列へ近づくことができれば、周期的に抑制因子による制御がかかり、結果としてリズミックな遺伝子発現が生じるのではないかと考えた。そこで本年度は、外来のDNA結合ドメインと活性化因子として働く時計タンパク質との融合タンパク質をデザインした。モデル系として、DNA結合ドメインには代表的なジンクフィンガードメインを導入し、レポーター遺伝子としてはプロモーター中にジンクフィンガー結合配列を挿入したものを作製した。これを培養細胞内で発現させ、レポーターアッセイを行った結果、プロモーター領域にジンクフィンガーの結合配列を有する場合には、E-boxが無くても転写が活性化され、また同時に、抑制因子による制御を受けることが明らかになった。さらに、レポーター遺伝子の発現をリアルタイムでモニタリングした結果、プロモーター領域にジンクフィンガーの結合配列を有する場合にのみ、約24時間周期のリズミックな遺伝子発現が誘起された。これらの結果は、時計タンパク質が直接DNAに結合していなくても、リズミックな遺伝子発現を誘起できることを示した初めての例であり、また、任意の遺伝子をリズミックに発現させることができる可能性を示唆している。24年度が最終年度であるため、記入しない。
鉄筋コンクリート構造物の実物暴露試験及び促進試験

鉄筋コンクリート構造物の塩害は早急に解決しなければならない重要な課題である。本研究は、その原因、老朽化の過程、及び補修対策等を研究し、下記の項目について実験、及び解析を行い成果を得ている。(1)実物構造物の塩害暴露試験を行い、暴露期間4年半での塩分量分布、自然電位の経時的変化、分極抵抗の測定、及び鉄筋の腐食面積等の測定を行っている。塩分量の分布では、海水飛沫を強く受ける位置において著しい量の浸透があり、鉄筋の腐食との相関性を明らかにしている。自然電位の変化の過程が、長期にわたり測定した結果明かになり、非破壊試験として用いる際の注意事項がわかった。さらに、分極抵抗の測定が鉄筋の腐食傾向を表していることが示された。(2)海水浸漬試験、常湿塩分試験、及び乾湿繰り返し試験の3種の促進試験を行い、各々の塩分浸透性に関する性質を理解することが出来た。これらの実験結果と、実構造物との相関性について解明を行っている。(3)塩分の浸透をフィックの拡散方程式を用いて解析している。その際に、差分法による解析手法を開発し、合理的に拡散の過程を解明することが出来ている。暴露構造物を対象にして,コンクリートコアーの採取,塩分量の定量分析及び非破壊実験をして自然電位の測定を行っている.塩分量の測定から,外部から侵入してくる塩分量の著しい大きいことが明らかになった.これに対して,アフリルゴム系の塗膜を有する場合,塩分侵入の阻止効果が大きく,コンクリートに浸透する塩分量も少ない,初期塩分混入の場合,塗膜の有無により塩分分布形状に差異が表われている.自然電位の測定によると,無塩の柱については,経時的に鼻に移行する傾向を示し,鉄筋腐食環境の悪化を示している.しかし,有塩の柱の場合,自然電位はすでに鼻に大きく移行しており,経年では一定の傾向は示していない.むしろ,測定時のコンクリートの含水状態,錆の層の状態に影響される.塗膜を有する場合には,自然電位の鼻への移行はかなりおさえられる.クラックの発生状態は,有塩無塗膜の場合に最も大きく,その幅が3mmにも達している.それに対して,有塩有塗膜の柱については,その塗膜を除去して目視で確認したところ,クラックの発生は無かった.このことから,初期に塩分を含むコンクリート中の鉄筋については,十分な防水塗膜の施工によって鉄筋の発錆をおさえることが可能であることが解明された.これらの実験結果から,海岸に隣接している建物については,外部からの塩分の侵入が著しく,塩分侵入を阻止する塗膜の必要性が明らかになった.また,非破壊試験の自然電位の測定法は,鉄筋の腐食環境の変化を表わし,その傾向を知る上で有効な方法である.本研究を継続して行うことにより,経済的に変化する劣化の状況を知ることが出来て,塩害の問題の原因及びその補修対策等を解明することが出来る.鉄筋コンクリート構造物の塩害は早急に解決しなければならない重要な課題である。本研究は、その原因、老朽化の過程、及び補修対策等を研究し、下記の項目について実験、及び解析を行い、成果を得ている。自然電位の変化の過程が、長期にわたり測定した結果明らかになり、非破壊試験として用いる際の注意事項がわかった。
ビタミンAによる細胞機能調節におけるミッドカインとTGF-βの役割

今迄の研究成果に基づき、ビタミンAがミッドカイン(MK)とTGF-βをメディエーターとしてどの様に細胞機能を調節し、病態に関与しているかを明らかにすることを目標として、1.ビタミンAがダイレクトに内皮細胞の遺伝子発現を調節するメカニズムを解明するとともに、血管新生に与える影響を(1)培養血管内皮細胞の増殖能、遊走実験、並びに各種関連遺伝子の動態、(2)鶏卵の漿尿膜を使ったin vivo実験系において評価する。2.ビタミンA刺激により生成したTGF-βが、肝繊維化を引き起こしているかどうかを(1)培養伊東細胞のコラゲン合成能、伊東細胞と肝実質細胞との共培養における実質細胞の血清アルブミンの合成能、(2)ブタ血清投与ラット肝硬変モデルにおいて評価する。3.加えて、内皮細胞中に見い出だされた高分子MK複合体の正体を明らかにし、その生理的役割を調べる。の3点について実験を行った結果、1.ビタミンAは核内受容体RARと転写因子Sp1との相互作用を通しuPA遺伝子の転写を促進していることがわかり、現在、両者の物理的相互作用について調べている。また、ビタミンAは、内皮細胞におけるTGF-β受容体の発現を促進し、培養内皮細胞の増殖、遊走を抑制、漿尿膜上の血管新生を顕著に阻害した。2.ビタミンAは、TGF-βの産生・活性化を介して伊東細胞のコラゲン合成を高め、実質細胞の血清アルブミン合成を阻害することを見い出した。また、動物に直接線維化を引き起こしはしなかったが、ブタ血清投与によるラット肝線維化・肝硬変を顕著に増悪させた。3.MKがトランスグルタミナーゼによって二量体を形成することが、MKのPA促進活性に大事であることを、架橋反応に携わるGln残基を決定し、Gln残基を含む合成ペプチドを用いることで証明した。今後は二量体を精製し、まだ単離されていないMK受容体を解析するツールとする予定である。
冠動脈造影における超高精細ＤＳＡ法の開発

DSAは造影前後の画像を減算し血管を抽出する手法である。しかし冠状動脈などの心臓領域で用いることはほとんど行われていない。理由は臓器の動きや呼吸移動が大きく、アーチファクトが避けられないためである。もしDSAが冠動脈造影で実現できれば、従来より少量の造影剤で詳細な血流分布および血管分布などが観察可能となり、診断精度の向上や冠動脈に起因する疾患の新たな病態解明等に寄与することが期待できる。本研究では冠動脈造影に対して、アーチファクト低減し、DSAを心臓領域に適用できる方法を開発することを目的とした。どの症例に対しても良好な結果が得られた。特に撮影系が動いたケースに対して良好な結果が得られた。日本国内において心疾患による死亡者数は2位であり、年々増加傾向にある。近年では心臓の血管を検査するために心臓CT検査が普及し始めているが、心臓CT検査では治療を行うことができない。冠動脈疾患の治療(IVR:Interventional Radiology)は冠動脈造影を行い、カテーテルの先端から血栓溶解剤を注入して血栓を溶かし、閉塞部の血流を再開させる治療や、バルーン療法、ステント挿入術も行い、血流の再開を図る方法も採られる。従って、治療の際には冠動脈造影が必須である。造影検査は、血管に造影剤を注入し、X線撮影を行う検査である。この時、血管だけを抽出するDSA(Digital Subtraction Angiography)法がある。これは造影剤注入後(ライブ画像)と注入前(マスク画像)を引き算することにより、骨や臓器の部分を消して血管だけを画像にする方法である。しかし、心臓領域では肋骨や心臓の拍動、横隔膜の動きが激しいため、造影剤注入前後の血管以外の構造物の位置にズレが生じ、動きによるアーチファクトが発生し診断の妨げとなる。従って現在では、心臓領域の造影検査である冠動脈造影に対してはDSA法が適応されていない。もしDSAが使用可能となれば、狭窄部の細く淡い血管のコントラストを増強し、ステント挿入後に開通した小動脈を鮮明に描出された画像を得ることができる。また、造影剤には副作用がある。よって、濃度の薄い造影剤を使用できれば、患者の身体的負担が大幅に軽減する。そこで本研究では冠動脈造影において狭窄部の細く淡い血管造影のコントラストを増強し、ステント挿入後に開通した小動脈を鮮明に描出することができるDSA法を開発することを目的とした。2014年度はアーチファクトの減弱及び狭窄部の細く淡い血管の強調が困難である例の原因及び部位の特徴を解析した。それをもとにDSA法の開発を行った。冠動脈造影は、血管に造影剤を注入しX線検査により心臓の血管像を得る検査である。血管像の抽出には頭部・腹部・上肢・下肢ではDSA(Digital Subtraction Angiography)法とよばれる手法がよく用いられる。この手法は造影剤注入後の画像から造影剤注入前の画像を引き算することで、骨や臓器の部分を消し、造影剤の入った血管像のみを抽出し画像を得る技術である。しかし、冠動脈は心臓に位置し、その心臓領域では心臓の拍動や、呼吸による肺・肋骨・横隔膜が非常に動くため、造影剤注入前後で臓器の位置のずれが大きいため、ほとんど用いられていない。そこで本研究は心臓領域でも適応可能なDSA法の開発を目的としている。今回は、特に呼吸による肺野領域の移動が大きく、多くのアーチファクトが生じるため、肺野領域に着目し、他の領域と異なるアーチファクトを減らすための処理を行った。また、ご認識により消滅していた太い血管が消えないよう、マスク画像の作成方法の改良を行った。研究成果はIUPESM World Congress On Medical Physics & Biomedical Engineering 2015(世界医学物理生体医工学会)とComputer Assisted Radiology and Surgery 2015(第29回国際コンピュータ支援放射線医学・外科学会議)にて報告を行った。昨年度に引き続き、血管とその他の構造の分離に機械学習を利用した。識別機としてまず、サポートベクターマシーン(SVM)を使用した。2クラス分類において知られている手法のなかで性能のよい手法である。よって、SVMの特徴は未学習データに対して高い識別性能を発揮することであろうと考え、血管とその他の構造の分離を行った。しかし、あまり良好な結果を得ることができなかった。よって、その原因を調査したところ、特徴量の使用に問題があることが判明した。そこで、識別機を深層学習に変更を行った。SVM使用時の特徴量の抽出、その問題点の解明、識別機の変更に時間を要した。また、CPUを用いて計算を行うと計算時間に一週間程度を要していた。そのため、当初の計画に従いCPUとGPUを用いた高速化を行った。近年では心臓の血管を検査するために心臓CT検査が普及し始めているが、心臓CT検査では治療はできない。冠動脈疾患の治療にはカテーテルを用いるため、冠動脈造影が必須である。血管だけを画像化する方法として造影剤注入前後の画像の引き算により血管以外の陰影を削除するDSA(Digital Subtraction Angiography)法がある。しかし、冠動脈造影においては、心臓や呼吸によるアーチファクトが多く生じるため、現在あまり利用されていない。