hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ダンチクの光合成、物質生産の環境ストレス耐性

平成30年度には,ダンチクの耐湿性と耐塩性について組織形態学的に調査を行った.耐湿性については,ダンチクの日本系統(口之津)および欧州系統(サンディエゴ)とも湛水条件下で根の皮層に破生通気組織を形成することが明らかとなり,ダンチクはイネや他の耐湿性作物と同様,地上部から根へ酸素を供給する能力が高いことで高い耐湿性を有することが判った.耐塩性については,ダンチクの日本系統(口之津)および欧州系統(サンディエゴ)とも耐塩性が高いとされるヨシと同様に茎基部に塩処理条件下でデンプン粒の蓄積が認められ,地上部へのNa+の移行阻害に関与している可能性を示唆した.なお,この点についてはこの茎基部のデンプン粒がNa+を吸着しているかどうかの確認が必要である.また,耐塩性メカニズムに関してイオンの吸収と体内移行を調査したところ,ダンチクでは塩処理下で地上部の葉身や茎のNa+含有率が低く保たれ,またK+やMg2+,Ca2+など他の陽イオン含有率への影響が少なく,代謝のかく乱が小さいことが判った.これらのダンチクの耐塩性メカニズムをさらに検討していくために,平成30年度にはダンチクの水耕栽培を試み,切り出した地上部の節(node)からshootを再生させ,水挿しで発根させることにより均一な個体を多数得る方法を見出した.この水耕実験系でダンチクの耐えられるNaCl濃度について検討したところ,日本系統(口之津)および欧州系統(サンディエゴ)とも200mMまでは7日間以上葉緑素の低下がみられず生存したが,300mMでは4日目より黄化し7日目には枯死する個体があったことから,ダンチクの耐えられる塩濃度は海水のおおむね1/2程度と推測された.今後この水耕系を用いた耐塩性メカニズムの研究進展の端緒を作ることができた.平成28年度には,わが国のダンチク系統(口之津)と海外の系統(サンディエゴ)を供試し,光合成能力の耐湿性,耐旱性,耐塩性を調査した.耐湿性の強いイネ,耐旱性の強いソルガムおよび耐塩性の比較的強いオオムギとヨシを比較の対照として用いた.光合成能力は,大気CO2濃度,光合成有効放射2000μmol/m2/s,葉温28°C下のみかけの光合成速度(Pn)とクロロフィル蛍光(Fv/Fm)で評価した.湛水条件下でのPnおよびFv/Fmは,ダンチクの2系統ともイネと有意差は無く,ダンチクはイネと同等の耐湿性があると評価された.口之津,サンディエゴとも湛水条件下で根に通気組織の形成が確認された.1週間灌水を停止し,土壌水分を-0.12MPaまで低下させた旱ばつ条件下のPnは,ソルガムは実験期間を通じて低下しなかったが,ダンチクの口之津,サンディエゴとも土壌水分が-0.10MPa付近から低下したがオオムギやイネよりは高い値を維持し,ダンチクはソルガムよりは弱いもののかなり高い耐旱性を有すると判断された.旱ばつ条件下でのダンチクの葉水ポテンシャルの低下はソルガムよりも小さかったことから,ダンチクでは,比較的高い水ポテンシャルから気孔閉鎖が起こりPnが低下すると考えられるが,この点についてはさらに検討が必要である.海水の塩分濃度に近い3%NaCl溶液灌水処理後,オオムギは2日目から,ヨシは4日目からFv/Fmが低下したが,口之津,サンディエゴとも7日間低下がみられなかったので,ダンチクは,オオムギやヨシよりも高い耐塩性を持つと判断された.オオムギやイネでは,塩処理後地上部のNa含量が著しく高まったのに対し,ダンチクでは根や根茎中のNaは高まるものの,地上部へのNaの移行は阻害され葉身や茎のNaは低く保たれていることが判った.今後さらに他の陽イオンや陰イオンの動態について検討したい.平成28年度は,ダンチク光合成の環境ストレス耐性について,わが国のダンチク系統(口之津)と海外の系統(サンディエゴ)を供試し,耐湿性と耐旱性および耐塩性について調査し,いずれもダンチクが優れていることを確認した.特に,耐塩性については,そのメカニズムについて次年度以降予定していたダンチクのNa吸収と体内移行の点からの検討を先に進め,得られた結果を学会発表した.一方,当初予定した他の系統を用いた系統間差の検討は未実施であり,平成29年度に実施する予定である.以上のように当初予定の研究計画より早く進んでいる部分とやや遅れている部分があるが,全体としてはおおむね順調に進展していると評価できる.平成29年度には,ダンチク日本系統3系統(口之津,知念,海士),欧州系統4系統(サンディエゴ,マルセイユ,クレタ島,クロアチア)を供試して,葉緑素値とクロロフィル蛍光値(Fv/Fm)を指標として,耐旱性と耐塩性の系統群間差異を検討した.耐旱性については,明確な品種間差異は認められなかった.耐塩性については1/2000aポット土耕栽培(容量10L)あたり海水に近い3%NaCl溶液を5L灌水する方法で比較したところ,欧州系統の方が高い傾向にあったものの,日本系統にも高いものがあった.その原因は不明であるが,株の大きさや根の張り方などが影響した可能性があるので再検討が必要である.

また,ダンチクがどの程度の土壌塩分濃度まで耐えられるかについて土耕栽培で試験したところ,海水の1/2程度の約300mMまでは生存可能と判断されたが,土耕栽培では土壌溶液の塩分濃度を正確に設定できなかったことから今後水耕栽培を試みて再検討する必要がある.さらに,ダンチクの耐塩性について,昨年度のNaに加え,他の陽イオンおよび陰イオンの器官別移行を調査した.対照植物のイネやオオムギでは塩処理下で地上部の葉身や茎のNa+含有率が高まるにつれK+含有率の低下がみられたが,ダンチクでは葉身や茎のK+含有率に影響がないことが分かった。Cl-含有率についても, Na+同様,ダンチクでは塩処理下で根や根茎中のCl-含有率は高まるものの地上部の葉身や茎のCl-含有率は低く保たれていることが分かった.また,塩処理下でダンチク葉身や茎のNa+含有率はCl-含有率よりも低いことが明らかとなった.このことは,ダンチクにおいては塩処理下でNa+やCl-の地上部への移行が阻害されていると同時に,地上部からNa+の排除が行われている可能性を示唆する.ダンチクの耐塩性のメカニズムについてさらに水耕栽培などを用いて検討したい.昨年度は,ダンチク光合成について日本系統と欧州系統を供試して耐旱性,耐湿性など水分耐性と耐塩性について検討を行い,一昨年度と一致した結果を得たので,ダンチクの水分耐性について学会発表した.耐塩性については,さらに検討すべき課題が残ったが,陽イオンと陰イオンの分析を行い大変興味深い結果を得ており,全体としてはおおむね順調に進展していると考える.平成30年度には,ダンチクの耐湿性と耐塩性について組織形態学的に調査を行った.耐湿性については,ダンチクの日本系統(口之津)および欧州系統(サンディエゴ)とも湛水条件下で根の皮層に破生通気組織を形成することが明らかとなり,ダンチクはイネや他の耐湿性作物と同様,地上部から根へ酸素を供給する能力が高いことで高い耐湿性を有することが判った.耐塩性については,ダンチクの日本系統(口之津)および欧州系統(サンディエゴ)とも耐塩性が高いとされるヨシと同様に茎基部に塩処理条件下でデンプン粒の蓄積が認められ,地上部へのNa+の移行阻害に関与している可能性を示唆した.なお,この点についてはこの茎基部のデンプン粒がNa+を吸着しているかどうかの確認が必要である.また,耐塩性メカニズムに関してイオンの吸収と体内移行を調査したところ,ダンチクでは塩処理下で地上部の葉身や茎のNa+含有率が低く保たれ,またK+やMg2+,Ca2+など他の陽イオン含有率への影響が少なく,代謝のかく乱が小さいことが判った.これらのダンチクの耐塩性メカニズムをさらに検討していくために,平成30年度にはダンチクの水耕栽培を試み,切り出した地上部の節(node)からshootを再生させ,水挿しで発根させることにより均一な個体を多数得る方法を見出した.この水耕実験系でダンチクの耐えられるNaCl濃度について検討したところ,日本系統(口之津)および欧州系統(サンディエゴ)とも200mMまでは7日間以上葉緑素の低下がみられず生存したが,300mMでは4日目より黄化し7日目には枯死する個体があったことから,ダンチクの耐えられる塩濃度は海水のおおむね1/2程度と推測された.今後この水耕系を用いた耐塩性メカニズムの研究進展の端緒を作ることができた.ダンチク光合成能力の耐湿性,耐旱性,耐塩性について,再現性を確認するとともにさらに2,3の系統を加えて系統間差について検討を進める.耐塩性については,どの程度の塩濃度に耐えられるかを定量的に把握するために,土壌塩濃度に対する反応を調査する.平成29年度には,さらにダンチクの耐湿性,耐旱性,耐塩性について,その要因解析を実施する.
人間の聴覚特性を導入した深層ニューラルネットワークによる高精度な実環境下音声認識

現在、音声認識技術に深層学習が導入され、徐々に実用的に使われるようになってきているが、雑音環境下等での音声認識性能は未だ十分ではない。本研究の目的は、DNN (Deep Neural Network)音響モデルに人間の聴覚特性を融合させることで、音声認識精度改善を得ることである。本研究では、人間の聴覚特性を考慮した特徴抽出フィルタバンクを深層学習により自動的に学習する手法を提案した。この手法により、不特定話者音声認識に対する音声認識精度の改善を得た。また、提案手法により適応化データ量が少ない条件下における話者適応化においても認識精度の改善が得られ、効果的であるという結果が得られた。現在、音声認識技術において、深層学習(Deep Neural Network; DNN)を用いた音響モデルが一般化しつつある。しかしながら、雑音環境下や遠隔発話条件での音声認識性能は未だ充分ではない。本研究の目的は、DNNを用いた音響モデル(特に特徴抽出の部分)に人間の聴覚特性を融合させることで、特に雑音環境下等で音声認識精度の改善を得ることである。本年度は、DNNでの直接的な特徴抽出ではなく、音響特徴量に聴覚特性を導入する場合の効果について検討を行った。まず、人間の聴覚特性である等ラウドネス特性(人間は10004000Hzぐらいの周波数の音は振幅が小さくても良く聴こえるが、低い周波数の音や高い周波数の音は振幅が大きくても聴こえにくいという特性)をFBANK特徴量に導入することで認識率の改善を図った。等ラウドネス特性は、各周波数に対する重みとして表現されるため、DNNの層間の重みとしても表現可能であるが、特徴量としてフィルタバンクを通す前のFFTスペクトルに対して重み付けを行うことで差別化している。また、周辺雑音に対して頑健に音声認識が行える特徴量として提案されているPNS (Power Normalized Spectrum)特徴量の導入も行った。PNS特徴量は、人間の聴覚特性である、順向マスキング(過去の音がマスクとなって現在の音を聴こえにくくする効果)と中時間パワー正規化(過去の100200ms程度の音声区間の平均パワーによって現在の音がマスクされる効果)を導入している。これらのPNSの聴覚特性は時間変化を扱うものであり、DNNで直接的に表現することは難しいと考えられる。これらの特徴量を導入した結果として、雑音環境下音声認識タスクにおいて、認識精度の改善を得た。特にPNSを用いることで、自動車雑音環境下で大幅な精度改善を得ることができた。当初計画では、聴覚特性をDNNで表現する方法を最初に検討する予定であったが、他機関の研究成果によってその効果がほとんどない(人為的にパラメータを設定しても自動で学習しても差がない)ことが分かったため、本年度はその次の段階で行う予定であった、聴覚特性を導入した音響特徴量(DNNの前段階にフィルタとして聴覚特性を導入すしたもの)を使用することで、どの程度認識精度が改善できるかという検討を行った。行う予定であった検討は実施できたため、研究は順調に進展していると判断する。現在、音声認識技術において、深層学習(Deep Learning)を用いた音響モデルであるDNN(Deep Neural Network)音響モデルが一般化しつつあり、実用的な音声認識精度が得られるようになってきている。しかしながら、雑音環境下や遠隔発話条件での音声認識性能は未だ十分ではない。本研究の目的は、DNN音響モデル(特に特徴抽出の部分)に人間の聴覚特性を融合させることで、雑音環境下等での音声認識精度改善を得ることである。本年度は、人間の周波数分解能に関する聴覚特性(聴覚フィルタバンク)を自動的に学習することで音声認識性能を向上させる研究を行った。自動的にフィルタバンクを学習するためには、フィルタバンクがパラメトリックモデル化されている必要がある。そのため、従来用いられてきたノンパラメトリックな三角フィルタの替わりにガウス関数を用いたフィルタバンクをニューラルネットワークに組み込み、そのパラメータをニューラルネットワークのパラメータとして学習するように、学習アルゴリズムおよび学習プログラムを開発した。当初は音声認識性能の改善は見られるものの、学習されるのはフィルタバンクのゲインのみで、フィルタの中心周波数が学習されないという現象が見られたが、学習アルゴリズムを変更(具体的には、SGDからAdamに変更)したことによって、パラメータ全体が学習されるようになった。学習したDNN音響モデルを用いて音声認識実験を行った結果、従来の三角フィルタを用いたフィルタバンクで特徴抽出を行った場合の音声認識精度を上回る特徴抽出フィルタを自動的に学習できるようになった。提案モデルは、フィルタ部分のパラメータが少ないことから、話者適応を容易に行うことができるという期待があった。そのため、ネットワークのパラメータを固定し、フィルタ部分のみを学習することで話者適応化を試みたが、十分な音声認識精度の改善を得ることはできず、課題が残った。本年度は、当初、人間の聴覚の時間特性をニューラルネットワークに組み込むことで音声認識性能を向上させる研究を行う予定であったが、ディスカッションの結果研究計画を変更し、人間の周波数分解能に関する聴覚特性(聴覚フィルタバンク)を自動的に学習することで音声認識性能を向上させる研究を行った。概要で述べた通り、本年度の研究の結果、DNN音響モデルを学習した場合に、従来の三角フィルタを用いたフィルタバンクで特徴抽出を行った場合の音声認識精度を上回る特徴抽出フィルタバンクを自動的に学習できるようになった。話者適応化の効果が期待ほど大きくなかったという面は課題として残っているが、研究は概ね順調に進展していると判断する。

現在、音声認識技術において、深層学習(Deep Learning)を用いた音響モデルであるDNN(Deep Neural Network)音響モデルが一般化しつつあり、実用的な音声認識精度が得られるようになってきている。しかしながら、雑音環境下や遠隔発話条件での音声認識性能は未だ十分ではない。本研究の目的は、DNN音響モデル(特に特徴抽出の部分)に人間の聴覚特性を融合させることで、雑音環境下等での音声認識精度改善を得ることである。平成2728年度は、聴覚特性を考慮した特徴抽出フィルタバンクを深層学習により自動的に学習する手法を提案し、それによって不特定話者に対する音声認識精度の改善や、適応データが豊富にある話者グループに対する適応化の効果を得ることができた。平成29年度は、話者適応手法について検討を行なった。聴覚フィルタバンクがパラメトリックモデルであるため学習すべきパラメータ数が少なく、適応手法に適していると考えられるためである。また、昨年度までは、聴覚フィルタバンクとして、ガウス関数を用いたフィルタバンクのみを用いていたが、聴覚フィルタとして広く用いられているガンマトーンフィルタ関数を用いて同様に自動学習可能な聴覚フィルタバンクを構築した。さらに、ここまでの検討では比較的小さいデータベース(日本音響学会研究用連続音声データベースと新聞記事読み上げ音声コーパスを混合したもの。合計77時間)を用いて評価を行なってきたが、より自然な発話での効果を確かめる目的で、日本語話し言葉コーパス(230時間)を用いた評価も行なった。様々な従来手法と比較したところ、提案手法により適応化データ量が少ない条件下における話者適応化においても認識精度の改善が得られ、特に提案した聴覚フィルタバンクを従来の線形変換を基とした話者適応手法と組み合わせることで効果的であるという結果が得られた。現在、音声認識技術に深層学習が導入され、徐々に実用的に使われるようになってきているが、雑音環境下等での音声認識性能は未だ十分ではない。本研究の目的は、DNN (Deep Neural Network)音響モデルに人間の聴覚特性を融合させることで、音声認識精度改善を得ることである。本研究では、人間の聴覚特性を考慮した特徴抽出フィルタバンクを深層学習により自動的に学習する手法を提案した。この手法により、不特定話者音声認識に対する音声認識精度の改善を得た。また、提案手法により適応化データ量が少ない条件下における話者適応化においても認識精度の改善が得られ、効果的であるという結果が得られた。人間の聴覚では、蝸牛内の基底膜がフィルタバンクの働きをしており、入力音声によって基底膜が振動することで基底膜上の有毛細胞で神経発火が起き、それが聴覚神経を伝わって脳内に送られることが分かっている。基底膜の運動は連続であるが、現在の音声認識技術では、音声信号を短時間フレームに切り出して抽出した離散時間特徴量を用いているため、時間連続性が途切れている。
葉緑体包膜のC,N輸送バランス異常に対する適応の分子機構

光合成による無機Cおよび無機N化合物の還元同化の比率は葉緑体に運ばれる両基質の量比が大きく影響している。無機N化合物として葉緑体に取り込まれる亜硝酸イオンの輸送には葉緑体包膜にあるトランスポータータンパク質が必要であり、その存在量が亜硝酸の葉緑体内への輸送量ひいては光合成による窒素の還元同化の効率を決めていると思われる。本研究ではこの亜硝酸トランスポーター遺伝子をクローニングし、その輸送機能を明らかにするとともに、トランスポータータンパク質の発現量をコントロールすることによる光合成産物におけるC/N比を調節することを試みた。キュウリ緑化子葉のcDNAライブラリーから亜硝酸トランスポーターcDNAをクローニングした。このcDNAを導入して形質転換した酵母を用いて、亜硝酸の輸送活性、輸送の方向等を明らかにした。亜硝酸トランスポーターmRNAの転写は光とN肥料の施肥によって誘導されることを明らかにした。亜硝酸トランスポーターのセンスおよびアンチセンスcDNAをもちいて形質転換した植物を形成し、その植物栄養学的性質を明らかにし、輸送活性の与える植物体のC/N比に対する影響を明らかにした。
エボラウイルス・ヌクレオカプシドのコア構造体の性状および構造解析

エボラウイルスのNPタンパク質を発現させるとヌクレオカプシドのコアとなる螺旋構造を形成する。我々はこの螺旋構造の生化学的および形態学的解析を行った。我々は、螺旋構造にはRNAが結合していること、また、この螺旋構造は塩濃度に応じて可逆的に構造変化を起こすことを明らかにして。さらに、結合しているRNAが螺旋構造体に可塑性を与えるために重要な役割をしていることを明らかにした。欠損変異体を用いた実験から、アミノ末端450アミノ酸がこれらの性状を担うことがわかった。本成果で得られた知見は、エボラウイルスのアセンブリー機構の解明に寄与すると考えられる。エボラウイルスのnucleoprotein (NP)タンパク質はゲノムRNAと結合し、らせん複合体を形成する。このらせん複合体はゲノムRNAの転写および複製を担うヌクレオカプシドのコア構造を構成すると考えられるが、その詳細は明らかではない。本課題では、NPタンパク質およびNPタンパク質が形成するらせん複合体の生化学的性状および立体構造を明らかにすることで、ゲノムRNAの転写および複製機構の解明に寄与することを目的とした。初めに、NPタンパク質を哺乳類細胞に発現させ、NP発現細胞かららせん複合体を精製した。らせん構造を形成するNPは細胞由来のRNAと結合していた。また、RNase処理を行うと、NPと結合したRNAは分解されることがわかった。今度は、らせん複合体を様々な塩濃度のバッファーで透析すると、低塩濃度でらせん構造がゆるみ、らせん構造が伸展することが明らかになった。続いて、塩濃度を生理的条件に戻すと、らせん構造が閉じ、元の構造に戻ることがわかった。このような構造的可塑性は、NPに結合したRNAを分解すると失われた。以上の結果から、NPに結合したRNAはらせん複合体を構成する構造因子であり、らせん複合体に構造的可塑性を与えることが明らかになった。エボラウイルスのNPはゲノムRNAと結合し、螺旋状の複合体(NPヘリックス)を形成する。NPヘリックスはゲノムRNAの転写・複製を担うヌクレオカプシド複合体のコア構造を形成すると考えられるが、その詳細は明らかではない。本課題では、NPおよびNPヘリックスの生化学的性状および構造を明らかにすることで、ヌクレオカプシド形成機構ならびにゲノムRNAの転写・複製機構の解明に寄与することを目的とした。哺乳類細胞によるエボラウイルスタンパク質発現系を用いた本研究から、NPヘリックスの形成にはRNAが必要であること、NPヘリックスの構造には可塑性があること、さらに結合したRNAがNP-RNAに構造的可塑性を付与していることが明らかになった(Noda et al J Gen Virol,2010)。また、NPヘリックスからヌクレオカプシドが形成される時、ポリメラーゼ因子として存在するVP35とNPタンパク質の比が重要であること、VP35が大量に存在する条件下ではNPヘリックスが形成されないことが明らかになった。現在、クライオ電子顕微鏡を用いてNPヘリックスの立体構造解析を行っており、ヌクレオカプシドとNPヘリックスの構造比較を行っているところである。
グローバル教育の視点から考えるリンガフランカとしての英語教育の可能性

6月に日本大学英語模擬国連大会(JUEMUN 2018)に参加した学生を対象に、Focus Group Interview (FGI)の手法を用いて第2回の調査を実施した。その結果、1)英語使用の際に母語話者を基準とする正確な言語の発話を意識することより、むしろ伝える内容を意識することにより、英語を使用する姿勢に顕著な変化が現れたこと2)対話する相手の英語力によって生じる様々な問題を解決する為に、質問と傾聴に徹する言語活動のストラテジーを工夫をしていること3)英語話者の多様性について寛容になることが多言語話者間の他者理解を促すことが明らかになった。日本人大学生にとり模擬国連活動は、母語背景の異なる多様な英語話者と出会う機会であり、自分自身がリンガフランカとしての英語(ELF)話者となる体験をしながら、英語発信力、特にWillingness to Communicate(WIC)の能力を高められる効果的な教育活動であると考えられる。中間報告として6月にオークランド大学で開催されたSociolinguistics 22 (社会言語学国際学会)、3月には、ミュンヘン大学で開催されたInternational Conference of Educating the Global Citizen: International Perspectives on Foreign Language Teaching in the Digital Age(グローバルシティズンシップ教育とデジタル時代における外国語教育国際学会)等の関連の学会で発表を行い、関連の論文を執筆した。2019年度には、グローバル教育の視点から考えるリンガフランカ(共通言語)としての英語教育:大学英語模擬国連参加学生の事例について、関係性の教育学会(EPA)にてポスター発表を行う。研究代表と分担者のひとりが、途中で病気療養する必要があったため、2年間の研究成果を比較検討する時期が遅れている。予定していた日本大学模擬国連参加者を対象とする調査は、被験者数に制限はあるが第2回を無事に完了することができ、最終年度に追加調査を実施することにより、これまでの調査を補完できると考えている。2019年度は日本大学英語模擬国連(JUEMUN2019)に参加する学生に対して、第3回目のFocus Group Interview(FGI)を実施する。文献調査を再度行い、これまでの研究結果と比較検証することで、研究課題に関する考察と結論を論文にまとめ、関連の国際ジャーナルへ投稿する計画である。日本人大学生がリンガフランカとしての英語(ELF)、グローバルリタラシー(国際教養と対話力)、およびWIC (Willingness to Communicate)の能力を高めるために、どのようなグローバル教育活動が有効かを検証する為に、6月に神戸市立外国語大学で開催された日本模擬国連活動に参加した学生を対象にFocus Group Interview (FGI)の手法を用いて調査を実施、質的データ分析を行った。その結果から1)調査対象者において、英語使用の際に母語話者を基準とする正確な言語活動を意識することより、むしろ伝える内容を意識することで英語を使用する姿勢に顕著な変化が生じたこと、2)対話する相手の英語力によって生じる様々な問題を解決する為に、言語的なストラテジー(対策)を試みていることが明らかになった。したがって、日本人大学生にとり模擬国連活動は、母語背景の異なる多様な英語話者に接する場面を提供し、自らがELF話者となる体験をする有益な機会であり、英語の発信力を促進する有意義な言語教育活動であると考えられる。しかし、今回の調査対象者は限定的であるため、2018年、2019年度に継続して調査を続ける予定である。今年度の調査結果は、2018年6月にオークランド大学で開催されるSociolinguistics 22 (社会言語学国際学会)にて発表する(生田・高橋・北村)。今回のFGIを用いる質的研究手法の有意性に関しては北村が研究ノートとして執筆した。2018年7月にはロンドン大学で開催されるELF 10th International Conferenceへ出席、高橋が関連のテーマで研究発表を行う予定である。研究計画はほぼ予定通りであるが、質的調査結果のデータの分析に想定より時間がかかり、年度末の時間的な拘束もあり米国国連本部における模擬国連大会への視察及び調査は行うことができなかった。しかし、予定していた日本模擬国連大会参加者を対象とする調査は第1回を完了し、パイロット調査は終了しているため、次年度へ本調査として継続する。2019年度には、グローバル教育の視点から考えるリンガフランカ(共通言語)としての英語

教育:大学英語模擬国連参加学生の事例について、関係性の教育学会(EPA)にてポスター発表を行う。研究代表と分担者のひとりが、途中で病気療養する必要があったため、2年間の研究成果を比較検討する時期が遅れている。予定していた日本大学模擬国連参加者を対象とする調査は、被験者数に制限はあるが第2回を無事に完了することができ、最終年度に追加調査を実施することにより、これまでの調査を補完できると考えている。Focus Group Interviewの手法を用いて質的調査を実施しているが、同時に調査できる人数が限られていることと、データ分析から判明する結果は、往々にして研究課題への周辺的な回答として捉えられることが多く、質的調査の手法についてはファシリテーションの仕方も含めて、今後も検討していく必要がある。2018年度に日本模擬国連(JUEMUN2018)に参加する学生に対して、同様の形式でFocus Group Interview(FGI)を実施、2017年度のFGIの結果と比較し、その結果をもとに、2019年度の日本模擬国連参加者に対する最終的なFGI調査を実施したいと考えている。2019年度は日本大学英語模擬国連(JUEMUN2019)に参加する学生に対して、第3回目のFocus Group Interview(FGI)を実施する。文献調査を再度行い、これまでの研究結果と比較検証することで、研究課題に関する考察と結論を論文にまとめ、関連の国際ジャーナルへ投稿する計画である。年度末の時間的な拘束があり、米国国連本部における模擬国連大会への視察及び調査は実施できなかった。2018年度6月及び7月の国際学会での発表に使用する予定である。研究代表と分担者のひとりが、長期病気療養をする必要があったので研究が遅延し、予定していた学会出張や文献研究が進まず、次年度に延期するため。使用する項目は、学会出張費用と書籍購入ほか、データ分析のためにタブレット型PCを追加で購入する予定である。
心的切断テストによる空間認識力の評価に関する研究

心的切断テスト(MCT)は、立体図によって立体と切断面を提示し、その切り口の実形を解答させる空間テストである。1. MCTを約200名の学生を対象に実施し、その誤答傾向を統計的に解析した結果、立体図に表現された“3次元"の立体および切断面を、あたかも“2次元"図形であるかのように誤答していることが示された。2.上記テストの高得点者、および、低得点者から、それぞれ10名被験者を抽出して、被験者がMCTの問題を解く過程を、注視点追跡法とプロトコル分析法を用いて詳細に解析した。その結果、高得点者は、高速で、正確なイメージ処理によって、多くの問題を解いていること、また、稜線の長さ等の量的判断を要する問題については、適切な特徴量を抽出して、分析的な考察を行って問題を解いていることが示された。一方、低得点者は、低速、あるいは、不正確なイメージ処理によって問題を解いており、量的判断を要する問題についても、分析的考察を行うことが少ないことが示された。MCTの問題の多くは、量的判別を要しない問題であり、上記の結果は、MCTが、主として、被験者のイメ-シ処理能力を反映していることを示している。3. 1、2の結果をあわせると、MCTは、“2次元"の図上に表現された“3次元"立体の形状のイメージを、正確、かつ、高速に生成する能力-いわゆる、読図能力-を評価していることが示された。4.図学(図法幾何学+機械製図)教育の前後においてMCTを実施した。その結果、(1)図学教育によって読図能力が育成され得ること、また、(2)前MCTの低得点者は図学において成績不良になりがちであること、が示された。心的切断テスト(Mental Cutting Test:MCT)は、立体図(透視図)によって、立体と切断面を堤示し、その切り口の実形を解答させるもので、全部で25題の問題からなっている。(1)ペ-パーテスト形式のMCTを約200名の学生を対象に実施し、その誤答傾向を統計的に解析した結果、立体図に表現された"3次元"の空間内の立体および切断面を、あたかも"2次元"図形であるかのように誤答していることが示された。(2)上記テストの高得点者(Expert)、および、低得点者(Novice)から、それぞれ10名程度被験者を抽出して、被験者がMCTの問題を解く過程を、アイカメラによる注視点追跡法とプロトコル分析法を用いて解析した。現在までの解析結果から、高得点者は、高速で、正確なイメージ処理によって、多くの問題を解いていること、また、稜線の長さ等の量的判断を要する問題については、適切な特徴量を抽出して、意識的な考察を行って問題を解いていることが示されている。後者は、MCTを解くにあたって、高得点者が解決方略を切り替えていることを示唆している。一方、低得点者は、低速、あるいは、不正確なイメージ処理によって問題を解いており、量的判断を要する問題についても、高得点者と異なり、問題解決方略を切り替えることが少ないことが示されている。MCTの25題の多くは、量的判別を要しない問題であり、上記の結果は、MCT得点は、被験者のイメージ処理能力を反映していることを示している。(3)(1)、(2)の結果をあわせると、MCTは、"2次元"の図上に表現された"3次元"立体の形状のイメージを、正確、かつ、高速に生成する能力-いわゆる、読図能力-を評価しているものと思われる。

心的切断テスト(MCT)は、立体図によって立体と切断面を提示し、その切り口の実形を解答させる空間テストである。1. MCTを約200名の学生を対象に実施し、その誤答傾向を統計的に解析した結果、立体図に表現された"3次元"の立体および切断面を、あたかも"2次元"図形であるかのように誤答していることが示された。2.上記テストの高得点者、および、低得点者から、それぞれ10名被験者を抽出して、被験者がMCTの問題を解く過程を、注視点追跡法とプロトコル分析法を用いて詳細に解析した。その結果、高得点者は、高速で、正確なイメージ処理によって、多くの問題を解いていること、また、稜線の長さ等の量的判断を要する問題については、適切な特徴量を抽出して、分析的な考察を行って問題を解いていることが示された。一方、低得点者は、低速、あるいは、不正確なイメージ処理によって問題を解いており、量的判断を要する問題についても、分析的考察を行うことが少ないことが示された。MCTの問題の多くは、量的判別を要しない問題であり、上記の結果は、MCTが、主として、被験者のイメージ処理能力を反映していることを示している。3. 1、2の結果をあわせると、MCTは、"2次元"の図上に表現された"3次元"立体の形状のイメージを、正確、かつ、高速に生成する能力-いわゆる、読図能力-を評価していることが示された。4.図学(図法幾何学+機械製図)教育の前後においてMCTを実施した。その結果、(1)図学教育によって読図能力が育成され得ること、また、(2)前MCTの低得点者は図学において成績不良になりがちであること、が示された。
相対論的重イオン衝突実験で見られる動的相転移とクォーク・グルオン多体系の物性研究

高エネルギー原子核衝突実験で実現されると期待される相転移に関し、パイオン対励起を考慮した有限温度でのカイラル相転移の記述に成功した。また準安定状態として異方カイラル凝縮体の発達が可能であることを明確にした。ハドロン相とカラー超伝導相の相転移についてクォーク・ボン模型でその相構造を明らかにした。さらにクォーク・グルオン多体系の流体的特徴として、量子グルオン流体の粘性係数が小さいことを示した。量子色力学(QCD)により支配されている強い相互作用に着目し、強い相互作用すクォーク・グルオン、またはハドロンの多体系が有限温度・密度で示す性質を解明することを目的としている。特に、高エネルギー重イオン衝突実験で実現されると期待されるカラル相転移の動的過程や、QCDが示す相構造を解明することを研究内容としている。この目的のため、新しい手法スクィーズ状態を用いる時間依存変分法を構築し、グルオン多体系やハドロン系に適用し、QCDの相構造、動的相転移を理解することを研究計画としている。相対論的重イオン衝突実験ではカイラル対称性の回復後の動的破れなど、種々の相転移が起きることが期待される。今年度は特にカイラル対称性に関したカイラル相転移、カラー超伝導・常伝導相転移、及び色の閉じ込めに関する閉じ込め・非閉じ込め相転移が注目される。カイラル相転移に関しては、スクイーズ状態を用いた時間依存変分法による動的カイラル相転移の扱いで、モード間相関とアイソスピン相関の両者を自然に取り込んだこの理論的手法により、主にモード間相関によって動的カイラル相転移の準安定状態として異方カイラル凝縮が起き得る事を示した論文を纏め、公表した。また、問題を簡単にするため、非相対論的ではあるが超伝導状態を示す非相対論的なフェルミオン多粒子系の相転移の問題をとりあげ、超伝導相と常伝導相との間の相転移を示す簡単化された代数模型を考察し、量子効果を取り込んだ近似(半古典的近似)では従来の古典近似で現れるシャープな相転移は現れないことを示し、このモデルでの相構造、相転移の在り方について新たな知見を得て、量子効果の寄与に関する新しい課題を提起した。得られた結果は論文として公表した。さらに、非閉じ込め相で起こりうるグルオン多体系の物性を考察するため、高次の量子効果まで取り込めるガウシアン汎関数を用いた時間依存変分法を用いてグルオン流体の粘性係数を評価する研究に取り掛かった。量子グルオンによる粘性係数への寄与を評価し、すでに一部成果が得られているが、来年度さらに精査する課題とする予定である。非可換ゲージ場であるグルオン場に対して、そのゲージ不変性を維持した形での時間依存変分法を構成し、量子グルオン場に対してリュービル方程式を導くことに世界で初めて成功した。この形式では種々の演算子の期待値が計算可能である。久保の公式によると、エネルギー・運動量テンソルの交換関係の期待値により、輸送係数の一種であるずれ粘性や熱伝導率が表されるので、期待値計算可能な我々の枠組みでこの計算を行い、最終的な数値計算までには至らなかったものの日本物理学会においてその研究成果を報告した。クォーク・グルオン流体の輸送係数は、近年の高エネルギー重イオン衝突実験で得られたクォーク・グルオン多体系の流体的特徴を検証する重要な物理量であり、世界的にも多くの研究者により様々なモデルで計算が為されているが、これらの量を基礎理論であるQCDに密着した形で評価する意義は大きい。また、カイラル相転移に関しては、ゴールドストンの定理を満たす形での我々の変分法の結果に基づき、現在数値解析を行っている最中であり、近いうちに成果が得られると期待されている。また、相転移に関しては、簡単な代数模型により、乱雑位相近似を超える変分的な手法を構成し、論文として公表した。また、この研究成果を生かして、対相互作用するクォーク多体系のモデルとしてPetryモデルを取り上げ、クォーク3体のハドロン多体系となるか、クォーク多体系となるかを種々の量子状態を用いて検討を始めている。クォーク・ハドロン相転移も高エネルギー重イオン衝突実験で実現されると考えられており、代数モデルの範囲内ではあるが、詳細な検討が可能なモデルであるので意義深い研究テーマであると考えている。研究代表者が開発してきたスクィーズ状態を用いた時間依存変分法を線型シグマ模型に適用し、物理的なパイ中間子、シグマ中間子にはパイオン対やパイオン-シグマ中間子対励起を取り込まないとゴールドストンの定理が満足されないこと、及び中間子質量が再現できないことを示し、この変分法では自動的にこれらの中間子対励起が取り込まれることを明確にした。これは研究代表者の変分的手法が場の理論を用いるハドロン多体系の研究にも適し、利点があることを示し、意義のある研究成果である。さらにこのモデルを有限温度に拡張して線型シグマ模型での有限温度カイラル相転移の様相を明らかにした。

すなわち、モデルの運動量カットオフが比較的小さいときは2次相転移であるが、カットオフを大きくとると相転移は1次的になること、及びパイオン質量が仮想的に小さいときにも相転移は1次になることを示し、モデルのカットオフのとり方に注意を喚起した。線型シグマ模型でのカイラル相転移の次数についての研究は長らく考察されており、一つの理解を与えた点で重要である。また他に、グルオン多体系の物性研究として、QCDのグルオン系に対する時間依存変分法を構築し、量子グルオン場をリュービル・フォンノイマン型の方程式に定式化した。この手法をグルオン多体系としてのグルオン流体のずれ粘性係数の計算に適用した。量子グルオン場に対し、QCDの結合定数の最低次までではあるが、量子グルオン流体のずれ粘性係数は有限温度の場合もOとなることを初めて示し、量子グルオン流体に対する物性研究の一つの結果を与えた点で重要であると考える。QCD物性研究として、グルオン多体系が示す輸送係数の一つであるずれ粘性係数を、非可換ゲージ理論に対する時間依存変分法を構築した上で評価した。その結果、量子グルオンのずれ粘性への寄与は、QCD結合定数の最低次では0となることを示し、結果を学術論文として公表した。ずれ粘性係数が小さいということは強く相関する完全流体的であると言え、高エネルギー重イオン衝突実験でクォーク・グルオン多体系は強く相関する強結合状態にあると示唆されていることを微視的理論から説き明かす上で重要な意義があると考えられる。次にクォーク間に対相互作用が働くとしたクォーク・ボン模型を取り上げ、従来クォーク3体から核子が構成できると考えられていたこのモデルはこのままではカラー不安定性が生じ、カラー超伝導状態がエネルギー最低状態となることを示した上で、この模型がQCDより大きなsu(4)対称性を持ってしまうことを指摘し、この対称性をカラーsu(3)に壊す粒子・空孔相互作用を導入することで、クォーク3体の核子多体状態がエネルギー最低の基底状態になり得ることを示した。さらに、クォーク対相互作用の強さと、粒子・空孔相互作用の強さを変化させることにより、相互作用の強さに関して、核子多体状態とクォーク多体状態との相転移を調べ、相構造を与えた。これはモデル計算ではあるが、ハドロン物質からカラー超伝導状態にあるクォーク物質への相転移の様相を明らかにする上で重要な示唆を与えるものと期待される。また、このモデルでクォーク3体からなる核子状態と、カラー超伝導にあるクォーク対状態をコヒーレント状態の一種として統一的に記述することにも成功し、相転移・相構造の解明に今後一層役立つものと期待される。
古代銅鏡における残留磁場および導電率分布に着目した分析手法の提案と有効性の検証

本研究では、青銅鏡に含まれるFeやNiなどの磁性不純物が作る微弱な磁場の強度や分布を計測する手法を提案し、その検証を行った。超伝導量子干渉素子(SQUID)と呼ばれる高感度な磁場センサとXYステージを組み合わせたスキャニングシステムを開発し、青銅鏡の磁場計測を試みた結果、直径約82mm,厚さ約8mm(縁高)の青銅鏡の表面で±100nT程度の磁場強度分布が得ることができた。これにより本手法が非破壊的な青銅文化財の分析ツールの一つして有効なことが確認できたとともに、青銅品以外の考古遺物の残留磁場計測にも有用であることが期待される。本研究の目的は,高感度な超伝導磁力計(SQUID)による非破壊検査を青銅文化財の考古学研究のツールの一つとして提案することである。青銅には不純物としてPb,Fe,Ni,Sbなどが含まれており,それらの分析を通じて作製場所や年代などを比定する研究が行われているが、従来青銅器の不純物分析には原子吸光/発光分析や蛍光X線分析などが利用されてきた。しかし一部サンプルを採取する場合もあり破壊的な手法であることは否めない。一方、青銅器内に含まれる磁性体に着目すれば磁場による非破壊分析にも意味が見出せる可能性がある。例えば,不純物の量や分布を反映すると思われる残留磁場や渦電流による分析結果を元に比較・分類などができれば製造環境や製錬技術の発達過程などを詳しく研究できると期待される。本研究では、SQUIDグラジオメータとXYステージを組み合わせた微弱磁場スキャニング計測システムを開発し,青銅鏡における磁場分布の計測を試みることで提案手法の有効性を検証した。開発したSQUIDグラジオメータはベースライン3mm,検出コイル1.5mm×1.5mm,磁場分解能は約10fT/√Hz/mm@whiteで,青銅鏡表面に対して垂直方向の磁場成分をスキャン計測することができる。実験では、直径約82mm,厚さ約8mm(縁高)の中国青銅鏡(年代不明)をスキャン計測し、磁場分布のマッピングを行った。その結果、±100nT程度の磁場パターンが確認され,本手法が青銅鏡の磁場分析に利用できる可能性があることが確認できた。また、今回の実験手法は青銅鏡に限らず土器片や木片など他の考古遺物の残留磁場計測にも応用できることが期待される。24年度は超伝導磁力計、XYステージ、駆動回路、ガントリなどのコンポーネントの設計、試作、改良を行った。超伝導磁力計のセンサ部分であるSQUIDグラジオメータは、ミリメートルオーダの空間分解能を考慮して、ベースライン3mm、検出コイルの大きさを1.5mmに設計し、薄膜プロセスを用いて作製した。また、このセンサを既存のクライオスタットに装着するためのセンサプローブを試作した。クライオスタットを支えるガントリはアルミ製のものを自作した。センサ駆動回路は既存のものに直流オフセット調整機能を付加し、SQUIDのフィードバックコイルを通じてキャンセルを行う動作を確認した。これらを組み合わせた計測システムの基本特性を検証した結果、磁場分解能は目標の0.05pT/√Hzを上回る0.03pT/√Hzを達成することができた。他方、サンプルをスキャンするためのXYステージは既存のものに非磁性の樹脂製簡易XYテーブルを追加し、サンプルとモータ間の距離を遠ざけることでモータのノイズの低減を図った。その結果、バックグラウンドノイズとして±20pT(帯域:DC6Hz)以下まで低減することができ、有意な計測が可能となった。この試作システムを用いて、1mmφの大きさのコピートナーが作る磁場をスキャンし、±10nT程度の磁場のマッピングを行うことができた。この結果を計算結果と比較し、磁場パターンが一致することを確認した。さらに、市販の青銅板の残留磁場を計測し、裁断時の不純物による磁場の模様をマッピングすることができた。また、次年度に向けて磁場印加用超伝導コイルを集積化したSQUIDグラジオメータを新たに設計し、フォトマスクを作製した。振動計測に必要な部材としては超音波スピーカーを調達した。計測システムの試作/検証に関しては計画通りに進んでいる。一方、世界的な液体ヘリウムの供給事情の悪化により、予定していた量の液体ヘリウムが確保できない状況になったため、実験時期および回数を変更せざるを得なくなった。具体的には、液体ヘリウムが調達可能な時期と量に合わせて、システムの基礎特性の検証および次年度に予定していた青銅サンプルの計測を前倒しで行った。一方、振動変調システムや着磁/消磁装置の試作は次年度に行うこととした。しかしながら2年間を通じた研究計画として致命的な影響はなく、達成度としては概ね順調であると考えている。液体ヘリウムの供給事情は25年度の6月には改善するとの予想である。

今年度は改めて振動変調システムの試作および着磁/消磁手法の検討を行いながら、銅鏡サンプルの残留磁場計測/変調磁場計測を行う予定である。また、計測結果を専門家に示して意見を求めるともに、実物の銅鏡の計測トライアルに関して協力を仰ぐ予定である。磁場発生用コイルシステムの試作および振動変調システムの完成に向けて必要な費用を確保した。また、銅鏡サンプル計測実験に必要な液体ヘリウム代、および学会発表、専門家の訪問に関する出張費を計上した。
免疫細胞を含む三次元培養皮膚モデルの構築と皮膚感作性試験法の開発

細胞積層技術を用いて角化細胞からなる表皮層と線維芽細胞からなる真皮層で構成された三次元培養皮膚モデルを構築し、組織学的評価、タイトジャンクション形成評価、薬剤透過性等の機能評価を実施し、ヒト皮膚との相同性を精査する。また、真皮層に、血管、リンパ管、免疫細胞などの付属器を含有する機能性皮膚モデルを構築する。構築した各皮膚モデルを用いて、皮膚刺激性、感作性試験により動物代替評価システムおよび皮膚科学の研究ツールとしての有用性を実証する。特に免疫細胞を含む三次元皮膚モデルを用いた皮膚感作性のin vitro評価法を確立し、新たな動物実験代替法を確立する。
人体ファントム内線量計測に基づく日本の乳幼児ＣＴ被ばくの実態解明

本研究は、比較的高線量被ばくを伴うX線CT検査を受診する日本人乳児の医療被ばくの実態を、人体ファントムを用いた実測評価に基づいて調査することを目的としている。平成30年度は最初に、定期的に調査を行ってきた小児CT検査の実施状況のまとめを行った。2012年から2016年の5年間にCT検査を受診した15歳未満の小児のCT検査数を年齢、撮影部位ごとにまとめ、経年変化を調べた。0歳児の頭部CT検査におけるヘリカルスキャンモードの選択率の調査では、2012年ではヘリカルスキャンモードの選択率が34%であったのに対し、2016年には74%と5年間で約2倍に増加していることがわかった。そこで本研究で作製した0.5歳児頭-胸部ファントムと蛍光ガラス線量計を用いて、3つの病院において日常的に使用されている頭部CT検査条件における臓器線量を測定したところ、2010年2011年に測定した結果と比べて設定スキャン範囲外に位置する臓器の線量が比較的高いことが分かった。この理由としては、従来頭部CT検査では、ノンヘリカルスキャンモードを選択していたが、近年のCT装置の時間分解能の向上に伴い、乳児ではヘリカルスキャンモードを選択することが日常的になっているためであると考えられた。しかし、ヘリカルスキャンモードでは、オーバーレンジングの効果により設定スキャン範囲外の臓器の線量が比較的高くなることがわかっており、体が小さな子供においては、その効果は成人よりも大きいことが知られている。このように、本研究結果は、CT装置の技術進歩やそれに伴う撮影法の変更によって患者の被ばく線量が年々変動していることを示しており、定期的な線量評価が放射線防護上重要であることを示唆している。本研究で作製した人体ファントムは、その線量評価をより正確に行うための有力なツールになり得ると考える。本研究内容は現在英文誌に投稿中である。本研究は、放射線を利用した診断検査の中でも、比較的高線量被ばくを伴うX線CT検査を受診する日本人乳幼児の医療被ばくの実態を実測により調査することを目的としている。具体的には、日本人の人体形状を模した人体ファントムを開発し、その内部に微小線量計を多数設置して、各臓器位置での被ばく線量を測定評価することで、日本人体型に即したCT被ばくの現状を明らかにする。平成28年度は、患者の臨床画像から人体形状を計測し、その形状データに基づいて0.5歳児の頭頚部ファントムの作製を行った。一方、日本人と欧米人の乳幼児の体の大きさ(頭囲、胸囲、腹囲等)は、各年齢でほとんど違いはないものの、形状は異なることを我々は先の研究で明らかにしている。特に、日本人と欧米人乳幼児の頭部形状の違い(欧米人は長頭型で日本人は短頭型)はよく知られており、両者の形状の違いが画質や線量に影響を及ぼす可能性が示唆された。そこで本研究では、頭部形状の違いが脳の画質や線量分布にどの程度影響を及ぼしているのかを調べるために、1歳児のCT画像を基に、長頭型と短頭型の数学的頭部ファントムを作成し、頭部CT検査時の脳内の線量分布を推定し比較した。さらに、Top-Hat変換型ガウス法を用いて、脳内の画像ノイズ(ノイズSD)のマッピングを行った。その結果、ノンヘリカルCT検査時の脳のノイズ分布と線量分布は、長頭型と短頭型で大きく異なることがわかった。また、短頭型の水晶体線量は長頭型に比べ、15%程高い値を示すことが明らかになった。通常、画質の改善と被ばくの低減効果を期待して、体の凹凸やX線の吸収差が激しい部位では管電流変調機構を使用するが、体が小さく凹凸が少ない乳幼児においては、両効果が成人よりも小さいことが知られている。よって、乳幼児CT検査の最適化においては、体の形状に応じて画質と線量の関係をより詳細に理解する必要があると思われた。平成28年度は、日本人型0.5歳児ファントムの上半身の作製を計画していたが、実際には、0.5歳児ファントムの頭頚部しか作製できなかった。先の研究で我々は日本人型3歳児ファントムを作製しており、今回の0.5歳児ファントムにおいても同様の構造、材料、加工法を採用している。ファントム材料には軟組織等価材にアクリル樹脂、骨に石膏、肺に肺等価樹脂を使用し、アクリル樹脂と肺等価樹脂に関しては人体の複雑な形状を再現するため、コンピュータ制御による工作機械でパーツごとに±0.5mmの加工精度でマシニング加工を施している。そのため、体が小さく、骨構造も繊細で複雑な0.5歳児ファントムでは、必然的に各パーツの樹脂の加工技術が高度かつ複雑になり、作業工程の増加と1パーツあたりにかかるマシンタイムの長時間化により、作製費用が予定よりも大幅に超過する傾向にあった。このまま作製を続けると、体幹部の作製には更に時間と費用が掛かると予測されたため、平成28年度は、比較的構造が単純な頭頚部のパーツまでで加工を一旦中断することとした。その後、体幹部の設計の見直しを検討しつつ、骨部分に石膏を流し込む作業に入った。ところが、骨の構造が0.5歳児は3歳児に比べ複雑なため、アクリル樹脂の隙間に流し込む際に気泡が溜まりやすく、気泡が入らないように均一に石膏を流し込む作業にかなりの時間を要することがわかった。いずれの問題も、0.5歳児ファントムの作製前にはある程度予測がついてはいたが、予想以上に作業が難航することが判明した。

よって、平成28年度は、0.5歳児ファントムの頭頚部の作製のみでファントムの作製を終えたため、現在、研究に進行の遅れが出ている状態ではあるが、平成29年度は、設計の見直し等をさらに検討し、ファントムの作製を再開する予定である。本研究は、放射線診断検査の中でも、比較的高線量被ばくを伴うX線CT検査を受診する日本人乳幼児の医療被ばくの実態を、人体ファントムを用いた実測評価に基づいて調査することを目的としている。平成29年度は、0.5歳児型人体ファントム(胸部)の作製を行い、人体内線量計測における自作ファントムの妥当性を検証した。また、画質と線量との関係解明のため、体内線量分布と画像ノイズ分布を測定評価し、両者が体型の違いによって大きく異なることを明らかにした。しかし、我々が評価している線量分布は、モンテカルロシミュレーション法を用いた線量推定値である。線量評価においてシミュレーション法は非常に簡便な方法であり、汎用性も高いが、ジオメトリの不確かさが誤差の要因となる。そこで本研究では、より実測に近い方法で被写体の線量分布を計測する方法を新たに開発した。具体的には、人体形状にカットしたpolyethylene terephthalate (PET)樹脂にX線を照射し、PET樹脂から発せられる微弱光を高感度冷却CCDカメラで直接観察するものである。従来、線量分布測定法としては、受光媒体にX線フィルムやガフクロミックフィルムを用いたフィルム法等が利用されてきたが、高額な専用の読み取り装置が必要であるうえ、ファントムに挟んで使用するため、エアギャップや密着不足による濃度ムラが問題となっていた。我々の開発した方法では、人体形状を模したPETファントムから線量に依存して発せられる微弱光をCCDカメラで直接撮影するため、専用の読み取り装置を必要とせず、比較的安価に、また、より直接的に被写体内の線量分布を測定・評価することが可能である。PET樹脂からの微弱光の輝度値と線量との間にはよい正の相関が見られ、輝度値から線量値への変換係数を求めることで、線量分布を推定することが可能であることを明らかにした。平成29年度は、日本人型0.5歳児の体幹部を作製する予定であったが、予算の関係で、胸部ファントムのみの作製を行うこととした。前年度から予算内に収めるために、肋骨部分や肺の構造を単純化することを検討してきたが、人体内の線量をより正確に測定することが本研究の根幹であるため、可能な限り人体に近い構造になるようファントム構造を再検討した。その結果、体幹部をすべて作製するには本採択分の予算を大幅に超えることが予測された。ゆえに、本研究課題では、平成28年度に作製した頭頚部ファントムと今年度作製した胸部ファントムとを結合させた、日本人型0.5歳児頭胸部ファントムを完成させるところでファントムの作製を終えることとした。作製した頭胸部ファントム内部に市販のガラス線量計を65個設置し、頭胸部ファントム臓器線量計測システムを構築した。このシステムを各病院に持ち込み、日常的に最も多く選択されている頭部CT検査条件で、0.5歳児ファントムをスキャンしてもらい、各条件における臓器線量を測定した。作製した0.5歳児ファントムで測定した臓器線量は、欧米人体型を模した市販の乳児人体ファントム(0-1歳児)を用いて患者被ばく線量を実測評価している文献値と比較した。その結果、スキャン範囲内の臓器の線量は、本研究の実測値と文献値とで概ね一致した。