hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
虚血性顔面神経麻痺モデル動物の脳幹における神経伝達物質の発現

(目的)末梢性顔面神経麻痺の病態は局所の神経浮腫であり、さらに障害部位の微少循環不全をひきおこし、絞扼麻痺に陥ると考えられている。本研究の目的は、1.虚血性障害による神経伝達物質の動きを遺伝子レベルで解明するため、抗体、プローブの種類が豊富なラットで虚血性顔面神経麻痺モデル動物を作成する。2.中枢神経レベルでの神経伝達物質の発現を観察してその変化を調べる。3.神経障害の原因の1つとして虚血によるフリーラジカル(活性酸素)の産生増加の可能性があると考え、フリーラジカルの強力なスカベンジャーであるSOD(superoxide dismutase)を用いて臨床での麻痺治療の新たな可能性を探る。(結果)1.ラットにおいて虚血性顔面神経麻痺モデルを作成することができた。2.麻痺側においてCGRP陽性細胞は増加していた。それぞれの神経伝達物質の経時的変化はこれまでに報告された神経切断モデルとは異なる結果を得た。3.SOD投与群でCGRP mRNAの発現が有意に抑制され、SODによる虚血性神経障害の防護効果が推察された。末梢性顔面神経麻痺時における顔面神経の中枢レベルにおける神経伝達物質の動きを調べるため、ラットを用いて虚血性顔面神経麻痺モデルを作成し、1年目はまず免疫組織学的検討を行った。(モデル作成)雄SDラットを用いて虚血性顔面神経麻痺モデルの作成を試みた。局所麻酔下に側頭骨内顔面神経の栄養血管にトロンビン溶液で塞栓術を行った。麻痺は口髭の動き、角膜反射で確認した。注入するトロンビン溶液の量、濃度による麻痺程度の差を調べ、麻痺時間が一定になるように工夫した。(免疫組織学的検討)(結果)顔面神経核におけるCGRP陽性細胞は麻痺側で優位に増加しているのが確認されたが、これまで報告されているaxotomyモデルやcrushモデルと比較すると増加持続時間は短時間であった。(目的)末梢性顔面神経麻痺の病態は局所の神経浮腫であり、さらに障害部位の微小循環不全をひきおこし、絞扼麻痺に陥ると考えられている。虚血性神経障害による神経伝達物質の動きを遺伝子レベルで解明するため、中枢神経レベルでの神経伝達物質の発現を観察してその変化を調べた。更にこれらを踏まえ、神経障害の原因の1つとして虚血によるフリーラジカル(活性酸素)の産生増加の可能性があると考え、その強力なスカベンジャーであるSOD(superoxide dismutase)を用いて臨床での麻痺治療の新たな可能性を探った。(結果)それぞれの神経伝達物質の経時的変化はこれまでに報告された神経切断モデルとは異なる結果を得た。しかし全体としては神経障害の程度を反映していると考えられた。またSOD投与群ではCGRP mRNAの発現が有意に抑制され、SODによる虚血性神経障害の防護効果が推察された。
根上り台木等による過去千五百年の標準年輪曲線の作成と気候復元

木曽山中には、中世・近世に枯死したが、その後数百年の間腐朽を免れ、今日まで保存されている木曽ヒノキの倒木が散在する。これらの倒木が中近世に起源を持つものであることは、倒木更新し、現在では樹齢300年前後に達した老大木が、依然その上に鎮座していることから明らかである。本研究では、木曽山中を探索してこれら中近世の木曽ヒノキ倒木を発掘したうえ、これらを樹齢300年の木曽ヒノキ現生木の年輪曲線に繋ぎ、全体として西暦1100年代まで遡る長さ800年の標準年輪曲線を作成した。この標準年輪曲線と過去100年間の気象観測の応答関数解析により、中部山岳における年輪成長には、第一に成長に先立つ冬季の気温が、第二に前年成長期の降水量が、支配的な影響を及ぼしていると判明した。この結果から伝達関数を用いて過去800年の気温変動を復元したところ、13世紀中葉から19世紀中葉まで続く寒冷期を挟んで、その前には顕著な寒冷化の傾向が、その後には現在まで続く温暖化の傾向が現われた。この[寒冷化→寒冷期→温暖化]という気候変動は、それぞれ『中世の温暖期』の終焉部、『小氷期』、『地球温暖化』に対応するもので、北米、ヨーロッパなどの気侯変動などともよく同調している。また、本年輪曲線と過去の火山噴火の関係を解析したところ、南極やグリーンランドの氷床にまで硫酸降下の痕跡を残すほどの大規模な噴火の直後には、年輪成長が顕著に低落し、それが1020年ほど続くことが判った。この結果は、火山噴火で成層圏にまで吹き上げられた硫酸エアロゾルがその日傘効果により気候を寒冷化させるという気象学上の仮説を裏付けるものである。本研究は木曽ヒノキの『根上り台木』を用いて過去へ1500年ほど遡る中部山岳の標準年輪曲線を作成するとともに、この標準曲線から歴史時代の気候変動を復元することを目的としている。この年輪気候学的復元の主役をなす『根上り台木』とは、倒木の一種で、その上の例木更新した木曽ヒノキ現生木(根上り木、あるいは上木)を戴くものである。上木との重畳関係と300年前後という上木の樹齢から、これらの台木が中世を生きて、その末期から近世初期に枯死したものであることがわかる。このように遠い昔の倒木であるにもかかわらず、何故か今日に至るまで腐朽を免れ、現在なお木曽山中に散見される。本年度は木曽山中を探索し、100本足らずの『根上り台木』を発見した。その年輪測定の結果を平均樹齢300年の木曽ヒノキ現生木の年輪広狭パタ-ンと照合して絶対年代を定めたうえ、台木と現生木の年輪曲線を繋いで西暦1177年から現在におよぶ中部山岳の標準年輪曲線を作成した。これは目下日本でもっても長くかつ年輪年代学的信頼性の高い標準曲線である。また、この標準曲線の一部を用いて、西暦1430年から現在におよぶ中部山岳の冬季気温と夏期降水量の年次変動を復元し、中部山岳にも地球温暖化の傾向が顕著に表われていることを明らかにした。すなわち、気温については15世紀後半19世紀前半に現在より1.5°Cほど寒冷な低温期があったが、それ以降は現在に至るまで若干の変動を伴いながらも上昇傾向が続いていることが分かった。降水量は気温とほぼパラレルな傾向変化を示し、ヨ-ロッパの小氷期に対応する上記低温期には現在より100ミリ/年ほど少なかったものが、1800年代中葉から明らかな増加傾向に転じていることが判明した。

本研究は、木曽ヒノキの『根上り台木』などを用いて中世に遡る中部山岳の標準年輪曲線を作成し、これをもとに歴史時代の気侯変動を復元することを目的として行った。この年輪気侯学的復元の主役をなす『根上り台木』とは、その上に倒木更新した樹齢三百年あまりの木曽ヒノキ現生木(根上り木、あるいは上木)を戴くことから、中世を生き、中世末期から近世初期に枯死したとわかる倒木である。このように遠い昔の倒木であるにもかかわらず、何故か今日に至るまで腐朽を免れ、現在なお木曽山中に散見される。これまでの研究で、これら根上り台木を現生木に繋いで西暦1177年から現在におよぶ中部山岳の標準年輪曲線を作成しているが、西暦1600年台の試料が少なかったので、本年度は再度木曽山中を探索して不足部分の試料を採集し、標準曲線を補強した。同時に、より古い倒木を探して標準曲線をさらに遠い過去へと延ばすことも試みたが、そうした試料が見つからず曲線の延長はかなわなかった。しかしこの二年間の研究により、わが国ではもっとも長くかつ年輪年代学的信頼性の高い標準年輪曲線を得ることができた。また、この標準曲線を用いて、西暦1177年から現在におよぶ中部山岳の冬季気温と夏期降水量の年次変動を復元した。気温については15世紀後半19世紀前半に現在より1.5°Cほど寒冷な低温期があったが、それ以降は現在に至るまで若干の変動を伴いながらも明白な上昇傾向が続いていている。降水量は気温とほぼパラレルな傾向変化を示しヨーロッパの小氷期に対応する上記低温期には現在より100ミリ/年ほど少なかったものが、1800年代中葉から明らかな増加傾向に転じている。この復元気侯から中部山岳にも地球温暖化の傾向が顕著に表われていることが読み取れる。本研究は、木曽ヒノキの『根上り台木』などを用いて中世に遡る中部山岳の標準年輪曲線を作成し、これをもとに歴史時代の気候変動を復元することを目的として行った。この年輪気候学的復元の主役をなす『根上り台木』とは、その上に倒木更新した樹齢三百年あまりの木曽ヒノキ現生木(根上り木、あるいは上木)を戴くことから、中世を生き、近世への変わり目に枯死したことが明らかな倒木で、何故か今日まで腐朽を免れ、木曽山中に散見されるものである。昨年までの研究で、これら根上り台木を樹齢300年の現生木に繋ぎ西暦1177年から現在におよぶ中部山岳の標準年輪曲線が完成しているが、本年度はこの年輪曲線を用いて、過去の気候復元と火山噴火の気候的影響に関する解析を行った。まず気候復元では、この標準曲線から過去800年(西暦1177年)にわたる中部山岳の冬季気温と夏期降水量の年次変動を復元した。その結果、15世紀後半19世紀前半に現在より1.5°Cほど寒冷な低温期があったが、それ以降は現在に至るまで若干の変動を伴いながらも明白な温暖化が続いていることが判った。降水量は気温とほぼパラレルな傾向変化を示し、ヨーロッパの小氷期に対応する上記の低温期には現在より100ミリ/年ほど少なかったが、1800年代中葉から明らかな増加傾向に転じている。この復元気候から中部山岳にも地球温暖化の傾向が顕著に表われていることが判明した。また、本年輪曲線と過去の火山噴火の関係を解析したところ、南極やグリーンランドの氷床にまで硫酸降下の痕跡を残すほどの大規模な噴火の直後には、年輪成長が顕著に低落し、それが1020年ほど続くことが判った。この結果は、火山噴火で成層圏にまで吹き上げられた硫酸エアロゾルがその日傘効果により気候を寒冷化させるという気象学上の仮説を裏付けるものである。
p形透明半導体膜の作成およびその透明pn接合への応用

昨年度に引き続き、ホットプレスした銅-アルミ酸化物ターゲットからガラス基板上(7059ガラスおよび石英ガラス)にRFスパッタ装置を用いて膜堆積を行った。堆積条件は基板加熱は行わない状態で、スパッタガス圧を2(mTorr)あるいはそれ以下とした。堆積した膜について,光透過率、X線回折の測定を行った.また,堆積膜を空気中で熱処理してその変化を観察した.これらの実験の結果,現在までにわかったことは以下のとおりである.1.堆積したままの膜はほとんどの条件でAl richになる傾向があり、昨年度の実験結果でややCu rich気味であったことと矛盾が見られた。これは、一つのターゲットを継続して使用しているため、スパッタされる領域においてまずCuが選択的に蒸発し、次第にその領域の組成が変化したことが影響していると考えられる。2.スパッタガス(アルゴン+酸素)の混合割合により,堆積膜の組成が変化することが分かった.Arのみの雰囲気で堆積した場合にはかなりCu-richになるが,O_2の比率を増加するにつれてAlの組成比が増加し,Ar:O_2=2:3程度にした場合にCuとAlとの比がほぼ1:1となった.3.アルゴンガス中で900°Cの熱処理を行った場合,12時間程度で透過率が大きく改善され、広い波長範囲で透過率70%以上が達成できた。しかし、熱処理によって膜厚がかなり減少しており、処理中に再蒸発が起こっているものと考えられる。4.熱処理後の膜についてX線回折測定により観察されるピークは、膜厚が薄いために不明瞭であって同定が困難であるが、一部はデラフォサイト結晶のピークと考えられスピネル等のピークも混在している.5.今回の実験の範囲では高抵抗の膜しか得られなかった。低抵抗化を図るためには、熱処理以前の膜の組成、特に酸素含有率についてかなり精密な制御をする必要があると考えられる.既設のRFスパッタ装置を用いて,ホットプレスした銅-アルミ酸化物ターゲットから膜堆積を試みた。この時、基板には7059ガラスおよび石英ガラスを用いた。スパッタガス圧および基板温度は,それぞれ,2(mTorr)および意図的加熱無しの条件一定とし,スパッタガス(アルゴン+酸素)の混合割合を変化させた。堆積した膜について,光透過率、X線回折の測定を行った.また,堆積膜を空気中で熱処理して,その変化を観察した.これらの実験の結果,現在までに以下のことがわかった.1.堆積したままの膜は,X線回折の結果はブロードで特徴的なピークは見られずアモルファス状の膜と考えられる.2.スパッタガス(アルゴン+酸素)の混合割合により,堆積膜の組成が変化することが分かった.Arのみの雰囲気で堆積した場合にはかなりCu-richになるが,O_2の比率を増加するにつれてAlの組成比が増加し,Ar:O_2=2:3程度にした場合にCuとAlとの比がほぼ1:1となった.3.空気中で熱処理を行った場合,処理温度が700°Cまでは膜には変化は見られないが,7059ガラスを基板に用いた場合には700°Cで基板が軟化変形してしまうため,それ以上の処理は困難であった.4.石英がラス基板上に堆積した膜に,800°C,12時間の空気中熱処理を施したところ,膜の透過率が改善された.5.この時同時に,X線回折測定でピークが観察された.現在のところこのピークの完全な同定はできていないが,目的とするデラフォサイト結晶のピークからはややずれており,スピネル等のピークの可能性がある.6.堆積したままの膜は低い抵抗を示す場合があるが,おそらくアモルファス状態の金属膜の電気伝導と考えられ,熱処理後には通常の抵抗測定器では測定できない程度の高抵抗となった.昨年度に引き続き、ホットプレスした銅-アルミ酸化物ターゲットからガラス基板上(7059ガラスおよび石英ガラス)にRFスパッタ装置を用いて膜堆積を行った。4.熱処理後の膜についてX線回折測定により観察されるピークは、膜厚が薄いために不明瞭であって同定が困難であるが、一部はデラフォサイト結晶のピークと考えられスピネル等のピークも混在している.

5.今回の実験の範囲では高抵抗の膜しか得られなかった。低抵抗化を図るためには、熱処理以前の膜の組成、特に酸素含有率についてかなり精密な制御をする必要があると考えられる.
動脈硬化成因に関わるリン脂質性メディエーターの産生機構

組織内には、構造も性質も異なる二種類のPAFアセチルハイドロラーゼが存在していることを我々は既に見出している。これらの中で、II型PAFアセチルハイドロラーゼと名付けた酵素をクローニングしたところ、血漿型の酵素とアミノ酸シークエンス上40%の相同性を持つ酵素であることが明らかになった。さらに細胞内型はN末端にミリスチン酸が結合しているユニークな酵素であり、興味深いことに、細胞に酵素ストレスを与えると酵素が細胞質から膜画分へ移行することが分かった。本酵素はin vitroではPAFのみならず酸化されたリン脂質もよく加水分解することから、細胞に酵素ストレスを与えたときに生成した酸化リン脂質を消去している可能性が考えられた。また、本酵素を過剰発現した細胞では、酵素ストレスに対する抵抗性も高まっていることも見出された。以上のように、細胞内のII型PAFアセチルハイドロラーゼは細胞内の酸化リン脂質を消去する新しいタイプの抗酸化酵素であることがわかった。
発生期にリーリンにより誘導される神経細胞凝集は大脳新皮質層構造の起点となるか？

本研究は、発生期哺乳類大脳新皮質において、脳表面下まで移動してきた神経細胞が互いに凝集するメカニズムを解明することを目的に行なっている。分泌タンパク質リーリンは哺乳類大脳新皮質形成に必須な分子であり、かつ細胞凝集塊形成を誘導することが知られている。そこで、リーリンが大脳新皮質表面下でみられる細胞凝集機構に関与していると仮説を立てている。また、リーリンにより誘導される細胞凝集塊形成にN-カドヘリンが関与することを以前報告している。今年度は、はじめに、リーリンの下流でDbnl(Drebrin-like)分子がチロシンリン酸化されることを生化学的に明らかにした。続いて、DbnlがN-カドヘリンと結合することを生化学的に明らかにした。また、子宮内マウス胎仔脳電気穿孔法を用いて、移動中の神経細胞内でDbnlをノックダウンすると、神経細胞移動が停止すること、さらに、DbnlノックダウンベクターとN-カドヘリン発現ベクターを共発現させることにより、この現象がレスキューされることを見出した。これらの結果から、Dbnlはリーリンの下流に位置し、また、N-カドヘリンを介して細胞移動を制御していることを明らかにした。今年度、Dbnlがリーリンの下流分子として機能し、N-カドヘリンを制御していることを見いだすことが出来た。一方、申請時点で計画していたp120カテニンおよびNck分子とリーリン、細胞凝集との関係については未解決であり、今後の研究で明らかにすべき課題である。2019年度は、まず、神経細胞凝集におけるNckおよびp120カテニンとN-カドヘリンの関係性を明らかにする。また、リーリンが細胞凝集が誘導するための必要条件を探索する。具体的には、初代培養系を用いて、リーリンの濃度依存的に細胞凝集が起こるか否か検討する。また、2種類のリーリン受容体の、細胞凝集への貢献の相違を検討する。また、大脳新皮質辺縁帯直下で起こる神経細胞凝集の生理的意義を見出すための実験も始める予定である。(理由)当初の計画通り研究が進んでいないため、未使用額が発生した。また、割引キャンペーン等を利用し効率的に物品調達を行なったため、未使用額が発生した。(使用計画)次年度使用額は、遅れている研究を進めているための物品費および人件費に用いる予定である。
新自由主義が教員世界にもたらすインパクト:大阪市の教育改革を事例とした実証的研究

本研究課題は新自由主義的な教育改革が学校教員に与える影響を検討するものである。具体的には、関西地区の学校教員に対して、インタビュー調査や質問紙調査を通じて、多面的に改革が教員文化に与える影響やその帰結を吟味することを目的としている。研究計画一年目はインタビュー調査やその成果の整理を行い、二年目に一年目の結果を踏まえて質問紙調査を計画・実施、最終年度の三年目にそれまでの調査結果を踏まえた総合的な考察を行うことが本課題の研究計画全体の概要である。今年度は研究計画二年目にあたり、実施計画に準じた調査研究を進めることができた。実施した内容は、1)教員への質問紙調査にかかる質問項目の検討、2)質問紙の決定、3)調査の実施、4)質問紙の回収、5)データ入力作業、以上のとおりである。1)2)については、これまでのインタビュー調査の結果を反映した質問紙を作成することができ、様々な観点から教員の現状や意識を問う質問項目を精選することができた。質問紙の回収率は教員調査においても重要な問題だが、配布の仕方やレイアウトに工夫をほどこしたことで、当初計画した回収率を達成することが可能となった。質問紙の配布・回収も当初の計画通り進めることができ、データ入力作業も滞りなく完了した。質問紙の配布・データ入力等の一部の作業は外部機関に委託しながら、予算の範囲内で全ての作業を完了することができた。本調査は教育改革が進行する関西地区の教員を対象としたもので、この調査を通じて改革が進行中の関西地区の状況が反映された貴重なデータを収集することが可能となった。今年度は研究計画二年目にあたり、全体的な調査計画から言えば、スケジュール通りに調査研究を進めることができた。質問紙の回収率も当初の計画通りになり、データ入力作業も滞りなく行うことが出来た。クリーニング・基礎分析まで実施する予定であったが、調査やデータ入力に時間がとられたため若干の遅れは出たものの次年度でカバーできる範囲の遅れで、研究スケジュール上は問題はない。次年度は、まず質問紙データをクリーニング・基礎分析を行いつつ、理論的な課題と照らし合わせて分析を深めていく予定である。作業としては、これまで行ってきたインタビュー調査、質問紙調査のデータを整理・分析し、学会等で研究成果を発表していく。最終的にはこれまでの調査を総合的に考察して報告書にまとめ、実践的な提言・展望を提示していきたい。初年度の研究計画では、1)国内外の先行研究の整理、2)インタビュー調査を予定していた。1)については計画通り、新自由主義的教育改革と教員文化の関連に関する先行研究を整理した。国内では都市圏に一部新自由主義的な改革を実施されていること、一方海外ではアングロサクソン系の国々で様々な事例が蓄積されていることを整理した。教育改革の実施される文脈は国よって異なるものの、教員たちはドラスティックな改革下の中、困難や葛藤を経験する教員が多く観察されている。2)については計画していたインタビュー調査は進行が遅れているものの、これまでに得られたデータを整理・分析してその成果をまとめる作業を行った。社会経済的に厳しい校区に勤める教員を対象として、彼らが経験する改革の影響と、アイデンティティの葛藤の様相を分析した。今年度できなかった分のインタビュー調査は来年度以降補完する形で調査を行っていく予定である。来年度はインタビュー調査から仮説を生成しアンケート調査の質問項目を作成するが、そうした来年度のアンケート調査の進行には支障はない。インタビュー調査は一部遅れているものの、次年度のアンケート調査に向けた仮説の生成や質問項目の作成は十分に行える状態であり、全体の調査計画の進行には支障はないため。

クリーニング・基礎分析まで実施する予定であったが、調査やデータ入力に時間がとられたため若干の遅れは出たものの次年度でカバーできる範囲の遅れで、研究スケジュール上は問題はない。研究の推進は概ね研究計画と同様に行っていく。まずインタビュー調査で得られた結果を踏まえつつ、アンケート調査の質問項目を検討し、調査設計を精緻化させる。一部インタビュー調査のフォローアップを行う。その上で、教員が比較的時間の取れる夏休みの期間に、アンケート調査を実施する。対象校へは、郵送で質問紙を配布し、管理職に各学校10名の教員を任意で選定してもらい、アンケートへの協力をお願いする。アンケートの返却についても郵送で行ってもらう。調査後は、アンケートを集約し、データ会社にアンケートのデータ入力を依頼する。データが出来上がり次第、順次分析に移っていく。次年度は、まず質問紙データをクリーニング・基礎分析を行いつつ、理論的な課題と照らし合わせて分析を深めていく予定である。作業としては、これまで行ってきたインタビュー調査、質問紙調査のデータを整理・分析し、学会等で研究成果を発表していく。最終的にはこれまでの調査を総合的に考察して報告書にまとめ、実践的な提言・展望を提示していきたい。インタビュー調査の進行が一部遅れ、その分計上していたテープ起こしのための人件費が余る形となった。次年度フォローアップのインタビュー調査を行うので、この分の人件費は次年度執行する予定である。作業の一部(質問紙データのクリーニング作業など)を次年度に繰り越したため、次年度仕様する助成金が生じた。次年度に請求した助成金は、こうした作業の経費として使用する予定である。
高感度検出可能なフォトニック結晶構造の作製とラベルフリーバイオセンサーへの応用

高感度かつ簡便に疾病のマーカー分子を検出・定量可能なバイオセンサーは、疾病の早期診断を可能にし、個人の体調・体質に合わせた医療サービス受給に必要不可欠である。本研究は、ナノメートルサイズの周期構造を有する光学デバイス「フォトニック結晶(Photonic crystal: PhC)」の光学特性に着目し、バイオセンサー応用に適したPhC構造の最適化とそのバイオセンサー性能評価を行った。本研究の目的は、抗原抗体反応によって生じる屈折率変化に対して高感度かつ顕著に反射スペクトル変化を示すフォトニック結晶構造を明らかにし、さらに高感度なフォトニック結晶バイオセンサーを開発することにある。本研究によって開発するバイオセンサーは、非標識(ラベルフリー)で抗原抗体反応を検出可能であることから、現在医療分野において広く用いられている診断・分析技術よりも簡便なバイオセンサーとなる結果が予想される。これは、被験者が医療機関に赴くことなく、自宅で疾病の診断が可能な技術となりうるため、医療診断・分析分野に大きく貢献できる点で意義がある。当該年度は、前年度の実績より種々の形状(三角・四角・円)、サイズ(200400 nm)、周期(三角配置・正方配置)を有するホールアレイ型フォトニック結晶の中で最も高い屈折率応答性を有する構造を用いて抗原抗体反応の検出を行った。抗原抗体反応の検出には、直径300 nm,正方配置のフォトニック結晶表面へ抗ヒトインスリン抗体を共有結合にて固定化した後、異なる濃度に調製したインスリン溶液を滴下・抗原抗体反応させた。抗原抗体反応後は、洗浄操作によって余剰のインスリンを除去・乾燥させ、反射スペクトル測定を行った。その結果、本研究で作製したフォトニック結晶は、健常者の血中インスリン濃度範囲を十分検出・定量可能であることが明らかとなった。加えて、フォトニック結晶表面へ高屈折率材料を被覆させることで、更なる高感度化を実現することに成功した。本研究の目的である抗原抗体反応によって生じる屈折率変化に対して高感度かつ顕著に反射スペクトル変化を示すフォトニック結晶構造を明らかにし、さらに高感度なフォトニック結晶バイオセンサーを開発するため、種々の形状・サイズ・アスペクト比を有するフォトニック結晶を電子線描画装置を用いて作製し、周辺屈折率変化に対する光学特性変化の測定を行った。なお、形状・サイズ・周期は描画条件(描画線幅)、アスペクト比は電子線レジスト塗布条件(スピンコート回転数)を制御することで作製した。光学特性変化測定は、作製したフォトニック結晶を異なる屈折率を有する純溶媒(超純水・エタノール・メタノール等)中へ浸漬させた後、反射スペクトル測定を行い、もっとも高い単位屈折率あたりの反射ピーク強度変化量を示した構造を抗原抗体反応の検出に使用することとした。本研究では、種々の形状(三角・四角・円)、サイズ(200400 nm)、周期(三角配置・正方配置)を有するホールアレイ型フォトニック結晶作製に成功し、屈折率応答性評価を行った。その結果、形状については大きな差異は観察されなかったが、サイズおよび周期が周辺屈折率に対する光学特性変化に大きく寄与することが明らかとなった。加えて、センサー応用を行う際にはフォトニック結晶と試料溶液の接触面積が大きいほど顕著に光学特性変化を示すことが明らかとなり、抗原抗体反応の検出に適したフォトニック結晶の設計に成功した。当該年度の目的は、抗原抗体反応の検出に適したフォトニック結晶の設計指針を明らかにすることであったが、作製したフォトニック結晶を用いて抗原抗体反応の検出に着手し、糖尿病のマーカー分子であるインスリンを高感度に検出することに成功しているため、当初の計画以上に進展していると評価する。また、現在は当該年度で得られた知見を基に、さらなる高感度を実現するためのフォトニック結晶の設計に着手している。今後は、これまでに得られた知見を基に、さらなる高感度化を実現するため、フォトニック結晶下部に導波層を形成し、フォトニック結晶より反射される光強度を増強させることることを計画している。導波層を形成することで、反射光強度を増強させられることが期待でき、抗原抗体反応検出をさらに高感度化させることを目指す。当該研究費が生じた状況:本研究で購入を計画していた物品費を安価に購入することができたこと、そして抗原抗体反応検出に使用する試薬類を少量で使用可能としたことで当該研究費が生じた。翌年度以降に請求する計画比と併せた使用計画:フォトニック結晶の光学特性評価を高精度に行うため、光学顕微鏡を導入し、顕微分光法による詳細な特性評価を行うことを計画している。
英文読解効率の妥当性の評価と速読指導への実践的応用

本研究は,これまで読みの流暢さの指標として用いられてきた読解効率の妥当性を速読に応用して検証し、読解効率を向上させる速読指導へ示唆を与えることを目的としている。1年目では、スキャニング(探し読み;特定の情報を探す活動)やスキミング(大意把握読み;素早く英文の大意を読み取る活動)など速読における読解効率の妥当性を検証した。2年目の研究課題は、日本人英語学習者の読解熟達度の一要因である、読みの流暢さを焦点として、読解効率(読解速度と正確さを組み合わせた、読みの流暢さの指標の1つ)・英文読解熟達度・英文の特徴を検証するため、以下の調査を実施した。一般的な読解では、読み手が英文中の9598%程度の語彙を知っていれば十分な理解が得られる(Nation, 2011)。一方で熟達した読み手は、必ずしもすべての単語を理解するのではなく、読解の目的に合わせて速度を調整している。速読では読むべき情報が限定されているため、未知語が多くても、課題を完遂できる可能性もある。そこで、本研究では、英文中の未知語の割合(語彙カバー率)について、スキャニングやスキミング等の速度を求められる読解活動に焦点を当てて検証した。調査では、英文中の単語を読み手が分からないものに置き換えることで、意図的に語彙カバー率の高い英文と低い英文を作成した。熟達度の異なる日本人EFL大学生がこれらの英文をスキャニング・スキミング課題で読解した。この際の課題の正答率と読解効率を分析した結果、おおまかには、語彙カバー率の低い英文でも速読課題に必要な正確さは維持できていた。ただし、読解効率に着目すると、スキャニング課題はその性質上、語彙カバー率が低いほど読解効率が上がるという通常読解とは逆の結果が得られた。今後は、その原因を検証するとともに、3年目の計画である、速読指導への応用を実施する。本年度の研究課題である「読解効率・英文読解熟達度・英文の特徴との関連の検証」について,語彙カバー率を焦点に調査を実施することができた。研究成果については,平成30年度に実施された全国英語教育学会にて既に発表済みで、今後査読付論文に投稿する準備を進めている。また、1年目に生じた新たな課題についても調査を実施し、EuroSLAにて発表した。本研究では今後は1, 2年目の研究成果をもとに、3年目の研究計画に着手し、研究結果を速読指導に応用する。英文の提示時間を制限することで、速読が促進されるかを検証する。さらに、2年目で得られた結果を補足するため、質的な検証を試みる。本年度は「速読における読解効率の妥当性検証」を研究課題とし,以下の調査を実施した。読解効率は読解の速さと正確さを合わせて示す読みの流暢さの指標で、速度に読解後の理解問題の正答率を掛け合わせて算出する。これまでの研究で、読解効率の算出方法を読解テストに応用した際の妥当性が確認されている(小谷ら, 2006, 2011)。ただし、読解効率の値は読み手に固有のものではなく、読解目的や読解テキストの難易度などの要因によって変化する。読解目的の中には、内容理解のための通常読解よりも速く読む活動(スキャニング:必要な情報のみを素早く読み取る、スキミング:英文をざっと読んで大意を素早くつかむ)がある。こういった活動では英文全体を一様に速く読むのではなく、読解の目的によって注目する情報を変える必要がある。本年度の調査では、読解効率を速読に応用しても妥当性が十分にあるかを検証した。EFL大学生を対象に、通常読解・スキャニング・スキミングの活動を与え、読解時間を測定した。さらに、課題の達成率(正答率)を算出した。先行研究の読解効率の妥当性検証方法を参考に、スキャニング・スキミングについても妥当性検証を行ったところ、スキミングではある程度妥当性が確認できた一方で、スキャニングについては低い結果となった。また、読解時間と正答率との関係から読み手の読解ストラテジー(正確性・速度のどちらを優先しているか、両立させているか等)を分類したものの、そのストラテジーは読解熟達度とは関連しなかった。特にスキャニング活動が他の理解問題とは形式が異なることを踏まえて、今後、検証方法を見直す必要がある。本年度の研究課題である「速読における読解効率の妥当性検証」について,調査を実施することができた。研究成果については,平成29年度に実施された全国英語教育学会にて既に発表済みで、今後査読付論文に投稿する準備を進めている。また、新たな課題についても再分析の準備を進めている本研究は,これまで読みの流暢さの指標として用いられてきた読解効率の妥当性を速読に応用して検証し、読解効率を向上させる速読指導へ示唆を与えることを目的としている。

2年目の研究課題は、日本人英語学習者の読解熟達度の一要因である、読みの流暢さを焦点として、読解効率(読解速度と正確さを組み合わせた、読みの流暢さの指標の1つ)・英文読解熟達度・英文の特徴を検証するため、以下の調査を実施した。一般的な読解では、読み手が英文中の9598%程度の語彙を知っていれば十分な理解が得られる(Nation, 2011)。一方で熟達した読み手は、必ずしもすべての単語を理解するのではなく、読解の目的に合わせて速度を調整している。速読では読むべき情報が限定されているため、未知語が多くても、課題を完遂できる可能性もある。そこで、本研究では、英文中の未知語の割合(語彙カバー率)について、スキャニングやスキミング等の速度を求められる読解活動に焦点を当てて検証した。調査では、英文中の単語を読み手が分からないものに置き換えることで、意図的に語彙カバー率の高い英文と低い英文を作成した。熟達度の異なる日本人EFL大学生がこれらの英文をスキャニング・スキミング課題で読解した。この際の課題の正答率と読解効率を分析した結果、おおまかには、語彙カバー率の低い英文でも速読課題に必要な正確さは維持できていた。ただし、読解効率に着目すると、スキャニング課題はその性質上、語彙カバー率が低いほど読解効率が上がるという通常読解とは逆の結果が得られた。今後は、その原因を検証するとともに、3年目の計画である、速読指導への応用を実施する。本年度の研究課題である「読解効率・英文読解熟達度・英文の特徴との関連の検証」について,語彙カバー率を焦点に調査を実施することができた。研究成果については,平成30年度に実施された全国英語教育学会にて既に発表済みで、今後査読付論文に投稿する準備を進めている。また、1年目に生じた新たな課題についても調査を実施し、EuroSLAにて発表した。今後は1年目の研究で残された課題に取り組むとともに、2年目の研究計画に着手する。1年目で残された課題は、通常の内容理解と形式の異なるスキャニングの読解効率の妥当性を検証する方法を再検討することである。2年目の研究計画では、学習者の読解熟達度と各速読活動の読解速度、読解効率との関連を検証する。本研究では今後は1, 2年目の研究成果をもとに、3年目の研究計画に着手し、研究結果を速読指導に応用する。英文の提示時間を制限することで、速読が促進されるかを検証する。さらに、2年目で得られた結果を補足するため、質的な検証を試みる。平成29年度の調査では調査協力のための謝金を見込んでいたが、ボランティアによって賄えたため、その分の謝金を次年度使用する。また、海外旅費についても平成29年度に海外学会に参加しなかったため、次年度の参加のための旅費として使用する(既に海外学会で発表の採択が得られている)。2年目の研究実施中に生じた疑問点を解明するため、高額の実験機器を購入する必要があるが、次年度の使用額のみでは不足するため、使用額を変更し、2019年度に実験機器の購入を予定している。
計算物理学分野のGRIDアプリケーションと並列プログラミングシステムの研究

本研究の目的は、計算物理学分野のアプリケーションに焦点を当て、Grid技術による広域並列分散コンピューティングにより新たな展開が可能になる応用の探索的技術開発と、それを支援する並列プログラミングシステムを構築することである。当該年度においては、Grid上の並列プログラミングのための遠隔呼び出しを行う機構OmniRPCの実装を行った。Grid環境の標準的なミドルウエアであるGlobusシステム上でつかえる他、一般に広く用いられているssh上でも動作する。また、並列プログラミングインタフェースOpenMPを利用して、簡便に並列プログラミングができるほか、複数のクラスタを同時に簡単に用いるためにリモートノードにおいてagentプロセスを起動し、このプロセスによるリモートプログラムの起動、通信のプロキシを実装した。これにより、呼び出しを高速化できるほか、クラスタを1つのコネクションで用いることができるため、スケーラブルなシステムを構築できる。広域および局所のクラスク環境において性能評価を行った。現在、開発したソフトウエアについては公開の準備をしており、準備が整い次第公開することになっている。さらに、計算物理学分野のアプリケーションを調査、Grid環境に適したアプリケーションを選定し、開発したGrid並列プログラミングシステムを用いて実装を行った。OmniRPCを用いたアプリケーションとして、重力計算専用高速計算機であるGRAPE-6をOmniRPCを用いて、広域環境で共有し汎用計算機と融合計算を行うHMCS-G(Heterogeneous Multi-computer System)システムを開発した。OmniRPCを用いることにより、グリッド環境において認証等を簡便に行うことができるほか、RPCによる明確なプログラミングインタフェースを与えることができる。性能の評価を行い、実際のアプリケーションにおいて遠隔からの利用が可能であることが分かった。
歯周炎におけるPD-1/PD-L1機構の関与解明：遺伝子治療の基盤構築を目指して

歯周疾患は感染症であり,その病態の主体が歯周病原細菌に対する免疫応答によって引き起こされる。現在,細菌感染に対しては抗菌剤の使用が一般的ではあるが,歯周炎のような局所の炎症に対する抗菌剤の投与は,耐性菌や副作用の問題が危惧されている。P. gingivalisは免疫応答から巧みに逃れている。免疫応答回避メカニズムの一端としてPD-1/PD-L1機構を利用しているのではないかと仮説を立てた。この機構をターゲットとした抗体治療と遺伝子治療の基盤構築を目指すこととした。
体内埋込型ワイヤレス皮質脳波計測装置を前提としたBMI外部機器制御システムの研究

近年のブレイン・マシン・インターフェース技術は,ヒト脳表面に留置した電極から皮質脳波を計測,それら脳波から機械学習による動作識別を行い,リアルタイムなロボットアーム制御を実現している.そのような状況であるから実用化が期待されているが,現状の識別性能は5種類動作で正解率6090%と不安定であり,システム信頼性の向上が急務な課題となっている.そこで本研究は,対象となる外部機器の制御システムに自律制御機能を組込むことで,信頼性のある機器動作を実現するシステムの構築を目指した.結果,提案法の有効を示すため,脳波・眼電を対象としたロボット制御性能検証を行った.本研究は,生体信号・身体動作・環境情報・機器動作の関係性を制御系に反映させることでBMI外部機器制御システムの性能向上を目指すものである.そのため平成25年度は,「ウェアラブル・センシング・システム」「体内埋込型ワイヤレス皮質脳波計測装置に基づく基本機器制御システム」など身体・環境の計測・解析の技術基盤(ハードウェア・ソフトウェア)の構築を行った.ウェアラブル・センシング・システムは,身体動作を計測する9軸モーションセンサ(加速度センサ3軸・地磁気センサ3軸・ジャイロセンサ3軸)と,環境状態を計測する小型カメラにて構成される.9軸モーションセンサは,2種類の姿勢推定(加速度センサと地磁気センサによる姿勢推定・ジャイロセンサに基づく姿勢推定)および主成分分析による動作特徴の抽出に利用される.一方,小型カメラは色・形状・光量など環境状態を得るために利用する.ハードウェア構成として,9軸モーションセンサは衣服の各体節上に取り付けられ,カメラは機器の運用に応じて様々な箇所に取り付け可能となる.両センサともに携帯用小型PCにてデータ取得される.また体内埋込型ワイヤレス皮質脳波計測装置に対して下記3機能を付加することで,生体信号・身体動作・環境状態・機器動作の同時計測から制御性能の向上につながる特徴を解析するシステムを構築した.一つめは,動作推定システム(周波数解析・サポート・ベクタ・マシン)とサーボモータ制御システムを導入した基本的な外部機器制御システムの構築.二つめは,体外においても10μVレベルの微小信号を計測可能となるようにEMC対策を施し,頭皮脳波や表面筋電位信号などの生体信号計測への適用拡大.三つめは,上記したシステムの統合による生体信号・身体動作・環境状態・機器動作の同時計測の実現.(1)生体信号計測と身体動作計測の組み合わせに基づく長時間動作識別の性能評価平成26年度は,ヒトの生体信号(表面筋電位信号・眼電信号)を計測対象として,モバイル型・生体信号計測装置とウェアラブル身体動作計測装置(9軸モーションセンサ(ジャイロ・加速度・地磁気センサ))による長時間計測を行い,計測対象者の環境に対する装置の耐久性・利便性を高めた上で,計測データの信頼性も検証した.更には,生体信号と身体動作と組み合わせた解析により,ヒトの動作識別の識別精度や識別数の向上につながることを確認した.(2)生体信号によるリアルタイム制御を前提とする生活補助装置の開発BMIの実用化を目指す上で,身体補助装置/環境制御装置の開発および評価も不可欠である.そのため平成26年度は,物体把持用ロボットハンド・ナビゲーション用移動ロボット・食事補助用ロボットアーム・学習リモコン型環境制御装置の開発を行い,生体信号(表面筋電位信号・頭皮脳波・眼電信号)に基づくリアルタイム制御を実現した.平成27年度は,前年度構築した生体信号によるロボットアーム・家電制御のシステムに対して,自律制御機能の組み込みを行い,生体信号と自律制御を組み合わせたシステムの有効性の検証を試みた.(1)眼電・筋電によるロボットアーム制御眼電・筋電を制御入力とした食事支援ロボットアームを目指し,「生体信号計測解析システム」と「頭部に配置した9軸モーションセンサによる頭部位置検出システム」と「カメラ画像処理により対象物体を認識し表示するソフトウェア」を組み合わせた眼電目視点推定および筋電による把持機能を有するシステムを構築し,物体把持タスクを行い,その有効性を示した.(2)頭皮脳波による移動ロボット制御頭皮脳波ブレイン・マシン・インターフェース(BMI)の代表例である「P300スペラ」は,1制御入力を判断するために最低でも10秒間必要となる.そのため,動的に環境が変化する移動ロボットの制御としては不適であったが,私は移動ロボットにSLAM(自己位置推定と環境地図構築)機能を自律制御として導入することで,頭皮脳波BMIの有効性を向上させた.今年度は,昨年度に引き続きBMI外部機器制御システムの具体例としてロボットアーム・家電制御に着目し,半自律機能の導入に取り組み,提案システムの基本的有効性を示すことに成功している.しかしながら,臨床試験に対する実験プロトコルを実現するためには,システムの性能を更に高める必要があると考えるため,平成28年度も引き続き,システムの組込装置化や改善したBMI外部機器制御システムの検証を行う予定であるため,やや遅れているとの評価とした.平成28年度は,前年度の構築したシステムをより福祉現場の状況に適合するように改善し,その利便性の向上につとめた.(1)眼電・筋電によるロボットアーム制御システム対象者を頭部のみ随意的に動作することが可能な麻痺患者と仮定し,実用的なシステムの構築を試みた.まず,対象者は寝返りなどの動作も困難であるため,顔周辺に装置を取付ける場合には安全性・安定性の確保が重要となる.そのため,3Dスキャナにより顔形状の3Dモデル化・編集を行い,3Dプリンタで造形するオードメイド電極取付用マスクを開発した.結果,目周辺の安全性の確保だけでなく,定位置に電極を貼付けることが可能となり,眼電信号の精度向上につながった.

また,ロボットアーム制御用PCインターフェースソフトウェアも改善し,ディスポ電極5個で計測できる眼電・筋電信号により様々なマニュアル入力(上下左右の眼球動作から生じる眼電で8方向入力,随意的瞬きにより生じる眼電で1入力,眼電目視点推定でカーソルのような2次元位置入力,噛み締める時に生じる筋電の振幅値で比例値入力)を可能とした.その上で,ロボットアームの作業空間に上面カメラ・側面カメラ・正面カメラを取付け,カメラ画像処理に基づく物体認識を補助的に適用し,安定な物体操作を実現した.(2)頭皮脳波による移動ロボット制御システム同様に対象者を頭部のみ随意的に動作することが可能な麻痺患者と仮定し,実用的なシステムの構築を目指した.まず前年度構築したSLAM(環境地図構築・自己位置推定・指定経路追従)の高精度・高速化,次に移動ロボット上に小型ロボットアーム・学習リモコンを搭載,扉/カーテン開閉やTV・エアコン操作などの環境制御機能の実現を試みた.また,リアルタイム事象関連電位P300解析ソフトウェアを構築し,P300スペラに基づく移動ロボットの操作性能を従来よりも30%高速化することに成功した.近年のブレイン・マシン・インターフェース技術は,ヒト脳表面に留置した電極から皮質脳波を計測,それら脳波から機械学習による動作識別を行い,リアルタイムなロボットアーム制御を実現している.そのような状況であるから実用化が期待されているが,現状の識別性能は5種類動作で正解率6090%と不安定であり,システム信頼性の向上が急務な課題となっている.そこで本研究は,対象となる外部機器の制御システムに自律制御機能を組込むことで,信頼性のある機器動作を実現するシステムの構築を目指した.結果,提案法の有効を示すため,脳波・眼電を対象としたロボット制御性能検証を行った.今年度の研究目標であった体内埋込型ワイヤレス・ブレイン・マシン・インターフェース装置とウェアラブル身体動作計測装置による動作意図推定システムの性能検証実験は円滑に進んでいる.また,自律制御機能付運動補助/環境制御装置の開発も十分に目標に達成している.ただし,申請者の所属機関の異動があったため,今後のヒト実験や動物実験実施に対する研究環境・設備の確認や立ち上げを行う時間が必要となったため,その点がやや遅れているとの評価である.今年度は,更なるBMI外部機器制御システムの性能向上と検証実験を行い,そこで得た知見をもとに,臨床実験に対する実験プロトコル提案書をまとめる.また随時,論文投稿も行なう予定である.28年度が最終年度であるため、記入しない。福祉ロボティクス今年度は申請者の所属機関の異動があり,特に動物実験に対する研究環境(人的・設備)の状況が変わったため動物実験の実施が困難となった.
意思決定スタイルの個性創発と適応破たんとしての精神疾患発症脆弱性の統合的理解

ヒトや動物の意思決定には,結果の予測や評価に基づいて行動表出を調整する目標指向モードと,結果の予測・評価をスキップし自動的に行動を表出する習慣モードの2つの制御モードがある。通常は学習段階に応じたモード間のバランスが取られているが,ストレス等の精神疾患リスクファクターへの暴露は恒常的な習慣モード優位状態をつくりだし,その結果,生活体は不適応に陥ると考えられる。その一方で,シビアなストレスを経験したからといってすべての人が精神疾患を発症するわけではなく,ストレス脆弱個体と弾力性(レジリエンス)を備えた個体が混在している,という事実を鑑みると,意思決定においても“個性"が存在し,これがストレス反応性の個体差と関係している,という仮説が立てられる。研究代表者は,意思決定の素過程であるオペラント条件づけを多数の非近交系ラットに訓練したとき,目標指向モード優位な個体群と習慣モード優位な個体群が同定されること,さらに,後者において,ストレス負荷(グラム陰性菌の細胞壁外膜由来の催炎症物質であるリポ多糖の全身投与)に対する脆弱性がより高いことを報告し,作業仮説を実証した。その一方で,オペラント条件づけを経験した動物は,経験しなかった動物に比べるとより高いレジリエンスを示し,ストレス負荷時に,体重低下や強制水泳試験における無動時間の誘導が減弱していた。この発見は,電撃のような嫌悪刺激を受動的に受け続けた動物が,将来のストレスコーピングへの動機づけに障害を来す,という“学習性絶望"の研究にも通じる。しかし,自らの能動的な行為とそのポジティブな結果(報酬)の間の随伴性を経験することでレジリエンスが亢進する,という現象は,研究代表者が知る限り,これまで報告されたことはない。今後の研究成果は予防医学・公衆衛生学的な意義をもち,これまで困難であった精神疾患の発症予防に繋がると期待される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
リアルタイムトラッキング放射線治療法の開発と臨床応用

東北大学放射治療科では、バリアン社製直線加速器ClinacEX23のガントリーに2台のX線透視装置とアモルファスシリコン平板検出器を搭載し、腫瘍内に刺入した金マーカをリアルタイムで追跡しながら、その座標位置をリアルタイムで算出するソフトウエアを開発した。リアルタイムトラッキングが成功しているときには、金マーカが小さな緑色の正方形の枠に囲まれており、トラッキングに失敗すると枠が拡大し赤色に変化するようにして、容易にトラッキングの状態が確認できるようにした。トラッキングされているときのロッド型の金マーカの中心座標は、緑色の正方形枠の中心座標で与えられる。X-Y、Y-Z、Z-X3方向で同時に表示できるようになっている。このリアルタイムトラッキングソフトを用いて、前立腺内に埋め込んだ金マーカ位置を照射野毎に確認、3次元座標を測定し、前立腺癌に対する強度変調照射法(IMRT)時における毎回の照射間、照射中における前立腺の動き(inter-intrafractional organ motion)を評価した。Interfractional motionが1mm以上動いたケースは33%で、repositioningすることによりすべて1mm以内の誤差で照射が可能であった。1mm以内の位置精度で照射が可能となり、尿道周囲の線量を5%減少させる非常に高精度な放射線治療が出来るようになった。現在まで67例に対し80Gy/40回の大線量を用いたIMRTを行ったが、24例では前立腺全体に80Gy(D95)、43例では尿道周囲の線量を減じたIMRTである。急性期grade1の頻尿、排尿困難の訴えが、前者で11/24(46%)、後者では12/43(28%)と明らかに減少していた。最終年度には、我々のX線透視装置搭載治療用直線加速器をモデルに開発されたバリアン社製on-board imagerを導入することができた。東北大学放射治療科では、本年バリアン社製直線加速器ClinacEX23のガントリーに2台のX線透視装置とアモルファスシリコン平板検出器を搭載することに成功した。この装置は腫瘍内に刺入した金マーカの位置を確認することができ、患者の照射時のセットアップに非常に有効である。この2台のX線装置とアモルファスシリコンを用いて、腫瘍内に刺入した金マーカをリアルタイムで追跡しながら、その座標位置をリアルタイムで算出し、計算された座標をダイナッミックMLCによってリアルタイムで追跡しながら照射を行う装置を開発し、臨床応用を行うことを目的として始められた研究であるが、今年度は、ガントリー搭載の透視装置で確認できた金マーカの位置を追跡し、アモルファスシリコンのピクセルごとのX線線量に依存する荷電量をデジタル化した情報により、3次元座標をリアルタイムで計算できるソフトウエアの開発に成功した。また、T1N0肺癌患者の腫瘍内に直径0.8mmx長さ3mmのロッド型の金マーカをCTガイド下で埋め込み、この金マーカを、上記のソフトウエアで実際追跡するのに成功した。追跡が可能になるとロッド型の金マーカを囲むように、緑色の小正方形のインジケータが追跡用ディスプレイ上に出現し、呼吸性に移動する金マーカとともに移動するようになる。その小正方形の中心座標(ロッド型金マーカの中心にあたる)がリアルタイムで計算される。追跡に失敗すると、小正方形のインジケータが一回り大きな赤色の正方形に変化するようにしている。このことによって、追跡が不可能のときに照射される危険性を避けるようにすることができるようにした。また、透視装置のアイソセンターはソフトウエア的に直線加速器のアイソセンターにあわせており、誤差は0mmであり、トラッキングの際の座標表示はほぼリアルタイムと考えてよく時間的誤差は考慮の必要はなかった。

東北大学放射治療科では、本年バリアン社製直線加速器ClinacEX23のガントリーに2台のX線透視装置とアモルファスシリコン平板検出器を搭載することに成功した。この装置は腫瘍内に刺入した金マーカの位置を確認することができ、患者の照射時のセットアップに非常に有効である。この2台のX線装置とアモルファスシリコンを用いて、腫瘍内に刺入した金マーカをリアルタイムで追跡しながら、その座標位置をリアルタイムで算出し、計算された座標をダイナッミックMLCによってリアルタイムで追跡しながら照射を行う装置を開発し、臨床応用を行うことを目的として始められた研究である。昨年度までに、ガントリー搭載の透視装置で確認できた金マーカの位置を追跡し、アモルファスシリコンのピクセルごとのX線線量に依存する荷電量をデジタル化した情報により、3次元座標をリアルタイムで計算できるソフトウエアの開発に成功した。今年度は、このリアルタイムトラッキングソフトを用いて、前立腺内に埋め込んだ金マーカ位置を照射野毎に確認、3次元座標を測定し、前立腺癌に対する強度変調照射法時における毎回の照射間、照射中における前立腺の動き(inter-,intrafractional organ motion)を評価した。Interfractional motionが1mm以上動いたケースは33%で、repositioningすることによりすべて1mm以内の誤差で照射が可能であった。このリアルタイムトラッキングソフトを使用することにより、リアルタイムの位置確認が可能となり、イメージガイド強度変調照射法が可能となった。今までのところ、イメージガイド強度変調照射法で80Gyの大線量が照射された患者40名でgrade2の直腸障害が起こったのは1名のみであり、このシステムが極めて有用であることが示唆されつつある。東北大学放射治療科では、バリアン社製直線加速器Clinac EX23のガントリーに2台のX線透視装置とアモルファスシリコン平板検出器を搭載し、腫瘍内に刺入した金マーカをリアルタイムで追跡しながら、その座標位置をリアルタイムで算出するソフトウエアを開発した。リアルタイムトラッキングが成功しているときには、金マーカが小さな緑色の正方形の枠に囲まれており、トラッキングに失敗すると枠が拡大し赤色に変化するようにして、容易にトラッキングの状態が確認できるようにした。トラッキングされているときのロッド型の金マーカの中心座標は、緑色の正方形枠の中心座標で与えられる。X-Y、Y-Z、Z-X3方向で同時に表示できるようになっている。このリアルタイムトラッキングソフトを用いて、前立腺内に埋め込んだ金マーカ位置を照射野毎に確認、3次元座標を測定し、前立腺癌に対する強度変調照射法(IMRT)時における毎回の照射間、照射中における前立腺の動き(inter-,intrafractional organ motion)を評価した。