hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日本人統合失調症を対象とした抗精神病薬のマルチプルネットワークメタ解析

我々は、日本人という生物学的・社会的に均一な集団のみの統合失調症患者を対象とした抗精神病薬の効果及び安全性に関するマルチプルネットワークメタ解析を行った。その結果は、全人種の統合失調症を対象とした既報のマルチプルネットワークメタ解(Leucht et al 2013, Lancet)と比較して、大きな違いはないことが判明した。また、日本やアジアでのみ市場されている抗精神病薬の各アウトカムにおける位置づけを明確にした。更に、各ガイドラインで推奨されている、「副作用のリスクの観点から薬剤選択のshared decision makingを行うと良いであろう」ことも、我々の結果は支持した。週1回のチーム会議を定期的に開催し、疑問が発生した場合は、適宜チーム内で情報共有し、疑問の解決に努めた。今後は、データを抽出し、データを固定する作業を遂行し、データの解析(定型的メタ解析とmultiple network meta-analysis)を行う。その際、データの正確性を確保するため、それぞれのステップを複数人で同時にかつ別々に行い、それぞれのステップの終了時点で作業の正確性をチェックしていく。本研究が終了次第、直ちに統計解析を行い、研究成果を英文論文で発表する。また、日本語を用い、一般の方、患者にも分かりやすい言葉を用いた研究成果に関する研究報告書を作成し、当大学ホームページ上で発表する。我々は、日本人という生物学的・社会的に均一な集団のみの統合失調症を対象とした抗精神病薬の効果及び安全性に関するマルチプルネットワークメタ解析を行った。本試験には18試験、3446名を包括した。主要評価項目は、有効性に関して治療反応率、安全性に関して全ての理由による脱落率を用いた。どちらの項目もオランザピンとパリペリドンはプラセボと比べて有意に優っていた。同様に、PANSS総合、陽性尺度、総合精神病理尺度に関してオランザピンとパリペリドンが、PANSS陰性尺度に関してオランザピンがプラセボと比べて有意に優っていた。また、副作用による脱落率は、プラセボを対象として各抗精神病薬の順位付けを行うと、オランザピンとパリペリドンが他の抗精神病薬と比べて優れていた。これらのことから、効果及び安全性に優れた抗精神病薬はオランザピンとパリペリドンであった。個々の副作用に関しては、各抗精神病薬間で結果は異なっていた。本試験の結果は、全人種の統合失調症を対象とした既報のマルチプルネットワークメタ解(Leucht et al 2013, Lancet)の結果と比較して大きな違いはなかった。また、日本やアジアでのみ市場されている抗精神病薬の各アウトカムにおける位置付けを明確にした。上記、試験結果に関しては現在論文の投稿を行っている。現在、包括する論文、研究の選定を行い、データ固定を行っている状況であるため、研究はおおむね順調に進展していると考える。精神神経科学今後は、データを抽出し、データを固定する作業を遂行し、データの解析(定型的メタ解析とmultiple network meta-analysis)を行う。本年度は、既存のパソコンを用い、包括する論文、研究の検索、データ抽出を行い、論文は所属機関の図書館や著者への問い合わせで入手することが可能であったため研究費を使用しなかった。今後は、データ解析するためのパソコン、解析ソフト、研究補助員雇用、論文申請費用、学会への旅費等に研究費を使用していく予定である。本年度は、包括する論文もしくは研究の検索、データ抽出、固定を行っていたため、特に経費はかからなかった。今後はデータの抽出、固定、解析を行うにあたって、パソコンやデーター解析ソフトの購入を検討している。また、データの正確性を担保するため研究補助員の雇用をしていく。
ＦＡＮＯＶＡを援用した野菜の硝酸代謝応答変動の非破壊検出法開発

人工気象器内でレタス(Lactuca sativa L., cv."Greenwave")を2週間栽培し、栽培株の可視近赤外吸光スペクトルを20分毎に連続計測した。吸光スペクトルから株内硝酸濃度を計測し、硝酸濃度の経日変化を計測した。硝酸濃度は経過日数と共に増加するが、ある期日を境に減少した。計測したスペクトルをFAVOVA法によって解析したところ硝酸濃度効果関数は978 nmにおいて経日変化が顕著であることがわかり、その変化のピークが発生した期日は硝酸濃度が減少し始める期日と一致した。硝酸濃度効果関数の経日変化を調べることにより硝酸代謝変動が発生する期日を非破壊で特定することが可能であった。供試作物はレタス(Lactuca sativa L., cv. “Greenwave")である。人工気象器内で2週間栽培した。栽培光源にはLEDを使用した。明期/暗期設定を1 h/1 h,3 h/3 h,6 h/6 h,12 h/12 h,R/B比(赤色光の青色光に対する光量子束密度比)を5に設定した。栽培後サンプルを収穫し,MERCK社製RQflex plus10によって硝酸イオン濃度を測定した。収穫時に測定したレタス個体のスペクトルと硝酸イオン濃度実測値でキャリブレーションを行った。地上部生体重が1.5 gを超えた210サンプルを解析に使用した。決定係数が0.72となった。栽培期間中に20分周期で連続測定した近赤外スペクトルをこの検量線に代入して生育中レタス個体の硝酸イオン濃度の経時変化を測定した。FANOVA法を用いて栽培日毎に測定スペクトルを解析した。硝酸イオン濃度測定値を16000mg/Lまでの範囲で1000 mg/L毎の段階で16の水準に割り当て,これらを硝酸イオン濃度の水準とした。硝酸イオン濃度因子による効果関数において特徴的な経日変化が生じる有効波長は978 nmであった。この波長の硝酸イオン濃度因子関数値について経日変化を見てみると、定植後9日目に大きなピークが検出された。近赤外スペクトルから測定した硝酸濃度経日変化では定植後9日目付近で濃度が増加から減少に切り替わっていた。従ってFANOVA法による解析により硝酸代謝が変動するする期日を検出できることがわかった。スペクトルから硝酸濃度の経日変化を測定する場合は全栽培日程の測定結果が得られるまで硝酸濃度の大まかな変動を把握することは困難であるが、FANOVA法では各期日単位で解析が可能であるため硝酸代謝変動をリアルタイムで把握することができることがわかった。供試作物にはレタス(Lactuca sativa L.,cv.“Greenwave")を使用した。人工気象機(三洋電機(株)、MLR-350)内で2週間栽培した。栽培環境は気温22°C、光量子束密度80μmol m-2 s-1とした。湿度とCO2濃度は非制御である。光源はLED(CCS(株)製ISL-150×150-RB)を使用した。試験区はR/B比(赤色光と青色光の光量子束密度の比)および明暗周期によって決定され、R/B比が1, 5, 10, 20の4試験区、明暗周期が1h/1h, 3h/3h, 6h/6h, 12h/12hの4試験区、合計16試験区で栽培実験を行った。各試験区の栽培株数は4株であった。栽培実験中にFANTEC社製のFRUIT QUALITY ANALYZERにより近赤外線吸光スペクトルをサンプリング周期20分で連続自動計測した。測定可能波長領域は600 nm-1000 nmで分解能は2 nm、積算時間は50 msとした。上述の連続自動計測とは別に収穫時に取得したスペクトルと収穫株の硝酸イオン濃度値を濃度推定モデル作成に使用した。また、硝酸イオン濃度経時計測を栽培開始直後から行うため、育苗後直ちに収穫したサンプルも解析に加えた。硝酸イオン濃度実測値の測定はイオンクロマト法(東亜DKK(株)、IA-300)によって行った。校正実験で使用したサンプル数は394であった。硝酸イオン濃度経時計測には2つの検量線を適用した。サンプルの生体重増加量が5.6 g以下の場合と5.6 gを上回る場合とで別の検量線を適用した。小さいサンプル用検量線の推定精度は相関係数が0.55、大きいサンプル用のそれは0.86となった。この検量線を使用してレタス内硝酸濃度経日変化を測定した。Matlabを使用してFANOVA解析プログラムの開発を進めた。平成24年度の実施計画は次の2点であった。

・人工気象機内でレタス株の近赤外線スペクトル連続計測を実施し、FANOVA法による解析に必要なスペクトルおよびスペクトルから計算される硝酸濃度値データを収集すること。・Matlabを使用したFANOVA解析プログラムを作成すること。平成24年度に行った栽培実験結果および作成した硝酸濃度推定モデルによりFANOVA法に適用するスペクトル並びに硝酸濃度の経時計測データを取得することができた。また、FANOVA解析プログラム開発に必要なソフトウェアを準備してプログラム開発環境を整えた。解析プログラム作成は順調に進んでいる。FANOVA解析の成功の鍵はS/N比の高いスペクトルおよび精度の高い硝酸濃度推定値の取得である。24年度に得られた検量線はレタスの大きさに応じて2モデルを適用している。このうち小さなレタスに適用するモデルの推定精度が低くなった。モデルの推定精度向上のためには第一にS/N比の高いスペクトルを取得することが必要である。24年度のスペクトル測定では外乱光の受光防止のために栽培室を暗幕で区分けしている。暗幕にフェルト布を使用していたが、24年度中にフェルトは近赤外線を反射することが判明した。レタスが小さい場合にハロゲン照射光の内で葉に当たらず暗幕に照射される成分が大きくなり、外乱光が受光プローブに入射する確率が高くなる。これをなるべく防止するために暗幕に近赤外光を吸収するスポンジゴムを使用することにする。これによりS/N比が高いスペクトルを計測できるようになり推定精度の高い検量線を得ることができると予想される。条件が拘束された通常の近赤外線分光計測と異なり外乱が多く存在する本計測で精度の高いモデルを得るためには多くのサンプルが必要である。LED光源のR/B比別にモデルの推定精度を調べたところ、この値が5あるいは10の時に推定精度が高くなった。そこで25年度ではR/B比を5および10に限定し、この条件の下で栽培するサンプル数を増やすことにより推定精度向上を見込むことができるデータを増加させる予定である。また、24年度では校正実験で使用したレタスは収穫時のサンプルが多かったが、実際に経時計測を行う場合は様々な大きさのレタスが存在する。25年度は想定される大きさのレタスを偏りなく準備し、校正実験に使用する予定である。取得したスペクトルと硝酸濃度値をFANOVA法で解析する。この解析により硝酸代謝が大きく変化する期日を検出することが目標である。当該助成金が生じた状況:想定していたよりも海外出張の回数が少なく、外国旅費が少なくなったことおよび高額なイオンクロマトカラムの交換がなかったことにより当該助成金が生じた。研究費使用計画:25年度は24年度と同様に栽培実験およびスペクトル計測を継続するため、この実験に必要な試薬、園芸資材、水耕肥料、イオンクロマトカラム、解析ソフトウェア等の消耗品を購入する。また、成果発表や研究調査のための海外出張および国内出張を予定している。実験機器の老朽化に伴い故障が想定されるため機器修繕費の発生を想定している。
代謝的多様性に基づくがんの質的核医学診断のための多角的分子イメージング法の開発

がんの低酸素領域は放射線治療等のがん治療に際して障害となるのみならず、低酸素状態であることそのものががんの悪性度進展に重要であることから、がんの低酸素領域の多様性を明らかにすることが切望されている。そこで、がんの酸素代謝率のPETによる定量測定法の開発を目的として、ラットに安定的に^<15>O-O_2ガスを供給するシステムを構築し、がん血流量が重量に依存することを示すとともに、ブタを用いて^<15>O-O_2ガス吸入法による酸素代謝率測定を可能とした。また、がんの生物学的低酸素領域のPETイメージングのためにHIF-1の酸素依存的分解ドメインを母体とする分子プローブを開発し、プレターゲティング法による腫瘍のインビボ画像化に成功した。本研究の目的は、ポジトロン断層撮像法(PET)を用いてがんにおける酸素代謝率のインビボ定量測定法を開発するとともに、HIF-1の低酸素下安定化機構を薬剤設計に応用したがんの生物学的低酸素領域を特異的にイメージングできる薬剤を開発し、両者を組み合わせることで、がんの低酸素領域における多様性をエネルギー代謝の観点から解明することにより臨床診断に展開する基盤を創製することにある。そこで、平成20年度は以下の課題を遂行した。1)放射性ガス吸入システムの構築:麻酔下ラットに気管挿管を行い、血圧・心拍等をコントロールした状態で安定的に^<15>O-O_2ガスを供給できるシステムを構築した。2)担がんラットの作製:性質の異なる複数のがん細胞(C6 glioma、MRMT-1、Walker-256)を用いた皮下移植担がんラットを作製した。3)放射標識法の確立:放射性ヨウ素標識ビオチン誘導体とストレプトアビジン化低酸素安定化タンパク質(PCOS)を反応させることで放射性ヨウ素標識PCOSの作製に成功した。4)体内動態検討:放射性ヨウ素標識PCOSめ正常ラットおよび担がんラットにおける体内動態を臓器摘出法により調べ、腫瘍へ経時的に放射能が集積することを示した。以上、本研究課題はほぼ計画通り順調に進行している。今後、がんにおける酸素代謝率の定量、および、プレターゲティング法による生物学的低酸素イメージングを実施することにより、がんの質的核医学診断のための新たな分子イメージング法としての有効性を調べる予定である。本研究の目的は、ポジトロン断層撮像法(PET)を用いてがんにおける酸素代謝率のインビボ定量測定法を開発するとともに、低酸素誘導因子-1(HIF-1)の低酸素下安定化機構を薬剤設計に応用したがんの生物学的低酸素領域を特異的にイメージングできる薬剤を開発し、両者を組み合わせることで、がんの低酸素領域における多様性をエネルギー代謝の観点から解明することにより臨床診断に展開する基盤を創製することにある。そこで本年度は昨年度に引き続き、がんにおける酸素代謝率の定量に関する基礎検討、および、プレターゲティング法による生物学的低酸素イメージングを実施することにより、がんの質的核医学診断のための新たな分子イメージング法としての有効性を調べることを目的として、以下の課題を遂行した。1)がんにおける酸素代謝率の定量に関する基礎検討がんにおける酸素代謝を正確に評価するためには、がんにおける血流を正確に評価することが重要である。そこで、担がん動物のがん移植部位における血流量の差異を調べることを目的に、同一マウスの肩部・腹部・脚部の皮下に腫瘍を移植し、モデル放射性プローブの血流依存性移行について調べた。マウスにはBalb/c slc-nu/nuマウスを、腫瘍細胞にはHela細胞、モデル放射性プローブには脳血流量測定に汎用されるN-isopropyl-p-[^<125>I]iodoamphetamine (IMP)を選択した。^<125>I-IMPを腫瘍マウスに投与し、血流を反映すると考えられる投与5分後に腫瘍を摘出し、単位重量辺りの放射能を調べた。その結果、脚部腫瘍において高い放射能集積が認められたが、部位による影響よりもむしろ、放射能集積と腫瘍の重量との逆相関関係に依るものと考えられた。また、動物における^<15>O-O_2ガス吸入法の定量性評価を目的に、研究代表者が以前に開発した静脈内投与型^<15>O-O_2剤との比較検討をブタを用いて行った。その結果、両手法において定量的な心筋酸素代謝測定が可能であることを示した。2)プレターゲティング法による生物学的低酸素イメージング検討担がんマウスにストレプトアビジン化低酸素安定化タンパク質(PCOS)を投与した後、放射性ヨウ素標識ビオチン誘導体(^<123>I-IBB)を投与するインビボプレターゲティング法を用いインビボイメージング法(SPECT法)により生物学的低酸素領域のイメージングに成功した。
二関節筋のパンタグラフ機構による歩行運動制御系の構築と歩行支援装具への応用

歩行において重要なヒト下肢筋骨格系は,次の4つの機能を備えている.1)姿勢の安定性.2)衝撃の吸収.3)推進力の発生.4)エネルギーの蓄積.本研究課題では,このヒトの歩行を具現化する合理的な歩行メカニズムのモデルデザインを目的に,トルク発生装置としての一関節筋とトルク伝達装置としての二関節筋によって構成されるパンタグラフ機構のトルク伝達機能に焦点を当てた.さらに,歩行において重要な機能であるロッカー機能とパンタグラフ機構の関連について考察した.そして,これらの機能を満たす歩行補助装具の機構を提案した.大腿部(股関節と膝関節)の拮抗一関節筋と拮抗二関節筋による3対6筋から成る協調制御モデルを基本として,筋配列と力制御,軌道制御,外力への挙動における共通点,相違点を明確にし,筋配列による運動制御について理論体系化した.股関節拮抗一関節筋,膝関節拮抗一関節筋,両関節拮抗二関節筋の3対6筋モデル,股関節拮抗一関節筋,膝関節拮抗一関節筋の2対4筋モデル,股関節拮抗一関節筋,両関節拮抗二関節筋の2対4筋モデル,膝関節拮抗一関節筋,両関節拮抗二関節筋の2対4筋モデルの4つのモデルを比較した.その結果,力出力に関しては,いずれのモデルも任意の方向への出力が可能であるが,剛性特性の観点から,股関節拮抗一関節筋,膝関節拮抗一関節筋,両関節拮抗二関節筋の3対6筋モデルと膝関節拮抗一関節筋,両関節拮抗二関節筋の2対4筋モデルの2つのモデルが抗重力性において卓越した安定能力を有することが明らかとなった.これより,2対4筋モデルに対して,さらに拮抗二関節筋をメカニズムとしてのリンクとし,拮抗一関節筋を駆動源したパンタグラフリンクモデルへ拡張し,その力学的な基礎を明確にした.さらに,2対4筋モデルおよびパンタグラフリンクモデルをヒトの立ち上がり動作に適用し,筋電図解析を行ったところ,これまで3対6筋で検討されてきた立ち上がり動作が,2対4筋モデルおよびパンタグラフリンクモデルで表現できることが明らかとなった.パンタグラフリンクモデルによって下肢装具のメカニズムを構成できる可能性が示された.四肢の運動制御における3対6筋による協調制御モデルと2対4筋による協調制御モデルの力制御,軌道制御,外力への挙動における共通点,相違点を明確にし,筋配列による運動制御について理論体系化を試みた.股関節一関節筋と膝関節一関節筋および股関節・膝関節二関節筋から構成される大腿の3対6筋を基本筋配列モデルとして,股関節一関節筋と股関節・膝関節二関節筋,膝関節一関節筋と股関節・膝関節二関節筋,股関節一関節筋と膝関節一関節筋のモデル,股関節一関節筋あるいは肘関節一関節筋と股関節・膝関節二関節筋を剛体要素としたパンタグラフリンクモデルについて,力と剛性の解析プログラムを構築し,姿勢と力制御,軌道制御,外力への挙動について比較した.ここでは,装具への適用を行う前に有効性を確認するために,市販の二足歩行ロボットを改良し,パンタグラフリンク無しの改造前のロボットとパンタグラフリンクを付与した改造後のロボットについて,抗重力性と推進力発生について,実験によって比較検討した.パンタグラフリンクを付与した改造後のロボットでは,着床から離床まで抗重力性が姿勢によらず大きく一定であり,着床から立脚中期までの,推進力発生が大きいことが明らかとなった.過去の研究結果と統合して,パンタグラフリンクモデルにおける抗重力性,推進力発生が構造的に有利であり,さらに軌道生成も可能とする簡単な構造で効果的な装具を提案できることが示唆された.二関節筋を機構の剛体要素として,パンタグラフリンクモデルを構成する新規性に対して,明確な効果が確認できた.筋配列によるモデルの比較,ロボットによる実験装置の構築に期間を要し,下肢装具としてのデザインコンセプトは示されたものの,具体的な装具としての提案には至っていない.理論と検証を推し進めることはほぼ終了し,装具としての具現化に努める必要がある.脚ロボットにおけるパンタグラフリンクメカニズムは,アクチュエータの省力化,姿勢の安定化を目的として採用されている.ヒト下肢の二関節筋を関節から他の関節へのエネルギあるいは力(トルク)の伝達要素として位置付けて下肢装具の具現化を行った.ヒト下肢の直列リンクメカズムとパンタグラフリンクメカニズムを有する脚ロボットを用いた理論モデルの解析と実験より,パンタグラフリンクメカニズムを構成することが抗重力性と推進力の発生において有効であること示した.さらに,足関節が拘束されないパンタグラフリンクメカニズムと拘束を受けるパンタグラフリンクメカニズムのトルクと力の関係を整理した.立脚初期(Heal contact)では,拘束されないパンタグラフリンクメカニズムによって抗重力のための機構としてはたらき,その後,立脚中期(Foot flat)まで,拘束を受けるパンタグラフリンクメカニズムによって推進力を得るための機構としてはたらく.立脚後期(Toe off)では,拘束されないパンタグラフリンクメカニズムによって,抗重力のための機構としてはらたく.また,これまで足関節を回転中心とし,下腿の長さを一定として考えていた下肢の運動に対して,歩行のロッカー機能を考慮し,ヒールロッカーでは踵,アンクルロッカーでは足関節,フォアフットロッカーでは足指関節が回転中心となり,パンタグラフリンクメカニズムを用いて,立脚初期(Heal contact)と立脚後期(Toe off)までの姿勢を表すことができるとともに,下腿の長さが立脚初期(Heal contact)と立脚後期(Toe off)で大きくなることで,滑らかな重心の上下動の少ない歩行が可能となることを示した.歩行において重要なヒト下肢筋骨格系は,次の4つの機能を備えている.1)姿勢の安定性.

2)衝撃の吸収.3)推進力の発生.4)エネルギーの蓄積.本研究課題では,このヒトの歩行を具現化する合理的な歩行メカニズムのモデルデザインを目的に,トルク発生装置としての一関節筋とトルク伝達装置としての二関節筋によって構成されるパンタグラフ機構のトルク伝達機能に焦点を当てた.さらに,歩行において重要な機能であるロッカー機能とパンタグラフ機構の関連について考察した.そして,これらの機能を満たす歩行補助装具の機構を提案した.これより,2対4筋モデルに対して,さらに拮抗二関節筋をメカニズムとしてのリンクとし,拮抗一関節筋を駆動源したパンタグラフリンクモデルの基本的は機能的特徴は明らかとなったが,歩行を対象とした場合の抗重力効果,姿勢の安定性,推進力の挙動について検討が現在進行中である.また,メカニズムの機構学的なパラメータと運動学的な挙動の関係を明確にし,パンタグラフリンクメカニズムによる下肢装具の運動制御として統合する必要がある.抗重力性,推進力発生,軌道制御性を満たすパンタグラフリンクに機構を生かした装具としての具現化に努める.福祉工学これまでの成果を,歩行を対象としたパンタグラフリンクメカニズムによる下肢装具の運動制御として整理し,下肢装具のメカニズムのデザインコンセプトを提案する.次に,提案されるメカニズムは,パンタグラフメカニズムにより筋力を有効に歩容の改善に生かす外部動力を用いないタイプとするが,さらに歩行器と装具を連動し,歩行器の運動で装具の歩容を生成するタイプ,外部動力によって筋力を支援するタイプへの拡張を検討し,考えられこれらのプロトタイトとして提案する.パンタグラフメカニズムによる装具使用時の筋電図解析の予定が,装具を具現化するには至らず,実施できなかったため.4円の少額端数のため使用目的なし筋電図解析については保留とし,装具の具現化を早急に進める.次年度に合算して物品費として使用予定
ユーカリのアルミニウム無害化タンニンの合成に関わる糖転移酵素の探索と機能解明

我々は、アルミニウム無毒化という加水分解性タンニンの新機能を提唱している。本研究の目的は、加水分解性タンニン生合成の第1段階の反応であるβ-グルコガリン合成を触媒するUDP-糖転移酵素(UGT)をアルミニウム耐性樹木ユーカリで同定することである。根から単離した4種類の候補UGT(UGT84A25a、25b、26a、26b)の組換えタンパク質は、β-グルコガリン合成活性を示した。また、これらの候補UGTの遺伝子は、葉、茎、根のいずれでも発現しており、加水分解性タンニンの分布と一致していた。以上の結果から、4種類のUGTがユーカリでβ-グルコガリン合成を担っていると考えられる。ユーカリ(Eucalyptus camaldulensis)は、強酸性土壌で問題となるアルミニウム過剰害に強い耐性を示す。我々は、ユーカリのアルミニウム耐性機構として、根に侵入したアルミニウムを加水分解性タンニンが捕捉し無毒化するという新しい機構を発見している。この耐性機構を応用し、強酸性土壌で生育可能な高アルミニウム耐性植物を作出するには、加水分解性タンニンの生合成を遺伝子レベルで解明する必要がある。本研究は、加水分解性タンニン生合成の第1段階の反応を触媒するUDP-グルコース:没食子酸グルコース転移酵素(GGT)の遺伝子をユーカリで同定することを目的とする。ユーカリのゲノム情報を用いて、ヨーロッパナラで既知のGGTのアミノ酸配列との相同性を基に、GGTの遺伝子候補のcDNAをユーカリから7個単離した(EcUGT1a、1b、2a、2b、3a、3b、4)。分子系統解析により、単離した7個の遺伝子は、UDPグリコシルトランスフェラーゼ(UGT)ファミリーに属することが明らかとなった。EcUGT1a、1b、2a、2bはUGT84Aサブファミリーに属し、EcUGT3a、3b、4はUGT84Bサブファミリーと同じ分岐群に分類された。単離したcDNAを大腸菌に導入し、ヒスチジンタグ融合タンパク質として生産させた。EcUGT1bおよび2bの組換えタンパク質を大腸菌から抽出し、固定化金属イオンアフィニティークロマトグラフィーによって精製した。今後、組換えタンパク質を用いて、ユーカリのGGT候補の触媒特性を解析する予定である。計画通り、(1)GGT候補のcDNAを単離し、(2)大腸菌を用いて組換え酵素タンパク質を生産したので、「おおむね順調に進展している」とした。我々は、ユーカリのアルミニウム耐性機構として、根に侵入したアルミニウムを加水分解性タンニンが無毒化するという新しい機構を発見している。本研究は、加水分解性タンニン生合成の第1段階の反応を触媒するβ-グルコガリン合成酵素(UDP-グルコース:没食子酸グルコース転移酵素、GGT)の遺伝子をユーカリで同定することを目的とする。大腸菌で異種発現させたユーカリの合成酵素候補(EcUGT14)がβ-グルコガリン合成活性を持つか調べた。UDP糖転移酵素(UGT)84Aサブファミリーに属するEcUGT1aと1b、2a、2bは、没食子酸とUDP-グルコースを基質としてβ-グルコガリンを形成した。一方、UGT84Jサブファミリーに属するEcUGT3aと3b、4ではβ-グルコガリン形成を検出できなかった。さらに、EcUGT1bと2bの基質特異性を調べたところ、ともにヒドロキシケイ皮酸類(コーヒー酸、フェルラ酸、シナピン酸)よりヒドロキシ安息香酸類(没食子酸、プロトカテク酸、バニリン酸)を基質として好む傾向にあった。また、両酵素のヒドロキシ安息香酸類に対する反応速度論のパラメーターを決定した。以上の結果から、ユーカリではUGT84Aサブファミリーの酵素(EcUGT1aと1b、2a、2b)がβ-グルコガリン合成を担っていると考えられた。計画通り、組換え酵素タンパク質の触媒特性を解析できた。加水分解性タンニンの含有を制御し、強酸性土壌で生育可能な高アルミニウム耐性植物を作出するには、加水分解性タンニンの生合成を遺伝子レベルで解明する必要がある。本研究は、加水分解性タンニン生合成の第1段階の反応であるβ-グルコガリン合成を触媒するUDP-グルコース:没食子酸グルコース転移酵素の遺伝子をユーカリから単離することを目的とした。ユーカリから単離した7種の候補遺伝子(EcUGT14)の発現を定量RT-PCR法によって解析した。なお、EcUGT1aと1b、EcUGT2aと2bは、それぞれ塩基配列の同一性が非常に高いため、発現を合わせて定量した。β-グルコガリン合成活性を示すEcUGT1a/bとEcUGT2a/bは、葉、茎、根のいずれでも発現しており、ユーカリにおける加水分解性タンニンの分布と一致していた。

一方、β-グルコガリン合成活性を示さないEcUGT3a、3b、4は、主に葉や茎で発現し、根でほとんど発現しておらず、加水分解性タンニンの分布と異なっていた。ユーカリでは、アルミニウム過剰によって根で加水分解性タンニンの一種エノテインBの含有量が増えることが報告されている。しかし、アルミニウム過剰処理はEcUGT1a/bとEcUGT2a/bの発現に影響を与えなかった。以上の結果から、ユーカリでは、UDP糖転移酵素(UGT)84Aサブファミリーに属する4種の酵素(EcUGT1a、1b、2a、2b)が加水分解性タンニン生合成に前駆体であるβ-グルコガリンを恒常的に供給していると考えられた。我々は、アルミニウム無毒化という加水分解性タンニンの新機能を提唱している。本研究の目的は、加水分解性タンニン生合成の第1段階の反応であるβ-グルコガリン合成を触媒するUDP-糖転移酵素(UGT)をアルミニウム耐性樹木ユーカリで同定することである。根から単離した4種類の候補UGT(UGT84A25a、25b、26a、26b)の組換えタンパク質は、β-グルコガリン合成活性を示した。また、これらの候補UGTの遺伝子は、葉、茎、根のいずれでも発現しており、加水分解性タンニンの分布と一致していた。以上の結果から、4種類のUGTがユーカリでβ-グルコガリン合成を担っていると考えられる。計画通り、(3)組換え酵素タンパク質の触媒特性を解析する。計画通り、ユーカリにおけるβ-グルコガリン合成酵素遺伝子の発現特性を解析する。樹木生理学GGT候補のcDNAが想定の4個より多く7個単離されたので、平成28年度以降の解析により多くの経費がかかると予想された。そのため、予定していたドイツでの研究協力者との打ち合わせを別の経費を取得して行うなど、助成金の使用を節約した。GGT候補のcDNAが想定の4個より多く7個単離されたので、平成29年度の遺伝子発現解析に予定より多くの経費がかかると予想された。そのため平成27年度に予定していたドイツでの研究協力者との打ち合わせを別の経費を取得して行うなど、助成金の使用を節約した。想定より多く単離されたGGT候補の組換え酵素タンパク質の解析に用いる。想定より多く単離されたGGT候補の遺伝子発現解析に用いる。
マルチプロセッサSoCのアーキテクチャ設計最適化手法

本研究では,マルチプロセッサSoCのアーキテクチャ探索手法とタスクのプロセッサへの割り当て最適化手法を提案し,提案手法をプロトタイプとして実装した.計算機実験の結果,提案手法は最適解と同等の解を短時間で見つけることができた携帯電話などの情報通信機器やメディア・プレーヤーなどのディジタル信号処理用機器に代表される電子システムに対する要求はますます高度になりつつある.これらの要求を実現するためには,プロセッサ、専用ハードウェア回路(ASIC : Application Specific IC),メモリ(RAM、ROM),高周波回路,センサ,アクチュエータなどを含む複雑な電子システムを単一チップ上に実装するSoC System on Chip)技術を駆使する必要がある.SoCを設計するためには,既設計のコンポーネント(Intellectual Property)を組合せてシステムを構成するIPベース設計手法が有効であり,今後のIPの性質として期待される柔軟性を持ったIPとしてはソフトウェアでプログラム可能なプロセッサ(命令セットプロセッサ)やFPGA (Field自己評価報告書携帯電話などの情報通信機器やメディア・プレーヤーなどのディジタル信号処理用機器に代表される電子システムに対する要求はますます高度になりつつある.これらの要求を実現するためには,プロセッサ、専用ハードウェア回路(ASIC : Application Specific IC),メモリ(RAM、ROM),高周波回路,センサ,アクチュエータなどを含む複雑な電子システムを単一チップ上に実装するSoC (System on Chip)技術を駆使するSoCを設計するためには,既設計のコンポーネント(Intellectual Property)を組合せてシステムを構成するIPベース設計手法が有効であり,今後のIPの性質として期待される柔軟性を持ったIPとしてはソフトウェアでプログラム可能なプロセッサ(命令セットプロセッサ)やFPGA (Field Programmable Gate Array)などが有用であ本研究では,与えられた応用に対して,与えられた設計制約のもとで,マルチプロセッサSoCの構成方法を最適化する手法を明らかにする.具体的な研究項目は以下の6つである(1)応用システムのプロファイリング手法の検討と試作(2)応用システムの記述の分割手法の提案と評価(3)与えられたIPの割当と通信方式に対する、設計品質見積り手法の開発(4)分割された応用記述の部分に対するIPの割当て方法の最適化手法の開発る(5)システムを構成するIP間の通信方式の最適化手法の開発(6)IPの割当方法およびIP間の通信方式を同時に最適化する手法の開発本研究では,マルチプロセッサSoCのアーキテクチャ探索手法とタスクのプロセッサへの割り当て最適化手法を提案し,提案手法をプロトタイプとして実装した.計算機実験の結果,提案手法は最適解と同等の解を短時間で見つけることができた本研究では、与えられた応用に対して、与えられた設計制約のもとで、マルチプロセッサSoCの構成方法を最適化する手法を明らかにすることを目的としている。初年度は、次の3項目を中心にして研究を行った。(1)応用システムのプロファイリング手法の検討と試作(2)応用システムの記述の分割手法の提案と評価(3)与えられたIPの割当と通信方式に対する、設計品質見積り手法の開発(1)応用システムのプロファイリング手法の検討と試作この研究項目では、SystemCで記述された応用システムを高い抽象度レベルでプロファイリングする方法について検討した。(2)応用記述の分割手法の提案と評価最適な分割方法は、応用システムの性質に依存すると考えられる。たとえば、マルチメディア情報処理システムや通信制御システムの場合には、ストリームデータの入出力の実時間性を考慮して最適化を行う必要がある。分割方法は、そのモジュールの機能をプロセッサで実行する場合や既存のIPを割当てる場合なども考慮して決定する必要がある。初年度は、これらの要請を考慮して応用記述の分割方法の検討を行った。(3)与えられたIPの割当と通信方式に対する、設計品質見積り手法の開発上記(2)の項目で提案された分割方法の有効性を評価するために、分割して得られるサブモジュールにIP(プロセッサまたは専用ハードウェア)を割当て、通信方式とそのパラメタに具体的な値を与えた場合の設計品質指標の見積りを行う。本年度は、見積り方法としては、これまでの研究で開発さえた面積および性能の見積り方法に加え、消費電力の見積り方法についても検討を行った。本研究では、与えられた応用に対して、与えられた設計制約のもとで、マルチプロセッサSoCの構成方法を最適化する手法を明らかにすることを目的としている。平成21年度は、平成20年度に開発した設計品質見積手法を拡張した。マルチプロセッサSoCの構成最適化を行うためには、その性能を短時間で正しく見積もりできることが重要である。短時間で性能を見積もる方法として、H20年度は単一のコンフィギュラブルプロセッサでプロファイリングを行った結果を利用してマルチプロセッサでの実行性能を短時間で見積る手法を開発したが、本年はその精度をSystemCモデルを利用することで高精度化する検討を進めた。さらに次の項目について研究を行った。1.分割された応用記述の部分に対するIPの割当て方法の最適化手法の開発2.システムを構成するコンポーネント間の通信方式の最適化手法の開発1.分割された応用記述の部分に対するIPの割当て方法の最適化手法これまでの、研究ではIPに割当てられた処理はデータの性質に依存せず、一定の処理時間で処理可能という仮定を置いていたが、IPの処理内容をいくつかの基本ブロックに分解することで、データにより処理時間の変更に対応できるモデルを提案し、実装を行った。2.システムを構成するコンポーネント間の通信方式の最適化手法の開発これまでの研究では、コンポーネント間の通信方式として共有バス方式について最適化手法を考えてきたが、加えて共有メモリを利用してコンポーネント間のデータ転送量を抑え、データ転送を最適化する手法を研究した。

本研究では、与えられた応用に対して、与えられた設計制約のもとで、マルチプロセッサSoCの構成方法を最適化する手法を明らかにすることを目的としている。マルチプロセッサSoCの構成最適化を行うためには、その性能を短時間で正しく見積もりできることが重要である。短時間で性能を見積もる方法として、これまで,単一のコンフィギュラブル・プロセッサでプロファイリングを行った結果を利用してマルチプロセッサでの実行性能を短時間で見積る手法や,最適なアーキテクチャを探索する手法を検討してきたマルチプロセッサ・システムの低消費電力量化に関して,動作時に動作電圧と動作周波数を変更できるDynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS)技術が有効である.H22年度では,DVFS技術をマルチプロセッサに用いる場合に,消費電力量を最小化するプロセスのプロセッサへの割り当てとそのプロセスを処理するプロセッサの電圧と周波数を決定する手法を提案した提案した手法では,プロセッサがプロセスを処理する消費電力量とプロセス間のデータ通信に必要な消費電力量をマルチプロセッサ・システムの消費電力量として,シミュレーティッド・アニーリング法を用いて最適化しているまた提案手法を計算機上に実装し,100種類の例題DFGに対して適用した結果,89個の例題で最適解と同じ解を得,提案手法の有効性を確認した携帯電話やメディア・プレーヤーなどの高度な電子機器を実現するには,プロセッサ、専用ハードウェア回路(ASIC : Application Specific IC),メモリ(RAM、ROM),高周波回路,センサー,アクチュエータなどを含む複雑な電子システムを単一チップ上に実装するSoC (System on Chip)技術を駆使する必要がある.本研究では,与えられた応用に対して,与えられた設計制約のもとで,マルチプロセッサSoCの構成方法を最適化する手法について検討してきた.平成23年度は,平成22年までに開発したそれぞれの手法の評価と改良を行った.マルチプロセッサ・システムの低消費電力量化に関して,動作時に動作電圧と動作周波数を変更できるDynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS)技術が有効である.平成22年度までに,DVFS技術をマルチプロセッサに用いる場合に,消費電力量を最小化するような.プロセスのプロセッサへの割り当てとそのプロセスを処理するプロセッサの電圧と周波数を決定する最適化手法を提案している.
口腔癌における転写関連遺伝子群HDAC6 familyの総合的機能解析

本研究の目的は、HDAC familyとその関連遺伝子群に関して、口腔癌における分子腫瘍マーカーや分子標的治療法の標的になりえるかどうかを検討することであった。口腔癌、正常口腔粘膜組織に関してAffymetrix社製GeneChipを使用して、ヒト全遺伝子の発現状態を調べ、マイクロアレイ解析した。そのデータ・べースの中から、HDAC familyの発現状態を抽出したところ、HDAC familyのうち、サブタイプであるHDAC6遺伝子の発現変動が大きいことが示された。そこで、Real time PCR法を用いて、HDAC familyの各サブタイプの発現量を実際の臨床サンプル5種類で調べ、マイクロアレイの結果が正しいことを確認した。次に、HDAC6遺伝子はαチュブリンを脱アセチル化し、細胞の運動性を増加することが知られているため、癌の転移や浸潤への関与が推測されるため、実際の口腔癌100症例に関し、real time PCR法、Western blotting法、免疫組織染色法でmRNAレベルとタンパクレベルのHDAC6遺伝子の発現状態を調べた。その結果、mRNAの発現亢進は76%に、タンパクの発現亢進は54%に検出され、多くの口腔癌においてHDAC6遺伝子の発現亢進が起きていることが確認できた。さらに、この結果と臨床諸指標とを比較検討したところ、stage I,II群とstage III,IV群間に優位な相違を認め、HDAC6遺伝子は腫瘍の進展と関連があることが判明した。他のHDACfamily遺伝子に関しても同様に臨床サンプルで検討を加えたが、安定して臨床諸指標と明らかな相関を示す遺伝子を同定できなかった。以上の結果から、HDAC familyのうちのHDAC6遺伝子は口腔癌における腫瘍進展のマーカーとして診断に有用であることが示唆された。本研究は、単に単一の遺伝子を云々するものではなく、HDAC familyとその関連遺伝子群に関して、転写調節遺伝子群として一つの機能を果たす多数の遺伝子familyの動向を総合的に口腔癌で明らかにし、実際に役立つ分子腫瘍マーカーや分子標的治療法の開発に応用することを目的とする。口腔癌、正常組織に関してAffymetrix社製GeneChipを使用して、HDAC familyの発現状態を明らかにしたところ、特に、HDAC familyのサブタイプであるHDAC6の発減現変動が非常に大きいことが明らかになった。HDAC6遺伝子はαチュブリンを脱アセチル化し、細胞の運動性を増加するため、癌の転移や浸潤への関与している可能性があり、また、それらの腫瘍特性の分子マーカーとしても期待できる。そこで、HDAC6遺伝子発現状態をmRNAレベルとタンパクレベルで調べるため、多くの臨床サンプルを用いてreal time PCR、Western blotting法、免疫染色法を行った。その結果、HDAC6遺伝子発現亢進が確認できた。具体的にはmRNAレベルで74%、タンパクレベルで51%にHDAC6遺伝子発現亢進が検出された。この結果と腫瘍の臨床諸指標とを比較検討したところ、stage I、II群とstage III、IV群間に有意な相違があり、HDAC6遺伝子は腫瘍の進展と関連があることが判明した。今後、同様の検索をマイクロアレイ・データーを基に行い、他のHDAC family遺伝子が群としてどのように発現変動しているのかを明らかにし、さらに、腫瘍の臨床諸指標との関連を検討する予定である。
手で発想する立体組み立て式建築デザインツールの開発

本研究では、建築学習導入段階の学生達がスムーズに、創造力豊かに建築空間を発想できるデザインツールの開発を目的に、研究を行ってきた。毎年、本高専建築学科2年生のデザイン基礎授業では、このツールの試作品を利用してもらい、学生作品の成果や利用調査アンケートから考察し、ツールの開発及び利用方法についても検討を重ねてきた。またこのようなツールは、建築学生のみならず、一般の人々にも身の回りの空間に興味をもってもらい、建築空間を考えてもらえるツールになりうると仮定し、一般の人々を対象にしたワークショップを何度か行ってきた。そこでは、特に子供たちの空間環境教育なども目的に、自分達の住まいを創造するワークショップを行い、作品の成果や利用調査アンケートから、ツールの形態や方法論を模索してきた。どちらで利用するツールも、基本的には敷地となるベース、建物を形作るシート、建物の中に配置される人や家具などのパーツから成り、グリッド状に溝を入れたベースに、好きな形に切り取って折り曲げただけのシートを差し込むだけで、立体空間が組み立てられるような方式を採用した。また表面の素材感の表現は、学生達は好きな道具で彩色したり、紙を貼付けたりしてもらったが、一般の人々には、あらかじめいろんな素材がプリントされたシールなどを用意した。今回の研究からは、特にベースのサイズや形態が改良され、使いやすくなったと考えられる。また、このツールの応用で、町が創作できるツールや、実物大で実際に入って体験できる空間キットも創造した。本研究では建築デザインの発想を手助けするツールの開発を目的としており、本補助金交付前までに第1号ツールの試作品を制作し、2年生の授業で利用していた。そこで、補助金交付していただいた今年度からはその成果を検証するため、学生作品の考察と、学生アンケートのまとめを行い、その結果から改良を加えて、第1号ツールを完成させた。改良点は、敷地となるベースサイズが、試作品では13.5m×7.0m(縮尺1/50)という細長い形状で、しかもその長手方向に4.5m×7.0m庭が固定されていたのに対し、まずサイズを少し大きくし、縦横比を少なくして13.5m×9.9m(縮尺1/50)とし、庭はこのベースには固定せず、利用者が好きな場所に作れるようなキット構成とした。この改良により、試作品の段階では、制作上の形の制約が大きすぎるというデメリットを解消した。その後、この第1号ツールを利用して、一般親子を対象にしたワークショップを開催した。ここでの制作状況やアンケートも参考にし、このツールが一般の人でも簡単に建築デザインの発想を手助けできるものかどうか検証した。またこの第1号ツールと同じ組み立て方式を利用した別のツールもつくれないかと試作検討をくり返した結果を、第2号ツールとしてまとめた。この第2号ツールの特徴は、第1号ツールで形をつくっていた紙に最初から町の中の建物や風景の写真を縮尺1/100でプリントしていることである。第1号ツールでは「家」がテーマのキット構成であったが、第2号ツールでは「町に住む」がテーマのキット構成としたためでもある。今後、この第2号ツールも学生の授業で利用し、その結果をまとめたいと考えている。またこれらのツールを一部、実物大でつくり、実際にこれらの空間を体感できるものにしたいと考えている。
投球動作解析評価用筋骨格モデルの構築に関する研究

2018年度は,大きく分けて二つのことを実施した.一つ目は,野球ボール内部の表面に複数の小型3軸力覚センサを配置し,複数の指先の接触力を同時に計測するが可能なセンサボールを開発した.実験では,指先をボール表面に配置した状態からの静的な指先の動作における,接触力の計測結果を示し,提案するセンサボールの有用性を示した.本成果は,第19回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2018)にて発表を行った.さらに,約50%程度の力でネットに向かって投げてもらい,指先把持力および回転数の計測を実施するとともに,センサポールの強度を検討した.二つ目は, 4台のデジタルスチルカメラを投球者の周囲に配置し,投球動作時の上肢の動きを計測および分析した.本研究では,投球動作全体において主に肘関節から指先までの位置や姿勢を計測する必要がある.本研究で導入したデジタルスチルカメラは約1000fpsでの撮影および比較的解像度の高い画像取得が可能であることを確認した.さらに,4台のカメラの配置を検討し,投球動作中で肘関節から指先までの位置を最低2台のカメラで撮影できるよう工夫した.この結果をDKH社のFrame-DIAS Vを用いてデジタイズし,Visual 3Dによって上肢に貼付した各反射マーカーの3次元位置座標および速度,前腕の回内・回外角度を算出した.そして、その結果を筋骨格モデルシミュレーションソフトウェアのOpenSimを用いて解析を行った.一年目である平成29年度(2017年度)は、一)新たな3次元動作解析ソフトウェアの検討と本研究における最適な高速度カメラの導入、二)3次元の手先力計測のプロトタイプ製作と評価、三)超音波エコーを用いた前腕の回内・回外における肘側靭帯の挙動計測、四)筋骨格シミュレーションソフトウェアOpenSimを用いた手指・前腕骨格モデルの構築と五)ボール把持力および挙動計測装置の検討を実施した.二年目である平成30年度(2018年度)は,まず,一)新たな3次元動作解析ソフトウェアとしてVisual3Dの導入と本研究における最適な高速度カメラとしてSONYのデジタルスチルカメラRX100IVを導入し,既存のデジタイズソフトウェアFrameDIAS V(DKH社)と併用することで,FrameDIAS Vだけでは困難であった投球動作時の肘関節から指先までの3次元位置座量取得が比較的容易に行えるようになった.次に,二)筋骨格モデルの筋肉や関節トルクの推定精度を向上させるために,指先把持力計測用センサボールを開発した.これは、野球ボールの内部の表面に3軸の圧力センサ(ショッカクチップ,タッチエンス社製)を4か所配置し,ESP32マイクロコントローラで計測およびBluetooth通信によるデータ送信を行うことができるボールである.さらに,BNO-055チップを搭載した9軸のモーションセンサを搭載することで、ボールの回転数を計測することが可能である。開発したボールを使用し、ネットめがけて投球した際、ボールが破壊されないことを確認し、一)の計測システムと併用してボール把持力と挙動および投球時の上肢動作を計測および分析した。1.「投球動作映像および野球ボールの把持力および挙動の収集」と「3次元動作分析ソフトウェアVisual3Dを用いた投球動作解析」:熊本高等専門学校の野球部をはじめ、熊本県内の高校、佐賀にある小・中学校の野球部の投手に協力を得て投球動作を撮影し、肩関節から手指までの動作解析を行う。さらに、ボール把持力の計測を行う。2.「超音波エコーを用いた前腕の回内・回外における肘側靭帯の挙動モデル」と「OpenSimを用いた手指・前腕筋骨格モデル」との統合:在籍する佐賀大学医学部の整形外科の医師からのアドバイスを基に、靭帯挙動の計測をさらに精緻に行う。構築済みの前腕の回内・回外モデルに靭帯モデルと筋肉モデルを付加し、筋骨格モデルとしてのシミュレーションを行い、それらを統合して手指・前腕筋骨格モデルを構築する。その際、1で計測した投球動作およびボール把持力を用いる。なお、筋肉モデルのパラメータ推定には、粒子群最適化手法を用いる。投球動作による傷害の一つである野球肘の傷害予防と早期回復のため、本研究の目的は投球動作や傷害後のリハビリテーションの評価指標を提案することとし、そのための目標は動作の精確な把握と個々人に適切な投球フォームの実現に必要な筋骨格モデルを構築するである。一年目である平成29年度は、一)新たな3次元動作解析ソフトウェアの検討と本研究における最適な高速度カメラの導入、二)3次元の手先力計測のプロトタイプ製作と評価、三)超音波エコーを用いた前腕の回内・回外における肘側靭帯の挙動計測、四)筋骨格シミュレーションソフトウェアOpenSimを用いた手指・前腕骨格モデルの構築と五)ボール把持力および挙動計測装置の検討を実施した.いずれの項目も更なる検証および改良の余地があり、少し計画よりも遅れているが、一年目である程度の見通しが立てられたため問題ないと考える。二年目である平成30年度は一年目の実績をさらに発展させ、1.「投球動作映像の収集」と「3次元動作分析ソフトウェアVisual3Dを用いた投球動作解析」、2.野球ボール把持力およびボール挙動計測システムの構築と評価、3.投球動作における3次元の手先力計測システムの構築、超音波エコーを用いた前腕の回内・回外における肘側靭帯の挙動に基づく骨格モデルの構築、4.ボール把持力や3次元の手先力とモーションキャプチャの結果に基づく筋骨格シミュレーションソフトウェアを用いた手指・前腕骨格モデルの完成を目指す。

1.3次元動作解析ソフトウェアの検討と解像度が高く高速撮影可能なカメラの導入:筋骨格シミュレーションソフトウェアOpenSimとの親和性やデータ解析までの機能の充実による研究の継続性の観点からVisual3Dを導入することに決定した。実際の投球動作データを用いた解析を行い、ソフトウェアの使用方法について知識と経験を積んだ。また、本研究では投球時の指先の挙動を計測する必要があり、所有していたカメラでは性能が不十分であった。そこで、コストと性能のトレードオフを考慮して最適なデジタルスチルカメラを導入し、使用方法について理解した。2.投球動作における3次元の手先力計測システムのプロトタイプ製作:本格的な3次元の手先力計測の前段階として、100Kgまで計測できるロードセル、ステッピングモータとマイコンボードをそれぞれ3台ずつ用いて、肘から手先までの動作時の手先力を計測できる装置を製作して評価を行った。3.超音波エコーを用いた前腕の回内・回外における肘側靭帯の挙動計測:超音波エコーを用いて、肘関節角度を0°から90°まで30°ずつ変化させたときの回内・回外時の肘関節内部挙動を撮影した。医学書などを参考に、撮影した画像から肘関節内側の靭帯の挙動を計測した。4.OpenSimを用いた手指・前腕骨格モデルの構築:OpenSimの公式サイトを参考に、ソフトウェアの使い方を習得した。さらに、手指、前腕骨格を別々にモデルとして作成し、それぞれの挙動のシミュレーションを行った。5.野球ボール把持力およびボール挙動計測システムの検討:当初は、指先にセンサを取り付けることでボール把持力を計測する予定であった。しかし、計測可能な力の範囲が小さく、また投球動作への影響を考慮し、モーションセンサ、3つの2軸力覚センサ、データ取得および送信用のマイコンボードやバッテリーを内蔵するボールについて検討を行った。2018年度は,大きく分けて二つのことを実施した.一つ目は,野球ボール内部の表面に複数の小型3軸力覚センサを配置し,複数の指先の接触力を同時に計測するが可能なセンサボールを開発した.実験では,指先をボール表面に配置した状態からの静的な指先の動作における,接触力の計測結果を示し,提案するセンサボールの有用性を示した.本成果は,第19回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2018)にて発表を行った.さらに,約50%程度の力でネットに向かって投げてもらい,指先把持力および回転数の計測を実施するとともに,センサポールの強度を検討した.二つ目は, 4台のデジタルスチルカメラを投球者の周囲に配置し,投球動作時の上肢の動きを計測および分析した.本研究では,投球動作全体において主に肘関節から指先までの位置や姿勢を計測する必要がある.本研究で導入したデジタルスチルカメラは約1000fpsでの撮影および比較的解像度の高い画像取得が可能であることを確認した.さらに,4台のカメラの配置を検討し,投球動作中で肘関節から指先までの位置を最低2台のカメラで撮影できるよう工夫した.この結果をDKH社のFrame-DIAS Vを用いてデジタイズし,Visual 3Dによって上肢に貼付した各反射マーカーの3次元位置座標および速度,前腕の回内・回外角度を算出した.