hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
物理シミュレーションと統計学習に基づくカテーテル法の知能モデル構築

カテーテル法は、血管に細い管を通して薬剤等を患部に到達させる、患者に負担の少ない医療手技です。しかし、その操作は、熟練を必要とし、経験のある医師でも難しい場面に遭遇することがあります。本研究では、医師が行うべきカテーテル操作を自動推定する問題に取り組みました。あらかじめ、患者の血管形状から、カテーテルの手技を行う際に起こりうるあらゆる状況をシミュレーションし、その結果に基づいて最適な操作を導きます。この技術は、将来の自動手術にもつながるものです。本研究で提案する方法論を実証するためのシステム構築を進めた。システムは、治療前の統計モデル化のための状態パラメータ発生、シミュレーション、および統計学習の各モジュール、治療中の状態パラメータ推定、および最適操作生成の各モジュールからなる。26年度は、状態パラメータ発生、シミュレーションの部分まで完了し、各状態パラメータを軸とする空間において、カテーテルの到達性と安全性の分布図の表示法を確立した。カテーテルは、前後の押し引き(平行移動1自由度)、カテーテル軸まわりの回転(回転1自由同)の2自由度の操作と、ガイドワイヤ形状の自由度(本研究では、熟練医のガイドワイヤ形状学習データから構築した統計形状モデルの第1主成分の1自由度で表現)、合計3自由度空間で表現される。現在、ガイドワイヤ形状は、事前に、外科医が作成するので、作成したガイドワイヤ形状は固定パラメータとなり、ガイドワイヤが体内にある間、術中の操作はできない(形状変更を行うためには、いったん、ガイドワイヤを体外に引き出す必要がある)ので、術中は平行移動と回転の2自由度の操作となる。(しかし、将来、能動ガイドワイヤ・カテーテルが実現する場合は、術中にガイドワイヤ形状の変更が可能となる。)すなわち、ガイドワイヤの位置・回転(・形状)の操作自由度の空間内において、到達度が高い地点への経路を決定する問題として定式化される。その際、経路上の安全性が高いこと、経路が複雑でないこと、などが最適経路の基準となる。26年度は以上の表現法を確立した。カテーテル法の人工知能を、1.カテーテルガイドワイヤ最適先端形状の推定、2.カテーテルの現在の状態認識、3.カテーテル最適操作の推定、の3段階の処理過程で構成する。前年度、以上の3段階の処理過程において共通の表現形式である「カテーテル操作パラメータ空間」の実装を行った。さらに、カテーテルガイドワイヤ先端形状を少数のパラメータで表現するための統計形状モデルを構築した。今年度、さらに、上記3段階のうち、以下の2段階での研究を進めた。1.カテーテルガイドワイヤ最適先端形状の推定:与えられた操作パラメータ(ガイドワイヤ形状、カテーテルの回転・平行移動の操作)を用いたカテーテルシミュレーションを行う方法を実装し、その結果(目的血管枝に到達可能かどうか)をカテーテル操作パラメータ空間に蓄積した。パラメータ空間において目的血管枝に到達するパラメータ範囲の広い先端形状パラメータを選択することにより、本処理過程を実現し、実際にファントムを用いたカテーテル挿入実験の結果と対比して、推定された最適形状の評価を行った。2.カテーテルの現在の状態認識:本処理過程において必要となるX線画像からのカテーテル先端の位置および形状認識に取り組んだ。カテーテル位置は、血管との空間関係によって求める必要があり、血管位置・形状を合わせて認識する必要がある。血管については、術前CTから3次元形状モデルを再構成することが可能であり、血管3次元形状モデルと2次元X線画像を位置合わせする方法を実装した。方法としては、3次元形状モデルの疑似X線画像と実際のX線画像の相関が最も高くなる位置関係をパウエル法で最適化する方法を用いた。これらの方法に対して、生成画像を用いて動作確認を行った。最適操作を求めるにあたり、鍵となる中間表現を定義し、実装できたことで、初年度における一定の達成は得られたと考えている。ただし、X線画像から、ガイドワイヤの状態を予測する部分については、現状では、手が付けられていない。当初の計画では、この部分についても、26年度に一部進める予定であったので、その点で、現在までの達成度を「やや遅れている」と評価した。また、そのことから、26年度の購入予定であったシミュレーション計算用PCの購入が遅れ、27年度に購入することにした。しかし、ガイドワイヤ(カテーテル)操作の自由度空間におけるカテーテルの到達性と安全性の分布図の表示法を確立したので、ガイドワイヤ状態予測(どのような操作をした結果であるか、についての予測)の出力形式が定まったので、一定の進捗があったと考えている。なお、研究発表については、ファントム実験が完了してから行う予定のため、現段階では、行っていない。生体医用画像27年度には、X線画像からガイドワイヤ操作状態の推定に取り組む。この推定問題は、確定的な解が得られるとは限らないので、ガイドワイヤ操作自由度空間における確率分布として表現することを検討している。計算量がやや大きくなるので、専用のシミュレーション計算用PCを購入する。

分担者の大竹(奈良先端大)が、X線画像解析の専門家であり、この目標を達成できると考えている。最適操作も、確率的な意味で、操作空間において、到達度と安全性を最大にできる経路を求める問題として定式化する。それらをカテーテル室におけるCT撮影も含むファントム実験で検証し、システム全体の潜在的臨床的効果を確認する。分担者の大須賀(大阪大学)が、カテーテル治療の専門医であり、大阪大学病院で実験を行う予定である。当初の計画より遅れを生じたため、必要なスペック等の決定が遅れ、26年度購入予定だったシミュレーション計算用PCの購入を延期したため。27年度の早い時期にシミュレーション計算用PCを購入する。
遷音速Junction Flowの有害抵抗発生メカニズム解明とコード断面設計法

本研究は,遷音速旅客機の主翼翼端のWingletとMain Wingの接続部で生じるJunction Flowの有害抵抗発生メカニズムを解明すること,その有害抵抗を抑制するためのコード断面設計法を検討することを目的とした.WingletとMain Wingの接続部形状のCant角,R面を流れた狭窄する方向に設定することで,プロファイル抵抗が増加するが,それは断面圧力分布におけるスラストループ面積の減少が主な要因であることを明らかにした.加えて,スラストループ面積の増加を狙った逆問題設計手法を実施した.本研究は,遷音速旅客機の主翼翼端のWingletとMain Wingの接続部で生じるJunction Flowの有害抵抗発生メカニズムを解明すること,その有害抵抗を抑制するためのコード断面設計法を検討することを目的とする.FY28年度は以下のことを実施した.Winglet形状のCant角およびR面のパラメトリックスタディを数値解析で実施した.その数値解析結果に後流積分法を適用し,スパン方向の誘導抵抗分布とプロファイル抵抗(≒有害抵抗)分布を評価した結果,以下のことが明らかとなった.A-1) Cant角を増加すると誘導抵抗は増加することを確認した.(※スパン方向の弧長は一定とする)A-2) R面と誘導抵抗との相関は確認できなかった.A-3) Cant角・R面を狭窄する方向に設定するとプロファイル抵抗が増加することを確認した.B)コード断面設計法本研究は,おおむねスケジュール通りに進展している.詳細を以下に示す.数値解析によるパラメトリックスタディを完了し,上述の通り成果を得ることができた.風洞試験による検証をFY29年度に予定しているが,風洞試験模型の形状設計と模型製作を完了した.形状設計の概要に関しては,日本航空宇宙学会主催の第54回飛行機シンポジウム等,米国航空宇宙学会主催のScitech2017にて口頭発表(共著)を行った.B)コード断面設計法上述の通り当初予定とは異なる設計法を用いて逆問題設計環境の構築を完了したが,今後の予定に特段影響はないと考えている.本研究は,遷音速旅客機の主翼翼端のWingletとMain Wingの接続部で生じるJunction Flowの有害抵抗発生メカニズムを解明すること,その有害抵抗を抑制するためのコード断面設計法を検討することを目的とする.FY29年度は以下のことを実施した.Winglet形状のCant角およびR面が異なる模型を作成し,風洞試験を実施し,数値解析の妥当性を改めて検証することが出来た.昨年度までにCant角・R面を流れが狭窄する方向に設定するとプロファイル抵抗が増加することを明らかにしたが,本年度までにプロファイル抵抗増加の原因はWingletとMain Wingの接続部における圧力分布のドラッグループ面積ではなく,スラストループ面積の減少にあることを明らかにした.これは,2次元遷音速翼の抵抗発散特性に見られる現象と類似していることを指摘した.これらの成果は国際学会で報告を行った.B)コード断面設計法上記の検討(A)によって,WingletとMain Wingの接続部における圧力分布の前縁領域(前縁圧力勾配と前縁圧力ピーク値)がプロファイル抵抗に対して高い感度を有することが分かった.本検討(B)において,プロファイル抵抗低減を狙った目標圧力分布を設定し(具体的には,前縁圧力勾配を急峻にし,前縁圧力ピーク値を高く設定することで,スラストループ面積の増加を狙った圧力分布),逆問題設計を実施し,形状を創出した.本研究は,遷音速旅客機の主翼翼端のWingletとMain Wingの接続部で生じるJunction Flowの有害抵抗発生メカニズムを解明すること,その有害抵抗を抑制するためのコード断面設計法を検討することを目的とした.WingletとMain Wingの接続部形状のCant角,R面を流れた狭窄する方向に設定することで,プロファイル抵抗が増加するが,それは断面圧力分布におけるスラストループ面積の減少が主な要因であることを明らかにした.加えて,スラストループ面積の増加を狙った逆問題設計手法を実施した.本研究の今後の推進方策を以下に示す.遷音速Junction Flowの有害抵抗を適切に評価するためには,後流積分法の推算精度が重要であることが分かった.FY29年度に実施予定の風洞試験結果を使って,後流積分法の推算精度向上を図ることにする.B)コード断面設計法プロファイル抵抗(≒有害抵抗)を低減するためにFY28年度の成果に基づき目標圧力分布を設定し,逆問題設計を実施する.空力設計
中期ビザンツ教会堂における建築的形態と儀礼空間の関係性：装飾プログラムに着目して

本研究は、中期(912世紀)ビザンツ建築においてみられる建築形式の多様さについて、教会堂の使用方法との関連から説明できないかという問いのもとに、申請者がこれまで行ってきた具象的な建築物に対する分析に加えて、その内部にどのような壁画(フレスコ/モザイク)が描かれ、それらが教会堂内部へどのように配置されたかという壁画の装飾プログラムに着目してその儀礼空間としての特質を導くことにより、ビザンツ教会堂の具体的な形態と儀礼空間としての機能の関係性を捉えることを目的とするものである。
若年者の早期離職予防のためのキャリア支援

本研究では、人事担当者、新入社員の事実上の上司、新入社員、早期離職者、大学生などを対象に、質問紙調査や面接調査を実施しました。その結果、新入社員は、叱責されたり、軽蔑されたり、人前で恥をかかされたりするような、経験率が非常に低いだけではなく、そのような経験をすると強いショックを受けることが分かりました。そのため、実際に社会に出た時(入社した時)、上司に何か指摘されると、そのショックから立ち直ることができなくなり、すぐに会社を辞めてしまうこともわかりました。加えて、そのような理由で早期離職する若者は、たとえ、再就職することができても、同じような理由で、再び会社を辞めてしまう可能性が高いことがわかりました。近年、若年者の早期離職者の増加が問題となっております。このような早期離職者の増加は、我が国における人材確保を困難にし、経済社会の活力や国際競争力を維持し得なくなる恐れに繋がります。さまざまな研究機関やメディアなどの報告では、若年者の早期離職の原因の上位に「人間関係」が常にあげられております。人間関係の問題は、会社側の対策によって改善される場合もありますが、新入社員の側に問題がある場合もあります。申請させていただく研究は、若年者のキャリア支援の一環として、早期離職の予防に焦点を当てた長期的な研究のひとつであり、若年者の職場での対人関係スキルに関する研究です。実際には、以下のようなことを実施しました。職場での人間関係を含め、早期離職を促すと考えられるさまざまな原因を先行研究から収集し、どのような原因が早期退職を最も説明しうるか、質問紙研究による調査を実施いたしました。早期離職の要因収集では、学術論文だけに頼ることなく、わが国のさまざまな機関や企業などのアンケートやメディアを通じ、早期退職の多様な原因を把握することで、より実社会に応じた研究を進めました。本研究の目的は、若年者のキャリア支援の一環として、早期離職の予防に焦点を当てた長期的な研究のひとつであり、若年者の職場での対人関係スキルに関する研究でした。申請いたしました平成22年度の計画としては、□研究計画を遂行する上での具体的な工夫平成21年度は、早期離職者の社会的スキルと職場が必要とする社会的スキルの乖離状態の検証を行う予定をしておりました。そして、前年度の職場で必要とされる社会的スキル項目の収集をもとに、早期離職者に欠けている社会的スキルを見つけ出す作業を行います。その作業を通じて、仮説リストを生成し、早期離職者と継続して仕事を続けている者との相違を、質問紙調査によって明らかにいたします。この研究を通じて、若年者の職場における対人スキルをチェックする尺度作成を行い、将来の研究に繋げることを予定いたしました。本年度は、上記の目的通り、研究を実施いたしました。研究費に関しましては、大幅に不足してしまい、当初の研究計画との相違がありましたが、不足分は自己負担とし、本年度の研究計画を完遂することができました。申請いたしました平成22年度の計画としては、(1)研究計画を遂行する上での具体的な工夫平成21年度は、早期離職者の社会的スキルと職場が必要とする社会的スキルの乖離状態の検証を行う予定をしておりました。
日独の比較による普遍的な里山ランドスケープの生物多様性評価手法の確立

JAGUARとの連携については、9月に研究代表者がマールブルク大学で開催されたドイツ・オーストリア・スイス生態学会(Wolters教授が会長を務める)の大会に参加し、国交省が近年進めてきており研究代表者が委員として作成に関わってきた日本の都市の生物多様性指標について研究発表し、プロジェクトの連携について、議論を進めた。10月と平成29年3月にはプロジェクトのコアメンバーであるマールブルク大学のStefan Hotes博士とギーセン大学の佐々木恵子博士研究員と慶應義塾大学で議論し、具体的な研究交流を進めている。特に生態系サービスの日独比較について研究を行った。研究は順調に進行している。特に、平成28年度中に英文誌に論文の掲載が決定したことは大きな成果であった。生物多様性指標の検討については、新たな指標が概ね固まり、その成果も発表することができた。平成29年度に論文を投稿したいと考えている。また、神奈川県を対象とした指標生物と環境要因の関係についても、論文化で期待外の研究の進行させることができた。加えて、ドイツのJAGUARとの連携も順調に進んでおり、ギーセン大学、マールブルク大学と密に連絡を取り、共同研究を進めている。国内においては、研究代表者が国土交通省の国レベルの都市の生物多様性指標作成に協力を行ってきたが、その成果が公表されたことを受けて、日本造園学会の学会誌に特集を企画し、出版された。指標作成に関わってきた研究者と高い評価を受けた自治体の先行事例を掲載するとともに、批判的な視点から利害関係のない研究者にも議論していただいた。ここで採用された指標は、汎用性の高いもので、学術的な価値はそれほど高くないが、全国600を超える都市で実現できたことは非常に貴重で、世界的にも例を見ない。加えて、個々の分類群の生物多様性指標研究としては、オオタカを指標とした研究で都市に増加しつつある要因を食性の視点から明らかにしたものが採択され、近々日本鳥学会の国際誌に掲載予定である。また、都市のトンボ類を対象とした研究も日本造園学会に投稿中で、こちらもほぼ採択の状態である。特に、ギーセン大学、マールブルク大学とは密に連絡を取り合って研究を進めており、ドイツ側ではAGUARの次のプロジェクトの準備が進んでおり、こちらにも研究代表者が日本側の窓口として、支援をしている。国内において進めている研究では、成果が論文としてまとまり、公表されつつあり、3年間の研究期間で多くの査読付き論文を発表できる予定である。本研究は順調に進行しているので、当初の計画に沿って推進していく方針である。平成28年度中に購入予定であった物品の納品が業者の都合もあり、年度末ぎりぎりになってしまったため、支払いは平成29年度となった。ギーセン大学、マールブルク大学の研究者と研究打合せを行うための海外旅費を平成29年度末に予定していたが、研究協力者が日本に滞在する機会があったことと、別の予算の出張でドイツに行った際に、合わせて打合せをすることができた結果、予定していた旅費分を次年度に繰り越すことになった。平成30年度に改めて訪問する予定であるので、海外旅費として使用予定である。物品(プリンター)は既に購入しているので、平成29年度に入りすぐに処理することに加え、消耗品も購入するので、次年度使用額となった予算は平成29年度初めに使用予定である。
新規触媒による非活性ジエンとアルデヒドの不斉oxo-Diels-Alder 反応

キラル3,6-ジヒドロピランおよびこれを還元して得られるキラルテトラヒドロピランは、生理活性物質や天然物の基本骨格として、また合成中間体としてその合成法は重要である。効率的なジヒドロピランの合成法として、非活性ジエンと芳香族アルデヒド、アルケニルアルデヒド、および脂肪族アルデヒドとの、触媒的不斉oxo-Diels-Alder反応の開発に成功した。電子供与性置換基を持たない非活性ジエンの不斉oxo-Diels-Alder反応はこれまで困難とさており報告例がなかった。一方、Danishefskyジエンなど強力な電子供与性基をもつジエンとアルデヒドとの触媒的不斉oxo-Diels-Alder反応は数多く報告されているがこの反応からは、生成物としてジヒドロピランは得られない。今回、新規なキラルなリン酸アミド触媒を用いて2,3-ジメチルブタジエンやイソプレンなどの非活性ジエンとアルデヒドを反応させたところ、高収率、高エナンチオ選択的に光学活性ジヒドロピラン類を合成することに成功した。生成物の鏡像体過剰率は、溶媒、触媒構造、アルデヒドの置換基に大きく影響される。すなわち、溶媒としてアニソール、触媒のBINOL 3,3'位に2,4,6-(トリイソプロピル)フェニル基かつ6,6'位にトリフルオロメチル基を導入すると、飛躍的に生成物の鏡像体過剰率が向上することが分かった(収率85-98%、85-96% ee)。当該反応は、電子吸引性基を有する芳香族アルデヒドを基質とする場合、もっとも円滑に進行する。一方、脂肪族アルデヒドやアルケニルアルデヒドを基質として用いた場合、収率および鏡像体過剰率の低下がみられた。この結果は基質カルボニル基の低電子密度が反応を促進することを示唆している。以上、これまで不可能とされた非活性ジエンとアルデヒドのoxo-Diels-Alder反応が、キラルリン酸アミド触媒により、高い鏡像体過剰率で光学活性ジヒドロピランを与えることを見出した。不活性ジエンと芳香族アルデヒドの、触媒的不斉oxo-Diels-Alder反応を検討した。新規触媒である6,6'-ビス(トリフルオロメチル)-3,3'-ビス(2,4,6-トリイソプロピルフェニル)ビナフチルトリフルイミドを新たに開発し、反応を行ったところ飛躍的に反応成績が向上することを見出した。2.5mol %の低触媒量、かつ常温で反応が進行する点、工業的にも価値が大きい成果であると考えている。現在、以上の結果をまとめ論文を作成中である。新規触媒である6,6'-ビス(トリフルオロメチル)-3,3'-ビス(2,4,6-トリイソプロピルフェニル)ビナフチルトリフルイミドを用いても、器質として、脂肪族アルデヒドを用いたところ、エナンチオ選択性は、中程度(45-62% ee)であり、触媒構造の改良が必要であった。そこで、触媒のBINOL6,6'位にさらに強力な電子吸引基、例えば、トリフルオロメチルスルホニル基などを導入し、この問題を解決する。光学活性オキサシクロヘキサンは医薬の重要な合成原料であるが、これまで効率的合成法がなく、工業的に適用可能な合成反応の開発が望まれていた。光学活性オキサシクロヘキサンの効率的合成法として、アルデヒド類とジエンの触媒的不斉oxo-Diels-Alder反応はもっとも簡便な合成法である。しかし、シロキシ基などの電子供与性基をもたないいわゆる不活性ジエンがアルデヒドと反応しないため、oxo-Diels-Alder反応により、光学活性オキサシクロヘキサンを合成することは困難であった。そこで、新規に開発した新触媒を用い、不活性ジエンと芳香族アルデヒド、脂肪族アルデヒドおよびアルケニルアルデヒドとの触媒的不斉oxo-Diels-Alder反応を検討した。新規触媒である6,6'-ジシアノ-3,3'-ビス(2,4,6-トリイソプロピルフェニル)ビナフチルトリフルイミドを開発した。この触媒を用いて(5-10 mol%)反応を行ったところ、芳香族アルデヒドおよび脂肪族アルデヒドとイソプレンまたは1,3-ジメチルブタジエンの反応において、oxo-Diels-Alder反応生成物である光学活性オキサシクロヘキセン誘導体を、良好な鏡像体過剰率(50-70% ee)かつ高収率(78-96%)で得ることに成功した。一方、基質としてアルケニルアルデヒドを用いたところ、1,3-ジメチルブタジエンの反応において、oxo-Diels-Alder反応生成物は生成せず、Diels-Alder反応生成物が得られた。これらの結果は光学活性オキサシクロヘキセンの工業的合成法に先鞭をつけたものである。不活性ジエンと芳香族アルデヒド、脂肪族アルデヒドおよびアルケニルアルデヒドとの触媒的不斉oxo-Diels-Alder反応を検討した。この触媒を用いて(2.5 mol%)反応を行ったところ、芳香族アルデヒドおよび脂肪族アルデヒドとイソプレンまたは1,3-ジメチルブタジエンの反応において、oxo-Diels-Alder反応生成物である光学活性オキサシクロヘキセン誘導体を、良好な鏡像体過剰率(50-70% ee)かつ高収率(78-96%)で得ることに成功した。

2.5 mol%の低触媒量、かつ常温で反応が進行する点で、工業的にも価値が高い成果であると考えている。キラル3,6-ジヒドロピランおよびこれを還元して得られるキラルテトラヒドロピランは、生理活性物質や天然物の基本骨格として、また合成中間体としてその合成法は重要である。効率的なジヒドロピランの合成法として、非活性ジエンと芳香族アルデヒド、アルケニルアルデヒド、および脂肪族アルデヒドとの、触媒的不斉oxo-Diels-Alder反応の開発に成功した。電子供与性置換基を持たない非活性ジエンの不斉oxo-Diels-Alder反応はこれまで困難とさており報告例がなかった。一方、Danishefskyジエンなど強力な電子供与性基をもつジエンとアルデヒドとの触媒的不斉oxo-Diels-Alder反応は数多く報告されているがこの反応からは、生成物としてジヒドロピランは得られない。今回、新規なキラルなリン酸アミド触媒を用いて2,3-ジメチルブタジエンやイソプレンなどの非活性ジエンとアルデヒドを反応させたところ、高収率、高エナンチオ選択的に光学活性ジヒドロピラン類を合成することに成功した。生成物の鏡像体過剰率は、溶媒、触媒構造、アルデヒドの置換基に大きく影響される。すなわち、溶媒としてアニソール、触媒のBINOL 3,3'位に2,4,6-(トリイソプロピル)フェニル基かつ6,6'位にトリフルオロメチル基を導入すると、飛躍的に生成物の鏡像体過剰率が向上することが分かった(収率85-98%、85-96% ee)。当該反応は、電子吸引性基を有する芳香族アルデヒドを基質とする場合、もっとも円滑に進行する。一方、脂肪族アルデヒドやアルケニルアルデヒドを基質として用いた場合、収率および鏡像体過剰率の低下がみられた。この結果は基質カルボニル基の低電子密度が反応を促進することを示唆している。以上、これまで不可能とされた非活性ジエンとアルデヒドのoxo-Diels-Alder反応が、キラルリン酸アミド触媒により、高い鏡像体過剰率で光学活性ジヒドロピランを与えることを見出した。不活性ジエンと芳香族アルデヒドの、触媒的不斉oxo-Diels-Alder反応を検討した。新規触媒である6,6'-ビス(トリフルオロメチル)-3,3'-ビス(2,4,6-トリイソプロピルフェニル)ビナフチルトリフルイミドを新たに開発し、反応を行ったところ飛躍的に反応成績が向上することを見出した。2.5mol %の低触媒量、かつ常温で反応が進行する点、工業的にも価値が大きい成果であると考えている。現在、以上の結果をまとめ論文を作成中である。今回、開発した不斉触媒反応により、生理活性物質の合成を検討し、本研究の重要性をアッピールする。合成ターゲットとしては、ペラゲンなどの香料、または抗真菌活性をもつアンブルチシンなどを考えている。さらに、アルデヒド基質として脂肪族アルデヒドをもちいた触媒的不斉oxo-Diels-Alder反応の開発に着手する。新規触媒である6,6'-ビス(トリフルオロメチル)-3,3'-ビス(2,4,6-トリイソプロピルフェニル)ビナフチルトリフルイミドを用いても、器質として、脂肪族アルデヒドを用いたところ、エナンチオ選択性は、中程度(45-62% ee)であり、触媒構造の改良が必要であった。そこで、触媒のBINOL6,6'位にさらに強力な電子吸引基、例えば、トリフルオロメチルスルホニル基などを導入し、この問題を解決する。
中耳真珠腫の破骨細胞を介した骨破壊を標的とする保存的治療薬の開発

真珠腫性中耳炎は骨破壊により重篤な合併症を引き起こすが、その骨破壊の機序は解明されていない。我々はこれまでに臨床検体を用い、真珠腫に接する骨表面上に破骨細胞が多数存在し、更に真珠腫内の線維芽細胞が破骨細胞誘導因子(RANKL)を発現していることを見出した。また、RANKL発現を促進するIL-1β、IL-6、TNF-α、PGE2等の発現が真珠腫において対照群より高いことを確認した。本研究では、真珠腫における骨破壊の機序として上記4種の物質に着目し、in vivo系、in vitro系を用いてシグナル伝達経路の活性化・抑制実験を行い、真珠腫による骨破壊を予防する薬剤の開発を目指す。
マス・ソーシャルメディアとビッグデータによる災害情報インテグレート手法の研究

開発したシステムによって,災害の進捗状況をリアルタイムで可視化・アーカイブ化することができ,その結果は事後の報道内容とよく一致していた.成果物は多数のユーザに活用され,公開直後の3日間で30万ページビューを超えるアクセスがあった.加えて,その後に発生した多様な災害に対応するアップデートを施した結果,災害発生タイミングに合わせてアクセス数が増加し,これまでに60万ページビューを超えるアクセスがあり,TV,新聞,ウェブメディアで数多く言及された.このことから,研究代表者らの手法が効果を発揮しており,災害速報システムとして社会に定着しつつあると推測する.NHK,国立情報学研究所,ウェザーニューズの研究協力者とともに研究を進めた.7月10日に,気象庁が発表する台風情報と,ソーシャルメディア上で発信される災害情報をマッシュアップしたウェブサービス「台風リアルタイム・ウォッチャー」を公開した.台風第8号が接近中のリリースであったことから注目を集め,公開後3日間で30万(ページビュー)を超えるアクセスがあった.NHK,TBS,朝日新聞,毎日新聞等のマスメディアで特集が組まれるなど,大きな反響があった.その後も,台風第11号,19号や,平成26年度8月広島豪雨,平成26年度御嶽山噴火などの発生に対応して,多様な災害情報を網羅できるようにアップデートを施した結果,本稿執筆時点までのアクセスは累積で50万(ページビュー)を超えている.2015年3月より,プロトタイプで用いた「Google Earth」からオープンソースのデジタル地球儀「Cesium」にプラットフォームを移行し,スマートフォンからの閲覧を可能とした.コンテストでも高く評価され,Mashup Awards 10にてCivic Tech部門賞,ジャーナリズム・イノベーション・アワードにて最優秀賞を,それぞれ受賞した.ウェザーニューズから提供された「減災リポート」データと,国立情報学研究所「デジタル台風」とGlobal Disaster Alert and Coordination Systemから取得した気象・災害情報をリアルタイム表示する地図システム「台風リアルタイム・ウォッチャー」を開発し,Web公開した.公開直後に上陸した2014年度台風第8号において,TV・新聞・ネットメディアにより8件の報道がなされた.これらの報道内容がソーシャルメディアで拡散され,3日間で30万件(ページビュー)を超えるアクセスがあり,好意的なユーザコメントが多数寄せられた.さらに,2014年度台風第11号・19号,平成26年度広島豪雨,平成26年度御嶽山噴火,平成27年度9月豪雨などの発生に合わせて「減災リポート」のカテゴライズフィルタを改善した結果,台風以外の災害にも対応可能となった.また,オープンソース・ソフトウェアCesiumを活用し,スマートフォン・タブレット端末からも閲覧可能とした.この結果,災害の発生タイミングに合わせてアクセス数が増加し,これまでに,60万件(ページビュー)以上のアクセスがある.また,ソーシャルメディアでも好意的なコメントが多数寄せられている.これらのことから,研究代表者らの手法は効果を発揮しており,災害速報システムとして社会に定着しつつあると推測する.研究の成果について,国際会議発表4件(うち基調講演1件),招待講演14件を実施した.また,受賞2件,招待論文1件の成果を挙げた.加えて,インドネシアにおいて国際ワークショップを実施し,本研究成果の国際展開について討議を行った.また,ハーバード大学ライシャワー日本研究所が提供する「東日本大震災デジタルアーカイブ」に「減災リポート」のデータを提供し,共同研究を開始した.開発したシステムによって,災害の進捗状況をリアルタイムで可視化・アーカイブ化することができ,その結果は事後の報道内容とよく一致していた.成果物は多数のユーザに活用され,公開直後の3日間で30万ページビューを超えるアクセスがあった.加えて,その後に発生した多様な災害に対応するアップデートを施した結果,災害発生タイミングに合わせてアクセス数が増加し,これまでに60万ページビューを超えるアクセスがあり,TV,新聞,ウェブメディアで数多く言及された.このことから,研究代表者らの手法が効果を発揮しており,災害速報システムとして社会に定着しつつあると推測する.当初の予定では2年間でサービスを完成させる予定であった.しかし,初年度の7月に実用的なサービスをリリースし,多数のユーザを集めることができた.成果物はメディアで数多く報道され,コンテストで受賞するなど,防災・減災のためのサービスとして,高く評価されている.ジャーナリズム・イノベーション・アワード,最優秀賞,2015年1月23日情報学現在のバージョンは,気象庁の情報とソーシャルメディアの情報のマッシュアップであり,マスメディアの情報は網羅されていない.今年度は,マスメディアの情報も網羅し,より多層的なマッシュアップを構築する予定である.低価格サーバを活用することにより,物品費を抑えることができた.また,既にある機材を転用できたため,新規機材の購入を行わなかった.さらに,本研究に係る出張を行わなかったため,旅費の支出がなかった.近年急増しているウェアラブル端末に対応するため,機材購入に充てる.また,初年度にスマートフォン対応したことでトラフィックの増大が予想されるため,サーバを増強する.初年度の成果は海外の自治体・政府にも応用できるものであるため,日本と同様の災害大国であるインドネシアに出張し,研究者・政府関係者へのアピールを行なう.TV,新聞等,メディア掲載12件
力計測に基づいた実走行中の自転車乗車姿勢推定手法の開発

スポーツの技術向上において、自己の身体の姿勢を把握することは非常に重要である。本研究では、自転車に搭載可能なセンサのみから自転車乗車時の上半身姿勢を推定する手法を開発した。具体的には、まず、6軸力覚センサおよびひずみゲージによる力計測システムの開発を行った。このシステムを用いて、自転車乗車時の把持位置推定手法、および上半身姿勢推定手法をそれぞれ提案し、実験によりその有用性を確認した。スポーツの技術向上において、自分の動きをリアルタイムに把握することは非常に重要である。自転車競技においては、これまで下肢のペダリング動作に関する研究が多くなされてきたが、空気抵抗や身体の疲労という観点から、下肢だけでなく上半身の乗車姿勢も非常に重要な要素である。本研究では、大掛かりな計測装置無しに、自転車に取り付けることの可能なセンサを用いて走行中の乗車姿勢を推定する手法を開発することを目的としている。平成27年度は、主に、ハンドル・サドルにかかる力・モーメントの基礎データ計測、およびハンドル把持位置推定手法の開発を行った。自転車乗車時に、ハンドル及びサドルにかかる力及びモーメントの基礎データを実験により計測した。具体的には、自転車エルゴメータに6軸力覚センサを取り付け、自転車乗車時の力とモーメントの計測を行った。また、ロードバイク乗車時の上半身姿勢を推定するためには、まずハンドル把持位置を知る必要があるため、ハンドルにかかる力とモーメントのパターンから把持位置を推定する手法を開発し、実験によってその有効性を確認した。具体的には、まず、予備実験の結果をもとに、ハンドルにかかる鉛直方向の力の大きさ(Fz)、前後方向の力の大きさ(Fy)、ハンドル左右軸周りのモーメント(Mx)を特徴量として選定した。次に、これらの特徴量を入力としてSupport Vector Machine(SVM)を用いて3クラス分類問題を解くことで把持位置推定を実現した。・ハンドル・サドルにかかる力及びモーメントの基礎データを計測する基盤が整った。・ハンドル把持位置推定手法を開発した。平成28年度は、平成27年度に行った6軸力覚センサによる基礎実験データをもとに、実走行を指向した力計測システムの開発を行った。具体的には、6軸力覚センサの代わりに自転車のハンドルバーおよびステムに複数のひずみゲージを貼付し、自転車乗車時にハンドル部にかかる力およびモーメントを計測するシステムを構築した。構築したシステムでは、ハンドルにかかる前後方向(Fy)および鉛直方向(Fz)の力の大きさの計測と、ハンドル左右軸まわり(Mx)および前後軸まわりのモーメント(My)の計測が可能となった。ハンドルバーおよびステムの形状は複雑であるため、複数の質量が既知のおもりを用いてセンサ出力値の校正を行った。また、本計測システムから得られた力およびモーメントのうち、ハンドルにかかる前後および鉛直方向の力とハンドル左右軸回りのモーメントを特徴量として平成27年度に構築した把持位置推定手法を適用することで、把持位置推定が可能であることを確認した。固定型の自転車エルゴメータと実走行用のロードバイクの構造の違いから、力計測システムの開発に当初想定以上に時間を要してしまったため。平成29年度は、自転車のサドル部とハンドル部に取り付けた6軸力覚センサの情報から乗車時の上半身姿勢を推定する手法の構築を行った。まず、自転車エルゴメータのサドル下部のシートピラー、およびハンドル根本のヘッドチューブにそれぞれ6軸力覚センサを取り付け、自転車乗車時にサドル部およびハンドル部にかかる力およびモーメントの計測を可能にした。これらの6軸力覚センサから得られる力・モーメントのデータを入力とし、上半身を3リンクモデルと仮定して、これらのリンクの姿勢を推定するニューラルネットワークを構築した。提案手法の妥当性を検証するため上記自転車エルゴメータを用いた計測実験を行った。実験では、ハンドルの把持位置を変更しながらペダリング動作を行った際の上半身の各関節(腰、肩、肘、手首)位置をモーションキャプチャによって計測し、同時に6軸力覚センサによる力・モーメントのデータを取得した。実験の結果、提案手法によって6軸力覚センサデータから自転車乗車時の上半身姿勢を推定できることを確認した。

今後は、平成27年度の成果をもとに、実走行に対応した計測システムを開発する。また、把持位置推定の結果をふまえた上半身姿勢推定手法の開発を行う予定である。今後は、平成27年度、平成28年度の成果をもとに、上半身姿勢推定手法の開発を行う予定である。上半身推定手法の開発にあたっては、学習ベースの手法も検討しつつ進める。スポーツ工学平成27年度は主にアルゴリズムの開発を中心に進めたので、当初平成27年度内に購入予定だった計測装置を用いずとも、研究が適切に遂行できたため。平成28年度は、ひずみゲージを用いた力計測システムの開発、および上半身姿勢推定手法の開発を予定していたが、前年度に行っていた固定型の自転車と実走行用のロードバイクの構造の違いから、力計測システムの開発に当初想定以上に時間を要してしまい、上半身姿勢推定手法の構築に至らなかったため。平成27年度の研究の結果をふまえて、実走行での計測のために新たな計測システムを開発することが効果的であると考えたため、そのための計測装置および消耗品などへの使用を計画している。また、研究成果の学会発表や論文投稿も予定している。上半身姿勢推定手法の構築、および実験に必要な消耗品の購入を予定している。また、研究成果の学会発表を予定している。
cold preconditioningによる虚血耐性心筋保護法の開発

ラット心筋芽細胞を24時間,anoxic chamberで培養し虚血再灌流モデルとした。虚血前に1時間37°C(N群n=10)、42°C(H群n=10)、4°C(C群n=10)で培養し温度ストレスとした。虚血再灌流(+/-)の後、細胞内glutathione測定のためGreen-CMFDAを負荷した。併せて細胞活性、細胞内ROS、細胞内pHをcalcein-AM、H2DCF-DA、BCECF-AM負荷により測定した。また温度ストレス前にMn-SODのAntisense Oligoを加え、Mn-SOD発現効果を検討した。【結果】1、細胞内glutathioneは虚血再灌流後N群で前値の199+/-55%,H群211+/-62%,C群238+/-77%であった。2、細胞活性は虚血再灌流後、N群で前値の79+/-18%,H群95+/-13%,C群93+/-13%でありN群で低値を示した(p<0.05)。3、細胞内ROSは虚血再灌流後N群で前値の353+/-66%,H群382+/-168%、C群528+/-172%でありC群で高値を示した(p<0.05)。4、細胞内pHは虚血再灌流後N群で前値の69+/-19%、H群91+/-16%,C群92+/-17%でありN群で低値を示した(p<0.05)。Antisense実験:Mn-SOD Antisense Oligo非投与・投与別のcalcein AM蛍光強度虚血再灌流後/対照比は、N群では平均67%・58%、H群で平均85%・58%、C群で平均84%・59%でありAntisense Oligo投与により温度ストレス効果の有意な消失をみた(p<0.05)。以上より温度ストレスによる抗酸化物質のMn-SOD発現は虚血再灌流障害軽減に重要な役割を有していると考えられた。

2、細胞活性は虚血再灌流後、N群で前値の79+/-18%,H群95+/-13%,C群93+/-13%でありN群で低値を示した(p<0.05)。3、細胞内ROSは虚血再灌流後N群で前値の353+/-66%,H群382+/-168%,C群528+/-172%でありC群で高値を示した(p<0.05)。4、細胞内pHは虚血再灌流後N群で前値の69+/-19%,H群91+/-16%,C群92+/-17%でありN群で低値を示した(p<0.05)。Antisense実験:Mn-SOD Antisense Oligo非投与・投与別のcalcein AM蛍光強度虚血再灌流後/対照比は、N群では平均67%・58%、H群で平均85%・58%、C群で平均84%・59%でありAntisense Oligo投与により温度ストレス効果の有意な消失をみた(p<0.05)。以上より温度ストレスによる抗酸化物質のMn-SOD発現は虚血再灌流障害軽減に重要な役割を有していると考えられた。ラット心筋芽細胞を24時間,anoxic chamberで培養し虚血再灌流モデルとした。虚血前に1時間37°C(N群n=10)、42°C(H群n=10)、4°C(C群n=10)で培養し温度ストレスとした。虚血再灌流(+/-)の後、細胞内glutathione測定のためGreen-CMFDAを負荷した。併せて細胞活性、細胞内ROS、細胞内pHをcalcein-AM、H2DCF-DA、BCECF-AM負荷により測定した。また温度ストレス前にMn-SODのAntisense Oligoを加え、Mn-SOD発現効果を検討した。【結果】1、細胞内glutathioneは虚血再灌流後N群で前値の199+/-55%,H群211+/-62%,C群238+/-77%であった。3、細胞内ROSは虚血再灌流後N群で前値の353+/-66%,H群382+/-168%、C群528+/-172%でありC群で高値を示した(p<0.05)。4、細胞内pHは虚血再灌流後N群で前値の69+/-19%、H群91+/-16%,C群92+/-17%でありN群で低値を示した(p<0.05)。以上より温度ストレスによる抗酸化物質のMn-SOD発現は虚血再潅流障害軽減に重要な役割を有していると考えられた。
ナノコンポジット材料におけるナノファイバーネットワークの重要性と卓抜機能の開拓

本研究は、自然界の精緻なナノファイバーネットワーク構造に着目し、ガラス状(樹脂)・ゴム状(エラストマー)・ゲルといった粘弾性の異なるマトリクスに埋め込まれたナノコンポジット材料について、拡張性の高い作製手法を確立するとともに、ネットワーク濃度、形態やマトリクス種などの因子を変化させたときの力学・機能特性の系統的評価・理解とその機能材料応用を目指している。本年度は、以下の成果を得た。(1)前年度、合成・物性評価に成功した、バクテリアセルロース(BC)ナノファイバーネットワーク補強ポリメタクリル酸メチルの高い力学特性発現機構について、複合材料のネットワークモデルから考察したところ、BCナノファイバーネットワークの架橋点間の伸び(圧縮)変形が支配的であることを明らかにした。また、前年度に優れた延伸特性が見出されたBC補強エラストマー系についても、各種ネットワーク濃度の異なるサンプルを調製し、力学評価したところ、同様の傾向を確認した。一方、BCハイドロゲルは曲げ(圧縮)変形が支配的であることを実験的に示したことから、BCネットワークによる力学的補強のみならず、ネットワーク間に存在するマトリクスによる力学特性への寄与が重要であることを示した。(2)側鎖を高密度に制御したボトルブラシ型ポリマーの自己架橋ネットワークをBCゲル内に構築(固定化)する手法を確立した。この複合ゲルは、マクロ摩擦評価において、ボトルブラシゲル特性に由来して摩擦係数として10-4のオーダーの極めて低い摩擦特性を発現するとともに、BCナノファイバーネットワークにより力学的に補強(高強度化)されていることを明らかにした。動的粘弾性測定により、その弾性率はBCナノファイバーネットワークに由来し、ストライベック線図におけるショルダー(耐衝撃緩和層としての役割)の出現はゲルの凝着力と弾性率に由来することを明らかにした。本年度、マトリクスの違いによるナノファイバーネットワークの力学的機能について、伸び支配の変形挙動を明らかにした。ゆえに、ナノコンポジット材料の設計指針確立に大きく前進したと言え、ほぼ当初の研究計画通り進捗していると思われる。今年度は特に、高度な機能を有するナノコンポジット材料の創製を目指して、ナノファイバーネットワーク補強ナノコンポジット材料の(1)変形・破壊挙動の解明、および(2)卓抜機能の開拓、に取り組む。自然界の精緻なナノファイバーネットワーク構造に、ガラス状(樹脂)・ゴム状(エラストマー)・ゲルといった粘弾性の異なるマトリクスを導入した新規ナノコンポジット材料の構造-物性相関の解明と卓抜機能開拓を遂行し、以下の成果を得た。(1)バクテリアセルロース(ナタデココ)に含まれる内包水を各種マトリクスに変換する基礎的知見を集積した。具体的には、段階的溶媒置換により内包水を重合性モノマーに置換後、ラジカル重合に供することで、ナノファイバーネットワーク構造を保持した高分子ナノコンポジット材料を創製し得た。NMR測定や蛍光顕微鏡観察により、セルロースナノファイバーのネットワーク構造が維持されたまま複合化(マトリクス変換)が達成されたことを実証した。(2)ガラス状ポリメチルメタクリレート(PMMA)をマトリクスとしたナノコンポジット材料のナノインデンター測定により、材料の弾性率がナノファイバーの分散状態で説明し得ることを明らかにした。(3)ゴム状ポリエチルアクリレート(PEA)をマトリクスとしたナノコンポジット材料を引張試験に供したところ、ネッキングと歪硬化(strain hardening)の挙動を見出し、最終的にはセルロースナノファイバーの結晶弾性率により予測される理論弾性率に近い力学物性を実現した。この挙動を、大変形領域における架橋点の可動により説明し得た。(4)高密度櫛型ポリマーであるボトルブラシとの複合ハイドロゲルを創製した。そのマクロトライボ特性について、独自に開発した変位計測系と摺動面観察系を組み込むことで、複合的に議論しうる素地を整えた。以上の結果は、ナノファイバーネットワークの微視的な構造に起因する独特な力学物性と捉えることができる。これを裏付けるために、材料変形時における微視的構造を超解像顕微鏡観察や小角X線散乱(SAXS)測定により解明するための予備検討も行った。セルロースナノファイバーネットワークにPMMA(樹脂)・PEA(エラストマー)・ボトルブラシ複合ハイドロゲルを導入した新規ナノコンポジット材料を創製し、各ナノコンポジット材料の力学特性に関する基礎的知見の獲得に成功した。また、材料変形時のその場観察・測定の基盤も揃いつつあり、初年度としては研究がおおむね順調に進展していると判断した。

(2)側鎖を高密度に制御したボトルブラシ型ポリマーの自己架橋ネットワークをBCゲル内に構築(固定化)する手法を確立した。この複合ゲルは、マクロ摩擦評価において、ボトルブラシゲル特性に由来して摩擦係数として10-4のオーダーの極めて低い摩擦特性を発現するとともに、BCナノファイバーネットワークにより力学的に補強(高強度化)されていることを明らかにした。動的粘弾性測定により、その弾性率はBCナノファイバーネットワークに由来し、ストライベック線図におけるショルダー(耐衝撃緩和層としての役割)の出現はゲルの凝着力と弾性率に由来することを明らかにした。本年度、マトリクスの違いによるナノファイバーネットワークの力学的機能について、伸び支配の変形挙動を明らかにした。ゆえに、ナノコンポジット材料の設計指針確立に大きく前進したと言え、ほぼ当初の研究計画通り進捗していると思われる。超解像顕微鏡法等によるネットワーク構造の解析及び応力印加過程のその場観察に注力する。これまでの検討では十分な蛍光コントラストを得るには至らなかったが、今後、蛍光分子の選定および標識法を再検討することで、解析に十分耐えうるナノコンポジット材料を創製し、架橋構造、架橋密度、架橋点間距離などの微視的構造に関する知見を集積する。今年度は特に、高度な機能を有するナノコンポジット材料の創製を目指して、ナノファイバーネットワーク補強ナノコンポジット材料の(1)変形・破壊挙動の解明、および(2)卓抜機能の開拓、に取り組む。
トランスジェニック技術を用いた末梢性寛容の研究

静止期マクロファージによる抗原提示は、クラスIIMHC拘束性T細胞アネルギーを誘導する抗原提示を受けた際のT細胞反応様式は、アプリオリに決まっているのではなくて、抗原提供細胞の種類や抗原量さらには微細環境で産生されている調節性サイトカイン(IFN-gamma、IL-4,IL-10,IL-12,IL-13等)により影響を受けると言われている。これらの個々の因子をそれぞれ検討することは、人為的に免疫応答を調節するための方法論を構築する上で重要である。本研究では、抗原提供細胞の種類をトランスジェニックテクノロジーを用いてマクロファージに限定し、マクロファージ抗原提示の効果を検討した。c-fmsプロモーターを用いてアロクラス〓MHC遺伝子Ealpha^dを発現させたTgマウスを作成した。このTgマウスでは、Ealpha^d:Ebeta^bハイブリッド分子がマクロファージ特異的に、かつ正常クラスIIMHC同様の密度で発現した。「ハイブリッドE分子+ペプチド抗原DASp」に特異的なThクローンを作成して検討したところ、マクロファージの抗原提示能は樹状細胞の1/100-1/300程度であった。ナイーブT細胞に対するDASp抗原提示能を放射線骨髄キメラマウスを作成して検討したところ、マクロファージはヘルパーT細胞を感作できないことが判明した。このようにマクロファージは、クラスIIMHCに拘束されたT細胞応答をポジティブに動かす能力に欠けていたが、以下の検討からネガティブに調節する能力-寛容導入能を持つことが分った。TgマウスのT細胞は、Ealpha^d:Ebeta^bハイブリッド分子に対して免疫寛容になっていた。また、E分子によって抗原提示される内因性スーパー抗原に対しても寛容になっていた。この寛容状態は、内因性スーパー抗原に反応性を持つTCRVbeta5,Vbeta11,Vbeta17a陽性細胞のクローン除去を伴わないこと、抑制活性が認められないことより、アナジー状態であることが判明した。今後このTgマウスをc-fos Tg等の他のTgマウスとかけ合せて、アナジーの機序を検討する。また、スーパー抗原により誘導されるアナジー機序との異同を検討する。