hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
SPECT・PETにおける普遍的かつ高精度な雑音除去法に関する研究

核医学検査の断層撮影法である単光子放射断層撮影(SPECT)と陽電子放射断層撮影(PET)は、放射性医薬品を被検者に投与し、投与された極めて微量の放射性薬剤の体内放射能分布を画像化することができるため、脳血管障害や虚血性心疾患の診断技術として広く普及している。近年では分子イメージング技術として臨床研究にも活用されているが、これらの断層撮影法は測定原理上、量子雑音が多く、その程度に応じて術者(医療従事者)が任意に設定した各種雑音除去処理を施すため、再現性、標準化および根拠に基づく医療の構築の妨げになっている。本研究では、術者の設定を必要としない普遍的かつ高精度な雑音除去法(高精度WaveletDenoising法)を研究開発した。本研究期間は3年間であり、1臨床試験を想定した臨床用の実機による検討、2超短時間収集や超低投与量収集を想定した臨床用の実機による検討、3精度および実用性の更なる向上、から構成された。2018年度は高精度WaveletDenoising法の問題点(1画素当たり10 counts未満の超低カウント収集)も含めて論文執筆を行った。前年度までの研究実績で超低カウント収集では信号成分と雑音成分の分離が難しく、かつマトリクスサイズが64X64以下では効率よく雑音除去できないことが示唆された。信号成分と雑音成分の分離が難しくなる超低カウント収集または大きな画素サイズでの収集は、収集系の問題でもあるため装置開発も含めた新たな研究を行う必要があると考えられた。また、核医学画像は雑音除去法以外にも各種画像処理を行うため画一的な標準化を行うことは困難であり、画像の調和化に関する研究も重要であると考えられた。本研究では、術者の設定を必要としない普遍的かつ高精度な雑音除去法(高精度WaveletDenoising法)について研究開発している。本研究の実施計画は、1臨床研究を想定したSPECT装置とPET装置による検討、2超短時間収集や超低投与量収集を想定したSPECT装置とPET装置による検討、3精度および実用性の更なる向上、から成る。今年度は1について研究を進めるために人体模擬ファントムを購入し、臨床研究だけでなく、超短時間収集や超低投与量収集を想定したSPECT装置による検討を行った。SPECT装置による実測投影データは、コリメータによって感度が大きく異なるだけでなく、光子の減弱も非常に大きいため、ある一定以下の条件下では計算機シミュレーションで最適化した重み付け閾値を適用できないことが示唆された。また、本手法は実測投影データに対して雑音除去を施すが、雑音除去後の投影データに実用化されている散乱線補正法を適用することで定量性を向上させることが示唆された。(1)臨床研究を想定したSPECT装置とPET装置による検討については、人体模擬ファントムを購入してSPECT装置による検討が当初の計画以上に進んでいる、一方でPET装置による検討がやや遅れている。全体としてはおおむね順調に進展している。(2)SPECT装置による検討で、計算機シミュレーションで最適化した重み付け閾値の問題点が明らかとなり、計算式の改良を検討中である。放射性医薬品を投与して生体の組織や臓器における放射性医薬品(放射能)の分布を画像化する手法である単光子放射断層撮影(SPECT)と陽電子放射断層撮影(PET)は、脳血管障害、認知症、虚血性心疾患および悪性腫瘍などの診断に有用である。近年ではこれら各種疾患の早期診断だけでなく治療薬開発におけるバイオマーカーの画像化手法としても世界的に注目され、医師主導臨床試験や企業治験などで用いられている。しかしながら、これらの断層撮影法は測定原理上、量子雑音が多く、特に放射性医薬品の動態機能試験やファースト・イン・ヒューマン試験では短時間収集および低投与量収集となるため顕著となる。このため、測定データに含まれる量子雑音の程度に応じて術者(医療従事者)が任意に設定した各種雑音除去処理を施すが、再現性、標準化および根拠に基づく医療の構築の妨げになっている。本研究では、術者の設定を必要としない普遍的かつ高精度な雑音除去法(高精度WaveletDenoising法)を研究開発している。本研究は、1臨床試験を想定した臨床用の実機による検討、2超短時間収集や超低投与量収集を想定した臨床用の実機による検討、3精度および実用性の更なる向上、から構成される。今年度は前年度に明らかとなった問題点である重み付け閾値の再検討を、計算機シミュレーションとSPECT装置で実測されたデータを用いて行った。重み付け閾値の最適化を再検討したが、1画素当たり10 counts未満の収集カウントでは信号成分と雑音成分の分離が難しく、本手法にてどのような条件下でも雑音のみを効率よく除去できないことが示唆された。(1)平成29年度末まであった研究の遅れは取り戻しつつある。

(2)SPECT装置を用いた臨床研究、および超短時間収集や超低投与量収集を想定した検討は順調に進んでおり、本手法の問題点(限界点)も明らかになりつつある。(3)臨床用のPET装置で測定されたデータに対して本手法を適用することが装置の仕様上困難であるため、小動物用のPET装置で測定されたデータに対して検討を行い、SPECT装置と同様の限界点があるか検討を行う。核医学検査の断層撮影法である単光子放射断層撮影(SPECT)と陽電子放射断層撮影(PET)は、放射性医薬品を被検者に投与し、投与された極めて微量の放射性薬剤の体内放射能分布を画像化することができるため、脳血管障害や虚血性心疾患の診断技術として広く普及している。近年では分子イメージング技術として臨床研究にも活用されているが、これらの断層撮影法は測定原理上、量子雑音が多く、その程度に応じて術者(医療従事者)が任意に設定した各種雑音除去処理を施すため、再現性、標準化および根拠に基づく医療の構築の妨げになっている。本研究では、術者の設定を必要としない普遍的かつ高精度な雑音除去法(高精度WaveletDenoising法)を研究開発した。本研究期間は3年間であり、1臨床試験を想定した臨床用の実機による検討、2超短時間収集や超低投与量収集を想定した臨床用の実機による検討、3精度および実用性の更なる向上、から構成された。2018年度は高精度WaveletDenoising法の問題点(1画素当たり10 counts未満の超低カウント収集)も含めて論文執筆を行った。前年度までの研究実績で超低カウント収集では信号成分と雑音成分の分離が難しく、かつマトリクスサイズが64X64以下では効率よく雑音除去できないことが示唆された。信号成分と雑音成分の分離が難しくなる超低カウント収集または大きな画素サイズでの収集は、収集系の問題でもあるため装置開発も含めた新たな研究を行う必要があると考えられた。また、核医学画像は雑音除去法以外にも各種画像処理を行うため画一的な標準化を行うことは困難であり、画像の調和化に関する研究も重要であると考えられた。(1)人体模擬ファントムだけでなく、計算機シミュレーションでも重み付け閾値の計算方法を再検討し、実用化に向けた重み付け閾値の最適化を継続して検討する。(2)SPECT装置を用いて、改良版重み付け閾値の計算方法を十分検討し、PET装置にも適用できるか検討する。(3)本研究に関係する各種雑音除去法(逐次近似画像再構成法含む)の研究動向を情報収集する。(1)人体模擬ファントムおよび計算機シミュレーションで本手法の限界点を精査し、実用化に向けた重み付け閾値の最適化を継続して検討する。(2)小動物用PET装置を用いて本手法の適用性を検討する。(3)本研究に関係する各種雑音除去法(画像処理)の研究動向を情報収集する。
粒子分散Al基複合材料の組織制御とクリープ強度

粒子分散強化型Al-Al_4C_3-Al_2O_3系合金および短繊維強化Al-Al_2O_3複合材について,熱処理による組織変化とクリープ挙動を調べ,以下の結果を得た.1.Al-Al_4C_3-4%Mg(粒子含有率4.5%), Al-Al_4C_3(粒子含有率9%)合金についての結果.(1)この合金系はいずれも, 873Kまでの加熱に対して安定な約0.4-0.8μm程度の微細亜結晶粒よりなり, 823Kで1h-24h加熱しても,亜結晶粒や分散粒子の大きさはたかだか20%位変化する程度であった.しかし,クリープ速度は増加し,クリープ強度はかなり低下した.(2)クリープ曲線の形状,クリープ速度は,ある臨界応力付近で急激に変化し,臨界応力以下ではクリープ曲線は主に1次ないし2次クリープで占められ,それ以上では主に3次クリープ段階で占められた.(3)加熱時間の増加によるクリープ強度の減少は,臨界応力の減少によるもので,おそらく亜粒界の転位構造の変化による.一方,低応力下でのクリープ変形によって,亜粒界が強化され,臨界応力が増加した.2.短繊維強化Al-Al_2O_3複合材(繊維含有率5, 10, 15%)の結果.(1)軟化・再結晶がほぼ完了する773Kで2h加熱し,クリープ試験を行なった.低応力下では,瞬間ひずみは弾性成分のみで,この時のクリープ曲線は大部分3次クリープに占められた.高応力になると瞬間ひずみは塑性成分を含んで大きくなり, 1次, 2次クリープがクリープ曲線を支配した.(2)クリープ曲線はOプロジェクション法により1次クリープと3次クリープの和として良く表わされ,それぞれの速度定数を表わすパラメーター, O_2とO_4が等しく, Alの自己拡散によって支配されていた.(3)繊維の体積含有率が10%以上になると,クリープ曲線,クリープ速度はほとんど同じで含有率に関係しない.粒子分散強化型Al-Al_4C_3-Al_2O_3系合金および短繊維強化Al-Al_2O_3複合材について,熱処理による組織変化とクリープ挙動を調べ,以下の結果を得た.1.Al-Al_4C_3-4%Mg(粒子含有率4.5%), Al-Al_4C_3(粒子含有率9%)合金についての結果.(1)この合金系はいずれも, 873Kまでの加熱に対して安定な約0.4-0.8μm程度の微細亜結晶粒よりなり, 823Kで1h-24h加熱しても,亜結晶粒や分散粒子の大きさはたかだか20%位変化する程度であった.しかし,クリープ速度は増加し,クリープ強度はかなり低下した.(2)クリープ曲線の形状,クリープ速度は,ある臨界応力付近で急激に変化し,臨界応力以下ではクリープ曲線は主に1次ないし2次クリープで占められ,それ以上では主に3次クリープ段階で占められた.(3)加熱時間の増加によるクリープ強度の減少は,臨界応力の減少によるもので,おそらく亜粒界の転位構造の変化による.一方,低応力下でのクリープ変形によって,亜粒界が強化され,臨界応力が増加した.2.短繊維強化Al-Al_2O_3複合材(繊維含有率5, 10, 15%)の結果.(1)軟化・再結晶がほぼ完了する773Kで2h加熱し,クリープ試験を行なった.低応力下では,瞬間ひずみは弾性成分のみで,この時のクリープ曲線は大部分3次クリープに占められた.高応力になると瞬間ひずみは塑性成分を含んで大きくなり, 1次, 2次クリープがクリープ曲線を支配した.(2)クリープ曲線はOプロジェクション法により1次クリープと3次クリープの和として良く表わされ,それぞれの速度定数を表わすパラメーター, O_2とO_4が等しく, Alの自己拡散によって支配されていた.(3)繊維の体積含有率が10%以上になると,クリープ曲線,クリープ速度はほとんど同じで含有率に関係しない.メカニカル・アロイング法によって作製したAl-【Al_4】【C_3】-【Al_2】【O_3】,Al-【Al_4】【C_3】-【Al_2】【O_3】-Mg合金および加圧溶侵法によって鋳造した短繊維強化Al-【Al_2】【O_3】合金について、熱処理による組織変化を調べ,熱処理材のクリープ試験を行なった。得られた主要な結果は以下の通りである。(1)この合金系はいずれも,873Kまでの熱処理に対して安定な微細亜結晶粒(0.51μm)よりなり、長時間加熱しても再結晶を生じることはなかった。823Kで1h24h加熱時間を変えても、亜結晶粒および分散粒子の大きさは、たかだか10%程度大きくなる程度であったが,クリープ強度はかなり低下した。(2)定常クリープ速度は、ある応力域で,応力の低下とともに急減し,限界応力の存在を示した。長時間加熱によるクリープ強度の低下は、この限界応力の低下によるもので,亜結晶粒サイズは余り変化しなくても,亜粒界を構成する転位構造が変化し,これが限界応力に大きく影響すると考えられる。

(1)熱間押出材ですでに再結晶粒が見られ,773K,1h加熱で再結晶はほぼ完了し,【V_f】7.5%材で約25μm,【V_f】3%材で約40μmの粒径に達した。(2)熱加処理材のクリープ曲線は、低応力下では遷移,定常クリープは僅かで,加速クリープが大部分を占めていたが,高応力になると,遷移クリープと定常クリープがかなりの部分を占めるようになる。(3)定常クリープ速度は,繊維含有率【V_f】の増加により約1桁減少したが,いずれもはっきりした限界応力の存在は見られず,定常クリープ速度の応力指数は8-11の間にあり,【V_f】の相異による大きな変化は認められなかった。
制限付き仮説検定による緩和と計算の統一的理解

最近、このリソース理論において、Resource theory of asymmetry(以下RToAと略)と呼ばれる新たな流れが生まれつつある。この理論では、「Symmetric operation (=保存則を守る操作)」と「リソース状態」を組み合わせて「Asymmetric operation(=保存則を破る操作)」を実装しようとする際に、どのような操作が実行できるか、それを実装するにはどのようなリソースがどの程度必要か、ということを問題にしている。本年度の前半に、このRToAの領域で興味深いトレードオフ不等式を発見した。与えられた不等式は、保存則のもとでユニタリーダイナミクスを実装しようとしたとき、誤差を小さくしようとすればするほど、要求されるコヒーレンス量が誤差に反比例して大きくなることを示している。この結果は物理学の有力誌であるPhys. Rev. Lett.誌に掲載された他、日経新聞をはじめとしたいくつかの新聞にも記事が載るなど一般にも反響があった。年度の後半に、上記結果をさらに発展させて、保存則の制限の下でユニタリ実装のために必要なコヒーレンス量を、漸近等式の形で求めた。この結果ではユニタリー実装に必要なコヒーレンス量が、実装誤差と、実装されるユニタリーがどの程度保存量を変化させるかの二つだけで記述される。この不等式は、量子力学の基本概念であるコヒーレンスと、物理学の基本概念である保存則の間に、ある普遍的な関係があることを強力に示唆している。またこの結果は量子情報分野、特にresource theory of asymmetryの分野の重要な未解決問題を、漸近等式の形で解決した結果になっている。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本プレスリリースの内容は、日経新聞(電子版)、日経産業新聞、日刊電波新聞の三紙に掲載された。
労働組合のない企業の労使関係(ノンユニオン・システム)に関する制度的・数量的分析

1.研究目的本研究の目的は,これまでわが国で研究されることに少なかった無組合企業における企業内の発言機構の実態と労働条件決定の特徴を,有組合企業との対比において分析することにある.2.研究方法本研究の方法的特徴は,既存の統計資料では情報が不十分な企業内の労使コミュニケーションのあり方や労働条件決定のプロセスに関して詳細な情報をアンケート調査を通じて収集するということである.なお,当初は,有価証券報告書提出会社に対して質問紙郵送法でアンケート調査を実施する予定であったが、郵送法では本研究で必要とする水準の情報が得られないと判断し,個別訪問質問紙留置法による首都圏企業の調査に切り替えた.3.主たる分析結果アンケート調査によって得られたデータの計量経済分析を通じて,以下のようなことが明らかになった。(1)企業ベースの労働組合組織率は29%である.今日,無組合企業のウェイトはきわめて高い.(2)従業員とのコミュニケーションのために,有組合企業では,団体交渉と労使協議をきわめて高い割合で実施している.(3)これに対して,無組合企業では,労使協議の実施率は24.6%とそれほど高くないが,従業員組織の組織率は63.6%とかなり高い.しかしながら,労使コミュニケーション上の機能評価では,労使協議や従業員組織よりも職場懇談会や経営方針発表会のほうがより有効とみなされている.(4)有組合企業では,ほとんどすべての労働条件事項や経営事項をめぐって,労働者の発言が促されている.しかしながら,発言の結果を離職率で捉えると,有組合企業と無組合企業との間には,離職率に有意差はない.1.研究目的本研究の目的は,これまでわが国で研究されることに少なかった無組合企業における企業内の発言機構の実態と労働条件決定の特徴を,有組合企業との対比において分析することにある.2.研究方法本研究の方法的特徴は,既存の統計資料では情報が不十分な企業内の労使コミュニケーションのあり方や労働条件決定のプロセスに関して詳細な情報をアンケート調査を通じて収集するということである.なお,当初は,有価証券報告書提出会社に対して質問紙郵送法でアンケート調査を実施する予定であったが、郵送法では本研究で必要とする水準の情報が得られないと判断し,個別訪問質問紙留置法による首都圏企業の調査に切り替えた.3.主たる分析結果アンケート調査によって得られたデータの計量経済分析を通じて,以下のようなことが明らかになった。(1)企業ベースの労働組合組織率は29%である.今日,無組合企業のウェイトはきわめて高い.(2)従業員とのコミュニケーションのために,有組合企業では,団体交渉と労使協議をきわめて高い割合で実施している.(3)これに対して,無組合企業では,労使協議の実施率は24.6%とそれほど高くないが,従業員組織の組織率は63.6%とかなり高い.しかしながら,労使コミュニケーション上の機能評価では,労使協議や従業員組織よりも職場懇談会や経営方針発表会のほうがより有効とみなされている.(4)有組合企業では,ほとんどすべての労働条件事項や経営事項をめぐって,労働者の発言が促されている.しかしながら,発言の結果を離職率で捉えると,有組合企業と無組合企業との間には,離職率に有意差はない.労働省「労働組合基礎調査」によれば,1994年の推定組織率は24.1%で,いまや組織労働者は全雇用者の4人に1人を占めるに留まっている.こうした状況では,組織率低下の規定要因の分析にも増して,労働組合のない企業における労働条件の決定や労使関係の実態がいかなるものかの解明が,きわめて重要な課題となる.本研究の目的は,これまでわが国で研究の不十分であった労働組合のない企業における労働条件の決定と人的資源管理の実態を,労働組合のある企業との対比において分析することにある.分析方法は,企業アンケート調査と聞き取り調査による.平成6年度は,この問題に関する先行研究の展望を行った後に,組合のある企業と組合ない企業を対象とする聞き取り調査を行った.(1)まず初めに,本研究に先行する研究や調査の包括的な展望を行った.とりわけ,日本におけるいくつかの調査研究(たとえば,東京都立労働研究所『中小企業における従業員組織の役割』や企業内コミュニケーション研究会『中小企業における企業内コミュニケーションの実態』)とアメリカにおけるノン・ユニオン・システムの研究を吟味した.(2)次に,産業別(製造業,情報サービス産業,卸売,小売業),企業規模別(99人以下,100299人,300人999人,1000人以上),労働組合の有無別に注意深く選定された企業30社の聞き取り調査を行った.その結果,企業属性や従業員属性に加えて,それらの企業における労働条件の決定メカニズム,企業内発言機構の構造と機能,労働組合組織化に対する経営側の態度などに関する詳細な情報を収集することができた.当初計画ではアンケート調査を先に行う予定であったが,先行研究の展望だけでは調査票設計に十分な情報が得られないと判断されたため,本年度は聞き取り調査を先行させた.その結果,従来の研究では不明であった点がかなり明らかになったので,その成果を反映させて,来年度にはできるだけ早くアンケート調査を実施したいと考えている。1.平成7年度には,首都圏(東京30km圏)に本社のある民営企業から従業員規模50人以上の企業1250社を無作為に抽出し,調査員による質問紙留置法によるアンケート調査を実施した.その結果,516社から有効な回答を得た(回収率41.3%).調査では,(1)労働組合の有無,(2)労働組合のある企業の企業内発言

機構の組織状況と従業員の発言状況,(3)労働組合のない企業の企業内発言機構の組織状況と従業員の発言状況,(4)経営側の労働組合に対する考え方,(5)賃金交渉制度との関連,(6)経営戦略と人事労務管理戦略,(7)企業属性,企業業績,労働条件諸事項などを詳細に質問した.2.データのクロス集計分析と計量経済分析の結果,暫定的ではあるが以下のようなことが判明した.(1)企業の有組合率は29%である.有組合企業と無組合企業の企業内発言機構を比較すると,(2)まず有組合企業では,団体交渉と労使協議をきわめて高い割合で実施しているが,労使コミュニケーション上の機能評価は労使協議のほうがやや高い,(3)次に無組合企業では,労使協議の実施率は3割以下でそれほど高くないが,従業員組織の組織率は63.6%とかなり高い.労使コミュニケーション上の機能評価では,労使協議や従業員組織よりも職場懇談会や経営方針発表会のほうが高い.(4)企業内発言機構の経済的成果に注目すると,ほとんどすべての労働条件事項や経営事項をめぐって,労働組合は労働者の発言を促しているが,従業員組織や労使協議制は労働者の発言を促す領域は限られている.しかしながら,発言の結果を離職率でみると,労働組合であれその他の発言機構であれ,離職率に影響を与えていない.3.次年度は,以上の結果をより精密に吟味し,またその含意を探り,聞き取り調査の結果と合わせて,研究成果報告書としてとりまとめる予定である.1.研究目的本研究の目的は,これまでわが国で研究されることに少なかった無組合企業における企業内の発言機構の実態と労働条件の特徴を,有組合企業との対比において分析することにある.2.研究方法本研究の方法的特徴は,既存の統計資料では情報が不十分な企業内の労使コミュニケーションのあり方や労働条件決定のプロセスに関して詳細な情報をアンケート調査を通じて収集するということである.なお,当初は,有価証券報告書提出会社に対して質問紙郵送法でアンケート調査を実施する予定であったが,郵送法では本研究で必要とする水準の情報が得られないと判断し,個別訪問質問紙留置法による首都圏企業の調査に切り替えた.3.主たる分析結果アンケート調査によって得られたデータの計量経済分析を通じて,以下のようなことが明らかになった.(1)企業ベースの労働組合組織率は29%である.今日,無組合企業のウェイトはきわめて高い.(2)従業員とのコミュニケーションにために,有組合企業では,団体交渉と労使協議をきわめて高い割合で実施している.(3)これに対して,無組合企業では,労使協議の実施率は24.6%とそれほど高くないが,従業員組織の組織率は63.6%とかなり高い.しかしながら,労使コミュニケーション上の機能評価では,労使協議や従業員組織よりも職場懇談会や経営方針発表会のほうがより有効とみなされている.(4)有組合企業では,ほとんどすべての労働条件事項や経営事項をめぐって,労働者の発言が促されている.しかしながら,発言の結果を離職率で捉えると,有組合企業と無組合企業との間には,離職率に有意差はない.
抗炎症性ニトロ化脂肪酸の抗がん作用

近年、親電子性物質であるニトロ化脂肪酸やスルフォラファンのようなイソチオシアネート類が、タンパク質チオール基との反応を介して抗炎症作用を示すことが報告されている。これまでにニトロ化脂肪酸の一種である9-ニトロオレイン酸が、ヒト膀胱がん細胞T24の増殖を抑制する一方で、条件によっては細胞の遊走を促進することを示した。昨年度は、9-ニトロオレイン酸のヒト膀胱がん細胞T24に対する増殖抑制試験において、スルフォラファンとほぼ同程度の細胞増殖抑制作用を示すことを明らかにした。また、ラット正常繊維芽細胞3Y1と3Y1細胞をがん遺伝子rasで形質転換したHR-3Y1-2細胞を用いた細胞増殖抑制試験では、9-ニトロオレイン酸が3Y1細胞と比較してHR-3Y1-2細胞により強い細胞増殖抑制作用を示す傾向を認めたが、統計的に有意な差ではなかった。本年度は、まず、9-ニトロオレイン酸の安定性を確認するためにー80°Cで2年以上保存した9-ニトロオレイン酸を用いてT24細胞に対する増殖抑制試験を実施した。その結果、ー80°Cで2年以上保存した9-ニトロオレイン酸は、合成直後とほぼ同等の増殖抑制作用を示すことを確認することができた。さらに昨年度に引き続き、3Y1細胞とHR-3Y1-2細胞に対する増殖抑制試験を実施し、正常細胞とがん細胞において差があるかどうか再確認したが、両細胞間にほとんど差を見いだすことはできなかった。スルフォラファンではHR-3Y1-2細胞に対する選択的な細胞増殖抑制作用を認めたことから、同じ親電子性物質であっても、ニトロ化脂肪酸の作用はイソチオシアネート類は、若干異なることが明らかとなった。がんの発生や転移には慢性的な炎症が関与している。近年、不飽和脂肪酸と酸化窒素化合物(NOx)の反応で生成するニトロ化脂肪酸が抗炎症作用を示すことが報告されており、その作用にタンパク質チオールとの反応性(親電子性)が関与していることが示唆されている。親電子性物質には抗炎症作用のみならず抗がん作用を示すものが多いが、ニトロ化脂肪酸によるがん予防に関する研究は行われていない。本研究では、ニトロオレイン酸の抗がん作用について、がん細胞の増殖および細胞の運動(遊走)に対する作用を指標として検討し、抑制効果を明らかにすることを目的とした。オレイン酸を原料としてニトロ化反応を行い、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで分離してニトロオレイン酸を調製した。1300μMのニトロオレイン酸でヒト膀胱がん細胞T-24を処理し、細胞数を測定した。また、1100μMのニトロオレイン酸が112 hにおけるT-24細胞の遊走に及ぼす影響について検討した。ニトロ化していないオレイン酸は300μMの濃度においてT-24細胞の生細胞数に全く影響を及ぼさなかったが、ニトロオレイン酸は10μMで生細胞数を減少させ、濃度依存的に細胞の増殖を抑制したで。また、生細胞数の減少にともなって死細胞率の増加が認められ、ニトロオレイン酸が細胞死を誘導することが明らかになった。さらにT-24細胞の遊走に対する影響を調べた結果、25μM以上の濃度で細胞遊走の抑制が認められた。以上のようにニトロオレイン酸にがん細胞の増殖と遊走に対する抑制作用が認められることを明らかにした。市販されているニトロ化脂肪酸は非常に高価であるが、ニトロ化オレイン酸を合成することができたので、今後の研究の実施が極めて容易になった。ヒト膀胱がん細胞の増殖と細胞遊走に対する抑制作用を明らかにすることができた。近年、不飽和脂肪酸と酸化窒素化合物の反応で生成するニトロ化脂肪酸が抗炎症作用を示すことが報告されており、その作用にタンパク質のSH基との反応性(親電子性)が関与していることが示唆されている。本年度はニトロオレイン酸(NO2-OA)の抗がん作用について、細胞の増殖、細胞内活性酸素腫(ROS)産生量、細胞の遊走に対する影響を検討した。オレイン酸にニトロ化反応を行い、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した9-NO2-OAを用いた。細胞はヒト膀胱がん細胞T24、ラット繊維芽細胞3Y1、3Y1細胞をがん遺伝子rasで形質転換したHR-3Y1-2を用いた。細胞毒性評価では9-NO2-OAを種々の濃度で処理後、トリパンブルー色素排除法を用いて細胞数をカウントした。また、ROSの検出試薬であるDCFHを用いて細胞内ROS量を測定した。さらに、wound healing assayを用いて細胞遊走に及ぼす影響を検討した。9-NO2-OAは全ての細胞株において生細胞数を減少させ、その作用は濃度依存的であった。生細胞数の減少に伴って死細胞率の増加が認められ、細胞内ROS量の増加が認められた。また高濃度では細胞の遊走を抑制する傾向が認められたが、低濃度では細胞の遊走を促進した。以上の結果より、9-NO2-OAはがん細胞に対して細胞死を誘導し増殖を抑制すること、細胞の遊走に対する作用は濃度によって異なることが明らかとなった。新たに合成したニトロオレイン酸のがん細胞増殖抑制作用と細胞遊走への影響について検討し、細胞増殖を抑制するが、細胞遊走については濃度による違いがあることを確認した。

がん細胞選択的増殖抑制に関しては、さらなる検討が必要である。近年、ニトロ化脂肪酸が抗炎症作用を示すことが報告されており、その作用にはタンパク質SH基との反応性、つまり親電子性が関与していることが示唆されている。イソチオシアネートなどの親電子性物質には抗がん作用を示すものがあるが、ニトロ化脂肪酸の抗がん作用に関する研究はほとんど行われていない。そこで本研究では、9-ニトロオレイン酸(9-NO2-OA)の抗がん作用に関して細胞増殖抑制作用、細胞周期への影響を指標として検討し、その効果を明らかにすることを目的とした。細胞はヒト膀胱がん細胞T24、ラット繊維芽細胞3Y1、3Y1細胞をがん遺伝子rasで形質転換したHR-3Y1-2細胞を用いた。細胞増殖抑制試験では9-NO2-OA(150μM)で細胞を処理後、トリパンブルー色素排除法にて細胞数をカウントした。また、N-acetylcysteine (NAC、1 mM)が9-NO2-OAの作用に及ぼす影響を同様に調べた。さらにフローサイトメトリーにて細胞周期を解析した。T24細胞の細胞増殖抑制試験において、9-NO2-OAは代表的なイソチオシアネートであるsulforaphaneとほぼ同等の細胞増殖抑制作用を示した。また、9-NO2-OAは3Y1細胞と比較してHR-3Y1-2細胞により強い細胞増殖抑制作用を示す傾向が認められた。さらに、NAC処理により9-NO2-OAの作用は有意に抑制された。9-NO2-OAは細胞周期に大きな変化をもたらさなかったが、sub-G1期の細胞が濃度依存的に増加する傾向が認められた。以上の結果より9-NO2-OAは、がん細胞選択的な細胞増殖抑制作用を示す傾向が認められ、高濃度ではsub-G1細胞が多く見られたことから、アポトーシスによるがん細胞致死作用があることが示唆された。9-ニトロオレイン酸のがん細胞選択的増殖抑制作用を示す傾向が示されたが、統計的に有意な差が得られていない。細胞増殖抑制と細胞死誘導のメカニズムを明らかにするために細胞周期解析を行ったが、得られた結果は十分とは言えなかった。近年、親電子性物質であるニトロ化脂肪酸やスルフォラファンのようなイソチオシアネート類が、タンパク質チオール基との反応を介して抗炎症作用を示すことが報告されている。これまでにニトロ化脂肪酸の一種である9-ニトロオレイン酸が、ヒト膀胱がん細胞T24の増殖を抑制する一方で、条件によっては細胞の遊走を促進することを示した。昨年度は、9-ニトロオレイン酸のヒト膀胱がん細胞T24に対する増殖抑制試験において、スルフォラファンとほぼ同程度の細胞増殖抑制作用を示すことを明らかにした。また、ラット正常繊維芽細胞3Y1と3Y1細胞をがん遺伝子rasで形質転換したHR-3Y1-2細胞を用いた細胞増殖抑制試験では、9-ニトロオレイン酸が3Y1細胞と比較してHR-3Y1-2細胞により強い細胞増殖抑制作用を示す傾向を認めたが、統計的に有意な差ではなかった。本年度は、まず、9-ニトロオレイン酸の安定性を確認するためにー80°Cで2年以上保存した9-ニトロオレイン酸を用いてT24細胞に対する増殖抑制試験を実施した。その結果、ー80°Cで2年以上保存した9-ニトロオレイン酸は、合成直後とほぼ同等の増殖抑制作用を示すことを確認することができた。
手術中強化インスリン療法によるProtein sparing effectの導入

組織再建を伴う悪性腫瘍切除手術で、手術時間8時間以上の患者を対象とし、血糖値管理群(GI群)、非管理群(C群)の2群に分けた。手術中の平均血糖値、術後WBC値、CRP、TP、Alb、血清Cre、BUN、eGFR、IL-1β、IL-6、TNF-α、体温、術後合併症を記録した。白血球数、CPRは両群とも術後上昇し、TP、Albは低下が見られた。術後、全例においてIL-6の基準値を超えていたが、IL-1βやTNF-αは基準値内であるものとそうでないものに分かれた。術後合併症は、コントロール群で菌血症が1例と、肺水腫および敗血症が1例見られた。生体への外科的侵襲は肝臓における糖新生やグリコーゲン分解を促進するとともに、グルコースの細胞内への取り込みを障害することにより、外科的糖尿病(surgical diabetes)と呼ばれる高血糖を生じやすい。高血糖は創傷治癒を遅延し感染のリスクも増加させることから、近年周術期の血糖値管理が重要視されつつある。ブドウ糖は催炎症作用を有し、インスリンは抗炎症作用を有する。近年血糖値管理が患者の予後を左右することが明らかになってきた。しかし、口腔外科手術において術中の血糖値管理が術後の炎症・治癒に及ぼす効果は報告されていない。本研究の目的は、口腔外科長時間手術における術中の血糖値管理が、術後の炎症性パラメータおよび退院までの日数に及ぼす影響を明らかにすることである。組織再建を伴う悪性腫瘍切除手術で、手術時間8時間以上の患者を対象としている。インフォームドコンセントを得たのち、患者を無作為に血糖値管理群(GI群)、血糖値非管理群(コントロール群)の2群に分けている。GI群は血糖値80120mg/dLを目標に、血糖値非管理群では、血糖値が200mg/dLを超えたときのみ速効型インスリンを単回投与し管理している。血糖値の測定は少なくとも30分に1回実施し記録し、手術中の平均血糖値も算出している。手術後7日目まで数回採血(血液学検査、臨床生化学検査、血中サイトカイン濃度検査)を行っている。その検査値から、白血球数、CRP、総タンパク値を抽出し記録している。体温は、電子カルテ中の経時記録から、1日の中で最も高い体温を記録し、術後合併症は主治医からの聞き取りを行うことにより行い、創部感染、皮弁壊死、肺炎、臓器障害などを記録している。また、術中、術後の血中サイトカイン濃度(TNF-α, IL-1β, IL-6)の測定を行っている。組織再建を伴う8時間以上の手術と限定しているため、該当症例が十分でなかったり、患者の同意を得られなかったりしている。組織再建を伴う悪性腫瘍切除手術で、手術時間8時間以上の患者を対象とし、血糖値管理群(GI群)、血糖値非管理群(C群)の2群に分けた(GI群:1例、C群:5例)。GI群では細胞外液補充液500mLあたりグルコース10gを加え投与し、速効型インスリン14u/hを持続投与した。C群では、グルコースを含まない、または1%(W/V)グルコースを含む細胞外液補充液を使用し血糖値80120mg/dLを目標に管理し、血糖値が200mg/dLを超えたときのみ速効型インスリンを単回投与した。術前術後の採血データから、WBC数、CRP、TP、Alb、血清Cre、BUN、eGFR、IL-1β、IL-6、TNF-α値、体温、術後合併症を記録した。3例では酸化ストレス測定(d-ROM)と抗酸化力測定(BAP)を行った。WBC数、CPRは術後上昇し、TP、Albは低下した。IL-1βはGI群では術中0.125pg/mL、術後4日で0.967pg/mLで、C群では術中平均0.159pg/mL,標準偏差0.047、術後1-4日の平均0.293pg/mL,標準偏差0.164、術後8日の平均0.240pg/mL、標準偏差0.178であった。IL-6はGI群では術中7.840pg/mL、術後4日で49.50pg/mLで、C群では術中平均5.004pg/mL,標準偏差3.490、術後1-4日の平均277.040pg/mL,標準偏差422.806、術後8日の平均15.668pg/mL、標準偏差8.516であり、術後大幅に上昇する例が多かった。TNF-αはGI群では術中1.860pg/mL、術後4日で3.030pg/mLで、C群では術中平均2.500pg/mL,標準偏差2.012、術後1-4日の平均2.532pg/mL,標準偏差1.486、術後8日の平均1.980pg/mL、標準偏差0.828であった。

手術中の平均血糖値、術後WBC値、CRP、TP、Alb、血清Cre、BUN、eGFR、IL-1β、IL-6、TNF-α、体温、術後合併症を記録した。白血球数、CPRは両群とも術後上昇し、TP、Albは低下が見られた。術後、全例においてIL-6の基準値を超えていたが、IL-1βやTNF-αは基準値内であるものとそうでないものに分かれた。術後合併症は、コントロール群で菌血症が1例と、肺水腫および敗血症が1例見られた。組織再建を伴う8時間以上の手術に限定しており、該当症例が十分でないため、手術時間の最低ラインを下げること、組織再建を伴わない悪性腫瘍の長時間手術においてもデータをとることを検討中である。また、血中サイトカイン濃度に加え、1例において酸化ストレスの測定を行っている。酸化ストレスも術後に影響する可能性があるため、今後も酸化ストレスの測定を検討している。歯科麻酔学血液検査外注分の請求が来ていない分があるため、差額が出ている。検査外注分の請求が来たら、予定通りになると思われる。
歯科材料中の内分泌撹乱化学物質ビスフェノールAの精密分析と溶出挙動

本研究では、小児歯科領域で広く用いられている小窩裂溝填塞材(シーラント)中に、不純物として含まれている可能性がある、環境ホルモンの一つであるビスフェノールAの測定を行った。1年目においては、女性ホルモンであるエストロジェンのレセプター遺伝子を遺伝子工学的手法を用いて導入した酵母菌を用いて、エストロジェンやその類似物質の定量を試みた。この実験系ではエストロジェンについては、10^<-8>から10^<-7>Mの範囲で直線性が得られ、ビスフェノールAでは10^<-4>から10^<-3>Mの範囲で直線性が得られた。ともに、それより濃度が高くても低くても反応が低下した。その反応性の状態からビスフェノールAはエストロジェンに比べて10^<-4>の活性を示すものと考えられた。シーラントそのものが、酵母に対して毒性を持っており、約20倍の希釈が必要であったが、少なくともこの濃度ではシーラントにエストロジェンレセプターとの反応性はみとめられなかった。2年目においては、さらに微量のビスフェノールAを測定するためにGCMS法を用いて定量をおこなった。シーラントにはきわめて微量のビスフェノールAしか含まれていないため、測定に先立って濃縮・精製の操作を行った。シーラント2.5185gにメタノール30mLを加えて抽出する操作を2回行い、その濃縮液を5%含水シリカゲルカラムクロマトグラフィーにかけて精製を行った。これをGCMSにアプライし、最終的に、シーラント1g当たり0.025μgのビスフェノールAが検出された。今後はその唾液への溶出量と吸収量、実際にホルモン効果がありうるのか等について検討してゆく予定である。ビスフェノールAは歯科治療に不可欠のコンポジットレジンや小児歯科領域で広く用いられている小窩裂溝填塞材(シーラント)の主要原材料であるBis-GMA中に、不純物として含まれている事が多く、生体中で徐々に溶出する可能性がある。Bis-GMAを含むシーラントは乳ガン細胞の増殖テストでエストロゲン様の活性を示す事が、1996年にグラダナ大学とタフト大学の研究者によって報告された。本研究では女性ホルモンであるエストロジェンのレセプター遺伝子を遺伝子工学的手法を用いて導入した酵母菌を用いて、エストロジェンやその類似物質の定量を行ってきた。その結果、この実験系ではエストロジェンについては、10^<-8>から10^<-7>Mの範囲で直線性が得られ、ビスフェノールAでは10^<-4>から10^<-3>Mの範囲で直線性が得られた。何種類かのシーラントについてそのエストロジェンレセプターとの反応性を検討したが、シーラントそのものが、酵母に対して毒性を持っており、約20倍の希釈が必要であった。少なくともこの濃度ではシーラントにエストロジェンレセプターとの反応性はみとめられなかった。今後はシーラントからのビスフェノールA分画を抽出しその分画を濃縮することで実際に使用されているシーラントの量がエストロジェン活性を持っているかについて検討する予定である。歯科材料に含まれている可能性のあるビスフェノールAは極めて微量であるため、定量が非常に困難であったが、本年度の研究によってシーラント中に含まれるビスフェノールAの定量が可能となった。測定にはGCMS法を用いたが、測定に先立って以下のような濃縮、精製の操作を必要とした。

シーラント2.5185gを50mL容量の共栓付遠沈管に採取し、メタノール30mLを加え、振とうし、遠心分離後、上澄み液を採取した。この操作を2回行い、ロータリーエバポレーターにて約1mLまで濃縮した。ジクロロメタン50mLを加えて溶解させた後、無水硫酸ナトリウムで脱水を行った。その後、さらに約1mLまで濃縮した濃縮液を5%含水シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製を行った。N-へキサン100mL、続いてアセトン:n-へキサン(20:80)100mLで洗浄後、アセトン100mLで溶出させた。アセトン溶出溶液を約1mLまで濃縮後、50mLのジクロロメタンを加えた後、無水硫酸ナトリウムで脱水を行った。その後、ロータリーエバポレーターで約1mLまで濃縮し、更に、窒素気流下約0.2mLまで濃縮した。これをGCMSにアプライし、最終的に、シーラント2.5185g当たり、ビスフェノールA0.081μgを検出した。但し、この値は操作ブランク値を含む値のため、操作ブランク値(0.017μg)を引いて、更に、試料1g当たりの濃度を算出した結果、試料1g当たり0.025μgのビスフェノールAが検出された。
グローバルな宙空環境変動観測記録システムの開発

平成13年度から15年度に渡って当該研究課題の科研費の交付を受け、全地球的規模に分布した各観測点での絶対時刻精度を数十m秒以内に保てるGPS衛星信号受信システムを内蔵した信頼性の高い安定した観測データ記録装置を開発し、グローバルな宙空環境変動観測用の半自動記録システムの開発と実用化を達成した。以下、研究成果の概要をまとめる。1.データ収録システム並びに実用化モデルの検査データ収録システムを設計した後、電源対策を施し、GPS計時装置を組み入れた、フラッシュメモリーカード(650Mbyte)を記録媒体とするCPUによるシステムコントロールできうる省電力型の半自動観測記録システムを試作完成し、その性能を検査した。2.実用化システムの製作・購入1に基づいて開発した仕様に従ってGPS付半自動観測記録システムを製作する為に備品を購入した。3.実用化システムの性能試験210度磁気子午線沿いのシベリア、アラスカ、日本、オーストラリア等の36観測点、磁気赤道域で経度の隔ったブラジル、ペルー、西太平洋、ミクロネシア諸島の12観測点や北米の極冠からオーロラ帯の20観測点からなる観測網の中で、特に、国内の5観測点と設置環境の悪い観測維持の困難な海外観測1点に新しいGPS付観測記録システムを配備し、データ取得の安定度、データの精度等の確立の為の、実用化システムの性能試験をした。4.インターネット、衛星及び電話回線を用いた観測データのオンライン・リアルタイム取得の予備観測を開始した。これらの成果を下に、今後、地球規模に配置された50点以上の観測点間の相対的な時間差を1秒以内に確保し、太陽風擾乱により発生したsc/si変動などの過渡現象やDP2やULF波動の侵入過程や電磁圏内の伝播過程を解明・検証することが可能となるであろう。全地球的規模に分布した各観測点での絶対時刻精度を数十m秒以内に保てるGPS衛星信号受信システムを内蔵した信頼性の高い安定した観測データ記録装置を開発し、グローバルな宙空環境変動観測用の半自動記録システムの開発と実用化が本研究の目的であった。この目的を達成することによって、地球規模に配置された50点以上の観測点間の相対的な時間差を1秒以内に確保し、太陽風擾乱により発生したsc/si変動などの過渡現象やDP2やULF波動の侵入過程や電磁圏内の伝播過程を解明・検証することが科学的な目標でもある。平成13年度は、全体会議(全員)及び開発会議で、本研究に関する方針を確認し、分担等の具体的な作業日程を決め、また、開発検討等の為の打合わせ・会議は適宜開催した。次に、電源の供給の困難な地域での対策と太陽パネルと鉛蓄電池(消耗品費)とを組み合わせた、省力化を充分に考慮したシステム設計が設計された。また、大容量の鉛蓄電池を組み込んだ無停電電源(消耗品費)を応用すした省力型のシステムの検討もなされた。さらに、GPS衛星信号受信器(消耗品費)を用いたミリ秒以下の精度での絶対時刻記録方式を応用し、記録装置に組み込んだ同精度の秒信号の記録方式を完成させた。最後に、データ収録システムを設計した後、電源対策を施し、GPS計時装置を組み入れた、フラッシュメモリーカード(650Mbyte)を記録媒体とするCPU(消耗品費)によるシステムコントロールできうる省電力型の半自動観測記録システムを試作した。

この目的を達成することによって、地球規模に配置された50点以上の観測点間の相対的な時間差を1秒以内に確保し、太陽風擾乱により発生したsc/si変動などの過渡現象やDP2やULF波動の侵入過程や電磁圏内の伝播過程を解明・検証することが科学的な目標でもある。平成14年度は、以下の研究計画に従って実施した。先ず、全体会議(全員)及び開発会議を行い、昨年度の成果を元に、データ収録システムを設計した後、電源対策を施し、GPS計時装置を組み入れた、フラッシュメモリーカード(650Mbyte)を記録媒体とするCPU(消耗品費)によるシステムコントロールできうる省電力型の半自動観測記録システムを試作した。次に、試作したGPS付半自動観測記録システムを、210度磁気子午線沿いのシベリア、アラスカ、日本、オーストラリア等の36観測点、磁気赤道域で経度の隔ったブラジル、ペルー、西太平洋、ミクロネシア諸島の12観測点や北米の極冠からオーロラ帯の20観測点からなる観測網の中で、特に設置環境の悪い観測維持の困難な観測1点に新しいGPS付観測記録システムを配備し、データ取得の安定度、データの精度等の確立の為の、実用化システムの性能試験(記録媒体等の消耗品費が必要)を行った。最後に、衛星回線及び電話回線を用いた観測データのオンライン・リアルタイム取得・表示の可能性についての検討を開始した。最終年度の平成15年度は、以下の研究計画に従って実施した。(1)、全体会議(全員)及び開発会議(2)、データ収録システム並びに実用化モデルの検査(河野、巻田、塩川、小沢、湯元)昨年度の成果を元に、データ収録システムを設計した後、電源対策を施し、GPS計時装置を組み入れた、フラッシュメモリーカード(650Mbyte)を記録媒体とするCPU(消耗品費)によるシステムコントロールできうる省電力型の半自動観測記録システムを試作完成し、その性能を検査した。(3)、実用化システムの製作・購入(小沢、吉川、湯元)2に基づいて開発した仕様に従ってGPS付半自動観測記録システムを製作する為に備品(設備備品費)を購入した。(4)、実用化システムの性能試験(河野、吉川、巻田、瀬戸、塩川)210度磁気子午線沿いのシベリア、アラスカ、日本、オーストラリア等の36観測点、磁気赤道域で経度の隔ったブラジル、ペルー、西太平洋、ミクロネシア諸島の12観測点や北米の極冠からオーロラ帯の20観測点からなる観測網の中で、特に、国内の5観測点と設置環境の悪い観測維持の困難な海外観測1点に新しいGPS付観測記録システムを配備し、データ取得の安定度、データの精度等の確立の為の、実用化システムの性能試験(記録媒体等の消耗品費が必要)をした。(5)、インターネット・衛星及び電話回線を用いた観測データのオンライン・リアルタイム取得の予備観測を行った。(吉川、塩川、河野、湯元)
ネットワーク機器用省エネタイプマイクロプロセッサの機構に関する研究

2004年にロシアが二酸化炭素排出ガス京都議定書の批准を決定したので,2005年2月15日に法的拘束力のある京都議定書が発効した。この発効は二酸化炭素ガス排出量が増加しているわが国にとって非常に厳しいものである。また,インターネットやディジタル放送等によって,家庭内のディジタル化が急速に進展し,光ケーブルや高速ディジタル回線を家庭まで引き込んで,家庭内ネットワークを構築するためのネットワーク機器が各家庭に設置される日は確実に到来する。すなわち,ユビキタスネットワークの方向へと向かっている。これらを全世界の各家庭に設置されるようになれば,非常に膨大な電力消費となる。これは,利用されていなくても,無駄な電力が消費され,二酸化炭素ガス排出量の増加となり,地球温暖化につながる。従って,各家庭に設置されるネットワーク機器は,省エネタイプであることが必須である。そこで,昨年度までの調査・研究に基づき,ICチップ内の小領域に複数の小規模プロセッサを配置し,機能分散によってアクセスがないとき小規模プロセッサの電源供給を止めるなどの工夫を行ったワンチップ・マイクロプロセッサを提案した。ここで,ICチップ内に配置された複数の小規模プロセッサのネットワーク接続は,従来からLSC(Loop Structured Computer)として提案してきた単方向性ループ状接続である。このプロセッサにおけるトラヒック解析や応答特性,動的通信切り替え方式等を進めてきた。本年度では,提案したプロセッサを構築する場合,チップ内の小領域に構築される小規模プロセッサ間で通信を行うために通信部プロセッサ(CPU)について検討を行い,必要な機械語命令数が910命令で十分であることが分かった。これをもとにハードウエア記述言語VHDLを利用してFPGA上に12ビットアドレス対応8ビットCPUを実装した。このCPUを動作させるまでにかなりの時間を要した。そして,この成果を16ビットアドレス対応8ビットCPUの設計・製作に拡張して,教科書を作成した。近い将来家庭までインターネットが入り込み,ネットワークサーバ機などの機器を置く状況になる。このため,省エネタイプのサーバ機の開発が必要になる。省エネであるためには,利用されないとき電源供給を止めるなどの工夫が必要である。まず,現在普及しているサーバやパーソナルコンピュータなどの開発状況を調査し,以下のことが明らかとなった。すなわち,コンピュータの高速化の要求に伴い,パイプライン処理機構やキャッシュなどの導入によってCPUや周辺機器などのハードウエアが複雑化している。また,ソフトウエアにおいては,ネットワーク対応のunixやwindowsの開発とそれに多くの機能を付加したため,複雑化し無駄なルーティンも多くなっている。この動向は,1980年代のスーパコンピュータや大型コンピュータの開発方向を辿っているといっても過言ではない。このため,サーバ機等が休止状態から稼働状態になるまでにかなりの時間がかかり,常に稼働状態にしておかなければならない理由になっている。そこで,我々は複数の単純プロセッサによる機能分散・情報分散配置を行い,アクセスがないとき単純プロセッサの電源供給を止めるなどの工夫を行ったコンピュータシステム(サーバ機)を提案した。ここで,その単純プロセッサはハードディスクのような補助記憶装置を持たず,かつ単機能なソフトウェア(OS)を搭載したものである。また,ネットワーク接続は,従来からLSC (Loop Structured Computer)として提案してきた単方向性ループ状接続である。そして,LSCのプロトタイプ機(データフロー処理方式を実装したLSC,機能分散制御システム等)を利用して,トラヒック解析や応答特性等を進めている。以上から,本年度における成果としては,LSCをもとにした省エネタイプサーバの構成方法を確定したこと,プロトタイプ機によるトラヒック特性や応答特性などの待ち行列システムによる解析手法を確立したこと,さらに応答時間測定結果の解析手法を確立したことである。近い将来家庭までインターネットが入り込み,スイッチやサーバ機などのネットワーク機器を置く状況になる。このため,省エネタイプのスイッチやサーバ機の開発が必要になる。そこで,昨年度の調査に基づき,ICチップ内の小領域に複数の小規模プロセッサを配置し,機能分散によってアクセスがないとき小規模プロセッサの電源供給を止めるなどの工夫を行ったワンチップ・マイクロプロセッサを提案した。ここで,ICチップ内に配置された複数の小規模プロセッサのネットワーク接続は,従来からLSC (Loop Structured Computer)として提案してきた単方向性ループ状接続である。このプロトタイプ機を作成して,トラヒック解析や応答特性等を進めている。以上から,本年度における成果としては,LSCをもとにした省エネタイプのマイクロプロセッサの構成方法を確定したこと,プロトタイプ機を作成したこと,プロトタイプ機による動的通信切り替え方式の実現したこと,プロトタイプ機によるトラヒック特性や応答時間特性などの測定を行ったこと,待ち行列システムによるトラヒック解析を行ったことである。

従って,各家庭に設置されるネットワーク機器は,省エネタイプであることが必須である。そこで,昨年度までの調査・研究に基づき,ICチップ内の小領域に複数の小規模プロセッサを配置し,機能分散によってアクセスがないとき小規模プロセッサの電源供給を止めるなどの工夫を行ったワンチップ・マイクロプロセッサを提案した。ここで,ICチップ内に配置された複数の小規模プロセッサのネットワーク接続は,従来からLSC(Loop Structured Computer)として提案してきた単方向性ループ状接続である。このプロセッサにおけるトラヒック解析や応答特性,動的通信切り替え方式等を進めてきた。本年度では,提案したプロセッサを構築する場合,チップ内の小領域に構築される小規模プロセッサ間で通信を行うために通信部プロセッサ(CPU)について検討を行い,必要な機械語命令数が910命令で十分であることが分かった。これをもとにハードウエア記述言語VHDLを利用してFPGA上に12ビットアドレス対応8ビットCPUを実装した。このCPUを動作させるまでにかなりの時間を要した。そして,この成果を16ビットアドレス対応8ビットCPUの設計・製作に拡張して,教科書を作成した。