hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タブレット型端末を用いるコミュニケーションロボットの開発と疑似的触感の生成

ステージ上に置いたタブレットを動かしてタッチパネルに触れている指に触覚情報を提示するコミュニケーションロボットを開発した。ステージ上面と端末下面の間に圧力センサを6個配置して、計測される押圧力の情報を用いてタッチ面の上下動の動作量や動作速度を制御することにより、タブレット端末のタッチパネルに触れている指にタッチ面の仮想的な3次元形状や硬さ、柔らかさを表現した。さらに1年延長し、モバイル用途に適した小型軽量版を試作し、モバイル端末の裏面に当てた指に裏面から触覚情報を提示して三次元形状や柔らかさ硬さの触覚情報を提示することに成功した。本課題が対象とする触覚情報提示装置は、人が日常生活の中で各種情報機器との間のコミュニケーションに利用することを目的としているので、触覚情報を提示するために用いるモータの焼き付き等の問題を防いで信頼性を向上することが重要な課題となる。またモーターを利用するアクティブな方式に加えて、人の作用を効果的に利用して触覚的応答を生成するパッシブな方式を併用することが望ましい。まずアクティブな方式では、モータに加わる負荷を時間的に平準化するために慣性ホイールを導入することを考案して、そのための機構を各種研究開発して試作をして性能と効果を検証した。その結果、慣性ホイールを用いることによって強い力を発揮しながら応答を高速化できることを確認した。経済的にも安価なモータで高速な応答と大きな瞬発力が得られるため、装置のコストが下がり、市場に普及させる上で有利であることを確認した。さらにパッシブ方式のデバイスについては、アクティブ方式と組み合わせて、クリック感や凹凸感を指に提示するシリコンゴム製のデバイスを複数試作し、アクティブ方式のモーターが追随できない高速な指の動作にはパッシブ方式のデバイスで対応するようにした。昨年度までに開発してきた機構では、慣性ホイールの回転エネルギーを、瞬時に制御可能なクラッチで取り出す際に、スリップが生じ、取り出せる力が弱く、遅延が生じていた。そこで、慣性ホイールから動力を取り出す際にクラッチがスリップしにくくなるように、接触面積を増やしたり、新たに電磁クラッチの機構にヒントを得た機構を導入した。またクラッチと慣性ホイールが確実に噛み合ってスリップを防ぐ機構を完成した。こうしてクラッチを用いることにより、遅延なく瞬時に強力な触覚刺激を生成できるようになったが、その反面、連続的に強度が変わる触覚刺激を生成することが困難となったため、新たに駆動量を連続的に変化させられるステッピングモータを使用して、連側的に触覚刺激を変化させる機構を作り、指に仮想的に3次元形状や面の硬さと柔らかさの感触を提示させることに成功した。さらに大手繊維メーカーが開発中の超低摩擦超高耐久の機能素材をサンプルとして入手して、それをベアリングに代わる摺動材として用いることによって、上記機構を単純化、薄型化してスマートフォン背面に搭載可能として、当研究分野で最大の国際会議、VR2015においてデモ発表を行い、高評価を得た。なお本年度に開発したデバイスは計27機種に及んだ。本課題の資金で3Dプリンターを購入して積極的に利用した結果、試作費用を抑え、また試作に要する時間も短縮できた。3Dプリンターでは形成困難な金属部品や高い加工精度を必要とする部品については試作会社に製作を依頼したが、試作費用が全体として節約でき、試作デバイス数が増えた。本年度の最後に開催された国際会議VR2015で発表したデバイスは(1)低摩擦高耐久の機能性繊維を摺動機構に使用した薄型背面触覚情報提示デバイス(2)12個の振動モーターを独立に高い応答性で干渉しないように制御して振動の時空間パターンを生成したデバイス等である。当研究課題で試作しているActuated Stageという触覚情報提示装置について、ステージ上面と端末下面の間に圧力センサーを6個配置して、それらの検出値に基づき、指からタッチパネルに加えられる押圧力を推定するアルゴリズムを開発した。この圧力については、物理的、定量的な力の大きさだけでなく、ユーザーが感じる主観的な押圧力との関係も重要であるので、被験者を通じた心理実験を実施して、センサー検出値と主観的な押圧力の感覚との関係を明らかにした。こうして求めた押圧力の情報を用いてタッチ面の上下動の動作量や動作速度を制御することにより、タブレット端末のタッチパネルに触れている指にタッチ面の仮想的な3次元形状や硬さ、柔らかさを提示し、複数の被験者を通じた心理実験により、表現のリアリティ(実際の物体を触った時の形状、硬さ、柔らかさの知覚との差異)を評価した。このリアリティを向上するため、形状や硬さ柔らかさの知覚の自然さに影響する要因を多数の被験者に対する主観評価と定量的評価を通じて確認し、センサーで検出した指の動きや押圧力に対して、Stageの上下動の制御を最適化することによって、リアリティを向上した。このActuated Stageはデスクトップ上で使用することを前提として試作したが、本年度はさらにモバイル用途に適した小型軽量版の試作に着手した。この試作では、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル端末の各種操作やアプリケーションに触覚情報を付加して操作性の向上を試みている。モバイル端末の裏面に当てた指に裏面から触覚情報を提示して上記と同様に三次元形状や柔らかさ硬さの触覚情報を提示することを試みているが本年度中に完了しなかったため、本課題を1年間延長して、試作と有効性の評価する予定である。なお本年度の成果は、平成28年3月末に米国で開催された国際会議VR2016で発表した。本来は27年度で研究課題を完了する予定であったが、モバイル用途に小型化した試作デバイスが未完成であることから平成28年度まで1年間延長手続きを行った。

デスクトップで使用する大型の装置については試作とユーザーの操作性や知覚特性を評価する実験が予定通りに完了した。仮想世界で指で触れるものの自然な触感、例えば、硬さや柔らかさ、ざらざら感や3次元の形状等を、モバイル端末の背面で指に提示する触覚情報で表現することは、電力やサイズや重量の制約を受けるため、デスクトップ型に比べて格段に難易度が高いことが判明して、機構も根本的に見直す必要が生じたために、試作装置を27年度中に完成することができず、研究期間を1年間延長することになった。試作デバイスができないことには、その操作性や触覚情報表現能力を評価する心理実験も行えず、それも28年度に持ち越しとなった。しかしながら、現時点で、モバイル用途向けに適した機構の構成案ができているので、5月中には試作に着手して、28年度中にはモバイル用途向け触覚情報提示装置を完成して、数々の評価実験を経て、触覚情報提示のリアリティと有効性を検証することが可能であると考えている。当研究課題は27年度で終了する予定であったが、試作していた疑似触感を生成するコミュニケーションロボットのうち、モバイル用途に適した小型軽量版の試作が27年度中に終了しなかったため、28年度に延長したものである。この試作では、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル端末の各種操作やアプリケーションに触覚情報を付加して操作性の向上を試みている。モバイル端末の裏面に当てた指に裏面から触覚情報を提示して、三次元形状や柔らかさ硬さの触覚情報、そしてざらざらしたテクスチャーや凹凸感の感触を提示することを試みた。試作は完了し、モバイル端末背面で指に前後左右方向、及び上下方向に力を及ぼす機構を各種アクチュエータで構成した。用いたアクチュエータは電磁コイルと磁石の反発によるもの、直交させた二組のボールねじ機構で前後左右2次元の方向に指を動かそうとする力を加えるもの、そしてサーボモータによって駆動する2関節のアームで指に力を加える方式である。モバイル用途に適するように小型、軽量、低消費電力の目標は達成できたが、指に加えることのできる力の強さや変位の大きさが目標に到達できず、明瞭な触覚刺激を得るには至らなかった。しかしながら、注意すれば識別できる程度の強さの刺激は生成でき、かつ遅延なく迅速に刺激を生成できる点で従来方式よりも優れた触覚刺激装置を構成できた。当試作装置を利用して空中の仮想ボタンの操作や仮想物体への接触時の触覚刺激を生成し、誤操作を低減したり、現実感を向上できることを実験的に確認した。なお本課題の後続課題によって刺激の明瞭化に成功したので、2017年3月の国際会議(IEEE Virtual Reality 2017)で本課題と後続課題の成果を併せて発表した。ステージ上に置いたタブレットを動かしてタッチパネルに触れている指に触覚情報を提示するコミュニケーションロボットを開発した。ステージ上面と端末下面の間に圧力センサを6個配置して、計測される押圧力の情報を用いてタッチ面の上下動の動作量や動作速度を制御することにより、タブレット端末のタッチパネルに触れている指にタッチ面の仮想的な
腸炎ビブリオにおける鉄獲得系発現の病原学的並びに分子遺伝子学的研究

1.fur遺伝子のクローニングと解析:腸炎ビブリオWP1株染色体DNAをBamHI-ClaIで完全消化し、この断片をpACYA184のBglII-CldIサイトに挿入した。大腸菌形質転換体をfurプローブで検索し、陽性クローンを得た。本クローンは大腸菌H1780 (fur,fiu :: λplacMu53)を機能的に相補したので、サブクローン体を作成し、塩基配列を決定した。その結果、ATGから始まりTAAで終る149アミノ酸をコードするORFが見つかった。そのアミノ酸レベルでの相同性(identity)はV.vulnificus,V.cholerae,E.coliのFurに対してそれぞれ95.9%,92.0%,80.7%であった。2.マンガン耐性株の解析:WP1から10mM MgCl_2含有プレート上で増殖できる耐性株を得、これらにおける鉄獲得系発現の脱制御を調べた。73-kDaビブリオフェリン(VF)-Fe^<3+>レセプターや83-kDaヘミンレセプターの発現並びにVF産生が鉄豊富下でも認められ、耐性株におけるfur遺伝子の変異が示された。3.プロテアーゼ産生に及ぼす培地鉄濃度の影響:数種の腸炎ビブリオ株について検討した所、いずれも鉄欠乏下に培養するとその産生量が3倍以上に増加した。マンガン耐性株では親株と比較して、鉄豊富下でも約5倍の産生量を示し、プロテアーゼ産生もFurレギュロンに属すことが判明した。プロテアーゼは病原因子の一つとして最近特に注目されており、今後さらに検討を加える予定である。4.腸炎ビブリオの由来別VF産生性:患者由来株(n=44,873.8±117.4μM/OD)、食品由来株(n=35,423.8±64.6)、環境由来株(n=25,378.8±37.2)で、有意に(p<0.01)患者由来株がVF高産生性であった。この結果はVF産生性が本菌の腸管定着や病原性発現に関与する因子であることを強く示唆した。5.FURTA法による鉄制御遺伝子の単離:本法により、Fur boxを持つと思われる遺伝子を単離した。0.1-1.3kbpのインサートを持っており、これらをプローブとして鉄制御遺伝子全体の単離が可能となった。1.Fur遺伝子のクローニングと解析:他菌種のfur塩基配列を参考にして作成したプライマーを用い,本菌におけるfur PCR産物を得た。RIラベルしたPCR産物をプローブとしてサザーン分析し,furをクローン化した。しかし,塩基配列を決定したところ,fur全遺伝子をコードしていないことが判明したので,下記の腸炎ビブリオFur欠損株や大腸菌Fur欠損株を相補することに基づいて,全遺伝子をクローニングするとともに,発現されるFur蛋白を精製すべく検討中である。

2.Fur欠損株の作成:Mn耐性株をスクリーニングし,それらの中からvibrioferrin産生やレセプター蛋白が脱鉄制御された株を得た。1)及び2)の結果から本菌におけるFurレギュロンの存在が明らかとなった。3.Fur(鉄欠乏)と溶血毒遺伝子発現との関連性の解明:本菌種には耐熱性溶血毒(TDH)とその類似溶血毒(TRH)を産生する株が存在する。それぞれの溶血毒のみを産生する株と,それらから選抜したFur欠損株について溶血毒産生量を求めた。親株はいずれも鉄欠乏時にTDHあるいはTRHの産生が顕著に増加した。さらに,Fur欠損株では鉄豊富時にも溶血毒の産生の増加が認められ,本毒素遺伝子の発現がFurレギュロンの一環であることが判明した。特に,TRHの産生はより強く鉄制御されている可能性が示された。既に塩基配列の決定されているそれぞれの遺伝子を解析し,プロモーター領域にFur box様配列を認めた。さらに,最近報告された本菌のプロテアーゼ遺伝子にもFur box様配列が認められたので,上記作成菌株を用いてプロテアーゼ産生の鉄制御機構についても検討を広げる予定である。4.鉄制御外膜レセプター蛋白欠損株の作成:機能的にヘミン鉄を利用できない変異株を多数選抜したが,ヘミン鉄レセプター欠損株はまだ得られていない。Vibrioferrin-鉄レセプター欠損株の作成と併せて,方法論の変更が望ましく,現在鋭意検討中である。1.fur遺伝子のクローニングと解析:腸炎ビブリオWP1株染色体DNAをBamHI-ClaIで完全消化し、この断片をpACYA184のBglII-ClaIサイトに挿入した。大腸菌形質転換体をfurプローブで検索し、腸性クローンを得た。本クローンは大腸菌H1780(fur,fiu::λplacMu53)を機能的に相補したので、サブクローン体を作成し、塩基配列を決定した。その結果、ATGから始まりTAAで終わる149アミノ酸をコードするORFが見つかった。そのアミノ酸レベルでの相同性(identity)はV.vulnificus,V.cholerae,E.coliのFurに対してそれぞれ95.9%,92.0%80.7%であった。2.マンガン耐性株の解析:WP1から10mMMgCl_2含有プレート上で増殖できる耐性株を得、これらにおける鉄獲得系発現の脱制御を調べた。73-kDaビブリオフェリン(VF)-Fe^<3+>レセプターや83-kDaヘミンレセプターの発現並びにVF産生が鉄豊富下でも認められ、耐性株におけるfur遺伝子の変異が示された。3.プロテアーゼ産生に及ぼす倍地鉄濃度の影響:数種の腸炎ビブリオ株について検討した所、いずれも鉄欠乏下に培養するとその産生量が3倍以上に増加した。マンガン耐性株では親株と比較して、鉄豊富下でも約5倍の産生量を示し、プロテアーゼ産生もFurレギュロンに属することが判明した。プロテアーゼは病原因子の一つとして最近特に注目されており、今後さらに検討を加える予定である。4.腸炎ビブリオの由来別VF産生性:患者由来株(n=44,873.8【.+-。】117.4μM/OD)、食品由来株(n=35,423.8【.+-。】64.6)、環境由来株(n=25,378.8【.+-。】37.2)で、有意に(p<0.01)患者由来株がVF高産生性であった。この結果はVF産生性が本菌の腸管定着や病原性発現に関与する因子であることを強く示唆した。5.FURTA法による鉄制御遺伝子の単離:本法により、Fur boxを持つを思われる遺伝子を単離した。
転移性因子を指標とした大型鯨類の種同定法の開発研究

レトロポゾンの一種であるSINE(Short interspersed repetitive element)の配列がゲノム中のオルソロガスなサイトに挿入されているか否かという情報に基づいて鯨目各種間の遺伝的な差違を検出する試みを、フランキングPCR法により行った。その結果、次の科または上科に分類される鯨種にそれぞれ特異的にSINE配列の挿入を示す遺伝子座(括弧内に示す)が単離された:イルカ上科(Mago19)、アマゾンカワイルカ科(Amz11)、アカボウクジラ科(Tuti24,28,35)、マッコウクジラ上科(Spm4,9,13,15,49)、ナガスクジラ科(Hump20,203)。また、それらに加え、マッコウクジラで種特異的にSINE配列挿入を示す遺伝子座(Spm2,10,14)が単離された。以上の遺伝子座を増幅する条件でPCRを行い、SINE配列の挿入を確認することにより、それらの分類群を直接同定することができる。さらに、上記とは独立に単離された23個の遺伝子座(遺伝子座名を省略)は複数の科もしくは上科間でSINE配列を特異的に共有していることが明らかになった。これらの遺伝子座は複数組み合わせでPCRで検出することより、より詳細な科または上科の同定が可能である。以上の結果は、簡便かつ正確な大型鯨類の同定という観点からみてレトロポゾンの適用が極めて有効であることを示唆している。今後、同手法を用いた解析を進めることにより、ざらに種レベルまで同定可能な遺伝子座を同定することが可能になると思われる。本研究の目的は、SINEと呼ばれているレトロポゾンの一種である転移性因子を指標として、鯨類の簡便で確実な種の同定法を確立することである。そのためには或る種からゲノミックライブラリーを作成し、特に特異的なSINEを少なくとも2つ単離できれば、ほぼ確実にその種をDNAレベルで同定することができると考えられ、これまでの研究成果をふまえて、この同定法の開発を試みた。鯨類のゲノムよりまずSINEを単離し、フランキングPCRを行って種特異的に増幅しているようなSINEを単離しなければならないが、これまでにマッコウクジラのSINEを取り出すことに成功し、現在ミンククジラでも同様の実験を行っており、ミンククジラ同定のためのDNAマーカーの単離を試みた。現在、主に市場で流通している鯨肉は(財)日本鯨類研究所が調査捕鯨で捕獲した鯨肉であるが、国内外で不法に捕獲された鯨の生産物も少なくないと思われる。今後も上記の研究を継続することにより、SINEの挿入を指標とした種の同定方を確立し、不法な鯨肉の流通の発見に役立てる必要があると考えている。そのためには或る種からゲノミックライブラリーを作成し、種に特異的なSINEを少なくとも2つ単離できれば、ほぼ確実にその種をDNAレベルで同定することができると考えられ、これまでの研究成果をふまえて、この同定法の開発を試みた。現在、主に市場で流通している鯨肉は(財)日本鯨類研究所が調査抽鯨で捕獲した鯨肉であるが、国内外で不法に捕獲された鯨の生産物も少なくないと思われる。
不斉フォトクロミック分子を利用した円偏光センシング技術の開発

円偏光は;、電場の振動が伝播に伴って円を描く偏光であり、回転の向きによって右円偏光と左円偏光がある。例えば、甲虫の羽の反射光が円偏光を示したり、光合成植物のクロロフィルが光合成の効率向上のために円偏光を利用しているなど、自然の中の様々な領域に円偏光が関与している。しかし現在の技術では、低強度の円偏光の検出・分析は困難です。本研究では;、円偏光を高感度で検出・評価できる新技術として、研究代表者の開発した、非対称な光応答性分子を利用することを研究します。照射する円偏光の向きに対応した光応答性分子の分子構造の変化を検出できれば、新しい円偏光センサー技術の基礎となることが期待されます。
シクロオキシゲナーゼ2インヒビターによる口腔癌の治療に関する実験的研究

ヒト口腔癌の化学予防におけるCyclooxygenase (COX)-2インヒビターの有用性について4-nitroquinoline 1-oxide (4-NQO)によるラット舌発癌モデルを用いた検討を行ない、COX-2の選択的インヒビターであるnimesulideとetodolacが、ラット舌扁平上皮癌およびその前癌病変である上皮異形成のの発生を抑制することを報告してきた。そこで舌癌発生過程におけるCOX-2の役割について明らかにする目的で、4-NQO(25-35ppm)をラットに12週間投与した後、etodolac(150ppmと300ppm)を16週間投与する実験モデルを用い、etodolacによる発癌抑制効果と発生した病変におけるCOX-2とinducible nitric oxide synthase (iNOS)の発現について免疫組織化学的に検討した。その結果、300ppm etodolacは扁平上皮癌の発生を100%から50%へと有意に抑制した。上皮異形成の発生頻度は逆に増加した。また発生した扁平上皮癌の大きさもetodolacにより抑制された。これらの結果より、etodolacは上皮異形成から扁平上皮癌への進展とその増殖を抑制したものと考えられた。さらに、発生した病変においてcox-2とiNOsの発現を免疫組織化学的に検討したところ、扁平上皮癌、上皮異形成いずれにおいてもetodolacによる発現の抑制はみられなかった。以上より、本実験モデルにおいてetodolacによる舌扁平上皮癌の発生抑制は、COX-2の発現抑制ではなく、主にCOX-2の酵素活性を抑制することによるものと考えられた。ヒト口腔癌の化学予防におけるCyclooxygenase (COX)-2インヒビターの有用性についての情報を得る目的で、4-nitroquinoline 1-oxide (4-NQO)によるラット舌発癌モデルを用いた検討を行ない、COX-2インヒビターがラット舌扁平上皮癌の発生を抑制することを報告した。そこで今回、舌癌発生過程にみられる前癌病変である上皮異形成の発生過程とその進展過程におけるCOX-2インヒビターの抑制効果について検討した。6週齢Fischer344雄性ラットに4-NQOを15ppmの濃度で8週間ラットに投与し、その後、選択的COX-2インヒビターであるnimesulideとetodolacをそれぞれ150ppmと300ppmの濃度で16週間投与した。発生した舌病変について発生頻度と個体あたりの数を検討したところ、これらのインヒビターはいずれも扁平上皮癌のみならず、上皮異形成の発生頻度と個体あたりの数を用量依存性に抑制した。一方、上皮過形成の発生頻度と個体あたりの数は逆に増加していた。以上の結果より、4-NQOによるラット舌癌の発生過程において、COX-2インヒビターは上皮過形成から上皮異形成への進展と、上皮異形成から扁平上皮癌への進展過程において抑制的に作用することが明かとなった。さらに、これらの病変の進展過程におけるCOX-2の役割を明らかにする目的でCOX-2インヒビター投与群、非投与群で発生した各病変におけるCOX-2とinduciblenitricoxide synthase (iNOS)の発現についての検討を進めている。ヒト口腔癌の化学予防におけるCyclooxygenase (COX)-2インヒビターの有用性について4-nitroquinoline 1-oxide (4-NQO)によるラット舌発癌モデルを用いた検討を行ない、COX-2の選択的インヒビターであるnimesulideとetodolacが、ラット舌扁平上皮癌およびその前癌病変である上皮異形成の発生を抑制することを報告してきた。

そこで舌癌発生過程におけるCOX-2の役割について明らかにする目的で、4-NQO (25-35ppm)をラットに12週間投与した後、etodolac (150ppmと300ppm)を16週間投与する実験モデルを用い、etodolacによる発癌抑制効果と発生した病変におけるCOX-2とinducible nitric oxide synthase (iNOS)の発現について免疫組織化学的に検討した。その結果、300ppm etodolacは扁平上皮癌の発生を100%から50%へと有意に抑制した。上皮異形成の発生頻度は逆に増加した。また発生した扁平上皮癌の大きさもetodolacにより抑制された。これらの結果より、etodolacは上皮異形成から扁平上皮癌への進展とその増殖を抑制したものと考えられた。さらに、発生した病変においてCOX-2とiNOSの発現を免疫組織化学的に検討したところ、扁平上皮癌、上皮異形成いずれにおいてもetodolacによる発現の抑制はみられなかった。以上より、本実験モデルにおいてetodolacによる舌扁平上皮癌の発生抑制は、COX-2の発現抑制ではなく、主にCOX-2の酵素活性を抑制することによるものと考えられた。
デジタルファントムによる超音波画像診断トレーニングシステム構築のための基礎的検討

1.デジタルファントム画像作成技術を用い、超音波画像検査(US)トレーニングファントム画像上の任意の場所に仮想病変を作成して、USのトレーニングに応用可能とした。また、より実臨床の画像に近づけるために、グレースケールを調整して画像の輝度の変化を表現することも可能であることが示唆された。2.腹部臓器の様々な病態(腫瘍性病変、結石、静脈瘤、腹水貯留、など)を、それらを模した構造をデジタルファントムで表示可能であることがわかった。3. CTやMRの画像を、超音波画像で表示した場合の画像に近い表示に変換可能であることがわかった。4. USガイド経皮的穿刺のトレーニングへの応用の可能性が示唆された。1.当院において、過去に腹部US-CTまたはUS-MRフュージョンイメージングの検査を施行された患者のDICOM画像データを集積し、肝臓のUS画像を定義する音響インピーダンスと、CT画像を定義するX線吸収値、およびMR画像を定義する信号強度を対応させ、US画像をデジタルファントム上でCT画像/MR画像のような画質へ変換する方法、およびCT画像/MR画像をUS画像のような画質へ逆に変換する方法を確立中である。2.臨床で用いられた2次元のUS画像DICOMデータを加工し、デジタルファントム上でCT画像のCT値(グレイスケール)を任意に変更し、臓器内に存在する病変の消去や、仮想病変の付加を行う方法を確立した。さらにUS画像でも同様の方法でエコー輝度の変更、仮想病変の付加を任意に行うことができることを確認した。MR画像でも同様の方法で、信号強度の任意変更による病変の消去や仮想病変の付加が可能かどうかを、次年度以降に検証することを計画している。3.病変を模した構造(肝腫瘍、胆石など)が封入されたUSトレーニング用ファントム(京都科学社製ABDFAN)を用い、USでの3次元画像データ取得を試みたが、画像データのフォーマットが、我々が採用している方法では操作が困難であるため、方針を変更し、トレーニング用ファントムのCT画像データを取得し、これをベースに病変消去、病変付加などの画像操作の実験を行うための準備を進めている。※26年度の進捗でやや遅れていた、USトレーニング用ファントム(京都化学社ABDFAN)のCT画像をベースにした画像処理の実験について:昨年度のCT撮像方法で取得した画像データでは、USトレーニングファントムがCT撮像を前提に作られていないため、CT画像で内部の構造の判別が非常に難しく、画像処理に時間がかかっていたが、27年度はCTの撮像装置、撮像条件を変更することで前年度よりも内部構造の分離同定が容易になり、計画していた実験を進める事ができるようになった。このCT画像データを用い、デジタルファントム画像処理技術により1超音波画像のような画質、2CT画像のような画質、3MR画像のような画質、のいずれも作成可能であることがわかった。現在、画質をより実臨床のものに近づけるための方法を模索している。1.デジタルファントムにおける各種病態の再現:上記1.の技術改善により、デジタルファントム上に任意に仮想病変を作成し、超音波プローブの動きに合わせて正確に同期させることに成功した。これにより、US-CTフュージョンイメージング装置のモニターで、実際のUSトレーニングファントム内に存在しない仮想病変を作成し、病変識別のトレーニングを行うことができる可能性があることを明らかにした。2.腫瘍性病変以外の病態の再現:脂肪肝や慢性肝障害で生じる、臓器のエコーレベルの変化も、デジタルファントム上で再現可能であることが明らかになった。現在、腎や膵など他の腹部臓器で同様の画像処理が可能かどうか、また、その他様々な病態の再現について検証を継続している。3.本研究で得た成果・技術を用いた検証結果を論文で発表した。デジタルファントム上で、血管構造の様に長く連続する索状構造を作成する試みについてはまだ完遂していない。基本は腫瘤状の病変を作成する技術を応用することで可能と考えており、現在研究を進めている。また、画像ガイド下経皮的穿刺治療のトレーニングを目的として、仮想現実空間に任意の穿刺経路を設定し表示する手法についても、上記の血管構造作成の技術を応用する事を考えていたが、同じ理由でまだ完成していない。1.デジタルファントムにおける各種病態の再現:前年度までは実証が完了していなかった、超音波画像検査(US)トレーニングファントム画像上に仮想病変を作成し、任意の場所に腫瘤性病変を表示することが可能になり、USのトレーニングに応用可能であることを確認した。より実臨床の画像に近づけるために、グレースケールを調整してエコー輝度の変化を細かく表現することも可能であることが示唆された。実際の画像と同等にするには、現時点ではピクセルサイズや個々のピクセルの明度をさらに細かく調整する必要があり、現時点ではさらに改善の余地があると考えられる。2.腫瘍性描円以外の病態の再現:上記の方法を応用して、肝以外の腹部臓器の病態(腫瘍性病変、結石、静脈瘤、腹水貯留、など)も、それらを模した構造を表示することが可能であることがわかった。一方で、US画像に特有のアーチファクトの表現は今回の技術のみでの表現は難しく、完全に一致させるにはさらに別の技術も組み入れる必要がある。ただし、簡易トレーニングシステムとしては十分利用可能な画像が作成可能であることがわかった。3.同じく上記の方法を応用し、CT画像のデータをMR画像のように変換したり、逆にMR画像をCT画像のように変換することができることがわかった。4. USガイド下穿刺トレーニングへの応用:デジタルファントム画像上に、仮想の穿刺ラインを描出させることができることがわかった。これにより、適切な穿刺経路の選択のためのドライラボトレーニングへ応用できる可能性が示唆された。

5.腹部領域以外への応用:当初の予定には無かったが、USによる診断、画像ガイド下穿刺の有用性が高い頚部領域の画像データを用いて、同様にデジタルファントム画像によるトレーニングへ応用可能かについて検証を開始し、腹部と同様に甲状腺やリンパ節、血管等を表現することが可能であることがわかった。1.デジタルファントム画像作成技術を用い、超音波画像検査(US)トレーニングファントム画像上の任意の場所に仮想病変を作成して、USのトレーニングに応用可能とした。また、より実臨床の画像に近づけるために、グレースケールを調整して画像の輝度の変化を表現することも可能であることが示唆された。2.腹部臓器の様々な病態(腫瘍性病変、結石、静脈瘤、腹水貯留、など)を、それらを模した構造をデジタルファントムで表示可能であることがわかった。3. CTやMRの画像を、超音波画像で表示した場合の画像に近い表示に変換可能であることがわかった。4. USガイド経皮的穿刺のトレーニングへの応用の可能性が示唆された。病変を模した構造が封入されたUSトレーニング用ファントムのCT画像データをベースに、様々な画像処理の実験を行うための準備をしているが、USトレーニング用ファントムがCT撮像を前提に作られていないため、構造間のコントラスト(グレイスケールの差異)が不良で(かろうじて判別可能な程度)、内部構造の解析(臓器、脈管などの区別)に時間がかかっている。27年度に計画していた、デジタルファントム上での血管病変・血管構造を作成する技術、及び経皮的穿刺トレーニング用の穿刺経路を表示する技術の確立を、可及的速やかに完遂する。作成した技術をUSトレーニングに利用できるかどうかを、実際にUS術者に使用してもらい、有用性を探る。また、初学者が本システムを利用することで、US検査の技術がどのくらい向上するかを検証する。放射線医学現在は、USトレーニング用ファントムのCT画像の内部構造の解析を継続している。この解析を完了後、既に確立したデジタルファントム上での画像のコントラストの任意変更の手法を用いて、次の実験を行う予定である。27年度は研究補助員による画像解析を行う予定だったが、画像解析システムを購入する事で、研究責任者および研究分担者で予定の研究の大部分を遂行した。しかし、研究の進捗が一部予定より遅れたため、購入を検討していた画像解析システムおよびソフトウエアが購入に至らず、次年度に持ち越された。USトレーニング用ファントムの画像処理実験を研究補助員に依頼予定だったが、研究責任者および研究分担者による画像解析が予定より遅れたため、研究補助員への依頼が次年度へずれ込んだ。また、情報収集、成果報告のための学会旅費を計上していたが、実験の進捗が予定より遅れたため、成果報告するデータを得るまでに至らず、成果報告のための出張を行わなかった。現在進行中の画像作成技術の確立を可及的速やかに完了するために必要な機器、ソフトウエアを購入する。
肺胞上皮細胞の発生、分化における血小板受容体ＣＬＥＣ－２の役割の解明

CLEC-2欠損マウスは出生直後に死亡するがその原因は不明であった。本研究ではCLEC-2欠損と肺形成の関連に注目して表現型解析を行った。CLEC-2欠損マウスでは肺胞形成に重要なmyofibroblastの分化や分布に異常があること、さらに血小板特異的CLEC-2欠損マウスを用いて、血小板上のCLEC-2が肺胞形成に重要であることを明らかにした。In vitroでは血小板顆粒内容が肺中皮細胞からmyofibroblastへの分化を促進することも見出した。本研究によって、肺胞形成にはCLEC-2を介した血小板活性化が肺胞形成に必須であることを明らかにした。H24年度は以下の検討を行った。2.マウス肺を可溶化し蛋白電気泳動した後、抗Aquaporin-5抗体でウェスタンブロットし定量する事とした。可溶化後の成体マウス肺抽出物を検討したが、予想される28kDa付近には淡い数個のバンドが認められるのみで、20kDa付近に濃いバンドが得られたため、Aquaporin-5バンドの同定のためラット唾液腺抽出物をpositive controlとして使う事とした。このラット唾液腺抽出物ではAquaporin-5に相当するバンドは25kDa付近に見られ、マウス肺抽出物ではその直上に比較的濃く認められる29kDa付近のバンドであると推測された。3.H23年度の検討でKOマウス肺の拡張不全が示唆されたためP0マウスに経口挿管し一定時間加圧した後肺を摘出、パラフィンブロック化し、加圧に対する組織学的な差異を評価する予定でいた。しかしP0マウスへの経口挿管は気管の損傷や漏れなどが激しく中止した。4.肺胞構造の発生異常の可能性を評価するため、P0のWT仔とKO仔の間にAquporin-5のmRNA発現量の差異をGenechipを用いて解析することとした。CLEC-2 nullマウス(KO)とそのコントロール(WT)とともに、巨核球/血小板系でのみCLEC-2を欠損させたコンディショナルマウス(fl/fl PF4)とそのコントロールマウス(fl/fl WT)の4系統のP0マウス肺を用いて評価することとした。交配の関係で、P0胎仔は4月上旬に得られる見込みとなった。H25年度は以下の検討を行った。1. CLEC-2 KO表現型解析を行った。これまでの検討で、CLEC-2 KOでは肺の形状が異常であり出生後に肺の拡張不全が発生している可能性が示唆されていた。H25年度は胎仔肺を用いた組織学的検討を行った。WTと比較しCLEC-2欠損マウス胎仔にはE17.5から細胞密度の増加を認めた。また肺胞形成にも差を認めた。CLEC-2欠損マウス胎仔は肺胞内腔が狭く、中隔を形成する細胞層が厚い。あるいは肺胞の構造そのものができておらず細胞の密度が非常に高い領域も認めた。しかしI型、II型肺胞上皮のマーカーの発現には大きな差異は認めなかった。2.血小板CLEC-2が肺の正常な発生に重要であるのか検討を行った。CLEC-2は血小板膜上に加え、肝細胞、単球などでの発現が知られている。そこで全てのCLEC-2を欠損させたCLEC-2 KOマウスに加え、血小板巨核球系でのみCLEC-2を欠損させたPF4Creマウス、新たに作成したCLEC-2発現抑制抗体によるCLEC-2ノックダウンマウスで肺の形態異常について解析を行った。その結果、PF4Creマウス、CLEC-2ノックダウンマウス共に異常を認めたことから、胚の発生に重要なのは血小板CLEC-2である可能性が示唆された。3.血小板CLEC-2と接触する可能性のあるpodoplanin(pdpn)発現細胞の同定を、表現型の現れる前であるE16.5胎仔肺を使用して検討した。pdpnは肺胞上皮細胞に発現が認められるが、肺胞上皮に近接した血小板は凝集しているように大きな塊として染色された。血小板活性化を見れないか、JON/A(activated integrin αIIbβIII抗体)、P-selectin抗体、リン酸化Syk抗体などで組織染色を行ったが、確認できなかった。我々が血小板膜上に初めて同定した新規血小板活性化受容体CLEC-2がマウス肺発生に関わる可能性について、平成23年度は以下の検討を行った。1.E19.5で帝王切開により摘出した胎仔(仔)の体重は、WT仔4匹、KO3匹で有意差は見られなかった。2.呼吸運動を観察した。

出生直後では、WT仔4匹中3匹で呼吸運動が見られ、20分まで観察可能であった。摘出した肺はいずれもパラホルムアルデヒド溶液(固定液)に浮かんだ。KO仔では3匹中2匹で認められず、1匹には呼吸様運動が見られたが摘出肺は3匹とも固定液に沈降した。このことからWT仔では有効な換気が行われたが、KO仔では行われなかったと思われた。3.固定肺の組織学的検討では、HE染色ではWT仔肺に拡張した気腔構造が認められるが、KO仔肺では進展が不十分な厚い胞隔が目立った。免疫染色ではKO仔の肺内リンパ管(lyve1染色)内には血球が存在し、CLEC-2欠損マウスの特徴である血管リンパ管分離異常による影響が肺内にも認められた。I型肺胞上皮細胞マーカーのAqp-5を免疫染色したが、陽性細胞は、WTと比べKOで若干少ない傾向が認められた(未定量)。今年度の検討から、CLEC-2欠損マウスでは呼吸運動があるにもかかわらず出生仔の肺の拡張が起きていない可能性が示唆された。CLEC-2欠損マウスは出生後直ちに死亡するが、胎盤を介した呼吸から出生後の肺呼吸への切り替えに問題が生じている可能性がある。CLEC-2のリガンドであるpodoplianinの欠損マウスではI型肺胞上皮の低形成が報告されており、血小板CLEC-2欠損マウスでも同様の異常が生じている可能性があり、さらに検討を重ねたい。これまで血小板が肺の発生に関わるという報告は無く、血小板の新たな役割の発見に繋がる可能性が高い。H26年度は以下の検討を行った1. CLEC-2欠損マウス肺のより詳細な表現型解析を行った。CLEC-2欠損マウスはE17.5以降肺胞内腔がWTに比べて狭く、また肺胞中隔が厚いことをH25年度に報告している。より詳細な表現型解析を行ったところ、WTでは肺胞中隔内にαSMA陽性のmyofibroblastが多数観察されたが、KOではほとんど見られないことが判明した。また、肺胞中隔の構造維持に重要とされるElastinやCollagenの繊維がWTでは明瞭に観察されるものの、KOではほとんど見られないこともわかった。MyofibroblastがエラスチンなどのECM形成に重要との報告があることから、CLEC-2欠損による肺胞形成異常は肺胞中隔内のmyofibroblast欠損に起因するECM分布異常である可能性が示唆された。2.肺胞形成に対する血小板活性化の影響を解析した。前述の通りCLEC-2欠損マウス肺では肺胞中隔のmyofibroblastが欠損するが、その由来は肺表面の中皮細胞と考えられている。そこでラット肺中皮由来の培養細胞を用いて、血小板活性化によって放出される顆粒内容がmyofibroblastへの分化を促進するか検討した。分化マーカーであるαSMAの発現上昇と中皮から間充織への転換を示すE-cadherin発現低下及び、N-cadherin発現上昇を認めた。これらの結果から血小板活性化が中皮細胞のmyofibroblastへの分化を促進することが明らかとなった。3. CLEC-2Fcリコンビナント蛋白をCLEC-2欠損ヘテロマウス母体へ投与し、肺胞形成に影響するか調査したが、コントロールと比べても顕著な違いはなかった。リコンビナント蛋白が胎盤を通過したかどうかについてFcを検出することで確認したが明瞭なシグナルが得られなかった。投与量が少ないか、胎盤通過に障害がある可能性があり、今後の課題とした。血小板生物学
神経シナプス内グルタミン酸計測のためのin situナノセンサーの開発

本研究では、ナノメートルスケールのグルタミン酸センサー構築のための基礎検討を目的としている。当初は、酵素グルタミン酸オキシダーゼに基づくセンサー設計を予定していたが、入手可能なグルタミン酸オキシダーゼにはグルタミナーゼが混入しており、脳内に高濃度に存在するグルタミンとの識別が困難であることが判明した。そこで感応素子としては、酵素に比べてより高感度かつ高速応答が見込めるグルタミン酸レセプターチャネルを用いることにした。昨年度は、感応素子のグルタミン酸レセプターのマトリクスとなる平面脂質二分子膜のナノ空間への作製とその安定化を行ったが、平成20年度は、実際に、ラット脳より抽出したグルタミン酸レセプターを膜中に包埋し、そのチャネル応答の記録を試みた。半導体微細加工技術を用いて作製したナノスケールの孔や、ポーラスアルミナナノ構造体中で脂質二分子膜の形成を行い、その中に抽出したグルタミン酸レセプターチャネルを包埋した。この膜のグルタミン酸応答を評価したところ、活性は見られたものの他のチャネルタンパクが混在しており、純度を高めるためのさらなる精製が必要であることが分かった。現在、その精製法について検討中である。また、安定化脂質二分子膜作成の基礎知見を得るために、表面赤外分光を用いた分光学的検討も行い、多重内部反射型赤外分光法(MIR-IRAS)を用いて、シリコン基板上のアガロース支持二分子膜を観察し、脂質溶液から自発的に脂質二分子膜が形成していく過程を、標識を用いることなくその場観察することに成功した(投稿中)。その他、シリコン基板表面上における種々の生体分子反応(DNAのハイブリダイゼーション、抗原抗体反応、細胞死)をMIR-IRASを用いて非標識でその場観察することに成功した。本研究では,シナプス内グルタミン酸計測のためのナノメートルスケールのグルタミシ酸センサーの設計のための基礎検討を行う。当初は、酵素グルタミン酸オキシダーゼを感応素子に用いたセンサーの設計を予定していたが、入手可能なグルタミン酸オキシダーゼには、他の酵素であるグルタミナーゼが混入しており、この酵素では、脳内に数100μMもの高濃度で存在しているグルタミンとの識別が困難であることが判明した。そこで、感応素子としては、レセプタータンパク質であるグルタミン酸レセプターを用いることにした。本年度は、感応素子であるグルタミン酸レセプターを包埋するためのマトリクスとなる平面脂質二分子膜の、ナノ空間への作製とその安定化を行った。窒化膜付シリコン基板を用いて、異方性エッチングとウェットエッチングからなる半導体微細加工技術を用いてナノスケールの孔を作製し、その中での脂質二分子膜の形成を行った。また、ポーラスナノ構造体を作成し、その中での脂質二分子膜の形成についても検討を行っている。また,安定化脂質二分子膜作成の基礎知見を得るために,表面赤外分光を用いた分光学的検討も行なった.本研究室のもつ多重内部反射型赤外分光法(MIR-IRAS)を用いて,シリコン基板上にアガロース支持二分子膜が形成していく過程を観察し,脂質溶液から自発的に脂質二分子膜が形成していく過程を,標識を用いることなくその場観察することに成功した(投稿準備中)その他,シリコン基板表面上における種々の生体分子反応(DNAのハイブリダイゼーション,抗原抗体反応,細胞死)をMIR-IRASを用いて非標識でその場観察することに成功した.本研究では、ナノメートルスケールのグルタミン酸センサー構築のための基礎検討を目的としている。
強度変調原体照射中の同時４次元ＣＴ撮影法と腫瘍位置検出システムの開発

本研究では、「強度変調原体照射法」(VMAT)治療中にキロボルトエックス線投影像から呼吸情報を取得し、呼吸位相毎に再構成を行う「4次元同時kV-CBCT」を開発した。この4次元同時kV-CBCTを用いて、治療中の腫瘍の呼吸性移動の定量化を世界で初めて実現し、治療計画時に設定された腫瘍の呼吸性移動を考慮した照射マージンの検討を行った。また、VMAT治療ビームによる画像再構成(VMAT-CBCT)の再構成法の開発とその4次元化を行った(4D VMAT-CBCT)。4D VMAT-CBCTにより、治療中の腫瘍の位置、移動が可視化された。本研究では、この手法を用いて、臓器移動を伴う前立腺癌患者や腫瘍の呼吸性移動を伴う肺癌患者に対して、どの程度の精度を保証できるか、臨床的実証研究を行い、適正に強度変調放射線治療が施行できることを示すことを目的とした。肺定位放射線治療において、VMAT中に撮影された4次元コーンビームCT(4D-CBCT)を用いた、治療中の腫瘍の動きの検証や、実際の投与線量分布の再構成等、より高精度な放射線治療に向けた検証システムの確立を目指す。4D-CTの各位相で照射されるべきビームをインバースプランニングにより最適化し、位相に同期して照射するという治療法は、すでに準備段階を終えており、ここ数年内での実用化が期待される。こうした治療法は複雑であるがゆえに、治療ごとの検証システムを確立しておくことが、安全で確実な治療を提供する上できわめて大事である。昨年度までに、我々は、「強度変調原体照射法」(VMAT)と治療中にkVコーンビームCT (kV-CBCT)を撮影する「同時kV-CBCT撮影」を合体させた"VMAT+同時kV-CBCT“の手法をさらに発展させ、同時kV-CBCTを呼吸位相毎に再構成した「4次元同時kV-CBCT」を開発した。この技術により、VMAT中の腫瘍と隣接臓器の運動の映像化と定量化が可能となる。本年度は、この4次元同時kV-CBCTを用いて、治療中の腫瘍の動きの定量的な統計解析を行い、治療計画時に設定された、腫瘍の呼吸性移動を考慮した照射マージンが適切に設定されているかどうかを検証した。VMATによる肺定位放射線治療を行った15人の肺がん患者に対して、統計的解析を行った。また、この4次元同時kV-CBCTと治療中の放射線治療装置の動作記録を組み合わせて、呼吸位相毎に実際に処方された線量分布を取得し、それらを重ね合わせることによる、治療中4次元線量分布を世界で初めて取得することに成功した。これにより、呼吸性移動が線量分布に与える影響を定量的に評価することが可能となった。この技術は、確認された線量の過不足を、次回の照射日において補填する、適応型放射線治療に繋がると考えられる。ただ、kV-CBCTは、治療計画に用いられるFan-Beam CTに比べ、散乱線により画質が劣化しているため、より高精度な線量計算を行うためには、画質の改善の余地がある。一方、同時kV-CBCTは、治療ビームの照射を伴わない通常のkV-CBCTと基本的には画質が変わらないことが分かっている。従って、通常のkV-CBCTの画質向上を図ることで、同時kV-CBCTの画質も向上し、より高精度な線量計算が可能な、同時kV-CBCT画像を取得できると考えられる。そこで、kV-CBCTの画質改善に向けて、X線検出における統計雑音を抑制する逐次近似再構成法と被写体による散乱線の補正を組み合わせることにより、3次元kV-CBCTの画質改善を行った。原体照射法を発展させた「強度変調原体照射法」(VMAT)と治療中にkVコーンビームCT(CBCT)を撮影する「同時CBCT撮影」を合体させた"VMAT+同時CT“の手法をさらに発展させ、同時CTを呼吸位相毎に再構成した「4次元同時CBCT」を開発した。また、肺がんなどにおける腫瘍や臓器の運動に対応した“VMAT+4次元同時CBCT"の治療技法を確立した。これによって、高精度の強度変調放射線治療と治療中の腫瘍の運動の再現を4分程度の間に完遂することができるようになった。来年度以降に予定する統計的解析のための準備を行った。また、逐次近似法などを用いて、3次元および4次元の同時CBCTの画質向上を行った。とくに、プロジェクション画像の枚数が制限させる4次元同時CBCTでの有用性を確認した。このことによって、患者セットアップに4次元CBCTを応用できることを確認した。さらに、強度変調原体照射の治療ビームによるMVCT(VMAT-CT)の再構成法の開発と4次元化を行った。

治療ビームは腫瘍形状に合わせてコリメータによって部分的に削られるため、VMAT-CTの作成は単純ではないが、治療ビームによる2次元ポータル画像を同時に取得されるkV投影像を使ってソートすることで、4D VMAT-CTを作成した。これによって、臓器の運動によって変化する照射容積を定量化することが可能となった。さらに、4D VMAT-CTの臨床応用に際しての予備的検討を行った。これらの研究成果を国内・国際学会で発表するとともに、英文論文の投稿を行った。VMT中に診断用のkVコーンビームと同時に治療ビームによる投影画像から呼吸波形を取得し、kV4D-CBCTと同様に、位相ごとの再構成画像を得ることも可能であることを示すことができた(VMAT4D-CT)。この治療ビームによる再構成画像から、照射野と腫瘍の相対位置関係を直接把握でき、それぞれの呼吸位相において腫瘍が照射野内に入っていたことをより精度よく簡便に確認することが可能となった。原体照射を基盤としたVMATであるため、ガントリー角度間での照射野内の情報量の欠陥が最小限にとどまり、治療ビームでも再構成に成功する。このVMAT 4D-CTは、治療中の腫瘍の動きのモニタリングを治療ビームそのもので行うことができ、kV CBCTによる余計な被曝を低減できる可能性を示唆している。また、治療中に取得されたガントリー角、MLCとJAWの配置、線量率の情報とCBCTにより、実際の線量分布の評価も行った。このような治療中の検証は、動きを伴う場合には特に重要であることが明確になった。25年度が最終年度であるため、記入しない。肺腫瘍など臓器移動が問題となる悪性腫瘍の放射線治療において、強度変調原体照射と治療中の4次元同時CTの撮像の手法を世界で初めて確立した。これにより、強度変調原体照射中の腫瘍の運動範囲を定量的に再現することが可能となった。これは、治療計画が実際の高精度治療において再現されたか否かの“答え"に当たるものと言える。しかも、強度変調原体照射と治療中の4次元同時CTの取得に要する時間はわずか4分程度であり、患者への負担軽減にも大きく寄与する。肺がんにおいては、自由呼吸下で、時間軸を含めた4次元インバースプランニングによる呼吸位相に同期した放射線治療を行うことが理想である。各位相で計算された線量分布を基準となるCTにマッピングした後、全位相の線量を積算する手法を用いて、4D-CTの各位相で照射されるべきビームをインバースプランニングにより最適化し、位相に同期して照射する。この治療法は、すでに準備段階を終えており、ここ数年内での実用化が期待される。こうした治療法は複雑であるがゆえに、上記のような検証システムを確立しておくことが、安全で確実な治療を提供する上できわめて大事である。また、肺がんに限らず、治療ごとに実際に投与された線量分布を積算することにより、adaptive radiation therapy(経時的線量最適化放射線治療)への道が切り開かれて行くと考えられる。今後は、adaptive radiation therapyに向けて、日々変化する臓器の画像を変形させて重ね合わせるアルゴリズム(image registration)の開発とそれを可能にするCBCTの画質改善に続けて取り組んでいく予定である。治療計画で設定したターゲットに対する治療中の実際の腫瘍位置の偏位量を定量化する手法を開発する。
MeV級二次放射線を予測するための核蒸発過程の直接観測

本年度は測定器の作成と、蒸発モデルの改良点の明確化を行った。本研究の実験においては、励起核から放出される荷電粒子の電荷・質量識別とエネルギー測定を行うため、厚みの異なるプラスチックシンチレータ2枚を使用する。しかも、本実験の条件で放出される荷電粒子のエネルギーは数MeV程度であるため、真空槽のステンレスは貫通できない。一方、通常シンチレータからの信号増幅に使われる光電子増倍管は、内部に数千ボルトの高電圧をかけることで信号を増幅するため、真空に保たれる真空槽の内側では内部で放電を起こす恐れがあった。そこで代替技術を検討したところ、シンチレータから放出される光子を高感度の半導体センサにより直接カウントするマルチピクセルフォトンカウンターが適用可能であることを明らかにし、適切な増幅率や感度のものをプラスチックシンチレータに接続した。既に真空槽内に設置されている他の検出器と合わせて、検出器やその信号増幅器は全て揃ったことになる。また、本研究で改良予定の蒸発モデル(GEM)に関して、二次粒子放出後に残る残留核の量を測定した文献値があり、これとの比較によるとGEMはα粒子の放出が過剰で、中性子放出が過度に抑制されているという、申請時の指摘を支持する結果が得られた。これについて、近年革新的研究開発推進プログラムImPACTで行われた改良(1、粒子放出強度を決める逆反応断面積を、光学モデルによって計算したより正確な値で置き換える。2、準位密度をBack-shifted Fermiガスモデルにし、従来低エネルギーで使われていた定温模型を除く)が質量数100前後の中重核で有効なことを発見したことで、これを重核にも拡張することで中性子に加えて荷電粒子の収量計算値を高精度化できる見込みが立った。理論研究は、近年の統計崩壊モデルに関する研究が予想以上に本研究の参考になったため、大きく突破口が開けた。一方実験については、フランス共和国原子力庁CEA(Le commissariat a l'energie atomique)に留学することとなったため、ビームを使っての実験は帰国後に実施することとし、ビームタイムの取得を控える一方検出器の準備に専念した。2019年度は留学中のため、原子力機構タンデム加速器における実験は2020年度に持ち越し、代わりに理論研究部分を推進する。特に、蒸発モデルの中で使われている逆反応断面積や準位密度の選択が重核の蒸発反応に与える影響の調査や、統計マルチフラグメンテーションモデルが蒸発モデルをどの程度補正するかについて調査する予定である。実験については、原子力機構タンデム加速器における課題申請はすでに通っているため、2020年度に金ターゲット薄膜の作成とビームタイムの取得を行い、金ターゲットへの炭素入射実験を実施する。その結果に応じて、エネルギーやターゲットを変えた系統的な測定を進める。

その結果に応じて、エネルギーやターゲットを変えた系統的な測定を進める。2018年度は留学のため、原子力機構タンデム加速器における実験を見送ったため、実験のための物品費は執行を見送った。また、予定していた学会への参加も留学のため見送ったので、出張旅費も執行していない。実験に使用する予算は、2020年度に実験を開始するのに合わせて執行する予定である。また、学会の参加は、帰国前後から原子核反応や放射線挙動に関する開催予定の学会を調べ、検討を進める。