hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
極低温原子集団を用いた量子原子光学の新規開拓

リポンプ光遷移として3P2-3D2遷移の飽和分光を試みたが、市販品のホローカソードランプではバッファガスのネオン原子との速度変化衝突によってラムディップが観測できないことが明らかになった。そこで、バッファガスを3.5Torrにまで減圧した特注のホローカソードランプを用意して飽和分光を試みたところ、周波数安定化に十分な信号対雑音比でラムディップの微分信号を観測することができた。ストロンチウムのレーザー冷却を簡便に行うための光源システムおよび原子オーブンの開発を行った。レーザー冷却に必要なリポンプ光レーザーの周波数安定化のためには、準安定状態(3P2)にあるストロンチウム原子を生成する必要がある。その手法としてホローカソードランプに着目し、ホローカソードランプ内のバッファーガスの種類および圧力を自由に制御できる真空システムを構築した。速度変化衝突の影響を抑えるためには、バッファガスの圧力は1 Torr程度にまで低くするべきであるが、バッファーガスがネオンの場合、3 Torr以下では放電が起きなかった(用いたホローカソードの形状は、内径3 mm、長さ20 mm)。バッファーガスがアルゴンの場合、2 Torr以下でも放電は起きたが、所望する準安定状態の原子が観測できなかった。バッファーガスがキセノンの場合、1 Torr付近でも放電は起きるが、十分な光学密度が得られず、またキセノンの熱伝導率がネオンやアルゴンに比べに著しく低いため、ホローカソードの温度が上昇し、安定な放電が得られないことがわかった。そこで、ネオンとキセノンの混合ガスを用いたところ、その比率が9:1のとき、つまり10%だけキセノンをまぜたネオンをバッファガスとした場合に、全圧1.5 Torrで高い光学密度(約20%)を得ることがわかった。ストロンチウムのレーザー冷却のための簡便な原子オーブンの開発も行った。オーブン本体の容積は5ccで、真空装置内でタンタルワイヤーによって加熱する形状とした。ビームの指向性を上げるため。射出口にはステンレスハニカム(長さ10mm、内径φ0.3mm×130本)を用いた。またオーブン全体を鏡面研磨したステンレスカップで熱シールドした。その結果、僅か17Wの消費電力で、レーザー冷却に必要な原子ビーム強度が得られる温度(約450°C)を達成した。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定していたRb87原子では、2体衝突の影響から原子のコヒーレンス時間が制限され、量子原子光学の研究に最適ではないことが判明した。そして、量子原子光学に適切な原子種として、ストロンチウム原子を選択し、新たな光学システムを立ち上げる必要が生じたため、研究に遅れが生じた。量子エレクトロニクスストロンチウム原子のレーザー冷却システムを早急に立ち上げる。初段のレーザー冷却(461nm)およびリポンプ光の準備は、ほぼ完了した。今後は、2段階目のスピン禁制遷移(689nm)を用いたレーザー冷却のための光源システムを構築する。レーザー線幅を1kHz以下まで狭窄化する技術として、通常の光共振器を用いずに、原子コヒーレンスを用いる手法を試みる。
羊膜を用いたハイブリッド型人工血管、血管形成用パッチの開発

肺動脈および右室流出路再建の代用素材として、材料強度の問題、耐用性の検討を行った。右室流出路はexpanded polytetrafluoroethylene(ePTFE)人工血管(ePTFE弁付)によるハイブリッド再建を行った。この検討では、肺血流は良好に保たれることが判明した。右室流出路に使用したePTFE弁は良好な機能を示した。羊膜ハイブリッド型人工血管の作成の基礎モデルとしての新鮮自己心膜は肺動脈、体静脈として生体適合性が良好で成長の可能性のある素材として有用性が示唆された。また羊膜と同等の薄さと強度を持つePTFE膜の肺動脈弁は右室流出路パッチに生体と同等のValsalva洞を作成することにより良好な弁機能を示すことが判明した。現在、臨床にて使用している自己心膜ロールおよび自己心膜パッチによる肺動脈形成の結果を検討した。また、ハイブリッド型人工血管の作成の基礎モデルとしてのexpanded polytetrafluoroethyleneの肺動脈壁、静脈壁としての有効性について検討した。その結果、自己心膜ロール、自己心膜パッチ壁の著明な壁肥厚と壁の過伸展を認め、強度の問題が示唆された。またハイブリッド型人工血管を材料強度保持の観点から使用予定としていた吸収性合成繊維メッシュが入手困難であり、吸収性合成繊維自体が壁硬化を助長する可能性が示唆された。これらの検討により羊膜を血管として補強する材料としては、吸収性合成繊維は不適当である可能性が示唆された。一方、expanded polytetrafluoroethylene自体には成長性はないものの、強度的には充分肺動脈、体静脈として使用できる素材であり、生体適合性も良好なため、羊膜補強材料としては適切な素材と考えられた。また、expanded polytetrafluoroethylene血管内壁として使用した場合には軽度の擬性内膜の増殖、血管内腔の狭小化、隣接する自己肺動脈壁の肥厚を認めた。このため、expanded polytetrafluoroethyleneを血管内壁に使用することは不適当であることが示唆された。羊膜を内壁に用い、外壁補強素材としてexpanded polytetrafluoroethyleneを使用することが適切と考えられた。姑息的右室流出路形成術では心膜をロール状に形成し、肺動脈indexが正常よりも大きめである250300mm^2/m^2BSAを目標とした。左右肺動脈をY字状に形成することを主眼においた。右室流出路はexpanded polytetrafluoroethylene人工血管(expanded polytetrafluoroethylene弁付)によるハイブリッド再建を行った。しかし人工血管により調節されることにより心膜ロールが拡大(瘤化)する例が認められた。また心膜壁の肥厚も認められたが、狭窄を生じる例はなかった。また血栓塞栓症を生じた例も認めなかった。右室流出路に使用したexpanded polytetrafluoroethylene弁は良好な機能を示した。ハイブリッド型人工血管の作成の基礎モデルとしてのexpanded polytetrafluoroethyleneの肺動脈壁、静脈壁としての有効性についてであるが、血流量が充分でない場合や、周囲組織からの圧迫を受けた部位では遠隔に内膜増殖、内腔への突出による血管径狭窄が生じることが判明した。以上の結果よりexpanded polytetrafluoroethylene血管内壁として使用した場合には軽度の擬性内膜の増殖、血管内腔の狭小化を認めるものの、大部分では良好な結果を得たことから、血管形成素材として有用であることが示唆された。心膜、expanded polytetrafluoroethyleneの結果から、肺動脈に使用するためこは羊膜自体の強度的問題がまだ解決できないことが考えられた。また羊膜をロール状にして使用するには問題も残された。
液体金属を用いて揚水発電のような電力供給の時間変動や日変動を緩和させる楊液体金属発電の原理実証とエネルギー収支の評価を行うことを目的とする。液体金属は比重が大きいため、揚水発電よりも小型化が可能で、直接電気出力が取り出せるためタービンが必要なくゼロ出力からの立ち上がりが早いため工場等の大電力を消費する設備の停電対策としての活用も可能である。使用する液体金属は安価で低融点(231°C)の液化錫で実用性は高い。本研究ではこれまで高温ガスプラズマで行われてきたMHD発電に乱流起電力の効果を加えて電力取り出しの高効率化を実現するとともにエネルギー収支を検討して実用化への見通しを得る液体金属を用いて揚水発電のような電力供給の時間変動や日変動を緩和させる楊液体金属発電の原理実証とエネルギー収支の評価を行うことを目的とする。本研究ではこれまで高温ガスプラズマで行われてきたMHD発電に乱流起電力の効果を加えて電力取り出しの高効率化を実現するとともにエネルギー収支を検討して実用化への見通しを得る
高輝度真空紫外光源の開発と固体表面層の原子間結合制御への適用

光励起プロセスでは、光解離過程の波長依存性によって初期発生ラジカルに選択性が得られ、プロセスの制御性が高められる可能性がある。しかし、現在残されている大きな問題点に次の二つがある。(1)実用的な短波長、高輝度、大口径光源の開発。(2)実際のプロセス条件下で、気相でのラジカル選択生成の特長がそのまま保持されて、表面での反応に反映されているか否かの直接的な検証。本研究では、これらの問題に対して次のような具体的な取り組みを行っている。まず光源として、マイクロ波放電励起による口径100mmの面発型真空紫外光源を開発した。この光源はXe/He混合ガス、Hg/Ar混合ガスを用いることによって、それぞれ波長147nm、185nmの真空紫外光源として動作させることができる。その特性を調べるため、シラン系ガス(SiH_4,Si_2H_6)の光分解によって水素化非晶質シリコン(aーSi:H)を化学気相堆積させ、励起波長と原料ガスの種々の組み合わせで堆積速度や膜物性の評価を行った。その結果、147nmとSi_2H_6の組み合わせでは最高5nm/minの堆積速度が得られ、実用性が証明された。また膜の電気的、光学的特性も組み合わせによって差異が見られ、特に上記の場合が膜中の水素結合形態も良好で、欠陥密度も少ないことがわかった。このような膜物性の違いを生ずる原因を明らかにするため、種々のレ-ザ-分光法を駆使して、光解離で生成されたSiH_2やSiH_3などのラジカルをin situ計測し、プロセスの外的条件(装置寸法、ガス圧、ガス流量など)との関連を調べている。また、その結果を反応系の計算機シミュレ-ションと比較して検討している。
日本の公共工事発注制度の効率性に関する研究

平成15年度の調査・研究を通じて、公共工事の発注・入札制度は、自治体ごとに大きな相違が存在すること、発注・入札制度の相違は、入札率などの入札結果に相違をもたらすこと、発注・入札制度の相違をもたらす要因として自治体首長の経歴や議会構成などのガバナンス要因が統計的に有意な影響を与えていることが計量経済学的な実証分析を通じて明らかにされた。本年度はこの結果を踏まえて、いくつかの地方自治体の公共工事入札に関するマイクロデータを用いることによって、オークション理論や実験経済学によって示唆される理論的予想と現実の入札結果の関係についてより詳細な計量経済学的な実証分析を行うとともに、米国への調査研究によって、マイクロデータから談合の存在を推定する方法に関するヒアリング調査を行った。その結果、一般競争入札の導入や電子入札の導入は落札率を引き下げる効果が存在することが確認されたが、地方自治体によってその効果はまちまちであり、オークション理論や実験経済学によるシュミレーションの結果と整合的な入札結果となっている自治体が存在する一方で、理論的予測とは異なるパフォーマンスを示しており、談合の存在を推定させる自治体も存在していることが確認された。こうした相違は地方自治体のガバナンスと関係があることから、形式的な制度導入のみでは効率的な入札結果は実現できないことが確認された。これらの得られた結果は投稿中あるいは投稿準備中であり、来年度以降に公表される予定である。平成14年度は、平成16年度までの研究期間の初年度に当たるため、わが国の公共工事発注制度の効率性に関する予備的な調査と研究を行った。まず、わが国において行われている公共工事発注制度の現状についてヒアリング調査するとともに、ドイツ連邦共和国に調査に赴き、ドイツ連邦およびEUにおける公共工事発注制度の概要を調査した。その結果、日本の公共工事の発注制度は明治政府が欧州諸国の制度にならって導入したにもかかわらず、その後の歴史的な経緯の中で日本の制度と欧米の制度の中に大きな相違点が発生したことが確認された。そのような相違がどのような歴史的な背景と根拠の下に発生したのか、効率性の観点からどのような評価がなされるのかを検討することは次年度以降の課題であろう。今年度は、このような制度的な相違点の調査と平行して、建設産業に関して産業組織論の立場から基礎的な計量経済学的な分析を行った。その結果、建設産業は製造業と比べて、生産性、価格、特許取得などの点で効率性が低いことが明らかになった。また、経営者への動機付けという観点でも、建設業のように公務員からの天下りの役員が多い企業では、報酬を通じた動機付けが十分になされていないことが明らかにされた。また、経済環境の変化にもかかわらず、合併・買収などの組織の再編が進まないのも現行の入札制度に問題があり、それが産業の効率性を低下させている可能性があることも示された。これらの成果をふまえて、来年度以降はより詳細な分析を行う予定である。本年度も、昨年度に引き続きわが国の公共工事発注制度の現状についてヒアリング調査を実施するとともに、英国に調査に赴き、英国において1990年代以降に行った公共調達制度の改革とその成果について、とりわけわけ近年わが国においても導入が進んでいるPFI/PPP制度について実態調査を行った。さらに、情報公開法に基づく情報開示制度を利用して、自治体の公共工事の入札データを収集し、公共工事の落札率の相違がどのような制度的な相違によってもたらされているのかについて計量経済学的な分析を行った。その結果、入札制度のみならず自治体の首長の経歴や議会構成も入札率に対して有意な影響を与えていることが明らかとなった。すなわち、入札制度として一般競争入札の予定価格・設計価格の事前公表制度を導入している自治体の落札率は統計的に有意に低くなってい一方で、自治体の首長が議員出身であり、議会における自民党議員の割合が高いほど落札率が高くなるという結果を得た。このことは、単なる入札制度の改革のみでは落札率の改善は得られず、首長や議会の取り組みが重要であることを示していると考えられる。
クモ類の視覚行動と学習の神経生理学的・行動学的研究

1.昼夜行性のコガネグモの眼には感度の高い視細胞と感度の低い視細胞が存在し、感度の高い視細胞は恒常暗黒化で感度のサーカディアンリズムを示す。今回、夜行性のオニグモと昼行性のハエトリグモの眼の感度のサーカディアンリズムを調べた。その結果、オニグモの眼には感度の高い視細胞が主に存在し恒常暗黒下で顕著な感度のサーカディアンリズムを示す事及び、ハエトリグモの眼には感度の低い視細胞が主に存在し感度のサーカディアンリズムを示さない事が明らかになった。コガネグモの感度の高い視細胞と感度の低い視細胞はそれぞれ、オニグモとハエトリグモの視細胞に対応していると考えられる。2.コガネグモの眼の感度を調節する機能を持つ視神経遠心性ニューロンのインパルス放電頻度は脳光照射期間中増加する。今回、オニグモの脳と視神経からなる分離標本の視神経から遠心性のインパルス放電を記録して調べた結果、オニグモの遠心性のインパルス放電は、コガネグモの場合とは逆に脳を光照射すると抑制された。また、ハエトリグモの視神経には遠心性ニューロンが存在しない可能性が高い。3.コガネグモは、眼に提示した点光源に対し暗黒背景下では負の走光性を、また明るい背景下では正の走光性を示す。今回オニグモとコガネグモの走光性を調べた結果、オニグモは明暗何れの背景下でも負の走光性を、またハエトリグモは明暗何れの背景下でも正の走光性を示す事が明らかになった。4.夜行性のオニグモは負の走光性を示すが、12時間明12時間暗の明期終了後、一時的に顕著な正の走光性を示す事が明らかになった。オニグモの遠心性ニューロンの活動はこの時間帯に著しく増加すると考えられる事から、オニグモにおいてもコガネグモの場合と同様に、遠心性ニューロンの活動がクモの走光性に関与している可能性を示唆している。1.コガネグモの4対の眼(前中眼、前側眼、後中眼および後側眼)の視細胞の応答は、視神経を介した遠心性ニューロンの情報により調節を受けており、恒常暗黒下では感度のサーカディアンリズムを示す。昼夜間期の視細胞の応答特性を暗順応した前側眼の受容器電位を記録して調べた結果、夜間期には視細胞の感度は上昇するが、周波数特性が悪くなる事、また、昼間期には感度は下がるが周波数特性が良くなる事が明らかになった。この結果は、視細胞は夜には弱い光の受容に、また昼には光強度変化の受容に適合した状態に変化している事を示している。この昼夜の光環境に対応した視細胞の応答特性の変化には、電位依存性イオンチャネルの関与が考えられる。また、ERG応答を指標に遠心性ニューロンの活動変化を調べた結果、遠心性ニューロンは光感覚系からの入力に加え、他の感覚系からの入力も受けている事が示唆された。2.昼夜にわたって活動するコガネグモは、眼に定常的に提示した点光源に対し暗黒背景下では負の走光性を、また明るい背景下では正の走光性を示す(Yamashita and Tuji,1987)。今回、背中を固定し肢にY型迷路球を持たせた、昼行性のハエトリグモおよび夜行性のオニグモを用いて走光性を調べた。その結果、ハエトリグモは明暗何れの背景下でも正の走光性を、またオニグモは明暗何れの背景下でも負の走光性を示す事が明らかになった。

これらの結果は、クモ類の走光性がクモの活動時の光環境と密接な関係を持つことを示唆している。昼夜行性のコガネグモでは、脳内光感受性細胞の活動が増加する条件下(脳局所照明時、明背景下等)では、眼に提示した点光源に対し正の走光性を示す事から、脳内光感受性細胞が明暗に伴うクモの行動変化を制御している事が考えられる。1.昼夜にわたって活動するコガネグモの4対の眼(前中眼、前側眼、後中眼および後側眼)の視細胞の応答は、視神経を介した遠心性ニューロンの情報により調節を受けており、恒常暗黒下では感度のサーカディアンリズムを示す。今回、夜行性のオニグモも、コガネグモ同様の感度のサーカディアンリズムを示す事を見いだした。脳-視神経または脳-視神経-眼からなるオニグモの分離標本の視神経から遠心性の活動電位を記録し調べた結果、オニグモの視神経遠心性ニューロンの活動は、脳光照射により抑制される事が明らかになった。この結果は、オニグモの脳内にも光感受性のニューロンが存在する事を示しているが、コガネグモでは遠心性活動が脳光照射に伴い増加するのと比べ極めて対照的である。さらに、オニグモの視神経遠心性活動は照光照射中抑制され、光照射終了後に一時的に増加する事が明らかになった。この結果はコガネグモの場合と似ているが、コガネグモとオニグモの遠心性ニューロンでは、光刺激に対する応答特性に相違点が存在する事が示唆された。2.クモ類の走光性は種の活動時の光環境と密接な関係を持っており、オニグモは明暗何れの背景下でも、眼に定常的に提示した点光源に対しては負の走行性を示す(Nakamura and Yamashita,1997)。今回、オニグモは12L:12Dの明期終了後に顕著な正の走光性を示す場合を観察した。オニグモの視細胞感度のサーカディアンリズムも12L:12Dに同調する事から、遠心性ニューロンの活動は12時間の明期終了後(自然環境下では夕方から夜にかけて)顕著に増加する事が予想される。この結果は遠心性ニューロンの活動が走行性に関与しているという我々の考えを支持している。1.コガネグモの眼には感度の高い視細胞と感度の低い視細胞が存在し、感度の高い視細胞は恒常暗黒化で感度のサーカディアンリズムを示す。コガネグモは昼夜にわたって活動する、いわば昼夜行性のクモである。今回、我々は夜行性のオニグモと昼行性のハエトリグモの眼の感度のサーカディアンリズムを調べた。その結果、オニグモの眼には感度の高い視細胞が主に存在し恒常暗黒下で顕著な感度のサーカディアンリズムを示す事及び、ハエトリグモの眼には感度の低い視細胞が主に存在し感度のサーカディアンリズムを示さない事が明らかになった。コガネグモの感度の高い視細胞と感度の低い視細胞はそれぞれ、オニグモとハエトリグモの視細胞に対応していると考えられる。2.コガネグモの眼の感度を調節する機能を持つ視神経遠心性ニューロンのインパルス放電頻度は脳光照射期間中増加する。今回、オニグモの脳と視神経からなる分離標本の視神経から遠心性のインパルス放電を記録した。分離標本からの遠心性インパルスは午前中に標本を作成してもほとんど記録されないが、夕方から夜にかけて標本を作成すると遠心性のインパルスはほぼ確実に記録される事から、正常個体のオニグモの視神経遠心性活動もコガネグモ同様に夕方から夜にかけて増加する事が予想される。しかし、オニグモの遠心性のインパルス放電は、コガネグモの場合とは逆に脳を光照射すると抑制された。この結果はオニグモの脳内の視神経遠心性ニューロンは、それ自体が光抑制性のニューロンであるか、または視神経遠心性ニューロンに対して抑制的に働く脳内光感受性細胞が存在することを示している。
組込みソフトウェア仕様化のための非正常系分析支援ツールの構築

高品質な組込みソフトウェアを開発するために、非正常系と呼ばれる例外や障害などの事象に着目して、情報の流れに着目した情報フローダイアグラムによる静的要求分析手法、および状態遷移に着目した分析マトリクスによる動的な要求分析手法を統合した非正常系分析手法を研究した。また、実用性を考慮し、分析範囲を制限するための手法を導入した。本研究では、高品質な組込みソフトウェアを開発するために,非正常系と呼ばれる例外や障害などの事象に注目して,情報の流れに着目した情報フロー・ダイアダラム(IFD)を摘用した静的な要求分析手法および状態遷移に着目した分析マトリクスを適用した動的な要求分析手法の2種類を統合した非正常系分析手法を提案している.本年度は、IFDおよび分析マトリクスの統合モデルの定式化,抽象化メカニズムの明確化,およびこれらを利用した推論方式について研究した.定式化では,組込みシステムの非正常系分析に必要な概念を概念モデルとして規定し,IFDの構成要素であるプロセスやデバイスを集合として定義,また,分析マトリクスの状態やイベントを関数の結合により表現した.これらの規定により,これまで不明確であったダイアグラム間の概念の対応関係が明らかとたった.また,熟練技術者が分析時に使用している3種類の抽象化概念、つまり、(1)複数のデバイスを1つのデバイスとみなす構成要素の抽象化,(2)複合的な状態を1つの状態とみなす状態の抽象化,(3)複数のプロセスを1つのフローとみなすフロー系列の抽象化,を関数として規定することにより,概念をより明確にした.さらに,熟練技術者の思考方法を分析し,分析過程における定性的な4種類の性質を抽出した.この4種類の性質を制約条件と性質関数として規定し,定性的に推論することにより,非正常系の分析過程において,IFD分析マトリクスの協調作業が可能となる.本年度は,既存の事例に対して定性推論によりIFDと分析マトリクス間の解釈が可能であることを確認した.今後は,定性推論を障害シナリオ抽出に適用できるように拡張し,手法の有効性を検証する必要がある.本研究では、高品質な組込みソフトウェアを開発するために、非正常系と呼ばれる例外や障害などの事象に注目して、情報の流れに着目した情報フロー・ダイアグラム(IFD)による静的な要求分析手法、および状態遷移に着目した分析マトリクスによる動的な要求分析手法を統合した非正常系分析手法を提案している。本年度は、分析マトリクスの概念と障害シナリオの導出過程を明確化することにより、統合モデルと分析プロセスを洗練し、支援ツールに必要な機能を検討した。具体的には、分析マトリクスにおける構成要素、状態、イベント、シナリオ等の概念と熟練技術者の思考とを対応づけることにより概念を詳細化した。たとえば、熟練技術者の考えている構成要素は、分析ごとに範囲が異なっている。そこで、構成要素を各々1つの状態機械とし、各構成要素の持つ属性を内部もしくは1つの外部構成要素に影響する局所的属性と、複数の外部構成要素に影響を及ぼす大域的属性の2種類に分類した。これにより、構成要素間の関係を分析する場合、分析範囲を大域的属性のみに限定できた。また、属性の分析単位を限定することにより分析範囲を制限した。たとえば、センサーは連続的に特定の構成要素にデータを送信しているが、分析時はある閾値を超えたときの変化で判断しており、同値分割法を用いることによりイベントを限定した。ただし、非正常系となる特別な状況、たとえば、故障等により入力が変化しても出力が変化してない場合は入出力関係の矛盾という特別なイベントを発生し、非正常系として分析出来るようにした。このような概念を統合モデルおよび分析プロセスに反映させた。また、熟練設計者は、分析マトリクスの1つの状態遷移を、暗黙のうちに複数のIFDと対応させていることが分かった。このような技術者のレベルによる分析マトリクスの違いを補完する仕組みの導入が重要とある。本研究では、高品質な組込みソフトウェアを開発するために、非正常系と呼ばれる例外や障害などの事象に注目して、情報の流れに着目した情報フロー・ダイアグラム(IFD)による静的な要求分析手法、および状態遷移に着目した分析マトリクスによる動的な要求分析手法を統合した非正常系分析手法を提案している。本年度は研究計画の最終年度に当たり、以下の研究を行った。(1)統合モデルおよび分析プロセスの洗練複合的な要因による障害を複数の異なる関心度で分析するために、分析マトリクスの分析対象であるシステムを分割せずに全体として扱う状態モデルを採用した。このモデルでは、分析中のある時点で対象としている構成要素の状態に着目したシステムの全体の状態を記述することにより分析者にとって関心のある状態のみを抽出した。これにより、分析範囲を局所化し、設計者の関心事に合わせた分析を可能とした。また、分析マトリクスの概念を整理し、あいまいな概念を排除した。これにより、分析マトリクス自体の表現を簡素化することができ、理解性が向上した。(2)分析支援方法の検討実用的な効率で非正常系を分析するためには、分析の効率化と分析範囲の削減が不可欠である。前者に関して、分析マトリクスのセルと複数のIFDとの対応に明示的に表現する機能を検討した。

また、後者に関して、プロブレムフレームを用いて関心事の絞り込みを行うことにより、状態爆発を避ける方法を検討した。この方法は、非正常系分析に有効であるが、本課題の範囲を超えるため、今後研究を進めていく予定である。
高等動物ペルオキシソーム形成因子群のクローニングと機能解析

ペルオキシソームは酵母からヒトに至るまで、真核生物一般に広く存在するオルガネラであり、脂肪酸の分解、種々の酸化反応など、多くの重要な代謝機能を担っている。ペルオキシソーム形成に関わる遺伝子(PEX遺伝子)としては約20種類が明らかになっており、ヒトではそれらの欠損による遺伝疾患が知られている。我々はペルオキシソームの形成機構を明らかにするため、ペルオキシソーム欠損症疾患者の繊維芽細胞とペルオキシソーム欠損CHO細部株を用いて解析を行った。その結果、(1)新種の新たなPEX遺伝子をクローニングした。(2)新種の相補性群に属するペルオキシソーム欠損症患者について原因遺伝子を同定し、責任変異を明らかにした。(3)ペルオキシソーム欠損症には同一の相補性群に属しながら異なる重症度を示す例が多い。数種の相補性群に属する軽症型患者の繊維芽細胞において、低温ではカタラーゼを含むペルオキシソームが回復するという温度感受性が認められ、原因と考えられる点突然変異も一人の患者で同定された。これらの患者の細胞には、脂肪酸β酸化系酵素を含むがカタラーゼを含まない、"Catalase-lessペルオキシソーム"が存在し、これが軽症である原因と考えられた。(4)多くのペルオキシソーム欠損細胞には、マトリックスタンパク質を含まないペルオキシソーム関連異常膜構造である"ゴースト"が存在する。PEX2とPEX5の欠損細胞を遺伝的に相補すると、ゴーストにマトリックスタンパク質が運ばれることにより、ペルオキシソームが形成されることが示された。またAAA型ATPアーゼをコードするPEX6の欠損株では、ゴーストに近接しているがこれとは異なる構造体にマトリックスタンパク質が集積しているのが観察され、膜集合過程に何らかの異常が生じていることが示唆された。ヒトには遺伝的ペルオキシソーム欠損症が知られているが、この遺伝疾患は少なくとも11種の相補性群に分類され、ペルオキシソーム形成が多くのタンパク質因子の協同作用によることを示している。ペルオキシソーム欠損症には各相補性群にまたがって、重症型から軽傷型まで極めて幅広い病型が認められる。この多彩な臨床病型はある種の漏出型変異によると考えられたため、その可能性を検討した。多くの患者の皮膚繊維芽細胞を30°Cまたは37°Cで培養したところ、軽症型患者では調べた限り例外なく、しかも相補性群とは無関係に、30°Cでペルオキシソーム形成能が正常化する現象(温度感受性)が見られた。実際に30°Cでペルオキシソームが正常に形成されていることは、形態学的にも、生化学的にも複数の基準に照らして確かめられた。重症型ではこのような現象は見られなかった。このように、この温度感受性は、臨床症状の程度と関連しており、その良い診断基準になると考えられた。軽症型PEX2遺伝子の欠損患者のこの遺伝子の配列を調べたところ、ナンセンス変異と一個所のミスセンス変異(E55K)のヘテロ接合型であった。そこでPEX2遺伝子を欠損しているCHO細胞に、E55K変異をもつPEX2遺伝子を導入して発現させたところ、患者繊維芽細胞と同様の温度感受性を示した。これらの結果は、軽症型ペルオキシソーム損症患者が繊維芽細胞の温度感受性によって識別可能であり、この形質は対応するペルオキシソーム形成遺伝子の遺伝子型によって決定されていることを示している。今後、ペルオキシソーム形成機構の研究への利用と共に、診断、治療などへの応用が期待される。

ペルオキシソームは酵母からヒトに至るまで、真核生物一般に広く存在するオルガネラであり、脂肪酸の分解、種々の酸化反応など、多くの重要な代謝機能を担っている。ヒトには遺伝的ペルオキシソーム欠損症が知られているが、この遺伝疾患は少なくとも11種の相補性群に分類される。我々は前年度に軽症型ペルオキシソーム欠損症が温度感受性変異によることを見いだした。この型の変異がなぜ軽症病型をもたらすのかを明らかにするため、ヒトの温度感受性PEX2遺伝子をPEX2欠損CHO細胞に導入し、得られたトランスフォーマントのペルオキシソーム機能を調べた。この細胞では、ペルオキシソームマトリックスタンパク質のカタラーゼは、39°Cではサイトゾルに一様に分布するが、33°Cではペルオキシソーム膜タンパク質のPMP70と一致して点状に局在するという、軽症型患者と同様の温度感受性を示した。しかしペルオキシソームの重要な機能である脂肪酸β酸化系を担うアシル-CoAオキシダーゼとチオラーゼは、39°CでもPMP70と一致して点状に局在していた。またこの細胞では、39°Cにおける極長鎖脂肪酸酸化活性もほぼ正常であった。このことは、軽症型患者においては、ペルオキシソームが部分的に活性をもっていることを示唆している。またカタラーゼは他のペルオキシソームタンパク質に比べて、ペルオキシソームに輸送されにくいと考えられた。なお、タンパク質合成阻害剤であるシクロヘキシミドを添加した条件でこの細胞を39°Cから33°Cにシフトすると、カタラーゼの点状分布が回復した。このことは、すでに存在している不完全なペルオキシソームにカタラーゼが輸送されたことを示しており、ペルオキシソームの形成機構を考える上で重要な知見といえる。ペルオキシソーム欠損細胞には、PMP70を含み、ペルオキシソームマトリックスタンパク質を含まない膜構造(ゴースト)が存在している。相補遺伝子の導入による回復過程で、ゴーストにペルオキシソームタンパク質の輸送が起こるのかどうかを調べるため、ペルオキシソーム輸送シグナルレセプターのPEX5を欠損したCHO細胞に、正常PEX5タンパク質とペルオキシソーム移行型GFPタンパク質とを同時にマイクロインジェクションした。その結果、このGFPはPEX5タンパク質に依存してPMP70と同様の分布を示すようになること、その過程はシクロへキシミドによって阻害されないことが明らかになった。このことは前段の結果と同じく、すでに存在するゴーストまたはペルオキシソームにタンパク質が新たに輸送されることによってペルオキシソームが形成されるという仮説を支持している。ペルオキシソーム形成に関わる遺伝子(PEX遺伝子)としては20種類余りが明らかになっており、ヒトではそれらの欠損による遺伝疾患が知られている。そのような欠損細胞を正常遺伝子によって相補すると、ペルオキシソームが形成される。これらの細胞にはペルオキシソーム膜タンパク質を含むがマトリックスタンパク質を含まない、ゴーストとよばれる膜構造が存在する。
胸部悪性腫瘍に対するmTORを標的とした治療開発

TCGAに代表される、がん種を超えた遺伝子変化の網羅的解析の結果、肺腺癌においては分子標的となるDriver遺伝子変異が多数見つかっており、それぞれの遺伝子変化に応じた分子標的治療が開発されている。しかしながら、例えばEGFR遺伝子変異を有する肺癌においてもEGFR-TKIは概ね1年程度で耐性が出現し、その中でもPI3K-AKT-mTORが関わる耐性機序に関しては、有効な治療法がなく、治療法の開発が急務である。EGFR-TKIに対する耐性の中で、細胞周期関連遺伝子の発現は、その初期耐性に関わることが近年の報告で明らかとなってきた。AKTのリン酸化は、細胞周期と密接な関連があることから、当施設で切除されたEGFR遺伝子変異陽性肺癌103例を対象に細胞周期関連遺伝子発現の検討を行った。まずKi-67による免疫組織化学染色を行ったところ、Ki-67陽性例では術後無再発生存期間が短いことが判明した。このことは、細胞周期関連遺伝子発現がEGFR-TKIの初期耐性ではなく、EGFR遺伝子変異陽性肺癌自体の悪性度に関わっている可能性を示しており、さらなる検討を行う必要があると考えられる。2悪性胸膜中皮腫におけるmTORC1/2阻害剤の効果胸部悪性腫瘍の中でも、mTOR経路の活性化を認める神経内分泌癌ではmTOR阻害剤everolimusによる治療が開発されている。悪性胸膜中皮腫でもmTOR pathwayの異常が高頻度に検出さており、mTORを標的とした治療の開発が行われている。現在、マウスの中皮腫細胞株を用いた悪性胸膜中皮腫モデルの作成を行っている。この結果、細胞周期の変化がEGFR遺伝子変異陽性肺癌自体の悪性度に関わっている可能性が明らかとなり、今後は臨床検体とEGFR遺伝子変異陽性肺癌細胞株の両方を用いて検討を行っていく。2悪性胸膜中皮腫におけるmTORC1/2阻害剤の効果悪性胸膜中皮腫の臨床検体は、近年の症例数の減少に伴って減少傾向にあり、臨床検体からの解析のみでは不十分と考えられた。そのため、現在、マウスの中皮腫細胞株を用いた悪性胸膜中皮腫モデルの作成を行っている。当施設で切除されたEGFR遺伝子変異陽性肺癌103例を対象に細胞周期関連遺伝子発現の検討を行った。また、細胞周期関連遺伝子の発現と、AKTのリン酸化やmTORC1/2阻害剤の効果に関してもin vitroでの検討を行う予定である。2悪性胸膜中皮腫におけるmTORC1/2阻害剤の効果現在、マウスの中皮腫細胞株を用いた悪性胸膜中皮腫モデルの作成を行っているが、腫瘍微小環境とPI3K-AKT-mTOR経路の活性化との関連について解析を行っていく予定である。2悪性胸膜中皮腫におけるmTORC1/2阻害剤の効果

悪性胸膜中皮腫の臨床検体は、近年の症例数の減少に伴って減少傾向にあり、臨床検体からの解析のみでは不十分と考えられた。そのため、現在、マウスの中皮腫細胞株を用いた悪性胸膜中皮腫モデルの作成を行っている。当施設で切除されたEGFR遺伝子変異陽性肺癌103例を対象に細胞周期関連遺伝子発現の検討を行った。この結果、細胞周期の変化がEGFR遺伝子変異陽性肺癌自体の悪性度に関わっている可能性が明らかとなり、今後は臨床検体とEGFR遺伝子変異陽性肺癌細胞株の両方を用いて検討を行っていく。また、細胞周期関連遺伝子の発現と、AKTのリン酸化やmTORC1/2阻害剤の効果に関してもin vitroでの検討を行う予定である。2悪性胸膜中皮腫におけるmTORC1/2阻害剤の効果現在、マウスの中皮腫細胞株を用いた悪性胸膜中皮腫モデルの作成を行っているが、腫瘍微小環境とPI3K-AKT-mTOR経路の活性化との関連について解析を行っていく予定である。
単一細胞の振る舞いから解き明かす胆管上皮組織リモデリング制御機構

【本年度の研究状況の概要、前年の状況との関連など】本研究課題「単一細胞の振る舞いから解き明かす胆管上皮組織リモデリング制御機構」は、2つの独立した研究アプローチから研究課題の達成を目指した。平成27年度の研究の結果、下記の結果1の実験を終了させ、研究成果を国際科学学術誌に投稿していた。平成28年度はその査読に関わる追加実験などをすすめ、採択された(eLife, 2016年5巻e15034項)。また、下記の結果2においても研究成果を科学誌に投稿するため、論文の執筆作業をおこなっている。また、これまでに得られた知見を発表することにも力を注ぎ、これまでに以下の3つの国際学会で発表を行った。(1)Keystone symposia 2016,アメリカ、コロラド州(2)FASEBScience Research Conference Liver Biology,アメリカ,フロリダ州(3)Frontiers 2016Symposium,スイス,ローザンヌ,また研究交流としてBroad Institute,マサチューセッツ大医学校、ワシントン大セントルイス校等を訪れ、セミナー発表を行った。【研究結果】結界1組織再生時に見られる胆管上皮細胞の増殖様式を解析した。結果2胆管上皮組織に隣接する外部環境である肝細胞の特性の変化が組織リモデリングと増殖を誘導することが明らかになった【研究の意義、重要性】本研究課題は組織が障害されたあとの再生過程における組織増殖と形態変化を単一細胞の振る舞いから明らかにすることを目ざした。研究成果として、細胞の増殖様式を単一細胞レベルで記述できる数理モデルを構築し、その背後にある複雑な確率的現象を新規に発見した。また、形態変化に関わる要素の一つを同定した。これらの知見は基礎生物学の発展だけでなく、再生医療の基盤となることが期待される。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は、激しく増殖・リモデリングを起こす組織として胆管上皮組織をモデルとして用い、その構成細胞一つ一つの振る舞いに注目することで、上皮組織のリモデリングの基本原理を明らかにすることを目指した研究である。我々は独自のイメージング技術を開発し、胆管上皮組織の増殖およびリモデリングの様子を3次元的に可視化することに成功し、胆管上皮組織のリモデリングは他の上皮組織の変化と比べ、量的・質的に極めて激しく起こることを示してきた。すなわち、胆管上皮組織のリモデリングは組織構造の維持や変化を解析する際に優れたモデルになり、基礎生物学への貢献が期待される。また、このモデルはヒトの病理で多くみられ、胆管ガンや肝細胞癌の前段階としても知られるため、ヒトの病態の基礎原理の解明に寄与することが期待される。申請者らはマウスモデルをもちいて、生体内の一つの細胞の振る舞いを追跡するイメージング系を構築した。そこで得られた細胞の動態の定量的なデータを説明できるような新たなメカニズムを提唱するため、コンピューターシミュレーションを用いたモデル化を行い、独自のモデルを構築することに成功した。これにより詳細に細胞の状態の変化を把握することや、これからどのように増殖していくのかについての予測が可能になり、前述の分野への広い貢献が期待される。また、本研究計画は2つの独立した研究計画AとBで構成されるが、研究計画Bで示した項目についての期待以上の成果が得られたため、研究計画Bを優先的に実行している。その結果、胆管上皮組織の複雑な構造を規定する原因の一つの特定に成功した。これによりこれまで観察した現象と遺伝子機能との関連が詳細に解明されることが期待される。結界1「単一細胞の運命の定量とコンピューターシミュレーションによるモデル化」申請者らは胆管上皮細胞の増殖様式を解明するため、独自のアッセイ系の構築に成功し、in vivoで細胞分裂の回数や組織中の位置、構造などを定量することに成功していた。このデータを元に、簡易な増殖の理論モデルを作っていたが、そのモデルによって実際の実験データがどの程度説明できるのかを確かめるため、マルコフ・モンテカルロ法をもちいたシミュレーションを行い、実際の実験データとの当てはめを行った。その結果、最終的に実験データを高い精度で再現できる理論モデルの構築に成功し、またこの理論モデルの応用から、増殖のタイミングや個々の細胞の運命の転換に関するユニークなデータを新たに得ることに成功した。結果2「肝細胞との相互作用による胆管上皮組織の増殖・形態形成の解明」本研究課題の申請時の研究方法の項目Bで示した実験を行った結果、胆管上皮組織の増殖と組織形態に影響を与える遺伝子候補の中から、radixinが非常に重要な役割を果たすことを示す結果が得られた。これにより、申請者らが解析していた胆管上皮組織の組織構造変化の新しい意義の解明に大きく貢献することが期待されるため、当初の最も大きい目標の一つが達成されることが見込まれている。これまでの結果を国内学会で発表した。また、論文投稿へ向けて準備をすすめており、予定以上の研究の成果が見込まれている。

また、下記の結果2においても研究成果を科学誌に投稿するため、論文の執筆作業をおこなっている。また、これまでに得られた知見を発表することにも力を注ぎ、これまでに以下の3つの国際学会で発表を行った。(1)Keystone symposia 2016,アメリカ、コロラド州(2)FASEBScience Research Conference Liver Biology,アメリカ,フロリダ州(3)Frontiers 2016Symposium,スイス,ローザンヌ,また研究交流としてBroad Institute,マサチューセッツ大医学校、ワシントン大セントルイス校等を訪れ、セミナー発表を行った。【研究結果】結界1組織再生時に見られる胆管上皮細胞の増殖様式を解析した。結果2胆管上皮組織に隣接する外部環境である肝細胞の特性の変化が組織リモデリングと増殖を誘導することが明らかになった【研究の意義、重要性】本研究課題は組織が障害されたあとの再生過程における組織増殖と形態変化を単一細胞の振る舞いから明らかにすることを目ざした。研究成果として、細胞の増殖様式を単一細胞レベルで記述できる数理モデルを構築し、その背後にある複雑な確率的現象を新規に発見した。また、形態変化に関わる要素の一つを同定した。これらの知見は基礎生物学の発展だけでなく、再生医療の基盤となることが期待される。現在、(1)単一細胞追跡系とコンピュータ・シミュレーションによる増殖機構のモデル化についての解析を終了し、論文投稿中である。本年度前半までに受理されることを想定し、論文投稿の追加実験等の作業を進めている。本申請課題は研究計画AとBに別れ、研究計画Bにおいて想定以上の結果が得られているため、この結果についても論文投稿準備をすすめている。以下、その詳細を示す。研究計画Bでは、隣接する細胞との相互作用や細胞の形態に注目して、組織リモデリングに関わる可能性のある候補遺伝子群の機能評価を行うものであり、その際にこれまで構築した独自のイメージング系を用いる。これまでに、胆管上皮組織の増殖やリモデリングには、必ず隣接する肝細胞の毛細胆管と呼ばれる構造の変化が起こっていることが判明した。また、その際に重要な遺伝子radixinの特定に成功した。これは、CRISPR-Cassystemという遺伝子ノックアウト方法を用いたin vivoでの遺伝子ノックアウト実験から得られた結果である。今後、この遺伝子をノックアウトした際の組織の状態を詳細に解析する。また、実際の病理モデルに置いてもRadixinのタンパクの状態に異常が見られることを発見したが、その異常の原因を詳細に調べる。先に結果が出た上記の研究計画Bを優先的に行い、着実な成果を出すことを目標としたが、研究計画Aも続けて実行する。
非線形キラル高分子による導波路型高機能光デバイス

本研究では、キラル性と非線形性を共有する高分子の特異な誘電率テンソルを利用したこれまでにない導波路型光デバイスの提案とその動作解析および実験について検討した。その結果、(1)キラル高分子と反磁性高分子の共重合体をコアとするスラブ型光導波路がモード維持型光アイソレータとなることを理論的・実験的に明らかにした(JJAPに掲載)。(2)次いで、キラル高分子PMtMAにNPPやFMAなどの非線形色素をドープしたスラブ型光導波路において、その屈折率を外部電界で制御するとTE-TMモード変換型光スイッチや光変調器になることを理論的に明らかにするとともに、実際にスラブ型光導波路素子作製による動作実験を行い、変調度2540%の光変調を確認した。これらの結果は国際会議PAT'99での招待講演やPOF'99で発表し、論文誌Polymer Advanced TechnologyおよびNonlinear Opticsに掲載された。(3)上の光変調器の高効率化を目的としたチャンネル光導波路化についても素子試作を試み、作製条件の把握も図った。以上のように、科研費の年度内における研究推進はほぼ達成できたといえる。本研究では、高機能でかつ低価格の光デバイスの開発を目的として、キラル性と非線形性を共有する高分子や非相反性キラル高分子の特異な誘電率テンソルを活用したこれまでにない導波路型光デバイスの提案とそれらの設計・試作を試みた。その結果、○キラル高分子のポリ-1-メンチルメタクリレート(PMtMA)と非相反性キラル高分子のポリベンジルメタクリレート(PBzMA)の共重合体をコアとするスラブ型光導波路が構造の簡単な光アイソレー夕となることを理論的・実験的に明らかにした。この成果は論文誌JJAPに掲載された。○また、キラル高分子PMtMAと非線形性を付与したポリマーからなるスラブ型光導波路のTMモードの屈折率を外部電界で制御すると、モード変換型の光変調器になることを理論解析し、実験的にもその動作を確認した。その成果はPOF'98国際会議や論文誌Nonlinear Opticsに発表した。現在、これらの新光デバイスの性能改善としてキラル高分子への非線形色素のドープとその配向処理を行い、高速な電気光学変調動作の可能性を追求すべき実験を進めている。
糖及び糖誘導体電極による生体機能型メディエーター系の創成

生体内において、糖類は細胞間での相互認識において重要な役割を担っていることが明らかにされつつある。本研究では、ポリフタロシアニン薄膜上の官能基に種々の糖を導入して糖化ポリフタロシアニン修飾電極を作成を試み、スチレンの不斉電解エポキシ化反応における糖の不斉誘導能について検討した。電極は、テトラシアノベンゼンと2,4ジアミノニトロベンゼン(モル比10:1)を銅板上に蒸着重合させ、生成した薄膜上のニトロ基を接触還元によりアミノ基とした後,0.15M糖水溶液中、強酸性イオン交換樹脂とともに1日撹拌することにより作成した。電極反応は以下の条件下で行った。WE:糖修飾電極、CE:Pt板、RE:SCE、0.2MLiClO_4/CH_3CN:CH_2Cl_2=4:1。はじめに、CVによりヨウ化ベンゼン存在下、酸素を電解還元した反応系においてヨードソベンゼンが生成することを確認した。そこで、0.14のヨウ化ベンゼン、0.29Mのスチレンを混在させ、酸素の還元電位である-1.1Vに電位を合わせ、3時間、定電位電解を行った。ニトロ基を含むPPc修飾電極の場合ではスチレンオキシドの不斉は見られなかったが、単糖類および二糖類修飾電極においてはいずれも不斉が発現した。糖残基の種類によって不斉収率が影響され、特にD-Gal修飾電極のときには46.1%という比較的高い値を示した。またFe(III)TTPClの非存在下においてはそれぞれの単糖類修飾電極でS体が過剰に生成し、興味深いことにFe(III)TTPClを共存させるとR体が過剰に生成した。これは電極表面上の糖残基近傍において、活性点が電極表面側から攻撃するCU-PPCである場合にはS体、溶液側から攻撃するFe(III)TPPClである場合にはR体が過剰に生成するものと思われる。しかし、二糖類修飾電極を用いた場合にはFe(III)TPPClの非存在下においてR体が、存在下においてS体が過剰に生成するという、単糖類修飾電極とは異なる傾向を与えた。これは単糖類修飾電極の鎖状と環状と言う糖残基の違いによるものと思われる。以上の結果から電極表面上に存在する糖がスチレンに対して影響を及ぼし、不斉発現に関与していることが明らかになった。これは生体内における糖の不斉誘導能を示唆するものである。
コンピュータグラフィックスによる高次元画像解析の法医解剖への応用

(1)三次元解析システムの開発MRI、CTにより得られた三次元データセットから病変や損傷部位の体積、大きさ、深さなどを三次元的に計測するためのソフトウエアを開発した。特に損傷相互の関係、成傷器の推定、受傷機転Nシュミレーションを行えるようなプログラムを用意した。特に後述する創傷、銃創等に用いられるように外表の損傷部位と深部の損傷部位との空間的位置関係が把握しやすいような機能を持たせた。(2)突然死の病変について拡張性心肥大の判定解析を作表するために三次元画像を任意の方向から切断し、心筋の壁の厚さの分布を計測する手法を作成した。また、冠動脈内病変の三次元抽出を行い、石灰化並びに狭窄度の定量的計測を行えるようなソフトウエアを作成した。(3)創傷について創傷に造影剤を注入してCTによる三次元データセットを得て、実際に創傷部位の形状並びに三次元的な方向さらに切断されている血管の部位を求める手法を開発した。本法によりブタ肝を用いた実験により成傷器の形状の決定を行うことを確認した。また、さらに成傷器を体内で動かし創傷臓器が変形した際、創傷の部分的位置から本来の構造を推定する方法も構築した。(4)銃創について頭部貫通銃創例を用いて、弾道の方向の三次元的決定、並びに脳内損傷部位を特定できる画像処理法を開発した。また、切離したブタ四肢を用いて射出速度を変えた拳銃弾を貫通させ、軟組織並びに硬組織への銃弾の与える損傷の三次構造の把握並びにエネルギーの定量化を行った。(5)データベース作成本研究に用いた原画データ画像並びに再構築三次元画像をデータベース化し、今後の研究に用いられるように整備を行った。1.法医学的分析に適したデータの三次元的収集法の検討法医解剖における形態学的情報の取得方法の検討を行った。特に、症例別に分け、それぞれにおける三次元再構築に適したデータ収集法を確立した。創傷の場合には、断層像方向が創傷に対して垂直な面でMRIによる三次元データセットを得ることにより、その構造を把握しやすくなることが明らかとなった。また、突然死の場合には、脳内出血及び血管性病変に焦点を当て、これらの形態ができるだけ詳細に得られる条件にてMRI、CTの双方の三次元データセットを収集することを行った。2.法医学に適した高次元画像構築・解析法の確立損傷部位、病変部位が明確に表示できるような三次元表示法を開発した。特にボリュームレンダリング法では、CTの場合には軟組織の損傷部位を、MRIの場合には硬組織の損傷部位の形状が強調されて描出されるような表示法を開発し、どちらのモダリティにおいても硬組織、軟組織の損傷の相互的関係を明確にすることができた。特に、脳内出血の場合には脳実質と血腫の領域とを明確に表示できるようにすることが可能となった。また腹部等の創傷の場合には、MRIを用いることにより軟組織内の損傷部位の層状構造、周辺血管との位置関係、切断血管の部位を明確に三次元像として表示することができた。3.創傷や病変の三次元的計測システムの完成三次元再構築されたデータから、任意の損傷部位の距離、面積、体積等を計測するシステムを完成した。これにより創傷における損傷部位の深さ、大きさ、位置を明確に計測することができた。計測システムの精度の検討摘出標本を用いることにより、CTの場合には、1mmピッチ、1mmスライスの撮像条件で、距離において±1mm、体積において±3.1%の誤差により計測を実行することができた。また、MRIの場合には、1mmピッチ、1mmスライスの撮像条件で、距離において±1.35mm、体積において±3.8%の誤差で上記の計測を行うことができた。

昨年までに確立した、軟組織の損傷を認識し易い三次元表示法にさらに改良を加え、軟組織内の障害による空隙並びに亀裂を外部から観察しやすい表示法を開発することができた。またこれらの表示法がMRIだけでなく、CTの3次元データセットにおいても使用できるようにした。またさらに、今までの交通外傷を含む創傷屋病変部位の三次元表示法に加えて、刺創や射創の表示法を開発した。刺創の場合は摘出臓器をナイフで刺すことによって、射創の場合は動物の切断四肢に銃弾を打ち込むことによってモデルを作製し、これらからMRI,CTの三次元データセットを取得した。これらのデータを材料としてそれぞれの損傷構造の三次元表示に適した表示法の検討を行った。刺創部位の三次元表示法のためには、刺創開口部から造影剤を注入することにより損傷部位の周辺組織に対する明確化と創傷に伴う周囲の血管の断裂状況を明確に確認できるようにすることができた。また、これらの創傷部位の定量的な解析の際に、必要な計測機能をシステムにもたせることにより、刺創の位置、深さ、方向を三次元画像上から得られるようにした。さらに射傷の場合はこれらの機能に加えて、損傷組織の分布、体積から、与えられた物理的エネルギーの方向、大きさを同定する手法を考案した。またこれらの解析結果は前述した物理モデル実験により、定量性の検証を行った。また、今までの研究により得られた画像データ群をデータベース化し、将来の研究のための検索が可能となるようにした。(1)三次元解析システムの開発MRI,CTにより得られた三次元データーセットから病変や損傷部位の体積、大きさ、深さなどを三次元的に計測するためのソフトウエアを開発した。特に損傷相互の関係、成傷器の推定、受傷機転Nシミュレーションを行えるようなプログラムを用意した。特に後述する創傷、銃創等に用いられるように外表の損傷部位と深部の損傷部位との空間的位置関係が把握しやすいような機能を持たせた。(2)突然死の病変について拡張性心肥大の判定解析を作表するために三次元画像を任意の方向から切断し、心筋の壁の厚さの分布を計測する手法を作成した。また、冠動脈内病変の三次元抽出を行い、石灰化並びに狭窄度の定量的計測を行えるようなソフトウエアを作成した。(3)創傷について創傷に造影剤を注入してCTによる三次元データセットを得て、実際に創傷部位の形状並びに三次元的な方向さらに切断されている血管の部位を求める手法を開発した。本法によりブタ肝を用いた実験により成傷器の形状の決定を行うことを確認した。また、さらに成傷器を体内で動かし創傷臓器が変形した際、創傷の部位的位置から本来の構造を推定する方法も構築した。(4)銃創について頭部貫通銃創例を用いて、弾道の方向の三次元的決定、並びに脳内損傷部位を特定できる画像処理法を開発した。また、切離したブタ四肢を用いて射出速度を変えた拳銃弾を貫通させ、軟組織並びに硬組織への銃弾の与える損傷の三次構造の把握並びにエネルギーの定量化を行った。(5)データベース作成本研究に用いた原画データ画像並びに再構築三次元画像をデータベース化し、今後の研究に用いられるように整備を行った。