hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
強誘電体ゲート/極性半導体チャネルFETの分極間相互作用とデバイス物性

当申請で新規な分極機能型強誘電体ゲート電界効果薄膜トランジスタ(TFT)を提案した。これは極性を有する酸化物半導体をチャネルに用いることによって、その自発分極が強誘電体の自発分極を安定化させることを期待したものである。極性酸化物半導体としてZnO、強誘電体としてYMnO_3を用いた。これらは自発分極量が同程度であり、本研究に適した材料である。このZnOとYMnO_3のヘテロ構造を作製し、X線や電子線回折、原子間力顕微鏡によってその結晶性や表面構造を評価し、それらの結果を基に製膜条件の最適化を行った。その結果、エピタキシャル成長したZnO/YMnO_3ヘテロ構造を得ることができた。その最適条件を用いて作製した分極機能型強誘電体ゲートTFTは±2VでON/OFF動作し、ZnOの自発分極によってYMnO_3の自発分極が反転しやすくなり、低電圧駆動が実現することを実験的に確かめ、その有用性を明らかにした。また、強誘電体ゲートTFTは強誘電体の分極反転によって動作するが、その基本的な動作機構は未だ解明されていない。その理解を深めるためには強誘電体の自発分極の反転機構を解析することが重要である。この強誘電体の自発分極のスイッチングを申請者は従来からのチャネルの電気伝導特製の評価から解析するだけでなく、チャネルの誘電特性から評価する新規な評価法を確立した。特にソース・ゲート電極間のインピーダンス解析により、これまで評価が難しく解明されてこなかったゲート電圧挿引時のチャネル下の強誘電体の自発分極方向を評価できることを示した。この評価手法の確立により、分極機能型強誘電体ゲートTFTの有用性および強誘電体の自発分極のスイッチングを容易にする条件が明らかにされ、今後の強誘電体ゲートTFTの設計指針となる重要な知見を示した。
オンラインのモデリングと最適化に基づく制御構成法の研究

本研究では,最初に,どのようなオンラインモデリングを行うのか,すなわちモデルの更新方式の問題,そして組み込み方式の問題を検討した.モデル予測制御における逐次決定の方式を発展させた組み込み方式,LPVシステムにおけるスケジューリングパラメータの役割を発展させたモデル更新方式を検討し,検討結果を踏まえて制御問題を定式化した.次に,定式化された問題の解法と解法アルゴリズムの提案を行った.ここでは,本研究者によって確立されている無限次元線形行列不等式に基づく制御系の解析設計法を応用した.最後に,構成された制御の性能検討をおこなった.特に,本研究の後半では,実際の構成において現れる情報遅れの問題の検討に重点を置き,提案法の理論的な可能性,限界を明らかにした.本研究の前半での成果は次のように要約される.非線形性や不確かさのため正確なモデリングが困難な電気油圧サーボ系の最適制御設計を目標にして,いくつかの動作点の近傍での局所的なモデルを作成し,負荷変動をパラメータとするLPVシステムを用いて,最悪外乱を想定した最適速度制御および最適推力制御を構成した.実機試験により提案手法の有効性を確認できた.一方,入出力の大量データベースに基づくオンラインモデリング手法の提案と単純最適化モデル予測制御理論を提案し,シミュレーションによる検証をおこなった.この成果については2002年度自動制御連合講演会で途中経過の発表はおこなったが,現在,実プラントでの実証に着手しており,その成果も含めて発表予定である.本研究の後半での成果はつぎのように要約される.局所モデルによる全体システムの制御を構築する際に問題となる状態変数における遅れ,入出力変数における情報遅れの克服を検討した.制御器構成のための最悪外乱に対する最適制御構成のための有限次元アルゴリズムの提案と有効性の実証,入力変数の情報遅れを考慮した場合の最悪外乱に対する最適制御制の予測・オブザーバ構造の解明をおこなうことができた.本研究では,最初に,どのようなオンラインモデリングを行うのか,すなわちモデルの更新方式の問題,そして組み込み方式の問題を検討した.モデル予測制御における逐次決定の方式を発展させた組み込み方式,LPVシステムにおけるスケジューリングパラメータの役割を発展させたモデル更新方式を検討し,検討結果を踏まえて制御問題を定式化した.次に,定式化された問題の解法と解法アルゴリズムの提案を行った.ここでは,本研究者によって確立されている無限次元線形行列不等式に基づく制御系の解析設計法を応用した.最後に,構成された制御の性能検討をおこなった.特に,本研究の後半では,実際の構成において現れる情報遅れの問題の検討に重点を置き,提案法の理論的な可能性,限界を明らかにした.本研究の前半での成果は次のように要約される.非線形性や不確かさのため正確なモデリングが困難な電気油圧サーボ系の最適制御設計を目標にして,いくつかの動作点の近傍での局所的なモデルを作成し,負荷変動をパラメータとするLPVシステムを用いて,最悪外乱を想定した最適速度制御および最適推力制御を構成した.実機試験により提案手法の有効性を確認できた.一方,入出力の大量データベースに基づくオンラインモデリング手法の提案と単純最適化モデル予測制御理論を提案し,シミュレーションによる検証をおこなった.この成果については2002年度自動制御連合講演会で途中経過の発表はおこなったが,現在,実プラントでの実証に着手しており,その成果も含めて発表予定である.本研究の後半での成果はつぎのように要約される.局所モデルによる全体システムの制御を構築する際に問題となる状態変数における遅れ,入出力変数における情報遅れの克服を検討した.制御器構成のための最悪外乱に対する最適制御構成のための有限次元アルゴリズムの提案と有効性の実証,入力変数の情報遅れを考慮した場合の最悪外乱に対する最適制御制の予測・オブザーバ構造の解明をおこなうことができた.モデル予測制御およびゲインスケジューリング制御の実例の調査と関連研究のサーベイ:本研究も制御構成法は,モデルの時間局所性に対してはモデル予測制御の考え方を,空間局所性に対してはゲインスケジューリング制御の考え方を基礎として,両者を融合したものとなる予定である.そのために,すでに実績のある両制御法の実例と関連研究を調査し,モデリングと制御性能に関する実際と新たな動向・展開のサーベイを実施した.時空間局所モデルのモデリングと時空間局所モデルに基づく最適化制御問題の定式化:モデルの時間局所性に対しては有限時間区間最適制御問題の定式化を検討し,モデルの空間局所性に対してはLPVシステムに基づくモデリングを検討している.最適基準の形態の選定,LPVシステムの構造の選定,パラメータの導入法などについて,具体例を用いて解析的に,また具体例の計算機シミュレーションによる検討を行った.オンラインモデリングを組み合わせた制御問題の定式化:どのようなオンラインモデリングを行うのか,すなわちモデルの更新方式の問題,そして組み込み方式の問題を検討した.現時点では,モデル予測制御における逐次決定の方式を発展させた組み込み方式,LPVシステムにおけるスケジューリングパラメータの役割を発展させたモデル更新方式から検討をはじめている.以上の検討結果を踏まえて制御問題を定式化した.1.オンラインモデリングを組み合わせた制御問題の定式化:最適制御問題にオンラインモデリングを組み込んだ制御問題を定式化した.どのようなオンラインモデリングを行うのか,すなわちモデルの更新方式の問題,そして組み込み方式の問題を検討した.モデル予測制御における逐次決定の方式を発展させた組み込み方式,LPVシステムにおけるスケジューリングパラメータの役割を発展させたモデル更新方式を検討し,検討結果を踏まえて制御問題を定式化した.2.問題の解法と制御構成法:1で定式化された問題の解法と解法アルゴリズムの提案を行った.

ここでは,本研究者によって確立されている無限次元線形行列不等式に基づく制御系の解析設計法を応用した.3.構成された制御の性能検討:実際の性能検討のためには制御対象の正確なモデルが必要であるが,局所的なモデルしか入手できないという前提に立って行った本研究では中間的な性能評価用モデルを導入して,実際の構成において現れる情報遅れの問題の検討および提案法の理論的な可能性,限界を明らかにした.
モバイルセンサネットワークにおけるプッシュ型放送を用いたデータ収集・管理方式

ノード数が少ない疎なセンサネットワークでは、ノードの通信可能範囲内に他のノードが存在しないため、観測データを基地局へ送信するために、シンクノードと通信できる位置まで移動する必要がある。本研究ではこのような疎なモバイルセンサネットワークにおいて効率的なデータ収集を実現するための(1)センサノードの移動制御方式と(2)データの転送方式に関する研究開発を行った。また、提案方式の有効性をシミュレーション実験によって確認した。平成22年度は、センサノード数の疎なモバイルセンサネットワークにおいてプッシュ型放送を用いて、適切な情報をセンサノードに与えることで、データの収集効率を向上させる方式を考案した。まずは、センサノードが取得したすべてのセンシングデータを収集することを前提に、センサノードの制御方式を検討した。センサノードの密度が疎なために、通常、各センサノードは他のセンサノードと通信可能な状況にはなく、孤立している。そこで、データセンタからプッシュ型放送を用いて、ノードの位置を放送することで、センサノードに他のセンサノードの情報を提供する。センサノードが取得したセンシングデータをデータセンタに転送するには、ノード数が少ないため、データセンタまでマルチホップ通信を用いる。このマルチホップ通信を実現するためのネットワークを構築するには、フィールド上のセンサノードが必要な場所に移動する必要があるが、一部のセンサノードだけでネットワークを構築するよりも、すべてのセンサノードでネットワークを構築する方が収集効率が高いことが明らかになった。また、センサノードの移動コストが非常に大きいことが、その原因であることが明らかになり、ノードの移動戦略について検討した。検討した手法に関して、シミュレーション実験を行い、その有効性を確認した。本研究では、プッシュ型データ配信を用いて疎なモバイルセンサネットワークからさまざまな要求に応じたデータ検索・収集を効率よく実現する方式の確立を目的として、(1)ノードの移動方式およびデータの検索・収集方式、(2)プッシュ型の放送における提供情報の検討およびスケジューリング方式の検討を行った。想定するセンサネットワークではノードが非常に疎に配置されているため、センシング中は他のどのノードとも基本的に通信できず、周囲の状況を知ることができないため、データセンタまでの通信経路などをプッシュ型放送を用いて配信することで、ノードが自律的に行動する手法を考案した。また、センシングデータをデータセンタに収集する際には、複数のノードで形成した一時的なマルチホップのネットワークを利用する。一般的にアドホックネットワークなどのマルチホップ通信では、周りの環境によって正しく通信できず、エラーが発生することが多い。そこで、ノードが集まってきた状況で、あるノードとノードの間での通信が正しく行われなかった場合に、周りのノードが代わりにデータを転送することによって、データの収集効率を低減しない手法を考案した。以上の提案手法に関して、シミュレーション実験による評価を行い、その有効性を確認した。
卵巣・子宮内膜細胞の機能的相互調節に関する研究

生体の体液平衡を維持し、全身臓器の機能を調和のとれた状態に保つために多臓器間のfeedback機構が作動しているが、さらに臓器内・細胞間の情報伝達の重要性にも注目しなければならない。本研究は生殖機能に関連した臓器である、下垂体・卵巣・子宮内膜、さらに妊娠子宮脱落膜を構成する細胞間相互の機能調節と、各種機能促進・抑制因子の作用機序を解明する目的で行われた。1.下垂体・卵巣細胞の機能的相互調節に関する研究:下垂体前葉細胞におけるparacrine因子としてのangiotensinの役割と、その卵巣機能への作用の検討。2.卵巣細胞の機能調節に関する研究:卵巣顆粒膜細胞のsteroidogenesisに対するbromocriptineの直接作用の検討。顆粒膜細胞の増殖・分化に対するinsulinーlike grwothfactorの作用の分析。顆粒膜細胞におけるendothelinの作用の検討。ヒト卵胞液中のinsulinーlike grwothfactorレベルの検討。3.子宮内膜の機能調節因子に関する研究:Danazolのヒト培養子宮内膜間質細胞の機能形態への影響の検討。4.妊娠環境における細胞機能調節因子に関する研究:Insulinーlikegrwothfactorsの妊娠中・分娩時の血中動態と、ヒト脱落膜・羊水系prolactin分泌への影響の分析。妊娠中・分娩時の母体血中および臍帯血中endothelinー1濃度の検討。上記研究のための実験方法として各種細胞の培養系を確立し、必要に応じてcollagen膜を用いた片面、または両面培養法を導入した。機能促進・抑制因子の作用の評価には、細胞の分化・増殖と微細機能形態的変化、生物活性物質の産生量を検討し、作用機序の解明に要する細胞膜受容体と細胞内情報伝達系について分析を行った。生殖機能に関連した臓器内に存在する異なった機能を有する細胞間での直接的な機能調節に注目し、本研究では卵胞成熟・排卵過程における卵巣の莢膜細胞(T-cell)と顆粒膜細胞(G-cell)、着床過程における子宮内膜上皮細胞(E-cell)と間質細胞(S-cell)との機能的相互作用調節機能の解明を目的とした。本年度には先ず2種類の異なる機能をもった細胞の相互作用を検討するための実験系の一つとして、物質透過性を有する膜の両面に別個に各細胞を接着増殖させる両面培養系についての基礎検討を行った。卵胞液および卵胞壁から採取した細胞・組織を機械的、酵素的に処理してG-cellおよびT-cellを分離した後、Coll agaen膜(type-1)上で先ずG-cellを24時間培養、次いでこの膜を裏返して、前もって24時間前培養しておいたT-cellとの両面培養を行った。各細胞は両面培養下で、より早期にconfluenceに達し、密に多層性に増殖して流水模様の細胞配列を呈した。T-cellと両面培養された個々のG-cellは腫大してconvex状となってヒダ構造を形成し、細胞表面の豊富な分泌物と、糸くず様の突起(filopodia)が周囲の細胞へ向かってクモの巣状に延びているのが認められた。一方T-cellにおいてもG-cellとの両面培養において単層培養とは明らかに異なった変化が認められたことから、coll agaen膜を用いた両面培養において相互に細胞機能を影響し合う物質が膜を介して作用した可能性が示唆された。また同様な培養系によってE-cellとS-cellとの機能的相互関係についても分析できることが明らかとなった。目下次の目的である本培養実験条件での各細胞の生化学的な変化と細胞内情報伝達物質について検討を進めている。

生殖機能に関連した臓器の細胞機能調節因子と、同一臓器内の異なった機能を有する細胞間相互の機能調節機構に注目し、本年度は先ず下垂体gonadotropinとprolactin産生細胞、下垂体と卵巣の細胞との間に介在する情報伝達物質によって、どのような機能的相互調節がなされているかを検討、次いで卵巣、子宮内膜、脱落膜細胞の増殖と機能に対するendothelin、bromocriptine、danazol、steroid hormoneおよびinsulin like growth factors(IGF_S)の直接作用の機序の分析を試みた。これらの細胞機能への各因子の作用の解明には、すでに検討開発した特定の物質に対する透過性を有するcollagen膜を用いた両面または片面細胞培養系を用い、細胞内情報伝達物質としては、細胞内Ca、inositol phosphate、cAMPなどの動態の検討を行った。幼若雄ラット下垂体前葉細胞のaggregateを用いた潅流実験でGnRHはgonadotropinと共にprolactinの産生をも促進し、angiotensinが情報伝達物質として作用していることを明かにした。下垂体前葉細胞と卵巣顆粒膜細胞を両面培養したところ、下垂体前葉細胞由来のgonadotropin以外のcollagen膜を通過する物質が直接卵巣顆粒膜細胞のsteroid hormone産生を刺激する可能性が明かとなった。子宮内膜症に対する治療薬であるdanazolは培養子宮内膜間質細胞の細胞内および細胞間の超微細構造を障害し、血管内皮細胞由来の新しいpeptideであるendothelinは培養卵巣顆粒膜細胞の細胞内Ca濃度を変化させ、また妊娠初期培養脱落膜細胞のprolactin産生にIGF_Sが関与することが判明した。以上本年度の研究では培養細胞系を用いた実験系を用い、卵巣・子宮内膜細胞の機能を調節する因子と、それらの作用様式、細胞内情報伝達機構に関する生理学的意義の一端を解明した。生殖機能に関連する臓器の細胞機能調節因子と、同一臓器内の異なった機能を有する細胞間相互の機能調節機構に関する前年度までに得られた知見をさらに本質的に解明するために、本年度は以下の研究を行った。ヒト卵胞液中のinsulin like growthfactorーI(IGFーI)とIGFーIIは末梢血中に比して極めて高く、本因子が顆粒膜細胞機能に影響していることが示されたので、ブタ培養顆粒膜細胞へのIGFーIIの作用を細胞増殖、ステロイド産生能、および細胞内情報伝達系の面から検討した。IGFーII添加培養により、用量依存性に細胞数と^3Hーthymidineの取り込みが増加し、これと並行してestradiol、progesterone産生も促進された。またこの際に細胞内cAMPの上昇を伴ったが、Ca^<+2>には変化が見られなかった。以上の結果は、卵胞液中の高濃度に存在するIGFーIはcAMPをsecond messengerとして顆粒膜細胞のステロイド産生能を促進することを示唆している。
教授学習過程の可視化による理科授業構成支援システムの開発

本研究の目的は,理科授業における教授・学習過程を可視化することで,授業者の授業構想,そして授業の実施から省察に至るまでの過程を支援するシステムを構築することにある。ここでは,平成30年度の研究計画に掲げた視点から研究実績の概要をまとめる。(1)授業実践:理科授業構成支援システムおよびそれを支える下位システム(教授・学習プロセスマップ,教師の教授活動調整モデルなど)を検証するために,小学校においては教師経験5年程度の教師2名を対象にそれぞれ3回の小学校理科の授業支援を行った。対象の教師からは,初回の授業実践において教授・学習プロセスマップの考え方に賛同が得られた。そして研究授業2回目の学習指導案の作成から,教授・学習プロセスマップの考え方を生かした学習指導案を作成して授業に臨んでいた。また、そうした考えに基づく授業実践であったため,研究協議の内容も深められた。(2)研究成果の発表:本研究において得られた成果を学会等において発表した。研究に関わる意見を収集することが出来た。特に教員の育成担当などの関係者に興味深く聞いていただき,また現状の問題点等についての示唆をいただいた。(3)論文等:教授・学習プロセスマップ,教師の教授活動調整モデルを援用し,理科授業への発展を志向した生活科授業について論文としてまとめた。また,本研究で得られた知見を生かし,子どもの協働的な学びをICTの利活用によって考えの可視化や情報交流を促進する授業についてまとめ,発表した。(4)実践事例の増加:上述の実践のほか,本研究の研究成果として,小学校,中学校における実践を行い,学会等において報告することができた。(5)教授スキル向上につながる子どもの概念構築に関わる事例収集として,例えば,新しい学習指導要領において新たに導入される小学校「音」に関する子どもの素朴な考え方について調査を行った。本研究は理科授業における教授学習過程を可視化することによって、授業者の授業の構想、実施から省察の過程を支援するシステムを構築することを目的としている。1.先行実践の分析。研究の理論的背景を固めるために、先行研究等を精査し、本研究との関連を整理した。その上で,先行実践として既に収集されている理科授業に関するデータ(学習指導案、授業ビデオ、子どもの記述など)を対象として分析を行った。その結果から「理科授業での教師の判断行動モデル」「教師の教授活動調整モデル」を構築することができた。これらのモデルは、教師と子どもによって理科授業が営まれている様をマクロな視点から捉えるものであり、本研究の土台として位置付けられる。2.分析の視点の明晰化。上述の2つのモデルによって教授学習活動を具体的に捉える視点として、教師の教授方略を「教授ストラティジー」、その具体的行為を「教授スキル」とし、これらの関係を「教師の判断行動分析の視点」としてまとめることができた。また、これの有効性を授業実践での教授学習過程の分析を通して検証することができた。1及び2の内容は学術論文としてまとめられた。3.教授学習プロセスマップの書式検討。教師と子どもによる教授学習過程を可視化する教授学習プロセスマップは、以下のツールとして実際に使用した。即ち「授業実施前の学習指導案分析ツール」「授業見とりツール」「授業実践実施後の可視化ツール」である。これらは、授業実践において実際に使用し修正が重ねられた。平成28年度の授業実践の構想、見とり、分析等においては大きく変更することなく使用できることが見込まれる。4.授業実践。同一の授業者に対して3回の授業実践を公立小学校2校,中学校1校において実施した。これとは別に12回の授業研究会(小学校3校、中学校4校)に参加した。その中で2、3の内容が精査され実践に使用できる形に構築されてきた。研究が概ね順調に進行している理由について、研究計画に掲げた以下の4つの視点からまとめた。1.授業実践の分析。授業実践への参加,記録,分析等について予定通り実施することができた。2.教授学習プロセスマップ。書式を決め、実践に適用することが出来た。その結果を反映し,修正を加えることができている。3.システム構築のための実践。実現可能なシステムとして、概ね3回を1つのパーケージとすることが望ましいと考えられる。このパーケージでの実践を3つの学校で行うことが出来た。しかし、デザイン実験的な要素が大きく、言い換えれば試行錯誤の段階を経てきたため、今後はシステムをある程度固定する必要がある。4.研究成果の発表。平成27年度は、研究の構想と途中経過について日本理科教育学会全国大会にて発表し,研究者や現場教員から意見をきくことができた。本研究の目的は,理科授業における教授学習過程を可視化することで,授業者の授業の構想,実施から省察の過程を支援するシステムを構築することにある。平成28年度研究計画に掲げた視点から研究実績の概要をまとめる。1.先行実践の分析:中学校理科の「物質の状態変化」の学習において,子どもがもつイメージをICTを用いて動的に表現させ,理解の内実を可視化する授業実践を子どもの科学概念の可視化の視点から分析した。その結果,教師による子どもの考えの適切な評価により「粒子の保存」の考えを意識化できるという知見が得られた。2.教授学習プロセスマップの改善に関する検討:教員研修会において,教授学習プロセスマップを用いた若手教員の授業改善の実践を紹介し,意見をもらった。実践の方法に賛同する現場教師が多かった。教授学習プロセスマップの構造は比較的単純で記述し易く,形式の変更は特に必要ないことを確認した。

3.子どもの学習状況を見とるための実践:都内K区における授業改善事業での実践(中学校教員1名に3回),同区内K小学校における学校研究への支援としての実践5回を行った。特に小学校では,教授学習プロセスマップによる授業構想,授業実践,研究協議を行った後に授業の中で「何が起きていたのか」を明確にするために,教授学習プロセスマップとして書き起こしフィードバックした。この結果を次回に反映させながら実践を組み立てていった。このサイクルを5回繰り返すことができたことから,教授学習プロセスマップの適用可能性が示された。また,全体のシステムとしての運用についての可能性が示されたと考えられる。4.システム評価のための授業実践:子どもの学習過程を評価するために,小学校低学年(生活科から理科)を対象とした授業実践,小学校第4学年理科「金属の温度と体積変化」を対象とした授業実践を行い,成果の一部を学会等で発表した。研究がおおむね順調に進んでいると判断する理由を,平成28年度研究計画に掲げた4つの視点から述べると以下のようである。1.実践の分析:実践授業,教員研修への適用など,データは順調に集めたが,分析にはやや時間がかかっている。また,教員養成への適用においては,学生による授業分析の実施や,授業者へのフィードバックを行う事ができた。一般学生への還元という面では,模擬授業映像のデータベース構築と授業での活用を進めることができた。2.教授学習プロセスマップ:研究授業,教員研修等で実践を行った。特に変更すべき点は無く,実践例を重ねるという点で順調に進んでいる。3.システム構築のための実践:学校研究への適用を通して検討できた。一方,概ね3回をパッケージとした若手教師への支援について,中学校の1事例での実践に止まった。平成29年度は3回をパッケージとした若手教師への支援について,小学校2校程度で実施したいと考えている。4.研究成果の公表:教授学習プロセスマップの考え方の基礎に位置づく「教師の教授活動調整モデル」をベースとした授業実践事例(生活科,小学校理科,中学校理科)等を学会において発表し,研究者や現職意見を聞くことができた。また,高等学校物理基礎の事例について,雑誌に投稿して掲載された。本研究の目的は,理科授業における教授学習過程を可視化することで,授業者の授業構想,実施から省察に至るまでの過程を支援するシステムを構築することにある。平成29年度研究計画に掲げた視点から研究実績の概要をまとめる。1:「理科授業構成支援システム」の安定的運用2.研究の視点(理科授業支援システム,教授学習過程の可視化,授業実践への適用など)の理論化3.その他1について:3回をパッケージとした「理科授業構成支援システム」を小学校2校(2名の教師)を対象に実施した。
食品成分による膵酵素分泌応答の機作

動物の消化管は、食品成分の持つ特性に起因する刺激を生体的の独自の信号に変換する役割を担っている。本年度においては、食品タンパク質に対する膵酵素分泌応答の、消化管内メディエ-タ-であるモニタ-ペプチドについて、その小腸での受容機構を明らかにした。小腸上皮細胞微繊毛画分にモニタ-ペプチドと特異的な結合を見い出した。放射性ヨウ素でラベルしたモニタ-ペプチドは、微繊毛画分と結合し、大過剰の非ラベルモニタ-ペプチドの添加によって結合が阻止された。モニタ-ペプチドと構造に類似する部分のある、マウスEGF(上皮細胞成長因子)は、やはり小腸に特異的に結合し、モニタ-ペプチドも、EGF受容体と結合することが示唆されているが、本研究では、モニタ-ペプチドと、小腸上皮細胞との結合は、2種類あり、一方は、過剰EGFで阻止できるが、もう一方は、阻止できないことを明らかにした。すなわち、ラット小腸上皮細胞には、EGFレセプタ-とは別の、モニタ-ペプチド結合部も存在し、これが、消化管ホルモンコレシストキニンの分泌に関与している可能性を示した。モニタ-ペプチドは、この結合部位に対して、kdは10^<-8>M。膜タンパク質1mgあたり約160fmoleの結合部位が存在することが示唆された。また、EGFはラット膵液控訴の分泌亢進に影響を与えない。このことも、EGF受容体と、CCK放出のためのモニタ-ペプチド受容体とが異なるものであるという、本研究結果を支持するものである。
高齢化による地域医療需要の構造的変化に対応する医療資源の再配分に関する計画的研究

本研究は特に老人医療に着目し,人口構造の高齢化による患者数の増加や疾病構造の変化,在宅介護の推進などの社会福祉政策の影響などを考慮して,高齢化社会に向けた動的な地域医療資源の配分の見直しを目的としている.このため平成3年度は,対象地域における社会経済データなど基礎的資料の収集・整理とともに,要介護高齢者の増加は入院医療の需要に影響を与えるであろうという視点のもとに,福祉需要量算定のための世帯類型モデルを開発した.平成4年度においては,これに引き続き入所施設・在宅介護との分担率の推定,高齢者数の予測に基づく入院患者数の推定,病類別患者数の推定をおこなった.これら条件となる諸変数の変化に基づき施設需要がどのように変化するかを,施設選択モデルによって推定した.この結果,高齢化の進行による地域医療需要の地理的分布の動向をモデルにより予測することが可能となった。本研究は特に老人医療に着目し,人口構造の高齢化による患者数の増加や疾病構造の変化,在宅介護の推進などの社会福祉政策の影響などを考慮して,高齢化社会にむけた動的な地域医療計画の立案を目的としている.このため1つの県を対象に,市町村別の人口構成,医療資源の配置,経済指標などをデ-タベ-ス化して,分析,計画,評価をおこなうシステムを開発中である.本年度は研究の初年度として,人口,医療資源の分布,その他の社会経済指標などのデ-タの収集と入力を中心に研究をおこなった.また,これと並行して,デ-タを地図上に表示して分析するプログラムの開発,人口構造の高齢化の採来予測,世帯の在宅介護力の評価方法などを研究している.世帯の在宅介護力の評価には,高齢者の所属する世帯の家族構成が必要となるため,人口構造の変化だけでなく世帯構造の変化も予測する必要がある.そこで本研究では世帯を高齢者に対する介護力を基準に類型化し,その類型別の世帯構成を将来予測するシステムを開発している.次年度は以上の研究を総合して,高齢者数の予測,在宅介護と入所施設,医療施設との分担率の推定によって医療需要を予測し,施設選択モデルを使用して施設利用パタ-ンを推定する.また予測される需要量に基づき,数理的な手法によって最適化された資源配分を求める.本研究は特に老人医療に着目し,人口構造の高齢化による患者数の増加や疾病構造の変化,在宅介護の推進などの社会福祉政策の影響などを考慮して,高齢化社会に向けた動的な地域医療資源の配分の見直しを目的としている.このため平成3年度は,対象地域における社会経済データなど基礎的資料の収集・整理とともに,要介護高齢者の増加は入院医療の需要に影響を与えるであろうという視点のもとに,福祉需要量算定のための世帯類型モデルを開発した.平成4年度においては,これに引き続き入所施設・在宅介護との分担率の推定,高齢者数の予測に基づく入院患者数の推定,病類別患者数の推定をおこなった.これら条件となる諸変数の変化に基づき施設需要がどのように変化するかを,施設選択モデルによって推定した.この結果,高齢化の進行による地域医療需要の地理的分布の動向をモデルにより予測することが可能となった。
ポジトロニウムを用いたサブナノメートル空孔測定技術確立への取り組み

陽電子を絶縁材料に注入した時に生成するポジトロニウムの強度と寿命から自由体積などのミクロ空孔構造を測定する技術について、ポジトロニウムの物理化学についての認識の厳密さを損なうことなく、実用化するガイドラインを確立する目的で、以下の検討を行った。1)ポジトロニウムによって空孔を測定する際の特徴を整理した。・ポジトロニウムは、空孔の大きさを拡げかつより大きい空孔を探すという特徴があることを原理的に明らかにした。・その上で、ポジトロニウムが空孔を押し広げる程度は、ゴム状またはプラスチック化した高分子材料では20%程度であることを実験的に示した。この程度の精度で空孔径を測定していることとを認める必要がある。・ただし、ガラス状態高分子では空孔を押し広げる程度はこれよりも小さい。・ポジトロニウム強度は空孔の数について直接的な指標ではない。2)他の手法による測定結果とのクロスチェックを行う。・Xe-129 NMRの化学シフトが高分子の空孔プローブとして有効であることを示し、ポジトロニウムのデータをその基礎に用いた。3)いくつかの実用的なケースについて、ポジトロニウムを用いた空孔評価を実施した。・数種類のポリイミドにプロピレンガスを収着させ、収着によって空孔構造がどのように変わるかを調べた。・逆浸透膜について空孔の評価を行った。高分子など絶縁材料中では、ポジトロニウム(Ps)は自由空間ないし自由空間空孔に捕捉されて消滅し、そのような場所の大きさと量に関する情報をPs寿命(τ_3)及びPs強度(I_3)の中に持っているとされる。空孔の大きさとPs寿命(τ_3)の関係は比較的良く分かつてきているが、空孔の量とPs強度(I_3)の関係については現象論的な理解にとどまっており、時に理解不足から生まれた無理な解釈がされることもある。本研究では、Psを空孔のプローブとして用いるときの問題点を詰めていくことを目的とする。平成10年度中は、上記の観点からいくつかの研究を行った。その中で高分子が分子を収着して空孔の数や大きさを変える様子をPsが極めて感度良く検知することを見いだしたが、同時に、材料の表面に複雑な構造がある場合には、そこに分子(本研究の場合は水分子)が堆積するキャピラリー効果を別途見いだすことも明らかにした。キャピラリー効果は"偽"の収着効果であるが、Psはこのようなものも検知することを示したのは本研究が始めてである。このほか、Langmuir-Blodgett膜の界面をPsで検出しようという試みもしたが、これはまだ進行中である。本研究課題2年次では、初年度に整備したガス吸着状態での陽電子消滅測定を行った。試料はテフロン、ポリイミド、ポリカーボネート等である。テフロンにはo-Ps成分が2つあることが従来知られているが、その帰属が確定していない。本実験では、ガス吸着によって2つの成分とも著しく影響を受けることが見いだされ、仮説の一つ(2つの成分の内の一つは結晶状態中のものであるとするもの)は否定された。また今年度に入って新しい試みとして、^<129>Xe NMRによってポリマー中の自由空間サイズを測定し、ポジトロニウム寿命から求めたサイズと比較して、双方良い相関関係があることを見いだした^<129>Xeおよびポジトロニウムという異なる粒子が同じ自由空間サイトをプローブしていることが示される。さらに、逆浸透膜という実用材料の自由空間構造を調べる目的にもポジトロニウム寿命測定法を適用した。その結果、逆浸透特性の悪い材料には著しく大きな空孔構造があることが分かった。逆浸透膜特性の高い領域で空孔構造がどのように関与しているかについては、ポジトロニウム寿命測定からの知見は得られなかった。本研究最終年次では、ガス収着状態での陽電子寿命測定を継続して行った。今年度の試料はポリイミドである。これらポリイミドへのプロピレンガスの透過係数は組成によって異なることが予め測定されており、この違いが陽電子寿命測定結果とどのように対応しているか、比較検討した。

その結果、プロピレンガス透過係数の大きいものは、ポジトロニウム寿命が大きい、即ち自由空間が大きいという関係があった。更に、自由空間の大きなポリイミドでは、ガス収着の後にポジトロニウム自らが自由空間を押し広げる効果が見られた。これは、収着場近傍の高分子鎖が動き易くなったことを示すものであるが、このような動き易さがガスの透過性を一層高めているものと推定される。ガスを執着した近傍の高分子鎖が動き易くなる程度を、中性子準弾性散乱測定によって測定した。結果は解析中であるが、中性子散乱によってこの種の試みは世界的にも少ないようなので、今後継続して行っていくことが望ましい。以上の他に、陽電子寿命測定による空孔測定を、Xe-129NMR化学シフトの結果と比較することも、これまでに比べて空孔サイズのより小さい領域とより大きい領域の試料について、継続して測定した。
骨盤の形態異常に注目した股関節形成不全の病態解明

2018年度は主に、本研究課題の4つのテーマの一つである、姿勢に伴う矢状面骨盤アライメントの変化が寛骨臼の開口方向・骨頭被覆といった股関節形態や股関節応力に与える影響について、CTを用いた三次元的骨形態学的解析、有限要素法を用いた生体力学的解析を行なった。骨形態については、股関節形成不全患者65例を対象に、臥位/立位骨盤正面X線と、骨盤CTデータを用いて、2D-3Dマッチングを行いCT上で患者固有の骨盤傾斜を再現した上で、3次元的な骨形態評価を行なった。この解析により、臥位から立位で骨盤は後傾する傾向があることが明らかとなった。また、このような姿勢に伴う骨盤傾斜は寛骨臼の開口方向・骨頭被覆にも影響を与え、臥位から立位で寛骨臼の前方開角は増大し、前上方の骨頭被覆が減少することを見出した。この結果を踏まえ、股関節形成不全患者21例、正常股関節21例の骨盤CTのDICOM dataから、MECHANICAL FINDER ( Research Center of Computational Mechanics, Inc.)を用いて骨モデルを作成し、臥位Functional pelvic planeを基準として、骨盤を10°前傾、10°後傾させ股関節の接触面積、最大接触圧力、荷重面の最大相当応力の分布について有限要素法解析を行なった。この解析の結果、骨盤が後傾するとともに、正常股関節、股関節形成不全ともに接触面積は減少し、最大接触圧力は上昇し、接触応力の最大値は前上方へ移行し、この傾向は形成不全患者でより顕著であった。以上のことから、矢状面骨盤傾斜は股関節にかかる力にも統計学的に有意な変化をもたらすことが明らかとなった。本研究課題の当初の研究計画において、テーマの一つであった姿勢に伴う矢状面骨盤アライメントの変化が寛骨臼の開口方向・骨頭被覆といった股関節形態や股関節応力に与える影響について、CTを用いた三次元的骨形態学的解析、有限要素法を用いた生体力学的解析を行なった。骨モデルの作成、有限要素法の解析条件・方法の確立が当初の予定通りに実施できた。さらに、当該年度中に行った解析や摘出症例の調査・観察の結果や得られた成果を取りまとめ、国内の関連学会において発表および研究論文として学術雑誌に投稿ができた。今後本研究課題では、姿勢に伴う矢状面骨盤アライメントの変化が股関節応力に与える影響についての有限要素法を用いた生体力学的解析を勧め、症例毎の臥位/立位での骨盤傾斜変化を再現した上での有限要素解析を行う予定としている。また、それに並行した研究として、理想的な矯正骨切り術についてのシミュレーション方法の確立も目指す予定としている。また、本研究課題の他のテーマである、股関節手術を行う患者を対象とした前向き観察研究を進める予定である。股関節疾患患者の病因、年齢、性別等の疫学因子や骨形態学的因子と、矢状面骨盤・脊柱アライメントとの関連を統計学的に解析する予定である。

また、それに並行した研究として、理想的な矯正骨切り術についてのシミュレーション方法の確立も目指す予定としている。また、本研究課題の他のテーマである、股関節手術を行う患者を対象とした前向き観察研究を進める予定である。股関節疾患患者の病因、年齢、性別等の疫学因子や骨形態学的因子と、矢状面骨盤・脊柱アライメントとの関連を統計学的に解析する予定である。使用予定であった旅費及び論文費が想定以上に発生しなかったためである.生じた次年度使用額については学会参加費及び論文投稿費用に使用予定である.
フィルム映像劣化の多次元信号処理モデルと修復アルゴリズムの開発

映像の位置ずれの計測のために用いる位相限定相関法の基礎的性質を解析した.位相限定相関関数において,位相変動がある場合に,これが位相限定相関のメインローブとサイドローブに与える影響を解析した.位相限定相関関数の解析と方向統計学の関係を明らかにした.方向統計学の考え方を用いると,位相の確率的変動に起因する位相限定相関関数の平均と分散の解析結果が方向統計学にける角度データの平均と分散によってきわめて自然な形で表現され,位相限定相関関数の性質の数学的基礎が明らかになった.映像の位置ずれの計測のために用いる位相限定相関法の基礎的性質を解析した.位相限定相関関数において,位相変動がある場合に,これが位相限定相関のメインローブとサイドローブに与える影響を解析した.位相限定相関関数の解析と方向統計学の関係を明らかにした.方向統計学の考え方を用いると,位相の確率的変動に起因する位相限定相関関数の平均と分散の解析結果が方向統計学にける角度データの平均と分散によってきわめて自然な形で表現され,位相限定相関関数の性質の数学的基礎が明らかになった.歴史的文化的資産である古いフィルム映像が経年劣化や使用時の損傷などにより年々大量に失われつつある.このため,ディジタルアーカイブとして保存するために,計算機によるフィルム映像の修復が現在急務となっている.本研究では,非商業的な記録フィルム映像等を対象とし,フィルム映像の劣化の多次元信号処理的モデルを構築するとともに,超高精細ディジタルシネマ(4K,4096x2048画素,12ビット精度)として蓄積・閲覧およびネットワーク配信が可能な高精度な映像修復アルゴリズムの開発を目的とする.本年度は,映像の位置ずれの計測のために用いる位相限定相関法の基礎的性質を解析した.位相限定相関関数において,位相変動がある場合に,これが位相限定相関のメインローブとサイドローブに与える影響を解析した.位相限定相関のメインローブの位相変動αに関する偏微分を求め,位相変動とメインローブの変動に関する評価式を導出した.この評価式の上限を求め,シミュレーションと比較することで,評価式が妥当であることを確認した.同様に,位相限定相関のサイドローブの位相変動αに関する偏微分を求め,位相変動とサイドローブの変動に関する評価式を導出した.この評価式の上限を求め,シミュレーションと比較することで,評価式が妥当であることを確認した。歴史的文化的資産である古いフィルム映像が経年劣化や使用時の損傷などにより年々大量に失われつつある.このため,ディジタルアーカイブとして保存するために,計算機によるフィルム映像の修復が現在急務となっている.本研究では,非商業的な記録フィルム映像等を対象とし,フィルム映像の劣化の多次元信号処理的モデルを構築するとともに,超高精細ディジタルシネマ(4K,4096x2048画素,12ビット精度)として蓄積・閲覧およびネットワーク配信が可能な高精度な映像修復アルゴリズムの開発を目的とする.本年度は,以下の研究実績を得た.1.2次元位相限定相関法に基づく古いフィルム映像の位置ずれ推定のための計算コストの削減法を考案した.この方法では,位置ずれ推定精度をそれほど減少させることなく,ほぼ1次元位相限定相関関数法程度の計算コストで位置ずれを推定することができる.2.映像の位置ずれの計測のために用いる位相限定相関法の基礎的性質を解析した.位相限定相関関数において,位相変動がある場合に,これが位相限定相関のメインローブとサイドローブに与える影響を解析した.位相変動が確率的であると仮定し,位相限定相関の期待値と分散を解析した.この結果,位相変動の分散が大きくなると,位相限定相関のメインローブは減少し,サイドローブは増加することを明らかにした,この結果は,これまで経験的に用いていた位相限定相関の理論的根拠を与えるものである.歴史的文化的資産である古いフィルム映像が経年劣化や使用時の損傷などにより年々大量に失われつつある.このため,ディジタルアーカイブとして保存するために,計算機によるフィルム映像の修復が現在急務となっている.本研究では,非商業的な記録フィルム映像等を対象とし,フィルム映像の劣化の多次元信号処理的モデルを構築するとともに,超高精細ディジタルシネマ(4K,4096 x 2048画素,12ビット精度)として蓄積・閲覧およびネットワーク配信が可能な高精度な映像修復アルゴリズムの開発を目的とする.1.位相限定相関法に基づく古いフィルム映像の位置ずれ推定のためのサブピクセル精度のいくつかの推定法の精度の比較を行った.2.映像の位置ずれの計測のために用いる位相限定相関法の基礎的性質を解析した.位相限定相関関数において,位相変動がある場合に,これが位相限定相関のメインローブとサイドローブに与える影響を解析した.位相変動が確率的であると仮定し,位相限定相関の期待値と分散を解析した.本年度は特に位相変動の確率的仮定をより現実的にするために,信号が実数値の場合の位相変動による位相相関関数の解析を行った.この結果,位相変動の分散が大きくなると,位相限定相関のメインローブは減少し,サイドローブは増加することを明らかにした.この結果は,これまで経験的に用いていた位相限定相関の理論的根拠を与えるものである.3.上記の位相限定相関関数の解析と方向統計学の関係を明らかにした.方向統計学の考え方を用いると,位相の確率的変動に起因する位相限定相関関数の平均と分散の解析結果が方向統計学にける角度データの平均と分散によってきわめて自然な形で表現され,位相限定相関関数の性質の数学的基礎が明らかになった.

位相限定相関関数の性能に対する数学的な解析が可能となり,目的とする古いフィルム映像の修復のための位置ずれと幾何学的変形を補正するための新しい手法の基礎が確立したため.24年度が最終年度であるため、記入しない。位相限定相関関数の性能に対する数学的な解析をさらに推し進める.現在は,1次元信号に対する位相限定相関関数の性能の解析がほぼ終了したが,今後,画像に対する2次元の位相限定相関関数および映像に対する3次元位相限定相関関数の性能に対する数学的な解析を行う.これによって,目的とする古いフィルム映像の修復のための位置ずれと幾何学的変形を補正するための新しい手法の基礎が真に確立できる.24年度が最終年度であるため、記入しない。
プラズモニック量子デバイスの開発とその量子ウォークへの応用

本年度は、長距離伝搬型表面プラズモンポラリトン導波路アレイの作製とSiC中のSi空孔からの単一光子発生を確認するための高分解能共焦点顕微鏡の開発を主に行った。長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンアレイに関しては、幅8μm厚さ20nm長さ3mmの導波路51本を2μm間隔で配列した導波路アレイを作製し、波長1550nmのレーザ光によって励起した長距離伝搬表面プラズモンポラリトンの伝搬特性を詳細に調べた。その結果、中央の導波路に励起した長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンが順次両隣の導波路と結合しながら伝搬していく様子を観測することができた。また、FTDT法による計算機シミュレーションにより、作製した導波路アレイを長距離型表面プラズモンポラリトンが伝搬する様子の解析や長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンの超伝導単位端センサによる直接検出を行うためのデバイス設計を行った。一方、SiC中のSi空孔からの単一光子発生に関しては、高純度SiC基盤にプロトンを照射することによりSi空孔を作製し、その空孔からの発光を高分解能で観測するための共焦点顕微鏡を開発した。また、Si空孔からの発光が単一光子であることを確認するための2次相関測定を行うための光学系を構築した。さらに、来年度予定している超伝導転移端センサの長距離伝搬型表面プラズモンポラリトン導波路への実装に向けて、導波路を窒素温度付近まで冷却し、低温環境下における長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンの伝搬特性を調べた。その結果、低温環境下では長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンの伝搬損失が改善されることを実証することができた。本研究では、長距離伝搬型表面プラズモンポラリトン導波路アレイの作製とSiC中のSi空孔からの単一光子発生が最終目的を達成するための要素技術となる。本年度は導波路数51本の導波路アレイの作製に成功し、SiC中のSi空孔からの単一光子発生を確認するための高分解能共焦点顕微鏡を作製した。これらの成果により来年度、長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンの量子ウォークの観測やSiC中のSi空孔からの単一光子発生を観測できると考えられるため。次年度は以下の2つの項目について重点的に研究を進める。(1)量子ウォークの観測本年度作製した導波路数51本の導波路アレイを波長900nmのレーザ光で長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンが励起できるように最適化する。次に、中央の導波路にレーザ光によって長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンを励起し、導波路アレイ伝搬後の出力強度分布を測定する。その分散値を評価することにより長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンの伝搬が量子ウォークであることを確認する。さらに、波長900nmにおいて量子もつれ光子対を発生させ、それらによって51本の導波路のいずれか2本の導波路に長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンを励起する。導波路伝搬後の光子分布をEMCCDで測定することで2次元量子ウォークの観測を試みる。(2)SiC中のSi空孔からの単一光子による単一表面プラズモンポラリトンの励起本年度作製した高分解能共焦点顕微鏡と2次の相関測定系によりSiC中のSi空孔からの発光が単一光子であることを確認する。次に単一光子源であることが確認されたSi空孔についてそのSiC表面からの距離を測定し、プロトン照射量とSi空孔の発生位置との関係を詳細に調べる。この結果から、SiC表面にAuナノ構造体を作製することにより、Si空孔から発生した単一光子で単一表面プラズモンポラリトンを励起するための条件(プロトン照射線量やナノ構造体の形状)を明らかにする。

その結果、低温環境下では長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンの伝搬損失が改善されることを実証することができた。本研究では、長距離伝搬型表面プラズモンポラリトン導波路アレイの作製とSiC中のSi空孔からの単一光子発生が最終目的を達成するための要素技術となる。本年度は導波路数51本の導波路アレイの作製に成功し、SiC中のSi空孔からの単一光子発生を確認するための高分解能共焦点顕微鏡を作製した。これらの成果により来年度、長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンの量子ウォークの観測やSiC中のSi空孔からの単一光子発生を観測できると考えられるため。次年度は以下の2つの項目について重点的に研究を進める。(1)量子ウォークの観測本年度作製した導波路数51本の導波路アレイを波長900nmのレーザ光で長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンが励起できるように最適化する。次に、中央の導波路にレーザ光によって長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンを励起し、導波路アレイ伝搬後の出力強度分布を測定する。その分散値を評価することにより長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンの伝搬が量子ウォークであることを確認する。さらに、波長900nmにおいて量子もつれ光子対を発生させ、それらによって51本の導波路のいずれか2本の導波路に長距離伝搬型表面プラズモンポラリトンを励起する。導波路伝搬後の光子分布をEMCCDで測定することで2次元量子ウォークの観測を試みる。(2)SiC中のSi空孔からの単一光子による単一表面プラズモンポラリトンの励起本年度作製した高分解能共焦点顕微鏡と2次の相関測定系によりSiC中のSi空孔からの発光が単一光子であることを確認する。次に単一光子源であることが確認されたSi空孔についてそのSiC表面からの距離を測定し、プロトン照射量とSi空孔の発生位置との関係を詳細に調べる。この結果から、SiC表面にAuナノ構造体を作製することにより、Si空孔から発生した単一光子で単一表面プラズモンポラリトンを励起するための条件(プロトン照射線量やナノ構造体の形状)を明らかにする。
近赤外光計測法による脳酸素状態モニタリング

近年、近赤外線分光法(NIRS)で検出されるチトクロームオキシダーゼ(cyt. ox.)の信号はヘモグロビン(Hb)の信号からくるアーチファクトであるとの報告がなされた。我々はこれまでNIRSを用いて脳内cyt. ox.の還元状態を測定する新たなアルゴリズムを開発してきた。そこで今回、我々がこれまで独自に開発してきたアルゴリズムをイヌ体外循環モデルに応用し、脳内cyt. ox.の信号がHbの吸収変化に依存するのかを血液希釈実験により検討した。さらに、我々のアルゴリズムの正当性を評価する目的で、cyt. ox.の酸化-還元状態と、各種パラメーターおよび脳障害の程度を比較検討した。<方法>イヌに体外循環を導入しシアン化ナトリウム投与後、血液希釈によりHt値を35%から5%まで変化させ、我々のアルゴリズムを用いてcyt. ox.の変化を解析した。さらに、体外循環を用いて超低体温下完全循環停止(25°Cと15°C)を60分間行い、cyt. ox.の酸化-還元変化と、体外循環離脱後の脳神経障害の程度とを比較検討した。<結果・考察>シアンで電子伝達系をブロックした後に血液希釈を行うと、脳内Hbの濃度変化と血中Htとは比例関係がみられたが、脳内cyt. ox.と血中Htの間に全く相関はみられなかった。このことから、我々の開発したアルゴリズムではHt値が35%から5%の範囲内においては、cyt. ox.の信号とHbの吸収変化を完全に独立して検出できることが判明した。また、完全循環停止時の脳内酸素化状態と体外循環離脱後脳障害の間には有意な相関がみられた。以上の結果から、NIRSを用いたcyt. ox.の測定に関しては、装置の演算方法(解析アルゴリズム)が重要であり、我々の開発したcyt. ox.測定アルゴリズムは、Hb濃度や体温の大きく変化する状況下(体外循環施行時)でも十分に対応できることが示された。体外循環中に発生する脳障害の早期検出および病態把握に対する近赤外光計測法(NIRS)の有効性を評価する目的で、イヌを用いた超低体温下完全循環停止(脳血流停止)モデルを作成した。<方法>イヌを用いて体外循環下に体温を15°Cまで低下させ、60分間の完全循環停止を行った後、復温し体外循環を離脱した。体外循環開始前に、皮膚を切開し頭蓋骨にNIRS測定プローブを、また、頸動脈を露出し超音波直流計を装着した。内頸静脈よりオプチカテーテルを逆行性に挿入し内頸静脈酸素飽和度(SjvO2)を連続的にモニタし、さらに、脳障害の指標であるシュワン細胞由来のS-100b蛋白の血中濃度を経時的に測定した。以上の検査結果及び測定値変化と、NIRSにより得られた脳内酸素化状態とを比較検討した。<結果および考察>SjvO2は、低体温に伴い上昇したが、完全循環停止時はあまり変化せず、体外循環再開により大きく低下した。S-100b蛋白は完全循環停止時には上昇せず、復温60分後にピークが見られた。NIRSによる脳内ミトコンドリア内チトクロームオキシダーゼ(cytox.)は、低体温とともに酸化され、完全循環停止時には緩徐に還元化された。体外循環再開により一時的に酸化状態は改善したが、復温時に再び還元化を示した。