hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
散乱光強度の角度分布情報を活用した生体計測技術の研究

前年度までに開発した多層構造を備えたシミュレーションプログラムをさらに改良し,検出器直下の生体深部に吸収体が局在するモデルに拡張した.このモデルを用いたシミュレーションにより,角度分解計測法によって生体深部における吸収係数変化の識別が十分に可能であることを実証した.一方,シミュレーションプログラムのGPUへの実装についてはメモリアロケーションの競合を完全に解消するには至らず,完全な実装にはさらに時間を要する見込みとなった.このため,シミュレーションの精度を損なうことなく計算に要する時間を大幅に短縮することをめざし,モンテカルロシミュレーションと拡散方程式の解析解を組み合わせる新たなシミュレーション法の開発に着手し,以下の成果を得た:(1)通常のモノポール検出器の空間感度分布関数が拡散方程式の解析解の積によって得られることを示した.(2)角度分解計測用プローブの感度分布が通常のモノポール検出器と仮想的なダイポール検出器の重ね合わせで近似できることを示した.(3)重ね合わせた解析解をシミュレーション結果にフィッティングさせることにより,角度分解計測用プローブに対する厳密な数値シミュレーションの結果を高い精度で再現できることを示した.フィッティングパラメータが決定できれば,数値シミュレーションを行わなくても解析解だけを用いてプローブ配置の条件等を変更した結果をたかだか数分間程度で予測することが可能となる見込みである.さらに,前年度に引き続き,散乱光強度の角度分布が計測可能な光プローブの設計を実施した.3レンズ系の設計において像面湾曲を補償するためにペッツバール和を零とする拘束条件を追加することによって集光性能が向上することを確認するとともに,残留するコマ収差によって最終性能が制限されてしまうことを確認し,ペッツバール和とアッベの正弦条件を両立させる設計法の開発に着手した.多層構造散乱吸収モデルを用いたモンテカルロ型のシミュレーションプログラムの開発が予定通りに進んでおり,生体深部に吸収体が局在化する場合の頭皮血流と脳血流の識別可能性に関する研究において着実に成果が得られている.シミュレーションプログラムのGPUへの実装については進捗が遅れているものの,モンテカルロシミュレーションと拡散方程式の解析解を組み合わせる新たなシミュレーション法の着想を得るなど,想定以上の成果も上がっている.また,光プローブの開発に向けた研究も順調に進展している.以上の理由から,本研究課題は総合的に見て概ね順調に進展していると評価できる.研究計画の最終年度は、主に以下の研究課題を実施する(行頭文字は申請書に記載した項目文字.カッコ内は主たる担当者).(エ)吸収体が存在するモデルへシミュレーションプログラムを拡張するにあたり,拡散方程式の解析解を利用して空間感度分布を推定する新たなシミュレーション技術を開発する.さらに,角度分解計測検出器を等価なダイポール検出器で置換することにより,計算精度を保ったまま計算時間を大幅に短縮可能なシミュレーション技術を開発する.これらの技術をモンテカルロ法の利用が困難なさまざまな計測条件に適用することにより,角度分解計測の効果と適用限界を明らかにする.(兵頭・的場)(オ)吸収体部位の計測精度の向上を図るため,必要最小限のプローブ数で吸収部位を特定するための独自のスキーム開発を継続する.具体的には,(エ)で開発されるシミュレーション技術を用い,1つの検出器による角度分解計測で吸収の変化を識別できない領域を特定し,その領域が重ならないように第2のプローブ位置を決定する.領域の重なりが完全になくなるまでこの操作を繰り返すことにより,必要最小限のプローブ数とその配置を決定する.(兵頭・宮内)(カ)計測スキームの有効性を定量的かつあいまいさなく実証するため,前年度に引き続き,散乱光強度の角度分布が計測可能な光プローブの設計開発を継続する.特に,多レンズ構成において,コマ収差や像面湾曲などの各種収差の影響を詳細に検討し,収差の影響を最小化する技術を開発する.これにより,従来にはない広視野・高検出効率のプローブ開発を目指す.(兵頭・齋藤・宮内)生体内部での散乱・吸収特性の変化と散乱光強度の角度分布の関係性を明らかにし,計測スキームの開発へとつなげるため,散乱体表面での散乱角分布を考慮した生体の生理学的特性を表現可能な多層構造散乱吸収モデルを用いたMonte Carlo型の光子輸送シミュレーションプログラムの開発を進め,シミュレーションプログラムの信頼性を検証するため,統計的不確かさの検証や適用限界の検討を行った.また,吸収係数識別感度の概念を提案し,二層構造散乱吸収モデルに適用して頭皮血流と脳血流の識別能力を定量的に評価することが可能であることを示した.これらの知見をもとに,散乱光強度の角度分布のデータから頭皮血流と脳血流を識別するための詳細な計測スキームの検討を開始した.さらに,散乱体の光学特性を精密に計測するために重要な基礎技術としてコヒーレンス可変レーザを開発し,動作特性を詳細に計測して論文を投稿した.さらに,生体内部の微小吸収体イメージング技術の向上に向けて自在に散乱係数制御が可能な人工散乱体作製技術として3次元プリンタ技術を活用した積層型多孔構造を提案し,モンテカルロ計算とコヒーレント伝搬により散乱特性を評価した.これにより生体模擬材料としての利用可能性を確認した.また,吸収体再生構成のための信号強調技術を検討した.一方,頭皮血流や脳活動等の生理学的条件を考慮したファントムを用いた実証実験の実施に向け,散乱光強度の角度分布が計測可能な光プローブの検討を開始した.バンドルファイバーからの出射光を広く受光するために焦電型受光素子を導入し,分担者所属機関のアンプと組み合わせることで受光系の整備を行った.

多層構造散乱吸収モデルを用いたMonte Carlo型の光子輸送シミュレーションプログラムの開発が予定通りに進んでおり,吸収係数識別感度を提案して頭皮血流と脳血流の識別能力の定量的評価を可能にする成果を挙げたことに加え,生体内部のイメージング技術の向上に向けて3次元プリンタ技術を活用した積層型多孔構造を提案し,生体模擬材料としての利用可能性を確認するなど,当初計画以上の成果も得られつつあり,また,光プローブ開発に向けた予備実験も順調に進んでいる.以上の理由から,本研究課題は総合的に見て概ね順調に進展していると評価できる.生体内部での散乱・吸収特性の変化と散乱光強度の角度分布の関係性を明らかにし,計測スキームの開発へとつなげるため,モンテカルロ法を用いた光子輸送シミュレーションプログラムを生体の生理学的特性を近似的に表現可能な5層構造モデルへと拡張し,光源直下の生体深部に吸収体が局在する場合の頭皮血流と脳血流の識別可能性を検討した.現状では限られた計算精度の範囲内で有意な識別が可能であるとの結論を得ているが,定量的な評価のためには計算精度の向上が急務であり,プログラムを高速化するためにGPUへの実装を進めている.また,単一構造モデルにおいて検出器を異なる方向に向けた場合の空間感度分布を詳細に比較し,以下の知見を得た:(1)検出器の深部かつ光源と対向する側において空間感度分布に顕著な差異が出現することを確認した.(2)この空間感度分布の差異は実効的なSD間距離の違いだけでは説明できず,検出器直下に出現するダイポール状の感度領域対の存在を考慮して初めて説明できることを明らかにした.一方,本研究で提案する計測スキームの有効性を定量的かつあいまいさなく実証するためには散乱光を広視野角で高効率かつ高い角度分解能で受光可能な光プローブの開発が必要である.本年度は高精度に光線追跡が可能なシミュレーションソフトを新たに導入し,レンズ2-3枚から構成される比較的単純な構造の光プローブを設計し性能評価を実施した.その結果,レンズ2枚構成では高屈折率レンズを用いた場合でも球面収差の影響が顕著となるが,3枚構成にすることで性能が劇的に改善し,所望の性能が得られる見通しを得た.多層構造散乱吸収モデルを用いたモンテカルロ型の光子輸送シミュレーションプログラムの開発が予定通りに進んでおり,生体深部に吸収体が局在化する場合の頭皮血流と脳血流の識別可能性に関する研究も着実に進展していることに加え,検出器直下に出現するダイポール状の感度分布と空間感度分布の差異の関連性を明らかにするなど,想定以上の成果も上がっている.また,光プローブの開発に向けた研究も順調に進展しており,比較的単純な光学系でも所望の性能が得られる見通しに至っている.以上の理由から,本研究課題は総合的に見て概ね順調に進展していると評価できる前年度までに開発した多層構造を備えたシミュレーションプログラムをさらに改良し,検出器直下の生体深部に吸収体が局在するモデルに拡張した.このモデルを用いたシミュレーションにより,角度分解計測法によって生体深部における吸収係数変化の識別が十分に可能であることを実証した.
コンパクト型UHV送電の最適絶縁設計を可能にする放電モデルの構築に関する研究

次期UHV送電の一つとして考えられているコンパクト型UHV送電方式において、信頼性の高い絶縁設計を行えるかどうかは、絶縁破壊強度の的確な予測を可能にする放電モデルができるかどうかにかかっており、これを実現するために放電の進展特性を正確に把握することが不可欠である。レーザ生成プラズマによる放電の制御法を活用することにより、放電進展に与える要因を検討することができた。3.5Jの炭酸ガスパルスレーザを用いて、プラズマチャネルを放電ギャップの基本である棒対平板電極間に生成した。電極間に直流電圧を印加することにより、レーザ生成プラズマチャネルが効果的に電極間のフラッシオーバ電圧を低下させる条件を明らかにした。放電進展は電界によって影響されことから、放電近傍の空間電界を直接測定することが必要となる。これを実現するために、ポッケルス効果を有するバルク結晶を用いた光応用電界センサおよび超小型化を目指した単一光導波路ポッケルスセンサの試作を行った。放電がレーザ生成プラズマによってガイドされずに全く独立した場所にトリガだけされるという現象(放電トリガ効果)を見出した。棒電極に正極性電圧を印加した場合にその現象が現れ、同時にギャップのフラッシオーバ電圧の低下が観測される。プラズマ生成からフラッシオーバまでの遅れ時間は、プラズマの発光時間に比べ数十倍程度大きい。電界測定から、プラズマの陽極側に負極性電荷が現れ、印加静電界を強めることがわかった。この電界に沿って負イオンがプラズマチャネルから棒電極近傍までドリフトするが、その時間によって、トリガ効果の遅れ時間がほぼ説明ができることなどから。トリガ効果の主要因は、負イオンのドリフト作用にあると結論づけられる。次期UHV送電の一つとして考えられているコンパクト型UHV送電方式において、信頼性の高い絶縁設計を行えるかどうかは、系統に生じる異常電圧に対する絶縁破壊強度の的確な予測にかかっており、これを実現するために放電の進展特性を正確に把握することが不可欠である。本年度の研究では、放電進展を予測できるモデルを構築するために、まず、パルスレーザ光照射による放電の制御法について研究を開始した。研究の進捗状況及び実験結果は以下の通りである。1.パルスレーザ光源としては、レーザ照射時のプラズマ生成効率が高くなる遠赤外領域の波長をもち、更に3ジュール程度の高出力が得られるTEA型炭酸ガスレーザを採用した。放電ギャップの基本である棒対平板電極構成で発生する放電を対象として、レーザ光は平板電極に設けた穴を通過して、放電ギャップ中に集光された。放電ギャップ軸と平行に放電誘導用のプラズマを生成することに成功した。2.平板電極を接地し、棒電極に直流高電圧を印加した。棒電極先端形状として、円錐端、半球端、球形のものを用いた。ギャップ長は、540cmとし、また、レーザ生成プラズマチャンネルの長さは34cmであった。4.電極間にレーザ生成プラズマチャネルが存在すると、ギャップのフラッシオーバ電圧が低下する。特に、棒電極側に負極性電圧を印加した場合には、プラズマチャネルに沿った放電誘導が可能である。5.プラズマチャネルを相対的に正極側になる電極付近に生成した場合に、最もフラッシオーバ電圧が低下する。また、正極側の電極の曲率半径は大きく、その部分でコロナ放電が発生しないときに、とくにフラッシオーバ電圧の低下が顕著であり、低下したフラッシオーバ電圧の絶対値は正極側の曲率半径に依存しなくなる。本年度の研究では、放電進展に与える要因を検討するために、レーザ生成プラズマによる放電の誘導特性を実験的に明らかにした。

研究の進捗状況及び実験結果は以下の通りである。1.3.5Jの炭酸ガスパルスレーザを用いて、長さ4cmのプラズマチャネルを放電ギャップの基本である棒対平板電極間に生成した。電極間には基本的には直流電圧を印加した。2.レーザ生成プラズマチャネルが効果的に電極間のフラッシオーバ電圧を低下させる次のような条件が明らかになった。(1)相対的に正極性となっている電極近傍にプラズマチャネルが生成される、(2)この場合に正極性の電極の曲率半径が大きい、(3)コロナ放電を伴わない。3.レーザ生成プラズマチャネルが存在すると、電極間のフラッシオーバ電圧が低下し、放電路もプラズマチャネルでガイドされるということが、従来の考え方であった。しかし、ある条件下では、フラッシオーバのトリガはされるが、放電路はプラズマチャネルでガイドされない場合があることを見いだした。これをガイド効果と定義し、ガイド効果が現れる条件を明らかにし、特にフラッシオーバまでの遅れ時間が通常の遅れ時間より非常に大きいというガイド効果の機構を知る上で重要な事実を見いだすことができた。4.ポッケルス電界センサにより、プラズマチャネル周辺の電界の時間変化を測定することに成功した。不平等電界ギャップの基本である棒対平板電極構成で発生する放電を対象として、ギャップの任意の位置に炭酸ガスパルスレーザを集光することにより、放電誘導が可能なプラズマを生成する実験系を構築し、放電をトリガないしはガイドできるレーザ生成プラズマの条件および周囲条件についてのデータベースの充実を図った。レーザ生成プラズマ周囲の電界がポッケルスセンサによる測定によって初めて明らかにされた。直径1cm、長さ4cmの円柱形プラズマが生成され、その軸方向の電界は、プラズマ先端から1cm離れたところでピークで4kv/cmに達し、外部の印加電界を強めている。また、その電界は約80μsの周期で振動していることから、プラズマ内の正、負の電荷が互いに逆向きに振動していることがわかった。一連の実験を通じて、放電がレーザ生成プラズマチャネルによってガイドされずに全く独立した場所にトリガだけされるという興味ある現象(放電トリガ効果)を見出した。棒-平板電極のギャップ構成において,棒電極に正極性直流電圧を印加した場合に放電トリガ効果が現れ,同時にギャップのフラッシオーバ電圧の低下が観測される。プラズマ生成からフラッシオーバまでの遅れ時間は,プラズマの発光時間に比べ10100倍程度大きく,生成位置がギャップ軸から離れるほど遅れ時間も増加する。電界測定から,プラズマの陽極側に負極性電荷が現れ,印加静電界を強めることがわかった。この電界に沿って,負イオンがプラズマチャネルから棒電極近傍までドリフトするが,その時間を計算するとその値によって、トリガ効果の遅れ時間がほぼ説明ができる。また,負イオンを人為的に減少させるとトリガ効果が生じにくくなった。これらの点から,放電トリガ効果の主要因は,プラズマチャネル中の負イオンのドリフト作用にあると結論づけられる。
軟骨肉腫におけるchondromodulin-1(ChM-1)の発現―軟骨肉腫腫瘍マーカーとしての可能性と抗腫瘍作用について―

目的硝子軟骨由来の血管新生阻止因子であるコンドロモジュリン-I(ChM-I)について軟骨組織を有する腫瘍で、良性腫瘍あるいは悪性の軟骨肉腫でChM-IのmRNA発現量に差があるかどうか。組み替えChM-I蛋白投与によりin vivoで腫瘍への血管新生を阻止できるかについて検討した。方法手術時に採取した良性軟骨系腫瘍と軟骨肉腫についてChM-Iの競合PCRを行い各腫瘍のChM-I量を半定量し、それと腫瘍の病理診断とを比較した。ヒト軟骨肉腫細胞株OUMS-27とヒト軟骨細胞よりRNAを抽出し、northern blotingにより、ChM-I mRNA発現を検討した。またin vivoでのChM-Iの血管新生阻止作用を検討するためにOUMS-27をヌードマウス皮下移植モデルを作製し、腫瘍周囲にChM-I蛋白(ChM-I投与群)あるいはPBSのみを投与し(PBS投与群)、腫瘍体積を経時的に計測比較した。結果軟骨肉腫では良性軟骨系腫瘍に比べてChM-I mRNA発現は著名な低下を示した。軟骨細胞ではnorthem blottingでChM-Iの発現を検出したが、培養軟骨肉腫細胞においてはChM-Iの発現は検出できなかった。組み換えChM-I蛋白投与で、軟骨肉腫の増殖は強く抑制された。ChM-I投与群では腫瘍は無血管であったが、PBS投与群では腫瘍内に血管、出血が認められた。考察軟骨肉腫は、良性軟骨系腫瘍と病理組織のみでの鑑別は非常に困難だが、本研究より、軟骨肉腫のChM-Iの発現量は有意に低く、ChM-Iの発現量の検討は良性軟骨系腫瘍との鑑別に有用である可能性が示唆された。また、ChM-I蛋白はin vitroで血管内皮細胞の抑制作用が示されていたが、本実験では、PBS投与群で腫瘍内の血管侵入を認め、ChM-Iの作用は腫瘍への血管新生を抑制し腫瘍の増殖を抑制するものと考えられた。軟骨に特異的なChM-Iは軟骨細胞の増殖、分化を促進し、また同時に血管新生阻止作用を併せ持つことが解っている。そこで本研究ではChM-Iの減少が軟骨形成性腫瘍の悪性化に重要な役割を果たしている可能性があると考え、ChM-Iの腫瘍マーカーとしての可能性と、血管新生阻止作用をもつChM-I蛋白の軟骨肉腫治療への可能性について検討した。平成10年度は1)軟骨肉腫細胞株と関節軟骨の初代培養を比較し、軟骨肉腫細胞のin vitroでのChM-Iの発現を検討した。その結果ノーザンブロット解析、PCR法で関節軟骨の初代培養で強いChM-Iの発現が認められるのに対し、2種類の軟骨肉腫細胞株(OUMS-27,HCS-TG)ではChM-I mRNAが感度以下に減少していた。また細胞をヌードマウスに移植することでマウス由来細胞の内軟骨骨化における軟骨を観察できる移植モデルと軟骨肉腫細胞株を移植した腫瘍軟骨を観察できるモデルで、ChM-Iとその他の軟骨マーカーであるII型コラーゲンの発現をRT-PCR、及び摘出した組織切片では軟骨形成を担う細胞の起源を、ヒトとマウスに各々特異的なDNA配列を標的としたDNA-in situ hybridization(ISH)を用いて同定しそれらの軟骨様細胞をRNAISHで検討することによりin vivoにおいても軟骨肉腫細胞はChM-Iを発現していない事を細胞レベルで証明した。2)軟骨肉腫細胞株移植モデルにヒト精製ChM-I蛋白を投与した結果、血管新生を抑制することにより、腫瘍増殖抑制効果を示した。

平成11年度では臨床検体を中心に、ChM-1の腫瘍マーカーとしての可能性について検討を加える。目的硝子軟骨由来の血管新生阻止因子であるコンドロモジュリン-I(ChM-I)について(1)軟骨組織を有する腫瘍で、良性腫瘍あるいは悪性の軟骨肉腫でChM-IのmRNA発現量に差があるかどうか。(2)組み替えChM-I蛋白投与によりin vivoで腫瘍への血管新生を阻止できるかについて検討した。方法手術時に採取した良性軟骨系腫瘍と軟骨肉腫についてChM-Iの競合PCRを行い各腫瘍のChM-I量を半定量し、それと腫瘍の病理診断とを比較した。ヒト軟骨肉腫細胞株OUMS-27とヒト軟骨細胞よりRNAを抽出し、northerm blottingにより、ChM-I mRNA発現を検討した。またin vivoでのChM-Iの血管新生阻止作用を検討するためにOUMS-27をヌードマウス皮下移植モデルを作成し、腫瘍周囲にChM-I蛋白(ChM-I投与群)あるいはPBSのみを投与し(PBS投与群)、腫瘍体積を経時的に計測比較した。結果軟骨肉腫では良性軟骨系腫瘍に比べてChM-I mRNA発現は著明な低下を示した。軟骨細胞ではnorthern blottingでChM-Iの発現を検出したが、培養軟骨肉腫細胞においてはChM-Iの発現は検出できなかった。組み換えChM-I蛋白投与で、軟骨肉腫の増殖は強く抑制された。ChM-I投与群では腫瘍は無血管であったが、PBS投与群では腫瘍内に血管、出血が認められた。考察軟骨肉腫は、良性軟骨系腫瘍と病理組織のみでの鑑別は非常に困難だが、本研究より、軟骨肉腫のChM-Iの発現量は有意に低く、ChM-Iの発現量の検討は良性軟骨系腫瘍との鑑別に有用である可能性が示唆された。また、ChM-I蛋白はin vitroで血管内皮細胞の抑制作用が示されていたが、本実験では、PBS投与群で腫瘍内の血管侵入を認め、ChM-Iの作用は腫瘍への血管新生を抑制し腫瘍の増殖を抑制するものと考えられた。
ＲＦＩＤとＰＯＳデータによる消費者行動研究

研究期間内にマーケティングあるいは消費者行動の分野において、情報通信(IT)技術を利用した業務システムによる収集されたデータベース(POSデータ)、あるいは店舗実験により収集された顧客動線データ(RFIDデータ)の分析を行った。3つの関連問題「スペース・エージェント・ショッピングパス(動線)」という軸にそって、RFIDデータ・POSデータのマーケティング・リサーチへの応用を提案した。期間内に店舗内顧客購買行動を分析し、研究成果としてデータマイニングによるビジネスへの新しいアプリケーション提案し、論文・発表・著書として社会に発信した。本研究の目的は消費者に関するRFID(Radio Frequency Identification)とPOS(Point of Sale)のデータによる詳細かつ膨大なデータベースを使用し、消費者のショッピングパスと購買行動に関するフレームワークを提案することである。従って、この目的を達成するために学術的な特色と独創的な点として新しいデータマイニング・アプリケーションと新しい消費者行動理論を提案する必要があり、今年度主にこれに取り組んだ。平成26年度は、1最終的に文献整理、2本研究の目的のため、データ処理とデータ分析、3消費者行動の分析におけるトップの研究者と意見交換、4海外の学会・大学での報告などを行った。これについて、具体的には次の通りである。12012年ー2013年の間に書いた論文と国際学会で行った発表での内容を整理した。また、RFID(Radio Frequency Identification)とPOS(Point of Sale)データを用いた消費者購買行動の分野において新たに発行される論文の数は少ないため、自分の本研究テーマの位置づけについて考え、新たなアイディアを出した。22012年と2013年に行った研究の結果、本研究の目的を十分に満たした。本研究の目的は消費者に関するRFIDとPOSデータによる詳細かつ膨大なデータベースを使用し、消費者のショッピングパスと購買行動の間の関係を明らかにするフレームワークを提案することであった。このフレームワークは「スペース・エージェント・ショッピングパス」という視点から提案する目的であった。上記データの分析の結果、店内でのスペースに相当する店舗レイアウト・エージェントに、相当する消費者・ショッピングパスである消費者の具体的な店舗内の動きの方向などの間に関係を見つけ出し、それは売上にどう関係しているか分析を行った。これらの研究成果を世界トップレベル研究者の前で報告し、意見交換を行い、それを参考に論理的なフレームワークをさらに検討した。招待講演も行なった。消費者行動平成25年に本研究課題におけるRFIDデータとPOSデータの分析を行い、KES2013とICDM2013という学会に発表する予定であったが、平成26年に本研究課題テーマでのリーダーしている海外にある研究所と共同研究を行うことになったため、以上の学会発表の計画を変更し、共同研究の課題をマーケティング分野での世界トップの学会(INFORMS2014)に発表が採択されたため、やや遅れが生じた。2012年度に、まず、大規模なデータセットを処理のために配達された独自のデータマイニング用のオープンソースプラットフォーム(MUSASHI)を使用し、RFIDシステム活用術に基づいたデータセットの処理や汎用な分析を行った。さらに消費者のID付きPOS(Point of Sales)データと組み合わせ、RFIDデータセットから抽出が出来る時間・距離・速度による店内の消費者移動の特徴と消費者が実際買い物に利用した金額・数量との相互作用のアプローチを応用することによって店内購買行動の特徴を明らかにするこができた。以上の研究に基づき、マーケティング・リサーチへパスデータの応用ができるアプリケーションを提案した。従って、RFIDとPOSデータを使用することによって、3つの関連問題「スペース・エージェント・ショッピングパス」を考慮することができた。平成26年に本研究課題テーマでのリーダーしている海外にある研究所(ゲント大学)と共同研究を行うことになったため、現在、その共同研究に取り組んでいる。または、マーケティング分野での世界トップの学会(INFORMS2014)に発表が採択されたため、「How Store Design Influences Shopping Behavior?」というタイトルで発表する予定である。2013年度に、消費者選択のモデル化を行う。そのとき、RFIDとPOSデータを使用することにあたって、また3つの関連問題「スペース・エージェント・パス」を考慮する。最後に、消費者選択の結果をもとに、消費者行動へのアプリケーションの開発を行う。具体的に以下通りに研究を発展させる予定である。1)売場間の移動順位や移動距離と商品選択・未選択の関係を明らかにする。2)異質な消費者を前提として、階層ベイズの枠組みを応用し個体内、個体間モデルを考慮する。3)こうした枠組みと従来の同時選択行動に関するモデルを統合し、複数カテゴリ(売場)における移動パターンを取り入れた販売促進活動に関する知見を得ることができ、重要な理論的貢献が可能であると考える。

2013年度に本研究課題におけるRFIDデータとPOSデータの分析を行い、KES2013とICDM2013という学会に発表する予定であったが、2014年度に本研究課題テーマでのリーダーしている海外にある研究所と共同研究を行うことになったため、以上の学会発表の計画を変更し、共同研究の結果をマーケティング分野での世界トップの学会(INFORMS2014)で発表をすることにし、その発表はもうすでに確定されたため、未使用額が生じた。以上の理由があり、共同研究とINFORMS2014で発表を行うことにし、未使用額をその経費に使用したい。2013年度に国内外研究学会などが多いため、2012年度に215,931円を残し、来年度の予算として使用予定。
超対称ゲージ理論の非摂動力学と素粒子モデル

平成14年度は、5本の論文を発表しました。1.高次元理論から導かれる4次元理論を用いて、観測されているフェルミオンの質量階層性を説明する単純な物質場の配位をいくつか見つけました。また、その配位から超対称フレーバー問題を解決するデカップリング解と呼ばれるスカラーフェルミオンの質量スペクトルが自然に導けることを示しました。更にスカラーレプトンセクターのデカップリング解に着目し、ミューオン異常磁気モーメントアノマリーをレプトンフレーバーの破れからの制限に矛盾せず説明できることを示しました。2.4次元N=1超重力理論に結合しているスカラー場のBPSドメイン壁の厳密解を見つけました。このBPS解が厚さゼロの極限でRandall-Sundrum解を再現し、宇宙項の微調整が自動的に導かれることを示しました。更に、非BPS解の近似解を重力結合定数に関する摂動論を用いて体系的に構成しました。3.5次元Randall-Sundrumモデルにおけるバルク中のスカラー、フェルミオン、ゲージ場の局在化の性質が、4次元直積群のゲージ群をもつ理論においても、低エネルギーモードを非常によく再現できることを示しました。特に、ゲージ場のゼロモードが局在することを容易に示すことができました。物理への応用として、フェルミオン質量階層性を説明する配位を数値的に見つけました。以上の研究成果を学会(9月立教大)、研究会(7、1月基研)、セミナー(9月新潟大、10月東北大、東工大、理研、中央大、11月高エネ研、都立大、1月日大)等で発表しました。国際会議(6月、ドイツ)に出席しました。
診療参加型実習における学生診療録ピア・レビュー教育の有効性に関する研究

診療参加型実習を行う医学科5,6年生を対象に、配属診療科で記載する学生診療録について、医学教育専任教員により実習期間を通じた継続的なピア・レビューを行い(1期6週間を基本とするが可能であれば長期的に追跡評価を行う)、診療録記載技能向上における有効性を評価する。評価はルーブリック方式で行い、学生への送付や質疑応答、アンケートは電子システムを用い、迅速且つ緻密な評価とフィードバックを行う。本評価手法とシステムを立ち上げ、その有効性と改善点を検討することにより、最終的に臨床医学教育の改善につながる教育手法の確立を目指す。
直感的な手術を実現する多自由度手術支援ロボット

本研究では,手術支援ロボットにおいて,アームの干渉などを防ぐために,従来のロボット鉗子よりも自由度の高い多自由度鉗子を開発した。それぞれ2自由度の肘関節と手首関節,すなわち合計4自由度を有する鉗子を試作した。実用化を考慮してアクチュエータのある駆動部と作業を行う鉗子部を分離できるように,クランクと磁石を用いた着脱機構を提案した。また,このような多自由度アームを操作者が容易に取り扱えるシステムの実現を目指し,1台のマスタ(操縦装置)を用いて2本のロボット鉗子を操作する制御手法を開発した。運動学情報と力覚情報を用いて,縫合針の刺入を検知し,一方の鉗子から他方の鉗子へと縫合針を自動で受け渡した。内視鏡手術などの低侵襲手術は,従来の開腹手術よりも患者の傷口を小さく抑えられるため,術後の回復が早く審美性に優れるという利点を有する.一方で,低侵襲手術は外科医に高度な技能を要求する手術であるため,これらを支援するためのロボットシステムが開発されている.従来の手術支援ロボットは,患者の体外に4自由度,患者の体内に手首の2自由度とグリッパを搭載する機構である.しかしながら,このような機構では鉗子の挿入点を中心に体外の駆動機構が大きく動くために術者や助手,さらには他のアームと干渉するという課題がある.一方,体内に4自由度を有する鉗子マニピュレータ,すなわち体内で動作する肘関節と手首関節を備えたロボット鉗子は,体外の動作を抑えることが可能である.しかしながら,従来の4自由度鉗子マニピュレータはモータ等が含まれる駆動部と体内に挿入される鉗子部を切り離すことが難しく,駆動部と鉗子部の間に挟む滅菌アダプタと呼ばれる部品の機構が複雑なものとなっていた.本研究では,上記の課題を解決するために,洗浄が可能な鉗子部と洗浄が不可能な駆動部を容易に着脱することが可能な腹腔内4自由度鉗子を開発する.アクチュエータとして直動の空気圧シリンダを採用し,磁力を用いて駆動部と鉗子部を結合する方式を提案した.磁力では鉗子の関節を駆動するワイヤを引く力が不足することから,クランク機構を用いて空気圧シリンダを押すとワイヤが引かれる方式とした.これにより,体内4自由度鉗子のように多数のアクチュエータを持つシステムにおいても着脱が容易でワイヤの駆動力を十分に伝達できる機構を実現した.当初の研究計画においては,駆動部と鉗子部の結合箇所を減らすことを目的として,鉗子部の両端に関節を設け,それらをワイヤを結合して間接的に駆動力を伝達する方式を採用した.簡易な鉗子を試作して検証したところ,この方式ではワイヤの伸びなどの影響により先端に十分な駆動力が伝達できないことが確認された.そこで,磁力とクランクを用いる方式に変更し,着脱の手間が当初の方式と同程度であり,かつワイヤ張力が十分に伝達可能な鉗子マニピュレータを実現した.また,ニューラルネットワークを用いて手術ロボットの逆運動学が解けることが確認できているが,現時点では実用に向けて精度を大きく向上させる必要があると考えられる.内視鏡手術は術者に対して高度な技能を要求する手術である。現在,この課題を解決するための手術支援ロボットが多数開発されている。手術支援ロボットは,鉗子マニピュレータに手首関節を有しており,マスタ・スレーブ型遠隔操縦によって開腹手術と同等の直感的な手術を実現している。本研究では,従来のロボット鉗子よりも自由度の高い多自由度鉗子を開発する。鉗子の自由度を高めることによって,体外の保持アームの自由度を減らすことができ,医師や他の機器との鑑賞を防ぐことができる。まず,4自由度,すなわち肘関節と手首関節を有する鉗子を試作した。それぞれの関節は切削スプリングを用いた柔軟関節を採用した。アクチュエータには軽量で高出力な空気圧駆動を採用した。実用化を考慮してアクチュエータのある駆動部と作業を行う鉗子部を分離できるように,クランクを用いた着脱機構を提案した。また,4自由度鉗子の手首と肘の間に伸縮自由度を追加した5自由度鉗子を開発した。これにより鉗子の可動範囲を向上させ,体表面に近い浅い領域での動作が可能となる。伸縮動作と手首の屈曲動作の3自由度を4本の平行なNi-Ti超弾性ワイヤを用いて駆動する方式を導入することで,従来の4自由度鉗子と同程度の部品点数で5自由度動作を実現した。さらに,鉗子製造の低コスト化のために,3Dプリンタを用いた柔軟関節の製造方法について検討を行った。運動学情報と力覚情報を用いて,縫合針の刺入を検知し,一方の鉗子から他方の鉗子へと縫合針を自動で受け渡し,かつ操作者に力覚をフィードバック可能なシステムを実現した。今後は5自由度鉗子などの冗長なロボット鉗子にこの手法を応用する予定である。

それぞれ2自由度の肘関節と手首関節,すなわち合計4自由度を有する鉗子を試作した。実用化を考慮してアクチュエータのある駆動部と作業を行う鉗子部を分離できるように,クランクと磁石を用いた着脱機構を提案した。また,このような多自由度アームを操作者が容易に取り扱えるシステムの実現を目指し,1台のマスタ(操縦装置)を用いて2本のロボット鉗子を操作する制御手法を開発した。運動学情報と力覚情報を用いて,縫合針の刺入を検知し,一方の鉗子から他方の鉗子へと縫合針を自動で受け渡した。体内4自由度鉗子は,体内に肘関節まで挿入する必要があるため,体内の浅い領域での作業ができないという課題がある.今後は,これまでに開発した機構を拡張し,体内で伸縮できる機構を搭載した体内5自由度あるいは6自由度の鉗子を開発する予定である.また,ニューラルネットワークを用いた逆運動学解法については,近似誤差をさらに学習させる方式や,ニューラルネットワークによる解を初期値とする反復計算を導入するなど,精度を向上させるための手法を多方面から検討する.ロボット工学ロボットの機構を変更し,部品にかかるコストが僅かに減少したため.試作する予定のロボット鉗子の性能を向上させるために使用する予定である.
文書の機能論からみた日本の中世前期国家・社会における法秩序形成に関する研究

本年度は2年目にあたる。日本中世文書の機能論的研究を通して、古代から中世への移行期における文書利用や訴訟の様相と特質を解明するという問題意識に沿って研究を進め、東京大学大学院人文社会系研究科に「日本中世初期の文書機能と訴訟の研究」と題する課程博士諭文を提出し、2011年4月に博士(文学)の学位を授与された。また、上記の研究に関連して、2011年1月に東北中世史研究会例会(仙台)において口頭報告「日本古文書学の現状と課題」、日本史研究会・中世史部会例会(京都)において口頭報告「中世前期の勘状と裁許」を行った他、文書・史料論として『東北亜文化研究』(韓国2010年発刊)23集に論文「平安期の副状と使者」鎌倉時代の基本史料である『吾妻鏡』の史料批判と鎌倉幕府政治史の再検討を企図して論文「公卿昇進を所望した武蔵守について-鎌倉前期幕府政治史における北条時房・足利義氏・大江親広-」を阿部猛編『中世政治史の研究』(日本史史料研究会,2010年9月)に発表した。佐々木文昭著『中世公武新制の研究』(吉川弘文館)の「書評と紹介」を『日本歴史』749号(2010年10月)に発表した。上記と並行して、朝河貫一(1873-1948)の再検討を中心にして、近代歴史学における法制史・古文書学の背景に関して《史学史》的研究を進めた。山内晴子著『朝河貫一論-その学問形成と実践-』(早稲田大学出版局)の書評を『歴史評論』728号(2010年12月)に発表して、朝河研究の現状と課題を提示した。『歴史評論』732号(2011年4月)に掲載した論文「朝河貫一と比較封建制論序説-個人資料に基づく史学史研究の試み-」では、イェール大学図書館所蔵朝河貫一文書(朝河ペーパーズ)など個人資料を用いて、朝河貫一論と史学史研究の方法について論じた。以上の文書論・訴訟論・史学史にわたる諸研究を通じて、日本中世古文書学・法制史の新たな方法論を模索しつつある。本年度は1年目にあたる。日本中世文書の機能論的研究を通して、古代から中世への移行期における文書利用や訴訟の様相と特質を解明するという問題意識に沿って研究・論文執筆を進めてきた。2008年10月に鎌倉遺文研究会で報告した内容を基に作成、投稿した論文「院庁下文と国司庁宣」が、『鎌倉遺文研究』24号に「論文」として掲載された。大山喬平編『中世裁許状の研究』(塙書房)に対する「書評」が『史学雑誌』118編9号に掲載され、裁許状研究においても《様式》ではなく《機能》を重視する必要性や学説史に関する問題提起を行った。さらに平安期の「権門裁判」における「裁許状」の《機能》を具体的に論じた論文「初期中世日本の「裁許状」の機能について」を作成、投稿して、鈴木秀光他編『法制史学会60周年記念若手論文集法の流通』(慈学社出版)に掲載された。また、日本法制史・古文書学に関する学説史整理を進めた。『永原慶二著作選集』(校倉書房)に対する「書評」を杉山巖らとの共著で執筆し、『歴史評論』717号に掲載された。比較封建制論の先駆者である朝河貫一(1873-1948)に関する資料調査を2008年にイェール大学図書館で行った成果が、「朝河貫一の比較封建制論の再評価をめぐって」として『歴史評論』708号の「歴史のひろば」に掲載された。さらに同図書館の資料に基づき、朝河とマルク・ブロックの往復書簡について調査・研究を行い、2009年10月に東亞細亞日本學會&東北亞細亞文化學會(合同)2009年度秋季國際學術大會(ソウル)において「口頭発表」を行った。口頭発表の内容は現在論文化を進めているが、関連のものとして「マルク・ブロック『封建社会』と朝河貫一-予備的考察として-」(『東京大学日本史学研究室紀要』14号)が印刷中である。

佐々木文昭著『中世公武新制の研究』(吉川弘文館)の「書評と紹介」を『日本歴史』749号(2010年10月)に発表した。上記と並行して、朝河貫一(1873-1948)の再検討を中心にして、近代歴史学における法制史・古文書学の背景に関して《史学史》的研究を進めた。山内晴子著『朝河貫一論-その学問形成と実践-』(早稲田大学出版局)の書評を『歴史評論』728号(2010年12月)に発表して、朝河研究の現状と課題を提示した。『歴史評論』732号(2011年4月)に掲載した論文「朝河貫一と比較封建制論序説-個人資料に基づく史学史研究の試み-」では、イェール大学図書館所蔵朝河貫一文書(朝河ペーパーズ)など個人資料を用いて、朝河貫一論と史学史研究の方法について論じた。以上の文書論・訴訟論・史学史にわたる諸研究を通じて、日本中世古文書学・法制史の新たな方法論を模索しつつある。
反応拡散系における自己組織的パルス波生成

本研究では、Bonhoeffer-van der Pol (BVP)型方程式で表現される反応拡散系における時空間パターンの研究を行なった。この研究はパルス衝突の計算機シミュレーションで偶然発見した奇妙な振る舞いが動機になっている。すなわち、パルスは衝突によって消滅せず、むしろ、持続的にパルスを放射する核を形成する。この事実は、散逸系のパルスは衝突によって消え去るというこれまで信じられてきた常識を覆えすものである。私たちはこの現象を自己組織的パルス波生成と名付けた。BVP型方程式は20年以上研究されてきたが、上のような性質は今までに知られていないまったく新しいものである。本研究で次のようなことが明らかになった。系がもつ双安定性、すなわち、一様な平衡解とリミットサイクル解の共存がその原因の一つである。さらに、BVP方程式がもともと持っている興奮性と双安定性とのバランスで多彩な時空間パターンが現われる。振動性のパラメータと興奮性の指標のひとつである抑制因子の拡散定数を変えて時空間パターンの相図を作った。自己組織的パルス波生成は空間2次元ではターゲットパターンの自発的形成となる。抑制因子の拡散定数を大きくしていくと、拡がったターゲットパターンから、局在したターゲットパターンへ、さらには、動かないターゲットパターンへの変化がみられる。関連する研究として、1-活性因子、2-抑制因子からなる3変数BVP型方程式における局在ドメインの連動と相互作用の研究を行なった。ドメインの脈動、横揺れ、カオス的運動などを計算機シミュレーションと界面ダイナミクスによる理論で解析し、3変数系では、脈動に比べて横揺れ運動が起こりやすいことを明らかにした。研究実績は以下のように三つに大別される。(1)興奮因子と抑制因子の2変数からなる反応拡散方程式において、非興奮状態と振動状態が共存するときに出現する時空間パターンを詳細に調べた。2次元で計算機実験を行ない、抑制因子の拡散定数を大きくしていくと、振動ドメインからパルス列が発生しそれが伝播していくターゲットパターン、パルス列を発生しない振動ドメイン、振動しない局在ターゲットパターン等が現れることを発見した。パルス列が伝播するかしないかの境界はひとつのパルスが存在できるかどうかの境界と一致することを確認し、更に、パルス列を発生しない振動ドメイン間の相互作用を解析した。(2)ひとつの興奮因子と二つの抑制因子からなる反応拡散方程式を導入し、脈動する興奮ドメイン間の相互作用と運動形態を計算機実験と界面ダイナミックスの方法で調べた。1興奮・2抑制因子の反応拡散系におけるパターンダイナミックスはこれまでほとんど研究されていない。本研究ではドメインの準周期運動やカオス的な脈動などが得られたが、これらはグロー放電の実験結果と定性的に一致する。(3)界面ダイナミックス法を散逸項のあるKdV方程式に適用できるように拡張した。散逸の大きさが十分小さいときパルス間には短距離斥力相互作用がはたらくことを、特異摂動法によって明らかにした。これまで界面ダイナミックス法は散逸系にのみ適用されており、本研究はKdV方程式のような分散系で、かつ、構造不安定な系に拡張できることを初めて示したものである。本研究では、Bonhoeffer-van der Pol(BVP)型方程式で表現される反応拡散系における時空間パターンの研究を行った。

系がもつ双安定性、すなわち、一様な平衡解とリミットサイクル解の共存がその原因の一つである。さらに、BVP方程式がもともと持っている興奮性と双安定性とのバランスで多彩な時空間パターンが現われる。振動性のパラメータと興奮性の指標のひとつである抑制因子の拡散定数を変えて時空間パターンの相図を作った。自己組織的パルス波生成は空間2次元ではターゲットパターンの自発的形成となる。抑制因子の拡散定数を大きくしていくと、拡がったターゲットパターンから、局在したターゲットパターンへ、さらには、動かないターゲットパターンへの変化が見られる。関連する研究として、1-活性因子、2-抑制因子からなる3変数BVP型方程式における局在ドメインの運動と相互作用の研究を行なった。ドメインの脈動、横揺れ、カオス的運動などを計算機シミュレーションと界面ダイナミクスによる理論で解析し、3変数系では、脈動に比べて横揺れ運動が起こりやすいことを明らかにした。
DnaA複製開始活性を複製周期と共役して抑制する因子Hdaの機能制御メカニズム

染色体の複製開始反応は細胞周期中ただ1回のみ起こるよう厳密に制御されている。大腸菌DnaAはATP結合型で複製開始を引き起こす。DnaAに結合したATPは、DnaA不活性化因子HdaとDNA装着型クランプ(DNAポリメラーゼIIIβサブユニット)とに依存して加水分解され、不活性なADP結合型DnaAが産生する。このDnaA制御システムはRIDAと呼ばれ、重複複製を抑制するために必須である。本研究ではまず、hda翻訳がこれまで推測されていた開始コドン(GUG)よりも15コドン下流に位置するCUGから開始していることを見いだした。大腸菌において翻訳効率が著しく低いCUGを開始コドンとして利用している遺伝子はこれが初めてであり、Hdaの細胞内量が氏いことと関連していると思われる。同定した開始コドンより翻訳したHdaは高活性体として精製された。さらにdaは、ADP特異的に結合能を示し、ATPや他のヌクレオチドとは結合しないというユニークな性質を持っていた。ADP結合型Hdaは単量体として存在し、RIDA再構成系においてDnaA結合ATPの加水分解活性を示した。一方、DP非結合型HdaはRIDAに不活性なホモ多量体を形成した。DNA装着型クランプとの結合能はADP結合型、非結合型Hdaに関わらず見られたものの、続くDnaAとの相互作用にはADP結合型Hdaが必要であった。おそらく、DP結合によるHdaの活性化には、モノマー化によるDnaA相互作用部位の露出が関与していると考えられる。さらに我々は細胞内においてもHdaがADP結合型として存在していること、またADP結合がHdaの細胞内機能に重であることを見いだした。以上の結果はHdaがADP結合1解離を通してDnaA不活性化システムの発動を制御するスイッチとして働く可能性を提唱するものである。本研究ではRIDAの発動がどのようにコントロールされるのかについて解析を行い以下の成果を上げた。1.Hdaの活性制御機構(1)In vitroでみられたヌクレオチド結合によるHdaの活性化が、実際に細胞内でのHda機能に必須であるか否かを知るため、ヌクレオチド結合能を欠損したHda変異蛋白質を構築、解析した。その結果、細胞内においてもHdaのDnaA不活性化活性にはそのヌクレオチド結合が必要であることを見出した。(2)クランプおよびDnaA相互作用に対するHdaのヌクレオチド結合型の影響をを知るため、ゲル濾過およびプルダウン法を用いた蛋白質問相互作用解析をおこなった。その結果、Hdaのクランプ結合活性がヌクレオチドによって制御されていることを見出した。2.クランプ結合因子とHdaとのクランプ利用の競合(1)HdaはDNA非装着型クランプにも高い結合能を持つ。そこでHdaのクランプ結合がクランプ装着因子によるクランプのDNA装着反応を阻害する可能性について検討を行った。その結果HdaはクランプのDNA装着反応には大きな影響を及ぼさないことが示された。(2)一方、クランプのDNAからの解離反応において、Hdaの影響が検出された。DNA装着型クランプはクランプ装着因子のδサブユニットによってDNAから外されることが分かっている。このδサブユニットによるDNA装着型クランプの解離反応はHdaによって顕著に阻害されることが分かった。以上の結果はHdaがADP結合
ピリミジン系抗癌剤の副作用予防のための基礎研究-ピリミジン代謝異常の遺伝子解析-

1.ジヒドロピリミジナーゼ(DHPase)mRNAの解析法の確立DHPaseの活性活性測定には肝臓組織が必要であるため、ジヒドロピリミジン尿症の確定診断には遺伝子解析が最も適していると考えられる。しかし、従来のゲノムDNAによる分析では、エクソンが10存在するために分析には手間がかかる。我々は、末梢血よりISOGENを用いてmRNAを単離して、サブクローニング後、シークエンスを行った。この方法を用いて、DHPase欠損症患者の解析を行ったところ、従来のゲノムDNAによる分析と同じ変異を検出することができた(第33回日本痛風・核酸代謝学会総会、2000年2月4日、京都)。末梢血よりDHPaseのmRNA解析はより簡便であり、臨床応用が期待できる。2.5-FU副作用を示した2例のDPD遺伝子解析抗癌剤5-FUに強い副作用を示した2例の癌患者について、DPD遺伝子解析を行った。症例1では1塩基置換(1003G→T)と(1156G→T)のコンパウンドヘテロで、DPD欠損症と診断した。DPD活性低下によって、強い5-FU副作用が出現したと考えられる。症例2では1塩基置換(1626A→G)が認められたが、5-FU副作用とこの塩基置換との関連は明らかではない。ジヒドロピリミジナーゼ(DHPase)遺伝子解析DHPaseの活性は末梢血には存在しないため、その酵素活性測定には肝臓組織が必要である。肝臓組織の採取は患者に負担になるため、無症状のジヒドロピリミジン尿症でのDHPaseの活性測定は事実上困難である。従って、ジヒドロピリミジン尿症の確定診断には遺伝子解析が最も適していると考えられる。我々は、より簡便な遺伝子診断法を確立するため、末梢血よりDHPaseのmRNA解析について検討した。末梢血よりISOGENを用いてmRNAを単離して、RT PCR反応によってcDNAを合成し、4か所にわけて再度PCR反応を行なって、サブクローニング後、シークエンスを行った。従来の報告では、末梢血ではノーザンブロットでDHPaseのバンドが認められなかったが、今回の研究によって、わずかながら末梢血にもDHPasemRNAが存在することが明かになった。従来のゲノムDNAによる分析に比べ、末梢血よりDHPaseのmRNA解析はより簡便であり、臨床応用が期待できる。今後、この方法を用いて、5-FUの副作用が出た患者について遺伝子解析を行う予定である。2.5-FU副作用例のDPD遺伝子解析抗癌剤5-FUに強い副作用を示した2例の癌患者について、DPD遺伝子解析を行った。
自動化細胞単離装置凍結乾燥試薬を応用したがん迅速診断支援装置の開発

がん診断を目的として、固形がんの組織を専用試薬中で攪拌し細胞を単離し、細胞懸濁液化し、フローサイトメータを用いてDNA量ヒストグラムを数分で得た。消化器がんとくに大腸がんにおいて得られたヒストグラムを、G0/G1期のピークを200高さを1に規格化して各細胞周期における細胞数比率を特徴量とし、次にヒストグラムにFFTを施し、パワースペクトルを得てその曲線下面積、振動数、最大傾斜を特徴量とした。特徴量と病理診断結果を対照し、スキャッタグラム、樹形図、サポートベクターマシンなどを用いてがん検出論理を構築した。構築したアルゴリズムは感度特異度とも90%以上を示した。症例数を100例程度追加した。FFTを用いた解析で得られたパワースペクトルの最大傾斜(slope)を用いた診断法にスクリーニングと振幅を1にGo/G1ピークを200に規格化したDNAヒストグラム(規格化ヒストグラム)を作成し、細胞周期別にその細胞数比率を病理診断結果を対比した診断法(領域法)を組み合わせた診断法を検討し、pseudo aneuploidyが検出される領域をS期から除外した領域の細胞数比率によるがん診断法を組み合わせることにより、感度特異度が95%を越えた。樹形図を用いて85例に対し病理診断結果は46例のがん中44例をがんと判定し2例はがんの疑いありと判定し、正常39例に対して33例を正常とし6例をがんの疑いありとした。本法を用いると病理医の判定すべき病理標本を1/10に減らせる可能性を示した。更に、pseudo aneuploidyを示さない正常な組織の規格化ヒストグラム平均をして基準ヒストグラムを得る。測定した規格化ヒストグラムと基準ヒストグラムの差から、領域法を上回る診断能力が得られる可能性があることを示し、SI2013(計測制御学会システムインテグレーション部会)において発表した。正常細胞のG0/G1領域における細胞数比率と病理標本の顕微鏡観察結果から得た細胞数比率を量的に比較する目的で、ビメンチン染色画像(非上皮細胞の細胞核)とHE染色画像(すべての細胞の細胞核)の着色部分の面積比較を行った。がん組織における非上皮細胞数とS期の細胞数比率からがんの診断が可能であることを示した。データの収集がん研究会付属がん研究所病理部の共同研究により消化器のがん組織と正常組織を150症例程度本年度は収集し、総計で300症例となった。それぞれの症例について、病理標本と前方散乱(細胞の大きさ)蛍光信号面積(DNA量)などのフローサイトメータを用いたデータを得た。全てのデータと標本は研究分担者である日向が保管している。解析前年度に収集済みのデータのうち取得細胞量が3000個以上の大腸がん26症例を選択し正常組織とがん組織のフローサイトメータによる蛍光強度分布データからのがん診断を試みた。蛍光強度分布にFFTを適用し空間周波数分布を求め、その曲線下面積、微分の最小値、振動数から感度100%特異度90%程度の診断能力を持つアルゴリズムを開発した。学会報告サイトメトリー学会大会(大阪)、日本生体医工学会(福岡)、EMBC2012(IEEE)(San Diego)生体医工学シンポジウム(大阪)、などに研究成果を発表した。さらに、生体医工学に論文(筆頭著者日向奈恵研究分担者)を投稿し採択が決まった。現在発行準備中である。癌組織と正常組織の病理標本を症例数にして150例強、標本数にして400個弱製作した。標本は分担研究者日向が保管している。振動回数(OSC)、最大傾斜(Slope)、および規格化ヒストグラムをDebris、G0/G1、S、G2/M、OverG2/Mの5個の領域に領域分けし、それぞれの積分値を求めた。普通行われるのG0/G1領域はdeploidyを示すヒストグラムのG0/G1領域とするが、我々はpseud aneuploidyがある領域を含めてG0/G1領域と設定する事により、S領域に対するpseud aneuploidyの影響を除いて分析した。得られた8つのパラメータを2次元のスキャッタグラム、三つの統計手法(NeuralNet Support vector Machine, Tree)を用いて分析した結果SlopeとS領域の積分値を用いると感度特異度とも90%を超えた鑑別能力をもち、Treeを用いた場合がんを100%がんと、正常を100正常とする様にS領域積分値とSlopeについて閾値を決めたとき、90%の症例について正しく分類し、10%の症例については分類不能であった。この成績は診断支援の目的には十分な性能と考えられる。この成果については生体医工学(生体医工学会論文誌)に投稿し採択された。また、作成した病理標本のうちビメンチン(非上皮細胞)とLPC(炎症細胞)の比率はがんと関連があるという感覚を得ているこれについて医療機器学会に報告した。27年度は領域法とFFTを組み合わせるなどして大腸以外の臓器に対する鑑別能力とビメンチン陽性およびLPC陽性細胞比率に関する研究を実施する。27年度にはDNAプロイディ解析によるがん診断法の研究として、昨年度までに行った46例から新たに採取した標本60例について検討をくわえている。昨年度までに報告した、FFT法と領域法を組み合わせた方法により診断すると感度、特異度とも80%という結果を得たので、領域法の診断方法の改善について検討している。