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陽電子消滅法による耐熱鋼の新しい余寿命予測法の開発

陽電子消滅法は、空孔や転位などの原子スケールの格子欠陥を敏感に検出することが可能な手法であるため、この手法をフェライト系耐熱鋼に適用することで、高温クリープ変形に伴う原子スケールの格子欠陥の初期挙動から耐熱鋼の余寿命予測を行うことが可能であるか検証を行った。平均陽電子寿命はクリープ試験片のねじ部ではほとんど変化しないが、平行部はクリープ時間とともに減少し、ねじ部の温度効果と平行部の温度と歪みの効果の差を明瞭に捉えた。平行部の平均陽電子寿命はクリープ変形の遷移、定常、加速領域にほぼ対応して3段階で減少することが明らかとなった。フェライト系耐熱鋼は現在火力発電の大径鋼管等に広く用いられており、クリープ劣化に伴う余寿命を早期に高精度で予測することは工業的に非常に重要である。陽電子消滅法は、空孔や転位などの原子スケールの格子欠陥を敏感に検出することが可能な手法である。そのため、この手法をクリープ耐熱鋼に適用することで、高温クリープ変形に伴う原子スケールの格子欠陥の初期挙動から耐熱鋼の余寿命予測を行うことが可能であるか検証を行った。代表的な耐熱性フェライト鋼において、陽電子寿命測定法を用いて、さまざまなクリープ試験条件(系統的に変化させた温度、応力)下でクリープ変形させた試料について、さまざまなクリープ時間での平均陽電子寿命を求めた。マルテンサイト変態で導入された転位や各種界面は、クリープ試験中に回復して数(面)密度は減少し、それに伴い平均陽電子寿命はクリープ時間とともに減少していることを示している。このことは、陽電子寿命法が空孔型欠陥の変化としてクリープ劣化を捉えていることを示している。さらに、平均陽電子寿命が(極初期段階での増加を除けば)クリープ時間と共に減少する時、クリープ変形の遷移、定常、加速領域にほぼ対応して3段階で減少することが明らかとなった。クリープ極初期段階での平均陽電子寿命の増加は、炭化物の析出と密接に関係している。余寿命予測は、平均陽電子寿命のクリープ時間変化を、ある関数(マスターカーブ)のパラメータの変化として捉え、パラメータの内外挿により、あるクリープ条件での変化を予測することで行った。本実験に用いた鋼種では、破断時間の10-20%程度のクリープ時間で、20%の精度で余寿命を予測した。本研究の目的は、特に空孔や転位などの空孔型欠陥に敏感な陽電子消滅法により、高温クリープ変形に伴う原子スケールの格子欠陥の初期挙動から耐熱鋼の余寿命予測を行うことである。そのために、今年度は、代表的な耐熱性フェライト鋼(9Cr-1Mo鋼)において、陽電子寿命測定法及び陽電子消滅同時計数ドップラー広がり測定法を用いて、さまざまなクリープ試験条件(系統的に変化させた温度、応力)下でクリープ変形させた試料について、さまざまなクリープ時間での陽電子寿命および陽電子消滅同時計数ドップラー広がり測定法による電子運動量分布測定を行い、測定結果のデータベースを構築した。その結果、平均陽電子寿命およびS-パラメータ(陽電子消滅同時計数ドップラー広がりスペクトル全体に対する低運動量領域の割合)が(極初期段階での増加を除けば)クリープ時間と共に減少するが、このとき、クリープ変形の遷移、定常、加速領域にほぼ対応して3段階で減少することが明らかとなった。さらに詳細に調べた結果、クリープ速度で見る各段階への変化するクリープ時間よりも少し早い時間で平均陽電子寿命およびSパラメータは変化した。クリープ極初期に、平均陽電子寿命およびS-パラメータが増加する場合があるが、これは炭化物の析出と密接に関係していると思われる。また、破断時の陽電子寿命およびS-パラメータが、クリープ条件試験条件(温度、応力)によらず、ほぼ同じであった(これは、クリープ破断時間を予測するときに大変有効である)。クリープ初期段階のデータからクリープ破断時間を高精度で予測するための方法を検討した。代表的な耐熱性フェライト鋼(9Cr-1Mo鋼)において、さまざまなクリープ試験条件(系統的に変化させた温度、応力)下でクリープ変形させた試料について、陽電子寿命および陽電子消滅同時計数ドップラー広がり測定法を行い、順調に測定データを取得することができた。クリープ試験条件で、陽電子消滅結果(平均陽電子寿命およびS-パラメータ)は系統的に変化しており、また、破断時の平均陽電子寿命およびS-パラメータが、クリープ条件試験条件(温度、応力)によらずほぼ同じであり、クリープ初期段階のデータからクリープ破断時間を予測するのに必要な方法の道筋が見えた。

前年度に引き続き、陽電子寿命および陽電子消滅同時計数ドップラー広がり測定法を用いてさまざまなクリープ試験条件(系統的に変化させた温度、応力)下で高温クリープ変形させた試料について、陽電子寿命および陽電子消滅同時計数ドップラー広がり測定法による電子運動量分布測定を行う。測定結果を増やし、データベースを充実させ、より詳細に検討できるようにする。次の段階は、クリープ初期段階でのデータからの高精度余寿命予測方法の開発である。測定結果のデータベースから温度依存性、応力依存性、クリープ時間依存性を明らかにし、余寿命予測を行う。主に、液体窒素や試料作製および試料加工費などの消耗品および研究発表の成果報告などに使用する。
動体追跡放射線治療のための生体吸収性合金を用いた肺内留置マーカーの開発

放射線治療における肺内留置マーカーに必要な要件としては、動体追跡が可能な透視での視認性と、肺内で移動しないための安定性である。本年度は、まず動体追跡可能なマーカーの形状について検討した。本院に導入されている粒子線治療装置のX線透視を用いて、マーカーの透視視認性と動体追跡の精度の検証を行った。使用したのは、市販されている放射線治療用のマーカー、血管塞栓用に使用されている液体塞栓物質や金属コイルである。各種ファントムに留置して、実際にX線透視で視認性を確認し、動体追跡を行いログファイルとマーカーの動きについて比較した。結果は、金属量が多く、球形に近いものが透視での視認性が良く動体追跡の精度も良好であった。一方、細長い線状のものは、動体追跡の精度が不良であった。また、コイルの場合は密に留置すれば動体追跡の精度は良好であった。引き続き動体追跡の精度の高い形状について検証を行い、次年度は肺内での安定性についての検討も追加し、マーカーの最適な形状を模索する。実際にマーカーを肺内に留置して透視の視認性と肺内での安定性を検証する実験を行うために、本年度はex vivoモデルの作成について検討した。摘出ブタ肺を用いて換気灌流を行い、実験可能なex vivoモデルが作成可能であるか検証した。結果は、陽圧換気を行うと肺は良好に拡張して、換気は可能であることが判明した。一方、肺動脈から灌流を行っても、肺胞内に溢流してしまうために、血管内の灌流は困難であることが判明した。換気による影響を検討するex vivoモデルの構築は可能であるが、血流による影響を考慮するには、微小循環の障害のない状態でのファントムが必要であることがわかった。引き続き、次年度に実験可能なex vivoモデルの構築を検討する予定である。粒子線治療装置の立ち上げに時間がかかったため、マーカーのX線透視での視認性や動体追跡の精度検証の実験を行う時期が遅れた。本年度に行った最適な肺内留置マーカーの形状について、X線透視での視認性と肺内での安定性を考慮して模索する。また、実験を行うためのex vivoモデルの構築について検討する。最適なマーカーの形状の検証が遅れたため、次年度使用が生じた。次年度には、マーカーの候補となる材料を購入し、引き続き検証を行う。詳細な検証に必要なソフトウェアやサーバーなどを購入する。また、ex vivoモデルの構築を行うにあたり、材料費や動物実験施設への旅費にあてる。
難消化吸収性甘味糖質の最小有効量および許容量に関する研究

本研究の目的は、甘味糖質を用いた特定保健用食品をはじめその生理機能を強調した加工食品をどのように摂取すれば、弊害を生じることなく期待する生理作用を効果的に発現して健康づくりに活用できるかを明らかにすることである。このため、食品素材として用いる甘味糖質の一過性下痢に対する最大無作用量(許容量)、腸内環境改善のための最小有効量、甘味糖質の一括摂取と分割摂取、摂取慣れなどの食べ方による許容量の変化、甘味糖質含有食品の単独摂取と組み合わせ摂取による許容量の変化などを明らかにするために研究を進めてきた。本研究課題における研究成果は以下の通りである。人を対象とした研究によってトレハロース(Treh)、ラクチュロース(Lactu)、ガラクトシルスクロース(GAS)の一過性下痢に対する最大無作用量を明らかにし(JNutr.Sci.Vitaminol.44:787-798,1998)、GASを分割摂取すると、許容量が一括摂取時の許容量の2倍程度のなることから、許容量が分割摂取によって増加することを実験的に示した(栄養・食糧学会誌、52:201-208,1999)。さらに、ラクチトール(Lacti)およびキシリトール(Xy1)の最大無作用量を測定するとともに、Lacti含有チョコレートを1日1箱(56g)10日間摂取させることによって最大無作用量は約1.5倍に増加することを明らかにし、難消化吸収性甘味糖質の摂取馴れによって許容量が有意に高くなることを提示した(発表予定)。このLacti含有チョコレート単独摂取では下痢は誘発されないが、ポリデキストロース含有飲料(1本,120ml)との組み合わせ摂取によって下痢を誘発する者が20%以上出現し、難消化吸収性糖質含有食品の組み合わせ摂取に留意することの必要性を明らかにした(発表予定)。一方、非消化性のLactuを対照にしてTrehの最大無作用量から小腸トレハラーゼ活性を推定したところ、日本人に小腸トレハラーゼ活性の高い者と低い者とがいることが判明し、トレハラーゼ活性の低い者はTreh摂取によるインスリン分泌刺激の弱いことが判明した(Eur.j.Clin.Nutr.,54:783-788,2000)。一方、各種難消化吸収性甘味糖質を健常人に摂取させ、投与量と呼気水素ガス排出量の関係ならびにその経時的な変化を詳細に観察して、糖質の消化吸収性と発酵性、大腸への到達時間などを比較・検討してきた。その結果、エリスリトール(ERT)、Xyl、ソルビトール(Sol)摂取時の呼気水素ガス排出量は小腸からの吸収性を反映してSolで最も多く、次がXylで、摂取量の90%以上が吸収されるERTはほとんど水素ガスを排出しなかった。また、二糖類アルコールであるマルチトールとLactiはSolに比べて呼気水素ガス排出量は明らかに多かった。さらに、Galsおよびイソマルトオリゴ糖(IMO)は腸内細菌を介して大腸内環境を良好な状態にする働きがあるとして加工食品に用いられているが、人に摂取させると呼気水素ガス排出量は非消化性のフラクトオリゴ糖に比べて顕著に少なく、IMOに至ってはほとんど検出されず、かなり消化されることが明らかになった。本研究の目的は、甘味糖質を用いた特定保健用食品をはじめ甘味糖質の機能を強調した加工食品をどのように摂取すれば、弊害を生じることなく健康づくりに期待する機能が効果的に発現するかを明らかにすることである。このため、難消化吸収性糖質の投与量と呼気水素ガス排泄量の関係ならびにその経時的変化を詳細に観察することによって、糖質の消化吸収性、消化管移行性、腸内細菌に対する資化性、腸内細菌叢改善のための最少有効量などを明らかにするとともに、加工食品に使用されている各甘味糖質の許容量の相違、素材の単独摂取と組合わせ摂取による許容量の変化、甘味糖質含有食品の組合わせ摂取ならびに食べ方などによる許容量への影響などを比較・検討する。このため、本年は、呼気水素ガス測定装置の測定条件(安定性、感度、再現性、呼気のサンプリング量・間隔・追跡時間、食事内容の呼気水素ガス排出への影響)などを検討し、いくつかの解決しなければならない問題点を洗い出した。さらに、健康な男女1020名を用い、下痢を誘発しないレベルでキシリトール、マルヂトール、トレハロース、イソマルトオリゴ糖、ガラクトシルスクロース、ラクチトール、ラクチュロース、フラクトオリゴ糖などを摂取させ、呼気水素ガス排出量の経時的変化を観察しているところである。

人を対象とした研究によってトレハロース(Treh)、ラクチュロース(Lactu)、ガラクトシルスクロース(GAS)の一過性下痢に対する最大無作用量を明らかにし(JNutr.Sci.Vitaminol.44:787-798,1998)、GASを分割摂取すると、許容量が一括摂取時の許容量の2倍程度のなることから、許容量が分割摂取によって増加することを実験的に示した(栄養・食糧学会誌、52:201-208,1999)。さらに、ラクチトール(Lacti)およびキシリトール(Xy1)の最大無作用量を測定するとともに、Lacti含有チョコレートを1日1箱(56g)10日間摂取させることによって最大無作用量は約1.5倍に増加することを明らかにし、難消化吸収性甘味糖質の摂取馴れによって許容量が有意に高くなることを提示した(発表予定)。このLacti含有チョコレート単独摂取では下痢は誘発されないが、ポリデキストロース含有飲料(1本,120ml)との組み合わせ摂取によって下痢を誘発する者が20%以上出現し、難消化吸収性糖質含有食品の組み合わせ摂取に留意することの必要性を明らかにした(発表予定)。一方、非消化性のLactuを対照にしてTrehの最大無作用量から小腸トレハラーゼ活性を推定したところ、日本人に小腸トレハラーゼ活性の高い者と低い者とがいることが判明し、トレハラーゼ活性の低い者はTreh摂取によるインスリン分泌刺激の弱いことが判明した(Eur.j.Clin.Nutr.,54:783-788,2000)。一方、各種難消化吸収性甘味糖質を健常人に摂取させ、投与量と呼気水素ガス排出量の関係ならびにその経時的な変化を詳細に観察して、糖質の消化吸収性と発酵性、大腸への到達時間などを比較・検討してきた。その結果、エリスリトール(ERT)、Xyl、ソルビトール(Sol)摂取時の呼気水素ガス排出量は小腸からの吸収性を反映してSolで最も多く、次がXylで、摂取量の90%以上が吸収されるERTはほとんど水素ガスを排出しなかった。また、二糖類アルコールであるマルチトールとLactiはSolに比べて呼気水素ガス排出量は明らかに多かった。さらに、Galsおよびイソマルトオリゴ糖(IMO)は腸内細菌を介して大腸内環境を良好な状態にする働きがあるとして加工食品に用いられているが、人に摂取させると呼気水素ガス排出量は非消化性のフラクトオリゴ糖に比べて顕著に少なく、IMOに至ってはほとんど検出されず、かなり消化されることが明らかになった。本研究の目的は、甘味糖質を用いた特定保健用食品をはじめ甘味糖質の機能を強調した加工食品をどのように摂取すれば、弊害を生じることなく健康づくりに期待する機能が効果的に発現するかを明らかにすることである。このため、食品素材として用いる甘味糖質の一過性下痢に対する最大無作用量(許容量)、腸内細菌叢改善のための最少有効量などを明らかにするとともに、加工食品に使用されている各種甘味糖質の許容量の相違、甘味糖質の食べ方(一括摂取と分割摂取による違い、甘味糖質の摂取馴れなど)による許容量の変化、甘味糖質の単独摂取と組合わせ摂取による許容量の変化、甘味糖質含有食品の組合わせ摂取および食べ方による許容量への影響などを明らかにするための研究を進めている。昨年からヒトを用いた研究において、ラクチュロース、トレハロース、ガラクトシルスクロースの最大無作用量を明らかにするとともに(J.Nutr.Sci.Vitaminol.44:787-798)、ガラクトシルスクロースを用いてその一括摂取あるいは分割摂取などの食べ方によって最大無作用量がどのように変化するかを明らかにした(栄養・食糧会誌,52:201-208)。さらに、日本人のトレハラーゼ活性およびトレハロース利用能に関する論文を投稿中である(Euro.J.Clin.Nutr)。
電磁気力を用いた軌道制御を実現するための宇宙機の能動帯電手法の研究

本年度は、地球低軌道のプラズマ環境における宇宙機の帯電を計算するため、マルチグリッド法を用いた新規宇宙機帯電計算用のFull Particle-in-cellコードの開発を行い、その計算検証を行った。新規開発したコードFOPISは、MPIによる領域分割とOpenMPによるスレッド並列化の両方を用いており、3次元静電/電磁解析が可能である。計算の検証については、静電解析モードを用いて、地球静止軌道環境(GEO)から地球低軌道環境(LEO)への背景プラズマ環境遷移における帯電電位計算を行った。その結果、静電計算は概ね正しいが、引き続き計算の検証が必要であることが明らかとなった。FOPISはオープンソースソフトウェアとして開発を続けていく予定であり、今後は静電計算に加えて電磁計算の検証も行う予定である。また本年度後半は、これまでの修士課程/博士後期課程で得られた成果を博士学位論文としてまとめ、3月26日に博士(工学)の学位を授与された。本論文は、近年提案された「宇宙機帯電を用いた宇宙機推進・軌道制御手法」の実現に向けた基礎研究として、能動帯電モデルの構築及び帯電を用いた推進手法に関する検討についてまとめられたもので、特に宇宙機の能動帯電とそれを用いる推進・軌道制御手法について電磁気学、宇宙プラズマ物理学に基づくモデル構築、および、シミュレーションによる検証を行った結果をまとめたものである。29年度が最終年度であるため、記入しない。近年注目されている「電磁気力を用いた推進手法」のうち、惑星間空間における例として提案されている帯電セイル(Electric Solar Wind Sail)について、その電位解析及び推力解析を行った。帯電セイルは、次世代の推進手法として期待されているシステムであるが、そのシステムの巨大さから実証実験が難しく、現実的な推力特性も未だ明らかになっていない。まず電位解析について、帯電セイルのテザーを模した計算を行ったところ、先行研究における帯電セイル推力評価において使われていた電位分布とは一致せず、テザー周りの電位はこれまで想定されていたよりも強く遮蔽されることが明らかになった。更に、PIC法を用いた計算はスーパーコンピュータを用いた大規模計算を行う必要があるため、FFT法を用いた準解析的なテザー周りの電位解析手法を提案した。提案手法を用いて電位解析を行った結果、PICシミュレーションの結果とよく一致した。次に、推力解析については、PIC計算コードに外力計算を行うルーチンを付け加え、見積もりではなく実際にテザーが受ける力を直接計算した。その結果、電位遮蔽の影響によって、既存の見積もり結果より推力は大きく低下することが分かった。また、FFT法による電位解析手法を用いて、既存の推力見積もりで用いられていた電位分布をより現実に近い電位分布へ置き換えた結果、修正された推力の見積もり値はPIC計算の結果とよく一致した。当初の計画では、初年度は1. PICシミュレーションを用いた帯電セイルの推力解析2.計算コードの高度化を行う予定であった。そのうち、1.については詳細な推力解析に加えて新たな電位解析手法についても提案できたため、想定以上の成果を得ることができた。また、提案した電位解析手法を用いて、PIC計算を行わずとも推力を見積もる手法についても提案でき、極めて順調であった。2.については、二次電子放出機能についての実装が完了しているが、当初の目標であった「マルチスケール化」については完了していない。これについては、想定以上に現在コードからの移行の工数がかかる見込みであったため、次年度以降にマルチスケールコードを新規開発するとして1.の課題に専念したことが原因である。本年度は、昨年度10月から行っていた「3次元Full Particle-in-cell法を用いた帯電セイルの推力解析」について英文学術雑誌Annales Geophysicaeへの投稿を行った。この論文では、世界で初めて帯電セイルテザー周りの推力解析を三次元で行い、その推力がこれまで予想されていたものより大幅に小さいという結果についてまとめ、更に新しい推力特性を表す推力モデルを提案した。本年度のもう一つの成果として、「粒子シミュレーション用の新規二次電子放出モデルの提案」を行った。これは、宇宙機帯電コードに二次電子放出現象を実装するにあたり、従来の帯電計算コードで用いられているモデルでは「弾性反射」「後方散乱」「真の二次電子放出」という三種の二次電子放出タイプを区別して取り扱えないという問題があった。そのため、近年提案された「確率的二次電子放出モデル」を実装することを検討したが、事前に実験データとのフィッティングが必要である上に非常にパラメータが多いという問題があり、宇宙機帯電シミュレーションのような実験データが容易には得られない計算方法には不適であったため、その欠点を改善した新しいモデルを提案した。この成果は現在英文学術論文としてIEEE Transaction of Plasma Scienceへ投稿中である。本年度12月からは、これまでは計算資源の制約からFull PIC法での計算を行うのが難しい地球低軌道での宇宙機帯電計算を解析するため、マルチグリッド法を用いた新規宇宙機帯電解析コードの開発に取り組んだ。本年度は、これまでの研究内容を発展させ、2報の英文学術論文を投稿した。1報目は帯電セイルと呼ばれる推進手法の推力について、数値シミュレーションを介して現実的な推力モデルを構築したものであり、宇宙機帯電の側面から帯電セイルにおける物理を考えたものとして非常に大きな成果である。現在投稿中である2報目は、粒子シミュレーション用の新たな二次電子放出モデルを提案するものであり、宇宙機帯電計算のみならず、プラズマと物体の相互作用を計算する場合に汎用的に用いることのできるモデルである。

数値シミュレーションによる解析が主となる宇宙期帯電分野において本モデルを用いることで、宇宙機と周辺プラズマの相互作用をより正確に再現することができる。上記の通り、電磁気力を用いた宇宙機軌道制御・推進手法の実現に向けて、実際の工学的応用と、帯電現象自体という2つの側面についてそれぞれ成果をあげており、期待以上の研究の進展があったと判断した。本年度は、地球低軌道のプラズマ環境における宇宙機の帯電を計算するため、マルチグリッド法を用いた新規宇宙機帯電計算用のFull Particle-in-cellコードの開発を行い、その計算検証を行った。新規開発したコードFOPISは、MPIによる領域分割とOpenMPによるスレッド並列化の両方を用いており、3次元静電/電磁解析が可能である。計算の検証については、静電解析モードを用いて、地球静止軌道環境(GEO)から地球低軌道環境(LEO)への背景プラズマ環境遷移における帯電電位計算を行った。その結果、静電計算は概ね正しいが、引き続き計算の検証が必要であることが明らかとなった。FOPISはオープンソースソフトウェアとして開発を続けていく予定であり、今後は静電計算に加えて電磁計算の検証も行う予定である。また本年度後半は、これまでの修士課程/博士後期課程で得られた成果を博士学位論文としてまとめ、3月26日に博士(工学)の学位を授与された。本論文は、近年提案された「宇宙機帯電を用いた宇宙機推進・軌道制御手法」の実現に向けた基礎研究として、能動帯電モデルの構築及び帯電を用いた推進手法に関する検討についてまとめられたもので、特に宇宙機の能動帯電とそれを用いる推進・軌道制御手法について電磁気学、宇宙プラズマ物理学に基づくモデル構築、および、シミュレーションによる検証を行った結果をまとめたものである。計画時には、2年目においては「地球低軌道における帯電特性解析」と「精密に帯電電位の制御を行う手法の確立」を行う予定であったが、計画を変更して1.マルチスケールコードの新規開発2.二次電子放出が宇宙機能動帯電に与える影響の解析を行う。1.については、地球低軌道における濃いプラズマ中での帯電を解析するために必要であり、27年度に行えなかったため、本年度に行う。2.については、これまでの能動帯電モデルでは考慮されていない二次電子放出について、帯電電位へ影響を与える可能性があるため、解析を行う必要がある。1, 2について年度途中で完了できた場合には、元々予定していた課題について引き続き取り組む。次年度は、本年度末から開発を行っているマルチスケール宇宙機帯電計算コードの完成と、それを用いた地球低軌道での宇宙機能動帯電現象の解析について予定している。
集束超音波による熱凝固の超音波イメージングによる実時間検出

集束超音波治療のような非観血的治療においては,術者が治療目的組織を肉眼視できないので,治療目標を照準し,治療過程を監視するイメージングが不可欠である。超音波イメージングは、音速分布の影響が自動補正され,比較的安価に実時間イメージングができるという特長をもつが、温度マッピングが原理的に困難である.そこで,本研究では,熱凝固によって生体組織の超音波散乱が変化し,その前後で超音波エコー像間の相関が有為に低下することに着目した.研究の結果,高速イメージングにより取得した超音波RF像間の最大相関係数を実時間マッピングすることにより,集束超音波治療による生体組織の加熱凝固を実時間検出することに成功した.集束超音波治療に代表される非観血的治療においては、術者が治療目的組織を肉眼視できないので、治療目標を照準し、治療過程を監視するイメージングが不可欠である。現在、臨床的に集束超音波治療に組み合わされているのは、超音波イメージングとMRIであるが、それぞれ問題を有しており、本質的には優れた強力集束超音波(HIFU)治療の迅速な臨床的普及を妨げている。MRIは、非観血的に温度をマッピングできるという特長をもつが、装置が著しく大きく高価である。一方、超音波イメージングは、音速分布の影響を自動的に補正し、比較的安価に実時間イメージングができるという特長をもつが、温度マッピングが原理的に困難である。そこで視点を変え、治療目的組織の熱凝固自体に着目し、その実時間マッピングを実現することが、本研究の目的である。そのためには次のような課題を克服すべきである。(1)マイクロ気泡が生じない条件でも熱凝固により超音波散乱が変化することが判明したが、その変化は臓器依存ではないのか?(2)HIFU治療では意図的または偶発的にマイクロ気泡を生ずることがあるが、その場合でも熱凝固の検出は可能か?(3)動きの検出を前提とした手法なので撮像断層面上の動きに強いことは自明であるが、3次元的な動きの影響は3次元撮像によって除けるか?(4)HIFU照射中にHIFU信号の影響を抑えながら休みなく超音波エコー信号取得できないか?25年度は、プログラマブル超音波イメージング装置を導入し、それをプログラムした実時間処理によって、(4)の課題を解決した。具体的には、従来の超音波イメージング手法では100ms程度必要であったHIFU照射休止時間を、1ms程度まで短縮することに成功し、ほぼ休みなくHIFU照射を続けながら、超音波エコー信号取得をすることを可能とした。また、(1)および(2)の課題解決にも着手した。集束超音波治療に代表される非観血的治療においては、術者が治療目的組織を肉眼視できないので、治療目標を照準し、治療過程を監視するイメージングが不可欠である。現在、臨床的に集束超音波治療に組み合わされているのは、超音波イメージングとMRIであるが、それぞれ問題を有しており、本質的には優れた集束超音波治療の迅速な臨床的普及を妨げている。(1)マイクロ気泡が生じない条件でも熱凝固により超音波散乱が変化することが判明したが、その変化は臓器依存ではないのか?(2)HIFU治療では意図的または偶発的にマイクロ気泡を生ずることがあるが、その場合でも熱凝固の検出は可能か?(3)動きの検出を前提とした手法なので撮像断層面上の動きに強いことは自明であるが、3次元的な動きの影響は3次元撮像によって除けるか?(4)HIFU照射中にHIFU信号の影響を抑えながら休みなく超音波エコー信号取得できないか?26年度は、意図的にマイクロ気泡を発生させるHIFU照射シーケンスにおいて、超音波による熱凝固を、マイクロ気泡と識別して検出できることを、前年度導入したプログラマブル超音波イメージング装置を用いて実証した。すなわち、課題(2)を解決することに成功した。そのためには、次のような課題を克服すべきである。(1)マイクロ気泡が生じない条件でも熱凝固により超音波散乱が変化することが判明したが、その変化は臓器依存ではないのか?(2) HIFU治療では意図的または偶発的にマイクロ気泡を生ずることがあるが、その場合でも熱凝固の検出は可能か?

(3)動きの検出を前提とした手法なので撮像断層面上の動きに強いことは自明であるが、3次元的な動きの影響は3次元撮像によって除けるか?(4) HIFU照射中にHIFU信号の影響を抑えながら休みなく超音波エコー信号取得できないか?25年度に導入したプログラマブル超音波イメージング装置を活用し、前年度までに、(2)の課題を解決してきたが、27年度は(4)の課題を解決し、(2)の課題解決のための準備を始めることができた。集束超音波治療のような非観血的治療においては,術者が治療目的組織を肉眼視できないので,治療目標を照準し,治療過程を監視するイメージングが不可欠である。超音波イメージングは、音速分布の影響が自動補正され,比較的安価に実時間イメージングができるという特長をもつが、温度マッピングが原理的に困難である.そこで,本研究では,熱凝固によって生体組織の超音波散乱が変化し,その前後で超音波エコー像間の相関が有為に低下することに着目した.研究の結果,高速イメージングにより取得した超音波RF像間の最大相関係数を実時間マッピングすることにより,集束超音波治療による生体組織の加熱凝固を実時間検出することに成功した.研究着手時に目標とした課題(2)の解決、すなわち、意図的にマイクロ気泡を発生させるHIFU照射シーケンスにおいて、超音波による熱凝固を、マイクロ気泡と識別して検出することに成功した。これも含めて、研究着手時に目標とした課題の半分を、これまでに解決していることは、研究の順調な進展を示している。27年度が最終年度であるため、記入しない。医用超音波工学27年度は、(1)の課題を解決すべく、上記の意図的にマイクロ気泡を発生させるHIFUシーケンスにおける、超音波エコーによる熱凝固検出が、トリ胸肉のみでなくブタ肝臓等においても可能であることを確認する実験を行う予定である。また、(3)の課題を解決すべく、64128×24チャネルの1.5次元アレイ・プローブを試作し、加熱凝固対象組織が撮像断層面から外れる3次元的な動きをする場合においても、超音波エコーによる熱凝固検出が可能であることを確認する実験を行う予定である。これらにより、本研究の課題をすべて解決すべく、研究を進める予定である。研究当初に設定した(4)の課題の解決、すなわち、ほぼ休みなくHIFU照射を続けながら、超音波エコー信号取得をすることに成功した。これは、従来の超音波イメージング手法では不可能であったが、これを初年度に可能としたことは、研究の順調な進展を示している。26年度に計画した研究を進めるにあたり、研究費総額の半分以上を、実験に必要な物品費として計上したが、比較的高額の物品を購入するための仕様の決定に予想より長い時間が必要であったため、実際の購入を27年度にするよう計画を変更したため。初年度に、成功した課題解決のためには、導入したプログラマブル超音波イメージング装置を独自にプログラムして活用する必要があった。このレベルにすでに到達しているので、今後、この装置を活用した更なる研究の進展が期待できる。(1)および(2)の課題を解決する研究には、すでに着手しているが、次年度は、これらの課題を解決するとともに、(3)の課題を解決する研究に着手する方針である。
第一原理に基づく革新的半導体材料の予測手法の開発

近年の計算機性能の向上と計算手法の改善により、第一原理計算を用いて新材料を探索することが可能になってきている。そのような背景のもと、近年、世界各国で計算材料データベースの構築がなされている。このデータベースは材料探索に極めて有用である。しかし半導体材料に関しては、重要な物性が多岐に亘っており、またそのいくつかに関しては、第一原理により算出する手法が未成熟・未確立であったため、その探索は困難であった。そこで本研究では、第一原理計算主導での半導体材料探索を可能とするための、計算理論の構築と材料探索に必要な計算プログラムの開発を行った。本研究課題は,第一原理に基づいて革新的半導体材料を予測するための手法の開発することである.新規材料を探索する際,従来は実験ですでに知られている結晶構造を網羅的に計算することがなされてきたが,このような計算では半導体材料に必要な,イオン化ポテンシャルや点欠陥特性といった物性を知ることができず,依然半導体材料の予測には十分とは言えなかった.しかしながら,この1,2年で状況が激変しており,最近ではより進んだ物性値の計算を網羅的にしようとする試みが始まろうとしている.その1つに点欠陥計算が含まれる.実際,我々の開発した欠陥形成エネルギー計算手法に関しても多くの問い合わせがあり,世界的な競争が起こり始めていることを強く感じとれる状況にある.そこで本年度は,過去に報告のない半導体の点欠陥計算を自動的に行うためのプログラムの開発を行った.これにより,構造情報を入力するだけで点欠陥の性質を計算することが可能な状況になりつつある.今後は様々なテストを通じて,プログラムの堅牢性を高めていきたいと考えている.半導体計算を自動的に行うためのプログラムの開発を行うことで,従来大変複雑だった点欠陥計算の実行及び解析を高速に行うことができるようになった.これによりハイスループット点欠陥計算が可能な状況に近づいている.本研究課題では、第一原理計算を用いて革新的半導体材料探索を達成するのに必要な手法及び環境を構築することを目的としている。本年度では、主に次の4つに関する研究成果を得るに至った。1.昨年度行った、半導体点欠陥計算のさらなる自動化を行った。これにより、従来では不可能であった、数百の物質を対象とした点欠陥のハイスループット計算が可能となった。2.イオン化ポテンシャルの理論を構築し、分子モデルを用いたイオン化ポテンシャルの高速計算手法の検討を行った。そして得られた成果をPhys. Rev. B誌に出版した。3. ICSDデータベース中の既知物質を対象に網羅的計算な計算を行った。このデータに関しては、次年度以降に詳細な解析を行い、半導体材料としての応用が期待出来る材料の再発見につなげる予定である。4.窒化亜鉛や窒化銅などの窒化物化合物を対象に様々な点欠陥計算を行った。本年度行った研究の中でも、既知物質を対象に網羅的計算な計算を行うことで、様々な有望材料が再発見されつつある。次年度には、計算手法のさらなる構築とともに、革新的半導体の提案を行っていく。本研究課題では、第一原理計算を用いて革新的半導体材料探索を達成するために必要な、計算手法とその計算プログラムを構築することを目的としている。本年度では、主に次の6つに関する研究成果を得るに至った。1.半導体点欠陥計算の完全自動化を行い、欠陥の局所電子・原子構造を詳細に解析のために必要な様々なツール開発を行った。これにより、従来では不可能であった、点欠陥のハイスループット計算が実行可能となった。現在、本プログラムの一般公開に向けた整備を行っている。2. 2元系酸化物中の酸素空孔を対象に300個程度の網羅的な第一原理計算を実行し、その解析を行った。その結果、大部分の酸化物中で酸素空孔は深い準位を形成する一方で、BaOやTiO2等、伝導体がd電子の軌道で構成されているごく僅かな酸化物中でのみ浅い準位を形成することがわかった。3. ICSDデータベース中の既知物質を対象に、網羅的な第一原理計算を継続して行った。今年度は主に、誘電定数に関して数千の計算データを収集した。4.昨年行った窒化亜鉛中の点欠陥に関する第一原理計算結果Physical Review Appliedに出版した。本研究成果は高く評価され、Editors' Suggestionに選抜された。5.窒化スカンジウムを対象とした点欠陥計算をPhysical Review Appliedに出版した。6.新規の太陽電池光吸収材料として注目されている窒化亜鉛スズ3元系を対象とした点欠陥計算を行い、論文原稿をPhysical Review Applied誌のLetterセクションに投稿した。今後は,第一に既知の半導体材料の大規模ハイスループット計算を行う.次に,計算の高精度化(電子相関の寄与の取り扱い,有限温度効果,浅い欠陥のエネルギー)について検討を行っていく.次年度は次の3つに関して研究を遂行する。

1.窒化物化合物の点欠陥計算結果に関して、論文を執筆する。2.既知物質を対象に行った網羅的計算な計算を、「バンドギャップ」、「有効質量」、「光吸収係数」、「点欠陥特性」の4つの観点から革新的半導体としての応用が期待される材料の探索を行う。3.高速かつ高精度な点欠陥計算手法の開発を行う。4.ペロブスカイト酸化物などに、点欠陥計算手法の適用を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。半導体理論29年度が最終年度であるため、記入しない。
マルチオミクス解析によるクマムシの乾燥耐性・極限環境耐性分子機構の解明

陸生のクマムシの多くは周囲の環境の乾燥により、ほぼ完全な脱水を伴って生命活動を可逆的停止する「乾眠」という機構を持つが、その分子機構は未だ明らかではない。そこで、本研究ではヨコヅナクマムシ乾眠前後の主にメタボロームとリン酸化プロテオームによるマルチオミクスにより、有意に変動を示す鍵分子を特定すると共に、その制御機構を解析した。結果、CE-TOFMSとLC-TOFMSを組み合わせたメタボロミクスにより、主に酸化ストレス応答や抗浸透圧ストレス関連の分子の変動がみられ、それらを合成・分解する経路の多くが乾眠時にリン酸化されていることを明らかにした。緩歩動物門を形成する微小動物クマムシのうち、陸生のものの多くは乾燥耐性を持ち、乾燥に曝されると脱水してほほ完全に代謝を停止した乾眠と呼ばれる状態に移行する。クマムシは乾眠状態では超高温・超低温・超高圧・真空・放射線などに耐性を示しこれらのストレス曝露後も給水により速やかに生命活動を再開する。しかしながら、乾燥耐性や極限環境耐性の分子機構には不明な点が多く、分手生物学的なメカニズムの解明が待たれている。そこで、本研究では通常/乾眠時の定量的かつ網羅的なメタボローム(イオン性化合物・核酸・糖・脂質}及びプロテオーム(量及びリン酸化状態)を測定し比較するマルチオミクスの手法により、乾眠の分子機構をシステムとして解明することを目的としている。本年度は、まず通常と乾眠それぞれの状態のクマムシのメタボロームプロファイルを比較し、有意に増加ないし減少した代謝物質を同定するための条件検討と初期測定を行った。網羅的に代謝物質を測定するために、イオン性化合物にキャピラリー電気泳動質量分析器(CE-TOFMS)を、糖や脂質なとの中性物質に高速液体クロマトグラフ質量分析器(LC-TOFMS)を用いた.この結果、測定に必要な匹数、サンプル準備方法、破砕方法、測定量などの条件を定めることができ、初期的に乾燥状熊と通常状熊においてN=3で大きぐ物質量が変動する化合物を検出できた。また、このような大規模なオミクス解析に必要なソフトウェアの開発を合わせて行った。緩歩動物門を形成する微小動物クマムシのうち、陸生のものの多くは乾燥耐性を持ち、乾燥に曝されると脱水してほぼ完全に代謝を停止した乾眠と呼ばれる状態に移行する。しかしながら、乾燥耐性や極限環境耐性の分子機構には不明な点が多く、分子生物学的なメカニズムの解明が待たれている。そこで、本研究では通常/乾眠時の定量的かつ網羅的なメタボローム(イオン性化合物・核酸・糖・脂質)及びプロテオーム(量及びリン酸化状態)を測定し比較するマルチオミクスの手法により、乾眠の分子機構をシステムとして解明することを目的としている。本年度は、クマムシメタボローム解析における1.サンプル破砕方法、及び、2.メタボライト濃縮法の条件検討を行い、一番のボトルネックであった必要サンプル量を劇的に減らし、約半分の量で測定を行う方法を確立した。また、サンプル間の比較のための量の相対補正アルゴリズムを開発し、実際に通常と乾眠それぞれの状態のクマムシのメタボロームプロファイルをイオン性化合物にキャピラリー電気泳動質量分析器(CE-TOFMS)及び高速液体クロマトグラフ質量分析器(LC-TOFMS)を用いて測定した。現段階で主に浸透圧ストレスや酸化ストレス応答などが見られているが、次年度さらに測定を時系列で行うための基盤ができたと言える。また、プロテオームにおいても破砕法やリン酸化タンパク質の濃縮に関しての条件検討を始め、現状ではまだ乾眠1条件のみの測定に限定されるものの、千種を超えるリン酸化タンパク質のLC-MS/MSによる計測に成功した。本年度は、本研究が対象としてきたRamazzottius varieornatusの近縁種であり、同じHypsibidae科に属しているものの乾眠能力が弱いHypsibius dujardiniという別種のクマムシについて同様のマルチオミクス解析を行った。まず、HiSeq2000によって得られた

9GbpのリードをMaSuR-CAによってde novoアセンブルし、ゲノムのドラフト配列を得た。続いて、R. varieornatusと同様のタイムポイントでトランスクリプトームをRNA-Seqによって計測し、発現量の変化をRSEM及びedgeRソフトウェアによって定量した。これらの情報に基づいてin silicoで代謝パスウェイを再構築し、メタボローム解析によって得られたデータを代謝パスウェイにマッピングすることでマルチオミクスデータを統合的に解析した結果、H. dujardiniはR. varieornatusと同様の遺伝子セットを使いながら、その制御を遺伝子発現を通じて行うことで緩やかな乾眠移行が必要になっていることを明らかとした。緩歩動物門を形成する微小動物クマムシのうち、陸生のものの多くは乾燥耐性を持ち、乾燥に曝されると脱水してほぼ完全に代謝を停止した乾眠と呼ばれる状態に移行する。クマムシは乾眠状態では超高温・超低温・超高圧・真空・放射線などに耐性を示しこれらのストレス曝露後も給水により速やかに生命活動を再開する。しかしながら、乾燥耐性や極限環境耐性の分子機構には不明な点が多く、分子生物学的なメカニズムの解明が待たれている。そこで、本研究では通常/乾眠時の定量的かつ網羅的なメタボローム(イオン性化合物・核酸・糖・脂質)及びプロテオーム(量及びリン酸化状態)を測定し比較するマルチオミクスの手法により、乾眠の分子機構をシステムとして解明することを目的としている。本年度は、ヨコヅナクマムシ乾眠状態のリン酸化プロテオームデータを得る事に成功し、また、多くの代謝関連酵素が乾眠時にリン酸化されていることを明らかにした。さらに、得られたリン酸化プロテオームデータを比較メタボローム解析の結果と代謝パスウェイのコンテキストで比較した結果、有意に乾眠時に変動がみられた化合物を代謝する酵素がリン酸化されている傾向を示す事ができた。これは、遺伝子発現によらない急速な代謝変化を可能にするために、クマムシ細胞中では翻訳後修飾であるリン酸化による代謝制御が行われていることを示唆している。予定通りに本年度までに2条件での比較メタボローム解析に成功し、またプロテオーム解析も条件検討が進んでいる。プロテオームのデータが出揃い次第システムとしてのダイナミクスを解析できると考えている。25年度が最終年度であるため、記入しない。予定通りに本年度までに通常・乾眠の2条件における比較メタボローム解析と、リン酸化プロテオーム解析を行い、それらがヨコヅナクマムシの乾眠事にどのように細胞システムレベルで制御を行っているかを主に代謝パスウェイのコンテキストで明らかにすることができた。これにより、転写変動を伴わない急速な乾眠におけるロバストな代謝制御の仕組みの一部を明らかにできたと考える。当初の研究計画には記載していないが、2条件の比較メタボロミクスでは予想以上に物質の変動が複雑であったため、より詳細にそのダイナミクスを理解するために、時系列でのメタボローム解析を追加で行う。
特殊環境下におけるトレーニングプログラム作成に関する研究

【目的】本研究の目的は、昨年度の研究結果をもとに、トレーニング効果が得られる低圧条件として至適と推察された環境下において実際にトレーニングを行い、有酸素性・無酸素性エネルギー供給能力と運動成績の改善に及ぼす有効性を確認することであった。【方法】男子大学水泳選手6名(年齢20±1歳)を被検者とし、1日2回、週5日の頻度で3週間トレーニングを行った。トレーニングは、海抜1600m相当の低圧環境下において、OBLA強度による2分間泳を15秒の休息を挟み15セットを週5回、50%VO_2max強度での2分間泳に続き100%VO_2max強度での3分間泳の組み合わせ5セットを週2回、さらに海抜2400m相当の低圧環境下で170%VO_2max強度での20秒間泳を10秒の休息を挟み8セットを週3回行った。トレーニング効果は、最大酸素摂取量、最大酸素借、血液成分、および100mと200mの泳記録で評価した。【結果および考察】3週間のトレーニング後、ヘマトクリット値には有意な低下が観察された(P<0.05)にもかかわらず、ヘモグロビン濃度は有意に増加し(P<0.05)、酸素運搬能の向上が示された。その結果、最大酸素摂取量は10%(前3.79 l・min^<-1>、後4.17 l・min^<-1>、P<0.01)増大し、さらに最大酸素借も20%(前3.93 l、後4.68 l、P<0.05)増加した。この増加率は、過去の先行研究と比較し、最も高い部類に属した。そして泳成績も、100mにおいて0.8秒、200mにおいて2.0秒、いずれも有意に改善された(4名が自己記録を更新)(P<0.01)。以上の結果より、海抜1600m環境下での有酸素性トレーニングと2400m環境下での無酸素性トレーニングを組み合わせた特殊環境下でのトレーニングは、有酸素性および無酸素性両エネルギー供給能力を効果的に改善させ、競技成績を向上させ得ることが示唆された。【目的】本研究の目的は、異なる低圧環境下でのエネルギー代謝特性を明らかにし、エネルギー供給能力の改善に対して有効な特殊環境条件を明らかにすることであった。【方法】被検者は、年齢21±1歳の男子大学水泳選手6名であった。運動はすべてクロール泳とした。常圧環境、および海抜800m、1600m、2400mをシミュレートした低圧環境下において、6分間の最大下一定流速泳中の酸素摂取量および酸素借を、異なる流速で数回測定した。また、別日に負荷漸増法を用い、各環境下における最大酸素摂取量を、さらに2-3分で疲労困憊に至るクロール泳中の酸素摂取量および酸素借を30秒ごとに定量した。【結果及び考察】同じ最大下強度運動中の酸素摂取量および酸素借は、各環境間で有意な差は認められなかった。最大酸素摂取量は、高度の上昇にともない低い値を示し、800m、1600m、2400mにおける低下率は、それぞれ4%、12%、16%であった。2-3分で疲労困憊に至る超最大運動中の30秒毎の酸素摂取量の変化を比較すると、運動後半の酸素摂取量は気圧が低いほど有意に低い値を示した。一方、酸素借の経時的変化をみると、低圧の影響で運動強度が低くなったにも関わらず、環境間に差は認められなかった。以上の結果より、高地トレーニングを行う場合、有酸素性エネルギー供給系の改善を狙うならば、トレーニング強度、最大酸素摂取量をできるだけ低下させず、かつ赤血球等の増加を導く低圧環境の受動的効果が得られる1600-2000m程度の高度が適していることが示唆された。一方、無酸素性エネルギー供給系に対しては、低圧の影響で強度が低くなっても、平地と同様の供給動態が観察されることから、2000m以上の高度でも十分改善可能であることが示唆された。

その結果、最大酸素摂取量は10%(前3.79 l・min^<-1>、後4.17 l・min^<-1>、P<0.01)増大し、さらに最大酸素借も20%(前3.93 l、後4.68 l、P<0.05)増加した。この増加率は、過去の先行研究と比較し、最も高い部類に属した。そして泳成績も、100mにおいて0.8秒、200mにおいて2.0秒、いずれも有意に改善された(4名が自己記録を更新)(P<0.01)。以上の結果より、海抜1600m環境下での有酸素性トレーニングと2400m環境下での無酸素性トレーニングを組み合わせた特殊環境下でのトレーニングは、有酸素性および無酸素性両エネルギー供給能力を効果的に改善させ、競技成績を向上させ得ることが示唆された。
ドイツ語圏の学力向上政策に関する総合的研究

ドイツ語圏における学力向上政策による教育改革を、教育スタンダードとそれに伴うスタンダードテストの導入に着目し、検討した。特に、ドイツ・スイス・オーストリアの教育スタンダードとスタンダードテスト導入および教育実践の比較検討を行うことで、同一言語地域内に見られる共通した政策動向とその文化背景および相違性を詳細に検討した。本年度は、オーストリアでのPISAショックの実態およびそれへの対応策としての学力向上政策の調査また教育現場での実態を主に調査・研究した。その成果は、論文「オーストリアの教育スタンダード導入に関する一考察」(教育目標・評価学会紀要第19号)として同国の現在の学力向上政策の動向をまとめることができた。同論文では、教育大国を自認してきたドイツおよびオーストリアのPISAショックの実態を明らかにし、その対応策としての教育スタンダードとスタンダードテストの導入の実態をまとめた。またこの政策を批判的に検討することで、PISAかもたらした教育実践への影響を考察した。学力向上政策としての教育スタンダードが、子どもたちの学力の実態をとらえるようた機能を持っていないこと、しかしながら、PISAは教育実践を標準化していく大きな影響を持っていること、それがテスト文化のないドイツ語圏においては問題視されている分岐型の教育制度を変えることなく、テストを伴う教育実践への変容というインパクトをもたらしたことなどを指摘した。これらの実態が、ドイツやスイスでも見られるのか、ドイツ語圏の中での共通性と相違を今後は検討しなければならないだろう。本年度は本研究の初年度に当たるため、申請者がこれまで親しんできたオーストリアの状况を中心に研究を進める計画をしていたため、上記論文の発表後、ウィーンでの資料収集および学校見学・インタビューを行い、現在の動向を調査することができた。その成果は、2010年度に学会発表や論文投稿で明らかにしたい。今年度、学会発表およびそれをふまえた雑誌論文においては、研究目的にあげた戦後から現代の教育観の変遷という観点から歴史的研究を行った。ここでは、オーストリアの現在の教育動向として、PISAの結果をふまえた教育スタンダードの導入が実施されていることを、オーストリアの教育史の中に位置づける試みを行った。考察の結果、オーストリアをはじめとするドイツ語圏には、これまでテスト文化がなく、1920年代の教育改革で導入された労作教育などによって、子どもの学習のプロセスを重視する教育を行ってきたことが明らかになった。それは、本発表および論文で考察の対象とした第二次世界大戦後の教育においても「陶冶学校」という実践的概念として継続されたものであった。このような歴史をふまえると、現在、オーストリアをはじめドイツ語圏で導入、実施されている教育スタンダードおよびその達成度を測るスタンダードテストは、相容れないように見える。次に、『〈新しい能力〉は教育を変えるか-学力・リテラシー・コンピテンシー-』では、オーストリアにおける教育スタンダードの導入に関する論文(「オーストリアの場合-PISA以後の学力向上政策)を執筆した。本稿では、教育スタンダードの実際を、実践モデルとともに提示したうえで、この学力向上政策に対する批判を取り上げた。批判としては、子どもの何をはかろうとしているのかが明らかでないあいまいなスタンダードであること、また、テスト文化がないことによる評価一般に対する理解の不足があげられた。平成23年度は、本研究の最終年度に当たるため、これまでの課題を包括する研究を行った。また、以下の通り、積極的に学会発表を行い、その成果を社会に問うことができたと考えている。まず、オーストリアの教育スタンダード導入に伴う、学校現場でのテストの増加という現象に着目し、PISA以降の同国の教育文化がテスト文化を移入する移行期にあることを明らかにした。またそれは同様の政策を採るドイツ語圏で共通して見られる「教育パラダイムの転換」であることも指摘した(日本カリキュラム学会発表)。次に、オーストリアでは教育スタンダードの導入だけでなく、これまで長く教育の争点となってきた分岐型の教育制度の改革に着手していることに着目した。この改革もまたPISA結果の影響を大きく受けたものであることが明らかである(日本教育方法学会発表)。最後にドイツ・スイス・オーストリアの2000年以降の教育改革の動向を、教育スタンダードという学力向上政策に焦点化して総括する作業を行った。ドイツ語圏では、PISA以降、教育スタンダードの導入を中心に義務教育改革を行ってきていることに最大の共通点と特徴がある。一方で、三カ国の教育スタンダードを詳細に検討した結果、その目的や内容に相違点が認められた。ただし、いずれにせよ、PISA結果の影響を強く受け、この間の教育改革が進められていることは明らかで、その受け止め方、すなわち、教育スタンダードの内容や評価の方法に見られる相違が、今後のそれぞれの国のスタンスの違いを際立たせていくと考えられる(日本教育学会発表)。