hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
抗体産生不全症における臨床経過の多様性とその病態解析―新規治療法の基礎的検討―

X-linked agammaglobulinemia (XLA)はB細胞分化に必須のチロシンキナーゼBTK遺伝子の異常により発症する。XLA2家系4症例の長期経過について検討した。家系1(L111R変異)の発端者は胸膜炎、骨髄炎などの重篤な深部感染症に罹患した。胸膜炎はヘリコバクター菌による日和見感染であり、エンドトキシンの異常高値が持続した。家系2はスプライスサイトの変異(IVS11+3G→T)であり、エクソン11がスキップする。家系2では易感染は認められていない。十分にIgGが存在していても臨床経過は症例によって異なることを念頭に置いて個々の症例のフォローが必要である。XLA(X-linked agammagloublinemia)、高IgM症候群、CVID (common variable immunodeficiency)、IgA欠損症は、いずれも抗体産生不全を特徴とする。しかし、その表現型は非常に多彩であり、易感染を繰り返す症例からほとんど、症状を示さない症例まで非常に多様である。長期に経過観察中のXLA5例のうち、1例で足関節の骨髄炎が合併した。カルバペネム系の抗生剤は有効でなく、MRSAに対する抗生剤の投与にて改善した。1例は、進行性の神経変性症にて死亡された。1例のXLAは、末梢血中のB細胞がわずかに認められ、血清IgA , IgMが存在した。易感染の程度も強くなかった。他の2例は、ガンマグロブリンの定期的な補充により、易感染は認められていない。XLA患者の長期予後の多様性を明らかにすることができた。X-linked agammaglobulinemia (XLA)はB細胞の分化に必須の、BTK遺伝子の異常により発症する。病因が明らかな抗体産生不全症としては最も頻度が高い。定期的なガンマグロブリン補充により重篤な感染症の予防は可能であるが、長期経過に関しては不明な点が多い。今回、XLA2家系4症例の長期経過について検討した。家系1はBTK遺伝子にL111Rのミスセンス変異を有していた。発端者はIgGのトラフ値が十分に保たれていても、胸膜炎、下肢の骨髄炎などの重篤な深部感染症に罹患した。胸膜炎はヘリコバクターによる日和見感染によるものであり、カルバペネム系の抗生剤により、一旦、炎症反応は改善したが、エンドトキシンの異常高値が持続した。しかし、骨髄炎罹患時の抗MRSA薬の投与に伴い、エンドトキシンは正常化した。発端者のおいは、1歳時に腸炎関連痙攣に罹患した。IgGのトラフ値は十分に保たれていた。家系2のBTK遺伝子変異はスプライスドナーサイトの変異(IVS11+3G→T)であり、エクソン11がスキップする。発端者(38歳)とそのいとこには、重篤な感染症は発症していない。発端者には、IgM,IgAが血中に認められ、また、正常なBTKの遺伝子を発現するリンパ球も存在した。発端者のおいは、ガンマグロブリンの皮下注を1週間に1回、在宅で試行しているが、易感染は認められていない。XLAの感染予防には、IgGのトラフ値を十分に保つことが重要である。ガンマグロブリンの補充は在宅での皮下注も選択可能になり患者のQOL向上につながっている。しかし、十分にIgGが存在していても臨床経過は症例によって異なることを念頭において個々の症例をフォローする必要がある。XLA(X-linked agammaglobulinemia)、IgA欠損症、CVID (common variable immunodeficiency)、高IgM症候群はともに、抗体産生不全を特徴とする先天性の免疫不全症である。長期間経過観察していると同一の疾患であっても、その臨床症状は多様性が生じてくる。全く易感染を呈さないものから、頻回に感染症をくりかえすもの、呼吸不全にいたるもの、難治性神経疾患に罹患するものなど、様々である。本研究では、これらの臨床経過の差異がどのような病態により、もたらされるかを、サイトカイン産生、自然免疫、獲得免疫の観点から詳細に検討する。平成23年度は肺炎を繰り返し、各種の抗生剤に対して難治性であったXLA(X-linked agammaglobulinemia)の患者の病態を詳細に解析した。通常の培養では病原菌が検出されなかったため、肺の一部を外科的に切除し病理学的検討と、切除標本からDNAを抽出しBroad-range PCR法を用いて細菌の同定を試みた。病理学的には器質化肺炎の像を呈しており、慢性の炎症によるものと考えられた。細菌のリボゾームDNAを標的にしたPCRで、バンドが検出された。

遺伝子配列を確認したところ、99.8%がHelicobacter equorum遺伝子と合致した。Helicobacter equorumの遺伝子をprobeとしてin situ hybridizationを施行したところ、切除肺組織にシグナルが検出された。Helicobacter equorumは、馬の糞便中に検出された細菌であり、今までヒトでの感染の報告はなかった。本例は、世界で初めてのHelicobacter equorumのヒトへの感染症例であることが明らかになった。免疫不全症を呈する、EDA-IDやXLAの臨床経過、病態を明らかにすることができた。抗体産生不全症はB細胞、T細胞などの獲得免疫系の障害で生じる場合と、単球系細胞等の自然免疫系の障害で生じる場合がある。NF-kappa Bのシグナル伝達系は、獲得免疫系、自然免疫系の両者において重要な役割を果たしている。EDA-IDの病因遺伝子としてIKBAが知られていたが、Q9Xの変異は今まで報告がなかった。機能実験により、Q9Xを有するIKBAは、NF-kappa Bのシグナルを障害し、EDA-IDの病因となることを初めて明らかにすることができた。難治性の肺炎を繰り返すXLA患者の病態を詳細に解析した。その結果、世界で初めてのHelicobacter equorumのヒトへの感染であることを明らかにした。成果を英文の論文として発表することができた(Journal of Clinical Microbiology 2011)。同一のAID遺伝子変異R190Xを有するにも関わらず表現型が異なる高IgM症候群の親子例について、体細胞変異、サイトカイン産生につき検討した。XLAの病因遺伝子産物であるbtkをsiRNAを用いて、ノックダウンするための基礎的検討を行っている。XLA患者が、高エンドトキシン血症にもかかわらず、エンドトキシンショッツクを生じない病態について検討をすすめている。自然免疫と獲得免疫の両方の観点から抗体産生不全の病態について明らかにする。1)BTKノックダウン細胞における自然免疫系の応答:XLA患者の自然免疫系、特に単球細胞の機能解析をおこなうためにBTKをsiRNAにてノックダウンした単球細胞株を樹立し、その細胞における、TLRからの反応をコントロール細胞と比較する。2)高IgM症候群における表現型の違い:常染色体優性の遺伝形式をとる高IgM症候群としてAIDのR190X変異が知られている。しかし、R190Xを有しながら、免疫グロブリンの異常を呈さない場合がある。この違いを明らかにするため、免疫グロブリンのクラスイッチに関与する遺伝子の多型の関与について検討する。CD40, CD40L, UNG等の多型の有無について解析する。3)免疫グロブリンを有するXLAの解析:XLAの一家系において、同一のBTK遺伝子変異を有するも、一人は、血清中にIgA, IgMが存在するが、もう一人はIgA, IgMが認められず、通常のXLAの表現型を示している。BTK遺伝子の発現の有無と塩基配列をビーズによりB細胞を分画し解析する。1)btkノックダウン単球細胞におけるサイトカイン産生:XLA患者のbtk遺伝子変異における機能の差異を検討するため。
宇宙マイクロ波背景放射偏光測定-QUIET実験-

宇宙誕生直後に生成された「最古の光」である宇宙背景放射の偏光度を精密に測定した。チリ・アタカマの標高5080メートルの地点に設置したQUIET望遠鏡を用いて2年間を超える観測をおこなった。その結果、標準宇宙論で期待される偏光分布(Eモードとよばれる)を世界第2位の精度で観測することに成功した。インフレーション理論が予言する特殊な偏光分布(Bモードとよばれる)の探索をおこない、直接測定としてはやはり世界第2位の制限を得た。本研究は、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)偏光分布の精密測定により、インフレーション(極初期宇宙の急激な膨張)の画期的な検証を行い、かつ現存する最大の加速器で到達可能なエネルギーの一兆倍という超高エネルギーでの物理学を開拓する事を目的としている。このためにQUIET実験を推進する。CMB偏光の精密測定は、二度のノーベル物理学賞(1978年、2006年)に輝くCMB温度とその揺らぎの測定を超え、宇宙の誕生と物理学の根本法則に関する人類の知識を飛躍的に高めると期待されている。平成20年度の8月よりQバンド(40GHz)レシーバーシステムをチリ・アタカマに設置し、QUIET-I望遠鏡の立ち上げを開始した。9月頃よりデータを取りはじめ、様々な方法を用いてデータの校正を行った。QUIET計画では現在推進しているQUIET-Iを増強して10倍以上の感度を有するQUIET-II実験に移行することを予定している。その準備の一環として、プロトタイプADCボードの開発、および、現在シカゴ大学で稼働しているものより3倍程度効率のよい偏光計試験システムの開発を開始した。ADCボードは設計を終え、試作品を完成させるところまで進めることができた。偏光計試験システムについては、放射体をクライオスタット内に封じ込める設計を行い、試作、試験を行った。本研究は、チリ・アタカマでの宇宙マイクロ波背景放射(CMB)偏光分布の精密測定実験QUIET Phase Iを推進する。平成21年度は、前年度から継続してQバンド(40GHz)レシーバーシステムによる観測を6月まで成功裏に行った。その後、Wバンド(90GHz)のレシーバーシステムとの交換作業を行い、8月より新たにWバンドでの観測を開始した。平成22年3月まで順調にデータ取得を続行した。これにより、Qバンドで合計約4000時間、Wバンドで合計約3000時間のデータを得ることができた。本研究ではQバンドのデータ解析を中心に進めた。高エネルギー加速器研究機構は唯一の生データ保管所としてデータの質のモニター、データセレクション、キャリブレーションなどを主導した。特に空の厚みを変えながら観測を行うことにより、大気の影響を見積もったり、強いミリ波偏光源の観測データから偏光計の較正を行ったりした。その他、様々な系統誤差の見積もりを最終結果は伏せた形(ブラインド法)で行った。さらに、将来POLARBEAR実験と統合解析を行うための準備に着手した。全天ではなく、一部の前景放射が小さい空を選んで観測する際の系統誤差についてのシミュレーションスタディを行った。その結果、従来の感度を10倍上回る感度で測定を行っても、前景放射の寄与を十分小さく抑えられる見通しを得た。本研究は、チリ・アタカマでの宇宙マイクロ波背景放射(CMB)偏光分布の精密測定実験QUIET Phase Iを推進することが目的である。特に偏光Bモードの精査による原始重力波の発見が期待される。平成22年度は、前年度から継続してWバンド(95GHz)レシーバーシステムによる観測を12月まで成功裏に行った。これにより、QバンドとWバンドで合計約10000時間をこえるデータを得ることができた。高エネルギー加速器研究機構は唯一の生データ保管所としてデータの質のモニター、データセレクション、キャリブレーション、系統誤差の見積もりなどを主導した。また、高エネルギー物理学で確立されているブラインド法(最終結果は伏せた形で解析をおこなう)を導入した。その結果、Eモード偏光を6シグマ以上の有意度で観測し、Bモード探索より、原始重力波のパラメータrに関する制限r=0.35+1.06-0.87(68%CL)を得た。さらに、銀河のシンクロトロン放射に起因する前景放射の証拠を3シグマの有意度でとらえた。これらの解析結果を12月にThe Astrophysical Journalに投稿した。

また、新しい偏光計を試験するための試験システムの開発を成功裏に完成させ、その内容に関する論文を投稿した。さらに、将来POLARBEAR実験と統合解析を行うための準備を進め、特に、観測する空の範囲を広げる必要があることをシミュレーションにより示した。
カルシウムイオンによる血小板細胞内顆粒分秘の制御機構

細胞膜透過性を高めた血小板を用い、カルシウム刺激に応答しておこる顆粒分泌に伴う細胞内構造の変化を、超薄切片法による電子顕微鏡観察により調べた。その結果、未刺激細胞では分泌顆粒の約40%が細胞膜のごく近傍(平均約10nm)に存在していること、分泌刺激により細胞膜近傍の顆粒が分泌による顆粒の減少に見合うだけ選択的に減少していることを見い出した。細胞膜近傍に存在する顆粒が選択的に分泌されるという可能性は、膜近傍に存在する顆粒の割合と最大分泌量(%)が無傷および膜透過性を高めた血小板で一致することから支持された。さらに細胞膜と顆粒を結ぶ構造を詳細に調べると、カルシウム刺激以前にはフィラメント様でない不定形の構造物が膜と顆粒の間に存在しており、刺激によりこの不定形構造が規則的な間隔を示す橋状の構造に変化することを見いだした。他方、細胞内マイクロフィラメントは分泌刺激の前後で大きく変化していなかった。これらの結果に基づいて、顆粒分泌の新しいモデル、即ち分泌される顆粒はすでに細胞膜の近傍に存在しており、両者を結ぶ不定形構造物がカルシウム刺激により構造変化することで分泌が起こる、を提唱している。このモデルで最も重要な点である細胞膜と顆粒を結ぶ構造については現在免疫電顕の手法を用いて検討している。また分泌にはATPが必要であるが、ATPは顆粒を細胞膜近傍に保持するために必要である可能性がある。即ち、ATPのない条件で固定した標品では膜近傍に存在する顆粒数が著しく減少していた。今後顆粒と細胞膜の間に存在する物質を同定することにより、カルシウムの標的タンパク質およびATPの役割を明らかにしたい。
動物由来成分を排除した完全合成培地によるヒトiPS細胞樹立法の確立

iPS細胞の臨床応用を視野に入れた場合、iPS細胞樹立の全過程から可能な限り動物由来細胞・成分を排除し、未知の病原性因子に対するリスクをなくすとともに長期間安定した培養を行うことが求められる。我々は、マウスのES細胞を浮遊状態に置くことで、動物由来のタンパク質成分を培地から劇的に低減することに成功し,この成果を基にヒトES細胞およびヒトiPS細胞の浮遊培養条件の確立を目指した。昨年度確立した浮遊条件下でヒトES細胞・iPS細胞は60日以上増殖し,60日後もALP陽性であり,接着培養にスイッチしてもES細胞特有の形態を保持し,一定の分化能力を示した。その培養条件はマウスES細胞とは異なり血清代替物(KSR)が必須であった。KSRは若干の動物由来成分を含有するが,感染リスクの低減に有効な工業製品である。昨年に引き続いてより組成の明らかなKSRの代替物あるいはより増殖率の高い培養系を開発するため,オリエンタル酵母株式会社で開発されたラミニン(Recombinant Human Laminin-5)の効果を中心に調べた。様々な条件を試行した結果,IMDM/F12 1ml/l penicyrin&streptomycin,15%KSR,2×10^<-3>L-Glutamine,1×NEAA,10^<-4>M 2-ME,0.5μg/ml rLaminin-5,1%ITS,100ng/ml bFGFの組成で歯髄細胞から誘導した日本人由来ヒトiPS細胞株21日間で20倍以上浮遊状態で増殖させることができた。ただ,KSRは依然として必須であり,現時点ではマウスに匹敵する低タンパクの培養条件(インシュリン,トランスフェリン,組み換え型増殖因子(LIF)以外のタンパク質を含まない)の発見には至っていない。本年度様々な試みの成果としてヒトES細胞の浮遊培養条件を確立した。ヒトES細胞は浮遊条件下で60日以上増殖し,60日後もALP陽性であり,接着培養にスイッチしてもES細胞特有の形態を保持し,一定の分化能力を示した。マウスで決定的に重要であったPVAは必須であった。また,ACTH,デキサメタソン,アスコルビン酸などの添加物は効果が認められず(様々な濃度で添加しても浮遊培養下の増殖を促進せず,KSRの代替にもならない),アルブミンや臍帯血保存用試薬(デンプンベースの高分子)HES40,増殖因子の効果を高めるヘパリンとアルブミンの混合物などKSRの代替物を探索したがいまにところ効果的な物質は見つかっていない。従って,現時点ではマウスと同様にインシュリン,トランスフェリン,組み換え型増殖因子(LIF)以外のタンパク質を含まない条件の発見には至っていない。
遺伝子交雑を防ぐ「不妊魚」の作出とその大量生産技術の開発

現在、ゲノム編集技術による養殖魚の品種改良が注目されているが、実用化した場合、環境保護の観点において、ゲノム編集魚の逃亡による野性魚との遺伝子交雑問題は避けられない。そこで、養殖魚の不妊化に着目した。魚類では、三倍体化等の不妊化技術はあるものの、いずれの方法も実用化にあたり確実性が乏しい。本研究は、ゲノム編集技術を用いて100%の不妊化が可能な遺伝的不妊魚の作出を目指す。また、この不妊魚は次世代を作出できないため、大量生産が難しい。この課題を克服するため、代理親魚法を利用して、これらの遺伝的不妊魚を簡便かつ大量生産する技術を開発する。
バルクスピン軌道トルク効果の学理解明とスピンデバイスへの応用

昨年度のバルクスピン軌道トルクの研究成果を共同研究先のシンガポール大学と共同でNature Materialsに投稿し、今年度論文が掲載され、バルクスピン軌道トルクへの認知が広がった。そこで、今年度は更にバルクスキン軌道トルク(SOT)磁性細線の電流磁壁駆動に関わる詳細な検討を行い、以下の3点の研究成果を得た。1GdFeCo/Pt磁性細線におけるSOTが作用するGdFeCo層の膜厚について検討した。界面効果とは通常膜厚数nmであるが、今回は80nm, 200nm, 500nmの磁性細線を作成し、これらの電流による磁壁駆動現象を詳細に調べた。通常、磁性層が薄い場合には主にSOTが磁壁の動力源となり磁壁は電流方向に移動する。一方、磁性層が厚くなるとスピントランスファートルク(STT)が主な磁壁駆動力となって磁壁は電子方向(電流と逆向き)に移動するので、磁壁の移動方向によってどの駆動力が支配的かを識別できる。しかし、GdFeCo膜厚80nm, 200nm, 500nmの3種類の全ての磁性細線において、磁壁は電流方向に動いた。したがって、希土類遷移金属合金の場合には、現在得られている電流磁壁駆動メカニズムだけでは説明できない。そこで、Pt層をSiN絶縁層に変えてGdFeCo層厚200nm, 500nmの磁性細線を使って同様の実験を行った。Pt層がないのでSOTは考える必要がない。驚いたことにどちらの磁性細線においても磁壁は電流方向に動いた。すなわち、STTで磁壁が電流方向に動く初めての結果を得た。2薄いGdFeCo層と薄いPt層からなる積層膜において、このヘテロ界面におけるジャロシンスキー守谷相互作用の影響を磁気光学効果のスペクトル分析で調べた結果、その効果と思われる結果を得ることが出来た。3磁性細線に電流を印加するとジュール発熱が生じる。そこで、ナノMDSにより発熱測定を行った。膜厚が10nmと厚いTbCo層と重金属Pt層からなる磁性細線では、磁壁がスピン軌道トルク(SOT)により電流方向に移動する。常識的に界面効果であるSOTが磁性層に及ぶ範囲はせいぜい1nm程度と考えられていたが、この実験結果は界面効果にしては厚すぎる。そこで、Tb層とCo層の磁気モーメントが互いに逆向きに結合していることを利用して、Pt層からスピンホール効果によって磁性層に流入するスピン偏極電子がTb層で右回りのSTTをCoでは左回りのSTTで回転するため、磁性層奥深くまでスピン偏極電子のスピンは方向を保ったまま侵入出来ると考えた。磁性層がCoだけの磁性細線では上記スピン偏極電子は一方向に回転し続けるのでSTTは作用しなくなる。これをバルクスピントルクのメカニズムとしてNature Materialsに投稿し、今年度論文が掲載された。また、更にこの詳細な検討を行うために、極めて極端に厚い200nm, 500nmのGdFeCo磁性細線を作成して電流磁壁駆動実験を行った結果、磁壁は電流方向に動いた。大変意外だったのは、重金属Pt層とのヘテロ界面があってもなくても磁壁の移動方向が電流方向だった点である。これだけ厚いと、Nature Materialsに採択された論文のメカニズムだけでは説明ができない。したがって、これは新たな現象であり新たなメカニズム構築が必要となる。特に、電流に対する磁壁駆動に必要な最小電流密度や、磁壁移動速度の電流密度依存性の変化など、Pt層有り無しで全く違いがみられなかった。一つの可能性はフェリ磁性体の場合には特有のSTTによって磁壁が電流方向に動くことである。フェロ磁性体とは異なる点を基に新しい磁壁の電流駆動モデルを考えたい。前述のように、フェリ磁性体を利用した磁性細線において、磁性層厚が厚くても磁壁が電流方向に動く新たなSTTメカニズム構築を行う。このモデル検証に必要な材料や積層構造を変えた実験も同時に進める。一方、パルス電流で磁壁移動する際の磁性細線のジュール熱発熱の影響も明らかにする必要がある。そこで、ナノMDSの高速アンプによってこの熱レスポンスの測定に挑む。ただし、ナノMDSにおける測定系において、測定ヘッドの熱容量やヘッドコンタクト面での熱抵抗など、測定系の検証も重要であり、この検討も行う。また、光が透過できる薄さのGdFeCo層とPt層からなる磁性細線ではPt由来のSOTが効いているはずで、このジャロシンスキー守谷相互作用(DMI)の大きさを確認する必要がある。これまでこの同定に電流印加や磁界印加の方法が試されたが、報告値にはまとまりがない。そこで、光を使った方法が試され始めている。我々は光の電場が電子を光の周波数で振動させることにより発生する磁気光学効果のスペクトル分析からDMIの影響を探ることに挑戦している。最近、磁気光学効果の計算で求めたスペクトルと実測のスペクトルに差があることを見出した。この差異がDMIの影響かどうか明らかにすることに挑戦する。更に、本研究成果の出口としてナノインプリントプラスチック基板にバルクスピン軌道トルクを利用した磁性細線を用いてIoT向けのデバイス試作にも取り組む。バルクスピン軌道トルクは磁性層が厚くても利用できるため、磁気ボリュームを利用したデバイス応用が期待できる。加えて、磁性細線上に磁壁を作成し、この磁壁部分にレーザーを照射し、大きな温度勾配を作ることで大きなスピン流を生み出す実験も行う。

これにより良質で強力なスピン流発生源試作にも取り組む。本研究の目標は、希土類・遷移金属合金(RE-TM)とPt等の重金属ヘテロ界面に生ずるスピンホール効果やジャロシンスキー守谷効果が界面だけでなく磁性層奥深くまで働き、磁気ボリュームの大きなスピン軌道トルク効果の起源を解明することであり、それをナノインプリントプラスチック基板上で実現し、IoTにむけたデバイス応用の基盤技術を形成することである。バルク的なスピン軌道トルクとしては、RE-TMとしてTbFeCo合金を、重金属としてPtでヘテロ界面を作成したSiO2/TbFeCo/Pt磁性細線のバルク界面効果を調べるためにTbFeCo層とPt層の間に1原子層のTbを挿入したもの、また1原子層のFeを挿入したもの、さらに1原子層のCoを挿入した3種類の磁性細線を作成し、これらの電流磁壁駆動について検討した。これらを挿入する前のTbFeCo/Pt磁性細線では磁壁駆動が可能だが、TbやFeを1原子層挿入したものは電流磁壁駆動することが出来なかった。一方、Co層を1原子層挿入すると磁壁移動速度が大幅に向上した。ただし、磁壁駆動のための臨界電流密度が上昇した。この結果からCoとPt層のヘテロ界面が磁壁駆動に重要な役割を果たし、その磁壁駆動が厚いTbFeCo上の厚い磁壁を動かしていると考えられる(ISAMMA2017で発表)。一方、Ptのスピンホール効果とジャロシンスキー守谷効果の符号が正反対であるTa層をSiO2側に挿入すると磁壁移動速度が向上し、かつ臨界電流密度を低減することに成功した。このように本システムは磁性膜が大きなボリュームを持つにも関わらず、極薄磁性膜にしか作用しない一般的なスピン軌道トルク効果と同じ制御方法が利用できることが確認できた。また、Co/Tb/Pt三層構造のスピントルクFMRを測定し、Tb層が0.5nm以内であればスピンホール効果を増大できることを見出した。この結果からCoとPt層のヘテロ界面が磁壁駆動に重要な役割を果たし、その磁壁駆動が厚いTbFeCo上の厚い磁壁を動かしていると考えられる(ISAMMA2017で報告)。
キッズデザインに対応するためのデータベースの設計及び応用

本研究の目的は、社会的要請の高い乳幼児の傷害予防に応えるため,人類の共通財産ともいえる傷害ビッグデータを最大利用することによって子供の傷害予防対策の基盤となるキッズデザインデータベース(Kids Design Databases:以下KDDBと略す)の構築と日常生活における傷害予防データマイニング技術に関する理論的基盤を確立することである.具体的には,キッズ傷害情報記述枠組みと,身体寸法,行動心理および生活実態という三つの子供に特有なキッズ日常生活情報記述法について,体系的かつ実証的裏付けを持った提案を行うとともに,日中両国の子供の傷害情報を再編成したデータに基づき,日常生活における傷害予防のためのデータマイニング技術を開発し,具体的な適用事例を通じてその有用性を示すことにある.平成28年度は、製品横断的な世界初の子どもに対する安全認証制度であるCSD認証制度に参加しようとする事業者を支援するため、平成27年度に開発したKDDBに基づくデータマイニング手法(KDDB利用技術)を開発する。主に子どもや保護者の行動や製品の特徴を用いて、製品が子どもに与えるリスクを予測する技術を開発した。子ども製品製造メーカーや設計者にヒアリング調査を行い、それぞれのニーズを反映して設計者が使いやすい予測システムを開発した。また、メーカーと連携してKDDB利用技術の実証実験を行い、この実証実験を通じて得られた成果から、子ども傷害ビッグデータに対応するためのデータの一連の整理=分析=利用の流れをまとめ総合的な日常生活環境下の傷害予測技術を開発した。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は,社会的要請の高い乳幼児の傷害予防に応じるため,人類の共通財産ともいえる傷害ビッグデータを最大利用することによって子ども傷害予防対策の基盤となるキッズデザインデータベースの構築と傷害データマイニング技術に関する理論的基盤を確立することである.今年度は、キッズデザインデータベースに基づいて、傷害情報記述枠組みを中心に研究し、その成果を「傷害情報記述枠組みコーディングマニュアル」(IIDFコード試用版)としてまとめた。また、現在、これに基づいて傷害情報データベースの開発を進めた。本マニュアルは,このうち既知の傷害情報の記述に関する枠組みについて解説するとともに,既存の各種傷害情報データバンクに収録されている傷害情報データを統一的な基準のもとで再構成するためのコーディングの基準を与えることを目的としている。WHOの定義によると,傷害の発生は身体が人間の耐える閾値を超えるエージェント(agent)に急激に曝露されたことによるもので,エージェントには,力学的エネルギー,熱,電気,化学物質,電離放射線などがある.傷害の発生には四つの要素があり,それぞれ,ホスト(host,傷害を受けた人),エージェント,ベクター(Vector,例えば,力を加えたり,エネルギーを移し又は妨害したりする人或いは物),環境(Environment)と呼ばれる.WHOの疫学モデルは以上の4要素から構成されるが,事故対策の優先順位を決定するには傷害の程度など事故の結果が重要である.結果が致死事故であるか重大な傷害であるのか、軽いけがであるのかの相違は事故対策に相違をもたらす.本研究で作成した傷害情報記述枠組みコーディング方式では、様々なデータベース間でのこれらを項目を統一的に行う扱うこと可能とうするものである。今年度は,昨年度に開発した「傷害情報記述枠組みコーディングマニュアル」(IIDFコード試用版)を拡張し,IIDF第二次稿(170頁)をまめた.第二次稿では起因物,関連物,加害物に関する記述方式についての大きな改定を行い,事故発生のプロセスには多数の要因が関与しており,そこには使用している製品や,周辺にあって事故発生の経過に影響を与えたもの,子供に対して直接に危害を与えたものなど,あるいは事故発生の引き金を引いた人間の行動などがありうる.第二次稿では,WHOのICECI(International Classification of External Causes of Injury)に準じて,これを起因物,関連物,加害物という三区分を設けて,それぞれについてその属性を記述することを求める.また,子供の身体寸法・特性,行動心理・特性及び生活実態など三つの特色を考察したうえで,属性項目数を15項目の増加及び語彙セット数を5種類(人間動作,家庭内部詳細など)独自に開発した.本年度は、多様な子供傷害データを標準化・正準化することで、分析可能とする日常生活情報記述のためのコーディングを拡張しただけではなく、大きな目標としていた、具体的に傷害分析(Carrying Deviceに関連する事故事例分析)へ手法を適用しその有効性を検証まで至った。以上より、順調に進展していると判断した。

また、メーカーと連携してKDDB利用技術の実証実験を行い、この実証実験を通じて得られた成果から、子ども傷害ビッグデータに対応するためのデータの一連の整理=分析=利用の流れをまとめ総合的な日常生活環境下の傷害予測技術を開発した。本年度は、現在入手可能な傷害データベースや事故のデータベースを情報源として,データの再編集を行うことで傷害情報DBを開発するために標準語彙集合を定義すること、また、これを用いて傷害情報DBを開発することを目標として掲げていた。上述の概要に示した通り、標準語集合を定義し、これを傷害情報記述枠組みコーディングマニュアルを取り纏めており、計画通り進行していると判断した。今後、手作業で行っている部分をICTを用いて省力化させるための工夫として、工学的手法を特委とする研究者との交流を進め、オントロジー技術、データマイニング手法の活用を検討する。また、具体的な事故事例分析を進めながら、修正と改善を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。製品の設計段階で,子どもの成長過程の特性やそれに伴う日常生活環境下のリスクを考慮可能にするツールとして,子どもの身体寸法・特性DB,行動心理・特性DB及び生活実態DBという三つの特色があるDBを作るため、これまでに公表されている子ども計測ハンドブックのデータや,研究室で独自に蓄積してきたお宅訪問調査・WEBアンケート調査データ(例えばお手伝い実態についてなど)・保育園,小学校管理者などへのヒアリング調査から得たデータを用いて分析する.この分析に基づいて,前年度に行った傷害情報DBを拡張させ,傷害情報の検索のみならず,子どもに対する行動心理などの社会的リスク要因の特定,製品の日常生活環境における使用実態の分析などを可能とするKDDBを開発する.また,KDDBのベースとなる,日常生活情報を標準化・正準化させるためのオントロジーを開発する。
生活道路における視覚障害者の交差点横断特性と交通安全施設の歩行支援性に関する研究

本研究では、多くの視覚障害者にとって負担が大きい生活道路の無信号交差点における横断を支援する手法として交通安全施設の活用を想定し、横断支援性を担保するための施設仕様条件を検討した。支援の可能性を有するドットラインとカラー舗装を取り上げ、各施設が整備されている実道路交差点において歩行実験を実施したところ、仕様の改善により支援性が高まる可能性等が示唆された。これらの結果に基づいて改善仕様案を考案し、生活道路の交差点を模した屋外実験道路空間における歩行実験により有用性を評価した。歩行実態を歩行軌跡、歩行速度、主観的評価の視点から考察したところ、横断支援として望ましい仕様内容を抽出することができた。本研究は、生活道路における無信号交差点において、視覚障害者のより安全な横断を支援するための交通安全対策の活用方法を見出すことを目的として、歩行実験における実態観察に基づいた評価を実施している。平成24年度では、生活道路の交通安全施設のうちドットラインとカラー舗装を取り上げ、実道路空間に整備されている交差点において歩行実験を実施し、視覚障害者の歩行状況を撮影した画像の解析により歩行パフォーマンスを評価した。その結果、ロービジョン者はドットラインを利用することで歩行軌跡が安定し方向定位が容易となることが分かり、実験参加者からも有用性が高く評価された。一方、ドットラインは全盲者にとって触覚的な手がかりとはなり得ないこと、国内普及率が高いベンガラ色のカラー舗装は軌度コントラストが低く全盲者、ロービジョン者双方に対して実用性に欠けることが導かれた。平成25年度では、上記実験参加者へのインタビューにおいて抽出された、横断支援性を高めるために視覚的、触覚的コントラストを適正化する方法を整理し、数パターンの改良型の施設デザインを考案した。ドットラインでは全盲者に対して横断支援となるようドットの表面に突起を付設し、カラー舗装ではアスファルト路面との輝度比がより高い黄色、緑色、青色を選定しロービジョン者に対する支援性の向上を図った。これらの評価は実験パターンによる影響をより純粋に考察するために、大学敷地内の屋外道路において模擬的な生活道路交差点を設営し、平成24年度と同様の歩行実験を実施した。その結果、ドットラインに突起を設けることで全盲者の横断中の軌跡がより安定することや、カラー舗装については実験対象としたいずれの色においてもロービジョン者の心理的負荷を軽減する効果があることが認められた。次年度はこれらのデータ解析を進めることで定量的考察に基づく結論を得て、研究成果の取りまとめを行う。屋外における視覚障害者の移動支援に関して、不特定多数が集う駅前広場、公共施設やその周辺の一部道路といった支援施設が豊富な場所と比べ、歩道がなく比較的幅員の狭い生活道路では視覚障害者の安全で安心な歩行空間整備が行き届いているとは言い難い現状がある。一方で、これまで生活道路では数多くの交通安全施設の導入が進んでおり、これらの施設が副次的な効果として視覚障害者の移動支援の可能性を有するのであれば、現状の生活道路における視覚障害者のモビリティの質を大きく向上させることが期待できる。そこで、本研究では、生活道路での視覚障害者の単独歩行で特に困難な場面と言われる交差点横断時に着目し、交通安全施設の移動支援面における有用性について検討した。評価対象施設として、ドットラインとカラー舗装を選定し、日常より単独歩行に慣れている視覚障害者を実験参加者とした歩行実験を東京都武蔵野市内の実際の生活道路において実施し、歩行速度、歩行軌跡、主観的評価の視点から横断実態を評価した。その結果、横断の手がかりとして交通安全施設を利用する方法について情報提供すると、ロービジョン者の歩行速度は大きく変化しないが、全盲者では有意な速度低下がみられた。また、アスファルト路面との輝度比の高いドットラインを利用することで、ロービジョン者の歩行軌跡が安定することや方向定位が容易となることが分かり、実験参加者へのインタビューからもその有用性が高く評価された。一方で、カラー舗装は視認性が低いために実用性に欠けること、全盲者にとっては両者ともに現在の仕様のままでは支援性は低いことが示された。ただし、視覚的、触覚的コントラストの適正化によって有用性が高まることも指摘されており、次年度は、横断支援が可能なデザイン手法を見出すことを目的として、本実験結果に基づいたサンプルの製作ならびに歩行実験による評価を行う。本研究では、生活道路の無信号交差点における視覚障害者の安心で安全な横断環境の整備を目指し、近年普及が進む交通安全施設の活用に着目した支援手法を構築することを目的として、当事者を対象とした歩行実験を実施し、実態観察と主観評価に基づいて横断支援の可能性を評価した。平成24年度では、評価対象としてドットラインとカラー舗装を取り上げ、実道路空間に整備されている交差点で歩行実験を行い、視覚障害者の横断状況を撮影した画像の解析により歩行パフォーマンスを分析するとともに、当事者の主観的応答からも支援性を考察した。

その結果、ドットラインの利用によって、ロービジョン者の歩行軌跡が安定し方向定位も容易になることが分かり、実験参加者から有用性が高く評価されたが、触覚的手がかりが重要となる全盲者には支援とならないことが示された。また、国内において普及率の高いベンガラ色(赤茶系統)のカラー舗装は、ロービジョン者・全盲者双方において実用には至らないことが確認された。これを受け平成25年度では、上記実験参加者に対するヒアリング結果から支援性を高めるための施設仕様条件を整理し、模擬的な屋外道路空間に敷設した改良型の施設に対して同様の歩行実験を実施した。その結果、ドットラインについては適切なパターンで突起を設けることで全盲者に対しても横断軌跡を安定させることができ、カラー舗装についてはアスファルト路面との輝度比を改善することでロービジョン者の心理的負荷を軽減する効果が発現した。平成26年度では、主観的評価について多角的な分析を行うとともに、学会、研究会における意見交換を通じて、視覚障害者以外の道路利用者への配慮や、施設の本来の目的である安全性確保の観点からの評価の必要といった課題が提起され、本研究の成果の実道路空間への実現のための検討の方向性を見出すに至った。交通工学研究実施計画では「研究目的」で設定された課題のうち、平成25年度において課題3「視覚障害者の歩行支援において有効性の高い生活道路交通安全対策の仕様を導出する」について取り組むこととしていた。計画当初は、交通安全施設の仕様の違いによる影響を的確に把握するために室内の防音無響室において実施することを予定していたが、大学構内において実験関係者以外の通行といった、歩行状況の評価を阻害するような要素がほぼない屋外実験道路を整備できることとなったため、実際の生活道路の歩行環境に近い当該道路において実験を実施することとした。したがって、実験場所の変更に伴いより現実的な要因分析、パターン評価が可能となるものと期待できる。平成24年度の研究実施計画では、「研究目的」で設定された課題のうち、課題1と課題2について取り組むこととしていた。以下の通り各課題に対して一定の成果を得ており、本研究はおおむね順調に進展しているものと考えられる。課題1「生活道路の無信号交差点における視覚障害者の横断実態を、横断行動の挙動解析や当事者による主観的評価により把握する」に対しては、東京都武蔵野市内における実際の生活道路において視覚障害者の歩行実験を実施した上で、歩行軌跡データの分析により得られる定量的指標により横断実態を把握するとともに、実験参加者へのインタビューを通して当事者の抱える困難状況を知ることにより、新しい施設デザインに関する示唆を得ることができた。課題2「生活道路における交通安全施設が視覚障害者の歩行パフォーマンスに与える影響を定量的に明らかにする」に対しては、上記の歩行実験を「交通安全施設が整備されている交差点」と「交通安全施設整備されていない交差点」とで同様に実施し、分析結果を比較することで施設が横断行動へ与える影響を考察することができた。また、施設の横断支援性に関する実験参加者の主観的評価により次年度に向けた具体的な研究課題を抽出することができた。
極低温におけるクラスターイオンの生成とダイナミックス

イオンの気相溶媒和反応により生じるクラスターイオンの生成のダイナミックスおよびその物理化学的性質に関する研究は、基礎および応用分野に重要な情報を提供する。本研究では、アルゴンイオンクラスターの生成のキネティクス、熱力学的安定性および構造について検討した。Arガスを電子線パルスでイオン化し、生成する全イオンの相対強度の時間依存性を測定した。Ar^+の初期の減衰に指数関数からのズレが見られた。この減衰は2つの直線成分に分解できる。これらの実験結果は、基底状態のアルゴンイオンが2つの微細構造(2P3/2と2P1/2)から成り、これらが各々異なる速度で反応することを示唆する。Ar^+(2P3/2)は基底状態のAr^+_2を生成するが、Ar^+(2P1/2)はrepulsiveな励起状態のAr^+_2に相関するのである。Ar^+nクラスターの熱力学的安定性を測定した。Ar^+nのn=34間に安定性の大きなギャップが見られる。このことから、Ar_3^+で共有性結合(電荷移動Ar_2^+←Ar)が生じ、Ar^+_4以上のクラスターでは結合様式が静電的なものに変わることが分る。即ち、大きなクラスター内では、Ar_3^+がコアイオンとなり、これをAr原子が弱い静電的結合で溶媒和する。n≧4の-△Sn-_1、nが比較的小さいことから、Ar_3^+の周りのポテンシャルは浅く等方的で、Ar_3^+を取り巻くAr原子はクラスター内で大きな運動の自由度をもつものと予想される。アルゴン中性クラスターArnのイオン化で観測されるmagic number n=3は、とくに安定なAr_3^+から説明できる。アルゴンクラスターイオンはAr_3^+(Ar)nと表現できる。またArn中性クラスターの光イオン化のchromophoreはAr_3と予想できる。当初Ar_3^+は正三角形構造(D3h)をもつと予想されたが、最近の計算結果は全てAr_3^+が直線構造をもつものと予想している。実験結果は、Ar_3^+が直線構造を有することを支持している。
多電子移動金属酵素モデル錯体を含むLB膜による人工光合成

本研究の目的は、高度な空間規則性を持つLB膜の特色を活用し、多電子移動に適した酸化還元酵素モデル錯体からなるLB膜と電荷分離機能を持つLB膜とを直列に配したヘテロLB膜系で人工光合成系を構築しようとするものである。本年度は、多電子移動に適した酸化還元酵素モデル膜としてCO_2還元触媒能をもつLB膜の研究と、生体高分子錯体の界面および分子間電子移動の研究に重点を置いた。炭酸ガス還元能を有する錯体として知られるニッケル-サイクラム錯体のN原子に長鎖アルキル基としてn-ヘキサデシル基を導入し、LB膜の作成が可能な両親媒性化合物を合成した。これらの両親媒性ニッケルサイクラムの1mMクロロホルム溶液を水面上に展開し、生成した単分子膜をグラッシーカーボンディスク電極または金電極上に移し取り、0.1M KCI溶液中で電気化学的測定を行った。電極触媒能は、電解質溶液を炭酸ガスで飽和し、同一pH値における還元電流値の変化から評価した。窒素雰囲気下では,テトラアルキル置換ニッケルサイクラムのサイクリックボルタンモグラムは2つの酸化還元波を示したが、モノアルキル置換体では1つの酸化還元波のみが観測された。CO_2雰囲気下では、いずれの場合にも-1.4V付近から電流の増加が観測された。機能性修飾電極を用いた呼吸鎖末端の電気化学的モデルとしてチトクロム還元機能電極/チトクロムc/チトクロムcオキシダーゼ/O_2系を組み立て、フェリチトクロムcの触媒還元電流をモニターすることにより、溶液中でのチトクロムcとチトクロムcオキシダーゼ間のみかけの二次速度定数が10^6M┣D1-1s┣D1-1┫D1のオーダーであることが決定された。この系にポリ-L-リジンを添加すると、チトクロムc/チトクロムcオキシダーゼ間の電子移動が阻害されることが見出された。この阻害効果はポリ-L-リジンの構造および溶液のpHと温度に強く影響された。
小学生を対象とした防災と耐震安全に関する教育技術の開発

小学校の総合的な学習の時間に防災をテーマに授業を行ない、子どもが地震時に安全に行動できるように、さらに、その教育により家庭や地域の安全を高めることを目指して防災教育の方法の開発を行った。授業で用いる教材や実験のための模型を製作し、授業を行ない、その改良を進めていった。防災の授業でよく行なわれる防災マップ作成のための資料も整備した。総合的な学習の時間では子どもが社会の一員として地域との協同的に活動することも目的としていることをふまえ、防災教育を受けた子どもがその内容を家庭で話し、また、地域で発表させた。大人が関心を持って聞いてくれ、小学校の防災教育が家庭や地域の安全に効果があることが示された。この研究の目的は子供たちに地震災害を理解させ、建物の耐震性について興味を持ってもらうことである。そのため22年度は大きく分けて3つのことを行っている。1)耐震を理解させるデモ用の模型制作地震の発生や建物の振動を説明する場合に写真や絵よりも動く模型のほうが興味を引きやすいと思われる。そのため、2種類の異なる模型を制作した。(1)地震発生により縦波と横波が異なる速度で伝わることを説明するための模型を制作した。(2)モーターで動く小型の振動台の上に免震建物の模型をおき、免震効果がわかるようにした。2)児童に興味を持たせることを目的とした自分で作ってみる模型制作紙製の模型を考案した。この模型で耐震要素のある場合に変形が抑えられ、ない場合には変形が大きくなることがわかり、さらに、免震の効果を自分で動かして理解することができるようにした。この模型は切断や糊つけができるだけ簡単になるように工夫しており、短時間で興味を持たせることができるはずである。3)地震災害、建物の耐震性を説明するための資料整備小学生が興味を持ちそうな地震災害に関する資料、建物の耐震に関する資料を整備している。23年度以降に実際に小学生に説明しながらさらに資料を整備していくことになる。この研究の目的はこどもたちに地震災害を理解させ、建物の耐震性について興味を持ってもらうことである。そのため、23年度に作った模型を実際に使った授業を横浜市の小学校で行ない、いくつかの課題を見つけた。1)総合的な学習の時間と耐震に関する授業の関係総合的な学習の時間に防災を扱っていた。授業の目的は課題の発見と解決を目指そうとする姿勢を育てること、学び方やものの考え方を身に付けることにおかれているので、防災はその材料でしかない。そこで内容が広がるように大きなテーマとして命を守る、けがをしないことをすえて、地震に関する情報、耐震、家の内外での安全について授業を行い、単元がまとまるようにした。2)地震後の対応について地震の被害を受けた後の対応も小学生は興味を持っていた。総合的な学習の時間には地域とのかかわりや協同の取り組みが重要と考えられており、耐震と絡めて自助、共助についても授業を展開できるようにする必要があることがわかった。3)模型を用いた実験の効果と問題点こどもにも簡単に作ることができる模型はこどもたちの興味を引いた。興味を持たせるためには簡単な模型の効果は大きいといえる。授業で模型を使用する際に、どのように見せるかが問題となった。少人数への模型の見せ方と大人数への模型の見せ方を考える必要があることがわかった。模型の小型化、大型化だけでなく、Visual機器を用いた見せ方の工夫が必要である。4)こどもから大人へ総合的な学習の時間に学んだことを地域の防災訓練で模型や絵を使いながらこどもたちが話すのを多くの大人が聞き、関心を持ってくれた。また、授業で学んだ家庭内の安全を確保する方法を自分の家で親と一緒に実習することで、親たちが耐震や家庭内の安全に興味を持ってくれた。こどもだから大人が話を聞いてくれる状況ができることがわかった。1)小学校で行う防災教育を地域に広める方法小学校の防災教育は家庭や地域への広がりを意識した内容を行うことが好ましいと考え、地域の防災とこどもとのかかわりを強くする方法を考えている。学校と家庭や地域をつなぐものとしてPTAがあるが、それ以外にもこどもが参加する団体、例えば野球チームのようなスポーツクラブ、お祭りや地域の運動会などがこどもと地域をつなぐものになりうる。そこでこの研究では地域の活動を調べる目的で自治会の活動や祭りの組織について調査を近江八幡市で行った。近江八幡市は連合自治会としてのまちづくり協議会が運動会や野球大会、文化祭など多くの人を巻き込んだ活動を行っている。さらに伝統的な祭りがいくつか行われており、さまざまなこどもを含めた活動があった。

これらの活動が防災と直接的につながっているのはまちづくり協議会が行う防災フェスタなどに限られてはいるが、このような活動が今後の地域での防災活動を行う上で十分なポテンシャルを持っていることが分かった。2)防災インフラ調査小学校では従来から授業の中で学校探検や地域探検などを行い、どこにどのようなものがあるか、危険な場所はどこかなどを自分で調べる取り組みがあった。これまで危険な場所とし交通安全や防犯に重点が置かれてきたが、そこに防災の観点を入れることは容易である。さらにこの研究では、地域の安全として災害弱者を含めることも考えてきた。さらに防災マップの要素として防災インフラがある。避難場所、水や食料の確保などは行政がすでにある程度の用意をしている。それら以外にも多くの団体、企業が独自に備えて備蓄やサービスを行えるようになっており、一部は行政と協定を結んでいる。このような行政以外の組織の行っている防災インフラ、たとえばコンビニやガソリンスタンドが行う水の供給や様々な情報伝達などの調査を行い、防災マップに含めることを検討した。1)地震の危険度の認識についてこれまでの成果を踏まえて小学生や高校生に地震の危険について説明を行ってきた。その際に学生が地震発生確率の数字に関してあまり気にかけていない状況があった。そこで高校生が危険と思う地震発生確率、対策をとり始める地震発生確率を調査した。合わせて、降水確率と傘を準備する確率を聞いた。その結果、不安になる降水確率はおおよそ50%が最頻値になった。傘を準備する確率は雨が降ることが不安になる降水確率よりわずかに高くなっていた。一方、不安になる地震発生確率は不安になる降水確率よりわずかには小さくなっているが、最頻値は50%となっている。地震に対する対策はもっと地震発生確率が高くなったときに行うとしている。JーSHISで示される危険と思われる地震発生確率は多くの高校生にとって危険とは思われない数字であることが示された。家族での話し合い、地域の訓練への参加などソフト面での対応はかなり高い地震発生確率にならないと行われないこともわかった。2)災害弱者の情報を持つ防災マップ作成従来の防災マップはこどもたちがいつも通っている場所の中で危険なところを知り、危険な状態をイメージできるようにすることが大きな目標となっている。一方、地域で災害弱者の状況がプライバシーや個人情報の問題からしっかりとは認識されていないことが多くある。子供たちの学外での活動は親や地域の人たちから支えられて行われ、子供がすることだから注目されている。そこで、防災マップに災害弱者が含まれるような改良を行った。具体的にはこどもたちが積極的にお年寄りと挨拶を交わすようにし、そのお年寄りの家を防災マップに書き込むようにした。この広がりが地域の災害弱者のマップとして機能することになる。防災マップに関してはこのほかにもいくつかの検討を行いその一部は奈良県の未来事業へ提案した。小学校での防災教育の実施方法と今後の課題調査これまでの研究成果を踏まえて2つの小学校で防災授業を行ない、今後の課題について検討した。行った防災教育は小学校で総合の学習の時間の中の1回分であった。
奥行き情報を持った自然情景動画像の獲得と合成

本研究では、奥行き情報を画像から獲得する方法と、その奥行き情報に基づいて画像を合成する方法について研究を行った。初めに多視点画像におけるエピポーラ幾何拘束条件によって奥行き情報を得る2つの方法を検討した。1つはステレオ画像であり、もう1つは多視点画像の特殊ケースである単眼画像中に鏡が存在する場合である。ステレオ画像では、相関法で検出されたエッジ部分の視差情報を水平方向に線形補間し、さらに垂直方向視差との無矛盾性に基づく補正を行うことで前景領域と背景領域の分離を高速に行う手法を提案し、実験によってその有効性を確認した。また鏡面を利用した画像合成では、物体上の4点とその鏡面中の対応点の画像座標を与えることでアフィン変換行列を求め、この行列から、移動する仮想物体の画像座標とその鏡面座標を得てアニメーションを作成するシステムを構築した。続いて、予めキャリブレーションされた複数台のカメラから得られる多視点動画像を用いて動物体のボリュームデータを計測し、それに基づいて3次元動き情報を獲得する方法を開発した。テクスチャ情報をボリュームデータ表面に張り付ければ、背景画像との合成を効果的に行うことが可能である。一方、最も単純な奥行き情報の獲得法として対象物体の背景からの分離がある。本研究では物体の領域特徴を表す目的関数を定義し、これをHopfield neural networkで極小化することで領域の切り出しと動物体の輪郭追跡を行う方法を提案した。そして、実験によってその領域切り出しの有効性を明らかにした。最後に、それぞれの奥行き情報によって画像の分離・合成を行うために、異なる環境で撮影された互いの画像の影響を軽減し、できるだけ違和感のない合成画像をえる手法を検討した。そして、物体の動き、色、明るさ、動きに伴う画像のブレを調整する手法を提案し、その有効性を示した。平成9年度は,2つの課題について研究および検討を行った.1.映像信号に対する奥行き情報の獲得方法の検討奥行き情報をできるだけ正確に,かつ高速に獲得するための基本的な処理として,時間差分と空間差分を基本とする手法を検討し,その評価実験を実施中である.処理として,まず,空間差分のために視線方向を揃えた3台のカメラを水平方向に並べ,3眼ステレオ視を行う.中央と両端のカメラの組合せから得られる2枚の空間差分画像を適当な閾値で2値化する.値が0の領域は視差がない領域と判定し,視差の計算を省く.また,値が1の領域は,前景に物体領域が存在すると判定し,2組の空間差分画像から前景物体領域を決定し,その視差値を表す視差マップを求める.また,視差マップの更新の必要性を判定するために,各カメラにおけるフレーム間の時間差分画像を利用する.差分の処理時間を短縮するために視差マップによってマスクされた領域のみを対象として判定を行う.もし,フレーム間の差分が検出されない場合は,前フレームの視差マップを継続する.動きが検出された場合は,前フレームの視差マップの領域を参照し,動きに基づいて視差マップ領域の更新を行う.このようにして,ビデオ画像とほぼ同期した視差マップが生成可能になると考えられる.2.奥行き情報に基づく画像の合成と利用視差マップの応用として,背景画像と前傾画像の分離による画像の合成を現在実験中である.基礎実験では,その有効性が認められている.現在の画像合成の主流であるクロマキ-