hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非平衡条件下での輸送・構造形成におけるミクロダイナミクス・マクロ記述

熱が温度の高いところから低いところへ流れていくような現象を非平衡現象と言います。非平衡現象は、日常的に目にしますがその物理的理解はまだまだ不十分です。この研究では、そのような非平衡状態を理解するために、コンピューター上でシミュレーションにより調べました。特に、火山噴火に見られるような急減圧下での気泡生成と構造形成の物理、泥のひび割れのような、体積が収縮することによる亀裂発生の様子とその性質、結晶粒界の温度勾配下での運動などを調べ、これまでに知られていなかったことを幾つか明らかにしました。この成果は非平衡現象の制御に応用できる可能性があります。非平衡条件下での構造形成に関連して、固体の体積収縮による破壊のミクロダイナミクスの研究を行った。固体の体積収縮による破壊は、熱力学的には、減圧にともなう固気共存状態への遷移であり、収縮レートに応じて非平衡度がコントロールできる。今年度は主として2次元系を取り扱い、破壊を調べる試料として、Lennard-Jones相互作用を行う粒子から作った三角格子固体、ガラス状態を実現する二成分フラストレートLennard-Jonesモデル(Kob-Andersenモデル)から構成したアモルファス固体、脆性を示す2成分変形Lennard-Jones相互作用を行う粒子から構成した正方格子固体などを取り扱った。様々なマクロ挙動が違う固体モデルを取り扱うことで、破壊現象における統計力学的普遍性を調べることができる。その結果、形態的な普遍性として、ストレインレートと破壊後の試料にみられる空間的なパターンの特徴的な波数との間に、べき依存性を見いだした。このべきは、ナイーブに予想される音速とストレインレートとの競合から決まる長さスケールのべきとは異なり、非自明な結果である。また破壊が起きるタイムスケールに関して、核生成理論による解析を行った。その結果、時間スケールが非平衡度に依存することが見いだされた。これらの成果は、3月に開かれる日本物理学会で報告する。また非平衡熱輸送に関する基本的な文献調査や考察などを行い次年度に向けての足固めを行っている。非平衡条件下での構造形成に関して、平成23年度に引き続き固体の体積収縮による破壊のミクロダイナミクスに関して研究を行った。固体の体積収縮による破壊は、熱力学的には、減圧にともなう固気共存状態への遷移であり、収縮レートに応じて非平衡度が制御できる。この非平衡度に依存し、終状態の性質が変わるが、本年度はその振る舞い、および物理的本質の解明をおこなった。それらの成果を学会において発表し、現在論文を作成中である。また研究実施計画に沿って、相界面が形成される際の微視的破壊プロセスに関するミクロシミュレーションをおこない、破壊のミクロダイナミクスとミクロ構造に関する成果を論文として発表した。また体積収縮による破壊の研究と関連して、体積膨張にともなう二成分Lennard-Jones系における相分離ダイナミクスと流動形式の研究をおこなった。この場合は、減圧にともなう気液共存状態への非平衡条件下での遷移であり、破壊の問題と共通する物理は多い。そこで流動様式に関する相図を調べた成果を論文として発表した。非平衡条件下での輸送の問題に関して、温度勾配が存在する環境下での結晶粒界の運動の研究を開始した。まだ完全に現象が解明できたわけではないが、速報として界面運動が温度勾配の向きで制御できること、その運動が熱活性型の非平衡ダイナミクスで記述できることなどを学会で発表した。これと関連する研究として磁性体における磁壁の温度勾配下での運動の研究も行っており、その成果を論文としてまとめ、あとは投稿するだけというところまで来ている。非平衡条件下での構造形成と輸送に関して、平成25年度は、昨年度に引き続き、構造形成の問題としての破壊の研究を行った。昨年度までに得られた、水の拡散的輸送にともなう体積収縮による破壊にみられる新たな統計法則である動的スケーリング則の物理的理解を目指し、確率過程を用いたモデル化、およびその確率過程をマルコフ化した数理モデルを解析し、動的スケーリングには破片寿命のサイズに関する冪的な依存性が本質である事がわかった。また、破片寿命のサイズが冪的に依存する際の物理的条件を準静的な弾性体モデルにおいて考察した。さらに、この結果を破片の形状依存性などを考慮して拡張した理論を構成した。これらの成果は、随時、学会や研究会、国際ワークショップなどで報告した。この研究においてゆっくりとした破壊の動的な統計的性質が明らかになったことで、産業などへの応用に向けた可能性が広がると思われる。この成果は、非平衡条件下ので構造形成におけるミクロダイナミクスおよびマクロ記述に関する具体的な成果であり、直接、そのような主題に関する理論的な物理的原理につながるものではないが、凝集過程一般で観測できるVicsek-Familyスケーリングの逆過程とも見なすことができ、今後の研究の発展が期待できる。また、非平衡条件下での構造形成と輸送に関し、一次元周期的交通流の渋滞転移に関する論文を発表した。

過去に行った渋滞形成実験の解析を非平衡動力学の観点から共同で行い、渋滞転移の転移密度の見積、および渋滞転移自身の物理的様子を明らかにした。さらに熱輸送と物質輸送の交差関係の研究に関し、状況の整理を行った。非平衡条件下での構造形成と輸送に関連して、平成24年度は熱輸送に付随する結晶粒界の運動を調べた。以前に研究を行った磁性体中の熱輸送に付随する磁壁の運動の結晶中における対応物であり、実験的検証が比較的易しいと思われる。この運動は温度勾配により局所温度が異なることが本質であり、いわゆるSoret効果による運動とは少しメカニズムが異なる。この結晶粒界の運動は、異なる温度の熱活性型ダイナミクスで理解することができることがわかった。この系における結晶粒界の運動の結晶軸依存性、活性自由エネルギーなどを調べ、成果を取りまとめた論文を投稿した。また、昨年度に引き続き、非平衡構造形成の問題としての破壊の研究を行った。ここでは水と粉の混合ペーストの乾燥時にともなう体積収縮による破壊に注目した。この問題は水の拡散的輸送と関連した系であり、水の拡散的輸送にともない体積が収縮し、応力が蓄積されることで破壊にいたる。このような系のミクロモデルをSPH法を用いてモデル化し、マクロな破壊構造の分布などについて統計力学的な立場から研究を行った。その結果、実験と非常によく似たマクロな破壊パターンを得ることができた。また、その破壊パターンのサイズ分布が、その時刻での平均サイズでスケールすることで、ことなる時刻においてもおなじ普遍的な曲線で示されることがわかり、普遍分布関数の存在が示された。この動的スケーリングに関する普遍分布関数の存在は、実験結果の予備的な解析からも確認された。さらに動的スケーリングが成立する物理的本質は確率過程を用いたモデル化により理解できることがわかった。成果は学会等で発表し、論文としてまとめ投稿した。また、非平衡条件下での構造形成に関連して、鳥の群がなす構造とゆらぎ、応答の関係を研究し、学会等で発表した。非平衡条件下での構造形成に関する研究で、予想以上の多彩な成果が出た結果、もう一つの柱である非平衡輸送に関する研究がやや遅れており、研究計画が少し予定通り進んでいない。ただ、研究目的の達成という観点からは、遅れは非常に少ない。25年度が最終年度であるため、記入しない。非平衡条件下での構造形成に関する研究で、予想以上の多彩な成果が出た結果、非平衡輸送に関する研究がやや遅れている。研究課題全体からみると、許容範囲内であると思われる。今後は研究目的の一つである非平衡条件下での輸送の理解、とくに交差効果に関する研究を重点的に実施したい。次年度は、研究プロジェクトの最終年度であるため、非平衡輸送と物質輸送に関する研究のモデル化、シミュレーション、理論的解析などを重点的に実施する。
唇顎口蓋裂患者iPS細胞由来骨芽細胞を用いた低侵襲骨再生療法の確立

唇顎口蓋裂(CLP)患者で顎裂を有する者は正常歯列の獲得のために顎裂部に骨移植を行う必要がある。骨移植は腸骨海面骨の自家骨移植が第一選択とされているが手術侵襲は大きく、自家骨移植に代わる自己幹細胞を応用した低侵襲治療法の開発が強く期待される。そこで、本研究では低侵襲骨再生療法の開発を目的とし、CLP患者iPS細胞の樹立と骨芽細胞誘導を行った。in vitroの実験系においてiPS細胞の樹立は成功し、株化ヒトiPS細胞と同様に骨芽細胞誘導は可能であった。動物モデルにおける細胞移植実験では硬組織形成を認め、CLP患者iPS細胞由来骨芽細胞が骨再生療法の細胞源として有用である可能性が示唆された。顎裂部骨移植において自家骨移植に代わる自己iPS細胞由来骨芽細胞を用いた低侵襲骨再生療法の確立を目的として、本年度は研究計画書に従って、同意を頂いた唇顎口蓋裂患者由来iPS細胞の樹立と骨芽細胞誘導を実施している。本研究は本学倫理申請に則っており、今回は同意が得られた9歳の唇顎口蓋裂患者から手術時に生じた余剰口腔粘膜組織を採取させて頂いた。outgrowth法により線維芽細胞を得て、それらに産業技術総合研究所より提供を受けたセンダイウィルスベクターを用いて初期化遺伝子導入を施行した。未分化能・多分化能について評価を行った後、われわれが確立した骨芽細胞誘導法にて誘導を行い、骨芽細胞マーカーの発現、硬組織誘導能の評価を行っている。結果としては、センダイウィルス感染後28日でヒトES細胞様コロニーの出現を多数確認した。3度の繰り返し実験を行い、再現性を確認した。アルカリホスファターゼ染色にて陽性反応を示し、未分化マーカーがRT-PCR法にて検出された。また、テラトーマ形成により組織学的に外胚葉・中胚葉・内胚葉の3胚葉分化が観察され、多分化能を認めた。以上より遺伝子挿入により得られた細胞はiPS細胞として相違ないと考える。その後、唇顎口蓋裂患者由来iPS細胞は骨芽細胞誘導を行った。Real Time PCR法により骨芽細胞マーカーの発現を認め、特にタイプIコラーゲン、アルカリホスファターゼの優位な発現上昇を認めた。誘導30日後にはアリザリンレッド染色にて著明な陽性反応を示し、硬組織誘導能も示唆された。これらの細胞は骨芽細胞と同等と考えられ、細胞移植による骨再生療法の細胞源として有用と考える。来年度は実験動物に細胞移植を行うことで、生体内での硬組織誘能・有害事象等の検討を予定している。研究初年度の目標である唇顎口蓋裂患者iPS細胞の樹立と骨芽細胞誘導は達成している。活性型ビタミンDの作用についても現在進行中であるが、まだ結果の評価中である。唇顎口蓋裂患者由来iPS細胞の骨芽細胞誘導14日間後、アルカリフォスファターゼ染色とアリザリンレッド染色を追加検討したところ、コントロール群と比較して誘導群は陽性反応を認めた。in vitroでの研究結果において硬組織形成能が示唆されたため、本年度は予定通りに動物実験に移行した。実験動物はヌードラットの頭蓋骨骨欠損モデルを使用した。10週齢のヌードラットに頭蓋骨臨界サイズ欠損モデルを作成し、誘導した骨芽細胞を足場材料とともに填入した。手術時の操作性・安定性を考慮し、足場材料は固形物が妥当と考えた結果、アテロコラーゲン材料を使用した。アテロコラーゲンは骨欠損部と同等の幅径とした。アテロコラーゲン群とアテロコラーゲン・細胞移植群の2群間で比較検討を行い、マイクロCTによる画像解析ならびにヘマトキシリン-エオジン染色による組織学的評価を行った。画像評価にて細胞移植群は骨欠損領域に散在性に硬組織様構造物の存在を認めた。また、組織学的には、コントロール群と比較して細胞移植群では骨切断面からの新生骨形成ならびに切断面周囲の骨添加像を認めた。今回の細胞移植実験では、当初自身が想定していた骨再生は得られなかったため、今後細胞移植に適した骨誘導能を有する足場材料等の組み合わせ検討が必要と考える。本研究では助成研究資金の関係上、足場材料やサイトカインの組み合わせ実験を行うことができなかったので今後の研究課題とするが、唇顎口蓋裂患者由来iPS細胞から誘導した骨芽細胞が新たな骨再生療法の細胞源として有用である可能性が示唆された。引き続き研究計画書に則って研究を遂行する。研究協力者として大学院生の協力が得られるため、マンパワーの改善が期待され、研究促進に繋がると考える。口腔外科3月に発注しようと予定していた実験試薬が未発注であり繰り越し金額が生じてしまっている。実験試薬を発注・納品され次第、初年度の未実施分の実験を予定している。
M分割リフティングベースフィルタバンクを用いたロッシー・ロスレス統合符号化

ソフトウェアやハードウェアの発達、ブロードバンドの普及により、ニーズが多様化しており、多くのフィールドに対応したロッシー・ロスレス統合画像符号化が求められている。申請者は統合符号化のためのリフティングベースフィルタバンク(LBFB)の研究を推進しており、「1整数DCTの高性能化」「2高性能LBFBのより簡易で実用的な設計」の二本柱で研究を進めている。同時研究により、相互に技術を応用することができる。本年度においては主に2の研究を主体に研究を行い、1への応用にも成功した。1整数DCTの高性能化:すなわち、JPEGで用いられている変換であるDCTの統合画像符号化への応用である。従来のDCTは実数変換であり、そのままでは統合画像符号化へ応用できない。そこで、リフティング構造という技術を用いることで、整数変換を可能とする。そのようなDCTを整数DCTと呼ぶ。本年度においては"直接リフティング"という技術を実現した。これにより、従来のDCTの高速アルゴリズムや実際のソフトウェア/ハードウェアを再利用することで整数DCTを実現し、ロスレス符号化への応用を可能にした。再利用できることからJPEG2000で実現し得なかった世界標準としての普及も期待できる。また従来の整数DCTよりも高性能であることをシミュレーションで示した。2高性能LBFBのより簡易で実用的な設計:DCTを含めた周波数変換の総称をフィルタバンク(FB)と呼ぶ。FBもまた、通常は実数変換であるため、これをリフティングで実現し、整数変換にすることが本研究の主な目的である。1で実現した"直接リフティング"をより高性能なフィルタバンクへの応用に成功した。従来のリフティング実現と比べて、如何なる場合においても同等以上の性能を示した。今後、更に一般化されたより高い符号化利得を有するFBのリフティング実現を実施する予定である。
超高齢社会に適応するデジタルデンティストリーシステムの構築

エピテーゼを製作する際の顔面の形状取得法として,汎用デジタルカメラを用いた空間計測システムが実用化されている.汎用デジタルカメラを用いて撮影した一対のステレオ画像をもとに色調の明暗を用いたノイズ補正を加えた場合,通常のダウンサンプリングによる平滑化に比べ,被写体の微細な凹凸を残した測定ノイズの除去が可能であったことから,画像内の色調の明暗は視覚的だけではなく実際の立体構造に影響し,色調による点群の測定ノイズの除去に有効であることが示唆された.エピテーゼを製作する際の顔面の形状取得法として,従来の顔面印象法に代わり,様々な空間計測機器を応用した方法が提唱されている.近年,汎用デジタルカメラを用いた空間計測システムが実用化され,主に工業界で幾何的構造物の測量に利用されている.一方で,空間計測能は被写体の色調および表面性状の影響を受けやすいことから,顔面の形状計測においては構築した点群に測定ノイズが生じやすい.また,構築した点群の各節点は三次元の座標値およびRGB値の色データからなるため,STL形式に代表されるポリゴンデータへの変換には法線ベクトルの設定が必要である.ポリゴン変換法では,対象節点および周囲節点の座標値から法線ベクトルの演算を行うため,あらかじめノイズの少ない点群を構築しておく必要がある.そこで,本システムをデジタル顔面形状計測の一方法として応用するに当たり,まず,構築した点群のノイズ除去に関する検討を行った.顔面石膏模型およびエピテーゼのワックスパターンを被写体とした.視野角,レンズ間距離などの幾何的位置関係が既知の汎用デジタルカメラを用いて撮影した一対のステレオ画像をもとに,空間計測ソフトウェアを用いて三次元点群データを構築した.構築した点群データから,エピポーラ平面上に平行に配列した点群を抽出し,奥行の測定値および以下に示す,画素のRGB値より算出した色データを用いたノイズ補正法を検証した.色調の明暗を用いたノイズ補正を加えた場合,通常のダウンサンプリングによる平滑化に比べ,被写体の微細な凹凸を残した測定ノイズの除去が可能であったことから,色調による点群の測定ノイズの除去に有効であることが示唆された.今後は再構築した点群のポリゴンデータへの変換を行い,他の空間計測機器を用いて得られたデータとの比較による,空間計測能の評価を経て,本システムの顔面計測法としての応用を目指す.I.目的エピテーゼを製作する際の顔面の形状取得法として,汎用デジタルカメラを用いた空間計測システムが実用化された.このシステムは受動型ステレオ法を原理とした三次元データ構築が可能である.撮影が容易であり,携帯性にも優れている点が利点である.一方で,空間計測能は被写体の色調および表面性状の影響を受けやすいことから,顔面の形状計測においては構築した点群に測定ノイズが生じやすい.また,構築した点群の各節点は三次元の座標値およびRGB値の色データからなるため,Stereolithographyに代表されるポリゴンデータへの変換には法線ベクトルの設定が必要である.Poisson surface reconstructionに代表されるポリゴン変換法では,対象節点および周囲節点の座標値から法線ベクトルの演算を行うため,あらかじめノイズの少ない点群を構築しておく必要がある.そこで,本システムをデジタル顔面形状計測方法として応用する際に必要となる点群のノイズ除去方法を検討する.II.方法顔面石膏模型およびエピテーゼのワックスパターンを被写体とした.視野角,レンズ間距離などの幾何的位置関係が既知の汎用デジタルカメラ(FinePix REAL3D w3m,Fujifilm社製)で撮影した一対のステレオ画像をもとに,空間計測ソフトウェア(撮測3D,Armonicos社製)を用いて三次元点群データを構築し,エピポーラ平面上に平行に配列した点群を抽出し,奥行の測定値および画素のRGB値より算出した色データを用いたノイズ補正法の効果を検証した.III.結果と考察色調の明暗によるノイズ補正は,ダウンサンプリングによる平滑化に比べ,測定ノイズの除去効果が高かった.画像内の色調の明暗は視覚的だけではなく実際の立体構造に影響し,色調による点群の測定ノイズの除去に有効であることが示唆された.エピテーゼを製作する際の顔面の形状取得法として,汎用デジタルカメラを用いた空間計測システムが実用化されている.汎用デジタルカメラを用いて撮影した一対のステレオ画像をもとに色調の明暗を用いたノイズ補正を加えた場合,通常のダウンサンプリングによる平滑化に比べ,被写体の微細な凹凸を残した測定ノイズの除去が可能であったことから,画像内の色調の明暗は視覚的だけではなく実際の立体構造に影響し,色調による点群の測定ノイズの除去に有効であることが示唆された.当初の目的である、汎用型デジタルカメラで得られた顔面画像のノイズ除去法として、ソフトウェアの改良に色調補正を組み合わせることによる効果が得られた。このことにより、今後3Dプリンタ等との組合せにより訪問診療のカテゴリーとして、患者に負担が掛からない顔面補綴製作の臨床応用への可能性が高まったと考える。歯科補綴学顔面画像のノイズ除去に加え、実際のエピテーゼ製作方法の検討、さらには訪問診療における立体顔面画像の応用方法を検討する。当初予定していた機器購入が、バージョンアップするとのことから、当該年度の購入を見送った。また、研究成果発表を予定していたが、発表の場として適切な学会開催と研究の進捗に差があり、次年度の発表となった。予定していた機器購入と成果発表、英文校正等に使用予定。
大変形する二次元粘弾性系の亀裂ダイナミクス

大変形したゴム膜と粘性流体層との複合的な系を構成し、そこで見られる音速に較べて十分に遅い破壊現象を解析した。この系では、歪みの量によって、蛇行する亀裂と直進する亀裂のパターンの転移が存在することを見いだした。こうした亀裂の不安定性は、従来の線形破壊力学では説明できない現象であって、その起源が、大変形に伴う非線形弾性にあることを、実験と数理モデルのシミュレーションの両面から理由付けた。薄いゴムの円筒状の薄膜を、大きく変形させた状態で、高粘度のシリコンオイルを薄く塗布した硬い円筒の上に被せ、その一部に初期亀裂を導入すると、条件によって、その亀裂は、自発的に進展し、ある種の亀裂パターンを得ることができる。この系は、下地の粘性流体によって、膜の変形速度が強く制限されるため、通常であれば高速破壊となるべき状況であっても、低速な亀裂進展を観察することができる。歪んだ状態のゴム膜が円筒の上で緩和する過程を測定することによって、特徴的な緩和時間スケールを実験的に見積もることができるが、ゴムに加える初期歪の大きさと、この緩和時間をパラメータとして、螺旋、振動、不規則、直進など、いくつかの特徴的な亀裂パターンが得られることが分かった。さらに、複数回の実験によって亀裂のモルフォロジについての実験相図の作成を行った。その結果、亀裂パターンは、初期歪の大きさに加え、膜の緩和時間にも強く依存する結果が得られたが、このことは、シリコンオイルを介した基板との摩擦から生じるものに加え、それと独立した時間スケールを持つ環象との競合によって生じた結果であると予想している。こうした予想を裏付けるため、バネモデル、および、有限要素法を用いた亀裂の進展過程の記述に現在取り組んでいる。円筒を用いた実験では、歪の制御やビデオ撮影が難しいため、平面板に薄膜を挟みこんで、同様の実験を行うための装置の製作途上で、今後、組み立てと調整を行い、境界条件の違い等についても検討を行う予定である。この系は、下地の粘性流体によって膜の変形速度が強く制限されるため、通常であれば高速破壊となるべき状況であっても、低速な亀裂進展を観察することができる。歪んだ状態のゴム膜が円筒の上で緩和する過程を測定することによって、特徴的な緩和時間スケールを見積もることができるが、ゴムに加える初期歪の大きさと、この緩和時間をパラメータとして、螺旋、振動、不規則、直進など、多様な亀裂パターンが得られることが分かった。さらに、実験条件を精査することによって、亀裂のモルフォロジについて、再現性の高い実験相図を作成することが出来た。この系は、一軸的な引張応力が加えられた条件下で、亀裂経路の不安定化が見出された最初の例と言える。実験の結果、亀裂パターンの詳細は、初期歪と膜の緩和時間の双方に依存するものの、直線的な亀裂と振動亀裂の転移は、初期に与えた歪の量によって一義的に決まることが明らかになった。我々は、この系で見られる亀裂の振動現象は、大変形したゴム膜の非線形弾性によって生じていると予想している。ネオフッキアンモデル等の非線形弾性を取り入れ、有限要素法に基づいた数理モデルを開発し、そのシミュレーションを実施したところ、実験を概ね再現できることが分かった。今後、さらに詳細な解析を進め、非線形弾性によって亀裂の経路が不安定化する機構を明らかにしたい。

我々は、この系で見られる亀裂の振動現象が、大変形したゴム膜の非線形弾性によって生じていると予想し、ネオフッキアン型の非線形弾性モデルと線形弾性モデルとによる有限要素法シミュレーションを実施したところ、非線形弾性モデルにおいてのみ実験と同様な亀裂の振動不安定が生じ、振動への転移が薄膜の非線形弾性が顕著に表れる領域と一致することが明らかになった。さらに、不規則格子を用いた、より実験系に近い状況でのシミュレーションにも着手している。
YAG-OPOレーザーによる膀胱癌の光力学的治療

1.研究目的申請当時の計画に従い、小型で新型の光力学的診断治療の青紫色半導体レーザー装置(ILS-LD400型,石川島播磨重工業株式会社製)を用いて本レーザーの特性を癌培養細胞と実験腫瘍モデルで、蛍光診断とがん治療の開発に適用することを目的とした。2.研究方法および成果(1)がん由来培養細胞の光力学的レーザー治療と超音波力学的治療との併用治療:ヒト悪性黒色腫由来培養細胞(HMF)に新光感受性物質5-ALA(5-Aminolevulinic Acid)を4時間取り込ませて洗浄後、本レーザ光照射(405nm,2mW/10min)及び超音波照射(47kHz,50W)を行い、生体蛍光染色キットにて染色してアポトーシスとネクローシス細胞死の割合をフローサイトメーターで計測した。その結果併用治療の場合は単独治療に比してネクローシス細胞死の割合が有意に増大した。照射順序による差を検討した結果、レーザー光照射を超音波照射より先に試行した方が、その増大率が大であった。今後、この種の併用治療には、レーザ光照射を先行させるべき治療指針を得た。(2)実験腫瘍モデルでの新光増感剤の取り込み蛍光診断:実験腫瘍モデル(扁平上皮癌:SCC)移植C3H/Heマウスを用いて光増感剤5-Aminolevulinic Acid(=5-ALA)の経皮的投与における腫瘍細胞の光増感剤取込みに対する超音波照射(1MHz)の効果を検討した。5-ALAが腫瘍内で代謝生成したProtoporphyrin-IX(Pp-IX:実質的光増感剤)生成量を本レーザ励起により蛍光観察した。その結果、超音波非照射群に比してPp-IX蛍光が約2倍に増大し、取り込み部位の腫瘍実質への移行が蛍光分光分析、蛍光顕微鏡観測および本レーザー光励起により肉眼的にも観測できた。3.結論および今後の展開本研究成果より、膀胱への5-ALA生理食塩水の直接注入後の超音波照射法はPp-IX光増感剤の腫瘍集積性を増大させる可能性が期待できる。今後、上記5-ALA膀胱直接注入法と合わせて本レーザー光励起による膀胱がん診断に応用し、具体的臨床治験の申請を行う予定である。今回、予算の関係でYAG-CPOレーザーの購入を断念し、同じ目的を持つ小型で新型の光力学的診断治療の青紫色半導体レーザー装置(iLS-LD400型,石川島播磨重工業株式会社製)を購入させて頂いた。本レーザーの特性を活かして、申請当初の研究実施計画(平成11年度)を達成すべく、先ず実験腫瘍モデルで蛍光診断の開発に適用して、以下の具体的実験を行ない、以下の新たな研究成果を出し得た。(1)実験腫瘍(扁平上皮癌)移植C3H/Heマウスで光増感剤5-Aminolevulinic Acid=5-ALA)の投与方法の違い(経皮的と経口的および静注による全身投与)による腫瘍内代謝生成物Protoporphyrin-IX(PpーIX)蛍光の肉眼観察およびレーザー共焦点蛍光顕微鏡の観察を行なった結果、経皮的投与方法が、Pp-IXの生成量が最も大であり、効率の良い投与方法であることが判明したので、来年度、実験膀胱腫瘍動物には直接注入法を計画することにした。(2)基礎生物学研究所・大型スペクトロ室にて、ヒト悪性黒色腫由来培養細胞に5-ALAを4時間取り込ませて洗浄後、各波長の単色光の光Doseを変化させて照射後、経時的にサンプリングして、アポトーシス細胞死の検出する生体蛍光染色キットにて染色してアポトーシス細胞死の割合をフローサイトメーターで計測し、アポトーシス細胞死の至適な光Doseを明らかにした。その結果、赤色光より青色光を照射した方が、照射後早い時期にアポトーシス細胞死を誘導でき、少ないDoseで起こしやすいことが判明したことから、来年度の膀胱腫瘍動物実験で効率よくアポトーシス細胞死を誘導するには、青紫光半導体レーザー照射でもさほどHigh Doseの必要はないことが判明した。(3)以上の新たな実験成果により、来年度は実験膀胱癌モデルで具体的な診断・治療の指針が打ち出せるものと期待している。(2)実験腫瘍モデルでの新光増感剤の取り込み

蛍光診断:実験腫瘍モデル(扁平上皮癌:SCC)移植C3H/Heマウスを用いて光増感剤5-Aminolevulinic Acid(=5-ALA)の経皮的投与における腫瘍細胞の光増感剤取込みに対する超音波照射(1MHz)の効果を検討した。5-ALAが腫瘍内で代謝生成したProtoporphyrin-IX(Pp-IX:実質的光増感剤)生成量を本レーザ励起により蛍光観察した。その結果、超音波非照射群に比してPp-IX蛍光が約2倍に増大し、取り込み部位の腫瘍実質への移行が蛍光分光分析、蛍光顕微鏡観測および本レーザー光励起により肉眼的にも観測できた。3.結論および今後の展開本研究成果より、膀胱への5-ALA生理食塩水の直接注入後の超音波照射法はPp-IX光増感剤の腫瘍集積性を増大させる可能性が期待できる。今後、上記5-ALA膀胱直接注入法と合わせて本レーザー光励起による膀胱がん診断に応用し、具体的臨床治験の申請を行う予定である。最終年度である平成12年度は、本年度の計画に従い、小型で新型の光力学的診断治療の青紫色半導体レーザー装置(ILS-LD400型,石川島播磨重工業株式会社製)を駆使し、本レーザーの特性を癌培養細胞と実験腫瘍モデルで、蛍光診断とがん治療の開発に適用し、以下の実験を行い、以下の研究成果と出し得たので報告する。(1)がん由来由来培養細胞の光力学的本レーザ治療と超音波力学的治療との併用治療;ヒト悪性黒色種由来培養細胞(HMF)に新光感受性物質5-ALA(5-Aminolevurinic Acid)を4時間取り込ませて洗浄後、本レーザ光照射(405nm,2mW/10min)及び超音波照射(47kHz,50W)を行い、生体蛍光染色キットにて染色してアポトーシスとネクローシス細胞死の割合をフローサイトメーターで計測した結果、併用治療の場合はネクローシス細胞死の割合が有意に増大し、レーザ光照肘を超音波照射より先に試行した方が、その増大率が大であった。今後、この種の併用治療には、レーザ光照射を優先させるべき治療指針を得た。(2)実試験腫瘍モデルでの新光増盛剤の取り込み蛍光診断:実験腫瘍モデル(扁平上皮癌:SCC)移植C3H/Heマウスに光増感剤5-Aminolevulinic Acid-5-ALA)の経皮的投与方法の改善策として親水性軟膏に5-ALAを乳化させた湿布を貼り、その湿布の上からの超音波照射(1MHz)した。腫瘍内代謝生成物Protoporphyrin-IX(Pp-IX;実質的光増感剤)生成量を本レーザ励起により観察した。その結果、本レーザ励起によるPp-IX蛍光の増大と取り込み部位の腫瘍実質への移行が観測てきた。この事実から今後、実験膀胱腫瘍動物には直接注入した聴音波照射の投与法と本レーザ励起による膀胱がん診断・治療に適した汎用型レーザであることの実証ができた。
上座部におけるアビダルマ仏説論の研究

アビダルマ仏説論と密接に関係する「聖典解釈学」について重要な進展があった。「解釈」は前提となる「聖典」が先に成立していなければならないが、三蔵のうちに仏語を解釈する記述があることは、「聖典」から「解釈」へという両者を区別した直線的な展開ではなく、むしろ「聖典」と「解釈」は密接な関係を持ちながら混然一体となって編纂されていったものであると想定される点を指摘した。また並行して進めている、上座部註釈家の年代論研究においても進展があり、ダンマパーラ、アーナンダ、ウパセーナらの年代が特定された。そして、ダンマパーラ著作のうちに『倶舎論』からの引用が多数確認される点を指摘した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度は、当初の計画通りに研究を進めることが叶い大きな進展が見られた。とくに上座部註釈文献『法集論註』(Dhammasangani-atthakatha,伝ブッダゴーサ著)を中心に検討を進め、そのなかでも仏滅200余年後に編纂された阿毘達磨論書『論事』(Kathavatthu,モッガリプッタティッサ著)を巡る仏説論を中心に、いくつかの新知見を得ることができた。また、この成果にともない、諸註釈家のあいだで『論事』を巡る仏説論について見解に相違のあったことが明らかとなり、この事実は上座部における仏説論争を解明する上で重要な一視点になることが期待される。そして、上座部が阿毘達磨の仏説性を主張することは、「阿毘達磨の教理」に基づいて「経典の字義」を再解釈する妥当性・正統性を保証している点が明らかとなり、「上座部における聖典解釈学」という新たな研究課題を得ることができた。以上の諸成果のうちのいくつかを、平成28年度・平成29年度刊行予定の学術雑誌に既に投稿しており、これらは順次刊行されていく予定である。そして、平成28年度中には国内学会において一件の口頭発表と、一件のポスター発表を行い、有意義なコメントを得ることができた。また、国内外の大学・図書館などより、今後研究を進める上で必要となる各種資料(パーリ原典、サンスクリット原典、研究書など)を入手もしくは複写することができた。現在、これら収集した諸資料を整理する作業に取り掛かっている。上座部に伝わる阿毘達磨七論のうち一つ『論事』(Kathavatthu)について、その仏説・非仏説論争の解明に重要な進展があった。平成29年度は「経典の字義」と「阿毘達磨の教理」という対照性に着眼しながら、阿毘達磨仏説論の解明に努めていく予定である。
看護と医療の情報を可視化して共有化する「患者ポータル」の構築と質評価

本研究の目的は、医療チームにおける患者教育・指導の内容を可視化して、患者・家族と共有化するためのクラウド時代における新たな学習ツール『患者ポータル:THAケアネット』を構築することである。股関節専門クリニックでのTHA後患者への指導内容をもとに手本動作(動画・静止画)を教材化し、さらにiPadカメラで撮影した動作動画を遠隔看護専用サーバーで共有可能なシステムを構築した。その結果、患者・家族はいつでもどこでも動作の学習および客観的評価が可能となった。さらに自宅に居ながら遠隔看護システムを介して専門職から個別指導が受けられるようになり、情報の共有化による高い学習効果が期待できることが示唆された。本研究では、平成2628年度の3年間で、医療・看護における情報および実践知の可視化と、情報化社会における新たな患者教育方法の構築を行う。平成26年度は、医療・看護情報の可視化に向けて、股関節専門クリニックで実践されている患者への「説明、教育、指導」内容の洗い出しと既存の教育ツールの整理を行い、その一部をタブレット端末で展開可能な教育用アプリとして開発するとともに、遠隔看護システムと連動させるための移行準備を進めた。■院内における患者への「教育・指導」内容の洗い出し(佐藤、小西、増原クリニックスタッフ):院内における患者への「教育・指導」内容の洗い出しと現存の教育ツールの整理を継続し、タブレット端末(iPad)を用いた遠隔看護プログラムへの移行準備を進めた。教育・指導の時期は、主に「入院前」「入院中(術前)」「入院中(術後)」「入院中(退院前)」に分類され、その内容は、脱臼予防(生活動作、自宅の環境調整)、感染対策、栄養指導、体重管理、と多岐に渡っていた。その中でもとくに、退院指導に向けた生活動作と居住環境に関する教育が占める割合が最も高く、スタッフ間の重要性に関する認識も同様であった。■タブレット端末用患者教育アプリの開発(担当:佐藤、小西、前山、新村、新井、増原クリニックスタッフ):上記の結果を踏まえ、まずはTHA後の安全な生活動作について、院内で実践されている動作方法の指導および退院指導パンフレット等の内容をもとに、患者教育ツールとして「THAケアネット教育用アプリ:生活動作編」を開発した。■遠隔看護システムの構築(担当:佐藤、東、力宗、川口、増原クリニックスタッフ):既存の「遠隔看護システム:THAケアネット」の仕様について、研究チーム内で操作性やデザイン性を検討した上でシステムの修正作業を行った。本研究では、医療・看護チームにおける情報の可視化と共有化に向けて、股関節専門クリニックで実践されている患者への説明や教育・指導の内容を整理し、これらを基にタブレット端末で展開可能な教育アプリを開発すること、さらには既存の遠隔看護システムと連動させた継続看護実践モデルを構築し、臨床応用の可能性と課題を検証することを目的としている。平成27年度は、昨年度より開発に取り組んでいるiPad専用患者教育アプリ「THAケアネット:生活動作」の構築作業および既存の「遠隔看護システムTHATケアネット」の改修作業を継続して行った。■タブレット端末用患者教育アプリの開発(佐藤、小西、前山、新村、新井、木村、増原クリニックスタッフ):生活動作に関する教育アプリのコンテンツに使用する見本動作の動画および静止画を作成し、追加作業を進めた。また、委託業者とともにiOSのバージョンアップ等に伴うバグの改修作業を行った。■遠隔看護システムの改修(佐藤、東、小西、川口):既存の遠隔看護システムのサーバ移転および改修の作業を行った。また、ユーザビリティを考慮したデザイン改修に向けて研究協力者から意見を集約した。■研究計画(介入研究)の見直し(佐藤、小西、東、増原クリニックスタッフ):研究期間の延長を視野に入れ、研究計画の再検討を行った。その結果、実現可能性を考慮し、対象者数は3040名、介入期間は3ヶ月(入院前退院後)にて再計画することとした。当初に予定していた平成27年度の研究計画について、介入研究以外の工程については概ね進めることができた。教育用アプリの開発に際し、想定外の不具合(バグ等)が発生したこと、また、AppleのiOSのバージョンアップへの対応に手間取ったこと、さらにはシステム改修の作業工程がうまく進まず、当初の予定よりも長い期間を要した。その結果、これらを用いた介入研究についても延長せざるを得ない状況となり、研究計画(期間・予算)を大幅に見直すこととなった。本研究では、医療チームにおける患者への説明や指導といった情報の可視化し共有化するとともに、これらを踏まえた新たな患者教育システムの開発を行うことを目的としている。平成28年度は、これまでに開発を進めてきたiPad専用患者教育アプリ「THAケアネット:生活動作」の構築作業および「遠隔看護システムTHATケアネット」の改修作業、さらにはこれらを用いた介入研究の計画修正を行った。■タブレット端末用患者教育アプリの開発(佐藤、小西、前山、新村、新井、木村、増原クリニックスタッフ):生活動作に関する教育アプリのコンテンツを追加する作業を進めた。さらに、院内で使用されている退院時パンフレットを電子化し、iPadで展開可能な教材とした。また、委託業者とともにiOSのバージョンアップに伴うバグの改修作業を行った。■遠隔看護システムの改修(佐藤、東、小西、川口):既存の遠隔看護システムと教育アプリの連動に必要な改修作業とともに、介入の評価に使用する「股関節疾患特異性尺度HOOS」をシステムに組み込む作業を行った。また、ユーザビリティを考慮して遠隔看護システムのデザイン改修を行うとともに、サーバ移転に伴い必要となる細かな修正作業を行った。

■研究計画(介入研究)の見直し(佐藤、小西、東、増原クリニックスタッフ):研究期間の延長を視野に入れ、研究計画の見直しを検討した。具体的には、当初に予定していた約3ヶ月(入院前退院後)の介入期間を、実現可能性を考慮して1ヶ月に短縮することとし、フェーズも外来期間を除く入院期間のみの「手術前退院まで」と決定した。上記を踏まえ、平成29年度に医療施設での介入研究を行い、患者および医療者から評価を得る。当初に予定していた平成28年度の研究計画について、介入研究以外の工程については概ね進めることができた。ただし、介入研究を予定していた医療施設にて、感染症等の術後合併症が発生したため、患者の治療上の安全と医療の質保証を最優先させ、研究活動を休止せざるを得ない状況となった。また、これに伴い研究協力者である同施設の医師、看護師等からの協力を得ることが部分的に困難となり、施設での介入研究を開始できない状況が生じたため、研究計画の大幅な見直しが必要となった。本研究では、医療チームにおける患者への説明や指導といった看護や医療の情報の可視化し、患者・家族と共有化するための新たな患者学習システムを開発することを目的としている。平成29年度は、これまでに開発を進めてきた患者学習用アプリ「THAケアネット:生活動作」の改修作業および「遠隔看護システムTHAケアネット」の全面改修に取り組んだ。■患者学習用アプリの開発:生活動作に関する学習用アプリのコンテンツ動画を新たに追加した。さらに、多施設で運用を想定して、フレームワークの設定と新たな教材開発に取り組んだ。■遠隔看護システムの全面改修:開発済みの遠隔看護システムを、患者学習用アプリとのリンクを踏まえて全面改修した。多施設での展開・運用を想定し、システムの基盤構築とカスタマイズのための準備を実施した。■セキュリティ対策の強化:セキュリティの脆弱性に関する調査を実施し、個人情報保護のためのSSL通信対応、パスワード暗号化、IPアクセス制限、クロスサイトスクリプティング対策、SQLインジェクション対策等の対応策について具体的な検討を行った。■患者学習用アプリおよび遠隔看護システムの評価:医療職による教材の評価を行った結果、患者学習用アプリは、場所や時間を選ばす活用が可能であり、その時々の患者の状態に合わせてカスタマイズできるさらなる発展性が求められた。さらに、遠隔看護システムについては機能性やデザイン性で課題が多く、汎用性のある既存システムをうまく応用して展開する方略についても今後検討を進める必要性が確認された。また、当初予定していた患者への介入調査については、遠隔看護システムの開発が遅れたため実現することができなかった。この点については、今後の課題として継続的に取り組んでいきたい。本研究の目的は、医療チームにおける患者教育・指導の内容を可視化して、患者・家族と共有化するためのクラウド時代における新たな学習ツール『患者ポータル:THAケアネット』を構築することである。
時分割表示によるスペックルレス・ホログラフィーの実現

スペックルが発生せずシェーディング処理されたホログラム画像を表示する技術を実現した。3次元物体を多数の物体点で表現し、物体点を複数の物体点グループに分けて時分割表示する。それぞれの物体点グループでは、物体点を互いに干渉が生じない程度離して2次元配置する。各物体点グループは、空間光変調器にゾーンプレートの2次元アレイを表示することで発生する。ゾーンプレートを2次元的に振幅変調することで、物体点から発せられる光の角度強度分布を制御し、再生像のシェーディング処理を実現する。平成23年度の研究成果をもとに、以下の研究を行った。(1)多色表示の実現:RGBレーザを光源として導入し、時分割方式でカラー表示を実現した。スペックルのないホログラム表示においては、高フレームレート空間光変調器としてDigital Micromirror Device(DMD)を用いるが、これは各画素が傾いたマイクロミラーで構成されるため、DMDの表示面はBlazed回折格子と同様な構造をもつ。そのため、光の波長により回折の仕方が異なる。このことを利用して、DMDへの照明角をRGBのレーザで適切に選び回折方向を一致させることで、RGB光の合波を実現した。(2)表示性能向上:フレームレート22,727 kHzのDMDを導入し、立体像を構成する物体点の点数(解像度)を256×192に向上させた。本研究では、ゾーンプレートの2次元変調により立体像のシェーディングを実現する。昨年度はゾーンプレートの2次元変調方法としてPhongシェーディングに基づく方法を実現したが、本年度はより高度なシェーディングを可能にするBRDF法に基づく方法を提案した。これにより、よりリアルな質感際限が可能になった。(3)立体カメラ:昨年度は立体カメラを3軸ステージとカメラを組み合わせることで実現したが、本年度はLight field cameraを用いることを試みた。Light fieldカメラとしては、一眼レフデジタルカメラの撮像素子にレンズアレイを取り付けたもを用いた。撮影画像をもとに、ゾーンプレートの2次元変調を行うことで、リアルなホログラム表示を実現した。平成23年度は以下の点について研究を行った。(1)スペックルのないホログラム表示システムの解像度向上:時分割表示を用いたスペックルのないホログラム表示技術では、3次元物体を構成する物体点を、干渉が生じない程度に間隔をあけた物体点群に分け、高フレームレート空間光変調器により時分割表示する。その際の表示パラメータであるゾーンプレートサイズ、階調数、フレームレートを変更することで、ホログラム再生像の解像度の向上を実現した。(2)質感再現の実現:時分割表示を用いたスペックルのないホログラム表示技術において、ゾーンプレートの2次元変調による物体点の光放射特性の制御を試みた。すなわち、強い放射光方向に対応するゾーンプレート上の階調を高くし、弱い放射光強度に対応する階調を低くする。物質の質感を扱う単純なモデルとして、拡散反射係数と鏡面反射係数を用いるモデルとしてコンピュータグラフィックスの分野で提案されているPhongの反射モデルを適用することで、ホログラム再生像における物質の質感の制御を実現した。(3)立体カメラの検討:本研究では、時分割表示を用いたスペックルのないホログラム表示において、実写撮影を可能にする立体カメラを実現する。そのために、本年度は、共焦点レーザ顕微鏡の原理を応用して、物体表面の3次元形状と光放射特性を同時に取得する共焦点立体カメラを、3軸の水平移動ステージと冷却CCDを組み合わせにより構築した。平成23年度の交付申請書に記載の研究内容をすべて達成している。当初の研究計画に従い、今後は多色表示の実現などについて研究を進める。当初の研究計画に従い、レーザ等の購入を行う。
三次元多様体の多重値モース理論の構築

三次元Seiberg-Witten不変量と(通常の)ライデマイスタートーションΔ(t),ノビコフ複体に対するライデマイスタートーションτ(t)とレフセッツ・ゼータ関数ζ(t)との関係が知られている.三次元Seiberg-Witten不変量は各スピン構造をfixして値が決まるので,それらの`平均'を<SW>___-と書くことにすると,となる.結び目の世界ではΔ(t)はアレキサンダー多項式というよく知られた結び目不変量である.昨年度はこのτ(t)とζ(t)の計算方法を確立した.具体的には,結び目補空間を縫い目付き多様体とみなしたときに適応されるヘガード分解のヘガードダイアグラムからτ(t)を導く方法を見出し,一方でζ(t)はこのヘガード分解に付随したflowのうち,閉軌道となるものをゼータ関数を使って数え上げるあるレフセッツ・ゼータ関数になることを突き止めた.本年度は,まず一つの三次元多様体Mを固定したとき,このMに対するヘガード分解は一般のヘガード分解同様,stabilizationという操作で全て移りあうことを証明した.そして,このstabilizationの元で,τ(t),ζ(t)の変化について調べた.stabilizationによってτ(t)がτ'(t)に,ζ(t)がζ'(t)に変化したとすると:が成立する.一方で,twist knotsや特別なpretzel knotsに対して,τ(t),ζ(t)の公式を得ることに成功した.この計算には各結び目のザイフェルト曲面が重要な役割をはたすので,pretzel knotsのザイフェルト曲面の分類も行った.今年度はまず多重値モース理論において中心的役割をはたすNovikovの不等式に注目し、特に結び目に対するNovikovの不等式の精密化を行った。1960年代から、fibered knotのアレキサンダー多項式の最高次係数は1ということが知られていた。これはNovikovの不等式の特別な場合である。まず、このfibered knotのアレキサンダー多項式の最高次係数は1という定理を拡張し、fibered knotのひねりアレキサンダー多項式も同じ性質を持つことを証明し論文にした。そして、それをより一般的な定理にするために、「ひねりNovikovホモロジー」という概念を導入し、結び目に対するNovikovの不等式の精密化に成功した。新しく得た不等式がどの程度有効かを調査するために数式処理システムMathematicaを購入し数値計算を行った。これらの研究はフランス・ナント大学およびドイツ・マックスプランク研究所に出張し、セミナーやレビューを受けることで完成させることが出来た。今現在、新しく得た不等式を利用することで、交点数の少ない結び目・絡み目に対するMorse-Novikov数の決定を試みている。一方で、三次元多様体の多重値モース写像を応用することで、よい性質を持ったFloerホモロジーが得られるのではないかと期待している。このことを理論的に証明することをめあてにいくつかの実験的計算を行った。そして、この分野の専門家の多い北海道大学に出向き、この計算に対するレビューを受けた。この結果に基づき、今現在、新しいホモロジーの構成を試みている。Meng-Taubes, Hutchings-Lee,及びMarkによって三次元Seiberg-Witten不変量と(通常の)ライデマイスタートーションΔ,ノビコフ複体に対するライデマイスタートーションτとレフセッツ・ゼータ関数ζとの関係が明らかになっている.三次元Seiberg-Witten不変量は各スピン構造をfixして値が決まるので,それらの`平均'をSWと書くことにすると,である.結び目の世界ではΔはアレキサンダー多項式というよく知られた結び目不変量になる.そこで本年度は,τとζが結び目の世界では何を意味するのかを考察した.結び目補空間を縫い目付き多様体とみなしたときに適応されるヘガード分解のヘガードダイアグラムからτを導く方法を見出し,一方でζはこのヘガード分解に付随したflowのうち,閉軌道となるものをゼータ関数を使って数え上げるあるレフセッツ・ゼータ関数になることを突き止めた.そして,これまでには全くなかった計算の実例を得た.これらはファイバー結び目のアレキサンダー多項式は,そのファイバーバンドルのモノドロミーに付随するレフセッツ・ゼータ関数になるというMilnorの結果を一般の結び目に拡張したものになっている.また昨年度「ねじれノビコフホモロジー」という概念を導入し,結び目に対するノビコフの不等式を精密化したが,この研究成果を論文にまとめ投稿しacceptされた.Osaka Journal of Mathematicsに発表される予定である.三次元Seiberg-Witten不変量と(通常の)ライデマイスタートーションΔ(t),ノビコフ複体に対するライデマイスタートーションτ(t)とレフセッツ・ゼータ関数ζ(t)との関係が知られている.三次元Seiberg-Witten不変量は各スピン構造をfixして値が決まるので,それらの`平均'を<SW>___-と書くことにすると,となる.結び目の世界ではΔ(t)はアレキサンダー多項式というよく知られた結び目不変量である.昨年度はこのτ(t)とζ(t)の計算方法を確立した.

具体的には,結び目補空間を縫い目付き多様体とみなしたときに適応されるヘガード分解のヘガードダイアグラムからτ(t)を導く方法を見出し,一方でζ(t)はこのヘガード分解に付随したflowのうち,閉軌道となるものをゼータ関数を使って数え上げるあるレフセッツ・ゼータ関数になることを突き止めた.本年度は,まず一つの三次元多様体Mを固定したとき,このMに対するヘガード分解は一般のヘガード分解同様,stabilizationという操作で全て移りあうことを証明した.そして,このstabilizationの元で,τ(t),ζ(t)の変化について調べた.stabilizationによってτ(t)がτ'(t)に,ζ(t)がζ'(t)に変化したとすると:が成立する.一方で,twist knotsや特別なpretzel knotsに対して,τ(t),ζ(t)の公式を得ることに成功した.この計算には各結び目のザイフェルト曲面が重要な役割をはたすので,pretzel knotsのザイフェルト曲面の分類も行った.
蛍光ゲル線量計の開発

近年の癌の放射線治療では高い位置精度および線量精度、さらに三次元的に線量評価を行うことが求められている。そこで注目されているのが人体の軟部組織と等価の密度及び化学組成を有し、また放射線により生じる化学反応を三次元的に保持することができるゲル線量計である。昨年度までに蛍光プローブを含んだ水溶液に対してさらにゲル化剤を加えることで、放射線が照射された領域の分布・位置情報を保ったゲル線量計の報告している。ゲル化剤にナノクレイを使用することで感度が上がり、またカチオン性の蛍光色素では照射後の生成物の拡散が抑制されることが明らかになっている。本年度はカチオン性の蛍光プローブであるジヒドロローダミン123 (DHR)を新規にゲル線量計に利用することを検討した。結果、照射後7, 8, 9, 10, 73日の測定結果から、拡散が止まっていることや線量増加に応じた蛍光強度の増加を確認できた。また、二次元解析用の容器に対して不均一な照射を行い解析したところ、同じゲル中でも線量の違いがはっきりと判り線量応答性も確認できたため、二次元での線量評価が可能であることがわかった。本年年度の目標はゲル撮像装置によりゲル線量計の二次元のイメージの取得であり、研究計画通り、順調に進めることができた。また、本研究の内容は現在論文投稿中である。研究計画に従って進める。ゲル線量計は水を主成分とした生体に近い材料であり、三次元線量分布を評価することができるため、放射線治療における複雑な三次元線量分布の検証手法として期待されている。これまでに報告されているゲル線量計は大きく分けて放射線誘起の酸化反応を利用するフリッケゲルと重合反応を利用するポリマーゲル線量計がある。全てのゲル線量計のゲル化剤はこれまでにゼラチンなどの有機ゲル化剤が利用されてきたが、本研究では新規に少量の水分散ナノクレイをゲル化剤として放射線感受性化合物を加えたチキソトロピックゲル線量計の開発を進めている。特に、放射線照射後に蛍光物質となる蛍光プローブの適用を目的として、本年度は以下の成果を得た。(1)水溶液線量計として報告されている多くの蛍光プローブ(安息香酸、テレフタル酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、クマリン-3-カルボン酸)においてクレイゲルもしくはゾル中での放射線照射に従った蛍光強度の増加を観測した。(2)クマリン-3-カルボン酸から照射後に生じる7-ヒドロキシクマリン-3-カルボン酸の蛍光量子収率がクレイゲル中で6倍近く増加し、水溶液線量計と同程度の感度特性を持つことが分かった。これらの結果は有機ゲル化剤であるゼラチンをゲル化剤として用いた蛍光ゲル線量計に対して一桁以上の感度の増加が見込まれた。ナノクレイをゲル化剤として用いることにより、高感度化に成功した要因として、水分解ラジカルとクレイとの低反応性のみならず、ゲル中がアルカリ性であることが寄与していると考えられた。本年度の研究結果は現在論文投稿中であり、当初の計画通りに進展している。差額は少額であり、来年度の必要備品の購入に用いる。本年度は蛍光スキャナーの購入を計画していた。特定の励起波長を持つスキャナーを複数試用し、選定を行っている。特定波長を有するスキャナーの価格は160万程度であり、励起波長に応じて複数購入することが不可能である。そのため、当初予定していた高額なスキャナー装置の購入をレンタル形式に変えたため、差額が生じた。