hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
税・社会保障とその一体改革に関する実証的研究

なお、直接的に税制と社会保障制度とは関連性は薄いものの、空港政策に関する研究を続けており、本年度にいくつかの論文をまとめた。また、本年度に公共経済学の入門書を公刊した。2011年度においては、7件の雑誌論文(うち1件は図書の分担執筆、1件はディスカッションペーパー)が研究業績となった。そのうち、主なものについて記述する。第一に「間接税の所得階級別負担」では、消費税だけでなく、個別間接税についても、所得階級別の負担の状況を推計している。税収で比較すれば、消費税と個別間接税は同じ程度となっており、個別間接税の負担の状況について知ることが、消費税の今後を考える際に重要となる。結果として、個別間接税にも逆進性が存在することを指摘した。第二に「生活保護はなぜ増えてきたのか」では、長期的には高齢化の進展、中期的には経済低迷、短期的には震災の影響が、生活保護世帯の増加を促進していることを指摘した。特に若年者の生活保護世帯については、就業支援および職業訓練など特段の政策が必要だと強調している。第三に「公的年金と地域経済」では、従来は世代間所得再分配としてとらえられる公的年金を、地域間所得再分配としてとらえ、公的年金給付がもつ地域消費への影響を実証的に分析している。地域消費に対する影響は、他の所得に比べて、公的年金給付が大きく、特に高齢化が進む地域でその影響が大きい。すなわち公的年金給付の抑制は、地域経済に影響を与えるジレンマが存在する。第四に「社会保障・税一体改革の背景と行方」では、最近の社会保障・税一体改革の動きをフォローしつつ、特に将来世代と雇用への配慮が不可欠であることを指摘している。第五に「抜本的税制改革と地方税」では、特に個人住民税と地方法人課税に関して、地方公共サービスとの対応を重視する応益負担の立場から、制度設計のあり方を提案している。具体的には、公共部門の庇護を受けている市場へのアクセスや地域コミュニティに属する個人と法人には、一定の地方税の負担は当然であり、さらに個人または法人の活動に応じて負担を求めることが妥当である。結果的に、定額負担と定率負担を合わせた地方税体系が望ましいが、現状の地方税体系からは乖離している。その乖離を埋めるための抜本的な地方税改革案を提案している。第六に「所得税の税収構造の要因分析による実証分析」では、所得椌除の税収ロスと税率変更による増収額を試算した。
脂質代謝系酵素を介する免疫応答・免疫記憶成立機構

申請者らが樹立してきたPLC-γ2欠損マウス(Hashimoto et al.J.Immunol., 165, 1738-1742, 2000)は、著しいTI-II応答性の低下を示しており、このシグナル分子がB細胞の成熟、または、成熟後抗体産生細胞への分化障害が生じていることを強く示唆している。本年度は、著しいTI-II応答性の減弱にも関わらず、PLC-γ2欠損マウスがほぼ正常なT-D応答性を示すことに着目し、この奥に潜むメカニズムの解明に努めた。すなわち、この一見正常に見える免疫応答性が、B細胞の活性化低下にも関わらず、他の免疫担当細胞(T細胞、樹状細胞)がその機能低下を代償しており、結果的に正常に見えるのではないかという仮説を構築し、この仮説の検証を試みた。まず、この仮説の検証の第一歩として、B細胞がIgMからIgGIにクラススイッチしてはじめて、PLC-γ2が欠損するようなマウスを作成した。このマウスでは恒常状態における血清IgGIの含量がコントロールマウスに比して非常に低下していた。このことは、IgMからIgGIにクラススイッチした後、PLC-γ2がIgGI positive B細胞に必須であるか。生存には必須ではないが、IgGIを分泌する細胞への分化に必須であることを示している。当然ながら、このマウスでは、T-D応答性の低下が予測され、現在この可能性を検討中である。また、B細胞以外の免疫細胞の関与も検討する必要があり、ノックアウトマウスを放射線で処理し、このマウスに正常マウス及びノックアウトマウスから得た骨髄細胞を注入して、その効果を調べている。申請者らが樹立してきたPLC-γ2欠損マウス(Hashimoto et al. J.Immunol.,165,1738-1742,2000)は、著しいTI-II応答性の低下を示しており、このシグナル分子がB細胞の成熟、または、成熟後抗体産生細胞への分化障害が生じていることを強く示唆している。本年度は、PLC-γ2がB細胞の最終成熟過程に必須の役割を担っているかどうか。担っているとしたら、どのようなメカニズムで関与しているかを明らかにした。PLC-γ2欠損B細胞の性質をin vitroの実験を用いて調べたところ、BCR刺激による増殖・生存反応が非常に減弱していた。また、末梢B細胞の生存に必須のシグナルであるBAFFレセプターを介するシグナルも非常に減弱していた。これらBCR, BAFFレセプターを介する減弱は、両レセプターの発現量の低下でないことはFACSによる解析を用いて確かめた。BCR, BAFFレセプターを介する生存・増殖シグナルの細胞内ファクターとしては、NF-κB転写因子がよく知られているが、このうち、cRel, RelAの転写因子群がPLC-γ2欠損B細胞では、その発現量そのものが減弱しており、このことがPLC-γ2欠損B細胞における生存・増殖反応低下につながっていると考えられる。現在、この可能性を検討するために、cRel, RelAを構成的に発現するノックインマウスを作成し、このマウスとPLC-γ2ノックアウトマウスを交配しているところである。
人口減少時代における通勤限界郊外住宅地の変容と持続可能性

高齢化がすすむ大都市圏の郊外住宅地の持続可能性を住民特性の面から検討し,内郊の「街なか化」する住宅地,外郊の「地元化」する住宅地,アッパーミドルの「孤立化」する住宅地を見出した。また,第二世代の居住地選択は,働き方や家族の在り方が多様化するなかで,単線的・画一的にとらえることが難しくなったものの,そのなかで実家との関係性が選択に際して大きな位置を占めていることが明らかになった。本年度の目的は,東京50km圏の都心通勤限界地に位置する住宅地のなかから,1960-70年代に開発された住宅地を事例にとりあげ,住民に対するアンケート調査とインタビュー調査を通じて,住民やコミュニティの特性が住まいの継続や継承,ひいては住宅地の持続可能性にどのように反映されるのかを明らかにすることである。事例地区に選定したのは埼玉県毛呂山町の武州長瀬駅周辺の住宅地であり,東京の都心からちょうど50km,副都心のターミナル池袋まで60分強の位置にある。1960年代から宅地造成が始まり,以後,断続的に宅地開発がおこなわれてきた。2009年11月に3000部のアンケート調査票をポスティングで戸建住宅に配布し,272通(9.1%)をメールバックで回収した。回答者は現在60歳以上のリタイア層(年金生活者)が中心で,子どもが離家した夫婦のみ世帯もしくは独居世帯が多い。親世代は相対的に低学歴で現業職に就いていた者が多く,その傾向は子世代にも引き継がれている。つまり,これまで典型的に描かれてきたホワイトカラーの郊外住宅地とは一線を画す住宅地であり,また社会階層の再生産の様相もうかがえる。しかしながら,親世代の居住継続意思は非常に強く,住宅の建て替えや増築,隣地敷地の買いとりも比較的活発に行われている。こうした状況を解釈するには,より詳しい言説分析を待たなければならないが,子世代に地元就業や近居が多く,修正拡大家族の特徴が看取されることが注目される。本研究の目的は,大都市通勤圏の外縁部に立地し相対的に立地優位性に劣る郊外住宅地において,高齢化が進むなかでその持続可能性を検討することにあるが,そのためには住宅(地)を継承する立場にある子世代(郊外第二世代)の居住地選択の動向を知る必要がある。そこで本年度は,明治大学を1994年から1999年の間に卒業し,東京都・埼玉県・千葉県・神奈川県の1都3県に在住する卒業生に対して,本人及び配偶者の職歴・居住歴に関するアンケート調査を行った。調査では,明治大学校友会名簿から当該年度の卒業生4,500人(男性3,500人,女性1,000人)を無作為に抽出して調査票を2010年9月に郵送し,628人(14.2%)をメールバックで回収した。回答者は1971年1977年生まれの第二次ベビーブーム世代であり,そのうち8割強が東京圏の出身者,8割弱が既婚者であった。東京圏出身者つまり第二世代に関してとくに注目されるのは,既婚者の6割が東京圏出身者同士の結婚であること,男性の4割,女性の6割が結婚するまで実家に住んでいたこと,結婚後に親と同居する世帯は少ないものの,5割強が夫婦いずれかの実家から10km圏内に居を構えていることなどであり,実家との結びつきの強さが示される。つまり第二世代の居住地選択は実家の位置がひとつの基準となっており,それゆえ親世代とそれほど居住地分布は変わらないものの,より都心に近い方向に内向移動していることが判明した。本年度の課題は,過去2年間に行ってきた事例調査の結果を,本課題の着手以前より継続的に行ってきた研究成果と比較対照して,高度成長期に築かれた大都市圏郊外住宅地の持続可能性,ならびに人口減少時代における新たな居住のあり方について,議論を展開し成果を取りまとめることにある。平成21年度に大都市圏外縁部に位置する埼玉県毛呂山町のブルーカラー住宅地において調査を行ったが,本年度はその結果を,より都心に近いブルーカラー住宅地や郊外のホワイトカラー住宅地の結果と比較した。都市圏が縮減していく中で外縁部では地元回帰がみられる一方,既成市街地の周辺部では住民の新陳代謝が著しいこと,社会階層が再生産されていく中で,むしろアッパーミドルの層の住宅地に持続性の危機が示唆されることなど,興味深い傾向が看取された。現在,その成果を論文にまとめているところである。また,平成22年度には,新しい世代の住宅取得の動向を明らかにすべく,大学同窓会名簿をもとに団塊ジュニア世代の調査を行った。大都市圏出身者の割合が上昇する中で,実家との結びつきの強さが特徴的であり,それが郊外からの内向移動や都心回帰の動きに結びついていると考えられる。この成果は現在,学術雑誌に投稿中である。また,都心湾岸部にできたタワーマンション居住者に対する調査結果ともあわせて,新しい世代のワーク・ライフ・スタイルと居住地選択の関係を明らかにしつつある。
抗糖尿病効果を発揮する熱ストレス応答経路活性化の臓器および分子間相互作用

1) HSP72全身型ノックアウトマウス(HSP72KO)の表現型を解析する。対照マウスに比べて体重は不変であるが、空腹時高血糖、耐糖能悪化、インスリン抵抗性増強、内臓脂肪肥大、肝脂肪化が観察された。糖新生(PEPCK, G6Pase)、脂肪合成(SREBP-1c, FAS)に関連する遺伝子発現は亢進し、血中サイトカイン(adiponectin, IL-6, TNF-α, IL-1β)も高値を認めた。各組織におけるインスリンシグナル(IRS-1, IRS-2, Aktなど)は低下し、ストレス関連分子の発現や活性(JNK, NF-κB, IL-6, PERK, eIF2α, IRE1α, NOX, mtROSなど)は亢進した。膵においては免疫組織学的検討によりインスリン発現低下、PDX-1発現低下を認め、マクロファージの組織浸潤が増加した。2) HSP72KOに対し、臓器特異的にHSP72を発現回復できるシステムを構築する。現在膵β細胞、および脂肪組織特異的プローモータを使用したトランスジェニックマウスラインを構築中である。各々のHSP72発現回復マウスの代謝状態・体組成・慢性炎症などを検討し、特定の臓器におけるHSP72の役割を解明する。HSP72発現回復を行った以外の臓器での遺伝子発現変化、蛋白発現変化および血中サイトカインを検討し、臓器間および分子間相互作用を解明する。膵臓と脂肪特異的HSP72過剰発現糖尿病マウスの作成に時間を要しており、Tg作成に2回失敗して3回目を実施中である。今回はF0が40匹程度確保できたのでTgラインの確保が可能と考える。全身HSP72ノックアウトマウスと各臓器特異的次期特異的HSP72 Tgの交配マウスの解析。耐糖能異常を呈する全身HSP72ノックアウトマウスに上記Tgを交配し、耐糖能改善程度や臓器特異的表現型・機能を評価することでHSP72の臓器毎における機能を検討する1)HSP72全身型ノックアウトマウス(HSP72KO)の表現型を解析する。耐糖能異常を呈する全身HSP72ノックアウトマウスに上記Tgを交配し、耐糖能改善程度や臓器特異的表現型・機能を評価することでHSP72の臓器毎における機能を検討する
火砕流の発生と流動の機構に関する研究

雲仙普賢岳で頻発して多大な災害の原因となった火砕流に関しては、従来、豊富な火山地質学的な事例研究はあるものの、到達範囲を定量的に予測できるような力学的な研究は遅れており、火砕流危険範囲の予測という実際の要請に応えられる信頼度の高い方法は存在していないのが現状である。本研究では、火砕流の流動性を支配する要因は火砕物質そのものから発生するガス流であると考え、現実の火砕流に近い流れを再現するために、加熱した砂に重炭酸ナトリウムを加えることによって、それ自体から活発にガスを発生する模擬火砕物質を作成し、それを実験用の流路に供給して、模擬火砕流を作るという独創的な実験を行い、その流動機構の解明を行った。これによって、斜面上の低部に沿って流れるいわゆる本体部の流れが強い乱流状態にあり、その上部に空気層との混合による熱雲部が形成されることが明らかになり、火砕流の流動機構解明に大きく前進することができた。本研究では、さらに理論的研究を進め、流れの内部における粒子の支持機構に関して詳細な検討を加えて一般的な流動則を与えるた。この流動則によって、雲仙やインドネシアの火山で実測されている火砕流の流動特性がよく説明できることが判明した。また、火砕流が勾配の緩やかな地域に流出して堆積する機構についても、実験的、理論的に詳細な検討を行い、堆積過程の再現法を与えた。これによって、普賢岳のようないわゆるメラピ型の火砕流のシミュレーションモデルが開発されたので、これを雲仙における実際の火砕流の再現計算に適用して、ほぼ説明できることを明らかにした。さらに、実際の火砕流堆積物の調査からの火砕流の再現法についても検討している。雲仙普賢岳で発生しているメラピ型火砕流においては、火砕物質そのものから発生する上向きのガス流による流動層の形成が基本的に重要な役割を演ずることを、特別に工夫した実験流路での詳細な計測と理論的な考察によって明らかにした。この種の火砕流では、流れは粒子濃度がほぼ一様な本体部と、その上部の濃度及び流速が上方に向けて減少していくサージ部に分かれ、本体部はさらに、粒子間で直接圧力が伝えられる底層部と、粒子間圧力が0で、粒子群がガス流の揚圧力で支えられている流動層部とに分けられる。このような流れの各層で卓越する応力モデルに関する考察から、流れの内部構造を明らかにするとともに、底層及び流動層における流速分布を求め、これらから本体部の抵抗則がえられた。また、サージ部に対しては、重力とガス流による抗力が均衡するとして導かれた濃度分布式が実験結果をよく説明することを示した。さらに、堆積過程に関する実験も行い、火砕流では上昇ガス流による揚圧力のために、降伏応力が著しく小さくなっていることから堆積が進行しにくく、非常に緩い勾配でも流下できることが分かった。そして、堆積発生条件は、斜面勾配、粒子に作用する重力と抗力の比、及び粒径と流動深の比によって表現できることが分かった。実際の堆積物調査による流動機構の解明に関しては、雲仙の活動が終息しないため十分に行うことが出来なかった。来年度にはこのことを含め、堆積機構に関する実験的検討をさらに進めて、火砕流予測のためのシミュレーションモデルの構築を行う予定である。1.火砕流の堆積機構に関する流路実験を行い、堆積速度には、流路の勾配、粒子からのガス発生率、流れの流動深が関係することを確認した。2.昨年度提案した火砕流の流動モデルを発展させて、堆積を生じる場合にも適用できる式を導いた。また、堆積過程で生じると思われる、内部応力において粒子骨格応力が卓越するような場合の、骨格応力の分布式とそのような応力状態となる層厚を求める式を導いた。3.堆積過程を解析するために、流動部の質量減少を考慮した運動方程式を導き、独自の堆積・侵食モデルを提案した。

4.上記の流動・堆積モデルを用いて、流路実験における模擬火砕流の追跡を一次元再現計算によって行った。そして、その結果が実験で見られた流動・堆積の特性をよく説明することを確認した。5.上記の一次元計算の手法を二次元に拡張し、雲仙普賢岳における火砕流の再現計算を行った。その結果、谷に沿って流下する流れは計算によってうまく説明されるが、谷に沿わずに斜面を遡上するような流れでは、ここで導入したモデルを用いると堆積が過大になることが判明した。6.雲仙普賢岳の火砕流堆積物のトレンチ掘削調査の結果は、ここで用いた流動・堆積モデルによって、その特徴がよく説明できることが分かった。7.本研究の結果、堆積速度式に含まれる定数の評価、実際の火砕流でのガス発生率の見積もり方等に関して、さらに詳細な検討が必要であるが、実際の火砕流に関しても、その流動速度、堆積範囲、堆積厚さの分布等、概略の予測が可能になった。
カーボンナノチューブの電界・応力による動的バンドエンジニアリングと光情報通信応用

現在の半導体技術は、バンド端変調とバンドギャップ制御という2つの要素技術を組み合わせたバンドエンジニアリングにより発展したが、次世代のバンドエンジニアリングとして外部からの入力により動的にバンドを制御することがその一つとなると考えられる。そこで、本研究では、カーボンナノチューブに注目して、(a)電界によるバンド端変調と(b)応力によるバンドギャップ制御という外部入力による連続可変なバンドエンジニアリングを構築を行った。現在の半導体技術は、(a)キャリアドーピングによるバンド端変調と(b)組成制御によるバンドギャップ制御という2つの要素技術を組み合わせたバンドエンジニアリングにより発展したが、次世代のバンドエンジニアリングとして外部からの入力により動的にバンドを制御することがその一つとなると考えられる。そこで、本研究では、カーボンナノチューブ特有の高い電子状態制御性と機械的特性に注目して、(a)電界によるバンド端変調と(b)応力によるバンドギャップ制御という外部入力による連続可変なバンドエンジニアリングを構築するとともに、光情報通信用素子への応用を行う。(a)では、一本のカーボンナノチューブに2つの局所ゲート電極を形成し、局所ゲートによるナノチューブへの電界印加を試みた。その結果、低温において、ナノチューブ内に形成された2つの量子ドットのポテンシャルを局所ゲート電圧によって独立に制御することに成功し、2重結合量子ドット特性を観測することに成功した。これにより、局所電界によるバンド端変調が可能な素子の作製に成功した。(b)では、高速歪印加が期待される圧電素子歪印加素子を用いて、圧電素子に約400Hzの矩形波を印加し、フォトンカウンティング法により高速バンドギャップ変調の観測を試みた。その結果、入力信号に同期したバンドギャップ変調を観測することに成功し、バンドギャップの高速変調性を初めて明らかにした。そこで、本研究では、カーボンナノチューブ特有の高い電子状態制御性と機械的特性に注目して、(1)電界によるバンド端変調と(2)応力によるバンドギャップ制御という外部入力による連続可変なバンドエンジニアリングを構築するとともに、光情報通信用素子への応用を行う。(1)では、一本のカーボンナノチューブに対して電極を形成することによりカーボンナノチューブ内へ電界を印加し、電界に伴う発光の制御を試みた。その結果、電界印加下でフォトルミネッセンスを測定することにより、電界印加に伴う発光エネルギーの変調を観測することに成功した。(2)では、これまでに研究代表者が開発した圧電素子を用いた歪印加素子に変わり、微細加工を用いた歪印加素子開発を行った。この素子は、片支持の梁構造を作製し、梁に電圧を印加することにより、静電的引力により歪が印加される。素子作製の結果、梁構造へのカーボンナノチューブの成長および電極形成に成功した。
ポリ乳酸による生体内吸収性外科用埋植材料の開発

ポリ乳酸、ポリグリコ-ル酸ならびにこれらの共重合体は生体内で安全に分解吸収する合成高分子材料であり、その分解速度を規定する材料の因子を変えることにより分解速度をコントロ-ルできるという理想的な性質を持つ。また吸収後に瘢痕組識を残さず、組識が再生することがわかった。これらを用いた外科用の埋植材の開発と臨床応用の検討を行っている。まず、これらの材料で生体内埋入用の材料を製作してその有用性安全性を検討した。すなわち薬物徐放剤、縫合糸、縫合用プレジェット、ブロスタ-、止血剤、軟組識補填材、癒着防止材、骨接合ピン、胸郭変形矯正用プレ-トなどである。いずれも動物実験できわめて有効であることを確かめた。薬物徐放剤では抗癌剤アドリアマイシンをポリ乳酸でマイクロスフェア-化して用い従来の経静脈投与では行えなかった大量を副作用なく使用しうることが明らかとなった。この抗癌剤徐放材は現在臨床で、手術不能肺癌患者の胸水のコントロ-ルに用いられ有用性が確かめられているこれらの結果はDDS学会にて報告した。縫合糸では今回我々はこの乳酸と同じくアルファ-オキシ酸であるカプロラクトンと乳酸との共重合体の縫合糸を開発した。この縫合糸はモイフィラメントでかつ従来の分解性の縫合糸より抗張力の減少が遅いため血管の縫合部の連続縫合などこれまでの分解吸収性縫合糸の使えなかった部位への応用が可能であり今後の臨床応用が期待できる。縫合用プレジェット等縫合補填材としてはポリグリコ-ル酸の不織布を臨床に用いて、胸部外科領域では胸膜欠損部補填、処置の因難な肺瘻などの手術時にきわめて有効であることを確かめた。カプロラクトン共重合体縫合糸、ポリグリコ-ル酸不織布、ポリ乳酸不織布の動物実験ならびに臨床成績は第12回日本バイオマテリアル学会にて報告した。生体内で安全に分解吸収するポリ乳酸を用いて再建外科に用いる手術材料を開発している。ポリ乳酸は成形加工により繊維、フィルム、プレ-ト、ピンなどの形状にすることが可能であるが、外科用埋殖材として使用するには形状のみならず使用目的に適した分解吸収速度が要求される。従来のポリ乳酸の材質と分解速度の関係については不明な点が多かったが、今回組成を変えた種々の材料で詳細な検討を行い分子量、重合組成、結晶化度、残存モノマ-と分解速度との関係を解明しJournal of Biomedical Material Researchに報告した。繊維状材料を用いた組織縫合用プレジェット、縫合補強材にとしては動物実験において安全性、有用性をこれまで確認しているため、今回はこれを臨床で用いた。その結果、現在臨床で用いられている非吸収性材料に比べて優れた臨床成績を得た。この成績はThe Thoracic Cardiovas cular Surgeon誌に報告した。ブロック状の材料に関しては肋骨接合ピンの臨床応用を進めた。これまでの検討の結果から、臨床使用に耐える初期強度を有する材質としてポリ、L-乳酸で分子量10万以上のものを選び、従来のセラミック製肋骨ピンと比較した。この検討においてポリ-L-乳酸製肋骨ピンは臨床使用上の安全性、有用性を認め第42回日本胸部外科学会に報告した。ポリ乳酸の長期埋入実験では、胸郭支持材と胸郭欠損部補填材について犬に於ける観察を継続している。現在までに材料に起因すると思われる副作用はない。

分解の緩徐なポリ-L-乳酸は臨床使用に際して腫瘍原性が問題になるが、今回ポリ-L-乳酸と従来使用されている医療用ポリエチレンとの、発ガン性の比較をブロック状の材料をつくり行なった。この結果ポリ乳酸の腫瘍原性が従来の医用材料と比べて問題ないことを確認した。ポリ乳酸、ポリグリコ-ル酸ならびにこれらの共重合体は生体内で安全に分解吸収する合成高分子材料であり、その分解速度を規定する材料の因子を変えることにより分解速度をコントロ-ルできるという理想的な性質を持つ。また吸収後に瘢痕組織を残さず、組織が再生することがわかった。これらを用いた外科用の埋植材の開発と臨床応用の検討を行っている。まず、これらの材料で生体内埋過用の材料を製作してその有用性安全性を検討した。すなわち薬物徐放剤、縫合糸、縫合用プレジェット、ブロスタ-、止血剤、軟組織補填材、癒着防止材、骨接合ピン、胸郭変形矯正用プレ-トなどである。いずれも動物実験できわめて有効であることを確かめた。薬物徐放剤では抗癌剤アどリアマイシンをポリ乳酸でマイクロスフェア-化して用い従来の経静脈投与では行えなかった大量を副作用なく使用しうることが明らかとなった。この抗癌剤徐放材は現在臨床で、手術不能肺勧患者の胸水のコントロ-ルに用いられ有用性が確かめられているこれらの結果はDDS学会にて報告した。縫合糸では今回我々はこの乳酸と同じくアルファ-オキシ酸であるカプロラクトンと乳酸との共重合体の縫合糸を開発した。この縫合糸はモノフィラメントでかつ従来の分解性の縫合糸より抗張力の減少が遅いため血管の縫合部の連続縫合などこれまでの分解吸収性縫合糸の使えなかった部位への応用が可能であり今後の臨床応用が期待できる。縫合用プレジェット等縫合補填材としてはポリグリコ-ル酸の不織布を臨床に用いて、胸部外科領域では胸膜欠損部補填、処置の困難な肺瘻などの手術時にきわめて有効であることを確かめた。カプラクトン共重合体縫合糸、ポリグリコ-ル酸不織布、ポリ乳酸不織布の動物実験ならびに臨床成績は第12回日本バイオマテリアル学会にて報告した。
思考力を育成することに視点を置いたスクイーク活用授業の創造・実践

研究目的アラン・ケイ博士が開発した「Squeak-Toys」(以下、Squeakと表す)を用いることで、子どもたちは特別な知識を習得することなく、積み木を順番に並べていくような簡単な操作で、興味・関心を維持しながらプログラミングをおこなうことができるといわれている。そこで、Squeakを活用した教育実践をすすめ、自ら課題を設定し課題解決していくプロセス(試行錯誤すること、論理的に考えることなど)を経ることで、思考力を育成することを目的とした。研究方法修学旅行などの子どもたちが心に残った学校行事を題材とし、Squeakを用いての表現活動をおこなった。この活動では、課題を明らかにし、課題解決までの道筋を明らかにするための「企画書作成」、試行錯誤しながら、思考力や想像力を育てるためSqueak用いた「表現活動」、表現力を育てるために「表現(発表)」の手順で実践をすすめた。研究成果研究成果として次の2点があげられる。(1)Squeakを用いて表現活動をする際、子どもたちには、「スクイークナビ」「Squeak作品集」「友だち同士による教えあい」を積極的に活用するよう指導した。活動後子どもたちに行ったアンケートによると、「Squeakの作品集を参考にすることよってより作品を良いものにしていく」、「途中でわからなくなった時は、ナビを見たり友だちに教えてもらったりした。」などの意見が見られた。このことから、子どもたちは作品をよりよいものにするために様々な方法を用いたことや、自分のカで課題解決をしようとする力が養われていることがわかる。この活動を継続していくことで、試行錯誤しながら課題解決する姿がより強く見られると感じている。(2)問題解決までの道筋を明らかにするために企画書を工夫することによって、子どもたちは、課題が生じたときにもまずは「企画書」にもどって考える様子が見られるようになってきた。企画書作成の段階で、活動を細かいステップに区切って考えることで、子どもたちの課題意識を常に保ちながら活動を継続する力を育てることができることがわかった。
2-デオキシストレプタミン生合成に関わる特異酵素群の基質認識機構及び反応機構解析

今年度はまず、2-デオキシストレプタミン含有型アミノ配糖体抗生物質ブチロシンの生合成に関して、昨年度その酵素機能を解明することができた、2-デオキシ-scyllo-イノサミン(DOIA)酸化反応を触媒するラジカルSAM(S-アデノシルメチオニン)脱水素酵素BtrNについて、EPRスペクトルを用いた反応機構解析を行った。まず、酵素反応溶液のEPRスペクトルを50Kにて測定することで、有機ラジカルのシグナルを観測することに成功した。重水素化した基質を用いた場合のスピン結合の消失パターンからDOIAの3位炭素上にラジカルが生じていることがわかった。一方、反応中の酵素の鉄硫黄クラスターについてもEPRスペクトルを用いて解析したところ、未反応のBtrN、BtrN-SAM複合体、BtrN-SAM-DOIA複合体と考えられるシグナルを観測することができた。基質の結合に伴ってシグナルの形状が大きく変化したことから、両基質がともに鉄硫黄クラスターのすぐ近傍に結合していると考えられる。以上の結果から、本酵素がラジカル機構の水酸基酸化反応を触媒することを分光学的に証明することができた。また、同じくDOS含有型アミノ配糖体抗生物質であるネオマイシンの生合成に関しては、DOS生合成以降の基本骨格構築を担う糖転移酵素の解明を目指し、組換え酵素の機能解析を行った。その結果、ネオマイシンが有する二つのアミノ糖の導入には二つの互いに独立した糖転移酵素、NeoDとNeoKが機能している一方で、その後の脱アセチル化に関しては単一の酵素、NeoLが繰り返し機能していることが明らかになった。NeoKは既知の糖転移酵素とはほとんど相同性を示さないため、新規な糖転移酵素ファミリーを形成しているものと考えられる。本年度はアミノ配糖体抗生物質ブチロシヒの2-デオキシストレプタミン部位生合成において唯一未解明であった2-デオキシ-scyllo-イノサミン(DOIA)酸化反応について研究を進め、触媒する酵素とその反応機構を解明した。これまでに、ラジカルSAM(S-アデノシルメチオニン)酵素と相同性を示すBtrNを大腸菌にて発現させた場合、その無細胞抽出液がDOIA酸化活性を有することを見出していた。しかし、精製酵素を用いた場合は嫌気的に精製を行っても、目的の酸化酵素活性は検出できていなかった。本年度の研究では嫌気条件下精製したBtrNの鉄硫黄クラスターを硫化ナトリウムと二価鉄を用いて再構築することで、十分な活性を有するBtrNの調製に成功し、BtrNが単独で本酸化反応を触媒していることを明らかにした。さらに、酸化反応の進行に伴い、1当量のSAMが消費され、5'-デオキシアデノシン(5'-dA)とメチオニンが生成することを明らかにした。また、酵素反応速度論解析から2-デオキシ-scyllo-イノサミンが反競合的な基質阻害を示すことを見出した。この結果は本酵素反応が定序逐次Bi-Ter機構で進行することを示唆するものである。また、同位体標識したDOIAを用いて酵素反応を行ったところ、生成した5'-dAはその5'-メチル基が全て軽水素化されたもの、一つ重水素化されたものおよび二つ重水素化されたものが確認できた。重水中での反応では5'-dAへの重水素の取り込みが見られなかったことと合わせると、本反応ではSAMの還元的解裂によって生じた5'-デオキシアデノシルラジカルがDOIAの3位水素原子を直接、可逆的に引き抜いているものと考えられる。以上より本反応が酵素反応としては極めて珍しいラジカル機構でのアルコール酸化反応であることを明らかにすることができた。
{CG}による〔動画〕〔静止画〕複合利用のインターアクティブ日本語教材の開発研究

本研究は、近年内外を通じて必要性が強く叫ばれている日本語教育の中でも最も重要な学習者との相互作用に重きをおいた教材開発に焦点を絞った。まず、NHKの行った日本語教員に対するアンケート(1991)などをもとに、筆者らの米国での日本語教育、文化教育の経験(1980-1987)、担当した日本語教育(1982-1986)、教員養成(1988)の経験を加味し、この分野で望まれていて、手薄になっている教育内容を総合的に分析した。その結果、教材開発が望まれている分野を、文化に根差した日本語表現や文化の一面をインターアクティブなものとして、制作することに意義があると筆者らは判断した。具体的には、俳句を英語で紹介するという内容、非言語コミュニケーションのうち、日本文化特有の言い回しで日本語学習者が習得に困難を感じているものの2点に絞って教材を開発した。また、実際の教材の特徴を知るため、市販されている、あるいは研究所、大学などで開発されている日本語教材をいくつか実際に見、あるいは資料を取り寄せて調査してみた。これらの教材を日本語学習者、日本語母語者、研究者らを対象として数回にわたりフィールドテストした結果、以下のことが明らかになった。1)文化学習には映像、音声、文字の複合情報が効果的である。2)静止画の中に動画を適宜挿入することで学習効果を高めることが出来る。3)学習者と教材との相互作用の高い教材を若年学習者は好む傾向がある。今後の日本語教育の指針の一つとして、言語習得は人間教師が中心となって補助教材を効果的に組み合わせていくこと、そして習慣、文化の学習は映像、音声、文字にて効果的に学習し、その後実社会において失敗を恐れず、繰り返しながら強化していくという図式が考えられる。本年度は、実質的に主な機材が届き、教材制作を始めたのが夏すぎではあったが、かなり無理なスケジュールを組み、結果として部分的な動画、静止画複合の教材開発、パイロットテストまで進めることができた。動画のCGについては、まず第一段階では、俳句の5-7-5のパターンを一画面に追加して提示する方法を試みた。これは、アニメーションの定義について画像研究者の間でanimateするものは、絵に限らないという点を学習効果の見地より実験したことになる。主にアメリカ人学習者(インターナショナルスクール生を含む)により実験してみた結果、学習効果が確かめられたばかりでなく、動機づけの点、集中力の点などにその効果が認められ、アンケート結果でも肯定的な印象の強い要素として指摘された。また、静止画による人物紹介については、興味を引くという点に終止したようであった。また、俳句の音声提示と画像との記号複合化はPaivioらにより今まで確かめられているとおり、学習効果があったと言える。今後は、どの点がどのように関連して学習に役立ったのかということを明らかにする必要がある。来年度の予定は、これから新規購入するソフトなどを用いてビデオ画面を教材の中に適宜、効果的に取り込んでいく。また、画像を取り込む際に著作権のことが問題になるので最終的には、画像は全てオリジナルにしていく必要があるだろう。前年度の俳句教材(HyperHAIKU)は、94年2月の米国教育コミュニケーション・工学会(AECT)でPractitioner's Mallという形式で1時間にわたり公開、報告した。反応はまずまず出あり、関心は高かった。とりわけ、中等教育関係者からの質問が多く、研究者らには米国の俳句教育の一端が見えたように感じた。93年度は初めに非言語コミュニケーションに題材をとるという方針を立て、しかもその中でも比較的わかりにくいと指摘される身体動作に付いてまず調査した。調査を進めていく中で、日本人にとってもその語源・由来が性格に理解されていない言い回しもいくらかあり、付随的な事ではあるが再認識を深めた。

日本語学習者がしばしば誤解し、わかりにくいがどうしてそうするのか知りたいという分野である。具体的には、「手刀を切る」「首になる」「肘鉄砲を食わす」といった語源、由来に付いて説明が必要なものを収集し、ビデオスキットにし、その後インターアクティブな日本語教材をオーサリングソフトを用いて制作した。現在パイロットテストの準備段階であり、詳しい結果は出ていないが、写実的ビデオスキットが分かりやすいとの意見はいく例かで出ている。これまでの開発状況と狙いに関しては、93年10月の日本教育工学協会にて報告した。本年度の問題点はビデオファイルとしてコンピュータのモニターに提示するときメモリー不足で、動画の1秒間のコマ数が非常に少なくなり動作がゆっくりになってしまうことであった。ハードウェアの問題なので、来年度は設備を改善する予定である。ソフトウウェアの相性も今一つ良いとはいえず、来年度にかけてupgradeをして環境を整えて行かねばならないだろう。本年度は研究のまとめの年であるので、市販されたり、あるいは独自の目的で制作された日本語教育分野のコースウエアの内容を分析することも時間をかけ、本研究の位置付けを計った。具体的には、過去3年間で開発した『HyperHAIKU』と『非言語コミュニケーション』の評価のまとめを基盤にし、その他のコースウエア(コンピュータ機器などを利用したインターアクティブな教材)との比較、検討を行った。その結果、開発当初の見通し通り、市販されているコースウエアにおいては、漢字などの表記に関するもの(KanjiMaster:Hyperglot社;NihongoWare1,2:Ariadne社;KanjiCard)が多く、日本語教育の特殊性が改めて、観察できた。この結果は、研究初年度に参考資料として扱った、NHKの日本語教員に対するアンケート結果を裏付けるものであった。また、付随的な調査結果ではあるものの、文化紹介、異文化理解を扱った教材(Exotic Japan:The Voyager Company;KYooto,Nara:Hyper-travel,Cheng&Tsui Company)に関しては、CD-ROMやビデオ映像の形式が多く、それも最近のものは単なる文化紹介という内容ではなく、目的指向の強いものが多いように思われた。日本で商売を行うときに必要な商慣習に関する知識や日本語表現をストーリー仕立てで紹介するといったようなものである。但し、ビデオ教材では学習相互作用のレベルが低く、本研究で目指す学習者と教材/メディアとのインターアクションがあまりないと言える。今後オブジェクト指向のコースウエア開発はもちろんのこと、学習者がさらに積極的に学習過程に参加できる、楽しめる教材が開発されることが望ましいのではないだろうか。
ハイブリッド化による大口径高感度の新型光検出器の開発

本年度は最終年度を延長し、研究を継続した。特に、イタリアナポリグループとの共同研究が主目的である。昨年度までに日本における新型光検出器の性能確認はほぼ終了しており、本年度は同様な光検出器サンプルをナポリグループに送り、彼らの試験システムによってシングルフォトン検出効率及びその印加電圧との関係、量子効率の測定を実施してもらうことである。彼らの結果は我々のシステムとまったく異なることから独立した二つの実験的検証結果を得たことになる。お互いの測定結果と比較し、より深い理解及び開発点を探ることが可能となった。両者の結果は矛盾なく、我々の測定結果の信頼性が確認できたことが大きな成果である。特に量子効率の測定では、測定装置がことなることから若干の違いがでることが予想されたが、二つの結果はほぼ同様であり、今後の実験に大きな自信となった。この共同研究がきっかけとなり、今後も可能なかぎり新型の光検出器の開発について情報共有し、成果をあげていくことが確認できた。これは今後の新たな展開となり得ると考える。本研究は、ハイブリッド技術を用いることでシングルフォトンに高感度を持った大口径の新型光検出器を開発することである。光センサーにはMPPCを用い、真空管技術を応用して小面積センサーであるMPPCを、大きな面積にまで高い検出効率をもつ全く新しいセンサーとして使用可能にするものである。平成27年度の実績として、まず小型のハイブリッド型PMTの製造を浜松ホトニクスにて行い、その性能評価を行った。シングルフォトンに対しての応答については、良好な性能を得た。このことから、ハイブリッド化したことで、大口径化してもシングルフォトンに感度があることが実証できた。これによって今後の大型化への第一ステップを達成できたと考える。ハイブリッド化に関しての詳細な技術的な側面についても、フォトカソード作成のための活性化プロセスや、それがMPPC性能に与える影響など製造上の基本的な点について、今回の小型化サンプルを用いて調べることができたことは大きな意義である。これにより潜在的な問題は概ね解決できるという目処がたったということができる。また、真空管内部の電場についても、今後の改良の余地はあるが、コンセプトとしては、正しく動作し、フォトカソードで生成された光電子がMPPCへ信号を残したということで、検証ができた。さらに、今回の実験で、信号読出し装置を含む周辺機器の整備が進んだことが挙げられる。特に読出し電子回路の制御等は、今後の実験に十分に適応できることが判明した。これらの点も、今年度の大きな実績の一つである。小型化サンプルを実際に試作し、製造上の問題点を検証できたこと及びシングルフォトンの信号が確認できたことは、計画の中心的課題が順調に進行していることを示すものである。特に、製造上の問題は、場合によっては、浜松ホトニクスの製造装置の改良などが必要な可能性もあった。今回の試験結果によって、それが回避できるということは、今後の大型化に向けた製造について大きな障壁がない。これは非常に重要なことである。同時に、シングルフォトン信号検出の点においては、今後は性能向上にむけた改良を中心に推進すれば良いことが判明した。この二つの点からは、当初の計画以上に進行しているということが言える。一方、潜在的な問題点としては安定な動作の確認である。試作サンプルでは、一カ月程度連続運転し動作試験していない。したがって、長期安定性については、試験項目として残っている。ただし、安定性については、たとえ問題が発生しても、MPPCのシリコンに関する構造や表面膜の追加など、今まで培われた技術が有効と思われる。よって、近未来にはおそらく達成可能と予測しているが、実証という点では遅れている項目である。その他の点について、計測機器や実験周辺機器の整備については順調に進んでおり、昨年度の試験から問題なく動作し、今後もこれらの装置を使用し試験を連続的に行えるという点では、問題ないと言える。また、浜松ホトニクスとの協力体制について、昨年度に行ってきた技術的打合せやメールによる情報交換が有効に機能することがわかった。人的資源についても、研究代表者が中心に行えることで、今後の研究をさらに展開していくことが可能であることも明らかにできた。以上の点から、総合的に判断したものが、上記の評価である。光センサーには、MPPCを用い、真空管技術を用いて小面積センサーであるMPPCを真空管内に設置することで、大きな面積にまで高い検出効率をもつ全く新しいセンサーとして使用可能にするものである。昨年度の実績から、この新型光検出器製造にあたっての障害はほぼなくなっており、基本的な動作は可能であることがわかっている。これらの受け、2016年度の研究は、開発している新型光検出器に関して(1)シングルフォトン感度において高性能を目指すこと及び(2)検出器自身のより長期的な安定動作の検証が主な点である。(1)シングルフォトン感度の向上:デザインを改善し、光電子の飛跡経路を計算機を用いてシミュレーションを行い、より効率のよくMPPCに集積するように電場の配置を再考し、これらの最適化を行った。また、光電面の量子効率の向上に向け、アルカリ活性化の方法の検討し、光電面の端部においても均一な値をもつようにした。MPPCのゲインについては、現状で十分な値が得られているが、アルカリ活性化で漏れ電流が増加しており、これの低減の可能性について検討を行った。これは次の長期安定性とも関連があると考えている。

(2)長期的な動作の検証:新型光検出器の安定動作の検証として、100時間程度の連続運転を実施。シングルフォトン感度及びゲインの変化を測定した。また、印加する電圧を低くできれば安定動作につながるため、印加電圧を低くし、感度の変化を調べた。電圧が低くなれば、光電子の集積効率が悪くなるので、二つの相反する項目について最適化を行った。以上の内容が2016年度の主な研究概要である。昨年度は新型光検出器の製造可能性と動作確認が主な成果であったが、本年度は、より詳細な項目を検討し、性能向上を目指した。このような研究推移は、新しい検出器開発の進捗としては順調であることの証左と考える。シングルフォトン感度の性能向上については、MPPC付近に電場成型用の金属板をもうけ、光電子の集積効率を上げることが可能となった。真空管の形状については、これらの電極を設置できるような構造とした。このような改善は感度向上に効果があるだけどなく、製造過程の容易化にも貢献すると考えられる。また、ゲッターを内部にもうけ、より徹底した不純物の除去ができるように変更を加えた。光電面の量子効率の一様性を上げるため、アルカリシールド板を加え、光電面一面により均一にアルカリが付着できるようにした。これらの改良後の新しいサンプルの試験において、ピークにて37%と高い量子効率を得ることができた。また、光電子の集積効率も向上し、より均一なレスポンスが得られることがわかった。長期安定性については、上記でも記載のように、現状は100時間ほどの連続運転にてゲインや感度について問題ないことが確認できた。これによって、全く新しい検出器ではあるが、その構造や製造方法などに関して根本的な問題がないことが検証できた。しかし、100時間以上の連続運転について試験を行う必要があると考える。また、低い電圧印加での性能試験では、1kV程度の電圧にて十分にシングルフォトン信号の検出が可能であることが判明した。検出効率との関係を詳細に調べる必要があるが、これは低印加電圧での動作は長期安定性に大きく寄与すると考えられるので、良好な兆候と言える。光検出器の測定試験の環境は十分に揃っており、浜松ホトニクスとの連携も密にしており、これらはボトルネックとはなっておらず、スムーズな製造、試験を実施している。最終年度となるため、以下のことを実施した。(1)系統的に新型光検出器の評価を行い、製造過程を改善する、(2)改善後に新たなサンプル製造を行い、性能改善を確認する、(3)すべてのサンプルを用いて総合試験を実施することの3点である。最初に新たに製造した新型光検出器2台の個別に性能評価し、フォトカソードの量子効率、電圧依存性及びシングルフォトンに対する検出効率の一様性を確認した。サンプルが複数になったことにより、より系統的に調べることが可能となった。この測定結果から、シングルフォトンはどのサンプルでも検出可能であることが確認できた。
ＭＲＩと画像相関法を併用した骨リモデリング予測システムの開発

臨床においては、非侵襲的にCTやMRIの画像から骨内のひずみ分布を容易に可視化することができれば、各種骨疾患の診断に有力な手段となる。本研究では、骨折の破壊危機レベルを表す指標を見出すために、MRIにより得られた海綿骨骨梁画像に対し、開発した画像相関法システムを適用し、ひずみ分布の推定を行った。その結果より、骨梁のひずみ分布パターンを明らかにすることができた。さらに、臨床応用を目指して適切な画像処理条件を見出す事ができた。本計画期間を通じて、人を対象としての評価を行うことはできなかったが、ひずみ推定システムについては、骨組織に対して今後の臨床応用に十分耐え得る定量的評価が可能であると考える。本研究の全体構想は、MRIにより得られた海綿骨骨梁画像の画像相関法によるin vivoひずみ解析を行い、骨組織上に発生するひずみ分布と微小損傷の進展挙動との関連を定量化し、骨折の破壊危機レベルを表す指標として、ひずみ分布パターンの有用性を証明することである。本年度はMRI装置による画像取得実験を試みた。具体的にはMRI装置内で皮質骨試験片に負荷を行い、負荷状態と無負荷状態の骨梁の画像を取得した。これらの画像に、開発したデジタル画像相関法によるひずみ推定システムを適用し、骨梁のひずみ分布の測定を試みた。画像相関法については本計画の根幹をなす測定技術である。現在、JAVA言語によりプログラムが開発されており、測定の精度について日々検討中である。その結果、ひずみ測定がかなりの精度で可能となっている。測定精度の向上については、取得画像の画像処理が重要となり、有限要素法による解析結果が精度評価に不可欠なものと考えている。しかし、今回の画像相関法による実験では、従来行っていた試験片へのランダムパターンの塗布を行わなかったため、正確なひずみ値ならびにひずみ分布が測定できないことが判明した。これは最終的に行うin vivoひずみ解析においてもランダムパターンの塗布は事実上不可能であり、本年度はこれらを回避できる撮像条件や画像処理方法の検討を行い、現在も検討を重ねている。なお、定量的にひずみが評価できているのかについて新たに検討を行い、ランダムパターン塗布の場合は、定量的にひずみが測定できることを確認している。その結果については、現在論文にまとめて成果報告の予定である。骨強度推定の因子として、骨のリモデリング機構(代謝・再生・修復)の解明が重要であり、そのためには、骨内に生じるひずみ分布の特徴付けを正確に行う必要がある。臨床においては、非侵襲的にCTやMRIの画像から骨内のひずみ分布を容易に可視化することができれば、各種骨疾患の診断に有力な手段となり得る。本研究では、骨折の破壊危機レベルを表す指標を見出すために、破壊じん性試験により得られた皮質骨損傷画像(無負荷ならびに負荷)に対し、開発した画像相関法解析システムを適用し、ひずみ解析を行う。その結果より、骨組織の微小損傷(破壊特性)とひずみ分布パターンとの対応関係を明らかにする。さらに、臨床応用を目指して、適切な画像処理条件を見出すことを目的としている。そのため、まずウシ大腿骨骨幹部より採取した皮質骨の微小損傷発生実験(破壊じん性試験)を行った。実験は試験片に設けたスリット先端より進展する微小損傷観察画像を高速度カメラにより撮影し、詳細に観察した。また、この画像に対しデジタル画像相関法によるひずみ解析を実施し、観察画像とひずみ場、両者の対応関係を評価した。MRIを用いた実験は、画像相関法により骨梁のひずみ解析を行うため、無負荷時と負荷時のMR画像の取得が必要である。この場合、MRI装置内で、しかも被験者を仰向けの状態にて膝関節に負荷を与える必要がある。この状態を満足させる関節荷重負荷装置の開発が実験遂行上重要となる。平成24年度はこの装置の設計構想を行った。本研究の全体構想は、MRIにより得られた膝海綿骨骨梁のひずみ分布を、開発したデジタル画像相関法ひずみ解析システムを用いて可視化することが目的である。骨梁に発生する目に見えないほどの小さな骨折(マイクロクラック)は骨のリモデリング(代謝・再生・修復)を促すと考えられている。このマイクロクラックの発生機構とひずみ分布の関係を定量化できれば、骨折の予防や骨折後の修復など、各種骨外傷や骨疾患などの診断に有効な手段となり得る。そのため本研究では一貫して、ひずみ解析システムの測定精度の向上や、MRI装置内で膝関節に一定荷重を加えることが可能な装置の設計に努めてきた。MRI内での撮像は、強い磁場中での安全性を考慮に入れた装置の設計が必要で、膝関節に有効なひずみを発生させるほどの一定荷重を加えることが可能な装置の試作がまず一つの課題であった。

また、本研究で開発したデジタル画像相関法を基礎におく骨ひずみ分布測定システムは、試作段階では骨試料表面にランダムパターンの塗布が必要であったのに対し、臨床で使用する場合、このようなパターンの塗布は事実上不可能である。そのため、最終年度は荷重負荷装置の試作機完成と、ランダムパターンの塗布の必要がない画像の撮像条件などの回避策の新たな考案について研究の焦点を絞った。本年度は、人を対象として計画を実行することはできなかったが、当初の計画通り、荷重負荷装置に設置したブタ膝関節を用いて撮像が行える状態まで負荷装置試作が進んだ。また、ひずみ分布可視化システムについては、ランダムパターンの問題が残されたものの、骨試料に対して、今後の臨床応用に十分耐え得るひずみの定量的測定が行えるまでの精度の向上が見込めたと考えている。医用機械工学「研究実績の概要」でも述べた通り、第一に試験片へのランダムパターンの塗布がないと正確にひずみが測定できないことが判明した。そのためin vivo実験では事実上ランダムパターンの塗布ができないため、ランダムパターンなしで測定が行えるように、ソフトの改良の必要性が新たに生じた。本研究では当初骨梁パターンがランダムパターンとして有効であると推測していたためである。第二に上記問題に伴い、ウシの皮質骨では画像の輝度の変化が少なく、輝度にある程度パターンがあるブタ海綿骨に試験片を変更して実験を行うことを考えた。よって、考案した負荷装置の変更が生じた。またはこれからも生じると予想される。依然として負荷装置の製作に難渋しているのはそのためである。本研究の主な目的は、(1)開発した画像相関法プログラムの妥当性評価、(2)画像相関法を用いたブタ海綿骨の微小損傷発生実験により骨組織の破壊特性と組織ひずみパターンとの対応関係の定量化、(3)MR画像に画像相関法を適用し健常成人ならびにブタの膝関節海綿骨骨梁のひずみ分布の定量化、ならびに(4)数値実験(応力解析)により(1)、(2)で行った画像相関法によるひずみ解析の妥当性を評価することである。まず実験に用いた骨組織であるが、一定の安定した機械的特性を有する骨の入手が困難という観点から、ウシ皮質骨への変更を行って実験を行い、目的(1)については画像相関法による本システムのひずみ量の測定値が一般構造材料のひずみ測定において理論値とよく一致していることから、本手法の有効性を確認している。これらの結果から骨組織に対する測定精度についても問題がないと考えている。しかし、目的のブタ海綿骨骨梁パターンについての実施が遅れている。目的(2)については、骨の微小損傷領域とひずみの発生領域の対応を目視で観察するに至ってはいるが、骨折進展予測の観点からは、定量化に関して各ひずみ成分のさらに詳しい評価が必要である。目的(3)の実験計画であるが、被験者を仰向けの状態にて膝関節に負荷を加える関節荷重負荷装置の開発において、装置の考案を行っている最中である。しかし、MRIの磁場の影響を受けることのない材料の選定が必要であり、強度の面で設計構想が難航している。最後に、有限要素法による応力解析については、微小損傷試験で用いたウシ皮質骨試験片に対し解析を行い、目的(1)における妥当性評価が終了したところでありる。以上の結果より、本画像相関法による測定結果を裏付ける結果を得ている。