hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
社会関係資本が経済発展におよぼす影響の国際比較

コミュニティの発達度合いや人々の間の信頼関係などをあらわす社会関係資本(Socialcapital)が社会経済にどのような影響を与えるかを考察した。個人レベルのデータに基づいた分析結果から、社会関係資本は、個人の選挙参加を促すことや所得分配政策への支持度合いを高めることがわかった。また、居住地域の構造などによって、個人のコミュニティへの参加程度に違いが生じることが分かった。ただし、これらの効果は個人の属性などによって変化する場合がある。本研究の目的は、主に個票レベルのデータを利用することにより、社会関係資本がどのように人間の意識や行動とかかわっているかを、世界各国の制度的基盤(法律、歴史、文化)の違いに着目しつつ明らかにすることであった。本年は、国際比較を行うまえに、まず日本において社会関係資本がどのような役割を果たすかを分析するためにデータを整理した。具体的にはJGSSデータと各都道府県別データの統合を行い個票レベルのデータを構築した。現在はこのデータを利用して、家計の行動を分析している。一方で、以前から行ってきた都道府県レベルの集計データを利用した研究のうち、3本の論文が国際学術専門雑誌に掲載された。これらの研究では、それぞれ(1)社会資本が自殺をいかに抑止する働きをするかを分析したところ、社会資本の自殺抑止効果が男女間で大きく異なることが明らかになった。(2)社会資本が自然災害の被害をどの程度軽減するかを検証した。その結果、社会資本が大きい地域ほど、自然災害の経験をより有効に生かして災害の被害を小さくなることが分かった。(3)社会関係資本が人的資本形成に与える可能性を、小中学校の長期欠席データを用いて検証した。検証結果は、社会的資本が大きいほど長期欠席比率が低下する傾向を示していた。これらの研究はいずれも個人レベルの特性を考慮した分析ではないために、推定結果の精度はそれほど高くはない。本年度構築した、個票レベルのデータを用いることにより、さらに詳細かつ精度の高い分析を行うことが今後の課題として残されている。日本の研究についてはJGSSデータと各都道府県別データの統合を行い構築したデータを利用して、Social capital(社会関係資本)が所得分配にどのような効果をもつかについて統計分析を行うことが、研究目的の一つであった。この研究結果は次のワーキングペーパーにまとめた。調査時点での居住地域での居住年数や近隣住民の特徴により、人々は町内会活動などへの参加頻度が変化することが分かった。また、本人の特徴よりも周辺住民の特徴の効果が大きいことも明らかになった。したがって、個人が置かれた生活環境がSocialcapital形成に大きな役割を果たすことが分かった。これらの結果は、Journal of Socio-Economics、Economics Bulletin、International Advances in Economic Researchなどの査読付き国際学術誌に発表された。一方、コミニ・ニティへの関わりが強いほど、喫煙行動が抑制され(Japan&World Economy誌)、選挙への投票行動が積極的になる(Applied Economics誌)ことも明らかになった(カッコ内は掲載された国際学術誌の名前)。以上の結果は、個人の意識決定は周囲の人間関係から独立して決まるものではないことを意味する。これまで日本において、Social capitalの機能を実証的に分析した研究はほとんどなかった。上記の研究成果は、海外におけるSocial capitalの実証分析結果との比較をするうえで、非常に重要な意義を持つと考えられる。当初の研究目的は、日本と世界各国の社会関係資本の社会経済へ与える影響を分析することであった。日本の研究については、JGSSデータと各都道府県別データの統合を行い構築したデータを利用して、Social capital(社会関係資本)が所得分配にどのような効果をもつかについて統計分析を行った。主要な発見は、次のようにまとめられる。(1)社会関係資本が大きいほど、高所得者は所得再分配政策を支持する。(2)低所得者の再分配支持の度合いは社会関係資本とは相関しない。この研究結果はEuropean Journal of Political Economy(国際的査読つき学術専門誌)に掲載された。このほか同じくJGSSデータを利用し、地域住民が他者に対して抱く信頼感が、どの程度地方政府規模の影響を受けるかを分析した。その結果、政府規模が大きくなるにつれて、就業者の他者への信頼程度は低下することが分かった。この成果はReview of Social Economy(国際的査読つき学術専門誌)に掲載された。国際比較としては、社会関係資本が自然災害や人的災害の被害度合にどの程度関係するかを分析中である。今後は現在行っている分析結果をワーキングペーパーにまとめたうえで、国際学術誌に投稿す予定である。主に個票データを利用して、次の研究を査読付きの国際学術専門誌に発表した。日本における、Social capitalの形成要因を検証。Social capitalが投票参加行動、健康状態、喫煙行動などに与える影響の検証。これらの、結果からSocial capitalが、経済発展にかかわる人間行動に深く影響することが分かった。この点では、研究は大いに進捗したが、日本以外の国との国際比較については、現在データ解析を進めているところである。24年度が最終年度であるため、記入しない。

現在、個票データを利用してSocial capitalが出生率に与える影響を検証するために、中国、台湾、韓国、日本の国際比較の分析を進めている。さらに、ヨーロッパの研究者と共同でSocial capitalの効果の日欧比較の可能性を議論しているところである。将来的には、この共同研究を発展させて包括的なSocial capitalの国際比較研究を進めていく計画がある。24年度が最終年度であるため、記入しない。
分子シャペロンHsp90を標的とした多角的な抗癌剤開発研究

本研究は、抗癌剤開発における新たな分子標的として期待される分子シャペロンHsp90を標的として、理論的かつ多角的なHsp90阻害剤開発を目的としている。本年度は新規小分子Hsp90阻害剤として設計した、Hsp90の天然基質ATPと高活性ATP競合型Hsp90阻害天然物であるゲルダナマイシンのキメラ化合物、シクロファン型アデノシン誘導体の合成を行った。アミド窒素上に2,4-dimethoxybenzyl(DMB)基を導入してアミド結合周りの回転を促進させることによって、定量的に閉環メタセシス反応(RCM)が進行することを見出し、ひずみの大きい14員環シクロファン骨格の効率的な合成法を確立した。しかし、DMB基を合成の最終段階で酸処理によって他の保護基と一斉に除去することを計画していたが、長時間の強酸性条件が必要であり、基質が分解してしまうという問題を残した。そこで、DMB基と同様の環化補助効果を有し、弱塩基性条件下で除去可能な新規環化補助保護基として4-(tert-butyldimethylsiloxy)-2-methoxybenzyl基を開発した。本保護補助基を導入した基質のRCMおよび脱保護は効率的に進行し、設計したシクロファン型アデノシン誘導体を高収率で得る合成経路を確立した(3'-0-アリルアデノシンから10工程33-39%)。合成した誘導体のヒト由来乳がん細胞SKBr3に対する殺細胞活性を評価した結果、弱いながらも活性を有することが明らかとなった(IC_<50>=30-100μM)。現在、殺細胞活性の向上を目指し、置換基導入やシクロファン環のサイズの変更等の誘導体合成を検討している。
抗悪性腫瘍薬による血管障害の発現機序解明と予防・治療策の確立に関する研究

【研究目的】抗がん剤投与に伴う静脈炎や血管外漏出などの血管障害が生じた場合、患部の冷却やステロイド剤の適用といった対症療法が行われるものの、積極的な治療あるいは予防策はほとんどなされていないのが現状である。本研究では、抗がん剤による血管障害に対する予防・治療策の確立を目指して、in vitro血管障害評価モデルを作製し、発現機序の解明を行った。【研究方法】壊死性抗がん剤(ビノレルビン、ドキソルビシン)、炎症性抗がん剤(シスプラチン、5-FU)、非炎症性抗がん剤(メトトレキサート、シタラビン)を培養ブタ大動脈血管内皮細胞に処置し、細胞生存率をWST-8法により測定した。各濃度における細胞生存率から50%細胞阻止濃度(IC50)を算出し、各種抗がん剤に対する血管内皮細胞の感受性を比較した。ビノレルビンによる細胞死の評価には、PI(propidium iodine)/Annexin染色法、カスパーゼアッセイ法を用いた。ミトコンドリア機能はJC-1染色法により評価し、細胞内ATP含量は高速液体クロマトグラフ(HPLC)にて定量した。【研究成果】各種抗がん剤の処置により、血管内皮細胞に障害が惹起された。その障害は、壊死性、炎症性、非炎症性抗がん剤の順に高く、特にビノレルビンにおいて顕著であった。本検討結果は、臨床における「血管外漏出時の抗がん剤の組織侵襲に基づく分類」と一致しており、本モデルの有用性が示された。一方、ビノレルビンにより障害された細胞は、PI/Annexin染色に陽性:であり、時間依存的なカスパーゼ3/7の活性が認められた。さらに、ビノレルビン曝露により、細胞内ATP含量が有意に低下し、曝露後6時間よりJC-1染色陽性細胞が確認されたことから、ビノレルビンによる血管内皮細胞障害は、ミトコンドリア機能異常を伴うアポトーシスにより誘発されることが明らかとなった。
代謝酵素遺伝子多型に基づいた宿主環境相互作用と発癌感受性の研究

本年度は、まず、in silicoで、スプライス異常を起こし、機能差のおこりうる多型を同定し、実際にその遺伝子TMPRSS4,NPHP4,ORCTL4に異常mRNAが生じることを示し、本邦における頻度を調べた。また、酸化的DNA傷害の修復にかかわる遺伝子MYHおよびNEIL1の多型,体細胞変異を同定した。MYHには本邦にスプライス異常により核移行が出来なくなる多型MYHIVS10-2A>Gが存在することを明らかにした。胃癌および大腸癌の症例対照DNAでこの多型の癌のリスクを評価した。次にMYHに知られているこの新たな多型も含めて14の多型について検索し、ハプロタイプ構築を行い、頻度の上位のハプロタイプについてさらに環境要因を交絡因子に入れながらリスク評価を行った。今回検索した腫瘍内にはセカンドヒットとなるような変異は見いだされなかった。NEIL1は胃癌細胞株、胃癌腫瘍組織にc.82_84delGAG : p.Glu28del, c.936G>A, c.1000A>G : p.Arg334Glyといった体細胞変異をみとめた。とくに、c.82_84delGAG : p.Glu28delは非常に活性の低いタンパク産物であり、さらにc.936G>Aはスプライス異常により核移行のおこらない、従って修復能のないタイプであった。さらに、機能変化のみられない2新規多型を同定した。ゲノム上に、環境要因の影響を強くうけやすく、不安定あるいは脆弱な部位を同定するために、replication timingの測定と、ampliconの部位とを比較し、timingの移行部に生じやすいことをしめし、腫瘍ampliconの生成機構を提案した。また、内的環境要因のEPHリガンドEFNA1が受容体EPHA2に作用し、後者を強発現している胃癌細胞の増殖を抑制をすることを明らかにした。薬物代謝酵素多型と環境要因との相互作用については、食餌歴、とくに肉食の頻度を考慮した胃癌の症例対照DNAを用いた研究で、Cyp2E1のRsaI多型のvariant formが、胃癌のリスクを下げる傾向があることを明らかにした。また,この程度はethnicityによって異なった。さらに、タバコ中のハイドロキシラディカルによって生じる8-OHグアニン付加体の修復酵素であるOGG1多型をしらべると、喫煙関連肺癌で弱いながらも有為なリスクマーカーになったalleleが、胃癌では影響しなかった。しかし喫煙のおよぼす胃癌発症のリスクが、このgenotypeによって異なっていた。この現象は中国江蘇省の胃癌、食道癌でも同様の傾向であった。中国の食道癌のendemicareaで摂取されている食物をラットに投与することで、実験食道癌を作成し、その、腫瘍のmolecular fingerprintを調べるためdifferential display法をもちいた。その結果、MycやMadといったtranscription factorのpartnerでもあるMxi1という遺伝子を単離し、腫瘍中にmutationを見い出した。しかし、本邦の食道癌のようにnon-endemicな状況ではこのような変異はなかった。一方、Pathology Archivesを用いた、染色体数を同定する手技を開発し、retrospectiveに胃癌を検討したところ、sporadicな胃癌と家族集積性で多発といったハイリスク群の腫瘍ではsequentialな染色体数増加のパターンが違っていた。CYP2E1のRsaI多型、OGG1のSer/Cys多型、CYPlA1のIle-Val多型、Il-1bの多型などを肺癌、胃癌の症例対照研究、ヘリコバクターピロリ感染者の慢性胃炎例などで検索した。CYPlA1のVal/Val型、OGG1のCys/Cys型が、喫煙と年令を調整した算出によって肺の扁平上皮癌のリスクの上昇と関わっていることが明らかになった。また、CYP2E1の変異型は交絡因子として肉食歴についてしらべ調整してみると、胃癌においてリスクを下げる方向にはたらいていた。Il-1bの多型は、ヘリコバクターピロリ陽性の慢性胃炎患者の胃炎の程度と関係していた。さらに、胃癌の染色体不安定性は、家族歴の濃厚な胃癌の一部で、通常の散発性胃癌にみられるプロフィールと異なることがわかった。ベンゾピレンなど、通常の環境内の癌原物質の影響を、とくに、膜直下のレセプターEPHとその下流のGEF分子PIXなどの動態を主に検索した結果、aPIXがPAKとともにベンゾピレンの引き起こすアポトーシスなどの経路に関わっていることがわかった。これらの分子郡を、環境発癌物質による癌組織自体のなかで変わっているかどうかを調べているが、現在まで調べた範囲では胃癌などでは非常に稀である。本邦の胃癌を発端者とする900におよぶ家系図をもとに、分離比分析をおこなったところ、メンデル遺伝する多因子モデルがもっとも想定されやすく、純然たる環境要因モデルは棄却された。したがって、遺伝的要因の存在を前提にした種々の研究計画の合理性が支持された。上記の結果から、日本人に頻度の高い非遺伝性腫瘍の発生に、遺伝的多型め種々のものが影響を与えていると結論され、個体特性に応じた癌の予防や治療のための重要な基礎的知見として、更に研究が期待される。症例対照DNA93例の食道癌および98例の胃癌を用いて、代謝酵素多型(CYP2E1など)、修復酵素多型(OGG1,多型など)を、想定される酸化的DNA障害との相互作用を検討しつつ解析した。

その結果CYP2E1の多型は、上部消化管の癌への喫煙のリスクを修飾していたが、食事歴などを考慮してもrare variantそのものによる胃癌への有為なリスク上昇や低下は認められなかった。同様にOGG1のCys型も飲酒の食道癌へのリスク(odds ratio)を上昇させるという結果であった。慢性胃炎患者のうち胃液のpHの測定できたH.pylori陽性367例について行った。炎症のmediatorである、IL-1bのregulatoryregionの多型を調べた。全例、ヘリコバクターの抗体陽件であり、Sydney分類に従って、胃炎のgradingを行った。具体的には、リンパ球好中球浸潤の程度、本来ある固有胃腺の萎縮脱落の程度を胃体部および幽門前庭部で、2名(ひとりは病理医)で判定した。さらに年齢別に層別した。多型の同定は、-511の部分をAvaI消化で同定するPCR-RFLPで、-31多型(PCR-SSCPで同定,transcription regulatory領域)とのほとんど完全な相関を確認してい。H.pylori陽性の患者群で、IL-1b多型が胃炎の程度や、年令による胃炎の進行過程を修飾していることがみられた。胃癌のPathology archivesより、tissue microarrayerにて、乳頭饗胃癌で17箇所の染色体centromereを認識するprobeで当該染色体の数の異常を調べると、染色体数の異常の程度は軽く、一方、microsatellite instabilityが存在する頻度が高い。これは、大腸癌ではHNPCCに生じる癌の特徴でもあった。既存のDNA症例対照DNAを用いた解析スプライス異常をおこす多型遺伝子多型の選択は、従来の発がん研究から予想されるような、癌原物質の代謝や、解毒、DNA障害の修復にかかわる遺伝子の多型に加え,database上で、スプライス異常を起こしうる場所にある多型、転写制御遺伝子部位にある多型などを抽出し、その機能差を確認してから、症例対照DNAの評価を行った。<I>In silico/I>での多型の抽出は、NCBIの多型databaseで、splice siteというキーワードで抽出し、さらに腫瘍の生物学的性質となんらかの関連のありそうな遺伝子を順次とりあげ、その多型が実際に存在すること、産物のRNAレベルでの確認、その異常による不完全あるいは機能のないタンパクの産生、さらに異常による局在の異常などの生物学的性質の変化を明らかにした。そののちに、実際のヒト胃がんや大腸がんの症例対照DNAを用いて分子疫学的意義を評価した。その際、食事歴や喫煙歴などの環境要因との相互作用を見た。これまで、このような方法で、あがってきた候補遺伝子多型は10数個であり、本年度は、うち3種頬、KLK12,MYH, Neil1については異常タンパクの産生や、局在の異常、機能の異常を確認したKLK12はserine-protease familyの遺伝子でPSAもこの仲間である。Splice variant IVS4+2T>Cは比較的commonな多型であり(allelle Tが37%)、T/T:T/C:C/Cは16,42,42%であった。
熱帯熱マラリア生殖母体形成の人為的誘導とその機序の解析

先に抗熱帯熱マラリア原虫抗体産生hybridoma細胞を用いて、熱帯熱マラリア原虫FVO株の生殖母体形成を人為的に誘発することに成功し、この成果を基礎にして次の研究を行った。1.生殖母体形成がFVO株以外の他の株にもみられるかどうか、2.生殖母体形成誘発率を高める試み、3.誘発して得た生殖母体の生存日数を延長させる試み、4.生殖母体形成誘発活性物質の同定である。1.に関しては、0662、FCB1、FCRー3及びR・FCRー3の3株、1クローンを用いて生殖母体形成誘発実験を行い、いずれの株においても生殖母体形成の誘発を認めた。2.に関してはマラリア原虫培養液にハイポキサンチン50mg/l、レーグルタミン500mg/lを加えて培養し、生殖母体形成誘発液を作用させると、極めて高い生殖母体形成誘発率を示し、無性生殖期原虫の約10%を有性生殖期原虫(生殖母体)へ分化、誘導させていくことが出来るようになった。3.に関しては生殖母体の培養培地、培養条件などを検討し、生殖母体の生存日数を従来の45日から2週間に延長させることに成功した。方法はgas flow法を用いてRPMI1640培地で原虫を培養し、5日後、生殖母体形成誘発液を24時間作用させる。その後は1μg/ml(最終濃度)のパラアミノ安息香酸を加えたWaymouth培地に切り換えて培養し、4日後から6cmのペトリ皿を使用し、それまでのgas flow法からcandle jar法に変えて培養する。その結果、通常は蚊の中腸内でのみ見られる有性生殖期の各発育期、すなわち雌雄生殖母体の雌雄生殖体への発育、受精、融合体形成、虫様体形成とその成熟がそれぞれin vitroで観察された。4.に関しては、分子量1,000以下の水溶性低分子量物質であること、200°C、30分の乾熱によって失活しないこと、などがわかった。しかし誘発物質の同定にまでは至っていない。先に抗熱帯熱マラリア原虫に対する抗体を産出するhybridoma細胞の培養上清液を用いてこの原虫の生殖母体形成を人為的誘発することに成功した。そこで、昭和61年の研究として、1.生殖母体形成誘導活性物質の解析、2.生殖母体形成機序の解明の2点を計画した。1.の研究については現在進行中であり、成果が得られているが繰返した研究が必要な段階である。2.の研究に関しては誘発された生殖母体の生存日数が45日間と短かかったため、まず、誘発された生殖母体の生存率を高めることが重要であると考え、研究計画に記載していなかったが、生殖母体の培養培地、培養条件などを検討した。その結果、下記の培地と培養方法を用いると生殖母体の生存日数の延長が顕著にみられ、2週間以上も生存することがわかった。方法は10%の割合に人血清あるいは馬血清を加えたRPMI1640培地で原虫を培養し、培養5日後、810%のparasitemiaを示す時、生殖母体形成誘発液を24時間作用させる。その後は、1μg/ml(最終濃度)のパラアミノ安息香酸を加えたWaymouth培地を用い、培養4日目からは直径6cmのpetri dishで、candle jar法で培養する。

培養した原虫の形態観察であるが、培養中の原虫を含む血液の厚層塗抹標本を作り、乾燥を防ぎつつ、1530分放置すると鞭毛脱出現象が観察された。また、電顕によって生殖母体を調べると生殖母体の表面に赤血球が膜状構造として痕跡的に附着するか、あるいはそれすらも残らず、次の時期への発育をうかがわせる所見が得られた。このような生殖体形成は通常、蚊の中腸内でおこる現象であるが、原虫の培養条件を検討した結果、生殖母体が長く生存出来るようになり生殖体形成がin vitroでみられるようになったわけである。先に抗熱帯熱マラリア原虫に対する抗体を産生するhybridoma細胞の培養上清液を用いて熱帯熱マラリア原虫の生殖母体形成を人為的に誘発することに成功し,更に昨年度の研究により,誘発した生殖母体の培養維持が可能になった.昭和62年度の研究として, 1.生殖母体形成誘発が従来から用いてきた株以外の株にもみられる現象がどうかの検討, 2.生殖母体形成誘発率を高める研究, 3.誘発して得た生殖母体の生物学的活性の保持の検討の3点の研究を計画した.その結果, 1.の研究に関しては従来から用いてきたFVO株以外に0622, FCB1, FCR-3及びR・FCR-3の3株, 1クローンを用いて生殖母体形成誘発実験を行い,その結果,いずれの株においても生殖母体の形成を認めた. 2.の研究に関しては生殖母体形成誘発液及び原虫培養液にハイポキサンチン50mg/l, L-グルタミン500mg/lを加えることにより,極めて高い生殖母体形成誘発率を得ることが出来るようになった. 3.の研究に関しては,昭和61年度の研究成果に立脚し,更に最適な培養条件を検討して生殖母体の培養を行い,その結果,通常,熱帯熱マラリア患者の吸血後,蚊の中腸内でのみ見られる有性生殖後の各発育期をin vitroでの培養下で順次行わせていけることに成功した.すなわち,人為的に誘発して得た生殖母体の成熟,雄生生殖母体からの鞭毛脱出(雄性生殖体形成),雌性生殖体形成,雌雄生殖体による受精,融合体の形成,融合体からの虫様体形成,虫様体の成熟などの各発育期の完成である.これは無性生殖原虫から人為的に誘発した生殖母体が,自然に出現する生殖母体と何ら変わらない生物学的活性を持つことを示すものである.先に、抗熱帯熱マラリア原虫抗体産生hybridoma細胞の培養上清液を添加することにより生殖母体が人為的に誘発出来ること、および得られた生殖母体は成熟オーキネイトまで発育を続けること、生殖母体形成物質が耐熱性で低分子量物質が予想されること、などを明らかにした。そこで生殖母体形成誘導物質の同定を行うにあたって、まず、1.生殖母体形成誘導物質の特性について・・・これまでの研究経過により誘発活性物質は水溶性のものと思われるが、(1)誘発物質に親油性物質が含まれているか(2)誘発物質の分子量はどれ位か、(3)高熱の乾熱処理に耐えるか、などを検討した。その結果、(1)有機溶媒として用いたクロロホルム、エーテルでは活性物質が抽出できず、誘発活性物質はすべて水溶性であること、また水抽出で得た活性物質はこれらの有機溶媒処理によって損なわれないことが明らかになった。(2)分子量の決定は分子量10,000以下および1,000以下の物質をそれぞれ通過させる透析膜を順次使用し、活性物質の移行を検討した。その結果、生殖母体形成誘発物質が分子量1,000以下の低分子量物質であることを確認した。(3)熱安定性に関しては、200°C、30分の乾熱処理を行い、その後、活性物質を抽出して原虫の培地に加えたところ、生殖母体形成がみられ、強い耐熱性が確認された。
骨格筋の再生を制御するオステオポンチンに関する分子病理学的検討

骨格筋の障害時には多数の炎症性細胞が障害筋に浸潤する。我々は、オステオポンチン(OPN)が再生時にマクロファージに高発現する事を見いだしたので、OPN欠損マウスを入手し、筋再生実験を行い、OPN欠損の筋再生における役割を検討した。その結果、OPN欠損マウスにおいても、筋再生が対照群と同様に起こる事が明らかになった。一方、骨格筋再生に筋衛星細胞以外の骨格筋由来多能性幹細胞が関与する可能性に注目し、骨格筋の多能性幹細胞の候補であるSP (side population)細胞の筋再生中の動態をFACSを用いて解析した。その結果、骨格筋SP細胞はヘテロな細胞集団であり、その中でマイナーな細胞分画であるCD31陰性CD45陰性分画が、問葉系幹細胞様の活性を有し、in vitroで脂肪細胞、骨細胞、骨格筋細胞へ分化誘導できた。さらにNOD/Scidマウスに5-FUを投与し、内因性のSP細胞と筋衛星細胞を抑制した系では、CD31陰性CD45陰性分画が筋再生過程で活発に増殖し、筋再生を促進することを明らかにした。X-線局所照射を行ったマウス骨格筋に移植した系では、CD31陰性CD45陰性SP細胞は脂肪細胞、繊維芽細胞様細胞へ分化し、この細胞が進行した筋ジストロフィーの骨格筋でみられる脂肪変性、繊維化に関わっている可能性が示唆された。この脂肪分化はin vitro培養系ではLi投与でブロックできる事から、筋ジストロフィーの脂肪変性にはGSK-3betaシグナル経路が関わっている可能性がある。更にマイクロアレイを用いてCD31陰性CD45陰性SP細胞の網羅的遺伝子発現解析を行った。CD31陰性CD45陰性SP細胞の遺伝子発現パターンから、CD31陰性CD45陰性SP細胞は、未分化間葉系細胞の細胞であり、筋障害時に増殖し、非SP細胞になり細胞外マトリックスのリモデリングやマクロファージ等の浸潤の制御に関与すると示唆された。骨格筋は再生する組織であり、その中心的役割を果たすのは筋衛星細胞であるが、筋障害時には多数の炎症性細胞が障害筋に浸潤し、この浸潤細胞が筋再生に重要である事が示されている。我々は、筋再生過程で著明に発現が上昇するサイトカインをcDNA arrayで検索し、オステオポンチン(OPN)が再生初期に高く発現する事を見いだした。そこで本研究では第一にOPN欠損マウスを入手し、カルジオトキシン(CTX)による筋再生実験を行い、OPN欠損の筋再生における役割を検討した。その結果、OPN-/-マウスにおいても、マクロファージの遊走、壊死組織の除去に異常はなく、筋再生がコントロールと同様に起こる事が明らかになった。一方我々は、骨格筋再生の過程に筋衛星細胞以外の骨格筋由来の幹細胞が関与する可能性に注目し、骨格筋における成体幹細胞の候補であるSP(side population)細胞の動態をFACSを用いて解析した。その結果、SP細胞の中でCD31陰性CD45陰性分画は間葉系幹細胞様の活性を示し、脂肪細胞、骨細胞、骨格筋細胞へ分化誘導でき、さらに再生過程で活発に増殖し、筋再生を促進する因子、血管新生を促進する因子を発現することを明らかにした。さらに5-FUを骨格筋へ投与し、細胞増殖を抑制したマウスに対し、筋衛星細胞とCD31陰性CD45陰性SP分画を移植すると、単独で移植するより遥かに効率よく筋再生が促進される事を見いだした。

CD31陰性CD45陰性SP細胞は筋再生過程で、筋再生促進因子を分泌し筋再生を促進していると考えられるので、関与する因子を探索中である。骨格筋の障害時には多数の炎症性細胞が障害筋に浸潤する。我々は、オステオポンチン(OPN)が再生時にマクロファージに高発現する事を見いだしたので、OPN欠損マウスを入手し、筋再生実験を行い、OPN欠損の筋再生における役割を検討した。その結果、OPN欠損マウスにおいても、筋再生が対照群と同様に起こる事が明らかになった。一方骨格筋再生に筋衛星細胞以外の骨格筋由来多能性幹細胞が関与する可能性に注目し、骨格筋の多能性幹細胞の候補であるSP(side population)細胞の動態をFACSを用いて解析した。骨格筋SP細胞はヘテロな細胞集団であり、その中でマイナーな細胞分画であるCD31陰性CD45陰性分画が、間葉系幹細胞様の活性を有し、in vitroで脂肪細胞、骨細胞、骨格筋細胞へ分化誘導できた。CD31陰性CD45陰性分画が筋再生過程で活発に増殖し、筋再生を促進することを細胞移植実験を行って明らかにした。X-線局所照射を行った骨格筋に移植した系では、CD31陰性CD45陰性SP細胞は脂肪細胞、繊維芽細胞様細胞へ分化し、この細胞が筋ジストロフィーの脂肪変性、繊維化に関わっている可能性が示唆された。この脂肪分化はin vitro培養系ではLi投与でブロックできる事から、筋ジストロフィーの脂肪変性にはGSK-3betaシグナル経路が関わっている可能性がある。更にマイクロアレイを用いてCD31陰性CD45陰性SP細胞の網羅的遺伝子発現解析を行った。CD31陰性CD45陰性SP細胞の遺伝子発現パターンから、CD31陰性CD45陰性SP細胞は、未分化間葉系細胞の細胞であり、筋障害時に増殖し、非SP細胞になり細胞外マトリックスのリモデリングやマクロファージ等の浸潤の制御に関与すると示唆された。
送風給水機能付き多孔質パネルによる室内の調湿に関する研究

1.研究目的本研究者は、簡単な設備を用いた年間を通してのパッシブ調湿システムを考案した。これは、多孔質パネルの断面に穴をあけ、そこに微小な穴をあけたチューブを通し、これに空気あるいは水を流して除湿と加湿を行う方法である。多孔質パネルは、その材料自体が水を一定量吸い上げ、また余分な水分については吐き出す性能を有している。考案したシステムは、この材料の持つ保水性と排水性をより向上させたものであり、これを室内の壁として設置する事により通年での調湿が可能になるものと考える。よって、本研究は送風給水装置と多孔質パネルを用いた室内の調湿に関する実験的研究を行う。その際、既存の断熱気密化を図った6帖規模の実験小屋にパネルを設置して実験を行う。湿度センサーを用いた制御を行い、室内を良好な湿度に調整する事を研究の目的とする。2.研究方法実験時における、実験室内の温湿度及び多孔質パネルの含水率及び重量をそれぞれ測定した。3.研究成果1)制御部の構築:湿度センサー、パソコン、制御リレーを用いて制御部を構築した。また、ポンプとチューブを用いた送風、給水装置を作成した。2)夏期の実験計画:相対湿度70%、75%、80%の状態時において、パネル内に送風して除湿量を測定した。その結果、室内の相対湿度は何れも24時間で約20%低下することが分かった。また、その際のパネル1枚当たり(300×300mm)における含水率の増加は12%で、重量の増加は24gであった。3)冬期の実験計画:相対湿度30%、25%、20%の状態時において、パネル内に給水して加湿量を測定した。一例として、相対湿度20%の室内において、パネルに400gの水を5分間隔で10回与えた実験においては、相対湿度が1.5時間後に約50%になることが明らかになった。また、その間におけるパネル1枚当たりの重量の低下は約50gであった。
電気回路のパルス応答理論を応用する化学反応速度決定法の確立

本年度は,前年度改良したフローセルを用いてSOラジカルの単一振電準位(B^3Σ^-,ν'=3)の光励起および蛍光検出を試みた。Heキャリヤーガス中の二酸化硫黄(SO_2)へのArF(193nm)レーザ照射によりSO(X^3Σ^-)を生成し,B^3Σ^--X^3Σ^-遷移の3-2バンド(244.1nm)を利用して,単一振電励起準位(ν'=3)をパルス的に生成した。励起後生じた蛍光を焦点距離125cmの分光器および光電子増倍管で検出した。分光器の波長を振動バンド3-19(420.2nm)に固定して,準位ν'=3の蛍光強度経時変化を時間分解能20psのオシロスコープを用いて記録した。蛍光減衰時間(<100ns)に対して照射レーザの時間幅(15ns)が無視できない長さであったが,本研究で確立した電気回路パルス応答理論を応用することにより正確な蛍光寿命を決定ずることができた。全圧を変化(130Torr)させた蛍光強度変化データをすべて解析することに成功しν'=3のHeによる失活(消光+振動緩和)速度定数を決定した。本研究で確立したパルス応答理論を応用する解析法により,励起レーザの照射時間幅(15ns程度)よりかなり短い蛍光寿命(3ns)でも解析が可能であることが明らかになった。また,蛍光分光スペクトルの全圧依存性を計測し,単一振動準位ν'=3へのHeの衝突により,単一量子緩和(ν'=3→ν'=2)に加えて,多量子緩和(ν'=3→ν'=1および0)が起こることを見出し,各振動準位間のHeによる緩和速度定数を決定した。Heのような不活性分子による衝突過程において多量子緩和過程が起こりうることを見出したのは,本研究が初めてである。また,消光速度定数の振動準位依存性から,SO(B^3Σ^-)のHe衝突による消光過程が衝突誘起前期解離であることを明らかにした。本年度は,既存の蛍光観測フローセルの改良を行い,分子解離用レーザ光(193nm)と生成ラジカル検出用レーザ光(240265nm)を対向に照射し,レーザ誘起蛍光(LIF)を検出できる構造にした。また,レーザ照射窓および観測窓をエレクトロンワックスを利用して取り付ける方式にした結果,セル窓板の清浄を容易かっ速やかに行うことが可能となり,実験時間効率が飛躍的に向上した。これらの改良により,二酸化硫黄(SO_2)の193nm光解離で生成する一酸化硫黄[SO(X^3Σ^-)]の検出限界が1×10^9個/cm^3まで向上した。分光器を用いて波長分解型LIF観測を行い,従来の光学フィルター観測では不可能であったSO(X^3Σ^-)の単一振動準位の検出を実現し,SO_2の193nm光解離において生成しうるSO(X^3Σ^-)のすべての振動準位ν=05のLIF検出に成功した。一方,光解離レーザと検出用レーザの照射時間間隔を自動的に掃引するシステムを自作し,注目単一振動準位にある分子数の経時変化観測を行った。解析式へのフィッティングによる従来法では多準位同時緩和系を解析することがきわめて困難であるが,本研究の電気回路パルス応答理論を応用する解析法によって,ν=15すべての準位に関してSO_2との衝突による振動緩和速度定数(ν→ν-1)を決定することができた。特に,準位ν=2に関しては多量子緩和過程(ν=2→ν=0)の速度定数を初めて決定した。さらに,パルス応答理論にもとづく解析法が,光解離により生成した分子の初期振動状態の決定に有効であることを見出し,準位ν=02に関する光解離直後の生成振動状態分布を明らかにした。次年度は高振動励起分子O_2(ν【less than or equal】20)を対象にして観測および解析を進める予定である。

また,蛍光分光スペクトルの全圧依存性を計測し,単一振動準位ν'=3へのHeの衝突により,単一量子緩和(ν'=3→ν'=2)に加えて,多量子緩和(ν'=3→ν'=1および0)が起こることを見出し,各振動準位間のHeによる緩和速度定数を決定した。Heのような不活性分子による衝突過程において多量子緩和過程が起こりうることを見出したのは,本研究が初めてである。また,消光速度定数の振動準位依存性から,SO(B^3Σ^-)のHe衝突による消光過程が衝突誘起前期解離であることを明らかにした。
コヒーレントラマン分光法による時間分解ラマン光学活性測定法の開発

前年度までに開発した偏光敏感ヘテロダイン検出法を用いた高感度かつ広帯域なフェムト秒時間分解円二色性(Time-resolved circular dichroism: TRCD)分光法を改良するとともに、生体分子ダイナミクス研究への応用を行った。まず、TRCD分光法によって生体分子を含む種々のキラル分子のダイナミクス測定を実現するために、光パラメトリック過程を用いた波長可変フェムト秒光源を開発した。それによりおよそ400-1000 nmの広い波長領域で誘起される光化学反応途中のCDスペクトル及び吸収スペクトルを約100フェムト秒の時間分解能で測定することが可能となった。開発した装置の生体分子への応用として、ヒト血清由来アルブミン(HSA)タンパク質に結合したビリルビン分子の励起状態ダイナミクスの研究を行った。ビリルビンのTRCD測定と励起子カップリング理論を用いた解析から、HSAに結合したビリルビンは励起状態において10ピコ秒程度の時定数でそのキラリティーが反転することを明らかにした。このような超高速なキラル反転反応を直接的に観測したのはこれが初めてである。また、励起子カップリング理論を励起状態へと拡張することで、励起状態CDスペクトルを分子構造と直接的に結びつけることができ、光励起によって引き起こされる構造変化を本手法により容易に抽出できることを示した。分子のキラル反転は広く生体内反応や分子モーターなどでも起きていると考えられ、その直接観測は生命現象の機構解明やより効率的な分子マシンの構築といった観点からも重要な成果である。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題の最終目標である、フェムト秒時間分解CARS-ROA分光法の開発に向け、次の2点の装置開発、改良を行った。1.昨年までに原理検証実験に成功していた、ナノ秒マイクロチップレーザーを光源としたCARS-ROA分光装置を改良した。2012年に世界初となるCARS-ROA観測を報告した(K. Hiramatsu, et al, Phys. Rev. Lett. 109, 083901)が、時間分解分光への応用を考えるとその性能は十分であるとは言えなかった。そこで、まず、CARS-ROA信号をヘテロダイン検出する際に用いるローカルオシレータ(LO)の導入方法をself-heterodyne方式からactive-heterodyne方式に偏光することで装置の改良を試みた。結果として、感度の向上はみられなかったものの、旋光分散(ORD)に由来する偽信号の抑制に効果的であることを示した(K. Hiramatsu, et al., Opt. Express 21,13515)。次に、測定に用いる光源の波長を1064nmから532nmへと変更することで、信号強度の増加を試みた。結果として、532nmを励起光として用いることで、信号強度は飛躍的に向上し、同じ露光時間での信号雑音比(SNR)は1064nmの場合と比べて9倍も向上した。2.フェムト秒の再生増幅器を光源とする、時間分解CD分光計を新たに開発した。時間分解分光の基礎として、まずは振動ROAよりも測定が容易である電子CDのフェムト秒時間分解測定装置の開発を行った。可視域全体をカバーする広帯域なフェムト秒パルスを光源としたCD/ORDスペクトルの同時測定に成功した。1.フェムト秒時間分解円二色性分光法の開発に成功した時間分解ROA分光法の基礎として2013年度からフェムト秒時間分解円二色性(CD)分光法の開発を行ってきた。2013年度までにフェムト秒レーザーを光源とする定常状態CD分光測定を実現していたが、2014年度には実際にフェムト秒時間分解測定を実現した。測定したスペクトルから測定の感度を見積もったところ415-720 nmという広帯域のスペクトルをおよそ0.1 mdegという高感度で測定できていることを見出した。これまで単色光で行われていた時間分解CD測定での感度は10 mdeg程度であるため、今回開発した装置は単色光プローブのものと比べても2桁程度感度が高く、さらに広帯域スペクトルを一挙に測定できるという優れた特徴を有している。また、時間分解測定では、定常状態測定の時とは異なり、ポンプ光によってサンプルに異方性が誘起され、異方性による偏光変化の寄与もあるため、その解析に注意を要する。我々の開発した装置では時間分解スペクトルを測定できるため、多変量解析を用いる事で、異方性由来の偽信号を明確に区別できることを示した。2012年に世界初となるCARS-ROA観測を報告し、2013年度には光源を可視光にすることによって10倍程度の感度向上を実現した。2014年度はこれまでに開発・改良した装置を用いて生体分子水溶液のCARS-ROAスペクトル測定に成功した。また、これまでに測定していた(-)-beta-pineneのCARSーROAスペクトルを量子化学計算を用いて定量的に再現することに成功し、今後CARS-ROA測定を用いて分子構造を議論するための基礎を築いた。前年度までに開発した偏光敏感ヘテロダイン検出法を用いた高感度かつ広帯域なフェムト秒時間分解円二色性(Time-resolved circular dichroism: TRCD)

分光法を改良するとともに、生体分子ダイナミクス研究への応用を行った。まず、TRCD分光法によって生体分子を含む種々のキラル分子のダイナミクス測定を実現するために、光パラメトリック過程を用いた波長可変フェムト秒光源を開発した。それによりおよそ400-1000 nmの広い波長領域で誘起される光化学反応途中のCDスペクトル及び吸収スペクトルを約100フェムト秒の時間分解能で測定することが可能となった。開発した装置の生体分子への応用として、ヒト血清由来アルブミン(HSA)タンパク質に結合したビリルビン分子の励起状態ダイナミクスの研究を行った。ビリルビンのTRCD測定と励起子カップリング理論を用いた解析から、HSAに結合したビリルビンは励起状態において10ピコ秒程度の時定数でそのキラリティーが反転することを明らかにした。このような超高速なキラル反転反応を直接的に観測したのはこれが初めてである。また、励起子カップリング理論を励起状態へと拡張することで、励起状態CDスペクトルを分子構造と直接的に結びつけることができ、光励起によって引き起こされる構造変化を本手法により容易に抽出できることを示した。分子のキラル反転は広く生体内反応や分子モーターなどでも起きていると考えられ、その直接観測は生命現象の機構解明やより効率的な分子マシンの構築といった観点からも重要な成果である。当初の予定とは前後したが、3年目に予定していたフェムト秒時間分解キラル分光法の開発に成功した。フェムト秒レーザーの自己位相変調によって生じる白色光をプローブとして用い、キラルなサンプルによって生じる偏光変化をヘテロダイン検出することで、当初の予想を大きく上回る性能(415 - 720 nmの広帯域において0.1 mdegの感度)の時間分解円二色性分光測定が実現した。Δ-及びΛ-[Ru(bpy)3]2+をサンプルとして用い、その基底状態のCD信号のブリーチと励起状態由来の過渡CDスペクトルの測定に成功した。また、時間分解CD測定に特有の、異方性によるアーティファクトの問題を、得られた時間分解スペクトルを特異値分解を用いて解析することで解決できることを示した。このようなアプローチは広帯域な時間分解スペクトルを取得することで初めて可能になるもので、これまでの時間分解CD測定においては不可能であった。27年度が最終年度であるため、記入しない。前年度に開発した時間分解円二色性(TRCD)分光装置が従来のTRCD分光装置と比べ遥かに高い性能を有し、多くのキラル分子の反応中間体の測定が可能であると期待される。そのため、当初の時間分解CARS-ROA分光法開発の予定を変更し、TRCD測定を数多くの系に応用することに重点をおいて研究を進める。具体的に以下の系の測定を予定している。1.ミオグロビン-一酸化炭素複合体の光解離ダイナミクスミオグロビン-CO複合体は光照射によってCOが脱離することが広く知られている。光解離のダイナミクスはこれまでに種々の時間分解分光法により測定され、いくつかのメカニズムが提案されてきた。本研究では、COの光脱離過程をTRCD測定することにより、そのメカニズムの解明を目指す。2.シクロデキストリン中の光化学シクロデキストリンは様々な化学種を包摂し、キラル選択的な反応場を与える事が知られている。
圧縮センシングを応用したMRI高速撮像の実用化に向けた課題解決に関する研究

[1]位相歪み画像の画像再生問題圧縮センシングをMRの位相画像に適用する場合に,複素変換であるeFREBAS変換を使用し,観測行列とのインコヒーレント性を高めるために複数の展開スケールを使用する方法を提案した.実験の結果,振幅と位相を逐次的に最適化する方法と比べて振幅と位相を高速かつ高い精度で求めることができ,再生像のPSNRにおいて優位性が示された.[2]位相拡散フーリエ法の圧縮センシング応用位相拡散フーリエ変換映像法を使用し,等間隔間引きを基本として収集された信号から画像再生を行う方法について検討を行った.その結果,再生像の信号対雑音比はフーリエ変換映像法に圧縮センシングを応用する場合よりも高い値が得られ,位相拡散フーリエ変換映像法を使用しランダム収集を行った場合と同等の値が得られた.[3] GPU利用による再構成の高速化三次元MR撮像の圧縮センシングを想定し,GPUの利用による再構成処理の高速化について検討を行った.その結果,GPUの利用により,CPUを用いた計算では807秒を要した再構成処理を53秒に短縮することができた.[4]臨床MRI応用を使用した再構成実験による画質の検証臨床で得られた複雑な空間的位相変化を持つMR像に対し圧縮センシング再構成実験を行った.再構成法に交互方向定数法を利用すると再構成に伴う誤差を軽減でき,再生像のPSNRは反復的閾値法より高い値となることが示された.また,研究室で提案する複素変換であるeFREBASをスパース化関数として使用し,かつ,マルチスケール化することによって再構成誤差を大きく軽減することができ,PSNRを大きく改善することができた.[最終年度の成果]画像再構成を高速化する手法として深層学習を利用した.基礎的な検討の結果,短時間で良質な画像を再構成できることを確認した.近年,信号処理的な手法から撮像時間の短縮を目指す方法として,圧縮センシング(Compressed Sensing)のMRI応用が研究されている.本研究では,圧縮センシングの信号復元理論を組合せたMRIの超高速撮像の実現可能性について検討を行い,将来の医療福祉の改善に繋げることを目的とする.MR画像は装置誤差や組織による磁化率の相違などにより位相をもつ画像となる.そのため位相を考慮したスパース化が必要となる.本研究では,位相画像を直接的にスパース化できるeFREBAS変換を使用し,かつ,観測行列とのインコヒーレンス性を高めるために,マルチフレーム化した.すなわち,eFREBAS変換において展開するスケールを逐次変更しつつスパース化を行った.シミュレーション実験の結果,位相変化の大きな対象に対しても良好な画像を再生することができた.また,画像の振幅と位相を最適化する方法と比較しても本方法の優位性が示された.本研究の成果は,映像情報メディア学会の論文誌に掲載されている.MRIでは,プロトン密度像,T1強調像,T2強調像など組織特有のパラメータに重みを与えた撮像を行うことができる.これらの強調像に対し圧縮センシングを適用する際の再生像品質について検討を行った.その結果.強調法によって再生誤差が異なる結果となった.具体的には,T2強調像ではスパース化関数によるPSNRの差がプロトン密度像やT1強調像と比べて小さく現れた.画像の密度値に大きな変化がある画像は,スパース化への過渡的な像とみなすことができるため,スパース化関数による差が小さくなったものと考える.平成28年度は,圧縮センシングを臨床応用する際に問題となる空間的な位相変化を含んだ画像の再生問題について検討を行った.MR画像は装置誤差や組織による磁化率の相違などにより位相をもつ画像となる.我々が提案するeFREBAS変換は複素変換であり,位相画像のスパース化関数に使用可能である.[1]マルチスケール化する場合のFREBAS変換の最適なスケール係数の評価観測行列であるフーリエ変換とスパース化関数のそれぞれの基底から計算される相互コヒーレンスの検討結果から,eFREBAS変換のスケーリング係数Dは,小さな値から使用し,少しずつ大きくしながら多くの値を使用した方が有利であることが示された.D値の数,使用数および使用順序は,画像に大きく依存しないことが示された.本方法の比較法として画像の振幅と位相を最適化する方法と比較を行った.その結果,本方法の方が位相変化に頑健であり,空間的に大きな位相変化があってもアーティファクトの少ない良好な画像を再生することが示された.[2]撮像パラメータの異なる様々なMR画像に対する画像再生実験と評価MRの撮像ではプロトン密度像,T1強調像,T2強調像など特徴づけを行った画像を取得できる.T2強調像ではスパース化関数によるPSNRの差がプロトン密度像やT1強調像と比べて小さく現れた.T1強調画像は解剖学的な特徴を持ち,T2強調像は髄液などのプロトンが高信号として描出される特徴を持つ.本研究で使用したT2強調画像は,脳内は低コントラストであり,プロトン密度像の輪郭を強調した一種のスパース化が進んだような画像なためスパース化が比較的容易であり,スパース性導入関数による差が現れにくくなったものと考える.以上のように位相画像に対する再構成法と撮像パラメータの異なる画像に対するスパース化の効果などを明らかにして点でおおむね順調に推移しているといえる.

近年,信号処理的な手法から撮像時間の短縮を目指す方法として,圧縮センシング(Compressed Sensing)のMRI応用が研究されている.本研究では,圧縮センシングの信号復元理論を導入したMRIの高速撮像の実現可能性について検討を行い,将来の医療福祉の改善に繋げることを目的とする.位相拡散フーリエ変換映像法を利用し,等間隔を基本として間引き収集されたMR信号からMR画像の再構成を行う新たな圧縮センシングについて検討を行った.位相を含む複素画像をスパース化する場合の最適な位相拡散係数は,信号の収集比によらず位相拡散係数は大きい方が良好な再生像が得られた.また,このとき複数の信号間引き間隔を併用することにより折り返しアーティファクトの少ない画像再生が可能であった.提案法による再生像のPSNRは,ランダムな収集パターンを取る場合と同等であり,フーリエ変換映像法に圧縮センシングを応用する場合より高い値が得られた.今後は,さらなる画質改善と再構成の高速化を図る予定である.次に,フーリエ変換を基本とした圧縮センシングのMRI応用において部分的に信号収集密度を向上させ,再生像の品質を改善する方法について検討を行った.特に3次元撮像に応用した場合についてシミュレーション実験から評価を行った.結果,信号収集量を同一とする比較において信号収集量を20%から40%までの範囲では,制限された信号空間内で信号を間引く方が全信号空間から信号を間引く場合よりもPSNRの高い画像が得られることが示された.このように再生像の画質安定化と高分解能画像の再生という観点において新たな方法を提案し,それの有効性を示唆することができた点において研究は概ね順調に推移している.平成29年度は,圧縮センシングを臨床応用する際に問題となる収集点の選択法について新たな方法の実現可能性を検討した.また,画質改善とGPUによる再構成の高速化について検討を行った.[1]位相拡散フーリエ法を利用した信号の等間隔間引きによる圧縮センシング位相拡散フーリエ法の信号をエンコードする式には,被写体の位相を拡散する効果が含まれている.このことから,信号収集点分布をランダムに設定しなくても画像再生が可能となる.被写体に位相変化が無い場合とある場合について検討を行った.その結果,位相変化が無い場合と有る場合で,再生像のS/N比が最大になる拡散係数が異なることが示された.また,位相変化がある場合は,被写体関数が実関数との拘束条件が使用できないので,単純に等間隔間引きでは良好な画像再生は困難であり,複数の間引き間隔を併用する必要があることが明らかになった.[2]画質改善とGPUコンピュータによる高速再構成圧縮センシングをMRIに応用する場合に一般的に信号の収集密度が大きいほど再生像の品質は高くなる.収集する信号量を同一とする条件では,信号の収集領域を制限することにより収集領域では信号の収集密度を大きく設定することができる.本研究では,MRIの3次元フーリ変換映像法に圧縮センシングを導入することを想定し,信号量を同量とする条件で信号空間全体から信号を間引く場合と制限された領域から間引く場合とで再生像の品質比較を行った.位相を含む3次元MR画像モデルを用いた再構成シミュレーションの結果,制限された空間を間引く方が高いPSNRが得られることが示された.また,GPUの利用によりCPUでは26分を要した計算を2分で行うことができ,大幅な高速化に成功した.