hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Circulating Tumor Cellsを標的とした新規抗転移治療法の開発

骨軟部腫瘍の転移は複雑な一連の過程を経て成立するが、腫瘍細胞は非常に早期から血中にCTCs(circulating tumor cells)として観察され、転移成立には転移先での腫瘍増殖が最も重要である。我々は研究室で樹立したマウス骨肉腫高肺転移株(LM8)を同種同所移植後、CTCsを生きたままで培養することに世界で初めて成功、原発巣のLM8と比較しCTCsの方が高いanti-anoikis活性を有し、浮遊培養条件下でも増殖することを見いだした。さらに肺という原発巣と異なる環境下における腫瘍細胞の増殖に、stiffnessの異なる条件下の3次元増殖にVEGFが重要な役割をする事を見いだした。骨軟部腫瘍を含む悪性腫瘍の転移は複雑な一連の過程を経て成立するが、最近の臨床病理学的な解析により、腫瘍細胞は非常に早期から血中にCTC(circulating tumor cells)として観察されること、転移の成立には転移先での腫瘍の増殖が最もcriticalで、骨髄由来の種々の細胞(macrophage,血管前駆細胞等)が補助的な役割を演じていることなどが大きくクローズアップされてきている。しかしながら従来のCTCの研究は、血中のCTCを腫瘍細胞特異的なカラム等を用いてcaptureする方法で、生きた細胞と死んだ細胞の分離が困難な点、又得られたCTCが2-100 cells/mlと著しく少なく、生物学的な評価が非常に困難であるなどの欠点が多い。申請者らは、すでにCTCをLM8並びに親株のDunn OS移植C3Hマウス尾静脈より定量的に再現性良く分離培養する実験系を確立している。得られたCTCと原発巣、さらに肺転移巣より得られた培養細胞を用いて、GeneChipやマイクロアレイ、qRT-PCR等を用いて、anoikis, stemness, metastasis signatureに関連する遺伝子発現を網羅的に探索し、CTCの生死や浮遊状態における増殖に関与する遺伝子をpick upし、遺伝子導入によるoverexpressionやsiRNAによるknockdown等を用いてCTCの病態を分子生物学的に解析する。又、得られた結果の臨床へのfeedback目的で、骨軟部腫瘍arrayを用いて抗体等による臨床組織sampleの染色を行い、臨床病理学的な解析を行う。現在迄CTCがVEGFを大量に発現し、VEGFが内皮細胞を介した浸潤運動に重要である事、CTCは原発巣の細胞に比べ浮遊培養条件下でも細胞死(anoikis)を来さず、増殖可能である事を見いだしている。骨肉腫(OS)を始めとする骨軟部腫瘍の予後は、臨床的に肺転移により最も大きく左右される。最近、転移成立過程における循環がん細胞(CTC)並びに転移巣での生着、増殖の役割が大きくクローズアップされている。我々は研究室で樹立したマウス骨肉腫高肺転移株(LM8)を同種同所移植後、循環がん細胞(CTC)を生きたままで培養することに世界で初めて成功、CTCを原発巣のLM8と比較しCTCの方が高いanti-anoikis活性を有し浮遊培養条件下でも増殖することを報告した。また肺という原発巣と異なる環境下における腫瘍細胞の増殖にstiffnessの異なる条件下での3次元増殖に血管新生内皮増殖因子(VEGF)が重要な役割をする事を見いだした。マウスを用いた動物実験を行い、原発巣切除後にVEGFシグナルを阻害する低分子化合物を経口投与する事により、CTCの数やVEGFの血中濃度が減少する事、またCTCを培養する事によりanti-anoikis活性が元に戻る事等の実験結果を得て、論文報告、学会発表を行った。一方、種々の分子標的治療薬を用いた動物実験を行い、骨軟部腫瘍の増殖は一つのシグナル伝達系に依存するのではなく、可塑性に富んでおり、複数の阻害薬のcombinationが標的治療において非常に重要である事を明らかにし、論文発表、学会報告を行った。これら動物実験を円滑に進めるために、今年度は小型動物用の麻酔装置を物品として購入した。さらに今後の研究を展開するため、転移巣(における腫瘍の増殖)を標的とした治療法の開発を目指す新規の萌芽研究を計画立案し、H27年、28年度の科学研究費に応募し採択された。(課題15K15560)本研究の詳細な結果に関しては成果報告書にまとめる予定である。腫瘍生物学生きたままCTCを培養する事には成功しているが、CTCを培養する事による形質変化は無視できず、実際に流血中に存在するCTCの遺伝子発現を直接解析するには、sampleが少なすぎて非常に困難である。一方CTCは前述した様に循環血液中でも(即ち浮遊培養条件下でも)増殖できる事が明らかと成っており、現在浮遊培養条件下で細胞の塊り(Spheroid)が増殖できる過程を詳細に検討すれば、CTCの性質の一つが解明できると考えて実験を開始している。

Spheroid内での細胞増殖に及ぼす種々の因子の解析を実際に行うため、方法論の確立を行っている。1. Spheroid内部での細胞増殖の様子を観察するため、遠赤外線を用いた実体顕微鏡をニコン社と共同で開発しており、厚みのあるサンプルでも生きたままの形態観察を可能とする。2.人工的に作成した風船内で細胞を3次元に培養できる技術を有する大阪大学基礎工学部の境Drと2013年12月より共同研究を開始し、現在使用している細胞がcapsule内で培養可能と成った。capsule内の種々の条件を変える事により、CTCが増殖できる条件を解析する。3.種々の条件下での細胞の3次元増殖の可視下の研究方法の情報を得る為、2013年12月に行われた米国細胞生物学会(NewOrleans)に参加出席し、多くの研究者と意見交換を行った。研究の達成度が少し遅れており、1年目は方法論開発のため、多くの研究者との共同研究の開始や、情報交換に多くの時間を費やし、実際の実験、研究の実施が遅れており消耗品等の予算を消化していない。2年目は、顕微鏡の導入や、3次元培養に技術も順調に整いつつ有り、多くの実験が出来ると考えられ、その為の消耗品(試薬や実験器具等)の購入のため、研究費を使用予定である。又得られた成果は、海外の学会(国際転移学会、ドイツ)等で発表を計画しており、その為に支出予定である。
液晶ガラスの構造緩和特性と機能化-脂質・糖質系高分子をメソゲンコアとして-

コレステロール誘導体/鎖状オリゴマーから成る脂質錯体、ポリグルカンのアルキルエステル高置換体、及び関連する糖質高分子を対象に、熱転移挙動、液晶ガラスの形成と構造緩和特性、光学機能等について解析評価し以下の成果を得た。1.コレステロール誘導体/鎖状オリゴマーから成る脂質錯体に関して(1)フタル酸モノコレステリル(CHP)あるいはコハク酸モノコレステリル(CHS)と直鎖アルキルアミン(Cn-amine; n=4-18)との各種イオン錯体を調製し、熱転移スキームを体系化するとともに、液晶ガラスのエンタルピー緩和現象に及ぼす分子配列様式(秩序度)の効果、アルキル鎖長(n)とその分布の効果などを明らかにした。(2)アミノアルキル鎖中にアゾベンゼンを組み込んだオリゴマーとCHSとのイオン錯体について、液晶ガラス-等方性ガラス間の変換を光制御できる新規記録媒体として応用しうることを例証した。2.アルキルエステル側鎖を高置換度で有するポリグルカン誘導体に関してセルロース・キチンの3置換・2置換アルキルエステル誘導体(Cn-ACellとCn-ACh; n=4-20)を合成し、各々の熱転移スキームを完成させた。特にn>12のCn-ACellについては、精密熱分析と温度可変X線回折測定との併用によって、液晶ガラス相および秩序性の異なる二種の液晶相それぞれにおける主鎖・側鎖の凝集構造をモデル化しえた。3.関連のセルロース誘導体及びその他の糖質系高分子に関してセルロース・キチン誘導体のコレステリック液晶相固定化フィルムのキラル光学特性の評価、セルロースエステルとビニルコポリマーの相溶化による分子配向と複屈折の制御が可能な光学機能フィルムの設計、などを行った。コレステロール誘導体/鎖状オリゴマーから成る脂質錯体、ポリグルカンのアルキルエステル高置換体、及び関連する糖質高分子を対象に、相転移挙動、液晶ガラスの形成と構造緩和特性等について調査し、以下の成果を得た。1.コレステロール誘導体/鎖状オリゴマーから成る脂質錯体に関して(1)フタル酸モノコレステリルCHPと直鎖アルキルアミンCn-amine(nは炭素数で418の偶数)との1:1錯塩型コンプレックスの形成確認を行い相転移スキームを完成させた。CHP試料としてフタル酸部が通常のオルト型(o-CHP)以外にメタ型(m-CHP)とパラ型(p-CHP)を合成したが、m-およびp-CHPの単独体ならびにCn-amineとの錯体は液晶や液晶ガラス相を形成しないことが判明した。o-CHP/Cn-amine錯体は、n=1018ではスメクチックタイプの、n=8ではコレステリックタイプの液晶および液晶ガラスを形成し、n=6では液晶相を発現することなく無定形ガラスを形成した。(2)o-CHP/Cn-amine錯体のガラスについてDSC熱分析によりエンタルピー緩和データを集積した。鎖長の異なる二つのアルキルアミンの等モル混合物((Cn,Cm)-amine)を対成分とした系、およびコレステロール誘導体をコハク酸モノコレステリルCHSとした系について比較実験を進め、分子量分布の発生および分子凝集様式の違いがガラスの緩和挙動に大きく影響を及ぼすことがわかった。(3)鎖中にアゾベンゼンを導入した鎖状アミンを合成し、CHPおよびCHSとの錯形成を確認した。特に、CHS系錯体は低温域で安定な液晶ガラス状態をとることが判明し、機能化用媒体となりうる可能性が示された。2.アルキルエステル側鎖を高置換度で有するポリグルカン誘導体に関して(1)

n-アルカン酸/p-トルエンスルホン酸クロリド混合酸無水物活性化法を用いたO-アシル化反応により、セルロース・キチンの3置換・2置換エステル誘導体(Cn-ACellとCn-ACh;n=420)を合成した。(2)DSC分析により、Cn-ACellの熱転移挙動は側鎖の炭素数に依存して変化し、n=4,6では無定形ガラス-等方相の、n=818では液晶ガラス-液晶-等方相の転移挙動を示すことが判った。特にnが12以上の誘導体では、アシル化キチンCn-AChのn=1620と同様に、低温域のガラス転移で一次転移様の吸熱ピークを与える。ガラス緩和の回復に加えて液晶秩序の鋭敏変化が伴うことが示唆された。(3)関連の液晶性セルロース並びにキチン誘導体の相挙動解析と液晶相固定化フィルムの作製等を行った。コレステロール誘導体/鎖状オリゴマーから成る脂質錯体、ポリグルカンのアルキルエステル高置換体、及び関連する糖質高分子を対象に、転移挙動、液晶ガラスの形成と構造緩和特性について解析評価し、以下の成果を得た。1.コレステロール誘導体/鎖状オリゴマーから成る脂質錯体に関して(1)フタル酸モノコレステリル(o-CHP)あるいはコハク酸モノコレステリル(CHS)と鎖長の異なる2つの直鎖アルキルアミンの等モル混合物((Cn, Cm)-amine)とのイオン錯体、o-CHP/(Cn, Cm)-amineとCHS/(Cn, Cm)-amine、の各液晶ガラスを調製しエンタルピー緩和挙動を測定した。緩和時間とその分布、活性化エネルギー、脆性パラメーターを定量化し、液晶相の分子配列様式ならびにメソゲン尾部の鎖長分布の違いに関連づけて比較考察しえた。(2)CHSと4-アミノメチル-4'-アルキルオキシアゾベンゼン(Azo-n)の錯体を調製し、特に低温で安定な液晶ガラスを形成するCHS/Azo-8について、アゾベンゼンのtrans〓cis光異性化反応を利用した異方〓等方相転移と、ガラス状態への相凍結とその解除を可逆的に制御しうることを明らかにした。2.アルキルエステル側鎖を高置換度で有するポリグルカン誘導体に関して(1)セルロース・キチンの3置換・2置換アルキルエステル誘導体、Cn-ACellとCn-ACh(n=4-20)、を準備しDSCと温度可変X線回折法により転移挙動を精査した。特にCn-ACell(n≧14)が3つの吸熱転移を示すことを突きとめ、低温側では側鎖凝集構造の「高秩序→低秩序転移」とエンタルピー緩和を伴う「液晶ガラス→液晶転移」との合体に基づく大きな吸熱シグナルを与えることを明確化した。(2)セルロースエーテルのエステル誘導体、キトサンのカルバメート誘導体等について、液晶および液晶ガラスフィルムのキラル光学特性を明らかにした。
神経幹細胞による脳血管形成

ニューロンやアストロサイトなどの中枢神経系の細胞に分化することが出来る神経幹細胞は、発生段階において脊椎動物の中枢神経系のさまざまな領域に存在する。また、神経幹細胞はその数は少ないものの成体の中枢神経系にも存在している。我々は、マウス胎児由来の神経幹細胞をコラーゲンゲル中で三次元培養すると、血管様構造が形成されることを見出した。血管は、内膜層を構成する内皮細胞と中膜層を構成する壁細胞(平滑筋細胞もしくはペリサイト)から成る。そこで、神経幹細胞から内皮細胞と壁細胞への分化の可能性について検討したところ、神経幹細胞が管腔構造を形成する能力を有する内皮細胞と、収縮能を有する平滑筋細胞へ分化することを見出した。神経幹細胞はもともと神経管を構成する外胚葉由来の幹細胞であり、胎生期や成体において、脳や脊髄の中枢神経系に限って存在することを考慮すると、神経幹細胞から血管構成細胞への発生ポテンシャルは、脳血管の形成過程に関与する可能性が最も高いのではないかと考えられる。そこで次に、EGFPを発現させた神経幹細胞を脳室内に移植したところ、海馬領域において血管様構造が形成された。以上の結果より、外胚葉由来の神経幹細胞が脳血管前駆細胞的な機能を有し、脳血管の形成や再構築に関与することが明らかとなった。本研究成果は、脳血管形成機構の新たな可能性を示すとともに、脳循環疾患の発症機構の解明や治療薬開発に寄与できるものと考えられる。申請者らは、神経幹細胞から平滑筋細胞に分化誘導する系を確立し、この細胞を三次元培養して人工の平滑筋組織に構築すると、脳血管作動薬により平滑筋様の収縮弛緩を発生することを見出した。したがって、生体内には神経幹細胞由来の平滑筋細胞が新たに存在する可能性が考えられる。さらに申請者らは、in vitroにおいて同じ神経幹細胞が内皮細胞の形態的特徴である敷石状の細胞へと分化することも見出している。以上のことより申請者は、神経幹細胞は血管前駆細胞的な発生ポテンシャルを持ち合わせていて、神経幹細胞が中枢神経系の細胞のみならず内皮細胞や平滑筋細胞に分化し脳血管を形成するものと考え、本研究を計画するに至った。そこで、本研究計画の平成16年度では、神経幹細胞が内皮細胞に分化し、内皮細胞の機能的特徴を発現するかをin vitroで検討した。なお、神経幹細胞より分化した内皮細胞、もしくは神経幹細胞をコラーゲンゲル中に包埋すると血管腔構造を形成することはすでに申請者らが科学研究費補助金研究(13672309)で達成している。内皮細胞の機能的特徴のひとつにアセチル化LDLの取り込みがある。そこで、神経幹細胞より形成された血管腔構成細胞がアセチル化LDLを取り込むか否かを検討したところ、アセチル化LDLの取り込みが観察された。さらに、神経幹細胞を3日間ディッシュ上で分化誘導することで分化した敷石状の内皮細胞もアセチル化LDLを取り込んだ。次に、神経幹細胞より分化誘導した内皮細胞が、脳実質血管の内皮細胞の機能的特徴を反映しているのか調べる目的で、血管腔形成能についてマウス脳より単離培養した内皮細胞と比較検討した。脳実質血管内皮細胞による血管腔構造の形成は、TGF-β1により優位に促進され、その促進作用はTGF-β1中和抗体の添加により抑制された。一方、VEGF、PDGF、BMP2、Angiopoietin-1は管腔形成促進作用を示さなかった。同様のサイトカイン感受性は、神経幹細胞による血管腔形成で観察された。以上のことより、神経幹細胞は脳血管を構成する内皮細胞に機能的分化することが明らかとなった。申請者は、神経幹細胞は血管前駆細胞的な発生ポテンシャルを持ち合わせていて、神経幹細胞が中枢神経系の細胞のみならず内皮細胞や平滑筋細胞に分化し脳血管を形成するものと考え、本研究を計画するに至った。そして、本研究計画の平成16年度では、神経幹細胞が脳血管を構成する内皮細胞に機能的分化することを明らかにした。

そこで、平成17年度では、神経幹細胞が平滑筋細胞(もしくはペリサイト)に機能的分化するかをin vitroで明らかにする目的で行なった。すなわち、神経幹細胞をコラーゲン(type I)ゲルに直接包埋すると平滑筋細胞(もしくはペリサイト)に分化し、内皮細胞からなる管腔構造が平滑筋細胞によって支持される構造を形成するか検討した。なお、申請者はすでに、神経幹細胞を10%牛胎仔血清存在下、低密度で培養するとα-smooth muscle actin陽性の平滑筋細胞に分化することを明らかにしている。神経幹細胞を分散し、コラーゲン(1.5mg/ml)と10^6cells/mlの濃度になるように混合した。その30μlを48ウェル培養プレートの中央に滴下し、ゲル化した後、牛胎児血清(10%)とbFGFを添加したメディウム中でインキュベートした。10日間培養したコラーゲンゲルを内皮マーカー蛋白質のPECAM-1やVE-cadherinで免疫染色すると、これらのマーカー蛋白質を強く発現した網目状の構造が観察された。この網目状構造の横断面はリング状の管腔を形成していた。この管腔構造の一部ではα-smooth muscle actin陽性の平滑筋細胞(もしくはペリサイト)が管腔を取り囲んで安定化している様子も観察された。また、GFAP陽性のアストロサイトが管腔構造の周囲に近接して存在する様子も観察された。以上のことより、神経幹細胞は脳血管を構成する平滑筋細胞に機能的分化することが明らかとなった。ニューロンやアストロサイトなどの中枢神経系の細胞に分化することが出来る神経幹細胞は、発生段階において脊椎動物の中枢神経系のさまざまな領域に存在する。また、神経幹細胞はその数は少ないものの成体の中枢神経系にも存在している。申請者は、神経幹細胞は血管前駆細胞的な発生ポテンシャルを持ち合わせていて、神経幹細胞が中枢神経系の細胞のみならず内皮細胞や平滑筋細胞に分化し脳血管を形成するものと考え、本研究を計画するに至った。そして、平成17年度まででは、神経幹細胞が脳血管を構成する内皮細胞や平滑筋細胞に機能的分化することを明らかにした。そこで、最終年度の平成18年度では、脳組織に移植した神経幹細胞が血管を形成することin vivoで明らかにする目的で行なった。すなわち、麻酔した成体マウス(C57BL/6、雄8週齢)を脳定位固定装置に固定し、蛍光蛋白質のEGFPトランスジェニックマウスより単離培養したEGFP神経幹細胞を右側脳室内に移植した。移植後脳を摘出し、免疫組織染色法により検討した。脳室内に移植したEGFP神経幹細胞は、移植後30目目の脳切片海馬領域においてPECAM-1陽性の血管様構造を構築していた。また、脳虚血後の梗塞巣においては、移植後6目目で血管様構造を構築した。以上の結果より、外胚葉由来の神経幹細胞が脳血管前駆細胞的な機能を有し、脳血管の形成や再構築に関与することが明らかとなった。本研究成果は、脳血管形成機構の新たな可能性を示すとともに、脳循環疾患の発症機構の解明や治療薬開発に寄与できるものと考えられる。
胸腹部IVR支援を目的とする術中履歴画像を用いた画像解析手法の開発

本研究では,術中に撮影された履歴画像から有用な情報を抽出し,リアルタイムに撮影される画像へフィードバックするための呼吸動態解析法および画像処理法を開発することを目的としている.例えば,画像下治療では間欠的に撮影されたX線画像は破棄されることが多く,必要に応じて撮影を繰り返す.撮影回数・時間の増加は患者の二次的疾病の発生リスクを増大させる.本研究課題ではいずれの画像にも有用な情報が含まれていることを鑑み,履歴画像を破棄せずに蓄積し,再利用する手法の構築を目的とする.H28年度では機械学習手法や成分分析手法を取り入れた,基礎的な呼吸位相同期手法と,造影領域の抽出手法の構築を行ってきた.H29年度では各手法の高度化を行った.特に成分分析手法では,CT再構成でも利用される全変動や,値域を限定するなどのペナルティ項を追加した.これにより従来手法で発生していた不自然なアーチファクトを大幅に低減できた.成分分析の精度は大きく向上したものの,計算時間が膨大になり,臨床応用への課題となっていた.そこでH30年度では提案手法の高速化を実施した.まず,並列演算可能なGPUの導入を行った.このとき,ペナルティ項の最適化手法は並列演算には適していなかったことから,単純な行列演算で表現可能な最適化手法へ変更を行った.一般的に購入可能なGPUを搭載したPCを用いて実験を実施した.高速化前の計算時間は3時間程度であったが,改良後は約10秒で処理が完了可能であることを確認した.本研究課題では術中に撮影された履歴画像から有用な情報を抽出し,リアルタイムにさ杖委される画像へフィードバックするための呼吸動態解析法及び画像処理法を開発することを目的としている.例えば画像化治療では間欠的に撮影したX線透視像などを参照しながら目的部位にカテーテルやはりを挿入して治療を行う.このような方法では一度撮影された画像は破棄されることが多く,必要に応じて撮影を繰り返す.撮影回数・時間の増加は患者の二次的疾病の発生リスクを増大させる.本研究課題はいずれの画像にも有用な情報が含まれていることを鑑み,履歴画像を破棄せずに蓄積し,再利用する手法の構築を目的とする.H28年度では,これまでに開発を進めてきた呼吸位相マッチング手法の自動化と血管像の成分分離手法の構築を進めてきた.呼吸位相マッチング手法の自動化では機械学習手法を導入することにより,オペレータによるマニュアル操作の低減を目的とする.従来と同程度の精度を保ちつつ,画像選定などの一部の処理を除いた処理の自動化が達成された.血管像の成分分離手法では,ロバスト主成分分析という手法をもとに構築を行った.オリジナルのロバスト主成分分析では横隔膜や腸管ガスに起因する動態がアーチファクトを発生させていた.本研究では,CT再構成などで利用される全変動をペナルティに追加することで,アーチファクトの低減に成功した.保有している画像群に手法を適用し,医師に目視による評価をしてもらったところ,良好な意見を戴いた.主となる2つの技術はいずれも基礎検討を終え,多数の画像データへ適用および評価を行っている.しかしながら,被験者の呼吸状態や撮影条件に起因する誤検出・誤抽出が確認されているため,更なる改良は必要である.しかし,全体としての進捗はおおむね計画通りに進んでいると思われる.今後は臨床との連携を深め,評価とフィードバックを繰り返す.本研究では,術中に撮影された履歴画像から有用な情報を抽出し,リアルタイムに撮影される画像へフィードバックするための呼吸動態解析法及び画像処理法を開発することを目的としている.例えば,画像下治療では間欠的に撮影したX線画像は破棄されることが多く,必要に応じて撮影を繰り返す.撮影回数・時間の増加は患者の二次的疾病の発生リスクを増大させる.本研究課題はいずれの画像にも有用な情報が含まれていることを鑑み,履歴画像を破棄せずに蓄積し,再利用する手法の構築を目的とする.H28年度では機械学習手法や成分分析手法を取り入れた,基礎的な呼吸位相同期手法と造影領域の抽出手法の構築を行っていた.H29年度では各手法の高度化を行った.機械学習手法関しては,入力する特徴量を選定し実利用を考慮した計算速度を達成した.手動による設定項目が大幅に削減され,オペレータに対する負担が軽減された.また,臨床において有効性評価を行うための評価システムの構築を行った.ただし,評価システムは基礎部分は構築できたものの,今後も完成度をあげる必要がある.成分分析手法に関しては,H28年度に実装した手法は,一般的なカメラで撮影された動画像を想定した手法であり,X線画像の特性を考慮していなかった.CT再構成で利用される全変動の他,値域を限定するなどのペナルティを加えた.また,解法についても新たな手法に適した方法を導入した.これにより従来発生していた不自然なアーチファクトが大幅に低減できた.画像データはこれまでに十分な数を収集しており,このデータセットを用いて後処理的に各手法の有効性を評価した.客観的指標を用いた評価では改善が確認された.しかしながら,医師による主観評価や臨床での評価は実施できていない.構築した手法を統合化させるとともに,評価システムを完成させ,臨床にて評価を行う必要がある.成分分析手法はアーチファクト低減効果は向上させられたものの,計算速度に関しては臨床評価に耐えられるレベルにはない.GPUを導入するなど,高速化が求められる本研究では,術中に撮影された履歴画像から有用な情報を抽出し,リアルタイムに撮影される画像へフィードバックするための呼吸動態解析法および画像処理法を開発することを目的としている.

例えば,画像下治療では間欠的に撮影されたX線画像は破棄されることが多く,必要に応じて撮影を繰り返す.撮影回数・時間の増加は患者の二次的疾病の発生リスクを増大させる.本研究課題ではいずれの画像にも有用な情報が含まれていることを鑑み,履歴画像を破棄せずに蓄積し,再利用する手法の構築を目的とする.H28年度では機械学習手法や成分分析手法を取り入れた,基礎的な呼吸位相同期手法と,造影領域の抽出手法の構築を行ってきた.H29年度では各手法の高度化を行った.特に成分分析手法では,CT再構成でも利用される全変動や,値域を限定するなどのペナルティ項を追加した.これにより従来手法で発生していた不自然なアーチファクトを大幅に低減できた.成分分析の精度は大きく向上したものの,計算時間が膨大になり,臨床応用への課題となっていた.そこでH30年度では提案手法の高速化を実施した.まず,並列演算可能なGPUの導入を行った.このとき,ペナルティ項の最適化手法は並列演算には適していなかったことから,単純な行列演算で表現可能な最適化手法へ変更を行った.一般的に購入可能なGPUを搭載したPCを用いて実験を実施した.高速化前の計算時間は3時間程度であったが,改良後は約10秒で処理が完了可能であることを確認した.X線透視像は自然画像とは異なり,透視像という特性上,単純な線形モデルでは分離できない場合がある.今後はより高度は分離モデルや制約を導入することにより,高精度な分離手法への改良を目指す.いずれの処理も計算コストが高いため,実利用に適さない状態である.術中評価に耐えられる計算速度を獲得するため,GPUなどの導入を検討する.これと並行して,求められる精度や画質などの詳細な定義を目指す.作成した画像を定量的かつ客観的に評価することは難しいため,医師による主観評価実験を行う.また,当該実験を円滑に進めるためには評価用のインターフェースの導入が望ましい.術中にリアルタイムんい検証を行うためのシステムを構築し,実際の使用を想定した評価を行う.成分分析手法の高速化に関しては,すでに新規の環境を用意しており,実装とアルゴリズムの改良を進める.これと並行して評価システムの調整と改良,成分分析手法との統合化を進める.評価システムが運用可能になり次第,臨床において評価を行う.
亜ヒ酸製剤投与患者におけるヒ素感受性に関与する遺伝子の解明

亜ヒ酸投与された成人および小児acutepromyelocytic leukemia患者における尿中ヒ素化合物と8-OHdG分析を行った。成人ではメチルヒ素化合物のMMAとDMAは投与期間中増加傾向で、無機ヒ素(As^VとAs^<III>)は、低濃度で一定の値を示した。8-OHdG濃度はヒ素化合物の総和、MMAおよびDMA濃度との間に有意な正の相関関係が認められた。小児患者では尿中As^<III>の割合は5-47%と成人例に比較して高く、8-OHdG濃度と尿中DMA濃度に正の相関関係が認められた。亜ヒ酸(三酸化ヒ素:ATO)は毒性元素として知られる一方、難治性・抵抗性急性前骨髄球性白血病(APL)患者に有効であることが報告され、抗がん剤として用いられている。現在欧米では、ATOは再発または難治性APLに対して第一選択薬となっており、日本においてもAPLの治療上必要不可欠な薬剤になることが期待されている。しかし、ATO投与を受けた患者のヒ素の代謝および生体毒性影響については不明である。そこでATO投与後のAPL患者におけるヒ素代謝を明らかにするため、尿中ヒ素化合物を分析し、毒性影響を調べる手がかりとして、酸化ストレスのマーカーとして知られる8-hydroxy-2'-deoxyguanosine(8-OHdG)濃度の分析を行った。ヒ素化合物の組成割合は、投与期間を通じて平均でDMA(約45%),As(III)(約30%),MMA(約20%),As(V)(約5%)であった。メチルヒ素化合物のMMAとDMAは投与期間中増加傾向にあった。一方、無機ヒ素(As^vとAs^<III>)は、投与期間中、低濃度で一定の値を示し、これはヒ素のメチル化に関与する酵素の活性化によるのではないかと考えられた。8-OHdGは活性酸素種によるDNAダメージにより生じる。8-OHdG濃度は7-58.5ng/mg creatinineの範囲を示し、投与期間中増加傾向を示した。8-OHdG濃度はヒ素化合物の総和、MMAおよびDMA濃度との間にいずれも有意な正の相関関係が認められた。海産物などの食品には、MMAやDMAが含まれるが、ヒトの尿サンプルにおいてこれら由来のMMA、DMAも検出される可能性が考えられる。ヒ素化合物濃度と8-OHdG濃度を総合的に判断することが、食事経由の摂取とヒ素中毒とを区別する一助になることが、本研究の結果から示唆された。亜ヒ酸(三酸化ヒ素:ATO)は毒性元素として知られる一方、抗が剤として用いられ、難治性・抵抗性急性前骨髄球姓白血病(APL)患者に有効であることが報告されている。しかしながら、小児例におけるATO投与後の血中および尿中ヒ素化合物濃度等の知見はほとんど無い。そこでATO投与後の小児己APL患者におけるヒ素代謝を明らかにうるため、尿中ヒ素化合物を分祈し、毒性影響を調べる手がかりとして、酸化ストレスのマーカーとして知られる8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (8-OHdG)濃度の分析を行った。ATOを投与された小児患者の尿および血清において8-OHdGと各ヒ素化合物濃度との関係を調べたのは、本研究が初めてである。小児患者では、As^<III>の割合が高く、成人に比較してヒ素の多代謝能が低い可能性が示唆された。亜ヒ酸(三酸化ヒ素:ATO)は毒性元素として知られる一方、抗がん剤として用いられ、難治性・抵抗性急性前骨髄球性白血病(APL)患者に有効であることが報告されている。ATO投与後の小児APL患者におけるヒ素代謝を明らかにするため、尿中ヒ素化合物を分析したところ、成人患者に比較して小児ではヒ素の代謝能が低い可能性を明らかにした。また8-hydroxy-2'-deoxyguanosine(8-OHdG)は活性酸素種によるDNAダメージにより生じるが、尿中8-OHdG濃度は尿中dimethylarsinic acid濃度と正の相関関係が認められた。また、ヒ素に曝露したベトナム人における尿中8-OHdG濃度とDNA修復酵素であるhOGG1(humanoxoguanine glycosylase1)Ser326Cys遺伝子多型とapurinic/apyrimidinic endonuclease(APE1)Asp148Glu遺伝子多型の関連について調査を行ったところ、hOGG1Ser326Cys多型についてCys/CysではSer/CysおよびSer/Serに比べ有意に高かった。またAPE1Asp148GluについてAsp/GluはAsp/Aspに比べ有意に高いことが明らかになった。本研究からこれらの変異を有する人では酸化ストレスを強く受けやすいことが示唆された。
火山砕屑物の層序、風化、物性に基づく地震地すべり危険度マッピング

地震時に急激な崩壊性地すべりを多発してきたにもかかわらず、危険斜面としてはノーマークであった火山砕屑物の地震時地すべりを対象として事例研究を行った。その結果、地震時に流動的な崩壊を引き起こす地層は火山灰層序学と風化に基づいて特定しうることが明らかになり、また、それらの物質が地震動を受けてせん断される結果、間隙水圧が高まり、流動化する性質を持っていることが明らかになった。これらの結果から、物質の分布と力学特性によって、このタイプの地震時地すべりのハザード評価が可能になった。1)過去に実際に地震で発生した火山砕屑物の崩壊地および周辺の地質調査を行うとともに、データ分析を行い、崩壊した層の層準を概ね特定した。1949年今市地震では、地表から3m付近までの今市軽石の崩壊と、地表から5m程度にある小川火山礫にすべり面を持つ崩壊が発生したことを明らかにした。2009年パダン地震によって発生した崩壊の調査結果を分析し、すべり面が地表面から3-4mの深さの軽石層基底にすべり面が形成されたことを明らかにした。2)これらの地域で試料を採取し、X線鉱物分析を行った。その結果、すべり面はハロイサイトに富む層に形成されていることを明らかにした。また、動的簡易貫入試験を行い、地表面に硬い層があり、その下の弱い層がすべり面となっていることがわかった。3)2011年東北地方太平洋沖地震によって発生した白河市葉ノ木平の崩壊のすべり面形成粘土を採取し、振動三軸試験を行い、動的強度特性を求めた。4)白河市葉ノ木平で採取した粘土のリングせん断試験を行い、強度の速度依存性を検討した。1)1949年今市地震による降下火砕物の調査を継続し、地すべりのすべり面の層準を明らかにした。1923年関東地震による地すべりダム(震生湖)個所の調査を行い、それが6万年から6万5千年前に箱根火山から噴出した東京軽石層にすべり面があることを明らかにした。また、東京軽石層は神奈川から東京にかけて広く分布することから、今後の地震時に崩壊する可能性があることを指摘した。2)1949年今市地震、1923年関東地震、1968年十勝沖地震、1978伊豆大島近海地震、2011年東北地方太平洋沖地震などの時に発生した降下火砕物の層序学的検討を行い、また、簡易貫入試験結果と合わせて比較検討を行った。その結果、すべり面は軽石層内部あるいは、軽石層の下の層に形成されていること、また、それらはハロイサイトに富む層であることが明らかになった。3)2011年東北地方太平洋沖地震で発生した白河市葉ノ木平の崩壊のすべり面形成粘土について、CU三軸試験、CU中空ねじり単調載荷試験、CU中空ねじり繰り返し載荷試験を行った。その結果、粘土の強度は、載荷速度に依存し、載荷速度の大きくなるほど増加することがわかった。さらに、斜面に対する一次元地震応答解析を行った。その結果、有効拘束圧(上載荷重),すべり面の傾斜角(初期せん断応力),地震動(繰り返し載荷回数)が地滑り発生メカニズムに関係することがわかった。4)1949年今市地震で発生した崩壊性地すべりのすべり層準となった今市軽石のリングせん断試験を行った結果、地震によって地すべり変動現象が発生すると、すべり面附近において高い過剰間隙水圧が発生し、自然排水状態においては発生した水圧が消散しにくい、即ち、高速長距離地すべりになりやすいことが分かった。研究は当初予定どおり、順調に進めることができた。1)昨年度までの降下火砕物の地震時崩壊発生事例、および本年度2016年熊本地震による降下火砕物の崩壊事例を調査・分析し、地震時に発生する流動的な地すべりのすべり面の形成される層準がおおむね特定できることを示した。また、地表付近に硬い層があり、その下にハロイサイトに富む弱い層があり、それらが斜面下部で切断されている場合であることもおそらく必要条件であることを明らかにした。今市地域では、1949年今市地震よりも古い地震時崩壊が地形的に多く認められたため、すべる物質がある限り、ハザードレベルは容易には下がらないことがわかった。2)特定の降下軽石層の等層厚線は描けるものの、その上に乗る火山灰土層の変化が激しいため、条件の良い場合を除くと力学的強度に基づくハザードマップ作製は容易ではないことがわかった。ただし、2009年パダン地震で発生した崩壊の場合、等層厚線がほぼ危険度に対応することがわかった。3)熊本地震により発生した流動性地すべりに対する現地せん断実験および実地震波を用いた地震時地すべり室内再現実験を実施した結果、地震時に、ハロイサイトに富む軽石層の底部において、せん断破壊が発生し、せん断破壊後の運動によって、崩壊土塊において高い水圧が発生し、全層流動化に至ったことを明らかにした。4)崩壊した降下火砕物において流動性崩壊が発生しやすいため、土石流の運動予測に適用したシミュレーション手法および実測により得られた土層強度特性を用いて、崩壊土層の移動範囲を的確に予測することができると分かった。こういった手法を用いて、ハザードマップを高精度化することが可能になったと考えられる。5)研究成果をInternational Symposium on LandslidesでKeynote発表した。また、一般向け著書「地質と災害」を発行し、本研究成果の一部を掲載し、情報発信した。

地震時に急激な崩壊性地すべりを多発してきたにもかかわらず、危険斜面としてはノーマークであった火山砕屑物の地震時地すべりを対象として事例研究を行った。その結果、地震時に流動的な崩壊を引き起こす地層は火山灰層序学と風化に基づいて特定しうることが明らかになり、また、それらの物質が地震動を受けてせん断される結果、間隙水圧が高まり、流動化する性質を持っていることが明らかになった。これらの結果から、物質の分布と力学特性によって、このタイプの地震時地すべりのハザード評価が可能になった。ほぼ研究計画通りに研究を進めることができた。本研究推進にあたって、特に障害はなく、当初予定通りに研究を進める。28年度が最終年度であるため、記入しない。地質学当初の研究計画に従って研究を進める。平成26年に発生した広島の豪雨災害調査に充てる時間が多くなり、本研究のための出張日程が短くなり、また、国際会議での発表を見送ったため。12月にある米国地球物理学連合に参加し、研究成果の発表を行う。また、粘土の不攪乱乾燥のための凍結乾燥装置を購入する。
作用素環論とその記号力学系への応用

位相力学系の中で記号力学系は基本的な例を豊富に含むクラスである。本研究の目的は、記号力学系の研究を作用素環的手法、特にC^*__-環的手法を用いて研究することであった。既にマルコフシフトの場合は、J.Cuntz-W.Kriegerにより、そのシフトに附随してC^*__-環が構成され、そのC^*__-環のK-理論の研究が、マルコフシフトの位相共役不変量の研究に大変有効であることが、示されていた(1980)。本研究では特にマルコフとは限らない一般のサブシフト(記号力学系)からC^*__-環を構成し、そのC^*__-環の特にK-理論を用いて、サブシフトの力学的性質を研究した。そのK-理論の計算公式を表した結果が論文「K-Theory for C^*__-algebras associated with subshifts」(Math.Scand 1998)として出版された。マルコフとは限らない記号力学系の例として文脈自由言語から構成されるものがあるが、そのサブシフトに附随してできるC^*__-環のK理論を研究した結果が論文「A simple C^*__-algebra arising froma certain subshift」(j.Operator Theoryに掲載予定)にまとめられた。またサブシフトの次元群との関係が「Dimension Groups for subshists and simpricity of the associated C^*__-algebras」にまとめられ日本数学会の学会誌に掲載予定である。位相力学系の中で、記号力学系は、本質的な例を多く含むクラスである。本研究の目的は、記号力学系を作用素環論的手法を用いて、研究することであった。先づ、マルコフシフトの場合は、J.Cuntz-W.Kriegerにより、そのマルコフシフトに付随してC^*-環を構成し、そのC^*-環を研究することが、元のマルコフシフトの研究に大変有効であることが示されていた(1980)。本研究においては、マルコフとは限らない一般のサブシフト(記号力学系)からC^*-環を構成し、そのC^*-環を用いて、サブシフトの力学系的性質を研究した。最初の基本的な結果が論文「On C^*-algebras associated with subshifts」Internat.J.Math 8(1997)として出版され、そこで、サブシフトの既約性とC^*-環の単純性について解明された。マルコフとは限らない記号力学系の例としてβ-シフトと呼ばれるクラスがあるがこのサブシフトからできるC^*-環の研究が論文「Smple C^*-algebras arising from β-expansion of real number」(Ergod.Th.& Pyn.Sys.に掲載予定)においてなされそこで、実数の数論的性質と力学系のエルゴード的性質、C^*-環の代数的性質が明らかにされた。また、この例をモデルにして、記号力学系の位相的エントロピーと対応するC^*-環のゲージ作用のKMS-条件の存在温度との関係が論文「KMS-states for gauge action on C^*-algebras associated with subshifts」にまとめられた。これらはそれぞれ片山氏(大阪教育大)、綿谷氏(九州大)と綿谷氏、吉田氏(大阪市大)との共同研究である。
自閉性障害の神経ネットワーク異常に関する研究：非線形解析による脳形態生理学的検討

神経ネットワーク障害仮説は自閉症スペクトラム障害(ASD)の病態生理を理解する上で重要な鍵を握る.本研究ではASD患者を対象に脳波および脳磁図の非線形理論やグラフ理論を用いて神経ネットワーク異常の抽出を試みた.結果,脳波の非線形解析は,ASDにおける治療的介入効果を捉える可能性が示唆された(岡崎ら2015).またASDでは幼児期に過剰な発達(脳磁図の複雑性の上昇)(高橋ら2016)と高い神経ネットワークの効率性(グラフ理論に基づくスモールワールド性の上昇)を有する(高橋ら投稿中)ことを明らかにした.神経ネットワーク障害仮説は種々の精神疾患における共通の神経基盤であり,自閉症スペクトラム障害(ASD)の病態生理を理解する上で重要な鍵を握る.またASDでは臨床症状の異質性や併存疾患が問題となるが,その要因として神経ネットワーク障害の多様性が示唆されている.本研究ではASD患者および他の精神疾患を対象に,脳波のマルチスケールエントロピー(MSE)解析を用いて脳波の複雑性を評価することで神経ネットワーク異常を抽出し,ASDと他の精神障害との相違点および共通点を浮き彫りにする.気分障害での検討では,うつ病患者3名において電気痙攣療法(ECT)前後の脳波変化をMSE解析を用いて捉え,臨床改善度との関連を検討した.結果,ECTによって高周波帯域における脳波の複雑性が低下し,その低下は臨床症状の改善と関連することを報告した.一方,発達障での検討では,強迫症状を合併したASD患者(症例報告)における脳波に対するECTの影響をMSE解析を用いて評価した.結果,ECTによって前頭部においては高周波帯域の脳波の複雑性が低下し,後頭部においては低周波帯域の脳波の複雑性が上昇した.これらの結果から,気分障害患者と発達障害患者に対するECTの効果発現メカニズムにおいて,神経生理学的に共通点と相違点が存在することが明らかとなった.またASDおよび注意欠陥多動性障害と診断された同胞例(4組8名:すべて男性,611歳)の脳波に対してMSE解析を行った.上記の結果を踏まえ,前頭部および後頭部における脳波の複雑性の比を各周波数域別に検討した.結果,同胞内における高い類似性と同胞間での高い相違性を認めた(現在データを集積中).これらの結果から,脳波のMSE解析を用いた神経ネットワーク障害の抽出は,各脳部位がぞれぞれ異なる神経ネットワーク機構を持つことを明らかにし,病態生理の理解や診断,治療効果判定大きく貢献する可能性が示された.神経ネットワーク障害仮説は種々の精神疾患における共通の神経基盤であり,自閉症スペクトラム障害(ASD)の病態生理を理解する上で重要な鍵を握る.一方,神経ネットワークを探る有用な手段として脳生理機能の非線形解析が注目されている.本研究ではマルチスケールエントロピー解析(MSE)を用いて脳波および脳磁図の複雑性を検討することで神経ネットワーク異常を抽出し,ASDの神経生理学的メカニズムを解明する.3歳から9歳までの定型発達児(TD)およびASDを対象に,テレビアニメ視聴中の脳磁図を計測し,マルチスケールエントロピー解析を施行した.頭頂ー後頭部においては脳磁図の複雑性がASDにおいて優位に上昇し,またASD群においては前頭部における脳磁図の複雑性が重症度と関連することが明らかとなった.一方年齢との関連性において,TD群では加齢とともに複雑性が大きく上昇するのに対して,ASDでは年齢との関連性はみられなかった.今回得られた結果はASDの神経生理学的メカニズムの解明の一助となりうると考えられる.本結果については現在論文発表の準備中である.強迫症状を合併するASD患者における電気けいれん療法(ECT)の有効性について,脳波のマルチスケールエントロピー解析を用いて解析した.ECTによって前頭部における高周波帯域の脳波の複雑性が低下し,一方後頭部においては低周波帯域の脳波の複雑性が上昇した.またこれらの脳波変化は,臨床症状の改善や脳由来神経栄養因子の変化と関連した.マルチスケールエントロピーを用いた脳波の複雑性解析は,ECTの作用機序を探る上で有用な手法となりうる可能性が示唆された.本研究家結果については国際学会誌に受理されている.神経ネットワーク障害仮説は種々の精神疾患における共通の神経基盤であり,自閉症スペクトラム障害(ASD)の病態生理を理解する上で重要な鍵を握る.本研究ではASD患者およびASDに合併しやすいの他の精神疾患を対象に,脳波および脳磁図の非線形複雑性理論やグラフ理論を用いて脳内神経ネットワーク異常を抽出し,ASDの病態生理を明らかにすることが目的である.ASDおよび気分障害患者における電気痙攣療法の治療効果メカニズムに関し,脳波の非線形複雑性解析を用いて検討した.結果,電気痙攣療法によって脳波の複雑性が変化し,その変化は治療効果と関連することを報告した(Okazaki et al. 2013,2015).これらの結果から,気分障害患者とASD患者に対する電気痙攣療法の効果発現メカニズムにおいて,神経生理学的に共通点と相違点が存在することが明らかにした.平成27年度にはASD児および健常児を対象に脳磁図を計測し,脳内神経ネットワーク機構について非線形複雑性解析およびグラフ解析を用いて評価し,発達や臨床症状との関連性について検討した.結果,健常児では脳磁図の複雑性は発達によって上昇することがわかった.一方ASD児では幼年期において健常児に比べて高い脳磁図の複雑性を呈し,さらに健常児で見られた発達による複雑性の上昇が不十分であることが明らかとなった.

またASD児における脳磁図の複雑性は臨床症状と関連した.これらの結果から,非線形複雑性解析の脳磁図への適用は,ASD児における脳内神経ネットワーク異常の抽出に有用であり,病態生理の理解や診断,治療効果判定大きく貢献する可能性が示された(Takahashi et al. 2016).またグラフ理論を用いたネットワーク解析では,ASD児において高いスモールワールドネス(脳内情報処理の効率性)を認めることを明らかにした(投稿中).神経ネットワーク障害仮説は自閉症スペクトラム障害(ASD)の病態生理を理解する上で重要な鍵を握る.本研究ではASD患者を対象に脳波および脳磁図の非線形理論やグラフ理論を用いて神経ネットワーク異常の抽出を試みた.結果,脳波の非線形解析は,ASDにおける治療的介入効果を捉える可能性が示唆された(岡崎ら2015).またASDでは幼児期に過剰な発達(脳磁図の複雑性の上昇)(高橋ら2016)と高い神経ネットワークの効率性(グラフ理論に基づくスモールワールド性の上昇)を有する(高橋ら投稿中)ことを明らかにした.脳磁図研究および脳波研究とも計測はすでに終えている.脳磁図研究においては解析も概ね終了しており,現在は学会・国際学会誌への発表を準備している段階にあり,順調に経過している.精神医学今後は脳波解析を積極的に行う予定である.当初の計画予定に比して,対象者のリクルートがスムースに行えていない.その理由として,対象者を当該施設を中心に行ってきたことが大きな理由にあげられる.来年度の研究推進において、必要な解析ソフトウェアを購入するため。リクルートに当たり,研究協力施設を拡充(すでに倫理委員会で認証済み)することで対象者を増やす予定である.生理学情報解析ソフトウェアの購入平成25年度から開始しているデータ収集が現在も進行中であることから次年度使用額が生じてしまった.またデータ集積後のデータ入力などの研究協力者への謝金などにおいても遅れが生じている.今後,データ収集を速やかに進め,研究全体を円滑および効率よく進める.さらに,国内外学会における情報収集あるいは成果発表に伴う旅費,論文発表に伴う経費(論文掲載料,校正料など)として活用することを計画する.
早期産児の肺炎予防に対するラクトフェリンの有用性に関する基礎的検討

今年度はまず、実験の手法を確立するため、4週齢以上のICRマウスを用い、(1)挿管針による経口的気管内挿管、(2)挿管針からの経気道的色素注入、(3)吸入麻酔下の気管支肺胞洗浄液の採取、を試みた。その結果、1回投与量を50μl以下であれば90-95%の確率で経口的に色素を気道内に注入できることが明らかになった。また、吸入麻酔下の気管支肺胞洗浄液の採取も、採取後直ちに100%酸素を投与すればマウスを確実にレスキューすることができた。その後、色素注入の手技と同様に、まず緑膿菌の経気道投与を試みた。最初に、投与する至適菌量を決定するため、1x10_4 colony-forming units (CFU)から1x10_8 CFUの菌を使用した。約24時間後、肺を摘出しそのホモジェネートの菌定量を行ったところ、予想通り菌の増殖が認められた。24時間後のマウスの症状、肺ホモジェネートの菌数などを考慮し、以降の実験には、1x10_6 CFUの菌量を使用することとした。次に、ラクトフェリンを緑膿菌投与前約1-2時間前、約6時間前に投与して肺ホモジェネートの菌定量を行った。残念ながら、実験回数が少なかったこともあってか、統計的な有意差を認めなかった。また、同様に脾臓のホモジェネートについても統計的な有意差を認めなかった。以上のような成績さあったため、マウスの種類の変更(FVB/Nマウスなど)、投与する菌量、ラクトフェリン投与と菌投与の間隔の変更などを計画していたが、出張のため実験を中断せざるを得なかった。
歯科用コーンビームX線CT(CBCT)におけるCT値付与アルゴリズムの開発

本研究により、同一撮影条件ではCBCTのピクセル値はMDCTのCT値よりも低いことがわかった。また、CBCTでは撮影時の管電圧、管電流、FOV、さらにはFOV内での被写体の撮影位置によってもピクセル値が大きく変化することがわかった。これらはCBCTではキャリブレーションを行わないこと、CBCT装置特有の散乱X線補正、FOV外への被写体のはみだし、大きなコーン角、ビームハードニング効果や画像構成アルゴリズム等に起因すると考えられた。その結果、同一撮影条件ではCBCT画像の輝度値はMDCT画像の輝度値よりも低いことがわかった。また、MDCT画像では管電流やFOVを変化させても輝度値に変化はなく、管電圧を上げると輝度値は下がることがわかった。一方、CBCT画像では管電流、管電圧を上げると輝度値は下がり、FOVによっても輝度値が大きく変化することがわかった。CBCT画像のこのような傾向は、CBCT装置特有の散乱X線補正や、FOV外への被写体のはみだし量を補正するはみだし補正等が影響していると考えられる。また、同一機種の別のCBCT装置で同様の実験を行ったところ、当施設のCBCT装置から得られた画像と比較して最大で200程度の輝度値の変化を認めたため、個々のCBCT装置間でFPD自体の感度のばらつきの補正が不完全であると考えられた。今回の結果は、現状ではCBCT装置に定量性がないことを示しており、CBCT装置の補正法や画像再構成アルゴリズム、FPDの改良等が必要であると考えられた。前年度の実験結果から、CBCT画像では撮影時の管電圧、管電流、FOVによって輝度値が大きく変化することがわかった。本年度は、CBCT装置における被写体の体軸方向の位置付けの違い、および同一スライス内での位置の違いによって、被写体の輝度値が変化するかについて検討した。CBCT装置Alphard VEGA(朝日レントゲン工業株式会社)を用い、CATPHAN500(米国/IRIS社)を同一の管電圧、管電流、FOVにて撮影した。CATPHAN500のうち、CTP401(空気、ポリエチレン、テフロン、アクリルの4種のCT値が既知であるCT値測定用ファントム)とCTP486(均質性評価用ファントム)を用いた。ファントムの中心と照射野の中心の位置が一致する高さを0とし、照射野を体軸方向に上下2cmごとに移動させて撮影し、得られたCBCT画像にRO1を置いて輝度値を計測した。その結果、CTP401の各マテリアルの輝度値は、体軸方向の位置付けの違いによって輝度値が変化した。これはCBCT装置の大きなコーン角により、照射野の辺縁部と中心部とでは焦点被写体間距離が大きく異なるため、その結果X線の強度が両者で異なり、体軸方向の位置付けの違いによって輝度値が変化したと考えられた。さらに、大きなコーン角のために特に照射野の辺縁部ではFPDに対して垂直にX線が入射せず、断層画像の再構成時に補正を行うため、それによる影響も考えられた.また、CTP486より得られた同一スライス面での輝度値は中心で有意に低く、ビームハードニング効果や装置の画像構成アルゴリズムに起因すると考えられた。今回の結果より、CBCTでは被写体の撮影する位置によっても輝度値が大きく変化することがわかった。前年度までの実験結果から、同一撮像条件ではCBCT画像の輝度値はMDCT画像の輝度値よりも低いことがわかった。また、CBCT画像では撮影時の管電圧、管電流、選択されるFOV、さらにはFOV内での被写体の撮影位置によっても輝度値が大きく変化することがわかった。CBCT画像のこのような傾向は、CBCTでは空気や水を用いてのキャリブレーションを行わないこと、CBCT装置特有の散乱X線補正や、FOV外への被写体のはみだし等が影響していると考えられる。FOV内での被写体の撮影位置による輝度値の変化に関しては、被写体の体軸方向の位置づけの違いと同一平面内での位置づけの違いで原因が異なると思われる。まず、被写体の体軸方向の位置づけの違いによる輝度値の変化についてはコーン角による影響が考えられる。CBCT装置の大きなコーン角により、照射野の辺縁部と中心部とでは焦点被写体間距離が大きく異なるため、その結果X線の強度が両者で異なり、被写体の体軸方向の位置づけの違いによって輝度値が変化したと考えられた。加えて大きなコーン角は照射体積が増加することにつながり、結果として散乱線が増加するため輝度値をさらに不正確にすると考えられる。FPD前面にグリッドを挿入すれば散乱線が除去できる可能性があるが、現時点では実現に至っていない。また、X線管球が縦置きであるならば、体軸方向に対するヒール効果の影響も考える必要があるが、今回研究に使用した機種ではX線管球は横置きであり、ヒール効果の影響はないと考える。被写体の同一平面内での位置づけの違いによる輝度値の変化についてはビームハードニング効果や装置の画像構成アルゴリズムに起因すると考えられた。