hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電子衝突励起による散乱電子-発光コインシデンス装置の開発

本研究では超音速分子線中での電子エネルギーロススペクトル及び発光スペクトル測定装置を開発し、それらを組み合わせてコインシデンス測定を行う予定であった。しかし研究費の大幅な削減により、発光スペクトル測定装置の開発だけで予算をすべて消費してしまい、電子エネルギーロススペクトル測定装置の開発までにはいたらなかった。今回の科学研究費のおかげで完成することができた超音速分子線中での電子衝突励起発光スペクトル測定装置は、将来のコインシデンス測定を考慮し、大きな取込み角(pi/4)、十分な迷光対策(検出器のノイズレベル)、ダ-クカウント約2cpsの優れた性能を有している。この装置の特性を生かし、電子衝突励起では殆ど報告例のない以下の発光スペクトル測定を試みた。(1)燐光スペクトル(ピラジン、ベンズアルデヒト)、(2)クラスターの発光(ベンゼン-アルゴン、窒素ダイマー)、(3)クラスター内反応生成物の発光[窒素-水クラスターから生成する一酸化窒素、水クラスターからの(<HO>___2<)O>___nH]。しかしながらいずれの発光も観測できなかった。(1)に関しては発光種の寿命が長いため、分子線と直交する方向での発光観測はいかなる電子銃、検出器を用いても困難であり、分子線の下流から発光を観測する必要があることが明らかとなった。(2)、(3)に関しては、クラスターやその反応生成物は基底状態では存在しているけれども、クラスターの発光は親分子の発光と重なって現れるため帰属が困難なことや、一回の電子衝突で励起状態の反応生成物ができる確率が非常に小さいため観測できなかったと考えられる。来年度以降より電子エネルギーロススペクトル測定装置の開発を始め、当初の予定である散乱電子-発光コインシデンス測定装置を完成すべく努力していきたいと考えている。
セリア安定型ジルコニアを用いたインプラントフィクスチャーの開発

本研究では表面にフッ酸処理を加えたCe-TZP/Aが骨芽細胞に及ぼす影響を検討した.Ce-TZP/Aの基板にそれぞれ機械研磨,4%,55%フッ酸処理を加え,各試料片の表面を電子顕微鏡で観察し,表面粗さを測定した.また,MC3T3-E1細胞を各試料片上で3,24時間培養し,接着細胞数のカウントおよび,3時間後の細胞骨格分子を蛍光二重染色し,共焦点レーザー顕微鏡で観察した.また,播種7日後にALP染色で,骨芽細胞の分化への影響を調べた.セリア安定化ジルコニアはフッ酸処理によるナノ構造を有する表面形状によって,骨芽細胞の初期応答に効果的な影響を与えることが示唆された.1.ナノジルコニアの表面性状の最適値の決定(昨年度から継続)a.表面親水性の解析:チタン表面の濡れ性(親水性)は初期細胞接着に大きな影響を与え,インプラント周囲の骨形成不全を予防することが知られている.ナノジルコニアでも同様の効果が得られるかについて検討し,より触媒効果の高い表面性状を検索する.具体的にはH2OのContact angle及びH2O滴下時のディスク上の表面積を測定し評価した.2.in vitroにおける骨形成細胞の生物学的検索(昨年度から継続):細胞の接着,増殖,分化は材料への親和性を図る上で非常に重要な意義を持つ.近年,チタンにおいて機械研磨面と粗造面上を比較すると,研磨面では骨芽細胞の接着,増殖が良好であるのに対し分化能が遅れるが,粗造面では接着・増殖は劣るが分化が促進される起こることが報告されている.これは,ナノジルコニアでも同様であることが予想されるため,ラット骨髄由来の骨芽細胞をナノジルコニア,チタン上で培養し以下の実験項目を行い,Rough surfaceおよび鏡面研磨加工による活性の違いを検索した.3.in vivoにおける骨-インプラント結合能の解析(次年度継続予定):オッセオインテグレーション(骨ーインプラント結合)能を生体力学的に評価することのできる除去トルク試験を行い,実際のインプラントの結合力を定量化する予定で現在継続中である.本研究では表面にフッ酸処理を加えたCe-TZP/Aが骨芽細胞に及ぼす影響を検討した.Ce-TZP/Aの基板にそれぞれ機械研磨,4%,55%フッ酸処理を加え,各試料片の表面を電子顕微鏡で観察し,表面粗さを測定した.また,MC3T3-E1細胞を各試料片上で3,24時間培養し,接着細胞数のカウントおよび,3時間後の細胞骨格分子を蛍光二重染色し,共焦点レーザー顕微鏡で観察した.また,播種7日後にALP染色で,骨芽細胞の分化への影響を調べた.セリア安定化ジルコニアはフッ酸処理によるナノ構造を有する表面形状によって,骨芽細胞の初期応答に効果的な影響を与えることが示唆された.試料はナノジルコニアおよび純チタン(grade2)のディスク(直径2mm,厚さ1mm)とシリンダー(直径2.5mm,長さ6mm)に3%HF,66%H2SO4にて酸処理しRough surfaceを付与するものと鏡面研磨加工を付与するものを準備する.i)ナノジルコニアの表面性状の最適値の決定a.表面親水性の解析:チタン表面の濡れ性(親水性)は初期細胞接着に大きな影響を与え,インプラント周囲の骨形成不全を予防することが知られている.ナノジルコニアでも同様の効果が得られるかについて検討し,より触媒効果の高い表面性状を検索する.具体的にはH2OのContact angle及びH2O滴下時のディスク上の表面積を測定し評価した.細胞の接着,増殖,分化は材料への親和性を図る上で非常に重要な意義を持つ.近年,チタンにおいて機械研磨面と粗造面上を比較すると,研磨面では骨芽細胞の接着,増殖が良好であるのに対し分化能が遅れるが,粗造面では接着・増殖は劣るが分化が促進される起こることが報告されている.これは,ナノジルコニアでも同様であることが予想されるため,ラット骨髄由来の骨芽細胞をナノジルコニア,チタン上で培養し以下の実験項目を行い,Rough surfaceおよび鏡面研磨加工による活性の違いを検索した.1.ナノジルコニアの表面性状の最適地の決定(昨年度より継続)a.表面親水性の解析:チタン表面の濡れ性(親水性)は初期細胞接着に大きな影響を与え,インプラント周囲の骨形成不全を予防することが知られている.昨年度までの実績でナノジルコニアでも同様の効果を得られることが判明した.本年度は,その表面性状の処理方法について最適なものを検索するために,いくつかの異なる条件について実験を行った.2.in vitroにおける骨形成細胞の生物学的検索(昨年度より継続)上記で検索した各条件について,細胞の接着,増殖,分化について,ラット骨髄由来の骨芽細胞を異なる濃度でフッ酸処理したナノジルコニアディスク上で培養し,活性の違いを検索した.ラット大腿骨にナノジルコニアで製作したミニインプラントを埋入し,2ヶ月のオッセオインテグレーション期間を経たのちに摘出し,万能試験機(インストロン)上でPush-in testを行い,各条件下における加重曲線の違いについて比較検討を行った.

補綴理工系歯学平成25年度にin vitroにおけるジルコニアインプラント表面性状の最適化を行い,その結果を基にin vivoの骨形成細胞の生物学的検索を行う予定であったが,ジルコニアインプラントの表面性状の最適化の過程における試行錯誤によりin vivoの骨形成細胞の生物学的検索および解析に遅延が生じたため,計画全体に遅れが生じた.以上より,in vivoの骨形成細胞の生物学的検索および解析を次年度に順延して行うこととし,未使用額の次年度使用許諾を得るため,補助事業期間園長承認申請を行った.現在,計画調書に記載したin vivoにおける細胞培養などの解析において,一定の成果が得られ,現在追試験による確認を行っている.これは,計画調書における一年目に予定された成果とほぼ同等の結果で,すでに学会において演題発表を行った.現在in vitroの予備実験を行っているため,概ね順調と考えている.in vivoにおける骨-インプラント結合能の解析:オッセオインテグレーション(骨ーインプラント結合)能を生体力学的に評価することのできる除去トルク試験を行い,実際のインプラントの結合力を定量化する.a.実験動物:ニホンシロウサギを用い,麻酔下にてインプラントの埋入術を行うこととする.術後には抗生剤,鎮痛剤を投与し,自由運動下にて飼育する.術後20日目より2日間にわたりテトラサイクリンを,術後40日目より2日間にわたり炭酸ソーダ溶液に溶解したカルセインを投与し骨にラベリングを行うこととする.術後15,30,60日目にエーテルの過量投与により安楽死させ,試験を行う.b.インプラント埋入術:インプラント埋入術における骨窩洞の形成には,インプラント手術用サージカルエンジンおよび手術用具(いずれも現有)を用いる.直径2.5mm,長さ6mmのスクリュー型インプラントを用い,チタンインプラント(Rough Surface)を埋入する群とナノジルコニアインプラント(Rough Surface)を埋入する群で比較検討を行う.c.除去トルク値の計測:インプラントと骨のオッセオインテグレーションが破壊されるまでのトルク値を計測する.d.骨ーインプラント接触率の計測:脛骨からインプラント周囲組織を含めて切り出した試料を樹脂包埋後にVillanueva Bone Stain染色による切片とし,共晶点レーザー顕微鏡にて組織像のを取得する.さらに,解析ソフトImage Jを用い,骨とインプラントの接触率およびインプラント周囲骨周長辺りのテトラサイクリンおよびカルセインによる標識面の割合の計測を行う.また,試料の微少X線成分分析により既存骨および新生骨の成分を計測し,骨化度の指標とする.in vivoにおける骨-インプラント結合能の解析:オッセオインテグレーション(骨ーインプラント結合)能を生体力学的に評価することのできる除去トルク試験を行い,実際のインプラントの結合力を定量化する.a.実験動物:ニホンシロウサギを用い,麻酔下にてインプラントの埋入術を行うこととする.術後には抗生剤,鎮痛剤を投与し,自由運動下にて飼育する.術後20日目より2日間にわたりテトラサイクリンを,術後40日目より2日間にわたり炭酸ソーダ溶液に溶解したカルセインを投与し骨にラベリングを行うこととする.術後15,30,60日目にエーテルの過量投与により安楽死させ,試験を行う.b.インプラント埋入術:インプラント埋入術における骨窩洞の形成には,インプラント手術用サージカルエンジンおよび手術用具(いずれも現有)を用いる.直径2.5mm,長さ6mmのスクリュー型インプラントを用い,チタンインプラント(Rough Surface)を埋入する群とナノジルコニアインプラント(Rough Surface)を埋入する群で比較検討を行う.
半導体SPECT装置を用いた冠血流予備能測定：アンモニアPETとの比較研究

近年、開発された半導体検出器搭載の心臓専用SPECT装置は感度・空間解像度に優れ、PET検査と同様に非侵襲的にMFRを算出できる。虚血心を対象に、アデノシン負荷心筋SPECTおよび心筋PET検査を施行、MFRの算出を行ったところ、SPECTにより算出されたMFRは過小評価された。これはSPECT製剤のextraction fractionが低値であることが原因と考えられる。また、SPECTはPET検査に比しカウント収集効率に劣るため、MFR値のばらつきは大であった。これらの結果より、SPECTにおけるMFRは冠動脈領域ごとでなく左室全体のGlobal MFRとしての使用が妥当と考えられた。当院健診医療センターにおいて13N-アンモニア心筋血流PET検査を月2例のペースで施行している。アデノシン負荷開始3分後に13N-アンモニアを投与し、Dynamicデータ(10分間)より安静時・負荷時の局所心筋血流量を算出している。さらに本科研費にて導入したPET検査用心機能解析ソフトを用い左室機能解析の算出も行っている。SPECT検査においても同意を得られた症例に限り、心筋血流定量を開始した。ほぼ計画通りに、PET装置および半導体SPECT装置を用いた虚血心を対象とした心筋血流定量が行われている。研究計画通りに心臓専用半導体SPECT装置(GE社製Discovery 503c)を用い99mTc-TF負荷心筋血流SPECT検査を施行した症例に対し、安静時および負荷時の局所心筋血流量(ml/min/g)の算出を行っており、安静時および負荷時の血流量比からMFR(SPECT)の算出にも至っている。負荷心筋SPECTでは心筋虚血の評価が困難な症例に対しては、日を改めて、当院PETセンターにて13N-アンモニア心筋血流PET検査を施行、安静時・負荷時の局所心筋血流量(ml/min/g)およびMFR(PET)を算出している。心筋SPECTで用いる心筋血流製剤の心筋抽出率(Extraction fraction)は、6065%であり、心筋PET製剤のそれ(8590%)に比し低値である。そのため、研究開始前から予想していたごとく、負荷SPECT検査にて算出されたMFRは、負荷PET検査にて算出されたそれに比し有意な定値を示すことが明らかになった。また、上記Extraction fractionの相違により、捉えられた心筋虚血の容量にも有意な差異(SPECT<PET)を示すことが明らかになった。また虚血心として、小児例(川崎病症例)にも負荷心筋SPECT/PETを施行している。成人例と同様にExtraction fractionに富む心筋血流PET検査にて、より広い虚血範囲が捉えられ、またより多い虚血枝が同定された。また小児に関しては、心臓自体が小さいため、SPECT像では心尖部内腔がつぶれ、同部の評価が困難になるのに対し、空間分解能に富むPET象では、心尖部評価に勝るという認識が得られた。これまでの検討により、半導体カメラを用いた負荷心筋血流SPECT検査にて、安定した局所心筋血流料およびMFRを算出することが可能となった。また研究前の予想通り、負荷心筋SPECTと負荷心筋PET検査における算出値の差異を捉えることができた。虚血性心疾患に対し、心臓専用半導体SPECT装置(GE社製Discovery 503c)を用いアデノシン(120μg/kg/min×6min)負荷を併用した99mTc-TF負荷心筋血流SPECT検査を施行した。安静時およびアデノシン負荷開始3分後に99mTc-TFを投与し、それぞれ10分間のDynamic SPECTデータを収集し、PET用心筋血流解析装置を流用して、安静時および負荷時の局所心筋血流量(ml/min/g)の算出を行った。ついで負荷時の心筋血流量を安静時のそれで除し、MFR(SPECT)の算出を行った。一部の症例に対しては、日本医科大学健診医療センターにてアデノシン負荷併用の13N-アンモニア心筋血流PET検査を施行し、SPECT検査と同様に安静時および負荷時の局所心筋血流量(ml/min/g)およびMFR(PET)を算出した。MFR(SPECT)とMFR(PET)の比較において、両者に相関を認めたものの、前者は有意に低値であった。この結果はSPECT製剤(99mTc)のextraction fraction(EF)が60%程度と13N-アンモニアのEF(85%)に比し低値であることによる妥当な結果と考えられた。またMFR(SPECT)の各領域におけるばらつきは大であり、局所解析のための左室心筋分割はを3分割程度が妥当と考えられた。この結果は、SPECTのカウント収集効率が、PET検査に比し著しく低いことによるものと考えられる。

次のステップとしては、症例数をある程度まで蓄積した時点で、SPECT検査より算出された安静時・薬剤負荷時の心筋血流量およびMFR(SPECT)とPET検査にて算出された心筋血流量およびMFR(PET)との比較検討を行うSPECT検査における負荷時心筋血流量が、PET検査にて算出された値に比し低く算出されている傾向がある場合には、算出値の補正法を検討・考案する予定である。今後も虚血性心疾患症例の負荷心筋SPECT/PET症例数をさらに増加させる。また局所心筋血流定量における左室の分画は、従来法の通り左室を17セグメントに分けて評価を行ってきたが、これまでの検討において必ずしも冠動脈領域に一致しないことが判明した。つまり冠動脈造影検査にて算出されたFFRとの比較において、領域的な差異がしょうじてしまう。そのため、新たな左室分画のため、CT冠動脈象とSPECT/PET像とのFusion imageを作成し、それを基にした左室分画を試みる予定である。放射線医学サイクロトロンの使用枠により数回の心臓PET検査が行えなかったため、消耗品費が予定より下回ったため。負荷心筋血流PET検査における負荷薬剤であるアデノシンを物品費として計上している。請求に関しては、1剤ごとではなく、23ヶ月単位でまとめて行っているため、使用額との差異が生じているものです。初年度検査予定例におけるPET未施行症例は、次年度に検査を施行する予定。次年度が最終年度であるため、物品購入に関して、計画的に使用するつもりです。
スズドロップレットを用いたレーザー生成プラズマEUV光源からのデブリ挙動計測

実用EUV光源として注目されているスズドロップレットをターゲットとしたレーザー生成プラズマに対して画像LIF分光計測と高時間分解シャドウグラフイメージングにより放出デブリの挙動計測を行なった.レーザー照射後のターゲット挙動や放出されるイオンや中性原子等の空間分布を詳細に解明した.実用EUV光源として注目されているスズドロップレットをターゲットとしたレーザー生成プラズマに対して画像LIF分光計測と高時間分解シャドウグラフイメージングにより放出デブリの挙動計測を行なった.レーザー照射後のターゲット挙動や放出されるイオンや中性原子等の空間分布を詳細に解明した.2013年頃以降の次世代LSI製造用リソグラフィ光源として,波長13.5nmの極端紫外光(EUV : Extreme Ultraviolet)源が世界的に注目されており,実用化へ向けた研究開発が盛んに行なわれている.レーザー生成プラズマが最も有効なEUV光発生方式として期待されており,光学系の寿命低下を引き起こすデブリを低減しEUV発生効率を高めると有望視されているドロップレットターゲットを利用したレーザー生成プラズマの特性を解明することを目的とし,研究を行なった.平成20年度の研究成果は以下の通りである.1)マイクロドロップレットからのデブリ特性評価本研究にて開発した簡易ドロップレット生成装置にて作成した直径30μmのスズドロップレットを作製し,画像LIF分光計測および高時間分解シャドウグラフイメージングによりマイクロドロップレットからの中性原子,イオン等のデブリ計測を行なった.その結果, Nd : YAGレーザーの出力に応じたドロップレットターゲットの膨張過程を詳細に計測でき,中性原子はターゲットを中心に全方向へ放出することが確認された.また,イオンはレーザー入射側にcos^6θ分布で放出し,数keVの平均エネルギーを持つと見積もられた.2)照射レーザーの違いに対するプラズマ挙動の比較調査EUV変換効率の高いCO_2レーザーをドロップレットターゲットに照射してプラズマ挙動を調査したところ, CO_2レーザー照射の場合にはターゲットがほとんど膨張せずにターゲット質量が有効に利用されず,一方, Nd : YAGレーザーの場合には出力に応じてターゲットが膨張することが確認された.このことから, CO_2レーザーの高変換効率を生かすためにターゲットをあらかじめ膨張させるダブルパルス手法が有効であることを示唆する結果が得られた.2013年頃以降の次世代LSI製造用リソグラフィ光源として,波長13.5nmの極端紫外光(EUV : Extreme Ultraviolet)源が世界的に注目されており,実用化へ向けた研究開発が盛んに行なわれている.本研究では,スズドロップレットターゲットを利用したレーザー生成プラズマEUV光源の特性を解明することを目的とし,研究を行なった.平成21年度の研究成果は以下の通りである.1)ダブルパルス方式を用いたレーザー生成プラズマの特性調査ドロップレットターゲットに対してEUV光への変換効率の向上のためにダブルパルス照射を行なう手法が考案されている.そこで,簡易ドロップレット生成装置にて作製した直径30μmのスズドロップレットに対し,プレパルスとしてNd:YAGレーザー(1064nm),メインパルスとしてCO2レーザーを照射し,画像LIF分光計測と高時間分解シャドウグラフイメージングによりマイクロドロップレットの挙動計測を行なった.その結果,プレパルスにより膨張したドロップレットがメインパルス照射により蒸発している様子が確認された.一方,プレパルスにより生成される高速中性原子はメインパルスによってイオン化させることができないため別のイオン化対策が必要であることがわかった.2)固体および液体ドロップレットからのデブリ放出分布調査実用EUV光源では100kHzのレーザー繰り返し運転を想定しているため,レーザー照射に合わせてターゲットを高速供給するために液体ドロップレットが有望視されている.そこで,固体と液体のドロップレットターゲットを用意し,それぞれのアブレーション挙動を計測した.その結果,液体ドロップレットにおいても,固体ドロップレットと同様にプレパルスによって中性原子が全方位に放出されることを確認した.したがって,固体ドロップレットにおける挙動結果は,実用液体ドロップレットターゲットにおいても同様に適用されることがわかった.
先進印刷技術を用いた層状分子集積システム構築とπ電子機能の創出

本研究は、π電子骨格をアルキル鎖で置換したある種の非対称分子が、二分子膜構造にもとづく非常に高い層状結晶性と優れた半導体特性を示すという最近の研究成果を手がかりに、二分子膜を単位とする層構造の積層数や積層様式を自在に制御した分子集積システム構築と、その機能開拓を目的とする。本年度は、1層状結晶性をさらに強化する新分子開発、2二分子膜構造における構造相転移の発見と、これにもとづく高い層状結晶性の起源解明、及び、3単層二分子膜の極薄性を活用した分子認識センサ機能の開拓に取り組んだ。1では、BTBT系以外の拡張π電子系(BTNT系、BBBT系)をアルキル鎖で置換した非対称分子系において、BTBT系と同様な層状結晶性の極めて高い二分子膜構造の構築を確認した。2では、最も典型的なmono-Cn-BTBT系薄膜において、層状結晶内のアルキル鎖間の秩序の融解を引き金とする固相-固相転移が生じることを見出した。具体的には、n=8以上のmono-Cn-BTBT薄膜を約80 °Cで保持すると、結晶性薄膜内に新たな結晶ドメインが徐々に成長する固相-固相転移が生じること、及びそれらの詳細な偏光吸収スペクトル測定から、転移後の分子配列構造が、n=7以下のmono-Cn-BTBT薄膜と同型の分子配列構造に変化することを確認した。以上から、これら分子が形成するヘリンボーン型二分子膜構造が、π電子骨格間の秩序とアルキル鎖間の秩序の拮抗により決定づけられており、そのバランス変化により構造相転移が生じることが明らかになった。3では、前年度開発した単層二分子膜を含む積層数が様々に異なる極薄単結晶薄膜トランジスタについて、雰囲気制御下での暴露分子に対するデバイス応答特性とその積層数依存性を詳細に調べた。その結果、これらデバイスが、チャネル半導体の極薄性に由来した分子認識センサ機能を示すことが明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、パイ電子骨格をアルキル鎖で置換したある種の非対称分子がヘリンボーン型二分子膜構造による優れた層状結晶性を示すことを手がかりに、二分子膜を単位とする層状構造の積層数や積層様式を自在に制御した層状分子集積システムの構築を目的とする。本年度は、印刷製膜プロセスの高度化による積層数・積層様式の自在制御と、層状結晶性をさらに強化する分子開発に取り組んだ。まず用いる分子材料・プロセス条件の高度化、特にアルキル鎖長の異なる2種の有機分子を混合した製膜によって、層形成に対するフラストレーション効果にもとづく単層二分子膜構造の構築に成功した。さらに製膜温度・溶液濃度等の最適化により、6インチシリコンウエハー(10 cm×10 cm)大の単層2分子膜の製膜に成功した。得られた単層二分子膜について、薄膜内の単結晶ドメインの広がりと各々の結晶方位をクロスニコル観察法により確認するとともに、層内の分子配列の様子を詳細な偏光吸収スペクトルを用いて解析し、単層2分子膜内の分子配列構造が、短鎖長の分子によって決定づけられていることを根拠づけた。さらに層状結晶性を保ちながら溶解性・熱安定性を強化する分子材料開発に取り組み、拡張パイ電子骨格を持ち熱安定性に優れた別種の分子において、Ph-BTBT-Cn系と同様なヘリンボーン型二分子膜構造が見られることを明らかにするとともに、2種分子の混合により、BTBT系と全く同様な単層二分子膜構造の構築が可能なことを明らかにした。以上をもとに、単層二分子膜構造の構築が、パイ電子骨格間の強い層内分子間相互作用、脂質二重膜に類似した優れた自己集積性、及び気液界面近傍での層状構造の自己形成を促す溶液プロセスという三つの特徴の相乗効果によって、非常に均質性に優れた超極薄の二分子膜型半導体が得られることが明らかになった。本年度は、初年度として印刷製膜プロセスの高度化による積層数・積層様式の自在制御と、層状結晶性をさらに強化する分子開発に取り組み、特に(1)6インチシリコンウエハー大の単層二分子膜の製膜、(2)層内の分子配列構造の決定因子の解明、(3)拡張パイ電子骨格を持つ別種の分子系による単層二分子膜の構築において多大な進展が見られた。研究は当初の計画以上に順調に進展している。

具体的には、n=8以上のmono-Cn-BTBT薄膜を約80 °Cで保持すると、結晶性薄膜内に新たな結晶ドメインが徐々に成長する固相-固相転移が生じること、及びそれらの詳細な偏光吸収スペクトル測定から、転移後の分子配列構造が、n=7以下のmono-Cn-BTBT薄膜と同型の分子配列構造に変化することを確認した。以上から、これら分子が形成するヘリンボーン型二分子膜構造が、π電子骨格間の秩序とアルキル鎖間の秩序の拮抗により決定づけられており、そのバランス変化により構造相転移が生じることが明らかになった。3では、前年度開発した単層二分子膜を含む積層数が様々に異なる極薄単結晶薄膜トランジスタについて、雰囲気制御下での暴露分子に対するデバイス応答特性とその積層数依存性を詳細に調べた。その結果、これらデバイスが、チャネル半導体の極薄性に由来した分子認識センサ機能を示すことが明らかになった。本年度得られた成果にもとづき、二分子膜を単位とする層状構造の積層数や積層様式を自在に制御する層状分子集積システムの評価と応用展開をさらに進めていく計画である。特に本年度は、超高感度化学センサー等への応用を念頭におき、分子レベルの表面吸着や化学反応を制御できる究極の機能性人工超薄膜への展開について検討を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
視覚障害者向け商業施設内誘導インタフェースの開発

「買い物」という日常的な生活行動を対象として,商業施設において視覚障害者を的確かつ快適に目的の売り場および商品へと誘導するナビゲーションインタフェースの開発に成功した.開発においては,ISO9241-210人間中心設計の開発プロセスに準拠することで,機能性だけでなく視覚障害者の認知行動特性を実験的に踏まえたインタフェースの設計・実装を行った.その結果,実証実験において,従来ではほぼ不可能であった,単独で店舗内を探索し,目的の商品をレジまで誰にも頼ることなく持参できる,高いユーザビリティを備えたシステムを実現することができた.障害者自立支援法およびバリアフリー新法の施行により、視覚障害者による外出機会の増加が期待されている。しかし、従来の点字表示や触地図のみでは空間認知が不十分で道に迷いやすい。また、最近では音声言語による案内機能を備えているものがあるが、言葉を記憶しておくことと距離や方角での指示を実空間と照合することにおいて認知負担が大きく、特に初心者は慣れるまでに訓練が必要である。そこで、記憶や空間認知においてより低負担な呈示方法が必要となる。この点において、H1920年度・科研費・若手(B)研究にて、ユーザの目前に仮想のガイド音を立体音像として提示し続け、これを頼りに歩行することにより、他人の手を借りることなく、認知負担が低く、初心者でも効率的に目的地まで案内を行うユーザインタフェース(UI)を備えたシステムの開発に成功した。当該システムを実用化するためには様々な点について検討を重ねる必要があるが、特に、頻繁に行う生活行動に焦点を当てることで、実用性の高い機能を提供できると考えられる。この点について、視覚障害者を対象とした日常生活の不便さ調査によると、スーパーマーケットやショッピングモールなどの商業施設において視覚障害者が購買行動を行う際、「売り場の位置が分からない」、「商品の位置がわからない」といった問題に直面していることが指摘されている。そこで、「買い物」という日常的な生活行動を対象として、商業施設において視覚障害者を的確かつ快適に目的の売り場および商品へと誘導するナビゲーションインタフェースの開発を行う。開発においては、ISO13407人間中心設計の開発プロセスに準拠することで、機能性だけでなく視覚障害者の認知行動特性を実験的に踏まえたユーザビリティを備えたシステムを目指す。視覚障害者から支援ニーズの高い「買い物」という日常生活行動を対象として,商業施設において視覚障害者を的確かつ快適に目的の売り場および商品へと誘導する機能を備えた,立体音響を用いた拡張現実ナビゲーションインタフェースの開発を行った.開発においては,ISO9241-210「対話型システムの人間中心設計」に準拠することで,機能性だけでなく視覚障害者の認知行動特性を実験的に踏まえたユーザビリティを備えたシステムを目指した.実証実験の結果,これまで大変困難であった,単独で店内を歩行しながら目的の商品を手に取り,レジにたどり着くことに成功し,機能実証に成功した.また,従来の音声誘導と触地図を併用した誘導方式に比べ,有意に高い速度で歩行できており,精神的作業負担も有意に低かった.このことから,機能性だけでなく高いユーザビリティも備えている可能性が実証された.「買い物」という日常的な生活行動を対象として,商業施設において視覚障害者を的確かつ快適に目的の売り場および商品へと誘導するナビゲーションインタフェースの開発に成功した.開発においては,ISO9241-210人間中心設計の開発プロセスに準拠することで,機能性だけでなく視覚障害者の認知行動特性を実験的に踏まえたインタフェースの設計・実装を行った.その結果,実証実験において,従来ではほぼ不可能であった,単独で店舗内を探索し,目的の商品をレジまで誰にも頼ることなく持参できる,高いユーザビリティを備えたシステムを実現することができた.障害者自立支援法およびバリアフリー新法の施行により、視覚障害者による外出機会の増加が期待されている。しかし、従来の点字表示や触地図のみでは空間認知が不十分で道に迷いやすいと考えられる。また、最近では音声言語による案内機能を備えているものがあるが、言葉を記憶しておくことと距離や方角での指示を実空間と照合することにおいて認知負担が大きく、特に初心者は慣れるまでに訓練が必要と考えられる。この点において、H1920年度・科研費・若手(B)研究にて、ユーザの目前に仮想のガイド音を立体音像として提示し続け、これを頼りに歩行することにより、他人の手を借りることなく、認知負担が低く、初心者でも効率的に目的地まで案内を行うユーザインタフェース(UI)を備えたシステムの開発に成功し、高いユーザビリティ効果を実証することができた。今期は設計値導出および詳細設計フェーズと位置づけられている。活動シナリオで定義した要求仕様について、具体的な設計値を得るため研究【4】設計値導出実験を行った。

その際、ラピッドプロトタイピング手法によるシミュレーション実験を行い、仕様が満足されるまで、反復的に検討を行った。これにより、情報シナリオおよびインタラクションシナリオを定義し、具体的な対話インタフェースの設計を行うことができた。具体的には,陳列棚および商品の位置を表現する仮想音源の配置間隔,奥行き近くに必要な条件値を定義することができた,評価実験用プロトタイプシステムを実装し,視覚障害当事者ユーザ協力の下,実地評価を行い,その効果を検証することができた.以上の通り,概ね当初の計画通りに進行している.今期は企画および概念設計フェーズと位置づけられている。研究【1】フィールド調査によって視覚障害者が商業施設の売り場を移動する際の問題点および、空間認知の特徴をまとめ、「問題シナリオ」を作成することができた。これをユーザ要求事項とし、要求仕様および制約条件を明確化した。具体的には、研究【2】にて現在開発進行中の立体音響メニューを発展させることで、コンセプト1における行き先設定および、コンセプト2の実現のための基礎的な人間特性(例えば、メニュー項目の空間的間隔を規定するために必要な、他人の頭部伝達関数を用いて立体音声呈示した場合の人間の方向定位精度等)の一部を得ることができた。並行して、研究【3】では現在進行中の立体聴覚における定位精度に関する研究を発展させることで、コンセプト1を実現させるために必要となる諸認知特性について基礎的検討を行い,有益な知見が得られた。これらに先行研究、各種人間特性データベース等の知見を併せて検討し、「活動シナリオ」を作成した。これにより、提案機能の妥当性を当事者に確認した。評価の結果、妥当性が確認された。以上のとおり,当初の計画どおりに進行している。平成25年度は,本計画の最終年度であり,システム統合および総合的なユーザビリティ実証実験を行う.計画書における【5】システム統合実装および【6】ユーザビリティ実証実験(・達成時間、移動距離、精神的作業負担等、人間工学的評価実験を視覚障害者の協力の下実施)を予定している.平成24年度は設計値導出および詳細設計フェーズと位置づける。活動シナリオで定義した要求仕様について、具体的な設計値を得るため研究【4】設計値導出実験を行う。その際、ラピッドプロトタイピング手法によるシミュレーション実験を行い、仕様が満足されるまで、反復的に検討を行う。これにより、情報シナリオおよびインタラクションシナリオを定義し、具体的な対話インタフェースの設計を行う。そして、実装に向けた詳細設計を行う。該当無し.約4万円の残額発生は、導入した3次元音響プロセッサの実費が計画当初の見積もり額からさらに値引きさせることができたことに起因する。なお、次年度は提案システムのプロトタイピングおよび実験・解析に必要な拡張
状況を領域知識として利用する学習アルゴリズムの研究

本研究では,状況を領域知識として利用する学習アルゴリズムについて研究を行ない,次の成果を得た.状況を領域知識として利用する学習アルゴリズムを,実際の機械学習・機械発見に応用することを目指して,その理論的基礎を固めた.機械学習とは人間の持つ学習機能をコンピュータ上で実現することであり,機械発見とは大量の観測・実験データから,これを説明する化学的法則をコンピュータに発見させることである.機械発見の第1段階として,論駁推論が重要であることがわかっている.従来の研究では,推論の主な対象は言語であったため,コンピュータで計算できる最も一般的な対象である計算可能関数を対象として,推論可能性を調べた.また,機械発見へ応用するためには,有限推論が保証できれば望ましいことがわかっている.実際に機械発見へ応用するために,具体的で重要なプログラミング系の推論可能性を調べることが重要である.よって,本研究では,計算可能関数を計算する具体的なプログラミング系の有限推論可能性および論駁推論可能性を調べた.(1)手続き型プログラミング言語を抽象化したプログラムについて,ループの深さおよび個数に注目してできる関数の集合の有限推論可能性および論駁推論可能性を調べた.(2)単純関数と呼ばれる関数の集合について,減算と除算に注目してできる関数の集合の有限推論可能性および論駁推論可能性を調べた.(3)従来から計算理論で展開されてきた関数の階層が,機械発見の仮説空間として適しているかを調べた.本研究では,状況を領域知識として利用する学習アルゴリズムについて研究を行ない,次の成果を得た.状況を領域知識として利用する学習アルゴリズムを,実際の機械学習・機械発見に応用することを目指して,その理論的基礎を固めた.機械学習とは人間の持つ学習機能をコンピュータ上で実現することであり,機械発見とは大量の観測・実験データから,これを説明する化学的法則をコンピュータに発見させることである.機械発見の第1段階として,論駁推論が重要であることがわかっている.従来の研究では,推論の主な対象は言語であったため,コンピュータで計算できる最も一般的な対象である計算可能関数を対象として,推論可能性を調べた.また,機械発見へ応用するためには,有限推論が保証できれば望ましいことがわかっている.実際に機械発見へ応用するために,具体的で重要なプログラミング系の推論可能性を調べることが重要である.よって,本研究では,計算可能関数を計算する具体的なプログラミング系の有限推論可能性および論駁推論可能性を調べた.(1)手続き型プログラミング言語を抽象化したプログラムについて,ループの深さおよび個数に注目してできる関数の集合の有限推論可能性および論駁推論可能性を調べた.(2)単純関数と呼ばれる関数の集合について,減算と除算に注目してできる関数の集合の有限推論可能性および論駁推論可能性を調べた.(3)従来から計算理論で展開されてきた関数の階層が,機械発見の仮説空間として適しているかを調べた.
フィトクロムB分子のN末端/C末端領域間の機能分担の解析

植物の主要な光受容体であるフィトクロムB(phyB)分子は、発色団を結合し光受容に働くN末端領域と、二量体化に働くC末端領域の二つのドメインから成る。C末端領域にはキナーゼドメインやPASドメインなどシグナル伝達に関与すると思われるモチーフが存在するために、これまで長い間、phyB分子はc末端領域からシグナルを伝達すると信じられてきた。しかしながら、我々の最近の研究により、phyBがC末端領域からではなくN末端領域からシグナルを伝達することが明確に示され、フィトクロム分子の構造と機能に対するこれまでの考え方を改める必要が生じた。フィトクロム分子のN末端領域にはシグナル伝達や遺伝子発現制御に関与するような目立ったモチーフは存在せず、そのシグナル伝達機構は全く不明である。そこで我々は、遺伝学的解析を行い、phyB N末端領域内でシグナル発信に直接関与するアミノ酸残基の同定を試みた。その結果我々は、phyB分子の光受容能に全く影響を与えることなくシグナル伝達能のみを失わせるミスセンス変異を8個同定し、それらは興味深いことにN末端領域内の比較的小さな領域にホットスポットを形成した。この領域は、一部のバクテリオフィトクロムにおいて、タンパク質間相互作用に関与すると考えられるPASドメインとして認識されていることから、phyB分子がこの領域を介して下流因子と相互作用し、シグナルを伝達する可能性が示唆された。また最近、バクテリオフィトクロムであるDrCBDのN末端領域の結晶構造が解かれ(Wagner et al.2005)、phyBとDrCBDのアミノ酸配列の比較から、上述のphyBシグナル伝達に直接関与すると考えられる8つのアミノ酸残基のうちの多くが、DrCBDに見いだされた"light sensingknot"と呼ばれる非常に特殊な構造の近傍に位置することが示唆された。植物の主要な光情報受容体であるフィトクロムB(phyB)のポリペプチドは、発色団を結合し光受容に働くN末端領域と、二量体化に働くC末端領域の二つのドメインから成る。これまで長い間、様々な理由から、phyB分子はC末端領域からシグナルを伝達すると信じられてきたが、我々は、phyBのN末端領域断片を人工的に二量体化して核内に蓄積させると、phyBとしての完全な生理機能を果たし、正常なphyB分子よりも100倍以上高い光感受性を示すことを発見した。そこで本研究において、phyB分子がN末端領域から光シグナルを伝達する分子機構を解明する目的で、高い生理活性と光感受性を示す上記の人工phyB N末端領域蛋白質をシロイヌナズナのphyB欠損株において発現させ、その形質転換植物をEMSにより変異原処理し、遺伝学的解析を行った。約20万個体のM1植物に由来する少なくとも120万個体のM2植物の芽生えに対して、非常に弱い赤色光条件にてスクリーニングを行い、胚軸の徒長する変異体を多数単離した。それら変異体の解析から、これまでにphyB N末端領域内のミスセンス変異を16個同定し、また遺伝子外変異に起因する変異体を16系統単離した。16個のミスセンス変異のうち、phyB分子の光受容能に影響を与えることなくシグナル伝達能のみを失わせるものは6個あり、それらは興味深いことにN末端領域内の比較的小さな領域にホットスポットを形成した。この領域は、一部のバクテリオフィトクロムにおいて、タンパク質間相互作用に関与すると考えられるPASドメインとして認識されており、また変異が同定されたアミノ酸残基は、高等植物のフィトクロム分子において高度に保存されていたことから、この領域がphyBシグナル伝達に直接関与することが示唆された。C末端領域にはキナーゼドメインやPASドメインなどシグナル伝達に関与すると思われるモチーフが存在するために、これまで長い間、phyB分子はC末端領域からシグナルを伝達すると信じられてきた。その結果我々は、phyB分子の光受容能に全く影響を与えることなくシグナル伝達能のみを失わせるミスセンス変異を7個同定し、それらは興味深いことにN末端領城内の比較的小さな領域にホットスポットを形成した。さらに我々は現在、遺伝子内変異の解析から同定された上記のN末端領域内PAS様ドメイン断片をbaitとして、yeast two-hybridスクリーニングを進めている。その結果、このドメインを認識してphyB分子が発したシグナルを直接受け取る分子を同定できるのではないかと期待される。

C末端領域にはキナーゼドメインやPASドメインなどシグナル伝達に関与すると思われるモチーフが存在するために、これまで長い間、phyB分子はc末端領域からシグナルを伝達すると信じられてきた。しかしながら、我々の最近の研究により、phyBがC末端領域からではなくN末端領域からシグナルを伝達することが明確に示され、フィトクロム分子の構造と機能に対するこれまでの考え方を改める必要が生じた。フィトクロム分子のN末端領域にはシグナル伝達や遺伝子発現制御に関与するような目立ったモチーフは存在せず、そのシグナル伝達機構は全く不明である。そこで我々は、遺伝学的解析を行い、phyB N末端領域内でシグナル発信に直接関与するアミノ酸残基の同定を試みた。その結果我々は、phyB分子の光受容能に全く影響を与えることなくシグナル伝達能のみを失わせるミスセンス変異を8個同定し、それらは興味深いことにN末端領域内の比較的小さな領域にホットスポットを形成した。この領域は、一部のバクテリオフィトクロムにおいて、タンパク質間相互作用に関与すると考えられるPASドメインとして認識されていることから、phyB分子がこの領域を介して下流因子と相互作用し、シグナルを伝達する可能性が示唆された。また最近、バクテリオフィトクロムであるDrCBDのN末端領域の結晶構造が解かれ(Wagner et al.2005)、phyBとDrCBDのアミノ酸配列の比較から、上述のphyBシグナル伝達に直接関与すると考えられる8つのアミノ酸残基のうちの多くが、DrCBDに見いだされた"light sensingknot"と呼ばれる非常に特殊な構造の近傍に位置することが示唆された。
大腸ポリポーシス症等の形質発現因子解析のための研究基盤調査と国際比較検討

平成15年5月11日班会議を開催して討議し以下の計画を実行した。1.APC遺伝子/形質/家系データベースの構築検討:(1)既存の施設、プロジェクトからの資料収集:1)「ポリポージスセンター」は1976年東京医科歯科大学で家族性ポリポージス解析センターとして発足し、1998年以降、杏雲堂病院で継続され、家系情報は兵庫医科大学家族性腫瘍部門に移管し、分散を防止した。2)治験プロジェクト:a)家族性大腸腺腫症(FAP)のがん予防試験(J-FAPP Study、200例対象)が本計画に参加した。(2)遺伝解析ソフトの活用。Progeny4-J(米国Progeny社と順心会家族性腫瘍研究所の共同開発)を用い家系情報入力を行った。(3)生体試料の保存取り扱い:ポリポージスセンター約300例の生体試料(DNA、線維芽細胞株>を兵庫医科大学に移管し、安全に保管した。2.家族性大腸癌の要因関連情報収集:家族歴陽性大腸癌は8.0%、そのうち10%にミスマッチ修復遺伝子変異が検出されるに過ぎない。大部分の多因子性家族性大腸癌の要因は、SNPs+生活習慣とIGF2のLoss of imprintingが有力であることがわかり、3の如く計画した。3.国際共同研究:日本移民の大腸癌急増の原因解明を行っているHawaii大学Cooperative Cancer Family Registryと家族性大腸癌の要因探索研究を行うべく、研究インフラ整備を企画した。共同研究者、Loic Le Marchand教授を平成15年9月23-28日日本癌学会に招聘し、研究打ち合わせを行った。4.次年度以降の研究計画:以上の調査の結果に基き、班員田村和朗助教授は「家族性腫瘍研究に立脚した発癌・予防に関わるゲノム・生活習慣相関等展開研究」を企画し平成16年度基盤研究(A・B・C)(一般)研究計画に申請した。
ダイヤモンド伝導キャリアスピンデバイスの新規創製と物理開拓

本研究の目的は、将来的にダイヤモンドに量子構造中に伝導キャリアのスピン輸送を実現し、そのスピンダイナミクスに関わる根本の物理を解明するため、その基盤技術を開発することとした。我々がシリコンを用いて進めてきた最近の研究において、スピン軌道相互作用によるスピン緩和を示唆する現象が観測された。炭素はシリコンよりも原子質量が小さいことに起因してスピン軌道相互作用が小さいと考えられ、キャリアのスピンコヒーレンス時間がシリコンよりも長いと期待される。本研究は、スピンダイナミクスに関わる根本の物理解明に向けた、萌芽的な研究に位置づけられている。補助事業期間中の研究実施計画の項目としては、素子作製と評価、物理の解明を挙げた。具体的には、1.ダイヤモンドの表面を水素終端することで、2次元正孔ガスを誘起させる。2.2次元正孔ガスに対して微細加工を施すことで、2重量子ドット構造を作製する。3.パウリの排他原理による電流抑制現象の観測を目指す。2重量子ドットのポテンシャルをゲート電極によって調整し、ソースドレイン間を流れる電流を測定することで、スピンブロッケードを実現する。磁場依存性を詳細に調べることで、スピン緩和要因や緩和時間について明らかにする。特に核スピン結合以外のスピン緩和要因としてスピン軌道相互作用やバレー状態の影響を定量的に評価する。とした。現時点において、素子作製については、構造検討、素子設計、電子線描画の条件出しを進めた。また物理の解明に向けては、国内外の研究者らとの議論を通じての物理の理解、第一原理計算も含めた理論的アプローチを進めた。世界的にも実現例のない全く新しい素子を提案してスピンに関わる物理を捉えようとする挑戦的な研究であり、構造検討、素子設計、物理的背景について国内外の研究者らとの議論を通じて、その物理の理解が進んでいる。今後の研究の推進方策としては、昨年度に引き続き、素子作製と評価、物理の解明を進める。具体的には、研究実施計画の項目に挙げた次の項目を進める。1.ダイヤモンドの表面を水素終端することで、2次元正孔ガスを誘起させる。国内外の研究者らとの議論を通じての物理の理解、第一原理計算も含めた理論的アプローチについても継続する。とした。初年度は理論的アプローチによる研究が主となり、次年度から実験的アプローチによる研究が主となる。実験的アプローチによる研究に使用する物品費が節約できたため、次年度使用額が生じた。
超音波画像を用いた下肢切断者内部組織の自動輪郭抽出と三次元画像構築

本研究はコンピュータ支援による義足ソケット製作として,立位姿勢での撮影が可能な超音波診断装置により下肢切断者の内部組織を得て,各組織の自動輪郭抽出を行う.自動抽出後に各組織の三次元画像構築と三次元モデリング及び力学解析を行うことにより,今まで経験に頼ってきた義足ソケット製作に,圧力やずれの負担を軽減できるソケット製作への導入を図った.さらに,筋肉の識別として筋線維の自動抽出から,この手法を用いて筋線維と腱膜の自動抽出から筋線維の形状モデル自動生成システムの開発を行い,ヒトの不随運動である伸張反射応答のメカニズムを明らかにすることを目指した.研究実績は,下肢が動かないようにした状態での撮影装置と超音波画像の二次元での画像合成を行うソフトウエア開発を行い,下肢断面の画像を得た.この画像から皮膚層,筋肉,骨の各組織の領域抽出を行うためのアルゴリズムを考案し自動抽出を試みた.CADデータに基づいた三次元モデルの製作では,CADデータに基づいた皮膚形状の切削モデルとラピットプロトタイピングによる積層モデルを製作し,この陽性モデルを基に義足ソケット製作を試みた.骨の精度検証と骨の自動抽出では,超音波画像では骨の輪郭が明確に表れないため,解剖学的な骨のモデルを用いて骨の輪郭を抽出するソフトウエアを開発し,骨の位置を考慮したソケットを製作し評価を行った.筋線維と腱膜の自動抽出から筋線維の形状モデル自動生成システムの開発では,従来,静止画像から手作業で抽出していたものを、まず静止画像から腱膜と多数の筋線維を抽出する方法として、分離度フィルターと2値化・ラベリング及び最適化法を採用し、ソフトウエアを作成した.本研究はコンピュータ支援による義足ソケット製作として,立位姿勢での撮影が可能な超音波診断装置により下肢切断者の内部組織を得て,各組織の自動輪郭抽出を行う.自動抽出後に各組織の三次元画像構築と三次元モデリング及び力学解析を行うことにより,今まで経験に頼ってきた義足ソケット製作に,圧力やずれの負担を軽減できるソケット製作への導入を図った.さらに,筋肉の識別として筋線維の自動抽出から,この手法を用いて筋線維と腱膜の自動抽出から筋線維の形状モデル自動生成システムの開発を行い,ヒトの不随運動である伸張反射応答のメカニズムを明らかにすることを目指した.研究実績は,下肢が動かないようにした状態での撮影装置と超音波画像の二次元での画像合成を行うソフトウエア開発を行い,下肢断面の画像を得た.この画像から皮膚層,筋肉,骨の各組織の領域抽出を行うためのアルゴリズムを考案し自動抽出を試みた.CADデータに基づいた三次元モデルの製作では,CADデータに基づいた皮膚形状の切削モデルとラピットプロトタイピングによる積層モデルを製作し,この陽性モデルを基に義足ソケット製作を試みた.骨の精度検証と骨の自動抽出では,超音波画像では骨の輪郭が明確に表れないため,解剖学的な骨のモデルを用いて骨の輪郭を抽出するソフトウエアを開発し,骨の位置を考慮したソケットを製作し評価を行った.筋線維と腱膜の自動抽出から筋線維の形状モデル自動生成システムの開発では,従来,静止画像から手作業で抽出していたものを、まず静止画像から腱膜と多数の筋線維を抽出する方法として、分離度フィルターと2値化・ラベリング及び最適化法を採用し、ソフトウエアを作成した.コンピュータ支援による義足設計製作システムは、超音波画像診断装置により撮影された下肢切断者の画像から、内部組織の各組織を識別し、その組織の輪郭を自動抽出する。自動抽出された組織を三次元画像構築した後、三次元データを基に力学解析を行いCAD/CAMシステムで義足を製作するシステムである。本研究は、このコンピュータ支援による義足製作システムのうち、下肢の超音波画像の皮膚層、脂肪層、筋肉、骨の各組織を識別し、その組織の輪郭の自動抽出を行うことと三次元画像構築化を行い、義足支援システムへの導入を図ることを目的とする。さらに、筋肉の識別として筋線維の自動抽出を行うが、この手法を用いて筋線維と腱膜の自動抽出から筋線維の形状モデル自動生成システムの開発を行い、ヒトの不随運動である伸張反射応答のメカニズムを明らかにするものである。平成16年度の研究実績は、下肢が動かないようにした状態での撮影装置を開発し、健常者による撮影を行うとともに、超音波画像の二次元での画像合成を行うソフトウエア開発を行い、下肢断面の画像を得た。さらに、この画像から皮膚層、脂肪層、筋肉、骨の各組織の領域抽出を行うためのアルゴリズムを考案し自動抽出を試みた。各組織の輪郭抽出には重み付き分離度と輪郭の平滑化を用いた。皮膚層と脂肪層の区別はつかないものの、二つが合わさった層と筋肉を定量的に抽出することができた。しかし骨に関しては一部分輪郭抽出ができず今後の課題である。筋線維と腱膜の自動抽出から筋線維の形状モデル自動生成システムの開発では、従来、静止画像から手作業で抽出していたものを、まず静止画像から腱膜と多数の筋線維を抽出する方法として、分離度フィルターと2値化・ラベリング及び最適化法を採用し、ソフトウエアを作成した。このソフトウエアの評価として、下肢の超音波画像により実際の筋線維の抽出を行った結果、1枚の超音波画像から50本以上の筋線維を抽出することができた。本研究はコンピュータ支援による義足ソケット製作として、立位姿勢での撮影が可能である超音波診断装置により下肢切断者の内部組織を撮影し、各内部組織の輪郭の自動抽出を行う。