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繊維シート補強したコンクリ－トの繰り返し温度履歴による界面のせん断挙動

繰り返し温度履歴による挙動に着目した主な理由としては、繊維は負の線膨張係数(-2-5×10-6/°C)を有しており、正の線膨張係数を有する母材コンクリート(10×10-6/°C)や接着剤のエポキシ樹脂間でずれ変形が生じて、繰り返し温度疲労によって構造耐力(補強した効果)を低下させることが懸念されたことであり、数千サイクルまで実験で確認した事例も少ないことが挙げられる。特に、本年度の研究成果は、昨年度は2,500サイクルまで得られた温度履歴のデータを6,000サイクルまで負荷して結果をまとめたことである。具体的には、1各試験体の温度ー主ひずみ曲線から炭素繊維シートが損傷しやすいこと、2母材コンクリートと下地処理材間、下地処理材と繊維シート間(エポキシ樹脂も含む)の積層方向の相対主ひずみをサイクル数に応じて整理して、エポキシ樹脂と繊維間で抜け出しによる損傷が生じることを特定した、3積算温度から、実験での6,000サイクルまでの負荷が想定地域(北海道日高市)で約4年間の温度負荷と同等であることを推定した、4損傷力学に基づく三次元有限要素解析より、母材コンクリート自身の応力状態では、設定した繰り返し温度履歴による疲労損傷は生じないことを確認した等が挙げられる。さらに、今後は夏季温度履歴での界面挙動調査と各繊維の直交異方性を考慮した数値解析を実施し、温度履歴による総合的な累積損傷を評価したいと考えている。工学炭素繊維およびアラミド繊維シート補強した試験体を作製し、各シートを貼付する前の下地処理および母材コンクリートの4種類の試験体にひずみげゲージを設置して、2年間で稼働できる最大の繰り返し数まで(2500サイクル)温度履歴を負荷できた。その結果、下地処理や母材コンクリート、アラミド繊維、炭素繊維のひずみり歴曲線がサイクル数に応じて得られたことが当初の研究計画工程に沿って遂行することができた。また、同結果から、下地処理や母材コンクリートではほぼ損傷が生じていないのに対し、特に、炭素繊維シートでは塑性ひずみや損傷がサイクル数に応じて進展していることが判明した点も当初の予定通りである。炭素繊維およびアラミド繊維シートを用いた試験体の作製を専門業者に依頼し、下地処理のみの試験体と併せて、本研究で必要な試験体は準備できた。また、予定通りの温度履歴(25003500サイクル)を試験体に負荷でき、計画通りの実験内容を達成することができた。温度-ひずみ関係から、これを近似する曲線を得ることができ、各試験体に対応した線膨張係数の特性も整理できた。数値解析では、最終的に損傷力学モデルを考慮したプログラムを構築するが、予備解析として-106°Cまでの温度履歴を三角関数で近似し、これを外気温度として三次元非定常温度応力解析を実施した。最大主応力の大きな部位やその値から、剥離やひび割れが生じる可能性のある箇所も特定できた。以上の理由により、24年度当初の予定である炭素繊維シートおよびアラミド繊維シート補強した試験体の繰り返し温度履歴を受けたせん断挙動を整理でき、研究計画に沿って順調に研究が進展していると自己評価している。研究の最終年度では、損傷力学を基本とした数値解析にて温度履歴による損傷の進展を実験結果と対比しながら検証することを第一の目的とする。今回は、等方性材料を仮定できる母材コンクリ-トや下地処理を対象としたモデルを構築する。
ディーゼル車排気粉じんの内分泌撹乱作用とその発現機構

【緒言】近年、ディーゼル車排気粉じん(DEP)の内分泌撹乱作用が注目されている。そこで本研究では、実走状態の市販ディーゼル車から排気されるDEPを捕集し、その抽出物のアンドロゲン様作用および抗アンドロゲン作用を評価した。【実験】DEPの捕集:市街地実走状態を想定し、シャーシーダイナモ上において市販ディーゼル車を種々のエンジン負荷条件下で運転し、排出DEPを石英繊維ろ紙上に捕集した。アッセイ試料の調整:捕集されたDEPからベンゼンーエタノール(3:1)で超音波抽出し、抽出物を最終的にエタノールに溶解してアッセイ試料とした。アッセイ:ヒト前立腺癌由来PC-3/AR細胞とアンドロゲン応答ルシフェラーゼ発現プラスミドを用いたルシフェラーゼレポータージーンアッセイ法により行った。陽性コントロールには10pM5α-ジヒドロテストステロン(DHT)を用いた。【結果および考察】DHT非存在下において細胞を抽出物試料で処理した場合はルシフェラーゼ活性の有意な上昇は見られず、10pMDHT存在下で細胞を処理した場合はDHTによるルシフェラーゼ活性の上昇が抑制された。DHT非存在下および存在下で有意な細胞毒性は認められなかったことから、DEP抽出物試料が抗アンドロゲン作用を示すことが明らかになった。抽出物試料の処理により細胞内のCYP1A1mRNAレベルが上昇し、アリル炭化水素水素受容体(AhR)のアンタゴニストであるα-ナフトフラボン(α-NF)の共処理によりCYP1A1 mRNAレベルが低下し、抗アンドロゲン作用の減弱化したことから、抽出物試料の抗アンドロゲン作用に多環芳香族炭化水素類が寄与していると考えられた。
覚醒マウス脳深部からの細胞種特異的パッチクランプ記録法の確立

動物行動の基盤となる神経回路の動作原理を解明するためには、行動中の動物において細胞種ごとに電気活動を高時間分解能で明らかにしていくことが必須である。本研究では、覚醒状態のマウスにおける細胞種特異的なパッチクランプ記録法の応用拡大を目的として、光遺伝学的手法や連合学習課題との組み合わせを検討し、実験系の確立を行った。その結果、大脳皮質一次体性感覚野での軸索投射先を同定した活動電位記録や連合学習課題を遂行中のマウスからの細胞種特異的な膜電位記録を行うことに成功し、マウスの頬にあるヒゲ(洞毛)の触覚情報処理機構の一端を解明した。哺乳類の脳は、様々な神経細胞種が複雑なネットワークを形成して機能を発揮する。したがって、動物行動の基盤となる神経回路の動作原理を解明するためには、行動中の動物において細胞種ごとに膜電位活動を高時間分解能で明らかにしていくことが必須である。しかしながら、現状では、細胞種を特定した膜電位記録は2光子励起顕微鏡観察が容易な脳表面に集中しており、脳深部ではほとんど未開拓である。本研究は、脳深部での細胞種特異的な膜電位活動を記録する実験系の確立を目的とし、薬物依存や統合失調症などの精神疾患に深い関わりを持つドーパミン作動性神経からのin vivoホールセル記録を究極の目標とする。本年度前半に、当初の計画通り、ドーパミン作動性神経に特異的にCreリコンビネースを発現する遺伝子改変マウス(DAT-Creマウス)を入手し、繁殖・維持を開始した。DAT-Creマウスを用いて、Cre依存的に光感受性タンパク質を発現するアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターによる特異的遺伝子導入を行い、すでに、覚醒マウスにて光遺伝学的に腹側被蓋野ドーパミン神経の活動を操作することに成功している。上記と同時に、頭部固定状態の覚醒マウスを用いたin vivoホールセル記録実験系を立ち上げ、すでに大脳皮質深部からのホールセル記録には成功しており、同時に光刺激も可能となっている。また、当初の計画である行動実験系を立ち上げ、装置類を制御するコンピュータプログラムを整備し、マウスに古典的条件付け課題を行わせることが可能となり、この挑戦的研究計画の土台となる実験系はすべて整った。今後は腹側被蓋野ドーパミン神経を最終的なターゲットとして、記録深度を徐々に上げていき、記録を試みる。当初の計画どおり、遺伝子改変マウスの入手、ウイルスベクターの機能確認、覚醒マウスからのin vivoホールセル記録系の立ち上げ、行動実験系の立ち上げのすべてが順調に進展したため。本研究は、覚醒行動中の動物を用いた場合には従来脳表面にほとんど限定されていた細胞種特異的なパッチクランプ記録実験系を、より脳深部にて行うための実験系の構築を目標としたものである。研究開始時より、頭部固定下・覚醒行動中のマウスを用いたin vivo電気生理実験系を立ち上げ、細胞種特異的Cre発現マウスの導入・Cre依存的に光活性化陽イオンチャネルであるチャネルロドプシン2(ChR2)を発現させるアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターの機能確認・連合学習行動実験系の確立を済ませ、大脳皮質にてChR2発現細胞からのパッチクランプ記録に成功した。しかしながら、AAVを用いた遺伝子導入法では、ChR2発現細胞の数が多くなく、また、AAV注入のために組織を侵襲した結果起きる脳表面の組織変化が影響して記録ピペットが汚れやすくなるため、十分な成功確率にてin vivoパッチクランプ記録を行うことが困難であることが明らかとなった。解決策として、全ての細胞にCre依存的にChR2を発現する遺伝子改変マウス(LSL-ChR2マウス)を入手し、それを細胞種特異的Cre発現マウスと掛け合わせたバイジェニックマウスを作成することで、ChR2発現細胞数を増加させ、かつ、記録前の組織侵襲を避けるという方法に転換した。その結果、より高い成功確率にて細胞種特異的in vivoパッチクランプ記録が行えることを見出した。現在では、本手法を用いて、脳深部からの細胞種特異的in vivoパッチクランプ記録を進めており、軸索投射部位の光刺激により誘発され逆行性に伝導される活動電位を記録することにより細胞種特異的かつ投射部位特異的なin vivoパッチクランプにも成功している。これまでに確立した実験系を用いて、腹側被蓋野ドーパミン神経を最終的なターゲットとして、記録深度を徐々に上げていき、記録を試みる。麻酔下→覚醒下→行動中の順に難易度を上げ、発表に十分なデータが揃い次第、論文作成を進める。神経生理学
ニューロフィードバックトレーニングを応用した新しい口腔機能訓練法の開発とその評価

超高齢社会に突入した我が国においては、高齢者に対する適切な口腔機能管理の重要性が指摘されており、その機能を維持・向上するための様々な口腔機能訓練法が用いられている。本研究はニューロフィードバックトレーニングを応用した新しい口腔機能訓練法を開発し、その有効性を評価することを目的としている。昨年度の結果に基づき、口腔機能訓練タスクとして“咬合力維持タスク"を設定し、健常歯列を有する若年者6名(若年者群)、健常歯列を有する高齢者6名(高齢者群)、上下無歯顎に対してインプラントを用いた固定性補綴装置を装着している高齢者6名(高齢インプラント群)を被験者とし実験を行った。各被験者のタスク中における前頭前野の脳血流量および咬合力を測定した。また外部情報として視覚情報、聴覚情報を付与した群と、コントロールとして外部情報を与えない群の計3群を設定した。視覚・聴覚・コントロールのすべてにおいて若年者群が最も高く、次いで高齢インプラント群、高齢者群であった。また、視覚情報付与群がすべての群において最も高い血流量の増加を示し、視覚・聴覚情報付与群においては高齢インプラント群と、高齢者・若年者群との間に有意な差が認められた。咬合力に関しては各被験群間で有意な差は認められなかったが、高齢インプラント群の咬合力の実測値は3群間で最も高い値を示した。若年者群、高齢者群では外部情報付与時の咬合力は、指示した範囲内に収束した。咬合力の変動に関しては、高齢者群、高齢インプラント群では若年者群と比較し、外部情報付与時に咬合力の変動が大きくなる傾向が認められた。測定システムの構築、被験者の募集が遅れたため従来法との比較がまだできていないが測定器材、材料はすでに購入済みであるため、今後スムーズに研究を行うことが可能である。今後、実質的な口腔機能向上の検討、従来法との比較といった臨床試験を行う予定である。しかし今日まで用いられている口腔機能訓練法において決定的に不足している点は、単に筋力や運動性の維持・向上にしか着目していない点とより中枢とくに脳機能に対する影響を考慮していない点である。本研究ではニューロフィードバックトレーニング(NFBT)を応用した新しい口腔機能訓練法を開発し、従来の訓練法と比較したその有効性を評価することを目的とする。平成29年度はまず測定システムの構築および評価項目の設定として、ニューロフィードバックトレーニングを用いた口腔機能訓練法の構築、評価項目の設定、測定プロトコールの作成を行った。まずは、フィードバック情報として前頭前野の脳血流量を用いることとした。口腔機能訓練として“咬合力"を設定し、ロードセルと治具を用いて、第一大臼歯の咬合力を測定した。訓練時のタスクとして試験者が指示する範囲内で力を維持するように指示する、“維持タスク"を設定した。ロードセルからの信号をデジタルデータインジケータを介してサンプリングし、出力結果をフィードバック情報としてモニター上に表示するシステムを構築した。これらのシステムを用いた実験結果も平成29年度に報告している。当初、舌圧と口唇閉鎖力も機能訓練の対象としていたが、圧力センサーの選定に時間を要したため、平成30年度早々にこれらの測定システムを構築し、最終的なプロトコールを作成する予定である。そして、それらのシステム、プロトコールを用いて、口腔機能訓練群(NFBT群)、通常の口腔機能訓練群(通常群)、口腔機能訓練を施行していない群(コントロール群)の3群において臨床研究を行う予定である。平成29年度はニューロフィードバックトレーニングを用いた口腔機能訓練法の構築、評価項目の設定、測定プロトコールの作成を行った。口腔機能訓練としての咬合力測定システムは構築できたが、当初予定していた舌圧と口唇閉鎖力に関して機器の選定含め、システム構築に時間を要しているため、物品費、消耗品費の使用が平成30年度へ移行した。平成30年度には、この経費を用いて測定システムの構築に伴う消耗品を購入し、臨床研究を進めていく。

若年者群、高齢者群では外部情報付与時の咬合力は、指示した範囲内に収束した。咬合力の変動に関しては、高齢者群、高齢インプラント群では若年者群と比較し、外部情報付与時に咬合力の変動が大きくなる傾向が認められた。測定システムの構築、被験者の募集が遅れたため従来法との比較がまだできていないが測定器材、材料はすでに購入済みであるため、今後スムーズに研究を行うことが可能である。今後、実質的な口腔機能向上の検討、従来法との比較といった臨床試験を行う予定である。本研究では、口腔機能訓練として“咬合力"、“舌圧"、“口唇閉鎖力"の3項目を設定している。ロードセルを用いた咬合力測定システムは既に構築しているが、平成30年度早々に舌圧、口唇閉鎖力を含めたすべての測定システムを構築する。訓練時のタスクとして試験者が指示する範囲内で力を維持するように指示する、“維持タスク"を設定している。各センサからの信号はデジタルデータインジケータを介してサンプリングし、出力結果をフィードバック情報としてモニター上に表示するようシステムを構築している。口腔機能の評価項目は咀嚼機能、嚥下機能、認知機能の3項目としている。咀嚼機能は色変わりガムを用いた食品混合能力評価、嚥下機能は反復唾液嚥下テスト、認知機能は認知機能簡易評価尺度を用いてそれぞれ評価する。口腔機能訓練群(ニューロフィードバックトレーニング群)、通常の口腔機能訓練群(通常群)、口腔機能訓練を施行していない群(コントロール群)の3群を設定し、施行前の認知、咀嚼、嚥下機能を評価した後、3か月間の介入研究を行う。その後、再度機能評価を行い、従来の訓練法と比較したニューロフィードバックトレーニングを応用した新しい口腔機能訓練法の有効性を検討する。咬合力に関するシステムは既に構築しているが、舌圧と口唇閉鎖力に関しては機器の選定含め、システム構築に時間を要しているため、物品費、消耗品費の使用が平成30年度へ移行したため。平成30年度には、この経費を用いて舌圧、口唇閉鎖力を含めたすべての測定システムの構築。臨床試験に伴う物品費、消耗品を購入し、臨床研究を進めていく。
子宮頸部微小浸潤癌における細胞レベルでの形質転換の有無についての検討

子宮頸癌の発癌過程における遺伝子修飾の有無、そしてあるとすればその程度を検討すべく、現在市販されている各種一次抗体を用い、免疫組織化学的検討を行っている。当科外来において治療を行った、間質浸潤を疑う子宮頸部上皮内癌16例、子宮頸部微小浸潤癌21例、子宮頸部浸潤癌IB期20例の症例を抽出し実験群とした。使用した一次抗体は、抗p53遺伝子産物抗体、抗Human papillomavirus抗原抗体、抗タイプIVコラーゲン抗体、抗c-erbB-2遺伝子産物抗体、抗bcl-2遺伝子産物抗体そして抗BM1/JIMRO抗体である。各種抗体の至適濃度、至適反応時間の設定の後、予備的な実験として間質浸潤を疑う子宮頸部上皮内癌2例について各種抗体を用いた免疫特殊染色の手法を用いた検討を行った。検討した2例においては、いずれの抗体もその浸潤を疑う部位に抗原性を検出しえず、浸潤を疑う部位と近傍の子宮頸部上皮内腫瘍(CIN)との間にも染色性の違いを認めなかった。このことからこれらの症例では、p53遺伝子産物の発現、HPV抗原の存在は推定されず、浸潤を疑う部位と近傍の子宮頸部上皮内腫瘍(CIN)との間に明らかな差は認められなかった。また、0その他の細胞増殖能関連抗体、タイプIVコラーゲンの発現にも差は認められなかった。しかしながらこの検討は少数例を用い手の検討に過ぎず、今後上皮内腫瘍(CIN)、微小浸潤癌そして浸潤癌においての多数例を用いての検討を予定している。今後の検討によって微小浸潤部位における遺伝子修飾の有無、言い換えればクローンの同一性についての検討が可能であると考える。
NK細胞レセプターファミリー分子PILRを介した新たな免疫制御機構の解明

本研究課題では、私どもの解明してきたNK細胞レセプターファミリー分子PILRが、免疫システムにどのように関与しているか、特に、PILRが自然免疫と獲得免疫との相互作用にどのように制御しているかの解明を行った。さらに、PILRとPILRリガンド相互作用の制御法を開発することにより、アレルギー疾患や自己免疫疾患の制御法、予防法開発のための基礎研究を目指した。そこで、本研究では、PILRのリガンドがどのような細胞に発現し、どのような機能を担っているかの研究をおこなったところ、PILRはCD8T細胞に発現しているCD45を認識することが明らかになった。さらに、CD45-PILRの相互作用のT細胞応答における機能を解析するため、抗CD3抗体およびPILR-Igキメラ分子を固相化し、T細胞の増殖および活性化について解析を行った。その結果、PILRからのシグナルによって、CD8T細胞の活性化が顕著に増強された。また、PILRを遺伝子導入した抗原提示細胞は、コントロール細胞と比べて顕著にT細胞の活性化能が亢進していた。以上の結果より、PILRはCD8T細胞上のCD45と結合することにより細胞増殖および活性化を正に制御させる働きがあると示唆された。以上より、PILRとそのリガンドであるCD45の相互作用を制御することにより、アレルギー疾患や自己免疫疾患の制御法、予防法開発が可能になる可能性が示唆され、今後さらに研究をすすめ、発展させる必要のあることが判明した。NK細胞レセプターは、活性化レセプターと抑制化レセプターよりなりウィルス等の病原体とともに進化してきたと思われ生体防御に重要な機能を担っていると考えられる。PILRは、新たな活性化NK細胞レセプターを同定する目的でNK細胞cDNAライブラリーより活性化アダプター分子であるDAP12に会合する分子として活性化CD200レセプターと共に同定した分子である(Shiratori, et. al. J. Immunol. 2005)。そこで、本研究ではPILRがどのような分子を認識するかに解析を進めた。その結果、PILRは宿主リガンドであるCD99様分子ばかりでなく(Shiratori, et. al. J. Exp. Med. 2004)、単純ヘルペスウィルス感染細胞を認識することを明らかにした。そこで、単純ヘルペス感染細胞上に発現するリガンドを質量分析で解析すると、単純ヘルペスのエンベロープ分子であるGlycoprotein Bであることが判明した。Glycoprotein Bは単純ヘルペスの感染に必須な分子であることから、PILRとの相互作用が単純ヘルペスの感染に関与しているかを解析した。その結果、単純ヘルペスはPILR発現細胞に感染するようになることが明らかになった。さらに、PILRに対する抗体を樹立すると、抗PILR抗体はPILR発現細胞に対する感染を完全に阻害することが明らかになった(特願2007-005229)。以上より、ペア型抑制化レセプターであるPILRは、単純ヘルペスウィルスのエントリーレセプターであることが明らかになった。特に、抑制化レセプターを介して、細胞に感染することから、ウィルスは免疫応答を誘導せずに細胞に侵入することがかのうである。従って、ウィルスの免疫逃避機構として重要であると思われ、単純ヘルペスウィルス以外でも同様な感染機構を持っているもが存在する可能性が考えられた。本研究課題では、私どもの解明してきたNK細胞レセプターファミリー分子PILRが、免疫システムにどのように関与しているか、特に、PILRが自然免疫と獲得免疫との相互作用にどのように制御しているかを解明を行った。さらに、PILRとPILRリガンド侍互作用の制御法を開発することにより、アレルギー疾患や自己免疫疾患の制御法、予防法開発のための基礎研究を目指した。

さらに、CD45-PILRの侍互作用のT細胞応答における機能を解析するため、抗CD3抗体およびPILR-Igキメラ分子を固侍化し、T細胞の増殖および活性化について解析を行った。その結果、PILRからのシグナルによって、CD8T細胞の活性化が顕著に増強された。また、PILRを遺伝子導入した抗原提示細胞は、コントロール細胞と比べて顕著にT細胞の活性化能が亢進していた。以上の結果より、PILRはCD8 T細胞上のCD45と結合することにより細胞増殖および活性化を正に制御させる働きがあると示唆された。以上より、PILRとそのリガンドであるCD45の相互作用を制御することにより、アレルギー疾患や自己免疫疾患の制御法、予防法開発が可能になる可能性が示唆され、今後さらに研究をすすめ、発展させる必要のあることが判明した。
ボルツマン方程式の解の分岐と安定性の数理的研究

1.低圧気体の円筒間クエット流の線形安定性に関する研究異なる角速度で回転している同軸2円筒間の低圧気体を考え,軸方向,周方向ともに一様な流れ(円筒間クエット流)の微小攪乱に対する安定性を,分子気体力学をもとに調べた.具体的には,ボルツマン方程式のBGKモデルに対して,線形安定性解析を数値的に行い,円筒間クエット流が不安定となるパラメータの領域を明らかにした.2.蒸気・気体混合系の円筒間クエット流の研究上述の円筒間クエット流を,円筒がある物質の凝縮相でできており,気体がその物質の蒸気と別種の非凝縮性気体の混合気体である場合について考察した.このときには,一般に円筒表面で蒸気の蒸発・凝縮が起こる.この流れのクヌーセン数が小さい場合の挙動,とくに連続流極限における振舞を分子気体力学をもとに調べた.その結果,流れの場が無限小の蒸発・凝縮の影響を受ける「幽霊効果」が現れること,流れの分岐がおこること,などが明らかになった.3.蒸気・気体混合系の円筒間テイラー・クエット流の研究上記2.の円筒間クエット流において,軸方向の一様性の仮定をはずすと,流れが不安定となり軸方向に並んだドーナツ状の渦流(テイラー渦流)に移行する場合がある.上述の幽霊効果によって変形した円筒間クエット流の流速分布が,この安定性にどのような影響を与えるかの研究を行い,いくつかの典型的な場合について,この移行の様子を数値的に明らかにした.4.その他の研究重力場中の蒸気・非凝縮性気体混合系に特有の不安定現象と流れの分岐を,ボルツマン方程式をもとに明らかにした.また,平面凝縮相からの二成分混合蒸気の蒸発流に対する理論的考察を行い,その基本的性質を解明した.さらに,二成分混合気体に対する新しいモデルボルツマン方程式を提案し,その性能を数値的に評価した.1.低圧気体の円筒間クエット流の線形安定性に関する研究異なる角速度で回転している同軸2円筒間の低圧気体を考え,軸方向,周方向ともに一様な流れ(円筒間クエット流)の微小攪乱に対する安定性を,分子気体力学をもとに調べた.具体的には,ボルツマン方程式のBGKモデルに対して,線形安定性解析を数値的に行い,円筒間クエット流が不安定となるパラメータの領域を明らかにした.2.蒸気・気体混合系の円筒間クエット流の研究上述の円筒間クエット流を,円筒がある物質の凝縮相でできており,気体がその物質の蒸気と別種の非凝縮性気体の混合気体である場合について考察した.このときには,一般に円筒表面で蒸気の蒸発・凝縮が起こる.この流れのクヌーセン数が小さい場合の挙動,とくに連続流極限における振舞を分子気体力学をもとに調べた.その結果,流れの場が無限小の蒸発・凝縮の影響を受ける「幽霊効果」が現れること,流れの分岐がおこること,などが明らかになった.3.蒸気・気体混合系の円筒間テイラー・クエット流の研究上記2.の円筒間クエット流において,軸方向の一様性の仮定をはずすと,流れが不安定となり軸方向に並んだドーナツ状の渦流(テイラー渦流)に移行する場合がある.上述の幽霊効果によって変形した円筒間クエット流の流速分布が,この安定性にどのような影響を与えるかの研究を行い,いくつかの典型的な場合について,この移行の様子を数値的に明らかにした.4.その他の研究重力場中の蒸気・非凝縮性気体混合系に特有の不安定現象と流れの分岐を,ボルツマン方程式をもとに明らかにした.また,平面凝縮相からの二成分混合蒸気の蒸発流に対する理論的考察を行い,その基本的性質を解明した.さらに,二成分混合気体に対する新しいモデルボルツマン方程式を提案し,その性能を数値的に評価した.1.低圧気体の円筒間クエット流の線形安定性に関する研究異なる角速度で回転している同軸2円筒間の低圧気体を考え,軸方向,周方向ともに一様な流れ(いわゆる円筒間クエット流)の(周方向に一様な)微小攪乱に対する安定性を,分子気体力学をもとに調べた.ボルツマン方程式のBGKモデルと円筒表面における拡散反射境界条件のもとで,線形安定性解析を数値的に行った.具体的には,攪乱に対する初期値・境界値問題を差分法によって数値解析することにより,攪乱の最大成長率を広い範囲の円筒回転角速度と比較的小さなクヌーセン数に対して数値的に求めた.その結果,円筒間クエット流が不安定となるパラメータの領域を明らかにした.また,その結果を,ボルツマン方程式をモンテカルロ法によって直接数値シミュレーションした結果およびナヴィエ・ストークス型の連続流モデルによる線形安定性解析の結果と比較・検討を行った.2.蒸気・気体混合系の円筒間クエット流の研究上述の円筒間クエット流を,円筒がある物質の凝縮相(固体相)でできており,気体がその物質の蒸気(気体相)と別種の気体(非凝縮性気体)の混合気体である場合について考える.このときには,一般に円筒表面で蒸気の蒸発・凝縮(昇華)が起こる.この流れのクヌーセン数が小さい場合の挙動,とくに連続流極限(クヌーセン数がゼロに近づく極限)における振舞を分子気体力学をもとに調べた.具体的には,ボルツマン方程式の系統的漸近解析によって連続流極限に対する流体力学的方程式系を導出し,その数値解析により流れの性質を明らかにした.その結果,流れの場が無限小の蒸発・凝縮の影響を受ける「幽霊効果」が現れること,流れの分岐がおこること,などが明らかになった.

1.蒸気・気体混合系の円筒間クエット流の研究異なる角速度で回転している同軸2円筒間の気体の振舞を,円筒がある物質の凝縮相(固体相)でできており,気体がその物質の蒸気(気体相)と別種の気体(非凝縮性気体)の混合気体である場合について考える.このときには,一般に円筒表面で蒸気の蒸発・凝縮(昇華)が起こる.まず,軸方向,周方向ともに一様な流れ(円筒間クエット流)を考え,この流れのクヌーセン数が小さい場合の挙動,とくに連続流極限(クヌーセン数がゼロに近づく極限)における振舞を,ボルツマン方程式の系統的漸近解析によって導出した流体力学的方程式系をもとに解明した.これにより,流れの場が無限小の蒸発・凝縮の影響を受ける「幽霊効果」が現れること,流れの分岐がおこること,などが明らかになった.また,モンテカルロ法によるボルツマン方程式の直接的数値解析により,上述の漸近解析の結果が正しいことを確かめた.これは,平成17年度に引き続いての研究である.2.蒸気・気体混合系の円筒間クエット流の研究上記1.の円筒間クエット流において,軸方向の一様性の仮定をはずすと,流れが不安定となり軸方向に並んだドーナツ状の渦流(テイラー渦流)に移行する場合がある.上述の幽霊効果によって変形した円筒間クエット流の流速分布が,この安定性にどのような影響を与え,実際にどのような渦流が起こりうるかの研究を開始した.数値解法としては,モンテカルロ法による直接シミュレーション法を用いた.この数値計算は大規模なもので,一つの流れを得るのに数箇月を要する.平成18年度には既にいくつかの結果を得たが,更なる研究は平成19年度に継続して行う.3.その他の研究重力場中の蒸気・非凝縮性気体混合系に特有の不安定現象と流れの分岐を,ボルツマン方程式をもとに明らかにした.また,混合気体ボルツマン方程式に対するモデル方程式の性能を,数値的に評価した.1.蒸気・気体混合系の円筒間テイラー・クエット流の研究不活性気体を含む蒸気の円筒間クエット流では,連続流極限において蒸発・凝縮が止まるにもかかわらず,通常の円筒間クエット流とは違った流速分布が現れる.この事実は平成17年度の研究で明らかになった.平成18年度には,軸方向の一様性をはずしたときに,この流速分布の違いがテーラー渦流への移行にどのような影響を与えるかの研究に着手した.平成19年度は,この研究を継続し,円筒間クエット流の段階では分岐が起こっていない場合および既に分岐が起こる場合の両方にについて,この移行の様子を数値的に明らかにした.用いた手法は,モンテカルロ法によるボルツマン方程式の直接的数値解法(DSMC法)である.この数値計算は大規模なもので,一つの流れを得るのに数箇月を要するため,現在も継続中である.2.蒸気・気体混合系の遅い流れの流体力学的方程式による研究平均自由行程が小さい場合,界面における蒸気の蒸発・凝縮は遅くなる.我々は以前,このような流れを記述する流体力学的方程式と境界条件をボルツマン方程式から形式的に導いたが,平成19年度には,まず輸送係数や境界条件の数値データベースを補足することにより,この流体力学的系を実際に数値解析できる形に整備した.つぎに,これに対する有限体積法による数値解法を開発し,それを用いて正弦波状の界面における蒸気の蒸発・凝縮によって起こる混合気体の流れを明らかにした.
東アジア諸言語の「電子化グロッサリー」構築と親近関係に関するデータマイニング

今年度は、昨年度に引き続き、東アジア諸言語と言語文化のテータ収集を書籍購入やコピーなどにより行い、さらに次の点を行った:(1)バイオインフォマティクスにおいて開発されているゲノムやタンパク質などの文字列のデータマイニングのアルゴリズムとそのプログラミング言語における実装状況、さらに言語比較への応用可能性に関するサーベイを行った。結果として、統計プログラミング言語R、汎用スクリプト言語Perl及びRuby、関数プログラミング言語Ocaml及びHaskellにおいて利用可能であることがわかった。特にRのライブラリは利用性が高い。しかし、一方で、Formal Cultural Ontologyを関数プログラミング言語で実装しているので、将来的には、Rのライブラリ等を関数プログラミング言語に導入もしくは実装すること可能性もある。この結果は、報告書においてまとめた。(2)Formal Cultural Ontologyを関数プログラミング言語Haskellにて実装した。これは、文化という文脈の中での「語義」の形式仕様であり、電子化グロッサリーを構築する基盤技術である。この成果は、Springer Verlag社から出版された。(3)XML形式での初歩のな電子化グロッサリーを、オーストロネシア諸語、特に、多様性が高い台湾原住民諸語に関して、3000項目からなるものを構築した。このデータ入力のために、学生アルバイトを雇った。本年度は、「電子化グロッサリー」構築のための予備研究・実験及び、オントロジー構築の基礎研究とその関数プログラミング言語Objective Cam1による実装を行った。「電子化グロッサリー」構築のための予備研究・実験とは、実際のグロッサリーの元となる東アジア諸言語の書籍の購入や複写による収集と、スキャナーを多言語OCRソフトの購入によって、実際にいくつかの言語の出しか作業を試み、また、一方で、IPAを含む多言語使用環境をUnicode (UTF-8)を元に構築した。オントロジー構築とは、Swadeshなどの言語リストによる語義の定義の不備から、各エスニック・グループとその文化に基づいた概念体系の形式仕様で、言語学・人類学・民族学・考古学などの研究者間の知識共有のための枠組みとして「Formal Cultural Ontology」をMorayscikの「Aitia Scheme」やPustejovskyの「Qualia構造」など語義の形式仕様を拡張し、文化の側面を導入できるように、また、多様な研鑽・演算が可能なのうに型理論に基づき、関数プログラミング言語Objective Cam1で「qualia」、「culture」、「ethnicGroup」という型とその操作関数をいくつか実装した。特に「Formal Cultural Ontology」とそれに基づいた言語の親近関係に関するデータマイニングである「glossary mining」に関する研究発表を、人工知能学会「ことば工学研究会」、The First International Workshop on Intercultural Collaboration (IWIC2007)という国際会議で発表した。
生体に対して高精度かつ安全に動作する非侵襲超音波診断・治療統合システムの構築

本研究課題は,動物実験レベルで生体に高精度かつ安全に追従動作する非侵襲超音波医療診断・治療統合システムの構築法を確立することであった。成果として,実際のヒトの臓器に対して体動の90%を補償,1mmというきわめて高い精度での患部追従を実現した(日経新聞の科学面に掲載)。また,高精度かつ頑健な追従を実現するうえで克服すべき最大の障壁となる,追従のための画像の質を劣化させるノイズ要因についても明らかにし,多くの有効な解決策を提案した。一例として,最重要のコア基盤技術と位置づける体動補償に関する出願特許が拒絶理由通知なしに特許登録された。患者の皮膚を切開することなく患部をピンポイントに診断・治療することができる強力集束超音波(High Intensity Focused Ultrasound: HIFU)を用いた診断・治療技術は,既存の開腹手術や低侵襲手術の代替としてきわめて有望であり,近年,多くの研究が報告されている.このようなHIFUを利用した既存のシステムに共通する主要な問題点の一つとして呼吸・心拍をはじめとする臓器の運動に対する補償が行なわれていない.そこで,本研究では,能動的に運動する生体患部をロバストかつ高精度に抽出・追従・モニタリングしながら,超音波を集束させてピンポイントに患部へ照射することにより,がん組織や結石の治療を患者の皮膚表面を切開することなく非侵襲かつ低負担で行なう非侵襲超音波診断・治療統合システムを提案する.本システムの主要な診断・治療対象として,『結石』と『がん』がある.本研究では,まず,『結石』が追従できることを目標とし,これまでに動物摘出腎による患部追従・HIFU照射による破砕実験を行ない,2.5mmの追従精度を実現した.当該年度は,『結石』の追従がある程度できるようになってきたので,次の目標として,『(腎臓)がん』についても対象とした.しかしながら,がんには,超音波画像上で結石のように輝度が高いという目印がない.そこで,腎臓の形状(輪郭)情報やテクスチャ(模様)情報を利用した.具体的に,まず,CT等により,腫瘍の形状モデルまでも組込んだ,3次元腎臓モデルを構築し,これと,時々刻々と入力されるステレオの超音波画像とをレジストレーションすることで,間接的な患部位置同定法を実現した.当該年度の特筆すべき成果として,従来型のレジストレーション手法では,これまで不可能であったリアルタイム(20Hz)での患部追従を実現し,2.5mmの追従精度を実現したことが挙げられる.本研究課題は,動物実験レベルで生体に対して高精度かつ安全に動作する非侵襲超音波医療診断・治療統合システムの構築法を確立することであった。本研究で提案する非侵襲超音波診断・治療統合システムとは,呼吸や心拍動等により能動的に運動する患部を抽出・追従・モニタリングしながら,超音波を集束させてピンポイントに患部へ照射することにより,がん組織や結石の治療を患者の皮膚表面を切開することなく非侵襲(非観血)かつ低負担で行なおうとするものである。このうち,当該研究期間内に,システムのプロトタイプを構築し,動物摘出腎を対象とする基礎的実験を進めてきた。その結果,動物実験レベルで生体に対してわずか1mm(平均追従誤差)というきわめて高い精度での患部追従を実現するとともに高精度かつ頑健な追従を実現するうえで克服すべき最大の障壁となる,追従のための画像の質を劣化させるノイズ要因についても明らかにしてきた。本研究課題における成果は,国際会議における優秀論文ノミネーション,国際誌への投稿推薦・掲載など,国内外で大きな注目を集め,きわめて高く評価されている。また,関連する医療機器業界からも本技術に関連する数多くの問合わせが寄せられる。さらに,知財における特筆すべき成果として,本研究を展開するうえで最重要のコア基盤技術と位置づける出願特許が,その新規性・進捗性・産業上の有用性において高く評価されたことがあげられる。その結果,申請した全ての請求項に対してひとつの拒絶理由通知もなしに特許登録査定(特許第5311392号)を受けた。このことは,本研究プロジェクトによって新規に開発・改良・蓄積してきたコア基盤技術群が既存の技術とは一線を画すものであり,今後,同様の超音波医療診断・治療機器の開発を推進するうえで有益なコア基盤技術群であることを如実に示すものと位置づける。本研究課題の目的は,以下の(i)-(ii)の医療診断・治療を対象として,超音波技術およびIRT技術を基盤として,非侵襲超音波診断・治療統合システムの構築法を確立することであった。この研究目的を達成するために,下記の(5つの作業手順を順次遂行することで,医療技能を機能として抽出,構造化し,関数としてシステムの機構・制御上に実装(医療技能の技術化・デジタル化:医デジ化)した。

その際,必要ならば専門医の医療技能に啓発された全く新しいアプローチから機能を追加・実装することにより,さらなる医療の質の向上(高速・高精度化)を図った。これにあたっては,我々が開発してきた独自のコア技術を基盤として,これを発展させることで行なった。診断・治療支援の対象:(i)乳がんの診断・治療,(ii)腎臓がんの診断・治療,(iii)腎臓結石の診断・治療,作業手順:(1)医療診断・治療技能を機能として抽出・構造化,(2)機能におけるパラメータ解析,(3)機能の設計指針化,(4)機能の実装,(5)実験による機能の評価・改良。上記のうち,当該年度は(5)実験による機能の評価・改良のステップを中心に研究を遂行,これに付随して変形をともなって運動する臓器の追跡手法に関する基盤特許を出願した。本件急の成果は日経新聞への掲載,2014年度日本設計工学会The Most Interesting Readings賞を受賞,intuitive Surgical社の研究者によるReview Articleにおいて医療ロボットの体動補償研究のパイオニアかつ中核的な研究として大きく取り上げられるなど,学会をはじめ,国内外の企業・研究者・メディア等から大きく着目されるとともにきわめて高い評価を得ている。26年度が最終年度であるため、記入しない。工学26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,下記の5つのコア技術を基盤として,これを改良・発展させてきた:具体的に,例えば,位置・姿勢の正確な実現が要求される超音波診断・治療機器を動作させる機能には,人間のようなアーム型機構ではなく,直動および曲率ガイドによる剛性の高い機構を用いてハードウェアを実装すべきであり,このように機能に応じて高精度な機構を設計する技術,人が人にやさしく接するように診断・治療機器を人体にとって安全・安心に動作させる制御技術など,医療技能の技術化・デジタル化を実現するにあたって強力な武器となるべき独自のコア(核)技術を世界にさきがけて開発・蓄積しつつあり,医療機器産業分野における有望な将来技術になることが期待されるため.本研究では,非侵襲超音波医療診断・治療統合システムの構築法に関する研究を推進しており,現在までに動物実験レベルで生体に対してわずか1mm(平均追従誤差)というきわめて高精度での患部追従を実現するとともに下記の5つのコア技術を基盤としてこれを改良・発展させてきた.知財における特筆すべき成果として,本研究を展開するうえで最重要のコア基盤技術と位置づける出願特許が,その新規性・進捗性・産業上の有用性において高く評価されたことがあげられる。その結果,申請した全ての請求項に対してひとつの拒絶理由通知もなしに特許登録査定(特許第5311392号)を受けた。このことは,本研究プロジェクトによって新規に開発・改良・蓄積してきたコア基盤技術群が既存の技術とは一線を画すものであり有益なコア基盤技術群であることを如実に示すものと位置づける。本研究では,今後,機能の評価・改良:機能の信頼性を確保するため,下記の4つの基礎実験・検証を通して機能の評価を行なう.評価結果は設計指針にフィードバックされ,これをもとにシステムの改良を行ない,システムの機構・制御上で機能の高度化を図る.:(実験1)In vitroでの人体サイズのファントムモデルを用いた診断・治療実験,(実験2)人体サイズの摘出動物腎での腎臓結石/癌モデルを用いた,Ex vivoでの診断・治療実験,(実験
アセトアミノフェン中毒におけるケモカインの病態生理学的解析と法医診断学への応用

野生型にAPAPを投与し,肝臓で種々のケモカインのmRNAを定量したところ,CCL3で増加が見られた.そこでAPAP肝障害におけるCCL3の役割を明らかにするためCCL3とその受容体であるCCR1,CCR5それぞれの遺伝子欠損(KO)マウスを用いてAPAP肝障害モデルで検討を行ったところ,野生型と比較してCCL3 KOおよびCCR5 KOで肝障害の軽減と白血球浸潤の抑制が見られたが,CCR1 KOでは野生型と差は見られなかった.またマクロファージ,T細胞,NK細胞でCCR5の発現が確認された.APAP肝障害におけるCCL3-CCR5の関与が示唆されたアセトアミノフェン(APAP)肝障害におけるケモカインの動態及び分子メカニズムの解明を目的としてマウスを用いた実験を行った.マウスは,CCL3,CCR1及びCCR5の各遺伝子欠損マウスと,コントロールとして野生型(C57BL/6)マウスを使用し,APAPを600 mg/kg投与後、経時的(2,6,10,24時間)に各マウスから採取した血液を血清分離して血清肝逸脱酵素(ALT)の測定を行い,肝障害の程度を生化学的に解析した.その結果,野生型及びCCR1遺伝子欠損マウスにおいて6時間から24時間で血清中ALTが大幅に上昇したのに対し,CCL3遺伝子欠損及びCCR5遺伝子欠損マウスにおいてはALTの上昇は抑えられた.さらに投与後10時間及び24時間に採取した肝臓組織から作成したパラフィン包埋切片をHE染色し,形態学的変化を観察したところ,CCR1遺伝子欠損マウスと比較して,CCL3遺伝子欠損及びCCR5遺伝子欠損マウスで,明らかに肝障害の軽減が見られたことから,APAP肝障害におけるCCL3-CCR5シグナルの関与が示唆された.野生型マウスにAPAP投与後,継時的(10h,24h)に採取した肝組織により,total RNAを抽出し,逆転写によりcDNAを合成,real time RT-PCRを行い,各時間におけるCCL3のmRNAを定量した結果,CCL3は24時間まで増加していた.さらにCCR5,CCL4,CCL5に特異的なプライマーを用いて各mRNAを定量したところ,CCL4,CCL5の発現量が10時間で増加した後,24時間で減少していたのに対し,CCR5は24時間まで発現量が増加していた.さらに蛍光二重染色においてCCR5の発現を確認したところ,マクロファージ,T細胞,NK細胞でCCR5の発現が確認された.当初の計画通り進展しているアセトアミノフェン(APAP)肝障害におけるケモカインの動態及び分子メカニズムの解明を目的としてマウスを用いた実験を行った.マウスは,CCL3,CCR1及びCCR5の各遺伝子欠損マウスと,コントロールとして野生型(C57BL/6)マウスを使用し,APAPを600 mg/kg投与後、経時的(2,6,10,24時間)に各マウスから採取した血液においてALTの測定を行った結果,野生型及びCCR1遺伝子欠損マウスにおいて6時間から24時間で大幅に上昇したのに対し,CCL3遺伝子欠損及びCCR5遺伝子欠損マウスにおいてはALTの上昇は抑えられた.さらに投与後,経時的に採取した肝臓組織で形態学的変化を観察したところ,CCR1遺伝子欠損マウスと比較して,CCL3遺伝子欠損及びCCR5遺伝子欠損マウスで,明らかに肝障害の軽減が見られたことから,APAP肝障害におけるCCL3-CCR5シグナルの関与が示唆された.野生型マウスにAPAP投与後,継時的に採取した肝組織で,real time RT-PCRを行い,各時間におけるCCL3のmRNAを定量した結果,CCL3は24時間まで増加していた.さらにCCR5,CCL4,CCL5についても各mRNAを定量したところ,CCL4,CCL5の発現量が10時間で増加した後,24時間で減少していたのに対し,CCR5は24時間まで発現量が増加していた.さらに蛍光二重染色においてCCR5の発現を確認したところ,マクロファージ,T細胞,NK細胞でCCR5の発現が確認された.CCR5遺伝子欠損マウスにAPAP投与後,継時的に採取した肝組織により,各時間におけるIFN-γ,Nos2,Hmox1のmRNAを定量した結果,野生型と比較して24時間後のそれぞれの発現量は減少していた.法医実務と動物モデルの比較,さらに法医実務への応用の検討については,引き続き試料を集めて行う野生型にAPAPを投与し,肝臓で種々のケモカインのmRNAを定量したところ,CCL3で増加が見られた.そこでAPAP肝障害におけるCCL3の役割を明らかにするためCCL3とその受容体であるCCR1,CCR5それぞれの遺伝子欠損(KO)マウスを用いてAPAP肝障害モデルで検討を行ったところ,野生型と比較してCCL3 KOおよびCCR5 KOで肝障害の軽減と白血球浸潤の抑制が見られたが,CCR1 KOでは野生型と差は見られなかった.またマクロファージ,T細胞,NK細胞でCCR5の発現が確認された.APAP肝障害におけるCCL3-CCR5の関与が示唆された今後は,ウエスタンブロットやFACSなども行い,さらに詳しくAPAP肝障害におけるケモカインの動態及び分子メカニズムの解明を目指すとともに、APAP投与後の各遺伝子欠損マウスにおける炎症性サイトカインおよびCytochrome P450の遺伝子発現検討を行う.また,マウスの肝細胞を培養し,培養液にAPAPのみを添加した群,APAPとCCL3を添加した群で継時的に細胞の生存率を解析し,比較検討を行う.

さらに実際の法医実務においてAPAPやその他薬物中毒と判断された事例について,血液や各臓器を採取し,各CCL3の動態をタンパク質及び遺伝子レベルで検索.それらの検索結果は,実験動物モデルを用いた実験結果と比較検討し,CCL3発現動態がAPAP中毒診断のために応用可能か否かについて検討する.29年度が最終年度であるため、記入しない。法医学29年度が最終年度であるため、記入しない。
次世代マルチメディアサーバの構成方式の研究

本研究は、以下の3つのテーマからなる:1.ボリューム・レンダリング専用並列計算機ReVolver/C40次世代マルチメディアサーバのための可視化機構として、ボリューム・レンタリング専用並列計算機Re Volver/C40のプロトタイプを開発した。ボリューム・データを直接的に可視化するボリューム・レンタリングは、メモリにおけるバンク・コンフリクトのため、リアルタイムでの描画は難しかった。Re Volver/C40は、バンク・コンフリクトが発生しないメモリ・システムを持つ。開発したプロトタイプの実測データから、Re Volver/C40は、毎秒約6秒フレームでの描画が可能であることが分かった。2.制御駆動とデータ駆動を融合したプロセッサ・アーキテクチャ次世代マルチメディアサーバのためのプロセッサ・アーキテクチャとして、Dualflowを提案した。本アーキテクチャは、レジスタを定義せず、データを命令間で直接受け渡す。その結果、スーパースカラーではCAMとして実装される命令スケジューリングのロジックをRAMに置き換えることができ、この部分がクリティカルとなることを回避することができる。コンパイラを作成しSPECベンチマークを用いて評価を行ったところ、無用な命令が大量に挿入されてしまい、更なる最適化が必要であることが分かった。次世代のマルチメディアサーバでは、Java Bytecodeの高速実行が不可欠である。本研究では高速化の手法として、特に、Value Look-aside Bufferを提案した。Value Look-aside Bufferとは、過去の実行における実行前後の状態を組み合わせて保存しておくもので、実行前の状態がバッファの内容と一致した場合に、実行前後の状態を組み合わせて保存しておくもので、実行前の状態に置き換えることで、途中の実行を一切省略してしまうことができる。シュミレーションによる評価によって、最大47.1%もの高速化が達成されることが分かった。(1)ボリュームレンダリング専用並列計算機ReVolver/C40の開発科学技術計算結果や医療計測機器から出力されるボリュームデータの可視化を行い,対象物の解析を支援するための専用並列計算機ReVolverのプロトタイブであるReVolver/C40の実装を行い,その評価を行った,ReVolver/C40は視線生成ステージ,ピクセル値計算ステージ,シェーデイングステージの3つのステージと,それらをまとめてシステム全体の制御を行うシステムコントロールユニットで構成するが,評価の結果,画面生成速度はピクセル値計算ステージのスピードに依存することがわかり,ボリューム空間の大きさを512^3voxel,フレームの大きさを512^2pixel,ピクセル値計算ステージのプロセッサ台数を512台としたときに,システム周波数25MHzで1.16frames/sという描画速度が得られることがわかった.(2)制御駆動とデータ駆動を融合したプロセッサ・アーキテクチャの研究スーパースカラの動的命令スケジューリングにはさまざまな利点があるが,VLIWにくらべてサイクル・タイムを短縮しにくいという欠点がある.そこで我々は,制御駆動とデータ駆動を融合した新しいアーキテクチャDualflowを提案した.Dualflowは,制御駆動型と同様に制御の流れを持つが,データ駆動型と同様にレジスタを持たず,命令間のデータの受け渡しを陽に指定する.この結果,スーパースカラ的な動的命令スケジューリングをVLIW並のサイクル・タイムで実現することができる.一方でDualflowは,一時的なデータに対して強く最適化されており,一時的でないデータの扱いに対して難がある.本年度は,予備的性能評価として,SPEC95ベンチマークに対してレジスタの生存期間と参照回数を調べた.その結果,通常のプログラムにおいても一時的でないデータの割合は十分に低いことが分かり,Dualflowが成功する確率は十分に高いと判断できる.また,より詳細な評価を行うために,コンパイラとシミュレータの実装を開始した.本研究は,以下の3つのテーマからなる:1.ボリューム・レンダリング専用並列計算機ReVolver/C40次世代

マルチメディアサーバのための可視化機構として,ボリューム・レンダリング専用並列計算機ReVolver/C40のプロトタイプを開発した.ボリューム・データを直接的に可視化するボリューム・レンダリングは,メモリにおけるバンク・コンフリクトのため,リアルタイムでの描画は難しかった.ReVolver/C40は,バンク・コンフリクトが発生しないメモリ・システムを持つ.開発したプロトタイプの実測データから,ReVolver/C40は,毎秒約6フレームでの描画が可能であることが分かった.2.制御駆動とデータ駆動を融合したプロセッサ・アーキテクチャ次世代マルチメディアサーバのためのプロセッサ・アーキテクチャとして,Dualflowを提案した.本アーキテクチャは,レジスタを定義せず,データを命令間で直接受け渡す.その結果,スーパースカラーではCAMとして実装される命令スケジューリングのロジックをRAMに置き換えることができ,この部分がクリティカルとなることを回避させることができる.コンパイラを作成し,SPECベンチマークを用いて評価を行なったところ,無用な命令が大量に挿入されてしまい,更なる最適化が必要であることが分かった.次世代のマルチメディアサーバでは,Java Bytecodeの高速実行が不可欠である.本研究では高速化の手法として,特に,Value Look-aside Bufferを提案した.Value Look-aside Bufferとは,過去の実行における実行前後の状態を組み合わせて保存しておくもので,実行前の状態がバッファの内容と一致した場合に,実行後の状態に置き換えることで,途中の実行を一切省略してしまうことができる.シミュレーションによる評価によって,最大47.1%もの高速化が達成されることが分かった.