hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胎生期における脂肪酸摂取比の乱れが大脳皮質形成および脳機能に及ぼす影響の解析

続いてこのFat-1マウスの大脳新皮質形成を生後10日目において組織学的に解析したところ、野生型マウスにコントロール餌を与えた群と比べて下層ニューロンの数が増加し、上層ニューロンの数が減少していた。これはn-6/n-3比ではなく、EPA/DHA比による影響と考えられる。最後にどのような脂肪酸代謝産物が本表現型を引き起こしたのかを検証するため、質量分析を用いて脂肪酸代謝産物の網羅的定量を行なつた。するとシトクロムP450による代謝産物であるエポキシドの量に顕著な差が見いだされた。これによりエポキシドが大脳新皮質形成に重要と示唆された。n-6脂肪酸摂取過多かつn-3脂肪酸摂取欠乏という栄養状態が大脳新皮質形成および脳機能に及ぼす影響を解析するため、コントロール飼料またはn-6脂肪酸過多/n-3脂肪酸欠乏飼料(n-6/n-3飼料)を妊娠C57/BL6マウスに投与した。胎生14日目において大脳皮質原基から神経幹細胞を培養し、アストロサイトへの分化能を解析したところ、n-6/n-3飼料投与群においてアストロサイトへの分化が亢進していた。さらに生体内でのアストロサイト産生を評価するため、生後10日目においてアストロサイトの数を免疫染色法および定量PCR法により評価したところ、飼料間に差が見られなかった。続いて生後1日目においてアストロサイトの増殖能を解析したところ、ここでも飼料間に差が見られなかった。これにより、胎生期に亢進している神経幹細胞のアストロサイト分化は、生後のアストロサイトの増殖能に差がないため、最終的なアストロサイトの数に変化をもらたらさないことが分かった。続いて昨年度に同定したエポキシドが神経幹細胞の分化能に及ぼす影響を解析した。エポキシエイコサトリエン酸(EET)およびエポキシドコサペンタエン酸(EpDPE)をそれぞれ培養した神経幹細胞に添加したところ、EETはアストロサイト分化を促進し、EpDPEはニューロン分化を促進した。これにより、EETとEpDPEの量のバランスによって神経幹細胞の分化運命が制御され、最終的に大脳新皮質形成異常を引き起こしたことが示唆された。最後に昨年度に見いだした組織学的異常が脳機能に及ぼす影響を解析するため、生後10日以降を標準飼料にて飼育した成体仔マウスにおいて不安様行動の解析を行なった。するとn-6/n-3飼料投与群において不安様行動の増加が見られた。これにより、n-6/n-3飼料投与群では胎生期において将来の不安の亢進が決定されていることが分かった。26年度が最終年度であるため、記入しない。n-6/n-3餌摂取により胎仔大脳新皮質形成に障害が認められ、ニューロン分化が影響を受けている可能性が示唆された。このように、すでに具体的な表現型を見いだしており、今後は作用機序の解析を中心に研究を進めることができる。また、現在、Fat-1マウスを用いた、餌の組成を変えずに胎仔脳内の脂肪酸組成を変える実験や、質量分析系を用いた脂肪酸代謝産物の一斉定量などを開始しており、当初の計画通り順調に進展している。n-6/n-3餌摂取により生後脳においても大脳新皮質形成に障害が認められ、神経幹細胞のニューロンへの分化能が低下していることまで明らかにすることができた。すでに表現型とその機序を明らかにできており、今後は脂肪酸代謝産物の解析を中心に研究を進めることができる。また、Fat-
イモリの卵ジェリー層中に存在する精子運動開始因子の解析

両生類には様々な受精様式が見られる。本研究は体内受精を行うイモリ類の受精様式に適応した精子運動開始機構について、制御因子を同定して作用機序を明らかにすることを目的とする。イモリの受精は雌の総排泄腔内で起こり、精子は卵ジェリー層に直接媒精される。卵ジェリー層は、精子運動開始因子(SMIS)が含むが、同時に精子の運動調節に関与しうるNa^+,K^+及びCa^<2+>も含み、比較的高いpHに保たれる。生理的な環境下でのSMISの作用機序を調べるために、それぞれのイオン濃度及びpHの測定値から再構成した環境下でCa^<2+>チャネル阻害剤のベラパミル及びK^+チャネル阻害剤のカリブドトキシンを用いて,イモリ卵ジェリー抽出液による精子運動開始に対する作用を調べた。その結果,どちらの阻害剤においても特異的な精子運動開始の阻害が見られ,Ca^<2+>チャネル及びK^+チャネルが,SMISの下流で精子の運動開始に関与することが示唆された。また精子の運動パターンの解析から,SMISの作用機序は体外受精を行う種の精子運動開始を担う浸透圧低下の作用機序と異なることが示唆された。一方、SMISの候補分子についてアミノ酸配列の解読を試みたが,夾雑タンパク質のため十分な情報が得られなかった。SMISは排卵を誘発させたイモリの輸卵管で特異的に合成されると考えられる。そこで,この輸卵管に特異的に発現するmRNAの解析からSMIS遺伝子の単離を目指し,排卵誘発前(+)及び誘発後(-)の輸卵管に由来するcDNAライブラリーを作成した。このライブラリーから,サブトラクション法によるSMIS遺伝子の単離が期待される。イモリ卵ジェリー層の受精様式に適応した精子運動開始機構は両生類の多様な種を生み出す要因となりうる重要な現象であり,今後受精に見られるその他の現象もあわせて網羅的に比較発生学的な解析を行うことが必要である。本研究は両生類において体内受精を行うイモリ類の受精機構を解明するため、この特異な受精様式に適応した精子運動開始機構に着目し、その制御因子を単離・同定するとともに、その作用機序を明らかにすることを目的としている。これまでに、イモリ卵のジェリー層中に強い精子運動開始活性が見られることが示されており、調節因子の活性化機構が存在すること、活性分子のおよその分子量が50kDaであることが示唆されている。本年度は精子運動開始因子(SMIS)遺伝子の単離のために、ジェリーの抽出液を作成し、SMISの単離を行った。SDS-PAGEを行ったところ約30から900kDaの分子量の多数のバンドが検出された。ジェリー層は糖鎖を多量に含み、この分解物などが夾雑分子となって分離の妨げとなることが明らかになったため、2次元電気泳動や限外ろ過を行って約50kDaのバンドを分離することに成功した。このバンドは精子運動開始の活性化処理によって量の増加が確認されたことからSMISであることが示唆された。そこで、PVDF膜にこの分子を転写し、現在、ペプチドの部分配列の解読を行っている。一方、SMISはタンパク質分解酵素によって活性が消失することから、タンパク質の高次構造が活性に必要であることが示されている。本研究では新たに、ジェリーの抽出液を過ヨウ素酸処理することによって活性が低下することが明らかになり、精子運動開始活性への糖鎖の関与が示唆された。

この結果は、SMISの作用機序を調べるための新しいプローブを与えるものであり、今後レクチンなどを用いた解析が見込まれる。本研究は、イモリ類の体内受精様式に適応した精子運動開始因子(SMIS)を探索するとともに作用機序を明らかにすることを目的とする。昨年、イモリ卵ジェリー層からSDS-PAGEによって精子運動開始因子を分離した。本年度は候補となるバンドについてアミノ酸配列の解読を試みたが、夾雑タンパク質のため十分な情報が得られなかった。ジェリー層は輸卵管で卵に付加されることからSMISは排卵を誘発させたイモリの輸卵管で特異的に合成されると考えられる。そこで、この輸卵管に特異的に発現するmRNAの解析からSMIS遺伝子の単離を目指し、排卵誘発前(+)及び誘発後(-)の輸卵管に由来するcDNAライブラリーを作成した。その結果、平均鎖長が(+)ライブラリーで約1.5kb、(-)ライブラリーで約1kbのcDNAを含みライブラリーサイズが100万を越えるcDNAライブラリーを作成した。このライブラリーからサブトラクション法によりSMIS遺伝子の単離が期待される。一方、SMISの作用機序を調べるためにCa^<2+>チャネル阻害剤のベラパミル及びK^+チャネル阻害剤のカリブドトキシンを用いて、測定値から再構成された生理的なイオン濃度及びpH下でのイモリ卵ジェリー抽出液による精子運動開始に対する作用を調べた。その結果、ベラパミルによって濃度依存的に精子運動の開始が阻害された。また、カリブドトキシンによって濃度依存的に早い次期での精子運動が阻害されたが、時間の経過とともに運動精子が観察された。運動開始はSMISによって迅速に誘導されることから、これらの結果は、Ca^<2+>チャネル及びK^+チャネルがSMISの下流で精子の運動開始に関与することを示唆する。また、精子の運動パターンの解析から、イモリ精子において、SMISの作用機序が、体外受精様式をとる両生類の精子運動開始を担う浸透圧の低下の作用機序と異なることが示唆された。
国際環境の中のミッションスクールと戦争-立教大学を事例として

1.研究の事例とした立教学院に所蔵されている基幹資料について、その翻刻や目録化を行った。その資料は、たとえば立教学院関係では「理事会記録」や「立教学院学報」、立教大学関係では「総長日誌」や「学事日誌」、「部長会記録」、立教中学校関係では「教務日誌」などである。これにより、当時のミッションスクールをとりまく状況や首脳陣の時代認識、政策決定過程等が明らかとなった。2.3回のアメリカ調査を実施し、米国国立公文書館と米国聖公会文書館において資料調査・収集をおこなった。これら調査では、国内では確認できない宣教師文書や機関誌、委員会議事録等を収集することができた。これにより、戦時下の立教学院への宣教師の認識や母教会の関心と対応を分析することが可能となった。3.国内の諸学校と比較検討するために、学校沿革史等の調査をおこなうとともに、19の私立大学に対して戦時下の動向に関するアンケート調査を行った。これにより、他大学との比較がこれまで以上に可能となり、戦時下におけるミッションスクールや立教学院の特徴が明らかとなった。4.戦時下の学生生活や教育の変容を把握するために、卒業生への聞き取り調査や回想原稿等の収集・目録化を行った。また、アジア地域からの留学生に対する聞き取り調査を中国および韓国で実施した。これにより、戦時下の学生生活や学生からみた教育の変容過程が明らかとなった。5.これらの作業と並行して3年間で14回の研究会を開催し、研究成果の報告や検討をおこなうとともに、資料の共有化等をはかった。6.このような研究の成果として、8本の論文を『立教学院史研究』(立教学院史資料センター)等に発表した。1.十五年戦争下におけるミッションスクールの動向を、立教を事例に把握するべく、基幹資料の翻刻を重点的におこなった。具体的には、立教大学「総長日誌」「学事日誌」「部長会記録」、立教中学校「校務日誌」等である。この作業はまだ継続中ではあるが、これらの資料により、当時のミッションスクールが置かれていた社会環境・教育環境が浮き彫りになると同時に、立教首脳陣の時代認識や政策決定過程等が明らかとなってきた。今後は、立教学院「理事会記録」等の翻刻、関係者のインタビューなどを行い、この点についてさらに分析を進める予定である。また、把握できた立教の事例を参考にしつつ、他のミッションスクールの動向についても並行して調査をする予定である。2.当時の大学の有り様をアジアの観点から捉えるため、戦時下に立教大学の学生であった3名を対象に、韓国で聞き取り調査を行った。当時の学生生活を中心に貴重な情報を収集することができた。今後は、韓国での調査を継続する一方、もう一つの植民地である台湾人学生へのインタビューも実施していきたい。3.国際環境における本国母教会との関係については、米国聖公会機関誌"The Spirit of Missions"の収集整備を行った。今後は、米国聖公会公文書館において宣教師文書や外国委員会議事録等の資料を収集し、日本聖公会関係の資料と突合せながら分析を進めていく予定である。4.上記の作業と並行して5回の研究会を開催し、「十五年戦争下の高等教育政策の動向」「外国ミッションの教育事業」「立教学院関係者の出征と戦没」等の研究発表・討論をおこなった。1.十五年戦争下におけるミッションスクールの動向を、立教を事例に把握するべく、今年度も、基幹資料の翻刻および目録化を重点的に行なった。具体的には、財団法人立教学院の「理事会記録」『官公署往復書類』『立教学院学報』等である。これらの資料からは、当時のミッションスクールの置かれていた社会環境・教育環境をはじめ、戦時下における立教首脳陣の認識や政策決定過程等が明らかとなってきた。

また、当時学生であった校友からの聞き取り調査や、手記の収集も並行して行なったが、そこからは、戦時下の学生生活や学生の側からみた大学の実態を窺うことができた。さらに、米国国立公文書館における調査からは、これまで未見であった写真資料や文書資料を収集することができた。2.立教の事例とともに、ミッションスクールを中心とした他大学の動向についても調査・研究を行ない、その成果を発表した。3.当時の大学の有り様をアジアの観点から捉えるため、戦時下(および戦後直後)立教大学の学生であった中国人から聞き取り調査を実施した。来年度は、台湾における同様の調査を実施する予定である。4.国際環境における本国母教会との関係については、米国聖公会公文書館において資料調査および収集を行なった。具体的には、米国聖公会機関誌"The Spirit of Mission"等の欠号補充や、宣教師文書・外国委員会議事録等の、日本では手に入らない資料を収集することができた。なお、資料の複写に際しては制限が設けられていたため、今後も継続して収集する予定である。5.上記の作業と並行して4回の研究会を開催し、「法人寄附行為・大学学則中の目的変更に関する調査報告」「日中戦早期の立教中学校」「試される理念-アメリカ研究所の設置と活動をめぐって」「教育における戦時非常措置-立教理科専門学校の設立と文学部閉鎖問題」等の研究発表・討論を行なった。1.十五年戦争下におけるミッションスクールの動向を、立教を事例に把握するべく、今年度も基幹資料の翻刻および目録化を行った。具体的には、「立教大学総長秘書・学事日誌」、「立教中学校教務日誌」などである。これにより、学内外の状況や首脳陣の認識、政策決定過程などがこれまで以上に明らかとなった。2.当時の学生生活や教育の変容を把握するために、1943年度卒業生による回想録の原稿の翻核や学内刊行物所収の戦時下学生関係記事の目録化を行った。これにより、戦時下の学生生活や学生から見た教育の変容過程などがこれまで以上に明らかとなった。3.他大学における戦時下の動向を把握するために、19大学に対して、組織の変化、「教育ニ関スル戦時非常措置方策」への対応、留学生・植民地出身学生、大学や法人の目的変更の状況などに関するアンケート調査を実施し、11大学から回答を得た。これにより、他大学の動向との比較がこれまで以上に可能となり、戦時下におけるミッションスクールの特徴が浮き彫りにされることとなった。4.米国聖公会との関係については、昨年に引き続き、米国聖公会文書館において資料調査・収集を行った。これにより、立教にかかわる宣教師の書簡や文書など、これまで未見であり、かつ日本国内においては入手できない資料を収集することができた。これらの資料によって、戦時下の立教に対する宣教師の認識や母教会の関心と対応を分析することが可能となった。5.上記の作業と並行して4回の研究会を開催し、「立教大学における教育と戦争-戦時動員と『教育』の変容課程を概観して-」、「立教大学医学部設置構想と挫折」などの研究発表・討論を行うとともに、収集資料や翻刻資料、目録化した資料の共有化を図った。
ウズラ胚背部羽毛芽色素パターン形成を制御する遺伝子群の探索と発現解析

ウズラ胚背部羽毛芽列における黒、黄色の縦縞色素パターンの形成機構を探るため、色素パターンが激変する黒色初毛致死突然変異体(Bh)を用いて、次のことを明らかにした。1.マウスメラノサイトで色素合成に直接関わるα-MSH(POMC)、その受容体(MC1R)、アンタゴニストであるアグーチタンパク質のcDNAをウズラ胚からクローニングし、それぞれの発現解析をBh各遺伝子型胚で行った。POMC、MC1R、アグーチいずれのmRNAも羽毛芽列の色素パターンに関連する発現パターンを示さなかったが、POMCが表皮、MC1Rがメラノサイトで発現し、α-MSHシグナルがウズラ胚羽毛芽色素合成系で働いている可能性が高いことが示唆された。2.GDRDA法により単離したBh遺伝子の連鎖マーカーを用いてFISHを行い、Bh遺伝子が1番染色体長腕に位置することを証明した。3.系統学的にウズラと近縁なニワトリのゲノム情報にアクセスし、既に単離したマーカーMHD1B3とMHD3C4に相同な配列の同定を行ったところ、いくつか、高い相同性を示すWGSシークエンスが存在した。検索の繰り返しによりWGSコンテイグを作成し、次にニワトリBAC末端配列のデータベースを検索し、それぞれのコンテイグがどのBACクローン末端シークエンスに位置するか調べた。ヒットしたBACクローンの反対側の末端シークエンスに対してもWGSコンテイグを作成、次にこの配列をESTデータベースに対してサーチし、遺伝子がコードされていないか調べた。結果として、C1H3orf1がヒットした。C1H3orf1のウズラホモログはQ1H3orf1であり、多型マーカーを用いた連鎖解析により、MHD1B3とQ1H3orf1との間にBh遺伝子が位置することを明らかにした。ウズラ胚背部羽毛芽列にはメラノサイトが作る黒、黄色の縦縞色素パターンがあるが、その形成メカニズムを、色素パターンが激変する黒色初毛致死突然変異体(Bh)を用いて明らかにすることが本研究の最終の目的である。本年度は、マウスメラノサイトで色素合成に直接、関わるとされるα-MSH (PCMC)、その受容体(MC1R)、アンタゴニストであるアグーチタンパク質のcDNAをウズラ胚からクローニングし、それぞれの発現解析をBh各遺伝子型胚で行った。POMC、MC1R、アグーチいずれのmRNAも羽毛芽列の色素パターンに対応する発現パターンを示さなかったが、POMCが表皮、MC1Rがメラノサイトで発現しており、α-MSHシグナリングがウズラ胚羽毛芽色素合成系で働いている可能性が高いことが示唆された。また野生型黒色ならびに黄色羽毛芽からmRNAを抽出、cDNAを作製しそれぞれの間でサブトラクションを行い、黒色ならびに黄色羽毛芽(それぞれのメラノサイトを含む)特異的に発現する遺伝子群の単離と発現解析を行った。黄色羽毛芽に特異的に発現する遺伝子は今回単離できなかったが、黒色羽毛芽で発現が上昇するもの20個が得られ、そのうちの1つはmelanoma antigenrecognized by T-cells 1 (MART-1)であった。これは、羽毛芽色素パターンを解析するうえでいいマーカーになるものと思われる。GDRDAにより先に単離したBh遺伝子の連鎖マーカーを用いてFISHを行い、Bh遺伝子が1番染色体長腕に位置することをつきとめた。ウズラ背部羽毛芽列には黒、黄色からなる縦縞色素パターンがあるが、その形成メカニズムを、色素パターンが激変する黒色初毛致死突然変異体(Bh)を用いて明らかにすることが本研究の最終の目的である。

これまでBh遺伝子に連鎖するマーカー3個をGDRDA法により単離したが、いずれもBh遺伝子に対して同じ側に位置していたので、今年度は反対側に位置するマーカーを単離するためにGDRDA法を行ったが、新たなマーカーを単離することはできなかった。一方、系統学的にウズラと近縁なニワトリのゲノム情報にアクセスし、既に単離したマーカーMHD1B3とMHD3C4に相同な配列の同定を行ったところ、いくつか、高い相同性を示すWGSシークエンスが存在した。検索の繰り返しによりWGSコンテイグを作成し、次にニワトリBAC末端配列のデータベースを検索し、それぞれのコンテイグがどのBACクローン末端シークエンスに位置するか調べた。ヒットしたBACクローンの反対側の末端シークエンスに対してもWGSコンテイグを作成、次にこの配列をESTデータベースに対してサーチし、遺伝子がコードされていないか調べた。結果として、C1H3orf1遺伝子をつきとめた。C1H3orf遺伝子のウズラホモログはQ1H3orf1遺伝子であり、多型マーカーを用いた連鎖解析により、MHD1B3とQ1H3orf1との間にBh遺伝子が位置することが明らかになった。
人工関節金属材料のメチルメタクリレートによるプレコーティングに関する研究

1.アクリル樹脂と骨セメントの結合の実験から,骨セメントは重合開始後,可及的に早期に使用することが,アクリル樹脂あるいは重合した骨セメントとの接着力を高めるために有効なことが明らかとなった.2.接着性セメント(4-METAセメント)と金属の接着性は,金属表面の性状により異なっていたが,表面が平滑な方がステンレス綱でもチタニウム合金でも接着力は大きかった.ステンレス綱の表面平滑なもので約25MPa,表面不整なもので14MPa,チタニウムではそれぞれ20MPa,7MPaの接着力が得られた.3.金属の4-METAセメントコーティングの有効性の実験では,金属円柱の表面にあらかじめ4-METAセメントをポリマー:モノマーの比1:0.8とし,塗布し重合させることで(プレコーティング),コーティングを行わないものの約34倍の結合力が得られた.4.生体内に近い条件でこの接着性の劣化が見られないことの確認として,3.と同様に作成した試料を摂氏37度の生理的食塩水に1ケ月間浸漬し,引張試験を行った結果,生食に浸けないものに比べ両金属とも約20%の接着力の低下がみられたが有意差はなかった.5.家兎体内埋人での接着力の変化は,3.と同様の標本を日本白色家兎の皮下へ3ケ月埋人し,引っ張り試験を行った結果,接着力はバラツキが大きかったが,ステンレス綱およびチタニウムとも約25%程度の低下がみられた.6.接着力をより強くするため,金属表面の処理あるいはコーティング法の改良を更に検討する必要がある.1.アクリル樹脂と骨セメントの結合の実験から,骨セメントは重合開始後,可及的に早期に使用することが,アクリル樹脂あるいは重合した骨セメントとの接着力を高めるために有効なことが明らかとなった.2.接着性セメント(4-METAセメント)と金属の接着性は,金属表面の性状により異なっていたが,表面が平滑な方がステンレス綱でもチタニウム合金でも接着力は大きかった.ステンレス綱の表面平滑なもので約25MPa,表面不整なもので14MPa,チタニウムではそれぞれ20MPa,7MPaの接着力が得られた.3.金属の4-METAセメントコーティングの有効性の実験では,金属円柱の表面にあらかじめ4-METAセメントをポリマー:モノマーの比1:0.8とし,塗布し重合させることで(プレコーティング),コーティングを行わないものの約34倍の結合力が得られた.4.生体内に近い条件でこの接着性の劣化が見られないことの確認として,3.と同様に作成した試料を摂氏37度の生理的食塩水に1ケ月間浸漬し,引張試験を行った結果,生食に浸けないものに比べ両金属とも約20%の接着力の低下がみられたが有意差はなかった.5.家兎体内埋人での接着力の変化は,3.と同様の標本を日本白色家兎の皮下へ3ケ月埋人し,引っ張り試験を行った結果,接着力はバラツキが大きかったが,ステンレス綱およびチタニウムとも約25%程度の低下がみられた.6.接着力をより強くするため,金属表面の処理あるいはコーティング法の改良を更に検討する必要がある.1)アクリル樹脂と骨セメントとの結合の実験.アクリルの板とアクリル製の円柱形の棒を市販の骨セメント(CMW3)で接着させた後,インストロン型万能試験機にて,引張試験を行い接着力を計測した.この際セメントのモノマーとポリマーを混ぜてから接着させるまでの時間を1分から8分まで変化させ比較検討した.結果;接着力は経時的に低下することがわかった.アクリルどうしの接着の面からは,骨セメントは重合開始後,可及的に早期に使用することが好ましいことが明らかとなった.2)金属の4-METAセメントコーティングの実験.金属(ステンレス鋼)円柱の表面に4-METAセメントを塗布し重合させる.このコーティングに用いるセメントのポリマー:モノマーの比は数種類組合せの検討の結果,1:0.8程度が最もコーティングしやすいことがわかった.この比でコーティングした金属棒を市販の骨セメント(CMW3)で金属円筒に固定した.この際市販の骨セメントに挿入するタイミングは,1)の結果を踏まえ,早めのタイミングとしモノマーとポリマーを混ぜて2分経過した状態の骨セメントとした.骨セメント重合後,引張試験を行い結合力を計測した.対照としてコーティングを行っていない金属円柱を直接市販の骨セメントで固定したものを同様に引き抜き試験を行った.結果;4-METAセメントでコーティングしたものは対照の約6倍の結合力を示した.従って4-METAセメントによるコーティングは金属材料を骨セメントで固定するときの固定力を高める手段として有効なことが明らかとなった.3)生体内での接着性の劣化が見られないことの確認;2)と同様に作成した試料を摂氏37度の生理的食塩水に1ヶ月間浸漬し,引張試験を行う予定.現在まで数本の試験を行ったが,接着力の低下は起きていない.1.接着性セメント(4-METAセメント)と金属の接着性の実験.ステンレス鋼およびチタニウムの板を用い,表面を鏡面研磨したものと,不整にしたものの2種類を準備した.ナイロンテープで金属の露出面を直径6mmとして4-METAセメントおよびCMW3で金属円柱と接着させた.

金属表面の性状により接着性は異なっていたが,表面が平滑な方がステンレス鋼でもチタニウムでも接着力は大きかった.ステンレス鋼の表面平滑なもの約25MPa,表面不整なもの後者は14MPa,チタニウムではそれぞれ20MPa,7MPaの値が得られた.2. 4-METAセメントによりプレコーディングした金属と市販の骨セメントの接着性(生食浸漬後の変化)の計測.円柱形のステンレス鋼およびチタニウムに4-METAセメントを塗布し重合後,市販の骨セメントであるCMW3にて,金属円柱への固定.4週間の生理的食塩水(36°C)に浸漬後,引き抜き試験を行った.生食に浸けないものに比べ両金属とも約20%の接着力の低下がみられたが有意差はなかった.これはプレコーディングを行わない金属の引き抜き試験(金属をCMW3で直接固定したもの)でも同様の傾向を示した.3.家兎体内埋入での接着力の変化の検討.2.と同様の標本を日本白色家兎の皮下へ埋入.3ヶ月後に摘出し,引っ張り試験を行った.接着力はバラツキが大きかったが,ステンレス鋼およびチタニウムとも約25%の低下がみられた.CMW3で固定したものもやはり20%の低下を示した.4.今後さらに生体内で力学的負荷をかけた状態でも今回得られた接着性が維持されうるか否かを検討する必要がある.
アルカリニオブ酸系鉛フリー圧電セラミックスの欠陥構造と電気物性

アルカリニオブ酸系素材(ニオブ系)は、高いキュリー温度を有する無鉛圧電材料であり、優れた圧電性を示す。しかし焼成プロセス中にアルカリ成分が気散しやすく、電気絶縁性および圧電性が劣化しやすい問題がある。本研究は、高絶縁性および圧電性を有するニオブ系の材料設計指針を明確にするため、その電気伝導性および脱分極挙動について詳しく調べた。本年度は、ニオブ系圧電セラミックスに遷移金属元素Mnを添加した場合の脱分極現象を熱刺激脱分極電流(TSDC)法により評価し、助剤添加による脱分極温度の変化を調べた。助剤を添加しない純粋なニオブ酸ナトリウムカリウム(Na_<0.5>K_<0.5>NbO_3)組成において、焦電効果から予想される自発分極値よりも十数倍大きい脱分極電流が発生する様子が確認されていたが、Mn添加により脱分極電流量が増大した。このことからMnがアクセプタとして働き、セラミックス中の酸素欠陥量を増大させていることが明らかとなった。さらに一定の微小電位差(0.5V)下におけるTSDC測定により、Mn添加によってニオブ系の脱分極温度が100°C低温側ヘシフトすることが確認された。すなわちMnが固溶することにより、酸素欠陥がニオブ系中を移動しやすくなり、その結果、ニオブ系圧電体中の強誘電性ドメイン壁が移動しやすくなることによって脱分極が進行することが明らかとなった。TSDC法により、ニオブ系の脱分極現象は酸素欠陥の熱拡散によって生じていることが明らかとなり、助剤添加によって著しく変化することが確認された。環境低負荷な鉛フリー圧電材料の1つであるアルカリニオブ酸系素材(ニオブ系)は、比較的高い圧電性を示すものの、焼成プロセスや雰囲気等により電気絶縁性および圧電性が変化しやすい問題がある。そこで本研究では、高絶縁性および圧電性を有するニオブ系の材料設計指針を明確にするため、その電気伝導性および脱分極挙動について詳しく調べた。本年度は、大気圧下における固相反応法(通常のセラミックス合成法)により焼成したニオブ系圧電セラミックスにおいて、高電圧により圧電活性な分極状態から脱分極状態となる過程に注目して研究を実施した。具体的には、分極したニオブ系圧電セラミックスを一定速度で昇温し、試料表而から発生する電流を測定する「熱刺激電流測定」、および同速度で昇温しつつ圧電体を外部から交流電場で振動させてインピーダンスを測定する「圧電共振測定」を実施した。その結果、熱刺激電流測定では焦電効果から予想される値よりも十数倍大きい電流発生が観察された。この電流量から計算されるニオブ系セラミックスの自発分極最と異なること、さらに圧電共振測定と比較した結果、圧電特性の変化挙動と一致しないことから、大きな熱刺激電流発生は試料中に存在する結晶粒界面やイオン欠陥にチャージされた電荷が解放される脱分極現象であると考察した。以上の結果から、分極状態のニオブ系セラミックスが脱分極する過程を精査すれば、ニオブ系材料中に存在する欠陥構造と特性劣化現象について推定可能であることが期待出来る結果を得た。
文理解における依存関係の構築過程に関する研究

本研究では、文理解における依存関係の構築過程について調べた。文において、ある要素Xが現れた場合に必ず他の要素Yが共起するという関係が成り立つとき、これらの要素間の関係を依存関係と呼ぶ。また、ここでは先に現れる要素を前出要素X、後に現れる要素を後出要素Yと呼ぶ。要素の入力のタイミングに着目すると、依存関係の構築過程は(i)前出要素Xの入力(ii)前出要素Xが入力されてから後出要素Yが入力されるまでの間(iii)後出要素Yの入力という、3つの段階に分けてとらえることができる。本研究では、これら3つの段階のうち、(ii)前出要素Xが入力されてから後出要素Yが入力されるまでの間の処理が、性質の異なる複数の依存関係の間で異なっているかどうかということについて調べた。日本語におけるfillerとgapの依存関係(filler-gap条件)、wh要素と疑問小辞の依存関係(wh条件)、呼応副詞タトエと述語形態テモの依存関係(タトエ条件)の3つについて、それぞれを含む文を理解する際の脳活動を観察する実験を行った。実験の結果、filler-gap条件とタトエ条件において持続的陰性波が観察された。この結果は、これまでの依存関係構築に関する先行研究における報告と一致するものであった。しかしながら、持続的陰性波は、filler-gap条件ではfillerの直後の語から生じ始めたのに対し、タトエ条件では、タトエの直後ではなく、タトエから2つ後の語から生じ始めた。さらに、wh条件でも陰性波が観察されたが、数語に渡って持続することはなかった。これらの結果は、異なるタイプの依存関係は、その性質によって異なる処理が行われているということを示している。このことから、後出要素の探索が開始されるタイミングの違いや、前出要素Xの文法的性質の違いが依存関係構築処理の違いをもたらす可能性について論じた。26年度が最終年度であるため、記入しない。
銅錯体における光励起ダイナミクスの反応機構及び制御法の解明

本年度は、ビスジイミン銅(I)錯体と類似の光励起ダイナミクスとして、水溶液中の金(I)三量体錯体の光励起ダイナミクスの解析を行った。金(I)三量体錯体は、基底状態は一重項で金イオン3つが折れ曲がり緩く結合した状態であるが、光励起すると系間交差が起きて三重項励起状態となり、3つの金イオンが直線状になり強く結合することが知られている。この光励起ダイナミクスについて、時間分解分光実験により解析が行われてきたが、主張が異なり議論が分かれている状況である。そこで、本研究では理論計算により一重項基底状態と三重項励起状態の金(I)三量体錯体の構造を解析した。特に、周囲の水溶媒の影響に着目し、どの溶媒モデルでX線溶液散乱実験で得られた構造を再現可能か調べた。その結果、単純な分極連続体モデルや分子性液体の積分方程式で溶媒の平均的な描像を記述するモデルでは、一重項基底状態で緩く非対称に結合している実験構造を再現できないことが明らかになった。一方、溶質と溶媒の熱揺らぎの効果や溶媒の量子性を取り込んだ第一原理分子動力学シミュレーションでは、定性的に実験の傾向を再現した。また、一重項基底状態の金イオン間の結合長は、量子化学計算手法によっても大きく異なり、定量的な記述には分散力補正が必要であることも明らかになった。したがって、この金(I)三量体錯体の光励起による結合生成ダイナミクスを解析するためには、溶質と溶媒の両方の適切な記述が必要であると考えられる。今後、より定量的に金(I)三量体錯体の構造を記述するために、さらに計算手法に対する依存性を詳細に調べる予定である。また、中間状態である一重項励起状態の解析も行う予定である。当初の予定になかった金(I)三量体錯体の解析を行ったが、これまで分からなかった溶媒の量子化学的な効果も明らかになった。今後、並行してビスジイミン銅(I)錯体の光励起ダイナミクスも行う予定であり、研究は概ね順調に進展していると考えられる。今後、得られたポテンシャル面の情報に基づいて、光励起ダイナミクスの分子動力学シミュレーションを行う予定である。本研究の目的は、我々が独自に開発してきた計算手法を基に、安価な光学材料として注目されているビスジイミン銅(I)錯体の光励起ダイナミクスの分子論的機構を解明し、より優れた材料をデザインするための光励起ダイナミクスの制御法を確立することである。ビスジイミン銅(I)錯体は、基底状態では二つの配位子が互いに垂直にある四面体構造を取る。光照射によって銅から配位子への電荷移動遷移(MLCT遷移)が起きると、擬ヤーン・テラー効果により二つの配位子が平行になろうとする「平坦化」の構造変化が起きる。この構造変化の反応速度は配位子の置換基や溶媒により大きく異なることが知られているものの、なぜそのようなことが起きるのかよく分かっていない。そこで本年度は、最も単純なビスジイミン銅(I)錯体である配位子に置換基のない[Cu(phen)2]+ (phen=1,10-phenanthroline)の溶液中の光励起ダイナミクスの解析を行った。我々が開発した、僅かな量子化学計算の結果から凝縮相中の分子のポテンシャル関数を高精度に生成可能なMMSIC法により銅錯体のポテンシャル関数を作成し、ジクロロメタン中とアセトニトリル中で非平衡励起状態分子動力学シミュレーションを行った。シミュレーションにより得られた平坦化の反応速度や反応に伴うコヒーレント振動は、実験結果とよく一致した。また、溶媒がある場合とない場合では、光励起ダイナミクスに大きな違いがあることが明らかになった。この結果は、光励起ダイナミクスの分子シミュレーションにおいて、周囲の環境を露わに考慮する必要性を示しており、本研究で初めて明らかになったものである。本年度は、最も単純なビスジイミン銅(I)錯体である[Cu(phen)2]+の溶液中の光励起ダイナミクスを解析し、周囲の溶媒が重要な役割を果たすことを明らかにした。当初の計画通りであり、研究計画はおおむね順調に進展している。本年度は、ビスジイミン銅(I)錯体[Cu(dmphen)2]+ (dmphen=2,9-dimethyl-1,10,phenanthroline)の励起状態のポテンシャル面の解析を行った。このビスジイミン銅(I)錯体の励起状態のうち、可視領域に大きな吸光係数を持ち、光増感剤として利用されるのは第三励起状態S3である。このS3状態へ光励起すると、内部転換・項間交差を経て、三重項励起状態T1へ到達し、再び基底状態S0に緩和することが知られているが、その途中の分子論的機構はよく分かっていない。そこで、2つの配位子がなす角が90度で銅と配位子間の距離が等しくD2d対称性を持つS0状態の安定構造からS3状態に励起した際に、どのような状態や構造変化を経て、T1状態へ到達するかポテンシャル面を解析した。まず、励起状態ではD2dからC2vやC2へと2つの配位子の対称性を崩した方が安定となった。

また、S0状態の安定構造付近のC2vの対称性でS3/S4、S3/S2、S2/S1のエネルギーの順でポテンシャル面の最小エネルギー交差点が見つかり、S3からS1まで緩和がスムーズに起きると考えられる。さらに、S1の安定構造に緩和すると、T1T4状態との最小エネルギー交差点はエネルギーがより高くなるため、三重項状態への項間交差は起こり辛いと考えられる。これらの結果は、過去の理化学研究所の田原グループの実験結果と一致するものである。また、類似の光励起ダイナミクスとして、Au3錯体のポテンシャル面の解析も進めている。Au3錯体は基底状態ではAu3つが折れ曲がり緩く結合した状態だが、光励起によりAu3つが直線状になり、また強く結合することが知られていが、その途中のメカニズムはよく分かっていない。そこで、基底状態と励起状態のAu3錯体のポテンシャル面の解析を行っている。今年度はビスジイミン銅(I)錯体の一重項のS0S3状態と三重項のT1T4状態のポテンシャル面の解析を行った。当初の予定通り、本研究はおおむね順調に進展している。本年度は、ビスジイミン銅(I)錯体と類似の光励起ダイナミクスとして、水溶液中の金(I)三量体錯体の光励起ダイナミクスの解析を行った。金(I)三量体錯体は、基底状態は一重項で金イオン3つが折れ曲がり緩く結合した状態であるが、光励起すると系間交差が起きて三重項励起状態となり、3つの金イオンが直線状になり強く結合することが知られている。この光励起ダイナミクスについて、時間分解分光実験により解析が行われてきたが、主張が異なり議論が分かれている状況である。そこで、本研究では理論計算により一重項基底状態と三重項励起状態の金(I)三量体錯体の構造を解析した。特に、周囲の水溶媒の影響に着目し、どの溶媒モデルでX線溶液散乱実験で得られた構造を再現可能か調べた。その結果、単純な分極連続体モデルや分子性液体の積分方程式で溶媒の平均的な描像を記述するモデルでは、一重項基底状態で緩く非対称に結合している実験構造を再現できないことが明らかになった。一方、溶質と溶媒の熱揺らぎの効果や溶媒の量子性を取り込んだ第一原理分子動力学シミュレーションでは、定性的に実験の傾向を再現した。また、一重項基底状態の金イオン間の結合長は、量子化学計算手法によっても大きく異なり、定量的な記述には分散力補正が必要であることも明らかになった。したがって、この金(I)三量体錯体の光励起による結合生成ダイナミクスを解析するためには、溶質と溶媒の両方の適切な記述が必要であると考えられる。今後、より定量的に金(I)三量体錯体の構造を記述するために、さらに計算手法に対する依存性を詳細に調べる予定である。また、中間状態である一重項励起状態の解析も行う予定である。当初の予定になかった金(I)三量体錯体の解析を行ったが、これまで分からなかった溶媒の量子化学的な効果も明らかになった。今後、並行してビスジイミン銅(I)錯体の光励起ダイナミクスも行う予定であり、研究は概ね順調に進展していると考えられる。今年度は、ビスジイミン銅(I)錯体の置換基が光励起ダイナミクスに与える影響について解析を行う。ビスジイミン銅(I)錯体を光増感剤として利用するためには、高エネルギー状態を保持する方が好ましい。そのためには、平坦化などの構造変化によるエネルギー損失を防ぐ必要があり、様々な置換基を持った銅錯体の開発が行われている。本研究でも、どのような置換基が構造変化を起こしにくいのか明らかにし、光増感剤として適した置換基を提案する。今後、ポテンシャル面の情報に基づいて、内部転換・項間交差を考慮した光励起ダイナミクスの分子動力学シミュレーションを行う予定である。
新規に見出されたGABA_A受容体サブクラスの生理的役割の解明

最近我々は、ポジトロンエミッショントモグラフィー(PET)を用いたインビボの受容体結合実験で、霊長類の脳辺縁系にのみ局在するγ-アミノ酪酸(GABA)A/benzodiazepine(GABAA/Bz)受容体のサプクラスを見出した。脳内分布から判断して、このGABAA/Bz受容体のサブクラスは、Bz系薬物の抗不安薬作用や記憶・学習に対する作用に関与する可能性が高いと考えられた。平成10年度はサルを用いた断眠負荷実験を行い、[^<11>C]Ro15-4513の脳内における結合活性が断眠負荷後に著しく増大することを見出した。Ro15-4513のパーシャルインバースアゴニストとしての薬理学的な性質を考えると、この結合活性の変化は、脳内におけるGABAA/Bz受容体の機能状態に関係していることが考えられた。平成11年度は、GABAA/Bz受容体にアロステリックな機能変化をもたらす物質が[^<11>C]Ro15-4513及び[^<11>C]Ro15-1788の結合能に及ぼす影響を、PETによるインビボの薬理学的実験により検討した。その結果、NMDA受容体拮抗作用があり、GABAA/Bz受容体には作用しないケタミン麻酔下と比較して、GABAA/Bz受容体にアロステリックな変化をもたらすことが知られるプロポフォール麻酔下において、[^<11>C]Ro15-4513結合能は顕著に低下し、すなわち親和性の低下が認められた。またこの変化はGABAA受容体のアロステリックな変化には影響されないと考えられるBzアンタゴニストである[^<11>C]Ro15-1788では認められなかった。したがって、PETがとらえた[^<11>C]Ro15-4513の結合変化は、生きた脳の中でGABAA受容体が、神経活動や調節物質の種類、度合いによって様々変化する機能状態を反映していることが示唆された。最近我々は、ポジトロンエミッショントモグラフィー(PET)を用いた、インビボの受容体結合実験により、霊長類の脳辺縁系にのみ局在するγ-アミノ酪酸(GABA)_A/benzodiazepine(GABA_A/Bz)受容体のサブクラスを見出している。分布の特異性から判断して、このサブクラスは、記憶・学習や情動の神経機構に関与する可能性が高いと考えられる。そこで本年度は、このサブクラスの生理学的特質について解析するために、学習行動下やストレス負荷状況下における受容体の結合能の変化について検討を行し、このサブクラスの情動、記憶・学習機能との関連について検討を行った。実験では、このGABA_A/Bz受容体のサブクラスに対して親和性のある^<11>C-Ro15-4513をトレーサーとして用い、サルの安静状態や学習課題遂行下、24時間の断眠負荷前と断眠負荷直後における受容体結合能の変化をPETで測定した。また、薬物による影響を見るために、NMDA受容体の非競合性のアンタゴニストであるketamineの影響についても検討を行った。その結果、^<11>C-Ro15-4513の結合活性はketamine麻酔下では著しく増加することを見出した。また、生理的条件下において、安静状態と学習課題遂行下では有意な変化は見られなかったが、24時間の断眠により結合が著しく増加することが明らかになった。

結合活性の増加は、前部帯状回を中心とする脳辺縁系に強く認められたことから、この辺縁系に特異的なGABA_A/Bz受容体のサブクラスの結合が変化したものと考えられた。断眠により主に情緒不安や集中力の低下が起こることが知られおり、これがこのサブクラスの結合動態と関係していることが示唆された。最近我々は、ポジトロンエミッショントモグラフィー(PET)を用いたインビボの受容体結合実験で、霊長類の脳辺縁系にのみ局在するγ-アミノ酪酸(GABA)_A/benzodiazepine(GABA_A/Bz)受容体のサブクラスを見出した。脳内分布から判断して、このGABA_A/Bz受容体のサブクラスは、Bz系薬物の抗不安薬作用や記憶・学習に対する作用に関与する可能性が高いと考えられた。前年度はサルを用いた断眠負荷実験を行い、[^<11>C]Ro15-4513の脳内における結合活性が断眠負荷後に著しく増大することを見出した。Ro15-4513のパーシャルインバースアゴニストとしての薬理学的な性質を考えると、この結合活性の変化は、脳内におけるGABA_A/Bz受容体の機能状態に関係していることが考えられた。そこで今年度は、GABA_A/Bz受容体にアロステリックな機能変化をもたらす物質が[^<11>C]Ro15-4513及び[^<11>C]Ro15-1788の結合能に及ぼす影響を、PETによるインビボの薬理学的実験により検討した。その結果、NMDA受容体拮抗作用があり、GABA_A/Bz受容体には作用しないケタミン麻酔下と比較して、GABA_A/Bz受容体にアロステリックな変化をもたらすことが知られるプロポフォール麻酔下において、[^<11>C]Ro15-4513結合能は顕著に低下し、すなわち親和性の低下が認められた。またこの変化はGABA_A受容体のアロステリックな変化には影響されないと考えられるBzアンタゴニストである[^<11>C]Ro15-1788では認められなかった。したがって、PETがとらえた[^<11>C]Ro15-4513の結合変化は、生きた脳の中でGABA_A受容体が、神経活動や調節物質の種類、度合いによって様々変化する機能状態を反映していることが示唆された。
新規な階層的な多孔構造を有する複合材料の創製と応用

本研究は新規な階層的な多孔構造を有する複合材料の創製・構造制御および機能化を目的とする。積層構造を有するバクテリアセルロース(BC)に着目し、BC存在下にポリマー溶液の粘弾性相分離を行うことで、マクロにはBCの積層構造(2D構造)、ミクロにはBC由来のセルロースナノファイバー(CNF)と相分離により得られる高分子多孔質体(モノリス)骨格からなる3D/3D構造を有する複合材料の合成を目指す。具体的にはBCゲルとポリアクリロニトリル(PAN)モノリスのユニークな特徴を融合した階層構造を有する炭素材料(BC-PAN AC)の作製と、そのEDLC用電極への応用を検討した。また、BC-PAN ACの構造が電極材としての特性に与える影響を調べた。前駆体であるBC-PANは溶媒置換法ならびに熱誘起相分離法を用いて作製した。次にBC-PANを空気中で200度以上の温度で不融化した後、CO2/Ar(25/75 vol%)混合気体中で1000度、1時間賦活することでBC-PAN ACを得た。SEM像より、BC-PANはBCのネットワーク構造とPANの共連続多孔構造が絡み合った構造と、BC由来の積層構造からなる階層的な三次元構造を有していることが分かった。電気二重層キャパシタ(EDLC)特性をCVにより評価したところ、BC-PAN ACはPAN-ACと比べて、高走査速度時においてもボルタモグラムの形状が理想形である長方形型を維持しており、面積も大きいことから高速応答性に優れていた。定電流充放電試験より放電曲線の傾きから両極比容量を算出したところ、BC-PAN ACはPAN-ACと比べて大電流時における容量維持率が高いことが分かり、CVと同様の結果が得られた。計画通りにBCゲルとPANモノリスを用いて、3D/3D多孔質複合材料の合成と焼成・賦活により得られる特異な多孔質炭素の電気化学的特性評価を行った。特異な3D/3D多孔質複合材料に由来する電気化学的特性を見出しており、所期の目的をほぼ達成した。また、ポリマー種の拡張を中心に二年目の計画の一部を前出しで実施した。初年度に計画通りに研究を実施できたので、二年目は計画通りに初年度の計画継続(電気化学的特性の詳細な検討)とBCゲル中でのモノリス形成ポリマー種の拡張を実施する。
デジタル胸部単純写真におけるコンピュータ支援診断システムの開発

デジタル胸部単純写真における,結節状陰影,間質性肺疾患ならびに気胸陰影の検出と,心陰影の形状計測を含めた総合的コンピュータ支援診断システム(CAD)の開発を行った.2年間の研究期間内に得られた成果を以下に示す.1.フィルムデジタイザー,ワークステーション,レーザーイメージャー,ビデオプリンター,パーソナルコンピュータから成るCADシステムハードウエアーの構築を行った.2.結節状陰影の検出法として、円形パターンの探索を中心とした差分像技術を開発した.100例の正常、および、結節状陰影100例、合計200例の胸部写真に本手法を適用した結果は、有病正診率が約75%、無病誤診率は約1.0(個/画像)となった.3.間質性肺疾患の検出法として、テクスチャー解析法および幾何学的形状解析法を開発した.本法を100例の正常肺と100例の間質性肺疾患を持った異常肺について適用した結果、有病正診率95%、無病正診率95%となった.4.気胸の検出法として、微分演算子とHough変換に基づく手法を開発した.本法を60例の胸部写真に適用した結果は、有病正診率約80%、無病正診率約70%であった.5.心臓の形状計測法として、モデル関数を用いる方法を開発した.放射線科医がマニュアルで求めた心胸郭比と、コンピュータが自動計測した心胸郭比の間には、相関計数0.91の強い生の相関があることが分かった.6.多数の臨床胸部単純写真にたいして、写真だけによる読影と、CADを併用した場合の読影による診断能の比較を行った.ROC解析の結果から結節状陰影(P<0.001)、間質性肺疾患(P<0.05)、いずれにおいても胸部写真だけよりもCADを併用した方が診断能は有意に高くなることが明らかとなった.7.以上の結果から、本研究で開発したコンピュータ支援診断システムは胸部の画像診断にたいして臨床上有用であることが示唆された.デジタル胸部単純写真における,結節状陰影,間質性肺疾患ならびに気胸陰影の検出と,心陰影の形状計測を含めた総合的コンピュータ支援診断システム(CAD)の開発を行った.2年間の研究期間内に得られた成果を以下に示す.1.フィルムデジタイザー,ワークステーション,レーザーイメージャー,ビデオプリンター,パーソナルコンピュータから成るCADシステムハードウエアーの構築を行った.2.結節状陰影の検出法として、円形パターンの探索を中心とした差分像技術を開発した.100例の正常、および、結節状陰影100例、合計200例の胸部写真に本手法を適用した結果は、有病正診率が約75%、無病誤診率は約1.0(個/画像)となった.3.間質性肺疾患の検出法として、テクスチャー解析法および幾何学的形状解析法を開発した.本法を100例の正常肺と100例の間質性肺疾患を持った異常肺について適用した結果、有病正診率95%、無病正診率95%となった.4.気胸の検出法として、微分演算子とHough変換に基づく手法を開発した.本法を60例の胸部写真に適用した結果は、有病正診率約80%、無病正診率約70%であった.5.心臓の形状計測法として、モデル関数を用いる方法を開発した.放射線科医がマニュアルで求めた心胸郭比と、コンピュータが自動計測した心胸郭比の間には、相関計数0.91の強い生の相関があることが分かった.6.多数の臨床胸部単純写真にたいして、写真だけによる読影と、CADを併用した場合の読影による診断能の比較を行った.ROC解析の結果から結節状陰影(P<0.001)、間質性肺疾患(P<0.05)、いずれにおいても胸部写真だけよりもCADを併用した方が診断能は有意に高くなることが明らかとなった.7.以上の結果から、本研究で開発したコンピュータ支援診断システムは胸部の画像診断にたいして臨床上有用であることが示唆された.本研究の目的は,デジタル胸部単純写真における,結節状陰影,間質性肺疾患ならびに気胸陰影の検出と,心肥大検出のための心陰影の形状計測を含めた胸部疾患に対する総合的なコンピュータ支援診断システムの開発を行うことである.2年間の研究期間のうち平成6年度は以下に述べるように,システムハードウエアーの構築および各疾患を効率的に検出するアルゴリズムの開発を主に行った.1.現有設備および補助金による新規購入設備備品を用いて,フィルムデジタイザー,ワークステーション,レーザーイメージャー,ビデオプリンター,パーソナルコンピュタから成るシステムハードウエアーの構築を行った.2.各疾患に対する画像診断の特徴をコンピュータ・プログラミング可能な形式で記述した.3.各疾患を含むデータベースの構築を行い,正常例100例,結節状陰影50例,間質性肺疾患100例,気胸20例,心肥大20例を収集し,光磁気デイスクへ収納した.平成7年度も大規模データベースの構築を継続する.4.各疾患固有の特徴を効率良く抽出するアルゴリズムを開発した.基本となる技術は次の通りである.(1)結節状陰影に対しては,フィルタ処理によるコントラスト増強像と平滑画像との差分像に対する特徴抽出を行った.(2)間質性肺疾患に対しては,フーリエ変換に基づくテクスチャー解析を行った.(3)気胸に対しては,微分演算処理後Hough変換を使って滑らかな曲線検出を行った.

(4)心肥大に対しては,微分画像とモデル関数による心陰影の検出を行った.5.開発したアルゴリズムを現状のデータベースに適用した.各疾患の検出率は以下の通りである.(1)結節状陰影:有病正診率(75%):無病誤診率(2.5個/画像)(2)間質性肺疾患:有病正診率(90%):無病正診率(90%)(3)気胸:有病正診率(80%):無病正診率(70%)(4)心肥大:有病正診率(90%):無病正診率(90%)デジタル胸部単純写真における,結節状陰影,間質性肺疾患ならびに気胸陰影の検出と,心陰影の形状計測を含めた総合的コンピュータ支援診断システム(CAD)の開発を行った.平成7年度は以下に述べるように,アルゴリズムの改善と開発したCADシステムを実際の臨床症例に適用することで,システムの評価を行った.1.結節状陰影の検出に対し、ルールベース法を改良し、さらに、新たにニューラルネットワークを組み込んだ.100例の正常、および、結節状陰影100例、合計200例の胸部写真に本手法を適用した結果は、有病正診率が約75%、無病誤診率は約1.0(個/画像)となり、無病誤診率を大幅に減少させることができた.2.間質性肺疾患の検出に対し、新たにウエーブレット変換に基づくテクスチャー解析を追加した.本法を100例の正常肺と100例の間質性肺疾患を持った異常肺について適用した結果、有病正診率95%、無病正診率95%となり、有病正診率、無病正診率ともに改善された.3. 60例の正常胸部写真、60例の結節状陰影を有する異常胸部写真、合計120例の胸部写真を用いた結節状陰影に対するROC読影実験を行った.その結果、胸部写真のみではAz=0.894、CADを併用した場合にはAz=0.940となり、CADを併用した方が、胸部写真だけで読影するよりも結節状陰影の診断能は有意に高くなる(P<0.001)ことが明らかになった.4. 20例の正常胸部写真、20例の間質性浸潤影を有する異常胸部写真、合計40例の胸部写真を用いた間質性肺疾患に対するROC読影実験を行った.その結果、胸部写真のみではAz=0.948、CADを併用した場合にはAz=0.970となり、CADを併用した方が、胸部写真だけで読影するよりも間質性肺疾患の診断能は有意に高くなる(P<0.005)ことが分かった.