hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サブメソスケールモデルを用いた黒潮沿岸域での暖水波及とシラス漁場形成機構の解明

本研究は、日本南岸沖の黒潮沿岸域におけるサブメソスケール変動を再現できる海洋モデルを構築し、黒潮前線付近から沿岸方向に間欠的に生じる暖水波及の発生過程を究明した。さらに、海洋モデルの流動場を用いて各種稚仔魚(以下、シラス)を模した輸送実験を行い、沖合から沿岸域へのシラス来遊経路の推定と沿岸シラス漁場の形成機構の解明を行った。その結果、典型的で大規模な暖水波及時には、沖合から沿岸に大量のシラスが供給される可能性はあるが、滞留時間が短いため漁場形成は短期的になり、一方、小規模な暖水波及が発生し、沿岸域での海水の滞留時間が長い場合においては、好適なシラス漁場が長期間継続されることが推察された。H24年度はH23年度に開発した黒潮域サブメソスケールモデルの出力を解析した。2008年1月以降の2年間を積分しており、2009年4月後半に発生した典型的な黒潮暖水の波及過程を調べた。その結果、1黒潮が非大蛇行離岸流路をとる際に、2伊豆諸島北側域において黒潮内側の前線付近から引き金となる不安定が発生し、3不安定は発達しながら、内側反流をともなって伊豆諸島、駿河湾、遠州灘、熊野灘の順に暖水波及することがわかった。ただし、H23年度に作成したプロトタイプモデルでは、510日ほど観測よりも暖水波及が遅れて再現される。そのため、Scale-selectiveデータ同化手法において、サブメソスケールモデルの修正に用いる海況予測システムの再解析値の時間を人工的にずらすことで、暖水波及発生のタイミングを制御する改良を実施した。沿岸漁場へのシラスの来遊経路を推定するための粒子追跡モデルを開発した。本モデルでは時間的に順方向と逆方向で粒子追跡が可能である。静岡県沿岸のシラス漁場を想定し、漁場付近に粒子を配置し、5日間の逆追跡を実施した。粒子追跡の実施前の想定では、ほとんどの粒子が漁場南方の黒潮域から供給されると予想していたが、漁場西方の熊野灘や漁場東方の相模湾側からもシラスの来遊が推定され、静岡県沿岸における来遊経路はそれほど単純ではない。次に、順追跡と逆追跡を用いて、漁場への来遊確率と漁場での滞留時間を調べた。その結果、典型的な暖水波及が発生する場合には、シラスの供給源は黒潮域に限定され、来遊確率は増加するが滞留時間が短いため、漁場が形成されても短期間しか維持されない可能性がある。一方、注目すべきは、来遊確率が高めで推移し滞留時間が長い場合であり、この時、シラスの供給源は複数存在し、息の長い漁場形成・維持に関連している可能性がある。日本南岸沖黒潮域におけるサブメソスケール変動を忠実に再現できる海洋モデルを構築し、黒潮前線付近から沿岸方向に間欠的に生じる典型的な暖水波及を再現し、海洋モデルの流動場を用いて各種稚仔魚(以下、シラス)を模したシラス輸送実験を行い、沖合から沿岸へのシラスの来遊経路の推定とシラス漁場の形成機構を究明した。まず、日本南岸沖の黒潮域を対象とする広域の三重入れ子サブメソスケールモデル(1/50°)を開発した。海洋モデルにはあまり適用されないScale-Selective Data Assimilation (SSDA)法を導入し、100km以上スケールのメソスケール変動のみを親モデル(1/10°)の再解析値を用いて修正することで、黒潮流路変動などのメソスケール変動に起因するサブメソスケール変動の再現性を向上させた(H23-25年度)。本研究では、主に、2009年5月初旬に伊豆諸島駿河湾遠州灘で発生した大規模な暖水波及を再現し、発生過程とシラス輸送の特性を記述した。シラスの来遊経路を推定するために、汎用的な粒子追跡モデルを開発し、静岡県沿岸のシラス漁場付近に粒子を配置し、2009年春初夏におけるシラス輸送実験を実施した(H24-25年度)。逆追跡の結果、沿岸漁場で採捕されるシラスの多くが黒潮内側反流により東側海域から供給され、一方で、西側海域からの供給も無視できないことがわかった。さらに、暖水波及と漁場形成・維持について調べた結果、大規模な暖水波及は遠方沖からシラスを沿岸漁場に大量に供給するものの、漁場でのシラスの滞留時間は短い。即ち、小規模な暖水波及によるシラス供給かつ滞留時間が長い海洋環境が形成されると、好適なシラス漁場が長期間継続されることがわかった。H25年度は、SSDA法の諸パラメータ値を変更した感度実験、房総半島東岸沖の暖水波及の再現性の検討、さらには、学会や研究会でのアウトリーチ活動にも注力した。

大容量記憶装置を設置して、計算機環境の基盤整備を実施し、20TB以上の十分な記憶領域を確保した。スペクトル緩和法とIAU法を組み合わせたScale-selectiveなデータ同化手法を用いて、黒潮域サブメソスケールモデルの開発に着手した。本手法を用いることで、かなり広い計算領域であっても、サブメソスケールモデルに含まれるメソスケール変動の挙動を逐次修正することが可能になる。モデルのプロトタイプが完成し、2008-2009年を対象とした感度実験を実施した。この感度解析では、海洋モデルのパラメータ(水平粘性係数など)だけではなく、同化モデルのパラメータ(スペクトル緩和法の平滑化空間スケール、IAU法の時間スケール、修正を施す深度など)を変更し、その出力を定量的に解析・比較した。最良の結果として判断されたモデル出力と、収集・整理した海洋観測資料(0.01°の高解像度GHRSSTや沿岸水位データなど)を比較したところ、潮岬房総半島沖で発生する典型的な暖水波及を再現できることがわかった。しかし、暖水波及のタイミングは観測よりも数日から一週間ほど遅れる傾向がある。それゆえ、次年度以降もモデルスキームや同化手法の改良を継続する必要がある。これら本年度の成果は11月に函館で開催された水産海洋学会で公表し、2012年6月にイタリアで開催されるECSA2012でも発表予定である。さらに、2012年2月には、神奈川県水産技術研究所と打ち合わせを実施し、操業海域や漁場形成に関連した資料の収集を行い、シラス輸送モデルの条件設定とモデル出力の妥当性を判断するための基盤を整備した。本課題では、黒潮域サブメソスケールモデルの開発とシラス輸送モデルの開発という二本立てで研究が実施されているが、いずれのモデル開発についても研究計画通り進行しており、概ね順調と判断している。また、H24年度には、後者のモデル開発だけではなく、本モデルを用いて、シラスの来遊経路や漁場形成の維持期間に関わるIndexを算出できたことは重要な成果の一つかもしれない。また、国際学会ECSA2012や国際会議PICES2012においても研究成果を公表している。さらに、本成果の波及効果も表れ始めている。例えば、本申請課題で作成したシラス輸送モデルの基盤にある粒子追跡モデルを汎用化して、水産庁委託事業でのスルメイカ研究などにすでに活用されており一定の成果が出つつある。また、汎用版の粒子追跡モデルやScale-selectiveな同化手法を応用したプロジェクト研究に現在申請中であり、本申請が通れば、北海道周辺海域におけるホタテの実用的研究にも本課題は大きく貢献することになる。平成23年度の計画は全て達成しており、研究の進行は順調であると判断している。特筆すべき点は、モデルを構築するにあたり、スペクトル緩和法とIAU法を組み合わせた新たな計算技術を導入したことである。本課題の計画当初では、側面境界条件のみでサブメソスケールモデル中のメソスケール変動を制御する予定であったが、シラスの分布海域に合わせてモデル領域を拡大したところ側面境界条件による制御だけでは不十分であることが分かった。本手法とよく似た手法は、大気領域モデルではすでに導入されているが、海洋モデルへの適用例は少なく、海洋分野では新しい研究・技術の進展と考えられる。また、研究協力者(千葉県水試や静岡県水試)との連携も順調に進めることができた。これにより、房総半島沖での急潮時の流速変動特性や、静岡県沿岸でのシラス漁場分布に関する情報を得ることができ、次年度以降予定している、海洋モデルのさらなるブラッシュアップとシラスモデルの構築に役立てられる。
炭酸ガスレーザー照射を併用した直接覆髄法におけるデンティンブリッジの誘導

本研究の目的は、神経(歯髄)が露出した歯を保存する手段として、露出した神経に炭酸ガスレーザー照射を利用した場合の有効性を検討することである。研究に理解と同意を得た研究対象者17名(性別:男性2名、女性15名、年齢:1833歳)の計28歯について、歯の一部を削り、歯髄を露出した。露出した神経にレーザーを照射した後、歯の神経を保護する処置(直接覆髄法)を行った。その後、6が月および12か月間経過観察を行った。観察期間中に軽度の知覚過敏症状を訴えた症例が4例あったが、抜髄(神経を取る)となる症例は無かった。抜去歯のエックス線写真では、特に12か月経過症例で明らかな第三象牙質の形成を認めた。本研究の目的は、露髄面に炭酸ガスレーザー照射した場合の有効性、治癒態度を抜歯予定のヒトの歯を用いて評価することである。被験歯は、研究目的を理解し抜去歯を提供することに同意した研究対象者17名(計28歯)の協力を得て行った(歯種は智歯のみ対象)。被験歯に直径1.52.0mmの露髄面を形成し、薬液により洗浄、止血を行った。その後、炭酸ガスレーザー(オペレーザーPRO、ヨシダ)を用い、照射設定は出力0.5W、出力モード:スーパーパルスモード1(パルス幅200μsec、インターバル5800μsec、0.003J/pulse)、照射時間3秒、照射モード:リピートパルスモード(10msec照射、10msec休止のサイクル、レーザー光の露出時間1.5秒)、非焦点位ビーム(露髄面表層から約20mm離した距離、ビーム径0.74mm)、エネルギー密度0.698J/cm2/pulse、空冷を併用、照射時間3秒を1クールとして、5クールで照射を完了した(露髄面に対する総エネルギー量3.75J)。覆髄法は、炭酸ガスレーザー照射+歯質接着システムClearfil Mega bond(クラレノリタケデンタル)が14歯、水酸化カルシウム製剤Dycal(デンツプライ三金)が14歯である。さらに各実験群を6か月、12か月の期間に分けて経過観察を行った。観察期間が満了となった歯から順に抜歯を行い、固定、脱灰を行っている。今後は薄切連続切片を作製し、病理組織学的な評価を行う予定である。本術式におけるレーザー照射の意義は、熱エネルギーにより露髄面表層に炭化・熱変性組織による人工的な痂皮が形成、出血や組織滲出液が確実にコントロールされ、エラーの少ない操作が可能となることである。観察期間中は、一部の症例で知覚過敏様の症状を示したが、途中で抜髄あるいは抜歯となった歯は1例もなく、順調な経過を示した。本研究の概要は、研究内容に同意を得た患者の抜去予定歯に人工的な露髄面を形成、炭酸ガスレーザー照射を併用して創面を止血・殺菌処理した後、歯質接着性レジンシステムで覆髄・修復処置を行う。一定の経過観察後に抜歯し、病理組織標本を作製、光学顕微鏡下で観察ならびに評価することである。平成24年度は「直接覆髄処置」を行うことが主である。研究の対象歯は、日本歯科大学新潟病院に来院した患者で、何らかの原因(矯正に伴うもの、智歯等)にて生活歯の抜歯を必要とし、研究目的を理解し抜去歯を提供することに同意を得た患者の歯である。平成25年3月31日現在で、10名の研究対象者から17歯を提供いただいており、すでに4歯は観察期間を終了し抜歯、試料作製を行っている。引き続き研究協力者を募集しているが、被験者の協力状況によっては予定した試料数の確保が難しくなる。この場合、実験群と観察期間が変更となる可能性もあるが、研究計画当初より予想していた事項なので観察期間などを減らして対応する。直接覆髄時の露髄面への炭酸ガスレーザーの照射は、出力0.5W、出力モード:スーパーパルスモード1(パルス幅200μsec、インターバル5800μsec、0.003J/pulse)、照射時間3秒、照射モード:リピートパルスモード(10msec照射、10msec休止のサイクル、すなわちレーザー光の露出時間1.5秒)、非焦点位ビーム(露髄面表層から約20mm離した距離、ビーム径0.74mm)、エネルギー密度0.698J/cm2/pulse、ならびに総エネルギー量0.75Jとし、空冷を併用する。上記、照射時間3秒を1クールとして、5クールで照射を完了する(露髄面に対する総エネルギー量3.75J)。現在のところ、この照射により十分に露髄面の出血および滲出液をコントロールできており、術後経過も良好である。

研究に歯を提供・協力していただく研究対象者の募集が十分にできていない。しかしながら、研究対象者の意志・利益を最優先で考えるべきことなので、募集活動は地道に行っていきたい。これまでに提供いただいた歯については、処置から抜歯まで順調に進めている。試料数がまだ不足しているが、追加で5名・計8歯を提供していただく予定であり、研究として結果を得るための最低限の試料数は確保できる見込みはできている。しかし、研究対象者の希望により途中で辞退することも考えられるため、引き続き募集は行う。抜去歯についてはすみやかに試料作製を開始する。抜去歯は、4%パラホルムアルデヒド溶液により固定、10%EDTA容液による脱灰後、パラフィン包埋を行い薄切連続切片を作製する。切片にヘマトキシリン-エオジン染色、グラム染色(Huckerーconnの組織細菌染色)、マッソントリクローム染色、細網線維染色(NF/渡辺の変法)、免疫組織化学染色法(DMP、DSP、collagen type I、HSP47)を施す。それらは光学顕微鏡下で主に歯髄組織の炎症性変化、露髄創傷部の被蓋硬組織形成、照射組織の状態について観察し、統計学的に実験群を比較する。その結果より照射条件の適正値、治癒過程、有用性を明らかにしたい。本研究の結果と当講座で行われてきた一連の直接歯髄処置に関する過去の研究のデータと比較することで、より包括的・総合的に検討する。直接覆髄処置に使用する器具、器材のほとんどは整えてあるため、平成25年度は光学顕微鏡用試料作製のための消耗品および染色用試薬を中心に購入する予定である。また、継続して研究対象者を募集するため、協力者に対する謝礼金を準備する予定である。
加齢黄斑変性症に対する新規予防法の開発

以前申請者らは、マウスを用いた実験的網膜新生血管モデルにおいて、遠赤外線の網膜照射が血管新生を抑制することを証明した。この遠赤外線の同部位への複数回照射がマウス網膜に与える影響を検討すること、更に血管新生抑制効果を有する最小エネルギーを検討することを今年度の目的とした。まず研究計画に記載した照射条件で遠赤外線をマウス網膜に照射し、その影響を組織学的に検討した。光学顕微鏡レベル、更に電子顕微鏡レベルにおいても特記すべき組織障害は認められなかった。複数回照射に関しては、照射間隔を1カ月、計3回の照射について現在検討中である。次に遠赤外線の照射径を2倍にし(単位面積当たりの照射エネルギーは1/4になる)、その新生血管抑制効果を検討した所、この条件下でも実験的網膜血管新生は抑制された。更に初期条件で遠赤外線をマウス網膜に照射した後、30分後に組織を採取してmRNAを抽出した(コントロールとして正常マウス網膜を使用した)。このmRNAを用いて主要血管新生抑制因子であるThrombospondin-1 (TSP-1)、PEDF及びendostatinの発現をreal-time PCR法で比較検討した。endostatinに関してはコラーゲン18とそのC末端を切断する酵素であるcathepsin BとMMP-7の発現を検討した。コントロールに比して遠赤外線照射群でTSP-1、cathepsin Bの発現亢進を認めた。現在、遠赤外線照射1時間後、2時間後のmRNAを採取し、これらのtime pointにおける上記血管新生抑制因子の発現も検討中である。
再構成系を用いたミトコンドリア分裂機構の解析

ミトコンドリア(Mt)は融合と分裂によって頻繁に構造を変化させる。融合には外膜のMfn1,Mfn2と内膜のOPA1が、分裂には細胞質のDrp1が関与している。今回はDrp1がMtに集積して分裂を実行する過程を解析し(1)分裂には外膜Mffに加えMid49, Mid51がDrp1受容体として機能するがMffが最も主要な受容体であることを明らかにした。(2)Mff-KOマウスを作成。Drp1-KOマウスよりも早く初期胚で死亡する。受容体機能に加え重要な機能を持つことが推測された。3)Drp1がmtDMA分配に関連する、心筋の配列形成に必須である、肝臓での欠失はNASHを発症することを明らかにした。ミトコンドリアは分裂と融合を介してダイナミックに形態を変化させこれが細胞機能に重要な役割を果たしている。哺乳類ミトコンドリアの分裂は細胞質に局在する高分子量GTPaseであるDrp1がミトコンドリアにリクルートされることで反応が開始するがその反応機構の詳細はいまだに不明である。我々はこのDrp1のミトコンドリアへのリクルートにミトコンドリア外膜のMffが受容体として関与していることを明らかにした。その後国外の研究室からMid49、Mid51という外膜蛋白質もDrp1のリクルートに関わることが報告された。我々はミトコンドリア分裂反応におけるこれら外膜蛋白質の役割分担を明らかにするためにMff、Mid49、およびMid51のノックアウトHeLa細胞を作成しDrp1のリクルートへの効果を解析した。その結果(1)Midタンパク質とMffとは独立してDrp1のリクルートに関わること、(2)Mid49/51に比べてMffの寄与が高いこと、(3)Mid49/51とMffとは外膜上に独立したドット状構造を形成して存在することを明らかにした。これに加え現在Mff遺伝子の全身ノックアウトマウスの作成に成功しその形質解析をおこなっている。(4)さらに神経特異的Mffノックアウトマウスの作成に取りかかっている。ミトコンドリア(Mtと省略)は融合と分裂によってダイナミックに形態を変化させるがこの動態はアポトーシスの調節や細胞機能維持に必須であることが明らかになってきた。例えば融合・分裂機構の障害は各種神経変性疾患(Optic atrophy、ハンチントン病、パーキンソン病など)の原因となる。組織特異的な遺伝子ノックアウト(KO)マウスの解析や病態解析によってここ5年ほどの間に融合・分裂反応の細胞機能への関わりの研究が著しく進展したのに比べ、Mtの融合・分裂の反応機構とりわけ哺乳類Mtの分裂の分子機構研究は格段に遅れている。本年度は(1)Mt外膜上に存在し、Mt分裂GTPase Drp1の受容体と考えられていたhFis1がDrp1受容体としては機能していないことを明らかにし、さらに(2)hFis1結合因子としてRab-GAP蛋白質TBC1D15を同定した。(3)我々が同定したDrp1結合因子Mffについてそのノックアウトマウスの作成に成功した。(4)Mt分裂因子Drp1を組み替え体として大腸菌より精製し、これを用いて電子顕微鏡による形態観察をおこなっている。(5)上記Drp1を用いてミトコンドリア上での動態を高速AFMによって解析を開始した。単離したミトコンドリアを用いてのDrp1に依存する分裂反応の再構成には至っていないが、その反応に関連する因子の性質解明、ならびにDrp1分子そのものの形態変化、脂質膜上での挙動解析、ミトコンドリア上での挙動解析は順調に進行している。またDrp1のミトコンドリア上受容体であるMffのノックアウトマウスが作成できたので、Mffの生理機能解析に大きな進展がみられることが期待される。(1)電顕観察ならびに高速AFM観察によってDrp1自身の動態ならびに膜(リポソームならびにミトコンドリア)上での動態を観察する。(2)MFFノックアウト(KO)マウスの解析ならびにMff-KO MEF細胞を用いてDrp1によるミトコンドリア分裂の機構と高次機能解析を行う。(3)これらの情報に基づいてDrp1と精製ミトコンドリアを用いて試験管内で分裂反応を再構成する。細胞培養やタンパク質精製に必要な試薬類、器具類の購入、KO-マウスの維持費、論文作成の費用などに用いる。
イノシト-ル三リン酸(IP_3)のプレシナプス(伝達物質放出)作用

我々はすでに、パッチクランプ電流測定法により、ブラジキニン(BK)が、細胞内セカンドメッセンジャ-を使ってチャンネル活動を制御していることを証明した。40pSの大きさを持つCa^<2+>依存性K^+チャンネルが細胞内に注入したイノシト-ルリン酸(IP_3)に反応することを確かめた。また、IP_3が、伝達物質をトリガ-するか否かについて検討した。アセチ-ルコリンを、伝達物質とするニュ-ロブラスト-マ由来NG108ー15細胞を培養し、横紋筋と重層培養を行った。それぞれの細胞から膜電位を記録した。NG108ー15細胞にIP_3を注入し、筋細胞でシナプス電位の増加を観察した。一方、Furaー2を用いた、細胞内Ca動態を、測定し受容体依存性ファシリテ-ションにIP_3依存的Ca^<2+>が関与することを実証した。そこで今年度は、(1)膜電位依存性Ca電流がBK刺激により減少すること。(2)フォルボ-ルエステル刺激時には細胞内Ca濃度の上昇がみられず、また、膜電位依存性Ca電流も大きくならないことを確認した。この本年度の2点の結果と過去2年間の成果を考察すると、ブラジキニン刺激により生じるイノシト-ル三リン酸が細胞内Ca遊離を誘発し、このCaが細胞内のアセチ-ルコリン遊離機構を作動し、アセチ-ルコリンを遊離することがわかった。それには細胞外からのCa流入を必要としない点で、従来から言われているトランスミッタ-遊離のCa仮説とは少し異なることが判明した。そこでこのメカニズムに、イノシト-ルリン酸依存性Ca仮説と名づけることを提唱した。
国際組織による紛争解決機能に関する総合的研究(その重層性・多様性と体系的把握)

本研究は、現代の国際社会において国際組織が果たしている国際紛争の平和的解決機能の諸相を、多面的視座から実証的に検討し、これを国際法体系全体の中に理論的に位置づけて体系化することを目的とするものである。そのための具体的な研究として、まず第一に現代の国際社会において最も重要な役割を果たしている国連の紛争解決機能に関しては、平成10年度及び平成11年度のそれぞれにおいて秋の国連総会開会中にニューヨークの国連本部へ各1週間ほどの実地研究に赴き、法律問題を所掌する国連総会第六委員会における審議の実情を調査し、多くの点を肌に感じて学ぶことができた。また、貿易・経済紛争の処理機関として1995年の発足以来その重要性を増しつつある世界貿易機関(WTO)の紛争処理機能についても、その前身であるGATTの紛争処理機能と対比しつつ検討を行い、その研究成果を平成12年3月にポーランドのルブリン大学にて発表した。これらの研究成果を理論化して中間的に発表したものが、研究論文「『国際組織法』の体系に関する一考察(四)(五・完)--『国際組織法総論』構築への予備的考察」『法学』62巻3号(1998年)・63巻2号(1999年)である。また、本研究の別の角度からの研究成果として、国際組織の「アカウンタビリティー」という観点からの研究をまとめ、本年中に論文として発表する予定(『法学』64巻3号)であり、さらに本研究の成果の一部は、間もなく刊行される予定の国際法学会百周年記念出版『日本と国際法の百年』(三省堂)の第9巻『紛争と裁判』に所収の論文「国連の政治的機関による紛争解決」としても公表の予定である。本研究は、現代の国際組織が国際紛争の平和的解決のために果たしている多様で重層的な諸機能を、国際法上の伝統的な紛争処理法と対比しつつ体系的に位置づけてこれを理論的に整理し、現代の国際法における紛争処理法を国際組織法の観点から再構成しようというものである。本研究は、平成10年度・11年度の二年間にわたり行われるが、その第一年目である平成10年度には、現代の国際組織が果たしている多様な機能を法的観点から理論的に再構成する研究を主として行った。具体的には、個別の各国際組織が現実に行っている諸活動に関する実証的研究と、これら各国際組織による諸活動を法的に分類・整理し国際組織一般に妥当する法原則・法規範を探究する理論的研究の二つを、相互に関連づけながら行った。その結果、前者の個別具体的な法的諸問題を「国際組織法各論」として、後者の理論的に整理され再構成された一般的な法的諸問題を「国際組織法総論」として、それぞれ分析することが可能ではないかと考え、その中間的な研究成果を研究論文「『国際組織法』の体系に関する一考察(四)(五・完)」『法学』62巻3号(1998年8月)・63巻2号(1999年6月)として発表することとした((四)は公刊済み、(五・完)は脱稿済みで印刷中)。平成11年度には、以上のような研究成果を踏まえた上で、このような国際組織法の体系と伝統的な国際法上の紛争処理法の関係について実証的かつ理論的な分析検討を行うことを予定とすると同時に、本研究の成果として得られた国際組織の法的諸機能の体系的分析に関しても、研究の総括と集大成を図りたいと考えている。
深さ情報付き手術画像による可触型の術中止血訓練用バーチャルリアリティシミュレータ

手術の訓練の目的は,手術手順を覚えることだけではなく,術中の状況判断と適切な処置の組み合わせにより危険な処置を回避できるようになることにある.本研究では,術中画像の上に様々な出血パターンを再現し,触覚提示デバイスを用いて直接三次元的に止血動作を実施できるシミュレータを開発した.手術画像を入れ替えることで様々な術中の状況を用いて,典型的な見落としによる出血事故を反復的に経験することができる.出血シミュレーションエンジン,出血パターン指定ツール,触覚デバイス接続の3つを達成することにより,術中状況を容易に量産できる可触型の止血シミュレータを実現した.量産型の止血シミュレータを構築するために,1.画像処理による流血シミュレーション結果の提示,2.実際の術野映像からのピットフォール画像の生成,3.力覚提示デバイスを用いた止血動作,の3つを達成する必要がある.今年度,1に関して,流血シミュレーションのアルゴリズムを検討した.術野画像から触知可能な三次元形状を構築する代わりに,二次元のデプスマップを術野画像に重畳し,あたかも三次元的な奥行きがあるように簡略化した2.5次元の術野再現をおこなった.現在,術野の平面情報をもとに特定の一点から指定したデプスマップの傾斜に応じた流血の再現が可能である.しかし,臓器間の前後関係と流血のオクルージョンを想定した流血シミュレーションの実現にはいたらなかった.2に関して,共同研究者から過去の手術映像の提供を受けて,ピットフォールがある場面をいくつか列挙した.しかし,想定されるピットフォールは入手できた手術映像以外にもあるため,手術練習用の豚を用いて対象とするピットフォール場面に近い術野映像の取得が可能か試みた.結果,開腹手術時に取得できる映像は内視鏡映像に比べ臓器全体の移動量が大きくなるためピンポイントにピットフォールを再現することは困難であることがわかった.3に関して,術野は内蔵が独立に3D空間に浮遊したものではなく相互に連結されており,それぞれを触った時の感覚が異なる.別途開発した把持・穿刺力覚計測機能付きの内視鏡鉗子を用いて,2の術野映像の取得時に,術野内にある臓器の硬さ計測を行った.動脈,静脈,腎臓,肝臓,脾臓,小腸,大腸,膀胱の術野での触感を計測した.従来,術中での臓器の把持動作に伴う臓器の硬さをパラメータ化したデータは皆無であり,臨床的な意義が非常に大きい.本件については現在,学会発表および論文投稿を準備中である.量産型の止血シミュレータを構築するために,1.画像処理による流血シミュレーション結果の提示,2.実際の術野映像からのピットフォール画像の生成,3.力覚提示デバイスを用いた止血動作,の3つを達成する必要がある.今年度,1.に関して,流血シミュレーションのアルゴリズムを構築し,デプスマップの傾斜に応じた流血シミュレーションを可能とした.特に,臓器の構造上の前後関係を考慮して流血パターンを変更することができ,複数枚のデプスマップに対応したことで,血管の裏側を通る流血を表現できるようになった.2.に関して,数枚の内視鏡手術下の術野映像からのデプスマップの作成は自動化するのが困難であった.そこで,手動で臓器に深さを指定しておおまかな深さ情報を与える方法を検討している.同一の術野映像に対して,複数枚のデプスマップを作成することで段階的な深さ表現ができる一方,それらの前後関係がある場所では同じ深さで収斂する場合のデプスマップの統合に関して考慮する必要があることがわかった.3.に関して,力覚デバイスを動作させるプログラムの基本モジュールを組み込み,止血点の指定を力覚デバイス(ファントム)を用いて指定する事が可能となった.一方,設定したデプスマップに応じた反力提示を達成していないため,臓器を触ったときの感覚の提示は次年度の課題とする.前年度,臓器の硬さ測定を行った結果に関し,論文投稿を完了している.今年度,複数枚のデプスマップに対応した流血シミュレーションが可能となった(オクルージョンの解決)ことでシミュレータ作成上の最大の課題はクリア出来たものと考える.一方で,今年度実施を予定していたデプスマップの作成手法に関して,結果的に自動化が困難であった.そのため,半手動での設定を検討しているがデプスの統合に関しては考慮していなかったため,当初予定していなかったデプスマップ作成支援ツールを別途作成することを検討している.また力覚提示に関して,臓器間の境界条件の提示方法が確定していないため,力覚提示に関しては次年度に簡略化した形で表現することとし,流血点の設定に重点を置くこととする.今年度,前年度の臓器硬さ測定に関する共著論文が1本採択されたものの,当初予定していた学会発表に至らなかったため,次年度に発表を予定している.量産型の止血訓練シミュレータを構築するために,1)画像処理による流血シミュレーション,2)実際の術野映像からのピットフォール画像の生成,3)力覚提示デバイスを用いた止血動作,の3つを達成する必要がある.1)に関して,前年度,流血シミュレーションのアルゴリズムを構築し,臓器の構造上の前後関係を考慮して流血が手前の臓器の下を通って底部に貯留する様子を表現できるようになった.2)に関して,今年度,臓器の奥行方向の構造を術野画像を見ながらインタラクティブに設定するツールを構築した.また,ピットフォールとして発生しやすい出血箇所をマウス操作で指定して設定できるようにした.また,シミュレーション中にランダムに出血状況を変化させて生成することが可能となった.

3)に関して,今年度,3次元入力デバイス(Phantom)を用いてスタイラスデバイスの先端を術具先端としてシミュレーションできるようになった.また,出血箇所を一定時間圧迫すると止血できる動作をシミュレーション上で再現できるようになった.以上の一連のシミュレータ構築が完了したことにより,次のシナリオで訓練シナリオを設定できるようになった.1)準備:止血訓練を行いたい術中状況が発生したときに当該術野画像を用意し,構造マップツールで術野画像の奥行きをマウスで指定する.また,出血箇所,出血速度を設定し流血シミュレーションの準備を行う.2)訓練:ユーザはシミュレーションを開始すると同時に3Dデバイスを持ち術野画像を見ながら出血点を探し,ピンポイントに正しい向きで3Dデバイスの先端を出血点に押し付けることで止血動作を行うことができる.術野の選択と出血パターンの指定を以上のステップで実現することでシミュレーションパターンを量産し,止血までに要する時間,吸引速度をスコア化し止血動作の熟練度を評価しながら訓練することが可能になった.手術の訓練の目的は,手術手順を覚えることだけではなく,術中の状況判断と適切な処置の組み合わせにより危険な処置を回避できるようになることにある.本研究では,術中画像の上に様々な出血パターンを再現し,触覚提示デバイスを用いて直接三次元的に止血動作を実施できるシミュレータを開発した.手術画像を入れ替えることで様々な術中の状況を用いて,典型的な見落としによる出血事故を反復的に経験することができる.出血シミュレーションエンジン,出血パターン指定ツール,触覚デバイス接続の3つを達成することにより,術中状況を容易に量産できる可触型の止血シミュレータを実現した.別途開発した把持力計測が可能な内視鏡鉗子を用いて臓器の硬さを計測することが可能となったため,当初3年めに予定していたシミュレータに設定するパラメータの取得を優先することとした.術中での出血パターンと周辺臓器の硬さの関係を明らかにするために,豚を対象とした臓器の硬さ測定を行った.当初シミュレータのアルゴリズムの完成を初年度に想定していたが,上記の実験のために,今年度で完了することはできなかった.ただし,全体の作業量としては不足なく進んでいるものと考え,おおむね順調に進展していると考える.複数デプスマップにおいて,深さの同一となる境界領域の統合方法について検討し,流血をスムーズに連結して表現することを試みる.医師等が手動でデプスを設定することを想定し,設定支援が可能となるようにデプスマップの半自動設定ツールの作成を試みる.力覚提示デバイスを認識するためのドライバ部分は準備出来たため,力覚デバイスをシミュレータに接続し臓器内を触れる環境を構築する.出血点の任意設定が可能となるよう管理ツールを準備し,止血動作に対応した流血のOn/Offを実装する.できるだけ早い段階で,流血のパターンを,オクルージョンの問題も含めて,網羅したアルゴリズムを完成させる.現在はアルゴリズム検証のために,術野画像を目視して手動でデプスマップを作成しているが,この労力は都度膨大な時間を要するため,可能であれば半自動でデプスマップを生成できるツールを開発する予定である.臓器の硬さパラメータは,シミュレータを力覚提示デバイスで操作可能となって以降に適用されるものなので,今後データの精査を行いどの特徴をパラメータとしてシミュレータに設定すべきか検討する必要がある.
タイ王国汚染地域におけるカドミウム暴露と動脈硬化に関する研究

タイ王国カドミウム(Cd)汚染地域住民の動脈硬化の程度および下肢動脈閉塞の程度を、血圧脈波検査装置を用いて測定し、同時に尿中の腎臓、骨障害の指標やCd暴露の指標として尿中、血中Cdを測定した。その結果、尿中カドミウムが高いほど動脈硬化度は低いが、下肢血管は血中Cdが高いほど閉塞の程度が強いことが明らかとなった。また、尿中セレン(Se)の動脈硬化に対する作用やCdとの拮抗作用は認められなかった。カドミウム(Cd)汚染地域住民における動脈硬化とCd暴露との関連性について検討するために、肥満血清脂質、HbA1cなどのリスクファクターと共に、血管病変のスクリーニングに有用な方法の一つである脈波伝播速度(PWV)を測定し、暴露指標である尿中Cdや腎障害の指標である尿中β2ミクログロブリン(MG)との関連性を検討することを目的として、汚染地域には指定されていないが、日本の中ではCd負荷量が高いと考えられる、富山県黒部市在住の50歳以上の某企業従業員および退職者251名を対象として疫学調査を行った。その結果、腎障害の指標であるβ2-MGと左右のPWVの間には有意な正の相関が認められた。今後さらに、年齢、血圧などの交絡因子を考慮した検討を進めていく予定である。また、尿中アルブミン(ALB)ともPWVは正の相関を認め、Cdの増加に従ってALBも増加することから、微量アルブミン尿とPWVの関連性も検討していく必要がある。タイ国メーソット地区における疫学調査については、18年度はタイ人スタッフのPWVの測定および尿中の腎障害マーカー測定、およびCdの腎および骨への影響についてのタイ人スタッフの理解を深める研修を行い、来年の疫学調査を実施する基盤づくりを行った。19年に調査が予定されている。また、セレン(Se)はCdとの拮抗作用が知られているだけでなく、抗酸化物質の一つに数えられ、動脈硬化との関連性が報告されている微量元素であるが、尿中Seの原子吸光法を用いた簡易測定方法を確立し、多数の尿サンプルの測定を可能にした。富山県の対象者についての測定を現在進めている途中である。カドミウム(Cd)汚染地域住民における動脈硬化とCd暴露との関連性について検討するために、19年11-12月にタイ国メーソットCd汚染地域における疫学調査を行い、暴露指標である尿中血中Cdや腎障害の指標である尿中β2ミクログロブリン(MG)、尿中NAG、骨マーカーに加え(尿中DpD、Ntx、血清BGP)、肥満血清脂質、HbAlcなどの循環器疾患のリスクファクターや血管病変のスクリーニングに有用な方法の一つである脈波伝播速度(PWV)を測定した。現在、測定を進めている最中であるが、以下の2点については有意な結果を得ている。1)男性では、尿中Cdは尿中リン(P)と負の、β2-MG、NAG、DpDとは有意な正の相関を、女性では、尿中Ca、β2-MG、NAG、Ntxと正の有意な相関を認め、Cd暴露と腎障害、骨障害との関連性が示唆された。2)男性では尿中CdとBMI、Hb、総コレステロールが負の有意な相関を、女性ではBMI、拡張期血圧、血清KおよびCaと負の有意な相関を認め、Cd暴露の多い者ほど、痩せて、貧血や低血圧になる傾向が示唆された。3)上記の相関は年齢を調整した偏相関係数を算出した場合でも同様に、男性では、尿中Cdと総コレステロール、HDLコレステロール、女性では拡張期血圧、BMI、尿中Caなどの循環器危険因子と有意な負の相関を認めた。以上より、Cd暴露の循環器危険因子への影響が認められたが、今後、PWVとの関連など、動脈硬化度との関連性についても解析を進めていく予定である。カドミウム(Cd)汚染地域住民における動脈硬化とCd暴露との関連性について検討するために、肥満度、血清脂質、HbA1cなどのリスクファクターと共に、血管病変のスクリーニングに有用な方法の一つである脈波伝播速度(PWV)を測定し、暴露指標である尿中Cdや腎障害の指標である尿中β2ミクログロブリン(MG)との関連性を検討することを目的として、タイ王国メーソット地区のCd汚染地域住民および、汚染地域には指定されていないが、日本の中ではCd負荷量が高いと考えられる、富山県黒部市在住の50歳以上の某企業従業員および退職者251名を対象として疫学調査を行った。その結果、富山県の対象者では腎障害の指標であるβ2-MGと左右のPWVの間には有意な正の相関が認められたが、メーソット地域住民では両者の関連性は認められなかった。

また、また、セレン(Se)はCdとの拮抗作用が知られているだけでなく、抗酸化物質の一つに数えられ、動脈硬化との関連性が報告されている微量元素であるが、尿中Seの原子吸光法を用いた簡易測定方法を確立し、多数の尿サンプルの測定を可能にした。この方法を用いて、タイ王国Cd汚染地域住民および富山県の対象者についての測定を行った。その結果、富山県の対象者についてはβ2-MGなどの腎尿細管障害との有意な正の関連性が認められた。
海産生物の生活史初期個体の食性解析手法の開発および生態調査への応用

海産生物幼若個体の食性解析を行うための手法開発を行った。様々な生物分類群の28S rDNAを増幅するユニバーサルプライマーと、捕食者(シャコ)DNA増幅を特異的阻害するPNAプローブを用いてPCRを行い、クローンライブラリ法により増幅産物の塩基配列を決定した。PNAにより捕食者DNAの増幅阻害が認められ、消化管組織から刺胞動物、菌類、植物・動物プランクトンおよび尾索動物が検出された。一方、餌生物以外にも消化管内の常在菌や、体表付着由来の生物とみられる遺伝子も検出されたため、これらを餌生物の遺伝子と判別する手法を考案する必要がある。シャコの生活史初期個体を研究対象とし、捕食者であるシャコの遺伝子増幅を阻害するペプチド核酸を利用した未知の餌生物の種組成を推定する手法の開発を行った。多数の真核生物群の情報が利用できる28S rDNAを解析対象遺伝子として、様々な生物分類群のDNAを増幅するユニバーサルプライマー、およびホスト生物(シャコ)のDNA増幅を特異的に阻害するためのPNAプローブを数種類設計し、DNA増幅および阻害が有効に行われるユニバーサルプライマーとPNAプローブの組合せを決定した。東京湾においてシャコの棲息場所に存在し餌となり得るプランクトン、ベントスおよび底棲魚介類の計15種をそれぞれプランクトンネット、採泥器、および底曳網により採集した。これらの生物試料についてユニバーサルプライマーを用いて28S rDNAの解析領域をPCRにより増幅し、クローニングを行い各生物種の塩基配列を決定した。2014年11月に当歳の稚シャコを底曳網により採集し、併せて想定される餌生物であるマクロベントスも採泥器により採集した。現在、シャコ幼生および稚シャコの消化管内容物についてPNAを用いたPCR法により28S rDNAの塩基配列解析を行っているところである。今後は塩基配列解析により推定された餌生物種と、東京湾で採集されたマクロベントスの種組成、密度の情報を照合し、PNAを用いたPCR法の有効性を検討するとともに、稚シャコの餌選択性等について推定を行う予定である。シャコ幼生について、様々な生物分類群の28S rDNAを増幅するユニバーサルプライマーと、ホスト生物(シャコ)のDNA増幅を特異的阻害するPNAプローブを用いてPCRを行い、クローンライブラリ法により増幅産物の塩基配列を決定し、幼生の食性を解析した。微小幼生の消化管内容物の摘出は困難なので、消化管と周辺組織を合わせて摘出し、DNAを抽出した。発達段階初期の微小な幼生は複数個体をプールして1検体とし、計22検体を解析した。捕食者のシャコ自身の塩基配列の検出率は21%で、PNAの使用はホスト生物のDNA増幅阻害に効果があった。シャコ以外に検出された生物分類群(検出率)は、刺胞動物(47%)、菌類(41%)、植物プランクトン(29%)、動物プランクトン(18%)および尾索動物(6%)であった。これらの生物の一部には、シャコ幼生の体表に付着した生物や、消化管内の常在菌等が検体に混在した可能性もある。このため大型幼生1個体を用いて、消化管を含む頭胸甲、消化管を除いた頭胸甲、および消化管を含まない腹節尾節、の3部位について、検体を純水により洗浄した後にDNA抽出し、PNAを用いてPCR増幅産物の塩基配列を解析した。消化管を含む頭胸甲組織からは、橈脚類と珪藻類が検出された。腹節尾節組織からは渦鞭毛藻類と刺胞動物が検出されたが、消化管組織において検出された生物は認められなかった。一方、消化管を含まない頭胸甲組織からは、消化管で検出して珪藻類が認められ、刺胞動物も検出された。よって、消化管試料では消化管内容物以外に体表付着した生物のDNAを検出する可能性がある。以上の結果より、PNAを用いて幼生の餌生物を調べることは可能であるが、消化管以外の体組織を含む検体について解析する場合は、消化管を含まない組織における解析もあわせて実施し、体表付着由来の生物種判別を行うことが必要である。ユニバーサルプライマーおよびペプチド核酸を用いたPCRにより、捕食者(シャコ)の遺伝子増幅を抑えつつ捕食者消化管内の餌生物の遺伝子を増幅することができた。フィールド調査を予定通り実施し、解析に供するための生物試料を採集できた。海洋生態学餌生物種推定結果を検証するための飼育実験系構築を行う。本研究において用いる生物試料を、当初予算に計上していた傭船調査ではなく、別の乗船調査にて採集することができたため、傭船調査費が未使用となった。得られた生物試料を用いて餌生物の遺伝子情報を最大限に得るため、試料処理のための試薬購入および遺伝子塩基配列の解析に使用する。
大偏差原理の諸相

大偏差原理は、大数の法則、中心極限定理に次ぐ確率論の基本法則であり、対象に応じてさまざまな様相を見せる。本研究では、2,3の確率過程を対象としてその構造を明らかにすることから始めて、それぞれの場合の大偏差原理の諸相を明らかにすることを目的とした。最も力点を置いた確率過程のクラスは、フェルミオン過程、ボゾン過程およびその一般化であり、高橋と白井はフレドホルム行列式に付随する(確率点場に関する研究を遂行し、ボゾン過程、フェルミオン過程に対応するボゾン統計、フェルミ統計を一般化したα統計を提唱、パラメータがα=-1/n(n=1,2,...)の場合およびα=2/m(m=1,2,...)の場合に確率点場が存在することを確率論的な構成方法を発見することにより証明した。同時にこれ以外の場合についてαパーマネントの非負性を予想し、SpohnやJohannsonの問題提起に応えて、1次元の拡散過程もしくは生成消滅過程に推移作用素の場合には非対称でもαパーマネントの非負性予想が成り立ち、したがって確率点場が存在すること等を発見した。以上の基礎結果をもとに、これらの確率点場に関する大偏差原理および基本的極限定理、エントロピーの評価やベルヌーイ性などを研究した。これらの成果はAnn.Probability、J.Functional AnalysisおよびASPM Series39巻に論文として公表した。さらに、Glauber dynamicsに関しても白井は一定の成果を挙げた。この他の分担者もそれぞれの研究を遂行し、樋口と白井はグラフ上の酔歩とシュレディンガー作用素、熊谷はフラクタル上の拡散過程、重川と日野はウィーナー空間、原は2次ウィーナー汎関数を研究し、成果を挙げた。大偏差原理の諸相に関して、初年度は主として情報収集および準備的な研究に力点をおき、熊谷はSan DiegoおよびSeattleにおいて講演、討論、情報収集を行い、また英国の新進気鋭のN.Victoir氏を招聘し、最新情報を収集した。本年度の研究成果は以下の通りである。1.関数力学系。関数力学系は1次元写像値の力学系であり、高橋は片岡、金子、行木とともに、その不動点集合および2段階までの階層構造を決定し、共著論文を発表した。この数学的基礎により、自己参照系のモデルである複雑な内部構造をもつ力学系の漸近挙動の解明の足掛かりが得られた。2.フェルミオン過程、ボゾン過程を含むフレドホルム行列式に付随する確率場に関して、高橋と白井は一般的な枠組みを提案、その一般論と基本的な極限定理を解明した。とくに、基礎空間が格子の場合のフェルミオン過程に対しては、大偏差原理は古典的なセゲの第一定理の一般化であることを発見、また極めて緩い条件のもとに、ギブス場であり、正エントロピーをもつことを証明した。これらの成果の概要は既に発表、本論文は近く投稿する予定である。3.この他の分担者もそれぞれの研究を遂行しつつあるが、とくに、熊谷は、拡散過程の集合間の推移確率に関するVaradhan型の短時間挙動など熱核の短時間挙動に関する研究を進めており、また原は、池田とともに2次のWiener汎関数の構造について研究を進め、van Vleckの公式の数学的意味を解明しつつある。本課題2年度目として、情報収集とともに途中成果の検討に研究に力点をおき、白井は、米国MSRIにおいて討論、情報収集を行い、また、B.Tsirelson, S. Fang, C.-T. Wu, H.J. Yooの諸氏を招聘し、最新情報を収集した。なお、本年度は、数理解析研究所国際プロジェクト研究「確率解析とその周辺」(組織委員長渡辺信三、代表高橋)と連携して本課題の研究を推進することにより大きな成果を挙げた。本年度の主な研究成果は以下の通りである。

1.高橋と白井は、フレドホルム行列式に付随する確率点場に関する研究を続行し、統計力学におけるボゾン統計、フェルミ統計を一般化したα統計を提唱、確率点場をガウス場から構成する方法を発見した。昨年度の成果とこれらの結果はAnn. ProbabilityおよびJ. Functional Analysisに掲載予定である。さらに、SpohnやJohannsonの問題提起に応えて、1次元の拡散課程もしくは生成消滅過程に推移作用素の場合には非対称でもαパーマネントの非負性予想が成り立ち、したがって確率点場面存在すること等を発見した。この結果はMSJIRI「大規模相互作用系の確率解析」報告集(ASPM Series)に掲載予定である。なお、この場合の大偏差原理の研究は次年度に行う。2.この他の分担者もそれぞれの研究を遂行しつつあり、樋口と白井はグラフ上の酔歩とシュレディンガー作用素のスペクトル論的研究、重川、熊谷と日野はフラクタルや一般の空間上の拡散過程の熱核と大偏差原理の研究を進めており、また昨年度の原の結果(池田と共著)は他の(例えば谷口らの)研究に大きな影響を与えている。高橋と白井はフレドホルム行列式に付随する(ラプラス変換が積分作用素のべき乗で与えられる)確率点場に関する研究を遂行し、統計力学におけるボゾン統計、フェルミ統計を一般化したα統計を提唱、パラメータがα=-1/n(n=1,2,...)の場合およびα=2/m(m=1,2,...)の場合に確率点場が存在することを確率論的な構成方法を発見することによい証明した。同時にこれ以外の場合についてαパーマネントの非負性を予想し、SpohnやJohannsonの問題提起に応えて、1次元の拡散過程もしくは生成消滅過程に推移作用素の場合には非対称でもαパーマネントの非負性予想が成り立ち、したがって確率点場が存在すること等を発見した。以上の基礎結果をもとに、これらの確率点場に関する大偏差原理および基本的極限定理、エントロピーの評価やベルヌーイ性などを研究した。これらの成果はAnn.Probability、J.Functional AnalysisおよびASPM Series39巻に論文として公表した。なお、上述のαパーマネントの非負性予想は代数学におけるimmanants間の不等式に関する予想とも深く関連するむずかしい問題であるが、その一部が確率論的な構成により解決したことは予想外の結果といえよう。この他の分担者もそれぞれの研究を遂行し、樋口と白井はグラフ上の酔歩とシュレディンガー作用素のスペクトル論的研究、熊谷はフラクタル上の拡散過程の熱核と大偏差原理の研究およびそれらの基礎を与える一般論の構築を進め、重川と日野はウィーナー空間上のHodge-小平分解やディリクレ形式論の研究を進め、原は2次ウィーナー汎関数のがルマン多様体構造を研究し、いずれも世界的に大きな影響を与えている。
台風シミュレーションと風圧風力電子化データベース併用による合理的耐風設計法の開発

本研究では,合理的耐風設計法を実現するために,設計風速の評価から風力・風圧係数の評価,建築物に発生する荷重の組み合わせの評価にいたる広い範囲の耐風設計上の諸問題を扱った。まず,設計風速の評価精度を向上させるため,新しい台風モデルを提案した。台風気圧場を支配する中心気圧低下量,最大旋衡風速半径などの平均,標準偏差などの統計量に加えて固有直行関数展開を用いて相関を再現することに成功した。地上風速の予測には,台風記録のパラメータをデータベース化し,気象観測データとのハイブリッド利用によるシステムを構築した。その結果,風向特性までも再現可能なモデルの構築に成功し,より詳細な設計風速の評価が可能となった。次に,風向別の設計風速を設定する際に必要となる空気力学的地表面粗度を市街地の建築密度等の情報から評価する手法を明らかにした。これらの手法により,日本全国の気象官署における風向別の設計風速の評価が可能となった。建築物に作用する風圧力は,幾何形状に大きく依存するため,厳密には全ての対象に風洞実験を実施なくてはならない。現状では,限られた形状の風圧力が基準類に掲載されているが十分とは言いがたい。そこで,多くの幾何形状に対する多点変動風圧実験を実施し,記録のデータベース化を図った。この風圧データを用いて複数の建築物および構造物のFEMモデルを構築し,部材レベルでの建物解析モデルを構成し,部材応力の直接シミュレーションが実施された。膨大なケースの風応答計算に基づき,部材の応力に風荷重の組み合わせがどのように影響しているか,また,その効果を考慮できる合理的耐風設計手法が開発された。今後は,さらなる電子計算機の数値計算能力,記憶容量,データアクセス速度等の向上により,本研究で構築された手法がより洗練され,耐風構造,強風災害の低減につながるシステムの構築が可能となる。気象観測記録とのハイブリッド利用による台風シミュレーション手法を合理化するとともに,風力成分の組合せを自動的に考慮した上で,各部の最大荷重効果を評価できる電子化風圧風力データベースを構築し,設計風速の風向依存性を考慮した合理的耐風設計手法を提案することを目的として、本年度は下記の作業を行った。・台風シミュレーション手法の精度を向上させるため,台風シミュレーションに必要な年間発生数,中心気圧低下量,台風移動速度,最大旋衡風速半径等の台風記録のパラメータについて整理するとともに、最新の台風記録のパラメータについても追加した。また、同じく精度向上を目的として、気象観測データと台風シミュレーションをハイブリッド利用するシステムを構築した。・成因別日最大風速記録により,修正Jensen-Franck法に基づき再現期間値を求め,全国の気象官署での観測記録の電子データを収集し,種々の気象パラメータの見直しを行った。・構築されたシステムにより,全国の気象官署におけるバーチャルな長期間台風観測シミュレーションを実施し、それに基づいて、気象官署における風向別設計風速を算出し,風向特性等の検討を行った。・建築物の各種基本断面に対する多点変動風圧実験を実施し,風圧風力電子化データベースのための基礎データを作成した。また、風圧風力データベースの構築についても調査、検討を行った。・高層構造物について有限要素モデルを作成し、部材応力算定のための準備作業を行った。先ず,風圧風力電子化データベース構築に必要なソフトウェア,インターネットツールを検討し,本学の風工学技術情報室にサーバーを立ち上げた。また,前年度に引き続き,多点変動風圧実験を行い,風圧風力電子化データベースのための基礎データを収集整理すべく,前年度に引き続き,各種多点風圧模型を製作し,一連の風洞実験を行った。得られた変動風圧実験データについて,種々の統計量を解析,整理した。

これらの結果および変動風圧等の生の時刻歴波形を収録する風圧風力電子化データベースを構築した。構築された風圧風力電子化データベースを,インターネットを介してアクセスし,データのダウンロードおよびアップロード等の可能なシステムに構成し,データ公開の手法を検討し,ウエブ上に公開した。併行して,台風シミュレーションと風圧風力電子化データベース,および部材レベルでの建物解析モデルを一体化した部材応力の直接シミュレーションプログラムを作成した。前年度に得られた日本各地のバーチャルな台風観測記録に基づき,各種建築物モデルでの構造骨組検討用のベースシアや転倒モーメント,あるいは外装材検討用の局部風圧力について,特定の超過確率を与える等価な風向別再現期間を検討した。以上を取り纏めて,設計風速の風向特性および風力各成分の組合せを自動的に考慮できる,台風シミュレーションと風圧風力電子化データベースを併用した合理的な耐風設計システムを開発した。これにより,FEMモデル等の構造的実体を有する仮想都市建物群をコンピュータ内に構築し,強風応答のGPSモニタリングシステム等と結合可能な「都市防災と建築設計システムを総合化したシステム」の構築が可能となった。