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創発現象の数理

「創発現象の数理」というテーマのもとで複雑系における創発現象をシステム工学的な視点から研究を行った。複雑系のシステム工学とは複雑系をその構成要素,相互作用等,複雑系を規定する項目に基づいていくつかのクラスに分類し,それぞれのクラスに形成される時空構造の持つ普遍性を明らかにすること(動特性解析)とともに,その時空構造の持つ多様な機能的役割を明らかにすること(機能解析)であり,さらに,これらの解析をもとに,ある機能が与えられた時,その時空構造を通してその機能を実現しうる複雑系の設計原理を作り上げること(機能設計)である.(1)非局所結合をもつ能動機能素子集団の時空カオス(蔵本)(2)自発的多様性から再帰的なルールの形成へ(金子)(3)メタダイナミクスを取り入れた自律的発展系における創発的進化の研究(時田)(4)アンモナイト進化における非定常カオス要因の分析(相澤)(5)アクティブエレメント集合体の数理と実現(佐野)(6)不良設定問題へのアプローチ;情報生成による運動制御(矢野)(7)リアルタイム仮説生成による機能創発とその自己言及ダイナミクス(三宅)(8)複雑適応系の設計論(土屋)(9)設計への創発的アプローチ(北村)(10)熱力学的遺伝アルゴリズムを用いた多目的最適化手法(喜多)(11)ネットバイアスにもとづくHogg-Huberman戦略(潮)(12)複雑系の解析・設計に対する制御理論的アプローチ(原)1創発システムの特性解析(1)非局所結合をする非線形振動子系の大域特性を解説し,統計的な自己相似構造を持つ時空カオスという特異現象が存在することを発見した.(2)運動性素子系における群れ形成現象について解析し,群れの規則-不規則転移がある無次元のコントロールパラメータによってコントロールされていることを明らかにした.(3)サイズ効果のある大数自由度のレプリケーター方程式の漸近特性を解析し,この種の系ではある誘導時間の後,系内部のダイナミクスにより突然ある値にまで要素数が減少する現象(大絶滅)が存在することを発見した.2創発システムの機能解析(1)代謝反応ダイナミクスを持つ増殖素子系では,振動位相のクラスター化→内部構造の分化→分化の固定化という経路で多様性の発現とその維持が行なわれていることを明らかにした.(2)複数音源の定位の機構を実験的に検討し,音源定位は両耳間の時間差と音圧差を抽出しそれを統合することによって行なわれていることを明らかにし,聴覚抹消神経の数学モデルを構成した.3創発システムの逆問題解析(1)レプリケーター方程式の最適化機能について検討し,組合せ最適問題の近似最適解が逐次分岐解にコードされることを明らかにした.(2)遺伝アルゴリズムにおける多様性維持機能について検討し,その多様性を制御可能となるアルゴリズム,熱力学的アルゴリズムを提案した.また突然変異確率を変化させるメタルールを導入したアルゴリズムを検討し,収束性が大幅に改善されることを明らかにした.(3)ゲーム方程式の均衡解がカオスになる場合について検討し,その戦略を修正することにより,系のパフォーマンスを低下させることなくカオスを安定化し,均衡点を安定平衡解にできることを明らかにした.(4)非線形振動子系における位相同期のメカニズムの解析をもとに,位相差を環境変化に対応して自由に制御することのできる制御系の構成,及び制御則を提案した.本研究は,多数の動的要素から成る系において,要素間の相互作用が系自身の履歴及び環境変動によって変化する系の基本動特性の解明とそれに基づいた情報処理系の設計原理を確立することを目的としており,本年度は次のような成果を得た.1.ルールダイナミクスを持つ系の基本動特性の解明非局所相互作用を持つ素子集団において素子の種類や空間次元等によらず,普遍的な時空カオスを示すことを数値シミュレーションと現象論的解析によって明らかにした.又,内部ダイナミクスを持つ素子集団においてクラスター化,分化を経て再帰的な構造を形成する過程について数値シミュレーションをもとに解析を行なった2.学習機能を持つ系を用いた情報処理系の設計原理の確立素子特性及び相互作用が変化する振動子系(多形回路)をもとに,ロボットの歩行制御系を設計した.この制御系は環境の変化に対応して歩容モードを変化させ,適応的に歩行を制御できることを理論解析をもとにハードウエア実験によって示した.又,自己増殖素子系を用いて,組み合わせ最適問題の近似解を求めることのできることを明らかにし,その具体的は解法を提案した.「創発現象の数理」というテーマのもとで複雑系における創発現象をシステム工学的な視点から研究を行った。複雑系のシステム工学とは複雑系をその構成要素,相互作用等,複雑系を規定する項目に基づいていくつかのクラスに分類し,それぞれのクラスに形成される時空構造の持つ普遍性を明らかにすること(動特性解析)とともに,その時空構造の持つ多様な機能的役割を明らかにすること(機能解析)であり,さらに,これらの解析をもとに,ある機能が与えられた時,その時空構造を通してその機能を実現しうる複雑系の設計原理を作り上げること(機能設計)である.(1)非局所結合をもつ能動機能素子集団の時空カオス(蔵本)(2)自発的多様性から再帰的なルールの形成へ(金子)(3)メタダイナミクスを取り入れた自律的発展系における創発的進化の研究(時田)(4)アンモナイト進化における非定常カオス要因の分析(相澤)(5)アクティブエレメント集合体の数理と実現(佐野)

(6)不良設定問題へのアプローチ;情報生成による運動制御(矢野)(7)リアルタイム仮説生成による機能創発とその自己言及ダイナミクス(三宅)(8)複雑適応系の設計論(土屋)(9)設計への創発的アプローチ(北村)(10)熱力学的遺伝アルゴリズムを用いた多目的最適化手法(喜多)(11)ネットバイアスにもとづくHogg-Huberman戦略(潮)(12)複雑系の解析・設計に対する制御理論的アプローチ(原)
朝鮮民主主義人民共和国のアフリカ諸国に対する軍事支援や武器取引の調査

本研究の目的は、国連安保理決議によって禁止されても継続しているアフリカ諸国に対する北朝鮮の武器貿易や軍事支援を調査することにある。本研究では、亡命者や韓国の情報機関の過去の記録、現地のメディアの報道などで北朝鮮と関係があるアフリカ諸国を特定し、さらにアフリカ現地で資料収集やインタビューを実施した。その結果、複数のアフリカ諸国で北朝鮮との軍事協力が発見された。調査結果は国連安保理制裁委員会への報告のみならず、書籍や論文、雑誌記事、さらにテレビやラジオ報道などで発表した。本研究は、北朝鮮とアフリカ諸国の軍事協力が拡大していることを日本のみならず、国際的に広めることにも大きく寄与したといえる。2013年度の研究実績の概要は以下の通りである。1.北朝鮮や中東・北アフリカ、サブ・サハラの書籍や新聞、論文などの収集と分析を行った。2.北朝鮮から亡命した元アフリカ担当の北朝鮮外交官に北朝鮮の武器取引や外貨稼ぎについてインタビューを行った。3.イランを訪問して、北朝鮮との武器取引や仲介などについてイラン外務省との意見交換を行った。4.それらの成果として、研究代表者と研究分担者で著書1点、論文2点、解題・翻訳1点、ニュースレター1点を発表した。北朝鮮や中東・北アフリカ、サブ・サハラの書籍や新聞、論文などは研究代表者や研究分担者がそれぞれの分野で収集し、分析を行った。分析に際しては、研究協力者にも協力してもらい、より正確な分析を行った。それらの一部は、2013年度の内に著書や論文、解題・翻訳として発表した。北朝鮮から亡命した元アフリカ担当の外交官に対する北朝鮮の武器取引や外貨稼ぎについてのインタビューは、2014年2月に研究代表者と研究協力者が韓国に行き、韓国政府機関の認定の下で行った。その記録は、次年度の研究成果に反映される予定であり、また国連安保理制裁委員会専門家パネルにも報告した。2013年9月には研究代表者がイランを訪問して、北朝鮮との武器取引や仲介などについてイラン外務省の要人たちとの意見交換を行った。その成果もニュースレターに発表し、国連安保理制裁委員会専門家パネルにも報告した。2014年度の研究実績の概要は、以下の通りである。2.アフリカやイギリスに行って、当地のシンクタンクや政府機関、新聞社、図書館、大使館でインタビューや資料収集を行った。3.それらの成果としては、雑誌論文9点、学会報告5点、著書2点を発表した。北朝鮮や中東・北アフリカ、サブ・サハラの書籍や新聞、論文などの収集は、研究代表者や研究分担者、連携研究者、研究協力者がそれぞれの分野で収集し、分析を行った。ただし、2014年度は中東・北アフリカの情勢が非常に不安定であり、まずその地域における軍事・テロ情勢を理解しなければ北朝鮮との関係も把握できないため、その情勢を理解するために力を注いだ。そのため、研究の成果は必ずしも北朝鮮との関係まで把握できたものではない。しかし、これらは北朝鮮との武器取引などを把握するための基礎的な知識になる。また、サブ・サハラとイギリスでの資料収集については、2014年8月から9月にかけて研究代表者と研究分担者が訪問して、資料収集と関係者に対するインタビューを行った。ただし、サブ・サハラで訪問できたのは、北朝鮮との武器取引疑惑が挙がっていた東アフリカの比較的治安の良い特定の国々に過ぎなかった。東アフリカでも特定の国々にしか行けなかったのは、東アフリカで北朝鮮との武器取引が疑われている国の中には、テロ活動や治安の悪さのために訪問が不可能な国々があったからである。また、西アフリカはテロ活動の活発化とエボラ出血熱の広がりを受けて、訪問計画を中止した。従って、2014年度のサブ・サハラとイギリスへの訪問による成果は、東アフリカに関してのみである。研究の最終年度である2015年度は、アフリカでの最後の調査を行った。2014年度にテロ活動やエボラ出血熱によって調査活動範囲が狭まったため、その狭まった範囲で、アフリカ諸国における武器拡散状態や北朝鮮からの武器流入や軍事協力を調査した。調査範囲は、2014年度が東部アフリカを中心としたため、2015年度は南部アフリカから西部アフリカを中心とし、予想以上に数多くの成果を得ることができた。残念ながら、中東と北アフリカでは北朝鮮との軍事協力については新たな成果をえることはできなかったが、副産物として中東と北アフリカのテロ・軍事情勢・政軍関係について多くの知見を得ることができた。ただし、中東・北アフリカと北朝鮮の軍事協力については、現地の報道などを収集したため、全く知見を得られなかったわけではない。2015年度の成果は、南部アフリカにおいて北朝鮮の軍事協力が広く浸透していることを確認したことと、中部・西部アフリカの一部の国において反対に北朝鮮が撤収したことを確認したことである。それが、国連安保理制裁の効果の一部であることが確認できた。南部アフリカにおいて北朝鮮の軍事協力が発展していることは、曖昧な情報としては現地の報道でも流れていたが、今回は確実な情報として、海外では初めてとなる情報とデータをもたらすことができた。これらの成果は、現在までに、学会やシンポジウムで発表してきた。また学術業績ではないが、日本や韓国の新聞、英字新聞記事でも報道され、日本のテレビでも2度、報道された。さらに、国連安保理制裁委員会専門家パネルにも情報提供し、それが報告書にも掲載された。ただし、学術論文がほとんど間に合わなかったことが残念である。

書籍の出版の要請もあるが、現在のところ、残念ながら形にはなっていない。ただし、研究の最終目標でもあるため、いずれ形にしたいと考えている。本研究の目的は、国連安保理決議によって禁止されても継続しているアフリカ諸国に対する北朝鮮の武器貿易や軍事支援を調査することにある。本研究では、亡命者や韓国の情報機関の過去の記録、現地のメディアの報道などで北朝鮮と関係があるアフリカ諸国を特定し、さらにアフリカ現地で資料収集やインタビューを実施した。その結果、複数のアフリカ諸国で北朝鮮との軍事協力が発見された。調査結果は国連安保理制裁委員会への報告のみならず、書籍や論文、雑誌記事、さらにテレビやラジオ報道などで発表した。本研究は、北朝鮮とアフリカ諸国の軍事協力が拡大していることを日本のみならず、国際的に広めることにも大きく寄与したといえる。2014年度は、海外調査では計画よりも遅れている。それは現地で資料収集やインタービューをできる環境が大きく失われたからである。まず、サブ・サハラでもテロ活動やエボラ出血熱などの広がりによって、訪問して資料収集やインタビューをできる国々が限られてしまった。2015年度に研究代表者が西アフリカ・南部アフリカ訪問による現地調査を再び試みるが、それも情勢を見ながら判断しなくてはならない。さらに、中東・北アフリカでは軍事・テロ情勢の変化や広がりによって、研究計画を立てた時点での情勢が大きく様変わりしてしまった。中東・北アフリカでは、北朝鮮との関係まで現地で調査することはかなり困難な状況になったと言わざるを得ない。ただし、2014年度は、計画していたよりも成果はかなり多く発表できたので、その点では計画以上に進んでいると評価できる。また、中東・アフリカに対する北朝鮮の武器取引の問題については。研究代表者も各地で講演したり、メディア出演をしたりするなどして、日本国内での認知度も高まっているため、計画以上の成果を得ている。研究代表者は日本だけではなく、韓国でも注目され、韓国メディアからの取材まで対応している状態である。この傾向は2015年度も続いていくと想定される。また、この科学研究費助成事業で収集した資料やインタビューによって研究を進めるにつれて、北朝鮮の中東・アフリカにおける武器取引や軍事サービス提供に限らず、流動する中東・アフリカのテロ・軍事情勢、政軍関係なども副産物として判明しており、それらも研究業績として発表しているため、計画以上の研究成果を蓄積できたと評価できよう。27年度が最終年度であるため、記入しない。政治学、国際政治学、安全保障論、政軍関係論、朝鮮半島研究2015年度は、研究代表者と研究分担者がそれぞれ西アフリカと南アフリカ周辺、北アフリカを訪問して、引き続き資料収集とインタビューを行いたい。ただし、それもテロ・軍事情勢や感染症の蔓延状態によって、渡航期間や渡航国を外務省やメディアなどと相談しながら、決めていく必要がある。残念ながら、テロ・軍事情勢や感染症の蔓延については、明るい展望は見いだせていない。6月までに渡航期間や渡航国を決定した上で、アフリカを訪問して調査を行いたいと考えている。
エネルギーハーベスティングを用いた異種無線センサネットワークの数理モデルの構築

異なる利用目的の無線センサネットワーク(異種WSN)の展開を想定し、エネルギーハーベスティングの導入により、情報伝送では干渉となる周辺の無線端末からの電波をエネルギー源とすることで、無線端末ならびにWSNの飛躍的な長寿命化の実現をねらいとする。本研究ではその実現のため、情報伝送およびエネルギー収支の理論的基盤の構築を図る。そのためにランダムな電波到来を想定した情報伝送/エネルギー収支モデルの構築、複数の周辺無線端末からの干渉のモデル化と伝送特性評価に取り組む。この成果を統合して異種のWSNが混在する環境に展開し、異種WSNの長寿命化の可能性とそのための条件を明らかにする。
電極集積化マイクロチャネルチップの空間デザインと応答特性

本研究では、マイクロ電極を集積化したマイクロチャネルチップを作製し、その電気化学応答の特徴を明らかにすると共に、その特徴を利用した分析法を開発することを目的とする。そのために、(1)電極集積化マイクロチャンネルチップの作製法の確立、(2)電気化学応答の特徴-活性種の濃度分布とその時間応答の解明、(3)分析化学的応用への展開の、三つの課題を設定し研究を進めた。初年度は電極集積化マイクロチャネルチップの作製法を発展させ、金電極だけでなく、リフトオフ法により銀、白金、さらには酸化チタンを電極材料とするチップの作製法を確立した。これらを用いて、流れ下におけるサイクリックボルタンメトリー、および定電位電解時の電流応答を検討し、シミュレーションと一致することを確認した。また、電極反応生成物のチャネル内空間分布から、その特徴を明らかにした。H14年度は、分析化学的な応用として、空間特性を利用した顕微分光法と組み合わせた電極集積化マイクロチャネルチップによる熱レンズ検出法を開発した。これにより、電極面積、試料量とも微小であり、電流検出では感度的に厳しいマイクロチャネル内電気化学反応を、高感度検出することに成功した。本手法は、吸光法と同様の試料適用範囲を有し、かつ蛍光法と同等の感度・空間分解能を有する検出法であり、急速に発展しつつあるマイクロ化学システムに強力な検出法を提供するものと期待される。さらに、合成反応への応用を展開し、有機電解合成、ならびに酸化チタン光触媒による酸化・還元複合反応によるピペコリン酸のワンステップ合成の集積化に成功した。これらの結果は、新規合成手法としての発展が期待される。数cm角のガラス基板上に作製したマイクロチャネルは、次世代の分離・分析機器の基盤技術として、およびマイクロリアクターとして注目されている。一方マイクロ電極はその空間特性および高感度分析への応用が可能である特徴を持つ。そのために、(1)電極集積化マイクロチャンネルチップの作製法の確立、(2)電気化学応答の特徴一活性種の濃度分布とその時間応答の解明、(3)分析的応用への展開の、三つの課題を設定し研究を進める。本年度は、まず、電極集積化マイクロチャネルチップの作製法の確立を目指した。フォトリソグラフィにより金電極パターンを作製したガラス基板と、マイクロチャネルを作製したガラス基板を、溶液の漏れがなく、また電極表面を汚染することなく接合するために、水ガラス接合法を開発した。実際に、3本一組の櫛形マイクロ電極を3箇所に配置し、2液混合可能な電極集積化Y字型マイクロチャネルチップの作製に成功し、静止場および溶液フロー条件下での電極応答について調べた。結果は理論的に予想される応答を示し、目的とする電極集積化マイクロチャンネルチップの作製法を確立できた。また、顕微蛍光法および熱レンズ顕微鏡測定と組み合わせたシステムの動作確認を進めており、次年度、課題2および3を進めていく基礎を確立した。そのために、(1)電極集積化マイクロチャンネルチップの作製法の確立、(2)電気化学応答の特徴-活性種の濃度分布とその時間応答の解明、(3)分析化学的応用への展開の、三つの課題を設定し研究を進める。本年度は、初年度に確立した電極集積化マイクロチャネルチップの作製法を発展させ、金電極だけでなく、リフトオフ法により銀、白金、さらには酸化チタンを電極材料とするチップの作製法を確立した。

分析化学的な応用として、空間特性を利用した顕微分光法と組み合わせた電極集積化マイクロチャネルチップによる熱レンズ検出法を開発した。これにより、電極面積、試料量とも微小であり、電流検出では感度的に厳しいマイクロチャネル内電気化学反応を、高感度検出することに成功した。本手法は、吸光法と同様の試料適用範囲を有し、かつ蛍光法と同等の感度・空間分解能を有する検出法であり、急速に発展しつつあるマイクロ化学システムに強力な検出法を提供するものと期待される。
ニット地の引っ張り特性が被服の着用変形に及ぼす影響

ニット地の衣服について、設計の段階で素材の物性的要因を考慮したパターンを得ることを目的とし平成3年度に引き続きニット地の物性と着用シルエットとの関係を検討した。平成4年度は特に平編布の糸の太さと編目密度がニット地の物性に及ぼす影響について詳細に検討した。試料作製に用いた糸は、手編みおよび機械編み用として市販されている中からできるだけ一般的な糸を選択し、羊毛糸2種と木綿糸2種、さらに太さの異なる計8種の糸で家庭用編み機シルバーam・amSK581型を用いて編目密度4段階に変化させた20cm×20cmの正方形試料を編製した。これら29種の試料についてKES-FB計測システムのニット条件に従い、引っ張り、曲げ、せん断、圧縮特性および単位面積当たりの重量の14項目について力学量の測定し、糸の太さ、ループ長および編目密度との関係を検討した。さらに編布の基本力学特性を記述するための式を得るため重回帰分析を行った。得られた結果は次の通りである。1.本実験に用いた編み機では、糸の太さにかかわらず、編目ダイヤルの設定によってほぼ一定の編目密度が得られることがわかった。2.平編地は編目密度が小さくなるほど、また細い糸ほど伸び易く、せん断しやすく、曲げ軟らかくなり、せん断、曲げ特性共にヒステリシス幅は小さくなった。3.本実験に用いた試料の範囲内で糸の太さ、ループ長およwaleとcourseの編目密度をパラメータとしてかなりの精度で平編布の力学量を予測できることが示された。これまでの研究からニット地衣服の設計には風合いが大きな要因として関わっていることが分かってきた。今後は表面特性の計測を加え、川端、丹羽による風合いの変換式を用いて基本風合い値を求め、官能検査による主観評価値との関係を検討していく予定である。手編み、あるいは編機で構成したニット地の被服は、ゲ-ジをとって設計したにも関わらず、実際に製品を着装した場合、予測していた立体形状と異なるシルエットを呈することがしばしばある。これらは、ニット地が一般的に織物に比べて伸び易く、着装した場合、自重による変形が起こるためと考えられる。ニット地の衣服について、設計の段階で素材の物性的要因を考慮したパタ-ンを得ることを目的として、その物性と着用シルエットの関係を定量的に検討した。実験は、大きく2段階に分けて行い、次の結果を得た。1.毛糸4種類を用い、糸の太さ(3種類)および編目密度(4段階)を変化させた試料を家庭用編み機を用いて編製した。試料の大きさは20cm×20cmの正方形とし、KESーFBシステムのニットコンディションによる引っ張り特性および基本的な力学特性の測定を行った。その結果、ニット地は編目密度が小さくなるほど、また細い糸ほど伸び易く、せん断しやすく、曲げ軟らかくなり、せん断、曲げ特性共にヒステリシス幅は小さくなった。2.JIS婦人9号サイズの人台を用いて接着テ-プ法によるレプリカを取り、これを展開して袖無し、衿無しの最も基本的なワンピ-スドレスのパタ-ンを製図した。このパタ-ンを用いて、織物(シ-チング)のワンピ-スドレスと、1.と同条件のワンピ-スを製作し、人台に着装させ、全体のシルエットを写真撮影、また部分的な変形を直接計測してワンピ-スドレスの形状を表すパラメ-タを求めた。その結果、糸の細い編目密度の小さいニット地ほど、ワンピ-スの着用による変形が大きいことが明確となった。その変形は、自重による垂直方向に伸び、背の上部やウエストでは、周方向に収縮することがわっかった。次年度は、これらの結果を基に、ニットで任意の形態のワンピ-スを設計する方法を検討する。
自主防災市民組織の防災能力の評価に関する研究

大震時の応急対策を考える上で,市民の自助努力に依存する部分は極めて大きいが,その担い手となるのが防災市民組織である.防災市民組織に期待され自助応急対応としては,大きく(1)火災予防(2)初期消化(3)情報収集・伝達(4)避難誘導,(5)救援・救護,の5つがあり,それぞれの活動能力をいかに高めるかが課題となっている.本研究は,その第一ステップとして,各防火市民組織の活動能力を評価する方法論を開発することを目的とするものである.評価システムは大きく二つの部分から成る.第1は,装備力から見た能力評価であり,消防ポンプ・水利・無線機・救急機器等の資材装備率と発災時の人員参集率(在宅率)とを指標として評価を行なった.東京23区の中から都心3区を除く20区について,各3組織を抽出し,合計60組織を対象にアンケート調査を行なった結果,例えば,初期消化能力について見ると60%の組織の対応力が不備であることが明らかとなった.第2は,装備力は十分である防災市民組織が,果たして,発災時にどれだけの活動をするかという活動能力の評価である.本研究では,そのために,防災訓練と組合せた新しい考え方による実験法を開発した.「災害体験ゲーム」と名付けたこの方法は,災害状況を実際の街の中に仮想的に設定し,防災市民組織に,初期消化対応,情報収集・伝達,救護,避難誘導等の臨機応変の対応を行なわせ,対応の成功毎に得点を与えることによって評価するものである.墨田区東向島二丁目町会を選定し,町会,消防署,区担当課等の協力を得て,実際にゲームを行なった結果, (1)装備力は非常に高いが,火災覚知から現場到着まで15分程度かかってしまう,(2)誤情報の伝達が30%程度あるが,その内の数件は誤った対応行動につながった.(3)避難誘導はリーダーの情報判断に決定的に依存する.等情報処理能力が極めて重要であることが明らかとなった.大震時の応急対策を考える上で,市民の自助努力に依存する部分は極めて大きいが,その担い手となるのが防災市民組織である.防災市民組織に期待され自助応急対応としては,大きく(1)火災予防(2)初期消化(3)情報収集・伝達(4)避難誘導,(5)救援・救護,の5つがあり,それぞれの活動能力をいかに高めるかが課題となっている.本研究は,その第一ステップとして,各防火市民組織の活動能力を評価する方法論を開発することを目的とするものである.評価システムは大きく二つの部分から成る.第1は,装備力から見た能力評価であり,消防ポンプ・水利・無線機・救急機器等の資材装備率と発災時の人員参集率(在宅率)とを指標として評価を行なった.東京23区の中から都心3区を除く20区について,各3組織を抽出し,合計60組織を対象にアンケート調査を行なった結果,例えば,初期消化能力について見ると60%の組織の対応力が不備であることが明らかとなった.第2は,装備力は十分である防災市民組織が,果たして,発災時にどれだけの活動をするかという活動能力の評価である.本研究では,そのために,防災訓練と組合せた新しい考え方による実験法を開発した.「災害体験ゲーム」と名付けたこの方法は,災害状況を実際の街の中に仮想的に設定し,防災市民組織に,初期消化対応,情報収集・伝達,救護,避難誘導等の臨機応変の対応を行なわせ,対応の成功毎に得点を与えることによって評価するものである.墨田区東向島二丁目町会を選定し,町会,消防署,区担当課等の協力を得て,実際にゲームを行なった結果, (1)装備力は非常に高いが,火災覚知から現場到着まで15分程度かかってしまう,(2)誤情報の伝達が30%程度あるが,その内の数件は誤った対応行動につながった.(3)避難誘導はリーダーの情報判断に決定的に依存する.等情報処理能力が極めて重要であることが明らかとなった.
新奇反強磁性を示す近藤半導体の解明にむけた高温高圧合成法からのアプローチ

CeT2Al10 (T=Fe, Ru,Os)は通常同時には起こりえない反強磁性秩序と近藤半導体状態を同時に発現する.その機構解明を最終目標として,「高温高圧合成法による関連物質の新物質・物性探索」と「低温高圧下の結晶構造の変化の観測」をおこなった.研究の結果,結晶のa,b,c三つの軸の内a,c軸方向への縮みが物性への影響が大きいこと,温度変化による結晶の縮み方がTのサイトを変化させても等しく,温度依存性の比較が重要であることを見出した.本研究は反強磁性と近藤半導体が共存する新奇な化合物CeRu2Al10とその関連物質に関して従来とは異なる試料合成法(高温高圧合成法)で試料合成を行い、物性を調べ、従来の合成法による物性と比較することで、新奇な物性の解明に導くのが目的である。また、高圧という共通するキーワードで高圧下における構造の観点からもこの物質を調べることで多角的なアプローチにより解明に努めている。この目的の為に、高圧合成の合成条件を見つけること、合成試料を測定するための測定環境を整えることが必要である。1.測定環境の整備:一通り、測定できる装置が揃い、電磁石など古い装置の修復・および動作確認などの整備を行った。2.高圧合成:CeRu2Al10を高圧合成法による試料の合成を試みた。CeRu2Al10は斜方晶YbFe2Al10型の結晶構造を示すが、この結晶構造を主相とする物質を得たことがX線解析の結果わかった。一方で未だ不純物を含んでいるため、引き続き最適合成条件を探す必要がある3. CeRu2Al10系の構造解析:放射光X線によりCeRu2Al10および関連物質のCeOs2Al10の新奇反強磁性を構造の観点から高圧力・低温下で調べた。この反強磁性転移は加圧により突然消失し、その近傍で構造の変調が予想された。しかし、我々は反強磁性転移温度付近や突然消失する圧力付近で構造変化が起きないことを明らかにした。また構造の収縮を詳細に調べ、物性と比較することにより特定の方向への収縮が物性に大きく影響することがわかった。この物質の新奇な特徴に異方的c-f混成が重要であると提案されているが、本研究はそれを支持する結果である。本研究の目的のためには高圧合成法により試料を合成し、基礎物性を測定する必要がある。高圧合成に関しては目的とする物質を主相とするものが得られており、合成の足がかりを見つけている。後は純度の高い物質を得るために、合成温度・合成圧力を変化させ、最適な合成条件を模索する。基礎物性の測定環境の整備は順調に進んでいる。当初、既存の古い冷凍機を整備し直す予定であったが、本研究費とは別の予算で新しい冷凍機を買うことができた。そこで本年度はこの冷凍機の設計相談・注文を行い、電磁石などの古い装置の修復整備をおこなった。また、予定通り本研究費で不足している測定装置を購入し、動作確認をおこなった。Heの配管などの整備をする必要があり、さらに測定プログラム作成・磁化率用コイル作成などにより今年度中には磁場中を含めた電気抵抗・ホール効果・磁化率測定が可能になる予定である。圧力下の構造の研究に関しては研究が一段落つき、論文にまとめることができた。この結果はJournal of Physical Society of Japan四月号に掲載された。また、この構造の研究の成果に対して遷移金属を含む固体化合物の国際会議SCTE2016においてkeynote presentationに選出された。本研究の最終目標はCeT2Al10 (T=Fe,Ru,Os)に現れる特異な反強磁性と近藤半導体的なふるまいの起源を解明することである.そのアプローチとして関連物質の新物質・物性探索研究,およびその為の研究基盤を築くことが本研究の目的である.具体的な目的は以下の三点である.(a)高温高圧合成法で純良試料を合成し,CeT2Al10系における合成条件を確立(b)冷凍機を用いた常圧電気抵抗・ホール効果・磁化率の測定環境を確立(c)低温・高圧下実験を日常的に行える体制の確立.今年度は三年間の研究期間中で二年目にあたる。試料合成に関しては純良試料を育成するには至らず,当初の予定ほど進んでいないが,研究基盤の構築や成果報告に関しては当初の予定より多く進んでいる.そのことから全体的には研究は概ね予定通り進んでいる.具体的な進捗状況は以下の通り.(1)上記(a)に関してCeRu2Al10は4 GPaの圧力, 1050°C程度の温度が適した試料合成条件であることがわかった。しかし,現時点では不純物が10%以下の試料の合成には至っておらず,圧力・温度・保持時間の最適合成条件を細かく求める必要がある.(2)上記(b), (c)に関して常圧電気抵抗,ホール効果測定ともにおこなえる環境が整った.実際の測定経験は10回以上あり,現状で測定したい試料はすべて測定し終わっている.日常的に測定ができる体制が確立できたといえる.(3)さらにCeRu2Al10の構造解析に関連して、前年度の報告書に記載した格子の縮みと物性との関連性を論文で報告できたことに加え,単結晶構造解析によりCeRu2Al10とCeOs2Al10は温度を下げると同じ割合で体積が減少することが明らかになった.

この結果は論文にまとめてすでに出版が決定している.本研究の目的のために高圧合成法による試料合成と,基礎物性および圧力下の物性測定が必要である.試料合成に関しては計画よりやや遅れているが,測定環境整備や研究結果の発信に関しては当初の計画より進んでおり,概ね計画通りに進んでいる.【試料合成】CeRu2Al10は4 GPaの圧力, 1050 °C程度の温度が適した試料合成条件であることがわかったが,純良な試料の合成には成功しておらず,温度・圧力ともに細かく変化させ,試料の出来を調べ,最適合成条件を模索する必要がある.【測定環境整備】基礎物性の測定環境の整備は当初の予定より順調に進んでいる.申請時は既存の古い冷凍機を整備し直す予定であったが,本研究費とは別の予算で新しい冷凍機を購入することができた.初年度はこの冷凍機の設計相談・注文を行い,電磁石などの古い装置の修復整備をおこなった.二年目にあたる今年度はHeの配管や配線の整備,温度計の校正や測定プログラムの作成などを含む測定システムの立ち上げを行い,現在電気抵抗・ホール効果測定は日常的に使用している.またダイヤモンドアンビルセルを導入して1.3 Kまでの低温に下げることができた.【研究結果の発信】前年度は圧力下の構造の研究に関しては研究が一段落つき,Journal of Physical Society of Japanの論文として一報報告ができ,2016年4月号に掲載された。今年度は低温下の単結晶構造解析によりCeRu2Al10とCeOs2Al10が冷却とともにほぼ同じ比率で縮むことを明らかにし,この二つの温度依存性を議論することの意義を見出した.この結果はActa Physica Polonica Aから出版予定である.(2017年3月13日accepted)また2016年度は10件の国際会議で報告しており,内1件は基調講演,1件は招待講演である.Ce化合物は結晶中の伝導電子と4f電子の混成(cf混成)により反強磁性秩序や近藤半導体状態を実現するが、この二つは同時には起こりえないと考えられてきた。一方CeT2Al10 (T=Ru,Os)系はそれが同時に観測されており、注目を集めている。本研究の最終目標はCeT2Al10に現れる特異な現象の機構解明である。そこで「高温高圧合成法による関連物質の新物質・物性探索」と「低温高圧下の結晶構造の変化を調べること」の二点からCeT2Al10を調べ多角的な観点から調べることを目的とした。研究課題名にある高温高圧合成法による新物質・物性探索に関しては合成を試みた結果、純良な試料を得るのが容易ではないことが明らかになったため,低温高圧下におけるCeT2Al10の結晶構造の変化を調べることに研究の重点を置いた。まず放射光粉末X線回折法によりCeRu2Al10、CeOs2Al10の新奇反強磁性を構造の観点から低温高圧下で調べた。この反強磁性転移は加圧により突然消失し、その近傍で構造の変調が予想されたが、本研究により反強磁性転移温度付近や突然消失する圧力付近で構造変化が(実験の精度内で)起きないことが明らかになった。また構造の収縮を詳細に調べ、物性と比較することにより特定の方向への収縮が物性に大きく影響することがわかった。この物質の新奇な特徴に異方的c-f混成が重要であると提案されているが、本研究はそれを支持する結果である。
マイクロチャンネルにおける化学発光を用いた局所物質伝達率の定量評価

マイクロチャンネル壁面での触媒反応による化学発光強度から,化学種の局所の質量流束を評価し,物質伝達率を定量測定することを目標とする.マイクロチャンネル壁面での化学発光のための触媒の選定と保持方法の確立,およびマイクロチャンネルでの物質伝達率の評価を実施した.その結果,固定化触媒を利用することでマイクロチャンネル壁面での化学発光を観察することができ,物質伝達率の評価を達成することができた.マイクロチャンネル壁面での触媒反応による化学発光強度から,化学種の局所の質量流束を評価し,物質伝達率を定量測定することを目標とする.初年度は(1)マイクロチャンネル壁面での化学発光のための適切な触媒の選択と保持方法の確立,そして(2)化学発光強度から化学反応量の評価,さらには局所質量流束の評価方法の確立を試みた.また,準備事項としてルミノール反応による2流体界面での化学発光を観察し,その定量評価を試みた.触媒に酢酸銅を用いたルミノール溶液と過酸化水素溶液との2流体界面での化学発光を観察した.別途測定した反応速度定数を用いることで単位時間当たりの局所反応量分布を求めることができ,その結果は数値計算結果と一致することを確認した.化学発光強度から局所の反応量の評価が可能であることを確認した.マイクロチャンネル壁面での物質伝達率の測定に関して,当初,銅箔をマイクロチャンネル壁面に蒸着させることを試みたが,マイクロチャンネルチップ材質のPDMSへの蒸着が困難であったため断念し,直径110μmの微小銅球をチャンネル内に設置し,ルミノール過酸化水素の混合溶液を流すことで銅球表面での化学発光の観察を試みた.銅球表面での化学発光を観察することができ,またマイクロチャンネル流速に比例した発光強度の確認ができた.しかしながら,銅球をそのまま設置したこともあり,発光強度は極めて微小であり,また反応時間に応じて発行強度が変化したため,定量評価に至っていない.今後,再度適切な触媒の選択とその担持方法を試みる.初年度は(1)マイクロチャンネル壁面での化学発光のための適切な触媒の選択と保持方法の確立,そして(2)化学発光強度から化学反応量の評価,さらには局所質量流束の評価方法の確立がテーマであった.(1)に関して,当初ガラス壁面への銅薄膜蒸着を考えていた.しかし,化学発光の観察においてはマイクロチャンネルのカバーガラス側ではなくチャンネル側に触媒を保持させる必要があり,マイクロチャンネルチップのPDMS樹脂への銅箔蒸着を試みたが,不可能であった.そこで,マイクロチャンネルの内部流ではなく,球周りの流れの外部流での物質伝達率測定に方針を切り替え,研究を進めた.そのための時間的なロスがあり,当初よりもやや遅れての研究の進展となった.しかしながら,(2)の化学発光強度から化学反応量の評価については,マイクロチャンネル内の2流体界面での化学発光現象ではあるが,別途測定した反応速度定数を用いることで単位時間当たりの局所反応量分布を求めることができ,その結果は数値計算結果と一致することを確認した.化学発光強度から局所の反応量の評価が可能であることは確認した.マイクロチャンネル壁面での触媒反応による化学発光強度から,化学種の局所の質量流束を評価し,物質伝達率を定量測定することを目標とする.平成27年度は(1)マイクロチャンネル壁面での化学発光のための適切な触媒の選択と保持方法の確立,そして(2)化学発光強度から化学反応量の評価方法の確立を試みた.しかしながら,平成27年度には,項目(2)については達成したものの,(1)の触媒の選択については,微小銅球を触媒として用いたため,銅球表面での化学発光強度は極めて微弱であり,定量評価には至らず,平成28年度への持ち越しとなった.そこで,平成28年度は,(1)マイクロチャンネル壁面での化学発光のための触媒の選定と保持方法の確立,および当初の計画の(3)マイクロチャンネルでの物質伝達率の評価,(4)数値シミュレーションとの比較を実施した.触媒については,触媒となる金属錯体を担体結合させた固定化触媒(YBa2Cu3O7)を選定した.固定化触媒を用いることで担体に触媒が保持され,溶液中に溶解せず,20-30μmの粒子状の固定化触媒の表面において化学反応が起こる.マイクロチャンネル内に固定化触媒を保持させて,ルミノールおよび過酸化水素の混合溶液を流入させることで,固定化触媒表面において化学発光の観察に成功した.別途測定した反応速度定数を用いて,化学発光の輝度値からマイクロチャンネルでの化学反応量の評価を行うことができ,項目(1),(3)について達成することができた.また,(4)の数値シミュレーションによる濃度分布との比較を行うことで,化学発光輝度は物質伝達の影響を受け,変化していることが判明し,項目(4)についても達成することができた.初年度において,(1)マイクロチャンネル壁面での化学発光のための適切な触媒の選択と保持方法の確立の項目について達成できなかったものの,平成28年度において,固定化触媒を利用することでマイクロチャンネル壁面において化学発光を観察することができ,また,その化学発光輝度値からマイクロチャンネルでの化学反応量の評価を行うことができ,初年度の遅れを取り戻すことができた.また,併せて,当初の予定の(3)マイクロチャンネルでの物質伝達率の評価,(4)数値シミュレーションとの比較についても,達成することができている.以上より,研究はおおむね順調に進展していると言える.マイクロチャンネル壁面での触媒反応による化学発光強度から,化学種の局所の質量流束を評価し,物質伝達率を定量測定することを目標とする.平成28年度は,マイクロチャンネル壁面での化学発光のための触媒の選定と保持方法の確立,およびマイクロチャンネルでの物質伝達率の評価,数値シミュレーションとの比較を実施した.

その結果,固定化触媒を利用することでマイクロチャンネル壁面での化学発光を観察することができ,併せて,物質伝達率の評価と数値シミュレーションとの比較についても達成することができた.しかしながら,粒子直径20-30μmの固定化触媒はマイクロチャンネル上に分散して保持されていたため,最終年度の平成29年度では,固定化触媒のマイクロチャンネル内での保持方法について再度検討し,マイクロチャンネル壁面での物質伝達率の評価を行った.そうして,マイクロチャンネルの物質伝達率の相関式を評価した.併せて,マイクロリアクターを模擬した90°曲がり部での物質伝達率の評価も実施した.その結果,固定化触媒をマイクロチャンネル壁面全体に分散して設置することができ,化学発光を観察することに成功し,物質伝達率を評価することができた.実験はレイノルズ数の低い範囲でのみ実現できたため,その値は一定値を示し,従来の相関式にほぼ等しい値を示すことが明らかとなった.90°の曲がり部での物質伝達率の評価を行ったが,本実験結果からは曲がり部の影響はほとんど見られなかった.マイクロチャンネル壁面での触媒反応による化学発光強度から,化学種の局所の質量流束を評価し,物質伝達率を定量測定することを目標とする.マイクロチャンネル壁面での化学発光のための触媒の選定と保持方法の確立,およびマイクロチャンネルでの物質伝達率の評価を実施した.その結果,固定化触媒を利用することでマイクロチャンネル壁面での化学発光を観察することができ,物質伝達率の評価を達成することができた.平成28年度の計画である(1)マイクロチャンネル壁面での化学発光のための適切な触媒の選択と保持方法の確立について,平成29年度への持ち越しとなった.触媒の選定について専門家のアドバイスを頂いており,粒子へ固定化した銅触媒を利用予定である.触媒粒子径は約10μmであり,PDMS壁面への圧着が可能であると考えられる.平成28年度上半期には,本事項を達成予定である.(2)化学発光強度から化学反応量の評価については,マイクロチャンネル内の2流体界面での化学発光現象ではあるが達成できた.これに加え,平成28年度の当初の予定である(3)数10μmから数mmのチャンネル幅での物質伝達率の評価,およびスケールの違いによる物質伝達特性への影響,(4)数値シミュレーションとの比較による実験結果の信頼性の確認,を実施する.特に,(1)の触媒の選定とチャンネルへの保持の方法について,ミリメートルスケールでの実験において検証を行う予定であり,本年度の研究の遅れに対応する予定である.現状では,粒子直径が20-30μmの固定化触媒は,マイクロチャンネル上に分散して保持されている.そのため,マイクロチャンネル壁面全体の物質伝達率の計測には至っていない.平成29年度には,固定化触媒のマイクロチャンネル内での保持方法について,再度検討し,マイクロチャンネル壁面での物質伝達率の評価を行う.そうして,当初の計画である(5)マイクロチャンネルの物質伝達率の相関式の提案を達成する.
小腸移植におけるグラフト腸管のCajal細胞の分布および機能に関する研究

小腸移植における移植腸管のCajal細胞の形態と分布、および細胞内のカルシウム濃度とカルシウム動態を調べ、正常小腸と比較する。さらに移植後のCajal細胞の変化を経時的に調べ、移植後どれくらい経過すれば腸管のペースメーカー細胞が正常に機能するのかをあきらかにする。また拒絶反応がCajal細胞におよぼす影響についても調べるのを目標とする。本研究を遂行するためには、Cajal細胞が抗c-kit抗体によく染まるモルモットで小腸移植を行う必要がある。モルモットに関しては、モルモットからラットへの異種移植のモデルは報告があるが、モルモットをレシピエントとしたモデルの報告はなく、モルモットを用いた同種小腸移植モデルを確立させる必要がある。初年度は、基礎実験としてモルモット結腸紐をもちいて、平滑筋収縮物質であるNeurokinin A(NKA)の細胞内カルシウムと張力の同時測定を用いた収縮機構の解明を行った。モルモット結腸紐におけるNKAの濃度作用曲線では、最大収縮が10μMで得られ、EC50は122±10nMであった。また最大収縮が得られる最小濃度は1μMであったため以下の実験は1μMで行うこととした。結果をまとめると、1)コントロール収縮に比べNKAによる収縮は同程度または低い[Ca2+]iの上昇で、より大きい収縮が得られる。2)[Ca2+]Iのほとんどは細胞外からのCa2+流入に依存する。今年度はCajal細胞の形態と分布を調べるため、モルモットの小腸移植モデルを確立しようとしたが組織の脆弱さおよび血管のspasmの起こりやすさから不可能であることが判明。ラットモデルでc-kitが染まることが判ったのでラットでc-kitの分布を調べている。今年度は初年度で、基礎実験としてモルモット結腸紐をもちいて、平滑筋収縮物質であるNeurokinin A(NKA)の細胞内カルシウムと張力の同時測定を用いた収縮機構の解明を行った。来年度はモルモットの小腸移植モデルで形態的にはCajal細胞の分布を、機能的には[Ca2+]Iに関して研究を進める。
3テスラＭＲ短時間高速撮像法の開発による心リハ患者の非侵襲心機能評価の検討

心リハが及ぼす効果の正確な客観評価法は無い。MR検査は有用だが、心臓MRの検査時間は長く心リハ患者には不適当である。さらに3テスラ高磁場MR装置は、高周波RFパルスに起因にする不規則な温度ムラが生じる。先行研究での温度計測システムはノイズ発生等大きな課題があった。そこで3テスラMR装置内で使用できるマルチチャンネルリアルタイム温度計測システムを開発し、多数の3テスラMR装置にて検証した。新システムはMR画像に悪影響をほとんど与えることなく、MR撮像中の温度測定が複数のチャンネルで可能であった。今後は高速スキャン時のSARに伴う温度上昇を実測し、心臓MR高速短時間シーケンス開発を行う予定である。磁気共鳴診断(MR)検査は低侵襲な診断法だが、心臓MRの検査時間は約1時間と長く、心臓リハビリテーション患者の検査として不適当である。3テスラMR装置が臨床普及しているが、心臓MR検査の短時間化は、温度上昇(熱傷)を防ぐためのSAR(比吸収率)規制により不可能な状況である。従来SARは計算値(みかけのSAR)によって規制され、MR時の温度上昇の実測は行われていない。そこで当申請課題では、超高磁場内(3テスラ)で使用できるマルチチャンネルのリアルタイム温度計測システムを開発することを目指している。つまりSARは計算値によって求められ、そしてその値によって極めて安全側に規制されている。しかし、人体の形状や電気伝導率等は一定でないため、計算値と実際のMRI検査時の温度上昇は異なる。よって、従来の計算値による評価では全く不十分である。そこで非磁性体プローブをもつリアルタイム温度計(磁場の影響を受けない銅コンスタンタン熱電対)を開発し、MRI検査中の温度計測システムを構築した。新しい超高磁場用マルチチャンネルリアルタイム温度計測システムは、複数の非磁性体温度センサを使用して開発し、そしてファントムによる初期的検討を行った。その結果センサーケーブル間の電磁波干渉に起因すると思われるノイズ発生を認めたため、その克服のため種々の磁気シールドを検討し対策を行った。また初期成果が、世界最大規模かつ権威ある放射線医学会である、北米放射線学会(RSNA)に演題が採択され、学会発表を行うことができた。なお、温度計測アンプの精度向上については、研究予算の関係から次年度の開発研究を目指す。主な研究協力者:永坂竜男申請時に比べ研究予算の大幅削減によって、温度計測アンプの精度向上については達成できなかった。しかし、初期成果が権威ある学会(北米放射線学会、RSNA)に採択され演題報告ができ、さらに特許公開がなされた(特開2015-148455)。心臓磁気共鳴診断(MR)検査の検査時間は約1時間と長く、心臓リハ患者の検査として不適当である。現在、SARの計算は各装置メーカー独自で行っており、その方法は推定値であるので正確ではない。特にインプラントが埋め込まれた患者にとっては、正しい評価が重要である。インプラントの磁場に対する方向や埋め込まれた深さ、そしてインプラント組織周囲の電気特性や血流などの影響をうけるため、発熱の予測は非常に難しい。ほとんどの市販のリアルタイム温度計システムは、磁性材料で作られているため、MR検査中の間に正確な温度監視のために使用することができない。我々はMR撮像中の温度をリアルタイムで測定できる温度計測システムを開発し検証を行って来た。今回は、複数のセンサチャンネルを有し、複数同時に温度計測が可能であるか、より実際の臨床に近い環境で検証した結果、主に以下の知見を得た。熱電対プローブは、GRE法、TSE法共に今回もほとんど画像に影響なかった。TSE法では、測定データにノイズが入る場合があったが、RFシールド材でケーブルを覆うことによってノイズがほとんどなくなった。また、異なるMR装置(3T)でも温度上昇を確認することができ、そして、異なる装置においても同程度の温度上昇が認められた。非磁性プローブは磁化率アーチファクトの影響を受けやすいGRE法においても画像への影響はなかった。撮像シーケンスによっては非磁性ケーブルがノイズを拾う問題があったが、電波シールド材でケーブル部分を覆いある程度抑えることができた。しかし、複数チャンネルを使用時にノイズが消去しきれない場合があり、今後の課題を残した。他のノイズ対策について今後検討が必要と思われた。主な研究協力者:永坂竜男温度計測アンプの精度向上、ノイズ対策が十分とは言えないため。心臓の磁気共鳴診断(MR)検査の検査時間は長く、心臓リハビリテーション患者の検査として不適当である。高磁場3テスラMR装置が普及しているものの、温度上昇(熱傷)を防ぐためのSAR(比吸収率)規制により、心臓MR検査の短時間化は極めて困難である。SARの計算は推定値であるので正確ではない。またインプラントが埋め込まれた患者では、発熱の予測は非常に難しい。市販のリアルタイム温度計システムは磁性材料で作られているため、MRI検査中の正確な温度監視のために使用することができない。我々は今までMRI撮像中の温度をリアルタイムで測定できる温度計測システムを開発し検証を行って来た。今回は、試作した複数の温度センサと、ノイズシールドを強化したシステムを用いて以下の研究行い知見を得た。

複数チャンネル使用時に、撮像シーケンスによっては非磁性ケーブルがノイズを拾う問題が生じノイズが消去しきれない場合があったが、ノイズシールドを強化したシステムによって改善することができた。だが、あるメーカのMR装置(3T)では、ノイズの影響を強く受け、撮像中の温度上昇計測は出来なかった。しかし撮像終了直後からは温度計測が可能であった(すなわち概ねリアルタイム的な評価は可能と思われた)。人工関節封入ファントムを作成し実験を行い、より臨床に近い環境でインプラントの温度上昇をリアルタイムで捉えることができた。また成果について、European Congress of Radiology (ECR) 2018にて学会発表を行うことができた(Usefulness of real-time temperature measurement during magnetic resonance imaging using a newly developed thermometer)。さらに論文投稿中である。主な研究協力者:永坂竜男心リハが及ぼす効果の正確な客観評価法は無い。MR検査は有用だが、心臓MRの検査時間は長く心リハ患者には不適当である。さらに3テスラ高磁場MR装置は、高周波RFパルスに起因にする不規則な温度ムラが生じる。先行研究での温度計測システムはノイズ発生等大きな課題があった。そこで3テスラMR装置内で使用できるマルチチャンネルリアルタイム温度計測システムを開発し、多数の3テスラMR装置にて検証した。新システムはMR画像に悪影響をほとんど与えることなく、MR撮像中の温度測定が複数のチャンネルで可能であった。今後は高速スキャン時のSARに伴う温度上昇を実測し、心臓MR高速短時間シーケンス開発を行う予定である。・温度計測アンプの精度向上を行う。・多機種の超高磁場MR装置について、新しく開発したマルチチャンネルのリアルタイム温度計測システムの動作確認等を含めた詳細な検討を行う。・温度計測アンプやプローブ等のノイズ対策を行い、多機種の超高磁場MR装置について、新しく開発したマルチチャンネルのリアルタイム温度計測システムの動作確認等を含めた詳細な検討を引き続き行う。・成果を論文にまとめ報告する。放射線科学研究予算の大幅削減によって、予定していた温度計測アンプの購入が出来なかった。価格と性能がマッチするものがなく、高性能な温度計測アンプの購入がが出来なかったこと等が主な理由である。次年度使用額を活用して温度計測アンプの精度向上を達成する所存である。次年度使用額を活用して温度計測アンプ等の精度向上とノイズ対策を達成する所存である。
高血圧・心筋梗塞の発症・治療感受性遺伝子の診断システム構築

心血管病は生活習慣などの環境因子に加え、遺伝子の多型性を背景に発症すると考えられ、この遺伝子多型を臨床像と対比して解析することは、個々の患者の発症素因や予後、および薬剤による治療効果の推定に有効で、最終的には個別化医療の基盤をなすと考えられる。過去1年間の成果を以下に示す。・東大病院循環器内科で心臓カテーテル検査を施行した全患者を対象に、臨床データの体系的集積とゲノムサンプルの収集を行い、平成14年2月の段階でのべ約1400症例、遺伝子検体数は約700例に達した。・動脈硬化の進展に関与が考えられる遺伝子の多型性につき現在数十のSNPに関して解析を進めている。その解析は直接シークエンス法のほか、Roche社製LightCyclerを使用したMelting curve法を用い、迅速な遺伝子型判定を施行している。一例としで、冠動脈プラークの安定性に関与するマトリクスメタロプロテナーゼ(MMP)の遺伝子多型に関して心筋梗塞発症との有意相関を見いだした。各々の転写活性に関与するMMP-1プロモーター領域-1607 1G/2G多型、MMP-3プロモーター領域-1171 5A/6A多型にっき検討したが、両遺伝子は11q22に隣り合って存在するため、強い連鎖不平衡を示し、MMP3-の5Aアレルあるいは、MMP1 1G-MMP3 5Aハプロタイプを保有することは有意に心筋梗塞発症のリスク因子となることを明らかとした。現在、動脈硬化・血栓形成に関連する数十の遺伝子のSNPを包括的に解析しており、さらに臨床事象との間で関連性を検討することで臨床に有用な遺伝子マーカーの同定を進める方針である。