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マルコフ過程のエクスカーション理論の新展開

マルコフ過程のエクスカーション理論に関して4つの観点から新しい展開をもたらした.(1)マルコフ過程に重みを掛けて正規化極限をとる問題,いわゆる処罰問題.(2)区間上の拡散過程について境界からの跳入を持つ拡張.(3)周遊測度および処罰問題を統一するシグマ有限測度の端点性.(4)離散時刻ツィレルソン方程式の拡張した問題,特に,コンパクト群に値をとる場合,及び有限状態マルコフ連鎖の道路着色による時間発展.マルコフ過程のエクスカーション(以下,周遊)理論とは,複雑な様相を呈するマルコフ過程の標本路を与えられた点を起終点とする道の断片に分割して得られた周遊点過程の確率論的振る舞いを明らかにする理論であり,標本路の再帰構造を究明する強力な理論である.本研究の目的は,マルコフ過程の周遊理論を新しい視点から発展させることである.具体的な問題として,マルコフ過程(特に,拡散過程及びレヴィ過程)の極限定理への応用,弱流出境界を持つ消滅ポテンシャルつき拡散過程の標本路の構成,周遊の成す凸集合の端点集合の決定問題,に取り組む.マルコフ過程のエクスカーション理論に関して4つの観点から新しい展開をもたらした.(1)マルコフ過程に重みを掛けて正規化極限をとる問題,いわゆる処罰問題.(2)区間上の拡散過程について境界からの跳入を持つ拡張.(3)周遊測度および処罰問題を統一するシグマ有限測度の端点性.(4)離散時刻ツィレルソン方程式の拡張した問題,特に,コンパクト群に値をとる場合,及び有限状態マルコフ連鎖の道路着色による時間発展.1次元安定レヴィ過程のエクスカーション(周遊)の構造とその処罰問題への応用を研究した.その結果,次のことが明らかとなった.(1)1次元安定レヴィ過程の周遊測度は,最小過程の強マルコフ拡大のクラスの中で端点になっており,その性質は原点付近で激しく振動する性質と繋がっている.(学術雑誌に投稿中)ブラウン運動と安定レヴィ過程はいずれもマルコフ過程の典型的な例である.その周遊測度の構造は,ブラウン運動の場合は既に明らかにされているのに反し,安定レヴィ過程の場合は,一般論で言えること以上の性質は知られていなかった.(1)はブラウン運動の場合との決定的な相違を示す画期的な結果である.また,ブラウン運動に対する処罰問題の先行結果は,ブラウン運動の特殊な性質を随所に用いていた.(2)が明らかにしたことは,周遊理論によって一般的に論じられる部分を除くと,収束定理のための可積分性の評価においてのみ特殊性を要する,ということである.1次元ブラウン運動の処罰問題を支配するシグマ有限測度(以下,処罰測度と呼ぶ)の諸性質について研究した.その結果,以下のことが明らかとなった.(1)処罰測度の下でウィーナー積分(非ランダム過程の確率積分)が定義可能となるための被積分過程の条件を調べ,その条件が3次元ベッセル過程に対する条件について原点での可積分性を緩和したものであることを突き止めた.(学術雑誌に投稿中)(2)非ランダムな平行移動に対する処罰測度の変換の絶対連続性について調べ,ウィーナー測度の場合のカメロン・マルティン公式と全く同様の形の結論を得た.しかしながら,そこに現れるラドン・ニコディム密度の可積分性については事情が全く異なり,処罰測度の下では如何なる幕に対しても可積分でないことを明らかにした.処罰測度はウィーナー測度と局所絶対連続であるため全く同様の形の絶対連続性を持つことは自然な結論のようにも思われるが,一方で,処罰測度は3次元ベッセル過程と近い振る舞いをするにも関わらず3次元ベッセル過程に対する絶対連続性(Zambottiの定理)とは全くかけ離れているという点で意外な結論でもあった.(Journal of Functional Analysis, to appear.)今年度の成果は大きく分けて以下の3つである.1.出次数一定の有限有向グラフに道路着色を施すと整数径数乱歩が対応する.この乱歩がいつ駆動過程について可測かという問題を考察した.この問題は半群作用を持つ空間上の離散時刻ツィレルソン方程式の特別な場合と考えられる.その結果,道路着色が同期性を持つことが必要十分条件であることを見出した,同期性を持たない場合に駆動過程と具なる蓋然性が生ずる原因は,コンパクト群の場合と概ね同様であることもわかった.また,混合的マルコフ連鎖はいつも同期性を持つ道路着色乱歩によって実現でき,また置換一様性を持たなければエントロピーが増すことも示した(安富健児氏との共同研究).2.二つの処罰問題がいつ共通のシグマ有限測度によって統合されるかという問題を考察した.その結果,重みで変換した過程に対する調和関数の漸近挙動によって特徴付けられることを見出した.この結果の重要な具体例として,一次元狭義安定レヴィ過程の場合を調べ,局所時間処罰と最大値処罰とが,スペクトル的に負のときは統合され,そうでないときは極限測度が特異であることを示した.3.処罰問題を統一するシグマ有限測度は後続マルコフ性を持つ.後続マルコフ性を持つ測度の全体がなす凸集合において,端点性が,既約性,極小性,エルゴード性のいずれとも同値であることを示した.さらに,ブラウン最大値処罰問題を統一するシグマ有限測度が端点性を持つことを,三次元ベッセル過程のエルゴード性より示した.これと並行する問題として,周遊測度の問題も考察した.初期マルコフ性を持つ測度の全体がなす凸集合において,端点性が,既約性,極小性,萌芽の自明性のいずれとも同値であることを示した.

さらに,Douglas-Naimarkの定理との関係についても考察中である(Yor氏との共同研究).今年度の成果は以下の2つである.1.開区間上の極小マルコフ過程の境界問題,すなわち閉区間上の標準過程への拡張問題を考察し,周遊理論を用いてその生成作用素を決定した.拡張過程はFellerの境界条件によって記述され,境界からの跳入を許す.この過程はHutzenthaler and Taylor(2010)などにより集団遺伝学への応用も論じられる重要な過程である.境界が正則な場合は,反射壁過程が対応し,境界での局所時間による時間変更によって拡張過程が構成できる.一方,境界が流出の場合は反射壁過程が対応せず,時間変更による方法は破綻するため,周遊理論が効力を発揮する.半直線の場合は伊藤(1969)がおおむね解決し,Rogers(1984)が補完した.本研究では区間,すなわち境界が2点ある場合を完全に解決した.この成果は論文に纏め,学術雑誌に投稿中である.2.力学系にノイズを加えるとカオス的性質が変化するノイズ誘起現象について,マルコフ過程論の観点から研究を始めた.素朴な問題意識として,カオス的な区間写像の反復力学系が粗視化で生ずるノイズの影響をどの程度受けるかという問題を考察した.その結果,区分線形でルベーグ測度を一意不変測度とするカオス写像に対し,粗視化ノイズにより導かれる有限状態マルコフ連鎖のエントロピーは,ノイズゼロ極限において収束することを示した.さらにその極限は,一般に写像のリャプノフ指数より真に大きく,その差は写像の傾きから定まるワイル変換の平均で与えられることを示した.粗視化でなく加法的ノイズの場合は,導かれるマルコフ連鎖のエントロピーは写像のリャプノフ指数に収束するという確率安定性が知られており(Araujoand Tahzibi(2005)),本研究の結果は以外な結論であった.この成果は,学術雑誌への投稿に向けて論文を準備中である.
サルモネラのＶＢＮＣ状態からの蘇生におけるＲｐｆの作用機構

生きてはいるが培養できない(Viable But Non-Culturable)状態の細菌の検出法開発のために、VBNCの分子メカニズムの解明を目指した。VBNCの細胞周期での位置づけをするために、サルモネラでのFISH法によるDNA複製開始点の可視化を確立した。しかし、VBNC状態の細胞では、理由は不明だが、複製開始点の可視化ができなかった。VBNC状態では染色体DNAの物理的状態が通常と異なるのかもしれない。VBNC状態のサルモネラでは分裂リング構成タンパク質FtsZの発現量に変化は見られなかった。VBNC状態はFtsZ発現量低下による細胞周期のアレストによるものではないことが示された。食中毒原因来を含めた細菌はストレス下でViable But Non-Culturable (VBNC)状態に陥ることが知られている。VBNC状態の細菌は通常生育しうる培地で増殖せず、しかし、生理活性を維持している。VBNC状態の細菌は病原性を保持し、宿主腸管内などで増殖を再開し、病原性を発現するため、食品衛生上重要な問題である。ゆえに、VBNC状態の細菌の検出法の開発が求められる。しかし、VBNC状態の分子メカニズムに関する知見は乏しい状態である。VBNC状態の細菌は培地中で増殖できないので、細胞周期があるステップでアレストしている可能性が考えられる。一方、RpfはVBNC状態のサルモネラを蘇生させることから、Rpfが細胞周期にどのように作用しているのか明らかにすることで、VBNC状態の分子メカニズムとRpfの作用機構の解明を目指した。細菌の細胞分裂リング構成タンパク質であるFtsZに着目した。細胞分裂時、FtsZは分裂面にZリングと呼ばれるFtsZからなるリング構造を形成する。分裂後はZリングは脱重合し、次の分裂時には再びFtsZが重合し、Zリングが形成される。抗FtsZ抗体を用いたウェスタンブロットの結果から、VBNC状態と対数増殖期では、細胞内FtsZ量に違いは見られなかった。このことから、VBNC状態ではFtsZの発現が減少するために分裂ができなくなるのではないことが示唆された。また、ほとんどの食中毒病原体の増殖できるFPE培地のVBNC状態のサルモネラに対する蘇生効果も検証した。FPE培地にVBNC状態のサルモネラを接種し、37°Cで7日間培養し、BHI培地でCFUを調べた。定常期のサルモネラは培養後1日でBHI培地で検出されたが、一方、VBNC状態のサルモネラは7日間の培養後でも検出できなかった。このことから、FPE培地単独ではVBNCサルモネラを蘇生させることができないことが分かった。VBNC細菌を検出するには、蘇生因子を添加するなど改良を加える必要があるかもしれない。細菌はストレス環境下で生きてはいるが培養できない(Viable But Non-Culturable,VBNC)状態に陥ることが知られている。VBNC状態の細菌は通常生育できる培地で増殖できないが、生理活性を維持し、生きている。一般的に行われている微生物検査は培養によるものなので、培養できない状態であるVBNC細菌を検出することができない。病原細菌はVBNC状態でも病原因子を保持しており、また、VBNC細菌は、宿主腸管内などにおいて、再び増殖できる状態に戻る(蘇生)ことが知られている。したがって、VBNC状態の食中毒菌が食品に混入した場合、汚染食品は微生物検査をすり抜け、摂取した人の腸管内で蘇生し、増殖し、病原性を発揮する可能性があり、VBNCは食品衛生上重要な現象であるとみなされている。しかし、VBNC状態の分子基盤に関する基礎知見は乏しく、VBNC細菌の検出法は確立されていない。本研究は、VBNC細菌検出法開発のための基礎知見を得ることを目的とし、VBNC状態のサルモネラを増殖できる状態に戻す蘇生因子Rpfタンパク質の作用機序の解明を目指す。VBNC状態は増殖しないことから、細菌細胞は細胞周期が停止しており、RpfはVBNC状態の細胞に作用し、停止した細胞周期を再び動かすと考えられる。その作用を解析するために、FISH法によるサルモネラの細胞周期の可視化と、細胞分裂リング構成タンパク質FtsZの発現解析をおこなった。FISH法による複製開始点の可視化では、数増殖期では1つまたは2つのoriが観察されたが、VBNC状態では、バックグラウンドが高く、シグナルを検出することが困難であった。一方、FtsZの発現解析では、対数増殖期とVBNC状態ではFtsZの発現量に違いはなく、VBNC状態では、FtsZの発現低下により細胞周期が停止する可能性は低いことが示された。FISH法による解析は困難を極めたが、別の手法(FtsZの発現解析)により研究を進めることができている。

FtsZの発現量の解析および細胞内局在解析をおこない、VBNC状態の細胞周期の可視化を推進する。H24年度中に実施していたFISH法によるDNA複製開始点と終了点の可視化によるVBNC状態のサルモネラの細胞周期の解析が難航し、細胞分裂リングFtsZの発現解析と細胞内局在の解析に実験を切り替えた。このことにより、FISH解析に使用する試薬類の購入が減り、未使用額が生じた。また、H24年度中に予定していた論文の英文校正が、執筆に時間を要したため、年度内に執行できず、未使用額を生じた。細胞分裂リングFtsZの細胞内局在の可視化のために、位相差顕微鏡の購入を予定している。BSL2病原体であるサルモネラの培養やハンドリングなどには、拡散および感染防止のため、ディスポーザル容器を使うため、大量のプラスチック容器を必要としている。解析に用いる一般的分子生物学試薬も必要としている。研究成果の発表のための学会参加の旅費も計上している。
構造形態を含む複合領域最適設計法の研究

本研究では,より優れた機械システムの構造設計を実現するために,トポロジー最適化を取り入れた複合領域最適化法を構築する.トポロジー最適化法は構造物の穴の有無を含めて最適な形状を導出する方法であり,これにより機械の抜本的な性能向上が期待できる.しかしながら,従来のトポロジー最適化法は単体の構造物に閉じた最適化問題のみを扱っており,機械システムが持つ相互作用を考慮した最適化には至っていない.一般に,機械システムのトポロジー最適化問題は大規模かつ複雑となる.そこで本研究では,複合領域最適化における分解法を導入することで,問題を簡易化しつつ,システムレベルの最適解を得る方法を構築する.本研究では,より優れた機械システムの構造設計を実現するために,トポロジー最適化を取り入れた複合領域最適化法を構築する.トポロジー最適化法は構造物の穴の有無を含めて最適な形状を導出する方法であり,これにより機械の抜本的な性能向上が期待できる.しかしながら,従来のトポロジー最適化法は単体の構造物に閉じた最適化問題のみを扱っており,機械システムが持つ相互作用を考慮した最適化には至っていない.一般に,機械システムのトポロジー最適化問題は大規模かつ複雑となる.そこで本研究では,複合領域最適化における分解法を導入することで,問題を簡易化しつつ,システムレベルの最適解を得る方法を構築する.
漢方薬麻黄湯による抗RSウイルス作用機序とその有効成分の解析

RSウイルス感染症は、小児においてインフルエンザとともに呼吸器疾患による入院あるいは死亡の原因となる重要感染症であるが、いまだ特異的治療薬はない。申請者らは、これまで麻黄湯が抗インフルエンザ作用を有することを報告してきたが、さらに麻黄湯にはRSウイルスに対する抗ウイルス作用もあることがわかってきた。その機序として、ウイルスが宿主細胞膜に進入する過程を阻害している可能性が高いが、詳細は不明である。本研究では、培養系およびマウスへの感染により、麻黄湯による抗RSウイルス作用の機序を解明し、その有効成分を同定する。また、あわせて麻黄湯が宿主の自然免疫系に与える影響についても解析する。
ユダヤ哲学の論理としての無限判断とその現代的展開

無限判断は、哲学史上これまで十全に展開してこなかったが、ラトヴィア出身のユダヤ人哲学者、J.ゴルディーンは、ヘーゲル的な閉じられた体系とは異なる開かれた体系の基盤として、無限判断の論理をヘルマン・コーヘンの純粋認識の論理学から導きだした。この論理は中世のマイモニデスと現代のコーヘンを貫くユダヤ哲学の特徴とされる。ゴルディーンはこの論理に基づく哲学体系を構想したが実現には至らなかった。思想形成期にゴルディーンから影響を受けたレヴィナスは、「体系」という発想は拒みつつも、第一の主著『全体性と無限』によって、この論理を具体的な生の諸相の下で具現化し、国家に回収されない開かれた社会の存在論を描いた。J.ゴルディーン(Gordin)の博士論文『無限判断の理論についての研究』の精読に注力した。抽象的な内容故に難解極まる本書が展開する「無限判断」の哲学史的な位置づけと、その哲学的論理をできるかぎり明確に抽出し、その成果を論文にまとめた。本研究全体の研究目的に、「ユダヤ哲学」と呼びうる潮流の哲学的根拠の同定を掲げたが、以上の作業により、「ユダヤ哲学」の基本的な論理である無限判断がもつ以下の特徴が明確になった。あらゆる認識判断は主語や述語を前提としている。したがって、認識判断に先立って主語や述語が措定されていなければならない。しかしこの措定自体も、措定されるべきものとは異なるあらゆるものを措定の対象領域から排除することを前提にしている。あらゆる判断の根源には、同一的なものの成立の要件として他なるものの排除があることを、この前提を問いかけることで明るみにするのが無限判断の特徴である。ヘーゲル大論理学が確立した同一的な論理の体系は、現代哲学では様々に批判されてきたが、ヘルマン・コーヘンに依拠しながら、ゴルディーンが展開した無限判断論は、20世紀のヘーゲル批判の新カント派的な先取りであり、またこれをユダヤ思想の伝統とも接続するものであることが明確となった。前年度はゴルディーン(ゴルダン)がコーヘンの所論から展開した無限判断の論理の内実を明確化した。本年度は、この成果をもとに無限判断のその後の展開を追った。無限判断はコーヘンでは認識論の問題として考察されていたが、これがその後のユダヤ系哲学者、とりわけゴルディーンと親しかったレヴィナスでどのように変奏されているのかを、第一の主著『全体性と無限』のなかに探った。コーヘンの無限判断は、判断を成立させる根源を問う。同一的な主語や述語の定立を可能にする無際限の非同一的なものの存在がこの問いから浮かび上がる。有限な同一者の存立を可能にする無限(無際限)の他なるものを問うのが無限判断の本来的な機能であり、哲学の体系を他性に開かれたものにしている。『全体性と無限』で展開される生の現象学は享受、住居、エロス、多産性など生の具体相に迫るものである以上、認識論的な次元において展開された無限判断の論理は、現象学者レヴィナスには一見無縁にみえる。しかし、有限な同一者の生の諸相を分析するたびに析出されるのは、有限者の存立を可能にする無規定な他性の存在である。デカルトの発想を換骨奪胎した「無限の観念」の議論も、思想史上の源泉はキリスト教神学にあるにも関わらず、それが実行しているのはまさに無限判断的な根源への問いかけである。ゴルディーン(およびコーヘン)とレヴィナスの哲学には、閉じた体系に対する明示的な批判が共通しており、それを可能にする無限(判断)の論理は、それぞれ別々の次元で展開されている。20世紀西洋哲学は前世紀にヘーゲルが打ち立てた体系的哲学に対する異議申し立てを一つの基調としているが、その哲学的源流および基礎の一つは、無限判断の論理に求めることができる。26年度が最終年度であるため、記入しない。『無限判断の理論への探求』を精読することで、ゴルディーンの展開する抽象的な議論の論理的骨格がかなり明確になった。哲学、倫理学、思想史25年度の成果をもとに、抽象的な無限判断の論理が、その後、エマニュエル・レヴィナスの思想においてどのような新たな展開を見せたのかを『全体性と無限』を中心に読み解いてゆく。
型理論とその周辺

型理論の研究で明らかにしたい事柄の一つに,与えられた型システムで型付け可能な項全体を適当な同値関係(例えば,β同値,βη同値,またはその他の同値関係)の下で同値類に分類したとき,その全体がどのような数学的構造を成すかを知ることが上げられる.これは本来,意味論の中心的な研究課題であると言えるが,型理論の場合,この問題に対して構文論(または証明論)的なアプローチの可能性が考えられる.本研究では,構文論的アプローチによって,単純型理論における型付き項全体を,同値関係βηで割った商集合を,ある種の文法的手法を用いて表現することに成功した.ここで用いた手法は,文脈自由文法の名で親しまれている概念を,この目的のために拡張したもので,述語論理における項や,これを拡張した種々の型理論の項から成る集合を端的に表現できる一般的な枠組みであり,今後,単純型以外の種々の体系に対しても,有用性を発揮することが期待される.この,新たに導入した文法的方法の一つの応用として,型理論の型付き項を用いて,自由代数構造の上のどのような関数が表現可能かを調べる問題が上げられる.型のないラムダ計算の項を用いて表現可能な自然数関数はちょうど計算可能関数と一致し,単純型理論の場合はそれが拡張多項式と一致することが知られているが,これを一般の自由代数構造上の関数に拡張すると,単純型理論の場合でも議論が非常に複雑になり,その結果,表現可能な関数についてある種の特徴付けがすでに得られているものの,満足のいく結果とは言い難い.この問題に対して,我々の文法的手法を用いて,既存の結果とは異なる見通しの良い新しい特徴付けを得ることができた.この結果を更に単純型以外の型理論に拡張する試みを今後続けたいと計画している.型理論の研究で明らかにしたい事柄の一つに,与えられた型システムで型付け可能な項全体を適当な同値関係(例えば,β同値,βη同値,またはその他の同値関係)の下で同値類に分類したとき,その全体がどのような数学的構造を成すかを知ることが上げられる.これは本来,意味論の中心的な研究課題であると言えるが,型理論の場合,この問題に対して構文論(または証明論)的なアプローチの可能性が考えられる.本研究では,構文論的アプローチによって,単純型理論における型付き項全体を,同値関係βηで割った商集合を,ある種の文法的手法を用いて表現することに成功した.ここで用いた手法は,文脈自由文法の名で親しまれている概念を,この目的のために拡張したもので,述語論理における項や,これを拡張した種々の型理論の項から成る集合を端的に表現できる一般的な枠組みであり,今後,単純型以外の種々の体系に対しても,有用性を発揮することが期待される.この,新たに導入した文法的方法の一つの応用として,型理論の型付き項を用いて,自由代数構造の上のどのような関数が表現可能かを調べる問題が上げられる.型のないラムダ計算の項を用いて表現可能な自然数関数はちょうど計算可能関数と一致し,単純型理論の場合はそれが拡張多項式と一致することが知られているが,これを一般の自由代数構造上の関数に拡張すると,単純型理論の場合でも議論が非常に複雑になり,その結果,表現可能な関数についてある種の特徴付けがすでに得られているものの,満足のいく結果とは言い難い.この問題に対して,我々の文法的手法を用いて,既存の結果とは異なる見通しの良い新しい特徴付けを得ることができた.この結果を更に単純型以外の型理論に拡張する試みを今後続けたいと計画している.
変性エポキシ樹脂によって固化処理された土の工学的性質に関する研究

土質遺構や石質遺構からなる遺跡の恒久的保存処理剤としての変性エポキシ樹脂の活用を研究・検討した。この変性エポキシ樹脂は土などに混合された場合、土中水を取り込んだ形で硬化反応し、所定の硬化反応を経過した後、当初取り込んだ水分を急激に放出して反応を終結させるという性質を持っている。この放出反応の結果、固化体はポーラスになることが特徴となっている。したがって、固化処理土は大きな圧縮強さ、引張り強さに加えて透水性を保持していることが特徴である。2年間に渡って得られた結論を箇条書きすると、以下の通りである。1.固化処理土の圧縮強度は、固化剤の添加量と土の種類によって大きく異り、土の種類が{S}で樹脂添加量の重量比で25%混合すると、85,000kN/m^2の一軸圧縮強さが得られ、樹脂添加量を10%と一定にして土の種類を変えた場合、{S}で34,000kN/m^2、{SF}で1,100kN/m^2、{MH}で450kN/m^2の圧縮強さが得られた。2.引張強さは土の種類にかかわらず、その固化処理土の圧縮強さの3040%程度の値が得られた。3.固化処理土の透水度は無処理土との比較で示すと、樹脂添加量が20%以下であればほぼ一定の透水度を持ち、無処理土の1オーダ低下程度である。添加量が25%を超えると透水度更に1オーダー低下する傾向が認められた。なお、この実験の過程で、固化処理専用の透水試験装置を考案・試作した。4.すでに、施工された遺構の経年変化を調査したところ、施工後5年程度であれば、なんら変化は認められなかった。しかし、施工後10年経過した縄文時代の土質遺構では強度的低下は認められなかったが、地衣類の繁茂が観測された。防黴剤の塗布などによって再施工したが、さらに経年変化を追跡する必要性があろう。以上の結果をもとに施工マニュアルを作成した。土質遺構や石質遺構からなる遺跡の恒久的保存処理剤としての変性エポキシ樹脂の活用を研究・検討している。この変性エポキシ樹脂は土などに混合された場合、土中水を取り込んだ形で硬化反応し、所定の硬化反応を経過した後に、取り込んだ水分を急激に放出して反応を終結させるという性質を持っている。したがって、従来のこの種の保存処理剤による固化処理土に比較し、ポーラスになるという特性を持っている。本年度の検討項目は変性エポキシ樹脂の添加量によって固化処理土の圧縮強さ、引張強さ、透水度がどのように変化するかを把握した。得られた結論を箇条書きすると以下である。1.同化処理土の圧縮強さは、樹脂添加量や材料土の種類によって著しく左右される。たとえば、土の種類が{S}で樹脂添加量を25%にすると、85,000kN/m^2もの1軸圧縮強さが得られる。2.樹脂添加量を10%にして土の種類を変えた場合の圧縮強さは{S}で34,000kN/m^2、{SF}で1,100kN/m^2となった。

3.引張強さは土の種類にかかわらず、圧縮強さの40%程度の値が得られた。4.固化処理土の透水度は、無処理土のそれに比較し透水係数値で1オーダ低下するが樹脂添加量を20%まで増加させても一定の透水度を示す。しかし、樹脂添加量を25%にするとさらにlオーダ低下した透水係数値となった。5.以上の結果より、エポキシ樹脂添加量は520%が実用的であると結論された。次年度は、土の種類を変えて追試し、さらに現地試験を実施する。土質遺構や石質遺構からなる遺跡の恒久的保存処理剤としての変性エポキシ樹脂の活用を研究・検討した。この変性エポキシ樹脂は土などに混合された場合、土中水を取り込んだ形で硬化反応し、所定の硬化反応を経過した後、当初取り込んだ水分を急激に放出して反応を終結させるという性質を持っている。この放出反応の結果、固化体はポーラスになることが特徴となっている。したがって、固化処理土は大きな圧縮強さ、引張強さに加えて透水性を保持していることが特徴である。2年間に渡って得られた結論を箇条書きすると、以下の通りである。1.固化処理土の圧縮強度は、固化剤の添加量と土の種類のよって大きく異り、土の種類が{S}で樹脂添加量を重量比で25%混合すると、85,000kN/m^2の一軸圧縮強さが得られ、樹脂添加量を10%と一定にして土の種類を変えた場合、{S}で34,000kN/m^2、{SF}で1,100kN/m^2、{MH}で450kN/m^2の圧縮強さが得られた。2.引張強さは土の種類にかかわらず、その固化処理土の圧縮強さの3040%程度の値が得られた。3.固化処理土の透水度は無処理土との比較で示すと、樹脂添加量が20%以下であればほぼ一定の透水度を持ち、無処理土の1オーダー低下程度である。添加量が25%を超えると透水度更に1オーダー低下する傾向が認められた。なお、この実験の過程で、固化処理土専用の透水試験装置を考案・試作した。4.すでに、施工された遺構の経年変化を調査したところ、施工後5年程度であれば、なんら変化は認められなかった。しかし、施工後10年経過した縄文時代の土質遺構では強度的低下は認められなかったが、地衣類の繁茂が観察された。防黴剤の塗布などによって再施工したが、さらに経年変化を追跡する必要性があろう。以上の結果をもとに施工マニュアルを作成した。
活性表面構造ダイナミクス研究のためのXANES及びEELS解析法の開発

1)XANESの足し合わせを利用した定量的構造解析XANESの足し合わせを利用した定量的構造解析にも成功した。N^+を2.0×10^<22>/m^2注入したシリコンに対して、注入した窒素原子の深さ分布について調べるため、XANESスペクトルを部分電子収量法で測定した。運動エネルギー50eVと1500eVの電子を検出した場合には、XANESスペクトルは、それぞれ表面から数nmと十数nmの深さ領域の局所構造を反映すると考えられる。どちらの場合においてもXANESスペクトルにはSi、Si_3N_4、SiO_2(Si表面の酸化)の構造相に帰属される3つの吸収が見出された。Si、Si_3N_4、SiO_2の各参照化合物のSi K殻吸収端XANESスペクトルを適当な比率で足し合わせると部分電子収量法で得られたXANESスペクトルを再現することができ、この方法によってSi、Si_3N_4、SiO_2の構造相の割合を深さ領域に応じて求めることが可能となった。2)XANESの理論的シミュレーション様々な構造既知のAl化合物を対象にAlK殻吸収端XANESスペクトルの測定を行った。XANESスペクトルには1566,1568,1572eV付近に特徴的な3つの吸収が現れること、更に1566eVと1568eVの吸収は、それぞれ4配位AlO_4種と6配位AlO_6種の指標となることが明らかとなった。3つのGaussian-Lorenzianと2つのarctangent関数を組み合わせてAl K-edge XANESのピーク分離を行うとGaussian-Lorenzianの面積から,多くの既知物質に関して4配位AlO_4種と6配位AlO_6種を定量的に解析できることが明らかとなった.これにより例えば様々なアルミナ相に含まれるAlO_4種とAlO_6種の割合を求めることもできるようになり,より定量的で詳細な議論が可能となった.更にAlO_4種とAlO_6種の両方のAlサイトを有するNiAl_2O_4に対して電子顕微鏡を用いてAlK-edge ELNESスペクトルの測定を行ったところ、ELNESスペクトルにおいても、1566eVと1568eV付近に特徴的な吸収が現れた。第一原理計算を用いてELNESスペクトルのシミュレーションを行ったところ^<1)>、1566eVと1568eVの吸収は、それぞれ4配位AlO_4種と6配位AlO_6種に帰属されることが示され、上記半現象論的解析の理論的裏づけを行うことができた。ELNESスペクトルに対して、3つのGaussian-Lorenzianと2つのarctangent関数を組み合わせてピーク分離を行い、4配位AlO_4種と6配位AlO_6種の割合を求めたところ理論値と一致し、XANESに対して行った上記半現象論的解析を、そのままELNESにも応用できることが分かった。2)XANESの理論的シミュレーション
一軸歪みを利用した強磁性超伝導体の発現機構の微視的解明

ウラン化合物の強磁性超伝導体では、相反する性質を持つ強磁性と超伝導という2つの現象が、1つの物質内で微視的に共存する。このことは従来の超伝導の枠組みを超えた、新たな超伝導発現機構の存在を示唆している。最近、さらにその中のひとつであるURhGeにおいて、外部から結晶にわずかな歪みを与えることで、超伝導転移温度が最大で約2.5倍も上昇することが発見された。本研究ではこの極めてユニークな特性を利用して、新奇な強磁性超伝導の発現機構の解明を行う。
林地のスキ-場転換にともなう侵食ポテンシャルの変化

今年度は過去2年間の研究の不備を補いつつ取りまとめをおこなった。その結果、次の知見を得た。1.スキ-コ-スのなかの裸地率は平均傾斜角の急なところほど高かった。2.植生で被覆されている面の植被容積量が大きい斜面では裸地発生率が低いという傾向は一応認められるものの、ある限界を越すとこの関係は逆転する。すなわち、草丈が高くなると庇陰により地表の植生発達が阻害され、かえって易食的になるようである。3.スキ-コ-スの草地土壌の容積重は林地のそれより大きく、裸地のそれより小さかった。これには大孔隙の減少が関係している。これらも含めて物理性の悪化は表層10cm深で顕著であった。4.ミドルトンの分散率も草地表層土では林地表層土の2倍に上昇しており、侵食ポテンシャルの増大が認められる。5.凍結融解作用による構造破壊は表層土よりも下層土において激しい。またpF1.5の水分含量のときの構造破壊は、pF2.7のときより激しかった。6.スキ-コ-スにみられるリル網は、ほぼホルトン法則に従って発達していた。裸地面からの年平均侵食深は3.2mm、また草地化したところからのそれは0.9mmと推定された。1.調査対象地:安比スキー場(岩手県安代町),網張スキー場(岩手県雫石町),鴬宿スキー場跡(岩手県雫石町)2.調査項目と結果:浸食形態の分類を試みた結果, 1)禿赭型, 2)ソリフラクション型, 3)ガリ型がみとめられた.このなかで土砂害に結びつきやすいガリ型の生成環境をしるため,鴬宿スキー場跡(現在休業中)において精査をおこない次のような知見を得た.1)調査地の地質:第三系中新統の橋場層に属し,岩種はデイサイト質粗粒凝灰岩である.一般に降水の浸透率が高いため谷の発達は少ない方に属する.2)斜面地形:ほぼ東向で,傾斜角は上部27°,中部19°,下部16°,平均21°の下降斜面である.斜面長は平均70m.3)植被:スキー場造成の際,地表の凹凸をならすため,表土を剥ぎとったところと,その材料で埋めたところがある.前者は裸地に,後者はススキ群生地になっている.これらに隣接して対照としてのアカマツ林がある.4)土壌:飽和透水係数(本補助金による購入機器で測定)は,アカマツ林で6.6×10^<-3>cm/s,ススキ群生地で9.6×10^<-3>cm/sに対し,裸地斜面では1.8×10^<-3>cm/sであった.透水性と現地の浸食度には明確な対応関係があった.5)ガリ網の幾何学的特性:水系網発達に関するHortonの法則のガリ網に対する適用性を検討した.最高次のガリは3次であったが,ガリ数と次数,ガリ勾配と次数の間にはよい適合性がみとめられた.しかしガリ長さと次数とは良好な適合性を示さず,対象ガリ網が動的平衡状態に達していないことをうかがわせた.6)ガリの体積を流亡土量とみなし,造成後の年平均浸食深を求めると,ススキ群生地で0.9mmに対し,裸地斜面では3.2mmであった.今年度は過去2年間の研究の不備を補いつつ取りまとめをおこなった。1.スキー場における植生量、裸地率と斜面傾斜角の関係単位面積あたりの植生量は斜面傾斜角の大きいところほど少なかった。盛夏時におけるその平均値は0.29m^3/m^2であった。裸地率は植生量と高い負の相関関係にあった。また傾斜角が大きくなると、出現する最大の裸地率の値が漸次増大していた。このように、傾斜が急になるほど裸地の現れる確率が高くなり、また植生が発達していたとしても、その現存量は小さいことがわかった。

2.スキー場と隣接森林内の土壌性質の比較表層上(0-5cm)と下層土(10-15cm)について、容積重、孔隙量などの物理的諸性質を比較すると、下層土ではスキー場と森林とでさほどの差は認められないが、表層土では顕著な差があり、スキー場における堅密化傾向を検出できた。3.凍結・融解に対する耐性実験pF1.5および2.7に調製した自然構造土に、-5°C、6時間の凍結18時間室内静置のサイクルを、2回、4回、8回加えた。処理後、団粒分析器で2時間の上下振盪をおこない、最大篩目(2mm)に残った量と全量との割合を崩壊率とし、さらに2mm通過分の平均重量直径を測定した。崩壊率はサイクル数が多くなると微増していた。また表層土では生根含有量が崩壊率との間に明瞭な負の対応関係を示していた。pF1.5の表層土の平均重量直径はサイクル数との間に負の対応関係があった。今年度は過去2年間の現地調査ならびに測定の欠落部を補いつつ、取りまとめをおこなった。1.過去2回の冬季は記録的な少雪年であったため、スキ-場は営業的立場から人為による積雪層の造成につとめた。したがって自然条件下での積雪状態、残雪状態の分布を測定することは不可能であった。最終年度の冬季の降雪状態も過去2冬季と大局的には同様であった。2.スキ-コ-スに発生している裸地面積率と地形との関係を解析し、傾斜角との間に一定の傾向を見出した。3.裸地発生率とその近傍の植被容積量との間に密接な関係があること、また草種によってもこの関係が異なることが明らかになった。4.スキ-コ-スの草地と、その付近に残存している林地の土壌を比較してみると、表層10cm程度のところに違いがみとめられた。5.土壌流亡性の指標である分散率は、スキ-コ-スの草地では林地にくらべて大きいことが示された。6.凍結融解による土壌の構造破壊は、水分条件、有機物含有量、粒径組成などにより異なることが明らかになった。7.裸地化したスキ-コ-スに発生しているリルは、地形学でいう水系網密生法則にほヾ従っていることがわかった。8.管理不十分で裸地、リルの発生した場合のスキ-コ-スからの年侵食量は、10のゼロ乗ミリメ-トルのオ-ダ-と推定される。
塩基損傷・単鎖切断の修復ネットワークと細胞死

活性酸素で生じるDNA損傷に塩基損傷と単鎖切断があるが、特に後者は複製を経て二重鎖切断をもたらしゲノム安定性に関わる重要な損傷であるが、これまで余り研究されてこなかった。その理由の一つは細胞内に単鎖切断のみを作る方法がなく、塩基損傷との混合を解析していたからである。我々はその状況を打開するために、ヒト細胞での単鎖切断の修復を解析する実験系(XPA-UVDEの系)を開発した。この系は、紫外線損傷を修復出来ないヌクレオチド除去修復の欠損ヒトXPA細胞に種々の紫外線損傷の直ぐ5'側にニックを入れるアカパンカビ由来その酵素UVDEを発現させ、紫外線損傷の場所にニックを入れてその修復プロセスを解析する実験方法である。さらに紫外線をフィルター上の小孔を通してヒト細胞核の一部に当てることにより、局所的に紫外線損傷を作り、細胞内で発現させたUVDEの働きにより単鎖切断が局所的に作られる系を開発した。この方法により単鎖切断はその近傍にポリADPリボシル化を招き、そこにXRCC1が集積することで修復が開始されることが初めて明らかになった。また、レーザーを用いた種々の活性酸素損傷をヒト細胞の核に局所的に作成する方法の開発とそれを用いた修復プロセスのリアルタイム解析を行い、XRCC1の集積がなければ、PolβやPCNAが損傷部位に集積しないことを明らかにした。すなわち、単鎖切断も塩基損傷の修復と同じようにショートパッチとロングパッチがあり、XRCC1に依存して修復合成の二つの経路の一つが損傷依存的に機能することを実際の細胞の中で明らかにした。このように、これまでに長く課題とされていた疑問に答え、将来の発展的研究を約束する研究の展開があった。この研究では、細胞内での修復系の相互作用、とりわけ塩基損傷と単鎖切断が生じた場合について解析することが目的であるが、種々の損傷について、転写や複製と修復とのネットワークを解明する。まず、塩基損傷の細胞死への影響を調べる為に、致死損傷として知られるチミングリコールを切り出すエンドヌクレアーゼIIIのマウスホモローグをコードしているmNth1遺伝子のノックアウトマウスを作成した。マウスは正常に生まれてきて、これまでのところ特別な異常は認められていない。細胞エキストラクト中のチミングリコールを切るNTH1の活性は全く消失していて、X線を照射した細胞のDNA中のチミングリコールの量はノックアウトマウス由来の細胞では照射後24時間でも殆ど変化しなかった。これらの結果から、何らかの機構が損傷に対して細胞を寛容にしていると考えられる。我々は、ミスマッチ修復欠損の細胞でさらにヌクレオチド除去修復欠損であると、紫外線による突然変異の誘発が大変高くなることを見つけた。これは、損傷乗り越えの機構(Translesion synthesis)がミスマッチ修復に依存的に複製の精度を上げているからではないかと考え、両機構間の物理的な相互作用と損傷を含む複製途中のDNA基質に対する親和性の解析などの研究を行っている。さらに、修復系の相互作用として、ヌクレオチド除去修復で5'あるいは3'にニックうぃ入れる機能を持つ、」ERCC1/XPFやXPGの蛋白質複合体や蛋白質と相互作用をする蛋白の同定を行っている。この研究の主な目的の一つは、「単鎖切断に対して、細胞がどのような応答をするのか」を解明することである。驚くべきことであるが、単鎖切断は、その頻度の多さにもかかわらず、適当な実験系を欠くこともあって、塩基除去修復と区別されず、殆ど研究が進んでいなかった。そのブレイクスルーには、新しい実験系を開発することが欠かせない。我々は、以前に、紫外線損傷の殆どを認識してその直ぐ5'側に3'-OHとなるニックを入れる全く新しい酵素を、アカパンカビ、分裂酵母、枯草菌などから発見し、その酵素をUV Damage Endonuclease(UVDE)と名付けた。この酵素は、ヌクレオチド除去修復でも塩基除去修復でもない第3番目の除去修復を行い、Altemative Excision Repairと呼ばれている。この遺伝子をヒト細胞に導入して発現させると、ヌクレオチド除去修復の欠損の色素性乾皮症の細胞をほぼ正常細胞なみに紫外線抵抗性にすることから、ヒト細胞でも、UVDEによって導入された3'-OHから効果的な単鎖切断の修復が働くことを示している。このヒト細胞は、これまでに生化学的手段や試験管の中で解析されてきた単鎖切断に対するヒト細胞の修復を含めた応答反応を解析するのに最適である。さらに、ヒト細胞の核の一部にのみ単鎖切断を導入する方法を開発し、それを用いて、生きた細胞が単鎖切断にどのように反応するかを可視化することに成功した。ヒト細胞は、単鎖切断が生じると、1分以内にpoly ADPリポシル化が生じ、それによりXRCC1が単鎖切断に集積する。ほぼ同時に、PCNAも切断部位に集まり、polδ依存の修復を行う。この過程は、poly ADPリボシル化とは独立して起きる事が分かった。我々は、これまで全く分かっていなかった、酸化されたピリミジン塩基の哺乳動物での意義を理解するために、哺乳動物で唯一のグリコシラーゼとして知られていたendoIIIホモローグをコードするマウスNthl遺伝子のノックアウト個体を作成した。これまで(1年半)のところ、そのマウスに異常は見つからず、X線で肝臓に生じたTgは、野生型マウスと比べてよりゆっくりではあるが取り除かれていた。

その機構の理解のために、このマウスの肝臓エキストラクトの生化学的解析を行い、核とミトコンドリアに存在する二つの新しいTgのグリコシラーゼTGG1とTGG2を発見し、その活性を同定した。さらに昨年後半に、マウスのデータベースに3種類のnei-Fapyホモローグ遺伝子が登録された。これをNEIL(Nei-like)1,2,3と名付けて、リコンビナント蛋白の活性を調べたところ、NEIL1が各種のピリミジン損傷を切る活性を持つグリコシラーゼであることが分かった。そこで、Nth1のノックアウトの細胞抽出液中の活性を調べたところ、TGG1とTGG2とは異なる、高い塩濃度で抽出されるNEIL1の活性を同定した。すなわち、哺乳動物には4種類の核あるいはミトコンドリアゲノム上のTgを切る活性のあることが分かった。マウスではNth1は肺、肝臓、精巣などで発現が高く、NEIL1は心臓や脾臓などでNTH1より発現が高い。また、NEIL1は単鎖上の損傷も切り取る能力があり、NTH1とは機能分担をしていると考えられる。今後、TGG1とTGG2の遺伝子の同定、NEIL2とNEIL3の活性の同定、これらの機能分担と欠損による病態の決定を行い、核とミトコンドリアでの活性酸素による塩基損傷の癌や老化への寄与を明らかにする。また我々は、単鎖切断に対するヒト細胞の応答機構を解析する新しい細胞実験系を開発し、単鎖切断の近傍の蛋白のポリADPリボシル化、そのシグナルに伴うXRCC1蛋白の核内Fociからの移動など、単鎖切断に対するヒト細胞の時間的、空間的応答過程を視覚化して解明することが出来た。活性酸素で最も頻繁に生じるDNA塩基損傷やDNA単鎖切断は一般に効率良く修復されるが、修復されなかった損傷が突然変異や細胞死の原因になると考えられている。しかし、ヒトの細胞でどの損傷がどのように修復されるか、修復されないとどのような影響を及ぼすかはまだ十分理解されていない。我々はこれまでに、致死的な塩基損傷として知られているチミングリコールなどのピリミジン塩基の損傷を取り除くDNAグリコシラーゼであるエンドヌクレアーゼIIIのマウスホモローグ遺伝子mNth1を不活化したマウスを作成し解析した。その肝臓の核及びミトコンドリア画分の抽出液を部分精製して、TGG1およびTGG2と名付けた2種類の新規のチミングリコールグリコシラーゼ活性を発見した(EMBO J.21,3486-3493,2002)。さらに、マウスのcDNAデータベース大腸菌のもう一つのチミングリコールグリコシラーゼであるエンドヌクレアーゼVIII(neiと呼ぶ遺伝子にコードされている)に似た三つの遺伝子を発見し、Neil1,Neil2,Neil3と名付け、生化学的解析の結果、これらが、上述のTGG1やTGG2とも異なる活性を持つことを明らかにした(J.Biol.Chem.277,42205-42213,2002)。とりわけNEIL1蛋白はチミングリコールを含む種々のピリミジン塩基の活性酵素により生じる損傷を見つけて切り取り同時にAPリアーゼの活性を示してDNAのバックボーンも切る。またNEI2やNEIL3もピリミジン塩基損傷に対するグリコシラーゼの活性を持っていることが明らかになった。
遺伝子導入による癌の制癌剤感受性の増強とその癌化学療法への応用

我々は胃癌・大腸癌の症例を対象にしてそれぞれの癌細胞のThymidine摂取能が患者予後規定因子として機能することを単変量・多変量解析により明らかにした。そこで、ピリミディン代謝に関与するThymidine Kinase(TK),Thymidine Phosphorylase(TP)に注目して本研究を施行した。1.腫瘍組織内TK活性と腫瘍増殖活性の関連:消化器癌、肺癌など合計42腫瘍標本を対象に測定して対比したが、両者には全く相関性が認められず、病期の進行とともにTK活性が上昇すると報告されている乳癌や悪性増殖性血液疾患などの成績と矛盾した。Thymidine代謝はTPの触媒作用も関与しており、そこで腫瘍組織内TP活性をあわせて検討した。2.腫瘍組織内TP活性の測定:腫瘍組織の上清にThymidineを添加して生成されるThymine量を吸光度により求めて測定した。肺癌、胃癌、大腸癌など18標本の新鮮腫瘍を対象にしてその腫瘍近傍の正常組織も併せて検討して、腫瘍組織内でより高いことが確認された。また、5FUおよびDoxifluridine(5'DFUR)感受性を検討したところ、5FUには弱いものの5'DFURについては強い正の相関関係を見いだした。以上のことから腫瘍のピリミディン代謝においてTPが重要な役割を担っていることが示唆された。3.PD-ECGF cDNAの癌細胞への導入によるピリミディン系抗癌剤の感受性増強:TPは近年PD-ECGFとの相同性が確認されたが、そこでPD-ECGF cDNAをプラスミドベクターpcDNA3に挿入してCell lines(F2408,PC-3,PC-9,B16黒色腫)にトランスフェクトとして5FUおよびDoxifluridine(5'DFUR)感受性をMTT Assayにより判定した。PD-ECGF cDNA導入F2408細胞は47倍のTP活性の上昇を示し、その薬剤感受性は5FU、5'DFURそれぞれについてx10,x300の感受性増強を認めた。また、Bysander効果が認められることも確認できており、今後の治療研究への展開の可能性が示された。
線量不定性を考慮した強度変調放射線治療計画法および線量検証システムの開発

強度変調放射線治療(IMRT)において、様々な要因で生じる線量の不確かさ(治療で投与される線量値の不確かさ)を定性的かつ定量的に分析し、その数学的なモデル化を行った。そのモデルを基に、線量の不確かさに対しロバスト(頑強)な治療プランを作成できる治療計画法の開発、および治療計画装置のコミッショング時に測定されるMLCパラメータの不確かさが線量分布上にどのように表れるかを数値化および可視化する技術の開発を行った。本研究の成果を基に、様々な線量の不確かさが存在したとしても安定して高精度のIMRTを簡便に実施することが可能な放射線治療システムが実現できる。強度変調放射線治療(IMRT)では通常の放射線治療より高度で複雑な照射技術が用いられているため、患者に投与される線量の不確かさ(線量不定性)を事前に把握することは難しい。本研究ではIMRTにおいて患者に投与される線量の不確かさを事前に予測する数学的モデルを構築し、かつその臨床応用上の実務的な問題点を解決する事を目的としている。本研究では、はじめに感度解析を用いた線量不定性モデル構築の方法を提案し前立腺がんIMRTにおける患者セットアップ時の位置誤差に適用した。その結果、患者ごとの解剖学的差異を反映した患者固有の線量不定性の数値化を行う事が出来た。この結果を学会発表し、論文投稿の準備は現在最終段階である。次に、線量不定性モデルを治療計画装置において計算された線量分布の誤差にも適用した。具体的には、X線照射野を整形するマルチリーフコリメータ(MLC)の位置精度、MLCのX線透過率の精度などに起因する不確かさが、最終的なIMRTの線量分布にどの程度影響を与えるかを調べる上で、線量不定性モデルがどの程度有用かを調べた。結果として、MLCの位置精度と線量透過率の精度に関する不確かさをセットアップ誤差に用いたものと同様の方法で数値化可能であった。この成果は既に学会発表されており、近く論文作成作業を開始する予定である。今後はこれらの研究成果を臨床応用する際の実務的な問題点について詳しく検討していく予定である。また、線量不定性を加味した、IMRTの患者別品質保証法の改良については引き続き検討していく。強度変調放射線治療(IMRT)において発生する線量不定性(治療で投与される線量の不確かさ)を定性的かつ定量的に把握することは治療精度の観点から重要であり、そのための基礎として、感度解析を用いた線量不定性の数学的なモデル化を行った。具体的には、照射時の患者セットアップエラーによる線量不定性をδDとすると、δDはδD(x,y,z,δx,δy,δz)^2=(∂D/∂x)^2 δx^2+(∂D/∂y)^2 δy^2+(∂D/∂z)^2 δz^2のように与えられる。この式の中で(∂D/ ∂x)、(∂D/ ∂y)および(∂D/ ∂z)はある点(x,y,z)における線量Dの空間座標x、y、zに対する偏微分である。また、IMRT治療プランの線量体積ヒストグラム(DVH)において、あるDVH線量指標をAとすると、患者セットアップエラーによるAの不定性は同様にδA(δx,δy,δz)^2=(∂A/∂x)^2 δx^2+(∂A/∂y)^2 δy^2+(∂A/∂z)^2 δz^2と書くことができる。また、上記の数学モデルを前立腺IMRTプランに応用しその有用性を検証した。具体的にはCTV平均線量、直腸壁V60Gy、膀胱壁V70Gyの、患者セットアップエラーに対する線量不定性を実際に治療が行われた10患者の臨床プランにおいて解析した。その結果、患者ごとに異なる解剖学的差異を反映し、かつ治療プランのDVHを評価しているだけでは把握しきれない線量不定性の潜在的なリスクを数値化することができた。この成果は線量不定性モデルの臨床での有用性を示すものといえる。本研究では強度変調放射線治療(IMRT)において患者に投与される線量の不確かさを事前に予測する、感度解析の考え方を用いた数学的モデル(線量不定性モデル)を構築し、かつその線量不定性モデルの臨床応用上の実務的な問題を解決する事を目的としている。本研究では、線量不定性モデルを前立腺がんIMRTの放射線治療における患者セットアップ時の患者位置誤差(セットアップ誤差)に適用し、患者個々の解剖学的特徴を反映した線量不定性の定量化を行うことに成功した。

この成果は、患者個々によるセットアップ誤差のインパクトの違いを反映した放射線治療が可能になる可能性を示したといえる。次に、この線量不定性モデルを、放射線治療計画装置の線量計算における、マルチリーフコリメータのX線透過率およびリーフ間ギャップの登録値(コミッショニング)の持つ不確かさに応用し、それらがIMRT線量分布のもつ不確かさとどのような関係にあるかを明らかにした。本研究の成果は、治療計画装置のコミッショニング時にMLCに関する前述の測定における測定精度の基準となるなど臨床応用上有用な情報を引き出す事ができることを明らかにした。これら一連の成果は米国AAPM等の国際学会や日本医学物理学会学術大会等の国内学会では既に発表されているが、英文学術論文誌には未だ掲載決定はなされてはおらず、引き続き掲載に向けた努力を継続していく。また、この線量不定性モデルを品質保証における線量分布測定結果の評価法へ応用する方法の開発については今後も引き続き検討を行っていく。医学物理学線量不定性モデルを過去に治療を受けた患者に適応してデータを取得する作業に予定以上の時間がかかったため。平成24年度中に研究代表者(宇都宮)の職場が京都大学から新潟大学に変わった関係で、研究を計画通りに遂行することができない時期があったため。線量不定性モデルをセットアップ誤差に応用した研究成果をまとめた論文は速やかに学術誌に投稿する。線量不定性モデルを治療計画装置において計算された線量分布の誤差に適用した研究は、今年度前半に学術誌への投稿を目指す。線量不定性を加味した、IMRTの患者別品質保証法の改良については本年度前半に基本的アイデアをまとめて今年度中の学会発表を目指す。「研究実績の概要」で述べた研究成果を学術論文にまとめて投稿する。平成24年度に開発した線量不定性モデルにMLC位置誤差、線量計算アルゴリズムの計算誤差、ビームモデリング・コミッショニングの誤差、をそれぞれ含める手法の検討・開発を行う。また、そのように拡張した線量不定性モデルを、実際に使用されている治療計画装置・IMRT治療プランに応用し、その有用性を示す。また、線量不定性を加味したIMRT品質保証の手法を検討する。「研究実績の概要」で述べた研究成果を発表するため、あるいは関連する研究の情報取集を行うために参加する学会旅費(国内およ国外)に使用する。学術論文の執筆に際しての英文翻訳料として使用する。