hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
極低温星間塵表面における励起水素分子生成ダイナミクスの解明

極低温星間塵表面上で生成・脱離した水素分子の反応熱分配過程を実験的に明らかにするため,低温基板表面で水素原子の結合反応により水素分子を生成し,脱離した水素分子の運動・振動・回転エネルギー分布を測定する実験装置を構築した.極低温星間塵表面上で生成・脱離した水素分子の反応熱分配過程を実験的に明らかにするため,低温基板表面で水素原子の結合反応により水素分子を生成し,脱離した水素分子の運動・振動・回転エネルギー分布を測定する実験装置を構築した.宇宙空間に存在する大量の水素分子は,星間塵(アモルファス氷で覆われたサブミクロンサイズの鉱物微粒子)表面で2個の水素原子の結合反応により生成されたと考えられている.水素原子が結合した際,約4.5eVのエネルギーが放出されるが,このエネルギーは生成水素分子の回転・振動エネルギーや,並進運動エネルギー(脱離を伴う)等に分配される.つまり,生成された水素分子は高励起状態であることが予想される.励起分子は基底状態の分子に比べ反応性が大きく異なることから,水素分子生成時の励起状態に関する情報(エネルギー分配過程)を明らかにすることは重要である.しかし,現在の星間化学や天文学では,この反応により放出される膨大なエネルギーについてまったく考慮されておらず,物理化学的にも固体表面での化学反応により放出されるエネルギーの今配過程は明らかになっていない.そこで,TOF法とREMPI法を組み合わせた実験システムを構築し,低温固体表面で生成される水素分子の内部エネルギーおよび運動エネルギー測定を行うことを目的とし研究をスタートした.初年度は,研究計画の通り飛行時間型質量分析器の設計・製作を行い,実験装置に導入した.動作テストは,水素ガスをREMPI法によりイオン化し,その分子イオンの飛行時間スペクトルを検出することで行った.また,実際の水素分子生成実験時はパルス原子ビームを用いるため,今回さらにパルス分子線を用いた予備実験を行い,良好な結果を得た.宇宙空間に大量に存在する水素分子が生成されたとき,その水素分子の内部エネルギー状態(振動・回転励起)がどのようになっているかを明らかにするため,水素原子の結合反応により生成される水素分子の内部エネルギーおよび並進運動エネルギー測定装置の開発および測定実験を行うことを目的とした研究計画を遂行した水素分子は星間塵と呼ばれるアモルファス氷で覆われたサブミクロンサイズの鉱物微粒子表面で, 2個の水素原子が結合することにより生成される.このとき,約52000Kもの反応熱が放出されるがこのエネルギーの一部が,生成水素分子の回転,振動励起を引き起こし,残りのエネルギーが並進運動エネルギーと星間塵表面へ分配される.この大量の水素分子生成時に放出される膨大なエネルギーの影響について,これまでの天文学や星間化学の分野ではほとんど考慮されていない.これらのエネルギー分配過程を明らかにすることで,天文観測でみられる水素分子のオルソ/パラ比,水素分子揮線の起源や,星間塵表面に吸着した分子の蒸発過程に関して,励起水素分子の影響を初めて考慮することができ,あらたな議論を展開する可能性を持つ重要な課題である.本研究を行うためには,原子ビームチョッパーシステム,飛行時間型質量分析器を既存の実験システムに新たに導入し,測定システムの構築が必要とされた.平成19年度に原子ビームチョッパーおよび飛行時間型質量分析器の設計・製作は予定どおり終了し,本年度は既存システムへの導入および測定システムの構築を行った.本実験は,原子ビーム,分子蒸発用レーザー,励起水素分子測定用レーザーを用いて行うため,すべての装置をデジタル遅延回路を用いて単一TTLパルスで高精度に連動させるシステムを構築した.水素原子を低温アモルファス氷表面に照射し,表面で生成された水素分子が振動状態v=3までの振動励起水素分子の存在分布測定に成功した.
脳梗塞におけるアディポネクチンの保護作用に関する解析

中大脳動脈閉塞モデルは脳血流をレーザードップラーでリアルタイムにモニターした上で顕微鏡下に内頸動脈よりシリコンコーティングした8-0ナイロンを挿入し中大脳動脈の閉塞を行い。ナイロンを抜去することにより再還流することをを確認した。マウスは虚血後2時間と24時間で行動評価を行い、梗塞面積を評価する場合には24時間後、もしくは48時間後にTTC染色もしくはHE染色にて評価した。今年度京都大学において当モデルを確立し、以前の報告の梗塞面積や行動所見と大きな差がないことを確認した。アディポネクチンノックアウトマウスにおいて高速面積が増大し、さらにアディポネクチンノックアウトマウスとWTマウスをもちいて脳虚血後のeNOS,リン酸化eNOSを免疫染色、western blottingにて評価を行い、アディポネクチンノックアウトマウスについてリン酸化eNOSが減少することを確認した。現在さらに慢性期と炎症を示すマーカーについて変化がないか検討中である中大脳動脈閉塞モデルは脳血流をレーザードップラーでリアルタイムにモニターした上で顕微鏡下に内頸動脈よりシリコンコーティングした8-0ナイロンを挿入し中大脳動脈の閉塞を行い。現在さらに慢性期と炎症を示すマーカーについて変化がないか検討中である
ネットワークトラヒックを用いたネットワークサービスの構造発見と解析手法の確立

ネットワークトラヒック観測により,ネットワークサービスの挙動を把握するため,その背後に潜む構造を発見し解明するための研究を実施した.通信を行う2者間で伝送されるパケット情報から機械学習を用いて,アプリケーション決定するための手法を考案した. IRC通信を利用するトラヒック伝送間隔分布を解析することによって,ボットを検知する手法を考案した.さらに,ドメイン情報とその属性の関係構造をグラフ化することによる悪性ドメイン検出手法を考案した.ネットワークトラヒック観測により,ネットワークサービスの挙動を把握するため,その背後に潜む構造を発見し解明するための研究を実施した.通信を行う2者間で伝送されるパケット情報から機械学習を用いて,アプリケーション決定するための手法を考案した. IRC通信を利用するトラヒック伝送間隔分布を解析することによって,ボットを検知する手法を考案した.さらに,ドメイン情報とその属性の関係構造をグラフ化することによる悪性ドメイン検出手法を考案した.本年度は、トラヒック観測によりネットワークの挙動を明らかにするために、ネットワークトラピックの背後に潜む構造を発見しそれを解明するだめ次の研究を行った。トラヒック観測によりネットワークアプリケーションの挙動を明らかにする方策として、通信を行う2者間でやり取りされるパケット情報からアプリケーション決定手法を考案するための調査を行った。特に、ペイロード長によるアプリケーションの決定手法に着目した。アプリケーション開始時から10パケット程度のパケット観測により、いくつかのアプリケーションについては、それを推定できることを明らかにした。この成果を、NTCCA2009国際ワークショップにて発表し、研究成果の公表に努めた。ネットワークトラピックが有する多数の属性に関して、適切なクラスタリングを行うことにより、その構造を抽出する手法について検討した。特に、IRC環境におけるボットトラヒックの応用に焦点をあて、機械的挙動を示すプログラムによるパケット送出間隔情報にクラスタリング手法について調査を行った。さらに、ランダム性の評価を数理的に行う手法の適用について検討した。ネットワーク観測によりネットワークサービスの挙動を把握するため、その背後に潜む構造を発見し解明するための次の研究を実施した。前年度に引き続き、IRC通信を利用したボットが生成するトラヒック検知に関する研究を行った。プロセスの機械的挙動が、トラヒック送出間隔として現れることに着目し、そのランダム性を評価する指標としてクラスタリングを利用した手法に加え、エントロピーに着目した手法について具体的に検討した。さらに、クラスタリングを利用した手法を応用したボット検出機構設計し試験実装により実トラヒックを用いた評価を行った。ウェブサイトの間の関連性に着目した信頼性評価の研究を行った。IPアドレスおよびドメイン名の割当機関、所属するAS等の関係からグラフを構築しグラフの形状を評価することによる特徴抽出を行った。ネットワークサービスを実施する上では、ドメイン名やIPアドレスを行った情報をネットワークトラヒックとして送出する問い合わせにより順に解決していくため、これらを観測することによりウェブサイトの評価を行うことができる手法を考案した。悪意を持って構築されるウェブサイトのデータセットを評価したところ、ドメイン名登録者、IPアドレス、IPアドレスブロックへの集中がある構造を明らかにした。ネットワークトラヒックとして伝送される、HTTPリクエストが含有する情報論的情報量の近似値を導出し、その変化を基に情報漏えいを検出する数理的技法を用いたトラヒック解析手法を考案した。その手法を試験実装し試験環境で評価することで、その有効性を確認した。ネットワークトラヒック観測により、ネットワークサービスの挙動を把握するため、その背後に潜む構造を発見し解明するための次の研究を実施した。プロセスの機械的挙動が、トラヒック送出間隔として現れることに着目し、エントロピーに着目した手法についてポット検知手法を設計し、その評価を行った。前年度に引き続き、ウェブサイトの属性情報の関連性に着目した信頼性評価の研究を行った。IPアドレスおよびドメイン名の割当機関、所属するAS等の関係構造を示すグラフを構築し、グラフの特性を評価することによる特徴抽出に基づき、現実の悪意あるウェブサイトのデータに基づき、評価を行った。前年度に引き続き、HTTPリクエストが含有する情報論的情報量の近似値を導出し、その変化を基に情報漏えいを検出する数理的技法を用いたトラヒック解析手法を用いた情報漏洩検知システムを設計し、その有効性を評価した。HTTPリクエストの送信間隔分布によるウェブサーバへのアクセス挙動をモデル化する手法を考案した。さらに、確率分布の同一性を検定するコルモゴロフ・スミルノフ検定を用いその比較により異常検知を行う手法を提案した。実環境における1ヶ月分のウェブサーバのアクセスログを日毎に分割し、すべての組み合わせに対して検定を行った。これにより送信間隔分布に定常性が見られることを確認した。次に定常性の確認できたデータと、2種類の模擬サービス妨害攻撃を行った際のアクセスログのデータとを検定した。定常データとそれぞれの模擬攻撃データの送信間隔分布に相違点が生じたことから異常挙動の検出を確認した。
膠原病における自己抗体のIdiotypeと抗Idiotype抗体

個々の免疫グロブリンに固有な抗原決定基と定義されるイディオタイプは免疫グロブリン分子の遺伝学的指標となること、抗イディオタイプ抗体とともに免疫応答の調節に関与することが示されている。また、個体の免疫応答能の関連も示唆されている。したがって、自己抗体のイディオタイプの研究は抗体産生機序追究に大命な課題である。しかし、抗核抗体は多クローン性とされ均質な抗体分子を得ることが困難とされ自己抗体のイディオタイプの研究は進展しなかった。教室ではジェーグレン症候群Tr例の抗SSB/La抗体は等電点電気泳動で狭いpH範囲に分画され比較的均質であることを見いだした。そして、Tr例抗SSB/La抗体を精製レイディオタイプに特異的な抗体を作製した。当初は家兎ないし赤毛ザルに免疫した多クローン性抗イディオタイプ抗体を用いていたが、本研究では細胞融合法を用いた単クローン性抗イディオタイプ抗体を作製し検討した。作製した抗イディオタイプ抗体は先ず免疫に用いた抗SSB/La抗体とのみ反応した。さらに精製SSB/La抗原により抗イディオタイプ抗体が抑制されることより抗体活性を確認した。さらに、精製抗ulBNP抗体は反応しなかったことより今回の抗イディオタイプ抗体は抗SSB/La抗体のイディオタイプを認識しているものと結論された。抗SSB/La抗体は等電点電気泳動で限られた範囲に分画された。さらに、個々の症例から得た精製抗体は明瞭なバンドを形成した。抗SSB/La抗体は高力価で持続的に検出されることが特徴である。等電点電気泳動との成績と合わせ抗SSB/La抗体が限られたB細胞クローンから産生されることを示すと考えられる。
配向吸着によるサイト選択化学反応の制御

本研究では、内殻電子励起による有機固体薄膜の光分解反応の機構を調べ、分子を任意の位置で自在に切断するという化学反応制御の究極の目標の1つに密接に関連する分子内サイト選択的化学反応の可能性を追求した。具体的には、シリコン単結晶表面にポリスチレンをはじめとする芳香族系高分子薄膜を塗布した試料を用いて、直線偏光した放射光による内殻電子の共鳴吸収スペクトルの角度依存からその分子の配向を決めるとともに、内殻励起により生成するイオン種の励起エネルギー依存から、サイト選択的分解反応機構の解明を行った。これまでに得られた研究成果の概要を以下に記す。1.ポリスチレン薄膜の内殻励起イオン脱離反応を調べた。脱離イオンの同定と検出には、単バンチ運転による放射光パルスを利用した飛行時間型イオン分光法を用いた。炭素K殻電子励起では、H^+のみが主に脱離することが判明した。その収量スペクトルと別途測定した全電子収量スペクトルとの比較から、この系でのイオン脱離過程には、種々の共鳴励起状態が関与し、脱離イオン種の強度はσ^*(C-H)軌道への共鳴励起で選択的に増大することが明らかとなった。2.上記の実験で観測したH^+イオンがポリスチレン分子のどの位置から脱離しているかを調べるため、ポリスチレンに含まれるすべての水素、主鎖の水素,側鎖の水素原子をそれぞれ重水素化したPsD8,PsD3,PsD5についての同様の実験を行った。いずれもD^+イオンが観測されたが、上記H^+の実験で見い出された興味深い励起エネルギー依存性やσ^*(C-H)軌道への共鳴励起での選択的な増加は、PsD8とPsD5で顕著に見られPsD3では殆ど見られなかった。その結果から、ポリスチレンの内殻励起では側鎖のフェニル基の水素が選択的に脱離すると結論できた。
頂点作用素代数の自己同型群

本研究の当初の目的は頂点作用素代数の自己同型群がいかなる時に有限となるか調べることであったが、この点に関しMason,DongによるOrbifoldによる構成法等多くの進展が見られた。有限性に関する一般的結果は本研究では得られていないが、有限性が証明された後に、自己同型群を特定する際に用いられる一つの方法とその種々の応用に関する成果を得た。この方法とは主要な部分群の交わりを決定する事により、全体の群が作用する単体複体を構成し、その普遍被覆を計算することにより全体の自己同型群を決定するというものである。本研究ではこの単体複体の研究が中心となった。この複体を(群に関連する仮定なしに)特徴付けるには、ヴェクトル空間に埋め込んでそこで群を働かせるという手段しか知られていないが、ある正則near n-gonに対してこの埋め込み問題の解を与えた。またこの複体の最高次ホモロジー群を符号と見るとき、その最小重みのサポートは建物理論でいうアパートに対応する概念であることが示された。更に、こうした単体複体の性質が群のコホモロジーの計算に密接に関連し、トポロジーの要請に答える扱い易い対象であること等が示された。
降雨浸透流による盛土斜面崩壊の対策工法に関する基礎的研究

本研究では、実地盤に近い応力状態を再現できる遠心模型実験装置を用いて未補強盛土、杭、格子枠で補強した盛土に対し、降雨及び盛土背面からの雨水の流入に伴う地下水位の上昇をシミュレートした2種の実験を行い、盛土の崩壊・変形挙動を調べ、補強効果について検討した。さらに杭の効果を取り入れた円弧滑り解析を行い、杭で補強した盛土の安定性評価法としての同法の妥当性について検討を加えた。これにより以下のような知見を得た。1)ある程度強度の大きい盛土を杭で補強する場合には応力の集中するのり先に打設すると効果的であるが、打設範囲がのり先に偏り過ぎると、比較的大きな滑りが杭の無いのり面領域で生じ、盛土に大きな沈下が生じる可能性がある。2)杭や格子枠で補強した盛土では、のり面崩壊が盛土上部まで進行しないと盛土天端の沈下は大きくならず、沈下抑制にとってこの崩壊を抑えることが効果的になるものと考えられる。4)背面からの雨水の流入が無い場合、格子枠補強部を被覆することにより、盛土内の水位の上昇が抑えられ、より効果的にのり面の崩壊を防ぐことができる。5)杭の効果を杭に作用する受働土圧により考慮した円弧滑り解析結果は実験結果と良く対応した。
神経幹細胞の発生タイマー実行因子の解析

ポリコームは組織幹細胞において分化遺伝子を抑制することが知られているが、幹細胞における分化遺伝子の抑制様式には二つあると考えられる。ひとつは分化遺伝子がのちに誘導シグナルを受けて発現するまで「仮抑え(一過的な抑制)」をする様式であり、これはすなわちその分化ポテンシャルを保持していることを意味する。もうひとつは分化遺伝子がたとえ誘導シグナルを受けても活性化しないように「永続的な抑制」する様式であり、これはすなわちその分化ポテンシャルを失っていることを意味する。本研究においては神経幹細胞において、ポリコーム複合体が「ニューロン分化期」においてニューロン分化遺伝子を「仮抑え」し、一方「グリア分化期」ではニューロン分化遺伝子を「永続抑制」するメカニズムについて検討した。その結果、ニューロン分化期においてはポリコーム複合体のユビキチン化活性がニューロン分化遺伝子の抑制に必要であり、一方でグリア分化期においてはその活性が不要であることを見出した(Tsuboi et al. Dev Cell 2018)。さらにグリア分化期においては、ポリコーム複合体のPhc2依存的重合活性がニューロン分化遺伝子抑制に必須であることを示唆する結果も得た。以上の結果は、ポリコーム複合体が分化遺伝子を抑制する2つの異なるモードを使い分け、それによって幹細胞の分化運命を制御していることを示している。さらに本研究において我々は、発生時期依存的にこのモードの転換を引き起こす責任因子としてMBD3-NuRD複合体を同定した(Tsuboi et al. Dev Cell 2018)。ポリコーム複合体の機能について、幹細胞の分化能を規定する本質的なメカニズムの一部を明らかにし、さらに発生時期依存的な制御メカニズムも明らかにした。当初の計画以上に進展している。ポリコーム複合体の2つの分化遺伝子抑制モードについて、さらにその核内構造的基盤に迫る。これまでに、ユビキチン化が一過的抑制に関わること、一方でPhc2依存的な重合が永続的抑制に関わることを示唆する結果を得た。今後はさらに、それぞれの抑制モードにあるポリコーム複合体が核内でどこに局在し何と相互作用しているのかを検討し、さらにその局在および相互作用が遺伝子抑制モードにおいて果たす役割を検討する。本年度までに、MBD3-NuRD複合体が発生時期依存的なポリコーム複合体のニューロン関連遺伝子抑制モード転換に重要であることを示す結果を得た。そこで今後はさらに、このMBD3-NuRD複合体が時間軸に沿ったどのようなメカニズムにより制御されるのかを明らかにしたい。以上の研究により、神経幹細胞の「発生タイマー」の分子的実体に関する手がかりを得たいと考えている。ポリコームが時期依存的にターゲット遺伝子を抑制するメカニズムについての検討を行った。しかしこれら二つの抑制様式を区別するメカニズムは不明であった。その結果、ニューロン分化期においてはポリコーム複合体の特定の活性がニューロン分化遺伝子の抑制に必要であり、一方でグリア分化期においてはその活性が不要であることを見出した。さらにグリア分化期においては、ポリコーム複合体の別の活性がニューロン分化遺伝子抑制に必須であることを示唆する結果も得た。以上の結果は、ポリコーム複合体が分化遺伝子を抑制する際に2つの異なるモードを使い分けることを示すとともに、幹細胞の分化運命を制御する中心的なメカニズムの一つを明らかにするものと考えている。ポリコーム複合体の機能について、多くのノックアウトマウスならびに遺伝子操作を行う必要があり時間がかかっているが、結果として当初の計画以上に進展している。

さらに本研究において我々は、発生時期依存的にこのモードの転換を引き起こす責任因子としてMBD3-NuRD複合体を同定した(Tsuboi et al. Dev Cell 2018)。ポリコーム複合体の機能について、幹細胞の分化能を規定する本質的なメカニズムの一部を明らかにし、さらに発生時期依存的な制御メカニズムも明らかにした。当初の計画以上に進展している。PcGによる時間依存的な神経系前駆細胞の運命転換のメカニズムを検討する。特にこれまで明らかにした、PcGが司る二つの異なる遺伝子抑制モードの分子メカニズムについて詳細に検討し、その転換に関わる可能性のある候補因子の絞り込みと、それに対する時間軸の寄与メカニズムに関する検討を行う。ポリコーム複合体の2つの分化遺伝子抑制モードについて、さらにその核内構造的基盤に迫る。これまでに、ユビキチン化が一過的抑制に関わること、一方でPhc2依存的な重合が永続的抑制に関わることを示唆する結果を得た。今後はさらに、それぞれの抑制モードにあるポリコーム複合体が核内でどこに局在し何と相互作用しているのかを検討し、さらにその局在および相互作用が遺伝子抑制モードにおいて果たす役割を検討する。本年度までに、MBD3-NuRD複合体が発生時期依存的なポリコーム複合体のニューロン関連遺伝子抑制モード転換に重要であることを示す結果を得た。そこで今後はさらに、このMBD3-NuRD複合体が時間軸に沿ったどのようなメカニズムにより制御されるのかを明らかにしたい。以上の研究により、神経幹細胞の「発生タイマー」の分子的実体に関する手がかりを得たいと考えている。
低分子量ＧＴＰ結合蛋白質Ｒａｌを介した細胞内ロジスティクス

我々は血小板における開口放出に低分子量GTP結合蛋白質Ralとそのエフェクターであるexocyst複合体およびRab27とそのエフェクターであるMunc13-4が深く関わっている。Ralの抑制性制御因子Ral GTPase活性化因子(RalGAP)は長らく未知であったが、最近我々はRalGAPを同定し世界に先駆けて報告した(JBC, 2009)。本研究ではRal・RalGAPの制御する開口放出、エンドサイトーシス制御の研究を発展させるとともに、KOマウスを最大限に利用して生理的および病態におけるRal・RalGAPが制御する細胞内ロジスティクの役割を個体レベルで解明し、されに、Rab27とMunc13-4の制御機構やRal-exocyst複合体系との関わりも解明する事を目指した。昨年度はT Martin博士(Wisconsin大学)との共同研究で、Ca2+/リン脂質結合ドメインであるC2ドメインをN末端とC末端に持つMunc13-4の両方のC2ドメインが血小板等の顆粒放出に重要であること、さらに両方のC2ドメインにはカルシウムイオンが実際に結合し、SNARE分子を含有するliposomeを用いた解析によってMunc13-4はCa2+依存的にSNARE複合体形成を制御する開口放出のCa2+センサーとして機能することを明らかにし、Munc13-4が放出のカルシウムセンサーとして機能することを明らかにした。さらに、Munc13-4が原因である遺伝病の迅速診断法を開発した。本年度は、血栓形成に重要な働きをする内皮細胞のWP体放出が、Rab27およびRab3dとともに、Rab15に依っても制御されること、Rab15もMunc13-4をエフェクターして、WP体放出を制御することを見いだした。また、RalGAPが膀胱癌の浸潤や転移に関連していることを報告した。24年度が最終年度であるため、記入しない。我々は血小板における開口放出に低分子量GTP結合蛋白質Ralとそのエフェクターであるexocyst複合体およびRab27とそのエフェクターであるMuncl3-4が深く関わっている。Ralの抑制性制御因子Ral GTPase活性化因子(RalGAP)は長らく未知であったが、最近我々はRalGAPを同定し世界に先駆けて報告した(JBC,2009)。RalGAPはα活性サブユニットとβ調節サブユニットのヘテロ2量体であった。αサブユニットはmTOR活性を制御するRhebのGAPであるTSC2に相同性があり、哺乳類では脳で優位に発現するα1、肺・肝・膀胱で優位に発現するα2の2遺伝子が存在した。本研究ではRal・RalGAPの制御する開口放出、エンドサイトーシス制御の研究を発展させるとともに、KOマウスを最大限に利用して生理的および病態におけるRal・RalGAPが制御する細胞内ロジスティクの役割を個体レベルで解明する。また、Rab27とMuncl3-4の制御機構やRal-exocyst複合体系との関わりも解明する事を目指した。本年度はT Martin博士(Wisconsin大学)との共同研究で、Ca2+/リン脂質結合ドメインであるC2ドメインをN末端とC末端に持つMuncl3-4の両方のC2ドメインが血小板等の顆粒放出に重要であること、さらに両方のC2ドメインにはカルシウムイオンが実際に結合し、SNARE分子を含有するliposomeを用いた解析によってMuncl3-4はCa2+依存的にSNARE複合体形成を制御する開口放出のCa2+センサーとして機能することを明らかにし、Muncl3-4が放出のカルシウムセンサーとして機能することを明らかにした(JCB in press)。さらに、Muncl3-4が原因である遺伝病の迅速診断法を開発した。

また、RalGAPが膀胱癌の浸潤や転移に関連していることを報告した。24年度が最終年度であるため、記入しない。Ralに関する研究は現在進行中であるが、本年度は、Muncl3-4が放出のカルシウムセンサーとして機能することを明らかにし(JCB in press)、さらに、Muncl3-4が原因である遺伝病の迅速診断法を開発し(Blood,2011)、論文を2報発表する事ができた。RalおよびRalGAPによる開口放出機構について、細胞生物学的にさらに深く解明するとともに、完成しているRalGAP遺伝子欠損マウスを用いて開口放出が障害された病態におけるRalおよびRalGAPの役割を解明する。
縄文時代における日本列島とその周辺地域との関係性について

世界の新石器文化のなかでも、遺跡の数と規模、遺物の量と種類と造形性において傑出した日本列島の縄文文化(約15,0002,700年前)。その系譜や本質を考古学的に探ることを主題とする。具体的な方法としては、日本列島に近接する朝鮮半島と極東ロシア、特に九州と朝鮮半島、及び北日本と極東ロシアとの間に存在する外見的に類似する遺物について、これまで検討が不十分であった年代的同時性や製作技術的な類似性の有無を追究して、両者の関係性の実態を明らかにする。本研究課題「縄文時代における日本列島とその周辺地域との関係性について」のとおり、平成30年度は北日本と極東ロシアとの関係性解明のために岩手県への資料調査、九州と朝鮮半島との関係性解明のために対馬・宮崎・鹿児島と韓国への資料調査を、購入したパソコン・カメラなどを駆使しながら実施した。特に韓国においては、韓国で出土する九州系縄文土器の調査や、日本列島との関係性が指摘されている石製装身具であるけつ状耳飾の調査を実際に現地で行った結果、人の行き来はそれなりにあるものの、文化的関係性については言われている以上に薄いことを改めて確認した。この要因は、対馬と朝鮮半島の間に存在する48kmの幅の対馬海峡西水道と、そこを流れる強い対馬海流の存在にあり、それが頻繁な人の行き来と深い交流への大きな妨げになったと考えられる。北日本については、近年話題になっている北海道日高産のアオトラ石を使用した石斧の調査を行った。この石材による磨製石斧の多くは極東ロシアとの関係性が指摘されている擦切技法によって製作されていることから、その分布範囲や実際の技法の実態調査を岩手県において実施した。極東ロシアや北海道方面については平成31年度の課題である。このほかに、日本列島の縄文文化の在り方を追究したテーマの研究会やシンポジウムにも参加して、最先端の研究動向の把握に努めた。また、収集したデータについては、考古学研究室に所属する学生をアルバイトとして雇用して整理作業を行った。韓国では、釜山市福泉洞博物館の協力により、2018年10月に開催されていた「古代の耳飾展」の休館日に、展示されていた韓国出土のけつ状耳飾の全13点の熟覧を実施できたことが本研究においてとても大きかった。他の機関での調査も多くの協力を得ることでおおむね順調であったが、極東ロシアについては相手方との日程調整が上手く行かず、平成31年度に持ち越しになったことは残念である。最新の研究成果による研究会やシンポジウムにも、日程調整が上手くいき適宜参加できたこと、資料整理についてもアルバイト学生の協力が適宜得られたことにより、おおむね順調に進んでいるという認識である。平成30年度に実施できなかった極東ロシアでの現地調査や、北海道における最新資料の調査などを確実に進めることが肝要である。また、九州方面の最新の発掘調査成果もさらに続出しており、これらも漏れがないように収集することが重要である。以上のことを計画的に進め、年度末のまとめに向けた取組を、学生アルバイトも適宜活用しながら着実に進めて行きたい。

他の機関での調査も多くの協力を得ることでおおむね順調であったが、極東ロシアについては相手方との日程調整が上手く行かず、平成31年度に持ち越しになったことは残念である。最新の研究成果による研究会やシンポジウムにも、日程調整が上手くいき適宜参加できたこと、資料整理についてもアルバイト学生の協力が適宜得られたことにより、おおむね順調に進んでいるという認識である。平成30年度に実施できなかった極東ロシアでの現地調査や、北海道における最新資料の調査などを確実に進めることが肝要である。また、九州方面の最新の発掘調査成果もさらに続出しており、これらも漏れがないように収集することが重要である。以上のことを計画的に進め、年度末のまとめに向けた取組を、学生アルバイトも適宜活用しながら着実に進めて行きたい。
脂質代謝調節因子アディポネクチンによる骨代謝調節機構の検討

骨髄細胞、骨芽細庖、マクロファージ、破骨細胞には、アディポネクチンとそのレセプターのmRNAが発現しており、アディポネクチンには、endocrineのみならずautocrine/paracrine作用による骨代謝調節があることが示唆された。8週齢アディポネクチン遺伝子欠損マウス(AdKO)を解析すると、単純レントゲン写真大腿骨、脛骨、腰椎の骨密度、組織像で有意差を認めなかった。さらに、骨形態計測でも、同胞野生型と比べ有意差を認めなかった。AdKOマウスと同胞野生型(WT)マウスから骨髄細胞を採取して分化能を検討した結果、内因性アディポネクチンは、autocrine/paracrineで骨形成促進作用を持つと考えられた。次に、肝臓特異的にアディポネクチンを過剰発現するトランスジェニック(AdTg)マウスの解析を行ったが、やはり8週齢AdTgマウスの単純レントゲン写真や、骨密度、組織像、骨形態計測に有意差は見られなかった。さらに、WT由来の骨髄細胞や、骨髄細胞系のST2細胞にrecombinantアディポネクチンを加える実験を行った。これらの結果を総合すると、アディポネクチンは、骨芽細胞から発現されてautocrine/paracrineで働く経路では骨形成促進作用を持つが、脂肪細胞から分泌されてencodrineとして働く経路では、BMPsignalに関与した骨形成抑制作用と、インスリン/IGF-1感受性を増強することによる間接的骨形成促進作用があることが示された。アディポネクチンは、これら3つの経路により複雑に骨代謝を調節しており、これらのシグナルのバランスが保たれていたために、AdKOマウスやAdTgマウスにおいて、表現型に異常がみられなかったものと考えられた。マウスから単離した骨髄細胞、頭蓋骨由来骨芽細胞(POB)、M-CSF依存性骨髄マクロファージ(M-BMMφ)、M-BMMφから形成した成熟破骨細胞における発現を解析したところ、adiponectinおよびその受容体はすべて発現していたことから、endocrine作用のみならずatocrine作用による骨代謝調節の存在が示唆された。Adiponectin欠損(Ad-/-)マウスの骨組織の解析を行ったところ、同胞雄野生型マウスに比べて外観上も特に異常はなく、骨密度測定、組織形態計測において、皮質骨・海綿骨の骨量、骨代謝回転とも正常であった。しかしながら、Ad-/-由来のPOBおよび骨髄細胞培養系においてALP染色とAlizarin red染色で示される骨形成能が著明に低下しており、内因性adiponectinのatocrine/paracrineによる骨形成促進作用が示された。Ad-/-骨髄細胞からの破骨細胞形成能に異常はなかった。次に、endocrine作用を検討するために、野生型マウスのPOBおよび骨髄細胞培養系に、外因性のrecombinant mouse (rm) adiponectinを添加したところ、insulin非存在下では骨形成を強力に抑制し、insulin存在下では促進した。また、POBのinsulinによる細胞内蛋白チロシンリン酸化、IRSリン酸化、Aktリン酸化誘導は、rm adiponectinの添加によって促進されたことより、adiponectinは骨芽細胞におけるinsulin反応性を増強することが示された。次に、肝臓特異的にadiponectinを過剰発現するトランスジェニックマウスを作成した。このマウスに上記の骨組織の解析を行ったが、骨量、骨代謝回転とも同胞野生型マウスと差はなく、insulin依存性と非依存性のendocrine作用がバランスをとっている状態と推測された。アディポネクチン関連遺伝子のmRNAの発現を調べたところ、骨髄細胞、骨芽細胞、マクロファージ、破骨細胞にアディポネクチンとそのレセプターが発現しており、アディポネクチンには、endocrineのみならずautocrine/

paracrine作用による骨代謝調節があることが示唆された。8週齢アディポネクチン遺伝子欠損マウス(AdKO)を解析すると、単純レントゲン写真大腿骨、脛骨、腰椎の骨密度、組織像で有意差を認めなかった。さらに、骨形態計測でも、同胞野生型と比べ有意差を認めなかった。次に我々は、AdKOマウスと同胞野生型(WT)マウスから骨髄細胞を採取して分化能を検討した。すると、AdKO由来の細胞において、アルカリフォスファターゼ(ALP)、Alizarin red陽性のコロニー数がWT由来の細胞に比べて有意に減少しており、内因性アディポネクチンは、autocrine/paracrineで骨形成促進作用を持つと考えられた。次に、肝臓特異的にアディポネクチンを過剰発現するトランスジェニック(AdTg)マウスの解析を行った。8週齢AdTgマウスの単純レントゲン写真や、骨密度、組織像、骨形態計測に有意差は見られなかった。そこで、アディポネクチンのin vitroにおけるendocrine作用を見るため、WT由来の骨髄細胞や、骨髄細胞系のST2細胞にrecombinantアディポネクチンを加える実験を行ったところ、アディポネクチンはBMPシグナルに関与した骨形成促進作用を抑制する一方、インスリンシグナル感受性を増強することで、間接的に骨芽細胞分化を促進する機能を持つことが示された。これらの結果を総合すると、アディポネクチンには、autocrine/paracrineで働く経路、encodrineとして働く経路があり、これらのシグナルの調節により骨代謝が調節されていると考えられた。骨髄細胞、骨芽細胞、マクロファージ、破骨細胞には、アディボネクチンとそのレセブターのmRNAが発現しており、アディポネクチンには、endocrineのみならずautocrine/paracrine作用による骨代謝調節があることが示唆された。AdKOマウスと同胞野生型(WT)マウスから骨髄細胞を採取して分化能を検討した結果、内因性アディポネクチンは、autocrine/paracrineで骨形成促進作用を持つと考えられた。次に、肝臓特異的にアディポネクチンを過剰発現するトランスジェニック(AdTg)マウスの解析を行ったが、やはり8週齢AdTgマウスの単純レントゲン写真や、骨密度、組織像、骨形態計測に有意差は見られなかった。さらに、WT由来の骨髄細胞や、骨髄細胞系のST2細胞にrecombinantアディポネクチンを加える実験を行った。
胃癌手術後患者の食事摂取量を自律調整するための看護介入システムの検討

本研究は,胃がん手術を受ける患者を対象に,摂取量,腹部知覚,愁訴のフィードバックと,食事回数を調整する基準を示したプログラムを提示し,退院後の適切な食事回数の調整と早期栄養回復に貢献するかを検討した.その結果,入院中プログラムに参加した患者の2/3が退院後に適切な食事回数の調整ができていた.調整ができた患者は,術後8週以降のBMIの低下が少ない,あるいは体重が減少していても筋肉量は保たれていた.本研究は,胃がん手術を受ける患者を対象に,摂取量,腹部知覚,愁訴のフィードバックと,食事回数を調整する基準を示したプログラムを提示し,退院後の適切な食事回数の調整と早期栄養回復に貢献するかを検討した.その結果,入院中プログラムに参加した患者の2/3が退院後に適切な食事回数の調整ができていた.調整ができた患者は,術後8週以降のBMIの低下が少ない,あるいは体重が減少していても筋肉量は保たれていた.胃癌手術後に在宅に移行した患者や職場復帰した患者が,重後の消化管環境に適した食行動の獲得のために,試行錯誤を繰り返している姿は,多くの先行研究で報告されており,長期的な看護介入の必要性が叫ばれている.このような状況の中,我々は,胃癌手術後患者が残胃の回復状態を評価し,最大限の摂取量を自律することを学習するためのサインマネジメントプログラムを開発した.本研究は,開発したサインマネジメントプログラムを病棟および外来までの看護介入システムとして導入し,入院期間におけるアウトカム,および術後1年間にわたる体重回復,QOL向上の効果を明らかにすることを目的とした.19年度の活動は,我々が開発したプログラムを協力の得られた病院施設の消化器外科病棟の看護に取り入れ,どの程度の患者に適用できるのか検討することを主体に計画を立案した.しかし,研究実施に当たって施設側と協議を重ねた結果,プログラムを病棟看護に組み込むこと,さらには外来までの手術後6ヶ月程度の長期的なセルフマネジメントへの支援を行うにあたっては,患者の問題解決のための方略を具体的に示した病棟看護師および外来看護師が実施可能なプログラムにする必要性が求められた.従って,プログラムの導入に先駆けて,サインマネジメントを基本とした食行動調整のためのセルフマネジメントを支援するガイドラインの作成を試みた.まずは,ガイドライン作成の基礎資料として,該当病院施設における胃癌手術後患者の抱える問題や問題解決の方略などの調査および問題分析を行こととなった.調査項目は,(1)胃癌術後患者の食行動に関する現状の患者教育の評価と,(2)食行動に影響する合併症の発生状況,(3)栄養回復指標の測定,(4)食行動調整の実態の4項目が決定した.胃癌手術後に在宅に移行した患者や職場復帰した患者が,重後の消化管環境に適した食行動の獲得のために,試行錯誤を繰り返している姿は,多くの先行研究で報告されており,長期的な看護介入の必要性が叫ばれている.このような状況の中,我々は,胃癌手術後患者が残胃の回復状態を評価し,最大限の摂取量を自律することを学習するためのサインマネジメントプログラムを開発した.本研究は,開発したサインマネジメントプログラムを病棟および外来までの看護介入システムとして導入し,入院期間におけるアウトカム,および体重回復,QOL向上の効果を明らかにすることを目的とした.平成20年度は,プログラムを病棟看護に組み込むための基礎資料として,該当病院施設における胃癌手術後患者の抱える問題や問題解決の方略などの調査および問題分析を行なった.その結果,次のことが明らかになった.(1)手術後3ヶ月経過後の食事に関する自己調整状況は,適切な食事回数でないと判断される患者が14名(26.3%)存在した.そのうち術前体重比が90%以下の患者は,幽門側胃切除術では2名,胃全摘術患者では5名であった.さらに,胃全摘術の患者は術前体重比の平均値が86.5±4.9%と深刻な状況であった.(2)半数以上の患者が何らかの術後愁訴を抱えていた.術式別では幽門側胃切除に比べ全摘術は愁訴が多い傾向を示した.(3)退院後の患者は,食事に関する相談の希望が高く,新たな食品へのチャレンジや次へのステップアップへの支援を求めていることが窺えた.(4)自己効力感の平均点は,先行研究(塚本1998)と比較して幽門側胃切除術患者では差はなかったが,胃全摘術の患者は日常生活行動および感情統制行動のどちらとも低かった.他要因との関連から術後愁訴,1回摂取量比,理想体重と有意な相関関係が認められた.以上(1)から(4)までの結果から,具体的な術式別愁訴とその対処方法,食事回数の調整をするための判断基準の提示,さらには次の段階に移行するための支援体制を整える必要があることが示唆された.これらの内容からプログラムを再検討し,病棟看護に適応するためのパンフレットと患者指導手順を作成した.【研究目的】胃癌手術患者が,術後の消化管環境に適した食行動の獲得のために,試行錯誤を繰り返している姿は多くの先行研究で報告され,入院中における摂取量や愁訴の調整方法の学習が不十分であることが指摘されている.そこで我々は,胃癌手術を受ける患者を対象に,入院中に食事摂取量の調整を学習するプログラムを導入し,退院後の自己調整と早期栄養回復に貢献できるかを検討した.【対象者】参加協力の得られた患者は,入院中11名,そのうちの9名が手術後12週まで継続ができた.

【プログラム】食事前後の体重差(1回摂取量)と腹部知覚および愁訴の有無を即時フィードバックすること,それらの数値と術後の体重減少から1日に必要な食事回数を調整することを意図した.このプログラムは,術前と術後流動食開始から手術後12週まで実施された.【栄養回復指標】術前・退院時および4・8・12週後の術前体重比,体組成(BMI,脂肪量・筋肉量),血液生化学値(TP,Alb)を測定した.【結果】摂取量比は入院中30%程度であったが,術後経過に従い漸次増加した.幽門側胃切除後患者(DG)では,12週経過後にほぼ術前値に達成していた.術前体重比とBMIは,DG5名のうち3名は術後8週目以降に増加・維持したが,胃全摘術後患者(TG)では12週まで減少し続けた.TP,Albは,術後1週間に最低値となり,4週目以降は正常範囲に回復した.また,1日の食事回数の調整について,1回摂取量と体重減少の2つあるいはいずれかの基準を使用した患者は7名であった.他の2名は,愁訴が大きく出現し,適切な調整ができなかった.【考察】DG患者では,愁訴が強くなければ,摂取量および食事回数が自己調整でき,体重減少を抑えることができていた.さらに,TG患者でも3名のうち2名が自己調整できており,体重減少が持続した場合も1日の総摂取量を保つことで,筋肉量の維持ができ,早期栄養回復に貢献できることが示唆された.
細胞間で保存された新規病原性遺伝子の同定

ホスホジエステラーゼ活性を指標として、大腸菌に発現させたCvfAタンパク質をその膜画分より精製した。機能未知遺伝子破壊株の病原性はカイコ感染モデルを用いて検討した。CvfAタンパク質は2',3'-cyclic AMPおよびGMPに対しホスホジエステラーゼ活性を示した。さらにCvfAはRNA3'末端の2',3'サイクリックホスホジエステル結合に対して、モノヌクレオチドの場合よりも高い親和性で反応した。また、HDドメインに点変異を有するCvfAタンパク質はホスホジエステラーゼ活性を示さず、黄色ブドウ球菌cvfA遺伝子欠損株の病原性の低下を相補する活性を失った。以上の結果は、CvfAタンパク質がホスホジエステラーゼ活性を有し、この活性は黄色ブドウ球菌の病原性に必要であることを示唆する。CvfAはRNA3'末端の2',3'-サイクリックホスホジエステル結合の分解によりRNA3'末端の構造変換を引き起こし、それによって病原性因子の発現に働くと考えられる。新規病原性遺伝子の検索の結果、カイコ殺傷能力に必要な新規遺伝子を一つ同定した。この遺伝子産物はヘム合成経路に関わる酵素に相同性を有している。このことは、病原性に必要とされる新たな代謝酵素の存在を示唆している。黄色ブドウ球菌のゲノム上に見出される細菌間で保存された機能未知遺伝子である489遺伝子のうち100遺伝子について、カイコにおける病原性を検討した。その結果、新たにsarZ遺伝子が黄色ブドウ球菌の病原性に必要である事を見出した。すでに同定済みであった3遺伝子と新たに同定したsarZ遺伝子について、遺伝学的、生化学的解析を進めた。cvfA遺伝子産物についてはリン酸ジエステル結合を分解するホスホジエステラーゼ活性を有する事が明らかとなった。CvfAは何らかの生体内分子のリン酸ジエステル結合を分解する事で病原性因子発現のシグナルカスケードを活性化させると考えられる。cvfBの遺伝学的解析から、cvfBは黄色ブドウ球菌の病原性制御因子であるagr遺伝子座の上位で働く事が明らかとなった。また、リコンビナントCvfBタンパク質はpoly(U)結合活性を有する事が明らかとなった。CvfBはRNAに結合する事で、病原性遺伝子の転写、または翻訳に影響を与えると考えられる。SarZは大腸菌の転写因子であるMarRと相同性を示した。SarZはDNA結合活性を持ち、このDNA結合活性は黄色ブドウ球菌の毒素産生に必要である事が見出された。これらの遺伝子の機能解析を進める過程で、黄色ブドウ球菌が軟寒天培地上を広がる能力を持つ事を見出した。CvfA遺伝子欠損株はこの運動能力を低下する。この黄色ブドウ球菌の滑走能力は、黄色ブドウ球菌の病原性発現を説明する新たな機構であることが期待される。
口腔癌に対する磁気式カテーテルナビゲーションシステムの要求仕様と精度評価の研究

本研究で提案したナビゲーションシステムと光学式位置計測装置を用いて模型実験を行った。10名の口腔癌患者のCTA画像から模型を作製した。模型は上顎歯列と両側の外頸動脈をCTA画像からセグメンテーションしたものを位置関係の保持した状態で固定したものである。ナビゲーションエラーは剛体レジストレーションエラーと磁気式のエラー、術中の血管変形のエラーからなるが、本研究ではこのうち、剛体レジストレーションエラーを計測した。我々は上顎歯列でレジストレーションし外頸動脈の分岐部の剛体レジストレーションエラーを計測する為に模型実験を行った。Target registration error(TRE)を評価するために我々は外頸動脈の分岐部に計測のために五角形の平面と1mm径のターゲットの孔を設置した。レジストレーションしたあとに、実際の孔とナビゲーションシステムにより表示された孔の絶対距離を算出した。この実験のTREは0.96 ±0.36 mmであった。全計測点で2mm以下という要求を満たした。上顎の前歯を基準とした時と臼歯を基準とした時で有意差はなかった。マーカーレスナビゲーションシステムは十分な精度があり、要求仕様を満たした。また上顎臼歯よりも観察しやすい上顎前歯を撮影しレジストレーションの基準にすることが妥当であると考えられた。従来の口腔癌に対する動注化学放射線療法のためのカテーテル留置術では、耳前部の浅側頭動脈からカテーテルを挿入し術前に撮影したComputed Tomography Angiography(CTA)を参考に、術中のX線透視画像であるDigital Subtraction Angiography(DSA)を見ながら腫瘍栄養動脈にカテーテル先端を留置していた。術中のDSAは2次元画像でありカテーテル留置に難渋する症例では手術時間は増加し患者・術者双方の被爆量の増加や造影剤使用量も増加していた。そのため、先行研究では術者に外頸動脈の3次元画像を提供した、磁気式センサー付きカテーテルによる新たなカテーテルナビゲーションシステムを報告した。しかし、このカテーテルナビゲーションシステムでは頭頸部の位置、姿勢変化に追従するためのレファレンスマーカーの装着により生じる誤差や、術前と術中の顔貌変化、すなわちスキンシフトによる誤差、術者にとって煩雑な手順を踏まなければならないことが問題となっていた。そこで、外頸動脈との距離が近く容易に体外からビデオカメラで撮影できる変形のない硬組織として上顎歯列に注目した。上顎歯列は頭蓋骨に連続しており外頸動脈との距離が近いことから上顎歯列の位置、姿勢の変化を正確に検出することで、それに追従する外頸動脈の位置、姿勢を決定できると仮説を立てた。この仮説を立証するためにカメラで撮影された上顎歯列の画像にCTから抽出した上顎歯列の3次元画像を重ね合わせ、外頸動脈をオーバーレイするシステムを構築した。このシステムの精度評価のために口腔癌患者10症例の精度評価用模型を作製した。この模型上で精度評価実験を行いRMS±Std:1.27±0.34mmと要求仕様を十分に満たす良好な結果を得た。カテーテルナビゲーションシステムの構築に重要な画像のオーバーレイシステムの精度評価が行うことができた。Wangらが開発したオーバレイ手法を本ナビゲーションシステムの構築のために応用したものであり、精度評価を行うためには精度評価用に工夫した模型が必要であった。倫理委員会に申請の上で口腔癌患者のCTAデータから上顎歯列が残存し歯科用金属によるアーチファクトが少ない画像データを10例抽出した。抽出した画像データから上顎歯列と外頸動脈の模型を光造形式3Dプリンターで作製した。精度評価を行うにあたりカメラの光軸を参考にする円柱と精度評価で使用する計測点となる直径1mmの孔を付与した正十二面体を設計しカテーテル留置術の目的血管である顎動脈,顔面動脈,舌動脈の分岐部に設置した。作製した模型をCT撮影し模型と模型の画像データのセットを10組作製した。そしてビデオカメラで上顎歯列と外頸動脈および精度評価用正十二面体が一体となった模型を撮影しその画像から上顎歯列の輝度、勾配情報を取得した。模型の前歯と画像データから抽出した前歯、臼歯の3次元画像をカメラ画像上で位置合わせをしたのちに外頸動脈をオーバーレイし模型のターゲットとオーバーレイ表示されたターゲットのそれぞれの位置座標を光学式位置計測装置で取得し2点間の誤差を算出した。要求仕様を2mmとし10症例の模型で行った。平成28年度の研究実施計画でのメインテーマである精度評価用模型の作製が順調に進んだことで、平成29年度の研究実施計画にある精度評価まで進むことが可能となった。これは想定以上に進んだ部分である。しかし平成28年度に実施できたのはオーバレイシステム構築による精度評価であり、ナビゲーションシステムの完成には超小型磁気センサ内臓能動屈曲カテーテルの開発およびキャリブレーションが必要であり今後の課題である。本研究は、口腔癌に対する超選択的動注法のための磁気式カテーテルナビゲーションシステムを開発するうえで必要な要素技術であるマーカーレスレジストレーションシステムの精度評価が主な目的であった。マーカーレスレジストレーションは術前操作の煩雑さがなく、ビデオカメラで患者を撮影するだけで術前CTAを表示することが可能である。まず平成28年度の研究計画通り、倫理委員会の承認を受けた上で、これまで撮影された患者10名のCTA画像のセグメンテーション(関心領域抽出)を行った。

模型は上顎歯列と両側の外頸動脈の3つのパーツからなり、これらを円柱モデルで連結し3Dプリンターで一塊とした模型を作製した。次に平成29年度の研究計画通り、レジストレーション後にビデオカメラの画面に表示された術前CTA画像と実際の模型との誤差を光学式位置計測装置で計測した。これにより精度はRMSで0.88±0.31mm(前歯部を基準)と要求仕様2mmを十分に満たした。本研究は、簡潔なレジストレーション手法を確立するという目的を達成し、磁気式カテーテルナビゲーションシステムの完成に寄与していると考えられる。本研究課題は、マーカーレスレジストレーションシステムの精度評価を行うために患者10名の模型を作製しノギスあるいは光学式位置計測装置で検証することであり、すべて予定通り実行し研究結果をまとめることができたが学会発表が不十分であり、また論文は投稿中であるから。本研究で提案したナビゲーションシステムと光学式位置計測装置を用いて模型実験を行った。10名の口腔癌患者のCTA画像から模型を作製した。模型は上顎歯列と両側の外頸動脈をCTA画像からセグメンテーションしたものを位置関係の保持した状態で固定したものである。ナビゲーションエラーは剛体レジストレーションエラーと磁気式のエラー、術中の血管変形のエラーからなるが、本研究ではこのうち、剛体レジストレーションエラーを計測した。我々は上顎歯列でレジストレーションし外頸動脈の分岐部の剛体レジストレーションエラーを計測する為に模型実験を行った。Target registration error(TRE)を評価するために我々は外頸動脈の分岐部に計測のために五角形の平面と1mm径のターゲットの孔を設置した。レジストレーションしたあとに、実際の孔とナビゲーションシステムにより表示された孔の絶対距離を算出した。この実験のTREは0.96 ±0.36 mmであった。全計測点で2mm以下という要求を満たした。上顎の前歯を基準とした時と臼歯を基準とした時で有意差はなかった。マーカーレスナビゲーションシステムは十分な精度があり、要求仕様を満たした。また上顎臼歯よりも観察しやすい上顎前歯を撮影しレジストレーションの基準にすることが妥当であると考えられた。オーバーレイシステムについては実際の手術を模擬したセットアップを繰り返し行い、オーバーレイの再現性を検討する必要がある。またナビゲーションシステムを完成するには、超小型磁気センサ内臓能動屈曲カテーテルの開発およびキャリブレーションが必要である。具体的には大同特殊鋼と日本ライフラインにより作製されるカテーテルの試作機が必要であり、完成の目途はたっている。試作機が完成したら東京大学で開発するコイルによるフィールドジェネレータとカテーテル内臓センサのキャリブレーション手法を開発する。最終的にカメラ画像内の位置情報と磁気式位置情報を統合し、カメラ画像上にカメラでは直接捉えていない磁気式センサ付きカテーテル先端の位置と姿勢を表示させその精度評価を行う。精度評価用模型はH28年度に完成しているため、キャリブレーションのための計測デバイスを東京大学と協力し準備する。