hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高強度コヒーレント放射の遠赤外分光および加速器開発への利用

短い時間幅の高エネルギー電子バンチからのコヒーレント放射は、サブミリからミリ波の領域で連続スペクトルを持ち、強力である。本研究は、大阪大学および大阪府立大学の電子ライナックを用いて行った。真空中にステンレス鋼薄板を挿入する装置を開発し、ビームのプロファイルを同時に観測できるようにした。この薄板からのコヒーレント遷移放射を利用して吸収分光測定系を確立した。電子ライナックの運転条件を制御し、ビーム条件を最適化することにより、比較的安定で、高強度の光を得ることができた。吸収分光における測定波長は0.3-2mm、波長分解能は約1%である。この系を用いて、種々の固体および液体を試料として光の透過スペクトルを測定し、吸収係数と屈折率を求めた。液体試料には主として吸収係数の比較的大きい水を選択し、温度依存性も調べた。透過光によるイメージングの系を確立し、標準的な試料を用いてこの測定系の基本特性を得ると共に、葉や肉などの生物試料や金字印刷などのイメージングを行った。物質表面をパルス光で励起する反射光の分光では、反射による変化が観測されたが原因は明らかではない。またコヒーレント放射をプローブ光とするパルスラジオリシス測定では、基本特性が得られた。一部の調整が困難で、これについては今後の課題である。コヒーレント遷移放射のスペクトルからバンチ形状因子を求め、ほぼ同時にストリークカメラによるバンチ形状の測定ができる系を確立し、加速器条件を制御しながら電子バンチを評価した。電子バンチは三角形状と評価され、ウェーク場加速において利用される電場のピーク強度が最も高くなる条件が明らかになった。高エネルギー電子バンチからのコヒーレント放射は、サブミリからミリ波の領域で連続スペクトルを持ち極めて高強度である。産研では、世界で最も高い強度のコヒーレント放射を観測し、特徴あるパルス光源を確立した。他のテラヘルツ波光源と比較して、より長波長域にスペクトルが広がり、ピーク出力では5桁以上高強度である。本研究では、電子ライナックのエネルギー約30MeVの電子ビームで、コヒーレント放射の強度が最大となるように電子ビームの条件を最適化した。コヒーレント遷移放射が発生する金属板を改良し、この上にビームを集束することによって、分光の測定精度を±1%程度に向上させた。放射を加速器室外に導き、回折格子および液体ヘリウム冷却シリコンボロメータ光検出器でスペクトルを測定した。測定波長は0.3-2mm、分光における波長分解能は約1%である。無水石英やPETフィルムなどの吸収分光を行い、光学特性を調べた。これらを光ビームのスプリッター、試料ホルダーとして用いて水の吸収分光を行い、吸収係数および屈折率を求めた。また21-85°Cの温度範囲でこれらの変化を調べた。このような高精度、高波長分解でのデータが得られたのは初めてである。透過光によるイメージシグの系を確立し、基礎特性を求めた。葉や肉試料では成分の差に対応する像が得られた。時間分解イメージングの実現可能性がある。半導体等固体試料表面における光の反射を測定する系をテストし、高強度のウェーク場で電子を加速する研究の基礎実験の方法について検討した。短い時間幅の高エネルギー電子パンチからのコヒーレント放射は、サブミリからミリ波の領域で連続スペクトルを持ち、強力である。本研究は、平成13年度の研究成果をふまえ、大阪大学および大阪府立大学の電子ライナックを用いて行った。平成13年度に確立した、コヒーレント遷移放射を利用する吸収分光測定系を用いて、種々の固体および液体を試料として光の透過スペクトルを測定した。測定結果から物質の吸収係数と屈折率を求めた。

水については光の吸収が比較的強く、本研究のような高い波長分解能では初めてのデータであり、測定を繰り返し行った。またこの測定は温度を変化させて行った。基礎特性が測定された透過光によるイメージングの系を用いて、葉や肉などの生物試料や金字印刷などのイメージングを行った。物質表面をパルス光で励起する反射光の分光では、スペクトルに振動を観測した。しかしこの原因は明らかではない。またコヒーレント放射をプローブ光とするパルスラジオリシス測定では、基本特性が明らかになり、今後新しい知見が得られると考えられる。パルス電子入射後のプローブ光の光学遅延回路は調整が困難で、設置できなかった。これらについては今後の課題である。コヒーレント遷移放射のスペクトルからパンチ形状因子を求め、ほぼ同時にストリークカメラによるパンチ形状の測定ができる系を確立し、加速器条件を制御しながら電子パンチを評価した。電子パンチは三角形状と評価され、ウェーク場加速において利用される電場のピーク強度が最も高くなる条件が明らかになった。
マンモグラフィ装置の精度管理用の高精度可搬式開放窓型電離箱検出器の開発

マンモグラフィの正確な線量計測値に基づく精度管理を行うため、マンモグラフィで使用される低エネルギー領域X線の線量計測において応答特性が変化しない、可搬式の開放窓型電離箱検出器を開発した。従来の自由空気電離箱とは異なり、集電極の形状と配置を検討して可搬型としたものである。乳がん検診で使用されるマンモグラフィ装置と同様のエネルギースペクトルを持つX線の線量標準場を用い、試作した電離箱検出器のエネルギー特性及び絶対計測線量の評価を行った結果、15 mGys-1までの線量率に対して良好な直線性で、管電圧23 kVから110 kVまでのX線エネルギー範囲において、検出器の応答変化は3 %以内だった。また、暗電流は10-14-15Aであり、長時間、安定した計測値が得られ、優れた基本性能を有していることを確認した。新しい概念により開発した電離箱検出器により、医用放射線管理の一環として実施する医療施設に設置されているマンモグラフィ装置における精度管理に必要な線量評価に際し、高精度で安定した測定を実施することができる。マンモグラフィの正確な線量計測値に基づく精度管理を行うため、マンモグラフィで使用される低エネルギー(20keV程度)領域X線においても応答特性が変化しない可搬式の開放窓型電離箱検出器を開発するために研究を実施した。測定するX線のエネルギーが10100keVの範囲で、感度の変化を2%以下に収めるため、集電極形状と配置を検討して検出器を試作した。試作した検出器の電極形状は円形であり、外部からの誘導を抑えるために電極配置を工夫した。試作機の印加電圧を決定するために、検出器内部の電界強度分布をシミュレーション計算して、最適印加電圧を検討した。測定の際に問題となるイオン再結合損失を0.2%以下とするためは、電極間隔と形状をさらに工夫する必要があった。試作機の基本特性を調べるために、決定した印加電圧により暗電流を測定し、安定した計測値が得られることを確認した。さらに、マンモグラフィ装置と同様のエネルギースペクトルを持つX線の線量標準場を用いて、試作機のエルギー特性及び絶対計測の評価を行った。これら試作機の基本特性は良好であり、優れた基本性能を有していることが確認できた。また、医療施設に設置されているマンモグラフィ装置を用いて測定する際に問題となる測定配置の再現性や測定の簡便性を解決するために測定配置台を製作し、安定した測定を実施することが可能となった。マンモグラフィの正確な線量計測値に基づく精度管理を行うため、マンモグラフィで使用される低エネルギー(20keV程度)領域X線においても応答特性が変化しない可搬式の開放窓型電離箱検出器を開発した。エネルギーによるイオン収集効率の変化を小さくするために、これまでの円形としていた収集電極の形状を矩形とし、さらに電極配置を検討して検出器を作成した。作成した検出器は外部からの静電誘導の影響はほとんど受けないことを確認した。さらに検出器の印加電圧を決定するために、検出器内部の電界強度分布をシミュレーション計算して、最適印加電圧を決定した。決定した印加電圧により暗電流を測定し、安定した計測値が得られることを確認した。さらに、X線を用いて応答特性を調べた。線量直線性、エネルギー依存性は良好で、イオン再結合損失は管電圧100kV、空気カーマ率4mGy/sにおいて0.2%以下だった。また、測定するX線の実効エネルギーが1565keVの範囲で、感度変化は2%以下であり、優れた基本性能を有していることが確認できた。本検出器を用いることによりマンモグラフィにおける線量評価をより精密に行うことができるようになる。また、医療施設に設置されているマンモグラフィ装置を用いて測定する際に、測定配置の再現性や測定の簡便性の問題を解決するために製作した測定配置台を用いて測定し、安定して測定を実施することができることを確認した。マンモグラフィ装置は、従来のアナログ方式からデジタル方式に移行している。デジタル式では、画質が線量に強く依存するため、線量と画質との関係を適確に把握する必要があり、線量計を用いた線量管理が重要となる。

マンモグラフィでは乳腺と脂肪組織内における微小なX線吸収差を画像化するために、30 keV以下の低エネルギー領域X線が主に用いられる。これまで低エネルギー領域X線の線量測定に用いられてきた電離箱式線量計は、X線入射窓による吸収などにより正確な測定が困難であった。そこで、新しい測定概念による開放型電離箱検出器を開発した。開発した電離箱式検出器は、X線入射窓を取り去った自由空気電離箱であり、電極構造などを工夫し、小型・軽量化した。これにより、従来の自由空気電離箱では不可能であった移動使用を可能とした。そのため、各医療施設において、正確な線量計測値に基づく線量管理によりマンモグラフィの品質保証に用いることができるものである。電離箱検出器は、微小な電流を測定する必要があることから、漏れ電流特性や入出力特性など、検出器の基本特性の評価実験を実施した。誘導電流や暗電流の増加は無く、暗電流は10-14オーダーと良好であり、小型化や可搬化による測定性能への影響が無いことを確認した。測定するX線のエネルギーが1070 keVの範囲で、感度の変化は5%以下であった。特に、マンモグラフィで使用される低エネルギーX線において、測定感度がほぼ一定であり、良好な検出特性を有することが確認された。この新たに開発した高精度可搬式開放窓型電離箱検出器を各医療施設のマンモグラフィ装置の精度管理に適用することで、より効果的な診療放射線品質保証管理を実施することが可能となる。やや遅れている。震災の影響で、放射線施設の運用が停止していた期間があり十分にデータを取得できなかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。開発した検出器の基本的な応答特性に関する実験を実施する。測定精度を向上させるため、必要に応じて検出器を改良する。
ガレクチンファミリーを介した自然免疫系の活性化と感染応答の分子基盤

ガレクチンはβ-ガラクトシド構造を持った糖鎖を特異的に認識する動物レクチンで、哺乳動物で12種類の遺伝子(galectin-112)が同定されている。我々は、ガレクチンファミリーの自然免疫系における機能を知る目的で、ヒトガレクチン分子種のすべての遺伝子を取得し、それぞれのリコンビナントタンパクを調製した。さらに、galectin-12以外のすべてのガレクチンを特異的に認識するポリクローナル抗体も調製した。また、ガレクチンの生物種を越えた機能解析のため、アフリカツメガエルよりガレクチンタンパク質を精製し、12種類の新規ツメガエルガレクチン遺伝子のcDNAクローニングにも成功した(Glycobiology、H.Shoji et al.印刷中及び投稿準備中)。その結果、ヒトとカエル間の構造、組織分布、遺伝子発現の比較などからガレクチンファミリーが皮膚、消化管、肺など、特に生体防御の最前線で特徴的な発現をしていることを見い出した。中でもgalectin-4と-8は、カエルと哺乳動物でその組織分布もよく相関している。また、ヒトgalectin-9による顆粒球の活性化を解析する中、galectin-8が特異的に好中球の活性化(接着性の亢進、スーパーオキサイド産生)を誘導することを見い出し、さらに好中球上のgalectin-8受容体候補分子を精製した。そしてgalectin-8の二つの糖認識ドメイン(CRD)のうち、N-末端側CRDは好中球のproMMP-9と、C-末端側はproMMP-9とintegrinαMと結合することが分った。また、galectin-8の変異体を作成して機能解析したところ、細胞接着とスーパーオキサイド産生にはgalectin-8のC末端CRDと好中球のintegrinαMの結合が重要であることが分った(投稿中)。
複数の地表面被覆からなる領域の地表面熱収支の集約化に関する研究

本年度は2ヶ年計画の最終年度であり、昨年度の研究成果を受けて、研究を進めると共に、本研究の成果をまとめた。昨年度は地表面の不均一性を考慮した領域平均フラックス算定式、ならびに集約化規範を導出したが、地表面の不均一性をとその扱い方についてまとめた。不均一性は二つの階層からなるものと考えるのが適している。与えられた領域内での不均一性のうち、上部階層は土地被覆分類で表わされる不均一性(サブ領域スケール)で、下部階層は同一土地被覆分類内での物量分布で表わされる不均一性(サブ領域内スケール)であり、これらはそれぞれ、数値モデル内で、離散型、確率密度関数で記述するのが良いことを示した。地表面から地面への水の浸透については、浸透量を決定する4つの土壌特性値と状態量の初期飽和度の全てについて集約化規範を導出した。実測された同一サイト内での土壌特性分布統計量を集約化規範に代入して計算したところ、飽和透水係数の分布の影響が一番大きく、陽に影響を取り扱わなければならないが、それ以外の土壌特性値については、平均値を用いれば精度良い近似値が得られることを明らかにした。また初期飽和度については、同じ分散に対しては、飽和に近い場合の方が集約化が難しいと言える。しかし、実際の分布では飽和付近で分散は小さくなるので、初期飽和度の影響も通常大きくはない。以上の成果と昨年度の成果により、地表面熱収支と浸透に関して、不均一な領域の数値モデル内での取り扱い方、並びに集約化に関してその指針を明らかにすることができた。但し、熱収支プロセスと、水収支プロセスを統一的に扱った集約化手法、並びに規範は今後の課題といえる。本年度は第一年度であり、大気-陸面結合モデルに地表面フラックスの集約化手法を組み込むための理論的検討を行ない、地表面フラックスと土壌浸透それぞれについて、詳細な検討を行なった。まず、地表面フラックスについては、線形化モデルから領域平均地表面フラックス算定法と集約化規範を導出し、理論的な検討を加えたところ、以下のような結果が得られた。(i)導出されたモーメント法による算定式はパラメータ平均法によって算定されるフラックスに、地表面パラメータの分散並びにクロスモーメント項を加えたものである。(ii)顕熱と潜熱に対する集約化規範を比較すると、バルク係数だけ、或は蒸発効率だけが分布している場合、通常、両方とも潜熱に対する規範の方が厳い。(iii)複数のパラメータが分布している場合のモーメント法による領域平均フラックスの算定式を導き、顕熱、潜熱に対する集約化規範を導いた。この導出した集約化規範を基に不均一な領域における地表面熱フラックスの集約化について検討を行なったところ、以下の知見が得られた。(i)同一土地被覆内のバルク係数分布はパラメータ平均法で集約化が可能である。(ii)蒸発効率については分布形状次第ではパラメータ平均法による集約化が効率良く行なうことができない場合もあったが、モーメント法を用いれば充分な精度で集約化を行なえる。(iii)平均パラメータ法は一様な領域で成り立つ一般的な式をそのまま使うのに対して、本論文で提案したモーメント法ではモーメント項を計算しなければならないのが難点であるが、フラックスは精度良く算定される点では非常に優れており、モーメント法は地表面熱収支の有効な集約化手法である。また、降雨の土壌への浸透現象の集約化について浸透方程式の特殊解であるPhilip式を用いたところ、以下の結果が得られた。(i)実際に測定された同一土壌における土壌パラメータのばらつきと集約化規範を比較したところ,集約化誤差の大小はあるものの,パラメータ平均法,無限次のモーメント法を用いれば集約化できることが分かった。(ii)導出した規範はいずれも浸透集約化スケールに関する不等式として表されているが,変動係数に対する不等式としても表すことができる.ここでは扱わなかった複数の土壌から構成される領域での集約化ではクラスター分析を利用でき,変動係数に対する不等式は非類似度として用いることができる.以上、本年度の研究から、数値モデルへ導入するための基礎が確立された。

以上の成果と昨年度の成果により、地表面熱収支と浸透に関して、不均一な領域の数値モデル内での取り扱い方、並びに集約化に関してその指針を明らかにすることができた。但し、熱収支プロセスと、水収支プロセスを統一的に扱った集約化手法、並びに規範は今後の課題といえる。
想定外リスク環境下でのシステム安全のための人と技術と法のレジリエンスデザイン

本研究は,想定外リスク環境下でも交通移動体の安全確保が可能なレジリエンスを備えた多層的安全制御システムの開発と,時間・情報制約下での人の認知・判断の特性を踏まえた刑事過失責任に関する新しい法理論の提案を目指すものである。そのために,全期間に渡って三つの研究アスペクト(ヒューマンファクター,エンジニアリングデザイン,権限と責任)を設け,個人・組織のレジリエンス能力の向上策,レジリエントなシステムの設計指針,人の関与の余地を残しながらも機械が能力を最大限に活かして安全制御を行う双対制御論的システム,先進技術導入によるリスクと責任の所在に関する新しい法理論等を開発した。そのために,全期間に渡って三つの研究アスペクト(ヒューマンファクター,エンジニアリングデザイン,権限と責任)を設け,個別目標を定めて研究を遂行することにしている。平成25年度の研究成果は以下のとおりである。ヒューマンファクター研究アスペクトでは,2011年3月の東日本大震災とそれに伴う津波に際して鉄道乗務員らがとった行動を調査・分析し,緊急時にレジリエントな対応がとれた要因を抽出した。さらに,レジリエントな対応に結びつく態度・スキルを訓練する手法を開発し,鉄道社員に試行して効果を検証した。また,レジリエンスを実装するに際して,組織が管理すべき要件について検討した。特にチームにおいて,各人のレジリエンス行動のミスマッチが機能共鳴型事故を招くことを明らかにし,当該形態の事故抑止について考察した。エンジニアリングデザイン研究アスペクトでは,想定外事象発生時にシステム破たんをきたさないようにするためのレジリエントなヒューマンマシンインタフェースの例として,ロボットハンドを通じて人と機械が協調するシステムを提案し,想定外事象発生時の支援情報提示系を設計して上記協調作業システムへインストールした。権限と責任研究アスペクトでは,自動運転走行中に想定外事象が発生した際,人の判断・制御の余地を残しながらも,機械がその知識・能力の範囲内で最大限の制御を行う双対制御論的システムを開発した。また,刑事過失責任の根拠となる「危険性の予見」について,英米法と日本法(ドイツ法)を比較し,結果回避可能性との間に必要な因果関係の認定方法の違いについて調査した。平成24年度の研究成果は以下のとおりである。ヒューマンファクター研究アスペクトでは,レジリエンスエンジニアリングの概念をとりまとめ,レジリエンス行動によって生じ得る事故(安全上の問題点)を考察した。また,製品安全,産業安全,医療安全をケースとして取り上げ,レジリエンスエンジニアリングの基礎的方法論を検討するとともに,鉄道従業員のレジリエンス能力を高めるための訓練手法を開発した。エンジニアリングデザイン研究アスペクトでは,日本市場で販売されている自動車の運転支援システムについて,レジリエンスの視点から調査・分析を行った。さらに,コンピュータ上に簡単な自動車のモデルを記述して宣言型プログラムによって制御される状況を実現し,センサやアクチュエータを遮断することによって想定外事象を発生させたとき,どのように対応可能かを調べるための実験用シミュレータを構築した。権限と責任研究アスペクトでは,想定外リスク環境下での安全制御のための人と機械の権限共有機構の基本特性を確率論的に解析した。また,「刑事過失責任を科すことはシステム性事故の防止に有効か」という問題に対し,優先させるべきは事故原因を究明することであるとの立場から,事故調査制度のあり方を諸外国の制度と比較し,事故調査と犯罪捜査の関係を検討した。そのために,全期間に渡って三つの研究アスペクト(ヒューマンファクター,エンジニアリングデザイン,権限と責任)を設け,個別目標を定めて研究を遂行した。平成26年度の研究成果は以下のとおりである。ヒューマンファクター研究アスペクトでは,社会・技術システムのレジリエンス概念の実装,特に,組織構成員のレジリエンス行動の評価育成,組織のレジリエンス性評価の方法論,レジリエンスの失敗を「隠す」行動について,理論と実際の両面から検討した。また,個人とチームのレジリエンス能力向上のための教育方法に関する試行訓練(航空会社1社,鉄道会社2社)を比較し,想定外事象への対応力向上を確認した。

さらに,製造業,医療機関,航空会社での質問紙調査を行い,組織的公正感が個人の自律的安全行動に好影響を与えることを確認した。エンジニアリングデザイン研究アスペクトでは,モニタを介して視覚的にロボットアームを遠隔操作する人間ー機械系で視覚情報が喪失されるとき,聴覚情報で指示を代替することによりシステム破綻を回避するレジリエントなシステムの設計指針を策定した。権限と責任研究アスペクトでは,自動車走行中の想定外事象発生時に,人の判断・制御の余地を残しながらも機械がその能力範囲内で最大限の制御を行う双対制御論的システムを構築し,認知工学的実験によって有効性を検証した。また,先進技術導入によるリスクとそれに伴う被害について,わが国の法システムにおける責任追及モデルのあり方,大陸法システムの限界,英米型法システムの導入可能性等を検討した。26年度が最終年度であるため、記入しない。人間機械共生系26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究を円滑に遂行するために設置した三つの研究アスペクト(ヒューマンファクター,エンジニアリングデザイン,権限と責任)では,それぞれが定めた個別目標を適切に遂行している。具体的には,次に述べるとおりである。ヒューマンファクター研究アスペクトでは,災害発生時の安全確保ならびに組織管理に関していくつかの実世界問題を取り上げながら,人のレジリエンス行動につなげる訓練手法を開発するとともに,複数人のレジリエンス行動のミスマッチで引き起こされる機能共鳴型事故の防止策の検討を進めることができている。エンジニアリングデザイン研究アスペクトでは,もっとも身近な交通移動体である自動車の運転支援システムを取り上げ,想定外事象発生時の人と機械の協調を可能にするためのヒューマンマシンインタフェースの一例を設計し,人支援情報提示系の開発も終えている。権限と責任研究アスペクトでは,想定外事象発生時において,人の創発的判断・行動を優先させる権限委譲を許容しながらも,機械がその知識・能力を最大限に活かして事態へ自律的に対応する双対制御論的権限共有機構の設計開発を完了するとともに,刑事過失責任の根拠となる「危険性の予見」について,結果回避可能性との間に必要な因果関係の認定方法の違いの検討を終えている。以上のことから,計画はおおむね順調に進展していると判定した。ヒューマンファクター研究アスペクトでは,レジリエンスエンジニアリングの概念をとりまとめるとともに,いくつかの実世界問題を取り上げながら,レジリエンスエンジニアリングの基礎的方法論の検討を進めることができている。
実験的膀胱腫瘍に対するビタミンEの抗腫瘍効果に関する研究

目的:ビタミンEの抗腫瘍機序として,抗酸化能,フリ-ラジカル除去能,免疫賦活能などがあげられている。この点に注目し,実験的膀胱腫瘍に対するビタミンEの抗腫瘍効果を検討した。実験材料および方法:ウイスタ-系雄ラットを3週齢より30週齢までビタミンE欠乏食(A),コントロ-ル食(B),ビタミンE40mg/100g食(C),ビタミンE60mg/100g食(D)にて飼育し,その間9週齢より8週間,各群に0.05%NーbutylーN(hydroxybutyl)nitrosamin(BBN)を投与した。30週齢時,心穿刺にて採血,屠殺し,膀胱摘出した。膀胱を前面で切開し,腫瘍の数,大きさを測定し,ホルマリン固定,パラフィン包埋した。病理組織標本をHーE染色にて作成,組織所見を過形成,乳頭状腫瘍,腫瘍異型度についてスコア化し,U検定にて評価した。免疫学的指標として,血液リンパ球数,フロ-サイトメトリ-によるCD_4/CD_8を大検定にて検討した。さらに,CD_4/CD_8と異型度,血中ビタミンE濃度との関連を検討した。結果:腫瘍の肉眼的評価では,腫瘍数において,AがBに比して多い傾向(P=0.085)を示した他,大きさに有意差は認められなかった。病理組織像では、過形成の上皮細胞層の厚さ,乳頭状腫瘍径において,AD間に有意差(P<0.05)がみられ,Aの細胞増殖傾向が強かった。異型度はAが最も高く,以下BCDの順であったが,有意差はなかった。免疫学的指標では,血中リンパ球数に差はなかったが,CD_4/CD_8はDが最も高く,以下CBAの順となり,異型度とCD_4/CD_8とは負の相関関係を示した(γ=-0.9)。考察および結語:本研究において,期待したビタミンEの抗腫瘍効果は明らかでなかったが,血中ビタミンE濃度,異型度,CD_4/CD_8の関連から,ビタミンEは濃度依存性に腫瘍細胞の抗原性増強に関与し,免疫学的にも抗腫瘍的に作用することが示唆され,さらに検討を要する価値のある問題であると考えられた。Wister系ラット96匹を、Vit-E欠乏食、コントロール食、VitーE過剰食の3群に分け、3週令より飼育し、9週令より15週令まで6週間N-butyl-N-(4-hydroxybutyl)nitrosamin(BBN)を投与、30週令で屠殺し、VitE血中濃度、肝臓、腎臓、睾丸の組織濃度測定及び病理組織学的検索を行った。VitーE血中濃度、組織内濃度には各々3群の相関性が認められた。膀胱の組織変化に関しては死亡例が多く、評価可能例47例と少なくコントロール群16例、E欠乏群20例、E過剰群11例であった。コントロール群は正常粘膜組織10例、上皮細胞層の増殖、6例、E欠乏群は正常組織、12例、上皮細胞の増殖7例、乳頭状変化1例、E過剰群は正常組織、6例、上皮細胞の増殖、5例であった。

以上の如く、ビタミンE濃度と膀胱腫瘍発生との関連性は認められなかったが、この原因として、基本食の不適によると思われるラットの発育不良、栄養失調死の関与が考えられた。したがって、昭和63年11月より、餌の配合を再検討し、現在実験経過中である。雄性Wister系ラットを使用し、餌をビタミンE欠乏食、ビタミンE過剰食、そしてビタミンE正常のコントロ-ルの3群に分け、3週令より飼育し、各群に、0.05%N-buty1-N(4-hydroxybuty1)nitrosamin(BBN)を、9週令より17週令まで8週間投与した。30週令まで各餌にて飼育し、屠殺し、膀胱摘出した。膀胱をホルマリン固定後、肉眼的に腫瘍の数と大きさを測定し、パラフィン包埋、薄切し、HE染色にて病理標本を作成した。組織像の所見は過形成、乳頭状腫瘍の性状、および腫瘍の異型性をSquire等の評価基準に準じ、grade化し、U検定により、比較検討した。その結果、腫瘍のサイズに有意差はみられなかったが、腫瘍数は、コントロ-ル群、E欠乏群間でE欠乏群に、コントロ-ル群、E過剰群間でコントロ-ル群に多く認められた(P<0.05)。過形成は、E欠乏群、コントロ-ル群共、E過剰群に比し、高率に認められた(P<0.05,P=0.059)。乳頭状腫瘍は、E欠乏群、E過剰群間のみで、有意差をもってE欠乏群に高率に認められた(PP<0.05)。腫瘍の異型性には、各群間で有意差が認められなかった。結果:ビタミンEは実験的膀胱腫瘍の発生を抑制する傾向は示したものの、有意の結果は得られなかった。なお、ビタミンEは老化との関連においても注目されており、老化が免疫能低下をきたし、発癌に帰結するなら、ビタミンEの抗腫瘍効果は免疫能賦活によるとも考えられ、さらに、免疫学的関与について検討の予定である。初年度,ラットによる実験的膀胱腫瘍に対するビタミンEの抗腫瘍効果を検討し,ビタミンE欠乏群に腫瘍発生傾向の強いことを認めたが,コントロ-ル群とビタミンE過剰群(ビタミンE60mg/100g食)との間に有意差は得られなかった。その理由として,文献考察上,ビタミンEの至適濃度,それによる免疫能の関与などが考えられた。そこで,本年度,ビタミンE過剰群に,前回の血中濃度を参考として,ビタミンE40mg/100g食群を加え,4群間で同様の実験を行い,免疫能の指標として,血中リンパ球数,リンパ球のsubsetのモノクロ-ナル抗体であるCD_4,CD_8比(CD_4/CD_8)を検討した。結果は前年度同様,腫瘍発生状態に各群間で有意差はみられなかったが,腫瘍数はビタミンE欠乏群が最も多い傾向を示し,過形成の上皮細胞層の厚さ,乳頭状腫瘍径において,ビタミンE欠乏群とビタミンE60mg/100g食群との間に有意差(P<0.05)がみられ,欠乏群の細胞増殖傾向が強かった。腫瘍異型度は欠乏群が最も高く,逆に,CD_4/CD_8は最低値を示し,異型度とCD_4/CD_8とは負の相関関係を示した(γ=-0.9)。また,血中ビタミンE濃度は欠乏群,コントロ-ル群,40mg群,60mg群の順に増加し,試験食を順調に摂取したことが示された。以上の結果から,ビタミンEは濃度依存性に腫瘍細胞の抗原性増強に関与する可能性が示唆された。しかしながら,ビタミンEの抗腫瘍効果は,なお,明らかでなく,その理由として,癌原物質(BBN)の過量,ビタミンEの至適濃度,動物種差などが考えられ,さらに綿密なスケジュ-ルによる検討がのぞまれる。
悪性脳腫瘍のハイパーサーミアにおける三次元温度分布シミュレーションシステムの開発

独自に開発した二次元有限要素解析法による二次元温度分布シミュレーションソフトウェアを用い、組織内加温の治療計画や二次元での温度分布把握を行いつつ、今回の研究では三次元的な温度分布シミュレーションに対して検討を重ねた。平成14年度は、基礎研究としてRF波による電磁界解析を行った。これまでの二次元有限要素解析法を用い、マクスウェル方程式を解き、空間および時間領域で差分化し、そのアルゴリズムを3次元に適応するものである。平成14年度はヒトの脳のモデルまでは解析し得なかったが、ファントムにおける3次元のシミュレーションを行い、特にRF組織内加温と同様な遠心性加温法であるリエントラント加温における3次元シミュレーションを完成させた。次に頭部CTもしくはMRIにて撮像された脳腫瘍症例の二次元画像をコンピュータに取り込み、これらを再構築することにより三次元モデルを作成する研究は、購入したVital Image社製のVitrea 2にて三次元モデルを作成するところまで行い、手術において有用な画像を得るところまでは応用し得た。平成15年度は電磁界解析ソフトウェアであるJMAG(日本総合研究所社製)を用いて、リエントラント型空胴共振器によるファントム加温における温度分布シミュレーションを行った。特に円筒の直径を変えることにより、組織内温度分布をコントロールできることがシミュレーションから示された。実際にファントムを加温し、光ファイバーにて測温を行い、温度分布が予測準度と極めて近似していることを確認した。Vitrea 2にて再構築した脳腫瘍の三次元モデルを元に、JMAGを用いて脳腫瘍の三次元温度分布シミュレーションを試みたが、形状の複雑性のため、解析するには至らなかった。ファントム実験からはJMAGを用いた三次元温度分布予測が充分に臨床応用できる精度であることが示されたが、臨床応用する為にはやはり煩雑であることが問題となった。温熱治療の効果は正確な加温にかかっており、今後治療計画としての三次元温度分布予測は必須になるものと思われる。今回の研究では二次元温度分布シミュレーションを三次元に応用するシステムの導入部が完成されたと思われる。今後更に研究を発展させ、安全な治療計画による確実な加温が悪性脳腫瘍の治療効果向上に貢献するものと期待された。これまで独自に開発した二次元有限要素解析法による二次元温度分布シミュレーションソフトウェアを用い、組織内加温の治療計画や二次元での温度分布把握を行いつつ、今回の研究では、三次元的な温度分布シミュレーシヨンに対して検討を重ねてきた。すなわち、基礎研究としては、RF波による電磁界解析を行った。方法論は、今までの2次元有限要素解析を用い、マクスウェル方程式を解き、空間および時間領域で差分化し、そのアルゴリズムを3次元に適応するものである。今回は、ヒトの脳のモデルまでは解析し得なかったが、ファントムにおける3次元のシミュレーションは計算し、特にRF組織内加温と同様な遠心性化温法であるリエントラント加温における3次元シミュレーションを完成させた。次に、頭部CTもしくはMRIにて撮像された脳腫瘍症例の二次元画像をコンピュータに取り込み、これらを再構築する事により三次元モデルを作成し、ワークステーション上で画像の三次元再構築を行う研究は、購入したVital Image社製のVitrea2にて三次元モデルを作成するところまで行ったものの、手術において有効な画像を得るところまでは応用し得たが、温度分布シミュレーション用のモデル作成までは達成し得なかった。

今回の研究に並行して進めた、臨床研究については、温熱治療時の温度分布に強い影響を与える局所脳血流をSPECTにて測定し、各組織の血流値を計算式に代入することにより予測温度の精度の向上をはかることを目指したが、1スライス上のSPECTとCT画像からの温度シミュレーションはまだ解像度の点で満足のいくものではなかった。しかし、レーザー血流計による組織内血流測定することが動物実験において確かめられ、それによる温度補正を用いた2次元シミュレーションの方が、今後の応用に使えるものと期待された。温熱治療の効果は適切な加温にかかっており、温度分布予測に基づいた治療計画が必須である。今回の研究では、我々が独自に開発した二次元有限要素解析法による二次元温度分布シミュレーションソフトウェアを発展させ、三次元での温度分布シミュレーションを行なうシステムを導入する事が解決されたにとどまったが、今後さらに発展し、安全な治療計画による確実な加温による温熱治療が悪性脳腫瘍の治療効果向上に貢献するものと期待された。我々は独自に開発した二次元有限要素解析法による二次元温度分布シミュレーションソフトウェアを用い、組織内加温の治療計画や二次元での温度分布把握を行いつつ、今回の研究では三次元的な温度分布シミュレーションに対して検討を重ねた。電磁界解析ソフトウェアであるJMAG(日本総合研究所社製)を用いて、リエントラント型空胴共振器による加温の加温特性を検討した。ファントム加温における温度分布シミュレーションを行い、特に円筒の直径を変えることにより、組織内温度分布をコントロールできることがシミュレーションから示された。更に実際にファントムを加温し、光ファイバーにて測温を行い、温度分布が予測温度と極めて近似していることを確認した。またリエントラントの空胴共振器内の内円筒の長直径を変化させることにより、深部方向の加温位置およびその加温領域を制御できた。しかし、直径2cm程の脳腫瘍を想定した加温領域を得るためには、より小さい内円筒を用いた加温実験が必要と思われたが、リエントラント型空胴共振器の周波数可変装置の制約から、加温実験を実施するまでには至らなかった。次にVitrea 2により再構築した脳腫瘍の三次元モデルを元に、JMAGを用いて脳腫瘍の三次元温度分布シミュレーションを試みた。腫瘍の大まかな三次元モデルを作成することは可能であったが、臨床応用するにはモデルとして不充分であった。Vitrea 2により再構築した三次元の脳腫瘍モデルは、脳腫瘍摘出手術前のシミュレーションとしては有用な情報を与えてくれた。ファントム実験からはJMAGを用いた三次元温度分布予測が充分に臨床応用できる精度であることが示されたが、臨床応用する為にはやはり煩雑性が問題となった。温熱治療の効果は正確な加温にかかっており、今後治療計画としての三次元温度分布予測は必須になるものと思われる。今回の研究では二次元温度分布シミュレーションを三次元に応用するシステムの導入部が完成されたと思われる。
摂食・嚥下時の顎と舌の協調運動に関する運動解析-摂食姿勢と食物物性の及ぼす影響-

要介護高齢者や障害者は、食事時間に一定の姿勢をとり続けることが困難な場合が多く、安定した座位が取れずに仰臥位や側臥位での食事を余儀なくされている。本研究の目的は、物性の異なる試験食品を用いて、摂食・嚥下時の顎および舌運動と食事姿勢との関連性を明らかにすることである。また、全身の起居程度と摂食・嚥下機能との関連を明らかにするために、姿勢変化が摂食・嚥下機能時に呼吸や循環動態に及ぼす影響について検討を行った。初年度は、咀嚼・嚥下時の舌運動と下顎運動の動態と協調能について、超音波診断装置、新規購入の顎運動3次元解析装置Bio-Pak、筋電図装置の3つの情報が、同一時系列で処理可能なシステムを考案した。予備実験の結果、Bio-Pakからのデータは姿勢変化に伴い定性的な歪が生じることが分かり、計測値の補正を必要とした。また、Bio-Pakの検出部との関係から、超音波プローブを設置する方向や位置、ならびに姿勢を変化させる領域には限界があることが分かった。2年度は、呼吸との協調を検討する目的で、無侵襲脳内酸素飽和度監視装置INVOS4100型を新規購入し、摂食時の脳内酸素飽和度(rSO_2)、末梢血管酸素飽和度(SpO_2)、呼吸状態を同一時系列で解析するシステムの構築を行った。その結果、rSO_2は摂食行動および息こらえなどの負荷の影響により変動を示すことが分かった。また、rSO_2とSpO_2間における変動の相関性は少なかった。3年度は、摂食時の姿勢変化と食物物性の違いが摂食・嚥下時の顎と舌の協調運動に及ぼす影響と、摂食時の姿勢変化がrSO_2に及ぼす影響についてそれぞれ検討を行った。その結果、仰臥位などの摂食に不利な姿勢では、顎、舌運動ならびにrSO_2に変動がみられた。姿勢変化に伴い円滑な食塊移送を行うためには、顎や舌による代償行動がとられていることが示唆された。平成10年度科学研究費報告(第1年度)咀嚼・嚥下時の舌運動と下顎運動の動態と協調を検討する目的で、超音波診断装置と新たに購入した顎運動3次元解析装置BioPakからの情報を同一時系列で処理するシステムを構築した。1.他の計測機器や計測野の位置的変化により生じるBioPakからの3次元data行列の歪を検証する目的で、まず後述する計測椅子の頭部レストに固定した計測検定装置を作成し、各方向成分と速度成分の変動を日変動も含めて計測・検討した。各軸長さ成分に計測条件による定性的な歪が生じることが判明し、その後の計測結果の補正に用いている。2.これに同時記録した超音波診断装置からの画像解析dataを重ね、更に咀嚼筋や後頚筋などの筋活動をEMGで同時記録することで、咀嚼・嚥下時の下顎運動と舌運動の協調を多角的に解析することが可能となった。3.こうした顎運動と舌運動の強調が、姿勢の変動により受ける影響を解析・検討する目的で、本研究のために開発した姿勢変換可動椅子上で被検者の頭頚部・上体・下肢屈曲の角度を任意に変えて上記計測を行っている。

また計測にあたっては被検者の姿勢・運動を同時Video撮影し、計測条件の再現性を高めると同時に、姿勢変動による変化をより可視的に評価しやすくした。今後の課題1.但し、顎運動解析装置の検出アンテナの形状により、超音波プローブの設置方向や位置、姿勢変動領域に限界があることも判明した。特に喉頭挙上についての評価には、食塊の舌後方部への移送以降の運動解析が不可欠であり、これに適したプローブ形状を検討中である。2.次年度以降には、呼吸機能との協調を検討する目的で動脈血酸素飽和度(SpO2)の同時計測を予定しているが、傍証dataとして胸郭部の運動記録法を現在模索している。平成11年度科学研究費報告書(第2年度;継続)平成10年度は、咀嚼・嚥下時の舌運動や下顎運動の動態の協調を検討する目的で、現有の超音波診断装置と、購入した顎運動3次元解析装置Bio-pakからの情報を基礎医学解析システムLEG-1000を介して同一時系列で解析するシステムを構築した。今年度は、呼吸との協調を検討する目的で、新たに購入した無侵襲脳内酸素飽和度監視装置(INVOS4100型・バクスター社製)を用いて、脳内酸素飽和度を基礎医学解析システムLEG-1000に取り込むことによって同一時系列で解析するシステムの構築を新たに行った。またこのシステムの構築に先立ち、脳内酸素飽和度(rSO2)と末梢動脈血酸素飽和度(SpO2)の値の相関性について検討する目的で、以下の予備実験を行った。健康成人4名(平均年齢21歳)を対象として、摂食時、息こらえ時の、脳内酸素飽和度、末梢動脈血酸素飽和度、脈拍数について測定を行った。測定装置は、今回購入した無侵襲脳内酸素飽和度監視装置「INVOS4100」とパルスオキシメーター(日本光電社製Oxypal OLV-1200)を用いた。データの解析は、平成10年度の研究において用いたシステムLEG-1000に取り込んで行った。その結果、脳内酸素飽和度は、摂食行動および息こらえなどの負荷の影響により変動を示すことがわかった。今回の研究においては、脳内酸素飽和度と末梢動脈血酸素飽和度の間の変動の相関性は少なかった。次年度以降には、摂食時の姿勢変化と食物物性の違いが摂食・嚥下時の顎と舌の協調運動に及ぼす影響と、脳内酸素飽和度に及ぼす影響等を、同一導出システムにより検討していく予定である。
ナノ空間に局在するプラズモン反応場の角運動量状態制御

光がもつ角運動量として、スピン(円偏光)に加えて軌道成分が見いだされ、新たな光制御の可能性が議論され始めている。光のスピンと軌道角運動量が、電子の各角運動量に等価であれば物質中の電子の角運動量状態を光により操作することが可能になる。例えば、軌道成分が加わることで、光の角運動量自由度はスピンの±1に加え任意の整数値に拡張される。これにより、電子遷移における選択律の角運動量保存の制限が変化し、従来は禁制とされた遷移が許容となることが理論的に示唆された。しかし、光の軌道角運動量が電子遷移に作用するには光と電子の波動関数が一致する必要があり、これが当分野の大きな障壁となっている。本研究では、電子の波動関数に迫るナノ空間に局在する金属表面プラズモンの角運動量状態を自在に制御するプラズモン反応場の検討と作製評価を行った。1.プラズモニック結晶による効率的光反応場の創成ナノメートルサイズの四つの三角形をクローバー状に配置したプラズモン四量体の中心部には、全角運動量が2に対応する四重極子の電磁場が生成する。この四量体を、正方格子プランズモニック結晶で取り囲む構造、および四量体を周期的に配置する構造により、入射光エネルギーを効率的に四重極子の電磁場へ与えることが出来ることが分かった。2.サンプル作製と反応場状態の評価電子ビーム描画装置および金属薄膜形成・剥離プロセスにより作製し、一辺200nm程度の三角形を対角50nm離してクローバー状に並べた四量体を実現した。これを直径300nm程度の円板からなるプラズモニック結晶で囲む構造、および四量体を多数並べる構造も実現した。今後は、四重極子の電磁場モードの詳細な共鳴スペクトルを測定可能とすることで、究極的な目標である「光の角運動量で電子の角運動量状態を制御する」物理系を実現したい。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本研究では、スピン(円偏光)に加え軌道角運動量も制御した電磁場での新たな電子状態制御の開拓を目指し、電子の波動関数に迫るナノ空間に局在する金属表面プラズモンの角運動量状態を自在に制御するプラズモン反応場の検討を行った。具体的には、電場の起点となる鋭角な端部を複数配置した金属ナノ構造(多量体)が囲むナノ空間の局在表面プラズモンの角運動量状態と、端部の数との関係を検討し、所望の角運動量をもつ局在プラズモン場を形成する金属ナノ構造の設計を可能とした。さらに、ナノ空間の局在表面プラズモンへ効率的にエネルギーを結合させる工夫を検討し、アレイ状構造(プラズモニック結晶)を周囲に配置することで、結合効率を大幅に向上できることも明らかにした。今後は、多重極子遷移を評価するための具体的な反応対象を選定し、それに合わせた具体的な構造作製手法を確立するとともに、作製試料が設計通りの特性を示すのかを評価する測定系を構築していく。これらを着実に進めていくことで、究極的な目標である「光の角運動量で電子の角運動量状態を制御する」物理系を実現していきたい。1.多量体における電磁場分布と角運動量制御鋭角な端部をもつ粒子とそれらの配置を検討し、粒子隙間のナノ空間で電磁場分布を制御する多量体構造の設計を検討した結果、多量体における電磁場分布と角運動量との関係を明らかにした。隙間に局在するプラズモン場の角運動量状態(スピン:sと軌道:l)は全角運動量(j=s+l)を用いることで、粒子の数(N)との間で「2j+1はN以下」という関係をもつことが分かった。例えば、全角運動量j(エイチバー単位を省略)=1のプラズモン場は、粒子数N=3以上で生成し、j=2ならN=5以上となる。粒子端部の曲率半径については、0 nm 30 nmの範囲では、プラズモン場の角運動量状態に影響を与えないことも確認した。2.プラズモニック結晶による効率的光反応場の創成多量体に形成する共鳴モードとコヒーレントに結合する結晶モードをもつプラズモニック結晶構造を検討したところ、j=2の四重極子プラズモン場を形成する四量体については、対称性が近い正方格子結晶を選ぶことで、入射エネルギーを効率的に光反応場へ結合できることが明らかとなった。四重極子プラズモン場の強度は、単一で存在する四量体の場合に比べ、適切に設計したナノディスクプラズモニック結晶を周囲に配置した方が二桁以上大きくなることを数値計算により確認した。

光がもつ角運動量として、スピン(円偏光)に加えて軌道成分が見いだされ、新たな光制御の可能性が議論され始めている。光のスピンと軌道角運動量が、電子の各角運動量に等価であれば物質中の電子の角運動量状態を光により操作することが可能になる。例えば、軌道成分が加わることで、光の角運動量自由度はスピンの±1に加え任意の整数値に拡張される。これにより、電子遷移における選択律の角運動量保存の制限が変化し、従来は禁制とされた遷移が許容となることが理論的に示唆された。しかし、光の軌道角運動量が電子遷移に作用するには光と電子の波動関数が一致する必要があり、これが当分野の大きな障壁となっている。本研究では、電子の波動関数に迫るナノ空間に局在する金属表面プラズモンの角運動量状態を自在に制御するプラズモン反応場の検討と作製評価を行った。1.プラズモニック結晶による効率的光反応場の創成ナノメートルサイズの四つの三角形をクローバー状に配置したプラズモン四量体の中心部には、全角運動量が2に対応する四重極子の電磁場が生成する。この四量体を、正方格子プランズモニック結晶で取り囲む構造、および四量体を周期的に配置する構造により、入射光エネルギーを効率的に四重極子の電磁場へ与えることが出来ることが分かった。2.サンプル作製と反応場状態の評価電子ビーム描画装置および金属薄膜形成・剥離プロセスにより作製し、一辺200nm程度の三角形を対角50nm離してクローバー状に並べた四量体を実現した。これを直径300nm程度の円板からなるプラズモニック結晶で囲む構造、および四量体を多数並べる構造も実現した。今後は、四重極子の電磁場モードの詳細な共鳴スペクトルを測定可能とすることで、究極的な目標である「光の角運動量で電子の角運動量状態を制御する」物理系を実現したい。H29年度に明らかにした多量体構造およびプラズモニック結晶構造をもとに、光反応場を作製していく。反応対象として、多重極子遷移の検討を行うためのRb原子を想定し、波長911nmに四重極子プラズモン場を有する構造を設計、作製する。また、散乱スペクトルから作製試料のプラズモン共鳴波長を評価し、所望の特性を持つ試料を実現するまでフィードバックを繰り返す。構造設計にはH29年度に用いたのと同様の解析手法を適応する。試料作製は、電子ビーム描画、金膜スパッタ、リフトオフにより行い、出来映えは走査型電子顕微鏡で確認する。所望の形状の試料を実現するための作製条件を明らかにする。試料評価には、暗視野照明と共焦点系でのスペクトル観察が必要となるので、これらの測定系を構築する。以上により、狙った特性の試料が実現する設計・作製・評価のプロセスを確立する。その上で、反応対象(Rb原子など)を導入し、光学応答を検討していく。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
がん罹患後に離職した就労世代のがん患者に対する支援プログラムの開発

2018年度の目的は、研究課題に関する文献レビューを行い、支援プログラムの開発の一助にすることである。現在の進捗状況は、以下のとおりである。2018年度に実施した研究課題における研究は、就労世代のがん患者に対する就労支援の在り方やその有効性に関するシステマティックレビューである。研究の目的は、就労世代のがん患者に対する就労支援の在り方やその有効性を明らかにすることである。研究の方法は、PRISMAガイドラインに基づいたシステマティックレビューである。研究の目的に基づいた研究疑問をPICODにて設定したのち、適格基準及び除外基準を設け、主題検索とフリーワード検索を行い、それらを検索式とした。2018年12月に、PubMed、CINAHL、CENTRAL (Cochrane Controlled Register of Trials)、医中誌Ver5.のデータベースを用いて検索を行った。検索対象期間は、20002018年12月とした。検索に含まれていない重要文献は、ハンドサーチを行った。文献の検索は、研究代表者1名と研究協力者2名の3名で行った。その結果、ハンドサーチを含む1256件の文献が抽出され、重複論文を除いた1011件を対象論文とした。対象論文を研究者3名で共有し,タイトルと抄録からスクリーニングを行い、62件を抽出した。現在、抽出した62件を精読し、最終的な分析対象となる文献を抽出している段階である。2018年度でシステマティックレビューを完遂する予定であったが、研究協力者の依頼、検索式の検討など、システマティックレビューの進行に時間を要したため、予定より進捗が遅れている。現段階では、研究実施計画の変更のはない。システマティックレビューを実施後は、学会発表や論文執筆を通して、研究結果を広く公表する予定である。また、システマティックレビューの結果を、本研究課題である、就労世代のがん患者に対する支援プログラムの開発に活用し、研究協力者からスーパーバイズを得ながら研究を進めていく予定である。2018年度に購入予定であったPCを購入品しなかったため、2019年度に購入する予定である。
人工臓器内の高せん断場血栓検出と赤血球膜破断シミュレーションとの融合

赤血球と血漿からなる固液混相流のせん断力場で血栓形成の実験と誘電緩和周波数による血栓計測を行った。その結果緩和周波数は時間的に増加しピークポイントが出現したあと減少した。さらにACT(Activated Clotting Time)の計測とフィブリノゲン量の計測を行った。ACT値はピークポイントの時点で正常値を下回り、フィブリノゲン量はピークポイントの時点で急激に下がった。これらから緩和周波数のピークポイントが赤血球凝集の開始によるものであることが明らかとなった。また血栓形成過程の一連の現象をモデル化したシミュレーションでは、赤血球凝集が緩和周波数に実験結果と同様の影響を与えることが示された。本研究では、誘電緩和法において、1.微小血栓形成時の緩和周波数を求め、その周波数を用いて微弱な交流電圧を血流に印加し、血栓形成時の電気特性から、微小血栓検出が可能なオンライン検出法の確立、2.粘性流体-赤血球構造連成計算法を導入し、高せん断場の血球膜が破壊して微小血栓を形成する要因を推定可能な手法の確立、の二つの方法を融合させ、血栓形成原因の力学的な検討を行い、実験とシミュレーション結果を精査し、人工臓器の微小血栓を早期に検出し原因探索できる融合システムの実用化可能性を見出すことを目的とする。本年度の実施内容は以下の通りである。実施項目1-(1)「センサ付補助人工心臓の製作」センサ付補助人工心臓を設計し製作した。実施項目2-(1)「血球膜破断モデリング」スペクトリン細胞骨格構造に着目し、これに脂質二重層の面積制約抵抗および曲げ剛性、さらに両者の間をつなぐ膜貫通タンパクを相対速度に対する抵抗として組み込むことにより、高速な動的変形をも再現しうる粘弾性体の赤血球膜モデルを構築した。実施項目2-(2)「シミュレーションテスト」高速流動場と赤血球の力学相互作用問題を取り扱える計算手法、および、溶血問題を取り扱える計算手法を確立した。本研究は、「いつ」「どこで」「どれだけ」の血栓の誘電緩和法による電気計測と、「なぜ」の血栓シミュレーションの融合により、微小血栓の検出を行うことを目的とする。目的を達成するために本年度はin vitroで血栓形成の実験を行い、誘電緩和法による血栓計測の可能性を評価した。高せん断力場で血栓形成の実験と誘電緩和周波数による血栓計測を行い、その結果、緩和周波数は時間的に増加しピークポイントに達したあと減少した。また、同時にACTの計測とフィブリノーゲン量の計測を行った。ACTの値はピークポイントの時点で正常値を下回り、フィブリノーゲン量はピークポイントの時点で急激に下がった。ACTは血液の凝固能を表し、ACTが正常値を下回るとは、血栓の生じやすい血液状態であることを示している。フィブリノーゲンは血栓の材料となるたんぱく質で、フィブリノーゲン量が減少することは血栓形成が進行したことを示している。本計測技術は、人工心臓への適用、血液用ポンプの性能評価への適用を視野に入れており、従来オフラインであった血液凝固能・血栓量が時間的に連続に計測できることを意味し、その有用性は計り知れない。実施項目1-(1)「センサ付補助人工心臓の製作」高速電極スイッチングが可能で、ノイズが軽減された高感度のセンサを製作できた。実施項目2-(1)「血球膜破断モデリング」赤血球膜の基本的な力学的特性が表現できた。実施項目2-(2)「シミュレーションテスト」流体中の赤血球運動の基本特性が表現できた。本年度実施予定だった、実施項目1-(2)「静止状態における微小血栓検出実験と検証」と実施項目1-(3)「血液循環流路の構築とテスト」は実験室の大掛かりな工事のため本年度は実施できなかったため来年度に行う。固液二相流H27年度は、ステージ2の未実施項目とステージ3「人工臓器内の高せん断場血栓検出と赤血球膜破断シミュレーション」を行う。具体的な計画は以下の通りである。実施項目1-(2)「静止状態における微小血栓検出実験と検証」フィブリン単体の静的電気特性を計測し基準とし、緩和周波数を特定する。新鮮動物血のヘマトクリット、凝固剤量、抗凝固剤量をパラメータとして、微小血栓量と電気特性を計測する。検出アルゴリズムから、微小血栓の大きさと個数を求め、顕微鏡により検証する。実施項目1-