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凸最適化とそれに関連する諸問題に対する手法

凸最適化問題は,以前から研究されている最も基本的な最適化問題のクラスであるとともに,内点法などの効率的解法の発展に伴い,近年実用面でも新しい応用領域が次々と開拓されている非常にホットな研究対象である.本研究の目的は,凸最適化とそれに関連する諸問題,特に制約つき凸計画問題,半正定値計画問題,単調相補性問題などの諸問題に対して堅固な理論的基盤に立脚した実用的な手法を開発することにより,工学における応用領域の拡大に寄与することである.本研究課題のもとで,凸計画問題に対する逐次2次制約2次計画法の開発やヘッセ行列が正定値とは限らない凸関数最小化問題に対する正則化ニュートン法の開発,さらに単調相補性問題に対する近接点法を改良するための有効制約同定手法の開発,均衡制約をもつ数理計画問題に対するいくつかの新しい手法の開発,凸最適化問題の拡張として近年注目を集めている2次錐相補性問題に対する平滑化と正則化を組み合わせたニュートン型の反復法や行列分解法に基づくアルゴリズムの開発を行った.さらに,非協力ゲームにおけるロバストNash均衡という新しい概念を導入し,それを2次錐相補性問題に定式化するアプローチも提案した.また,不確定性のもとでの均衡制約つき数理計画問題に対するいくつかの新しい成果を得るとともに,非線形半正定値計画問題というこれまであまり研究されていなかった問題に対しても新しい手法を開発した.これらの研究成果はロバスト最適化に関する研究につながる成果である.凸最適化問題は,以前から研究されている最も基本的な最適化問題のクラスであるとともに,内点法などの効率的解法の発展に伴い,近年実用面でも新しい応用領域が次々と開拓されている非常にホットな研究対象である.本研究の目的は,凸最適化とそれに関連する諸問題,特に制約つき凸計画問題,半正定値計画問題,単調相補性問題などの諸問題に対して堅固な理論的基盤に立脚した実用的な手法を開発することにより,工学における応用領域の拡大に寄与することである.本研究課題のもとで,凸計画問題に対する逐次2次制約2次計画法の開発やヘッセ行列が正定値とは限らない凸関数最小化問題に対する正則化ニュートン法の開発,さらに単調相補性問題に対する近接点法を改良するための有効制約同定手法の開発,均衡制約をもつ数理計画問題に対するいくつかの新しい手法の開発,凸最適化問題の拡張として近年注目を集めている2次錐相補性問題に対する平滑化と正則化を組み合わせたニュートン型の反復法や行列分解法に基づくアルゴリズムの開発を行った.さらに,非協力ゲームにおけるロバストNash均衡という新しい概念を導入し,それを2次錐相補性問題に定式化するアプローチも提案した.また,不確定性のもとでの均衡制約つき数理計画問題に対するいくつかの新しい成果を得るとともに,非線形半正定値計画問題というこれまであまり研究されていなかった問題に対しても新しい手法を開発した.これらの研究成果はロバスト最適化に関する研究につながる成果である.凸最適化問題は以前から研究されている最も基本的な最適化問題のクラスであるとともに,内点法などの効率的解法の発展に伴い,近年実用面でも新しい応用領域が次々と開拓されている非常にホットな研究対象である.本研究の目的は,凸最適化とそれに関連する諸問題,特に制約つき凸計画問題,大規模半正定値計画問題,単調相補性問題などの諸問題に対して堅固な理論的基盤に立脚した実用的な手法を開発することにより,工学における応用領域の拡大に寄与することである.本年度は,まず海外共同研究者との共同研究として,凸計画問題に対する逐次2次制約2次計画法(SQCQP法)の開発を行い、研究成果をまとめた.つぎにヘッセ行列が正則でないような凸関数の最小化問題に対する正則化ニュートン法を提案し,その理論解析を行うとともに,数値実験により,実用面での有効性を検証した.これは概外共同研究者を交えた共同研究である.また,相補性問題とそれに関連する問題として,均衡制約をもつ数理計面問題に対する研究にも積極的に取り組み,いくつかの新しい研究成果を得た.上記のいずれの研究成果も海外の学術論文誌に投稿し,採択されている.凸最適化問題は,従来から研究されている最も基本的な最適化問題のクラスであるとともに,内点法などの効率的解法の発展に伴い,近年実用面でも新しい応用領域が次々と開拓されている非常に重要な研究対象である.本研究の目的は,凸最適化とそれに関連する諸問題,特に制約つき凸計画問題,大規模半正定値計画問題,単調相補性問題などの諸問題に対して堅固な理論的基盤に立脚した実用的な手法を開発することにより,工学における応用領域の拡大に寄与することである.本研究課題のもとでは,初年度より凸計画問題に対する逐次2次制約2次計画法(SQCQP法)の開発,ヘッセ行列が正則とは限らない凸関数の最小化問題に対する正則化ニュートン法の開発を行ってきたが,本年度はそれらの研究に加えて,凸最適化問題の一般化である単調な相補性問題に対する近接点アルゴリズムの収束を加速するため有効制約の同定法を開発した.さらに,前年に引き続いて,均衡制約をもつ数理計画問題に対する研究にも積極的に取り組み,いくつかの新しい研究成果を得た.それらの研究成果は海外の学術論文誌に投稿し,掲載済みまたは掲載予定となっている.凸最適化問題は,以前から研究されている最も基本的な最適化問題のクラスであるとともに,内点法などの効率的解法の発展に伴い,近年実用面でも新しい応用領域が次々と開拓されている非常にホットな研究対象である.

本研究の目的は,凸最適化とそれに関連する諸問題,特に制約つき凸計画問題,大規模半正定値計画問題,単調相補性問題などの諸問題に対して堅固な理論的基盤に立脚した実用的な手法を開発することにより,工学における応用領域の拡大に寄与することである.本研究課題のもとで,これまで凸計画問題に対する逐次2次制約2次計画法や正則化ニュートン法の開発,さらに単調相補性問題に対する近接点法の改良,均衡制約をもつ数理計画問題に対するいくつかの新しい手法など数々の成果を得てきたが,今年度は凸最適化問題の拡張として近年注目を集めている2次錐相補性問題に対して,平滑化と正則化を組み合わせたニュートン型の反復法や行列分解法に基づくアルゴリズムを新たに開発した.さらに,非協力ゲームにおけるロバストNash均衡という新しい概念を導入し,それを2次錐相補性問題に定式化するアプローチも提案した.また,前年度の研究の発展として,不確定性のもとでの均衡制約つき数理計画問題に対するいくつかの新しい成果を得るとともに,非線形半正定値計画問題というこれまであまり研究されていなかった問題に対しても新しい手法を開発した.これらの研究成果は国際学術論文誌に投稿し,掲載済みまたは掲載予定となっている.
宮殿建築の空間と儀式に関する歴史的研究~アジアの宮殿建築の比較を中心に~

日本の宮殿建築の特徴を、そこで開かれた儀式の歴史的変化やアジアの宮殿儀式との比較により解明することを目的として研究を実施した。日本の宮殿儀式が儀式の性格に応じて、大極殿院、豊楽院、武徳殿、内裏、神泉苑を使い分けていたことにまず特徴があること、一方で内裏にそうした儀式が収斂していく傾向も早くからあり、それが内裏正殿である紫宸殿の空間や清凉殿の使い方に強い影響を与えていることなどが明らかにできた。また、古代の宮殿儀式を見ると、中国の影響はあるものの、韓国王朝やベトナムのグェン王朝とは異なり、日本的な要素が実はかなり強いことが確認できた。以下のような研究を実施した。(1)『内裏儀式』・『内裏式』『(貞観)儀式』『江家次第』の宮殿儀式に関する記事の内、紫宸殿・清涼殿の儀式に関する記事を天皇の座に着目して整理し、その特徴を解明した。これにより、天皇の座に倚子座・大床子座・平座の3種類があること、紫宸殿では倚子座と大床子座が清涼殿では倚子座と平座が見られること、天皇の座を設ける位置や座の違いの背景に紫宸殿・清涼殿の空間の変遷が想定できることなどが明らかになった。(2)『大唐開元礼』の読解を進めた。元服に関する記述を読解し、我が国の天皇元服との比較を行った。(3)中国の宮殿建築を手本として発展した日本・朝鮮・ベトナムおよび中国の宮殿建築の空間的な比較を行うために、現地調査及び韓国・ベトナムの研究者を招いた国際シンポジウム(平成19年3月)を実施した。これによって各国の宮殿建築の特徴を確認することができた。次年度以降、これらの国々で行われていた宮殿儀式の違いを比較研究することにより、空間と違いと儀式の違いについて比較検討する予定である。(4)遊牧民族の国家であるセルジュク朝トルコの宮殿建築を検討するために、トルコ国内の宮殿遺跡及びセルジュク朝トルコのスルタンが遊牧のために移動した路程を現地調査した。この調査により、宮殿とキャラバンサライと呼ばれる隊商宿の間に強い繋がりを認めることができた。(5)前項の成果を踏まえて、トルコ・プルサに残るキャラバンサライ・コザハンの実測調査を実施した。現在実測平面図などを製作中である。今後、宮殿遺跡であるクーバーダ・バードの実測調査を行い、両者を比較研究する予定である。(1)川本は、『内裏儀式』・『内裏式』『(貞観)儀式』『江家次第』の宮殿儀式に関する記事の読解を進め、特に正月の朝賀・節会、天皇・東宮・親王元服について、その装束・次第を明確にし、図面化した。(2)川本・福田は、『大唐開元礼』の読解を進めた。(3)中国の宮殿建築を手本として発展した日本・朝鮮・ベトナムおよび中国の宮殿建築の空間・儀式の比較研究を行うために、京都(平成19年7月)とベトナムフエ(20年2月)で2回の研究会を行った。研究会では、川本、福田に加え、韓国慶北大学のCho Jaemo准教授、ベトナムフエ文化財センターのPhan ThanhHai副所長が、日中韓越それぞれの宮殿における正月の儀式及び元服についての発表を、史料を元に発表し、お互いに比較検討を行った。(4)遊牧民族の国家であるセルジュク朝トルコの宮殿建築を検討するために、トルコ国内の宮殿遺跡及びセルジュク朝トルコのスルタンが遊牧のために移動した路程を昨年度に続き現地調査した。(5)トルコ・ブルサに残るキャラバンサライ・コザハンで実施した実測調査の成果を元に、実測平面図・復原平面図・アイソメ図などを製作した。本研究の最終年度に当たる平成20年度に行った研究内容と成果は以下の通りである。1)入内と立后に関する儀式の比較研究...日本・中国(唐)・韓国(朝鮮)・ベトナム(阮)各宮殿における立后儀礼の比較研究を実施した。日本の立后において立后の宣命宣制は内裏で行われるものの、立后後の祝宴が当初内裏で開かれていたものが、摂関政治の成立により中宮の生家で行われるようになること、祝宴の出席者が道長時代から変化することなどを報告した。2)東アジアの宮殿建築と宮殿儀式の比較研究に関するシンポジウムの開催...連携研究者、研究協力者の協力を得て、これまでの比較研究の成果を公表するシンポジウムを開催した。本シンポジウムの成果などは研究成果報告書で公表する。3)平安時代初期の儀式書の分析...

『内裏儀式』『内裏式』『儀式』三書を比較することにより、平安時代初期の宮殿と宮殿儀式がどのような過程を経て体系化されていったかを検討した。豊楽院での儀式を前提としない『内裏儀式』の後、弘仁十二年に豊楽院の使用を大幅に取り入れ、また宮殿儀式の実態に合わせた形で『内裏式』が成立たことし、その後豊楽院がほとんど使用されなくなったにもかかわらず、『(貞観)儀式』では実態とは離れた形で豊楽院での儀式に関する記述がなされていることを明らかにした。また、三つの儀式書の比較からそれぞれが前提とする宮殿儀式空間のあり方についても検討した。現在、これまでの三年間の研究をまとめた研究成果報告書を作成中であり、六月上旬には完成する予定である。
一重項酸素発光寿命のスポット計測による微量試料の抗酸化活性評価

希少な天然抽出物質等の一重項酸素消去速度定数を微量の試料で計測するための近赤外発光寿命スポット計測法を開発し、微量溶液やゲル・固形試料に対しファイバープローブの0.4 mmのスポットで抗酸化評価のための計測を可能にした。0.05 mgのカロテノイド異性体やヒドロゲル試料の一重項酸素消去活性の測定に成功した。また、脂溶性香辛料成分のシクロデキストリンによる水溶液分散化による一重項酸素消去活性評価について検討し、水環境化の構造活性相関を明らかにした。一方、1測定10分を要する現状では評価対象や増感剤の計測中のダメージがスポット計測の障害であり、測定時間を大幅に短縮する必要がある。植物抽出物や血清タンパクなどの天然物質の一重項酸素(^1O_2)消去速度定数を微量の試料で計測してその構造活性相関についての検討を可能とすることを目指して、近赤外発光寿命のスポット計測の技術開発に関する下記の検討を行った。(1)反射計測ファイバー光学アタッチメントを市販のパーツから製作し、近赤外発光寿命測定装置(浜松ホトニクスC7990-O1)に追加することにより、光ファイバー先端のプローブ光束のスポット(開口φ0.2, 0.4, 0.6mm)において、0.1ns-50μsの時間領域の近赤外発光寿命を高感度で計測することを可能とした。(2)マイクロウェルプレートやマイクロバイエル中の少量(100500μL)のローズベンガル標準溶液において、今回開発したスポット計測法により高精度で^1O_2発光寿命計測が可能であり、従来法(試料量>2.5mL)と比較した検出感度の低下が実用範囲内であることを確認した。また、スポット計測法で標準抗酸化剤(ビタミンE誘導体,カロテノイド)の^1O_2消去速度定数を実際に計測し、従来法によるものと同じ値が得られることも確認した。この結果、計測に必要とされる試料/溶媒の量を劇的に減少させることができ、貴重な天然試料の使用や高価な溶媒中の計測が容易となった。(3)スライドガラス上の微小液滴(50μL)における^1O_2消去速度の計測(ドロップオン型検出)を試みたが、液滴作成のため適切な増粘剤の添加が必要であり、この点についてのさらなる最適化が必要であることがわかった。植物抽出物や血清タンパクなどの天然物質の一重項酸素(^1O_2)消去速度定数を微量の試料で計測してその構造活性相関についての検討を可能とすることを目指し、近赤外発光寿命めスポット計測の技術開発に関する下記の検討を行った。(1)7種の天然カロテノイド,アスタキサンチン,アントシアニジン,カテキン類シコニン,9種のポリフェノール等について、^1O_2消去速度定数の計測を行った。また、2種のポリフェノールの^1O_2消去速度定数のpH依存性を計測し構造活性相関を明らかした。マイクロバイエルの使用により、以前よりはるかに少ない試料量で効率よく稀少な天然成分の^1O_2消去速度定数を計測できた。反射型検出により、濁りを有する透明度の低い試料においても再現性よく高精度に計測できた。(2)微小液滴(50μL)中の^1O_2減衰速度の計測(ドロップオン型検出)を試みたが、検出発光量が不十分であった己励起・検出光学系のファイバーカップリングにコリメーターを加えてドローチューブで固定、光軸・光路長を微調整した結果、検出光量が大きく改善され、ファイバー計測でもローズベンガル標準溶液で通常計測の65%の^1O_2発光強度を得ることに成功した。ファイバー付加による19nsの光学遅延が生じることを除き、時間分解能く1ns)に問題がないことも確認した。蛍光色素を標準試料に用いて改良光学系による微小液滴計測の検討を続行中である。(3)微動精密XY駆動ステージとファイバー検出系を組み合わせた計測ユニットを製作した。蛍光紙片により反射ファイバー検出系による計測を行い、感度チェックを行った。さらに蛍光色素の高、粘性溶液を標準試料にした検討を行っている。希少な天然物質の一重項酸素消去速度定数を微量の試料で計測し、構造活性相関についての検討を可能とすることを目指し、近赤外発光寿命のスポット計測技術の開発と応用に関する下記の検討を行った。(1)平成24年度までに開発した近赤外発光のスポットスキャニング計測システムを用いて、光増感剤を含むアガロースのヒドロゲル中での標準抗酸化剤の一重項酸素消去速度定数の計測を試みた。計測スポットを固定すると積算計測中に励起光による光ダメージで増感剤の脱色が生じるが、スキャニングシステムでスポットを移動して計測することで解決した。天然抗酸化剤のジンゲロン(ショウガ成分)の一重項酸素消去速度定数は、ヒドロゲル中では水溶液中より10%低下した。

このようにゲル中での一重項酸素挙動やその消去のダイナミクスが検討可能であることが分かったが、ゲル中の発光強度が小さく、酸素濃度の制御も困難であることから、重水を使用して改善する必要があるかもしれない。(2)マイクロフロー計測の予備検討として、市販の小容量蛍光フローセルを用いて微量試料の計測を試みた。極微量の抽出物として単離されたカロテノイドの幾何異性体(カゴメ提供)試料において、最小0.05 mgで一重項酸素消去速度定数の決定に成功した。(3)難水溶性の香辛料成分をシクロデキストリンにより水に可溶化した試料の一重項酸素消去活性(平成24年度成果)に対して、単糖・二糖による影響との比較検討を行った。その結果、シクロデキストリンによる速度定数の低下は包接化の影響が主であることが、定量的に示された。(3)これまでの研究成果の一部を欧文誌に投稿したが、現時点では未掲載である。本課題の発展と問題点解決を目指した課題の申請により、平成26年度の科研費を獲得することができた。この課題を推進するとともに、さらなる研究成果の発表・投稿を予定している。植物抽出物や血清タンパクなどの天然物質の一重項酸素消去速度定数を微量の試料で計測してその構造活性相関についての検討を可能とすることを目指し、近赤外発光寿命のスポット計測の技術開発と応用に関する下記の検討を行った。(1)一重項酸素近赤外発光の時間分解計測により、難水溶性のカプサイシンをはじめとする香辛料成分6種について、シクロデキストリンにより水溶液へ可溶化した試料で一重項酸素消去活性の検討を行った。可溶化した成分が水溶液中で生成した一重項酸素を定量的に消去する動態が観測され、その消去反応の速度定数を決定することができた。シクロデキストリンによる包接化の影響は、溶液の粘性係数の増大と分子サイズの増大から説明でき、成分それぞれの一重項酸素消去活性について、定量的に比較可能なデータを得られることが分かった。また、シクロデキストリンに包接させた状態でpH依存性などのデータを得ることも可能であり、この方法が広範囲な用途に応用できることが分かった。(2)一重項酸素近赤外発光の2次元スポットスキャニング計測についての基礎検討を行った。光増感剤を含有したアガロースのヒドロゲルを調製し、一重項酸素発光のスポット計測を試みた。一重項酸素のゲル中での生成に伴う発光の増大と減衰を直接時間分解観測することができ、その時間依存性の水中との違いが検討可能であることが分かった。しかし、計測の積算時間中に、励起光による光ダメージで増感剤の脱色が生じることから、現在の条件ではスポットされた成分の活性計測は困難であることも明らかとなった。また、強力な一重項酸素消去剤であるカロテノイドをセルロースシートにスポットし、このシートを光増感剤水溶液に含浸してスポット計測を試みた結果、一重項酸素発光の時間変化を得ることができたが、カロテノイドによる一重項酸素消去の効果は判別できなかった。さらなる検討が必要である。当初計画通り、以前よりはるかに少ない試料量で種々の植物由来成分の^1O_2消去速度定数を計測できた。また、ドロップオン計測の条件検討の中で、光学系の最適化により測定感度の大幅な改善が実現でき、今後の研究の進展の助けとなる。2次元スキャニング計測の基礎検討については、計画よりやや遅れている。
無限次元(超)代数の表現とその可積分系への応用

この研究により得られた結果は以下の通り。1.N=2 Virasoro超代数のtwisted sectorのVerma加群及びFock加群の構造を完全に決定した。2.Z-gradedなLie超代数の内、各graded componentが有限次元になる場合に、tilting equivalenceが成立することを示した。この結果を特に、Virasoro代数の場合に適用することにより、(c,h)←→(26-c,1-h)なるdualityを得る。これは、B.Feigin氏により、80年代の初め頃に見つけられたsemi-infinite torsionの間のdualityを説明するものである。現在、全てのphysicalsuperconformal algebraに対し、このdualityをexplicitに書き下している最中である。3.N=1 Virasoro超代数のRamond sectorの表現の内、特に物理的に興味深いh=1/24cなる関係を満たす表現のpre-Verma加群のJantzen filtrationに関する予想を持っていたのであるが、それを肯定的に解決した。従って、この結果と我々が既に得ていた結果を合わせると、N=1 Virasoro超代数のVerma加群及び、それに付随する表現の構造は、完全に決定されたことになる。4.N=2 Virasoro超代数のTwisted sectorのunitarizable highest weight moduleの完全な分類を行った。つまり、highest weightが(c, h)のVerma加群がunitarizableになるための必要充分条件を与え、特に、minimal unitary系列の具体的な構成を、<sl_2>^^^^のintegrable highest weight表現を用いてexplicitに構成した。以上の結果の内、1.は既に学術論文として発表済み、2.は準備中、3.及び4は投稿中であることを付記しておく。2.Lie超代数の中心拡大1についてN=1 Virasoro超代数には、Neveu-Schwarz sectorとRamoind sectorの2種類あり、それらの表現は、物理学者等によって、Virasoro代数の場合とほぼ同じと思われてきたが、実際には、Ramond sectorの超対称点において、かなり様相が異なり、超代数特有のややこしい現象も見られたが、この場合にも完全に、Verma加群及びFock加群の構造を決定した。また、N=2 Virasoro超代数について、twisted sectorと呼ばれる場合に、そのVerma加群とFock加群の構造を完全に決定した。以上の結果は学術論文に発表されたことを付記しておく。2についてこの結果は、学術論文に掲載予定である。また、その応用として、特に、gが単純Lie超代数であって、Aが1変数のLaurent多項式環の場合に上の計算を具体的に実行することにより、Affine Lie超代数と呼ぶべきものの構造を決定する計算を現在、実行中である。
fMRIニューロフィードバック法による慢性疼痛の神経科学的修復機構の解明

【本研究の概要】まず健常者においてfMRIニューロフィードバック法を行い、制御可能性および安全性の確認を行う。研究の説明・同意が得られた後、無作為に標的脳領域またはシャム領域にそれぞれ割り付ける。評価項目は行動指標としての認知・注意課題の成績変化や、反芻に関する変化、後部帯状皮質を含めた脳内ネットワークの活動変化について確認する。健常者においてfMRIニューロフィードバック法を確立した後、慢性疼痛患者に対して施行する。fMRIニューロフィードバック法施行による認知・注意課題の成績や疼痛症状、反芻、不安・抑うつ、脳内ネットワークの活動変化を確認し、fMRIニューロフィードバック法による効果を検証する。【平成30年度】当院で行っているニューロフィードバック法の介入に参加し、慢性疼痛に対する同治療の可能性について検討中である。それらと関連した慢性疼痛のメカニズムに関する論文について国際誌に現在2報投稿中である(現在Revision中)。具体的には慢性疼痛の心理療法の改善には感情の改善が重要であること、嫌悪刺激を用いた強化学習課題においてある性格傾向が今回の学習課題に影響を与えていること、さらにそれらについて脳内メカニズムとして解明することができた。これらの結果については将来的なニューロフィードバック法の確立に役立つものであると考える。来年度も引き続き検証を行う予定である。おおむね順調にデータを蓄積しており、またその一部の内容を国際誌に2報投稿することができたため。引き続き、データの蓄積を継続する。またニューロフィードバックに関する知見を深めていき、慢性疼痛への治療介入を目指す。研究費を次年度に一部繰り越し、平成31年度の早い時期に平成30年度分の研究の一部であるニューロフィードバック法に関連する疼痛研究に用いることにした。
結晶学的アプローチによる顎骨の力学的特性評価への挑戦

骨における生体アパタイト(BAp)結晶の配列は骨の力学機能と密接な関連性があることが知られている。本研究は、ヒト下顎骨大臼歯部皮質骨の歯槽部と下顎底部におけるBAp配向性とヤング率の関連性を明らかにすることを目的とした。有歯顎下顎骨を用いて近遠心方向におけるBAp配向性の測定、およびナノインデンテーション法によるヤング率の測定を行い、両者の関連性を評価した。本研究の結果から、BAp配向性とヤング率とは密接な関連があり、骨強度評価におけるBAp配向性測定の重要性が示唆された。また、ヒト下顎骨のBAp配向性を明らかにすることで、咀嚼の影響について考察することが可能であると考えられた。顎骨の力学的特性はインプラント治療の正否を決める重要な因子である。顎骨の力学的特性は、骨密度(BMD)のみではなく、生体アパタイト(BAp)結晶配向性に大きく依存することが報告されているが、顎骨のBAp結晶配向性と力学的特性の具体的な関係に言及した研究は少なく、ましてやヒト顎骨を使用した研究は皆無である。そこで、ヒト下顎骨のBMD値とBAp結晶配向性の関係を調査するとともに、動物を使用した片咀嚼モデル、およびインプラント埋入モデルにおいてBAp結晶配向性と力学的特性の関係を調査することを目的とした。これらが明らかになれば、骨生検手法による骨質診断、骨増生法のガイドライン策定へ寄与するだけでなく、メカニカルストレスのメカニズムの解明に繋がる可能性を有している。ヒト下顎骨(有歯顎)における皮質骨および海綿骨のBMD値とBAp結晶配向性の計測により、歯槽部と下顎底部ではBMD値に差がないがBAp結晶配向性に大きな違いがあり、下顎底部では近遠心的に配向しているのに対し、歯槽部では歯の植立方向に強い配向性が認められることが明らかとなった。加えて、顎骨のBAp結晶配向性と弾性係数などの力学的性質は相関性があることが立証された。これは、ヒト下顎骨が、咬合圧に応答する歯槽部と長管骨構造を有する下顎底部といった有歯顎に特徴的な二重構造を反映している結果と考えられ、咬合圧が顎骨の力学的特性に影響していることを示唆した。加えて、ヒト下顎骨(無歯顎)のBAp結晶性配向性を探査して結果、BAp結晶性配向性は歯を失ってからの期間によって変化することが明らかとなり、メカニカルストレスの重要性が裏付けられた。

そこで、ヒト下顎骨のBMD値とBAp結晶配向性の関係を調査するとともに、動物を使用した片咀嚼モデル、およびインプラント埋入モデルにおいてBAp結晶配向性と力学的特性の関係を調査することを目的とした。これらが明らかになれば、骨生検手法による骨質診断、骨増生法のガイドライン策定へ寄与するだけでなく、メカニカルストレスのメカニズムの解明に繋がる可能性を有している。ヒト下顎骨(有歯顎)における皮質骨および海綿骨のBMD値とBAp結晶配向性の計測により、歯槽部と下顎底部ではBMD値に差がないがBAp結晶配向性に大きな違いがあり、下顎底部では近遠心的に配向しているのに対し、歯槽部では歯の植立方向に強い配向性が認められることが明らかとなった。また、顎骨のBAp結晶配向性と弾性係数などの力学的性質は相関性があることが立証された。これは、ヒト下顎骨が、咬合圧に応答する歯槽部と長管骨構造を有する下顎底部といった有歯顎に特徴的な二重構造を反映している結果と考えられ、咬合圧が顎骨の力学的特性に影響していることを示唆した。しかし、咬合の有無、および下顎および上顎の結晶配向性については十分に検討されていない。また、顎骨のBAp結晶配向性とヤング率などの力学的性質は相関性があることが立証されたが、歯槽部や下顎底部など、部位における両者の関係は十分に解明されていない。さらに、上顎や無歯顎のBAp結晶配向性に関する検討はされておらず、メカニカルストレスの影響に関してはさらなる検討が必要である。また、顎骨のBAp結晶配向性と弾性係数などの力学的性質は相関性があることが立証されたが、歯槽部や下顎底部など、部位における両者の関係は十分に解明されていない。さらに、実験的片咀嚼による咬合力の除去が下顎骨構造に及ぼす影響に関しては、咬合力の除去の時期などに対してなど、さらなる検討が必要である。ヒト下顎顎骨の力学的特性とBAp結晶配向性との関係については、メカニカルストレスの有無(特に無歯顎の影響)、および上顎の結晶配向性を精査する。また、動物を使用したインプラント埋入モデルにおいて、顎骨のBAp結晶配向性と力学的性質の関係を検証する。ヒト顎骨の力学的特性とBAp結晶配向性との関係については、メカニカルストレスの有無、および下顎および上顎の結晶配向性を精査する。また、動物を使用した片咀嚼モデル、およびインプラント埋入モデルにおいて、顎骨のBAp結晶配向性と力学的性質の関係を検証する。1.ヒト顎骨のBAp結晶配向性1)有歯顎における臼歯部と前歯部の違いについて、前年度と同様に検討する。2)無歯顎と有歯顎の違いについて、前年度に加えて、全ベクトル方向の配向性について検討する。2.動物の顎骨を使用した研究1)実験的片咀嚼モデルによる顎骨の特性評価:家兎およびビーグル犬の上下顎左側臼歯を歯頚部まで切断して飼育し、咀嚼群(右側)、非咀嚼群(左側)顎骨に分ける。また、前年度と同様な手法によりBAp結晶配向性・力学的特性・コラーゲン走行方向を測定し、それらの関係を精査する。さらに、咬合の有無が下顎骨の骨吸収および力学的特性に及ぼす影響について検討する。2)インプラント埋入モデルによる顎骨の特性評価:・ISO/TS22911
多段階の分子スイッチを備えた多成分複合体による鉄硫黄クラスター生合成機構の解明

1. SufDの機能解析SufDの結晶構造に基づいて様々な部位に変異を導入し、in vivoのアッセイ系を用いた機能解析を行った。この結果、分子内部に完全に埋もれた活性残基を同定することができ、この機能には構造変化を伴うことを推定した。2.多成分複合体のX線結晶構造解析と機能解析大腸菌に由来するSufC/SufD複合体の結晶構造の決定に成功した。この構造に基づき複合体中のSufCに様々な変異を導入して、構造変化の有無をクロスリンク法により調べたところ、この複合体中のSufCはATP依存的にダイマーを形成することがわかった。このダイマー形成により、SufC/SufD複合体には大きな構造変化が起きることが強く示唆された。1.多成分複合体の精製・結晶化およびX線結晶構造解析大腸菌に由来するSufCとSufDを大腸菌内で共発現させたところ、安定な二成分の複合体を形成することを初めて見出し、この複合体の立体構造を決定した。SufCD複合体は、SufDのコアドメインから突出したC末端ドメインが、L型構造のSufCに突き刺さるような形で相互作用していた。このような複合体の形成により、SufCでは大きな構造変化が起きていた。この構造変化を詳細に検討した結果、SufCはSufDとの複合体形成に伴ってATPの結合/加水分解に適した活性型に変化すると考えられた。2.大腸菌由来SufCへの変異導入SufBCD複合体は、SufCのATPase活性がトリガーとなりダイナミックな構造変化を可能としている。そこで、既に明らかにしたSufCの立体構造に基づいて、SufCのATPase活性を低下させるミスセンス変異を遺伝子操作により導入し、合計30個の変異SufC発現プラスミドを構築した。
山間農村と大都市近郊地域の比較による地域社会構造変動の実証的研究

本研究の課題は、一方では若年層の流出、他方では来住人口の増大という相反する要因によって、ともに農業の衰退を招いた地域を比較することによって、日本の農業地域の社会構造変動を実証的に明かにすることである。そのために山間農村の事例として福島県東白川郡矢祭町、大都市近郊地域として埼玉県蓮田市を選定して、前者については同町内に20の全「行政区」の区長を対象とした面接による聞き取り調査(2001年9月)、後者については同市内にある100自治会の全自治会長を対象としたアンケート調査(2000年9月)を実施した。それとともに両地域の各種役職者及び古老等に繰り返しインタヴューを行い、加えて行政文書、区有文書、自治会文書などの関連資料の収集・整理・解読を行った。主なfindingsは以下の通りである。1両地域ともそこにおける地域自治組織(「行政区」・「自治会」)は、行政補完(各種行政施策の住民への連絡・取次・協力)とともに、行政への住民要求の取次及び地区独自のコミュニティ活動を行っている。2コミュニティ活動の内容には、両地域とも自治組織毎に違いがあるが、住宅地化の進んだ蓮田市においても、比較的多く農家を残している地域の自治組織では、明治期以来の大字範囲の組織を維持しており、この範囲で道路・排水路の清掃・維持活動及び親睦活動が行われていた。この点は、山間農村である矢祭町の自治組織と同様であった。3両地域におけるコミュニティ活動の大きな違いは、大字範囲における鎮守祭祀にみられる。矢祭町ではそれが自治組織(「行政区」)の重要な活動になっているのに対し、蓮田市では自治組織(自治会)の活動には組み込まれていない。4この違いは居住世帯の「家」的属性の持続の程度に対応しており、矢祭町の自治組織は、直系家族再生産が困難になる家族を増大させながらも、まだ「家連合」としての近隣組織をその基盤としている。1.大都市近郊地域の事例として、埼玉県蓮田市を対象として取り上げ、同地域の各種文書資料の収集及び整理を行った。主な収集資料は次の通りである。埼玉新聞(蓮田市域関係記事1945年以降分)・各種広報(蓮田町・蓮田市・黒浜村1945年以降分)・蓮田市自治連合会総会関係資料(1970年以降分)・蓮田市自治会関係資料(農村地区・住宅地区各1)。また蓮田市の自治会及び婦人会の役職者を対象として、聞き取り調査を行った。さらに蓮田市の全自治会(100自治会)会長を対象として、質問紙による活動内容に関する聞き取り調査を行った(回収94自治会)。現在収集資料の整理及び調査データの集計を継続中であるが、同地域では1970年代を境にして、住民団体の構成や活動に変化が見られることが明らかとなった。2.山間農村地区の事例として、福島県矢祭町を取り上げ、宝坂及び中石井地区における区有文書および地元ミニコミ紙の収集(コピー及び写真)及び整理を行った(収集文書326点)。また宝坂地区において、役職者への聞き取り調査及び家族・近隣関係についての世帯調査の補充調査を行った。現在収集資料の整理及び調査データの集計を継続中であるが、同地域では1980年代を境にして住民の近隣関係に変化が見られ、家関係よりも個人的な選択的関係が重視されるようになっている。

3.なお上記二地区のほかに、過去にデータ収集を行った千葉県市川市原木地区(大都市近郊地域)及び千葉県安房郡三芳村山名(山間農村地域)を比較事例として取り上げ、両地域における既収集資料(区有文書)の整理を行った。1.昨年度に引き続き、山間農村地域の事例として福島県矢祭町を取り上げ、同町における全「行政区」(20「行政区」)の「区長」を対象として、質問紙による聞き取り調査を実施した。同町の「行政区」は大字を基盤にして構成されている団体であるが、大字集落については、1983年に土地の古老を対象とした聞き取り調査を実施しているので、今回はそれとの比較を念頭において調査を行った。さらに同町の各種役職者に対する聞き取り調査を実施した。また昨年度収集した、同町宝坂地区における区有文書資料の整理及びリライトを継続した。収集資料及び調査データの分析の結果、同町の村落組織は、近世以来の「ムラ」の構造を基盤にしながらほぼ昭和戦前期に形成された村落機構を、戦後の高度成長期まで維持してきたことが明らかになった。また1980年代以降、直系家族としての再生産が困難になった家族が増加しており、これに伴い、慣行的な共同作業や祭祀の継続が困難になっており、村落組織の構造や村落機構(役職組織)の活動も、行政への依存性を高めていることが明らかとなった。2.また上記矢祭町の他に、千葉県安房郡三芳村山名(山間農村)において、土地の役職者及び古老を対象とした聞き取り調査を実施し、戦後の村落組織の変容を明らかにするとともに、区有文書のうち戦後期のものを中心に、閲覧とコピーを行った。同地域は高度成長期以降、有機農業と農産物の「産直」に取り組んできており、これによって農業を基軸とした村落組織の構造が、矢祭町のそれとは異なったありかたをしていることが明らかとなった。
未利用銅鉱のアドバンスドヒープリーチング

近年、斑岩銅鉱床の低品位鉱から銅を生産するためにヒープリーチング(露天掘り採掘した鉱石を野積みし、この上部から硫酸溶液を散布して銅分をイオンの形で溶出させ、溶媒抽出-電解採取などにより高純度の金属銅を生産する方法)が広く用いられるようになってきている。しかし、ヒープリーチングの対象は鉱床浅部に存在する酸化銅鉱や2次硫化銅鉱に限られ、鉱床深部の主要銅鉱物である黄銅鉱(CuFeS_2)は浸出速度が遅いので対象とできなかった。鉱床浅部の酸化銅鉱や2次硫化銅鉱はいずれ枯渇するので、黄銅鉱に適したヒープリーチング技術を開発することは重要である。黄銅鉱は酸化反応で浸出されるので,従来は高い浸出速度を得るためには酸化的雰囲気(高い酸化還元電位)を保つべきだと考えられてきた。しかし,我々は過度に高い電位では黄銅鉱表面が不働態化して浸出速度が低下することをこれまでの基礎研究で明らかにしてきた。この知見に基づき,本研究では,酸化還元電位を制御することで黄銅鉱の浸出を高速化することを目指した。平成17年度は,フラスコ浸出実験と電気化学実験により黄銅鉱浸出速度の電位依存性を調べ,浸出の最適電位がCu^<2+>、Fe^<2+>濃度の関数となることを明らかにした.平成18年度は,カラム浸出実験を実施し,鉱石堆積層の上部から散布する溶液のpHと電位の制御で黄銅鉱の浸出を促進できることを確かめた.平成19年度は,さらなる浸出改善法について数値シミュレーションとカラム浸出実験で検討し,散布液の組成と酸化還元電位を最適化すれば100日で約80%の銅浸出率が得られることを実証した。この値は二次硫化銅鉱などを対象とした現行のヒープリーチングの浸出速度に匹敵し、黄銅鉱のヒープリーチングを実用化できる可能性を示すものである。本研究の目的は、黄銅鉱の高速ヒープリーチングを実現するために,鉱石堆積層内における電位制御技術を開発することである。本年度では、次年度からの研究に用いるリーチングカラムを製作すると共に、鉱石堆積層内での電位分布や浸出率のコンピュータシミュレーションに必要な種々のパラメターを実験により求めた。具体的には、実験に用いた黄銅鉱試料のキャラクタリゼーションを行って粒度分布、比表面積、化学・鉱物組成等を決定すると共に、黄銅鉱粉末試料の振盪フラスコ浸出実験と黄銅鉱電極を用いた電気化学実験により黄銅鉱酸化溶解反応速度の溶液電位と液組成(Cu^<2+>、Fe^<2+>、Fe^<3+>およびH_2SO_4濃度)に対する依存性を検討した。浸出実験の結果をHiroyoshi-Mikiらの反応モデルに従って解析したところ、黄銅鉱の溶解速度はモデルから導出された無次元化電位に従って決定していることが確認され、黄銅鉱溶解速度を最大にする溶液電位Eの最適値E_<op>(最適電位)はCu^<2+>濃度[Cu^<2+>]とFe^<2+>濃度[Fe^<2+>]の関数として"E_<op>=α+βlog[Cu^<2+>]+γlog[Fe^<2+>]"の形で表せた。実際には、Fe^<2+>濃度依存性に関する係数γの値はCu^<2+>濃度依存性に関する係数βに比べて極めて小さく、最適電位は"

E_<op>=α'+βlog[Cu^<2+>]"で十分に近似できる。黄銅鉱電極の分極測定と静止電圧測定の結果から求めたE_<op>の液組成依存性も浸出実験から得た結果と同様であった。電位制御の効果を確認するために、黄銅鉱粉末試料を用いて回分式の浸出実験を行ったところ、浸出の過程のCu^<2+>濃度の測定結果から算出した最適電位E_<op>に一致するように溶液電位Eを制御したところ、制御しない場合よりもCu溶出速度が高くなることが確認できた。本研究の目的は,黄銅鉱の高速ヒープリーチングを実現するために,鉱石堆積層内における電位制御技術を開発することである.前年度(初年度)は,回分浸出実験と電気化学実験により黄銅鉱浸出速度の電位依存性と液組成依存性を調べ,制御目標となる最適電位がCu^<2+>、Fe^<2+>濃度の関数として表せることを明らかにした.本年度は,カラム浸出実験を実施し,鉱石堆積層の上部から散布する溶液のpHと電位を制御して黄銅鉱の浸出速度を増加させることを試みた.また,浸出速度のさらなる改善法について数値シミュレーションで検討した.カラム浸出実験は全実験期間を期間IIIIに分けて実施した.電位とpHの制御を行わなかった期間I(010日)では,pHの上昇に伴って酸化剤Fe^<3+>が水酸化物として沈殿したために電位が過度に低下し,黄銅鉱は浸出されなかった.期間II(1037日)では,硫酸添加により散布液のpHを1.5付近に調節した.この結果,Fe^<3+>膿度と電位が増加して黄銅鉱が浸出されるようになった.期間III(3788日)では,pH制御を継続すると同時に,試薬の添加によるFe^<3+>/Fe^<+2>濃度比の調節により散布液の電位を黄銅鉱浸出の最適値付近に制御し,期間五の約3倍の浸出速度を得た.以上の結果は,鉱石堆積層の上部へ散布する液のpHと電位を事前に制御すれば黄銅鉱の浸出速度が改善されることを示している.しかし,溶液と浸出残渣物の分析結果を詳細に検討したところ,鉱石堆積層上部から下部に向かうに従って,電位が低下して最適値から乖離し,黄銅鉱の浸出率が低下することが判明した.高さ方向の電位分布を最適化することを目標にして,溶液の散布速度や散布方法を数値シミュレーションで検討したところ,鉱石堆積層の上部のほかに中段の数箇所から溶液を多段散布することで浸出速度をさらに改善できることが予想された.本研究の目的は,黄銅鉱の高速ヒープリーチングを実現するために,鉱石堆積層内における電位制御技術を開発することである.平成17年度は,回分浸出実験と電気化学実験により黄銅鉱浸出速度の電位依存性を調べ,浸出の最適電位がCu^<2+>、Fe^<2+>濃度の関数となることを明らかにした.平成18年度は,カラム浸出実験を実施し,鉱石堆積層の上部から散布する溶液のpHと電位を制御して黄銅鉱浸出を促進できることを確かめた.本年度は,浸出のさらなる改善法について数値シミュレーションで検討し,カラム浸出実験でその効果を確かめた。鉱石堆積層の外部に散布液の組成や電位を調整する反応槽を設置することを想定し,一定組成の液を黄銅鉱に散布した場合についての数値シミュレーションを実施し,銅浸出に適した液組成や電位を検討した。また,シミュレーション結果に基づいて一定組成の散布液を用いたカラム浸出実験を行い,黄銅鉱浸出に及ぼす効果を検討した。Fe^<3+>のみしか含まない高電位の溶液を散布した場合、銅浸出率は30日で5%にすぎなかったが、適量のFe^<2+>を添加して電位を低下させた溶液を用いた場合には約30%になった。この実験をさらに継続したところ,100日で約80%の浸出率が得られた。散布液へのCu^<2+>の添加は黄銅鉱浸出に影響を与えなかった。
超深い奥行感３Ｄ裸眼画像表示システム

粗なレンチキュラーレンズの焦点面多層化により超深い奥行感を提供することを目的として下記項目を実施1当初予定のプリズムと静止画で実験を行い、深い3D映像提示の可能性を確認2プロジェクタで動画式を構築、ディストーション問題を確認3LCDとマジックミラーでディストーションを改善、モアレ問題を確認4従来の裸眼3D表示にも使えるモアレ軽減法を提案5薄型化のため半透明LCDを用いた方式を提案7実環境に対応するため、自由視点3D撮影法を提案8深さ評価でHMDを検討した結果、バーチャルTVを実空間中に自由な深さに固定する方法を考案9結論、粗なレンチキュラーレンズの焦点面多層化は3D映像を深くすることができる。本研究はピッチの粗いレンチキュラーレンズと焦点近傍での画像多層化により、従来のレンチキュラーイメージより遥かに深い3次元奥行感を提供することを目的とする。予測される問題点の一つはレンチキュラーレンズの焦点近傍での画像多層化であるが、この対策としては繰り返し段差を持つ立体形状拡散板をスクリーンとして導入し、画像のずれを抑制しながらこれまでにない超深い3次元奥行き感を提供可能なレンチキュラー式3次元画像表示を実現させる。前年度は計画通りに静止画表示実験ができたので、今年度は市販の動画表示ディスプレイへの対応と、動画表示に発生するモアレの問題について研究を行った。動画表示ディスプレイに適用可能な立体形状拡散板の作成法を確立させるため、印刷媒体を用いた動画表示と複数の動画ディスプレイをハーフミラーを用いて疑似的に焦点面付近に多層化させる表示など、様々な実験を行った。その結果、当初のレンチキュラーレンズの焦点近傍での画像多層化法よりも有効な焦点近傍多層化法が考案された。新しい方法は当初予定のスクリーン面を物理的に削って多層化させる方式と異なり、光線を屈折させるだけで1枚の動画ディスプレイをレンチキュラー焦点面で多層化することができる。これによりレンズのディストーション問題が発生するプロジェクターを用いなくてもシステム構築が可能になった。また、動画ディスプレイを用いる場合は前年度の印刷媒体を用いた時に無かったモアレの問題がある。動画ディスプレイの画素が等間隔に配置されているため、要素レンズが等間隔に配置されているレンチキュラーレンズ越して見るとモアレ干渉が起こり、画像が見え難くなる。この問題を解決するため、レンチキュラーレンズやピッチ幅が簡単に変えられるパララックスバリアを用いて実験システムを作成し実験と検討を行った。これにより新しいモアレ低減法が考案され、その有効性を実験で確認した。今年度は1当初の予定通りに繰り返し段差を持つ立体形状拡散板をスクリーンを用いてプロジェクタによる表示システムを作成し、画像のずれを抑制しながら3D画像表示実験を行った。その結果、画質がまだ不十分だが、奥行深い3D画像を表示できることが確認された。また、画質に影響するレンズのディストーション問題や拡散面の配置問題についても検討した。2直視型平面動画表示ディスプレイへの適用について検討した。昨年度は複数の動画ディスプレイをハーフミラーを用いて焦点面付近に多層化させる表示実験を行ったが、今年度は市販されている透過型平面動画ディスプレイを複数枚用いて、ハーフミラーを介さずに焦点面付近の多層化を実現させる手法について検討を行い、その有効性を確認した。3自由視点3D画像撮影法を用いた超奥行感立体画像の生成法について検討した。4昨年に引き続き今年度も多層化によるモアレが発生する問題について検討を行った。その結果、特に焦点付近多層化時に発生する色モアレの抑制に有効な方法を考案できた。予測される問題点の一つはレンチキュラーレンズの焦点近傍での画像多層化であるが、この対策として繰り返し段差を持つ立体形状拡散板をスクリーンとして導入し、画像のずれを抑制しながらこれまでにない超深い3次元奥行き感を提供可能なレンチキュラー式3次元画像表示を実現させる。本年度は表示装置においては、レンチキュラーレンズの焦点近傍での画像多層化部の構築、画像取得においては、CGによる画像生成とレンチキュラーを用いた画像撮影法について研究を行った。

まず、繰り返し段差を持つ立体形状スクリーンの設計、比較、作成をした。次に、点光源(高輝度LED)、液晶パネル(組込用液晶モニターキット)、レンチキュラーレンズを用いて3D画像投影システムを構築した。さらにCGソフトで3D画像をレンダリングしてレンチキュラーイメージを作成し、デプスマップを元に画像を奥行き分割し、奥行き分割した画像を水平な細線にして繰り返し並べ、表示用の画像を合成する画像処理ソフトを制作した。最後に、上記の繰り返し段差を持つ立体形状スクリーン、3D画像投影システム、表示用の画像を合成する画像処理ソフトで合成した表示用画像を用いて影絵方式の3D画像表示システムを構築し、構築したシステムを用いた確認実験を行った。その中で、実環境の画像を取得するため、レンチキュラーレンズを用いて3D画像撮影法を考案し、実際に撮像・表示実験を行うことにより考案したレンチキュラー式3D画像撮影法の有効性を確認した。本研究では、ピッチの粗いレンチキュラーレンズと焦点近傍での画像多層化により従来のレンチキュラーイメージより深い3次元奥行感を提供することを目的として、下記項目の実施を行った。まず当初の予定通り立体拡散板で静止画実験を行った。この実験では、深い3D映像が得られることを確認したが、予想とおりディストーションの問題が発生した。その対策を検討するため、印刷媒体を用いた3D映像表示実験と複数の液晶ディスプレイをハーフミラーを用いて焦点面付近に多層化させる3D映像表示実験を行った。その結果、プロジェクタを用いなくてもレンズ焦点近傍での画像多層化が可能であることが分かった。液晶ディスプレイを用いる実験では、モアレの問題が想像以上顕著に表れたため、モアレ対策の研究を行った。その波及効果で従来のパララックス裸眼3D表示法にも使えるモアレ軽減法が考案された。ハーフミラーを用いて焦点面付近の多層化は高分解能な深い3D映像を得ることができる。しかし、装置が大きくなるため、薄型化の検討を行った。その結果、複数の半透明液晶ディスプレイを使う方法が考案された。試作システム用いた実験ではその有効性が確認された。実験では表示用の元画像をCGで取得していたため、実写画像で取得する試みも行った。その結果、新しい自由視点3D撮影法を考案した。また、評価実験ではHMDを用いて3D映像提示し、深さを比較した。その中でバーチャルTV面を実空間中の自由な深さに固定する方法を考案した。本研究の最終結果としては、様々な形式でレンチキュラー焦点面で多層化する方法を検討したが、コスト面を考慮しなければ、複数の半透明液晶ディスプレイを使う方法が最も良いという結果が得られた。現在、商品化の可能性について関連会社に打診している。また、画面の大型化のため、プロジェクタを用いた方法も進めているが、まだ満足できる結果が得られていない。画像工学1市販のディスプレイでシステムを構築するため、レンチキュラーレンズの焦点近傍での画像多層化について印刷媒体とディスプレイを用いて実験と検討を行った。
無歯顎者におけるむせと嚥下時呼吸の関連に着目した 視覚化システム開発と訓練への応用

むせ自覚群と無歯顎者の呼吸パターンの発現率に有意差を認め、むせ自覚群では最も誤嚥のリスクが低いとされる呼息-嚥下-呼息パターンの発現率が低かった。また、むせ自覚群では、嚥下後に吸息で呼吸が再開するパターンが多く、義歯非装着時には吸息-嚥下-吸息パターンが認められ、その発現率が高かった。嚥下時呼吸は嚥下関連筋活動との関連性が薄いことが示唆され、呼吸機能との関連が示唆された。これまでにわれわれは、呼吸(呼息、吸息、無呼吸の判別)、嚥下の指標(喉頭挙上を計測)、嚥下関連筋の活動(口輪筋の筋活動最大値とその発現時間を分析)を計測する「嚥下呼吸同時計測方法」を確立してきた。この方法をもとに、口輪筋活動最大値、喉頭挙上については喉頭蓋が気管を閉鎖する挙上時と開放する下降時、嚥下時呼吸については呼息相、吸息相、および無呼吸発現を対象にこれらの時間関係を分析してきている。本研究の23年度の主たる計画は、上記の方法に従い『バイオフィードバック訓練システムの構築』を行うことである。はじめに、嚥下関連筋活動と嚥下時呼吸パターンを同時に分析し、得られた情報を簡素化して画面上に提示するシステムソフトの開発検討を行なった。しかし、開発にかかる費用と時間から困難を極めたため、これまでに用いている既存の計測システムの応用を検討した。具体的には、情報を簡素化して画面上に提示するために大型ディスプレイを用意し計測データの加工を行う。また被験者がバイオフィードバック訓練を行いやすいよう嚥下動作を動画撮影し、計測データと同時に提示することとした。しかし、その際にこれまで喉頭運動の記録に用いていた小型加速度変換機では喉頭運動の直視は困難であった。したがって、今回、小型マイクロフォンによる嚥下音の記録にて代用が可能か、本研究にて構築したシステムの全貌を含め、その妥当性を検討中である。また、本年度の計画の一つである「むせの事前調査」については、随時進めており、被験者の抽出を行っている。本研究の目的は、むせ(誤嚥の兆候)と嚥下時の呼吸パターン(誤嚥の危険因子)との関係に着目し、誤嚥防止の観点から、むせがある無歯顎者を抽出して、嚥下時呼吸パターンについて義歯装着の有無との関係で計測分析しバイオフィードバックによる呼吸パターンの改善がむせの消失に効果があるか検討することにある。したがって、バイオフィードバック訓練を確立するために、まず無歯顎者を対象に義歯装着時・非装着時の計測を行った。その計測項目は、嚥下時呼吸(呼息、吸息、無呼吸の判別)、嚥下の指標(喉頭拳上)、嚥下関連筋活動(口輪筋)とした。結果は以下のとおりである。義歯装着時の呼吸パターンは,呼息-嚥下-呼息81 %,吸息-嚥下-呼息15 %,呼息-嚥下-吸息は4 %であり,嚥下後に呼息で呼吸が再開する呼吸パターン(96%)がほとんどであった.一方,義歯非装着時の呼吸パターンは,装着時と比べ,呼息-嚥下-呼息70 %が少なく,装着時には発現しなかった吸息-嚥下-吸息4 %がみられ,嚥下後の呼吸が吸息で再開する呼吸パターン(18%)が有意に多かった。また、むせを自覚している被験者は、嚥下後の呼吸が吸息で再開する呼吸パターンが多かった。嚥下時無呼吸開始と喉頭拳上との時間関係は,義歯装着の有無による違いはなかったが,嚥下時無呼吸前後の呼吸相が同じパターン(呼息ー嚥下ー呼息,吸息ー嚥下ー吸息)と異なるパターン(吸息ー嚥下ー呼息,呼息ー嚥下ー吸息)とでは有意差を認めた.口輪筋活動は呼吸パターンによる有意差はなかった。むせを自覚する者に嚥下後の呼吸が吸息で再開する呼吸パターンが多かったことから、訓練によってむせにくい呼吸パターンの獲得が必要と考えられる。当初、口輪筋を標的の一つと考えていたが、呼吸パターンとの関連性がなかったため、呼吸機能との関連を今後検討していく予定であり、呼吸機能の計測を遂行中である。当初の計画では、全く新しくビジュアル化システムを構築していく予定であったのだが、実現が難しかったため、既存のシステムの応用法の検討に時間を要した。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在、有歯顎者において本研究にて構築したシステムを検討中である。

その妥当性・有益性が確認できれば、今後はむせの兆候がある被験者にて計測を行っていく計画である。また研究を遂行する上での問題点としては被験者の確保であるが、不足する場合は入院患者、医科患者も含め被験者の確保をしていく。24年度が最終年度であるため、記入しない。