hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
慢性呼吸不全患者の急性悪化に関する関連性評定に基づく質的分析

慢性呼吸不全患者の急性悪化をきたす誘因となる療養行動を明らかにすることを目的とした。慢性閉塞性肺疾患患者9名に半構成的面接法によるインタビューを実施し、関連性評定質的分析を行った。その結果、身体状態や環境上の変化を意識的に捉え、症状を出現させないための体験を重ねることが、急性悪化を防ぐための対処方法を獲得することにつながっていることが示唆された。本研究の目的は、慢性呼吸不全患者の急性悪化をきたす誘因となる療養行動を明らかにすることである。分析方法として用いる関連性評定分析は、開発されて新しく、解析方法については開発者からの指導と訓練を要するため、本年度はこの分析方法の習得を目的に研究をすすめた。パイロット研究として、慢性閉塞性肺疾患(COPD)を有する慢性呼吸不全患者3名の協力を得て面接調査を実施した。その結果、急性悪化に先行する通常とは異なると感じた身体状態、症状や生活動作の変化、急性悪化を来たした原因、急性悪化の予防のための自己の努力について語られることは多かったが、過去の急性悪化を引き起こした詳細な経緯については十分なデータを得ることができず、インタビュー方法の検討が必要であることがわかった。また、研究代表者は、本年度、所属機関の異動に伴い、新たな研究協力機関の開拓を余儀なくされた。そのため、研究協力機関や研究対象者に研究目的や方法について理解をしてもらう活動にかなりの時間を要することとなった。関連性評定分析は、質的データを数量化III類と形式概念解析で数量的に分析するため、今年度はサンプル数が少なく分析に至ることができなかった。次年度は、新たな研究フィールドにおいて、インタビュー方法を改善した上で、質的データを収集し、数量的分析をすすめていく予定である。慢性閉塞性肺疾患(COPD)を有する慢性呼吸不全患者を対象に半構成的面接法によるインタビューを行った。対象者は男性7名で、年齢は70歳代3名、60歳代3名、50歳代1名であった。急性悪化に先行する通常とは異なると感じた身体状態として、"いつものように動けない""身体がだるい""痰が切れなくなる""寒気を感じた""熱っぽい""頭痛がする""息がしにくい"の7つのカテゴリーが抽出された。しかし、症状や兆候を捉えていても"様子を見る""ずっと寝ている"など必ずしも受診行動につながっておらず、「受診判断の遅れ」が急性悪化をきたす誘因となることが明らかとなった。急性悪化に先行して起きた環境上の変化として、"行事への参加""居住環境の変化""仕事上での無理""感染者との接触""マスクの装着忘れ"の5つのカテゴリーが抽出され、「無理を強いる生活をした」ことや「呼吸器感染に対する予防行動の怠り」が呼吸器感染症状の出現につながっていることが明らかとなった。また、"家族のすすめで受診した"など家族のサポートを受けている一方で、"じっとしていると苦しく見えないので動かざるを得ない状況になる"など家族の知識不足があることも明らかとなった。さらに、急性悪化を起こさないための指導として、定期受診時の医師からの指導、理学療法士による呼吸リハビリテーションの指導を受けていたが、看護師からの教育を受けたことの認識がある患者は少なかった。これらのことより、看護師が患者および家族に対してより効果的に教育を行うことの必要性が示唆された。関連性評定分析ついては、質的データを数量化III類と形式概念解析で数量的に分析するため、今年度はサンプル数が少なく十分な分析ができなかった。次年度は、より具体的な質的データを多く収集し分析をすすめていく予定である。対象者は男性9名で、年齢は70歳代4名、60歳代4名、50歳代1名であった。インタビューを逐語録にしたものから、「急性悪化の体験」について語られたものを抽出し、KJ法的なカードのグループ構成をした後、数量化理論IR類を用いて分析した。その結果、重症な急性悪化をきたした経験のある患者は、急性悪化に先行する通常とは異なると感じる身体状態や、急性悪化に先行して起きる環境上の変化を、多様にとらえることができていることが示唆された。しかし、急性悪化の体験と病院受診の判断の遅れとの関係性については、サンプル数が少なく十分な分析をすることができなかった。受診判断の遅れは急性悪化をきたす重要な誘因であると思われるため、今後さらに、より具体的な質的データを多く収集し分析を行い、看護師による効果的な教育方法につなげていきたいと考える。
難処理物質分解処理のための超音波反応器の開発

水中での超音波照射は高い音圧場由来の反応場を形成し、水中の難処理物質を新たな化学物質なしに分解できる。しかし、この反応場は局所的であり、同時に発生する超音波流については明らかではなかった。本研究では、超音波反応場と流れを明らかにし、超音波反射板と適切な溶存ガスにより、反応場をより強く大きくし、有効な流動状態を作り出した。難処理物質を高い反応率で分解するには、超音波をより集中させて音圧場をさらに高くすべきことを示した。効率的な超音波反応器を開発することを目的として、反応器内水中での超音波反応場と超音波流を明らかにすることを試みた。反応場は高い音圧場に相当するため、ハイドロフォンとデジタルオシロスコープを用いて、X,Zステージで正確な位置決めをしながら、超音波音圧分布を測定した。超音波は反応器下部から上方に照射されるが、超音波振動子から遠い、反応器上部に高圧部が生じ、数値解析結果とほぼ一致した。瞬間反応であるルミノール発光反応を用いて、移動現象から独立した本来の反応場が液面近傍に限られることを明らかにした。超音波は液面で反射され、定在波が生じ、高音圧場が生じるが、高音圧場と本来の反応場の領域は一致しておらず、後者の方が狭い。この違いの理由はまだ明らかにはできていない。数値解析では反射板設置により、音圧は全体に高くなり、反射板直下に音圧の高い領域ができた。反射板位置が高いほど、音圧の高い領域は広くなった。実験では反射板の設置により、本来の反応場が大きくなった。これは音圧が高くなって、定在波がより強くなったためと考えられる。また、反射板位置が高いほど、本来の反応場は広くなった。数値解析と実験でこれらは良い対応を示している。液流動の促進をねらいとして、槽側壁邪魔板を設置したところ、流動は少し促進された。本研究の結果から、超音波反応は反応器上部で形成される高圧部、定在波領域で起こるが、反射板を用いることにより、これらをより強く広くできることが明らかとなり、効率的な反応器開発に重要な指針を与えることができた。効率的な超音波反応器を開発することを目的として、反応器内水中での超音波流動と反応に及ぼす溶存ガスの影響を明らかにすることを試みた。同一時刻での反応器内全体の流動分布を得ることができるPIV(Particle Image Velocimtry)の解析プログラムを開発し、シート状レーザーと連続撮影カメラ、蛍光粒子により測定系を構築した。これらを用いて超音波照射時の反応器内流動解析を行った。水中で超音波を照射すると、キャビテーションにより微細気泡の発生と圧潰が起こり、それにより生成するラジカルが超音波反応を引き起す。したがって、水中の溶存ガスは超音波反応に大きく影響する。本研究では溶存ガスとして酸素、窒素、その混合物としての空気、および不活性ガスの代表としてアルゴンを用いた。いずれかのガスを溶解させ、反応終点が容易なヨウ素脱色反応と反応経時変化を得ることができるヨウ化カリウム三ヨウ素イオン生成反応を超音波照射下で行わせた。その結果、反応速度は速い方からアルゴン、窒素、空気、酸素の順となり、アルゴンの場合は酸素の約2倍の速さであった。アルゴンで速くなる理由は、その溶解度が大きいことと、断熱圧縮・膨張に影響する等圧比熱と等容比熱の比が大きいためと考えられる。また、超音波照射中に微少流量(体積3Lの反応器に5ml/min)でガスを吹き込みながら反応させ、いずれのガスの場合も反応速度はさらに速くなることを確認した。これは溶存ガスの補充と流動促進ができるためと考えられる。それ以上に吹き込み流量を大きくしても、反応速度は大きくならなかった。さらに、前年度の研究で超音波反応に効果があった反射板を反応器水中に設置して、アルゴンガスを溶解させて反応させたところ、反射板設置により反応速度は少し大きくなった。本研究により、PIVにより超音波反応器内流動分布を得られること、アルゴンガスの溶解により超音波反応速度を大きくできることを明らかにし、効率的な反応器開発に重要な指針を与えることができた。ハイドロフォンにより超音波照射時の反応器内音圧分布を測定した。超音波反応のためには超音波を連続照射する必要があるが、連続照射で強いキャビテーションが生成する条件下ではハイドロフォンセンサー部は損壊する可能性がある。そこで超音波をパルス照射し、パルス数を1、2、5、10、20、50と増やして行ったところ、50パルスで実質上ハイドロフォンは損壊した。そのため2パルスで反応器内音圧分布を測定した。シート状レーザーを照射し、PIV法により超音波照射時の反応器内流速分布を測定した。流動画像を得て、流速分布を求めたが、流動は弱く(最大流速位置で12cm/s)かつ時間的空間的に揺らいでいた。

流速ベクトルは各測定位置の相関関数最大値を用いて決定するが、非常に弱い流れでもそのときの最大相関値をもつベクトルで流速としてしまい、異なった超音波条件での流速分布を比較するには、相関値の大きさを取り入れたPIV法を開発する必要があることが分かった。超音波照射時でのヨウ素脱色反応を行わせ、上記の測定した音圧分布と比較した。上記のように音圧分布はパルス照射時のものであり、連続照射時の反応と厳密に比較することはできないが、反応領域と音圧分布の対応は妥当であった。今後、実測できない連続照射時音圧分布を数値解析により明らかにすることが望まれる。難処理標準物質TPPS ( Tetraphenylporphine Tetrasulfonic Acid )の分解反応実験を行った。難処理物質を超音波照射により一部分解することができたが、現状で最適な直径や設置位置での反射板を用いても、分解率は3時間で0.2と低く、実用レベルに達しておらず、連続装置作成までは行かなかった。照射電力を上げずに、難処理物質を分解するためには、局所的に超音波反応閾値を超えさせる工夫が必要であることが分かった。PIVにより超音波反応器内流動分布を得られること、アルゴンガスの溶解により超音波反応速度を大きくできることを明らかにし、おおむね平成23年度の研究の目的を達成できている。ただ、超音波照射条件によりPIVに供する鮮明な流動画像が得られない場合があり、流動数値解析結果との比較や、超音波反応に最適な流動状態の確認にまでは至っていない。また、溶解度が大きく、等圧比熱と等容比熱の比が大きいガスを溶存させると効果があることは分かったが、アルゴン以外の他のガスも試し、最適な溶存ガス条件を明らかにする必要がある。これらのことから、溶存ガスの効果について学会で口頭発表を行ったが、学術論文発表までは行っていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。超音波反応に適した反応器内流動を明らかにするためには、広い条件でのPIV解析が必要であり、現在は超音波照射条件により、解析のための鮮明な画像が得られない場合がある。投入蛍光粒子の条件(粒径、投入量等)や撮影条件(絞り、シャッター時間、撮影間隔等)を変えて、広い条件で鮮明な画像が得られるように試みる。また、最適な溶存ガス条件を明らかにするために、他のガス、例えば不活性ガスであるヘリウムを用いたPIV解析や超音波反応実験を行い、反応器内流動や反応速度、また、狭いとされている超音波反応領域を調べる。反応器内流動と超音波反応に対するそれぞれの最適条件は一致するとは限らない可能性があるため、それぞれの最適条件を明らかにする。
14-エピプレビタミンD誘導体:核内受容体と膜受容体作用選択的分子の設計と合成

活性型ビタミンD_3(1)は、生体内で異性体プレビタミンD_3(2)との平衡混合物(37°C溶液中で1 : 2 = 94 : 6)として存在する。核内受容体に結合する1と異なり2の生理作用については不明な点が多く、細胞膜上に2の受容体が想定されている。化学平衡で1へと容易に異性化する2の構造を固定化するために14位のエピ化を施し、次いで2位の化学修飾、さらに19位のノル化を検討したところ、新規化合物として天然ホルモン1を超える骨芽細胞(HOS)における骨形成増強作用を見出した。活性型ビタミンD_3(1)は、核内のビタミンD受容体(VDR)と特異的に結合して標的遺伝子の転写を制御し、いわゆるgenomic作用を司る。一方1は溶液中、[1,7]シグマトロピー転位した異性体であるプレビタミンD_3(2)との平衡混合物(37°C溶液中で1:2=94:6)であり、2は1がある限り恒常的に生体内に存在する。2の生理活性については、2の単離と生物活性評価が生理的条件下において不可能なために不明な点が多く、構造的に近いルミステロールの生理活性からの推測の域を出ていない。2は核内VDRではなく、細胞膜上の膜受容体に結合し、遺伝子を介さない生理的応答(nongenomic作用)により、小腸細胞のCa^<2+>イオンチャンネル開口に起因するCa^<2+>の輸送活性を発現していると考えられている。我々は、2にみられる6,7-cis型のseco-ステロイド骨格を構築してnongenomic作用を純粋に抽出し、膜受容体のリガンド結合領域に関する情報を化学構造から議論し、核内と膜の受容体に選択的に作用する骨格を取得し、骨粗鬆症薬研究分野に新規骨格の提供をする目的である。我々は、A環2α位をC_1C_4アルキルユニットや、Ph、Bnのように系統的に化学修飾した14-エピ-1誘導体を合成し、ベンゼン中80°Cに加熱したところ、[1,7]シグマトロピー転位がほぼ完全に進行し、高い選択性でプレビタミン型となることを見出した。まずgenomic作用を調べたところ、2α-メチル体において、VDR結合親和性が無置換の場合の17倍に向上し、HOS細胞を用いたオステオカルシン転写活性が天然ホルモン1に比べて幾分弱い程度ではあるが、十分に認められた。本化合物は、プレビタミン骨格で顕著なgenomic作用を発現した初めての例である。一方1は溶液中、[1,7]シグマトロピー転位した異性体プレビタミンD_3(2)との平衡混合物(37°C溶液中で1:2=94:6)であり、2は1がある限り恒常的に生体内に存在する。2の生理活性については、2の単離と生物活性評価が生理的条件下において不可能なため現在でも不明な点が多く、構造的に近いルミステロールの生理活性からの推測の域を出ていない。2は核内VDRではなく、細胞膜上の膜受容体に結合し、nongenomic作用により小腸細胞のCa^<2+>イオンチャンネル開口に起因するCa^<2+>の輸送活性を発現していると考えられている。我々は、2にみられる6,7-cis型のseco-ステロイド骨格を構築してnongenomic作用を純粋に抽出し、核内受容体と膜受容体に選択的に作用する骨格を取得し、骨粗鬆症治療薬の研究分野に新規骨格の提供をする目的である。今年度は14-エピプレビタミンD_3誘導体として、[1,7]シグマトロピー転位の可能性を完全に除いた2位置換14-エピ-19-ノルプレビタミンD_3を合成した。A環部はキナ酸から誘導し、薗頭カップリングによりCD環8位のビニルトリフラートと縮合した。位置と立体選択的な還元により目的とする新規な14-エピ-2-メチル-19-ノルプレビタミンD_3を得た。1に比べ数%のVDR結合親和性と、1を上回る骨芽細胞(HOS)内でのオステオカルシン(骨基質タンパク質)転写活性を見出した。本化合物はプレビタミンD骨格で、天然ホルモン1を上回るgenomic作用を発現した初めての例である。また特異な構造から、nongenomic作用も期待される。
巨大分極電荷を利用する新機能ダイヤモンド電子デバイスの開発

本研究の目的は、正孔濃度の比較的高い表面伝導層を持つ特徴を活かすために、高性能なダイヤモンド電界効果トランジスタ(FET)を開発することであった。原子層堆積法酸化アルミニウム/スパッタリング法高誘電率酸化膜からなる2層積層ゲート構造を用いて2層酸化膜内正負固定電荷を制御することによりノーマリオン/オフモード動作を制御可能なプロセス法を構築し、それらFETを組み合わせた論理回路チップの開発に世界で初めて成功した。同時に、伝導チャネル内正孔発生メカニズムを微細構造解析を通して解明するととともに大きなドレイン電流を持つAlN膜ゲート構造を用いたダイヤモンドヘテロ接合型FETの開発にも成功した。H25年度初年度の研究成果は以下の通りである。(1)強・高誘電体/ダイヤモンド異種接合では、第一層として原子層堆積(ALD)法により堆積したアルミナ膜および第二層としてスパッタリング(SD)法により作製したランタンアルミナ膜からなるLaAlO3/Al2O3二重積層ゲート絶縁膜を用いた水素(H)終端ダイヤモンド電界効果トランジスタを試作に成功した。ノーマリオフ(エンハンスメントモード)型のpチャネル動作に成功し、10μmゲート長において、最大ドレイン電流7.5mA/mm、しきい値電圧-3.6V、伝達コンダクタンス2.3mS/mmを得た。またx線光電子分光法により、LaAlO3/Al2O3/H終端ダイヤモンド界面のバンド不連続量を測定した結果、価電子帯不連続量はそれぞれH終端ダイヤモンド/Al2O3界面の界面で2.9eV、Al2O3/LaAlO3界面で1.1eVであり、ダイヤモンド界面での正孔を蓄積する上で十分なエネルギーポテンシャルを持っており、電気特性ともよく一致することが判明した。(2)ALD法により堆積させたHfO2およびSD法により作製したHfO2膜を用いた二重ゲート絶縁膜を用いてH終端ダイヤモンド電界効果トランジスタを試作に成功した。同様に、ノーマリオフ(エンハンスメントモード)型のpチャネル動作に成功し、4μmゲート長において、最大ドレイン電流37.6mA/mm、しきい値電圧-1.3V、伝達コンダクタンス11.2mS/mmを得た。(3)III族窒化物/ダイヤモンド異種接合では、有機金属化合物を用いた気相成長(MOVPE)法によるダイヤモンド(111)面上にシングルドメインのAlN薄膜に成功し、結晶性向上に成功した。H26年度は、H25年度までに明らかにしたダイヤモンド/AINヘテロ接合型電界効果トランジスタ(FET)および微細構造解析から解明したp型伝導チャネル形成機構を基盤として、AlN単結晶薄膜の高品質化ができ、FETが高性能化された。更に昨年度に開発したHfO2およびLaAlO3/Al2O3/ダイヤモンドFETを高性能化して、より高誘電率な絶縁ゲートFETを開発した。更にダイヤモンド上直接成長PZT膜をゲートに応用し、強誘電体ゲートを用いたダイヤモンドFETを試作した。(1)H25年度に引き続き、高誘電率(high-k)絶縁膜および積層構造を探索するとともに絶縁ゲート型ダイヤモンド電界効果トランジスタ(FET)の試作を進めた。(2)比誘電率13を持つZrO2/Al2O3積層誘電体構造をゲート誘電体構造に用いることにより、4ミクロンゲート長において世界最高値トランジスタ電流を得た。(3)H25年度開発したエンハンスメント(ノーマリオフ)型LaAlO3/Al2O3を絶縁ゲート薄膜に用いたダイヤモンドFETを用いて、世界初となるダイヤモンドロジックインバータ回路の試作に成功した。ダイヤモンド集積回路開発への第一歩を記した。ワイドギャップ半導体の一つであるダイヤモンドは、n型およびp型ドーパントのイオン化エネルギーが大きく、室温での電気伝導キャリアを確保できない欠点がある。ダイヤモンド内にキャリアを発生させ、その濃度を制御するための原理の構築は、半導体工学上における大きな挑戦である。本申請研究においては、ワイドギャップ半導体の欠点を解決する原理手法として、強誘電体および高誘電率薄膜が持つ自発分極特性を利用して、電気伝導キャリアを確保・制御する原理の実証を目的とする。最終目標は、電界効果トランジスタ素子を試作することによって、原理実証とともにそのメカニズムを理解することによって、ワイドギャップ半導体の界面キャリア制御の新しい学理を構築することを目標とする。この目的に沿って、本年度は、比誘電率13を持つZrO2/Al2O3積層誘電体構造をゲート誘電体構造を用いることにより、4ミクロンゲート長において世界最高値トランジスタ電流を達成し、優れたダイヤモンド電界効果トランジスタの開発に成功している。H27年度の成果は以下の通りまとめられる。(1)H26年度までに開発してきた高誘電率ゲート薄膜を用いた絶縁ゲート型ダイヤモンド電界効果トランジスタ(MISFET)の重要な動作モードであるノーマリオン/オフ制御に成功した。トランジスタ特性、電気容量特性、および微細構造解析から熱処理による積層酸化膜の反応によって誘発される電荷量制御によってノーマリオフ化することを明らかにした。MIS界面における電荷量の制御が重要であることが判明し、ダイヤモンドパワートランジスタの設計につなげることが可能となった。更にノーマリオフ化プロセスを活用して、ダイヤモンド集積回路の第一歩となる論理インバータ回路の作製に世界で初めて成功した。高誘電率ゲートダイヤモンドMISFETのノーマリオン/オフ制御のメカニズムを解明および論理インバータ回路作製を論文に発表した。同時にノーマリオフ特性を持つダイヤモンドFETに関する特許を出願した。

(2)ダイヤモンド基板上の強誘電体PbZrTi酸化膜(PZT)をFETに展開するために、PbLaTi酸化膜(PLT)をバッファ層としてダイヤモンドMISキャパシタの容量ー電圧特性を評価し、良好な強誘電特性が得られていることを実証した。同様にHfO2-SiO2強誘電体薄膜をゲート酸化膜に応用しダイヤモンドMISFETの動作を実証した。(3)AlN/ダイヤモンドヘテロ接合FETにおける接合界面の微細構造観察結果から、AlN有機金属化合物気相成長(MOVPE)成長前のNH3およびH2雰囲気熱処理によるダイヤモンド表面の水素終端化を実験的に実証し、AlN/ダイヤモンド界面に膜厚1nm以下のアモルファス層が存在することを明らかにし、アクセプタ吸着電荷の安定化層として働くことを明らかにした。ダイヤモンドは半導体材料の中で最も最も熱的・化学的に安定な究極の半導体材料であり、高温・極限環境、および高電力デバイスとしての応用が期待される。しかしながら、n型およびp型ドーパントのイオン化エネルギーが大きく、室温での電気伝導キャリアを確保できない欠点がある。本研究においては、その欠点を解決する原理手法として、強誘電体および高誘電率薄膜が持つ自発分極特性を利用して、電気伝導キャリアを確保・制御する原理の実証を目的とする。最終目標は、電界効果トランジスタを試作し原理実証を行うともにそのメカニズムを解明することによって、ダイヤモンド半導体の界面キャリア制御の新しい学問学理を構築することにある。具体的に提案した手法は、(1)酸化物系の強・高誘電体薄膜の自発および強誘電分極特性に基づく分極電荷密度の電界効果を利用すること、また他の一つは、(2)III族窒化物半導体の自発分極特性に基づく分極電荷を利用することであった。本二つの提案に沿って研究を進め、第4年度までに(1)および(2)の手法によるダイヤモンド電界効果トランジスタの提案と実証を進めてきており、当初の計画以上に進捗していると判断する。H28年最終年度の成果は以下の通りまとめられる。1)H27年度までに達成してきた原子層堆積法酸化アルミニウム/スパッタリング法高誘電率酸化膜の2層スタックゲート構造を用いたノーマリオフ型MOSFETと原子層堆積法酸化アルミニウム単一ゲートを用いたノーマリオン型MOSFETを組み合わせたNOT、ORおよびNORから論理回路チップの開発し成功した。2層スタックゲートおよび単一ゲートMOSFETを同時に300°C熱アニールにすることによって2層スタックゲート酸化物の反応に伴う電荷量変化操作からしきい値制御する独自の手法が基盤となった新奇なプロセシング技術に立脚している。また、これまで開発してきた種々高誘電率ゲート薄膜および2層スタックゲート構造/水素終端ダイヤモンドの価電子帯エネルギー不連続が2.5eV以上であり、ダイヤモンド表面に発生する2次元正孔キャリアを電界制御可能な実証を得た。同時に電子ビーム蒸着法を用いる酸化物堆積法による高誘電率薄膜ゲートの作製プロセスも確立した。2)2層スタック酸化膜ゲートMOSFETと同等レベルのドレイン電流を持つ原子層堆積法酸化アルミニウム/スパッタリングAlN膜ゲート構造を用いたダイヤモンドMOSFETの開発に成功した。
プラズマ中の微粒子が及ぼすプラズマインピーダンス変化のモニタリングと現象解明

本研究は、半導体デバイスの量産現場における歩留まり低下の主要因である微粒子がプラズマインピーダンスに与える影響を明らかにするとともに、その発生を検知するモニタリング手法の原理的有効性を実証することを目的として実施した。平成29年度に引き続き平成30年度は、プラズマ中に微粒子を混入、またはプラズマ中で微粒子(剥離パーティクル)が発生した場合のプラズマインピーダンスの変化をモニタリング可能な手法の開発に取り組んだ。本研究で開発した微粒子導入システムを用いてプラズマエッチング装置内部に導入した標準粒子、同装置内部で発生した剥離パーティクルを対象として、レーザー光散乱法の原理に基づく微粒子計測システム、プラズマインピーダンス計測システム、静電プローブ等の計測手法を用いて研究を進めた。微粒子計測システムでは上部電極の直下にシート状に形成したレーザー光を照射しその散乱光を計測することで微粒子及び剥離パーティクルを計測した。プラズマインピーダンス計測では、高周波電源と自動整合回路の間の位置で計測した入射波、反射波を基にプラズマインピーダンスのレジスタンス及びリアクタンスをモニタリングした。その結果、微粒子を用いた実験では微粒子によってインピーダンスが変化する現象を検出することができた。一方、剥離パーティクルについては明確な検出結果を得ることが出来なかったが、検出を示唆していると考えられるデータも得ることができ、今後の研究展開に繋がる成果を得ることが出来た。本研究は、半導体の量産現場における歩留まり低下の主要因である微粒子(剥離パーティクル)がプラズマインピーダンスに与える影響を明らかにするとともに、その発生を検知する新たなモニタリング手法の原理的有効性を実証することを目的として実施している。平成28年度は、プラズマ中の微粒子が及ぼすプラズマ放電状態の変化を明らかにするため、プラズマ中に微粒子を混入した際のプラズマインピーダンスの変化についてモニタリングに取り組んだ。まず、微粒子をプラズマエッチング装置内に導入するシステムを検討し、上部電極部品から導入可能なシステムを設計・開発した。次に、微粒子として市販の標準粒子(直径1ミクロン以下)を用いて、この微粒子導入システムによってプラズマエッチング装置内に実際に標準粒子が導入できるか否かその性能を確かめた。具体的には、研究代表者が保有するレーザー光散乱法に基づく微粒子計測システムを用いて、上部電極の直下領域の観測を実施した。その結果、上部電極から導入した標準粒子をプラズマ放電中にリアルタイムに検出することに成功した。さらに、微粒子計測システムによる微粒子検出とプラズマインピーダンスモニタリングの同時測定を試みた。プラズマインピーダンスモニタリングは研究代表者がこれまでに開発してきたモニタリングシステムを適用した。その結果、プラズマ放電中に微粒子とプラズマインピーダンスを同時にリアルタイムにモニタリング可能であることが示されたため、以降、微粒子がプラズマに与える影響の解明に取り組んだ。平成28年度はおおむね研究実施計画書に記載した内容に沿って研究を進めることができたため、区分(2)と判断した。具体的には、【研究実績の概要】に記載の通り、微粒子(標準粒子)導入システムの製作、レーザー光散乱法(微粒子計測システム)によるプラズマ中の微粒子の観測、プラズマインピーダンス測定手法によるプラズマ放電状態のモニタリング、微粒子がプラズマに与える影響の解明に取り組んだ。本研究は、半導体デバイスの量産現場における歩留まり低下の主要因である微粒子(剥離パーティクル)がプラズマインピーダンスに与える影響を明らかにするとともに、その発生を検知するモニタリング手法の原理的有効性を実証することを目的として実施している。平成29年度は、プラズマ中に微粒子を混入した際のプラズマインピーダンスの変化についてモニタリングに取り組んだ。開発した微粒子導入システムによりプラズマエッチング装置内部に標準粒子を導入し、レーザー光散乱法に基づく微粒子計測システム、プラズマインピーダンス計測システム、静電プローブの計測を進めた。これら計測系を構築することで微粒子がプラズマに与える影響の現象解明に向けた計測実験を可能とした。具体的には、微粒子導入システムでは装置の上部電極から標準粒子を装置内に導入し、実験を進めた。微粒子計測システムでは、上部電極の直下にシート状に形成したレーザー光を照射し、その散乱光を計測することで標準粒子を計測した。プラズマインピーダンス計測では、高周波電源と自動整合回路の間から入射波、反射波をモニタリングし、また、自動整合回路内の可変素子の情報を同時にモニタリングした。それらの情報を基にプラズマインピーダンスを算出するプログラムを用いて、プラズマインピーダンスのレジスタンス及びリアクタンスを計測した。静電プローブでは、装置側壁にポートを設置してプローブを挿入し測定した。平成30年度も引き続き現象解明に向けた研究を進める。仮入力転勤を伴う人事異動により平成29年112月は研究業務が出来なかったため、1年間の助期間延長を申請した。

その結果、微粒子を用いた実験では微粒子によってインピーダンスが変化する現象を検出することができた。一方、剥離パーティクルについては明確な検出結果を得ることが出来なかったが、検出を示唆していると考えられるデータも得ることができ、今後の研究展開に繋がる成果を得ることが出来た。今後も研究実施計画書に沿って進めるが、平成29年度は進捗に遅れが発生する見込みが大きいため、平成30年度の1年間について期間延長申請を予定している。進捗が遅れる理由は、平成29年1月1日付の人事異動により、1年間の予定で所内出向中であるため(出向先は研究戦略部研究企画室、なお、出向中は研究部局である製造技術研究部門には兼務となっている)。平成30年1月以降の研究再開後は、当初の研究実施計画書に沿って進めている。前述の通り、平成29年1月1日付の人事異動で所内出向となり、平成29年1-3月は研究活動を実施していないため。理由:補助期間延長申請に記載の通り、転勤を伴う人事異動により平成29年112月の1年間は研究業務が出来なかったため。使用計画:研究活動再開後は研究実施計画書に沿って研究を進めており、予算も研究実施計画書を基に使用する計画である。所内出向が終了し、研究活動を再開した後、研究実施計画に沿って使用予定である。
新型腸管出血性大腸菌出現のゲノム解析とHUS治療に向けた大腸菌ゲノム創薬

腸管出血性大腸菌(EHEC)は、小児や高齢者に感染すると重症合併症である溶血性尿毒症症候群(HUS)を惹起し、予後不良となる。従来、HUSの発症にはEHECがもつタイプIII分泌システムが必須であると考えられてきた。しかし血清型O86大腸菌による家族感染例では、当該血清型O86菌がタイプIII分泌システムをもたないのに小児がHUSを発症して死亡した。本研究では、小児株(新型EHEC)の遺伝学的特徴を明らかにした。小児株は長さ120.730kbの分散型粘着性プラスミッドpO86Aをもっていた。pO86A上には分散型粘着因子遺伝子(hdaA, HUS-associated diffuse adherence A)が存在し、18.0kDa(計算上15.5kDa)の外膜蛋白HdaAをコードした。HdaAはマンノース耐性のヘマグルチニン活性(MRHAO86)を示す、新しい粘着因子であった。pO86Aにはさらに、赤痢菌(S.flexneri)に99%の相同性を示すIgA1プロテアーゼ遺伝子ipd(IgA1 protease of diffusely-adhering enterohemorrhagic E.coli)が存在した。小児株が溶原化していた志賀毒素(Stx2)ファージは、サイズは60.238kbで、血清型O157EHECのStx2ファージに類似したが、挿入配列(att)はO86独自の配列であった。したがって、当該家族感染例では「小児腸管内で、O86型Stx2ファージが高定着性O86大腸菌に溶原化し、新しいEHECが出現、致命的なHUSが惹起された」可能性が高い。また、HUS発症にタイプIII分泌システムが必須でないことが示唆された。さらに、生薬アニソダミンや抗菌薬アジスロマイシンが抗Stx作用を示すことを確認した。作用点はNF-kBより上流のシグナル伝達系であると考えられた。従来、HUSの発症には、EHECがもつタイプIII分泌システム(腸管粘膜定着機構)が必須であると考えられてきた。しかし、血清型O86大腸菌の場合には、タイプIII分泌システムをもたないのに小児がHUSを発症して死亡した。まず、血清型O86菌の粘着メカニズムを解析した。培養細胞系で調べた血清型O86菌の粘着様式は典型的なdiffuse adherenceであった。粘着因子はヒトとウシ血球で検出できるマンノース耐性ヘマグルチニン(MRHA O86)で、外膜蛋白であり、プラスミド(pO86A)にコードされていた。Tn5をくみこんだpO86Aの全塩基配列を決定した結果、長さは120,730塩基対(120kb)で、1,071個のORFをもち、162個は遺伝子と推定された。この中には、IgA1型セリンプロテアーゼ遺伝子や、EAggECの粘着因子領域(調節遺伝子aggRを含むオペロン領域)に類似した領域が存在した。この領域のORFをノックアウトした株を作成した結果、粘着性遺伝子としてhdaA(HUS-associated diffuse adherence)を特定できた。hdaAは170アミノ酸からなる蛋白をコードした。血清型O86菌の志賀毒素

産生はファージにコードされていた。現在このファージの全塩基配列を決定中であり、挿入部位を特定する予定である。感染動物モデル(WIMモデル)で実験した結果、血清型O86菌の病原性はタイプIII分泌システムをもつEHECと同程度であった。また、志賀毒素によるサイトカイン産生を抑制する生薬アニソダミンの作用について研究し、抗原提示細胞とT細胞に働くこと、作用点はNF-κBの活性化段階(あるいはさらにその上流)で、転写の抑制であることをつきとめた。腸管出血性大腸菌(EHEC)は、小児や高齢者に感染すると重症合併症である溶血性尿毒症症候群(HUS)を惹起し、予後不良となる。従来、HUSの発症にはEHECがもつタイプIII分泌システムが必須であると考えられてきた。しかし血清型O86大腸菌による家族感染例では、当該血清型O86菌がタイプIII分泌システムをもたないのに小児がHUSを発症して死亡した。本研究では、小児株(新型EHEC)の遺伝学的特徴を明らかにした。小児株は長さ120.730kbの分散型粘着性プラスミッドpO86Aをもっていた。pO86A上には分散型粘着因子遺伝子(hdaA, HUS-associated diffuse adherence A)が存在し、18.0kDa(計算上15.5kDa)の外膜蛋白HdaAをコードした。HdaAはマンノース耐性のヘマグルチニン活性(MRHA O86)を示す、新しい粘着因子であった。pO86Aにはさらに、赤痢菌(S.flexneri)に99%の相同性を示すIgA1プロテアーゼ遺伝子ipd(IgA1 protease of diffusely-adhering enterohemorrhagic E.coli)が存在した。小児株が溶原化していた志賀毒素(Stx2)ファージは、サイズは60.238kbで、血清型O157EHECのStx2ファージに類似したが、挿入配列(att)はO86独自の配列であった。したがって、当該家族感染例では「小児腸管内で、O86型Stx2ファージが高定着性O86大腸菌に溶原化し、新しいEHECが出現、致命的なHUSが惹起された」可能性が高い。また、HUS発症にタイプIII分泌システムが必須でないことが示唆された。さらに、生薬アニソダミンや抗菌薬アジスロマイシンが抗Stx作用を示すことを確認した。作用点はNF-kBより上流のシグナル伝達系であると考えられた。
FFT法と領域法を組み合わせたDNA ploidy解析によるがん診断法の研究

30年6月に、第93回日本医療機器学会大会(メディカルショージャパン&ビジネスエキスポ2018横浜)にて、研究成果として「DNAヒストグラムを応用したがん診断法の改良、第二報」を発表した。また、29年7月に投稿した論文「数値化細胞周期解析を応用したがん診断法の研究(領域法の改良)」が30年8月に医療機器学(第88巻、第4号、別冊)に発表された。本研究は、正常組織とがん組織の判別ができるアルゴリズムを開発し、そのアルゴリズムが組み込まれたがん診断支援装置の開発を試みている。先行研究にて、サイトメトリーを用いて測定し、得られた大腸がん組織のDNAヒストグラムを細胞周期に基づいてDebris、G0/G1、S、G2/M、Over G2/M領域に区分した。G0/G1、S、G2/M領域は細胞周期のG0/G1期、S期、G2/M期に相当する。DebrisとOver G2/M領域は正常細胞の細胞周期として定められていない領域である。また、それぞれの領域における細胞数(積分値)を求め、解析を行った。有効な特徴量を独立変数とし、病理診断結果を従属変数として、Support Vector Machine(SVM)を用いて統計モデルを作成し、leave one out cross validation(LOCV)を行った結果、感度98%、特異度82%が得られ、この診断方法を先行研究で領域法と名づけた。本研究はさらに先行研究のバリデーションを目的とし、大腸がん患者70症例(118組織)と先行研究で用いた大腸がん患者46症例(85組織)に対して、領域法で得られた特徴量を用いて、線形判別分析により比較評価をした。その結果感度が7%程度低下していたので、アルゴリズムの改良を試みた。本研究の領域法においては、感度87%特異度97%であった。領域法の範囲では、ほぼ同等以上の性能が得られたと考えられる。1.大腸がんの解析対象症例数を約症例(正常大腸粘膜組織59例、大腸がん組織59例)増加させ規格化ヒストグラムを利用した領域法による判定を行った結果、感度・特異度の劣化がみられた。検討結果について論文化を進めている。2016年5月末までには投稿予定である。2.他の臓器に適用可能なアルゴリズムの開発を目的に、胃癌31症例(正常胃粘膜組織29例、胃がん組織31例)についてSI2015において学会報告をした。胃癌は分化型と未分化型に二大別され、多くの症例で組織像が大腸がんに比べ多様であるが、FFT法と領域法は分化型胃癌に対しても一定の診断能力をもつことがわかった。3.大腸の正常粘膜と大腸がん組織において、ビメンチン染色により非上皮細胞を、LCA染色により炎症細胞(リンパ球)を、サイトケラチン染色により上皮細胞を染色し、その陽性細胞率検出を目的に、image-Jを用いて検討を行った。結果正常大腸粘膜と大腸がん組織において、ビメンチンとLCA陽性細胞率に違いはあるが、測定法についてはさらに検討が必要であると考えられる。4.炎症細胞の数(顕微鏡所見)と正常細胞のG0/G1期を示す細胞数との関連性においては、数値化アルゴリズムの開発を進めている。27年度の研究実施計画に記載した通り1.大腸癌の解析症例数を59例増加し、先行研究と同様の領域法とFFT法での検討を行った。2.ビメンチンとLCAを用いた染色による非上皮細胞と炎症細胞の陽性細胞率を比較検討した。また、炎症細胞数とG0/G1期を示す細胞数との関係を検討した。結果、正常大腸粘膜の組織像においては、粘膜組織のみを全体像から取り出す方法、またがん組織においてはがん細胞の増殖が盛んな部分と壊死に陥った部分の識別方法を見出すことが最初のステップになることがわかった。3.他臓器に適応可能なアルゴリズムの開発において、胃癌31症例について検討し、SI2015に発表した。本年度は、先行研究のValidationを目的として、採取された大腸がん患者70症例(がん組織60例、正常組織58例)に対して線形判別分析(linear discriminant analysis:LDA)を行った。結果、先行研究に比べ感度が7%程度低下したので、診断アルゴリズムの改善が必要と考えた。アルゴリズムの改善として、最初に領域法の改良を行った。新しい特徴量として、最大ピーク(PK1)と二番目のピーク(PK2)の比(PK2/PK1)、G0/G1領域とPseudo領域の細胞数と最大ピークの半値幅を追加した。追加した特徴量と先行研究の特徴量(Debris、S、G2/M、overG2/M)はKolmogolv-Smilnov testを行い、がんと正常の分布が異なると判定された特徴量を選択した。選択された特徴量は、PK2/PK1、Debris、S、G2/M、overG2/M領域の細胞数である。また原ヒストグラムの最大ピークのアドレスとPK2/PK1が1/2を越えるセカンドピークの有無によってスクリーニングを行った後、統計処理をした。新しいアルゴリズムによる結果は感度80%、特異度95%以上を示した。以上の結果については、論文作成し、H29年5月末までには、投稿予定である。他臓器の検討については、アルゴリズムの改良を優先したので、29年度以降に実施する。

顕微鏡所見とDNAヒストグラム分析の関係については、顕微鏡所見上、がん組織はLCA陽性細胞が少ない傾向がみられ、ビメンチンとLCAの免疫染色標本を撮影し、その画像からそれぞれの面積を求め、その比率を用いたがん診断を試みたが、画像処理による自動計算法の開発に難航し、専門家にも相談したが、27年度手動で行った検討結果以上の成果は得られなかった。さらに画像の専門家と相談しながら進める予定である。大腸癌の診断アルゴリズム研究を進めているなかで、先行研究のvalidationを目的に、新たに大腸癌70症例のデータを解析した。その結果、線形判別法では7%程度の感度の低下がみられたので、スクリーニングの項目を追加し、さらに領域法の改良を試みた。その結果診断法の性能向上がみられたので、その成果をコンピュータ外科学会とSI2016に発表した。大腸がんの診断アルゴリズム研究は概ね順調に進み、成果について論文を作成してところである。他の臓器については、大腸がんの成果を応用して、研究を進める。29年5月投稿予定の論文を29年7月に投稿し、第1回の査読を受け、第2回の再投稿準備中である。30年5月中には、再投稿予定である。以下のアルゴリズムの改良を行い、SI2017で、学会報告を行った。アルゴリズムの改良点:1パラメータ選択に、コルモゴルフ・スミルノフ(KS)検定を導入し、がんと正常の有意差があるパラメータを採用した。KS検定の結果採用された領域法の特徴量はDebris、S、G2/M、overG2/Mにおける細胞数である。2ヒストグラムの形状分析を行った。がん組織は最大ピーク(PK1)の半値幅が広がる傾向がみられるので、半値幅を数値化し、KS検定の結果、有効な特徴量として採用した。また、がん組織は最大ピーク(PK1)以外にピークが存在する場合が多く、最大ピーク(PK1)と二番目に高いピーク(PK2)の比率について検討を加えた。KS検定の結果、セカンドピーク(HPK2=PK/PK1>0.5)の有無はスクリーニングの項目に、PK2/PK1は有効な特徴量の一つとして加えることができた。3領域法において、先行研究では検討から除外したpseudoを含むG0/G1領域における細胞数比率を再検討し、従来のG0/G1領域を新G0/G1領域とpseudo領域に分けて、評価したが、いずれも有効なパラメータとはならなかった。本研究の領域法において、感度88%、特異度97%であり、ROCは約0.85を示した。さらなる性能向上を目指し、FFTを用いて、ヒストグラムの形状を空間周波数分布に変換し、周期性の有無、細胞のDNA含量分布のばらつきの検討を行うことでがん診断に有用な特徴量が得られる可能性がある。さらに、本研究において、ほぼ同じ量の組織から採取された細胞数が2000個以下である組織が10%を超え、組織の採取、細胞単離から染色までの工程について改良する必要性が示された。研究成果を反映した論文の執筆を行い、29年7月に投稿したが、現在査読中である。パラメータなどについて改良し、12月にSI2017で発表した。学問的には、データの劣化原因を追究する必要があるが、予算と人員の不足により、実行できない状況にある。現時点では、実行可能なアルゴリズムの改良を進めているが、アルゴリズムの改良だけでは、データの劣化を補えない状況であり、実用化が遅れている。必要な機器の不足、動物実験設備の不備などがあり、他の施設との協力により進めていく必要があるが、現在加速が難しい状況である。
映像解析技術を用いた手洗い学習支援システムの開発

本研究では,専門的なアドバイザーがいなくても正しい手洗い方法の学習が効率的に行える手洗い支援システムの開発を目的とする.本研究では,正しい手の洗い方を6パターンに分類し,手洗いの様子を撮影した映像を解析することで,すべての洗浄パターンが適切に,かつ,十分な時間で実行されているかを検証し,学習者に対して適切なアドバイスを行える支援システムを開発する.学習者は手洗い映像をシステムに転送するだけで,無意識に洗い残すケースを格段に少なくすることができるだけでなく,あたかも専門家に指導を受けたかのような正しい手洗い方法を身に付けることができ,インフルエンザや食中毒等の重篤な病気の予防にも繋がる.本研究では,専門的なアドバイザーがいなくても正しい手洗い方法の学習が効率的に行える支援システムの開発を目的としている.本研究では,正しい手の洗い方を6パターンに分類し,手洗いの様子を撮影した映像を解析することで,すべての洗浄パターンが適切に,かつ十分な時間で実行されているかを検証し,学習者に対して適切なアドバイスを行える支援システムを開発する.学習者は実環境にて撮影した手洗い映像をシステムに転送するだけで,無意識に洗い残すケースを格段に少なくすることができるだけでなく,あたかも専門家に指導を受けたかのような正しい手洗い方法を身に付けることができ,インフルエンザや食中毒等の重篤な病気の予防にも繋がる.平成27年度はシステムの実用性を高めるために,個人差による手洗い動作の揺れを許容した映像特徴量検出システムを中心に開発した.また,様々な学習モデル機構について評価実験を行い,本システムに適した学習モデルの構築法を明らかにした.開発済みの個人向けプロトタイプでは,肌色領域の変化やオプティカルフローを映像特徴量として用いている.しかしながら,手の動かし方の角度や上下左右のぶれ等に個人差があるため,学習モデルとは異なる被験者では精度が大きく低下していた.そこで,手の重心の動き(ぶれ)に着目し,個人特有のぶれを従来の映像特徴量から間引くことで,個人差による揺れを許容した実用性の高いシステムに改良した.平成27年度に開発したシステムについて,下記の内容の評価実験及び考察を行った.1.多数の被験者に対する実験から,個人差による精度低下がどの程度防げているかを洗浄パターン毎に評価.2.各種の学習モデルについて精度評価を行い,手洗い動作の判定に適する学習モデルについての評価.3.学習データ数や映像時間長を変化させ,学習データと精度の関係についての評価.本研究のコアになる基礎エンジンの開発は,当初の計画通りに終了したため.本研究では,専門的なアドバイザーがいなくても正しい手洗い方法の学習が効率的に行える支援システムの開発を目的とする.本研究では,正しい手の洗い方を6パターンに分類し,手洗いの様子を撮影した映像を解析することで,すべての洗浄パターンが適切に,かつ,十分な時間で実行されているかを検証し,学習者に対して適切なアドバイスを行える支援システムを開発する.学習者は実環境にて撮影した手洗い映像をシステムに転送するだけで,無意識に洗い残すケースを格段に少なくすることができるだけでなく,あたかも専門家に指導を受けたかのような正しい手洗い方法を身に付けることができ,インフルエンザや食中毒等の重篤な病気の予防にも繋がる.平成28年度はシステムの汎用性を高めるために,洗剤等の映像ノイズに頑健な手洗い判定システムを中心に開発した.具体的には下記の項目について開発を行った.1.映像ノイズに頑健な手洗い判定システムの開発平成27年度までに開発したシステムでは,リアルタイム性を重視し,映像特徴量として肌色領域分布やオプティカルフローの時間的変化を用いていた.ただし,肌色領域に着目した場合,手洗いの際に使用する石鹸や洗剤等による泡(ノイズ)が精度に支障をきたす.この問題点に対処するために,本研究では学習モデルと入力特徴量との類似度を計算する距離尺度に,ノイズに頑健なEarth Mover's Distanceを採用し,ノイズに頑健な判定システムを開発した.2.インターフェイスの開発入力インターフェイスとしては,学習者が実環境にて作成した作品を携帯端末で撮影し,映像データを手軽にサーバーに転送できるインターフェイスを開発した.また,修正すべき箇所を分かり易くユーザの携帯端末に転送できる出力インターフェイスを備えたシステムを開発した.実用化レベルの判定エンジンが開発でき,当初の計画通りに終了したため.本研究では,専門的なアドバイザーがいなくても正しい手洗い方法の学習が効率的に行える支援システムの開発を目的とする.本研究では,正しい手の洗い方を6パターンに分類し,手洗いの様子を撮影した映像を解析することで,すべての洗浄パターンが適切に,かつ十分な時間で実行されているかを検証し,学習者に対して適切なアドバイスを行える支援システムを開発する.学習者は実環境にて撮影した手洗い映像をシステムに転送するだけで,無意識に洗い残すケースを格段に少なくすることができるだけでなく,あたかも専門家に指導を受けたかのような正しい手洗い方法を身に付けることができ,インフルエンザや食中毒等の重篤な病気の予防にも繋がる.平成28年度までに,個人差による手洗い動作の揺れを許容した支援システムを開発した,具体的には,手の重心の動き(ぶれ)に着目し,個人特有のぶれを従来の映像特徴量から間引くことで個人差による揺れを許容した実用性の高いシステムを開発した.更に,手洗いの際に使用する石鹸や洗剤等による泡(ノイズ)が精度に支障をきたすといった問題点に対処するために,学習モデルと入力特徴量との類似度を計算する距離尺度にノイズに頑健な判定システムを開発した.平成29年度はシステムの統合化,総合的な評価,及び研究成果の取りまとめを行なった.具体的には下記の項目を実施した.

1.統合化システムの構築と評価実験:各モジュールを統合し,手洗い学習支援システムのプロトタイプ版の実験評価を行った後,大規模システムへの改良及び実験評価を行った.2.大規模サーバの構築:手洗い学習支援システムのプロトタイプ版を大規模データにも適用できるようにサーバークライアントシステムに拡張した.3.研究報告書の作成:平成28年度以降の研究成果を国内学会,国際会議にて研究発表を行った.また,研究成果をまとめ,情報処理学会への投稿準備を行った.本研究では,専門的なアドバイザーがいなくても正しい手洗い方法の学習が効率的に行える手洗い支援システムの開発を目的とする.本研究では,正しい手の洗い方を6パターンに分類し,手洗いの様子を撮影した映像を解析することで,すべての洗浄パターンが適切に,かつ,十分な時間で実行されているかを検証し,学習者に対して適切なアドバイスを行える支援システムを開発する.学習者は手洗い映像をシステムに転送するだけで,無意識に洗い残すケースを格段に少なくすることができるだけでなく,あたかも専門家に指導を受けたかのような正しい手洗い方法を身に付けることができ,インフルエンザや食中毒等の重篤な病気の予防にも繋がる.平成27年度までに開発したシステムでは,リアルタイム性を重視し,映像特徴量として肌色領域分布やオプティカルフローの時間的変化を用いている.肌色領域に着目した場合,手洗いの際に使用する石鹸や洗剤等による泡(ノイズ)が精度に支障をきたすことが予想される.平成28年度以降は,この問題点に対処するために,本研究では学習モデルと入力特徴量との類似度を計算する距離尺度に,ノイズに頑健なEarth Mover's Distance(EMD)を採用する計画である.EMDは内容型類似画像検索技術や類似音楽検索技術などで頑健さが証明されている距離尺度であり,近年,ハンドジェスチャー認識分野でも認識精度の向上が報告されている.また,入力インターフェイスとして,学習者が実環境にて作成した作品を携帯端末で撮影し,映像データを手軽にサーバーに転送できるインターフェイスを開発する.修正すべき箇所を分かり易くユーザの携帯端末に転送できる出力インターフェイスを備えたシステムを開発する.更に,各モジュールを統合し,手洗い学習支援システムのプロトタイプ版の実験評価を行った後,大規模システムへの改良及び実験評価を行う.手洗い学習支援システムのプロトタイプ版を大規模データにも適用できるよう,サーバークライアントシステムに拡張する.平成29年度は,大規模な学習モデルに対する高速判定処理アルゴリズムについて検討した後,システム全体の統合化を行い,統合化システムの評価実験を行う.また,手洗い学習支援システムのプロトタイプ版を大規模データにも適用できるよう,サーバークライアントシステムに拡張する.最後に,平成29年度までの研究成果を国内学会,国際会議にて研究発表を行う.また,初年度の研究成果と次年度以降の研究成果を個別にまとめ,それぞれを電子情報通信学会,情報処理学会に投稿する.