hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
燐酸カルシウムをコーティングした自家腱による膝前十字靭帯の再建術

膝関節靭帯再建モデルの作成当初ビーグル犬を用いたが、手術後も膝関節の不安定性が残存したので、靭帯再建モデル動物を、イヌからブタに変更した。動物モデルの大型化により、現在臨床で使っている膝前十字靭帯手術器械がそのまま利用できるため、より臨床に近い手術が行なわれる利点があった。また、実際に医療器械として申請出来る器械が平成13年度末に完成した。平成13年度、科学技術振興事業団、独創的研究成果共同育成事業「膝関節靭帯再建用・術中燐酸カルシウムコーティングシステム」、にエスコム(株)との共同研究者として採択された。リン酸カルシウム(CP)複合化法を用いた骨孔内腱固定モデルにおける、骨-軟部組織界面の力学的強度<方法>家兎14羽を用い、静脈麻酔下に両後肢下腿の内側でFDL腱を足関節部で切離翻転した。右後肢のFDL腱は断端から6mm部分に交互浸漬法でCPを修飾した(以下,CP側).交互浸漬法はカルシウム溶液、リン酸溶液にそれぞれ30秒、各10回浸漬した.骨孔は脛骨隆起部内側に,直径4mm深さ6mmの骨ソケットを作成し、脛骨対側皮質を貫通させボタンで脛骨外側に固定した.術後4週で屠殺し、近位のFDL腱を力学試験器に固定し、0.1mm/secの速度で伸張し最大破断強度を記録した。力学試験後,対照側およびCP側で腱実質部破断の一標本を採取,HE染色で組織学的評価を行った.<結果>CP側の平均最大破断強度は9.0±5Nであり,対照側の6.8±3.4Nに対し有意に高い値を示した(p=0.0116,Paired Ttest).組織学的評価の結果,CP側は新生骨がFDL腱と直接結合していた.対照側の骨トンネル内は腱実質を認めなかった.<結語>:CP複合化法で修飾された腱は、骨孔との界面で直接付着に近い組織像を呈し、破断強度が増加した。H7年3月より死体膝と多軸力学試験機を用いて、正常膝前十字靭帯の持つ力学的多様性と現在行われている靭帯再建術の生体力学的評価について研究してきた。手術直後には力学的に優れているとされた大腿屈筋腱による再建術が、トップクラスの運動選手に使われていないのも、膝蓋腱を使う方法に比べ骨トンネル内での移植腱の固定性に問題のためである。いっぽう、ハイドロキシアパタイト(HAp)は、人工関節の金属面と骨表面とのIncorporationを促進するためにコーティング材として使われていて、良好な結果が報告されている。腱靭帯のような軟部組織にもHApを含む燐酸カルシウム化合物を複合化することが可能となれば、HApをコーティングした移植腱は骨組織と早期・強固な結合が期待できる。われわれは、Taguchiらが1999年に発表した交互浸漬法による高分子材料上へのHAp形成法を生体軟組織に応用し、生体腱とアパタイトの複合化に成功した。術中コーティング自動化器械の開発平成13年7月1日より独創的研究成果共同育成事業に採択された「膝関節靭帯再建用・術中燐酸カルシウムコーティングシステム」は、平成13年度末に共同出願した、以下の特許に基づく器械作製の研究である。生体組織材料を処理する交互浸漬装置および交互浸漬方法特願2001-017694出願人:田中順三、菊池正紀、生駒俊之(無機材質研究所)、坂根正孝(茨城県立医療大学)、福崎裕延、山口勇(多木化学)、太田邦博(タマチ工業)、横山能周(エスコム)現在、プロトタイプは出来上がっており、平成13年7月には、アメリカ、ピッツバーグ大学整形外科、筋骨格研究所(Savio Woo教授)にて、ヒト新鮮凍結腱を使った手術シュミレーションも終了している。力学試験後,対照側およびCP側で腱実質部破断の一標本を採取,HE染色で組織学的評価を行った.

<結果>CP側の平均最大破断強度は9.0±5Nであり,対照側の6.8±3.4Nに対し有意に高い値を示した(p=0.0116,Paired Ttest).組織学的評価の結果,CP側は新生骨がFDL腱と直接結合していた.対照側の骨トンネル内は腱実質を認めなかった.<結語>:CP複合化法で修飾された腱は、骨孔との界面で直接付着に近い組織像を呈し、破断強度が増加した。
有機ひ素化合物の状態分別分析法と自然水中の溶存に関する基礎的研究

1.研究目的有機ひ素化合物は、殺虫、殺菌、染料などに多く使用され、その毒性と生体挙動は、その化学形態に依存することが知られている。しかしながら、分析化学的には、全ひ素量の定量法が確立しているのみで、化学形態に伴う状態分析法は充分でなく、環境化学的にも速やかに確立しなければならない問題の一つとなっている。このため研究代表者は、イオンクロマトグラフイが状態分析にたいし有効な手段であると考え、無機態として、ひ酸、亜ひ酸を、有機態として、たとえばアルソノ基を有するアルソン酸などの有機化合物の溶離挙動、分析などの基礎検討を行なった。とくに、有毒性供試試料の少量化を目的として、マイクロボアカラムを使用、検出器には紫外吸収検出器を用いて検討した。2.結果基礎検討はキャピラリーカラムの効率であり、通常のカラムに比較して遜色のないことを見いだし、有毒性試料の供試の少量化を達成、さらに、有機ひ素化合物の分析には、wall coated columnなどの高分離性カラムよりむしろ溶離液のpHが著しく影響することを見いだし、最適溶離液の検討を水酸化カリウム溶液およびリン酸を用いて行なった。その結果o-,p-aminophenylarsonic acid,o-nitrophenyl arsonic acidなどの分離にはリン酸溶離液が有効でありpKaと同様のpHで完全に分離し、1μ1の試料で少なくとも0.06ppmを正確に定量することが可能となった。得られた結果は、すでに、Journal chromatography誌に投稿、現在印刷中である。以上の基礎データから、自然界における、ひ素の分布、輪廻などに及ぼす環境因子の解明に従事しているが、今後検討しなければならない多くの問題が残った。
ラマン分光法および中性子回折によるジルコニアセラミックスの相転移のその場観察

ZrO_2固溶体における立方-正方相転移にとって軸率c_F/a_Fよりもむしろ酸素の位置が重要である.本研究は酸素の散乱能が比較的大きな中性子線の回折とラマン散乱によりZrO_2-YO_<1.5>およびZrO_2-CeO_2固溶体における酸素変位を研究することを目的としている。ZrO_2-YO_<1.5>系ではXRD測定により、組成X=10と12ではt′-ZrO_2のみ、X≧16でt′′-ZrO_2またはc-ZrO_2のみ、X=14ではt′と(t′′またはc)が共存した.酸素イオンが蛍石型構造の正規のサイトから変位するために生じる、蛍石型構造の112_F禁制反射(正方格子の102反射と等価)の積分強度はYO_<1.5>濃度の増加と共に減少した。X≦16の組成域では102反射が明確に観測されたが、X=18の試料では102反射が明確には検出されえなかった。酸素イオンのc軸方向の原子座標はYO_<1.5>濃度が増加すると共に大きくなった.即ち酸素イオンの変位量c(1/4-z)は減少した.また、ラマン散乱において立方相のスペクトルに対して特徴的な正方相のバンドはイットリアの濃度の増加と共に減少し、このバンドが消失する組成から立方-正方相境界を見積ることが出来ることを見いだした。ZrO_2-CeO_2系ではZrO_2-YO_<1.5>系と同様、酸素の原子座標がCeO_2の濃度と共に増加した。即ち、酸素の変位は小さくなった。XRDの結果ではCeO_2濃度が70モル%以上の組成域で軸率c/aが1に等しくなっている。従って、70-90モル%の組成域ではt′′となっていると考えられる。また、CeO_2濃度が増加するにつれて101反射の半価幅はほとんど変化しないが、102反射の半価幅は増加した。これはドメインの大きさが減少することに起因すると考察された。高温でのラマン散乱により80モルの試料では400°Cより高温で立方相に転移すると推定された。
再発転移性頭頸部扁平上皮癌の微小環境での免疫抑制機構の解明と制御

近年、癌免疫療法が注目され、R/M SCCHN患者でも抗PD-1抗体の持続的な効果が示されている。しかし、有効である患者は一部に限定されることから、効果の低い患者での作用機序解明と免疫チェックポイント阻害剤とほかの薬剤の使い分けや使用順序などが課題となっている。これらの課題の解決のため、本研究はR/M SCCHNの微小環境での腫瘍免疫調節機構を解明し、薬剤を用いた免疫抑制性微小環境の制御によるR/M SCCHNの克服を目的とする。
若齢期放射線被曝による晩発障害に関する社会医学的研究

広島原爆被爆者の固形がん死亡危険度について,広島原爆被爆者コホートデータベースに基づき,発がん数理モデルの適用による解析を行った.広島原爆に被爆し,遮蔽や入市状況が把握でき初期線量が推定可能であった被爆者で,1970年1月1日時点で生存が確認され,2010年12月31日までの期間中での死亡か広島県外転出をエンドポイントとして追跡できた被爆者を対象として,初期放射線量や被爆距離(放射性粉塵の吸引量の代替変数)を説明変数としたCoxの重回帰分析を行った.この解析の結果,固形がん死亡に対する影響は、男女とも被爆時年齢にかかわらず初期放射線よりも被爆距離の寄与の方が大きいことが強く示唆された.広島原爆被爆者の固形がん死亡危険度について,広島原爆被爆者コホートデータベースに基づき,発がん数理モデルの適用による解析を行った.広島原爆に被爆し,遮蔽や入市状況が把握でき初期線量が推定可能であった被爆者で,1970年1月1日時点で生存が確認され,2010年12月31日までの期間中での死亡か広島県外転出をエンドポイントとして追跡できた被爆者を対象として,初期放射線量や被爆距離(放射性粉塵の吸引量の代替変数)を説明変数としたCoxの重回帰分析を行った.この解析の結果,固形がん死亡に対する影響は、男女とも被爆時年齢にかかわらず初期放射線よりも被爆距離の寄与の方が大きいことが強く示唆された.原爆被爆による固形がん超過相対死亡危険度(ERR)は,放射線影響研究所によるLSS(Ozasa et al., 2012)により,(全部位平均で)1Sv当たり約0.4であることが報告されている.ただし,同研究では誘導放射線被曝や放射性降下物による健康被害への影響は検討されていない.本研究プロジェクトにおいて,平成25年度での研究として,広島大学原爆被爆者コホートデータ(ABS)を用いて,非初期被爆線量の影響を想定し,多段段階発がん数理モデル(Ohtaki et al., 1985,2001)のモデルの拡張を行い(現在,その結果を論文としてまとめMathematical Biosciencesに投稿中),広島原爆被爆者の(白血病を除く)固形がんの初期線量反応関係よび被爆時年齢依存性について解析を行った.対象は,広島原爆に被爆し,初期線量が推定可能であった被爆者のうち,1970年1月1日の時点で, ABSに登録され生存が確認され, 2010年12月31日までの期間中での死亡をエンドポイントとして追跡できた被爆者手帳取得者である.説明変数は,「初期被爆線量」の他に,「被爆時所在地情報」,「被爆時年齢」,「到達年齢」,「カレンダー年」および「性別」である.これらの変数やその関数を用いて時間依存型のCoxの部分尤度法を適用して分析を行った.その結果,初期被爆線量の固形がん死亡危険度への影響は,前者の方法による解析では被爆時年齢に関する依存性が認められず, ERRは1Sv当たり(被爆時年齢が30歳で、到達年齢が70歳の場合)のERRは0.17(0.1, 0.25)であった.また,被爆距離(爆心地から被爆地点までの地上距離)が3500m以内の場合,被爆時年齢が中年の男性と女性および10歳前後の女性に,初期線量に依存しない高いERRが推定された。急性放射線被曝による固形がん超過相対死亡危険度(ERR)は,放射線影響研究所によるLSSにより,(全部位平均で)1Sv当たり約0.5であることが報告されている.ただし,同研究では誘導放射線被曝や黒い雨などによる放射性降下物による健康被害への影響は検討されていない.今回,我々は広島大学原爆被爆者コホートデータ(ABS)を用いて,多段段階発がん数理モデル(大瀧ら, 2012)の適用による被爆者の(白血病を除く)固形がんの線量・距離依存性および被爆時年齢依存性について解析を行った.対象は広島で原爆に被爆して1970年1月1日の時点で広島県内に居住(生存)していた直接被爆者27643人(男性11480人、女性16163人)であり,追跡は最長で2009年12月31日までの期間である.なお,広島県外へ転出した場合は「中途打ち切り」として扱った.解析の結果,固形がん死亡ERRへの初期被爆線量の寄与は距離関数(遮蔽を考慮していない爆心から被爆時所在までの地上距離の冪乗関数)に比べて小さく相対的に説明力が乏しいこと, 10歳未満の幼少時被爆の場合または50歳以上の高齢被爆の場合に低く,相対的に15歳39歳で被爆した場合に高い(p<0.001)ことが解った.一方,推定されたERRの男女差は,幼少時被爆の場合には無かったが, 10歳以上では男性の方が高くなり15歳以上20歳未満被爆の場合には女性に比べて約30%超過していた.なお,初期放射線線量に対する感受性は, 20歳未満の若齢者がやや高い(p<0.05)ことが検出されたが,高齢者被爆者での上昇や低下は検出されなかった.上記の結果より,広島の原爆被爆者における固形がん死亡ERRには,原爆の初期放射線だけでなく,被爆者の被爆直後の行動状況に依存する間接被爆による大きな影響が推察された.

広島原爆被爆者における固形がん死亡リスクの時空間分布を推定し可視化することで,初期放射線線量および非初期放射線線量のリスクへの寄与について検討を行った.その結果,放射線被曝による固形がん死亡リスクの超過に関して,若齢期被曝の場合に感受性が高いこと,非初期放射線被曝の影響が成人の被爆者に大きいことが推定された.同リスクの地理分布の特徴として,爆心地近傍の同心円状に分布するリスクと,北西の郊外地域の高リスク領域が検出された.なお,爆心地近傍のリスクもその被爆距離依存性の特徴により初期放射線が主要因ではない可能性が大きいことが判明した.爆心地近傍では放射性物質を含んだ塵などが爆風により同心円状に拡散した放射性降下物の影響が示唆された.低線量放射線被曝における線量評価方法について検討した.具体的には,原爆や原発事故に伴う被曝線量の評価として,核分裂生成物が降下にした放射性物質からのγ線被曝線量の評価法およびβ被曝線量の評価法を行った.低線量被曝者で増加の見られる造血器悪性腫瘍,骨髄異形成症候群において,放射線被曝により高頻度に変異が生じるRUNX1遺伝子に注目し, RUNX1変異による骨髄異形成症候群の発症機序の解析を行った.その結果,様々な遺伝子異常と協調して造血機能破綻をきたすこと,被曝後年月を経て悪性腫瘍を発症する機序が明らかとなった.従来、放射線の健康影響は外部被曝によるものが注目されていたが、我々の研究結果は、放射性粉塵の吸入を含む内部被曝の発がんなどの後障害への危険度が事前の想定を超えて大きいことが強く示唆された.医療被曝や宇宙放射線被曝による健康リスク管理の観点からは朗報であるが,放射性廃棄物の管理の強化や原発事故などに伴う放射性プルームへの被曝の影響については(特に、若齢者被曝者を中心に),今後,速やかに再検討される必要があると思われる.26年度が最終年度であるため、記入しない。計量生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。広島大学原爆被爆者コホートデータ(ABS)に収録されていた線量の一部に関して,被曝時所在地情報の修正が必要であることが判明し,人手作業による確認やデータの更新を行ったために,平成25年度の半ばまで,(初期)被爆線量を用いたリスク解析を行うことが出来なかった.その一方で,理論的な研究である発がん数理モデルの開発や,実証的研究でも明らかに初期線量には関係していない入市者での死亡リスクについては,順調にリスク解析が進んでおり,論文投稿や投稿の準備を行える段階に至ることが出来た.広島大学原爆放射線医科学研究所で開発し管理・運用している広島原爆被爆者を対象にしたコーホートデータを用いて,固形がん死亡を目的の事象とする時間依存型Cox重回帰法による生存時間解析を行った。その結果,初期(直接被爆)線量による固形がん死亡危険度の超過は被爆時年齢が若い場合に総体的に高くなっていたが,非初期線量によるものと思われる爆心からの距離に依存した固形がん死亡の超過危険度として,被爆時年齢が30歳40歳で極大となる統計的に有意な影響の存在を突き止めることができた。また,入市被爆者の入市日別固形がん死亡の危険度の分布の解析により,広島では,1945年8月6日に限定された危険度の超過が推定された。これらの解析により,原爆被爆者の固形がん死亡の超過危険度は,初期線量だけでなく半減期が数時間の放射能を持つPM2.5が大きく関与していることが推察され,研究開始当初の目標を超えた内容での原爆被爆者の固形がん死亡の超過危険度の要因の解明に迫ることができた。
大気圧プラズマ援用クーラントの機能発現メカニズム解明と高機動システム化

大気圧プラズマジェットを援用することで,加工中のクーラント効果を促進させ,微細ダイヤモンド工具の加工性能を最大限に引き出す手法の開発を行っている.とくに,プラズマ化された活性種と,加工フロントにおける被加工物/工具/チップとの化学反応を精緻に制御するとともに,加工面/工具面の詳細な化学分析を通じて,プラズマの機能発現メカニズムを解明することを目的とする.今年度は,ナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)エンドミルによる高純度SiC加工におけるプラズマ援用クーラントの適用を実行した.プラズマ援用クーラント専用装置を作製し,窒素ガスベースのプラズマジェットを加工点に対しピンポイントで照射することで,クーラント効果の促進を狙った.プラズマ援用の有無によるSiC加工後の表面粗さを比較したところ,プラズマ援用なしで加工した面粗さは430 nmRzであったが,プラズマ援用ありで加工した面粗さは29 nmRzであった.プラズマ援用によって,脆性破壊(チッピング)を大幅に抑制できることを確認している.また,加工後のNPD工具表面を観察したところ,プラズマ援用することにより,付着物(Siの酸化物)の抑止に甚大な効果があるという基礎的知見が得られた.本手法の確立および更なる効果発現のためには,加工のフロント(工具と被加工物のナノ領域接触点)において,プラズマガスがどのように工具の切れ味を維持しているのか,その機能発現メカニズムを解明することがカギであるという認識のもと,今後も鋭意研究を継続する.さらに,プラズマ援用技術の新たな展開として,大気圧低温プラズマ援用レーザ表面改質処理の実現可能性について探るため,専用ノズルを設計・試作し,ダイヤモンドをターゲットとして基礎実験を開始した.本年度の取り組みで,ナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)エンドミルによる高純度SiC加工におけるプラズマ援用クーラントの有効性を確認することができた.独自に設計製作した長尺300mmの誘電体バリア放電方式のプラズマ発生装置により高品位なプラズマを長時間安定して照射可能となったことが本年度の目標達成のカギとなった.また,レーザプラズマ加速器のキーパーツとなるレーザガイド(サファイア製キャピラリ)のNPD工具による超精密加工に対し,プラズマ援用クーラントの適用を試みた.実験に使用する超精密5軸加工システムのパフォーマンスを最大限に活用するため,各軸のレーザスケール・切削抵抗検知微小動力計・加工点高倍率モニタリングシステムの調整動作確認を慎重に実施した.実験を遂行する際,加工のフロントにおいて延性モード切削を発現させる要素と仕上げ加工面の挙動の関連を解析し,その結果から,サファイアキャピラリ加工を達成するための基礎となる加工条件の最適化および達成度レベルの検証を実施した.一方,プラズマ援用技術の応用展開として,大気圧低温プラズマ援用レーザ表面改質処理の実現可能性について探るため,フェムト秒レーザによるNPD工具成形時における高品位化も新たに取り組み始めた.大気圧プラズマジェットをNPD工具レーザ成形時の加工焦点にピンポイントで照射することで,プラズマによる酸化抑止効果のみならず,ダイヤモンドのアブレーション除去加工と同時にプラズマガス種(窒素など)の活性種による化学反応を促進させる.レーザをターゲットに照射する際に,照射部をプラズマ(グライディングアーク放電方式を採用)で覆うための専用ノズルの設計製作を実施し,基礎実験を開始した.レーザプラズマ加速器のキーパーツとなるレーザガイド(サファイア製キャピラリ)のNPD工具による超精密加工に対し,プラズマ援用クーラントの適用を引き続き試みる.キャピラリが長尺になればなるほど得られる加速電子のエネルギは高くなるため,現状の90mmから今後は200mmと長さ倍以上の微細溝を長時間にわたり加工する必要がある.長時間に安定したプラズマを供給できる電源・専用ノズルの開発を行うとともに,加工中に広範な加工面を常にプラズマで覆い続ける必要があるため,工具の軌跡を先行して動くことができるようなノズルの保持・駆動機構(フレキシブルノズル)を開発する.本手法を実行させるための出口イメージは,“多彩で高機能なアシストシステムの統合化"である.次年度以降,これまで蓄積してきた一連のアシストシステム,すなわち,電解援用リコンディショニング,大気圧プラズマ援用クーラント,オンマシン超音波洗浄,加工状況モニタリング,マイクロ加工専用CAMなどを統合化できるプラットフォームを専用加工機上に組み上げる.本研究開発で運営していく過程でプロトタイプを構築し,最終的にはコンパクトな専用システムとして実用化を検討していく.一方,プラズマ援用技術の応用展開として,大気圧低温プラズマ援用レーザ表面改質処理の実現可能性について探るため,新たに専用装置を製作する.プラズマ発生方式としては,グライディングアーク放電に代わり,誘電体バリア放電方式を採用し,バリア放電中の石英管の内部をレーザ光が通過しターゲットに照射する仕組みとする.レーザヘッドとターゲットの間隔は10cmであり,その経路にプラズマ発生ノズルを設置する必要があるため,極力コンパクトなノズルの設計・製作から開始する予定である.大気圧プラズマジェットを援用することで,加工中のクーラント効果を促進させ,微細ダイヤモンド工具の加工性能を最大限に引き出す手法の開発を行っている.とくに,プラズマ化された活性種と,加工フロントにおける被加工物/工具/チップとの化学反応を精緻に制御するとともに,加工面/工具面の詳細な化学分析を通じて,プラズマの機能発現メカニズムを解明することを目的とする.今年度は,ナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)エンドミルによる高純度SiC加工におけるプラズマ援用クーラントの適用を実行した.プラズマ援用クーラント専用装置を作製し,窒素ガスベースのプラズマジェットを加工点に対しピンポイントで照射することで,クーラント効果の促進を狙った.

プラズマ援用の有無によるSiC加工後の表面粗さを比較したところ,プラズマ援用なしで加工した面粗さは430 nmRzであったが,プラズマ援用ありで加工した面粗さは29 nmRzであった.プラズマ援用によって,脆性破壊(チッピング)を大幅に抑制できることを確認している.また,加工後のNPD工具表面を観察したところ,プラズマ援用することにより,付着物(Siの酸化物)の抑止に甚大な効果があるという基礎的知見が得られた.本手法の確立および更なる効果発現のためには,加工のフロント(工具と被加工物のナノ領域接触点)において,プラズマガスがどのように工具の切れ味を維持しているのか,その機能発現メカニズムを解明することがカギであるという認識のもと,今後も鋭意研究を継続する.さらに,プラズマ援用技術の新たな展開として,大気圧低温プラズマ援用レーザ表面改質処理の実現可能性について探るため,専用ノズルを設計・試作し,ダイヤモンドをターゲットとして基礎実験を開始した.本年度の取り組みで,ナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)エンドミルによる高純度SiC加工におけるプラズマ援用クーラントの有効性を確認することができた.独自に設計製作した長尺300mmの誘電体バリア放電方式のプラズマ発生装置により高品位なプラズマを長時間安定して照射可能となったことが本年度の目標達成のカギとなった.また,レーザプラズマ加速器のキーパーツとなるレーザガイド(サファイア製キャピラリ)のNPD工具による超精密加工に対し,プラズマ援用クーラントの適用を試みた.実験に使用する超精密5軸加工システムのパフォーマンスを最大限に活用するため,各軸のレーザスケール・切削抵抗検知微小動力計・加工点高倍率モニタリングシステムの調整動作確認を慎重に実施した.実験を遂行する際,加工のフロントにおいて延性モード切削を発現させる要素と仕上げ加工面の挙動の関連を解析し,その結果から,サファイアキャピラリ加工を達成するための基礎となる加工条件の最適化および達成度レベルの検証を実施した.一方,プラズマ援用技術の応用展開として,大気圧低温プラズマ援用レーザ表面改質処理の実現可能性について探るため,フェムト秒レーザによるNPD工具成形時における高品位化も新たに取り組み始めた.大気圧プラズマジェットをNPD工具レーザ成形時の加工焦点にピンポイントで照射することで,プラズマによる酸化抑止効果のみならず,ダイヤモンドのアブレーション除去加工と同時にプラズマガス種(窒素など)の活性種による化学反応を促進させる.レーザをターゲットに照射する際に,照射部をプラズマ(グライディングアーク放電方式を採用)で覆うための専用ノズルの設計製作を実施し,基礎実験を開始した.レーザ
破骨細胞分化の制御機構:癌抑制遺伝子WT1による分化調節に関する組織学的研究

Znフインガー型転写因子Egr-1発現阻止による破骨細胞様多核細胞(MNC)形成促進効果は、癌抑制遺伝子産物であるWT1の発現を特異的に阻止するWT1アンチセンス(AS)オリゴデオキシヌクレオチド(ODN)の添加により完全に消失した。異なる領域に対して作成したいずれのWT1 AS ODNでも同様の効果が認められた。コントロール実験として用いたWT1センス(S)及びスクランブル(Scr)ODNには全く効果が認められなかった。しかしながら前破骨細胞(POC)形成系で認められた、Egr-1発現阻止によるPOC形成促進効果は、WT1 AS ODNを添加しても消失せず、多核化の過程に於てのみWT1が作用することが示唆された。なお破骨細胞分化に於けるWT1の発現はRT-PCR法を用いて確認することができた。Egr-1の特異的発現阻害実験により、マクロファージ分化に必須であるEgr-1が破骨細胞の分化には逆に負の調節因子として作用するのであるが、多核化の過程に於ては、負の調節因子としてのEgr-1の作用を抑制する転写因子としてWT1が機能していることが強く示唆される結果を得た。破骨細胞/マクロファージ分化の振り分け過程や多核化の段階等、破骨細胞の分化がZincフインガー型の転写因子による分化調節を受けていることが推定された。現在、in situハイブリダイゼーション法を用いて骨組織に於けるZnフインガー型転写因子の発現を詳細に解析中である。本研究成果の一部は第38回歯科基礎医学会に於いて既に報告している。
デジタル教科書・教材のためのユーザビリティ技術基盤の確立

教育の情報化が推進される中,タッチパネルを搭載したデジタル教科書・教材の実利用環境における人間工学的知見の充実が求められている.タッチパネルのユーザビリティ評価研究はこれまでにも数多く行われてきており,デジタル教科書・教材のユーザインタフェース設計に応用できる知見も多い.しかし,基本的な操作方法の一つであり,教育用コンテンツでも頻繁に利用されるドラッグを対象とした研究は少なく,より一層の知見の充実が必要であると考えられる.こうした背景を受けて,本研究では,デジタル教科書・教材のユーザビリティ技術基盤の確立を目指し,ドラッグのユーザビリティ向上を目的としている.本年度は,代表的なドラッグの操作対象であるスライダの操作性を評価した.具体的には,指先の動きに対するスライダサムの移動比率を変化させた実験を行い,操作性との関係を明らかにした.さらに,一連の操作に要する時間を2つの相に分けて分析を行った.具体的には,スライダサムをターゲット周辺まで大まかに移動させる手先の運動と,最後の位置合わせを行う運動のそれぞれに要する操作時間に分けて分析することで,手先の運動成分に基づいてユーザの操作特性を詳細に検討することができた.こうした知見は,スライダの設計において,ユーザが任意に移動比率を変更できる機能の有効性を示すとともに,移動比率の選択可能範囲やその分解能について,ユーザの操作特性に裏付けされた具体的な値を示すことができた点で意義のあるものだと考えられる.本年度に得られた研究成果の一部は,学術雑誌での誌上発表や学会発表等を通じて普及に努めた.本年度は,ドラッグの操作対象として一般的なスライダの操作性を評価し,操作しやすいスライダサムの移動比率を明らかにするとともに,操作時間を2相に分けて分析することで,運動成分に基づく操作特性の検討を行うことができた.こうした成果を学術論文としてまとめ,次年度以降に実施予定であるドラッグの運動成分の詳細な評価に繋がる知見を得たことから,おおむね順調に進展していると判断した.次年度は,本年度に得られた知見や実験プロトコルを活用しつつ,ドラッグの運動成分を詳細に評価する予定である.また,学術論文や学会発表を通じた研究成果の普及についても準備を進めていく.教育の情報化が推進される中,タッチパネルを搭載したデジタル教科書・教材の実利用環境における人間工学的知見の充実が求められている.タッチパネルのユーザビリティ評価研究はこれまでにも数多く行われてきており,デジタル教科書・教材のユーザインタフェース設計に応用できる知見も多い.しかし,基本的な操作方法の一つであり,教育用コンテンツでも頻繁に利用されるドラッグを対象とした研究は少なく,より一層の知見の充実が必要であると考えられる.こうした背景を受けて,本研究では,デジタル教科書・教材のユーザビリティ技術基盤の確立を目指し,ドラッグのユーザビリティ向上を目的としている.本年度は,代表的なドラッグの操作対象であるスライダの操作性を評価した.具体的には,指先の動きに対するスライダサムの移動比率を変化させた実験を行い,操作性との関係を明らかにした.さらに,一連の操作に要する時間を2つの相に分けて分析を行った.具体的には,スライダサムをターゲット周辺まで大まかに移動させる手先の運動と,最後の位置合わせを行う運動のそれぞれに要する操作時間に分けて分析することで,手先の運動成分に基づいてユーザの操作特性を詳細に検討することができた.こうした知見は,スライダの設計において,ユーザが任意に移動比率を変更できる機能の有効性を示すとともに,移動比率の選択可能範囲やその分解能について,ユーザの操作特性に裏付けされた具体的な値を示すことができた点で意義のあるものだと考えられる.本年度に得られた研究成果の一部は,学術雑誌での誌上発表や学会発表等を通じて普及に努めた.本年度は,ドラッグの操作対象として一般的なスライダの操作性を評価し,操作しやすいスライダサムの移動比率を明らかにするとともに,操作時間を2相に分けて分析することで,運動成分に基づく操作特性の検討を行うことができた.こうした成果を学術論文としてまとめ,次年度以降に実施予定であるドラッグの運動成分の詳細な評価に繋がる知見を得たことから,おおむね順調に進展していると判断した.次年度は,本年度に得られた知見や実験プロトコルを活用しつつ,ドラッグの運動成分を詳細に評価する予定である.また,学術論文や学会発表を通じた研究成果の普及についても準備を進めていく.次年度使用額が生じた理由は,申請時に人件費・謝金として計上していた評価実験の参加者への謝金の支払が生じなかったためである.次年度使用額の使用計画については,申請時の使用計画に沿って,実験参加者への謝金として支出する予定である.
社会福祉供給機関多元化時代のサービス利用体制に関する研究-山間部における農業協同組合と民生委員の役割を中心に-

本年度は、岐阜県内において介護保険事業者として介護保険サービスを提供している農業協同組合(以下、農協とする)を対象として、介護保険事業開始1年半を経過した時点での事業の実態に関するヒアリングを実施した。さらに、農協のヘルパー研修の修了者と現在農協に雇用されているヘルパーに対する意識調査を行った。それを通して明らかになったのは以下の点である。(1)介護保険事業の運営の実態...介護保険事業に参入した農協のなかでも、当初の見込み通りに事業が展開されているところと、見込みどおりではないところとがみられた。両者を比較してみると、事業が順調に展開されているところでは、住民の二ーズを把握するためのアンケート調査を実施するなど、地域のニーズをもとにして事業の内容を検討し運営がなされていた。介護保険事業を展開する際に、行政による需要見込みによってサービスを決定するのではなく、住民のニーズから出発するという運営が鍵であるといえる。(2)マンパワーの育成と確保...農協はこれまで農協の事業を担うマンパワーの養成を目的として、ヘルパーの養成研修を実施してきた。それによって多くの3級又は2級のヘルパー資格を所持している会員が存在している。それにもかかわらず、介護保険事業を担うヘルパーが不足したりみつけるのが困難であったりしている。資格を取得した人びとの多くは、会員となっている農協の事業だからとか、介護の知識や技術を家族のために活用したいという動機が多く、仕事としてヘルパーを考えている人が少ないのが実態である。(3)生活の総合的支援...介護保険の給付対象となるサービス以外のサービス(例えば、大掃除、倉庫の整理など)に対して、農協で組織している助け合いの会が対応し、ヘルパーと助け合いの会が連携を取ることによって、総合的な支援を展開しようと取り組まれている。これによって今後総合的な年活支援が可能になると考えられる。本年度は、岐阜県を対象として介護保険サービス事業の実態に関する調査を行った。介護保険制度開始から半年を経過した時点での岐阜県内の介護保険サービス事業者の実態をみると、営利を目的とした民間事業者が、一時は参入を試みたにもかかわらず半年後には事業を中止、あるいは継続はしているものの当初計画しただけの事業規模を確保することが極めて困難な状況にあるということが明らかになった。そしてその大きな要因となっているのは、従来の措置制度下で在宅福祉サービスの提供の主要な委託先となっていた社会福祉協議会が介護保険サービス利用者のほとんどを、引き続き介護保険サービスの顧客として確保しているということであった。そしてそれは利用者の事業者に対する信頼を得ることができるか否かということが鍵となっている。新規に参入した事業者が今後の事業の見通しが立てられない状況のなかで、農業協同組合は、岐阜県内で20カ所のうち12カ所が現在介護保険サービスに参入しており、今後全ての支所でサービスを提供する計画している。新規事業者である農協と他の事業者との相違は、信頼感という点である。農協が地域の中で従来果たしてきた事業に対する信頼感、認知度、そこから判断される農協の経営の安定性が利用者の信頼感を得る結果となっている。また事業者としての経営ということからすると農協は、これまでに他の事業で築いてきた経営基盤が安定していることから、介護保険事業の安定のための計画を中期的に立てることが可能であるということが大きい。今年度はサービス提供の全体の関連性を把握することを中心としたが、2年目となる次年度は現状の提供体制を改善するための方策という視点から、農業協同組合の可能性と提供組織と利用者をつなぐ役割としての民生委員の可能性を研究課題とする予定である。
超音波法を利用した完全非破壊によるコンクリート部材の応力推定方法の開発

昨年度の結果より,超音波到達初動部において無応力波形と各応力段階での波形の相互相関係数から得られる時間差を用いて超音波速度変化率を算出することで,超音波速度変化率がコンクリート応力に比例することがわかった。ただし,載荷軸方向ではコンクリート応力と比例するものの,載荷軸直角方向ではコンクリート応力に対して感度が低く,超音波速度変化率の変動が小さいことがわかった。そこで,平成30年度の検討では,コンクリートの圧縮強度の違いがコンクリート応力と超音波速度変化率の関係に与える影響を確認するとともに,既設構造物での計測を考慮した測定方向について検討を行った。具体的には,750×1200×250mmの版状コンクリート供試体内部にPC鋼棒を配置し,PC鋼棒による載荷および除荷を行い,コンクリート応力と超音波速度変化率の関係を調べた。なお,供試体は3体用意し,コンクリートの強度を3水準とした。実験では,各応力段階(010N/mm2)で載荷軸方向,載荷軸直角方向および載荷軸と45度方向の3方向で超音波計測を実施した。その結果,全てのコンクリート強度において載荷軸方向を伝搬する場合の超音波速度変化率はコンクリート応力と比例した。次に,既設構造物での計測を念頭に,無応力時の超音波波形を使用せずに,各応力段階での超音波波形のみで応力推定が実施可能かを検討した。すなわち,コンクリート応力と比例関係にある載荷軸方向とコンクリートの応力変化に対し感度が低い載荷軸直角方向の超音波波形をそれぞれ抽出し,載荷軸直角方向に対する載荷軸方向の超音波波形の相互相関係数を算出し,超音波速度変化率を求めた。その結果,載荷軸直角方向を基準波形とし,載荷軸方向の波形を比較することで,コンクリート応力と超音波速度変化率は比例することがわかった。つまり,無応力時の超音波波形を用いずに応力推定が実施できる可能性が示唆された。強度水準の異なるコンクリート供試体に対して,超音波速度変化率と作用応力の関係について整理できた。また,無応力時の超音波計測を必要としない新たな超音波速度変化率の算出方法を提案し,提案法の超音波速度変化率がコンクリート応力と比例することがわかった。人工的にコンクリートの応力を増減させた場合において,本手法の有効性が確認された。今後は,クリープや乾燥収縮ひずみが混在する長期計測への本手法の適用性について検討を行う予定である。また、2018年度に得られた知見を学会等で発表する予定である。プレストレスが作用するコンクリート部材での非破壊による応力推定手法の基礎検討として、300×300×1000mmの角柱供試体に対し、各応力段階にて載荷軸方向と載荷軸直角方向の超音波計測を実施した。実験では、コンクリート強度、センサ種別、センサ間距離を変えて計測を行った。測定波形において、無応力状態と各応力段階での超音波波形のP波成分のみを含む区間において相互相関係数を算出し、相関係数が最も大きくなる時間差を用いて、超音波速度変化率を求めた。ここで、計測された超音波波形に対してP波成分のみの時間区間(t1t2)を抽出して相互相関係数を算出する必要がある。

本研究では、t1の設定方法では、AIC法を2段階に分けてt1を検出することで、より正確な到達時間を自動的に決定した。また、時間t2についても定量的な決定方法を見出した。このようにして得られた時間区間において、無応力状態の超音波波形と応力作用状態の超音波波形を対象に相互相関係数を算出し、相互相関係数が最大となる時間差から速度変化率を求めた。次に、本速度変化率と作用応力比の関係を整理した。その結果、載荷軸方向において、作用応力比の増加に伴い速度変化率が増加する良好な線形性が認められた。一方、載荷軸直角方向においては、作用応力の変化によらず、速度変化率は変化しないことが認められた。また、コンクリート強度による違いを考慮するために、応力比(作用応力比/圧縮強度)を指標とした。さらに、使用したAEセンサ種別(60kHz共振、150kHz共振)の明確な差は認められず、また、センサ間距離は500mm程度が最適である可能性が示された。以上の結果より、プレストレスが作用するコンクリートにおいては、作用応力方向に超音波計測を実施し、無応力状態と応力作用状態での超音波波形の相関をとることで、応力推定が実施できる可能性を見出した。強度水準の異なるコンクリート供試体に対して、超音波速度変化率と作用応力の関係について当初の計画通り整理でき、順調に進行している。人工的にコンクリートの応力を増減させた場合において,本手法の有効性が確認された。今後は,クリープや乾燥収縮ひずみが混在する長期計測への本手法の適用性について検討を行う予定である。また、2018年度に得られた知見を学会等で発表する予定である。現段階での応力推定手法は、無応力状態での超音波計測が必要である。しかし、既に供用されているプレストレストコンクリート構造物では、無応力状態での超音波計測ができないため、基準となる波形情報が欠落していることとなる。2018年度は、予めプレストレスが作用している場合の応力推定手法を検討する予定である。また、2017年度に得られた知見を学会等で発表する予定である。当初の計画より順調に研究が進み、予定していた実験に関する旅費が大きく削減できた。また、研究室所有の装置の故障で当初予定になかった修理費が生じたが、予算の範囲内で修理することができた。
社会経済現象を表す点事象の集積分析手法：データ流通時代の地域モニタリングに向けて

本年度は,点事象の空間分布から,その集積地域を検出する新しい方法を構築・提案した.提案手法は,スパースモデリング手法の一つである,Minimax Concave Penalty (MCP)と呼ばれる関数を用いた正則化を導入することで,小地域単位で集計された点事象のカウントデータから,集積地域の検出を行うことができる.各小地域の共変量を説明変数としたポアソン点過程モデルを導入しているため,地域の異質性を考慮した集積検出が可能なモデルとなっている.推定するパラメータは,分析対象領域全域の共変量パラメータと,各地域独自に設定する集積性パラメータだが,パラメータの総数は小地域数を超えるため,正則化を行わないと一意な推定値が得られない問題である.各パラメータの値が0と異なることに対する正則化項に加えて,隣接する小地域の集積性パラメータの差について正則化項を設定することにより,隣接地域では同一の値を取りやすいという,空間的自己相関を考慮した推定が可能である.既往研究では,L1正則化項を用いるLASSOを使用した集積地域検出方法が提案されているが,LASSO推定量はバイアスを持つ限界が知られている.一方,MCP関数による正則化では,特定の条件下でバイアスのない推定量が得られることが示されており,本提案手法は,バイアスを有さない推定量が得ることが期待される.これまでに,点事象の空間分布をシミュレーションしたデータを用いた初期検討により,LASSOに基づく既存手法よりも,MCPに基づく提案手法の方が適切なパラメータの推定,および,集積領域の検出が可能であることを確認した.また,実データへの適用に際して,地域的な差異を表す共変量を設定したポアソン点過程モデルを用いた集積地域の検出も実行可能である点を確認しており,提案した点事象集積領域検出手法が一定の有用性を有することが確認できている.「研究実績の概要」に記した通り,当該年度において,本研究課題の進展の鍵となる,新たな点事象集積領域の統計的検出方法について,スパースモデリング手法の一つであるMCP関数を利用した手法を構築・提案した.現時点では,その集積領域の検出性能について十分な評価・分析は行えていないが,初期的な検討によると,既存手法よりも優れた性質を有していることが確認されている.また,実データを用いた分析を通した,地域分析手法としての有用性については,今後の検討事項であるが,提案手法は理論的には明快な方法であるため,十分な有用性を持つ分析手法であることが期待される.前述のように,現時点では,提案分析手法の性能に関して初期的な検討しかできていない.そのため,まずはこの性能評価が一番の検討項目となる.点事象の様々な空間分布を仮想的に作成したシミュレーションデータを用いた,集積領域の検出力・誤検出率の評価や,パラメータ推定量の分布に基づくバイアスの有無の確認などを行う.なお,MCP関数による正則化を導入した目的関数は非凸な関数となる場合があることが知られているため,LASSOを用いた既存研究とは異なり,複数の局所解を有する問題となる.そのため,適切な推定結果を得るために,その計算手法も重要な検討事項となる.現在は,MCPに関する既往研究を参考に推定計算を行っているが,その性能評価も重要な課題である.計算量も既存手法よりも大きくなるため,実行可能な問題のサイズの確認も必要であり,それらの検討も行う.加えて,ハイパーパラメータ設定により異なる推定結果が得られることから,その中からよい推定結果を選ぶための情報量規準についても議論が必要である.一方,地域分析への利用可能性を確認するため,様々な点事象データに対する適用を通した分析も今後行う計画である.研究分担者や研究協力者が専門とする,犯罪データ・産業立地データなどへの適用を通して,本提案手法による分析結果の有用性について評価を行う予定である.本年度は,点事象の空間分布から,その集積地域を検出する新しい方法を構築・提案した.提案手法は,スパースモデリング手法の一つである,Minimax Concave Penalty (MCP)と呼ばれる関数を用いた正則化を導入することで,小地域単位で集計された点事象のカウントデータから,集積地域の検出を行うことができる.各小地域の共変量を説明変数としたポアソン点過程モデルを導入しているため,地域の異質性を考慮した集積検出が可能なモデルとなっている.推定するパラメータは,分析対象領域全域の共変量パラメータと,各地域独自に設定する集積性パラメータだが,パラメータの総数は小地域数を超えるため,正則化を行わないと一意な推定値が得られない問題である.各パラメータの値が0と異なることに対する正則化項に加えて,隣接する小地域の集積性パラメータの差について正則化項を設定することにより,隣接地域では同一の値を取りやすいという,空間的自己相関を考慮した推定が可能である.既往研究では,L1正則化項を用いるLASSOを使用した集積地域検出方法が提案されているが,LASSO推定量はバイアスを持つ限界が知られている.一方,MCP関数による正則化では,特定の条件下でバイアスのない推定量が得られることが示されており,本提案手法は,バイアスを有さない推定量が得ることが期待される.これまでに,点事象の空間分布をシミュレーションしたデータを用いた初期検討により,LASSOに基づく既存手法よりも,MCPに基づく提案手法の方が適切なパラメータの推定,および,集積領域の検出が可能であることを確認した.また,実データへの適用に際して,地域的な差異を表す共変量を設定したポアソン点過程モデルを用いた集積地域の検出も実行可能である点を確認しており,提案した点事象集積領域検出手法が一定の有用性を有することが確認できている.

「研究実績の概要」に記した通り,当該年度において,本研究課題の進展の鍵となる,新たな点事象集積領域の統計的検出方法について,スパースモデリング手法の一つであるMCP関数を利用した手法を構築・提案した.現時点では,その集積領域の検出性能について十分な評価・分析は行えていないが,初期的な検討によると,既存手法よりも優れた性質を有していることが確認されている.また,実データを用いた分析を通した,地域分析手法としての有用性については,今後の検討事項であるが,提案手法は理論的には明快な方法であるため,十分な有用性を持つ分析手法であることが期待される.前述のように,現時点では,提案分析手法の性能に関して初期的な検討しかできていない.そのため,まずはこの性能評価が一番の検討項目となる.点事象の様々な空間分布を仮想的に作成したシミュレーションデータを用いた,集積領域の検出力・誤検出率の評価や,パラメータ推定量の分布に基づくバイアスの有無の確認などを行う.なお,MCP関数による正則化を導入した目的関数は非凸な関数となる場合があることが知られているため,LASSOを用いた既存研究とは異なり,複数の局所解を有する問題となる.そのため,適切な推定結果を得るために,その計算手法も重要な検討事項となる.現在は,MCPに関する既往研究を参考に推定計算を行っているが,その性能評価も重要な課題である.計算量も既存手法よりも大きくなるため,実行可能な問題のサイズの確認も必要であり,それらの検討も行う.加えて,ハイパーパラメータ設定により異なる推定結果が得られることから,その中からよい推定結果を選ぶための情報量規準についても議論が必要である.一方,地域分析への利用可能性を確認するため,様々な点事象データに対する適用を通した分析も今後行う計画である.研究分担者や研究協力者が専門とする,犯罪データ・産業立地データなどへの適用を通して,本提案手法による分析結果の有用性について評価を行う予定である.
人の視覚特性を利用した多次元可視化手法に関する研究

科学シミュレーションや計測によって得られる多値データの可視化において、従来用いられてこなかった影の表現を利用することを目指し、コンピュータグラフィクス技術を用いた影の表示方法で残された課題の改善と多変量データの値を色、陰影、影に割り当てた表示法の提案を行った。さらに影の内外での同一色の認識、影表現法と読み取りの正確性について等の評価実験行い、データの読み取りやすさと表示の仕方の関係についての知見を得た。今日、計算機による数値シミュレーション、各種センサー群による計測から得られるデータは科学、工学の様々な分野において問題解決、分析のための強力な武器となっている。しかしそれら増えつつあるデータに対して的確な把握方法がなければ、データの意味は損われてしまう。本計画では、データ形式として広く用いられる二次元格子の各交点に分布する多次元データに対して、影の影響除去、艶と色の分解、といった人の視覚情報処理能力を利用して、直観的に多次元データを把握できる高速な可視化手法の開発を目的としている。本年度は二次元配置された多値データを影と色を用いて可視化する手法の提案ならびに可視化提案手法のみならず一般的に影表現を応用した数値データの提示の有効性を調べるための被験者実験を行った。提案可視化手法は地の色、陰(シェード)、影の3つの要素を利用した三種類である。一つ目はデータの値に応じた色のついた凹凸面を生成し円柱を設置し、そこに現れる凹凸面の色及び模様と円柱の影によって2変量データの可視化を行う手法、2つ目は色のついた平面に、影と同じ色の変化によってつくる模様を表示し2変量データの可視化を行う手法、3つ目は、1つ目と2つ目の手法で利用した4要素を利用し3変量データの可視化手法である。被験者実験は可視化提案手法で用いた円柱の影についてデータ可読性に関してのものである。影表現法の計算式についてや、地の色の分布等、調整項目が多く、4つの実験を設計した。これらの実験結果には有意性のある傾向が見られたため、被験者実験の設計を固めることができたといえ、このことは今年度の大きな成果である。今年度は国内発表2件、国際会議発表1件を行った。本年度は昨年度までに提案を行ってきた、リアルタイムソフトシャドウに関する新たな手法であるScreen Space Anisotropic Blurring Soft Shadows(SSABSS)の完成度をさらに高めることに重点を置いた。得られた成果は国際会議Cyberworlds2013にて採択され発表することができた。本手法は従来手法よりも、描画対象の幾何学的な複雑性に影響を受けないボケた輪郭を持つ影の表示手法であり、また真の影と比較して形状の正確性は劣るものの、対比比較をしなけば、十分正確な形状を作り出すことができる。また、本手法をさらに改良した手法については、論文誌に投稿し採録が決定している。本年度は高品質な影のリアルタイム生成手法に関して調査を行った結果、従来のリアルタイム影描画に関する手法では、面光源からの照射により生じるような輪郭のぼやけた影(ソフトシャドウ)の生成で、改善の余地があることが判明し、その点について重点的に研究を進めた。従来のソフトシャドウの高速描画方法では物理的な現象と異なった影が生成されてしまい、その結果、視点を移動した際に光源、遮蔽物、投影面の状態を全く変化させなくても影が変形してしまうという問題を抱えていた。この問題に対して射影面と視線のなす角を考慮することでより物理的に正しい影の表現を可能とし、さらに従来法よりも高速化も実現した。また、表面反射を積極利用したデータ表現についても予備的な実装を行い、光源位置と反射関数に関して検討を行った。これらについて、国内発表4件(内査読付き1件)、国際会議発表1件を行った。近年、数値計算シミュレーションのみならず、様々なセンサーからの情報や、ネット上の情報の中から関連性を見つけ出すために多変量データの可視化技術は重要性を増している。

データの可視化にあたり、古典的に用いらてきた表現技法には、色、形、等値線、矢印、模様、それらの組み合わせ、擬似立体投影があるが、本研究ではヒトの視覚特性を利用して効果的な視覚刺激を生成することで新たな多変量データの可視化法を構築するための基礎研究として、影に注目した。影は我々が常に経験している現象であり、影の影響を除去して物体の色を知覚することは無意識化において常に行われている。そのため他の表現方法と組み合わせることで多変量データを理解する表現が可能であると予想されたからである。研究期間の前半では、日常の多くの影は点光源ではなく面光源により作られることから、半影を伴っていることを考慮し、半影を高速に表現するためのコンピュータグラフィクス技法、Screen Space Anisotropic Blurred SoftShadows (SSABSS)を開発し、発表した。この手法は描画対象物体の数の増加に対して速度低下の生じにくい手法でありながら、光源位置、投影対象の制約が少なく視覚的に光学的に正しい影と判別することが難しい影を生成することが可能である。研究期間の後半では、色と影による多変量データ可視化を想定し、PCのモニタ上で指定された色票と同じ色標を探す心理物理実験の手法を用いて、影の中の色の明るい条件下での色の知覚のしやすい条件を調べた。実験より、背景色の輝度を変えることにより影を用いた表現での色知覚の精度に優位な差が生じることが明らかとなった。これは影を可視化表現に取り入れる際に役立つ知見である。コンピュータグラフィクスひとの視覚的な特性を可視化に利用する本研究では、仮説に基づく刺激としての画像生成が必要となるが、その画像生成のためのコンピュータグラフィックスの技法の開発において新たな効率的な手法を考案できたことは当初の想定よりも良く達成できたと客観的にも高評価できると考えている。可視化手法として、影を用いた3種の手法の考案及び実装を行い、国内外で発表を行った。また、可視化手法の被験者実験では、有意性のある結果が得られたことから、被験者実験の設計の正しさについて確証が得られた。これは次年度の被験者実験を行うにあたっての良い成果であった。総合的に判断しておおよそ計画どおりであり、おおむね順調に進展していると考えている。研究計画当初は予定していなった半影部のある影(ソフトシャドウ)の高速表現方法を新規に提案できた点は計画以上の成果である。影表現はコンピュータグラフィクスの研究分野で古くから取り組まれまた現在も活発に研究が行われている課題であり、そこに新規手法を提案できたことは大きな成果であると考えている。可視化の応用に関しては前年度までに評価実験を行っていたが、今年度は影表現に研究の重点を置いていたため、次年度にさらに綿密な評価実験を計画している。ひとの視覚的な特性を可視化に利用する本研究では、仮説に基づく刺激としての画像生成が必要となるが、その画像生成のためのコンピュータグラフィックスの技法の開発において新たな効率的な手法を考案できたことは当初の想定よりも良く達成できたと客観的にも高評価できると考えている。