hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳動脈瘤コイル塞栓術において個々のコイル形態をモニタリングする装置の開発

コイル塞栓術は脳動脈瘤に対する標準治療の一つであるが、非侵襲的である反面、病変の大きさや形状によっては十分な治療効果が得られず、また重篤な脳虚血合併症が起こり得るなど克服すべき課題が多い。本研究ではより安全で効率の良いコイル塞栓術を実現するため、術中に得られる一連の連続画像において同一の特徴点をもつコイルを識別しながら個々のコイルの形状やこれらの相互干渉をリアルタイムに追跡し、可視化するための方法と装置、ソフトウエアを開発する。
月・地球間潮汐作用と月の起源

昨年度にひき続いて、潮汐トルクの時間変化と地球・月系の運動方程式の精密化を中心に研究を進めた。1.海洋潮汐の数値モデルの評価大陸及び海洋の分布のパタ-ンによって海洋潮汐が大きく影響を受けることが明らかになった。大陸が子午線上に並んだ場合よりも赤道上に並んだ場合の方が半日潮汐の位相遅れが大きくなり、それによって生じるトルクが、月の軌道半径をより増大させる方向に作用する。軌道の傾斜角に主に作用する日周潮汐については、大陸が子午線上に並んだ場合の方が、トルクが大きくなる。石炭紀の大陸は比較的に赤道上に分布し、ペルム紀の大陸は比較的に子午線分布に近い。このことから、過去における海洋潮汐モデルの一般的な見積りと得られた数値モデルの海洋力学的な評価が可能になった。2.潮汐による月軌道、地球自転速度の変化についての評価潮汐による軌道の離心率の変化を求める数式を開発し、過去数十億年間の月軌道の離心率の変化を計算し、過去においては離心率が今より小さかったことを確かめた。これは、おそらく、世界で初めてであろう。この場合、月の粘性が時間及び周波数によらず一定とした。また、必要とされる月の潮汐変形の理論式の開発を行った。3.地球と月の大接近の年代の決定種々の大陸及び海洋分布による海洋潮汐とその変化のモデルを用い、才差・章動と潮汐による軌道進化をほぼ同時に解くことにより、軌道計算の精度を高め、過去数十億年間の月軌道及び地球回転の変化の計算を行った。これから、地球と月の大接近の年代は、50億年±5億年程度となった。この年代は、地球・月の初期の内部状態や、これまで無視している太陽の潮汐作用によって縮まる可能性が残っている。潮汐摩擦による地球回転と月の軌道変化を地球・月形成の初期にまでさかのぼって推算できる可能性が見えて来た。問題はいかに計算の精度を高めるかにある。それを左右するものとして、(1)海洋分布の年代変化と海洋潮汐数値モデルの精度、(2)固体地球の粘性の変化、(3)潮汐トルクによある地球・月系の運動方程式とその積分精度、などがある。今年度はこれらについての検討を行ったので順を追って説明する。1.過去の海洋分布についての資料を収集し、特に約2.5億年前のパンゲア大陸についての大陸棚及び深海の分布を求めた。それらと現在の海洋の水深分布との比較を行った。潮汐方程式における摩擦項について、速度の1次項にした場合、2次項にした場合、更に水平うず粘性項を加えた場合の色々の組合わせについて数値積分によって得られる結果の比較を行った。また、得られる潮汐トルクの効果と天文観測による地球回転・月軌道の変化量とを比較し、摩擦項のパラメ-タの決定を行った。2.地球潮汐観測デ-タにより天体の起源力に対する位相遅れを求めた。また、固体地球潮汐のQの周波数依存性が地球・月系の力学的進化にどのように影響するかを調べた。3.月軌道面及び地球回転に関する従来の運動方程式に地球自転速度の変化に伴う偏平率(J_2)の効果を加え、才差・章動と潮汐作用とを同時に解いた。また、ルンゲクッタ法により積分の精度を高めた。更に、軌道の離心率の影響を同時に解く方法について目下検討中である。1,2,3を総合して過去数十億年間の月軌道及び地球回転の計算を行った。

まだ予備的ではあるが、月の初期の位置について興味深い結果が得られている。昨年度にひき続いて、潮汐トルクの時間変化と地球・月系の運動方程式の精密化を中心に研究を進めた。1.海洋潮汐の数値モデルの評価大陸及び海洋の分布のパタ-ンによって海洋潮汐が大きく影響を受けることが明らかになった。大陸が子午線上に並んだ場合よりも赤道上に並んだ場合の方が半日潮汐の位相遅れが大きくなり、それによって生じるトルクが、月の軌道半径をより増大させる方向に作用する。軌道の傾斜角に主に作用する日周潮汐については、大陸が子午線上に並んだ場合の方が、トルクが大きくなる。石炭紀の大陸は比較的に赤道上に分布し、ペルム紀の大陸は比較的に子午線分布に近い。このことから、過去における海洋潮汐モデルの一般的な見積りと得られた数値モデルの海洋力学的な評価が可能になった。2.潮汐により月軌道、地球自転速度の変化についての評価潮汐による軌道の離心率の変化を求める数式を開発し、過去数十億年間の月軌道の離心率の変化を計算し、過去においては離心率が今より小さかったことを確かめた。これは、おそらく、世界で初めてであろう。この場合、月の粘性が時間及び周波数によらず一定とした。また、必要とされる月の潮汐変形の理論式の開発を行った。3.地球と月の大接近の年代の決定種々の大陸及び海洋分布による海洋潮汐とその変化のモデルを用い、才差・章動と潮汐による軌道進化をほぼ同時に解くことにより、軌道計算の精度を高め、過雄数十億年間の月軌道及び地球回転の変化の計算を行った。これから、地球と月の大接近の年代は、50億年±5億年程度となった。この年代は、地球・月の初期の内部状態や、これまで無視している太陽の潮汐作用によって縮まる可能性が残っている。
シロイヌナズナのトランスポゾンタグラインを用いた葉緑体タンパク質の網羅的解析

核コードの葉緑体タンパク質の内、葉緑体形成に必須なものを網羅的に調べるために、作製した9425タグラインよりアルビノ変異体87ラインを単離した。その内、トランスポゾンの挿入が原因でアルビノの表現型を示したラインは38ラインであった。これらの変異体をalbino or pale green (apg)mutantと名付け、解析を行った(Motohashi et al.,2001,2003)。さらに、アルビノ変異体の発現解析のために葉緑体遺伝子のマイクロアレーを作成した(Nagashima et al.,2004)。apg mutantsの内、apg3、apg4、apg5、apg9ラインについて、葉緑体遺伝子のマイクロアレーなどを用いて、詳細な解析を行った結果、葉緑体ゲノム遺伝子の翻訳や転写調節に関わる葉緑体の形態形成に必須遺伝子の機能解析を行うことができた(論文投稿中)。アルビノ変異体の中にはいくつかのミトコンドリアタンパク質遺伝子の変異体も含まれていた。そこで、核コードの葉緑体タンパク質の機能を効率よく解析するために、4つのタンパク質局在予測プログラム(iPSORT : Banni et al.2002,PCLR : Schein et al.2001,Predotar : Emanuelsson and von Heijne 2001,TargetP : Emanuelsson et al.2001)を用い、少なくとも3つのプログラムによって葉緑体に局在が予測された2090の葉緑体タンパク質遺伝子の破壊株を集め、ホモラインの作成を行っている。野生型と変わらない表現型を示すが微妙に光合成系に異常が見られる変異体のスクリーニングを行い、その原因遺伝子の同定を行った。クロロフィル蛍光2次元画像解析システムを用いて、葉緑体タンパク質の遺伝子破壊株(約100ライン)をスクリーニングし、クロロフィル蛍光の時間変化が野生型と異なる変異体を得、その原因遺伝子がLycopene epsilon cyclaseであることを明らかにした。シロイヌナズナの葉緑体のゲノム上には約80程度の遺伝子がコードされているが、葉緑体自体を構成するタンパク質の大部分は核ゲノムにコードされている。このような核コードの葉緑体タンパク質の内、葉緑体形成に必須なものを網羅的に調べるために、作製した9425ラインの遺伝子破壊系統よりアルビノ変異体87ラインを単離した。その内、トランスポゾンによりタグされていたラインは38ラインであった。これらの変異体をalbino or pale green(apg) mutantと名付けた。アルビノ原因遺伝子がどのような機能を持つか調べた結果、光合成や色素合成に関与する遺伝子以外に、タンパク質や脂質などの輸送に関わる遺伝子、転写のコントロール、翻訳など、様々な機能をもつ遺伝子が含まれていた。得られたアルビノ変異株をプレート上に播種し、3週間後に、植物体の色や形態の観察、各光合成パラメーターの測定、強光、弱光条件下での生育の観察、カロテノイド色素やクロロフィル量の測定、葉緑体の形態の観察を行った。その結果、apgmutantsをいくつかのグループに分けることができ、機能予測につながることが解った。また、葉緑体遺伝子の発現解析を行うために葉緑体遺伝子チップの作製を行った。さらに、apg1 mutantについて詳細な解析を行った。apg1 mutantは、pale green表現型を示し、葉緑体形成に異常が見られ、この原因遺伝子APG1遺伝子翻訳産物は、メチルトランスフェラーゼと相同性があり、葉緑体の内包膜の主要な構成蛋白質で、細胞分裂の盛んな若い組織で多く発現していることを確認した。さらに、内包膜に多く存在し、メチル化のステップを経て合成されるプラストキンノンがapg1では検出できないことから、本酵素が確かにプラストキノンのメチル化に関与することを明らかにした。

クロロフィル蛍光2次元画像解析システムを用いて、葉緑体タンパク質の遺伝子破壊株(約100ライン)をスクリーニングし、クロロフィル蛍光の時間変化が野生型と異なる変異体を得、その原因遺伝子がLycopene epsilon cyclaseであることを明らかにした。
神経細胞における情報伝達機構と抗精神病薬の薬理作用発現との関連

1.ラットに抗うつ薬を長期間投与すると、大脳皮質膜アデニレートシクラーゼのアゴニストによる活性化が一部抑制されることを見出した。これはまずGTP結合蛋白質の機能低下が発現し、さらに受容体数の減少を伴うことが推定された。2.NIE-115細胞では、ムスカリン受容体,ヒスタミン受容体,ドパミン受容体が確認されたが、あらたに血小板凝集因子(PAF)受容体,アドレナリン受容体,ボンベシン受容体,ブラジキニン受体が見出された。これらの受容体を介する作用は、すべてCGMPを上昇させるが細胞外の【Ca^(2+)】に依存しており、リン脂質代謝回転の亢進によることが示された。3.NIE-115細胞にはラット大脳皮質と同様にセロトニン受容体が見出された。しかしセロトニンはラット大脳においてはCAMPを上昇させるのに対し、NIE-115細胞ではCGMPを上昇させた。さらにセロトニンよるCGMP生成は2で示された系とは全く異なり、細胞外または細胞内の【Ca^(2+)】に依存していないこと、リン脂質代謝の亢進を伴わないことまた従来知られているセロトニン受容体のアンタゴニスト(5HT,アンタゴニスト,5H【T_2】アンタゴニスト)によっても抑制されないことから新しいタイプのセロトニン受容体が存在することが示されその性質の検索を行った。4.3の細胞でのセロトニン受容体の性質を探った結果、ラット大脳におけるドパミン受容体のうちの【D_1】受容体に極めて類似していることが示された。5.三環系抗うつ薬,向精神薬,鎮痛薬の一部はアセテルコリン・ヒスタミンによるCGMP生成の亢進を阻害することが示された。
鉄酸化細菌が作る酸化鉱物形成機構の解析

本研究の目的は、Leptothrix ochraceaがどのようにして酸化鉄を生成するのかを可視化し、生成機構の一端を明らかにすることにある。加えて、培養方法を確立し、培地の制御によりこれまでにない管状酸化鉱物を創造することで、新しい機能性材料の創出方法の確立を目指している。L. ochraceaの酸化鉱物生成過程を可視化するためには、光学顕微鏡や電子顕微鏡といった顕微鏡設備が必須となる。そのため、高精細画像取得を目的とした光学顕微鏡設備を整えるためOLYMPUS社製BX-53光学顕微鏡システムを購入、整備した。その結果、倍率1000倍までの高精細微分干渉像を得ることが可能となり、非染色の菌体をそのまま観察可能となった。一方、自然環境に近い状態での地下水培養実験を進めるために、L. ochracea生菌が豊富に含まれる菌体採取場所の確保が早急に必要であった。これまでの予備研究によりL. ochraceaは非常に増殖サイクルが早く短命であることが示唆されていることから(未公表データ)、遠方の菌体採取地で採取するよりも研究実施場所(東京都文京区)近隣におけるL. ochracea菌体の採取地を確保することが望ましいと考え、都内の湧水箇所や池、側溝等を探索し、黄褐色の沈殿物の発生個所から沈殿物を採取し、顕微鏡観察により管状酸化鉱物の生成や菌体の有無の確認を並行して進めた。その結果、生菌が生息する箇所は発見されたものの、場所の管理者からの許可が得られず継続的に採取可能な場所は未だ確保できていない。私的な理由ではあるが、今年度は、妊娠中の体調変化に加え、産前産後休暇の取得により、1月半ばで研究を中断することとなった。また、それに伴い、学外に出ての生菌体採取場所の探索に時間を費やすことができず、菌体採取が思うように進めることができなかったと考える。研究再開後は、早急に採取場所を確保したいと考えるが、もし、うまく見つけることができなかった場合は、予備試験で行っていた地下水培養物の固定、樹脂包埋済みの電子顕微鏡試料から取得可能な生成過程のデータを得ることも念頭に置いて研究を進める。
化学物質吸入による肺傷害の発生機序に関する研究ーNitric oxideとNeuropeptidesの関与

呼吸器刺激物質としてオゾンを用いた吸入曝露実験を実施し、肺・気道系の炎症発生に対するNeuropeptides(ニューロペプチド)やNitric oxide(一酸化窒素)の関与について検討、以下の成果を得た。1.ニューロペプチドの関与一群6匹の89週齢の雄Sprague-Dawleyラットに、サブスタンスPおよびニューロキニンAのレセプターに対する阻害剤腹腔内に事前投与(対照群は一群4匹で、同量のVehicle)したのち、1ppmオゾン(対照群、清浄空気)に3時間曝露させ、5時間後に気管支肺胞洗浄を実施した。その結果、サブスタンスPおよびニューロキニンA阻害剤を投与したオゾン曝露群では、総細胞数・好中球数がオゾン曝露対照群と比較して有意に上昇、総細胞数・好中球数・上皮細胞数・総蛋白質濃度が空気曝露群と比較して有意に上昇していた。このことは、ラットでは、これらのニューロ-ペプチドが、オゾンの肺傷害性に対して気道保護作用を持っていることを示唆している。2.一酸化窒素の関与一群5匹の8週齢の雄ICRマウスに、一酸化窒素合成酵素の阻害剤Nニトローアルギニンを腹腔内に事前投与(100mg/kg、対照群は生理食塩水)し、1ppmオゾン(対照群:清浄空気)に4時間曝露させ、24時間後に気管支肺胞戦場を実施した。その結果、一酸化窒素産生を阻害した群症形成に関与している可能性が示された。一方、一酸化窒素は気管支緩慢作用も持つことから、オゾン曝露による気道過敏性モデルにおける一酸化窒素の役割についても検討したが、内因性一酸化窒素産生と気道反応性との関係は明らかではなかった。ガス体化学物質としてオゾンを用いた吸入曝露実験を実施した。一群5匹の8週齢の雄ICRマウスに、NO合成酵素の阻害剤N-ニトローアルギニンを腹腔内に事前投与(100mg/kg、対照群は生理食塩水)し、1ppmオゾン(対照群:清浄空気)に4時間曝露させ、24時間後に気管支肺胞洗浄を実施した。その結果、NO産生を阻害した群ではオゾン曝露による好中球増加が抑制されており、内因性NOがオゾン吸入による炎症形成に関与している可能性が示された。NOは気管支弛緩作用を持つことから、今後はオゾン曝露による気道過敏性モデルにおけるNOの役割についても検討する必要がある。2.Neuropeptidesの関与一群6匹の89週齢の雄Sprague-Dawleyラットに、サブスタンスPおよびニューロキニンAのレセプターに対する阻害剤を腹腔内に事前投与(対照群は一群4匹で、同量のVehicle)したのち、1ppmオゾン(対照群、清浄空気)に3時間曝露させ、5時間後に気管支肺胞洗浄を実施した。その結果、サブスタンスPおよびニューロキニンA阻害剤を投与したオゾン曝露群では、総細胞数・好中球数がオゾン曝露対照群と比較して有意に上昇し、総細胞数・好中球数・上皮細胞数・総蛋白質濃度が空気曝露群と比較して有意に上昇しており、ラットにおいてはこれらのNeuropeptidesが、オゾンの肺傷害性に対して保護作用を持っていることが示唆された。1.オゾン曝露による気道過敏性モデルにおける内因性一酸化窒素の役割平成8年度実施の研究で、内因性一酸化窒素産生を阻害するとオゾン曝露による好中球増加が抑制されたことから、内因性一酸化窒素がオゾン吸入による肺・気道系の炎症形成に関与していることが示唆された。内因性一酸化窒素は気管支弛緩作用も持つことから、本年度は、オゾン曝露によって誘起される気道過敏性に対する内因性一酸化窒素の役割について検討した。

一群5匹の雌BALB/Cマウス(6週齢)に、一酸化窒素合成酵素阻害剤N-ニトローアルギニンを腹腔内に事前投与し、1ppmオゾンに4時間曝露させた。曝露終了24時間後に、メサコリン吸入に対する気道反応性実験を行い、気道抵抗(R_L)・肺ダイナミックコンプライアンス(C_<dyn>)を測定した。しかしながら、内因性一酸化窒素の阻害によってもR_L、C_<dyn>値に変化はなく、内因性一酸化窒素産生と気道反応性との関係は明らかではなかった。今後は、異なる測定系(測定システム・吸入物質・動物種/系)での検討が必要であろう。2.研究成果のまとめ2年間にわたり実施した研究の結果をまとめ、その意義を検討した。特に、ラットを用いた吸入実験モデルでは、肺のニューロペプチドがオゾンによる肺傷害の発生に対して保護作用を持つことが明らかになった。一方、内因生一酸化窒素の役割については、さらなる検討が必要と考えられた。
予混合火炎を用いた粒子状物質生成機構の解明とそのモデル化

燃焼により生じるすすは人体への影響も懸念されており,環境基準が設けられるなど,その排出量を低減することが世界的に重要となっている.燃焼機器の性能を損なわずに火炎からのすす生成量を低減するためには,その生成機構についてのより詳細な理解が必要である.しかしながら,すすを排出する燃焼場は非常に複雑であるため,すす生成に関する研究は困難である.本研究では,新たに考案した非常に単純化した燃焼場での研究手法を用い,すす生成についての実験および数値シミュレーションによる解析から,すす生成機構を解明する.さらに,その知見に基づきすす生成の新たなモデルを構築する.燃焼により生じるすすは人体への影響も懸念されており,環境基準が設けられるなど,その排出量を低減することが世界的に重要となっている.燃焼機器の性能を損なわずに火炎からのすす生成量を低減するためには,その生成機構についてのより詳細な理解が必要である.しかしながら,すすを排出する燃焼場は非常に複雑であるため,すす生成に関する研究は困難である.本研究では,新たに考案した非常に単純化した燃焼場での研究手法を用い,すす生成についての実験および数値シミュレーションによる解析から,すす生成機構を解明する.さらに,その知見に基づきすす生成の新たなモデルを構築する.
超高圧下アニールと圧力・温度差比例降下法によるヘテロ構造の熱不整欠陥の抑性

本年度は前年度の基礎最な知見を踏まえて、超高圧下アニールによる熱不整欠陥の抑制実験を、Ge/Si系に加えてGaAs/Si系でも試みた。圧力発生装置はピストン・シリンダ型で、圧力媒体にはアルゴンを用いている。試料には、Si(100)基板上に室温でアモルファスGeを真空蒸着したもの、およびMOCVDによりSi基板上に成長したGaAsエピタキシャル層を用いた。まず、Ge/Si系では、圧力ー温度差比例降下法を採用した場合、アニール時の温度が一定の時には圧力の高い方が、また圧力一定の時には温度の低い方が、残留歪を小さくできることが明らかになった。これらのデータを圧力と温度差の比例常数k(P=k・ΔΤ)を用いて整理すると、様々な条件で実験したのにもかかわらず、kが大きくなるにつれ、残留歪は小さくなることが見いだされた。この結果より、より大きいk、すなわち低温・高圧でアニールすることにより、さらなる残留歪の低減を試み、Ge/Si系の残留歪が-0.03%程度まで低減できることを示した。次にGaAs/Si系においても超高圧下でのアニールを行い、Ge/Si系と同様な結果を得た。特にGaAs/Si系では、圧力2GPa付近で残留歪がひっぱり歪から圧縮歪に変わることが見いだされ、熱不整による残留歪が0となる条件(1.8)GPa)が存植することが明らかになった。超高圧アニール後の試料の結晶性をラザフォード後方散乱、エッチピットの測定などにより評価したところ、超高圧アニールによる大きな結晶性の劣化は認められなかった。以上により、超高圧下におけるアニールは、Ge/Si、GaAs/Siヘテロエピタキシャル構造の熱不整欠陥の抑制に有効との知見を得た。
強相関係物質のバルク敏感分光測定法による電子構造の研究

強相関系物質と呼ばれる電子間のクーロン相互作用が強い物質では、しばしば表面と物質内部(バルク)の電子状態が異なっている。この種の物質に対して、バルク敏感な測定は真の電子状態を調べるために不可欠である。角度分解光電子分光(ARPES)はフェルミ面・バンド構造などの電子構造の波数依存を直接的に調べることができる実験手法である。しかし一般的に用いられてきたARPESは紫外線領域の光を用いており、この場合は観測する電子の平均自由行程の小ささ(数Å)から表面の電子状態しか調べることは出来ない。一方、高エネルギー(軟X領域)の光を用いた場合、電子の平均自由行程の増大(数十Å)によりバルク敏感性が増し、真の電子状態の調査が可能になる。本研究は高分解能の高エネルギー光電子分光法を駆使し、強相関系物質の一つである銅酸化物高温超伝導体La_<2-x>Sr_xCuO_4のバルクの電子構造を明らかにする事を目的としている。hv=500eVの励起光を用いて、Cu2p内殻光電子スペクトルと価電子帯光電子スペクトルを調べた結果、バルクにおいて頂点酸素のCuO_2面への寄与が表面よりも大きくなっていることを見出した。またこの頂点酸素の影響の違いにより、バルクと表面でフェルミ準位近傍の電子構造・フェルミ面が異なっていることがわかった。オーバードープ・オプティマル領域組成においては(0,π)(π,0)点付近でバンド分散がバルクでより広くなることで電子的なフェルミ面を形成し、この運動量空間位置で頂点酸素とCuO_2面との結合が強くなっていることがわかった。またアンダードープ域では(0,π)(π,0)点付近で母物質絶縁体による影響が見られ準粒子が不安定になっている様子が見られた。これはアンダードープ域での輸送特性における強い異方性と関連があると思われる。LSCO(x=0.16)において励起エネルギー500eVを用いたバルク敏感角度分解光電子分光を行った。その結果x=0.16ではx=0.23とx=0.14と同形状で大きさが違う電子的なフェルミ面が観測され、以前の実験結果との整合性が示さた。overoptimalドープのLSCOではフェルミ液体として記述できるようなフェルミ面を取っているのに対し、x=0.1(underドープ)でストライプの影響を受けた様なフェルミ面が観測されることがわかった。(2)高結合エネルギー側の電子状態の研究結合エネルギー1eV付近にこれまで低エネルギーARPESでは観測されていない肩構造が観測された。これは角度積分光電子分光の光電子放出角度依存によりバルクを反映した電子状態だとわかった。かつARPESで見られるこの構造の波数依存性とバンド計算とのひかくによりこの高結合エネルギー則の肩構造がCu3d_<3z>2_<-r>2-02P_zの反結合状態に対応することがわかった。この結果は表面電子状態と比較してバルク電子状態では三次元性が強く現れていることを示唆する。(1)のフェルミ準位近傍の電子状態は低エネルギーARPESの結果といくつかの違いが見られている。これらが(2)で示された様な表面とバルクの電子状態の次元性の違いに関連してる可能性があり、今後追及していきたい。(1)を日本物理学会秋季大会、(2)を放射光学会にて発表した。
多様な形態・細胞表層構造をもつ細菌の土壌カラム中における挙動の解析

土壌の汚染を汚染物質分解菌を添加して浄化するバイオオーギュメンテーションにおいて、添加する細菌の土壌への吸着を評価する手法を確立することを目的とし、様々な細菌の土壌への吸着を解析した。また、土壌より特徴的な土壌吸着能を持つ菌を分離することを目的とし、土壌中の細菌を定量的に検出する手法の構築を行った。1.土壌への細菌の吸着能の指標化。細菌を吸着させる担体として石英砂を用いた。初年度に引き続き、カラム実験より操作が簡便なバッチ法で、細菌の吸着の指標化を試みた。NaCl等の溶液に大腸菌を懸濁して石英砂に添加し一定時間振とう後、非吸着の細胞数をコロニー計数法で測定した。大腸菌の吸着はLangmuir式に従うと予測されたため、最大吸着量や平衡定数の測定を試みたが、誤差が大きく再現性の高い結果が得られなかった。一方、吸着率を求めたところ、実験に用いた細胞濃度の範囲内(10^3-10^4CFU/ml)では、添加した細胞濃度にかかわらず吸着率は似た値を示した。溶液のイオン強度を上げると吸着率は上昇した。30,60mMNaCl溶液では、大腸菌DH5α株はそれぞれ29%、33%の吸着率を示したが、性繊毛を有する大腸菌JM109株はそれぞれ39%、52%と高い値を示した。他の性繊毛を有する株でも同様の傾向が見られ、細菌の吸着能の指標として吸着率を用いることが簡便であり、性繊毛が細胞の石英砂への吸着能を上昇させることが示唆された。2.土壌中の細菌の定量的検出法の構築。初年度のDNA抽出法、PCR-DGGEによる解析法の確立に引き続き、抽出したDNA中の16S rRNA遺伝子量を定量的PCRで測定することを目的とし、標準試料として、プラスミドに様々な細菌の16S rRNA遺伝子をクローニングしたものを構築した。これらの指標・手法により、土壌から特徴的な吸着能を持つ菌の分離を行うことが可能である。土壌の汚染を汚染物質分解菌を添加して浄化するバイオオーギュメンテーションにおいて、添加する細菌の土壌への吸着を評価する手法を確立するため様々な細菌の土壌への吸着を調べて指標化すること、また土壌より特徴的な土壌吸着能を持つ菌を新規に分離することを目的として、初年度の研究を行った。1.土壌カラム担体および吸着の解析方法の検討。細菌を吸着させる土壌カラムの担体として、石英砂を用いた。カラム実験に先立ち、バッチでの石英砂への細菌の吸着を調べた。NaCl、CaCl_2、硫安等の溶液に大腸菌を懸濁して石英砂に添加し一定時間振とう後、非吸着の細胞数をコロニー計数法で測定した。NaCl、硫安溶液などに懸濁した大腸菌の吸着はLangmuir式に従うと考えられたが、Caイオンを含む溶液ではB.E.T式などより複雑な吸着を行うことが示唆され、従来の研究のように人工地下水や無機塩培地など様々な塩を含む溶液を細胞の懸濁に用いると、土壌吸着能の指標化は困難であることが明らかとなった。NaCl、硫安溶液を用いて吸着解析の実験条件を検討した。また担体として疎水クロマトグラフィー担体を用いて同様の実験を行ったが、石英砂よりも吸着能が低く再現性も劣る結果が得られた。現在、他の細菌細胞の吸着解析を行っている。2.特徴的な土壌吸着能を持つ菌の土壌からの分離。土壌細菌のほとんどは難培養であることから、土壌カラムに吸着した微生物を効率よく検出するために、土壌からの細菌DNA抽出法の検討、変性剤濃度勾配ゲル電気泳動(DGGE)による解析法の検討を行った。ビーズ式細胞破砕機を用いて様々な条件で土壌より細菌DNAを抽出、16S rRNA遺伝子を増幅しDGGEで分離した結果、細胞破砕時にスキムミルクを添加することで土壌より効率よくDNAを回収し、PCR-GGEで多数の菌由来のDNAが観察できることがわかった。

他の性繊毛を有する株でも同様の傾向が見られ、細菌の吸着能の指標として吸着率を用いることが簡便であり、性繊毛が細胞の石英砂への吸着能を上昇させることが示唆された。2.土壌中の細菌の定量的検出法の構築。初年度のDNA抽出法、PCR-DGGEによる解析法の確立に引き続き、抽出したDNA中の16S rRNA遺伝子量を定量的PCRで測定することを目的とし、標準試料として、プラスミドに様々な細菌の16S rRNA遺伝子をクローニングしたものを構築した。これらの指標・手法により、土壌から特徴的な吸着能を持つ菌の分離を行うことが可能である。
格子スクリーニングの大きい半導体超格子の超伝導

PbTe-SnTe超格子の電気抵抗,磁気抵抗,ホール係数の測定を1.5Kから300Kの間で行い、以下に述べる結果を得た。(1) 7K以下の低温でこの超格子は超伝導になり、その臨界磁場の角度依存性より2次元的な超伝導体であることを見出した。この超伝導はPbの微粒子の析出によると考えられるが、Pbの囲りにあるPbTeの性質にも依存していることが判明した。この超格子のホール測定より、超伝導転移温度以上ではキャリア濃度が約【10^(18)】【cm^(-3)】程度の縮退半導体の性質を示しているので、Pbの析出が直接的に結合しているのではなく、Pbの微粒子がPbTeを媒体としてPbTe層内で2次元的にジョセフソン結合して、超伝導になると考えられる。実際、PbTeは低温で誘電率が大きく、易動度が高くなるので、近接効果によるPbTe内へのクーパーペアの侵入距離は4Kで約300Aとなり、この超格子は少量のPbの析出でも超伝導になりうる。(2)低温においてホール係数は大きな磁場変化を示し、磁場によりP-n反転するのもあった。これはこの超格子がPbTe層内に電子、SnTe層内に正孔が共存する、タイプ【II】であるためで、その磁場依存性のフィティングよりPbTeとSnTeのバンド端の不連続の大きさは、Ba【F_2】基板に成長させたもので約270meV,KCl基板のもので約170meVと求められた。(3)ホール係数の温度変化は150K付近でピークを示した。これは、素材であるSnTe,PbTeの温度依存性と逆である。高温での温度変化はSnTe層からPbTe層への熱励起が主な原因であると、又低温での変化はSnTe層の構造相転移により、PbTe層とSnTe層の間で電子が再分布するためと考えられる。これらはPbTe-SnTe超格子がタイプ【II】であることに由来している。
ひきこもり者への臨床心理学的アウトリーチ支援モデルの構築

ひきこもり者へのアウトリーチ支援モデルの構築として、平成30年度の実績は以下の3点である。第1に、「研究実施計画」にあるところの利用者による支援評価の分析としては、支援の最後に行ったインタビューを基に、どのような点が動き始めるきっかけとなったかについて検討した。その結果、就労支援や居場所支援等の支援機関について知ることができ、訪問支援員と共にそうした支援機関を見学に訪れたことが挙げられており、そうした初めの一歩とも言える行動がきっかけとなっていたことが示唆された。第2に、上記の結果をふまえて多変量解析を行った。目的は支援目標の達成(ひきこもりから脱出させ他機関につなぐこと)に関与する要因を検討することであった。アウトリーチ支援を利用した112名を対象に分析した結果、本人がひきこもり開始後1年から5年であり、家族関係が良好な場合には、本人が支援を受け入れやすいことが示された。また、ひきこもりが学齢期の不登校から派生している場合や支援機関に訪問支援者が同行した場合、またひとり親の場合には、他機関へと繋げるという支援目的が達成されやすいことが示唆された。これらの結果については、米国心理学会第126回大会にて発表を行った。第3に、これまでの研究成果について発表を行った。米国心理学会第126回大会においては、平成29年度に行った「ひきこもりから外に向かうまでの過程」の分析結果についても発表し、学齢期の不登校から始まるパターンと就労という社会への移行に生じるパターンそれぞれの他機関に繋がるまでの過程を比較検討して報告した。また、学術誌Psychiatryに「ひきこもり支援の実践」について寄稿した。当初の計画通り、平成29年度の課題であったひきこもりからの回復過程(外に向かう過程)の検討と、平成30年度の課題であるひきこもり本人(利用者)のアウトリーチ支援に対する評価の分析をほぼ終えている。ただ、平成29年度のもう一つの課題であった文献調査がまだ中途であるため、この区分とした。本研究課題は最終年度を残すのみとなった。最終年度としての推進方策は以下の通りである。第1に、文献調査を進め、国内外のアウトリーチ支援に関する文献を収集しまとめて、アウトリーチ支援における課題を抽出する。第2に、訪問相談を行った支援者(心理士)へのインタビューを分析し、訪問相談を行ってどうだったか、面接の状況をどのように能動的に作っていったか、苦心した点などを抽出して、アウトリーチ支援を支援者側から評価する。その結果について、海外の学会で発表することを考えている。第3に、本研究課題の成果について報告書にまとめる。自ら支援を求めにくいひきこもりの若者へのアプローチとして、訪問相談は有効な方法であろう。だが、訪問相談はこれまで主に精神保健領域において実施されてきたものであり、ひきこもり者へのアプローチとしては、心理的支援も含めたモデルが必要となると考える。それは、ひきこもりという状態が、医療のみならず、学校や家族にまつわる本人が負ったトラウマの体験や、外に出て行く際の他者から否定・批判されることの怖さ、ありのままの自分を理解してほしいという思いなどの心理的側面にも目を向ける必要があるからである。そこで本研究では、我々が臨床心理士を中心として行ってきたひきこもり者への訪問支援実践を多面的に評価し、臨床心理学的アウトリーチモデルを提示することを目的とする。臨床心理学的実践の枠組みを構築すると共に、これからの地域支援のあり方にも示唆を与えるものと思われる。平成29年度の課題は(1)アウトリーチ支援に関する文献調査及び(2)ひきこもりからの回復過程について明らかにすることであった。(1)については、国内外の文献を収集し、アウトリーチにおける課題の抽出を進めた。(2)については、まず、訪問支援を終了した26事例を基に、支援結果に寄与する要因の分析を行った結果、申込時の年齢が20代前半であることや、学齢期に不登校がみられないこと、本人に発達の問題がある場合にはその診断がついていることが、良好な支援結果へと影響していることが確認された。次に、不登校を経てひきこもりに至り回復に向かった3事例を基に、その過程についての質的分析を行った結果、不登校時に相談機関を利用し、良好な相談体験を得ていることが、ひきこもりとなった時に支援を受け入れ、相談員との信頼関係を築く行動へとつながり、回復へ向かうことが示唆された。これらの結果について、日本心理臨床学会第36回大会においてポスターによる発表を行った。平成29年度の本研究の課題として挙げていた、アウトリーチについての先行研究を概観してまとめることがやや遅れている状態であるものの、平成30年度以降の課題としていたアウトリーチ実施後の相談員の評価については、インタビューをすでに実施し進めている状態である。そこで(2)の区分であると判断した。

アウトリーチ支援を利用した112名を対象に分析した結果、本人がひきこもり開始後1年から5年であり、家族関係が良好な場合には、本人が支援を受け入れやすいことが示された。また、ひきこもりが学齢期の不登校から派生している場合や支援機関に訪問支援者が同行した場合、またひとり親の場合には、他機関へと繋げるという支援目的が達成されやすいことが示唆された。これらの結果については、米国心理学会第126回大会にて発表を行った。第3に、これまでの研究成果について発表を行った。米国心理学会第126回大会においては、平成29年度に行った「ひきこもりから外に向かうまでの過程」の分析結果についても発表し、学齢期の不登校から始まるパターンと就労という社会への移行に生じるパターンそれぞれの他機関に繋がるまでの過程を比較検討して報告した。また、学術誌Psychiatryに「ひきこもり支援の実践」について寄稿した。当初の計画通り、平成29年度の課題であったひきこもりからの回復過程(外に向かう過程)の検討と、平成30年度の課題であるひきこもり本人(利用者)のアウトリーチ支援に対する評価の分析をほぼ終えている。ただ、平成29年度のもう一つの課題であった文献調査がまだ中途であるため、この区分とした。本年度の課題は以下の3点である。(1)アウトリーチ支援に関する文献についてレビューをまとめる。(2)利用者(本人)の支援評価の分析:訪問相談を受けてどうだったのか、どこで変化があったのかについて分析する。(3)相談員の支援に対する評価の分析:訪問相談を行ってどうだったか、5回の面接の枠組みをどのように組み立て、他機関に本人をつなげていくのか、そこでの工夫などについてグループインタビューを行い、分析・評価する。平成29年度の課題であった回復過程については、不登校を経ずに大学に進学後や就職後にひきこもりになった事例を基に分析を行った。米国心理学会第126回大会(於:サンフランシスコ)にて発表する予定である。本研究課題は最終年度を残すのみとなった。最終年度としての推進方策は以下の通りである。第1に、文献調査を進め、国内外のアウトリーチ支援に関する文献を収集しまとめて、アウトリーチ支援における課題を抽出する。第2に、訪問相談を行った支援者(心理士)へのインタビューを分析し、訪問相談を行ってどうだったか、面接の状況をどのように能動的に作っていったか、苦心した点などを抽出して、アウトリーチ支援を支援者側から評価する。その結果について、海外の学会で発表することを考えている。第3に、本研究課題の成果について報告書にまとめる。文献の取り寄せが遅れ、次年度にまわってしまったため。この次年度使用額については、文献・図書費として使用する計画である。
溶質・溶媒系クラスターの局所構造とダイナミクス

研究成果は次の2点にまとめられる。(1)ビアントラセン(BA)分子内電荷移動反応における溶媒効果の分子レベルの描像を、BA-アセトニトリル気相クラスターを用いること得ることができた。(2)エレクトロスプレー-レーザー誘起ケイ光法を用い、タンパク質の発光スペクトルを観測し、それによってタンパク質のコンフォーメーション変化における溶媒の役割の一端を解明した。9,9'-ビアントラセン(BA)は極性溶媒中で電子励起状態から「電荷移動反応」を起こす典型的な分子である。本研究では、アセトニトリル(ACN)との気相クラスターを生成し、付着したACN分子数を規定したクラスターにおいて「電荷移動反応」を観測し、溶媒分子数と「電荷移動反応」の関連を解明することを試みた。その結果、ACN分子が5個以上付着したクラスターの吸収帯を同定し、その発光スペクトル・発光寿命の測定に成功した。この測定から、BA(ACN)_nクラスターのいずれにおいても光励起後に「電荷移動反応」が起こっていることが示唆された。つまり、ACNが1個付着すると、発光スペクトルは励起波長から数1000cm^<-1>長波長へシフトしており、発光寿命も20ns程度へと長くなっている。「溶媒分子」によって安定化した状態へと反応が起こり、その生成状態は基底状態との遷移が禁制である「電荷移動状態」であると考えられる。溶媒分子は13個ではその効果は大きく変化しないが、4個以上でストークスシフト、発光寿命ともほぼ室温溶液中での挙動と一致した。まだ、クラスターの局所構造については不明であるが、4個のACNがBAの周囲で重要な役割を果たしている可能性があると思われる。アミノ酸・タンパク質など生体高分子は溶液中で安定に存在するが、熱に対して不安定なため気相孤立分子として取り出すことは難しい。これを解決する方法としてエレクトロスプレー(ES)法が用いられるが、本研究ではES法によって生成した生体高分子イオン(チトクロームcなど)のレーザー誘起ケイ光法による観測を行った。酢酸によって変性されたチトクロームcをESし、レーザー励起するとトリプトファン残基の発光が観測された。この発光はチトクロームcの周囲の溶媒分子が脱離していくと共に強くなることが示唆され、溶媒が失われることによってコンフォメーション変化が起こり発光確率が増加するためと考えられる。本研究の目的は、凝縮相中の化学反応における「溶媒」の効果を解明するために、気相の溶質・溶媒クラスターを用いて次のような問題を解明することである。(1)クラスターサイズによる効果を解明する。(2)クラスターのミクロな局所構造による効果を明らかにする。(3)クラスター内の揺らぎ・運動の効果を見出す。本年度は次のような成果を上げることができた。(1)溶媒分子数を規定した溶質-溶媒系クラスターを選択的に観測するために必要な、飛行時間型質量分析計を製作しその基礎的な測定を始めた。本研究の対象物質の一つである9,9'-ビアントラセンと極性溶媒分子とのクラスターを質量分解し励起スペクトルを観測するための飛行時間型質量分析計を新たに製作した。

この質量分析計は現在のところ分解能はビアントラセンイオンの質量でm/Δm=66であると見積もることができ、9,9'-ビアントラセンと水のクラスターBA・(H_2O)_nを容易サイズ選別することができる。(2)対象分子・系である9,9'-ビアントラセンについて吸収・発光スペクトル測定など基礎的な分光測定を行った。本年度は、水・アセトニトリルとの気相クラスターについて予備的なレーザー誘起ケイ光・分散ケイ光スペクトルおよび発光寿命測定を行った。アセトニトリルとのクラスターにはいくつかの吸収帯が見られ、それぞれ長波長側ヘシフトし寿命の長くなった発光が観測された。溶媒分子数はまだ選別されていないが、「電荷移動反応」が起こっていることが明らかになった。本研究の目的は、凝縮相中の化学反応における「溶媒」効果を解明するために、気相の溶質-溶媒クラスターを用いて(1)クラスターサイズによる効果(2)クラスターのミクロな局所構造による効果(3)クラスター内の揺らぎなど運動による効果を解明することである。本年度は次のような成果を上げることができた。(1)昨年度製作した飛行時間型質量分析計を用いて、付着溶媒分子(アセトニトリル)数を規定した溶質分子(9,9'^-ビアントラセン)の吸収スペクトルを測定し、それと発光スペクトル・発光寿命測定とを結びつけてこの分子の電荷移動反応における溶媒分子数の効果を明らかにすることができた。即ち、溶媒分子数が増加するに従って溶液中の挙動に近づくが、一様ではなく奇数個が付いたときと偶数個が付いたときとに差があることが観測された。またほとんど吸収帯がシフトしないクラスターも存在し、先の事実と合わせてクラスターの局所構造によるものであると考えられる。(2)「蒸発」により気相クラスターを生成する方法と全く異なるアプローチとして「エレクトロスプレー」法を試みた。これは、溶液を直接気相クラスターに変換する方法で、質量分析法によるイオン源として広く用いられているが、我々はレーザー誘起ケイ光法など光学的分光法と結合することで新しい情報を得ることを目指した。これにより、アミノ酸などこれまで「気相」では分光的観測が行われなかった分子イオンについても測定が可能となった。(1)9,9'-ビアントラセン(BA)の電子励起状態からの電荷移動反応をアセトニトリル(ACN)との気相クラスターにおいて研究した。質量を選別した2光子イオン化スペクトルにより、溶媒分子数を選別したクラスターの吸収帯を決定し、その吸収帯を選択的に光励起する事で、(BA-(ACN)_n)の励起状態を生成した。それに引き続く電荷移動状態(CT)の生成を発光スペクトル・発光寿命により検出し、溶媒分子数(n)との関係を明らかにした。その結果、ACNは1分子付着しただけでCT状態を安定化し、電荷移動反応を誘起するが、2分子4分子はCT状態の安定化をほとんど起こさなず、生成されるCT状態はBA-(ACN)_1と変化ないことが明らかになった。更に、5分子以降は再びCT状態の安定化を促し、生成する電子状態も電荷移動性の強いものとなることも示唆された。(2)通常の加熱-
データ同化と境界追跡法による複雑形状・複数個の空洞探査法の開発と機能診断への応用

システムモデルを表現するために、動弾性有限積分法(EFIT)による波動解析を用いた。地盤構造物内部に発生した空洞の個数やそれらの位置、形状を推定するために、粒子フィルタとEFITによる弾性波探査解析を組み合わせ、さらにParametric Level Set法(PaLS)を適用することで、既往の方法とは異なる推定を行った。ゼロ等位面の境界を表すために,次元の一つ高いLevel set関数の導入するにあたり、PaLSを用いてより複雑な形状を表現した。パラメータによって重み付けされた複数個の放射基底関数を組み合わせてLevel Set関数とすると、推定精度が従来法より向上することを明らかにした。地盤構造物内部に発生した空洞の複雑な形状を推定し、空洞領域の発達の予測や機能診断を行うことを目的として、データ同化手法の一つである粒子フィルタを適用し、地盤内空洞箇所の抽出能力を向上させる方法を提案した。空洞の位置および形状の表現には複雑な形状表現が可能であるフーリエ記述子を用い、粒子フィルタにより衷心座標とフーリエ記述子の係数を同定した。粒子フィルタを用いて複雑な形状を同定するにあたり、同定すべきパラメータ数が増え、それに伴い必要となる粒子の数が莫大となることが問題となるため、Merging Particle Filter(MPF)を導入して比較的少ない粒子により同定した。人工的に発生させた弾性波が構造物内部の空洞などの物性(主に弾性波速度や密度)の異なる境界で散乱される。散乱された弾性波を地表面やボーリング孔内に設置された受振器によって記録した。解析では、支配方程式を有限積分法FITにより離散化して弾性波の伝播を計算した。対象とする解析領域は一つの空洞を有する堤体の縦断面とし、簡単のため堤体を構成する材料は等方弾性体と仮定した。地表面の起振源より中心周波数10 Hzとなるパルス波を励振力とし、これを垂直応力として入力した。受振器は地表面に8箇所と2本のボーリング孔内に1.0 m間隔で6箇所ずつ計20箇所に設置し、到達した弾性波の水平速度成分を記録した。境界の左右は厚さ0.5mのPerfectly Matched Layer(PML)を吸収境界として設け、下面は強固な岩盤を想定し反射境界とした。数値実験を基にその有効性を確認し、劣化箇所の位置を精度良く推定でき、より複雑な形状を近似した。MPFを導入することで、同定対象のパラメータ数に対し、比較的少ない粒子数でも劣化箇所を推定できることを明らかにした。本年度計画したのは、機械工学・画像処理など分野を限定せずに、レベルセット/フェーズフィールド法の応用に関する文献調査を行うことであり、同時に非線形カルマンフィルタとの整合性、得失を理論的に検討することである。粒子フィルタとレベルセット法による移動物体追跡を例にとり、構造物に関する有限要素/有限積分シミュレーションを援用した場合の適用性や適用限界を事前に検討し、併せて問題設定と定式化も検討することを予定した。これに対し本年度は、文献調査により粒子フィルタとフェーズフィールド法との整合性を調査した。そのうえで、「9.研究業績の概要」で記したように有限積分法FITと粒子フィルタを用い、地盤内に複雑形状を持つ空洞による散乱波観測値に基づいてフーリエ記述子のパラメータを同定することにより、空洞の位置・形状を推定する方法を検討した。当初の予定から若干変更・追加した部分はあるが、全体として研究は順調に進捗したと考えられる。フィルタアルゴリズムに基づくデータフュージョンを導入し、構造物の固有振動と振動モード形状から損傷位置の推定を行った。そこでは、拡張カルマンフィルタと粒子フィルタの2種類の方法を適用した。構造部材を模擬した2mの弾性板に人工きずを付加し、その位置と大きさを推定した結果、いずれの手法も振動の曲げ1次モードから損傷位置を同定できた。さらに高次モードのデータを加えることで、同定精度が向上することが確認できた。一方、粒子フィルタと弾性波伝播解析を組み合わせて、地盤内に劣化箇所が複数個存在する場合、それらの個数、位置の推定を試みた。弾性波は構造物内部に存在する物性の異なる境界で散乱され、散乱された弾性波を受信器で記録する。弾性波の伝播を解析するために、波動方程式を時間領域と空間領域で差分化し、その差分式を時間ステップごとに逐次計算することで対象領域内の波動場を求めた。具体的には有限積分法により支配方程式を微小領域で積分した後、離散化し、入力波を2つのモデルの内部に入力した。地上と地中に受振器を計21個並べ、モデル内の適当な箇所に2つおよび3つの空洞をそれぞれ仮定した。起振点の直下に空洞が存在した場合、波の散乱がその空洞の影響しか受けないため、適度に距離を置いた3番目、5番目、7番目の受振器を独立に起振し、起振点以外の受振点において20個の受信波を得た。空洞の数は未知数と想定しているので、シミュレーションモデルには円形の空洞が1つしか存在しないと仮定して同様の解析を行い、粒子フィルタを適用した。研究分担者が開発した無線通信を用いた多点計測システムを用いて、振動データから損傷同定を試みた。この結果、弾性板中の減肉部が同定できた。ただし、複数箇所に減肉部がある場合など、実際の損傷を考慮した実用的な手法に拡張する必要がある。また、相反性を利用した計測システムの改良にも取り組んでおり、一点加振多点受信の有効性を確認できたことは計測面で非常に有用であった。

弾性波伝播解析と粒子フィルタの組み合わせでは、空洞の位置および形状の表現には複雑な形状表現が可能であるフーリエ記述子を用い、粒子フィルタによりフーリエ記述子の係数を同定した。粒子フィルタを用いて複雑な形状を同定するにあたり同定すべきパラメータ数が増え、それに伴い必要となる粒子の数が莫大となることが問題となるため、Merging Particle Filter(MPF)を導入して比較的少ない粒子で同定した。MPFにより比較的少ない粒子数でも粒子の多様性を保ったまま探索範囲を狭めていく方法を提案した。すなわち、フーリエ記述子を同定パラメータとし、粒子フィルタを弾性波探査解析に適用することで劣化箇所の抽出能力を向上させる方法を提案し、数値実験を基にその有効性を確認した。劣化箇所の位置を精度良く推定することが可能となり、単純な形状ではなくより複雑な形状で近似することができた。またMPFを導入することで、同定対象のパラメータ数に対して比較的少ない粒子数でも劣化箇所を推定できることを明らかにした。散乱振幅は平面波が入射したときの散乱体からの振幅を表したものであり、計測系に依存しない物理量である。本研究では、システムモデルを表現するために、動弾性有限積分法(EFIT)による波動解析を用いた。ここでは、模型実験としてアルミニウム固体中に空洞を作成し、パルスエコー法によって空洞からの散乱弾性波を計測した。この波形(原波形)から散乱振幅を抽出して空洞の位置と大きさの推定を行った。この結果、原波形では空洞を同定する際に膨大な量の粒子を必要としていたが、散乱振幅を用いることで、100個程度の粒子で高精度に同定が可能であることが分かった。地盤構造物内部に発生した空洞の個数やそれらの位置、形状を推定するために、粒子フィルタとEFITによる弾性波探査解析を組み合わせ、さらにParametric Level Set法(PaLS)を適用することで、既往の方法とは異なる推定を行った。ゼロ等位面の境界を表すために,次元の一つ高いLevel set関数の導入するにあたり、PaLSを用いてより複雑な形状を表現した。パラメータによって重み付けされた複数個の放射基底関数を組み合わせてLevel Set関数とすると、推定精度が従来法より向上することを明らかにした。一方、得られた地盤調査データを地質統計学的手法(クリギング、インディケーターシミュレーション)により加工し、そのデータを用いて実構造物内の空洞や緩み域を同定することを、日本およびインドの溜池堤体について検証した。緩み域が同定できた場合の構造物の補修方法に関する検討も行った。システムモデルを表現するために、動弾性有限積分法(EFIT)による波動解析を用いた。
ビジュアルシミュレーションによる小児の咬合・顎機能分析に関する研究

小児歯科臨床において,成長発達に伴う顎・顔面・歯列の変化や成長様式の予測や認識および顎機能の推移を三次元的に分析,把握することは重要である。また成長発育を調査するためには,全ての年齢や発育段階を,画一的な手法により分析でき,かつ資料の採取およびデータ処理が容易であるシステムが必要であると考えられるが,それを満たすシステムも殆ど見られなかった。そこで,本研究は,非接触で小児に負荷を与えないデジタルカメラおよびビデオカメラを画像入力装置とした顎顔面,歯列,咬合等の形態および顎運動の分析を行うシステムの構築のための設備を整え,静止画像の入力およびその再現が可能であるようなシステムを構築した。また,同時にシステムに関する再現性を確認した。また,コンピュータのディスプレイ上にて,画像計測についての可能性を確認した。現在は,画像処理を応用した成長パターンの予測や治療前後の顎顔面,咬合,顎運動等の変化の分析,歯列弓と顎運動のデータのマッチングなど様々なビジュアルシミュレーション行うためのプログラミングとシステム構築を試みている。その一方で,標準的な成長発達による顎,顔面,歯列の形態変化および顎運動のシミュレーションをおこなう上での,基準となるような標準的な歯列咬合状態を有する小児の資料を収集した。今後はさらにデータを蓄積してゆき,成長予測に関するシミュレーションなど新たな小児歯科診断法を確立し臨床応用実現をめざす予定である。小児の顎・顔面・歯列の成長発育に関しては,小児歯科領域では様々な分析システムが開発され,研究がなされてきたが,今だに明らかにされていない。しかし,近年のコンピュータならびにデジタル機器の発達により,一般的なデジタルカメラやデジタルビデオカメラによる静止画像および動画の入力や画像の合成が可能になった。さらに,これらのデジタル機器は,入力が容易で携帯可能であるため,診療室やフィールドワークなどでも使用可能であり,大量のデータのサンプリングを行うことができる。そこで,本年度は,非接触で小児に負荷を与えないデジタルカメラおよびビデオカメラを画像入力装置とした顎顔面,歯列,咬合等の形態および顎運動の分析を行うシステムの構築のための設備を整えた。現在,画像処理を応用した成長パターンの予測や治療前後の顎顔面,咬合,顎運動等の変化の分析,歯列弓と顎運動のデータのマッチングなど様々なビジュアルシミュレーション行うためのシステム構築を試みている段階である。今後はシステムの再現性の検討ならびにシミュレーションを行うための必要である標準的な成長発育による顎,顔面,歯列の形態変化および顎運動の推移に関するデータを等を採取,蓄積していき,成長予測に関するシミュレーションなど新たな小児歯科診断法として臨床応用実現をめざす予定である。