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現代アメリカの法源・法過程・法思考――制定法解釈論とコモンローをめぐって

しかし、イリィを嚆矢とし現在まで連なる次世代の理論家は、制度的適性という視座を推し進め、政治過程の限界の認識と前提条件の確保という側面に司法の独自の意義の可能性が見出されている。3以上の諸点はいずれも、(そこに留まるものではないが)憲法分野をパラダイムとして議論がなされている。本研究は憲法分野に限定しないアメリカ型法観念を定式化することを目指しているが、逆説的にこの分野が議論をリードしていることが確認された。その意義の検討は次年度の課題である。1当初計画では平成28年度に現地米国でのヒアリング調査を予定していたが、関係者の日程が合わなかったため、28年度中の実施ができなかった。平成29年初夏に実施する方向で調整中である。2会澤・椎名が実定法面・理論面それぞれの現時点での考察について中間的試論として論考を執筆した。しかし、掲載予定の書籍につき、平成28年秋の刊行を予定していたが、編集上の都合により刊行が遅れている。だが、既に校了し、平成29年4月には刊行できる予定である。3平成28年度の検討では、法観念・法思考をめぐる米国の議論状況が憲法分野をパラダイムとしていることが確認された。本研究は憲法分野に限定しないアメリカ型法観念を定式化することを目指していることから、かかる議論の偏在の意義の検討が課題として浮かび上がった。1法理論的な側面からは、リーガル・プロセス学派の現代的な意義を再定式化した。米国で戦後、一世を風靡した同学派は、法形成に関わる複数の機関が並立していることを前提とした上で、その間の相互作用として法を把握し、諸機関の制度的適性を見極めることで、各機関に相応しい法形成作用を割り当てようとする。その所期の動機は、より以前のLochner時代の司法積極主義を掣肘することにあった。一般に連邦最高裁自身の法実践により同学派は「衰退」したとされるが、むしろその普遍化と定着として位置付けたほうが適切である。この視角は、諸機関間の相互作用をメンテナンスし、民主政の過程を促進する機関として司法部を位置付ける。このようなプロセスを基軸とする法観念とかかるプロセスを滞らせないことを法思考における枢要な価値とする発想は、実体的価値において分裂の激しい現代アメリカ社会において、なお法的議論を成立させようとする試みとして理解することができる。2そしてそのことは、法理論面のみならず、裁判所の法実践にも反映されている。とりわけ政治的・社会的に対立の激しい争点が法廷に持ち込まれた場合、論争の早い段階では、裁量上訴、当事者適格、争点や理由付けの操作といった回路を利用することで、旗幟を鮮明に「しない」ようにしている。このような司法部の態度は、民主制のプロセス(そしてより広く社会一般)に熟議に基づいた検討を喚起しようとするものだと把握できようし、そのこと自体が、社会において価値の分裂が看取できるにもかかわらず、司法部の判断が受容される基盤を提供していると言える。リーガル・プロセス学派がもたらした、諸機関の相互作用の連鎖として法を観念した上で、各機関の制度的適性を見極めることでそれぞれに相応しい法形成作用を割り当てようとの考え方は、現代アメリカの法律家・法学者の思考枠組みとして定着している。
ロバスト制御理論を応用した超高速トランスポート層通信プロトコルTCPの研究開発

平成13年度では、制御理論を応用することにより、TCP Renoの問題点を解消する方式を設計した。主に、定常状態においてもウィンドウサイズが安定しないという、TCP Renoの輻輳回避フェーズの問題点を、制御理論を適用することにより解消した。具体的には、(1)システム同定手法を用いて、送信側ホストから見たネットワークの遅延特性を数学的にモデル化する、(2)得られた遅延特性のモデルに対して、古典制御理論を適用することにより、ネットワークの変動に対してもロバストとなる、レート制御方式を設計した。まず、送信側ホストから見たネットワーク全体を、ブラックボックスとしてモデル化し、モデルのパラメータをシステム同定によって決定した。送信側ホストから送信するパケットの送信レートを入力と考え、送信側ホストに到着するACKパケットによって計測するパケット遅延時間を出力と考えた。送信側ホストにおいて、パケット送信間隔およびパケット遅延時間を測定し、オンライン同定法を用いて逐次的にモデルのパラメータを決定した。遅延特性のモデルとしては、ARX (Auto-Regressive eXogeneous)を用いた。次に、ここで得られた遅延特性のモデルに対して、古典制御理論を適用し、ネットワークの変動に対してロバストとなるレート制御方式を設計した。TCPのスループット向上のため、TCP Renoのようなパケット棄却に基づくアルゴリズムではなく、TCP Vegasのようなパケット遅延に基づくアルゴリズムを採用した。いくつかのシミュレーション実験により、設計したレート制御方式の有効性を定量的に評価した。
歯周病を含む糖尿病合併症に対する新規治療薬の開発

糖尿病性の血管障害は一酸化窒素合成酵素(eNOS)の機能不全を主因とする。eNOS機能不全のは内因性の補因子テトラヒドロビオプテリン(BH4)が酸化型のBH2に置き換わることによる。これに対してBH4の投与が試みられているが,BH4投与ではBH4の酸化によるBH2の増加が伴うため,実用化できていない。申請者らは,BH4投与時のBH4酸化が細胞外で起こる自動酸化ではなく,組織・細胞で酵素的に起こることを観察した。BH4の細胞への流入の制御により,BH4の過剰な酸化を抑制できると考え,本研究では,細胞内へのBH4の取り込みを担う『輸送体』を同定し,同時にその特異的阻害剤を探索する。
18世紀フランスにおける美術と感性論

今回の研究では、フランス18世紀美術の基本性格について、特に同時代の感性にまつわる理論や思想との関連を中心に考察を試みた。その際、具体的には1)重要と思われる画家・彫刻家の作品分析と、2)同時代の感性論の分析の二つの柱を立てて研究を進めた。まず1)に関しては、ワト-、ウ-ドンという二人の重要な藝術家の全作品カタログをはじめ、貴重な資料を収集した結果、次のような知見が得られた。まず、藝術家による感性論や美学への接近が、ウ-ドンの場合に見るようにかなり直接的であること。ピュグマリオン神話や哲学者の肖像といったアナロジックな関わりにとどまらず、ウ-ドンの場合、「哲学」そのものの擬人像といった作品を制作しており、現在ほとんど研究の対象となることのないこのような作品を詳しく分析することにより、美術と感性論との直接的関係が明らかになると思われる。また、ある研究に示唆された結果、当初重視していた主題的関連だけでなく、ワト-に見るように画風そのものの感性論的意味を問うことも可能であると考えるようになった。感性論的ディスクールに関しては、現在フランスで逐次刊行中の、フランス語による哲学書の大がかりな再販叢書から重要と思われる著作を選択し、一括して入手した。このセットの分析と、これまでのフランス、日本における18世紀思想・美学研究の参照により、更にこの時代の美術の主題における感性論との関わりが多面的に見え始めた。一つの例として、読書行為が挙げられる。当時の文脈において読書は強い感情的反応をもたらすものとして捉えられたり、教育という通路を通じて、子どもの感性の形成と結びつけられたりするものであることが1次、2次文献から知られた。この知見により、当時の画題に散見される「読書(する人)」は新たな意味を持つことになる。以上のような知見を基礎に、今後更に分析・研究を進めて行くつもりである。
超高強度ナノ結晶アルミニウム合金開発

Al-Fe,Al-Sc,Al-Cu合金をメカニカルアロイングによりナノ結晶粉を作製し、それをスパークプラズマ焼結法でバルク体に固化し、ナノ結晶とミクロ結晶を持つ2粒子分散ナノ結晶アルミニウム合金を試作した。それらの圧縮特性を評価し、室温で1GPaを超える強度の実現を目指し、Al-Fe-Zr合金とAl-Cu合金で1GPaを超える超高強度軽量材料の実現に成功した。これらの微細構造をTEMにより詳細に解析し、高強度と高い圧縮ひずみが得られる微細構造因子を検討している。また引っ張りにおいて延性がでるかどうかも検討している。このようなアルミニウム合金におけるナノ組織制御による高強度化の概念をさらに応用するために、マグネシウム合金のナノ組織制御による高強度化も試みた。さまざまな合金探索を行うなかで、Mg-Ca-Al合金で高い時効硬化特性が得られることが確認された。そのメカニズムを調査するために、TEM,3DAPにより詳細に原子レベルでの微細構造解析を行った結果、ピーク時効で単原子層の規則化した溶質原子クラスターが析出し、これが高強度の原因であることを突き止めた。この合金系でのGPゾーンの発見は初めてである。現在、これらの成果を論文としてまとめている。Al-Fe, Al-Sc, Al-Cu合金をメカニカルアロイングによりナノ結晶粉を作製し、それをスパークプラズマ焼結法でバルク体に固化し、ナノ結晶とミクロ結晶を持つ2粒子分散ナノ結晶アルミニウム合金を試作した。そのメカニズムを調査するために、TEM, 3DAPにより詳細に原子レベルでの微細構造解析を行った結果、ピーク時効で単原子層の規則化した溶質原子クラスターが析出し、これが高強度の原因であることを突き止めた。現在、この新合金の展伸マグネシウム合金としての応用の可能性を検討すると同時により、時効硬化性の高いマグネシウム合金を探索し、優れた強度を持つマグネシウム展伸合金の開発を目指している。
アスファルト舗装の破損遷移モデルの構築に関する研究

道路舗装の技術は新設からその維持管理の技術に移行しつつある。特に舗装の挙動を長期的に予測し、最適な維持管理システムを確立することが必要とされている。舗装の破損遷移モデルは、この舗装管理システムの中枢機能を持つものである。アスファルト舗装は交通供用に伴う路面破損の遷移の変動が大きい。したがって、その破損遷移モデルはその変動特性を表現できる確率モデルであることが望ましい。そこで本研究においては、道路管理における路面性状調査デ-タを利用してデ-タファイルを作成し、経年的な舗装路面の破損の進行をマルコフ確率理論に基づくモデルによって表現する手法を開発した。路面性状調査デ-タは、デ-タ間の時系列的な関連性が不明の場合があること、また特定の属性に関するデ-タ数が不足することなどの問題がある。本手法によれば、利用できるデ-タを基に確率関数を適用して破損遷移に関する情報量を補完することができる。アスファルト舗装の挙動は寒冷地と温暖地で大きく相違する。そこで、寒冷地については建設省東北地方建設局管内の国道に関するデ-タを,また温暖地については九州地方建設局管内のデ-タを用い、寒冷地、温暖地それぞれについて破損遷移モデルを構築すると同時に、両者の破損遷移特性の比較を行った。さらに動的計画法(DP)により修繕計画の経済性を評価するシステムについても検討を試みた。本研究においては、道路管理におけるアスファルト舗装の路面性状調査デ-タを利用してデ-タファイルを作成し、経年的な舗装路面の破損の進行を確率論的に分析を行い、さらに補修の経済性を評価するシステムを開発する。本年度においては、この破損遷移確率モデルとしてマルコフ連鎖モデルを用いることによって、アスファルト舗装の破損遷移を評価するシステムを構築した。本研究で使用した路面性状調査デ-タは、建設省が東北および九州管内の一般国道全路線について実施したものである。本研究ではこれに道路交通センサスから得られた交通デ-タを補足して、デ-タファイルを作成した。このデ-タファイルを用いることによって、アスファルト舗装の路面状態を5ランクで評価した場合のマルコフ遷移確率マトリックスを、次の2条件に関して、国道の路線別、交通区分別に作成した。(1)路面の補修が行われない場合の遷移確率マトリックスこれは舗装路面が、その終局的破損状態のランクに達した場合には他の状態に移行することはなく、マルコフ連鎖における吸収状態に達したとする。この場合の遷移確率マトリックスを用いることにより、舗装がある破損ランクに達する平均寿命、信頼性確率などを求めることができた。(2)補修が行われる場合の遷移確率マトリックス実際の舗装は、舗装がある破損状態になると補修が行われる。そこで、その補修実績に基づいた補修確率を導入することによって、補修実績を考慮した遷移確率マトリックスを作成した。これにより舗装路面の定常状態確率ベクトルを求め、実際の舗装の定常確率と比較することにより本モデルの検証を行った。昨年度に構築した舗装のデ-タファイルを用いて種々の解析を実施した。昨年度は路面の供用性をPSIを用いて5段階のランクで評価していたが、コンクリ-ト舗装との併用性の比較を行うこと、また今後の経済性の評価への発展などを考慮して、MCIを用いた6段階のランクで評価を行うことに変更した。さらに、アスファルト舗装路面のMCIに関しワイブル分布を用いた破損遷移モデルを構築し、これによりデ-タを補完し、各交通区分に対する破損遷移確率を算出しなおした。これを基にアスファルト舗装の供用性に関し、東北地方のデ-タを寒冷地のデ-タ、九州地方のデ-タを温暖地のデ-タとして用い、それぞれB、C、D交通区分について破損遷移確率を求め、供用寿命、信頼性などを評価し、地域間での供用性の比較を行った。これらの解析の結果、つぎのような結論を得た。1)寒冷地のアスファルト舗装は、わだち掘れの急速な進行によって破壊するのに対して、温暖地においてはひびわれによる破壊が卓越している。2)供用寿命で比較すると、温暖地のアスファルト舗装の20年程度の平均供用寿命に対して、寒冷地では615年と供用寿命は短い。

3)特に、寒冷地においてはB、C、D交通と交通区分が重交通となるほど供用寿命が顕著に短くなるのに対して、温暖地では交通区分による供用寿命の差はあまり大きくなかった。また今後、これらの成果を用いて舗装の経済性の評価を行うための基礎的な検討として、舗装に関わる諸費用、舗装の経済性評価手法などに関して資料を収集し、動的計画法(DP)を用いた舗装の修繕計画の最適化の定式化を図った。
TSH受容体発現CHO細胞を用いた抗TSH受容体抗体の多様性に関する検討

自己免疫性甲状腺疾患であるバセドウ病や特発性甲状腺機能低下症の原因に抗TSH受容体抗体の存在が考えられている。そこで抗TSH受容体抗体の作用機序を解明するべく以下の実験を行った。1)教室で分離したTSH受容体遺伝子(TSHR)をDNA発現ベクター(PGEMX)組み込み(PGEMX-TSHR)、電気的刺激により哺乳類動物細胞(CHO細胞)に発現させたCHO-K1細胞に対するTSHの結合能を^<125>I標識TSHとの結合能により測定した。2)TSH受容体発現細胞に対する抗TSH受容体抗体結合能を患者血清次いで^<125>I標識Protein-Aとの反応を調べ測定した。3)TSH受容体発現細胞にTSHおよび抗TSHおよび抗TSH受容体抗体を添加し、細胞内のc-AMP産生量を指標に刺激活性を測定した。4)TSH受容体cDNAの全塩基配列をジデオキシ法を用いて決定し、受容体分子の構造解析を行っているところである。
超音波診断の精度向上を目的とした予荷重を受ける積層複合材料の三次元波動解析

プレストレスを受けた圧縮性弾性積層材料の主軸以外の方向にも調和波が伝播する特性について検討した.本研究では完全な結合状態にあるプレストレスを受けた2つの材料からなる圧縮性弾性積層材料を対象として,その積層材料中の調和波の伝播特性について検討した.また、本研究では不完全な結合状態にあるプレストレスを受けた圧縮性弾性層状対称複合材料を対象として,その複合材料中の調和波の伝播特性について検討した.さらに予荷重を受けた圧縮性弾性媒体における可動性円柱剛体介在物による平面SH波の分散について研究した.プレストレスを受けた圧縮性弾性積層材料の主軸以外の方向にも調和波が伝播する特性について検討した.本研究では完全な結合状態にあるプレストレスを受けた2つの材料からなる圧縮性弾性積層材料を対象として,その積層材料中の調和波の伝播特性について検討した.また、本研究では不完全な結合状態にあるプレストレスを受けた圧縮性弾性層状対称複合材料を対象として,その複合材料中の調和波の伝播特性について検討した.さらに予荷重を受けた圧縮性弾性媒体における可動性円柱剛体介在物による平面SH波の分散について研究した.対照積層材料中の時間調和波伝播:二材料積層材料は、内層と外層が完全に結合された等方弾性材料からなる。各層の変位成分は膜のcarrier waveの重ね合せによる厚さ変化として考慮される。Carrierwaveは低波膜波動方程式を満足する。反対称波と対称波の伝播に対する分散関係は、境界値問題を定式化し、伝播マトリックス法を使用することで求められる。分散曲線の数値例は与えられている。プレストレスを受けるサイドイッチ複合材料中のSaint-Venantend effect:摩擦のない境界面を持つプレストレスを受ける圧縮性半無限対称積層材料における低減率がこの論文で研究されている。プレストレスを受ける半無限対称積層材料は2つの圧縮等方弾性材料から構成される。外層と内層は均一とする。低減率の状態方程式は対称および反対称変形に対して得られる。様々な板厚比に対する低減曲線が、ほぼ非圧縮と高圧縮性の材料パラメータを考慮することで得られる。横等方圧電材料のSaint-Venantend effect:横等方圧電材料の平面変形に対するSaint-Venantend effectが研究された。トラクションフリーで2種類の電気的境界条件下で線形圧電層内の低減率が検討された。低減率の状態方程式は、対称及び反対称変形に対して得られる。数値解は、最小の正の実部の根即ち最も遅い低減率の根に対して得られる。6mmクリスタルクラス圧電材料のSaint-Venantend effectは等方圧電材料の場合よりも深いところまで影響する。I.本研究では不完全な結合状態にあるプレストレスを受けた圧縮性弾性層状対称複合材料を対象として,その複合材料中の調和波の伝播特性について検討した.低波数限界では,完全固定と不完全固定の境界面のケースで初期モードのみ有限な位相速度が存在し,その他の高次モードでは無限の位相速度を持っていることを示した.一方,完全すべりの境界面を持つケースの低波数限界では初期モードと第2次モードの両方に有限な位相速度が存在する.さらに,低波数領域で無限の位相速度を持っている高次モードに関してカットオフ振動数を計算する式が求められ,高波数限界では初期モードと高次モードの位相速度が表面波あるいは境界面波の位相速度か複合材料の限界位相速度になる傾向があることが示された.圧縮性の二変数のneo-Hookean材料とVarga材料に関して,計算結果を与えた.II.本研究では完全な結合状態にあるプレストレスを受けた2つの材料からなる圧縮性弾性積層材料を対象として,その積層材料中の調和波の伝播特性について検討した.計算例として,二変数の圧縮性neo-Hookean材料あるいはVarga材料を仮定して,計算結果を与えた.III.予荷重を受けた圧縮性弾性媒体における可動性円柱剛体介在物による平面SH波の分散について研究した.増分境界値問題を解析するために複素関数法を用いた.数値計算例にはVarga材料を仮定した.予荷重による引き伸ばしの程度と介在物の密度を変え,動的応力集中係数と分散エネルギーの強度を調べた.関連して、以下の研究が行われた。(a)拘束境界を持つプレストレスを受けた圧縮性弾性層における波動伝播(c)境界条件としてトラクションフリーを持ち,プレストレスを受けるサイドイッチ複合材料中の応力減衰効果
高齢者の転倒予防のための平衡能に関する研究

高齢者の体力低下に伴い、下肢の筋収縮力の低下に注目し、日常生活行動を支配している神経・筋機能(運動単位)の変容状態と機能低下の実態に注目した。現代の高齢化社会における運動生活の習慣化とプログラミング、そして日常生活動作の独立は高齢化社会においては必須の能力である。その能力の中に平衡能を位置づけ、その必要性と運動処方効果の客観量(定量化)評価を見いだすために実験した。高齢者用の運動強度、頻度、方法の処方箋上の立場から平衡能を研究することとした。そして生活の中に運動・行動を取り入れることによって高齢者の健康保持と同時に脚筋群の収縮力の保持と筋収縮レベルの変化、そして平衡能を制御する運動単位の動員状況の変容を調べ、生活上の転倒事故を予防することを本研究の目的とした。1)健常高齢者の60歳代と80歳代では坐位動揺面積は0.22cm^2から0.47cm^2に増大し、軌跡長は212.9mmから354mmに増加した。また立位では、2.28cm^2から3.90cm^2に、263.1mmから412.9mmへと増加した。姿勢調節機能は加齢とともに低下し、日常生活動作に支障をきたす恐れが生じた。2)日常生活の活動別に見た平衡機能は、積極的な活動群では非積極的な群よりも、6.9%-15%優れていた。3)健常高齢者は片脚立位保持時間と股関節外転筋力の間に有意な相関が見られた。4)高齢者の姿勢調節は神経系の統合機能が影響するが、運動機能のトレーニングと日常生活における運動習慣の確立によって改善される可能性を知った。5)安静時の誘発筋電図M波とその脚伸展力を計測し、筋萎縮レベルと疲労計測を行った。続いてそのM波のスペクトル分析を行い運動単位(MU)を同定し、Slow MUとFast MUの割合を知り、平衡能との相関関係を得た。6)各被験者(60名)の生活内容と運動習慣を一週間にわたって調査し、各人の一日の生活度と運動習慣のレベル評価を行った。そして筋力、パワー、持久力、調整力などをまとめ、全国平均と比較し、高齢者の体力レベルの位置づけを行った。高齢者の脚伸展力と、M波スペクトルの相関を見出し、高齢者筋収縮力と移動能力や平衡能との関係を考察した。7)健常な高齢者の筋収縮モデルを作り、運動処方と日常の運動習慣の効果を考察した。特に筋収縮力と運動単位の動員状態について考察し、実験値のシミュレーションをコンピューター上で行い、そして運動処方の前後において、高齢者の筋収縮の退行変容を観察した。

高齢者はほとんどが腰痛症状を示し、骨粗鬆症の傾向をもち、立位姿勢や前屈姿勢に困難を示し、歩行などの移動運動中に転倒する事態が増えてくる。さらに高齢化とともに中枢神経細胞の萎縮と退行化が顕著になり、平衡バランス機能に異常をきたすことが多くなる。こうした現象を予防するための基礎研究の一つとして誘発筋電図(M波とH波)と皮膚血流量(腰椎L_5)を測定しながら、高齢者のバランス機能を評価した。脊髄ニューロンの興奮性は各種の体位・姿勢の変化によって変化し、体外からの界尺性筋収縮刺激によって変動した。すなわちH波振幅は臥位・坐位・立位によって増大し、アイソメトリックな体幹姿勢保持筋の伸展によって減少した。位置変化に対応した脊髄ニューロンの変化は、興奮性は上位の中枢神経システムからの指令に基づく結果であるが、抑制性は下位の末梢骨格筋群内の筋紡錘と腱ゴルジ器官からのフィードバック・システムによって支配されていることがわかる。突然の障害物によって、上位の予測性フィードフォワード・システムは乱れ、下位のシステムは調節不能となり、転倒事故が生じると考えられる。高齢者の事故を未然に防ぐためには末梢筋や姿勢保持上の抗重力筋のトレーニングと移動中の注意提起が重要であろう。腰椎L_4部位における皮膚血流量は脊柱起立筋群の筋・筋膜性腰痛症によって低下し、臥位、坐位、立位、前屈位と姿勢を変えることによって増加した。高齢とともに筋・筋膜性腰痛症は多発し、実症の頻発とともに椎骨の変性を伴い、姿勢変化や移動運動の困難性をきたすことになる。しかし高齢とともに歩行を中心とした運動処方の実施によって、腰痛症患者の皮膚血流量の増加傾向が観察され、生活の活動度増大とともに脊柱起立筋の活性化が促進され、腰痛症の改善とともに予防手段として運動習慣の重要性が強調され、日常生活動作(ADL)のレベルアップが証明された。高齢者(40人)の運動習慣の確立は、生活上の事故・転倒などを未然に防ぐものであり、痴呆症発病予防の対策法の一つともなる可能性を知った。高齢者の体力低下に伴い、下肢の筋収縮の低下に注目し、日常生活行動や活動を支配している神経・筋機能(運動単位)の変容状態と機能低下の実態に注目した。現代の高齢化社会における運動生活の習慣化とプログラミング、そして日常生活動作の独立は高齢化社会においては生活上必須の能力である。その能力の中に平衡能を位置づけ、その必要性と運動処方効果の客観量(定量化)評価を見出すために実験した。高齢者用の運動強度、頻度、方法の処方箋上の立場から平衡能を研究することとした。そして生活の中に運動・行動を取り入れることによって高齢者の健康保持と同時に脚筋群の収縮力の保持と筋収縮レベルの変化、そして平衡能を制御する運動単位の動員状況の変容を調べ、生活上の転倒事故を予防することを本研究の目的とした。高齢者の筋収縮力や運動単位についての文献を整理した結果、骨粗鬆症患者と転倒事故発生数は比例関係を示し、遅筋系の収縮力と相関した。さらに65歳以上の健常者と疾患者を男女30名ずつ合計60名を調査した結果、膝関節炎などの疾患の場合は小脳失調症の患者が多かった。また56名が何らかの疾患の治療とリハビリ中のものであった。本研究において以下の事項が得られた。1)安静時の誘発筋電図M波とその脚伸展力を計測し、M波による筋萎縮レベルと疲労計測(25パルス)を行った。続いてそのM波のスペクトル分析を行い運動単位(MU)を同定し、Slow MUとFast MUの割合を知り、平衡能との相関関係を得た。2)フォースプレート上における立位姿勢時と椅子座位姿勢保持中のバランス能力を測定した。
汚染浄化微生物群集を制御する好気・嫌気土壌ミクロ環境の解明と創出

土壌は、固相、液相、気相を含む不均一な環境であり、そこに導入する有害化学物質を分解浄化する土壌微生物は、自分に適した土の微少部位に生息場を形成して増殖するものと考えられている。これまで、土壌微生物の増殖に、生息場の土壌構造が影響すると考えられてきたが、その影響因子やメカニズムは不明のまま課題として残されてきた。特に、空間的・物理的効果に関しては、ほとんど顧みられていなかった。そこで本研究では、土壌の形成するミクロ環境の中でも特に物理環境の微生物群集に対する影響を調べた。微生物群のバイオマス量および分類学的構造の解析には、呼吸鎖キノン法、直接顕微鏡法および16sRNA遺伝子のPCR-DGGE解析法を用いた。また、活性の測定には、デヒドロゲナーゼ活性、嫌気性菌の場合はPCB脱塩素活性を指標とした。土壌の空間的・物理的因子として、土壌粒子径、土壌水分量、圧密を選び、好気性微生物群の増殖に対する影響を調べたところ、土壌粒子径と水分量が影響するが、圧密の影響は小さいことが明らかとなった。影響の出方は、1ケ月以上で比較的安定した。土壌粒子の模擬粒子としてガラスビーズを用いて、空間を均一な状態として、粒子径の影響を調べた。好気性微生物群の場合、粒子経が0.01mmでは、それ以上の粒径と比べて、増殖する微生物バイオマス量が小さく、またActinobacteriaの比率が高まることが明らかとなった。また、嫌気性菌の場合、活性に対する影響は見られなかったが、微生物群集構造が異なることが明らかとなった。地下地盤(土壌・地下水)の汚染域が鉛直方向・水平方向に大きく広がる場合や深層に至る場合には、微生物を用いて原位置で地盤を浄化する技術が必要とされる。原位置バイオレメディエーションや汚染拡散を防ぐバイオバリヤー、さらに自然の浄化を促す自然減衰が、その代表的なものである。これらの微生物を用いた原位置浄化技術では、分解微生物の環境中での制御が必要不可欠にもかかわらず、合理的な方法論は確立していない。これは、好気的または嫌気的な地下地盤環境における微生物の動態を制御する因子が不明であったためと考えられる。本研究代表者らは、地下地盤における微生物の中での化学物質を分解する微生物群の動態を調べ、土壌中のミクロ環境が、分解微生物種を大きく変動させる原因であることを明らかにした。この成果に基づき、本研究では、均一なミクロ環境を用いた試験によって、土壌中のミクロ環境と微生物群集の関係を解明するものである。本研究は、3年間の研究期間を予定しており、初年度の平成17年では、好気性条件下での均一ミクロ環境と微生物群集の関係を明らかにする。ミクロ環境と微生物群集との関係を調べるために、物理化学的に均一なミクロ環境を球形ガラスビーズで設計し、ルリア培地を栄養として添加し、土壌希釈液を微生物群として接種して、一般微生物群の微生物バイオマス・構造・活性ポテンシャルに対するミクロ環境の経時的影響を明らかにした。微生物群集構造の測定には、キノンプロファイル法をもちいた。ガラスビーズのサイズが減少すると、微生物群集のバイオマス量は大きな変化はなかったが、毎回構造が異なり再現性が低下し多様性が増加した。

本研究代表者らは、地下地盤における微生物の中での化学物質を分解する微生物群の動態を調べ、土壌中のミクロ環境が、分解微生物種を大きく変動させる原因であることを明らかにした。この成果に基づき、本研究では、均一なミクロ環境を用いた試験によって、土壌中のミクロ環境と微生物群集の関係を解明するものである。本研究は、3年間の研究期間を予定しており、平成18年では、嫌気性条件下での均一ミクロ環境と微生物群集の関係を明らかにする。嫌気条件下で、PCB分解微生物群集のガラスビーズ入り培地での培養系を用いて、その群集構造とガラスビーズ直径の関連を調べたところ、培地成分を一定にしていたにもかかわらず、その群集構造が異なることが、明らかとなった。この結果は16S-rRNA造伝子の部分配列によってパターンをみるPCR-DGGE法によって明らかにした。キノンプロファイル法での群集構造解析は、デルタ・イプシロン-プロテオバクテリアであることは明らかにできたが、更に細かい微生物群集構造の違いは検出できなかった。また、固形物を含む嫌気培養条件で、クロロフェノール脱塩素菌群とフェノール分解菌群の2種の微生物群を混ぜたところ、両者とも働くことを見いだした。地下地盤(土壌・地下水)の汚染域が鉛直方向・水平方向に大きく広がる場合や深層に至る場合には、微生物を用いて原位置で地盤を浄化する技術が必要とされる。原位置バイオレメディエーションや汚染拡散を防ぐバイオバリヤー、さらに自然の浄化を促す自然減衰が、その代表的なものである。これらの微生物を用いた原位置浄化技術では、分解微生物の環境中での制御が必要不可欠にもかかわらず、合理的な方法論は確立していない。これは、好気的または嫌気的な地下地盤環境における微生物の動態を制御する因子が不明であったためと考えられる。本研究は、3年間の研究期間であり、最終年度の平成19年度は、好気性条件下での均一ミクロ環境と微生物群集の関係を明らかにする。ガラスビーズを用いて粒径変化が微生物増殖および微生物群集構造に与える影響を調べたところ、液体培養系に比べてガラスビーズ直径が1mm以上では違いがなかったが、0.01mmになると微生物増殖量および多様性が低下し、メナキノンを呼吸系に有する微生物群が優占した。粒径の影響は、養分濃度や振とう条件の違いよりも大きかった。単離菌でも、粒径の違いによる増殖の程度の違いが見られた。このことから、粒径が微生物群集構造に影響を与えることが明らかとなった。
副腎皮質組織を構成する細胞群の系譜と3次元的配置の解析

哺乳動物の副腎は中胚葉由来の皮質と外胚葉由来の髄質からなる。両者は発生の過程で合流し一つの臓器を形成する。副腎皮質には、同心円状に存在する3種類の細胞層(球状層、束状層、網状層)が存在し、それぞれ層特異的に鉱質、糖質コルチコイドおよび副腎性アンドロゲンを生成する。これら細胞層に対して、皮質全層を貫いて放射状に並ぶ細胞群は、系譜を同一とする細胞の集団であることが示されている。しかし、細胞層構築のない胎生期の状態から、成熟組織に認められる放射状のクローナルな細胞集団の形成過程は明らかでない。本研究は、ラット胎生期から機能分化細胞層の形成過程における細胞の配列・配置の機構を明らかにすることを目的とした。我々は、既に副腎皮質に未分化細胞層(zU)を確認しているが、「多能性の幹細胞を含む層である」を確実に証明するに至っていない。しかし、このzUと共通の性質を保持する細胞株樹立の成功はこの細胞株に高発現するAZ-1(adrenocortical zonation factor-1)の同定に繋がった。AZ-1の発現は球状層に存在する鉱質コルチコイド産生酵素の発現とは相関的に、束状層に存在する糖質コルチコイド産生酵素の発現とは逆相関的関係にあり、AZ-1は副腎皮質の層別機能局在を規制する因子の一つと考えられた。更にAZ-1は、in situ hybridizationの結果からzG/zUで生合成されるが、免疫組織化学的には、球状層では細胞塊の周りにアーク状に、また、zFRでは東状の細胞配列に平行して存在する洞様血管に沿って局在することが判明した。AZ-1分子は、分泌シグナル配列の他に広義のEGF様配列、および触媒残基が置換したprocathepsin B様配列を有する。よって、AZ-1は、細胞と細胞外マトリックスとをつなぐ因子である可能性、あるいは、細胞外の基質分解に関与し、細胞の接着・運動を制御する因子である可能性も予測された。事実、AZ-1タンパクは副腎において細胞外マトリックスであるラミニンやコラーゲン、フィブロネクチンの局在とほぼ一致した。更に、胎生期後半から成熟期に至る副腎におけるAZ-1タンパクの局在は、常にラミニンの局在と類似して観察された。ラット胎仔期から成熟過程の副腎における血管系形成は、そのごく近辺に細胞外マトリックスの発現とAZ-1の発現を伴っていた。副腎皮質の三層は共に中胚葉由来ではあるが、zU付近で誕生する副腎皮質の未分化細胞は、細胞それぞれの最終分化までにAZ-1などの助けを借りながら血管系に沿った細胞の移動があるものと考える。今後、これらの確固たる裏付けが必須となる。

今後、これらの確固たる裏付けが必須となる。哺乳動物の副腎は中胚葉由来の皮質と外胚葉由来の髄質からなる。両者は発生の過程で合流し一つの臓器を形成する。副腎皮質には、同心円状に存在する3種類の細胞層(球状層:zG、束状層:zF、網状層:zR)が存在し、それぞれ層特異的なステロイドホルモンを産生する。これら細胞層に対して、皮質全層を貫いて放射状に並ぶ細胞群は、系譜を同一とする細胞の集団であることが示されている。しかし、細胞層構築のない胎生期の状態から、成熟組織に認められる細胞集団の形成過程は明らかではない。平成15年度は、ラット胎生期から機能分化細胞層の形成過程における細胞の配列・配置の変化を明らかにすることに主眼をおいた。我々は、すでに副腎皮質に未分化細胞層(zU)を確認しているが、「多能性の幹細胞を含む層である」を確実に証明するには至っていない。近年、このzUと共通の分化形質を保持する細胞株を確立し、さらにこの細胞株に高発現する遺伝子の同定をsubtractive cDNA cloningにより行った。その結果、新規分泌タンパク質を見出しAZ-1 (adrenocortical zonation factor 1)と命名した。AZ-1は、in situ hybridizationの結果からzG/zUで生合成されるが、免疫組織化学的には、zGでは細胞塊の周りにアーク状に、また、zFRでは束状の細胞配列に平行して存在する洞様血管に沿って局在することが判明した。この結果は、zG/zUで生合成されたAZ-1は分泌後、血流を通じてzFRの細胞周囲に沿って結合することを示唆している。AZ-1の遺伝子を強制発現させたY-1の培養液は細胞外マトリクスであるラミニンと特異的に結合した。事実、上記のAZ-1タンパクはラミニンとほぼ一致して存在した。胎生期後半から成熟期に至る副腎におけるAZ-1タンパクの局在は、常にラミニンの局在と類似して観察された。則ち、皮質の層構造が明確になる出生直前までは個々の小さな細胞塊を包むように円形状に局在するが、出生後、皮質三層細胞への分化が明確になると、上記の成熟副腎における局在に一致した。AZ-1は副腎皮質における組織の形成に関与している可能性が考えられた。一方、AZ-1の発現はzFRに特異的な最終分化形質の遺伝子発現を抑制することが判明した。16年度は、機能分化細胞層の形成、および細胞の配置とAZ-1の関係について3次元的解析を行う。副腎皮質には、同心円状に存在する3種類の細胞層(球状層、束状層、網状層)が、存在し、それぞれ層特異的に鉱質、糖質コルチコイドおよび副腎アンドロゲンを生成する。しかし、細胞層構築のない胎生期の状態から、成熟組織に認められる放射状のクローナルな細胞集団の形成過程は明らかでない。今年度は、昨年度に続いてラット胎生期から機能分化細胞層の形成過程における細胞の配列・配置の変化を明らかにすることに主眼をおいた。我々は、既に副腎皮質に未分化細胞層(zU)を確認しているが、「多能性の幹細胞を含む層である」を確実に証明するに至っていない。zUの免疫不全マウス腎臓への移植はまだ成功しておらず条件の更なる検討が必要である。
深さ方向非破壊分析のための相関光音響イメージング法の開発研究

1.測定装置系の整備・改良本格的なイメージング実験を行えるように、空気バネ式の光学実験台を導入し、この上に励起光源、光学系、試料台等の除振を必要とする装置すべてを配列しなおした。また、XYステージを設計・製作し、これを制御するための回路系(ハードウエア)およびソフトウエアを準備した。2.相関光音響イメージング三層の層状構造をもち、かつ各層ごとに異なるパターン(三角形、五点、円形)をもつモデル試料につき、相関光音響イメージングの測定を行った。平面内の分解能約10μm(画素の一辺)、深さ方向分解能約15μmを達成することができた。同様の測定を、うんも試料、塗装膜などの実試料についても行い、有用な結果が得られた。3.光音響法の代わりに、光熱偏向分光法や光熱放射分光法を取り入れて、光音響においてみられた難点を克服する作業を行った。前者の場合、試料の大きさに制限がなくなる利点があり、また表面の観察に有力となる利点がある。後者においては、試料セルの共鳴現象を除去することができるようになる。いずれの点についてもしかるべき良好な成果がみられ、今後の研究に発展的に取り入れて行く道がひらかれた。4.最終年度において、これまでの成果をとりまとめ、関係研究者に配布した。また、学術誌上に発表し、学会等において口頭発表した。それらについては裏面に記載してある。本年度は当研究の初年度であり、主として測定装置系を充実する作業を行った。まず、空気バネ式の光学実験台を調達し(これは別の研究費によるもの)、この上でイメージングの実験が行えるようにすべての装置(光学系)を配列した。色素レーザーがやや遅れ気味ではあったが、無事納入され、既存のアルゴンイオンレーザー励起により発振することを確認した。アルゴンイオンレーザーは現在、シングルモード発振に調整されており、このままで使用すると負担が重く、レーザー管の寿命を短縮する畏れがあるので、これを近々にオールラインモード発振に調整しなおす予定である。イメージングを実行するに当り、XYステージを設計し、電気的に制御する回路系を製作した。また、そのためのソフトウエアも準備し、ほぼ満足の行く段階にまで完成された。本来の計画ではこのソフトウエアをアセンブラー言語で作成する予定であったが、シグナルアナライザーを利用することにより、より簡便にFFTの相関演算を実行する(この装置による演算はハードウエア方式であり、計算速度が速い)方途を手にすることができたので、急拠こちらの方式を採用することにした。モデル試料を用いて簡単なイメージングの実験を行った。分解能は約10μ(画素の一辺)程度で未だ十分とはいえないが、これでも、いろいろな実用試料に応用できると思われる。深さ方向の層別イメージングも、いくつかのモデル試料と鉱物試料について行い、良好な結果を得ることができた。1.本年度は本研究の最終年度に当る。従来の研究の継続的ことがらを遂行する一方、得られた成果を学術誌上および学会等で発表することを中心とした。発表の内容は裏面に記した通りである。2.イメージング実験は、第1、第2年度においてはわれわれの設計・製作によるXYステージおよびそれを動作させるためのソフトウエアを使用して進めてきたが、最終年度において別の課題研究(一般研究B)を通じて市販の自動位置決め装置を入手することが可能となり、以後これを用いて研究を進めた。この装置を用いての良好なイメージング像が得られつつあり、成果を蓄積させて今後の発表にもって行く予定である。3.本研究の中心テーマではないが、近年におけるこの分野のホットな話題として、励起源にX線を用いる(可視光でなく)ことが行われるようになり、本研究においてもシンクロトロン放射光やX線管球によるX線を利用して実験が遂行された。大変に有用な成果が得られつつあり、予備的成果として既に学会等において発表した。

また、さらに光音響法の代わりに、これと類似な手法である光熱放射分光法をとり入れて、光音響法において見られた困難(セルが共鳴して測定妨害を生ずること)を除去することなどが遂行され、これまた良好な成果が得られつつある。これらの成果を以後の研究に発展的に利用して行く道を現在検討中である。
科学技術論文からの統合的な構造解析に関する研究

科学技術論文を対象とした情報抽出では,「ある特定のデータやパラメータを用いて実験を行った論文」といった高度な検索を行うことが難しい.これは,論文データから,セクション,段落,数式,図表などの基本的な構造を解析できていないことが根本的な原因の一つである.本研究では,様々な分野の論文を構造化する技術の確立を目指す.平成30年度は,化学・材料分野,情報分野,バイオロジー分野の3つの専門分野の論文データを収集し,それらに共通の構造について調査を行った.また,それらを集約し,一貫性のあるXMLの仕様を定義する作業を行った.主に,タイトル,セクション,数式,段落,図,表といった基本要素によって,分野によらない論文フォーマットを定義することが可能であることがわかった.また,JATS(既存の科学技術論文フォーマット)は,細かいタグや定義が曖昧なタグが多く,実際の論文では使用されていないものも多い.そこで,JATSを大幅に簡略化したタグ仕様を定義し,それに基づいてPDFを構造化することとした.次に,上記のXML仕様に基づく学習データ(PDFをXML化するための学習データ)を構築した.具体的には,PubMedのJATS形式の論文とPDFのペアを大量に収集し,それらを変換して,XMLとPDFと対応付ける作業を行った.単純な文字列マッチングでは上手く対応が取れないケースがあり,いくつかの近似文字列マッチングアルゴリズムを考案し,それに基づいて評価実験を行った.おおむね順調に進展している.平成30年度は,予定通り,データ収集や仕様定義などの準備作業・環境構築作業が中心であり,来年度からは本格的に技術的な作業へ取り掛かることができる.平成31年度は,平成30年度に構築した学習データを用いて,PDFをXML化する技術の確立を目指す.特に,図表の位置認識や段落の認識が重要であり,この部分に関して変換技術の性能評価を行う予定である.まずは,個々の要素(図,表,数式など)ごとに別々のモデルを考案し,最終的にはそれらを統合して一つのPDF変換プログラムとすることを計画している.また,実際の化学・材料・バイオ研究者と協調し,XML化された論文からどういった情報を抽出するかについて議論し,データフォーマットの定義やアノテーションガイドラインの作成に目途をつける予定である.科学技術論文を対象とした情報抽出では,「ある特定のデータやパラメータを用いて実験を行った論文」といった高度な検索を行うことが難しい.これは,論文データから,セクション,段落,数式,図表などの基本的な構造を解析できていないことが根本的な原因の一つである.本研究では,様々な分野の論文を構造化する技術の確立を目指す.平成30年度は,化学・材料分野,情報分野,バイオロジー分野の3つの専門分野の論文データを収集し,それらに共通の構造について調査を行った.また,それらを集約し,一貫性のあるXMLの仕様を定義する作業を行った.主に,タイトル,セクション,数式,段落,図,表といった基本要素によって,分野によらない論文フォーマットを定義することが可能であることがわかった.また,JATS(既存の科学技術論文フォーマット)は,細かいタグや定義が曖昧なタグが多く,実際の論文では使用されていないものも多い.そこで,JATSを大幅に簡略化したタグ仕様を定義し,それに基づいてPDFを構造化することとした.次に,上記のXML仕様に基づく学習データ(PDFをXML化するための学習データ)を構築した.具体的には,PubMedのJATS形式の論文とPDFのペアを大量に収集し,それらを変換して,XMLとPDFと対応付ける作業を行った.単純な文字列マッチングでは上手く対応が取れないケースがあり,いくつかの近似文字列マッチングアルゴリズムを考案し,それに基づいて評価実験を行った.おおむね順調に進展している.平成30年度は,予定通り,データ収集や仕様定義などの準備作業・環境構築作業が中心であり,来年度からは本格的に技術的な作業へ取り掛かることができる.平成31年度は,平成30年度に構築した学習データを用いて,PDFをXML化する技術の確立を目指す.特に,図表の位置認識や段落の認識が重要であり,この部分に関して変換技術の性能評価を行う予定である.まずは,個々の要素(図,表,数式など)ごとに別々のモデルを考案し,最終的にはそれらを統合して一つのPDF変換プログラムとすることを計画している.また,実際の化学・材料・バイオ研究者と協調し,XML化された論文からどういった情報を抽出するかについて議論し,データフォーマットの定義やアノテーションガイドラインの作成に目途をつける予定である.使用物品を予定よりも安価で調達することができたため,若干の次年度使用額が生じた.こちらは次年度の物品費として使用する予定である.
臨床工学士を養成する生体情報計測の体験型実習装置の開発と教育実践

臨床工学技士は医師の指示のもとに医療機器の操作や保守管理を行う。厚生労働省のチーム医療の推進による業務範囲の拡大から、臨床工学士は、いま以上に専門性の向上が求められている。臨床工学技士を育てる教育現場において、限られた教育時間の中で数多くの医療機器の原理や操作方法を学ばせることは容易ではない。学生の理解度をこれまで以上にアップさせるため、本研究では現場での医療機器をまねた教育システムを作成し、医療に工学技術を融合した生体情報計測の体験型教育実習装置(心電図・血流計・超音波エコー診断装置)の開発を行う。今年度は心電計と脈波計の実習装置を作成した。心電計では、右鎖骨下、左鎖骨下、左肋骨下縁に貼り付けた3つの誘導電極から同軸ケーブルを介して差動増幅器に入力し、ハイパスフィルタやローパスフィルタを介して、雑音を取り除き、出力した。心電図信号の周波数成分は、100Hz程度とされており、この周波数帯域には、50または60Hzのハム雑音が含まれ、その周波数を選択的に除去するフィルタとしてハムフィルタ、インストスイッチ(基線動揺が起きた際に押すことで、基線を中央に戻す役割)、時定数調整SW、ゲイン調節(ゲインが高すぎると、QRS波が飽和してしまう)も組み込んだ。脈波計に使用した照射光は生体組織を透過しやすい波長域にある。動脈血の酸素化ヘモグロビンの吸光度特性は920nm付近の赤外光にピークを持つことから、波長920nmの赤外光を照射光として用いている。回路の構成はフォトリフレクタ、ハイパスフィルター、増幅器、脈波信号の可視化(LED点灯)とした。学生から実験レポートとして実験方法、実験結果、考察などを記載したものを提出させ、本2件の実習装置作成のアンケート調査も実施した。心電計では、右鎖骨下、左鎖骨下、左肋骨下縁に貼り付けた3つの誘導電極から同軸ケーブルを介して差動増幅器に入力し、ハイパスフィルタやローパスフィルタを介して、雑音を取り除き、出力する。観測波形から低域遮断周波数を大きくすれば、基線動揺が抑えられ、低域遮断周波数を大きくすると、ST部分およびT波に変化が認められ、それぞれの部分は低い周波数成分を含んでいることが分かった。脈波計では反射型フォトセンサRPR-220(赤外線LED及びフォトダイオードを内蔵した素子)を用いてある。拍動があると、フォトトランジスタの電流が減るため、抵抗での電圧降下が減り、出力電圧は増加する。逆に拍動の終わり頃には、電流が最大となり、抵抗での電圧降下が最も大きくなり、脈波の振幅は、約20mV程度にすることが出来た。学生から実験レポートとして実験方法、実験結果、考察などを記載したものを提出させ、体験型実習装置作成のアンケート調査も実施できた。ファンクションジェネレータ(FG)から、周波数2MHz、振幅710mVppのバースト信号を、センサドライバアンプへ入力し、その出力を、小型の水槽の壁に貼り付けた送受信用の超音波センサへと入力、反対側の受信用の超音波センサでの受信波形および、水槽の壁で反射した超音波を送受信用の超音波センサで受信し、オシロスコープで観測できる実習装置を作成する。媒質の変化や、センサー間の距離の変化が、超音波信号に及ぼす影響を考察出来るようにする。また、センサーを並列に配列し、水槽に粘性の違う物体を入れて、エコー信号がどのように変化するかが体験的に・実験的に理解できるように改良を加える方策である。臨床工学士は医師の指示の下に医療機器の操作や保守管理を行う。また、厚生労働省のチーム医療の推進による業務範囲の拡大から専門性の向上が求められている。臨床工学士の育成において、限られた時間の中で、数多くの医療機器の原理や操作方法を習熟することは難しく、学生らの理解は十分でない。本研究では医療機器を用いた教育システムを活かし、医療に工学技術を融合した生体情報計測の体験型教育実習装置(心電図・血流計・超音波エコー診断)の開発を行う。からだの電気を測る実習装置の試作を行った。学生は筋肉に発生する非常に小さい電気を測定・記録して、体の細胞が発生する電気を解析するための計装アンプの設計・製作、及び脳波計の入力に用いる計装アンプの設計・製作を行った。計装アンプの特性について調べ、脳波測定に用いる増幅器とフィルタの回路を設計し解析も行った。筋電計においては、うちわを動かす、手首を動かす、棒を振るなどの動作を行い、うちわなどの道具を使う際に手や腕の筋肉を使う(収縮する)と筋電図の信号の振れ幅が大きくなるなどの筋電信号を測定した。特別な用途を目的とした計装アンプとして、AD620を使用し、体験型実習装置を作成した。アンプの入力に同じ信号が加わった時に、入力された信号をどの程度抑えることができるかを表す同相除去比がどの程度であるかを実験により調べた。振幅10Vの信号を入力し、出力波形を記録している。脳波計においては、フィルター回路の伝達関数を求めさせ、gainについて理論値と実測値を比較することを目的として、実験値との比較を行わせた。次に、実際の脳波測定を考慮し、カットオフ周波数付近でのゲインと位相を調べる実験を行い、計算結果と実験結果を比較検討を行った。学生からは、実験レポートとして、脳波計と筋電計の実験方法、実験結果、考察、作業時間などを記載したものを提出させた。

学生は筋肉に発生する非常に小さい電気を測定・記録して、体の細胞が発生する電気を解析するための計装アンプの設計・製作、及び脳波計の入力に用いる計装アンプの設計・製作を行った。計装アンプの特性について調べ、脳波測定に用いる増幅器とフィルタの回路を設計し解析も行った。筋電計においては、うちわを動かす、手首を動かす、棒を振るなどの動作を行い、うちわなどの道具を使う際に手や腕の筋肉を使う(収縮する)と筋電図の信号の振れ幅が大きくなるなどの筋電信号を測定した。信号源からの微小な差動を計測したり増幅したりする為に設計された、特別な用途を目的とした計装アンプとして、AD620を使用し、体験型実習装置を作成した。AD620のゲインを設定し、出力を確認した。今回は100倍と1000倍のゲインを設定し、回路実験を行った。脳波計においては、フィルター回路の伝達関数を求めさせ、gainについて理論値と実測値を比較することを目的として、実験値との比較を行わせた。学生からは、実験レポートとして、脳波計と筋電計の実験方法、実験結果、考察、作業時間などを記載したものを提出させた。臨床工学技士は医師の指示のもとに医療機器の操作や保守管理を行う。厚生労働省のチーム医療の推進による業務範囲の拡大から、臨床工学士は、いま以上に専門性の向上が求められている。臨床工学技士を育てる教育現場において、限られた教育時間の中で数多くの医療機器の原理や操作方法を学ばせることは容易ではない。学生の理解度をこれまで以上にアップさせるため、本研究では現場での医療機器をまねた教育システムを作成し、医療に工学技術を融合した生体情報計測の体験型教育実習装置(心電図・血流計・超音波エコー診断装置)の開発を行う。今年度は心電計と脈波計の実習装置を作成した。心電計では、右鎖骨下、左鎖骨下、左肋骨下縁に貼り付けた3つの誘導電極から同軸ケーブルを介して差動増幅器に入力し、ハイパスフィルタやローパスフィルタを介して、雑音を取り除き、出力した。心電図信号の周波数成分は、100Hz程度とされており、この周波数帯域には、50または60Hzのハム雑音が含まれ、その周波数を選択的に除去するフィルタとしてハムフィルタ、インストスイッチ(基線動揺が起きた際に押すことで、基線を中央に戻す役割)、時定数調整SW、ゲイン調節(ゲインが高すぎると、QRS波が飽和してしまう)も組み込んだ。脈波計に使用した照射光は生体組織を透過しやすい波長域にある。動脈血の酸素化ヘモグロビンの吸光度特性は920nm付近の赤外光にピークを持つことから、波長920nmの赤外光を照射光として用いている。回路の構成はフォトリフレクタ、ハイパスフィルター、増幅器、脈波信号の可視化(LED点灯)とした。学生から実験レポートとして実験方法、実験結果、考察などを記載したものを提出させ、本2件の実習装置作成のアンケート調査も実施した。心電計では、右鎖骨下、左鎖骨下、左肋骨下縁に貼り付けた3つの誘導電極から同軸ケーブルを介して差動増幅器に入力し、ハイパスフィルタやローパスフィルタを介して、雑音を取り除き、出力する。観測波形から低域遮断周波数を大きくすれば、基線動揺が抑えられ、低域遮断周波数を大きくすると、ST部分およびT波に変化が認められ、それぞれの部分は低い周波数成分を含んでいることが分かった。脈波計では反射型フォトセンサ