hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非平衡緩和解析の拡張性とKT転移系の研究

非平衡緩和法は平衡相転移を研究する数値解析法である。これまでの研究で、2次相転移において転移温度と臨界指数を精度良く容易に求められることが示されていた。平衡解析では実現不可能な大きなサイズの系で信頼度の高い結果を得ることができる。また、フラストレーション系やランダム系など緩和の遅い系においても、効率や信頼度を損なうことなく適用可能なのも大きな特徴となっている。本研究の目的は、この方法を2次相転移を越えて、様々な相転移へ応用することである。特にKosterlitz-Thouless(KT)転移系は、低温相で常に臨界的な振る舞いが現れ、2次相転移で用いられているような通常の数値解析法が十分に機能せず、満足のいく結果を得るのが難しかった。KT転移の転移温度の汎用な評価法を確立し、2次元剛体円盤系を初めとする様々なKT転移系の応用を果たした。さらにKT転移系の臨界指数評価法を確立し、KT転移の臨界指数を系統的に調べることを可能にした。また、一次相転移の正確な転移温度の評価するmixed phase initialization法も確立した。代表的なKT転移模型である2次元のVillain模型について、連続系と6回対称模型について解析を行い、転移温度を求めてKT転移系の普遍性の解明へ大きく前進した。また、多粒子系への応用として、3次元の異方的剛体系を解析し、液晶相の一つであるスメクティック相を確認し、非平衡緩和解析の有効性を確認した。特にKosterlitz-Thouless(KT)転移系は、低温相で常に臨界的な振る舞いが現れ、2次相転移で用いられているような通常の数値解析法が十分に機能せず、満足のいく結果を得ることが難しかった。まず、転移温度の評価法を確立した。高温側における秩序変数の緩和を数値的に計測し、スケーリング解析で各温度における緩和時間を決定する。得られた緩和時間の発散の様子から転移温度が求めるのである。この評価法は、非常に汎用性があり、様々なKT転移系へ応用された。三角格子反強磁性XY模型や正方格子Fully-Frustrated XY模型、ゲージグラス模型、2次元の粒子系における溶融転移などである。次に、転移温度における臨界指数の評価法を確立した。2次相転移で用いられた解析法をKT転移系で再考し、これまで計算が難しくあまり議論されていなかったKT転移系の臨界指数の研究に道を開いた。また、一次相転移の正確な転移温度の評価法も確立した。14年度:転移温度の評価法を確立した。

得られた緩和時間の発散の様子から転移温度が求めるのである。この評価法は、非常に汎用性があり、様々なKT転移系へ応用された。三角格子反強磁性XY模型や正方格子Fully-Frustrated XY模型、ゲージグラス模型、2次元の粒子系における溶融転移などである。次に、転移温度における臨界指数の評価法を確立した。2次相転移で用いられた解析法をKT転移系で再考し、これまで計算が難しくあまり議論されてい来なかったKT転移系の臨界指数の研究に道を開いた。一次相転移の正確な転移温度の評価法も確立した。15年度:前年に開発したKT転移系の臨界指数評価法を様々な模型に適用し、KT転移の臨界指数を系統的に調べ、これまで触れられることの少なかったKT転移の普遍性に関する議論をした。この他、スピングラス系の普遍性に関するランダムネスの影響を調べた。非平衡緩和法は平衡相転移を研究する数値解析法である。これまでの研究で、2次相転移において転移温度と臨界指数を精度良く容易に求められることが示されていた。平衡解析では実現不可能な大きなサイズの系で信頼度の高い結果を得ることができる。また、フラストレーション系やランダム系など緩和の遅い系においても、効率や信頼度を損なうことなく適用可能なのも大きな特徴となっている。本研究の目的は、この方法を2次相転移を越えて、様々な相転移へ応用することである。特にKosterlitz-Thouless(KT)転移系は、低温相で常に臨界的な振る舞いが現れ、2次相転移で用いられているような通常の数値解析法が十分に機能せず、満足のいく結果を得るのが難しかった。前年度までにKT転移の転移温度の汎用な評価法を確立し、2次元剛体円盤系を初めとする様々なKT転移系への応用を果たした。さらにKT転移系の臨界指数評価法を確立し、KT転移の臨界指数を系統的に調べることを可能にした。また、一次相転移の正確な転移温度の評価するmixed phaseinitializaion法も確立した。本年度は、代表的なKT転移膜型である2次元のVillain模型について、連続系と6回対称模型について解析を行い、転移温度を求めてKT転移系の普遍性の解明へ大きく前進した。また、多粒子系への応用として、3次元の異方的剛体系を解析し、液晶相の一つであるスメクティック相を確認し、非平衡緩和解析の有効性を確認した。
がん特異抗原を用いた早期診断ならびに「がんの個性」診断

本研究の成果を、以下に我々が同定した3種類の癌特異抗原別にまとめる。1.癌患者における抗KM-HN-1抗体の検出:正常精巣cDNAライブラリーと頭頸部扁平上皮癌患者血清を用いたSEREX法により同定した新規CT抗原KM-HN-1は、様々な癌で発現するが、正常組織では精巣のみに発現する。ELISA法により癌患者血清中のKM-HN-1IgG抗体価を解析した結果、健常人では2.5%の陽性率であるのに対し、様々な癌患者群では40100%の陽性率を示した。抗KM-HN-1抗体は多様な癌の診断に有用である可能性が示された。2.メラノーマの新しい腫瘍マーカーとしてのGlypican-3(GPC3):我々は既にGPC3が肝細胞癌の腫瘍マーカーとして有用なことを報告していたが、メラノーマの腫瘍マーカーになることも証明した。・従来のメラノーマの腫瘍マーカーである5-S-cysteinyldopa(5-S-CD)およびMIAは、進行癌患者においてのみ高い陽性率を示すが、早期癌患者では検出されない。一方、GPC3はメラノーマの進行度に関係なく、どのステージの患者においても約40%において血清GPC3が陽性であった。GPC-3はメラノーマの早期診断に有用な腫瘍マーカーにもなりうることが明らかとなった。
訪問看護におけるキュアとケアの統合に関する研究

本研究は、訪問看護師に質問紙による調査を行い、事例を介して自らの判断で行えると考える医行為およびその理由と、主治医へのインタビューによる医行為に対する認識を明らかにし、スキルモデルを作成することを目的とした。訪問看護師自らの判断にて行なえると認識している技術は17カテゴリーに分けられたが浣腸、導尿、および褥瘡ケアが多かった。理由には「速やかに患者の苦痛を緩和する有効な方法である」「対処方法を実行できる要素が揃っている」ことを挙げていた。主治医は看護師の判断を概ね妥当であると評価していた。得られたスキルモデルについてはワークショップの討議にて,現実性のある有効なモデルであると考えられた。本研究では、訪問看護師や利用者の主治医を対象とした調査により、具体的な場面において看護師の判断で施行可能な医療行為を明らかにし、それを基盤として、訪問看護師および高度実践在宅看護関連職種においてケアとキュアが統合された学問体系モデルおよび業務拡大を前提とした役割モデルを検討することを目的とした。平成22年度は対象を一般の訪問看護師(東京都、A地方都市およびB県市町村)100200名ならびに、日本看護協会に現在登録されて公表されている全国131名の訪問看護認定看護師に質問紙調査の協力の依頼をし、同意を得たものとした。質問紙の内容は、1)訪問看護師に対してはフェイスシート{(年齢、臨床歴、訪問歴、学歴、および日常的に看護師の判断で行なえると考えている医療行為)とした。次にこれからのち1週間において、看護師が判断して行えると思う医療行為を伴う看護場面とその背景(看護場面に関するアセスメントやそのとき掲げていた看護上の問題について質問した。研究企画については、平成22年10月の所属部局の倫理審査に承認され、平成23年1月から3月にかけて質問紙を発送した。回収された質問紙は、認定看護師40名、東京地区訪問看護師22名、青森地区13名、仙台地区8の計83名である。H23年度は、全国から回答のあった質問紙を集計し、また、記載されている内容について質的に分析した。その結果、看護師独自の判断で行えると認識している医行為については、食への支援に関すること、排便コントロール、排尿コントロール、症状コントロール、褥瘡ケア、および、看取りの際の呼吸停止確認等であった。申請者らのこれまでの調査結果とほぼ同じ項目について、看護師独自の判断で行えると認識していたことが明らかになった。そのように考える理由について内容分析したが、それは「速やかに苦痛を軽減する有効な方法である」、「対処方法を実行できる要素が揃っている」「利用者の状態悪化のリスクを少なくすることができる」「病院受診が困難な状況であった」などの内容となっており、日常的に医師よりも時間をかけて対象者に接しているがゆえの看護師のケアに対する自信と考えられた。とくに回答数の多かった排便コントロール、排尿コントロール、症状コントロール、および褥瘡ケアにいては、老年医学会地方会で報告した。また、H23年度は第三段階調査を始めて本研究を発展させた。すなわち、A市の訪問看護ステーション勤務の看護師に医行為を独自の判断で実施した場面の提供を依頼した。本研究の趣旨に賛同して協力の意向を示した訪問看護師に、その判断根拠についてインタビューし、さらにはその事例の主治医に対して看護師の判断の妥当性についてインタビューする研究を開始した。平成24年度の研究については、訪問看護師の医行為の臨床判断に関する妥当性を検討するために、「自分の判断で実施した」、あるいは「実施した方がいいのではないかと医師に相談した」場面と判断根拠についてA市の訪問看護ステーション看護師にインタビューし、事例の場面の詳細について調査し、かつ、その事例の主治医に判断・実施の妥当性についてインタビューし、さらに研究を発展させた。これまで9例の事例の提供があったが、日々、生活をみているがゆえの看護師の判断の世界が明らかになった。また、事例の主治医は、その後の経緯をカルテで確認した結果、「適切な対応であると」と評価していたが、もう少し医学的データを活用したほうがいいのではないかというコメントもみられた。H25年9月29日、ワークショップ「看護におけるキュアに関する研究」ー看護師の医療行為の裁量拡大という国民的ニーズに向き合ってーを東北大学にて開催し、午前中は交流集会にて「「高齢者ケアに関する訪問看護師の医行為の実態とその認識:これまでの研究成果と動向」を意見交換し、午後はパネルデスカッション「看護における医行為」を開催して、研究者および、日本看護協会認定看護師教育課程長による基調講演と、現場の訪問看護師および往診にからの指定発言を通じて、参加者で看護師における医療行為のあり方について討論した。また、成果について学会での発表や学術誌への投稿を行った。

H23年度の研究企画については、調査結果の質的分析の妥当性を検証するにあたり、第三者的な立場での専門家が少ないために、探すのに予定より時間を要した。また、研究の打ち合わせについての日程調整に関しても多くの時間が費やされた。しかし、研究を次の段階に進めていくためには割愛できないプロセスであった。また、第二段階調査では、対象の訪問看護師と医師が医療・ケア現場で多忙を極め、協力の意向を示すのに時間を要した。25年度が最終年度であるため、記入しない。今後の研究については、地域での訪問看護ステーションの看護師へ事例提供を依頼して、その主治医に対しても研究協力を依頼し、ペアでインタビューして、医行為に対する判断の現状や妥当性および課題について検討する研究を続行する。また、これまでの結果についても精力的に看護系および医学系の学術的活動を行う予定である。
固定収益会計モデルの構築

理論的考察や実証分析、事例研究によって、固定収益会計モデルが構築された。ここで、固定収益会計モデルとは、マーケティング学や経営工学において大きな関心を集めながらも管理会計学では注目されてこなかった関係性マーケティングという概念に着目し、その概念に依拠した顧客戦略を実行するための管理会計モデルである。なお、この研究成果は2013年に本として出版される予定である。本研究における4つの研究課題に関わる研究実績の概要は,以下のとおりである。1)研究課題I「顧客セグメント設定法開発」(実証研究を実施)宿泊業に対するアンケート調査を実施した。さらに,A社の協力をえて顧客に対するアンケート調査を実施するとともに,顧客単位の売上データを入手し,顧客ロイヤルティの生成過程のプロセスをパス解析を用いて明らかにするとともに,顧客セグメントの設定基準の代替案についてデシル分析によって検討した。またB社の取引データを用いた分析を実施した。これらの分析については来年度も引き続き行う。2)研究課題II差異分析モデル構築(実証研究を実施)A社においてインタビュー調査による企業実践把握をするとともに,取引データ分析を入手して,差異を顧客数の変化による差異と顧客当たり金額の変化による差異という2つの切り口から展開する分析モデルを構築した。3)研究課題III「顧客構成変化分析モデル構築」(文献サーベイ研究を実施)先行研究として井尻雄二教授の利速会計を選択し,Bathtub Modelの理論的特徴を明らかにした。その結果,Bathtub Modelの差異分析モデルへの適応することによって計算される差異概念が井尻教授の会計概念と類似し,さらにそれを発展させた概念であることが明らかとなった。4)研究課題IV「中期計画策定法開発」(文献サーベイ研究を実施)プロジェクト&プログラムマネジメントの知識体系であるPMBOKとP2Mの概念を初版からレビューし,その変遷を確認した。さらに中期経営計画への適応可能性について理論的に考察した。1)研究課題I「顧客セグメント設定法開発」宿泊業A社の協力を得て,主要顧客かかわる顧客単位の売上高データを入手し,売上高の変動状況を解析した。さらに,主要顧客に対して130質問からなるアンケート調査データを入手して,売上高の変動要因をパス解析によって分析した。加えて,その結果の妥当性についてA社へのインタビュー調査を行った。この検討は未了であるため来年度も継続する。2)研究課題II差異分析モデル構築前述の顧客単位の売上高データの2期間の差異を2つの新しい方法で算出した。また,2つの方法から算出された差異の間の関係性を解析した。最後に,A社においてインタビュー調査を行い,その差異が一定の有効性があることを確認した。3)研究課題III「顧客構成変化分析モデル構築」A社の過去5か年の顧客単位の売上高データに基づいてBathtub Modelの予測能力を検証した。その結果,Bathtub Modelが成熟化した事業においては高い精度で将来予測できること,一方,成長している事業においての予測能力が低いことが明らかとなった。4)研究課題IV「中期計画策定法開発」PBGTというプロジェクト&プログラムマネジメントをベースとして代表者が開発した技法を社会人院生の協力を得て製薬会社に適応した。インタビュー調査をとおして,PBGTが中期計画と年度計画の関連性を強めるという示唆を得た。本研究における4つの研究課題に関わる研究実績の概要は以下のとおりである。1)研究課題I「顧客セグメント設定法開発」:宿泊業A社顧客単位の売上高データとアンケート調査データの多変量解析とインタビュー調査を実施、これらの結果にもとづいて学会報告、日本語論文投稿(査読結果を受けて修正中)と英語論文作成(平成25年度、海外ジャーナルに投稿予定)を実施した。2)研究課題II差異分析モデル構築」:上述の顧客単位の売上高データの解析およびインタビュー調査結果とこれまでの研究成果を統合、学会報告、日本語論文投稿(査読結果を受けて修正中)と英語論文作成(平成25年度、海外ジャーナルに投稿予定)を実施した。4)研究課題IV「中期計画策定法開発」:PBGTというプロジェクト&プログラムマネジメントをベースとして代表者が開発した技法について、社会人院生の協力の下で実施した製薬会社の適応事例研究が論文として公表された。同社会人院生の協力の下で実施したカーナビ会社への適応事例研究を学会報告した。さらに、国内プラント会社4社、米国シアトル(マイクロソフトとエクスぺデア)でのインタビュー調査を実施し、国内分の成果の学会報告と論文投稿を実施した。5)「研究課題V:固定収益会計モデル構築」:出版社(創成社)から出版承諾を受け原稿を作成中、2013年度に出版予定。研究課題I「顧客セグメント設定法開発」を除き,ほぼ研究計画どおりに進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの研究成果をまとめるために,学会報告,投稿などの機会を使っていく。さらに,未了となっている統計解析を進めるため,院生の論文に絡める形で院生を組織化していく。最後に,研究結果を広く社会に公表するため啓蒙書の出版について出版社と交渉を始める。
染色体末端の維持機構を標的とした癌分子治療法の開発

染色体の末端構造であるテロメアはゲノムの複製・安定化に不可欠であり、ヒト正常体細胞におけるテロメアの短縮は"分裂時計"として癌抑制機構の一翼を担う。テロメア合成酵素であるテロメラーゼの活性化は癌細胞の無限増殖能の根拠となる。テロメラーゼ阻害剤は、癌細胞のテロメアを徐々に短縮させ、細胞の老化と死(アポトーシス)を誘導することから、新たな癌分子標的薬剤としての応用性が期待されている。我々はテロメラーゼ阻害剤の効果増強を目指し、テロメラーゼのテロメア会合制御因子であるポリ(ADP-リボシル)化酵素(PARP)、タンキラーゼ1に着目した。まず、我々はタンキラーゼ1の機能亢進もしくはテロメア短縮そのものがテロメラーゼ阻害剤の耐性因子となることを見出した。更に、タンキラーゼ1の機能を抑制する複数のPARP阻害剤を同定し、これらが培養細胞レベルにおいて上記テロメラーゼ阻害剤耐性を克服することを示した。これらのPARP阻害剤は合成テロメラーゼ阻害剤MST-312のテロメア短縮効果を増強することにより、MST-312による癌細胞の老化・アポトーシスをより早期に誘導した。二剤併用によってクライシスを起こした細胞群では、テロメアDNAを検出限界以下まで消失した染色体末端が高頻度で検出された。一方、動物レベルにおいては、ヌードマウスの皮下に移植したヒト乳癌細胞の腫瘍増殖がMST-312の尾静脈内投与により抑制されることが明らかになった。また、様々な臓器腫瘍に由来するヒト癌細胞パネル39株について、テロメア長・テロメラーゼ活性・テロメア動態制御因子の発現を数値定量化した。現在、テロメラーゼ阻害剤が奏効し易い癌細胞の特徴を明らかにすべく、準備検討を進めている。
植物ゲノムの動的解析

高等植物ゲノムの動的側面を主に分子レベルで多方面から解析し、過去の変異の延長上にある未来における有用な変異を予測し、将来の育種に役立たせることを目的とした。植物細胞には細胞核の他に、葉緑体とミトコンドリアに遺伝情報が納められているが、これらオルガネラゲノムの動的側面の解析は、まずイネを用いて葉緑体ゲノムとミトコンドリアゲノムの両方で研究を行った。従来保守的と言われ、変異が少ないとされてきた、葉緑体ゲノムでは属内のみならず、種内においてもdirect repeatによる組換えにより欠失が起こることが確認され、変異に対する概念が改められた。ミトコンドリアゲノムは他の生物のそれに比べて、ゲノムサイズが大きいことと、複数の環状DNAから成るなど構造が複雑であることが知られている。構造を複雑にしている理由の一つに葉緑体からの転移した配列があるが、これらの配列をすべて同定し、転移がいろいろな時期に起きていること、転移した配列は変異しやすいことなどを明らかにした。またミトコンドリアゲノムには約60塩基でステム・ループ構造をとりうる反復配列が多数挿入されており、これがイネ属の進化の過程で、組換えを起こし、ゲノムの構造変異の引き金になっていることが明らかになった。核ゲノムの進化では倍数性があげられる。コムギ属の2倍種、4倍種、6倍種の間の核ゲノムの分子的構造を比較し、倍数性によるゲノム分化は、主として非転写領域の変化に依存すること、この変異性を定量的に測定すると系統関係が推定できること、転写領域はゲノム間にほとんど分化がないこと、などが明らかにされた。遺伝情報は世代から世代へ正しく伝えられなければならないが、時に異なって伝達され、生物は進化していく。また植物細胞内では3種のゲノムはお互いに情報を交換していることが明らかになってきた。これらゲノムの動的側面を正しく理解することが、植物の進化、特に作物の成立過程を知り、そして将来におけるゲノムの変異し得る範囲を予測するのに重要と考え、本研究を始めた。イネ属の葉緑体ゲノムの分子構造を比較すると塩基置換と300ー500塩基程度の断片の欠失による変異が認められた。このうち欠失は約10塩基の繰り返し配列による組み替えで起こったことが強く示唆された。またこのタイプの欠失変異は種間だけでなく、Oryza sativaの中でも発見され、種内でも見られることから、かなり頻繁に起こる現象であることが示された。パンコムギのゲノミックDNAのライブラリーを作製し、その中より、核ゲノムのRFLP分析に適したクローン、及び超変異配列と染色体特異的配列の選抜に成功した。テンサイ正常型およびCMS型ミトコンドリアゲノムの物理・遺伝子地図を完成し、15カ所の組み替えサイトを見いだした。葉緑体遺伝子psbAに葉緑体への移行シグナルをつけた遺伝子を作製し、細胞核へ導入した形質転換植物に作製に成功した。誘導初期カルスの長期継代カルスの遺伝的変異を調べるため、differential hybrizationを行い、初期カルスに特異的なcDNAを30個単離し、塩基配列を決定した。その中にはヒートショックタンパク質様遺伝子が含まれていた。遺伝情報は正しく伝えられなければならないが、親とは異なって伝達されることもあり、それにより条件に合えば生物は進化する。また植物細胞内では3種のゲノムはお互いにDNAを交換することも明らかになってきた。ゲノムのこのような動的側面を正しく理解することが、植物の進化、特に作物の成立過程を知り、そして将来におけるゲノムの変異し得る範囲を予測するのに重要と考え、本研究を進めている。葉緑体ゲノムは単一種の多数コピーからなり変異しにくいとされてきたが、Oryza sativaの中でも短い繰り返し配列による組み換えで起こった欠失が見られた。またタバコとニンジンの科間体細胞雑種を作出したところ組み換え葉緑体DNAを持つと推定された。

このように葉緑体ゲノムもある程度変異しやすいことが示された。葉緑体から細胞核へ移行した遺伝子の解析ではタバコの葉緑体リボソームタンパク質遺伝子L3,L4,L10,L17のcDNAを単離し、塩基配列を決定した。さらに葉緑体からミトコンドリアへのDNAの移行はイネ科植物に共通なものからイネとトウモロコシが分岐した後に移行したのまでがあり、長期にわたっていることが明らかになった。テンサイではミトコンドリアゲノム中にcoxIIとorfBの偽遺伝子が5-6コピーあり、このような繰り返し配列がミトコンドリアゲノムの再編成に関与していると思われる。核ゲノムに関してはコムギでゲノミッククローンをプローブにし、RFLP分析を行い、DNAレベルの多様性を定量的に評価し、系統間系を考察した。植物細胞の細胞核、葉緑体、ミトコンドリアの3ゲノムの分子構造の変異を解析し、その結果を分子育種に利用するための研究を行った。植物のミトコンドリアゲノムは構造が複雑でしかも変異を起こしやすいことが知られていたが、タバコの植物体と培養細胞のミトコンドリアDNAの構造を調べたところ、両者で可逆的に変異することが明らかになった。またテンサイでは雄性不稔株に稔性株と比べて、ミトコンドリアゲノムに構造変異域があるが、ここに4種の変異遺伝子(ScoxI,ScoxII,SatpA,Srps3)と2種のORF(Sorf171,Sorf1)を発見した。さらに長期培養過程で変異を示すミトコンドリアゲノムのホットスポットをライブラリーを用いてスクリーニングしたところ、2組の反復領域であることが示された。一方葉緑体ゲノムは共生成立後多数の遺伝子が核ゲノムへ移行したが、被子植物では葉緑体ゲノムに残っている、ndh遺伝子が裸子植物のクロマツではすべてが欠失し、核へ移行していることが発見された。核ゲノムに関しては60プローブ・酵素組合せを用いて、4倍性および6倍性コムギの全種を含む42系統の核DNAのRFLP分析を行った。さらにイネ属Aゲノム野性種数十系統を加えRFLP分析を行った結果、イネ属Aゲノム種の類縁関係の概観が示された。また厳しい雑種選抜条件を設定することにより、科間雑種作出が可能であることも明らかになった。一方イネ核ゲノム由来のcDNAを約3000解析し、200以上の機能遺伝子を同定した。これらの遺伝子はイネ染色体上に、機能とは無関係にランダムに分布さることが示された。
血管平滑筋細胞の可塑性を基盤とする動脈硬化発症の分子機構解明に関する研究

血管平滑筋細胞の分化特性を解明するため血管平滑筋細胞特異的転写装置を解析し、分化型血管平滑筋細胞培養系を用いて脱分化因子の検索と血管内膜肥厚モデルラットを作製し、動脈硬化発症機転を追究した。カルデスモン・ミオシン重鎖・平滑筋型α-アクチン・SM22α・カルポニン・β-トロポミオシン・α1インテグリンなど平滑筋細胞特異的遺伝子の血管平滑筋細胞転写装置として、Nkx3.2(NKホメオ転写因子)・SRF・GATA6の存在を明らかにした。また、血管平滑筋細胞の分化・脱分化シグナルのスイッチング分子がチロシン脱リン酸化酵素SHP-2であることを見い出した。血清は強力な血管平滑筋細胞脱分化能を示す。そこで、ヒト血清中の血管平滑筋細胞脱分化因子の検索を同上培養系を用いて行い、不飽和リゾホスファチジン酸(LPA)が血清中の主要な脱分化因子であることを同定した。飽和LPAに脱分化能見い出されず、血管平滑筋細胞脱分化は不飽和LPA特異的である。またこれら不飽和LPAは、酸化LDL(moxLDL)および動脈硬化巣においても高濃度検出された。不飽和LPAによる血管平滑筋細胞脱分化は、上述のERKとp38MAPK系の協調的活性化により誘導され、不可逆的である。さらに、頸動脈へのLPA投与により不飽和LPA特異的に著明な血管内膜肥厚を惹起し、ERKとP38MAPK阻害剤の前処置により不飽和LPAによる血管内膜肥厚は完全に抑制した。以上の結果は、in vivoにおいても不飽和LPAによる血管内膜肥厚はERKとp38MAPK系の活性化による平滑筋細胞脱分化によることを明らかにし、新たな血管内膜肥厚モデルを提示した。血管平滑筋細胞の分化特性を解明するため血管平滑筋細胞細胞特異的転写装置を解析し、分化型血管平滑筋細胞培養系を用いて脱分化因子の検索と血管内膜肥厚モデルラットを作製し、動脈硬化発症機転を追及した。カルデスモン・ミオシン重鎖・平滑筋型α-アクチン・SM22α・カルポニン・β-トロポミオシン・α1インテグリンなどは、平滑筋細胞形質に依存した発現量あるいはアイソフォーム転換を示すことから平滑筋細胞分子マーカーと呼ばれてきた。そして、このいずれの遺伝子の転写においてもCis-エレメントとしてCArG box、その転写因子としてSRFが必須である。しかしながら、SRFは平滑筋のみならず骨格筋・心筋で高発現していることと、c-fosをはじめとしたIEG転写にも関与していることが知られている。そこで、SRF/CArG系に平滑筋細胞特異性を賦与する転写因子の検索を行い、血管平滑筋細胞特異的転写装置Nkx3.2(NKホメオ転写因子)・SRF・GATA6の存在を明らかにした。飽和LPAに脱分化能見い出されず、血管平滑筋細胞分化は不飽和LPA特異的である。

さらに、頸動脈へのLPA投与により不飽和LPA特異的に著名な血管内膜肥厚を惹起し、ERKとP38MARK阻害剤の前処置により不飽和LPAによる血管内膜肥厚は完全に抑制した。以上の結果は、in vivoにおいても不飽和LPAによる血管内膜肥厚はERKとp38MARK系の活性化による平滑筋細胞脱分化によることを明らかにし、新たな血管内膜肥厚モデルを提示した。血管平滑筋細胞の分化特性を解明するため血管平滑筋細胞特異的転写装置を解析し、分化型血管平滑筋細胞培養系を用いて脱分化因子の検索と血管内膜肥厚モデルラットを作製し、動脈硬化発症機転を追究した。カルデスモン・ミオシン重鎖・平滑筋型α-アクチン・SM22α・カルポニン・β-トロポミオシン・α1インテグリンなど平滑筋細胞特異的遺伝子の血管平滑筋細胞転写装置として、Nkx3.2(NKホメオ転写因子)・SRF・GATA6の存在を明らかにした。また、血管平滑筋細胞の分化・脱分化シグナルのスイッチング分子がチロシン脱リン酸化酵素SHP-2であることを見い出した。血清は強力な血管平滑筋細胞脱分化能を示す。そこで、ヒト血清中の血管平滑筋細胞脱分化因子の検索を同上培養系を用いて行い、不飽和リゾホスファチジン酸(LPA)が血清中の主要な脱分化因子であることを同定した。飽和LPAに脱分化能見い出されず、血管平滑筋細胞脱分化は不飽和LPA特異的である。またこれら不飽和LPAは、酸化LDL(moxLDL)および動脈硬化巣においても高濃度検出された。不飽和LPAによる血管平滑筋細胞脱分化は、上述のERKとp38MAPK系の協調的活性化により誘導され、不可逆的である。さらに、頸動脈へのLPA投与により不飽和LPA特異的に著明な血管内膜肥厚を惹起し、ERKとP38MAPK阻害剤の前処置により不飽和LPAによる血管内膜肥厚は完全に抑制した。以上の結果は、in vivoにおいても不飽和LPAによる血管内膜肥厚はERKとp38MAPK系の活性化による平滑筋細胞脱分化によることを明らかにし、新たな血管内膜肥厚モデルを提示した。
化学物質の有害性推論手法の確立に資する統計的手法の深化とその適用

平成30年度は平成29年度に引き続き、統計的アプローチによる有害性推論手法の研究および、有害性評価・予測に資するスクリーニング試験方法の統計的測定精度評価に関する研究を行った。有害性推論手法の研究については、リードアクロスと呼ばれる予測手法の枠組みを統計的に実現するための研究を行った。リードアクロスとは、カテゴリーアプローチなどの手法により、毒性試験未実施の物質の有害性を、毒性試験実施済み物質の有害性から推定して、データギャップを補完する手法である。現在までにOECDなどで枠組みは提案され重要性は理解されている枠組みであるものの、エキスパートジャッチに基づいた特定物質に関する一部のケーススタディを除いて既存研究は皆無である。そこで平成29年度までに整備済みのラット反復投与毒性試験データを用いて、6種類の肝毒性、腎毒性、血液毒性の8種類の有害性を対象として、k-近傍法をベースとした予測手法構築の方法論を提案した。本成果は現状では論文化できるほどの精度は達成していないが、既存研究が皆無であることなどから、学会等から講演を依頼された。統計的測定精度評価に関する研究については、質的データに対する分散分析(ANOVA)であるORDANOVAについて研究を行った。ORDANOVAは2012年にGadrichとBashkanskyによって提案されているが、カテゴリー数が2の場合のみしか数学的には正しくないことがわかっている。そこで、ORDANOVAに付随する検定統計量を再定義することで、カテゴリー数が3以上の場合についても数学的にも正しく利用できる形に拡張した。本手法を用いて、カテゴリー数が5である実際のラボ間比較試験結果の解析も行った。本成果については、論文としてまとめ国際誌に投稿中である。有害性推論手法の研究については、論文化まではいかなかったものの従来のQSARアプローチの研究から新たな枠組みであるリードアクロスアプローチに展開することができた。統計的測定評価に関する研究については、平成29年度に国際誌に投稿した論文が採択、出版された。そして、研究自体は、ORDANOVAを数学的に正しいものに拡張することができた。さらに、この手法を用いて具体的なラボ間比較試験結果の解析も行い、その成果を論文とまとめ国際誌への論文投稿にまで至った。以上から、本研究課題は「おおむね順調に進展している。」と判断した。令和元年度は、投稿中の論文1報について査読コメントに対応し、受理されることを目指す。さらに、有害性推論手法の研究については、リードアクロスアプローチによる推論手法の予測精度を高め、成果を論文としてまとめ国際誌への投稿を目標とする。また、統計的測定精度評価に関する研究については、質的データの扱いについてORDANOVAの枠組みにとらわれず、質的データでのばらつきをどのように定量化すれば良いかを根本的なところから検討する。平成28年度は、2つのタイプの有害性推論手法の研究を行った。1つはQSAR(定量的構造活性相関)アプローチであり、もう1つはRead-acrossアプローチである。QSARアプローチについては、ラットのインビボデータベースと化学物質の分子記述子を用いてラット肝毒性を判別する統計モデルの構築方法を提案した。まず「有害性評価支援システム統合プラットフォーム(HESS)」に搭載されているラット反復投与毒性試験データより、28日間試験結果が報告されている176化合物の情報をトレーニングデータセットとして整理した。統計モデルを構築するには、次の2つの統計的問題点を克服する必要があった。(1)モデルの説明変数の候補である分子記述子の数が学習用化合物の数よりも多いこと。(2)毒性を示す化合物数が、毒性を示さない化合物数に比べて少ない(学習データが不均衡データである)こと。そこで、主要な肝毒性マーカーである血中ALTレベルの上昇を例とし、問題点(1)をk-medoids法を応用することで、問題点(2)をSMOTEアルゴリズムを適用することで克服し、判別モデルをロジスティック回帰モデルを用いて構築する方法を提案した。この結果については論文としてまとめ、国際誌に投稿中である。Read-acrossアプローチについては、以前に研究代表者が共著論文として発表した9化合物のインビトロ遺伝子発現データを用いて、化合物を分類する手法を提案した。インビトロ遺伝子発現データを用いて化合物を適切に分類するためには、適当なRNAを抽出する必要があった。そこで、多目的の組合せ最適化問題に対するメタ戦略と階層的クラスタリングを併用する方法論を提案した。この結果については、平成29年度早々に論文としてまとめ国際誌に投稿する予定である。研究計画では平成28年度は次の2つを目標としていた。(1)「有害性評価支援システム統合プラットフォーム(HESS)」に内蔵されているインビボデータの構造を解析し、肝毒性の有害性推論手法の確立に最適なエンドポイントと化合物を選択すること。(2)選択したエンドポイントと化合物について、インビボデータやインシリコデータを収集・整備すること。今年度の研究において、上記(1), (2)を達成しただけではなく、血中ALTレベルの上昇を例として、判別モデルを構築し、国際誌への論文投稿にまで至った。そのため、「当初の計画以上に進展している。」と言える。平成29年度は、統計的アプローチによる有害性推論手法の研究および、有害性評価・予測に資するスクリーニング試験方法の統計的測定精度評価に関する研究を行った。有害性推論手法の研究については、平成28年度に投稿した論文(ラットのインビボデータベースと化学物質の分子記述子を用いてラット肝毒性を判別する統計モデルの構築についての論文)に関して査読コメントに対応し、追加の解析を行った。

具体的には、構築した予測モデルの外部検証を実施するため、米国EPAが公開しているToxRefデータベースよりラット28日間反復投与毒性試験データを抽出し、そのデータを持つ化合物の分子記述子を算出し、構築した統計モデルで有害性の予測を行った。その結果、外部検証はcross-validation等を利用した内部検証に比べ予測精度が劣ることが明らかになった。しかしその原因として、構造関連記述子を解析することで、予測モデル構築のために利用した化合物群と外部検証に利用した化合物群との特徴が異なることが挙げられることを明らかにした。また、有害性推論手法の枠組みの1つであるRead-acrossをインビトロデータを用いて行うための化合物のクラスタリング手法に関する論文を投稿した。統計的測定精度評価に関する研究については、ISO 5725で定義されている併行分散の大きさと室間分散の大きさとを比較可能なF検定を導出し提案した。さらに、そのF検定の検出力についても算出した。この結果については、国際学会で発表するとともに、論文としてまとめ国際誌に投稿中である。平成28年度にほぼ得られていた成果については、当初の予定通りに2報論文としてまとめ国際誌に投稿した。そのうち1報については、査読コメントで要求された追加の解析を行うために新たなデータを整理・整備し、追加の解析を実施した。その後、原稿を改訂・再投稿しこの論文は受理された。さらに平成29年度より開始した有害性評価・予測に資する試験方法の統計的測定精度評価に関する研究についても一定の成果が得られ、その成果を国際学会で発表するとともに、国際誌への論文投稿にまで至った。以上から、本研究課題は「おおむね順調に進展している。」と判断した。平成30年度は平成29年度に引き続き、統計的アプローチによる有害性推論手法の研究および、有害性評価・予測に資するスクリーニング試験方法の統計的測定精度評価に関する研究を行った。有害性推論手法の研究については、リードアクロスと呼ばれる予測手法の枠組みを統計的に実現するための研究を行った。リードアクロスとは、カテゴリーアプローチなどの手法により、毒性試験未実施の物質の有害性を、毒性試験実施済み物質の有害性から推定して、データギャップを補完する手法である。現在までにOECDなどで枠組みは提案され重要性は理解されている枠組みであるものの、エキスパートジャッチに基づいた特定物質に関する一部のケーススタディを除いて既存研究は皆無である。そこで平成29年度までに整備済みのラット反復投与毒性試験データを用いて、6種類の肝毒性、腎毒性、血液毒性の8種類の有害性を対象として、k-近傍法をベースとした予測手法構築の方法論を提案した。本成果は現状では論文化できるほどの精度は達成していないが、既存研究が皆無であることなどから、学会等から講演を依頼された。
制癌の標的分子としての複合糖質糖鎖

細胞表層の主要構成分子であり、細胞・細胞間並びに細胞・基質間認識/識別機能を担う複合糖質(糖脂質、糖蛋白、プロテオグリカン)糖鎖を分子標的とした制癌機構の探索を目的として、本年度は、この生物機能が示唆されている糖脂質糖鎖の合成酵素遺伝子に焦点を当てて、以下の諸点を明らかにした。1.シアロ糖脂質分子ファミリー、ガングリオシド、に属する1分子種ガングリオシドGM3はヒト骨髄性白血病細胞の増殖を抑制し、単球系分化を誘導するが、その合成酵素(シアル酸転移酵素-1)の遺伝子クローニングに成功した。2.この遺伝子がコードする糖転移酵素の分子構造、生物活性を解析し、今までにクローニングされているシアル酸転移酵素に比べ、興味ある様々な特徴を見出した。3.増殖因子IL-3のシグナル伝達系にGD1aガングリオシドが直接的関与することを明らかにした。4.β-ガラクトシドα2→6シアル酸転移酵素の新たな基質特異性を見出した。5.細胞外マトリックス糖蛋白、テネイシン、の新たな生物活性をテネイシンCノックアウトマウス長期骨髄培養系で発見した。
シェーグレン症候群、IgG4関連涙腺唾液腺炎における腸内細菌叢と病態の関係の解明

腸内細菌叢の変化に伴う腸管免疫の変化が全身の免疫調整ネットワークの変調を引き起こすという種々の報告に基づき、腸内細菌叢の変化に伴う免疫系の変調がシェーグレン症候群(SS)、IgG4関連涙腺唾液腺炎(IgG4DS)の発症、病態の進展にどのように関与しているかを検討する。それぞれの疾患について診断時の腸内細菌叢の構成異常の解析に加えて、治療による病態の変化と腸内細菌叢の関係を検討する。またモデルマウスを用いて腸内細菌叢を変化させることでどのように唾液腺炎が変化するかを検討し、腸内細菌叢のコントロールと唾液腺炎の関係も解析する。
尿路結石におけるオステオポンチアンチセンスによる遺伝子治療についての基礎的研究

上部尿路結石のシュウ酸カルシウム結石とリン酸カルシウム結石に含まれる主要な有機物質はオステオポンテン(OPN)とカルプロテクチン(CPT)であることがわかってきた。OPNは腎臓組織由来と仮定して同定したので、それを確かめるべく、OPNmRNAの腎臓内での発現をラットを用いてin situ hybridization法で調べた。正常の腎臓でも遠位尿細管細胞に散在してみられ、シュウ酸カルシウム結石形成を誘発するグリオキシル酸を投与すると、投与量や投与日数に比例して発現量は増加した。OPN蛋白もほぼ同様で正常腎臓でわずかにみられたOPNはグリオキシル酸の投与日数とともに増加した。腎尿細管細胞とシュウ酸カルシウム結晶の接着は、結石形成過程における重要な因子であると考えられている。ラット腎尿細管細胞培養細胞(NRK-52E)を用いてOPNの発現をアンチセンスRNAを用いて選択的に抑制し、シュウ酸カルシウム結晶と細胞の接着に対する影響を調べた。遺伝子発現ベクター(プラスミド)のプロモーターが翻訳する方向と逆向きにOPNcDNAを挿入し、OPNのアンチセンスRNAを発現するプラスミドを作成した。リポフェクション法でNRK-52E細胞にアンチセンスRNA発現プラスミドを遺伝子導入し、導入された細胞だけを選択して培養した。この細胞のアンチセンス効果を調べるためにOPNの発現をウエスタンブロット法、ノーザンブロット法で検討したところ、十分な発現抑制効果が得られた。このアンチセンスRNA発現細胞を用いてシュウ酸カルシウム結晶との接着に対する影響を走査電子顕微鏡でみたところOPN発現が抑えられた細胞では、正常な細胞での接着に比較して、著明に少なくなっていた。この結果から、OPNはシュウ酸カルシウム結晶と腎尿細管細胞との接着に促進的な役割を果していると考えられた。
肝細胞増殖因子(HGF)の医薬への応用に向けての活性制御因子の生体内動態の解析

肝細胞増殖因子(HGF)は強力な肝再生因子であり、現在肝疾患の治療薬としての開発が進められている。HGFの活性は細胞外、細胞内の種々の因子により制御されている。本研究ではそれらの因子についてHGFの活性の制御との関係において解析し、以下の結果を得た。1.肝障害時にHGFを活性化するセリンプロテアーゼとして同定されているHGFactivator(HGFA)について、肝障害時における動態を解析したところ、HGFAのmRNA量が肝障害に伴って増加することが明らかになった。またHGFA自身の活性化も肝障害に伴って起こっていることが明らかになった。2. HGFAの活性を阻害するインヒビターとして2種類のHGFA inhibitor(HAI)が精製されている。cDNAクローニングの結果、2種類ともKunitzドメインをもつセリンプロテアーゼインヒビターであることがわかった。またKunitzドメインに変異を導入して解析したところ、このドメインがHAIのインヒビター活性に必須であることが明らかになった。さらにHAIに対する抗体を作成し、その生成経路について解析したところ、HAIは膜結合型として合成された後に数カ所でのプロセシングを受け、細胞外に分泌して機能することが明らかになった。3.細胞内においてHGFの活性を制御する新しいシグナル伝達分子としてHrsとその結合蛋白質(Hbp)が同定されている。HrsとHbp複合体の機能解析を行ったところ、この複合体は初期エイドソームに局在し、HGFとその受容体が細胞内に内在化した後の分解を制御することによりHGFの活性制御に重要な役割を果たしていることが明らかになった。またHbpのSH3ドメインに結合する蛋白質として脱ユビキチン化酵素UBPYが同定され、このUBPYがHrs・Hbp複合体の機能に重要な役割を果たしていることが示唆された。本研究ではそれらの因子についてHGF活性の制御との関係において解析し、以下の結果を得た。2.HGFAの活性を阻害するインヒビターとして2種類のHGFA inhibitor(HAI)が精製されている。1型HAIについては、cDNAクローニングにより膜結合型として合成されプロセシングにより細胞外に分泌されると推定されている。1型HAIに対する抗体を作成し、イムノブロット法で1型HAIの動態を解析したところ、膜結合型1型HAIが同定され、また2段階のプロセシングにより、活性の高い1型HAIが細胞外に分泌されてくることが明らかになった。2型HAIについて、cDNAクローニングにより構造解析したところ、1型HAIと同様膜結合型として合成され、プロセシングにより細胞外に分泌されることが明らかになった。3.細胞内においてHGFの活性を制御する新しいシグナル伝達分子として、HrsとHbpが同定されている。このHrs・Hbp経路と相互作用する分子を検索し、HbpのSH3ドメインに結合する分子としてUbiquitin C-terminal hydrolaseを同定した。この結果、Hrs・Hbpはこの酵素と相互作用することによりHGF/受容体複合体の細胞内分解に関与することが示唆された。

肝細胞増殖因子(HGF)は強力な肝再生因子であり、現在肝疾患の治療薬としての開発が進められている。HGFの活性は細胞外、細胞内の種々の因子により制御されている。本研究ではそれらの因子についてHGFの活性の制御との関係において解析し、以下の結果を得た。1.肝障害時にHGFを活性化するセリンプロテアーゼとしてHGFactivator(HGFA)が同定されている。またこのHGFAの活性を阻害するインヒビターとして2種類のHGFA inhibitor(HAI)が精製され、両者は2つのKunitz型インヒビタードメインを持つことがわかっている。2型HAIについてそれぞれのKunitz型ドメインに変異を導入し、2型HAIの機能におけるKunitzドメインの役割を解析した。両方のドメインに変異を導入した2型HAIはまったく活性を持たなかったことから、HAI活性にKunitzドメインが関与していることが明らかになった。またN末側ドメインに変異を導入した場合に低い活性しか示さなかったことから、2型HAIの活性にはN末側Kunitzドメインが重要であることが明らかになった。2.細胞内においてHGFの活性を制御する新しいシグナル伝達分子として、Hrsとその結合蛋白質(Hbp)が同定されている。HrsとHbpは細胞内において複合体を形成し初期エンドソームに局在することがわかっている。HrsとHbpの複合体の機能を明らかにするために、HbpのHrs結合ドメインあるいはSH3ドメインを欠失するドミナントネガティブ体を発現し解析した。Hbpドミナントネガティブ体発現細胞では、増殖因子と受容体の細胞内分解が抑制された。したがってHrsとHbpの複合体は、HGFとその受容体が細胞内に内在化した後の分解を制御することによりHGFの活性制御に重要な役割を果たしていることが明らかになった。
高周波・低周波超音波を用いたデュアルスケール超音波イメージングシステムの開発

低周波超音波画像システムの実現は,深達度の制限のない,広範囲な超音波画像の取得が期待される.しかしながら,低周波(長波長)であるための指向性の問題がある.この問題を改善するため,低周波パラメトリック超音波の利用を検討する.また,パラメトリック超音波は非線形音響現象に基づくため,エコー振幅が小さくSNRが低い問題がある.この問題に対し,パルス圧縮技術を適用した低周波パラメトリック超音波画像システムの開発を進めている.平成28年度の研究では,パラメトリック超音波の採用は低周波超音波の指向性を大きく改善させることを示した,しかしながら,ターゲットからの散乱波が低周波であるため,ほぼ無指向性で方位分解能が予想されるより改善されないことが分かった.平成29年度はパラメトリック超音波画像に合成開口技術を適用し,方位分解能改善を試みた.水中にV字型になるように配置したターゲットの画像化を行った.整相加算適用後はこれらのターゲットを分離することができ,方位分解能が改善される結果になった.平成30年度は,提案手法である低周波パラメトリック超音波映像法と,通常用いられる高周波超音波映像法,及び同じ周波数の直接放射低周波超音波映像法の比較検討を行った.その結果,提案法は高周波超音波法に比べ,重なりあった物体の画像化の可能性を示した.また,アクリル板を対象として,音波の減衰についても評価を行った.その結果,提案手法は高周波法に比べ,吸収が少ない,すなわち深達度の改善が見込まれる結果を示した.これらの結果から,提案したパラメトリック超音波を利用した低周波超音波画像法は,従来の高周波画像法とは異なる特徴を持ち,その有用性が示されたといえる.低周波超音波画像システムの実現は,深達度の制限のない,広範囲な超音波画像の取得が期待される.しかしながら現状において低周波(長波長)であるがための距離分解能の問題がある.この問題を改善するために,低周波パラメトリック超音波音源とパルス圧縮技術を組み合わせた超音波画像システムの開発を進めている.平成28年度においては,提案している低周波パラメトリック超音波画像の距離分解能について計算機シミュレーションで評価を行った.5本の直径2 mmの剛体棒をターゲットとし,その距離を3, 4, 5, 6 mmとを変えながら直線状に配置し,その画像を取得した.2.8 MHzの搬送波を100-500 kHzのアップチャープ低周波パラメトリック超音波が発生するように変調し,超音波を放射した.エコー信号として低周波パラメトリック超音波信号を受波,さらにパルス圧縮処理を行い,超音波画像を取得した.その結果,5本のターゲットいずれも画像も取得された.このことから最も近接した表面距離が1 mmであり,この2本が取得画像上でも分離できたことから,距離分解能は1 mm程度と推定される.なお距離分解能の理論値は約2 mmである.また,高周波超音波として2.8 MHzのパルス信号でも同じターゲットの画像取得シミュレーションを行い,その結果を比較した.高周波超音波は最も音源に近いターゲットのみ画像が得られ,その背後の画像は得られなかった.このことから,低周波超音波では高周波超音波で取得が困難な重なり合った物体の背後の画像化が可能となる特徴もあると考えられる.さらに合成開口技術の適用を行うことで,方位方向分解能の改善も可能であるといった示唆も得られている.本手法の課題の1つである,距離分解能の評価が行えた点は順調に進んでいるといえる.また,合成開口法の適用も有効であろうという指摘が得られた点は大きな成果である.一方,これらはシミュレーションで得られた結果であるが,実測で確認できなかった.これのことから「概ね順調に進展している」と判断する.低周波超音波画像システムの実現は,深達度の制限のない,広範囲な超音波画像の取得が期待される.しかしながら,弦所うにおいて低周波(長波長)であるがための指向性の問題がある.この問題を改善するため,低周波パラメトリック超音波の利用を検討する.また,パラメトリック超音波は非線形音響現象に基づくため,エコーが小さく,SNRが悪い問題がある.この問題に対し,パルス圧縮技術を適用した,低周波パラメトリック超音波画像システムの開発を進めている.平成28年度の研究で,パラメトリック超音波の採用は低周波超音波の指向性を大きく改善させる.しかしながら,ターゲットからの散乱波の低周波であるため,ほぼ無指向性で方位分解能が予想されるより改善されないことが分かっている.平成29年度はこのタイムサイドローブを改善するために,パラメトリック超音波画像に合成開口技術を適用し,方位分解能改善を試みた.方位分解能を評価するため,複数の真鍮棒をターゲットとし,水中にV字型になるように配置した.プローブを操作しながら変調1次超音波を放射し,伝搬とともに発生する低周波パラメトリック超音波エコーを取得した.得られた信号の位相を調整して,各信号の加算,すなわち整相加算を行うこと,音波を任意の位置に集束させた.整相加算適用前,方位方向に間隔4 cmを離して配置したターゲットの分離が困難であった.整相加算適用後はこれらのターゲットを分離することができ,方位分解能が改善される結果であった.このことは整相加算による合成開口技術が,低周波パラメトリック超音波イメージングにおいても有効であることを示す.本手法の課題のひとつである,低周波超音波画像と高周波超音波画像の合成そのものの進捗は大きくない.

その理由のひとつとして,生成された低周波パラメトリック超音波の指向性は改善されているが,エコーの指向性のために方位分解能が想定するほど改善されなかったことがある.しかし,平成29年度の研究において.この方位分解能を合成開口技術を適用することで改善できたことは,今後の研究において大きな成果である.低周波超音波画像システムの実現は,深達度の制限のない,広範囲な超音波画像の取得が期待される.しかしながら,低周波(長波長)であるための指向性の問題がある.この問題を改善するため,低周波パラメトリック超音波の利用を検討する.また,パラメトリック超音波は非線形音響現象に基づくため,エコー振幅が小さくSNRが低い問題がある.この問題に対し,パルス圧縮技術を適用した低周波パラメトリック超音波画像システムの開発を進めている.平成28年度の研究では,パラメトリック超音波の採用は低周波超音波の指向性を大きく改善させることを示した,しかしながら,ターゲットからの散乱波が低周波であるため,ほぼ無指向性で方位分解能が予想されるより改善されないことが分かった.平成29年度はパラメトリック超音波画像に合成開口技術を適用し,方位分解能改善を試みた.水中にV字型になるように配置したターゲットの画像化を行った.整相加算適用後はこれらのターゲットを分離することができ,方位分解能が改善される結果になった.平成30年度は,提案手法である低周波パラメトリック超音波映像法と,通常用いられる高周波超音波映像法,及び同じ周波数の直接放射低周波超音波映像法の比較検討を行った.その結果,提案法は高周波超音波法に比べ,重なりあった物体の画像化の可能性を示した.また,アクリル板を対象として,音波の減衰についても評価を行った.その結果,提案手法は高周波法に比べ,吸収が少ない,すなわち深達度の改善が見込まれる結果を示した.これらの結果から,提案したパラメトリック超音波を利用した低周波超音波画像法は,従来の高周波画像法とは異なる特徴を持ち,その有用性が示されたといえる.まず平成28年度のシミュレーション結果を実験的に確認することが必要である.そのために,実験系を完成させ,実験を行うことが重要な課題である.さらに画質を向上させるためにプローブの開発を行う.パラメトリック信号は非線形効果を利用するため,発生音圧が低い.そのため,適切なプローブ構造と駆動信号の検討を行う.得られた成果は国内学会・研究会,また国際会議で発表していく.パルス圧縮処理において発生する時間サイドローブは画室を大きく損なうことが知られている.小年度はこのことを改善するため,チャープ信号波形の検討と,M系列符号の適用を行う.また,高周波超音波画像と提案している低周波パラメトリック超音波画像の深達度の評価を行う.これらの成果は国内学会や研究会,国際会議で発表していく.また,論文誌への投稿も行う.最終的に,提案システムの評価を行い,さらなる研究への発展を検討していく.シミューレーションに要する計算時間が長時間必要だった.そのため,当初,実験のための測定系構築の進展が思わしくなかった.その結果,使用予算にあまりが生じた.深達度評価を行う予定であったが,実験途中で装置が故障し,その実験を行うことができなかった.