hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
走査型熱雑音顕微鏡による表面下構造可視化のメカニズム解明および応用可能性探索

原子間力顕微鏡(AFM)のカンチレバー探針を試料に接触させ、カンチレバーの熱振動ノイズスペクトルを各点において測定する走査型熱雑音顕微鏡(Scanning Thermal Noise Microscopy: STNM)を開発し、ポリイミド基板やシリコン基板上に金ナノ粒子、シリカ粒子、ポリスチレンナノ粒子、金ナノロッド、金電極等を散布または作製し、フォトポリマーをスピンコートしたサンドイッチ構造試料を作製し、表面下構造可視化に関する研究を行った。原子間力顕微鏡(AFM)のカンチレバー探針を試料に接触させ、カンチレバーの熱振動ノイズスペクトルを各点において測定する走査型熱振動顕微鏡(Scanning Thermal Noise Microscopy: STNM)を用いて、表面下構造可視化に関する研究を行った。ポリイミド基板上に散布した金微粒子、シリカ粒子、さらには金ナノロッドにフォトポリマーをスピンコートしたサンドイッチ構造試料を作製した。これらの試料を対象に、原子間力音響顕微鏡(AFAM)法ならびにSTNM法により表面下構造(金微粒子等)を可視化する実験を行なった。また、STNM法における計測感度の向上と計測時間の短縮を進めるため、カンチレバーの高次接触共振モードを用いたSTNMに関する実験を行なった。また、接触圧を変えてSTNM観察を行い、接触圧がSTNM像コントラスト(とくに接触共振周波数)に与える影響を評価するとともに、Hertzモデルとの整合を検討した。また、STNMにおいて各点で得られた熱振動スペクトルを理論式にフィッティングすることで探針直下の領域の接触粘弾性を算出したところ、試料のヤング率、フォトポリマー膜の膜厚等をパラメータとする一次元モデルによって計算される有効弾性とよい一致を示すことが分かった。また、ポリイミド基板にポリスチレン粒子を塗布して2次元結晶を作製し、これをマスクとして金を蒸着し、最後にアセトンでリフトオフする、コロイダルリソグラフィー法を用いて、数十ナノメートルから数マイクロメートルのサイズの表面下構造が作製できることを確認した。原子間力顕微鏡(AFM)のカンチレバー探針を試料に接触させ、カンチレバーの熱振動ノイズスペクトルを各点において測定する走査型熱振動顕微鏡(Scanning Thermal Noise Microscopy: STNM)を用いて、表面下構造可視化に関する実験を行った。ポリイミド基板上に金微粒子および金ナノロッドを散布し、さらにフォトポリマーをスピンコートし、サンドイッチ構造試料を作製した。これらの試料について原子間力音響顕微鏡(AFAM)法ならびにSTNM法により観察したところ、表面下構造(金微粒子)の可視化に成功した。また、コロイダルリソグラフィーを用いて、数十ナノメートルから数マイクロメートルのサイズの表面下構造の作製を試みた。ポリイミド基板にポリスチレン粒子を塗布して2次元結晶を作製し、これをマスクとして金を蒸着し、最後にアセトンでリフトオフすることで微細パターンの金薄膜を作製できることを確認できた。今年度は、これまで主に用いてきたポリイミド基板に加えてシリコン基板を用いて、また金ナノ粒子だけでなくポリスチレン(PS)ナノ粒子を散布し、フォトポリマーをスピンコートしてサンドイッチ構造試料を作製し、原子間力音響顕微鏡(AFAM)法ならびにSTNM法により表面下構造を可視化する実験を行なった。PSナノ粒子は金ナノ粒子と比べて圧倒的に低いヤング率を有しており、ポリイミド基板やフォトポリマーのヤング率と比べても低いためこれを用いた。金ナノ粒子/ポリイミド基板の系では金ナノ粒子直上で接触共振周波数(fc)が低下することが知られていたが、PSナノ粒子/ポリイミド基板の系では逆に接触共振周波数(fc)が低下することが分かった。一方、金ナノ粒子/シリコン基板の系では表面下の金ナノ粒子の可視化は困難であったが、PSナノ粒子/シリコン基板の系では可視化が可能なことが分かった。これらの結果から、AFAMやSTNMによる表面下構造の可視化には、粒子の直上の材料(フォトポリマー)のヤング率だけでなく、粒子の下の基板のヤング率も影響することが見出された。また、シリコン基板は電子デバイスの基板としても広く用いられることから、シリコン基板を用いた表面下構造可視化実験は応用上非常に興味深く、今後、ナノ粒子直上におけるfcとフォトポリマー膜厚との相関を調べる実験を行うため、シリコン基板にドライエッチングにより凹凸を形成した基板を作製した。

コロイダルリソグラフィーを用いて数十ナノメートルから数マイクロメートルのサイズの表面下構造を作製し、これまで用いてきたAFAMおよびSTNMによる計測に加え、走査型ヘテロダインフォース顕微鏡(Scanning Heterodyne Force Microscopy: HFM)や3次元フォースマッピング法による表面下構造の可視化も試みる。HFMでは、試料および探針をカンチレバーの接触共振周波数以上の異なる周波数で励振し、それらのビート周波数を接触共振周波数に調整しておき、カンチレバーの振動振幅位相を検出する手法であり、AFAMよりもS/Nが高いことで知られている。探針のこれらの結果を比較検討し、それぞれの手法による表面下構造可視化メカニズムの解明を目指す。工学表面下構造作製プロセス(コロイダルリソグラフィー)で使用するコロイド粒子の粒径の選定に関し、あらかじめ数種類を購入し、STNMやAFAMによる表面下構造の可視化実験の結果を見てから、さらに数種類を追加購入する予定にしていたが、実験結果の解析に時間を要したため、コロイド粒子の追加購入は来年度以降に行うことにした。コロイド粒子を購入する予定である。
最適酸素供給効率に基づく血管化組織の構築

酸素環境の違いによる組織再生能をin vivoで比較するためには、個体差を排除する必要がある。そのため本研究では、同一個体のラット背部にほぼ同様の傷を作成し、その後の再生・治癒状態を比較した。また組織の酸素環境は、剥離した皮膚面に、高酸素透過性および低酸素透過性の透明フィルムを装着し、組織周囲を異なった酸素環境に保った。傷内の酸素分圧は、非接触タイプの光学的酸素分圧測定装置により経透明フィルム的に測定した。高酸素透過性フィルム内の酸素分圧は100-160mmHgに、一方低酸素透過性フィルム内の酸素分圧は10-40mmHgに保たれることを確認した。これらの酸素環境において1週間での組織再生(治癒)過程を観察した。受傷1週間経過後に採取した再生部組織断面標本では、低酸素環境時に新生毛細血管数が多いことが明らかになった。一方、受傷1週間経過後の創傷治癒状態を、再生組織面積として比較すると、低酸素環境時に比べ高酸素環境時では新生毛細血管数が少ないにもかかわらず、組織再生能は高いこと明らかになった。以上の結果より、毛細血管からの酸素供給を必要としない組織再生過程初期においては、毛細血管新生に有利な低酸素環境よりも、十分な酸素が組織周囲に存在する高酸素環境のほうが有利である可能性が高い。しかし、再生組織がある程度の大きさになると外気からの酸素供給では不十分となり、新生毛細血管数を確保する必要が高いと思われる。再建医学領域における有効な治療法として自己組織再生と組織工学的再生臓器の移植が考えられる。これらにとって共通の問題点は再生組織を栄養するための微小循環血行の確立が難しいことである。本研究では、自己および組織工学的再生組織への微小循環血行確立を目指し、初年度である本年は低酸素に対応する生体制御システムの一環としての血管新生メカニズムを検証した。生体内血管新生モデルとして、骨格筋微小循環モデルに加え、マウス背部皮膚を対象とした皮膚軟部組織の微小循環を可視化する実験モデルを開発した。この実験モデルにより、通常の微小循環観察のみならず、創傷治癒過程の血管新生を慢性的、定量的に解析することが可能となった。骨格筋モデルでの生理的状態においては毛細血管血流の増加により血管新生が誘起されることが明らかになった。また毛細血管血流は組織酸素分圧に強く依存し、毛細血管新生のみに注目した場合は、低酸素環境が有利であると考えられる。一方、マウス背部モデルによる創傷治癒過程の観察では、骨格筋モデルと同様に、低酸素環境では創傷部位での新生毛細血管数は多いにも係わらず、創傷治癒、すなわち組織再生には時間を要した。以上の結果より、組織再生時においては、初期の毛細血管が欠如している時期には低酸素環境が適し、一定の血管新生が得られた時期からは通常酸素環境にすることが有効ではないかと考えられる。
口蓋裂患者の嚥下動態からみた構音障害の予後推定について

広島大学歯学部附属病院言語治療室を訪れた口蓋裂患者を,経過良好群,やや良好群,および不良群の3群に分類し,やや良好群を除いた2群について,音響学的および空気力学的分析を行った。音響学的分析には,主としてデジタルソナグラフ(KAY社,MODEL4300)の音響分析ソフトウェアおよび空気力学的分析には,ポリグラフ(日本光電製,RM-85)を用いた。その結果,経過不良群では,破裂音調音時の鼻音成分の添加,子音から母音への変移部における摩擦性成分の混在,母音における反共鳴の出現などが見られた。経過良好群では,このような音響学的異常は見られなかった。空気力学的分析では,経過良好群が破裂音pa音調音時の鼻腔開放時と閉鎖時の口腔内圧比0.9より高い値を示したのに対し,経過不良群では,多くの場合,構音障害の重症度と口腔内圧比の値とはほぼ正の相関関係を示したか゚,症例によっては,口腔内圧比が0.9に近い高い値を示しても,構音障害は重度の場合があり,口腔内圧比みのでは構音障害の改善度の指標として不十分であると考えられた。なお,破裂音調音時の母音部の振幅や基本周波数のゆらぎ(jitterおよびsimmer)の増大,有声破裂音においてVOTの長くなる傾向もみられているが,この点は引き続き検索中である。X線映画による解析では,経過不良群は,経過良好群に比べて,嚥下開始と鼻咽腔閉鎖,舌沈下の時間的協調性のずれていることを確認し,さらに,嚥下物の喉頭蓋谷および食堂口到達の様相が,経過良好群と異なる様態を示していることを明かにした。この点の詳細は今後検討を継続する予定である。
環境保全型発展の経済性

発展途上国における環境保全型経済発展のあり方とその可能性に関する分析をすすめた。アジア諸国においては、日本における公害対策の進展が経済成長をしながらすすめられたことをもって、日本を持続可能な発展のモデルとみる傾向がある。そこで、日本の公害対策のうち最も成功したと言われている硫黄酸化物対策に焦点をあてて、中国および韓国を対象として環境政策の発展過程に関する基礎的データを収集・分析するとともに、政策の発展経緯をその経済性に着目して詳細に比較分析した。その結果、その同質性と特異性が明らかになり、後発性の利益を実現するための条件を解明した。開発プロジェクトの持続可能性の条件について、流域開発事業を事例に、環境費用・環境便益の社会的評価方法と開発プロジェクトの環境配慮の評価システムに着目して分析を加えた。その結果、開発インパクトと流域管理の国際比較に関する体系的なデータベースの構築が不可欠であることが確認された。環境政策の経済的手段について、ドイツ排水課徴金、公害健康被害補償制度賦課金、環境補助金、排出許可証取引制度、デポジット・リファンド制度、ごみ有料化、直接規制を取り上げ、その理論と実際の乖離とその原因について、理論の通説的理解の再検討と実証分析を行うことで検討をすすめた。その結果、これまでの経済理論の想定が非現実的であること、通常のミクロ経済理論が集合的意思決定の要素を十分に考慮できていないために、実際に導入されている経済的手段の合理性を説明できないことを論証した。また、財政学的な検討を加えることで、実際に導入されている経済的手段を費用負担のあり方の一形態として理解できることも明らかにした。本研究では,地球環境問題の原因を経済成長と環境保全が調和しない経済発展パタ-ンにあると把握したうえで,いわゆる持続可能な発展(Sustainable Denelopment)をマクロ的自立的な環境保全型発展と理解し,その理論的整理と実行可能性及びその経済的基礎を解明することを目的としている。本年度は,基本モデル構築のための基礎的調査研究を行い,以下のような成果があった。(1)環境資源勘定の国民所得勘定体系上の位置を明らかにするために,現行指標における環境配慮の限界及び指標改良の試みに関する研究動向を整理した。その結果,環境に配慮した指標体系には,(1)地球的視点の取り入れ方,(2)地域的視点の取り入れ方,(3)世代間公平性に関する検討可能性,という3点が課題であることが確認された。(2)環境保全型成長モデル構築の第1段階として,CO_2排出量抑制評価を目的とした,長期的な一般均衡の枠組みによって定式化された国内モデルを作成し,CO_2排出量抑制の経済的影響評価を試み,他のモデルの計算結果との比較検討を行った。シミュレ-ション結果には多分のばらつきが見られるが,モデル構造に基づく相違の一般的傾向はほぼ同様であることが明らかになった。(3)先進国の産業構造・消費構造と発展途上国での資源・環境問題との関係を定量的に検討するための方法論として,国際産業連関表の理論的・実際的課題と作成状況および環境問題への適用可能性に関する基礎的検討を行った。資源や環境を媒介とした日本とアジアとの経済的関係への適用の必要性が確認されるとともに,課題が整理された。(4)開発プロジェクトの持続可能性の条件とその実現可能性を解明するために,主として世界銀行における水資源開発事業を含む流域管理プロジェクトの事例を収集し,環境費用の取り扱い方法を類型化した。持続可能な発展の定義および測定指標について既存研究のレビューを行ったが,生物学的多様性,世代間衡平,世代内衡平,環境収容力など多様な指標が用いられており,きわめて多義的に用いられていることが明らかになった。環境資源勘定に関する指標改良の方向として,(1)地球的視点を取り入れるべきこと,(2)世代間の衡平性が検討できる指標が必要であること,(3)地域的視点をも取り込んだ体系にする必要があることを指摘し,そのためのデータベースの一部を構築した。

動態的市場均衡モデルによるCO_2排出量抑制の経済分析を行った。CO_2排出量課税一削減率の関係推定結果では,ノルドハウスらの研究と比較してほぼ中間的な推定結果が得られている。また,国内の他のモデルとの比較では,CO_2排出量を現状レベルに抑制した場合の経済的影響はかなりの開きがあるが,課税抑制に必要な税率,あるいは直接抑制の限界費用については比較的一致した結果が得られた。発展途上国の今後の経済成長を念頭に,環境保全の視点から経済成長プロセスの国際比較分析を行った結果,日本の明治以降の成長プロセスをGNPとエネルギー消費の関係から検討してみると,現在の発展途上国の成長プロセスは日本よりキヨリエネルギー多消費型であることが明らかになった。流域管理プロジェクトを事例に,その実態分析を通じて,開発プロジェクトにおける持続可能性の条件について検討した。開発プロジェクトの評価基準として費用使益基準を用いることは持続可能基準と一致することもあるが、たとえばCO_2排出規制問題の場合には,CO_2の排出量を1単位削減したことによって得られる使益に関する不確実性があまりにも大きく,通常の量用使益基準で政策目標を定めることは困難であるし,危険でもあることが確認された。環境汚染の防止及び環境資源ストックの保全と経済発展との関係を体系的に分析するために,簡略な分析用としてフレームワーク・モデルを開発するとともに,詳細な分析用具として動学的最適化モデルの改良を試みた。また,グリーン・アカウントの体系を国家の目標体系に導入することにより,環境保全にどの程度の効果があるかについて,地球温暖化問題を対象に動学的最適化モデルを用いて分析した。さらに,グリーン・アカウントによる国際調整メカニズムについて,新しいデコンポジションの方法論を開発・適用して,モデル分析によりその効果を検討した結果,環境資源勘定によっても,国際的な調整の下で温室効果ガスの排出を効率的に抑制できることが明らかとなった。省エネルギーと経済成長の関係について,産業連関表を用いて1単位の需要が発生した時に使われる化石燃料の消費額を誘発係数として算出し,その時系列変化と国際的特徴を分析し,かつその要因を定量的に評価した。その結果,誘発係数は1970年を100とすると,その後主として省エネ技術の進展で1985年には58まで下がったが,89年には60と上昇に転じていること,そしてその原因は主として需要構造の側の要因であることが明らかになった。このことは今後の省エネ対策が技術開発のみではなく,ライフスタイルや社会システム面での対策が必要であることを示唆していると考えられた。環境政策における経済的手段の有効性と限界について,地球温暖化および廃棄物問題の分野で検討を加えた。その結果,各国で現実に実施されている経済的手段のほとんどが理論の想定している理想型からは大きく隔たっていることが,また課徴金の多くは直接規制の補完として行われていることが明らかになった。さらに,環境税については政策手段としてだけでなく税体系上の位置を明確にすることの重要性が確認された。(1)市場活用型環境政策手段の利害得失について直接規制との比較において検討を加えた。
軟磁性ガラスコートマイクロワイヤを用いた高周波電磁ノイズ抑制体の開発

1.基礎特性評価:Fe_<77.5>Si_<7.5>B_<15>(飽和磁化15kG、異方性磁界2 Oe)とCo_<68.15>Fe<4.35>Si_<12.5>B_<15>(飽和磁化8kG、異方性磁界3.3 Oe)をそれぞれ鉄系およびコバルト系の代表的材料として選び、直径3μmのアモルファスマイクロワイヤを作製した。占積率を可能な限り高めるためガラスコート厚を数μm以下まで薄くし、実測の結果Fe系ではガラスコート層を含む直径は15μm、Co系では7μmであった。それぞれを並列に300本程度並べ、全体で5×4mm^2の平面状ワイヤアレイとした。隣接するマイクロワイヤ間には24μmの空隙がある。ワイヤアレイの長さ方向では、Fe系の比透磁率は9GHzまで周波数に依らず2でほぼ一定であった。Co系では比透磁率は80に及び、0.85GHzで強磁性共鳴を示すことが明らかになった。2.伝送線路を伝播する高周波信号の減衰量:以上2種類のマイクロワイヤアレイについて、昨年度準備したプリント配線板、ならびに薄膜微細加工技術による高周波伝送線路に装着し、その伝送特性からノイズ抑制効果を求めたところ、最大でも2dBの減衰に留まることが明らかになった。3.コンポジット型電磁ノイズ抑制体発:ガラスコートマイクロワイヤを0.55mmに切断し、これを多数粘着性ポリマーテープに貼付した。配置方向はランダムである。その減衰量は、2.と同様に最大でも2dBに留まった。4.更なる応用の可能性を求めて、遠方界に対する特性も調べた。自由空間透過法により直径3μm、長さ13mmの鉄系Fe_<69>B_<16>C_5Si_<10>マイクロワイヤ(飽和磁化1kG、異方性磁界100 Oe)を3.と同様のランダム配置マイクロワイヤアレイとした。ただし、遠方界用では波長に比べて十分短い間隔でワイヤが並んでいれば占積率は必ずしも高い必要はないので、作製の容易さを優先してガラスコート層は厚く、外径で39μmのワイヤをアレイ化した。その結果、810GHzにおいて1634dBに及ぶ大きな減衰量が得られた。したがって遠方磁界ノイズ低減用としてFe系軟磁性ガラスコートマイクロワイヤアレイは有用である。本研究は,個人携帯情報端末機器における機器内電磁干渉や生体への電磁波影響に鑑み,高周波電磁雑音をガラスコートマイクロワイヤの強磁性共鳴に基づく磁性体の損失で抑制しようとうするものである.本年はまず,直径4μmのアモルファスCoFeNiMoSiB磁性層を厚さ1μmのガラスコート層で被覆したマイクロワイヤを面内方向に数100本平行に整列させ,面内寸法で4x5mm^2にアレイ化する実装方法を考案した.その複素透磁率の実測した結果,損失量に比例する透磁率虚部の値は0.11GHzの広い周波数範囲で40に及び,これは現用のノイズ抑制シートの最高ランクの材料と同等であることが明らかになった.次に,薄膜微細加工プロセスによって特性インピーダンスが50Ωで信号線幅50μm以下のコプレーナ型伝送線路を製作した.基板には結晶化ガラスを用い,フレームめっき法によりCu膜で線路を形成した.信号線幅が10μm以下の線路は半導体チップサービス(VDEC,0.15μm CMOS-SOIプロセス)により試作した.その導体はAl系である.当初計画では,線路上にガラスコートマイクロワイヤアレイを載せたノイズ抑制実験は20年度に計画していたが,薄膜線路の形成が順調に進んだため,線路に電磁ノイズ抑制体を装着し、その伝送特性からノイズ抑制効果を定量化できるような準備を先行させ,実際にノイズ抑制特性を評価した.ただし,シート内におけるワイヤの充填率,配列,ならびにシート自体の形状(膜厚,幅,長さ)などとワイヤアレイの磁気特性との関係掌握,ならびに直接通電時の高周波インピーダンスの評価などは,平成20年度のはじめに行うよう計画を変更している.実験では,ガラスコートマイクロワイヤアレイを14層載せ,損失量や損失発生周波数帯がどのように依存するかを詳細に調べた.その結果,4層を積層した場合,10GHzもの高周波帯において透過信号を17dB減衰させることに成功した.この際1GHzにおける挿入損失は2dBあり,これを低減させる必要はあるものの,ガラスコートマイクロワイヤアレイがノイズ抑制体として利用しうる特性を示すことを実証できたと考えている.1.基礎特性評価:Fe_<77.5>Si_<7.5>B_<15>(飽和磁化15kG、異方性磁界2 Oe)とCo_<68.15>Fe<4.35>Si_<12.5>B_<15>(飽和磁化8kG、異方性磁界3.3 Oe)をそれぞれ鉄系およびコバルト系の代表的材料として選び、直径3μmのアモルファスマイクロワイヤを作製した。

Co系では比透磁率は80に及び、0.85GHzで強磁性共鳴を示すことが明らかになった。2.伝送線路を伝播する高周波信号の減衰量:以上2種類のマイクロワイヤアレイについて、昨年度準備したプリント配線板、ならびに薄膜微細加工技術による高周波伝送線路に装着し、その伝送特性からノイズ抑制効果を求めたところ、最大でも2dBの減衰に留まることが明らかになった。3.コンポジット型電磁ノイズ抑制体発:ガラスコートマイクロワイヤを0.55mmに切断し、これを多数粘着性ポリマーテープに貼付した。配置方向はランダムである。その減衰量は、2.と同様に最大でも2dBに留まった。4.更なる応用の可能性を求めて、遠方界に対する特性も調べた。自由空間透過法により直径3μm、長さ13mmの鉄系Fe_<69>B_<16>C_5Si_<10>マイクロワイヤ(飽和磁化1kG、異方性磁界100 Oe)を3.と同様のランダム配置マイクロワイヤアレイとした。ただし、遠方界用では波長に比べて十分短い間隔でワイヤが並んでいれば占積率は必ずしも高い必要はないので、作製の容易さを優先してガラスコート層は厚く、外径で39μmのワイヤをアレイ化した。その結果、810GHzにおいて1634dBに及ぶ大きな減衰量が得られた。したがって遠方磁界ノイズ低減用としてFe系軟磁性ガラスコートマイクロワイヤアレイは有用である。
ノックフリー燃焼実現のためのノック発生機構とノック強度決定因子に関する基礎的研究

ガソリンエンジン等の火花点火エンジンの熱効率向上には,ノックの抑制・制御技術の構築,ノックフリー燃焼の実現が必要であり,ノック発生メカニズムおよびノック強度(圧力振動の強度)に影響を及ぼす因子を明らかにすることが重要である.本研究では,ノックを引き起こす未燃ガスにおける自着火の発生形態やノック強度に及ぼす未燃ガス温度分布の影響を明らかにすることが目的である.H30年度は,定容燃焼容器によるノック発生過程について直接光およびシュリーレン写真による観察を行った.ノックが発生する条件においては,その発生過程において,冷炎が火炎面付近より生じ,エンドガス側の壁面方向に向かって広がる様子が観察された.その後,火炎面付近の未燃ガスからエンドガス側の壁面方向に向かって自着火が連続的に生じ,壁面に到達した後,激しい圧力振動が生じた.圧力振動発生前に観察されたこれらの現象は,エンドガス全域で同時に生じるのではなく,火炎面付近からエンドガス側壁面に向かって生じていたことから,化学反応に強く影響を及ぼす温度に着目し,エンドガスにおける温度分布について調べた.定量化シュリーレン法によるエンドガス部の温度分布の推定を行った結果,点火からしばらくの間はエンドガスの温度はおおよそ一様となっているが,冷炎の発生前にエンドガス側の壁面に向かって温度が低くなる温度分布が形成されていることが明らかとなった.この温度分布がエンドガス中の化学反応の進行に影響を及ぼし,連続的な自着火の原因となっている可能性が示された.当初の予定通り,定量化シュリーレン法による計測のための光学系,校正方法,解析方法の準備を完了し,ノック強度の高い条件におけるデータ取得および解析まで進めることができたが,ノック強度の異なる条件での実験が未実施である.このことより「やや遅れている」と判断した.平成30年度の研究によって,定量化シュリーレン法によるエンドガスにおける温度分布の推定が可能となり,ノック強度の高い条件におけるエンドガスの温度分布と自着火発生形態の関係を示した.今後は,温度等の条件を変化させ,エンドガスの温度分布と自着火の発生形態の関係,そして自着火発生形態とノック発生過程およびノック強度の関係について調べ,ノック強度決定因子について検討を行う.ガソリンエンジン等の火花点火エンジンの熱効率向上には,ノックの抑制・制御技術の構築,ノックフリー燃焼の実現が必要であり,ノック発生メカニズムおよびノック強度(圧力振動の強度)に影響を及ぼす因子を明らかにすることが重要である.本研究では,ノックを引き起こす未燃ガスにおける自着火の発生形態やノック強度に及ぼす未燃ガス温度分布の影響を明らかにすることが目的である.H30年度は,定容燃焼容器によるノック発生過程について直接光およびシュリーレン写真による観察を行った.ノックが発生する条件においては,その発生過程において,冷炎が火炎面付近より生じ,エンドガス側の壁面方向に向かって広がる様子が観察された.その後,火炎面付近の未燃ガスからエンドガス側の壁面方向に向かって自着火が連続的に生じ,壁面に到達した後,激しい圧力振動が生じた.圧力振動発生前に観察されたこれらの現象は,エンドガス全域で同時に生じるのではなく,火炎面付近からエンドガス側壁面に向かって生じていたことから,化学反応に強く影響を及ぼす温度に着目し,エンドガスにおける温度分布について調べた.定量化シュリーレン法によるエンドガス部の温度分布の推定を行った結果,点火からしばらくの間はエンドガスの温度はおおよそ一様となっているが,冷炎の発生前にエンドガス側の壁面に向かって温度が低くなる温度分布が形成されていることが明らかとなった.この温度分布がエンドガス中の化学反応の進行に影響を及ぼし,連続的な自着火の原因となっている可能性が示された.当初の予定通り,定量化シュリーレン法による計測のための光学系,校正方法,解析方法の準備を完了し,ノック強度の高い条件におけるデータ取得および解析まで進めることができたが,ノック強度の異なる条件での実験が未実施である.このことより「やや遅れている」と判断した.平成30年度の研究によって,定量化シュリーレン法によるエンドガスにおける温度分布の推定が可能となり,ノック強度の高い条件におけるエンドガスの温度分布と自着火発生形態の関係を示した.今後は,温度等の条件を変化させ,エンドガスの温度分布と自着火の発生形態の関係,そして自着火発生形態とノック発生過程およびノック強度の関係について調べ,ノック強度決定因子について検討を行う.
人工心肺手術周術期の血小板由来microRNAによる炎症惹起作用機序の解明

人工心肺下心臓手術後の血小板機能低下の機序は、未だ解明の余地がある。無核細胞の血小板にも、種々の刺激で、有核細胞同様にアポトーシスが誘導される。人工心肺下手術周術期に起きる血小板機能障害の原因として、アポトーシスに関連する細胞内情報伝達系が関与している可能性があるとの仮説で実験を行った。血小板は、また、転写、翻訳機能を有し、RNAを含有している。本研究において、幾つかのmicroRNAが周術期に変化し、その結果、ターゲットとなるmRNAとタンパク質が低下することで、血小板の機能低下をもたらすとの仮説の元、実験を行った。手法として、次世代シーケンサーでmicroRNAの変化を網羅的に解析した。救急患者や手術患者に、体外循環装置を長時間使用すると血小板が活性化する。我々は、人工心肺下心臓手術周術期に惹起される炎症病態に及ぼす血小板由来microRNA (miRNA)の役割に関してIn Vivo, In Vitro両面から探索する事を主眼に置いている。また、本研究の実験結果が解明することにより、活性化血小板から放出されるマイクロパーティクルに特に豊富に含有しているとされるmiRNA産生を抑制することで、心臓血管周術期の炎症を制御する可能性を探索する。本年度においては、3時間程度以上の人工心肺時間が予想される心臓外科予定手術患者において、周術期の血小板内及び血漿内に存在するマイクロパーチクルのmicroRNAの発現変化を次世代シーケンサーを用いて、網羅的発現解析を行った。また、本研究の実験結果が解明することにより、活性化血小板から放出されるマイクロパーティクルに特に豊富に含有しているとされるmiRNA産生を抑制することで、心臓血管周術期の炎症を制御する可能性を示唆し、今後の遺伝子治療の研究展開をしたい。去年度において、miRNAの安定採取及び実験プロコール作成に時間を費やしたが、本年度においては、安定的に人工心肺下心臓手術予定患者の血小板と血漿中のmiRNA発現の周術期の経時的変化を次世代シーケンサー用いて、網羅的及び定量解析することに成功した。当初は、周術期の変化に統計学的に有意のあったマイクロRNAをリアルタイムPCR法を用いて、定量化する予定であったが、この実験系に関しては、遂行できていないため。心臓血管手術において、人工心肺離脱数時間後に炎症性サイトカインの血中濃度が上昇する。過剰な炎症性サイトカインは、全身血管抵抗の低下、心機能抑制による循環動態の破綻や、時に血管透過性亢進、組織浮腫により多臓器不全をもたらす事もある。しかし、そのメカニズムの詳細に関しては検討の余地がある。我々は人工心肺によりもたらされた血小板活性化により、血小板より放出されたマイクロパーティクルに多く存在するmicroRNAがparacrine作用として、血球細胞、血管内皮細胞内に取り込まれる事で、人工心肺手術周術期の炎症反応を修飾しているとの仮説の元に実験を行った。実験結果において、次世代シーケンサーを用いて手術前に比べ、減少した血小板内のマイクロRNAに関して、血中の発現が周術期に上昇していることをリアルタイムPCR法により、確認した。本年度は心臓血管周術期に、次世代シーケンサーを用いてベースラインより減少した血小板内のマイクロRNAをターゲットに、リアルタイムPCR法により、遺伝子発現の有無を確認したが、現在、論文を作成中であり、研究未発表の段階である。開心術の黎明期より、人工心肺装置に代表される体外循環装置を、手術時や重症の患者管理に用いた際に、血小板機能障害と、凝固障害が起きることが、広く認識されている。凝固障害に関しては、輸液や体外循環充填液による凝固因子の希釈障害と、凝固系の亢進による消費障害の機序が証明され、それに対する対策が臨床的になされているが、血小板機能障害に関する機序に関しては、未だ不明の点も多く、また防止する有効な対策も無く、血小板製剤の輸血で対応しているのが現状である。その中で、我々は、人工心肺下心臓手術周術期に惹起される血小板機能低下及び炎症病態に及ぼす血小板由来microRNA (miRNA)の役割に関してIn Vivo, In Vitro両面から探索する事を主眼に置いて実験を行った。具体的には、人工心肺下心臓手術患者の血小板中のmiRNA発現の周術期の経時的変化を次世代シーケンサー及びリアルタイムPCR法を用いて、網羅的及び定量的に解析した。研究結果として、mir-10b及びmir-96を含む7つのmiRNAの発現が、周術期に上昇することを次世代シーケンサー及びリアルタイムPCR法で確認した。一方で、これらのmiRNAのターゲットとなる血小板膜表面Glycoprotein Ib及び、血小板内VAMP8の蛋白発現が低下する事を確認した。また、VAMP8の蛋白発現が低下する事で、血小板からのATPの放出能が低下する事を確認した、これらの一部は、日本麻酔科学会、及び日本心臓血管麻酔学会に報告後、Critical Care Medicine誌に投稿し、受領され、国際的に報告される事となった。

無核細胞の血小板にも、種々の刺激で、有核細胞同様にアポトーシスが誘導される。人工心肺下手術周術期に起きる血小板機能障害の原因として、アポトーシスに関連する細胞内情報伝達系が関与している可能性があるとの仮説で実験を行った。血小板は、また、転写、翻訳機能を有し、RNAを含有している。本研究において、幾つかのmicroRNAが周術期に変化し、その結果、ターゲットとなるmRNAとタンパク質が低下することで、血小板の機能低下をもたらすとの仮説の元、実験を行った。手法として、次世代シーケンサーでmicroRNAの変化を網羅的に解析した。次世代シーケンサーを用いた実験系の実験手技の安定化に時間を要したが、概ね順調に実験進行している。血小板由来の血漿中に放出されたmiRNAで、統計学的に有意に変化のたったmiRNAが他の血球細胞、血管内皮細胞にもたらす相互作用で、主に炎症惹起、消退作用の影響をIn Vitroで、解析する予定にしている。今後の研究方針として、周術期に変化のあった血小板由来のマイクロRNAが、周術期の炎症を修飾するための遺伝子治療として有用でないか、検討したい。集中治療医学、麻酔科学周術期に変化のあった血小板内、及びマイクロパーチクルのmicroRNAの網羅的発現解析を、パスウエイ解析、主成分分析等の多変量解析を用いることで、microRNAのターゲットとなる標的遺伝子群の細胞内情報伝達系に及ぼすmicroRNAの役割が解析出来ると考える。また、その中で炎症、細胞死に関連する遺伝子に影響を及ぼす可能性があると考えている。来年度は、炎症、細胞死に関連するmicroRNAを、血管内皮培養細胞であるHMEC-1細胞に、遺伝子導入する事で、どのように変化するかを実験解析する予定である。研究実施は、ほぼ終了したが、研究報告のための、学会渡航費と学会渡航費、学会渡航費が必要なため。来年度は、次世代シーケンサーによるmicroRNAの網羅的発現解析で絞り込まれたmicroRNAに関して、リアルタイムPCR法でより定量的な発現解析をする予定である。また、炎症、細胞死に関連するmicroRNAが候補となった場合、血管内皮培養細胞であるHMEC-1細胞に、microRNAを遺伝子導入する事で、以下に変化するかを実験解析する予定である。Nulcleofection法を用いた遺伝子導入関連試薬、ペプチド、PCR関連品、イ、ELISAキット、培養関連品等の実験消耗品に使用予定である。学会渡航費、学会渡航費、学会渡航費主に、実験消耗品代、情報収集のための学会参加費に使用予定である。
高脂肪食に対する嗜好性に関わる脳内メカニズム解明と肥満症・二型糖尿病への医学応用

本年度の研究により、玄米に特有に高濃度に含まれるγ-オリザノールが肥満・糖尿病を改善する作用機序について、以下の新しい知見を得た。1.マウスにγ-オリザノールを経口投与し、各組織中に含まれるγ-オリザノール量を高速液体クロマトグラフィーにより評価したところ、脳に非常に多くのγ-オリザノールが分解されない完全体として検出された。脳に次いで、内臓脂肪組織、皮下脂肪組織、膵臓など脂質含量の多い組織にも一定量の分布を認めた。2. γ-オリザノールのターゲットとなる受容体候補をβアレスチンの結合やセカンドメッセンジャー量の定量を指標としたスクリーニング・アッセイにより探索した。その結果、メタボリックシンドロームにおいて重要な病態である脂肪組織での炎症に関連する受容体chemokine (C-X-C motif) receptor 4 (CXCR4)に対して阻害効果を発揮することが明らかとなった。3. γ-オリザノールがエピゲノム制御に関わる可能性が明らかとなった。γ-オリザノールは脳や脂肪組織、膵臓などの代謝調節において重要な役割を果たす臓器へ選択的に作用していることが実証され、成果の一部を米国内分泌学会誌に報告した(Kozuka C et al. Endocrinology 156:1242-1250, 2015)。メタボリックシンドロームの基盤病態である炎症を改善する可能性や、エピゲノム修飾を介して生活習慣病を防ぐ体質改善効果を有する可能性を示しており、今後さらに検討を進めていきたいと考えている。26年度が最終年度であるため、記入しない。玄米が有する糖尿病予防効果が注目されてきたが、詳細な分子メカニズムは明らかでなかった。私達はこれまでに、米ぬかに含まれる有効成分_Y-オリザノール(Orz)が高脂肪食(HFD)に対する嗜好性を低下させることにより、抗糖尿病効果を発揮することを明らかにしてきた。本年度はマウス及び培養細胞を用いて、Orzが糖代謝を改善する分子メカニズムを検討し、以下の新しい知見を得た。1 Orzは膵島に直接作用し、cAMP/PKA経路を介してグルコース応答性インスリン分泌(GSIS)を促進するC57BL/6Jマウスを用いた糖負荷試験において、Orz単回投与が膵臓に直接的に作用して糖負荷後のインスリン分泌を促進させ、血糖値の上昇を顕著に抑制することを見出した。膵β細胞株MlN6細胞、単離膵島を用いた検討により、OrzがcAMP/PKA経路を介してGSISを促進することが初めて明らかになった。2 Orzは膵β細胞において小胞体(ER)ストレスを制しアポトーシスを制するMIN6細胞にERストレス惹起剤であるツニカマイシンとOrzを共添加したところ、ERストレス誘導性アポトーシスが有意に抑制された。また、ERストレスの亢進に伴って低下していたGSISもOrzの共添加により有意に改善した。マウス単離膵島においてもHFD給餌により亢進したERストレス及びアポトーシス関連遺伝子群の発現がOrz投与により明らかに抑制された。3 Orzは膵α細胞からのグルカゴン分泌を抑制するHFDの給餌により上昇していたマウスの血中グルカゴン濃度はOrz投与により有意に低下した。野生型マウス由来単離膵島に対するOrz添加においてもグルカゴン分泌が抑制された。本研究により、Orzが膵臓に対する直接作用と食行動を改善させる2つの独立した作用よって糖尿病の予防・治療に寄与する天然食品由来成分であることが初めて明らかとなった。_Y-オリザノールが糖代謝を改善する分子メカニズムについては、膵島における直接的な作用を明らかにし、英文論文にまとめ、現在投稿中である。

高脂肪食の摂取による視床下部における小胞体ストレス亢進が脳内報酬系に及ぼす影響に関しては、解析系を確立している。_Y-オリザノールをナノ粒子化することによる効力の違いについて、肥満・糖尿病モデル動物を用いて検討を進める。また、高脂肪食摂取による視床下部の小胞体ストレス亢進が脳内報酬系に及ぼす影響を検討するため、報酬系を構成する部位のうち、依存に関わることが報告されている腹側被蓋野、線条体、側坐核の採取と遺伝子レベル、タンパク質レベルでの解析系を確立している。この解析系を活用して、高脂肪食や_Y-オリザノール摂取時、視床下部における小胞体ストレス状態が変化した時の脳内報酬系の機能的変化とその分子メカニズムを解析する。
ヒトピルビン酸脱水素酵素遺伝子の構造,発現調節及び病態

ヒトピルビン酸脱水素酵素(PDH)は、ピルビン酸の異化分解に与るピルビン酸脱水素酵素複合体の成分酵素の一つで、その初段階の酸化的脱炭酸反応を触媒する代表的なチアミン酵素で、α及びβサブユニット(鎖)から成りα_2β_2の四量体である。慢性酸血症を呈する代謝異常症の病因の一つに本酵素欠損症があげられているので、本酵素遺伝子の構造を明らかにし、欠損症の本体の解明を意図した。ヒトPDHα,β鎖cDNAをプロ-ブとして、白血球ゲノムライブラリ-からPDHα,β鎖遺伝子をクロ-ニングし、特性を調べた。1.ヒトPDHα鎖遺伝子ー全長17kbに及ぶ2個のクロ-ンを得、全塩基配列を決定した。本遺伝子は11のエクソンから成り、イントロン/エクソン境界は全てGT/AG則に従ってした。転写開始点は翻訳開始コドンより124bp上流のチミンと推定した。5'上流域にはCAATbox,TATA様box,2つのSpI結合領域が認められた。2.ヒトDPHβ鎖遺伝子ー18kbの1個のクロ-ンを単離し、その全塩基配列を決定した。本遺伝子は10のエクソンからなり、イントロン/エクソン境界は全てGT/AG則に従っており、転写開始点は翻訳開始コドンより129bp上流のアデニンと推定した。プロモ-タ-領域にCAATboxのみを認め、TATAbox及びSpI結合領域は認められなかった。Coding領域は3'側の9kbに存在していたが、α遺伝子との接合部は見出せなかった。3.制限酵素消化パタ-ンーPDHα及びβ鎖遺伝子の制限酵素消化パタ-ンに多型性は認められたが、本酵素欠損症患者DNAに特有なパタ-ンは認められず、本法をPDH欠損症の診断に応用することはできなかった。4.PDH欠損症患者遺伝子ーPDHα,β鎖遺伝子の各エクソン領域を患者遺伝子をテンプレ-トとし、PCR法で増幅し塩基配列を調べ、変異部位を解析中である。ピルビン酸脱水素酵素(PDH)は、解糖系とクエン酸回路の継手中間体であるピルビン酸の異化分解に与るピルビン酸脱水素酵素複合体の成分酵素の一つで、その初段階の酸化的脱炭酸反応を触媒する代表的なチアミン酵素で、α及びβサブユニット(鎖)からなり、α_2β_2の四量体である。慢性酸血症を呈する代謝異常症の病因の一つに本酵素欠損症が挙げられているので、本酵素遺伝子の構造を明らかにし、欠損症の本態の解明を意図した。最近、クロ-ニング・塩基配列決定を行ったヒトPDHα、β鎖cDNAをプロ-ブとして、ヒト白血球ゲノムライブラリ-からPDHα、β鎖遺伝子をクロ-ニングした。(1)ヒトPDHα鎖遺伝子-全長17kbに及ぶ2個のクロ-ンを得、全塩基配列を決定した。本遺伝子は、11のエクソンから成り、イントロン/エクソン境界は全てGT/AG則に従っていた。我我の包皮線維芽細胞ライブラリ-由来cDNAは、他のグル-プの胎児肝、ヘパト-マ、肝由来cDNAに比べ93bpが欠失していたが、この93bpは本遺伝子のエクソン6として存在していることが明白となり、我我のcDNAは、何らかのスプライシングの異常が起り、この93bpが欠失したものと推定した。転写開始点はプライマ

-伸長法により、翻訳開始点より124bp上流のチミンと推定した。プロモ-タ-領域にはCAAT box、TATA様box、2つのSp1結合領域が認められた。(2)ヒトPDH遺伝子-18kbの1個のクロ-ンを単離し、その全塩基配列を決定した。本遺伝子は10のエクソンからなり、イントロン/エクソン境界は全てGT/AG則に従っており、転写開始点は翻訳開始点より132bp上流のアデニンと推定した。(3)制限酵素消化パタ-ン-本酵素欠損症患者ゲノムDNAの制限酵素消化パタ-ンに正常者との差は認められなかった。ヒトピルビン酸脱水素酵素(PDH)は、ピルビン酸の異化分解に与るピルビン酸脱水素酵素複合体の成分酵素の一つで、その初段階の酸化的脱炭酸反応を触媒する代表的なチアミン酵素で、α及びβサブユニット(鎖)から成りα_2β_2の四量体である。慢性酸血症を呈する代謝異常症の病因の一つに本酵素欠損症があげられているので、本酵素遺伝子の構造を明らかにし、欠損症の本体の解明を意図した。ヒトPDHα,β鎖cDNAをプロ-ブとして、白血球ゲノムライブラリ-からPDHα,β鎖遺伝子をクロ-ニングし、特性を調べた。1.ヒトPDHα鎖遺伝子ー全長17kbに及ぶ2個のクロ-ンを得、全塩基配列を決定した。本遺伝子は11のエクソンから成り、イントロン/エクソン境界は全てGT/AG則に従っていた。転写開始点は翻訳開始コドンより124bp上流のチミンと推定した。5'上流域にはCAATbox,TATA様box,2つのSpI結合領域が認められた。2.ヒトDPHβ鎖遺伝子ー18kbの1個のクロ-ンを単離し、その全塩基配列を決定した。本遺伝子は10のエクソンからなり、イントロン/エクソン境界は全てGT/AG則に従っており、転写開始点は翻訳開始コドンより129bp上流のアデニンと推定した。プロモ-タ-領域にCAATboxのみを認め、TATAbox及びSpI結合領域は認められなかった。Coding領域は3'側の9kbに存在していたが、α遺伝子との接合部は見出せなかった。3.制限酵素消化パタ-ンーPDHα及びβ鎖遺伝子の制限酵素消化パタ-ンに多型性は認められたが、本酵素欠損症患者DNAに特有なパタ-ンは認められず、本法をPDH欠損症の診断に応用することはできなかった。4.PDH欠損症患者遺伝子ーPDHα,β鎖遺伝子の各エクソン領域を患者遺伝子をテンプレ-トとし、PCR法で増幅し塩基配列を調べ、変異部位を解析中である。
日本人英語学習者を対象としたＬ２　Ｓｅｌｆ　Ｓｙｓｔｅｍのモデル構築と拡張

今年度は前年度で得た結果をもとに提案された拡張版L2MSSの枠組みを用いて、学習者の情意面へのSAの影響について検証を試みた。本研究では、英検準1級用のCan-do Listを用いて、英語力の変化についても調べることとした。質問紙とCan-do ListはSA前とSA後に2回にわたり実施された。分析は、多母集団共分散構造分析(multi-group SEM)を用いておこなった。結果として、SA後は(a) L2不安が有意に低下し、(b) L2動機づけと英語能力の間により強い関係性が見いだされ、(c)義務L2自己のL2不安への影響も有意に低下し、(d)理想L2自己、自己効力感、L2学習態度(L2 learning attitude)に加えて義務L2自己までが、L2学習動機を有意に支える構図が明らかとなった。申請者は、この(d)に関してさらに考察を行い、「動機づけの堅牢性」(robustness of L2 motivation)という概念を提唱し、SAにより、動機を支える1つひとつの情意要因の影響がより強化されるだけではなく、動機を支える情意要因の数までが増えていき、その結果、L2学習へのより強い動機づけが得られるのではないか、と主張している。前述した研究によって、確かに動機づけを支える要素間の関係性の変化については記述できたが、この変化が、「どのようにして」、そして「なぜ」生じるのかという問題までは踏み込めないままであった。そこで、第6章では、質的研究手法を用いて、この問題に取り組むことにした。分析の焦点を前述の研究で(L2動機づけへの)影響の顕著な変化が認められた(1)義務L2自己、(2)自己効力感、そして(3)L2不安に絞り、変化のプロセスを記述する事例(エピソード)を抽出し、解釈を行った。結果として、(a)SAを経て、義務L2自己がどのように理想L2自己に近い形に変化し、L2動機を支えるに至ったのか、(b)自己効力感の内容がどのように変化し、そのため、L2動機づけへの影響力がSA後に増したのか、そして(c)SA後に、どのようにL2不安が軽減し、動機づけへの負の影響が弱まったのか、という3つの個別プロセスの詳細が提示された。(抄録なし)L2動機づけ・L2不安に関する研究の歴史は長く、数多くの研究がなされており、研究の蓄積がある。しかし、それぞれの研究が相互に関係性を持たずに行われており、単独では複雑な学習者情意を説明するのは困難となっている。今後、学習者情意をよりよく理解し、学習行動と結びつけていくためには、L2動機づけとL2不安を同じ枠組みで統合的に説明できるようなモデルを提案することが喫緊の課題である。それら複数の情意的要因を統合できる理論として、申請者が位置づけているのは、Domyei(2005)が提唱するL2 Motivational Self Systemというモデルである。このモデルは元来L2動機づけを説明しようと提唱されたものではあるが、このモデルを用いることによってL2動機づけやL2不安など学習者情意を統合的に説明できる可能性があると考える。そこで本研究の目的を、日本人英語学習者を対象とし、実証的なデータに基づきL2 Motivational Self SystemをL2動機づけだけでなくL2不安を含め学習者情意を統合的に説明できるようモデルを構築することとした。平成24年度は、日本人海外留学予定者を対象とし彼らの留学前後のモデルの変化について量的分析方法を用いて調査した。具体的には質問紙を用いて、共分散構造分析(多母集団分析)を用いて調査した。留学の前後のモデルの構成要素を比較することによって、L2学習環境(L2 Leaming Fnvironment)がL2 Motivational Self Systemに与える影響を解明することが可能となった。この結果によって多様化する日本人英語学習者の学習スタイルにも対応できるモデルとなり、より教育的示唆に富むモデル構築が実現できた。

分析の焦点を前述の研究で(L2動機づけへの)影響の顕著な変化が認められた(1)義務L2自己、(2)自己効力感、そして(3)L2不安に絞り、変化のプロセスを記述する事例(エピソード)を抽出し、解釈を行った。結果として、(a)SAを経て、義務L2自己がどのように理想L2自己に近い形に変化し、L2動機を支えるに至ったのか、(b)自己効力感の内容がどのように変化し、そのため、L2動機づけへの影響力がSA後に増したのか、そして(c)SA後に、どのようにL2不安が軽減し、動機づけへの負の影響が弱まったのか、という3つの個別プロセスの詳細が提示された。予定通りデータ収集、データ分析をすすめ、その結果を国内外の学会発表で成果を発表している。また研究論文が国際誌に2本掲載されるなど、外部からの評価も高い。最後の研究のデータ収集・分析を完了させ、あとは結果をまとめ、各研究との関連性を明らかにし、本研究の総括をする。(抄録なし)
逐次近似画像再構成法を用いた低線量CTにおける冠動脈石灰化スコアの確立

従来の320列CTの2倍の分解能を有し、より小さな病変をより詳細に描出することができる高分解能CT装置が新規に導入された。さらに、今年度は機械学習を用いた画質改善ソフトが臨床で使用可能となった。これは分解能の劣化をきたすことなく画像ノイズを大きく低減できる新たな手法である。従来の320列CT装置での値と比較するためにも冠動脈カルシウムファントムを再度、高分解能CTで撮影することとした。昨年度と同様、2%ゼラチンで満たされた冠動脈血管ファントム内に、石灰化モジュール(CT値200HU、400HU、600HUの3種)をそれぞれ1.0、3.0、5.0mm3の体積で作成し、人体ファントム(300×200mm径)内に設置し、管電流250mA、管電圧120kVで撮影を行った。画像再構成はfiltered backprojection (FBP)、逐次近似応用再構成法(HIR)、モデルベース逐次近似応用再構成法(MBIR)、deep learning based reconstruction(DLR)で行い、それぞれで画像ノイズと石灰化の容積を計測した。その結果、画像ノイズはそれぞれ34.4HU、15.1HU、25.2HU、12.3HUで、DLRが最もノイズ低減効果が高かった。体積測定に関しては、いずれの濃度、体積のモジュールにおいてもMBIRが最も真値に近い値となった(3.0mm3および5.0mm3モジュールの誤差は2%未満)。DLRはノイズ低減効果が高かったが、石灰化モジュールの測定においては他の再構成法と比べて最も低値を示した。今回の検討では、超高精細CTを用いても、MBIRが最も正確な値を計測できる結果となった。なお、従来の320列CTでは1.0 mm3モジュールの計測は不正確であったが、超高精細CTでは誤差が1064%で、許容範囲と考えられた。新規に高分解能CT装置が導入されたため、従来の320列CT装置での値と比較するためにも再度、冠動脈カルシウムファントムを撮影した。また、機械学習を用いた画質改善ソフトが導入されたため、石灰化の定量評価に関し従来の逐次近似再構成法との比較検討を行った。現在までの研究結果を英文論文にて発表する。また現在、臨床で使用している石灰化スコアの算出法は簡易的な計算法であり、今回の結果とは傾向が大きく異なる。31年度は、ファントムおよび実際臨床で撮影された画像データを用い、石灰化スコアと我々が用いた計算法の相関関係を検討する。今年度は石灰化ファントムを用いた基礎的検討を行った。石灰化ファントムにはCT値の異なる2種(polychloroprene:420HU、silicone rubber:240HU)を用い、それぞれ1-, 2-, 3-, 5-, 7-, 10mm長に切断して使用した。個々のファントムはゼラチンを用いて放射状に固定し、胸部ファントム内へ設置した。CTスキャナは東芝社製の320列CTを用い、心電図同期を利用したprospective ECG-triggering scanによりファントムを撮影した。CTスキャナの管電圧は120kVpとし、管球電流は20-250mAまで7通りに変化させて撮影を行った。画像はいずれもフィルタ補正逆投影法(filtered back projection: FBP)と逐次近似画像再構成法(full Iterative Reconstruction: full IR)にて再構成を行い、それぞれで石灰化スコアを算出した。今回の検討では、FBPで再構成した250mA(通常線量)での石灰化スコアを基準値とし、比較検討を行った。結果は、1full IRより算出した石灰化スコアの合計は、管球電流を低減させてもほとんど変化を認めず、FBPでの基準値とほぼ同等の値を示した。2高吸収値ファントム、低吸収値ファントムともに20mAまで線量を低減すると、2mm以下のファントムは画像ノイズにうもれ、形状を正確に同定することが困難となった。340mAまで線量を低減した場合、高吸収値、低吸収値ファントムともに、いずれの大きさにおいても基準値とほぼ同等の石灰化スコアを呈した。今回の検討からは、full IRを用いることで従来の250mAから40mAまで約84%の被ばく低減が可能と考えられた。今回、石灰化ファントムとしてCT値の異なる2種の材質(polychloroprene:420HU、silicone rubber:240HU)を用いたが、それ以上の吸収値(600HUもしくは800HU)の材質を手に入れることが困難であった。また本研究の目的のひとつでもある体積スコアの検討が行えていない。3Dプリンター(Agilista 3200、KEYENCE)を使用して、冠動脈カルシウムファントムを作製した。人体を模したファントム本体の直径は300×200mmとし、軟部組織の領域はアクリル材を、骨は石膏を使用した。血管ファントムは2%ゼラチンで満たされたアクリルパイプを用いて作製した。石灰化モジュールをケシ油で希釈したリピオドールで作製し、CT値200HU、400HU、600HUの3種の濃度で作成した。各濃度において1.0、3.0、5.0mm3の体積の石灰化モジュールを作成し、マイクロシリンジを用いてゼラチンに挿入した。