hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タンデムクライゼン転位による超分子錯体の構築と機能開発

その結果、官能基により、特に芳香環を有する置換基を導入することでイオン強度が増大することを見出した。ボロン錯体のイオン認識能についての検討も行い、リチウムイオンの存在により、蛍光強度が著しい影響を受けることがわかり、センサー用物質として有望であることを見出した。さらに、前年度合成した複数のフェノール性水酸基を有する3脚型配位子について、イオン認識能を検討し、アニオンに対して選択的な捕捉能を示すことが明らかとなり、その成果を投稿中である。3脚型配位子については、さらに反応を進め、タンデムクライゼン転位により、多数の水酸基を有する3次元構造体などへの合成展開を行っているところである。我々の開発したタンデムクライゼン転位の前年度までの成果は昨年度インパクトファクターが17を超える英国化学会のChem.Soc.Reviewsにまとめたものが掲載され、その重要性を世界的に認めてもらえるような成果として発表することができた。今年度は一分子中に複数のタンデムクライゼン軽位を行う部位を導入し、カテコール部位を発生させた化合物を合成した。カテコール部位を有する非環状化合物はTi(IV)と選択的に反応し、3:1の超分子錯体を形成することをx線構造解析、核磁気共鳴装置などにより明らかにすることができた。トリポーダンド型の化合物では3つの末端基とTi(IV)との反応により1:1の錯体を形成し、錯体の空孔内にカチオンを取り込むことを見出した。また、長鎖アルキル基を持つ非環状アミドの2次元表面への集合構造をSTMにより観察することで、タンデムクライゼン転位前後の構造に大き変化があることが明らかになり、その集積の状態を制御する手段として本研究での転位反応が利用できることを明うかにすることができた。構造変化の主たる原因は水酸基の発生による分子内水素結合であることを核磁気共鳴装置や赤外分光法などにより明らかにした。大環状化合物のタンデムクライゼン転位生成物についてはボロン錯体のさらなる展開を行い、環の大きさの変化、カチオンの種類及びその濃度などの検討からリチウムイオン添加による蛍光強度の飛躍的な増大がアニオン性ボロン錯体とのイオン対の接近の度合いによるものであろうという結論を得ることができた。これらの結果は、タンデムクライゼン転位により発生する複数の水酸基の特性を利用して高度な機能を有する化合物を構築する手段としてこの方法が極めて有効であるということを示すことができた。
糖尿病のアウトカム研究に適したデータマイニングアルゴリズムの開発

糖尿病のアウトカム研究に適したデータマイニングアルゴリズムの開発を試みた。現在は患者背景因子から患者のアウトカムを予測する統計学手法として重回帰分析やロジスティック回帰分析が主に用いられているが、データマイニング手法のニューラルネットワーク手法や決定木手法を用いるとより優れた予測が行えることが明らかとなった。今後、条件設定や前向き試験による検証が必要である。疾患のアウトカム研究の解析には、主として重回帰分析、ロジスティック回帰分析、Cox比例ハザード分析が用いられている。これらの多変量解析では、患者背景因子(説明変数)とアウトカム(反応変数)が線形関係にあることが前提条件となっているが、糖尿病をはじめとする多くの疾患の背景因子とアウトカムの関係はより複雑である。とくに従来の手法では個々の患者のアウトカムを予知するには限界があり、データマイニング手法の方が優れている可能性が高い。また、電子カルテに蓄積された膨大なデータから有用な医療情報を導き出す上でもデータマイニング手法が有力である。そこで、本研究では、糖尿病をモデル疾患とし、個々の患者のアウトカムを最適に予知することを目指したデータマイニングアルゴリズムを開発することを目的とする。本年度は第一段階として、下記に示す新たな課題を検討した。・75gOGTTおよび食事負荷試験の詳細な解析(分担研究者:菅野宙子、研究協力者:高井孝典)・入院患者の6ヶ月後の血糖コントロールや5年後の合併症の予知(研究代表者:佐倉宏、研究協力者:落合華奈)また、データマイニング手法を行う基盤となるデータマートのさらなる充実をはかった。現時点で収集した医療情報は1,000万件を超えているが、さらに、退院サマリー、初診時問診・身体所見、再診時身体所見などテンプレートを用いて電子カルテに記載された医療情報を抽出し、データマート化した。(研究代表者:佐倉宏、研究協力者:飛田杏子、落合華奈)糖尿病をモデル疾患として、アウトカム研究の多変量解析を従来用いられてきた重回帰分析、ロジスティック回帰分析に比べてデータマイニング手法が有用であること示し、さらにアウトカムを最適に予知することを目指したデータマイニングアルゴリズムの開発を目的として研究を行っている。これは、従来の多変量解析手法は説明因子とアウトカムが線形関係にあることが前提条件になっていることが多いが、データマイニング手法は前提条件が少なくより柔軟性に富んだ解析手法と考えられるためである。データ解析には、平成12年から構築を開始し、約1,200万件の医療情報を集積した東京女子医科大学糖尿病センターに通院歴のある約8万人の糖尿病患者データマートを用いた。重回帰分析およびロジスティック回帰分析については、平成23年度は平成22年度に引き続き、75gOGTTおよび食事負荷試験の詳細な解析を行った(研究分担者:菅野宙子、研究協力者:高井孝典)。さらに、新規の経口糖尿病薬シタグリプチンの改善群と非改善群の比較(研究協力者:飛田杏子)、入院患者の5年後の合併症の予測因子の検討(研究協力者:落合華奈)を行い、論文および学会にて成果を発表した。データマイニング手法にはさまざまな手法が開発されているが、パイロット解析により、重回帰分析に比べてニューラルネットワーク手法が優れていること、およびロジスティック回帰分析に比べて決定木手法が優れていることを明らかにした(研究代表者:佐倉宏)。データマイニングの前提となるデータマートには2004年3月末時点で約2000万件の糖尿病関連医療情報を収集した。入院患者の5年後の合併症の予測因子の検討に関しては予後調査がほぼ終了し、データマイニング手法を用いた解析を行った後に、1年以内に論文が投稿できると思われる(研究協力者が休職したため、当初の計画より遅れた)。また、以前に論文発表(Sakura H, et al. Diabetes Res Clin Pract 88: 65-70, 2010)した季節変動コホート2,511名についても予後調査を行いほぼ終了しているので、データマイニング解析を行った後に論文化する予定である。現在までに得られた結果からは、データマイニング手法を用いると、従来の多変量解析(ロジスティック回帰分析、重回帰分析)に比べて、患者予後に関する予測が向上することが示された。これは、患者背景因子と予後の間には線形関係などの単純な関係を超えた複雑な関係が存在するので、従来の解析方法では限界があるためだと考えられる。ただし、データマイニング手法は方法論がまだ確立されていないので、臨床疫学の重要な手法をして位置付けられるためには、今後きちんとした体系構築が必要である。平成23年度の研究実地計画書の内容については予定通り研究が進行しており、そのうち一部についてはすでに、論文および学会にて成果を発表した。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は、平成22年度、23年度の成果を土台にして、最適なデータマイニングアルゴリズムの開発を行う予定である。
風景としての音環境のマネジメント手法に関する研究

本研究は良好な地域音環境を保全するためのマネジメント手法について考察しようとするものである。この目的のために,京都市の伝統的織物産業地域等を事例地域として,地域住民が音環境について述べる言説の分析と,音環境をめぐる住民・行政・事業者等の動向の歴史的推移の把握をおこなった。その結果,音環境の経験には地域の社会的背景が大きく影響していることが知られ,地域音環境管理に地域の文化的・社会的背景を反映させる必要があることが示唆された。本研究は,音環境を「風景」と捉え,音環境の経験の歴史性・地域性に注目して,良好な音環境を保全するためのマネジメント手法について考察しようとするものである。具体的には,事例調査結果に基づき,地域住民が音環境について述べる言説を分析することで,音環境の経験の地域性の表れ方について検討をおこなう。平成18年度は,京都市の伝統的織物産業地域における既往の調査結果を用い,産業音に対する地域住民の感性や社会規範について考察を進めた。この地域では,産業音は騒音であるとともに地域を象徴する存在となっている。このような音環境の物理的・社会的経験を通して,地域住民の問には,産業音のある音環境を受容する社会規範が形成されている。これらのことを,環境社会学におけるコモンズ論と関連づけ,音環境の共有のありようと正当性の形成過程について分析した。また,山梨県南巨摩郡内を事例地として,中山間地における音環境意識に関する調査を開始した。平成18年度は,次年度以降の調査の準備として予備的な聞き取り調査と調査に協力していただく地元NPOとの協議をおこない,今後の調査方法について検討した。また,中山間地における音環境に関する先行研究や関連文献から,中山間地の音環境の地域特性について検討した。このほかに,音環境の住民間での共有のあり方,音環境の公共性・正当性について,理論的な考察をおこなうために,ランドスケープ研究環境社会学等の関連分野の文献の調査を進めた。平成19年度は,平成18年度に引きつづき,京都市の伝統的織物産業地域における既往の調査結果を用い,産業音に対する地域住民の感性や社会規範について考察を進めた。この地域では,産業音は騒音であるとともに地域を象徴する存在となっており,住民を対象とした自由記述質問紙調査結果においては,産業音について否定的な評価がなされる一方で,肯定的評価や受容の記述がみとめられた。受容の理由としては,物理的な理由とともに,社会的な理由が記述された,このことから,地域の社会的背景や住民の相互作用から産業騒音を受容する地域文化が形成されていることが窺われ,地域音環境管理に地域の文化的・社会的背景を反映させる必要があることが示唆された。また,前年度から継続して,上記の京都市の事例地と山梨県南巨摩郡内を事例地とした調査を実施した。事例地における聞き取り調査のほか,地域特性に関する情報収集と整理をおこなった。このほかに,音環境マネジメントに関する理論的な考察をおこなうために,ランドスケープ研究,環境社会学等の関連分野の文献の調査を進めた。平成20年度は,前年度に引きつづき京都市の伝統的織物産業地域の音環境を事例とした検討を進めた。地域内の音環境調査を実施し,過去の音環境の記録と比較することによって,地域の音環境の変遷について検討した。また,前年度までに実施した自由記述式質問紙調査および聞き取り調査の結果を分析し,地域住民が産業音およびその他の音環境について有している感性や社会規範について考察した。さらに,行政や業界団体が産業音に関してこれまでどのような対応を取ってきたのか,関係者へのヒアリングをおこなった。その結果,本事例地域では,(1)地区内での製織が盛んに行われていた時期には,その物理的・社会的状況を背景にして産業音を受容すべきとする社会規範が形成されていた,(2)そうした中においても産業音に関する苦情や問題が生じており,行政や業界団体が一定の対応を試みたが,その効果は限定的であった,(3)製織が減少する中で社会規範も変容し,製織業者は自主的な対応を迫られている,等の知見を得た。これらの知見から,地域の音環境のありようにおいては,音の物理的特性とともに,その音が聞かれる社会的文脈が重要な要因となっているということができ,地域音環境のマネジメントは音環境に関する社会的文脈のマネジメントという側面を持つ必要があることが示唆された。
新しい概念「テロメアノット」形成に基づいたテロメラーゼ阻害剤の開発

本年度は、(1)ナフチリジンダイマーによるin vitro抗がん活性評価。(2)ナフチリジンテトラマーの構造最適化。(3)新規ナフチリジンテトラマーの分子設計と合成に重点をおき研究を進めた。グアニン-グアニンミスマッチに強く結合する合成低分子「ナフチリジンダイマー」がヒトテロメア配列5'-TTAGG-3'に強く結合するという発見に基づいて、ナフチリジンダイマーならびにその2量体によるテロメラーゼ伸長阻害を検討してきた。ナフチリジンダイマーは、ヒト培養がん細胞パネルによるスクリーニングにより、有効濃度が十分に低く(G150,-5.32)、Differential growth inhibitionがやや弱いながら認められた。既存の抗癌剤との作用機序の類似性はCompare Marginalであった。ナフチリジンダイマーに関しては現在Xenograftによるin vivo抗腫瘍効果の検定を依頼している。ナフチリジンダイマーの2量体となる「ナフチリジンテトラマー」は、テロメア配列に2:1の結合比で複合体を形成し、TRAPアッセイからテロメラーゼによるテロメア伸長反応をダイマーより低濃度で阻害する。ナフチリジンダイマーの抗がん活性評価からナフチリジンテトラマーの抗がん活性評価のため、低い水溶性の改善を試みた。リンカー部位をアルキル基からアミノ基を有する構造に代えたところ、水溶性は向上したが、テロメア配列への結合能は低下した。現在リンカー構造の最適化による結合能のさらなる増強と水溶性の向上を検討している。
武器と性形質進化における発生の拘束と可塑性

私は,武器をもつ昆虫をモデルとして,様々な体モジュールが,全体として機能的なパフォーマンスを持つよう統合的に発生する仕組みに興味を持っている.シカやカブトムシの角など,性選択形質の大きな特徴は,体の一部の巨大化である.これに加え,性的な武器や装飾は,その発生・発達の過程で,体の一部が鋭敏に栄養状態に応答するように作られていることも大きな特徴である.性的形質が"個体の質を正しく反映する"という上で栄養応答性の高さは重要であり,種を超えた共通の性選択形質の特徴となっている.今年度は,オスが大アゴを武器として用いるオオツノコクヌストモドキ(Gnatocerus cornutus,以下オオツノ)という甲虫を用いて,栄養応答性の主要なメカニズムのひとつと目されているインスリン経路に注目した研究を主に進めた.昆虫ではインスリンや受容体をコードする遺伝子は多様化しており,種によって数は異なるが,ほとんどの昆虫は複数のリガンドや受容体を持つ.本講演ではオオツノが持つインスリン経路の主要な遺伝子について,コピー数や配列を整理し,それらの発現解析やRNAiによる機能解析により武器サイズを決める因子を特定し,特定のペプチドが武器サイズの栄養応答を特異的に担っていることが明らかになった.インスリン経路は動物では広く保存されている,という見方が一般的だが,経路を構成する個々の遺伝子は多様化が進んでおり,その多様化が性的形質の獲得や多様化を促進したことがわかってきた.また,オオツノの発生遺伝モデル化に向けて,ゲノムシーケンスを開始し,サーベイシーケンスを完了し,Chromiumシステムによるゲノム配列決定が進められている.栄養応答性の主要なメカニズムのひとつと目されているインスリン経路に注目した研究で,遺伝子の発現と機能解析の両面からの解析が完了し,特定の遺伝子に帰着することができたため論文化を進めている.また,オオツノの発生遺伝モデル化に向けて,ゲノムシーケンスを開始し,サーベイシーケンスを完了し,Chromiumシステムによるゲノム配列決定が進められている.武器と他の体モジュールのあいだに発生的リンクをもたらすメカニズム解明にむけて,生態発生学的解析(RNAiなどの実験的手法とトランスクリプトームによる,発生関連遺伝子の網羅的発現解析,形態計測学による変異性の評価)を行う.具体的には,栄養条件やオス・メス間,モジュール間で異なる形態発生をもたらす遺伝子を明らかにするため,飼育環境や性別の異なる個体の間で,発生過程で発現する遺伝子を網羅的に比較する解析(RNAseq)を行う.また,具体的に絞込みができてきた因子,とくに栄養依存的な発生・発達を制御するインスリン経路遺伝子については,部位や発生ステージを広く対象とした精緻な発生・生理学解析をRNAi,リアルタイム定量PCRなどを用いてすすめる.また,ゲノム配列解析を進め,リシーケンスなどによる系統間・種間比較を進めたい.私は,武器をもつ昆虫をモデルとして,様々な体モジュールが,全体として機能的なパフォーマンスを持つよう統合的に発生する仕組みに興味を持っている.シカやカブトムシの角など,性選択形質の大きな特徴は,体の一部の巨大化である.これに加え,性的な武器や装飾は,その発生・発達の過程で,体の一部が鋭敏に栄養状態に応答するように作られていることも大きな特徴である.性的形質が"個体の質を正しく反映する"という上で栄養応答性の高さは重要であり,種を超えた共通の性選択形質の特徴となっている.今年度は,オスが大アゴを武器として用いるオオツノコクヌストモドキ(Gnatocerus cornutus,以下オオツノ)という甲虫を用いて,栄養応答性の主要なメカニズムのひとつと目されているインスリン経路に注目した研究を主に進めた.昆虫ではインスリンや受容体をコードする遺伝子は多様化しており,種によって数は異なるが,ほとんどの昆虫は複数のリガンドや受容体を持つ.本講演ではオオツノが持つインスリン経路の主要な遺伝子について,コピー数や配列を整理し,それらの発現解析やRNAiによる機能解析により武器サイズを決める因子を特定し,特定のペプチドが武器サイズの栄養応答を特異的に担っていることが明らかになった.インスリン経路は動物では広く保存されている,という見方が一般的だが,経路を構成する個々の遺伝子は多様化が進んでおり,その多様化が性的形質の獲得や多様化を促進したことがわかってきた.また,オオツノの発生遺伝モデル化に向けて,ゲノムシーケンスを開始し,サーベイシーケンスを完了し,Chromiumシステムによるゲノム配列決定が進められている.栄養応答性の主要なメカニズムのひとつと目されているインスリン経路に注目した研究で,遺伝子の発現と機能解析の両面からの解析が完了し,特定の遺伝子に帰着することができたため論文化を進めている.また,オオツノの発生遺伝モデル化に向けて,ゲノムシーケンスを開始し,サーベイシーケンスを完了し,Chromiumシステムによるゲノム配列決定が進められている.武器と他の体モジュールのあいだに発生的リンクをもたらすメカニズム解明にむけて,生態発生学的解析(RNAiなどの実験的手法とトランスクリプトームによる,発生関連遺伝子の網羅的発現解析,形態計測学による変異性の評価)を行う.具体的には,栄養条件やオス・メス間,モジュール間で異なる形態発生をもたらす遺伝子を明らかにするため,飼育環境や性別の異なる個体の間で,発生過程で発現する遺伝子を網羅的に比較する解析(RNAseq)を行う.また,具体的に絞込みができてきた因子,とくに栄養依存的な発生・発達を制御するインスリン経路遺伝子については,部位や発生ステージを広く対象とした精緻な発生・生理学解析をRNAi,リアルタイム定量PCRなどを用いてすすめる.また,ゲノム配列解析を進め,リシーケンスなどによる系統間・種間比較を進めたい.
投影パターンの時空間チャープ変調による高精度三次元計測

スリットレーザ光の代わりにチャープ信号とM系列二値信号で変調された二次元光パターンを対象に投影し、その立体形状を精密に計測する三次元画像計測法を提案し、民生用液晶プロジェクタと画像入力装置、ワークステーションからなるプロトタイプ計測システムを試作し、実験のより動作を実証した。スリットレーザ光を用いる従来法と比較して、誤差の標準偏差を指標にして数倍程度の高精度化が確認できた。このテレビカメラから得られる輝度の時系列信号に対する周波数同定を中心とする信号処理を、フーリエ変換法と自己相関法とを試し、自己相関法の方が精度の面で良好であることを明らかにした。さらに、この変調パターン光源を同時に複数投影して、オクルージョンを削減することに成功した。これは各種信号の混合信号をマッチドフォルタを用いて特定の信号のみを抽出する手法を、この光投影に基づく三次元画像計測に適用した。1割以上元信号が混入していれば、ほとんど位置計測精度を損なうことなく、三次元画像計測が行えることを確認した。これにより、計測時間を増すことなく、オクルージョンを削減できる新規な方法論を確立した。また、この変調パターン投影法のバリエーションとして、当間隔格子パターンの光を平行に移動しつつ投影し、観測された輝度信号の周期を基準に三次元画像計測が行える原理を提案した。これは上記の同時投影を有限の複数個から無限個までに拡張したものであり、実験によりオクルージョン削減が極めて良好に行える可能性を示した。
超高圧下その場小角エックス線散乱法による地球深部物質のナノ不均質構造の解析

高圧下その場小角X線散乱実験のための技術開発を行い、0.12.0nm-1程度のQ領域の測定をダイヤモンドアンビル超高圧発生装置内の微小試料に対して行うことを可能にした。各種の非晶質SiO2に対して測定を実施し、シリカガラスとフュームドシリカに対する50GPa領域までの測定では、粒内と粒界の密度差が最高圧力においても完全には無くならないという、また、メソポーラスシリカに対する20GPa領域までの測定では、高圧下で空孔サイズが大きくなるという、予想外の興味深い結果を得た。2年計画の最終年度にあたる平成24年度は、前年度までに立ち上げた高圧下その場小角X線散乱測定のための装置を用いて、各種の非晶質SiO2に対して高圧下における測定を実施した。シリカガラスとフュームドシリカに対する測定を50万気圧領域まで実施したところ、どちらの試料にも最高圧力まで小角領域に有意な散乱が観察された。これは、粒内と粒界の密度差が50万気圧領域においても完全には無くならないことを示唆しており、大変興味深い。また、メソポーラスシリカに対する測定を20GPa領域まで実施したところ、アルコール圧力媒体中で加圧した場合に、高圧下で空孔サイズが大きくなることを示す結果を得た。高圧下では空孔サイズは小さくなるのが一般的であり、それと全く相反する結果が得られた。圧力媒体が空孔内に侵入して試料と化学的反応を起こした可能性が推察される。これまで、ゼオライトなどの多孔性の結晶では、X線回折法によって、同様の現象が結晶格子の膨張として観察されることが報告されてきた。しかし、高圧下で非晶質化した場合など、空間スケールの大きな空孔に関する情報をX線回折法で得ることは容易ではない。本研究で開発した高圧下その場小角X線散乱法の測定は、今後、多孔性の物質の高圧下での振る舞いの解明などに大いに活用されるものと期待される。なお、全ての測定は、高エネルギー加速器研究機構・放射光科学研究施設のBL-18Cステーションにおいて、放射光共同利用実験として実施された。現在、研究成果を論文にまとめるための準備を進めている。2年計画の初年度にあたる平成23年度は、高圧下その場小角X線散乱測定のための技術開発に取り組んだ。試作した装置の試験は、高エネルギー加速器研究機構・放射光科学研究施設のBL-18Cステーションにおいて、放射光共同利用実験として実施された。BL-18Cは、ダイヤモンドアンビル装置を用いた高圧下その場X線回折測定のためのステーションであり、小角X線散乱測定を行うために、(1)カメラ長を伸ばす、(2)ダブルコリメータ方式によりコリメータからの寄生散乱の影響を低減させる、(3)試料と検出器の間をヘリウム置換することで空気散乱の影響を低減させる、(4)中心に小径の穴のあいたイメージングプレートを検出器として用いることでダイレクトビームの影響を低減させる、などを実施した。これらにより、10keVのX線により、0.12.0nm-1のQ領域の散乱X線の測定が、ダイヤモンドアンビル装置中のφ100μm程度の試料に対して、15分程度の露光時間で可能になっている。これまでに、グラッシーカーボンなど、小角X線散乱実験の標準試料として広く用いられる数種類の物質について試験的な測定を行い、装置としては、計画通りの性能が確認されている。現在、通常のX線回折測定のセッティングから小角X線散乱測定のセッティングへの切り替えに約6時間、その逆に約3時間を要している。これを短時間化するとともに、今後は、実際に高圧下の試料に対する測定を行うことに重点を移す計画である。本研究は、高圧下その場小角X線散乱測定のための技術開発を行い、数nm数百nmのスケールの構造の変化から地球深部物質の相転移に関する新しい知見を得ることを目的としている。2年計画の1年目で、技術開発の基本的な部分は完了しており、ほぼ計画通りに進んでいるといえる。現在、X線回折と小角X線散乱を切り替えて測定を実施している。切り替えに要する時間の短縮、あるいは同時測定が可能なように装置を改良したい。また、本研究は2年計画であり、2年目にあたる平成24年度には、目的として掲げる地球深部物質の相転移に関する研究を進める。研究費の大部分は、X線回折と小角X線散乱の切り替えの短時間化など、装置の改良のために使用する。また、実験データを大量に取得する予定であるので、データの整理や解析のための謝金としても使用する。研究成果の公開(学会発表や論文出版)のための旅費などにも使用する。
1型糖尿病の心理社会的及び経済的側面と糖尿病アウトカムに関する前向きコホート研究

2018年度は1型糖尿病の心理社会的及び経済的側面を考慮し1型糖尿病データベースの作成を引き続き行った。研究デザインは前向きコホート研究である。観察的疫学研究報告の質改善(STROBE)に基づいて研究デザインを作成した。1型糖尿病患者を京都医療センター糖尿病センター外来通院患者からリクルートを行う。選択基準は、1) 1型糖尿病、2)年齢20歳以上、3)本研究への同意が文書で得られた者とする。1型糖尿病は急性発症1型、劇症1型、に分類されるが、診断基準は日本糖尿病学会の急性発症1型糖尿病の診断基準(2012年)、劇症1型糖尿病の診断基準(2012年)、緩徐進行1型糖尿病(SPIDDM)の診断基準(2012年)による。除外基準は、1)2型糖尿病、2)その他、主治医の判断で不適当と考えられる者である。測定項目は、年齢、性別、身長、体重、肥満度、国民健康保険など患者属性、糖尿病罹病期間、糖尿病合併症、血糖コントロール(HbA1c)、血糖変動など糖尿病関連因子、高血圧、脂質異常症、心房細動など併存疾患、精神疾患、認知症やうつ病合併など心理社会的因子、生活保護受給、など経済的因子である。糖尿病合併症の有無の他に、筋量(InBodyによる測定)や骨量(AOS-100による測定)等のフレイル関連因子、骨代謝マーカー、25(OH)Dなど特殊検査も行った。糖尿病アウトカムのひとつである骨折について解析を行った。1型糖尿病女性を閉経前と閉経後に分け、骨代謝マーカーとの関連を年齢と性をマッチさせた非糖尿病群を比較した。骨密度のZスコアは閉経前の1型糖尿病女性群で低く、HbA1cが有意に高くPTH分泌が低下していた。骨代謝マーカーでは骨形成マーカーであるオステオカルシンとBAPには差を認めなかったが、骨吸収マーカーであるTRACP-5b(酒石酸抵抗性酸ホスファターゼ)が非糖尿病群に比べて高かった。研究デザインの作成。外来患者からのリクルートとベースラインデータの解析。2019年度は、2018年度に引き続き、1型糖尿病の心理社会的及び経済的側面を考慮した1型糖尿病データベースの蓄積を行う。研究デザインは、前向きコホート研究である。1型糖尿病患者を京都医療センター糖尿病センター外来通院患者からリクルートを継続する。1型糖尿病は急性発症1型、劇症1型、に分類されるが、診断基準は、日本糖尿病学会の急性発症1型糖尿病の診断基準(2012年)、劇症1型糖尿病の診断基準(2012年)、緩徐進行1型糖尿病(SPIDDM)の診断基準(2012年)による。除外基準は、1) 2型糖尿病、2)その他、主治医の判断で不適当と考えられる者である。測定項目は、年齢、性別、身長、体重、肥満度、国民健康保険など患者属性、糖尿病罹病期間、糖尿病合併症、血糖コントロール(HbA1c)、血糖変動など糖尿病関連因子、高血圧、脂質異常症、心房細動、など併存疾患、精神疾患、認知症やうつ病合併など心理社会的因子、生活保護受給、など経済的因子である。糖尿病合併症の有無の他に、筋量(InBodyによる測定)や骨量(AOS-100による測定)、等のフレイル関連因子、骨代謝マーカー、25(OH)Dなど特殊検査を行う。プライマリ及びセカンダリエンドポイントは、心血管疾患発症、糖尿病神経障害、糖尿病網膜症、糖尿病腎症、血糖コントロール(HbA1c)、死亡率、などである。平成29年度は、1型糖尿病の心理社会的及び経済的側面を考慮した1型糖尿病データベースの作成を行った。観察的疫学研究報告の質改善(STROBE)のための声明に基づいて研究デザインを作成した。

登録された1型糖尿病群(N=62 )と年齢と性をマッチさせた非糖尿病群(N=62)を比較すると、骨密度のZスコアは1型糖尿病群で低く、HbA1cが有意に高く、PTH分泌が低下していた。1型糖尿病では骨折リスクが高いと考えられた。研究デザインの作成。外来患者からのリクルート開始とベースラインデータの解析。2018年度は1型糖尿病の心理社会的及び経済的側面を考慮し1型糖尿病データベースの作成を引き続き行った。研究デザインは前向きコホート研究である。観察的疫学研究報告の質改善(STROBE)に基づいて研究デザインを作成した。1型糖尿病患者を京都医療センター糖尿病センター外来通院患者からリクルートを行う。選択基準は、1) 1型糖尿病、2)年齢20歳以上、3)本研究への同意が文書で得られた者とする。1型糖尿病は急性発症1型、劇症1型、に分類されるが、診断基準は日本糖尿病学会の急性発症1型糖尿病の診断基準(2012年)、劇症1型糖尿病の診断基準(2012年)、緩徐進行1型糖尿病(SPIDDM)の診断基準(2012年)による。除外基準は、1)2型糖尿病、2)その他、主治医の判断で不適当と考えられる者である。測定項目は、年齢、性別、身長、体重、肥満度、国民健康保険など患者属性、糖尿病罹病期間、糖尿病合併症、血糖コントロール(HbA1c)、血糖変動など糖尿病関連因子、高血圧、脂質異常症、心房細動など併存疾患、精神疾患、認知症やうつ病合併など心理社会的因子、生活保護受給、など経済的因子である。糖尿病合併症の有無の他に、筋量(InBodyによる測定)や骨量(AOS-100による測定)等のフレイル関連因子、骨代謝マーカー、25(OH)Dなど特殊検査も行った。糖尿病アウトカムのひとつである骨折について解析を行った。1型糖尿病女性を閉経前と閉経後に分け、骨代謝マーカーとの関連を年齢と性をマッチさせた非糖尿病群を比較した。骨密度のZスコアは閉経前の1型糖尿病女性群で低く、HbA1cが有意に高くPTH分泌が低下していた。骨代謝マーカーでは骨形成マーカーであるオステオカルシンとBAPには差を認めなかったが、骨吸収マーカーであるTRACP-5b(酒石酸抵抗性酸ホスファターゼ)が非糖尿病群に比べて高かった。研究デザインの作成。外来患者からのリクルートとベースラインデータの解析。平成30年度は、平成29年度に引き続き、1型糖尿病の心理社会的及び経済的側面を考慮した1型糖尿病データベースの蓄積を行う。研究デザインは、前向きコホート研究である。1型糖尿病患者を京都医療センター糖尿病センター外来通院患者からリクルートを継続する。1型糖尿病は急性発症1型、劇症1型、に分類されるが、診断基準は、日本糖尿病学会の急性発症1型糖尿病の診断基準(2012年)、劇症1型糖尿病の診断基準(2012年)、緩徐進行1型糖尿病(SPIDDM)の診断基準(2012年)による。除外基準は、1) 2型糖尿病、2)その他、主治医の判断で不適当と考えられる者である。測定項目は、年齢、性別、身長、体重、肥満度、国民健康保険など患者属性、糖尿病罹病期間、糖尿病合併症、血糖コントロール(HbA1c)、血糖変動など糖尿病関連因子、高血圧、脂質異常症、心房細動、など併存疾患、精神疾患、認知症やうつ病合併など心理社会的因子、生活保護受給、など経済的因子である。糖尿病合併症の有無の他に、筋量(InBodyによる測定)や骨量(AOS-100による測定)、等のフレイル関連因子、骨代謝マーカー、25(OH)Dなど特殊検査を行う。
高温圧電センサを指向した高抵抗新規単結晶材料の開発

本研究では耐熱性を有する新しい圧電センサ材料として、高温で1高い化学安定性・2安定な圧電特性・3高い電気抵抗率を有し、4結晶化が容易であるメリライト型結晶Ca2Al2SiO7(CAS)を見いだした。また、CASおよびCASをベースとしたメリライト型結晶の高品質な大型結晶を育成し、高温電気物性を明らかにし、燃焼圧センサを構造設計・評価することで、同結晶を高温圧電センサへ展開できる基盤を確立した。本研究の目的は、メリライト型結晶の高品質バルク結晶を育成し、高温電気物性を測定し、センサを構造設計・試作・評価することで、高温圧電センサへ展開できる新規圧電単結晶を提案することである。本年度はCa2Al2SiO7(CAS)結晶に着目し、同結晶の燃焼圧センサ応用への可能性を探った。この燃焼圧センサは高温かつ高圧に耐える必要がある。本申請研究の開始前にCAS結晶が摂氏700度まで耐えることが分かっていたが、圧力に対する挙動については明らかになっていなかった。そこで、応力に対して特定方向で割れやすい特性(へき開)をもつCAS結晶がどの程度の高圧まで耐えることができるかを調査した。圧縮破壊強度を評価したところ、(XYt)45°の結晶基板については、圧電効果を示す応力印可方向に対して45°方向にあるへき開によってのみ破壊され、圧縮破壊強度は約200MPaであることが分かった。また、(ZXt)45°の結晶基板についてはモードが二つ確認され、低い応力で壊れる場合でも約500MPa程度まで壊れないことが分かった。以上の結果を元に燃焼圧センサの新しい圧電素子の形状を考案した。結果、応力がガソリンエンジンで想定される圧力の5倍以上耐え、かつ従来のセンサの1.5倍以上の出力の得られる素子形状が得られた。以上の結果から、へき開をもつCAS結晶において、圧縮破壊強度を考慮した素子形状を行うことで、他の候補材料に比べ高性能な燃焼圧センサ材料として期待できることがわかった。本年度は高温下で使用できる弾性表面波センサを見据え、この素子を設計するのに必要なCa2Al2SiO7(CAS)結晶の基礎物性を明らかにすることとした。圧電材料の基礎物性として誘電率、圧電定数、弾性定数(以下、材料定数)が必要である。そこで、チョクラルスキー法で育成したCAS結晶を所定の基板方位に切り出して、共振・反共振法により10個の独立な材料定数を求めた。また、-30°Cから120°Cの範囲で温度特性の測定を行った。CAS結晶の圧電d定数はd14とd36の2つで、それらは全てすべりモードであり、それぞれ5.91 pC/Nと0.78 pC/Nとなった。このことから圧電d定数はX(Y)面上の値が大きく、Z面上では低いことがわかった。弾性コンプライアンスも同様の関係が得られ、その温度依存性はX(Y)面上では単調に減少し、Z面上では単調に増加した。これらの結果からCAS結晶の物性にへき開面が大きく影響していることが明らかとなった。次年度はこれらの成果を基に、最大の電気機械結合係数が得られる基板方位をシミュレーションと実測で探索する。本年度はさらによりセンサ応用として要改善点であるへき開について、その特性が生じにくい新規組成の探索を行った。その結果、Caサイトにイオン半径の大きい元素を置換することで圧縮破壊強度が高くなことが分かった。最終年度である本年度は、メリライト型結晶を高温圧力センサへ応用するに当たり唯一の懸念事項であった低い圧縮破壊強度を克服することを目指した。メリライト型結晶の低い破壊強度の原因は、その層状構造に起因するへき開性にある。そこで、我々は圧縮破壊強度の向上を目的に、Ca2Al2SiO7(以下、CAS)結晶の(Al,Si)O4四面体層間に位置するCaサイトに対して、陽イオン元素を置換させた結晶を合成し、元素置換による電気的特性と機械的特性への影響を調べた。CaをSrに置換した結晶(CaSrAl2SiO7、Sr-CAS)をチョクラルスキー法にて育成し、無色透明でクラックがない良質な結晶が得られることが分かった。(XYt)45°基板を用いたインピーダンス周波数特性から求めたSr-CAS結晶の電気機械結合定数はCAS結晶に比べわずかに低く、弾性コンプライアンスは高い(柔らかい)。圧縮破壊強度はSr-CAS結晶で230 MPaを示し、CAS結晶で得られた190 MPaより高くなり、Sr置換によって圧縮破壊強度の向上が見られ、破壊モードも劈開によるものではないことが分かった。また、Sr置換により圧縮歪みが大きくなり、これは電気的特性から求めた弾性コンプライアンスが大きくなることと一致する。CASとSr-CASの結晶構造解析を行い、Sr導入により歪んだCaO6八面体が等方的になって構造緩和し、各層間の共有結合が増強することがわかった。

今後、この構造緩和をメリライト型結晶に積極的に導入し層間結合を強固にすることで、より圧縮破壊強度が高い結晶の創製を実現できる。本研究では耐熱性を有する新しい圧電センサ材料として、高温で1高い化学安定性・2安定な圧電特性・3高い電気抵抗率を有し、4結晶化が容易であるメリライト型結晶Ca2Al2SiO7(CAS)を見いだした。また、CASおよびCASをベースとしたメリライト型結晶の高品質な大型結晶を育成し、高温電気物性を明らかにし、燃焼圧センサを構造設計・評価することで、同結晶を高温圧電センサへ展開できる基盤を確立した。交付申請書に入力した本年度の研究計画は、(1)CASをベースとした新規メリライト型結晶の育成、(2)新規結晶の基礎物性および圧縮破壊強度の評価である。(1)について、前述の「研究業績の概要」にあるように、ドーパントとしてLaを用い、濃度を変えてドープしたCAS結晶を作製し、その融解性を明らかにした。現在、高品質結晶を育成できる段階にある。よって、(1)の達成度としては90%である。(2)について、新規結晶の評価の前段階として、CAS結晶の誘電率、弾性定数、圧電定数の全定数を求めることができた。これにより圧電振動子マイクロバランスの設計が可能となった。ただし、圧縮破壊強度は測定できていない。よって、(2)の達成度は70%である。以上を総合すると、達成度は80%となり、本申請研究はおおむね順調に進展していると判断した。27年度が最終年度であるため、記入しない。無機工業材料研究計画の最終年度である平成27年度には実際に燃焼圧センサと圧電振動子マイクロバランスの設計・試作・評価を行う。メリライト型結晶の見かけの圧電d31定数を利用して、圧力による圧電応答シグナルが効率よく検出されるよう最適化された電極構造を形成させ、センサを試作する。動作試験は応力を印加しながらセンサ出力値を調べることで静圧特性評価を行なう。この静的特性評価システムも自作する。また、高温用の圧電振動子マイクロバランスも試作する。電極材料は耐熱性をもたせるため白金ベースにする。また、鋭敏なシグナルがでるような結晶のカット方位をシミュレーションで探索し、メリライト型結晶の構造を活かしたセンサを作製・評価する。得られた成果は取りまとめ学会発表および論文発表を行う。交付申請書に入力した本年度の研究計画は、(1)高抵抗メリライト型結晶の育成と基礎物性の評価、(2)高温電気物性評価システムの構築である。(1)について、前述の「研究業績の概要」にあるように、CAS結晶が燃焼圧センサ用材料として必要な耐高温・耐圧性を有していることを明らかにし、その特性を踏まえた新しい素子形状を提案した。よって、(1)の達成度としては100%である。(2)について、目標は摂氏1000度まで耐えられる正圧電効果測定装置を開発することであったが、作製した装置は現在のところ摂氏700度まで耐えられることが分かった。以上を総合すると、達成度は85%となり、本申請研究はおおむね順調に進展していると判断した。当初参加予定していた米国ペンシルバニア州立大学で開催の国際強誘電体応用シンポジウムへの参加を取りやめたため、その旅費分ならびに学会参加費分の残額が発生した。
単一磁束量子回路を用いた超伝導量子ビット操作に関する研究

物質の量子状態を情報担体とする量子計算は、超並列計算が可能で、古典計算機では計算不可能な問題を極めて効率的にで解くことができると考えられている。量子計算の実現のためには、物質の量子状態を正確かつ高速に制御、操作し、観測する技術の確立が必要不可欠である。本研究では、高速性、低消費電力性に優れる超伝導単一磁束量子(SFQ)回路による超伝導量子ビットの操作、制御回路の開発を行った。超伝導量子ビットの効率的な制御を可能にする、オンチップマイクロ波発生回路の検討ならびに設計、試作を行った。提案回路は単一磁束量子リングオシレータ回路とオンチップバンドパスフィルタによって構成される。詳細なシミュレーションを行い、超伝導磁束量子ビットを駆動するのに十分なマイクロ波が、極めて正確な時間だけ照射できることを明らかにした。オンチップマイクロ波発生回路テスト回路を設計、試作した。テスト回路は同じチップ上のマイクロ波発生回路から3mm離れた場所にジョセブソン接合から成るマイクロ波検出回路を集積し、マイクロ波の照射時と非照射時の反応の差を見る方法でマイクロ波の発生を確認する。実験の結果、1827GHzのマイクロ波が任意の時間だけ発生できることを確認した。オンチップマイクロ波発生回路を操作し、超伝導量子ビットへのマイクロ波の照射時間を制御するための制御回路の検討を行った。回路は単純なバイナリカウンタを用いて構成され、およそ50psの間隔でマイクロ波の照射時間を制御できる回路が実現できることを示した。
腸炎ビブリオの産生する耐熱性溶血毒の耐熱性構造の解析

既にクローン化され塩基配列の決定も完了していたVp-TDHおよびVh-rTDHの各構造遺伝子を用いて下記の研究を行った。site-directed mutagenesisによりVp-TDH構造遺伝子にHincIIの部位を,Vh-rTDH遺伝子にSau3AIの部位を新たに導入した.HincIIはVh-rTDH遺伝子の相当する部位に,Sau3AIはVp-TDH遺伝子の相当する部位にそれぞれ存在しているものである.これら2つの制限酵素切断部位に加え,Vp-TDHおよびVh-rTDHの両者に共通に存在していたHapIIおよびNdeIの計4つの部位を用いてVp-TDH,Vh-rTDH構造遺伝子間でのfusion遺伝子の作製を行った.上記制限酵素切断部位を用い,これまでに計18種類のfusion遺伝子の作製した.これらの遺伝子を発現ベクターに導入し大腸菌内で発現させ,すべてのクローンから溶血活性のある遺伝子産物の産生が確認された.これら産物の耐熱性を検討することでVp-TDHの耐熱性に重要であると考えられる構造を解析した結果,Vp-TDHはN未端より69位から138位の領域のアミノ酸配列がVh-rTDHのものに置換されると耐熱性を失うことが明らかになった.Vp-TDHとVh-rTDH間には本領域中に13個のアミノ酸置換が見られる.これら置換の見られるアミノ酸残基がVp-TDHの耐熱性に重要であると考えられるので,今後この点について追求していく予定である.既にクローン化され塩基配列の決定も完了していたVp-TDHおよびVh-rTDHの各構造遺伝子を用いて下記の研究を行った。site-directed mutagenesisによりVp-TDH構造遺伝子にHincIIの部位を,Vh-rTDH遺伝子にSau3AIの部位を新たに導入した.HincIIはVh-rTDH遺伝子の相当する部位に,Sau3AIはVp-TDH遺伝子の相当する部位にそれぞれ存在しているものである.これら2つの制限酵素切断部位に加え,Vp-TDHおよびVh-rTDHの両者に共通に存在していたHapIIおよびNdeIの計4つの部位を用いてVp-TDH,Vh-rTDH構造遺伝子間でのfusion遺伝子の作製を行った.上記制限酵素切断部位を用い,これまでに計18種類のfusion遺伝子の作製した.これらの遺伝子を発現ベクターに導入し大腸菌内で発現させ,すべてのクローンから溶血活性のある遺伝子産物の産生が確認された.これら産物の耐熱性を検討することでVp-TDHの耐熱性に重要であると考えられる構造を解析した結果,Vp-TDHはN未端より69位から138位の領域のアミノ酸配列がVh-rTDHのものに置換されると耐熱性を失うことが明らかになった.Vp-TDHとVh-rTDH間には本領域中に13個のアミノ酸置換が見られる.これら置換の見られるアミノ酸残基がVp-TDHの耐熱性に重要であると考えられるので,今後この点について追求していく予定である.
マイクロ能動カテーテルを用いる力覚付き低侵襲脳血管手術支援システム

柔軟で,低電圧駆動が可能で,応答性に優れ,また生体内での安全性を兼ねそなえた超小型能動カテーテルを開発するため,当該研究者らは形状記憶合金(SMA)ワイヤをマイクロアクチュエータとするシリアル-パラレル型多ユニット・多自由度能動カテーテルを提案・試作した.当該研究では,応答性に優れ,生体内での安全性を兼ねそなえたマイクロ能動カテーテルの開発を一つ位置づけ,基礎研究を行い,低侵襲脳外科血管手術支援への応用を目指す.当該研究では,いままでの研究成果に基づき,具体的に能動カテーテルの低侵襲脳外科手術支援への応用に着目し,インテリジェント能動カテーテルの微細加工,センシング機能の実現によるカテーテルの知能化,微細加工技術による2次元力計測センサーの製作,計測制御と情報伝達を行った.また,脳外科手術におけるプランニング支援システムを構築し,3次元情報提示,力覚感覚フィードバック,相互適応型の知的インターフェイスを開発した.具体的にセンシング機能の実現によるカテーテルの知能化・計測制御(位置と力制御)の準備実験を行った.また,CCDカメラ付き顕微鏡とヘッドマウントディスプレーを用いて,3次元情報提示を行った.構築した脳外科手術におけるプランニング支援システムに対して,遠隔カテーテル先端中心の位置と姿勢のシフト制御,シミュレーション挿入実験("In Vitro")と遠隔実験を行い,全体システムの操作性評価をも行った.柔軟で,低電圧駆動が可能で,応答性に優れ,また生体内での安全性を兼ねそなえた超小型能動カテーテルを開発するため,当該研究者らは形状記憶合金(SMA)ワイヤをマイクロアクチュエータとするシリアル-パラレル型多ユニット・多自由度能動カテーテルを提案・試作した.当該研究では,応答性に優れ,生体内での安全性を兼ねそなえたマイクロ能動カテーテルの開発を一つ位置づけ,基礎研究を行い,低侵襲脳外科血管手術支援への応用を目指す.当該研究では,いままでの研究成果に基づき,具体的に能動カテーテルの低侵襲脳外科手術支援への応用に着目し,インテリジェント能動カテーテルの微細加工,センシング機能の実現によるカテーテルの知能化,微細加工技術による2次元力計測センサーの製作,計測制御と情報伝達を行った.また,脳外科手術におけるプランニング支援システムを構築し,3次元情報提示,力覚感覚フィードバック,相互適応型の知的インターフェイスを開発した.具体的にセンシング機能の実現によるカテーテルの知能化・計測制御(位置と力制御)の準備実験を行った.また,CCDカメラ付き顕微鏡とヘッドマウントディスプレーを用いて,3次元情報提示を行った.構築した脳外科手術におけるプランニング支援システムに対して,遠隔カテーテル先端中心の位置と姿勢のシフト制御,シミュレーション挿入実験("In Vitro")と遠隔実験を行い,全体システムの操作性評価をも行った.柔軟で,低電圧駆動が可能で,応答性に優れ,また生体内での安全性を兼ねそなえた超小型能動カテーテルを開発するため,当該研究者らは形状記憶合金(SMA)ワイヤをマイクロアクチュエータとするシリアル-パラレル型多ユニット・多自由度能動カテーテルを提案・試作した.また,低侵襲カテーテル操作支援システムの概念と支援方法を提案し,2自由度カテーテル支援システムを試作し,視覚と力覚の組合せにより,支援実験を行った.さらにICPF (Ionic Conducting Polymer Film)を用いた能動ガイドワイヤのカテーテルを提案・試作し,その特性評価や操作性の確認を行った.当該研究では,応答性に優れ,生体内での安全性を兼ねそなえたマイクロ能動カテーテルの開発を一つ位置づけ,基礎研究を行い,低侵襲脳外科血管手術支援への応用を目指す.当該研究では,いままでの研究成果に基づき,具体的に能動カテーテルの低侵襲脳外科手術支援への応用に着目し,インテリジェント能動カテーテルの微細加工,センシング機能の実現によるカテーテルの知能化,微細加工技術による2次元力計測センサーの製作,計測制御と情報伝達を行った.具体的にインテリジェント能動カテーテルの微細加工(直径2mm)を行い、微細加工技術による2次元力計測センサーの製作(皮膚型力センサー,放電加工)を行った.センシング機能の実現によるカテーテルの知能化・計測制御(位置と力制御)の準備実験を行った.2次元力計測センサーの製作とハードウェアの構築などを本年度に完成した。柔軟で,低電圧駆動が可能で,応答性に優れ,また生体内での安全性を兼ねそなえた超小型能動カテーテルを開発するため,当該研究者らは形状記憶合金(SMA)ワイヤをマイクロアクチュエータとするシリアル-パラレル型多ユニット・多自由度能動カテーテルを提案・試作した.当該研究では,応答性に優れ,生体内での安全性を兼ねそなえたマイクロ能動カテーテルの開発を一つ位置づけ,基礎研究を行い,低侵襲脳外科血管手術支援への応用を目指す.当該研究では,いままでの研究成果に基づき,具体的に能動カテーテルの低侵襲脳外科手術支援への応用に着目し,インテリジェント能動カテーテルの微細加工,センシング機能の実現によるカテーテルの知能化,微細加工技術による2次元力計測センサーの製作,計測制御と情報伝達を行った.具体的にインテリジェント能動カテーテルの微細加工(直径2mm)を行い,微細加工技術による2次元力計測センサーの製作(皮膚型力センサー,放電加工)を行った.センシング機能の実現によるカテーテルの知能化・計測制御(位置と力制御)の準備実験を行った.

本年度(平成16年度)にCCDカメラ付き顕微鏡とヘッドマウントディスプレーを用いて,3次元情報提示を行った.相互適応型の知的インターフェイスを開発して,試作したインテリジェントマイクロカテーテルを脳外科手術支援システムに組み込み,脳外科手術におけるプランニング支援システムを構築し,カテーテル先端中心の位置と姿勢のシフト制御,シミュレーション挿入実験("In Vitro")などの基礎実験を行った.柔軟で,低電圧駆動が可能で,応答性に優れ,また生体内での安全性を兼ねそなえた超小型能動カテーテルを開発するため,当該研究者らは形状記憶合金(SMA)ワイヤをマイクロアクチュエータとするシリアル-パラレル型多ユニット・多自由度能動カテーテルを提案・試作した.当該研究では,応答性に優れ,生体内での安全性を兼ねそなえたマイクロ能動カテーテルの開発を一つ位置づけ,基礎研究を行い,低侵襲脳外科血管手術支援への応用を目指す.当該研究では,いままでの研究成果に基づき,具体的に能動カテーテルの低侵襲脳外科手術支援への応用に着目し,インテリジェント能動カテーテルの微細加工,センシング機能の実現によるカテーテルの知能化,微細加工技術による2次元力計測センサーの製作,計測制御と情報伝達を行った.また,脳外科手術におけるプランニング支援システムを構築し,3次元情報提示,力覚感覚フィードバック,相互適応型の知的インターフェイスを開発した.具体的にセンシング機能の実現によるカテーテルの知能化・計測制御(位置と力制御)の準備実験を行った.本年度(平成17年度)にCCDカメラ付き顕微鏡とヘッドマウントディスプレーを用いて,3次元情報提示を行った.構築した脳外科手術におけるプランニング支援システムに対して,遠隔カテーテル先端中心の位置と姿勢のシフト制御,シミュレーション挿入実験("In Vitro")と動物実験("In Vivo")を行い,全体システムの操作性評価をも行った.
アモルファス鉄心を用いた超高速リラクタンス電動機の基礎的研究

工作機械の主軸駆動やヘリウム液化機、真空ポンプ駆動用に開発が急がれている超高速電動機として、リラクタンス電動機システムを提案し、その固定子、回転子鉄心ともアモルファス材を用いることにより低鉄損化と、耐遠心力性の優れた回転子を持つ電動機の実現を目的として研究を行なった。本研究で得られた成果の概要は次の通りである。1,試作アモルファス電動機・発電機セット(ロータ径22mm,ロータ長25.5mm,ステータ外径50mm,使用アモルファス材METGLAS2605S-2)について、定数測定、無負荷試験(特に高速時の鉄損の測定とアモルファス化の郊果の評価)、負荷試験を行なった.その結果.(1)36000rpm(600Hg)において鉄損は23Wであり、これは従来のケイ素鋼を用いた場合の1/51/7以下である。(2)36000rpmで出力210Wが得られた。この時の効率は約81%である。(1)の結果から、従来のケイ素鋼板で同一寸法の電動機を製作した場合の効率は、70%程度と推定されることから、アモルファス化の効果が極めて大きいことが明らかとなった。2,リラクタンス電動機の高速トルク制御法を明らかにした。超高速機では回転子構造を簡単にするため、ダンパ巻線は使用できないので、初期過渡りアクタンスは大きくならざるを得ない。このことは、高速トルク応答を得るためには、インバータの出力電圧を高めなければならないことを意味する。そこで本研究では、インバータ電圧が予め制限されている下での、最大トルク応答を得るための制御方式を開発した。3,リラクタンス発電機の出力電圧制御法について検討し、負荷の大きさに拘らず、出力電圧変動率を所望の値以内に抑制できる制御方式を開発した。