hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微小空隙中の液状水の粘性挙動の解明とコンクリートの耐久性能評価

本研究では,分子シミュレーションによる数値実験および透水実験の結果から微小空隙中の液状水粘性モデルを立脚し,その妥当性の検証を実施した.その結果,透水性および粘性は硬化体の化学組成に影響を受けること,分子シミュレーションによる液状水の粘性に関する数値実験により,空隙径およびL-Jポテンシャルの相違が液状水の粘性に与える影響は大きいことが明らかとなった.また,微小空隙中の液状水の粘性に関する構成則の立脚することができた.本研究では,分子シミュレーションによる数値実験および透水実験の結果から微小空隙中の液状水粘性モデルを立脚し,その妥当性の検証を実施した.その結果,透水性および粘性は硬化体の化学組成に影響を受けること,分子シミュレーションによる液状水の粘性に関する数値実験により,空隙径およびL-Jポテンシャルの相違が液状水の粘性に与える影響は大きいことが明らかとなった.また,微小空隙中の液状水の粘性に関する構成則の立脚することができた.コンクリート中の微小空隙における液状水の粘性挙動の解明と,その数理モデルに基づく耐久性能評価を目的として初年度は以下の研究を実施した.1.分子動力学法を用いて,ナノスケールの狭小空隙における液状水の粘性挙動を数値実験により確認した.壁面の組成,分子構造を変化させた場合の粘性挙動の相違を明らかにした.また壁面に吸着された水分子に,外力を加えたときの挙動から,始動摩擦抵抗,停止摩擦抵抗の存在を確認し,微小空隙中を有する多孔体の非ダルシー性の存在を直接的に証明した.2.セメント硬化体のひび割れのような,マイクロメートルオーダーの空隙における液状水挙動を明らかにするために,亀裂を導入したコンクリート供試体の透水試験を行い,圧力勾配と流量における非ダルシー性を確認した,亀裂面の凹凸をレーザー変位型で測定し,その結果を基に再現したバーチャル狭小空間における透水シミュレーションにより,実験で確認されたような非ダルシー性は,凹凸形状によって形成される渦が支配要因であることが明らかとなった.3.種々の養生を施したコンクリートを対象に,実効拡散係数,中性化深さ,ならびに連続空隙量を測定した結果,連続空隙率と実効拡散係数,連続空隙率と中性化深さには高い相関が見られることが確認された.また,セメントの一部をフライアッシュ置換したものについても同様に高い相関が見られたことに加え,置換率の増加すなわち空隙壁面のCa/Si比が減少した場合,同一連続空隙率であっても実効拡散係数,中性化深さが小さくなることが明らかとなった.鉄筋コンクリート構造物における劣化現象には,すべてに水分が関与しており,構造物の寿命の算定や効率的な維持管理の策定には精緻な水分移動モデルの構築が必要である.現行の解析手法においては,流動を支配する液状水の粘性を空隙の大小によって変化させる高度な構成則を採用しているものも存在するが,それでもなお長期的な水分移動量を過大評価する傾向にある.これは,圧力勾配下にあっても液状水が停止する現象を考慮していないことに起因する.本研究では,上述の粘性に加え,地盤材料モデルに用いられる始動動水勾配を加味した粘性挙動に関する構成則を,分子シミュレーションによる数値実験結果から立脚し,その妥当性の検証を実施した.以下実施した実験とその結果を示す.(1)種々の混和材を使用したコンクリートの,アウトプット法に基づく透水試験により,空隙構造および硬化体の化学組成が透水性に与える影響を検討した.単位空隙あたりの透水量を検討した結果,透水性および粘性は硬化体の化学組成に影響を受けることが明らかとなった.(2)分子シミュレーションによる液状水の粘性に関する数値実験により,空隙系およびL-Jポテンシャルの相違が液状水の粘性および始動動水勾配に与える影響を検討した.L-Jポテンシャルの相違が粘性および始動動水勾配に与える影響は大きいことが明らかとなった.(3)微小空隙中の液状水の粘性に関する構成則の立脚し,提案するモデルを使用して,水分移動量,塩化物イオン拡散性状の相違を解析によって確認した.
肺虚血再灌流障害の発症機序ー薬剤によるＩＰＣ現象の確立ー

【方法】MPL(500μg/kg)及び生食を前投与したC57BL/6Jマウスに「60分間虚血+180分間再灌流」のLIRIを負荷し(投与群/非投与群)、肺障害(permeability index[PI]、肺胞洗浄液[BALF]中の細胞数、MPO活性)、及びMyD88/TRIF/NF-κB活性を測定した。対照として「5分間虚血+5分間再灌流+5分間虚血+5分間再灌流+5分間虚血+30分間再灌流+60分間虚血+180分間再灌流」のIPC+LIRIモデルを用いた(IPC群)。【結果】MPL投与群では非投与群と比べLIRIは有意に抑制された(PI: P<.05、MPO活性: P<.01)。同時にMPL投与群では非投与群と比べLIRI負荷直前でTRIF及びNF-κBの有意な活性化を認めた(P<.05)。これらの結果はIPC群とほぼ同等であった。【結語】MPLを用いた選択的MyD88非依存経路(TRIF経路)の活性よるPPCの可能性が示唆された。【方法】C57BL/6Jマウスに複数濃度のMPLを投与しTLR4及びその修飾蛋白(MyD88及びTRIF)発現をWestern-blot法にて測定した。対照としてconventionalなIPC(「5分間虚血+5分間再灌流+5分間虚血+5分間再灌流+5分間虚血+30分間再灌流」)を用い、MPLの「至適投与量の確定」に加え、「MyD88非依存経路(TRIF経路)が選択的に活性化されているかどうか」を評価した。【結果】MPL投与にてTRIFの有意な発現を認めるもMyD88の有意な発現は認めなかった。経時的なTRIF発現はMPL投与後24時間で最高値となり、またMPL500μg/kg投与群が他の投与量群と比較し最も高値となった。その発現量はconventionalなIPCとほぼ同等であった。【結語】MPL投与(至適投与量: 500μg/kg)24時間にてconventionalなIPCとほぼ同等な選択的MyD88非依存経路の活性化を認め、PPCの可能性が示唆された。《予備実験》予め、MPLの至適前投与時間を確定するために、C57BL/6JマウスにMPL(500μg/kg)及び生食を投与しMyD88/TRIF/NF-κB活性の経時変化を測定した。対照として「5分間虚血+5分間再灌流+5分間虚血+5分間再灌流+5分間虚血+30分間再灌流」のIPCモデルを用いた(IPC群)。その結果、MPL投与群では非投与群と比べ投与24時間においてTRIF及びNF-κBの有意な活性化を認めた(P<.05)。以上より、MPLの至適前投与時間をLIRI負荷前24時間とした。《本実験》【方法】MPL(500μg/kg)及び生食を前投与したC57BL/6Jマウスに24時間後「60分間虚血+180分間再灌流」のLIRIを負荷し(投与群/非投与群)、肺障害(permeability index[PI]、肺胞洗浄液[BALF]中の細胞数、MPO活性)を評価した。【結語】MPLを用いた選択的MyD88非依存経路(TRIF経路)の活性よるPPCが確立された。また、MPLによるPPCはlate phase PCの可能性が示唆された。

交付申請書に明記した「平成26年度の研究実施計画」通りに進行していたが、成果発表の際、TRIF及びNF-κBの測定においてこれまでと異なった測定方法を指摘されたため、これまでの成果の追試の必要に迫られている。呼吸器外科学補助事業期間を1年延長し、これまでの成果の追試を行うこととする。当初の補助事業計画より1年遅れるものの、「肺移植におけるドナー肺長期保存のためのPPCの確立」が可能であると考える。交付申請書に明記した「平成25年度の研究実施計画」通りに進行している。特に、MPL投与群では非投与群と比べLIRI負荷直前でTRIF及びNF-κBの有意な活性化を示したことで、MPLを用いた選択的MyD88非依存経路(TRIF経路)の活性よるPPCの可能性が示唆出来た。また、MPL投与後24時間でconventionalなIPCとほぼ同等な選択的MyD88非依存経路の活性化を再現出来たことは、MPLによるlate phaseのPPCの可能性が示唆出来た。交付申請書に明記した「平成24年度の研究実施計画」どおりに進行している。MPL至適投与量に加え、投与後24時間でconventionalなIPCとほぼ同等な選択的MyD88非依存経路の活性化を再現出来たことで、MPLによるPPCの可能性にさらに近づけた。成果発表の際、TRIF及びNF-κBの測定においてこれまでと異なった測定方法を指摘され、本年度途中より実験計画を見直し、これまでの成果の追試を行うこととしたため。交付申請書に明記した「平成26年度の研究実施計画」どおりに研究を推進することで、研究期間内に「肺移植におけるドナー肺長期保存のためのPPCの確立」が可能であると考える。可能であれば、late phase PPC発現に関与するHSP70等についても検討を追加する。交付申請書に明記した「平成25、26年度の研究実施計画」どおりに研究を推進することで、研究期間内に「肺移植におけるドナー肺長期保存のためのPPCの確立」が可能であると考える。補助事業期間を1年延長し、これまでの成果の追試及びその発表を行うこととし、未使用額はその経費に充てることとする。交付申請書で設備備品費として計上したPCRサーマルサイクラー及び生物顕微鏡(位相差)は、実際には既存の機器を別予算で修理・使用することで研究を維持している。また、動物実験消耗品等も他プロジェクトでの購入品の残りや試供品等を使用することで支出が控えられた。平成25年度末に、PCRサーマルサイクラーは修理不可の状況となった。次年度研究計画の追加実験においても該当機器が必要のために、次年度早々に新規購入する予定である。交付申請書で初年度(本年度)の設備備品費として計上したPCRサーマルサイクラー及び生物顕微鏡(位相差)は、実際には本年度の研究実施では必要としなかった。出来るだけ新規モデルでの納入が好ましいので、その納入を研究実施上必要となる次年度以降に延期した。
ヒトiPS細胞を用いた歯根再生への画期的アプローチ

DSPP遺伝子とGAPDH遺伝子に関し、ヒト配列のみ認識しマウス配列を認識しないTaqManプローブを設計した。ヒトiPS細胞分化のため、様々なfeeder細胞を用いてDSPP遺伝子の発現誘導を検討した。計6種のfeeder細胞を検討し、マウス胎児線維芽細胞が最も効率良くヒトiPS細胞のDSPP発現を誘導した。分化誘導因子として、10種以上の成長因子やサイトカインを検討し、TGF-ssが最も効率良くDSPP発現を誘導した。歯根の三次元構造解析をDICOMデータにより詳細に解析する評価系を確立した。歯根の再生医療を細胞生物学的に実現するには、拒絶反応の回避のため、歯根吸収が惹起された患者本人から歯を抜歯しcementoblastを単離しなければならないという大きな制約があった。最近、ES(embryonic stem)細胞に変わる有力な多分化能を持つ細胞として、ヒトiPS(induced pluripotent stem cell)細胞が注目を受けている。本研究課題の目的は、iPS細胞の多分化能を利用してcementoblastの単離に必要な抜歯を回避し、歯根再生を実現させることである。そこで初年度として、ヒトiPS細胞の樹立を目的とした。当初iPS細胞作製を計画し、遺伝子導入を行っていたが、2001年夏季より京都大学がiPS細胞の提供を開始したため、これを利用して研究を開始した。ヒトiPS細胞維持のため、マウス胎児線維芽細胞をfeeder細胞として用いて、培地中にFGF-2を添加した。この培養系では安定したiPS細胞の維持が可能であった。次に、ヒトiPS細胞を分化させDSPP遺伝子発現細胞に分化誘導させることとした。そのためには、feederであるマウス胎児線維芽細胞とヒトiPS細胞の遺伝子発現を識別できる種特異的プライマーの設計が必要であった。そこで、DSPP遺伝子とhouse keeping geneであるGAPDH遺伝子に関して、ヒト配列のみ認識しマウス配列を認識しないTaqManプローブを設計した。細胞生物学的アプローチによって歯根再生を現実のものとするためには、歯根吸収が惹起された患者本人から歯を抜歯後cementoblastを単離し、拒絶反応を回避しなければならない。本年度も昨年度に引き続き、本研究課題における上記の大きな制約を克服すべく、ヒトiPS(induced pluripotent stem cell)細胞に注目し、iPS細胞の多分化能を利用し歯根形成細胞を分化誘導できないかと検討してきた。昨年度の研究成果により、DSPP遺伝子とhouse keeping geneであるGAPDH遺伝子に関して、ヒト配列のみ認識しマウス配列を認識しないTaqManプローブを設計した。このような種特異的なプローブは、ヒトiPS細胞の培養においてfeeder細胞としてヒト以外の細胞を用いる制約から必要であった。そこで平成22年度は、効率的分化誘導が可能になる種々の条件確立に注目して研究を遂行した。まず、ヒトiPS細胞の維持のため、様々なfeeder細胞を用いてDSPP遺伝子の発現誘導を検討した。計6種のfeeder細胞を検討した結果、DSPP遺伝子の発現に関してはfeederとしてマウス胎児線維芽細胞を用いることが、最も効率良くヒトiPS細胞を分化誘導させることを明らかにした。次に分化誘導因子として、10種以上の種々の成長因子やサイトカインの作用を検討した。その結果、TGF-βが最も効率良<DSPP遺伝子の発現誘導させることを明らかにした。細胞生物学的アプローチによって歯根の再生医療を現実のものとするためには、歯根吸収が惹起された患者本人から歯を抜歯後cementoblastを単離し、拒絶反応を回避しなければならない。本研究課題ではこの大きな制約を克服すべく、ヒトiPS(induced pluripotent stem cell)細胞に注目し、iPS細胞の多分化能を利用し歯根形成細胞を分化誘導できないかと検討した。まずDSPP遺伝子とhouse keeping geneであるGAPDH遺伝子に関して、ヒト配列のみ認識しマウス配列を認識しないTaqManプローブを設計した。このような種特異的なプローブは、ヒトiPS細胞のfeeder細胞としてヒト以外の細胞を用いる制約から必要とされた。そこで次に、効率的分化誘導が可能になる種々の条件整備に注目して研究を遂行した。次にヒトiPS細胞の維持のため、様々なfeeder細胞を用いてDSPP遺伝子の発現誘導を検討した。計6種のfeeder細胞を検討した結果、DSPP遺伝子の発現に関しては、マウス胎児線維芽細胞が、最も効率良くヒトiPS細胞を分化誘導させることが明らかとなった。さらに分化誘導因子として、10種以上の種々の成長因子やサイトカインの作用を検討し、TGF-βが最も効率良くDSPP遺伝子の発現誘導することを明らかにした。上記に加えて、歯根の三次元構造解析をDICOMデータにより詳細に解析するための評価系を構築し、実験動物や患者資料を用いた歯根の形成や再生の解析が簡便に行えるようになった。
計算機シミュレーションによる火星下層・超高層大気結合に関する研究

昨年度までに、本研究で開発した火星大気大循環モデルを用いた数値計算から、火星大気中の熱潮汐波が子午面循環の形成とダスト分布に重要な役割を果たすことを示した。本年度はこの熱潮汐波自体の特性をより深く理解するために、火星大気の線形応答モデルを新たに開発し、数値計算を行った。このモデルは、これまでに開発した大気大循環モデルの支配方程式を線形化したものである。このモデルを用いた様々な数値実験により、大気大循環モデルで計算される熱潮汐波の励起源や伝播特性を容易に理解することができる。そして、熱潮汐波自体の特性を把握することで、熱潮汐波が超高層大気に及ぼす影響についてのより深い知見を得ることができると考える。大気大循環モデルと線形応答モデルの2つの数値モデルを用いで熱潮汐波の数値計算を行った。その結果、火星大気中の熱潮汐波の主要な成分である太陽同期一日潮汐波の鉛直波長が、古典的な潮汐波の理論から予測されるものよりも約1.5倍大きいことを示した。さらに、線形応答モデルに与える条件を様々に変えて数値実験を行った結果、この大きな鉛直波長は背景大気の東西風の緯度シアーの効果によって生じていることを明らかにした。このような背景風の緯度シアーの効果による鉛直波長の変化は、これまでの研究では指摘されていなかった。大きな鉛直波長を持った波は、乱流拡散などの散逸過程の影響を受けにくいため、より高高度まで伝播しやすくなると考えられる。この効果は、熱潮汐波が火星超高層大気中で大きな変動を起こす上で重要な役割を担っている可能性がある。以上の2つの数値モデルの開発と数値計算は一昨年度に購入したワークステーションを用いて行い、データ処理には昨年度に購入したパーソナルコンピュータを使用した。また、これら2つの数値モデルによる大量の計算結果は、今年度に購入した大容量記憶装置を用いた。
糖脂質抗原を用いた新たな真菌ワクチンの開発

近年、免疫不全宿主の増加にともない真菌感染症が増加している。わが国で頻度が高いのは、アスペルギルス、カンジダ、そしてクリプトコックス症とされている。真菌感染症は一度発症すると難治化し予後不良となることが多いため有効な治療法とともにワクチンの開発が望まれるが、現在臨床で使用可能なものは皆無である。本研究では、クリプトコックスやアスペルギルスの病原性に重要とされるβ-glucosylceramide(β-GlcCer)を用いた新規ワクチンの開発を目指している。これまでに我々は、β-GlcCerがクリプトコックス感染マウスに特異的IgM産生を誘導し感染防御効果を示すことを明らかにしたが、感染後もβ-GlcCerの投与を継続する点でワクチンへの応用を考える際の課題であった。本研究では、β-GlcCerの投与スケジュールを再検討すること、さらには適切なアジュバントを用いることでより効率的な抗体産生が誘導されるかについての解析を行った。β-GlcCerを1週間隔で6回投与し、アジュバントとして特異的なnatural killer T(NKT)細胞活性化剤であるα-galactosylceramide(α-GalCer)を併用したところ、血清中のβ-GlcCer特異的IgG産生が検出され、α-GalCer投与によってその産生が増加した。しかしながら、抗体測定系の信頼性を確認するために、別な方法で測定を実施したところ明確な産生を検出することができなかった。今後は、抗体測定系の確立とともに、マイクロ粒子にβ-GlcCerを結合することで特異的なB細胞受容体を架橋するなどより効率的なワクチン抗原の投与法について、さらにはより適切なアジュバントの選別に関しても検討を進める予定にしている。本研究では、真菌の病原性に重要なβ-glucosylceramide(β-GlcCer)を用いた新規ワクチンの開発を目指している。これまでに我々は、β-GlcCerがクリプトコックス感染マウスに特異的IgM産生を誘導し感染防御効果を示すことを明らかにしてきたが、今年度の研究により、β-GlcCerの投与量を増加させることで特異的IgGの産生が誘導されることを見出した。糖脂質抗原であるβ-GlcCerがどのようにIgMからIgGへのクラススイッチを誘導するのか不明であるため、これまでの我々の研究から明らかになった胸腺非依存性抗原(肺炎球菌莢膜多糖ワクチン)によるIgMからIgGへのクラススイッチに重要なiNKT細胞を欠損したJα18KOマウスを用いてその影響を検討したが現時点では大きな影響がみられていない。また、免疫系によるβ-GlcCerの認識機構を明らかにするために、Dectin-1、Dectin-2、Mincleレポーター細胞を用いて検討したところ、β-GlcCerによるMincleレポーター細胞の活性化が検出された。これらの結果から、β-GlcCer投与によって特異的なIgM抗体のみならずIgG抗体が産生されることが明らかになり、Mincleによるβ-GlcCerの認識が関与する可能性が示唆された。IgGへのクラススイッチに関わるIFN-γの産生細胞としてiNKT細胞の可能性を考えているが、この点については今後さらに解析していく予定である。概ね研究計画に沿った結果が得られつつあり、これまで未知の部分が多かった糖脂質に対する抗体産生機序に迫る可能性も出てきている。

β-GlcCerのワクチン効果をクリプトコックスのみならず臨床的により頻度の高いアスペルギルスにまで拡げて検討するとともに、糖脂質抗原のβ-GlcCerに対する抗体産生機序の解明へ向けてさらなる解析を実施する。
ハイブリッド強連成解析に基づくマイクロマシンの汎用マルチフィジクスシミュレータ

本研究においては,マイクロマシンの研究開発に寄与するために,一体型解析と分離型解析の利点を兼ね備えた新しいハイブリッド強連成解析に基づくマイクロマシンの汎用マルチフィジクスシミュレータを開発した.本ハイブリッド強連成解析は,構造-流体-静電界連成を流体-構造連成と静電界に分離し,さらに流体-構造連成を圧力場と速度場へと階層的に分解する新しい有限要素解法である.本シミュレータを典型的なマイクロマシンに適用し,実験との比較に基づき,その信頼性を定量的に確認した.さらに本シミュレータを用いて,マイクロマシンの振動特性が連成効果により定量的はもちろん定性的にも変化することを明らかにした.マイクロマシンにおいては,マイクロ化に伴うスケール効果により,構造,流体および静電界の3つの現象が強く連成するので,マイクロマシンを合理的に設計するための信頼性の高い汎用マルチフィジクスシミュレータが必要とされている.そこで本研究においては,マイクロマシンの研究開発に寄与するために,一体型解析と分離型解析の利点を兼ね備えた新しいハイブリッド強連成解析に基づくマイクロマシンの汎用マルチフィジクスシミュレータを開発する.さらにそれを複数の典型的なマイクロマシンに適用し,本シミュレータの有効性を,実験との比較に基づき,定量的に検証する.本年度に実施した研究の成果は,次の3点である.1.本シミュレータの信頼性の基本的検証:前年度の成果「本シミュレータの開発(コード実装)」を受けて,3次元静電解析部分と3次元流体構造連成解析部分の信頼性を,それぞれ理論解と強連成解法でないと解けないベンチマーク問題「柔軟な弾性板が設置された流路」により検証し,その高い精度と安定性を確認した.2.本シミュレータの高性能計算機への実装:3次元3連成解析の計算負荷は極めて高かったので,本シミュレータを高性能計算機に実装した.3.マイクロマシンとその振動実験装置の開発:本シミュレータの信頼性を,実験的に検証するために,基本的なマイクロマシン構造要素「マイクロ片持ちはり」とその振動実験装置を開発した.本はり(長さ数百μm)は,単結晶シリコンで作成され,向かい合うシリコン面と絶縁されており,本はりとチップ底面との間に電圧を印可することで,本はりが静電力により振動する.本装置はmm以下のマイクロマシンに対して,数十ボルトまでの電圧を印可でき,周波数が約1kHz,振幅が約1μmの振動現象を真空中と空気中で測定できる.平成25年度に実施した研究の成果は,次の3点である:(1)本シミュレータを静電駆動されるマイクロ片持ちはりに適用し,実験結果との比較に基づき,その信頼性が定量的に確認された.(2)本シミュレータにより,マイクロマシン振動特性が構造-流体-静電界連成効果により,質的に変化することを明らかにした.(3)本研究成果をマイクロマシン用CAEシステムや昆虫飛行型マイクロマシンに展開するための基礎的検討を開始した.本研究の総括は次の通りである:マイクロマシンにおいては,マイクロ化に伴うスケール効果により,構造,流体および静電界の3つの現象が強く連成するので,マイクロマシンを合理的に設計するための信頼性の高い汎用マルチフィジクスシミュレータが必要とされている.そこで本研究においては,マイクロマシンの研究開発に寄与するために,一体型解析と分離型解析の利点を兼ね備えた新しいハイブリッド強連成解析に基づくマイクロマシンの汎用マルチフィジクスシミュレータを開発した.本ハイブリッド強連成解析は,構造-流体-静電界連成を流体-構造連成と静電界に分離し,さらに流体-構造連成を圧力場と速度場へと階層的に分解する新しい有限要素解法である.本シミュレータは,並列計算機上に実装され,強連成を伴う3次元振動を高速・高精度に数値解析することができる.本シミュレータを典型的なマイクロマシンに適用し,実験との比較に基づき,その信頼性を定量的に確認した.実験で用いたマイクロマシン用振動試験装置は,本研究で新たに開発したものであり,真空・空気中において,時空間的に高精度に制御された電圧により,マイクロマシンを駆動し,その振動変位・速度を時空間的に高精度に測定できるものである.さらに本シミュレータを用いて,マイクロマシンの振動特性が構造-流体-静電界連成効果により定量的はもちろん定性的にも変化することを明らかにした.本研究においては,マイクロマシンの研究開発に寄与するために,一体型解析と分離型解析の利点を兼ね備えた新しいハイブリッド強連成解析に基づくマイクロマシンの汎用マルチフィジクスシミュレータを開発した.本ハイブリッド強連成解析は,構造-流体-静電界連成を流体-構造連成と静電界に分離し,さらに流体-構造連成を圧力場と速度場へと階層的に分解する新しい有限要素解法である.本シミュレータを典型的なマイクロマシンに適用し,実験との比較に基づき,その信頼性を定量的に確認した.さらに本シミュレータを用いて,マイクロマシンの振動特性が連成効果により定量的はもちろん定性的にも変化することを明らかにした.マイクロマシンにおいては,マイクロ化に伴うスケール効果により,構造,流体および静電界の3つの現象が強く連成するので,マイクロマシンを合理的に設計するための信頼性の高い汎用マルチフィジクスシミュレータが必要とされている.そこで本研究においては,マイクロマシンの研究開発に寄与するために,一体型解析と分離型解析の利点を兼ね備えた新しいハイブリッド強連成解析に基づくマイクロマシンの汎用マルチフィジクスシミュレータを開発する.さらにそれを複数の典型的なマイクロマシンに適用し,本シミュレータの有効性を,実験との比較に基づき,定量的に検証する.平成23年度に実施した研究の成果は,次の3点である.

1.ハイブリッド強連成解析の非線形への拡張:修正子による多重修正ループを導入し,ハイブリッド強連成解析を非線形方式の増分型定式化に対応させた.これにより,本ハイブリッド強連成解析が,マイクロマシンにおける非線形の構造-流体-静電界連成に適用可能になった.2.ハイブリッド強連成解析の構築:1のハイブリッド強連成解析をコード実装し,それが強連成解析を実現することを計算負荷の低い2次元問題の範囲で検証した.これにより,本ハイブリッド強連成解析の有効性が示された.3.マイクロマシンの汎用マルチフィジクスシミュレータの開発:2のハイブリッド強連成解析コードを3次元化することにより,マイクロマシンの汎用マルチフィジクスシミュレータの開発として,そのコード実装を行った.本年度において,まず(1)マイクロマシンの汎用マルチフィジクスシミュレータに対する基本的検証と(2)本シミュレータの高性能計算機への実装が完了し,さらに(3)その信頼性を実験的に検証するためのマイクロマシンとその振動実験装置を開発したので,本研究の最終的目標である本シミュレータの実験的検証を行う準備が十分に整ったから.マイクロマシンの汎用マルチフィジクスシミュレータの開発として,そのコード実装がほぼ終了したため.本シミュレータをマイクロマシンに適用し,実験結果との比較に基づき,その信頼性を定量的に検証する.ここで本学マイクロ総合化技術センターからの協力を受けることにより,マイクロマシンの作成を効率化し,その費用を最小限に抑える.本シミュレータを多面的に評価し,その信頼性を十分に確保するために,静電界連成効果と空気連成効果の大きさを,開発したマイクロマシン用振動実験装置において変化させる.本シミュレータを典型的なマイクロマシン(例えば,マイクロ振動子,クシ歯型マイクロアクチュエータ等)に適用し,実験結果との比較に基づき,その信頼性を定量的に検証する.ここで本学マイクロ総合化技術センターからの協力を受けることにより,マイクロマシンの作成を効率化し,その費用を最小限に抑える.本シミュレータを多面的に評価し,その信頼性を十分に確保するために,様々なマイクロマシンを用いることに加え,静電界連成効果と空気連成効果の大きさを,それぞれ高速度プログラマブル電源と真空チャンバーにより,変化させる.3次元3連成解析の計算負荷は極めて高いので,本シミュレータをPCクラスタ等の高性能計算機に実装することにより,その問題を回避する.旅費として,調査研究と成果発表,その他として,マイクロマシンの材料,作成設備使用料および実験用電気機械部品などを予定している.次年度使用額が生じた状況は,実験のための消耗品費の変更である.従って,その使途は,実験のための消耗品費とする.物品費として,シミュレータ用高性能計算機,旅費として,調査研究,成果発表,その他として,マイクロマシン材料,マイクロマシン作成設備使用料,マイクロマシン実験の電気機械部品等を予定している.わずかであるが,次年度使用額が生じた状況は,ハイブリッド強連成解析の検証実験のための消耗品費の変更である.従って,その使途は,マイクロマシン実験のための消耗品費とする.
眼瞼・眼窩の3次元構築の臨床応用に関する研究

12年度はパーソナル・コンピューターに取り込んだ眼窩腫瘍症例のMRI画像を3DソフトのShade Professional R4(Expression Tools社)を用いて3次元に構築した。その結果、腫瘍と眼窩骨や眼球、視神経などとの相互の位置関係がとらえられ、眼窩全体を正面や側方など、様々な側面から俯瞰することができた。このことを第24回日本眼科手術学会(2001年1月28日大阪)で「パーソナル・コンピュータを用いた眼窩腫瘍の3次元構築の試み」として発表し、このシステムが術前のシミュレーションなど眼窩腫瘍摘出術の手術支援になりうることを示した。現在、この原著を「臨床眼科」に投稿中である。この3次元構築システムはヘリカルCTやスーパーコンピュータを使用したものに比較すれば、画質や精度が低いことは否めなかったのでそれを今後どのように改善していくか、また、外傷や眼内疾患などの眼窩腫瘍以外の眼疾患への応用などさらに検討が必要と思われた。今年度はパーソナル・コンピューターを購入・設置して実際に眼瞼および眼窩腫瘍症例の顔写真やCT・MRI写真を取り込んだ。それを基にして眼瞼腫瘍の切除範囲や眼瞼形成のデザインを行い、実際の手術時所見と比較検討した。そのように検討した3症例の結果を第17回日本眼腫瘍研究会(1999年9月25日大宮市)で「局所麻酔で眼瞼形成術を施行した眼瞼悪性腫瘍の3例」として発表した。また眼窩腫瘍では視神経を圧排しているMRI像を解析し、前方アプローチの手術にて全摘出し、術後視力障害などがみられなかった孤立性線維性腫瘍の1例に対し、病理組織学的および免疫組織化学的検討も加えて第53回日本臨床眼科学会(1999年10月8日東京都)で「眼窩に生じた孤立性線維性腫瘍の1例」として発表した(共同演者)。また眼窩腫瘍の統計学的検討も行い、第23回日本眼科手術学会(2000年1月28日名古屋市)で「山形大学眼科における過去14年間の眼窩悪性リンパ腫の集学的治療の成績」として発表した。また原著として「眼窩腫瘍の治療戦略-山形大学眼科におけるretrospective study-」、「山形大学眼科における過去14年間の眼窩悪性リンパ腫の集学的治療の成績」および「Immunohistological observation of orbital solitary fibrous tumor」を日本眼科学会雑誌とJapanese Journal of Ophthalmologyに投稿中である。今年度は眼瞼および眼窩腫瘍症例に対する画像解析は2次元の表現による検討にとどまった。来年度(12年度)はさらに3次元画像解析にむけて検討を重ねたいと考えている。
受光角度を自律制御するエネルギー自給型の温室用半透過太陽電池ブラインドシステム

受光角度を自律制御するエネルギー自給型の温室用半透過太陽電池ブラインドシステムを開発した。日射に応じた自律的なブラインド角度制御を可能とする電子回路を開発した。温室屋根に装着した太陽電池ブラインドの動作に要するエネルギーは自己の発電エネルギーで自給した。日射が強い時には屋根と平行に、弱いときは屋根と垂直にブラインドの角度を変えることにより、発電と温室内への日射取り込みのバランスを調節した。システムの性能を一通り評価した後、太陽電池ブラインド板を1枚追加した。2ヶ月間に渡る自律動作試験において、発電エネルギーはブラインドを運転するために消費したエネルギーを上回り、余剰電力量が発生した。日射強度に応じて自律的に角度を変えるアクチュエーター(直流モーターに取り付けた半透過太陽電池ブラインド)とその駆動回路の原理について研究した。制御システムは、日射を電圧信号に変換するフォトダイオード、その電圧信号を増幅するアンプ、日射強度に応じてモーターの回転方向を変えるモーター駆動回路、モーターの停止位置を決定するリミットスイッチ、太陽電池、太陽電池の発電エネルギーを充電するバッテリーおよび充放電コントローラー、そして、そのバッテリーからシステムに電力を供給するフィードバック回路から成る。日射強度が閾値(例えば、0.5 kW m-2)を超えると、直流モーター(12 W)を正転させ、モーター軸に取付けた太陽電池ブラインドの最大面積で日射を受けて発電および遮光した。この時、リミットスイッチによって停止位置を指定した。日射強度が低下し、閾値を下回ると、90度反転させて日射を最大限温室内に取り込んだ(発電電力を取り出すケーブルがあるので、一方向に回転させ続けずに反転させる)。この状態であっても、球状太陽電池粒セルで構成される太陽電池ブラインドは散乱光のみで発電を続ける。電力(W)×時間(s)=エネルギー(J)であるから、低電力であっても長時間発電することは重要である。半透過太陽電池ブラインドのプロトタイプの試作を、太陽電池メーカーの協力を得て同時に進めた。直流モーターの回転および駆動回路の動作に要する電力量は、すべて太陽電池ブラインドの発電エネルギーで賄うことが可能であり、尚且つ発電エネルギーは余剰となることが確認できた。これらの成果を取りまとめて平成27年度の農業気象学会で発表した。また、本研究を地域住民や行政、民間企業等に広く発信するために、文部科学省地(知)の拠点大学による地方創生推進事業(COC+事業)しまね大交流会にて研究経過を一般公開した。日射強度に応じて自律的に角度を変える太陽電池ブラインドとその駆動回路の原理について予定通り研究した。日射強度が設定閾値を超えると、直流モーターを正転させ、モーター軸に取付けた太陽電池ブラインドの最大面積で日射を受けて発電および遮光した。日射強度が低下し、閾値を下回ると、太陽電池ブラインドを90度反転させて日射を最大限温室内に取り込んだ。この状態であっても、球状太陽電池粒セルで構成される太陽電池ブラインドは散乱光で発電を続けた。エネルギーは電力の時間積分であるから、低電力でも長時間発電することは重要である。太陽電池メーカーの協力を得て、半透過太陽電池ブラインドの試作を同時に進めた。直流モーターの回転および駆動回路の動作に要する電力量は、すべて太陽電池ブラインドの発電エネルギーで賄うことが可能であり、尚且つ発電エネルギーは余剰となることをシミュレーションで確認した。以上の研究実績は、ほぼ申請書作成時点の計画通りである。1、初年度に開発したブラインド駆動回路の改良を継続した。すなわち、作目や季節に応じて、ユーザーがアンプの増幅率を調整すれば、ブラインドを回転させる日射の閾値を設定できる仕組みとした。2、半透過型太陽電池ブラインドの改良タイプを試作した。p型半導体の内球をn型半導体で包囲してpn接合太陽電池セルを形成した。粒径は1.2 mmとした。多数の太陽電池セルを導体で連結して液化した透明樹脂に埋め込み、その後硬化させて両面をガラス板で挟んだ。導体断面積と透明基材の減衰率も考慮に入れて遮光率39%とした。太陽電池ブラインド材の大きさは、温室の骨材のスパンを考慮して長さ50 cm、幅20 cmとした。太陽電池ブラインド1枚の出力は1.5 Wとした。3、試作した半透過太陽電池ブラインドの電流ー電圧特性、電力ー電圧特性および光透過率を計測した。これらのデータから、受光角度と発電効率ならびに遮光率の関係を明らかにした。4、制御回路と半透過型太陽電池ブラインドを温室に装着して、トータルシステムのプロトタイプを構築した。太陽電池ブラインドは屋根面の直下に設置した。50 cm間隔の温室支柱パイプを利用して、温室の奥行き方向と平行に太陽電池ブラインドの長手方向を揃えて設置した。温室屋根頂上に設置したフォトダイオードの出力電圧信号で、モーターの回転角度を制御した。

太陽電池ブラインド動作中のシステムの制御信号と発充放電の電力収支を連続的に計測してデータを蓄積した。5、得られた成果を学会で発表するとともに、学術誌に投稿した。また、本研究を地域住民や行政、民間企業等に広く発信するために、文部科学省地(知)の拠点大学による地方創生推進事業(COC+事業)しまね大交流会にて研究経過を一般公開した。初年度に開発したブラインド駆動回路の改良を継続した。すなわち、作目や季節に応じて、ユーザーがアンプの増幅率を調整すれば、ブラインドを回転させる日射の閾値を設定できる仕組みとした。並行して、半透過型太陽電池ブラインドの改良タイプを試作した。p型半導体の内球をn型半導体で包囲してpn接合太陽電池セルを形成した。粒径は1.2 mmとした。多数の太陽電池セルを導体で連結して液化した透明樹脂に埋め込み、その後硬化させて両面をガラス板で挟んだ。導体断面積と透明基材の減衰率も考慮に入れて遮光率39%とした。太陽電池ブラインド材の大きさは、温室の骨材のスパンを考慮して長さ50 cm、幅20 cmとした。太陽電池ブラインド1枚の出力は1.5 Wとした。次に、試作した半透過太陽電池ブラインドの電流ー電圧特性、電力ー電圧特性および光透過率を計測した。これらのデータから、受光角度と発電効率ならびに遮光率の関係を明らかにした。さらに、制御回路と半透過型太陽電池ブラインドを温室に装着して、トータルシステムのプロトタイプを構築した。太陽電池ブラインドは屋根面の直下に設置した。50 cm間隔の温室支柱パイプを利用して、温室の奥行き方向と平行に太陽電池ブラインドの長手方向を揃えて設置した。温室屋根頂上に設置したフォトダイオードの出力電圧信号で、モーターの回転角度を制御した。以上の試作と実験で得られたデータを学会で発表するとともに、研究経過の全容を学術誌に投稿した。以上の研究実績は、ほぼ申請書作成時点の計画通りである。1)前年度の研究によってシステムの消費電力のほとんどは待機電力として浪費されていることが判明したため、初年度に開発したブラインド駆動回路の夜間待機電力を削減することとした。遮光システムを夜間に作動させる必要はないため、回路を開放してシステムの電力消費を最小とする仕組みを考案して、試作実験した。その結果、駆動回路における夜間の自己消費電力量を0とすることに成功した。2)2枚の半透過型太陽電池ブラインドをモーターの同軸上に取り付け、余剰電力を発生させることに取り組んだ。
共培養実験系を用いたエナメル上皮腫による骨破壊の分子機構解明とリスク判定への応用

本研究では、エナメル上皮腫患者の病変部と健常者の口腔粘膜より採取した細胞を不死化し、新規エナメル上皮腫細胞株AM-3と正常口腔粘膜上皮細胞株MOE-1を樹立した。これらの新規細胞株と既存のエナメル上皮腫細胞株AM-1を用いて研究を行った。その結果、エナメル上皮腫細胞株(AM-3)では、正常口腔粘膜上皮細胞株(MOE-1)と比較してWnt5a、Fz-2、MMP-2、-9の高発現をみとめた。また、Wnt3aで刺激したAM-3はMMP-9の発現が著明に亢進した。さらに、AM-3と破骨細胞前駆細胞であるRAW264.7細胞を共培養すると破骨細胞分化が誘導されることが示された。エナメル上皮腫は良性腫瘍でありながら顎骨への高い浸潤能により、顎顔面領域の変形や機能障害を引き起こす。本研究の目的は、エナメル上皮腫の骨浸潤メカニズムを解明し、新たな治療戦略に必要な知見を得ることである.本研究では、培養細胞(エナメル上皮腫細胞単独および、病変周囲に存在する細胞との共培養)の実験系を用いて、本疾患において特徴的な骨浸潤に関わる分子を特定すると共に、組織型の違いによる増殖や骨浸潤の違いについても解析する。さらに、臨床所見との関連も総合的に判断して、エナメル上皮腫の新たな診断や治療の開発につながる知見を得ることを目的とする。本年度は、昨年度に我々が樹立したエナメル上皮腫細胞株AM-3と正常口腔粘膜上皮細胞株MOE-1の遺伝子発現について、マイクロアレイによる網羅的解析を行った。その結果、AM-3はMOE-1と比較して、IL-3のようなサイトカインやMMP-3のような酵素が多く発現していることが分かった。また、新規に2症例のエナメル上皮腫より得た細胞を初代培養し、現在細胞の不死化を試みている最中である。既存のエナメル上皮腫細胞株AM-1とAM-3は異なる組織型由来である。それぞれを破骨細胞前駆細胞であるマウスマクロファージRAW細胞と共培養し、破骨細胞誘導能を評価した結果、AM-3の方がより強い破骨細胞誘導能を示した。臨床的にも、AMー3の組織型である濾胞型は骨浸潤能が高いことが知られている。今後は、新規に樹立す予定の複数のエナメル上皮腫の細胞株を用いて遺伝子解析を行い、エナメル上皮腫に特異的な遺伝子を同定し、その因子のエナメル上皮腫の病態への関わりを明らかにしていく。エナメル上皮腫は歯原性良性腫瘍でありながら高度な骨浸潤能のため、顎顔面の変形や機能障害を引き起こす。本研究では培養細胞(エナメル上皮腫細胞単独、及び病変周囲に存在する細胞とのco-culture)の実験系を用いて、本疾患において特徴的な骨浸潤に関わる分子を特定するとともに、組織型の違いによる増殖や骨浸潤の違いについても解析する。その結果を、臨床材料、病理所見と併せて総合的に検討し、本疾患の骨への浸潤能を直接反映するリスク因子の同定を行う。最終的にはエナメル上皮腫治療での、根拠ある客観的な骨浸潤リスクの迅速判定法の構築を目指すことを目標とする。研究内容は既存のエナメル上皮腫由来細胞であるAM-1細胞株と新たに我々が樹立したエナメル上皮腫由来細胞のAM3及び正常口腔粘膜上皮由来細胞であるMOE1を用いて、骨浸潤・破壊に関連する可能性のあるMMP(マトリクスメタロプロテアーゼ)ー2、ー9、MMPを標的遺伝子とするWntシグナル関連遺伝子及び破骨細胞への作用について解析を実施した。また、エナメル上皮腫細胞に破骨細胞誘導能をもつことは、すでにAM1細胞で確認しているので、AM3細胞及びMOE1細胞での破骨細胞誘導能について検討を行った。その結果、エナメル上皮腫AM1及びAM3細胞株では、正常口腔粘膜上皮MOE1細胞株を比較して、Wnt-5a、Frizzled-2、MMP-2、-9の高発現が認められた。特にMMP-9の発現は口腔がん細胞と比較しても発現が亢進していることがわかった。さらに、AM3細胞株では、Wnt-3aタンパクで刺激するとMMP-9の遺伝子発現が亢進し、それに加えてMMP-9の酵素活性の上昇も認められた。また、AM3細胞とラットのマクロファージ由来細胞であるRAW細胞とを共培養した結果、AM3細胞によって破骨細胞の誘導が起こることを確認した。本年度では、我々が樹立させたエナメル上皮腫細胞株(AM3)と正常口腔粘膜

上皮細胞株(MOE1)を用いた、Wntシグナル経路と骨浸潤に関する研究成果をまとめ、その成果は科学雑誌に掲載された。さらにエナメル上皮腫と正常口腔粘膜上皮細胞株とを比較したマイクロアレイを実施したのでこれらの結果を解析し、まとめた成果を科学雑誌に投稿する計画である。これまでの結果から、Wntたんぱく質を含めた未同定の液性因子やエナメル上皮腫細胞内のWntシグナル異常などが原因となり、MMP等が産生されてコラーゲンの分解することや、エナメル上皮腫細胞株に破骨細胞や破歯細胞を分化誘導を認ることが骨破壊や骨浸潤を引き起こす原因となっている可能性が考えられる.さらには、マイクロアレイでLPS受容体の発現の亢進が認められたことから、エナメル上皮腫病変部に感染が起こると、病変の増悪が起こることが予想される。つまり、感染がリスク因子となっている可能性があると思われる。以上のことから、エナメル上皮腫における骨浸潤の分子生物学的メカニズムについての解析は順調に進行していると考えられる。本年度は、エナメル上皮腫細胞株の分泌タンパク質やエナメル上皮腫症例の病理切片のタンパク質の解析はタンパクの回収までは行ったものの、解析までは実施できなかった。今後は、タンパクの解析を実施していく予定である。また、昨年度はマイクロアレイを行いWnt関連以外のシグナル分子や受容体などの遺伝子発現が亢進または抑制されているものがないかを網羅的に解析したので、今後はマイクロアレイの解析データをまとめ論文投稿予定である。さらに、エナメル上皮腫における破骨細胞や破歯細胞を分化誘導の抑制因子または促進因子について検討するために、共培養実験系を用いてWntタンパク質やサイトカイン、LPS等を用いた条件下での破骨細胞誘導能の解析を実施する予定である。そのうえで、エナメル上皮腫の骨浸潤を増悪させるリスク因子の確定へとつなげていく計画である.次年度の研究費で備品を購入する計画はない。研究費は主として細胞培養のための培地を含めた試薬、カラムクロマトグラフィー実験、マイクロアレイの解析などの消耗品の購入に費やされる。また、本研究成果を国内外の学会に発表し他研究者と情報交換するための交通費等として使用する。その他、論文の校正、掲載料に当てる予定である。
腕時計型線量計によるIVR術者の被ばく線量モニタリングの開発

当該研究期間内に腕時計型線量計試作品(以下線量計)を用いてIVR検査時の被曝線量モニタリングへの有用性の検討を行った.オーバーチューブ(OT)方式テレビ透視台におけるIVR15件と,アンダーチューブ透視台(UT)によるIVRが13件において、線量計の表示値(mSv),線量計検出部に近接して固定したTLD3本の測定値平均,手首側に固定したTLD3本の測定値平均,鎖骨中線で劔状突起レベルに検出部を貼布したSkin Dose Monitor(SDM)の表示値を検討した。透視時間1分あたりの腕時計式線量計の表示値は0.001-0.013mSv(UT),0.006-1.072mSV(OT)であり,オーバーチューブ式透視台で高値を示した。検出部に近接して固定したTLD線量計の測定値はそれぞれ0.22-4.70nC/min,0.15-22.87nC/min、また手首部のTLD線量計測定値は0.13-12.05nC/min,0.28-43.91nC/minであった。X線検出部が近接した線量計と手背部TLDの測定値に関しアンダーチューブ装置で相関が見られたがオーバーチューブ装置ではばらつきが多く相関はないと考えられた。また、手背と手首側のTLDの測定値との間にも相関はないと考えられた。線量計のX線検出部の指向性、検査時の術者の手の複雑な動きなど様々な要因が影響し、IVR術者の被ばく線量の評価としては問題があると考えられた。患者被ばくの指標としてのSDM表示値は0.51-13.38mGy/min,0.46-2.55mGy/minであったがこれも透視時のテーブル移動などに伴う直接線、散乱線の影響が複雑に影響しており被ばく線量の評価は慎重にすべきと考えられた。腕時計型線量計試作品(以下線量計)を用いてIVR検査時の被ばく線量モニタリングへの有用性を検討した.方法:線量計を術者が手首に装着してIVR手技を行い,その使用感をアンケート方式で集計し,表示線量を記録した.線量計は防水機構を備えていないため消毒に問題があったが,手洗い後ガウン・手袋を着用した後手首に装着し,透明の清潔ラップで覆うことで簡易的な清潔状態とした.ラップは透明の清潔ラップを用い,線量計表示部の視認性に影響がないように工夫した.平行して行った線量計の基本特性試験より線量計の入射X線の角度による指向性に若干問題が考えられたので,着用試験ではTLDを線量計センサー部(手背)より1cm以内と手首部に装着し線量を測定し,線量計の表示値とTLDの測定値を対比することとした.今年度は血管系IVR10例,非血管系IVR16例,血管系非IVR検査8例に行った.血管系IVRはアンダーチューブ装置,非血管系IVRはオーバーチューブ装置を用いた.評価:検査時の装着感につき,手技への支障はないが表示部の液晶表示が暗く改善の余地があった.また,線量計本体はIVRで使用する場合消毒および清潔操作への対応が必須であり,構造の検討が必要であった.

各種測定結果について十分な検討はまだ加えていないが,線量計表示部の数値とTLDによる線量との間には一定の傾向は認められないようであった.また,手背部と手首部のTLDの数値にも一定の傾向がはっきりせず,症例を増やしての検討が必要と考えられた.腕時計型線量計試作品(以下線量計)を用いてIVR検査時の被曝線量モニタリングへの有用性の検討を行った.方法:線量計を術者が手首に装着してIVR手技を行い,線量を測定した.同時に熱ルミネセンス線量計(TLD)を線量計センサー部(手背)より1cm以内と手首部(手背部のTLD部の対側)に各3本装着して線量を測定した.これにより線量計とTLDの対比,手背部と手首部の対比を行うこととした.平成13年度は平成12年度に引き続き症例の蓄積を行ったが12年度の測定内容に加えて術者の甲状腺被ばく,患者の被曝の評価も行うこととした.IVR術者の甲状腺部にTLD3本を固定し,甲状腺の被曝線量の評価を行い,腕時計線量計表示値,腕部TLD測定値との関係を求めるた.またIVRにおける患者の被曝線量の評価目的で透視部位に表面線量計をおき,患者被曝線量の測定も行った.最終的には術者被曝と患者被曝の関連性の評価も行うこととした.線量計着用者はIVR担当医師,放射線技師,放射線部看護婦であり,血管系IVRはアンダーチューブ装置,非血管系IVRはオーバーチューブ装置で行っている.測定結果の解析は14年度に行う予定であるが透視時間が長くなるにつれ患者被曝線量は増え,術者の腕時計線量計の表示値も増加する傾向があった.ただし腕時計線量計の表示値とTLDで測定した線量は必ずしも一定の傾向を持たないようであった.また,手背側のTLDと手首側のTLD間にも一定の傾向が見られなかったが,検査(手技)内容,検査部位,検査時間,術者の経験年数などを加味した解析が必要である.腕時計型線量計試作品(以下線量計)を用いてIVR検査時の被曝線量モニタリングへの有用性の検討を行った.オーバーチューブ(OT)方式テレビ透視台におけるIVR17件と,アンダーチューブ透視台(UT)によるIVRが13件において、線量計の表示値(mSv),線量計検出部に近接して固定したTLD3本の測定値平均,手首側に固定したTLD3本の測定値平均,鎖骨中線で劔状突起レベルに検出部を貼布したSkin Dose Monitor(SDM)の表示値を検討した。透視時間1分あたりの腕時計式線量計の表示値は0.001-0.013mSv(UT),0.006-1.072mSV(OT)であり,オーバーチューブ式透視台で高値を示した。検出部に近接して固定したTLD線量計の測定値はそれぞれ0.22-4.70nC/min,0.15-22.87nC/min、また手首部のTLD線量計測定値は0.13-12.05nC/min,0.28-43.91nC/minであった。X線検出部が近接した線量計と手背部TLDの測定値にはばらつきが多く相関はないと考えられた。また、手背と手首側のTLDの測定値との間にも相関はないと考えられた。線量計のX線検出部の指向性、検査時の術者の手の複雑な動きなど様々な要因が影響し、IVR術者の被ばく線量の評価としては問題があると考えられた。患者被ばくの指標としてのSDM表示値は0.51-13.38mGy/min,0.46-2.55mGy/minであったがこれも透視時のテーブル移動などに伴う直接線、散乱線の影響が複雑に影響しており被ばく線量の評価は慎重にすべきと考えられた。
KamLANDによる近傍超新星爆発の観測

本研究は,神岡地下1000mで稼働する反電子ニュートリノ観測装置(カムランド)の近傍超新星爆発に備え得たデータ取得系の強化を目的としている.ベテルギウスなどの近傍天体が超新星爆発を起こした場合は,カムランドでの予想イベント数は1000万程度である.現況のカムランドデータ取得系には,この膨大なイベントを処理できる機能は無い.一方で,カムランドは反跳陽子反応により,超新星爆発からのnu_xを測定できる世界最大の検出器である.そこで我々は,最低限の情報として反応数の記録システムと反跳陽子を少しでも記録するための間引き機能の開発を行った.既に反応数の記録システムのためのFPGAロジック開発を終え,間引き機能も当初計画の今年度中に開発を終える予定である.また,我々はカムランドにおいて近傍超新星爆発起源の前兆ニュートリノが検出可能であることを見いだした.前兆ニュートリノは爆発直前(恒星進化末期)のケイ素燃焼中に対生成で作られる.カムランドでの前兆ニュートリノの予想イベント数は10程度であるが,カムランドの極限的な低バックグランド能力が検出を可能とする.この前兆ニュートリノ観測は,恒星進化の最終段階の直接的に明らかにする可能性がある.さらに,我々は前兆ニュートリノを用いた爆発前超新星アラームという概念を提唱した.既に爆発前超新星アラームのシステムの開発は終了しており,年度中にいくつかのニュートリノ観測装置や重力波観測装置で情報提供を開始する予定である.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の最終目的は、「ベテルギウスなどの近傍超新星爆発時に十分な数のニュートリノイベントを検出する」、そして重力波や電磁波との観測と合わせて「超新星爆発のメカニズムを解明する」ことである。その目的達成のために、本研究は「データ取得系改良による1kton液体シンチレータ型ニュートリノ検出器(KamLAND)における近傍超新星爆発観測体制の確立」と「近傍超新星爆発時に他研究領域と連帯した物理解析」を目標としている。本年度は、至近に迫っているベテルギウスの超新星爆発に一刻も早く対応するために、KamLANDの光電子増倍管の反応数を記録する最低限のデータ取得系改良を行う準備を行った。この改良はデジタル変換基板とトリガー基板上のField-Programmable Gate Array (FPGA)上に実装される。また、専用のコンピュータでメインのデータ取得と独立した読み出しを行う。実験室レベルでの動作実証を終えて、KamLANDに導入する準備を終えた。また、KamLANDはSNEWS(超新星早期モニターシステム)に正式に参加して、全世界に他のニュートリノ検出器と協力して超新星アラームを配信する体制を構築した。さらに、KamLANDでは近傍赤色超巨星からのケイ素燃焼フェーズ起源の超新星前兆ニュートリノを検出できることを示すことに成功した。これは爆発前の超新星アラームという新しい可能性である。当初は、KamLANDにおける近傍天体からの超新星ニュートリノ観測体制の構築を目指していた。ところが、近傍天体の前兆ニュートリノも検出可能性があることを明らかにすることができた。これは、超新星爆発前に超新星爆発を検出できることに対応する。このために当初の計画を超える、前兆ニュートリノによる爆発前の超新星アラームという新しい可能性を生み出した。前年度に引き続きKamLANDにおける近傍超新星爆発観測体制の構築を行う。年度最初に、前年度に準備を終えたシステムを実際にKamLANDに導入する。また、トリガーボードの改良により反跳陽子反応を波形込みで記録することができるようにする。さらに、新しい可能性である前兆ニュートリノによる爆発前の超新星アラームを開発することを計画する。