hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
幼児の刺激反応評価に関する新テスト開発及び危険回避能力育成に有効な運動遊びの提案

本研究の目的は、幼児の刺激反応評価に関する新テスト開発および危険回避能力育成に有効な運動遊びの提案を行うことである。ジャンケンのルールを利用した幼児の刺激反応テスト装置を開発し、テストの妥当性、信頼性を検証した。その後、選択反応時間(あいこ、勝ち、負け)と運動能力の関係を検討した。その結果、走、跳、投などの3大要素を備えた運動動作が危険回避能力の育成には必要であることが示唆された。したがって、幼児が、指示された条件を素早く判断し、前方の3つのバスケットリンクの中から答えを選択し、ボールを持ってリンクへ入れる運動遊びを考案した。本研究の目的は、幼児の刺激反応評価に関する新テスト開発及び危険回避能力育成に有効な運動遊びの提案を行うことである。初年度は、幼児の刺激反応評価に関する新テストの開発に重点を置き、研究課題I「幼児期のSJP(刺激:Stimulate・判断:Judge・実行:Practice)能力評価システムの開発」を実施した。まず、年度の当初に予備実験等を重ね、ジャンケンのルールを利用した幼児の刺激反応テスト装置を開発した。その後、測定条件やテストの妥当性、信頼性を検証するために、同測定器を用いて試行間の信頼性、性差、年代差、指示条件(あいこ、勝ち、負け)間差について検討した。安定した測定値を得るために、健康な幼児80名(年齢5.05±0.63歳)を対象に行った試行間信頼性(ICC)の検証実験において、練習試行の後に行った5試行のうち、最大値と最小値を除く3試行の測定値の信頼性は概ね高く、本研究で開発した測定器を用いたテストでは、安定した測定値が得られることが明らかとなった。ただし、負け条件には、課題を達成できる幼児の割合が低く、他の条件と異なる傾向を示すことが明らかになった。次に、年代によって向上すると仮定される幼児の刺激反応の発達度が、本テストによって適切に評価できているか、或いは指示条件の違いが測定結果に影響を及ぼすかを検証するために、幼児101名(4歳25名、5歳57名、6歳19名)を対象に、条件間差及び年代差について検証した。その結果、全ての年代においてあいこ>勝ち>負けの順で有意に早くなること、また、勝ち条件のみ年代差が生じ、4歳よりも6歳の方が有意に早いことが明らかになった。更に、指示条件間の関係性についても検証した結果、あいこ条件は勝ち、負けいずれの条件とも関係が無いこと、勝ち条件と負け条件の間でも、有意な関係はあるが高くはないことが明らかになり、指示条件によって捉えられる能力が異なる可能性が示唆された。平成26年度においては、検討課題Iの未解決課題と研究課題II「幼児のSJP能力と運動時間や運動能力との関係」の検証を中心に研究活動を実施した。検討課題Iで未解決とされていた単純反応時間と今回の選択反応時間(あいこ条件)の結果の関係について検討した。健常な5歳女児12名(年齢5.12±0.21歳)を対象に、画面上に提示された「グー、チョキ、パー」の図柄と同じ「あいこ」の図を選択する選択反応時間と、画面上に提示された図柄に関係なく図の提示と共にボタンを押すまでの単純反応時間を計測し、両者の相関係数を算出した。その結果、有意に高い相関(r=0.95)が認められた。あいこ条件は、3つの中から1つの正解を選択する過程を含むことから、単純反応時間よりも難易度が高く、タイムは遅れるものの、両者の関係は非常に高く、同じ能力が反映されていることが推測された。次に、検討課題IIとして、幼児における選択反応時間と運動能力の関係について、健常な幼児4ー6歳児156名(男児75名,女児81名)を対象に、選択反応時間(あいこ,勝ち,負け)と運動能力の関係を検討した。あいこ,勝ち,負け条件をそれぞれ5試行ずつ実施し、最高および最低値を除いた3試行の平均値を評価変数とした。運動能力テストは、7種目(握力,立幅跳び,ソフトボール投げ,25m走,反復横跳び,体支持持続時間,長座体前屈)それぞれ1試行ずつ実施し、評価変数には各測定値のT得点を用いた。解析には年齢を共変量とした偏相関係数を算出した。各種選択反応時間と運動能力の間に有意な関係が認められた(あいこ:r=-0.30,勝ち:r=-0.30,負け:r=-0.16;p<0.05)。これらの選択反応時間は、運動能力と密接に関係していると考えられる。一方で、運動時間との関係についてもアンケート調査の結果などを利用して検討したが、明確な関係は認められなかった。最終年度は、認知判断能力の測定方法として有効であると判断された、ジャンケンテストと関係の高い体力の構成要素を明らかにし、さらに、認知判断能力向上に必要な運動遊びを提案する。実験手順は、「あいこ条件」、つまり画面上に提示した絵と同じ絵が描かれたボタンを選択する。また、「勝ち条件」は、画面上に提示した絵に対応する絵の描かれたボタンを選択し、押すまでの反応時間を計測した。グー、チョキ、パーをランダムに提示しながら計5回測定を実施し、最高および最低値を除いた3試行の平均値を評価変数とした。幼児の体力を評価するため、7種目(握力、立幅跳、ソフトボール投げ、25m走、反復横跳、体支持持続時間、長座体前屈)を1試行ずつ実施した。

解析の結果「あいこ条件」では、有意差は認められず、「勝ち条件」では、25m走、立幅跳、ソフトボール投げ、反復横跳、体支持持続時間に有意な相関が認められた。幼児の選択反応時間は、瞬発力(パワー)、協応性(全身協調・スピード)、敏捷性、筋持久力といった体力の構成要素と関係が認められた。つまり、走、跳、投などの3大要素を備えた運動動作が必要である。これらを考慮し、ジャンケンバスケットゴールゲームを提案した。この運動遊びは、認知判断能力の発達度と関係が高かった、走る、跳ぶ、投げる、といった運動技能を取り入れ、また、刺激を受けて判断、そして実行するといった過程を遊びの中に入れている。ルールは、幼児用のバスケットリンク3台(左寄りグー、チョキ、パー)を室内に設置し、スタート位置からバスケットリンクまでの距離を8mとした。幼児にゴム製のボールを1個与えた後、指導者が幼児に対して、指示した条件(ジャンケンに勝ってごらん、負けてごらん、または、あいこ)に対して、素早く判断し前方の3つのバスケットリンクの中から答えを見つけ、ボールを持ってそのリンクへ入れる運動遊びを提案した。本研究の目的は、幼児の刺激反応評価に関する新テスト開発および危険回避能力育成に有効な運動遊びの提案を行うことである。ジャンケンのルールを利用した幼児の刺激反応テスト装置を開発し、テストの妥当性、信頼性を検証した。その後、選択反応時間(あいこ、勝ち、負け)と運動能力の関係を検討した。その結果、走、跳、投などの3大要素を備えた運動動作が危険回避能力の育成には必要であることが示唆された。したがって、幼児が、指示された条件を素早く判断し、前方の3つのバスケットリンクの中から答えを選択し、ボールを持ってリンクへ入れる運動遊びを考案した。平成26年度計画していた幼児のSJP能力と運動時間や運動能力との関係(研究課題II)については、被験者数が若干少ないものの、成果報告も含め、当初の予定通り順調に進んでいる。サンプルサイズの拡大や、新たに検討すべき内容(それぞれの選択反応時間と7種目ごとの運動能力の関係)については、次年度以降、共同研究者や測定依頼先の機関と連携を取りながら対応していくことで十分解決が可能であり、研究計画全体の遂行には支障はないと判断される。測定評価平成27年度は、幼児における選択反応時間と特に関係の高い運動能力の要素を明らかにし、それらの運動能力が関連する運動遊びを提案することで、幼児の危険回避能力育成を目指す。つまり、これまでの研究成果を踏まえた上で、幼児の選択反応時間の育成に繋がる運動遊びの様式を検討するのが最終年度を向かえる本年度の目標である。初年度計画していた測定機器の開発、テストの測定条件の検討、妥当性、信頼性の検証(検討課題I)については、被験者数が若干少ないものの、成果報告も含め、当初の予定通り概ね順調に進んでいる。サンプルサイズの拡大や、新たに検討すべき内容(単純反応時間との関係性)については、次年度以降、共同研究者や測定依頼先の機関と連携を取りながら対応していくことで十分解決が可能であり、研究計画全体の遂行には支障はないと判断される。本年度は、検討課題IIのデータ収集に関わる経費を主に予算として計上していたが、これまで、予備実験の結果を踏まえ、測定器の機能・種類等の見直しをはかり、開発費の削減を行ってきたこと、また、測定依頼先機関の協力により測定の効率化が行われたことによって、謝金等の面で当初の予定額よりも経費が削減できた。
可変メタマテリアルによる立体ディスプレイ用空間光変調器

本研究は、将来の立体動画ディスプレイの実現を目指し、可変メタマテリアルによる光変調器の実現を目的としている。平成29年度には、(1)シリコン振動子側面に形成する金属フィンを利用した面内駆動型光位相変調素子の設計と製作、(2)位相変調素子の形状・光学特性同時評価のための計測システム構築、の2つを行った。(1)に関しては、まずデバイス設計に取り組んだ。電磁界シミュレーションを行い、製作するデバイスが所定の位相差変調範囲180度を持つ条件を確認することができ、設計解を明確化することができた。次に、ガラス基板上に表面マイクロマシニング技術と犠牲層エッチング技術によって可動構造を実際に製作することができた。さらに、側壁に堆積した金属膜による光学位相差の発生を確認することができた。また、面外駆動型デバイスの作製も行い、位相変調を確認することができた。(2)に関しては、干渉光学系を有する走査型偏光分解プローブ顕微鏡を製作し、メタサーフェスを透過した光の偏光状態(偏光方向と位相)を可視化する評価システムを構築することができた。このシステムでは、微小開口を有するプローブで試料表面を走査しつつ、開口からの透過光と別航路のリファレンスビームの位相差を干渉計測することによって、変更状態を完全に評価することができる。これにより、ラジアル変更状態やアジマス変更状態といった特異な偏光分布を可視化することが可能となった。これらの結果を用いて、平成30年度以降には、面内駆動型デバイスによる位相変調の実現を目指すとともに、空間光変調器実現のための画素並列化に取り組む。交付申請書に示した(1)シリコン振動子側面に形成する金属フィンを利用した面内駆動型光位相変調素子の設計と製作、(2)位相変調素子の形状・光学特性同時評価のための計測システム構築、の課題それぞれにおいて順調な進捗が見られるため。平成30年度以降には、面内駆動型デバイスによる位相変調の実現を目指すとともに、空間光変調器実現のための画素並列化に取り組む。
放射標識モノクローナル抗体をガイドとする早期胃癌手術の合理化に関する研究

125-I,131-I、111-Inを標識した、マウスモノクローナル抗体、キメラモノクローナル抗体A7を人胃癌を移植したヌードマウスに投与し、腫瘍への抗体の経時的集積量、腫瘍血液を計測した。腫瘍血液比は125-Iマウスモノクローナル抗体を使った場合が最も高く、また抗体投与後3日目が最も高い腫瘍血液比を示し、腫瘍への絶対集積量も高い事が判明した。125-Iキメラモノクローナル抗体も腫瘍血液比は高かったが、腫瘍への絶対集積量においてマウスモノクローナル抗体よりやや劣っていた。131-Iを使った場合、マウスモノクローナル抗体もキメラモノクローナル抗体も同様の腫瘍集積パターンを示した。111-Inは抗体の腫瘍への絶対集積量が低かったのでRIGSには不適当であると考えられた。この結果から、RIGSに用いるのは125-Iまたは131-Iを標識したキメラモノクローナル抗体で、抗体投与は手術の前3日に行うのが良い事が判明した。十分なインフォームドコンセントの後、11例の胃癌患者、大腸癌患者に131-I標識キメラモノクローナル抗体A7を手術前に投与しRIGSを行った。抗体投与による副作用は認められなかった。原発腫瘍手術中に確認されたのは8例であったが、転移リンパ節は2例に検出されたのみであった。摘出標本の放射活性を見るといずれも周囲組織より3倍以上高かった。転移リンパ節の術中検出率が低かったのは131-Iの持つ特性によると考えられ、したがって今後検出率を高めるには125-Iの使用も含め核種の検討が必要である。(1)体外ガンマー線カウンター(GDP)の精度の検定:ヌードマウスにヒト大腸癌細胞を移植し、125-I及び131-Iで標識したマウスモノクローナル抗体A7及びキメラモノクローナル抗体ch-A7を静脈内投与し、腫瘍及び腹部の放射活性を測定した。体外よりの放射活性はNeoprobe社製(USA)のgamma detecting probe (GDP)を用いた。この値と、従来のウェル型ガンマーカウンターでの実測値は相関していた。(2)投与条件の決定:抗体の種類、抗体の投与量、投与時期を決定するために放射標識抗体を上記のヌードマウスに投与し、CDPにて腫瘍への抗体の集積を計測した。抗体の腫瘍/背景比は投与後2日目に3を超え、以後その値を8日目まで持続した。マウスを屠殺し、腫瘍/血液比をウェルガンマーカウンターで実測すると、その値はch-A7で最も高く、抗体としてch-A7を用いることにした。(3)臨床応用:早期胃癌患者に使用する前に進行大腸癌患者に応用した。6例の再発大腸癌患者に、131-I標識抗体を投与後、4日目に手術を行った。4例に腫瘍部位の同定が可能であった。1例でリンパ節転移部位が検出できた。1例で肝転移巣の検出が可能であった。副作用はまったく認められなかった。(4)以上の基礎的なデータを元に今年度は、早期胃癌患者に本法を応用する予定である。125-I,131-I,111-Inを標識した、マウスモノクローナル抗体、キメラモノクローナル抗体A7を人胃癌を移植したヌードマウスに投与し、腫瘍への抗体の経時的集積量、腫瘍血液を計測した。腫瘍血液比は125-Iマウスモノクローナル抗体を使った場合が最も高く、また抗体投与後3日目が最も高い腫瘍血液比を示し、腫瘍への絶対集積量も高いことが判明した。

131-Iを使った場合、マウスモノクローナル抗体もキメラモノクローナル抗体も同様の腫瘍集積パターンを示した。111-Inは抗体の腫瘍への絶対集積量が低かったのでRIGSには不適当であると考えられた。この結果から、RIGSに用いるのは125-Iまたは131-Iを標識したキメラモノクローナル抗体で、抗体投与は手術の前3日に行うのが良い事が判明した。十分なインフォームドコンセントの後、11例の胃癌患者、大腸癌患者に131-I)標識キメラモノクローナル抗体A7を手術前に投与しRIGSを行った。抗体投与による副作用は認められなかった。原発腫瘍手術中に確認されたのは8例であったが、転移リンパ節は2例に検出されたのみであった。摘出標本の放射活性を見るといずれも周囲組織より3倍以上高かった。転移リンパ節の術中検出率が低かったのは131-Iの持つ特性によると考えられ、したがって今後検出率を高めるには125-Iの使用も含め核種の検討が必要である。
インパルス性雑音除去のための閾値算出法と高速な並列処理型アルゴリズムに関する研究

平成30年度における研究は、マルチコア型スイッチング・メディアンフィルタ法(手法I)として、そのオリジナルとしている多方向走査平均処理スイッチング・メディアンフィルタ(MSMF)に閾値の自動算出法を組込み入れる改善を行った。雑音判定に用いる閾値には、画像ごとに雑音除去後の画質を最適にする最適閾値が存在することをすでに明らからかにしていたが、その値をどのように決めるかが問題として残されていた。そのため、画像を分割して、その特徴をもとに分析をしていたところ、画像内のエッジ情報を基にしたエッジ強度を使用することで、最適な閾値にはならないもののある程度の範囲で閾値を決定する方法を開発した。また、このエッジ強度を計算する領域に関しては、各種の特徴を持つ画像について、注目画素の周辺の正方形、菱形および円形領域での比較結果から、注目画素を中心とした菱形領域のエッジ強度が最適閾値に近い値となることが判明した。本方式による雑音除去後の画質に関して、これまでの画像分割型MSMFと比較したところ、PSNR画質評価値で1.02.8dBほど改善されることが分かった。また、GPUを使った並列処理型(手法II)雑音除去アルゴリズムに、この菱形領域による閾値計算法を取り入れた方法を開発し、評価段階に入ったところである。さらに、近年注目されているディープラーニングの一つであるCNNを雑音除去に用いた場合の性能を評価し始めた。この手法によるアルゴリズムもGPUを用いた並列処理型の一つであるため、上記の手法IIとの比較の結果によって、今後の研究の方針が大きく変貌するかもしれない。しかし、場合によっては、閾値を決定する部分に限定してディープラーニングを用いる融合型の新しい手法の開発も考えられる。画像分割型MSMFにおいて、雑音除去のための閾値を自動的に算出する方法を開発する中で、分割画像内のエッジ情報が閾値を深く関連していることが明確になってきた。そこで、分割画像ごとよりも注目画素周辺の領域にさらに狭めて閾値とエッジ情報とから閾値を求められないか解析を進めたところ、分割処理よりも注目画素の周辺領域の菱形領域のエッジ強度から直接閾値を算出するという簡潔なアルゴリズムに改善することができた。復元画像の画質に関しても、画像分割型MSMFを上回ることが確認できたので、口頭発表や論文に成果を発表することができた。また、速度を向上させる手法として、GPUを用いた並列型の高速アルゴリズム手法にも改良を加えることができ、復元画質の評価を様々な画像を用いて比較しているところである。さらに、ディープラーニングを取り入れた並列型のアルゴリズムが一段と復元画像の画質に改善がみられ、概ね着実に成果を達成している。マルチコア型MSMFアルゴリズムの閾値算出法がほぼ確立さることができたので、より精度を上げるため、多くの画像から実験データを取得し補正値を決めていくことが残されている。その上で、従来の手法および他手法との比較により学会発表をしていく。同様に、この閾値算出法の改良が進んだ段階で、GPU型を使った並列型手法にも取り入れ、処理時間と画質の比較をし、特性を明らかにする。さらに、ディープラーニングによる手法の改善も進める。最後に、実用性の評価として、高解像度ディジタルカメラで撮影した高解像度の大量の画像に対して評価試験を行うことで研究目的が達成させられる予定である。本研究の平成28年度において実施した内容に関して、提案をしているインパルス性雑音を除去するための多方向走査平均処理スイッチング・メジアンフィルタの改善手法として、自動算出法を組込んだマルチコア型イッチング・メジアンフィルタ(手法I)の開発を目標に以下の3項目を実施した。まず、本手法の閾値と雑音を除去した後の画質の関係では最適閾値を有する特徴があり、各画像内のエッジの特徴と相関関係があることが明らかになっている。そこで、項目Iとしてこの相関関係をさらに詳細に分析した。次に項目IIとして、エッジ強度の算出する領域についての検討を行った。さらに項目IIIでは、この参照領域から求められるエッジ強度から閾値を算出する方法を検討した。一つ目の項目では、画像を分割して各領域における最適閾値を求め、この分割画像内のエッジ強度と相関を調べたところ、空間周波数的にみて周波数が高いほど閾値の値は高めになることが判明した。また、画像の分割サイズに対して、サイズが小さいほうがより最適値を算出しやすい傾向があることが分かった。二つ目のエッジ強度を算出する領域の形状について、正方形、ひし形および円形で調べたところ、注目画素を中心とした円形領域に関してのエッジ強度が最も最適閾値との関連が深いことが判明した。三つ目として、注目画素のエッジ強度を求めたのち,多方向スイッチング・メジアンフィルタの閾値の計算を行う。画像分割型多方向スイッチング・メジアンフィルタに準じて基準閾値注目画素のエッジ強度とエッジの加重の積を加え、注目画素の閾値とすることした。注目画素ごとの周辺画素のエッジ強度に比例した閾値となることが判明した。平成28年度に計画していた多方向スイッチング・メジアンフィルタにおいて復元画質大きな影響を与える閾値に関して、自動的に算出する方法を開発することを主目的として、注目画素の周辺画素のエッジ強度から具体的に算出する方法を概ね開発することができた。しかしながら、雑音除去性能として最適な閾値と比較するとまだの画質低下があるため改良を加えていく必要がある。

現段階の成果として、画像分割多方向スイッチング・メジアンフィルタによる画質よりも向上した結果が得られた。さらに、最終目標であるアルゴリズムの並列化について、マルチコアCPUおよびGPUを活用した手法を作成しその処理速度の性能を調査することを始められた。以上から、若干計画が年度を前後する項目も含まれているが、十分に目的を達成できていると言える。平成29年度に実施した研究内容は、前年度のインパルス性雑音除去のための基本手法としている多方向走査平均処理スイッチング・メディアンフィルタ(MSMF)に閾値の自動算出法を組込み入れる改善を行ったマルチコア型スイッチング・メディアンフィルタ法(手法I)に関して、以下の項目に改良を加えた。まず、本手法で雑音判定に用いる閾値には、画像ごとに雑音除去後の画質を最適にする最適閾値が存在する傾向があることを確認した。この閾値に関して、画像を分割して分割画像ごとに最適な閾値を決定する方法として、各分割画像内のエッジ情報を基にしたエッジ強度から閾値を決定する方法を開発し、復元画像の画質の比較を行った。次に、このエッジ強度を計算する領域に関して、前年度ではサンプル画像を用いた正方形、菱形および円形領域での比較結果から円形領域が良かったが、今年度の詳細な調査からは、注目画素を中心とした菱形領域のエッジ強度が最適閾値との関連性が高いことが確認された。この方式による画質は前方式と比較して、画質のPSNR評価値で0.52.6dBほど改善されることが判明した。現在この方式に基づいて、マルチコア型CPUでのアルゴリズムに改良を加えてプログラム化を進めているところである。また、この菱形領域による閾値計算法をGPUによる並列処理型(手法II)の雑音除去のアルゴリズムに取り入れて改善を同時に進めているところである。さらに、画質の改善を優先する手法として、GPUを用いた並列処理型として、ディープラーニングの一つであるニューラルネットワーク(CNN)を取り入れた発展型の手法に拡張を行ったところ、良好な画質結果が得られたため、学会での発表も実現している。他手法に比べて高速である提案手法に、このディープラーニングを取り入れることで、画質の改善がさらに向上できる。画像を分割して分割画像ごとに閾値を自動決定する方法の開発を大きな目標にしていたが、分割処理を割愛して注目画素の周辺領域のエッジ強度から直接閾値を算出するという簡潔なアルゴリズムに改善することができた。画質に関しては、従来の手法を上回ることが確認できているため良好な結果となっている。また、速度の向上改善として、当初の予定であるマルチCPU型の手法とGPUを用いた並列型の高速アルゴリズム手法に改良を現在進めているところであり、速度面においても成果が出る見通しができている。さらに、並列型としてディープラーニングを取り入れることで、画質の改善にもつながり、予定以上の成果を実現していると言える。平成30年度における研究は、マルチコア型スイッチング・メディアンフィルタ法(手法I)として、そのオリジナルとしている多方向走査平均処理スイッチング・メディアンフィルタ(MSMF)に閾値の自動算出法を組込み入れる改善を行った。
マクロピノサイトーシスによる反発性軸索誘導機構の解明と脊髄損傷治療への応用

誘因性軸索誘導因子は、神経突起先端部分の成長円錐に働きかけ、正しい神経細胞へと成長を促し、シナプス形成を誘導する。逆に反発性軸索誘導因子は、成長円錐を退縮させることによって神経突起の伸長を止め、間違った神経細胞とのシナプス形成を阻害することが知られている。この成長円錐の退縮は、細胞膜表面積の減少を伴うが、その分子メカニズムはこれまで不明であった。本研究では、反発性軸索誘導分子であるSema3aが、エンドサイトーシスの一つであるマクロピノサイトーシスを誘導することによって、成長円錐の表面膜を大規模に細胞内へと取り込み、成長円錐の退縮や神経突起伸長の抑制を制御していることを明らかにした。神経突起伸長は神経回路形成に重要な過程であり、エクソサイトーシスによる細胞膜面積の増大により達成されると仮定されている。一方、突起伸長の抑制は、エクソサイトーシスの抑制により達成されると信じられている。しかし、研究代表者は神経突起伸長の抑制がエクソサイトーシスの抑制ではなく、マクロピノサイトーシスという特殊なエンドサイトーシスによる細胞膜の大規模な細胞内への回収により達成されるという、今までの仮説を覆す発見をした。しかも、神経回路形成に重要であるカルシウムや反発性ガイダンス分子がマクロピノサイトーシスを誘導することで突起伸長を抑制している事を明らかにした。本研究ではそのマクロピノサイトーシスによる新規な反発性軸索誘導機構を明らかにすることを目的とする。平成23年度に、(1)Neurotoxin C1によるvacuole形成はマクロピノサイトーシスによって形成され、syntaxin1Bがマクロピノサイトーシスの負の制御因子である。(2)semaphorin3Aシグナリングやephrin-A2により、syntaxin1Bの発現が成長円錐で抑制される事も明らかにし、さらにsyntaxin1の過剰発現によって、semaphorin3Aによるマクロピノサイトーシスが抑制され、成長円錐のコラプスも抑制される事も明らかとなった。(3)Neurotoxin C1やsemaphorin3Aによる成長円錐のコラプスはマクロピノサイトーシスの特異的阻害剤のアミロライドにより抑制されることも明らかにした(Journal of Neuroscience.2011)。平成24年度は、syntaxin1B結合分子を同定し、この分子の活性化によってマクロピノサイトーシスが誘導されること、さらにその誘導はsyntaxin1Bの過剰発現によって抑制されることを明らかにした。研究代表者はマクロピノサイトーシスという特殊なエンドサイトーシスによる大規模な細胞膜の回収が神経突起成長円錐の退縮や神経突起伸長の抑制に必須である事を世界に先駆けて発見した。以下のように分子メカニズムと生理的役割を明らかにした。膜輸送に重要なsyntaxin-1Bを切断し、成長円錐の退縮を誘導するNeurotoxin-C1毒素が成長円錐においてvacuole形成を誘導する事が知られていた。このvacuole面積の総和は正常に突起伸長した場合の軸索表面の膜面積に匹敵することから、Neurotoxin-C1による成長円錐の退縮にvacuole形成が重要であると示唆されていたが、このvacuole形成のメカニズムは今まで全く不明であった。驚いた事に、このNeurotoxin C1によるvacuole形成はマクロピノサイトーシスによって形成され、syntaxin-1Bがマクロピノサイトーシスの負の制御因子である事を明らかにした。さらに反発性軸索誘導因子Sema3aによってsyntaxin-1B発現が低下すること、逆にsyntaxin-1Bの過剰発現によって、Sema3Aによるマクロピノサイトーシスが抑制され、成長円錐の退縮も抑制される事も明らかとなった。さらに、Sema3Aによる成長円錐の退縮はマクロピノサイトーシスの特異的阻害剤によりほぼ完全に抑制されることも明らかにした(Kabayama et al., J.Neurosci. 2011)。これはsyntaxin-1Bがマクロピノサイトーシスの負の制御因子であり、Sema3Aによるマクロピノサイトーシス依存的な成長円錐の退縮と神経突起伸長の抑制に重要な分子であることを示している。マクロピノサイトーシス阻害剤が細胞内pHを制御するNHEを標的にすることから、Sema3aシグナルの下流にプロトンシグナルが存在する可能性を示唆した。突起伸長の抑制は間違った標的とシナプス形成しないために必須な過程であるが、これはエクソサイトーシスの抑制により達成されると信じられている。

しかも、神経回路形成に重要であるカルシウムや反発性ガイダンス分子がマクロピノサイトーシスを誘導することで突起伸長を抑制している事を明らかにした。本研究ではそのマクロピノサイトーシスによる新規な反発性軸索誘導機構を明らかにすることを目的とする。平成23年度は、Neurotoxin C1によるvacuole形成はマクロピノサイトーシスによって形成され、syntaxin1Bがマクロピノサイトーシスの負の制御因子である。(2)semaphorin3Aシグナリングやephrin-A2により、syntaxin1Bの発現が成長円錐で抑制される事も明らかにし、さらにsyntaxin1の過剰発現によって、semaphorin3Aによるマクロピノサイトーシスが抑制され、成長円錐のコラプスも抑制される事も明らかとなった。さらに、(3)Neurotoxin C1やsemaphorin3Aによる成長円錐のコラプスはマクロピノサイトーシスの特異的阻害剤のアミロライドによりほぼ完全に抑制されることも明らかにした(Journal of Neuroscience.2011 May;31(20):7357-7364)既に本研究により、誌上発表を行うことが出来た(Journal of Neuroscience.2011)。マクロピノサイトーシスの阻害剤であるアミロライドやアミロライド類似体はナトリウムープロトン交換体(NHEファミリー)の特異的阻害剤である。これまでに、反発性軸索誘導分子がマクロピノサイトーシスを誘導することで、成長円錐の退縮を誘導していることを明らかにしている。これらのことは、反発性軸索誘導分子は、細胞内のpHを変化させることでマクロピノサイトーシスを誘導している可能性を示唆している。すなわち、これまで全く知られていなかった、「プロトンシグナリングによる反発性軸索誘導機構の解明」という新しい研究領域の開拓につながっている。反発性軸索誘導にマクロピノサイトーシスが関与すること、さらにマクロピノサイトーシスの分子機構にsyntaxin1Bが関与していることをつきとめ、誌上発表することが出来た(Journal of Neuroscience.2011)。さらに、syntaxin1Bの下流分子の探索を行い、Git1依存性マクロピノサイトーシスをsyntaxi1Bが負に制御している可能性を見出した。また、syntaxin1B結合分子としてIP3Rを同定し誌上発表することが出来た(Journal of Physiological Sciences. 2011)。反発性軸索誘導分子が、ナトリウムープロトン交換体(NHE)を活性化し、細胞内pHを変化させることでマクロピノサイトーシスを誘導しているかを調べるため、成長円錐に発現するNHEアイソフォームを同定する。アイソフォーム特異的抗体を入手し、免疫組織化学的に解析を行う。さらに細胞内pHをモニターするためのpH感受性GFP変異体を用いたイメージング解析法を確立し、反発性軸索誘導分子がNHEを介してpHを変化させるかを調べる。
口腔機能による痛みの制御機構-情動の役割-

この研究は痛みの認知程度を抑制させるために情動がどのように関与しているかを明確にする事を目的としたもので、動物実験では扁桃体を刺激したときに、尾部へ機械的刺激を与えた時に活動する帯状回の反応が抑制された。また、fMRIにおけるヒトの実験では、噛締めた時、足に与えた侵害刺激に対する帯状回の神経の活性化が抑制された。従って、痛みの認知を低下させるには、情動をつかさどる扁桃体の刺激や口腔の機能が有用である事がわかった。痛みを抑制するためには何が有効かを調べるために、動物とヒトを用いて実験を行った。1.動物実験では、痛みの伝達経路の一部である扁桃体に注目して尾部に機械的刺激を90秒間に2秒づつ与えたときの帯状回からの反応を電気生理学的に調べ、それをもとに扁桃体を2μA,100Hzで15秒間の電気刺激を与えた時の痛みに対する帯状回からの反応の変化を比較した。その結果、帯状回からの痛み刺激に対する反応は、扁桃体の刺激により約90分間は抑制されることがわかった。この結果は、30μgのモルヒネを側脳室に投与したときと同じ結果となったため、扁桃体を刺激すると内因性オピオイドを分泌させるのではないかと予想される。したがって、今後は免疫組織学染色を用いて内因性オピオイドを確認する予定である。2.ヒトを対象にした実験では、磁気共鳴機能画像(fMRI)を用いて被検者の足に痛みを与えたときの帯状回の活動を確認した。痛み刺激は人為的に剣山を用いて、それを5秒間に1回づつ5回押し当てるという方法をとり、i)痛みを感じたら噛み締める、ii)バイトプレートを咬んでいるときに痛み刺激を与える、などの条件を組み、それぞれの条件のときの帯状回の活動変化を比較した。その結果、ヒトにより個人差は見受けられるが、痛み刺激を加えただけの時よりも、条件i)ii)のときのほうが、帯状回の活動が弱まっている傾向がみられた。MRIの機械の中では金属のものが使用できないために、条件設定には制限がかかるが、可能な限りの条件を考え被検者を増やす予定である。1.動物実験では、痛みの伝達経路の一部である扁桃体に注目して尾部に機械的刺激を90秒間に2秒つつ与えたときの帯状回からの反応を電気生理学的に調べ、それをもとに扁桃体を2μA,100Hzで15秒間の電気刺激を与えた時の痛みに対する帯状回からの反応の変化を比較した。その結果、帯状回からの痛み刺激に対する反応は、扁桃体の刺激により約90分間は抑制されることがわかり、昨年度からこの結果は同じである。しかし、なぜ抑制されるかは今後、扁桃体からの神経線維の伝達経路や、伝達物質の同定をしていきながら、明らかにしていきたい。痛み刺激は人為的に剣山を用いて、それを5秒間に1回づつ5回押し当てるという方法をとり、i)痛みを感じたら噛み締める、ii),バイトプレートを咬んでいるときに痛み刺激を与える、などの条件を組み、てれぞれの条件のときの帯状回の活動変化を比較した。その結果、ヒトにより個人差は見受けられるが、痛み刺激を加えただけの時よりも、条件i)ii)のとさのはりか、帯状国の活動が弱まっている傾向がみられた。以上のように動物実験やヒトの実験において、扁桃体を刺激することにより、帯状回の活動が抑制されることが明らかとなった。
日本における風土論の歴史社会学的考察

この研究では、今日とくに環境問題の解決を試みるにあたって重要な論点となっている、「生活環境」認識のギャップ(当該地域住民と研究者・マスコミ・他地域住居社とのあいだでの)を主題化するために、近代日本における風土論の歴史社会学的な検討をおこなってきた。その結果、あらたに得られた知見はつぎの二点にまとめられる。1.昭和初期という同時期に風土論を展開した和辻哲郎と三澤勝衛には、風土研究にたいする理論的前提において決定的な相違が存在していた。第一の相違は、風土概念に内包されている「われわれ」と「他者」との区分にかかわっている。三澤にとって「われわれ」とは、観察者が生活をおこなう地理的な範囲の住民に限定されているのにたいして、和辻にとっては「われわれ」は無限定に「日本人」とイコールとなされていた。第二に、どちらも環境認識に了解的方法をとってたにもかかわらず、和辻においては「自己の直観」を特権化されていたが、三澤は、(a)生活者の自己学習や工夫、(b)地域の慣習的な知識、(c)研究者による指導、の相互作用のかなで、「風土の観方」が培われていると考えていた。第三の相違は、和辻が風土を「人間の自己了解の仕方」として捉えたことによって人間中心主義的な環境認識にいたったのにたいして、三澤は、「風土の観方」という媒介類を導入することによって、自然環境を対象化して人間生活と自然の解離(ここに環境破壊が発生する)をテーマ化している。2.以上の相違が、その後の歴史において、和辻に、国家主義的な言説を取らせることになったのに対して、三澤は満州移民政策にたいする冷静な批判者となることを可能にすることとなった。平成7年度は、和辻にくらべると、研究の軌跡が十分にしられていない三澤の仕事を、あらためて総体的に把握することをめざした。三澤資料館、東大総合図書館等での資料探索の結果、三澤の風土論の成り立ちを理解するうえで興味深い、つぎのような事実があきらかになった。第一に、初期の論文「諏訪製糸業の地理学的考察」や「上諏訪温泉の泉脈について」にみられる実学への志向性が、後の風土論の性格に色濃く反映しているようにみうけられること。第二に、昭和初年に、当時、「地湧の思想家」としての場の理論を構想しつつあり、長野県の農民自治会運動へも少なからぬ影響をもらたらしていた江渡狄嶺と三澤との交渉をうらづける書簡が存在すること。以上の点は、今後、さらに検討していく必要があるようにおもわれる。平成7年度に予定していた文献サ-ヴェイと資料収集は、順調にすすんでいる。来年度は、和辻、寺田、三澤にかんする研究のサ-ヴェイをし、前年度に得られた自らの知見の修正、ないし相対化をはかり、より一般的な風土の理論の構築をめざす。ただし、予定していた長野県の農民運動、農民自治会関係者の聞き取りは、多くが死亡ないし衰弱のため、成果は期待したものとはならなかった。また、石鹸運動にかんする聞き取りも、これから本格的におこなっていく予定である。この研究では、今日とくに環境問題の解決を試みるにあたって重要な論点となっている、「生活環境」認識のギャップ(当該地域住民と研究者・マスコミ・他地域居住者とのあいだでの)を主題化するために、近代日本における風土論の歴史社会学的な検討をおこなってきた。

三澤にとって「われわれ」とは、観察者が生活をおこなう地理的な範囲の住民に限定されているのにたいして、和辻にとっては「われわれ」は無限定に「日本人」とイコールとみなされていた。第二に、どちらも環境認識に了解的方法をとっていたにもかかわらず、和辻においては「自己の直観」が特権化されていたが、三澤は、(a)生活者の自己学習や工夫、(b)地域の慣習的な知識、(c)研究者におる指導、の相互作用のなかで、「風土の観方」が培われていると考えていた。第三の相違は、和辻が風土を「人間の自己了解の仕方」として捉えたことによって人間中心主義的な環境認識にいたったのにたいして、三澤は、「風土の観方」という媒介項を導入することによって、自然環境を対象化して人間生活と自然との解離(ここに環境破壊が発生する)をテーマ化している。2.以上の相違が、その後の歴史において、和辻に、国家主義的な言説を取らせることになったのに対して、三澤は満州移民政策にたいする冷静な批判者となることを可能にすることとなった。
リモデリング進行解明に向けた伸展負荷時の肺胞上皮細胞の構造と機能変化に関する研究

肺胞を覆っている肺胞上皮細胞には呼吸に伴って伸展刺激が負荷されている。換気により細胞に過度な力が加わると、肺サーファクタント分泌能が低下することが考えられている。一方で、進展刺激に対して細胞骨格を再構築させ形態変化を行う。本研究では、肺胞上皮細胞を弾性薄膜上に培養し、伸展負荷による細胞骨格変化と分泌能変化関係を調べた。本研究結果より、伸展刺激によりアクチンが細胞全体に存在に現れると細胞内の小胞輸送が阻害されている可能性が示唆された。さらに、血管内皮細胞と肺胞上皮細胞の共培養マイクロデバイスを作製した。このマイクロデバイスには、圧力を調整することによって細胞に伸展刺激を加えることが可能である。酸素や二酸化炭素のガス交換は,気道を通過し,肺胞部においてのみ行われる.肺胞は,膨張と収縮を繰り返して呼吸活動を行い,この際に,実質的な機能を担う肺胞上皮細胞には,常に大きな伸展負荷が生じる.この肺胞上皮細胞は,伸展負荷に対して多様な物質を分泌して機能を保っている.肺疾患では,伸展負荷による細胞損傷や分泌能変化が問題である.肺胞上皮細胞へ伸展刺激を加えると,細胞の損傷促進,分泌能の一部喪失などが報告されている.一方で,肺胞上皮細胞は自身の損傷を防ぐために伸展に対して,細胞自身が細胞骨格構造をリモデリングさせることで形態変化する.従来研究により,肺胞上皮細胞の形態変化と分泌能に関係があることが示唆されているが,形態変化時の細胞骨格の変化は詳しくわかっていない.肺胞上皮細胞に対して様々な伸展を与えた際の細胞骨格の変化を観察することにより,分泌能と伸展の関係を得る手がかりになると考えられる.まず,肺胞上皮細胞(A549細胞)をポリジメチルシロキサン(PDMS)膜上に培養し,異なる時間,大きさの伸展を負荷し,形態維持に重要な細胞骨格の一つであるFアクチン繊維を蛍光観察した.アクチンは,ファロイジン染色により蛍光標識した.その結果,伸展刺激を負荷した場合の肺胞上皮細胞のFアクチンでの繊維構造が変化した.その後肺胞上皮細胞(A549細胞)にpAcGFP-Actinを遺伝子導入し,伸展を負荷した際のアクチン繊維のライブイメージングを試みた.遺伝子導入にはリポフェクション法を用い,伸展を負荷した際の蛍光タンパク質を観察した.肺胞を覆っている肺胞上皮細胞は肺の虚脱を防ぐために肺サーファクタントを細胞内の小胞から分泌する.肺胞上皮細胞は,人工呼吸器などにより過度な力が加わると小胞分泌能が喪失することが知られている.一方で,伸展刺激に対して細胞骨格を再構築させることで形態変化を行う.伸展刺激に対する肺胞上皮細胞の形態変化と分泌能に関係があることが示唆されているが,細胞骨格と分泌能の関連は詳しくわかっていない.本研究では,肺胞上皮細胞を弾性薄膜上に培養し,単軸伸展時の細胞骨格の変化と細胞内小胞輸送の関係を調べた.PDMS製のチャンバーにA549細胞(ヒト由来腺ガン化肺胞上皮II型細胞)を播種し,20%の伸展負荷(1,3,6時間)を与え,伸展刺激による細胞内の小胞と細胞骨格の量と位置の変化を検討した.小胞のと細胞骨格の染色はそれぞれキナクリン二塩酸塩二水和物とローダミンハロイジンを用い,共焦点蛍光顕微鏡を用いて断層画像(1ミクロン間隔)を取得した.静置状態では細胞内の小胞は1時間で約4割減少したのに対し,伸展刺激を加えると細胞内の小胞は増加し,その時Fアクチンは小胞が存在する上部で特に増加していた.このことから,小胞輸送がFアクチンの重合によって阻害されていることが考えらえる.一方で,伸展刺激3時間ではFアクチンは一旦減少し,細胞内の小胞も減少していた.これは,Fアクチンが脱重合し小胞輸送の阻害が解消されたためと思われる.また,肺胞上皮細胞と血管内皮細胞の共培養用の厚さ20ミクロン程度の多孔質PDMS膜の作成も行った.昨年度作成した伸展刺激を負荷できる装置を使って,PDMS膜に培養した肺胞上皮細胞に伸展負荷した.その時の細胞内の小胞の輸送と細胞骨格の重合・脱重合の関係を検討した.その結果,伸展刺激によって細胞骨格が重合されると細胞内の小胞輸送が阻害され,細胞骨格が脱重合される細胞内の小胞が減少していたことから,小胞の輸送は細胞骨格と関係があることが示唆された.さらに,肺胞上皮細胞と血管内皮細胞の共培養用の厚さ20ミクロン程度の多孔質PDMS膜の作成も行った.以上の理由から実験はおおむね順調に進展している.肺胞を覆っている肺胞上皮細胞は肺の虚脱を防ぐために肺サーファクタントを細胞内の小胞によって細胞外に分泌する。肺胞上皮細胞は、人工呼吸器などによる過度な力により小胞分泌能が減少することが従来研究によって報告されている。一方で、力学刺激により肺胞上皮細胞の細胞骨格は再構築され形態変化が変化する。この形態変化とサーファクタント分泌能の関係は詳しくわかっていない。そこで、本研究では、肺胞上皮細胞の力学刺激に対する形態変化と機能変化を調べた。実験では、A549細胞(ヒト由来腺ガン化肺胞上皮II型細胞)を使用した。PDMS

製のチャンバー上に細胞を播種し、20%の伸展負荷を与えた。小胞の染色にはキナクリン二塩酸塩二水和物を用いた。キナクリン導入後の細胞に伸展負荷を加え、伸展前後の小胞の位置から小胞輸送能を評価した。その後、パラホルムアルデヒドによって細胞を固定し、ローダミンファロイジンで細胞骨格の1つであるアクチンを染色した。観察には共焦点蛍光顕微鏡を用いた。力学刺激に対してアクチンが再構築された時に細胞内の小胞が多く存在していたことから、細胞骨格が小胞種輸送を阻害していることが考えられる。この実験では、固定処理を行なったので生細胞で小胞と細胞骨格の同時観察が不可能であったが、遺伝子導入試薬とローダミンファロイジンを組み合わせることによって生細胞のアクチンの観察も可能となり、生細胞での小胞とアクチンの同時観察も可能となった。また、血管内皮細胞と肺胞上皮細胞の共培養マイクロデバイスを作成した。このマイクロデバイスには、細胞培養チャンバーの両側に圧力調整チャンバーを設置し、圧力を調整することによって細胞に伸展刺激を加えることも可能である。肺胞を覆っている肺胞上皮細胞には呼吸に伴って伸展刺激が負荷されている。換気により細胞に過度な力が加わると、肺サーファクタント分泌能が低下することが考えられている。一方で、進展刺激に対して細胞骨格を再構築させ形態変化を行う。本研究では、肺胞上皮細胞を弾性薄膜上に培養し、伸展負荷による細胞骨格変化と分泌能変化関係を調べた。本研究結果より、伸展刺激によりアクチンが細胞全体に存在に現れると細胞内の小胞輸送が阻害されている可能性が示唆された。さらに、血管内皮細胞と肺胞上皮細胞の共培養マイクロデバイスを作製した。このマイクロデバイスには、圧力を調整することによって細胞に伸展刺激を加えることが可能である。本年度は培養細胞に伸展刺激を負荷できる装置を作成した.本伸展刺激装置は,顕微鏡にマウントできる本体とコントローラーから構成されている.本体には2つのステッピングモーターがあり,細胞を培養したPDMS膜製のチャンバーを左右に引っ張ることにより,できるだけ観察領域を見失わないように伸展刺激を負荷できるように設計した.またコントローラーには,プラグラムを作成することによりPDMS上に培養した細胞に任意に伸展刺激を加えることが可能である.実験では,PDMS膜上に肺胞上皮細胞(A549細胞)を培養し,伸展刺激を加えた.次に伸展刺激と細胞骨格の関係を調べるために,アクチンをファロイジン染色により蛍光標識し,伸展刺激とアクチンの構造変化を観察した.さらにライブイメージングを行うためにpAcGFP-Actinを遺伝子導入し,伸展刺激の際のアクチンの変化を観察した.本手法は細胞内たんぱく質PKCの観察にも応用が可能である.以上の理由から,実験はおおむね順調に進展している.昨年度行えなかった肺胞上皮細胞の炎症反応テストを行う.従来研究によると肺胞上皮細胞にナノシリカ粒子を暴露する方法が提案されており,まずは本手法を用いてリモデリング反応を検討する.また,本年度作成した多孔質PDMS膜を用いて肺胞上皮細胞と血管内皮細胞の共培養を行う.最終的には,共培養下において肺胞上皮細胞がリモデリングした際の微粒子の透過性の変化を評価する.生体工学まず,肺胞上皮細胞の炎症反応テストを行う.従来研究によると肺胞上皮細胞にナノシリカ粒子を約5時間暴露する方法が提案されているが,本手法の確認を行いさら他の方法も検討する.
形態・機能情報を同時に映像化可能なフォトンカウンティング形Ｘ線ＣＴの開発

解剖学的形態情報を映像化したX線CT画像に機能情報を付加することを目的とし、エネルギー弁別が4つのエネルギー領域で可能なテルル化カドミウム半導体検出器を新たに開発した。この検出器は1秒間に300フレームの高速データ収集が可能であり、空間分解能は0.2mmx0.2mmと非常に高く世界でも最も最先端のものであり、この検出器で構成されるX線CT装置を用いたデータ収集ならびに画像再構成を行い、X線CT画像を用いた媒質同定や機能イメージング法の開発を行った。(1)スペクトロスコピックCT(SCT)の投影データ計算用シミュレーションプログラムの作成、検証...SCT方式と従来のX線CT方式のデータ収集形態の違いを明らかにし、SCTの優位性を検証するためのモンテカルロシミュレーションプログラムを作成した。(2)媒質同定のアルゴリズムの開発...連続X線を用い、検出器では物体を透過したX線を4個のエネルギーウィンドウで計測し、これに基づいて媒質同定を行うアルゴリズムを開発した。同定においては、エネルギーウィンドウ毎のデータから画像の再構成を行い、画像上に関心領域を設定し、その内部でのX線の減衰係数を求め、このデータをあらかじめ媒質名が既知である減衰係数データと比較して、最も一致するものを選んでそれを同定結果とした。モンテカルロシミュレーションによって作成したデータに関する同定誤差は1%以内であった。(3)X線検出器の開発...検出器はテレシステムズ社のCdTe素子を用いたフォトンカウンティング形X線検出器を一部仕様変更して検出器部を製作した。試作検出器ユニットの仕様は、面積8mm×8mm(40×40画素)であり、横一列にこのユニットを16個並べることによって幅8mm長さ12.8cmの面検出器を構築した。(4)X線検出器の基本性能の評価...試作検出器に対して、基本性能を評価した。調査呼応目とその結果は、エネルギー分解能(4.4%FWHM122keV)、均一性(1.26%)、計数率特性(0.4Mcps/pixel)、空間分解能(2lpm)などである。この他、画素毎のエネルギースペクトルの変動、エネルギースペクトルの経時的変動、感度変動なども調査を行った。今年度実施した内容は、媒質同定法の開発、フォトンカウンティング計測の優位性に対する検証、画像再構成ならびに同定の高速化、スペクトロスコピックCTの適用拡大についての検討などである。媒質同定法に関しては、試作検出器を用いた実験データを従来から研究されている媒質同定法に適用し、同定の精度などを検証した。媒質同定法としては、主成分分析を用いた方法、特異値分解を用いた方法ならびに最小二乗法を用いた方法である。この結果、媒質同定を行うためのCT画像を作る際の投影データにおいて、そのエネルギーウィンドウ設定値の精度が特に重要である事がわかった。このため、急遽、アイソトープを用いた正確なキャリブレーションを実施して媒質同定の精度を向上させた。また、kエッジを利用した媒質同定についても検討を行い、従来よりもその精度を向上する方法を考案した。フォトンカウンティング計測の優位性については、前年度購入したエネルギー積分形の検出器を用い、SN比や再構成値の正確さについて比較した。この結果、フォトンカウンティング計測は特に低線量でのイメージングに優位であったが、再構成値の精度はほぼ互角であることがわかった。画像再構成の高速化に関してはGPU(Graphic processor unit)を用いた高速演算法を開発し、高速化をはかった。これにより従来の再構成よりも約1/20の速度で画像を作ることに成功した。さらに、スペクトロスコピックCTの適用拡大に関しては、重粒子線治療の研究グループとその適用可能性についての検討を行った。重粒子線治療では個々の領域を構成する媒質の原子番号の情報が治療精度を改善することにつながるので、本提案手法の適用は有用であると考えられる。今年度実施した内容は試作検出器を用いた実験および試作検出器の改良、次年度の性能評価に向けたエネルギー積分型検出器の購入と実験環境整備などである。試作検出器を用いた実験では、さまざまな媒質(液体、固体)を用いた実験ファントムを作製しスペクトロスコピックCTを実施した。液体としては濃度や成分の異なるアルコールを用いた。また、固体としてはアクリル、アルミニウム、マグネシウム、金、プラチナなどを用いた。このほか、医療で現在使っているガドリニウム、ヨウドなどの造影剤や今後使うことが予想される金コロイド、プラチナコロイドなども試験した。これらのファントムを回転台の上に置き、被検体を回転させながらデータの収集を行い、CT画像として画像再構成した。フォトンカウンティング検出器で得られるデータにはさまざまな問題もあるが、生データに対して種々の補正を施しシステムをチューニングすることで、個々の媒質の線減衰係数を非常に高い精度で計測することが可能であることがわかり、理論値ともほとんど一致した。

しかしながら、計測データにはチャージシェアリングやスモールピクセルエフェクトとなどの本質的に避けられない誤計測が発生するため、高いエネルギーのウィンドウや最低のエネルギーウィンドウの計測値は若干、理論値とずれる傾向があった。試作検出器の改良に関しては、これを実施する予定であったが、ハードウェアの基本仕様に関わる部分の仕様の変更には非常に高額な費用が発生することがわかり、仕様レベルの変更をソフトウェアレベルにとどめることとした。これによって、当面研究に必要となる装置性能が満たされた。このため、当初、購入予定であった改良版の試作機購入の費用を、フォトンカウンティング検出器の性能を検証、比較できるエネルギー積分型検出器の購入費用に充てることにし、これを用いた実験環境の構築を行った。当初の計画通り、研究を進めることができており、基礎的な検討レベルは当初予想していた検出器性能を実現できた。25年度が最終年度であるため、記入しない。年度当初の研究計画では、試作検出器を用いた実験および試作検出器の改良を今年度の研究内容としていた。このうち、試作検出器を用いた実験では、さまざまな媒質を用いた実験を行い、そこで得られた結果が理論的に算出された媒質の線減衰係数とどの程度違いがあるのかを検証することとしていた。試作した検出器は、一定の基本性能は出ていたが、特定の画素値が欠損する、あるいは感度均一性が気温、湿度、バイアス電圧などに依存する、モジュールの最外郭の画素値に異常が多い等の問題もあった。このため、これらを補正するためのプログラムを作り、画像再構成の過程で補正することによって、かなり質のよいデータや実験結果を得ることができた。これにより実験に関しては当初目的を達成したものと考えている。また、検出器の改良に関しては、モジュール間ギャップ等をなくす等のハードウエアレベルの仕様変更には検出器モジュールの実装方式自体を変える必要があり、これに伴って発生するコストが非常に高く、成功するとの保証もないので、ソフトウエア的に変更できるものにとどめた。この意味では当初計画が完全には達成できないことになってしまったが、ソフトウェアレベルの改良によって最低限の改良を実施した。逆に、当初予定していた費用を、フォトンカウンティング形検出器の性能比較のためのエネルギー積分型検出器の購入費用に回すことができたので、現状の臨床現場で使われているデータ収集方式(エネルギー積分形)と本研究で提案している次世代のデータ収集方式(フォトンカウンティング形)を十分に比較できる環境が整ったことになり、次年度の研究内容を充実させる足がかりができたといえる。検出器そのものの基本性能としては良好な結果となり、この検出器を実装したCT装置のプロトタイプを実現させるのが、次のステップとなる。モジュール型検出器で広い有効視野を実現させる場合、モジュール間のギャップが再構成画像に影響を与える。このギャップの補間方法などが課題となるが、配列の仕方を工夫する実装などの検討も行い、現実的なレベルでの解決策を探っていく予定である。また、以前開発したリングアーチファクト除去アルゴリズムも実装して画質の改善を図る予定である。