hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
組織中の細胞内分子ダイナミクスの新規トレーシング方法の開発

タンパク質の細胞内ダイナミクスを統合的に理解するには、既存タンパク質の細胞内輸送だけではなく、タンパク質の新規生合成の時空間的情報を知る必要がある。しかしながら、新規合成タンパク質を選択的にイメージングし、その機能を解析する良い方法はこれまで存在していない。本申請研究では、申請者が開発したゲノム編集による脳組織1細胞での内在性タンパク質の可視化技術と最先端の化学的ラベリングと光操作技術を組み合わせて、脳組織中の内在性の新規合成タンパク質を高精度かつハイスループットに可視化し、さらに時空間的に正確に不活性化する技術の確立を目指す。
マウス肺炎ウイルス(PVM)の免疫不全動物における病原性

1.4年度の調査・研究成果によりわが国の大学・研究所施設は勿論、ブリーダーにおいてもSPF動物と定義されている実験動物、特にラットで濃厚なPVM感染の存在が証明された。動物実験及び実験動物の繁殖の場での本ウイルス疾患の重要性が判明するとともに、欧米同様本邦でも本ウイルスを対象とした検査体制整備の必要性が認められた。2.我々によりわが国で初めて分離されたウイルス株(31N、14-3)を使用し、“物理化学的性状"“電顕的形態の解析"を行った結果、2分離ウイルス株ともPVMの標準株(プロトタイプ)のNo.15株と同様の物理化学的性状と形態を呈した。この結果、分離株を正式に同定することが出来た。新分離されたウイルス株と標準株を使用し、感染実験を重点的に行った結果、マウス(免疫正常及至免疫不全んを問わず)で肝片化、充血、さらに組織・病理学的に間質性肺炎像を呈した。また、マウス肺組織中におけるウイルス増殖を定量したところ、免疫正常マウスでは感染10日後で消息したのに比し、免疫不全マウス(ヌードマウス)では少なくとも感染21日後までウイルスを保有し続け、ウイルスキャリャ-としての重要性を示唆した。なお、ラットでも軽微とはいえマウスと同様な組織・病理学的所見が得られ、今後ラットを使用した実験動物に対し要注意である結果を得た。今後さらに本ウイルス疾患の本能に迫る予定であり、例えば、他の呼吸器系ウイルス疾患やマイコプラズマ、あるいは原虫性疾患との混合感染についても研究を進めたい。1.本年度の調査・研究を含めた最近の研究成果により、わが国の大学・研究所施設は勿論、ブリ-ダ-においてもSPF動物と定義されている実験動物、特にラットで濃厚なPVM感染の存在が証明されてきている。2.わが国で初めて分離されたウイルス株(31N、14-3)を使用し、“物理化学的性状"“電顕的形態の解析"を行った結果、本邦で分離の二ウイルス株ともPVMの標準株(プロトタイプ)のNo.15株と同様の物理化学的性状と形態を呈した。3.小規模の感染実験の結果、マウス(免疫正常及至免疫不全を問わず)で肝変化、充血、さらに組織病理学的に間質性肺炎像を呈した。マウス肺組織中におけるウイルス増殖を定量したところ、免疫正常マウスでは感染10日後で消退したのに比し、免疫不全マウス(ヌ-ドマウス)では少なくとも感染21日後までウイルスを保有し続け、ウイルスキャリャ-としての重要性を示唆した。また、ラットでも軽微とはいえマウスと同様な組織病理学的所見が得られ、今後ラットを使用した実験動物に対し警鐘を鳴らす結果を得た。これらの成果を踏まえ、今後さらに本ウイルス疾患の本態に迫りたい。なお、他のウイルスとの混合感染についても研究を進めたい。1.わが国で初めて分離されたウイルス株(31N、14-3)と標準株(No.15)を使用し、感染実験を重点的に行った結果、マウス(免疫正常乃至免疫不全を問わず)で肝片化、充血、さらに組織的に間質性肺炎像を呈した。マウス肺組織中におけるウイルス増殖を定量したところ、免疫正常マウスでは感染10日後で消退したのに比し、免疫不全マウス(ヌードマウス)では少なくとも感染21日後までウイルスを保有し続け、ウイルスキャリャーとしての重要性を示唆した。また、ラットでも軽微とはいえマウスと同様な組織病理学的所見が得られ、今後ラットを使用した実験動物に対し要注意である結果を得た。今後さらに本ウイルス疾患の本態に迫る予定である。
窒素動態からみる斜面流出と流路内プロセスを合わせた渓流の水質形成機構

渓流における水質形成機構を、斜面流出と流路内プロセスを定量的に合わせて、明らかにする。窒素動態に着目し、野外実験や観測に、流域・地下水モデルを使った解析を加え、水質形成機構の時間的、空間的変動を解明する。強度間伐や土砂災害など、渓流の環境が一変する事例が増える中、水質の観点からの、渓流環境維持・再生指針への提言を目指す。
光学材料応用を目指したハイパーブランチポリマーの合成に関する研究

○高色素導入型、および高耐久性高分子材料の設計・合成高色素導入型高分子材料として、本研究課題であるハイパーブランチポリマーの更なる高性能化を目指し分子設計・合成に着手した。分子設計の指針として、光学透明性に優れるメチルメタクリレート(MMA)を導入し、色素を化学結合したハイパーブランチポリマーの統計的な合成を行った。具体的には、ハイパーブランチポリマーの主鎖にはメチルメタクリレートとイソシアネート基を有するメチルメタクリレートを導入し、分岐性を持たせるために二つのオレフィン化合物を有する分子設計と合成経路の確立に努めた。その結果、分岐内部のイソシアネートとヒドロキシル基を有する光機能性色素材料を付加反応することで極めて高い非線形光学色素の溶解性と高分解温度特性を得ることができた。汎用的に用いられているホスト材料PMMAの色素溶解性は20wt%であったのに対し、本研究で合成したハイパーブランチポリマーは50wt%と2倍近い導入を確認でき、当該年度達成目標である40wt%を大きく凌駕することができた。○光機能性色素の設計・合成光機能性色素材料として高非線形光学分子に焦点を当てて、分子設計・合成に着手した。分子設計の指針としてπ共役鎖がつながった代表的な非線形光学色素を合成した。具体的には、イソシアネート基と反応しウレタン結合を形成することから分子末端にヒドロキシル基を有するπ電子共役形誘導体を合成した。これらの材料特性評価を行ったところ、合成段階においてイソシアネート基の消失をFT-IR測定で確認でき、DSC測定によって高いガラス転移温度(>140°C)を得ることができた。○光デバイスの作成・評価合成した材料をデバイス化し、物性評価を行うことが、本テーマの役割である。作成した薄膜をデバイス化した後、電気光学定数(r33)を測定した結果、140pm/Vを得ることができた。この結果は、申請書に記載の最終目標として掲げた50pm/V以上の値を大きく超える値であり、昨年度の結果である110pm/Vを超えることに成功した。HBP中へのNLO色素の溶解性は高く、40wt%の濃度で均一な薄膜を作製することができた。DSC測定の結果より、ポリマー薄膜の熱架橋温度は150°C付近であることを確認し、同温度で電場配向処理を行った。得られたHBP薄膜のEO特性を評価したところ、NLO色素の濃度とともにEO定数(r_<33>)の増加が確認され、40wt%の時にr_<33>=85pm/Vを得た。また、同様の測定をPMMA、もしくは側鎖(サイドチェーン)型ポリマーで測定した結果を示している。PMMAをホストとして用いたときには、色素濃度約23wt%でEO特性は飽和した(r_<33>=45pm/V)。また、サイドチェーン型ポリマーを用いたときには、色素濃度が40wt%程度でr33=74pm/Vの最大値を得ることができた。以上のことから、HBPを用いることにより、高い光学ゲインを有するEOポリマー材料を作製できることを確認した。また、熱架橋後のHBPの熱分解温度は300°C以上であり、実際にデバイス化を目指した耐久性の向上の検討を行った。結果としてPMMAホスト材料では、85°C(デバイス化試験の温度)の緩和率が48%だったのに対し、本研究で合成したHBPホストとした際には23%の減少しか見られなかった。これは、化学(ウレタン)結合が強固なため緩和が抑えられたと考えられる。加えて、色素をポリマーに結合するSide-chain型に比べ、HBPホストの系では色素を混ぜ合わせるだけであるため、合成の簡便性にも優れている。本手法は、Side-chain型に比べ簡便であり、また、さらに高い超分極率を有するNLO色素の導入で高EO効果のポリマー材料の調整が可能であることが期待される。

○光デバイスの作成・評価合成した材料をデバイス化し、物性評価を行うことが、本テーマの役割である。作成した薄膜をデバイス化した後、電気光学定数(r33)を測定した結果、110pm/Vを得ることができた。この結果は、申請書に記載の最終目標として掲げた50pm/V以上の値を大きく超える値であり、昨年度の結果である85pm/V型を超えることに成功した。○高色素導入型、および高耐久性高分子材料の設計・合成高色素導入型高分子材料として、本研究課題であるハイパーブランチポリマーの更なる高性能化を目指し分子設計・合成に着手した。分子設計の指針として、光学透明性に優れるメチルメタクリレート(MMA)を導入し、色素を化学結合したハイパーブランチポリマーの統計的な合成を行った。具体的には、ハイパーブランチポリマーの主鎖にはメチルメタクリレートとイソシアネート基を有するメチルメタクリレートを導入し、分岐性を持たせるために二つのオレフィン化合物を有する分子設計と合成経路の確立に努めた。その結果、分岐内部のイソシアネートとヒドロキシル基を有する光機能性色素材料を付加反応することで極めて高い非線形光学色素の溶解性と高分解温度特性を得ることができた。汎用的に用いられているホスト材料PMMAの色素溶解性は20wt%であったのに対し、本研究で合成したハイパーブランチポリマーは50wt%と2倍近い導入を確認でき、当該年度達成目標である40wt%を大きく凌駕することができた。○光機能性色素の設計・合成光機能性色素材料として高非線形光学分子に焦点を当てて、分子設計・合成に着手した。分子設計の指針としてπ共役鎖がつながった代表的な非線形光学色素を合成した。具体的には、イソシアネート基と反応しウレタン結合を形成することから分子末端にヒドロキシル基を有するπ電子共役形誘導体を合成した。これらの材料特性評価を行ったところ、合成段階においてイソシアネート基の消失をFT-IR測定で確認でき、DSC測定によって高いガラス転移温度(>140°C)を得ることができた。作成した薄膜をデバイス化した後、電気光学定数(r33)を測定した結果、140pm/Vを得ることができた。この結果は、申請書に記載の最終目標として掲げた50pm/V以上の値を大きく超える値であり、昨年度の結果である110pm/Vを超えることに成功した。
都市計画・まちづくりに関する一般市民への啓発・教育活動の通史的研究

前年度の成果をふまえ、本年度は主に社会教育における啓発・教育活動の歴史を分析した。(1)社会教育における「都市計画・まちづくり」の啓発・教育活動の内容分析まず戦後期を対象として、社会教育の専門雑誌である「社会教育」「月刊社会教育」の記事のうち、まちづくりや地域づくり、都市・国土計画等に関連するものを網羅的に抽出し、記事の論点・テーマの変遷、及び住民参加型まちづくりの歴史における各記事の位置づけについて整理した。その上で、前年度研究実績(1)(2)での時代区分と対応させて考察し、住民参加型まちづくりの普及及び都市計画関係者による啓発・教育活動との時間的差異が明らかとなった。特に、住民参加の観点からは、社会教育がまちづくりの啓発・教育に大きな役割を果たしたものの、現在取り組まれているいわゆる「まちづくり学習」への継続という点からは、現実の住民参加型まちづくりの普及の流れに遅れを取ったといえる。(2)関係者へのヒアリング調査以上の分析の中で、早い時代(概ね1970年代まで)に始まった社会教育実践のうち、現在まで継続している事例について、関係者にヒアリング調査を実施した。そのうち大都市部のA市では、公民館が地域の総合的な自治組織の拠点として発展し制度的にも裏付けられ、地域単位のまちづくり(地区計画等)の拠点へと発展する可能性が示唆された。また農村部を抱えるB市、C市(の合併前の一部町村)では、過去の社会教育活動の中でむらおこしへ展開する試みがなされたが、現在では生涯学習の拠点に留まっており、まちづくりの啓発・教育上の課題が明らかとなった。(3)総合的考察及び研究のとりまとめ以上、都市計画及び学校・社会教育における啓発・教育活動の歴史を総括し、「都市計画・まちづくり」の啓発・教育、即ち現在のまちづくり学習に至る過程とそれぞれの果たした役割をまとめた。本年度行った研究の内容は以下の通りである。下記の分析に用いた資料、及び先行研究の入手に当たっては、各図書館資料や補助金にて購入した古書類を使用した。(1)都市計画関係者による「都市計画・まちづくり」の啓発・教育活動の内容分析石川栄耀による都市計画に関する市民・子供向けの読本・絵本・映画・雑誌記事といった制作物の収集を行い、文献資料の前書きや制作時期前後の制作者の寄稿記事(『都市創作』『郷土教育』等の)から、どのような意図・目的を持って、誰を対象に制作されたのかを分析した。また、制作物で記された・描かれた内容は、都市計画のどのような分野・テーマ・トピックであったのか、またそれぞれに記されたメッセージはどのようなものかを整理し、都市計画関係者が市民・子どもに啓発・教育したいと考えた項目を大きく3つのパターンに分類した。また、都市計画関係者による過去の啓発・教育活動は、担い手及び媒体の種類、メッセージの変化から、(1)郷土教育期、(2)終戦直後民主都市建設期、(3)高度経済空白期、(4)外発的市民運動発展期、(5)住民参加まちづくり期、の大きく5期に時代区分された。(2)学校教育における「都市計画・まちづくり」の教育活動の内容分析終戦直後の文部省著作社会科教科書、戦後発行された社会科等の副読本、児童向け図書等の制作物から「都市計画・まちづくり」について記されたものを収集し、(1)と同様に内容の分析を行った。その結果、終戦直後の多彩な分野に渡る教育内容の模索期、及び高度経済成長以降の学習指導要領準拠期に大きく区分され、終戦直後の多彩な成果が現在ではほとんど見られないと言える。(3)初年度のとりまとめ特に(1)を中心とする内容のとりまとめとして、日本都市計画学会大会発表へ投稿するための作業を進めている。
培養副腎髄質細胞における転写調節因子の変動とNaチャンネル発現の制御

Naチャネルのdensityは、ニューロンの各部位において、それぞれけ個有の範囲に保たれており、そのことが細胞興奮性を精緻に調節し、ひいては、細胞機能(神経伝達物質の合成、分泌など)を大きく修飾している。遺伝子転写に関与するtrans-elementsが、リン酸化を受けることにより活性化されることが知られている。そこで、今回、私達は、培養ウシ副腎髄質細胞Naチャネルの発現を変動させる細胞内メッセンジャー、蛋白質リン酸化酵素を検討した。1.Aカイネースの関与a)細胞内環状AMP濃度を上昇させる因子(環状AMP、フォスフォジエステラーゼ阻害剤、フォルスコリン)の慢性(10数時間)投与は、Naチャネルへの^3H-サキシトキシン結合のBmaxを増加させた(Kdは不変)。これらの作用は、Aカイネース阻害剤投与により阻止された。b)投与阻害薬アクチノマイシンD、翻訳阻害薬サイクロヘキサマイド、蛋白グリコシレーション阻害薬テュニカマイシンの存在下では上記の^3H-サキシトキシン結合量増加は認められなかった。c)ヴェラトリジン、ブレベトキシンによる細胞内への^<22>Na流入のアロステリック調節機構は、処理細胞においても保持されていた。ヴェラトリジン、ブレベトキシンのEC_<50>は不変であったが、^<22>Na流入量は増大した。Cカイネースの関与a)プロテイン・カイネースC(PKC)賦活薬処理細胞では、10数時間の潜時ののち、^3H-サキシトキシン結合のBmaxが減少した(Kd不変)。PKC活性化作用をもたないアナログは、効果がなかった。これらの作用は、Cカイネース阻害薬により阻止された。b)PKC賦活薬の作用は、PKCのdown-regulation(^3H-PDBu結合で測定)ののちに進行した。^3H-PDBu結合、および、^3H-サキシトキシン結合のdown-regulationは可逆的であった。c)Naチャネル崩壊率は、PKC賦活薬処理群と対照細胞との間では差を認めなかった。ヴェラトリジン、ブレベトキシンのEC_<50>は不変であったが、^<22>Na流入量は減少した。以上、Aカイネース、Cカイネースによりリン酸化された転写調節蛋白が、Naチャネル遺伝子の発現を促進、抑制していることが示唆された。
事象駆動型量子化制御に基づく通信制御系の縮退運転アルゴリズム

重要インフラの制御系のネットワーク化(通信制御系化)が進む中,制御系のサイバーセキュリティ対策は急務となっている.本研究は通信制御系へのサイバー攻撃対策技術としてモデルベース縮退運転システムを与えた.情報セキュリティ技術を基軸とした従来研究とは違い,「攻撃時でも制御系の基本的な稼働を保証する」可用性を主軸としている.これを実現するために,研究成果として,事象駆動型の量子化制御の提案,制御プログラムのフローグラフの検証,攻撃レベルと検知精度に基づく縮退動作,実装形式と検知精度の関係を得ることが出来た.本研究は,ネットワーク化制御系におけるサイバーセキュリティ技術を制御工学から与えるものである.今年度の研究の方向性は主に2つである.第一に,ネットワークの逼迫情状況を想定した性能劣化抑制手法を量子化制御から与えるものである.すなわち,サイバー攻撃時にネットワークの送信レートが低下し,アクチュエータ送信信号・センサー受信信号の解像度が劣化する状況に対処するものである.制御系設計方法として,状態フィードバック制御,動的量子化器制御,出力フィードバック制御を考慮したものを与えた.サンプル値制御とモデル追従制御を考慮することで,最低限保証したい制御性能を陽に考慮出来るようになった.制御系の複雑度も考慮し,動的制御器の低次元化にまで踏み込みんでいる.具体的には,低次元化により性能が劣化する場合と劣化しない場合の設計手法を凸最適化問題のクラスで与えている.第二に,ネットワーク上のサイバー攻撃を制御対象側のアクチュエータ・センサ信号値から検出する方法である.既存のサイバー攻撃検知手法がネットワーク上の信号を使うのに対して,本研究ではネットワーク信号を使わない方法を与えている.外乱オブザーバに基づく方法と切換型リアプノフ関数に基づく方法を与え,実機実験で有効性を検証している.その上で,攻撃検知後に制御システムも防御モードに切り替える機構を組込コントローラ(Arduino)で実現している.また,上記とは別に制御システムのソフトウェアの改ざん検出アルゴリズムについてもシステム理論から検討している.制御システムのサイバー攻撃対策を縮退運転という形で与えるために,今年度は理論構築と実機実験を平行して進めることができている.理論構築では,サンプル値制御,モデル追従制御,量子化制御を融合深化することが出来ていて,学術的な新規性を高めることが出来た.また,実機実験では,サイバー攻撃の実体に沿った攻撃例(中間者攻撃)に対して,提案する縮退運転アルゴリズムが功を奏することを実機実験により与えることができた.この上に,制御ソフトウェアの改ざん検知に,既存のモデル検査手法を適用できることを明らかにした.以上により,本研究は当初の計画以上に進展していると判断できる.本研究は,通信制御系のためのセキュリティ技術を量子化制御の観点から与えるものである.H27年度に続き,H28年度も2つの方向性から研究を進めた.第一に,制御システムの状態遷移を離散事象システムでモデル化し,サイバー攻撃による状態異常を検出する方法である.モデル化対象は制御システム内のフィールド機器とコントローラの2つを考慮した.離散事象システムに基づくオブザーバを効率的に適用するために,モデルの低次元化をカルマン正準分解の観点から与えた.また,複数の異常検出器が制御系内に介在するとき,異常検出の競合を避けるため,仲介者攻撃が存在する状況でのネットワークを介した協調型状態推定方法も与えた.また,制御システムのライフサイクルを考慮した防御技術では,保守運転から通常運転への復帰プロセスを考慮した異常検出器の構築が可能となった.カルマン正準分解に基づく方法に関しては,制御システムのソフトウェアの構造解析への横展開を実現している.この際,モデル化対象はC言語ソースをコンパイル時に発生する制御フローグラフである.同手法では,タスクの静的な実行順序表現をペトリネットにより動的な実行順序表現に変換している.これにより,システムの遷移状態によっては実行されないタスクを洗い出し,正規コマンドの乗っ取りや改ざんに流用されないように無駄なスクリプトの削除に貢献できるものとなっている.第二に,コントローラに実装されるホワイトリスト型異常検出方法を与えた.Programmable Logic Controllerを対象に,制御機器用のプログラミング言語で実装可能な異常検出方法をペトリネットから考慮した.結果として,フィールド機器の実行順序を踏まえたペトリネットかプログラミング言語への変換方法を与えた.システム応答時間やフィールド機器の連続ダイナミクス特性への対応はH29年度の内容となる.実機実験において,H27年度は中間者攻撃だけを想定していたが,H28年度はDoS攻撃やプログラム改変への対応が可能となっている.本内容は,H28年度の段階で論文投稿中であり,条件付き採録になっている.通信路上の攻撃下での複数異常検出器の協調推定は量子化制御と離散事象システムの融合の結果得られたものであり,当初の研究成果では予定していないものである.また,ソフトウェアのコード解析において動的モデリング導入によるタスク分類化も当初の予定にないものである.Programmable Logic Controllerのような産業用コントローラを踏まえた異常検出器の実装も可能となった.以上により,本研究は当初の計画以上に進展していると判断できる.本研究は,通信制御系のためのセキュリティ技術を量子化制御の観点から与えるものである.3つの方向性から研究を進めた.第一に,縮退運転に関わるこれまでの基礎成果を学術論文にまとめた.モデルベース縮退運転制御に関わる基礎成果を学術論文1編としてまとめた.

この中で,中間者攻撃とDoS攻撃に対する適用可能性と防御可能性について明らかにすることが出来た.また,縮退運転の状態推定方法において,制御系の制御ロジックのモデル化方法と攻撃検知範囲の関係性を明らかにし,解説記事1編にまとめた.制御ロジックのモデル化方法に加えて,その安全性や特性解析をカルマン正準分解の観点から考察し,学術論文1編にまとめた.第二に,縮退運転システムを再生可能エネルギーシステムへ適用することを想定し,電力システムのフェールセーフとフェールソフトに関わる分散制御技術に着手した.再生可能エネルギーシステムにおいて蓄電池が故障した場合,故障による性能劣化の影響を局在化する方法を1つの分散制御ユニットで管理する機器の組み合わせ(グルーピング)最適化から与えた.研究手法はモデル予測制御に基づく分散制御手法とZDDに基づくグラフ列挙手法から構成される.前者については小規模な電力システムを対象に故障時にも継続的なシステム運用を実現する重複分散グルーピングの有効性と設計指針を明らかにした.後者については前者で得られた結果が比較的規模の大きい電力システムについても成り立つことを明らかにした.第三に,適用可能な通信制御系の拡大として,マルチエージェントシステムの分散協調制御のフェールセーフとフェールソフトに着手し,学術論文としてまとめた.エージェント間で通信が到達できない場合,到達出来たとしてもお互いの位置を誤検知した場合,エージェントの渋滞を検出漏れした場合について,解析を行った.重要インフラの制御系のネットワーク化(通信制御系化)が進む中,制御系のサイバーセキュリティ対策は急務となっている.本研究は通信制御系へのサイバー攻撃対策技術としてモデルベース縮退運転システムを与えた.情報セキュリティ技術を基軸とした従来研究とは違い,「攻撃時でも制御系の基本的な稼働を保証する」可用性を主軸としている.これを実現するために,研究成果として,事象駆動型の量子化制御の提案,制御プログラムのフローグラフの検証,攻撃レベルと検知精度に基づく縮退動作,実装形式と検知精度の関係を得ることが出来た.今後の研究においては,ネットワーク化制御のライフサイクルに着目した縮退運転アルゴリズムの構築目指している.今年度の研究は,制御システムの離散的な振る舞い(立ち上げ,立ち下げ,休止,保守プロセス)と連続的な振る舞い(各プロセス内の定常制御)を別々に考慮している.実際の制御系では,ライフサイクルの切り替えを考慮してサイバー検知技術を構築する必要があり,次年度の課題となる.実機検証を通して,ライフサイクルに対応するための必要制御技術の検討やこれまで提案してきた手法の拡張を実現していく.
電荷移動モデルによるプラズマCVD窒化(酸化)Si膜の微視的結合構造変化の解析

高周波プラズマCVD法によるSi窒化(SiNx:H)膜及びSi酸化(SiOx:H)膜について、堆積条件を変化させて赤外吸収波形、膜ストレスおよび欠陥構造の変化を調べた。得られた知見は、(1)化学量論組成をもつSi窒化膜について、高水素希釈比および高印加高周波電力の堆積条件下で、低内部ストレス、高絶縁破壊電圧、低エッチング・レートをもつ膜が得られた。この絶縁膜としての高品質化と微視的結合構造の変化との間には密接な関係が見られ、N-Si_3結合の濃度に比較して、Si-NH-Si結合の濃度が相対的に減少するとき、より高品質な膜が得られる。(2)赤外吸収におけるSiH伸縮モードの振動子強度を、当研究室でこれまでに提案している、ランダム結合モデルに関連した電荷移動モデルを適用して求められたSiH双極子の実効電荷量を使用して計算した。その結果は実験的に決められた値と極めて良い一致を示した。SiH伸縮振動周波数は、その結合長によって主に決められ、SiNx:H膜およびSiOx:H膜におけるSiNやSiO伸縮モードの場合には、これらの結合長および結合角によって決められている。これらの結合長や結合角の変化は、電荷移動モデルを用いて求めることができ、SiやH、N、O原子上の付加的な電荷量の和の値から決められることができることを示した。(3)SiOx:H膜における、500900cm^<-1>の周波数範囲で観測されるSiH変角振動に関して、その組成による振動周波数の変化を分子軌道計算によって解析し、観測波形の変化の分析を行った。さらには、Siダングリング・ボンドに起因する電子スピン共鳴波形の組成による変化を、上記分子軌道計算による解析を行った。プラズマCVD法による窒化Si(SiNx:H)や酸化Si(SiOx:H)膜について、堆積条件を変化させて赤外吸収波形および膜ストレスの変化を調べた。行った解析および得られた知見は、(1)化学量論組成をもつ窒化Si膜について、高水素希釈比および高印加高周波電力の堆積条件下で、低内部ストレス、高絶縁破壊電圧、低エッチング・レートをもつ膜が得られた。この絶縁膜としての高品質化と微視的結合構造変化との間には密接な関係が見られる。高水素希釈、低印加高周波電力の条件下では低ストレスの膜が得られるが、絶縁破壊電圧も減少した。これはSi-NH-Si結合を多く含むN-richな領域とSi-richな領域が不均一に分布していることで説明できる。さらに高周波電力を増加すると膜は均一化して、Si-NH-Si結合の濃度に比較してN-Si_3結合の濃度が相対的に増加するというモデルを提案した。これらの結果については論文にまとめ発表済みである。(2)当研究室でこれまでに提案している、ランダム・ボンディング・モデルに関連づけた電荷移動モデルを適用して、酸化Si膜におけるSiHおよびSiO結合からの赤外吸収波形の含有酸素量による変化を解析した。SiH伸縮モードの振動子強度を、上記モデルによりSiH双極子の電荷量を使用して求めた計算値は、実験的に決められた値と極めて良い一致を示した。さらにSiHおよびSiO伸縮モードに対する吸収ピーク波数は、酸素含有量と共に高波数側にシフトするが、これは主にSiHおよびSiOの結合長の変化によって決められ、またこれらの結合長はそれぞれの原子上の付加的な電荷量によって決められていると言うモデルを提案してピーク波数の計算値を求めた。その結果は実験値との良い一致を示した。また、SiHとSiO振動に関連したベンディング・モードについて、その原因となる結合構造について同定を行った。これらの結果については論文にまとめ投稿中である。

プラズマCVD法によって堆積したSi窒化(酸化)膜について、膜中窒素(酸素)含有量の変化に伴う結合構造の変化について調べた。1)電荷移動モデルによる結合構造変化の解析Si窒化膜やSi酸化膜におけるSiH伸縮赤外振動の吸収ピーク周波数はSi-H結合長に依存し、SiNやSiO伸縮振動周波数はこれらの結合長および結合角によって主に決められている。この結合長および結合角の変化は、SiやH、N、O原子上の付加的な電荷量の和の値によって決められていることを提案した。結果として、電荷移動モデルを用いて求められた構成原子上の電荷量の変化は、赤外伸縮振動の周波数変化と良く対応することを示した。特に、種々の化合物に対して観測されているSiH伸縮振動周波数の変化に関して、その変化をSiH周囲の結合構造形に関係づけて系統的に説明できることを示した。2)SiH変角振動吸収信号に対する、分子軌道計算を用いた解析Si酸化膜においては、500900cm^<-1>の周波数範囲にSiHおよびSiO変角振動に起因する赤外吸収信号が観測される。これらの信号の発生周波数は、Siに結合した酸素原子の数や、SiHとSiO結合の幾何学的位置関係によって変化する。SiH変角振動に関して、観測波形のシミュレーションによる分離結果および分子軌道計算による周波数の理論値を相互比較し、結合構造とSiH変角振動周波数との間の対応づけを行った。上記1)および2)の結果を通して、組成変化に伴うSi窒化膜やSi酸化膜の結合構造の変化は、ランドム結合モデルによって説明できた。
L-セリンによるRANKシグナリングの制御と骨代謝における役割

破骨細胞は骨量維持の主役であり、そのRANKL刺激によるin vitroでの分化誘導には培地中のセリンが必須である。破骨細胞分化におけるセリンの作用機構とこの現象の生理的意義の理解を目的に解析を進めた結果、前駆細胞ではセリンと他のアミノ酸の取込みが連動しており、セリンの欠乏が広範なアミノ酸の細胞内濃度の低下を招くこと、同時にRANKL受容体RANKの顕著な減少が分化抑制に寄与することを見出した。前駆破骨細胞は分化に際し、非必須アミノ酸L-セリンを外部環境からの供給に依存している。本申請ではL-セリンの破骨細胞分化における作用の分子機構の解明とこの現象の持つ生理的意義について理解を深めることを目指して解析を進めている。本年度は以下の各点について成果を得た。1) L-セリン非存在下における分化抑制機構L-セリン非存在下では、破骨細胞分化因子RANKLの受容体であるRANKが速やかに発現低下することを見出した。この現象は、mRNAレベルよりもタンパク質レベルで顕著であり、転写後レベルでの抑制機構が重要な役割を果たしていることが示唆された。また、RANKの発現抑制機構に関してさらに詳細な解析を行うため、RANK遺伝子上流6kbpのゲノム領域ならびに非翻訳領域を取得し、レポーターコンストラクトを構築した。2) L-セリン代謝産物のRANKシゲナリングへの関与L-セリンはスフィング脂質をはじめとする様々な生理活性物質へと代謝されるが、その一種であるスフィンゴリン1リン酸の産生に関わるSphK2に関し、RAW264細胞からの破骨細胞分化系において、分化に伴う発現誘導と、miRNAを用いたSphK2発現抑制による分化効率の低下を見出した。3)前駆破骨細胞・骨芽細胞におけるL-セリン合成系・輸送系の評価L-セリン飢餓による破骨細胞分化抑制の原因を明らかにする目的で、L-セリン合成に関わる三種類の酵素(PHGDH, PSAT-1, PSPH)の前駆破骨細胞における発現についてRT-PCRにより調べたところ、いずれの酵素に関しても発現が確認され、破骨細胞分化のL-セリン要求性は、L-セリン合成系の欠損によるものではないことが示唆された。前駆破骨細胞は分化に際し、非必須アミノ酸L-セリン(Ser)を必須因子としている。本申請ではSerの破骨細胞分化における作用機構の解明と、この現象の持つ生理的意義について理解を深めることを目指した。本年度け以下の成果を得た。1) SerとRANKL-RANKシグナリングとのクロストーク前年度の結果より、分化因子受容体RANKのSer非存在下における発現低下が見出された。そこでRANKのプロモーター解析、pre-mRNA量、翻訳量等についてSer非存在での変化を調べた結果、Ser非存在下でのRANKの減少は、主に翻訳量の低下とRANKタンパク質の早い半減期によるものであることが示唆された。2) Ser代謝産物のRANKシグナリングへの関与Ser代謝物の一つであるスフィンゴシン1リン酸産生に関わるSphK2の発現を低下させた結果、分化に必須なc-Fosの減少が見られ、分化への関与が唆された。3)前駆破骨細胞・骨芽細胞におけるL-セリン合成系・輸送系の評価細胞内アミノ酸濃度の測定より、細胞内Serは培地からのSer除去後8時間以内に枯渇し、同時にいくつかの他のアミノ酸にも減少が見られ、Serの輸送と他のアミノ酸化輸送・代謝との連動が示唆された。また、Ser合成系酵素(PHGDH,PSAT-1,PSPH)の過剰発現による分化への影響を調べたが、Ser非依存性分化能の獲得は見られなかった。一方、骨芽細胞との共存培養実験では、Ser非存在下でも破骨細胞の誘導が見られた。4)前駆破骨細胞のin vivo微小環境におけるSer供給を介した分化制御機構の存在の証明上記Ser合成系過剰発現細胞を用いた移植実験により、破骨細胞分化におけるSerの役割に関するin vivoでの検討に関しては、過剰発現細胞がSer非依存性分化能を示さなかったため、移植実験へと進めることが出来なかった。
フォノンエンジニアリングによるセルロース・ナノフィブリルの熱伝導機能化

セルロースナノフィブリル(Cellulose Nano Fibril,以下CNF)の熱輸送特性の制御を目的として、これまで申請者が開発してきたフォノンエンジニアリングを実践するための材料合成,理論/数値計算,物性評価技術を三位一体で連成したプラットフォームを活かして研究を進めた。材料合成においては、CNF材料の束からなるフィラメントの作製を行った。まずそのために、流動の縮流効果やCNF間の化学的相互作用を変えられるチャネルを作製した。本チャネルでは、TEMPO酸化触媒によって解繊されたCNF分散液を流動させるが、横から塩を注入し拡散させる機構を備えており、縮流によって配向させたCNFをゲル化して統合し、最終的に乾燥させることでフィラメントを得る。この際の塩の種類を変え、自己組織化の時空間スケールを制御することによって、CNF間の化学結合状態が調整できるようになった。また、原材料のCNF分散液にカーボンナノチューブを混ぜたり、ゲル化した後にポリエチレングリコール溶液に浸すことによって、フィラメントの複合化にも成功した。理論/数値計算においては、CNFの分子シミュレーションモデルを構築した。セルロースの動力学を再現する適切なポテンシャル関数を選択し、CNFの分子動力学計算を行った。CNFの集合体の構造や機械的特性を既報や実験の情報を比較することにより、モデルの妥当性を検証した。これらによって、CNFあるいはその集合体の熱輸送計算を行う準備が整った。物性評価に関しては、電子顕微鏡観察によるフィラメント全体や断面形状の評価、重量計による密度の評価、X線小角散乱による配向度の評価などを行った。さらに、引張試験による機械的強度計測を行った結果、配向および統合による高い機械的強度と、塩の種類や複合化の種類による顕著な影響が確認できた。流動の縮流効果による配向CNFフィラメントが作製できるようになり、塩によるゲル化や他の材料との複合化により材料の物理化学的構造に変化を与えられるようになった。また、分子動力学モデルの構築も進み、構造や物性評価もできるようになっていることから、CNF材料のフォノンエンジニアリングの実現に向けた技術開発が順調に進んでいると判断する。前年度開発した合成技術を駆使して様々なCNFフィラメントを作製し、それらの熱伝導率を評価する。熱伝導計測は定常から非定常までいくつかの手法によって行うが、本研究では主にT型ジャンクション法を用いる。本手法では、2つの熱浴間に架橋したプラチナワイヤーの中央にCNFフィラメント試料の片端を熱的に接合し、プラチナワイヤーを定常的にジュール発熱させた際のCNFフィラメント試料による温度低減を通じて熱伝導率を計測する。並行して、前年度の分子シミュレーションモデルをさらに高度化し、精度を向上するとともに、マルチスケール構造や熱物性を取り扱えるようにする。特に、複数のCNFがイオンや水素結合を介して接触・接合した際の界面熱伝導の計算を重点的に行い、CNF集合体のマルチスケール計算に発展させる。計測する熱伝導率と分子動力学による解釈を繋げるには、前年度よりさらに詳細な構造評価が必要となる。そこで、構造解析(X線散乱、電子顕微鏡、原子間力顕微鏡)、分子量測定(示差熱・熱重量測定)、分光測定(ラマン散乱、動的光散乱、近接場赤外吸収)などを広域に行い、CNFレベルでの構造およびそれら表面の結合や化学状態を明らかにする。これらの計測結果と分子動力学計算を合わせて、塩の種類を変えたとこに生じる物性の変化のメカニズムを説明し、材料合成にフィードバックする。前年度の最後に行った実験より、CNFフィラメントに外力を与えて構造を変化させる手法の有用性が見出されており、化学種、流動特性、複合化と併せて、原理原則にもとづいたパラメータ探索を行う。以上の計算と実験を繰り返して、CNFのミクロな構造から、集合体の配高度や空隙率などのマクロな構造までの「多階層アーキテクチャ」を創製することにより、多階層スケールのフォノン輸送(CNF内⇒CNF間⇒CNF集合体)を相補的に制御して熱機能化を実現する。

さらに、引張試験による機械的強度計測を行った結果、配向および統合による高い機械的強度と、塩の種類や複合化の種類による顕著な影響が確認できた。流動の縮流効果による配向CNFフィラメントが作製できるようになり、塩によるゲル化や他の材料との複合化により材料の物理化学的構造に変化を与えられるようになった。また、分子動力学モデルの構築も進み、構造や物性評価もできるようになっていることから、CNF材料のフォノンエンジニアリングの実現に向けた技術開発が順調に進んでいると判断する。前年度開発した合成技術を駆使して様々なCNFフィラメントを作製し、それらの熱伝導率を評価する。熱伝導計測は定常から非定常までいくつかの手法によって行うが、本研究では主にT型ジャンクション法を用いる。本手法では、2つの熱浴間に架橋したプラチナワイヤーの中央にCNFフィラメント試料の片端を熱的に接合し、プラチナワイヤーを定常的にジュール発熱させた際のCNFフィラメント試料による温度低減を通じて熱伝導率を計測する。並行して、前年度の分子シミュレーションモデルをさらに高度化し、精度を向上するとともに、マルチスケール構造や熱物性を取り扱えるようにする。特に、複数のCNFがイオンや水素結合を介して接触・接合した際の界面熱伝導の計算を重点的に行い、CNF集合体のマルチスケール計算に発展させる。計測する熱伝導率と分子動力学による解釈を繋げるには、前年度よりさらに詳細な構造評価が必要となる。そこで、構造解析(X線散乱、電子顕微鏡、原子間力顕微鏡)、分子量測定(示差熱・熱重量測定)、分光測定(ラマン散乱、動的光散乱、近接場赤外吸収)などを広域に行い、CNFレベルでの構造およびそれら表面の結合や化学状態を明らかにする。これらの計測結果と分子動力学計算を合わせて、塩の種類を変えたとこに生じる物性の変化のメカニズムを説明し、材料合成にフィードバックする。前年度の最後に行った実験より、CNFフィラメントに外力を与えて構造を変化させる手法の有用性が見出されており、化学種、流動特性、複合化と併せて、原理原則にもとづいたパラメータ探索を行う。以上の計算と実験を繰り返して、CNFのミクロな構造から、集合体の配高度や空隙率などのマクロな構造までの「多階層アーキテクチャ」を創製することにより、多階層スケールのフォノン輸送(CNF内⇒CNF間⇒CNF集合体)を相補的に制御して熱機能化を実現する。次年度使用額は2万円程度と低額であり、無理に調整して0円とするよりは、次年度に有効活用する方が良いと考えたため。
昆虫工場におけるタンパク質糖鎖修飾の解析と改変

非常に優れた難分泌性機能ペプチド生産系として知られているバキュロウイルス発現系では、N-型、O-型の両方のタンパク質糖鎖が付加されるが、哺乳類型の糖鎖とは、特にN-型糖鎖において、その構造が異なることが知られている。糖鎖構造の相違は組換えタンパク質の安定性や活性、抗原性に影響を及ぼす場合があり、創薬分野では昆虫細胞で発現したタンパク質糖鎖のヒト型化が求められている。本研究では、糖鎖関連遺伝子導入による昆虫細胞発現タンパク質糖鎖のヒト型化とその分子機構の解析、および、生物工学的手法による構造改変システムの構築を目指している。これまで、カイコ培養細胞における糖鎖修飾経路の改変のため、複数のヒト由来糖転移酵素を導入した各種安定発現株を作製し、BESにより組換え糖タンパク質を発現させ、糖鎖構造の変化を観察した結果、MGAT2、MGAT3導入株での構造改変が達成できたが、MGAT4AやMGAT5A、MGAT5Bによる多分岐型構造や、B4GalT1の導入によるガラクトシル化は効率が悪く、改変効率の向上が課題とされた。本年度は、in vitroでのヒト型化糖鎖修飾に取り組み、鍵となるヒトフコース転移酵素6のBESによる大量分泌システムの構築に成功した。一方、O型については、Ser/Thr残基にGalNacを付加する機能性GalNAcNを同定し、その詳細な解析を終了し、ついで、カイコC1GalT1 (T-synthas)の解析を進め、3種のバリアントの同定に成功した。これらの酵素の、局在解析、活性測定、レスキュー実験を行い、カイコにおけるO-型糖鎖修飾におけるCore1構造形成に関する貴重な成果を得た。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。バキュロウイルス発現系(BES)は組換えタンパク質の発現系として広く利用されているが、昆虫の分泌・修飾経路をそのまま利用するため、糖鎖修飾において哺乳類と異なる昆虫型のN-結合型糖鎖が付加される。本研究では、カイコを用いたバキュロウイルス発現系においてヒト型糖鎖を持つ高品質な有用タンパク質を安定的に発現することを目的としており、本年度はN型糖鎖の改変を中心に研究を行った。まず、糖鎖構造改変を効率よく観察するためのレポーター糖タンパク質の開発を行い、糖鎖付加が起こらない領域のアミノ酸配列を削り込み、さらに人工糖鎖付加部位を組み込んだ改良型ヒト酸性糖タンパク質(α1AGP)を作製した。このタンパク質は、分泌量が多く、精製が容易な上に、高度にグリコシル化されていた。また、糖鎖の構造解析の結果、比較的均一な典型的昆虫型N-結合型糖鎖を有しており、糖鎖構造の変化を観察するためのモデル糖タンパク質であることがわかった。さらに、このタンパク質を異なるカイコ系統に摂取したところ、付加される糖鎖の本数に相違があることが示唆された。次いで、昆虫細胞における糖鎖修飾経路の改変のため、複数のヒト由来糖転移酵素(MGAT2, MGAT3, MGAT4, MGAT5A, MGAT5B, B4GalT1, ST6Gal1)をカイコ培養細胞に導入した各種安定発現株を作製し、BESにより組換え糖タンパク質を発現させ、回収し、ウェスタンブロット、レクチンブロットおよび質量分析を用いて、糖鎖構造の変化を観察した。その結果、MGAT2、MGAT3、MGAT5A、MGAT5B発現株において糖鎖構造が昆虫型から、複合型構造やbisecting構造,多分岐構造へと構造が一部変化したことが確認された。しかし、昆虫型構造が一定の割合で残留しており、現在、改変効率の改善に向けさらに研究を進めている。本研究の円滑な遂行には、糖鎖構造改変の効率的なアッセイシステムが必須であり、本年度の研究において、非常に有用なレポーター糖タンパク質を開発することができた。このタンパク質は、典型的な昆虫型糖鎖が蒸されており、小分子であるにもかかわらず、最大7本の糖鎖が付加される。興味深いことに、すべての予測サイト糖鎖が付加されるわけではなく、07本までの糖鎖が付加されるため、電気泳動では、明瞭な8本のバンドを生じる。このことは、このレポーター糖タンパク質が、昆虫における糖鎖付加サイトの認識・選択機構の解明にも有用であることを示唆している。昆虫培養細胞における糖鎖修飾経路の改変については、予定どおり、複数のヒト由来糖転移酵素(MGAT2, MGAT3, MGAT4, MGAT5A, MGAT5B, B4GalT1, ST6Gal1)をカイコ培養細胞に導入した各種安定発現株を樹立し、一部のヒト由来糖鎖転移酵素導入細胞においては、糖鎖構造が昆虫型から、複合型構造やbisecting構造,多分岐構造へと変化したことを確認した。これらの成果により、次年度の目標を絞り込むことができた。バキュロウイルス発現系は、非常に優れた難分泌性機能ペプチド生産系として知られているが、翻訳後修飾、特に糖鎖修飾については改良すべき点や未解明の部分が多い。糖鎖構造の相違が組換えタンパク質の安定性や活性、抗原性に影響を及ぼす場合があり、創薬分野では昆虫細胞で発現したタンパク質糖鎖のヒト型化が求められている。タンパク質の糖鎖修飾にはN型とO型の2種があり、N型については、その構造が哺乳類由来の構造と異なることから、そのヒト型化を目的として、多数のヒト由来糖転移酵素を導入した細胞を樹立し、その細胞を用いて生産したタンパク質の糖鎖を詳細に解析することで、付加効率に問題は残るが改変に成功した。

特に、N-アセチルグルコサミン分岐型の糖鎖構造を誘導するMGAT5A及びMGAT5B導入細胞では、糖鎖の付加が確認されなかったので、繰り返し実験を行ったが、同様の結果であった。一方、MGAT4導入細胞は標的タンパク質の不要化が起こり、この構造を持つ糖鎖は、昆虫細胞では許容されない可能性が示唆された。さらに、シアル酸の付加には、その前駆体の生合成経路の導入が必要との報告があったため、同経路に関わるヒト由来のGNE、SAS、CSS、CSTの4遺伝子を昆虫細胞に導入したがシアル酸の付加は検出できなかった。また、O型糖鎖付加の分子機構解析については、まず、第一段階の転移反応であるタンパク質のSer/Thr残基に単糖を転移する酵素を同定し、その解析を進めた。また、昨年度は、N型糖鎖修飾解析用のレポーター系を開発したが、本年度は、O型糖鎖修飾を解析する上で必須となるレポータータンパク質の発現、解析系を構築した。前年度では、カイコ培養細胞において糖鎖修飾経路を改変し、分泌された組換えタンパク質の糖鎖構造を昆虫型から複合型などへの構造変化が確認されたが、改変効率が低いことが課題であった。今年度は、効率の向上のため、ヒト糖転移酵素発現細胞の選抜や、昆虫型経路を阻害するRNAiの条件検討を行った。また、MALDI TOF-MSなどを用いた詳細な質量解析による糖鎖構造の解析の結果、改変効率の上昇が確認されたが、高感度な解析でより、マイナーな構造も検出できるようになったことから、当初想定していたより、構造上の不均一が高いことが明らかになった。このことから、細胞内部での改変による品質向上の限界も考えられた。O型糖鎖修飾の第一段階を触媒する酵素については、配列の相同性からだけでは当該酵素を同定することは困難であり、機能を指標とした評価系の開発が必要であった。そこで、ヒトムチンをレポーターとしたアッセイ系を開発し、候補遺伝子を網羅的に機能阻害することで、O型糖鎖修飾が起こらなくなる遺伝子の同定を進めた結果、1つの遺伝子について、O型糖鎖修飾の欠損が認められた。そこで、同酵素の分子機能解析を進めると共に、過剰発現や機能阻害が、糖鎖修飾のみならず、タンパク質生産量や分泌効率に与える効果についても解析を行った。バキュロウイルス発現系は、非常に優れた難分泌性機能ペプチド生産系として知られている。しかし、糖鎖構造の相違が組換えタンパク質の安定性や活性、抗原性に影響を及ぼす場合があり、創薬分野では昆虫細胞で発現したタンパク質糖鎖のヒト型化が求められている。本研究では、糖鎖関連遺伝子導入による昆虫細胞発現タンパク質糖鎖のヒト型化と細胞機能の改変により生じるタンパク質発現量低下を回避するシステムの構築を目指している。タンパク質の糖鎖修飾にはN型とO型の2種があり、N-結合型糖鎖については、その構造が哺乳類由来の構造と異なることから、そのヒト型化を目的として、多数のヒト由来糖転移酵素を導入した細胞を樹立し、その細胞を用いて生産したタンパク質の糖鎖を詳細に解析することで、付加効率に問題は残るが改変に成功した。
頭部MRAにおける脳血管構造解析と動脈瘤検出支援に関する研究

脳血管構造解析に関しては,領域拡張法で抽出した血管領域に対して細線化を適用することで得られる芯線情報に基づいて構造記述を行う手法について検討を行った.具体的には,芯線情報から得られる分岐点と端点の二種類の特徴点に着目して分岐点,端点の座標,二点間の経路情報などを保持したデータ構造を用いて大局的な構造記述として血管領域の記述を行った.そこで記述した血管構造と実際の脳血管を対応付けることにより,画像データ上で血管部位が特定できるだけでなく,動脈瘤の好発部位といった臨床上の知見を用いることができるようになった.さらに突起が高い嚢状動脈瘤については,この構造記述における分岐点と端点間の距離が短い枝として検出できることが分かった.そこで,構造記述から得られる短い枝と好発部位による解析範囲の絞り込みによって動脈瘤の候補領域を検出し,候補領域の特徴量分析によって偽陽性候補を削除することで,動脈瘤の検出を試みたところ,44例の頭部MRA画像(動脈瘤有り21例,無し23例)に対し,短い枝として検出できる嚢状動脈瘤に対しては検出感度100%(全体では66.7%)で症例あたりの平均偽陽性数は1.5個という結果が得られた.一方,今後の展開としてはデータベースや手法の統一化を進めていくことが必要となるが,先の大局情報からのアプローチとは別に,局所情報から動脈瘤候補を検出する手法についても検討を行ってきた.そこでは,ノイズの影響が大きい局所的な曲率情報を投票操作によって統合し,投票数による多数決によってノイズの影響を軽減して安定に動脈瘤候補を検出することを試みた.その候補から特徴量分析による偽陽性除去を行い,動脈瘤を検出した結果,2から15mmの動脈瘤を持つ13症例,持たない16例に対し,検出感度100%で平均偽陽性数1.14個という結果も得られた.二年計画の一年目である本年度は,研究目的である脳動脈瘤の検出支援を行うための基本処理である脳血管領域の検出について検討を行った.従来から広く行われている領域拡張法(リージョングローイング)は,血管領域の判定基準が一定であることから濃度分布に違いが見られる太さが異なる血管領域全体を一様に抽出することは容易ではないという問題を持っている.この問題に対して,血管の分岐ごとに血管判定基準を動的に変化させながら領域拡張法を適用する,枝分かれリージョングローイングが提案された,そこで,この枝分かれリージョングローイングを実装し,頭部MRA画像に適用して,その性質を評価したところ,若干脳組織との分離がうまくいかない領域が観察されたものの,太さに関わらず血管領域全体を検出できるようになった.このことから血管径やその他の特徴を解析するための初期データとしては十分利用可能であるという知見が得られた.一方で問題点も明らかになった.血管の構造解析を行うため,血管領域の芯線を検出し,血管の分岐部をノードとした構造記述を行う予定であった.血管における管状部分の芯線はヘシアン行列の適用により問題なく検出できるが,分岐部についてはノイズなどの影響により、実画像で安定に検出することは困難であることが分かった.このことから分岐部の検出については引き続き検討の上,解決手段を開発し,構造記述につなげる必要がある.さらに脳動脈瘤の球状や紡錘状といった形状特徴,血管の管状,分岐といった形状特徴のそれぞれの領域を排他的に表現できる尺度として,曲率の利用可能性について検討した.その結果,二つの主曲率の積(ガウス曲率)と平均(平均曲率)の符号判定に基づき,それぞれの領域を分離できる可能性を確認することができた.脳血管構造解析に関しては,領域拡張法で抽出した血管領域に対して細線化を適用することで得られる芯線情報に基づいて構造記述を行う手法について検討を行った.具体的には,芯線情報から得られる分岐点と端点の二種類の特徴点に着目して分岐点,端点の座標,二点間の経路情報などを保持したデータ構造を用いて大局的な構造記述として血管領域の記述を行った.そこで記述した血管構造と実際の脳血管を対応付けることにより,画像データ上で血管部位が特定できるだけでなく,動脈瘤の好発部位といった臨床上の知見を用いることができるようになった.さらに突起が高い嚢状動脈瘤については,この構造記述における分岐点と端点間の距離が短い枝として検出できることが分かった.そこで,構造記述から得られる短い枝と好発部位による解析範囲の絞り込みによって動脈瘤の候補領域を検出し,候補領域の特徴量分析によって偽陽性候補を削除することで,動脈瘤の検出を試みたところ,44例の頭部MRA画像(動脈瘤有り21例,無し23例)に対し,短い枝として検出できる嚢状動脈瘤に対しては検出感度100%(全体では66.7%)で症例あたりの平均偽陽性数は1.5個という結果が得られた.一方,今後の展開としてはデータベースや手法の統一化を進めていくことが必要となるが,先の大局情報からのアプローチとは別に,局所情報から動脈瘤候補を検出する手法についても検討を行ってきた.そこでは,ノイズの影響が大きい局所的な曲率情報を投票操作によって統合し,投票数による多数決によってノイズの影響を軽減して安定に動脈瘤候補を検出することを試みた.その候補から特徴量分析による偽陽性除去を行い,動脈瘤を検出した結果,2から15mmの動脈瘤を持つ13症例,持たない16例に対し,検出感度100%で平均偽陽性数1.14個という結果も得られた.