hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
室温で不揮発動作可能な反強磁性/絶縁体-強磁性/金属スイッチング素子の開発

室温で電気と磁気の信号を同時に不揮発制御可能な新機能スイッチング素子の開発を目的とし、含水多孔質ガラスをゲート絶縁体とする薄膜トランジスタ(TFT)構造を利用して、ペロブスカイト酸化物の酸素濃度を自在変調する薄膜固体デバイスの創製に挑戦した。SrCoOxを活性層に適用し、室温・大気中でゲート電圧を印加することで、反強磁性/絶縁体SrCoO2.5と強磁性/金属SrCoO3の不揮発な可逆制御に成功した。さらにナノピラー状アモルファスNaTaOx薄膜がNaOH水溶液を含んだアルカリ電解質として機能することを見出し、TFTのゲート絶縁体に用いることで僅か±3V、2ー3秒での低電圧・高速動作に成功した。本研究では、室温で電気的に磁性と伝導性を同時に不揮発変調可能な新機能スイッチングメモリ素子の開発を目的とし、水に含まれる電気化学的に活性なH+とOH-イオンを使って、ペロブスカイト酸化物の酸素濃度を自在制御可能な薄膜固体デバイスの実証を目指している。具体的には、酸素濃度変化によって反強磁性絶縁体と強磁性金属を変換可能なコバルト酸ストロンチウム(SrCoOx)に着目し、酸素空孔の1次元チャネルを有するSrCoO2.5エピタキシャル薄膜上に、含水多孔質ガラスをゲート絶縁体とする薄膜トランジスタ構造を作製し、室温で、ナノ平行平板間に電圧を印可して生じるH+とOH-イオンを利用して、SrCoOx薄膜の空孔チャネルに酸素イオンを脱挿入することで、反強磁性/絶縁体-強磁性/金属の不揮発な可逆制御を行う。H28年度は、アルカリ水溶液を閉じ込めた多孔質ガラスを実現するために、Naイオンを含む絶縁体材料のNaTaO3に着目し、多孔質薄膜化させることでナノピラー構造のアモルファス薄膜を実現し、NaOH水溶液を含む固体薄膜の作製に成功した。次いで、SrTiO3(001)基板上にエピタキシャル成長させたSrCoO2.5薄膜上にアモルファスNaTaO3ナノピラー薄膜をゲート絶縁体とする薄膜トランジスタ構造を作製し、室温・大気中でゲート電圧を印可してSrCoOx活性層を酸化・還元したところ、絶縁体から金属への変化と同時に反強磁性から強磁性への可逆変調に成功した。本研究では、室温で電気的に磁性と伝導性を同時に不揮発変調可能な新機能スイッチングメモリ素子の開発を目的としており、初年度で提案通りの動作実証に成功し、磁気信号と電気信号を同時に制御し記憶する情報記憶デバイスの高容量化に向けた新しいアプローチを提案したと考えている。H29年度は発展課題として、本提案デバイスの動作特性の大幅な向上に向けた動作メカニズムの学理構築を目指す。室温で電気と磁気の信号を同時に不揮発変調可能な新機能スイッチング素子の開発を目的とし、多孔質薄膜中に閉じ込めた水を利用して、ペロブスカイト酸化物の酸素濃度を自在制御可能な薄膜固体デバイスの創製に挑戦した。具体的には、酸素濃度変化によって反強磁性絶縁体と強磁性金属を変調可能なSrCoOxに着目し、酸素空孔の1次元チャネルを有するSrCoO2.5薄膜上に、含水ナノ多孔性ガラスをゲート絶縁体とする薄膜トランジスタ構造を作製した。ナノ平行平板間に電圧を印加して、閉じ込めた電解液中のイオンを動かし、SrCoOx薄膜の空孔チャネルに酸素を脱挿入することで、反強磁性/絶縁体-強磁性/金属の不揮発な可逆制御を試みた。まず、ゲート絶縁体に用いる多孔性ガラス中に含まれる純水のイオン伝導度が低い問題があったため、アルカリイオンを含む絶縁体を探索し、ナノピラー構造を有するアモルファスNaTaOx薄膜がNaOH水溶液を含んだアルカリ電解質として機能することを発見した。次いで、NaTaOxをゲート絶縁体とするSrCoOx薄膜トランジスタを作製し、室温・大気中でゲート電圧(Vg)を印加した。ーVgを印加することで強磁性金属(Tc = 275 K)に変化し、逆に+Vgを印可することで元の絶縁体に戻った。変調を繰り返し動作させたところ、僅か±3V、2ー3秒で可逆制御できることが分かった。これらの結晶構造変化を調べたところ、Vg印加前及び+Vg印加後はブラウンミラライト相SrCoO2.5、-Vg印加後はペロブスカイト相SrCoO3であったことから、SrCoOxの酸素比率が室温で変化したことで、絶縁体/反強磁性から金属/強磁性に変化したことが分かった。“A"(強磁性)/“B"(反強磁性)の情報と“1"(金属)/“0"(絶縁体)の情報を同時に読み/書き可能な、将来の高密度情報記憶素子としての発展が期待できる。

さらにナノピラー状アモルファスNaTaOx薄膜がNaOH水溶液を含んだアルカリ電解質として機能することを見出し、TFTのゲート絶縁体に用いることで僅か±3V、2ー3秒での低電圧・高速動作に成功した。現時点での反強磁性/絶縁体-強磁性/金属の切替には電圧3Vを2-3秒間印可する必要があり、情報記憶デバイスに応用するためには、デバイス動作の大幅な改善に向けた動作メカニズムの学理構築が必要である。デバイス動作特性には、ゲート絶縁体に用いるアモルファスNaTaO3薄膜のイオン伝導度とSrCoOx活性層の酸素空孔一次元チャネルの方位が大きく影響すると考える。そこでH29年度は、アモルファスNaTaO3薄膜のNa濃度を変化させ、薄膜中に内包されるアルカリ水溶液のイオン伝導度を制御し、それに伴うデバイス動作特性の変化を系統的に調べる。また格子定数の異なる種々のペロブスカイト酸化物単結晶基板を用いて、SrCoOxの酸素空孔一次元チャネルの配方関係を制御し、デバイス動作の高速化を目指す。酸化物エレクトロニクス
自己細胞由来の生理活性物質を利用した内在性神経幹細胞の活性化と神経再生誘導

脳損傷後の機能回復を可能にする新規治療法の開発を目標として、実験動物を用いた基礎研究を行った。成体哺乳類の脳内に存在する内在性神経幹細胞からの新生神経細胞の産生が、脳脊髄液中あるいは血管網周囲に分泌される可溶性蛋白質による制御を受けているとの仮説に基づき、新生血管の内皮細胞が産生する生理活性物質を同定し、その神経幹細胞に対する活性化の作用を明らかにした。血管内皮細胞が産生する生理活性物質が有する、神経幹細胞に対するniche factorとしての作用をin vitroならびにin vivoで検討し、その因子の候補蛋白質を同定した。成体マウス骨髄単核球から血管内皮細胞の選択的培養条件にて初代培養を行い、血管内皮前駆細胞の形成を免疫組織学的に確認した。増殖因子を含有しない神経幹細胞増殖培地に交換し、血管内皮前駆細胞から分泌される可溶性蛋白質を培養上清中に採取した。胎仔マウス線条体細胞を用いたneurosphere法にて、その可溶性蛋白質を添加した培地では増殖因子の存在なしに小さなneurosphereの形成が可能で、それらの細胞のsecondary neurosphere形成率は、対照群と比較して有意に高いことが確認された。これらのことから、その因子は神経幹細胞の維持と自己複製を促進する作用を有することが示された。その因子をマウス側脳室内に浸透圧ミニポンプを用いて7日間持続投与すると、BrdUの長期投与(BrdU14日間投与ののち7日間BrdUを投与せずに生存させる)によりラベルされる側脳室周囲の神経幹細胞の数は、medium投与の対照群に比べて有意に増加していた。一方、BrdUの1回投与によりラベルされる側脳室周囲の増殖細胞の数には変化がなく、神経幹細胞のprogenyの産生には影響していなかった。以上の結果から、血管内皮前駆細胞が分泌する可溶性蛋白質は、神経幹細胞の維持と自己複製に関わるniche factorとしての性質を有していることが示された。骨髄間質細胞が分泌する液性因子と二次元電気泳動の結果を比較することにより、この因子の候補蛋白質を選択した。血管内皮前駆細胞から特異的に分泌された因子のうち、発現の高かったスポットについて質量分析を行い、候補蛋白質を同定した。頭部外傷や脳虚血などの脳損傷に対する現在の治療法は、頭蓋内圧のコントロールを主体とした2次的な脳損傷の抑制であり、不可逆的に傷害された1次的脳損傷に対する根本的な治療手段は未だ開発されていない。本研究は、外傷性および虚血性脳損傷後の機能回復を可能にする新規治療法の開発を目標として、側脳室周囲に存在する内在性神経幹細胞からの新生ニューロンの産生が、脳脊髄液中あるいは血管網周囲に分泌される可溶性蛋白質による制御を受けているとの仮説に基づき、新生血管や脈絡叢の血管内皮細胞が産生する生理活性物質を利用した細胞療法へ向けた基礎研究を行った。血管内皮細胞由来の神経幹細胞活性化因子について、平成21年度は以下の成果を得た。神経幹細胞に対するニッシェ因子として、骨髄由来の血管内皮前駆細胞が特異的に分泌する45kDの蛋白質EPC niche factorを同定した(投稿準備中)。EPC niche factorのアミノ酸配列はこれまでに神経幹細胞に対するニッシェシグナルの候補蛋白質として脳内の血管内皮細胞に発現が確認されたpigment epithelium-derived factor(46kD)とは異なり、ニッシェ因子としては新規の蛋白質であった。EPC niche factorの発現は、成熟血管内皮細胞や骨髄間質細胞、血管内皮細胞セルラインでは認められず、幼若新生血管に特異的であった。同定されたEPC niche factorに対する抗体を用いて、野生型マウスの新生ニューロン産生領域(neurogenic niche)における加in vivoでの発現を免疫組織学的に確認した。このEPCniche factorのrecombinant蛋白質、ならびにsiRNAによってこの因子をknock downした培養血管内皮細胞から得た液性因子を用いて、in vitroで神経幹細胞の自己複製への効果を検証した。本研究は、外傷性および虚血性脳損傷後の機能回復を可能にする新規治療法の開発を目標として、側脳室周囲に存在する内在性神経幹細胞からの新生ニューロンの産生が、脳脊髄液中あるいは血管網周囲に分泌される可溶性蛋白質による制御を受けているとの仮説に基づき、新生血管や脈絡叢の血管内皮細胞(endothelial progenitor cell. EPC)が産生する生理活性物質を利用した細胞療法へ向けた基礎研究を行った。EPC由来の神経幹細胞活性化因子として、平成20年度に同定された蛋白質"EPC niche factor"について、平成21年度は以下の成果を得た。遺伝子学的に作成したリコンビナントEPC niche factorは、マウス大脳線条体由来の神経幹細胞に対して自己複製促進効果を有することを確認した。

EPC niche factorのsiRNAをEPCにトランスフェクトさせ、EPCからのEPC niche factorの産生を阻害することにより、神経幹細胞に対する自己複製促進効果は消失した。生体内においても、成体マウス側脳室下帯のEPCにEPC niche factorの発現が認められることを免疫組織学的に検出した。また、神経幹細胞のマーカー蛋白質として知られるnestinが、マウス骨髄由来のEPCにおいても発現していることを、EPC niche factorに関する一連の研究により発見した。神経幹細胞において特異的にnestinの発現を誘導するnestin遺伝子の第2イントロンェンハンサーは、EPCにおいては発現していないことを遺伝子改変動物による実験から明らかにした。
神経根障害の病態生理学的研究

(1)化学メデイェーターによる異所性発火発現のin vivo解析動物には成熟ラット20頭を用いた。麻酔下に頚髄を切断し,非動化した上で人工呼吸にて維持した。腰椎を椎弓切除し,腰部神経根を知覚神経節まで露出した。標的神経根の中枢側を細分し,神経根活動を導出記録した。これまでin vitro実験にて同定した髄核、サプスタンス-P、コンドロイチン硫酸,プロスタグランジンE2を硬膜外より神経節部に限局性に投与することにより異所性発火の発現を観察した。(2)化機械的刺激に対する反応の解析実験条件は(1)に準ずる。椎間板ヘルニアの病態を再現するため,ステップモータ制御の定速動作マニュピレータを用い,神経根に牽引力を加えた。この際異所性発火の発現が観察されたが、これは興奮伝導の方向性から知覚神経節より生じていると考えられた。(3)ヒトにおける術中microneurogramの解析腰椎椎間板ヘルニアおよび狭窄症による神経根障害の手術的治療患者を対象とし,術中においてmicroneurogram電極を用いて神経根の感覚神経活動を多ユニツトレベルで導出記録した。知覚神経根から神経根中枢部に沿って圧迫を加え,異所性発火発現の様式を観察することによりその発火の発現部位を同定する。このようにして得られた知見を健常神経根の場合と比較し,障害神経根の機械的刺激に対する異所性発火を観察できた。機械的圧迫刺激による異所性発火閾値は神経節部位できわめて低かった。本研究のから神経根障害における疼通などの異常感覚の病態と治療の意義を理解する上で重要な知見が得られた。さらに,本研究モデルでヒトの病態をシミュレートすることにより,ヒト変性髄核および神経根周辺組織について綿密な生化学環境動態との関係を解明することが今後の重要課題と考えられた。
マクロファージ由来アポトーシス阻止因子(AIM)に関する分子病理学的研究

申請者らは1999年に宮崎らとともにマクロファージ由来のapoptosis阻害物質であるApoptosis inhibitory factor expressed by macrophages (AIM)をcloningした。これはマクロファージに特異的な54-KDの分泌蛋白で、この分子のリコンビナント蛋白はin vitroでT細胞の種々の条件下によるアポトーシス誘導を阻害した。申請者らはすでにAIMのknock outマウスを作製し、このマウスでは放射線照射やコルチコステロイドによるリンパ球系のapoptosis誘導が容易に惹起されることを報告した(J Exp Med 189:413-422,1999)。しかし、アポトーシス阻害機序および細胞特異性については不明であった。申請者らは初年度にAIMのknock outマウスを用いて肉芽腫性炎症におけるAIMの関与を検討した。その結果、C.parvum誘発肝肉芽腫形成においてはAIMが炎症過程、ことに炎症極期から修復治癒過程で重要な役割を演ずることが示唆された。AIMノックアウトマウスでは炎症が遷延したため、マクロファージの機能を比較したが、有意の差はみられず、リンパ球のサブセットの解析を行った。意外にも、ノックアウトマウスでは炎症初期にNKT細胞がアポトーシスに陥り、肉芽腫の消失時期に回復が遅いことが明らかになった。NKT細胞は種々の免疫反応で重要な働きを発揮することがNKT細胞欠損マウスなどを用いて明らかにされてきており、AIMがこの細胞のアポトーシス阻害機序の一員として作動していることはAIMの機能のみならず、NKT細胞の役割の解析の上でも意義があると考えられる。最近AIMはマクロファージの機能を亢進することが報告された。本研究においてはAIMがNKT細胞のアポトーシス制御機構の一部であることが観察された。このようにAIMが多様な生物活性を示すことを明らかにした点に本研究の意義があると考えられる。申請者らは宮崎らとともにマクロファージ由来のapoptosis阻害物質であるApoptosis inhibitory factor expressed by macrophages(AIM)をcloningした。しかし、AIMがアポトーシスを阻害する機序については不明の点が多い。AIMリンパ球のアポトーシス阻止作用を考慮すると、AIMはTh_2タイプのリンパ球由来のサイトカインの産生に深く関与することが推測される。この点について、今後免疫組織学的、分子病理学的解析を加えていく予定である。これとは別に、申請者はスカベンジャー受容体の検討を行い、細菌やLPSの受容体としての機能、エンドソームからの菌のエスケープ機構への関与を明かにした。AIMはスカベンジャー受容体のcysteine-rich domain superfamilyに属する分子でもあり、両者の機能的関連についても今後検討する。

申請者らは1999年に宮崎らとともにマクロファージ由来のapoptosis阻害物質であるApoptosis inhibitory factor expressed by macrophages(AIM)をcloningした。これはマクロファージに特異的な54-KDの分泌蛋白で、この分子のリコンビナント蛋白はin vitroでT細胞の種々の条件下によるアポトーシス誘導を阻害した。申請者らはすでにAIMのknock outマウスを作製し、このマウスでは放射線照射やコルチコステロイドによるリンパ球系のapoptosis誘導が容易に惹起されることを報告した(J Exp Med 189: 413-422, 1999)。しかし、アポトーシス阻害機序および細胞特異性については不明であった。申請者らは初年度にAIMのknock outマウスを用いて肉芽腫性炎症におけるAIMの関与を検討した。その結果、C.parvum誘発肝肉芽腫形成においてはAIMが炎症過程、ことに炎症極期から修復治癒過程で重要な役割を演ずることが示唆された。AIMノックアウトマウスでは炎症が遷延したため、マクロファージの機能を比較したが、有意の差はみられず、リンパ球のサブセットの解析を行った。意外にも、ノックアウトマウスでは炎症初期にNKT細胞がアポトーシスに陥り、肉芽腫の消失時期に回復が遅いことが明らかになった。NKT細胞は種々の免疫反応で重要な働きを発揮することがNKT細胞欠損マウスなどを用いて明らかにされてきており、AIMがこの細胞のアポトーシス阻害機序の一員として作動していることはAIMの機能のみならず、NKT細胞の役割の解析の上でも意義があると考えられる。最近AIMはマクロファージの機能を亢進することが報告された。本研究においてはAIMがNKT細胞のアポトーシス制御機構の一部であることが観察された。このようにAIMが多様な生物活性を示すことを明らかにした点に本研究の意義があると考えられる。
中国河南省における都市及び農村住民の生活空間

3年度にわたって、河南省科学院及び鄭州広域市人民政府の全面的な協力の下に、大都市鄭州市とその近郊農村、地方都市新鄭市とその周辺の平地農村、及び観光都市登封市とその周辺の山地を含む農村地域において調査を行った。調査項目は、都市化と都市発展、商業の変貌と自由市場の発展、郷鎮企業の展開、農村の土地利用・所有と農産物流通の変化、並びに都市及び農村住民の生活空間の変容である。調査方法は、観察・聞き取り・アンケート・統計処理等である。この結果、改革解放後、1)大都市、他方都市、観光都市のいずれにおいても都市化が進展し、市街地の拡大・改造が顕著であること、2)商業活動が著しく活性化したが、国営・協同組合営商業の相対的衰退と、私営商業・自由市場の急激な発展のコントラストが見られること、3)内陸地域でもあるにもかかわらず郷鎮企業の一定の発展が見られるが、それには資源・技術・企業家精神の存否により、著しい地域差があるということ、4)生産請負の進展により、農業の個別経営化と商業化が進み、一部では登記されぬ土地開発や新たな生産物流通チャンネルの発生が認められること、5)都市部では「単位」制度の崩壊による職住の分離傾向、農村部では兼業化に伴う通勤や出稼ぎ現象の発生により、住民の生活空間がいずれにおいても拡大と多様化の傾向を見せていることなど、興味深い事実が明らかにされた。本年度は河南省の省都で人口170万の大都市である鄭州市とその郊外において、河南省科学院及び鄭州市人民政府の全面的な協力のもとに、調査を行なった。全員が(1)都市班、(2)市場班、(3)郷鎮企業班、(4)農村班の4組に分かれ、(1)都市班は、市街地を「老城型」「単位型」「小区(ニュータウン)型」の3類型からなると考え、それぞれの類型に相当する地区の街道弁事所等で聴き取りを行うと共に、各50世帯についてアンケート調査を行った。(2)市場班は、3つの百貨店、6つの卸売市場、5つの集貿(小売り)市場を探り上げ、聴き取り調査を行うと共に、売り手、買い手に対するアンケート調査を行った。(3)郷鎮企業班は、鄭州市に属する鞏義市・中原区・管城区の政府等で聴き取り調査を行うと共に、多数の郷鎮企業を見学しインタビュー調査を行った。(4)農村班は、鄭州市近郊の1村落を採り上げ、農民生活に関するインテンシブな聴き取り調査を行うと共に、詳細な土地利用図を作成し土地利用変化を把握した。この結果、(1)市街地では、「単位型」の生活空間が市場経済化の下で急速に変容しつつあり、多くの都市問題が発生しつつあること、(2)鄭州市政府の奨励政策もあって、卸売市場が、小売市場、百貨店のいずれもが、急速に発展しつつあり、特に小売市場は、農村からの流入人口や都市の失業、半失業人口の受け皿となっていること、(3)郷鎮企業が急速に発展し、農村住民に雇用の場を提供するだけでなく、外地の労働者をも吸収するに至っているが、技術集約的業種への転換と共に郷鎮政府との関係が問題化し、環境問題をも引きおこしていること、(4)都市近郊農村では、都市への通勤、村内での諸企業の開設などで、農業は副業化しており、農民生活の改善が顕著であるが、土地利用の無秩序な変化が見られ、郷鎮企業の成功の程度などに規定されて、村毎の貧富の差、また村内での貧富の較差が拡大していること、等々が明らかにされた。本年度は、河南省の地方都市新鄭市(市街地と周辺の広大な農村地域を含み人口58万)において、河南省科学院および新鄭市人民政府の全面的協力の下に調査を行った。

全員が都市班、市場班、郷鎮企業班、農村班の4組に別れ、1)都市班は、中心市街地を構成する城関鎮・城関郷・和庄鎮を中心に、市街地の形成過程及びそれを支えている農村からの人口移動について、2)市場班は、国営商業部門を構成する商貿局管理下の流通機構・百貨店、市商業共同組合翼下の流通機構・百貨店、及び市街地4カ所農村部12カ所の小売り市場について、3)郷鎮企業班は、各郷鎮の人民政府を訪問し資料を収集するとともに、それぞれの郷鎮内の代表的郷鎮企業数社を訪問し、その現況と発展過程にいて、4)農村班は、市域全体を対象とするとともに、特に商品経済化の進んだ農村地域である辛店鎮に重点を置き、農村住民の生活空間、土地利用、農産物流通について、それぞれ、観察・聞き取り・アンケートによる調査を実施した。この結果、1)新鄭市街地には、主に市域内農村部から人口移動が見られ、土地利用権の分割や分譲アパートの建設等を通じて、それらの人口が定住し、都市化が着実に進行しつつあること、2)国営商業・共同組合営商業が市場経済化の進展の中で相対的に衰退し、百貨店等も売場毎に承包(請負)制が採用されつつある一方、個体戸(個人営業)商店及び集貿市場の発展が顕著であること、3)郷鎮企業の発展は、一部の日本等との合弁による農産物加工工場を除いて、あまり顕著ではないが、多様な教育や経験を持つ一定の住民層が、企業家としての動きをみせていること、4)農村の一部には、様々な商品作物が導入されつつあり、その流通機構も市場経済化が進みつつあること、また農民の生活空間は今なお狭いが、次第に広域化する傾向が認められること、などが明らかにされた。本年度は、河南省の地方都市登封市(観光都市である登封市街地と周辺の山地も含む広大な農村地域で人口60万)において、河南省科学院および登封市人民政府の全面的協力の下に調査を行った。全員が都市班、市場班、郷鎮企業班、農村班の4組に別れ、1)都市班は、中心市街地を構成する城関鎮を中心に、観光都市としての機能及び都市改造について、2)市場班は、国営商業部門を構成する商貿局管理下の流通機構・百貨店、市商業協同組合翼下の流通機構、及び市街地及び農村部の約20カ所の小売り市場について、3)郷鎮企業班は、各郷鎮における郷鎮企業の現況と発展過程にいて、4)農村班は、山地も含んだ農村地域である大金店鎮を中心に、農村住民の生活空間、土地開発、土地利用について、それぞれ、観察・聞き取り・アンケートによる調査を実施した。この結果、1)登封市街地には、改革解放後、観光都市として顕著な発達が見られたが、近年の観光客の頭打ちや季節性など問題点が多く見られること、2)国営商業・協同組合営商業が市場経済化の進展の中で相対的に衰退し、百貨店等も売場毎に承包(請負)制が採用されつつある一方、個体戸(個人営業)商店及び集貿市場の発展が顕著であること、3)郷鎮企業の発展は、鉱産資源の発掘や加工工場を除いて、あまり顕著ではなく、技術や企業家精神の導入が必要であること、4)農村では、土地生産性の低さから、鉱山労働等との兼業化が顕著で、一方傾斜地の未登記の開発も行われていること、などが明らかにされた。
分子配向を利用したケイ素-ケイ素飽和結合を有する分子の分光学的特性の解明

本研究では(1)オクタシラキュバンおよび(2)α,ω-ジフェニルオリゴシラン類の電子構造と光化学反応初期過程を調べることにより、Si-Si飽和結合の性質を理解することを目的として研究した。(1)オクタ-(1,1,2-トリメチルプロピル)-オクタシラキュバンの電子構造と光化学反応中間体標記分子の紫外・可視吸収スペクトルを測定し、半経験的分子軌道法(AM1-CI法)による計算結果と対比して各吸収帯の帰属を行った。また、ナノ秒レーザー光分解法による過渡吸収スペクトルの測定により、反応中間体が2つのSi-Si結合が同時に開裂して生じることを明らかにした。さらにこの中間体がビシクロ[1,1,0]テトラシラン型構造を部分構造として持つ化合物であることも明らかにした。(2)α,ω-ジフェニルオリゴシラン1,2-ジフェニルシラン,1,3-ジフェニルトリシラン,1,4-ジフェニルテトラシラン,1,6-ジフェニルヘキサシランのサーモクロミズムを観測し、これがSi-Si結合まわりのgauche-anti配置の変化に基づくものであることを明らかにした。また、電子スペクトルをフェニル基のπMOとSi-Si主鎖部位のσ-MOの軌道相互作用の観点から解析し、Si基の増加と共にフェニル基の影響が小さくなることを明らかにした。また、ジシランとトリシランのナノ秒レーザー光分解を行い、どちらの分子でも末端のSi-Si結合が開裂してジメチルフェニルシリルラジカルとフェニルメチルシレン,1,3-シリル転位体が生成することを明らかにした。
完全三角格子反強磁性体におけるスピンカイラリティ由来の強誘電性

完全三角格子反強磁性体における面内スピンカイラリティに由来して強誘電性が発現することを理論(磁気対称性についての考察)及び実験(パルス磁場中での焦電法による電気分極測定と定常磁場中での中性子散乱)にて明らかにした。また、この現象が起こるかどうかは結晶の対称性に強く依存することを前述の磁気対称性についての考察によって明らかにし、取りうる結晶空間群のパターンをほぼ特定した。この予想に基づき他の候補物質の探索を行い実際に誘電異常を観測しその正しさを確認した。完全三角格子反強磁性体RbFe(MoO4)2の強誘電性の起源については、対称性の議論では面内スピンカイラリティと面間スピンヘリシティの両方の可能性がある。我々はパルス磁場中での電気分極測定の結果により面内スピンカイラリティが主たる起源であると結論づけその内容をPhysical ReviewLetters誌に投稿していたが、レフェリー2名より我々の論旨は他のグループが過去に行なった中性子散乱の結果の誤認があるとの指摘を受けた。そもそもNMRや比熱等の他の測定結果と中性子散乱の結果が矛盾しており、中性子散乱の結果がおかしいのは当然であると我々は考えていたが実際のデータが無かった。そこで日本原子力研究開発機構の日米協力事業に基づき米国オークリッジ国立研究所の中性子散乱実験施設で追試を行なった。この実験には研究代表者三田村と連携研究者綿貫が本基金にて渡航し、日本原子力研究開発機構からは金子耕士研究副主幹に参加して頂いた。その結果、過去の中性子散乱実験の誤りを正し、我々の論旨の正当性をあらためて主張することができた。これにより、完全三角格子反強磁性体におけるスピンカイラリティの巨視的観測に初めて成功したと認められ、Physical ReviewLetters 113, 147202(2014).にその内容が掲載された。これに伴い東京大学、横浜国立大学および日本原子力開発研究機構にて共同でプレスリリースを行なった。また、研究代表者三田村と研究分担者榊原の連名で東京大学物性研究所広報誌「物性研だより」第55巻第1号に解説記事を寄稿した。本年度はこの研究課題に関する現象が起きる物質の2例目についても前年度に続き探索を行なった。幾つかの候補は見つかっていて、本研究予算により原料を購入しその単結晶試料の作製に取り組んではいるが、今のところ成功していない。平成28年度も引き続き当該現象が起きる物質の候補の探索を続ける。学術的議論としては平成26年度に本研究予算により行なった中性子散乱実験により申請者の予想が正しいということで決着が着いたものの、2例目を確認するという当初目的が達成されていないため。本年度は候補物質CsFe(MoO4)2の単結晶の作成に成功した。この物質は先行研究にて粉末試料が作成されており室温での結晶空間群はP-3m1であるが低温では構造相転移を起こしP-3となることが知られている。P-3は我々による磁気対称性の考察ではスピンカイラリティによって強誘電性が現れても良いと考えている結晶空間群の1つである。この物質について定常磁場中で磁化及び誘電率を測定した。まず、磁化測定により大まかな磁気相図を決定し、これがRbFe(MoO4)2と同様に三角格子反強磁性体の理論予想と非常に良い対応を示すことを確認した。次に誘電率測定によりネール温度付近に鋭いピークを確認した。これはこの物質が磁性に由来した強誘電性が現れる可能性が高いことを示している。実際の自発電気分極の観測はこれからであるが、これらの予備実験の結果は我々の理論予測を概ね支持するものである。将来的には磁気構造が面内120度構造であるかどうかを中性子散乱で確認した上で、パルス磁場中の焦電測定により電気分極の磁場スキャンを行い、RbFe(MoO4)2と同様にスピンカイラリティ由来の強誘電性が発現していることを確認する予定である。また、本年度は本研究で使われている"スピンカイラリティ"という概念が本来の「カイラリティ」の意味と整合するかどうかについて考察をなった。「カイラリティ」の元々の意味は「空間内の回転や時間反転では性質を変えずに空間反転や鏡映によって性質を変えるもの」である。これをそのまま解釈すると数学的には擬スカラーで記述されなくてはならないが、三角格子の"スピンカイラリティ"の場合には通常のスカラーであるためこれに該当しない。研究代表者三田村はこの内容を日本物理学会誌71(2016)857-858に投稿し、「カイラリティ」とは別の概念を構築する必要があることを提示した。本研究の目的である「三角格子反強磁性体上の120°スピン構造におけるスピンカイラリティに起因するマルチフェロイクス」の最初の例を査読の厳しいと言われる学術論文誌上で明らかに出来たため。

良い試料が出来た場合は諸々の予備測定を行ない、パルス磁場中の電気分極測定を行なう。首尾よくスピンカイラリティ由来の強誘電性が確認されたら、速やかに学術雑誌にその内容を投稿する。異動のためURLアドレスが変わる恐れあり。また、トップページからの移動の可能性もある。磁性、強相関電子系、強磁場物性「三角格子反強磁性体上の120°スピン構造におけるスピンカイラリティに起因するマルチフェロイクス」の2例目以降を明らかにして、これが普遍的なメカニズムであることを確立する。具体的には結晶空間群がP-3m1であるBa3MnNb3O9を念頭においている。この物質では多結晶試料で既に強誘電性が報告されており、スピンカイラリティによるものと期待できる。この物質の単結晶作成をすすめ基礎物性の測定とパルス磁場中での磁化および電気分極測定を目指す。当該研究テーマの候補となる試料作製が予定通りに行かず測定に入れなかったので、実験に必要な寒剤代等が未消化のため。本年度予算でプラスチック製試料ホルダー作製用に3Dプリンターの購入を検討していたが、仕様を詳細に検討した結果、性能が不十分であるため購入を見送った。引き続き試料作製を行ない実際の測定に入ることで、寒剤等の費用が必要となる。プラスチック製試料ホルダーが必要となるパルス磁場中の測定は今年度から本格化するが、当該部品は3Dプリンターの購入を見送った分の予算で外部発注にて確保することにする。
中小規模病院における看護職の人的資源管理の現状分析とキャリア開発プログラムの構築

本研究は中小規模病院に適したCDPモデル案の構築を検討することを目的とした。その結果、主な構成要素は次のとおりとなった。1.組織人としての必要な職務態度と現場での発揮能力、課せられた役割に応じた給与体系と内的報酬を軸とする。教育プログラムは病院間および大学等で連携を図る。2.目標管理を導入していない病院であっても態度と能力の評価が要となるため管理者との面談を設ける。3.技術や手順の標準化を示し日々の実践におけるフィードバックを行う。4.正規と非正規職員に多様な勤務体制を設定する。5.職務規定を明確に提示し振り返りの機会を設ける。6.各職種との連携が図れるような機会を定期的に設けるなどである。本研究の目的は、国内において約70%を占める地域に根ざした中小規模病院の看護の質の向上と看護職員の定着を促進するために、中小規模病院における看護職の人的資源管理に関する現状分析を行い、その上で中小規模病院に適したキャリア開発を検討するものである。今年度は、質問紙作成にあたり、患者にケアを提供している看護要員(看護師、准看護師、介護福祉士、ヘルパーなど)に対する人的資源管理に関する内容を中心に、200床以下の中小規模病院の看護管理者から情報を収集した。その主な結果は以下のとおりである。1.看護師、准看護師、介護福祉士、ヘルパーたちが受けてきた基礎教育によって、患者の捉え方が異なる上に、意味のあるケアや関わり方よりも就業時間内に終了することを優先にする傾向がある。2.看護師、准看護師、介護福祉士、ヘルパーたちの職務規定が存在しないため、自己の職務内容をあまり理解していない。3.自らのキャリアを自らの意志で築いて行くことの重要性を認識している者が少ない。4.医療安全への体制・意識が希薄である。以上のように、200床以下の中小規模病院における看護要員の現状を垣間見ることができた。2025年度の医療政策にむけて、今後ますます病院の機能分化の徹底と連携の更なる強化が進む中で、地域に根ざす中小規模病院での看護要員が果たすべき役割は大きくなると予想される。このことを踏まえると、このたびの結果より、看護師のみならず看護要員が一丸となって取り組めるキャリア開発を進める意義を再確認することができたといえる。本研究の目的は中小規模病院の患者アウトカムの向上を目指したキャリア開発プログラムを構築するものである。本年度においては、看護職員(看護師、准看護師、介護福祉士、ヘルパー、看護補助者)のキャリア開発プログラムの構築を目指すための基礎資料を得るため、ヒアリングを実施した。これまでは、看護師に特化したキャリア開発プログラムを計画していたが、これまでの調査結果を踏まえ、1看護師のキャリア開発の考え方を方向づけるマクロ的な視点、2病院組織のあるべき姿や病院経営における看護師のキャリア開発への看護部門長の姿勢と理念、3看護師個人と看護部組織の相互作用、4キャリア開発のコアシステム、5看護師個人への組織的支援などについて今回は実施せず、看護職員間との連携についての課題と人材育成上の課題を抽出することとした。その結果、連携についての課題は、看護師と介護福祉士の役割認識の相違や役割のあいまいさ、看護師と准看護師の患者アウトカム評価の相違、多職種との情報交換不足などが挙げられた。人材育成上の課題では、キャリア開発の基本理念が曖昧であった。しかし、看護管理者は人材育成に対して「なんとかケアの質の底上げをしたい」という展望はもっていたものの、具体的な行動に苦慮していた。今後は看護職員のキャリア開発プログラムの構成要素を抽出し、その関連を明らかにした上で中小規模病院に適したキャリア開発プログラムを構築していく。本研究の目的は、国内において約70%を占める地域に根ざした中小規模病院の看護の質の向上と看護職員の定着を促進するために、中小規模病院における看護職の人的資源管理に関する現状分析を行い、その上で中小規模病院に適したキャリア開発プログラムモデルを開発し、その有用性を検討するものである。今年度は、200床以下の中小規模病院の看護管理者に対してインタビュー調査を行い、看護職における人的資源管理上の課題を洗い出した。その結果、次のような特徴を見出した。1.看護職のみならず介護福祉士、ヘルパーとの協働の中で看護が展開されている。2.1)教育予算が極めて少なく、Off-JT、OJTは学び合う形式よりも報告会形式で終わっている。2)院内教育において研修の企画・実施を行う専任の院内教育担当者がいない。3)時間外でのOff-JT、OJTに参加する割合が非常に低い。4)チームリーダーをとる人材がいない。

5)准看護師が占める割合が比較的大きいため、准看護師から看護師になるための組織的支援が必要となっている。6)研修のない病院を選んで中小規模病院に転職してくる中途採用者が多い。7)院長や事務職員は看護職における人材育成を行う必要性を感じていない。8)常勤の正規看護職員よりも非正規看護職員を望む傾向がある。9)臨床実践能力が高い看護職の定着率が低い。以上のように、中小規模病院における看護職の人的資源管理の実態の一端を明らかにすることができた。それを基礎的資料として、より具体的な人的資源管理に関するインタビュー調査、さらには全国的な傾向を知るための質問紙調査を2年目で実施していく。キャリア開発の基本理念は、看護職個々人と看護組織の相互作用により病院の理念や看護部の理念・目標を達成していくことで、直接ケアの質を上げることにある。その達成のためにキャリア開発プログラムが必要であり、それを構成する要素にはクニリカル・ラダー、クリニカル・ラダーに連動した教育プログラム、目標面接、処遇システムなどがある。また看護管理者との目標面接や日々の看護実践のフィードバックによってモチベーションを高め、それを継続していくための労働環境調整、ワーク・ライフ・バランス支援なども必要な要素となる。平成26年度は、これらのキャリア開発への取り組みの構成要素から質問紙の項目を作成し、中小規模病院におけるキャリア開発プログラムの現状について調査をした。全国の200床未満の病院を対象とした結果、病院の機能や規模、開設者の考え方によって、看護職のキャリア開発プログラムの構成要素の違いが明らかになった。看護職のキャリア開発を展開している病院は看護管理者の教育を主軸にしながら様々な研修が実施されており、介護福祉士や看護補助者との連携がスムーズにいくよう工夫されていた。一方、労働環境調整やワーク・ライフ・バランス支援においては、キャリア開発を展開していない病院でも組織的支援は積極的に実施されていた。しかし、既存のキャリア開発プログラムを構成する要素を満たしている病院にはあまり見られなかった。病院施設での試験的運用に関しては、一元化されたプログラムでは導入が困難であったために実施段階までには至らなかった。今後は看護職のキャリア開発を展開していない中小規模病院にスポットをあて、地域に根ざした中小規模病院の直接ケアの質の向上と看護職員の定着を促進するためのキャリア開発プログラムの構築を目指し研究を継続していく予定である。看護管理学当初、看護師に対するキャリア開発プログラムを構築する予定であったが、現状分析の結果、中小規模病院では看護師以外の看護要員によってケアが提供されているため、看護師、准看護師、介護福祉士、ヘルパーなどを含めたキャリア開発を考えていく必要性が生じた。そのため、基礎資料を得るために時間を要したので自己評価が最低ラインとなった。仮定していた中小規模病院における看護師の人的資源管理の実態と、調査によって得られた現実とに乖離があることが明らかになったので、あらたに文献検討し、ヒアリング調査を実施した。そのため当初の計画より遅れている。仮定していた看護職における中小規模病院の人的資源管理の実態と、インタビュー調査によって得られた現実とに乖離があることが明らかになった。
脂質性情報伝達物質を産生する膜タンパク質の脂溶性分子認識機構の解明

親水性のグルタチオンと脂溶性リガンドから生体内局所環境の調節に与る生理活性脂質を生合成する膜タンパク質の脂溶性リガンド認識機構に関する研究を行った。グルタチオンの認識機構に比べ脂溶性リガンドの認識機構の構造研究は進んでいなかった。本研究では脂溶性リガンドとこれらの膜タンパク質の複合体化に、界面活性剤存在下で結晶化した結晶に脂溶性リガンドを浸漬する従来法に加え、脂溶性リガンドを溶かした脂質メソ相を利用する方法を使った。また大きさが小さくなりがちな脂質メソ相で成長する結晶のデータ測定を支援する目的で、微結晶を分散した高粘稠媒体をカプトンフィルムに薄く展開する方法の検討を行った。ロイコトリエンC4合成酵素(LTC4S)とマイクロゾーマルプロスタグランジンE2合成酵素1(mPGES1)は、基質もしくは補因子として働くグルタチオンと脂溶性基質の反応を触媒する膜タンパク質である。これまでにグルタチオンの認識と活性化機構は明らかになったが、脂溶性基質の結合様式は不明である。酵素反応の全容の理解と、病気の治療薬探索への応用も期待される観点から、脂溶性分子との複合体構造解析を行い、部位特異的結合に寄与する極性官能基が少ない脂溶性分子を認識する仕組みを明らかにする。この目的のためには、いわゆるweak hydrogen bondを含む相互作用を評価できる分解能での構造解析と、基質認識部位での脂溶性分子の占有率を高めることが肝要である。LTC4Sはこれまでに1.6オングストローム分解能の構造解析が可能な結晶の結晶化条件を確立している。mPGES1は文献上1.2オングストローム分解能の構造解析が可能な結晶化条件が知られていることから、この結晶化条件を再現する試みを行った。脂溶性分子の基質認識部位での高占有率化では、脂溶性分子の可溶化に寄与する両親媒性分子を結晶化の基材とする脂質メソ相での結晶化が有効であると考えられるが、小型の結晶が多数析出する傾向が知られておりmPGES1でも結晶の大きさは10マイクロメートル程度であることから、効率的なX線回折実験のため、脂質メソ相内にある多数の結晶を、重なり少なく測定用のホルダーに展開する方法の準備を行った。mPGES1の高分解能構造解析に向けた精製結晶化条件の最適化を行った。具体的には、界面活性剤の交換方法を含む精製法の検討を行った。1.2オングストローム分解能の解析で用いられた結晶は界面活性剤オクチルグルコシド(OG)を用いていた。一方、本研究のこれまでの精製では、界面活性剤ドデシルマルトシド(DDM)を用いていたため、精製途中で界面活性剤をOGに置換することとした。当初、1 %(w/v)となるようOGを加えた初段のカラムの溶出液を金属キレートカラムと一晩4°Cで共存させた後、OGだけを含む緩衝液で洗浄し、OGへの置換を試みたが、精製途中で沈殿を生じる等の不具合が見られた。そこで、界面活性剤の置換方法を含む精製法を検討し、臨界ミセル濃度がDDMより高いデシルマルトシド(DM)とOGの混合液で可溶化し、さらに初段カラム内で段階的にDMの濃度を下げる方法を採用することで精製試料を得た。この試料のゲルろ過カラムでの保持時間は、DDMを用いる場合に比べ有意に長くなり、より短いアルキル鎖のOGに置換されたことと矛盾しなかった。本試料は、界面活性剤存在下の結晶化で100マイクロメートル程度の大きさの結晶を与えた。脂質メソ相を用いた結晶化では、結晶化溶液との組み合わせで様々な粘度となる脂質メソ相の中に、界面活性剤存在下の結晶化に比べ、より小さく、かつ多数の結晶が成長する傾向があり、複数の結晶に同時にX線が当たることによる、結晶方位決定での不都合で測定効率が低下する。そこで、ガラスノズルから結晶を含む脂質メソ相を電位差を用い吐出する装置を整備した。結晶を含む脂質メソ相を充填したシリンジに装着でき、かつ、既存のガラスノズルに比べて脂質メソ相の必要量を減らしたガラスノズルを製作した。また、脂質メソ相を塗布する結晶ホルダーを、X線散乱の小さな光硬化カプトンフィルムで製作した。平成28年度は界面活性剤で安定化したマイクロゾーマルプロスタグランジンE2合成酵素1(mPGES1)の結晶を用い脂溶性リガンドとの複合体構造解析を行った。リガンドとして、不飽和脂肪酸、プロスタグランジンアナログ、阻害能を異にする化合物等を用いた。1日から数日の浸漬の後、各リガンドで複数個の結晶についてX線回折実験を行い、X線回折強度データの各種統計値と結晶学的パラメータを対象に多成分解析を行った。リガンドを含まない溶液に浸漬した結晶(天然型結晶)もX線回折実験を行い解析に供した。主成分プロットでは、プロットが狭い領域に集中するリガンドと分散するものに分かれ、さらに前者はプロットが集中する位置が天然型結晶と近い物と離れた物に分けられた。

天然型結晶と離れた場所にプロットが集中したリガンドでは、天然型結晶のX線回折強度データに比べ分解能やX線回折強度データの質を表す統計値が良好でありながら、リガンドの分子構造が判別できる明瞭さは無いもののFoFc差フーリエ電子密度図に残渣電子密度が多く見られ、精密化で用いた構造モデルで表現できない要素が天然型結晶のX線結晶構造解析に比べより多いことを示し、リガンドが結晶中のmPGES1と相互作用している可能性がより高いと考えられた。明瞭な電子密度とならなかった理由としてリガンドの占有率が低い場合や結合様式の不均一性などがある。より高濃度の脂溶性リガンドを扱える反面、結晶の大きさの制約のためマシンタイムが限られるマイクロビームビームラインでX線回折実験を行う必要性がより高くなるメソ相での実験の優先度が高いリガンドであると言える。この実験の過程でmPGES1に部位特異的に結合する水溶性リガンドを見出し、このリガンドの結合がmPGES1の構造を変化させること、また、酵素活性に影響を与えることを見出した。結合様式を確定できる明瞭さで脂溶性リガンドの電子密度を観察できていない点が計画に比べて遅れているという判断をする理由である。本研究は極性基が相対的に少ない脂溶性リガンドを脂質性情報伝達物質の産生タンパク質が認識する仕組みを、複合体構造解析により理解しようとするものであり、その成功の一つの鍵は、産生タンパク質をいかにしてより高濃度のリガンドと共存させるかという点である。本課題では脂溶性リガンドと親和性が高いモノオレイン等の脂質様物質を結晶化の基材とすることでこの課題の解決を図っている。モノオレイン等の脂質様物質を結晶化の基材とする結晶化(in meso結晶化)では、結晶の大きさがマイクロビームビームラインを用いなければX線回折強度データを収集できない小ささに留まることも多く、本研究で使用するタンパク質の結晶もX線回折強度測定にマイクロビームビームラインが必要な大きさである。マイクロビームビームラインはその数が極めて限られており利用機会が限られていることから、事前に測定試料の絞り込みを行うことが不可欠である。これ迄の所、通常のビームラインを使ったX線回折実験で脂溶性リガンドの絞り込みの段階にある。平成29年度は、脂質メソ相で得られた結晶の効率的な構造解析を行うため脂質メソ相の結晶化の改良を進めた。また界面活性剤存在下で結晶化した結晶を使い脂溶性リガンドを浸漬した結晶の構造解析を行った。本研究で扱う膜タンパク質の脂質メソ相で得られた結晶の大きさはこれまでX線回折実験にマイクロビームビームラインを要する10ミクロン程度と小さく、脂溶性リガンドと複合体になっているかの確認を含めたX線回折実験によるスクリーニングの実施にビームタイムにおける制限があることから結晶の大型化の検討を行なった。実験では平成28年度にマイクロゾーマルプロスタグランジンE2合成酵素に結合してその酵素活性に影響を与える化合物や金属イオン、結晶化で用いる沈殿剤の種類等を検討し、ビームタイムの確保がより容易なベンディングマグネットを光源とするビームラインで測定可能な大きさまでは至らなかったものの、これまでに比べ大きさの若干の改善を得た。脂溶性リガンドを含む脂質メソ相に含まれる脂溶性リガンドは結晶化の阻害要因となると見られ、これまでのところX線回折実験に耐える結晶が得られていない。脂質メソ相を使った結晶化に並行して、界面活性剤存在下で得られる大型結晶を利用し脂溶性リガンドとの複合体構造解析を継続した。平成28年度に見出した大型結晶を与える条件で結晶化を行い、結晶への脂溶性リガンドの導入は浸漬法を用いた。ω-3脂肪酸を含む溶液に浸漬した結晶の中には、膜貫通領域の表面にω-3脂肪酸のシス型二重結合の形状と矛盾しない形状の電子密度分布が見られるものがあった。
映像・センサ等の多種情報統合による医療スタッフの動作定量記録方法の開発

手術室内における手術スタッフの動作・位置情報の解析によるインシデント検出を目指して、RGB+Depthカメラによる手術記録とその解析を行った。3方向から撮影することでロバスト性を高めた。東京女子医科大学インテリジェント手術室での脳腫瘍摘出術に適応した結果、手術スタッフの位置が手術フェーズに応じた特徴を持つことが示唆された。さらには位置情報の特徴量から隠れマルコフモデルを用いることで、手術フェーズの推定が可能であることが示された。手術室内の安全向上のために様々な取り組みや努力が繰り返されてきたが、事故発生時に初めて明らかになるようなリスク源も存在している。そのため形式知として定義されたリスクを検出することは不可能であり、通常の手術プロセスとは異なる状況を検出することで手術中のトラブルの芽を検出し、事後的にそのリスク要因を洗い出し改善することが重要である。本研究では手術スタッフの動作を定量的に記録し、解析することで手術プロセスを可視化し、各手術フェーズを特徴量として定量化することで、通常の手術プロセスの定義とその差異として表出する手術中のトラブル事象の候補を発見することを目指す。本年度は脳腫瘍摘出手術(30症例)を対象に手術の準備の開始段階から開頭終了までのプロセスをRGB+Depthカメラ(Microsoft Kinect)を用いて3方向から記録した。各カメラ間の位置関係をあらかじめキャリブレーションし座標情報を統合することで、カメラの前に障害物が置かれた場合や1方向からでは認識が困難な人と人との動線の交差などに対して冗長性を高めた。開発者用SDKに含まれる人検出アルゴリズムをベースに、誤検出を減らすためのフィルタ処理を行い、手術スタッフの位置情報を検出した。手術全体を3フェーズに分割(手術の準備から患者入室、患者入室から麻酔導入を経て開頭開始、開頭開始から開頭終了)して、各々のフェーズでの手術スタッフ位置をプロットしたところ、各フェーズで定性的ながら特徴的なパターンが得られた。また、執刀医や麻酔科医、手洗い看護師、外回り看護師毎にプロットを行ったところさらに特徴的なパターンが得られた。これまで手術安全に対する様々な取組みが行われてきたが、スイスチーズモデルに代表されるように安全対策の僅かな穴を突いて生じる事象こそが危機的状況に到る可能性のあるリスクである。一方でハインリッヒの法則に示されるように重大事故の背後には数多くの異常や軽微な事故があり、それらを事前に検出し危険の芽を検出し、リスク分析をすることが重要である。そこで本研究では手術室内における医療スタッフの動作を記録・解析する。これにより、手術室内の作業プロセスを定量的に可視化し、そして特に問題の発生していない「通常」の手術プロセスを各手術フェーズ毎に定義する。その定義から外れるケースを異常値として検出し、手術中の危険の芽として抽出することを目指す。本年度は、昨年度手術室内で記録した30症例のデータ(RGB画像およびDepthデータ)を用いて、データ解析部分を中心に、特に医療スタッフの移動を定量的に解析することに取り組んだ。医療スタッフが非スタッフ(手術機器等)と誤認されることを防ぎ、抽出精度を向上させるため、RGB画像からSURF(Speeded Up Robust Features)を用いた局所特徴量抽出とBoF(Bag of Features)による単一特徴量への変換を行い、SVM(Support Vector Machine)による識別を行った。また医療スタッフの位置情報・移動量を用いて手術フェーズの推定をすることとした。手術室内をN×Nマスの区画に分割し、その区画内での医療スタッフの移動距離を1分ごとに計算し、その区画におけるその時間の特徴量とした。その特徴量を用いて、手術フェーズを推定するために、隠れマルコフモデルを採用した。結果、実際に手術フェーズに対応する形で状態遷移が行われることが確認できた。昨年度大幅に前倒しで、医療スタッフの位置・移動の定量的記録を目的としたRGB+Depthカメラ3ch分の手術室への導入と実際の臨床例の記録(30症例分)が達成されたため、本年度はデータ解析部分に集中的に取り組むことができ、手術フェーズの推定の実現可能性を示すところまで達成された。これまで手術安全に対する様々な取組みや努力が繰り返されてきた。そのアプローチは主に2種類であり、既に生じた事象からその原因を究明し事後の対策に繋げるというアプローチと、ハインリッヒの法則に示されるように重大事故の背景に存在する多数の軽微な事故からリスク源の特定を行い、事前に危険の芽を摘むというアプローチである。本研究では手術室内の医療スタッフの動作の定量的記録と解析から、作業プロセスの可視化と問題なく手術が行われた「通常」の手術プロセスの定義を行い、その「通常」の手術プロセスに基づいて「通常」から逸脱した事象としての異常検出を試みることを目的として、手術プロセスのモデル化を行ってきた。昨年度まではRGB+Depthカメラ(Microsoft Kinect)を用いて3方向から手術室内を撮影し、執刀医や麻酔科医、手洗い看護師、外回り看護師の特徴的パターンの認識が可能になった。また手術室内で区域を分割し、各スタッフがそのどの区域にいるかという位置情報の特徴値を用いて隠れマルコフモデルによる手術フェーズの推定を行い、手術の進行に伴って手術フェーズの推定が可能であることを示した。しかし、その結果は過学習を行っていることが危惧されたことから、最終年度となる本年度は、既に記録した30症例の内、25症例のみを用いた学習を行い、未知の症例として設定した残り5症例においてフェーズ認識の精度を評価した。その結果、5症例に対する正答率は平均96.5%、標準偏差1.2%となった。