KeiO Academic Resource Archive

タカハシ, ノブヒロ

Takahashi, Nobuhiro

髙橋, 信博

 
主 論 文 要 旨 
報 告 番 号 氏 名 甲 乙 第     号 
（ 内容 の要 旨 ） 
主 論 文 題 名 
 腫瘍組織はがん幹細胞（cancer stem cells: CSCs）や腫瘍前駆細胞、分化細胞などの
様々な細胞から構成されるという不均一性（heterogeniety）を有する。CSCsは自己複製
能、多分化能を有する正常幹細胞に類似した細胞であり、その特徴の一つに薬剤耐性が
あるとされ、初期治療後に残存することで腫瘍の再発につながるとされる。そのため、
がん治療において薬剤耐性を有する細胞集団を同定し、新規治療を考案することは非常
に重要である。骨肉腫は若年者に発症し、再発例では薬剤耐性を有し予後不良な原発性
の骨腫瘍である。骨肉腫においても腫瘍細胞は不均一性を有するとされるが、薬剤耐性
の原因となる細胞の特徴やその治療は不明瞭である。我々は以前にInk4a/Arfノックアウ
トマウス由来の骨髄間質細胞にc-Mycを導入することで不均一性を有する骨肉腫幹細胞
（osteosarcoma-initiating cells: OSi細胞）を樹立した。OSi細胞は骨、軟骨の2方向分化能
をもったAX細胞と間葉系幹細胞に類似した3方向分化能をもつAO細胞の2種類の細胞か
ら構成される。 
 本論文では不均一なOSi細胞においてAX細胞とは対照的にAO細胞がドキソルビシンな
どの従来の抗腫瘍薬に耐性であり、耐性機序としてABCトランスポーターによる薬剤排
出 が 関 与 す る こ と を 示 し た。ま た、薬 剤 耐 性 で あ るAO細 胞 に お い てRho-kinase
（ROCK）の阻害はアクチンの脱重合を誘導し、転写共役因子であるMegakaryoblastic 
leukemia 1(MKL1）シグナルを抑制することで終末脂肪細胞への分化を誘導することを
示した。さらに臨床にて使用されているROCK阻害剤であるFasudilはAO細胞において終
末脂肪分化を誘導し、in vitroならびにin vivoにおいて腫瘍の増殖を著明に抑制した。最
後に不均一な細胞集団であるOSi細胞においてドキソルビシンとROCK阻害剤Fasudilとの
逐次治療（sequential treatment）はin vitroならびにin vivoにおいてドキソルビシン治療後
の残存腫瘍の終末脂肪分化を誘導し、その増殖を抑制することを示した。 
 以上よりアクチン細胞骨格制御による癌細胞の分化方向を変えるという終末分化転換
（trans-terminal differentiation）は治療抵抗性の癌幹細胞において新たな治療戦略となり
うることが示された。  
髙 橋 信 博 
ROCK Inhibition Induces Terminal Adipocyte Differentiation and Suppresses Tumorigenesis 
in Chemoresistant Osteosarcoma Cells 
（ROCK阻害が治療抵抗性骨肉腫幹細胞の脂肪分化を誘導し腫瘍形成を抑制する） 


ROCK sogai ga chiryō teikōsei kotsunikushu kansaibō no shibō bunka o yūdōshi shuyō keisei o yokuseisuru

モリタ, サトル

Morita, Satoru

森田, 覚

 
主 論 文 要 旨 
報 告 番 号 氏 名 甲 乙 第     号 
（ 内容 の要 旨 ） 
主 論 文 題 名 
 消化管には多様な常在細菌が存在し、ヒトの免疫系や生理機能に強い影響を与えるこ
とが知られている。そのため、消化管常在菌はさまざまな疾患に対する新しい治療法・
予防法の標的として注目されている。しかしながら、宿主の免疫系を調節するヒト由来
腸内細菌株はわずかしか同定・単離されていない。なかでも、CD8陽性T細胞（CD8 T細
胞）と腸内細菌の関係はほとんど明らかになっていない。そこでCD8 T細胞を活性化させ
る腸内細菌株の同定・単離を目指して研究を行った。 
 腸内や皮膚に常在細菌が存在する specific pathogen-free（SPF）マウスと無菌マウスを比
較した実験で、SPFマウスの消化管にはIFNを産生するCD8 T細胞が多く局在するのに対
し、無菌マウスではその細胞数が著しく少ないことがわかった。マウスの腸内常在菌がCD8 
T細胞を活性化させ、IFN産生を誘導しているのではないかと推測され、本研究を開始し
た。ヒト腸管内に同様の機能をもつ腸内細菌が存在するかを調べるために6人の健常者か
ら得た便を無菌マウスに投与し、IFN産生CD8 T細胞の誘導の有無を解析すると、投与し
た便により誘導の程度が異なることがわかった。中でも最も強く誘導したドナーの便を用
いてCD8 T細胞誘導に働く細菌を絞り込むために抗菌薬や相関解析を利用して最終的に11
菌株の同定・単離に成功した。この11菌株カクテルの投与だけで元のドナー便投与と遜色
なくIFN産生CD8 T細胞を誘導することがわかった。 
 IFN産生CD8 T細胞は、病原性細菌による感染症や抗腫瘍免疫応答において中心的な
役割を果たす免疫細胞である。そこで、単離した11菌株カクテルをマウスに投与し、こ
れらの菌が感染症やがんに及ぼす影響を調べた。食中毒などの原因となる病原性細菌リ
ステリアをマウスに感染させる前に、11 菌株のカクテルを経口投与しておくと、投与を
しないマウスに比べ体重減少や組織病変などの症状が軽減される事がわかった。この結
果は、ヒトにおいても 11 菌株の投与が感染症の予防・治療に有効である可能性があるこ
とを示した。また腫瘍に及ぼす影響を調べるために、皮下腫瘍モデルマウスに対して免
疫チェックポイントである抗PD-1抗体に加え11菌株のカクテルを投与すると、抗PD-1抗
体のみ投与した群と比較して腫瘍部へのIFN産生CD8 T細胞の著明な集積と著しい腫瘍
の増殖抑制を認めた。 
 本研究ではIFN産生CD8 T細胞を誘導する11菌株をヒト常在腸内細菌より同定・単離
し、それらの投与が病原菌細菌の排除や腫瘍増殖の抑制に働きかけることが示され、今
後の新規予防薬・治療薬開発につながる成果と考えられた。  
森 田  覚 
A defined commensal consortium elicits CD8 T cells and anti-cancer immunity 
（CD8 T細胞および抗がん免疫を誘導する特定の常在細菌コンソーシアム） 


CD8 T saibō oyobi kōgan men\u27eki o yūdōsuru tokutei no jōzai saikin konsōshiamu

ワカバヤシ, タイガ

Wakabayashi, Taiga

若林, 大雅

 
要 約 
報 告 番 号 氏 名 甲 乙 第     号 
（ 内容 の要 旨 ） 
主 論 文 題 名 
 外科腫瘍学において、原発巣やリンパ節廓清の際の過不足のない切除や合併症の低減
を可能にする有用な手術デバイスの開発は重要である。腹腔鏡下肝切除においては10種
類以上のデバイスが用いられているが、肝表層切離に適した標準デバイスはなく、止血
力に優れ安定した切開を可能にするデバイスが求められている。今回オリンパス（株）
は、超音波凝固切開およびモノポーラエネルギーの同時出力を可能にした次世代ペンシ
ル型（laparoscopic hybrid pencil: LHP） デバイスを開発した。 
 本プロトタイプの有効性・安全性を立証するために、ブタ腹腔鏡下肝切除における前
臨床試験が考案・施行された。対照デバイスとして、肝表層切離の際に比較的頻繁に使
用される従来型電気メス（laparoscopic monopolar pencil: LMP）および超音波凝固切開装
置（laparoscopic ultrasonic shears: LUS）が使用された。急性実験では、全9頭に肝横断長
径が5㎝となるよう肝切除を施行し各デバイス群における手術因子を群間比較した。対象
デバイスのみでコントロールが困難な出血に対してはソフト凝固機器による止血を行っ
た。生存実験として、全9頭のうち6頭を術後生存させ経時的血液検査、造影CT検査およ
び剖検（術後7日目）、残肝組織学的検査を行った。 
 LHP群はLMP群と比較し、各葉における肝切離時間は短縮（503秒 ± 142秒 vs. 1102秒 
± 366秒, P=0.001）、出血量は減少（7.9 mL ± 2.6 mL vs. 38.0 mL ± 31.5 mL, P=0.018）、
先端清掃回数（0.3回 ± 0.5回 vs. 10.8回 ± 3.5回, P<0.001）および機器交換回数は少な
かった（3.6回 ± 1.4回 vs. 27.5回 ± 10.3回, P<0.001）。またLHP群はLUS群と比較し、
ソフト凝固機器による止血回数（0.1回 ± 0.4回 vs. 11.4回 ± 4.6回, P<0.001）および同出
力回数（0.5回 ± 1.4回 vs. 22.5回 ± 14.0回, P<0.001）が少なかったことから、LHPデバ
イスは止血力や焦付きの減少において他2種類のデバイスと比較して優位性を示すと考え
られた。 
 生存実験においては、各6頭のブタで術後胆汁瘻や出血などの合併症は認めず、血液検
査ではLHP群で術後炎症反応および肝酵素上昇は比較的軽度であった。またLHP群におい
て、残肝の組織学的熱損傷面積（vs. LMP群: P=0.159; vs. LUS群: P=0.226）および深さ
（vs. LMP群：P=0.574; vs. LUS群: P=1.000）は他の2群と比較して同等であったことか
ら、従来のデバイスと比較して遜色ない安全性を示す可能性が考えられた。 
 以上より、LHPデバイスは腹腔鏡下肝切除において肝表層切離の際に有用なデバイスの
一つとなり得ると考えられる。  
若 林 大 雅 
Feasibility Study of a Newly Developed Hybrid Energy Device Used During Laparoscopic 
Liver Resection in a Porcine Model 
 （腹腔鏡下肝切除における次世代ペンシル型デバイスの前臨床試験） 


Fukukūkyōka kan setsujo ni okeru jisedai penshirugata debaisu no zenrinshō shiken

ミヨシ, サワコ

Miyoshi, Sawako

三好, 佐和子

 
主 論 文 要 旨 
報 告 番 号 氏 名 甲 乙 第     号 
（ 内容 の要 旨 ） 
主 論 文 題 名 
 進行胃がん治療において化学療法は主要な治療選択肢であるが、抗がん剤への耐性発
現が大きな課題である。近年、がん幹細胞（Cancer stem cells : CSCs）が抗がん剤耐性に
関与することが知られている。CD44はCSCsの細胞表面マーカーの一つであり、様々なが
ん種において高発現しているが、その変異体の一つであるCD44 variant 9（CD44v9）は
胃がんにおいて予後不良因子として報告されている。CD44v9はシスチン-グルタミン酸ト
ランスポーターのサブユニットであるxCTを安定化し、細胞内の還元型グルタチオン
（GSH）を増加、細胞内の活性酸素（ROS）産生が減少することで、ROSによる細胞傷
害の抑制につながると考えられている。現在用いられている進行胃がんに対する化学療
法レジメンの中でも5-フルオラウラシル（5-fluorouracil: 5-FU）はキードラッグの一つで
ある。本研究では、胃がんにおけるCD44v9の発現と5-FU耐性発現の関連、およびxCT阻
害剤であるサラゾスルファピリジン（SASP）による5-FU耐性改善の効果について検討し
た。ヒト胃がん細胞株であるMKN28およびpRc/CMVプラスミドを用いて作成したヒト野
生型CD44（CD44s）発現MKN28とヒトCD44v9発現MKN28をin vitro、in vivo解析に使用
した。 
 MKN28 細胞株では、5-FUに対し用量依存的な細胞傷害を認め、5-FUによる細胞内
ROSの上昇と細胞内GSHの有意な減少を示した。5-FUの細胞傷害作用はROSのスカベン
ジャーであるN-アセチルシステイン（N-acetylcysteine: NAC）により抑制された。これ
により、5-FUによる細胞傷害には細胞内GSH、ROSが関与していることが示された。
CD44v9発現MKN28 においてはCD44s発現MKN28と比較し、5-FUによる細胞傷害が有意
に抑制され、細胞内GSHが上昇、ROSが減少していた。これらの知見により、CD44v9発
現により、細胞内GSHの上昇を介してROSが抑制されることが、5-FUに対する耐性獲得
の機序として示唆された。CD44v9発現MKN28において、xCT阻害剤であるSASPを5-FU
と併用すると細胞内ROSがCD44s発現MKN28と同様に増加し、さらに細胞内GSHの有意
な減少も認めた。5-FUによる細胞傷害作用は、SASP併用時はCD44v9発現MKN28と
CD44s発現MKN28で差がなく、SASPはCD44v9発現MKN28の5-FU感受性を改善させたと
考えられた。次に、NOD/SCID/IL-2Rnull（NOG）マウス背部にCD44s発現MKN28、
CD44v9発現MKN28細胞をそれぞれ皮下注射した担がんマウスモデル（xenograft model）
を作成し、in vivoの検討に用いた。これらのマウスにリン酸緩衝生理食塩水（PBS)、  
5-FU単独、あるいは5-FUとSASPとの同時投与を行い、各群の腫瘍縮小効果を比較した。
CD44s発現MKN28-xenograftマウスでは、5-FU単独群、5-FUとSASP併用群ともに有意な
腫瘍縮小を認めた。一方、CD44v9発現MKN28-xenograftマウスでは、5-FUの腫瘍縮小効
果は減弱し、5-FUとSASP併用群では有意な腫瘍縮小効果を認めた。すなわち、in vivoに
おいてもCD44v9発現MKN28は5-FU耐性を示し、SASP併用は5-FUに対する感受性を改善
した。 
 本研究の結果より、胃がんにおけるCD44v9発現は、xCTとの相互作用を介して5-FU耐
性の機序に関与することが示された。CD44v9発現は胃がんの5-FUに対する耐性の新しい
予測因子となることが示唆された。またxCT阻害剤を併用することで5-FUを含む化学療
法レジメンの治療効果を改善する可能性が考えられる。 
三 好  佐 和 子 
Inhibiting xCT Improves 5-Fluorouracil Resistance of Gastric Cancer Induced by CD44 
Variant 9 Expression 
（xCT抑制によるCD44 variant 9 発現を介した胃がんの5-Fluorouracil耐性の改善） 


xCT yokusei ni yoru CD44 variant 9 hatsugen o kaishita igan no 5-Fluorouracil taisei no kaizen

アケタ, ナオヒコ

Aketa, Naohiko

明田, 直彦

Kōsai sonshō wa zenbōsui saitokain nōdo jōshō to kanrensuru

ヤヅ, ヒロユキ

Yazu, Hiroyuki

矢津, 啓之

 
主 論 文 要 旨 
報 告 番 号 氏 名 甲 乙 第     号 
（ 内容 の要 旨 ） 
主 論 文 題 名 
 水疱性角膜症は、角膜内皮細胞の減少に伴う機能不全により角膜が浮腫をきたし混濁する
疾患であり、内眼手術、レーザー虹彩切開術、フックス角膜内皮変性症などが原因となる。
近年、より非侵襲的で拒絶反応が少ない角膜内皮移植（Descemet’s stripping automated 
endothelial keratoplasty）が水疱性角膜症の標準的な治療法となったが、角膜内皮移植術後にわ
ずか数年で移植片機能不全から再失明に至る症例が存在する（関連文献(3)）。我々は移植片
機能不全の臨床的な危険因子に虹彩損傷が関与することを見出した（関連文献(1)）。虹彩と
角膜の間には解剖学的に前房水が存在する。そこで、前房水微小環境が角膜内皮移植の予後
に関連すると仮説し、本研究では、術前の前房水の炎症性サイトカイン濃度と、角膜内皮移
植術後の角膜内皮細胞密度減少の関連について検討した。水疱性角膜症に対し角膜内皮移植
を施行した64眼と、併発症のない白内障に対し超音波水晶体乳化吸引術および眼内レンズ挿
入術を施行した33眼（対照群）の計97眼を対象とした。フローサイトメーターを用いたビー
ズアッセイ法で前房水サイトカイン(Interleukin [IL]-1, IL-1, IL-4, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12p70, 
IL-13, IL-17A, Interferon [IFN]-, IFN-, monocyte chemotactic protein [MCP]-1, E-selectin, P-
selectin, soluble intercellular adhesion molecule [sICAM]-1)濃度を計測し、術後12か月の角膜内皮
細胞密度との相関を解析した。その結果、フックス角膜内皮変性症を除く水疱性角膜症眼
で、術前のIL-17A、 MCP-1、 IFN-、E-selectinおよびsICAM-1と術後の角膜内皮細胞密度に負
の相関を認めた。このことは、前房水サイトカイン濃度は角膜内皮移植後の角膜内皮細胞密
度減少を予測するバイオマーカーとして有用である可能性が示唆された。さらに、術後12ヶ
月の角膜内皮細胞密度と、虹彩損傷をきたす病態（レーザー虹彩切開術後や緑内障術後な
ど）、移植片のサイズ、術前のステロイドの使用、水晶体の状態（有水晶体眼または人工水
晶体眼）の関連を重回帰分析した結果、「虹彩損傷をきたす病態」が有意に関連していた。
これは既報（関連文献(1)）の、虹彩損傷が角膜内皮移植の予後を左右する、という報告と合
致していた。また、ある種の前房水サイトカイン濃度が虹彩損傷の程度と関連すること、全
層角膜移植において術前前房水サイトカイン濃度が術後角膜内皮細胞密度減少に関連するこ
と（関連文献(2)）も明らかになった。 
 本研究成果が契機となり、角膜・前房水・虹彩間の相互作用と強い関連が臨床的に証明さ
れ、病的前房水微小環境の変化のプロテオーム解析、環境変化に対する角膜内皮細胞の細胞
応答の次世代シーケンサーなど、多層オミックス解析研究に発展し、新たな疾患概念を提唱
するに至っている。  
矢 津 啓 之 
Preoperative Aqueous Cytokine Levels are Associated With Endothelial Cell Loss After 
Descemet's Stripping Automated Endothelial Keratoplasty 
（角膜内皮移植において術前前房水サイトカイン濃度は術後角膜内皮細胞密度減少に関 
 連する） 


Kakumaku naihi ishoku ni oite jutsuzen zenbōsui saitokain nōdo wa jutsugo kakumaku naihi saibō mitsudo genshō ni kanrensuru

マツシマ, ナオキ

Matsushima, Naoki

松島, 直輝

論文審査の要旨および学識確認結果 
報告番号 甲 第   号 氏 名 松島 直輝 
論文審査担当者： 主査 慶應義塾大学准教授  博士(理学)  山内 淳 
 副査 慶應義塾大学教授   理学博士   江藤 幹雄 
  慶應義塾大学教授   理学博士    佐々田 博之 
  慶應義塾大学教授   工学博士     藪下 聡 
    
 
(論文審査の要旨)  
 学士(理学)、修士(理学) 松島直輝君提出の学位請求論文は、「立方晶炭化珪素中の不純物格子欠
陥における XPS 束縛エネルギーの第一原理的研究」と題し、全６章から構成されている。 
 炭化珪素(SiC)はパワーデバイスとしての応用が期待されるワイドギャップ半導体である。素子と
して動作させるためには不純物元素をドーピングして p 型、n 型領域を作成する必要がある。これ
らのドーパント原子の挙動を調べる上で最も基本的な情報は原子構造であるが、バルク内部の欠陥
構造を調べることは一般に難しく、いくつかの観測手段の結果を比較する必要があり、理論的な解
析が必須である。本論文では観測手段としてＸ線光電子分光(XPS)に着目し、立方晶 SiC 中におけ
るドーパント原子を含む格子欠陥について、一般化勾配近似汎関数 PBE96 を用いた第一原理計算
法により、XPS 束縛エネルギーならびに形成エネルギーを導出している。p 型元素としてホウ素、
アルミニウム、n 型として窒素、燐を取り扱っている。計算結果を用いて XPS 束縛エネルギーと格
子欠陥構造の関係について解析している。更に、形成エネルギー計算から安定な欠陥種を同定し、
将来観測されると期待される XPS ピークについて予測している。 
 第１章では、序論として、人工化合物である SiC の歴史、合成方法、不純物ドーピングについて
紹介した後、XPS の測定ならびに計算法について説明し、本論文の目的、構成について述べている。 
 第２章では、電子状態計算について説明し、Hatree-Fock 法、密度汎関数法、混成汎関数法の基
礎について述べた後、全エネルギーの表式、擬ポテンシャルについて触れ、本論文で議論される形
成エネルギー、XPS 束縛エネルギーの定義と計算方法について述べている。 
 第３章では、密度汎関数法の計算条件ならびに格子欠陥モデルについて説明した後、数値的精度
を確認するためのテスト計算結果についてまとめている。その中では、著者自身により実装された
バンドギャップ再現性の高い混成汎関数 HSE06 を用いて、バンドギャップ上部に状態を持つこと
が多い n 型欠陥について、PBE96 が十分な精度を示すことも確認している。 
 第４章では、n、p 型それぞれの欠陥について XPS 束縛エネルギーの計算結果について述べ、こ
の束縛エネルギーを局所ポテンシャル項と緩和エネルギー項に分けて欠陥構造との関係を解析し
ている。局所ポテンシャルについては、格子欠陥の原子構造から直感的に類推される静電ポテンシ
ャルの寄与が大きいが、緩和エネルギーではそのような解釈が難しい。その原因は、光電子放出前
後に欠陥原子近傍に局在する軌道が緩和エネルギーに大きな影響を与えるためであることを明ら
かにしている。この局在軌道は、伝導帯と価電子帯の間のバンドギャップだけではなく、価電子帯
内部、並びに価電子帯下部のエネルギーギャップ領域に存在する場合があることを指摘している。 
 第５章では、前章で調べた欠陥について、熱平衡状態での安定性を決定する形成エネルギーの計
算結果をまとめ、形成エネルギーが低い欠陥の形成確率が高くなることから、実験的に観測される
可能性の高い XPS ピークについて予測している。 
 第６章では、本論文の結果についてまとめている。 
 以上、本論文の著者は、SiC 中の不純物原子による XPS 束縛エネルギーと格子欠陥構造の関係、
観測スペクトル予測について新しい知見を提供している。緩和エネルギーと局在軌道の関係は SiC
に限らず、広く半導体一般に成立する知見である。このため、この研究成果は、半導体分野の発展
に貢献し、理学分野へ寄与するところが少なくない。 
よって，本論文の著者は博士(理学)の学位を受ける資格があるものと認める。 
 
 
学識確認結果 
 
学位請求論文を中心にして関連学術について上記審査会委員で試問を行い、当
該学術に関し広く深い学識を有することを確認した。 
また、語学（英語）についても十分な学力を有することを確認した。 
 
 


First principles study on XPS binding energies of impurity defects in cubic silicon carbide

  
 
 
 
 
立方晶炭化珪素中の不純物格子欠陥における 
XPS束縛エネルギーの第一原理的研究 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2019年度 
 
 
 
松島 直輝 
 
 主 論 文 要 旨 No.1
   
報告番号 甲 乙 第      号 氏 名 松島 直輝 
 
主論文題名： 
 立方晶炭化珪素中の不純物格子欠陥における XPS束縛エネルギーの第一原理的研究 
 
（内容の要旨） 
低消費電力、高耐圧デバイス用基板として注目される炭化珪素(SiC)では性能劣化を引
き起こすドーパント不純物格子欠陥が問題となっているが、その基本的な原子構造、特
性については理解が進んでいないのが現状である。一方で、物質中の欠陥構造を調べる
実験手法として、近年、シリコン結晶について高輝度放射光施設を利用した高解像度の
X 線光電子分光(XPS)実験が行われている。本研究では立方晶 SiC 中の不純物格子欠陥
の内殻 XPS束縛エネルギーシフトと形成エネルギーを、一般化勾配近似（GGA）PBE96
を用いた第一原理計算により求め、欠陥構造との関連について調べた。p 型不純物とし
てホウ素とアルミニウムを、n 型としては窒素とリンを取り扱い、電気的に安定に存在
しうる荷電状態についても検討した。格子欠陥系の計算では、物理量がセルサイズに依
存することが知られており、この研究では 1728 原子セルを用いた計算を行った。加え
て、バンドギャップ再現性の良いHSE06混成汎関数のプログラムコードを自ら実装し、
バンドギャップを過小評価する PBE96による XPS計算の信頼性を評価した。 
 XPS 束縛エネルギーを光電子放出原子近傍の局所ポテンシャルと緩和エネルギーか
らの寄与に分離し、個々に解析した。ポテンシャルは直感的な静電ポテンシャル描像を
良く説明し、緩和エネルギーは欠陥周囲の局在電子軌道の影響を大きく受けることを明
らかにした。この局在軌道は光電子放出前後いずれか、または両方において母結晶のエ
ネルギーバンド領域外に存在することが重要である。特に、バンドギャップ以外にも、
価電子帯内部に存在するエネルギーギャップ領域に生じる状態が緩和に大きく影響する
ことが化合物半導体 SiCの特徴となっている。 
 本論文の構成は以下のようになっている。第一章では研究背景として SiC と XPS に
ついて概説し、研究目的について述べる。第二章では本研究の基礎となる理論、計算方
法について紹介し、第三章では計算条件とモデルについて述べる。第四章では XPS束縛
エネルギーについて議論を行い、第五章は形成エネルギーの計算結果に基づき、観測さ
れうる XPSスペクトルピークについて議論する。最後の第六章で本論文の結論について
まとめる。 
 
  
 Thesis Abstract 
 No.      
Registration 
Number 
☑ “KOU”   □ “OTSU” 
No.        *Office 
use only 
Name Naoki Matsushima 
Thesis Title 
First Principles Study on XPS Binding Energies of Impurity Defects in Cubic Silicon Carbide 
Thesis Summary 
 Silicon carbide (SiC) is an attractive material as a substrate for energy saving and high voltage 
devices. Although SiC has impurity defects which degrade the performance of devices, the atomic 
structure of the defects are still unclear. Recently, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 
measurements for defect structures in silicon at a large synchrotron radiation facility have been 
reported. In this study, the formation energies and core level XPS binding energy shifts of boron 
and aluminum as p-type, and nitrogen and phosphorous as n-type impurity in cubic SiC were 
obtained by means of first principles calculation with generalized gradient approximation (GGA) 
PBE96. The relationship between XPS binding energies and defect structures including charge 
states were investigated. It is known that calculated values depend on the cell size seriously in 
defect system. Therefore, I adopted 1728-atom supercell. In addition, I implemented the code of 
HSE06 hybrid functional, which reproduces bandgap much better than PBE96, and confirmed the 
reliability of the results using PBE96. 
 XPS binding energies were separated into the contributions from the local potential around the 
atom from which a photoelectron is emitted and relaxation energies, and analyzed individually. It 
was found that the local potential analysis supports the intuitive interpretation using electrostatic 
potentials and the relaxation energy is largely affected by localized orbitals near the defects. It is 
important that this localized orbital exists outside the energy band of matrix crystal either or both 
before and after core electron emission. It is the characteristic feature of SiC that, in addition to 
the bandgap, the energy gap region exits in the valence band, where some of defects have 
localized states. 
 In Chapter 1, I introduce SiC and XPS as the background of this study and describe the purpose 
of this work. In Chapter 2, the theories and methods of calculations are explained. In Chapter 3, 
the calculation conditions and models are introduced. In Chapters 4, XPS binding energies of the 
impurity defects in SiC are described in detail. In Chapter 5, the observable XPS spectra are 
discussed on the basis of the formation energies. In chapter 6, I summarize this work. 
 
 
 
 
 
  
 


ジワンティ, プラスティカ クリスマ

Jiwanti, Prastika Krisma

Daiyamondo denkyoku o mochiita CO2 no denki kagaku kangen : kōfuka kachi kagōbutsu no sōsei

リーファイ, アフマッド プラタマ

Rifai, Achmad Pratama

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cutting Tool Parameter Identification and  
Machined Surface Quality Inspection 
Based on Deep Learning for Advanced Machine  
Tool Development 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
August 2019 
 
 
 
 
Achmad Pratama Rifai 
 
 
  
別表６ 
（３）                                    Keio University 
 
Thesis Abstract 
 No.      
Registration 
Number 
□ “KOU”   □ “OTSU” 
No.        *Office use only 
Name Achmad Pratama Rifai 
Thesis Title 
 
Cutting Tool Parameter Identification and Machined Surface Quality Inspection Based on Deep Learning for 
Advanced Machine Tool Development  
Thesis Summary 
 
In order to develop advanced machine tool system, this study aims to develop a cutting tool parameter 
identification and a machined surface quality inspection system using deep learning. The cutting tool parameter 
identification concerns object classification, while the machined surface inspection falls to the texture analysis 
task. To cope with both problems, deep learning using a convolutional neural network (CNN) is developed for 
vision-based identification and inspection. Unlike typical machine vision methods, CNN automates the feature 
extraction by embedding the convolution process into the network. 
Chapter 1 presents the background of this study and the importance of developing intelligent machine tool 
systems in the manufacturing field. Subsequently, literature review is presented to give an insight about the 
current development of machine vision and AI implementation on industrial application, especially on both tool 
parameter identification and surface quality inspection that will be the focus on this study. At last, this chapter 
explains the gap of previous research and introduces the objectives of the study. 
Chapter 2 discusses cutting tool parameter identification problems and the proposed system to solve the problems. 
This chapter elaborates the detail flow of the proposed system that begins with tool type identification based on 
image until the accurate tool length measurement. The aim is to develop a fast, precise, and reliable automatic 
on-machine tool parameter identification system. The approach comprises three main steps: identifying the class 
of a tool, estimating its dimension, and measuring the tool length based on information from prior steps. In the 
first step, deep CNN models are developed for image-based tool recognition problems. Subsequently, an 
automatic dimension estimation algorithm based on the edge-detection method is proposed. The outcome of both 
steps are then used to automatically generate a numerical control code for the measurement process using a 
contact-based displacement sensor. Also, various architectures and configurations of CNN that are the core of 
prediction models are described. 
Chapter 3 covers the second problem which is machined surface quality inspection. It discusses the two aims on 
this problem: estimation of surface roughness and identification of chatter. Accordingly, the proposed image 
processing and deep learning models for this problem are explained. The proposed method avoids excessive 
feature extraction since this step is integrated inside the network during the convolution process. Several loss 
functions for the prediction model are presented and analyzed based on its suitability and accuracy by comparing 
to the actual roughness obtained by a stylus-based profilometer. Further, this chapter describes the proposed 
combined models that can simultaneously solve both aims to increase the inspection efficiency. The performance 
of the proposed model is assessed on surface finish of conventional machining operations such as outside 
diameter turning, slot milling, and side milling with various cutting conditions. 
Chapter 4 presents the experiments on both cutting tool parameter identification and machined surface quality 
inspection problems. The chapter discusses various aspects of the experiments, i.e. the data used, the performance 
evaluation, the experiments setting, and the results. Furthermore, analysis of the results is presented, both on 
effectiveness (accuracy) and efficiency (processing time) aspects of the proposed models. 
Chapter 5 presents the conclusion of this study and summarizes the advantages and limitations of the proposed 
systems. Finally, this chapter explores the room for future works by considering the improvements in data 
acquisition, method development, implementation, and objectives expansion. 
 
 


Kōdo kōsaku kikai kaihatsu no tame no dīpu rāningu ni motozuku sessaku kōgu paramēta dōtei to kakōmen hyōka

Keio University

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