University of Yamanashi Academic Repository

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医科学)医工博甲第413

隋, 欣

学 位 論 文 内 容 の 要 約 
 
 
氏名 
 
 
隋 欣  
 
                
論文題目 
 The Roles of HAX-1 in Ischemic Neuronal Injury 
（虚血性神経細胞障害におけるHAX-1の役割） 
 
学位論文内容の要約 
 
Purpose: Mitochondria contain about 1500 different proteins in human, which serve numerous cellular 
processes including energy metabolism, programmed cell death, signaling and metabolic pathways. 
Hematopoietic cell-specific protein 1 (HS-1) associated protein X-1 (HAX-1), a novel 35-kDa protein of 
this kind, was originally identified to be involved in B cell signal transduction, and subsequent studies have 
revealed that HAX-1 regulates apoptosis induced by oxidative stress. Recent research in the cardiomyocytes 
showed that HAX-1 plays an anti-apoptotic function in myocardial ischemic injury. However, only the 
expression change of HAX-1 was investigated in ischemic neuronal injury, and the role as well as the 
upstream signaling cascade of HAX-1 have not been elucidated. 
This study was conducted to clarify the role of HAX-1 in ischemic neuronal injury and the effect of 
oxidative stress on the regulation of HAX-1 after ischemia. The expression of HAX-1 under both in vivo 
and in vitro neuronal ischemic conditions were studied, and the effect of reactive oxygen species (ROS) 
inhibition on the HAX-1expression was investigated using knockout (KO) mice of nicotinamide-adenine 
dinucleotide phosphate oxidase (NOX), a major source of ROS after cerebral ischemia. Furthermore, the 
effect of HAX-1 inhibition using small-interfering RNA (siRNA) on ischemic neuronal injury was 
examined under in vitro condition. 
 
Material and methods: For in vivo study, transient forebrain ischemia was induced by 22-minutes bilateral 
common carotid artery occlusion using male C57BL/6J mice. The striatum samples were collected 3, 6, 24 
and 72 hours after ischemia, and HAX-1 expression was examined by western blot and 
immunohistochemical analysis. The HAX-1 expression after ischemia was also investigated in the NOX KO 
mice. 
For in vitro ischemic experiments, oxygen and glucose deprivation (OGD) using rat 
pheochromocytoma cell lines (PC12) was adopted. Protein samples of PC12 cells were harvested 6, 9 and 
15 hours after OGD for the western blot study of HAX-1. The HAX-1 expression in PC12 cells was 
inhibited by siRNA, and its effect on ischemic neuronal injury was analyzed by measuring lactate 
dehydrogenase (LDH) release into the culture medium. 
Results: Western blot analysis of the mouse striatum showed that HAX-1 was expressed in the 
mitochondrial fraction but not in the cytosolic fraction under the physiological condition. Expression of 
HAX-1 in the mitochondrial fraction was gradually decreased after cerebral ischemia, and a quantitative 
analysis showed significant decrease 3 to 72 hours after ischemia (n=4, P<0.05). The decreased expression 
of HAX-1 under ischemic insults was also observed in PC12 cells after OGD, with significant differences at 
6 and 15 hours of OGD (n=4, P<0.05). 
 
学位論文内容の要約（続紙） 
        
氏名   隋 欣 
           
 
Immunohistochemical study found that HAX-1 was localized in neuronal mitochondria of the 
mouse striatum. Consistent to the western blot analysis, immunofluorescence for HAX-1 was decreased 
after cerebral ischemia. The TUNEL-positive cells were observed in the striatum 24 hours after ischemia, 
and the HAX-1-positive cells were not colocalized with the TUNEL-positive cells. 
In the NOX KO mice, oxidative injury and ischemic neuronal death were attenuated compared to 
the wild type (WT) mice. In addition, the decreased expression of HAX-1 after ischemia was inhibited in 
the NOX KO mice. The expressions of mitochondrial HAX-1 in the NOX KO mice after 6 and 24 hours 
after ischemia were significantly higher than those of the WT mice (n=4, P<0.05).  
Reduction of HAX-1 expression by siRNA was confirmed by western blot analysis, and LDH assay 
revealed that injury of PC12 cells after OGD was significantly increased in the HAX-1-siRNA treatment 
group compared with the negative control treatment group (n=4, P<0.05).  
 
Discussion: The present study clearly revealed the protective role of HAX-1 in ischemic neuronal injury for 
the first time. The expression of HAX-1 was not colocalized with TUNEL, and inhibition of HAX-1 
expression by siRNA increased the vulnerability of cells to ischemic stress. Thus, Hax-1 plays 
neuroprotective roles against ischemia, and the down-regulation of HAX-1 after ischemia would be a key 
mechanism for ischemic neuronal injury. This possibility is also supported by the fact of the present study 
that the decrease in HAX-1 expression after ischemia preceded the maturation of ischemic neuronal injury. 
Previous studies have reported that the expression of HAX-1 was changed under various 
pathological conditions. In a seizures-induced hippocampal injury model and a traumatic brain model, 
HAX-1 expression was increased. In contrast, previous studies reported that the expression of HAX-1 
decreased after cerebral ischemia. Although the mechanism of the different expression pattern of HAX-1 
between the ischemic and other conditions is unclear, the down-regulation in ischemic conditions is 
consistent with the in vivo and in vitro data of this study. 
The results of this study showed that HAX-1 expression in the NOX KO animals was preserved 
even after ischemia, suggesting that production of ROS in NOX could be an upstream event of the 
down-regulation of HAX-1. Besides ROS, high temperature requirement factor A2 (HtrA2) and caspase-3 
were reported to participate in the down-regulation process of HAX-1, and further studies should be 
conducted to clarify the role of these pathways. 
Although the neuroprotective mechanism of the HAX-1 was not examined in this study, previous 
studies have proposed the possible three mechanisms for the anti-apoptotic function of HAX-1: (1) 
Inhibition of caspase-9; (2) Modulation of Ca2+ homeostasis; (3) Activation of anti-apoptotic factor, HtrA2. 
These mechanisms should be investigated in a future study. 
 
Conclusions: HAX-1 has a neuroprotective role against ischemic neuronal injury. Down-regulation of this 
mitochondrial protein, triggered by ROS produced in NOX, induces apoptosis after cerebral ischemia. 
Further investigation on the mechanisms underlying the anti-apoptotic efficacy of HAX-1 would contribute 
to the development of a new therapeutic approach for ischemic stroke. 
 
 


English

The Roles of HAX-1 in Ischemic Neuronal Injury

University of Yamanashi (山梨大学)博士(工学

ZHANG, YAOJIAN

Study on anion conductive membranes containing dense ammonium groups

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医学)医工博4甲第220号 Immunology and Cell Biology(2010)88, 685–689に掲載。\r http://doi.org/10.1038/icb.2010.3

高村, 武之

Activation of the aryl hydrocarbon receptor pathway may ameliorate dextran sodium sulfate-induced colitis in mice

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医学)医工博4甲第223

竹内, 芙実

学 位 論 文 内 容 の 要 約 
 
 
氏名 
 
 
竹内 芙実  
 
                
論文題目 
A comparative study of care practices for young boys with Duchenne muscular 
dystrophy between Japan and European countries: implications of early diagnosis                                  
(日本と欧州における、早期診断を受けたデュシェンヌ型筋ジストロフィー児の医療の
実態比較研究) 
学位論文内容の要約 
 
Objective: Duchenne muscular dystrophy (DMD), which is the most common muscular dystrophy in 
children and affects approximately one in every 4000 newborn males, is an X linked condition 
characterized by progressive muscle weakness and wasting due to absence of the dystrophin protein in  
the muscles. Early diagnosis is believed to provide patients and families several benefits: future 
planning, early access to standards of care, participation in research and access to clinical trials with 
new investigational drugs. This study explores the real-life experience of DMD families with care and  
support between Japan and European countries based on differences in culture and healthcare systems. 
    
Method: The CARE-NMD project has conducted a cross-sectional, multi-center study surveying care  
practices and quality of life in patients with DMD in 7 European countries – Bulgaria (BG), the  
Czech Republic (CZ), Denmark (DK), Germany (GE), Hungary (HU), Poland (PL), and the United  
Kingdom (UK) since 2011, followed by Japan (JP) since 2012. The survey consisted of 42 questions  
that captured socio-demographic variables, as well as information about daily life, functional abilities,  
disease progression, and medical and social care received. Out of the valid responses, we extracted  
participants diagnoses early (at ≤ 2 years old) and currently aged < 5 years old. The questionnaire  
responses about information given, treatment received, and overall satisfaction were analyzed using  
chi-square tests. We considered p-values < 0.05 to be significant. Data analysis was conducted by  
SAS® version 9.4 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) or Microsoft Excel 2010. 
 
Result    
・Sixty-four boys (JP:19, UK:10, GE:18, HU:6, PL:5, CZ:6, BG:0, DE:0) were eligible.  
・A combination of elevated serum CK and genetic testing of blood samples led to the  
diagnosis in 31 (48%) cases. 
・Half of the boys (n=32) attended a neuromuscular (NMD) clinic ≧  1/6 months,  
19 (30%) ≧  1/year, 9 (1%) < 1/year, and 4 (6%) never. 
・All HU boys accessed regular physiotherapy, while less accessibility was shown in the boys of JP,  
CZ, and UK. 
・Psychological support, information on cognitive delay, and speech therapy seemed to be 
insufficient overall.  
・The satisfaction with information on genetic counselling or overall treatment in JP  
cohorts were significantly lower than that in the European (p=0.009 or p=0,046). 2018 
 
学位論文内容の要約（続紙） 
        
氏名    竹内 芙実 
           
 
Discussion 
1) Diagnosis 
In three quarters of the boys, family history or physical assessment was not reported as a diagnostic clue, which 
may imply that their mucle condition was pre-symptomatic, and the traditional diagnostic pathway (noticing delay 
in attainment of independent walking) was not used for their diagnosis. Genetic testing development ensures easier, 
faster and less invasive diagnosis of DMD in young cohorts.  
 
2) Discrepancy between real world care practice and DMD guideline recommendations 
Early diagnosis seemed to ensure early access to NMD clinics, while some discrepancy between care  
practice and DMD guideline recommendations were observed. First, wide variation in physiotherapy  
accessibility and/or home stretch advice was observed in the 6 countries. The international guideline  
recommends preventive measures to maintain muscle extensibility and/or minimize contractures between  
the pre-symptomatic and early ambulatory stage. Second, psychological support, information on  
cognitive delay, and speech therapy seemed to be insufficient overall, although family  
support, early assessment/intervention for development, learning and behavior is recommended 
in the pre-symptomatic stage. There are several potential reasons for differences between  
care guidelines and implementation, including the differences in the delivery of and access  
to care in general, the availability of specialized NMD clinics, the differences of national  
healthcare systems.   
 
3) Characteristic care practice in Japan 
Despite a higher percentage of regular NMD clinic attendance, significantly lower  
satisfaction with information on genetic counselling and overall treatment was observed. In  
addition to the lower satisfaction in Japanese population reported, we hypothesized that the  
lower satisfaction of DMD families may be multifactorial and includes the availability or  
access to genetic counselling, provision of help for coping with diagnosis, and cultural  
attitudes and belief towards genetic diseases. For older, more disabled patients with DMD,  
Japan provides 27 hospitals with specialized wards, where experienced multidisciplinary teams
provide care. In contrast, genetic counselling, which is more important for younger patients  
and families, has not been fully established and costs are not fully covered by the public  
requiring direct payment by the families. 
 
4) Study limitation 
We recognize some limitations due to the cross-sectional study design which used existing survey data,  
and maybe subject to recall bias. The small sample size might have some selection bias, and it could  
not give accurate information about treatment options. Therefore the benefits and harms of early diagnosis
could not be assessed. 
 
 
 
 
学位論文内容の要約（続紙） 
 
 
氏名   竹内 芙実 
           
 
Conclusion: We provide some evidence that there are still a lot of issues to be addressed to optimize  
the early diagnosis of DMD from the perspective of the parents. Seamless support and care for DMD  
families with early diagnosis at pre-symptomatic stages may be required, as more patients will be  
diagnosed early in the future with the ease of genetic testing and potential newborn screening programs 
on the horizon.  
 
 


A comparative study of care practices for young boys with Duchenne muscular dystrophy between Japan and European countries: implications of early diagnosis

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医学)医工博4甲第212

福島, 久貴

学 位 論 文 内 容 の 要 約 
 
 
氏名 
 
 
福島 久貴  
 
                
論文題目 
Changes of function and dynamics in tissue macrophage in non-alcoholic fatty l
iver disease 
（脂肪肝に起因する肝障害・肝硬変における臓器マクロファージ機能動態変化について） 
 
学位論文内容の要約 
 
【研究の目的】 
非アルコール性脂肪性肝障害（NAFLD）は 90 年代後半頃より認識されるようになった疾
患で、発症原因にアルコールが関係せずアルコール性肝障害に類似した進展を示す。近年、日
本ではメタボリックシンドロームの増加により、NAFLDに伴う肝硬変を背景とした肝細胞癌
の罹患率が増加しつつあり、その病態を解明することは終末期に認める肝細胞癌の発症抑制
において重要である。発生に至る機序の詳細は未だ十分に解明されていないが、脂肪肝に伴う
肝内酸化ストレスにより発症するのではないかと考えられている。その酸化ストレスの原因と
しては、マクロファージ(Mf)や好中球などの炎症性細胞由来の活性酸素、鉄の蓄積、インスリン抵
抗性、炎症性サイトカインなどがあげられている。また、NAFLDにおいては、その病態進行に伴い、
肝臓で M2 Mfの減少と 、M1 炎症性Mfの増加により炎症性サイトカイン産生が亢進し、肝
細胞壊死伴う線維化を惹起されると報告されている（Biomed  Res  Int. 2015; 
2015: 984578） 。このように、マクロファージを中心とした炎症性細胞はNAFLDの病態進行
並びに肝発現に関与していると考えられる。そこで、今回、肝臓と脾臓Mfの機能や動態変
化についてNAFLDモデルマウスを用いて検討した。 
 
【方法】 
① NAFLD モデルとして自然発症 NAFLD（STAM®）マウス（8週齢）を、コントロール（C）
群として C57/BL6 マウスを用いた。C群には chow diet を、Nと F群には高脂肪食を投
与した。NASH（N）群は餌開始後 7週目、NASH fibrosis（F）群は 9週目に犠牲させ、
肝、脾組織を摘出した。コラゲナーゼ灌流法と、Nycodenz®を用いた濃度勾配法で Mf
を分離、検討に用いた。肝臓、脾臓の Mf による貪食能を FITC label latex beads を
用い検討した。CD68、F4/80 陽性細胞を免疫組織染色にて検討した。分離 Mf を LPS で
刺激した後に IL-6、TNF- 、IL-10 を ELISA 法で測定し検討。肝、脾 Mf における
CD14/CD16 発現を二重蛍光免疫染色法で検討した。 
② NAFLD の進行に伴う肝臓と脾臓 Mf の動態を検討するため、8週齢 C57/BL6 マウスに 5Gy
×2回全身照射した後にCAG-EGFP蛍光マウスより採取した骨髄を移植した。その後MCD
食を摂取させ NAFLD を誘導し 4、8、12、16 週で犠牲死させ Mf の動態について検討し
た。また、4 週齢で脾摘を施行した C57/BL6 マウスに 8 週齢で同様に骨髄移植した後
MCD 食を摂取させ 4、8、12、16 週で犠牲死し、Mf の動態を検討した。 
 
学位論文内容の要約（続紙） 
        
氏名   福島 久貴 
           
 
【結果】 
① CD68 陽性細胞は、肝臓では F群で増加したが有意差を認めなかった。脾臓では N群で
C群より有意に増加した。F4/80 陽性細胞数は、肝臓では C群＜N群＜F群と有意に増
加を認めたが、脾臓では増加するものの有意差を認めなかった。NAFLD の病態進行に
伴い、脾 Mf の貪食能が亢進し肝 Mf で減少した。M1/M2 比は、肝 Mf は N、F 群で有意
に増加し、脾臓 Mf では f 群において有意に増加を認めた。TNF- 産生は肝臓、脾臓
共に NAFLD の病態進行と共に有意に増加し、肝 Mf の産生は、脾 Mf と比較し有意に亢
進した。肝臓 Mf の IL-6 と IL-10 は、N群で亢進していた。脾 Mf の IL-6 産生は NAFLD
病態の進行に伴い増加を認めた。二重蛍光免染法で CD14+CD16- は NAFLD の進行に伴
い減少するものの肝 Mf では有意差を認めなかったが、脾臓では F 群で有意差をもっ
て増加していた、CD14+CD16+ は肝 Mf の F 群で有意に増加していたが脾 Mf では N群、
F群共に有意に減少していた。 
② 骨髄移植後 4 週間の脾臓で EGFP が陽性となり、8 週後 肝臓で陽性となった。16 週後
の肝臓で検討したところ EGFP 陽性細胞はＦ4/80 陽性細胞と一致しており、CD68 でも
同様の結果であった。脾摘モデルでは移植後 4 週、8 週において肝臓に EGFP 陽性細胞
を認めなかった。 
【考察】 
NAFLD の病態が進行するに従い、肝 Mf は M1Mf 優位となり、炎症性サイトカイン産生が脾
臓 Mf と比較し有意に増加した。肝 Mf の貪食能の低下により代償性に脾 Mf の貪食能が亢
進している可能性が示唆された。 
NASH における炎症性 Mf の増加は、移植された EGFP 陽性細胞がその進行に伴い増加し、さ
らに CD68、F4/80 陽性、CD163 陰性であることから M1Mf であり、それは肝臓組織由来では
ないことが示された。また、脾摘モデルを用い NAFLD を誘導し検討したものの、EGFP 陽性
細胞は認めなかった結果より、これらの炎症細胞は脾臓経由である可能性が示唆された。 
 
【結論】 
NAFLD の進行に伴い Mf の機能は変化していた。また、NAFLD の病態進行とともに肝臓で増
加した炎症性 Mfが脾臓経由で肝臓へ遊走している可能性が考えられた。このことは、NAFLD
を併発している患者に対する脾摘についてその後の肝臓での炎症性 Mf の増加を抑制し
NAFLD の進行に影響する可能性が考えられる。今後さらに検討を進め、その機序、誘導因
子等を明らかにしていきたい。 
 
 
 


Change of function and dynamics in tissue macrophage in non-alcoholic fatty liver disease

ABDUL, RAHIM  YUZAIRI BIN

 
 
 
氏 名  YUZAIRI BIN ABDUL RAHIM 
博士の専攻分野の名称  博士（工学） 
学 位 記 番 号  医工博甲第３９５号 
学 位 授 与 年 月 日  平成２９年３月２３日 
学 位 授 与 の 要 件  学位規則第４条第１項該当 
専 攻 名  情報機能システム工学専攻 
学 位 論 文 題 目  フラクタル次元による切削工具の損耗評価 
 
論 文 審 査 委 員  主査  教 授  萩 原 親 作 
教 授  中 山 栄 浩 
教 授  吉 原 正 一 郎 
准教授  清 水 毅 
教 授  寺 田 英 嗣 
准教授  平 晋 一 郎 
 
学位論文内容の要旨 
 
 本論文では切削加工において工具寿命の予測が困難とされる現状において，工具切れ刃
エッジに着目した検討を行っている．そのために工具のすくい面と逃げ面の交線である切
れ刃輪郭線の形状に着目し，切削の進行で切れ刃輪郭線の変化を定量的に評価するために
フラクタル次元の適用を提案した．これにより，工具切れ刃エッジが直線であったものが，
切削の進行で摩耗や損傷を繰り返しながら複雑に変化していく．その変化の様子をフラク
タル次元により定量的に示せた．これまで合理的に工具損傷による寿命予測が困難であっ
たが，フラクタル次元による評価法を本研究により新たに提案を行った．    
 フラクタルは，複雑系の科学として従来の線形科学ではとらえられなかった複雑さを定
量的に示すことができる．また，フラクタル次元は形状の複雑さを非整数次元で示すこと
ができるため，形状の微細な変化を表すことができるとした考えに基づき検討された．  
 本論文では切削工具の切れ刃輪郭線に対してフラクタル次元を適用する方法を具体的に
示し，切削初期から終期までの切れ刃損耗の様子を定量的に求めた．また同時に従来から
の評価項目である工具逃げ面摩耗，切削抵抗，被削材の表面粗さ，切りくず形状なども調
べ，これらとの関係を明らかにし，最終的には工具の寿命予測へ発展させる内容となって
 
 
 
いる． 
 本論文は 6 章で構成されている．第 1 章「緒論」では上で述べた内容の工具損耗の研究
における現状と問題点及び目的を示している． 
 第 2 章「フラクタル次元」では本論文の目玉とするフラクタル次元について詳細に説明
をしている．フラクタルという概念は， Mandelbrot によって考案され，自然科学の物理
学、画像解析、音響学、医学などの様々な分野で応用されている．ここでは，フラクタル
の基本的な説明や「粗視化の度合いを変える方法」などの一般的なフラクタル次元の算出
法について述べ，本研究で適用対象となる工具切れ刃エッジについて説明している． 
 第 3 章「工具損耗における切れ刃エッジのフラクタル次元」では実際にサーメット工具
の切れ刃エッジ形状に対して画像処理により特徴抽出の方法を示している．刃先エッジラ
インは基本的にはすくい面と逃げ面の交線から 2 次元投影図を得て，その 2 次元ラインに
対するフラクタル次元を算出し評価している．この算出に関しては，刃先のエッジ曲線抽
出した後，フラクタル次元の算出はコンピュータによる処理法を開発しボックスカウント
法により自動計算できるようにしている． 
 第 4 章「2 次元切削加工に基づく工具損耗のフラクタル性」では円筒端面に対する 2 次元
切削で実証実験を行っている．これにより切れ刃輪郭線のみがどのように変化していくか
を調べた．使用した工具は TiC-TiN-TaC-WC 系のサーメットであり耐摩耗性と靱性を有す
る材種である．被削材には SCM530（クロムモリブデン鋼）を用いている．この材料はボ
ルト，ナット，エンジン部品，継手など幅広く使用される機械構造用合金鋼の 1 つである．
実験と測定は一定時間（1 分）ごとに実施し，切削抵抗の測定，工具逃げ面摩耗の観察，切
りくずとの関係を調べた．ここで得られた結果は， 
 1) 工具切れ刃損耗の評価を，切れ刃輪郭線形状にフラクタル次元を適用する方法の構築
を行った．                  
 2) 具体的検討として，サーメットによるクロムモリブデン鋼での切削実験で実施し，工
具は，切削条件によらず寿命近くでフラクタル次元が 1.08～1.12 の範囲で存在することを
示した． 
 3) 工具切れ刃のフラクタル次元のみ異なる工具での切削実験では，切りくず形状はフラ
クタル次元に影響される．そして，フラクタル次元の増加とともに規則性（連続した螺旋
状の切りくず形態）が失われることを明らかにしている． 
 第 5 章「円筒外周切削における工具損耗とフラクタル次元」では丸棒に対する通常の 3
次元切削実験について検討している．実験と測定は一定時間ごとに実施し，切削抵抗の測
定，工具損耗の観察，被削材表面粗さの測定を詳細に行っている．3 次元切削では，エッジ
 
 
 
先端部のノーズ部（コーナー部分）及び主切刃部（直線部分）に分けてフラクタル次元を
求めている．得られた成果は， 
 1) 切れ刃輪郭線を工具の先端コーナー部と直線部に分けて損耗に様子を調べたところ，
両者ともにフラクタル性を実証できている． 
 2) 加工前においてフラクタル次元がコーナー部，直線部ともに 1.03 であった．そして
切削速度の異なる条件で工具寿命まで実験したところ寿命直前で切削速度に関係なく先端
コーナー部フラクタル次元は 1.08，直線部フラクタル次元は 1.12 になることを明らかにし
ている． 
 3) 軽切削の切削条件では大規模な破壊は起らず，小さな規模の欠けが優勢となったため，
先端より切削速度の速い直線部がより損耗が大きいことがフラクタル次元の差として示す
ことができている。 
 第 6 章「フラクタル次元に基づく切削工具の寿命判定」では第 4 章と第 5 章の結果に基
づきさらに 2 次元切削における加工条件を拡大し，フラクタル次元による寿命予測を行っ
ている． 
 第 7 章「結論」では第 3 章から第 6 章で得られた結論を総括し，今後の展望を示してい
る． 
 
 
論文審査結果の要旨 
 
 ものづくりの産業を支える機械加工において，切削加工は最重分野である．工作機械で
使用される工具は切削加工の進行とともに損耗し，やがて寿命を迎える．しかしながら工
具の寿命にはバラツキが大きく，工具交換の時期を決めることが困難な状況である．その
ため寿命予測の難しさは国内外の学術発表を見れば明らかで，全く研究成果が報告されて
いない．その最大の理由は工具寿命直前において前兆現象が殆ど起こらず，突然に寿命（加
工不能）を迎えるからである． 
 この背景に対して本研究において工具切れ刃エッジの損耗に着目し，フラクタル次元を
導入し，寿命予測の可能性を追求した．これより寿命予測に対する合理的かつ定量的な検
討は高く評価できる． 
 本論文の内容は先ず切削工具の切れ刃輪郭線に対してフラクタル次元を適用するために，
2 次元切削加工に基づき，工具損耗のフラクタル性を膨大なデータから実証している．特に
 
 
 
特殊な条件ではなく，通常の切削加工で実施した点は重要である．使用工具には
TiC-TiN-TaC-WC 系のサーメット工具，被削材はクロムモリブデン鋼を用いた．工業的に
も使用頻度が極めて高い工具と材料である．更に 3 次元円筒切削実験まで行い，切れ刃輪
郭線に対するフラクタル次元の推移を寿命まで詳細に調べた．その結果，工具寿命近くで
はフラクタル次元が 1.08～1.12 の範囲で寿命を迎えることを明らかにした．この発見は従
来からの工具逃げ面摩耗量，切削抵抗，せん断角による診断と比較しても有効なツールで
あることを明らかにした．今回の成果は今後，学術研究の場で高く評価されると思われる． 
 本研究は最終的には寿命予測に向けた検討である．そのために，さらに切削条件を広範
囲にとり，予測精度を向上させている．特に工具の最重要因子である工具救い角の変化と
フラクタル次元との関係を追求している．これにより工具損耗による寿命までが明確に，
しかも定量的に示された．また工具寿命時におけるフラクタル次元のバラツキが小さいこ
とも予測精度を高められる結果を得ている． 
 以上より研究テーマを始め，研究の発展，論文構成が良く，得られた研究成果も明確で
ある．学術的にも高い内容と認める．一部，博士論文の記述に関して，修正を求められた
ため，最終稿に反映することとした． 


Japanese

フラクタル次元による切削工具の損耗評価

山下, 侑耶

Investigation of cathode catalyst degradation under startup and shutdown process for FCV

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医工学

篠原, 英

ポルフィリン修飾金クラスターの合成と光化学的機能化に関する研究

長田, 智司

 
 
 
氏 名  長田 智司 
博 士 の 専 攻 分 野 の 名 称  博士（医工学） 
学 位 記 番 号  医工博甲第３８８号 
学 位 授 与 年 月 日  平成２９年３月２３日 
学 位 授 与 の 要 件  学位規則第４条第１項該当 
専 攻 名  人間環境医工学専攻 
学 位 論 文 題 目  高周波誘導加熱と超音波振動を用いたアルミニウムの大気中固
相接合に関する研究 
論 文 審 査 委 員  主査  教 授  園 家 啓 嗣 
教 授  秋 津 哲 也 
教 授  中 山 栄 浩 
准教授  石 田 和 義 
准教授  小 川 和 也 
准教授  小 川 覚 美 
 
学位論文内容の要旨 
本研究は，強固な酸化皮膜のため大気中での接合が難しいアルミニウムについて高周波
誘導加熱と超音波振動を併用して大気中で固相接合する手法の開発を行った内容を論じて
いる．以下に各章の概要を述べる． 
 
第１章では，アルミニウムおよびアルミニウム合金をとりまく環境及びその接合技術に
ついて調査し，研究目的を明示した． 
アルミニウムおよびその合金の需要は増加しており，需要が高まるにつれて，アルミニ
ウムおよびその合金への接合ニーズが高まっている．“溶融接合”や“ろう付”から，“摩
擦攪拌接合”や“拡散接合”へとアルミニウムおよびその合金への接合ニーズは多様化し
ている．そんな中，材料を溶融させない固相接合技術が注目されている．しかし，アルミ
ニウムおよびその合金を固相接合させるには問題がある．それは，アルミニウムと強く結
合した酸化皮膜が固相接合を阻害するからである．大気中でアルミニウムおよびその合金
を固相接合させる場合，アルミニウム材料を大きく変形させなければならない．真空中で
アルミニウムおよびその合金を固相接合させる場合，大きな設備と長い処理時間が必要と
 
 
なる．そこで，本研究では，大気中で短時間に材料変形の少ないアルミニウム及びその合
金の固相接合法を考案し，接合装置を開発する．そして，考案した固相接合法の接合メカ
ニズムを解明し，実用化を目指すことを目的とした． 
 
第２章では，大気中で短時間に材料変形の少ないアルミニウム及びその合金の固相接合
法を考案した．その接合法を実現するためのハイブリッド固相接合装置を開発した． 
アルミニウムおよびその合金の接合に用いられている固相接合技術を，表面研磨などの
前処理，接合時間，変形量，熱影響の 5 項目で評価した結果，超音波接合法が本研究に適
していると考えた．しかし，現状の超音波接合では，超音波振動を発生させる圧電素子の
出力に限界があるため，機械部品などの大きなアルミニウム製品への適用は困難である．
そこで我々は，材料を外部からの熱で軟化させながら超音波接合を行う接合法を考案した．  
ハイブリッド固相接合装置は，加熱ユニットと超音波振動ユニットと加圧ユニットで構
成されている．加熱ユニットは，局所急速加熱が可能で，制御性に優れる高周波誘導加熱
を用いた．超音波振動ユニットは，超音波振動を効率よく接合面へ伝えるため，熱や加圧
による材料固有振動数の変化に対応可能な発振器と，振動解析を活用して設計したホーン
を用いた．また，加圧ユニットは，熱により材料が膨張しても一定の加圧力にて制御する
ことが可能なサーボプレスを用いた．これらユニットの監視システムは，熱電対，放射温
度計，電流計，変位計，ロードセルにて構成した．開発した装置は，パラメータ及び振動
系を最適化させることで，今まで超音波接合では接合困難であったアルミニウム丸棒を大
気中で接合することに成功した． 
 
 第３章では，開発したハイブリッド固相接合装置を用いて，接合条件（接合温度および
接合時間，加圧力，振動振幅）が，接合強度にどのような影響を及ぼすのか検証した．そ
の結果，得られた結論は次のとおりである． 
(1)超音波振動が接合強度に及ぼす影響 
523K 以上に加熱したアルミニウム丸棒に超音波振動を印加し接合すると，接合部の破断
面には，延性金属の破断面の特徴であるディンプル形状が存在する．よって，超音波振動
を印加させると，外周部が金属接合し，超音波振動を印加しない場合よりも，接合強度は
上昇する． 
(2)接合温度が接合強度に及ぼす影響 
接合温度の上昇に伴い供試材の引張強さ，耐力が低下するため，接合面での塑性変形領
域は，同圧力および同振幅を接合部に印加した場合でも，増大する．その結果，接合温度
 
 
の上昇と共に接合部面積が増大し，接合強度は上昇する． 
(3)接合時間が接合強度に及ぼす影響 
接合時間は，ある一定時間まで，超音波振動は金属接合部の形成を促し，接合強度を増
加させるが，一定時間以降は，材料の変形，とりわけ接合部面積の増加に作用する． 
(4)加圧力が接合強度に及ぼす影響 
加圧力が上昇すると接合面での塑性変形量は大きくなり，接合面が変形する時間も長く
なる．よって，接合面では，酸化皮膜の破壊と生成が繰り返され，結果，接合強度は低下
する． 
(5)超音波振動が接合強度に及ぼす影響 
周波数一定のもとで振幅を大きくすると，超音波エネルギーは大きくなる．したがって，
超音波エネルギーを増大させると接合強度は上昇する． 
 
第４章では，新たに開発したハイブリッド固相接合装置での接合において，接合面の酸化
皮膜がどのように変化し，アルミニウム丸棒同士の金属接合が形成されるのか調査した．  
・アルミニウム表面の酸化皮膜は，厚さ 100Å（オングストローム：10-10m）程度なので，
その状態を捉えるのは困難である．そこで，陽極酸化法を用いて，人為的に接合面に 1㎛
程度の酸化皮膜を生成し観察した．その結果，以下のことがわかった． 
・超音波振動を印加することで，酸化皮膜は破壊され，部分的に消失する．また，超音波
振動により，アルミニウム組織に塑性流動が生じる．この塑性流動により，消失した酸化
皮膜は，接合界面からアルミニウム結晶粒内に取り込まれると考えられる． 
 
第５章では，加圧力，振動力，熱エネルギーの役割を今までの実験結果から考察した．そ
れらを踏まえて，新たに開発したハイブリッド接合装置での接合メカニズムは，以下のと
おりと考える． 
① 接合面を密着させ，熱と圧力および超音波振動を接合面に印加することで，接合面に
塑性変形が生じる．その際，酸化皮膜には亀裂が発生し，酸化皮膜を分断する． 
② 材料は熱エネルギーによって軟化し，超音波振動のエネルギーにて塑性流動を起こす．
接合界面にある酸化皮膜は塑性流動により破壊が進みアルミニウム組織内部へ移動し
ていく． 
③ 酸化皮膜が消失した接合界面では，新生面の面積が拡大していき，強固な金属結合と
なって接合が完了する． 
 
 
 
 
第６章では，アルミニウム合金を大気中で形状を大きく変形させることなく短時間で接合
する新たな接合技術を開発することを目的に，インサート金属と接合強さの関係，超音波
振動が接合強さにおよぼす影響、超音波振動が接合部近傍組織へ与える影響について調べ
た．その結果，得られた結論は次のとおりである． 
(1)超音波振動が接合強度に及ぼす影響 
接合温度 823K で，アルミニウム丸棒の接合時に超音波振動を印可すると，超音波振動を
印可しない時より接合強度が高くなった．なお，超音波振動を印可した時のアルミニウム
丸棒の接合強度は，真空拡散接合したものよりは低かった． 
(2)超音波振動が酸化皮膜へ与える影響 
破断面上にて観察した酸化皮膜の亀裂長さは，超音波振動を印可しなかった時より，超
音波振動を印可した時のほうが約 1.8 倍長かった．よって，超音波振動を印可することに
より接合部表面の酸化皮膜が破壊は進行する． 
(3)超音波振動が接合部近傍の組織に及ぼす影響 
アルミニウム丸棒の接合部近傍は，超音波振動を印可することにより塑性変形して加工
硬化する．更に，超音波振動を印可することで接合部表面の酸化皮膜が破壊される． 
(4)超音波振動が接合部の原子拡散へ与える影響 
アルミニウム接合面に存在する酸化皮膜によって，元素の拡散が妨げられる．接合面の
酸化皮膜の存在が，大気中で接合した試料の接合強度が真空拡散接合の場合より低下する
原因の一つである 
 
第７章では，市中で多く用いられているアルミニウム合金材である A6061 材と A6063 材
（6000 系合金）を供試材として，ハイブリッド固相接合装置の有用性を検討した．A6061
材は，Al-Mg-Si 合金に Cuを添加することで，強度を向上させた合金であり，車両や陸上構
造物，医療用機械部品などに広く用いられている．一方，A6063 材は，A6061 材より強度は
低いが，押出性，表面処理性に優れており，近年，軽量で熱伝導が良好な特徴を生かし，
自動車用熱交換器にも多く用いられている．そこで，A6061 材は，機械部品を想定し，丸棒
形状にて，A6063 材は熱交換器を想定し，パイプ形状のもので接合実験を行った．その結果，
得られた結論は次のとおりである． 
・ ハイブリッド接合装置にて接合した A6061 合金材は，同条件で接合した A1070 材より
も高い接合強度を有した．これは，超音波振動による酸化皮膜破壊効果とともに，合
金中の Mg元素による酸化皮膜の破壊・還元効果が相乗したと考えられる． 
 
 
・ インサート金属に Cu 箔を用いて A6061 合金材をハイブリッド接合装置にて接合した場
合，接合部界面に Al-Cu の共晶反応が見られた．また，A6061 合金材の方が A1070 材よ
りも共晶反応層が厚く，接合強度も高かった． 
・ ハイブリッド接合法にて A6063 パイプ材を接合した場合， 接合温度，接合圧力が上が
ると接合強度も向上する．しかし，ある一定条件を超えると座屈が発生してしまう． 
・ A6063 パイプ材をハイブリッド接合にて接合した接合強度は，ロウ付け接合にて A6063
パイプ材を接合した接合強度の 65%程度であった． 
 
アルミニウムおよびその合金を大気中で固相接合するために，高周波誘導加熱と超音波
振動を組み合わせた，ハイブリッド固相接合装置を開発した．そのハイブリッド固相接合
装置により，従来の超音波接合では接合が不可能であった，丸棒形状やパイプ形状のアル
ミニウム及びその合金を，大気中で短時間に少ない変形量で接合させることができた．さ
らに，ハイブリッド固相接合装置を用いて，アルミニウムおよびその合金と Tiや Cu との
異種材を接合させることができた．そして，これらの実験結果から，ハイブリッド接合法
の接合メカニズムを解明した． 
しかしながら，ハイブリッド固相接合装置にて接合されたアルミニウム及びその合金の
接合強度は，拡散接合やロウ付け接合の固相接合法で接合したアルミニウム及びその合金
の接合強度を上回る値まで至っていない．今後，超音波振動を高効率で接合面に作用させ，
広範囲で接合部近傍組織を流動させ，酸化皮膜を移動させる手法を考案することで，接合
強度の向上が図れると考える．さらに，アルミニウム合金系の酸化皮膜挙動を解析するこ
とで，実用化を見据えた研究が前進すると考える． 
最後の第８章「結論」では，以上の各章で得られた知見を述べ，論文全体を総括してい
る． 
 
論文審査結果の要旨 
学位論文は，強固な酸化皮膜のため大気中での接合が難しいアルミニウムについて高周
波誘導加熱と超音波振動を併用して大気中で固相接合する手法の開発を行ったことを論じ
ている．第 1 章は，アルミニウムおよびアルミニウム合金をとりまく環境及びその接合技
術について調査し，研究目的を明示した．第２章では，大気中で短時間に材料変形の少な
いアルミニウム及びその合金の固相接合法を考案した．その接合法を実現するためのハイ
ブリッド固相接合装置を開発した． 
第３章では，開発したハイブリッド固相接合装置を用いて，接合条件（接合温度および
 
 
接合時間，加圧力，振動振幅）が，接合強度にどのような影響を及ぼすのか検証した．第
４章では，新たに開発したハイブリッド固相接合装置での接合において，接合面の酸化皮
膜がどのように変化し，アルミニウム丸棒同士の金属接合が形成されるのか調査した．第
５章では，加圧力，振動力，熱エネルギーの役割を今までの実験結果から考察した．第６
章では，インサート金属と接合強さの関係，超音波振動が接合強さにおよぼす影響、超音
波振動が接合部近傍組織へ与える影響について調べた．第７章は，市中で多く用いられて
いるアルミニウム合金材である A6061 材と A6063 材（6000 系合金）を供試材として，ハイ
ブリッド固相接合装置の有用性を検討した．第 8 章の結論では，各章で得られた知見を述
べ，論文全体を総括している． 
審査委員会では，学位論文の内容について下記の指摘を受けて修正した． 
高周波誘導加熱と超音波振動を併用することによってアルミニウムの大気中での固相接
合を可能にした本研究成果が評価された．従って，学位論文は審査により合格と判断され
た． 
(1) 実験結果の図には、主な固相接合条件を入れる方が分かりやすい。 
(2) 供試材のアルミニウム試験片の接合面の粗さは明記した方が実験結果を理解しやすく
なる。 
(3) 酸化皮膜近傍組織の観察結果の項では、接合部断面のミクロ写真にマクロ写真を追加し
た方が観察位置をより理解できる。 
(4) 接合時間が接合強度に及ぼす影響の項では、実験結果の傾向が理解されやすくなるよう
に工夫した方が良い。 
(5) 参考文献の項では、本研究を推進する上で参考にできる学術論文を多く記載する方が良
い。 
(6) 本文中に誤字が少し認められるので、再度全体を見直す。 
 
最終試験については下記の指摘を受けたが，高周波誘導加熱と超音波振動を併用するこ
とによってアルミニウムの大気中での接合を可能にするハイブリッド固相接合法を開発し
たことが評価された．従って，最終試験は合格と判断された． 
（１）高周波誘導加熱中のアルミニウム試験片のサーモグラフィーによる温度分布測定結
果が不明瞭である． 
（２）接合時間と接合強度の関係で，急激な変化を示している部分があり，それに対する
理由説明が不十分である． 
（３）接合のメカニズムの説明では、ポイントとなる点をもっと詳しく説明した方が理解
 
 
しやすかった． 
（４）超音波振幅などの接合条件の範囲をもう少し広げて実験した方が試験結果の傾向を
把握しやすくなる．  
 
 
                              以上 
 
 
 
 
 


高周波誘導加熱と超音波振動を用いたアルミニウムの大気中固相接合に関する研究

University of Yamanashi (山梨大学)博士(医学)医工博4甲第201

大北, 弦樹

氏        名    大北 弦樹 
博士の専攻分野の名称    博 士 ( 医 学 ) 
学 位 記  番  号    医工博４甲 第２０１号 
学 位 授 与 年 月 日    平成２９年３月２３日 
学 位 授 与 の 要 件    学位規則第４条第１項該当 
専    攻    名    先進医療科学専攻 
学  位  論 文  題 名      Application of neurite orientation dispersion and density 
imaging or diffusion tensor imaging to quantify the severity of 
cervical spondylotic myelopathy and assess postoperative 
neurological recovery from this myelopathy.                        
（ NODDI と DTI を用いた頚椎症性脊髄症の機能評価 －重症
度の定量化と術後回復予測について－ ） 
 
論 文 審 査 委 員     委員長  教 授  中島 博之 
委 員  准教授  川瀧 智之 
              委 員  講 師  三枝 岳志 
 
 
学位論文内容の要旨 
（研究の目的） 
頚椎症性脊髄症(CSM)は脊柱管の狭窄により神経障害を生じ、さまざまな神経症状を呈する。従来
の magnetic resonance imaging(MRI)では、脊髄の狭窄の場所や範囲や輝度変化を評価するが、感度
が低く不正確であるため、画像所見と臨床所見に相違が生じることがある。 
CSM の重症度や術後回復を予測するのに、水分子の異方性拡散運動を強調した拡散テンソル画像
（DTI）の報告が散見される。しかし、神経の状態以外にも加齢やアライメントなどの影響を受けや
すく、非特異的とする報告もあり、一定の見解は得られていない。 
近年、新しい MRI 解析手法として、構造をモデル化して神経軸索や樹状突起の密度や方向のばらつ
きを推定する Neurite Orientation Dispersion and Density Imaging(NODDI)が提唱された。これま
でに NODDI を頚椎疾患に応用した報告はなく、今回 DTI および NODDI のパラメータが、CSM の重症度
および術後回復予測に有用であるかを検討した。 
（方法） 
2012 年 4月から 2015 年 4 月の間に CSM に対して椎弓形成術を施行し、術後 1年以上経過観察した
27 症例を対象とした。CSM の臨床評価として、術前と術後 1年で 10s テストと Japanese Orthopedic 
Association(JOA)スコアを計測した。術前と術後 2週で MRI 撮影を行い、C2/3（コントロール）およ
び最狭窄部の椎間板レベルの axial 像で、脊髄内に 8個の点をおき関心領域（ROI）を設定した。そ
れぞれの ROI に対して、DTI パラメータ（Fractional Anisotropy（FA）, Apparent Diffusion Coeffient
（ADC））および NODDI パラメータ（Intracellular Volume Fraction(ICVF)、Orientation Dispersion 
Index（ODI））を測定した。 
（結果） 
 27 例の内訳は、男性 21 例、女性 6 例、平均 69.7±11.9 歳であった。発症後平均 8.6 ヶ月で手術
を行い、最狭窄部位は、C3/4 は 3 例、C4/5 は 13 例、C5/6 は 7 例、C6/7 は 4 例であった。JOA スコ
アは術前 10.4±2.8 から術後 1年で 13.4±1.9 に改善した。10s テストは術前 14.0±4.7 回から術後
1年で 19.7±5.0 回に改善した。 
C2/3 レベルと比較して、狭窄部の術前 FA と ICVF は、有意に低値であり、ADC は高値であった。術
後には、狭窄部の FA のみが上昇した。術前重症度との相関は、FA は 10s テスト（r=0.51）と JOA ス
コア(r=0.41)と正の相関を認めたが、他のパラメータとは有意な相関を認めなかった。術後改善率に
ついては、ICVF は 10s テスト(r=0.56)、JOA スコア(r=0.43)と正の相関を認め、ADC は JOA スコア
（r=-0.43）と負の相関を認めたが、10s テスト（r=-0.13）とは相関を認めなかった。また、他のパ
ラメータは改善率と有意な相関を認めなかった。 
（考察） 
DTI パラメータと重症度や術後回復予測との因果関係については、一定の見解は得られていないが、
今回の結果は、これまでの報告と同様に、CSM 患者の最狭窄部レベルで FAは低下し、ADC は上昇する
結果が得られた。また、FA は、術前重症度と正の相関を認め、術前の低値が術後 2 週で上昇してお
り、神経の状態を鋭敏に反映する可逆的なパラメータであると考えられた。一方で、術後回復につい
ては、FA と相関を認めなかったが、FA は神経の状態以外にも、神経のアライメントや密度などの他
の因子も反映する、非特異的なパラメータであるためと考えられた。 
臨床評価の改善率について、FAと ODI は相関を認めず、ADC は JOA スコアとのみ相関を認め、ICVF
は 10s テストと JOA スコアいずれの改善率とも正の相関を認めた。NODDI は組織をモデル化して解析
するので、神経をより特異的に評価できると考えられる。同様の結果は脳の研究で認められているが、
ICVF は術後回復予測に有用であると考えられた。 
本論文は、CSM 患者を術後フォローし、重症度や術後回復について NODDI を臨床的に評価した初め
ての論文である。NODDI は術後回復予測パラメータとなりうるため、手術のタイミングなど治療方針
の決定に貢献することが期待できる。 
（結論） 
FA は神経の状態を鋭敏に反映する可逆的なパラメータである。一方で、ICVF は術後回復予測に有
用な非可逆的なパラメータである。 
論文審査結果の要旨 
頚髄症に対して椎弓形成術や前方固定術などの外科治療を施行しても、残念ながら症状が改善しな
い場合がありうる。脊髄に対する画像検査は MRI が一般的だが、この手術治療の予後予測が従来の
MRI では困難な点が臨床における大きな課題であった。 
 MRI の脳神経系に対する新しい解析手法として拡散テンソル画像（DTI）や NODDI が報告され
ており、筆者らはこれらの手法が頚髄症の術後予後を予測できるかについて検討した。頚髄症の症状
の評価としては術前と術後 1 年のタイミングで巧緻運動機能を見る 10 秒テストと、運動、感覚、膀
胱機能を見る JOA スコアが用いられた。 
 結果として DTI のパラメータの一つである FA は重症度を反映したが、術後の回復とは相関を示
さなかった。一方 NODDI のパラメータの一つである ICVF は術後の改善度と相関し、予後予測に
有用であることが示された。 
 本研究は臨床現場での課題を解決するべく MRI 検査の新しい解析手法に着目し、目的とする予後
予測可能なパラメータを見出したという点で、極めて明快であり学術的意義も高いと評価される。 
症状の臨床評価が術前と術後 1 年の時点でなされているのに対して、術後の MRI は 2 週間後のみ
で、1 年後には撮影されておらず、今後の検討課題といえる。MRI の関心領域（ROI）についてはマ
ニュアルで 8 点を設定し、データの信頼性を高める工夫がなされている。結果の有意差検定には多
重比較法の一つである Bonferron 法が用いられており、適正な処理がなされている。今回の MRI の
新しい解析には時間と手間がかかるため、臨床に還元するにはまだ改善の時間を要するようである。
今後の研究の進展を期待したい。 
以上より本研究は学術的意義が高く将来的に臨床に大きく貢献する可能性も秘めており、整形外科
学の発展に資するところ大であり、博士論文にふさわしいと審査委員全員一致で同意した。 
 


Application of neurite orientation dispersion and density imaging or diffusion tensor imaging to quantify the severity of cervical spondylotic myelopathy and assess postoperative neurological recovery from this myelopathy

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