中国では、2000万人の新生児のうち約80万人に先天性疾患があり、そのうち20万人近くの胎児に深刻な欠陥や病気がある。これらの病気の胎児の誕生は、家族、さらには社会に深刻な経済的負担と社会問題をもたらす。したがって、胎児の欠陥や病気をできるだけ早期に発見するために、早期胎児モニタリングを実施することが重要である。臍帯動脈血信号には胎児の成長と発育に関する重要な情報が含まれており、子宮内発育遅延（IUGR）、低酸素症、母体の高血圧など妊娠中の様々な問題を、臍帯動脈血信号によって判断することができる。したがって、臍帯血信号の分析は、出生前のモニタリングと胎児の健康状態の診断にとって重要である。 超音波を用いた音響スペクトルパラメータ法は、臍帯動脈の血液信号を分析するための従来の手法であり、臨床診断基準となる3つのパラメータ、抵抗指数（RI）、脈動指数（PI）、および収縮期／拡張期臍帯血流速の最大値（S/D）から構成される。しかし、これらのパラメータは、位相遅延、位相周波数、位相モードといった信号の位相特性を無視し、最大値、最小値、平均値といった血流速度の基本的な統計パラメータのみに焦点を当てている。これは臨床的な誤診をもたらすことがある。 臍動脈の血液信号には、信号の振幅揺らぎに加えて、信号の複雑な構造と非線形特性も含まれている。本研究では、これらの信号の複雑な構造と非線形特性に着目し、フラクタル理論とカオス理論を用いて、胎児臍帯動脈血の測定信号に対して特徴パラメータの抽出および分類を包括的に行う新しい方法を提案する。まず、臍帯血信号のフラクタル特徴に着目し、フラクタル次元(BD)と相関次元(CD)を求め、BDは妊娠週数と正の相関があり、CDは正常と異常の判別に有効であることを検証する。次に、臍帯血時系列のカオス的特徴に対して、最大リャプノフ指数(MLE)を求め、同様に正常と異常判別への有効性を確認する。最後に、従来の特徴パラメータ(RI, PI, S/D）と新たに得られたパラメータ(BD,CD,MLE)に対して粒子群最適化サポートベクターマシン(PSO SVM)を適用し、４つの状態（正常、羊水過少、首周りの臍帯、胎児位置異常）における臍帯血信号の分類・診断モデルを提案する。 この博士論文は6章からなる。 第1章では、臍帯血研究の背景と手段を紹介し、現在の研究状況を概説する。また、本論文の概要を述べる。 第2章では，胎児血行動態の基礎を述べ、臍帯血信号パラメータの臨床的意義と正常基準値を概説する。臍帯動脈信号収集装置、データ分類、収集プロセスを概説する。 第3章では、フラクタル理論に基づき、フラクタル次元ボックスカウント法(BD)と相関次元(CD)を用いて臍帯動脈血信号の非線形特性を調べる。まず，臍帯血信号のフラクタル次元を計算し，その信号のフラクタル特性を解析する。結果として、臍帯動脈血信号のフラクタル次元と妊娠週数との間には正の相関があることが示された。次に、異常な臍帯動脈信号と正常な臍帯動脈信号を異常群と対照群に分類した。Grassberg-procacciaアルゴリズム（G-Pアルゴリズム）を用いて、2つのグループのCDを計算・分析する。正常臍帯血流信号のCDは異常信号のCDよりも全体的に大きい。CDは、従来の特徴パラメータに比べ、臍帯血流信号の正常性判別に有意的に優れている。さらに、臍帯血流信号のハースト指数をLo法により計算・解析する。その結果、臍帯血信号は非定常信号に属し、明らかな「1/fゆらぎ」特性を示すことがわかった。 第4章では，カオス位相空間図法と最大リアプノフ指数(MLE)を用いて，臍帯血信号のカオス特性を定性的・定量的に決定する。臍帯動脈血信号のアトラクター再構成を3次元(3D)および2次元(2D)位相空間で行う。その結果、異常な臍帯動脈信号の時系列のカオス位相図は、「毛糸玉」のようなごちゃごちゃした状態を示し、カオスの「形」は収束するように見えることがわかった。求めた最大リアプノフ指数(MLE)に対してROC曲線（ROC）を適用した結果、臍帯血流信号の正常性を識別する率が従来の特徴パラメータよりも有意に優れていることを示された。 第5章では，臍帯血信号の4つの状態（正常，絨毛膜羊膜症，臍帯頸部周囲，胎児位置異常）を分類する人工知能分類法を提案する。従来の特徴パラメータであるS/D、PI、RIに対してサポートベクターマシン(SVM)による分類器を構築する。」また、第3章と第4章で導出したフラクタル次元(BD)、相関次元(CD)、最大リアプノフ指数(MLE)を特徴パラメータとして、粒子群最適化-サポートベクターマシン（PSO-SVM）分類器を構築する。分類テストの結果から、PSO-SVM分類器の方が精度高く、本提案の分類法の有用性と有効性が確認された。 第6章では、本論文のまとめと今後の課題について述べる。

Nutrient pollution is one of our most pervasive, expensive, and challenging environmental problems, according to the United States Environmental Protection Agency (EPA). Phosphorus is one of the nutrients that are essential for the growth of living organisms. However, excessive amounts of nutrients released into the environment by human activities can harm ecosystems and impact human health. In surface waters, phosphorus can contribute to an overgrowth of algae called algal "blooms" that can sicken or kill wildlife and endanger aquatic habitats. Algal blooms consume dissolved oxygen in the water, leaving little or no oxygen for fish and other aquatic organisms. Algal blooms can harm aquatic plants by blocking the sunlight they need to grow. Some algae produce toxins and encourage the growth of bacteria that can make people sick who are swimming or drinking water or eating contaminated fish or shellfish. Phosphorus is often a major limiting nutrient freshwater system. Consequently, many of the wastewater treatment plant discharged into freshwater systems such as lakes, ponds, and rivers have phosphorus discharge limits. In an attempt to prevent harmful environmental effects of excess phosphorus, several techniques have been designed to remove phosphorus from wastewater. These techniques range from adsorption and precipitation to enhanced biological phosphorus removal and constructed wetlands. Biological phosphorus removal (BPR) was first used at a few water resource recovery facilities in the late 1960s. A common element in EBPR implementation is the presence of an anaerobic tank (no nitrate and oxygen) before the aeration tank. In the next aerobic phase, these bacteria can accumulate large amounts of polyphosphate in their cells and phosphorus removal is said to be increased. The group of microorganisms that are largely responsible for P removal are known as the phosphorus accumulating organisms (PAOs). One of the options to remove phosphorus is to utilize bacteria from nature, besides being easy to obtain and inexpensive. The application of bacteria from sediment and seawater was able to reduce phosphorus in wastewater. In this study, for screening salt-tolerant phosphorus accumulating organisms (PAOs) and investigating the P release and uptake of the organisms in saline wastewater. The samples used were sediment and seawater from Yamaguchi Bay, Yamaguchi, Japan. Sediment and seawater added 150 mL of artificial saline wastewater with media (anaerobic media). The samples were then cultured and given feed media every three hours day at 25 °C and shaken at 140 rpm. The hydraulic retention time of the cultivation was 16 h and 8 h under anaerobic and aerobic conditions, respectively. 10 sponges made of polyurethane with dimensions of 2 cm were put in Erlenmeyer flasks and was used as a bio-carrier surface for microorganisms to adhere to. Water was passed over the sponge surface to acclimatize the microorganisms growing outside the sponge as well as within its pores, ensuring sufficient growth surface. The cultivation duration was 112 days. Batch experiments were conducted over 98 days in solutions with a salinity of 3.5% and P concentrations of 1, 5, 10, and 20 mg-P/L. The P-uptake ability of microorganisms increased by increasing P concentration from 1 to 20 mg-P/L. A high P removal percentage with an average of 85% was obtained at 10 mg-P/L after day 56. The uptake and release of P were observed in saline wastewater, signifying that salt-tolerant PAOs could grow in the saline solution. Bacterial screening by isolation and sequence analysis using 16S rRNA demonstrated that two cultivated strains, TR1 and MA3, had high similarity with Bacillus sp. and Thioclava sp. EIOx9, respectively. The colony morphology analysis showed that the colonies of TR1 were rod-shaped, milky-colored, round, shiny-viscous, smooth with a defined margin, while colonies of MA3 were cream-colored with smooth surfaces and raised aspect. The TR1 was gram-stain-positive with approximately 6-10 μm long and 1.2 μm wide cells, and MA3 was gram-stain-negative with about 0.9 μm long and 0.5 μm wide cells. The results demonstrated the involvement of Bacillus sp., and Thioclava sp. in the release and uptake of P, owing to their ability to grow in saline wastewater. Furthermore, Bacillus sp. (TR1) and Thioclava sp. (MA3) were assessed for their abiotic adaptability and phosphorus removal efficiency in saline wastewater. The effects of abiotic factors such as carbon source, pH, temperature, and salinity on bacterial growth were examined through a series of batch experiments. Both bacteria used carbon sources such as glucose, sucrose, and CH3COONa for their growth. The pH study indicated that Bacillus sp. (TR1) preferred the pH range of 6 8 and Thioclava sp. (MA3) preferred the pH range of 6-9. Bacillus sp. favorably multiplied in the temperature range of 25- 40 °C, while 25 35 °C was preferred by Thioclava sp. Salinity range of 0% 10% was favorable for TR1, with optimum growth observed at 3.5% 5%, and Thioclava sp. (MA3) preferred the salinity range of 1% 10% with optimal growth at 4%, but was absent in non-saline water. Bacillus sp. and bacterial combination (TR1 and MA3) showed similar values for phosphorus removal efficiency (100%) at 1.0 mg-P/L total P compared to Thioclava sp. (38.2%). The initial phosphorus concentration of 2.5 mg-P / L showed a slightly higher 72.35% P removal efficiency compared to the individual strains. However, phosphorus removal did not increase, but showed a downward trend with increasing at initial phosphorus. The combination possibly built a synergistic activity between the individual strains to remove phosphorus. The results demonstrated that when used individually, Bacillus sp. showed a reasonably high phosphorus removal ability than Thioclava sp., and exhibited good synergy when used in combination to remove phosphorus from saline wastewater.