ヒト胎児脳神経系、骨格器系の多元計算解剖学的解析

• Project Area: Multidisciplinary computational anatomy and its application to highly intelligent diagnosis and therapy
• Project/Area Number: 17H05294
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 高桑 徹也 京都大学, 医学研究科, 教授 (40244933)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: ヒト胎児 / MRI / 位相CT / 統計モデル / ヒト胚子 / 主成分分析 / 胸郭形成 / ヒト発生 / 胚子期 / 立体情報

Outline of Annual Research Achievements

脳神経・感覚器系、四肢・骨格器系等の形成が行われる発生時期で、高解像度の立体情報を撮像しうる受精後12週まで(CRL<100mm)のヒト胎児を対象に、研究期間以前のものを含めMRI約100例,位相CT約100例の画像取得が終了し、定量的、統計学的な解析が十分可能な例数を確保した。標本ごとにMRI等の二次元画像上で予め定めた解剖学的基準点を同定しその座標を取得し、これら座標をもとに諸器官の位置や形状のみならず，トポロジー特徴や機能特徴なども対象に標準化像の作成、また、各個体像までの偏差も含めた経時的変化を表現するモデル化をすすめた。脳神経系、視覚器のデータは、清水班と協力して時空間統計モデルを作成した。具体的にはヒト胚子期後期(CS18-CS23,n=5)の脳実質、脳室、脈絡叢をデータとして用いた。
胸郭では、CS18-23の29例の位相CT画像を用いた。第1-12肋骨対それぞれを分離したn=348例について、各肋骨の形状変化を、プロクラクテス法、主成分分析を用いて検討した。PCA-1,PCA-2の寄与率は76.3%,16.4%と高く、形状の変化の殆どを説明できた。PC1, PC2の変化は高い関連性があり、4次元多項式で近似可能で、その近傍に各肋骨のPC-1, PC-2値は位置した。各肋骨は、発生時にとりうる共通の変化しうる形(common sequences)が存在し、それがどの時期、何番目の肋骨であっても大きくはずれることはない。そして、common sequencesのどの段階であるかによって、肋骨の形状を表すことができることがわかった。骨盤、大腿骨、肩甲骨についても、解剖学的座標を多数取得し、発生に伴う変化を検討した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Level set distribution model of nested structures using logarithmic transformation. (2019)
  • Author(s): Saito A, Tsujikawa M, Takakuwa T, Yamada S, Shimizu A.
  • Journal Title: Medical Image Analysis Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vesicular swelling in the cervical region with lymph sac formation in human embryos. (2019)
  • Author(s): Ohga A, Sakamoto R, Yamada S, Takakuwa T
  • Journal Title: Congenit Anom Volume: 印刷中
  • NAID: 210000156078
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Revisiting the infracardiac bursa by multimodal methods. (2019)
  • Author(s): Nakamura T, Shinohara H, Okada T, Hisamori S, Tsunoda S, Obama K, Kurahashi Y, Takai A, Shimokawa T, Matsuda S, Makishima H, Takakuwa T, Yamada S, Sakai Y.
  • Journal Title: J Anat, Volume: 印刷中 Issue: 1 Pages: 88-95
  • DOI: 10.1111/joa.12989
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Critical Growth Processes for the Midfacial Morphogenesis in the Early Prenatal Period (2019)
  • Author(s): Katsube Motoki、Yamada Shigehito、Yamaguchi Yutaka、Takakuwa Tetsuya、Yamamoto Akira、Imai Hirohiko、Saito Atsushi、Shimizu Akinobu、Suzuki Shigehiko
  • Journal Title: The Cleft Palate-Craniofacial Journal Volume: - Issue: 8 Pages: 1026-1037
  • DOI: 10.1177/1055665619827189
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Relationship Between Physiological Umbilical Herniation and Liver Morphogenesis During the Human Embryonic Period: A Morphological and Morphometric Study. (2019)
  • Author(s): Kanahashi T, Yamada S, Yoneyama A, Takakuwa T.
  • Journal Title: Anat Rec Volume: 印刷中
• [Journal Article] Spatial relationship between the metanephros and adjacent organs according to the Carnegie stage of development (2019)
  • Author(s): Ishiyama Hana、Ishikawa Aoi、Imai Hirohiko、Matsuda Tetsuya、Yoneyama Akio、Yamada Shigehito、Takakuwa Tetsuya
  • Journal Title: The Anatomical Record Volume: 印刷中 Issue: 11 Pages: 1887-2104
  • DOI: 10.1002/ar.24103
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Return of the intestinal loop to the abdominal coelom after physiological umbilical herniation in the early fetal period. (2019)
  • Author(s): Nagata A, Hatta S, Ji X, Ishikawa A, Sakamoto R, Yamada S, Imai H, Matsuda T, Takakuwa T.
  • Journal Title: J Anat Volume: 234 Issue: 4 Pages: 456-464
  • DOI: 10.1111/joa.12940
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Branching morphogenesis of the urinary collecting system in the human embryonic metanephros (2018)
  • Author(s): Ishiyama H, Ishikawa A, Kitazawa H, Fujii S, Matsubayashi J, Yamada S, Takakuwa T
  • Journal Title: PLoS ONE 13 Volume: 9 Issue: 9 Pages: e0203623-e0203623
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0203623
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Postpartum radiographic changes in pelvic morphology and its relation with symptoms of pregnancy-related symphysis pain. (2018)
  • Author(s): Xiang Ji, Takakuwa T, Takahashi M, Iijima H, Morino S, Ishihara M, Kawagoe M, Hadanaka Y, Umezaki F, Yamashita M, Aoyama T.
  • Journal Title: Clin Exp Obst Gynecol Volume: 45 Pages: 665-670
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Variations of the circle of Willis at the end of the human embryonic period. (2018)
  • Author(s): Furuichi K, Ishikawa A, Uwabe C, Makishima H, Yamada S, Takakuwa T.
  • Journal Title: AnatRec Volume: 301 Issue: 8 Pages: 1312-1319
  • DOI: 10.1002/ar.23794
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tail reduction process during human embryonic development (2018)
  • Author(s): Tojima Sayaka、Makishima Haruyuki、Takakuwa Tetsuya、Yamada Shigehito
  • Journal Title: Journal of Anatomy Volume: 232 Issue: 5 Pages: 806-811
  • DOI: 10.1111/joa.12774
  • NAID: 120006796096
  • URL: https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019939
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Blechschmidt Collection: Revisiting specimens from a historical collection of serially sectioned human embryos and fetuses using modern imaging techniques (2018)
  • Author(s): Miyazaki Reina、Makishima Haruyuki、Maenner J、Sydow Hans-Georg、Uwabe Chigako、Takakuwa Tetsuya、Viebahn Christoph、Yamada Shigehito
  • Journal Title: Congenital Anomalies Volume: 印刷中 Issue: 5 Pages: 152-157
  • DOI: 10.1111/cga.12261
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Formation of the periotic space during the early fetal period in humans. (2018)
  • Author(s): Ishikawa A, Ohtsuki S, Yamada S, Uwabe C, Imai H, Matsuda T, Takakuwa T.
  • Journal Title: Anat Rec Volume: 301 Issue: 4 Pages: 563-570
  • DOI: 10.1002/ar.23657
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morphogenesis of the middle ear during fetal development as observed via magnetic resonance imaging. (2018)
  • Author(s): Ohtsuki S, Ishikawa A, Yamada S, Imai H, Matsuda T, Takakuwa T.
  • Journal Title: Anat Rec Volume: 301 Issue: 5 Pages: 757-764
  • DOI: 10.1002/ar.23760
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 3D analysis of human embryos and fetuses using digitized datasets from the Kyoto Collection. (2018)
  • Author(s): Takakuwa T.
  • Journal Title: Anat Rec Volume: 301 Issue: 6 Pages: 960-969
  • DOI: 10.1002/ar.23784
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Spatiotemporal Statistical Shape Model of the Brain Surface during Human Embryonic Development (2018)
  • Author(s): Kazuki Kasahara, Atsushi Saito, Tetsuya Takakuwa, Shigehito Yamada, Hiroshi Matsuzoe, Hidekata Hontani, Akinobu Shimizu.
  • Journal Title: Advanced Biomedical Engineering Volume: 7 Issue: 0 Pages: 146-155
  • DOI: 10.14326/abe.7.146
  • NAID: 130007530705
  • ISSN: 2187-5219
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantitation of nasal development in the early prenatal period using geometric morphometrics and MRI: A new insight into the critical period of Binder phenotype. (2017)
  • Author(s): Katsube M, Yamada S, Miyazaki R, Yamaguchi Y, Makishima H, Takakuwa T, Yamamoto A, Fujii Y, Morimoto N, Ito T, Imai H, Suzuki S．
  • Journal Title: Prenatal Diag Volume: 37 Issue: 9 Pages: 907-915
  • DOI: 10.1002/pd.5106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Positional changes of the ocular organs during craniofacial development (2017)
  • Author(s): Osaka M, Ishikawa A, Yamada S, Uwabe C, Imai H, Matsuda T, Yoneyama A, Takeda T, Takakuwa T
  • Journal Title: Anatomical Record Volume: - Issue: 12 Pages: 2107-2114
  • DOI: 10.1002/ar.23588
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Spatiotemporal Statistical Model for Eyeballs of Human Embryos (2017)
  • Author(s): Kishimoto M, Saito A, Takakuwa T, Yamada S, Matsuzoe H, Hontani H, Shimizu A,
  • Journal Title: IEICE Transactions on Information and Systems Volume: E100.D Issue: 7 Pages: 1505-1515
  • DOI: 10.1587/transinf.2016EDP7493
  • NAID: 130006792950
  • ISSN: 0916-8532, 1745-1361
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 『掲載確定』Cartilage Formation in the Pelvic Skeleton during the Early-Fetal Period. (2017)
  • Author(s): Okumura M, Ishikawa A, Aoyama T, Yamada S, Uwabe C, Imai H, Matsuda T, Yoneyama A, takeda T, Takakuwa T.
  • Journal Title: PlosOne Volume: 12(4) Issue: 4 Pages: 43-108
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0173852
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ヒト胚子期における気管支分岐形成の3次元的解析 (2019)
  • Author(s): 藤井瀬菜、村中太河、松林潤、米山明男、武田徹、兵藤一行、山田重人、高桑徹也
  • Organizer: 第129回日本解剖学会
• [Presentation] 胎児期初期における骨盤形成の解析 (2019)
  • Author(s): 金橋 徹、奥村 美咲、今井 宏彦、山田 重人、山本 憲、富樫 かおり、高桑 徹也
  • Organizer: 第129回日本解剖学会
• [Presentation] ヒト胎児の顔面骨格形成とそれに必要な因子について (2019)
  • Author(s): 勝部 元紀、山田 重人、山口 豊、高桑 徹也、山本 憲、斉藤 篤、清水 昭伸、今井 宏彦、鈴木 茂彦
  • Organizer: 第129回日本解剖学会
• [Presentation] 幾何学的形態測定学法を用いたヒト胎児脳の成長過程の解析 (2019)
  • Author(s): 山口豊、勝部元紀、上部千賀子、巻島美幸、山本憲、今井宏彦、高桑徹也、富樫かおり、山田重人
  • Organizer: 第129回日本解剖学会
• [Presentation] A02-KB107 Analysis of Central Nervous System and Skeletal System During Human Early-fetal Period Based on Multidisciplinary Computational Anatomy -Progress Overview FY 2017-FY2018 (2019)
  • Author(s): Tetsuya Takakuwa
  • Organizer: 多元計算解剖学第5回国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 幾何学的形態測定学法を用いたヒト胎児脳の成長過程の解析 (2019)
  • Author(s): 山口豊、勝部元紀、上部千賀子、巻島美幸、山本憲、今井宏彦、高桑徹也、富樫かおり、山田重人
  • Organizer: 第72回日本人類学会
• [Presentation] 胎児期初期における骨盤形成の解析 (2018)
  • Author(s): 金橋 徹、奥村 美咲、今井 宏彦、山田 重人、高桑 徹也
  • Organizer: 第58回日本先天異常学会
• [Presentation] ヒト胎児期初期における大腿骨の形態形成の解析 (2018)
  • Author(s): 鈴木 裕子、山田 重人、米山 明男)、武田 徹、今井 宏彦、山本 憲、青山 朋樹、高桑 徹也
  • Organizer: 第58回日本先天異常学会
• [Presentation] ヒト後腎内における腎小体の発生段階と立体的分布 (2018)
  • Author(s): 北沢 遥、石山 華、石川 葵、山田 重人、高桑 徹也
  • Organizer: 第58回日本先天異常学会
• [Presentation] ヒト胎児期における大脳基底核と視床の形態形成 (2018)
  • Author(s): 白石 直樹、山中 美希、岡本 育恵、山田 重人、今井 宏彦、 高桑 徹也
  • Organizer: 第58回日本先天異常学会
• [Presentation] ヒトの上葉気管支は側方分岐により形成される (2018)
  • Author(s): 藤井 瀬菜、村中 太河、松林 潤、米山 明男、武田 徹、 兵頭 一行、山田 重人、高桑 徹也
  • Organizer: 第58回日本先天異常学会
• [Presentation] 大規模コレクションから潜在的な異常例を明らかにする新手法 (2018)
  • Author(s): 金橋 徹、山田 重人、田中 美玲、廣瀬あゆみ、上部千賀子、巨瀬 勝美、米山 明男、武田 徹、高桑 徹也
  • Organizer: 第58回日本先天異常学会
• [Presentation] A02-KB107 Analysis of Central Nervous System and Skeletal System During Human Early-fetal Period Based on Multidisciplinary Computational Anatomy -Progress Overview FY 2017 (2018)
  • Author(s): Tetsuya Takakuwa
  • Organizer: 多元計算解剖学第４回国際シンポジウム
• [Presentation] A02-KB107 Analysis of Central Nervous System and Skeletal System During Human Early-fetal Period Based on Multidisciplinary Computational Anatomy -Progress Overview FY 2017 (2018)
  • Author(s): Tetsuya Takakuwa
  • Organizer: 多元計算解剖学第４回国際シンポジウム(The 4th International Symposium on Multidisciplinary Computational Anatomy)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒトにおける胎児期の脳形態形成の解析 (2017)
  • Author(s): 白石 直樹、山中 美希、岡本 育恵、山田 重人、上部千賀子、今井 宏彦、松田 哲也、高桑 徹也
  • Organizer: 57回日本先天異常学会学術集会・第１２回日本DOHaD学会 合同学術集会
• [Presentation] 高解像度 MRI・DTI を用いたヒト胎児心筋の走行 (2017)
  • Author(s): 西谷 早織、山田 重人、上部千賀子、原口 亮、今井 宏彦、松田 哲也、高桑 徹也
  • Organizer: 57回日本先天異常学会学術集会・第１１回日本DOHaD学会 合同学術集会
• [Presentation] ヒト胚子期後腎における腎盂の三次元的解析とネフロンの成熟段階別の分布 (2017)
  • Author(s): 石山 華、山田 重人、巻島 美幸、上部千賀子、高桑 徹也
  • Organizer: 57回日本先天異常学会学術集会・第１０回日本DOHaD学会 合同学術集会
• [Presentation] ヒト気管支分岐形成の三次元的解析 (2017)
  • Author(s): 藤井 瀬菜、村中 太河、松林 潤、米山 明男、武田 徹、兵頭 一行、上部千賀子、巻島 美幸、山田 重人、高桑 徹也
  • Organizer: 57回日本先天異常学会学術集会・第９回日本DOHaD学会 合同学術集会
• [Presentation] ヒト胚発生過程における尾部退縮過程の解明 (2017)
  • Author(s): 東島沙弥佳、巻島 美幸、高桑 徹也、山田 重人
  • Organizer: 57回日本先天異常学会学術集会・第８回日本DOHaD学会 合同学術集会
• [Presentation] ヒト胎児期初期の骨盤形成 (2017)
  • Author(s): 金橋 徹、奥村 美咲、米山 明男、武田 徹、今井 宏彦、松田 哲也、上部千賀子、山田 重人、高桑 徹也
  • Organizer: 57回日本先天異常学会学術集会・第７回日本DOHaD学会 合同学術集会
• [Presentation] ヒト胚子期~胎児期初期における大腿骨の形態形成の解析 (2017)
  • Author(s): 鈴木 裕子、山田 重人、上部千賀子、米山 明男、武田 徹、今井 宏彦、松田 哲也、高桑 徹也
  • Organizer: 57回日本先天異常学会学術集会・第６回日本DOHaD学会 合同学術集会
• [Presentation] Three-dimensional analysis of the bronchial branching in human embryonic stages (2017)
  • Author(s): 高桑徹也、村中太河、山田重人
  • Organizer: 第106回日本病理学会総会
• [Presentation] EFICを用いた膝関節の形態形成の解析（学生ポスター）Three-dimensional reconstruction of rat knee joint using episcopic fluorescence image capture (2017)
  • Author(s): 高石亮太、Xiangkai Zhang、青山朋樹、山田重人、高桑徹也
  • Organizer: 第106回日本病理学会総会
• [Presentation] ヒト胚子期における脳形態形成の解析Morphology and morphometry of the human embryonic brain: A three-dimensional analysis (2017)
  • Author(s): 白石直樹、片山愛里、中島崇、山田重人、上部千賀子、巨瀬勝美、高桑徹也
  • Organizer: 第106回日本病理学会総会
• [Presentation] A02_KB107:ヒト胎児脳神経系・骨角器系の多元計算解剖学的解析 (2017)
  • Author(s): 高桑徹也
  • Organizer: 多元計算解剖学キックオフシンポジウム
• [Presentation] A01-KB004 Three-dimensional Analysis of the Bronchial Branching in Human Embryonic Stages ? Progress Overview FY2016 (2017)
  • Author(s): 高桑徹也
  • Organizer: 多元計算解剖学・第3回国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Book] 多元計算解剖学基礎と臨床への応用」 (2018)
  • Author(s): 高桑徹也
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 誠文堂新光社
  • ISBN: 9784416518243
• [Remarks] 京都大学大学院医学研究科人間健康科学系専攻病理学研究室
  • URL: http://www.hs-kyoto.net