頭蓋顎顔面先天異常の表現型を機械学習により定量化する試み

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K19605
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 井関 祥子 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (80251544)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 武智 正樹 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, テニュアトラック助教 (10455355) ; 塗 隆志 大阪医科大学, 医学部, 准教授 (40445995) ; 二宮 洋一郎 国立情報学研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 特任研究員 (90237777) ; 上田 晃一 大阪医科大学, 医学部, 教授 (90257858)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2021-03-31
• Keywords: 頭蓋縫合早期癒合症 / 機械学習 / 定量化

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、これまで定性的に記述・診断されてきた頭蓋顎顔面の形態異常に対して客観性を導入するための基盤を構築することである。今年度は疾患モデルマウスの頭蓋顎顔面の形態情報を機械学習を通じた定量的データとして取得することを目指した。使用する疾患モデルマウスは頭蓋骨早期癒合症を示す複数のマウス系統である。まず、野生型マウスとSeathre-Chotzen症候群のモデルマウスであるTwist1+/-マウスの生後から8週齢までを対象とし、2週間隔で体重測定と頭蓋顎顔面のX線microCT像の撮影を行って、骨格イメージの経時的データを取得した。これらの経時的データを用いて多変量形態測定解析を行った。三次元再構築ソフトウェア上で頭蓋顎顔面の解剖学的標識点となる14点のランドマークを設定し、これらのランドマークすべての組み合わせの線分を説明変数とし、経験ベイズ法を用いて抽出線分長や角度の計測値を機械学習させて上位10線分を抽出した。その10変数を主成分分析（PCA）で次元圧縮したところ、この10線分が野生型とTwist1+/-で計測した場合に差違が認められる線分であることを確認した。また、上記と同じ方法で取得した53点のランドマークについて、形態測定解析用ソフトウェアMorphoJを用いて一般化プロクラステス解析（GPA）とPCAを行い、野生型マウスとTwist1+/-マウス形態の差異が解析可能であることを確認した。確立した形態測定解析法を用いて他の疾患モデルマウスについても解析を進めるため、EIIa-CreマウスとFgfr2Neo-S252W/+マウスの掛け合わせによりApert症候群のモデルマウスを作出中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

アペール症候群モデルマウスの入手にやや遅れがあったが、Saethre-Chotzen症候群モデルマウスでの解析が順調に進んだ。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、Saethre-Chotzen症候群モデルマウスの解析を行い、今年度中にデータ取得を終了したいと考えている。また、今年度はアペール症候群モデルマウスの解析が開始できるため、Saethre-Chotzen症候群モデルマウスの解析との比較が行えるようになると考えている。また、クルゾン症候群マウスの入手が遅れており、現在交渉中である。

Causes of Carryover

アペール症候群モデルマウスの入手が遅れたため、その費用を次年度使用とするため。