2019 Fiscal Year Research-status Report
超微細画像情報の健康インフォマティクスによる次世代健康診断法の構築
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18K19766
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
久米 慧嗣 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (30708441)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 紀郎 国立研究開発法人理化学研究所, 情報システム本部, 開発ユニットリーダー (20415160)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 健康インフォマティクス / 健康・未病 / 細胞の超微形態 / 電子顕微鏡解析 / 画像認識 / 深層学習 / セマンティックセグメンテーション / 画像インフォマティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、培養細胞株、モデル動物やヒト検体を対象に、病気の潜在的状態である「未病」の状態を早期かつ超高感度検出する健康科学分野への革新的な技術提供を目指す。本年度は、(計画2) 機械学習法を用いた画像メタデータの自動生成技術に関する検証実験、(計画3) 機械学習と画像メタデータに基づく知識語彙の階層構造構築に関する検証について主に実施した。まずは、動物組織や血液の培養細胞株などに関して、機械学習用の教師データセットの準備を行った。これらデータセットをもとに、深層学習（DL）の画像セグメンテーションの学習モデルを構築して、画像のピクセル毎でメタデータ判別を行い、メタデータごとの注目画像領域（ROI）を得た。この予測精度については、DLモデルの検討をすることで90%以上の正解率に達した。特に、細胞画像に対する結果では、細胞体や核、ミトコンドリアなどのROIごとにメタデータを自動付与するとともに、各ROIの形状情報とも紐付けることができた。また、知識語彙の階層構造構築に関する検証実験としては、共同編集型の知識基盤であるWikidataを利用して、SPARQLクエリ言語によって「細胞」に関するデータ構造を取得して、その階層関係性をネットワーク構造として明らかにした。Wikidata以外にも、疾患関連のオントロジーでのデータ構造の階層関係を調べて、メタデータ構築に利用する準備を進めた。今後は、これらオントロジーの階層関係性と機械学習の出力結果との対応性を検討していく。さらには、未病者スクリーニング、およびヒト血球細胞の超微細構造解析も概ね進んでいる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
動物組織や血液の培養細胞株などに関する教師データセットの構築、深層学習法を用いた画像メタデータの自動生成についての一連の実験を行った。また、知識語彙の階層構造構築に関する検証についても進め、Wikidataの階層関係性との関係性も見えつつある。さらには、来年度に予定していた未病者スクリーニング、およびヒト血球細胞の超微細構造解析も概ね進んでおり、次年度ではこれら画像データについて、深層学習を用いた画像解析、及びメタデータ付与の検討を進める。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、(計画1) 未病時の組織や血液細胞における電顕画像データの蓄積、およびメタデータの付与、 (計画2) 機械学習法を用いた画像メタデータの自動生成技術に関する検証実験、(計画3) 機械学習と画像メタデータに基づく知識語彙の階層構造構築に関する検証、 (計画4) 未病者スクリーニング、およびヒト血球細胞の超微細構造解析による検証試験といった４つの計画からなり、３年目では、(計画3) や(計画4) に関する検証実験を重点的に取り組む。さらには研究進展で、超微細構造解析のスループットの向上が不可欠であることも分かり、そのスループット向上に資する装置開発を次年度では進める予定である。
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| Causes of Carryover |
本年度は、実験補助員を通年で雇用しなかったために、人件費を繰越した。また、旅費については海外での成果発表がなかったため、繰越した。一方、当初よりも研究が順調に進み、細胞形態の詳細な解析をさらに進める必要がでてきており、次年度には画像解析用コンピュータの備品購入を計画して、これらの繰り越し分を購入費用にあてる予定である。
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