胸部単純エックス線写真からの骨粗鬆症判定システムの構築とその応用

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K20660
• Research Institution: Morinomiya University of Medical Sciences
• Principal Investigator: 山本 浩一 森ノ宮医療大学, 保健医療学部, 教授 (40362694)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 骨粗鬆症 / マウス / X線画像

Outline of Annual Research Achievements

本邦で人口の10％以上が罹患している骨粗鬆症は直接的には生命に対する危険性がないが、それが原因で骨折が生じると要介護状態、うつ病や認知症の発症、死亡のリスクが増大する。国は骨粗鬆症検診を実施・推奨しているが、受診率が極めて低い。そこで、本邦で多くの人が1年に1度は受けている胸部X線検査で将来の骨折リスクが自動的に予測でき、DXAなどの精密検査を受診するよう啓蒙できれば画期的ではないか？と考え、深層学習を利用したX線画像分類による骨折リスク予測システムの構築を行うことにした。
2021年度に研究所属機関が変更となったため、新たな所属機関において、まずは実験環境の構築が必要となった。何もないところからの構築のため、非常に困難な状況ではあったが、X線画像を取得するための装置を選定し、所属機関・関係機関（労働基準監督署）等に対して適切な諸手続を行い、2021年8月に稼働するに至った。また使用する動物として卵巣摘出マウスを選定し、所属機関内の動物実験に関する研究倫理委員会による審査を経て2021年9月より動物実験を行う様になった。
これまで胸部X線画像内に投影される鎖骨像から皮質骨厚を測定し、患者の身長・体重と組み合わせることで、腰椎と大腿骨の骨密度を推定するシステム構築を行ってきた。その結果を踏まえ、卵巣摘出マウスの全身X線像（正面・側面・斜位像）を2日から3日おきに取得し、4ヶ月間の撮影で得られた画像上の大腿骨・下腿骨の骨画像から骨密度を推定するシステム構築を試みる実験を行っている。最適な撮影条件や撮影方法プロトコルを得ることに成功し、現在、写真データの収集を行なっているところである。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2021年4月より所属機関が変更となり、実験環境の構築から行わなければならない状況であったが、新型コロナウイルス感染症感染拡大による影響（緊急事態宣言発出による活動低下やワクチン職域接種事業含む）が響き、環境構築自体を進めることが非常に難しい状況であった。ようやく2021年9月頃から実験が実施できる環境が構築できたが、10月以降から自身の講義・実習、会議等の学内業務負担が増え、科研費研究に割り当てることができるエフォートが非常に少なくなってしまった。2021年度は画像取得のためにできることを行い、また深層学習システム構築のための条件設定をすることに専念し、2022年度に速やかに実験結果が得られるように努めた。このため、当初の予定よりも「やや遅れている」と判断し、2022年度は当初の予定に近づける様に最大限努力する。

Strategy for Future Research Activity

実験動物に使用できるX線撮影装置を導入し、現在稼働するに至っている。学内業務に追われながら、卵巣摘出動物の骨経時変化を追跡することは非常に困難を極めているが、作業可能な方法を見い出している。2022年度内には当初の予定である「実験動物を用いた骨折リスク予測システムの構築」を完遂できるように研究を進めていく。

Causes of Carryover

2021年度に新しい機関に転籍したことで2020年度に計画していた研究が進まず、2021年度への繰り越し金額が多くなった。また、2021年4月に転籍した後もすぐに研究をスタートできなかったこともあり、2021年度の研究も計画より若干遅れてしまった。そのため、2022年度への繰り越しも多くなってしまった。
新しい所属への転籍により、研究申請書を作成した時に使用を考えていた研究装置類（X線撮影装置・骨密度定量システム）が使用できなくなった。このため本課題から得られた研究経費を用いて研究に使用するための安価なX線撮影装置を購入した。購入後、動物のX線写真を取得し、研究を行っている。しかし、この装置だけでは骨密度測定ができないため、本研究経費を使用して現在簡易的に骨密度・骨量計測が可能となるシステム導入を計画している。システム導入しても実験を行うための動物購入経費や試薬購入経費は影響を受けないので、2022年度は計画に沿って研究が行えると考えている。