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

2023 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, 医療技術学部, 教授 (40362694)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2025-03-31
• Keywords: 骨粗鬆症 / マウス / X線画像 / X線CT

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生命に対しての危険性はないとされているが、この骨粗鬆症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を考え、研究を実施してきた。
2022年度より導入した簡易ＣＴ撮影装置を使用して、2023年度は老年性骨粗鬆症を自然発症するSAMP6マウスと正常老化を示すSenescence-Accelerated Mouse Resistant (SAMR) 系統マウスの大腿骨・下腿骨・全身の2次元X線画像画像と全身CT画像を4ヶ月間経時的（2から3日おき）に取得し、得られた画像と深層学習技術を利用して「実験動物を用いた骨折リスク予測システムの構築」に繋がる技術開発を行った。
SAMP6マウスから得られた画像を確認すると、動物導入当初（8週齢）から1ヶ月程度までは成長にともない大腿骨、脊柱の骨量は増加傾向が見られ、3から4ヶ月経過すると逆に骨が減少する傾向が捉えられた。一方、SAMRマウスにおいては観察期間中の骨の大きな変化が見られなかった。この傾向を深層学習モデルに適用して骨粗鬆症の早期発見に有用となるシステム構築に取り組んでいる。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

2021年4月より所属機関が変更となり、コロナ禍の状況でなかなか研究ができず、2021年9月頃から実験が実施できるように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非常に増え、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。2023年度も異なる種類（系統）のマウスを使用して画像取得を行い、また深層学習システム構築のための条件設定することに専念したが、2023年度内にも成果をまとめることが叶わなかった。成果をまとめるまで、あと一歩のところまで来ていると考えているが、当初の予定より期間延長を行っていることから、「遅れている」と判断した。再度期間延長が認められた2024年度内に当初の予定に近づける様に最大限努力する。

Strategy for Future Research Activity

2021年9月に実験動物に使用できるX線撮影装置を導入したが、この装置だけでは骨量の僅かな変化を確認することが非常に困難であった。そのため、2022年9月より実験動物に使用できるCT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、実験動物（卵巣摘出マウス、SAMP6系統マウス）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、持続的な作業方法を見出している。2024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当初所属先で使用予定だったX線撮影装置が使用できなくなった。所属機関にはX線装置があったが、動物用には供することができなかったため、得られた経費を使って本研究に使用可能となる安価なX線撮影装置を購入することを決めた。導入後、予定されている動物のX線写真は取得できていたものの、この装置だけでは骨の変化を捉えることが非常に困難であったため、簡易的に骨密度・骨量計測が可能とするための、動物に使用できるX線CTシステムを2022年9月に導入した。
採択が決まった2020年度に予算を使用できなかったこともあり、2022年度末日時点で計画していた助成金使用予定額と、実際の使用金額との間に差違が出た。2023年度に研究継続することを認めて頂くことができたので、この助成金を使用して、さらなるデータの取得のための実験動物の購入等をしたが、所属学内業務に追われて本研究に時間を費やすことが叶わなかった。再度延長を認められた2024年度においては追加実験の費用のほか、研究成果の発表のため（論文投稿のための英文校正費用、投稿料）に使用することを計画している。