X線CTデータを活用したモデル生物の高精細3DCGアトラス作成の試み

• 研究課題/領域番号: 17H00440
• 研究種目: 奨励研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物学Ⅱ(動物)
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 前野 哲輝 国立遺伝学研究所, 技術課, 技術職員
• 研究期間 (年度): 2017
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 540千円 (直接経費: 540千円); 2017年度: 540千円 (直接経費: 540千円)
• キーワード: X線CT / 3Dモデル / コンピューターグラフィックス

研究実績の概要

【研究目的】近年、生物学分野の研究においてもX線CT装置が広く活用されるようになった。しかしながら、それらCTデータから得られる断面像を正確に理解するためには、生物種ごとの形態学的知識や画像解析ソフトウェア操作の習得などが不可欠で研究活用への大きな障壁となっている。この解析面での問題を解決するために、当研究所が生物遺伝資源事業で提供するモデル生物(マウス、ゼブラフィッシュ、イネ)について、X線CTの性能を最大限に引き出した高精細な画像を取得し、それらのデータから煩雑な画像解析ソフトウェアを使用することなく観察可能な断面動画や、構造物を直感的に理解しやすい3DCGモデルを作成し、構造名を付記して公開する「3D画像アトラス」作成プロジェクトを計画している。今年度はその基盤となるCGソフトウェアの導入と、それらを用いた3Dモデルデータの作成およびネット上への公開方法を検討した。【研究方法】マウス胎児(10.5～18.5日齢)のCTスキャンデータを使用し、断面動画の作成にはOsiriXを、全身や内部臓器の3Dモデル作成にはImarisを使用した。3Dモデル作成の第1段階としてImarisによる臓器抽出法を検討し高精細な3Dモデルを得た。第2段階としてそのモデルを高性能CGソフトウェア「CINEMA4D」に読み込み、3D空間内に臓器観察しやすいようにモデルを配置し、次いでポリゴン削除などの編集を行った後、Web公開用の3Dモデルデータを作成した。第3段階としてそのデータを3Dモデル共有サイト「Sketchfab」に投稿し、臓器名の付記など各種設定を行って公開した。【研究成果】OsiriXによる効果的な断面動画作成法や、Imarisによる高精細3Dモデル作成法を見出した。これらの手法はマウス胎児を中心にゼブラフィッシュやトウモロコシなどの実際の研究支援に活用され複数の論文発表に貢献した。またCINEMA4Dについてはセットアップと並行して講習会等に参加して基本的な操作法を習得し、実際にSketchfab上に合計30個の3Dモデル(マウス胎児全身10、マウス胎児の脳2、マウス胎児内臓4、ゼブラフィッシュ8、棘皮動物6)を公開した。これらのモデルは様々な角度から自由に観察可能であり「3D画像アトラス」として十分に機能することを確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Micro-computed Tomography to Visualize Vascular Networks in Maize Stems (2018)
  • 著者名/発表者名: Maeno Akiteru、Tsuda Katsutoshi
  • 雑誌名: BIO-PROTOCOL 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.2682
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhancer adoption caused by genomic insertion elicits interdigitalShhexpression and syndactyly in mouse (2017)
  • 著者名/発表者名: Mouri Kousuke、Sagai Tomoko、Maeno Akiteru、Amano Takanori、Toyoda Atsushi、Shiroishi Toshihiko
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 号: 5 ページ: 1021-1026
  • DOI: 10.1073/pnas.1713339115
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A new species of Xenoturbella from the western Pacific Ocean and the evolution of Xenoturbella (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakano Hiroaki、Miyazawa Hideyuki、Maeno Akiteru、Shiroishi Toshihiko、Kakui Keiichi、Koyanagi Ryo、Kanda Miyuki、Satoh Noriyuki、Omori Akihito、Kohtsuka Hisanori
  • 雑誌名: BMC Evolutionary Biology 巻: 17 号: 1
  • DOI: 10.1186/s12862-017-1080-2
  • NAID: 120007134585
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development and growth of organs in living whole embryo and larval grafts in zebrafish. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki, T., Maeno, A., Shiroishi, T., Sakai, N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 16508-16508
  • DOI: 10.1038/s41598-017-16642-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SHH signaling directed by two oral epithelium-specific enhancers controls tooth and oral development (2017)
  • 著者名/発表者名: Sagai Tomoko、Amano Takanori、Maeno Akiteru、Kiyonari Hiroshi、Seo Hyejin、Cho Sung-Won、Shiroishi Toshihiko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-017-12532-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genetic dissection of trabecular bone structure with mouse inter-subspecific consomic strains (2017)
  • 著者名/発表者名: Kataoka T、Tamura M、Maeno A、Wakana S、Shiroishi T
  • 雑誌名: G3 (Genes | Genomes | Genetics) 巻: 7 号: 10 ページ: 3449-3457
  • DOI: 10.1534/g3.117.300213
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] マイクロCTを用いたトウモロコシの茎内維管束ネットワークの可視化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 前野 哲輝, 津田 勝利
  • 学会等名: 日本育種学会第133回講演会
  • 発表場所: 福岡リーセントホテル(福岡県)
  • 年月日: 2018-03-26
• [学会発表] X線CTデータを活用したモデル生物の高精細3DCGアトラス作成の試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 前野 哲輝
  • 学会等名: 第29回生物学技術研究会
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
  • 年月日: 2018-02-16
• [学会発表] 日本での珍渦虫の発見 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中野裕昭、宮澤秀幸、前野哲輝、城石俊彦、角井敬知、小柳亮、神田美幸、佐藤矩行、大森紹仁、幸塚久典
  • 学会等名: 日本動物学会第88回大会
  • 発表場所: 富山県民会館(富山県)
  • 年月日: 2017-09-21
  • 招待講演
• [備考] Facebookページ 「国立遺伝学研究所 3d Imaging Room」
  • URL: https://www.facebook.com/3DimagingRoomNIG/
• [備考] Sketchfab 「3D Imaging Room in NIG」
  • URL: https://sketchfab.com/amaeno