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BodyParts 3D

BodyParts3Dプロジェクトは7000あまりの解剖学用語(Terminologia Anatomica) で表現されている概念を３次元人体モデル中のセグメントとして 解剖学用語があらわす対象の形態を多面体データ(数千から数万の頂点座標列)として記述しBodyParts3Dデータベースから提供します. すべてのデータは共通の３次元座標系を使っており、すべての用語を集合させると一体の詳細な人体モデルを作るように設計されています. BodyParts3Dデータはデータを管理提供するための①BodyParts3Dサーバーと ブラウザ中や紙面に３Ｄイラストとして表現（レンダリング）するための②Anatomography サーバーを通じて提供しています. BodyParts3Dサーバーは立体構造データとして知識情報を扱う新しいカテゴリーのデータベースサーバーです.

背景・動機　解剖学と統合データベース 解剖学用語は医学概念中最大の概念集合であり、基礎医学や臨床医学でのコミュニケーションには欠かせません. NLMの索引用統制ボキャブラリであるMeSHでも5系列中最大の系列です. (医学生物概念は解剖・生物・疾患症状・化合物薬剤D・人為に分類されている） 文献中の知識を機械的に扱う場合はもちろんのことデータベース統合で問題になる遺伝子発現や遺伝子多型などのデータの統合に際しても そのデータの由来（サンプル）を自然言語で記述したメタデータを機械的に操作可能にすることが最大の課題とされています. つまり医学用語の意味に照らして文献やデータを機械的に操作可能にすることはデジタル時代の医学研究や臨床における大きな挑戦課題です.

背景・動機　オントロジーじゃなぜ不十分か 解剖概念はそもそも構造と形態を持った実態をクラス化した抽象概念です. したがって形や位置関係などが主要な定義や特徴の一部となっています. オントロジーは概念関係を明示的に宣言する優れた方法ですが、十分な表現を行うためには特別な概念関係を設けなければなりません. 新たな関係の新設は著者に依存することや内部で矛盾することが多く、利用者にとって理解・利用困難なものになります. すなわちオントロジーでは表現力とわかりやすさがトレードオフの関係にあります. 多くの解剖オントロジーが個別の利用目的や利用ドメインで構築されて相互利用性がないのはこの為です. 一方BodyPartsでは解剖概念を代表的なモデル人体（カノニカルモデル）中のセグメントとして表すものです. ですから精緻に作れば作者によらず殆ど同じモデルになるのでより表現力のあるものはより理解しやすいものになります. ただし部分全体関係や上位下位関係などの算出も可能ですがグラフをたどるよりよりも計算に時間がかかる弱点があります. 以上の特徴から両者を併用することで表現力に富み理解しやすい「形」で解剖学概念を表現することが可能になるはずです.

背景・動機　人体3Dモデルは珍しいものではありません. 画像診断領域ではCTやMRIなどの断面像の濃度差で与えられる臓器輪郭の抽出課題の解決レベルが飽和し、臨床現場でも個人のCTやMRI画像の輪郭を３次元合成した3Dデータは容易に得られます. 最近はその延長としてComputer Asisted Diagnosis と呼ばれる課題が注目されており、輪郭抽出　臓器同定から異常画像（器質的疾患）の検出や同定を目指した研究が盛んに行われています. 診断以外の目的で解剖学的に精緻な３Ｄモデルの構築に関してはVisubleHumanProject(NIH 1990-) による特定の検体の詳細な固定断面カラー画像に由来するもが有名ですが主にこれも輪郭抽出の課題としての研究が盛んでした. そのほか教育コミュニケーション用メディカルアートとしてのカノニカル画像集や3D人体モデル表示サービスもいくつか存在します. これらは教育目的や手術シミュレーションの背景として主に商業ドメインで応用が行われています. 一方脳に限定すれば関心領域(ROI)の共通表現や操作の為に標準座標系を導入する考えは1950年代に始まる定位脳手術に源が求められます. この目的のモデルは標本脳に規準点とグリッドをはじめて持ち込んだタライラッハアトラスに始まります. （J. Talairach and P. Tournoux, "Co-planar Stereotaxic Atlas of the Human Brain1988）この70才の女性の切片アトラスに基づく座標系は後にfMRIなどを使う機能画像診断分野でも広く使われます. タライラッハアトラスは電子化共有されBrainMapなどのニューロイメージングデータの統合サイトでも座標系として利用されています. このような展開はBodyParts3Dプロジェクトの意図するところと共通です. 最近では詳細なMRI画像を用いたHarvard Surgical Planning Labpratory (SPL) の分節脳MRI3Dデータとそのイメージ視覚化スイート"Slicer"(2008)などが多目的に利用されています. 　しかしながら解剖学全体をカバーする精緻で分節数の大きなデータはパブリックドメインには存在せず、情報の整理統合共有目的には利用できません.

アイデア：BodyParts3Dではこれらの前例から学び ①全身のカノニカルモデルを臓器単位で分節した簡単なデータをすぐに公開共有することで、転用を促進し広く利用されるように努める. ②データのカノニカルモデルとしての正当性を求め頻回のバージョンアップでデータ修正を続けてゆく. ③解剖オントロジーや解剖学用語集の広く知られたものとのマップをつねに行う. ④マスを持つ臓器だけでなく、点や線、面なども座標で定義することで簡単に区別できるようにする. などの特徴を持たすことで広く利用転用されることを第一目標としてきました. 解剖学オントロジーとしては詳細でかつ共有可能なMejinoらのFoundation Model of Anatomy (FMA）を用い、名称集としては国際解剖学会が定めたNomina Anatomica を用いています.

ユースケース：Anatomography(下)を通じての利用が主ですが、データを手術器具の開発やポリゴン編集環境の開発のテストデータとして利用されることを期待しています.

平成21年度は②の方針に基づいて以下の構築と開発を行いました. ①データ著作：すでに公開していた骨格系の座標修正や心臓の形態修正と詳細化を行い新規概念として四肢体幹のすべての骨格筋を追加しました. ②BodyParts3Dサーバの機能の拡張 ・「BodyPartsバージョン管理機能」 頻回におよぶデータの修正に対応する為に修正前後のデータを共存させても不整合が起こらないようにデータ管理とデータと概念の対応管理を分離した. ・「BodyParts構造関係情報管理機能」 データと独立してFMAオントロジーのis-a関係を保持し、一定割合異常の下位の要素が定義された場合には自動的に上位の概念に下位の和のデータを与える機能 ・「BodyParts構造関係検証機能」 オントロジーとデータ座標を比較して物理関係と論理関係の矛盾を自動検出する機能 ・「切断オブジェクト管理機能」 Anatomographyの機能追加で可能になった人体モデルの自由平面での切断で生じた対象の断面をオリジナル表面と同様にレンダラーに戻す機能

以上はデータ著作者を円滑にするオントロジービルダーに相当する内部機能であり、エンドユーザに提供される環境ではありません.

Anatomography AnatomographyはBodyParts3DのアプリケーションのひとつでBodyParts3Dデータを呼び出して3Dイラストを描画するサーバーです. 医学研究者や臨床家が行うデータやアイデアの私信や出版におけるビジュアライゼーションに用いられる医学イラストレーションに提供し、すべてのイラストレーションやデータビジュアライゼーションを標準化してしまうための仕掛けです.

背景・動機 医学コミュニケーションでは部位名称が頻繁に利用されます. 解剖学は医学の最大の基礎知識であり続けています. しかしながら言葉を使ったコミュニケーションでは専門家にとっても俯瞰性や正確性が十分ではなくなります. これを補う目的で医学では人体表面や人体内部の構造のイラストを多用します. しかしイラストには二つの問題があります. ①著作であるために当然著作権が生まれ、転用は困難です. VenterのEST特集はミケランジェロのがBodyMapには阿形像が用いられたのは偶然ではありません. ②キャプション以外に検索のための索引をつけることができません. この為にほとんど再利用されることなく書き捨てに等しい状態が続いています.

背景・動機 身体の部位に関する情報を表現するメディカルイラストレーションの流動性と再利用性、合算統合可能性を増すことができれば医学情報の整理統合への貢献は計り知れません. AnatomographyはBodyPartsデータを呼び出してユーザの指示によって著作権のないイラスト画像(レンダリング画像）を作るためのレンダリングサーバです.

この目的を果たす為には与えるためには十分な表現力のあるイラストを誰でも簡単に書け、しかも機械可読性や集積編集可能性も持ちあわさなければなりません.

ユースケース　AnatomgraphyサーバーをBodyParts3Dデータのビューアーとして解剖知識のないエンドユーザー向けの解剖学知識の出口と同時に 医学知識や解剖知識上に独自に表現したいデータやアイデアを持った臨床家や研究者の表現道具として提供し　かれらの表現に標準座標を与えることで医学データやアイデアの統合操作性を実現することを企図しています. 短期的には遺伝子発現データのビジュアル化、Wikipediaなどのパブリック辞書でのイラスト利用、勤務医開業医の検査集計、医療統計の表現などへでの利用を期待しています.

アイデア ①レンダリングサーバーとユーザー画面のやりとりを「臓器リストと描画パラメタでできた簡易言語AnatomoScript」で行い ②イラストをイメージデータではなくAnatomScriptとして保存、共有、加算、整理、検索可能にする. ③レンダリングサーバーはAPIを持ちURLに含まれるAnatomoScriptを検出実行することで常に新しい描画を返すようにする

①データの解剖学的正当性と詳細性 ②多忙でオブリゲーションのない一般医学者が直感的にストレスなく利用できる. ③レンダリングイメージに十分な表現力があり、その内容が機械可読で、共有や集積利用、再編集が可能である. が必要であると考えて開発を進め　これまでにも適宜臨床家によるレビューをいただいています.

(1)BodyParts3Dに含まれる３次元解剖学構造要素を、オントロジーに基づいて階層的に、あるいは情報リストに基づいて一覧表としてサムネイル表示する「BodyParts3Dカタログ表示機能」、(2)BodyParts3Dカタログ表示機能において階層構造を実現し、各３次元解剖学構造要素に対して用語・オントロジー情報を付与するための「Foundational Model of Anatomy(FMA)・Terminologia Anatomica(TA)・Terminologia Anatomica Japonica(TAJ)」対応辞書

(3)BodyParts3Dカタログ表示機能によって表示された３次元解剖要素をアナトモグラフィーエディタにおいて利用可能とする「BodyParts3Dパレット機能」、(4)BodyParts3Dの３次元解剖要素およびアナトモグラフィーに対してレビューを実行し、また、レビューを閲覧・検索可能とする「アナトモグラフィーレビュー機能」