文献データに基づく症例検索システムの開発
株式会社インテック、東京大学 大学院新領域創成科学研究科

ライフサイエンス統合データベースセンター

ライフサイエンス統合データベースセンター◯藤原豊史＊

山本泰智

金進東

東京大学

＊:

高木利久

fujiwara@dbcls.rois.ac.jp

背景
近年、症状や遺伝情報をもとに、類似する症例を効率良く集める仕組みが、さまざまな用途で求められている。例えば、希少疾患の原因遺伝子を同定する際には、症状および遺伝子変異が類似する複数の症例を集める必要がある。また、未診断患者にエクソーム解析などの遺伝学的検査を実施し、複数の遺伝子変異の中から疾患の原因となる遺伝子変異を決定する際には、症状および遺伝子変異が類似する症例の診断情報が参考となる。既にいくつかの症例検索システムが開発・運用されているが、医者や研究者が手動で症例を登録するため、スケーラビリティの問題に直面している。そこで我々は、MEDLINEに登録されている約180万件の症例報告を対象に類似症例を検索できる「文献データに基づく症例検索システム」を提案する。複数のオントロジーを用いて表現型の異常や疾患名などの症例情報を自動抽出することで、症例を大規模に集めることができ、また類似症例を検索する際に意味的な距離を考慮した類似度計算が可能になる。本発表では現状と今後の展望について報告する。
【既存の症例検索システム】
遺伝子名
表現型の異常登録者（医者・研究者）

類似症例を検索手動

個別登録データに基づく症例検索システム

症例報告からの情報抽出と同じ方法で、ユーザの症例からも症状および類似症例を検索

症例情報を登録

症例情報
リポジトリ

ユーザ
（医者・研究者）

疾患名を抽出する。ユーザの症例の症状・疾患名セットと、症例報告の症状・疾患名セットとを比較し、類似度を計算する。
疾患名・症状を抽出

疾患名・症状類似症例を検索

症例報告
リポジトリ

ユーザ
（医者・研究者）

意味的な距離を考慮した類似度計算【我々が提案する症例検索システム】

オントロジーを用いることで比較する単語が異なる場合でも、意味的な遺伝子名表現型の異常+α距離を考慮して類似度を計算することができる。類似症例検索の先行研

自動

文献データに基づく症例検索システム

究において(Buske, 2015)、精度が高く計算コストが低いと報告されているsimGICアルゴリズムを採用する。

類似症例を検索

症例情報を抽出・登録

症例報告
リポジトリ

ユーザ
（医者・研究者）

症例報告|𝑎𝑛𝑛𝑜𝑡𝑐|
𝑃(𝑐) =|𝑎𝑛𝑛𝑜𝑡|MEDLINE※annotcはコーパスXにおける概念cの総アノテーション数※annotはコーパスXにおける全ての概念の総アノテーション数

simGIC(𝑃, 𝑄) =既存の症例検索システム

PhenomeCentralが広く利用されている。それら全症例はMatchMaker
Exchangeプロジェクト(http://www.matchmakerexchange.org)で情報共有されている。
システム名

登録症例数

登録項目

検索項目

DECIPHER

51,500・疾患原因遺伝子名・表現型の異常・遺伝子名・表現型の異常2,433・疾患原因遺伝子名・遺伝子名1,243

・疾患原因遺伝子名・表現型の異常

PhenomeCentral

れている。

Cataract
Cataracts
Lens opacity
Lens opacities

・表現型の異常ラベル

Cataract

症例報告とは①+②
simGIC(𝑃, 𝑄) =①+②+③の関係が定義され、各概念にはそれらを表現するためのラベルが付けらAbnormality of the anterior
segment of the globe
Abnormality of
the lens

Abnormality of
the iris

Abnormality oflens shape

例2: P={“Abnormality of the lens”}、Q={“Juvenile cataract”}の場合の類似度スコア

Abnormality ofthe eyeAbnormality of
the globe

Neoplasm of theeye①
Abnormality of
globe size・・・

②・・・

③・・・

するため、サンプルを用いたツール評価を行い、その結果、DBCLSが開合に極めて有効な手段で、約180万件が出版済み（2016年1月時点）。

発・運用するPubDictionaries(http://pubdictionaries.org)を採用した。

Abnormality of
the lens

Cataract

Juvenilecataract

Abnormality oflens shape
Progressivecataract

例1と例2のsimGICスコアを比較した場合、PとQの症状の意味的な距離が近い例1の方が、スコアが高くなる

Buske, Orion J., et al. "PhenomeCentral: a portal for phenotypic and genotypic matchmakingof patients with rare genetic diseases." Human Mutation 36.10 (2015): 931-940.

今後の予定

表現型の異常に関するHuman Phenotype Ontology(HP)、希少疾患名年度別症例報告出版数（PubMed）
60000

に関するOrphanet Rare Disease Ontology(ORDO)、疾患名に関する• 他の希少疾患に関連するオントロジーを用いた情報抽出を実施

40000

Human Disease Ontology(DOID)を用いて、症例報告のタイトルとア• 症例検索システム「PubCases」を近日公開予定

30000

ブストラクトから症状および疾患名を抽出した。

• 評価用データセットの作成およびPubCasesの評価を実施

50000

症例報告数

①simGIC(𝑃, 𝑄) =①+②+③・・・

各概念のラベルを利用しテキストから情報を抽出するツールが複数存在
症例報告は、未知の病態、薬剤の副作用などを素早く報告するような場∑2∈4562789:(;)∪4562789:(=) 𝐼𝐶(𝑐)例1: P={“Cataract”}、Q={“Juvenile cataract”}の場合の類似度スコア

オントロジーは、あるドメインの知識を概念化したものであり、概念間

Human Phenotype Ontology（HP）• ヒト疾患における表現型の異常• 約11,000件の概念を含む∑2∈4562789:(;)∩4562789:(=) 𝐼𝐶(𝑐)※Concepts(P)は概念cの全ての上位概念（is-a関係）も含む

希少疾患に関連する症状および疾患名を抽出

希少疾患に関する症例検索システムとしてDECIPHER、GeneMatcher、GeneMatcher

𝐼𝐶 𝑐 = −log 𝑃(𝑐)

20000
10000

2015

2012

2009

200620032000

199719941991

1988

1985

1982

19791976

1973

1970

1967

1964

1961

1958

1955

1952

1949

1946

1936

0
症例報告出版年度

症例報告数（23,798件中）症例報告を取得

HPの概念が抽出された症例報告（割合）

ORDOの概念が抽出された症例報告（割合）

DOIDの概念が抽出された症例報告（割合）

22,581 (94.9%)

14,747 (62.0%)

20,294 (85.3%)

PubMedが症例報告に割り当てた”Case Reports”タグを利用して、症例報告のリストを取得し、各症例報告についてそのタイトルおよびアブ※2015年の症例報告のみを対象

情報抽出例 PMID: 25447658

ストラクトをMEDLINEから取得した。ただし、アブストラクトを取得できた症例報告は1,779,209件中1,007,155件であった。

We herein describe the case of a Japanese cerebrotendinous
xanthomatosis (CTX) patient with a novel CYP27A1 gene mutation. The
patient had been diagnosed with cataracts at 25 years of age andsubsequently developed neurological symptoms in his forties, being

症例報告からの情報抽出

referred to our hospital at 47 years of age. Upon admission, Achilles tendon
xanthomas, cognitive impairment, dysphagia, dysarthria, dystonia,spasticity, muscle weakness and ataxia were observed. Brain MRI revealed

遺伝子名・変異情報を取得

abnormal signals in the dentate nuclei, periventricular white matter andNCBIが提供するPubTatorは各文献のタイトルとアブストラクトに対し、

pyramidal tract, and the serum cholestanol level was elevated. A CYP27A1

GNormPlusを用いた遺伝子名のアノテーション、tmVarを用いた変異

gene analysis identified compound heterozygosity for p.A335V, a novel

情報のアノテーションを毎週実施し、公開している。症例報告に対するそれらアノテーションを取得した。

症例報告数（1,007,155件中）

mutation, and p.R405Q, a previously reported mutation. Making an early
diagnosis of CTX is crucial, as the administration of chenodeoxycholic acidreverses metabolic derangement.

遺伝子名のアノテーションが付与された症例報告（割合）

変異情報のアノテーションが付与された症例報告（割合）129,147(12.8%)

18,023(1.8%)

青：遺伝子名、紫：変異情報、緑：希少疾患名、赤：表現型の異常

Licensed under a Creative Commons表示4.0国際 ©2016 藤原豊史 (東京大学 大学院新領域創成科学研究科)