JP7527807B2 - Periodontal disease inspection method, periodontal disease inspection system, periodontal disease inspection kit, machine learning device, and data structure - Google Patents
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Description
本開示は、歯周病検査方法、歯周病検査システム、歯周病検査キット、機械学習装置、及びデータ構造に関する。 The present disclosure relates to a periodontal disease testing method, a periodontal disease testing system, a periodontal disease testing kit, a machine learning device, and a data structure.
歯周病の検査方法として、口腔内における特定の細菌の状態によって歯周病に罹患しているか否かを判断する手法が種々検討されている。例えば、非特許文献1にはFretibacteriumと歯周病の関係について記載されている。 As a method for testing for periodontal disease, various techniques have been considered for determining whether or not a patient has periodontal disease based on the state of specific bacteria in the oral cavity. For example, Non-Patent Document 1 describes the relationship between Fretibacterium and periodontal disease.
口腔内における特定の細菌の状態と歯周病との関係に関する報告は非特許文献1をはじめとして複数存在するが、口腔内のどのような情報に基づいて歯周病に罹患しているか否かを判断するのが適しているかについては未だ検討の余地がある。
また、口腔内の情報に基づいて歯周病に罹患しているか否かを判断するための手法を数多く見出すことは、歯周病の検査技術の向上、検査を受ける者にとっての選択肢の充実化等の観点から有益であると考えられる。
There are several reports, including Non-Patent Document 1, regarding the relationship between the state of specific bacteria in the oral cavity and periodontal disease, but there is still room for further investigation as to what information in the oral cavity is appropriate for determining whether or not a patient has periodontal disease.
In addition, finding a variety of methods for determining whether or not a person has periodontal disease based on information from the oral cavity is thought to be beneficial in terms of improving periodontal disease testing techniques and increasing the options available to those undergoing testing.
本発明は上記事情に鑑み、歯周病の検査に用いる新規な機械学習装置及びデータ構造の提供を目的とする。本発明はまた、新規な歯周病検査方法、歯周病検査システム及び歯周病検査キットの提供を目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention aims to provide a new machine learning device and data structure for use in periodontal disease testing. The present invention also aims to provide a new periodontal disease testing method, periodontal disease testing system, and periodontal disease testing kit.
前記課題を達成するための具体的手段には、以下の実施態様が含まれる。
<1>口腔内から採取された検体からFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌を検出する検出工程を含む、歯周病検査方法。
<2>前記検出工程で検体からFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisusからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌を検出し、前記菌が検出された場合に前記検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が高いと評価する評価工程をさらに含む、<1>に記載の歯周病検査方法。
<3>前記検出工程で検体からGranulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌を検出し、前記菌が検出された場合に前記検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が低いと評価する評価工程をさらに含む、<1>に記載の歯周病検査方法。
<4>前記検出が、メタゲノム解析、DNAマイクロアレイ解析、リアルタイムPCR法、及びLAMP法からなる群から選ばれる1種の遺伝子増幅により行われる、<1>~<3>のいずれかに記載の歯周病検査方法。
<5>前記検体が、唾液、洗口吐出液、プラーク、舌苔、及び歯肉溝浸出液からなる群から選ばれる1種である、<1>~<4>のいずれかに記載の歯周病検査方法。
<6>口腔内から採取された検体からFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌を検出する検出部を備える、歯周病検査システム。
<7>口腔内から採取された検体からFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌を検出する検出デバイスを備える、歯周病検査キット。
<8>歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を判断するための関数を学習する機械学習装置であって、
口腔内から採取された検体から検出されたFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌に関する口腔内情報と;前記検体の提供者の歯周病の罹患確率又は歯周病の状態からなる群から選ばれる少なくとも一つの判断値と;から構成される複数の学習データに基づいて、前記判断値を決定する前記関数を学習する学習部を含み、
前記学習部は、前記学習データに基づいて、前記関数を用いて歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を決定した結果に対する報酬を計算する報酬計算部と、
該報酬計算部により計算された報酬が高くなるように、前記関数を更新する関数更新部と、
予め定められた収束条件を満たすまで、前記報酬計算部による計算及び前記関数更新部による更新を繰り返させる収束判定部と、
を含む機械学習装置。
<9>口腔内から採取された検体から検出されたFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌に関する口腔内情報と、前記検体の提供者を特定する情報と、を含むデータ構造であり、
前記口腔内情報に基づいて、前記検体の提供者の歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を表現した値を出力するように予め学習された学習済みモデルを用いて歯周病の罹患又は状態に関する確率を算出する処理に用いられるデータ構造。
Specific means for achieving the above object include the following embodiments.
<1> A periodontal disease testing method, comprising a detection step of detecting at least one bacterium selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp., Peptococcus sp., Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a sample collected from the oral cavity.
<2> The periodontal disease testing method described in <1>, further comprising an evaluation step of detecting at least one type of bacteria selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, and Dialister invisus from a sample in the detection step, and evaluating that the donor of the sample is highly likely to be suffering from periodontal disease if the bacteria is detected.
<3> The periodontal disease testing method described in <1>, further comprising an evaluation step of detecting at least one type of bacteria selected from the group consisting of Granulicatella elegans and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a sample in the detection step, and evaluating that the donor of the sample is unlikely to be suffering from periodontal disease if the bacteria is detected.
<4> A periodontal disease testing method described in any one of <1> to <3>, wherein the detection is carried out by one type of gene amplification selected from the group consisting of metagenomic analysis, DNA microarray analysis, real-time PCR, and LAMP.
<5> A periodontal disease testing method described in any one of <1> to <4>, wherein the sample is one selected from the group consisting of saliva, mouthwash, plaque, tongue coating, and gingival crevicular fluid.
<6> A periodontal disease testing system comprising a detection unit that detects at least one type of bacteria selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a sample collected from the oral cavity.
<7> A periodontal disease test kit comprising a detection device for detecting at least one type of bacteria selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a sample collected from the oral cavity.
<8> A machine learning device that learns a function for determining a probability of developing periodontal disease or a state of periodontal disease,
a learning unit that learns the function for determining the judgment value based on a plurality of learning data consisting of: oral cavity information on at least one type of bacteria selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus detected from a specimen collected from the oral cavity; and at least one judgment value selected from the group consisting of a probability of periodontal disease or a state of periodontal disease of a donor of the specimen;
The learning unit includes a reward calculation unit that calculates a reward for a result of determining the probability of developing periodontal disease or the state of periodontal disease using the function based on the learning data;
a function update unit that updates the function so that the reward calculated by the reward calculation unit becomes higher;
A convergence determination unit that repeats the calculation by the reward calculation unit and the update by the function update unit until a predetermined convergence condition is satisfied;
A machine learning device including:
<9> A data structure including oral cavity information on at least one bacterium selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus detected from a specimen collected from the oral cavity, and information identifying a donor of the specimen,
A data structure used in a process of calculating the probability of periodontal disease or condition of the sample provider based on the oral cavity information using a trained model that has been pre-trained to output a value representing the probability of periodontal disease or the periodontal disease condition of the sample provider.
本発明によれば、歯周病の検査に用いる新規な機械学習装置及びデータ構造が提供される。また本発明によれば、新規な歯周病検査方法、歯周病診断方法、歯周病検査システム及び歯周病検査キットが提供される。 The present invention provides a novel machine learning device and data structure for use in testing for periodontal disease. The present invention also provides a novel method for testing for periodontal disease, a method for diagnosing periodontal disease, a system for testing for periodontal disease, and a kit for testing for periodontal disease.
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiment.
In the present disclosure, the term "step" includes not only a step that is independent of other steps, but also a step that cannot be clearly distinguished from other steps as long as the purpose of the step is achieved.
<機械学習装置>
本実施形態の機械学習装置は、歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を判断するための関数を学習する機械学習装置であって、
口腔内から採取された検体から検出されたFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌に関する口腔内情報と;前記検体の提供者の歯周病の罹患確率又は歯周病の状態からなる群から選ばれる少なくとも一つの判断値と;から構成される複数の学習データに基づいて、前記判断値を決定する前記関数を学習する学習部を含み、
前記学習部は、前記学習データに基づいて、前記関数を用いて歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を決定した結果に対する報酬を計算する報酬計算部と、
該報酬計算部により計算された報酬が高くなるように、前記関数を更新する関数更新部と、
予め定められた収束条件を満たすまで、前記報酬計算部による計算及び前記関数更新部による更新を繰り返させる収束判定部と、を含む機械学習装置である。
<Machine learning device>
The machine learning device of the present embodiment is a machine learning device that learns a function for determining the probability of developing periodontal disease or the state of periodontal disease,
a learning unit that learns the function for determining the judgment value based on a plurality of learning data consisting of: oral cavity information on at least one type of bacteria selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus detected from a specimen collected from the oral cavity; and at least one judgment value selected from the group consisting of a probability of periodontal disease or a state of periodontal disease of a donor of the specimen;
The learning unit includes a reward calculation unit that calculates a reward for a result of determining the probability of developing periodontal disease or the state of periodontal disease using the function based on the learning data;
a function update unit that updates the function so that the reward calculated by the reward calculation unit becomes higher;
and a convergence determination unit that causes the reward calculation unit to repeat the calculation and the function update unit to repeat the update until a predetermined convergence condition is satisfied.
上記機械学習装置は、検体の提供者が歯周病に罹患しているか否かの判断、歯周病が治癒しているか否かの判断、歯周病が治癒するか否かの判断、歯周病が進行するか否かの判断などに用いることができる。 The above machine learning device can be used to determine whether or not the person providing the sample is suffering from periodontal disease, whether or not periodontal disease has been cured, whether or not periodontal disease will be cured, whether or not periodontal disease will progress, etc.
ある実施態様では、検体として唾液を使用するが、これらに制限されるものではない。例えば、洗口吐出液、プラーク、舌苔、及び歯肉溝浸出液などが挙げられる。特に検体として唾液を使用することで、検体の採取のために歯肉等を傷付けることなく簡便な手法で提供者の口腔内情報を得ることができる。 In one embodiment, saliva is used as a sample, but is not limited to this. Examples include mouthwash, plaque, tongue coating, and gingival crevicular fluid. In particular, by using saliva as a sample, it is possible to obtain information about the donor's oral cavity in a simple manner without damaging the gums, etc., to collect the sample.
歯周病の罹患確率又は歯周病の状態からなる群から選ばれる少なくとも一つの判断値としては、口腔内の細菌叢組成における特定の菌の有無又はその割合に基づく判断値が挙げられるが、これらに制限されるものではない。 At least one judgment value selected from the group consisting of the probability of developing periodontal disease or the state of periodontal disease includes, but is not limited to, a judgment value based on the presence or absence or ratio of a specific bacterium in the bacterial flora composition in the oral cavity.
上記学習データは、必要に応じ、他の情報を含んでもよい。このような情報としては、例えば、検体の提供者の年齢、性別、喫煙習慣、食習慣、口腔ケアの実施状況、歯の治療歴、持病又は既往症、虫歯の有無、歯並び、唾液の量、口腔内の衛生状態、習癖(歯ぎしり、口呼吸など)、ストレス状態などが挙げられる。 The learning data may include other information as necessary. Examples of such information include the age, sex, smoking habits, eating habits, oral care status, dental treatment history, chronic or past illnesses, presence or absence of cavities, teeth alignment, amount of saliva, oral hygiene, habits (teeth grinding, mouth breathing, etc.), and stress state of the specimen donor.
本実施形態の機械学習装置は、入力された口腔内情報から、学習部による学習された前記関数を用いて、上記判断値を決定する判断部を更に含むものであってもよい。 The machine learning device of this embodiment may further include a judgment unit that determines the judgment value from the input intraoral information using the function learned by the learning unit.
図1は機械学習装置100の構成の一例を示す概略図である。図1に示す構成の機械学習装置100は、CPUと、RAMと、後述する機械学習処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したROMと、を含むコンピュータで構成することが出来る。この機械学習装置100は、機能的には図1に示すように入力部10と、演算部20と、出力部90とを備えている。 Figure 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a machine learning device 100. The machine learning device 100 shown in Figure 1 can be configured with a computer including a CPU, a RAM, and a ROM that stores programs and various data for executing the machine learning processing routine described below. Functionally, this machine learning device 100 includes an input unit 10, a calculation unit 20, and an output unit 90, as shown in Figure 1.
入力部10は、検体から検出されたFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌に関する口腔内情報と;前記検体の提供者の歯周病の罹患確率又は歯周病の状態からなる群から選ばれる少なくとも一つの判断値と;から構成される複数の学習データを受け付ける。また、入力部10は、判断対象となる、検体から検出された口腔内情報を受け付ける。 The input unit 10 receives a plurality of learning data consisting of: oral cavity information on at least one type of bacteria selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus detected from a sample; and at least one judgment value selected from the group consisting of the probability of periodontal disease or the state of periodontal disease of the donor of the sample. The input unit 10 also receives oral cavity information detected from the sample to be judged.
演算部20は、学習データ記憶部30と、学習部40と、学習済みモデル記憶部50と判断部60とを備える。 The calculation unit 20 includes a learning data storage unit 30, a learning unit 40, a trained model storage unit 50, and a judgment unit 60.
学習データ記憶部30には、入力部10により受け付けた複数の学習データが記憶される。
学習部40は、複数の学習データに基づいて、判断値を決定する関数を学習する。ここで、関数は、後述する学習済みモデルである。
具体的には、学習部40は、報酬計算部42、関数更新部44、及び収束判定部46を備えている。
報酬計算部42は、複数の学習データの各々について、当該学習データに基づいて、関数を用いて歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を決定した結果に対する報酬を計算する。
関数更新部44は、報酬計算部42により複数の学習データの各々について計算された報酬に基づいて、報酬が高くなるように、関数を更新する。
収束判定部46は、予め定められた収束条件を満たすまで、報酬計算部42による計算及び関数更新部44による更新を繰り返させる。
学習済みモデル記憶部50は、学習部40により学習された関数を記憶している。
判断部60は、判断対象として入力された、検体から検出された口腔内情報から、学習部40による学習された関数を用いて、検体の提供者の歯周病の罹患確率又は歯周病の状態からなる群から選ばれる少なくとも一つの判断値を決定する。
The learning data storage unit 30 stores a plurality of learning data received by the input unit 10 .
The learning unit 40 learns a function for determining a judgment value based on a plurality of learning data. Here, the function is a learned model, which will be described later.
Specifically, the learning unit 40 includes a reward calculation unit 42 , a function update unit 44 , and a convergence determination unit 46 .
The remuneration calculation unit 42 calculates remuneration for the result of determining the probability of developing periodontal disease or the state of periodontal disease using a function based on each of the plurality of learning data.
The function update unit 44 updates the function based on the reward calculated by the reward calculation unit 42 for each of the multiple learning data so as to increase the reward.
The convergence determination unit 46 causes the reward calculation unit 42 to repeat the calculation and the function update unit 44 to repeat the update until a predetermined convergence condition is satisfied.
The trained model storage unit 50 stores the functions trained by the training unit 40 .
The judgment unit 60 determines at least one judgment value selected from the group consisting of the probability of the sample provider suffering from periodontal disease or the state of periodontal disease from the intraoral information detected from the sample input as the judgment target, using the function learned by the learning unit 40.
本実施形態の機械学習装置の各構成要素は特に制限されるものではなく、公知の機械学習装置の各構成要素であってよい。 The components of the machine learning device of this embodiment are not particularly limited and may be components of a known machine learning device.
<学習済みモデル>
本実施形態の学習済みモデルは、例えば、深層学習の手法により、ニューラルネットワークモデルのパラメータの重みを学習したモデルであって、検体から検出された口腔内情報に関するデータを入力として前記検体の提供者の歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を表現した値を出力するように予め学習されたモデルである。モデルの学習は、例えば、実際に取得された口腔内情報に関するデータが入力されたときに、正解となる歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を表現した値を出力するように、パラメータの重みを学習する。深層学習の手法は、GAN(Generative Adversarial Network)、またはLSTM(Long Short-Term Memory)等どのような手法を用いてもよい。このようにして学習された学習済みモデルに口腔内情報に関するデータを入力すると、歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を表現した値が出力される。
<Pre-trained model>
The trained model of the present embodiment is, for example, a model in which the weights of the parameters of a neural network model are learned by a deep learning method, and is a model that is trained in advance to input data related to intraoral information detected from a sample and output a value representing the probability of having periodontal disease or the state of periodontal disease of the sample provider. The model is trained by, for example, learning the weights of the parameters so that when data related to actually acquired intraoral information is input, a value representing the probability of having periodontal disease or the state of periodontal disease that is the correct answer is output. The deep learning method may be any method such as GAN (Generative Adversarial Network) or LSTM (Long Short-Term Memory). When data related to intraoral information is input to the trained model trained in this way, a value representing the probability of having periodontal disease or the state of periodontal disease is output.
ある実施態様では、検体として唾液を使用するが、これらに制限されるものではない。例えば、洗口吐出液、プラーク、舌苔、及び歯肉溝浸出液などが挙げられる。特に検体として唾液を使用することで、検体の採取のために歯肉等を傷付けることなく簡便な手法で提供者の口腔内情報を得ることができる。 In one embodiment, saliva is used as a sample, but is not limited to this. Examples include mouthwash, plaque, tongue coating, and gingival crevicular fluid. In particular, by using saliva as a sample, it is possible to obtain information about the donor's oral cavity in a simple manner without damaging the gums, etc., to collect the sample.
歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を表現した値としては、口腔内の細菌叢組成における特定の菌の有無又はその割合に基づく判断値が挙げられるが、これらに制限されるものではない。 Values expressing the probability of developing periodontal disease or the state of periodontal disease include, but are not limited to, values determined based on the presence or absence or proportion of specific bacteria in the composition of the oral bacterial flora.
上記学習済みモデルは、必要に応じ、口腔内情報と他の情報に基づいて、歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を表現した値を出力するよう、コンピュータを機能させるものであってもよい。このような情報としては、例えば、検体の提供者の年齢、性別、喫煙習慣、食習慣、口腔ケアの実施状況、歯の治療歴、持病又は既往症、虫歯の有無、歯並び、唾液の量、口腔内の衛生状態、習癖(歯ぎしり、口呼吸など)、ストレス状態などが挙げられる。 The trained model may cause a computer to function to output a value representing the probability of having periodontal disease or the state of periodontal disease based on the intraoral information and other information, as necessary. Such information may include, for example, the age, sex, smoking habits, eating habits, oral care status, dental treatment history, chronic or past illnesses, the presence or absence of cavities, teeth alignment, amount of saliva, oral hygiene, habits (teeth grinding, mouth breathing, etc.), and stress state of the specimen donor.
本実施形態の学習済みモデルの各構成要素は特に制限されず、公知の学習済みモデルの構成要素と同様のものであってよい。 The components of the trained model of this embodiment are not particularly limited and may be similar to the components of known trained models.
<データ構造>
本実施形態のデータ構造は、口腔内から採取された検体から検出されたFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌に関する口腔内情報と、前記検体の提供者を特定する情報と、を含むデータ構造であり、
前記口腔内情報に基づいて、前記検体の提供者の歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を表現した値を出力するように予め学習された学習済みモデルを用いて歯周病の罹患又は状態に関する確率を算出する処理に用いられるデータ構造である。
<Data structure>
The data structure of this embodiment is a data structure including oral cavity information related to at least one bacterium selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus detected from a specimen collected from the oral cavity, and information identifying a donor of the specimen,
This is a data structure used in the process of calculating the probability of periodontal disease or the state of periodontal disease of the sample provider based on the intraoral information using a trained model that has been pre-trained to output a value representing the probability of periodontal disease or the state of periodontal disease.
上記データ構造は、検体の提供者が歯周病に罹患しているか否かの判断、歯周病が治癒しているか否かの判断、歯周病が治癒するか否かの判断、歯周病が進行するか否かの判断などに用いることができる。 The above data structure can be used to determine whether the sample donor is suffering from periodontal disease, whether the periodontal disease has been cured, whether the periodontal disease will be cured, whether the periodontal disease will progress, etc.
ある実施態様では、検体として唾液を使用するが、これらに制限されるものではない。例えば、洗口吐出液、プラーク、舌苔、及び歯肉溝浸出液などが挙げられる。特に検体として唾液を使用することで、検体の採取のために歯肉等を傷付けることなく簡便な手法で提供者の口腔内情報を得ることができる。 In one embodiment, saliva is used as a sample, but is not limited to this. Examples include mouthwash, plaque, tongue coating, and gingival crevicular fluid. In particular, by using saliva as a sample, information on the donor's oral cavity can be obtained in a simple manner without damaging the gums, etc., to collect the sample.
歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を表現した値としては、口腔内の細菌叢組成における特定の菌の有無又はその割合に基づく判断値が挙げられるが、これらに制限されるものではない。 Values expressing the probability of developing periodontal disease or the state of periodontal disease include, but are not limited to, values determined based on the presence or absence or proportion of specific bacteria in the composition of the oral bacterial flora.
上記データ構造は、必要に応じ、口腔内情報と他の情報に基づいて、歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を表現した値を出力するよう予め学習された学習済みモデルを用いて歯周病の罹患又は状態に関する確率を算出する処理に用いられるものであってもよい。このような情報としては、例えば、検体の提供者の年齢、性別、喫煙習慣、食習慣、口腔ケアの実施状況、歯の治療歴、持病又は既往症、虫歯の有無、歯並び、唾液の量、口腔内の衛生状態、習癖(歯ぎしり、口呼吸など)、ストレス状態などが挙げられる。 The above data structure may be used, as necessary, in a process of calculating the probability of having or being in a state of periodontal disease using a trained model that has been trained in advance to output a value representing the probability of having or being in a state of periodontal disease based on the intraoral information and other information. Such information may include, for example, the age, sex, smoking habits, eating habits, oral care status, dental treatment history, chronic or past illnesses, the presence or absence of cavities, teeth alignment, amount of saliva, oral hygiene, habits (teeth grinding, mouth breathing, etc.), and stress state of the specimen donor.
本実施形態の学習済みモデルの各構成要素は特に制限されず、公知の学習済みモデルの構成要素と同様のものであってよい。 The components of the trained model of this embodiment are not particularly limited and may be similar to the components of known trained models.
<機械学習装置100の動作>
入力部10において複数の学習データを受け付けると、機械学習装置100は、複数の学習データを、学習データ記憶部30に格納する。そして機械学習装置100は、図2に示す機械学習処理ルーチンを実行する。
<Operation of machine learning device 100>
When the input unit 10 receives a plurality of pieces of learning data, the machine learning device 100 stores the plurality of pieces of learning data in the learning data storage unit 30. Then, the machine learning device 100 executes a machine learning processing routine shown in FIG.
まず、ステップS100で、複数の学習データの各々について、当該学習データに基づいて、現時点の関数を用いて歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を決定した結果に対する報酬を計算する。例えば、報酬は、現時点の関数を用いて歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を決定した結果が、当該学習データに含まれる判断値に近いほど高くなるように計算される。
ステップS102では、上記ステップS100により複数の学習データの各々について計算された報酬に基づいて、報酬が高くなるように、関数を更新する。
ステップS104は、予め定められた収束条件を満たしたか否かを判定し、収束条件を満たさない場合には、上記ステップS100へ戻る。一方、収束条件を満たした場合には、ステップS106へ移行する。
ステップS106では、最終的に更新された関数を、学習済みモデル記憶部50に格納して、学習処理ルーチンを終了する。
そして、入力部10において、判断対象として入力された、検体から検出された口腔内情報を受け付けると、機械学習装置100の判断部60は、判断対象として入力された、検体から検出された口腔内情報から、学習部40による学習された関数を用いて、検体の提供者の歯周病の罹患確率又は歯周病の状態からなる群から選ばれる少なくとも一つの判断値を決定し、出力部90により出力する。
First, in step S100, for each of a plurality of learning data, a reward is calculated for a result of determining the probability of having periodontal disease or the state of periodontal disease using the current function based on the learning data. For example, the reward is calculated so that the closer the result of determining the probability of having periodontal disease or the state of periodontal disease using the current function is to a judgment value included in the learning data, the higher the reward is.
In step S102, the function is updated based on the reward calculated for each of the multiple learning data in step S100 above, so that the reward becomes higher.
In step S104, it is determined whether or not a predetermined convergence condition is satisfied, and if the convergence condition is not satisfied, the process returns to step S100. On the other hand, if the convergence condition is satisfied, the process proceeds to step S106.
In step S106, the final updated function is stored in the trained model storage unit 50, and the learning process routine is terminated.
Then, when the input unit 10 receives the intraoral information detected from the sample input as the subject of judgment, the judgment unit 60 of the machine learning device 100 determines at least one judgment value selected from the group consisting of the probability of the sample provider suffering from periodontal disease or the state of periodontal disease from the intraoral information detected from the sample input as the subject of judgment using the function learned by the learning unit 40, and outputs it by the output unit 90.
<歯周病検査方法>
本実施形態の歯周病検査方法は、検体からFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種類の菌(以下、検出対象とも称する)を検出する検出工程を含む。
<Periodontal disease testing method>
The periodontal disease testing method of this embodiment includes a detection step of detecting at least one type of bacteria (hereinafter also referred to as the detection target) selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp., Peptococcus sp., Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a sample.
本実施形態の歯周病検査方法は、特定の菌種から選択される少なくとも1種類を検出する工程を含むことにより、歯周病検査の精度を高めたものである。 The periodontal disease testing method of this embodiment includes a step of detecting at least one type selected from specific bacterial species, thereby improving the accuracy of periodontal disease testing.
上記検査方法は、検体の提供者が歯周病に罹患しているか否かの判断、歯周病が治癒しているか否かの判断、歯周病が治癒するか否かの判断、歯周病が進行するか否かの判断などに用いることができる。 The above-mentioned testing method can be used to determine whether or not the sample donor is suffering from periodontal disease, whether or not periodontal disease has been cured, whether or not periodontal disease will be cured, whether or not periodontal disease will progress, etc.
(検出工程)
検出工程は、検体に含まれる検出対象を検出可能であればどのような方法で行ってもよい。例えば、メタゲノム解析(メタ16S解析等)、メタゲノム解析、DNAマイクロアレイ解析、リアルタイムPCR法、及びLAMP法が挙げられる。ある実施態様では、検出工程はメタゲノム解析により行われる。メタゲノム解析は、複数種の菌種の有無及び存在率を一度の工程で検出することができ、1工程あたり1菌種の検出が基本である遺伝子増幅法に比べて検査効率の点で有利である。
(Detection step)
The detection step may be performed by any method that can detect the target substance contained in the sample. For example, metagenomic analysis (meta 16S analysis, etc.), metagenomic analysis, DNA microarray analysis, real-time PCR, and LAMP are included. In one embodiment, the detection step is performed by metagenomic analysis. The metagenomic analysis can detect the presence or absence and the presence rate of multiple types of bacteria in a single step, and is advantageous in terms of test efficiency compared to the gene amplification method, which is basically detecting one type of bacteria per step.
検出される情報として具体的には、細菌の系統樹と枝分かれの長さ(Unifrac distance);次世代シークエンスで得られるリード数(配列と読み取り量);細菌間情報伝達(クオラムセンシング、オートインデューサー)の種類と量;細菌間の相互栄養共生関係の種類と量;細菌の発育条件(酸素要求、栄養要求等);免疫機能に影響する抗原の種類と量;生体構造を破壊するプロテアーゼの種類と量;遺伝子発現或いは遺伝子制御に係るポリヌクレオチドの種類と量;エンドトキシンや細菌の細胞壁外膜を構成するリポ多糖の種類と量;細菌の機能を表す特徴量などが利用できる。これらの情報のそれぞれを所定の重みをつけて組み合わせてもよく、主成分分析をして特徴を抽出した後の特徴量やその組み合わせでもよい。 Specific information that can be detected includes bacterial phylogenetic tree and branching length (Unifrac distance); number of reads (sequence and read amount) obtained by next-generation sequencing; type and amount of interbacterial signaling (quorum sensing, autoinducer); type and amount of mutual nutritional symbiosis between bacteria; bacterial growth conditions (oxygen requirement, nutrition requirement, etc.); type and amount of antigens that affect immune function; type and amount of proteases that destroy biological structures; type and amount of polynucleotides involved in gene expression or gene control; type and amount of endotoxin and lipopolysaccharide that constitutes the outer membrane of bacterial cell walls; and features that represent bacterial functions. Each of these pieces of information may be combined with a predetermined weight, or features extracted by principal component analysis or combinations thereof may be used.
ある実施態様では、検体として唾液を使用するが、これらに制限されるものではない。例えば、唾液、洗口吐出液、プラーク、舌苔、及び歯肉溝浸出液などが挙げられる。特に検体として唾液を使用することで、検体の採取のために歯肉等を傷付けることなく簡便な手法で提供者の口腔内情報を得ることができる。 In one embodiment, saliva is used as the sample, but is not limited thereto. Examples include saliva, mouthwash, plaque, tongue coating, and gingival crevicular fluid. In particular, by using saliva as the sample, information on the donor's oral cavity can be obtained in a simple manner without damaging the gums, etc., to collect the sample.
検査精度の向上の観点からは、検出対象はFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌であり、少なくとも2種類の菌であることが好ましく、少なくとも3種類の菌であることがより好ましい。 From the viewpoint of improving the accuracy of the test, the detection target is at least one type of bacteria selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus, preferably at least two types of bacteria, and more preferably at least three types of bacteria.
(評価工程)
本実施形態の歯周病検査方法は、検出工程の後に、検出工程で得られた結果をもとに検体の提供者が歯周病に罹患している可能性を評価する評価工程を含んでもよい。評価工程は、検出工程で得られた結果をもとに検体の提供者が歯周病に罹患している可能性を評価することができればどのような方法で行ってもよい。例えば、計算機を用いても、呈色反応等を利用してもよい。
(Evaluation process)
The periodontal disease testing method of this embodiment may include, after the detection step, an evaluation step of evaluating the possibility that the sample provider has periodontal disease based on the results obtained in the detection step. The evaluation step may be performed by any method as long as it is possible to evaluate the possibility that the sample provider has periodontal disease based on the results obtained in the detection step. For example, a computer or a color reaction may be used.
評価工程は、検体に含まれる菌の数の総和と、検出対象の菌の数とを計算する解析工程を含み、解析工程で得られる解析結果に基づいて評価を行うものであってもよい。 The evaluation process may include an analysis process for calculating the total number of bacteria contained in the sample and the number of bacteria to be detected, and the evaluation may be performed based on the analysis results obtained in the analysis process.
ある実施態様では、評価工程では、検出工程で得られた配列数の総和に対する検出対象の菌の各々の配列数の割合と、学習済みモデルとを用いてスコアを算出し、スコアが所定の値以上である場合は検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が高いと評価する。 In one embodiment, in the evaluation step, a score is calculated using the ratio of the number of sequences of each of the bacteria to be detected to the total number of sequences obtained in the detection step and the trained model, and if the score is equal to or greater than a predetermined value, it is evaluated that there is a high possibility that the sample donor is suffering from periodontal disease.
本実施形態の歯周病検査方法において「検出対象の菌の配列数」とは、検体に含まれる菌のうち、Filifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群に含まれる菌であって、検出対象として採用した1種類以上の菌の各々の配列数を意味する。
従って、上記群に含まれる菌であっても検出対象として採用しなかった菌の配列数は「検出対象の菌の配列数」に含まれない。
In the periodontal disease testing method of this embodiment, "the number of sequences of bacteria to be detected" means the number of sequences of one or more types of bacteria adopted as the detection target, which are bacteria contained in the sample and are included in the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp., Peptococcus sp., Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus.
Therefore, the number of sequences of bacteria that are included in the above group but were not used as detection targets is not included in the "number of sequences of bacteria to be detected."
評価工程では、必要に応じ、検出工程で得られた結果に加えて他の情報を参照して検体の提供者が歯周病に罹患している可能性を評価してもよい。
このような情報としては、例えば、検体の提供者の年齢、性別、喫煙習慣、食習慣、口腔ケアの実施状況、歯の治療歴、持病又は既往症、虫歯の有無、歯並び、唾液の量、口腔内の衛生状態、習癖(歯ぎしり、口呼吸など)、ストレス状態などが挙げられる。
In the evaluation step, if necessary, the possibility that the sample donor is affected by periodontal disease may be evaluated by referring to other information in addition to the results obtained in the detection step.
Such information may include, for example, the sample provider's age, sex, smoking habits, eating habits, oral care status, dental treatment history, chronic or past illnesses, presence or absence of cavities, teeth alignment, amount of saliva, oral hygiene, habits (teeth grinding, mouth breathing, etc.), and stress level.
<歯周病検査システム>
本実施形態の歯周病検査システムは、検体からFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種類の菌(検出対象)を検出する検出部を備える。
<Periodontal disease testing system>
The periodontal disease testing system of this embodiment is equipped with a detection unit that detects at least one type of bacteria (detection target) selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp., Peptococcus sp., Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a sample.
上記検査システムは、検体の提供者が歯周病に罹患しているか否かの判断、歯周病が治癒しているか否かの判断、歯周病が治癒するか否かの判断、歯周病が進行するか否かの判断などに用いることができる。 The above-mentioned testing system can be used to determine whether or not the person providing the sample has periodontal disease, whether or not periodontal disease has been cured, whether or not periodontal disease will be cured, and whether or not periodontal disease will progress.
(検出部)
検出部は、検体に含まれる検出対象を検出可能であれば特に制限されない。例えば、メタゲノム解析(メタ16S解析等)、イムノクロマト法、遺伝子増幅法(リアルタイムPCR、LAMP法等)などを実施する装置が挙げられる。ある実施態様では、検出工程はメタゲノム解析により行われる。複数種の菌種の有無及び存在率を一度の工程で検出することができ、1工程あたり1菌種の検出が基本である遺伝子増幅法に比べて検査効率の点で有利である。また、定性評価のイムノクロマト法に比べて菌の検出精度に優れている。
(Detection unit)
The detection unit is not particularly limited as long as it can detect the detection target contained in the sample. For example, there are devices that perform metagenomic analysis (meta-16S analysis, etc.), immunochromatography, gene amplification (real-time PCR, LAMP, etc.), etc. In one embodiment, the detection step is performed by metagenomic analysis. The presence or absence and the presence rate of multiple types of bacteria can be detected in a single step, which is advantageous in terms of test efficiency compared to gene amplification methods that basically detect one type of bacteria per step. In addition, the detection accuracy of bacteria is superior to that of the immunochromatography method of qualitative evaluation.
検出される情報として具体的には、細菌の系統樹と枝分かれの長さ(Unifrac distance);次世代シークエンスで得られるリード数(配列と読み取り量);細菌間情報伝達(クオラムセンシング、オートインデューサー)の種類と量;細菌間の相互栄養共生関係の種類と量;細菌の発育条件(酸素要求、栄養要求等);免疫機能に影響する抗原の種類と量;生体構造を破壊するプロテアーゼの種類と量;遺伝子発現或いは遺伝子制御に係るポリヌクレオチドの種類と量;エンドトキシンや細菌の細胞壁外膜を構成するリポ多糖の種類と量;細菌の機能を表す特徴量などが利用できる。これらの情報のそれぞれを所定の重みをつけて組み合わせてもよく、主成分分析をして特徴を抽出した後の特徴量やその組み合わせでもよい。 Specific information that can be detected includes bacterial phylogenetic tree and branching length (Unifrac distance); number of reads (sequence and read amount) obtained by next-generation sequencing; type and amount of interbacterial signaling (quorum sensing, autoinducer); type and amount of mutual nutritional symbiosis between bacteria; bacterial growth conditions (oxygen requirement, nutrition requirement, etc.); type and amount of antigens that affect immune function; type and amount of proteases that destroy biological structures; type and amount of polynucleotides involved in gene expression or gene control; type and amount of endotoxin and lipopolysaccharide that constitutes the outer membrane of bacterial cell walls; and features that represent bacterial functions. Each of these pieces of information may be combined with a predetermined weight, or features extracted by principal component analysis or combinations thereof may be used.
検出部の具体的な構成は特に制限されず、採用する検出方法に応じて選択できる。例えば、検出部はコンピュータ等の計算機を用いて検出を実施するものであっても、試験片のように手技を介して検出を実施するものであってもよい。 The specific configuration of the detection unit is not particularly limited and can be selected according to the detection method to be adopted. For example, the detection unit may perform detection using a calculator such as a computer, or may perform detection through a manual technique such as a test strip.
ある実施態様では、検体として唾液を使用するが、これらに制限されるものではない。例えば、歯肉溝滲出液、歯垢、バイオフィルム、舌苔などが挙げられる。特に検体として唾液を使用することで、検体の採取のために歯肉等を傷付けることなく簡便な手法で提供者の口腔内情報を得ることができる。 In one embodiment, saliva is used as the sample, but is not limited to this. Examples include gingival crevicular fluid, dental plaque, biofilm, tongue coating, etc. In particular, by using saliva as the sample, it is possible to obtain information about the donor's oral cavity in a simple manner without damaging the gums, etc., to collect the sample.
検査精度の向上の観点からは、検出対象はFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種類の菌であり、少なくとも2種類の菌であることが好ましく、少なくとも3種類の菌であることがより好ましい。 From the viewpoint of improving the accuracy of the test, the detection target is at least one type of bacteria selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus, preferably at least two types of bacteria, and more preferably at least three types of bacteria.
(評価部)
本実施形態の歯周病検査システムは、検出部で得られた結果をもとに検体の提供者が歯周病に罹患している可能性を評価する評価部を備えてもよい。評価部は、検出部で得られた結果をもとに検体の提供者が歯周病に罹患している可能性を評価できるものであれば特に制限されない。例えば、計算機を用いるものであっても、呈色反応等を利用するものであってもよい。
(Evaluation Department)
The periodontal disease testing system of this embodiment may include an evaluation unit that evaluates the possibility that the sample provider has periodontal disease based on the results obtained by the detection unit. The evaluation unit is not particularly limited as long as it can evaluate the possibility that the sample provider has periodontal disease based on the results obtained by the detection unit. For example, the evaluation unit may use a computer or a color reaction or the like.
評価部は、検出工程で得られた配列数の総和と、検出対象の菌の各々の配列数とを計算する解析部を備え、解析部で得られる解析結果と、学習済みモデルとに基づいて評価を行うものであってもよい。 The evaluation unit may include an analysis unit that calculates the total number of sequences obtained in the detection process and the number of sequences for each of the bacteria to be detected, and may perform evaluation based on the analysis results obtained by the analysis unit and the trained model.
ある実施態様では、評価部は、検出部で得られた配列数の総和に対する検出対象の菌の各々の配列数の割合と、学習済みモデルとに基づいて、スコアを算出し、スコアが所定の値以上である場合は検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が高いと評価する。 In one embodiment, the evaluation unit calculates a score based on the ratio of the number of sequences of each of the bacteria to be detected to the total number of sequences obtained by the detection unit and the trained model, and if the score is equal to or greater than a predetermined value, it is evaluated that there is a high possibility that the sample donor is suffering from periodontal disease.
本実施形態の歯周病検査システムにおいて「検出対象の菌の配列数」とは、検体に含まれる菌のうち、Filifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群に含まれる菌であって、検出対象として採用した1種類以上の菌の各々の配列数を意味する。
従って、上記群に含まれる菌であっても検出対象として採用しなかった菌の数は「検出対象の菌の配列数」に含まれない。
In the periodontal disease testing system of this embodiment, "the number of sequences of bacteria to be detected" means the number of sequences of one or more types of bacteria adopted as the detection target, which are bacteria contained in the sample and are included in the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp., Peptococcus sp., Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus.
Therefore, the number of bacteria that are included in the above group but were not adopted as detection targets is not included in the "number of sequences of bacteria to be detected."
本実施形態の歯周病検査システムは、上述した検出部と必要に応じて含まれる評価部及び解析部に加えて他の機能を果たす部位を備えてもよい。また、本実施形態の歯周病検査システムは、上述した各部が一体化した装置の状態であっても、各部をそれぞれ備える装置の組み合わせであってもよい。また、本実施形態の歯周病検査システムには、より簡易な形態(例えば、後述する歯周病検査キット)なども含まれる。 The periodontal disease testing system of this embodiment may include parts that perform other functions in addition to the detection unit and the evaluation unit and analysis unit that are included as necessary. The periodontal disease testing system of this embodiment may be in the form of a device in which the above-mentioned units are integrated, or may be a combination of devices each including each unit. The periodontal disease testing system of this embodiment may also include simpler forms (for example, the periodontal disease testing kit described below).
<歯周病検査キット>
本実施形態の歯周病検査キットは、検体からFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種類の菌(検出対象)を検出する検出デバイスを備える。
<Periodontal disease test kit>
The periodontal disease test kit of this embodiment is equipped with a detection device that detects at least one type of bacteria (detection target) selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp., Peptococcus sp., Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a sample.
検出デバイスは、検体に含まれる検出対象を検出可能であれば特に制限されない。例えば、上述した歯周病検査システムが備える検出部として記載したものであってもよい。また、必要に応じて評価、解析その他の機能を果たすデバイスを備えてもよい。
歯周病検査キットがこれらのデバイスを備える場合、これらのデバイスは検出デバイスと一体化した状態(検出デバイスがこれらのデバイスの機能を兼ねる場合も含む)であっても、別個のデバイスの組合せであってもよい。
The detection device is not particularly limited as long as it can detect the target substance contained in the sample. For example, it may be one described as the detection unit included in the periodontal disease testing system described above. In addition, it may be equipped with a device that performs evaluation, analysis, or other functions as necessary.
When the periodontal disease test kit includes these devices, these devices may be integrated with the detection device (including cases where the detection device also performs the functions of these devices) or may be a combination of separate devices.
以下、上記実施形態を実施例により具体的に説明するが、上記実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。 The above embodiment will be described in detail below with reference to examples, but the above embodiment is not limited to these examples.
<実施例1>
被験者の各々について、歯周病の重症度を、健康(歯周炎なし、もしくは歯肉炎)、軽度(PD:ステージI、CAL:1-2mm)、中度(PD:ステージII、CAL:3-4mm)、及び重度(PD:ステージIII~IV、CAL:≧5mm)の何れかに分類し、それぞれ0,1,2,3と番号を付与し、当該被験者から採取した唾液から唾液中の菌種と量を測定し、重症度に対する重要度(インパクト)が大きい菌種を統計的機械学習の手法で解析し、歯周病に対する影響が大きい菌を見出した。なお、PDはポケット深さであり、CALはクリニカルアタッチメントレベルを示す。クリニカルアタッチメントレベルは、歯のエナメル質とセメント質との境目から、歯周ポケットの底までの距離を示す。
Example 1
The severity of periodontal disease for each subject was classified as healthy (no periodontitis or gingivitis), mild (PD: stage I, CAL: 1-2mm), moderate (PD: stage II, CAL: 3-4mm), or severe (PD: stage III-IV, CAL: ≧5mm), and each was assigned a number: 0, 1, 2, or 3. The species and amount of bacteria in saliva were measured from the subjects, and the species with the greatest impact on the severity were analyzed using statistical machine learning techniques to find bacteria with the greatest impact on periodontal disease. PD is pocket depth, and CAL is clinical attachment level. Clinical attachment level refers to the distance from the boundary between the tooth enamel and cementum to the bottom of the periodontal pocket.
(検出方法)
各被験者の唾液から細菌ゲノムDNAを抽出し、16SrDNAの領域としてV3-V4領域(F:5’-CCTACGGGNGGCWGCAG-3’、R:5’-GACTACHVGGGTATCTAATCC-3’)またはV4領域(F:5’-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3’、R:5’-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3’)を、領域特異的な配列を含むプライマー(V3-V4用またはV4用)を用いてPCR(サーモフィッシャー社、SimpliAmp)にて増幅する。増幅したPCR断片にアダプター配列及びインデックス配列を付与し、ライブラリーを構築する。次いで、ライブラリーを次世代シークエンサーMiSeq(イルミナ社)に投入し、塩基配列(Read)を取得する。
(Detection Method)
Bacterial genomic DNA was extracted from the saliva of each subject, and the V3-V4 region (F: 5'-CCTACGGGNGGCWGCAG-3', R: 5'-GACTACHVGGGTATCTAATCC-3') or V4 region (F: 5'-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3', R: 5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3') as the region of 16SrDNA was amplified by PCR (Thermo Fisher, SimpliAmp) using primers (for V3-V4 or for V4) containing region-specific sequences. An adapter sequence and an index sequence are added to the amplified PCR fragment to construct a library. The library is then input into a next-generation sequencer MiSeq (Illumina), and the base sequence (Read) is obtained.
次いで、取得した配列について、コンピュータを用いて細菌ゲノムデータベース(公共データベース 16SMicrobial、NCBIなど)とBLASTによる照合を行い、配列(Read)数より細菌叢組成を明らかにする(メタ16S解析)。次いで、310種類の菌の各々に対して発現量比を算出する。 Then, the obtained sequences are compared with bacterial genome databases (public database 16SMicrobial, NCBI, etc.) using a computer via BLAST, and the bacterial flora composition is revealed from the number of sequences (reads) (meta-16S analysis). Next, the expression ratios are calculated for each of the 310 types of bacteria.
(検出結果の検討)
次に、ランダムフォレスト、Extremely Randomized Trees、XGBoost(ランダムフォレスト+勾配ブースティング)、LightGBM、Regularized Greedy Forestの5つのモデルそれぞれを用いて、310種類の菌の各々について、当該菌の発現量比と重症度とに基づいて、重症度に対する重要度を算出し、重要度絶対値の降順に菌を並べると以下の表1のようになる。
Next, using each of the five models, namely Random Forest, Extremely Randomized Trees, XGBoost (Random Forest + Gradient Boosting), LightGBM, and Regularized Greedy Forest, the importance of each of the 310 types of bacteria relative to the severity was calculated based on the expression level ratio and severity of the bacteria, and the bacteria were arranged in descending order of absolute importance, as shown in Table 1 below.
上記の表1より、最も歯周病病原性が高いと言われるP.gingivalisよりも歯周病に対する重要度絶対値が高い菌のうち、公知の歯周病影響菌を除いた、Filifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、Haemophilus paraphrohaemolyticusを見出した。 From Table 1 above, we found that bacteria with a higher absolute importance to periodontal disease than P. gingivalis, which is said to have the highest periodontal disease pathogenicity, excluding bacteria known to affect periodontal disease, include Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus.
また、歯周病に対する重要度の符号から、Filifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisusについては、当該菌が検出された場合に、被験者が歯周病に罹患している可能性が高いと評価される菌であることが分かる。 In addition, the codes for the importance of periodontal disease show that, when Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, and Dialister invisus are detected, it is assessed that the subject is highly likely to have periodontal disease.
また、歯周病に対する重要度の符号から、Granulicatella elegans、Haemophilus paraphrohaemolyticusについては、当該菌が検出された場合に、被験者が歯周病に罹患している可能性が低いと評価される菌であることが分かる。 In addition, the codes for the importance of Granulicatella elegans and Haemophilus paraphrohaemolyticus to periodontal disease indicate that when these bacteria are detected, the possibility that the subject is suffering from periodontal disease is assessed to be low.
以上の結果から、検体からFilifactor alocis、Veillonella atypica、Catonella sp、Peptococcus sp、Dialister invisus、Abiotrophia defectiva、Lachnoanaerobaculum umeaense、Prevotella pallens、Prevotella histicola、Granulicatella elegans、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種類の菌を検出する工程を含む歯周病検査方法は、検体の提供者が歯周病に罹患している可能性の評価に有用であることがわかった。 These results demonstrate that a periodontal disease testing method that includes a step of detecting at least one type of bacteria selected from the group consisting of Filifactor alocis, Veillonella atypica, Catonella sp, Peptococcus sp, Dialister invisus, Abiotrophia defectiva, Lachnoanaerobaculum umeaense, Prevotella pallens, Prevotella histicola, Granulicatella elegans, and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a sample is useful for evaluating the possibility that a sample donor is suffering from periodontal disease.
10 入力部
20 演算部
30 学習データ記憶部
40 学習部
42 報酬計算部
44 関数更新部
46 収束判定部
50 モデル記憶部
60 判断部
90 出力部
100 機械学習装置
REFERENCE SIGNS LIST 10 Input unit 20 Calculation unit 30 Learning data storage unit 40 Learning unit 42 Reward calculation unit 44 Function update unit 46 Convergence determination unit 50 Model storage unit 60 Judgment unit 90 Output unit 100 Machine learning device
Claims (6)
前記検出工程で検体からCatonella sp及びPeptococcus spからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌を検出し、前記菌が検出された場合に前記検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が高いと評価し、
前記検出工程で検体からHaemophilus paraphrohaemolyticusが検出された場合に前記検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が低いと評価する評価工程とを含む、歯周病検査方法。 A detection step of detecting at least one bacterium selected from the group consisting of Catonella sp., Peptococcus sp ., and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a human-derived specimen collected from the oral cavity ;
In the detection step, at least one bacterium selected from the group consisting of Catonella sp. and Peptococcus sp. is detected from the sample, and if the bacterium is detected, it is evaluated that the donor of the sample is highly likely to be suffering from periodontal disease;
and an evaluation step of evaluating that the donor of the sample is unlikely to be affected by periodontal disease if Haemophilus paraphrohaemolyticus is detected from the sample in the detection step.
前記検出部で検体からCatonella sp及びPeptococcus spからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌を検出し、前記菌が検出された場合に前記検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が高いと評価し、
前記検出部で検体からHaemophilus paraphrohaemolyticusが検出された場合に前記検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が低いと評価する評価部とを備える、歯周病検査システム。 A detection unit for detecting at least one bacterium selected from the group consisting of Catonella sp., Peptococcus sp ., and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a human-derived specimen collected from the oral cavity ;
detecting at least one bacterium selected from the group consisting of Catonella sp. and Peptococcus sp. from the specimen in the detection unit, and evaluating that the donor of the specimen is highly likely to be suffering from periodontal disease when the bacterium is detected;
and an evaluation unit that evaluates that the donor of the sample is unlikely to be affected by periodontal disease if Haemophilus paraphrohaemolyticus is detected in the sample by the detection unit.
前記検出デバイスで検体からCatonella sp及びPeptococcus spからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌を検出し、前記菌が検出された場合に前記検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が高いと評価し、
前記検出デバイスで検体からHaemophilus paraphrohaemolyticusが検出された場合に前記検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が低いと評価する、歯周病検査キット。 A detection device for detecting at least one bacterium selected from the group consisting of Catonella sp., Peptococcus sp ., and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a human-derived specimen collected from the oral cavity ,
detecting at least one bacterium selected from the group consisting of Catonella sp. and Peptococcus sp. from a specimen using the detection device, and evaluating that the donor of the specimen is highly likely to be suffering from periodontal disease if the bacterium is detected;
A periodontal disease testing kit which, when Haemophilus paraphrohaemolyticus is detected from a sample by the detection device, evaluates that the possibility that the donor of the sample is suffering from periodontal disease is low .
口腔内から採取されたヒト由来の検体からCatonella sp、Peptococcus sp、及びHaemophilus paraphrohaemolyticusからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌の検出結果と;前記検体の提供者の歯周病の罹患確率又は歯周病の状態からなる群から選ばれる少なくとも一つの判断値と;から構成される複数の学習データに基づいて、前記判断値を決定する前記関数を学習する学習部を含み、
前記学習部は、前記学習データに基づいて、前記関数を用いて歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を決定した結果に対する報酬を計算する報酬計算部と、
該報酬計算部により計算された報酬が高くなるように、前記関数を更新する関数更新部と、
予め定められた収束条件を満たすまで、前記報酬計算部による計算及び前記関数更新部による更新を繰り返させる収束判定部と、
を含み、
前記関数は、
前記検体からCatonella sp及びPeptococcus spからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌が検出された場合に前記検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が高いことを示す前記判断値を決定し、
前記検体からHaemophilus paraphrohaemolyticusが検出された場合に前記検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が低いことを示す前記判断値を決定する機械学習装置。 A machine learning device that learns a function for determining a probability of developing periodontal disease or a state of periodontal disease,
a learning unit that learns the function for determining the judgment value based on a plurality of learning data consisting of a detection result of at least one type of bacteria selected from the group consisting of Catonella sp., Peptococcus sp ., and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a human-derived specimen collected from the oral cavity, and at least one judgment value selected from the group consisting of a probability of periodontal disease or a state of periodontal disease of the donor of the specimen;
The learning unit includes a reward calculation unit that calculates a reward for a result of determining the probability of developing periodontal disease or the state of periodontal disease using the function based on the learning data;
a function update unit that updates the function so that the reward calculated by the reward calculation unit becomes higher;
A convergence determination unit that repeats the calculation by the reward calculation unit and the update by the function update unit until a predetermined convergence condition is satisfied;
Including,
The function is
determining the judgment value indicating a high possibility that the donor of the sample is suffering from periodontal disease when at least one species of bacteria selected from the group consisting of Catonella sp. and Peptococcus sp. is detected from the sample;
A machine learning device that determines the judgment value indicating that the donor of the sample is unlikely to be suffering from periodontal disease when Haemophilus paraphrohaemolyticus is detected from the sample.
前記検出結果に基づいて、前記検体の提供者の歯周病の罹患確率又は歯周病の状態を表現した値を出力するように予め学習された学習済みモデルを用いて歯周病の罹患又は状態に関する確率を算出する処理であって、前記検体からCatonella sp及びPeptococcus spからなる群から選ばれる少なくとも1種の菌が検出された場合に前記検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が高いことを示す前記確率を算出し、前記検体からHaemophilus paraphrohaemolyticusが検出された場合に前記検体の提供者が歯周病に罹患している可能性が低いことを示す前記確率を算出する処理に用いられるデータ構造。 A data structure including a detection result of at least one bacterium selected from the group consisting of Catonella sp., Peptococcus sp ., and Haemophilus paraphrohaemolyticus from a human-derived specimen collected from the oral cavity, and information for identifying a donor of the specimen,
A data structure used in a process of calculating a probability regarding the occurrence or state of periodontal disease of the sample provider using a trained model that has been trained in advance to output a value representing the probability of occurrence or state of periodontal disease of the sample provider based on the detection results, the process calculating the probability indicating that the sample provider is highly likely to have periodontal disease when at least one type of bacteria selected from the group consisting of Catonella sp and Peptococcus sp is detected from the sample, and calculating the probability indicating that the sample provider is low likely to have periodontal disease when Haemophilus paraphrohaemolyticus is detected from the sample.
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