JP4901226B2 - Medical simulation system and computer program thereof - Google Patents

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Description

本発明は、糖尿病などの治療支援に用いられる医療用シミュレーションシステム及びそのコンピュータプログラムに関するものである。   The present invention relates to a medical simulation system used for supporting treatment of diabetes and the like and a computer program thereof.

病気の治療に際しては、医師による問診に加え、患者に対して様々な検査が行われるのが一般的である。
そして、医師は、患者の検査結果や臨床所見などの判断材料に基づいて、自己の経験と勘を頼りに、治療方法を選択しているというのが現状である。
When treating a disease, in addition to a doctor's inquiry, various tests are generally performed on patients.
The current situation is that doctors select treatment methods based on their own experiences and intuitions based on judgment materials such as patient test results and clinical findings.

したがって、診療に役立つ情報がコンピュータによって提供されれば、医師による診療が、より的確に行われることを期待できる。
診療を支援するシステムとしては、特許文献1及び特許文献2に記載されているように、血糖値を予測するシステムがある。
これらのシステムは、患者の血糖値の変化を予測して、予測血糖値を医師に提供することにより、診療を支援するものである。
Therefore, if information useful for medical care is provided by a computer, it can be expected that medical treatment by a doctor will be performed more accurately.
As systems that support medical care, there are systems that predict blood glucose levels, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2.
These systems support medical care by predicting a change in blood glucose level of a patient and providing the predicted blood glucose level to a doctor.

特開平10−332704号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-332704 特開平11−296598号公報JP-A-11-296598

適切な治療方法を選択する際には、医師が、病気の各種症状の原因を構成する要因を適切に把握することが望まれる。要因を適切に把握できれば、その要因を改善する治療を行うことで、より適切な治療が期待できる。
例えば、糖尿病の場合、その病気の程度を示す指標として「血糖値」が用いられる。しかし、「血糖値」は、あくまでも結果にすぎず、この結果をもたらしたインスリン分泌不全、末梢インスリン抵抗性、肝糖取込低下、肝糖放出亢進といった要因を、医師が的確に把握することが診療において重要である。
When selecting an appropriate treatment method, it is desired that a doctor appropriately grasps factors that constitute the causes of various symptoms of the disease. If the factors can be properly grasped, more appropriate treatment can be expected by performing treatment to improve the factors.
For example, in the case of diabetes, “blood glucose level” is used as an index indicating the degree of the disease. However, the “blood glucose level” is only a result, and doctors can accurately grasp the factors that caused this result, such as insulin secretion failure, peripheral insulin resistance, decreased hepatic glucose uptake, and increased hepatic glucose release. Important in clinical practice.

そして、医師が、的確な治療を行う際には、ある要因を治療した場合に、どの程度の治療効果が見込めるのかを把握できれば望ましい。   And when a doctor performs an appropriate treatment, it is desirable if the degree of treatment effect can be expected when a certain factor is treated.

また、糖尿病のような疾患においては、例えば、インスリン分泌不全と末梢インスリン抵抗性の両方が現れるといったように、複数の要因が組み合わさっている場合が多い。
このように複数の要因が同時に出現すると、薬剤の組み合わせが困難である等の理由により、全ての病態を治療することは、不可能なことがある。
このような場合には、いずれの要因に対する治療を施せば、効率の良い治療となるかを医師が判断する必要が生じる。
Moreover, in diseases such as diabetes, a plurality of factors are often combined, for example, both insulin secretion failure and peripheral insulin resistance appear.
When a plurality of factors appear at the same time, it may be impossible to treat all the medical conditions because of the difficulty in combining the drugs.
In such a case, it is necessary for a doctor to determine which factor should be treated to achieve an efficient treatment.

上記のような問題に鑑み、本発明は、糖尿病の要因に対する治療効果を治療前の状態と比較して予め確認できる医療用シミュレーションシステムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a medical simulation system capable of confirming in advance the therapeutic effect on the cause of diabetes compared to the state before treatment.

本発明は、生体の機能に関する内部パラメータセットを含む数理モデルによって表現された生体モデルを備えており、糖尿病患者の検査データを入力することによって構築された患者の生体モデルを用いて、擬似生体応答を生成する医療用シミュレーションシステムであって、表示手段と、処理手段と、を備え、前記処理手段は、患者の経口ブドウ糖負荷試験の時系列データの入力を受け付ける処理、入力された前記時系列データを模した擬似生体応答を出力する生体モデルを形成する内部パラメータセットを、前記患者の生体モデルの内部パラメータセットとして獲得する処理、前記患者の生体モデルの内部パラメータセットに含まれるパラメータの値を、生体機能状態値として、前記表示手段に表示する処理、前記表示手段に表示された患者の生体モデルのパラメータのうち置換対象となるパラメータの選択入力を受け付ける処理、前記表示手段に表示された患者の生体モデルのパラメータのうち、前記置換対象として選択されたパラメータの値を他の値に置換する処理、および置換された値が反映された生体モデルの出力である置換後擬似生体応答の時間的変化を示すグラフと、置換前のパラメータ値が反映された生体モデルの出力である置換前擬似生体応答の時間的変化を示すグラフを重ねて前記表示手段に表示する処理、を実行する。 The present invention includes a biological model expressed by a mathematical model including an internal parameter set relating to a biological function, and uses a biological model of a patient constructed by inputting test data of a diabetic patient, and uses a simulated biological response. A display unit and a processing unit, wherein the processing unit accepts input of time series data of an oral glucose tolerance test of a patient, and the time series data input A process for acquiring an internal parameter set forming a biological model that outputs a simulated biological response as an internal parameter set of the patient's biological model, a parameter value included in the internal parameter set of the patient's biological model, Processing to display on the display means as the biological function state value, displayed on the display means Processing of accepting a selection input of the replaced parameters among the parameters of the biological model of business, the of the parameters of the biological model of the patient displayed on the display unit, the value of the other value of the selected parameter as the replacement target The graph showing the temporal change in the post-replacement pseudo-biological response, which is the output of the biological model reflecting the replaced value, and the replacement, which is the output of the biological model reflecting the parameter value before replacement A process of superimposing graphs showing temporal changes in the pre-pseudo biological response and displaying them on the display means is executed.

上記本発明によれば、疾患の要因に対応するパラメータ値を、例えば、治療によって生体機能が回復したときの値に置換することで、治療効果が生じた生体モデルを生成できる。この生体モデルに基づくシミュレーションで得られた置換後疑似応答が、治療後の生体応答を模しているから、医師が治療効果を確認することができる。なお、置換は、生体機能が悪化する方向への変更であってもよい。
しかも、上記本発明では、置換前後の生体応答を表示することで、置換によって生体応答がどのように変化したかを容易に確認することができる。
According to the present invention, it is possible to generate a biological model in which a therapeutic effect is produced by replacing a parameter value corresponding to a disease factor with, for example, a value when the biological function is restored by treatment. Since the post-substitution pseudo-response obtained by simulation based on this biological model simulates the biological response after treatment, the doctor can confirm the therapeutic effect. Note that the replacement may be a change in a direction in which the biological function deteriorates.
Moreover, in the present invention, by displaying the biological response before and after the replacement, it is possible to easily confirm how the biological response has changed due to the replacement.

前記置換する処理では、前記置換対象となるパラメータの値を、正常な生体が持つべき値に置換するのが好ましい。この場合、置換によって治療が施された状態を得ることができ、治療効果を確認することができる。 In the replacement process, it is preferable that the value of the parameter to be replaced is replaced with a value that a normal living body should have. In this case, it is possible to obtain a state where treatment has been performed by replacement, and confirm the treatment effect.

前記処理手段は、パラメータの値の置換の仕方が異なる複数の生体モデルの出力であるそれぞれの置換後擬似生体応答に基づいて、治療効果の判断を支援するための判断支援情報を作成する処理を実行するのが好ましい。この場合、置換の仕方を替えることで、複数の置換後疑似生体応答が得られる。これらの複数の置換後疑似生体応答に基づいて判断支援情報を作成することで、より信頼性のある判断支援情報を得ることができる。 The processing means performs a process of creating determination support information for supporting determination of a therapeutic effect based on each post-substitution pseudo-biological response that is an output of a plurality of biological models with different parameter value replacement methods. Preferably it is performed. In this case, a plurality of post-substitution pseudo-biological responses can be obtained by changing the way of substitution. By creating determination support information based on the plurality of post-substitution pseudo-biological responses, more reliable determination support information can be obtained.

前記医療用シミュレーションシステムは、コンピュータを当該医療用シミュレーションシステムとして機能させるためのコンピュータプログラムをコンピュータに搭載することで実現することができる。   The medical simulation system can be realized by mounting a computer program for causing a computer to function as the medical simulation system.

本発明に係るシステム及びコンピュータプログラムによれば、糖尿の要因に対応する生体機能状態値を、例えば、治療によって生体機能が回復したときの値に置換することで、治療効果が生じた生体モデルを生成できる。この生体モデルに基づくシミュレーションで得られた置換後疑似応答が、治療後の生体応答を模しているから、医師が糖尿病の治療効果を治療前の状態と比較して確認することができる。
According to the system and computer program according to the present invention, the biological biological function state values corresponding to the factors of diabetes, for example, by substituting the value when the biological function is restored by the treatment, the therapeutic effect occurs A model can be generated. Since the post-substitution pseudo-response obtained by the simulation based on this biological model mimics the biological response after treatment, the doctor can confirm the therapeutic effect of diabetes in comparison with the state before treatment.

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の医療用シミュレーションシステム(以下、単にシステムともいう)の実施の形態を詳細に説明する。
[システム全体構成]
図1は、医療用シミュレーションシステムSSを、サーバ−クライアントシステムとして構成した場合のシステム構成図を示している。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a medical simulation system (hereinafter also simply referred to as a system) of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[Entire system configuration]
FIG. 1 shows a system configuration diagram when the medical simulation system SS is configured as a server-client system.

このシステムSSは、WebサーバS1の機能を含むサーバSと、サーバSにネットワークを介して接続されたクライアント端末Cと、によって構成されている。クライアント端末Cは、医師等のユーザによって使用される。
前記クライアント端末Cは、WebブラウザC1を備えている。このWebブラウザC1は、システムSSのユーザインターフェースとして機能し、ユーザは、WebブラウザC1上で、入力、必要な操作を行うことができる。また、WebブラウザC1には、サーバSで生成されて送信された画面が出力される。
This system SS includes a server S including the function of the Web server S1 and a client terminal C connected to the server S via a network. The client terminal C is used by a user such as a doctor.
The client terminal C includes a web browser C1. The web browser C1 functions as a user interface of the system SS, and the user can perform input and necessary operations on the web browser C1. In addition, the screen generated and transmitted by the server S is output to the Web browser C1.

サーバSは、クライアント端末CのWebブラウザC1からのアクセスを受け付けるWebサーバS1の機能を備えている。
また、サーバSには、WebブラウザC1で表示されるユーザインターフェース画面を生成するユーザインターフェイスプログラムS2がコンピュータ実行可能に搭載されている。このユーザインターフェイスプログラムS2は、WebブラウザC1に表示される画面を生成してクライアント端末Cに送信したり、WebブラウザC1上で入力された情報をクライアント端末Cから受け付ける機能を有している。
なお、クライアント端末Cは、サーバSから、WebブラウザC1に表示される画面の一部又は全部の機能を実現するためのjava(登録商標)アプレット等のプログラムをダウンロードして、WebブラウザC1に画面を表示してもよい。
The server S has a function of the Web server S1 that accepts access from the Web browser C1 of the client terminal C.
In addition, a user interface program S2 for generating a user interface screen displayed on the Web browser C1 is mounted on the server S so that the computer can be executed. The user interface program S2 has a function of generating a screen to be displayed on the Web browser C1 and transmitting it to the client terminal C, and receiving information input on the Web browser C1 from the client terminal C.
The client terminal C downloads a program such as a Java (registered trademark) applet for realizing a part or all of the screen displayed on the Web browser C1 from the server S, and displays the screen on the Web browser C1. May be displayed.

さらに、サーバSには、病態シミュレータプログラムS3がコンピュータ実行可能に搭載されている。この病態シミュレータプログラムS3は、後述のように生体モデルに基づいて疾患に関するシミュレーションを行うためのものである。
また、サーバSには、患者の検査結果等の各種データを有するデータベースS4が設けられており、システムSSに入力されたデータやシステムで生成されたデータその他のデータは、このデータベースS4に保存されている。
Further, the server S is loaded with a disease state simulator program S3 so that the computer can be executed. The pathological condition simulator program S3 is for performing a simulation regarding a disease based on a biological model as will be described later.
In addition, the server S is provided with a database S4 having various data such as patient examination results. Data input to the system SS, data generated by the system, and other data are stored in the database S4. ing.

上記のように、サーバSは、Webサーバとしての機能、インタフェース(画面)生成機能、病態シミュレータとしての機能を有している。
なお、図1では、医療用シミュレーションシステムの構成例として、ネットワーク接続されたサーバ−クライアントシステムを示しているが、本システムを、1つのコンピュータ上で構成してもよい。
As described above, the server S has a function as a Web server, an interface (screen) generation function, and a function as a disease state simulator.
In FIG. 1, a server-client system connected to a network is shown as an example of the configuration of the medical simulation system. However, this system may be configured on a single computer.

図2は、前記サーバSのハードウェア構成を示すブロック図である。前記サーバSは、本体S110と、ディスプレイS120と、入力デバイスS130とから主として構成されたコンピュータによって構成されている。本体S110は、CPU S110aと、ROM S110bと、RAM S110cと、ハードディスクS110dと、読出装置S110eと、入出力インタフェースS110fと、画像出力インタフェースS110hとから主として構成されており、CPU S110a、ROM S110b、RAM S110c、ハードディスクS110d、読出装置S110e、入出力インタフェースS110f、及び画像出力インタフェースS110hは、バスS110iによってデータ通信可能に接続されている。   FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of the server S. As shown in FIG. The server S is composed of a computer mainly composed of a main body S110, a display S120, and an input device S130. The main body S110 mainly comprises a CPU S110a, a ROM S110b, a RAM S110c, a hard disk S110d, a reading device S110e, an input / output interface S110f, and an image output interface S110h. The S110c, the hard disk S110d, the reading device S110e, the input / output interface S110f, and the image output interface S110h are connected via a bus S110i so that data communication is possible.

CPU S110aは、ROM S110bに記憶されているコンピュータプログラム及びRAM S110cにロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。そして、前記プログラムS2,S3などのアプリケーションプログラム140aを当該CPU S110aが実行することにより、後述するような各機能ブロックが実現され、コンピュータがシステムSSとして機能する。
ROM S110bは、マスクROM、PROM、EPROM、EEPROM等によって構成されており、CPU S110aに実行されるコンピュータプログラムおよびこれに用いるデータ等が記録されている。
The CPU S110a can execute a computer program stored in the ROM S110b and a computer program loaded in the RAM S110c. Then, when the CPU S110a executes the application program 140a such as the programs S2 and S3, each functional block as described later is realized, and the computer functions as the system SS.
The ROM S110b is configured by a mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM, or the like, in which computer programs executed by the CPU S110a, data used for the same, and the like are recorded.

RAM S110cは、SRAM又はDRAM等によって構成されている。RAM S110cは、ROM S110b及びハードディスクS110dに記録されているコンピュータプログラムの読み出しに用いられる。また、これらのコンピュータプログラムを実行するときに、CPU S110aの作業領域として利用される。
ハードディスクS110dは、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラム等、CPU S110aに実行させるための種々のコンピュータプログラム及び当該コンピュータプログラムの実行に用いるデータがインストールされている。プログラムS2,S3も、このハードディスクS110dにインストールされている。
The RAM S110c is configured by SRAM, DRAM, or the like. The RAM S110c is used for reading computer programs recorded in the ROM S110b and the hard disk S110d. Further, when these computer programs are executed, they are used as a work area of the CPU S110a.
The hard disk S110d is installed with various computer programs to be executed by the CPU S110a, such as an operating system and application programs, and data used for executing the computer programs. Programs S2 and S3 are also installed in the hard disk S110d.

読出装置S110eは、フレキシブルディスクドライブ、CD−ROMドライブ、又はDVD−ROMドライブ等によって構成されており、可搬型記録媒体S140に記録されたコンピュータプログラム又はデータを読み出すことができる。また、可搬型記録媒体S140には、コンピュータを本発明のシステムとして機能させるためのアプリケーションプログラムS140a(S2,S3)が格納されており、コンピュータが当該可搬型記録媒体S140から本発明に係るアプリケーションプログラムS140aを読み出し、当該アプリケーションプログラムS140aをハードディスクS110dにインストールすることが可能である。   The reading device S110e is configured by a flexible disk drive, a CD-ROM drive, a DVD-ROM drive, or the like, and can read a computer program or data recorded on the portable recording medium S140. In addition, the portable recording medium S140 stores an application program S140a (S2, S3) for causing the computer to function as the system of the present invention. It is possible to read S140a and install the application program S140a in the hard disk S110d.

なお、前記アプリケーションプログラムS140aは、可搬型記録媒体S140によって提供されるのみならず、電気通信回線(有線、無線を問わない)によってコンピュータと通信可能に接続された外部の機器から前記電気通信回線を通じて提供することも可能である。例えば、前記アプリケーションプログラムがインターネット上のアプリケーションプログラム提供サーバコンピュータのハードディスク内に格納されており、このサーバコンピュータにアクセスして、当該コンピュータプログラムをダウンロードし、これをハードディスクS110dにインストールすることも可能である。
また、ハードディスクS110dには、例えば米マイクロソフト社が製造販売するWindows(登録商標)等のグラフィカルユーザインタフェース環境を提供するオペレーティングシステムがインストールされている。以下の説明においては、本実施形態に係るアプリケーションプログラムS140a(S2,S3)は当該オペレーティングシステム上で動作するものとしている。
Note that the application program S140a is not only provided by the portable recording medium S140, but also from an external device that is communicably connected to a computer via an electric communication line (whether wired or wireless) through the electric communication line. It is also possible to provide. For example, the application program is stored in a hard disk of an application program providing server computer on the Internet. The server computer can be accessed to download the computer program and install it on the hard disk S110d. .
In addition, an operating system that provides a graphical user interface environment such as Windows (registered trademark) manufactured and sold by US Microsoft Co. is installed in the hard disk S110d. In the following description, the application program S140a (S2, S3) according to the present embodiment is assumed to operate on the operating system.

入出力インタフェースS110fは、例えばUSB、IEEE1394、RS−232C等のシリアルインタフェース、SCSI、IDE、IEEE1284等のパラレルインタフェース、およびD/A変換器、A/D変換器等からなるアナログインタフェース等から構成されている。入出力インタフェースS110fには、キーボードおよびマウスからなる入力デバイスS130が接続されており、ユーザが当該入力デバイスS130を使用することにより、コンピュータにデータを入力することが可能である。
画像出力インタフェースS110hは、LCDまたはCRT等で構成されたディスプレイS120に接続されており、CPU S110aから与えられた画像データに応じた映像信号をディスプレイS120に出力するようになっている。ディスプレイS120は、入力された映像信号にしたがって、画像(画面)を表示する。
The input / output interface S110f includes, for example, a serial interface such as USB, IEEE 1394, and RS-232C, a parallel interface such as SCSI, IDE, and IEEE1284, and an analog interface including a D / A converter and an A / D converter. ing. An input device S130 including a keyboard and a mouse is connected to the input / output interface S110f, and the user can input data to the computer by using the input device S130.
The image output interface S110h is connected to a display S120 configured by an LCD, a CRT, or the like, and outputs a video signal corresponding to the image data given from the CPU S110a to the display S120. The display S120 displays an image (screen) according to the input video signal.

なお、前記クライアント端末Cのハードウェア構成も、前記サーバSのハードウェア構成と略同様である。   The hardware configuration of the client terminal C is substantially the same as the hardware configuration of the server S.

[シミュレーションシステムにおける生体モデル]
図3は、システムSSの病態シミュレータプログラムS3で用いられる生体モデルの一例の全体構成を示すブロック図である。この生体モデルは、特に、糖尿病に関連した生体器官(生体機能)を模したものであり、膵臓ブロック1、肝臓ブロック2、インスリン動態ブロック3及び末梢組織ブロック4から構成されている。
[Biological model in simulation system]
FIG. 3 is a block diagram showing an overall configuration of an example of a biological model used in the pathological condition simulator program S3 of the system SS. This biological model imitates a biological organ (biological function) particularly related to diabetes, and includes a pancreas block 1, a liver block 2, an insulin dynamic block 3, and a peripheral tissue block 4.

各ブロック1,2,3,4は、それぞれ入力と出力を有している。すなわち、膵臓ブロック1は、血中グルコース濃度6を入力とし、インスリン分泌速度7を出力としている。
肝臓ブロック2は、消化管からのグルコース吸収5、血中グルコース濃度6及びインスリン分泌速度7を入力とし、正味グルコース放出8及び肝臓通過後インスリン9を出力としている。
また、インスリン動態ブロック3は、肝臓通過後インスリン9を入力とし、末梢組織でのインスリン濃度10を出力としている。
さらに、末梢組織ブロック4は、正味グルコース放出8及び末梢組織でのインスリン濃度10を入力とし、血中グルコース濃度6を出力としている。
Each block 1, 2, 3, 4 has an input and an output, respectively. That is, the pancreas block 1 has the blood glucose concentration 6 as an input and the insulin secretion rate 7 as an output.
The liver block 2 receives glucose absorption 5 from the gastrointestinal tract, blood glucose concentration 6 and insulin secretion rate 7, and outputs net glucose release 8 and insulin 9 after passing through the liver.
In addition, the insulin dynamic block 3 has the insulin 9 after passing through the liver as an input and the insulin concentration 10 in the peripheral tissue as an output.
Further, the peripheral tissue block 4 has the net glucose release 8 and the insulin concentration 10 in the peripheral tissue as inputs, and the blood glucose concentration 6 as an output.

グルコース吸収5は、生体モデル外部から与えられるデータである。本実施形態において、グルコース吸収に関するデータは、入力する検査データ(生体応答)の種類に応じて、あらかじめ定められた値を記憶させておく。
また、それぞれの機能ブロック1〜4は、シミュレータプログラムがサーバSのCPUによって実行されることにより実現される。
The glucose absorption 5 is data given from outside the biological model. In the present embodiment, as data relating to glucose absorption, a predetermined value is stored according to the type of test data (biological response) to be input.
Each of the functional blocks 1 to 4 is realized by executing a simulator program by the CPU of the server S.

つぎに、前述した例における各ブロックの詳細について説明する。なお、FGB及びWsはそれぞれ空腹時血糖値(FGB=BG(0))及び想定体重を示しており、またDVg及びDViはそれぞれグルコースに対する分布容量体積及びインスリンに対する分布容量体積を示している。   Next, details of each block in the above-described example will be described. Note that FGB and Ws indicate the fasting blood glucose level (FGB = BG (0)) and the assumed body weight, respectively, and DVg and DVi indicate the distribution volume volume for glucose and the distribution volume volume for insulin, respectively.

[生体モデルの膵臓ブロック]
膵臓ブロック1の入出力の関係は、以下の微分方程式(1)を用いて記述することができる。また、微分方程式(1)と等価な、図4に示されるブロック線図を用いて表現することもできる。
微分方程式(1):
dY/dt = −α{Y(t)−β(BG(t)−h)}
(ただし、BG(t)> h)
= −αY(t) (ただし、BG(t)<=h)
dX/dt = −M・X(t)+Y(t)
SR(t) = M・X(t)
変数:
BG(t):血糖値
X(t) :膵臓から分泌可能なインスリン総量
Y(t) :グルコース刺激に対しX(t)に新たに供給されるインスリン供給速度
SR(t):膵臓からのインスリン分泌速度
パラメータ:
h :インスリン供給を刺激できるグルコース濃度のしきい値
α :グルコース刺激に対する追従性
β :グルコース刺激に対する感受性
M :単位濃度あたりの分泌速度
ここで、図3における膵臓ブロック1への入力である血糖値6はBG(t)と対応し、また出力であるインスリン分泌速度7はSR(t)と対応する。
[Pancreatic block of biological model]
The input / output relationship of the pancreas block 1 can be described using the following differential equation (1). It can also be expressed using a block diagram equivalent to the differential equation (1) shown in FIG.
Differential equation (1):
dY / dt = −α {Y (t) −β (BG (t) −h)}
(However, BG (t)> h)
= −αY (t) (where BG (t) <= h)
dX / dt = −M · X (t) + Y (t)
SR (t) = M · X (t)
variable:
BG (t): Blood glucose level X (t): Total amount of insulin secretable from pancreas Y (t): Insulin supply rate newly supplied to X (t) in response to glucose stimulation SR (t): Insulin from pancreas Secretion rate parameters:
h: threshold of glucose concentration capable of stimulating insulin supply α: followability to glucose stimulation β: sensitivity to glucose stimulation M: secretion rate per unit concentration Here, blood glucose level as input to pancreatic block 1 in FIG. 6 corresponds to BG (t), and the output insulin secretion rate 7 corresponds to SR (t).

図4のブロック線図において、6は血糖値BG(t)、7は膵臓からのインスリン分泌速度SR(t)、12はインスリン供給を刺激できるグルコース濃度のしきい値h、13はグルコース刺激に対する感受性β、14はグルコース刺激に対する追従性α、15は積分要素、16はグルコース刺激に対して新たに供給されるインスリン供給速度Y(t)、17は積分要素、18は膵臓から分泌可能なインスリン総量X(t)、19は単位濃度当たりの分泌速度Mをそれぞれ示している。   In the block diagram of FIG. 4, 6 is a blood glucose level BG (t), 7 is an insulin secretion rate SR (t) from the pancreas, 12 is a glucose concentration threshold value h that can stimulate insulin supply, and 13 is a glucose stimulus. Sensitivity β, 14 is a follow-up α to glucose stimulation, 15 is an integral element, 16 is an insulin supply rate Y (t) newly supplied for glucose stimulation, 17 is an integral element, and 18 is insulin that can be secreted from the pancreas The total amount X (t), 19 indicates the secretion rate M per unit concentration.

[生体モデルの肝臓ブロック]
肝臓ブロック2の入出力の関係は、以下の微分方程式(2)を用いて記述することができる。また、微分方程式(2)と等価な、図5に示されるブロック線図を用いて表現することもできる。
微分方程式(2):
dI(t)/dt = α2{−A(t) + (1−A)・SR(t) }
Goff(FGB) = f1 (ただし FGB<f3)
= f1 + f2・(FGB−f3)
(ただしFGB>=f3)
Func1(FGB)= f4 − f5・(FGB−f6)
Func2(FGB)=f7/FGB
b1(I(t))= f8{1 + f9・I4(t)}
HGU(t) =r・Func1(FGB)・b1(I(t))・RG(t)+ (1−r)・Kh・BG(t)・I(t) (ただしHGU(t)>=0)
HGP(t) = I4off・Func2(FGB)・b2+Goff(FGB)−I(t)・Func2(FGB)・b2 (ただしHGP(t)>= 0)
SGO(t) =RG(t)+ HGP(t)−HGU(t)
SRpost(t) = ASR(t)
変数:
BG(t):血糖値(血液単位体積あたりのグルコース濃度)
SR(t):膵臓からのインスリン分泌速度
SRpost(t):肝臓通過後のインスリン
RG(t) :消化管からのグルコース吸収
HGP(t) :肝糖放出
HGU(t) :肝糖取込
SGO(t) :肝臓からの正味グルコース
(t) :肝インスリン濃度
パラメータ:
Kh :単位インスリン、単位グルコース当たりの肝臓でのインスリン依存グルコース取り込み速度
:肝臓でのインスリン通過率
Goff :基礎代謝に対するグルコース放出速度
b2 :肝糖放出抑制率に関する調整項
r :インスリン非依存性肝糖取り込みへの分配率
α2 :インスリン刺激に対する追従性
4off :肝糖放出が抑制されるインスリン濃度のしきい値
関数:
Goff(FGB): 基礎代謝に対するグルコース放出速度
Func1(FGB): 消化管からのグルコース刺激に対する肝糖取り込み率
Func2(FGB): インスリン刺激に対する肝糖放出抑制率
f1〜f9 : 上記の3要素の表現にあたって用いた定数
b1(I(t)): 肝糖取り込み率に関する調整項
ここで、図3における肝臓ブロックへの入力である、消化管からのグルコース吸収5はRG(t)、血糖値6はBG(t)、インスリン分泌速度7はSR(t)とそれぞれ対応し、また出力である正味グルコース放出8はSGO(t)、肝臓通過後インスリン9はSRpost(t)とそれぞれ対応している。
[Liver model liver block]
The input / output relationship of the liver block 2 can be described using the following differential equation (2). It can also be expressed using the block diagram shown in FIG. 5, which is equivalent to the differential equation (2).
Differential equation (2):
dI 4 (t) / dt = α2 {−A 3 I 4 (t) + (1−A 7 ) · SR (t)}
Goff (FGB) = f1 (where FGB <f3)
= F1 + f2 · (FGB-f3)
(However, FGB> = f3)
Func1 (FGB) = f4−f5 · (FGB−f6)
Func2 (FGB) = f7 / FGB
b1 (I 4 (t)) = f8 {1 + f9 · I4 (t)}
HGU (t) = r · Func1 (FGB) · b1 (I 4 (t)) · RG (t) + (1-r) · Kh · BG (t) · I 4 (t) ( where HGU (t) > = 0)
HGP (t) = I 4off · Func2 (FGB) · b2 + G off (FGB) -I 4 (t) · Func2 (FGB) · b2 ( where HGP (t)> = 0)
SGO (t) = RG (t) + HGP (t) -HGU (t)
SRpost (t) = A 7 SR (t)
variable:
BG (t): blood glucose level (glucose concentration per unit volume of blood)
SR (t): rate of insulin secretion from the pancreas SRpost (t): insulin after passing through the liver RG (t): glucose absorption from the gastrointestinal tract HGP (t): liver glucose release HGU (t): liver glucose uptake SGO (T): Net glucose from the liver I 4 (t): Liver insulin concentration parameter:
Kh: Insulin-dependent glucose uptake rate in the liver per unit insulin, unit glucose A 7 : Insulin passage rate in the liver Goff: Glucose release rate relative to basal metabolism b2: Adjustment term relating to liver glucose release inhibition rate r: Insulin-independent Distribution ratio to hepatic glucose uptake α2: followability to insulin stimulation I 4off : threshold function of insulin concentration at which hepatic glucose release is suppressed:
Goff (FGB): Glucose release rate for basal metabolism Func1 (FGB): liver glucose uptake rate for glucose stimulation from the gastrointestinal tract Func2 (FGB): liver glucose release inhibition rate for insulin stimulation f1-f9: Expression of the above three elements Constant b1 (I 4 (t)) used in the adjustment: Here, the adjustment term relating to the liver glucose uptake rate, where glucose absorption 5 from the digestive tract, which is an input to the liver block in FIG. 3, is RG (t), blood glucose level 6 BG (t), insulin secretion rate 7 corresponds to SR (t), output net glucose release 8 corresponds to SGO (t), and post-liver insulin 9 corresponds to SRpost (t) .

図5のブロック線図において、5は消化管からのグルコース吸収RG(t)、6は血糖値BG(t)、7は膵臓からのインスリン分泌速度SR(t)、8は肝臓からの正味グルコースSGO(t)、9は肝臓通過後のインスリンSRpost(t)、24は肝臓のインスリン取込み率(1−A7)、25はインスリン刺激に対する追従性α2、26は肝臓でのインスリン消失速度A3、27は積分要素、28は肝インスリン濃度I(t)、29はインスリン依存性肝糖取り込み分配率(1−r)、30は単位インスリン、単位グルコース当たりの肝臓でのインスリン依存グルコース取り込み速度Kh、31はインスリン非依存性肝糖取り込みへの分配率r、32は消化管からのグルコース刺激に対する肝糖取り込み率Func1(FGB)、33は肝糖取り込み率に関する調整項b1(I(t))、34は肝糖取込HGU(t)、35は肝糖放出が抑制されるインスリン濃度のしきい値I4off、36はインスリン刺激に対する肝糖放出抑制率Func2(FGB)、37は肝糖放出抑制率に関する調整項b2、38は基礎代謝に対する内因性グルコース放出速度、39は肝糖放出HGP(t)、40は肝臓でのインスリン通過率Aを示している。 In the block diagram of FIG. 5, 5 is glucose absorption RG (t) from the digestive tract, 6 is blood glucose level BG (t), 7 is insulin secretion rate SR (t) from the pancreas, and 8 is net glucose from the liver. SGO (t), 9 is insulin SRpost (t) after passing through the liver, 24 is the insulin uptake rate of the liver (1-A7), 25 is the follow-up α2 to the insulin stimulation, 26 is the rate of insulin disappearance A3, 27 in the liver Is an integral factor, 28 is a liver insulin concentration I 4 (t), 29 is an insulin-dependent hepatic glucose uptake distribution rate (1-r), 30 is a unit insulin, an insulin-dependent glucose uptake rate Kh in the liver per unit glucose, 31 is the distribution rate r for insulin-independent liver glucose uptake, 32 is the liver glucose uptake rate for glucose stimulation from the digestive tract Func1 (FGB) 33 adjustment term b1 (I 4 (t)) relating to hepatic glucose uptake rate, 34 is hepatic glucose output uptake HGU (t), 35 is insulin concentration hepatic glucose release is suppressed threshold I 4off, 36 is insulin Inhibition rate of liver glucose release to stimulus Func2 (FGB), 37 is an adjustment term b2 relating to the inhibition rate of liver glucose release, 38 is an endogenous glucose release rate relative to basal metabolism, 39 is liver glucose release HGP (t), 40 is liver It indicates insulin passage rate a 7.

[生体モデルのインスリン動態ブロック]
インスリン動態分泌の入出力の関係は、以下の微分方程式(3)を用いて記述することができる。また、微分方程式(3)と等価な、図6に示されるブロック線図を用いて表現することもできる。
微分方程式(3):
dI(t)/dt = −A(t)+A(t)+A(t)+SRpost(t)
dI(t)/dt= A(t)− A(t)
dI(t)/dt=A(t) − A(t)
変数:
SRpost(t):肝臓通過後のインスリン
(t) :血中インスリン濃度
(t) :インスリン非依存組織でのインスリン濃度
(t) :末梢組織でのインスリン濃度
パラメータ:
:末梢組織でのインスリン消失速度
:末梢組織へのインスリン分配率
:肝臓通過後のインスリン消失速度
:末梢組織通過後のインスリン流出速度
:インスリン非依存組織でのインスリン消失速度
:インスリン非依存組織へのインスリン分配率
ここで、図3におけるインスリン動態ブロックの入力である肝臓通過後のインスリン9は、SRpost(t)と対応し、また出力である末梢組織でのインスリン濃度10は、I(t)と対応する。
[Insulin dynamics block of biological model]
The relationship between input and output of insulin dynamic secretion can be described using the following differential equation (3). It can also be expressed using the block diagram shown in FIG. 6, which is equivalent to the differential equation (3).
Differential equation (3):
dI 1 (t) / dt = −A 3 I 1 (t) + A 5 I 2 (t) + A 4 I 3 (t) + SRpost (t)
dI 2 (t) / dt = A 6 I 1 (t) −A 5 I 2 (t)
dI 3 (t) / dt = A 2 I 1 (t) −A 1 I 3 (t)
variable:
SRpost (t): insulin after passing through the liver I 1 (t): blood insulin concentration I 2 (t): insulin concentration in non-insulin-dependent tissue I 3 (t): insulin concentration parameter in peripheral tissue:
A 1 : Insulin disappearance rate in peripheral tissue A 2 : Insulin distribution rate to peripheral tissue A 3 : Insulin disappearance rate after passing through liver A 4 : Insulin outflow rate after passing through peripheral tissue A 5 : In insulin independent tissue Insulin disappearance rate A 6 : Insulin distribution rate to non-insulin-dependent tissues Here, the insulin 9 after passing through the liver, which is the input of the insulin dynamic block in FIG. 3, corresponds to SRpost (t) and is the peripheral tissue that is the output The insulin concentration of 10 corresponds to I 3 (t).

図6のブロック線図において、9は肝臓通過後のインスリンSRpost(t)、10は末梢組織でのインスリン濃度I(t)、50は積分要素、51は肝臓通過後のインスリン消失速度A、52は血中インスリン濃度I(t)、53は末梢組織へのインスリン分配率A、54は積分要素、55は末梢組織でのインスリン消失速度A1、56は末梢組織通過後のインスリン流出速度A、57はインスリン非依存組織へのインスリン分配率A、58は積分要素、59はインスリン非依存組織でのインスリン濃度I(t)、60はインスリン非依存組織でのインスリン消失速度Aをそれぞれ示している。 In the block diagram of FIG. 6, 9 is the insulin SR post (t) after passing through the liver, 10 is the insulin concentration I 3 (t) in the peripheral tissue, 50 is the integral element, 51 is the insulin disappearance rate A 3 after passing through the liver , 52 is the blood insulin concentration I 1 (t), 53 is the insulin distribution ratio A 2 to the peripheral tissue, 54 is the integral element, 55 is the insulin disappearance rate A1 in the peripheral tissue, 56 is the insulin efflux after passing through the peripheral tissue The rate A 4 , 57 is the insulin distribution rate A 6 to the insulin-independent tissue, 58 is an integral factor, 59 is the insulin concentration I 2 (t) in the insulin-independent tissue, and 60 is the rate of insulin disappearance in the insulin-independent tissue shows a 5, respectively.

[生体モデルの末梢組織ブロック]
末梢組織ブロック4の入出力の関係は、以下の微分方程式(4)を用いて記述することができる。また、微分方程式(4)と等価な、図7に示されるブロック線図を用いて表現することもできる。
微分方程式(4):
dBG´/dt=SGO(t)−u* Goff(FGB)−Kb(BG´(t)−FBG´)−Kp・I(t)・BG´(t)
変数:
BG´(t) :血糖値(単位体重あたりのグルコース濃度)
(ただしBG[mg/dl]、BG´[mg/kg])
SGO(t) :肝臓からの正味グルコース
(t) :末梢組織でのインスリン濃度
FBG´ :空腹時血糖(ただしFBG´=BG´(0))
パラメータ:
Kb :末梢組織でのインスリン非依存グルコース消費速度
Kp :単位インスリン、単位グルコースあたりの
末梢組織でのインスリン依存グルコース消費速度
u :基礎代謝に対するグルコース放出速度のうち
基礎代謝に対するインスリン非依存グルコース消費が占める割合
関数:
Goff(FGB):基礎代謝に対するグルコース放出速度
f1〜f3 :Goffの表現にあたって用いた定数
ここで、図3における末梢組織ブロックへの入力である末梢組織でのインスリン濃度10はI(t)、肝臓からの正味グルコース8はSGO(t)とそれぞれ対応し、また出力である血糖値6はBG(t)と対応する。
[Peripheral tissue block of biological model]
The input / output relationship of the peripheral tissue block 4 can be described using the following differential equation (4). It can also be expressed using the block diagram shown in FIG. 7 equivalent to the differential equation (4).
Differential equation (4):
dBG ′ / dt = SGO (t) −u * Goff (FGB) −Kb (BG ′ (t) −FBG ′) − Kp · I 3 (t) · BG ′ (t)
variable:
BG ′ (t): blood glucose level (glucose concentration per unit body weight)
(However, BG [mg / dl], BG '[mg / kg])
SGO (t): Net glucose from the liver I 3 (t): Insulin concentration in peripheral tissues FBG ′: Fasting blood glucose (however, FBG ′ = BG ′ (0))
Parameters:
Kb: Insulin-independent glucose consumption rate in peripheral tissues Kp: Insulin-dependent glucose consumption rate in peripheral tissues per unit insulin, unit glucose u: Insulin-independent glucose consumption for basal metabolism out of glucose release rates for basal metabolism Ratio function:
Goff (FGB): Glucose release rate for basal metabolism f1 to f3: constants used in expressing Goff Here, the insulin concentration 10 in the peripheral tissue, which is the input to the peripheral tissue block in FIG. 3, is I 3 (t), Net glucose 8 from the liver corresponds to SGO (t), respectively, and the output blood glucose level 6 corresponds to BG (t).

図7のブロック線図において、6は血糖値BG(t)、8は肝臓からの正味グルコースSGO(t)、10は末梢組織でのインスリン濃度I(t)、70は基礎代謝に対するインスリン非依存グルコース消費速度u* Goff(FGB)、71は積分要素、72は末梢組織でのインスリン非依存グルコース消費速度Kb、73は単位インスリン、単位グルコース当たりの末梢組織でのインスリン依存グルコース消費速度Kp、74は単位変換定数Ws/DVgをそれぞれ示している。 In the block diagram of FIG. 7, 6 is the blood glucose level BG (t), 8 is the net glucose SGO (t) from the liver, 10 is the insulin concentration I 3 (t) in the peripheral tissues, and 70 is the insulin non-basic for basal metabolism. Dependent glucose consumption rate u * Goff (FGB), 71 is an integral factor, 72 is insulin-independent glucose consumption rate Kb in peripheral tissues, 73 is unit insulin, insulin-dependent glucose consumption rate Kp in peripheral tissues per unit glucose, Reference numeral 74 denotes a unit conversion constant Ws / DVg.

図3に示されるように、本システムを構成するブロック間の入力、出力は、相互に接続されているため、消化管からのグルコース吸収5を与えることで、疑似生体応答として血糖値及びインスリン濃度の時系列変化を、数式に基づいて計算し、シミュレートすることができる。   As shown in FIG. 3, since the input and output between the blocks constituting this system are connected to each other, by giving glucose absorption 5 from the digestive tract, the blood glucose level and the insulin concentration are given as a simulated biological response. Can be calculated and simulated based on mathematical expressions.

本システムの微分方程式の計算には、例えばE−CELL(慶應義塾大学公開ソフトウェア)やMATLAB(マスワークス社製品)を用いることができるが、他の計算システムを用いてもよい。   For example, E-CELL (Keio University public software) and MATLAB (product of Massworks) can be used to calculate the differential equation of this system, but other calculation systems may be used.

[全体の処理手順]
図8は、本システムSSが、医師による治療効果の判断を支援するための判断支援情報を生成して表示するまでの処理手順を示している。
図8の処理は、大きくわけて、生体応答入力処理STP1、置換前処理STP2、置換処理STP3、置換後処理STP4、そして判断支援情報作成処理STP5を含んでいる。
なお、図8の処理は、ユーザインターフェイスプログラムS2又は病態シミュレータプログラムS3がコンピュータによって実行されることによって実現される。
[Overall procedure]
FIG. 8 shows a processing procedure until the present system SS generates and displays determination support information for supporting the determination of the therapeutic effect by the doctor.
The process of FIG. 8 roughly includes a biological response input process STP1, a pre-replacement process STP2, a replacement process STP3, a post-replacement process STP4, and a determination support information creation process STP5.
Note that the processing of FIG. 8 is realized by the user interface program S2 or the disease state simulator program S3 being executed by a computer.

[生体応答入力処理STP1]
まず、生体応答情報(実測臨床データ)としてのOGTT(Oral Glucose Tolerance Test;経口ブドウ糖負荷試験)時系列データの入力処理が行われる。
OGTT時系列データは、生体モデルによってシミュレートしようとする患者に対して実際に行った検査であるOGTT(所定量のブドウ糖液を経口負荷して血糖値や血中インスリン濃度の時間的変化を測定)の結果であり、本システムは、クライアント端末Cから、実際の生体応答(実際の検査値)として入力を受け付ける。ここでは、OGTT時系列データとして、血糖値データとインスリン濃度データの2つが入力される。
クライアント端末Cに入力された生体応答情報は、サーバSに送信され、サーバSは、その情報を受け付ける。このように、サーバSは、生体応答入力部としての機能を有している。
なお、生体応答入力は、システム外の他のコンピュータから生体応答情報がシステムSSへ送信されることによって行われても良い。
[Biological response input process STP1]
First, input processing of OGTT (Oral Glucose Tolerance Test) time-series data as biological response information (measured clinical data) is performed.
OGTT time-series data is OGTT, which is a test actually performed on a patient to be simulated by a living body model (measures temporal changes in blood glucose level and blood insulin concentration by orally loading a predetermined amount of glucose solution) The system receives an input from the client terminal C as an actual biological response (actual test value). Here, two blood glucose level data and insulin concentration data are input as OGTT time-series data.
The biological response information input to the client terminal C is transmitted to the server S, and the server S receives the information. Thus, the server S has a function as a biological response input unit.
The biological response input may be performed by transmitting biological response information from another computer outside the system to the system SS.

図9は、入力された血糖値とインスリン濃度の実測値(時間的変化)をグラフ上に画面表示した例を示している。この図9の画面は、クライアント端末C(必要であればサーバSでも)表示可能である。
なお、図9の血糖値データは、図3〜図7に示す生体モデルにおける出力項目の1つである血糖値BG(t)の時間的変化に対応した実測データである。
また、図9のインスリン濃度変動データは、図3〜図7に示す生体モデルにおける出力項目の一つである血中インスリン濃度I(t)の時間的変化に対応した実測データである。
FIG. 9 shows an example in which the input blood glucose level and the actually measured value (temporal change) of the insulin concentration are displayed on a graph. The screen of FIG. 9 can be displayed on the client terminal C (also on the server S if necessary).
The blood glucose level data in FIG. 9 is actually measured data corresponding to temporal changes in the blood glucose level BG (t), which is one of the output items in the biological model shown in FIGS.
9 is actually measured data corresponding to a temporal change in blood insulin concentration I 1 (t) which is one of output items in the biological model shown in FIGS.

[置換前処理STP2]
続いて、置換前処理として、生体モデルのパラメータセット獲得処理STP2−1、病態シミュレーション処理STP2−2、表示処理STP2−3が行われる。
[Pre-replacement process STP2]
Subsequently, as a pre-replacement process, a biological model parameter set acquisition process STP2-1, a pathological condition simulation process STP2-2, and a display process STP2-3 are performed.

[生体モデルのパラメータセット獲得処理(生体機能状態値生成処理)STP2−1]
図3〜図7に示す上述の生体モデルによって、個々の患者の生体器官をシミュレートするには、個々の患者に応じた特性を有する生体モデルを生成する必要がある。具体的には、生体モデルのパラメータと変数の初期値とを、個々の患者に応じて決定し、決定されたパラメータ及び初期値を生体モデルに適用して、個々の患者に対応した生体モデルを生成する必要がある(なお、以下では、特に区別しなければ、変数の初期値も生成対象のパラメータに含めるものとする)。
[Biometric Model Parameter Set Acquisition Processing (Biological Function State Value Generation Processing) STP2-1]
In order to simulate a living organ of an individual patient using the above-described living body model shown in FIGS. 3 to 7, it is necessary to generate a living body model having characteristics corresponding to the individual patient. Specifically, the parameters of the biological model and the initial values of the variables are determined according to the individual patient, and the determined parameters and initial values are applied to the biological model to obtain a biological model corresponding to the individual patient. (In the following, unless otherwise distinguished, initial values of variables are also included in the parameters to be generated).

このため、本システムSSのサーバSは、生体モデルの内部パラメータの組である内部パラメータセット(以下、単に「パラメータセット」ということがある)を求め、求めたパラメータセットが適用された生体モデルを生成する機能を有している。なお、この機能は、病態シミュレータプログラムS3によって実現されている。
生体モデル生成部によって生成されたパラメータセットを前記生体モデルに与えることで、生体モデル演算部が、生体器官の機能のシミュレートを行って、実際の生体応答(検査結果)を模した疑似応答を出力することができる。
For this reason, the server S of the present system SS obtains an internal parameter set (hereinafter simply referred to as “parameter set”) that is a set of internal parameters of the biological model, and determines the biological model to which the obtained parameter set is applied. It has a function to generate. This function is realized by the disease state simulator program S3.
By providing the biological model with the parameter set generated by the biological model generation unit, the biological model calculation unit simulates the function of the biological organ and generates a pseudo response that simulates the actual biological response (test result). Can be output.

以下、実際の患者(生体)の検査結果(生体応答)に基づき、その患者の生体器官を模した生体モデルを形成するためのパラメータ(生体機能状態値)のセットを生成するパラメータセット獲得処理の詳細について説明する。   Hereinafter, a parameter set acquisition process for generating a set of parameters (biological function state values) for forming a living body model imitating a living body organ of the patient based on a test result (biological response) of an actual patient (living body) Details will be described.

[テンプレートマッチングSTP2−1−1]
図10に示すように、本システムSSは、入力されたOGTT時系列データと、テンプレートデータベースDB1のテンプレートとのマッチングを行う。なお、テンプレートデータベースDB1は、サーバSのデータベースS4に含まれる1つのデータベースである。
テンプレートデータベースDB1は、図11に示すように、テンプレートとなる生体モデルの参照用出力値T1,T2,・・と、当該参照用出力値を発生させるパラメータセットPS#01,PS#02・・とが対応付けられた複数組のデータが予め格納されたものである。参照用出力値とパラメータセットの組を作成するには、任意の参照用出力値に対して、適当なパラメータセットを割り当てたり、逆に任意のパラメータセットを選択した場合の生体モデルの出力を生体シミュレーションシステムで求めたりすればよい。
[Template matching STP2-1-1]
As shown in FIG. 10, the present system SS performs matching between the input OGTT time-series data and the template of the template database DB1. The template database DB1 is one database included in the database S4 of the server S.
As shown in FIG. 11, the template database DB1 includes reference output values T1, T2,... Of a biological model to be a template, and parameter sets PS # 01, PS # 02,. Are stored in advance. To create a set of reference output values and parameter sets, assign an appropriate parameter set to any reference output value, or conversely, output the biometric model when any parameter set is selected. It may be obtained with a simulation system.

図12は、テンプレート(参照用出力値)T1の例を示している。図12(a)は、テンプレートとしての血糖値データであり、図3〜図7に示す生体モデルにおける出力項目の一つである血糖値BG(t)の時間的変化に対応した参照用時系列データである。図12(b)は、テンプレートとしての血中インスリン濃度データであり、図3〜図7に示す生体モデルにおける出力項目の一つである血中インスリン濃度I(t)の時間的変化に対応した参照用時系列データである。 FIG. 12 shows an example of a template (reference output value) T1. FIG. 12A shows blood glucose level data as a template, and a reference time series corresponding to a temporal change in blood glucose level BG (t), which is one of output items in the biological model shown in FIGS. It is data. FIG. 12B shows blood insulin concentration data as a template, corresponding to temporal changes in blood insulin concentration I 1 (t), which is one of the output items in the biological model shown in FIGS. Time series data for reference.

システムSSは、上記テンプレートデータベースDB1の各参照用時系列データと、OGTT時系列データとの類似度を演算する。類似度は、誤差総和を求めることによって得られる。誤差総和は、例えば、次式によって得られる。
誤差総和=αΣ|BG(0)−BGt(0)|+βΣ|PI(0)−PIt(0)|
+αΣ|BG(1)−BGt(1)|+βΣ|PI(1)−PIt(1)|
+αΣ|BG(2)−BGt(2)|+βΣ|PI(2)−PIt(2)|
+・・・
=α{Σ|BG(t)−BGt(t)|}+β{Σ|PI(t)−PIt(t)|}
ここで、
BG:入力データの血糖値[mg/dl]
PI:入力データの血中インスリン濃度[μU/ml]
BGt:テンプレートの血糖値[mg/dl]
PIt:テンプレートの血中インスリン濃度[μU/ml]
t:時間[分]
また、α及びβは規格化に用いる係数であり、
α=1/Average{ΣBG(t)}
β=1/Average{ΣPI(t)}
定式のAverageはテンプレートデータベースDB1に格納された全テンプレートに対する平均値を指す。
The system SS calculates the similarity between each reference time series data in the template database DB1 and the OGTT time series data. The similarity is obtained by calculating the sum of errors. The error sum is obtained by the following equation, for example.
Error sum = αΣ | BG (0) −BGt (0) | + βΣ | PI (0) −PIt (0) |
+ ΑΣ | BG (1) −BGt (1) | + βΣ | PI (1) −PIt (1) |
+ ΑΣ | BG (2) −BGt (2) | + βΣ | PI (2) −PIt (2) |
+ ...
= Α {Σ | BG (t) −BGt (t) |} + β {Σ | PI (t) −PIt (t) |}
here,
BG: Blood glucose level of input data [mg / dl]
PI: Blood insulin concentration in input data [μU / ml]
BGt: Blood glucose level of template [mg / dl]
PIt: Template blood insulin concentration [μU / ml]
t: Time [minutes]
Α and β are coefficients used for normalization.
α = 1 / Average {ΣBG (t)}
β = 1 / Average {ΣPI (t)}
The average of the formula indicates an average value for all templates stored in the template database DB1.

誤差総和が少ないほど、テンプレートとOGTT時系列データが類似していることになる。また、OGTT時系列データに類似するテンプレートのパラメータセットは、生体機能の状態を良く表している、といえる。
そこで、CPU S110aは、テンプレートデータベースDB1中の各テンプレートについて誤差総和を求め、誤差総和(類似度)が最小となるテンプレート、すなわちOGTT時系列データに最も近似するテンプレートを決定する。
The smaller the error sum, the more similar the template and the OGTT time-series data. Moreover, it can be said that the template parameter set similar to the OGTT time-series data well represents the state of the biological function.
Therefore, the CPU S110a calculates a sum of errors for each template in the template database DB1, and determines a template that minimizes the sum of errors (similarity), that is, a template that most closely approximates OGTT time-series data.

[パラメータセット獲得STP2−1−2]
さらに、システムSSは、STP2−2−1において決定されたテンプレートに対応するパラメータセットを、テンプレートデータベースDB1から獲得する。以下では、獲得されたパラメータセットを「置換前パラメータセット」といい、置換前パラメータセットを構成する個々のパラメータを「置換前パラメータ」という。
[Parameter set acquisition STP2-1-2]
Furthermore, the system SS acquires a parameter set corresponding to the template determined in STP2-2-1 from the template database DB1. Hereinafter, the acquired parameter set is referred to as a “pre-replacement parameter set”, and individual parameters constituting the pre-replacement parameter set are referred to as “pre-replacement parameters”.

なお、パラメータセット(生体モデル)を生成する方法は、上記のようなテンプレートマッチングに限られるものではない。例えば、パラメータセットを遺伝的アルゴリズムによって生成してもよい。つまり、パラメータセットの初期集団をランダムに発生させ、初期集団に含まれるパラメータセット(個体)に対して、選択・交叉・突然変異処理を行って、新たな子集団を生成するという遺伝的アルゴリズムを適用することができる。この遺伝的アルゴリズムによって生成されたパラメータセットのうち、入力された生体応答(検査結果)に近似した疑似応答を出力するパラメータセットを採用することができる。
このように、生体モデル生成部は、入力され生体応答を模した疑似応答を出力できる生体モデルを生成できるものであれば、その具体的生成方法は特に限定されない。
Note that the method of generating the parameter set (biological model) is not limited to the template matching as described above. For example, the parameter set may be generated by a genetic algorithm. In other words, a genetic algorithm that randomly generates an initial population of parameter sets and performs a selection / crossover / mutation process on the parameter sets (individuals) included in the initial population to generate a new child population. Can be applied. Of the parameter sets generated by this genetic algorithm, a parameter set that outputs a pseudo-response that approximates the input biological response (test result) can be employed.
As described above, the specific generation method is not particularly limited as long as the biological model generation unit can generate a biological model that can input and output a pseudo-response that simulates a biological response.

[置換前シミュレーション処理STP2−2]
システムSSは、パラメータセット獲得処理STP2−1によって得られた置換前パラメータセットを生体モデルに与え、その生体モデルに基づき演算を行い、入力されたOGTT時系列データを模した疑似生体応答情報(血糖値及びインスリン濃度の時間変化を示すグラフ)を生成する。なお、この機能は、病態シミュレータプログラムS3によって実現されている。
また、以下では、シミュレーション(置換前)STP2−2で生成された疑似応答を、「置換前疑似生体応答」という。置換前疑似生体応答は、OGTT時系列データを模したものである。
[Simulation before replacement STP2-2]
The system SS gives the pre-replacement parameter set obtained by the parameter set acquisition process STP2-1 to the biological model, performs an operation based on the biological model, and simulates the biological response information (blood glucose level) imitating the input OGTT time-series data. Value and a graph showing the time change of insulin concentration). This function is realized by the disease state simulator program S3.
Hereinafter, the pseudo response generated in the simulation (before replacement) STP2-2 is referred to as “pre-replacement pseudo biological response”. The pre-substitution pseudo-biological response mimics OGTT time-series data.

[表示処理STP2−3]
[置換前生体応答(入力された生体応答と置換前疑似生体応答)の表示]
図13は、STP2−2の処理結果に基づき、サーバSのユーザインターフェイスプログラムS2によって生成され、サーバS2からクライアントCに送信されて、当該クライアントCのWebブラウザC1上に表示される画面表示を示している。
図13の画面は、入力されたOGTT時系列データと置換前疑似生体応答を共に表示するものである。OGTT時系列データと置換前疑似生体応答の両方を出力することで、置換前疑似生体応答が、OGTT時系列データ(入力された生体応答)を良く再現しているか否かをユーザが確認することができる。
なお、OGTT時系列データとこれを再現した置換前疑似生体応答とを、特に区別しない場合、両者を総称して「置換前生体応答」という。
[Display processing STP2-3]
[Display of pre-replacement bioresponse (input bioresponse and pre-replacement pseudo bioresponse)]
FIG. 13 shows a screen display that is generated by the user interface program S2 of the server S based on the processing result of the STP 2-2, transmitted from the server S2 to the client C, and displayed on the Web browser C1 of the client C. ing.
The screen of FIG. 13 displays both the input OGTT time-series data and the pseudo-biological response before replacement. By outputting both the OGTT time-series data and the pre-replacement pseudo-biological response, the user confirms whether the pre-replacement pseudo-biological response well reproduces the OGTT time-series data (input bio-response). Can do.
In addition, when there is no particular distinction between the OGTT time-series data and the pseudo-biological response before replacement that reproduces the OGTT time-series data, they are collectively referred to as “pre-substitution biological response”.

[生体機能状態値(パラメータセット)表示]
図14は、STP2−1の処理結果に基づき、サーバSのユーザインターフェイスプログラムS2によって生成され、サーバS2からクライアントCに送信されて、当該クライアントCのWebブラウザC1上に表示される画面表示を示している。
図14の画面は、生体モデルが示す生体機能の状態値として置換前パラメータセットを表示するものである。より具体的には、図14の画面は、生体モデルのパラメータ名(BETA、H、・・等)表示部100、置換前パラメータセット表示部101、健常者の平均パラメータ値を示す正常型平均表示部102、境界型糖尿病患者の平均パラメータ値を示す境界型平均表示部103、糖尿病患者の平均パラメータ値を示す糖尿病型平均表示部104を含んでいる。
[Biological function status value (parameter set) display]
FIG. 14 shows a screen display that is generated by the user interface program S2 of the server S based on the processing result of the STP2-1, transmitted from the server S2 to the client C, and displayed on the Web browser C1 of the client C. ing.
The screen in FIG. 14 displays the pre-replacement parameter set as the state value of the biological function indicated by the biological model. More specifically, the screen of FIG. 14 shows a biological model parameter name (BETA, H,...) Display unit 100, a pre-replacement parameter set display unit 101, and a normal type average display showing average parameter values of healthy subjects. Unit 102, a boundary type average display unit 103 indicating the average parameter value of the boundary type diabetic patient, and a diabetes type average display unit 104 indicating the average parameter value of the diabetic patient.

図14のように、置換前パラメータセットと共に、病態を把握するために役立つ比較対象値として、正常型平均、境界型平均、糖尿病型平均などの値を表示することで、ユーザ(医師)は、患者の病態を把握し易くなる。
例えば、図14におけるパラメータ「BETA」は、生体モデルの膵臓ブロック1における「β:グルコース刺激に対する感受性(「インスリン分泌感度」ともいう)」に対応している。置換前パラメータセットの「BETA」の値は、正常型平均値の「BETA」の値から離れており、医師は、病態としてインスリン分泌感度が悪化しているという判断を容易に行うことができる。
As shown in FIG. 14, by displaying values such as normal type average, boundary type average, diabetes type average, and the like as comparison target values useful for grasping the disease state together with the parameter set before replacement, the user (doctor) This makes it easier to understand the patient's condition.
For example, the parameter “BETA” in FIG. 14 corresponds to “β: sensitivity to glucose stimulation (also referred to as“ insulin secretion sensitivity ”)” in the pancreatic block 1 of the biological model. The value of “BETA” in the pre-replacement parameter set is far from the value of “BETA” of the normal average value, and the doctor can easily determine that the insulin secretion sensitivity is deteriorated as a disease state.

また、図14におけるパラメータ「Kp」は、生体モデルの末梢組織ブロック4における「Kp:単位インスリン、単位グルコースあたりの末梢組織でのインスリン依存グルコース消費速度(末梢インスリン感受性ともいう)」に対応している。置換前パラメータセットの「Kp」の値は、正常型平均の「Kp」の値から離れており、医師は、病態として末梢インスリン感受性が悪化しているという判断を容易に行うことができる。   The parameter “Kp” in FIG. 14 corresponds to “Kp: Insulin-dependent glucose consumption rate in peripheral tissues per unit glucose (peripheral insulin sensitivity)” in the peripheral tissue block 4 of the biological model. Yes. The value of “Kp” in the parameter set before replacement is far from the value of “Kp” of the normal type average, and the doctor can easily determine that peripheral insulin sensitivity is deteriorated as a disease state.

このように、図14の表示は、医師が患者の病態把握を支援する情報を提供している。
なお、図14の表示は、パラメータセットを構成するパラメータのうち、一部のパラメータだけを表示しているが、他のパラメータを表示してもよい。また、図14では、生体機能状態値として、パラメータ値をそのまま表示しているが、1又は複数のパラメータ値に基づいて演算された値を、生体機能状態値としてもよい。
As described above, the display in FIG. 14 provides information that helps the doctor to grasp the patient's condition.
Note that the display of FIG. 14 shows only some of the parameters constituting the parameter set, but other parameters may be displayed. In FIG. 14, the parameter value is displayed as it is as the biological function state value, but a value calculated based on one or a plurality of parameter values may be used as the biological function state value.

[置換処理STP3]
[置換対象選択処理STP3−1]
続いて、ユーザは、図14の画面表示を参照しつつ、値の置換対象となるパラメータ(生体機能状態値)の選択を行う。この選択は、図14の画面上で、マウスポインタにより、置換対象としたいパラメータ名をクリックする等の、コンピュータにおいて採用されている一般的な選択入力機能を利用して行うことができる。
なお、置換対象の選択は、ユーザからの入力に限らず、システムSSが自動的に行っても良い。例えば、正常型平均から所定値以上離れているパラメータを置換対象として自動選択としてもよい。
また、システムSSによる自動選択で挙げられた置換候補の中から、ユーザが置換したいパラメータを選択してもよい。
[Replacement processing STP3]
[Replacement Object Selection Process STP3-1]
Subsequently, the user selects a parameter (biological function state value) as a value replacement target while referring to the screen display of FIG. This selection can be performed using a general selection input function adopted in a computer, such as clicking a parameter name to be replaced with a mouse pointer on the screen of FIG.
The replacement target is not limited to input from the user, but may be automatically performed by the system SS. For example, a parameter that is a predetermined value or more away from the normal average may be automatically selected as a replacement target.
Further, the parameter that the user wants to replace may be selected from the replacement candidates listed in the automatic selection by the system SS.

[置換処理STP3−2]
システムSSは、置換対象(置換対象パラメータ)の選択を受け付けると、置換対象パラメータ値を、正常な生体(健常者)の値、すなわち、図14の正常型平均表示部102に表示されている値、に置換する。
例えば、図14に示す置換前パラメータセットのうち、「BETA」を置換対象パラメータとして置換処理を行った場合(以下、この処理を「BETA置換」という)、置換後パラメータセットは、BETAの値が、正常型平均値である「0.39939」になり、その他のパラメータ値は、置換前パラメータセットの値と同じである。図14では、BETA置換後パラメータセットを、BETA置換表示部105に表示している。
[Replacement processing STP3-2]
When the system SS accepts the selection of the replacement target (replacement target parameter), the replacement target parameter value is set to the value of the normal living body (healthy person), that is, the value displayed on the normal type average display unit 102 in FIG. Replace with.
For example, when the replacement process is performed using “BETA” as a replacement target parameter in the pre-replacement parameter set shown in FIG. 14 (hereinafter, this process is referred to as “BETA replacement”), the post-replacement parameter set has a BETA value of The normal type average value is “0.39939”, and the other parameter values are the same as the values of the parameter set before replacement. In FIG. 14, the parameter set after BETA replacement is displayed on the BETA replacement display unit 105.

また、図14に置換前パラメータセットのうち、「Kp」を置換対象パラメータとして置換処理を行った場合(以下、この処理を「Kp置換」という)、置換後パラメータセットは、Kpの値が、正常型平均値である「0.000161」になり、その他のパラメータ値は、置換前パラメータセットの値と同じである。図14では、Kp置換後パラメータセットを、Kp置換表示部105に表示している。   Further, in FIG. 14, when the replacement process is performed using “Kp” as a replacement target parameter in the pre-replacement parameter set (hereinafter, this process is referred to as “Kp replacement”), the post-replacement parameter set has a Kp value of The normal type average value is “0.000161”, and the other parameter values are the same as the values of the parameter set before replacement. In FIG. 14, the parameter set after Kp replacement is displayed on the Kp replacement display unit 105.

上記のように、本システムSSでは、1つの置換前パラメータセットに対して、置換の仕方が異なる複数の置換後パラメータセットを生成することができる。そして、これらの置換後パラメータセットを生体モデルに適用すれば、置換の仕方が異なる複数の置換後生体モデルを生成できる。   As described above, in the present system SS, a plurality of post-replacement parameter sets having different replacement methods can be generated for one pre-replacement parameter set. If these post-substitution parameter sets are applied to the biological model, a plurality of post-substitution biological models with different replacement methods can be generated.

なお、上記説明では、1つの置換処理において、置換対象となるパラメータは1つだけである(例えば,BETA置換であれば置換対象パラメータはBETAのみ)が、1つの置換処理において、複数のパラメータを置換してもよい。
また、上記説明では、正常型平均値への置換を行ったが、境界型平均値や糖尿病型平均値への置換を行っても良い。つまり、病状が悪化する方向の置換を行っても良い。
In the above description, in one replacement process, there is only one parameter to be replaced (for example, in case of BETA replacement, the replacement target parameter is only BETA). It may be replaced.
In the above description, the replacement to the normal type average value is performed, but the replacement to the boundary type average value or the diabetes type average value may be performed. That is, you may perform the replacement of the direction which worsens a medical condition.

さらに、置換後のパラメータ値は、任意の値でもよい。つまり、置換後のパラメータ値をユーザが入力して、任意の値に設定できるようにしてもよい。
また、置換の仕方が異なる複数の置換後パラメータセット(置換後生体モデル)を生成するという処理には、同じパラメータを、異なる値に置換することも含まれる。例えば、置換前パラメータセットのBETAを、正常型平均値に置換した置換後パラメータセットと、境界型平均値に置換した置換後パラメータセットは異なるパラメータセットであるとみなすことができる。
Furthermore, the parameter value after replacement may be an arbitrary value. That is, the parameter value after replacement may be input by the user and set to an arbitrary value.
Further, the process of generating a plurality of post-replacement parameter sets (post-replacement biological models) having different replacement methods includes replacing the same parameter with a different value. For example, the post-replacement parameter set in which the BETA of the pre-replacement parameter set is replaced with the normal average value and the post-replacement parameter set in which the boundary type average value is replaced can be regarded as different parameter sets.

[置換後処理STP4]
[置換後シミュレーション処理STP4−1]
置換前シミュレーション処理STP2−2と同様に、システムSSは、置換処理STP3によって得られた置換後パラメータセットを生体モデルに与え、その生体モデルに基づき演算を行い、置換後疑似生体応答情報(血糖値及びインスリン濃度の時間的変化を示すグラフ)を生成する。なお、この機能は、病態シミュレータプログラムS3によって実現されている。
また、以下では、置換後シミュレーションSTP4−1で生成された疑似応答を、「置換後疑似生体応答」という。置換後疑似生体応答は、置換されたパラメータに対応する病態が改善された患者のOGTT時系列データを模したものである。
[Post-replacement processing STP4]
[Post-replacement simulation processing STP4-1]
Similar to the simulation process STP2-2 before replacement, the system SS gives the post-replacement parameter set obtained by the replacement process STP3 to the biological model, performs calculation based on the biological model, and performs post-substitution pseudo-biological response information (blood glucose level). And a graph showing the change over time in the insulin concentration). This function is realized by the disease state simulator program S3.
Hereinafter, the pseudo response generated in the post-substitution simulation STP4-1 is referred to as “post-substitution pseudo biological response”. The post-substitution pseudo-biological response simulates the OGTT time-series data of a patient whose disease state corresponding to the substituted parameter is improved.

[置換後生体応答の表示処理STP4−2]
図15及び図16は、STP4−1のシミュレーション処理結果に基づき、サーバSのユーザインターフェイスプログラムS2によって生成され、サーバS2からクライアントCに送信されて、当該クライアントCのWebブラウザC1上に表示される画面表示を示している。
図15の画面は、置換前擬似生体応答とBETA置換を行った置換後疑似生体応答とを共に表示するものである。置換前疑似生体応答と置換後疑似生体応答の両方を出力することで、BETA置換前の生体応答とBETA置換後の生体応答とが、どのように変化しているかを、ユーザが容易に把握することができる。
すなわち、図15の画面をみれば、BETA(インスリン分泌感度)という病因を薬物治療などによって治療を行ったときに、OGTTデータがどのようになるかを治療前に確認することが可能である。すなわち、図15の画面は、治療効果の判断を支援するための判断支援情報となっており、図15の画面表示機能は、判断支援情報作成部及び判断支援情報表示部としても機能している。
[Replacement Bioresponse Display Processing STP4-2]
15 and 16 are generated by the user interface program S2 of the server S based on the simulation processing result of STP4-1, transmitted from the server S2 to the client C, and displayed on the Web browser C1 of the client C. The screen display is shown.
The screen of FIG. 15 displays both the pre-substitution pseudo-biological response and the post-substitution pseudo-biological response after BETA substitution. By outputting both the pre-substitution pseudo-biological response and the post-substitution pseudo-biological response, the user can easily understand how the biometric response before BETA replacement and the bioresponse after BETA replacement have changed. be able to.
That is, by looking at the screen of FIG. 15, it is possible to confirm before treatment the OGTT data when the etiology of BETA (insulin secretion sensitivity) is treated by drug treatment or the like. That is, the screen of FIG. 15 is determination support information for supporting the determination of the treatment effect, and the screen display function of FIG. 15 also functions as a determination support information creation unit and a determination support information display unit. .

また、図16の画面は、置換前擬似生体応答とKp置換を行った置換後疑似生体応答とを共に表示するものである。図16の画面をみれば、Kp(末梢インスリン感受性)という病因を薬物治療などによって治療を行ったときに、OGTTデータがどのようになるかを治療前に確認することが可能である。すなわち、図16の画面は、治療効果の判断を支援するための判断支援情報となっており、図16の画面表示機能は、判断支援情報作成部及び判断支援情報表示部としても機能している。   Further, the screen of FIG. 16 displays both the pre-substitution pseudo-biological response and the post-substitution pseudo-biological response after Kp substitution. Looking at the screen of FIG. 16, it is possible to confirm before treatment the OGTT data when the etiology of Kp (peripheral insulin sensitivity) is treated by drug treatment or the like. That is, the screen of FIG. 16 is determination support information for supporting the determination of the treatment effect, and the screen display function of FIG. 16 also functions as a determination support information creation unit and a determination support information display unit. .

さらに、図15及び図16に示す複数の置換後生体モデルの置換後疑似生体応答は、共に画面表示されるため、ユーザは、複数の置換後疑似生体応答を見比べることで、複数の病因のうち、どの病因の治療が効果的であるかの判断支援情報を得ることもできる。   Furthermore, since the post-substitution pseudo-biological responses of the plurality of post-substitution biological models shown in FIG. 15 and FIG. 16 are displayed together on the screen, the user can compare the plurality of post-substitution pseudo-biological responses with each other. It is also possible to obtain information for determining which etiology treatment is effective.

[判断支援情報作成処理STP5]
図15及び図16の表示も治療効果の判断を支援する情報として機能するが、ここでは、ユーザにとってさらに分かり易い判断支援情報を生成する。具体的には、処理STP5では、置換の仕方が異なる複数の置換(治療)について、どの置換(治療)が効果的であるかの判断をし易くする情報を生成する。
[Judgment support information creation process STP5]
The display of FIG. 15 and FIG. 16 also functions as information that supports the determination of the treatment effect, but here, determination support information that is easier to understand for the user is generated. Specifically, in step STP5, information is generated that makes it easy to determine which replacement (treatment) is effective for a plurality of replacements (treatments) with different replacement methods.

[血糖降下度算出STP5−1]
まず、複数の置換(BETA置換とKp置換)について、それぞれの置換前後の血糖降下度を算出する。血糖降下度は、置換前の血糖値と置換後の血糖値との差分(グラフでの差分面積)を求めることによって得られる。
[Calculation of blood glucose level STP5-1]
First, for a plurality of substitutions (BETA substitution and Kp substitution), the blood glucose lowering level before and after each substitution is calculated. The blood glucose lowering degree is obtained by calculating the difference (difference area in the graph) between the blood glucose level before replacement and the blood glucose level after replacement.

[病因占有比率算出・表示処理STP5−2]
続いて、BETA置換とKp置換のそれぞれの血糖降下度の比率から、病因の占有比率を算出する。図15及び図16の場合、病因「BETA」の占有比率は24%であるのに対して、病因「Kp」の占有比率は76%と高くなっていることがわかる。つまり、この患者の病因としては、比較的「Kp」が支配的であり、「Kp」を是正する治療の方がより効果が高いことになる。
図17は、判断支援情報としての病因占有比率を円グラフで画面表示したものである。図17の表示は、クライアントCのWebブラウザC1上にて行われる。医師は、この図17の表示をみることで、Kpを是正する治療の方が、治療効果が高いと判断することができる。
[Etiology Occupancy Ratio Calculation / Display Processing STP5-2]
Subsequently, the occupation ratio of the etiology is calculated from the ratios of the blood glucose lowering levels of the BETA substitution and Kp substitution. In the case of FIGS. 15 and 16, the occupation ratio of the etiology “BETA” is 24%, whereas the occupation ratio of the etiology “Kp” is as high as 76%. That is, as the etiology of this patient, “Kp” is relatively dominant, and treatment that corrects “Kp” is more effective.
FIG. 17 shows the cause-occupancy ratio as judgment support information displayed in a pie chart. The display in FIG. 17 is performed on the Web browser C1 of the client C. The doctor can determine that the treatment for correcting Kp has a higher therapeutic effect by viewing the display of FIG.

図18〜図23は、他の患者について、図8に示す処理を行った場合の、画面表示例を示している。
つまり、図18は、入力されたOGTT時系列データのグラフ表示画面であり、図19は、入力されたOGTT時系列データとその置換前疑似生体応答を示すグラフ表示画面である)。図20は、置換前パラメータセット他の表示画面であり、BETA置換及びKp置換を行った場合の値も表示されている。
FIGS. 18-23 has shown the example of a screen display at the time of performing the process shown in FIG. 8 about another patient.
18 is a graph display screen of the input OGTT time-series data, and FIG. 19 is a graph display screen showing the input OGTT time-series data and its pseudo-biological response before replacement). FIG. 20 is a display screen for other parameter sets before replacement, and also displays values when BETA replacement and Kp replacement are performed.

そして、図21及び図22は、それぞれ、置換前生体応答と置換後疑似生体応答を示すグラフ表示画面であり、図21及び図22の対比から、BETAを是正する治療、すなわち、インスリン分泌感度を改善する方が、治療効果が高いと考えることができる。
さらに、図23は、図21及び図22の結果から算出された病因占有率のグラフ表示画面であり、図23の表示によって、インスリン分泌感度を是正する治療を行うと効果が高いことを、医師が一層容易に判断することができる。
FIGS. 21 and 22 are graph display screens showing the pre-substitution biological response and the post-substitution pseudo-biological response, respectively. From the comparison of FIGS. 21 and 22, treatment for correcting BETA, that is, insulin secretion sensitivity is shown. The improvement can be considered to have a higher therapeutic effect.
Further, FIG. 23 is a graph display screen of the etiology occupancy calculated from the results of FIGS. 21 and 22, and it is highly effective that a treatment to correct insulin secretion sensitivity is performed according to the display of FIG. 23. Can be more easily determined.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、本発明のシステムが対象とする疾患は、糖尿病に限られるものではなく、高血圧症等他の疾患であってもよい。高血圧症の場合、生体モデルの出力する生体応答としては血圧とするのが好適である。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the disease targeted by the system of the present invention is not limited to diabetes, and may be other diseases such as hypertension. In the case of hypertension, it is preferable to use blood pressure as the biological response output from the biological model.

医療用シミュレーションシステムのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a medical simulation system. サーバのハードウェア構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the hardware constitutions of a server. 生体モデルの全体構成図である。It is a whole biological model block diagram. 生体モデルの膵臓モデルの構成を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the structure of the pancreas model of a biological model. 生体モデルの肝臓モデルの構成を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the structure of the liver model of a biological model. 生体モデルのインスリン動態モデルの構成を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the structure of the insulin dynamic model of a biological model. 生体モデルの末梢組織モデルの構成を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the structure of the peripheral tissue model of a biological model. システムの全体処理フローチャートである。It is a whole process flowchart of a system. 実測OGTT時系列データの表示画面である。It is a display screen of measured OGTT time series data. 生体モデルのパラメータセット獲得処理のフローチャートである。It is a flowchart of the parameter set acquisition process of a biological model. テンプレートデータベースを示す図である。It is a figure which shows a template database. テンプレートのOGTT時系列データを示す図であり、(a)は血糖値、(b)はインスリン濃度である。It is a figure which shows the OGTT time series data of a template, (a) is a blood glucose level, (b) is an insulin concentration. 入力されたOGTTデータ及び置換前疑似生体応答を示す表示画面である。It is a display screen which shows the input OGTT data and the pseudo-biological response before replacement. 置換前パラメータセット等の表示画面である。It is a display screen for a parameter set before replacement. BETA置換を行った場合の置換前後の生体応答表示画面である。It is a biological response display screen before and after replacement when BETA replacement is performed. Kp置換を行った場合の置換前後の生体応答表示画面である。It is a biological response display screen before and after replacement when Kp replacement is performed. 病因占有率を示す円グラフ表示である。It is a pie chart display which shows etiology occupation rate. 実測OGTT時系列データの表示画面の他の例である。It is another example of the display screen of measured OGTT time series data. 入力されたOGTTデータ及び置換前擬似生体応答を示す表示画面の他の例である。It is another example of the display screen which shows the input OGTT data and the pseudo-biological response before replacement. 置換前パラメータセット等の表示画面の他の例である。It is another example of display screens, such as a parameter set before substitution. BETA置換を行った場合の置換前後の生体応答表示画面の他の例である。It is another example of the biological response display screen before and after replacement when BETA replacement is performed. Kp置換を行った場合の置換前後の生体応答表示画面の他の例である。It is another example of the biological response display screen before and after replacement when Kp replacement is performed. 病因占有率を示す円グラフ表示の他の例である。It is another example of the pie chart display which shows the etiology occupation rate.

符号の説明Explanation of symbols

SS 医療用シミュレーションシステム
1膵臓ブロック
2肝臓ブロック
3インスリン動態ブロック
4末梢組織ブロック
5消化管からのグルコース吸収
6血糖値
7インスリン分泌速度
8正味グルコース放出
9肝臓通過後インスリン
10末梢組織でのインスリン濃度
STP1 生体応答入力処理(生体応答入力部)
STP2−1 パラメータセット獲得処理(生体機能状態値生成部)
STP2−3 表示処理(生体機能状態値表示部)
STP3 置換処理(置換部)
STP3−1 置換対象選択受付処理(選択部)
STP4−1 置換後シミュレーション処理(シミュレーション部)
STP4−2 置換後生体応答表示処理(置換後生体応答表示部)
STP5 判断支援情報作成処理(判断支援情報作成部)
STP5−2 病因占有比率算出表示処理(判断支援情報表示部)
SS Medical simulation system 1 Pancreas block 2 Liver block 3 Insulin dynamic block 4 Peripheral tissue block 5 Glucose absorption from the gastrointestinal tract 6 Blood glucose level 7 Insulin secretion rate 8 Net glucose release 9 Insulin concentration in peripheral tissue STP1 after passing through the liver Biological response input processing (biological response input unit)
STP2-1 Parameter set acquisition process (biological function state value generation unit)
STP2-3 display processing (biological function state value display unit)
STP3 replacement process (replacement unit)
STP3-1 Replacement target selection acceptance process (selection unit)
STP4-1 Simulation process after replacement (simulation unit)
STP4-2 Substitution biological response display processing (substitution biological response display section)
STP5 Decision support information creation processing (judgment support information creation unit)
STP5-2 Pathogenesis occupation ratio calculation display processing (judgment support information display section)

Claims (4)

生体の機能に関する内部パラメータセットを含む数理モデルによって表現された生体モデルを備えており、糖尿病患者の検査データを入力することによって構築された患者の生体モデルを用いて、擬似生体応答を生成する医療用シミュレーションシステムであって、
表示手段と、
処理手段と、を備え、
前記処理手段は、
患者の経口ブドウ糖負荷試験の時系列データの入力を受け付ける処理、
入力された前記時系列データを模した擬似生体応答を出力する生体モデルを形成する内部パラメータセットを、前記患者の生体モデルの内部パラメータセットとして獲得する処理、
前記患者の生体モデルの内部パラメータセットに含まれるパラメータの値を、生体機能状態値として、前記表示手段に表示する処理、
前記表示手段に表示された患者の生体モデルのパラメータのうち置換対象となるパラメータの選択入力を受け付ける処理、
前記表示手段に表示された患者の生体モデルのパラメータのうち、前記置換対象として選択されたパラメータの値を他の値に置換する処理、および
置換された値が反映された生体モデルの出力である置換後擬似生体応答の時間的変化を示すグラフと、置換前のパラメータ値が反映された生体モデルの出力である置換前擬似生体応答の時間的変化を示すグラフを重ねて前記表示手段に表示する処理、
を実行することを特徴とする医療用シミュレーションシステム。
Medical that has a biological model expressed by a mathematical model that includes an internal parameter set related to the function of the living body, and generates a simulated biological response using the patient's biological model constructed by inputting test data of a diabetic patient Simulation system for
Display means;
A processing means,
The processing means includes
A process that accepts input of time series data of the patient's oral glucose tolerance test,
A process of acquiring an internal parameter set that forms a biological model that outputs a simulated biological response that imitates the input time-series data, as an internal parameter set of the biological model of the patient;
A process for displaying a value of a parameter included in an internal parameter set of the patient's biological model as a biological function state value on the display means;
A process of receiving selection input of a parameter to be replaced among parameters of a patient's biological model displayed on the display unit;
Of the parameters of the patient's biological model displayed on the display means, processing for replacing the value of the parameter selected as the replacement target with another value , and
A graph showing temporal changes in the post-substitution pseudo-biological response, which is an output of the biometric model reflecting the replaced value, and a pre-substitution pseudo-biological response, which is the output of the biometric model, in which the parameter value before the substitution is reflected A process of displaying a graph showing a change in the display means on the display means,
A medical simulation system characterized by executing
前記置換する処理では、前記置換対象となるパラメータの値を、正常な生体が持つべき値に置換することを特徴とする請求項1記載の医療用シミュレーションシステム。 Wherein in the process of replacement, medical simulation system according to claim 1 Symbol mounting, characterized in that the value of the parameter to be the replacement target is replaced with the value should have the normal living body. 前記処理手段は、パラメータの値の置換の仕方が異なる複数の生体モデルの出力であるそれぞれの置換後擬似生体応答に基づいて、治療効果の判断を支援するための判断支援情報を作成する処理を実行することを特徴とする請求項1又は2記載の医療用シミュレーションシステム。 The processing means performs a process of creating determination support information for supporting determination of a therapeutic effect based on each post-substitution pseudo-biological response that is an output of a plurality of biological models with different parameter value replacement methods. The medical simulation system according to claim 1, wherein the medical simulation system is executed. コンピュータを、請求項1〜のいずれかに記載の医療用シミュレーションシステムとして機能させるためのコンピュータプログラム。 The computer program for functioning a computer as a medical simulation system in any one of Claims 1-3 .
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