JP2008086588A - Apparatus and system for evaluating risk of arrhythmia - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象薬物のヒト等の対象の生物の心臓に対する不整脈危険性の度合いを推測する不整脈危険性評価装置等に関するものである。 The present invention relates to an arrhythmia risk evaluation apparatus that estimates the degree of arrhythmia risk of a target drug to the heart of a target organism such as a human.
医薬品開発過程において、新規候補化合物の心臓に対する薬効・副作用を確認することは必須となっている。現在、製薬企業などでは培養細胞試験や動物実験などの評価試験データを基にヒトに投与した場合の薬効・副作用を予測している。しかしながら、種差等の影響のため、実際に臨床試験などでヒトに投与してみるまで推測の域を出ない。また、臨床試験までを行うには莫大な費用、人的パワー、および時間が必要となる。そこで、医薬品開発のより早期の段階で得られる動物評価試験データから、対象薬物のヒト心臓に対する不整脈危険度を計算機シミュレーションで推測出来れば、創薬プロセスの短縮及びコストカットが期待される。ひいては、医薬品の安全性向上に寄与することが期待される。さらに、催不整脈性を低下させるためには、化合物にどのような薬効を追加、もしくは削除すれば良いかを提示し、医薬品候補化合物合成の指針を示すことが期待される。 In the drug development process, it is essential to confirm the efficacy and side effects of new candidate compounds on the heart. Currently, pharmaceutical companies predict drug efficacy and side effects when administered to humans based on evaluation test data such as cultured cell tests and animal experiments. However, due to the effects of species differences and the like, it cannot be deduced until it is actually administered to humans in clinical trials. In addition, enormous costs, human power, and time are required to perform clinical trials. Therefore, if the risk of arrhythmia for the human heart of the target drug can be estimated by computer simulation from animal evaluation test data obtained at an earlier stage of drug development, the drug discovery process can be shortened and cost cuts can be expected. As a result, it is expected to contribute to improving the safety of pharmaceuticals. Further, in order to reduce arrhythmogenicity, it is expected that what kind of medicinal effect should be added to or deleted from the compound and provide guidelines for the synthesis of drug candidate compounds.
一方、従来の関連する技術として、以下のシミュレーション方法がある。本シミュレーション方法は、薬物の生体組織内での拡散現象を的確に解析することができる薬物の生体組織内拡散のシミュレーション方法である(特許文献1参照)。かかるシミュレーション方法は、特定物質の生体内拡散を、有限要素法を用いてシミュレーションする方法であって、生体から分離した組織の一部を用いて、有限要素法を使用することなく該生体内の基準拡散特性定数を決定し、該基準拡散特性定数に基づいて基準拡散特性を設定し、解析の対象となる生体構造を有限要素法に基づいて決定し、基準拡散特性定数を用いて決定した生体構造における拡散を有限要素法に基づいて演算し、該生体内における拡散の有限要素法に基づく演算結果にかかる演算拡散特性と有限要素法によらないで決定した基準拡散特性とを比較し、演算拡散特性と基準拡散特性との偏差が最小となるように基準拡散特性定数を補正して有限要素法に基づく最適拡散特性係数を算出することを特徴とする生体内拡散のシミュレーション方法である。 On the other hand, there are the following simulation methods as conventional related techniques. This simulation method is a simulation method for diffusion of a drug in a living tissue that can accurately analyze the diffusion phenomenon of the drug in the living tissue (see Patent Document 1). Such a simulation method is a method of simulating the diffusion of a specific substance in a living body using a finite element method, and using a part of tissue separated from a living body, without using the finite element method. A reference diffusion characteristic constant is determined, a reference diffusion characteristic is set based on the reference diffusion characteristic constant, a biological structure to be analyzed is determined based on a finite element method, and the living body determined using the reference diffusion characteristic constant The diffusion in the structure is calculated based on the finite element method, and the calculation diffusion characteristic based on the calculation result based on the finite element method of diffusion in the living body is compared with the reference diffusion characteristic determined without using the finite element method. The optimal diffusion characteristic coefficient based on the finite element method is calculated by correcting the reference diffusion characteristic constant so that the deviation between the diffusion characteristic and the reference diffusion characteristic is minimized. It is a simulation method.
また、極めて正確、かつ高速に部位決定できる心臓の電気的活動の部位決定方法についての技術が存在する(特許文献2参照)。かかる心臓の電気的活動の部位決定方法は、多チャンネル測定装置を用いて、心臓の電気的活動によって生じた体表面電位が複数の測定点で測定されて、各測定点の前記体表面電位の特徴を示す値が記憶され、体表面電位の特徴を示す値がデータバンク内に記憶されている比較値と比較され、その際、比較値は、心臓での部位が分かっている比較心臓の電気的活動に起因する比較表面電位を示しており、心臓の電気的活動の比較値が、体表面電位の特徴を示す値と共に極めて大きな類似性を有している、比較心臓の電気的活動の部位は、心臓の電気的活動の部位決定結果として送出される方法において、比較値を、胸郭モデル内に設けた心臓モデルを用いて求めるようにしたことを特徴とする心臓の電気的活動の部位決定方法である。 In addition, there is a technique regarding a method for determining the site of the electrical activity of the heart that can determine the site extremely accurately and at high speed (see Patent Document 2). In such a method for determining the site of electrical activity of the heart, a multi-channel measurement device is used to measure the body surface potential generated by the electrical activity of the heart at a plurality of measurement points, and the body surface potential at each measurement point is measured. A characteristic value is stored, and a body surface potential characteristic value is compared to a comparison value stored in the data bank, where the comparison value is an electrical value of a comparative heart whose location at the heart is known. Sites of comparative heart electrical activity, which show comparative surface potentials due to physical activity, and where the comparative values of cardiac electrical activity have very similarities with values that characterize body surface potentials In the method of sending out as a result of determining the site of the electrical activity of the heart, the comparison value is obtained by using a heart model provided in the thorax model. Is the method.
さらに、関連する技術として、生体パラメータセットを入力として受け取り、細胞をシミュレーションし活動電位波形情報を取得するシミュレーション装置がある(非特許文献1参照)。
しかしながら、従来の技術においては、動物評価試験データから、対象薬物のヒト心臓に対する不整脈危険度を取得することはできなかった。また、従来の技術においては、動物評価試験データから、ヒト以外の生物の心臓に対する不整脈危険度も取得することはできなかった。 However, in the prior art, the risk of arrhythmia for the human heart of the target drug could not be obtained from the animal evaluation test data. In addition, in the prior art, it has not been possible to obtain the risk of arrhythmia for the heart of an organism other than humans from animal evaluation test data.
また、従来の技術においては、1以上のイオンチャネルの電気流量についての情報であるイオン流量情報を用いて、筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度または細胞膜電位を算出し、かかる筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度や細胞膜電位から不整脈危険度を取得することはできなかった。 In addition, in the conventional technique, the calcium ion concentration or cell membrane potential in the sarcoplasmic reticulum uptake site is calculated using ion flow rate information that is information on the electric flow rate of one or more ion channels, and the sarcoplasmic reticulum uptake site is calculated. The risk of arrhythmia could not be obtained from the internal calcium ion concentration or cell membrane potential.
そこで、本発明の一つは、創薬の早期の段階で得られるデータを用いて、ヒトなどの生物に対する不整脈危険性を評価することを目的とする。また、不整脈危険性を低減させ、例えば、QT間隔を延長させないためには、化合物にどのような性質を付加もしくは削除すれば良いか提示することも目的とする。 Accordingly, one object of the present invention is to evaluate the risk of arrhythmia for organisms such as humans using data obtained at an early stage of drug discovery. Another object of the present invention is to show what properties should be added to or deleted from a compound in order to reduce the risk of arrhythmia, for example, in order not to extend the QT interval.
また、本発明の内の他の一つは、筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度や細胞膜電位から不整脈危険度を評価することを目的とする。 Another object of the present invention is to evaluate the risk of arrhythmia from the calcium ion concentration and cell membrane potential in the sarcoplasmic reticulum uptake site.
本第一の発明の不整脈危険性評価装置は、薬物投与前の動物のパラメータセットと薬物投与後の動物のパラメータセットの組である薬物投与前後パラメータセットを格納している薬物投与前後パラメータセット格納部と、前記薬物投与前後パラメータセットを用いて、動物に対する薬効についての情報である動物薬効情報を取得する動物薬効情報取得部と、動物薬効情報を生物の薬効の情報である対象生体薬効情報に変換するための情報である変換元情報を格納している変換元情報格納部と、前記動物薬効情報を、前記変換元情報を用いて、対象生体薬効情報に変換する薬効変換部と、前記対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報を取得する心筋細胞シミュレーション部と、前記心筋細胞動作情報を用いて、薬物の心臓に対する不整脈の副作用に関する情報である不整脈情報を取得する不整脈情報取得部と、前記不整脈情報取得部が取得した不整脈情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する出力情報構成部と、前記出力情報を出力する出力部を具備する不整脈危険性評価装置である。 The arrhythmia risk evaluation apparatus according to the first aspect of the invention stores a parameter set before and after drug administration that stores a parameter set before and after drug administration, which is a set of a parameter set of an animal before drug administration and a parameter set of an animal after drug administration. Using the parameter set before and after the drug administration, an animal medicinal information acquisition unit that obtains animal medicinal information that is information on medicinal effects on animals, and the animal medicinal information as target biomedical information that is information on medicinal properties of organisms. A conversion source information storage unit that stores conversion source information that is information for conversion, a medicinal effect conversion unit that converts the animal drug effect information into target biomedical effect information using the conversion source information, and the target A cardiomyocyte simulation unit that obtains cardiomyocyte movement information, which is information about the behavior of living cardiomyocytes using biomedical efficacy information; Using operation information, arrhythmia information acquisition unit that acquires arrhythmia information that is information on side effects of arrhythmia on the heart of the drug, and output information that is information output using the arrhythmia information acquired by the arrhythmia information acquisition unit An arrhythmia risk evaluation apparatus comprising: an output information configuration unit that outputs the output information; and an output unit that outputs the output information.
かかる構成により、創薬の早期の段階で得られるデータを用いて、ヒト等の生物の不整脈危険性を評価できる。 With this configuration, the risk of arrhythmia in a living organism such as a human can be evaluated using data obtained at an early stage of drug discovery.
また、本第二の発明の不整脈危険性評価装置は、第一の発明に対して、値を固定するパラメータの情報である固定パラメータ情報を格納している固定パラメータ情報格納部と、不整脈情報取得部が取得した不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報である場合に、前記対象生体薬効情報が有する固定パラメータ情報のパラメータの値を固定して、他のパラメータの値を変動させ、新たな対象生体薬効情報を取得する次対象生体薬効情報取得部と、前記次対象生体薬効情報取得部が取得した新たな対象生体薬効情報を前記心筋細胞シミュレーション部に与え、心筋細胞動作情報を取得させる制御部をさらに具備し、前記出力情報構成部は、前記不整脈情報取得部が取得した不整脈情報、および前記次対象生体薬効情報取得部が取得した対象生体薬効情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する不整脈危険性評価装置である。 The arrhythmia risk evaluation apparatus according to the second aspect of the present invention is a fixed parameter information storage unit for storing fixed parameter information, which is parameter information for fixing a value, and arrhythmia information acquisition. When the arrhythmia information acquired by the unit is information indicating side effects of arrhythmia that is greater than or equal to a predetermined value, the parameter value of the fixed parameter information included in the target biomedical effect information is fixed, and the values of other parameters are changed. A next target biomedical efficacy information acquiring unit for acquiring new target biomedical efficacy information, and the new target biomedical efficacy information acquiring unit acquired by the next target biomedical efficacy information acquiring unit to the cardiomyocyte simulation unit, A controller for acquiring the arrhythmia information acquired by the arrhythmia information acquiring unit, and the next target biomedical efficacy information acquiring unit. It is arrhythmia risk evaluation device which constitutes the output information is information for outputting with the target biological efficacy information.
かかる構成により、不整脈危険性を低減させるには、化合物にどのような性質を付加もしくは削除すれば良いか提示することができる。 With such a configuration, it is possible to present what properties should be added to or deleted from a compound in order to reduce the risk of arrhythmia.
また、本第三の発明の不整脈危険性評価装置は、第一、第二いずれかの発明に対して、心筋細胞動作情報についての閾値を格納している閾値格納手段と、前記心筋細胞シミュレーション部が取得した心筋細胞動作情報と、前記閾値格納手段の閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果を用いて、前記不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報であるか否かを判断する不整脈判断手段を具備する不整脈判断部をさらに具備し、前記出力情報構成部は、前記不整脈判断部の判断結果をも用いて出力情報を構成する不整脈危険性評価装置である。 The arrhythmia risk evaluation apparatus according to the third aspect of the present invention provides a threshold value storing means for storing a threshold value for cardiomyocyte operation information, and the cardiomyocyte simulation unit for the first and second aspects of the invention. The information indicating that the arrhythmia information indicates a side effect of arrhythmia that is greater than or equal to a predetermined value using the comparison means that compares the acquired cardiomyocyte operation information with the threshold value of the threshold value storage means, and the comparison result of the comparison means. An arrhythmia determination unit that includes an arrhythmia determination unit that determines whether or not, and the output information configuration unit is an arrhythmia risk evaluation device that configures output information also using a determination result of the arrhythmia determination unit .
かかる構成により、不整脈の危険性の有無を自動判断できる。 With this configuration, it is possible to automatically determine whether there is a risk of arrhythmia.
また、本第四の発明の不整脈危険性評価装置は、第一から第三のいずれかの発明に対して、前記心筋細胞シミュレーション部は、活動電位を取得する算出式を示す情報である活動電位モデル情報を格納している活動電位モデル情報格納手段と、前記活動電位モデル情報を読み出し、当該活動電位モデル情報を用いて、活動電位情報を取得する活動電位情報取得手段を具備し、前記心筋細胞動作情報は、前記活動電位情報を含む不整脈危険性評価装置である。 Further, the arrhythmia risk evaluation apparatus according to the fourth aspect of the present invention provides an action potential which is information indicating a calculation formula for acquiring an action potential in the cardiomyocyte simulation unit according to any one of the first to third aspects of the invention. Action card model information storage means for storing model information; and action potential information acquisition means for reading the action potential model information and acquiring action potential information using the action potential model information. The operation information is an arrhythmia risk evaluation apparatus including the action potential information.
かかる構成により、活動電位から不整脈危険性を評価できる。 With this configuration, the risk of arrhythmia can be evaluated from the action potential.
また、本第五の発明の不整脈危険性評価装置は、第一から第四のいずれかの発明に対して、前記心筋細胞シミュレーション部は、QT間隔を取得する算出式を示す情報であるQT間隔モデル情報を格納しているQT間隔モデル情報格納手段と、前記QT間隔モデル情報を読み出し、当該QT間隔モデル情報を用いて、QT間隔情報を取得するQT間隔シミュレーション手段を具備し、前記心筋細胞動作情報は、前記QT間隔情報を含む不整脈危険性評価装置である。 Further, in the arrhythmia risk evaluation apparatus according to the fifth aspect of the present invention, with respect to any one of the first to fourth aspects, the cardiomyocyte simulation unit is information indicating a calculation formula for acquiring a QT interval. QT interval model information storing means for storing model information, QT interval model information for reading out the QT interval model information and acquiring QT interval information using the QT interval model information, and The information is an arrhythmia risk evaluation apparatus including the QT interval information.
かかる構成により、QT間隔から不整脈危険性を評価できる。 With this configuration, the risk of arrhythmia can be evaluated from the QT interval.
また、本第六の発明の不整脈危険性評価装置は、第一から第五いずれかの発明に対して、前記心筋細胞シミュレーション部は、スパイラルウェーブをシミュレーションするための情報であるスパイラルウェーブモデル情報を格納しているスパイラルウェーブモデル情報格納手段と、前記スパイラルウェーブモデル情報を読み出し、当該スパイラルウェーブモデル情報を用いて、スパイラルウェーブのシミュレーションを行うスパイラルウェーブシミュレーション手段をさらに具備し、前記心筋細胞動作情報は、前記スパイラルウェーブにシミュレーション結果を含む不整脈危険性評価装置である。 Further, in the arrhythmia risk evaluation apparatus according to the sixth aspect of the present invention, in contrast to any one of the first to fifth aspects, the cardiomyocyte simulation unit uses spiral wave model information that is information for simulating spiral waves. A spiral wave model information storage means for storing, and a spiral wave simulation means for reading the spiral wave model information and performing a spiral wave simulation using the spiral wave model information, the cardiomyocyte operation information is The arrhythmia risk evaluation apparatus includes a simulation result in the spiral wave.
かかる構成により、スパイラルウェーブから不整脈危険性を評価できる。 With this configuration, the risk of arrhythmia can be evaluated from the spiral wave.
また、本第七の発明の不整脈危険性評価装置は、薬物投与の影響を示す1以上のイオンチャネルの電気流量についての情報である1以上のイオン流量情報を含む対象生体薬効情報を受け付ける受付部と、前記対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報を取得する心筋細胞シミュレーション部と、前記心筋細胞動作情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する出力情報構成部と、前記出力情報を出力する出力部を具備する不整脈危険性評価装置である。 The arrhythmia risk evaluation apparatus according to the seventh aspect of the present invention is a receiving unit that receives target biomedical efficacy information including one or more ion flow rate information that is information about the electric flow rate of one or more ion channels indicating the influence of drug administration. And using the target biomedical effect information, a cardiomyocyte simulation unit that acquires cardiomyocyte movement information that is information about the behavior of a living cardiomyocyte, and output information that is information output using the cardiomyocyte movement information An arrhythmia risk evaluation apparatus comprising: an output information configuration unit that configures the output information; and an output unit that outputs the output information.
かかる構成により、1以上のイオン流量情報を入力として、不整脈危険性を評価することができる。 With this configuration, it is possible to evaluate the risk of arrhythmia using one or more pieces of ion flow rate information as input.
また、本第八の発明の不整脈危険性評価装置は、第七の発明に対して、値を固定するパラメータの情報である固定パラメータ情報を格納している固定パラメータ情報格納部と、前記心筋細胞動作情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報である場合に、前記対象生体薬効情報が有する固定パラメータ情報のパラメータの値を固定して、他のパラメータの値を変動させ、新たな対象生体薬効情報を取得する次対象生体薬効情報取得部と、前記次対象生体薬効情報取得部が取得した新たな対象生体薬効情報を前記心筋細胞シミュレーション部に与え、心筋細胞動作情報を取得させる制御部をさらに具備し、前記出力情報構成部は、前記心筋細胞動作情報、および前記次対象生体薬効情報取得部が取得した対象生体薬効情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する不整脈危険性評価装置である。 Further, the arrhythmia risk evaluation apparatus according to the eighth aspect of the invention relates to the seventh aspect of the invention, a fixed parameter information storage unit that stores fixed parameter information that is parameter information for fixing values, and the cardiomyocytes When the motion information is information indicating a side effect of arrhythmia of a predetermined value or more, the parameter value of the fixed parameter information included in the target biomedical effect information is fixed, the value of other parameters is changed, and a new target A next target biomedical efficacy information acquisition unit that acquires biomedical efficacy information, and a control unit that provides the new target biomedical efficacy information acquired by the next target biomedical efficacy information acquisition unit to the cardiomyocyte simulation unit and acquires cardiomyocyte operation information The output information configuration unit outputs the cardiomyocyte operation information and the target biomedical efficacy information acquired by the next target biomedical efficacy information acquisition unit. It is arrhythmia risk evaluation device which constitutes the output information is information.
かかる構成により、不整脈危険性を低減させるには、化合物にどのような性質を付加もしくは削除すれば良いか提示することができる。 With such a configuration, it is possible to present what properties should be added to or deleted from a compound in order to reduce the risk of arrhythmia.
また、本第九の発明の不整脈危険性評価装置は、第七、第八いずれかの発明に対して、前記心筋細胞シミュレーション部は、1以上のイオン流量情報をパラメータとして筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を算出する演算式の情報であるイオン濃度算出モデル情報を格納しているイオン濃度算出モデル情報格納手段と、前記イオン濃度算出モデル情報を読み出し、前記受付部が受け付けた1以上のイオン流量情報を前記イオン濃度算出モデル情報に代入し、当該イオン濃度算出モデル情報が示す演算式を実行し、心筋細胞動作情報である筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を算出するイオン濃度算出手段を具備する不整脈危険性評価装置である。 The arrhythmia risk evaluation apparatus according to the ninth aspect of the present invention provides the cardiomyocyte simulation unit in the sarcoplasmic reticulum uptake site using one or more pieces of ion flow rate information as a parameter with respect to any of the seventh and eighth aspects of the invention. Ion concentration calculation model information storage means for storing ion concentration calculation model information which is information of an arithmetic expression for calculating the calcium ion concentration, and one or more ions received by the receiving unit by reading the ion concentration calculating model information Ion concentration calculation means for substituting flow rate information into the ion concentration calculation model information, executing an arithmetic expression indicated by the ion concentration calculation model information, and calculating a calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site which is cardiomyocyte operation information This is an arrhythmia risk evaluation apparatus.
かかる構成により、筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を用いた不整脈危険性の評価ができる。 With this configuration, it is possible to evaluate the risk of arrhythmia using the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site.
また、本第十の発明の不整脈危険性評価装置は、第七から第九いずれかの発明に対して、前記心筋細胞シミュレーション部は、1以上のイオン流量情報をパラメータとして細胞膜電位を算出する演算式の情報である細胞膜電位算出モデル情報を格納している細胞膜電位算出モデル情報格納手段と、前記細胞膜電位算出モデル情報を読み出し、前記受付部が受け付けた1以上のイオン流量情報を前記細胞膜電位算出モデル情報に代入し、当該細胞膜電位算出モデル情報が示す演算式を実行し、心筋細胞動作情報である細胞膜電位を算出する細胞膜電位算出手段を具備する不整脈危険性評価装置である。 Further, in the arrhythmia risk evaluation apparatus according to the tenth aspect of the present invention, in the seventh to ninth aspects of the invention, the cardiomyocyte simulation unit calculates a cell membrane potential using one or more ion flow rate information as a parameter. Cell membrane potential calculation model information storage means for storing cell membrane potential calculation model information that is information of the equation, and reading the cell membrane potential calculation model information, and calculating one or more ion flow rate information received by the receiving unit as the cell membrane potential This is an arrhythmia risk evaluation apparatus comprising cell membrane potential calculation means for calculating a cell membrane potential, which is cardiomyocyte operation information, by substituting into model information and executing an arithmetic expression indicated by the cell membrane potential calculation model information.
かかる構成により、細胞膜電位を用いた不整脈危険性の評価ができる。 With this configuration, the risk of arrhythmia using cell membrane potential can be evaluated.
また、本第十一の発明の不整脈危険性評価装置は、第七、第八いずれかの発明に対して、前記心筋細胞シミュレーション部は、1以上のイオン流量情報をパラメータとして筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を算出する演算式の情報であるイオン濃度算出モデル情報を格納しているイオン濃度算出モデル情報格納手段と、前記イオン濃度算出モデル情報を読み出し、前記受付部が受け付けた1以上のイオン流量情報を前記イオン濃度算出モデル情報に代入し、当該イオン濃度算出モデル情報が示す演算式を実行し、心筋細胞動作情報である筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を算出するイオン濃度算出手段と、1以上のイオン流量情報をパラメータとして細胞膜電位を算出する演算式の情報である細胞膜電位算出モデル情報を格納している細胞膜電位算出モデル情報格納手段と、前記細胞膜電位算出モデル情報を読み出し、前記受付部が受け付けた1以上のイオン流量情報を前記細胞膜電位算出モデル情報に代入し、当該細胞膜電位算出モデル情報が示す演算式を実行し、心筋細胞動作情報である細胞膜電位を算出する細胞膜電位算出手段を具備し、前記出力情報構成部は、前記イオン濃度算出手段が算出した筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を第一の軸の値とし、前記細胞膜電位算出手段が算出した細胞膜電位を第二の軸の値とする二次元平面上に値をプロットし、前記1以上の筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度についての閾値、および前記1以上の細胞膜電位についての閾値を前記二次元平面上に明示する出力情報を構成する不整脈危険性評価装置である。 The arrhythmia risk evaluation apparatus according to the eleventh aspect of the invention relates to the seventh or eighth aspect of the invention, wherein the myocardial cell simulation unit uses one or more ion flow rate information as a parameter as a sarcoplasmic reticulum uptake site. An ion concentration calculation model information storage means storing ion concentration calculation model information which is information of an arithmetic expression for calculating the internal calcium ion concentration, and one or more of the ion concentration calculation model information read out and received by the receiving unit Ion concentration calculation means for substituting ion flow rate information into the ion concentration calculation model information, executing an arithmetic expression indicated by the ion concentration calculation model information, and calculating a calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site which is cardiomyocyte operation information And cell membrane potential calculation model information which is information of an arithmetic expression for calculating cell membrane potential using one or more ion flow rate information as a parameter Reading the cell membrane potential calculation model information storage means, reading the cell membrane potential calculation model information, substituting one or more ion flow rate information received by the receiving unit into the cell membrane potential calculation model information, and the cell membrane potential calculation model information The cell membrane potential calculating means for calculating the cell membrane potential that is the cardiomyocyte operation information, and the output information component is a calcium ion in the sarcoplasmic reticulum uptake site calculated by the ion concentration calculating means. A value is plotted on a two-dimensional plane with the value of the first axis as the value of the first axis and the cell membrane potential calculated by the cell membrane potential calculation means as the value of the second axis, and the calcium in the one or more sarcoplasmic reticulum uptake sites is plotted. An arrhythmia risk evaluation apparatus that constitutes output information that clearly indicates a threshold value for an ion concentration and a threshold value for the one or more cell membrane potentials on the two-dimensional plane. is there.
かかる構成により、筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度や細胞膜電位から不整脈危険度を評価でき、かつ不整脈危険度が容易に把握できる出力を得ることができる。 With such a configuration, it is possible to evaluate the arrhythmia risk from the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site and the cell membrane potential, and to obtain an output that can easily grasp the arrhythmia risk.
また、本第十二の発明の不整脈危険性評価システムは、第一から第十一いずれかの発明に対して、不整脈危険性評価装置と生体パラメータ決定装置を具備する不整脈危険性評価システムであって、前記生体パラメータ決定装置は、生体のパラメータである生体パラメータを1以上有する生体パラメータセットを2組以上格納している生体パラメータセット格納部と、前記2組以上の生体パラメータセットの中から一の生体パラメータセットを選択するパラメータセット選択部と、当該パラメータセット選択部が選択した一の生体パラメータセットを入力にして、心臓の活動をシミュレーションし、心臓の活動電位を示す情報である活動電位情報を得るシミュレーション実行部と、前記活動電位情報を取得する活動電位情報取得部と、動物実験の結果の活動電位情報である実験活動電位情報を格納している実験活動電位情報格納部と、前記活動電位情報取得部が取得した活動電位情報と、前記実験活動電位情報との相違度を算出する相違度算出部と、前記相違度算出部が算出した相違度を用いて、前記一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであるか否かを決定する許容パラメータセット決定部と、前記許容パラメータセット決定部が前記一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットでないと判断した場合に、前記パラメータセット選択部に未選択の生体パラメータセットの中から一の生体パラメータセットを選択するように指示する制御部と、前記許容パラメータセット決定部が前記一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであると判断した場合に、当該一の生体パラメータセットを出力する許容パラメータセット出力部を具備し、前記許容パラメータセット出力部が出力する生体パラメータセットは、前記不整脈危険性評価装置の薬物投与前後パラメータセット格納部に格納されている薬物投与前の動物のパラメータセット、および薬物投与後の動物のパラメータセットの少なくともいずれか一方のパラメータセットである不整脈危険性評価システムである。 The arrhythmia risk evaluation system according to the twelfth aspect of the present invention is an arrhythmia risk evaluation system including an arrhythmia risk evaluation device and a biological parameter determination device, as compared with any of the first to eleventh inventions. The biological parameter determination device includes a biological parameter set storage unit that stores two or more biological parameter sets having one or more biological parameters that are biological parameters, and one of the two or more biological parameter sets. The action potential information which is information indicating the action potential of the heart by simulating the activity of the heart by inputting the parameter set selection section for selecting the living body parameter set and the one living body parameter set selected by the parameter set selection section A simulation execution unit that obtains the action potential information acquisition unit that acquires the action potential information, and an animal experiment Calculate the degree of difference between the experimental action potential information storage unit storing experimental action potential information, which is the resulting action potential information, the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit, and the experimental action potential information A dissimilarity calculating unit; an allowable parameter set determining unit that determines whether the one biological parameter set is a biological parameter set within an allowable range using the dissimilarity calculated by the dissimilarity calculating unit; When the allowable parameter set determination unit determines that the one biological parameter set is not within the allowable range, the biological parameter set is selected from the unselected biological parameter sets by the parameter set selection unit. A living body in which the one living body parameter set is in an allowable range A parameter set output unit for outputting the one biological parameter set when the parameter set is determined to be a parameter set, and the biological parameter set output by the allowable parameter set output unit is a drug of the arrhythmia risk evaluation apparatus It is an arrhythmia risk evaluation system which is a parameter set of at least one of an animal parameter set before drug administration and an animal parameter set after drug administration stored in a parameter set storage unit before and after administration.
かかる構成により、生体パラメータ決定装置が決定したパラメータセットを用いて、不整脈危険性の評価ができる。 With this configuration, the risk of arrhythmia can be evaluated using the parameter set determined by the biological parameter determination device.
本発明による不整脈危険性評価装置によれば、薬物のヒトなどの生物に対する不整脈危険性を評価することができる。 According to the arrhythmia risk evaluation apparatus according to the present invention, it is possible to evaluate the arrhythmia risk of a drug to a living organism such as a human.
以下、不整脈危険性評価装置等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
(実施の形態1)
Hereinafter, embodiments of an arrhythmia risk evaluation apparatus and the like will be described with reference to the drawings. In addition, since the component which attached | subjected the same code | symbol in embodiment performs the same operation | movement, re-explanation may be abbreviate | omitted.
(Embodiment 1)
本実施の形態において、心筋細胞シミュレーション、QT間隔シミュレーション、スパイラルシミュレーションを用いて不整脈危険性の評価を行う不整脈危険性評価装置について説明する。 In this embodiment, an arrhythmia risk evaluation apparatus that evaluates arrhythmia risk using cardiomyocyte simulation, QT interval simulation, and spiral simulation will be described.
図1は、本不整脈危険性評価装置の構成を示すブロック図である。不整脈危険性評価装置は、受付部100、薬物投与前後パラメータセット格納部101、動物薬効情報取得部102、変換元情報格納部103、薬効変換部104、心筋細胞シミュレーション部105、不整脈情報取得部106、不整脈判断部107、出力情報構成部108、出力部109を具備する。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the arrhythmia risk evaluation apparatus. The arrhythmia risk evaluation apparatus includes a reception unit 100, a parameter set storage unit 101 before and after drug administration, an animal drug effect information acquisition unit 102, a conversion source information storage unit 103, a drug effect conversion unit 104, a cardiomyocyte simulation unit 105, and an arrhythmia information acquisition unit 106. Arrhythmia determination unit 107, output information configuration unit 108, and output unit 109.
心筋細胞シミュレーション部105は、活動電位モデル情報格納手段1051、活動電位情報取得手段1052、QT間隔モデル情報格納手段1053、QT間隔シミュレーション手段1054、スパイラルウェーブモデル情報格納手段1055、スパイラルウェーブシミュレーション手段1056を具備する。 The cardiomyocyte simulation unit 105 includes action potential model information storage means 1051, action potential information acquisition means 1052, QT interval model information storage means 1053, QT interval simulation means 1054, spiral wave model information storage means 1055, and spiral wave simulation means 1056. It has.
不整脈判断部107は、閾値格納手段1071、比較手段1072、および不整脈判断手段1073を具備する。 The arrhythmia determination unit 107 includes a threshold storage unit 1071, a comparison unit 1072, and an arrhythmia determination unit 1073.
受付部100は、ユーザから不整脈危険性評価装置の動作開始の指示や、終了指示などの各種指示を受け付ける。各種指示の入力手段は、キーボードやマウスやメニュー画面によるもの等、何でも良い。受付部100は、キーボード等の入力手段のデバイスドライバーや、メニュー画面の制御ソフトウェア等で実現され得る。 The receiving unit 100 receives various instructions such as an operation start instruction and an end instruction of the arrhythmia risk evaluation apparatus from the user. The input means for various instructions may be anything such as a keyboard, mouse or menu screen. The accepting unit 100 can be realized by a device driver for input means such as a keyboard, control software for a menu screen, or the like.
薬物投与前後パラメータセット格納部101は、薬物投与前の動物のパラメータセットと薬物投与後の動物のパラメータセットの組である薬物投与前後パラメータセットを格納している。パラメータセットとは、1以上の生体パラメータである。生体パラメータには細胞の種々のチャネル(たとえば、Naチャネル、Caチャネル、KATPチャネル、Krチャネル、K1チャネル、Ksチャネルなど)を流れる電流や、各チャネルの開閉速度や、イオン親和性、細胞内外のイオン濃度などがある。また、生体パラメータの種類は、数百にも及ぶ。薬物投与前の動物のパラメータセットと薬物投与後の動物のパラメータセットは、例えば、それぞれ、実施の形態4で述べる生体パラメータ決定装置が取得した生体パラメータセットであることは好適である。また、後述の生体パラメータ決定装置が薬物投与前後パラメータセットを取得し、薬物投与前後パラメータセット格納部101に蓄積する場合、当該生体パラメータ決定装置が利用する実験活動電位情報は、一の動物(例えば、マウス)に対して、薬物投与前に測定した活動電位情報と、当該同一の動物に対して、薬物投与後に測定した活動電位情報である。薬物投与前後パラメータセットは、2つの生体パラメータセットを有する。なお、薬物投与前後パラメータセットの例を図2に示す。図2において、薬物投与前の生体パラメータセットの値、薬物投与後の生体パラメータセットの値を、生体パラメータごとに有する。図2において、生体パラメータ「IKr」は、薬物投与前「2.0」、薬物投与後「2.0」で変化はないが、生体パラメータ「IK1」は、薬物投与前「1.10」、薬物投与後「2.20」で変化する。薬物投与前後パラメータセット格納部101は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。 The parameter set storage unit 101 before and after drug administration stores a parameter set before and after drug administration which is a set of a parameter set of an animal before drug administration and a parameter set of an animal after drug administration. A parameter set is one or more biological parameters. Biological parameters include current flowing through various channels of cells (for example, Na channel, Ca channel, KATP channel, Kr channel, K1 channel, Ks channel, etc.), opening / closing speed of each channel, ion affinity, intracellular and extracellular There are ion concentrations. In addition, there are hundreds of types of biological parameters. It is preferable that the parameter set of the animal before drug administration and the parameter set of the animal after drug administration are, for example, biological parameter sets acquired by the biological parameter determination device described in the fourth embodiment. In addition, when a later-described biological parameter determination device acquires a parameter set before and after drug administration and accumulates it in the parameter set storage unit 101 before and after drug administration, the experimental action potential information used by the biological parameter determination device is one animal (for example, The action potential information measured before the drug administration to the mouse) and the action potential information measured after the drug administration to the same animal. The parameter set before and after drug administration has two biological parameter sets. An example of the parameter set before and after drug administration is shown in FIG. In FIG. 2, the value of the biological parameter set before drug administration and the value of the biological parameter set after drug administration are provided for each biological parameter. In FIG. 2, the biological parameter “IKr” does not change between “2.0” before drug administration and “2.0” after drug administration, but the biological parameter “IK1” is “1.10” before drug administration, It changes at “2.20” after drug administration. The parameter set storage unit 101 before and after drug administration is preferably a non-volatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium.
動物薬効情報取得部102は、薬物投与前後パラメータセットを用いて、動物に対する薬効についての情報である動物薬効情報を取得する。動物薬効情報は、通常、薬物投与前の生体パラメータセットと薬物投与後の生体パラメータセットの差に基づく情報である。例えば、薬物投与前の生体パラメータセットを構成するパラメータP1の値が「4」であり、薬物投与後の生体パラメータセットを構成するパラメータP1の値が「2」である場合、動物薬効情報を構成する数値は、薬物投与によって影響を受ける生体パラメータの変化率である「0.5」とする。つまり、動物薬効情報取得部102は、例えば、着目する生体パラメータの薬物投与前後の変化を元に、動物薬効情報を算出する。動物薬効情報取得部102は、例えば、予め決められた演算式「薬物投与後の生体パラメータの値/薬物投与前の生体パラメータの値」を読み出し、当該演算式に薬物投与前の生体パラメータセットを構成するパラメータP1の値「4」、薬物投与後の生体パラメータセットを構成するパラメータP1の値「2」を代入し、動物薬効情報「P1,0.5」を得る。動物薬効情報は、ここでは、パラメータを識別する情報と、動物薬効情報前後のパラメータ値の変化率の情報を有する。動物薬効情報は、例えば、薬物投与前の生体パラメータと薬物投与後の生体パラメータの値の差等でも良い。つまり、上記の「差に基づく情報」は、薬物投与前の生体パラメータセットと薬物投与後の生体パラメータセットの違いの程度を表す情報であれば良く、その取得方法は問わない。動物薬効情報取得部102は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。動物薬効情報取得部102の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The animal drug effect information acquisition unit 102 acquires animal drug effect information, which is information about drug effects on animals, using the parameter set before and after drug administration. Animal drug efficacy information is usually information based on the difference between a biological parameter set before drug administration and a biological parameter set after drug administration. For example, when the value of the parameter P1 constituting the biological parameter set before drug administration is “4” and the value of the parameter P1 constituting the biological parameter set after drug administration is “2”, the animal drug efficacy information is constituted. The numerical value to be set is “0.5”, which is the rate of change of the biological parameter affected by drug administration. That is, the animal drug effect information acquisition unit 102 calculates animal drug effect information based on, for example, changes in the biological parameter of interest before and after drug administration. The animal drug efficacy information acquisition unit 102 reads, for example, a predetermined arithmetic expression “value of biological parameter after drug administration / value of biological parameter before drug administration”, and sets a biological parameter set before drug administration in the arithmetic expression. Substituting the value “4” of the parameter P1 constituting and the value “2” of the parameter P1 constituting the biological parameter set after drug administration, the animal drug efficacy information “P1, 0.5” is obtained. Here, the animal drug efficacy information includes information for identifying a parameter and information on the rate of change of the parameter value before and after the animal drug efficacy information. The animal drug efficacy information may be, for example, a difference between values of a biological parameter before drug administration and a biological parameter value after drug administration. That is, the “information based on the difference” may be information indicating the degree of difference between the biological parameter set before drug administration and the biological parameter set after drug administration, and the acquisition method is not limited. The animal medicinal effect information acquisition unit 102 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the animal medicinal effect information acquisition unit 102 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
変換元情報格納部103は、動物薬効情報を、他の生物(人などの実験データを取得した生物以外の生物)の薬効の情報である対象生体薬効情報に変換するための情報である変換元情報を格納している。変換元情報は、例えば、「0.5」である。変換元情報は、例えば、マウス等の動物に与える薬効と、ヒトなどの他の生物(実験対象の動物を除く)が受ける薬効の比率である。また、変換元情報は、例えば、[0]イオン電流を定義するマウス等の動物の数式の情報を含む。また、変換元情報は、例えば、[0]同じイオン電流を定義するヒトの数式の情報と、パラメータ「0.5」を含む。ここで、図3に示すように、動物(ここでは、「モルモット」)と人では心筋活動電位の波形や収縮力の時間変化、各イオンチャネルの電流、各イオンチャネルの性質に大きな種差が存在する。そして、図3に示す実験結果に鑑み、本具体例では、変換元情報を、例えば、「0.5」としている。図3において、(1)は人のデータ、(2)は動物のデータである。図3において、(a)は活動電位のグラフ、(b)から(d)はそれぞれ、一過性外向きカリウムイオン電流、L型カルシウムイオン電流、早期活性化遅延整流性カリウムイオン電流、(e)はカルシウムイオンの流量、(f)は心筋細胞の収縮力、(g)は一過性外向きカリウム電流の電位依存性である。変換元情報格納部103は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。また、変換元情報は、ユーザが入力した情報でも良いし、外部装置から送信された情報でも良いし、記録媒体から読み出した情報でも良い。 The conversion source information storage unit 103 is a conversion source that is information for converting animal medicinal effect information into target biomedical effect information that is medicinal effect information of other living organisms (organisms other than living organisms that have acquired experimental data such as humans). Stores information. The conversion source information is “0.5”, for example. The conversion source information is, for example, the ratio of the medicinal effect given to an animal such as a mouse and the medicinal effect received by another organism such as a human (excluding the animal to be experimented). Also, the conversion source information includes, for example, information on mathematical expressions of animals such as mice that define [0] ion current. The conversion source information includes, for example, [0] information of a human mathematical expression that defines the same ion current, and a parameter “0.5”. Here, as shown in FIG. 3, there is a large species difference between animals (here, “guinea pigs”) and humans in the waveforms of myocardial action potentials, temporal changes in contractile force, the current of each ion channel, and the nature of each ion channel. To do. In view of the experimental result shown in FIG. 3, in this specific example, the conversion source information is set to “0.5”, for example. In FIG. 3, (1) is human data, and (2) is animal data. 3, (a) is a graph of action potential, (b) to (d) are transient outward potassium ion current, L-type calcium ion current, early activation delayed rectifier potassium ion current, (e ) Is the flow rate of calcium ions, (f) is the contractile force of cardiomyocytes, and (g) is the potential dependence of the transient outward potassium current. The conversion source information storage unit 103 is preferably a nonvolatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium. The conversion source information may be information input by the user, information transmitted from an external device, or information read from a recording medium.
薬効変換部104は、動物薬効情報を、変換元情報を用いて、対象生体薬効情報に変換する。薬効変換部104は、例えば、動物薬効情報「P1,0.5」と、変換元情報「0.5」を用いて、対象生体薬効情報「P1,0.25」を得る。薬効変換部104は、例えば、動物薬効情報を構成する数値「0.5」に対して、変換元情報「0.5」を乗算し、対象生体薬効情報を構成する数値「0.25」を得る。対象生体薬効情報は、ここでは、薬物投与による、ヒトなどのシミュレーションの対象となる生物の生体パラメータの変化率の情報であるが、薬物投与後の生体パラメータの値や、薬物投与後の生体パラメータセット等でも良い。なお、「P1」は、生体パラメータの識別子である。また、薬効変換部104は、例えば、イオン電流を定義するヒトの数式の情報を変換元情報格納部103から読み出し、2つの数式の情報と、動物薬効情報「P1,0.5」を用いて、対象生体薬効情報を算出する。具体的には、変換元情報格納部103は、図50に示す動物における、IKrを算出するモデルを格納している。また、薬効変換部104は、図51に示すヒトにおける、IKrを算出するモデルを格納している。図50、図51において、「Vm」は膜電位「Ek」はカリウムイオンの逆転電位、「[K]o」は細胞外カリウム濃度、「Cm」は膜容量である。そして、薬効変換部104は、例えば、図51のモデルと動物薬効情報を構成する数値「0.5」を読み出し、GKrに動物薬効情報を構成する数値「0.5」を乗算し、対象生体薬効情報「IKr」などの値を算出する。薬効変換部104は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。薬効変換部104の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The medicinal effect conversion unit 104 converts the animal medicinal effect information into the target biomedical effect information using the conversion source information. The medicinal effect conversion unit 104 obtains the target biomedical effect information “P1, 0.25” using the animal medicinal effect information “P1, 0.5” and the conversion source information “0.5”, for example. For example, the medicinal effect conversion unit 104 multiplies the numerical value “0.5” constituting the animal medicinal effect information by the conversion source information “0.5”, and sets the numerical value “0.25” constituting the target biomedical effect information. obtain. The target biomedical efficacy information here is information on the rate of change of the biological parameter of the organism to be simulated, such as a human, due to drug administration, but the value of the biological parameter after drug administration or the biological parameter after drug administration A set or the like may be used. “P1” is an identifier of a biological parameter. In addition, the medicinal effect conversion unit 104 reads, for example, information of a human mathematical expression that defines the ionic current from the conversion source information storage unit 103, and uses the information of the two mathematical formulas and the animal medicinal effect information “P1, 0.5”. The target biomedical efficacy information is calculated. Specifically, the conversion source information storage unit 103 stores a model for calculating IKr in the animal shown in FIG. Further, the medicinal effect conversion unit 104 stores a model for calculating IKr in the human shown in FIG. 50 and 51, “Vm” is the membrane potential “Ek” is the reverse potential of potassium ion, “[K] o” is the extracellular potassium concentration, and “Cm” is the membrane capacity. Then, the medicinal effect conversion unit 104 reads, for example, the model of FIG. 51 and the numerical value “0.5” constituting the animal medicinal effect information, multiplies GKr by the numerical value “0.5” constituting the animal medicinal effect information, A value such as medicinal effect information “IKr” is calculated. The medicinal effect conversion unit 104 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the medicinal effect conversion unit 104 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
心筋細胞シミュレーション部105は、対象生体薬効情報を受け付け、当該対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報を取得する。なお、心筋細胞動作情報は、例えば、活動電位波形に関する情報である活動電位情報や、心臓の収縮力についての情報や、カルシウムイオンなどのイオンの流量についての情報等である。活動電位情報とは、例えば、活動電位持続時間(Action Potential Duration; APD)についての情報や、活動電位振幅(Action Potential Amplitude;APA)についての情報などである。APDとは、APAの任意の割合における電位を示す、活動電位の立ち上がり相と再分極相の時間の差を言う。APDについての情報とは、例えば、APD30の値、APD60値、およびAPD90の値などがある。APAとは、静止膜電位の絶対値と、活動電位波形のpeak値(アーチファクトやノイズを除く)の和である。また、APAの任意の割合における電位(Vm(x))とは、APAの任意の割合の値を算出し、その値をpeak値から減算した値(電位)である。活動電位の立ち上がり相とは、静止膜電位からpeakに達するまでの間である。活動電位の再分極相とは、peakから静止膜電位におちつくまでの間である。数理モデル、実験データいずれも、Vm(x)に一致する電位と時間のデータが存在しない場合は、そのVm(x)の前後の値から、何らかの方法(例:直線補間)で補間した値を用いる。なお、波形の最高電位(a点)から最低電位(b点)の高さを100とした場合に、a点から30下の高さにおける、波形の幅がAPD30である。同様に、波形の最高電位(a点)から最低電位(b点)の高さを100とした場合に、a点から60下、90下の高さにおける、波形の幅がAPD60、APD90である。心筋細胞シミュレーション部105は、例えば、生体パラメータセットを入力として受け付け、心筋細胞動作情報を出力する機能を有する。また、心筋細胞シミュレーション部105は、後述するQT間隔を取得する処理を行っても良いし、スパイラルウェーブのシミュレーションを行っても良い。QT間隔を取得する処理やスパイラルウェーブのシミュレーションを行う処理は公知技術であるので詳細な説明を省略する。心筋細胞シミュレーション部105は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。心筋細胞シミュレーション部105の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The cardiomyocyte simulation unit 105 receives target biomedical efficacy information, and uses the target biomedical efficacy information to obtain cardiomyocyte operation information that is information about the behavior of living cardiomyocytes. The cardiomyocyte operation information is, for example, action potential information that is information related to action potential waveforms, information about the contractile force of the heart, information about the flow rate of ions such as calcium ions, and the like. The action potential information is, for example, information about action potential duration (APD), information about action potential amplitude (APA), and the like. APD refers to the time difference between the rising phase of the action potential and the repolarization phase, which indicates the potential at an arbitrary ratio of APA. The information about APD includes, for example, the value of APD30, the value of APD60, and the value of APD90. APA is the sum of the absolute value of the resting membrane potential and the peak value of the action potential waveform (excluding artifacts and noise). The potential (Vm (x)) at an arbitrary ratio of APA is a value (potential) obtained by calculating an arbitrary ratio value of APA and subtracting the value from the peak value. The rising phase of the action potential is a period from the resting membrane potential to the peak. The repolarization phase of the action potential is between the peak and the resting membrane potential. If neither mathematical model nor experimental data has potential and time data that match Vm (x), values interpolated by some method (eg, linear interpolation) from values before and after Vm (x) Use. When the height from the highest potential (point a) to the lowest potential (point b) of the waveform is 100, the width of the waveform at the height 30 points below the point a is APD30. Similarly, assuming that the height from the highest potential (point a) to the lowest potential (point b) of the waveform is 100, the width of the waveform at heights 60 and 90 below the point a is APD60 and APD90. . The cardiomyocyte simulation unit 105 has a function of receiving a biological parameter set as an input and outputting cardiomyocyte operation information, for example. Further, the cardiomyocyte simulation unit 105 may perform a process of acquiring a QT interval described later, or may perform a spiral wave simulation. Since the process of obtaining the QT interval and the process of performing the simulation of spiral waves are known techniques, detailed description thereof will be omitted. The cardiomyocyte simulation unit 105 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the cardiomyocyte simulation unit 105 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
活動電位モデル情報格納手段1051は、活動電位の情報である活動電位情報を取得する算出式を示す情報である活動電位モデル情報を格納している。活動電位モデル情報は、例えば、以下の数式1である。
数式1において、「x」は、APAの任意の割合であり、30、60、または90などの数値が代入される。Vm(x)は、上述のように算出される電位である。 In Equation 1, “x” is an arbitrary ratio of APA, and a numerical value such as 30, 60, or 90 is substituted. Vm (x) is a potential calculated as described above.
「f(Vm(x))再分極相」は、活動電位が再分極相におけるAPAの任意の割合に相当する電位を示す時間を示す。 “F (Vm (x)) repolarization phase ” indicates the time during which the action potential shows a potential corresponding to an arbitrary ratio of APA in the repolarization phase.
「f(Vm(x))立ち上がり相」は、活動電位が立ち上がり相におけるAPAの任意の割合に相当する電位を示す時間を示す。 “F (Vm (x)) rising phase ” indicates a time during which the action potential shows a potential corresponding to an arbitrary ratio of APA in the rising phase.
なお、活動電位モデル情報およびAPDを取得する技術は、公知技術であるので、詳細な説明を省略する。また、活動電位モデル情報は、人の活動電位モデルの情報であることが好適であるが、マウス等の活動電位モデルの情報でも良い。マウス等の活動電位モデルの情報を用いて、シミュレーションを行った場合でも、副作用等の検出が可能であるからである。 In addition, since the technique which acquires action potential model information and APD is a well-known technique, detailed description is abbreviate | omitted. The action potential model information is preferably information on a human action potential model, but may be information on an action potential model of a mouse or the like. This is because even when a simulation is performed using information on an action potential model of a mouse or the like, a side effect or the like can be detected.
活動電位モデル情報格納手段1051は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。 The action potential model information storage unit 1051 is preferably a non-volatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium.
活動電位情報取得手段1052は、活動電位モデル情報格納手段1051の活動電位モデル情報を読み出し、当該活動電位モデル情報を用いて、活動電位情報を取得する。さらに具体的には、活動電位情報取得手段1052は、数式1の活動電位モデル情報を読み出し、Vm(x)を取得し、「f(Vm(x))再分極相」にVm(x)を代入し、「f(Vm(x))再分極相」を算出し、その結果をメモリ上に記憶する。また、活動電位情報取得手段1052は、取得したVm(x)を読み出した「f(Vm(x))立ち上がり相」に代入し、「f(Vm(x))立ち上がり相」の結果を得て、メモリ上の「f(Vm(x))再分極相」の演算結果から「f(Vm(x))立ち上がり相」の演算結果の差を算出し、メモリ上に記憶する。活動電位情報の例は、図4の(1)のグラフである。なお、活動電位情報取得手段1052は、活動電位情報以外の情報であるカルシウムイオンのイオン量(図4(2))、Force(図4(3))などの情報を取得し、一時格納しても良い。なお、Forceとは、心筋細胞の発生する収縮力である。また、活動電位情報取得手段1052が取得する情報は、図5に示す細胞内イオン流量や心筋収縮力の時間変化情報などでも良い。 The action potential information acquisition unit 1052 reads the action potential model information in the action potential model information storage unit 1051 and acquires the action potential information using the action potential model information. More specifically, the action potential information acquisition unit 1052 reads the action potential model information of Formula 1, acquires Vm (x), and sets Vm (x) to “f (Vm (x)) repolarization phase ”. Substituting and calculating “f (Vm (x)) repolarization phase ”, the result is stored in the memory. Further, the action potential information acquisition unit 1052 substitutes the acquired Vm (x) for the read “f (Vm (x)) rising phase ” and obtains the result of “f (Vm (x)) rising phase ”. Then, the difference between the calculation results of “f (Vm (x)) repolarization phase ” on the memory and the calculation result of “f (Vm (x)) rising phase ” is calculated and stored on the memory. An example of action potential information is the graph of (1) in FIG. The action potential information acquisition unit 1052 acquires information such as the amount of calcium ions (FIG. 4 (2)) and Force (FIG. 4 (3)), which is information other than the action potential information, and temporarily stores it. Also good. Note that “Force” is a contractile force generated by cardiomyocytes. Further, the information acquired by the action potential information acquisition unit 1052 may be information on intracellular ion flow rate and time-varying information on myocardial contraction force shown in FIG.
活動電位情報取得手段1052は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。活動電位情報取得手段1052の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The action potential information acquisition unit 1052 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the action potential information acquisition unit 1052 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
QT間隔モデル情報格納手段1053は、QT間隔を示す情報であるQT間隔情報を取得する算出式を示す情報であるQT間隔モデル情報を格納している。QT間隔モデル情報は、例えば、数式2から数式4の数式である。
なお、数式2において、「Ix」は、任意の生体パラメータ、「coefficient」は細胞種特有の係数、「Ix_original」は、基本となる細胞モデルである。基本となる細胞モデルとは、例えば、心内膜側の心室筋細胞(Endo cell)である。なお、基本となる細胞モデルは、他の細胞モデルでも良い。 In Equation 2, “I x ” is an arbitrary biological parameter, “coefficient” is a coefficient specific to a cell type, and “I x — original ” is a basic cell model. The basic cell model is, for example, an endocardium-side ventricular myocyte (Endo cell). The basic cell model may be another cell model.
また、QT間隔モデル情報として、QT間隔モデル情報格納手段1053は、図6に示す細胞種特有の係数「coefficient」を保持している、とする。図6は、心筋細胞モデルとして、Epi cell(心外膜細胞)、M cell(心中央膜細胞)、Endo cell(心内膜細胞)の3種類の細胞モデルを使用することが望ましいが、これらEpi細胞、M細胞、Endo細胞は、一例として図6に示すように細胞モデルのIto、IKr、IKsの生体パラメータを変更することにより構成される。 Further, it is assumed that the QT interval model information storage unit 1053 holds the coefficient “coefficient” specific to the cell type shown in FIG. 6 as the QT interval model information. In FIG. 6, it is desirable to use three types of cell models as epicardial cells, epi cells (epicardial cells), M cells (cardiac central membrane cells), and endo cells (endocardial cells). Epi cells, M cells, and Endo cells are configured by changing biological parameters of cell models Ito, IKr, and IKs as shown in FIG. 6 as an example.
また、QT間隔モデル情報格納手段1053は、QT間隔モデル情報として、以下の数式3の情報を保持している。
数式3は、以下の概念を示す。つまり、上記の3種類の細胞について、Endo細胞−M細胞−Epi細胞の順に並べ、各細胞モデルの間をギャップジャンクションで結合し、Endo細胞の左端の細胞に刺激電流を加える。かかる概念を示す図が図7である。 Formula 3 shows the following concept. That is, the above three types of cells are arranged in the order of Endo cell-M cell-Epi cell, the cell models are connected by a gap junction, and a stimulation current is applied to the leftmost cell of the Endo cell. FIG. 7 shows such a concept.
図7において、「stim」とは、Endo細胞の左端の細胞に加える刺激電流である。また、細胞モデルは「Cell」、ギャップジャンクションは「Gap Junction」で示される。また、図7において、細胞は100μmのサイズである。 In FIG. 7, “stim” is a stimulation current applied to the leftmost cell of the Endo cell. The cell model is indicated by “Cell”, and the gap junction is indicated by “Gap Junction”. In FIG. 7, the cell has a size of 100 μm.
なお、QT間隔モデル情報は、人のQT間隔モデルの情報であることが好適であるが、マウス等のQT間隔モデルの情報でも良い。マウス等のQT間隔モデルの情報を用いて、シミュレーションを行った場合でも、副作用等の検出が可能であるからである。 The QT interval model information is preferably information on a human QT interval model, but may be information on a QT interval model such as a mouse. This is because even when a simulation is performed using information of a QT interval model such as a mouse, a side effect or the like can be detected.
そして、QT間隔シミュレーション手段1054は、各細胞の電位の計算を行うために、数式3の情報をQT間隔モデル情報格納手段1053から読み出し、演算する。QT間隔シミュレーション手段1054は、n番目の細胞の電位を計算する場合には、n−1番目の細胞とn番目の細胞の電位差と、n+1番目とn番目の細胞の電位差の和を1次元ケーブルの抵抗(R)で割った値(ギャップジャンクション電流[((Vi−1−Vi)+(Vi+1−Vi)/R)])を計算する。QT間隔シミュレーション手段1054は、このギャップジャンクション電流から、通常の細胞モデルで計算する各細胞のイオン電流(Iion)、刺激電流(Istim)を減算し、i番目の電圧を算出する。 Then, the QT interval simulation means 1054 reads the information of Formula 3 from the QT interval model information storage means 1053 and calculates in order to calculate the potential of each cell. When calculating the potential of the n th cell, the QT interval simulation means 1054 calculates the sum of the potential difference between the (n−1) th cell and the n th cell and the potential difference between the n + 1 th cell and the n th cell as a one-dimensional cable. The value (gap junction current [((V i−1 −V i ) + (V i + 1 −V i ) / R)]) divided by the resistance (R) is calculated. The QT interval simulation means 1054 subtracts the ionic current (I ion ) and the stimulation current (I stim ) of each cell calculated by the normal cell model from the gap junction current to calculate the i-th voltage.
なお、数式3において、Cmは、細胞膜容量である。 In Equation 3, C m is the cell membrane capacity.
次に、QT間隔シミュレーション手段1054は、刺激後の連結した各細胞の電位を、下記の数式4に示す計算式を用い、心電図波形(ECG)を取得する。数式4に示す計算式の情報も、QT間隔モデル情報格納手段1053に格納されている。
数式4において、「Φo」は心電図電位、「a」は1次元ケーブルの半径、「ρi」はcell内のコンダクタンス、「ρo」はcell外のコンダクタンス、「r」は観測点までの距離、「x」は原点から細胞までの距離である。また、「Vm」は細胞膜電位である。なお、数式4は、公知の式であり、詳細な説明を省略する。 In Equation 4, “Φ o ” is the electrocardiogram potential, “a” is the radius of the one-dimensional cable, “ρ i ” is the conductance inside the cell, “ρ o ” is the conductance outside the cell, and “r” is the distance to the observation point. The distance, “x”, is the distance from the origin to the cell. “V m ” is a cell membrane potential. Note that Equation 4 is a known equation and will not be described in detail.
QT間隔モデル情報格納手段1053は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。 The QT interval model information storage unit 1053 is preferably a nonvolatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium.
QT間隔シミュレーション手段1054は、QT間隔モデル情報を読み出し、当該QT間隔モデル情報を用いて、QT間隔情報を取得する。具体的には、例えば、QT間隔シミュレーション手段1054は、上記の数式2から数式4の情報をQT間隔モデル情報格納手段1053から読み出す。そして、数式2から数式4の情報を用いて、上述した演算を行い、図8に示すような心電図波形を得る。そして、QT間隔シミュレーション手段1054は、算出された心電図波形から、QT間隔時間を取得する(図8参照)。なお、数式4における「a」、「ρi」、「ρo」、「r」、「x」は、定数であり、予めQT間隔シミュレーション手段1054が保持しており、QT間隔シミュレーション手段1054は、かかる定数値を読み出して、数式4に代入する。また、心電図波形の情報からQT間隔時間を取得する処理は、公知技術であるので詳細な説明を省略する。QT間隔シミュレーション手段1054は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。QT間隔シミュレーション手段1054の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The QT interval simulation means 1054 reads QT interval model information, and acquires QT interval information using the QT interval model information. Specifically, for example, the QT interval simulation unit 1054 reads the information of Equations 2 to 4 from the QT interval model information storage unit 1053. Then, the above-described calculation is performed using the information of Formula 2 to Formula 4, and an electrocardiogram waveform as shown in FIG. 8 is obtained. Then, the QT interval simulation unit 1054 acquires the QT interval time from the calculated electrocardiogram waveform (see FIG. 8). Note that “a”, “ρ i ”, “ρ o ”, “r”, and “x” in Equation 4 are constants and are held in advance by the QT interval simulation unit 1054, and the QT interval simulation unit 1054 The constant value is read out and substituted into Equation 4. Moreover, since the process which acquires QT interval time from the information of an electrocardiogram waveform is a well-known technique, detailed description is abbreviate | omitted. The QT interval simulation means 1054 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the QT interval simulation means 1054 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
スパイラルウェーブモデル情報格納手段1055は、スパイラルウェーブをシミュレーションするための情報であるスパイラルウェーブモデル情報を格納している。スパイラルウェーブは、心筋細胞モデルを2次元に配列したシミュレーションモデル(図9参照)により取得されえる。図9において、G0やGfなどは、ギャップジャンクションであり、「cell」は心筋細胞モデルである。図9において、心筋細胞モデル(cell)を正方格子上に配列し、各細胞間をギャップジャンクション(Gf、G0)で連結する。各細胞間のギャップジャンクションモデルは、繊維方向と直行方向のコンダクタンス(電流の通過しやすさ)を変化させることで、より詳細なシミュレーションを行うことが可能である。コンダクタンスとして、例えば、繊維方向のGf=0.2(s)、直行方向のG0=Gf/Ka(Ka=5.8)である。 The spiral wave model information storage unit 1055 stores spiral wave model information which is information for simulating spiral waves. The spiral wave can be obtained by a simulation model (see FIG. 9) in which cardiomyocyte models are arranged in two dimensions. In FIG. 9, G 0 , G f, etc. are gap junctions, and “cell” is a cardiomyocyte model. In FIG. 9, a cardiomyocyte model (cell) is arranged on a square lattice, and each cell is connected by a gap junction (G f , G 0 ). The gap junction model between cells can perform more detailed simulation by changing the conductance (ease of current passage) in the fiber direction and the orthogonal direction. As the conductance, for example, G f = 0.2 (s) in the fiber direction and G 0 = G f / Ka (Ka = 5.8) in the orthogonal direction.
スパイラルウェーブモデル情報は、例えば、以下の数式5、数式6、数式7の情報である。
数式5から数式7を用いて、後述するスパイラルウェーブシミュレーション手段1056は、各細胞モデルにつき1ステップずつ、細胞間電流と刺激電流の加算を刺激電流として設定し、各細胞モデルの膜電位変化を計算する。また、スパイラルウェーブシミュレーション手段1056は、細胞間電流を、各細胞の電位から計算する。 Using Equation 5 to Equation 7, the spiral wave simulation means 1056 described later sets the addition of the intercellular current and the stimulation current as a stimulation current for each step of each cell model, and calculates the change in membrane potential of each cell model. To do. Further, the spiral wave simulation means 1056 calculates the intercellular current from the potential of each cell.
数式5において、Iext(i,j)は、二次元のcellの配列において縦i番目、横j番目のcellの外部電流である。Iinter(i,j)は、縦i番目、横j番目のcellの細胞間電流である。Istim(i,j)は、縦i番目、横j番目のcellの刺激電流である。 In Equation 5, I ext (i, j) is the external current of the i-th cell and the j-th cell in the two-dimensional cell array. I inter (i, j) is the intercellular current of the i-th cell in the vertical direction and the j-th cell in the horizontal direction. I stim (i, j) is the stimulation current of the i-th cell in the vertical direction and the j-th cell in the horizontal direction.
また、数式6において、Vmt1 (i,j)は、縦i番目、横j番目のcellの時間t1における膜電位である。Pt0 (i,j)は、時間t0(t1の直前の時間)における縦i番目、横j番目のcell自身の保持している膜電位である。fは縦i番目、横j番目のcellが時間t0で外部から加えられる刺激電流(Iext)と自身が保持している膜電位(P)から次の時間t1の縦i番目、横j番目のcellの膜電位を算出する関数である。 In Expression 6, Vm t1 (i, j) is a membrane potential at time t1 of the i-th cell in the vertical direction and the j-th cell in the horizontal direction. P t0 (i, j) is the membrane potential held by the i-th cell and the j-th cell itself at time t0 (time immediately before t1). f is the i-th vertical and j-th horizontal cell from the stimulation current (Iext) applied from the outside at time t0 and the membrane potential (P) held by itself to the i-th vertical and j-th horizontal at the next time t1. It is a function for calculating the membrane potential of a cell.
また、数式7は、各細胞の電位から細胞間電流値(Iinter t1 (i,j))を算出する式である。数式7において、Gfは、繊維方向のコンダクタンスであり、例えば、0.2(s)である。また、数式7において、G0は、直交方向のコンダクタンスであり、例えば、「Gf/Ka(Ka=5.8)」で算出される。なお、「Ka」とは、偏向性の度合いを示す数値である。さらに、心筋細胞は、繊維方向にはギャップジャンクションが発達しており、コンダクタンスが大きく、電流が伝播しやすい。逆に、心筋細胞は、繊維方向に直交する方向には、あまりギャップジャンクションが発達しておらず、コンダクタンスが低くなっている。これらの生理的な状態を表すのが偏向率(Ka)である。 Equation 7 is an equation for calculating an intercellular current value ( Iinter t1 (i, j) ) from the potential of each cell. In Formula 7, G f is the conductance in the fiber direction, and is 0.2 (s), for example. In Equation 7, G 0 is the conductance in the orthogonal direction, and is calculated by, for example, “G f / Ka (Ka = 5.8)”. “Ka” is a numerical value indicating the degree of deflection. Furthermore, cardiomyocytes have gap junctions developed in the fiber direction, have high conductance, and easily propagate current. On the contrary, in the cardiomyocytes, the gap junction is not so developed in the direction perpendicular to the fiber direction, and the conductance is low. It is the deflection rate (Ka) that represents these physiological states.
なお、スパイラルウェーブモデル情報は、人のスパイラルウェーブモデルの情報であることが好適であるが、マウス等のスパイラルウェーブモデルの情報でも良い。マウス等のスパイラルウェーブモデルの情報を用いて、シミュレーションを行った場合でも、副作用等の検出が可能であるからである。 The spiral wave model information is preferably information on a human spiral wave model, but may be information on a spiral wave model such as a mouse. This is because even when simulation is performed using information of a spiral wave model such as a mouse, side effects and the like can be detected.
スパイラルウェーブモデル情報格納手段1055は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。 The spiral wave model information storage means 1055 is preferably a non-volatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium.
スパイラルウェーブシミュレーション手段1056は、スパイラルウェーブモデル情報を読み出し、当該スパイラルウェーブモデル情報を用いて、スパイラルウェーブのシミュレーションを行う。 The spiral wave simulation means 1056 reads the spiral wave model information, and performs a spiral wave simulation using the spiral wave model information.
スパイラルウェーブシミュレーション手段1056は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。スパイラルウェーブシミュレーション手段1056の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The spiral wave simulation means 1056 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the spiral wave simulation means 1056 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
不整脈情報取得部106は、心筋細胞動作情報を用いて、薬物の心臓に対する不整脈の副作用に関する情報である不整脈情報を取得する。心筋細胞動作情報とは、例えば、活動電位情報取得手段1052が取得した活動電位情報や、QT間隔シミュレーション手段1054におけるシミュレーション結果や、スパイラルウェーブシミュレーション手段1056におけるシミュレーション結果などである。不整脈情報とは、例えば、副作用(不整脈)のあるなし、副作用(不整脈)の度合い、ADP30,60,90、QT間隔などである。不整脈情報取得部106は、例えば、心筋細胞動作情報を数値として取得する。心筋細胞動作情報と不整脈情報が一致していても良い。かかる場合、不整脈情報取得部106は、不整脈情報である心筋細胞動作情報を、不整脈判断部107に渡す処理(この処理も「不整脈情報を取得する処理」と言う。)を行う。不整脈情報取得部106は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。不整脈情報取得部106の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The arrhythmia information acquisition unit 106 acquires arrhythmia information, which is information on side effects of arrhythmia on the heart of the drug, using cardiomyocyte operation information. The cardiomyocyte operation information is, for example, action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 1052, a simulation result in the QT interval simulation unit 1054, a simulation result in the spiral wave simulation unit 1056, and the like. The arrhythmia information includes, for example, no side effect (arrhythmia), degree of side effect (arrhythmia), ADP 30, 60, 90, QT interval, and the like. The arrhythmia information acquisition unit 106 acquires, for example, cardiomyocyte movement information as a numerical value. The cardiomyocyte operation information and the arrhythmia information may match. In such a case, the arrhythmia information acquisition unit 106 performs a process of passing cardiomyocyte movement information, which is arrhythmia information, to the arrhythmia determination unit 107 (this process is also referred to as “process for acquiring arrhythmia information”). The arrhythmia information acquisition unit 106 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the arrhythmia information acquisition unit 106 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
不整脈判断部107は、心筋細胞動作情報を用いて不整脈についての判断を行う。さらに具体的には、不整脈判断部107は、不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報であるか否かを判断する。なお、不整脈危険性評価装置において、不整脈判断部107は、必須ではない。つまり、後述する出力部109における出力情報の出力態様によって、不整脈判断部107が不整脈か否かの判断を行わなくとも、ユーザは、不整脈の有無を判断できる場合は、不整脈判断部107が行う判断処理は不要である。不整脈判断部107は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。不整脈判断部107の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The arrhythmia determination unit 107 determines arrhythmia using cardiomyocyte operation information. More specifically, the arrhythmia determination unit 107 determines whether or not the arrhythmia information is information indicating a side effect of arrhythmia that is equal to or greater than a predetermined value. In the arrhythmia risk evaluation apparatus, the arrhythmia determination unit 107 is not essential. That is, if the user can determine the presence or absence of arrhythmia without determining whether the arrhythmia determination unit 107 determines whether or not the arrhythmia depends on the output mode of output information in the output unit 109 described later, the determination performed by the arrhythmia determination unit 107 No processing is necessary. The arrhythmia determination unit 107 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the arrhythmia determination unit 107 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
閾値格納手段1071は、心筋細胞動作情報についての閾値を格納している。心筋細胞動作情報についての閾値とは、例えば、QT間隔についての閾値やスパイラルウェーブについての閾値などである。閾値格納手段1071は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。 The threshold storage unit 1071 stores a threshold for the cardiomyocyte operation information. The threshold value for the cardiomyocyte operation information is, for example, a threshold value for the QT interval, a threshold value for the spiral wave, or the like. The threshold storage means 1071 is preferably a non-volatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium.
比較手段1072は、心筋細胞シミュレーション部105が取得した心筋細胞動作情報と、閾値格納手段1071の閾値とを比較する。また、比較手段1072は、活動電位情報取得手段1052が取得した活動電位情報と、その閾値を比較する。また、比較手段1072は、QT間隔情報とQT間隔についての閾値とを比較する。また、比較手段1072は、スパイラルウェーブのシミュレーション結果とスパイラルウェーブについての閾値とを比較する。比較手段は1072、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。比較手段1072の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The comparison unit 1072 compares the cardiomyocyte movement information acquired by the cardiomyocyte simulation unit 105 with the threshold value stored in the threshold value storage unit 1071. The comparison unit 1072 compares the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 1052 with the threshold value. The comparison unit 1072 also compares the QT interval information with a threshold value for the QT interval. The comparison unit 1072 compares the simulation result of the spiral wave with the threshold value for the spiral wave. The comparison means can be realized by 1072, usually MPU, memory or the like. The processing procedure of the comparison means 1072 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
不整脈判断手段1073は、比較手段1072の比較結果を用いて、不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報であるか否かを判断する。不整脈判断手段1073は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。不整脈判断手段1073の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The arrhythmia determination means 1073 uses the comparison result of the comparison means 1072 to determine whether or not the arrhythmia information is information indicating a side effect of arrhythmia that is equal to or greater than a predetermined value. The arrhythmia determination means 1073 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the arrhythmia determination means 1073 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
出力情報構成部108は、不整脈情報取得部106が取得した不整脈情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する。また、出力情報構成部108は、不整脈判断部107の判断結果を用いて出力する情報である出力情報を構成しても良い。出力情報構成部108は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。出力情報構成部108の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The output information configuration unit 108 configures output information that is information to be output using the arrhythmia information acquired by the arrhythmia information acquisition unit 106. The output information configuration unit 108 may configure output information that is information to be output using the determination result of the arrhythmia determination unit 107. The output information configuration unit 108 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the output information configuration unit 108 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
出力部109は、出力情報構成部108が構成した出力情報を出力する。ここで、出力とは、ディスプレイへの表示、プリンタへの印字、音出力、外部の装置への送信、記録媒体への蓄積等を含む概念である。出力部109は、ディスプレイやスピーカー等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えても良い。出力部109は、出力デバイスのドライバーソフトまたは、出力デバイスのドライバーソフトと出力デバイス等で実現され得る。 The output unit 109 outputs the output information configured by the output information configuration unit 108. Here, the output is a concept including display on a display, printing on a printer, sound output, transmission to an external device, accumulation in a recording medium, and the like. The output unit 109 may or may not include an output device such as a display or a speaker. The output unit 109 can be realized by output device driver software, or output device driver software and an output device.
次に、不整脈危険性評価装置の動作について図10から図11のフローチャートを用いて説明する。 Next, the operation of the arrhythmia risk evaluation apparatus will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
(ステップS1001)動物薬効情報取得部102は、薬物投与前後パラメータセット格納部101から、薬物投与前後パラメータセットを読み出す。 (Step S1001) The animal medicinal effect information acquisition unit 102 reads the parameter set before and after drug administration from the parameter set storage unit 101 before and after drug administration.
(ステップS1002)動物薬効情報取得部102は、ステップS1001で読み出した薬物投与前後パラメータセットから、動物に対する薬効についての情報である動物薬効情報を取得する。 (Step S1002) The animal drug effect information acquisition unit 102 acquires animal drug effect information that is information about drug effects on the animal from the parameter set before and after drug administration read in step S1001.
(ステップS1003)薬効変換部104は、変換元情報格納部103から変換元情報を読み出す。 (Step S1003) The medicinal effect conversion unit 104 reads conversion source information from the conversion source information storage unit 103.
(ステップS1004)薬効変換部104は、ステップS1002で取得した動物薬効情報を、ステップS1003で読み出した変換元情報を用いて、対象生体薬効情報に変換する。 (Step S1004) The medicinal effect conversion unit 104 converts the animal medicinal effect information acquired in step S1002 into target biomedical effect information using the conversion source information read in step S1003.
(ステップS1005)心筋細胞シミュレーション部105の活動電位情報取得手段1052は、活動電位モデル情報格納手段1051から活動電位モデル情報を読み出す。 (Step S1005) The action potential information acquisition unit 1052 of the cardiomyocyte simulation unit 105 reads the action potential model information from the action potential model information storage unit 1051.
(ステップS1006)活動電位情報取得手段1052は、ステップS1004で得た対象生体薬効情報を受け付け、当該対象生体薬効情報と、ステップS1005で読み出した活動電位モデル情報を用いて、活動電位情報を取得する。 (Step S1006) The action potential information acquisition unit 1052 receives the target biomedical efficacy information obtained in step S1004, and acquires action potential information using the target biomedical efficacy information and the action potential model information read in step S1005. .
(ステップS1007)QT間隔シミュレーション手段1054は、QT間隔モデル情報格納手段1053のQT間隔モデル情報を読み出す。 (Step S1007) The QT interval simulation means 1054 reads the QT interval model information in the QT interval model information storage means 1053.
(ステップS1008)QT間隔シミュレーション手段1054は、ステップS1006で読み出したQT間隔モデル情報を用いて、QT間隔情報を取得する。 (Step S1008) The QT interval simulation means 1054 acquires QT interval information using the QT interval model information read in step S1006.
(ステップS1009)スパイラルウェーブシミュレーション手段1056は、スパイラルウェーブモデル情報格納手段1055のスパイラルウェーブ情報を読み出す。 (Step S1009) The spiral wave simulation means 1056 reads the spiral wave information in the spiral wave model information storage means 1055.
(ステップS1010)スパイラルウェーブシミュレーション手段1056は、ステップS1008で読み出したスパイラルウェーブモデル情報を用いて、スパイラルウェーブのシミュレーションを行う。 (Step S1010) The spiral wave simulation means 1056 performs spiral wave simulation using the spiral wave model information read out in step S1008.
(ステップS1011)不整脈情報取得部106は、ステップS1006で得た活動電位情報や、ステップS1008におけるシミュレーション結果や、ステップS1010におけるシミュレーション結果を用いて、薬物の心臓に対する不整脈の副作用に関する情報である不整脈情報を取得する。 (Step S1011) The arrhythmia information acquisition unit 106 uses the action potential information obtained in step S1006, the simulation result in step S1008, or the simulation result in step S1010, to provide information on arrhythmia information that is information regarding the side effects of arrhythmia on the heart of the drug. To get.
(ステップS1012)不整脈判断部107は、ステップS1011で取得した不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報であるか否かを判断する。不整脈判断処理について、図11のフローチャートを用いて説明する。 (Step S1012) The arrhythmia determination unit 107 determines whether or not the arrhythmia information acquired in step S1011 is information indicating a side effect of arrhythmia of a predetermined value or more. The arrhythmia determination process will be described with reference to the flowchart of FIG.
(ステップS1013)出力情報構成部108は、不整脈判断部107の判断結果を用いて出力する情報である出力情報を構成する。出力情報は、「不整脈の危険性があり」などを示す情報だけでも良い。 (Step S1013) The output information configuration unit 108 configures output information that is information to be output using the determination result of the arrhythmia determination unit 107. The output information may be only information indicating “there is a risk of arrhythmia” or the like.
(ステップS1014)出力部109は、ステップS1013で構成した出力情報を出力する。処理を終了する。 (Step S1014) The output unit 109 outputs the output information configured in step S1013. The process ends.
なお、図10のフローチャートにおいて、活動電位情報や、QT間隔情報や、スパイラルウェーブシミュレーション手段1056におけるシミュレーション結果は、心筋細胞動作情報の好ましい一例である。 In the flowchart of FIG. 10, action potential information, QT interval information, and simulation results in spiral wave simulation means 1056 are preferable examples of cardiomyocyte operation information.
また、図10のフローチャートにおいて、取得した活動電位情報から不整脈あり、と判断した場合に、QT間隔情報やスパイラルウェーブシミュレーション手段1056におけるシミュレーション結果を取得せずに、不整脈ありの旨を示す出力情報を取得しても良い。 Further, in the flowchart of FIG. 10, when it is determined from the acquired action potential information that there is an arrhythmia, output information indicating that there is an arrhythmia without acquiring the QT interval information or the simulation result in the spiral wave simulation means 1056. You may get it.
また、図10のフローチャートにおいて、活動電位情報、QT間隔情報、スパイラルウェーブシミュレーション手段1056におけるシミュレーション結果の順で不整脈か否かを判断したが、その判断の順序は問わないことは言うまでもない。 In the flowchart of FIG. 10, it is determined whether or not the arrhythmia is in the order of action potential information, QT interval information, and simulation results in the spiral wave simulation means 1056, but it goes without saying that the order of the determination is not limited.
また、図10のフローチャートにおいて、3種類の心筋細胞動作情報を取得した後、不整脈の判断を行ったが、各心筋細胞動作情報を取得したのち、個別に不整脈の判断を行っても良い。かかる場合、不整脈の危険がある、との判断結果を得た場合に、他の心筋細胞動作情報により不整脈判断を行わなくても良い。 In the flowchart of FIG. 10, the arrhythmia is determined after acquiring the three types of cardiomyocyte motion information. However, after acquiring each cardiomyocyte motion information, the arrhythmia may be determined individually. In such a case, when the determination result that there is a risk of arrhythmia is obtained, the arrhythmia determination may not be performed based on other cardiomyocyte operation information.
さらに、図10のフローチャートにおいて、3種類の心筋細胞動作情報を用いて不整脈の判断を行ったが、一つまたは二つの心筋細胞動作情報を用いて不整脈の判断を行っても良い。 Furthermore, in the flowchart of FIG. 10, the arrhythmia is determined using the three types of cardiomyocyte motion information, but the arrhythmia may be determined using one or two cardiomyocyte motion information.
次に、ステップS1012の不整脈判断処理について図11のフローチャートを用いて説明する。 Next, the arrhythmia determination process of step S1012 will be described using the flowchart of FIG.
(ステップS1101)不整脈判断部107の比較手段18072は、不整脈情報取得部106が取得した活動電位情報を読み出す。 (Step S1101) The comparison means 18072 of the arrhythmia determination unit 107 reads the action potential information acquired by the arrhythmia information acquisition unit 106.
(ステップS1102)比較手段18072は、閾値格納手段18071の活動電位情報についての閾値を読み出し、ステップS1101で取得した活動電位情報と閾値を比較する。そして、不整脈判断手段18073は、不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報であるか否かを判断する。不整脈の副作用を示している情報であればステップS1103に行き、不整脈の副作用を示している情報でなければステップS1104に行く。 (Step S1102) The comparison unit 18072 reads the threshold value for the action potential information stored in the threshold value storage unit 18071, and compares the threshold value with the action potential information acquired in step S1101. Then, the arrhythmia determination means 18073 determines whether or not the arrhythmia information is information indicating a side effect of the arrhythmia that is equal to or greater than a predetermined value. If the information indicates an arrhythmic side effect, the process proceeds to step S1103. If the information does not indicate an arrhythmic side effect, the process proceeds to step S1104.
(ステップS1103)不整脈判断手段18073は、出力する変数に、「不整脈あり」の旨の情報を代入する。上位関数にリターンする。 (Step S1103) The arrhythmia determination means 18073 substitutes information indicating that “arrhythmia is present” into the output variable. Return to upper function.
(ステップS1104)比較手段18072は、不整脈情報取得部106が取得したQT間隔シミュレーション手段1054におけるシミュレーション結果を読み出す。 (Step S1104) The comparison unit 18072 reads the simulation result in the QT interval simulation unit 1054 acquired by the arrhythmia information acquisition unit 106.
(ステップS1105)比較手段18072は、閾値格納手段18071のQT間隔についての閾値を読み出し、ステップS1103で取得したシミュレーション結果と閾値を比較する。そして、不整脈判断手段18073は、不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報であるか否かを判断する。不整脈の副作用を示している情報であればステップS1103に行き、不整脈の副作用を示している情報でなければステップS1106に行く。 (Step S1105) The comparison unit 18072 reads the threshold value for the QT interval of the threshold value storage unit 18071, and compares the simulation result acquired in step S1103 with the threshold value. Then, the arrhythmia determination means 18073 determines whether or not the arrhythmia information is information indicating a side effect of the arrhythmia that is equal to or greater than a predetermined value. If the information indicates an arrhythmic side effect, the process proceeds to step S1103. If the information does not indicate an arrhythmic side effect, the process proceeds to step S1106.
(ステップS1106)比較手段18072は、不整脈情報取得部106が取得したスパイラルウェーブのシミュレーション結果を読み出す。 (Step S1106) The comparison means 18072 reads the spiral wave simulation result acquired by the arrhythmia information acquisition unit 106.
(ステップS1107)比較手段18072は、閾値格納手段18071のスパイラルウェーブについての閾値を読み出し、ステップS1103で取得したシミュレーション結果と閾値を比較する。そして、不整脈判断手段18073は、不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報であるか否かを判断する。不整脈の副作用を示している情報であればステップS1103に行き、不整脈の副作用を示している情報でなければステップS1108に行く。 (Step S1107) The comparison means 18072 reads the threshold value for the spiral wave stored in the threshold value storage means 18071, and compares the simulation result acquired in step S1103 with the threshold value. Then, the arrhythmia determination means 18073 determines whether or not the arrhythmia information is information indicating a side effect of the arrhythmia that is equal to or greater than a predetermined value. If the information indicates an arrhythmic side effect, the process proceeds to step S1103. If the information does not indicate an arrhythmic side effect, the process proceeds to step S1108.
(ステップS1108)不整脈判断手段18073は、出力する変数に、「不整脈なし」の旨の情報を代入する。上位関数にリターンする。 (Step S1108) The arrhythmia determination means 18073 substitutes information indicating “no arrhythmia” into the output variable. Return to upper function.
なお、図11のフローチャートにおいて、3種類の心筋細胞動作情報(活動電位情報、QT間隔、スパイラルウェーブ)に対する不整脈の判断の順序は問わない。 In the flowchart of FIG. 11, the order of determination of arrhythmia with respect to three types of cardiomyocyte operation information (action potential information, QT interval, spiral wave) is not limited.
以下、本実施の形態における不整脈危険性評価装置の具体的な動作について説明する。
(具体例1)
The specific operation of the arrhythmia risk evaluation apparatus in the present embodiment will be described below.
(Specific example 1)
まず、活動電位情報を用いた不整脈判断の具体例について説明する。 First, a specific example of arrhythmia determination using action potential information will be described.
図12は、薬物投与前後パラメータセット格納部101に格納されている薬物投与前後パラメータセットである。図12において、薬物投与前の生体パラメータセットの値、薬物投与後の生体パラメータセットの値を、生体パラメータごとに有する。また、図12において、薬物投与の効果(%)を保持している。図12の薬物投与前後パラメータセットは、薬物(dl−Sotalol)を投与した場合の生体パラメータの変化を示す。 FIG. 12 is a parameter set before and after drug administration stored in the parameter set storage unit 101 before and after drug administration. In FIG. 12, the value of the biological parameter set before drug administration and the value of the biological parameter set after drug administration are provided for each biological parameter. In FIG. 12, the effect (%) of drug administration is retained. The parameter set before and after drug administration in FIG. 12 shows changes in biological parameters when a drug (dl-Sotal) is administered.
また、変換元情報格納部103は、変換元情報「0.98」を保持している、とする。 Further, it is assumed that the conversion source information storage unit 103 holds the conversion source information “0.98”.
かかる場合、本不整脈危険性評価装置は、以下のように動作する。 In such a case, the arrhythmia risk evaluation apparatus operates as follows.
つまり、動物薬効情報取得部102は、図12の薬物投与前後パラメータセットを読み出す。 That is, the animal drug efficacy information acquisition unit 102 reads the parameter set before and after drug administration in FIG.
次に、動物薬効情報取得部102は、動物に対する薬効についての情報である動物薬効情報「IKr,0」を取得する。ここで、「0」は、薬物投与前後で変化のある生体パラメータ識別子「IKr」で識別されるパラメータの変化率である。つまり、薬物投与により、「IKr」が阻害されたこととなる。 Next, the animal drug effect information acquisition unit 102 acquires animal drug effect information “IKr, 0” which is information about drug effects on animals. Here, “0” is the rate of change of the parameter identified by the biological parameter identifier “IKr” that changes before and after drug administration. That is, “IKr” is inhibited by drug administration.
次に、薬効変換部104は、変換元情報格納部103から変換元情報「0.98」を読み出す。変換元情報は、上述したように、動物薬効情報を生物の薬効の情報である対象生体薬効情報に変換するための情報である。 Next, the medicinal effect conversion unit 104 reads the conversion source information “0.98” from the conversion source information storage unit 103. As described above, the conversion source information is information for converting the animal drug efficacy information into the target biological drug drug information that is the drug drug drug information.
次に、薬効変換部104は、取得した動物薬効情報「IKr,0」を、読み出した変換元情報「0.98」を用いて、対象生体薬効情報「IKr,0」を得る。対象生体薬効情報を構成する値「0」は、例えば、「0×0.98」により得られる。 Next, the medicinal effect conversion unit 104 obtains target biomedical effect information “IKr, 0” using the acquired animal medicinal effect information “IKr, 0” and the read conversion source information “0.98”. The value “0” constituting the target biomedical efficacy information is obtained by “0 × 0.98”, for example.
次に、心筋細胞シミュレーション部105の活動電位情報取得手段1052は、得た対象生体薬効情報「IKr,0」を受け付け、当該対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報(ここでは、活動電位情報)を取得する。活動電位情報取得手段1052は、例えば、生体パラメータ「IKr」が、正常な状態からゼロになる、という情報を受け付け、心筋細胞のシミュレーションを行い、活動電位情報を取得する。 Next, the action potential information acquisition unit 1052 of the cardiomyocyte simulation unit 105 receives the obtained target biomedical effect information “IKr, 0”, and uses the target biomedical effect information as information on the behavior of the living cardiomyocytes. Certain cardiomyocyte operation information (here, action potential information) is acquired. The action potential information acquisition unit 1052 receives, for example, information that the biological parameter “IKr” is zero from a normal state, performs cardiomyocyte simulation, and acquires action potential information.
なお、活動電位情報取得手段1052が行うシミュレーションは、上記の数式1で示される。活動電位情報取得手段1052は、予め格納されている数式1の演算式の情報を読み取り、心筋細胞のシミュレーションを行い、活動電位情報を取得し、一時格納する。薬物投与後の活動電位情報の例は、図13の(2)のグラフである。なお、図13の(1)のグラフは、別途、算出し、出力した薬物投与前の活動電位情報の例である。 Note that the simulation performed by the action potential information acquisition unit 1052 is expressed by Equation 1 above. The action potential information acquisition unit 1052 reads information on the arithmetic expression of Formula 1 stored in advance, performs simulation of cardiomyocytes, acquires action potential information, and temporarily stores it. An example of action potential information after drug administration is the graph (2) in FIG. In addition, the graph of (1) of FIG. 13 is an example of the action potential information before drug administration which is separately calculated and output.
次に、不整脈情報取得部106は、図13の活動電位情報のグラフから、ここでは、APD90の変化率を算出する。APD90の変化率とは、薬物投与前の活動電位情報のAPD90と、薬物投与後の活動電位情報のAPD90の変化率である。まず、不整脈情報取得部106は、薬物投与前の活動電位情報のAPD90を、図13(1)のグラフから266.3(ms)であると算出し、一時メモリに格納する。そして、不整脈情報取得部106は、薬物投与後の活動電位情報のAPD90を、図13(2)のグラフから311.4(ms)であると算出し、一時メモリに格納する。次に、不整脈情報取得部106は、APD90の変化率を「311.4/266.3*100−100=16.9(%)」と算出する。そして、不整脈判断部107の比較手段1072は、閾値格納手段1071に格納されているAPD90の変化率の正常範囲の上限の閾値「10(%)」を読み出し、実験結果のAPD90の変化率「16.9(%)」と比較する。 Next, the arrhythmia information acquisition unit 106 calculates the rate of change of the APD 90 here from the action potential information graph of FIG. The rate of change of APD90 is the rate of change of APD90 of action potential information before drug administration and APD90 of action potential information after drug administration. First, the arrhythmia information acquisition unit 106 calculates the APD 90 of the action potential information before drug administration as 266.3 (ms) from the graph of FIG. 13 (1), and stores it in the temporary memory. Then, the arrhythmia information acquisition unit 106 calculates the APD 90 of the action potential information after drug administration as 311.4 (ms) from the graph of FIG. 13 (2), and stores it in the temporary memory. Next, the arrhythmia information acquisition unit 106 calculates the rate of change of the APD 90 as “311.4 / 266.3 * 100−100 = 16.9 (%)”. Then, the comparison unit 1072 of the arrhythmia determination unit 107 reads the upper threshold “10 (%)” of the normal range of the change rate of the APD 90 stored in the threshold storage unit 1071, and the change rate “16” of the APD 90 as the experimental result. .9 (%) ”.
次に、不整脈判断手段1073は、実験結果のAPD90の変化率「16.9(%)」が正常範囲の上限の閾値「10(%)」より大きいので、不整脈が発生する、と判断する。 Next, the arrhythmia determination means 1073 determines that the arrhythmia occurs because the change rate “16.9 (%)” of the APD 90 as the experimental result is larger than the upper limit threshold “10 (%)” of the normal range.
次に、出力情報構成部108は、例えば、「不整脈が発生します」という文字列と、図13のグラフからなる出力情報を構成し、出力部109は、例えば、図13のグラフとともに「不整脈が発生します」という文字列を出力する。
(具体例2)
Next, the output information configuration unit 108 configures output information including, for example, a character string “arrhythmia occurs” and the graph of FIG. 13, and the output unit 109 includes, for example, “arrhythmia” together with the graph of FIG. 13. "Will occur" is output.
(Specific example 2)
次に、QT間隔情報を用いた不整脈判断の具体例について説明する。まず、薬物投与前後パラメータセット格納部101には、具体例1と同様、図12に示す薬物投与前後パラメータセットが格納されている。また、変換元情報格納部103は、変換元情報「0.98」を保持している。 Next, a specific example of arrhythmia determination using QT interval information will be described. First, the pre- and post-drug parameter set storage unit 101 stores the pre- and post-drug parameter set shown in FIG. Further, the conversion source information storage unit 103 holds conversion source information “0.98”.
次に、薬効変換部104は、変換元情報格納部103から変換元情報「0.98」を読み出す。変換元情報は、上述したように、動物薬効情報を生物の薬効の情報である対象生体薬効情報に変換するための情報である。 Next, the medicinal effect conversion unit 104 reads the conversion source information “0.98” from the conversion source information storage unit 103. As described above, the conversion source information is information for converting the animal drug efficacy information into the target biological drug drug information that is the drug drug drug information.
次に、薬効変換部104は、取得した動物薬効情報「IKr,0」を、読み出した変換元情報「0.98」を用いて、対象生体薬効情報「IKr,0」を得る。対象生体薬効情報を構成する値「0」は、例えば、「0×0.98」により得られる。 Next, the medicinal effect conversion unit 104 obtains target biomedical effect information “IKr, 0” using the acquired animal medicinal effect information “IKr, 0” and the read conversion source information “0.98”. The value “0” constituting the target biomedical efficacy information is obtained by “0 × 0.98”, for example.
次に、心筋細胞シミュレーション部105のQT間隔シミュレーション手段1054は、得た対象生体薬効情報「IKr,0」を受け付け、QT間隔モデル情報を読み出し、当該QT間隔モデル情報に対象生体薬効情報「IKr,0」を代入し、QT間隔情報(ここでは、QT間隔)を取得する。かかるQT間隔を算出する際の心電図波形、およびQT間隔を図14に示す。図14において、上部のグラフは薬物投与前のグラフであり、下部のグラフは薬物投与後のグラフである。図14において、薬物投与前のQT間隔は、「144.73(ms)」、薬物投与後のQT間隔は、「179.01(ms)」であることを示す。 Next, the QT interval simulation means 1054 of the cardiomyocyte simulation unit 105 receives the obtained target biomedical efficacy information “IKr, 0”, reads the QT interval model information, and stores the target biomedical efficacy information “IKr, “0” is substituted to obtain QT interval information (here, QT interval). FIG. 14 shows an electrocardiogram waveform and the QT interval when calculating the QT interval. In FIG. 14, the upper graph is a graph before drug administration, and the lower graph is a graph after drug administration. In FIG. 14, the QT interval before drug administration is “144.73 (ms)”, and the QT interval after drug administration is “179.01 (ms)”.
次に、不整脈情報取得部106は、薬物投与前のQT間隔「144.73(ms)」、薬物投与後のQT間隔「179.01(ms)」から、変化率「179.01/144.73*100=123.7(%)」を算出し、メモリ上に配置する。かかる「123.7(%)」は、ここでの不整脈情報である。 Next, the arrhythmia information acquisition unit 106 calculates the rate of change “179.01 / 144.14” from the QT interval “144.73 (ms)” before drug administration and the QT interval “179.01 (ms)” after drug administration. 73 * 100 = 13.7 (%) ”is calculated and placed on the memory. The “123.7 (%)” is arrhythmia information here.
次に、比較手段1072は、閾値格納手段1071の閾値「+10%」を読み出す。そして、「123.7(%)」における増加分「+23.7(%)」と閾値「+10%」を比較する。 Next, the comparison unit 1072 reads the threshold value “+ 10%” of the threshold value storage unit 1071. Then, the increment “+23.7 (%)” in “123.7 (%)” is compared with the threshold “+ 10%”.
次に、不整脈判断手段1073は、「123.7(%)」における増加分「+23.7(%)」が閾値「+10%」の範囲内に入っていないと判断し、その結果、不整脈が発生する、と判断する。 Next, the arrhythmia determination means 1073 determines that the increment “+23.7 (%)” in “123.7 (%)” does not fall within the range of the threshold value “+ 10%”. It is determined that it occurs.
次に、出力情報構成部108は、例えば、「不整脈が発生します」との文字列と、図14のグラフを有する出力情報を構成し、出力部109は、図14のグラフとともに「不整脈が発生します」という文字列を出力する。 Next, the output information configuration unit 108 configures output information including, for example, a character string “arrhythmia occurs” and the graph of FIG. 14, and the output unit 109 displays “arrhythmia occurs” together with the graph of FIG. 14. The character string “occurs” is output.
なお、本具体例におけるQT間隔モデル情報は、動物のQT間隔モデル情報を用いている。但し、人に投薬した場合の副作用を検知する場合には問題はない。
(具体例3)
The QT interval model information in this specific example uses animal QT interval model information. However, there is no problem when detecting side effects when administered to humans.
(Specific example 3)
次に、スパイラルウェーブを用いた不整脈判断の具体例について説明する。まず、薬物投与前後パラメータセット格納部101には、具体例1、2と同様、図12に示す薬物投与前後パラメータセットが格納されている。また、変換元情報格納部103は、変換元情報「0.98」を保持している。 Next, a specific example of arrhythmia determination using spiral waves will be described. First, the pre- and post-drug parameter set storage unit 101 stores the pre- and post-drug parameter set shown in FIG. Further, the conversion source information storage unit 103 holds conversion source information “0.98”.
次に、薬効変換部104は、変換元情報格納部103から変換元情報「0.98」を読み出す。変換元情報は、上述したように、動物薬効情報を人などの他の生物の薬効の情報である対象生体薬効情報に変換するための情報である。 Next, the medicinal effect conversion unit 104 reads the conversion source information “0.98” from the conversion source information storage unit 103. As described above, the conversion source information is information for converting animal medicinal information into target biomedical information that is medicinal information of other organisms such as humans.
次に、薬効変換部104は、取得した動物薬効情報「IKr,0」を、読み出した変換元情報「0.98」を用いて、対象生体薬効情報「IKr,0」を得る。対象生体薬効情報を構成する値「0」は、例えば、「0×0.98」により得られる。 Next, the medicinal effect conversion unit 104 obtains target biomedical effect information “IKr, 0” using the acquired animal medicinal effect information “IKr, 0” and the read conversion source information “0.98”. The value “0” constituting the target biomedical efficacy information is obtained by “0 × 0.98”, for example.
次に、スパイラルウェーブシミュレーション手段1056は、スパイラルウェーブモデル情報を読み出し、当該スパイラルウェーブモデル情報を用いて、スパイラルウェーブのシミュレーションを行う。 Next, the spiral wave simulation means 1056 reads the spiral wave model information, and performs a spiral wave simulation using the spiral wave model information.
スパイラルウェーブシミュレーション手段1056は、まず、正方格子上に配列したスパイラルウェーブモデル(図15参照)の上部4列に刺激を加え(図15(a)の定常刺激)、その刺激の208msec後に、スパイラルウェーブモデルの右半分に正常のリズムから外れた期外刺激を加える(図15(b)の期外刺激)、とする。そして、スパイラルウェーブシミュレーション手段1056は、かかる情報を画面上に出力する、とする。かかる状況が、図15(a)および(b)である。 First, the spiral wave simulation means 1056 applies a stimulus to the upper four rows of the spiral wave model (see FIG. 15) arranged on a square lattice (steady stimulus in FIG. 15A), and after 208 msec of the stimulus, the spiral wave model 1056 An extraordinary stimulus deviating from the normal rhythm is applied to the right half of the model (extrastimulus stimulus in FIG. 15B). The spiral wave simulation means 1056 outputs such information on the screen. Such a situation is shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b).
次に、スパイラルウェーブシミュレーション手段1056は、対象生体薬効情報「IKr,0」をスパイラルウェーブモデル情報格納手段1055のスパイラルウェーブモデル情報(数式5から7の情報)に与え、薬物投与後のスパイラルウェーブモデルを取得し、出力する。すると、図15(d)に示すように、スパイラルウェーブが発生した。なお、スパイラルウェーブに関して、ユーザが画面上でスパイラルウェーブを確認し、スパイラルウェーブが発生した旨の情報を入力しても良い。かかる場合、不整脈情報取得部106は、ユーザの「スパイラルウェーブが発生した旨の情報」を受け付ける。なお、かかる場合、不整脈判断部107は、動作しなくても良い。一方、不整脈判断部107は、スパイラルウェーブの発生を自動検知し、不整脈が発生したことを判断しても良い。スパイラルウェーブ発生の自動検知は、波形の形状の模様がディスプレイ上に存在することを検知する画像処理技術を用いて可能である。 Next, the spiral wave simulation means 1056 gives the target biomedical effect information “IKr, 0” to the spiral wave model information (information of Formulas 5 to 7) in the spiral wave model information storage means 1055, and the spiral wave model after drug administration. Is obtained and output. Then, a spiral wave was generated as shown in FIG. As for the spiral wave, the user may confirm the spiral wave on the screen and input information indicating that the spiral wave has occurred. In such a case, the arrhythmia information acquisition unit 106 receives the user's “information indicating that a spiral wave has occurred”. In such a case, the arrhythmia determination unit 107 may not operate. On the other hand, the arrhythmia determination unit 107 may automatically detect the occurrence of a spiral wave and determine that an arrhythmia has occurred. Automatic detection of spiral wave generation is possible using an image processing technique that detects the presence of a waveform pattern on the display.
なお、図15(c)は、正常細胞モデルを使って作製したスパイラルウェーブモデルである。図15(c)によれば、薬物投与前の正常細胞モデルに、期外刺激を加えても不整脈(リエントリー)の発生を示すスパイラルウェーブは発生することなく、細胞は静止状態に戻った。 FIG. 15C shows a spiral wave model produced using a normal cell model. According to FIG. 15 (c), spiral waves indicating the occurrence of arrhythmia (reentry) did not occur even when extra-stimulation was applied to the normal cell model before drug administration, and the cells returned to a resting state.
また、本具体例におけるスパイラルウェーブモデル情報は、動物のスパイラルウェーブモデル情報を用いている。但し、人に投薬した場合の副作用を検知する場合には問題はない。 In addition, the spiral wave model information in this specific example uses animal spiral wave model information. However, there is no problem when detecting side effects when administered to humans.
以上、本実施の形態によれば、創薬の早期の段階で得られるデータを用いて、薬物のヒトなどの生物に対する不整脈危険性を評価することができる。さらに具体的には、本実施の形態によれば、活動電位情報や、QT間隔や、スパイラルウェーブから不整脈危険性を評価できる。 As described above, according to the present embodiment, the risk of arrhythmia for a living organism such as a human can be evaluated using data obtained at an early stage of drug discovery. More specifically, according to the present embodiment, the risk of arrhythmia can be evaluated from action potential information, QT interval, and spiral wave.
なお、本実施の形態の不整脈危険性評価装置において、薬物投与前後パラメータセット格納部101、動物薬効情報取得部102は存在せず、最初に動物薬効情報を与えても良い。つまり、薬物投与前後パラメータセット格納部101、動物薬効情報取得部102に代わって、不整脈危険性評価装置は、動物に対する薬効についての情報である動物薬効情報を格納している動物薬効情報格納部を有しても良い。 In the arrhythmia risk evaluation apparatus of this embodiment, the pre- and post-drug parameter set storage unit 101 and the animal drug efficacy information acquisition unit 102 do not exist, and animal drug efficacy information may be given first. That is, in place of the pre- and post-drug parameter set storage unit 101 and the animal drug efficacy information acquisition unit 102, the arrhythmia risk evaluation apparatus includes an animal drug efficacy information storage unit that stores animal drug efficacy information that is information on drug efficacy for animals. You may have.
また、本実施の形態における処理は、ソフトウェアで実現しても良い。そして、このソフトウェアをソフトウェアダウンロード等により配布しても良い。また、このソフトウェアをCD−ROMなどの記録媒体に記録して流布しても良い。なお、このことは、本明細書における他の実施の形態においても該当する。なお、本実施の形態における不整脈危険性評価装置を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータに、記録媒体に格納されている薬物投与前後パラメータセットを用いて、動物に対する薬効についての情報である動物薬効情報を取得する動物薬効情報取得ステップと、前記動物薬効情報を、格納されている変換元情報を用いて、対象生体薬効情報に変換する薬効変換ステップと、前記対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報を取得する心筋細胞シミュレーションステップと、前記心筋細胞動作情報を用いて、薬物の心臓に対する不整脈の副作用に関する情報である不整脈情報を取得する不整脈情報取得ステップと、前記不整脈情報取得ステップで取得した不整脈情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する出力情報構成ステップと、前記出力情報を出力する出力ステップを実行させるためのプログラム、である。 Further, the processing in the present embodiment may be realized by software. Then, this software may be distributed by software download or the like. Further, this software may be recorded on a recording medium such as a CD-ROM and distributed. This also applies to other embodiments in this specification. In addition, the software which implement | achieves the arrhythmia risk evaluation apparatus in this Embodiment is the following programs. In other words, this program uses an animal drug efficacy information acquisition step for acquiring animal drug efficacy information, which is information about drug efficacy on an animal, using the parameter set before and after drug administration stored in a recording medium, and the animal drug efficacy information. Is converted into target biomedical efficacy information using the stored conversion source information, and the target biomedical efficacy information is used to convert cardiomyocyte operation information, which is information about the behavior of living cardiomyocytes. A cardiomyocyte simulation step to be acquired, an arrhythmia information acquisition step to acquire arrhythmia information, which is information relating to side effects of arrhythmia on the heart of the drug, using the cardiomyocyte movement information, and the arrhythmia information acquired in the arrhythmia information acquisition step. Output information configuration step for configuring output information that is information to be output using, Program for executing an output step of outputting a serial output information is.
上記プログラムは、コンピュータに、前記心筋細胞シミュレーションステップで取得した心筋細胞動作情報と、格納している閾値とを比較し、当該比較結果を用いて、前記不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報であるか否かを判断する不整脈判断ステップをさらに実行させ、前記出力情報構成ステップにおいて、前記不整脈判断ステップの判断結果をも用いて出力情報を構成する、ことは好適である。 The program compares the cardiomyocyte operation information acquired in the cardiomyocyte simulation step with a stored threshold value on a computer, and uses the comparison result to indicate side effects of the arrhythmia when the arrhythmia information exceeds a predetermined value. It is preferable to further execute an arrhythmia determination step for determining whether or not the output information is, and to configure output information using the determination result of the arrhythmia determination step in the output information configuration step.
また、上記プログラムにおける前記心筋細胞シミュレーションステップは、活動電位を取得する算出式を示す情報である活動電位モデル情報を読み出し、当該活動電位モデル情報を用いて、活動電位情報を取得する活動電位情報取得ステップを具備し、前記心筋細胞動作情報は、前記活動電位情報を含む、ことは好適である。 Further, the cardiomyocyte simulation step in the program reads action potential model information, which is information indicating a calculation formula for acquiring action potentials, and acquires action potential information using the action potential model information. It is preferable that the cardiomyocyte operation information includes the action potential information.
また、上記プログラムにおける前記心筋細胞シミュレーションステップは、QT間隔を取得する算出式を示す情報であるQT間隔モデル情報を読み出し、当該QT間隔モデル情報を用いて、QT間隔情報を取得するQT間隔シミュレーションステップを具備し、前記心筋細胞動作情報は、前記QT間隔情報を含む、ことは好適である。 Further, the cardiomyocyte simulation step in the program reads QT interval model information which is information indicating a calculation formula for acquiring a QT interval, and acquires QT interval information using the QT interval model information. It is preferable that the cardiomyocyte operation information includes the QT interval information.
また、上記プログラムにおける前記心筋細胞シミュレーションステップは、スパイラルウェーブをシミュレーションするための情報であるスパイラルウェーブモデル情報を読み出し、当該スパイラルウェーブモデル情報を用いて、スパイラルウェーブのシミュレーションを行うスパイラルウェーブシミュレーションステップをさらに具備し、前記心筋細胞動作情報は、前記スパイラルウェーブにシミュレーション結果を含む、ことは好適である。
(実施の形態2)
The cardiomyocyte simulation step in the program further includes a spiral wave simulation step of reading spiral wave model information that is information for simulating spiral waves, and performing spiral wave simulation using the spiral wave model information. It is preferable that the cardiomyocyte operation information includes a simulation result in the spiral wave.
(Embodiment 2)
本実施の形態において、単一細胞レベルの不整脈危険性の評価を行う不整脈危険性評価装置であり、特に、異常自動能ついて評価する装置について説明する。ここで、自動的に電気信号を発生する機能のことを「自動能」と呼び、心筋組織におけるこの機能は、洞結節と呼ばれるペースメーカー細胞が担っている。様々な病的条件下では、自動能が心室筋や心房筋等、洞結節以外の部分に発生することがあり、これを異常自動能といい、不整脈の原因と考えられている。また、異常自動能の一種として、「DAD」「EAD」「Low voltage oscillation」などがある。 In the present embodiment, an arrhythmia risk evaluation apparatus that evaluates the risk of arrhythmia at the single cell level, in particular, an apparatus that evaluates abnormal automatic ability will be described. Here, the function of automatically generating an electrical signal is called “automatic function”, and this function in the myocardial tissue is performed by a pacemaker cell called a sinus node. Under various pathological conditions, automatic ability may occur in parts other than sinus nodules, such as ventricular muscle and atrial muscle, which is called abnormal automatic ability and is considered to be the cause of arrhythmia. Further, “DAD”, “EAD”, “Low voltage oscillation” and the like are one type of abnormal automatic ability.
本不整脈危険性評価装置は、実験動物の心室筋から単離された正常な細胞に与えても、異常自動能を惹起することはないが、病的条件下で投与された場合、異常自動能を惹起する可能性がある薬剤を対象としている。即ち、生理的条件下の活動電位記録で、すでに異常自動能を惹起する薬剤は、その危険性は明らかであり、本不整脈危険性評価装置による解析の対象とはならない。また、本装置には、細胞内Ca2+overloadおよび細胞膜K+conductanceの減少という2種類の病的条件が格納されている。さらに、いわゆるQT延長薬剤の大部分が「HERG channel blocker」であるという事実から、IKrの抑制効果を中心に考慮した装置である。 Although this arrhythmia risk assessment device does not cause abnormal automation even when given to normal cells isolated from the ventricular muscle of experimental animals, it does not cause abnormal automation when administered under pathological conditions. It is intended for drugs that may cause That is, a drug that has already caused an abnormal automatic ability in action potential recording under physiological conditions has a clear risk, and is not an object of analysis by the arrhythmia risk evaluation apparatus. In addition, two types of pathological conditions are stored in the apparatus, that is, intracellular Ca 2+ overload and decrease in cell membrane K + conductance. Furthermore, it is a device that mainly considers the inhibitory effect of IKr from the fact that most of so-called QT prolonging drugs are “HERG channel blockers”.
図16は、本実施の形態における不整脈危険性評価装置のブロック図である。 FIG. 16 is a block diagram of the arrhythmia risk evaluation apparatus in the present embodiment.
不整脈危険性評価装置は、受付部1601、心筋細胞シミュレーション部1602、不整脈判断部1603、出力情報構成部1604、出力部1605を具備する。 The arrhythmia risk evaluation apparatus includes a receiving unit 1601, a cardiomyocyte simulation unit 1602, an arrhythmia determination unit 1603, an output information configuration unit 1604, and an output unit 1605.
心筋細胞シミュレーション部1602は、イオン濃度算出モデル情報格納手段16021、イオン濃度算出手段16022、細胞膜電位算出モデル情報格納手段16023、細胞膜電位算出手段16024を具備する。 The cardiomyocyte simulation unit 1602 includes an ion concentration calculation model information storage unit 16021, an ion concentration calculation unit 16022, a cell membrane potential calculation model information storage unit 16023, and a cell membrane potential calculation unit 16024.
不整脈判断部1603は、イオン濃度閾値格納手段16031、イオン濃度不整脈判断手段16032、細胞膜電位閾値格納手段16033、細胞膜電位不整脈判断手段16034を具備する。 The arrhythmia determination unit 1603 includes an ion concentration threshold storage unit 16031, an ion concentration arrhythmia determination unit 16032, a cell membrane potential threshold storage unit 16033, and a cell membrane potential arrhythmia determination unit 16034.
受付部1601は、薬物投与の影響を示す1以上のイオンチャネルの電気流量についての情報である1以上のイオン流量情報を含む対象生体薬効情報を受け付ける。イオン流量情報は、例えば、本装置内の全てのイオンチャネル・担体電流の電気流量に及ぼす影響を示す情報である。イオン流量情報は、例えば、ICaLの抑制率(例えば、50%)である。また、受付部1601が受け取るイオン流量情報は、実施の形態4で述べる生体パラメータ決定装置が取得した生体パラメータセットから得られる、薬物投与前後のパラメータセットを薬効変換したものであることは好適である。受付部1601は、対象生体薬効情報を、記録媒体から読み込んでも良いし、外部装置から受信しても良いし、ユーザからの入力を受付けても良い。受付部1601は、キーボード等の入力手段のデバイスドライバーや、受信手段等で実現され得る。 The receiving unit 1601 receives target biomedical efficacy information including one or more ion flow rate information, which is information about the electric flow rate of one or more ion channels indicating the influence of drug administration. The ion flow rate information is, for example, information indicating the influence of all ion channels and carrier currents in the apparatus on the electric flow rate. The ion flow rate information is, for example, ICaL suppression rate (for example, 50%). Moreover, it is preferable that the ion flow rate information received by the reception unit 1601 is obtained by converting the parameter set before and after drug administration obtained from the biological parameter set acquired by the biological parameter determination apparatus described in the fourth embodiment. . The receiving unit 1601 may read target biomedical efficacy information from a recording medium, may receive it from an external device, or may receive an input from a user. The receiving unit 1601 can be realized by a device driver of an input unit such as a keyboard, a receiving unit, or the like.
心筋細胞シミュレーション部1602は、受付部1601が受け付けた対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報を取得する。ここでの心筋細胞動作情報とは、筋小胞体uptake site内(細胞内)カルシウムイオン濃度についての情報や、細胞膜電位についての情報である。筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度についての情報とは、筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度の一周期(400ms)ごとの平均濃度や、筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度そのものの値の集合などである。細胞膜電位についての情報とは、細胞膜電位の一周期(400ms)ごとの平均膜電位や、細胞膜電位そのものの値の集合などである。心筋細胞シミュレーション部1602は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。心筋細胞シミュレーション部1602の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The cardiomyocyte simulation unit 1602 acquires cardiomyocyte operation information, which is information about the behavior of living cardiomyocytes, using the target biomedical efficacy information received by the receiving unit 1601. The cardiomyocyte operation information here is information on the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site (intracellular) and information on the cell membrane potential. Information on the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site is a set of the average value of calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site for each cycle (400 ms) and the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site itself. Etc. The information on the cell membrane potential includes an average membrane potential for each cycle (400 ms) of the cell membrane potential, a set of values of the cell membrane potential itself, and the like. The cardiomyocyte simulation unit 1602 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the cardiomyocyte simulation unit 1602 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
イオン濃度算出モデル情報格納手段16021は、1以上のイオン流量情報をパラメータとして筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を算出する演算式の情報であるイオン濃度算出モデル情報を格納している。イオン濃度算出モデル情報の例は、下記の数式8である。
数式8において、[Ca]upは、筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度である。また、ISRUは、筋小胞体uptake siteへのカルシウムフラックスである。また、ISRTは、筋小胞体uptake siteからrelease siteへのフラックスである。また、ISRLは、筋小胞体uptake siteからのカルシウムリークフラックスである。また、ZCaは、カルシウムのイオン価数(=2)である。また、FはFaraday定数である。また、Vupは、筋小胞体uptake siteの容積である。 In Equation 8, [Ca] up is the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site. In addition, I SR U is a calcium flux into the sarcoplasmic reticulum uptake site. In addition, I SR T is a flux to the release site from the sarcoplasmic reticulum uptake site. Also, I SR L is a calcium leak flux from sarcoplasmic reticulum uptake site. Z Ca is the ionic valence (= 2) of calcium. F is a Faraday constant. V up is the volume of the sarcoplasmic reticulum uptake site.
なお、イオン濃度算出モデル情報は、人のイオン濃度算出モデルの情報であることが好適であるが、マウス等のイオン濃度算出モデルの情報でも良い。マウス等のイオン濃度算出モデルの情報を用いて、シミュレーションを行った場合でも、副作用等の検出が可能であるからである。 The ion concentration calculation model information is preferably information on a human ion concentration calculation model, but may be information on an ion concentration calculation model of a mouse or the like. This is because even when a simulation is performed using information of an ion concentration calculation model of a mouse or the like, a side effect or the like can be detected.
イオン濃度算出モデル情報格納手段16021は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。 The ion concentration calculation model information storage unit 16021 is preferably a non-volatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium.
イオン濃度算出手段16022は、イオン濃度算出モデル情報格納手段16021のイオン濃度算出モデル情報を読み出し、受付部1601が受け付けた1以上のイオン流量情報をイオン濃度算出モデル情報に代入し、当該イオン濃度算出モデル情報が示す演算式を実行し、心筋細胞動作情報である筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を算出し、算出結果をメモリ上に記憶する。イオン濃度算出手段16022は、数式8の微分方程式を、四次のRunge-Kuttaを用いて算出することは好適である。四次のRunge-Kuttaについては、公知技術であるので詳細な説明を省略する。イオン濃度算出手段16022は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。イオン濃度算出手段16022の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The ion concentration calculation unit 16022 reads the ion concentration calculation model information in the ion concentration calculation model information storage unit 16021, substitutes one or more ion flow rate information received by the receiving unit 1601 into the ion concentration calculation model information, and calculates the ion concentration. An arithmetic expression indicated by the model information is executed, a calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site, which is cardiomyocyte operation information, is calculated, and the calculation result is stored in the memory. It is preferable that the ion concentration calculation means 16022 calculates the differential equation of Formula 8 using a fourth-order Runge-Kutta. Since the fourth-order Runge-Kutta is a known technique, a detailed description thereof will be omitted. The ion concentration calculating means 16022 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the ion concentration calculation means 16022 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
細胞膜電位算出モデル情報格納手段16023は、1以上のイオン流量情報をパラメータとして細胞膜電位を算出する演算式の情報である細胞膜電位算出モデル情報を格納している。細胞膜電位算出モデル情報の例は、下記の数式9である。
数式9において、「Vm」は、細胞膜電位である。「Itot」は、細胞全体のイオン電流の総和電流である。また、「Iext」は、細胞外から加えられた刺激電流である。また、「Cm」は、細胞膜容量である。 In Equation 9, “V m ” is a cell membrane potential. “I tot ” is a total current of ionic currents of the whole cell. “I ext ” is a stimulation current applied from outside the cell. “C m ” is a cell membrane capacity.
なお、細胞膜電位算出モデル情報は、人の細胞膜電位算出モデルの情報であることが好適であるが、マウス等の細胞膜電位算出モデルの情報でも良い。マウス等の細胞膜電位算出モデルの情報を用いて、シミュレーションを行った場合でも、副作用等の検出が可能であるからである。 The cell membrane potential calculation model information is preferably information on a human cell membrane potential calculation model, but may be information on a cell membrane potential calculation model of a mouse or the like. This is because even when a simulation is performed using information of a cell membrane potential calculation model of a mouse or the like, a side effect or the like can be detected.
細胞膜電位算出モデル情報格納手段16023は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。 The cell membrane potential calculation model information storage means 16023 is preferably a non-volatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium.
細胞膜電位算出手段16024は、細胞膜電位算出モデル情報格納手段16023から細胞膜電位算出モデル情報を読み出し、受付部1601が受け付けた1以上のイオン流量情報を細胞膜電位算出モデル情報に代入し、当該細胞膜電位算出モデル情報が示す演算式を実行し、心筋細胞動作情報である細胞膜電位を算出する。そして、細胞膜電位算出手段16024は、算出した細胞膜電位をメモリ上に記憶する。細胞膜電位算出手段16024は、数式9の微分方程式を、四次のRunge-Kuttaを用いて算出することは好適である。細胞膜電位算出手段16024は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。細胞膜電位算出手段16024の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The cell membrane potential calculation unit 16024 reads the cell membrane potential calculation model information from the cell membrane potential calculation model information storage unit 16023, substitutes one or more ion flow rate information received by the receiving unit 1601 into the cell membrane potential calculation model information, and calculates the cell membrane potential calculation. An arithmetic expression indicated by the model information is executed to calculate a cell membrane potential which is cardiomyocyte operation information. Then, the cell membrane potential calculation unit 16024 stores the calculated cell membrane potential on the memory. The cell membrane potential calculation means 16024 preferably calculates the differential equation of Equation 9 using a fourth-order Runge-Kutta. The cell membrane potential calculation means 16024 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the cell membrane potential calculation means 16024 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
不整脈判断部1603は、心筋細胞シミュレーション部1602が取得した心筋細胞動作情報を用いて不整脈についての判断を行う。ここでの心筋細胞動作情報は、上述したように、筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度についての情報や、細胞膜電位についての情報である。不整脈判断部1603は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。不整脈判断部1603の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The arrhythmia determination unit 1603 determines arrhythmia using the cardiomyocyte movement information acquired by the cardiomyocyte simulation unit 1602. The cardiomyocyte operation information here is information about the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site and information about the cell membrane potential as described above. The arrhythmia determination unit 1603 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the arrhythmia determination unit 1603 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
イオン濃度閾値格納手段16031は、1以上の筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度についての閾値を格納している。閾値は、1つでも2つ以上でも良く、例えば、「3.58(mM)」と「3.84(mM)」である。イオン濃度閾値格納手段16031は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。 The ion concentration threshold storage unit 16031 stores a threshold for calcium ion concentration in one or more sarcoplasmic reticulum uptake sites. The threshold value may be one or more, for example, “3.58 (mM)” and “3.84 (mM)”. The ion concentration threshold storage unit 16031 is preferably a nonvolatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium.
イオン濃度不整脈判断手段16032は、イオン濃度算出手段16022が算出した筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度と、イオン濃度閾値格納手段16031の閾値を用いて、不整脈についての判断を行う。具体的には、例えば、イオン濃度不整脈判断手段16032は、イオン濃度算出手段16022が算出した筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度が閾値「3.58(mM)」以下であれば、正常である、と判断する。また、例えば、イオン濃度不整脈判断手段16032は、イオン濃度算出手段16022が算出した筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度が閾値「3.58(mM)」より大きく、「3.84(mM)」以下であれば、DADである、と判断する。さらに、例えば、イオン濃度不整脈判断手段16032は、イオン濃度算出手段16022が算出した筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度が閾値「3.84(mM)」より大きければ、DADとEADの両方である、と判断する。ここで、DADとEADは、異常自動能の一種であり、公知ものであるので、説明を省略する。イオン濃度不整脈判断手段16032は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。イオン濃度不整脈判断手段16032の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The ion concentration arrhythmia determination means 16032 makes a determination on arrhythmia using the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site calculated by the ion concentration calculation means 16022 and the threshold value of the ion concentration threshold storage means 16031. Specifically, for example, the ion concentration arrhythmia determination means 16032 is normal if the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site calculated by the ion concentration calculation means 16022 is equal to or less than the threshold value “3.58 (mM)”. Judge that. Further, for example, the ion concentration arrhythmia determination means 16032 has a calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site calculated by the ion concentration calculation means 16022 that is greater than the threshold value “3.58 (mM)”, and “3.84 (mM)”. If it is below, it is determined to be DAD. Further, for example, the ion concentration arrhythmia determining means 16032 is both DAD and EAD if the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site calculated by the ion concentration calculating means 16022 is larger than the threshold value “3.84 (mM)”. Judge that. Here, DAD and EAD are a kind of abnormal automatic ability, and are well known, and thus description thereof is omitted. The ion concentration arrhythmia determination means 16032 can be normally realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the ion concentration arrhythmia determining means 16032 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
細胞膜電位閾値格納手段16033は、1以上の細胞膜電位についての閾値を格納している。細胞膜電位についての閾値は、1つが好適であり、例えば、「−19.6(mV)」である。細胞膜電位閾値格納手段16033は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。 The cell membrane potential threshold storage unit 16033 stores thresholds for one or more cell membrane potentials. One threshold value for the cell membrane potential is suitable, for example, “−19.6 (mV)”. The cell membrane potential threshold storage means 16033 is preferably a non-volatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium.
細胞膜電位不整脈判断手段16034は、細胞膜電位算出手段16024が算出した細胞膜電位と、細胞膜電位閾値格納手段16033の閾値を用いて、不整脈についての判断を行う。具体的には、例えば、細胞膜電位算出手段16024が算出した細胞膜電位が、閾値「−19.6(mV)」以下である場合には正常である(不整脈は発生しない)と判断し、閾値「−19.6(mV)」より大きければLow voltage oscillationであると判断する。なお、Low voltage oscillationは、不整脈が発生し得る異常自動能の一種である。細胞膜電位不整脈判断手段16034は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。細胞膜電位不整脈判断手段16034の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The cell membrane potential arrhythmia determination unit 16034 makes a determination on arrhythmia using the cell membrane potential calculated by the cell membrane potential calculation unit 16024 and the threshold value of the cell membrane potential threshold storage unit 16033. Specifically, for example, when the cell membrane potential calculated by the cell membrane potential calculation unit 16024 is equal to or lower than the threshold “−19.6 (mV)”, it is determined that the cell membrane potential is normal (arrhythmia does not occur), and the threshold “ If it is larger than “−19.6 (mV)”, it is determined that the voltage oscillation is low. Low voltage oscillation is a kind of abnormal automatic ability that can cause arrhythmia. The cell membrane potential arrhythmia determining means 16034 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the cell membrane potential arrhythmia determining means 16034 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
出力情報構成部1604は、心筋細胞シミュレーション部1602が取得した心筋細胞動作情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する。また、出力情報構成部1604は、不整脈判断部1603の判断結果を用いて出力する情報である出力情報を構成しても良い。出力情報構成部1604は、イオン濃度算出手段16022が算出した筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を第一の軸の値とし、細胞膜電位算出手段16024が算出した細胞膜電位を第二の軸の値とする二次元平面上に値をプロットし、1以上の筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度についての閾値、および1以上の細胞膜電位についての閾値を二次元平面上に明示する出力情報を構成することは好適である。かかる出力情報の例は、後述する。なお、出力情報は、「不整脈が発生し得ます。」といった簡易な文字列や、不整脈の種類「DAD、EAD、Low voltage oscillation」などでも良い。出力情報のデータ構造は問わない。出力情報構成部1604は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。出力情報構成部1604の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The output information configuration unit 1604 configures output information that is information to be output using the cardiomyocyte motion information acquired by the cardiomyocyte simulation unit 1602. The output information configuration unit 1604 may configure output information that is information to be output using the determination result of the arrhythmia determination unit 1603. The output information configuration unit 1604 uses the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site calculated by the ion concentration calculation unit 16022 as the value of the first axis, and the cell membrane potential calculated by the cell membrane potential calculation unit 16024 as the value of the second axis. The value is plotted on the two-dimensional plane, and output information is specified on the two-dimensional plane that clearly indicates the threshold value for the calcium ion concentration in one or more sarcoplasmic reticulum uptake sites and the threshold value for one or more cell membrane potentials. That is preferred. An example of such output information will be described later. The output information may be a simple character string such as “arrhythmia may occur” or the type of arrhythmia “DAD, EAD, Low voltage oscillation”. The data structure of output information does not matter. The output information configuration unit 1604 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the output information configuration unit 1604 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
出力部1605は、出力情報構成部1604が構成した出力情報を出力する。ここで、出力とは、ディスプレイへの表示、プリンタへの印字、音出力、外部の装置への送信、記録媒体への蓄積等を含む概念である。出力部1605は、ディスプレイやスピーカー等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えても良い。出力部1605は、出力デバイスのドライバーソフトまたは、出力デバイスのドライバーソフトと出力デバイス等で実現され得る。 The output unit 1605 outputs the output information configured by the output information configuration unit 1604. Here, the output is a concept including display on a display, printing on a printer, sound output, transmission to an external device, accumulation in a recording medium, and the like. The output unit 1605 may be considered as including or not including an output device such as a display or a speaker. The output unit 1605 can be implemented by output device driver software, or output device driver software and an output device.
次に、不整脈危険性評価装置の動作について図17から図19のフローチャートを用いて説明する。 Next, the operation of the arrhythmia risk evaluation apparatus will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
(ステップS1701)受付部1601は、1以上のイオン流量情報を含む対象生体薬効情報を受け付けたか否かを判断する。対象生体薬効情報を受け付ければステップS1702に行き、対象生体薬効情報を受け付けなければステップS1701に戻る。 (Step S1701) The receiving unit 1601 determines whether or not target biomedical efficacy information including one or more ion flow rate information has been received. If the target biomedical effect information is accepted, the process goes to step S1702, and if the target biomedical effect information is not accepted, the process returns to step S1701.
(ステップS1702)心筋細胞シミュレーション部1602は、受付部1601が受け付けた対象生体薬効情報をメモリ上に配置する。 (Step S1702) The cardiomyocyte simulation unit 1602 places the target biomedical efficacy information received by the receiving unit 1601 on the memory.
(ステップS1703)心筋細胞シミュレーション部1602は、ステップS1702で取得した対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報を取得する。かかる心筋細胞シミュレーションについて、図18のフローチャートを用いて説明する。 (Step S1703) The cardiomyocyte simulation unit 1602 acquires cardiomyocyte operation information that is information about the behavior of the living cardiomyocytes using the target biomedical efficacy information acquired in step S1702. Such cardiomyocyte simulation will be described with reference to the flowchart of FIG.
(ステップS1704)不整脈判断部1603は、ステップS1703で取得した心筋細胞動作情報を用いて不整脈についての判断を行う。かかる不整脈判断処理について、図19のフローチャートを用いて説明する。 (Step S1704) The arrhythmia determination unit 1603 determines arrhythmia using the cardiomyocyte operation information acquired in step S1703. Such arrhythmia determination processing will be described with reference to the flowchart of FIG.
(ステップS1705)出力情報構成部1604は、ステップS1704での判断結果を用いて出力する情報である出力情報を構成する。出力情報構成部1604は、例えば、シミュレーション結果(値)から、当該結果(値)が正常な場合と、異常である場合で、視覚的に異なる態様で出力情報を構成する。 (Step S1705) The output information configuration unit 1604 configures output information which is information to be output using the determination result in step S1704. For example, from the simulation result (value), the output information configuration unit 1604 configures the output information in a visually different manner depending on whether the result (value) is normal or abnormal.
(ステップS1706)出力部1605は、ステップS1705で構成した出力情報を出力する。処理を終了する。 (Step S1706) The output unit 1605 outputs the output information configured in step S1705. The process ends.
なお、図17のフローチャートにおいて、ステップS1704における判断処理がなくても良い。かかる場合、出力情報構成部1604は、心筋細胞シミュレーション部1602の出力を読み出し、出力情報を構成する。 In the flowchart of FIG. 17, the determination process in step S1704 may not be performed. In such a case, the output information configuration unit 1604 reads the output of the cardiomyocyte simulation unit 1602 and configures output information.
次に、ステップS1703の心筋細胞シミュレーションについて図18のフローチャートを用いて説明する。 Next, the cardiomyocyte simulation in step S1703 will be described using the flowchart of FIG.
(ステップS1801)イオン濃度算出手段16022は、イオン濃度算出モデル情報格納手段16021からイオン濃度算出モデル情報を読み出す。 (Step S1801) The ion concentration calculation unit 16022 reads the ion concentration calculation model information from the ion concentration calculation model information storage unit 16021.
(ステップS1802)イオン濃度算出手段16022は、格納している定常状態のパラメータを読み出す。定常状態のパラメータは、イオン濃度算出手段16022に予め格納されている。定常状態のパラメータは、ユーザが入力した情報でも良いし、外部装置から送信された情報でも良い。定常状態のパラメータは、例えば、予め算出され、イオン濃度算出手段16022に格納されている。 (Step S1802) The ion concentration calculation means 16022 reads the stored steady state parameters. The steady state parameters are stored in advance in the ion concentration calculation means 16022. The parameters in the steady state may be information input by the user or information transmitted from an external device. The steady-state parameter is calculated in advance and stored in the ion concentration calculation unit 16022, for example.
(ステップS1803)イオン濃度算出手段16022は、カウンタtに1を代入する。 (Step S1803) The ion concentration calculation means 16022 substitutes 1 for the counter t.
(ステップS1804)イオン濃度算出手段16022は、イオン濃度算出処理を終了するか否かを判断する。処理を終了するならばステップS1808に行き、処理を終了しないならばステップS1805に行く。 (Step S1804) The ion concentration calculation means 16022 determines whether or not to end the ion concentration calculation process. If the process ends, the process goes to step S1808, and if not, the process goes to step S1805.
(ステップS1805)イオン濃度算出手段16022は、ステップS1801で読み込んだイオン濃度算出モデル情報に、ステップS1802で取得した定常状態のパラメータと、受付部1601が受け付けた1以上のイオン流量情報と、tを代入し、[Ca]upを算出する。 (Step S1805) The ion concentration calculation means 16022 adds the steady-state parameter acquired in step S1802, the one or more ion flow rate information received by the reception unit 1601, and t to the ion concentration calculation model information read in step S1801. Substituting and [Ca] up is calculated.
(ステップS1806)イオン濃度算出手段16022は、ステップS1805で算出した[Ca]upをメモリ上に追記する。 (Step S1806) The ion concentration calculation means 16022 adds [Ca] up calculated in step S1805 to the memory.
(ステップS1807)イオン濃度算出手段16022は、tを1、インクリメントする。ステップS1804に戻る。 (Step S1807) The ion concentration calculation means 16022 increments t by 1. The process returns to step S1804.
(ステップS1808)細胞膜電位算出手段16024は、細胞膜電位算出モデル情報格納手段16023から細胞膜電位算出モデル情報を読み出す。 (Step S1808) The cell membrane potential calculation means 16024 reads the cell membrane potential calculation model information from the cell membrane potential calculation model information storage means 16023.
(ステップS1809)細胞膜電位算出手段16024は、格納している定常状態のパラメータを読み出す。定常状態のパラメータは、細胞膜電位算出手段16024が予め格納している。定常状態のパラメータは、ユーザが入力した情報でも良いし、外部装置から送信された情報でも良い。定常状態のパラメータは、例えば、予め算出され、細胞膜電位算出手段16024に格納されている。 (Step S1809) The cell membrane potential calculation means 16024 reads the stored steady-state parameters. The cell membrane potential calculation means 16024 stores the steady state parameters in advance. The parameters in the steady state may be information input by the user or information transmitted from an external device. The steady-state parameters are calculated in advance and stored in the cell membrane potential calculation means 16024, for example.
(ステップS1810)細胞膜電位算出手段16024は、カウンタtに1を代入する。 (Step S1810) Cell membrane potential calculation means 16024 substitutes 1 for counter t.
(ステップS1811)細胞膜電位算出手段16024は、細胞膜電位算出処理を終了するか否かを判断する。処理を終了するならば上位関数にリターンし、処理を終了しないならばステップS1812に行く。 (Step S1811) The cell membrane potential calculation means 16024 determines whether or not to end the cell membrane potential calculation process. If the process ends, the process returns to the upper function. If the process does not end, the process goes to step S1812.
(ステップS1812)細胞膜電位算出手段16024は、ステップS1808で読み込んだ細胞膜電位算出モデル情報に、ステップS1809で取得した定常状態のパラメータと、受付部1601が受け付けた1以上のイオン流量情報と、tを代入し、細胞膜電位算出モデル情報Vmを算出する。 (Step S1812) The cell membrane potential calculation means 16024 adds, to the cell membrane potential calculation model information read in Step S1808, the steady-state parameters acquired in Step S1809, one or more ion flow rate information received by the reception unit 1601, and t. assignment, and calculates the cell membrane potential calculated model information V m.
(ステップS1813)細胞膜電位算出手段16024は、ステップS1812で算出したVmをメモリ上に追記する。 (Step S1813) cell membrane potential calculation means 16024 additionally writes the V m calculated in step S1812 in the memory.
(ステップS1814)細胞膜電位算出手段16024は、tを1、インクリメントする。ステップS1811に戻る。 (Step S1814) The cell membrane potential calculation means 16024 increments t by 1. The process returns to step S1811.
次に、ステップS1704の不整脈判断処理について図19のフローチャートを用いて説明する。 Next, the arrhythmia determination process of step S1704 will be described using the flowchart of FIG.
(ステップS1901)イオン濃度不整脈判断手段16032は、イオン濃度閾値格納手段16031から、筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度についての閾値(v1、v2)を読み込む。 (Step S1901) The ion concentration arrhythmia determination means 16032 reads the threshold values (v1, v2) for the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site from the ion concentration threshold storage means 16031.
(ステップS1902)イオン濃度不整脈判断手段16032は、カウンタiに1を代入する。 (Step S1902) The ion concentration arrhythmia determination means 16032 substitutes 1 for the counter i.
(ステップS1903)イオン濃度不整脈判断手段16032は、i番目のシミュレーション結果の値をメモリから読み出し、i番目のシミュレーション結果の値が存在するか否かを判断する。i番目の値が存在すればステップS1904に行き、i番目の値が存在しなければステップS1911に行く。 (Step S1903) The ion concentration arrhythmia determination means 16032 reads the value of the i-th simulation result from the memory, and determines whether or not the value of the i-th simulation result exists. If the i-th value exists, the process goes to step S1904, and if the i-th value does not exist, the process goes to step S1911.
(ステップS1904)イオン濃度不整脈判断手段16032は、「i番目の値<=v1」であるか否かを判断する。「i番目の値<=v1」であればステップS1905に行き、「i番目の値<=v1」でなければステップS1906に行く。 (Step S1904) The ion concentration arrhythmia determination means 16032 determines whether or not “i-th value <= v1”. If “i-th value <= v1”, the process goes to step S1905. If “i-th value <= v1”, the process goes to step S1906.
(ステップS1905)イオン濃度不整脈判断手段16032は、変数「判断」に「正常」を示す情報を代入する。ステップS1909に行く。 (Step S1905) The ion concentration arrhythmia determination means 16032 substitutes information indicating “normal” into the variable “determination”. Go to step S1909.
(ステップS1906)イオン濃度不整脈判断手段16032は、「v1<i番目の値<=v2」であるか否かを判断する。条件を満たせばステップS1907に行き、条件を満たさなければステップS1908に行く。 (Step S1906) The ion concentration arrhythmia determination means 16032 determines whether or not “v1 <i-th value <= v2”. If the condition is satisfied, the process goes to step S1907. If the condition is not satisfied, the process goes to step S1908.
(ステップS1907)イオン濃度不整脈判断手段16032は、変数「判断」に「DAD」を示す情報を代入する。ステップS1909に行く。 (Step S1907) The ion concentration arrhythmia determination means 16032 substitutes information indicating “DAD” into the variable “determination”. Go to step S1909.
(ステップS1908)イオン濃度不整脈判断手段16032は、変数「判断」に「DAD+EAD」を示す情報を代入する。 (Step S1908) The ion concentration arrhythmia determination means 16032 substitutes information indicating “DAD + EAD” into the variable “determination”.
(ステップS1909)イオン濃度不整脈判断手段16032は、i番目の値と、変数「判断」の情報を対にして格納する。 (Step S1909) The ion concentration arrhythmia determination means 16032 stores the i-th value and the variable “determination” information as a pair.
(ステップS1910)イオン濃度不整脈判断手段16032は、カウンタiを1、インクリメントする。ステップS1903に戻る。 (Step S1910) The ion concentration arrhythmia determination means 16032 increments the counter i by one. The process returns to step S1903.
(ステップS1911)細胞膜電位不整脈判断手段16034は、細胞膜電位閾値格納手段16033から細胞膜電位についての閾値(v2)を読み込む。 (Step S1911) The cell membrane potential arrhythmia determination means 16034 reads the threshold (v2) for the cell membrane potential from the cell membrane potential threshold storage means 16033.
(ステップS1912)細胞膜電位不整脈判断手段16034は、カウンタiに1を代入する。 (Step S1912) The cell membrane potential arrhythmia determination means 16034 substitutes 1 for the counter i.
(ステップS1913)細胞膜電位不整脈判断手段16034は、i番目のシミュレーション結果の値を読み出し、i番目のシミュレーション結果の値が存在するか否かを判断する。i番目の値が存在すればステップS1914に行き、i番目の値が存在しなければ上位関数にリターンする。 (Step S1913) Cell membrane potential arrhythmia determination means 16034 reads the value of the i-th simulation result and determines whether or not the value of the i-th simulation result exists. If the i-th value exists, the process goes to step S1914. If the i-th value does not exist, the process returns to the upper function.
(ステップS1914)細胞膜電位不整脈判断手段16034は、「i番目の値<=v3」であるか否かを判断する。「i番目の値<=v3」であればステップS1915に行き、「i番目の値<=v1」でなければステップS1916に行く。 (Step S1914) Cell membrane potential arrhythmia determination means 16034 determines whether or not “i-th value <= v3”. If “i-th value <= v3”, the process goes to step S1915. If “i-th value <= v1”, the process goes to step S1916.
(ステップS1915)細胞膜電位不整脈判断手段16034は、変数「判断」に「正常」を示す情報を代入する。ステップS1917に行く。 (Step S1915) Cell membrane potential arrhythmia determination means 16034 substitutes information indicating “normal” into variable “determination”. Go to step S1917.
(ステップS1916)細胞膜電位不整脈判断手段16034は、変数「判断」に「Low voltage oscillation」を示す情報を代入する。ステップS1917に行く。 (Step S1916) Cell membrane potential arrhythmia determining means 16034 substitutes information indicating “Low voltage oscillation” into variable “determination”. Go to step S1917.
(ステップS1917)細胞膜電位不整脈判断手段16034は、i番目の値と、変数「判断」の情報を対にして、メモリ上に格納する。 (Step S1917) The cell membrane potential arrhythmia determining means 16034 stores the i-th value and the variable “determination” information in a pair on the memory.
(ステップS1918)細胞膜電位不整脈判断手段16034は、カウンタiを1、インクリメントする。ステップS1913に戻る。 (Step S1918) Cell membrane potential arrhythmia determination means 16034 increments counter i by one. The process returns to step S1913.
なお、図17から図19のフローチャートにおいて、第一番目にCa2+ overloadのシミュレーション、および評価を行い、第二番目にLow K+ conductanceのシミュレーション、および評価を行った。しかし、Low K+ conductanceのシミュレーション、および評価を、Ca2+ overloadのシミュレーション、および評価より先に行っても良いし、それぞれ単独で処理を行っても良い。 In the flowcharts of FIGS. 17 to 19, first, simulation and evaluation of Ca 2+ overload were performed, and second, simulation and evaluation of Low K + conductance were performed. However, the simulation and evaluation of Low K + conductance may be performed prior to the simulation and evaluation of Ca 2+ overload, or may be performed independently.
以下、本実施の形態における不整脈危険性評価装置の具体的な動作について説明する。 The specific operation of the arrhythmia risk evaluation apparatus in the present embodiment will be described below.
まず、不整脈危険性評価装置の受付部1601は、イオン流量情報を含む対象生体薬効情報である「IKr単独の抑制を0から100%まで、5%刻み」に変更して、不整脈の危険性を評価する命令(イオン流量情報を含む対象生体薬効情報)を受け付けた、とする。つまり、受付部1601は、順に「IKr,−0」、「IKr,−5」、「IKr,−10」、・・・、「IKr,−90」、「IKr,−95」、「IKr,−100」という対象生体薬効情報を受け付ける。 First, the accepting unit 1601 of the arrhythmia risk evaluation apparatus changes the risk of arrhythmia by changing the suppression of IKr alone from 0 to 100% in 5% increments, which is target biomedical efficacy information including ion flow rate information. It is assumed that an instruction to be evaluated (target biomedical efficacy information including ion flow rate information) is received. That is, the reception unit 1601 sequentially selects “IKr, −0”, “IKr, −5”, “IKr, −10”,..., “IKr, −90”, “IKr, −95”, “IKr, Target biomedical efficacy information “−100” is received.
次に、心筋細胞シミュレーション部1602のイオン濃度算出手段16022は、上述したように、数式8のイオン濃度算出モデル情報をイオン濃度算出モデル情報格納手段16021から読み出す。ここで算出する筋小胞体uptake siteのカルシウム濃度はシミュレーション経過における平均濃度の最大値である。 Next, the ion concentration calculation unit 16022 of the cardiomyocyte simulation unit 1602 reads the ion concentration calculation model information of Formula 8 from the ion concentration calculation model information storage unit 16021 as described above. The calcium concentration of the sarcoplasmic reticulum uptake site calculated here is the maximum average concentration in the course of the simulation.
そして、次に、イオン濃度算出手段16022は、格納している定常状態のパラメータ(例えば、Vm=−91.26mV,[Na+]=6.499mM,[K+]=141.5mM,[Ca2+]=0.00003118 mM)を読み出す。 Then, the ion concentration calculation means 16022 then stores the stored steady state parameters (for example, Vm = −91.26 mV, [Na + ] = 6.499 mM, [K + ] = 141.5 mM, [Ca 2 + ] = 0.00003118 mM).
そして、イオン濃度算出手段16022は、定常状態のパラメータと、「IKr,−0」等のイオン流量情報を含む対象生体薬効情報を、読み出したイオン濃度算出モデル情報が示す演算式に代入し、演算する。 Then, the ion concentration calculation means 16022 substitutes the target biomedical efficacy information including the steady state parameters and the ion flow rate information such as “IKr, −0” into the arithmetic expression indicated by the read ion concentration calculation model information, To do.
そして、イオン濃度算出手段16022は、図20の「カルシウム濃度」の数値を各対象生体薬効情報に対して得る。図20は、心筋細胞シミュレーション結果管理表であり、IKr抑制率である対象生体薬効情報に対するカルシウムイオン濃度「カルシウム濃度」と、細胞膜電位「膜電位」を格納している。 Then, the ion concentration calculation means 16022 obtains the numerical value of “calcium concentration” in FIG. 20 for each target biomedical efficacy information. FIG. 20 is a cardiomyocyte simulation result management table, which stores a calcium ion concentration “calcium concentration” and a cell membrane potential “membrane potential” with respect to target biomedical efficacy information that is an IKr inhibition rate.
イオン濃度算出手段16022は、算出したカルシウムイオン濃度を、IKr抑制率である対象生体薬効情報と対に、心筋細胞シミュレーション結果管理表に格納する。 The ion concentration calculation means 16022 stores the calculated calcium ion concentration in the cardiomyocyte simulation result management table in combination with the target biomedical effect information that is the IKr inhibition rate.
次に、細胞膜電位算出手段16024は、細胞膜電位算出モデル情報格納手段16023から、数式9の細胞膜電位算出モデル情報を読み出す。ここで算出する細胞膜電位は、定常状態での細胞の平均膜電位である。 Next, the cell membrane potential calculation unit 16024 reads the cell membrane potential calculation model information of Formula 9 from the cell membrane potential calculation model information storage unit 16023. The cell membrane potential calculated here is the average membrane potential of the cells in the steady state.
次に、細胞膜電位算出手段16024は、格納している定常状態のパラメータ(例えば、Vm=−89.00mV,[Na+]=3.823mM,[K+]=144.3mM,[Ca2+]=0.00001544 mM)を読み出す。 Next, the cell membrane potential calculation means 16024 stores stored steady-state parameters (for example, Vm = −89.00 mV, [Na + ] = 3.823 mM, [K + ] = 144.3 mM, [Ca 2+ ]. = 0.00001544 mM).
そして、細胞膜電位算出手段16024は、定常状態のパラメータと、「IKr,−0」等のイオン流量情報を含む対象生体薬効情報を、読み出した細胞膜電位算出モデル情報が示す演算式に代入し、演算する。 Then, the cell membrane potential calculation means 16024 substitutes the target biological medicinal information including the steady state parameters and the ion flow rate information such as “IKr, −0” into the arithmetic expression indicated by the read cell membrane potential calculation model information, To do.
そして、細胞膜電位算出手段16024は、図20の「膜電位」の数値を各対象生体薬効情報に対して得る。 Then, the cell membrane potential calculation means 16024 obtains the numerical value of “membrane potential” in FIG. 20 for each target biomedical efficacy information.
次に、イオン濃度不整脈判断手段16032は、イオン濃度閾値格納手段16031から、筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度についての閾値「3.58」と「3.84」を読み込む。 Next, the ion concentration arrhythmia determination means 16032 reads the threshold values “3.58” and “3.84” for the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site from the ion concentration threshold storage means 16031.
そして、イオン濃度不整脈判断手段16032は、図20の表の1番目から21番目までの「カルシウム濃度」の値を順に読み出し、「値<=3.58」であれば、正常であると判断し、「3.58<値<=3.84」であれば「DAD」であると判断し、「3.84<値」であれば「DAD+EAD」であると判断する。そして、イオン濃度不整脈判断手段16032は、判断結果を、各値に対応付けて、蓄積する。 Then, the ion concentration arrhythmia determining means 16032 sequentially reads out the values of “calcium concentration” from the first to the 21st in the table of FIG. 20, and determines that it is normal if “value <= 3.58”. If “3.58 <value <= 3.84”, it is determined as “DAD”, and if “3.84 <value”, it is determined as “DAD + EAD”. Then, the ion concentration arrhythmia determination means 16032 stores the determination results in association with the respective values.
次に、細胞膜電位不整脈判断手段16034は、細胞膜電位閾値格納手段16033から細胞膜電位についての閾値「−19.6」を読み込む。 Next, the cell membrane potential arrhythmia determination means 16034 reads the threshold value “−19.6” for the cell membrane potential from the cell membrane potential threshold storage means 16033.
そして、細胞膜電位不整脈判断手段16034は、図20の表の1番目から21番目までの「カルシウム濃度」の値を順に読み出し、「値<=−19.6」であれば、正常であると判断し、「−19.6<値」であれば「Low voltage oscillation」であると判断する。そして、細胞膜電位不整脈判断手段16034は、判断結果を、各値に対応付けて、蓄積する。 Then, the cell membrane potential arrhythmia determination means 16034 sequentially reads the values of “calcium concentration” from the first to the 21st in the table of FIG. 20, and determines that the value is normal if “value <= − 19.6”. If “−19.6 <value”, it is determined that “Low voltage oscillation”. Then, the cell membrane potential arrhythmia determining means 16034 accumulates the determination results in association with the respective values.
次に、出力情報構成部1604は、イオン濃度不整脈判断手段16032の判断結果を用いて出力する情報である出力情報を構成する。 Next, the output information configuration unit 1604 configures output information that is information to be output using the determination result of the ion concentration arrhythmia determination unit 16032.
そして、出力部1605は、構成した出力情報を出力する。かかる出力例を図21に示す。 Then, the output unit 1605 outputs the configured output information. An example of such output is shown in FIG.
以上、本実施の形態によれば、薬剤の催不整脈性を判定することができる。具体的には、本実施の形態によれば、単一細胞レベルの不整脈危険性の評価、特に、異常自動能ついて評価することができる。さらに具体的には、本実施の形態によれば、細胞内Ca2+overloadまたは、細胞膜K+conductanceの減少による異常自動能の発生を自動検知できる。 As mentioned above, according to this Embodiment, the arrhythmogenicity of a chemical | medical agent can be determined. Specifically, according to the present embodiment, it is possible to evaluate the risk of arrhythmia at the single cell level, particularly the abnormal automatic ability. More specifically, according to the present embodiment, it is possible to automatically detect the occurrence of abnormal automatic ability due to a decrease in intracellular Ca 2+ overload or cell membrane K + conductance.
なお、本実施の形態によれば、不整脈判断部1603は、「DAD」「EAD」「Low voltage oscillation」などの異常自動能を判断した。しかし、不整脈判断部1603の判断処理がなくても良い。心筋細胞シミュレーション部1602の出力から、異常自動能の判断できるように、出力情報が構成されれば良い(図21参照)。 Note that according to the present embodiment, the arrhythmia determination unit 1603 determines the abnormal automatic ability such as “DAD”, “EAD”, and “Low voltage oscillation”. However, the determination process of the arrhythmia determination unit 1603 may be omitted. The output information may be configured so that the abnormal automatic ability can be determined from the output of the cardiomyocyte simulation unit 1602 (see FIG. 21).
また、本実施の形態の具体例によれば、IKrの抑制効果を中心とした不整脈危険性評価装置について述べた。しかし、本実施の形態の不整脈危険性評価装置は、モデル細胞に存在するあらゆるチャネル・担体電流への影響を評価できることは言うまでもない。 In addition, according to the specific example of the present embodiment, the arrhythmia risk evaluation apparatus centered on the effect of suppressing IKr has been described. However, it goes without saying that the arrhythmia risk evaluation apparatus of the present embodiment can evaluate the influence on any channel / carrier current existing in the model cell.
さらに、本実施の形態における処理は、ソフトウェアで実現しても良い。そして、このソフトウェアをソフトウェアダウンロード等により配布しても良い。また、このソフトウェアをCD−ROMなどの記録媒体に記録して流布しても良い。なお、このことは、本明細書における他の実施の形態においても該当する。なお、本実施の形態における不整脈危険性評価装置を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータに、薬物投与の影響を示す1以上のイオンチャネルの電気流量についての情報である1以上のイオン流量情報を含む対象生体薬効情報を受け付ける受付ステップと、前記受付ステップで受け付けた対象生体薬効情報を読み出し、当該対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報を取得し、メモリ上に記憶させる心筋細胞シミュレーションステップと、前記心筋細胞動作情報を読み出し、当該心筋細胞動作情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する出力情報構成ステップと、前記出力情報を出力する出力ステップを実行させるためのプログラム、である。 Furthermore, the processing in the present embodiment may be realized by software. Then, this software may be distributed by software download or the like. Further, this software may be recorded on a recording medium such as a CD-ROM and distributed. This also applies to other embodiments in this specification. In addition, the software which implement | achieves the arrhythmia risk evaluation apparatus in this Embodiment is the following programs. That is, the program includes a receiving step of receiving target biomedical efficacy information including one or more ion flow rate information, which is information about the electric flow rate of one or more ion channels indicating the influence of drug administration, and the receiving step. A cardiomyocyte simulation step of reading the received target biomedicine information, using the target biomedicine information, obtaining cardiomyocyte operation information, which is information about the behavior of living cardiomyocytes, and storing the information in a memory; It is a program for reading out cell movement information and executing an output information configuration step that constitutes output information that is information that is output using the cardiomyocyte movement information, and an output step that outputs the output information.
また、上記プログラムにおいて、前記心筋細胞シミュレーションステップにおいて、格納しているイオン濃度算出モデル情報を読み出し、前記受付ステップで受け付けた1以上のイオン流量情報を前記イオン濃度算出モデル情報に代入し、当該イオン濃度算出モデル情報が示す演算式を実行し、心筋細胞動作情報である筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を算出する、ことは好適である。 Further, in the above program, in the cardiomyocyte simulation step, the stored ion concentration calculation model information is read, and one or more ion flow rate information received in the reception step is substituted into the ion concentration calculation model information, and the ion It is preferable to calculate the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site, which is cardiomyocyte operation information, by executing an arithmetic expression indicated by the concentration calculation model information.
さらに、上記プログラムにおいて、前記心筋細胞シミュレーションステップにおいて、1以上のイオン流量情報をパラメータとして細胞膜電位を算出する演算式の情報である細胞膜電位算出モデル情報を読み出し、前記受付ステップで受け付けた1以上のイオン流量情報を前記細胞膜電位算出モデル情報に代入し、当該細胞膜電位算出モデル情報が示す演算式を実行し、心筋細胞動作情報である細胞膜電位を算出する、ことは好適である。
(実施の形態3)
Furthermore, in the above program, in the cardiomyocyte simulation step, cell membrane potential calculation model information, which is information of an arithmetic expression for calculating a cell membrane potential using one or more ion flow rate information as a parameter, is read, and the one or more received in the receiving step It is preferable to substitute the ion flow rate information into the cell membrane potential calculation model information, execute an arithmetic expression indicated by the cell membrane potential calculation model information, and calculate a cell membrane potential which is cardiomyocyte operation information.
(Embodiment 3)
本実施の形態において、上述した不整脈危険性評価装置における不整脈危険性の評価(心筋細胞シミュレーション、QT間隔シミュレーション、スパイラルシミュレーション、など)の結果から、1つ以上、不整脈の危険度が「あり」と判断された場合に、正常心機能を回復(不整脈危険度を低減)させる生体パラメータセットを探索し、その探索結果を出力し、化合物開発指針を提示する不整脈危険性評価装置について説明する。 In the present embodiment, the risk of arrhythmia is “Yes” based on one or more arrhythmia risk evaluation results (cardiomyocyte simulation, QT interval simulation, spiral simulation, etc.) in the arrhythmia risk evaluation apparatus described above. An arrhythmia risk evaluation apparatus that searches for a biological parameter set that restores normal heart function (reduces the risk of arrhythmia) when it is determined, outputs the search result, and presents a compound development guideline will be described.
図22は、本実施の形態における不整脈危険性評価装置のブロック図である。 FIG. 22 is a block diagram of the arrhythmia risk evaluation apparatus in the present embodiment.
不整脈危険性評価装置は、受付部100、薬物投与前後パラメータセット格納部101、動物薬効情報取得部102、変換元情報格納部103、薬効変換部104、心筋細胞シミュレーション部105、不整脈情報取得部106、不整脈判断部107、固定パラメータ情報格納部2201、次対象生体薬効情報取得部2202、制御部2203、出力情報構成部2208、出力部109を具備する。 The arrhythmia risk evaluation apparatus includes a reception unit 100, a parameter set storage unit 101 before and after drug administration, an animal drug effect information acquisition unit 102, a conversion source information storage unit 103, a drug effect conversion unit 104, a cardiomyocyte simulation unit 105, and an arrhythmia information acquisition unit 106. Arrhythmia determination unit 107, fixed parameter information storage unit 2201, next target biomedical efficacy information acquisition unit 2202, control unit 2203, output information configuration unit 2208, and output unit 109.
固定パラメータ情報格納部2201は、値を固定するパラメータの情報である固定パラメータ情報を格納している。固定パラメータ情報は、主薬効と考えられる生体パラメータであり、一つの生体パラメータでも、複数の生体パラメータでも良い。固定パラメータ情報は、例えば、ユーザがキーボード等の入力手段を用いて入力しても良いし、図示しない固定パラメータ決定手段が、薬物投与前後パラメータセット格納部101の薬物投与前後パラメータセットを読み出し、薬物投与前と薬物投与後に所定の閾値以上の変化(大きな変化)があったパラメータを固定パラメータとして決定し、当該パラメータを示す情報を固定パラメータ情報としても良い。また、固定パラメータ情報は、図示しない固定パラメータ決定手段が、薬物投与前後パラメータセット格納部101の薬物投与前後パラメータセットを読み出し、薬物投与前と薬物投与後で、最大の変化率を示す一のパラメータを固定パラメータとして決定し、当該パラメータを示す情報を固定パラメータ情報としても良い。固定パラメータ情報格納部2201は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。 The fixed parameter information storage unit 2201 stores fixed parameter information that is information on parameters for fixing values. The fixed parameter information is a biological parameter that is considered to be the main drug effect, and may be one biological parameter or a plurality of biological parameters. For example, the fixed parameter information may be input by the user using an input unit such as a keyboard, or a fixed parameter determination unit (not shown) reads the pre- and post-drug parameter set storage unit 101 in the pre- and post-drug administration parameter set storage unit 101, A parameter having a change (large change) greater than or equal to a predetermined threshold value before administration and after drug administration may be determined as a fixed parameter, and information indicating the parameter may be fixed parameter information. Further, the fixed parameter information is a single parameter indicating a maximum rate of change before and after drug administration by a fixed parameter determination unit (not shown) reading the parameter set before and after drug administration in the parameter set storage unit 101 before and after drug administration. May be determined as fixed parameters, and information indicating the parameters may be used as fixed parameter information. The fixed parameter information storage unit 2201 is preferably a nonvolatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium.
次対象生体薬効情報取得部2202は、不整脈情報取得部106が取得した不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報である場合に、対象生体薬効情報が有する固定パラメータ情報のパラメータの値を固定して、他のパラメータの値を変動させ、新たな対象生体薬効情報を取得する。次対象生体薬効情報取得部2202は、変動させるパラメータを決定した後、どのようにパラメータの値を変動させるかは問わない。次対象生体薬効情報取得部2202は、例えば、変動させる範囲の情報を予め保持しており、かかる範囲の中で、順に値を増加させ、または減少させても良いし、乱数を発生させることにより値を変動させても良い。次対象生体薬効情報取得部2202は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。次対象生体薬効情報取得部2202の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 When the arrhythmia information acquired by the arrhythmia information acquisition unit 106 is information indicating a side effect of arrhythmia that is greater than or equal to a predetermined value, the next target biomedical effect information acquisition unit 2202 Is fixed, the values of other parameters are varied, and new target biomedical efficacy information is acquired. The next target biomedical efficacy information acquisition unit 2202 does not matter how the parameter value is changed after the parameter to be changed is determined. The next target biomedical efficacy information acquisition unit 2202 holds, for example, information on a range to be changed in advance, and the value may be sequentially increased or decreased within the range, or by generating a random number. The value may be varied. The next target biomedical efficacy information acquisition unit 2202 can be normally realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the next target biomedical efficacy information acquisition unit 2202 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
制御部2203は、次対象生体薬効情報取得部2202が取得した新たな対象生体薬効情報を心筋細胞シミュレーション部105(または、心筋細胞シミュレーション部1602)に与え、心筋細胞動作情報を取得させる。心筋細胞動作情報は、例えば、実施の形態1で述べた活動電位情報や、QT間隔情報や、スパイラルウェーブのシミュレーション結果や、実施の形態2で述べた筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度や、細胞膜電位についての情報などである。制御部2203は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。制御部2203の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The control unit 2203 gives the new target biomedical effect information acquired by the next target biomedical effect information acquisition unit 2202 to the cardiomyocyte simulation unit 105 (or the cardiomyocyte simulation unit 1602), and acquires cardiomyocyte operation information. Cardiomyocyte movement information includes, for example, action potential information described in the first embodiment, QT interval information, spiral wave simulation results, calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site described in the second embodiment, Information on cell membrane potential. The control unit 2203 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the control unit 2203 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
出力情報構成部2208は、不整脈情報取得部106が取得した不整脈情報および次対象生体薬効情報取得部2202が取得した対象生体薬効情報を用いて、出力する情報である出力情報を構成する。また、出力情報構成部2208は、不整脈判断部107の判断結果をも用いて、出力情報を構成しても良い。出力情報構成部2208は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。出力情報構成部2208の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The output information configuration unit 2208 configures output information that is information to be output using the arrhythmia information acquired by the arrhythmia information acquisition unit 106 and the target biomedical effect information acquired by the next target biomedical effect information acquisition unit 2202. The output information configuration unit 2208 may also configure output information using the determination result of the arrhythmia determination unit 107. The output information configuration unit 2208 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the output information configuration unit 2208 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
次に、不整脈危険性評価装置の動作について図23のフローチャートを用いて説明する。図23のフローチャートにおいて、図10のフローチャートと異なるステップについてのみ説明する。 Next, the operation of the arrhythmia risk evaluation apparatus will be described using the flowchart of FIG. In the flowchart of FIG. 23, only the steps different from the flowchart of FIG. 10 will be described.
(ステップS2301)次対象生体薬効情報取得部2202は、ステップS1012の不整脈判断の結果が、「不整脈あり」であるか否かを判断する。「不整脈あり」であればステップS2302に行き、「不整脈あり」でなければステップS2304に行く。 (Step S2301) The next target biomedical efficacy information acquisition unit 2202 determines whether or not the result of the arrhythmia determination in step S1012 is “arrhythmia present”. If “arrhythmia is present”, the process proceeds to step S2302, and if “arrhythmia is not present”, the process proceeds to step S2304.
(ステップS2302)次対象生体薬効情報取得部2202は、処理を終了するか否かを判断する。ここでの処理の終了とは、固定パラメータ情報で示されるパラメータ以外の生体パラメータを変動させる処理が終了したことを言う。処理を終了すると判断した場合はステップS2304に行き、処理を終了しないと判断した場合はステップS2303に行く。 (Step S2302) The next target biomedical efficacy information acquisition unit 2202 determines whether or not to end the process. The termination of the process here means that the process of changing the biological parameter other than the parameter indicated by the fixed parameter information is terminated. If it is determined that the process is to be terminated, the process proceeds to step S2304. If it is determined that the process is not to be terminated, the process proceeds to step S2303.
(ステップS2303)次対象生体薬効情報取得部2202は、固定パラメータ情報格納部2201から固定パラメータ情報を読み出し、当該固定パラメータ情報で示されるパラメータ以外の生体パラメータの薬効情報を決定し、次対象生体薬効情報を構成する。他のパラメータの値を変動させる(薬効情報を決定する)アルゴリズムについては問わない。本アルゴリズムの具体例は後述する。ステップS1005に戻る。 (Step S2303) The next target biomedical effect information acquisition unit 2202 reads the fixed parameter information from the fixed parameter information storage unit 2201, determines the medicinal effect information of the biological parameter other than the parameter indicated by the fixed parameter information, and then determines the next target biomedical effect. Configure information. Any algorithm that changes the values of other parameters (determines drug efficacy information) may be used. A specific example of this algorithm will be described later. The process returns to step S1005.
(ステップS2304)出力情報構成部2208は、不整脈判断部107の判断結果、および次対象生体薬効情報取得部2202が取得した対象生体薬効情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する。出力情報を構成するアルゴリズムの例について、図24のフローチャートを用いて説明する。 (Step S2304) The output information configuration unit 2208 configures output information that is information to be output using the determination result of the arrhythmia determination unit 107 and the target biomedical efficacy information acquired by the next target biomedical efficacy information acquisition unit 2202. An example of the algorithm constituting the output information will be described with reference to the flowchart of FIG.
(ステップS2305)出力部109は、ステップS2304で構成した出力情報を出力する。処理を終了する。 (Step S2305) The output unit 109 outputs the output information configured in step S2304. The process ends.
次に、ステップS2304の出力情報構成処理について図24のフローチャートを用いて説明する。 Next, the output information configuration processing in step S2304 will be described using the flowchart in FIG.
(ステップS2401)出力情報構成部2208は、最初に受け付けた薬物投与前後の生体パラメータセットを用いたシミュレーション過程において、一度も「不整脈あり」にならなかったか否かを判断する。一度も「不整脈あり」にならなかった場合ステップS2402に行き、一度は「不整脈あり」になった場合ステップS2403に行く。なお、一度「不整脈あり」になった場合、例えば、予め決められた変数(フラグ)をON「1」にし、他の場合はOFF「0」にする。 (Step S2401) The output information configuration unit 2208 determines whether or not the “arrhythmia is present” even once in the simulation process using the biological parameter set received before and after the first drug administration. If it has never become “arrhythmic,” go to step S2402, and if it has once “arrhythmic,” go to step S2403. Note that once “arrhythmia is present”, for example, a predetermined variable (flag) is turned ON “1”, and in other cases, OFF “0” is set.
(ステップS2402)出力情報構成部2208は、出力情報に「対象生体薬効情報」と、「不整脈危険性の判断結果」を代入する。上位関数にリターンする。なお、「不整脈危険性の判断結果」の取得方法の具体例については、後述する。 (Step S2402) The output information configuration unit 2208 substitutes “target biomedical efficacy information” and “judgment result of arrhythmia risk” into the output information. Return to upper function. A specific example of the method for obtaining the “arrhythmia risk determination result” will be described later.
(ステップS2403)出力情報構成部2208は、次対象生体薬効情報において、当初と比較して、変更した生体パラメータの情報を取得する。 (Step S2403) The output information structure part 2208 acquires the information of the biometric parameter changed in the next target biomedical efficacy information compared with the beginning.
(ステップS2404)出力情報構成部2208は、出力情報に、ステップS2403で取得した「変更した生体パラメータの情報」を代入する。上位関数にリターンする。 (Step S2404) The output information configuration unit 2208 substitutes the “changed biometric parameter information” acquired in step S2403 for the output information. Return to upper function.
以下、本実施の形態における不整脈危険性評価装置の具体的な動作について説明する。 The specific operation of the arrhythmia risk evaluation apparatus in the present embodiment will be described below.
今、固定パラメータ情報格納部2201に、主薬効と考えられる生体パラメータである「IKr」を示す固定パラメータ情報が格納されている、とする。また、実施の形態1における不整脈危険性評価装置により、心筋細胞シミュレーション部105は、対象生体薬効情報(ICaL=100%、IK1=100%、IKr=0%、IKs=100%)を受け付け、当該対象生体薬効情報を用いて、活動電位情報取得手段1052が、予め格納されている活動電位モデル情報を読み取り、当該活動電位モデル情報(演算式)を用いて、心筋細胞のシミュレーションを行い、活動電位情報を取得したとする。なお、ここでは、予め格納されている活動電位モデル情報は、動物モデルである。そして、活動電位情報取得手段1052は、図25に示す活動電位波形の情報(ここでは、動物モデルの情報である。)を得る。なお、図25において、(1)が対象生体薬効情報(ICaL=100%、IK1=100%、IKr=0%、IKs=100%)を用いて心筋細胞のシミュレーションを行い、取得した活動電位のグラフ(活動電位波)である。また、(2)は正常な活動電位波形である。正常な活動電位波形の情報は、例えば、予め格納されている。 Now, it is assumed that the fixed parameter information storage unit 2201 stores fixed parameter information indicating “IKr”, which is a biological parameter considered to be the main drug effect. In addition, the cardiomyocyte simulation unit 105 receives the target biomedical efficacy information (ICaL = 100%, IK1 = 100%, IKr = 0%, IKs = 100%) by the arrhythmia risk evaluation apparatus according to the first embodiment. The action potential information acquisition unit 1052 reads the action potential model information stored in advance using the target biomedical efficacy information, performs cardiomyocyte simulation using the action potential model information (calculation formula), and the action potential Suppose that information is acquired. Here, the action potential model information stored in advance is an animal model. Then, the action potential information acquisition unit 1052 obtains action potential waveform information (here, information of an animal model) shown in FIG. In FIG. 25, (1) simulates cardiomyocytes using target biomedical efficacy information (ICaL = 100%, IK1 = 100%, IKr = 0%, IKs = 100%), and the action potential obtained It is a graph (action potential wave). Further, (2) is a normal action potential waveform. Information on a normal action potential waveform is stored in advance, for example.
次に、不整脈情報取得部106は、図25の(1)(2)のグラフの情報から、「APD30の変化率=12.7%」、「APD60の変化率=17.7%」、「APD90の変化率=18.7%」を取得する。なお、APD30の変化率とは、薬物投与前から投与後のAPD30の変化率である。 Next, the arrhythmia information acquisition unit 106 determines, based on the information in the graphs (1) and (2) of FIG. 25, that “APD30 change rate = 12.7%”, “APD60 change rate = 17.7%”, “ "Change rate of APD90 = 18.7%" is acquired. The rate of change of APD30 is the rate of change of APD30 before and after drug administration.
次に、不整脈判断手段1073は、正常範囲の「APD30の変化率」「APD60の変化率」「APD90の変化率」を、閾値格納手段1071から読み出す。なお、閾値格納手段1071には、正常範囲の「APD30の変化率」「APD60の変化率」「APD90の変化率」が予め格納されている、とする。 Next, the arrhythmia determination unit 1073 reads out the “range of change of APD 30”, “rate of change of APD 60”, and “rate of change of APD 90” from the threshold storage unit 1071 in the normal range. It is assumed that the threshold storage means 1071 stores in advance the “change rate of APD 30”, “change rate of APD 60”, and “change rate of APD 90” in the normal range.
次に、不整脈判断手段1073は、読み出した実験結果の「APD30の変化率」「APD60の変化率」「APD90の変化率」の正常範囲に、不整脈情報取得部106が取得した「APD30の変化率=12.7%」、「APD60の変化率=17.7%」、「APD90の変化率=18.7%」のうちの一つ以上が入っていないので、不整脈が発生する、と判断する。なお、本具体例では、QT間隔情報の取得、スパイラルウェーブのシミュレーションの処理を省略しているが、かかる処理を行っても良いことは言うまでもない。 Next, the arrhythmia determination means 1073 displays the “change rate of APD 30” acquired by the arrhythmia information acquisition unit 106 within the normal ranges of “change rate of APD 30”, “change rate of APD 60”, and “change rate of APD 90” of the read experimental results. = 12.7% ”,“ Change rate of APD60 = 17.7% ”, and“ Change rate of APD90 = 18.7% ”are not included, so it is determined that an arrhythmia occurs. . In this specific example, acquisition of QT interval information and spiral wave simulation processing are omitted, but it goes without saying that such processing may be performed.
次に、次対象生体薬効情報取得部2202は、固定パラメータ情報格納部2201の固定パラメータ情報「IKr」を読み出し、「IKr」以外の生体パラメータ(ICaL,IK1,IKs)を自動的(ここでは、例えば、「ICaL」=84.375%、「IK1」=151.25%、「IKs」=107.5%)に変化させ、かかる生体パラメータの情報(「ICaL」=84.375%、「IK1」=151.25%、「IKs」=107.5%)を取得した、とする。なお、次対象生体薬効情報取得部2202は、例えば、ランダムに、かつ、以前取得した生体パラメータの情報と重ならないように、「IKr」以外の生体パラメータを取得する、とする。 Next, the next target biomedical efficacy information acquisition unit 2202 reads the fixed parameter information “IKr” in the fixed parameter information storage unit 2201 and automatically sets the biological parameters (ICaL, IK1, IKs) other than “IKr” (here, For example, it is changed to “ICaL” = 84.375%, “IK1” = 151.25%, “IKs” = 107.5%), and information on such biological parameters (“ICaL” = 84.375%, “IK1”) “= 151.25%,“ IKs ”= 107.5%). The next target biomedical efficacy information acquisition unit 2202 acquires, for example, a biological parameter other than “IKr” at random and so as not to overlap with previously acquired biological parameter information.
そして、心筋細胞シミュレーション部105の活動電位情報取得手段1052は、対象生体薬効情報(ICaL=84.375%、IK1=151.25%、IKr=0%、IKs=107.5%)を受け付け、当該対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である、図26に示す活動電位波形の情報を取得する、とする。図26において、(1)が対象生体薬効情報(ICaL=84.375%、IK1=151.25%、IKr=0%、IKs=107.5%)を用いて心筋細胞のシミュレーションを行い、取得した活動電位のグラフ(活動電位波)である。また、(2)は正常な活動電位波形である。(1)と(2)は概ね重なっており、対象生体薬効情報(ICaL=84.375%、IK1=151.25%、IKr=0%、IKs=107.5%)によれば、正常心機能を回復する生体パラメータセットであると判断できる。 Then, the action potential information acquisition unit 1052 of the cardiomyocyte simulation unit 105 receives target biomedical efficacy information (ICaL = 84.375%, IK1 = 151.25%, IKr = 0%, IKs = 107.5%), It is assumed that information on the action potential waveform shown in FIG. 26, which is information on the behavior of the living body's cardiomyocytes, is acquired using the target biomedical efficacy information. In FIG. 26, (1) is obtained by performing cardiomyocyte simulation using target biomedical efficacy information (ICaL = 84.375%, IK1 = 151.25%, IKr = 0%, IKs = 107.5%) It is a graph (action potential wave) of action potential. Further, (2) is a normal action potential waveform. (1) and (2) generally overlap, and according to the target biomedical efficacy information (ICaL = 84.375%, IK1 = 151.25%, IKr = 0%, IKs = 107.5%), normal heart It can be determined that the biological parameter set restores the function.
次に、不整脈情報取得部106は、図26の(1)の活動電位波形の情報から、APD30の変化率、APD60の変化率、APD90の変化率の値を取得した、とする。また、不整脈情報取得部106は、が取得した、APD30の変化率の値は「7.2%」、APD60の変化率の値は「9.4%」、APD90の変化率の値は「7.9%」である。 Next, it is assumed that the arrhythmia information acquisition unit 106 acquires the values of the change rate of the APD 30, the change rate of the APD 60, and the change rate of the APD 90 from the action potential waveform information of (1) in FIG. Further, the arrhythmia information acquisition unit 106 acquires the value of the change rate of the APD 30 of “7.2%”, the value of the change rate of the APD 60 of “9.4%”, and the value of the change rate of the APD 90 of “7”. .9% ".
次に、不整脈判断手段1073は、正常範囲の「APD30の変化率」「APD60の変化率」「APD90の変化率」を、閾値格納手段1071から読み出す。 Next, the arrhythmia determination unit 1073 reads out the “range of change of APD 30”, “rate of change of APD 60”, and “rate of change of APD 90” from the threshold storage unit 1071 in the normal range.
次に、不整脈判断手段1073は、読み出した実験結果の「APD30の変化率」「APD60の変化率」「APD90の変化率」の正常範囲に、不整脈情報取得部106が取得した「APD30の変化率=7.2%」、「APD60の変化率=9.4%」、「APD90の変化率=7.9%」のうちのすべての値が正常範囲に入っているので、不整脈が発生しない、と判断する。なお、本具体例では、QT間隔情報の取得、スパイラルウェーブのシミュレーションの処理を省略しているが、かかる処理を行っても良いことは言うまでもない。 Next, the arrhythmia determination means 1073 displays the “change rate of APD 30” acquired by the arrhythmia information acquisition unit 106 within the normal ranges of “change rate of APD 30”, “change rate of APD 60”, and “change rate of APD 90” of the read experimental results. = 7.2% "," Change rate of APD60 = 9.4% ", and" Change rate of APD90 = 7.9% "are all within the normal range, so no arrhythmia occurs. Judge. In this specific example, acquisition of QT interval information and spiral wave simulation processing are omitted, but it goes without saying that such processing may be performed.
そして、次に、出力情報構成部108は、不整脈判断部107の判断結果を用いて出力する情報である出力情報を構成する。具体的には、出力情報構成部108は、不整脈判断部107の判断結果と、心筋細胞シミュレーション部105が取得した心筋細胞動作情報(ここでは、活動電位波形の情報)を用いて、出力情報を、図27に示すように構成する。なお、出力情報構成部108は、図27の出力情報を構成するためのフォーマット情報(文字列と心筋細胞動作情報の配置を示す情報など)や、文字列「<生体パラメータセットの情報>の場合には、<不整脈判断結果>。」という情報を保持しており、出力情報構成部108は、<生体パラメータセットの情報>に対象生体薬効情報を代入し、<不整脈判断結果>に不整脈判断部107の判断結果を代入する。 Next, the output information configuration unit 108 configures output information that is information to be output using the determination result of the arrhythmia determination unit 107. Specifically, the output information configuration unit 108 uses the determination result of the arrhythmia determination unit 107 and the cardiomyocyte operation information (here, information of action potential waveform) acquired by the cardiomyocyte simulation unit 105 to output the output information. The configuration is as shown in FIG. The output information configuration unit 108 uses the format information (information indicating the arrangement of the character string and cardiomyocyte operation information) for configuring the output information of FIG. 27 or the character string “<information on biological parameter set>” , <The arrhythmia determination result> "is held, and the output information configuration unit 108 substitutes the target biomedical efficacy information into <biological parameter set information>, and the <arrhythmia determination result> has an arrhythmia determination unit. The determination result of 107 is substituted.
次に、出力部109は、出力情報構成部108が構成した出力情報をディスプレイに表示する。 Next, the output unit 109 displays the output information configured by the output information configuration unit 108 on the display.
以上、本実施の形態によれば、不整脈危険性の評価(心筋細胞シミュレーション、QT間隔シミュレーション、スパイラルシミュレーション、など)の結果から、1つ以上、不整脈の危険度が「あり」と判断された場合に、正常心機能を回復(不整脈危険度を低減)させる生体パラメータセットを探索し、その探索結果を出力し、化合物開発指針を提示することができる。 As described above, according to the present embodiment, when the risk of arrhythmia is determined to be “Yes” based on one or more results of the arrhythmia risk evaluation (cardiomyocyte simulation, QT interval simulation, spiral simulation, etc.) In addition, it is possible to search a biological parameter set that restores normal heart function (reduces the risk of arrhythmia), outputs the search result, and presents a compound development guideline.
なお、本実施の形態の具体例における実験で、不整脈が発生しない対象生体薬効情報は、(パターンA)「ICaL=84.375%、IK1=151.25%、IKr=0%、IKs=107.5%」だけではなく、(パターンB)「ICaL=78.75%、IK1=143.125%、IKr=0%、IKs=110%」、(パターンC)「ICaL=60.625%、IK1=150%、IKr=0%、IKs=47.5%」の生体パラメータセットでも動物実験段階での正常心機能を回復する生体パラメータセットであることを取得している。 In the experiment in the specific example of the present embodiment, the target biomedical efficacy information in which arrhythmia does not occur is (Pattern A) “ICaL = 84.375%, IK1 = 151.25%, IKr = 0%, IKs = 107 (Pattern B) “ICaL = 78.75%, IK1 = 143.125%, IKr = 0%, IKs = 110%”, (pattern C) “ICaL = 60.625%, The biological parameter set of “IK1 = 150%, IKr = 0%, IKs = 47.5%” has been acquired as a biological parameter set that restores normal heart function in the animal experiment stage.
パターンBの生体パラメータセットを心筋細胞シミュレーション部105に与えた場合、活動電位情報取得手段1052は、図28の(c)の活動電位波形の情報を取得し、不整脈情報取得部106は、「APD30の変化率=5.9%」、「APD60の変化率=8.7%」、「APD90の変化率=7.5%」を取得する。 When the biometric parameter set of pattern B is given to the cardiomyocyte simulation unit 105, the action potential information acquisition unit 1052 acquires the information on the action potential waveform of (c) of FIG. 28, and the arrhythmia information acquisition unit 106 selects “APD30 Change rate = 5.9% ”,“ change rate of APD 60 = 8.7% ”, and“ change rate of APD 90 = 7.5% ”.
また、パターンCの生体パラメータセットを心筋細胞シミュレーション部105に与えた場合、活動電位情報取得手段1052は、図28の(d)の活動電位波形の情報を取得し、不整脈情報取得部106は、「APD30の変化率=24.6%」、「APD60の変化率=28.0%」、「APD90の変化率=25.1%」を取得する。パターンCにおいて、不整脈危険性に改善無しと判定され、正常な心機能を回復する別の生体パラメータのパターンを、同様に不整脈危険性評価装置に入力する。最終的に、不整脈危険性評価装置において不整脈の危険がなしとなる生体パラメータセットを任意の個数取得する(取得する個数は、1つで終了しても良いし、ユーザが任意の数を指定しても良いし、自動的に生体パラメータ決定装置から得られる全パターンを試行し終えることを終了条件としても良い)。最終的に得られた生体パラメータセットが、当該薬物の主薬効(IKr阻害)を保ったまま、不整脈危険度の低い薬効を持つために必要な薬効となる。 When the biological parameter set of pattern C is given to the cardiomyocyte simulation unit 105, the action potential information acquisition unit 1052 acquires the information of the action potential waveform in (d) of FIG. 28, and the arrhythmia information acquisition unit 106 “APD30 change rate = 24.6%”, “APD60 change rate = 28.0%”, and “APD90 change rate = 25.1%” are acquired. In pattern C, it is determined that there is no improvement in the arrhythmia risk, and another biological parameter pattern that restores normal cardiac function is similarly input to the arrhythmia risk evaluation apparatus. Finally, the arrhythmia risk evaluation apparatus acquires an arbitrary number of biological parameter sets at which there is no risk of arrhythmia (the number to be acquired may be one, or the user specifies an arbitrary number) Alternatively, the end condition may be to automatically try all patterns obtained from the biological parameter determination device). The finally obtained biological parameter set has the drug efficacy necessary for having the drug efficacy with a low risk of arrhythmia while maintaining the main drug efficacy (IKr inhibition) of the drug.
なお、図28において、(a)は、対象生体薬効情報(ICaL=100%、IK1=100%、IKr=0%、IKs=100%)を受け付け、当該対象生体薬効情報を用いて、活動電位情報取得手段1052が、心筋細胞のシミュレーションを行い、取得した活動電位情報である。 In FIG. 28, (a) receives target biomedical efficacy information (ICaL = 100%, IK1 = 100%, IKr = 0%, IKs = 100%), and uses the target biomedical efficacy information to use action potential. The information acquisition unit 1052 performs the simulation of cardiomyocytes and acquires the action potential information acquired.
また、本実施の形態の具体例によれば、不整脈危険性の評価は、心筋細胞シミュレーションの結果である活動電位情報を用いていたが、他の心筋細胞動作情報を用いても良いことは言うまでもない。つまり、例えば、実施の形態2の図21において、IKr60%の単独抑制では、点は「DAD」発生のゾーンにあるが、このIKr抑制に加えて、ICaLが50%に抑制されたとすると、その結果、点は「正常」ゾーンに移動する。つまり、次対象生体薬効情報取得部2202は、固定パラメータ情報「IKr」ではないパラメータ「ICaL」を50%抑制、と変動させ、制御部2203が「IKr60%抑制,ICaL50%抑制」を心筋細胞シミュレーション部1602に与えた場合、不整脈判断部1603は、不整脈は発生しない、と判断する。かかることを、図21の矢印で示す。つまり、ICaL抑制が加わることにより、催不整脈性において、改善されると判定できる。 Further, according to the specific example of the present embodiment, the arrhythmia risk evaluation uses action potential information that is a result of cardiomyocyte simulation, but it goes without saying that other cardiomyocyte operation information may be used. Yes. That is, for example, in FIG. 21 of the second embodiment, in the case of IKr 60% single suppression, the point is in the zone of “DAD” occurrence, but in addition to this IKr suppression, ICaL is suppressed to 50%. As a result, the point moves to the “normal” zone. That is, the next target biomedical efficacy information acquisition unit 2202 fluctuates the parameter “ICaL” that is not the fixed parameter information “IKr” by 50%, and the control unit 2203 performs “IKr 60% suppression, ICaL 50% suppression” cardiomyocyte simulation. When given to the unit 1602, the arrhythmia determination unit 1603 determines that no arrhythmia occurs. This is indicated by the arrows in FIG. That is, by adding ICaL suppression, it can be determined that arrhythmia is improved.
さらに、本実施の形態における不整脈危険性評価装置を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータに、格納されている薬物投与前後パラメータセットを用いて、動物に対する薬効についての情報である動物薬効情報を取得する動物薬効情報取得ステップと、前記動物薬効情報を、格納されている変換元情報を用いて、対象生体薬効情報に変換する薬効変換ステップと、前記対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報を取得する心筋細胞シミュレーションステップと、前記心筋細胞動作情報を用いて、薬物の心臓に対する不整脈の副作用に関する情報である不整脈情報を取得する不整脈情報取得ステップと、前記不整脈情報取得ステップで取得した不整脈情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する出力情報構成ステップと、前記出力情報を出力する出力ステップを実行させるためのプログラム、である。 Furthermore, the software that realizes the arrhythmia risk evaluation apparatus in the present embodiment is the following program. That is, this program stores an animal drug efficacy information acquisition step for obtaining animal drug efficacy information, which is information on drug efficacy for animals, using the stored parameter set before and after drug administration, and the animal drug efficacy information stored in the computer. A medicinal effect conversion step for converting into the target biomedical efficacy information using the converted source information, and the myocardial cell operation information that is information about the behavior of the living cardiomyocytes using the target biomedical efficacy information Using the cell simulation step, using the cardiomyocyte movement information, the arrhythmia information acquisition step for acquiring arrhythmia information that is information on the side effects of arrhythmia on the drug heart, and the arrhythmia information acquired in the arrhythmia information acquisition step are output. Output information constituting step that constitutes output information that is information to be output, and the output information A program, for executing an output step of outputting.
上記プログラムは、コンピュータに、前記不整脈情報取得ステップで取得した不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報である場合に、前記対象生体薬効情報が有する固定パラメータ情報のパラメータの値を固定して、他のパラメータの値を変動させ、新たな対象生体薬効情報を取得し、メモリ上に配置する次対象生体薬効情報取得ステップと、前記次対象生体薬効情報取得ステップで取得した新たな対象生体薬効情報を読み出し、当該対象生体薬効情報を前記心筋細胞シミュレーションステップに与え、心筋細胞動作情報を取得させる制御ステップをさらに実行させ、前記出力情報構成ステップにおいて、前記不整脈情報取得ステップで取得した不整脈情報、および前記次対象生体薬効情報取得ステップで取得した対象生体薬効情報を読み出し、出力情報を構成する、ことは好適である。
(実施の形態4)
When the arrhythmia information acquired in the arrhythmia information acquisition step is information indicating side effects of arrhythmia that is greater than or equal to a predetermined value, the program fixes the parameter value of the fixed parameter information included in the target biomedical effect information. Then, the values of other parameters are changed, new target biomedical efficacy information is acquired, and the next target biomedical efficacy information acquisition step arranged on the memory and the new target acquired in the next target biomedical efficacy information acquisition step Read out biomedicine information, give the target biomedicine information to the cardiomyocyte simulation step, and further execute a control step of acquiring cardiomyocyte operation information, and in the output information configuration step, the arrhythmia acquired in the arrhythmia information acquisition step Information and the target living body acquired in the next target biomedical efficacy information acquiring step It reads the efficiency information, constitute the output information, it is preferable.
(Embodiment 4)
本実施の形態において、動物実験の結果である活動電位の情報を入力することにより、生体パラメータを出力する生体パラメータ決定装置等について述べる。そして、この生体パラメータ決定装置を利用し、薬物投入前の活動電位の情報から生体パラメータセットを取得し、かつ、薬物投入後の活動電位の情報から生体パラメータセットを取得すれば、薬物投入の効果を定量的に得ることができる。なお、薬物投入の効果は、薬物投入前後の生体パラメータセットの差から求められる。 In the present embodiment, a biological parameter determination apparatus and the like that outputs biological parameters by inputting information on action potentials as a result of animal experiments will be described. Then, using this biological parameter determination device, if the biological parameter set is acquired from the action potential information before drug injection, and the biological parameter set is acquired from the action potential information after drug injection, the effect of drug injection Can be obtained quantitatively. Note that the effect of drug injection is obtained from the difference in biological parameter set before and after drug injection.
図29は、本実施の形態における生体パラメータ決定装置のブロック図である。 FIG. 29 is a block diagram of the biological parameter determination device in the present embodiment.
生体パラメータ決定装置は、生体パラメータセット格納部2901、パラメータセット選択部2902、シミュレーション実行部2903、定常状態判断部2904、活動電位情報取得部2905、実験活動電位情報格納部2906、前処理部2907、相違度算出部2908、許容パラメータセット決定部2909、制御部2910、許容パラメータセット出力部2911を具備する。 The biological parameter determination apparatus includes a biological parameter set storage unit 2901, a parameter set selection unit 2902, a simulation execution unit 2903, a steady state determination unit 2904, an action potential information acquisition unit 2905, an experimental action potential information storage unit 2906, a preprocessing unit 2907, A dissimilarity calculation unit 2908, an allowable parameter set determination unit 2909, a control unit 2910, and an allowable parameter set output unit 2911 are provided.
パラメータセット選択部2902は、探索範囲決定手段29021、パラメータセット選択手段29022を具備する。 The parameter set selection unit 2902 includes search range determination means 29021 and parameter set selection means 29022.
前処理部2907は、スケーリング手段29071、平滑化手段29072を具備する。 The preprocessing unit 2907 includes a scaling unit 29071 and a smoothing unit 29072.
相違度算出部2908は、絶対値差情報取得手段29081、変化差情報取得手段29082、相違度算出手段29083を具備する。 The difference calculation unit 2908 includes an absolute value difference information acquisition unit 29081, a change difference information acquisition unit 29082, and a difference calculation unit 29083.
生体パラメータセット格納部2901は、生体のパラメータである生体パラメータを1以上有する生体パラメータセットを2組以上格納している。生体パラメータには細胞の種々のチャネル(たとえば、Naチャネル、Caチャネル、KATPチャネル、Krチャネル、K1チャネル、Ksチャネルなど)を流れる電流や、各チャネルの開閉速度や、イオン親和性、細胞内外のイオン濃度など、数百にも及ぶパラメータがある。生体パラメータは、通常、生体パラメータを識別する生体パラメータ識別子とパラメータの値を有する。ただし、生体パラメータセット中で、生体パラメータの列挙の順序が決まっている場合、生体パラメータは値だけでも良い。生体パラメータセットは、予め格納されていても良いし、図示しない手段により、算出されても良い。各生体パラメータの採りえる値の範囲の情報を保持しており、図示しない手段が、各生体パラメータの採りえる値の範囲から、各生体パラメータの一の値を決定して、生体パラメータセットを構築しても良い。生体パラメータセット格納部2901は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。 The biological parameter set storage unit 2901 stores two or more biological parameter sets having one or more biological parameters that are biological parameters. Biological parameters include current flowing through various channels of cells (for example, Na channel, Ca channel, KATP channel, Kr channel, K1 channel, Ks channel, etc.), opening / closing speed of each channel, ion affinity, intracellular and extracellular There are hundreds of parameters, such as the ion concentration. The biological parameter usually has a biological parameter identifier for identifying the biological parameter and a parameter value. However, if the enumeration order of the biometric parameters is determined in the biometric parameter set, the biometric parameters may be values alone. The biological parameter set may be stored in advance or may be calculated by means not shown. Holds information on the range of values that each biological parameter can take, and a means (not shown) determines one value of each biological parameter from the range of values that each biological parameter can take and builds a biological parameter set You may do it. The biological parameter set storage unit 2901 is preferably a non-volatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium.
パラメータセット選択部2902は、2組以上の生体パラメータセットの中から一の生体パラメータセットを選択する。一の生体パラメータセットを選択するアルゴリズムは問わない。任意に一の生体パラメータセットを選択しても良いし、予め決められたアルゴリズムで、一の生体パラメータセットを選択しても良い。パラメータセット選択部2902は、探索範囲決定手段29021とパラメータセット選択手段29022の処理により、一の生体パラメータセットを選択することは好適である。一の生体パラメータセットを選択するアルゴリズムの例は後述する。パラメータセット選択部2902は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。パラメータセット選択部2902の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The parameter set selection unit 2902 selects one biological parameter set from two or more biological parameter sets. There is no limitation on the algorithm for selecting one biological parameter set. One biological parameter set may be arbitrarily selected, or one biological parameter set may be selected by a predetermined algorithm. It is preferable that the parameter set selection unit 2902 selects one biological parameter set by the processing of the search range determination unit 29021 and the parameter set selection unit 29022. An example of an algorithm for selecting one biological parameter set will be described later. The parameter set selection unit 2902 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the parameter set selection unit 2902 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
探索範囲決定手段29021は、2組以上の生体パラメータセットを構成する1以上の各パラメータの値の範囲を用いて、当該1以上の各パラメータの範囲を限定し、当該限定した範囲の情報を有する探索空間を決定する。なお、パラメータの値の範囲は、通常、予め決められており、その範囲の情報は、記録媒体に格納されている。また、探索範囲決定手段29021は、例えば、前回の探索範囲を構成するn個(nは1以上の整数)のパラメータの値の範囲を2分割し、当該2分割したn個のパラメータの組み合わせの値の範囲を有する2n個の探索範囲を取得し、当該2n個の各探索範囲の代表的なパラメータセットのうちで、最も相違度の小さいパラメータセットを有する探索範囲を前回の探索範囲として、探索範囲を狭めていっても良い。探索範囲決定手段29021は、例えば、前回の2以上のパラメータセットを構成する各パラメータの値の範囲の情報を保持しており、2以上のパラメータセットのうち、前回に最も相違度の小さいパラメータセットを中心に、各パラメータの値の範囲の半分の範囲を次回の探索範囲として、探索範囲を狭めていっても良い。探索範囲決定手段29021は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。探索範囲決定手段29021の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The search range determining means 29021 limits the range of the one or more parameters using the range of the values of the one or more parameters constituting two or more biological parameter sets, and has information on the limited range. Determine the search space. Note that the range of parameter values is usually determined in advance, and information on the range is stored in the recording medium. Further, the search range determining means 29021 divides the range of n parameter values (n is an integer of 1 or more) constituting the previous search range into two, and the combination of the n parameters divided into two 2 n search ranges having a value range are acquired, and a search range having a parameter set having the smallest difference among the representative parameter sets of the 2 n search ranges is set as the previous search range. The search range may be narrowed. The search range determination unit 29021 holds, for example, information on the range of values of each parameter constituting the previous two or more parameter sets, and the parameter set having the smallest difference in the previous time among the two or more parameter sets. The search range may be narrowed by setting a half of the range of each parameter value as the next search range. Search range determining means 29021 can be normally realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the search range determining means 29021 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
パラメータセット選択手段29022は、探索範囲決定手段29021が決定した探索空間に存在する1組以上のパラメータセットから、一のパラメータセットを選択する。パラメータセット選択手段29022は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。パラメータセット選択手段の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The parameter set selection unit 29022 selects one parameter set from one or more parameter sets existing in the search space determined by the search range determination unit 29021. The parameter set selection unit 29022 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the parameter set selection means is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
シミュレーション実行部2903は、パラメータセット選択部2902が選択した一の生体パラメータセットを入力にして、心臓の活動をシミュレーションし、心臓の活動電位を示す情報である活動電位情報を所定の時間間隔で得る。生体パラメータセットを入力にして、活動電位情報を所定の時間間隔で得るシミュレーションの技術は公知技術であるので、詳細な説明は省略する。なお、活動電位情報は、例えば、心臓の活動の電位を示す情報と時刻または時間を示す情報の対の集合である。また、例えば、活動電位情報は、心臓の細胞内の各種のイオン濃度(カリウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオンなど)の情報を含んでも良い。また、例えば、活動電位情報は、活動電位持続時間(例えば、APD90、APD60、APD30)等の情報でも良い。また、活動電位情報のデータ構造は問わない。また、上記の「所定の時間間隔」とは、定期的とは限らず、また、予め決められている必要もなく、ランダムな間隔(乱数発生などにより取得した間隔)でも良い。シミュレーション実行部2903は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。シミュレーション実行部2903の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The simulation execution unit 2903 receives one biological parameter set selected by the parameter set selection unit 2902, simulates the activity of the heart, and obtains action potential information, which is information indicating the action potential of the heart, at predetermined time intervals. . Since the simulation technique for inputting the biological parameter set and obtaining the action potential information at a predetermined time interval is a known technique, detailed description thereof is omitted. Note that the action potential information is, for example, a set of pairs of information indicating the potential of heart activity and information indicating time or time. Further, for example, the action potential information may include information on various ion concentrations (potassium ions, sodium ions, calcium ions, etc.) in the heart cells. For example, the action potential information may be information such as action potential duration (for example, APD 90, APD 60, APD 30). The data structure of action potential information is not limited. The “predetermined time interval” described above is not necessarily regular, and does not need to be determined in advance, and may be a random interval (an interval acquired by generating a random number). The simulation execution unit 2903 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the simulation execution unit 2903 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
定常状態判断部2904は、シミュレーション実行部2903の出力である活動電位情報の変化(例えば、カリウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオンなどイオン濃度の変化)から、シミュレーション対象の心臓の活動状態が定常状態になったか否かを判断する。定常状態判断部2904は、例えば、時刻tのシミュレーション実行部2903の出力であるカリウムイオン濃度、または/およびナトリウムイオン濃度、または/およびカルシウムイオン濃度と、時刻(t+1)のシミュレーション実行部2903の出力であるカリウムイオン濃度、または/およびナトリウムイオン濃度、または/およびカルシウムイオン濃度を比較し、予め決められた差より小さい差しかない場合に、心臓の活動状態が定常状態になったと判断する。また、定常状態判断部2904は、例えば、時刻tのシミュレーション実行部2903の出力である活動電位情報(Vt)と、時刻(t+1)のシミュレーション実行部2903の出力である活動電位情報(Vt+1)を比較し、予め決められた差より小さい差しかない場合に、心臓の活動状態が定常状態になったと判断する。定常状態判断部2904は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。定常状態判断部2904の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The steady state determination unit 2904 changes the action potential information output from the simulation execution unit 2903 (for example, changes in ion concentration of potassium ions, sodium ions, calcium ions, etc.) to change the activity state of the simulation target heart to a steady state. Judge whether or not. The steady state determination unit 2904, for example, the potassium ion concentration or / and sodium ion concentration or / and calcium ion concentration, which is the output of the simulation execution unit 2903 at time t, and the output of the simulation execution unit 2903 at time (t + 1). The potassium ion concentration or / and the sodium ion concentration or / and the calcium ion concentration are compared, and if the difference is less than a predetermined difference, it is determined that the activity state of the heart has become a steady state. Moreover, steady-state decision unit 2904, for example, the action potential information which is the output of the simulation executing unit 2903 at time t and (V t), the time (t + 1) is the output of the simulation executing unit 2903 is action potential information (V t + 1 ) And if the difference is less than a predetermined difference, it is determined that the heart activity has become steady. The steady state determination unit 2904 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the steady state determination unit 2904 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
活動電位情報取得部2905は、定常状態判断部2904がシミュレーション対象の心臓の活動状態が定常状態になったと判断した場合のシミュレーション実行部2903の出力である活動電位情報を取得する。活動電位情報取得部2905は、通常、定常状態になったと判断した際の活動電位情報や、シミュレーション実行部2903の最終の出力結果である活動電位情報を得る。活動電位情報取得部2905は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。活動電位情報取得部2905の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The action potential information acquisition unit 2905 acquires action potential information that is an output of the simulation execution unit 2903 when the steady state determination unit 2904 determines that the activity state of the simulation target heart has become a steady state. The action potential information acquisition unit 2905 usually obtains action potential information when it is determined that a steady state has been reached, and action potential information that is the final output result of the simulation execution unit 2903. The action potential information acquisition unit 2905 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the action potential information acquisition unit 2905 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
実験活動電位情報格納部2906は、動物実験の結果の活動電位情報である実験活動電位情報を格納している。実験活動電位情報は、人手による入力を受け付けた情報でも良いし、図示しない外部の装置から受信した情報でも良い。実験活動電位情報格納部2906は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。 The experimental action potential information storage unit 2906 stores experimental action potential information which is action potential information as a result of animal experiments. The experimental action potential information may be information that accepts manual input or information received from an external device (not shown). The experimental action potential information storage unit 2906 is preferably a nonvolatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium.
前処理部2907は、実験活動電位情報格納部2906に格納されている実験活動電位情報を読み出し、当該実験活動電位情報に対してノイズを除去する処理である前処理を行い、新たな実験活動電位情報を得る。前処理は、いくつかの種類の処理が有り得、1以上の処理を組み合わせて行っても良い。前処理の例は、後述するスケーリングや平滑化の処理である。前処理部2907は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。前処理部2907の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。なお、前処理部2907が行う前処理は、後述する相違度の算出の精度向上のために必要であるが、必須の処理ではない。 The preprocessing unit 2907 reads out the experimental action potential information stored in the experimental action potential information storage unit 2906, performs preprocessing that is a process for removing noise on the experimental action potential information, and creates a new experimental action potential. get information. There may be several types of preprocessing, and one or more processes may be combined. An example of the preprocessing is scaling or smoothing processing described later. The preprocessing unit 2907 is usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the preprocessing unit 2907 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit). Note that the preprocessing performed by the preprocessing unit 2907 is necessary for improving the accuracy of calculating the degree of difference described later, but is not essential.
スケーリング手段29071は、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報が示す電位の最大値と、実験活動電位情報が示す電位の最大値が合致するように、実験活動電位情報が示す電位の値を変更する。かかる処理をスケーリングという。スケーリング手段29071は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。スケーリング手段29071の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 Scaling means 299071 is the value of the potential indicated by the experimental action potential information so that the maximum value of the potential indicated by the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905 matches the maximum value of the potential indicated by the experimental action potential information. To change. Such processing is called scaling. The scaling unit 29071 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the scaling unit 29071 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
平滑化手段29072は、実験活動電位情報が示す電位の値に対して、移動平均を算出し、当該算出した移動平均の値を新たな実験活動電位情報が示す電位の値とする。かかる処理を平滑化という。移動平均を算出する処理は公知技術であるので、詳細な説明を省略する。平滑化手段29072は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。平滑化手段29072の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The smoothing means 29072 calculates a moving average with respect to the potential value indicated by the experimental action potential information, and sets the calculated moving average value as the potential value indicated by the new experimental action potential information. Such processing is called smoothing. Since the process of calculating the moving average is a known technique, detailed description thereof is omitted. The smoothing means 29072 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the smoothing means 29072 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
相違度算出部2908は、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報と、実験活動電位情報との相違度を算出する。ここで、「相違度」とは、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報と、実験活動電位情報との差(違い)という意味であり、類似度でも良い。「相違度が小さい(低い)」とは、「類似度が大きい(高い)」と同意義であることは言うまでもない。相違度算出部2908は、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報と、前処理部2907が得た実験活動電位情報との相違度を算出することが好適である。相違度算出部2908は、通常、相違度を算出するための算出式の情報を図示しない記録媒体に保持しており、かかる算出式の情報を読み出し、当該算出式に、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報と、実験活動電位情報から得られる情報をパラメータとして代入し、演算を行い、相違度を得る。相違度算出部2908は、後述する絶対値差情のみ、または変化差情報のみ、またはその他の情報を用いて、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報と、前処理部2907が得た実験活動電位情報との相違度を算出しても良い。相違度算出部2908は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。相違度算出部2908の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The difference calculation unit 2908 calculates the difference between the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905 and the experimental action potential information. Here, the “difference” means a difference (difference) between the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905 and the experimental action potential information, and may be a similarity. It goes without saying that “the degree of difference is small (low)” is equivalent to “the degree of similarity is high (high)”. The difference calculation unit 2908 preferably calculates the difference between the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905 and the experimental action potential information acquired by the preprocessing unit 2907. The dissimilarity calculation unit 2908 normally holds information on a calculation formula for calculating the dissimilarity on a recording medium (not shown), reads the information on the calculation formula, and uses the calculation formula as an action potential information acquisition unit 2905. Substituting the action potential information acquired by, and the information obtained from the experimental action potential information as parameters, and performing calculations, the degree of difference is obtained. The difference calculation unit 2908 uses the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905 and the preprocessing unit 2907 using only the absolute value difference described later, only the change difference information, or other information. The degree of difference from the experimental action potential information may be calculated. The dissimilarity calculation unit 2908 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the difference calculation unit 2908 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
絶対値差情報取得手段29081は、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報が示す活動電位の値と、実験活動電位情報が示す活動電位の値との差に関する情報である絶対値差情報を取得する。絶対値差情報取得手段29081が、2つの活動電位の情報が示す値の集合のうち、どの範囲の差の絶対値を取得するかは問わない。絶対値差情報取得手段29081は、例えば、2つの活動電位のVm(細胞膜電位)およびRMP(静止膜電位)の差の絶対値の累積を得ても良いし、2つの活動電位のVmの差の絶対値の累積のみを得ても良い。絶対値差情報取得手段29081は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。絶対値差情報取得手段29081の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The absolute value difference information acquisition means 29081 is absolute value difference information that is information on the difference between the action potential value indicated by the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905 and the action potential value indicated by the experimental action potential information. To get. It does not matter whether the absolute value difference information acquisition means 29081 acquires the absolute value of the difference between the ranges of the values indicated by the two action potential information. The absolute value difference information acquisition means 29081 may obtain, for example, the accumulation of absolute values of the difference between Vm (cell membrane potential) and RMP (resting membrane potential) of two action potentials, or the difference between the two action potentials Vm. It is also possible to obtain only the accumulation of absolute values of. The absolute value difference information acquisition unit 29081 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the absolute value difference information acquisition unit 29081 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
変化差情報取得手段29082は、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報が示す活動電位の変化の値と、実験活動電位情報が示す活動電位の変化の値との差に関する情報である変化差情報を取得する。この変化とは、時間的な変化である。時間的な変化とは、時間の経過とともに生じる変化である。変化差情報取得手段29082は、例えば、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報を時間微分した値と、実験活動電位情報が示す活動電位の情報を時間微分した値との差の累積を算出し、取得する。変化差情報取得手段29082は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。変化差情報取得手段29082の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The change difference information acquisition means 29082 is a change that is information relating to the difference between the action potential change value indicated by the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905 and the action potential change value indicated by the experimental action potential information. Get difference information. This change is a change over time. A temporal change is a change that occurs over time. For example, the change difference information acquisition unit 29082 accumulates the difference between the value obtained by time differentiation of the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905 and the value obtained by time differentiation of the action potential information indicated by the experimental action potential information. Calculate and get. The change difference information acquisition unit 29082 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the change difference information acquisition unit 29082 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
相違度算出手段29083は、絶対値差情報および変化差情報を用いて、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報と、実験活動電位情報との相違度を算出する。相違度算出手段29083は、例えば、絶対値差情報および変化差情報に重み付けをして、その和を相違度として得る。相違度算出手段29083は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。相違度算出手段29083の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The difference calculation means 29083 calculates the difference between the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905 and the experimental action potential information using the absolute value difference information and the change difference information. The difference degree calculation means 29083, for example, weights the absolute value difference information and the change difference information, and obtains the sum as the difference degree. The dissimilarity calculation means 29083 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the dissimilarity calculation means 29083 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
許容パラメータセット決定部2909は、相違度算出部2908が算出した相違度を用いて、一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであるか否かを決定する。許容パラメータセット決定部2909は、例えば、相違度算出部2908が算出した相違度に対して、応答曲面法を用いて一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであるか否かを決定する。応答曲面法については、公知技術であるので、説明を省略する。また、許容パラメータセット決定部2909は、例えば、相違度と一の生体パラメータセットをユーザに出力し、ユーザから許容範囲か否かを示す指示の入力を受け付け、当該指示の情報(許容範囲を示す情報または許容範囲外を示す情報)を得る処理を行っても良い。ユーザの指示を受け付ける場合、実質的な決定はユーザが行うこととなり、許容パラメータセット決定部2909は、ユーザの指示を受け付け、保持する処理を行う。許容パラメータセット決定部2909は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。許容パラメータセット決定部2909の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The permissible parameter set determination unit 2909 uses the dissimilarity calculated by the dissimilarity calculation unit 2908 to determine whether one biometric parameter set is a biometric parameter set within an allowable range. For example, the allowable parameter set determination unit 2909 determines whether or not one biological parameter set is a biological parameter set within an allowable range by using the response surface method with respect to the difference calculated by the difference calculation unit 2908. To do. Since the response surface method is a known technique, a description thereof will be omitted. In addition, the allowable parameter set determination unit 2909 outputs, for example, a biometric parameter set having the same degree of difference to the user, receives an input of an instruction indicating whether the allowable range is received from the user, and receives information on the instruction (indicating the allowable range). Information or information indicating information outside the allowable range) may be performed. When accepting a user instruction, the user makes a substantial decision, and the allowable parameter set determination unit 2909 performs a process of accepting and holding the user instruction. The permissible parameter set determination unit 2909 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the allowable parameter set determination unit 2909 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
制御部2910は、許容パラメータセット決定部2909が一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットでないと判断した場合に、パラメータセット選択部2902に未選択の生体パラメータセットの中から一の生体パラメータセットを選択するように指示する。なお、制御部2910は、許容パラメータセット決定部2909が一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであると判断した場合にも、他の許容範囲にある生体パラメータセットを得るために、パラメータセット選択部2902に未選択の生体パラメータセットの中から一の生体パラメータセットを選択するように指示する構成でも良い。かかる場合、例えば、生体パラメータセット格納部2901の全パラメータセットに対して、許容範囲か否かを判断することとなる。また、かかる場合、例えば、所定数(例えば、「5」)の許容範囲のパラメータセットが見つかるまで、制御部2910は、パラメータセット選択部2902に未選択の生体パラメータセットの中から一の生体パラメータセットを選択するように指示することとなる。制御部2910は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。制御部2910の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 When the allowable parameter set determining unit 2909 determines that one biological parameter set is not within the allowable range, the control unit 2910 determines that one biological parameter set from among the biological parameter sets not selected by the parameter set selecting unit 2902 Instructs the user to select a parameter set. Note that even when the allowable parameter set determination unit 2909 determines that one biological parameter set is a biological parameter set within the allowable range, the control unit 2910 obtains a biological parameter set within another allowable range, The parameter set selection unit 2902 may be instructed to select one biological parameter set from among unselected biological parameter sets. In such a case, for example, it is determined whether or not all parameter sets in the biological parameter set storage unit 2901 are within an allowable range. In such a case, for example, until a predetermined number (for example, “5”) of allowable parameter sets are found, the control unit 2910 causes the parameter set selection unit 2902 to select one biological parameter from unselected biological parameter sets. You will be prompted to select a set. The control unit 2910 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the control unit 2910 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).
許容パラメータセット出力部2911は、許容パラメータセット決定部2909が一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであると判断した場合に、当該一の生体パラメータセットを出力する。ここで、出力とは、ディスプレイへの表示、プリンタへの印字、音出力、外部の装置への送信、記録媒体への蓄積等を含む概念である。許容パラメータセット出力部2911は、ディスプレイやスピーカー等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えても良い。許容パラメータセット出力部2911は、出力デバイスのドライバーソフトまたは、出力デバイスのドライバーソフトと出力デバイス等で実現され得る。 The allowable parameter set output unit 2911 outputs the one biological parameter set when the allowable parameter set determination unit 2909 determines that the one biological parameter set is in the allowable range. Here, the output is a concept including display on a display, printing on a printer, sound output, transmission to an external device, accumulation in a recording medium, and the like. The permissible parameter set output unit 2911 may be considered as including or not including an output device such as a display or a speaker. The permissible parameter set output unit 2911 may be realized by output device driver software, or output device driver software and an output device.
次に、生体パラメータ決定装置の動作について図30から図32のフローチャートを用いて説明する。 Next, the operation of the biological parameter determination device will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
(ステップS3001)パラメータセット選択部2902は、2組以上の生体パラメータセットの中から一の生体パラメータセットを選択する。パラメータセット選択部2902は、例えば、生体パラメータセット格納部2901に格納されている生体パラメータセットの中から、格納されている順に一の生体パラメータセットを読み出す。 (Step S3001) The parameter set selection unit 2902 selects one biological parameter set from two or more biological parameter sets. For example, the parameter set selection unit 2902 reads one biological parameter set from the biological parameter sets stored in the biological parameter set storage unit 2901 in the order in which they are stored.
(ステップS3002)シミュレーション実行部2903は、パラメータセット選択部2902が選択した一の生体パラメータセットを入力にして、心臓の活動をシミュレーションし、心臓の活動電位を示す情報である活動電位情報を所定の時間間隔で得て、出力する。所定の時間間隔とは、等間隔とは限らない。 (Step S3002) The simulation execution unit 2903 receives the one biological parameter set selected by the parameter set selection unit 2902 as an input, simulates the activity of the heart, and obtains action potential information that is information indicating the action potential of the heart as a predetermined value. Obtain and output at time intervals. The predetermined time interval is not necessarily equal.
(ステップS3003)定常状態判断部2904は、ステップS3002におけるシミュレーション結果の2以上の活動電位情報の変化から、シミュレーション対象の心臓の活動状態が定常状態になったか否かを判断する。通常、直前の活動電位情報と現在の活動電位情報との変化が全くない場合、または所定の差以内の少ない差の場合、定常状態判断部2904は、定常状態になったと判断する。定常状態になっていればステップS3004に行き、定常状態になっていなければステップS3002に戻り、シミュレーション実行部2903によるシミュレーションを続行する。なお、通常、ステップS3002に戻った際に、再度、パラメータセット選択部2902が選択した一の生体パラメータセットを入力する処理は行わず、シミュレーション実行部2903によるシミュレーションを続行するだけである。 (Step S3003) The steady state determination unit 2904 determines whether or not the activity state of the simulation target heart has become a steady state from the change in the two or more action potential information of the simulation result in step S3002. Normally, when there is no change between the immediately preceding action potential information and the current action potential information, or when there is a small difference within a predetermined difference, the steady state determination unit 2904 determines that a steady state has been reached. If it is in the steady state, the process goes to step S3004. If it is not in the steady state, the process returns to step S3002, and the simulation by the simulation execution unit 2903 is continued. Normally, when returning to step S3002, the process of inputting one biological parameter set selected by the parameter set selection unit 2902 is not performed again, and the simulation by the simulation execution unit 2903 is merely continued.
(ステップS3004)活動電位情報取得部2905は、定常状態判断部2904がシミュレーション対象の心臓の活動状態が定常状態になったと判断した場合のシミュレーション実行部2903の出力である活動電位情報を取得する。 (Step S3004) The action potential information acquisition unit 2905 acquires action potential information that is an output of the simulation execution unit 2903 when the steady state determination unit 2904 determines that the activity state of the simulation target heart has reached a steady state.
(ステップS3005)前処理部2907は、メモリ上に、実験活動電位情報格納部2906の実験活動電位情報を読み込む。 (Step S3005) The preprocessing unit 2907 reads the experimental action potential information stored in the experimental action potential information storage unit 2906 on the memory.
(ステップS3006)前処理部2907は、ステップS3005で読み込んだ実験活動電位情報に対して前処理を行う。前処理の詳細について、図31のフローチャートを用いて説明する。 (Step S3006) The preprocessing unit 2907 performs preprocessing on the experimental action potential information read in step S3005. Details of the preprocessing will be described with reference to the flowchart of FIG.
(ステップS3007)相違度算出部2908は、ステップS3004で取得した活動電位情報と、ステップS3006で前処理を行った結果である実験活動電位情報との相違度を算出する。2つの活動電位情報の相違度を算出するアルゴリズムの詳細について、図32のフローチャートを用いて説明する。 (Step S3007) The dissimilarity calculation unit 2908 calculates the dissimilarity between the action potential information acquired in step S3004 and the experimental action potential information that is the result of the preprocessing in step S3006. Details of the algorithm for calculating the difference between the two action potential information will be described with reference to the flowchart of FIG.
(ステップS3008)相違度算出部2908は、選択されている生体パラメータセットと、ステップS3007で算出した相違度の組を、図示しない記録媒体(主メモリでも良い)に格納する。 (Step S3008) The difference calculation unit 2908 stores the set of the selected biological parameter set and the difference calculated in step S3007 in a recording medium (not shown) (may be a main memory).
(ステップS3009)許容パラメータセット決定部2909は、ステップS3007で算出した相違度を用いて、選択した一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであるか否かを決定する。許容範囲か否かは、ユーザが決定し、図示しない入力手段により入力しても良いし、自動的に応答曲面法を用いて決定しても良い。許容範囲であればステップS3010に行き、許容範囲外であればステップS3012に行く。 (Step S3009) The allowable parameter set determination unit 2909 determines whether or not the selected one biological parameter set is a biological parameter set within an allowable range, using the degree of difference calculated in step S3007. Whether or not it is within the allowable range may be determined by the user and input by an input means (not shown) or may be automatically determined using the response surface method. If it is within the allowable range, the process goes to step S3010, and if it is outside the allowable range, the process goes to step S3012.
(ステップS3010)制御部2910は、処理を終了するか否かを判断する。処理を終了するか否かは、一つの許容範囲にある生体パラメータセットが見つかれば処理を終了すると判断しても良いし、所定数の許容範囲にある生体パラメータセットが見つかれば処理を終了すると判断しても良いし、ユーザの終了指示の入力により処理を終了すると判断しても良い。その他、処理を終了すると判断するアルゴリズムは問わない。処理を終了すると判断した場合はステップS3011に行き、処理を終了しないと判断した場合はステップS3013に行く。 (Step S3010) The control unit 2910 determines whether or not to end the process. Whether or not to end the process may be determined to end the process if a biological parameter set within one allowable range is found, or determined to end if a biological parameter set within a predetermined number of allowable ranges is found. Alternatively, it may be determined that the process is ended by inputting a user's end instruction. In addition, the algorithm which judges that a process is complete | finished does not matter. If it is determined that the process is to be terminated, the process proceeds to step S3011. If it is determined that the process is not to be terminated, the process proceeds to step S3013.
(ステップS3011)許容パラメータセット出力部2911は、許容パラメータセット決定部2909が許容範囲にある生体パラメータセットであると判断した生体パラメータセットを読み出し、出力する。処理を終了する。 (Step S3011) The permissible parameter set output unit 2911 reads out and outputs the biometric parameter set that the permissible parameter set determination unit 2909 determines to be a biometric parameter set within the permissible range. The process ends.
(ステップS3012)制御部2910は、許容範囲にない生体パラメータセットを削除する。 (Step S3012) The control unit 2910 deletes the biological parameter set that is not within the allowable range.
(ステップS3013)制御部2910は、次の生体パラメータセットを選択するように、パラメータセット選択部2902に指示する。ステップS3001に戻る。 (Step S3013) The control unit 2910 instructs the parameter set selection unit 2902 to select the next biological parameter set. The process returns to step S3001.
なお、図30のフローチャートにおいて、生体パラメータセットの選択アルゴリズムは、他のアルゴリズムでも良い。 In the flowchart of FIG. 30, another algorithm may be used as the biometric parameter set selection algorithm.
次に、生体パラメータ決定装置の前処理(ステップS3006)について図31のフローチャートを用いて説明する。 Next, the preprocessing (step S3006) of the biological parameter determination device will be described using the flowchart of FIG.
(ステップS3101)スケーリング手段29071は、活動電位情報取得部2905が取得したシミュレーション結果の活動電位情報が示す電位の静止膜電位の平均値(VSRMP)、および最大値(VSH)を、活動電位情報を構成する値から取得する。なお、活動電位情報を構成する情報は、例えば、電圧(mV)と時間の情報を対に有する。 (Step S3101) The scaling means 29071 obtains the average value (V SRMP ) and the maximum value (V SH ) of the resting membrane potential of the potential indicated by the action potential information of the simulation result acquired by the action potential information acquisition unit 2905 as the action potential. Obtained from the values that make up the information. Note that the information constituting the action potential information includes, for example, voltage (mV) and time information in pairs.
(ステップS3102)スケーリング手段29071は、実験活動電位の情報のうちの静止膜電位の平均値(VERMP)、および最大値(VEH)を取得する。 (Step S3102) The scaling means 29071 acquires the average value (V ERMP ) and the maximum value (V EH ) of the resting membrane potential among the information on the experimental action potential.
(ステップS3103)スケーリング手段29071は、実験活動電位の情報の最大値(VEH)を最大値(VSH)に、最低値(VERMP)を最低値(VSRMP)に変更する。 (Step S3103) The scaling means 29007 changes the maximum value (V EH ) of the experimental action potential information to the maximum value (V SH ) and the minimum value (V ERMP ) to the minimum value (V SRMP ).
(ステップS3104)スケーリング手段29071は、カウンタiに1を代入する。 (Step S3104) The scaling means 29071 substitutes 1 for the counter i.
(ステップS3105)スケーリング手段29071は、実験活動電位の情報の中に、i番目の値があるか否かを判断する。i番目の値があればステップS3106に行き、i番目の値がなければステップS3109に行く。 (Step S3105) The scaling means 29007 determines whether or not there is an i-th value in the experimental action potential information. If there is an i-th value, the process goes to step S3106, and if there is no i-th value, the process goes to step S3109.
(ステップS3106)スケーリング手段29071は、i番目の値(Vi)を、VSL、VSH、VERMPVSRMPを用いて変更する。具体的には、i番目の値を、(Vi−VERMP)×(VSH−VSRMP)/(VEH−VERMP)+VSRMPにより決定する。なお、スケーリング手段29071は、演算式(Vi−VERMP)×(VSH−VSRMP)/(VEH−VERMP)+VSRMPの情報を保持しており、当該演算式の情報を読み込み、取得したパラメータを演算式に代入し、スケーリングしたi番目の値を得る。 (Step S3106) The scaling means 29071 changes the i-th value (V i ) using V SL , V SH , and V ERMP V SRMP . Specifically, the i-th value is determined by (V i −V ERMP ) × (V SH −V SRMP ) / (V EH −V ERMP ) + V SRMP . Note that the scaling unit 29071 holds information of an arithmetic expression (V i −V ERMP ) × (V SH −V SRMP ) / (V EH −V ERMP ) + V SRMP , reads information on the arithmetic expression, The acquired parameter is substituted into the arithmetic expression to obtain the scaled i-th value.
(ステップS3107)スケーリング手段29071は、ステップS3106で得た新しいi番目の値(Vi)を格納する。 (Step S3107) The scaling means 29071 stores the new i-th value (V i ) obtained in step S3106.
(ステップS3108)スケーリング手段29071は、カウンタiを1、インクリメントする。ステップS3105に戻る。 (Step S3108) The scaling means 29071 increments the counter i by 1. The process returns to step S3105.
(ステップS3109)平滑化手段29072は、カウンタiに1を代入する。 (Step S3109) The smoothing means 29072 substitutes 1 for the counter i.
(ステップS3110)平滑化手段29072は、実験活動電位の情報の中に、i番目の点(値)があるか否かを判断する。i番目の点があればステップS3111に行き、i番目の値がなければ上位関数にリターンする。 (Step S3110) The smoothing means 29072 determines whether or not there is an i-th point (value) in the information of the experimental action potential. If there is an i-th point, the process goes to step S3111, and if there is no i-th value, the process returns to the upper function.
(ステップS3111)平滑化手段29072は、i番目の点の移動平均を算出する。 (Step S3111) The smoothing means 29072 calculates the moving average of the i-th point.
(ステップS3112)平滑化手段29072は、ステップS3111で算出したi番目の点の移動平均を記録媒体(メモリを含む)に格納する。 (Step S3112) The smoothing means 29072 stores the moving average of the i-th point calculated in step S3111 in a recording medium (including a memory).
(ステップS3113)平滑化手段29072は、カウンタiを1、インクリメントする。ステップS3110に戻る。 (Step S3113) The smoothing means 29072 increments the counter i by 1. The process returns to step S3110.
なお、図31のフローチャートにおいて、ステップS3101からステップS3108の処理は、スケーリング処理である。また、ステップS3109からステップS3113の処理は、平滑化処理である。 In the flowchart of FIG. 31, the processing from step S3101 to step S3108 is scaling processing. Further, the process from step S3109 to step S3113 is a smoothing process.
また、図31のフローチャートにおいて、スケーリング処理の演算式は、上記の式に限られない。 In the flowchart of FIG. 31, the arithmetic expression for the scaling process is not limited to the above expression.
次に、生体パラメータ決定装置の相違度算出処理(ステップS3007)について図32のフローチャートを用いて説明する。 Next, the dissimilarity calculation process (step S3007) of the biological parameter determination device will be described with reference to the flowchart of FIG.
(ステップS3201)相違度算出部2908は、図示しない記録媒体に格納されている相違度の演算式の情報を読み出す。 (Step S3201) The dissimilarity calculation unit 2908 reads out information on the arithmetic expression for the dissimilarity stored in a recording medium (not shown).
(ステップS3202)絶対値差情報取得手段29081は、初期化処理を行う。初期化処理とは、カウンタiに1を代入する処理である。また、相違度を算出するための元になる変数の値を「0」にする処理である。相違度を算出するための元になる変数は、ここでは、絶対値差情報を格納するための変数である絶対値差情報変数がある。 (Step S3202) The absolute value difference information acquisition unit 29081 performs initialization processing. The initialization process is a process for substituting 1 into the counter i. Further, this is a process of setting the value of the variable that is the basis for calculating the degree of difference to “0”. Here, there is an absolute value difference information variable that is a variable for storing absolute value difference information.
(ステップS3203)絶対値差情報取得手段29081は、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報または/および実験活動電位情報に、i番目の値が存在するか否かを判断する。なお、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報または/および実験活動電位情報は、活動電位の値と、時刻または時間の情報の対の集合である。 (Step S3203) The absolute value difference information acquisition unit 29081 determines whether or not the i-th value exists in the action potential information and / or the experimental action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905. The action potential information or / and experimental action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905 is a set of pairs of action potential values and time or time information.
(ステップS3204)絶対値差情報取得手段29081は、2つの活動電位情報のi番目の値(活動電位)を取得する。2つの活動電位情報とは、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報と実験活動電位情報である。 (Step S3204) Absolute value difference information acquisition means 29081 acquires the i-th value (action potential) of the two action potential information. The two pieces of action potential information are action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905 and experimental action potential information.
(ステップS3205)絶対値差情報取得手段29081は、ステップS3204で取得したi番目の値に対応する点がRMPとして取得した点であるか否かを判断する。RMPとして取得した点であればステップS3206に行き、RMPとして取得した点でなければステップS3209に行く。 (Step S3205) The absolute value difference information acquisition unit 29081 determines whether or not the point corresponding to the i-th value acquired in step S3204 is a point acquired as RMP. If it is a point acquired as RMP, go to step S3206, and if it is not a point acquired as RMP, go to step S3209.
(ステップS3206)絶対値差情報取得手段29081は、ステップS3204で取得したi番目の値に対応する点が最初のRMPとして取得した点であるか否かを判断する。最初のRMPとして取得した点であればステップS3207に行き、最初のRMPとして取得した点でなければステップS3209に行く。 (Step S3206) The absolute value difference information acquisition unit 29081 determines whether or not the point corresponding to the i-th value acquired in step S3204 is the point acquired as the first RMP. If it is a point acquired as the first RMP, go to step S3207, and if it is not a point acquired as the first RMP, go to step S3209.
なお、ここで、絶対値差情報取得手段29081は、2つの活動電位情報のRMPの差を算出しても良い。 Here, the absolute value difference information acquisition unit 29081 may calculate the difference between the two action potential information RMPs.
(ステップS3207)絶対値差情報取得手段29081は、2つの活動電位情報のi番目の値の差の絶対値を算出する。そして、絶対値差情報取得手段29081は、算出した値を一時格納する。 (Step S3207) The absolute value difference information acquisition unit 29081 calculates the absolute value of the difference between the i-th values of the two action potential information. Then, the absolute value difference information acquisition unit 29081 temporarily stores the calculated value.
(ステップS3208)絶対値差情報取得手段29081は、カウンタiを1、インクリメントする。ステップS3203に戻る。 (Step S3208) The absolute value difference information acquisition unit 29081 increments the counter i by one. The process returns to step S3203.
(ステップS3209)絶対値差情報取得手段29081は、ステップS3204で取得した2つの活動電位情報のi番目の値の差の絶対値を取得する。 (Step S3209) The absolute value difference information acquisition unit 29081 acquires the absolute value of the difference between the i-th values of the two action potential information acquired in Step S3204.
(ステップS3210)絶対値差情報取得手段29081は、ステップS3209で算出した値を加算する。ステップS3208に行く。 (Step S3210) The absolute value difference information acquisition unit 29081 adds the value calculated in step S3209. Go to step S3208.
(ステップS3211)変化差情報取得手段29082は、2つの活動電位情報の時間微分を算出する。 (Step S3211) The change difference information acquisition unit 29082 calculates time differentiation of two pieces of action potential information.
(ステップS3212)変化差情報取得手段29082は、初期化処理を行う。初期化処理とは、カウンタiに1を代入する処理である。また、相違度を算出するための元になる変数の値を「0」にする処理である。相違度を算出するための元になる変数は、ここでは、変化差情報を格納するための変数である変化差情報変数がある。 (Step S3212) The change difference information acquisition unit 29082 performs initialization processing. The initialization process is a process for substituting 1 into the counter i. Further, this is a process of setting the value of the variable that is the basis for calculating the degree of difference to “0”. Here, there is a change difference information variable, which is a variable for storing change difference information, as a variable for calculating the degree of difference.
(ステップS3213)変化差情報取得手段29082は、活動電位情報取得部2905が取得した活動電位情報または/および実験活動電位情報に、i番目の値が存在するか否かを判断する。i番目の値が存在すればステップS3214に行き、i番目の値が存在しなければステップS3217に行く。 (Step S3213) The change difference information acquisition unit 29082 determines whether or not the i-th value exists in the action potential information and / or the experimental action potential information acquired by the action potential information acquisition unit 2905. If the i-th value exists, the process goes to step S3214. If the i-th value does not exist, the process goes to step S3217.
(ステップS3214)変化差情報取得手段29082は、i番目の値に対応する、2つの活動電位情報の時間微分の値を取得し、当該2つの時間微分の値の差に関する情報を算出する。この2つの時間微分の値の差に関する情報は、変化率ともいう。 (Step S3214) The change difference information acquisition unit 29082 acquires time differential values of the two action potential information corresponding to the i-th value, and calculates information regarding the difference between the two time differential values. Information on the difference between the values of these two time derivatives is also called the rate of change.
(ステップS3215)変化差情報取得手段29082は、ステップS3214で取得した変化率(値)を加算する。 (Step S3215) The change difference information acquisition unit 29082 adds the change rate (value) acquired in step S3214.
(ステップS3216)変化差情報取得手段29082は、カウンタiを1、インクリメントする。ステップS3212に戻る。 (Step S3216) The change difference information acquisition unit 29082 increments the counter i by one. The process returns to step S3212.
(ステップS3217)相違度算出部2908は、ステップS3201で読み出した演算式にパラメータを代入し、相違度を算出する。パラメータとは、ここでは、ステップS3207、ステップS3210、ステップS3215で算出した値である。 (Step S3217) The difference calculation unit 2908 calculates the difference by substituting the parameter into the arithmetic expression read in step S3201. Here, the parameter is a value calculated in step S3207, step S3210, or step S3215.
(ステップS3218)相違度算出部2908は、ステップS3217で算出した相違度を、記録媒体に格納する。 (Step S3218) The difference calculation unit 2908 stores the difference calculated in step S3217 in the recording medium.
なお、図32のフローチャートにおいて、ステップS3202からステップS3210までのステップにおける処理は、絶対値差情報を算出する処理である。また、絶対値差情報を算出する処理の中で、ステップS3206、ステップS3207の処理は、RMPの差の情報(以下、適宜、「静止膜距離情報」という)を取得する処理であり、ステップS3209、ステップS3210の処理は、再分極相の差の情報報(以下、適宜、「再分極相距離情報」という)を取得する処理である。また、ステップS3211からステップS3216までのステップにおける処理は、変化差情報を算出する処理である。図32のフローチャートにおいて、相違度を算出する場合に、絶対値差情報と変化差情報を算出し、この2つの情報(値)に基づいて、相違度を算出した。しかし、相違度の算出は、絶対値差情報、または変化差情報のどちらか一方の情報を使用するだけでも良い。また、絶対値差情報の算出には、静止膜距離情報と再分極相距離情報を使用したが、再分極相距離情報のみを使用しても良い。さらに、静止膜距離情報と再分極距離情報に分離しなくとも、すべてのカウンタiにおいて、絶対値差情報を算出してもよい。 In the flowchart of FIG. 32, the processes in steps S3202 to S3210 are processes for calculating absolute value difference information. Among the processes for calculating the absolute value difference information, the processes in steps S3206 and S3207 are processes for obtaining RMP difference information (hereinafter, referred to as “stationary membrane distance information” as appropriate), and in step S3209. The process of step S3210 is a process of acquiring information on the difference between the repolarization phases (hereinafter referred to as “repolarization phase distance information” as appropriate). Further, the processes in steps from step S3211 to step S3216 are processes for calculating change difference information. In the flowchart of FIG. 32, when calculating the difference, absolute value difference information and change difference information are calculated, and the difference is calculated based on these two pieces of information (values). However, the difference degree may be calculated using only one of the absolute value difference information and the change difference information. Further, the absolute value difference information is calculated using the stationary membrane distance information and the repolarization phase distance information, but only the repolarization phase distance information may be used. Further, absolute value difference information may be calculated for all counters i without being separated into stationary membrane distance information and repolarization distance information.
また、図32のフローチャートにおいて、ステップS3201において、パラメータセット選択部2902は、1組以上の生体パラメータセットの中から、任意に一の生体パラメータセットを選択した。しかし、パラメータセット選択部2902は、以下のアルゴリズムで、一の生体パラメータセットを選択しても良い。このアルゴリズムは、例えば、以下で説明する単純2分割法である。単純2分割法の概念図を図33に示す。単純2分割法は、前回の探索範囲を構成するn個のパラメータの値の範囲をそれぞれ2分割し、当該2分割したn個のパラメータの組み合わせの値の範囲を有する2n個の探索範囲を取得し、当該2n個の各探索範囲の代表的なパラメータセットのうちで、最も相違度の小さいパラメータセットを有する探索範囲を前回の探索範囲として、探索範囲を狭めてゆく方法である。さらに具体的には、単純2分割法のアルゴリズムについて、図34、図35のフローチャートを用いて説明する。 32, in step S3201, the parameter set selection unit 2902 arbitrarily selects one biological parameter set from one or more biological parameter sets. However, the parameter set selection unit 2902 may select one biological parameter set by the following algorithm. This algorithm is, for example, a simple bisection method described below. A conceptual diagram of the simple bisection method is shown in FIG. The simple two-division method divides each of n parameter value ranges constituting the previous search range into two parts, and 2 n search ranges each having a value range of a combination of the n parameter values divided into two. This is a method of acquiring and narrowing the search range with the search range having the smallest parameter set as the previous search range among the representative parameter sets of the 2 n search ranges. More specifically, the algorithm of the simple bisection method will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
(ステップS3401)探索範囲決定手段29021は、各パラメータの探索範囲の情報を読み出す。各パラメータの探索範囲の初期値は、予め決められており、記録媒体に格納されている、とする。 (Step S3401) Search range determining means 29021 reads information on the search range of each parameter. It is assumed that the initial value of the search range for each parameter is determined in advance and stored in a recording medium.
(ステップS3402)探索範囲決定手段29021は、ステップS3401で読み出した各パラメータの探索範囲の情報から、各パラメータの探索範囲を2分割した値を取得する。例えば、一のパラメータの範囲は「1〜10」であれば、探索範囲決定手段29021は、例えば、「1〜5」と「6〜10」に分割する。探索範囲決定手段29021は、全パラメータ(n個とする)に対して、その範囲を2分割する。そして、探索範囲決定手段29021は、n個の全パラメータを2分割し、それらの組み合わせである「2n」個の探索範囲を得る。 (Step S3402) Search range determination means 29021 acquires a value obtained by dividing the search range of each parameter into two from the search range information of each parameter read in step S3401. For example, if the range of one parameter is “1 to 10”, the search range determination unit 29021 divides the range into “1 to 5” and “6 to 10”, for example. Search range determination means 29021 divides the range into two for all parameters (n). Then, the search range determination unit 29021 divides all n parameters into two, and obtains “2 n ” search ranges that are combinations thereof.
(ステップS3403)パラメータセット選択手段29022は、カウンタiに1を代入する。 (Step S3403) The parameter set selection means 29002 substitutes 1 for the counter i.
(ステップS3404)パラメータセット選択手段29022は、i番目の探索範囲があるか否かを判断する。i番目の探索範囲があればステップS3405に行き、i番目の探索範囲がなければステップS3407に行く。 (Step S3404) The parameter set selection unit 29022 determines whether there is an i-th search range. If there is an i-th search range, go to step S3405, and if there is no i-th search range, go to step S3407.
(ステップS3405)パラメータセット選択手段29022は、i番目の探索範囲に対して、最適解を得る。最適解とは、相違度が最小の生体パラメータセットである。最適解を得るアルゴリズムについて、図35のフローチャートを用いて説明する。 (Step S 3405) The parameter set selection unit 29022 obtains an optimal solution for the i-th search range. The optimal solution is a biological parameter set with the smallest difference. An algorithm for obtaining an optimal solution will be described with reference to the flowchart of FIG.
(ステップS3406)パラメータセット選択手段29022は、カウンタiを1、インクリメントする。ステップS3404に戻る。 (Step S 3406) The parameter set selection unit 29022 increments the counter i by 1. The process returns to step S3404.
(ステップS3407)パラメータセット選択手段29022は、(i−1)の探索範囲で得た最適解の相違度の中で最も小さい相違度の解(生体パラメータセット)を取得する。 (Step S3407) The parameter set selection unit 29022 acquires the solution (biological parameter set) having the smallest difference among the differences of the optimal solutions obtained in the search range of (i-1).
(ステップS3408)パラメータセット選択手段29022は、ステップS3407で選択した生体パラメータセットを構成する各パラメータの探索範囲の情報を取得する。 (Step S3408) The parameter set selection unit 29022 acquires information on the search range of each parameter constituting the biological parameter set selected in step S3407.
(ステップS3409)パラメータセット選択手段29022は、処理を終了するか否かを判断する。処理を終了するならばステップS3410に行き、処理を終了しないならステップS3411に行く。なお、処理を終了するか否かの判断は、2n個の探索範囲のすべてのパラメータセットを取得したか否かの判断であり、すべてのパラメータセットを取得していた場合に処理を終了すると判断しても良い。また、処理を終了するか否かの判断は、ユーザが行っても良い。つまり、必要な探索範囲のみのパラメータセットをユーザーが指定して選択し、選択した探索範囲のパラメータセットを取得した時点で修了してもよい。かかる場合、ユーザに選択を促す手段(画面上に選択するためのメニューや入力画面を表示する手段)、およびユーザの入力を受け付ける手段を具備する。 (Step S3409) The parameter set selection unit 29022 determines whether or not to end the process. If the process ends, the process goes to step S3410, and if not, the process goes to step S3411. Note that whether or not to end the process is a determination whether or not all the parameter sets in the 2 n search ranges have been acquired. If all the parameter sets have been acquired, the process ends. You may judge. Also, the user may determine whether to end the process. That is, the user may specify and select a parameter set for only the necessary search range, and the process may be completed when the parameter set for the selected search range is acquired. In such a case, there are provided means for prompting the user to select (means for displaying a menu or input screen for selection on the screen) and means for accepting the user's input.
(ステップS3410)パラメータセット選択手段29022は、ステップS3407で取得した生体パラメータセット(最適解)を出力する。処理を終了する。 (Step S3410) The parameter set selection unit 29022 outputs the biological parameter set (optimal solution) acquired in step S3407. The process ends.
(ステップS3411)パラメータセット選択手段29022は、パラメータ選択処理を再帰的に行う。 (Step S3411) The parameter set selection unit 29022 performs parameter selection processing recursively.
なお、図34のフローチャートは、再帰的な処理になっている。 Note that the flowchart of FIG. 34 is a recursive process.
次に、最適解を得るアルゴリズムについて、図35のフローチャートを用いて説明する。図35のフローチャートにおいて、図30のフローチャートと同一のステップについては説明を省略する。 Next, an algorithm for obtaining an optimal solution will be described using the flowchart of FIG. In the flowchart of FIG. 35, the description of the same steps as those of the flowchart of FIG. 30 is omitted.
(ステップS3501)パラメータセット選択手段29022は、探索範囲の中で最適解を探索するための、n種類のパラメータセットを取得する。n種類のパラメータセットは、ユーザが入力しても良いし、探索範囲の中で、自動的に決定しても良い。自動的に決定するアルゴリズムとして、例えば、あるパラメータの探索範囲は「4〜6」までの場合、「1」の等間隔で「4」「5」「6」を取得するアルゴリズムでも良い。 (Step S3501) The parameter set selection unit 29022 acquires n types of parameter sets for searching for the optimum solution within the search range. The n types of parameter sets may be input by the user or automatically determined within the search range. As an algorithm to be automatically determined, for example, when the search range of a certain parameter is “4 to 6”, an algorithm that acquires “4”, “5”, and “6” at equal intervals of “1” may be used.
(ステップS3502)パラメータセット選択手段29022は、カウンタiに1を代入する。 (Step S3502) The parameter set selection unit 29002 substitutes 1 for the counter i.
(ステップS3503)パラメータセット選択手段29022は、「i<=n」であるか否かを判断する。「i<=n」であればステップS3504に行き、「i<=n」でなければステップS3506に行く。 (Step S3503) The parameter set selection unit 29022 determines whether or not “i <= n”. If “i <= n”, go to step S3504, and if “i <= n”, go to step S3506.
(ステップS3504)パラメータセット選択手段29022は、n種類のうちで、i番目のパラメータセットを読み出す。ステップS3002に行く。 (Step S3504) The parameter set selection unit 29002 reads the i-th parameter set out of n types. Go to step S3002.
(ステップS3505)パラメータセット選択手段29022は、カウンタiを1、インクリメントする。 (Step S 3505) The parameter set selection unit 29022 increments the counter i by 1.
(ステップS3506)パラメータセット選択手段29022は、n種類のパラメータセットのうちで、最小の相違度を有するパラメータセットを取得する。上位関数にリターンする。 (Step S3506) The parameter set selection unit 29002 acquires a parameter set having the smallest difference among the n types of parameter sets. Return to upper function.
次に、パラメータセット選択部2902が行う、他の生体パラメータセットを選択するアルゴリズムについて述べる。本アルゴリズムは、範囲縮小法という。範囲縮小法の概念図を図36に示す。図36において、(1)、(2)、(3)と探索範囲は半分に狭まっていっている。範囲縮小法は、前回の2以上のパラメータセットを構成する各パラメータの値の範囲の情報を保持しており、前記2以上のパラメータセットのうち、前回に最も相違度の小さいパラメータセットを中心に、前記各パラメータの値の範囲の半分の範囲を次回の探索範囲として、探索範囲を狭めてゆく方法である。 Next, an algorithm for selecting another biological parameter set performed by the parameter set selection unit 2902 will be described. This algorithm is called a range reduction method. A conceptual diagram of the range reduction method is shown in FIG. In FIG. 36, the search range (1), (2), (3) is narrowed to half. The range reduction method holds information on the range of values of each parameter constituting the previous two or more parameter sets, and among the two or more parameter sets, the parameter set with the smallest difference in the previous time is the center. This is a method of narrowing the search range by setting a half of the value range of each parameter as the next search range.
具体的な範囲縮小法のアルゴリズムについて、図37のフローチャートを用いて説明する。 A specific range reduction algorithm will be described with reference to the flowchart of FIG.
(ステップS3701)探索範囲決定手段29021は、前回の各パラメータの探索範囲を読み出す。前回が無い場合(初回の場合)は、予め格納された各パラメータの探索範囲を読み出す。 (Step S3701) Search range determination means 29021 reads the previous search range of each parameter. When there is no previous time (first time), the search range of each parameter stored in advance is read.
(ステップS3702)探索範囲決定手段29021は、最適解を読み出す。最適解は、予め記録媒体に格納されていたり、ユーザが入力したりした情報である。最適解は、生体パラメータセットである。 (Step S3702) Search range determination means 29021 reads the optimal solution. The optimum solution is information stored in advance in a recording medium or input by the user. The optimal solution is a biological parameter set.
(ステップS3703)探索範囲決定手段29021は、ステップS3701で読み出した探索範囲の幅の半分を、各パラメータに対して算出し、ステップS3702で取得した最適解を中心点として、各パラメータの半分した幅の範囲を、パラメータごとに算出する。ただし、最初に格納されていた範囲、あるいはユーザが指定する探索範囲を超えないように範囲を算出する。もし最初に格納されていた範囲、あるいはユーザが指定する探索範囲を超える場合は、各パラメータの半分した幅の範囲を保持したまま、最適解の中心点を含む範囲を算出する。ステップS3405に行く。 (Step S 3703) The search range determining means 29021 calculates half of the width of the search range read out in step S 3701 for each parameter, and uses the optimum solution acquired in step S 3702 as the center point and the width obtained by halving each parameter. Is calculated for each parameter. However, the range is calculated so as not to exceed the initially stored range or the search range specified by the user. If it exceeds the initially stored range or the search range specified by the user, the range including the center point of the optimum solution is calculated while maintaining the range of the width half of each parameter. Go to step S3405.
(ステップS3704)パラメータセット選択手段29022は、処理を終了するか否かを判断する。処理を終了するのであればステップS3705に行き、処理を終了しないのであればステップS3706に行く。処理を終了するか否かを判断は、予め本処理のループ回数を決めていても良いし、ユーザからの指示等でも良い。 (Step S 3704) The parameter set selection unit 29022 determines whether or not to end the process. If the process is to end, go to step S3705, and if the process is not to end, go to step S3706. Whether or not to end the process may be determined in advance by the number of loops of this process, or by an instruction from the user.
(ステップS3705)パラメータセット選択手段29022は、ステップS3405で算出した最適解を出力する。処理を終了する。 (Step S3705) The parameter set selection unit 29022 outputs the optimal solution calculated in step S3405. The process ends.
(ステップS3706)パラメータセット選択手段29022は、パラメータセット選択処理を再帰的に行う。 (Step S3706) The parameter set selection unit 29022 performs parameter set selection processing recursively.
以下、本実施の形態における生体パラメータ決定装置の具体的な動作について説明する。 Hereinafter, a specific operation of the biological parameter determination apparatus in the present embodiment will be described.
まず、生体パラメータ決定装置は、図示しない手段により、図38の各生体パラメータの採り得る範囲、および刻み幅の情報を、生体パラメータごとに保持している。ここで、生体パラメータは、「IKr」、「IK1」、および「IKs」で識別されるパラメータを例として挙げている。また、図38において、生体パラメータ「IKr」は、「0.0,0.1,0.2,・・・4.8,4.9,5.0」と採り得ることを示す。なお、「IKr」は、急速活性化遅延整流性カリウムチャネル(Krチャネル)を流れる電流、「IK1」は内向き整流性カリウムチャネル(K1チャネル)を流れる電流、「IKs」は緩除活性化遅延整流性カリウムチャネル(Ksチャネル)を流れる電流である。 First, the biological parameter determination apparatus holds information on ranges and step sizes that can be taken by each biological parameter in FIG. 38 for each biological parameter by means not shown. Here, the biological parameters are exemplified by parameters identified by “IKr”, “IK1”, and “IKs”. Also, in FIG. 38, the biological parameter “IKr” indicates that “0.0, 0.1, 0.2,... 4.8, 4.9, 5.0” can be taken. “IKr” is a current flowing through a rapid activation delayed rectifier potassium channel (Kr channel), “IK1” is a current flowing through an inward rectifying potassium channel (K1 channel), and “IKs” is a slow activation delay. This is a current flowing through a rectifying potassium channel (Ks channel).
そして、生体パラメータ決定装置は、図示しない手段により、図38の各生体パラメータの採り得る範囲、および刻み幅の情報を元に、生体パラメータセットを生成し、生体パラメータセット格納部2901に蓄積する。かかる生体パラメータセットを管理する生体パラメータセット管理表を図39に示す。図39において、「ID」と「IKr」、「IK1」、「IKs」などの生体パラメータの値の組からなる生体パラメータセット(表のレコード)を1以上管理している。「ID」は、レコードを識別する情報であり、表におけるレコード管理のために存在する。 Then, the biological parameter determination device generates a biological parameter set based on the range of each biological parameter shown in FIG. 38 and the step size information by means not shown, and accumulates it in the biological parameter set storage unit 2901. A biological parameter set management table for managing such biological parameter sets is shown in FIG. In FIG. 39, one or more biometric parameter sets (table records) including biometric parameter values such as “ID” and “IKr”, “IK1”, and “IKs” are managed. “ID” is information for identifying a record and exists for record management in the table.
つまり、本生体パラメータ決定装置は、図39の生体パラメータセットの中から、許容範囲にある生体パラメータセットを取得する装置である。 That is, this biological parameter determination device is a device that acquires a biological parameter set within an allowable range from the biological parameter set of FIG.
また、図40は、実験活動電位情報格納部2906に格納されている実験活動電位情報をグラフで表示したデータである。実験活動電位情報は、時間(ms)と電位(mV)を対に有する情報の集合であり、動物実験の結果の活動電位の情報の集合である。 FIG. 40 is data representing the experimental action potential information stored in the experimental action potential information storage unit 2906 as a graph. The experimental action potential information is a set of information having a pair of time (ms) and potential (mV), and is a set of action potential information as a result of animal experiments.
まず、パラメータセット選択部2902は、図39の生体パラメータセット群の中で、最初「ID=1」の生体パラメータセット「IKr:0.0,IK1:0.20,IKs:1.00,・・・・」を読み出す。 First, the parameter set selection unit 2902 includes the biological parameter set “IKr: 0.0, IK1: 0.20, IKs: 1.00,. ... ”Is read out.
次に、シミュレーション実行部2903は、パラメータセット選択部2902が選択した一の生体パラメータセットを入力にして、心臓の活動をシミュレーションし、心臓の活動電位を示す情報である活動電位情報を所定の時間間隔で得て、出力する。 Next, the simulation execution unit 2903 receives the one biological parameter set selected by the parameter set selection unit 2902, simulates the heart activity, and sets action potential information, which is information indicating the heart action potential, for a predetermined time. Obtain and output at intervals.
次に、定常状態判断部2904は、シミュレーション実行部2903におけるシミュレーション結果の2以上の活動電位情報の変化から、シミュレーション対象の心臓の活動状態が定常状態になったか否かを判断し、定常状態になった場合の活動電位情報を得る。この定常状態の活動電位情報をグラフで表示した図は、図40と類似した形状を有する。 Next, the steady state determination unit 2904 determines whether or not the activity state of the heart to be simulated has become a steady state from the change in the two or more action potential information of the simulation result in the simulation execution unit 2903, and enters the steady state. Action potential information in the case of becoming. The graph in which the action potential information in the steady state is displayed in a graph has a shape similar to that in FIG.
次に、活動電位情報取得部2905は、シミュレーション対象の心臓の活動状態が定常状態になったと判断した場合のシミュレーション実行部2903の出力である活動電位情報を取り出す。 Next, the action potential information acquisition unit 2905 extracts action potential information that is an output of the simulation execution unit 2903 when it is determined that the activity state of the heart to be simulated has become a steady state.
なお、図41は、実験活動電位情報のグラフ(Experiment data)と、シミュレーション実行部2903の出力である活動電位情報(Simulation)のグラフを重ねた図である。図41の縦軸は電位(mV)、横軸は時間(msec)である。 FIG. 41 is a diagram in which a graph of experimental action potential information (Experiment data) and a graph of action potential information (Simulation) that is an output of the simulation execution unit 2903 are overlapped. In FIG. 41, the vertical axis represents potential (mV) and the horizontal axis represents time (msec).
次に、前処理部2907は、メモリ上に、実験活動電位情報格納部2906の実験活動電位情報を読み込み、前処理を行う。つまり、前処理部2907のスケーリング手段29071は、活動電位情報取得部2905が取得したシミュレーション結果の活動電位情報が示す電位の静止膜電位の平均値(VSRMP)、および最大値(VSH)を、活動電位情報を構成する値から取得する。そして、スケーリング手段29071は、実験活動電位の情報のうちの静止膜電位の平均値(VERMP)、および最大値(VEH)を取得する。次に、スケーリング手段29071は、実験活動電位の情報の最大値(VEH)を最大値(VSH)に、静止膜電位の平均値(VERMP)を静止膜電位の平均値(VSRMP)に変更する。スケーリング手段29071は、最大値、静止膜電位が実験活動電位の値に合致するように、他の点のデータも、スケーリングする。その結果、図42に示すように、実験活動電位情報の電位幅が、シミュレーション結果の活動電位情報の電位幅と同じになる。スケーリング処理により、活動電位の最大振幅をシミュレーションに合うように実験データ(Experiment data)を縦方向にスケーリングでき、適切な相違度の算出が可能となる。図42の縦軸は電位(mV)、横軸は時間(msec)である。 Next, the preprocessing unit 2907 reads the experimental action potential information stored in the experimental action potential information storage unit 2906 on the memory and performs preprocessing. That is, the scaling means 29907 of the preprocessing unit 2907 calculates the average value (V SRMP ) and the maximum value (V SH ) of the resting membrane potential indicated by the action potential information of the simulation result acquired by the action potential information acquisition unit 2905. The action potential information is acquired from the value. Then, the scaling means 29071 obtains the average value (V ERMP ) and the maximum value (V EH ) of the resting membrane potential in the experimental action potential information. Next, the scaling means 29071 sets the maximum value (V EH ) of the experimental action potential information to the maximum value (V SH ) and the average value of the resting membrane potential (V ERMP ) to the average value of the resting membrane potential (V SRMP ). Change to The scaling means 29071 also scales the data at other points so that the maximum value, the resting membrane potential, matches the value of the experimental action potential. As a result, as shown in FIG. 42, the potential width of the experimental action potential information becomes the same as the potential width of the action potential information of the simulation result. By the scaling process, the experimental data (Experiment data) can be scaled in the vertical direction so that the maximum amplitude of the action potential matches the simulation, and an appropriate difference can be calculated. In FIG. 42, the vertical axis represents potential (mV) and the horizontal axis represents time (msec).
次に、平滑化手段29072は、スケーリング処理を行った実験活動電位情報と、シミュレーション結果の活動電位情報に対して、以下の平滑化処理を行う。つまり、平滑化手段29072は、スケーリング処理を行った実験活動電位情報の全部の点(電位(mV)と時間(ms)からなる情報)に対して、移動平均の値を算出し、その値を、実験活動電位情報の点の値とする。同様に、平滑化手段29072は、シミュレーション結果の活動電位情報の全部の点(電位(mV)と時間(ms)からなる情報)に対して、移動平均の値を算出し、その値を、シミュレーション結果の活動電位情報の点の値とする。図43は、平滑化処理後の活動電位情報を示す。平滑化処理により、実験データのノイズを除去できる。図43は、段階的に移動平均を取ることで、実験データのノイズを除去した結果を示す。上部のライン(a)は、10.0msecの間隔で移動平均をとったデータ群である。また、ラインの一つ外側の帯(b)は、1.0msecの間隔で移動平均をとったデータ群である。また、さらに外側の帯(c)は、0.1msecの間隔で移動平均をとったデータ群である。さらに、(d)は、移動平均を取る前の生データである。 Next, the smoothing unit 29072 performs the following smoothing process on the experimental action potential information subjected to the scaling process and the action potential information obtained as a result of the simulation. That is, the smoothing means 29072 calculates a moving average value for all points (information consisting of potential (mV) and time (ms)) of the experimental action potential information subjected to the scaling process, and calculates the value. The point value of the experimental action potential information. Similarly, the smoothing means 29072 calculates a moving average value for all points (information consisting of potential (mV) and time (ms)) of the action potential information of the simulation result, and calculates the value as a simulation. The resulting action potential information points. FIG. 43 shows action potential information after the smoothing process. The noise of the experimental data can be removed by the smoothing process. FIG. 43 shows the result of removing noise from experimental data by taking a moving average stepwise. The upper line (a) is a data group obtained by taking a moving average at intervals of 10.0 msec. The band (b) on the outer side of the line is a data group obtained by taking a moving average at intervals of 1.0 msec. Further, the outer band (c) is a data group obtained by taking a moving average at intervals of 0.1 msec. Further, (d) is raw data before taking a moving average.
以上のスケーリング処理と平滑化処理が完了した際の実験活動電位波形の薬物投与前(Before)と薬物投与後(After)の波形を図44に示す。図44の縦軸は電位(mV)、横軸は時間(msec)である。 FIG. 44 shows the waveforms of the experimental action potential waveform before the drug administration (Before) and after the drug administration (After) when the above scaling process and smoothing process are completed. In FIG. 44, the vertical axis represents potential (mV) and the horizontal axis represents time (msec).
次に、相違度算出部2908は、シミュレーション結果であり、取得した活動電位情報と、前処理を行った結果である実験活動電位情報との相違度を、以下のようにして算出する。 Next, the dissimilarity calculation unit 2908 is a simulation result, and calculates the dissimilarity between the acquired action potential information and the experimental action potential information that is the result of preprocessing as follows.
まず、相違度算出部2908は、図示しない記録媒体に格納されている相違度の演算式の情報を読み出す。ここでは、相違度の算出式を、例えば、数式10である、とする。また、図45は、相違度を算出する算出式とその元情報の対応を示す図であり、相違度の概念を示す図である。
数式10において、パラメータA,B,Cは、重み付けの係数であり、通常、正の値である。また、パラメータA,Bがそれぞれかかっている第1項、第2項は、シミュレーション結果の活動電位情報と、実験活動電位情報との距離である絶対値差情報を算出する項である。また、第1項は、静止膜電位(RMP)の距離である静止膜距離情報を算出する項である。第2項は、再分極相の距離である再分極相距離情報を算出する項である。また、Cがかかっている第3項は、シミュレーション結果の活動電位情報と、実験活動電位情報との距離を規格化して算出される変化差情報を算出する項である。 In Equation 10, parameters A, B, and C are weighting coefficients, and are usually positive values. Also, the first and second terms to which the parameters A and B are applied are terms for calculating absolute value difference information, which is the distance between the action potential information of the simulation result and the experimental action potential information. The first term is a term for calculating resting membrane distance information which is a distance of resting membrane potential (RMP). The second term is a term for calculating repolarization phase distance information that is the distance of the repolarization phase. The third term on which C is applied is a term for calculating change difference information calculated by normalizing the distance between the action potential information of the simulation result and the experimental action potential information.
また、数式10において、RMPmodelは、シミュレーション結果の活動電位情報のうちの静止膜電位(RMP)の平均値であり、RMPexpは、実験活動電位情報のうちの静止膜電位(RMP)の平均値であることは好適である。 In Equation 10, RMP model is an average value of resting membrane potential (RMP) in action potential information of simulation results, and RMP exp is an average of resting membrane potential (RMP) in experimental action potential information. A value is preferred.
また、数式10において、Vmmodelはシミュレーション結果の活動電位、Vmexpは実験活動電位情報が有する活動電位である。また、phase2とは、活動電位の膜電位が最大値に達した点(時間と膜電位)のことを示す。phase3とは、活動電位の膜電位が最大値となった点(Phase2の開始点)から静止膜電位にまで再分極(静止膜電位に近づく)しきる点(Phase3の終了点)を示す。従って、数式1の第2項のPhase2からPhase3までのVmの絶対値差情報の和を計算するとは、Phase2の開始点からPhase3の終了点までに含まれる活動電位情報(時間、膜電位)の絶対値差情報を計算することをさす。 In Equation 10, Vm model is the action potential of the simulation result, and Vm exp is the action potential of the experimental action potential information. Phase 2 indicates the point (time and membrane potential) at which the membrane potential of the action potential reaches the maximum value. Phase 3 indicates a point (phase 3 end point) where repolarization (approaching the resting membrane potential) can be completed from the point where the membrane potential of the action potential reaches the maximum value (starting point of Phase 2) to the resting membrane potential. Therefore, calculating the sum of the absolute value difference information of Vm from Phase 2 to Phase 3 in the second term of Equation 1 means that the action potential information (time, membrane potential) included from the start point of Phase 2 to the end point of Phase 3 It means calculating absolute value difference information.
さらに、数式10において、dVm/dtmodelは、Vmmodelを時間微分した値、dVm/dtexpは、Vmexpを時間微分した値である。 Furthermore, in Equation 10, dVm / dt model is a value obtained by differentiating Vm model with respect to time, and dVm / dt exp is a value obtained by differentiating Vm exp with respect to time.
そして、絶対値差情報取得手段29081は、シミュレーション結果の活動電位情報と、実験活動電位情報を、数式1の第1項、および第2項に入力し、絶対値差情報を算出し、記録媒体に一時格納する。かかる処理の詳細は、図32のフローチャートで述べた通りである。次に、変化差情報取得手段29082は、シミュレーション結果の活動電位情報と、実験活動電位情報を、数式10の第3項に入力し、変化差情報を算出し、記録媒体に一時格納する。 Then, the absolute value difference information acquisition means 29081 inputs the action potential information of the simulation result and the experimental action potential information into the first term and the second term of Equation 1, calculates the absolute value difference information, and the recording medium Temporarily store in. Details of this processing are as described in the flowchart of FIG. Next, the change difference information acquisition unit 29082 inputs the action potential information of the simulation result and the experimental action potential information into the third term of Equation 10, calculates the change difference information, and temporarily stores it in the recording medium.
そして、相違度算出部2908は、数式10の第1項、第2項および第3項の演算結果を記録媒体から読み出し、それらの和を算出し、相違度を得る。相違度は、値が小さいほど、シミュレーション結果の活動電位情報と、実験活動電位情報が類似していることとなる。 Then, the dissimilarity calculation unit 2908 reads the calculation results of the first term, the second term, and the third term of Equation 10 from the recording medium, calculates their sum, and obtains the dissimilarity. The smaller the difference is, the more similar the action potential information of the simulation result and the experimental action potential information are.
次に、許容パラメータセット決定部2909は、算出した相違度を用いて、選択した一の生体パラメータセット(図39の「ID=1」の生体パラメータセット)が許容範囲にある生体パラメータセットであるか否かを決定する。許容パラメータセット決定部2909は、応答曲面法を用いて決定係数を算出し、その決定係数が許容範囲にあるかどうかで、生体パラメータセットが許容範囲内であるか否かを決定することが好適である。なお、応答曲面法を用いる場合、生体パラメータセット格納部2901に格納されている生体パラメータセットとその相違度(相違度算出部2908で算出した相違度)の組が2組以上、応答曲面法を計算するために必要となる。また、応用曲面法を用いれば、応答曲面法の計算結果として、最適解と予測される生体パラメータセットを算出することができる点好適である。 Next, the allowable parameter set determination unit 2909 is a biological parameter set in which the selected one biological parameter set (the biological parameter set with “ID = 1” in FIG. 39) is within the allowable range using the calculated degree of difference. Determine whether or not. Preferably, the allowable parameter set determination unit 2909 calculates a determination coefficient using the response surface method, and determines whether the biological parameter set is within the allowable range based on whether the determination coefficient is within the allowable range. It is. When the response surface method is used, there are two or more pairs of the biological parameter set stored in the biological parameter set storage unit 2901 and the degree of difference (difference degree calculated by the difference degree calculation unit 2908). Necessary to calculate. Further, if the applied curved surface method is used, it is preferable that a biological parameter set predicted as an optimal solution can be calculated as a calculation result of the response curved surface method.
そして、許容パラメータセット出力部2911は、許容範囲にある生体パラメータセットを出力する。ここで、出力とは、ディスプレイへの表示や、記録媒体への蓄積や、外部装置への送信等の概念を含む。 Then, the allowable parameter set output unit 2911 outputs the biological parameter set within the allowable range. Here, the output includes concepts such as display on a display, storage in a recording medium, and transmission to an external device.
次に、生体パラメータ決定装置は、図39の「ID=2」以降の生体パラメータセットに対して、上記と同様の処理を行い、許容範囲にある生体パラメータセットを得る。 Next, the biological parameter determination apparatus performs the same process as described above on the biological parameter set after “ID = 2” in FIG. 39 to obtain a biological parameter set in an allowable range.
なお、上記具体例において、許容範囲にある生体パラメータセットを選択する場合、候補となる全生体パラメータセットを処理したが、図34や図37に示すパラメータ選択方法(単純2分割法や範囲縮小法)により、効率的に最適な生体パラメータセットを取得するようにしても良い。 In the above specific example, when selecting a biological parameter set within the allowable range, all the biological parameter sets that are candidates are processed, but the parameter selection method (simple bisection method or range reduction method shown in FIGS. 34 and 37) is used. ) To obtain an optimal biological parameter set efficiently.
以上、本実施の形態によれば、動物実験の結果の活動電位情報である実験活動電位情報から、精度高く生体パラメータセットを得ることができる。 As described above, according to this embodiment, a biological parameter set can be obtained with high accuracy from experimental action potential information that is action potential information as a result of animal experiments.
また、本実施の形態によれば、応答曲面法を用いて一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであるか否かを決定するので、人手を煩わすことなく、容易に、高速に、かつ精度高く生体パラメータセットを得ることができる。 Further, according to the present embodiment, since it is determined whether or not one biological parameter set is an acceptable biological parameter set by using the response surface method, it is possible to easily and quickly perform the operation without bothering humans. In addition, a biological parameter set can be obtained with high accuracy.
なお、本実施の形態において、相違度を算出する場合に、活動電位情報の時間微分(dVm/dt)の情報を用いた。これは、活動電位情報の時間微分(dVm/dt)の情報は、各電流系の変化により特徴的な変化を示す(図46)ことから、薬物による活動電位波形変化を入力として、投与した薬剤の各電流系への直接的な影響を評価することが可能となるからである。なお、図46は、各チャネルのパラメータを0−200%まで変化させた場合のdVm/dt波形変化を示す。具体的には、図46(a)は、生体パラメータ「ICaL」のdVm/dt波形変化、図45(b)は、生体パラメータ「IKr」のdVm/dt波形変化、図46(c)は、生体パラメータ「IK1」のdVm/dt波形変化、図46(d)は、生体パラメータ「IKs」のdVm/dt波形変化を示す。 In the present embodiment, the time differentiation (dVm / dt) information of the action potential information is used when calculating the degree of difference. This is because the information on the time derivative (dVm / dt) of action potential information shows a characteristic change due to changes in each current system (FIG. 46). This is because it is possible to evaluate the direct influence on each current system. FIG. 46 shows changes in the dVm / dt waveform when the parameters of each channel are changed from 0 to 200%. Specifically, FIG. 46A shows a change in the dVm / dt waveform of the biological parameter “ICaL”, FIG. 45B shows a change in the dVm / dt waveform of the biological parameter “IKr”, and FIG. The dVm / dt waveform change of the biological parameter “IK1”, FIG. 46D shows the dVm / dt waveform change of the biological parameter “IKs”.
また、本実施の形態における生体パラメータ決定装置を利用し、薬物投入前の活動電位の情報から生体パラメータセットを取得し、かつ、薬物投入後の活動電位の情報から生体パラメータセットを取得すれば、薬物投入の効果や副作用を定量的に得ることができる。なお、薬物投入の効果は、薬物投入前後の生体パラメータセットの差から求められる。 Further, using the biological parameter determination device in the present embodiment, if the biological parameter set is obtained from the action potential information before drug injection, and the biological parameter set is obtained from the action potential information after drug injection, The effects and side effects of drug input can be obtained quantitatively. Note that the effect of drug injection is obtained from the difference in biological parameter set before and after drug injection.
また、本実施の形態における生体パラメータ決定装置の出力である生体パラメータセットは、他の装置やソフトウェアが受け付けても良い。例えば、本実施の形態における生体パラメータ決定装置が取得した生体パラメータセットは、薬物投与前後パラメータセット格納部101に格納されている薬物投与前の動物のパラメータセットと薬物投与後の動物のパラメータセットのうちの少なくとも1以上のパラメータセットである。かかる場合、図47に示す不整脈危険性評価システムが構成される。不整脈危険性評価システムは、生体パラメータ決定装置と不整脈危険性評価装置を具備する。不整脈危険性評価装置は、実施の形態1から3で述べたいずれかの不整脈危険性評価装置である。 In addition, another device or software may accept the biological parameter set that is the output of the biological parameter determination device according to the present embodiment. For example, the biological parameter sets acquired by the biological parameter determination apparatus according to the present embodiment are the parameter set of the animal before drug administration and the parameter set of the animal after drug administration stored in the parameter set storage unit 101 before and after drug administration. At least one of the parameter sets. In such a case, the arrhythmia risk evaluation system shown in FIG. 47 is configured. The arrhythmia risk evaluation system includes a biological parameter determination device and an arrhythmia risk evaluation device. The arrhythmia risk evaluation apparatus is any one of the arrhythmia risk evaluation apparatuses described in the first to third embodiments.
さらに、本実施の形態における生体パラメータ決定装置を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータに、格納している2組以上の生体パラメータセットの中から一の生体パラメータセットを選択するパラメータセット選択ステップと、当該パラメータセット選択ステップで選択した一の生体パラメータセットを入力にして、心臓の活動をシミュレーションし、心臓の活動電位を示す情報である活動電位情報を得るシミュレーション実行ステップと、前記シミュレーション実行ステップにおける出力である活動電位情報の変化から、シミュレーション対象の心臓の活動状態が定常状態になったか否かを判断する定常状態判断ステップと、前記定常状態判断ステップでシミュレーション対象の心臓の活動状態が定常状態になったと判断した場合の前記シミュレーション実行ステップにおける出力である活動電位情報を取得する活動電位情報取得ステップと、前記活動電位情報取得ステップで取得した活動電位情報と、格納している実験活動電位情報との相違度を算出する相違度算出ステップと、前記相違度算出ステップで算出した相違度を用いて、前記一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであるか否かを決定する許容パラメータセット決定ステップと、前記許容パラメータセット決定ステップで前記一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットでないと判断した場合に、前記パラメータセット選択部に未選択の生体パラメータセットの中から一の生体パラメータセットを選択するように指示する制御ステップと、前記許容パラメータセット決定ステップで前記一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであると判断した場合に、当該一の生体パラメータセットを出力する許容パラメータセット出力ステップを実行させるためのプログラム、である。 Furthermore, the software that implements the biological parameter determination apparatus in the present embodiment is a program as described below. That is, the program stores a parameter set selection step for selecting one biological parameter set from two or more biological parameter sets stored in the computer, and one biological parameter set selected in the parameter set selection step. From the simulation execution step of obtaining the action potential information, which is information indicating the action potential of the heart, and the change in the action potential information that is the output in the simulation execution step. Output in the simulation execution step when it is determined in the steady state determination step that the activity state of the heart to be simulated is in the steady state. Life Action potential information acquisition step for acquiring potential information, action potential information acquired in the action potential information acquisition step, difference calculation step for calculating a difference between stored experimental action potential information, and the difference Using the degree of difference calculated in the calculating step, an allowable parameter set determining step for determining whether or not the one biological parameter set is a biological parameter set in an allowable range; and A control step for instructing the parameter set selection unit to select one biological parameter set from unselected biological parameter sets when it is determined that the biological parameter set is not within an allowable range; and In the allowable parameter set determining step, the one biological parameter set is permitted. If it is determined that the biological parameter set in the range, a program, for executing the allowable parameter set output step of outputting the biological parameter set of the one.
また、上記プログラムにおける前記相違度算出ステップは、前記活動電位情報取得ステップで取得した活動電位情報が示す活動電位の値と、前記実験活動電位情報が示す活動電位の値との差に関する情報である絶対値差情報を取得する絶対値差情報取得ステップと、前記活動電位情報取得ステップで取得した活動電位情報が示す活動電位の変化の値と、前記実験活動電位情報が示す活動電位の変化の値との差に関する情報である変化差情報を取得する変化差情報取得ステップと、前記絶対値差情報および前記変化差情報を用いて、前記活動電位情報取得部が取得した活動電位情報と、前記実験活動電位情報との相違度を算出する相違度算出ステップを具備することは好適である。 The difference calculation step in the program is information relating to a difference between an action potential value indicated by the action potential information acquired in the action potential information acquisition step and an action potential value indicated by the experimental action potential information. Absolute value difference information acquisition step for acquiring absolute value difference information, action potential change value indicated by action potential information acquired in action potential information acquisition step, and action potential change value indicated by experimental action potential information A change difference information acquisition step for acquiring change difference information that is information relating to a difference between the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit using the absolute value difference information and the change difference information, and the experiment. It is preferable to include a difference degree calculating step for calculating a difference degree from the action potential information.
また、上記プログラムは、コンピュータに、前記実験活動電位情報に対してノイズを除去する処理である前処理を行い新たな実験活動電位情報を得る前処理ステップをさらに実行させ、前記相違度算出ステップは、前記活動電位情報取得ステップで取得した活動電位情報と、前記前処理ステップで得た実験活動電位情報との相違度を算出することは好適である。 The program further causes a computer to perform a preprocessing that is a process of removing noise from the experimental action potential information to obtain new experimental action potential information, and the difference degree calculating step includes: It is preferable to calculate the difference between the action potential information acquired in the action potential information acquisition step and the experimental action potential information acquired in the preprocessing step.
また、上記プログラムにおける前処理ステップは、前記活動電位情報取得ステップで取得した活動電位情報が示す電位の最大値と前記実験活動電位情報が示す電位の最大値が合致するように、前記実験活動電位情報が示す電位の値をスケーリングするスケーリングステップを具備することは好適である。 In the preprocessing step in the program, the experimental action potential is set such that the maximum value of the potential indicated by the action potential information acquired in the action potential information acquisition step matches the maximum value of the potential indicated by the experimental action potential information. It is preferable to provide a scaling step for scaling the potential value indicated by the information.
また、上記プログラムにおける前処理ステップは、前記実験活動電位情報が示す電位の値に対して、移動平均を算出し、当該算出した移動平均の値を新たな実験活動電位情報が示す電位の値とする平滑化ステップを具備することは好適である。 In the preprocessing step in the program, a moving average is calculated for the potential value indicated by the experimental action potential information, and the calculated moving average value is used as a potential value indicated by the new experimental action potential information. It is preferable to include a smoothing step.
また、上記プログラムにおける前記パラメータセット選択ステップは、前記2組以上の生体パラメータセットを構成する1以上の各パラメータの値の範囲を用いて、当該1以上の各パラメータの範囲を限定し、当該限定した範囲の情報を有する探索空間を決定する探索範囲決定ステップと、前記探索範囲決定ステップで決定した探索空間に存在する1組以上のパラメータセットから、一のパラメータセットを選択するパラメータセット選択ステップを具備することは好適である。 In addition, the parameter set selection step in the program limits the range of the one or more parameters using a range of values of the one or more parameters that constitute the two or more sets of biological parameter sets. A search range determining step for determining a search space having the information of the selected range, and a parameter set selecting step for selecting one parameter set from one or more parameter sets existing in the search space determined in the search range determination step It is suitable to have.
また、上記プログラムにおける前記探索範囲決定ステップは、前回の探索範囲を構成するn個のパラメータの値の範囲を2分割し、当該2分割したn個のパラメータの組み合わせの値の範囲を有する2n個の探索範囲を取得し、当該2n個の各探索範囲の代表的なパラメータセットのうちで、最も相違度の小さいパラメータセットを有する探索範囲を前回の探索範囲として、探索範囲を狭めてゆくことは好適である。 Further, the search range determining step in the above program divides the value range of n parameters constituting the previous search range into two, and 2 n having a value range of the combination of the n parameters divided into two. The search range is acquired and the search range having the parameter set with the smallest difference among the representative parameter sets of the 2 n search ranges is set as the previous search range, and the search range is narrowed. That is preferred.
また、上記プログラムにおける前記探索範囲決定ステップは、前回の2以上のパラメータセットを構成する各パラメータの値の範囲の情報を保持しており、前記2以上のパラメータセットのうち、前回に最も相違度の小さいパラメータセットを中心に、前記各パラメータの値の範囲の半分の範囲を次回の探索範囲として、探索範囲を狭めてゆくことは好適である。 Further, the search range determination step in the program holds information on the value ranges of the parameters constituting the previous two or more parameter sets, and the most different degree of difference among the previous two or more parameter sets. Centering on a small parameter set, it is preferable to narrow the search range by setting a half of the range of each parameter value as the next search range.
また、上記プログラムにおける前記許容パラメータセット決定ステップは、前記相違度算出ステップで算出した相違度に対して、応答曲面法を用いて前記一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであるか否かを決定することは好適である。さらに応答曲面法から算出された最適解と予測される生体パラメータセットを選択しても良い。 Further, in the program, whether the allowable parameter set determination step is a biological parameter set in which the one biological parameter set is within an allowable range using a response surface method with respect to the difference calculated in the difference calculation step. It is preferred to determine whether or not. Furthermore, an optimal solution calculated from the response surface method and a predicted biological parameter set may be selected.
また、上記各実施の形態において、各処理(各機能)は、単一の装置(システム)によって集中処理されることによって実現されてもよく、あるいは、複数の装置によって分散処理されることによって実現されてもよい。 In each of the above embodiments, each process (each function) may be realized by centralized processing by a single device (system), or by distributed processing by a plurality of devices. May be.
また、図48は、本明細書で述べたプログラムを実行して、上述した種々の実施の形態の不整脈危険性評価装置、または生体パラメータ決定装置を実現するコンピュータの外観を示す。上述の実施の形態は、コンピュータハードウェア及びその上で実行されるコンピュータプログラムで実現され得る。図48は、このコンピュータシステム340の概観図であり、図49は、コンピュータシステム340のブロック図である。 FIG. 48 shows the external appearance of a computer that executes the program described in this specification to realize the arrhythmia risk evaluation apparatus or the biological parameter determination apparatus according to various embodiments described above. The above-described embodiments can be realized by computer hardware and a computer program executed thereon. FIG. 48 is an overview of the computer system 340, and FIG. 49 is a block diagram of the computer system 340.
図48において、コンピュータシステム340は、FD(Flexible Disk)ドライブ、CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)ドライブを含むコンピュータ341と、キーボード342と、マウス343と、モニタ344とを含む。 48, a computer system 340 includes a computer 341 including a FD (Flexible Disk) drive and a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) drive, a keyboard 342, a mouse 343, and a monitor 344.
図49において、コンピュータ341は、FDドライブ3411、CD−ROMドライブ3412に加えて、CPU(Central Processing Unit)3413と、CPU3413、CD−ROMドライブ3412及びFDドライブ3411に接続されたバス3414と、ブートアッププログラム等のプログラムを記憶するためのROM(Read−Only Memory)3415と、CPU3413に接続され、アプリケーションプログラムの命令を一時的に記憶するとともに一時記憶空間を提供するためのRAM(Random Access Memory)3416と、アプリケーションプログラム、システムプログラム、及びデータを記憶するためのハードディスク3417とを含む。ここでは、図示しないが、コンピュータ341は、さらに、LANへの接続を提供するネットワークカードを含んでも良い。 49, in addition to the FD drive 3411 and the CD-ROM drive 3412, the computer 341 includes a CPU (Central Processing Unit) 3413, a bus 3414 connected to the CPU 3413, the CD-ROM drive 3412, and the FD drive 3411, and a boot. A ROM (Read-Only Memory) 3415 for storing a program such as an up program, and a RAM (Random Access Memory) connected to the CPU 3413 for temporarily storing instructions of an application program and providing a temporary storage space 3416 and a hard disk 3417 for storing application programs, system programs, and data. Although not shown here, the computer 341 may further include a network card that provides connection to the LAN.
コンピュータシステム340に、上述した実施の形態の不整脈危険性評価装置や生体パラメータ決定装置の機能を実行させるプログラムは、CD−ROM3501、またはFD3502に記憶されて、CD−ROMドライブ3412またはFDドライブ3411に挿入され、さらにハードディスク3417に転送されても良い。これに代えて、プログラムは、図示しないネットワークを介してコンピュータ341に送信され、ハードディスク3417に記憶されても良い。プログラムは実行の際にRAM3416にロードされる。プログラムは、CD−ROM3501、FD3502またはネットワークから直接、ロードされても良い。 A program for causing the computer system 340 to execute the functions of the arrhythmia risk evaluation apparatus and the biological parameter determination apparatus according to the above-described embodiment is stored in the CD-ROM 3501 or the FD 3502 and stored in the CD-ROM drive 3412 or the FD drive 3411. It may be inserted and further transferred to the hard disk 3417. Alternatively, the program may be transmitted to the computer 341 via a network (not shown) and stored in the hard disk 3417. The program is loaded into the RAM 3416 at the time of execution. The program may be loaded directly from the CD-ROM 3501, the FD 3502, or the network.
プログラムは、コンピュータ341に、上述した実施の形態の不整脈危険性評価装置の機能を実行させるオペレーティングシステム(OS)、またはサードパーティープログラム等は、必ずしも含まなくても良い。プログラムは、制御された態様で適切な機能(モジュール)を呼び出し、所望の結果が得られるようにする命令の部分のみを含んでいれば良い。コンピュータシステム340がどのように動作するかは周知であり、詳細な説明は省略する。 The program does not necessarily include an operating system (OS) or a third-party program that causes the computer 341 to execute the functions of the arrhythmia risk evaluation apparatus according to the above-described embodiment. The program only needs to include an instruction portion that calls an appropriate function (module) in a controlled manner and obtains a desired result. How the computer system 340 operates is well known and will not be described in detail.
なお、上記プログラムにおいて、情報を送信するステップなどでは、ハードウェアによって行われる処理、例えば、送信ステップにおけるモデムやインターフェースカードなどで行われる処理(ハードウェアでしか行われない処理)は含まれない。 In the above program, the step of transmitting information does not include processing performed by hardware, for example, processing performed by a modem or an interface card in the transmission step (processing performed only by hardware).
また、上記プログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。 Further, the computer that executes the program may be singular or plural. That is, centralized processing may be performed, or distributed processing may be performed.
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention.
以上のように、本発明にかかる不整脈危険性評価装置は、薬物のヒト等の生物に対する不整脈危険性を評価することができる、という効果を有し、不整脈危険性評価システム等として有用である。 As described above, the arrhythmia risk evaluation apparatus according to the present invention has an effect of being able to evaluate the arrhythmia risk of a drug to a living organism such as a human, and is useful as an arrhythmia risk evaluation system and the like.
100、1601 受付部
101 薬物投与前後パラメータセット格納部
102 動物薬効情報取得部
103 変換元情報格納部
104 薬効変換部
105、1602 心筋細胞シミュレーション部
106 不整脈情報取得部
107、1603 不整脈判断部
108、1604、2208 出力情報構成部
109、1605 出力部
1051 活動電位モデル情報格納手段
1052 活動電位情報取得手段
1053 QT間隔モデル情報格納手段
1054 QT間隔シミュレーション手段
1055 スパイラルウェーブモデル情報格納手段
1056 スパイラルウェーブシミュレーション手段
1071 閾値格納手段
1072 比較手段
1073 不整脈判断手段
2201 固定パラメータ情報格納部
2202 次対象生体薬効情報取得部
2203、2910 制御部
2901 生体パラメータセット格納部
2902 パラメータセット選択部
2903 シミュレーション実行部
2904 定常状態判断部
2905 活動電位情報取得部
2906 実験活動電位情報格納部
2907 前処理部
2908 相違度算出部
2909 許容パラメータセット決定部
2911 許容パラメータセット出力部
16021 イオン濃度算出モデル情報格納手段
16022 イオン濃度算出手段
16023 細胞膜電位算出モデル情報格納手段
16024 細胞膜電位算出手段
16031 イオン濃度閾値格納手段
16032 イオン濃度不整脈判断手段
16033 細胞膜電位閾値格納手段
16034 細胞膜電位不整脈判断手段
18071 閾値格納手段
18072 比較手段
18073 不整脈判断手段
29021 探索範囲決定手段
29022 パラメータセット選択手段
29071 スケーリング手段
29072 平滑化手段
29081 絶対値差情報取得手段
29082 変化差情報取得手段
29083 相違度算出手段
100, 1601 Reception unit 101 Pre- and post-drug parameter set storage unit 102 Animal drug effect information acquisition unit 103 Conversion source information storage unit 104 Drug effect conversion unit 105, 1602 Cardiomyocyte simulation unit 106 Arrhythmia information acquisition unit 107, 1603 Arrhythmia determination unit 108, 1604 2208 Output information component 109, 1605 Output unit 1051 Action potential model information storage means 1052 Action potential information acquisition means 1053 QT interval model information storage means 1054 QT interval simulation means 1055 Spiral wave model information storage means 1056 Spiral wave simulation means 1071 Threshold value Storage unit 1072 Comparison unit 1073 Arrhythmia determination unit 2201 Fixed parameter information storage unit 2202 Next target biomedical efficacy information acquisition unit 2203, 291 Control unit 2901 Biological parameter set storage unit 2902 Parameter set selection unit 2903 Simulation execution unit 2904 Steady state determination unit 2905 Action potential information acquisition unit 2906 Experimental action potential information storage unit 2907 Preprocessing unit 2908 Difference calculation unit 2909 Allowable parameter set determination unit 2911 Allowable parameter set output unit 16021 Ion concentration calculation model information storage unit 16022 Ion concentration calculation unit 16023 Cell membrane potential calculation model information storage unit 16024 Cell membrane potential calculation unit 16031 Ion concentration threshold storage unit 16032 Ion concentration arrhythmia determination unit 16033 Cell membrane potential threshold storage unit 16034 Cell membrane potential arrhythmia determination means 18071 Threshold storage means 18072 Comparison means 18073 Arrhythmia determination means 29021 Search range Determining means 29022 parameter set selection means 29071 scaling means 29072 smoothing means 29,081 absolute value difference information acquiring means 29082 change difference information acquiring means 29083 dissimilarity calculating means
Claims (18)
前記動物薬効情報を、シミュレーションを行う対象の生体に対する薬効の情報である対象生体薬効情報に変換するための情報である変換元情報を格納している変換元情報格納部と、
前記動物薬効情報を、前記変換元情報を用いて、対象生体薬効情報に変換する薬効変換部と、
前記対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報を取得する心筋細胞シミュレーション部と、
前記心筋細胞動作情報を用いて、薬物の心臓に対する不整脈の副作用に関する情報である不整脈情報を取得する不整脈情報取得部と、
前記不整脈情報取得部が取得した不整脈情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する出力情報構成部と、
前記出力情報を出力する出力部を具備する不整脈危険性評価装置。 An animal medicinal effect information storage unit storing animal medicinal effect information that is information on medicinal effects on animals,
A conversion source information storage unit that stores conversion source information that is information for converting the animal medicinal information into target biomedical effect information that is medicinal effect information on a target living body to be simulated;
A medicinal effect conversion unit that converts the animal medicinal effect information into target biomedical effect information using the conversion source information;
Using the target biomedical efficacy information, a cardiomyocyte simulation unit that acquires cardiomyocyte operation information that is information about the behavior of the cardiomyocytes of the organism;
Using the cardiomyocyte operation information, an arrhythmia information acquisition unit that acquires arrhythmia information that is information on side effects of arrhythmia on the heart of the drug,
An output information component that constitutes output information that is information that is output using the arrhythmia information acquired by the arrhythmia information acquisition unit;
An arrhythmia risk evaluation apparatus comprising an output unit for outputting the output information.
前記薬物投与前後パラメータセットを用いて、動物に対する薬効についての情報である動物薬効情報を取得する動物薬効情報取得部とをさらに具備し、
前記動物薬効情報格納部の動物薬効情報は、動物薬効情報取得部が取得した動物薬効情報である請求項1記載の不整脈危険性評価装置。 A parameter set storage unit before and after drug administration storing a parameter set before and after drug administration, which is a set of a parameter set of an animal before drug administration and a parameter set of an animal after drug administration;
Using the parameter set before and after the drug administration, further comprising an animal drug effect information acquisition unit for acquiring animal drug effect information that is information about drug effects on animals,
The arrhythmia risk evaluation apparatus according to claim 1, wherein the animal drug efficacy information in the animal drug efficacy information storage unit is animal drug efficacy information acquired by the animal drug efficacy information acquisition unit.
前記不整脈情報取得部が取得した不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報である場合に、前記対象生体薬効情報が有する固定パラメータ情報のパラメータの値を固定して、他のパラメータの値を変動させ、新たな対象生体薬効情報を取得する次対象生体薬効情報取得部と、
前記次対象生体薬効情報取得部が取得した新たな対象生体薬効情報を前記心筋細胞シミュレーション部に与え、心筋細胞動作情報を取得させる制御部をさらに具備し、
前記出力情報構成部は、
前記不整脈情報取得部が取得した不整脈情報、および前記次対象生体薬効情報取得部が取得した対象生体薬効情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する請求項1記載の不整脈危険性評価装置。 A fixed parameter information storage unit that stores fixed parameter information that is parameter information for fixing values;
When the arrhythmia information acquired by the arrhythmia information acquisition unit is information indicating a side effect of arrhythmia greater than or equal to a predetermined value, the parameter value of the fixed parameter information included in the target biomedical efficacy information is fixed, and other parameters A next target biomedical efficacy information acquisition unit that varies the value and acquires new target biomedical efficacy information;
A new target biomedical efficacy information acquired by the next target biomedical efficacy information acquisition unit is provided to the cardiomyocyte simulation unit, and further includes a control unit for acquiring cardiomyocyte operation information,
The output information component is
The arrhythmia risk evaluation apparatus according to claim 1, comprising output information which is information output using the arrhythmia information acquired by the arrhythmia information acquisition unit and the target biomedical effect information acquired by the next target biomedical effect information acquisition unit. .
前記心筋細胞シミュレーション部が取得した心筋細胞動作情報と、前記閾値格納手段の閾値とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果を用いて、前記不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報であるか否かを判断する不整脈判断手段を具備する不整脈判断部をさらに具備し、
前記出力情報構成部は、
前記不整脈判断部の判断結果をも用いて出力情報を構成する請求項1記載の不整脈危険性評価装置。 Threshold storage means for storing a threshold for cardiomyocyte movement information;
Comparison means for comparing the cardiomyocyte operation information acquired by the cardiomyocyte simulation unit with a threshold value of the threshold value storage means;
Using the comparison result of the comparison means, further comprising an arrhythmia determination unit including an arrhythmia determination means for determining whether the arrhythmia information is information indicating a side effect of arrhythmia of a predetermined value or more,
The output information component is
The arrhythmia risk evaluation apparatus according to claim 1, wherein output information is configured also using a determination result of the arrhythmia determination unit.
活動電位を取得する算出式を示す情報である活動電位モデル情報を格納している活動電位モデル情報格納手段と、
前記活動電位モデル情報を読み出し、当該活動電位モデル情報を用いて、活動電位情報を取得する活動電位情報取得手段を具備し、
前記心筋細胞動作情報は、前記活動電位情報を含む請求項1記載の不整脈危険性評価装置。 The cardiomyocyte simulation unit
Action potential model information storage means for storing action potential model information which is information indicating a calculation formula for acquiring action potential;
Read the action potential model information, using the action potential model information, comprising action potential information acquisition means for acquiring action potential information,
The arrhythmia risk evaluation apparatus according to claim 1, wherein the cardiomyocyte operation information includes the action potential information.
QT間隔を取得する算出式を示す情報であるQT間隔モデル情報を格納しているQT間隔モデル情報格納手段と、
前記QT間隔モデル情報を読み出し、当該QT間隔モデル情報を用いて、QT間隔情報を取得するQT間隔シミュレーション手段を具備し、
前記心筋細胞動作情報は、前記QT間隔情報を含む請求項1記載の不整脈危険性評価装置。 The cardiomyocyte simulation unit
QT interval model information storage means for storing QT interval model information which is information indicating a calculation formula for acquiring the QT interval;
Comprising QT interval simulation means for reading the QT interval model information and using the QT interval model information to obtain QT interval information;
The arrhythmia risk evaluation apparatus according to claim 1, wherein the cardiomyocyte operation information includes the QT interval information.
スパイラルウェーブをシミュレーションするための情報であるスパイラルウェーブモデル情報を格納しているスパイラルウェーブモデル情報格納手段と、
前記スパイラルウェーブモデル情報を読み出し、当該スパイラルウェーブモデル情報を用いて、スパイラルウェーブのシミュレーションを行うスパイラルウェーブシミュレーション手段をさらに具備し、
前記心筋細胞動作情報は、前記スパイラルウェーブにシミュレーション結果を含む請求項1記載の不整脈危険性評価装置。 The cardiomyocyte simulation unit
Spiral wave model information storage means for storing spiral wave model information which is information for simulating spiral waves;
It further comprises a spiral wave simulation means for reading the spiral wave model information and performing a spiral wave simulation using the spiral wave model information,
The arrhythmia risk evaluation apparatus according to claim 1, wherein the cardiomyocyte operation information includes a simulation result in the spiral wave.
前記対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報を取得する心筋細胞シミュレーション部と、
前記心筋細胞動作情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する出力情報構成部と、
前記出力情報を出力する出力部を具備する不整脈危険性評価装置。 A receiving unit that receives target biomedical efficacy information including one or more ion flow rate information that is information about the electric flow rate of one or more ion channels indicating the influence of drug administration;
Using the target biomedical efficacy information, a cardiomyocyte simulation unit that acquires cardiomyocyte operation information that is information about the behavior of the cardiomyocytes of the organism;
An output information constituting unit constituting output information which is information to be output using the cardiomyocyte operation information;
An arrhythmia risk evaluation apparatus comprising an output unit for outputting the output information.
前記心筋細胞動作情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報である場合に、前記対象生体薬効情報が有する固定パラメータ情報のパラメータの値を固定して、他のパラメータの値を変動させ、新たな対象生体薬効情報を取得する次対象生体薬効情報取得部と、
前記次対象生体薬効情報取得部が取得した新たな対象生体薬効情報を前記心筋細胞シミュレーション部に与え、心筋細胞動作情報を取得させる制御部をさらに具備し、
前記出力情報構成部は、
前記心筋細胞動作情報、および前記次対象生体薬効情報取得部が取得した対象生体薬効情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する請求項8記載の不整脈危険性評価装置。 A fixed parameter information storage unit that stores fixed parameter information that is parameter information for fixing values;
When the cardiomyocyte operation information is information indicating side effects of arrhythmia of a predetermined value or more, fix the parameter value of the fixed parameter information that the target biomedical effect information has, and change the value of other parameters, Next target biomedical efficacy information acquisition unit for acquiring new target biomedical efficacy information;
A new target biomedical efficacy information acquired by the next target biomedical efficacy information acquisition unit is provided to the cardiomyocyte simulation unit, and further includes a control unit for acquiring cardiomyocyte operation information,
The output information component is
The arrhythmia risk evaluation apparatus according to claim 8, comprising output information which is information output using the cardiomyocyte operation information and the target biomedical effect information acquired by the next target biomedical effect information acquisition unit.
1以上のイオン流量情報をパラメータとして筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を算出する演算式の情報であるイオン濃度算出モデル情報を格納しているイオン濃度算出モデル情報格納手段と、
前記イオン濃度算出モデル情報を読み出し、前記受付部が受け付けた1以上のイオン流量情報を前記イオン濃度算出モデル情報に代入し、当該イオン濃度算出モデル情報が示す演算式を実行し、心筋細胞動作情報である筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を算出するイオン濃度算出手段を具備する請求項8記載の不整脈危険性評価装置。 The cardiomyocyte simulation unit
Ion concentration calculation model information storage means for storing ion concentration calculation model information which is information of an arithmetic expression for calculating the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site using one or more ion flow rate information as a parameter;
Reading the ion concentration calculation model information, substituting one or more ion flow rate information received by the reception unit into the ion concentration calculation model information, executing an arithmetic expression indicated by the ion concentration calculation model information, and cardiomyocyte operation information The arrhythmia risk evaluation apparatus according to claim 8, further comprising ion concentration calculation means for calculating a calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site.
1以上のイオン流量情報をパラメータとして細胞膜電位を算出する演算式の情報である細胞膜電位算出モデル情報を格納している細胞膜電位算出モデル情報格納手段と、
前記細胞膜電位算出モデル情報を読み出し、前記受付部が受け付けた1以上のイオン流量情報を前記細胞膜電位算出モデル情報に代入し、当該細胞膜電位算出モデル情報が示す演算式を実行し、心筋細胞動作情報である細胞膜電位を算出する細胞膜電位算出手段を具備する請求項8記載の不整脈危険性評価装置。 The cardiomyocyte simulation unit
Cell membrane potential calculation model information storage means for storing cell membrane potential calculation model information which is information of an arithmetic expression for calculating a cell membrane potential using one or more ion flow rate information as a parameter;
Reading the cell membrane potential calculation model information, substituting one or more ion flow rate information received by the receiving unit into the cell membrane potential calculation model information, executing an arithmetic expression indicated by the cell membrane potential calculation model information, and cardiomyocyte operation information 9. The arrhythmia risk evaluation apparatus according to claim 8, further comprising cell membrane potential calculation means for calculating a cell membrane potential.
1以上のイオン流量情報をパラメータとして筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を算出する演算式の情報であるイオン濃度算出モデル情報を格納しているイオン濃度算出モデル情報格納手段と、
前記イオン濃度算出モデル情報を読み出し、前記受付部が受け付けた1以上のイオン流量情報を前記イオン濃度算出モデル情報に代入し、当該イオン濃度算出モデル情報が示す演算式を実行し、心筋細胞動作情報である筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を算出するイオン濃度算出手段と、
1以上のイオン流量情報をパラメータとして細胞膜電位を算出する演算式の情報である細胞膜電位算出モデル情報を格納している細胞膜電位算出モデル情報格納手段と、
前記細胞膜電位算出モデル情報を読み出し、前記受付部が受け付けた1以上のイオン流量情報を前記細胞膜電位算出モデル情報に代入し、当該細胞膜電位算出モデル情報が示す演算式を実行し、心筋細胞動作情報である細胞膜電位を算出する細胞膜電位算出手段を具備し、
前記出力情報構成部は、
前記イオン濃度算出手段が算出した筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度を第一の軸の値とし、前記細胞膜電位算出手段が算出した細胞膜電位を第二の軸の値とする二次元平面上に値をプロットし、前記1以上の筋小胞体uptake site内カルシウムイオン濃度についての閾値、および前記1以上の細胞膜電位についての閾値を前記二次元平面上に明示する出力情報を構成する請求項8記載の不整脈危険性評価装置。 The cardiomyocyte simulation unit
Ion concentration calculation model information storage means for storing ion concentration calculation model information which is information of an arithmetic expression for calculating the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site using one or more ion flow rate information as a parameter;
Reading the ion concentration calculation model information, substituting one or more ion flow rate information received by the reception unit into the ion concentration calculation model information, executing an arithmetic expression indicated by the ion concentration calculation model information, and cardiomyocyte operation information An ion concentration calculating means for calculating the calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site,
A cell membrane potential calculation model information storage means for storing cell membrane potential calculation model information which is information of an arithmetic expression for calculating a cell membrane potential using one or more ion flow rate information as a parameter;
Reading the cell membrane potential calculation model information, substituting one or more ion flow rate information received by the receiving unit into the cell membrane potential calculation model information, executing an arithmetic expression indicated by the cell membrane potential calculation model information, and cardiomyocyte operation information Comprising a cell membrane potential calculating means for calculating a cell membrane potential which is
The output information component is
The calcium ion concentration in the sarcoplasmic reticulum uptake site calculated by the ion concentration calculating means is a value on the first axis, and the cell membrane potential calculated by the cell membrane potential calculating means is on a two-dimensional plane having the second axis value. The value is plotted, and output information is configured to clearly indicate a threshold value for the calcium ion concentration in the one or more sarcoplasmic reticulum uptake sites and a threshold value for the one or more cell membrane potentials on the two-dimensional plane. Arrhythmia risk assessment device.
前記生体パラメータ決定装置は、
生体のパラメータである生体パラメータを1以上有する生体パラメータセットを2組以上格納している生体パラメータセット格納部と、
前記2組以上の生体パラメータセットの中から一の生体パラメータセットを選択するパラメータセット選択部と、
当該パラメータセット選択部が選択した一の生体パラメータセットを入力にして、心臓の活動をシミュレーションし、心臓の活動電位を示す情報である活動電位情報を得るシミュレーション実行部と、
前記活動電位情報を取得する活動電位情報取得部と、
動物実験の結果の活動電位情報である実験活動電位情報を格納している実験活動電位情報格納部と、
前記活動電位情報取得部が取得した活動電位情報と、前記実験活動電位情報との相違度を算出する相違度算出部と、
前記相違度算出部が算出した相違度を用いて、前記一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであるか否かを決定する許容パラメータセット決定部と、
前記許容パラメータセット決定部が前記一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットでないと判断した場合に、前記パラメータセット選択部に未選択の生体パラメータセットの中から一の生体パラメータセットを選択するように指示する制御部と、
前記許容パラメータセット決定部が前記一の生体パラメータセットが許容範囲にある生体パラメータセットであると判断した場合に、当該一の生体パラメータセットを出力する許容パラメータセット出力部を具備し、
前記許容パラメータセット出力部が出力する生体パラメータセットは、前記不整脈危険性評価装置の薬物投与前後パラメータセット格納部に格納されている薬物投与前の動物のパラメータセット、および薬物投与後の動物のパラメータセットの少なくともいずれか一方のパラメータセットである不整脈危険性評価システム。 An arrhythmia risk evaluation system comprising the arrhythmia risk evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 12 and a biological parameter determination apparatus,
The biological parameter determination device includes:
A biological parameter set storage unit that stores two or more biological parameter sets having one or more biological parameters that are biological parameters;
A parameter set selection unit for selecting one biological parameter set from the two or more biological parameter sets;
A simulation execution unit that inputs the one biological parameter set selected by the parameter set selection unit, simulates the activity of the heart, and obtains action potential information that is information indicating the action potential of the heart;
An action potential information acquisition unit for acquiring the action potential information;
An experimental action potential information storage unit storing experimental action potential information which is action potential information of the result of animal experiments;
The difference calculation unit that calculates the difference between the action potential information acquired by the action potential information acquisition unit and the experimental action potential information;
Using the dissimilarity calculated by the dissimilarity calculating unit, an allowable parameter set determining unit that determines whether the one biological parameter set is a biological parameter set within an allowable range;
When the allowable parameter set determination unit determines that the one biological parameter set is not a biological parameter set within an allowable range, the biological parameter set is selected from the unselected biological parameter sets by the parameter set selection unit. A control unit instructing to
When the allowable parameter set determining unit determines that the one biological parameter set is a biological parameter set within an allowable range, the allowable parameter set determining unit includes an allowable parameter set output unit that outputs the one biological parameter set,
The biological parameter set output by the allowable parameter set output unit includes an animal parameter set before drug administration stored in a parameter set storage unit before and after drug administration of the arrhythmia risk evaluation apparatus, and an animal parameter after drug administration. An arrhythmia risk assessment system that is a parameter set of at least one of the sets.
格納されている動物薬効情報を読み出し、かつ格納されている変換元情報を読み出し、当該動物薬効情報と変換元情報を用いて、対象生体薬効情報を取得し、メモリ上に配置する薬効変換ステップと、
前記対象生体薬効情報を読み出し、当該対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報を取得し、メモリ上に配置する心筋細胞シミュレーションステップと、
前記心筋細胞動作情報を読み出し、当該心筋細胞動作情報を用いて、薬物の心臓に対する不整脈の副作用に関する情報である不整脈情報を取得し、メモリ上に配置する不整脈情報取得ステップと、
前記不整脈情報取得ステップで取得した不整脈情報を読み出し、当該不整脈情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する出力情報構成ステップと、
前記出力情報を出力する出力ステップを実行させるためのプログラム。 On the computer,
A medicinal effect conversion step of reading out stored medicinal efficacy information, reading out stored conversion source information, using the animal medicinal efficacy information and the conversion source information, obtaining target biomedical efficacy information, and placing it on a memory; ,
A cardiomyocyte simulation step of reading out the target biomedicine information, using the target biomedicine information, obtaining cardiomyocyte operation information that is information on the behavior of a living cardiomyocyte, and placing the information on a memory;
Reading the cardiomyocyte operation information, using the cardiomyocyte operation information, acquiring arrhythmia information that is information on the side effects of arrhythmia on the heart of the drug, and arranging the arrhythmia information on the memory; and
Read out the arrhythmia information acquired in the arrhythmia information acquisition step, and configure output information that is output information using the arrhythmia information, output information configuration step,
A program for executing an output step for outputting the output information.
前記不整脈情報取得ステップで取得した不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報である場合に、前記対象生体薬効情報が有する固定パラメータ情報のパラメータの値を固定して、他のパラメータの値を変動させ、新たな対象生体薬効情報を取得し、メモリ上に配置する次対象生体薬効情報取得ステップと、
前記次対象生体薬効情報取得ステップで取得した新たな対象生体薬効情報を読み出し、当該対象生体薬効情報を前記心筋細胞シミュレーションステップに与え、心筋細胞動作情報を取得させる制御ステップをさらに実行させ、
前記出力情報構成ステップにおいて、
前記不整脈情報取得ステップで取得した不整脈情報、および前記次対象生体薬効情報取得ステップで取得した対象生体薬効情報を読み出し、出力情報を構成する請求項14記載のプログラム。 On the computer,
When the arrhythmia information acquired in the arrhythmia information acquisition step is information indicating side effects of arrhythmia that is greater than or equal to a predetermined value, the parameter value of the fixed parameter information included in the target biomedical efficacy information is fixed, and other parameters Fluctuating the value, acquiring new target biomedical efficacy information, and placing the next target biomedical efficacy information on the memory; and
Read out the new target biomedical efficacy information acquired in the next target biomedical efficacy information acquisition step, give the target biomedical efficacy information to the cardiomyocyte simulation step, and further execute a control step of acquiring cardiomyocyte operation information,
In the output information configuration step,
The program according to claim 14, wherein the arrhythmia information acquired in the arrhythmia information acquisition step and the target biomedical effect information acquired in the next target biomedical effect information acquisition step are read to constitute output information.
前記心筋細胞シミュレーションステップで取得した心筋細胞動作情報と、格納している閾値を読み出し、当該心筋細胞動作情報と閾値とを比較し、当該比較結果を用いて、前記不整脈情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報であるか否かを判断する不整脈判断ステップをさらに実行させ、
前記出力情報構成ステップにおいて、
前記不整脈判断ステップの判断結果をも用いて出力情報を構成する請求項13記載のプログラム。 On the computer,
The cardiomyocyte operation information acquired in the cardiomyocyte simulation step and the stored threshold value are read, the cardiomyocyte operation information and the threshold value are compared, and the comparison result is used to determine whether the arrhythmia information is greater than or equal to a predetermined value. Further executing an arrhythmia determination step of determining whether the information indicates a side effect,
In the output information configuration step,
14. The program according to claim 13, wherein the output information is configured also using the determination result of the arrhythmia determination step.
薬物投与の影響を示す1以上のイオンチャネルの電気流量についての情報である1以上のイオン流量情報を含む対象生体薬効情報を受け付ける受付ステップと、
前記受付ステップで受け付けた対象生体薬効情報を読み出し、当該対象生体薬効情報を用いて、生物の心筋細胞の振る舞いについての情報である心筋細胞動作情報を取得し、メモリ上に記憶させる心筋細胞シミュレーションステップと、
前記心筋細胞動作情報を読み出し、当該心筋細胞動作情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する出力情報構成ステップと、
前記出力情報を出力する出力ステップを実行させるためのプログラム。 On the computer,
An accepting step of receiving target biomedical efficacy information including one or more ion flow rate information that is information about the electric flow rate of one or more ion channels indicating the influence of drug administration;
A cardiomyocyte simulation step of reading the target biomedical effect information received in the receiving step, using the target biomedical effect information, acquiring cardiomyocyte operation information that is information about the behavior of a living cardiomyocyte and storing it in a memory When,
An output information configuration step for configuring the output information that is information to be read out and output using the cardiomyocyte operation information.
A program for executing an output step for outputting the output information.
前記心筋細胞動作情報が所定以上の不整脈の副作用を示している情報である場合に、前記対象生体薬効情報が有する固定パラメータ情報のパラメータの値を固定して、他のパラメータの値を変動させ、新たな対象生体薬効情報を取得し、メモリ上に配置する次対象生体薬効情報取得ステップと、
前記次対象生体薬効情報取得ステップで取得した新たな対象生体薬効情報を読み出し、当該対象生体薬効情報を前記心筋細胞シミュレーションステップに与え、心筋細胞動作情報を取得させる制御ステップをさらに実行させ、
前記出力情報構成ステップにおいて、
前記心筋細胞動作情報、および前記次対象生体薬効情報取得ステップで取得した対象生体薬効情報を読み出し、当該心筋細胞動作情報、および対象生体薬効情報を用いて出力する情報である出力情報を構成する請求項17記載のプログラム。 On the computer,
When the cardiomyocyte operation information is information indicating side effects of arrhythmia of a predetermined value or more, fix the parameter value of the fixed parameter information that the target biomedical effect information has, and change the value of other parameters, The next target biomedical effect information acquisition step for acquiring new target biomedical effect information and placing it on the memory;
Read out the new target biomedical efficacy information acquired in the next target biomedical efficacy information acquisition step, give the target biomedical efficacy information to the cardiomyocyte simulation step, and further execute a control step of acquiring cardiomyocyte operation information,
In the output information configuration step,
Claims comprising: outputting the cardiomyocyte operation information and the target biomedical effect information acquired in the next target biomedical effect information acquiring step, and forming output information that is information output using the cardiomyocyte operation information and the target biomedical effect information. Item 18. The program according to Item 17.
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