JP2010146491A - 糖尿病診療支援システム、コンピュータプログラム、及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】生体モデルを構成する複数の模擬臓器ブロックにおいて収支を考慮したグルコースの蓄積量若しくは濃度、及び／又はインスリン蓄積量若しくは濃度を求める。
【解決手段】患者に対する糖負荷試験の結果を模した疑似応答を再現する生体モデルＭに基づいて、前記患者の診療支援情報を生成する糖尿病診療支援システム１００であって、前記生体モデルＭは、グルコースの流入出及び／又はインスリンの流入出が他の模擬臓器ブロックとの間で相互に生じるように構成された複数の模擬臓器ブロック１，２，３を有し、前記複数の模擬臓器ブロック１，２，３は、それぞれ、各模擬臓器ブロック１，２，３のグルコース流入出量及び／又はインスリン流入出量に基づいて、各模擬臓器ブロック１，２，３におけるグルコースの蓄積量若しくは濃度、及び／又はインスリン蓄積量若しくは濃度を算出するよう構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、糖尿病の診療支援に用いられるシステム、コンピュータプログラム、及び記録媒体に関するものである。

糖尿病の診療支援に用いられるシステムとしては、例えば、特許文献１に記載のものがある。
特許文献１記載のシステムは、生体器官の機能が数理モデルによって表現された生体モデルを備えており、この生体モデルを用いて生体器官の機能をコンピュータによってシミュレートするものである。

特許文献１の生体モデルは、膵臓の機能が表現された膵臓ブロック、インスリン動態の機能が表現されたインスリン動態ブロック、及び末梢組織の機能が表現された末梢組織ブロック、肝臓の機能が表現された肝臓ブロックという４つのブロックを有しており、これらのブロックによって生体をシミュレートしている。

特許文献１の生体モデルにおいては、前記膵臓ブロックは、末梢組織ブロックから与えられる血糖値に基づいて、インスリン分泌速度を求める。そのインスリン分泌速度は肝臓ブロックに与えられる。
また、前記肝臓ブロックは、外部からのグルコース吸収、末梢組織ブロックから与えられる血糖値、及び膵臓ブロックから与えられるインスリン分泌速度に基づいて、肝臓からの正味グルコース放出及び肝臓通過後インスリンを求める。肝臓からの正味グルコース放出は、末梢組織ブロックに与えられ、肝臓通過後インスリンは、インスリン動態ブロックに与えられる。

また、前記インスリン動態ブロックは、肝臓ブロックからの肝臓通過後インスリンに基づいて、血中インスリン濃度及び末梢組織インスリン濃度を求める。血中インスリン濃度は他のブロックに与えられないが、末梢組織インスリン濃度は末梢組織ブロックに与えられる。
前記末梢組織ブロックは、肝臓ブロックからの正味グルコース放出及びインスリン動態ブロックからの末梢組織インスリン濃度に基づいて、血糖値を求める。血糖値は、膵臓ブロック及び肝臓ブロックに与えられる。

特開２００６−３１３４８１号公報

ここで、個々の患者に対する糖負荷試験の結果を模した疑似応答を再現する生体モデルに基づいて、糖尿病の病態分析用指標を精度良く生成するには、患者の各臓器における収支を反映したグルコース／インスリンの蓄積量又は濃度が重要である。これは、糖尿病の病態分析用指標となりうるグルコース／インスリンの取込速度（消費速度）が、各臓器でのグルコース／インスリンの蓄積量、濃度に依存するからである。

しかし、特許文献１の生体モデルでは、生体モデルを構成する複数の模擬臓器ブロックを、グルコース／インスリンの濃度を求めるべき臓器単位で構成し、複数の模擬臓器ブロックそれぞれにおいて、収支を勘案したグルコース／インスリンの蓄積量若しくは濃度を求めるものではない。

また、各模擬臓器ブロックにおいて収支を勘案したグルコース／インスリンの蓄積量若しくは濃度を求めるには、生体モデルを構成する複数の模擬臓器ブロックそれぞれにおいて、グルコース／インスリンの流入出の収支をとることが必要であるが、特許文献１では、生体モデルを構成する各ブロック間でグルコースやインスリンのやりとりが行われているものの、各ブロックでは、各臓器の機能のみを表現することに重点が置かれており、各ブロックでグルコース／インスリンの流入出の収支をとって、グルコース／インスリンの蓄積量若しくは濃度を求めているわけではない。

例えば、特許文献１の肝臓ブロックは、流入したグルコースから放出されるグルコースの量を一方通行で計算しているだけで、当該肝臓ブロックへのグルコース流入出の収支は考慮されていない。このため、収支を考慮した肝臓ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度を求めることができない。
また、特許文献１の末梢組織ブロックは、肝臓ブロックからのグルコース放出量に基づいて血糖値（血漿中のグルコース量）を計算しているだけで、収支を勘案した末梢組織ブロック自体のグルコースの蓄積量若しくは濃度を求めているわけではない。

一方、特許文献１のインスリン動態ブロックでは、インスリン濃度が算出されているものの、その収支が反映されたものではない。

そこで、本発明は、生体モデルを構成する複数の模擬臓器ブロックにおいて収支を反映したそれぞれグルコースの蓄積量若しくは濃度、及び／又は、インスリン蓄積量若しくは濃度を求めて、糖尿病患者の診療支援を精度良く行えるようにすることを目的とする。

本発明は、患者に対する糖負荷試験の結果を模した疑似応答を再現する生体モデルに基づいて、前記患者の診療支援情報を生成する糖尿病診療支援システムであって、前記生体モデルは、グルコースの流入出及び／又はインスリンの流入出が他の模擬臓器ブロックとの間で相互に生じるように構成された複数の模擬臓器ブロックを有し、 前記複数の模擬臓器ブロックは、それぞれ、各模擬臓器ブロックのグルコース流入出量及び／又はインスリン流入出量に基づいて、各模擬臓器ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度、及び／又は、インスリン蓄積量若しくは濃度を算出するよう構成されていることを特徴とする糖尿病診療支援システムである。
本発明によれば、複数の模擬臓器ブロックにおいて、グルコースの流入出及び／又はインスリンの流入出の収支をとることができるため、各模擬臓器ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度、及び／又は、インスリン蓄積量若しくは濃度を算出することができる。
なお、糖負荷試験としては、経口糖負荷試験（ＯＧＴＴ）や食事試験（ＭＴ）のように経口から糖を摂取するものがある。また、糖負荷試験の結果とは、例えば、採血により測定されたグルコース濃度（以下、採血グルコース濃度という）及び／又は採血により測定されたインスリン濃度（以下、採血インスリン濃度という）である。
また、本発明において、臓器とは、どのような生体器官や生体部位であってもよい。

前記生体モデルは、前記糖負荷試験におけるグルコース負荷量が前記生体モデル外からの外因性グルコース量として与えられる腸ブロックを有し、前記腸ブロックは、外因性グルコース量に基づいて、前記複数の模擬臓器ブロックの少なくともいずれか一つへ与えられる外因性グルコース流入速度を算出するように構成されているのが好ましい。このような腸ブロックを備えていると、腸からのグルコース吸収に配慮しなければならない患者に有益である。

前記複数の模擬臓器ブロックには、前記患者の肝臓に対応する模擬肝臓ブロック、前記患者の血漿に対応する模擬血漿ブロック、及び前記患者の末梢組織に対応する模擬末梢ブロックが含まれるのが好ましい。

前記生体モデルは、グルコース濃度に基づいてインスリンを分泌する膵臓に対応した模擬膵臓ブロックを更に備え、前記模擬膵臓ブロックは、前記複数の模擬臓器ブロックの少なくともいずれか一つへ流入させるためのインスリンの分泌量を、前記グルコース濃度とともに、前記グルコース濃度の時間的変動にも依存して決定するよう構成されているのが好ましい。この場合、グルコース濃度に依存したインスリン分泌感度とは独立した分泌機能（グルコース濃度の時間的変動に依存したインスリン分泌感度）の情報を得ることができる。この情報は、糖負荷直後の早期のインスリン分泌機能の解析に有用である。

各模擬臓器ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度及び／又はインスリン蓄積量若しくは濃度に基づいて、前記患者の病態の分析に用いられる指標を生成する手段を更に備えるのが好ましい。各模擬臓器ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度、及び／又は、インスリン蓄積量若しくは濃度が算出されているため、病態分析指標を精度良く求めることができる。

前記複数の模擬臓器ブロックには、前記患者の肝臓に対応する模擬肝臓ブロックを含み、前記模擬肝臓ブロックは、当該模擬肝臓ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度に基づいて、当該模擬肝臓ブロックにおける肝糖取込及び又は糖産生の機能を示す値を演算するよう構成されているとともに、前記肝糖取込及び又は肝糖産生の機能によるグルコースの蓄積量若しくは濃度の変動を算出しながら、当該模擬肝臓ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度を算出するよう構成されているのが好ましい。この場合、肝糖取込機能及び又は肝糖産生機能を考慮して肝グルコース蓄積量若しくは濃度を算出できる。

前記複数の模擬器ブロックには、前記患者の末梢組織に対応する模擬末梢ブロックを含み、前記模擬末梢ブロックは、当該模擬末梢ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度に基づいて、当該模擬末梢ブロックにおける末梢糖取込機能を示す値を演算するように構成されているとともに、前記末梢糖取込機能によるグルコースの蓄積量若しくは濃度の変動を算出しながら、当該模擬末梢ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度を算出するよう構成されているのが好ましい。この場合、末梢糖取込機能を考慮して末梢グルコース蓄積量若しくは濃度を算出できる。

他の観点からみた本発明は、患者に対する糖負荷試験の結果を模した疑似応答を再現する生体モデルに基づいて、前記患者の診療支援情報を生成する糖尿病診療支援システムであって、前記生体モデルは、前記糖負荷試験におけるグルコース負荷量が前記生体モデル外からの外因性グルコース量として与えられる腸ブロックを有し、前記腸ブロックは、外因性グルコース量に基づいて、外因性グルコース流入速度を算出するように構成されている。

さらに他の観点からみた本発明は、患者に対する糖負荷試験の結果を模した疑似応答を再現する生体モデルに基づいて、前記患者の診療支援情報を生成する糖尿病診療支援システムとしてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムであって、前記生体モデルは、グルコースの流入出及び／又はインスリンの流入出が他の模擬臓器ブロックとの間で相互に生じるように構成された複数の模擬臓器ブロックを有し、前記複数の模擬臓器ブロックは、それぞれ、各模擬臓器ブロックのグルコース流入出量及び／又はインスリン流入出量に基づいて、各模擬臓器ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度、及び／又は、インスリン蓄積量若しくは濃度を算出するよう構成されていることを特徴とするコンピュータプログラムである。
さらに他の観点からみた本発明は、前記コンピュータプログラムを記録した記録媒体である。

本発明に係るシステム及びコンピュータプログラムによれば、生体モデルを構成する複数の模擬臓器ブロックにおいて収支を反映したそれぞれグルコースの蓄積量若しくは濃度、及び／又は、インスリン蓄積量若しくは濃度を求めることができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る糖尿病診療支援システム（以下、単に「システム」ともいう）のハードウェア構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るシステム１００は、本体１１０と、ディスプレイ１２０と、入力デバイス１３０とから主として構成されたコンピュータによって構成されている。本体１１０は、ＣＰＵ１１０ａと、ＲＯＭ１１０ｂと、ＲＡＭ１１０ｃと、ハードディスク１１０ｄと、読出装置１１０ｅと、入出力インタフェース１１０ｆと、画像出力インタフェース１１０ｈとから主として構成されており、ＣＰＵ１１０ａ、ＲＯＭ１１０ｂ、ＲＡＭ１１０ｃ、ハードディスク１１０ｄ、読出装置１１０ｅ、入出力インタフェース１１０ｆ、及び画像出力インタフェース１１０ｈは、バス１１０ｉによってデータ通信可能に接続されている。

ＣＰＵ１１０ａは、ＲＯＭ１１０ｂに記憶されているコンピュータプログラム及びＲＡＭ１１０ｃにロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。そして、後述するようなアプリケーションプログラム１４０ａを当該ＣＰＵ１１０ａが実行することにより、後述するような各機能ブロックが実現され、コンピュータがシステム１００として機能する。
ＲＯＭ１１０ｂは、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等によって構成されており、ＣＰＵ１１０ａに実行されるコンピュータプログラムおよびこれに用いるデータ等が記録されている。

ＲＡＭ１１０ｃは、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等によって構成されている。ＲＡＭ１１０ｃは、ＲＯＭ１１０ｂ及びハードディスク１１０ｄに記録されているコンピュータプログラムの読み出しに用いられる。また、これらのコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ１１０ａの作業領域として利用される。
ハードディスク１１０ｄは、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラム等、ＣＰＵ１１０ａに実行させるための種々のコンピュータプログラム及び当該コンピュータプログラムの実行に用いるデータがインストールされている。後述するアプリケーションプログラム１４０ａも、このハードディスク１１０ｄにインストールされている。

読出装置１１０ｅは、フレキシブルディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、又はＤＶＤ−ＲＯＭドライブ等によって構成されており、可搬型記録媒体１４０に記録されたコンピュータプログラム又はデータを読み出すことができる。また、可搬型記録媒体１４０には、コンピュータを本発明のシステムとして機能させるためのアプリケーションプログラム１４０ａが格納されており、コンピュータが当該可搬型記録媒体１４０から本発明に係るアプリケーションプログラム１４０ａを読み出し、当該アプリケーションプログラム１４０ａをハードディスク１１０ｄにインストールすることが可能である。

なお、前記アプリケーションプログラム１４０ａは、可搬型記録媒体１４０によって提供されるのみならず、電気通信回線（有線、無線を問わない）によってコンピュータと通信可能に接続された外部の機器から前記電気通信回線を通じて提供することも可能である。例えば、前記アプリケーションプログラム１４０ａがインターネット上のサーバコンピュータのハードディスク内に格納されており、このサーバコンピュータにコンピュータがアクセスして、当該コンピュータプログラムをダウンロードし、これをハードディスク１１０ｄにインストールすることも可能である。
また、ハードディスク１１０ｄには、例えば米マイクロソフト社が製造販売するＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）等のグラフィカルユーザインタフェース環境を提供するオペレーティングシステムがインストールされている。以下の説明においては、本実施形態に係るアプリケーションプログラム１４０ａは当該オペレーティングシステム上で動作するものとしている。

入出力インタフェース１１０ｆは、例えばＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２Ｃ等のシリアルインタフェース、ＳＣＳＩ、ＩＤＥ、ＩＥＥＥ１２８４等のパラレルインタフェース、およびＤ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェース等から構成されている。入出力インタフェース１１０ｆには、キーボードおよびマウスからなる入力デバイス１３０が接続されており、ユーザが当該入力デバイス１３０を使用することにより、コンピュータ１００ａにデータを入力することが可能である。
画像出力インタフェース１１０ｈは、ＬＣＤまたはＣＲＴ等で構成されたディスプレイ１２０に接続されており、ＣＰＵ１１０ａから与えられた画像データに応じた映像信号をディスプレイ１２０に出力するようになっている。ディスプレイ１２０は、入力された映像信号にしたがって、画像（画面）を表示する。

［本システムにおける生体モデル］
本システム１００は、ＯＧＴＴなどの糖負荷試験の結果（採血グルコース濃度及び／又は採血インスリン濃度など）を模した疑似応答を再現する生体モデルＭに基づいて、患者の糖尿病に関する病態分析に用いられる指標を生成し、糖尿病に関する診療支援情報を生成・出力するものである。
以下では、本システム１００における生体モデルについて説明し、その後、システム１００のその他の機能について説明する。

前記生体モデルＭは、図２に示すように、患者の臓器（生体のあらゆる器官・部位を含む）を模した複数の模擬臓器ブロック１，２，３，４，５を有している。これらのブロック１〜５は、臓器の機能を数理モデルとして記述したものである。
模擬臓器ブロックには、肝臓を模した模擬肝臓ブロック１（以下、「肝臓ブロック」という）、血漿を模した模擬血漿ブロック２（以下、「血漿ブロック」という）、末梢組織を模した模擬末梢ブロック３（以下、「末梢ブロック」という）、腸を模した模擬腸ブロック４（以下、「腸ブロック」という）、膵臓を模した模擬膵臓ブロック５（以下、「膵臓ブロック」という）を有している。

生体モデルＭは、各患者に共通の基本構造（図２〜図４のブロック図として示す構造）を有し、生体モデルＭの各ブロック１〜５は、各患者共通の値（固定パラメータ）と、個々の患者固有の値（固定パラメータから算出される設定パラメータ及び可変パラメータ）とを有している。生体モデルＭ生成時には、個々の患者固有の可変パラメータが、経口糖負荷試験（ＯＧＴＴ）の結果である採血グルコース濃度及び採血インスリン濃度を再現するように探索・調整され、個々の患者に適合した生体モデルが生成される。
なお、可変パラメータは、本実施形態において例示されたものに限らず、本実施形態における固定パラメータ、設定パラメータの一部を可変パラメータとしてもよい。

なお、模擬臓器ブロック１〜５のうち、肝臓ブロック１、血漿ブロック２、末梢ブロック３の３ブロックだけを総称する場合は、「第１模擬臓器ブロック」といい、腸ブロック４と膵臓ブロック５の２ブロックだけを総称する場合は、「第２模擬臓器」ブロックという。
後述するように、第１模擬臓器ブロック１，２，３と第２模擬臓器ブロック４，５とでは、臓器の表現の仕方が異なっている。

また、本システム１００において生成され患者の診療支援に用いられる生体モデルＭは、各模擬臓器ブロック１〜５におけるグルコース及びインスリンの流れを表現したものであり、インスリンの流れを示すインスリン動態部Ｍ１と、グルコースの流れを示すグルコース動態部Ｍ２に大別される。
インスリン動態部Ｍ１には、肝臓ブロック１のインスリンに関する機能と、血漿ブロック２のインスリンに関する機能と、末梢ブロック３のインスリンに関する機能、及び膵臓ブロック５が属する。
グルコース動態部Ｍ２には、肝臓ブロック１のグルコースに関する機能と、血漿ブロック２のグルコースに関する機能と、末梢ブロック３のグルコースに関する機能、及び腸ブロック４が属する。

第１模擬臓器ブロックである、肝臓ブロック１、血漿ブロック２、末梢ブロック３は、臓器（肝臓、血漿、末梢組織）の機能だけを単に表現したのではなく、各臓器（肝臓、血漿、末梢組織）において、グルコース及びインスリンの運搬・蓄積媒体となる間質液又は血漿を表現したものである。
具体的には、第１模擬臓器ブロック１，２，３としては、ブロック間でのグルコース収支及びインスリン収支が同じ単位次元で計算され、グルコース及びインスリンの蓄積状態が、第１模擬臓器ブロック１，２，３単位で計算されるコンパートメントが採用されている。
つまり、第１模擬臓器ブロック１，２，３では、これら臓器における間質液又は血漿へのグルコース及びインスリンの流入出、臓器における取込・消失などが表現され、各臓器の間質液又は血漿でのグルコース及びインスリンの蓄積量が算出されるよう構成されている。
このように第１模擬臓器ブロック１，２，３では、血液循環に伴う間質液及び血漿におけるグルコース及びインスリンの移動が表現されているのである。
ただし、臓器としては、上記のものに限られるわけではなく、他の臓器を含んでも良い。

前記肝臓ブロック１は、肝臓における間質液へのグルコース及びインスリンの流入出に基づくとともに、肝臓の機能（肝糖取込・肝糖産生など）によって肝臓の間質液から増減する量をも考慮して、肝臓（の間質液）におけるグルコース及びインスリンの蓄積量（濃度）などを表現するためのものである。

図２に示すように、肝臓ブロック１には、腸ブロック４からのグルコース流入Ｘ１４及び血漿ブロック２からグルコース流入Ｘ１２があり、血漿ブロック２へグルコース流出Ｘ２１がある。
また、肝臓ブロック１には、膵臓ブロック５からのインスリン流入Ｙ１５及び血漿ブロック２からのインスリン流入Ｙ１２があり、血漿ブロック２へインスリン流出２１がある。

また、血漿ブロック２は、血漿へのグルコース及びインスリンの流入出に基づいて、血漿におけるグルコース及びインスリンの蓄積量（濃度）などを表現するためのものである。
図２に示すように、血漿ブロック２には、肝臓ブロック２からのグルコース流入Ｘ２１及び末梢ブロック３からのグルコース流入Ｘ２３があり、肝臓ブロック２へのグルコース流出Ｘ１２及び末梢ブロック３へのグルコース流出Ｘ３２がある。
また、血漿ブロック２には、肝臓ブロック２からのインスリン流入Ｙ２１及び末梢ブロック３からのインスリン流入Ｙ２３があり、肝臓ブロック２へのグルコース流出Ｙ１２及び末梢ブロックへのグルコース流出Ｙ３２がある。

また、末梢ブロック３は、患者の身体器官（臓器）のうち、主に筋・脂肪を模している。ただし、末梢組織としては、肝臓ブロック及び末梢ブロック以外の糖を消費し得る組織（腸及び膵臓の糖消費機能を含む）であってもよい。
末梢ブロック３は、末梢組織における間質液へのグルコース及びインスリンの流入出に基づくとともに、末梢の機能（末梢糖取り込みなど）によって末梢の間質液から増減する量をも考慮して、末梢（の間質液）におけるグルコース及びインスリンの蓄積量（濃度）などを表現するためのものである。

図２に示すように、末梢ブロック３には、血漿ブロック２からのグルコース流入Ｘ３２があり、血漿ブロック２へグルコース流出Ｘ２３がある。
また、末梢ブロック３には、血漿ブロックからのインスリン流入Ｙ３２があり、血漿ブロックへインスリン流出Ｙ２３がある。

第２模擬臓器ブロックである腸ブロック４及び膵臓ブロック５は、間質液又は血漿を表現したものではないため、第１模擬臓器ブロック１，２，３のようなブロック間でのグルコース及びインスリンの相互の流入出はなく、単に、グルコース又はインスリンを肝臓ブロック１へ流出させるフローモデルとして構成されている。

例えば、腸ブロック４は、経口から所定のグルコース負荷量Ｘ４が与えられた場合に、腸におけるグルコース吸収速度を調整し、肝臓ブロック１（第１模擬臓器ブロック）へ外因性グルコースを与える量（速度）を調整し、肝臓ブロック１への外因性グルコース流出Ｘ１４を行う。ただし、腸ブロック４が、肝臓ブロック１からのグルコース流入を受けることはない。
つまり、腸ブロック４は、腸の間質液におけるグルコース蓄積量ではなく、腸におけるグルコース吸収という腸の機能を表現したものである。

また、膵臓ブロック５は、血漿ブロック２における血漿グルコース濃度の上昇に応じてインスリンを分泌し、肝臓ブロック１へのインスリン流出（インスリン分泌）Ｙ１５を行う。ただし、膵臓ブロック５が、肝臓ブロック１や血漿ブロック２からのインスリン流入を受けることはない。
つまり、膵臓ブロック５は、膵臓の間質液におけるインスリン蓄積量ではなく、膵臓におけるインスリン分泌という膵臓の機能を表現したものである。

なお、上記各ブロック１〜５におけるグルコース又はインスリンの流入出は、各ブロック間において、グルコースの流入速度又はインスリンの流入速度という共通の単位次元の値でもって受け渡しがなされる。このため、各ブロックにおいてグルコース及びインスリンの流出入の収支をとる演算が容易となっている。

［生体モデルのインスリン動態部及びグルコース動態部］
図３及び図４は、インスリン動態部Ｍ１及びグルコース動態部Ｍ２を更に詳細に示したものである。

［インスリン動態部］
図３に示すように、インスリン動態部Ｍ１は、膵臓ブロック５と、インスリン動態ブロック６とからなる。インスリン動態ブロック６は、肝臓ブロック１のうちインスリンに関する肝インスリン動態ブロック１ａ、血漿ブロック２のうちインスリンに関する血漿インスリン動態ブロック２ａ、及び末梢ブロック３のうちインスリンに関する末梢インスリン動態ブロック３ａから構成されている。

インスリン動態部Ｍ１において用いられる各値を、下記の表１及び表２に示した。

表２のパラメータのうち、固定パラメータの固定値は、例えば、下記のように設定される。
Ｖｉ１＝８８
Ｖｉ２＝４５
Ｖｉ３＝９５
ｋｉ１２＝１２．１
ｋｉ３２＝１．９
ｋｉ０１＝１６．３
ｋｉ０２＝５．６

表２のパラメータのうち、設定パラメータは、設定式に基づいて設定され、設定式は、例えば、下記のとおりである。
Ｒｉｂ＝（ｋｉ０１＋ｋｉ０２）＊Ｉ２（０）
ｋｉ２３＝ｋｉ３２
ｋｉ２１＝ｋｉ１２＋ｋｉ３２＋ｋｉ０２−ｋｉ２３

表２のパラメータのうち、可変パラメータは、個々の患者固有の生体モデルＭを生成するために、生体モデルＭ（インスリン動態部Ｍ１）生成時に値が調整（探索）されるパラメータである。各可変パラメータの探索範囲は、例えば、下記の通りである。
Ｓｉｓ：最小値０〜最大値５００
Ｓｉｄ：最小値０〜６０００
τｉｓ：最小値１〜２４０

表２の内部変数のうち、Ｒｉｓ、Ｉ１、Ｉ３の初期値は、下記の通りである。
Ｒｉｓ（０）＝０
Ｉ１（０）＝Ｉ２（０）
Ｉ３（０）＝Ｉ２（０）

［膵臓ブロックにおける演算の詳細］
膵臓ブロック５において行われる演算の方程式は、下記（数１）の通りであり、採血グルコース濃度Ｇ２からインスリン分泌速度Ｒｉ１０が算出される。下記式は、図３の膵臓ブロック５内のブロック線図と対応している。

上記式のうち、設定パラメータであるＲｉｂ以外の変数であるＲｉｓ及びＲｉｄは、下記(数２)のように演算される。

上記式のＲｉｓは、グルコース濃度Ｇ２に依存したインスリン分泌速度であり、グルコース濃度Ｇ２に基づき、グルコース濃度に依存したインスリン分泌感度Ｓｉｓ及びグルコース濃度に依存したインスリン分泌の応答性τｉｓによって算出される。
上記式のＲｉｄは、グルコース濃度Ｇ２の「時間的変動に」依存したインスリン分泌速度であり、グルコース濃度の微分値（ｄＧ２／ｄｔ）と、グルコース濃度の時間的変動に依存したインスリン分泌感度Ｓｉｄから算出される。
上記インスリン分泌速度Ｒｉｓ（ｔ），Ｒｉｄ（ｔ）を決定するパラメータであるＳｉｓ，τｉｓ，Ｓｉｄは、生体モデル生成時に、個々の患者に合わせて値が探索される可変パラメータであるため、個々の患者に合わせたインスリン分泌速度が得られる。

また、本実施形態では、インスリン分泌速度は、単に「グルコース濃度Ｇ２（ｔ）」によって算出されるＲｉｓ（ｔ）だけでなく、「グルコース濃度Ｇ２（ｔ）の時間的変動」に応じて算出されるＲｉｄ（ｔ）もＲｉｓ（ｔ）とは独立して算出されるため、Ｒｉｄ（ｔ）を利用して、糖負荷直後の早期のインスリン分泌機能の解析を行うことが可能である。

上記のように、膵臓ブロック５は、ＯＧＴＴの結果である採血グルコース濃度Ｇ２（ｔ）を外部入力として受け付け、インスリン動態ブロック６（肝インスリン動態ブロック１ａ）に対して、上記のようにして求めたインスリン分泌速度Ｒｉ１０を出力する。

インスリン動態ブロック６の各ブロック１ａ，１ｂ，１ｃにおいて行われる演算の方程式は、下記（数３）の通りである。下記式は、図３の各ブロック１ａ，１ｂ，１ｃのブロック線図と対応している。

上記式に示すように、各インスリン動態ブロック１ａ，１ｂ，１ｃは、それぞれのブロックにおけるインスリン濃度Ｉ１（ｔ），Ｉ２（ｔ），Ｉ３（ｔ）を算出している。

［肝インスリン動態ブロックにおける演算の詳細］
肝インスリン動態ブロック１ａでは、インスリン流入として、Ｙ１５とＹ１２があり、これらの和が、流入総量である。Ｙ１５とＹ１２の和をとるため、演算部１１が設けられている。
また、肝インスリン動態ブロック１ａでは、インスリン流出として、Ｙ２１があり、肝インスリン動態ブロック１ａにおけるインスリン濃度（蓄積量）を求めるには、インスリン流入総量からインスリン流出量Ｙ２１を減算する必要がある。この減算を行うため、インスリン流出Ｙ２１を流入側にフィードバックするためのループ１４が設けられ、流入総量（Ｙ１５＋Ｙ１２）から流出量Ｙ２１を減算するための演算部１２が設けられている。

また、肝臓ではインスリンがある程度消失するため、肝インスリン動態ブロック１ａにおけるインスリン濃度（蓄積量）を正確に求めるには、当該消失分を、（Ｙ１５＋Ｙ１２−Ｙ２１）から減算する必要がある。この減算は、演算部１３によって行われる。演算部１３では、肝インスリン濃度Ｉ１（ｔ）及び肝インスリン消失率ｋｉ０１に基づいて求められた消失分を減算する。

演算部１３の出力は、肝インスリン動態ブロック１ａにおけるインスリン流入出及び肝インスリン消失を反映しインスリン収支をとった値（インスリンの速度）を示している。肝インスリン動態ブロック１ａでは、この値を、積分操作（１／Ｓ）して肝インスリン蓄積量を求め、さらに、肝インスリン蓄積量にインスリンの肝分布容量体積Ｖｉ１の逆数を乗じることで、肝インスリン濃度Ｉ１（ｔ）が算出される。

肝インスリン動態ブロック１ａでは、さらに、算出された肝インスリン濃度Ｉ１（ｔ）に、インスリン移行率ｋｉ２１を乗じて、血漿インスリン動態ブロック２ａへのインスリン流入速度（Ｙ２１）を求める。当該インスリン流入速度（Ｙ２１）が、血漿インスリン動態ブロック２ａへ与えるための出力となる。

［血漿インスリン動態ブロックにおける演算の詳細］
血漿インスリン動態ブロック２ａでは、インスリン流入として、Ｙ２１とＹ２３があり、これらの和が、流入総量である。Ｙ２１とＹ２３の和をとるため、演算部１５が設けられている。
また、血漿インスリン動態ブロック２ａでは、インスリン流出として、Ｙ１２及びＹ３２があり、血漿インスリン動態ブロック２ａにおけるインスリン濃度（蓄積量）を求めるには、インスリン流入総量（Ｙ２１＋Ｙ２３）からインスリン流出総量（Ｙ１２＋Ｙ３２）を減算する必要がある。この減算を行うため、インスリン流出を流入側にフィードバックするためのループ１６，１７が設けられ、流入総量（Ｙ２１＋Ｙ２３）から流出総量（Ｙ１２＋Ｙ３２）を減算するための演算部１８が設けられている。

また、血漿ではインスリンがある程度消失するため、血漿インスリン動態ブロック２ａにおけるインスリン濃度（蓄積量）を正確に求めるには、当該消失分を、（（Ｙ３２＋Ｙ２３−（Ｙ１２＋Ｙ３２））から減算する必要がある。この減算は、演算部１９によって行われる。演算部１９では、血漿インスリン濃度Ｉ２（ｔ）及び血漿インスリン消失率ｋｉ０２に基づいて求められた消失分を減算する。

演算部１９の出力は、血漿インスリン動態ブロック２ａにおけるインスリン流入出及び肝インスリン消失を反映しインスリン収支をとった値（インスリンの速度）を示している。この値を、積分操作（１／Ｓ）して血漿インスリン蓄積量を算出し、さらに、血漿インスリン蓄積量にインスリンの血漿分布容量体積Ｖｉ２の逆数を乗じることで、血漿インスリン濃度Ｉ２（ｔ）が算出される。

血漿インスリン動態ブロック２ａでは、さらに、算出された血漿インスリン濃度Ｉ２（ｔ）に、インスリン移行率ｋｉ１２を乗じて、肝インスリン動態ブロック１ａへのインスリン流入速度（Ｙ１２）を求め、肝インスリン動態ブロック１ａへ出力する。また、算出された血漿インスリン濃度Ｉ２（ｔ）に、インスリン移行率ｋｉ３２を乗じて、末梢インスリン動態ブロック３ａへのインスリン流入速度（Ｙ３２）を求め、末梢インスリン動態ブロック３ａへ出力する。

［末梢インスリン動態ブロックにおける演算の詳細］
末梢インスリン動態ブロック３ａでは、インスリン流入として、Ｙ３２があり、インスリン流出として、Ｙ２３がある。したがって、末梢インスリン動態ブロック３ａにおけるインスリン濃度（蓄積量）を求めるには、インスリン流入量Ｙ３２からインスリン流出量Ｙ２３を減算する必要がある。この減算を行うため、インスリン流出Ｙ２３を流入側にフィードバックするためのループ２１が設けられ、流入量Ｙ３２から流出量Ｙ２３を減算するための演算部２１が設けられている。

演算部２１の出力は、末梢インスリン動態ブロック３ａにおけるインスリン流入出を反映しインスリン収支をとった値（インスリン流入速度）を示している。末梢インスリン動態ブロック３ａでは、この値を、積分操作（１／Ｓ）して末梢インスリン蓄積量を求め、さらに、末梢インスリン蓄積量にインスリンの末梢分布容量体積Ｖｉ３の逆数を乗じることで、末梢インスリン濃度Ｉ３（ｔ）が算出される。

末梢インスリン動態ブロック３ａでは、さらに、算出された末梢インスリン濃度Ｉ３（ｔ）に、インスリン移行率ｋｉ２３を乗じて、血漿インスリン動態ブロック２ａへのインスリン流入速度（Ｙ２３）を求め、血漿インスリン動態ブロック２ａへ出力する。

［グルコース動態部］
図４に示すように、グルコース動態部Ｍ２は、腸ブロック５と、グルコース動態ブロック７とからなる。グルコース動態ブロック７は、肝臓ブロック１のうちグルコースに関する肝グルコース動態ブロック１ｂ、血漿ブロック２のうちグルコースに関する血漿グルコース動態ブロック２ｂ、及び末梢ブロック３のうちグルコースに関する末梢グルコース動態ブロック３ｂから構成されている。

グルコース動態部Ｍ２において用いられる各値を、下記の表３〜表６に示した。

表５のパラメータのうち、固定パラメータの固定値は、例えば、下記のように設定される。
Ｖｇ１＝０．８８
Ｖｇ２＝０．４５
Ｖｇ３＝０．９５
ｋｇ１２＝０．４６４
ｋｇ３２＝０．１３１
Ｐｕｐ＝０．００８
Ｐｏｆｆ＝１．９
Ｐｅｘｐ＝１．３８
Ｐ５０＝０．２
ａｏｆｆ＝１６０
ｂ１０＝１．４
ｃ０１＝１．５

表５のパラメータのうち、設定パラメータは、設定式に基づいて設定され、設定式は、例えば、下記の式のとおりである。
ｋｇ２３＝ｋｇ３２−（Ｒｇ２０（０）／Ｇ２（０））
ｋｇ２１＝ｋｇ１２
ａ１０＝ａｏｆｆ−ａ０１
ｂ０１＝ｂ１０
Ｉ５０＝ｐ５０＊Ｇ２（０）

表５のパラメータのうち、可変パラメータは、個々の患者固有の生体モデルＭを生成するために、生体モデルＭ（グルコース動態部Ｍ２）生成時に値が調整（探索）されるパラメータである。各可変パラメータの探索範囲は、例えば、下記の通りである。
ａ０１：最小値１０〜最大値１５０
Ｓｐｇｕ：最小値０〜最大値０．１６

表４の内部変数のうち、Ｒｇ２０、Ｇ１、Ｇ３の初期値は、下記の通りである。
Ｒｇ２０（０）＝（Ｐｕｐ×Ｇ２（０）＋ｐｏｆｆ）
Ｇ１（０）＝Ｇ２（０）
Ｇ３（０）＝Ｇ２（０）

腸ブロック４及びグルコース動態ブロック７の各ブロック１ｂ，２ｂ，３ｂにおいて行われる演算式は、下記（数４〜数１１）の通りである。下記式は、図４のブロック線図と対応している。

上記式に示すように、各グルコース動態ブロック１ｂ，２ｂ，３ｂは、それぞれのブロックにおけるグルコース濃度Ｇ１（ｔ），Ｇ２（ｔ），Ｇ３（ｔ）を算出している。

［腸ブロックにおける演算の詳細］
腸ブロック４は、肝グルコース動態ブロック１ｂへの外因性グルコース流入速度Ｒｇ１０（Ｘ１４）を算出する。肝グルコース動態ブロック１ｂへの外因性グルコース流入速度Ｒｇ１０は、上記（数７）に示すように、ＯＧＴＴにおける経口からのグルコース負荷量Ｄに、Ｗｅｉｂｕｌｌ関数を乗じることで算出される。

Ｗｅｉｂｕｌｌ関数は、上記（数５）に示すとおりの関数であり、物体の強度を統計的に記述するために提案された確立分布を記述する関数である。上記（数５）において、ａは形状パラメータ、ｂは尺度パラメータとよばれる。本実施形態で用いられるパラメータ範囲では、形状パラメータａが小さいほど最大値が大きくなり、また、尺度パラメータｂが小さいほど最大値に達するまでの時間が短くなる。

上記（数７）に示すＷｅｉｂｕｌｌ関数のパラメータのうち、形状パラメータａ１０は、パラメータａ０１及びオフセット値ａｏｆｆによって設定される値であるところ、前記パラメータａ０１は、生体モデル生成時に、個々の患者に合わせて値が探索される可変パラメータであるため、パラメータａ１０も個々の患者に合わせて値が調整されることになる。
したがって、肝グルコース動態ブロック１ｂへの外因性グルコース流入速度Ｒｇ１０（Ｘ１４）は、個々の患者に合わせて調整される。つまり、腸ブロック４は、肝グルコース動態ブロック１ｂへの外因性グルコース流入速度をコントロールするコントロール部として機能する。

このように、本実施形態では、外因性グルコース流入速度をコントロールするコントロール部として機能する腸ブロック４を備えているので、本システム１００は、腸からのグルコース吸収に配慮しなければならない患者の病態解析に有益な情報が提供できる。

すなわち、αグルコシダーゼ阻害薬による患者の状態変化を、客観的かつ的確に把握することができる。この結果、本システム１００は、経過状態に応じて適切な判断、治療を行うために、有益な情報が提供できる。

ここで、食事時に摂取された糖質は、多糖類、オリゴ糖、二糖類と分解され、腸においてαグルコシダーゼにより単糖に分解され、小腸により吸収される。αグルコシダーゼ阻害薬は、この二糖類の分解を阻害することにより、腸からのグルコース吸収を低下させるグルコース吸収阻害薬である。

αグルコシダーゼ阻害薬を服用している患者とそうでない患者との間では、腸からのグルコース吸収度の差が大きくなることがあるが、本実施形態のシステムでは、腸ブロック４を設けられており、この腸ブロック４が個々の患者に適合するようにパラメータａ１０が調整（探索）されるため、個々の患者毎の外因性グルコース流入速度Ｒｇ１０（Ｘ１４）を適切に表現することができる。

［肝グルコース動態ブロックにおける演算の詳細］
肝グルコース動態ブロック１ｂでは、グルコース流入として、Ｘ１４とＸ１２があり、これらの和が、流入総量である。Ｘ１４とＸ１２の和をとるため、演算部２２が設けられている。
また、肝グルコース動態ブロック１ｂでは、グルコース流出として、Ｘ２１ａがあり、肝グルコース動態ブロック１ｂにおけるグルコース濃度（蓄積量）を求めるには、グルコース流入総量（Ｘ１４＋Ｘ１２）からグルコース流出量Ｘ２１ａを減算する必要がある。この減算を行うため、グルコース流出Ｘ２１ａを流入側にフィードバックするためのループ２５が設けられ、グルコース流入総量（Ｘ１４＋Ｘ１２）からグルコース流出量Ｘ２１ａを減算する演算部２３が設けられている。

また、肝臓では肝糖取込があるため、肝グルコース動態ブロック１ｂにおけるグルコース濃度（蓄積量）を正確に求めるには、肝糖取込によって肝臓の間質液からなくなった分のグルコースを、（Ｘ１４＋Ｘ１２−Ｘ２１ａ）から減算する必要がある。この減算は、演算部２４によって行われる。

肝グルコース動態ブロック１ｂにおける肝糖取込速度Ｒｇ０１は、上記（数１０）によって算出される。肝糖取込速度Ｒｇ０１は、肝グルコース動態ブロック１ｂにおける肝グルコース濃度Ｇ１（ｔ）及び肝糖取り込み率ｋｇ０１に基づいて算出される。
ここで、肝糖取り込み率ｋｇ０１を求める式は、上記（数９）に示すように、パラメータａ０１を含み、このパラメータａ０１は、生体モデル生成時に、個々の患者に合わせて値が探索される可変パラメータであるため、個々の患者に合わせた肝糖取り込み率ｋｇ０１が得られ、ひいては個々の患者に合わせた肝糖取込速度Ｒｇ０１が得られる。
また、パラメータａ０１とパラメータａ１０が相互依存する関係式を用いているのは、肝糖取込機能が低下するほど、肝臓からの糖放出は増加するという関係を表現するためのものである。

演算部２４の出力は、肝グルコース動態ブロック１ｂにおけるグルコース流入出及び肝糖取り込みを反映しグルコース収支をとった値（グルコースの速度）を示している。肝グルコース動態ブロック１ｂでは、この値を、積分操作（１／Ｓ）して肝グルコース蓄積量を求め、さらに、肝グルコース蓄積量にグルコースの肝分布容量体積Ｖｇ１の逆数を乗じることで、肝グルコース濃度Ｇ１（ｔ）が算出される。

肝グルコース動態ブロック１ｂでは、さらに、算出された肝グルコース濃度Ｇ１（ｔ）に，グルコース移行率ｋｇ２１を乗じて、血漿グルコース動態ブロック２ｂへの第１のグルコース流入速度（Ｘ２１ａ）を求める。当該第１グルコース流入速度（Ｘ２１）は、血漿グルコース動態ブロック２ｂへ出力される。

また、肝グルコース動態ブロック１ｂは、肝インスリン動態ブロック１ａにて算出された肝インスリン濃度Ｉ１に基づいて、肝糖産生速度Ｒｇ２０を算出する。
肝糖産生速度Ｒｇ２０は、前記（数８）に基づいて算出される。肝糖産生速度Ｒｇ２０を算出する（数８）には、（数６）に示す肝糖産生抑制に関わる関数ｆｐが含まれている。
算出された肝糖産生速度Ｒｇ２０は、血漿グルコース動態ブロック２ｂへの第２のグルコース流入速度（Ｘ２１ｂ）として、血漿グルコース動態ブロック２ｂへ出力される。
このように、肝グルコース動態ブロック１ｂから血漿グルコース動態ブロック２ｂへは、２つのグルコース流入速度Ｘ２１ａ，Ｘ２１ｂが与えられる。

［血漿グルコース動態ブロックにおける演算の詳細］
血漿グルコース動態ブロック２ｂでは、グルコース流入として、Ｘ２１ａとＸ２１ｂとＸ２３とがあり、これらの和が、流入総量である。Ｘ２１ａとＸ２１ｂとＸ２３の和をとるため、演算部２６が設けられている。
また、血漿グルコース動態ブロック２ｂでは、グルコース流出として、Ｘ１２及びＸ３２があり、血漿グルコース動態ブロック２ｂにおけるグルコース濃度（蓄積量）を求めるには、グルコース流入総量（Ｘ２１ａ＋Ｘ２１ｂ＋Ｘ２３）からグルコース流出総量（Ｘ１２＋Ｘ３２）を減算する必要がある。この減算を行うため、グルコース流出を流入側にフィードバックするためのループ２８，２９が設けられ、流入総量（Ｘ２１ａ＋Ｘ２１ｂ＋Ｘ２３）から流出総量（Ｘ１２＋Ｘ３２）を減算するための演算部２７が設けられている。

演算部２７の出力は、血漿グルコース動態ブロック２ｂにおけるグルコース流入出を反映しグルコース収支をとった値（グルコースの速度）を示している。この値を、積分操作（１／Ｓ）して血漿グルコース蓄積量を求め、さらに、血漿グルコース蓄積量にグルコースの血漿分布容量体積Ｖｇ２の逆数を乗じることで、血漿グルコース濃度Ｇ２（ｔ）が算出される。

血漿グルコース動態ブロック２ｂでは、さらに、算出された血漿グルコース濃度Ｇ２（ｔ）に、グルコース移行率ｋｇ１２を乗じて、肝グルコース動態ブロック１ｂへのグルコース流入速度（Ｘ１２）を求め、肝グルコース動態ブロック１ｂへ出力する。また、算出された血漿グルコース濃度Ｇ２（ｔ）に、グルコース移行率ｋｇ３２を乗じて、末梢グルコース動態ブロック３ｂへのグルコース流入速度（Ｘ３２）を求め、末梢グルコース動態ブロック３ｂへ出力する。

［末梢グルコース動態ブロックにおける演算の詳細］
末梢グルコース動態ブロック３ｂでは、グルコース流入として、Ｘ３２があり、グルコース流出として、Ｘ２３がある。したがって、末梢グルコース動態ブロック３ｂにおけるグルコース濃度（蓄積量）を求めるには、グルコース流入量Ｘ３２からグルコース流出量Ｘ２３を減算する必要がある。この減算を行うため、グルコース流出Ｘ２３を流入側にフィードバックするためのループ３３が設けられ、流入量Ｘ３２から流出量Ｘ２３を減算するための演算部３０が設けられている。

また、末梢では、末梢糖取込があるため、末梢グルコース動態ブロック３ｂにおけるグルコース濃度（蓄積量）を正確に求めるには、末梢糖取込によって末梢組織の間質液からなくなった分のグルコースを、（Ｘ３２−Ｘ２３）から減算する必要がある。この減算は、演算部３２及び演算部３２によって行われる。

末梢グルコース動態ブロック３ｂにおける末梢糖取り込み速度ＰＧＵ（ｔ）は、上記（数１１）によって算出される。末梢糖取り込み速度ＰＧＵ（ｔ）は、肝糖産生速度の初期値Ｒｇ２０（０）と基礎に対する末梢糖取り込みの速度の変化Ｒｇ０３の和として算出される。
基礎に対する末梢糖取り込みの速度の変化Ｒｇ０３は、上記（数１１）に示すように、基礎に対する末梢糖取り込み率の変化ｋｇ０３（ｔ）に、末梢グルコース濃度Ｇ３（ｔ）を乗じることによって算出される。

基礎に対する末梢糖取り込み率の変化ｋｇ０３（ｔ）は、上記（数９）に示すように、末梢インスリン動態ブロック３ａによって算出された末梢インスリン濃度Ｉ３（ｔ）に、末梢糖取込感度Ｓｐｇｕを乗じることによって算出される。
この末梢糖取込感度Ｓｐｇｕは、生体モデル生成時に、個々の患者に合わせて値が探索される可変パラメータであるため、個々の患者に合わせた末梢糖取込感度Ｓｐｇｕが得られ、ひいては個々の患者に合わせた末梢糖取り込み速度ＰＧＵ（ｔ）が得られる。

末梢糖取り込み速度の減算が行われている演算部３２の出力は、末梢グルコース動態ブロック３ｂにおけるグルコース流入出及び末梢糖取り込みを反映しグルコース収支をとった値（グルコースの速度）を示している。

末梢グルコース動態ブロック３ｂでは、この値を、積分操作（１／Ｓ）して末梢グルコース蓄積量を求め、さらに、末梢グルコース蓄積量にグルコースの末梢分布容量体積Ｖｇ３の逆数を乗じることで、末梢グルコース濃度Ｇ３（ｔ）が算出される。

末梢グルコース動態ブロック３ｂでは、さらに、算出された末梢グルコース濃度Ｇ３（ｔ）に，グルコース移行率ｋｇ２３を乗じて、血漿グルコース動態ブロック２ｂへのグルコース流入速度（Ｘ２３）を求め、血漿グルコース動態ブロック２ｂへ出力する。

［システムの全体構成］
図４は、本システム１００の全体構成を示している。このシステム１００は、診療データ入力部３１、生体モデル生成部３２、診療支援情報生成部３３、及び診療支援情報出力部３４を有している。生体モデル生成部３２は、生体モデル推定部３２ａと生体モデル構成部３２ｂとを備えている。また、診療支援情報生成部３３は、病態推定部３２ａと病態分類部３２ｂとを備えている。

前記診療データ入力部３１は、ＯＧＴＴや食事負荷試験（ＭＴ）によって実測された採血グルコース濃度、採血インスリン濃度などの数値（検査値）、医師の問診により得られた所見情報、データベース等にすでに入力されている各種情報等を本システム１００に入力するためのものである。
入力された情報は、生体モデル生成部３２等において使用できるように、ハードディスク１１０ｄなどの不揮発性記憶装置に格納される。
入力部３１によって入力される診療データとしては、採血グルコース濃度Ｇ２＿ｒｅｆ、採血インスリン濃度Ｉ２＿ｒｅｆ（ｔ）のほか、経口からのグルコース負荷量Ｄがある。また、入力される所見情報（臨床所見）としては、肥満または痩せの状態、糖質の摂取状態などが挙げられる。

前記生体モデル生成部３２の生体モデル構成部３２ｂは、前述の生体モデルＭにおける演算を行うものであり、入力された診療データに基づいて、前述した（数１）〜（数１１）に従って演算を行い、インスリン分泌速度Ｒｉ１０（ｔ）、肝インスリン濃度Ｉ１（ｔ）、血漿インスリン濃度Ｉ２（ｔ）、末梢インスリン濃度Ｉ３（ｔ）、肝臓ブロック１への外因性グルコース流入速度Ｒｇ１０（ｔ）、肝グルコース濃度Ｇ１（ｔ）、血漿グルコース濃度Ｇ２（ｔ）、末梢グルコース濃度Ｇ３（ｔ）、肝糖取込速度Ｒｇ０１（ｔ）、肝糖産生速度Ｒｇ２０（ｔ）、末梢糖取込速度ＰＧＵ（ｔ）などの演算を行う。

前記生体モデル生成部３２の生体モデル推定部３２ａは、生体の挙動を再現するために適した生体モデルＭを推定するためのものであり、生体モデルＭの出力が、診療データとして入力された患者の試験結果（糖負荷試験の結果）と合致するように、可変パラメータを決定する。

生体モデル推定部３２ａでは、可変パラメータを、探索範囲内で調整し、候補となる可変パラメータ値で、生体モデルＭの演算を生体モデル構成部３２ｂに行わせる。生体モデル推定部３２ａでは、可変パラメータを、探索範囲内で調整し、候補となる可変パラメータ値で、生体モデルＭの演算を生体モデル構成部３２ｂに行わせる。なお、可変パラメータの候補値は、遺伝的アルゴリズムによって決定した。但し、乱数か、公知の最適化手法によって決定してもよい。
生体モデル推定部３２ａは、可変パラメータの候補値を、生体モデルＭの可変パラメータとしてセットし、生体モデルＭの演算を生体モデル構成部３２ｂに行わせる。これにより生体モデルＭから出力される血漿グルコース濃度Ｇ２（ｔ）及び血漿インスリン濃度Ｉ２（ｔ）は、それぞれ、採血グルコース濃度Ｇ２＿ｒｅｆ（ｔ）及び採血インスリン濃度Ｉ２＿ｒｅｆ（ｔ）と比較される。

この比較は、可変パラメータ候補値を変更して何度か行われ、生体モデルからの出力と実測値との差が小さいものが、可変パラメータとして決定される。
こうして決定された可変パラメータを持つ生体モデルＭは、個々の患者の糖負荷試験の結果を模した疑似応答を再現することができるため、数理モデルとしての生体モデルＭが持つ各種パラメータ・変数は、個々の患者の特性を表したものとなる。

図６及び図７は、個々の患者固有の生体モデルＭを生成するための処理手順を示している。本実施形態では、最初にインスリン動態部Ｍ１が生成され、その後、グルコース動態部Ｍ２が生成される。なお、ここでの計算は、ＭＡＴＬＡＢ（マスワークス社製品）やＥ−Ｃｅｌｌ（慶応技術大学公開ソフトウェア）を用いて行うことができる。

図６に示すように、インスリン動態部Ｍ１の生成の際には、生体モデル推定部３２ａは、まず、入力された診療データのうち、インスリン動態部Ｍ１の入力として必要な採血グルコース濃度Ｇ２＿ｒｅｆ（ｔ）などを取得する（ステップＳ１）。
そして、生体モデル推定部３２ａは、インスリン動態ブロックＭ１の可変パラメータセット（Ｓｉｓ，Ｓｉｄ，τｉｓ）を、適当な初期値に設定する（ステップＳ２）。

そして、生体モデル推定部３２ａは、Ｇ２＿ｒｅｆ（ｔ）などの入力値に基づいて、生体モデル構成部３２ｂにインスリン動態部Ｍ１における演算を行わせ、患者のインスリン動態部を再現する（ステップＳ３）。

そして、生体モデル推定部３２ａは、インスリン動態部Ｍ１から出力される血漿インスリン濃度Ｉ２（ｔ）と、実測値である採血インスリン濃度Ｉ２＿ｒｅｆ（ｔ）とを比較する（ステップＳ４）。両者が十分に合致していない場合（ステップＳ５）、可変パラメータセットの各値を調整し（ステップＳ６）、再度、インスリン動態部Ｍ１における演算を行わせる。可変パラメータセットの調整を繰り返して、両者が十分に合致した場合、インスリン動態部Ｍ１の生成を完了する（ステップＳ７）。
なお、生成されたインスリン動態部Ｍ１（の変数・パラメータの各値）は、記憶装置に記憶される。

続いて行われるグルコース動態部Ｍ２の生成時には、図６に示すように、生体モデル推定部３２ａは、記憶装置から、インスリン動態部Ｍ１によって算出された肝インスリン濃度Ｉ１（ｔ）や末梢インスリン濃度Ｉ３（ｔ）などグルコース動態部Ｍ２の入力として必要な値と、入力された診療データのうち、経口グルコース負荷量Ｄなどのグルコース動態部Ｍ２の入力として必要な値を取得する（ステップＳ１１）。

そして、生体モデル推定部３２ａは、グルコース動態ブロックＭ２の可変パラメータセット（ａ０１，Ｓｐｇｕ）を、適当な初期値に設定する（ステップＳ１２）。

そして、生体モデル推定部３２ａは、グルコース負荷量Ｄなどの入力値に基づいて、生体モデル構成部３２ｂにグルコース動態部Ｍ２における演算を行わせ、患者のグルコース動態部を再現する（ステップＳ１３）。

そして、生体モデル推定部３２ａは、グルコース動態部Ｍ２から出力される血漿グルコース濃度Ｇ２（ｔ）と、実測値である採血グルコース濃度Ｇ２＿ｒｅｆ（ｔ）とを比較する（ステップＳ１４）。両者が十分に合致していない場合（ステップＳ５）、可変パラメータセットの各値を調整し（ステップＳ１６）、再度、グルコース動態部Ｍ２における演算を行わせる。可変パラメータセットの調整を繰り返して、両者が十分に合致した場合、グルコース動態部Ｍ２の生成を完了する（ステップＳ１７）。
なお、生成されたグルコース動態部Ｍ２（の変数・パラメータの各値）は、記憶装置に記憶される。

図８及び図９は、上記のようにして生成された生体モデルＭから出力された値を示すグラフである。なお、図８及び図９のグラフは、表示装置１２０によって出力したり、プリンタなどによって紙媒体に出力可能であり、これらの出力によって、医師の診療を支援することができる。

図８は、生成された生体モデルＭから出力された肝グルコース濃度Ｇ１（ｔ）、血漿グルコース濃度Ｇ２（ｔ）、末梢グルコース濃度Ｇ３（ｔ）、肝インスリン濃度Ｉ１（ｔ）、血漿インスリン濃度Ｉ２（ｔ）、末梢インスリン濃度Ｉ３（ｔ）を、実測値である採血グルコース濃度Ｇ２＿ｒｅｆ（ｔ）及び採血インスリン濃度Ｉ２＿ｒｅｆ（ｔ）とともに表したものである。

また、図８（ａ）は、糖尿病ではない正常型の患者に適合するように生成された生体モデルの出力を示しており、図８（ｂ）は、糖尿病の患者に適合するように生成された生体モデルの出力を示している。
なお、図８及び図９において、正常型生体モデルの可変パラメータは、Ｓｉｓ＝２１．２、Ｓｉｄ＝１２２．７、τｉｓ＝４．７、ａ０１＝７５．６、Ｓｐｇｕ＝１０．４に調整されており、糖尿病型生体モデルの可変パラメータは、Ｓｉｓ＝３．１、Ｓｉｄ＝２４、τｉｓ＝１９．２、ａ０１＝８４．７、Ｓｐｇｕ＝１２．９に調整されている。

図８に示すように、実測値（採血グルコース濃度及び採血インスリン濃度）と生体モデルＭの血漿グルコース濃度及び血漿インスリン濃度とは、十分に合致している。また、血漿グルコース濃度や血漿インスリン濃度だけではなく、肝グルコース濃度、末梢グルコース濃度、肝インスリン濃度、末梢インスリン濃度の時間的変化も出力されるため、これらの濃度もシステム利用者が把握することができ、診療支援情報として有益である。

図９は、生成された生体モデルＭによって算出された肝糖産生速度Ｒｇ２０（ｔ）、肝糖取込速度Ｒｇ０１（ｔ）、末梢糖取込速度ＰＧＵ（ｔ）、グルコース濃度Ｇ２（ｔ）に依存したインスリン分泌速度Ｒｉｓ（ｔ）、グルコース濃度Ｇ２（ｔ）の時間的変動に依存したインスリン分泌速度Ｒｉｄ（ｔ）、及び生体モデルＭにおいて予め設定された空腹時インスリン産生速度Ｒｉｂ（ｔ）を示している。

また、図９（ａ）は、正常型患者に適合するように生成された生体モデルでの値であり、図９（ｂ）は、糖尿病患者に適合するように生成された生体モデルでの値である。なお、図８（ｂ）と図９（ｂ）は同じ患者についての生体モデルに基づくものである。

図９（ｂ）で例示された糖尿病型症例の病態は、図９（ｂ）の正常型症例と比較することより理解することができる。両者の比較から図９（ｂ）の症例では、インスリン分泌が低下（Ｒｉｄ（ｔ）およびＲｉｓ（ｔ））しており、特に糖負荷後早期の時間帯（〜１時間）における分泌が低下していることがわかる。このため、糖負荷後早期の末梢糖取込速度Ｒｇ０３（ｔ）が低下し、肝糖産生速度Ｒｇ２０（ｔ）の抑制が十分に行われていない。

したがって、この患者は、膵臓のインスリン分泌の低下が食後高血糖の主要因であると推定される。

図５に戻り、前記診療支援情報生成部３３の病態推定部３３ａは、個々の患者に対して生成された生成モデルＭと入力された診療データとを用いて、インスリン分泌不全、末梢インスリン抵抗性、肝糖放出亢進の観点から、糖尿病の病態を分析する。また、病態分類部３３ｂは、推定された病態に基づき、病態を分類し、診療支援情報を生成する。

図１０は、診療支援情報生成部３３による病態推定処理及び病態分類処理を示している。診療支援情報生成部３３は、まず、記憶装置に記憶されている生体モデルＭ及び診療データを取得する。

そして、病態推定部３３ａは、インスリン分泌不全、末梢インスリン抵抗性、肝糖放出亢進に関する分析を行う（ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３）。
具体的には、生体モデルＭの各値及び入力された診療データに基づいて、上記観点からの病態分析のための指標を演算する。指標としては、例えば、「基礎分泌」、「分泌量」、「分泌感度」、「末梢糖取込」、「末梢感受性」、「肝糖取込」、「肝糖産生」が挙げられる。

ここで、「基礎分泌」とは、空腹時のインスリン分泌量であり、生体モデルＭの変数である空腹時血漿インスリン濃度Ｉ２（ｔ＝０）から算出される。
「分泌量」とは、ＯＧＴＴにおけるインスリン分泌総量であり、生体モデルＭの血漿インスリン濃度Ｉ２（ｔ）の積分値から算出される。
「分泌感度」とは、血糖依存性インスリン分泌感度であり、生体モデルＭの可変パラメータであるグルコース濃度に依存したインスリン分泌感度Ｓｉｓから算出される。

「末梢糖取込」とは、ＯＧＴＴにおける末梢糖取込総量の変化量であり、生体モデルＭの変数である末梢糖取り込み速度Ｒｇ０３（ｔ）の積分値から算出される。なお、Ｒｇ０３（ｔ）は、末梢グルコース濃度Ｇ３（ｔ）、末梢インスリン濃度Ｉ３（ｔ）、及び可変パラメータである末梢糖取り込み感度Ｓｐｇｕに基づいて算出される値である。
「末梢感受性」とは、末梢インスリン感受性であり、生体モデルＭの可変パラメータである末梢糖取り込み感度Ｓｐｇｕから算出される。
「肝糖取込」とは、ＯＧＴＴにおける肝糖取込総量であり、生体モデルＭの変数である肝糖取込速度Ｒｇ０１（ｔ）の積分値から算出される。なお、肝糖取込速度Ｒｇ０１は、肝グルコース濃度Ｇ１（ｔ）及び可変パラメータａ０１に基づいて算出される値である。
「肝糖産生」とは、ＯＧＴＴにおける肝糖産生総量であり、生体モデルＭの変数である肝糖産生速度Ｒｇ２０（ｔ）の積分値から算出される。なお、肝糖産生速度Ｒｇ２０（ｔ）は、肝インスリン濃度Ｉ１（ｔ）に基づいて算出される値である。

上記指標は、生成された生体モデルＭの内部情報又は実測値からすべて算出可能なものである。後述の図１１で示すように、本実施形態においては、病態を直感的にイメージできるようにするため、各指標は、規格化されている。本実施形態においては、これらの指標を用いて表現される患者の病態を「病態プロファイル」とよぶ。なお、病態を示す指標は、上記のものに限られるものではなく、必要に応じて、他の指標を用いても良い。

続いて、病態分類部３３ｂは、推定された病態プロファイルに基づいて、病態を分類する（ステップＳ２４）。病態の分類例としては、図１１に示すように、「正常」、「インスリン分泌不全型」、「軽度インスリン分泌不全型」、「インスリン抵抗性型」が挙げられる。
また、他の分類例としては、「スルホニル尿素薬型」、「グリニド型」、「チアゾリジン誘導体薬型」、「ビグアナイド薬型」など、各薬剤の適応グループに分類するものであってもよい。

病態プロファイルに基づいて病態を分類するには、予め、様々な病態プロファイルに対する専門医による病態分類結果をデータベースとして構築しておき、対象患者の病態プロファイルが、データベース上で最も類似する病態プロファイルに対する専門医分類結果を、病態分類部３３ｂが選択すればよい。
また、病態プロファイルに含まれる各指標の値に基づく所定の分類基準を予め定めておき、当該分類基準に基づいて病態を分類してもよい。また、薬剤の作用部位に対応する生体モデルのパラメータを擬似的に改善させるなど、生体モデルを利用した薬効予測結果を用いて、病態を分類してもよい。このように、病態分類の方法は特に限定されるものではない。

上記のようにして分類された病態及び病態プロファイルは診療支援情報として記憶装置に保存される（ステップＳ２５）。生成される診療支援情報には、病態分類に応じて、推奨される処方薬など診療支援に役立つ情報が含まれる。

上記のように生成された診療支援情報（図８及び図９に示す情報を含んでも良い）は、診療支援情報出力部３４によって、表示装置やプリンタによって出力される（ステップＳ２６）。このため、システム利用者（医師）は、糖尿病患者の診療のための有益な情報が得られる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

糖尿病診療支援システムのハードウェア構成図である。 生体モデルの全体構成図である。 インスリン動態部のブロック線図である。 グルコース動態部のブロック線図である。 糖尿病診療支援システムの機能ブロック図である。 インスリン動態部生成処理を示すフローチャートである。 グルコース動態部生成処理を示すフローチャートである。 生体モデルから出力されたグルコース濃度及びインスリン濃度を示すグラフである。 生体モデルから出力されたインスリン分泌速度予備グルコース代謝速度を示すグラフである。 診療支援情報生成及び出力処理を示すフローチャートである。 出力される診療支援情報を示す図である。

符号の説明

１００ 糖尿病診療支援システム
Ｍ 生体モデル
Ｍ１ インスリン動態部
Ｍ２ グルコース動態部
１ 模擬肝臓ブロック
１ａ 肝インスリン動態ブロック
１ｂ 肝グルコース動態ブロック
２ 模擬血漿ブロック
２ａ 血漿インスリン動態ブロック
２ｂ 血漿グルコース動態ブロック
３ 模擬末梢ブロック
３ａ 末梢インスリン動態ブロック
３ｂ 末梢グルコース動態ブロック
４ 模擬腸ブロック（コントロール部）
５ 模擬膵臓ブロック
３１ 診療データ入力部
３２ 生体モデル生成部
３３ 診療支援情報生成部
３４ 診療支援情報出力部

Claims (10)

1. 患者に対する糖負荷試験の結果を模した疑似応答を再現する生体モデルに基づいて、前記患者の診療支援情報を生成する糖尿病診療支援システムであって、
   前記生体モデルは、グルコースの流入出及び／又はインスリンの流入出が他の模擬臓器ブロックとの間で相互に生じるように構成された複数の模擬臓器ブロックを有し、
   前記複数の模擬臓器ブロックは、それぞれ、各模擬臓器ブロックのグルコース流入出量及び／又はインスリン流入出量に基づいて、各模擬臓器ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度、及び／又は、インスリン蓄積量若しくは濃度を算出するよう構成されていることを特徴とする糖尿病診療支援システム。
2. 前記生体モデルは、前記糖負荷試験におけるグルコース負荷量が前記生体モデル外からの外因性グルコース量として与えられる腸ブロックを有し、
   前記腸ブロックは、外因性グルコース量に基づいて、前記複数の模擬臓器ブロックの少なくともいずれか一つへ与えられる外因性グルコース流入速度を算出するように構成されている請求項１記載の糖尿病診療支援システム。
3. 前記複数の模擬臓器ブロックには、前記患者の肝臓に対応する模擬肝臓ブロック、前記患者の血漿に対応する模擬血漿ブロック、及び前記患者の末梢組織に対応する模擬末梢ブロックが含まれる請求項１又は２記載の糖尿病診療支援システム。
4. 前記生体モデルは、グルコース濃度に基づいてインスリンを分泌する膵臓に対応した模擬膵臓ブロックを更に備え、
   前記模擬膵臓ブロックは、前記複数の模擬臓器ブロックの少なくともいずれか一つへ流入させるためのインスリンの分泌量を、前記グルコース濃度とともに、前記グルコース濃度の時間的変動にも依存して決定するよう構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の糖尿病診療支援システム。
5. 各模擬臓器ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度、及び／又は、インスリン蓄積量若しくは濃度に基づいて、前記患者の病態の分析に用いられる指標を生成する手段及び/又は病態を分類する手段を更に備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の糖尿病診療支援システム。
6. 前記複数の模擬臓器ブロックには、前記患者の肝臓に対応する模擬肝臓ブロックを含み、
   前記模擬肝臓ブロックは、当該模擬肝臓ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度に基づいて、当該模擬肝臓ブロックにおける肝糖取込及び/又は肝糖産生の機能を示す値を演算するよう構成されているとともに、
   前記肝糖取込及び/又は肝糖産生の機能によるグルコースの蓄積量若しくは濃度の変動を算出しながら、当該模擬肝臓ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度を算出するよう構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の糖尿病診療支援システム。
7. 前記複数の模擬臓器ブロックには、前記患者の末梢組織に対応する模擬末梢ブロックを含み、
   前記模擬末梢ブロックは、当該模擬末梢ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度に基づいて、当該模擬末梢ブロックにおける末梢糖取込機能を示す値を演算するように構成されているとともに、
   前記末梢糖取込機能によるグルコースの蓄積量若しくは濃度の変動を算出しながら、当該模擬末梢ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度を算出するよう構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の糖尿病診療支援システム。
8. 患者に対する糖負荷試験の結果を模した疑似応答を再現する生体モデルに基づいて、前記患者の診療支援情報を生成する糖尿病診療支援システムであって、
   前記生体モデルは、前記糖負荷試験におけるグルコース負荷量が前記生体モデル外からの外因性グルコース量として与えられる腸ブロックを有し、
   前記腸ブロックは、外因性グルコース量に基づいて、外因性グルコース流入速度を算出するように構成されている糖尿病診療支援システム。
9. 患者に対する糖負荷試験の結果を模した疑似応答を再現する生体モデルに基づいて、前記患者の診療支援情報を生成する糖尿病診療支援システムとしてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムであって、
   前記生体モデルは、グルコースの流入出及び／又はインスリンの流入出が他の模擬臓器ブロックとの間で相互に生じるように構成された複数の模擬臓器ブロックを有し、
   前記複数の模擬臓器ブロックは、それぞれ、各模擬臓器ブロックのグルコース流入出量及び／又はインスリン流入出量に基づいて、各模擬臓器ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度、及び／又は、インスリン蓄積量若しくは濃度を算出するよう構成されていることを特徴とするコンピュータプログラム。
10. 患者に対する糖負荷試験の結果を模した疑似応答を再現する生体モデルに基づいて、前記患者の診療支援情報を生成する糖尿病診療支援システムとしてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムを記録した記録媒体であって、
    前記生体モデルは、グルコースの流入出及び／又はインスリンの流入出が他の模擬臓器ブロックとの間で相互に生じるように構成された複数の模擬臓器ブロックを有し、
    前記複数の模擬臓器ブロックは、それぞれ、各模擬臓器ブロックのグルコース流入出量及び／又はインスリン流入出量に基づいて、各模擬臓器ブロックにおけるグルコースの蓄積量若しくは濃度、及び／又は、インスリン蓄積量若しくは濃度を算出するよう構成されていることを特徴とする記録媒体。

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