JP2015165367A - Biological tissue simulation method and apparatus thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biological tissue simulation technology of precisely simulating behavior of a mother cell.SOLUTION: A biological tissue simulation method includes: arranging a mother cell model, a daughter cell model, and a non-dividing cell model, as particle models, in a simulation space; generating a first virtual particle model and a second virtual particle model which do not exert force to the daughter cell model and the non-dividing model, in a thickness direction of a mother cell layer, in a position holding the mother cell model; calculating first interparticle force which is exerted between cell models; calculating second interparticle force which is exerted between the mother cell model, the first virtual particle model, and the second virtual particle model; updating the positions of the daughter cell model and the non-dividing cell model with displacement calculated by use of the first interparticle force; updating the position of the mother cell model with displacement calculated by means of the first interparticle force and the second interparticle force; and updating the positions of the first and second virtual particle models with displacement calculated by use of the second interparticle force.

Description

本発明は、生体組織のシミュレーション技術に関する。   The present invention relates to a living tissue simulation technique.

下記特許文献1では、前駆細胞の細胞分裂を伴う実際の生体組織の成長や分化などの状態変化をより正確に摸擬することができるシミュレーション方法が提案されている。このシミュレーション方法は、二次細胞モデルを前駆細胞モデルの近傍に配置し、二次細胞モデルの位置または当該二次細胞モデルが生成されてからの経過ステップ数の増大に対応して、当該二次細胞モデルに関する粒子間係数を増大させ、一の二次細胞モデルと、前駆細胞モデルまたは他の二次細胞モデルと、の距離および粒子間係数に基づいて、当該一の二次細胞モデルの位置を更新することを含む。   Patent Document 1 below proposes a simulation method that can more accurately simulate state changes such as growth and differentiation of actual living tissue accompanied by cell division of progenitor cells. This simulation method places the secondary cell model in the vicinity of the progenitor cell model, and responds to an increase in the position of the secondary cell model or the number of steps that have elapsed since the secondary cell model was generated. Increase the interparticle coefficient for the cell model and position the one secondary cell model based on the distance between the secondary cell model and the progenitor cell model or other secondary cell model and the interparticle coefficient. Including updating.

特開2012−145988号公報JP 2012-145988 A

本明細書において、生体組織を形成する細胞であって、分裂能力を有する細胞を母細胞と表記し、この母細胞から分裂される細胞を娘細胞と表記し、分裂能力を有さないその他の細胞を非分裂細胞と表記する。また、本明細書での細胞とは、いわゆる細胞であってもよいし、体積を維持した流動的な組織を模擬するために設けられる仮想的な単位であってもよい。   In this specification, a cell that forms a living tissue, a cell having a division ability is referred to as a mother cell, a cell that is divided from the mother cell is referred to as a daughter cell, and other cells that do not have a division ability. Cells are referred to as non-dividing cells. The cell in the present specification may be a so-called cell or a virtual unit provided for simulating a fluid tissue that maintains its volume.

人の皮膚組織を形成する表皮には、表面から順に角質層、2から3層で構成される顆粒層、5から10層で構成される有棘層、及び、一番底の、母細胞の一種である基底細胞からなる基底層(1層)がある。基底層は、複数の基底細胞が一層に並んでおり、体の部位によって、凹凸を形成する。基底層の凹凸については、加齢により減少することや、シミ部において他の部分よりも激しいこと等が知られている。このような基底層の凹凸の形成状況をシミュレートすることにより、スキンケアやエイジングケア等に役立てることができる。   The epidermis that forms human skin tissue consists of a stratum corneum layer, a granule layer composed of 2 to 3 layers in order from the surface, a spiny layer composed of 5 to 10 layers, and a mother cell of the bottom. There is a basal layer (one layer) consisting of a kind of basal cells. In the basal layer, a plurality of basal cells are arranged in one layer, and irregularities are formed depending on the part of the body. About the unevenness | corrugation of a basal layer, it is known that it will decrease by aging, and it will be more severe in a spot part than other parts. By simulating the formation of such irregularities in the base layer, it can be used for skin care, aging care, and the like.

しかしながら、生体組織を模擬する既存のシミュレーション方法において、基底細胞のような母細胞の挙動を正確に模擬するものは存在しない。上述の提案手法においても、母細胞(前駆細胞)の挙動についてはあまり言及されていない。   However, there is no existing simulation method for simulating living tissue that accurately simulates the behavior of a mother cell such as a basal cell. Even in the above-described proposed method, there is not much mention about the behavior of mother cells (progenitor cells).

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、母細胞の挙動を正確に模擬する生体組織のシミュレーション技術を提供する。   The present invention has been made in view of such problems, and provides a living tissue simulation technique that accurately simulates the behavior of a mother cell.

本発明の各側面では、上述した課題を解決するために、それぞれ以下の構成を採用する。   Each aspect of the present invention employs the following configurations in order to solve the above-described problems.

第1の側面は、分裂能力を有する母細胞、母細胞の分裂により生じる娘細胞、及び、母細胞層を介して娘細胞とは逆側に存在する非分裂細胞により形成される生体組織の挙動を少なくとも1つのコンピュータにより模擬する生体組織シミュレーション方法に関する。第1側面に係る生体組織シミュレーション方法は、母細胞、娘細胞及び非分裂細胞の位置特性に応じて、母細胞を表す母細胞モデル、娘細胞を表す娘細胞モデル、及び、非分裂細胞を表す非分裂細胞モデルを粒子モデルとしてシミュレーション空間内に配置し、母細胞層の厚み方向で母細胞モデルを挟む位置に、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルには力を及ぼさない第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを生成し、母細胞モデル、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルを含む細胞モデル間に働く第1粒子間力を算出し、母細胞モデルと第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルとの間に働く第2粒子間力を算出し、第1粒子間力を用いて算出される変位により、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルの位置を更新し、第1粒子間力及び第2粒子間力を用いて算出される変位により、母細胞モデルの位置を更新し、第2粒子間力を用いて算出される変位により、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルの位置を更新する、ことを含む。   The first aspect is the behavior of biological tissue formed by mother cells having division ability, daughter cells generated by division of the mother cells, and non-dividing cells existing on the opposite side of the daughter cells through the mother cell layer. The present invention relates to a biological tissue simulation method for simulating the above with at least one computer. The biological tissue simulation method according to the first aspect represents a mother cell model representing a mother cell, a daughter cell model representing a daughter cell, and a non-dividing cell according to the positional characteristics of the mother cell, the daughter cell, and the non-dividing cell. A non-dividing cell model is arranged in the simulation space as a particle model, and a first virtual particle model that does not exert any force on the daughter cell model and the non-dividing cell model at a position sandwiching the mother cell model in the thickness direction of the mother cell layer; A second virtual particle model is generated, a first interparticle force acting between cell models including a mother cell model, a daughter cell model, and a non-dividing cell model is calculated, and the mother cell model, the first virtual particle model, and the second virtual model are calculated. A second interparticle force acting between the particle model and the displacement calculated using the first interparticle force to update the positions of the daughter cell model and the non-dividing cell model; The position of the mother cell model is updated by the displacement calculated using the force between the two particles, and the positions of the first virtual particle model and the second virtual particle model are updated by the displacement calculated using the force between the second particles. Including updating.

第2の側面は、分裂能力を有する母細胞、母細胞の分裂により生じる娘細胞、及び、母細胞層を介して娘細胞とは逆側に存在する非分裂細胞により形成される生体組織の挙動を模擬する生体組織シミュレーション装置に関する。第2側面に係る生体組織シミュレーション装置は、母細胞、娘細胞及び非分裂細胞の位置特性に応じて、母細胞を表す母細胞モデル、娘細胞を表す娘細胞モデル、及び、非分裂細胞を表す非分裂細胞モデルを粒子モデルとしてシミュレーション空間内に配置する配置手段と、母細胞層の厚み方向で母細胞モデルを挟む位置に、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルには力を及ぼさない第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを生成する粒子制御手段と、母細胞モデル、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルを含む各細胞モデル、並びに、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを含む各仮想粒子モデルについて、シミュレーション空間内の位置及びモデル種別を含むモデル情報をそれぞれ保持するモデル情報保持手段と、母細胞モデル、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルを含む細胞モデル間に働く第1粒子間力、及び、母細胞モデルと第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルとの間に働く第2粒子間力を算出する力算出手段と、第1粒子間力を用いて算出される変位により、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルの位置を更新し、第1粒子間力及び第2粒子間力を用いて算出される変位により、母細胞モデルの位置を更新し、第2粒子間力を用いて算出される変位により、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルの位置を更新する位置更新手段と、を有する。   The second aspect is the behavior of biological tissue formed by mother cells having division ability, daughter cells generated by division of the mother cells, and non-dividing cells existing on the opposite side of the daughter cells through the mother cell layer. The present invention relates to a biological tissue simulation apparatus that simulates the above. The biological tissue simulation apparatus according to the second aspect represents a mother cell model representing a mother cell, a daughter cell model representing a daughter cell, and a non-dividing cell according to the positional characteristics of the mother cell, the daughter cell, and the non-dividing cell. Arrangement means for arranging the non-dividing cell model as a particle model in the simulation space, and a first virtual that does not exert any force on the daughter cell model and the non-dividing cell model at a position sandwiching the mother cell model in the thickness direction of the mother cell layer Particle control means for generating a particle model and a second virtual particle model, each cell model including a mother cell model, a daughter cell model and a non-dividing cell model, and each including a first virtual particle model and a second virtual particle model For the virtual particle model, model information holding means for holding model information including the position and model type in the simulation space, a mother cell model, A first interparticle force acting between cell models including a cell model and a non-dividing cell model, and a second interparticle force acting between the mother cell model and the first virtual particle model and the second virtual particle model are calculated. The positions of the daughter cell model and the non-dividing cell model are updated by the force calculation means and the displacement calculated using the force between the first particles, and calculated using the force between the first particles and the force between the second particles. Position updating means for updating the position of the mother cell model by the displacement and updating the positions of the first virtual particle model and the second virtual particle model by the displacement calculated using the second interparticle force.

なお、本発明の別側面は、第1側面に係る方法を少なくとも1つのコンピュータに実行させるプログラムであってもよいし、このようなプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であってもよい。この記録媒体は、非一時的な有形の媒体を含む。   Another aspect of the present invention may be a program that causes at least one computer to execute the method according to the first aspect, or may be a computer-readable storage medium that records such a program. . This recording medium includes a non-transitory tangible medium.

上記各態様によれば、母細胞の挙動を正確に模擬する生体組織のシミュレーション技術を提供することができる。   According to each aspect described above, it is possible to provide a living tissue simulation technique that accurately simulates the behavior of a mother cell.

第1実施形態における生体組織シミュレーション方法を示す図である。It is a figure which shows the biological tissue simulation method in 1st Embodiment. 人における表皮及び真皮の生体組織のシミュレーション空間の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the simulation space of the biological tissue of the epidermis and dermis in a person. 第1実施形態における生体組織シミュレーション装置のハードウェア構成例を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the hardware structural example of the biological tissue simulation apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態における生体組織シミュレーション装置の処理構成例を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the process structural example of the biological tissue simulation apparatus in 1st Embodiment. 第2実施形態におけるシミュレーション方法の母細胞分裂に関わる工程を示す。The process in connection with the mother cell division of the simulation method in 2nd Embodiment is shown. 第2実施形態におけるシミュレーション方法の位置更新に関わる工程を示す。The process in connection with the position update of the simulation method in 2nd Embodiment is shown. 第2実施形態における生体組織シミュレーション装置の処理構成例を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the process structural example of the biological tissue simulation apparatus in 2nd Embodiment. 第3仮想粒子モデルの作用効果を概念的に示した図である。It is the figure which showed notionally the effect of the 3rd virtual particle model. 第3実施形態におけるシミュレーション方法のサイズ制御に関わる工程を示す。The process in connection with size control of the simulation method in 3rd Embodiment is shown. 第3実施形態における生体組織シミュレーション装置の処理構成例を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the process structural example of the biological tissue simulation apparatus in 3rd Embodiment. 本実施例におけるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in a present Example. 本実施例におけるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in a present Example.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に挙げる各実施形態はそれぞれ例示であり、本発明は以下の各実施形態の構成に限定されない。   Embodiments of the present invention will be described below. In addition, each embodiment given below is an illustration, respectively, and this invention is not limited to the structure of each following embodiment.

[第1実施形態]
〔生体組織シミュレーション方法〕
図1は、第1実施形態における生体組織シミュレーション方法を示す図である。以降、生体組織シミュレーション方法は、略して、シミュレーション方法と表記される場合もある。第1実施形態におけるシミュレーション方法は、母細胞、娘細胞、及び、母細胞層を介して娘細胞とは逆側に存在する非分裂細胞により形成される生体組織の挙動を少なくとも1つのコンピュータにより模擬する。図1に示されるように、第1実施形態に係るシミュレーション方法は、(S11)から(S17)を含む。
[First Embodiment]
[Biological tissue simulation method]
FIG. 1 is a diagram illustrating a biological tissue simulation method according to the first embodiment. Hereinafter, the biological tissue simulation method may be abbreviated as a simulation method for short. The simulation method in the first embodiment simulates the behavior of a living tissue formed by mother cells, daughter cells, and non-dividing cells existing on the opposite side of the daughter cells via the mother cell layer by at least one computer. To do. As shown in FIG. 1, the simulation method according to the first embodiment includes (S11) to (S17).

(S11)は、母細胞、娘細胞及び非分裂細胞の位置特性に応じて、母細胞を表す母細胞モデル、娘細胞を表す娘細胞モデル、及び、非分裂細胞を表す非分裂細胞モデルを粒子モデルとしてシミュレーション空間内に配置する工程である。母細胞モデル、娘細胞モデル、非分裂細胞モデルといった各細胞モデルは、具体的には、各細胞を表すソフトウェアオブジェクトである。ソフトウェアオブジェクトは、オブジェクト指向ソフトウェアにおけるインスタンスとして生成されてもよいし、構造体により生成されてもよい。本実施形態は、このような細胞モデルのソフトウェアオブジェクト化の具体的手法を制限しない。   (S11) includes particles of a mother cell model representing a mother cell, a daughter cell model representing a daughter cell, and a non-dividing cell model representing a non-dividing cell according to the positional characteristics of the mother cell, the daughter cell, and the non-dividing cell. This is a step of placing the model in the simulation space. Each cell model such as a mother cell model, daughter cell model, and non-dividing cell model is specifically a software object representing each cell. The software object may be generated as an instance in object-oriented software or may be generated by a structure. This embodiment does not limit a specific method for creating a software object of such a cell model.

各細胞モデルは、母細胞、娘細胞及び非分裂細胞を少なくとも区別可能な細胞種別の情報をそれぞれ有する。また、(S11)では、各細胞モデルが粒子モデルとしてシミュレーション空間内に配置されるため、各細胞モデルは、シミュレーション空間内における位置を示す情報を更に有する。細胞モデルの位置は、例えば、細胞モデルの重心の位置で表される。本実施形態では、各細胞モデルをいわゆる粒子法の粒子モデルとして扱うため、各細胞モデルは、その細胞の大きさを示す情報を更に有することが望ましい。細胞の大きさを示す情報としては、直径、半径、又は、3次元の各軸方向の大きさ等で表される。各細胞モデルは、粒子モデルと表記される場合もある。   Each cell model has cell type information that can distinguish at least a mother cell, a daughter cell, and a non-dividing cell. Moreover, in (S11), since each cell model is arrange | positioned in the simulation space as a particle model, each cell model further has the information which shows the position in simulation space. The position of the cell model is represented by the position of the center of gravity of the cell model, for example. In this embodiment, since each cell model is handled as a so-called particle method particle model, each cell model preferably further has information indicating the size of the cell. The information indicating the size of the cell is represented by a diameter, a radius, a size in each three-dimensional axis direction, or the like. Each cell model may be expressed as a particle model.

シミュレーション空間とは、各細胞モデルの挙動を模擬する3次元の計算空間であって、各細胞モデルで形成される生体組織の一部を表す。   The simulation space is a three-dimensional calculation space that simulates the behavior of each cell model, and represents a part of a living tissue formed by each cell model.

図2は、人における表皮及び真皮の生体組織のシミュレーション空間の例を示す図である。図2の例では、シミュレーション空間は、計算境界A1、A2、A3及びA4に囲まれた範囲であり、シミュレーション方法は、このシミュレーション空間外に位置する細胞モデルを計算対象としない。図2の例では、真皮組織、基底層、有棘層、顆粒層及び角層の一部がシミュレーション空間に設定されており、計算境界A1により皮膚の表面の形状が表される。また、基底層は、基底細胞及び色素細胞(メラノサイト)から形成されている。以降の説明では、基底層に対応する母細胞層を形成する細胞として、母細胞のみが例示されるが、母細胞層には、色素細胞のような許され得る他種の細胞が含まれていてもよい。但し、母細胞層への侵入により生体組織の本来の母細胞層の姿が崩れる、娘細胞や非分裂細胞のような、許されない他種の細胞もある。また、このシミュレーション空間の設定方法は、図2の例に制限されない。例えば、毛髪の組織がシミュレーション対象とされる場合、毛乳頭組織、毛母細胞、毛母細胞が分裂して生成された娘細胞から毛髪組織又はその一部が計算境界A1からA4に設定される。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a simulation space of a living tissue of the epidermis and dermis in a human. In the example of FIG. 2, the simulation space is a range surrounded by calculation boundaries A1, A2, A3, and A4, and the simulation method does not target cell models located outside this simulation space. In the example of FIG. 2, a part of the dermal tissue, basal layer, spiny layer, granule layer, and horny layer is set in the simulation space, and the shape of the skin surface is represented by the calculation boundary A1. The basal layer is formed from basal cells and pigment cells (melanocytes). In the following description, only the mother cells are exemplified as the cells forming the mother cell layer corresponding to the basal layer, but the mother cell layer contains other types of cells that are allowed, such as pigment cells. May be. However, there are other types of cells that are not allowed, such as daughter cells and non-dividing cells, in which the original mother cell layer of living tissue collapses due to entry into the mother cell layer. The simulation space setting method is not limited to the example of FIG. For example, when the hair tissue is a simulation target, the hair tissue or a part thereof is set to calculation boundaries A1 to A4 from the dermal papilla tissue, hair matrix cells, and daughter cells generated by dividing the hair matrix cells. .

また、母細胞、娘細胞及び非分裂細胞の位置特性とは、生体組織内での各細胞の位置関係の性質を意味する。例えば、人における表皮組織では、母細胞に相当する基底細胞及び色素細胞(メラノサイト)が厚み方向に重ならないように形成する基底層(母細胞層に相当)が存在し、基底層より皮膚表面側に娘細胞に相当する有棘細胞が存在し、基底層より皮下組織側に非分裂細胞に相当する真皮組織が存在する。この例では、このような基底層の特性、及び、有棘層、基底層及び真皮組織の位置関係に応じて、娘細胞(有棘細胞)モデル、母細胞(基底細胞)モデル及び非分裂細胞モデルが配置される。また、毛髪の組織では、母細胞に相当する毛母細胞が、非分裂細胞に相当する毛乳頭細胞からなる毛乳頭組織の表面に存在し、その逆側に毛母細胞から分裂した非分裂細胞が存在する。この例では、このような、毛母細胞、毛乳頭細胞及び非分裂細胞の位置関係に応じて、母細胞(毛母細胞)モデル、非分裂細胞(毛乳頭細胞)モデル及び二次細胞モデルが配置される。   Further, the positional characteristics of the mother cell, the daughter cell, and the non-dividing cell mean the nature of the positional relationship of each cell in the living tissue. For example, in human epidermal tissue, there is a basal layer (corresponding to the mother cell layer) formed so that basal cells corresponding to mother cells and pigment cells (melanocytes) do not overlap in the thickness direction. There are spiny cells corresponding to daughter cells, and dermal tissue corresponding to non-dividing cells is present on the subcutaneous tissue side from the basal layer. In this example, depending on the characteristics of such a basal layer and the positional relationship between the spinous layer, the basal layer and the dermal tissue, a daughter cell (spinous cell) model, a mother cell (basal cell) model, and a non-dividing cell The model is placed. In hair tissue, hair matrix cells corresponding to mother cells are present on the surface of the hair papillary tissue consisting of hair papillary cells corresponding to non-dividing cells, and non-dividing cells divided from the hair matrix cells on the opposite side. Exists. In this example, depending on the positional relationship between the hair matrix cells, the hair papilla cells and the non-dividing cells, a mother cell (hair matrix cell) model, a non-dividing cell (hair papilla cell) model, and a secondary cell model are used. Be placed.

(S12)は、母細胞層の厚み方向で母細胞モデルを挟む位置に、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを生成する工程である。これにより、対象の1つの母細胞モデルに対して第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルの組が生成され、生成された第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルは、シミュレーション空間内におけるその対象の母細胞モデルを挟んで各々対向する位置に配置される。第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルは、生体組織を形成する細胞を表すものではなく、各細胞モデルの挙動を制御するために、計算上、仮想的に設けられるソフトウェアオブジェクトである。各仮想粒子モデルは、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルには力を及ぼさないモデルとして定義される。各仮想粒子モデルについても粒子モデルと表記される場合もある。   (S12) is a step of generating the first virtual particle model and the second virtual particle model at positions where the mother cell model is sandwiched in the thickness direction of the mother cell layer. Thereby, a set of the first virtual particle model and the second virtual particle model is generated for one mother cell model of the object, and the generated first virtual particle model and second virtual particle model are generated in the simulation space. They are arranged at positions facing each other across the target mother cell model. The first virtual particle model and the second virtual particle model do not represent cells that form a living tissue, but are software objects that are virtually provided for calculation in order to control the behavior of each cell model. Each virtual particle model is defined as a model that has no power on the daughter cell model and the non-dividing cell model. Each virtual particle model may also be described as a particle model.

仮想粒子モデルは、ソフトウェア空間内に配置されるため、ソフトウェア空間内の位置を示す情報を有する。また、仮想粒子モデルは、大きさを示す情報を持ってもよいし、大きさを持たなくてもよい(例えば、体積ゼロでもよい)。各仮想粒子モデルは、細胞モデルと区別される必要があるため、仮想粒子モデルであること又は細胞モデルでないことを示す情報を更に有する。   Since the virtual particle model is arranged in the software space, it has information indicating the position in the software space. The virtual particle model may have information indicating the size or may not have the size (for example, the volume may be zero). Since each virtual particle model needs to be distinguished from a cell model, the virtual particle model further includes information indicating that it is a virtual particle model or not a cell model.

(S13)は、母細胞モデル、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルを含む細胞モデル間に働く第1粒子間力を算出する工程である。第1粒子間力は、各細胞モデルを粒子に見立てることで、いわゆる粒子法を用いて算出される。第1粒子間力は、母細胞モデル間、母細胞モデルと娘細胞モデルとの間、母細胞モデルと非分裂細胞モデルとの間、娘細胞モデル間、非分裂細胞モデル間、娘細胞モデルと非分裂細胞モデルとの間について、細胞モデル間の粒子間距離を用いて、それぞれ算出される。粒子間距離は、ソフトウェア空間(3次元計算空間)内における粒子モデル間のユークリッド距離として算出される。各粒子モデルの位置がそのモデルの重心の位置で示されている場合には、粒子間距離は、粒子モデルの重心間距離として算出される。以降、粒子間距離は、単に距離と表記される場合もある。   (S13) is a step of calculating a first interparticle force acting between cell models including a mother cell model, a daughter cell model, and a non-dividing cell model. The first interparticle force is calculated using a so-called particle method by regarding each cell model as a particle. The first interparticle force is between mother cell models, between mother cell models and daughter cell models, between mother cell models and non-dividing cell models, between daughter cell models, between non-dividing cell models, and daughter cell models. With respect to the non-dividing cell model, it is calculated using the interparticle distance between the cell models. The interparticle distance is calculated as the Euclidean distance between the particle models in the software space (three-dimensional calculation space). When the position of each particle model is indicated by the position of the center of gravity of the model, the interparticle distance is calculated as the distance between the center of gravity of the particle model. Hereinafter, the interparticle distance may be simply expressed as a distance.

演算量の低減のためには、第1粒子間力を求める対象とする細胞モデルの組み合わせは、粒子間距離が所定以下の組み合わせとすることが望ましい。また、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルは、母細胞モデルを挟んだ位置に存在するため、それらの間の粒子間力は計算対象外とされることが望ましい。第1粒子間力の算出には、上述の特許文献1に記載されるものと同様の手法が用いられればよい。   In order to reduce the amount of calculation, it is desirable that the combination of cell models for which the first interparticle force is obtained is a combination having an interparticle distance of a predetermined value or less. In addition, since the daughter cell model and the non-dividing cell model exist at positions sandwiching the mother cell model, it is desirable that the interparticle force between them is excluded from the calculation target. For the calculation of the first interparticle force, a method similar to that described in Patent Document 1 may be used.

(S14)は、母細胞モデルと第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルとの間に働く第2粒子間力を算出する工程である。言い換えれば、(S14)は、母細胞モデルと第1仮想粒子モデルとの間の第2粒子間力、及び、母細胞モデルと第2仮想粒子モデルとの間の第2粒子間力を算出する。演算量の低減のためには、第2粒子間力を求める対象とする母細胞モデルと仮想粒子モデルとの組み合わせは、粒子間距離が所定以下の組み合わせとすることが望ましい。第2粒子間力の算出には、上述の特許文献1に記載されるものと同様の手法が用いられればよい。   (S14) is a step of calculating a second interparticle force acting between the mother cell model and the first virtual particle model and the second virtual particle model. In other words, (S14) calculates the second interparticle force between the mother cell model and the first virtual particle model and the second interparticle force between the mother cell model and the second virtual particle model. . In order to reduce the amount of calculation, it is desirable that the combination of the mother cell model and the virtual particle model for which the second interparticle force is obtained is a combination in which the interparticle distance is a predetermined value or less. For the calculation of the second interparticle force, a method similar to that described in Patent Document 1 may be used.

(S15)は、(S13)で得られた第1粒子間力を用いて算出される変位により、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルの位置を更新する工程である。算出される変位は、対象の細胞モデル又は仮想粒子モデルに影響を与える全ての粒子間力及び運動方程式等を用いて算出され、その対象モデルを力のつり合う位置へ移すための位置の変化を示す。ここでは、対象の娘細胞モデル又は非分裂細胞モデルの変位が、(S13)で得られた第1粒子間力及び運動方程式等を用いて算出される。(S15)は、現在位置にその変位を適用することで、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルの位置を更新する。   (S15) is a step of updating the positions of the daughter cell model and the non-dividing cell model based on the displacement calculated using the first interparticle force obtained in (S13). The calculated displacement is calculated using all interparticle forces and equations of motion that affect the target cell model or virtual particle model, and indicates the change in position for moving the target model to the position where the force is balanced. . Here, the displacement of the target daughter cell model or non-dividing cell model is calculated using the first interparticle force, the equation of motion, etc. obtained in (S13). (S15) updates the positions of the daughter cell model and the non-dividing cell model by applying the displacement to the current position.

(S16)は、(S13)で得られた第1粒子間力及び(S14)で得られた第2粒子間力を用いて算出される変位により、母細胞モデルの位置を更新する工程である。   (S16) is a step of updating the position of the mother cell model by the displacement calculated using the first interparticle force obtained in (S13) and the second interparticle force obtained in (S14). .

(S17)は、(S14)で得られた第2粒子間力を用いて算出される変位により、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルの位置を更新する工程である。   (S17) is a step of updating the positions of the first virtual particle model and the second virtual particle model by the displacement calculated using the second interparticle force obtained in (S14).

但し、本シミュレーション方法における各工程の実行順序は、図1で示される順番に制限されない。各工程の実行順序は、内容的に支障のない範囲で変更され得る。例えば、(S15)、(S16)及び(S17)の実行順は任意であり、並列に実行されてもよい。また、(S15)は、(S14)の前に実行されてもよい。また、図1では、説明の便宜のため、フローチャートにより簡易的に示されているため、第1実施形態におけるシミュレーション方法は、図1に示される内容に制限されない。例えば、(S13)から(S17)は、ソフトウェアオブジェクト毎(細胞モデル毎及び仮想粒子モデル毎)に実行することができる。(S13)は、仮想粒子モデルに関しては実行されない。(S14)は、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルに関しては実行されない。   However, the execution order of the steps in the simulation method is not limited to the order shown in FIG. The execution order of the steps can be changed within a range that does not hinder the contents. For example, the execution order of (S15), (S16), and (S17) is arbitrary, and may be executed in parallel. In addition, (S15) may be executed before (S14). Further, in FIG. 1, for the convenience of explanation, since it is simply illustrated by a flowchart, the simulation method in the first embodiment is not limited to the content illustrated in FIG. 1. For example, (S13) to (S17) can be executed for each software object (for each cell model and each virtual particle model). (S13) is not executed for the virtual particle model. (S14) is not executed for the daughter cell model and the non-dividing cell model.

第1実施形態におけるシミュレーション方法は、以下に説明する生体組織シミュレーション装置のような少なくとも1つのコンピュータにおいて実行され得る。但し、上述のシミュレーション方法には、少なくとも一部が人によって実施される工程が含まれてもよい。例えば、(S11)において、母細胞モデル、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルの初期配置(シミュレーション開始時点の配置)は、人によって入力された情報に基づいて実現されてもよい。具体的には、各細胞モデルの必要数及び各細胞モデルの位置が人によって入力され、その入力情報が当該少なくとも1つのコンピュータに設定されてもよい。この場合でも、(S11)自体は、少なくとも1つのコンピュータにより実行される工程であり、第1実施形態におけるシミュレーション方法は、全体として、自然法則を利用した技術的思想の創作と言える。   The simulation method in the first embodiment can be executed by at least one computer such as a biological tissue simulation apparatus described below. However, the above-described simulation method may include a process in which at least a part is performed by a person. For example, in (S11), the initial placement (placement at the start of simulation) of the mother cell model, daughter cell model, and non-dividing cell model may be realized based on information input by a person. Specifically, the required number of each cell model and the position of each cell model may be input by a person, and the input information may be set in the at least one computer. Even in this case, (S11) itself is a process executed by at least one computer, and the simulation method in the first embodiment can be said to be the creation of a technical idea utilizing the laws of nature as a whole.

〔生体組織シミュレーション装置〕
図3は、第1実施形態における生体組織シミュレーション装置1のハードウェア構成例を概念的に示す図である。以降、生体組織シミュレーション装置を略してシミュレータと表記する場合もある。シミュレータ1は、いわゆるコンピュータであり、例えば、バスで相互に接続される、CPU(Central Processing Unit)2、メモリ3、通信ユニット4、入出力インタフェース(I/F)5等を有する。メモリ3は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、ハードディスク等である。通信ユニット4は、他のコンピュータや機器と信号のやりとりを行う。通信ユニット4には、可搬型記録媒体等も接続され得る。
[Biological tissue simulation device]
FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating a hardware configuration example of the biological tissue simulation apparatus 1 in the first embodiment. Hereinafter, the biological tissue simulation apparatus may be abbreviated as a simulator. The simulator 1 is a so-called computer and includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) 2, a memory 3, a communication unit 4, an input / output interface (I / F) 5, and the like that are connected to each other via a bus. The memory 3 is a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a hard disk, or the like. The communication unit 4 exchanges signals with other computers and devices. A portable recording medium or the like can be connected to the communication unit 4.

入出力I/F5は、表示装置6、入力装置7等のユーザインタフェース装置と接続可能である。表示装置6は、LCD(Liquid Crystal Display)やCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイのような、CPU2やGPU(Graphics Processing Unit)(図示せず)等により処理された描画データに対応する画面を表示する装置である。入力装置7は、キーボード、マウス等のようなユーザ操作の入力を受け付ける装置である。表示装置6及び入力装置7は一体化され、タッチパネルとして実現されてもよい。シミュレータ1のハードウェア構成は制限されない。   The input / output I / F 5 can be connected to user interface devices such as the display device 6 and the input device 7. The display device 6 displays a screen corresponding to drawing data processed by a CPU 2 or a GPU (Graphics Processing Unit) (not shown) such as an LCD (Liquid Crystal Display) or a CRT (Cathode Ray Tube) display. Device. The input device 7 is a device that receives an input of a user operation such as a keyboard and a mouse. The display device 6 and the input device 7 may be integrated and realized as a touch panel. The hardware configuration of the simulator 1 is not limited.

図4は、第1実施形態における生体組織シミュレーション装置1の処理構成例を概念的に示す図である。図4に示されるように、シミュレータ1は、配置部11、粒子制御部12、モデル情報保持部13、力算出部14、位置更新部15等を有する。これら各処理部は、例えば、CPU2によりメモリ3に格納されるプログラムが実行されることにより実現される。また、当該プログラムは、例えば、CD(Compact Disc)、メモリカード等のような可搬型記録媒体やネットワーク上の他のコンピュータから通信ユニット4又は入出力I/F5を介してインストールされ、メモリ3に格納されてもよい。   FIG. 4 is a diagram conceptually illustrating a processing configuration example of the biological tissue simulation apparatus 1 in the first embodiment. As shown in FIG. 4, the simulator 1 includes an arrangement unit 11, a particle control unit 12, a model information holding unit 13, a force calculation unit 14, a position update unit 15, and the like. Each of these processing units is realized, for example, by executing a program stored in the memory 3 by the CPU 2. The program is installed from a portable recording medium such as a CD (Compact Disc) or a memory card or another computer on the network via the communication unit 4 or the input / output I / F 5 and is stored in the memory 3. It may be stored.

配置部11は、上述の(S11)を実行する。配置部11は、入力装置7を用いたユーザ操作で入力された情報又は通信ユニット4を介して取得された情報を用いて、(S11)を実行する。その情報は、具体的には、各細胞モデルの必要数及び各細胞モデルの初期配置を示し、後述のモデル情報保持部13に保持される。   The placement unit 11 executes (S11) described above. The placement unit 11 executes (S11) using information input by a user operation using the input device 7 or information acquired via the communication unit 4. Specifically, the information indicates the required number of each cell model and the initial arrangement of each cell model, and is held in a model information holding unit 13 described later.

粒子制御部12は、上述の(S12)を実行する。   The particle control unit 12 executes (S12) described above.

モデル情報保持部13は、母細胞モデル、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルを含む各細胞モデル、並びに、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを含む各仮想粒子モデルについて、シミュレーション空間内の位置及びモデル種別を含むモデル情報をそれぞれ保持する。モデル種別は、各モデルが示す細胞種別、又は、細胞モデルでなく粒子モデルであることを示す。各細胞モデルのモデル情報は、その細胞の大きさを示す情報を更に含むことが望ましい。また、各仮想粒子モデルのモデル情報は、その粒子の大きさを示す情報を更に含んでいてもよい。   The model information holding unit 13 is provided for each cell model including a mother cell model, a daughter cell model, and a non-dividing cell model, and each virtual particle model including a first virtual particle model and a second virtual particle model in a simulation space. Each holds model information including a position and a model type. The model type indicates a cell type indicated by each model or a particle model instead of a cell model. It is desirable that the model information of each cell model further includes information indicating the size of the cell. The model information of each virtual particle model may further include information indicating the size of the particle.

力算出部14は、上述における(S13)及び(S14)を実行する。即ち、力算出部14は、細胞モデル間に働く第1粒子間力、及び、母細胞モデルと仮想粒子モデルとの間に働く第2粒子間力を算出する。仮想粒子モデルは、上述のように、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルには力を及ぼさないため、娘細胞モデルと仮想粒子モデルとの間、及び、非分裂細胞モデルと仮想粒子モデルとの間に働く粒子間力は計算されない。   The force calculation unit 14 executes (S13) and (S14) described above. That is, the force calculation unit 14 calculates the first interparticle force acting between the cell models and the second interparticle force acting between the mother cell model and the virtual particle model. As described above, the virtual particle model has no effect on the daughter cell model and the non-dividing cell model, and therefore, between the daughter cell model and the virtual particle model, and between the non-dividing cell model and the virtual particle model. The interparticle force acting on is not calculated.

位置更新部15は、上述における(S15)、(S16)及び(S17)を実行する。即ち、位置更新部15は、モデル情報保持部13に保持される各細胞モデル及び各仮想粒子モデルに関するモデル情報の位置情報を更新する。   The position update unit 15 executes (S15), (S16), and (S17) described above. That is, the position update unit 15 updates the position information of the model information related to each cell model and each virtual particle model held in the model information holding unit 13.

〔第1実施形態の作用及び効果〕
実際の生体組織において母細胞層の形状は不変ではない。例えば、人の表皮組織における基底層の凹凸形状は、加齢により変化することが知られている。また、毛髪における毛乳頭組織も退行期では萎縮することが知られている。このような母細胞層の挙動を正しく模擬するためには、基底細胞や毛母細胞等のような各母細胞の挙動をそれぞれ模擬する必要がある。そこで、第1実施形態で示されるように、母細胞も、娘細胞や非分裂細胞のように粒子モデルとして扱い、他の細胞からの粒子間力で変位させることが考えられる。
[Operation and Effect of First Embodiment]
In an actual living tissue, the shape of the mother cell layer is not unchanged. For example, it is known that the concavo-convex shape of the basal layer in human epidermal tissue changes with aging. It is also known that the dermal papilla tissue in the hair atrophy during the regression phase. In order to correctly simulate the behavior of such a mother cell layer, it is necessary to simulate the behavior of each mother cell such as a basal cell or hair matrix cell. Therefore, as shown in the first embodiment, it is conceivable that the mother cell is also treated as a particle model like a daughter cell or a non-dividing cell and is displaced by the interparticle force from other cells.

本発明者らは、単に母細胞を粒子モデルとして扱うのみでは、母細胞層の形状が生体組織での本来の形状から崩れてしまい、母細胞の挙動を正しく模擬することができないという問題点を得た。例えば、本来の生体組織では、母細胞層は、厚み方向に母細胞が重ならないように形成されるが、上述の単純なシミュレーション手法では、母細胞が重なり、母細胞層が破綻してしまう。例えば、皮膚組織に置き換えると、基底層に相当する母細胞層には、有棘細胞に相当する娘細胞や、線維芽細胞及び細胞外マトリックスなどの真皮構造に相当する非分裂細胞が存在しないが、上述の単純なシミュレーション手法では、母細胞層に娘細胞(有棘細胞)や非分裂細胞(真皮構造)が侵入し、母細胞層が破綻してしまう。   The present inventors have a problem that simply by treating the mother cell as a particle model, the shape of the mother cell layer collapses from the original shape in the living tissue, and the behavior of the mother cell cannot be simulated correctly. Obtained. For example, in an original living tissue, the mother cell layer is formed so that the mother cells do not overlap in the thickness direction. However, in the above simple simulation method, the mother cells overlap and the mother cell layer breaks down. For example, when replaced with skin tissue, the mother cell layer corresponding to the basal layer does not have daughter cells corresponding to spinous cells or non-dividing cells corresponding to dermal structures such as fibroblasts and extracellular matrix. In the simple simulation method described above, daughter cells (spinous cells) and non-dividing cells (dermis structure) enter the mother cell layer, and the mother cell layer breaks down.

そこで、本発明者らは、細胞を表さない仮想的な粒子モデルを用いるという着想を得た。本発明者らは、更に検討を重ねることで、母細胞モデルに対して、母細胞層の厚み方向でその母細胞モデルを挟む位置に、2つの仮想粒子モデル(第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデル)の組を配置し、各仮想粒子モデルが、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルには力を及ぼさず、母細胞モデルに対して力を及ぼすようにすることで、正しく母細胞の挙動を模擬できることを見出した。   Therefore, the present inventors have come up with the idea of using a virtual particle model that does not represent a cell. By further studying the present inventors, two virtual particle models (a first virtual particle model and a second virtual particle model) are positioned at a position sandwiching the mother cell model in the thickness direction of the mother cell layer. By arranging a set of virtual particle models), each virtual particle model does not affect the daughter cell model and non-dividing cell model, but exerts a force on the mother cell model. We found that the behavior can be simulated.

具体的には、第1実施形態では、母細胞、娘細胞及び非分裂細胞を表す各細胞モデルが、各細胞の位置特性に応じて、シミュレーション空間内に配置され、更に、細胞を表さない仮想粒子モデルの2つの組が、母細胞モデル毎に、その母細胞モデルを母細胞層の厚み方向で挟む位置にそれぞれ配置される。各母細胞モデルの位置は、その母細胞モデルと、他の母細胞モデル、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルとの間に生じる第1粒子間力、並びに、その母細胞モデルと、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルとの間に生じる第2粒子間力を用いて算出される変位により、更新される。各娘細胞モデル及び各非分裂細胞モデルの位置は、第1粒子間力を用いて算出される変位により更新され、各仮想粒子モデルの位置は、第2粒子間力を用いて算出される変位により更新される。   Specifically, in the first embodiment, each cell model representing a mother cell, a daughter cell, and a non-dividing cell is arranged in the simulation space according to the positional characteristics of each cell, and does not represent a cell. Two sets of virtual particle models are arranged for each mother cell model at a position sandwiching the mother cell model in the thickness direction of the mother cell layer. The position of each mother cell model includes the first interparticle force generated between the mother cell model and the other mother cell model, the daughter cell model, and the non-dividing cell model, the mother cell model, and the first virtual model. It is updated by the displacement calculated by using the second interparticle force generated between the particle model and the second virtual particle model. The position of each daughter cell model and each non-dividing cell model is updated by the displacement calculated using the first interparticle force, and the position of each virtual particle model is the displacement calculated using the second interparticle force. Updated by

これにより、各母細胞モデルは、他の細胞モデルとの位置関係から生じる粒子間力で動きながら、その母細胞モデルを介して対向する2つの仮想粒子モデルの各々との間の粒子間力により、その動きが抑制されることになる。従って、第2実施形態によれば、母細胞モデルを動かすことで、母細胞層の形状を変化させることができ、かつ、母細胞モデルの動きの抑制により、母細胞層の形状の破綻を防ぐことができる。即ち、第2実施形態によれば、母細胞の挙動を正確に模擬することができる。   As a result, each mother cell model moves with the interparticle force generated from the positional relationship with the other cell models, while the interparticle force between each of the two virtual particle models facing each other through the mother cell model. That movement will be suppressed. Therefore, according to the second embodiment, the shape of the mother cell layer can be changed by moving the mother cell model, and the shape of the mother cell layer is prevented from being broken by suppressing the movement of the mother cell model. be able to. That is, according to the second embodiment, the behavior of the mother cell can be accurately simulated.

以下、上述の第1実施形態について更に詳細を説明する。以下には、詳細実施形態として、第2実施形態及び第3実施形態における生体組織シミュレーション方法(シミュレーション方法)及び生体組織シミュレーション装置(シミュレータ)が例示される。以下、上述の第1実施形態と異なる内容を中心に説明し、上述の第1実施形態と同様の内容については適宜省略する。   Hereinafter, the details of the first embodiment will be described. Hereinafter, as a detailed embodiment, a biological tissue simulation method (simulation method) and a biological tissue simulation device (simulator) in the second embodiment and the third embodiment are exemplified. The following description will focus on the content different from the first embodiment described above, and the same content as in the first embodiment will be omitted as appropriate.

[第2実施形態]
〔生体組織シミュレーション方法〕
第2実施形態におけるシミュレーション方法について図5及び図6を用いて説明する。
図5は、第2実施形態におけるシミュレーション方法の母細胞分裂に関わる工程を示す。第2実施形態におけるシミュレーション方法は、第1実施形態で示された工程に加えて、図5及び図6に示される工程を更に含む。第2実施形態におけるシミュレーション方法は、第2実施形態におけるシミュレータ1のような少なくとも1つのコンピュータにより実行される。
[Second Embodiment]
[Biological tissue simulation method]
A simulation method in the second embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 shows steps involved in mother cell division in the simulation method according to the second embodiment. The simulation method in the second embodiment further includes the steps shown in FIGS. 5 and 6 in addition to the steps shown in the first embodiment. The simulation method in the second embodiment is executed by at least one computer such as the simulator 1 in the second embodiment.

(S51)は、第1分裂パターン、第2分裂パターン及び第3分裂パターンのいずれか1つを所定頻度及び所定割合で実行する工程(S51)である。(S51)は、当該所定頻度で実行されると、複数の母細胞モデルの中から分裂する元の母細胞モデルを選択し、当該所定割合に従うように、いずれか1つの分裂パターンを決定し、選択された母細胞モデルに対してその決定された分裂パターンを実行する。   (S51) is a step (S51) of executing any one of the first division pattern, the second division pattern, and the third division pattern at a predetermined frequency and a predetermined ratio. (S51), when executed at the predetermined frequency, selects an original mother cell model that divides from a plurality of mother cell models, determines any one division pattern so as to follow the predetermined ratio, The determined division pattern is executed on the selected mother cell model.

第1分裂パターンでは、元の母細胞モデルから2つの娘細胞モデルが生成されかつ元の母細胞モデルが削除される。
第2分裂パターンでは、元の母細胞モデルから2つの母細胞モデルが生成される。第2分裂パターンでは、元の母細胞モデルが分裂後の一方の母細胞モデルとされてもよいし、元の母細胞モデルが削除されかつ2つの母細胞モデルが追加されてもよい。即ち、第2分裂パターンは、新たな1つの母細胞モデルの生成として実行されてもよいし、元の母細胞モデルの削除及び新たな2つの母細胞モデルの生成として実行されてもよい。
第3分裂パターンでは、元の母細胞モデルから母細胞モデル及び娘細胞モデルが生成される。第3分裂パターンでは、元の母細胞モデルがそのまま分裂後の一方の母細胞モデルとされてもよいし、元の母細胞モデルが削除されかつ新たな母細胞モデル及び娘細胞モデルが追加される。即ち、第3分裂パターンは、新たな娘細胞モデルの生成として実行されてもよいし、元の母細胞モデルの削除及び新たな母細胞モデル及び新たな娘細胞モデルの生成として実行されてもよい。
In the first division pattern, two daughter cell models are generated from the original mother cell model and the original mother cell model is deleted.
In the second division pattern, two mother cell models are generated from the original mother cell model. In the second division pattern, the original mother cell model may be one mother cell model after division, or the original mother cell model may be deleted and two mother cell models may be added. That is, the second division pattern may be executed as generation of one new mother cell model, or may be executed as deletion of the original mother cell model and generation of two new mother cell models.
In the third division pattern, a mother cell model and a daughter cell model are generated from the original mother cell model. In the third division pattern, the original mother cell model may be directly used as one mother cell model after division, or the original mother cell model is deleted and new mother cell models and daughter cell models are added. . That is, the third division pattern may be executed as generation of a new daughter cell model, or may be executed as deletion of the original mother cell model and generation of a new mother cell model and a new daughter cell model. .

母細胞は、このように3つの分裂パターンを持つことが知られ、対象の生体組織に応じた、母細胞の分裂の頻度及び分裂パターンの発生割合が知られている。例えば、表皮ターンオーバーに要する時間である28日から60日くらいの範囲と想定した場合、人の表皮組織における基底細胞の分裂頻度(分裂速度)は、一日におよそ0.1から0.8回くらいであると想定されている。また、マウスでの検証に基づいて、基底細胞の分裂パターンの発生割合は、第3分裂パターンが84%、第1及び第2の分裂パターンが各々8%であることが知られている(Nature 446: 185-189, 2007)。このような知見に基づいて、上記所定頻度及び上記所定割合は設定される。上記所定頻度及び上記所定割合は、予め設定されてもよいし、ユーザの入力操作等で調整されてもよい。   The mother cell is known to have three division patterns as described above, and the frequency of division of the mother cell and the generation rate of the division pattern according to the target biological tissue are known. For example, assuming that the time required for epidermis turnover is in the range of about 28 to 60 days, the frequency of division of basal cells (division rate) in human epidermal tissue is about 0.1 to 0.8 per day. It is assumed that it is about once. Moreover, based on verification in mice, it is known that the generation rate of basal cell division patterns is 84% for the third division pattern and 8% for the first and second division patterns (Nature). 446: 185-189, 2007). Based on such knowledge, the predetermined frequency and the predetermined ratio are set. The predetermined frequency and the predetermined ratio may be set in advance or may be adjusted by a user input operation or the like.

第2分裂パターンでは、1つの母細胞モデルが2つの母細胞モデルに分裂するため、元の母細胞モデルの位置又はその近傍に新たな2つの母細胞モデルを配置した場合、母細胞モデル間の重なりが大きくなってしまう。そこで、(S51)は、第2分裂パターンが実行される場合、その実行前に、対象の母細胞モデルの大きさを拡大することを更に含んでもよい(図示せず)。このようすれば、分裂直後の母細胞モデルの重なりを軽減することができ、母細胞の挙動をより正確に模擬することができる。   In the second division pattern, one mother cell model divides into two mother cell models. Therefore, when two new mother cell models are placed at or near the original mother cell model, Overlap will increase. Therefore, (S51) may further include enlarging the size of the target mother cell model before the execution of the second division pattern (not shown). In this way, the overlap of the mother cell models immediately after division can be reduced, and the behavior of the mother cells can be simulated more accurately.

上述のような分裂で生成される細胞モデルにおける分裂直後の位置は、分裂元の母細胞モデルの位置又はその近傍に設定される。但し、分裂で生成された娘細胞モデルは、母細胞層から抜け出る必要があるため、分裂元の母細胞モデルの位置よりも他の娘細胞モデルが存在する側に配置されることが望ましい。また、細胞モデルが体積を持つ場合には、分裂直後の細胞モデルの大きさは、標準よりも小さく設定され、分裂からの時間経過により徐々に標準的な大きさに設定されてもよい。   The position immediately after the division in the cell model generated by division as described above is set at or near the position of the mother cell model of the division source. However, since the daughter cell model generated by division needs to escape from the mother cell layer, it is desirable that the daughter cell model is arranged on the side where another daughter cell model exists rather than the position of the mother cell model of the division source. When the cell model has a volume, the size of the cell model immediately after division may be set smaller than the standard, and may gradually be set to a standard size as time elapses from division.

(S51)で実行された分裂パターンが第1分裂パターンの場合(S52;YES)、(S53)が実行される。(S53)は、母細胞モデルが削除された場合に、その削除された母細胞モデルに対応づけられた第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを削除する工程である。母細胞モデル及び仮想粒子モデルの削除は、対応する各ソフトウェアオブジェクトを削除すること、又は、当該各ソフトウェアに削除を示すフラグを設定することにより実現することができる。   When the division pattern executed in (S51) is the first division pattern (S52; YES), (S53) is executed. (S53) is a step of deleting the first virtual particle model and the second virtual particle model associated with the deleted mother cell model when the mother cell model is deleted. Deletion of the mother cell model and the virtual particle model can be realized by deleting each corresponding software object or by setting a flag indicating deletion to each software.

(S54)は、削除された母細胞モデルの位置に第3仮想粒子モデルを生成する工程である。第3仮想粒子モデルは、生体組織を形成する細胞を表すものではなく、各細胞モデルの挙動を制御するために、計算上、仮想的に設けられるソフトウェアオブジェクトである。第3仮想粒子モデルは、後述のように、隣接する母細胞モデルとの距離関係により削除される点で、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルとは異なる。このため、第3仮想粒子モデルは、細胞モデル、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルと区別可能なモデル種別及びソフトウェア空間内の位置を示す情報を持つ。また、第3仮想粒子モデルは、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルと同様に、大きさを示す情報を持ってもよいし、大きさを持たなくてもよい(体積ゼロでもよい)。   (S54) is a step of generating a third virtual particle model at the position of the deleted mother cell model. The third virtual particle model does not represent a cell forming a living tissue, but is a software object that is virtually provided for calculation in order to control the behavior of each cell model. As will be described later, the third virtual particle model is different from the first virtual particle model and the second virtual particle model in that the third virtual particle model is deleted due to the distance relationship with the adjacent mother cell model. Therefore, the third virtual particle model has information indicating a model type and a position in the software space that can be distinguished from the cell model, the first virtual particle model, and the second virtual particle model. Moreover, the 3rd virtual particle model may have the information which shows a magnitude | size similarly to a 1st virtual particle model and a 2nd virtual particle model, and does not need to have a magnitude | size (it may be zero volume). .

次に、(S51)で実行された分裂パターンが第2分裂パターンの場合(S52;NO、S55:YES)、(S56)が実行される。(S56)は、図1に示される(S12)と同様の工程であり、1つの母細胞モデルに対応して第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを生成する工程である。   Next, when the split pattern executed in (S51) is the second split pattern (S52; NO, S55: YES), (S56) is executed. (S56) is a step similar to (S12) shown in FIG. 1, and is a step of generating a first virtual particle model and a second virtual particle model corresponding to one mother cell model.

(S57)は、母細胞モデルと、(S56)で生成された第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルとの対応関係を保持する工程である。図示されていないが、第2実施形態におけるシミュレーション方法は、図1に示される工程に加えて、(S12)より後に実行される(S57)を更に含む。(S57)で保持される対応関係を用いて、(S53は、削除対象の第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを特定する。   (S57) is a step of maintaining the correspondence between the mother cell model and the first virtual particle model and the second virtual particle model generated in (S56). Although not shown, the simulation method in the second embodiment further includes (S57) executed after (S12) in addition to the steps shown in FIG. Using the correspondence relationship held in (S57), (S53 specifies the first virtual particle model and the second virtual particle model to be deleted.

図6は、第2実施形態におけるシミュレーション方法の位置更新に関わる工程を示す。第2実施形態におけるシミュレーション方法では、図6に示される工程が、細胞モデル毎及び仮想粒子モデル毎に、逐次実行される。図6においても、図1と同様に、説明の便宜のため、フローチャートにより、第2実施形態におけるシミュレーション方法が簡易的に示される。第2実施形態におけるシミュレーション方法は、図5及び図6に示される内容に制限されない。   FIG. 6 shows steps related to position update of the simulation method according to the second embodiment. In the simulation method according to the second embodiment, the steps shown in FIG. 6 are sequentially executed for each cell model and each virtual particle model. Also in FIG. 6, as in FIG. 1, the simulation method in the second embodiment is simply shown by a flowchart for convenience of explanation. The simulation method in the second embodiment is not limited to the contents shown in FIGS.

(S61)は、図1に示される(S13)と同様である。
(S62)は、図1に示される(S14)と同様である。
(S61) is the same as (S13) shown in FIG.
(S62) is the same as (S14) shown in FIG.

(S63)は、第3仮想粒子モデルと、母細胞モデル、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルを含む各細胞モデルとの間に働く第3粒子間力を算出する工程である。言い換えれば、(S63)は、母細胞モデルと第3仮想粒子モデルとの間の第3粒子間力、娘細胞モデルと第3仮想粒子モデルとの間の第3粒子間力、及び、非分裂細胞モデルと第3仮想粒子モデルとの間の第3粒子間力を算出する。演算量の低減のためには、第3粒子間力を求める対象とする各細胞モデルと第3仮想粒子モデルとの組み合わせは、粒子間距離が所定以下の組み合わせとすることが望ましい。第3粒子間力の算出には、上述の特許文献1に記載されるものと同様の手法が用いられればよい。   (S63) is a step of calculating a third interparticle force acting between the third virtual particle model and each cell model including the mother cell model, the daughter cell model, and the non-dividing cell model. In other words, (S63) is the third interparticle force between the mother cell model and the third virtual particle model, the third interparticle force between the daughter cell model and the third virtual particle model, and non-dividing. A third interparticle force between the cell model and the third virtual particle model is calculated. In order to reduce the amount of calculation, it is desirable that the combination of each cell model for which the force between the third particles is obtained and the third virtual particle model is a combination having an interparticle distance of a predetermined value or less. For the calculation of the third interparticle force, a method similar to that described in Patent Document 1 described above may be used.

(S64)は、(S61)で算出された第1粒子間力及び(S63)で算出された第3粒子間力を用いて算出される変位により、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルの位置を更新する工程である。   (S64) determines the positions of the daughter cell model and the non-dividing cell model by the displacement calculated using the first interparticle force calculated in (S61) and the third interparticle force calculated in (S63). It is a process of updating.

(S65)は、(S61)で得られた第1粒子間力、(S62)で得られた第2粒子間力及び(S63)で得られた第3粒子間力を用いて算出される変位により、母細胞モデルの位置を更新する工程である。   (S65) is calculated by using the first interparticle force obtained in (S61), the second interparticle force obtained in (S62), and the third interparticle force obtained in (S63). This is a step of updating the position of the mother cell model.

(S66)は、図1に示される(S17)と同様である。   (S66) is the same as (S17) shown in FIG.

(S67)は、(S63)で得られた第3粒子間力を用いて算出される変位により、第3仮想粒子モデルの位置を更新する工程である。   (S67) is a step of updating the position of the third virtual particle model by the displacement calculated using the third interparticle force obtained in (S63).

(S68)は、第3仮想粒子モデルと母細胞モデルとの距離を算出する工程である。演算量の低減のためには、距離を求める対象とする第3仮想粒子モデルと母細胞モデルとの組み合わせは、隣接するもののみに制限することが望ましい。   (S68) is a step of calculating the distance between the third virtual particle model and the mother cell model. In order to reduce the amount of calculation, it is desirable to limit the combinations of the third virtual particle model and the mother cell model whose distance is to be obtained to those adjacent to each other.

(S68)で算出された距離が所定閾値以下となる第3仮想粒子モデルが存在する場合に(S69;YES)、その第3仮想粒子モデルに関し、(S70)が実行される。(S70)は、母細胞モデルとの距離が所定閾値以下となる第3仮想粒子モデルを削除する工程である。ここでの所定閾値は、例えば、母細胞モデルの直径の1倍から0.5倍に設定される。   When there is a third virtual particle model in which the distance calculated in (S68) is equal to or less than a predetermined threshold (S69; YES), (S70) is executed for the third virtual particle model. (S70) is a step of deleting the third virtual particle model whose distance from the mother cell model is a predetermined threshold value or less. The predetermined threshold here is set to, for example, 1 to 0.5 times the diameter of the mother cell model.

本シミュレーション方法における各工程の実行順序は、図6で示される順番に制限されない。各工程の実行順序は、内容的に支障のない範囲で変更され得る。例えば、(S61)、(S62)及び(S63)の実行順は任意であり、並列に実行されてもよい。(S64)、(S65)、(S66)及び(S67)についても同様である。また、(S68)から(S70)は、位置更新時とは独立に、第3仮想粒子モデル毎に任意のタイミングで実行されてもよい。   The execution order of the steps in the simulation method is not limited to the order shown in FIG. The execution order of the steps can be changed within a range that does not hinder the contents. For example, the execution order of (S61), (S62), and (S63) is arbitrary and may be executed in parallel. The same applies to (S64), (S65), (S66), and (S67). Moreover, (S68) to (S70) may be executed at an arbitrary timing for each third virtual particle model independently of the position update.

〔生体組織シミュレーション装置〕
図7は、第2実施形態における生体組織シミュレーション装置1の処理構成例を概念的に示す図である。図7に示されるように、シミュレータ1は、第1実施形態の構成に加えて、分裂処理部16を更に有する。分裂処理部16についても他の処理部と同様に、CPU2によりメモリ3に格納されるプログラムが実行されることにより実現される。
[Biological tissue simulation device]
FIG. 7 is a diagram conceptually illustrating a processing configuration example of the biological tissue simulation apparatus 1 in the second embodiment. As shown in FIG. 7, the simulator 1 further includes a division processing unit 16 in addition to the configuration of the first embodiment. Similarly to the other processing units, the division processing unit 16 is realized by executing a program stored in the memory 3 by the CPU 2.

分裂処理部16は、上述の(S51)を実行する。分裂処理部16は、上記所定頻度及び上記所定割合を予め保持する。上記所定頻度及び上記所定割合は、ユーザの入力操作等で変更されてもよい。分裂処理部16は、第1分裂パターンの実行により母細胞モデルを削除する場合には、モデル情報保持部13に保持されるその母細胞モデルのモデル情報を削除するか、又は、そのモデル情報に削除フラグを付加する。   The division processing unit 16 executes the above (S51). The division processing unit 16 holds the predetermined frequency and the predetermined ratio in advance. The predetermined frequency and the predetermined ratio may be changed by a user input operation or the like. When deleting the mother cell model by executing the first division pattern, the division processing unit 16 deletes the model information of the mother cell model held in the model information holding unit 13 or adds the model information to the model information. Add a deletion flag.

更に、分裂処理部16は、第2分裂パターンの実行を決めた場合に、その第2分裂パターンの実行前に、分裂対象の母細胞モデルの大きさを拡大してもよい。このようすれば、分裂直後の母細胞モデルの重なりを軽減することができ、母細胞の挙動をより正確に模擬することができる。   Furthermore, when the division processing unit 16 decides to execute the second division pattern, the division processing unit 16 may enlarge the size of the mother cell model to be divided before the execution of the second division pattern. In this way, the overlap of the mother cell models immediately after division can be reduced, and the behavior of the mother cells can be simulated more accurately.

モデル情報保持部13は、母細胞モデルと、その母細胞モデルに対応して生成された第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルとの対応関係、並びに、第3仮想粒子モデルについてのシミュレーション空間内の位置及びモデル種別を含むモデル情報を更に保持する。例えば、モデル情報保持部13は、母細胞モデル、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルの識別情報を関連付けて保持する。   The model information holding unit 13 includes a mother cell model, a correspondence relationship between the first virtual particle model and the second virtual particle model generated corresponding to the mother cell model, and a simulation space for the third virtual particle model. The model information including the position and the model type is further held. For example, the model information holding unit 13 holds the identification information of the mother cell model, the first virtual particle model, and the second virtual particle model in association with each other.

粒子制御部12は、(S53)、(S54)、(S68)から(S70)を実行する。即ち、粒子制御部12は、母細胞モデルが削除された場合に、削除された母細胞モデルに対応づけられた第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを削除し、削除された母細胞モデルの位置に第3仮想粒子モデルを生成する。このとき、粒子制御部12は、モデル情報保持部13に保持される上記対応関係に基づいて、削除対象の第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを特定し、モデル情報保持部13に保持される、その特定された各仮想粒子モデルのモデル情報を削除する。また、第3仮想粒子モデルの生成にあたり、粒子制御部12は、その第3仮想粒子モデルのモデル情報をモデル情報保持部13に追加する。   The particle control unit 12 executes (S53), (S54), and (S68) to (S70). That is, when the mother cell model is deleted, the particle control unit 12 deletes the first virtual particle model and the second virtual particle model associated with the deleted mother cell model, and deletes the deleted mother cell model. A third virtual particle model is generated at the position. At this time, the particle control unit 12 specifies the first virtual particle model and the second virtual particle model to be deleted based on the correspondence relationship held in the model information holding unit 13 and holds the first virtual particle model in the model information holding unit 13. The model information of each identified virtual particle model is deleted. In generating the third virtual particle model, the particle control unit 12 adds the model information of the third virtual particle model to the model information holding unit 13.

更に、粒子制御部12は、第3仮想粒子モデルと母細胞モデルとの間の距離に応じて、第3仮想粒子モデルを削除する。この処理は、上述の(S68)から(S70)と同様である。   Furthermore, the particle control unit 12 deletes the third virtual particle model according to the distance between the third virtual particle model and the mother cell model. This process is the same as (S68) to (S70) described above.

力算出部14は、上述の(S63)を更に実行する。   The force calculation unit 14 further executes (S63) described above.

位置更新部15は、上述の(S64)、(S65)、(S66)及び(S67)を実行する。   The position update unit 15 executes (S64), (S65), (S66), and (S67) described above.

〔第2実施形態における作用及び効果〕
上述のように、第2実施形態では、母細胞モデルの3つの分裂パターンが所定頻度及び所定割合で実行される。これにより、上述のような母細胞の分裂に関する知見に即して、母細胞の分裂を模擬することができる。
[Operations and effects in the second embodiment]
As described above, in the second embodiment, the three division patterns of the mother cell model are executed at a predetermined frequency and a predetermined ratio. Thereby, it is possible to simulate the division of the mother cell in accordance with the knowledge regarding the division of the mother cell as described above.

しかしながら、母細胞の分裂を正確に模擬するために、母細胞モデルを単純に分裂させただけでは、母細胞層の形状が生体組織での本来の形状から崩れてしまうという問題が生じる。例えば、元の母細胞モデルから2つの娘細胞モデルが生成され、元の母細胞モデルが削除される場合(第1分裂パターンの場合)、母細胞層の形状を崩さないためには、生成された2つの娘細胞モデルを押し上げ、かつ、元の母細胞モデルの削除で出来た隙間を他の母細胞モデルで埋める必要がある。   However, simply dividing the mother cell model in order to accurately simulate the division of the mother cell causes a problem that the shape of the mother cell layer collapses from the original shape in the living tissue. For example, when two daughter cell models are generated from the original mother cell model and the original mother cell model is deleted (in the case of the first division pattern), it is generated in order not to disturb the shape of the mother cell layer. It is necessary to push up the two daughter cell models and to fill the gap created by deleting the original mother cell model with other mother cell models.

図8は、第3仮想粒子モデルの作用効果を概念的に示した図である。図8では、M1、M2及びM3が母細胞モデルを示し、母細胞モデルM2が第1分裂パターンで分裂することで生成される2つの娘細胞モデルがD1及びD2により示される。図8に示されるように、単純な手法でも、分裂後の娘細胞モデルD1及びD2が、母細胞モデルM1及びM2からの斥力、並びに、他の娘細胞モデルからの引力により、紙面上方に押し上げられることを模擬することはできるかもしれない。しかしながら、娘細胞モデルM1及びM2の押し上げ、及び、元の母細胞モデルM3の削除により生じた隙間が埋まらないか、その隙間が埋まるのにかなりの時間がかかってしまう。これは、その隙間により、母細胞モデルM1及びM2の間に粒子間力が働かないからである。長くその隙間が存在していると、その隙間に他の娘細胞モデルが侵入してきてしまい、母細胞層が本来の形状から崩れることになる。   FIG. 8 is a diagram conceptually showing the operation effect of the third virtual particle model. In FIG. 8, M1, M2, and M3 represent mother cell models, and two daughter cell models generated by dividing the mother cell model M2 in the first division pattern are denoted by D1 and D2. As shown in FIG. 8, even in a simple method, the daughter cell models D1 and D2 after division are pushed upward by the repulsive force from the mother cell models M1 and M2 and the attractive force from other daughter cell models. It may be possible to simulate what is done. However, the gap generated by pushing up the daughter cell models M1 and M2 and deleting the original mother cell model M3 is not filled, or it takes a considerable time to fill the gap. This is because the interparticle force does not act between the mother cell models M1 and M2 due to the gap. If the gap exists for a long time, another daughter cell model enters the gap and the mother cell layer collapses from its original shape.

そこで、本発明者らは、削除された母細胞モデルの代わりに、細胞を表さない仮想的な粒子モデル(第3仮想粒子モデル)を用いるという着想を得た。本発明者らは、更に検討を重ねることで、この第3仮想粒子モデルが、母細胞モデル、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルに対して力(第3粒子間力)を及ぼし、かつ、母細胞モデルとの間の距離が近くなったら消滅するようにすることで、母細胞の分裂を正しく模擬しつつ、母細胞層の崩れを防ぐことができることを見出した。   Therefore, the present inventors have come up with the idea of using a virtual particle model (third virtual particle model) that does not represent cells instead of the deleted mother cell model. The present inventors have further studied, and this third virtual particle model exerts a force (third interparticle force) on the mother cell model, daughter cell model, and non-dividing cell model, and the mother It was found that by destroying the cell model when the distance between the cell model and the cell model decreases, the mother cell layer can be prevented from collapsing while correctly simulating the division of the mother cell.

具体的には、第2実施形態では、図8の紙面下部に示されるように、母細胞モデルが削除された場合には、削除された母細胞モデルの位置に、第3仮想粒子モデルが配置される。第3仮想粒子モデルは、母細胞モデル、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルに対して力(第3粒子間力)を及ぼし、各母細胞モデルの位置は、第1粒子間力及び第2粒子間力に加えて、第3仮想粒子モデルとの間で働く第3粒子間力に基づく変位により、更新される。これにより、第1分裂パターンの実行により生じた上記隙間を、第3仮想粒子モデルと母細胞モデルとの間に働く第3粒子間力の引力で埋めることができる。   Specifically, in the second embodiment, when the mother cell model is deleted, the third virtual particle model is arranged at the position of the deleted mother cell model, as shown in the lower part of the drawing of FIG. Is done. The third virtual particle model exerts a force (a third interparticle force) on the mother cell model, the daughter cell model, and the non-dividing cell model, and the position of each mother cell model is the first interparticle force and the second particle. In addition to the inter-force, it is updated by the displacement based on the third inter-particle force working with the third virtual particle model. Thereby, the said clearance gap produced by execution of a 1st division | segmentation pattern can be filled up with the attractive force of the 3rd particle | grain force which acts between a 3rd virtual particle model and a mother cell model.

更に、第2実施形態では、第3仮想粒子モデルと母細胞モデルとの間の距離が所定閾値以下となると、その第3仮想粒子モデルは削除される。第3仮想粒子モデルと母細胞モデルとの間の距離が所定閾値以下となるということは、その第3仮想粒子モデルを挟む位置に存在する母細胞モデル間に粒子間力が作用するようになることを意味する。即ち、母細胞モデル間に粒子間力が作用するようになれば、第3仮想粒子モデルは不要となるため、第2実施形態では、不要となった第3仮想粒子モデルは削除される。   Furthermore, in the second embodiment, when the distance between the third virtual particle model and the mother cell model is equal to or less than a predetermined threshold, the third virtual particle model is deleted. That the distance between the third virtual particle model and the mother cell model is equal to or smaller than a predetermined threshold means that interparticle force acts between the mother cell models existing at positions sandwiching the third virtual particle model. Means that. That is, when the interparticle force acts between the mother cell models, the third virtual particle model becomes unnecessary, and therefore the unnecessary third virtual particle model is deleted in the second embodiment.

以上のように、第2実施形態によれば、母細胞の分裂も含めて、母細胞の挙動を正しく模擬することができる。   As described above, according to the second embodiment, it is possible to correctly simulate the behavior of the mother cell including the division of the mother cell.

[第3実施形態]
以下、第3実施形態における生体組織シミュレーション方法及び生体組織シミュレーション装置について説明する。第3実施形態では、少なくとも母細胞モデルは、大きさを示す情報を持つ。
〔生体組織シミュレーション方法〕
第3実施形態におけるシミュレーション方法について図9を用いて説明する。
図9は、第3実施形態におけるシミュレーション方法のサイズ制御に関わる工程を示す。第3実施形態におけるシミュレーション方法は、第1実施形態及び第2実施形態で示された工程に加えて、図9に示される工程を更に含む。第3実施形態におけるシミュレーション方法は、第3実施形態におけるシミュレータ1のような少なくとも1つのコンピュータにより実行される。
[Third Embodiment]
Hereinafter, the biological tissue simulation method and biological tissue simulation apparatus according to the third embodiment will be described. In the third embodiment, at least the mother cell model has information indicating the size.
[Biological tissue simulation method]
A simulation method in the third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 9 shows steps related to size control of the simulation method according to the third embodiment. The simulation method in the third embodiment further includes the steps shown in FIG. 9 in addition to the steps shown in the first embodiment and the second embodiment. The simulation method in the third embodiment is executed by at least one computer such as the simulator 1 in the third embodiment.

図9に示される各工程は、母細胞モデル毎にそれぞれ実行される。本シミュレーション方法は、各母細胞モデルについて、(S91)及び(S92)を続けて実行することができる。この場合、本シミュレーション方法は、母細胞モデル毎の(S91)及び(S92)の実行を並列に実行することができる。また、本シミュレーション方法は、(S91)を全ての母細胞モデルについて実行した後に、(S92)を実行してもよい。   Each step shown in FIG. 9 is executed for each mother cell model. In this simulation method, (S91) and (S92) can be continuously executed for each mother cell model. In this case, this simulation method can execute (S91) and (S92) for each mother cell model in parallel. In the present simulation method, (S92) may be executed after (S91) is executed for all mother cell models.

(S91)は、母細胞モデルと周辺の母細胞モデルとの間の距離に基づいて、母細胞モデルに関する数密度を算出する工程である。算出される数密度は、単位範囲内に存在する母細胞モデルの数を示す。例えば、(S91)は、或る母細胞モデルについて、周辺の各母細胞モデルとの間の距離をそれぞれ算出し、算出された各距離の和をその母細胞モデルの数密度として算出する。上記周辺の母細胞モデルには、数密度の計算対象となる母細胞モデルとの粒子間距離が所定閾値以下となる他の母細胞モデルが設定される。この場合、所定閾値は、最大2dr以下、好ましくは、1.1から1.5drの範囲に設定可能である。ここで、drは、計算対象の母細胞モデルと周囲の母細胞モデルとの組み合わせに関する基準距離を示す。   (S91) is a step of calculating the number density related to the mother cell model based on the distance between the mother cell model and the surrounding mother cell model. The calculated number density indicates the number of mother cell models existing in the unit range. For example, (S91) calculates the distance between each of the surrounding mother cell models for a certain mother cell model, and calculates the sum of the calculated distances as the number density of the mother cell model. In the surrounding mother cell model, another mother cell model is set in which the interparticle distance from the mother cell model for which the number density is calculated is equal to or less than a predetermined threshold. In this case, the predetermined threshold can be set to a maximum of 2 dr or less, preferably in a range of 1.1 to 1.5 dr. Here, dr represents a reference distance related to a combination of a mother cell model to be calculated and surrounding mother cell models.

(S92)は、(S91)で算出された数密度に基づいて、各母細胞モデルの大きさをそれぞれ変更する工程である。具体的には、(S92)は、各時に算出される数密度が一定となるように、各母細胞モデルの大きさを決定する。よって、(S92)は、算出された数密度の上昇に伴い母細胞モデルの大きさを縮小し、算出された数密度の下降に伴い母細胞モデルの大きさを拡大する。   (S92) is a step of changing the size of each mother cell model based on the number density calculated in (S91). Specifically, (S92) determines the size of each mother cell model so that the number density calculated at each time is constant. Therefore, (S92) reduces the size of the mother cell model as the calculated number density increases, and increases the size of the mother cell model as the calculated number density decreases.

〔生体組織シミュレーション装置〕
図10は、第3実施形態における生体組織シミュレーション装置1の処理構成例を概念的に示す図である。図10に示されるように、シミュレータ1は、第2実施形態の構成に加えて、密度算出部17及びサイズ制御部18を更に有する。密度算出部17及びサイズ制御部18についても他の処理部と同様に、CPU2によりメモリ3に格納されるプログラムが実行されることにより実現される。
[Biological tissue simulation device]
FIG. 10 is a diagram conceptually illustrating a processing configuration example of the biological tissue simulation apparatus 1 in the third embodiment. As shown in FIG. 10, the simulator 1 further includes a density calculation unit 17 and a size control unit 18 in addition to the configuration of the second embodiment. The density calculation unit 17 and the size control unit 18 are realized by executing a program stored in the memory 3 by the CPU 2, similarly to the other processing units.

モデル情報保持部13は、少なくとも母細胞モデルについて、位置及びモデル種別に加えて、大きさを示す情報を含むモデル情報を保持する。モデル情報保持部13は、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルについても、大きさを示す情報を更に含むモデル情報を保持してもよい。   The model information holding unit 13 holds model information including information indicating the size in addition to the position and the model type for at least the mother cell model. The model information holding unit 13 may hold model information that further includes information indicating the size of the daughter cell model and the non-dividing cell model.

密度算出部17は、上述の(S91)を実行する。
サイズ制御部18は、上述の(S92)を実行する。サイズ制御部18は、モデル情報保持部13に保持される母細胞モデルのモデル情報の大きさ情報を更新する。
The density calculation unit 17 executes (S91) described above.
The size control unit 18 executes (S92) described above. The size control unit 18 updates the size information of the model information of the mother cell model held in the model information holding unit 13.

〔第3実施形態における作用及び効果〕
第3実施形態では、各母細胞モデルに関し、周辺の母細胞モデルとの間の距離に基づいて数密度が算出され、各母細胞モデルのサイズが、この数密度の上昇に伴い縮小され、数密度の下降に伴い拡大される。このように、第3実施形態によれば、母細胞モデルの数密度が一定となるように、各母細胞モデルのサイズが制御される。即ち、隙間ができると一時的にその周囲の母細胞モデルのサイズは大きくなり、間隔が詰まってくると一時的にその周囲の母細胞モデルのサイズは小さくなるように、各母細胞モデルのサイズが制御される。
[Operations and effects in the third embodiment]
In the third embodiment, for each mother cell model, the number density is calculated based on the distance from the surrounding mother cell models, and the size of each mother cell model is reduced as the number density increases, Enlarged as density decreases. Thus, according to the third embodiment, the size of each mother cell model is controlled such that the number density of the mother cell model is constant. In other words, the size of each mother cell model is such that when there is a gap, the size of the surrounding mother cell model temporarily increases, and when the interval is narrowed, the size of the surrounding mother cell model temporarily decreases. Is controlled.

従って、母細胞モデルの分裂等に応じて生じる母細胞モデル間の隙間がより埋まり易くなり、母細胞層の崩れを確実に防止することができ、ひいては、母細胞の挙動を正しく模擬することができる。   Therefore, the gap between the mother cell models generated according to the division of the mother cell model can be filled more easily, and the collapse of the mother cell layer can be surely prevented, and thus the behavior of the mother cell can be correctly simulated. it can.

[補足]
上述の説明では、各実施形態におけるシミュレーション内容の出力態様については特に言及されなかった。シミュレーション内容は、様々な態様で出力され得る。モデル情報保持部13に保持されるモデル情報のような各細胞モデルに関する情報がそのまま表示、印刷、ファイル出力等の形態で出力されてもよいし、各細胞モデルをその細胞モデルの形状を表す描画要素として描画するための描画データが生成され、この描画データに基づいて表示や印刷等がなされてもよい。この場合、各細胞モデルのみが描画要素の対象とされ、各仮想粒子モデルは描画要素の対象とされない。
[Supplement]
In the above description, the output mode of the simulation contents in each embodiment is not particularly mentioned. The simulation content can be output in various ways. Information relating to each cell model such as model information held in the model information holding unit 13 may be output in the form of display, printing, file output, or the like, or each cell model may be drawn to indicate the shape of the cell model Drawing data for drawing as an element may be generated, and display or printing may be performed based on the drawing data. In this case, only each cell model is the target of the drawing element, and each virtual particle model is not the target of the drawing element.

以下に実施例を挙げ、上述の実施形態を更に詳細に説明する。本発明は以下の実施例から何ら限定を受けない。   Examples will be given below to describe the above-described embodiment in more detail. The present invention is not limited in any way by the following examples.

以下の実施例では、上述の各実施形態が、人の表皮組織のシミュレーションに適用される。以下の実施例では、母細胞が基底細胞に相当し、娘細胞が有棘細胞に相当し、非分裂細胞が真皮組織を粒子モデル化した単位に相当する。以降、非分裂細胞に相当するその単位の粒子モデルが真皮細胞モデルと表記される。人の表皮組織では、基底細胞及び色素細胞(メラノサイト)が厚み方向に重ならないように、母細胞層に相当する基底層が形成される。   In the following examples, the above-described embodiments are applied to simulation of human epidermal tissue. In the following examples, the mother cell corresponds to a basal cell, the daughter cell corresponds to a spiny cell, and the non-dividing cell corresponds to a unit obtained by modeling a dermal tissue as a particle model. Hereinafter, the particle model of the unit corresponding to the non-dividing cell is referred to as a dermal cell model. In human epidermal tissue, a basal layer corresponding to the mother cell layer is formed so that basal cells and pigment cells (melanocytes) do not overlap in the thickness direction.

(S12)及び(S56)では、第1仮想粒子モデルが有棘層に配置され、第2仮想粒子モデルが真皮組織側に配置される。
また、本実施例では、基底細胞モデル、有棘細胞モデル及び真皮細胞モデルを含む各細胞モデルは、シミュレーション空間内の位置(重心位置)、モデル種、及び、その細胞の粒子直径を有する。一方、本実施例では、第1仮想粒子モデル、第2仮想粒子モデル及び第3仮想粒子モデルを含む各仮想粒子モデルは、体積を持たない粒子として定義される。
In (S12) and (S56), the first virtual particle model is disposed on the spinous layer, and the second virtual particle model is disposed on the dermis tissue side.
In this embodiment, each cell model including the basal cell model, spiny cell model, and dermal cell model has a position (center of gravity position) in the simulation space, a model type, and a particle diameter of the cell. On the other hand, in this embodiment, each virtual particle model including the first virtual particle model, the second virtual particle model, and the third virtual particle model is defined as a particle having no volume.

ところで、上述の第1粒子間力、第2粒子間力及び第3粒子間力は、細胞モデル間及び細胞モデルと仮想粒子モデルとの間に働く体積力及びバネ力の少なくとも一方からなる。体積力は、物体(粒子モデル)の体積に比例して働く力であり、近接する粒子モデルの距離に応じて変化する。バネ力についても、近接する粒子モデルの距離に応じて変化する。互いに安定状態となる距離(粒子間基準距離)よりも近接した粒子モデル間には斥力が作用し、離間すると引力が作用する。ただし、離間距離が大きくなると、もはや当該粒子モデル間の体積力及びバネ力は無視しうる程度となる。   By the way, the above-mentioned first interparticle force, second interparticle force, and third interparticle force are composed of at least one of a volume force and a spring force acting between cell models and between a cell model and a virtual particle model. The body force is a force that works in proportion to the volume of the object (particle model), and changes according to the distance between adjacent particle models. The spring force also changes according to the distance between adjacent particle models. A repulsive force acts between particle models that are closer to each other than a distance at which they are in a stable state (inter-particle reference distance). However, as the separation distance increases, the volume force and spring force between the particle models are no longer negligible.

各粒子間力の算出には、上述の特許文献1に記載されるものと同様の手法が用いられればよい。例えば、粒子間力は、近接する粒子モデル間における、体積力とバネ力との粒子間係数、距離(ddr)及び基準距離(dr0)を用いて算出される。距離(ddr)は、粒子間距離であり、例えば、重心位置間のユークリッド距離として算出される。基準距離(dr0)は、粒子モデル間に作用する斥力と引力とが切り替わる距離であり、粒子サイズ及び粒子形状に基づいて算出可能であり、同径の球形同士の場合は粒子直径と等しくなる。粒子間係数は、基準距離(dr0)から微小変位させるのに必要な相互間力の大きさに対応して設定される。基準距離(dr0)及び距離(ddr)は、対象の粒子モデルの組み合わせに応じて決定することができ、モデル種毎に予め決めておいてもよい。   For the calculation of the force between particles, a method similar to that described in Patent Document 1 described above may be used. For example, the interparticle force is calculated using the interparticle coefficient between the volume force and the spring force, the distance (ddr), and the reference distance (dr0) between adjacent particle models. The distance (ddr) is a distance between particles, and is calculated as, for example, a Euclidean distance between centroid positions. The reference distance (dr0) is a distance at which the repulsive force and the attractive force acting between the particle models are switched, can be calculated based on the particle size and the particle shape, and is equal to the particle diameter in the case of spheres having the same diameter. The inter-particle coefficient is set in accordance with the magnitude of the mutual force necessary to make a minute displacement from the reference distance (dr0). The reference distance (dr0) and the distance (ddr) can be determined according to the combination of target particle models, and may be determined in advance for each model type.

具体的には、粒子モデル間の体積力は、下記式(1)のFとして算出可能であり、粒子モデル間のバネ力は、下記式(2)のfとして算出可能である。下記式で、k及びk'は、粒子間係数を示す。
Specifically, the volume force between the particle models can be calculated as F in the following equation (1), and the spring force between the particle models can be calculated as f in the following equation (2). In the following formula, k and k ′ represent interparticle coefficients.

本実施例では、各粒子間力は、次のように算出される。
基底細胞モデルに働く第1粒子間力は、他の基底細胞モデルとの間の体積力及びバネ力、有棘細胞モデルとの間の体積力、及び、真皮細胞モデルとの間の体積力から算出される。このように本実施例では、基底細胞モデルと有棘細胞モデル及び真皮細胞モデルとの間にはバネ力は働かせない。
In this embodiment, the interparticle force is calculated as follows.
The first interparticle force acting on the basal cell model is derived from the volume force and spring force between other basal cell models, the volume force between spiny cell models, and the volume force between dermal cell models. Calculated. Thus, in this embodiment, no spring force is applied between the basal cell model, the spinous cell model, and the dermal cell model.

一方で、本実施例では、各仮想粒子モデルは体積を持たないと定義されるため、仮想粒子モデルと細胞モデルとの間に体積力は働かない。即ち、基底細胞モデルに働く第2粒子間力は、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルとの間のバネ力から算出される。また、基底細胞モデルに働く第3粒子間力は、第3仮想粒子モデルとの間のバネ力から算出される。   On the other hand, in this embodiment, since each virtual particle model is defined as having no volume, no volume force acts between the virtual particle model and the cell model. That is, the second interparticle force acting on the basal cell model is calculated from the spring force between the first virtual particle model and the second virtual particle model. The third interparticle force acting on the basal cell model is calculated from the spring force between the third virtual particle model.

有棘細胞モデルに働く第1粒子間力は、他の有棘細胞モデルとの間の体積力及びバネ力及び基底細胞モデルとの間の体積力から算出される。有棘細胞モデルと真皮細胞モデルとの間の距離は、基底細胞モデルを挟むため、粒子間力が働かない距離となるため、ここでは、有棘細胞モデルと真皮細胞モデルとの間の体積力及びバネ力は除外された。また、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルは、基底細胞モデルにのみ力を及ぼすと定義され、結果として、有棘細胞モデルには第2粒子間力は及ばない。また、有棘細胞モデルに働く第3粒子間力は、第3仮想粒子モデルとの間のバネ力から算出される。   The first interparticle force acting on the spinous cell model is calculated from the bulk force and the spring force with the other spinous cell model and the bulk force with the basal cell model. The distance between the spinous cell model and the dermal cell model is the distance where the interparticle force does not work because the basal cell model is sandwiched, so here the volume force between the spinous cell model and the dermal cell model And spring force was excluded. Further, the first virtual particle model and the second virtual particle model are defined to exert a force only on the basal cell model, and as a result, the second interparticle force does not reach the spiny cell model. The third interparticle force acting on the spinous cell model is calculated from the spring force between the third virtual particle model.

真皮細胞モデルに働く第1粒子間力は、他の真皮細胞モデルとの間の体積力及びバネ力及び基底細胞モデルとの間の体積力から算出される。真皮細胞モデルには第2粒子間力は及ばない。また、真皮細胞モデルに働く第3粒子間力は、第3仮想粒子モデルとの間のバネ力から算出される。   The first interparticle force acting on the dermis cell model is calculated from the body force and spring force between the other dermis cell models and the body force between the basal cell models. The second interparticle force does not reach the dermal cell model. The third interparticle force acting on the dermal cell model is calculated from the spring force between the third virtual particle model.

本実施例によれば、体積力により細胞モデル間の間隔が保たれ、バネ力により基底層の形状の崩れを防ぐことができる。   According to the present embodiment, the space between the cell models is maintained by the volume force, and the collapse of the shape of the basal layer can be prevented by the spring force.

〔母細胞モデルのサイズ制御〕
本実施例では、第3実施形態での母細胞モデルのサイズ制御は、次のように実行され得る。
[Size control of mother cell model]
In this example, the size control of the mother cell model in the third embodiment can be executed as follows.

例えば、母細胞モデルと周囲の或る母細胞モデルとの間の距離は、次の式で算出され得る。
距離=(1.3dr/ddr)−1
ここで、drは、計算対象の母細胞モデルと周囲の母細胞モデルとの組み合わせに関する基準距離を示し、ddrは、その組み合わせの粒子間距離(重心間距離)を示す。基準距離については、実施例の項において詳述する。このように、母細胞モデルのサイズ制御のために算出される母細胞モデルと周囲の或る母細胞モデルとの間の距離は、本実施例では、粒子間距離を用いて算出される値である。
For example, the distance between the mother cell model and a certain surrounding mother cell model can be calculated by the following equation.
Distance = (1.3dr / ddr) -1
Here, dr indicates a reference distance related to a combination of a mother cell model to be calculated and surrounding mother cell models, and ddr indicates a distance between particles (distance between centroids) of the combination. The reference distance will be described in detail in the example section. Thus, in this embodiment, the distance between the mother cell model calculated for size control of the mother cell model and a surrounding mother cell model is a value calculated using the interparticle distance. is there.

周囲の各母細胞モデルに関し上記式で算出された複数の距離の和がその母細胞モデルの数密度として算出される。そして、母細胞モデルの細胞直径が次の式で算出され得る。
r=dr+(1.5−数密度)×0.1dr
ここで、rは母細胞モデルの細胞直径を示す。
The sum of the plurality of distances calculated by the above formula for each surrounding mother cell model is calculated as the number density of the mother cell model. Then, the cell diameter of the mother cell model can be calculated by the following equation.
r = dr + (1.5−number density) × 0.1 dr
Here, r indicates the cell diameter of the mother cell model.

この具体例によれば、母細胞モデルのサイズは、数密度が小さいほど、大きく設定され、数密度が大きいほど、小さく設定される。
母細胞モデルの数密度の計算手法及び数密度からの細胞直径の計算手法は、上記式に制限されず、近い粒子ほど影響を大きくするという考えの下、近い位置にある粒子ほど重みを増すように決定されればよい。よって、上記計算式も次のように変更可能である。具体的には、上記距離の計算式の「1.3」は、数密度の計算範囲という考えの下、1drから2drの範囲で変更可能であり、上記細胞直径の計算式の「1.5」は数密度の平均的な値なので試算して決めるとよく、「0.1」は力の強さの度合で、弱すぎると効果が小さく、大き過ぎると不安定になるため、0.01から1の範囲で変更可能である。
According to this specific example, the size of the mother cell model is set larger as the number density is smaller, and smaller as the number density is larger.
The calculation method of the number density of the mother cell model and the calculation method of the cell diameter from the number density are not limited to the above formula, and the weight of the particles closer to each other is increased based on the idea that the closer the particles, the greater the influence. To be determined. Therefore, the above calculation formula can also be changed as follows. Specifically, “1.3” in the calculation formula for the distance can be changed in the range of 1 dr to 2 dr under the idea of the calculation range of the number density, and “1.5” in the calculation formula for the cell diameter. "Is an average value of number density, so it should be determined by trial calculation." 0.1 "is the degree of strength of the force. If it is too weak, the effect is small, and if it is too large, it becomes unstable. Can be changed in the range of 1 to 1.

〔母細胞モデルの初期配置〕
母細胞層の形状の変化をより正しく模擬するためには、母細胞モデルの初期配置は、次のように決定されることが望ましい。即ち、実施例におけるシミュレーション方法は、母細胞モデルの初期配置における、隣接する他の母細胞モデルとの間の各間隔を乱数によりそれぞれ決定することを更に含む。また、実施例におけるシミュレータ1において、配置部11は、母細胞モデルの初期配置における、隣接する他の母細胞モデルとの間の各間隔を乱数によりそれぞれ決定する。
[Initial placement of mother cell model]
In order to more accurately simulate the change in the shape of the mother cell layer, it is desirable that the initial arrangement of the mother cell model is determined as follows. In other words, the simulation method according to the embodiment further includes determining each interval between the adjacent mother cell models in the initial arrangement of the mother cell model with a random number. Further, in the simulator 1 in the embodiment, the placement unit 11 determines each interval between other mother cell models adjacent to each other in the initial placement of the mother cell model using a random number.

本実施例では、母細胞モデルとしての基底細胞モデルは、凹凸のない平面に並べられ、隣接する基底細胞モデル間の、その平面上の縦方向及び横方向の各間隔が、基底細胞モデルの粒子直径の10%(0.1dx)以下の範囲でランダムに決定された。このような基底細胞モデルの初期配置により、シミュレーションの結果として、基底層の凹凸がより自然な形で形成された。但し、乱数で決定する間隔の範囲は、0.1dxのみに制限されず、シミュレーション対象となる生体組織の性質に応じて、0.01dxから0.5dxの範囲で設定可能である。   In this embodiment, the basal cell models as mother cell models are arranged on a flat surface, and the vertical and horizontal intervals on the plane between adjacent basal cell models are the particles of the basal cell model. Randomly determined within a range of 10% (0.1 dx) or less of the diameter. Due to the initial arrangement of the basal cell model, asperities of the basal layer were formed in a more natural shape as a result of the simulation. However, the range of the interval determined by the random number is not limited to 0.1 dx, and can be set in the range of 0.01 dx to 0.5 dx depending on the nature of the living tissue to be simulated.

図11及び図12は、本実施例におけるシミュレーション結果を示す図である。本実施例では、基底層の初期形状が上述のように凹凸のない平面に設定されて、上述の各実施形態で示されるように、各細胞モデルの位置移動及び基底細胞モデルの分裂が模擬された。基底細胞モデルの分裂は、一日に0.2回の頻度に設定された。   11 and 12 are diagrams showing simulation results in the present example. In this example, the initial shape of the basal layer is set to a flat surface as described above, and as shown in each of the above-described embodiments, the position movement of each cell model and the division of the basal cell model are simulated. It was. The division of the basal cell model was set at a frequency of 0.2 times per day.

結果、図11に示されるように、本実施例によれば、45日目までは基底細胞数を一定にしながら分裂させ、45日目から55日目までに基底細胞数を5%まで増加させ、55日目以降基底細胞数を一定に保つよう設定すると、55日目あたりから、基底層に凹凸形状が形成され、その凹凸形状が時間経過に伴い変化することが模擬された。更に、このように基底層の凹凸形状を模擬できると共に、135日目あたりであっても、基底層が崩れることもなく、表皮組織における基底層の本来の形状を保つことが検証された。   As a result, as shown in FIG. 11, according to the present example, the number of basal cells was divided until 45 days and the number of basal cells was increased to 5% from 45 days to 55 days. When the number of basal cells was set to be constant after the 55th day, it was simulated that a concavo-convex shape was formed in the basal layer from around the 55th day, and that the concavo-convex shape changed with time. Furthermore, it was verified that the uneven shape of the basal layer could be simulated in this way, and that the original shape of the basal layer in the epidermal tissue was maintained without breaking the basal layer even around the 135th day.

図12には、基底細胞モデルの高さ及び数密度が示される。基底細胞モデルの高さとは、真皮組織から皮膚表面への方向の真皮組織からの離間度を意味する。図12では、グレースケールのため、視認し難いが、本実施例によれば、基底層の凹凸形状を模擬することができ、かつ、層の厚さ方向に基底細胞モデルが重なるといった基底層の崩れが生じないことが検証された。   FIG. 12 shows the height and number density of the basal cell model. The height of the basal cell model means the degree of separation from the dermis in the direction from the dermis to the skin surface. In FIG. 12, it is difficult to visually recognize because of the gray scale, but according to the present embodiment, the concavo-convex shape of the basal layer can be simulated, and the basal cell model overlaps in the layer thickness direction. It was verified that no collapse occurred.

このように、本実施例によれば、人の表皮組織における基底細胞の挙動を正しく模擬することができる。従って、本実施例における基底層の凹凸の形成過程のシミュレートをスキンケアやエイジングケア等に役立てることができる。   Thus, according to this embodiment, the behavior of basal cells in human epidermal tissue can be correctly simulated. Therefore, the simulation of the formation process of the unevenness of the base layer in this embodiment can be used for skin care, aging care, and the like.

なお、上述の説明で用いた複数のフローチャートでは、複数の工程(処理)が順番に記載されているが、各実施形態で実行される工程の実行順序は、その記載の順番に制限されない。各実施形態では、図示される工程の順番を内容的に支障のない範囲で変更することができる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。   In addition, in the some flowchart used by the above-mentioned description, although several process (process) is described in order, the execution order of the process performed by each embodiment is not restrict | limited to the order of the description. In each embodiment, the order of the illustrated steps can be changed within a range that does not hinder the contents. Moreover, each above-mentioned embodiment can be combined in the range in which the content does not conflict.

上記の各実施形態の一部又は全部は、次のようにも特定され得る。但し、上述の各実施形態が以下の記載に制限されるものではない。   Part or all of the above embodiments can be specified as follows. However, each above-mentioned embodiment is not restrict | limited to the following description.

<1>分裂能力を有する母細胞、母細胞の分裂により生じる娘細胞、及び、母細胞層を介して娘細胞とは逆側に存在する非分裂細胞により形成される生体組織の挙動を少なくとも1つのコンピュータにより模擬する生体組織シミュレーション方法において、
前記母細胞、前記娘細胞及び前記非分裂細胞の位置特性に応じて、前記母細胞を表す母細胞モデル、前記娘細胞を表す娘細胞モデル、及び、前記非分裂細胞を表す非分裂細胞モデルを粒子モデルとしてシミュレーション空間内に配置し、
前記母細胞層の厚み方向で前記母細胞モデルを挟む位置に、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルには力を及ぼさない第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを生成し、
前記母細胞モデル、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルを含む細胞モデル間に働く第1粒子間力を算出し、
前記母細胞モデルと前記第1仮想粒子モデル及び前記第2仮想粒子モデルとの間に働く第2粒子間力を算出し、
前記第1粒子間力を用いて算出される変位により、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルの位置を更新し、
前記第1粒子間力及び前記第2粒子間力を用いて算出される変位により、前記母細胞モデルの位置を更新し、
前記第2粒子間力を用いて算出される変位により、前記第1仮想粒子モデル及び前記第2仮想粒子モデルの位置を更新する、
ことを含む生体組織シミュレーション方法。
<1> A behavior of a living tissue formed by mother cells having division ability, daughter cells generated by division of the mother cells, and non-dividing cells existing on the opposite side of the daughter cells through the mother cell layer is at least 1 In a biological tissue simulation method simulated by two computers,
A mother cell model representing the mother cell, a daughter cell model representing the daughter cell, and a non-dividing cell model representing the non-dividing cell according to the positional characteristics of the mother cell, the daughter cell, and the non-dividing cell. Place it in the simulation space as a particle model,
Generating a first virtual particle model and a second virtual particle model that do not exert any force on the daughter cell model and the non-dividing cell model at a position sandwiching the mother cell model in the thickness direction of the mother cell layer;
Calculating a first interparticle force acting between cell models including the mother cell model, the daughter cell model and the non-dividing cell model;
Calculating a second interparticle force acting between the mother cell model and the first virtual particle model and the second virtual particle model;
Update the position of the daughter cell model and the non-dividing cell model by the displacement calculated using the force between the first particles,
Update the position of the mother cell model by the displacement calculated using the first interparticle force and the second interparticle force,
Updating the positions of the first virtual particle model and the second virtual particle model according to the displacement calculated using the force between the second particles;
A biological tissue simulation method.

<2>母細胞モデルと、該母細胞モデルに対応して生成された第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルとの対応関係を保持し、
母細胞モデルから2つの娘細胞モデルを生成しかつ該母細胞モデルを削除する第1分裂パターンを実行し、
前記母細胞モデルが削除された場合に、削除された前記母細胞モデルに対応づけられた前記第1仮想粒子モデル及び前記第2仮想粒子モデルを削除し、
前記削除された母細胞モデルの位置に第3仮想粒子モデルを生成し、
前記第3仮想粒子モデルと前記細胞モデルとの間に働く第3粒子間力を算出し、
前記第3粒子間力を用いて算出される変位により、前記第3仮想粒子モデルの位置を更新し、
前記第3仮想粒子モデルと母細胞モデルとの間の距離に応じて、前記第3仮想粒子モデルを削除する、
ことを更に含み、
前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルの位置の更新は、前記第1粒子間力及び前記第3粒子間力を用いて算出される変位に基づいて実行され、
前記母細胞モデルの位置の更新は、前記第1粒子間力、前記第2粒子間力及び第3粒子間力を用いて算出される変位に基づいて行われる、
<1>に記載の生体組織シミュレーション方法。
<3>前記第1分裂パターン、母細胞モデルから2つの母細胞モデルを生成する第2分裂パターン、及び、母細胞モデルから母細胞モデル及び娘細胞モデルを生成する第3分裂パターンのいずれか1つを所定頻度及び所定割合で実行する、
ことを更に含む<2>に記載の生体組織シミュレーション方法。
<4>前記第2分裂パターンの実行前に、対象の母細胞モデルの大きさを拡大する、
ことを更に含む<3>に記載の生体組織シミュレーション方法。
<5>前記母細胞モデルと周辺の母細胞モデルとの間の距離に基づいて、前記母細胞モデルに関する数密度を算出し、
前記算出された数密度の上昇に伴い前記母細胞モデルの大きさを縮小し、
前記算出された数密度の下降に伴い前記母細胞モデルの大きさを拡大する、
ことを更に含む<1>から<4>のいずれか1項に記載の生体組織シミュレーション方法。
<6>前記母細胞モデルに働く前記第1粒子間力は、他の母細胞モデルとの間の体積力及びバネ力、前記娘細胞モデルとの間の体積力、及び、前記非分裂細胞モデルとの間の体積力から算出され、
前記母細胞モデルに働く前記第2粒子間力は、前記第1仮想粒子モデル及び前記第2仮想粒子モデルとの間のバネ力から算出される、
<1>から<5>のいずれか1項に記載の生体組織シミュレーション方法。
<7>前記母細胞モデルに働く前記第3粒子間力は、前記第3仮想粒子モデルとの間のバネ力から算出される、
<2>から<4>のいずれか1項に記載の生体組織シミュレーション方法。
<8>前記母細胞モデルの初期配置における、隣接する他の母細胞モデルとの間の各間隔を乱数によりそれぞれ決定する、
ことを更に含む<1>から<7>のいずれか1項に記載の生体組織シミュレーション方法。
<9><1>から<8>のいずれか1項に記載の生体組織シミュレーション方法を少なくとも1つのコンピュータに実行させるプログラム。
<10>分裂能力を有する母細胞、母細胞の分裂により生じる娘細胞、及び、母細胞層を介して娘細胞とは逆側に存在する非分裂細胞により形成される生体組織の挙動を模擬する生体組織シミュレーション装置において、
前記母細胞、前記娘細胞及び前記非分裂細胞の位置特性に応じて、前記母細胞を表す母細胞モデル、前記娘細胞を表す娘細胞モデル、及び、前記非分裂細胞を表す非分裂細胞モデルを粒子モデルとしてシミュレーション空間内に配置する配置手段と、
前記母細胞層の厚み方向で前記母細胞モデルを挟む位置に、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルには力を及ぼさない第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを生成する粒子制御手段と、
母細胞モデル、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルを含む各細胞モデル、並びに、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを含む各仮想粒子モデルについて、シミュレーション空間内の位置及びモデル種別を含むモデル情報をそれぞれ保持するモデル情報保持手段と、
前記母細胞モデル、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルを含む細胞モデル間に働く第1粒子間力、及び、前記母細胞モデルと前記第1仮想粒子モデル及び前記第2仮想粒子モデルとの間に働く第2粒子間力を算出する力算出手段と、
前記第1粒子間力を用いて算出される変位により、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルの位置を更新し、前記第1粒子間力及び前記第2粒子間力を用いて算出される変位により、前記母細胞モデルの位置を更新し、前記第2粒子間力を用いて算出される変位により、前記第1仮想粒子モデル及び前記第2仮想粒子モデルの位置を更新する位置更新手段と、
を備える生体組織シミュレーション装置。
<11>母細胞モデルから2つの娘細胞モデルを生成しかつ該母細胞モデルを削除する第1分裂パターンを実行する分裂処理手段、
を更に備え、
前記モデル情報保持手段は、母細胞モデルと、該母細胞モデルに対応して生成された第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルとの対応関係、並びに、第3仮想粒子モデルについてのシミュレーション空間内の位置及びモデル種別を含むモデル情報を更に保持し、
前記粒子制御手段は、母細胞モデルが削除された場合に、削除された母細胞モデルに対応づけられた前記第1仮想粒子モデル及び前記第2仮想粒子モデルを削除し、削除された前記母細胞モデルの位置に前記第3仮想粒子モデルを生成し、該第3仮想粒子モデルと母細胞モデルとの間の距離に応じて、該第3仮想粒子モデルを削除し、
前記力算出手段は、前記第3仮想粒子モデルと前記細胞モデルとの間に働く第3粒子間力を更に算出し、
前記位置更新手段は、前記第1粒子間力及び前記第3粒子間力を用いて算出される変位により、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルの位置を更新し、前記第1粒子間力、前記第2粒子間力及び第3粒子間力を用いて算出される変位により、前記母細胞モデルの位置を更新し、前記第3粒子間力を用いて算出される変位により、前記第3仮想粒子モデルの位置を更新する、
<10>に記載の生体組織シミュレーション装置。
<12>前記分裂処理手段は、前記第1分裂パターン、母細胞モデルから2つの母細胞モデルを生成する第2分裂パターン、及び、母細胞モデルから母細胞モデル及び娘細胞モデルを生成する第3分裂パターンのいずれか1つを所定頻度及び所定割合で実行する、
<11>に記載の生体組織シミュレーション装置。
<13>前記分裂処理手段は、前記第2分裂パターンの実行を決めた場合に、前記第2分裂パターンの実行前に、対象の母細胞モデルの大きさを拡大する、
<12>に記載の生体組織シミュレーション装置。
<14>前記母細胞モデルと周辺の母細胞モデルとの間の距離に基づいて、前記母細胞モデルに関する数密度を算出する密度算出手段と、
前記算出された数密度の上昇に伴い前記母細胞モデルの大きさを縮小し、前記算出された数密度の下降に伴い前記母細胞モデルの大きさを拡大するサイズ制御手段と、
を更に備える<10>から<13>のいずれか1項に記載の生体組織シミュレーション装置。
<15>前記配置手段は、前記母細胞モデルの初期配置における、隣接する他の母細胞モデルとの間の各間隔を乱数によりそれぞれ決定する、
<10>から<14>のいずれか1項に記載の生体組織シミュレーション装置。
<2> holding a correspondence relationship between the mother cell model and the first virtual particle model and the second virtual particle model generated corresponding to the mother cell model;
Performing a first division pattern that generates two daughter cell models from the mother cell model and deletes the mother cell model;
When the mother cell model is deleted, the first virtual particle model and the second virtual particle model associated with the deleted mother cell model are deleted,
Generating a third virtual particle model at the position of the deleted mother cell model;
Calculating a third interparticle force acting between the third virtual particle model and the cell model;
Update the position of the third virtual particle model by the displacement calculated using the force between the third particles,
Deleting the third virtual particle model according to the distance between the third virtual particle model and the mother cell model;
Further including
Updating the position of the daughter cell model and the non-dividing cell model is performed based on a displacement calculated using the first interparticle force and the third interparticle force,
The update of the position of the mother cell model is performed based on a displacement calculated using the first interparticle force, the second interparticle force, and the third interparticle force.
The biological tissue simulation method according to <1>.
<3> Any one of the first division pattern, a second division pattern that generates two mother cell models from the mother cell model, and a third division pattern that generates a mother cell model and a daughter cell model from the mother cell model One at a predetermined frequency and a predetermined rate,
The biological tissue simulation method according to <2>, further comprising:
<4> Before executing the second division pattern, enlarge the size of the target mother cell model,
The biological tissue simulation method according to <3>, further comprising:
<5> Based on a distance between the mother cell model and a surrounding mother cell model, a number density related to the mother cell model is calculated,
Reducing the size of the mother cell model as the calculated number density increases,
Enlarging the size of the mother cell model as the calculated number density decreases,
The biological tissue simulation method according to any one of <1> to <4>, further including:
<6> The first interparticle force acting on the mother cell model includes a body force and a spring force with another mother cell model, a body force with the daughter cell model, and the non-dividing cell model. Calculated from the body force between
The second interparticle force acting on the mother cell model is calculated from a spring force between the first virtual particle model and the second virtual particle model.
The biological tissue simulation method according to any one of <1> to <5>.
<7> The third interparticle force acting on the mother cell model is calculated from a spring force between the third virtual particle model,
The biological tissue simulation method according to any one of <2> to <4>.
<8> In the initial arrangement of the mother cell model, each interval between adjacent mother cell models is determined by a random number.
The biological tissue simulation method according to any one of <1> to <7>, further including:
<9> A program that causes at least one computer to execute the biological tissue simulation method according to any one of <1> to <8>.
<10> Simulates the behavior of a living tissue formed by mother cells having division ability, daughter cells generated by division of the mother cells, and non-dividing cells existing on the opposite side of the daughter cells through the mother cell layer. In the biological tissue simulation device,
A mother cell model representing the mother cell, a daughter cell model representing the daughter cell, and a non-dividing cell model representing the non-dividing cell according to the positional characteristics of the mother cell, the daughter cell, and the non-dividing cell. An arrangement means for arranging the particle model in the simulation space;
Particle control means for generating a first virtual particle model and a second virtual particle model that do not exert any force on the daughter cell model and the non-dividing cell model at a position sandwiching the mother cell model in the thickness direction of the mother cell layer When,
Each cell model including the mother cell model, daughter cell model, and non-dividing cell model, and each virtual particle model including the first virtual particle model and the second virtual particle model, including a position in the simulation space and a model type Model information holding means for holding each information;
A first interparticle force acting between cell models including the mother cell model, the daughter cell model, and the non-dividing cell model; and the mother cell model and the first virtual particle model and the second virtual particle model. Force calculating means for calculating the force between the second particles acting between,
The positions of the daughter cell model and the non-dividing cell model are updated by the displacement calculated using the first interparticle force, and the first interparticle force and the second interparticle force are used. Position updating means for updating the position of the mother cell model by displacement, and updating the positions of the first virtual particle model and the second virtual particle model by displacement calculated using the second interparticle force; ,
A living tissue simulation apparatus.
<11> a division processing means for executing a first division pattern for generating two daughter cell models from a mother cell model and deleting the mother cell model;
Further comprising
The model information holding means includes a mother cell model, a correspondence relationship between the first virtual particle model and the second virtual particle model generated corresponding to the mother cell model, and a simulation space for the third virtual particle model. Further holding model information including the position and model type in
When the mother cell model is deleted, the particle control unit deletes the first virtual particle model and the second virtual particle model associated with the deleted mother cell model, and the deleted mother cell Generating the third virtual particle model at the position of the model, and deleting the third virtual particle model according to the distance between the third virtual particle model and the mother cell model;
The force calculating means further calculates a third interparticle force acting between the third virtual particle model and the cell model;
The position update means updates the position of the daughter cell model and the non-dividing cell model by a displacement calculated using the first interparticle force and the third interparticle force, and the first interparticle force The position of the mother cell model is updated by the displacement calculated by using the second interparticle force and the third interparticle force, and the displacement is calculated by using the third interparticle force. Update the position of the virtual particle model,
The biological tissue simulation device according to <10>.
<12> The division processing means generates a mother cell model and a daughter cell model from the first cell division model, a second cell division pattern that generates two mother cell models from the mother cell model, and a third cell pattern. Execute any one of the split patterns at a predetermined frequency and a predetermined rate;
The biological tissue simulation device according to <11>.
<13> When the division processing unit decides to execute the second division pattern, it expands the size of the target mother cell model before the execution of the second division pattern.
The biological tissue simulation device according to <12>.
<14> density calculating means for calculating a number density related to the mother cell model based on a distance between the mother cell model and a surrounding mother cell model;
Size control means for reducing the size of the mother cell model with an increase in the calculated number density, and expanding the size of the mother cell model with a decrease in the calculated number density;
The biological tissue simulation device according to any one of <10> to <13>, further comprising:
<15> The arrangement unit determines each interval between adjacent mother cell models by random numbers in the initial arrangement of the mother cell model,
The biological tissue simulation device according to any one of <10> to <14>.

1 生体組織シミュレーション装置(シミュレータ)
2 CPU
3 メモリ
4 通信ユニット
6 表示装置
7 入力装置
11 配置部
12 粒子制御部
13 モデル情報保持部
14 力算出部
15 位置更新部
16 分裂処理部
17 密度算出部
18 サイズ制御部
1 Biological tissue simulation device (simulator)
2 CPU
3 Memory 4 Communication Unit 6 Display Device 7 Input Device 11 Arrangement Unit 12 Particle Control Unit 13 Model Information Holding Unit 14 Force Calculation Unit 15 Position Update Unit 16 Division Processing Unit 17 Density Calculation Unit 18 Size Control Unit

Claims (7)

分裂能力を有する母細胞、母細胞の分裂により生じる娘細胞、及び、母細胞層を介して娘細胞とは逆側に存在する非分裂細胞により形成される生体組織の挙動を少なくとも1つのコンピュータにより模擬する生体組織シミュレーション方法において、
前記母細胞、前記娘細胞及び前記非分裂細胞の位置特性に応じて、前記母細胞を表す母細胞モデル、前記娘細胞を表す娘細胞モデル、及び、前記非分裂細胞を表す非分裂細胞モデルを粒子モデルとしてシミュレーション空間内に配置し、
前記母細胞層の厚み方向で前記母細胞モデルを挟む位置に、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルには力を及ぼさない第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを生成し、
前記母細胞モデル、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルを含む細胞モデル間に働く第1粒子間力を算出し、
前記母細胞モデルと前記第1仮想粒子モデル及び前記第2仮想粒子モデルとの間に働く第2粒子間力を算出し、
前記第1粒子間力を用いて算出される変位により、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルの位置を更新し、
前記第1粒子間力及び前記第2粒子間力を用いて算出される変位により、前記母細胞モデルの位置を更新し、
前記第2粒子間力を用いて算出される変位により、前記第1仮想粒子モデル及び前記第2仮想粒子モデルの位置を更新する、
ことを含む生体組織シミュレーション方法。
The behavior of living tissue formed by mother cells having the ability to divide, daughter cells generated by division of the mother cells, and non-dividing cells existing on the opposite side of the daughter cells through the mother cell layer by at least one computer In the simulated biological tissue simulation method,
A mother cell model representing the mother cell, a daughter cell model representing the daughter cell, and a non-dividing cell model representing the non-dividing cell according to the positional characteristics of the mother cell, the daughter cell, and the non-dividing cell. Place it in the simulation space as a particle model,
Generating a first virtual particle model and a second virtual particle model that do not exert any force on the daughter cell model and the non-dividing cell model at a position sandwiching the mother cell model in the thickness direction of the mother cell layer;
Calculating a first interparticle force acting between cell models including the mother cell model, the daughter cell model and the non-dividing cell model;
Calculating a second interparticle force acting between the mother cell model and the first virtual particle model and the second virtual particle model;
Update the position of the daughter cell model and the non-dividing cell model by the displacement calculated using the force between the first particles,
Update the position of the mother cell model by the displacement calculated using the first interparticle force and the second interparticle force,
Updating the positions of the first virtual particle model and the second virtual particle model according to the displacement calculated using the force between the second particles;
A biological tissue simulation method.
母細胞モデルと、該母細胞モデルに対応して生成された第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルとの対応関係を保持し、
母細胞モデルから2つの娘細胞モデルを生成しかつ該母細胞モデルを削除する第1分裂パターンを実行し、
前記母細胞モデルが削除された場合に、削除された前記母細胞モデルに対応づけられた前記第1仮想粒子モデル及び前記第2仮想粒子モデルを削除し、
前記削除された母細胞モデルの位置に第3仮想粒子モデルを生成し、
前記第3仮想粒子モデルと前記細胞モデルとの間に働く第3粒子間力を算出し、
前記第3粒子間力を用いて算出される変位により、前記第3仮想粒子モデルの位置を更新し、
前記第3仮想粒子モデルと母細胞モデルとの間の距離に応じて、前記第3仮想粒子モデルを削除する、
ことを更に含み、
前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルの位置の更新は、前記第1粒子間力及び前記第3粒子間力を用いて算出される変位に基づいて実行され、
前記母細胞モデルの位置の更新は、前記第1粒子間力、前記第2粒子間力及び第3粒子間力を用いて算出される変位に基づいて行われる、
請求項1に記載の生体組織シミュレーション方法。
Holding a correspondence relationship between the mother cell model and the first virtual particle model and the second virtual particle model generated corresponding to the mother cell model;
Performing a first division pattern that generates two daughter cell models from the mother cell model and deletes the mother cell model;
When the mother cell model is deleted, the first virtual particle model and the second virtual particle model associated with the deleted mother cell model are deleted,
Generating a third virtual particle model at the position of the deleted mother cell model;
Calculating a third interparticle force acting between the third virtual particle model and the cell model;
Update the position of the third virtual particle model by the displacement calculated using the force between the third particles,
Deleting the third virtual particle model according to the distance between the third virtual particle model and the mother cell model;
Further including
Updating the position of the daughter cell model and the non-dividing cell model is performed based on a displacement calculated using the first interparticle force and the third interparticle force,
The update of the position of the mother cell model is performed based on a displacement calculated using the first interparticle force, the second interparticle force, and the third interparticle force.
The biological tissue simulation method according to claim 1.
前記第1分裂パターン、母細胞モデルから2つの母細胞モデルを生成する第2分裂パターン、及び、母細胞モデルから母細胞モデル及び娘細胞モデルを生成する第3分裂パターンのいずれか1つを所定頻度及び所定割合で実行する、
ことを更に含む請求項2に記載の生体組織シミュレーション方法。
Any one of the first division pattern, a second division pattern for generating two mother cell models from the mother cell model, and a third division pattern for generating a mother cell model and a daughter cell model from the mother cell model is predetermined. Run at a frequency and a predetermined rate,
The biological tissue simulation method according to claim 2, further comprising:
前記第2分裂パターンの実行前に、対象の母細胞モデルの大きさを拡大する、
ことを更に含む請求項3に記載の生体組織シミュレーション方法。
Before executing the second division pattern, enlarge the size of the subject mother cell model,
The biological tissue simulation method according to claim 3, further comprising:
前記母細胞モデルと周辺の母細胞モデルとの間の距離に基づいて、前記母細胞モデルに関する数密度を算出し、
前記算出された数密度の上昇に伴い前記母細胞モデルの大きさを縮小し、
前記算出された数密度の下降に伴い前記母細胞モデルの大きさを拡大する、
ことを更に含む請求項1から4のいずれか1項に記載の生体組織シミュレーション方法。
Based on the distance between the mother cell model and surrounding mother cell models, the number density for the mother cell model is calculated,
Reducing the size of the mother cell model as the calculated number density increases,
Enlarging the size of the mother cell model as the calculated number density decreases,
The biological tissue simulation method according to claim 1, further comprising:
請求項1から5のいずれか1項に記載の生体組織シミュレーション方法を少なくとも1つのコンピュータに実行させるプログラム。   A program for causing at least one computer to execute the biological tissue simulation method according to any one of claims 1 to 5. 分裂能力を有する母細胞、母細胞の分裂により生じる娘細胞、及び、母細胞層を介して娘細胞とは逆側に存在する非分裂細胞により形成される生体組織の挙動を模擬する生体組織シミュレーション装置において、
前記母細胞、前記娘細胞及び前記非分裂細胞の位置特性に応じて、前記母細胞を表す母細胞モデル、前記娘細胞を表す娘細胞モデル、及び、前記非分裂細胞を表す非分裂細胞モデルを粒子モデルとしてシミュレーション空間内に配置する配置手段と、
前記母細胞層の厚み方向で前記母細胞モデルを挟む位置に、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルには力を及ぼさない第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを生成する粒子制御手段と、
母細胞モデル、娘細胞モデル及び非分裂細胞モデルを含む各細胞モデル、並びに、第1仮想粒子モデル及び第2仮想粒子モデルを含む各仮想粒子モデルについて、シミュレーション空間内の位置及びモデル種別を含むモデル情報をそれぞれ保持するモデル情報保持手段と、
前記母細胞モデル、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルを含む細胞モデル間に働く第1粒子間力、及び、前記母細胞モデルと前記第1仮想粒子モデル及び前記第2仮想粒子モデルとの間に働く第2粒子間力を算出する力算出手段と、
前記第1粒子間力を用いて算出される変位により、前記娘細胞モデル及び前記非分裂細胞モデルの位置を更新し、前記第1粒子間力及び前記第2粒子間力を用いて算出される変位により、前記母細胞モデルの位置を更新し、前記第2粒子間力を用いて算出される変位により、前記第1仮想粒子モデル及び前記第2仮想粒子モデルの位置を更新する位置更新手段と、
を備える生体組織シミュレーション装置。
Biological tissue simulation that mimics the behavior of biological tissue formed by mother cells that have division ability, daughter cells that result from division of the mother cells, and non-dividing cells that exist on the opposite side of the daughter cells through the mother cell layer In the device
A mother cell model representing the mother cell, a daughter cell model representing the daughter cell, and a non-dividing cell model representing the non-dividing cell according to the positional characteristics of the mother cell, the daughter cell, and the non-dividing cell. An arrangement means for arranging the particle model in the simulation space;
Particle control means for generating a first virtual particle model and a second virtual particle model that do not exert any force on the daughter cell model and the non-dividing cell model at a position sandwiching the mother cell model in the thickness direction of the mother cell layer When,
Each cell model including the mother cell model, daughter cell model, and non-dividing cell model, and each virtual particle model including the first virtual particle model and the second virtual particle model, including a position in the simulation space and a model type Model information holding means for holding each information;
A first interparticle force acting between cell models including the mother cell model, the daughter cell model, and the non-dividing cell model; and the mother cell model and the first virtual particle model and the second virtual particle model. Force calculating means for calculating the force between the second particles acting between,
The positions of the daughter cell model and the non-dividing cell model are updated by the displacement calculated using the first interparticle force, and the first interparticle force and the second interparticle force are used. Position updating means for updating the position of the mother cell model by displacement, and updating the positions of the first virtual particle model and the second virtual particle model by displacement calculated using the second interparticle force; ,
A living tissue simulation apparatus.
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