JPH02218341A - Simulator of electric phenomenon of heart - Google Patents

Simulator of electric phenomenon of heart

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JPH02218341A
JPH02218341A JP1038908A JP3890889A JPH02218341A JP H02218341 A JPH02218341 A JP H02218341A JP 1038908 A JP1038908 A JP 1038908A JP 3890889 A JP3890889 A JP 3890889A JP H02218341 A JPH02218341 A JP H02218341A
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excitation
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excited
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春見 建一
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大名 魏
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Abstract

PURPOSE:To carry out simulation on a model which is similar to an actual heart by providing a heart model setting means, cell excitation memory means, excitation cell temporary memory means, and an excitation propagation processing means. CONSTITUTION:A heart geometrical model setting means 3 sets a block consisting in I, J, K pieces respectively in the longitudinal, lateral, and height directions, and an arbitrary block is allotted to a cell, and the pacing time is determined by designating an arbitrary cell to a cell for carrying out autoexcitation, and an arbitrary cell in the rest cells is used as a cell for carrying out excitation propagation, and stored, determining the no-correspondence time and propagation speed. A cell excitation time memory means 9 memorizes the excitation time of all the cells which are obtained at all the time from the start of simulation, and an excitation cell temporary memory means 8 memorizes the cell excited in the previous step time, at an arbitrary step time. the excitation propagation processing means 8 memorizes the cell excited at the pertinent step time as new data in the excitation cell temporary memory means 8 again. With such constitution, the excitation propagation processing time can be reduced drastically.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は人体内の心臓の電気現象を計算表示する装置に
係り、特にその興奮伝播処理に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an apparatus for calculating and displaying electrical phenomena of the heart within a human body, and particularly relates to excitation propagation processing thereof.

(従来の技術) セルの集合体により心臓モデルを構築するとともに各セ
ルに心臓細胞の電気生理特性に基づく所定の規則を通用
して各セルの興奮状態を求め、その興奮状態から心臓の
電気生理現象を得るようにしたシミュレータは知られて
いる。
(Prior art) A heart model is constructed from a collection of cells, and the excited state of each cell is determined by applying a predetermined rule based on the electrophysiological characteristics of the heart cells to each cell, and the electrophysiology of the heart is determined from the excited state. Simulators designed to obtain phenomena are known.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、かかる従来のシミュレータは、コンピュ
ータのメモリ数、計算速度の制約から使用される心臓モ
デルは例えば二次元モデルを対象とする単純なもので、
又不応期、伝播速度等の考慮もされていなかった。この
ため実際の心臓モデルに近いモデルを前提としたシミュ
レーションを行うことができなかった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in such conventional simulators, the heart model used is a simple two-dimensional model, for example, due to restrictions on the number of memory and calculation speed of the computer.
Also, refractory period, propagation speed, etc. were not taken into account. For this reason, it was not possible to perform a simulation based on a model close to an actual heart model.

そこで本発明の目的とする処は、心臓モデルにおける各
セルの不応期、伝播速度等を考慮するとともに伝播処理
の簡単化を実現することにより、三次元モデルでのシミ
ュレーションを可能ならしめ、もって実際の心臓に近い
モデルにてシミュレートを行わしめることができる心臓
電気現象のシミュレータを提供するにある。
Therefore, an object of the present invention is to enable simulation using a three-dimensional model by considering the refractory period, propagation velocity, etc. of each cell in the heart model and simplifying the propagation process. To provide a simulator of cardiac electrical phenomena that can be simulated using a model close to the human heart.

(課題を解決するための手段) 前記問題点を解決するため本発明は、セルの集合体によ
り心臓モデルを構築するとともに各セルに心臓細胞の電
気生理特性に基づく所定の規則を適用して各セルの興奮
状態を求め、その興奮状態から心臓の電気生理現象を得
るようにしたシミュレータにおいて、縦、横、高さ方向
に夫々■。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention constructs a heart model using a collection of cells, and applies predetermined rules based on the electrophysiological characteristics of the heart cells to each cell. ■ In the vertical, horizontal, and height directions, respectively, in a simulator that determines the excited state of cells and obtains the electrophysiological phenomena of the heart from that excited state.

J、に個ずつのブロックを設定し、その内の任意のブロ
ックをセルに割り当てるとともに、その内の任意のセル
を自動興奮を行うセルに指定してペーシングタイムを定
め、更に残りのセルの内の任意のセルを興奮伝播を行う
セルとして不応期及び伝播速度を定めて格納する心臓モ
デル設定手段と、シミュレーション開始時からの全時刻
において得られる全セルの興奮時を記憶するセル興奮時
記憶手段と、任意のステップ時刻において、その一つ前
のステップ時刻において興奮したセルを記憶する興奮セ
ル一時記憶手段と、前記任意のステップ時刻において、
前記ペーシングタイムに基づいて自動興奮するセルと、
前記興奮セル記憶手段に記憶されている当該一つ前のス
テップ時刻において興奮したセル並びに前記セル興奮時
記憶手段に記憶された前回のセル興奮時及び前記不応期
と伝播速度に基づき興奮が伝達されることによフて興奮
を開始するセルとを判断し、当該ステップ時刻に興奮す
るセルを新たなデータとして前記興奮セル一時記憶手段
に再記憶させるようにした興奮伝播処理手段とを備えた
ことを特徴とする。
Set blocks for each J, assign any block among them to a cell, designate any cell among them as a cell that performs automatic excitation, set a pacing time, and then a heart model setting means for determining and storing a refractory period and a propagation velocity for any cell that performs excitation propagation; and a cell excitation time storage means for storing the excitation times of all cells obtained at all times from the start of the simulation. and, at an arbitrary step time, an excited cell temporary storage means for storing excited cells at the previous step time; and at the arbitrary step time,
a cell that automatically excites based on the pacing time;
Excitation is transmitted based on the cell excited at the previous step time stored in the excited cell storage means, the previous cell excitation time stored in the cell excitation time storage means, the refractory period, and the propagation speed. and excitation propagation processing means for determining which cells start to become excited by the step time, and re-storing the cells excited at the relevant step time in the excited cell temporary storage means as new data. It is characterized by

(作用) かかる構成によれば、興奮伝播処理の過程においては、
一つ前のステップ時刻において興奮したセルの周辺部に
おけるセルのみについて興奮の有無を判断すればよく、
従ってその処理時間を大巾に削減することができる。又
この結果、不応期、伝播速度等も考慮し得、より現実に
近いモデルにてシミュレーションを行なうことができる
(Operation) According to this configuration, in the process of excitation propagation processing,
It is sufficient to judge whether or not only cells in the vicinity of cells that were excited at the previous step time are excited.
Therefore, the processing time can be significantly reduced. Moreover, as a result, refractory period, propagation velocity, etc. can be taken into consideration, and simulation can be performed using a model that is closer to reality.

(実施例) 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below based on the accompanying drawings.

第1図は本発明に係るシミュレータの全体構成図である
。図において1はシミュレーションにあたっての各種条
件設定のものであり、心臓モデル設定手段2は心臓の幾
何モデルを設定するための手段3と、この心臓幾何モデ
ル設定手段3により定められた各種セルにその電気生理
特性を設定するための手段4とからなる。モして5は心
臓の位置及び角度を設定するための手段、6はトルソを
設定するための手段である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a simulator according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 is for setting various conditions for simulation, and heart model setting means 2 includes means 3 for setting a geometric model of the heart, and electricity for various cells defined by this heart geometric model setting means 3. and means 4 for setting physiological characteristics. Furthermore, 5 is a means for setting the position and angle of the heart, and 6 is a means for setting the torso.

又7はシミュレーションのための演算手段を示し、8は
セルの興奮処理手段、9はその演算結果を記憶するため
の手段、10は前記演算結果に基づき更に体表面(トル
ソ)上での電位を算出し、ベクトル心電図算出手段11
、体表面電位データ記憶手段13.12話専心電図算出
手段12にそのデータを出力するための体表面電位算出
手段、13〜!5は各データの記憶手段、16は表示手
段17への表示出力を行なう出力手段である。
Further, 7 indicates a calculation means for simulation, 8 a cell excitation processing means, 9 a means for storing the calculation result, and 10 further calculates the potential on the body surface (torso) based on the calculation result. Vector electrocardiogram calculation means 11
, Body surface potential data storage means 13.12 Body surface potential calculation means for outputting the data to the electrocardiogram calculation means 12, 13~! 5 is a storage means for each data, and 16 is an output means for displaying output to the display means 17.

前記心臓幾何モデル設定手段2は、縦1側、横J個、高
さに個の三次元座標(本実施例では六面体内の三次元斜
交座標系)上に構成されるIxJ×に個からなるブロッ
クのうち任意のブロックをセルに割り当てることにより
心臓の幾何モデルを作成する。
The cardiac geometric model setting means 2 is configured from I x J A geometric model of the heart is created by assigning arbitrary blocks among the blocks to cells.

第2図はかかる幾何モデル設定手段の一構成例を示すも
のである。操作手段20は、変更又は新たに設定しよう
とする心臓幾何モデルの断面及びセル種を指定するもの
であり、断面の指定は縦l、横j、高さkの任意の断面
番号の指定が可能である。基本ブロック記憶手段21は
前述した縦11横J1高さに個のブロック座標を記憶し
ている。又幾何モデル記憶手段22は既に作成されたモ
デル又は設定中のモデルを記憶するもので例えばセル座
標及びセル種等を記憶している。断面番号判断手段23
は操作手段により指定された断面番号を判断する。そし
てこの判断手段23の出力信号に基づいて断面表示デー
タ出力手段24は幾何モデル記憶手段22のデータを基
にその断面表示データを出力する。又同様にして隣接断
面表示データ出力手段25は前記断面に隣接する断面の
表示データを出力し、直交断面表示データ出力手段26
は前記断面に直交する断面の表示データを出力する。
FIG. 2 shows an example of the configuration of such a geometric model setting means. The operating means 20 is for specifying the cross section and cell type of the cardiac geometric model to be changed or newly set, and the cross section can be specified by any cross section number of length l, width j, and height k. It is. The basic block storage means 21 stores the coordinates of each block in the aforementioned 11 width and J1 height. The geometric model storage means 22 stores models that have already been created or models that are currently being set, and stores, for example, cell coordinates and cell types. Section number determination means 23
determines the section number specified by the operating means. Based on the output signal of the determining means 23, the section display data output means 24 outputs the section display data based on the data of the geometric model storage means 22. Similarly, the adjacent cross section display data output means 25 outputs display data of a cross section adjacent to the cross section, and the orthogonal cross section display data output means 26
outputs display data of a cross section perpendicular to the cross section.

尚、前記断面の指定は、I、 J、 Kl!標のうち任
意の座標平面を指定することができ、これによって直交
断面も定められる。
In addition, the designation of the above cross section is I, J, Kl! Any coordinate plane among the marks can be specified, and the orthogonal cross section can also be determined by this.

こうして断面表示がなされると、必要なセルの修正、若
しくは付加操作がやはり前記操作手段20によりなされ
、その出力に応じてセル種判断手段27を介してセル種
変更手段28〜30が所定の断面におけるセル種の変更
、付加を行なう。
When the cross-section is displayed in this way, the necessary cell correction or addition operation is also performed by the operation means 20, and according to the output, the cell type changing means 28 to 30 are changed to a predetermined cross-section via the cell type determining means 27. Change or add cell types in .

かかるセルの種類は心臓を構成する細胞の種類であり、
例えば洞房結節、心房筋セル、房室結節、ヒス束、脚、
プルキンエ繊維網セル、心室筋セル、並びに使用者が定
義し得る特殊1胞等が用意されている。尚、これらセル
の特性は後述する電気生理特性設定手段4により定めら
れる。
These cell types are the types of cells that make up the heart;
For example, the sinoatrial node, atrial myocyte, atrioventricular node, bundle of His, leg,
Purkinje fiber network cells, ventricular myocardial cells, and special cells that can be defined by the user are provided. Note that the characteristics of these cells are determined by electrophysiological characteristic setting means 4, which will be described later.

以上の構成によって所定断面の表示が出力手段31を介
して表示手段32により行なわれる。
With the above configuration, a predetermined cross section is displayed by the display means 32 via the output means 31.

そして以上一連の設定操作が終了すると、修正、若しく
は設定データは幾何モデル記憶手段に再格納される。
When the above series of setting operations is completed, the modified or set data is stored again in the geometric model storage means.

尚、この表示手段32は第1図で示す表示手段17を兼
用し得る。第3図は以上の操作手順をフローチャートに
て示したものであり、第4図は設定操作中における表示
手段による表示を示したものである。そして第4図にお
いて33はI−J平面による修正ki断面を示したもの
で、34゜35は夫々それに隣接するki−1,ki+
1断面を示したものである。又36はそれらの直交する
断面を示している。更に各表示中、37a。
Note that this display means 32 can also be used as the display means 17 shown in FIG. FIG. 3 shows the above operating procedure in the form of a flowchart, and FIG. 4 shows the display by the display means during the setting operation. In Fig. 4, 33 indicates the corrected ki cross section on the I-J plane, and 34°35 indicates the adjacent ki-1, ki+, respectively.
1 shows a cross section. Further, 36 indicates a cross section perpendicular to them. Furthermore, during each display, 37a.

37b、37c、37d等は夫々セルの種別を示したも
ので37aはプルキンエ繊維網セル、37bは心房筋又
は心室筋セル、37c、37dは虚血状態のセルをその
段階に応じて示したものである。
37b, 37c, 37d, etc. each indicate the type of cell; 37a indicates a Purkinje fiber network cell; 37b indicates an atrial muscle or ventricular muscle cell; 37c, 37d indicates a cell in an ischemic state according to its stage. It is.

このように本実施例によれば心臓幾何モデルの設定、修
正時にその修正部の周辺部も視角的に同時に認識するこ
とができるため、その修正、設定等が容易に行なわれる
As described above, according to the present embodiment, when setting and modifying the cardiac geometric model, the surrounding area of the modified portion can be visually recognized at the same time, so that the modification, setting, etc. can be easily performed.

前記電気生理特性設定手段4は、前記心臓幾何モデル設
定手段3により指定された各種セルに対し、その活動電
位特性、伝播速度、ペーシングタイム等のパラメータを
与えるものである。
The electrophysiological characteristic setting means 4 provides parameters such as action potential characteristics, propagation velocity, pacing time, etc. to the various cells specified by the cardiac geometric model setting means 3.

表1はかかるパラメータを示すもので本実施例では16
種類のパラメータを自由に設定変更することが可能であ
る。又第5図は活動電位波形とその各パラメータとの対
応を示すものである。
Table 1 shows such parameters, and in this example, 16
It is possible to freely change the settings of the type parameters. Further, FIG. 5 shows the correspondence between the action potential waveform and each of its parameters.

これら表1、第5図からも明らかなように本実施例にお
ける活動電位波形はその0相40.1相41.2相42
.4相43部を夫々直線で定義し、これら直線の各端点
をそれぞれ時間と電位のパラメータとして与えることで
各相を決定している。又曲線部−の3相44の膜電位V
 (X)はサンプルデータS i (Xi、yi) (
St 〜S7)により次のラグランジェの補間多項式で
決定される。
As is clear from Table 1 and FIG. 5, the action potential waveform in this example is 0 phase 40.1 phase 41.2 phase 42
.. Each phase is determined by defining each of the 43 parts of the four phases as a straight line, and giving each end point of these straight lines as parameters of time and potential. Also, the membrane potential V of the three-phase 44 in the curved part -
(X) is sample data S i (Xi, yi) (
St to S7) is determined by the following Lagrange interpolation polynomial.

(n=3) 表1 パラメータ 表2 以上のようにして本実施例では活動電位波形を少ないデ
ータ数で定義することができ、メモリ数の削減、モデル
の複雑化に容易に対応させることができる。
(n=3) Table 1 Parameter Table 2 As described above, in this example, the action potential waveform can be defined with a small number of data, and the number of memories can be reduced and the model can be made more complex. .

又、かかる電気生理特性設定手段によれば心臓幾何モデ
ル設定手段3と共働して心臓を構成する任意のセルに自
由にその活動電位波形等の電気生理特性を設定すること
ができ、実際の心臓に近い心臓モデルを構築することが
できる。
Further, according to the electrophysiological characteristic setting means, it is possible to freely set the electrophysiological characteristics such as the action potential waveform of any cell constituting the heart in cooperation with the cardiac geometric model setting means 3, and the actual A heart model that closely resembles the heart can be constructed.

尚、表2、表3は各パラメータの設定例を示したもので
、表2はプルキンエ繊維網セルについて、表3は心室筋
セルについて示したものである。
Tables 2 and 3 show examples of setting each parameter, with Table 2 showing the Purkinje fiber network cells and Table 3 showing the ventricular myocardial cells.

前記心臓位置設定手段5及びトルソ設定手段6は、第6
図に示すようにトルソ50とその中に配置される心臓5
1との関係を示すもので、トルソ設定手段6はトルソの
大きさ、形状等を、心臓位置設定手段5はトルソに対す
る心臓の位置、角度等を設定する。
The heart position setting means 5 and the torso setting means 6 include a sixth
As shown in the figure, a torso 50 and a heart 5 placed therein
The torso setting means 6 sets the size, shape, etc. of the torso, and the heart position setting means 5 sets the position, angle, etc. of the heart with respect to the torso.

表3 次に、シミュレーションのための前記演算手段7につい
て説明する。
Table 3 Next, the calculation means 7 for simulation will be explained.

前記興奮処理手段8は興奮伝搬処理手段8aと興奮セル
一時記憶手段8bとからなる。興奮伝搬処理手段8aは
、シミュレーション開始時においては、前記心臓幾何モ
デル設定手段3及び電気生理特性設定手段4からのデー
タに基づき、自動興奮を開始するセルを判断し、それを
セル興奮時記憶手段9に格納するとともに興奮セル一時
記憶手段8bに格納する。
The excitation processing means 8 comprises an excitation propagation processing means 8a and an excitation cell temporary storage means 8b. At the start of the simulation, the excitation propagation processing means 8a determines the cell that starts automatic excitation based on the data from the cardiac geometric model setting means 3 and the electrophysiological characteristic setting means 4, and stores it in the cell excitation storage means. 9 and also stored in the excited cell temporary storage means 8b.

そしてその次のステップからはステップ時刻毎に興奮セ
ル一時記憶手段8bに記憶されているセルにより興奮が
伝達されることによって興奮を開始するセルを、心臓幾
何モデル設定手段3による、セル座標及び電気生理特性
設定手段4に設定された伝搬速度不応期、更にセル興奮
伝播処理手段9に記憶された前回の興奮時間等から求め
るとともに、電気生理特性設定手段4に設定されている
自動興奮セルの検索により新たに興奮を開始するセルを
求め、これらをセル興奮時記憶手段9に記憶させる一方
、興奮セル一時記憶手段8bに再記憶させ、以後同様の
操作を繰り返すことにより興奮が伝搬される過程を処理
する。
From the next step onwards, cells that start excitation due to the transmission of excitation by the cells stored in the excited cell temporary storage means 8b at each step time are selected based on the cell coordinates and electricity by the cardiac geometric model setting means 3. It is determined from the propagation velocity refractory period set in the physiological characteristic setting means 4, the previous excitation time stored in the cell excitation propagation processing means 9, etc., and searching for automatically excited cells set in the electrophysiological characteristic setting means 4. Find cells that newly start excitation, store them in the cell excitation storage means 9, re-store them in the excited cell temporary storage means 8b, and repeat the same operation thereafter to see the process by which the excitement is propagated. Process.

第7図は以上の動作をフローチャートにて示したもので
あり、ステップ1はシミュレータによって演算する伝播
時間を設定するもので本実施例では3秒としている。そ
してステップ2,3は夫々初期設定であり、本実施例に
おいてステップタイムTは3 m5ec、 P W F
は興奮セル一時記憶手段8bに格納されるデータ、XC
Tはセル興奮時記憶手段9に格納されたデータを夫々示
している。
FIG. 7 shows the above operation in the form of a flowchart. Step 1 is to set the propagation time calculated by the simulator, which is set to 3 seconds in this embodiment. Steps 2 and 3 are initial settings, and in this example, the step time T is 3 m5ec, P W F
is the data stored in the excited cell temporary storage means 8b, XC
T indicates data stored in the cell excitation storage means 9, respectively.

そしてステップにおいてステップタイムを一つずつ進め
るとともにステップ5で終了を判断する。ステップ6は
時刻Tにおいて自動興奮するセルを電気生理特性設定手
段4及び心臓幾何モデル設定手段3から検索してPWF
データ、XCTデータに格納する過程、ステップ7は前
述した伝播によって興奮が開始するセルを求めてPWF
データ、XCTデータに格納する過程、ステップ8はP
WFデータの置き換えを行う過程を夫々示している。
Then, in each step, the step time is advanced one by one, and in step 5, the end is determined. Step 6 is to search for cells that are automatically excited at time T from the electrophysiological characteristic setting means 4 and the cardiac geometric model setting means 3, and to create a PWF.
In the process of storing the data and XCT data, step 7 is to find the cell where the excitation starts by the above-mentioned propagation.
data, the process of storing it in XCT data, step 8 is P
Each figure shows the process of replacing WF data.

尚、第8図は前述した興奮伝搬処理のステップ7におい
て伝搬可能範囲にあるセルが不応期にあるか否かを判断
する動作を示したもので、ステップ1におけるT pr
eは、前記セル興奮時記憶手段9に記憶されている前回
の興奮時間を示し、又ステップ2におけるRFは電気生
理特性設定手段4に記憶されている不応期を示している
。そしてステップ3は興奮したセルを記憶する過程を示
している。
Incidentally, FIG. 8 shows the operation of determining whether or not cells within the propagation possible range are in the refractory period in step 7 of the excitation propagation process described above, and T pr in step 1.
e indicates the previous excitation time stored in the cell excitation storage means 9, and RF in step 2 indicates the refractory period stored in the electrophysiological characteristic setting means 4. Step 3 shows the process of storing excited cells.

以上のように本実施例に係るセルの興奮伝播処理手段に
よれば、任意の時刻において興奮しているセルの周辺部
、即ち興奮が伝達される可能性のあるセルのみに着目し
て処理を行なうようにしたため、計算時間の短縮化を図
ることができる。
As described above, according to the cell excitation propagation processing means according to the present embodiment, processing is performed by focusing only on the peripheral area of a cell that is excited at any given time, that is, a cell to which excitation may be transmitted. Since this is done, calculation time can be shortened.

次に体表面電位処理手段10について説明する。第9図
はかかる体表面電位処理手段10の動作を示したもので
ある。まず、ステップ!においては、前述したセル興奮
時記憶手段9のセル興奮時及び電気生理特性設定手段4
の活動電位波形に基づいて、一つおきのセル間隔での心
向起電力分布を求め、電流双極子モーメントを求める。
Next, the body surface potential processing means 10 will be explained. FIG. 9 shows the operation of the body surface potential processing means 10. First, step! , the cell excitation time and electrophysiological characteristic setting means 4 of the cell excitation time memory means 9 described above
Based on the action potential waveform of , the centripetal electromotive force distribution at every other cell interval is determined, and the current dipole moment is determined.

ここでδは導電率を表し、又φはセルの膜電位を示して
いる。
Here, δ represents electrical conductivity, and φ represents the membrane potential of the cell.

次にステップ2において、心臓モデルを縦m個、横n個
、高さに個の平面で分割してmxn×に個のブロックを
得、各ブロックを一つのダイポールモーメントで表すべ
く、先ずマルチダイポールモーメントJmの大きさを求
める。このマルチダイポールモーメントJmの大きさは
、前記ステップ1で求めた電流双極子モーメントJ1の
総和にて求められる。次にステップ3はマルチダイポー
ルモーメントJmの位置を求めるため前記電流双極子モ
ーメントJlの位置の加重平均Pmを求める。ここでP
iはセルiの位置を示している。そしてステップ4にお
いて以上求めたマルチダイポールモーメントより体表面
電位Vを求めている。ここでAoとVoはn次元ベクト
ルとして無限−様媒質条件の場で体表面に生じる電位と
その法線微分、AとBは境界要素法によるnXn係数マ
トリクスとn次元ベクトル、αはVoの体表面積分を夫
々示している。
Next, in step 2, the heart model is divided into m vertical planes, n horizontal planes, and horizontal planes to obtain m x n x blocks, and in order to represent each block with one dipole moment, we first divide the heart model into multi-dipole planes. Find the magnitude of moment Jm. The magnitude of this multi-dipole moment Jm is determined by the sum of the current dipole moments J1 determined in step 1 above. Next, in step 3, the weighted average Pm of the positions of the current dipole moment Jl is determined in order to determine the position of the multi-dipole moment Jm. Here P
i indicates the position of cell i. Then, in step 4, the body surface potential V is determined from the multi-dipole moments determined above. Here, Ao and Vo are the potential generated on the body surface under infinite-like medium conditions and its normal differential as n-dimensional vectors, A and B are the nXn coefficient matrix and n-dimensional vector obtained by the boundary element method, and α is the body of Vo. The surface integrals are shown respectively.

このような体表面電位の算出方向によれば、従来のよう
に各セルの電流双極子モーメントから直接体表面電位を
算出するのに比べ、そのマルチダイポールモーメントJ
mの数が電流双極子モーメントの数に比し遥かに少ない
ため、計算時間の大巾な短縮を図ることができる。しか
もこの場合、計算精度はブロックの分割を例えば各軸に
対して心室の3分の1程度の寸法で分割した場合でも1
%の誤差内に納まるというものであった。
According to this method of calculating the body surface potential, compared to the conventional method of calculating the body surface potential directly from the current dipole moment of each cell, the multi-dipole moment J
Since the number of m is much smaller than the number of current dipole moments, the calculation time can be significantly reduced. Moreover, in this case, the calculation accuracy is 1/1 even when the block is divided into sections of about one-third of the ventricle for each axis.
It was said that the error was within 10%.

更に、本実施例では心向起電力分布が連続関数として表
し得るという点に着目してセルの一つおきに電流双極子
モーメントを求めるようにしたため、三次元モデルによ
る計算時間は更に8分の1まで短縮することができ大巾
な時間短縮を図ることができる。そしてこの場合も計算
精度は前記と同じく1%以内に納まるという優れたもの
であった。
Furthermore, in this example, the current dipole moment was determined for every other cell by focusing on the fact that the centripetal electromotive force distribution can be expressed as a continuous function, so the calculation time using the three-dimensional model was further reduced to 8 minutes. The time can be reduced to 1, resulting in a significant time reduction. In this case as well, the calculation accuracy was excellent, being within 1%, as in the case above.

以上のようにして求められた体表面電位は体表面電位デ
ータ記憶手段13に格納され、又体表面電位に基づいて
12誘導心電図データ算出手段12は12読導心電図デ
ータを算出してその記憶手段15に格納する。又マルチ
ダイポールモーメントの値からはベクトル心電図データ
算出手段11がベクトル心電図データを算出してそのデ
ータを記憶手段14に格納する。
The body surface potential determined as described above is stored in the body surface potential data storage means 13, and the 12-lead electrocardiogram data calculation means 12 calculates 12-lead electrocardiogram data based on the body surface potential and stores the same. 15. Further, the vector electrocardiogram data calculation means 11 calculates vector electrocardiogram data from the value of the multi-dipole moment and stores the data in the storage means 14.

表示出力手段16は夫々の記憶手段13〜15に記憶さ
れたデータに基づいて表示手段17にベクトル心電図、
体表面電位図、12誘導心電図等を出力表示させるもの
である。
The display output means 16 displays a vector electrocardiogram on the display means 17 based on the data stored in the respective storage means 13-15.
It outputs and displays body surface electrograms, 12-lead electrocardiograms, etc.

本実施例においてこの表示出力手段16はベクトル心電
図と12誘導心電図を同一の画面61上にその時間対応
を表示させつつ出力させることができる。
In this embodiment, the display output means 16 can output a vector electrocardiogram and a 12-lead electrocardiogram while displaying their time correspondence on the same screen 61.

第10図はかかる表示出力手段により画面上に表された
12誘導心電図(■〜U6)とベクトル心電図(正面、
左側面、平面)を示す。各図中にはその心電図に矢印6
0が表示されている。この矢印が表示されている位置(
データ点)は夫々同一時刻に得られるデータを示してお
り、又矢印の方向は各図の時間推移方向を示している。
FIG. 10 shows a 12-lead electrocardiogram (■ to U6) and a vector electrocardiogram (front,
Left side, plane) shown. In each diagram, there is an arrow 6 pointing to the electrocardiogram.
0 is displayed. The position where this arrow is displayed (
Data points) indicate data obtained at the same time, and the direction of the arrow indicates the direction of time progression in each figure.

従ってこのような表示によれば、ベクトル心電図と12
誘導心電図の時間対応が極めて容易に行う得るとともに
、その時間推移方向(ベクトル心電図のループ方向)も
容易に知ることがで艶、各図の理解が容易に行い得る。
Therefore, according to such a display, vector electrocardiogram and 12
Not only can the time correspondence of the lead electrocardiogram be very easily performed, but also the time course direction (loop direction of the vector electrocardiogram) can be easily known, making it easier to understand each diagram.

第11図は以上の表示を示す表示出力手段の構成を示す
もので、矢印の位置、即ち対応時刻を定める操作手段6
2、この対応時刻のデータを12誘導心電図データ記憶
手段63〜74及びベクトル心電図データ記憶手段14
a〜14cから検索するデータ検索手段63、これらの
データから矢印の表示位置と方向を決定する矢印表示位
置決定手段64を備えている。
FIG. 11 shows the configuration of the display output means for displaying the above-mentioned display, and shows the operation means 6 for determining the position of the arrow, that is, the corresponding time.
2. This corresponding time data is stored in the 12-lead electrocardiogram data storage means 63 to 74 and the vector electrocardiogram data storage means 14.
It is provided with data search means 63 for searching from a to 14c, and arrow display position determining means 64 for determining the display position and direction of the arrow from these data.

尚第12図は以上の動作の一例を示すフローチャートで
ある。
Incidentally, FIG. 12 is a flowchart showing an example of the above operation.

以上説明したように本発明に係るシミュレータによりシ
ミュレーションした結果の一例を以下に示す。
An example of the results of simulation performed by the simulator according to the present invention as described above is shown below.

第13図、第14図は夫々正常な心臓モデルと心尖部肥
大性心筋病の心臓モデルに対してシミュレーションした
結果の12誘導心電図(I−06)とベクトル心電図を
示したものである。両者を比較すると心尖部肥大性心筋
病の心臓モデルの場合には12誘導心電図のV、、V4
誘導に夫々巨大負性T波65a、65bが表われてくる
。これは臨床実験の測定データを基にした第15図のV
、。
FIGS. 13 and 14 show a 12-lead electrocardiogram (I-06) and a vector electrocardiogram, which are the results of simulations for a normal heart model and a heart model with apical hypertrophic myocardial disease, respectively. Comparing the two, in the case of the heart model of apical hypertrophic myocardial disease, V, , V4 of the 12-lead electrocardiogram
Giant negative T waves 65a and 65b appear in the leads, respectively. This is V in Figure 15 based on measurement data from clinical experiments.
,.

v4訪導において、同じく巨大負性T波66a。In the v4 visit, there is also a huge negative T wave 66a.

66bが観測されているのと一致するもので、本シミュ
レータの信顆性を裏付けるものである。
66b is observed, which supports the reliability of this simulator.

尚、第16図は演算結果の体表面電位波形の一例を示し
たもので、表示番号1〜12は第6図のトルソ上で胴廻
り方向の番号に、表示番号1〜6は第6図のトルソ上で
胴の高さ方向の番号に夫々対応させて示している。又第
6図中、 R,L、F、V、 NV6は夫々12誘導心電図の測定
位置を示している。
In addition, FIG. 16 shows an example of the body surface potential waveform as a result of the calculation. Display numbers 1 to 12 are numbers in the torso direction on the torso in FIG. 6, and display numbers 1 to 6 are numbers in the torso direction in FIG. They are shown on the torso in correspondence with the numbers in the height direction of the torso. In FIG. 6, R, L, F, V, and NV6 each indicate the measurement position of the 12-lead electrocardiogram.

(発明の効果) 以上の説明より明らかなように本発明によれば、興奮伝
播処理の過程において、自動興奮するセルと興奮が伝達
される可能性のあるセルのみを対象として興奮の有無を
判断するようにしたのでその処理時間を大巾に削減する
ことができ、処理の高速化を図ることができる。又不応
期、伝播速度等も考慮し得るより現実に近いモデルによ
るシミュレーションを行なうことができる。
(Effects of the Invention) As is clear from the above explanation, according to the present invention, in the process of excitation propagation processing, the presence or absence of excitation is determined only for cells that are automatically excited and cells that are likely to transmit excitation. By doing so, the processing time can be greatly reduced, and the processing speed can be increased. Furthermore, it is possible to perform simulations using a model that is closer to reality and can also take into account refractory periods, propagation speeds, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例に係るシミュレータの全体構成
図、第2図は心臓幾何モデル設定手段の構成例を示す図
、第3図は幾何モデルの設定手順を示すフローチャート
、第4図はモデル設定時の表示画面を示す図、第5図は
活動電位波形を示す図、第6図はトルソと心臓を示す図
、第7図は興奮伝搬処理の手順を示すフローチャート、
第8図は不応期の判断を示すフローチャート、第9図は
体表面電位を求める手順を示すフローチャート、第10
図は122誘導心電とベクトル心電図の表示例を示す図
、第11図は表示出力手段を示す図、第12図は矢印表
示の手順を示すフローチャート、第13図は正常モデル
における12誘導心電図とベクトル心電図を示す図、第
14図は心尖部肥大性心筋病の心臓モデルによる12誘
導心電図とベクトル心電図を示す図、第15図は同病の
患者による臨床測定結果の122誘導心電を示す図、第
16図は体表面電位波形を示す図である。 そして図面中 2は心臓モデル設定手段、3は心臓幾何モデル設定手段
、4は電気生理特性設定手段、5は心臓位置設定手段、
6はトルソ設定手段、8は興奮伝搬処理手段、8bは興
奮セル一時記憶手段、9は興奮時記憶手段、10は体表
面電位処理手段、13は体表面電位データ記憶手段、1
5は122誘導心電データ記憶手段、16は表示出力手
段、17は表示手段、20は操作手段、50はトルソ、
60は矢印、62は表示時刻指定操作手段、64は矢印
表示位置・方向決定手段(方向表示手段)である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a simulator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a cardiac geometric model setting means, FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for setting a geometric model, and FIG. Figure 5 is a diagram showing the display screen when setting the model, Figure 5 is a diagram showing the action potential waveform, Figure 6 is a diagram showing the torso and heart, Figure 7 is a flowchart showing the procedure of excitation propagation processing,
Figure 8 is a flowchart showing the determination of the refractory period, Figure 9 is a flowchart showing the procedure for determining body surface potential, and Figure 10 is a flowchart showing the procedure for determining the body surface potential.
The figure shows a display example of a 122-lead electrocardiogram and a vector electrocardiogram, Fig. 11 shows a display output means, Fig. 12 is a flowchart showing the procedure of arrow display, and Fig. 13 shows a 12-lead electrocardiogram in a normal model. Figure 14 is a diagram showing a vector electrocardiogram. Figure 14 is a diagram showing a 12-lead electrocardiogram and vector electrocardiogram based on a heart model of apical hypertrophic myocardial disease. Figure 15 is a diagram showing a 122-lead electrocardiogram as a result of clinical measurements by a patient with the same disease. , FIG. 16 is a diagram showing a body surface potential waveform. In the drawing, 2 is a heart model setting means, 3 is a heart geometric model setting means, 4 is an electrophysiological characteristic setting means, 5 is a heart position setting means,
6 is a torso setting means, 8 is an excitation propagation processing means, 8b is an excited cell temporary storage means, 9 is an excitement storage means, 10 is a body surface potential processing means, 13 is a body surface potential data storage means, 1
5 is a 122-lead electrocardiogram data storage means, 16 is a display output means, 17 is a display means, 20 is an operation means, 50 is a torso,
60 is an arrow, 62 is a display time designation operation means, and 64 is an arrow display position/direction determining means (direction display means).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 セルの集合体により心臓モデルを構築するとともに各セ
ルに心臓細胞の電気生理特性に基づく所定の規則を適用
して各セルの興奮状態を求め、その興奮状態から心臓の
電気生理現象を得るようにしたシミュレータにおいて、 縦、横、高さ方向に夫々I、J、K個ずつのブロックを
設定し、その内の任意のブロックをセルに割り当てると
ともに、その内の任意のセルを自動興奮を行うセルに指
定してペーシングタイムを定め、更に残りのセルの内の
任意のセルを興奮伝播を行うセルとして不応期及び伝播
速度を定めて格納する心臓モデル設定手段と、 シミュレーション開始時からの全時刻において得られる
全セルの興奮時を記憶するセル興奮時記憶手段と、 任意のステップ時刻において、その一つ前のステップ時
刻において興奮したセルを記憶する興奮セル−時記憶手
段と、 前記任意のステップ時刻において、前記ペーシングタイ
ムに基づいて自動興奮するセルと、前記興奮セル記憶手
段に記憶されている当該一つ前のステップ時刻において
興奮したセル並びに前記セル興奮時記憶手段に記憶され
た前回のセル興奮時及び前記不応期と伝播速度に基づき
興奮が伝達されることによって興奮を開始するセルとを
判断し、当該ステップ時刻に興奮するセルを新たなデー
タとして前記興奮セル一時記憶手段に再記憶させるよう
にした興奮伝播処理手段とを備えてなることを特徴とす
る心臓電気現象のシミュレータ。
[Claims] A heart model is constructed by a collection of cells, and the excited state of each cell is determined by applying a predetermined rule based on the electrophysiological characteristics of the heart cells to each cell. In a simulator designed to obtain physiological phenomena, I, J, and K blocks are set in the vertical, horizontal, and height directions, and any block among them is assigned to a cell, and any cell within the block is assigned to a cell. a heart model setting means for specifying a cell that performs automatic excitation and determining a pacing time, and further determining and storing a refractory period and a propagation velocity for any cell among the remaining cells as a cell that performs excitation propagation, and starting the simulation. cell excitation time storage means for storing the excitation times of all cells obtained at all times from 1 to 3; excitation cell time storage means for storing, at any step time, cells excited at the previous step time; , At the arbitrary step time, a cell that is automatically excited based on the pacing time, a cell that was excited at the previous step time that is stored in the excited cell storage means, and a cell that is stored in the cell excitation time storage means. Based on the previous cell excitation time, the refractory period, and the propagation speed, the cell that starts excitation by transmitting the excitation is determined, and the excited cell is temporarily stored as new data for the cell that is excited at the step time. 1. A simulator of cardiac electrical phenomena, comprising: excitation propagation processing means for re-memorizing the excitation propagation in the means.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5482472A (en) * 1993-11-17 1996-01-09 Board Of Regents, The University Of Texas System Electrical signal generator interface with three-dimensional electrical pathway and transparent heart and method of visually simulating cardiac waveforms in three dimensions

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5482472A (en) * 1993-11-17 1996-01-09 Board Of Regents, The University Of Texas System Electrical signal generator interface with three-dimensional electrical pathway and transparent heart and method of visually simulating cardiac waveforms in three dimensions

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