JPH0335928B2 - - Google Patents

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動電気現象をシミユレ
ートする装置であり、心臓の各部の幾何学的形
状、電気的活性、不活性状態と心電図、体表面電
位分布図等の関係をシミユレートして心臓病の詳
細な診断および心電現象学習に用いられる装置に
関する。

〔従来の技術〕

現在、ガン、心臓病、脳卒中は３大成人病と呼
ばれ、老化による宿命的な疾患である。これらの
疾患に対する様々な研究が行なわれているが、そ
の発生機構の解明と早期発見が重要課題である。

心臓病と脳疾患は生体の電気現象と密接に関係
しているので、これらの電気現象を計測し、得ら
れた情報を処理するためには生体医用電子工学の
技術が不可欠である。特に、心臓病はガンに次い
で死亡率の高い成人病となり、食生活の欧米化と
共に今後ますます増加すると考えられ、無侵襲で
しかも詳細な心疾患の診断法の開発が強く望まれ
ている。

心疾患の診断法には、超音波、Ｘ線、心電図、
心音、RI（ラジオ アイソトープ）等の様々な方
法があるが、心臓の電気的な興奮の結果として心
臓の収縮が起こり血液の拍出が生ずるので、心臓
の電気生理現象を取り扱う心電図や電位分布図は
心疾患の診断の最も重要な指標であり、現在、心
疾患の臨床診断には心電図が一般的に用いられて
いる。

心電図は、心臓内の起電力分布によつて生ずる
体表面上の電位分布を、幾つかの誘導点での時間
関数として表示したもので、患者に苦痛を与えず
非観血に測定でき、Ｘ線のような副作用がないと
いう長所を持つ。また、ベクトル心電図は、心臓
内の起電力分布を位置が固定された単一の電気双
極子で近似し、その双極子の時間的変動を表示し
たものであり、心臓内の起電力分布の空間的な変
化を直観的に理解するのに役立つ。

医師は患者の心電図波形を見て、患者の心臓の
内部でどの様な電気現象が起こつているのかを推
測し、様々な可能性の中から最も適切な診断を下
す。診断の基礎となるのは、心疾患と心電図波形
を対応付ける心電図理論と医師の長年の経験であ
る。

ところが、従来の心電図やベクトル心電図で
は、少数の電極で測定された電位を基に診断を下
すため、複数の疾患部を持つ患者、あるいは複合
症のある患者に対する診断に際して、必ずしも十
分な情報を提供するとは言い難い。また、心疾患
に関して得られる情報量が少ないため、疾患の有
無やおよその部位はわかつても、疾患の正確な位
置やその大きさなどの情報を得ることは困難で、
十分な精度で疾患を同定できない。

そこで、非観血で最大の情報量を持つ体表面電
位図に基づいた新しい心疾患の診断法の開発が必
要である。体表面電位図は、体表面上の前胸壁お
よび背部に多数の誘導点を設けて電位分布を記録
し、ある特定の時間点における心臓起電力による
体表面の電位分布を等電位図表示したものであ
り、体表面上の空間的・局所的な電位変動を知る
ことができる。

体表面電位図を基にした心疾患診断法を臨床応
用していくためには、装置の臨床的価値を明確に
していく必要がある。そこで、体表面電位情報を
定量化するため、様々な診断基準が提案されてき
た。心筋梗塞などにおける体表面電位の減衰の場
所を明確にするために用いられる正常者の平均値
からの「差の電位」、QRS波やＴ波に関する「時
間積分値の電位」、心臓内の興奮波面が各誘導点
に到達するまでの時間を表わす心室興奮到達時間
の「等時線図」、虚血性心筋梗塞の大きさを反映
する全誘導のST上昇の総和「ΣST」などがその
例であり、現在、それぞれの診断基準の有効性が
検討されている。

このような現象論的なデータ処理とは異なり、
体表面上で測定された電位分布から心臓内の起電
力分布を理論的に推定しようとする研究が「心電
図逆問題」の研究である。

心臓の電気現象の情報を有効に逆問題に利用す
るためには、心臓内の電気現象がどのようになつ
ているのかを知る必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、逆問題には一般に一意的な解がない
上、体表面上の測定雑音などによつて、解が不安
定になるという欠点を持つ。

この欠点を解消するため、本発明者は研究の結
果、意味のある解を安定に求めるためには、心臓
内の電気生理に基づいた知識に基いて心電現象を
細部に亘つてシミユレートし、その結果として表
われる体表面電位分布の時間変化を計算し、その
結果と実測値を対比すれば詳細な診断を下すこと
ができることを見出した。

〔発明の目的〕

本発明は、実際の心臓内の電気現象をできるだ
け忠実に再現できるような精密な３次元心筋モデ
ルを構成し、心筋興奮伝播および回復過程のシミ
ユレーシヨンを行なうことにより、心内興奮現象
の理論的、直接的な解析や診断への応用を行なう
ことを可能とする装置を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕〕 本発明においては上記の目的を、基本心臓モデ
ルを記憶する手段、心臓を収納するモデルを記憶
する手段、前記心臓モデル記憶手段の心臓モデル
の幾何学的構造を変更する手段、心臓を収納する
モデル内の心臓の収納状態を変更する手段、心臓
モデル内の心筋の活動電位波形を変更する手段お
よび心臓モデル内の特殊心筋と心臓心筋の伝播速
度の比を変更する手段、上記変更手段により変更
された条件に基づき基本心臓モデルおよび収納モ
デルを変更して記憶する手段、上記変更心臓モデ
ルおよび収納モデルを用いて心筋内での電気的興
奮波面の伝播を演算する手段、上記変更心臓モデ
ルおよび収納モデルを用いて体表面電位を演算す
る手段並びに心筋の興奮波面および体表面電位を
表示する手段からなり、前記基本心臓モデルは多
数の心筋セルから構成され、前記興奮波面演算手
段においては全ての心筋セルに関して計算し、体
表面電位演算手段においては心臓モデルを適宜数
個のブロツクに分割して該ブロツク内の心筋セル
を平均化して演算するようにした心臓電気現象の
シミユレータにより達成する。

〔作用〕

本発明によれば、心臓モデル幾何学的構造変更
手段、心筋活動電位波形変更手段、特殊心筋と心
臓心筋の伝播速度比変更手段により心臓基本モデ
ルを変更、また、収納状態変更手段により心臓収
納モデル記憶手段を変更することにより種々の状
態をシミユレートすることができる。

本発明においては、基本心臓モデルは多数の心
筋セルから構成されており、興奮波面演算手段に
おいては全ての心筋セルに関して計算を行うが、
体表面電位演算手段においては心臓モデルを適宜
数のブロツクに分割て各ブロツク毎の平均双極子
を求め、それから体表面電位の計算を行うように
したので、計算時間の短縮が行える。

本発明の装置を用いることにより、異常部位の
診断、心臓各と心疾患の症状との関係の解析が行
える。更に、本発明装置により、種々の状態が簡
単に再現できるため、医学教育にも用いることが
できる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を説明する。

本発明においては、エコー等によつて幾つかの
心臓断面形を測定し、それをタブレツトで心臓モ
デルエデイターに入力する。エデイターは与えら
れた断面図を補間して立体的な心臓モデルの座標
を計算し、CRT上に表示する。その後、目で見
て不具合がある場合にはタブレツト、マウスある
いはライトペンによつて補正を行つた後で基本心
臓モデルとして記憶する。この基本心臓モデルは
正常な且つ標準的な心臓の特性を具備している。

人の心臓は胸腔内で左右の肺の間に位置し、そ
の約2/3は正中線の左側にあり、重量は成人で約
280〜300ｇ、ほぼ握りこぶしの大きさ（直径約10
cm）である。その形状は、先端が下方を向いた円
錐形に近い。上部は心底と呼ばれ、広くなつてお
り、この部分で胸壁に固定されている。先端は前
下方に向かつて尖つており、心尖と呼ばれる。心
尖は固定されていないので心拍動にともなつて動
くが、この動きが胸に手を当てて感じる心尖拍動
と呼ばれるものである。

心臓の中は腔であり、中央に中隔があつて、心
臓全体を右心系と左心系とに分けている。第２図
に示すように、左心、右心の両系はそれぞれ心
房、心室からなるので、計４つの部屋がある。全
身より還流した静脈血は右心房に受け入れられ右
心室へ入り、右心室から肺動脈に排出される。肺
で動脈血化されて還流した血液は左心房に受け入
れられ、左心室に入り、左心室から大動脈に排出
され、全身へ送られる。

心房は比較的低圧（５〜12mmHg）なので、心
房壁は薄い（厚さ0.5〜4.0mm）。両心室壁は心房
壁よりもずつと厚い。通常、収縮の間、左右の心
室圧は異なり、右心室圧は、左心室圧の約1/5程
度である（右室25mmHg、左室125mmHg）。従つ
て、左室壁は、右室壁の約３倍の厚さをもつ。正
常な成人では右心室の壁の厚さは約５mmであり、
左室中央部では、壁の厚さは普通６〜20mmであ
る。

心臓の壁の大部分は、心筋と呼ばれる横紋筋か
らなる。心筋は形態および機能の点から固有心筋
と特殊心筋とに大別される。

固有心筋はその収縮によつて血液拍出の駆動力
を得るための心筋であり、心筋の大部分を占め
る。固有心筋は多数の細胞からできているにも関
わらず、全体として１個の細胞のように振舞う。
このため、心筋は機能的合胞体をなしていると考
えられている。心筋は興奮すると活動電位を生
じ、その活動電位が筋細胞内の収縮系に連関して
収縮が起こる。

特殊心筋は固有心筋に比べると筋原線維も少な
く、横紋構造も不明瞭であり、心臓内の特定の部
位に極く僅かに認められるに過ぎない。特殊心筋
は神経細胞のように自動的に興奮を発生し、これ
を心臓全体に伝えて調和の取れた収縮をするよう
に制御する働きを持つている。

洞結部の上大動脈と右心房との境界近くの心房
筋内に分布している特殊心筋細胞群を洞房結節部
と言い、いわゆる歩調取り機構により自動的に電
気的な活動を発生する。歩調取り機構はこの組織
だけに限つて見られるものではない。しかし正常
状態では洞房結節部の拍動頻度がその他の歩調取
り組織の拍動頻度より大きいため、結局この洞結
節が心臓全体を支配することになる。

右心房の下方で冠状溝の近くにある網目状の特
殊心筋細胞が房室結節で、上方は放射状に右心房
筋内に広がり、下方はヒス束に移行している。洞
房結節と房室結節の間には特殊心筋の連絡はない
ため、洞房結節で生じ興奮は心房節によつて房室
結節に伝えられる。また心房と心室の間には緊密
な連絡はないので、心房の興奮は房室結節を介し
てのみ心室に伝えられる。

房室結節を作つている特殊心筋は、心室中隔を
下方に下る１本の束となつており、これがヒス束
である。ヒス束は下方で左右２本の索枝に分かれ
て心尖へと延びる。索枝は脚とも言われ、右脚、
左脚と区別される。

索枝は末梢で細かく枝分かれしていて、心室の
固有心筋の心内膜側に（心室壁の内腔側の境界、
逆に外側との境界の部分を心外膜と呼ぶ）広く分
布している。この末梢部の特殊心筋をプルキンエ
線維と呼んでいる。

興奮が心筋細胞を伝播する速度は、洞結節で
0.05ｍ／ｓ以下、心房で0.5〜1.0ｍ／ｓ、房室結
節で0.05〜0.002ｍ／ｓ、ヒス束で１〜1.5ｍ／ｓ、
左右脚、プルキン工繊維で３〜４ｍ／ｓ、心室筋
で0.5〜1.0ｍ／ｓと、特殊心筋の種類により伝播
速度にかなりの差がある。この速度の大小によ
り、心臓各部の収縮順序を制御している。

洞房結節で発生した興奮は、心房筋へ伝わり心
房が収縮する。心房筋と心室筋は電気的に連絡し
ていないので、興奮は房室結節を伝播せざるを得
ない。房室結節での伝播速度は非常に小さいの
で、心房興奮との間に十分な時間的ずれが生じ
る。これは心室内に出来るだけ多量の血液を流入
させるために必要な特性である。

房室結節の下流に位置するヒス束や、心室の内
壁に網の目のように張り巡らされたプルキンエ線
維では伝播速度が大きく、比較的量の多い心室筋
もその全体がほとんど同時に収縮できる。この同
期収縮は高い圧力を有する動脈系に血液を駆出さ
せるには極めて有効である。

このように、特殊心筋によつて時間的制御を受
け、固有心筋が順序よく収縮することにより、心
臓は効率の良い血液ポンプを実現している。

心筋細胞は、細胞膜と原形質からなるが、電気
的に活性な働きをするのは細胞膜だけである。細
胞膜はナトリウムイオン、カルシウムイオン、塩
素イオン等のイオンに対しポンプ作用を持ち、心
筋細胞内外の各種イオンは濃度差を持ち、このイ
オン濃度差のために、膜内は膜外に対して90〜
100ｍＶ負になつている。

濃度差による拡散電流と電位差による電流が相
殺して正味の電流が零であれば、系は平衡状態に
あり、一方、膜電位が平衡電位に等しくないとき
は、その差によりイオン電流が生じる。

心筋細胞に一定以上の電気的あるいは機械的刺
激が加わると、各イオンに対する膜のコンダクタ
ンスが時間と共に変化し、第７図に示すように膜
電位の変化（活動電位）が起こる。

健常者の心臓内興奮伝搬過程は次のようになつ
ている。

心室で一番最初に興奮するのは中隔左室壁面の
下1/3付近で、一般に左脚の最初の分岐部に一致
する（〜５ｍsec）。同時に、左室心内膜の前壁心
基部側も興奮を開始する。これはもう１つの左脚
分岐部に対応すると考えられる。これにより少し
遅れて（〜10ｍsec）、左室心内膜の後壁心尖部が
興奮する。右室側では左室側より約15ｍsec遅れ
て（〜20ｍsec）、右脚の最初の分岐である前乳頭
筋付近化から興奮が始まる。そのとき、左室側の
興奮は心内膜壁のかなりの部分に及んでいる。興
奮が広がりと伝播速度の速い部位は、プルキンエ
線維の分布とほぼ一致している。右室中隔壁の心
基部にはプルキンエ線維が余り分布していないた
めか、中隔の大部分では左室側から右室側に向か
う興奮伝播が支配的である。短時間内に、左室中
隔中央、左室前壁心基部、左室後壁心尖部の広範
囲が興奮し、興奮波面は心内膜付近ではほぼ円錐
形を形づくり、心外膜に向かつて伝播する。その
後、約30ｍsec前後で右室の表面で大きく前進す
る。少し遅れて（〜35ｍsec）、左室前壁において
も前進し、その後（40ｍsec〜）、興奮波面は左室
側壁、後壁心基部へと向かう。心室中隔では、興
奮は心尖部より心基部に向かつて進み、その伝播
速度はかなり速く、弁膜付着部に達するのは約10
〜20ｍsec後である。

実際の心臓では、興奮は右心房の洞結節部位か
ら始まり心房を経て房室結節に到達する。ここか
ら、ヒス束を通つて左右の脚へ分かれ、プルキン
エ線維を介して周囲の固有心筋へ伝わる。

以上の知見に基づき、本発明の心臓基本モデル
をコンピユータ内に、心臓の心室部を多数個の球
状セルとして構成する。各細胞セルは実際の心筋
細胞（径10〜100μｍ）に比べれば極めて大きな
ものであるが、セル内にある心筋細胞がほぼ一様
な電気生理的特性を持つとみなせる程十分小さい
必要がある。そこで、心筋細胞の興奮伝播速度が
約１ｍ／ｓであること、および、現在実用化され
ている体表面電位測定装置のQRS期の電位分布
のサンプリング・タイムが約２ｍsecであること
などを考慮すると、各細胞（セル）の間隔は２mm
以下で心筋モデルを構成することが望ましい。

そこで、各セルは、第８図に示すように立方最
密充填によつて配置すると仮定した。その結果、
１つのセルは12個のセルと等距離で隣接し、これ
らの12個のセルは正20面体を構成することにな
る。従つて、１つのセルが興奮すると、その興奮
は隣接するセルへ最も球面に近い形で伝播し、全
ての方向に同一の速度で伝播する『等方性伝播モ
デル』となる。

隣接する心筋セルへの興奮伝播は離散的に起こ
るので、隣接するセルに遷移するのに要する時間
を１ステツプと呼ぶことにする。

心筋モデルを作成する場合、まずモデル化する
心臓がすつぽりと入る大きさの平行六面体を作
り、その内部の空間をＤ（mm）間隔に分割してそ
の１つ１つを多数の球状のセルで構成する。すな
わち、平行六面体内部が直径Ｄ（mm）の球で敷き
詰められている状況となる。

生理学的な観測によると、ヒス束や左右の脚は
興奮伝導にのみ関与し、周囲の固有心筋を興奮さ
せないと考えられる。一方、プルキンエ線維は興
奮伝導のみでなく周囲の固有心筋に興奮を伝える
性質を持つと考えられる。そこで、モデル内では
第４図に示すように、伝導のみに関与するセルＡ
（〇）と固有心筋に興奮を伝えるセルＢ（◎）の２
種類を設定した。なお、●は固有心筋である。た
だし、セルＡに関しての重要な情報は、空間的に
分布しているセルＢの発火位置と発火時刻だけで
ある。

特殊心筋は、心臓全体の細胞数に比べて遥かに
少ないので、その興奮は起電力が周りの固有心筋
に比べて非常に小さい。そこで、モデルでは、特
殊心筋セルＡ，Ｂの起電力は零であると仮定す
る。

また、電気生理学的には、前述のように、心臓
各部位では興奮伝導速度が異なり、特殊心筋の伝
導速度は固有心筋の伝導速度の５〜10倍であるこ
とが知られている。モデルでは、特殊心筋と心臓
心筋の伝播速度比変更手段によつて特殊心筋の伝
導速度は固有心筋の整数倍で任意の速さに設定す
ることができる。

刺激伝導系は、心室全体の興奮の順序を支配し
ており、その空間分布は興奮伝播に大きく影響を
及ぼす。心室中隔部を走行する脚の分布は剖検に
よつて比較的よく観察できるが、プルキンエ線維
が心内膜部位にどのように分布しているかを知る
ことは容易ではない。プルキンエ線維は心内膜だ
けでなく、心室筋内部にまで及んでいるという説
もある。このような状況の中で、プルキンエ線維
は心内膜内側第１層にのみ分布すると仮定し、プ
ルキンエ線維の空間分布を誌行錯誤的に何度も変
えてシミユレーシヨンを行い、シミユレーシヨン
によつて得られた心内興奮伝播から計算によつて
求めたベクトル心電図が測定結果から求めたベク
トル心電図と一致するように決定した。

正常な心臓の場合、第３図の斜線の領域で示し
たように、プルキンエ線維は心内膜の左室前壁心
基部から左室中隔中央部を経て左室後壁心尖部へ
と帯状にある程度幅を持たせて分布させた。同様
に、右室側も前壁心尖部から後壁心基部へと帯状
に分布させた。また、脚は第３図では●で示して
あり、左室側には３本、右室側には１本存在する
と仮定した。脚からプルキンエ線維へ興奮が遷移
する接合点は、左室側では、前壁心基部、中隔中
央部、後壁心尖部にそれぞれ与え、右室側は、右
室前壁心尖部乳頭筋付近に与える。

セルＡで示した房室結節部から脚●をそれぞれ
のプルキンエ線維との接合点まで数珠状走行さ
せ、ここから更に隣接する固有心筋セルへ興奮が
等方的に伝播するようにした。脚は興奮の伝導の
みに関与する特殊心筋であるので、その走行経路
はこのモデルでは問題にならない。したがつて、
モデル上では実際に数珠状走行させるのではなく
仮想的に走行させて、プルキンエ線維との接合点
の場所とその接合点がどの時刻に発火するのかと
いう２つの情報を与えるだけにした。脚ブロツク
等の伝導障害をモデル化する際は、この接合点の
位置と発火する時刻を変えることにより表現でき
る。

実際の心臓の固有心筋は、隣接する細胞によつ
て刺激され、細胞膜電位がある閾値を越えると興
奮を開始し（全か無かの法則）、ある時間後に再
分極して元の状態に房るが、その後一定時間は興
奮しない（不応期）という電気生理学的な性質を
持つている。こうした生理学的な知識を考慮し
て、心筋モデルの興奮規則を次のように決める。
ここで、心筋の興奮はセル単位で離散化され、興
奮が隣接するセル間を遷移する単位時間を１ステ
ツプと呼ぶ。心筋モデルでは、心筋セルは「未興
奮」、「現在興奮している」、「既興奮」の何れかの
状態をとるものとする。

〔興奮規則〕

ある時刻において、心筋セルが興奮するために
は、そのセルは、 (1) 興奮可能なセルである。

(2) １ステツプ前までは興奮していない。

(3) １ステツプ前において、隣接する12個のセル
のうち、少なくとも１つは興奮している。

(4) １ステツプ後には興奮を開始し活動電位波形
に従つて再分極し、次の興奮に備える。

こうした規則によつて、心室の脱分極・再分極
過程のシミユレーシヨンができる。なお、規則１
は、モデル内に心筋梗塞（壊死）部位が存在する
場合などを考える際に必要である。

実際の心筋細胞の興奮波面上の電気二重層の強
さは、心筋の持つ異方性により、心筋の各部位に
よつて異なるので、興奮伝播に異方性が生じる。
しかしながら、心筋内の電気二重層の強さが心筋
の部位によつて、どのように、またどの程度異な
るのかについて、現在の時点では一定の生理学的
な知見が得られていないので、現段階のモデルと
しては心筋の異方性については考慮していないが
伝播速度の異方性を考慮することもできる。そこ
で起電力は興奮と未興奮の境界面（モデルでは、
ある時刻に興奮している心筋セルの重心の位置）
に生じ、興奮波前面が正電位に、後面が負電位に
なり、興奮している心筋セルの持つ起電力は、大
きさが一定で、方向が興奮波面に垂直で興奮部位
から未興奮部位へと向かう電気双極子で表現す
る。そこで、心筋モデルの起電力規則を次のよう
に与える。

〔起電力規則〕

(1) 起電力はある時刻に興奮している心筋セルの
重心に位置する電気双極子で、その大きさは心
筋セルの位置によらず常に一定である。

(2) 電気双極子の方向は、興奮している細胞セル
とこれを興奮させたセルとを結ぶベクトルの合
ベクトルの方向である。

(3) もし合ベクトルが零ならば、その細胞セルは
起電力を生じない。

第５図はモデルの興奮伝播を簡単のために２次
元的に表したものである。破線で表した六角形の
内部にある心筋細胞群を一つのセルで代表させ
る。時刻Ｔ−１において、●で示すセルが興奮し
ていたとする。このとき、次の時刻Ｔで興奮する
セルは、●に隣接していて、興奮可能なセルであ
る。それが、〇で示したセルである。幾つのセル
によつて興奮したかには拘わらず、これらのセル
の起電力の大きさは一定で、その方向は興奮した
セルとそれを興奮させたセルとを結ぶベクトルの
合ベクトルの方向になる。従つて、電気双極子は
セル内部の矢印で示され、興奮波面は同時刻に興
奮しているセルを結ぶ太線によつて示される。

以上のように構成された心筋モデルの水平断面
図を第６図に示す。

以上は脱分極過程の起電力の計算法であるが、
Ｔ波のような再分極過程では、個々のセルの活動
電位の値を各時刻毎に計算し、活動電位の空間勾
配から起電力分布を求める。

これらの心筋ブロツクの各々に固有の活動電位
波形を与える。しかし、ブロツク数は５万個ある
ので、これらの全てに異なる波形を与えることは
実用的ではなく、活動電位波形は最も標準的な波
形を一つ考えて、その興奮持続時間だけを変化さ
せることとした。第９図に示すように、脱分極は
−90ｍＶの静止電位から30ｍＶへと直線的に変化
し、第２相は電位勾配がないものとする。再分極
を表わす第３相は滑らかに変化するようにした。
活動電位の最も短い持続時間は120ｍsecである。
活動電位波形は、０〜350ｍsecまでの１ｍsec毎
に等分割し、その電位値を予め心筋活動電位波形
変更手段のテーブル内に格納しておく。持続時間
だけが異なり、波形が同じであれば、ただ一つの
波形を用いて、それを時間軸上でずらせばよい
が、数種類の波形を取扱えるようにするために、
活動電位波形の種類をコード番号で指定し、その
番号に対応するテーブルの電位を用いることにし
た。

更に、心筋の厚さや外見等の心臓の幾何学的構
造を心臓モデル幾何学的変更手段により変更可能
としている。

次に、この計算機内の心臓収納モデル記憶手段
に人体表面の形状データを入力している。腕部、
脚部では電流の湧き出しが存在しないため、その
付け根と先端での電位はほぼ同じであるとみなす
ことができる。そこで、計算機内に構成する人体
モデルは頭および手、足のないトルソモデルを考
える。トルソモデルは、心筋モデルと独立の直交
座標で考える。トルソモデルは多数の節点とそれ
らを頂点とする三角形から構成されるフレームモ
デルである。人の標準トルソモデルの一例とし
て、344個の節点と684個の三角要素から構成され
ている。

心臓の大きさや人体内での位置および角度には
個人差がある。シミユレーシヨンを行う際に、そ
れらを任意に設定できるように以下のパラメータ
を可変とした。

(1) 心筋モデルを収めた平行六面体の基準点（斜
交座標系での原点、（１、１、１）の直交座標
系での座標（X₀、Y₀、Z₀） (2) 心筋セルの中心距離ａ (3) 心筋モデル（平行六面体）の直交座標系での
空間的傾き（θ、ψ） 以上の構成からなる本発明においては、前述の
如くエコー等によつて幾つかの心臓断面形を測定
し、それをタブレツトで心臓モデルエデイターに
入力し、エデイターは与えられた断面図を補間し
て立体的な心臓モデルの座標を計算し、本発明の
計算機の心臓基本モデル記憶手段に記憶してい
る。心臓基本モデル記憶手段に記憶されている基
本モデルを、ワークステーシヨン等により読出
し、CRT上に表示し、タブレツト、マウスある
いはライトペン等の心臓モデル幾何学構造変更手
段により補正し、更に必要に応じ、シミユレート
する心臓の形状、心筋の厚さ等のデータを入力し
て補正する。また、心筋活動電位波形を指定し、
更に、特殊心筋と心臓心筋の伝播速度比変更手段
により伝播比を設定する。また、シミユレートし
ようとする人体に応じて心臓収納モデル記憶手段
の人体形状データや心臓の収納位置、傾斜等のデ
ータを変更する。

これらの変更手段からの変更条件により変更さ
れた心臓基本モデルおよび心臓収納モデルは、そ
れぞれ変更心臓モデル記憶手段および変更収納モ
デル記憶手段に記憶される。

これら変更後のモデルを用いて、心臓の電気現
象を演算し、適宜、心電図や体表面電位分布図を
得る。

以下、本発明の心臓電気現象シミユレータを用
いたシミユレーシヨン結果の数例を示す。

ア 正常心臓のシミユレーシヨン 先に述べた心筋ブロツクの伝導、興奮規則お
よび起電力規則を設定して、正常心筋に対する
興奮伝播過程のシミユレーシヨンを実行した結
果を第１０図に示す。第１０図ａは、心筋モデ
ルの斜交座標Ｉ＝20における垂直断面の興奮順
序を等時線図で表わしたものである。また、第
１０図ｂは、斜交座標Ｋ＝20における水平断面
の興奮順序を表わしている。これらは、心筋ブ
ロツクの興奮時刻を４ステツプ毎に同じ記号を
用いて表わしたもので、濃淡の明るいブロツク
から濃いブロツクへと興奮が伝播することを表
わしている。興奮は特殊伝導系によつて、ま
ず、左室心内膜の中隔部および右室心内膜で始
まり、それが波面状に心内膜側から心外膜側へ
広がつていくことがわかる。心内膜にはプルキ
ン工線維が分布しているので、興奮は心内膜の
第一層で一度に広がる。興奮伝播の等方性を仮
定してあるが、特殊伝導系の分布とその伝導速
度を前述のように仮定すると、実際の人の心臓
内の興奮伝播状態に近い結果が得られる。第１
０図の右側には、ドユーラーらによつて実測さ
れたヒトの心臓の興奮伝播順序を示した。これ
らの結果は良く一致している。

この正常な心臓モデルを用いた体表面電位図
として、第１１図にはQRS期間の特徴的な体
表面電位パターンを等高線表示した。各電位図
の左半面は胸部前面を、右半面は背部を表わ
す。各電位図の左上に書かれた数値は心室興奮
開始時からの経過時間を表わす。左側から、
QRS期間の初期、中期、後期における特徴的
な電位図である。まず、QRS初期には胸部前
面に正電位が現われる。その後、負電位が右上
腕部から降下してきて正電位は背部に移行す
る。QRS中期から後期にかけて負電位が胸部
前面に停滞する。電位最大値が現われるのは興
奮開始後36ｍsecである。右図には、対応する
時刻における測定された体表面電位図を示して
ある。

イ 心室肥大のシミユレーシヨン 心室が肥大すれば肥大した心筋線維の内部抵
抗の減少、心室壁の肥厚と表面積の増大、肥大
側心室の胸壁接近などの理由により、肥大側心
室の起電力は全体的に増大し、このため心室起
電力の合成ベクトルは肥大側に偏り、増大す
る。また心室脱分極の末期には肥大心室の一部
のみの興奮が他心室ベクトルに相殺されること
なく示されることにより、その方向に向かう大
きい合成ベクトルがベクトル心電図に現われる
QRS環後期に見られる。すなわち、左室肥大
の場合は心室合成ベクトルが左、後、上方に引
張られて大きくなり、右室肥大の場合は右、
前、下方に引張られる。

今回用いた心室肥大の心臓は左室壁および中
隔が肥大した患者のもので、モデルでの右室お
よび左室の壁の厚さはそれぞれ約３層、13層で
中隔の厚さは約11層である。

シミユレーシヨン結果を次に述べる。

心室肥大の興奮伝播様式はあまり詳しく知ら
れていないので、まず、正常な心臓と同じ様な
特殊心筋の分布を設定してシミユレーシヨンを
行い、ベクトル心電図を描いてみた。その結
果、例えば正面図ではベクトル環は左下方に伸
びる細長い楕円形をした環となつたおり、全体
的な傾向としては、比較的測定結果に近いと言
えるが、シミユレーシヨン結果では興奮初期に
前胸部方向に向かう大きな起電力が生じ、測定
結果と異なる。そこで、この時の興奮伝播の様
子を調べたところ、この起電力は左室中程から
始まつた中隔の興奮による起電力と右室の興奮
による起電力であることが解つた。

そこで、中隔の右室側にも脚からの興奮の遷
移があるものと仮定してシミユレーシヨンを実
行した結果、ほぼ測定結果に近いものとなつ
た。

しかし、今度は、興奮前半に測定結果にはみ
られない前方に向かう鋭いノツチが現れた。こ
の時刻における興奮伝播の様子を調べたとこ
ろ、このノツチは右室から出発した興奮が右室
側壁に到達した時刻と一致していることが解つ
た。そこで、右室側壁の興奮開始時刻を、医学
的知識に矛循しない範囲内で遅くし、それに合
わせて、他の初期興奮点の興奮開始時刻も少し
調整したところ、これは測定結果と良く一致し
た。

この興奮伝播シミユレーシヨンの結果を用い
て12誘導心電図と体表面電位分布を求めた。

ウ 脚ブロツク（伝導障害）のシミユレーシヨン 脚ブロツクは、心臓の刺激伝導系のある分岐
に病変が起こり、そのため刺激の伝わり方に異
常が生じる疾患のことである。ブロツクは左心
室、右心室のどちらにも起こる。また、双方に
同時に起こることもある。この脚ブロツクで特
徴的な心電図変化は、QRS群の幅が、100ｍ
sec以上に広くなることである。QRS群の幅が
120ｍsec以上であれば完全脚ブロツクと呼ばれ
る。完全右脚ブロツクがあるとき、QRS群の
初期40ｍsecまでは形の上では正常であるが、
それに続く部分に異常が生じる。また、完全左
脚ブロツクの場合には、心室波形全体が異常な
脱分極波となる。

ブロツクには定型的なものと非定型的なもの
とがある。定型的なブロツクでは病変がヒス束
かその分岐の１つに限られ、他の病変を合併し
ない。非定型的なブロツクでは、脚ブロツクに
加えて、心筋梗塞のような他の障害を合併して
いる。定型的なブロツクではＴ波は、QRS群
の最も幅広い部分の方向と逆の方向を向く。言
い換えると、右脚ブロツクのV6ではＴはＳの
反対方向を向くが、V1ではＲは反対方向を向
く。非定型的な脚ブロツクでは、必ずしもこの
ような原則通りにはならない。

ａ 左脚ブロツク ヒス束の左脚がブロツクされると、それは
心室全体の脱分極過程を変えてしまう。心室
脱分極過程は中隔の右室側から始まつて左前
方に向かつて進み、V1、V2に小さなｒ波を
描く。続いて電位は左方で心尖近くまで振
れ、次いで左方で心基部に向かい、全体とし
てはＩ、V5、V6で高いＲ波を、V1、V2で
深いＳ波を描く。電気的な興奮は一般に左肩
甲骨に向かい、特徴としてSTとＴ波はQRS
の主な偏位方向と逆の方向を向く。この
QRS群とＴ波の関係が保たれているときは、
心電図波形は定型的な左脚ブロツクと呼ばれ
る。QRS群とＴ波の方向が一致していると
きは、非定型的な左脚ブロツクと呼ばれ、他
の病変、例えば心筋梗塞などが左脚ブロツク
に合併している可能性が多い。左脚ブロツク
は、動脈硬化症、心筋梗塞、心不全、または
高血圧など、左心室に対する負荷が大きいと
きに起こる。

ｂ 右脚ブロツク ヒス束の右脚にほんの小さな欠損があつて
も右脚の伝導は完全にブロツクされる。ま
ず、電気的興奮が中隔の左側から右側へと伝
わるが、これは正常の興奮伝導であつて、
V5、V6に通常見られる中隔性Ｑ波を描く。
続いて興奮は左室心内膜から心外膜へと左室
壁を通過し、V5、V6に正常のＲ波を描く。
最後に、右心室の中隔、プルキンエ線維など
に興奮波がゆつくり伝わつていくが、これは
左心室の興奮よりも時間がかかる。その結
果、V5、V6に幅広いＳ波が見られ、Ｓ波の
幅は通常QRS群のＲ波の幅よりも大きい。
このような脱分極の、右心室、ついで左心
室、最後に右心室という順序は、V1のｒ、
Ｓ、R′などに示されており、その際、R′波
の幅はｒの幅より大きい。ベクトル心電図で
は、起電力はまず右へ、次いで左へ、そして
再び右へと進んでいることがわかる。また、
ベクトル心電図の記録が、心室脱分極の後期
に、次第にゆつくりとなる（時刻点が密集す
る）が、これは右心室の興奮のスピードが遅
いからである。水平面図では、興奮はまず右
へ、ついで左へ向かい、最後に右前方に向か
う。一方、正面図では右、左、右の順である
が、最後に幾度も上方に向かうこともある。
右脚ブロツクでは、QRS環の最初の部分で
は正常で、最後の部分に異常があるかどうか
で判断する。右脚ブロツクはしばしば、動脈
硬化症とか、肺高血圧症、肺動脈狭窄症のよ
うに、右心室に長い間負荷がかかるような場
合に生じる。

先に第３図に関連して述べたように、心筋
モデル内には、左心室側には３本の脚が、右
心室には１本の脚が走行している。これらは
それぞれ左室側では、左室中隔壁中央部、左
室壁心基部、左室前壁心尖部、右室前乳頭筋
付近の適当な部位位へ走行しており、その周
囲に分布しているプルキンエ線維の一つに点
接触している。左心室側と右心室側への興奮
の伝導のタイミングは、右室側が約10ｍsec
程遅れるように設定してある。

正常な場合には、興奮は第３図に矢印Ａの
点から出発し、脚、プルキン工線維を伝導
し、隣接する固有心筋に伝播する。ところ
で、左脚ブロツクの場合は、図の矢印Ｂで示
した部分を切断し（矢印Ｂで示した脚に対応
するセルを興奮しないセルに置き換える）、
右脚ブロツクの場合は、矢印Ｃの部分を切断
した。そして、左脚ブロツクが生じると、興
奮は右室の方へ伸びている１本の伝播系を伝
わつて、右室側に伝播し、ここから左室の方
へ順番に伝播していく。このとき、左室心内
膜に分布しているプルキンエ線維に興奮が到
達しても、プルキンエ線維を速やかに興奮が
伝導しないものと仮定した。この様に仮定し
た理由は、もし、右室からの興奮が左室に達
して、この部位のプルキンエ線維を速やかに
伝導すると仮定すると、完全脚ブロツクの特
徴であるQRS期間が120ｍsec以上にならな
いことが明らかとなつたからである。このよ
うな理由から、プルキンエ線維が周囲の固有
心筋からシールドされていて、ある特定の部
位にある脚からの伝導のみに関与しているも
のと考えられる。

Ｔ波をシミユレートするため、第７図に示
す動電位波形を用いて、活動電位の持続時間
の分布は第９図に示すように、心外膜側から
左室心内膜側に一層毎に４ｍsecずつ持続時
間が長くなるように設定した。

このようにして、完全脚ブロツクだけでな
く、様々な不完全脚ブロツクおよび心筋梗塞
との合併症などを自由にモデル内に設定でき
るようにした。

このモデルを用いたシミユレーシヨン結果
を次に示す。

ａ 興奮波面伝播 第１２図ａは完全左脚ブロツク、第１２
図ｂは完全右脚ブロツクの興奮伝播順序の
水平断面図（Ｋ＝20）及び垂直断面図（Ｉ
＝20）である。興奮伝播の変化がよくわか
るように第１２図ｃには正常例の場合を示
した。これらの図において心筋セルの興奮
時刻を４ステツプ毎に濃淡で表わしてあ
り、淡いセルから濃いセルへと興奮が伝播
することを示している。

左脚ブロツクの場合は、興奮は右室側の
正常の場合と同じセルから始まり、左室側
のプルキンエ線維は興奮伝播に関与しない
ため、左室心内膜をゆつくりと回り込むよ
うな形で伝播することがわかる。これは、
犬の心臓を用いて人工的に左脚ブロツクを
起こした時の興奮伝播の実測結果とよく対
応している。

また、右脚ブロツクの場合は、興奮は左
室側の正常の場合と同じ３カ所から始ま
り、右室側のプルキンエ線維は興奮伝播に
は関与しないと仮定したので、興奮終了に
は40ステツプを要した。これは、時間では
120ｍsecに対応する。

脚ブロツクでは、興奮伝播に要する時間
は正常に比べてはるかに長くなる。シミユ
レーシヨンによつて得られた結果は、フア
ンダムらによる犬の心臓の測定結果と定性
的によく似た傾向を示した。

ｂ 12誘導心電図 第１３図、第１４図は興奮伝播回復過程
のシミユレーシヨンによつて求められた
QRS−Ｔ波を示す。第１３図ａは左脚ブ
ロツク、第１４図ａは右脚ブロツクの結果
である。電位の大きさは相対値で、正常心
筋のシミユレートされた心電図の最大値で
規格化してある。

シミユレーシヨンの結果から得られる完
全左脚ブロツクの特徴は、QRS幅が120ｍ
sec以上あること、V5、V6でRR′を示すこ
と、V1でrS′を示すと共に、V1からV4で
深いＳと陽性Ｔ波となることなどが挙げら
れる。

右脚ブロツクの特徴は、左脚ブロツクの
場合と同様に、QRS幅が120ｍsec以上あ
ること、V1でrSR′となること、Ｉと左側
胸部誘導において深いＳと陽性Ｔ波となる
ことなどが挙げられる。第１３図ｂ、第１
４図ｂには完全左脚ブロツクと完全右脚ブ
ロツクの実測された心電図波形を参考に示
す。

ｃ ベクトル心電図 第１５図はシミユレーシヨンによつて求
めたベクトル心電図を示す。図中の矢印は
QRS環とＴ環の回転方向を表わす。また、
ベクトル心電図のベクトル成分は正常心筋
のベクトル心電図の最大値を基に規格化し
てある。

第１５図ａは完全左脚ブロツクの結果で
ある。QRS環は水平面において反時計回
転をしているが、左後方へ向かい、QRS
環全体に刻時点の密集が伴つている。Ｔ環
は細長くQRS環と反対に左前方に向かつ
ている。正面図ではQRS環は左方に細長
く反時計回転をし、Ｔ環は右下方に描かれ
ている。また、側面図ではQRS環は後方
へ向かい反時計回転をしている。Ｔ環は細
長くQRS環と反対に前方に向かつている。
これらの結果はガードベルクらの測定した
ベクトル心電図と良く一致する。

第１６図は完全脚ブロツクの結果であ
る。QRS環は水平面では反時計方向を回
り、QRS環終末部は正常に比べて、右前
方へ大きく描かれ、刻時点の密集が伴つて
いる。正面図ではQRS環初期から中期に
かけては正常とほぼ同じであるが、終末部
は右やや上方にあり刻時点の密集が見られ
る。また、側面図ではQRS終末部は前方
に突出し、時刻点の密集がある。

第１５図ｂ、第１６図ｂには完全左脚ブ
ロツクと完全右脚ブロツクの実測されたベ
クトル心電図波形を参考に示す。

ｄ 体表面電位分布図 第１７図はQRS−期間における体表面
電位パターンを等高線表示したものであ
る。各電位図の左半面は胸部前面を、右半
面は背部を表わす。各電位図の左上に書か
れた数値は心室興奮開始からの経過時間を
示す。各電位図の大きさは、正常の電位図
の最大値で規格化してある。

第１７図ａは完全左脚ブロツクの結果で
ある。左脚ブロツクの電位分布はQRS初
期で正常心筋に比べて、前胸部の正領域の
高まりが小さい。QRS中期（90ｍsec）で
前胸部で深い負領域を示し、QRS後半に
かけて負領域の電位は次第に浅くなつてい
く。また、QRS中期から後期の電位分布
のパターンは変化しない。

第１７図ｂは完全右脚ブロツクの結果で
ある。右脚ブロツクの電位分布は、QRS
初期では正常心筋と良く似て、前胸部が正
電位、背部が負電位で覆われている。ま
た、凹部（Nische）の出現が遅れ、その
出現部位がより左方に移動する。QRS中
期から後期にかけて右前胸部を占める高い
正電位領域を示す。

エ 心筋梗塞（心筋障害）のシミユレーシヨン 心筋の冠動脈が閉塞すると、その周囲の領域
の心筋が壊死に陥る。このような状態を心筋梗
塞と呼ぶ。電気的な性質から梗塞に陥つた心筋
を３つの層に分けることができる。すなわち、
梗塞部（組織の壊死部）、障害部及び虚血部の
３つである。壊死に陥つた心筋は、壊死の程度
が著しいため細胞の脱分極は全く起こらない。
また、障害部の心筋の細胞膜は完全に脱分極す
ることはできないが、これは動脈血の供給が充
分でないためである。虚血部では、心筋の再分
極だけが障害されている。

(1) 前壁中隔梗塞 左冠動脈の前下下降枝のうちの右側の分岐
が閉塞すると、前壁の中隔側から中隔にかけ
て梗塞が生じる。前壁中隔梗塞は前壁の興奮
を阻害するので、水平面のベクトル心電図で
は、初期部分が欠けたようになり、初期ベク
トルは左後方に向かう。従つて、心電図V1、
V2、V3誘導ではQS波となる。

(2) 前壁側壁梗塞 左冠動脈の前下降枝の比較的基部で梗塞が
起き、斜行枝、右分枝共に侵されると、梗塞
の領域は前壁の広い範囲にを占める。ベクト
ル心電図の水平面でQRSは右後から左後に
回る時計回転を示すことが多く、壁側が大き
く侵されると、初期ベクトルは右前下に出
て、、aV1、V6のＱ波とV1のＲ波を生じ
る。また、QRSの前半が右後方から左後に
あるので、V3、V4はQSないしQRになる。
心室中隔も侵されると、初期ベクトルは後方
に向かうので、V1、V2もQSになる。

(3) 心尖部梗塞 前下降枝の終末部の梗塞である。小さい前
壁梗塞と下壁梗塞の所見、すなわち、、
aVfの比較的小さいＱとV2、V3に限局した
Ｑ、またはV3（V2）のＲがV2（V1）のＲよ
り低いなどの所見がある。

(4) 高位側壁梗塞 左冠動脈の回旋枝の一部、側壁枝が閉塞し
た場合の梗塞である。左室の側壁であるが、
この部位は生体内では心室の左側上部にあた
るので、左肩から右前下に向かつて梗塞ベク
トルが生じ、正面、水平面で右前下に向かう
初期ベクトルが大きくなる。

(5) 下壁梗塞 右冠動脈後下降枝の梗塞による。生じた梗
塞による梗塞ベクトルは下から上に向かうの
で、正面で初期ベクトルが上方に向かうのを
特徴とするが、水平面では変化は少ない。

(6) 高位後壁梗塞 下壁梗塞と同じ冠動脈の閉塞であるが、梗
塞が後上方に限局した場合である。梗塞部位
が横隔面より上方にあるので、梗塞ベクトル
は後方より前方に向かう。従つて、V2、V3
誘導は梗塞ベクトルによりＲの高さが増高す
るが、他の誘導は梗塞ベクトルの影響を受け
ず、何れの誘導にもいわゆる梗塞のＱ波が認
められない梗塞である。右側胸部誘導の高い
Ｒと高いＴのみが特徴ある所見とされてい
る。

(7) 下壁側壁梗塞 左冠動脈回旋枝の後壁枝の閉塞による。梗
塞は左室の後下壁に生ずるので梗塞ベクトル
は右前上方に向かう。QRSの初期ベクトル
は右前上方に向い、、、aVf、V6に異
常Ｑを生じ、方向により、V1にもＱが認
められる。

(8) 後壁側壁梗塞 下壁側壁梗塞と同じ冠動脈への閉塞による
が、梗塞は左室の後基部に限局するので、梗
塞ベクトルは右前に向かい、初期ベクトルは
右前に向かい、V6に異常Ｑが認められる。

シミユレーシヨン方法 正常心筋には、固有心筋ブロツク（●）、
特殊心筋ブロツク（◎）、および心筋でない
ブロツク（・）の３つの状態がある（第４
図）。心筋梗塞は壊死部、障害部、虚血部の
３つの領域に分けて考えられるので、更に、
壊死ブロツクＡ、障害ブロツクＢ、虚血ブロ
ツクＣの３つの状態を設定する。壊死部は電
気生理的には全く活動しないので、心筋でな
いとみなしてもよい。従つて、壊死ブロツク
Ａはブロツク（・）と同じとする。

通常、心筋梗塞はある大きさを持つ塊であ
るので、元になる梗塞領域を設定する。梗塞
領域を正確に設定する場合は、心筋モデルの
各断面について梗塞ブロツクを指定すればよ
い。それ以外であれば、梗塞領域を球や楕円
体で近似して、その重心の座標や半径などの
パラメータを与えればよい。

ブロツクＡ、Ｂ、Ｃのうち、例えば、領域
Ａを壊死部とする。陳旧性梗塞の場合は、梗
塞は壊死部のみから成るので、この領域を取
り除いたモデルで正常と同じシミユレーシヨ
ンを実行すればよい。

虚血性梗塞の場合は、壊死部の周囲に更に
障害部や虚血部が存在する。そこで、例えば
壊死部の周囲のｎ層を虚血部とする。この虚
血部では一層毎に壊死部に近付くにつれて活
動電位の持続時間がαｍsecずつ長くなると
する。ここで、心外膜部の正常ブロツクの活
動電位の持続時間をｆｍsecとし、心外膜か
ら心内膜に向かつて一層毎にβｍsecずつ長
くなるとする。この時、心外膜側から心内膜
側へ向かつてＩ番目で、壊死部から虚血第ｊ
層目の心筋ブロツクの活動電位の持続時間ｇ
ｍsecは、 ｇ＝ｆ＋（ｎ−ｊ＋１）・α＋ｉ・
β (1) で与えられる。活動電位の第３相が心筋全体
で同じ形であると仮定すると、式(1)を用い
て、虚血層の活動電位波が決定される。虚血
部における興奮伝播は正常と同じであるか
ら、式(1)で与えられる活動電位波形を用い
て、正常の場合と同じ手続によつてシミユレ
ーシヨンを実行する。

障害部を含む場合は、興奮伝播が障害部で
遅れる。そこで、障害部が壊死部の周囲にｍ
層あるとし、この障害部では一層毎に壊死部
に近づくにつれて活動電位の立ち上がり時間
がγｍsec長くなるとする。障害部のブロツ
クの興奮開始時刻は、そのブロツクに隣接す
るブロツクの中で最も興奮開始時刻の早いブ
ロツクによつて決まる。このブロツクの興奮
開始時刻をtsとすると、壊死部から障害第ｋ
層目の心筋ブロツクの興奮開始時刻tpは、 tp＝ts＋（ｍ−ｋ＋１）・γ (2) で与えられる。

障害部の膜電位波形は、正常に比べて分極
の程度が減少する。そこで、壊死部に近付く
につれて膜電位の分極がδｍ−ずつ減少する
と仮定する。正常の場合の活動電位値をｈ
（ｔ）とすると、壊死部から障害第ｋ層目、
心外膜から心内膜に向かつて第ｊ層目の心筋
ユニツトの活動電位ｅ（ｔ）は、脱分極時に
は、 ｅ（ｔ）＝ｈ（ｔ）−（ｍ−ｋ＋１）・δ (3) また、分極時には、 ｅ（ｔ）＝ｈ（ｔ）＋（ｍ−ｋ＋１）・δ となるように与える。

障害部における興奮伝播は式(2)によつて興
奮開始時刻を求め、式(3)で与えられる活動電
位波形を用いて、正常の場合と同じ手続によ
つてシミユレーシヨンを実行する。

代表的な例として、(a)前壁中隔梗塞、(b)後
壁梗塞、および(c)下壁梗塞の３種類について
シミユレーシヨンを行つた。梗塞領域は何れ
も心内膜下から心外膜下まで心筋の全層にわ
たつて貫通性に起こるとした。貫通性の心筋
梗塞の壊死部では外表から誘導するとＱ波が
得られる。これは壊死部が電気生理学的に窓
のような役割を演じ、心室腔内の電位変化を
心外膜面に伝えるためである。

まず、壊死部のみなから成る陳旧性梗塞の
シミユレーシヨン結果を示す。

(a) 興奮波面伝播 第１８図ａ，ｂ，ｃはそれぞれ前壁中隔
梗塞、後壁梗塞、下壁梗塞の興奮伝播順序
の水平断面図（Ｚ＝20）および垂直断面図
（Ｘ＝20）である。表現方法は第１２図と
同様である。正常例や脚ブロツクの場合と
異なり、心筋ブロツクの欠けた部分がある
が、その部位の心筋ブロツクが梗塞領域に
相当する。

第１８図ａの前壁中隔梗塞では、興奮伝
播は正常の場合と大きな変化はない。これ
は前壁中隔位は最も早く興奮し、しかも興
奮が心内膜から心外膜へ伝播するので波面
が回り込むということが余りないためであ
る。右室側壁心基部への興奮到達がかなり
遅れるので、興奮終了には90ｍsec要した。
また、中隔部位が更に侵されて脚からプル
キンエ線維への接合部にまで及んだ場合
は、興奮の伝播様式は大きく変わる。

第１８図ｂの（高位）後壁梗塞でも、興
奮伝播は正常の場合とよく似ている。興奮
波面が心尖部の方から心基部に向かつて伝
播するように考えられるが、モデルでは初
期興奮部位が中隔の中央部に設定してある
ので、この興奮波が回り込むので興奮様式
はあまり大きく変化しない。正常の場合に
最後に興奮する部位が欠損しているので、
興奮終了は早くて70ｍsecを要した。

第１８図ｃの下壁梗塞では、水平面での
興奮波の伝播は変わらないが、垂直断面を
見ると、左室心尖部の興奮が遅れることが
わかる。モデルには、左室後壁心尖部の付
近にプルキン工線維を設定してある。この
部分が梗塞となつて欠損すると、中隔から
の興奮が伝播せず、従つて、左室心尖部の
興奮が遅れるわけである。ところが、左室
心尖部の興奮開始時刻よりも、後壁心基の
興奮の方が遅いので、興奮終了に要する時
間は正常の場合と同じであつた。

(b) 12誘導心電図 第１９図は興奮伝播回復過程のシミユレ
ーシヨンによつて求めた各心筋梗塞の
QRS−Ｔ波である。ａは前壁中隔梗塞、
ｂは後壁梗塞、ｃは下壁梗塞である。脚ブ
ロツクの場合と同様に、電位の大きさは相
対値で、正常心筋のシミユレーシヨンされ
た心電図の最大値を基にして規格化してあ
る。

第１９図ａの前壁中隔梗塞の特徴は、
V1〜V3において異常Ｑ波を示すこと、V2
〜V4では陰性Ｔ波となること、肢誘導で
はあまり変化が見られないことなどがあげ
られる。

第１９図ｂの特徴は、V3〜V5で高い
Ｒ、V2、V3で高い上向きＴが現われ、
Ｒ／Ｓ＞１である。また、、、aVfで
小さなＱが現われるが、これは下壁梗塞の
特徴を含んでるためと考えられる。

第１９図ｃでは、、、aVfでＱが現
われ、Ｔが冠性Ｔであるから下後壁梗塞の
特徴を持つ。V2とV3の間ではＲ／Ｓ比は
１である。

(c) ベクトル心電図 第２０図はシミユレーシヨンによつて求
めたベクトル心電図を示す。ａは前壁中隔
梗塞、ｂは後壁梗塞、ｃは下壁梗塞であ
る。図中の矢印はQRS環とＴ環の回転方
向を表わす。また、ベクトル心電図のベク
トル成分は正常心筋のベクトル心電図の最
大値を基に規格化してある。

第２０図ａの前壁中隔梗塞の最も主な特
徴は、水平面図QRS環において、正常の
場合は右前に向かうＱ環を欠くことであ
る。QRS環の回転方向は正常と同じく反
時計回転である。また、Ｔ環は前方に丸く
付き出したような形をしている。正面図で
は顕著な変化は見られない。左側面図で
は、前方に向かうＱ環を欠き、QRS環は
始めから後方に向かう。後方に向かい反時
計回転をするものが多い。

第２０図ｂの後壁梗塞では、水平面にお
いてQRS環の起力始部は正常と同じであ
るが、QRS環全体が前方に偏位し、QRS
環の大部分が0゜〜180゜軸より前方にある。
左側面図でも、QRS環の前方偏位がよく
見える。正面図では、特に大きな変化は見
られない。

第２０ｃの下壁梗塞では、正面図におい
て、QRS環の始部がかなり上方に偏位し、
時計方向に回転する。左側面図において
も、QRS環起始部が上前方に大きく偏位
するのが見える。正面図では正常と変わら
ない。

(d) 体表面電位分布図 第２１図の各々はQRS−Ｔ期間におけ
る体表面電位分布を等高線表示したもので
ある。ａは前壁中隔梗塞、ｂは後壁梗塞、
ｃは下壁梗塞である。各電位図の左半面は
胸部前面を、右半面は背部を表わす。各電
位図の左上に書かれた数値は心室興奮開始
からの経過時間を示す。各電位図の大きさ
は、正常の電位図の最大値で規格化してあ
る。

第２１図ａの前壁中隔梗塞ではQRS全
期間を通じて前胸部に負領域を示す。しか
しながら、左脚ブロツクほど高い負電位を
示さず、QRS期間も正常とそれ程変わら
ない。Ｔ波の期間では、胸部前面の広い部
分で正領域を示すが、局所的に負電位が現
われ、その位置は変化しない。

第２１図ｂの後壁梗塞では電位変動は正
常の場合と似ているが、正常の場合に
QRS中期から現われる胸部前面の負領域
が浅く、相対的に左側部の正電位が大き
い。

第２１図ｃの下壁梗塞では、正常の場合
にQRS中期に背部に現われる正電位の極
大が常に、胸部前面左下方に停滞する。ま
た、Ｔ期間において胸部前面に高い正電位
領域が現われる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、心臓モデル幾何学的構造変更
手段、心筋活動電位波形変更手段、特殊心筋と心
臓心筋の伝播速度比変更手段により心臓基本モデ
ルを変更、また、収納状態変更手段により心臓収
納モデル記憶手段を変更することにより種々の状
態をシミユレートすることができる。

本発明においては、基本心臓モデルは多数の心
筋セルから構成されており、興奮波面演算手段に
おいては全ての心筋セルに関して計算を行うが、
体表面電位演算手段においては心臓モデルを適宜
数のブロツクに分割して各ブロツク毎の平均双極
子を求め、それから体表面電位の計算を行うよう
にしたので、計算時間の短縮が行える。

本発明の装置を用いることにより、異常部位の
診断、心臓各部と心疾患の症状との関係の解析が
行える。更に、本発明装置により、種々の状態が
簡単に再現できるため、医学教育にも用いること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置のブロツク線図、第２図は
人の心臓の断面図、第３図は人の心臓の概略斜視
図、第４図は本発明のモデルに用いた特殊心筋の
伝導規則を説明する線図、第５図は固有心筋の興
奮伝播規則を説明する線図、第６図は本発明の心
筋モデルの水平断面図、第７図は心筋細胞の活動
電位線図、第８図は立方最密充填によつて配置さ
れた心筋セルの斜視図、第９図はシミユレーシヨ
ンで用いる活動電位波形を示す線図、第１０図は
正常心筋における心室内興奮波面の伝播状態を示
す断面図、第１１図は体表面電位図、第１２図は
シミユレーシヨンによつて得られた心室興奮波面
伝播図、第１３図は完全左脚ブロツクの心電図、
第１４図は完全右脚ブロツクの心電図、第１５図
は完全左脚ブロツクのベクトル心電図、第１６図
は完全右脚ブロツクのベクトル心電図、第１７図
はシミユレーシヨンにより求めた体表面電位図、
第１８図はシミユレーシヨンにより求めた心室興
奮波面伝播図、第１９図ａ〜ｃは心筋梗塞の心電
図、第２０図はシミユレーシヨンにより求めたベ
クトル心電図、第２１図はシミユレーシヨンによ
り求めた体表面電位図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基本心臓モデルを記憶する手段、心臓を収納
   するモデルを記憶する手段、前記心臓モデル記憶
   手段の心臓モデルの幾何学的構造を変更する手
   段、心臓を収納するモデル内の心臓の収納状態を
   変更する手段、心臓モデル内の心筋の活動電位波
   形を変更する手段および心臓モデル内の特殊心筋
   と心臓心筋の伝播速度の比を変更する手段、上記
   変更手段により変更された条件に基づき基本心臓
   モデルおよび収納モデルを変更して記憶する手
   段、上記変更心臓モデルおよび収納モデルを用い
   て心筋内での電気的興奮波面の伝播を演算する手
   段、上記変更心臓モデルおよび収納モデルを用い
   て体表面電位を演算する手段並びに心筋の興奮波
   面および体表面電位を表示する手段からなり、前
   記基本心臓モデルは多数の心筋セルから構成さ
   れ、前記興奮波面演算手段においては全ての心筋
   セルに関して計算し、体表面電位演算手段におい
   ては心臓モデルを適宜数個のブロツクに分割して
   該ブロツク内の心筋セルを平均化して演算するよ
   うにしたことを特徴とする心臓電気現象のシミユ
   レータ。