JPH0663025A - 心臓電気現象のシミュレータ - Google Patents
心臓電気現象のシミュレータInfo
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- JPH0663025A JPH0663025A JP4222857A JP22285792A JPH0663025A JP H0663025 A JPH0663025 A JP H0663025A JP 4222857 A JP4222857 A JP 4222857A JP 22285792 A JP22285792 A JP 22285792A JP H0663025 A JPH0663025 A JP H0663025A
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- cell
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- fiber direction
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 心筋における興奮伝搬過程をきわめて正確に
シミュレートすること。 【構成】 セルが集合して成る心臓モデルの幾何学的構
造データを記憶する手段３ａと、各セルについて心筋の
繊維方向データを記憶する手段７と、各セルについて心
筋の繊維方向およびこれに直交する方向のそれぞれ異な
る興奮伝搬速度を含む電気生理特性データを記憶する手
段３ｂと、これら各手段が記憶しているデータに基づい
て心筋の興奮伝搬過程を演算して求める演算手段８と、
この演算手段８の演算結果を表示する表示手段１０とか
ら成る。
シミュレートすること。 【構成】 セルが集合して成る心臓モデルの幾何学的構
造データを記憶する手段３ａと、各セルについて心筋の
繊維方向データを記憶する手段７と、各セルについて心
筋の繊維方向およびこれに直交する方向のそれぞれ異な
る興奮伝搬速度を含む電気生理特性データを記憶する手
段３ｂと、これら各手段が記憶しているデータに基づい
て心筋の興奮伝搬過程を演算して求める演算手段８と、
この演算手段８の演算結果を表示する表示手段１０とか
ら成る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は人体内の心臓の電気現象
をシミュレートする装置の改良に関する。
をシミュレートする装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】セルの集合体により心臓モデルを構築
し、各セルに電気生理特性を与えて興奮の伝搬過程をシ
ミュレートする装置が特公平３−３５９２８号に示され
ている。
し、各セルに電気生理特性を与えて興奮の伝搬過程をシ
ミュレートする装置が特公平３−３５９２８号に示され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記公報に記載
の装置では、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搬し、全ての方向に同一
の速度で伝播する等方性伝搬であるとしている。ところ
が実際の心臓を形成する心筋は多層であり、各層の心筋
繊維の方向は異なり心外膜から心内膜まで約９０〜１２
０度連続的に回転した状態となっている（Ｓ．Spaggiar
i et al : Circulation Vol 76 Suppl IV,1987) 。ま
た、心筋における興奮伝搬速度はその繊維方向では一番
速く、それと直交する方向では一番遅い（Ｄ．Ｅ．Robe
rts et al:Circ.Res. Vol 44,1979)。図１７は興奮伝搬
速度の異方向性を示す実験結果であり、興奮伝搬等時間
図である。図中の数値の単位はｍｓｅｃであり、繊維方
向に沿って伝搬速度が速く、それと直交する方向では遅
いことが示されている。図１８は心筋繊維配置の回転異
方向性を示す実験の興奮伝搬等時間図である。図中Ａが
心外膜層、Ｂが中間層、Ｃが心内膜層である。心外膜層
から心内膜層まで心筋の繊維方向が９０度変化している
ことが示されている。このように心筋は均質ではないの
で従来の装置では興奮の伝搬過程をある程度の近似でし
か得ることができない。
の装置では、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搬し、全ての方向に同一
の速度で伝播する等方性伝搬であるとしている。ところ
が実際の心臓を形成する心筋は多層であり、各層の心筋
繊維の方向は異なり心外膜から心内膜まで約９０〜１２
０度連続的に回転した状態となっている（Ｓ．Spaggiar
i et al : Circulation Vol 76 Suppl IV,1987) 。ま
た、心筋における興奮伝搬速度はその繊維方向では一番
速く、それと直交する方向では一番遅い（Ｄ．Ｅ．Robe
rts et al:Circ.Res. Vol 44,1979)。図１７は興奮伝搬
速度の異方向性を示す実験結果であり、興奮伝搬等時間
図である。図中の数値の単位はｍｓｅｃであり、繊維方
向に沿って伝搬速度が速く、それと直交する方向では遅
いことが示されている。図１８は心筋繊維配置の回転異
方向性を示す実験の興奮伝搬等時間図である。図中Ａが
心外膜層、Ｂが中間層、Ｃが心内膜層である。心外膜層
から心内膜層まで心筋の繊維方向が９０度変化している
ことが示されている。このように心筋は均質ではないの
で従来の装置では興奮の伝搬過程をある程度の近似でし
か得ることができない。
【０００４】本発明の目的は心臓モデルを構築し、興奮
の伝搬過程を正確にシミュレートすることができる装置
を提供することである。
の伝搬過程を正確にシミュレートすることができる装置
を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、セルが集合
して成る３次元心臓モデルの幾何学的構造データを記憶
する幾何学的構造記憶手段と、前記各セルについての心
筋繊維方向のデータを記憶する繊維方向記憶手段と、前
記各セルについての前記心筋繊維方向およびこの心筋繊
維方向に直交する方向のそれぞれ異なる興奮伝搬速度に
関するデータを含む電気生理特性データを記憶する電気
生理特性記憶手段と、前記幾何学的構造記憶手段、前記
繊維方向記憶手段および前記電気生理特性記憶手段がそ
れぞれ記憶しているデータに基づいて前記セルの興奮の
伝搬過程を演算して求める演算手段と、この演算手段の
演算結果を表示する表示手段とを具備する構成となって
いる。
して成る３次元心臓モデルの幾何学的構造データを記憶
する幾何学的構造記憶手段と、前記各セルについての心
筋繊維方向のデータを記憶する繊維方向記憶手段と、前
記各セルについての前記心筋繊維方向およびこの心筋繊
維方向に直交する方向のそれぞれ異なる興奮伝搬速度に
関するデータを含む電気生理特性データを記憶する電気
生理特性記憶手段と、前記幾何学的構造記憶手段、前記
繊維方向記憶手段および前記電気生理特性記憶手段がそ
れぞれ記憶しているデータに基づいて前記セルの興奮の
伝搬過程を演算して求める演算手段と、この演算手段の
演算結果を表示する表示手段とを具備する構成となって
いる。
【０００６】また本発明の他の構成は、上記構成に、心
臓の断面画像を読取る画像読取手段と、この画像読取手
段が読取ったデータに基づいてセルが集合して成る３次
元心臓モデルの幾何学的構造を作成しこれを幾何学的構
造記憶手段に与える幾何学的構造作成手段を具備したも
のである。
臓の断面画像を読取る画像読取手段と、この画像読取手
段が読取ったデータに基づいてセルが集合して成る３次
元心臓モデルの幾何学的構造を作成しこれを幾何学的構
造記憶手段に与える幾何学的構造作成手段を具備したも
のである。
【０００７】
【作用】演算手段は各記憶手段が記憶しているデータに
基づき演算を行なう。このとき各セルにおける心筋繊維
の方向とその方向に直交する方向のそれぞれ異なる興奮
伝搬速度が用いられるので現実の興奮伝搬過程に近いシ
ミュレーションを行なうことができる。
基づき演算を行なう。このとき各セルにおける心筋繊維
の方向とその方向に直交する方向のそれぞれ異なる興奮
伝搬速度が用いられるので現実の興奮伝搬過程に近いシ
ミュレーションを行なうことができる。
【０００８】
【実施例】本発明の一実施例を説明する。この実施例は
例えばワークステーションのようなコンピュータシステ
ムで構成されている。図１は、本実施例の全体構成を示
すブロック図である。この図に示す各手段はコンピュー
タシステムが有する各機能に対応している。
例えばワークステーションのようなコンピュータシステ
ムで構成されている。図１は、本実施例の全体構成を示
すブロック図である。この図に示す各手段はコンピュー
タシステムが有する各機能に対応している。
【０００９】幾何学的構造作成手段１は、あらかじめ心
臓を模して作成するかあるいは被検者の心臓の複数の断
面画像データから被検者の心臓の三次元モデルを構築す
る手段である。
臓を模して作成するかあるいは被検者の心臓の複数の断
面画像データから被検者の心臓の三次元モデルを構築す
る手段である。
【００１０】離散化手段２は幾何学的構造作成手段１が
作成した三次元モデルを複数のセルに分割する手段であ
り、各セルの中心座標を求める手段である。
作成した三次元モデルを複数のセルに分割する手段であ
り、各セルの中心座標を求める手段である。
【００１１】基本モデル記憶手段３は各セルの電気生理
特性を記憶する電気生理特性記憶手段３ｂと離散化手段
２が求めた各セルの中心座標を含む幾何学的構造データ
を記憶する幾何学的構造記憶手段３ａとを有している。
特性を記憶する電気生理特性記憶手段３ｂと離散化手段
２が求めた各セルの中心座標を含む幾何学的構造データ
を記憶する幾何学的構造記憶手段３ａとを有している。
【００１２】第１修正手段４は形状のような解剖的デー
タにより幾何学的構造記憶手段３ａが記憶しているデー
タを変更する手段である。
タにより幾何学的構造記憶手段３ａが記憶しているデー
タを変更する手段である。
【００１３】第２修正手段５は、電気正理学的データを
各セルに対応づけて電気生理特性記憶手段３ｂに収納、
変更する手段である。
各セルに対応づけて電気生理特性記憶手段３ｂに収納、
変更する手段である。
【００１４】回転異方向性心臓モデル作成手段６は、心
臓を形成する心筋は複数の層から成り、各層の心筋繊維
方向は心外膜から心内膜まで連続的に傾斜した状態とな
っていることに基づいて心臓モデルを作成する手段であ
る。
臓を形成する心筋は複数の層から成り、各層の心筋繊維
方向は心外膜から心内膜まで連続的に傾斜した状態とな
っていることに基づいて心臓モデルを作成する手段であ
る。
【００１５】繊維方向記憶手段７は回転異方向性心臓モ
デル作成手段６が求めた各セルの心筋繊維方向のデータ
を記憶する手段である。
デル作成手段６が求めた各セルの心筋繊維方向のデータ
を記憶する手段である。
【００１６】演算手段８は、幾何学的構造記憶手段３
ａ、電気生理特性記憶手段３ｂおよび繊維方向記憶手段
７それぞれが記憶しているデータに基づいて興奮の伝搬
過程を一定時間毎に演算して求める手段である。
ａ、電気生理特性記憶手段３ｂおよび繊維方向記憶手段
７それぞれが記憶しているデータに基づいて興奮の伝搬
過程を一定時間毎に演算して求める手段である。
【００１７】演算結果記憶手段９は演算手段８の演算結
果を記憶する手段である。
果を記憶する手段である。
【００１８】表示手段１０は、幾何学的構造作成手段
１、離散化手段２、基本モデル記憶手段３、回転異方向
性心臓モデル作成手段６および演算結果記憶手段９それ
ぞれから出力されるデータを必要に応じて表示する手段
である。
１、離散化手段２、基本モデル記憶手段３、回転異方向
性心臓モデル作成手段６および演算結果記憶手段９それ
ぞれから出力されるデータを必要に応じて表示する手段
である。
【００１９】このように構成された装置の動作を詳細に
説明する。
説明する。
【００２０】まず幾何学的構造作成手段１は図２に示す
ように、断面図データの読取りを行なう（ステップ１０
１）。ここで断面図データとは図３に示すように被検者
の心臓の例えば１０箇所の断面図であり、超音波やＸ線
を用いて得られる断層写真である。これらの画像はイメ
ージスキャナで読取られる。次にこのようにして読取っ
たデータから心臓の輪郭抽出を行ない（ステップ１０
２）、補間によって上記入力画像間の中間層断面の輪郭
構成を行なう（ステップ１０３）。こうして作成した各
断面図を表示手段１０で表示する。オペレータは表示さ
れた断面図を見て修正が必要か否かを判断し、必要なら
ば修正を行なって再び表示させる。幾何学的構造作成手
段１はオペレータのマウスあるいはキー入力に応じて断
面図を修正、表示する（ステップ１０４，１０５，１０
６）。修正が必要でない場合、得られた各層断面の輪郭
データをファイルする（ステップ１０７）。
ように、断面図データの読取りを行なう（ステップ１０
１）。ここで断面図データとは図３に示すように被検者
の心臓の例えば１０箇所の断面図であり、超音波やＸ線
を用いて得られる断層写真である。これらの画像はイメ
ージスキャナで読取られる。次にこのようにして読取っ
たデータから心臓の輪郭抽出を行ない（ステップ１０
２）、補間によって上記入力画像間の中間層断面の輪郭
構成を行なう（ステップ１０３）。こうして作成した各
断面図を表示手段１０で表示する。オペレータは表示さ
れた断面図を見て修正が必要か否かを判断し、必要なら
ば修正を行なって再び表示させる。幾何学的構造作成手
段１はオペレータのマウスあるいはキー入力に応じて断
面図を修正、表示する（ステップ１０４，１０５，１０
６）。修正が必要でない場合、得られた各層断面の輪郭
データをファイルする（ステップ１０７）。
【００２１】次に離散化手段２は図４に示す動作を行な
う。すなわち、まず、離散化座標系（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を例
えば図５のような斜交で設定する（ステップ２０１）。
この場合心臓モデルをセルの最密充填構造で構築するも
のとする。これによれば図６に示すように配置された各
セルの位置を簡単に表わすことができる。図６はセルの
局所位置を示している。本実施例では１個のセルの大き
さを１．５mmとする。従って各座標の単位長さも１．５
mmである。次に一つの層の輪郭データをデータファイル
から読出す（ステップ２０２）。そしてこの層の輪郭の
離散化座標系（Ｉ，Ｊ，Ｋ）上の相対的位置を決定する
（ステップ２０３）。次にこの層における輪郭線を離散
化する（ステップ２０４）。すなわち輪郭線を各座標が
単位長さの整数倍となる位置にある点であらわす。
う。すなわち、まず、離散化座標系（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を例
えば図５のような斜交で設定する（ステップ２０１）。
この場合心臓モデルをセルの最密充填構造で構築するも
のとする。これによれば図６に示すように配置された各
セルの位置を簡単に表わすことができる。図６はセルの
局所位置を示している。本実施例では１個のセルの大き
さを１．５mmとする。従って各座標の単位長さも１．５
mmである。次に一つの層の輪郭データをデータファイル
から読出す（ステップ２０２）。そしてこの層の輪郭の
離散化座標系（Ｉ，Ｊ，Ｋ）上の相対的位置を決定する
（ステップ２０３）。次にこの層における輪郭線を離散
化する（ステップ２０４）。すなわち輪郭線を各座標が
単位長さの整数倍となる位置にある点であらわす。
【００２２】次にこの層における内域を設定するために
各離散化座標Ｉ，Ｊ，Ｋにおける境界線の最大値、最小
値を確立する（ステップ２０５）。
各離散化座標Ｉ，Ｊ，Ｋにおける境界線の最大値、最小
値を確立する（ステップ２０５）。
【００２３】次に上記最大値、最小値に基づいて内域を
決定し、その内域を離散化する（ステップ２０６）。次
にステップ２０４，２０６で求めた輪郭線および内域の
離散化されたデータに基づいてその層の離散化モデルを
構成する（ステップ２０７）。一例を図７に示す。次に
全部の層について離散化モデルを構成したかを判断し
（ステップ２０８）、全部の層についてその処理が終了
していなければステップ２０２に戻り、終了していれば
ステップ２０９に進み、全部の層の離散化モデルをファ
イルする。
決定し、その内域を離散化する（ステップ２０６）。次
にステップ２０４，２０６で求めた輪郭線および内域の
離散化されたデータに基づいてその層の離散化モデルを
構成する（ステップ２０７）。一例を図７に示す。次に
全部の層について離散化モデルを構成したかを判断し
（ステップ２０８）、全部の層についてその処理が終了
していなければステップ２０２に戻り、終了していれば
ステップ２０９に進み、全部の層の離散化モデルをファ
イルする。
【００２４】次に、離散化モデルを第１修正手段４によ
って解剖学的に構成する。心筋は固有心筋と特殊心筋に
大別される。固有心筋には心房筋、心室筋があり、特殊
心筋には洞房結節、房室結節、ヒス束、左脚、右脚プル
キンエ繊維がある。このような構造をモデルに定着させ
ることを解剖学的構成という。また、異常心臓をシミュ
レートする場合、異常心筋（例えば肥大、心筋梗塞等）
の設定も行う。次に幾何学的、解剖学的に構成されたモ
デルを幾何学的構造記憶手段３ａに格納する。又、以上
のように構成したモデルの各種類のセルに、第２修正手
段５によって電気生理特性を与える。
って解剖学的に構成する。心筋は固有心筋と特殊心筋に
大別される。固有心筋には心房筋、心室筋があり、特殊
心筋には洞房結節、房室結節、ヒス束、左脚、右脚プル
キンエ繊維がある。このような構造をモデルに定着させ
ることを解剖学的構成という。また、異常心臓をシミュ
レートする場合、異常心筋（例えば肥大、心筋梗塞等）
の設定も行う。次に幾何学的、解剖学的に構成されたモ
デルを幾何学的構造記憶手段３ａに格納する。又、以上
のように構成したモデルの各種類のセルに、第２修正手
段５によって電気生理特性を与える。
【００２５】ここで電気生理特性は活動電位、興奮伝搬
速度、自動能、ペーシングに関するデータであり、パラ
メータである。これらは各セルの種類に応じて指定さ
れ、修正され、電気生理特性記憶手段３ｂに格納され、
演算手段８が演算を行なう場合に用いられる。活動電位
特性を図８に示す。活動電位のパラメータには０相から
４相までの各相の持続時間、絶対不応期、相対不応期、
過常期、域値電位等がある。興奮伝搬速度のパラメータ
には心筋繊維方向の伝搬速度とその方向に直交する方向
の伝搬速度の比、相対不応期における伝搬遅延等があ
る。自動能のパラメータには固有発火周期、連結期によ
る固有周期の最大遅延率と最大短縮率、固有周期遅延か
ら短縮へ転変する連結期時刻等がある。ペーシングのパ
ラメータにはペーシング周期、ペーシング次数、ペーシ
ング周期の変動率等がある。
速度、自動能、ペーシングに関するデータであり、パラ
メータである。これらは各セルの種類に応じて指定さ
れ、修正され、電気生理特性記憶手段３ｂに格納され、
演算手段８が演算を行なう場合に用いられる。活動電位
特性を図８に示す。活動電位のパラメータには０相から
４相までの各相の持続時間、絶対不応期、相対不応期、
過常期、域値電位等がある。興奮伝搬速度のパラメータ
には心筋繊維方向の伝搬速度とその方向に直交する方向
の伝搬速度の比、相対不応期における伝搬遅延等があ
る。自動能のパラメータには固有発火周期、連結期によ
る固有周期の最大遅延率と最大短縮率、固有周期遅延か
ら短縮へ転変する連結期時刻等がある。ペーシングのパ
ラメータにはペーシング周期、ペーシング次数、ペーシ
ング周期の変動率等がある。
【００２６】図９に示すように心筋の種類についての電
気生理特性は予め記憶されており、各セルが属している
心筋の種類が指定されると自動的にそのセルの電気生理
特性が得られるようになっている。
気生理特性は予め記憶されており、各セルが属している
心筋の種類が指定されると自動的にそのセルの電気生理
特性が得られるようになっている。
【００２７】次に第１修正手段４は解剖的にモデルを修
正する。すなわちオペレータが表示手段に表示された心
臓モデルを見ながらマウスあるいはキー入力を行なう
と、第１修正手段４はその入力に応じてセルの位置や数
を変更し、モデルの形状を変更する。
正する。すなわちオペレータが表示手段に表示された心
臓モデルを見ながらマウスあるいはキー入力を行なう
と、第１修正手段４はその入力に応じてセルの位置や数
を変更し、モデルの形状を変更する。
【００２８】次に第２修正手段５は電気生理学的にモデ
ルを修正する。すなわち、オペレータが表示手段に表示
された各セルについての電気生理特性を見ながらマウス
あるいはキー入力を行なうと、第２修正手段５はその入
力に応じて各セルについての電気生理特性を変更する。
ルを修正する。すなわち、オペレータが表示手段に表示
された各セルについての電気生理特性を見ながらマウス
あるいはキー入力を行なうと、第２修正手段５はその入
力に応じて各セルについての電気生理特性を変更する。
【００２９】次に回転異方向性心臓モデル作成手段６
は、図１０に示す動作を行なう。まず離散化した３次元
モデルを多層化する（ステップ３０１）。その方法とし
ては心外膜全体から内へ等方向の興奮伝搬を行なわせ、
セルを同時刻に興奮する層に分ける。そしてその興奮の
順番を層番号とする。図７に示す例では中隔心筋の層は
左心室の自然延長としている。次に図１１に示すように
各層の繊維平面方向（繊維平面の法線方向）の単位ベク
トル〔Ｐ〕を設定する（ステップ３０２）。ここでは次
のような規則に従って各層の繊維平面方向を設定する。 （ａ）同じ層中、繊維平面が平行である。 （ｂ）心外膜層の繊維平面は心臓軸と直交である。 （ｃ）繊維平面方向は中隔面と平行で、心外膜層から最
内の層まで所定角度（９０〜１２０度）で反時計方向に
回転する。 （ｄ）心外膜層から第ｉ番目の繊維平面と心外膜層の繊
維平面とのなす角度δｉは、 δｉ＝ｉ・Ｒ／Ｎ で決定する。ここでＲは９０〜１２０度の定数、Ｎは層
の総数である。
は、図１０に示す動作を行なう。まず離散化した３次元
モデルを多層化する（ステップ３０１）。その方法とし
ては心外膜全体から内へ等方向の興奮伝搬を行なわせ、
セルを同時刻に興奮する層に分ける。そしてその興奮の
順番を層番号とする。図７に示す例では中隔心筋の層は
左心室の自然延長としている。次に図１１に示すように
各層の繊維平面方向（繊維平面の法線方向）の単位ベク
トル〔Ｐ〕を設定する（ステップ３０２）。ここでは次
のような規則に従って各層の繊維平面方向を設定する。 （ａ）同じ層中、繊維平面が平行である。 （ｂ）心外膜層の繊維平面は心臓軸と直交である。 （ｃ）繊維平面方向は中隔面と平行で、心外膜層から最
内の層まで所定角度（９０〜１２０度）で反時計方向に
回転する。 （ｄ）心外膜層から第ｉ番目の繊維平面と心外膜層の繊
維平面とのなす角度δｉは、 δｉ＝ｉ・Ｒ／Ｎ で決定する。ここでＲは９０〜１２０度の定数、Ｎは層
の総数である。
【００３０】次に各セルにおける繊維方向を求める（ス
テップ３０３）。図１２に示すようにまず各セルにおけ
る層曲面の法線方向の単位ベクトル〔ｎ〕を求める。こ
れをある１のセルについて図１３に示すように求める。
次に上記ステップ３０２で設定した層の繊維平面方向の
単位ベクトル〔ｐ〕を用いて〔ｎ〕×〔ｐ〕＝〔ｆ〕を
計算する。この〔ｆ〕が上記１のセルについての繊維方
向の単位ベクトルである。
テップ３０３）。図１２に示すようにまず各セルにおけ
る層曲面の法線方向の単位ベクトル〔ｎ〕を求める。こ
れをある１のセルについて図１３に示すように求める。
次に上記ステップ３０２で設定した層の繊維平面方向の
単位ベクトル〔ｐ〕を用いて〔ｎ〕×〔ｐ〕＝〔ｆ〕を
計算する。この〔ｆ〕が上記１のセルについての繊維方
向の単位ベクトルである。
【００３１】繊維方向記憶手段７は、このようにして求
めた各セルの繊維方向の単位ベクトル〔ｆ〕＝（α，
β，γ）を記憶する。
めた各セルの繊維方向の単位ベクトル〔ｆ〕＝（α，
β，γ）を記憶する。
【００３２】次に演算手段８は図１４に示す処理を行な
う。この処理はある時刻ＴにおいてＴ−１（タイムステ
ップ）に興奮したセルの興奮伝搬過程を演算して求める
ものである。図１４について説明すると、まずステップ
４０１でタイムステップを１に設定する。この場合１タ
イムステップは例えば３ｍｓとする。次にステップ４０
２では時刻をｉタイムステップ進めた時刻に設定する。
次にｉタイムステップ内に１のセルから発生した興奮が
到達する範囲を計算する（ステップ４０３）。この範囲
は図１５に示すように前記１のセルを中心とする楕球で
あり、その長軸方向が繊維方向と一致している。図１５
中（Ａ）は全体図、（Ｂ）は上記１のセル周辺の拡大図
である。長軸ａは、 ａ＝Ｖ1 ・Ｔi （２） で決める。ただしＶ1 は繊維方向の興奮伝搬速度であ
り、Ｔi はｉタイムステップ分の時間である。短軸ｂ
は、 ｂ＝ａ・ｒtl （３） で決める。ただしｒtlは繊維方向およびこれに直交する
方向の興奮伝搬速度の比である。ｉタイムステップの興
奮範囲は次式で表わされる。 ｌ2 ／ａ2 ＋ｔ2 ／ｂ2 ＋ｎ2 ／ｂ2 ＜ｌ （４） ここでｌ，ｔ，ｎは図１５に示す楕球の長軸、２つの短
軸からなる局所座標である（原点は楕球の中心）。
う。この処理はある時刻ＴにおいてＴ−１（タイムステ
ップ）に興奮したセルの興奮伝搬過程を演算して求める
ものである。図１４について説明すると、まずステップ
４０１でタイムステップを１に設定する。この場合１タ
イムステップは例えば３ｍｓとする。次にステップ４０
２では時刻をｉタイムステップ進めた時刻に設定する。
次にｉタイムステップ内に１のセルから発生した興奮が
到達する範囲を計算する（ステップ４０３）。この範囲
は図１５に示すように前記１のセルを中心とする楕球で
あり、その長軸方向が繊維方向と一致している。図１５
中（Ａ）は全体図、（Ｂ）は上記１のセル周辺の拡大図
である。長軸ａは、 ａ＝Ｖ1 ・Ｔi （２） で決める。ただしＶ1 は繊維方向の興奮伝搬速度であ
り、Ｔi はｉタイムステップ分の時間である。短軸ｂ
は、 ｂ＝ａ・ｒtl （３） で決める。ただしｒtlは繊維方向およびこれに直交する
方向の興奮伝搬速度の比である。ｉタイムステップの興
奮範囲は次式で表わされる。 ｌ2 ／ａ2 ＋ｔ2 ／ｂ2 ＋ｎ2 ／ｂ2 ＜ｌ （４） ここでｌ，ｔ，ｎは図１５に示す楕球の長軸、２つの短
軸からなる局所座標である（原点は楕球の中心）。
【００３３】次に演算手段８は上記のようにして求めた
興奮範囲内のセルの１つを抽出（ステップ４０４）、そ
してそのセルが興奮可能か否かを判断する（ステップ４
０５）。この判断はそのセルが絶対不応期に入っている
か否かにより行なう。すなわち現在の時刻が、前回の興
奮時刻から活動電位持続時間内にあるかを判断する。興
奮可能であれば次のタイムステップの時刻を興奮時刻と
してそのセルに対応づけて記憶し（ステップ４０６）、
ステップ４０７に進む。そのセルが絶対不応期にあれば
直ちにステップ４０７に進む。ステップ４０７では興奮
範囲内にある全てのセルについての捜査が終了したかを
判断する。捜査が終了していなければステップ４０４に
戻る。次にステップ４０８では興奮範囲の最小距離が１
個のセルの大きさより大であるかを判断する。ここで否
であればタイムステップ数を１つ増加し（ステップ４０
９）、ステップ４０２に戻る。ステップ４０８でその距
離がセルの大きさより大であればこの興奮伝搬過程を求
める演算は終了する。図１４のような演算処理はＴ時刻
において、Ｔ−１（タイムステップ）時刻に興奮したす
べてのセルに対して行なう。Ｔはシミュレーション開始
時刻から終了時刻まで進み、全部の演算が終了した後、
演算結果記憶手段９は演算手段８が求めた各セルについ
ての興奮時刻と再分極時刻（興奮時刻＋活動電位持続時
間）を記憶する。
興奮範囲内のセルの１つを抽出（ステップ４０４）、そ
してそのセルが興奮可能か否かを判断する（ステップ４
０５）。この判断はそのセルが絶対不応期に入っている
か否かにより行なう。すなわち現在の時刻が、前回の興
奮時刻から活動電位持続時間内にあるかを判断する。興
奮可能であれば次のタイムステップの時刻を興奮時刻と
してそのセルに対応づけて記憶し（ステップ４０６）、
ステップ４０７に進む。そのセルが絶対不応期にあれば
直ちにステップ４０７に進む。ステップ４０７では興奮
範囲内にある全てのセルについての捜査が終了したかを
判断する。捜査が終了していなければステップ４０４に
戻る。次にステップ４０８では興奮範囲の最小距離が１
個のセルの大きさより大であるかを判断する。ここで否
であればタイムステップ数を１つ増加し（ステップ４０
９）、ステップ４０２に戻る。ステップ４０８でその距
離がセルの大きさより大であればこの興奮伝搬過程を求
める演算は終了する。図１４のような演算処理はＴ時刻
において、Ｔ−１（タイムステップ）時刻に興奮したす
べてのセルに対して行なう。Ｔはシミュレーション開始
時刻から終了時刻まで進み、全部の演算が終了した後、
演算結果記憶手段９は演算手段８が求めた各セルについ
ての興奮時刻と再分極時刻（興奮時刻＋活動電位持続時
間）を記憶する。
【００３４】こうして得られた結果は表示手段１０が表
示する。
示する。
【００３５】図１６は左心室外膜に刺激を加えた場合の
左心室外膜興奮伝搬等時間図である。図中（Ａ）は実験
による実測結果であり、（Ｂ）は従来の等方向伝搬によ
るシミュレーション結果であり、（Ｃ）は本実施例によ
るシミュレーション結果である。これらの図に示すよう
に本実施例によれば興奮伝搬過程が従来の装置によるよ
りもきわめて実測に近いシミュレーションを行なうこと
ができる。
左心室外膜興奮伝搬等時間図である。図中（Ａ）は実験
による実測結果であり、（Ｂ）は従来の等方向伝搬によ
るシミュレーション結果であり、（Ｃ）は本実施例によ
るシミュレーション結果である。これらの図に示すよう
に本実施例によれば興奮伝搬過程が従来の装置によるよ
りもきわめて実測に近いシミュレーションを行なうこと
ができる。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば興奮の伝搬過程をきわめ
て正確にシミュレートすることができる。
て正確にシミュレートすることができる。
【図１】本発明の全体構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した幾何学的構造作成手段の動作を説
明するための図。
明するための図。
【図３】図１に示した幾何学的構造作成手段に入力する
断面図を説明するための図。
断面図を説明するための図。
【図４】図１に示した離散化手段の動作を説明するため
の図。
の図。
【図５】離散化座標系を示す図。
【図６】幾何学的構造モデルの局所を示す図。
【図７】離散化した断面の一例を示す図。
【図８】１つのセルの電気生理特性を示す図。
【図９】図１に示した幾何学的構造記憶手段と電気生理
特性記憶手段が記憶しているデータの概念図。
特性記憶手段が記憶しているデータの概念図。
【図１０】図１に示した回転異方向性心臓モデル作成手
段の動作を説明するための図。
段の動作を説明するための図。
【図１１】心臓モデルの心筋の各層の繊維平面方向を示
す図。
す図。
【図１２】心臓モデルの１つセルにおける繊維平面方
向、繊維平面の法線方向および繊維方向を示す図。
向、繊維平面の法線方向および繊維方向を示す図。
【図１３】ある層における１つのセルについての繊維層
の法線方向を求める方法を説明するための図。
の法線方向を求める方法を説明するための図。
【図１４】図１に示した演算手段の動作を説明するため
の図。
の図。
【図１５】１つのセルを中心にして伝搬する興奮の到達
範囲を説明するための図。
範囲を説明するための図。
【図１６】左心室外膜に刺激を加えることによる興奮伝
搬の状態を示す図。
搬の状態を示す図。
【図１７】心筋における興奮伝搬速度の異方向性を示す
興奮伝搬等時間図。
興奮伝搬等時間図。
【図１８】各層における心筋の繊維方向を示すための興
奮伝搬等時間図。
奮伝搬等時間図。
１ 幾何学的構造作成手段 ２ 離散化手段 ３ 基本モデル記憶手段 ４ 第１修正手段 ５ 第２修正手段 ６ 回転異方向性
心臓モデル作成手段 ７ 繊維方向記憶手段 ８ 演算手段 ９ 演算結果記憶手段 １０ 表示手段
心臓モデル作成手段 ７ 繊維方向記憶手段 ８ 演算手段 ９ 演算結果記憶手段 １０ 表示手段
Claims (2)
- 【請求項１】 セルが集合して成る３次元心臓モデルの
幾何学的構造データを記憶する幾何学的構造記憶手段
と、前記各セルについての心筋繊維方向のデータを記憶
する繊維方向記憶手段と、前記各セルについての前記心
筋繊維方向およびこの心筋繊維方向に直交する方向のそ
れぞれ異なる興奮伝搬速度に関するデータを含む電気生
理特性データを記憶する電気生理特性記憶手段と、前記
幾何学的構造記憶手段、前記繊維方向記憶手段および前
記電気生理特性記憶手段がそれぞれ記憶しているデータ
に基づいて前記セルの興奮の伝搬過程を演算して求める
演算手段と、この演算手段の演算結果を表示する表示手
段とを具備する心臓電気現象のシミュレータ。 - 【請求項２】 心臓の断面画像を読取る画像読取手段
と、この画像読取手段が読取ったデータに基づいて、セ
ルが集合して成る３次元心臓モデルの幾何学的構造を作
成しこれを幾何学的構造記憶手段に与える幾何学的構造
作成手段とを具備する請求項１記載の心臓電気現象のシ
ミュレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4222857A JPH0663025A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 心臓電気現象のシミュレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4222857A JPH0663025A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 心臓電気現象のシミュレータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0663025A true JPH0663025A (ja) | 1994-03-08 |
Family
ID=16788986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4222857A Pending JPH0663025A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 心臓電気現象のシミュレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0663025A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6162389A (en) * | 1996-09-27 | 2000-12-19 | Kawasaki Steel Corporation | High-strength and high-toughness non heat-treated steel having excellent machinability |
| JP2014206931A (ja) * | 2013-04-15 | 2014-10-30 | 富士通株式会社 | 表示処理プログラム、表示処理方法及び表示処理装置 |
| US10130332B2 (en) | 2013-08-06 | 2018-11-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus of diagnosing cardiac diseases based on modeling of cardiac motion |
| JP2018534957A (ja) * | 2015-09-26 | 2018-11-29 | ボストン サイエンティフィック サイムド，インコーポレイテッドＢｏｓｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｓｃｉｍｅｄ，Ｉｎｃ． | 解剖学的シェル編集用のシステムおよび方法 |
| JP2021512694A (ja) * | 2018-02-12 | 2021-05-20 | セント・ジュード・メディカル，カーディオロジー・ディヴィジョン，インコーポレイテッド | 心筋繊維の向きをマッピングするためのシステム及び方法 |
-
1992
- 1992-08-21 JP JP4222857A patent/JPH0663025A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6162389A (en) * | 1996-09-27 | 2000-12-19 | Kawasaki Steel Corporation | High-strength and high-toughness non heat-treated steel having excellent machinability |
| JP2014206931A (ja) * | 2013-04-15 | 2014-10-30 | 富士通株式会社 | 表示処理プログラム、表示処理方法及び表示処理装置 |
| US10130332B2 (en) | 2013-08-06 | 2018-11-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus of diagnosing cardiac diseases based on modeling of cardiac motion |
| JP2018534957A (ja) * | 2015-09-26 | 2018-11-29 | ボストン サイエンティフィック サイムド，インコーポレイテッドＢｏｓｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｓｃｉｍｅｄ，Ｉｎｃ． | 解剖学的シェル編集用のシステムおよび方法 |
| JP2021512694A (ja) * | 2018-02-12 | 2021-05-20 | セント・ジュード・メディカル，カーディオロジー・ディヴィジョン，インコーポレイテッド | 心筋繊維の向きをマッピングするためのシステム及び方法 |
| US11399763B2 (en) | 2018-02-12 | 2022-08-02 | St. Jude Medical, Cardiology Division, Inc. | System and method for mapping cardiac muscle fiber orientation |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000125 |