JPH10276998A - Simulation system for excitation propagation process - Google Patents

Simulation system for excitation propagation process

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JPH10276998A
JPH10276998A JP9092202A JP9220297A JPH10276998A JP H10276998 A JPH10276998 A JP H10276998A JP 9092202 A JP9092202 A JP 9092202A JP 9220297 A JP9220297 A JP 9220297A JP H10276998 A JPH10276998 A JP H10276998A
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JP
Japan
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excitement
propagation
excitation
time
nodes
Prior art date
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Application number
JP9092202A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeharu Oyu
重治 大湯
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH10276998A publication Critical patent/JPH10276998A/en
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to carry out excitation propagation simulation at a high speed, by equipping a calculation means of time required for excitation propagation to preliminarily calculated the time required for excitation propagation and a means to determine time reaching excitation. SOLUTION: In excitation propagation simulation of the cardiac chamber of a heart, a simulation device has a cardiac chamber model constituting means 21 to constitute the cardiac chamber as a geometric model and an excitation propagation network constituting means 22 to constitute the excitation propagation network comprising node points and branch lines against the cardiac chamber model and to calculate and set the time required for excitation propagation between both ends of each branch line. A calculation means 23 for the time required for excitation propagation preliminarily calculates and sets times required for excitation propagation between all the node points, and an initial value setting means 24-1 sets an initial excitation node points and an initial excitation time. Thus a calculation means 24 for the time for reaching excitation propagation calculates each excitation reaching time to all the node points based on the time required for excitation propagation, the initial excitation node point, and the initial excitation time.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、組織を複数の点
からなる構造体としてモデル化し、各点における興奮伝
播到達時刻を算出して、前記組織の興奮伝播過程をシミ
ュレートする興奮伝播過程のシミュレーション装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an excitement propagation process which simulates the excitement propagation process of the tissue by modeling the tissue as a structure composed of a plurality of points, calculating the excitement propagation arrival time at each point. The present invention relates to a simulation device.

【0002】[0002]

【従来の技術】心臓、脳、神経等の組織の興奮の伝播す
る過程をシミュレートする興奮伝播シミュレーションを
グラフ理論の最短経路問題に置き換え、最短経路問題を
高速に解くアルゴリズムであるダイクストラ法を使用し
て、興奮伝播シミュレーションを行う方法が特願平7−
98791号において提案されている。この方法では興
奮は節点とこれらの節点から近傍の節点へ枝線( 辺 )を
接続して構成されたネットワークを通して伝播すると近
似する。すなわち、心臓などの興奮性を持つ組織の興奮
伝播を複数の節点と近隣の節点どうしを接続する枝線
(興奮伝播路 )により構成されたネットワークによりモ
デル化し、ネットワークの各枝線には両端間を興奮が伝
播する所要時間を設定する。
2. Description of the Related Art Excitement propagation simulation, which simulates the process of excitement propagation in tissues such as the heart, brain, and nerves, is replaced with the shortest path problem of graph theory, and the Dijkstra method, which is an algorithm for solving the shortest path problem at high speed, is used. Then, a method of performing an excitement propagation simulation is disclosed in
No. 98791. In this method, the excitement is approximated as propagating through a network consisting of nodes and branches (edges) connected from these nodes to nearby nodes. In other words, the excitement propagation of an excitable tissue such as the heart is a branch line connecting multiple nodes to neighboring nodes.
(Excitement Propagation Path) The model is modeled by a network composed of (excitation propagation paths), and the time required for excitation to propagate between both ends is set for each branch of the network.

【0003】各枝線に設定された興奮伝播所要時間を各
枝線の距離と考えれば、ある節点から出発した興奮がど
のように伝播するかをシミュレートする興奮伝播シミュ
レーションは、ある節点から他の全ての節点までの最短
距離を求める最短経路問題に置き換えることができる。
[0003] Considering the time required for excitement propagation set for each branch line to be the distance of each branch line, an excitement propagation simulation that simulates how the excitement starting from a certain node propagates from a certain node to another node. Can be replaced with the shortest path problem of finding the shortest distance to all nodes.

【0004】また、前述の特願平7−98791号で
は、組織表面上で測定した電位分布(磁場分布 )から組
織内部の電気現象( 構造 )を推定する逆問題への応用も
言及しており、予めモデルに定めたパラメータ( 興奮出
発点の位置、興奮伝播速度分布、活動電位振幅分布など
)を使用して興奮伝播シミュレーション及び電位計算、
磁場計算を行って、体表面電位図や生体外磁場分布を計
算し、実際に測定した体表面電位図や生体外磁場分布と
の差が最小になるようなパラメータを最適化手法を使用
して推定する方法が示されている。
The above-mentioned Japanese Patent Application No. 7-98791 mentions an application to an inverse problem for estimating an electric phenomenon (structure) inside a tissue from a potential distribution (magnetic field distribution) measured on a tissue surface. , Parameters determined in advance in the model (excitation starting point position, excitation propagation velocity distribution, action potential amplitude distribution, etc.
) Using excitation propagation simulation and potential calculation,
Perform a magnetic field calculation, calculate the body surface potential map and the in vitro magnetic field distribution, and use the optimization method to optimize the parameters that minimize the difference from the actually measured body surface potential map and the in vitro magnetic field distribution An estimation method is shown.

【0005】興奮伝播シミュレーションを逆問題に応用
する場合、測定された体表面電位図や生体外磁場分布と
計算により求めた体表面電位図や生体外磁場分布の差が
小さくなるまで、興奮伝播シミュレーションを多数回(
例えば10万回 )繰り返す必要がある。
[0005] When the excitation propagation simulation is applied to the inverse problem, the excitation propagation simulation is performed until the difference between the measured body surface potential diagram or the in vitro magnetic field distribution and the calculated body surface potential diagram or the in vitro magnetic field distribution becomes small. Many times (
For example, 100,000 times).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の方法では興奮伝
播シミュレーション1回毎にダイクストラ法による最短
経路問題の計算を行う必要があり、このために逆問題を
解くためには膨大な時間がかかるという問題があった。
また、ダイクストラ法による最短経路問題の計算のアル
ゴリズムは多くの部分が順次進められる必要があるため
に、並列計算機を使用した場合でも複数のプロセッサユ
ニットを使用するように実装できないという問題があっ
た。また、アルゴリズムに単純な繰り返し計算が少ない
ためにベクトル演算器を使用した高速化も効果が少ない
という問題があった。
In the conventional method, it is necessary to calculate the shortest path problem by the Dijkstra method each time the excitation propagation simulation is performed, and it takes an enormous amount of time to solve the inverse problem. There was a problem.
Also, since the algorithm for calculating the shortest path problem by the Dijkstra method requires a large number of parts to be sequentially advanced, there is a problem that even if a parallel computer is used, it cannot be implemented to use a plurality of processor units. Further, there is a problem that the speedup using the vector computing unit has little effect because the algorithm has few simple repetitive calculations.

【0007】そこでこの発明は、興奮伝播シミュレーシ
ョンを繰り返し行う場合に、高速に興奮伝播シミュレー
ションを行うことができる興奮伝播過程のシミュレーシ
ョン装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a simulation apparatus for an excitement propagation process capable of performing an excitement propagation simulation at a high speed when repeatedly performing an excitement propagation simulation.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1対応の発明は、
組織を複数の点からなる構造体としてモデル化し、各点
における興奮伝播到達時刻を算出して、組織の興奮伝播
過程をシミュレートする興奮伝播過程のシミュレーショ
ン装置において、各点のうちの初期興奮点となり得る点
と興奮が伝播し得る全ての点との間の興奮伝播所要時間
を予め求めておく興奮伝播所要時間計算手段と、与えら
れた各初期興奮点となった点から他の全ての各点につい
て該当する興奮伝播所要時間を興奮開始時刻に加えて他
の全ての各点の興奮到達候補時刻を算出する候補時刻算
出手段と、この候補時刻算出手段により算出した興奮到
達候補時刻の中で最も早い時刻をその点での興奮到達時
刻とする興奮到達時刻決定手段とを設けたものである。
The invention corresponding to claim 1 is:
An excitement propagation process simulation device that models the tissue as a structure composed of a plurality of points, calculates the excitement propagation arrival time at each point, and simulates the excitement propagation process of the tissue. Excitation propagation time calculation means for obtaining in advance the excitation propagation time required between the points that can be excitable and all points at which excitement can propagate, and all other excitation excursion points from the given initial excitement point Candidate time calculating means for calculating the excitation arrival candidate time of all other points by adding the excitation propagation required time corresponding to the point to the excitation start time; and among the excitation arrival candidate times calculated by the candidate time calculating means, An excitement reaching time determining means for setting the earliest time to the excitement reaching time at that point.

【0009】請求項2対応の発明は、請求項1対応の発
明において、興奮到達時刻決定手段で得られた結果から
組織の表面の電位又は組織外部の磁場を計算する電位磁
場計算手段と、組織のモデルに対してパラメータを設定
するパラメータ設定手段と、このパラメータ設定手段に
より設定されたパラメータの最適値を求めるパラメータ
探索手段とを設けたものである。請求項3対応の発明
は、請求項1及び請求項2のいずれか1項対応の発明に
おいて、組織を複数の節点及びこれらの各節点から近傍
の節点へ枝線を接続して構成されたネットワークにより
モデル化するものである。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a potential magnetic field calculating means for calculating a potential on the surface of the tissue or a magnetic field outside the tissue from the result obtained by the excitation arrival time determining means, Parameter setting means for setting parameters for the model and a parameter search means for obtaining an optimum value of the parameter set by the parameter setting means. According to a third aspect of the present invention, there is provided the network according to any one of the first and second aspects, wherein the network is configured by connecting a plurality of nodes and branch lines from each of these nodes to a nearby node. Is modeled by

【0010】請求項4対応の発明は、請求項1乃至請求
項3のいずれか1項対応の発明において、初期興奮点と
なり得る点は、興奮が伝播され得る点を全て含むもので
ある。
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the points that can be the initial excitement point include all points where the excitement can be transmitted.

【0011】請求項5対応の発明は、請求項1乃至請求
項4のいずれか1項対応の発明において、興奮伝播所要
時間計算手段は、ウォーシャルフロイド法を使用して興
奮伝播所要時間を計算するものである。請求項6対応の
発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか1項対応の発
明において、興奮伝播所要時間計算手段は、ダイクスト
ラ法を使用して興奮伝播所要時間を計算するものであ
る。
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the excitement propagation time calculating means calculates the excitement propagation time using the Warshall Floyd method. Is what you do. According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the excitation propagation time calculating means calculates the excitation propagation time using the Dijkstra method.

【0012】請求項7対応の発明は、請求項1乃至請求
項6のいずれか1項対応の発明において、組織を複数の
ユニットに分割して隣接するユニット間で興奮が伝播す
ると定義するセル分割モデルでモデル化するものであ
る。請求項8対応の発明は、請求項1乃至請求項6のい
ずれか1項対応の発明において、組織を複数の四面体に
より構成し、四面体の頂点にパラメータを設定する四面
体分割心臓モデルでモデル化するものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the cell division according to any one of the first to sixth aspects, wherein the tissue is divided into a plurality of units and excitement is propagated between adjacent units. It is modeled by a model. The invention according to claim 8 is the tetrahedron-divided heart model according to any one of claims 1 to 6, wherein the tissue is constituted by a plurality of tetrahedrons, and parameters are set at vertices of the tetrahedron. To model.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、この発明の第1の実施の形
態を図1乃至図6を参照して説明する。図1は、この発
明を適用した興奮伝播過程のシミュレーション装置( パ
ーソナルコンピュータ )の要部回路構成を示すブロック
図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a main part of a simulation device (personal computer) of an excitement propagation process to which the present invention is applied.

【0014】1は、制御部本体を構成するCPU(centr
al processing unit )である。このCPU1が行う処理
のプログラムデータが記憶されたROM(read only mem
ory)2、前記CPU1が処理を行う時に使用する各種メ
モリのエリアが形成されたRAM(random access memor
y)3、通信回線や外部装置( 例えばプリンタ )等と接続
されるI/Oポート4は、それぞれシステムバス5を介
して前記CPU1と接続されている。また前記CPU1
は前記システムバス5を介して、例えばフロッピーディ
スク装置やハードディスク装置等の記憶装置6とのデー
タの伝送制御を行う記憶装置インターフェイス7、キー
ボード8とのデータの伝送制御を行うキーボードインタ
ーフェイス9、心電図や心磁図等や各種データを表示す
る表示器10を制御する表示コントローラ11と接続さ
れている。以上の構成は以降の実施の形態でも使用され
る。
Reference numeral 1 denotes a CPU (centr) constituting a control unit main body.
al processing unit). ROM (read only mem) in which program data of processing performed by the CPU 1 is stored.
ory) 2, a RAM (random access memory) in which various memory areas used when the CPU 1 performs processing are formed.
y) 3, I / O ports 4 connected to communication lines, external devices (for example, printers), etc., are connected to the CPU 1 via a system bus 5 respectively. The CPU 1
A storage device interface 7 for controlling data transmission with a storage device 6 such as a floppy disk device or a hard disk device via the system bus 5; a keyboard interface 9 for controlling data transmission with a keyboard 8; It is connected to a display controller 11 that controls a display 10 that displays a magnetocardiogram and various data. The above configuration is used in the following embodiments.

【0015】この第1の実施の形態では、興奮性を持つ
組織の例として心臓の心室の興奮伝播シミュレーション
の例で説明する。図2は、この第1の実施の形態の興奮
伝播過程のシミュレーション装置の要部機能構成を示す
ブロック図である。このシミュレーション装置は、心室
を幾何学的なモデルとして構成する心室モデル構成手段
21と、この心室モデル構成手段21により構成された
心室モデルに対して節点及び枝線からなる興奮伝播ネッ
トワークを構成すると共に各枝線の両端間の興奮伝播所
要時間を計算・設定する興奮伝播ネットワーク構成手段
22と、この興奮伝播ネットワークにおける全ての( 近
接した節点間だけでなく )節点間における興奮伝播所要
時間を予め計算・設定する興奮伝播所要時間計算手段2
3と、初期興奮節点及び初期興奮時刻を設定する初期値
設定手段24-1と、前記興奮伝播所要時間計算手段23
により設定された興奮伝播所要時間及び前記初期値設定
手段24-1により設定された初期興奮節点及び初期興奮
時刻に基づいて全ての節点のそれぞれの興奮到達時刻を
計算する興奮到達時刻計算手段24とから構成されてい
る。
In the first embodiment, an example of an excitation propagation simulation of a ventricle of the heart will be described as an example of an excitable tissue. FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of a main part of the simulation apparatus of the excitement propagation process according to the first embodiment. This simulation apparatus constitutes a ventricular model constructing means 21 for constructing a ventricle as a geometric model, and an excitement propagation network comprising nodes and branches for the ventricular model constituted by the ventricular model constructing means 21. Excitement propagation network construction means 22 for calculating and setting the required excitation propagation time between both ends of each branch line, and the required excitation propagation time between all (not only adjacent nodes) in this excitation propagation network is calculated in advance.・ Set excitement propagation time required calculation means 2
3, an initial value setting means 24-1 for setting an initial excitement node and an initial excitement time;
Excitement arrival time calculation means 24 which calculates the respective excitement arrival times of all the nodes based on the excitement propagation time set by the above and the initial excitement nodes and the initial excitement times set by the initial value setting means 24-1. It is composed of

【0016】前記心室モデル構成手段21は、図3に示
すように、心室形状を多数の四面体によって表現された
心室モデルを構成する。なお、図3( a )は右心室壁の
モデルを示すものであり、図3( b )は左心室のモデル
を示すもので、図3( c )は心室全体のモデルを示す斜
視図である。この心室モデルの各頂点には、それぞれ興
奮伝播速度テンソルを設定する。この興奮伝播速度テン
ソルは、心筋繊維に沿う方向に興奮が速く伝播し、直交
する方向には遅く伝播するという興奮伝播の非等方性を
表現するもので、興奮伝播速度テンソルSの均質な心筋
の一点から興奮が開始したとき、その点からベクトルt
の方向への興奮伝播速度vは、次の( 式1 )
The ventricle model construction means 21 constructs a ventricle model in which the shape of the ventricle is represented by a large number of tetrahedrons, as shown in FIG. FIG. 3A shows a model of the right ventricle wall, FIG. 3B shows a model of the left ventricle, and FIG. 3C is a perspective view showing a model of the entire ventricle. . An excitation propagation speed tensor is set at each vertex of the ventricle model. This excitation propagation velocity tensor expresses the anisotropy of excitation propagation, in which excitation propagates rapidly along the direction of the myocardial fiber and propagates slowly in the orthogonal direction. When the excitement starts from one point, the vector t
The excitation propagation velocity v in the direction of is expressed by the following (Equation 1)

【0017】[0017]

【数1】 により与えられる楕円体状になる。この興奮伝搬速度テ
ンソルは2階の対称テンソルであり3×3の対称行列で
表現される。
(Equation 1) Results in an ellipsoidal shape given by This excitation propagation velocity tensor is a second-order symmetric tensor and is represented by a 3 × 3 symmetric matrix.

【0018】前記興奮伝播ネットワーク構成手段22
は、実際の心臓においては興奮は心臓の実質中を波面状
に伝播する本来は連続な興奮伝播を、興奮が経路を通し
て伝播すると近似する興奮伝播ネットワークを構成す
る。
The excitement propagation network forming means 22
In an actual heart, excitation forms an excitation propagation network which is essentially continuous excitation propagation that propagates in a wavefront shape in the heart parenchyma, and approximates that excitation propagates through a path.

【0019】まず最初に、心筋中に多数の代表点( 以
下、節点と称する )を設け、近接する節点どうしを枝線
で結ぶ。枝線で結ばれる節点をどのように選ぶかを説明
したのが図4である。図4は説明のため2次元で表現さ
れているが、図4中の太線の三角形が図3に示す1つの
四面体に対応する。太線の三角形( 四面体 )の各枝をN
等分した点に新たな点を設け、それら全ての点どうしを
枝で結ぶ。最初に設けた代表点と新たに作成した点を興
奮伝播ネットワークの節点とし、最初の四面体の枝と新
たに作成した枝を興奮伝播ネットワークの枝線とする。
このように作成した興奮伝播ネットワークの枝線の上の
みを興奮が伝播できると近似するのであるが、興奮伝播
ネットワークを十分多くの節点により構成し、さらに1
つの節点に多数の枝線を接続させることにより、心筋中
の連続な興奮伝播を精度良く近似することができる。
First, a number of representative points (hereinafter referred to as nodes) are provided in the myocardium, and adjacent nodes are connected by branch lines. FIG. 4 illustrates how to select nodes connected by branch lines. Although FIG. 4 is expressed in two dimensions for the sake of explanation, a thick triangle in FIG. 4 corresponds to one tetrahedron shown in FIG. Each branch of a thick triangle (tetrahedron) is N
A new point is set at the equally divided points, and all the points are connected by branches. The initially provided representative point and the newly created point are the nodes of the excitement propagation network, and the first tetrahedron branch and the newly created branch are the branch lines of the excitation propagation network.
It is approximated that the excitement can be propagated only on the branch line of the excitement propagation network created as described above.
By connecting many branch lines to one node, continuous excitation propagation in the myocardium can be accurately approximated.

【0020】次に、興奮伝播ネットワークの各枝線の両
端間の興奮伝播所要時間を全て計算し、各枝線に与えて
興奮伝播ネットワークを完成させる。枝線の両端間の興
奮伝播所要時間rijを計算するには、次式の( 式2 )を
使用する。
Next, the time required for excitement propagation between both ends of each branch of the excitement propagation network is all calculated and given to each branch to complete the excitement propagation network. The following equation (Equation 2) is used to calculate the required excitation propagation time r ij between both ends of the branch line.

【0021】[0021]

【数2】 (Equation 2)

【0022】ここで、xi 及びxj はi番目及びj番目
の節点を接続する枝線の両端の位置ベクトルであり、S
は前述した興奮伝搬速度テンソル、sは積分変数であ
る。( 式2 )の積分を台形公式( シンプソン積分公式 )
を使用して数値積分を行い、枝線の両端間の興奮伝播所
用時間rijを計算する。
Here, x i and x j are position vectors at both ends of the branch line connecting the i-th and j-th nodes.
Is the aforementioned excitation propagation velocity tensor, and s is the integration variable. The integral of (Equation 2) is trapezoidal (Simpson integral formula)
Is used to perform numerical integration to calculate a time r ij required for excitation propagation between both ends of the branch line.

【0023】前記興奮伝播所要時間計算手段23は、前
述した枝線の両端間の興奮伝播所要時間rijに基づい
て、任意の節点から他の全ての節点への興奮伝播所要時
間aijを求めるものである。心室の興奮伝播をネットワ
ークにより近似することにより、興奮伝播仮定をシミュ
レートする問題をネットワークの最短経路( 最短時間経
路 )を解く問題に置き換えることができ、ウォーシャル
フロイド法などの公知のアルゴリズムを使用して効率良
く解くことができる。
The required excitation propagation time calculating means 23 calculates the required excitation propagation time a ij from an arbitrary node to all other nodes based on the aforementioned required excitation propagation time r ij between both ends of the branch line. Things. By approximating the ventricular excitation propagation with a network, the problem that simulates the excitation propagation assumption can be replaced with the problem that solves the shortest path (shortest path) of the network, using a known algorithm such as the Warshall Floyd method Can be solved efficiently.

【0024】ここでは、最短経路問題を効率良く得方法
の1つとして知られるウォーシャルフロイド法を使用す
る例について説明する。前記興奮伝播所要時間計算手段
23は、節点は全部でN個とし、各節点をi及びjのよ
うに記載する。i、jは節点番号で1からNまでの値を
とり、節点iから興奮が出発し、節点jへ興奮が到達す
るのに必要な興奮伝播所要時間aijを、次の興奮伝播所
要時間計算処理を行うことにより求める。図5は、前記
CPU1( 興奮伝播所要時間計算手段23 )が行う興奮
伝播所要時間計算処理の流れを示す図である。
Here, an example in which the Warshall Floyd method known as one of the methods for efficiently obtaining the shortest path problem will be described. The excitement propagation time calculation means 23 has N nodes in total, and describes each node as i and j. i and j are the node numbers from 1 to N, and the excitement starts from the node i and the excitement propagation time a ij required for the excitement to reach the node j is calculated by the next excitement propagation time calculation. Determined by performing processing. FIG. 5 is a diagram showing the flow of the required excitation propagation time calculation processing performed by the CPU 1 (excitation propagation required time calculation means 23).

【0025】まず、ステップ1( ST1 )の処理とし
て、節点iと節点jとの間が枝線により接続されている
か否かを判断する。節点iと節点jとの間が枝線により
接続されていると判断すると、興奮伝播所要時間aij
ijと設定し、また、節点iと節点jとの間が枝線によ
り接続されていないと判断すると、興奮伝播所要時間a
ij=∞と設定する。このaijの設定を終了すると、全て
のi,j( =1,2,…,N )についてaijの設定が終
了したか否かを判断する。ここで、全てのi,jについ
てaijの設定は終了していないと判断すると、再び前述
のステップ1の処理へ戻るようになっている。
First, as a process of step 1 (ST1), it is determined whether or not the nodes i and j are connected by a branch line. If it is determined that the node i and the node j are connected by a branch line, the excitation propagation time a ij =
r ij, and if it is determined that the nodes i and j are not connected by a branch line, the excitation propagation time a
Set ij = ∞. Upon completion of the setting of the a ij, all i, j (= 1,2, ... , N) set in a ij to determine whether or not it is completed for. If it is determined that the setting of a ij has not been completed for all i and j, the process returns to the above-described step 1 again.

【0026】また、全てのi,jについてaijの設定が
終了したと判断すると、hに対して初期値としての1を
設定する。次にステップ2( ST2 )の処理として、a
ijの値はaih+ahjの値以下( aij≦aih+ahj )か否
かを判断する。aijの値はaih+ahjの値以下であると
判断すると、aij=aijと設定し、また、aijの値はa
ih+ahjの値以下ではない、すなわち、aijの値はaih
+ahjの値より大きいと判断すると、aij=aih+ahj
と設定する。このaijの設定を終了すると、全てのi,
j( =1,2,…,N )についてaijの設定が終了した
か否かを判断する。ここで、全てのi,jについてaij
の設定が終了していないと判断すると、再び前述のステ
ップ2の処理へ戻るようになっている。
When it is determined that the setting of aij has been completed for all i and j, 1 is set to h as an initial value. Next, as the process of step 2 (ST2), a
It is determined whether or not the value of ij is less than or equal to the value of a ih + a hj (a ij ≦ a ih + a hj ). If it is determined that the value of a ij is equal to or smaller than the value of a ih + a hj , a ij is set to a ij = a ij, and the value of a ij is a
ih + a following not the value of hj, i.e., the value of a ij is a ih
+ A hj is determined to be larger than a ij = a ih + a hj
Set as When the setting of a ij is completed, all i,
It is determined whether or not the setting of a ij has been completed for j (= 1, 2,..., N). Here, a ij for all i and j
When it is determined that the setting has not been completed, the process returns to the above-described step 2 again.

【0027】また、全てのi,jについてaijの設定が
終了したと判断すると、hがNに等しいか否かを判断す
る。ここで、hがNに等しくない( hがNより小さい )
と判断すると、hにh+1を設定する+1加算更新処理
を行い、再び前述のステップ2の処理へ戻るようになっ
ている。また、hがNに等しいと判断すると、この興奮
伝播所要時間計算処理を終了するようになっている。
When it is determined that the setting of aij has been completed for all i and j, it is determined whether or not h is equal to N. Where h is not equal to N (h is less than N)
When it is determined that h + 1 is set to h + 1, a +1 addition update process is performed, and the process returns to the above-described step 2 again. Further, when it is determined that h is equal to N, the processing for calculating the required time for exciting propagation is ended.

【0028】前記初期値設定手段24-1により、心室モ
デルの節点の中で、左心室、右心室の内壁に相当する節
点を初期興奮節点と設定する。初期興奮節点は全部でL
個(L≦N )とし、それらの節点をPk ( k=1,…,
L )とする。この第1の実施の形態の場合、心室モデル
の節点を基にして興奮伝播ネットワークの節点を多数生
成しているので、実際的にはLはNに対して数分の1程
度の値になる。
The initial value setting means 24-1 sets the nodes corresponding to the inner walls of the left ventricle and the right ventricle among the nodes of the ventricle model as the initial excitation nodes. Initial excitement nodes are all L
(L ≦ N), and their nodes are P k (k = 1,...,
L). In the case of the first embodiment, since a large number of nodes of the excitation propagation network are generated based on the nodes of the ventricular model, L is actually a value that is about several times smaller than N. .

【0029】前記興奮到達時刻計算手段24は、kは1
からLの値をとり、pk は1からNの値をとり、初期興
奮節点Pk の興奮開始時刻がtpkとして与えられたと
き、pk も含む全ての節点の興奮到達時刻ti を、次の
興奮到達時刻計算処理を行うことにより求める。図6
は、前記CPU1( 興奮到達時刻計算手段24 )が行う
興奮到達時刻計算処理の流れを示す図である。
The excitement arrival time calculating means 24 calculates that k is 1
Takes a value of L from, p k has a value of from 1 N, when the excitation start time of the initial excitement node P k is given as t pk, excitement arrival time t i for all nodes, including also p k , By performing the next excitement arrival time calculation process. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a flow of an excitement arrival time calculation process performed by the CPU 1 (excitation arrival time calculation means 24).

【0030】まず、ステップ3( ST3 )の処理とし
て、初期値設定手段24-1により節点iは初期興奮節点
として設定されたか否かを判断する。節点iは初期興奮
節点として設定されたと判断すると、その節点iにおけ
る興奮到達時刻ti =tpkと設定し、また、節点iは初
期興奮節点として設定されていないと判断すると、興奮
到達時刻ti =∞と設定する。このti の設定を終了す
ると、全てのiについてti の設定が終了したか否かを
判断する。ここで、全てのiについてti の設定は終了
していないと判断すると、再び前述のステップ3の処理
へ戻るようになっている。
First, as a process of step 3 (ST3), it is determined whether or not the node i has been set as an initial excitation node by the initial value setting means 24-1. If it is determined that the node i is set as the initial excitement node, the excitement arrival time t i = t pk at that node i is set. If it is determined that the node i is not set as the initial excitement node, the excitement arrival time t Set i = ∞. Upon completion of the setting of the t i, the setting of the t i for all i to determine whether or not it is completed. Here, if it is determined that the setting of t i has not been completed for all i, the process returns to the above-described step 3 again.

【0031】また、全てのiについてti の設定が終了
したと判断すると、ステップ4( ST4 )の処理とし
て、ti の値はtpk+apki の値以下( ti ≦tpk+a
pki )か否かを判断する。ti の値はtpk+apki の値
以下であると判断すると、ti =ti と設定し、また、
i の値はtpk+apki の値以下ではない、すなわち、
i の値はtpk+apki の値より大きいと判断すると、
i =tpk+apki と設定する。このti の設定を終了
すると、全てのi,kについて( 全てのi,kの組合わ
せに対して )、ti の設定が終了したか否かを判断す
る。ここで、全てのi,kについてti の設定が終了し
ていないと判断すると、再び前述のステップ4の処理へ
戻るようになっている。また、全てのi,kについてt
i の設定が終了したと判断すると、この興奮到達時刻計
算処理を終了するようになっている。
If it is determined that t i has been set for all i , the value of t i is equal to or less than the value of t pk + a pki (t i ≦ t pk + a) in step 4 (ST4).
pki ). If it is determined that the value of t i is equal to or less than the value of t pk + a pki , t i = t i is set, and
The value of t i is not less than the value of t pk + a pki , ie,
If it is determined that the value of t i is greater than the value of t pk + a pki ,
Set t i = t pk + a pki . Upon completion of the setting of the t i, all i, the k (all i, with respect to the combination of k), setting the t i is termination decision. If it is determined that the setting of t i has not been completed for all i and k, the process returns to step 4 again. Also, for all i and k, t
When it is determined that the setting of i has been completed, the excitement arrival time calculation processing is terminated.

【0032】このようにこの第1の実施の形態によれ
ば、興奮伝播所要時間計算手段23を設け、興奮伝播ネ
ットワーク構成手段により構成された枝線の両端間の興
奮伝播所要時間rijに基づいて任意の節点から他の全て
の節点への興奮伝播所要時間aijを予め求めておき、こ
のaijに基づいて興奮到達時刻計算手段24が興奮到達
時刻を計算することにより、興奮到達時刻計算手段24
における計算時間を大幅に短縮することができる。従っ
て、興奮伝播シミュレーションを複数回行うときには、
興奮到達時刻計算手段24の計算だけで済むため、興奮
伝播シミュレーション全体で必要とする時間を短縮する
ことができる。
As described above, according to the first embodiment, the excitation propagation time required calculating means 23 is provided, and the excitation propagation time r ij between both ends of the branch line constituted by the excitation propagation network forming means is provided. The required excitement propagation time a ij from any node to all the other nodes is calculated in advance, and the excitement arrival time calculation means 24 calculates the excitement arrival time based on this a ij , whereby the excitement arrival time is calculated. Means 24
Can greatly reduce the calculation time. Therefore, when performing the excitement propagation simulation multiple times,
Since only the excitement arrival time calculation means 24 needs to calculate, the time required for the entire excitement propagation simulation can be reduced.

【0033】また、ダイクストラ法により興奮到達時刻
を求める方法と同様な結果を得ることができ、ダイクス
トラ法を使用した場合およそN2 に比例する計算量が必
要であり、しかもアルゴリズムが複雑で最も内側のルー
プ内の計算内容も複雑なのに対し、この第1の実施の形
態ではLはNの数分の1の値なので、ダイクストラ法を
使用した場合の計算量に対して、この第1の実施の形態
の興奮到達時刻の計算は数分の1以下の計算量で実行で
きる。従って、同じ興奮伝播ネットワークに対して、初
期興奮節点や初期興奮節点の興奮開始時刻が異なる興奮
到達時刻を多数回、計算する場合、計算に要する時間を
大幅に短縮することができる。
Further, the same result as that of the method of determining the time of arrival of excitement by the Dijkstra method can be obtained. When the Dijkstra method is used, a calculation amount proportional to approximately N 2 is required, and the algorithm is complicated and the innermost In the first embodiment, since L is a fraction of N, the calculation content in the loop of the first embodiment is complicated. The calculation of the excitement arrival time of the form can be executed with a calculation amount of a fraction or less. Therefore, in the case of calculating a large number of times at which the initial excitation nodes and the excitation start times of the initial excitation nodes differ from each other for the same excitation propagation network, the time required for the calculation can be greatly reduced.

【0034】さらに、この第1の実施の形態の興奮到達
時刻の計算アルゴリズムは処理全体をN個あるいはL個
に分割して独立に計算できるため、並列計算機を使用し
た場合、効率良く処理を分散させることができる。ま
た、同様の理由で効率良くベクトル演算器を使用させる
ことができる。従って、計算量の減少による計算時間の
短縮に加え、並列計算機やベクトル演算器を使用した場
合に、計算に要する時間をさらに短縮することができ
る。また並列計算機やベクトル演算器を使用しない場合
でも、処理が単純な繰り返し演算であるため、パイプラ
イン処理、キャッシュメモリ、レジスタなどの計算機の
持つ高速化手段を効率良く稼働させるように実装するこ
とができるので、並列計算機やベクトル演算器を使用し
ない場合であっても、計算量の減少による計算時間の短
縮以上に、計算に要する時間をさらに短縮することがで
きる。
Further, the algorithm for calculating the time of arrival of excitement according to the first embodiment can divide the entire processing into N or L pieces and calculate independently, so that when a parallel computer is used, the processing can be efficiently distributed. Can be done. Further, for the same reason, the vector computing unit can be used efficiently. Therefore, in addition to shortening the calculation time due to the reduction in the amount of calculation, it is possible to further reduce the time required for calculation when using a parallel computer or a vector operation unit. Even when a parallel computer and a vector computing unit are not used, since the processing is a simple repetitive operation, it is possible to implement the high-speed means of the computer such as pipeline processing, cache memory, registers, etc. so as to operate efficiently. Therefore, even when a parallel computer or a vector computing unit is not used, the time required for the calculation can be further reduced more than the reduction in the calculation time due to the reduction in the amount of calculation.

【0035】この発明の第2の実施の形態を図7を参照
して説明する。上述した第1の実施の形態による興奮伝
播シミュレーション方法を、測定したい心磁図から心室
内壁の初期興奮時刻分布を推定する逆問題に応用する例
を示す。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. An example in which the above-described excitation propagation simulation method according to the first embodiment is applied to an inverse problem of estimating an initial excitation time distribution of an intraventricular wall from a magnetocardiogram to be measured.

【0036】図7は、この第2の実施の形態のシミュレ
ーション装置の要部機能構成を示すブロック図である。
このシミュレーション装置は、心室を幾何学的なモデル
として構成する心室モデル構成手段31と、この心室モ
デル構成手段31により構成された心室モデルに対して
節点及び枝線からなる興奮伝播ネットワークを構成する
と共に各枝線の両端間の興奮伝播所要時間を計算・設定
する興奮伝播ネットワーク構成手段32と、この興奮伝
播ネットワークにおける全ての( 近接した節点間だけで
なく )節点間における興奮伝播所要時間を予め計算・設
定する興奮伝播所要時間計算手段33と、後述するパラ
メータ探索手段34と、逆問題解析を行いたい対象とな
る心磁図( 例えば実際に測定した結果の心磁図、課題心
磁図 )を前記パラメータ探索手段34へ出力する心磁図
測定結果設定手段35と、推定した初期興奮部位と興奮
開始時刻を表示する推定結果表示手段36とから構成さ
れている。
FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of a main part of the simulation apparatus according to the second embodiment.
This simulation apparatus forms a ventricle model forming means 31 for forming a ventricle as a geometric model, and an excitation propagation network comprising nodes and branches for the ventricle model formed by the ventricular model forming means 31. Excitement propagation network composing means 32 for calculating and setting the required excitement propagation time between both ends of each branch line, and pre-calculates the required excitement propagation time between all (not only between adjacent nodes) in this excitement propagation network A set excitation propagation time calculation unit 33, a parameter search unit 34 described later, and a parameter search for a magnetocardiogram to be subjected to inverse problem analysis (for example, a magnetocardiogram actually obtained as a result of measurement, a task magnetocardiogram). Displaying the magnetocardiogram measurement result setting means 35, which is output to the means 34, and the estimated initial excitation site and the excitation start time. And a constant result displaying means 36..

【0037】前記心室モデル構成手段31は、第1の実
施の形態と同様に、多数の四面体により心室形状を表現
し、心室モデルの各節点に、第1の実施の形態の興奮伝
播速度テンソルに加えて、導電率テンソル及び活動電位
振幅を設定する。導電率テンソルは導電率の非等方性を
表現するためのもので、結晶構造を持つ物質の導電率非
等方性を表現するためなどに良く使用される。導電率テ
ンソルも興奮伝播速度テンソルと同様に2階の対称テン
ソルであり、3×3の対称行列で表現される。
As in the first embodiment, the ventricle model structuring means 31 represents the ventricle shape by a large number of tetrahedrons, and each node of the ventricle model has the excitation propagation velocity tensor of the first embodiment. In addition, the conductivity tensor and the action potential amplitude are set. The conductivity tensor is for expressing the anisotropy of conductivity, and is often used for expressing the conductivity anisotropy of a substance having a crystal structure. The conductivity tensor is also a second-order symmetric tensor like the excitation propagation speed tensor, and is represented by a 3 × 3 symmetric matrix.

【0038】前記興奮伝播ネットワーク構成手段32及
び前記興奮伝播所要時間計算手段33は、上述した第1
の実施の形態と同一の構成となっているので、ここでは
その説明は省略する。
The excitement propagation network composing means 32 and the excitement propagation required time calculating means 33 are provided by the first
Since the configuration is the same as that of the embodiment, description thereof is omitted here.

【0039】前記パラメータ探索手段34は、初期興奮
節点及び初期興奮時刻を設定する初期パラメータ設定手
段34-1と、前記興奮伝播所要時間計算手段33により
設定された興奮伝播所要時間及び前記初期パラメータ設
定手段34-1により設定された初期興奮節点及び初期興
奮時刻に基づいて全ての節点のそれぞれの興奮到達時刻
を計算する興奮到達時刻計算手段34-2と、前記心室モ
デル構成手段により設定された導電率テンソル及び活動
電位振幅及び前記興奮到達時刻計算手段34-2により計
算された全ての節点のそれぞれの興奮到達時刻に基づい
て心臓の表面の磁場を計算して心磁図( 推定心磁図 )を
作成する磁場計算手段34-3と、前記心磁図測定結果設
定手段35からの課題心磁図と前記磁場計算手段34-3
からの推定心磁図とを比較してその差を評価する収束判
定手段34-4と、この収束判定手段34-4により評価さ
れた課題心磁図と推定心磁図との差を小さくするように
前記初期パラメータ設定手段34-1により設定されるパ
ラメータ( ここでは、初期興奮節点及び初期興奮時刻 )
を変更するパラメータ変更手段34-5とから構成されて
いる。
The parameter search means 34 includes an initial parameter setting means 34-1 for setting an initial excitement node and an initial excitement time, and an excitement propagation time set by the excitement propagation time calculation means 33 and the initial parameter setting. An excitation arrival time calculating means 34-2 for calculating the respective excitation arrival times of all the nodes based on the initial excitation nodes and the initial excitation times set by the means 34-1; and the conduction set by the ventricular model construction means. A magnetic field on the surface of the heart is calculated based on the rate tensor, the action potential amplitude, and the respective excitation arrival times of all the nodes calculated by the excitation arrival time calculating means 34-2 to create a magnetocardiogram (estimated magnetocardiogram). Magnetic field calculation means 34-3, the subject magnetocardiogram from the magnetocardiogram measurement result setting means 35 and the magnetic field calculation means 34-3
A convergence determining means 34-4 for comparing the estimated magnetocardiogram with the estimated magnetocardiogram and evaluating the difference, and reducing the difference between the task magnetocardiogram and the estimated magnetocardiogram evaluated by the convergence determining means 34-4. Parameters set by the initial parameter setting means 34-1 (here, initial excitement nodes and initial excitement times)
And parameter changing means 34-5 for changing the parameter.

【0040】前記興奮到達時刻計算手段34-2が行う興
奮到達時刻計算処理は、上述した第1の実施の形態の前
記興奮到達時刻計算手段24が行う興奮到達時刻計算処
理(図6参照 )と同じであり、ここではその説明は省略
する。このパラメータ探索手段34に含まれる前記初期
パラメータ設定手段34-1、前記収束判定手段34-4、
前記パラメータ変更手段34-5の具体的な実行方法は、
パラメータ探索に使用する公知の最適化アルゴリズムに
依存する。これらの実行方法は公知の最適化アルゴリズ
ムにしたがって決定すれば良い。
The excitement arrival time calculation processing performed by the excitation arrival time calculation means 34-2 includes the excitation arrival time calculation processing (see FIG. 6) performed by the excitation arrival time calculation means 24 of the first embodiment described above. This is the same, and the description is omitted here. The initial parameter setting unit 34-1 and the convergence determination unit 34-4 included in the parameter search unit 34,
A specific execution method of the parameter changing unit 34-5 is as follows.
It depends on known optimization algorithms used for parameter search. These execution methods may be determined according to a known optimization algorithm.

【0041】このような構成の第2の実施の形態におい
ては、興奮伝播所要時間計算手段33による全ての節点
間の興奮伝播所要時間を計算する処理は1回だけ行い、
パラメータ探索手段34において最適化の処理が行われ
る。すなわち、収束判定手段34-4により評価される課
題心磁図と推定心磁図との差が予め設定された範囲内に
収まるまで、パラメータ変更手段34-5による初期パラ
メータ設定手段34-1により設定されるパラメータの設
定が変更され、この変更に伴って、興奮到達時刻計算手
段34-2及び磁場計算手段34-3による計算処理が行わ
れ、再び、収束判定手段34-4による課題心磁図と推定
心磁図との差の評価が行われて、以上の処理が繰り返さ
れるようになっている。そして、収束判定手段34-4に
より評価される課題心磁図と推定心磁図との差が予め設
定された範囲内に収まったとき、初期パラメータ設定手
段により設定されたパラメータ( 初期興奮節点及び初期
興奮時刻 )が逆問題の解となる。この逆問題の解及びこ
の解に基づく興奮伝播の状態を示す図が推定結果表示手
段36により表示される。すなわち、興奮到達時刻計算
手段34-2の興奮到達時刻計算処理は、最適化に伴って
繰り返し行われる処理となる。
In the second embodiment having such a configuration, the process of calculating the required time of excitement propagation between all nodes by the required time of excitement propagation calculation means 33 is performed only once.
Optimization processing is performed in the parameter search means 34. That is, the initial value is set by the initial parameter setting unit 34-1 by the parameter changing unit 34-5 until the difference between the subject magnetocardiogram evaluated by the convergence determining unit 34-4 and the estimated magnetocardiogram falls within a preset range. The parameter setting is changed, and with this change, calculation processing is performed by the excitation arrival time calculation means 34-2 and the magnetic field calculation means 34-3, and the target magnetocardiogram is estimated again by the convergence determination means 34-4. The difference from the magnetocardiogram is evaluated, and the above processing is repeated. When the difference between the subject magnetocardiogram evaluated by the convergence determining means 34-4 and the estimated magnetocardiogram falls within a preset range, the parameters set by the initial parameter setting means (the initial excitation node and the initial excitation Time) is the solution to the inverse problem. A diagram showing the solution of the inverse problem and the state of the excitement propagation based on the solution is displayed by the estimation result display means 36. That is, the excitement arrival time calculation process of the excitement arrival time calculation means 34-2 is a process that is repeatedly performed along with the optimization.

【0042】このように第2の実施の形態によれば、上
述した第1の実施の形態と同様に、興奮到達時刻計算手
段34-2における計算時間を大幅に短縮することができ
る。しかも、逆問題を解く場合には興奮到達時刻計算手
段34-2の興奮到達時刻計算処理を多数回繰り返すこと
になるので、上述した計算時間の短縮の効果は、より顕
著に大きくなる。従って、その他、上述した第1の実施
の形態の効果は、この第2の実施の形態でも得ることが
できる。
As described above, according to the second embodiment, similarly to the above-described first embodiment, the calculation time in the excitement arrival time calculation means 34-2 can be greatly reduced. In addition, when solving the inverse problem, the excitement arrival time calculation process of the excitation arrival time calculation means 34-2 is repeated many times, so that the above-described effect of shortening the calculation time becomes more remarkable. Therefore, the effects of the first embodiment described above can also be obtained in the second embodiment.

【0043】この発明の第3の実施の形態を図8及び図
9を参照して説明する。上述した第1の実施の形態及び
第2の実施の形態では、興奮伝播所要時間計算手段2
3,33の興奮伝播所要時間計算処理を、グラフ理論の
うちウォーシャルフロイド法を基本にしたアルゴリズム
を構築したが、この第3の実施の形態では、興奮伝播所
要時間計算手段の興奮伝播所要時間計算処理を、グラフ
理論のうちダイクストラ法を基本にしたアルゴリズムで
構築するものを説明する。なお、この第3の実施の形態
では、上述した第1の実施の形態又は第2の実施の形態
のいずれの要部機能構成でも良いものであり、要部機能
構成については説明を省略する。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first and second embodiments described above, the excitation propagation time required calculating means 2
In the third embodiment, an algorithm based on the Warshall Floyd method in the graph theory was constructed for the calculation of the required excitation propagation time in the third and third embodiments. A description will be given of a graph theory constructed by an algorithm based on the Dijkstra method in graph theory. Note that, in the third embodiment, the main part functional configuration of either the first embodiment or the second embodiment described above may be used, and the description of the main part functional configuration will be omitted.

【0044】図8は、興奮伝播所要時間計算手段が行う
興奮伝播所要時間計算処理の流れを示す図である。ま
ず、変数kに1を設定し、L個の初期興奮節点Pkを定
義する。従って、kは1からLまでの値を取る。次に、
ステップ5( ST5 )の処理として、節点Pkの興奮開
始時刻tpkを0としてtpkに0を設定し、それ以外の節
点i( iは1からNまでの値を取る。ただし、iはPk
を含まない。 )の興奮開始時刻ti を∞としてti に∞
を設定する。次にステップ6( ST6 )の処理として、
後述するダイクストラ法( 特願平7−98791号参照
)によるti 算出処理を行う。
FIG. 8 is a diagram showing the flow of the required time for the required propagation of the excitement to be performed by the means for calculating the required time of the required propagation of the excitement. First, 1 is set to a variable k, and L initial excitation nodes Pk are defined. Therefore, k takes a value from 1 to L. next,
In the process of step 5 (ST5), the excitation start time t pk of the node Pk is set to 0, tpk is set to 0, and the other nodes i (i takes a value from 1 to N. Here, i is Pk.
Not included. ∞ to t i the excitement start time t i of) as ∞
Set. Next, as a process of step 6 (ST6),
The Dijkstra method described later (see Japanese Patent Application No. 7-98791)
Performing a t i calculation process due to).

【0045】このダイクストラ法によるti 算出処理を
終了すると、このダイクストラ法によるti 算出処理で
算出された各ti をapki に設定する。次に、変数kが
Lと等しいか否かを判断する。ここで、変数kがLと等
しくない( kがL未満である )と判断すると、変数kに
対して+1の加算更新処理を行い、再び前述のステップ
5の処理へ戻るようになっている。また、変数kがLと
等しいと判断すると、この興奮伝播所要時間計算処理を
終了するようになっている。
When the t i calculation processing by the Dijkstra method is completed, each t i calculated by the t i calculation processing by the Dijkstra method is set to a pki . Next, it is determined whether or not the variable k is equal to L. Here, if it is determined that the variable k is not equal to L (k is smaller than L), the variable k is updated by adding +1 to the variable k, and the process returns to the step 5 again. When it is determined that the variable k is equal to L, the processing for calculating the time required for the propagation of the excitement is terminated.

【0046】図9は、興奮伝播所要時間計算手段が行う
興奮伝播所要時間計算処理の中のステップ6のダイクス
トラ法によるti 算出処理の一例の流れを示す図であ
る。まず、変数iに1を設定し、ステップ7( ST7 )
の処理として、節点Pkと節点iとの間が枝線により接
続されているか否かを判断する。ここで、節点Pkと節
点iとの間が枝線により接続されていないと判断する
と、節点iの興奮到達時刻ti に∞を設定して、後述す
るステップ8( ST8 )の処理へ移行するようになって
いる。また、節点Pkと節点iとの間が枝線により接続
されていると判断すると、節点iの興奮到達時刻ti
pki を設定して、次のステップ8の処理へ移行するよ
うになっている。
FIG. 9 is a diagram showing a flow of an example of the t i calculation process by the Dijkstra method in step 6 in the excitement propagation time calculation process performed by the excitement propagation time calculation means. First, 1 is set to the variable i, and step 7 (ST7)
Is determined whether or not the node Pk and the node i are connected by a branch line. Here, if it is determined that the node Pk and the node i are not connected by a branch line, 興奮 is set to the excitation arrival time t i of the node i, and the processing shifts to step 8 (ST8) to be described later. It has become. If it is determined that the node Pk and the node i are connected by a branch line, rpki is set to the excitation arrival time t i of the node i, and the process proceeds to the next step 8. ing.

【0047】ステップ8の処理は、変数iが節点の総数
N( Pk=Nの場合にはN−1 )に等しいか否かを判断
する。ここで、変数iがNに等しくない( iがN未満で
ある )と判断すると、変数iに対して+1の加算更新処
理を行い、再び前述のステップ7の処理へ戻るようにな
っている。また、変数iがNに等しいと判断すると、変
数mに2を設定して、ステップ9( ST9 )の処理とし
て、変数mに設定されている数値mについて、全ての節
点の中でm番目に興奮到達時刻が早い節点を注目節点x
と設定する。すなわち、この注目節点xの興奮到達時刻
はtx となる。なお、該当する興奮到達時刻が同じ複数
の節点が存在する場合には、節点番号の小さいものから
順番に優先する。
The process of step 8 determines whether or not the variable i is equal to the total number of nodes N (N-1 if Pk = N). If it is determined that the variable i is not equal to N (i is smaller than N), the variable i is subjected to addition and update processing of +1 and the processing returns to the above-mentioned step 7 again. If it is determined that the variable i is equal to N, 2 is set to the variable m, and as a process in step 9 (ST9), the numerical value m set in the variable m is set to the m-th node among all the nodes. Attention node x where the excitement arrival time is earlier
Set as That is, the excited arrival time of the noted node x is t x . When there are a plurality of nodes having the same excited arrival time, priority is given to the nodes having the smallest node number in order.

【0048】次に、変数iに1を設定して、ステップ1
0( ST10 )の処理として、注目節点xと節点iとの
間が枝線により接続されているか否かを判断する。ここ
で、注目節点xと節点iとの間が枝線により接続されて
いないと判断すると、後述するステップ11( ST11
)の処理へ移行するようになっている。
Next, 1 is set to a variable i, and step 1 is executed.
As a process of 0 (ST10), it is determined whether or not the target node x and the node i are connected by a branch line. Here, if it is determined that the target node x and the node i are not connected by a branch line, step 11 (ST11
).

【0049】また、注目節点xと節点iとの間が枝線に
より接続されていると判断すると、この注目節点xの興
奮到達時刻tx に注目節点xと節点iとを接続する枝線
の両端間の興奮伝播所要時間rxiを加算した到達時刻(
x +rxi )が節点iに設定されている興奮到達時刻t
i より早いか否かを判断する。ここで、計算した到達時
刻( tx +rxi )が設定されている興奮到達時刻ti
り早くない( 同時又は遅い )と判断すると、ステップ1
1の処理へ移行するようになっている。また、計算した
到達時刻( tx +rxi )が設定されている興奮到達時刻
i より早いと判断すると、節点iに設定されている興
奮到達時刻ti を計算した到達時刻( tx +rxi )に置
き換える( 更新設定する )処理を行い、次のステップ1
1の処理へ移行する。
When it is determined that the node of interest x and the node i are connected by a branch line, the excitation arrival time t x of the node of interest x and the branch line connecting the node of interest x and the node i are determined. arrival time obtained by adding the excitement propagation time required r xi between both ends (
t x + r xi ) is set at the node i, the excitement attainment time t
Determine if it is earlier than i . Now, it is determined that the calculated arrival time (t x + r xi) is not earlier than the excitation time of arrival t i that are set (simultaneously or slow) Step 1
1 is performed. In addition, if the calculated arrival time (t x + r xi) is determined to be earlier than the excitement arrival time t i that has been set, the arrival time of calculation of the excitement arrival time t i that is set to the node i (t x + r xi ) Is performed (update setting) and the next step 1
Shift to the processing of 1.

【0050】ステップ11の処理は、変数iが節点の総
数Nと等しいか否かを判断する。ここで、iがNと等し
くない( 未満 )と判断すると、変数iに対して+1の加
算更新処理を行い、再び前述のステップ10の処理へ戻
るようになっている。また、iがNと等しいと判断する
と、変数mが節点の総数Nと等しいか否かを判断する。
ここで、mがNと等しくない( 未満 )と判断すると、変
数mに対して+1の加算処理を行い、再び前述のステッ
プ9の処理へ戻るようになっている。また、mがNと等
しいと判断すると、このダイクストラ法によるti 算出
処理を終了して、再び前述の興奮伝播所要時間計算処理
( 図8 )へ戻るようになっている。なお、このダイクス
トラ法によるti 算出処理は一例であって、他のアルゴ
リズムでも良いものである。
The process in step 11 determines whether the variable i is equal to the total number N of nodes. Here, if it is determined that i is not equal to (less than) N, the addition and update processing of +1 is performed on the variable i, and the process returns to the above-described step 10 again. When it is determined that i is equal to N, it is determined whether or not the variable m is equal to the total number N of the nodes.
Here, if it is determined that m is not equal to (less than) N, the process of adding +1 to the variable m is performed, and the process returns to the above-described step 9 again. If it is determined that m is equal to N, the processing for calculating t i by the Dijkstra method is terminated, and the processing for calculating the time required for the excitation propagation is performed again.
(FIG. 8). Note that the t i calculation process by the Dijkstra method is an example, and another algorithm may be used.

【0051】以上により、全ての初期興奮節点から他の
全ての節点までの興奮伝播所要時間の全ての組合わせ
が、計算され、予め設定される。この第3の実施の形態
の初期興奮節点は、興奮到達時刻計算手段24,34-2
において指定される可能性がある初期興奮節点を全て含
むように選べば良く、例えば最も簡単にはPk =kとし
て全ての節点を選ぶこともできる。
As described above, all combinations of the time required for the propagation of the excitation from all the initial excitation nodes to all the other nodes are calculated and set in advance. The initial excitement nodes of the third embodiment are excitement arrival time calculating means 24, 34-2.
May be selected so as to include all of the initial excitation nodes that may be specified in. For example, most simply, all nodes can be selected as P k = k.

【0052】このようにこの第3の実施の形態によれ
ば、興奮伝播所要時間計算手段23,33において、ダ
イクストラ法を基本にしたアルゴリズムでも、予め全て
の初期興奮節点から他の全ての節点( 枝線で接続されて
ない節点も全て含む )までの興奮伝播所要時間を計算し
て設定しておくことができるので、前述の第1の実施の
形態及び第2の実施の形態と同様な効果を得ることがで
きる。
As described above, according to the third embodiment, even if the algorithm based on the Dijkstra method is used in advance in the excitation propagation time calculating means 23 and 33, all the initial excitation nodes are set in advance from all other excitation nodes ( Excitation propagation time up to (including all nodes not connected by branch lines) can be calculated and set, so that the same effect as in the above-described first and second embodiments can be obtained. Can be obtained.

【0053】上述した第1、第2、第3の実施の形態で
は、心室モデル構成手段21,31により構成された心
室モデルを興奮伝播ネットワーク構成手段22,32に
よりネットワークで近似する方法で説明したが、この発
明はこれに限定されるものはなく、心筋を数千個から数
万個のユニットに分割し、1ステップ毎に隣接するユニ
ット間で興奮を伝播させ心臓全体に興奮が伝播するまで
ステップを繰り返すセルモデルや心臓を多数の四面体に
より構成し、各頂点に興奮伝播特性などのパラメータを
指定し、四面体内では特性が連続に変化するように線形
補間し、興奮波面は3角形分割し、ある時間ステップ毎
に各頂点を移動していくという四面体分割モデルで興奮
伝播を近似しても良いものである。この場合、興奮伝播
所要時間の計算は第3の実施の形態とほぼ同様に実行す
ることができる。このとき、節点番号i,Pk はセル番
号、ti はi番目のセルの興奮到達時刻、apk,iはPk
番目のセルからi番目のセルへの興奮伝播所要時間と置
き換えれば良い。ただし、ダイクストラ法によるti
出処理ではセル分割モデルを使用して興奮伝播シミュレ
ーションを行い、Pk 番目のセルからi番目のセルまで
の興奮伝播所要時間をti に格納する。
In the first, second and third embodiments described above, the ventricle model constituted by the ventricle model constructing means 21 and 31 is described by a method of approximating the ventricle model by the network by the excitement propagation network constructing means 22 and 32. However, the present invention is not limited to this. The myocardium is divided into thousands to tens of thousands of units, and excitement is propagated between adjacent units at each step until excitement is propagated to the entire heart. A cell model that repeats steps and a heart are composed of many tetrahedrons, parameters such as excitation propagation characteristics are specified at each vertex, and linear interpolation is performed so that the characteristics change continuously within the tetrahedron, and the excitation wavefront is divided into triangles Alternatively, the excitation propagation may be approximated by a tetrahedral division model in which each vertex is moved at a certain time step. In this case, the calculation of the excitement propagation time can be performed in substantially the same manner as in the third embodiment. At this time, the node numbers i and P k are cell numbers, t i is the excitation arrival time of the i-th cell, and a pk, i is P k
What is necessary is just to replace it with the time required for the excitement propagation from the i-th cell to the i-th cell. However, in the t i calculation process by the Dijkstra method, an excitement propagation simulation is performed using a cell division model, and the required excitement propagation time from the P kth cell to the i th cell is stored in t i .

【0054】上述した第1、第2、第3の実施の形態で
は、心臓の興奮伝播シミュレーションとそれを使用した
逆問題解法について説明したが、この発明はこれに限定
されるものではなく、脳及び神経組織の興奮伝播シミュ
レーション方法及びそれを使用した逆問題解法にも適用
できるものである。すなわち、測定した脳磁図、脳はか
ら脳内の活動を推定する問題に応用することができる。
In the first, second, and third embodiments described above, the simulation of the excitation propagation of the heart and the inverse problem solving method using the simulation have been described. However, the present invention is not limited to this. In addition, the present invention can be applied to a simulation method of excitation propagation of nerve tissue and an inverse problem solving method using the same. That is, it can be applied to the problem of estimating the activity in the brain from the measured magnetoencephalogram and the brain.

【0055】例えば、脳の興奮伝播シミュレーションに
ついて説明すれば、まず、興奮伝播ネットワークの構成
については、脳内の複数の点に節点を設ける。節点を設
ける部位は大脳皮質内にランダムにとっても良いが、解
剖学的、生理学的に定義された部位に節点を設ける方が
より精度の高い興奮伝播シミュレーションを実現するこ
とができる。
For example, a description will be given of a brain excitation propagation simulation. First, regarding the configuration of the excitation propagation network, nodes are provided at a plurality of points in the brain. Although a site where a node is provided may be random in the cerebral cortex, providing a node at a site defined anatomically or physiologically can realize a more accurate excitation propagation simulation.

【0056】例えば、図10( a )及び図10( b )に
示すBrodmannの脳地図や、それ以降の研究者による細分
類による大脳皮質領野に基づいて節点を設定する。な
お、図10は、”K.Brodmann:Vergleichende Lokalisat
ionslehre der Groshirnrinde,Barth,Leipzig 1909 ”
からの引用であり、図10( a )は、大脳半球の外表面
の細胞構築学的皮質野を示す図であり、図10( b )
は、大脳半球の内表面の細胞構築学的皮質野を示す図で
ある。
For example, nodes are set based on the Bradmann's brain map shown in FIGS. 10A and 10B and the cerebral cortex areas obtained by subclassification by researchers thereafter. FIG. 10 shows “K. Brodmann: Vergleichende Lokalisat
ionslehre der Groshirnrinde, Barth, Leipzig 1909 ”
FIG. 10 (a) is a diagram showing the cytological cortical area on the outer surface of the cerebral hemisphere, and FIG. 10 (b)
FIG. 2 is a diagram showing a cytological cortical area on the inner surface of the cerebral hemisphere.

【0057】この節点の設定では、運動野など機能局在
が細かく明確になっている部位に関しては分かっている
範囲で細かく設定することもできる。例えば、図11は
図10のBrodmannの4野を4-1〜4-20 に細かく設定し
たものである。もちろん、さらに細分化しても良いもの
である。その他、大脳基底核、脳幹、小脳に対しても同
様に節点を設定し、これらの節点間を枝線で接続し、神
経投射を表現する。
In the setting of the nodes, it is possible to finely set a region where the function localization is fine and clear, such as the motor area, within a known range. For example, FIG. 11 shows the four Brodmann fields of FIG. 10 finely set to 4-1 to 4-20. Of course, it may be further subdivided. In addition, nodes are similarly set for the basal ganglia, brain stem, and cerebellum, and these nodes are connected by branch lines to express neural projection.

【0058】この枝線の接続の際、興奮伝播の向きを与
え、逆方向へは伝播しないものとする。すなわち、節点
iから節点jへの興奮が伝わるのに要する時間を第1の
実施の形態と同様にrijとしたとき、節点jから節点i
へは興奮が伝わらないとしてrji=∞とする。ただし、
生理学的に逆方向へも神経投射が存在することが知られ
ている場合には、その知られている興奮伝播所要時間を
jiとする。また、全ての領野の各ブロックにおいて
は、各節点は考えられる全ての節点の組合わせで枝線を
接続する。
At the time of connection of the branch lines, it is assumed that the direction of the excitement propagation is given, and the propagation is not performed in the opposite direction. That is, assuming that the time required for transmission of the excitement from the node i to the node j is r ij as in the first embodiment, the node j to the node i
It is assumed that no excitement is transmitted to the user, so rji = ∞. However,
If it is known that nerve projections exist in the opposite direction physiologically, the known excitation propagation time required is rji . Further, in each block of all territories, each node connects branch lines by a combination of all conceivable nodes.

【0059】各節点間の興奮伝播所要時間を計算する際
は、神経繊維の伝導に要する時間にシナプスの興奮伝播
所要時間を加えたものを与える。この興奮伝播所要時間
の計算において、ダイクストラ法、ウォーシャルフロイ
ド法を使用して興奮伝播所要時間を計算する場合は、第
1、第2、第3の実施の形態と何等変更せずに興奮伝播
所要時間を計算できる。
When calculating the time required for excitement propagation between the nodes, the sum of the time required for nerve fiber conduction and the time required for synaptic excitation propagation is given. In the calculation of the required excitement propagation time, when the required excitement propagation time is calculated using the Dijkstra method or the Warshall Floyd method, the excitement propagation time is not changed at all from the first, second, and third embodiments. The required time can be calculated.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
興奮伝播シミュレーションを繰り返し行う場合に、高速
に興奮伝播シミュレーションを行うことができる興奮伝
播過程のシミュレーション装置を提供できる。
As described in detail above, according to the present invention,
When the excitement propagation simulation is repeatedly performed, it is possible to provide an excitement propagation process simulation apparatus capable of performing the excitement propagation simulation at high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1の実施の形態の興奮伝播過程の
シミュレーション装置の要部回路構成を示すブロック
図。
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a main part of a simulation device for an excitement propagation process according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同実施の形態の興奮伝播過程のシミュレーショ
ン装置の要部機能構成を示すブロック図。
FIG. 2 is an exemplary block diagram showing a functional configuration of a main part of the simulation device of the excitement propagation process according to the embodiment;

【図3】同実施の形態の興奮伝播過程のシミュレーショ
ン装置で構成される心臓モデルの基本となる四面体分割
モデルの心臓モデルの右心室壁、左心室及び心室全体を
示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a right ventricle wall, a left ventricle, and the entire ventricle of a heart model of a tetrahedron division model which is a basic heart model constituted by the simulation apparatus of the excitement propagation process of the embodiment.

【図4】同実施の形態の興奮伝播過程のシミュレーショ
ン装置で構成される四面体分割モデルの心臓モデルから
ネットワークによる心臓モデルを構築する細分化を説明
するための図。
FIG. 4 is an exemplary view for explaining a subdivision for constructing a heart model by a network from a heart model of a tetrahedral division model configured by the simulation apparatus of the excitation propagation process according to the embodiment;

【図5】同実施の形態の興奮伝播過程のシミュレーショ
ン装置の興奮伝播所要時間計算手段が行う興奮伝播所要
時間計算処理の流れを示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a flow of an excitement propagation time calculation process performed by an excitement propagation time calculation unit of the simulation apparatus of the excitement propagation process according to the embodiment;

【図6】同実施の形態の興奮伝播過程のシミュレーショ
ン装置の興奮到達時刻計算手段が行う興奮到達時刻計算
処理の流れを示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a flow of an excitement arrival time calculation process performed by an excitement arrival time calculation unit of the simulation apparatus of the excitement propagation process according to the embodiment;

【図7】この発明の第2の実施の形態の興奮伝播過程の
シミュレーション装置の要部機能構成を示すブロック
図。
FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of a main part of a simulation device for an excitement propagation process according to a second embodiment of the present invention.

【図8】この発明の第3の実施の形態の興奮伝播過程の
シミュレーション装置の興奮伝播所要時間計算手段が行
う興奮伝播所要時間計算処理の流れを示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a flow of an excitement propagation time calculation process performed by an excitement propagation time calculation unit of the simulation apparatus of the excitement propagation process according to the third embodiment of the present invention.

【図9】同実施の形態の興奮伝播過程のシミュレーショ
ン装置の興奮伝播所要時間計算手段が行う興奮伝播所要
時間計算処理中のダイクストラ法によるti 算出処理の
一例の流れを示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a flow of an example of t i calculation processing by the Dijkstra method during the excitation propagation time calculation processing performed by the excitation propagation time calculation means of the simulation apparatus of the excitation propagation process of the embodiment.

【図10】Brodmannの脳地図を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a Bradmann brain map.

【図11】Brodmannの脳地図における細胞構築学的皮質
野の4野の細分化を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing the subdivision of four cytostructural cortical fields in the Brodmann brain map.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…CPU、 21,31…心室モデル構成手段、 22,32…興奮伝播ネットワーク構成手段、 23,33…興奮伝播所要時間計算手段、 24,34-2…興奮到達時刻計算手段、 34…パラメータ探索手段。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... CPU, 21, 31 ... Ventricle model construction means, 22, 32 ... Excitement propagation network construction means, 23, 33 ... Excitement propagation required time calculation means, 24, 34-2 ... Excitement arrival time calculation means, 34 ... Parameter search means.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 組織を複数の点からなる構造体としてモ
デル化し、各点における興奮伝播到達時刻を算出して、
前記組織の興奮伝播過程をシミュレートする興奮伝播過
程のシミュレーション装置において、 前記各点のうちの初期興奮点となり得る点と興奮が伝播
し得る全ての点との間の興奮伝播所要時間を予め求めて
おく興奮伝播所要時間計算手段と、 与えられた各初期興奮点となった点から他の全ての各点
について該当する興奮伝播所要時間を興奮開始時刻に加
えて前記他の全ての各点の興奮到達候補時刻を算出する
候補時刻算出手段と、 この候補時刻算出手段により算出した興奮到達候補時刻
の中で最も早い時刻をその点での興奮到達時刻とする興
奮到達時刻決定手段とを設けたことを特徴とする興奮伝
播過程のシミュレーション装置。
1. Modeling an organization as a structure composed of a plurality of points, calculating an excitation propagation arrival time at each point,
An excitement propagation process simulation apparatus for simulating an excitement propagation process of the tissue, wherein an excitement propagation time required between a point that can be an initial excitement point among all the points and all points where excitement can propagate is obtained in advance. An excitement propagation required time calculating means to be added, and the excitement propagation required time corresponding to all the other points from the given initial excited point is added to the excitement start time to calculate all the other points. A candidate time calculating means for calculating an excitement reaching candidate time; and an excitement reaching time determining means for setting the earliest time among the excitement reaching candidate times calculated by the candidate time calculating means to an excitement reaching time at that point. An apparatus for simulating an excitement propagation process, characterized in that:
【請求項2】 前記興奮到達時刻決定手段で得られた結
果から組織の表面の電位又は組織外部の磁場を計算する
電位磁場計算手段と、 前記組織のモデルに対してパラメータを設定するパラメ
ータ設定手段と、 このパラメータ設定手段により設定されたパラメータの
最適値を求めるパラメータ探索手段とを設けたことを特
徴とする請求項1記載の興奮伝播過程のシミュレーショ
ン装置。
2. A potential magnetic field calculating means for calculating a potential on the surface of a tissue or a magnetic field outside the tissue from a result obtained by the means for determining the time of excitation arrival, and a parameter setting means for setting parameters for the tissue model. The apparatus for simulating an excitement propagation process according to claim 1, further comprising: parameter search means for obtaining an optimum value of the parameter set by the parameter setting means.
【請求項3】 前記組織を複数の節点及びこれらの各節
点から近傍の節点へ枝線を接続して構成されたネットワ
ークによりモデル化することを特徴とする請求項1及び
請求項2のいずれか1項記載の興奮伝播過程のシミュレ
ーション装置。
3. The model according to claim 1, wherein the tissue is modeled by a network constituted by connecting a plurality of nodes and a branch line from each of these nodes to a nearby node. A simulation device for an excitement propagation process according to claim 1.
【請求項4】 前記初期興奮点となり得る点は、興奮が
伝播され得る点を全て含むことを特徴とする請求項1乃
至請求項3のいずれか1項記載の興奮伝播シミュレーシ
ョン装置。
4. The excitement propagation simulation apparatus according to claim 1, wherein the points that can be the initial excitement point include all points where excitement can be propagated.
【請求項5】 前記興奮伝播所要時間計算手段は、ウォ
ーシャルフロイド法を使用して興奮伝播所要時間を計算
することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか
1項記載の興奮伝播シミュレーション装置。
5. The excitement propagation according to claim 1, wherein said excitement propagation time calculation means calculates the excitement propagation time using a Warshall Floyd method. Simulation device.
【請求項6】 前記興奮伝播所要時間計算手段は、ダイ
クストラ法を使用して興奮伝播所要時間を計算すること
を特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載
の興奮伝播シミュレーション装置。
6. The excitement propagation simulation apparatus according to claim 1, wherein said excitement propagation time calculation means calculates the excitement propagation time using Dijkstra's algorithm. .
【請求項7】 前記組織を複数のユニットに分割して隣
接するユニット間で興奮が伝播すると定義するセル分割
モデルでモデル化することを特徴とする請求項1乃至請
求項6のいずれか1項記載の興奮伝播シミュレーション
装置。
7. The model according to claim 1, wherein the tissue is divided into a plurality of units and is modeled by a cell division model that defines that the excitement propagates between adjacent units. The described excitation propagation simulation apparatus.
【請求項8】 前記組織を複数の四面体により構成し、
四面体の頂点にパラメータを設定する四面体分割心臓モ
デルでモデル化することを特徴とする請求項1乃至請求
項6のいずれか1項記載の興奮伝播シミュレーション装
置。
8. The tissue is constituted by a plurality of tetrahedrons,
The excitation propagation simulation apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the model is modeled by a tetrahedron-divided heart model that sets parameters at the vertices of the tetrahedron.
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