生体循環系モデルの診断・教育のための支援ツールの開発

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生体循環系モデルの診断・学習支援システムのための基本的機能の構築と心臓血管系モデルの作成とシミュレーション結果の評価を行った。診断・学習支援システムの6つの主な部分は、心臓血管系モデル、ユーザーインタフェース、シミュレータ、因果分析部、診断支援部、学習支援部である。システムの基本モデル、モデル編集機能、使い易さ等を洗練して、医学生理学を専門とする学生や研究者等のユーザーにとって実用に耐えうるレベルまでにシステム性能の向上を目指した。本研究でこれまでに達成したことは、生体全体に対する定常的なマクロ変化に加えて、心臓血管系に特徴的な拍動性のあるミクロ変化についてもモデルを記述して、これらを統合したシミュレーションツールを開発したことである。シミュレータ開発には2つのステップが必要であった。シミュレーションエンジン及びシミュレーションモデル編集用のソフトウェアの開発がその第一であり、生理学的な知識や条件をそのシミュレータにモデルとして組み込むことが第二に必要であった。本研究の学術的な貢献は次の2点に要約される。(1)モデル編集機能が強力であり、生理変数間の依存関係を見ながら、ユーザーが容易にシミュレーションモデルやパラメータを修正できる。(2)定常モデルと拍動モデルで変数を共有して統合したモデルを作成できる。さらに因果解析部では、モデル内変数とパラメータの因果関係を階層構造表示することができる。診断支援部では、変数・パラメータの入力変数から出力変数までのすべてのパスを探索して出力変数に強く影響している入力変数を同定することができる。学習支援部では、生理変数間の因果関係及び感度を理解支援するために用いる対話戦略と学習者モデルを設計した。心臓血管系を理解して、モデルの編集と洗練を行うための便利なシミュレーションツールが構築できた。