生体循環系のマクロ・ミクロモデルを結合したシミュレーションシステムの開発

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本研究の目的は,循環生理学知識の編集,共有,蓄積を効率的に達成することを可能にするシミュレーションシステムの構築を行い,生理学を専門とする利用者にとって実用に耐えうるレベルまでにツールの基本モデル,編集機能,使いやすさなどを洗練して提供することである.さらに本研究では,体内の包括的な生理機能を含むマクロモデルと,心臓の拍動による血行動態の詳細な変化を解析するミクロモデルを結合して基本モデルとして提供する.基本マクロモデルは,Colemanのモデルを利用し,HEART(心拍出量と主要器官への血流量),CARDFUNC(心筋強度),REFLEX-1と2(交感神経と迷走神経の活動)等の25個の生理モジュールから構成される.基本ミクロモデルは,心室筋肉全体の機械的特性を時変弾性率の概念をモデル化し,体内主要血管部位を含む閉塞回路を電気回路に置き換えて記述する.プロジェクトに参加する複数の科学者,開発者,研究者が共同でモデルの構築と改良,さらにシミュレーションを実行することが出来るように,オープンなインターネット技術に基づいたインターフェースとモデル実行エンジンを構築した.モデル記述はXMLを利用し,シミュレーションインタフェースはJavaクラスライブラリを利用し,モデルサーバーはJava Servletを利用しシミュレーション環境を構築した.従来のWindowsプラットフォーム上でC言語を利用して構築したシステムと違ってWebブラウザによりアクセスすることが可能となった.循環系モデルの活用例として,フィットネス支援への応用を想定し,運動時循環動態のシミュレーションを行った.構築したシミュレーションシステムでモデルの改良を行い,運動強度100W,200W,300Wまでの負荷を与えた際の心拍出量,筋肉中酸素消費,乳酸量を正しく計算できた.