細胞モデルに基づいた興奮伝播と構造力学を統合したヒト心臓拍動シミュレーターの構築

基于细胞模型构建激发传播与结构力学相结合的人体心跳模拟器

基本信息

  • 批准号:
    17700394
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.18万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2005 至 2007
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

心筋細胞の興奮収縮モデルであるKyotoModelをベースに,興奮伝播と構造力学解析を統合した基本シミュレーションシステムを構築した。それを用いて、リング形状で心臓興奮伝播と収縮シミュレーションを行い,刺激場所などによる興奮伝播パターンの収縮効率への影響を考察した.1.リング形状上の興奮伝播と構造力学を統合した収縮シミュレーションケーブルモデルに心筋ファイバのシート構造を表す細胞長軸方向を取り入れた.興奮伝播速度は長軸方向が速く他の方向が遅くなるように設定した.有限要素法で計算される形状変化にも長軸方向上で発生するようにし,またより実心臓の動くに近づくために,内圧の影響も導入した.生理学細胞モデルの計算と有限要素解析を時間刻みごとに連成させた.心臓の働きを評価するパラメータとして,臨床などで広く使われている収縮末期駆出率(EF)を用いて,刺激場所による興奮伝播パターンの違いの収縮機能への影響をシミュレーションした.2.興奮伝達時間の収縮機能への影響リング形状の心臓左心室モデル上で,心室内膜への刺激場所を変えて,興奮伝播パターンによる心室収縮への影響をシミュレーションした.刺激場所は内膜の数箇所から始まって,細胞とGapjunctionを介して,内膜の違う部分と外膜へ興奮が伝播する.刺激開始場所を変化させてシミュレーションした結果,刺激場所を増やせば,心室全体に興奮が行き渡るまでの時間である興奮伝達時間が短縮され,心室のEF率が上昇する.心室の各部分を同期した興奮が心室の効率的な収縮につながることを定量的にシミュレーションすることができた.実際刺激場所を内膜一点からEndoCardium全層に広げた場合,リング形状全体への興奮伝播時間が74.9msから15.3msまで短縮され,EF率も4%上昇した.この結果は左極Blockingなど興奮伝達障害治療のシミュレーションに応用できる可能性があると考える.
Heart muscle cells の excited 収 shrinkage モ デ ル で あ る KyotoModel を ベ ー ス に, excited 伝 sowing と structure mechanics analysis を integration し た basic シ ミ ュ レ ー シ ョ ン シ ス テ ム を build し た. そ れ を with い て, リ ン グ shape is crucial で heart excited 伝 sowing と 収 shrinkage シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を い, stimulating place な ど に よ る excited 伝 sowing パ タ ー ン の 収 shrinkage rate of unseen へ の influence を investigation し た. 1. リ ン グ shape の excited 伝 sowing と structure mechanics を integration し た 収 shrinkage シ ミ ュ レ ー シ ョ ン ケ ー ブ ル モ デ ル に heart muscle フ ァ イ バ の シ ー ト を construction Table: を in the long axis direction of す cells, take す and add れた. Excitation 伝 broadcast speed 伝 long axis direction が speed く other <s:1> direction が遅くなるように setting <s:1> た. で finite element method calculation さ れ る shape - the に も long axis direction で 発 raw す る よ う に し, ま た よ り be perforatien の heart く に nearly づ く た め に, within 圧 の influence も import し た. Physiological cells モデ モデ みごとに <s:1> calculation と finite element analysis を time time segment みごとに are connected to させた. Heart viscera の 働 き を review 価 す る パ ラ メ ー タ と し て, clinical な ど で hiroo く make わ れ て い る end 駆 収 shrinkage rate (EF) を い て, stimulating place に よ る excited 伝 sowing パ タ ー ン の violations い の 収 shrinkage function へ の influence を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た. 2. 伝 excitement of time の 収 shrinkage function へ の influence リ ン グ shape is crucial の heart left ventricular モ デ ル で, ventricular lining へ の を stimulating places - え て, excited 伝 sowing パ タ ー ン に よ る ventricular 収 shrinkage へ の influence を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た. Stimuli place は lining の several か ら beginning ま っ て, cell と Gapjunction を interface し て, lining う の spare part と outer membrane へ excited が 伝 sowing す る. Stimulus began to place を variations change さ せ て シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た results, stimulating place を raised や せ ば, ventricular line all に excited が き crossing る ま で の time で あ る 伝 excitement of shortening time が さ れ, rising rate of ventricular の EF が す る. Ventricular の を each part during the same period し た excited が ventricular の sharper rate な 収 shrinkage に つ な が る こ と を quantitative に シ ミ ュ レ ー シ ョ ン す る こ と が で き た. The event be stimulating place を lining a little か ら EndoCardium full-thickness に hiroo げ た occasions, リ ン グ shape all へ の excited 伝 sowing time が 74.9 ms か ら 15.3 ms ま で shortening さ れ, EF も 4% rise し た. こ の results は left pole Blocking な ど 伝 excitement of handicap of treatment の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に 応 with で き Youdaoplaceholder0 possibility があると test える.

项目成果

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专利数量(0)
心室筋興奮到達時間の組織収縮力への影響 : シミュレーションによる解析
心室肌兴奋时间对组织收缩力的影响:模拟分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    森;山本;宿久;本多;陸建銀
  • 通讯作者:
    陸建銀
Strong Coupling System for the LV Motion Simulation in a Distributed Simulation Environment
分布式仿真环境中低压运动仿真的强耦合系统
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    I.Tsuda;H.Fujii;Y.Nobuaki
  • 通讯作者:
    Y.Nobuaki
Simulation of myocardial tissue contraction by coupling an electrophysiological cell model with a model of mechanical dynamics
通过将电生理细胞模型与机械动力学模型耦合来模拟心肌组织收缩
The Influence of Activation Time on Contraction Force of Myocardial Tissue : a Simulation Study
激活时间对心肌组织收缩力影响的模拟研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    竹内光悦;末永勝征;醍醐朝美;宿久洋;渡辺美智子;村上征勝;田栗正章;黒田裕;Jianyin Lu
  • 通讯作者:
    Jianyin Lu
心室筋興奮到達時間の組織収縮カへの影響 : シミュレーションによる解析.
心室肌兴奋时间对组织收缩力的影响:模拟分析。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    陸 建銀;西 俊文;芦原貴司;シュナイダーナタリー;天野晃;松田哲也;小寺秀俊;野間昭典
  • 通讯作者:
    野間昭典
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