專利名稱：機(jī)體器官功能的模擬系統(tǒng)及其程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)體器官的功能，特別是葡萄糖在機(jī)體器官內(nèi)的吸收、蓄積和代謝等的各種功能、以及胰島素的分泌、運(yùn)輸以及作用的各種功能進(jìn)行模擬的模擬系統(tǒng)及其記錄該程序的記錄介質(zhì)。
背景技術(shù)：
對(duì)于機(jī)體內(nèi)的物質(zhì)濃度，特別是血糖值和血中胰島素濃度來(lái)說(shuō)，基于以糖尿病的診斷為代表的醫(yī)學(xué)方面的理由，迄今嘗試了采用數(shù)值模型進(jìn)行記述。
這里所使用的模型，例如有Bergman的最小模型(例如，參見Bergman等，American Journal of Physiology，1979，236(6)，667-77，或Bergman等，Journal of Clinical Investigation，1981，68(6)，1456-67)。
這一最小模型，是以血糖值、血漿胰島素濃度以及末梢組織的胰島素作用點(diǎn)的胰島素作用量即遠(yuǎn)端胰島素作為變量。在此，將時(shí)刻t的血糖值記作G(t)、血漿胰島素濃度記作I(t)、遠(yuǎn)端胰島素記作X(t)，用對(duì)時(shí)間的微分作為左側(cè)的下述微分方程分別表示G(t)、I(t)、X(t)。
dG(t)/dt＝-p1(G(t)-Gb)-X(t)G(t)dX(t)/dt＝-p2X(t)+p3(I(t)-Ib)dI(t)/dt＝-n(I(t)-Ib)+γ(G(t)-h)(其中，G(t)＞h)＝-n(I(t)-Ib)+γ(G(t)-h)(其中，G(t)≤h)在此，方程式中各參數(shù)為p1非胰島素依賴性葡萄糖代謝速度Gb血糖值基底值
p2在胰島素的作用點(diǎn)的胰島素?cái)z取能力p3相對(duì)于胰島素依賴性葡萄糖代謝的胰島素消耗率Ib胰島素濃度基準(zhǔn)值n單位時(shí)間的胰島素消耗量γ針對(duì)葡萄糖刺激的胰島素分泌靈敏度h啟動(dòng)胰島素分泌的血糖值閾值這些參數(shù)都是具有個(gè)體差異的數(shù)值。
本來(lái)在機(jī)體中，有相應(yīng)于血糖值的刺激而分泌胰島素的胰臟、相應(yīng)于胰島素濃度和血糖值從血液中攝取葡萄糖、或者向血液中釋放葡萄糖的肝臟、將胰島素向末梢組織分配的循環(huán)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、接受胰島素的作用代謝葡萄糖的末梢組織的所謂4個(gè)模塊相互關(guān)連地對(duì)血糖值進(jìn)行控制。另一方面，前記最小模型中，模型的構(gòu)成要素采用了與上述機(jī)體的4個(gè)模塊沒有對(duì)應(yīng)的抽象要素，難以將模擬機(jī)體的血糖值變動(dòng)、胰島素濃度變動(dòng)的結(jié)果與機(jī)體的4個(gè)模塊聯(lián)系起來(lái)考慮。
另外，作為別的血糖值再現(xiàn)方法，有對(duì)糖尿病患者血糖值進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法(例如，參見特開平11-296598號(hào)公報(bào))。根據(jù)該方法，雖然可以對(duì)血糖值進(jìn)行預(yù)測(cè)，但無(wú)法得知與血糖控制相關(guān)的器官的狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上情況，本發(fā)明的目的在于，提供一種可以在肝臟的糖代謝、特別是對(duì)于糖尿病的治療有用的獲知該肝臟功能的狀態(tài)(病態(tài))的模擬系統(tǒng)以及記錄該程序的記錄介質(zhì)。
本發(fā)明的模擬系統(tǒng)，具有通過(guò)數(shù)理模型來(lái)表現(xiàn)機(jī)體器官的功能的機(jī)體模型，使用此機(jī)體模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)上述機(jī)體器官的功能進(jìn)行模擬，其特征在于，上述機(jī)體模型具有對(duì)于肝臟功能相關(guān)的預(yù)定輸入輸出、對(duì)該肝臟功能進(jìn)行模擬的肝臟模塊，而且所述系統(tǒng)，具有基于向上述肝臟模塊的輸入值，使用可以實(shí)測(cè)的肝臟狀態(tài)變量進(jìn)行輸出值運(yùn)算的運(yùn)算手段。
本發(fā)明的記錄有機(jī)體器官功能模擬系統(tǒng)所用程序的記錄介質(zhì)的特征在于，為采用通過(guò)數(shù)理模型模擬機(jī)體器官的功能，使計(jì)算機(jī)作為運(yùn)算手段來(lái)動(dòng)作，其中該運(yùn)算手段是基于向肝臟模塊的輸入值，使用可以實(shí)測(cè)的肝臟狀態(tài)變量運(yùn)算其輸出值的運(yùn)算手段，所述肝臟模塊是具有與肝臟功能相關(guān)的預(yù)定輸入輸出、對(duì)該肝臟功能進(jìn)行模擬的肝臟模塊。


圖1是表示本發(fā)明一種實(shí)施方式所涉及的系統(tǒng)硬件構(gòu)成的模塊圖。
圖2是表示本發(fā)明的系統(tǒng)所用的機(jī)體模型的一例的整體構(gòu)成的模塊圖。
圖3是表示本發(fā)明的系統(tǒng)所用的機(jī)體模型的一例中胰臟模型的構(gòu)成框線圖。
圖4是表示本發(fā)明的系統(tǒng)所用的機(jī)體模型的一例中肝臟模型的構(gòu)成框線圖。
圖5是表示本發(fā)明的系統(tǒng)所用的機(jī)體模型的一例中胰島素動(dòng)態(tài)模型的構(gòu)成框線圖。
圖6是表示本發(fā)明的系統(tǒng)所用的機(jī)體模型的一例中末梢組織模型的構(gòu)成框線圖。
圖7是表示本發(fā)明的一例中使用葡萄糖吸收速度作為輸入的示意圖。
圖8是表示本發(fā)明的一例中模擬得到的血糖值的示意圖。
圖9是表示本發(fā)明的一例中模擬得到的血中胰島素濃度的示意圖。
圖10是表示發(fā)明的一例中模擬得到的肝糖攝取的示意圖。
圖11是表示發(fā)明的一例中模擬得到的肝糖釋放的示意圖。
圖12是表示對(duì)照用的血糖值的示意圖。
圖13是表示對(duì)照用的血中胰島素濃度的示意圖。
圖14是本發(fā)明中所用的機(jī)體模型的一例的整體構(gòu)成的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的模擬系統(tǒng)(以下也簡(jiǎn)稱為系統(tǒng))的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的相關(guān)系統(tǒng)硬件構(gòu)成的模塊圖。本實(shí)施方案中的系統(tǒng)100是由以主機(jī)110、顯示器120、輸入設(shè)備130為主要構(gòu)成的計(jì)算機(jī)100a構(gòu)成的。主機(jī)110是以CPU110a、ROM110b、RAM110c、硬盤110d、讀取裝置110e、輸入輸出接口110f、通信接口110g、圖像輸出接口110h為主構(gòu)成的，CPU110a、ROM110b、RAM110c、硬盤110d、讀取裝置110e、輸入輸出接口110f、以及圖像輸出接口110h通過(guò)總線110i可通信地連接。
CPU110a可以運(yùn)行ROM110b存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序以及裝載到RAM110c中的計(jì)算機(jī)程序。因此，該CPU110a通過(guò)運(yùn)行后述那樣的應(yīng)用程序140a，來(lái)實(shí)現(xiàn)后述那樣的各個(gè)功能模塊，賦予計(jì)算機(jī)100a作為系統(tǒng)100的功能。
ROM110b是由掩模型ROM、PROM、EPROM、EEPROM等構(gòu)成，記錄CPu110a運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序和其中所用的數(shù)據(jù)等。
RAM110c是由SRAM或DRAM等構(gòu)成的。RAM110c用于ROM110b和硬盤110d所記錄的計(jì)算機(jī)程序的讀取。另外，在運(yùn)行這些計(jì)算機(jī)程序時(shí)，可以用作為CPU110a的工作區(qū)域。
硬盤110d中安裝有操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等用于使CPU110a運(yùn)行的各種計(jì)算機(jī)程序以及該計(jì)算機(jī)程序的運(yùn)行所使用的數(shù)據(jù)。后述的應(yīng)用程序140a也安裝在該硬盤110d上。
讀取裝置110e由軟盤驅(qū)動(dòng)器、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、或DVD-ROM驅(qū)動(dòng)器等構(gòu)成，可以讀取移動(dòng)型記錄介質(zhì)140上記錄的計(jì)算機(jī)程序或數(shù)據(jù)。另外，移動(dòng)型記錄介質(zhì)140中記錄有使計(jì)算機(jī)發(fā)揮作為本發(fā)明的系統(tǒng)的功能的應(yīng)用程序140a，計(jì)算機(jī)100a自該移動(dòng)型記錄介質(zhì)140讀取本發(fā)明所涉及的應(yīng)用程序140a，該應(yīng)用程序140a可以安裝在硬盤110d上。
此外，上述應(yīng)用程序140a不僅可以通過(guò)移動(dòng)型記錄介質(zhì)140提供，也可以通過(guò)電氣通信線路(無(wú)論有線或無(wú)線)由與計(jì)算機(jī)100a可通信地連接的外部設(shè)備通過(guò)上述電氣通信線路提供。例如，上述應(yīng)用程序140a也可以記錄在Internet服務(wù)器計(jì)算機(jī)的硬盤內(nèi)，計(jì)算機(jī)100a訪問(wèn)該服務(wù)器計(jì)算機(jī)，下載該計(jì)算機(jī)程序，將其安裝在硬盤110d上。
另外，硬盤110d上安裝有例如美國(guó)微軟公司制造銷售的Windows(注冊(cè)商標(biāo))等提供圖形用戶界面環(huán)境的操作系統(tǒng)。在以下的說(shuō)明中，本實(shí)施方案所涉及的應(yīng)用程序140a是在該操作系統(tǒng)上運(yùn)行的。
輸入輸出接口110f例如由USB、IEEE1394、RS-232C等串行接口、SCSI、IDE、IEEE1284等并行接口、以及包括D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等的模擬接口等構(gòu)成。輸入輸出接口110f連接有由鍵盤和鼠標(biāo)構(gòu)成的輸入設(shè)備130，用戶通過(guò)使用該輸入設(shè)備130，可以向計(jì)算機(jī)100a輸入數(shù)據(jù)。
圖像輸出接口110h與由LCD或CRT等構(gòu)成的顯示器120連接，將與來(lái)自CPU110a的圖像數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的影像信號(hào)輸出到顯示器120。顯示器120根據(jù)輸入的圖像信號(hào)顯示圖像(畫面)。
圖2是表示本發(fā)明的系統(tǒng)所用的機(jī)體模型一例的整體構(gòu)成的模塊圖。如圖2所示，本發(fā)明的系統(tǒng)所用的機(jī)體模型由胰臟模塊1、肝臟模塊2、胰島素動(dòng)態(tài)模塊3以及末梢組織模塊4構(gòu)成，各模塊分別具有輸入和輸出。即，胰臟模塊1以血糖濃度6作為輸入，以胰島素分泌速度7作為輸出。肝臟模塊2以從消化道的葡萄糖吸收5、血糖濃度6和胰島素分泌速度7作為輸入、調(diào)整的葡萄糖釋放8和通過(guò)肝臟后的胰島素9作為輸出。胰島素動(dòng)態(tài)模塊3以通過(guò)肝臟后的胰島素9作為輸入，以末梢組織的胰島素濃度10作為輸出。末梢組織模塊4以調(diào)整的葡萄糖釋放8和末梢組織的胰島素濃度10作為輸入、以血糖濃度6作為輸出。葡萄糖吸收5是自外部獲取的數(shù)據(jù)，此功能是通過(guò)使用例如輸入設(shè)備130由用戶輸入檢查數(shù)據(jù)等而實(shí)現(xiàn)的。另外，各功能模塊1～4是通過(guò)CPU110a運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序140a而實(shí)現(xiàn)的。
在本發(fā)明的系統(tǒng)中，由于使用模擬肝臟功能的肝臟模塊可以進(jìn)行實(shí)際測(cè)定的狀態(tài)變量并輸出其輸出值，所以通過(guò)將模擬結(jié)果與實(shí)際測(cè)定的狀態(tài)變量進(jìn)行對(duì)比，可以將上述表現(xiàn)肝臟功能的數(shù)理模型中的參數(shù)最優(yōu)化。其結(jié)果，作為更近似地表現(xiàn)肝臟功能的模型，可以正確地模擬該肝臟的與疾病相關(guān)的肝臟功能。
此外、機(jī)體模型中，與肝臟模塊2并列地，還具有表現(xiàn)胰臟功能的胰臟模塊1、表現(xiàn)胰島素動(dòng)態(tài)功能的胰島素動(dòng)態(tài)模塊3、以及表現(xiàn)末梢組織功能的末梢組織模塊4，上述肝臟模塊2以來(lái)自消化道的葡萄糖、血糖值以及來(lái)自胰臟模塊的胰島素分泌作為輸入、以來(lái)自肝臟的凈葡萄糖釋放和胰島素濃度作為輸出的3輸入2輸出模型的情況下，通過(guò)將涉及血糖值控制的胰臟、肝臟、胰島素動(dòng)態(tài)以及末梢組織分別對(duì)應(yīng)的模塊作為構(gòu)成要素而包含，對(duì)這些功能在與實(shí)測(cè)值同等的單位系統(tǒng)中進(jìn)行表現(xiàn)，可以進(jìn)行醫(yī)學(xué)上容易理解含義的模擬。另外，可以模擬與肝臟相關(guān)的機(jī)體器官的整體功能，可以綜合地獲得在肝臟中的糖代謝、特別是與糖尿病相關(guān)的病態(tài)信息。由此，根據(jù)獲得的信息，可以實(shí)施適當(dāng)?shù)闹委煛?br> 以下，對(duì)上述例子中所述的各模塊的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明。應(yīng)予說(shuō)明，F(xiàn)GB和Ws分別表示空腹時(shí)血糖值(FGB＝BG(0))以及設(shè)定體重，DVg和DVi分別表示對(duì)葡萄糖的分布容量體積和對(duì)胰島素的分布容量體積。
胰臟模塊1的輸入輸出的關(guān)系可以采用如下的微分方程(1)進(jìn)行表述。此外，與微分方程(1)等價(jià)的，也可以采用圖3所示的框線圖進(jìn)行表現(xiàn)。
微分方程(1)dY/dt＝-α{Y(t)-β(BG(t)-h)}(其中，BG(t)＞h)＝-αY(t)(其中，BG(t)≤h)dX/dt＝-M·X(t)+Y(t)SR(t)＝M·X(t)變量
BG(t)血糖值X(t)胰臟可以分泌的胰島素總量Y(t)針對(duì)葡萄糖刺激新供給的胰島素供給速度SR(t)胰臟的胰島素分泌速度參數(shù)h可以刺激胰島素供給的葡萄糖濃度閾值α對(duì)葡萄糖刺激的追隨性β對(duì)葡萄糖刺激的感受性M單位濃度的分泌速度在此，圖2中對(duì)胰臟模塊1的輸入血糖值6對(duì)應(yīng)于BG(t)，作為輸出的胰島素分泌速度7對(duì)應(yīng)于SR(t)。
圖3的框線圖中，6為血糖值BG(t)、7為自胰臟的胰島素分泌速度SR(t)、12為可以刺激胰島素供給的葡萄糖濃度閾值h、13為對(duì)葡萄糖刺激的感受性β、14是對(duì)葡萄糖刺激的追隨性α、15是積分要素、16是針對(duì)葡萄糖刺激新供給的胰島素供給速度Y(t)、17是積分要素、18是胰臟可以分泌的胰島素總量X(t)、19是單位濃度的分泌速度M。
肝臟模塊2的輸入輸出的的關(guān)系可以采用以下微分方程(2)進(jìn)行表述。此外，與微分方程(2)等價(jià)的，也可以使用圖4所示的框線圖進(jìn)行表現(xiàn)。
微分方程(2)dI4(t)/dt＝α2{-A3I4(t)+(1-A7)·SR(t)}Goff(FGB)＝f1(其中FGB＜f3)＝f1+f2·(FGB-f3)(其中FGB≥f3)Func1(FGB)＝f4-f5·(FGB-f6)Func2(FGB)＝f7/FGBb1(I4(t))＝f8{1+f9·I4(t)}HGU(t)＝r·Func1(FGB)·b1(I4(t))·RG(t)+(1-r)·Kh·BG(t)·I4(t)(其中HGU(t)≥0)HGP(t)＝I4off·Func2(FGB)·b2+Goff(FGB)-I4(t)·Func2(FGB)·b2(其中HGP(t)≥0)SGO(t)＝RG(t)+HGP(t)-HGU(t)SRpost(t)＝A7SR(t)變量BG(t)血糖值SR(t)胰臟的胰島素分泌速度SRpost(t)通過(guò)肝臟后的胰島素RG(t)從消化道的葡萄糖吸收HGP(t)肝糖釋放HGU(t)肝糖攝取SGO(t)從肝臟的凈葡萄糖I4(t)肝胰島素濃度參數(shù)Kh單位胰島素、單位葡萄糖下的肝臟糖攝取速度A7肝臟的胰島素?cái)z取率Goff基礎(chǔ)代謝時(shí)的葡萄糖釋放速度b2與肝糖釋放抑制率有關(guān)的調(diào)整項(xiàng)r非胰島素依賴性肝糖攝取分配率α2對(duì)肝胰島素的傳播效率I4off可以抑制肝糖釋放的胰島素濃度閾值函數(shù)Goff(FGB)對(duì)基礎(chǔ)代謝的葡萄糖釋放速度Func1(FGB)對(duì)來(lái)自消化道的葡萄糖刺激的肝糖攝取率Func2(FGB)對(duì)胰島素刺激的肝糖釋放抑制率f1～f9表現(xiàn)上述3要素時(shí)所用的常數(shù)b1(I4(t))與肝糖攝取率相關(guān)的調(diào)整項(xiàng)在此，圖2中作為對(duì)肝臟模塊的輸入，從消化道的葡萄糖吸收5對(duì)應(yīng)RG(t)、血糖值6對(duì)應(yīng)BG(t)、胰島素分泌速度7對(duì)應(yīng)SR(t)，另外作為輸出，凈葡萄糖釋放8對(duì)應(yīng)SGO(t)、通過(guò)肝臟后的胰島素9對(duì)應(yīng)SRpost(t)。
圖4的框線圖中，5表示從消化道的葡萄糖吸收RG(t)、6表示血糖值BG(t)、7表示自胰臟的胰島素分泌速度SR(t)、8表示來(lái)自肝臟的凈葡萄糖SGO(t)、9表示通過(guò)肝臟后的胰島素SRpost(t)、24表示肝臟的胰島素通過(guò)率(1-A7)、25表示對(duì)肝胰島素的傳播效率α2、26表示通過(guò)肝臟后的胰島素分配速度A3、27表示積分要素、28表示肝胰島素濃度I4(t)、9表示胰島素依賴性肝糖攝取分配率(1-r)、30表示單位胰島素、單位葡萄糖下的肝臟糖攝取速度Kh、31表示非胰島素依賴性肝糖攝取分配率r、32表示對(duì)來(lái)自消化道的葡萄糖刺激的肝糖攝取率Func1(FGB)、33表示與肝糖攝取率相關(guān)的調(diào)整項(xiàng)b1(I4(t))、34表示肝糖攝取HGU(t)、35表示可以抑制肝糖釋放的胰島素濃度閾值I4off、36表示對(duì)胰島素刺激的肝糖釋放抑制率Func2(FGB)、37表示與肝糖釋放抑制率相關(guān)的調(diào)整項(xiàng)b2、38表示基礎(chǔ)代謝時(shí)的葡萄糖釋放速度、39表示肝糖釋放HGP(t)、40表示肝臟的胰島素?cái)z取率A7。
胰島素動(dòng)態(tài)分泌的輸入輸出關(guān)系可以采用以下的微分方程(3)進(jìn)行表述。此外，與微分方程(3)等價(jià)的，也可以采用圖5所示的框線圖進(jìn)行表現(xiàn)。
微分方程(3)dI1(t)/dt＝-A3I1(t)+A5I2(t)+A4I3(t)+SRpost(t)dI2(t)/dt＝A6I1(t)-A5I2(t)dI3(t)/dt＝A2I1(t)-A1I3(t)變量SRpost(t)通過(guò)肝臟后的胰島素I1(t)血中胰島素濃度I2(t)非胰島素依賴性組織的胰島素濃度I3(t)末梢組織的胰島素濃度參數(shù)
A1末梢組織的胰島素消失速度A2向末梢組織的胰島素分配率A3通過(guò)肝臟后的胰島素分配速度A4通過(guò)末梢組織后的胰島素流出速度A5非胰島素依賴性組織的胰島素消失速度A6向非胰島素依賴性組織的胰島素分配率在此，圖2中作為胰島素動(dòng)態(tài)模塊的輸入的通過(guò)肝臟后的胰島素9對(duì)應(yīng)SRpost(t)，作為輸出的末梢組織的胰島素濃度10對(duì)應(yīng)I3(t)。
圖5的框線圖中，9表示通過(guò)肝臟后的胰島素SRpost(t)、10表示末梢組織的胰島素濃度I3(t)、50表示積分要素、51表示通過(guò)肝臟后的胰島素分配速度A3、52表示血中胰島素濃度I1(t)、53表示向末梢組織的胰島素分配率A2、54表示積分要素、55表示末梢組織的胰島素消失速度A1、56表示通過(guò)末梢組織后的胰島素流出速度A4、57表示非胰島素依賴性組織的胰島素分配率A6、58表示積分要素、59表示向非胰島素依賴性組織的胰島素濃度I2(t)、60表示非胰島素依賴性組織的胰島素消失速度A5。
末梢組織模塊4的輸入輸出的關(guān)系可以采用以下微分方程(4)進(jìn)行表述。此外，與微分方程(4)等價(jià)的，也可以采用圖6所示的框線圖進(jìn)行表現(xiàn)。
微分方程(4)dBG′/dt ＝SGO(t)-u*Goff(FGB)-Kb·BG′(t)-Kp·I3(t)·BG′(t)變量BG′(t)血糖值(其中BG[mg/dl]、BG′[mg/kg])SGO(t)自肝臟的凈葡萄糖I3(t)末梢組織的胰島素濃度參數(shù)Kb末梢組織的非胰島素依賴性葡萄糖消耗速度Kp單位胰島素、單位葡萄糖下的末梢組織的胰島素依賴性葡萄糖消耗速度
u在與基礎(chǔ)代謝對(duì)應(yīng)的葡萄糖釋放速度之中，與基礎(chǔ)代謝對(duì)應(yīng)的非胰島素依賴性葡萄糖消耗所占的比例函數(shù)Goff(FGB)對(duì)基礎(chǔ)代謝的葡萄糖釋放速度f(wàn)1～f3表現(xiàn)Goff時(shí)所用的常數(shù)在此，圖2中作為對(duì)末梢組織模塊的輸入的末梢組織的胰島素濃度10對(duì)應(yīng)I3(t)、來(lái)自肝臟的凈葡萄糖8對(duì)應(yīng)SGO(t)，此外輸出的血糖值6對(duì)應(yīng)BG(t)。
圖6的框線圖中，6表示血糖值BG(t)、8表示來(lái)自肝臟的凈葡萄糖SGO(t)、10表示末梢組織的胰島素濃度I3(t)、70表示與基礎(chǔ)代謝對(duì)應(yīng)的非胰島素依賴性葡萄糖消耗速度u*Goff(FGB)、71表示積分要素、72表示末梢組織的非胰島素依賴性葡萄糖消耗速度Kb、73表示單位胰島素、單位葡萄糖下的末梢組織的胰島素依賴性葡萄糖消耗速度Kp、74表示單位轉(zhuǎn)換常數(shù)Ws/DVg。
如圖2所示，由于構(gòu)成本系統(tǒng)的模塊間的輸入、輸出相互接續(xù)，所以通過(guò)提供自消化道的葡萄糖吸收5，可以根據(jù)數(shù)學(xué)公式計(jì)算血糖值、胰島素濃度時(shí)序變化，進(jìn)行模擬。
這樣的逐次算出的血糖值、胰島素濃度可以在顯示器120進(jìn)行表示。由此，用戶可以容易地確認(rèn)如上述那樣模擬機(jī)體器官的結(jié)果。此外，也可以采用本系統(tǒng)作為在糖尿病診療支援系統(tǒng)之類的醫(yī)療系統(tǒng)中的模擬機(jī)體功能的子系統(tǒng)。在這種情況下，算出的血糖值、胰島素濃度的時(shí)序變化傳遞到醫(yī)療系統(tǒng)的其他構(gòu)成要素，由此可以形成例如糖尿病診療支援信息等，可以基于由本系統(tǒng)算出的血糖值、胰島素濃度獲得可靠性高的醫(yī)療信息。
在本系統(tǒng)的微分方程的計(jì)算中，例如可以采用E-Cell(慶應(yīng)義塾大學(xué)的公開軟件)或MatLab(MathWorks公司產(chǎn)品)，也可以使用其他的計(jì)算系統(tǒng)。
以下所示為采用本系統(tǒng)對(duì)血糖值、胰島素濃度、肝糖攝取和肝糖釋放的時(shí)序變化進(jìn)行模擬的例子。本例中，作為各模塊參數(shù)的一例，使用表1所示的值。
表1


此外，在計(jì)算微分方程時(shí)，變量初始值的一例使用表2的值。
表2


另外，本例中所用的常數(shù)和基準(zhǔn)值的一例采用表3的值。
表3


另外，自消化道的葡萄糖吸收速度使用圖7所示的值。
在上述條件下模擬的結(jié)果，血糖值6的時(shí)序變化如圖8所示、血中胰島素濃度52的時(shí)序變化如圖9所示、肝糖攝取的時(shí)序變化如圖10所示、肝糖釋放的時(shí)序變化如圖11所示。另外，作為對(duì)照用的血糖值如圖12所示，作為對(duì)照用的血中胰島素濃度如圖13所示。
如上所述，通過(guò)使用本系統(tǒng)，可以以更近似生理變動(dòng)的方式再現(xiàn)伴隨葡萄糖吸收的血糖值、胰島素濃度、肝糖攝取和肝糖釋放的時(shí)序變化。另外，本系統(tǒng)所用的模型由于包含分別與血糖值控制相關(guān)的胰臟、肝臟、胰島素動(dòng)態(tài)和末梢組織對(duì)應(yīng)的模塊作為構(gòu)成要素，在醫(yī)學(xué)上其含義也容易理解。
本發(fā)明的模擬系統(tǒng)通過(guò)采用表現(xiàn)機(jī)體功能的數(shù)理模型，可以再現(xiàn)機(jī)體的血糖值、胰島素濃度、肝糖攝取和肝糖釋放的時(shí)序變化。在實(shí)測(cè)可能的肝臟狀態(tài)變量包括肝臟模塊內(nèi)的肝糖攝取和肝糖釋放的情況下，可以通過(guò)模擬而得到與糖尿病非常相關(guān)的重要的肝臟功能“肝糖攝取”和“肝糖釋放”，可以簡(jiǎn)單地獲得與糖尿病病態(tài)相關(guān)的信息。這樣，基于此與病態(tài)相關(guān)的信息，可以實(shí)施適當(dāng)?shù)闹委?。而且，作為?shù)理模型，由于含有與血糖值的控制相關(guān)的分別與胰臟、肝臟、胰島素動(dòng)態(tài)和末梢組織對(duì)應(yīng)的模塊作為構(gòu)成要素，所以可以進(jìn)行在醫(yī)學(xué)上容易理解其含義的模擬，因此是有用的。
權(quán)利要求
1.機(jī)體器官功能的模擬系統(tǒng)，具有通過(guò)數(shù)理模型表現(xiàn)機(jī)體器官的功能的機(jī)體模型，采用此機(jī)體模型對(duì)上述機(jī)體器官的功能通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，其特征在于，所述機(jī)體模型具有，與肝臟功能相關(guān)的規(guī)定輸入和輸出，模擬該肝臟功能的肝臟模塊，而且所述系統(tǒng)具有基于對(duì)所述肝臟模塊的輸入值通過(guò)采用可以實(shí)測(cè)的肝臟狀態(tài)變量計(jì)算其輸出值的運(yùn)算手段。
2.權(quán)利要求1記載的模擬系統(tǒng)，所述機(jī)體模型是表現(xiàn)葡萄糖的吸收、蓄積和代謝的功能的。
3.權(quán)利要求1記載的模擬系統(tǒng)，所述機(jī)體模型是表現(xiàn)胰島素的分泌、運(yùn)輸和作用的功能的。
4.權(quán)利要求1記載的模擬系統(tǒng)，所述狀態(tài)變量包括所述肝臟模塊內(nèi)的肝糖攝取和肝糖釋放。
5.權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)記載的模擬系統(tǒng)，所述機(jī)體模型具有表現(xiàn)胰臟功能的胰臟模塊、表現(xiàn)胰島素動(dòng)態(tài)功能的胰島素動(dòng)態(tài)模塊、以及表現(xiàn)末梢組織功能的末梢組織模塊中的任一種。
6.權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)記載的模擬系統(tǒng)，所述機(jī)體模型還具有表現(xiàn)胰臟功能的胰臟模塊、表現(xiàn)胰島素動(dòng)態(tài)功能的胰島素動(dòng)態(tài)模塊和表現(xiàn)末梢組織功能的末梢組織模塊，所述肝臟模塊是以自消化道的葡萄糖、血糖值和自胰臟模塊的胰島素分泌作為輸入、以自肝臟的凈葡萄糖釋放和胰島素濃度作為輸出的3輸入2輸出模型。
7.記錄機(jī)體器官功能的模擬系統(tǒng)用的程序的記錄介質(zhì)，其特征在于，為采用通過(guò)數(shù)理模型模擬機(jī)體器官的功能，使計(jì)算機(jī)作為運(yùn)算手段來(lái)動(dòng)作，其中該運(yùn)算手段是基于向肝臟模塊的輸入值，使用可以實(shí)測(cè)的肝臟狀態(tài)變量運(yùn)算其輸出值的運(yùn)算手段，所述肝臟模塊是具有與肝臟功能相關(guān)的預(yù)定輸入輸出、對(duì)該肝臟功能進(jìn)行模擬的肝臟模塊。
8.權(quán)利要求7記載的記錄介質(zhì)，所述機(jī)體模型是表現(xiàn)葡萄糖吸收、蓄積和代謝功能的。
9.權(quán)利要求7記載的記錄介質(zhì)，所述機(jī)體模型是表現(xiàn)胰島素分泌、運(yùn)輸和作用功能的。
10.權(quán)利要求7記載的記錄介質(zhì)，所述狀態(tài)變量包括在肝臟模塊內(nèi)的肝糖攝取和肝糖釋放。
11.權(quán)利要求7～10任一項(xiàng)記載的記錄介質(zhì)，所述機(jī)體模型具有表現(xiàn)胰臟功能的胰臟模塊、表現(xiàn)胰島素動(dòng)態(tài)功能的胰島素動(dòng)態(tài)模塊、以及表現(xiàn)末梢組織功能的末梢組織模塊中的任一種。
12.權(quán)利要求7～10任一項(xiàng)記載的記錄介質(zhì)，所述機(jī)體模型還具有表現(xiàn)胰臟功能的胰臟模塊、表現(xiàn)胰島素動(dòng)態(tài)功能的胰島素動(dòng)態(tài)模塊和表現(xiàn)末梢組織功能的末梢組織模塊，所述肝臟模塊是以自消化道的葡萄糖、血糖值和自胰臟模塊的胰島素分泌作為輸入、以自肝臟的凈葡萄糖釋放和胰島素濃度作為輸出的3輸入2輸出模型。
全文摘要
模擬系統(tǒng)，具有通過(guò)數(shù)理模型表現(xiàn)機(jī)體器官功能的機(jī)體模型，通過(guò)使用此機(jī)體模型對(duì)所述機(jī)體器官的功能采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。所述機(jī)體模型具有與肝臟功能相關(guān)的規(guī)定輸入和輸出，模擬該肝臟功能的肝臟模塊。具有基于對(duì)此肝臟模塊的輸入值，通過(guò)使用可以實(shí)測(cè)的肝臟狀態(tài)變量，對(duì)其輸出值進(jìn)行運(yùn)算的運(yùn)算手段。
文檔編號(hào)G06F19/00GK1862552SQ20061008032
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2006年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月9日
發(fā)明者高地泰浩, 齊藤太計(jì)雄, 清家圣嘉, 中島弘 申請(qǐng)人:希森美康株式會(huì)社