(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
器官が有する細動脈、細静脈、および前記細動脈と前記細静脈との間の毛細血管の構造を示す血管網を２次元平面上に定義した循環モデルと、前記循環モデルに示される血管網内の血流のシミュレーション結果とを記憶する記憶部と、
前記循環モデルを、前記毛細血管の構造を示す血管網が円筒の側面上に配置された立体構造に変換し、前記立体構造上に前記シミュレーション結果を表示する演算部と、
を有する可視化装置。
【請求項２】
前記演算部は、動脈側から静脈側への血流方向に対して直交する方向の前記循環モデルの幅が、側面の周囲の長さとなるような前記円筒を作成し、前記円筒に毛細血管を配置することを特徴とする請求項１記載の可視化装置。
【請求項３】
コンピュータが、
器官が有する細動脈、細静脈、および前記細動脈と前記細静脈との間の毛細血管の構造を示す血管網を２次元平面上に定義した循環モデルを、前記毛細血管の構造を示す血管網が円筒の側面上に配置された立体構造に変換し、
前記循環モデルに示される血管網内の血流のシミュレーション結果を、前記立体構造上に表示する、
可視化方法。
【請求項４】
コンピュータに、
器官が有する細動脈、細静脈、および前記細動脈と前記細静脈との間の毛細血管の構造を示す血管網を２次元平面上に定義した循環モデルを、前記毛細血管の構造を示す血管網が円筒の側面上に配置された立体構造に変換し、
前記循環モデルに示される血管網内の血流のシミュレーション結果を、前記立体構造上に表示する、
処理を実行させる可視化プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレーション結果を可視化する可視化装置、可視化方法、および可視化プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高度科学技術計算（High Performance Computing）の分野においては、心臓などの器官におきる現象を数値解析により求める生体シミュレーションが行われる。例えば、スーパーコンピュータ等の計算機を用いたシミュレーションにより心筋の挙動を再現し、３次元コンピュータグラフィックス技術を用いて心臓の挙動を表示することができる。また心筋の挙動に伴う冠循環のシミュレーションも可能である。
【０００３】
冠循環は、心臓の心筋に血液を供給する血管網（以降、「冠循環網」と呼ぶ）である。心筋に血液を供給する冠循環網には、バルサルバ洞から血液を輸送するための冠動脈と、心筋が酸素を利用したのちに排出した二酸化炭素を輸送する冠静脈がある。冠循環網は、臓器スケールで確認可能な血管の径のものから、心筋内部に血液を循環させる径のものがある。この全体の血管網の構造を解剖学的に解明する研究が進められている。例えば冠状毛細血管の血流力学の分析に関する論文がある。
【０００４】
患者の心臓に合わせた３次元モデルを用いて冠循環のシミュレーションを行えば、患者固有の冠循環の様子をコンピュータで再現できる。そこで、患者固有の３次元モデルを作成する技術が考えられている。例えば、患者の心臓の幾何学的形状に関する患者固有のデータに基づいて、患者の心臓の少なくとも一部を表す３次元モデルを作成する技術が考えられている。また心臓を含む生体の複数の断層画像から生成されるデータを用いて、心臓および心臓系血管の３Ｄモデルを生成する技術も考えられている。さらに心臓のような動体を複数方向から撮影した映像を用いて３次元形状の動きを求める技術も考えられている。
【０００５】
なお、細い血管網を含めた冠循環のシミュレーションを行うと、計算機に対する処理負荷が非常に大きくなる。そこで、細い血管網を含めた冠循環のシミュレーションを効率化する技術が考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０２１３０７号
【特許文献２】特開２０１１−２００５４９号公報
【特許文献３】特開２００４−２０１７３０号公報
【特許文献４】特開２０１３−２３３３６９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Kassab GS, Le KN, Fung YC、"A hemodynamic analysis of coronary capillary blood flow based on anatomic and distensibility data."、American Journal of Physiology- Heart and Circulatory Physiology、1 December 1999、vol;277、H2158-2166.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
３次元モデルを用いた心臓のシミュレーション結果を観察する際、３次元モデル上にシミュレーション結果を表示することができる。例えばシミュレーションによって算出された心筋や血管の物理量の値の違いを、色情報の違いに置き換えて、３次元モデルを表示することで、シミュレーション結果を３次元モデル上で観察できる。
【０００９】
しかし、微小循環系については、血管網が２次元の平面的な構造でしか定義されておらず、微小循環系についてシミュレーション結果を立体構造上で確認することができない。すなわち、冠循環などの血流のシミュレーションの実現の観点からは、毛細血管のような細い血管を含む微小循環系については、３次元にモデル化しなくても、十分な精度のシミュレーション結果が得られる。そのためシミュレーションに用いる血管網のモデルにおいて、微小循環系については、２次元の平面上での、血管の径や長さ、接続関係などの構造が定義されており、立体構造については定義されていない。その結果、微小循環系について立体構造を再現できず、微小循環系におけるシミュレーション結果を立体構造上で観察することができない。
【００１０】
１つの側面では、本件は、平面上に配置された循環モデルを用いた血流のシミュレーションの結果を立体構造上で観察できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１つの案では、器官が有する直径が所定値以下の血管網を２次元平面上に定義した循環モデルと、循環モデルに示される血管網内の血流のシミュレーション結果とを記憶する記憶部と、循環モデルを、血管網が円筒の側面上に配置された立体構造に変換し、立体構造上にシミュレーション結果を表示する演算部と、を有する可視化装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
１案によれば、平面上に配置された循環モデルを用いた血流のシミュレーションの結果を立体構造上で確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態に係る装置の機能構成例を示す図である。
【図２】本実施の形態に用いるコンピュータのハードウェアの一構成例を示す図である。
【図３】第２の実施の形態に係るコンピュータの機能を示すブロック図である。
【図４】非構造格子データの一例を示す図である。
【図５】冠循環マクロモデルのデータ構造の一例を示す図である。
【図６】冠循環ミクロモデルのデータ構造の一例を示す図である。
【図７】心臓の３次元モデルの一例を示す図である。
【図８】シミュレーション結果記憶部のデータ構造の一例を示す図である。
【図９】細い血管の一例を示す図である。
【図１０】冠循環系のモデルの一例を示す図である。
【図１１】微小領域の可視化処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１２】血管形状作成処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１３】微小循環モデルの拡大図である。
【図１４】円筒周囲への血管配置処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１５】微小循環系の両端の血管の変形例を示す図である。
【図１６】微小循環系の第１の表示例を示す図である。
【図１７】微小循環系の第２の表示例を示す図である。
【図１８】微小循環系の第３の表示例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。なお各実施の形態は、矛盾のない範囲で複数の実施の形態を組み合わせて実施することができる。
〔第１の実施の形態〕
まず、第１の実施の形態について説明する。第１の実施の形態は、微小循環系の血流のシミュレーション結果を、ユーザが見やすいように３次元の血管網のモデル上に表示するものである。
【００１５】
図１は、第１の実施の形態に係る装置の機能構成例を示す図である。可視化装置１０は、記憶部１１と演算部１２とを有している。
記憶部１１は、器官の直径が所定値以下の血管網を２次元平面上に定義した循環モデル１と、循環モデル１に示される血管網内の血流のシミュレーション結果２とを記憶する。器官は、例えば心臓である。循環モデル１は、例えば細動脈、細静脈、および細動脈と細静脈との間の毛細血管の構造を示す微小循環モデルである。シミュレーション結果２には、例えばシミュレーション上のタイムステップごとの、血管要素における物理量が示されている。物理量としては、血管内の圧力、血管内を流れる血液の酸素濃度または二酸化炭素濃度などである。
【００１６】
演算部１２は、循環モデル１を、血管網が円筒３の側面上に配置された立体構造４に変換し、立体構造上にシミュレーション結果２を表示する。例えば演算部１２は、動脈側から静脈側への血流方向に対して直交する方向の循環モデル１の幅が、側面の周囲の長さとなるような円筒３を作成する（ステップＳ１）。次に演算部１２は、円筒３に毛細血管を配置する（ステップＳ２）。例えば演算部１２は、毛細血管の構造を示す血管網を円筒３の側面上に配置する。これにより、循環モデルが立体構造４に変換される。そして演算部１２は、循環モデル１を立体化した立体構造４上に、シミュレーション結果２を表示する（ステップＳ３）。この際、円筒３は表示されない。例えば、微小循環系の立体構造の表面を、血管または血管内の血流の物理量に応じた色彩で色づけして、立体構造を画面５に表示する。
【００１７】
このようにして、シミュレーションに用いた２次元の循環モデルを立体化して、立体構造上にシミュレーション結果を表示できるようになる。その結果、シミュレーション結果を、立体構造によって観察することができ、シミュレーション結果の観察が容易となる。
【００１８】
なお、演算部１２は、例えば可視化装置１０が有するプロセッサにより実現することができる。また、記憶部１１は、例えば可視化装置１０が有するメモリにより実現することができる。さらに、図１に示した各要素間を接続する線は通信経路の一部を示すものであり、図示した通信経路以外の通信経路も設定可能である。
【００１９】
〔第２の実施の形態〕
次に第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、心臓全体のシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果を、冠循環の微小循環系を含めて、立体構造のモデル上で観察できるようにしたものである。
【００２０】
図２は、本実施の形態に用いるコンピュータのハードウェアの一構成例を示す図である。コンピュータ１００は、プロセッサ１０１によって装置全体が制御されている。プロセッサ１０１には、バス１０９を介してメモリ１０２と複数の周辺機器が接続されている。プロセッサ１０１は、マルチプロセッサであってもよい。プロセッサ１０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。プロセッサ１０１がプログラムを実行することで実現する機能の少なくとも一部を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）などの電子回路で実現してもよい。
【００２１】
メモリ１０２は、コンピュータ１００の主記憶装置として使用される。メモリ１０２には、プロセッサ１０１に実行させるＯＳ（Operating System）のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、メモリ１０２には、プロセッサ１０１による処理に必要な各種データが格納される。メモリ１０２としては、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性の半導体記憶装置が使用される。
【００２２】
バス１０９に接続されている周辺機器としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０３、グラフィック処理装置１０４、入力インタフェース１０５、光学ドライブ装置１０６、機器接続インタフェース１０７およびネットワークインタフェース１０８がある。
【００２３】
ＨＤＤ１０３は、内蔵したディスクに対して、磁気的にデータの書き込みおよび読み出しを行う。ＨＤＤ１０３は、コンピュータ１００の補助記憶装置として使用される。ＨＤＤ１０３には、ＯＳのプログラム、アプリケーションプログラム、および各種データが格納される。なお、補助記憶装置としては、フラッシュメモリなどの不揮発性の半導体記憶装置を使用することもできる。
【００２４】
グラフィック処理装置１０４には、モニタ２１が接続されている。グラフィック処理装置１０４は、プロセッサ１０１からの命令に従って、画像をモニタ２１の画面に表示させる。モニタ２１としては、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）を用いた表示装置や液晶表示装置などがある。
【００２５】
入力インタフェース１０５には、キーボード２２とマウス２３とが接続されている。入力インタフェース１０５は、キーボード２２やマウス２３から送られてくる信号をプロセッサ１０１に送信する。なお、マウス２３は、ポインティングデバイスの一例であり、他のポインティングデバイスを使用することもできる。他のポインティングデバイスとしては、タッチパネル、タブレット、タッチパッド、トラックボールなどがある。
【００２６】
光学ドライブ装置１０６は、レーザ光などを利用して、光ディスク２４に記録されたデータの読み取りを行う。光ディスク２４は、光の反射によって読み取り可能なようにデータが記録された可搬型の記録媒体である。光ディスク２４には、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）などがある。
【００２７】
機器接続インタフェース１０７は、コンピュータ１００に周辺機器を接続するための通信インタフェースである。例えば機器接続インタフェース１０７には、メモリ装置２５やメモリリーダライタ２６を接続することができる。メモリ装置２５は、機器接続インタフェース１０７との通信機能を搭載した記録媒体である。メモリリーダライタ２６は、メモリカード２７へのデータの書き込み、またはメモリカード２７からのデータの読み出しを行う装置である。メモリカード２７は、カード型の記録媒体である。
【００２８】
ネットワークインタフェース１０８は、ネットワーク２０に接続されている。ネットワークインタフェース１０８は、ネットワーク２０を介して、他のコンピュータまたは通信機器との間でデータの送受信を行う。
【００２９】
以上のようなハードウェア構成によって、第２の実施の形態の処理機能を実現することができる。なお、第１の実施の形態に示した可視化装置１０も、図２に示したコンピュータ１００と同様のハードウェアにより実現することができる。
【００３０】
コンピュータ１００は、例えばコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムを実行することにより、第２の実施の形態の処理機能を実現する。コンピュータ１００に実行させる処理内容を記述したプログラムは、様々な記録媒体に記録しておくことができる。例えば、コンピュータ１００に実行させるプログラムをＨＤＤ１０３に格納しておくことができる。プロセッサ１０１は、ＨＤＤ１０３内のプログラムの少なくとも一部をメモリ１０２にロードし、プログラムを実行する。またコンピュータ１００に実行させるプログラムを、光ディスク２４、メモリ装置２５、メモリカード２７などの可搬型記録媒体に記録しておくこともできる。可搬型記録媒体に格納されたプログラムは、例えばプロセッサ１０１からの制御により、ＨＤＤ１０３にインストールされた後、実行可能となる。またプロセッサ１０１が、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み出して実行することもできる。
【００３１】
図３は、第２の実施の形態に係るコンピュータの機能を示すブロック図である。コンピュータ１００は、心臓モデル記憶部１１０、シミュレータ１２０、シミュレーション結果記憶部１３０、および可視化部１４０を有する。
【００３２】
心臓モデル記憶部１１０は、心臓の心筋や血管の形状を定義するデータを記憶する。例えば患者の実際の心臓を表すデータが、心臓モデル記憶部１１０に格納される。心臓モデル記憶部１１０には、非構造格子データ１１１、冠循環マクロモデル１１２、および冠循環ミクロモデル１１３が格納されている。例えばメモリ１０２またはＨＤＤ１０３の記憶領域の一部が、心臓モデル記憶部１１０として使用される。
【００３３】
非構造格子データ１１１は、心臓の形状を３次元で表すデータである。非構造格子データ１１１では、例えば複数の４面体の要素によって心臓の形状が表される。その場合、心臓が存在する空間に、多数の節点が設けられる。そして４つの節点を頂点とする多数の４面体が定義される。１つの４面体が、例えば心臓の心筋細胞を表す要素である。
【００３４】
冠循環マクロモデル１１２は、心臓の冠循環系における直径が所定値以上の血管の立体構造を示すデータである。冠循環ミクロモデル１１３は、心臓の冠循環系における直径が所定値未満の血管の構造を、平面的に表したデータである。
【００３５】
シミュレータ１２０は、心臓の３次元モデルに基づいて、拍動を含む心臓の挙動をシミュレートする。またシミュレータ１２０は、心臓の血液の流れ（冠循環）をシミュレートすることもできる。そしてシミュレータ１２０は、シミュレーション結果を、シミュレーション結果記憶部１３０に格納する。例えばシミュレータ１２０は、シミュレーション上の時刻（タイムステップ）を所定時間ずつ進行させ、その都度、３次元モデルの節点の位置、および要素や節点における物理量（例えば血圧や血流量など）を算出する。各時刻での節点の位置や物理量は、その前の時刻における節点の位置や物理量に基づいて算出される。シミュレータ１２０は、シミュレーション上の時刻における所定のタイミングで、その時点での節点の位置、および要素や節点における物理量を、シミュレーション結果として出力する。
【００３６】
シミュレーション結果記憶部１３０は、シミュレーション結果を記憶する。シミュレーション結果記憶部１３０としては、例えばメモリ１０２またはＨＤＤ１０３の記憶領域の一部が使用される。
【００３７】
可視化部１４０は、心臓の挙動や冠循環系をモニタ２１に表示する。例えば可視化部１４０は、微小血管網も含めて３次元で正しく表示できるように、冠循環ミクロモデル１１３を医療的な知見に基づく幾何形状に変形させる。さらに可視化部１４０は、冠循環マクロモデル１１２や冠循環ミクロモデル１１３の血管に、血流や血圧などの各種物理量を設定する。そして可視化部１４０は、例えば設定された物理量の値に応じた色で、心臓の心筋または冠循環系の血管を表示する。
【００３８】
なお可視化部１４０は、図１に示した第１の実施の形態における演算部１２の一例である。また心臓モデル記憶部１１０、およびシミュレーション結果記憶部１３０を合わせた機能は、図１に示した第１の実施の形態における記憶部１１の一例である。なお、図３に示した各要素間を接続する線は通信経路の一部を示すものであり、図示した通信経路以外の通信経路も設定可能である。また、図３に示した各要素の機能は、例えば、その要素に対応するプログラムモジュールをコンピュータに実行させることで実現することができる。
【００３９】
次に、心臓モデル記憶部１１０内のデータについて詳細に説明する。
図４は、非構造格子データの一例を示す図である。非構造格子データ１１１には、例えば節点情報テーブル１１１ａと要素情報テーブル１１１ｂとが含まれる。節点情報テーブル１１１ａと要素情報テーブル１１１ｂとによって、非構造格子データが構成される。節点情報テーブル１１１ａには、節点ごとに、節点番号と節点の位置を示す座標とが設定されている。なお、節点情報テーブル１１１ａに設定されている各節点の座標は、シミュレーション開始前の節点の位置を示しており、シミュレーションにより心臓の拍動が再現されると、節点の位置が変化する。要素情報テーブル１１１ｂには、要素ごとに、要素番号と４面体の要素の頂点となる節点の節点番号とが設定されている。
【００４０】
図４に示した非構造格子データ１１１に格納されたデータに基づいて、心臓の３次元モデルが生成できる。
図５は、冠循環マクロモデルのデータ構造の一例を示す図である。冠循環マクロモデル１１２は、心臓の血管ネットワークのうち、太い冠動脈・静脈の構造を示す情報である。冠循環マクロモデル１１２には、節点情報テーブル１１２ａと血管要素情報テーブル１１２ｂとが含まれる。節点情報テーブル１１２ａの構造は、図４に示す非構造格子データ１１１の節点情報テーブル１１１ａと同様である。
【００４１】
血管要素情報テーブル１１２ｂには、血管の要素の要素番号に対応付けて、節点、レベル、直径、およびコンダクタンスが設定されている。要素番号は、血管の要素を一意に識別するための識別番号である。節点は、血管の要素の両端の位置の節点の識別番号である。レベルは、血管の太さのレベルである。動脈のレベルは正の値、静脈のレベルは負の値である。レベルの絶対値は、毛細血管が最も小さく、太い血管ほど大きくなる。直径は、血管の直径である。コンダクタンスは、血管内の血液の流れやすさを示す数値である。コンダクタンスが大きいほど、血管内の抵抗が少なく、血液が流れやすいことを示す。なおＮelemは血管の要素数である。
【００４２】
図６は、冠循環ミクロモデルのデータ構造の一例を示す図である。冠循環ミクロモデル１１３は、心臓の血管ネットワークのうち、中間ネットワーク、細動脈・細静脈、および毛細血管の構造を示す情報である。冠循環ミクロモデル１１３には、節点情報テーブル１１３ａと血管要素情報テーブル１１３ｂとが含まれる。節点情報テーブル１１３ａの構造は、図４に示す非構造格子データ１１１の節点情報テーブル１１１ａと同様である。
【００４３】
血管要素情報テーブル１１３ｂには、血管の要素の要素番号に対応付けて、節点、レベル、長さ、直径、血管壁弾性率、基準圧力差、本数が設定されている。節点は、血管の要素の両端の位置の節点の識別番号である。レベルは、血管のレベルである。長さは、血管の要素の長さである。直径は、血管の要素の直径である。血管壁弾性率は、血管の要素の壁の弾性率である。基準圧力差は、血管内の血圧と心筋内圧の圧力差の基準値を表す。この基準値とシミュレーションにおける各時刻での圧力差を基に血管径を計算する。本数は、対称性があると仮定したときの同じレベルの要素の本数である。
【００４４】
以上のような心臓のモデルを定義するデータに基づいて、心臓の３次元モデルを生成することができる。
図７は、心臓の３次元モデルの一例を示す図である。図７の例では、３次元モデル３１は、４面体の要素の集合体である。このような３次元モデル３１に対して、電気信号の初期条件を与えることで、心臓の心筋を介した電気信号の伝播状況（興奮伝播）の再現シミュレーションを実行できる。また３次元モデル３１に対して、心筋の収縮や拡張の動作に関する条件を与えることで、心臓の挙動のシミュレーションが可能となる。さらに心筋の収縮や拡張に伴う心臓の挙動のシミュレーションに伴い、冠循環系に流れる血流のシミュレーションを行うことができる。シミュレーション結果は、シミュレーション結果記憶部１３０に格納される。
【００４５】
図８は、シミュレーション結果記憶部のデータ構造の一例を示す図である。シミュレーション結果記憶部１３０には、１回分のシミュレーション結果の記録時点を１タイムステップとし、タイムステップごとの心筋・血管データ１３１，１３２，１３３，・・・が格納されている。心筋・血管データ１３１，１３２，１３３，・・・は、タイムステップのときの心臓の状態（形状を含む）を示す情報である。心筋・血管データ１３１，１３２，１３３，・・・には、タイムステップの番号（タイムステップインデックス）が付与されている。
【００４６】
例えば心筋・血管データ１３１，１３２，１３３，・・・には、要素・節点ＩＤに対応付けて、要素または節点の位置、様々な物理量の値が設定されている。タイムステップごとの節点の位置により、各タイムステップでの心臓の形状が決まる。なお要素の位置は、例えば４面体の要素の重心位置である。また１つの物理量に関し、要素と節点の両方に値が設定されていてもよく、要素または節点の一方にのみ値が設定されていてもよい。物理量としては、例えば血管に対する圧力、血管内を流れる血液に含まれる酸素濃度または二酸化炭素濃度などがある。
【００４７】
次に、冠循環系について説明する。冠循環系は、大動脈および大静脈から、細い血管に枝分かれする。
図９は、細い血管の一例を示す図である。血管の直径が数ｍｍ〜数十μｍの血管は導管血管３２である。導管血管３２は、心臓の隅々に血液を運搬する役割を担っている。導管血管３２は、心表面を走行する血管（distributing vessels）から、心臓の壁を貫く方向へ走行する血管（delivering vessels）に分岐している。
【００４８】
心臓の壁を貫く方向の血管からさらに血管が枝分し、微小循環系３３を形成する。微小循環系３３は、直径が数十μｍの細動脈、細静脈と、毛細血管とを含む。導管血管３２は、樹状構造であるのに対し、微小循環系３３は、網目構造である。微小循環系３３は、心筋に栄養を供給する役割を担っている。
【００４９】
このような細い血管を含めて冠循環系の構造がモデル化されている。
図１０は、冠循環系のモデルの一例を示す図である。冠循環マクロモデル１１２には、大動脈モデル４１と大静脈モデル４２との構造が定義されている。大動脈モデル４１と大静脈モデル４２とには、レベル１１〜６，−１２〜−６の範囲の直径の血管が含まれる。
【００５０】
大動脈モデル４１と大静脈モデル４２との末端の節点には、冠循環ミクロモデル１１３に含まれる対称性モデル４３が含まれる。対称性モデル４３は、小血管系を表しており、小動脈と小静脈が対称となるように定義されている。対称性モデル４３には、レベル−５〜−３，３〜５の範囲の直径の血管が含まれる。
【００５１】
また冠循環ミクロモデル１１３には、対称性モデル４３の小動脈と小静脈との間の微小循環モデル４４が定義されている。例えば１２８個の微小循環モデル４４が、対称性モデル４３の小動脈と小静脈との間に配置される。微小循環モデル４４は、細動脈、毛細血管、および細静脈の構造を表している。微小循環モデル４４には、レベル３〜１，０，−１〜−３の範囲の直径の血管が含まれる。
【００５２】
図１０に示した冠循環系のモデルのうち、大動脈モデル４１と大静脈モデル４２とについては、医療的な知見に基づく冠循環の構造が、立体的に定義されている。他方、対称性モデル４３と微小循環モデル４４とについては、血管の接続関係、太さ、長さなどについて平面的に定義されており、立体的な構造については現実に即した構造とはなっていない。そのため、冠循環シミュレーションによって求めたミクロな領域の血流分布などを３次元モデルで観察する際に、冠循環ミクロモデル１１３をそのまま再現すると、不自然な構造になってしまう。そこで第２の実施の形態では、可視化部１４０が、シミュレーション結果を３次元モデルを用いて表示する際に、冠循環ミクロモデル１１３を、医療的な知見に基づく３次元構造に再構成する。
【００５３】
以下、微小領域の可視化処理の手順について説明する。
図１１は、微小領域の可視化処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお微小領域の可視化処理は、ユーザからの可視化指示に応じて実行される。
【００５４】
［ステップＳ１１１］可視化部１４０は、冠循環ミクロモデル１１３に基づいて、医療的な知見に基づく血管の幾何形状を作成する。この処理の詳細は、後述する（図１２参照）。
【００５５】
［ステップＳ１１２］可視化部１４０は、血管に、可視化する物理量を配置する。例えば可視化部１４０は、シミュレーション結果記憶部１３０から可視化する物理量を取得する。そして可視化部１４０は、ステップＳ１１１で作成した幾何形状の血管網に、取得した物理量を配置する。可視化する物理量は、例えばユーザからの入力により指定される。可視化する物理量としては、例えば血流量、血圧などがある。
【００５６】
［ステップＳ１１３］可視化部１４０は、作成した３次元の血管形状に、設定された物理量の値に応じた色を配色し、モニタ２１に表示する。
次に、血管形状作成処理について詳細に説明する。
【００５７】
図１２は、血管形状作成処理の手順の一例を示すフローチャートである。
［ステップＳ１２１］可視化部１４０は、冠循環ミクロモデルの幾何形状を作成する直交座標系を定義する。
【００５８】
［ステップＳ１２２］可視化部１４０は、微小循環モデルの幅方向の最大値ｙａを取得する。
図１３は、微小循環モデルの拡大図である。図１３では、左側の端点４４ａから細動脈４４ｃが枝状に伸びている。また右側の端点４４ｂから細静脈４４ｄが枝状に伸びている。細動脈４４ｃと細静脈４４ｄとの間は、網状の毛細血管４４ｅで接続されている。ここで、端点４４ａから端点４４ｂ方向をｘ軸とし、ｘ軸に直交する方向をｙ軸とする。微小循環モデル４４は、ｘ−ｙ平面上に形成されている。このような場合、微小循環モデル４４の幅方向の最大値ｙａは、微小循環モデル４４のｙ方向の幅である。
【００５９】
ｙａは、例えば２００μｍ程度となる。また毛細血管４４ｅのｘ方向の幅は、５００μｍ程度である。
以下、図１２の説明に戻る。
【００６０】
［ステップＳ１２３］可視化部１４０は、血管を巻く円筒を作成する。例えば可視化部１４０は、微小循環モデル４４の幅が円筒周囲の長さとなるような大きさの円筒を作成する。その場合、円筒の直径ｄは「ｄ＝ｙａ／π」（πは円周率）となる。また可視化部１４０は、円筒の長さを、例えば微小循環モデル４４の毛細血管４４ｅの両端間の距離と同じにする。また円筒の長を、大きめにしておいてもよい。例えば可視化部１４０は、微小循環モデル４４の両端点４４ａ，４４ｂ間の距離と同じにしてもよい。
【００６１】
［ステップＳ１２４］可視化部１４０は、円筒周囲に血管を配置する。この際、可視化部１４０は、いったん血管の長さを伸ばして円筒の内面に配置した後、血管の長さを元の長さに収縮させる。
【００６２】
図１４は、円筒周囲への血管配置処理の手順の一例を示すフローチャートである。
［ステップＳ１３１］可視化部１４０は、微小循環系のデータを取得する。
［ステップＳ１３２］可視化部１４０は、円筒形状を示すデータを取得する。
【００６３】
［ステップＳ１３３］可視化部１４０は、微小循環系の両端の血管を、円筒の端点に合わせて変形する。
図１５は、微小循環系の両端の血管の変形例を示す図である。微小循環モデル４４の細動脈４４ｃと細静脈４４ｄとの末端（毛細血管に接続される端部）が、円筒５１の端部に接続される。
【００６４】
以下、図１４の説明に戻る。
［ステップＳ１３４］可視化部１４０は、細動脈４４ｃと細静脈４４ｄとの間の毛細血管を、円筒周囲に配置する。この際、各血管の長さを可変とする。例えば円筒の長さを大きめにしておいた場合、可視化部１４０は、血管の長さを伸ばして、各血管を円筒の周囲に配置する。
【００６５】
［ステップＳ１３５］可視化部１４０は、微小循環系の血管を、直径が大きい血管から順に選択する。
［ステップＳ１３６］可視化部１４０は、選択した血管を、元の長さに修正する。例えば可視化部１４０は、選択した血管の直径をＲｉとし、太い血管に接続されている方の端部から他方の端部へのベクトルをｖｉとする。そして可視化部１４０は、選択した血管の太い血管に接続されている方の端部を固定し、ベクトルｖｉの方向に血管の長さが元の長さに戻るまで縮める。
【００６６】
［ステップＳ１３７］可視化部１４０は、微小循環系のすべての血管について長さを修正したか否かを判断する。すべての血管の長さを修正した場合、処理が終了する。長さが未修正の血管があれば、処理がステップＳ１３５に進められる。
【００６７】
このように各血管の長さを収縮させると、それに応じて円筒の長さも縮められる。例えば、円筒中心を通過する、円筒の長さ方向のベクトルをベクトルＣとする。このとき１つの血管の長さがΔｖｉだけ短くなった場合、円筒の長さはΔＬｉ＝Δｖｉ（ｃｏｓθｉ）だけ短くなる。θｉは、ベクトルｖｉとベクトルＣの成す角度である。微小循環系の一端から他端までの血管の経路上の各血管の収縮に応じた円筒短縮長ΔＬｉの累積値の分だけ、円筒の長さが短縮される。
【００６８】
微小循環モデルの中央部を円筒形に変形させたことにより、画面表示した際に、現実に近い形状で微小循環系の血管網を観察することができる。例えば可視化部１４０は、冠循環のシミュレーション結果に示される物理量の値の大きさを、血管の色に置き換えて、微小循環モデルを表示する。この際、ユーザは、観察対象の物理量を入力するとともに、物理量の値と色との対応関係を示すカラーマップデータを指定する入力を行う。観察対象の物理量としては、血管にかかる圧力、血管内を流れる血液の酸素濃度、血管内を流れる血液の二酸化炭素濃度などがある。
【００６９】
図１６は、微小循環系の第１の表示例を示す図である。図１６の上側は、Ｚ軸方向から見た微小循環系であり、下側は、Ｙ軸方向から見た微小循環系である。
図１７は、微小循環系の第２の表示例を示す図である。図１７の例は、斜め方向から見た微小循環系を表示したものである。
【００７０】
図１８は、微小循環系の第３の表示例を示す図である。図１８の例は、対称性のある領域と微小循環の領域とを合わせて表示したものである。
図１６〜図１８では、例えば色の違いにより物理量の値の違いが表現される。色の違いは、明度の違いや色相の違いである。例えば圧力を表示する場合、圧力値が高いほど赤に近い色とし、圧力値が低いほど青に近い色とする。また酸素濃度を表示する場合、酸素濃度が高いほど赤に近い色とし、酸素濃度が低いほど青に近い色とする。
【００７１】
このように２次元の平面上に形成された微小循環モデルを３次元の立体構造に変換して、シミュレーションの結果を表示することで、実際の血管網に近い構造で、物理量の分布などに関する状況を観察することができる。その結果、シミュレーションを用いた患者の状態の把握が容易となる。
【００７２】
なお、第２の実施の形態では、心臓の冠循環における微小循環モデルを立体化しているが、心臓以外の臓器の微小循環系も、同様に立体化することができる。
以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。さらに、前述した実施の形態のうちの任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１  循環モデル
２  シミュレーション結果
３  円筒
４  立体構造
５  画面
１０  可視化装置
１１  記憶部
１２  演算部
【図１】
0006380949.tif 000002
【図２】
0006380949.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006380949.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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