コンピュータ内に形態と機能を合わせ持つ三次元構造を発生する手法の開発

开发一种在计算机中生成具有形式和功能的三维结构的方法

基本信息

批准号：
10877146
负责人：
鈴木直樹
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Jikei University School of Medicine
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)セルレンダリング用ソフトウエアの構築本研究の本題である生体内の生体構造を生体内の細胞の集団の集合体として構築できるシステムを作成した。コンピュータ内での最小の単位をセルとし、このセルが集合して三次元形状を構築するものとした。生体では形態が機能を決定する性質があるため、本システムでは特定の臓器を対象とできるように、MRIから得た輪郭データ群の三次元領域内にセルを充填して対象物を構築できる機能を持たせた。(2)骨格筋構築への応用本手法を骨格筋に用いるため骨格筋自身を筋束単位でセル化し、紡錘形状にセル化した筋束を束ねて骨格筋を作成する手法を開発した。さらに、CTデータより構築した上腕骨格系にこの筋束の集合体よりなる筋を三次元的に付着させ、筋を収縮拡張することにより基本的な上腕の動作を行えるようなシステムを開発した。さらに4機のPolhemusセンサを用いて上腕の生体からのデータを受け取り、これを基に骨格系を駆動させ、その際の各上腕の筋の相互作用、時空的動態を計測する手法を得た。(3)平滑筋構築への応用平滑筋の挙動を示す手法として結腸の一部(下降結腸)を筒状にモデル化し、このモデルを構築するタイル状セルの瞬間的変異に基づく収縮を与えることにより筒状モデルの蠕動運動様の動作を行わせることができた。(4)総括本研究によってセル化する最小単位の形状を球状、紡錘形状、タイル形状と変化させることにより、それぞれ目的に応じた生体の四次元的挙動を再現し、かつ解析できる手法を開発することができた。

(1)细胞渲染软件的构建我们创建了一个可以构建活体内生物结构的系统，这是本研究的主要课题，作为活体内细胞的集合。计算机中最小的单位是细胞，这些细胞共同构成了一个三维形状。在生物体中，形式决定功能，因此该系统具有通过将细胞填充到从MRI获得的轮廓数据的三维区域中来构建目标物体的能力，从而可以针对特定的器官进行制作。。 (2)在骨骼肌构建中的应用为了将该方法应用于骨骼肌，我们开发了一种通过将骨骼肌本身转化为肌束单位的细胞并将细胞肌束捆绑成纺锤形状来创建骨骼肌的方法。此外，我们还开发了一种系统，通过将由这些肌束组成的肌肉三维地附着到由 CT 数据构建的肱骨骨骼系统上，并通过收缩和扩张肌肉来执行基本的上臂运动。此外，我们使用四个Polhemus传感器接收来自上臂活体的数据，根据这些数据驱动骨骼系统，并开发了一种测量每个上臂肌肉的相互作用和时空动态的方法。 (3) 在平滑肌构建中的应用作为显示平滑肌行为的方法，将结肠（降结肠）的一部分建模为圆柱形，并根据瓦形的瞬时变化给出收缩。我们能够使圆柱形模型执行蠕动运动。 (4)总结通过本研究，我们将开发一种方法，通过改变细胞的最小单位的形状，从球形、纺锤形、瓦形，根据目的再现和分析生物体的四维行为。我能够做到这一点。