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）构建用于细胞渲染的软件，我们创建了一个系统，该系统允许体内构建体内的解剖结构，这是本研究的主要主题，作为体内细胞的集合。计算机中最小的单元是单元格，并且收集这些细胞以形成三维形状。在生物体中，形态决定了功能，因此该系统具有从MRI获得的轮廓数据组的三维区域填充细胞以构建对象的能力，以便可以针对特定的器官。（2）应用于将这种方法用于骨骼肌的骨骼肌结构，我们开发了一种方法，其中骨骼肌本身在肌肉束中被细胞化，并且已将细胞的肌肉捆成螺旋形状的肌肉束被捆绑成捆扎成骨骼肌肉。此外，我们已经开发了一个系统，该系统允许由这些肌肉束组成的肌肉三维连接到由CT数据构建的肱骨骨骼系统，并通过收缩和扩展肌肉，我们可以执行基本的上臂运动。此外，使用了四个polhemus传感器从上臂的活生物体接收数据，并基于此，驱动了骨骼系统，并获得了该方法在此过程中测量每个上臂肌肉的相互作用和时空动力学。（3）将平滑肌构建的应用作为一种显示平滑肌行为的方法，以圆柱形形状建模结肠的一部分（结肠下降），并通过基于基于构建此模型的瞬时突变的收缩来建模，可以执行cylindrical模型的蠕动运动。（4）总结这项研究使我们能够根据其目的来复制和分析活生物体的四维行为，通过更改最小单位的形状，以细胞为球形，纺锤和瓷砖形状。