專利名稱：生物器官功能模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用計(jì)算機(jī)模擬生物器官功能、特別是生物器官中的葡萄糖攝取、儲(chǔ)存和代謝等功能以及胰島素分泌、輸送和作用等功能的模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生物體內(nèi)的物質(zhì)濃度、特別是血糖和血中胰島素濃度，由于在診斷糖尿病方面具有代表性這一醫(yī)學(xué)上的理由，過去也一直有使用數(shù)字模型的記載。在此使用的數(shù)字模型比如可以是貝格曼的最小模型(Bergman’s minimalmodel)(如Bergman et al.，American Journal of Physiology，vol.236(6)，p.E-667-77(1979)，and Bergman et al.，Journal of Clinical Investigation，vol.68(6)，p.1456-67(1981))。
這種最小模型以血糖值、血漿胰島素濃度和末梢組織的胰島素作用點(diǎn)的胰島素作用量即遠(yuǎn)程胰島素為變量。其中，如果設(shè)t時(shí)刻的血糖值為G(t)、血漿胰島素濃度為I(t)、遠(yuǎn)程胰島素為X(t)，則G(t)、I(t)、X(t)分別可以用以時(shí)間微分為左邊的以下微分方程式來表述。
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)(但是，G(t)＞h)＝-n(I(t)-Ib)+γ(G(t)-h)(但是，G(t)＜＝h)
在此，式中各參數(shù)為p1胰島素非依賴型葡萄糖代謝速度Gb血糖值基底值p2胰島素作用點(diǎn)上的胰島素?cái)z取能力p3對(duì)于胰島素依賴型葡萄糖代謝的胰島素消耗率Ib胰島素濃度基底值n單位時(shí)間的胰島素消耗量γ胰島素對(duì)葡萄糖刺激的分泌敏感度h胰島素分泌開始的血糖閾值這些參數(shù)均因人而異。
本來，在生物體內(nèi)，由因血糖刺激而分泌胰島素的胰臟、根據(jù)胰島素濃度和血糖值而從血液中攝取葡萄糖或向血液釋放葡萄糖的肝臟、將胰島素分配給末梢組織的循環(huán)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和在胰島素作用下代謝葡萄糖的末梢組織四部分互相關(guān)聯(lián)，控制著血糖值。另一方面，在上述最小模型中，模型的構(gòu)成要素為抽象的，與上述生物的四部分不對(duì)應(yīng)，因此，生物的血糖值變動(dòng)和胰島素濃度變化的模擬結(jié)果很難與生物的四部分聯(lián)系起來。
作為其他血糖值再現(xiàn)手法，還有預(yù)測(cè)糖尿病患者血糖值的方法(比如參照專利文獻(xiàn)1)。用此方法可以預(yù)測(cè)血糖值，但是無法了解與控制血糖相關(guān)器官的狀況。
于是，本申請(qǐng)人率先提出了能夠了解肝臟中的糖代謝尤其是對(duì)糖尿病治療有用的該肝臟功能狀況(病情)的模擬系統(tǒng)及其程序(美國(guó)專利申請(qǐng)公告No.2006/0277015)。
本模擬系統(tǒng)具有用數(shù)理模型表現(xiàn)生物器官功能的生物模型，用此生物模型通過計(jì)算機(jī)模擬上述生物器官的功能，上述生物模型具備可對(duì)肝臟功能進(jìn)行一定的輸入輸出、模擬該肝臟功能的肝臟模塊。上述系統(tǒng)還有根據(jù)對(duì)上述肝臟模塊的輸入值用可實(shí)際測(cè)定的肝臟狀態(tài)變量演算其輸出值的演算單元。
在此模擬系統(tǒng)中，模擬肝臟功能的肝臟模塊輸出的輸出值是可實(shí)際測(cè)定的狀態(tài)變量，因此通過比較模擬結(jié)果和實(shí)際測(cè)定的狀態(tài)變量可以使表現(xiàn)上述肝臟功能的數(shù)理模型中的參數(shù)最佳化。其結(jié)果，可以建立更能表現(xiàn)肝臟功能的模型，正確模擬該肝臟與病情相關(guān)的肝臟功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的范圍只由后附權(quán)利要求書所規(guī)定，在任何程度上都不受這一節(jié)發(fā)明內(nèi)容的陳述所限。
本發(fā)明提供一種生物器官功能模擬系統(tǒng)，包括接受對(duì)表現(xiàn)受檢者生物應(yīng)答的時(shí)系列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)輸入的輸入部分；用輸入的時(shí)系列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推測(cè)該實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中未測(cè)時(shí)刻的上述受檢者生物應(yīng)答，生成表示上述受檢者生物應(yīng)答的時(shí)系列參照數(shù)據(jù)的參照數(shù)據(jù)生成單元；及用上述時(shí)系列參照數(shù)據(jù)生成模擬再現(xiàn)該受檢者生物器官功能的虛擬生物器官的虛擬生物器官生成單元。
其中所述參照數(shù)據(jù)生成單元可以估計(jì)所述受檢者在時(shí)系列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的各測(cè)定時(shí)刻的間隙未進(jìn)行實(shí)際測(cè)定時(shí)刻的生物應(yīng)答，生成上述時(shí)系列參照數(shù)據(jù)。
其中所述參照數(shù)據(jù)生成單元可以用第一時(shí)間內(nèi)取得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推測(cè)所述受檢者在該第一時(shí)間外時(shí)刻的生物應(yīng)答，生成比第一時(shí)間長(zhǎng)的第二時(shí)間的時(shí)系列參照數(shù)據(jù)。
其中所述參照數(shù)據(jù)生成單元可以根據(jù)所述第一時(shí)間內(nèi)取得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和所述第二時(shí)間結(jié)束時(shí)刻的估計(jì)值通過內(nèi)插法生成第二時(shí)間內(nèi)的時(shí)系列參照數(shù)據(jù)，其中上述第二時(shí)間結(jié)束時(shí)刻的估計(jì)值等于所述第一時(shí)間開始時(shí)刻的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。
其中所述參照數(shù)據(jù)生成單元可以求出實(shí)際上與所述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和所述第二時(shí)間結(jié)束時(shí)刻的估計(jì)值吻合的曲線。
其中所述虛擬生物器官包含表達(dá)葡萄糖和/或胰島素代謝相關(guān)的生物器官功能的模塊。
本發(fā)明所提供的生物器官功能模擬系統(tǒng)進(jìn)一步包括有復(fù)數(shù)個(gè)參數(shù)、儲(chǔ)存表示生物器官功能的數(shù)理模型的存儲(chǔ)單元；其中所述虛擬生物器官生成單元可以用上述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)生成數(shù)個(gè)參數(shù)值，這些參數(shù)值構(gòu)成表達(dá)該受檢者生物器官功能的數(shù)理模型。
其中所述虛擬生物器官生成單元包括獲取數(shù)個(gè)參數(shù)組的參數(shù)組獲取單元；用于分別比較將所述參數(shù)組獲取單元獲取的數(shù)個(gè)參數(shù)組運(yùn)用于所述數(shù)理模型時(shí)生成的各虛擬生物應(yīng)答和所述參照數(shù)據(jù)生成單元生成的所述時(shí)系列參照數(shù)據(jù)的比較單元；以及根據(jù)上述比較單元的比較結(jié)果，從上述參數(shù)獲取單元獲取的數(shù)個(gè)參數(shù)組中選擇一組的選擇單元。
其中所述選擇單元可以選擇與最接近于所述時(shí)系列參照數(shù)據(jù)的虛擬生物應(yīng)答相應(yīng)的參數(shù)組。
其進(jìn)一步包括用于儲(chǔ)存數(shù)個(gè)參數(shù)組和表達(dá)對(duì)應(yīng)于各參數(shù)組的虛擬生物應(yīng)答的數(shù)個(gè)模板數(shù)據(jù)的模板存儲(chǔ)單元，其中所述參數(shù)獲取單元可以從上述模板存儲(chǔ)單元讀取上述參數(shù)組和上述模板數(shù)據(jù)。
其中所述參數(shù)獲取單元包括生成參數(shù)值的數(shù)個(gè)初始值群的初始群生成單元；及用遺傳學(xué)算法對(duì)上述初始群生成單元生成的所述參數(shù)的數(shù)個(gè)初始值群進(jìn)行演算進(jìn)而生成數(shù)個(gè)參數(shù)組的遺傳學(xué)算法單元。


圖1為顯示生物器官功能模擬系統(tǒng)一實(shí)施方式的硬件結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2為生物模型的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖3為顯示生物模型的胰臟模型結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖4為顯示生物模型的肝臟模型結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖5為顯示生物模型的胰島素動(dòng)態(tài)模型結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖6為顯示生物模型的末梢組織模型結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖7為顯示生物應(yīng)答的預(yù)測(cè)順序一例的流程圖。
圖8A為血糖值實(shí)際OGTT時(shí)系列數(shù)據(jù)。
圖8B為血中胰島素濃度實(shí)際OGTT時(shí)系列數(shù)據(jù)。
圖9為模板數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖。
圖10A為血糖值模板數(shù)據(jù)。
圖10B為胰島素濃度模板數(shù)據(jù)。
圖11A為顯示對(duì)于血糖值模板的OGTT時(shí)系列數(shù)據(jù)誤差總和的附圖。
圖11B為顯示對(duì)于胰島素濃度模板的OGTT時(shí)系列數(shù)據(jù)誤差總和的附圖。
圖12A為5小時(shí)實(shí)測(cè)OGTT的血糖值時(shí)系列數(shù)據(jù)的顯示圖。
圖12B為5小時(shí)實(shí)際OGTT的血中胰島素濃度時(shí)系列數(shù)據(jù)的顯示圖。
圖13A為用圖12A和B所示數(shù)據(jù)模擬的有關(guān)血糖值結(jié)果的顯示圖。
圖13B為用圖12A和B所示數(shù)據(jù)模擬的有關(guān)胰島素濃度結(jié)果的顯示圖。
圖14A為2小時(shí)實(shí)測(cè)OGTT血糖值時(shí)系列數(shù)據(jù)的顯示圖。
圖14B為2小時(shí)實(shí)測(cè)OGTT胰島素濃度時(shí)系列數(shù)據(jù)的顯示圖。
圖15A為用圖14A和B所示數(shù)據(jù)模擬的有關(guān)血糖值結(jié)果的顯示圖。
圖15B為用圖14A和B所示數(shù)據(jù)模擬的有關(guān)胰島素濃度結(jié)果的顯示圖。
圖16A為針對(duì)圖14A的數(shù)據(jù)用內(nèi)插法求測(cè)定開始后第3個(gè)小時(shí)、第4個(gè)小時(shí)和第5個(gè)小時(shí)的值的參照數(shù)據(jù)的顯示圖。
圖16B為針對(duì)圖14B的數(shù)據(jù)用內(nèi)插法求測(cè)定開始后第3個(gè)小時(shí)、第4個(gè)小時(shí)和第5個(gè)小時(shí)的值的參照數(shù)據(jù)的顯示圖。
圖17A為用圖16A和B所示數(shù)據(jù)模擬的有關(guān)血糖值的結(jié)果顯示圖。
圖17B為用圖16A和B所示數(shù)據(jù)模擬的有關(guān)胰島素濃度的結(jié)果顯示圖。
圖18為生成的100個(gè)參數(shù)組的顯示圖。
圖19為對(duì)圖18的參數(shù)組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理的結(jié)果顯示圖。
圖20為顯示參數(shù)組的聚類分析結(jié)果的樹狀圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖，詳細(xì)說明生物器官功能模擬系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
。
圖1為顯示本發(fā)明一實(shí)施方式的生物器官功能模擬系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的框圖。本實(shí)施方式的系統(tǒng)100由計(jì)算機(jī)100a構(gòu)成，主要由主機(jī)110、顯示單元120和輸入設(shè)備130組成。主機(jī)110主要由CPU110a、ROM110b、RAM110c、硬盤110d、讀取裝置110e、輸出輸入接口110f和圖像輸出接口110h構(gòu)成，其中CPU110a、ROM110b、RAM110c、硬盤110d、讀取裝置110e、輸出輸入接口110f和圖像輸出接口110h用總線110i連接，可進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
CPU 110a可執(zhí)行ROM110b中存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序和RAM 110c裝載的計(jì)算機(jī)程序。通過該CPU110a執(zhí)行后述應(yīng)用程序140a，即可實(shí)現(xiàn)后述各功能模塊，從而使計(jì)算機(jī)100a作為系統(tǒng)100發(fā)揮作用。
ROM 110b由掩?？删幊绦虻闹蛔x存儲(chǔ)器(MASK ROM)、PROM、EPROM、EEPROM等構(gòu)成，存儲(chǔ)CPU110a執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序和用于執(zhí)行這些程序的數(shù)據(jù)等。
RAM110c由S RAM或DRAM等構(gòu)成。RAM110c用于讀取存儲(chǔ)在ROM110b和硬盤110d中的計(jì)算機(jī)程序。并在執(zhí)行這些計(jì)算機(jī)程序時(shí)作為CPU110a的運(yùn)行空間來利用。
硬盤110d裝有操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等讓CPU 110a執(zhí)行的各種計(jì)算機(jī)程序及執(zhí)行該計(jì)算機(jī)程序所用的數(shù)據(jù)。后述應(yīng)用程序140a也裝入此硬盤110d。
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，可讀取攜帶式存儲(chǔ)媒介140上存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序或數(shù)據(jù)。攜帶式存儲(chǔ)媒介140存有使計(jì)算機(jī)發(fā)揮本發(fā)明系統(tǒng)功能的應(yīng)用程序140a，計(jì)算機(jī)100a可從攜帶式存儲(chǔ)媒介140讀取有關(guān)本發(fā)明的應(yīng)用程序140a，將該應(yīng)用程序140a裝入硬盤110d。
上述應(yīng)用程序140a不僅由攜帶式存儲(chǔ)媒介140提供，還可由通過電氣通信線路(不分有線無線)與計(jì)算機(jī)100a進(jìn)行可通信連接的外部單元通過上述電氣通信線路提供。比如上述應(yīng)用程序140a存儲(chǔ)在因特網(wǎng)上的服務(wù)器計(jì)算機(jī)硬盤內(nèi)，計(jì)算機(jī)100a也可訪問此服務(wù)器計(jì)算機(jī)，下載該計(jì)算機(jī)程序，裝入硬盤110d。
硬盤110d裝有提供諸如美國(guó)微軟公司制造銷售的WIndo wS(注冊(cè)商標(biāo))等圖形用戶界面環(huán)境的操作系統(tǒng)。在以下說明中，與本實(shí)施方式相關(guān)的應(yīng)用程序140a均在該操作系統(tǒng)上運(yùn)行。
輸出輸入接口110f由諸如USB、IEEE1394、RS-232C等串行接口、SCSI、IDE、IEEE1284等并行接口和D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等模擬接口等組成。輸出輸入接口110f連接有鍵盤和鼠標(biāo)等輸入單元130，用戶使用該輸入單元130可向計(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)成的顯示單元120連接，向顯示單元120輸出與CPU110a提供的圖像數(shù)據(jù)相應(yīng)的圖像信號(hào)，顯示單元120根據(jù)接收的圖像信號(hào)顯示圖像(畫面)。
圖2為本系統(tǒng)100中生物模型(虛擬生物器官)一例的整體結(jié)構(gòu)框圖。此生物模型特別模擬了與糖尿病有關(guān)的生物器官，由胰臟模塊1、肝臟模塊2、胰島素動(dòng)態(tài)模塊3及末梢組織模塊4組成。
各模塊1、2、3、4分別有各自的輸出和輸入。即，胰臟模塊1以血中葡萄糖濃度6為輸入，以胰島素分泌速度7為輸出。
肝臟模塊2以從消化道攝取的葡萄糖5、血中葡萄糖濃度6和胰島素分泌速度7為輸入，以凈葡萄糖釋放8和通過肝臟后的胰島素9為輸出。
胰島素動(dòng)態(tài)模塊3以通過肝臟后胰島素9為輸入，以末梢組織中的胰島素濃度10為輸出。
末梢組織模塊4以凈葡萄糖釋放8和末梢組織中的胰島素濃度10為輸入，以血中葡萄糖濃度6為輸出。
葡萄糖攝取5為生物模型外部提供的數(shù)據(jù)。各功能塊1～4通過系統(tǒng)100的CPU110a執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。
下面就上述例案中的各模塊進(jìn)行詳細(xì)說明。另，F(xiàn)GB和Ws分別表示空腹時(shí)血糖值(FGB＝BG(0))和估計(jì)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的輸出輸入關(guān)系可以用以下微分方程式(1)來表述。也可用與微分方程式(1)同等的圖3所示方塊圖表達(dá)。
微分方程式(1)dY/dt＝-α{Y(t)-β(BG(t)-h)}(但是，BG(t)＞h)＝-αY(t)(但是，BG(t)＜＝h)dX/dt＝-M·X(t)+Y(t)SR(t)＝M·X(t)變量BG(t)血糖值X(t)胰臟可分泌的胰島素總量Y(t)X(t)受葡萄糖刺激重新供應(yīng)胰島素的速度SR(t)胰臟分泌胰島素的速度參數(shù)h可刺激胰島素供應(yīng)的葡萄糖濃度的閾值α對(duì)葡萄糖刺激的追從性β對(duì)葡萄糖刺激的敏感性M每個(gè)單位濃度的分泌速度在此，圖2中向胰臟模塊1輸入的血糖值6與BG(t)對(duì)應(yīng)，作為輸出數(shù)據(jù)的胰島素分泌速度7與SR(t)對(duì)應(yīng)。
在圖3的方塊圖中，6為血糖值BG(t)、7為胰臟的胰島素分泌速度SR(t)、12為可刺激胰島素供應(yīng)的葡萄糖濃度的閾值h、13為對(duì)葡萄糖刺激的敏感性β、14為對(duì)葡萄糖刺激的追從性α、15為積分要素、16為針對(duì)葡萄糖刺激重新提供胰島素的供應(yīng)速度Y(t)、17為積分要素、18為胰臟可分泌的胰島素總量X(t)、19為每個(gè)單位濃度的分泌速度M。
肝臟模塊2的輸出輸入關(guān)系可用以下微分方程式(2)表述。也可用與微分方程式(2)對(duì)等的圖4所示方塊圖表達(dá)。
微分方程式(2)dI4(t)/dt＝α2{-A3I4(t)+(1-A7)·SR(t)}Goff(FBG)＝f1(但是FBG＜f3)＝f1+f2·(FBG-f3)(但是FBG＞＝f3)Func1(FBG)＝f4-f5·(FBG-f6)Func2(FBG)＝f7/FBGb1(I4(t))＝f8{1+f9·I4(t)}HGU(t)＝R·Func1(FBG)·b1(I4(t))·RG(t)+(1-r)·Kh·BG(t)·I4(t)(但是HGU(t)＞＝0)
HGP(t)＝I4off·Func2(FBG)·b2+Goff(FBG)-I4(t)·Func2(FBG)·b2(但是HGP(t)＞＝0)SGO(t)＝RG(t)+HGP(t)-HGU(t)SRpoSt(t)＝A7SR(t)變量BG(t)血糖值(血液?jiǎn)挝惑w積的葡萄糖濃度)SR(t)胰臟的胰島素分泌速度SRpoSt(t)通過肝臟后的胰島素RG(t)從消化道攝取的葡萄糖HGP(t)肝糖釋放HGU(t)肝糖攝取SGO(t)肝臟釋放的凈葡萄糖I4(t)肝胰島素濃度參數(shù)Kh每個(gè)單位胰島素、單位葡萄糖在肝臟中的胰島素依賴型葡萄糖攝取速度A7肝臟中的胰島素?cái)z取率b2關(guān)于肝糖釋放抑制率的調(diào)整項(xiàng)R對(duì)胰島素非依賴型肝糖攝取的分配率α2對(duì)胰島素刺激的追從性I4off肝糖釋放得到抑制的胰島素濃度閾值函數(shù)Goff(FBG)對(duì)于基礎(chǔ)代謝葡萄糖釋放速度Func1(FBG)對(duì)于來自消化道的葡萄糖刺激的肝糖攝取率Func2(FBG)對(duì)于胰島素刺激的肝糖釋放抑制率
f1～f9在表達(dá)上述三要素時(shí)使用的常數(shù)b1(I4(t))關(guān)于肝糖攝取率的調(diào)整項(xiàng)在此，作為對(duì)圖2中肝臟模塊的輸入值從消化道攝取的葡萄糖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)，作為輸出值的凈葡萄糖釋放8與SGO(t)、通過肝臟后的胰島素9與SRpoSt(t)對(duì)應(yīng)。
在圖4的方塊圖中，5表示從消化道攝取的葡萄糖RG(t)、6表示血糖值BG(t)、7表示胰臟的胰島素分泌速度SR(t)、8表示來自肝臟的凈葡萄糖SGO(t)、9為通過肝臟后的胰島素SRpoSt(t)、24為肝臟的胰島素通過率(1-A7)、25為對(duì)胰島素的追從性α2、26為通過肝臟后的胰島素分配速度A3、27為積分要素、28為肝胰島素濃度I4(t)、29為胰島素依賴型肝糖攝取分配率(1-R)、30為單位胰島素和單位葡萄糖在肝臟中的胰島素依賴型葡萄糖攝取速度Kh、31為非胰島素依賴型肝糖攝取分配率R、32為對(duì)來自消化道的葡萄糖刺激肝糖的攝取率Func1(FBG)、33為關(guān)于肝糖攝取率的調(diào)整項(xiàng)b1(I4(t))、34為肝糖攝取HGU(t)、35為肝糖釋放得到抑制的胰島素濃度閾值I4off、36為對(duì)于胰島素刺激肝糖釋放抑制率Func2(FBG)、37為關(guān)于肝糖釋放抑制率調(diào)整項(xiàng)b2、38為對(duì)基礎(chǔ)代謝葡萄糖釋放速度Goff(FBG)、39為肝糖釋放HGP(t)、40表示肝臟中胰島素的攝取率A7。
胰島素動(dòng)態(tài)分泌的輸出入關(guān)系可用以下微分方程式(3)表述。也可用與微分方程式(3)同等的圖5所示方塊圖表達(dá)。
微分方程式(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)通過肝臟后的胰島素I1(t)血中胰島素濃度I2(t)非胰島素依賴型組織中的胰島素濃度I3(t)末梢組織中的胰島素濃度參數(shù)A1末梢組織中的胰島素消失速度A2末梢組織中的胰島素分配率A3通過肝臟后的胰島素分配速度A4通過末梢組織后的胰島素流出速度A5在非胰島素依賴型組織中的胰島素消失速度A6針對(duì)非胰島素依賴型組織的胰島素分配率在此，通過肝臟后的胰島素9作為圖2中胰島素動(dòng)態(tài)模塊的輸入值與SRpost(t)對(duì)應(yīng)，輸出值末梢組織中的胰島素濃度10與I3(t)對(duì)應(yīng)。
在圖5的方塊圖中，9表示通過肝臟后的胰島素SRpost(t)、10表示末梢組織中的胰島素濃度I3(t)、50表示積分要素、51為通過肝臟后的胰島素分配速度A3、52為血中胰島素濃度I1(t)、53為對(duì)末梢組織的胰島素分配率A2、54為積分要素、55為末梢組織中的胰島素消失速度A1、56通過末梢組織后的胰島素流出速度A4、57為針對(duì)非胰島素依賴型組織的胰島素分配率A6、58為積分要素、59為非胰島素依賴型組織中的胰島素濃度I2(t)、60表示在非胰島素依賴型組織中的胰島素消失速度A5。
末梢組織模塊4的輸出入關(guān)系可用以下微分方程式(4)表述。也可用與微分方程式(4)對(duì)等的圖6所示方塊圖表達(dá)。
微分方程式(4)dBG’/dt＝SGO(t)-u*Goff(FBG)-Kb·BG’(t)-Kp·I3(t)·BG’(t)
變量BG’(t)血糖值(單位體重的葡萄糖濃度)(但BG[Mg/d1]、BG′[Mg/Kg])SGO(t)來自肝臟的凈葡萄糖I3(t)末梢組織中的胰島素濃度參數(shù)Kb在末梢組織中非胰島素依賴型葡萄糖消耗速度Kp每單位胰島素和單位葡萄糖在末梢組織中胰島素依賴型葡萄糖消耗速度u在對(duì)于基礎(chǔ)代謝的葡萄糖釋放速度中，非胰島素依賴型葡萄糖對(duì)于基礎(chǔ)代謝的消耗所占比例函數(shù)Goff(FBG)對(duì)于基礎(chǔ)代謝葡萄糖的釋放速度f1～f3在表達(dá)Goff時(shí)所用的常數(shù)在此，末梢組織中的胰島素濃度10作為圖2中末梢組織模塊的輸入值與I3(t)對(duì)應(yīng)，來自肝臟的凈葡萄糖8與SGO(t)對(duì)應(yīng)，作為輸出的血糖值6與BG(t)對(duì)應(yīng)。
在圖6的方塊圖中，6代表血糖值BG(t)、8為來自肝臟的凈葡萄糖SGO(t)、10為末梢組織中的胰島素濃度I3(t)、70為對(duì)于基礎(chǔ)代謝的非胰島素依賴型葡萄糖消耗速度u*Goff(FBG)、71為積分要素、72為在末梢組織中非胰島素依賴型葡萄糖消耗速度Kb、73為每單位胰島素和單位葡萄糖在末梢組織中的胰島素依賴型葡萄糖消耗速度Kp、74表示單位變換常數(shù)Ws/DVg。
如圖2所示，構(gòu)成本系統(tǒng)的各模塊之間的輸出輸入相互連接，因此，只要給予從消化道攝取的葡萄糖5，就可以根據(jù)算式計(jì)算、模擬血糖值和胰島素濃度的時(shí)系列變化。
本系統(tǒng)的微分方程式計(jì)算可以使用諸如E-Cell(慶應(yīng)義塾大學(xué)公開的軟件)和MatLab(The Math Works，Inc產(chǎn)品)，也可以使用其他計(jì)算系統(tǒng)。
本系統(tǒng)100當(dāng)接收到對(duì)受檢者所做OGTT的試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，即可生成模仿該受檢者糖尿病相關(guān)生物器官的生物模型(參照?qǐng)D2)。
要用圖2～圖6所示生物模型適當(dāng)模仿各個(gè)患者的生物器官，就要針對(duì)不同患者決定生物模型的參數(shù)和變量的初始值，再將所定參數(shù)和變量初始值應(yīng)用于生物模型。以下如無特別明示，則變量初始值也包含在被生成的參數(shù)中。
為此，本系統(tǒng)可通過參數(shù)組生成單元求出作為生物模型參數(shù)組的參數(shù)組(以下有時(shí)簡(jiǎn)稱為“參數(shù)組”)，并生成適用所得參數(shù)的生物模型。此功能也通過計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。
將參數(shù)組生成單元生成的參數(shù)組提供給上述生物模型，系統(tǒng)的生物模型演算單元(虛擬生物應(yīng)答獲取單元)即可進(jìn)行生物器官功能的模仿，輸出模仿實(shí)際生物應(yīng)答(檢查結(jié)果)的虛擬應(yīng)答。
下面就參數(shù)組生成單元如何根據(jù)對(duì)實(shí)際的受檢者(生物)進(jìn)行OGTT試驗(yàn)的結(jié)果(生物應(yīng)答)生成參數(shù)組，以建立模仿該受檢者生物器官的生物模型進(jìn)行說明。
OGTT試驗(yàn)是口服攝取葡萄糖，經(jīng)過一定時(shí)間后數(shù)次采血，檢查血糖值和血中胰島素濃度。它比血糖鉗夾試驗(yàn)給受檢者造成的負(fù)擔(dān)小，是一種實(shí)際中經(jīng)常應(yīng)用的試驗(yàn)。
圖7顯示了系統(tǒng)100的參數(shù)組生成單元求生物模型參數(shù)組的處理步驟。如該圖所示，要求參數(shù)首先要輸入OGTT時(shí)系列數(shù)據(jù)(步驟S1)。
OGTT時(shí)系列數(shù)據(jù)是對(duì)受檢者實(shí)際進(jìn)行的檢查-OGTT的結(jié)果，該受檢者是用生物模型模仿功能的模仿對(duì)象。在此，作為OGTT時(shí)系列數(shù)據(jù)，輸入OGTT葡萄糖數(shù)據(jù)(血糖值動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù))和OGTT胰島素?cái)?shù)據(jù)(血中胰島素濃度動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù))兩個(gè)數(shù)據(jù)。
圖8A例示了作為OGTT時(shí)系列數(shù)據(jù)輸入的血糖值動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，圖8B例示了作為OGTT時(shí)系列數(shù)據(jù)輸入的血中胰島素濃度動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。
圖8A的血糖值動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是根據(jù)圖2～圖6所示生物模型中輸出項(xiàng)之一的血糖值BG(t)在時(shí)間上的變化實(shí)際測(cè)定的數(shù)據(jù)。
圖8B的血中胰島素濃度動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)則是根據(jù)圖2～圖6所示生物模型中輸出項(xiàng)之一的血中胰島素濃度I1(t)在時(shí)間上的變化實(shí)際測(cè)定的數(shù)據(jù)。
接下來用輸入的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)生成參照數(shù)據(jù)作為對(duì)參數(shù)組生成單元的的輸入值(步驟S2)。此時(shí)，本系統(tǒng)100在參照數(shù)據(jù)生成單元用在比較短的第一時(shí)間內(nèi)取得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)生成針對(duì)長(zhǎng)于上述第一時(shí)間的第二時(shí)間的參照數(shù)據(jù)，同時(shí)生成在上述第一時(shí)間范圍內(nèi)未實(shí)際測(cè)定的時(shí)刻的參照數(shù)據(jù)。具體而言，根據(jù)上述第一時(shí)間內(nèi)取得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和等于上述第一時(shí)間開始時(shí)刻的實(shí)測(cè)值、即上述第二時(shí)間結(jié)束時(shí)刻的估計(jì)值的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)插法生成第二時(shí)間內(nèi)的參照數(shù)據(jù)和第一時(shí)間內(nèi)的參照數(shù)據(jù)。
生成生物模型時(shí)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)越多、換言之采集實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間越長(zhǎng)獲得的生物模型，越能正確反映受檢者病情，精度越高。但是，以糖尿病為例，一般門診中考慮到患者的負(fù)擔(dān)，采集OGTT數(shù)據(jù)的時(shí)間幾乎不會(huì)達(dá)到5小時(shí)(300分鐘)，通常只采集2小時(shí)(120分鐘)的OGTT數(shù)據(jù)。而且，即使在2小時(shí)范圍內(nèi)也只限于0分、30分、60分、120分等時(shí)刻采集。然而，通過外插法和內(nèi)插法生成比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)多的時(shí)刻的參照數(shù)據(jù)，可以在不給患者增加負(fù)擔(dān)的情況下提高模擬精度。
圖12A和B為300分鐘實(shí)測(cè)OGTT時(shí)系列數(shù)據(jù)，圖12A顯示了血糖值的變化，圖12B顯示了胰島素濃度的變化。圖13A和B顯示出利用圖12A和B所示數(shù)據(jù)的模擬結(jié)果，圖13A顯示了血糖值的變化，圖13B顯示了胰島素濃度的變化。另一方面，圖14A和B為120分鐘實(shí)測(cè)OGTT時(shí)系列數(shù)據(jù)，圖14A顯示了血糖值的變化，圖14B顯示了胰島素濃度的變化。圖15A和B顯示出利用圖14A和B所示數(shù)據(jù)的模擬結(jié)果，圖15A顯示了血糖值的變化，圖15B顯示了胰島素濃度的變化。
圖14A、圖14B、圖15A和圖15B比圖12A、圖12B、圖13A和圖13B數(shù)據(jù)采集時(shí)間短，因此只能局部觀察到生物體內(nèi)的血糖值和胰島素濃度的變化，其生物模型的參數(shù)精度也不得不低于圖12A、圖12B、圖13A和圖13B。但如圖16A和B所示，通過內(nèi)插法生成測(cè)定開始后第3個(gè)小時(shí)(180分鐘)、第4個(gè)小時(shí)(240分鐘)和第5個(gè)小時(shí)(300分鐘)的值，即可提高上述精度。在圖16A和B所示例子中，因可以假設(shè)耐糖試驗(yàn)開始后經(jīng)過4個(gè)小時(shí)從生物的恒常性來說，血糖值和胰島素濃度均基本恢復(fù)到耐糖試驗(yàn)前的狀態(tài)，因此，設(shè)耐糖試驗(yàn)后第4個(gè)小時(shí)和第5個(gè)小時(shí)的血糖值和胰島素濃度等于耐糖試驗(yàn)前(采集數(shù)據(jù)開始時(shí))的值。至于耐糖試驗(yàn)開始后第3個(gè)小時(shí)，本系統(tǒng)100的參照數(shù)據(jù)生成單元通過仿樣內(nèi)插法求血糖值和胰島素濃度。圖17A和B顯示了用如此求得的內(nèi)插值和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)組成的參照數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬的結(jié)果，圖17A顯示了血糖值的變化，圖17B顯示了胰島素濃度的變化。
下表作為參照數(shù)據(jù)顯示了生物模型的參數(shù)組中的部分參數(shù)，它們分別用5小時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、2小時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和在2小時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中加入外插值和內(nèi)插值求得。表2的右面2列指標(biāo)用于以5小時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)求得的參數(shù)(3種參數(shù)中最精確)為基準(zhǔn)，比較分別用2小時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和在2小時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中加入外插值和內(nèi)插值求得的參數(shù)與該基準(zhǔn)參數(shù)(用5小時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)取得的參數(shù))有多大程度不同。此值越小，表示越接近基準(zhǔn)值、即精度越高。從表1可以看出，參數(shù)“H”的上述指標(biāo)略大，但其他參數(shù)“X0”和“Kb”卻大幅度縮小，因此，加入外插值和內(nèi)插值比2小時(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)總得來說參數(shù)精度有所提高。
表1
本系統(tǒng)100將參照數(shù)據(jù)生成單元生成的參照數(shù)據(jù)與模板數(shù)據(jù)庫(kù)DB的模板進(jìn)行匹配。
模板數(shù)據(jù)庫(kù)DB如圖9所示，預(yù)先收錄了作為模板的生物模型的輸出值T1、T2、··和產(chǎn)生該輸出值的參數(shù)組PS#01、PS#02··成對(duì)組成的數(shù)組數(shù)據(jù)。要組成上述輸出值與參數(shù)組的組對(duì)，只要給任意一個(gè)輸出值分配適當(dāng)參數(shù)組或反過來選擇任意參數(shù)組時(shí)用生物模擬系統(tǒng)求出生物模型的輸出值即可。
圖10A和圖10B例示了模板T1。圖10A是作為模板的3小時(shí)血糖值動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，是與圖2～圖6所示生物模型的輸出項(xiàng)之一的血糖值BG(t)時(shí)間上的變化相對(duì)應(yīng)的時(shí)系列數(shù)據(jù)。圖10B是作為模板的3小時(shí)血中胰島素濃度動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，是與圖2～圖6所示生物模型輸出項(xiàng)之一的血中胰島素濃度I1(t)時(shí)間上的變化相對(duì)應(yīng)的時(shí)系列數(shù)據(jù)。當(dāng)作為參照數(shù)據(jù)生成5小時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，此參照數(shù)據(jù)會(huì)被與模板數(shù)據(jù)庫(kù)DB中收存的由5小時(shí)數(shù)據(jù)組成的模板比較。
系統(tǒng)100演算上述模板數(shù)據(jù)庫(kù)DB的各時(shí)系列數(shù)據(jù)與上述所得參照數(shù)據(jù)的近似度。近似度通過求誤差總和獲得。誤差總和由下列式子求得。
誤差總和＝α∑|BG(0)-BGt(0)|+β∑|PI(0)-PIt(0)|+α∑|BG(1)-BGt(1)|+β∑|PI(1)-PIt(1)|+α∑|BG(2)-BGt(2)|+β∑|PI(2)-PIt(2)|+…＝α{∑|BG(t)-BGt(t)|}+β{∑|PI(t)-PIt(t)|}在此，BG輸入數(shù)據(jù)的血糖值[mg/dl]PI輸入數(shù)據(jù)的血中胰島素濃度[μU/ml]BGt模板的血糖值[mg/dl]PIt模板血中胰島素濃度[μU/ml]t時(shí)間[分]另，α和β為用于標(biāo)準(zhǔn)化的系數(shù)，α＝1/Average{∑BG(t)}β＝1/Average{∑PI(t)}標(biāo)準(zhǔn)化的Average指相對(duì)于模板數(shù)據(jù)庫(kù)DB內(nèi)收存的全部模板的平均值。
圖11A和圖11B表示對(duì)于模板T1的參照數(shù)據(jù)的誤差總和(未標(biāo)準(zhǔn)化)。具體而言，圖11A表示圖8A的血糖值與圖10A的血糖值的誤差，圖11B表示圖8B的胰島素濃度與圖10B的胰島素濃度誤差。
就圖8A和圖8B的輸入數(shù)據(jù)(從0分到180分間隔10分鐘的數(shù)據(jù))和圖10A和圖10B的模板T1來看，結(jié)果為∑|BG(t)-BGt(t)|＝29
∑|PI(t)-PIt(t)|＝20在此，設(shè)α＝0.00035、β＝0.00105，則誤差總和＝(0.00035×29)+(0.00105×20)＝0.03115如上所述，CPU100a就模板數(shù)據(jù)庫(kù)DB1中的各模板求出誤差總和，決定誤差總和(近似度)最小的模板、即最接近OGTT時(shí)系列數(shù)據(jù)的模板(步驟S3)。
在步驟S4，系統(tǒng)100從模板數(shù)據(jù)庫(kù)DB獲得對(duì)應(yīng)于在步驟S3中決定的模板的參數(shù)組。即，獲取對(duì)應(yīng)于模板T1的參數(shù)組PS#01(參照?qǐng)D9)。
以下表2為如上所得參數(shù)組PS#01中所包含的參數(shù)值的具體數(shù)值例。
表2與模板T1對(duì)應(yīng)的參數(shù)組PS#01


另外，生成參數(shù)組(生物模型)的方法不僅限于上述模板匹配。比如也可用遺傳學(xué)算法生成參數(shù)組。即，可以運(yùn)用先隨機(jī)生成參數(shù)組的初始群，再對(duì)初始群中的參數(shù)組(個(gè)體)進(jìn)行選擇、交叉、突然變異處理，生成新的子群等遺傳學(xué)算法。在運(yùn)用此遺傳學(xué)算法的參數(shù)組生成法中，可以在生成的參數(shù)組中采用輸出與輸入的生物應(yīng)答(檢測(cè)結(jié)果)相近的虛擬應(yīng)答的參數(shù)組。如此，生物模型生成單元只要可以生成能顯示出模仿所輸入的生物應(yīng)答的虛擬應(yīng)答即可，對(duì)于其具體生成方法沒有特別限定。
另外，除上述以第4個(gè)小時(shí)和第5個(gè)小時(shí)的血糖值和胰島素濃度為耐糖試驗(yàn)前的值外，比如還可以如下求得參數(shù)組。
先將經(jīng)過一定時(shí)間后(比如開始測(cè)定后4小時(shí))的狀態(tài)隨意設(shè)為耐糖量試驗(yàn)前(開始測(cè)定時(shí))數(shù)據(jù)的任意范圍的值。比如，設(shè)為耐糖量試驗(yàn)前數(shù)據(jù)的2成以內(nèi)的值。具體而言，比如若耐糖量試驗(yàn)前血糖值為100[Mg/dl]、胰島素濃度為8[μU/Ml]，則設(shè)定血糖值為110[Mg/dl]、胰島素濃度為7.5[μU/Ml]。
然后，對(duì)剩余的第3小時(shí)和第5小時(shí)的值用內(nèi)插法求參照數(shù)據(jù)，用此參照數(shù)據(jù)按照步驟S3～S4求參數(shù)組。再適當(dāng)改變上述任意范圍的值的設(shè)定，反復(fù)進(jìn)行以上處理即可求多個(gè)參數(shù)組。
接下來，根據(jù)近似度將所得數(shù)個(gè)參數(shù)組進(jìn)行分類，歸為任意的幾類。具體來說，通過分級(jí)歸類分析生成任意的數(shù)類。上述大多參數(shù)組的參數(shù)值并非均勻分散、完全隨機(jī)，一般參數(shù)值近似的分片聚集，故形成有近似參數(shù)值的參數(shù)組群組化的“聚類”。
為進(jìn)行聚類處理，本系統(tǒng)進(jìn)行(1)參數(shù)組標(biāo)準(zhǔn)化處理、(2)分級(jí)歸類分析處理。參數(shù)組標(biāo)準(zhǔn)化處理是分級(jí)歸類分析處理的前期處理。因?yàn)楦鲄?shù)之間有著不同的單位和數(shù)值范圍，標(biāo)準(zhǔn)化處理的目的就是排除參數(shù)間的單位和數(shù)值范圍差異所帶來的影響。標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算由CPU100a如下進(jìn)行。比如將圖18的參數(shù)P01(參數(shù)組中含19個(gè)參數(shù)P01～P19)標(biāo)準(zhǔn)化，可以使用以下算式(1)。設(shè)上述處理所得參數(shù)組的數(shù)值為100。
nP01(#i)=PS01(#i)-mean(PS01)SD(PS01)...(1)]]>在此，P01(#i)第i號(hào)參數(shù)組的參數(shù)P01nP01(#1)標(biāo)準(zhǔn)化的P01(#I)mean(PS01)P01(#1)～P01(#100)的平均值SD(PS01)P01(#1)～P01(#100)的標(biāo)準(zhǔn)偏差P01以外的參數(shù)P02～P19也用與算式(1)同樣的算式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果如圖19例示。
接下來，CPU100a對(duì)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理的參數(shù)組進(jìn)行分級(jí)聚類分析處理。圖20為聚類分析結(jié)果的樹形圖。在此，個(gè)體是否相似的標(biāo)準(zhǔn)采用“歐幾里德距離”，距離的計(jì)算方法采用離差平方和法(Ward法)。當(dāng)n個(gè)(在此n為1～100)個(gè)體(參數(shù)組)有p個(gè)(在此p為1～19)參數(shù)時(shí)，各個(gè)參數(shù)分別用Xil、Xi2、...、Xip(i1、2、...、n)表示。在初始狀態(tài)下，n個(gè)個(gè)體各自成類，可以認(rèn)為有n個(gè)類。且，各類(初始狀態(tài)下為個(gè)體)間的歐幾里德平方距離dIj2用算式(2)計(jì)算。
dij2=Σk=1p(Xik-Xjk)2(i,j,=1,2,···,n)...(2)]]>求出歐幾里德平方距離后合并距離最近的類組成新的類。即，類a和類b合并組成新的類c時(shí)，設(shè)類a和類b合并前的距離為dab、類a和其他類x(x≠A，X≠b)之間的距離為dxa、類b和其他類x(x≠A，X≠b)之間的距離為dxb，則合并后類c與其他類x(x≠A，X≠b)之間的距離用以下式(3)表示。
dxc2=[(nX+na)/(nX+nC)]dxa2+[(nX+nb)/(nX+nC)]dxb2]]>+{-nX/(nX+nC)]dab2...(3)]]>但是，na為類a所含個(gè)體數(shù)(參數(shù)組候補(bǔ)數(shù))。nb、nc、nx也一樣。
由于二個(gè)類的合并，類的總數(shù)減少一個(gè)。不斷重復(fù)上述合并處理直至類的總數(shù)減到1個(gè)，聚類分析即告結(jié)束。在此，算出的距離d表示個(gè)體(參數(shù)組候補(bǔ))之間的非近似度，距離越小越近似。圖20顯示了以參數(shù)組候補(bǔ)間的非近似度(距離)為X軸，將參數(shù)組號(hào)排列為Y軸時(shí)的樹形圖的一部分。
在圖20中，比如參數(shù)組PS#01和參數(shù)組PS#84的非近似度約為4X。例如，當(dāng)將非近似度8以內(nèi)的參數(shù)組候補(bǔ)歸為一類時(shí)，如圖20所示cutoff值＝8，被cutoff值切開的枝頭上(圖20中為cutoff左側(cè))的參數(shù)組群分別形成類。圖20顯示了共計(jì)10個(gè)類中的5個(gè)類C1～C5。
屬于所生成類的參數(shù)組候補(bǔ)的值很近似，因此在用于生物模型時(shí)也具有類似的功能。因此，CPU110a僅生成代表一類的單一的參數(shù)組。要生成代表一類的單一的參數(shù)組(類代表參數(shù)組)，只要將屬于一類的參數(shù)組的各參數(shù)平均值設(shè)為類代表參數(shù)組的各參數(shù)值即可。求各參數(shù)的平均值時(shí)，也可以不單純平均，而根據(jù)近似度(非近似度)加權(quán)平均。經(jīng)上述處理，每一類都獲得一個(gè)參數(shù)組候補(bǔ)，100組參數(shù)組被壓縮為參數(shù)值互不近似的10個(gè)參數(shù)組候補(bǔ)。
關(guān)于數(shù)據(jù)的內(nèi)插法在本發(fā)明中并無限定，除上述仿樣內(nèi)插法以外，還可適當(dāng)采用線形內(nèi)插法等其他眾所周知的內(nèi)插法。另外，在以上說明中，為了簡(jiǎn)單扼要，只對(duì)第3個(gè)小時(shí)的值進(jìn)行了內(nèi)插，也可在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)間用內(nèi)插法在任意時(shí)間間隔(比如間隔10分鐘)求參照數(shù)據(jù)。
前述的詳細(xì)說明及附圖是通過文字解釋和圖示來進(jìn)行的，其目的不在于限定權(quán)利要求的保護(hù)范圍。本說明書中的具體實(shí)施方式
的各個(gè)變種對(duì)于普通技術(shù)人員來說顯而易見，并處于權(quán)利要求及其等同技術(shù)的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種生物器官功能模擬系統(tǒng)，包括接受對(duì)表現(xiàn)受檢者生物應(yīng)答的時(shí)系列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)輸入的輸入部分；用輸入的時(shí)系列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推測(cè)該實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中未測(cè)時(shí)刻的上述受檢者生物應(yīng)答，生成表示上述受檢者生物應(yīng)答的時(shí)系列參照數(shù)據(jù)的參照數(shù)據(jù)生成單元；及用上述時(shí)系列參照數(shù)據(jù)生成模擬再現(xiàn)該受檢者生物器官功能的虛擬生物器官的虛擬生物器官生成單元。
2.如權(quán)利要求1所述的生物器官功能模擬系統(tǒng)，其中所述參照數(shù)據(jù)生成單元可以估計(jì)所述受檢者在時(shí)系列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的各測(cè)定時(shí)刻的間隙未進(jìn)行實(shí)際測(cè)定時(shí)刻的生物應(yīng)答，生成上述時(shí)系列參照數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的生物器官功能模擬系統(tǒng)，其中所述參照數(shù)據(jù)生成單元可以用第一時(shí)間內(nèi)取得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推測(cè)所述受檢者在該第一時(shí)間外時(shí)刻的生物應(yīng)答，生成比第一時(shí)間長(zhǎng)的第二時(shí)間的時(shí)系列參照數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求3所述的生物器官功能模擬系統(tǒng)，其中所述參照數(shù)據(jù)生成單元可以根據(jù)所述第一時(shí)間內(nèi)取得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和所述第二時(shí)間結(jié)束時(shí)刻的估計(jì)值通過內(nèi)插法生成第二時(shí)間內(nèi)的時(shí)系列參照數(shù)據(jù)，其中上述第二時(shí)間結(jié)束時(shí)刻的估計(jì)值等于所述第一時(shí)間開始時(shí)刻的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求3所述的生物器官功能模擬系統(tǒng)，其中所述參照數(shù)據(jù)生成單元可以求出實(shí)際上與所述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和所述第二時(shí)間結(jié)束時(shí)刻的估計(jì)值吻合的曲線。
6.如權(quán)利要求1所述的生物器官功能模擬系統(tǒng)，其中所述虛擬生物器官包含表達(dá)葡萄糖和/或胰島素代謝相關(guān)的生物器官功能的模塊。
7.如權(quán)利要求1-6中的任意一項(xiàng)所述的生物器官功能模擬系統(tǒng)，其中進(jìn)一步包括有復(fù)數(shù)個(gè)參數(shù)、儲(chǔ)存表示生物器官功能的數(shù)理模型的存儲(chǔ)單元；其中所述虛擬生物器官生成單元可以用上述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)生成數(shù)個(gè)參數(shù)值，這些參數(shù)值構(gòu)成表達(dá)該受檢者生物器官功能的數(shù)理模型。
8.如權(quán)利要求1所述的生物器官功能模擬系統(tǒng)，其中所述虛擬生物器官生成單元包括獲取數(shù)個(gè)參數(shù)組的參數(shù)組獲取單元；用于分別比較將所述參數(shù)組獲取單元獲取的數(shù)個(gè)參數(shù)組運(yùn)用于所述數(shù)理模型時(shí)生成的各虛擬生物應(yīng)答和所述參照數(shù)據(jù)生成單元生成的所述時(shí)系列參照數(shù)據(jù)的比較單元；以及根據(jù)上述比較單元的比較結(jié)果，從上述參數(shù)獲取單元獲取的數(shù)個(gè)參數(shù)組中選擇一組的選擇單元。
9.如權(quán)利要求8所述的生物器官功能模擬系統(tǒng)，其中，所述選擇單元可以選擇與最接近于所述時(shí)系列參照數(shù)據(jù)的虛擬生物應(yīng)答相應(yīng)的參數(shù)組。
10.如權(quán)利要求8所述的生物器官功能模擬系統(tǒng)，其中進(jìn)一步包括用于儲(chǔ)存數(shù)個(gè)參數(shù)組和表達(dá)對(duì)應(yīng)于各參數(shù)組的虛擬生物應(yīng)答的數(shù)個(gè)模板數(shù)據(jù)的模板存儲(chǔ)單元，其中所述參數(shù)獲取單元可以從上述模板存儲(chǔ)單元讀取上述參數(shù)組和上述模板數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求8所述的生物器官功能模擬系統(tǒng)，其中所述參數(shù)獲取單元包括生成參數(shù)值的數(shù)個(gè)初始值群的初始群生成單元；及用遺傳學(xué)算法對(duì)上述初始群生成單元生成的所述參數(shù)的數(shù)個(gè)初始值群進(jìn)行演算進(jìn)而生成數(shù)個(gè)參數(shù)組的遺傳學(xué)算法單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種生物器官功能模擬系統(tǒng)，它用以數(shù)理模型表達(dá)生物器官功能的生物模型，通過計(jì)算機(jī)模擬上述生物器官的功能。本系統(tǒng)接包括接受對(duì)表現(xiàn)受檢者生物應(yīng)答的時(shí)系列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)輸入的輸入部分；用輸入的時(shí)系列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推測(cè)該實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中未測(cè)時(shí)刻的上述受檢者生物應(yīng)答，生成表示上述受檢者生物應(yīng)答的時(shí)系列參照數(shù)據(jù)的參照數(shù)據(jù)生成單元；及用上述時(shí)系列參照數(shù)據(jù)生成模擬再現(xiàn)該受檢者生物器官功能的虛擬生物器官的虛擬生物器官生成單元。
文檔編號(hào)G06Q50/00GK101077307SQ20071010524
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者高地泰浩, 齊太計(jì)雄, 清家圣嘉 申請(qǐng)人:希森美康株式會(huì)社