Practical realization of human body simulation model for predicting body temperature, blood pressure and blood flow rate

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H02307
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 後藤 伴延 東北大学, 工学研究科, 准教授 (20386907)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高木 理恵 東北工業大学, ライフデザイン学部, 准教授 (30466536) ; 石田 泰之 東北大学, 工学研究科, 助手 (20789515)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 熱環境 / 温熱生理 / 人体シミュレーション / 熱中症 / ヒートショック / 体温 / 血圧 / 血流量

Outline of Annual Research Achievements

1. 個人特性パラメータの標準化：20歳代の日本人男性を対象として，標準となる個人特性パラメータセットを整備した。本研究の人体モデルは物理モデル・生理モデルから構成されており，さらに，物理モデルは熱回路網モデル・循環系モデルから構成されている。熱回路網モデルのパラメータである身体部位ごとの熱容量・代謝量，および，身体部位間の熱コンダクタンスについて，既往文献の20歳代男性の体組成データに基づいて導出した。また，循環系モデルのパラメータである主要動脈の径・長さ・脈波伝搬速度，および，末梢循環の粘性抵抗・慣性抵抗・コンプライアンスについて，既往文献の値を基礎とした上で，過去に実施した仰臥位・熱的中立条件下における実験での測定値を再現するように調整した。さらに，生理モデルのパラメータである体温変化の感度係数・生理的調節性能に関する係数についても，既往文献の値を基礎とした上で，過去に実施した非定常条件下における実験での測定値を再現するように調整した。
2. 循環系モデルの安定性向上：血圧・血流量を予測する循環系モデルは，主要な動脈系を表現する1次元モデルと，その他の末梢循環・静脈系・心肺を表現する0次元モデルから成っている。2020年度は，1次元モデルの動脈分岐点における計算値の発散防止について検討した。発散防止対策として，発散を検知した際にその隣接点の値や分岐点における流量保存を考慮して現実的な値に修正し，そこから収束計算をやり直すプロセスを導入した。これにより発散防止に一定の効果がみられた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

COVID-19の流行により，被験者実験の実施に遅延が生じたため。

Strategy for Future Research Activity

COVID-19の状況をみながら，当該年度に予定していた被験者実験を完了させ，非定常環境下に適用可能な人体モデルの完成を目指す。