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

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10877146
• Research Institution: Jikei University School of Medicine
• Principal Investigator: 鈴木 直樹 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教授 (40147327)
• Keywords: コンピュータグラフィックス / セルレンダリング / 骨格筋 / 三次元モデル / 四次元解析

Research Abstract

(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。