Msb(modelarea sistemelor biomedicale)

7/24/2019 Msb(modelarea sistemelor biomedicale)

1/10

1. Trsturile fundamentale ale sistemelor biomedicale.

Tabelul 1

Nr.crt.

Caracteristica Scurta descriere

1 Caracterul istoric Evolutie n timp; procese de transformare; rezuma npatrimoniul lor (ex. ereditar) istoria a nenumarateetape anterioare (ex. eneratii de populatii)

! Caracterulinformational

"unctioneaza ca sisteme cibernetice ce folosesc tran#sformarile eneretice ca mi$loc pentru receptionarea%

prelucrarea% acumularea si transformarea informatiilor;activitatea informationala determina interarea nmediu a biosistemolor si contribuie la transformarea lor

& 'nteralitatea Se comporta ca un tot% datorita conexiunilor care leaasubsistemele% conexiuni si interactiuni care determina defapt functionarea sistemului ca un ntre

Ecilibruldinamic

Este starea stationara ca o consecinta a ntretineriipermanente a scimbului de substanta (S) si enerie (E)cu mediul ambiant si cu sistemele ncon$uratoare;

biosistemele se autorennoiesc continuu pastr*ndu#siindividualitatea% realiz*nd ecilibrul dinamic ntre stabi#litate si scimbare% mpiedic*nd si reduc*nd entropia

+ ,roramul Evolutia se bazeaza pe un proram eneral si respectiv peprorame superioare si inferioare% care determinadesfasurarea secventiala a fiecarei etape de dezvoltare si

conditioneaza% n ultima analiza% durata de viata asistemului

- utorelarea ,rin mecanisme de autorelare care sunt raspunsuriselectate din mai multe variante ale / prelucrariiinformatiei proceselor sistemului; conexiunile directe(informatia de la relator la partea relata) si inverse (dela partea relata la relator) asiura omeostaziasistemului si pot mplini si o serie de functii esentiale caautoconservarea si autoreproducerea


2/10

2. Sistemele organismului uman 0n cadrul medicinei omul este tratat din dou puncte de vedere2# structural% 3i# fizioloic. Sturctural omul este un oranism format dintr#o multitudine de orane care sunt rupate nmai multe sisteme% pe baza modului n care unele orane 3i structurile asociate lor ac4ioneazmpreun pentru a ndeplini anumite func4i specifice. Structura oranelor% respectiv a sistemelor de orane% este obiectul anatomiei% iar func4iileacestor orane% respectiv sisteme% este obiectul fizioloiei% discipline strns leate.

Toate sistemele% implicit celulele% care sunt componentele de baz ale tuturor oranelor 3i4esuturilor% sunt responsabile de men4inerea strii de sntate 3i a unei stri de ecilibru interna oranismului% n prezen4a unor factori permanent variabili. 5ranele importante ale oranismului sunt cuprinse n trei mari cavit4i.# craniul;# toracele%# abdomenul. Principalele sisteme ale organismuluii uman sunt:

1. Sistemul osos format din oasele corpului% catrila$ele% articula4iili 3i liamentele care lelea;

!. Sistemul muscular format din mu3cii corpului2 stria4i 3i mulcii netezi;&. Sistemul nervos format din creier% oranele de sim4 (oci% ureci% muuri ustativi%

receptori pentru miros 3i pipit);. Sistemul endocrin este format din landele care produc ormonii2 ipofiza% tiroida%

suprarenalele% pancreasu% etc;+. Sistemul respirator este format din plmni% bronii% traee% larine% ur 3i nas;-. Sistemul cardiovascular este format din inimn% artere% vene 3i capilare prin care circul

snele;6. Sistemul limfatic este format din anlionii limfatici% vasele limfatice% splina%

amidalele 3i timusul;7. Sistemul diestiv este format din2 ur% din4i% limb% lande salivare% esofaul%

stomacul% intestinul sub4ire 3i intestinul ros% ficatul% vezica biliar 3i pancreasul;8. Sistemul excretor este format din rinici% uretere% vezica urinar 3i ureter.

19. Sistemul reproductor este format din orane specifice 3i are rolul de reproducere. :eci% oranismul este format din mai multe sisteme care interac4ioneaz% dar n anumitelimite% pot fi tratate separat.


3/10

Sistemele pot fi divizate n dou categorii: - subsisteme destinate pentru asiurarea 3i veicularea eneriei necesare pentru cutarea3i identificarea surselor de enerie corespunztoare2 diestiv% respirator% endocrin%cardiovascular% limfatic% excretor 3i reproductor. # subsisteme pentru care asiur interac4iunea cu mediu2 nervos% osos 3i muscular. Toate aceste subsisteme concur la la func4ionarea optim a creierului% ca materie cu celmai nat stadiu de evolu4ie.

3. Etapele modelrii imita ionale tabela!.

:enumirea ezultatul

1. 0neleerea sistemei 0n eleerea ce are loc n sistem% strucutr i care procese decur.

!. "ormularea scopului modelriiimitaionale a sistemei


4/10

:esene n micare; care dau rspunsla scopurile iniiale

". #rimile caracteristice biosemnalelor. ,entru caraterizarea biosistemelor se folosesc mrimile cunoscute din studiul sistemelortenice2

# >rimile fundamentale (dimensiuni liniare% timp% mas% intensitatea cmpuluimanetic% intensitatea iradierii% 3.a.);

- >rimile derivateutilizate din fizic 3i cimie% precum 3i mrimi specific sistemelorbioloice.

rimile caracteristice unui sistem bioloic sau unei pr4i de sistem ("i.1)% ca 3i n cazul

sistemelor tenice% pot fi rupate n mrimi de cauz% considerate drept mrimi de intrare (xi1,xi2,.., xin) 3i mrimi de efect% considerate drept mrimi de ie3ire (xe1, xe2,..., xem). :ac se studiaz structura 3i func4ionalitatea unui anumit sistem bioloic% atunci mrimilede intrare 3i ie3ire sunt denumite concret (presiune% debit% temperatur etc.). 0n cazul n carenu prezint importan4 natura concret a mrimilor% mrimile de intrare 3i ie3ire sunt denumite?semnale.


5/10

'n forma complexa

(+)

S@,,A$B (+) poate fi scrisa sub forma2

(-)

(6)

amplitudinea semnalului# faza

w pulsatiaceste functii permit analiza directa a comportarii sitemelor

$. #odelul mi%crii sngelui n vas sangvi izotropic.

&. #odelul dinamic al inimii. 0n modelele dinamice% de obicei fiind mai complicate% varia4ia parametrilor n timp esteun factor important. modelarea sistemelor dinamice const n imitarea reulilor de trecere asistemei dintr#o stare n alta pe parcursul timpului. Scimbarea strii sistemei n timp nsistemele dinamice reprezint scimbarea valorilor variabilelor sistemei n corespundere cuunele lei care determin letura ntre variabile 3i dependen4a lor reciproc n timp. ,acetul nD


6/10

+ ,rincipiul +. ,recizia rezultatelor nu poate fi mai nalt dect precizia datelor ini4iale.,rezizia calculelor intermediare trebuie acordat.

- ,rincipiul -. Scopul calculelor este n4eleerea modelului% dar nu ob4inerea datelornumerice. 0nainte de a rezolva modelul este necesar de a stabili% ce se va face cu solu4iaob4inut.

' Simularea stenozei.

0n cazul stenozei valvei aorticen rezultatul mai multor diferite motive (ateroscleroz%defecte de la na3tere) are loc nustarea por4iunii de intrare a aorteii care mpedic eliberareaventricului stn. 0n rezultat% eliberarea incomplet a snelui n aort va aduce la insuficien4acircula4iei cerebralae 3i coronoranian. 0n termeni a modelului de stenoz a valvei aorticeaceste fenomene pot fi descrise princre3terea rezisten(ei capacit(ii de scurgere )! % care face letur ntre ventriculul stn 3iaort. ezultatele simulrilor sunt prezentate n "i.!.

"i.! Stenoza valvei aortice ,rin triuniuri nere este nsemnat presiunea maxima n ventriculul stn pentru un ciclucardiac (nainte de valva aortei)% iar prin cercule4e presiunea maxim pentru un ciclu cardiacla intrarea n aort. Falorile limit din stna corespund func4ionrii normale a valvei aortice.ezultatele confirm c ma$orarea valorii rezisten4ei de dou ori aduce la cre3terea

propor4ional 3i a presiunii fluxului.8 Simularea defectului septal.

#odelarea efectului de defec(iune septal ventricular se descrie prin includerea nmodel a unui canal suplimentar de comunicare care posed o valoare concret a rezisten4ei

idrodinamice (R , mm sec/ ml) rezisten4a vascular fluxului intraventricular. Existen4a unei astfel de scureri influen4eaz caracteristicile dinamice a inimii. 0nsaceast inflen4 se manifest mai nsemnat prin amestecul sngelui bogat n o*igencu celsrcit de o*igen% care cure prin ventriculul stn 3i drept. 0n "i. & este prezentat dinamica concentra4iei de oxien n ventriculul stn (curbelede sus) 3i n ventriculul drept (curbele de $os) pentru diferite rezisten4e fluxuluiintraventricular n decursul ctorva cicluri cardiace. Falorile de vrf a concentra4ieioxienului (minimal pentru ventriculul stn 3i maxim pentru ventriculul drept) se atinn faza de contrac4ie izovolumetric a ventriculelor.


7/10

Fig.3 Defectul septal ventricular: concentraia oxigenului n ventriculul

stng (sus) i n ventriculul drept (os). R!""#c$"l% - re&istena vascular'

uxului intraventricular

+. ,ivelele de abstrac ie: de -os mediu i nalt. ,entru a putea aplica veridicitatea modelului la lumea real sunt aplicate nivele deabstrac4ie.


8/10

*iect

+odel

,rogra"a lgorit"

Elaborarea consecutiv a unor modele tot mai complicate poate aduce la asiurareaadecvrii acceptate la rezolvarea oricrei sarcini concrete. Este evident% nici un model niciodat nu va da cuno3tin4e complete despre obiectul supus modelrii. Exemplu2 nici un modelnu poate prezenta toate caracteristicile ,mntului ca planet. 0n acela3i timp% este evident% coricare problem concret nu va cere pentru rezolvarea sa cunoa3terea tuturor caracteristicilor.

11. #odelarea flu*ului de snge n vasele mari a sistemului cardiac.

12 Esen a modelrii imita ionale i sc/ema formrii modelului. >' reprezinta elaborarea 3i executarea la computer a unei sisteme proramate% care reflectcomportamentul 3i structura obiectului modelat. Experimentul computerizat cu modelulconst n executarea la computer a proramei date cu diferi4i parametri (date ini4iale) 3ianaliza rezultatelor.

Esen4a modelrii imita4ionale const n cercetarea unui model complicat cu a$utorulexperien4ei de calcul 3i prelucrarea acestor experien4e. Se folosesc la maximum toatinforma4ia despre obiectul supus modelrii% att calitativ% ct 3i cantitativ.

'mpunerea sarcinii de modelare matematic prevede un plan bine determinat de ac4iuniconcrete (etape)% 3i anume2

# model;# aloritm;# proram.

"i.&. Scema formrii modelului. Etapa ' prevede aleerea (ori formarea) ?ecivalentuluiG obiectului% care va reflecta nform matematic propriet4ile principale a acestuia2 leile crora este supus% apoi leturilentre componentele sale% 3.a.m.d. >odelul matematic (ori framente a acestuia) sunt supusecercetrii teoretice% ce permite ob4inerea cuno3tin4elor despre obiect.

Etapa '' const n aleerea (ori elaborarea) aloritmului pentru realizarea (simularea)modelului la calculator (computer). 0n acest scop modelul se reprezint ntr#o formconvenabil de a folosi metodele numerice. poi se determin consecutivitatea opera4iilor decalcul 3i loice% care sunt necesare pentru a ob4ine solu4iile cutate cu precizia dat. "a4 dealoritm sunt impuse unele cerin4e% cum ar fi2

# lipsa eronrii propriet4ilor de baz a modelului 3i% deci% a obiectului ini4ial;# economia 3i adaptivitatea la particularit4ile rezolvrii 3i la compiuterile utilizate.

Etapa ''' prevede formarea proramei (softului) care adapteaz modelul 3i aloritmul lalimba$ul computerului pentru efectuarea simulrii numerice. ,rorama poate fi considerat caun ecivalent ? electronicG al obiectului supus cercetrii care este pretit pentru cercetare la

?instala4ia experimentalG numit calculator.


9/10

,e parcursul cercetrii procesul de modelare este supus mbunt4irii 3i ridicrii niveluluide precizie n dependen4 de necesitate a tuturor obiectelor din etapele men4ionate. >odelarea matematic este o metodoloie a cercetrii 3i nu nlocuie3te prin sinematematica% fizica% bioloia ori alte disciplinei. >odelarea ndepline3te rolul de mi$loc desintetizare a acestor cuno3tin4e despre obiect.

Etapa 'F. Experien4H de calcul este tenoloia 3tiin4ific de cercetare% care includeelaborarea 3i cercetarea modelelor matematice 3i efectuarea unui numr mare de calcule(simulri) la computator. Etapa F. Experien4H de calcul spre deosebire de instala4iile experimentale reale permite dea acumula rezultate la cercetarea anumitor modele% apoi aceste rezultate a fi folosite pentrusirea solu4iilor n alte domenii.

13. #odelul matematic al deplasrii sngelui ntr0un vas sangvin elastic izotropic:condi iile

formula parametrii de baz.

1&. Scopul modelrii i esen a procesului de modelare. Scopul modelrii const n2

# stabilirea mecanismelor de interac4iune a elementelor sistemei;# identificarea 3i verificarea parametrilor modelului n baza datelor experimentale;# aprecierea stabilit4ii sistemului (modelului);# pronozarea comportamentului sistemului la ac4iunea factorilor externi% 3.a.# optimizarea diri$rii sistemului n corespundere cu criteriile de optimizare alese.

0n sens restrns% modelarea reprezint activitatea de elaborare propriu#zis a modelului unuisistem surs; activit4ile desf3urate in acest scop sunt materializate 3i prin2

# tenici 3i proceduri de identificare;# tenici de simulare;# tenici 3i proceduri complementare.

Etapele prin care se realizeaz% la modul clasic% modelarea% in sens restrans sunt% ineneral% urmatoarele2a) construirea modelului pe baz de:# analiza preliminar a sistemului surs in vederea eviden4ierii parametrilor relevan4i 3i aleturilor func4ionale dintre ei;# stabilirea unei structuri a modelului;# stabilirea valorilor parametrilor definitorii ai modelului;- analiza modelului prin simulare!

- compararea rezultatelor analizei cu datele de comportare a sistemului surs in conditiiecivalente;- corectarea modelului, n sensul apropierii comportamentului de cel al sistemului surs. 0n sens mai lar% prin modelare se intelee metoda de studiu bazat pe utilizareamodelelor% metod la care apeleaz% la ora actual% ma$oritatea cercetrilor din toate domeniile

tenice (3i nu numai). 0n ultima instan4% n aceast semnifica4ie metoda cuprinde con4inutulteoriei enerate a modelarii.


10/10

>odelarea este mi$locul de cunoa3tere a realit4ii. ,rocesul const din & etape mari21. naliza evenimentului real 3i formarea modelului;!. naliza modelului construit cu a$utorul unit4ii de calcul;&. 'nterpretarea rezultatelor n termenii reali ai evenimentului.

Etapele 1 3i & necesit intui4ie% imaina4ie creativ 3i n4eleerea esen4ei evenimentuluicercetat. >odelarea permite cercetarea esen4ei proceselor complicate 3i a fenomenelor cu a$utorulexperimentelor% dar nu cu sisteme reale% dar cu modelele acestora.

0n domeniul elaborrii sistemelor noi modelarea este mi$locul de cercetare a celor maiimportante caracteristici a viitoarei sisteme la cele mai timpurii etape de elaborare. Cu a$utorul > este posibil cercetarea celor mai sensibile locuri ale viitoarei sisteme% de aaprecia randamentul% costul cele mai importante caracteristici% pn la realizare. Cu a$utorul > se elaboreaz planuri opera4ionale optimale 3i descrierea func4ionriisistemelor complicate. 0n sistemele oraniza4ionale modelarea imita4ional (>') a devenitinstrumentul de baz de comparare a diferitor variante de solu4ii de diri$are 3i determinrii

celor mai efective variante la diferite nivele2 companie% institu4ie% ori # la nivelmacroeconomic.

Msb(modelarea sistemelor biomedicale)

Documents

Transcript of Msb(modelarea sistemelor biomedicale)