Опыт математического моделирования систем кровообращения насчитывает уже несколько десятилетий, и некоторые из разработанных моделей с успехом применяются в клинической практике. Здесь, очевидно, наибольший интерес представляют модели системы кровообращения в целом, описывающие изменение основных параметров (давление, объем, кровоток) в различных точках системы и допускающие включение в модельные соотношения таких внешних факторов, как измененная весомость и перепад давлений по поверхности тела, обусловленный применением средств компенсации. [1]
Моделирование органов и структур человеческого организма дает возможность предсказать критические ситуации, выяснить механизмы формирования патологии, находить области допустимых изменений формы, механических свойств и характера функционирования этих биологических объектов. Это в свою очередь расширяет сферу применения диагностических методов и устройств и является предпосылкой для создания автоматизированных средств диагностики.
Модель - это объект любой природы, умозрительный или материально реализованный, который воспроизводит явление, процесс или систему с целью их исследования или изучения.
Моделирование - метод исследования явлений, процессов и систем, основанный на построении и изучении их математических или физических моделей
Математическое моделирование биологических объектов представляет собой аналитическое описание идеализированных процессов и систем, адекватных реальным.
Создание физических моделей основано на воспроизведении физическими способами биологических структур, их функций и процессов. При физическом моделировании решают вопросы выбора вида и параметров модели и устанавливают различные виды соответствия между моделью и биологическим объектом.
Модель дает значительно больше информации о биомеханике биологического объекта, чем можно получить современными средствами измерений. [2]
Большое количество различных моделей было разработано для того, чтобы достигнуть лучшего понимания характера соотношений между физическими явлениями, происходящими в артериальном русле человеческого организма, такими, как изменение давления, распространение волн в потоке, и собственными свойствами артерий, такими, как их радиус, толщина стенок, упругость, характер ветвлений, т.е. строением артериального древа как целого.
Весь спектр моделей кровообращения можно разделить на два основных класса. К первому из них относятся модели с распределенными параметрами, в которых рассматривается изменение параметров во времени в каждой точке моделируемого пространственного объекта. Однако, если говорить о моделировании системы кровообращения в целом, решение десятков уравнений в частных производных даже при современном уровне средств программирования и вычислительной техники, представляется крайне трудным и нецелесообразным.
Действительно, с точки зрения некоторых задач наиболее важным представляется аналитическое описание различий параметров между крупными участками системы, например, сосудистой системой мозга и аортой. В то же время тонкими механизмами распространения пульсовой волны явно можно пренебречь, в частности и потому, что для некоторых задач важны процессы с постоянными времени порядка 1с и более.
Второй класс моделей составляют модели с сосредоточенными параметрами, в которых описываемый объект разбивается на несколько участков, и предлагается, что внутри каждого из них все параметры изменяются только во времени, но не в пространстве. Математическая сторона проблемы при таком подходе существенно упрощается и сводится к решению системы алгебраических и обыкновенных дифференциальных уравнений. В то же время при правильном выборе способа разбиения системы на "точечные" участки не будут потеряны локальные особенности, существенные с точки зрения практики. Очевидно, например, что исследование гидростатических эффектов в нижней конечности невозможно, если она не разбита, по крайней мере, на два последовательных элемента, смещенных друг относительно друга вдоль направления вектора перегрузки.
Статьи и публикации:
Эволюция жизни и биосферы в докембрийский период
Докембрийский этап развития Земли изучен еще недостаточно полно. Накопленная разрозненная информация о заключенных в геологических отложениях остатках жизни позволяет весь докембрийский период продолжительностью около 4 млрд лет разделить ...
Адгезионные или сложные межклеточные контакты
Сложные или адгезионные межклеточные соединения представляют собой небольшие парные специализированные участки плазматических мембран двух соседних клеток. Они подразделяются на запирающие (изолирующие), сцепляющие (заякоривающие) и комму ...
Каналы
Под каналами чаще всего понимают ионные каналы, которые, как теперь известно, широко распространены во многих типах клеток. Регулируемые ионные каналы, участвующие в передаче сигнала, в ответ на определенный внешний стимул быстро изменяют ...