A software technology providing tuning procedures of a quantitative model of human hemodynamics

Mathematical modeling and specialized software simulators (SSS) based on quantitative models (QM) are modern research tools expanding research opportunities in human physiology. In particular, lumped-parametric models (LPM) of the cardiovascular system (CVS) have been proposed by many authors. Howev...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2021
Автори:	Grygoryan, R.D., Yurchak, O.I., Degoda, А.G., Lyudovyk, T.V.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут програмних систем НАН України 2021
Теми:	cardiovascular system modeling software technology simulation UDC 612.51.001.57+519.6
Онлайн доступ:	https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/434
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Problems in programming
Завантажити файл:

Репозитарії

Problems in programming

id	pp_isofts_kiev_ua-article-434
record_format	ojs
resource_txt_mv	ppisoftskievua/4b/ef9a0a170022e85f6bad0979dbf7664b.pdf
spelling	pp_isofts_kiev_ua-article-4342024-04-26T22:46:30Z A software technology providing tuning procedures of a quantitative model of human hemodynamics Програмна технологія для підтримки процедур налаштування кількісних моделей гемодинаміки людини Grygoryan, R.D. Yurchak, O.I. Degoda, А.G. Lyudovyk, T.V. cardiovascular system; modeling; software technology; simulation UDC 612.51.001.57+519.6 метамова, список; множина; предикат; рекурсія; визначення УДК 612.51.001.57+519.6 Mathematical modeling and specialized software simulators (SSS) based on quantitative models (QM) are modern research tools expanding research opportunities in human physiology. In particular, lumped-parametric models (LPM) of the cardiovascular system (CVS) have been proposed by many authors. However, most models do not include complex mechanisms providing overall control of human circulation. To fill this gap, we had proposed three special models and a concept of their functional integration. The problem is that the integral model is too complex to be manually tuned. To provide effective tuning procedures, special software containing autonomic modules for the solving equations of each model is proposed. In general, the complex mathematical model (CMM), including both the physiology and the external (inpdynamic ut) influences, is constructed and programmed. The software, taking into account three main blocks of models, provides their quantitative tuning procedures. The first block describes the self-regulation of human hemodynamics in a 23-compartmental lumped-parametric model (LPM) of the cardiovascular system (CVS). The second block describes eight physiological mechanisms independently providing CVS’s acute and long-term control in body horizontal, sitting, and vertical positions. The third block describes external/internal dynamic influences on CVS. The model creator, due to SSS, can manually set values of both compartments’ 92 parameters and sensitivity constants of every physiological mechanism. Special tuning tools allow the modeler to imitate a certain number of tests and to build graphs of hemodynamic responses to the chosen test.Prombles in programming 2020; 4: 03-13 Математичне моделювання та спеціалізовані програмні симулятори (СПС), які засновані на кількісних моделях (КM), є сучасними інструментами дослідження, що розширюють можливості вивчення фізіології людини. Зокрема, багато разів автори пропонували моделі з зосередженими параметрами (МЗП) серцево-судинної системи (CСС). Однак більшість моделей не включають складних механізмів, що забезпечують загальний контроль кровообігу людини. Щоб заповнити цю прогалину, ми запропонували три спеціальні моделі та моделювальну концепцію для їх функціональної інтеграції. Проблема полягає у тому, що інтегральна модель занадто складна, щоб її можна було налаштувати вручну. Для забезпечення ефективних процедур налаштування пропонується спеціальне програмне забезпечення, що містить автономні модулі для розв’язування рівнянь кожної моделі у відомих умовах вхідних навантажень. Загалом, побудована та запрограмована складна математична модель (СММ), що включає опис як фізіології, так і вхідних динамічних впливів. Програмне забезпечення, враховуючи три основні блоки моделей, забезпечує їх кількісні процедури налаштування. Перший блок описує саморегуляцію гемодинаміки людини в 23-компартментній МЗП CСС. Другий блок описує вісім фізіологічних механізмів, які незалежно забезпечують гострий і довгостроковий контроль CСС у горизонтальному, сидячому та вертикальному положенні тіла. Третій блок описує зовнішній та внутрішній динамічний вплив на CСС. Завдяки СПС розробник моделі може вручну встановлювати значення 92 параметрів 23 відсіків ССС та константи чутливості кожного фізіологічного механізму. Спеціальні інструменти налаштування дозволяють розробнику моделі імітувати певну кількість тестів і будувати графіки гемодинамічних реакцій на обраний тест.Prombles in programming 2020; 4: 03-13 Інститут програмних систем НАН України 2021-01-25 Article Article application/pdf https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/434 10.15407/pp2020.04.003 PROBLEMS IN PROGRAMMING; No 4 (2020); 03-13 ПРОБЛЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ; No 4 (2020); 03-13 ПРОБЛЕМИ ПРОГРАМУВАННЯ; No 4 (2020); 03-13 1727-4907 10.15407/pp2020.04 uk https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/434/438 Copyright (c) 2021 PROBLEMS IN PROGRAMMING
institution	Problems in programming
baseUrl_str	https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/oai
datestamp_date	2024-04-26T22:46:30Z
collection	OJS
language	Ukrainian
topic	cardiovascular system modeling software technology simulation UDC 612.51.001.57+519.6
spellingShingle	cardiovascular system modeling software technology simulation UDC 612.51.001.57+519.6 Grygoryan, R.D. Yurchak, O.I. Degoda, А.G. Lyudovyk, T.V. A software technology providing tuning procedures of a quantitative model of human hemodynamics
topic_facet	cardiovascular system modeling software technology simulation UDC 612.51.001.57+519.6 метамова список; множина; предикат; рекурсія; визначення УДК 612.51.001.57+519.6
format	Article
author	Grygoryan, R.D. Yurchak, O.I. Degoda, А.G. Lyudovyk, T.V.
author_facet	Grygoryan, R.D. Yurchak, O.I. Degoda, А.G. Lyudovyk, T.V.
author_sort	Grygoryan, R.D.
title	A software technology providing tuning procedures of a quantitative model of human hemodynamics
title_short	A software technology providing tuning procedures of a quantitative model of human hemodynamics
title_full	A software technology providing tuning procedures of a quantitative model of human hemodynamics
title_fullStr	A software technology providing tuning procedures of a quantitative model of human hemodynamics
title_full_unstemmed	A software technology providing tuning procedures of a quantitative model of human hemodynamics
title_sort	software technology providing tuning procedures of a quantitative model of human hemodynamics
title_alt	Програмна технологія для підтримки процедур налаштування кількісних моделей гемодинаміки людини
description	Mathematical modeling and specialized software simulators (SSS) based on quantitative models (QM) are modern research tools expanding research opportunities in human physiology. In particular, lumped-parametric models (LPM) of the cardiovascular system (CVS) have been proposed by many authors. However, most models do not include complex mechanisms providing overall control of human circulation. To fill this gap, we had proposed three special models and a concept of their functional integration. The problem is that the integral model is too complex to be manually tuned. To provide effective tuning procedures, special software containing autonomic modules for the solving equations of each model is proposed. In general, the complex mathematical model (CMM), including both the physiology and the external (inpdynamic ut) influences, is constructed and programmed. The software, taking into account three main blocks of models, provides their quantitative tuning procedures. The first block describes the self-regulation of human hemodynamics in a 23-compartmental lumped-parametric model (LPM) of the cardiovascular system (CVS). The second block describes eight physiological mechanisms independently providing CVS’s acute and long-term control in body horizontal, sitting, and vertical positions. The third block describes external/internal dynamic influences on CVS. The model creator, due to SSS, can manually set values of both compartments’ 92 parameters and sensitivity constants of every physiological mechanism. Special tuning tools allow the modeler to imitate a certain number of tests and to build graphs of hemodynamic responses to the chosen test.Prombles in programming 2020; 4: 03-13
publisher	Інститут програмних систем НАН України
publishDate	2021
url	https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/434
work_keys_str_mv	AT grygoryanrd asoftwaretechnologyprovidingtuningproceduresofaquantitativemodelofhumanhemodynamics AT yurchakoi asoftwaretechnologyprovidingtuningproceduresofaquantitativemodelofhumanhemodynamics AT degodaag asoftwaretechnologyprovidingtuningproceduresofaquantitativemodelofhumanhemodynamics AT lyudovyktv asoftwaretechnologyprovidingtuningproceduresofaquantitativemodelofhumanhemodynamics AT grygoryanrd programnatehnologíâdlâpídtrimkiprocedurnalaštuvannâkílʹkísnihmodelejgemodinamíkilûdini AT yurchakoi programnatehnologíâdlâpídtrimkiprocedurnalaštuvannâkílʹkísnihmodelejgemodinamíkilûdini AT degodaag programnatehnologíâdlâpídtrimkiprocedurnalaštuvannâkílʹkísnihmodelejgemodinamíkilûdini AT lyudovyktv programnatehnologíâdlâpídtrimkiprocedurnalaštuvannâkílʹkísnihmodelejgemodinamíkilûdini AT grygoryanrd softwaretechnologyprovidingtuningproceduresofaquantitativemodelofhumanhemodynamics AT yurchakoi softwaretechnologyprovidingtuningproceduresofaquantitativemodelofhumanhemodynamics AT degodaag softwaretechnologyprovidingtuningproceduresofaquantitativemodelofhumanhemodynamics AT lyudovyktv softwaretechnologyprovidingtuningproceduresofaquantitativemodelofhumanhemodynamics
first_indexed	2024-09-16T04:07:57Z
last_indexed	2024-09-16T04:07:57Z
_version_	1818568294312968192
fulltext	Інструментальні засоби і середовища програмування © Р.Д. Григорян, О.І. Юрчак, А.Г. Дегода, Т.В. Людовик, 2020 ISSN 1727-4907. Проблеми програмування. 2020. № 4 3 УДК 612.51.001.57+519.6 https://doi.org/10.15407/pp2020.04.003 Р.Д. Григорян, О.І. Юрчак, А.Г. Дегода, Т.В. Людовик ПРОГРАМНА ТЕХНОЛОГІЯ ДЛЯ ПІДТРИМКИ ПРОЦЕДУР НАЛАШТУВАННЯ КІЛЬКІСНИХ МОДЕЛЕЙ ГЕМОДИНАМІКИ ЛЮДИНИ Математичне моделювання та спеціалізовані програмні симулятори (СПС), які засновані на кількісних моделях, є сучасними інструментами дослідження, що розширюють можливості вивчення фізіології людини. Однак більшість моделей з зосередженими параметрами (МЗП) серцево-судинної системи (CСС) не включають складних механізмів, що забезпечують загальний контроль кровообігу людини. Щоб заповнити цю прогалину, ми запропонували три спеціальні моделі та моделювальну концепцію для їх функціональної інтеграції. Для забезпечення ефективних процедур налаштування МЗП пропону- ється спеціальне програмне забезпечення, що містить автономні модулі для розв’язування рівнянь кож- ної моделі в відомих умовах вхідних навантажень. Враховуючи три основні блоки моделей CСС, про- грама забезпечує кількісні процедури їх налаштування. Завдяки СПС розробник моделі може вручну встановлювати значення 92 параметрів 23 відсіків ССС та константи чутливості кожного фізіологічного механізму. Спеціальні інструменти налаштування дозволяють розробнику моделі імітувати певну кіль- кість тестів і будувати графіки гемодинамічних реакцій на обраний тест. Ключові слова: серцево-судинна система, моделювання, програмні технології, симулятор. Вступ Кількісні математичні моделі і спе- ціалізовані програмні комплекси для ком- п'ютерних симуляцій фізіологічних функ- цій і систем людини давно вже використо- вуються в учбових процесах та в дослі- дженнях [1, 2]. В останньому випадку од- ним з важливих аспектів симуляцій є отримання додаткової інформації про об'єкт, що моделюється. Така інформація дає новий поштовх удосконаленню існую- чих концепцій біології та медицини. Саме в цьому напрямку йдуть наші розробки [3–6]. За останні роки основним об'єктом моделювання була серцево-судинна сис- тема (ССС) з урахуванням усіх відомих фізіологічних механізмів, що так чи інак- ше впливають на її стан та модулюють гемодинаміку [6–9]. Розроблення комп’ютерного симу- лятора (спеціальної автономної програми) ССС є комплексною науково-технічною проблемою, яка містить шість розділів: 1) вибір і обґрунтування фізіологічної кон- цепції; 2) створення інформаційної моделі обраної концепції; 3) створення математич- них моделей обраної концепції; 4) розроб- лення алгоритмів та програм для чисельно- го вирішення систем рівнянь моделі; 5) ро- зроблення інтерфейсу для ефективної про- цедури налаштування значень констант моделей; 6) розроблення інтерфейсу корис- тувача для забезпечення тестування симу- лятора та для інтерактивних взаємодій ко- ристувача з симулятором з метою прове- дення комп’ютерних імітаційних експери- ментів та досліджень. Три етапи розробок вже пройдено та опубліковано [7–9]. Публікація має за мету ознайомити читачів з проблемами, які були вирішені при створенні спеціалізованого інтерфейсу для налаштування базових математичних моделей. Корисна інформація про об’єкт моделювання Як транспортна система ССС лю- дини – це загальний ефектор, за допомо- гою якого організм вирішує основні про- блеми життєзабезпечення клітин в умовах широких змін темпів обміну речовин (ме- таболізму). Для забезпечення фізіологіч- них значень току крові мають бути спеціа- льні ендогенні механізми (їх звуть регуля- торами гемодинаміки), які адаптують на- сосну функцію серця, тиск крові в артеріях та провідність регіональних судин до акту- альних потреб клітин. Певна кількість та- ких механізмів фізіологам відома. Питання у тому, чи є кожний механізм, збережений Інструментальні засоби і середовища програмування 4 еволюцією, обов’язково самостійним і ко- рисним фізіологічним регулятором. Відо- мо, що декілька з таких механізмів іноді грають роль провокаторів певних патологій (наприклад, артеріальної гіпертонії [10, 11]). Проблема в тому, що ні існуючі методи реєстрації біометричних даних людини, ні інвазійні фізіологічні експерименти на тва- ринах не дозволяють однозначно визначити призначення окремого ендогенного механі- зму. Є підстави вважати, що окремі біохімі- чні або фізіологічні механізми є скоріше лише такими еволюційними нагромаджен- нями, користь від яких умовна. Математич- не моделювання та спеціальні комп’ютерні симулятори можуть вносити свою лепту в з’ясування цих проблем. Але майже усі відомі моделі (наприклад, [1, 3–5]) опису- ють лише частину механізмів, що модулю- ють гемодинаміку. Для заповнення цієї прогалини нами розробляється комплекс- ний підхід до моделювання гемодинаміки людини. Вже розроблено три автономні моделі. Модель [7] описує гемодинаміку в ССС, яка не має впливів ззовні та враховує лише саморегуляцію серця та судин в умо- вах стабільного обсягу крові в ССС. Мо- дель [8] враховує вплив основних коротко- строкових механізмів на гемодинаміку. Модель [9] описує адитивні довгострокові гемодинамічні ефекти основних нейрогу- моральних механізмів. Ці три моделі, що містять різні аспекти кровообігу людини з урахуванням певних екзогенних або ендо- генних дозованих впливів на стан ССС, формують основу для створення спеціалі- зованого програмного симулятора (СПС). Але на цьому шляху є дві проблеми – кін- цева та етапна. Кінцева проблема полягає у тому, щоб забезпечити користувача зруч- ним інтерфейсом, за допомогою якого мо- жна обирати та реалізовувати сценарії комп’ютерних симуляцій реагування ССС на ендогенні або екзогенні подразники, а також оформляти результати в зручному для аналізу вигляді. Етапна проблема поля- гає у тому, що кожна модель має багато параметрів, числові значення яких невідомі. Для їх з’ясування треба проводити багато допоміжних розрахунків. Фактично йдеться про налаштування оптимального набору констант моделей. Саме для ефективного вирішення цієї проблеми потрібно створити певні допоміжні програми. Концепція моделювання та необхідність налаштувань моделей Є базова модель ССС, значення па- раметрів та змінних якої відповідають се- редньому чоловіку зростом 175 см і масою тіла 75 кг. Загальний об’єм крові розрахо- вується як 7 % від маси тіла. Кожна ділян- ка ССС розташована на певній дистанції (у сидячому положенні вони зменшуються на довжину стегон) від стоп. Ці показники служать для розрахунків гідростатичних тисків крові у різних позах людини. Базою для розрахунків локальних характеристик гемодинаміки в кожній з 21 ділянки судин служать середні значення тисків крові в дузі аорти )(tPA , в порожни- стих венах )(tPV , середній сталий потік крові )(tQ та загальний периферичний опір судин )(tR при 0t : .3/))0()0(()0()0( AdAcAdA PPPP  де AdP і AсP це діастолічний та систоліч- ний пики артеріального тиску. В нормі прийнято (0) 1R  , (0) 94AP  мм рт. ст., (0) 90Q  мл/сек, тому (0) (0) (0) (0) 4V AP P R Q    . Початкові значення тисків у кожній ділян- ці артерій або вен встановлено з урахуван- ням відомих даних літератури про регіона- льні розподіли потоків та об’ємів крові в стані спокою. Далі правила встановлення констант моделей не формалізовано, вони є результатом досвіду створення багатьох версій кількісних моделей гемодинаміки здорової людини. Фактично, цей досвід підказує певні процедури індивідуалізації базової моделі ССС. В нашому випадку персональні на- лаштування стосуються майже 250 харак- теристик модельованої ССС; в даній статті цей аспект не розглядатимемо. Концептуальна схема комплексної моделі гемодинаміки побудована таким Інструментальні засоби і середовища програмування 5 чином, що передбачаються дослідження як саморегуляторних характеристик некеро- ваної ССС (вона є об’єктом регулювання), так і гемодинамічних ефектів вмикання певного набору регуляторів (рис. 1). Рис. 1. Схема комплексної моделі гемоди- наміки з урахуванням динамічних ефектів багатьох фізіологічних механізмів (регуля- торів). За відсутності регуляторів функціо- нує некерована ССС (об’єкт регулювання) Базова модель об’єкта регулювання [6] нещодавно була модифікована таким чином, що вже можна симулювати вплив пози людини на гемодинаміку. Ця додат- кова опція з’явилася завдяки включенню в формулу розрахунків току крові ( )ijq t гідростатичного тиску крові. Отже, між суміжними ділянками судин ( )ijq t розра- ховується як ( ) ( ( ) ( ) 0,735 ) / ( ),ij i j ij ijq t P t P t h R t    де Р – тиск крові, R – гідравлічний опір, а ijh – різниця висот ділянок. ijh залежить від пози людини: в лежачому положенні 0ijh  , в сидячому або стоячому – задано фіксовані числа. Блок-схема моделі ССС показана на рис. 2. Рис. 2. Схема представлення ССС в моделі у вигляді двох шлуночків серця (RA, RV), 21 ділянки судин із зосередженими параметрами та з'єднаннями між ними Інструментальні засоби і середовища програмування 6 Відомості про програму Програмний комплекс забезпечення налаштування моделі ССС розроблений з використанням інтегрального середовища розробок (IDE) Microsoft Visual Studio 2019 Community на базі об'єктно- орієнтованої мови програмування C# (Сі Шарп) і платформи .NET. Програмний комплекс розділений на три частини: - інтерфейсна частина; - розрахунковий блок; - засоби збереження та візуаліза- ції отриманих результатів. Інтерфейсна частина. Основним вікном інтерфейсної частини, яке також містить меню керування роботою програ- міста з моделлю (рис. 2), є вікно, в якому зображено блок-схему моделі ССС . Інтерфейс забезпечує:  обрання типу моделі (нерегу- льована або регульована);  введення та зміну вхідних зна- чень параметрів для кожного фізіологічно- го вузла схеми моделі ССС (рис. 2);  запуск розрахунку моделі;  введення та зміну вхідних зна- чень параметрів для кожного фізіологічно- го вузла схеми моделі ССС із зазначенням пози модельованої людини (лежить, си- дить, стоїть);  додаткові налаштування (експо- зиція, крок і т. д.);  збереження та перегляд резуль- татів розрахунку моделі. Передбачено можливість запам'ято- вування введених даних у рамках сеансу роботи. Результати можна записувати в файл для використання в наступних сеан- сах роботи. Розрахунковий блок є універсаль- ним для обох типів моделі (нерегульованої та регульованої) і реалізує обчислення в залежності від обраного типу моделі, що задається через інтерфейс. Розрахунок ве- деться згідно з фізіологічними вузлами, зазначеними в блок-схемі ССС з окремим набором вхідних даних і параметрів для кожного вузла. Розрахунковий блок реалізований в окремому незалежному класі і включає множину методів, що реалізують обчис- лення за формулами, які лежать в основі моделі. Це забезпечує гнучкість в подаль- ших модифікаціях моделі. Результати обчислень запам'ятову- ються в динамічних структурах даних, призначених для зберігання великої кіль- кості обчислених параметрів моделі (міль- йони), що дозволяє ефективно використо- вувати оперативну пам'ять. Збереження отриманих результа- тів. Забезпечено можливість збереження отриманих результатів розрахунку моделі в текстовому файлі для подальшого аналі- зу. У зв'язку з великим обсягом обчисле- них даних передбачена їх фільтрація для збереження в файлі. Є можливість записувати потрібну кількість значень даних або загалом, або вибірково (діало- гове вікно "Параметри для запису в файл"). Перегляд отриманих результатів. Основна форма перегляду отриманих результатів – це графіки. Допоміжна фор- ма – запис числових значень змінних у файл – використовувалася для пошуку по- хибок у логіці або реалізації програмних модулей. Передбачено п’ять вікон видачі графіків за допомогою меню "Перегляд результатів": "Центральна гемодинаміка", "Тиск та ЧСС", "Нервова діяльність", "Су- марні об’єми", "Кровотоки". В кожному вікні певна множина графіків, що візуалі- зують значення обчислених параметрів. Графіки будуються по 30 точкам на зазна- ченій шкалі часу з автоматичним масшта- буванням по осі значень параметрів. У ша- пці вікна графіків вказується тип моделі та поза модельованої людини. Проблеми налаштування моделей Слід зазначити, що головна про- блема налаштування базової моделі поля- гає у тому, що в кожній ділянці судин її природна нелінійна залежність тиску крові ( )iP t від кількості крові ( )iV t , жорсткості ( )iD t та ненапруженого об'єму ( )iU t апроксимується за допомогою трьох ліній- них ділянок вигляду: Інструментальні засоби і середовища програмування 7 ( ( ) ( )) 5 ( ), ( ) ( ) ( ( ) ( )) ( ), ( ) ( ) 1,4 ( )( ) 0,4 ( ) ( ( ) 1,4 ( )) 3 ( ), ( ) 1,4 ( ). i i i i i i i i i i ii i i i i i i V t U t D t V t U t V t U t D t U t V t U tP t D t V t U t D t V t U t               Отже, в початковому стані кожна ділянка ССС має три автономні параметри ( )iV t , ( )iU t , ( )iD t та додатковий параметр ( )iR t , який відповідає гідравлічному опору з'єднання суміжних ділянок. Процедура налаштування базової моделі для лежачої людини має мету знайти такий набір наве- дених параметрів, при якому ( )iP t та пото- ки крові між ділянками будуть максималь- но наближеними до даних літератури. Окремо налаштовуються значення параме- трів моделей насосної функції правого та лівого шлуночків серця. Загальний вигляд інтерфейсу налаштування в режимі, який забезпечує введення початкових значень параметрів моделі нерегульованої ССС, показано на рис. 3. За допомогою екранної форми рис. 3 виконуються також додаткові перевірки обраних параметрів судин. Індикатором адекватності (або неадекватності) обраних характеристик ССС є графіки, що відо- бражають реакції гемодинаміки на встано- вленій набір параметрів. Відповідно до логіки розрахункового блоку програми та завдяки модельованим механізмам саморе- гуляції після запуску програми на розра- хунки й до кінця заданого періоду експо- зиції має місце перерозподіл об’ємів крові між ділянками доти, поки в ССС не буде сталий режим гемодинаміки. Із завершен- ням розрахунків їх результати зберігають- ся в формах цифрових масивів та графіків. Останні згруповані у чотири групи та ві- дображають більшість характеристик, за допомогою яких фізіолог-дослідник будує свої висновки відповідно до станів конкре- тних регуляторів. Оскільки такі висновки мають цін- ність лише у порівнянні із аналогічними реакціями некерованої моделі, слід розгля- дати та аналізувати дані моделювання для різних версій моделі. На рис. 4–9 показано приклади симуляцій гемодинаміки людини на різних версіях моделі. Рис. 3. Загальний вигляд інтерфейсу налаштування в режимі, який забезпечує введення поча- ткових значень параметрів моделі нерегульованої ССС Інструментальні засоби і середовища програмування 8 Рис. 4. Симуляція реакцій моделі некерованої гемодинаміки на запуск розрахунків (людина лежить) Рис. 5. Симуляція реакцій моделі, керованої за допомогою короткострокових рефлексів гемодинаміки на запуск розрахунків (людина лежить) Інструментальні засоби і середовища програмування 9 Рис. 6. Симуляція реакцій моделі некерованої гемодинаміки на запуск розрахунків (людина лежить). (Вікно “Кровотоки”) Рис. 7. Симуляція реакцій моделі, керованої за допомогою короткострокових рефлексів гемодинаміки на запуск розрахунків (людина лежить)’’ Інструментальні засоби і середовища програмування 10 Рис. 8. Симуляція реакцій моделі некерованої гемодинаміки на запуск розрахунків (людина стоїть). (Вікно “Кровотоки”) Рис. 9. Симуляція реакцій моделі, керованої за допомогою короткострокових рефлексів ге- модинаміки на запуск розрахунків (людина стоїть). (Вікно “Кровотоки”) Інструментальні засоби і середовища програмування 11 Насправді симулятор надає можли- вість візуалізації набагато більшої кілько- сті змінних центральної та регіональної гемодинаміки. Але в межах однієї статті не можна детально розглянути усі варіан- ти. Лише зазначимо, що розроблено спе- ціальну екранну форму, (рис. 10) за допо- могою якої користувач може імітувати натуральні неоднорідності симпатичної іннервації у різних регіонах судин. Висновок Розроблено програмні засоби та технологію, які дозволяють прискорити процес кількісного налаштування компле- ксу спеціалізованих математичних моде- лей, що описують гемодинаміку здорової людини з урахуванням майже усіх відо- мих фізіологічних механізмів ендогенного впливу на серце, судини та загальний об’єм крові. Наведено приклади комп’ютерних симуляцій у разі конкрет- них наборів констант моделей та проде- монстровано окремі екранні форми, за допомогою яких можна встановлювати та змінювати будь-які можливі значення ос- новних фізіологічних констант моделей людини. На базі технології та екранних форм буде розроблено спеціальний інтер- фейс для фізіолога-дослідника. Рис. 10. Екранна форма для встановлення коефіцієнтів моделі, за допомогою яких в моделях враховується регіональна неоднорідність щільності симпатичної іннервації судин Інструментальні засоби і середовища програмування 12 Література 1. Larrabide I., Blanco P.J., Urquiza S.A., Dari E.A., Ve´nere M.J., de Souza e Silva N.A., Feijo´ R.A. HeMoLab – Hemodynamics Modelling Laboratory: An application for modelling the human cardiovascular system. Computers in Biology and Medicine. 2012. V. 42. P. 993–1004. 2. Fresiello L., Ferrari G., Di Molfetta A., Zieliński K., Tzallas A., Jacobs S., et al. A cardiovascular simulator tailored for training and clinical uses. J. Biomed. Inform. 2015. V. 57. P. 100–112. 3. Григорян Р.Д. Проблемно-ориентирован- ные компьютерные симуляторы для реше- ния теоретических и прикладных задач фи- зиологии человека. Проблеми програ- мування. 2017. № 3. С. 161-171. 4. Григорян Р.Д., Аксенова Т.В., Дегода А.Г., Компьютерный симулятор механизмов поддержания баланса энергии в клетках человека. Кибернетика и вычислительная техника. 2017. № 2 (188). С. 65–73. 5. Григорян Р.Д., Лиссов П.Н., Аксенова Т.В., Мороз А.Г. Специализированный программно-моделирующий комплекс «PHYSIOLRESP». Проблеми програму- вання. 2009. № 2. С. 67–82. 6. Григорян Р.Д., Лиссов П.Н. Программный имитатор сердечно-сосудистой системы человека на основе ее математической мо- дели. Проблеми програмування. 2004. № 4. С. 100–111. 7. Григорян Р.Д., Дегода А.Г., Джурінський Є.А., Харсун В.С. Cимулятор пульсирую- щего сердца. Проблеми програмування. 2017. № 4. С. 98–108 (Rus.). 8. Григорян Р.Д., Дегода А.Г., Харсун В.С., Джурінський Є.А. Cимулятор механизмов срочной регуляции гемодинамики челове- ка. Проблеми програмування. 2019. № 1. С. 90–98. 9. Григорян Р.Д., Дегода А.Г., Харсун В.С., Джурінський Є.А. Cимулятор механизмов долговременной регуляции гемодинамики человека. Проблеми програмування. 2019. № 4. С. 111–120. 10. Grygoryan R.D. The optimal circulation: cells’ contribution to arterial pressure. 2017. Nova Science. N.Y. 298 p. 11. Grygoryan R.D. The unknown aspects of arterial pressure. Znanstvena misel journal. 2019. № 33. P. 19–23. References 1. Larrabide I., Blanco P.J., Urquiza S.A., Dari E.A., Ve´nere M.J., de Souza e Silva N.A., Feijo´ R.A. HeMoLab – Hemodynamics Modelling Laboratory: An application for modelling the human cardiovascular system. Computers in Biology and Medicine. 2012. V. 42. P. 993–1004. 2. Fresiello L., Ferrari G., Di Molfetta A., Zieliński K., Tzallas A., Jacobs S., et al. A cardiovascular simulator tailored for training and clinical uses. J Biomed Inform. 2015. V. 57. P. 100–112. 3. Grygoryan R.D. Problem-oriented computer simulators for solving of theoretical and applied tasks of human physiology. Problems of programming. 2017. N 3. Р. 102–111. 4. Grygoryan R.D., Aksenova T.V., Degoda A.G. A computer simulator of mechanisms providing energy balance in human cells. Cybernetics and computing technologies. 2017. N 2 (188). P. 65–73. (Rus). 5. Grygoryan R.D., Lissov P.N., Aksenova T.V., Moroz A.G. The specialized software- modeling complex “PhysiolResp”. Problems of programming. 2009. V. 2. P.140–150 (Rus). 6. Grygoryan R.D., Lissov P.N. A software- simulator of human cardiovascular system based on its mathematical model. Problems of programming. 2004. N 4. С. 100–111 (Rus). 7. Grygoryan R.D., Degoda A.G., Dzhurinsky Y.A., Kharsun V.S. A simulator of pulsatile heart. Problems of programming. 2017. N 4. С. 98–108 (Rus.). 8. Grygoryan R.D., Degoda A.G., Kharsun V.S., Dzhurinsky Y.A. A simulator of mechanisms of acute control of human hemodynamics. Problems of programming. 2019. V.1. P. 90–98. (Rus.) 9. Grygoryan R.D., Degoda A.G., Dzhurinsky Y.A. A simulator of mechanisms of long- term control of human hemodynamics. Problems of programming. 2019. V. 4. P. 111–120. 10. Grygoryan R.D. The optimal circulation: cells’ contribution to arterial pressure. 2017. Nova Science. N.Y. 298 p. 11. Grygoryan R.D. The unknown aspects of arterial pressure. Znanstvena misel journal. 2019. V. 33. P. 19–23. Одержано 09.11.2020 Інструментальні засоби і середовища програмування 13 Про авторів: Григорян Рафік Давидович, завідуючий відділу, д-р. біол. наук. Кількість наукових публікацій в українських виданнях – 146. Кількість наукових публікацій в зарубіжних виданнях – 45. Індекс Гірша – 10. http://orcid.org/0000-0001-8762-733X. Юрчак Оксана Іванівна, провідний інженер-програміст. Кількість наукових публікацій в українських виданнях – 13. Індекс Гірша – 0. https://orcid.org/0000-0003-3941-1555. Дегода Анна Григорівна, старший науковий співробітник, кандидат фізико-математичних наук. Кількість наукових публікацій в українських виданнях – 14. Кількість наукових публікацій в зарубіжних виданнях – 1. Індекс Гірша – 3. http://orcid.org/0000-0001-6364-5568. Людовик Тетяна Владленівна старший науковий співробітник, кандидат технічних наук. Кількість наукових публікацій в українських виданнях – 29. Кількість наукових публікацій в зарубіжних виданнях – 16. Індекс Гірша – 5. https://orcid.org/0000-0003-0209-2001. Місце роботи авторів: Інститут програмних систем НАН України, 03187, Київ, проспект Академіка Глушкова, 40. Е-mail: rgrygoryan@gmail.com, daravatan@gmail.com, anna@silverlinecrm.com, tetyana.lyudovyk@gmail.com http://orcid.org/0000-0001-8762-733X http://orcid.org/0000-0001-6364-5568 https://orcid.org/0000-0003-0209-2001 mailto:rgrygoryan@gmail.com mailto:daravatan@gmail.com mailto:anna@silverlinecrm.com mailto:tetyana.lyudovyk@gmail.com

A software technology providing tuning procedures of a quantitative model of human hemodynamics

Репозитарії

Схожі ресурси