<<
>>

Материалы и методы

Несмотря на широкое применение методов математического моделирования в биологии и медицине, о математизации этих дисциплин говорить еще рано. В силу широкого разнообразия биологических явлений до сих пор не разработаны базовые, универсальные принципы математического моделирования как простых, так и сложных организмов.

Вместе с тем важность математического подхода в медицине очевидна. До сих пор большинство заболеваний рассматривается как набор тех или иных качественных, связанных между собой признаков. Именно оценка качественных признаков лежит в основе практически всех классификаций болезней. С другой стороны понятно, что классификация заболевания или патологического состояния была бы более информативной, если бы в ее основу был положен количественный принцип. Оценка тяжести врачебного воздействия на организм, как правило, основана на анализе качественных признаков. Такие понятия, как «объем оперативного вмешательства», «тяжесть операции» не несут в себе никакой числовой информации.

Анализ большого числа количественных параметров при тех или иных патологических процессах, тем не менее, не приближает исследователя к построению математической модели больного организма.

Все это означает, что необходим иной базовый подход к моделированию биологических процессов в организме. Объективной предпосылкой к формированию такого подхода является широкое внедрение методов послойной компьютерной томографии в биологию и медицину. Растровое изображение таких слоев является основой для создания новых баз данных, содержащих информацию о состоянии каждой точки биологического объекта. В конце 80-х годов в лаборатории медицинской информатики ВЦ ДВО РАН (АН СССР) под руководством академика Е.В. Золотова была разработана идеология информационного моделирования объектов живой природы, основанная на теоретико-игровом подходе к задачам распознавания образов, аксонометрических принципах построения специализированных баз данных и логико-семантических представлениях о процессах жизнедеятельности организма [2, 4, 5, 10].

Актуальность подобного подхода к биоинформационным системам связана с возможностями многоаспектного применения современных средств вычислительной техники, информатики в задачах доказательной медицины, широкого использования информационной среды Интернет для повышения эффективности профилактики, диагностики и лечения заболеваний. Научное значение наших работ по гранту РФФИ 04-07-97002 связано с разработкой универсального подхода к унифицированной методологии создания биологической информационной системы (БИС) для дальнейших перспективных исследований патофизиологических механизмов, происхождения и развития заболеваний; для изучения устойчивости организма человека и животных, проблем экологической физиологии, биологии развития, а также в теоретической области разработки нейрокомпьютеров, синергетических компьютеров; задач нейрофизиологии и нейробионики. При этом наш взіляд на биоинформационные системы несколько отличается от общепринятого. Как известно, под биоинформатикой понимается область науки, разрабатывающая и применяющая вычислительные алгоритмы для анализа и систематизации генетической информации с целью выяснения структуры и функции макромолекул с последующим использованием этих знаний для создания новых лекарственных препаратов.

ВИМ биологического объекта представляет собой особый способ компьютерного моделирования объекта, результатом которого является создание как многомерной структурной модели (формы) биологического объекта, так и моделей его физиологического и патолого-физиологического функционирования. При этом и модель структуры (формы) и модель функции (параметров) максимально приближены к реальным форме и функциям моделируемого объекта [3, 11, 13]. ВИМ биообъекта состоит из базы данных и основных и вспомогательных программ, обращающихся к БД и осуществляющих непосредственный процесс моделирования. Прообразом ВИМ биообъекта является первичная многомерная модель, полученная на основе многомерного моделирования серии послойных срезов изучаемого объекта.

В процессе ВИМ используется новая система базы данных [2, 12, 13].

Электронная таблица строится на основе первичной многомерной модели биологического объекта, составленной из двухмерных графических файлов, отражающих послойное строение биологического объекта; минимальная точка графического изображения (пиксель) путем преобразования становится строчкой в таблице. Таблица содержит основные элементы: трехмерные координаты точки, тканевую принадлежность точки, цифровые характеристики качественного состояния точки, а также характеристики связи точки с соседними точками. Одной из характеристик первичной многомерной модели является трехмерная координатная сетка, построенная тремя взаимно перпендикулярными плоскостями (X, У, Z). Каждая точка, располагающаяся в данной сетке, имеет трехмерную систему координат. В случае, если линии, сходящиеся от плоскостей X, У, Z в точке а, взаимно перпендикулярны, то данная трехмерная координатная сетка является жесткой. Если же угол между данными линиями отличается от прямого, речь идет о лабильной трехмерной координатной сетке. В зависимости от типа трехмерной координатной сетки точки в первичной многомерной модели могут быть либо объектными, либо условными. Объектной называется точка, располагающаяся в жесткой трехмерной координатной сетке и отражающая определенный объем тканей (например, в модели человеческого тела по НѴВ - 1 мм'), расположенная в строго определенной зоне (имеющая строгую координатную привязку), располагающаяся на определенном расстоянии от других точек. Условной называется точка, располагающаяся в лабильной координатной сетке. Такая точка является чисто виртуальной величиной, в которой объем, координаты и расстояние от других точек являются числовыми характеристиками данной точки. Каждая точка имеет определенные свойства, которые характеризуются набором числовых параметров, (числовой характеристикой точки) и способностью их изменения (функция). Числовая характеристика свойств точки представлена в виде вероятностных и абсолютных величин.

Числовые параметры точки делятся на типы: вероятностные, степенные, абсолютные. К вероятностному типу относятся числовые параметры, указывающие на возможность (вероятность совершения события). К ним относятся параметры вероятного присутствия конкретного свойства в точке, вероятности перехода информационного сигнала с одной точки на соседнюю, вероятности изменения свойства точки под действием информационного сигнала [2, 10]. К степенному типу относятся числовые параметры, показывающие в относительных величинах значение (величину) явления. Это параметры степени схожести объекта, явления свойства в конкретной точке аналогичным параметрам в иных точках (соседних, иных органов и тканей, точкам в нормальном состоянии и т. п.); степени значимости признака в формировании свойства или функции; степень изменения свойств точки под действием информационного сигнала. К абсолютному типу относятся экспертные значения параметров, измеряемых в конкретной точке. Числовые параметры заносятся в соответствующие столбцы электронной таблицы. Каждому типу числового параметра соответствует определенный столбец электронной таблицы. Столбцы электронной таблицы могут быть сквозными и скрытыми. Сквозные столбцы присутствуют во всей электронной таблице и относятся к каждой точке виртуальной информационной модели (каждой строчке электронной таблицы). Скрытые столбцы относятся только к отдельным точкам виртуальной информационной модели (отдельным строчкам электронной таблицы). Наличие скрытых столбцов, относящихся к конкретной строчке электронной таблицы, указывается в специально выделенном столбце, помещенном в начало каждой электронной таблицы.

Параметры времени, а также веса (массы), объема точки также являются ее числовыми характеристиками и вносятся в электронную таблицу. Наряду с числовой информацией электронной таблицы связь между точками является одной из главных характеристик ВИМ. Связи могут быть ближними и удаленными. Ближняя связь является обязательным атрибутом любой точки в виртуальной информационной модели.

При этом каждая такая точка имеет связи с соседними 6 точками (условно: в вертикальной плоскости - верхняя, нижняя; в горизонтальной плоскости - северная, восточная, запад-

ная и южная). Каждая строчка таблицы в своей особой части содержит информацию о характере связи точки с соседними точками. В частности, в электронной таблице - со строчками, которые соответствуют данным точкам. Минимальное число связей, которые имеет каждая точка - 6. В зависимости от сложности модели это может быть число 12, 24, и т. д., кратное 6. Ближние связи определяют жесткий костяк программы, проявляющийся наличием в каждой строчке электронной таблицы специальной функции GO ТО, передающей выполнение программы на строчки, соответствующие 6 (12, 24,..., 6/;) соседним точкам в первичной многомерной модели. Удаленная связь не является обязательным атрибутом каждой точки. Она дополнительно устанавливается для некоторых точек в зависимости от их функциональной нагрузки. Удаленные связи могут соединять любые точки виртуальной информационной модели.

3.

<< | >>
Источник: П.И. Барабані. Проблемы создания виртуальных информационных моделей. Владивосток: Дальнаука,2006. 188 с.. 2006

Еще по теме Материалы и методы:

  1. 5. Методы изучения потребления пищевых веществ и продуктов питания
  2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ГЛАВА 3 Объекты и методы исследования
  3. O.T.O.R. Резюме методов, применявшихся для диагностики гемоконтактных инфекций1OM и инфекций, передаваемых половым путем
  4. 2.5.2МЕТОДЫ И ФОРМЫ МОРАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
  5. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАЗИТИЧЕСКИХ ПРОСТЕЙШИХ КИШЕЧНИКА
  6. 3. Методы создания политической рекламы.
  7. Материалы и методы исследования
  8. ГЛАВА 2. ПРОГРАММА, МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
  9. ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
  10. Методы и задачи моделирования
- Акушерство и гинекология - Анатомия - Андрология - Биология - Болезни уха, горла и носа - Валеология - Ветеринария - Внутренние болезни - Военно-полевая медицина - Восстановительная медицина - Гастроэнтерология и гепатология - Гематология - Геронтология, гериатрия - Гигиена и санэпидконтроль - Дерматология - Диетология - Здравоохранение - Иммунология и аллергология - Интенсивная терапия, анестезиология и реанимация - Инфекционные заболевания - Информационные технологии в медицине - История медицины - Кардиология - Клинические методы диагностики - Кожные и венерические болезни - Комплементарная медицина - Лучевая диагностика, лучевая терапия - Маммология - Медицина катастроф - Медицинская паразитология - Медицинская этика - Медицинские приборы - Медицинское право - Наследственные болезни - Неврология и нейрохирургия - Нефрология - Онкология - Организация системы здравоохранения - Оториноларингология - Офтальмология - Патофизиология - Педиатрия - Приборы медицинского назначения - Психиатрия - Психология - Пульмонология - Стоматология - Судебная медицина - Токсикология - Травматология - Фармакология и фармацевтика - Физиология - Фтизиатрия - Хирургия - Эмбриология и гистология - Эпидемиология -