Материалы портала «Научная Россия»

В СО РАН решили «поверить алгеброй» кровообращение человека

В СО РАН решили «поверить алгеброй» кровообращение человека
Учёные Конструкторско-технологического института вычислительной техники СО РАН работают над созданием комплексной модели сердечно-сосудистой системы человека

Учёные из Конструкторско-технологического института вычислительной техники (КТИ ВТ) Сибирского отделения РАН работают над созданием комплексной модели сердечно-сосудистой системы (ССС) человека, которая позволит изучить процесс формирования патологий, проследить действие лекарственных средств, а в будущем может стать удобным средством медицинской диагностики. О своей разработке они рассказали на четвёртом семинаре «Информационные и вычислительные технологии в медицине», организованном СО РАН, Новосибирским государственным университетом и пока ещё существующей Российской академией медицинских наук.

Использование достижений компьютерного моделирования в интересах медицины до сих пор вызывает много споров: человеческий организм – механизм невероятно сложный и непредсказуемый, как всё живое, и потому математику здесь применять довольно сложно. Тем не менее, сейчас в Японии, США и Европе проводятся исследования, направленные на создание полной модели физиологии человека. Такой глобальный проект требует интеграции проверенных алгоритмов симуляции отдельных органов и систем нашего организма. Новосибирские учёные, не желая отстать от коллег, сосредоточились на объединении в одно целое трёх известных моделей сердечно-сосудистой деятельности. Это модели сердечных сокращений, долговременной почечной регуляции и системы артериальных сосудов.

В первой из них кровеносная система человека представлена в виде замкнутой системы резервуаров, включающих в себя (в порядке следования крови) сердце, вены, капилляры и артерии. Модель учитывает влияние кислородного обмена в организме, а сердце в ней спроектировано как насос, переключающийся между двумя состояниями – систолой (во время неё происходит выброс крови из желудочка) и диастолой (заполнение желудочка кровью). Во второй показано, как на процесс кровообращения влияет почка. Немногие знают, что этот орган имеет большое значение для ССС – он регулирует объём и состав жидкости в организме, а значит, воздействует на артериальное давление. Помимо этого, с помощью проектирования долговременной почечной регуляции можно проследить концентрацию различных гормонов и содержание соли в организме. Ну а третья из задействованных в системе моделей (кстати, созданная в Институте математики имени С.Л. Соболева СО РАН) включает в себя 55 основных артерий, составляющих бинарное дерево, и описывает течение крови в них.

Объединение трёх разных моделей в одной стало возможным благодаря специально созданному для этого программному модулю на языке Java для BioUML, который, с одной стороны, позволяет представить биологические системы в виде блочных диаграмм, а с другой – способен автоматически генерировать и запускать симуляцию агентов. В итоге получившаяся система не только вобрала в себя возможности трёх в неё входящих  (конечно, в процессе объединения некоторая часть их функций была потеряна), но и приобрела новые, им не свойственные. Например, теперь на ней можно провести следующий эксперимент: задать параметры сужения отдельной артерии и посмотреть, как они повлияют на остальные модули и показатели – среднее артериальное давление, общий объём крови, почечный кровоток.

«Созданная нами модель позволяет отслеживать как глобальные процессы (изменение объёма крови, содержания соли в крови, концентрацию определенных гормонов в организме), так и локальные (циркуляцию крови по определенным сосудам). Также она подходит для моделирования различных патологий – например, артериальной гипертонии, аритмии и других», – рассказывает сотрудник КТИ ВТ СО РАН Илья Киселёв.

По словам учёных, в настоящий момент этот программный продукт ещё не предназначен для применения в медицинской практике. Для  развития и верификации созданной модели нужно тесно сотрудничать с биологами и медиками, и в частности, разработать более простой и понятный для врачей интерфейс. Также в планах программистов – приспособить её для исследования действия лекарственных средств.

Источник: www.copah.info

информационные технологии кардиология математическое моделирование медицина и техника программирование со ран

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий