Моделирование в медицине
Моделирование заключается в создании системы, отражающей необходимые структурно-функциональные свойства объекта, изучение которых дает нам новую информацию об этом объекте. Таким образом, модель с одной стороны является отражением наших знаний об исследуемом объекте или процессе, а с другой стороны ее исследование в новых условиях функционирования позволяет получить новые данные о его работе.
Имеется несколько определений модели, одно из них: под моделью понимают такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе изучения замещает объект-оригинал, сохраняя некоторые важные для данного исследования его типичные черты.
При построении моделей допускается упрощение некоторых сторон исследуемого объекта, поэтому в модели находят отражение те явления, которые интересуют исследователя. Именно поэтому при построении моделей необходимо понимание функционирования объекта в целом, чтобы упрощение не повлияло на суть исследуемого процесса или объекта.
Исходя из этого, при построении модели необходимо изучить все сведения об исследуемом объекте, имеющиеся модели, выявить, какие стороны процесса или объекта еще не изучены, какие недостатки существуют в созданных моделях, и сформулировать цель усовершенст-
вования или создания новой модели для получения ответа на возникшие вопросы.
В настоящее время чаще всего знания об исследуемом объекте представляют в виде математических моделей. Математические модели - это уравнения или системы уравнений, описывающие взаимосвязь между переменными, характеризующими реальный физиологический процесс или систему. Математические модели могут быть построены на основе имеющихся знаний об исследуемом объекте путем их формализации и описания математическими зависимостями. Кроме того, математические модели могут отражать экспериментальные данные, полученные путем исследования зависимости одного параметра организма от изменения других. Математическая модель может стать основой компьютерной программы решения уравнения или систем уравнений. Тогда, изменяя параметры или переменные модели, которые отражают влияние внешних и внутренних факторов биообъекта, можно предсказать изменение изучаемого феномена. Такие исследования называются имитационным экспериментом.
Имитационное моделирование - это метод исследования, при котором изучаемая система заменяется математической моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему, и с ней проводятся эксперименты на ЭВМ с целью получения информации об этой системе. Экспериментирование с моделью называют имитацией (имитация - это постижение сути явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте).
Данные, полученные в имитационном эксперименте, сравнивают с результатами, полученными на реальном объекте, что позволяет сделать вывод об адекватности модели. При расхождениях между моделью и объектом вносятся коррективы, которые могут быть получены из дополнительных экспериментальных исследований или анализа допущенных упрощений модели. Таким образом, построение модели носит циклический характер, что позволяет совершенствовать ее, а следовательно, расширять и уточнять знания об исследуемом объекте.
Применение метода математического моделирования в медицине позволяет:
• систематизировать и объединять знания о физиологических системах;
• выяснять механизмы взаимодействия элементов биосистем;
• идентифицировать параметры модели по экспериментальным данным;
• количественно оценивать трудноизмеряемые или вообще не-измеряемые величины;
• быстро и эффективно проверять гипотезы без обращения к эксперименту;
• прогнозировать поведение реальной системы;
• управлять системой в соответствии с выбранным критерием оптимальности.