Математична модель. Історія
Для того, щоб дізнатись про поведінку якого-небудь об’єкту, дослідники будували математичну модель, а потім по результатах її вивчення судили й про оригінал. В цьому випадку вчений вже не шукав схожий об’єкт в живій природі, а по визначеним правилам конструював його модель. Так італійський натураліст 17 століття Джованні Альфонсо Бореллі намагався створити декілька штучних біологічних моделей. Одна з них, описувалась у роботі «De motu animalium» (1860). представляла собою аналіз руху тварин і людини з точки зору механічних моделей. В. Гарвей, який відкрив кровообіг, розглядав серце як своєрідну механічну модель, а рух крові вважав підлеглим певним механічним закономірностям; A.M.Філомафітський і Н.І.Пирогов проводили багато модельних експериментів на тваринах. М.Біша в 18 – 19 ст. вперше побудував двадцять одну описову модель тканин людського організму.
В медицині до згаданих моделей додались уявні побудови, основані на ідеалізації деяких властивостей організмів. Велика роль у цьому належала застосуванню двох методів – математичного (раціоналістичного) Декарта і індуктивного (дослідницького) Бекона. Розглядаючи переваги застосування методу індукції, не слід забувати й значення аналогії. Останню слід застосовувати при лікуванні ідентичних захворювань однаковими засобами, оскільки те, що допомагає одному хворому, дасть позитивну дію і в іншому подібному випадку. Деякі терапевтичні методи в медицині завдяки саме такому підходу отримали широке розповсюдження (наприклад, кровопускання). Вже в той період, як відмічає Е.І.Чазов, «коли емпіризм і мислення по аналогії визначили рівень і діагностичні можливості лікаря, наука, науковий аналіз вторгалися в медицину, руйнуючи стереотипи, що склалися, відкидаючи догми, що здержували її розвиток».
Отже, поступово в надрах медицини і біології накопичувались підходи, необхідні для становлення методу моделювання на основі аналогії, створення спрощених копій, встановлення подібності паталогічних процесів. Це призвело в кінцевому рахунку до формування нового методу дослідження, оскільки можливості фізичного (натурного) експерименту у екології і охороні здоров’я обмежені з етичних і моральних міркувань, а також із-за нестачі матеріальних ресурсів. З тих пір моделі міцно ввійшли у «побут» медико-біологічної науки.
На межі 19-20 ст. вчені все ясніше стали розуміти, що всяке знання відносне. В світі цього навіть виважені теорії стали розглядатися не як кінцеві істини в останній інстанції, а як етапи на шляху проникнення в сутність явищ. Теорія в цьому плані схожа на своєрідну модель дійсності, так як модель виконує ту ж функцію, що і теорія, – сприяє пізнанню об’єктів, і до того ж в спрощеній, абстрактній формі.
В цьому відношенні досить типовою є доля найбільш старих моделей в генетиці мікроорганізмів – моделей вакцинних штамів. Вони створювались не тільки шляхом схематизації відповідних експериментів, але й будувались методом трансляції, тобто переносу вже сформованих понять (таких, як «корналієві тільця», мікроби і т.п.) в нову мережу наукових досліджень. Ці поняття грали роль елементів, на основі яких розроблялися уявні моделі. Після дослідної перевірки виявилося, що моделі вірно виражають сутність деяких біологічних явищ і процесів. Ф. Енгельс писав в «Діалектиці природи»: «Досліди Пастера.... важливі, так як проливають багато світла на ці організми, їх життя, їх зародки і т.п.». В подальшому на моделях вакцинних штамів доводились закони мікробіології.
Дійсно, іноді для більш точної побудови і розвитку теорії дослідник користується набором додаткових моделей. Зрілість теорії визначається не тільки системою понять, законів, принципів, але і еврістичністю використовуваних моделей. Різниця між теорією і моделлю відносна: теорія в своїй практичній дії може стати моделлю особливого роду, яка виражає сутність досліджуваних явищ. Один раз побудована модель може бути об’єктом незчисленної кількості експериментів. Це один із найбільш поширених шляхів пізнання: від окремих явищ до теоретичних узагальнень, а далі до сутності, до закону.
В другій половині ХХ ст. застосування моделей в медицині отримало більш широке розповсюдження. Це обумовлено, по-перше, суттєвим просуванням експериментальних досліджень паталогічних процесів на біологічних моделях; по-друге, новими результатами в області вивчення пухлин, ультраструктур клітин, пересадки органів і тканин, в дослідженні молекулярних основ життя (розшифровка коду генетичної інформації, синтез генів); по-третє, широким застосуванням в біології і медицині системного підходу, який орієнтується на те, щоб діагностувати хворобу як цілісне явище; в-четвертих, застосуванням математики, інформатики і кібернетики, які дозволяють встановити взаємодію між елементами організму на мікро- і макрорівнях. В силу цих обставин поняття моделі в біології і медицині стало застосовуватись надто широко – це і математичний вираз, і дійсна жива система, і уявний образ, який виникає у лікаря, і нозологічна форма. Поняття «модель» нерідко стало ототожнюватись з такими поняттями, як «аналог», «гомолог», «умовний образ», «подібність», «образ образу», «біологічний об’єкт», «інтерференційна система», «інформаційна система», «імітаційна система», «акцептор дії».
- Список літератури………………………………………………………..267 Розділ 1. Інформаційні технології в системі охорони здоров’я
- 1.1. Основні поняття медичної інформатики
- Інформація та її визначення
- Передача інформації. Схема передачі інформації. Відправник, канал, і одержувач
- Носії повідомлень
- Представлення інформації в комп’ютері
- Предмет та об’єкт медичної інформатики
- Медична інформація та її види
- Інформація, дані, знання
- Типи медичних знань.
- Інформаційний медичний документ
- Медичні дані
- Питання для самоконтролю
- 1.2. Мережеві технології Основні поняття комп’ютерних мереж
- Комунікаційне обладнання
- Комунікаційне програмне забезпечення
- Класифікація комп’ютерних мереж
- Локальні мережі
- Глобальні мережі
- Глобальна мережа Internet та її можливості
- Виникнення глобальної мережі Internet.
- Протоколи мережі Internet.
- Ідентифікація комп’ютерів в мережі. Адресація в Internet.
- Основні послуги Internet.
- Робота з електронною поштою
- Поштові адреси та структура електронного листа.
- Робота з гіпертекстовими сторінками World Wide Web.
- Пошук в Internet
- Робота з файлами засобами ftp-сервера
- Загальні алгоритми пошуку інформації в Internet .
- Питання для самоконтролю
- 1.3. Інформаційні ресурси системи охорони здоров’я Основи телемедицини.
- Технології, що застосовуються у телемедицині
- Будова телемедичних систем. Засоби передачі інформації в телемедицині
- Функції телемедичних центрів
- Стандарти, які застосовуються в телемедицині.
- Стандарт Health Level 7
- Проблеми телемедицини
- Доказова медицина. Принципи доказової медицини
- Визначення доказовості
- Аспекти доказової медицини
- Умови ефективного функціонування доказової медицини
- Алгоритм дій
- Мета-аналіз
- Види мета-аналізу
- Переваги мета-аналізу
- Проблеми мета-аналізу
- Питання для самоконтролю
- Розділ 2. Комп’ютерні дані та методи їх аналізу
- 2.1 Системи управління базами даних. Основні концепції баз даних
- Класифікація баз даних
- Основні типи моделей даних
- Ієрархічна модель даних.
- Модель даних типу мережа.
- Реляційна модель даних.
- Класифікація сучасних систем керування базами даних
- Мовні засоби систем керування базами даних
- Майбутнє субд
- Питання для самоконтролю
- 2.2. Кодування та класифікація. Історія класифікації і кодування
- Що таке класифікація?
- Двоосьова icpc .
- Види кодів
- Класифікація і кодування
- Міжнародні Системи Класифікації.
- Системи класифікації в Україні
- Питання для самоконтролю
- 2.3. Візуалізація медико-біологічних даних. Поняття медичного зображення.
- Формування медичних зображень: від фізіології до інформаційної обробки
- Медичне зображення як об’єкт медичної інформатики.
- Методи отримання медичних зображень
- Обробка медичних зображень.
- Основні принципи обробки зображень.
- Попередня обробка.
- Зміна контрастності зображення.
- Затемнення і видимість деталей зображення
- Зменшення шуму.
- Квантування рівня сірого
- Відновлення зображень
- Покращення зображень
- Методика виявлення краю або контуру
- Сегментація.
- Стиснення зображення
- Перетворення зображення
- Повне перетворення
- Розрахунок параметрів.
- Інтерпретація зображень.
- Проблеми обробки та аналізу зображень
- Проблема візуалізації зображень.
- Двовимірні томографічні зображення.
- Тривимірне об’ємне зображення.
- Способи двовимірної візуалізації.
- Способи дійсної три вимірної візуалізації.
- Застосування тривимірної візуалізації.
- Сучасні тенденції обробки зображень
- Обробка двовимірних та тривимірних медичних зображень. Обробка двовимірних медичних зображень
- Обробка тривимірних медичних зображень
- Питання для самоконтролю
- 2.5. Біосигнали та їх обробка.
- Етапи аналізу біосигналів
- Реєстрація, перетворення та класифікація сигналів
- Біосигнали і нестаціонарні сигнали.
- Типи сигналів. Детерміновані біосигнали
- Стохастична форма хвилі
- Аналого-цифрове перетворення
- Приклади застосування аналізу біосигналів
- Питання для самоконтролю
- Розділ 3. Медичні знання та прийняття рішень
- 3.1. Формалізація та алгоритмізація медичних задач. Основні поняття
- Алгоритми та їх властивості.
- Способи подання алгоритмів
- Типи алгоритмів та їх структурні схеми Лінійні алгоритми
- Циклічні алгоритми
- Цикл-поки
- Цикл-до
- Питання для самоконтролю
- 3.2. Формальна логіка у вирішенні медико-біологічних задач. Основи логіки висловлень
- Поняття висловлення
- Множина значень висловлення
- Алфавіт логіки висловлень
- Логічні операції та таблиці істинності. Бінарні і унарні операції
- Операція заперечення.
- Операція кон’юнкції
- Операція диз’юнкції
- Операція імплікації
- Операція еквівалентності
- Діаграми Вена
- Властивості логічних операцій
- Основні логічні функції.
- Логічна функція якщо
- Способи подання логічних функцій
- Питання для самоконтролю
- 3.3. Логічні і ймовірнісні моделі у діагностиці захворювань Типи діагностичних і прогностичних технологій
- Види лікарської логіки.
- Детерміністична логіка
- Табличні методи
- Машинні технології
- Логіка фазових інтервалів
- Фазовий простір станів
- Застосування ймовірнісної логіки в діагностиці
- Основи теорії ймовірнісної діагностики
- Розробка систем ймовірнісної діагностики
- Приклад застосування систем ймовірнісної діагностики
- Метод послідовного статистичного аналізу Вальда
- Питання для самоконтролю
- 3.4. Моделювання медико-біологічних процесів . Поняття системи
- Властивості систем
- Структура систем
- Загальна теорія систем. Системний підхід
- Поняття моделі. Типи моделей
- Типи моделей
- Математична модель. Історія
- Ступені складності математичної моделі
- Ступені адекватності
- Математичне моделювання
- Етапи математичного моделювання
- Обмеження і переваги методу математичного моделювання
- Приклади математичних моделей.
- 1. Гемодинаміка судинного русла
- 2. Модель зміни концентрації лікарського препарату в крові пацієнта
- 3. Моделювання росту популяцій
- 43. Випадкові відхилення 44. Випадкові відхилення
- 4. Математична модель «хижак – жертва»
- 5. Моделювання клітинного росту
- 6. Математичне моделювання в імунології.
- 7. Моделювання епідемічних процесів
- Питання для самоконтролю
- 3.5. Системи знань. Експертні системи. Визначення й архітектура систем знань
- Людина і комп’ютер
- Експертні системи в медицині
- Штучний інтелект.
- Історія ес
- Розробка експертних систем
- База знань
- Формальні моделі зображення знань
- Продукційні моделі
- Семантичні моделі
- Модель типу фрейм
- Характеристики експертних систем
- Приклади застосування експертних систем
- Тенденції розвитку систем знань
- Питання для самоконтролю
- Розділ 4. Інформаційні системи в охороні здоров’я
- 4.1. Медичні інформаційні системи Вимоги до інформації
- Основні аспекти інформатизації медичної діяльності
- Загальна технологічна схема діагностично-лікувального процесу.
- Етапи створення і основні характеристики міс
- Класифікація медичних інформаційних систем
- Медичні інформаційні системи базового рівня
- Інформаційно довідкові системи.
- Консультативно-діагностичні системи.
- Арм лікаря.
- Автоматизоване робоче місце лікаря діагноста
- Медичні інформаційні системи рівня лікувально-профілактичного закладу
- Інформаційні системи консультативних центрів.
- Скрінінгові системи.
- Інформаційні системи лікувально-профілактичної установи Особливості організації інформаційного середовища лікувально профілактичної установи
- Основні типи даних
- Інформаційні системи поліклінічного обслуговування.
- Міс територіального і державного рівня
- Інформаційне забезпечення міс
- Питання для самоконтролю
- 4.2. Автоматизовані системи діагностики захворювань і прогнозування результатів їх лікування
- 4.3. Медичні приладо – комп’ютерні системи Поняття про приладо – комп’ютерні системи.
- Коротка історична довідка.
- Класифікація медичних приладо-комп’ютерних систем
- Класифікація за функціональними можливостями
- Класифікація за призначенням
- Основні принципи побудови мпкс Структура мпкс.
- Медичне забезпечення
- Апаратне забезпечення мпк Деякі елементи обчислювальної техніки
- Програмне забезпечення мпкс.
- 1. Підготовки дослідження.
- 2. Проведення дослідження.
- 3. Перегляду і редагування записів.
- 4. Обчислювального аналізу.
- 5. Оформлення висновку.
- 6. Роботи з архівом.
- Системи для проведення функціональної діагностики. Системи для дослідження функцій кровообігу.
- Комп’ютерна електрокардіографія
- Комп’ютерна реографія.
- Системи для дослідження органів дихання.
- Системи для дослідження головного мозку
- Комп’ютерна електроенцефалограма
- Системи для ультразвукових досліджень
- Комп’ютерна ехотомографія
- Інші типи спеціалізованих систем
- Методи обробки й аналізу медичних зображень.
- Мпкс для рентгенівських досліджень
- Мпкс для магнітно-резонансних досліджень.
- Мпкс для радіонуклідних досліджень(рнд).
- Багатофункціональні системи
- Системи для проведення моніторингу
- Специфіка моніторингових систем
- Електрокардіографічний моніторинг
- Системи управління лікувальним процесом.
- Системи інтенсивної терапії.
- Системи оберненого біологічного зв’язку.
- Системи протезування та штучні органи.
- Перспективи розвитку мпкс
- Питання для самоконтролю
- 4.4. Госпітальні інформаційні системи
- Типи систем.
- Відображення сценарію інформаційних подій в лпу.
- Архітектура гіс.
- Автоматизовані робочі місця головного лікаря та його замісників.
- Регістратура
- Електронна медична карта (емк)
- Стаціонар
- Лабораторні дослідження.
- Операційна
- Облік лікарських засобів.
- Електронна медична картка. Ведення медичної документації за допомогою персонального комп’ютера.
- Концепція побудови електронних медичних карток
- Ступінь захисту інформації про пацієнтів
- Система медичного документообігу закладів охорони здоров’я
- Структура системи
- Етапи документообігу
- Питання для самоконтролю
- 4.5. Етичні та правові принципи в системі охорони здоров’я Захист медичної інформації
- Медична інформаційна система як об’єкт захисту
- Проблеми організації захисту лікарської таємниці
- Загрози інформації, що містить лікарську таємницю.
- Проблеми впровадження комплексних систем захисту.
- Вимоги до моделі процесів інформаційної безпеки.
- Формування моделі інформаційної безпеки.
- Питання для самоконтролю