Od obrázkových schémat k modelům pro výuku

Transkript

1 PØEHLEDNÉ ÈLÁNKY Od obrázkových chémat k modelům pro výuku MUDr. Jiøí Kofránek, CSc., Bc. Jan Ruz Laboratoø biokybernetiky, Útav patologické fyziologie. LF UK, Praha SOUHRN Pøed pìtatøiceti lety uveøejnil A. C. Guyton et al. popi rozáhlého modelu fyziologických vztahù ve formì grafického chématu. Autoøi toto rozáhlé grafické chéma oživili využitím moderního vývojového nátroje urèeného pro vývoj imulaèních modelù. Rozložení jednotlivých prvkù, jejich propojení a popi byl zachován. Na rozdíl od tarého chématu je nové chéma funkèním imulaèním modelem, umožòující ve vývojovém protøedí Matlab/Simulink model pouštìt a tudovat chování všech promìnných. Autoøi dále popiují technologii vývoje multimediálních výukových imulátorù. SUMMARY Thirty five year ago, A. C. Guyton at al. publihed a decription of a large model of phyiological relation in a form of graphic chart. Author vivified thi large-cale chart uing the modern tool intended for development of imulation model. They ave the lay-out, connection and decription of particular part of original. But in the contrary of the old ytem analyi diagram, the new one i a function imulation model enabling to run all the variable and tudy their characteritic, uing the development ytem Matlab/Simulink. Author decribe the technology of development of multimedia learning imulator.. POČÍTAČOVÁ VUČINA FYZIOLOGICKÝCH REGULACÍ Před pětatřiceti lety uveřejnil prof. Arthur C. Guyton polu T. G. Colemanem a H. J. Granderem v čaopie Annual of Biomedical Phyiology článek (Guyton et al., 97), který e vou podobou na první pohled naproto vymykal navyklé podobě fyziologických článků té doby. Jeho centrálním mítem bylo rozáhlé chéma, na první pohled vzdáleně připomínající nákre nějakého elektrotechnického zařízení (obr. ). Míto elektronek či jiných elektrotechnických oučátek však zde byly zobrazeny propojené výpočetní bloky (náobičky, děličky, umátory, integrátory, funkční bloky), které ymbolizovaly matematické operace prováděné fyziologickými veličinami. Svazky propojovacích vodičů mezi bloky na první pohled vyjadřovaly ložité zpětnovazební propojení fyziologických veličin. Bloky byly ekupeny do omnácti kupin, které předtavovaly jednotlivé propojené fyziologické ubytémy. Centrálním byl ubytém reprezentující cirkulační dynamiku ním byly do jednoho celku zpětnovazebně provázány otatní bloky (od ledvin, pře tkáňové tekutiny, elektrolyty, až po autonomní nervovou regulaci a hormonální řízení zahrnující ADH, angiotenzin a aldoteron). Článek popioval rozáhlý model fyziologických regulací cirkulačního ytému a jeho širší fyziologické ouviloti a návaznotí na otatní ubytémy organimu ledviny, regulaci objemové a elektrolytové rovnováhy. Míto vypiování outavy matematických rovnic e v článku využívalo grafické znázornění matematických vztahů (viz obr. ). Tato yntaxe umožnila graficky zobrazit ouviloti mezi jednotlivými fyziologickými veličinami ve formě propojených bloků reprezentujících matematické operace. Popi modelu byl pouze ve formě základního (ale přeto plně ilutrativního) obrázku, komentáře a zdůvodnění formulací matematických vztahů byly velmi tručné: např. bloky 66 až 7 počítají vliv buněčného PO, autonomní timulace a bazální rychloti potřeby kylíku tkáněmi na kutečnou rychlot potřeby kylíku v tkáních. Od čtenáře to vyžadovalo velké outředění (jakož i jité fyziologické a matematické znaloti) pro pochopení mylu formalizovaných vztahů mezi fyziologickými veličinami. O rok později, v roce 973, vyšla monografie (Gyuton et al., 973), kde byla řada použitých přítupů vyvětlena poněkud podrobněji. Později kupina A. Guytona tento model dále rozšiřovala a zájemcům dokonce pokytovala i výpiy počítačových programů realizace modelu v programovacím jazyce Fortran (napoledy z roku 96). Čekolovenká fyziologie 6/7 č.

2 Annu. Rev. Phyiol :3-44. Downloaded from arjournal.annualreview.org by Dr. Jiri Kofranek on 7//6. For peronal ue only. Obr. : Schéma rozáhlého modelu A. C. Guytona a polupracovníkù. Publikováno lakavým volením Annual Review of Phyiology. Guytonův model byl prvním rozáhlým matematickým popiem fyziologických funkcí propojených ubytémů organimu a odtartoval oblat fyziologického výzkumu, která je dne někdy popiována jako integrativní fyziologie. Z tohoto hledika byl určitým mezníkem, který e nažil ytémovým pohledem na fyziologické regulace zachytit dynamiku vztahů mezi regulací oběhu, ledvin, dýchání, objemu a iontového ložení tělních tekutin pomocí matematického model. A. C. GUYTON PRŮKOPNÍK SYSTÉMOVÉHO PŘÍSTUPU VE FYZIOLOGII Arthur C. Guyton patřil k průkopníkům ytémového přítupu ke zkoumání fyziologických regulací. Do fyziologické vědy vnel řadu záadních konceptů v oblati krátkodobé a dlouhodobé regulace oběhu a jeho propojení regulací objemu, omolarity a iontového ložení tělních tekutin. Vypracoval řadu originálních experimentálních potupů byl např. prvním, kdo změřil hodnotu tlaku v interticiální tekutině. Byl však nejenom inovativní experimentátor, ale především brilantní analytik a kreativní yntetizátor. V experimentálních výledcích experimentů uměl nacházet nové dynamické ouviloti, které umožnily pochopit podtatu řady důležitých regulačních vztahů v organimu jako celku. Guytonovy výzkumy např. prokázaly, že v řízení minutového objemu rdečního není rozhodujícím prvkem pouze rdce jako pumpa, ale i dodávka kylíku do tkání a tím ouviející regulace tkáňové perfúze, a dále i náplň krevního řečiště a regulace poddajnoti velkých žil. Guyton prokázal, že za dlouhodobou regulaci krevního tlaku jou zodpovědné ledviny (Guyton, 99). Při tudiu dynamiky regulačních vztahů a pochopení vzájemných dynamických ouvilotí fyziologických regulačních vztahů jen lovní popi a elký rozum netačí. Guyton 6 Čekolovenká fyziologie 6/7 č.

3 i to uvědomil již v polovině šedeátých let a při zkoumání příčin, které ovlivňují krevní tlak, e nažil o přenější vyjádření závilotí a vztahů pomocí propojených grafů a poléze i pomocí počítačových modelů. První počítačové modely vytvořil polu e vým dlouholetým polupracovníkem Thomaem Colemanem již v roce 966. Jako erudovaný fyziolog e Guyton zabýval biomedicínkým inženýrtvím v době, kdy tento obor vlatně ještě ofi ciálně neexitoval. Je pozoruhodné, že Guyton e původně zabývat teoretickou medicínou nechtěl. Původní zaměření jeho lékařkého vzdělání byla praktická klinická medicína. Po abolutoriu lékařké fakulty na pretižní Harvardké univerzitě v roce 943 začal vou klinickou kariéru v Maachuetké všeobecné nemocnici, kde e vzdělával v oboru neurochirurgie. Jeho neurochirurgické vzdělávání přerušila válka, kdy byl povolán k námořnictvu jako vojenký lékař. Po válce e vrátil zpět k neurochirurgii, ale velmi nakrátko. V roce 947 dotal poliomyeliti, která zanechala těžké náledky ochrnutí pravé nohy a pravého ramene jej upoutalo na kolečkové křelo. Jeho kreativní duch ho i v těžkých chvílích neoputil a výledkem byl vynález pákového ovladače (joyticku) určeného pro kolečkového křela na elektrický pohon. Dalším vynálezem byla peciální pružná pona, umožňující paraplegikům nadný přeun mezi kolečkovým křelem a vanou. Za tyto vynálezy, unadňující život hendicapovaných jedinců, byl vyznamenán prezidentem USA. Zdravotní potižení ukončilo Guytonovu kariéru v neurochirurgii a naměrovalo ho k teoretické medicíně. Přetože měl nabídky zůtat na pretižní Harvardké univerzitě, vrátil e do vého rodného Oxfordu ve tátě Miiippi, kde zpočátku učil farmakologii na dvouleté medicínké škole a v roce 94 byl jmenován vedoucím katedry fyziologie a biofyziky v Medical Center na Univerzitě Miiippi. Z tohoto (na americké poměry) původně provinčního intitutu vytvořil větově věhlané fyziologické pracoviště, kde epal větově prolulou učebnici fyziologie, která e dne dočkala již vydání, byl autorem a poluautorem více než 6 publikací a napal 4 knih. Vychoval mnoho generací mediků a více než doktorandů. V roce 99 předal vedení katedry vému žákovi J. E. Hallovi a jako emeritní profeor e nadále věnoval výzkumu a výuce až do vé tragické mrti v důledku automobilové nehody v roce 3. FORMALIZACE POPISU FYZIOLOGICKÝCH VZTAHŮ Guyton byl jedním z propagátorů využívání formalizovaného popiu fyziologické reality. Formalizace, tj. převedení čitě verbálního popiu přílušné ítě vztahů na popi ve formalizovaném jazyce matematiky, umožňuje zkoumat chování formálně popaného ytému pomocí formálních pravidel např. řešením rovnic matematického modelu. Pokud tyto rovnice převedeme do formy programu pro počítač, můžeme tak přenechat dřinu trojům v tom je podtata využití imulačních modelů. Simulační model, pochopitelně, nenahradí biologický experiment (jak tvrdí někteří fanatičtí bojovníci proti pokuům na zvířatech). Simulační model je ale velice efektivním nátrojem na dedukci a ověřování hypotéz umožňuje ledovat chování ložitého dynamického ytému v čae v záviloti na nejrůznějších vtupech. Kritériem pro odmítnutí nebo neodmítnutí hypotézy je ale vždy porovnání chování modelu empiricky a experimentálně zíkaným chováním biologického originálu. Uplatnění formalizace v biologických a lékařkých vědách ani zdaleka není běžné, oproti technickým vědám, fyzice, či chemii má zde biologie a medicína určitý handicap. Jetliže formalizace ve fyzice začala již někdy v edmnáctém toletí, proce formalizace lékařkých a biologických věd je z důvodů ložitoti a komplexnoti biologických ytémů relativně opožděn a potupně přichází až kybernetikou a výpočetní technikou. Určitým předělem byl počátek edmdeátých let, kdy rozvoj výpočetní techniky a programovacích jazyků ve větší míře umožnil praktické vytváření a tetování imulačních modelů fyziologických ytémů. Počínaje výše zmíněným modelem Guytona a jeho polupracovníků e od edmdeátých let v odborné literatuře potupně objevují rozáhlé imulační modely, nažící e integrativně zachytit pletité vztahy mezi regulací ledvin, dýchání, oběhu, iontového ložení, acidobazické rovnováhy a dynamiky tělních tekutin pomocí outav nelineárních diferenciálních rovnic a rozvíjí e i modelování interakcí truktur nervové tkáně. Pro popi řady těchto modelů autoři čato volili grafi ckou yntaxi navrženou Guytonem tak např. Amoov a pol. v roce 977 publikovali monografi i v níž tejnou yntaxí popali propojený model cirkulace, repirace, ledvin, elektrolytové rovnováhy a termoregulace. Obdobně v roce 979 tuto yntaxi využil Ikeda a pol. ve vém modelu vnitřního protředí. ŠKOLA (SIMULAČNÍ) HROU Rozvoj peronálních počítačů a internetu koncem minulého toletí vnel zcela nové možnoti pro praktické uplatnění imulačních modelů. Simulační model nemuí být jen nátrojem pro vědecký výzkum, může být i velmi užitečnou výukovou pomůckou. Výukové programy e imulačními komponenty nejou jen multimediální náhradou klaických učebnic. Jou zcela novou výukovou pomůckou, kde nachází vé moderní uplatnění taré krédo Jana Ámoe Komenkého Schola Ludu (škola hrou), které tento evropký pedagog razil již v 7. toletí. Spojení multimediálního protředí, loužícího jako zvukové a vizuální uživatelké rozhraní, e imulačními modely tudentům umožňuje názorně i oahat vykládaný problém ve virtuální realitě a přináší tak zcela nové možnoti pro vyvětlování ložitých problémů. Simulační hrou je možné bez rizika otetovat chování imulovaného objektu např. zkuit přitávat virtuálním letadlem nebo, v případě lékařkých imulátorů, léčit virtuálního pacienta, či otetovat chování jednotlivých fyziologických ubytémů. Simulační hry umožňují názorně vyvětlit komplexní vztahy ve fyziologických regulačních Čekolovenká fyziologie 6/7 č. 7

4 AR AR P4O upper limit PO P4^3. A3K 9 SVO 3 AOM 7 6 AK AK AR M 7 POC HR MO RDO 3 7 POB POA OSV 6 POV 6 DOB x7 o QO POD POK PON POV POR ARM 4 9 AR 4 POJ 4b.33.3 if (POD<) {POJ=PODx3.3} POZ 9 9 POQ upper limit lower limit 4 94 POQ 3 93 PO EXE.4 EXC Z AUC CALCULATION when <4: AUC=. AUC AUC when 4><: AUC=.3*(-) when >=: AUC= AUC calculation AU6 AB 3 DAU AUK AU AUB^3 34 AUB CALCULATION. 3 3 AUB when <4: AUB=.7 AUB when 4><7: AUB=.46*(7-) when >=7: AUB= Z 39 AUB calculation 6 AU AUZ AUN CALCULATION AUN 3 when <: AUN=6 AUN when ><: AUN=.*(-) 3 AUJ when >=: AUC= AU u v xo AUN calculation AUJ^AUZ AU9 VV9 AUV 3 AUL AU.3 33 VVR. AUD VVR AUH.996 AUH AUY AVE.99 AVE lower limit ^3.76 SVO lower limit lower limit. lower limit HM xo POV BFN PRA 4 AU OVA AR OVA BFM 9. OVA.9763 ARM 4 3 F OSA 4 RMO. P BFM ARM HM 3 PCP 39 POS PPI PFI 4. CPF DFP PLF ANU RAR 3. RAR M 3. VAS3 DAS 7 9 DVS PVO PMO..4. VLA AUH 7 4 PLF PK VLE 6 DLA 4 CPP 46 PPI 4 F 39 PK RMO QAO.69 VLA.4 PPN (./u).49 VAS 3 QPO.3 4 QOM 34 PM 3 4 Xo 7 PMO lower limit.9 36 ANU M R 96.3 R 9 PM3 lower limit. 37 PK3 PM^ u^.3 VAE upper limit 4 M PO HSL LVM QLN HPL -4 QLN = f() 6.37 PL 4 P3O PO 43 PM4 RSM 37 LVM 9.4 RPV RPT 4 P. RPT E PGL P CPN A. 46 ANM PPR F.4.37 PPD.4e-6 4 PPD POS PPI = - (./F) P3O^3 DFP QLN -.49e- -.. F 6 PLF PPO 44.4 R EXC PGS.4 4 AOM AU C 3 qrt PP lower limit PO 4 3 VRC 333 RC M POE lower limit. POM. PDO 49 4 PVO M.994 AOM 3 BFM PGS.. BFM 4 LVM = f().6 RSN BFN BFN AUH P RBF VAS VLA V. RKC 3 V PP.79 RVS VV 6 QAO 6 VBD DVS 6.4 VVS QPO 9 V 339 VRC VRA RVM = f(pp).99 HM 33 VRC 6 64 SRK 33 VV VV7 VV VVE AVE 43 RV 4 QRO PO lower limit.37 VIE 337 POY 464e RC HM c x RCD o b 6.3 QVO VB.3 3. RVM. VB.3 HM VVS.774 RVS 39.9 VV7 46 RVM 49 6 QRN.9 VVS -4 VV A VVE.3 VV7 VVR VVE VV lower limit.. QRN = f(pra) RV QVO QLN AUH GLP 3. CN7 39 APD AAR RFN P HSL HSR PRA HPR PRA P4 34 u^.6 4^.6 HPL.6 QRF PP AAR. 76 HPL. CN AAR GF3. ARF lower limit.3.73 HSR QRO DRA 3 VRA PR lower limit 4 VRA 4 PRA. u^.6 PP3^ CV RR lower limit RVG EVR HPR 7 PR 76 HPR 7 QVO 3 PC PFL 7.. DHM GFN upper limit. GF4 7 9 GF3 upper limit. lower limit.4 RBF..9 RBF.3 RFN.3 REK RVS VRC... BFN VB 7 VG 7 HYL 3.7 PTC... VTC TVD 6 GFR 7 6 AHM VUD DFP VTC VID VTD VB 67 CFC VTL VTL 3 VTS 6 69 PTT 9 PVG 94 9 PGR PGC CHY DPC AHM.77 VTL.9 PTC DPL PTC.4.94 VTS PTT = (VTS/)^ (u/)^ -.9 TRR 77 CPR 6.6 PC 6 73 PC^3.63e-7 CPK 7 7 D 3 DPL VIF PGP 7.39 DPL VTL lower limit CPI DPI GPD PTS = f(vif) 6 VG.4 VGD VD. VUD lower limit PTC 9 PG 6 CNY 4. 9 CNE 74 PTS PPD 7 DLP LPK.47 CPP PRM NOD 7 PTS VUD.44 CPI CNX 96 6 u^ 9 IFP PRP CPP 7 CP CPI 6.4 CHY^ 4 VIF 97 NOD. xo PLD PTT VG 3 CPP DPC DPP DPC DP.7 DPL 9 GP GP GPD 7 PGH 7. GPR Z Z AHM STH 9 9 TVD lower limit 9 6 AHM AH4 6 AHC.7.9 AH 7 AH 6 AHM u A CNZ CN.4 AH 4 lower limit 3 CNR PRA 79 AHY AHZ AH7.7 AU AH 63 6 ANM AN lower limit AN3 AN ANM 4. u.4 REK 9 3b 3a. RFN ANC (./u)^3 (./RFN)^3 CNE CNE AN ANM 3 KCD. KID.. 3 NOD STH KOD.3 CKE KED 7 CKI ANM 64 P = f() 6 66 KN 33 REK 7 NED NAE 3 6 NID. F 4 VEC VTS STH VIC 3 KI lower_limit_ 9 CCD. P R e- VID 34 VID 3 T 69 6 ANT 3 9 KE 7.3 CKE KE CKE 6 VIC lower limit 6 VTW VTW TVD.9 VIC 7 u C x 7 o NON-MUSCLE OXYGEN DELIVERY MUSCLE BLOOD FLOW CONTROL AND PO xo xo VASCULAR STRESS RELAXATION KIDNEY DYNICS AND EXCRETION THIRST AND DRINKING NON-MUSCLE LOCAL BLOOD FLOW CONTROL AUTONOMIC CONTROL HEART RATE AND STROKE VOLUME PULMONARY DYNICS AND FLUIDS CIRCULATORY DYNICS CAPILLARY MEMBRANE DYNICS TISSUE FLUIDS, PRESSURES AND GEL RED CELLS AND VISCOSITY HEART HYPERTROPHY OR DETERIORATION ANTIDIURECTIC HORMONE CONTROL ANGIOTENSIN CONTROL ALDOSTERONE CONTROL KCD KIE KIR ELECTROLYTES AND CELL WATER xo Obr. : Realizace rozáhlého modelu A. C. Guytona a pol. pomocí oftwarového nátroje Simulink Matwork. Rozvržení, oznaèení i èílování jednotlivých blokù je tejné jako na Guytonovì chematu. Rozdíl je ovšem v tom, že toto není pouze obrázek, je to zároveò i funkèní imulaèní model. Model je k dipozici na adree Při vytváření imulátorů výukových imulačních her je nutno řešit dva typy problémů:. Tvorba imulačního modelu vlatní teoretická výzkumná práce, jejímž podkladem je formalizace fyziologických vztahů vyjádřená matematickým modelem. V našem případě byla tato problematika řešena v rámci výzkumných grantů a výzkumného záměru.. Tvorba vlatního multimediálního imulátoru, rep. tvorba výukového programu využívající imulační hry je praktická aplikace teoretických výledků, která navazuje na výledky řešení výzkumu. Podkladem imulátoru jou vytvořené (a verifi kované) matematické modely. Pro každou z těchto úloh je vhodné používat adekvátní vývojářké nátroje. Pro tvorbu imulačních modelů v naší laboratoři využíváme Simulink a Matlab americké firmy Mathwork, které nám umožňují potupně etavovat imulační model z jednotlivých komponent jakýchi oftwaroytémech a kauzální řetězce v patogenezi nejrůznějších onemocnění. Z pedagogického hledika je důležité, že modelovaný objekt můžeme rozdělit na jednotlivé ubytémy a tetovat jejich chování odděleně i jako oučát vyššího celku. Tak např. při tudiu ložitých fyziologických regulací můžeme dočaně odpojit vybrané regulační myčky a umožnit tudentům ledovat reakce těchto ubytémů na změny vtupních veličin (které jou v reálném organimu ovšem amy regulovány). Tím dovolíme ledovat dynamiku chování jednotlivých ubytémů při potupných změnách pouze jediného vtupu, zatímco jiné vtupy jou nataveny na zvolenou kontantní hodnotu (tzv. princip ceteri paribu ). Potupně pak můžeme jednotlivé dočaně rozpojené regulační vazby opět zapojovat a tudovat jejich vliv na chování organimu při nejrůznějších patologických poruchách a reakcích na přílušnou terapii. Podle našich zkušenotí právě tento přítup vede k lepšímu pochopení ložitých dynamických jevů v patogenezi nejrůznějších onemocnění a porozumění patofyziologických principů přílušných léčebných záahů. Vývoj efektivních výukových programů, kombinujících multimédia e imulačními hrami, je náročnou a komplikovanou prací, vyžadující týmovou polupráci řady profeí zkušených pedagogů vytvářejících základní cénář, tvůrců imulačních modelů, lékařů, výtvarníků a programátorů. Tuto interdiciplinární kolektivní tvorbu zefektivňuje využívání vhodných vývojových nátrojů, které umožňují komponentovou tvorbu, propojení imulačních programů a interaktivních multimédií podle daného cénáře do kompaktního celku. TEORETICKÝ ZÁKLAD SIMULAČNÍCH HER SIMULAČNÍ MODELY Čekolovenká fyziologie 6/7 č.

5 - - vých imulačních oučátek, které e pomocí počítačové myši mezi ebou propojují do imulačních ítí. Tyto ítě vými vodiči a oučátkami na první pohled vzdáleně připomínají elektronické obvody. Rozdíl je ovšem v tom, že míto elektrických ignálů v propojovaných vodičích proudí informace. V jednotlivých uzlech (umátorech, integrátorech, náobičkách, děličkách atd.) pak dochází ke zpracování přiváděných informací a k traformaci do výtupní informace, která je rozeílána výtupními vodiči do dalších prvků ítě. V Simulinku tak můžeme názorně graficky vyjádřit i velmi ložité matematické vztahy. Vytvořená íť ovšem není jen přehledný obrázek. Je to zároveň i funkční imulační model (viz obr. ). K jednotlivým vodičů této ítě můžeme myší připojovat virtuální dipleje či ocilokopy. Po puštění modelu pak můžeme jejich protřednictvím ledovat číelnou či grafickou podobu hodnot veličin, které proudí v jednotlivých vodičích. OŽIVLÉ GUYTONOVO SCHÉMA Simulinková chémata jou velmi obdobná pětatřicet let taré notaci využité ve výše zmiňovaném rozáhlém modelu Guytonovy školy. Rozhodli jme e proto oživit tarý model protřednictvím moderního oftwarového nátroje. Vnější vzhled jme e nažili zachovat zcela tejný, jako v původním obrázkovém chématu rozložení, rozmítění vodičů, názvy veličin i číla, bloků jou tejné (obr. ). Rozdíl je jen v grafickém tvaru jednotlivých prvků tak např. náobička a dělička je v Simulinku realizována čtverečkem (obr. 3b) a nikoli praátkem jako v Guytonově notaci (viz obr. 3a). Blok integrátoru zobrazený v Simulinku nemá na obě grafický znak integrálu, ale výraz / (což ouvií notací tzv. Laplaceovy tranformace). V imulinkovém modelu jme využili i přepínače, kterými i za běhu modelu můžeme odpojovat nebo zapojovat jednotlivé ubytémy a regulační myčky. Simulační vizualizace tarého chématu ale zdaleka nebyla úplně nadná v originálním obrázkovém chématu modelu jou totiž chyby. V nakreleném obrázku to nevadí, pokuíme-li e ho ale oživit v Simulinku, pak e chyba projeví, v lepším případě, neadekvátním chováním modelu, a v horším e model znetabilní, hodnoty proměnných modelu začnou divoce kmitat a model zkolabuje jako celek. Chyby byly drobné přehozená znaménka, dělička míto náobičky, prohozené propojení mezi bloky, chybějící deetinná tečka u kontanty atd. ale tačily na to, aby model nefungoval. Při znaloti fyziologie a ytémové analýzy e na chyby, při troše námahy, dalo přijít. Je zajímavé, že tento ložitý obrázek byl mnohokrát přetikován do různých publikací a nikdo i nedal práci tyto chyby odtranit. Otatně, v době, kdy obrázkové chéma vznikalo ještě neexitovaly krelící programy obrázek vznikal jako ložitý výkre a ruční překrelování ložitého výkreu ani zdaleka není nadné. Možné je i to, že autoři opravovat chyby ani příliš nechtěli kdo i dal práci analýzou modelu, nadno obrazové překlepy odhalil, kdo by chtěl jen tupě opiovat, měl můlu. Konec konců, ve vé době autoři rozeílali i zdrojové texty programů vého modelu NON-MUSCLE OXYGEN DELIVERY 6 M 7.4 OSV xo POV 6 POV + RDO lower limit 63 P4^3 66 P4O. 6 MO DOB upper limit.6 PO ^ x7 o QO 4 HM BFN OVA AOM Obr. 3: Pravý horní roh obrázkového chématu modelu A. C. Guytona (a) a zobrazení modelu v oftwarovém nátroji Simulink (b). Stejnì rozmítìné bloky e tejnými èíly pøedtavují tejné matematické operace. Náobièky a dìlièky: bloky, 7, 9, 6, 63, 6,7, 7 ; èítaèky: bloky 6,, 6, 64, 66, 69; integrátory: bloky 6 a 7; funkèní mìnièe (kubická funkce): bloky 6 a 67; omezovaè horní hodnoty: mezi bloky 7 a 6, omezovaè dolní hodnoty: mezi bloky 6 a. V Simulinku jou navíc pøepínaèe, kterými lze pøepnout vtupní hodnoty pøicházejících do ubytému z otatních èátí modelu na vtupy zadávané uživatelem (a odpojit tak ubytém od otatní èáti modelu). Čekolovenká fyziologie 6/7 č. 9

6 PNa. RAP G L O M E R U L U S GFR.44 U O U U Normal proximal tubule conductance Plama protein cnoncentration 6 [g/ml] Normal glomerular filtration coeffitient AffC TubC RBF RPF APr GKf RAP - Renal artery preure[torr] Affc - Afferent artery conductance [mll/min/torr] TubC - Proximal tubule conductaqnce RBF - Renal blood flow [ml/min] RPF - Renal plama flow APr - Plama protein concentration (in afferent artery) [g/ml] GKf - Glomerular filtration coeffitient OUTPUTS : GFR - Glomerular filtration rate [ml/min] FF - Filtration fraction [relative number] GP - Glomerulal preure [torr] PTP - Proximal tubule preure [torr] AVeCOP - Average colloid omotic preure [torr] NETP - Net preure gradient in glomerulu [torr] Glomerulu FF GP PTP AVeCCP NetP PNa PNa - Plama odium concentration [mmol/ml] GFR - GLomerulal filtration rate [ml/min] LogA - Logarithm of plama angiotenin concentration GFR [pg/ml] PrxFNaNorm - Normal value of odium proximal fractional reaborbtion [relative number] LogA OUTPUTS : MDNaFlow - Sodium outflow [mmol/min] PrxFNaNorm PdxNaReab - Proximal odium reaborbrtion [mmol/l] PrxFNa - Proximal fractional odium reaborbtion Calculation of proximal tubule odium reaborbtion. Normal Na proximal fractional reaborbtion MDNaFlow PdxNaReab PrxFNa M Y O G E N I C R E S P O N S E.9 Venou conductance. 7 Vena renali preure [torr].44 Hematocrit Renal artery preure clamp drop [torr] R E N A L P E R F U S I O N AffC RAP EffC AffC - Afferent artery conductance EffC Efferent artery conductance RenVenC RenVenC - Renal venou conductance AP AP - Arterial preure [torr] RBF - Vena renali preure [torr] Hct - Hematocrit [relative number] Clamp - Renal artery preure drop caued by renal artery clamp [torr] Hct OUTPUTS : RPF RAP - Renal artery preure [torr] RBF - Renal blood flow rate[ml/min] Clamp RPF - Renal plama flow rate[ml/min] Calculation of renal artery preure and renal blood flow rate INPUT : RAP RAP - Renal artery preure [torr] AffMyo OUTPUT : AffC - Myogenic effect [ x Normal] Calculation of the myogenic repone to change in renal perfuion preure (afferent conductance repond to change in perfuion preure, with preure increae cauing vaocontriction) A F F E R E N T A R T E R Y AffMyo - Myogenic effect [ x Nomal] AffC MDSig - Macula dena feedback ignal [ x Normal] AffNorm - Normal conductance in afferent artery OUTPUT : AffC - Vacular conductance Calculate conductance of afferent artery E F F E R E N T A R T E R Y AffMyo MDSig AffNorm LogA M A C U L A D E N S A MDNaFlow MDNaFlow - Macula dena odium flow [mmol/min] loga - Logarithm of plama angiotenin MDSig concentration [pg/ml] LogA MDNorm - Normal macula dena feedback ignal [ratio to normal value] OUTPUT : MDSig - Macula dena feedback ignal MDNorm [ x Normal] Macula dena feedback ignal calculation baed on macula dena odiumflow and angiotenin concentration 3 Normal conductance Normal macula of Afferent artery dena feedback ignal EffC EffC LogA - logarithm of angiotenin concentration MDSig - Macula dena feedback ignal [ x Normal] EffNorm - Normal conductance in afferent artery MDSig LogA.77 AP OUTPUT : EffC - Vacular conductance Calculate conductance of efferent artery EffNorm MDSig Normal conductance of Efferent artery LogA Obr. 4: Fragment èáti modelu etaveného využitím imulaèních èipù. Na rozdíl od holých imulaèních blokù propojených poutou èar, je truktura modelu pøehlednìjší. v programovacím jazyce Fortran takže pokud někdo chtěl pouze tetovat chování modelu, nemuel nic programovat (maximálně pouze rutinně převedl program z Fortranu do jiného programovacího jazyka). Námi vytvořená Simulinková realizace (opraveného) Guytonova modelu je zájemcům k dipozici ke tažení na adree Na této adree je i naše Simulinková realizace mnohem ložitější verze modelu Guytona a pol. z roku 96. Zároveň je zde i velmi podrobný popi všech použitých matematických vztahů e zdůvodněním. K dipozici je i výpi zdrojového textu původního modelu z roku 96 ve Fortranu. OD SIMULAČNÍ VUČINY K SIMULAČNÍM ČIPŮM Spletitá pavučina počítacích bloků oživlého Guytonova modelu půobí ice vou ložitotí na první pohled impozantně, pro vlatní práci modelem je však doti nepřehledná. Při výtavbě našich vlatních modelů e nenažíme tavět mraveniště bloků prošpikovaných vazky informačních vodičů, v nichž e uživatel (a nezřídka i ám tvůrce modelu) velmi nadno ztrácí. Snažíme e proto, pokud to jde, model dekomponovat do přehledných čátí. Využíváme toho, že jednotlivé čáti imulační ítě e dají hierarchicky ekupovat do ubytémů uživatelky defi novanými vtupy a výtupy, v mace ubytému e dají vtupy a výtupy tručně popat. Na kliknutí je možno k ubytému zpřítupnit i rozáhlou dokumentaci, kde je možno bez omezení podrobněji popat i teoretické pozadí vytvořeného ubytému. Takto pojaté ubytémy na první pohled připomínají elektronické integrované obvody, neboť na jednotlivých pinech těchto imulačních čipů jou přílušné vtupy a výtupy, které je možno propojit do ítě dalšími bloky a ubytémy (obr. 4). Důležité je, že nakrelené truktury jou v protředí programu Simulink živé pomocí počítačové myši lze na jednotlivé vtupy jednotlivých imulačních čipů přivét kontantní nebo proměnné hodnoty vtupních veličin a na výtupech pak nímat v numerickém či grafickém vyjádření jednotlivé hodnoty výtupních proměnných. Vnitřní truktura čipu může být při jeho použití zcela kryta, uživatel muí pouze vědět, jakou vtupní či výtupní veličinu přílušný pin reprezentuje. Pomocí myši může uživatel přenét čip z přílušné knihovny do vytvářeného modelu, kde přílušné vtupy a výtupy propojí. Chování čipu lze také nadno tetovat, tačí k jeho vtupům přivét přílušné definované průběhy hodnot vtupních veličin a na jeho výtupy připojit přílušné virtuální ocilokopy či dipleje. Každý čip může uvnitř ebe obahovat další propojené imulační čipy. Obáhlý imulační čip tak může mít poměrně ložitou hierarchii. Simulační čipy je možno ukládat do knihoven a opětovně používat v různých modelech. Tvorba imulačních modelů v biomedicínkých vědách je nezřídka týmová práce. Na jedné traně tojí ytémový analytik expert na formalizaci a tvorbu imulačních modelů (teoretický fyziolog, vytvářející formalizovaný popi 3 Čekolovenká fyziologie 6/7 č.

7 fyziologického ytému a tetující jeho chování pomocí imulačního modelu). Na druhé traně čato tojí klaický experimentální fyziolog či klinik, pro kterého je popi fyziologického ytému pomocí diferenciálních rovnic španělkou venicí, ale který dokáže nadno rozpoznat, nakolik odpovídá chování počítačového imulačního modelu biologické realitě. Podle našich zkušenotí může problém dorozumění mezi těmito dvěma kupinami pecialitů záadně unadnit důledné využívání imulačních čipů při výtavbě imulačního modelu. Znamená to v prvé řadě věnovat důlednou pozornot dokumentaci. Simulační čipy amy o obě mohou být i aktuální elektronickou dokumentací k vytvářeným modelům. Nejenže v čelní mace imulačního čipu je tručný popi všech vtupů a výtupů a vnitřek imulačního čipu Automatizovaná tvorba ovladače pro virtuální měřící/řídící kartu komunikující aplikací vytvořenou v protředí Control Web Přeloženi identifikovaného modelu do C++ Virtuálni ovladač ( modelem) Interaktivní flahové animace VÝUKOVÝ SIMULÁTOR (platforma Control Web) Automatizovaná tvorba Microoft. NET aembly Tetování ve výuce. NET aembly (( modelem) Vývoj, tetování a identifikace imulačního modelu v protředí Simulink/Matlab Interaktivní flahové animace Vývoj interaktivníchj animací v protředí Adobe FLASH Vývoj výukového imulátoru VÝUKOVÝ SIMULÁTOR (platforma Microoft.NET) Paní cénáře výukové aplikace Ideový návrh interaktivních ekvencí obrázků a aplikací (tzv toryboard) Obr. : Vývojový cyklu tvorby výukových imulátorù. Na poèátku je etavení cénáøe výukového programu vèetnì návrhu ekvencí obrázkù (tzv. toryboard). Pak náleduje tvorba imulaèních modelù, které budeme využívat v imulátoru, rep. výukovém programu využívajícím imulaèní hry. Pro tvorbu imulaèních modelù využíváme vývojové protøedí Matlab/Simulink od firmy Mathwork. Zároveò vytváøíme pohyblivé animaèní obrázky v protøedí Adobe Flah. Odladìný imulaèní model je pak pomocí námi vyvinutého oftwarového nátroje automaticky implementován ve formì øadièe virtuální mìøící/øídící karty do protøedí Control Web od firmy Moravké pøítroje, v nìmž je vytvoøeno uživatelké rozhraní. Øadiè virtuální karty, obahující imulaèní model, toto protøedí ošálí výtupy modelu jou v protøedí Control Web interpretovány jako mìøené ignály z technologie a vtupy modelu jou interpretovány jako øídící ignály mìøující do technologického zaøízení. Flahové animace jou do vytváøené výukové aplikace umítìny jako Active X komponenty a propojeny e vtupy/výtupy imulaèního modelu. Animace pak mohou být øízeny imulaèním modelem a do imulaèního modelu mohou zároveò pøicházet hodnoty vtupù generované interakcí uživatele flahovou grafikou. Další platformou, kterou využíváme pøi tvorbì výukových imulátorù je protøedí Microoft.NET. Do nìj umiśujeme jak imulaèní model ve formì automaticky generovaného.net aembly ze Simulinku, tak i flahovou interaktivní animaci. Dùležité je otetování výukových imulátorù ve výuce, které pøináší nové požadavky pro revizi, rozšíøení èi vytvoøení dalších výukových imulátorù. graficky reprezentuje íť použitých vztahů, na kliknutí myší lze u každého oftwarového imulačního čipu také otevřít okno nápovědy dalším podrobnějším popiem. Simulační čipy tedy umožňují pečlivě vét aktuální dokumentaci v elektronické podobě ke každému použitému ubytému při zachování veškeré funkčnoti. Aby mohl jednotlivé komponenty využívat i ten, kdo danou čát modelu nevytvářel, je podrobná a zároveň přehledná dokumentace nezbytná a ča trávený nad vypiováním pouty informací do maek jednotlivých ubytémů reprezentujících imulační čipy e pak zaručeně vyplatí. Výhodou za trochu té dřiny je porozumění experimentální fyziolog nemuí rozumět vnitřnímu upořádání imulačního čipu, porozumí ale tomu, jaké chování má od fyziologického ubytému, který čip reprezentuje, očekávat. Fyziolog je nadto chopen porozumět i truktuře ložené z propojených imulačních čipů ze truktury modelu přímo vidí, které veličiny polu vzájemně ouviejí (a ze znaloti fyziologie i dovede odhadnout, co a na jaké úrovni bylo zanedbáno). OD ROVNIC MODELU K TECHNOLOGICKÉMU KNOW HOW V edmdeátých a omdeátých letech bylo čaté, že autoři počítačových modelů na vyžádání poílali zdrojové texty počítačových programů, kterými byly tyto modely realizovány. Dne e už zdrojové programy rozáhlých imulačních programů zíkávají mnohem obtížněji. Rozvoj výpočetní techniky totiž umožnil praktické uplatnění imulačních modelů například v lékařkých počítačových trenažérech a výukových programech využívajících imulační hry. Biomedicínké modely mají vé míto i v technologických zařízeních od kapeních počítačů pro portovní potápěče až po řídící jednotky v ofitikovaných lékařkých přítrojích. Ze imulačních modelů e tak tává i technologické know how. V naši laboratoři biokybernetiky e zabýváme tvorbou imulačních modelů v rámci výzkumu dotovaného z veřejných zdrojů. Proto i truktura námi vytvářených modelů je veřejná. V rámci výzkumných grantů a rozvojových projektů jme mimo jiné vytvořili knihovnu fyziologických modelů v protředí Simulink-Matlab, ve formě imulačních čipů. Tato knihovna byla vytvořena jako Open-Source produkt, byla periodicky aktualizována a je k dipozici zájemcům na našich internetových tránkách ( TVORBA SIMULÁTORŮ PRO SIMULAČNÍ HRY Simulační nátroje firmy Mathwork jou určeny pro peciality. Pro běžného uživatele, který i chce e imulačním modelem jen pohrát e příliš nehodí. I když v protředí těchto nátrojů je možné naprogramovat poměrně příjemné uživatelké rozhraní k ovládání vytvořeného modelu, pro účely uplatnění imulačního modelu ve výuce medicíny je Čekolovenká fyziologie 6/7 č. 3

8 toto rozhraní až příliš komplikované a navíc vyžaduje zakoupení dalších (pekelně drahých) licencí. Chceme-li vytvořit výukový imulátor, muíme ho zvlášť naprogramovat v některém z programovacích jazyků, včetně uživatelkého rozhraní imulátoru. Jedním z nezatupitelných komponent výukového imulátoru je i čát programu, která realizuje imulační model. Výledkem vývoje imulačního modelu (který provádíme využitím veškerého pohodlí nátroje Simulink/Matlab) je truktura matematických vztahů jinak řečeno, outava rovnic modelu, jejichž řešením dotaneme takové chování modelu, které e (v zvoleném rozahu a v dané přenoti) blíží chování fyziologického originálu. Známe-li rovnice, pak už zbývá hlavoruční dřinou přetvořit jejich trukturu do podoby počítačového programu ve zvoleném jazyce. Pro vytvoření imulátorů využíváme platformu Microoft.NET a programovací protředí Viual Studio.NET. Aby nebylo nutné ve Viual Studiu.NET ručně programovat již odladěný imulační model vyvinuli jme peciální oftwarový nátroj (Kofránek et al.,, Stodulka et al., 6), který automaticky převede vytvořený model do cílové platformy tento nátroj automaticky ze Simulinku vygeneruje imulační model ve formě Microoft.NET aembly (viz obr. ). Další platformou, v níž běží imulační hry, je protředí Control-Web od firmy Moravian Intrument. Control-Web je vývojový ytém původně určený pro nadný vizuální návrh řídících a měřících aplikací v průmylu využitím PC, vybavených peciální měřící/řídící kartou. My tento nátroj využíváme jako protředí pro běh imulačních modelů tím, že vygenerovaný řadič virtuální řídící karty v PC e pro ytém Control-Web tváří jako propojení průmylovým rozhraním ve kutečnoti však obahuje imulační model. Control Web je tak ošálen pokud ytém vyílá nějaké řídící ignály do průmylového zařízení, ve kutečnoti poílá vtupní hodnoty do modelu. Pokud program vytvořený v protředí Control-Web čte nějaké naměřené ignály z průmylového zařízení, ve kutečnoti čte výtupní ignály z modelu (obr. ). Tímto způobem e nám podařilo využít veškerou vizualizační ílu tohoto nátroje pro multimediální prezentaci imulačních modelů ve výuce. POHYBLIVÉ ANIMACE JAKO LOUTKY NA NITÍCH SIMULAČNÍCH MODELŮ Pro vytváření uživatelkého rozhraní výukového imulátoru je velmi vhodné imulátor navenek reprezentovat jako pohyblivý obrázek. Proto imulační model propojujeme multimediální animací vytvořenou pomocí Adobe Flah (Kofránek et al. 4). Animace pak mohou být řízeny výtupy implementovaného imulačního modelu a graficky reprezentovat význam číelných hodnot např. chematický obrázek cévy e může roztahovat nebo komprimovat, plicní klípek může hlouběji či mělčeji dýchat, ručička měřícího přítroje e může pohybovat a průběžně zobrazovat hodnotu nějaké výtupní proměnné modelu čtené z běžícího imulačního modelu na pozadí. Na druhé traně můžeme pře vizuální prvky vytvořené ve Flahi (nejrůznější tlačítka, knofl íky, táhla apod.) do imulačního modelu zadávat nejrůznější vtupy. V případě ložitější architektury může být logika propojení flahové animace a imulačního modelu poměrně ložitá, proto je vhodnější mezi vrtvu vizuálních elementů a vrtvu imulačního modelu vložit řídící vrtvu, která na jednom mítě řeší veškerou logiku komunikace uživatelkého rozhraní modelem a kde je ukládán i přílušný kontext. V literatuře e hovoří o tzv. MVC architektuře výtavby imulátorů (Model View Controller). Toto upořádání je nezbytné zejména při ložitějších modelech a imulátorech, jejichž uživatelké zobrazení je reprezentováno mnoha virtuálními přítroji na více propojených obrazovkách. Výhody tohoto upořádání zvláště vyniknou při modifikacích jak modelu, tak i uživatelkého rozhraní (obr. 6). Při návrhu řídící vrtvy, propojující vrtvu imulačního modelu uživatelkým rozhraním, e nám velmi ovědčilo využít propojené tavové automaty (jejichž pomocí je možno zapamatovat přílušný kontext modelu a kontext uživatelkého rozhraní). Vytvořili jme proto peciální oftwarový nátroj, pomocí kterého můžeme propojené tavové automaty vizuálně navrhovat, interaktivně tetovat jejich chování a automaticky generovat zdrojový kód programu pro protředí Microoft.NET (Stodulka et al. 6). Tento Vrtva uživatelkého rozhraní Řídící vrtva Vrtva modelu Stavový automat pro určení kontextu výtupy vtupy Simulační model Obr. 6: Tzv. MVC architektura pøi tvorbì imulátorù. Mezi vrtvu modelu a vrtvu uživatelkého rozhraní je vhodné vložit øídící vrtvu kam jou mìrovány veškeré zprávy a událoti vznikající ve virtuálních pøítrojích uživatelkého rozhraní a kam je zároveò mìrována veškerá komunikace modelem. V této vrtvì e øeší veškerý kontext zobrazovaných dat a pøílušné požadavky na komunikaci modelem. Veškerá logika zobrazování a komunikace je pak outøedìna do jednoho míta což podtatnì ušetøí èa pøi modifikacích uživatelkého rozhraní nebo zmìnách modelu. 3 Čekolovenká fyziologie 6/7 č.

9 nátroj umožňuje zefektivnit programování propojek imulačního modelu vizuálními objekty uživatelkého rozhraní ve výukovém imulátoru SIMULAČNÍ HRY NA WEBU Další technologický problém, který bylo při tvorbě výukových imulátorů nutno vyřešit, bylo proto nalezení způobu, jak včlenit imulátory jako oučáti internetových e-learningových aplikací. Při jeho řešení je možno potupovat několika způoby. Jedním z nich je pouštění modelu na erveru a na klientký počítač poílat pouze výtupy z modelu. Znamená to ale pro každého připojeného uživatele na erveru individuálně pouštět jednu intanci imulačního modelu. Dalším problémem, zvláště u vzdálenějších a pomalejších připojení, je nezanedbatelné čaové zpoždění mezi výtupem imulačního modelu na erveru a vykrelením výledku na počítači klienta. Proto jme e rozhodli jít píše cetou pouštění imulačních modelů na počítači klienta. U jednodušších modelů je možno využít interpetovaný ActionScript ve Flahi v němž je naprogramován imulační model. Složitější imulační modely už ale vyžadují kompilovaný imulátor. Naše řešení (Stodulka et al., 6) je zobrazeno na obr. 7. Uživatel i naintaluje platformu.net (pokud ji již nemá). Dále i na vém počítači naintaluje peciální klientký program dipečer imulačních modelů. V případě potřeby e dipečer rozšíří i o runtime pro protředí ControlWeb, které zajití možnot pouštění modelů v tomto protředí vytvořených. Webová e-learningová aplikace umožní táhnout potřebné oubory imulačního modelu a dipečer imulačních modelů je putí. Dipečer tak funguje obdobně jako prohlížeč obrázků, jen tím rozdílem, že míto zobrazení obrázků putí imulační program. SERVER ASP.NET Adobe Connect Runtime pro běh imulátorů vytvořených v protředí Control Web Simulační model tažený ze erveru Dipečer imulačních modelů Platforma.NET INTERNET Webová e-learningová prezentace KLIENT Obr. 7: Využití imulaèních modelù v internetových e-learingových kurzech. Dipeèer imulaèních modelù funguje obdobnì jako prohlížeè obrázkù, jen tím rozdílem, že míto zobrazení obrázkù putí imulaèní program. Obr.: Ilutrativní ukázka doprovodného imulátoru ve výukovém programu patofyziologie cirkulace. ZABALENÍ SIMULAČNÍCH HER DO MULTIMEDIÁLNÍHO VÝKLADU Jedním z projektů, který vytváříme v naší laboratoři je Atla fyziologie a patofyziologie (viz cz/atla). Atla (Andrlík et al., 6) je průběžně vytvářená internetová multimediální výuková pomůcka z oblati normální a patologické fyziologie, která využitím imulačních modelů pomáhá vyvětlit funkci a poruchy jednotlivých fyziologických ytémů. Simulační hry (obr. ) jou oučátí e-learningových multimediálních výukových lekcí, jejichž podkladem je cénář vytvořený zkušeným pedagogem. Pedagog navrhuje vyvětlující text a textem propojené doprovodné obrázky a animace. Animace jou vytvářeny v protředí Adobe Flah v úzké polupráci pedagoga výtvarníkem. Text je poté namluven a ynchronizován e pouštěním jednotlivých animací a odkazy na imulační hry. Jednotlivé komponenty jou kompletovány do výukových lekcí. Pro vytváření a kompletaci multimediálních výukových lekcí využíváme oft warové protředí erveru Adobe Connect (dříve Macromedia Breeze). OD ENTUZIAZMU K TECHNOLOGII A MULTIDISCIPLINÁRNÍ SPOLUPRÁCI Navzdory tomu, že e využití počítačů ve výuce talo tématem řady konferencí, odborných i popularizačních článků, přeto, že hardwarové možnoti i oft warové nátroje dne již dopěly do úrovně umožňující vytvářet náročná interaktivní multimedia, k výraznému rozšíření multimediálních výukových programů ve výuce medicíny zatím nedošlo. Příčin je několik: Za prvé, ukazuje e, že tvorba výukových programů je podtatně náročnější na ča, lidké i materiální zdroje, než je obvykle plánováno Za druhé tvorba kvalitních medicínkých výukových programů vyžaduje týmovou multidiciplinární polu- Čekolovenká fyziologie 6/7 č. 33

10 práci zkušených pedagogů, lékařů, matematiků, fyziků, programátorů i výtvarníků. Konečně, pro kreativní propojení různých profeí, podílejících e na tvorbě výukové multimediální aplikace, muí být k dipozici vhodně zvolené vývojové nátroje (jejichž ovládnutí vyžaduje určité úilí a ča). Nároky toupají, pokud na pozadí výukového programu má běžet imulační program, umožňující interaktivní imulační hry ve vývojovém týmu pak muí být i odborníci, kteří jou chopni navrhnout, formalizovat a odladit přílušné modely (lékaři, matematici, fyzici a informatici). Domníváme e proto, že nejdůležitějším výledkem, kterého e nám při vytváření internetového Atlau fyziologie a patofyziologie zatím podařilo doáhnout, je vybudování multidiciplinárního týmu lékařů, matematiků, programátorů i výtvarníků, který je chopen tyto bariéry překonat. Projekt Atlau fyziologie a patofyziologie je otevřený. Veškeré výukové texty, interaktivní animace a imulační modely včetně jejich zdrojových kódů jou k dipozici všem zájemcům. Jako open-ource jou i veškeré námi vytvořené podpůrné oftwarové nátroje, umožňující vygenerování jádra imulátorů z protředí Matlab/Simulink a ditribuci imulátorů protřednictvím Internetu. Náš vývojový tým uvítá polupráci dalšími pracovišti na dalším rozšiřování atlau a vytvoření jeho jazykových mutací. Poděkování: Práce na vývoji lékařkých imulátorů je podporována grantem MŠMT č. C63 a polečnotí BAJT ervi. r. o. LITERATURA. Andrlík M., Kofránek J., Matoušek S., Stodulka P., Wünch Z., Kripner T., Hlaváček J.: Internetový atla multimediálních modelů pro vybrané kapitoly normální a patologické fyziologie člověka. Ukázka předběžných výledků. Medoft 6, Zeithamlová M., Agentura Action-M, Praha, 6; 7.. Amoov N. M., Palec B. L., Agapov B. T., Jermakova I. I., Ljabach E. G., Packina S. A., Solovjev V. P.: Teoretičekoje iledovanie fi ziologičekich itěm. Naukova Dumka, Kijev, Guyton AC., Coleman TA. and Grander HJ.: Circulation: Overall Regulation. Ann. Rev. Phyiol., 4,97, Guyton AC., Jone CE. and Coleman TA.: Circulatory Phyiology: Cardiac Output and It Regulation. Philadelphia: WB Saunder Company, Guyton AC.: The upriing kidney-fl uid mechanim for preure control it infi nite gain! Hypertenion, 6, 99, Ikeda N., Marumo F and Shirataka M.: A Model of Overall Regulation of Body Fluid. Ann. Biomed. Eng. 7, 979, Kofránek J., Maruna P., Andrlík M., Stodulka P., Kripner T., Wünch Z., Maršálek P., Smutek D., Svačina Š. (4): The deign and development of interactive multimedia in educational oftware with imulation game. Proceeding of the Seventh IASTED International Conference on Computer Graphic and Imaging, Kauai, Hawai, USA 4; ISBN.. Kofránek J., Andrlík M., Kripner T., Stodulka P.: From Art to Indutry: Development of Biomedical Simulator. The IPSI BgD Tranaction on Advanced Reearch,, Stodulka P., Privitzer P., Kofránek J., Mašek J.: Nové potupy při tvorbě imulátorů inteligentní propojení Matlabu a Simulinku platformou.net a tvorba tavových automatů řídících výlednou aplikaci. Medoft 6, Zeithamlová M., Agentura Action-M, Praha 6, Čekolovenká fyziologie 6/7 č.