Modelica Day 2015. Jiří Kofránek. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta, Laboratoř biokybernetiky a počítačové podpory výuky

Podobné dokumenty
PROGRAMOVÝ SYSTÉM CONTROL WEB A JEHO MOŽNOSTI INTER- AKCE S REÁLNÝM PROSTŘEDÍM Roman Cagaš, Pavel Cagaš, Jiří Kofránek

Kreativní propojení objektových technologií pro tvorbu výukových biomedicínských simulátorů

INTEGROVANÉ MODELY FYZIOLOGICKÝCH SYSTÉMŮ

LABORATOŘ BIOKYBERNETIKY A POČÍTAČOVÉ PODPORY VÝUKY ÚPF, 1. LF UK

Publikace podporované projektem MŠMT 2C0631

Základní struktura matematického modelu fyziologických funkcí člověka

Martin Tribula, Marek Mateják, Pavol Privitzer, Jiří Kofránek

Příloha 2. Publikace podporované projektem MŠMT 2C06031 za rok 2007

Základní struktura matematického modelu fyziologických funkcí člověka

TVORBA LÉKAŘSKÝCH SIMULÁTORŮ

(voda a ve vodě rozpustné látky) (ABR, elektrolyty, osmolarita, atd.) Hormonální (renin, erytropoetin, vitamin D 3 )

Ledvina jako regulační orgán, perfúze ledviny, GFR. Ledviny k čemu slouží? Nefron. Dva typy nefronů

Od obrázkových schémat k modelům pro výuku

ŘÍZENÍ FYZIKÁLNÍHO PROCESU POČÍTAČEM

Klinická fyziologie a farmakologie jater a ledvin. Eva Kieslichová KARIP, Transplantcentrum

Koloidy v kardioanestezii CON. T. Kotulák Klinika anestezie a resuscitace, IKEM, Praha a 1. LF UK a VFN, Praha

Poruchy vnitřního prostředí

Prognostický význam domácího měření TK. Jiří Vítovec 1.interní kardioangiologická klinika LF MU a ICRC FN u sv.anny v Brně

INTEGRATIVNÍ MODELY LIDSKÉ FYZIOLOGIE HISTORIE, SOUČASNOST A PERSPEKTIVY Jiří Kofránek, Tomáš Kulhánek

Ústav klinické biochemie a laboratorní diagnostiky 1. LF UK a VFN Praha

Funkční anatomie ledvin Clearance

Regulace krevního tlaku

Guytonův diagram, Modelování, Akauzální modelování, Modelica, Fyziologické modelování, Matematické modelování, Objektově orientované modelování

Inline Modular: analogové signály I/O (PHOENIX CONTACT) Od 10/2006

LÉKAŘSKÉ SYMPOZIUM MODULACE (MDM) V LÉKAŘSKÉ PRAXI TOP HOTEL PRAHA

CZ.1.07/1.5.00/

INDUCTION HEATING CAPACITORS KONDENZÁTORY PRO INDUKČNÍ OHŘEV

Datové sklady. Zdeněk Kouba

ICP více než jen číslo? MUDr. Josef Škola XXV. kongres ČSARIM, Praha, 4. října 2018

SIMULACE JEDNOFÁZOVÉHO MATICOVÉHO MĚNIČE

Uni- and multi-dimensional parametric tests for comparison of sample results

LEDVINOVÁ KONTROLA HOMEOSTÁZY

rovnováha mezi acidifikujícími a alkalizujícími vlivy

Patofyziologie. Funkce ledvin. Krevní zásobení ledviny. Krevní zásobení ledviny. Clearance látek Sekundární renální hypertenze

Vývoj a morfologie ledvin

Význam pozdního podvazu pupečníku pro novorozence. MUDr. Iva Burianová MUDr. Magdalena Paulová Thomayerova nemocnice, Praha

Existence trade-offs záleží na proximátních mechanismech ovlivňujících znaky

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Vozíky Graf Toku Výkonu

Fyziologie cirkulace - determinanty srdečního výdeje, arterial load, arteriální křivka (patterns), katecholaminy. Petr Waldauf KAR FNKV

Hemodynamické monitorování ventilovaného pacienta Stibor B.

Modelování polohových servomechanismů v prostředí Matlab / Simulink

VÝVOJ ŘÍDICÍCH ALGORITMŮ HYDRAULICKÝCH POHONŮ S VYUŽITÍM SIGNÁLOVÉHO PROCESORU DSPACE

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Okrajové podmínky

MODEL ECMO OXYGENÁTORU Marek Mateják, Barbora Nedvědová, Anna Doležalová, Jiří Kofránek, Tomáš Kulhánek,

TEORIE NETKANÝCH TEXTILIÍ. Kapky Kapilární délka. Simulace pomocí Isingova modelu. 7.přednáška

Distribuce sluneční energie. Jak navracet vodu do krajinynové vodní paradigma

STLAČITELNOST. σ σ. během zatížení

Jak s tekutinami v postresuscitační fázi?

ŘÍZENÍ MODELU NEKÝVAVÉHO JEŘÁBU. Autor.: Lukáš Řápek Vedoucí.: Ing. Jan Zavřel, Ph.D.

MĚŘENÍ FUNKČNÍ VÝZNAMNOSTI V KATLABU MARTIN MATES, NEMOCNICE NA HOMOLCE

In vivo příklady biomateriálů [Ratner, 2005] Biomateriály

Bringing Lights to Your Projects. by Visiocom.

Betalaktamy v intenzivní péči z pohledu farmakologa

WORKSHEET 1: LINEAR EQUATION 1

Ultrazvukový měřič tepla nebo chladu Bytové měřiče T230. Katalogový list. Datum: březen 2011 Dokumentace: UH a Landis+Gyr s.r.o.

Melting the ash from biomass

Nahlédnutí pod pokličku vývoje SHM: Magnetronové naprašování. Počítačová simulace procesu

Ing. Kamil Stárek, Ing. Libor Fiala, Prof. Ing. Pavel Kolat,DrSc., Dr. Ing. Bohumír Čech

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/


Monitorace hemodynamiky v intenzivní péči PRO

SLEDOVÁNÍ VÝSTUPU PLYNU V UZAVŘENÉM PODZEMÍ V LOKALITĚ ORLOVÁ NA VRTU OV 24A

Yearly report on the operation of the Czech gas system for 2016

SIMATIC S7-1500(T) SIMOTION konfigurace systému Motion Control. Engineered with TIA Portal. Unrestricted Siemens AG 2017

G. Chládek, L. Máchal

CHAPTER 5 MODIFIED MINKOWSKI FRACTAL ANTENNA

Effect of temperature. transport properties J. FOŘT, Z. PAVLÍK, J. ŽUMÁR,, M. PAVLÍKOVA & R. ČERNÝ Č CTU PRAGUE, CZECH REPUBLIC

Litosil - application

âistiã vzduchu / Air Cleaner DF 1/4

ANALÝZA ZMĚNY OBCHODNÍ BILANCE ZEMĚDĚLSKÝCH A POTRAVINÁŘSKÝCH PRODUKTŮ S VYUŽITÍM ROZKLADU INDEXŮ

Specifications AR5500

InControl Driver for Advantech I/O Cards

Matematický ústav v Opavě. Studijní text k předmětu. Softwarová podpora matematických metod v ekonomice

PLANAR - měřící servisní technika a monitoring zpětných směrů

SOIL ECOLOGY the general patterns, and the particular

21E403: Výzkum provozních podmínek mechanických automobilních převodovek.

Jakub Zavodny (University of Oxford, UK)

STUDYING OF NANOIRON PARTICLES MIGRATION IN HOMOGENEOUS ARTIFICAL CREATED AQUIFER IN 3-D ORDERING

BP = CO x TPR. (stroke volume x heart rate) BP = blood pressure CO = cardiac output TPR = Total peripheral resistance

Odhadnutí citlivosti nákladů v hromadné výrobě - process costing

Registr pacientů s renální insuficiencí (RIP) - představení nového registru a principy fungování

Vnitřní rozdělení tělních tekutin

Poruchy vnitřního prostředí

Laboratoř na čipu. Lab-on-a-chip. Pavel Matějka

Dobrovolná bezdětnost v evropských zemích Estonsku, Polsku a ČR

Akutní iontové dysbalance centrální etiologie. Antonín Jabor, Janka Franeková IKEM Praha a 3. LF UK Praha

Oxide, oxide, co po tobě zbyde

Noise Measurement Měření hluku

Foster Bohemia s.r.o. Laboratoř měření imisí Immission Measurement Laboratory. Mezi Rolemi 54/10, Praha 5, Jinonice, Česká republika

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Koncept pokročilého návrhu ve VHDL. INP - cvičení 2

Enabling Intelligent Buildings via Smart Sensor Network & Smart Lighting

Why PRIME? 20 years of Erasmus Programme Over 2 million students in total Annually

KOMPLEXNÍ MODELY INTEGROVANÝCH COMPLEX MODEL OF INTEGRATED PHYSIOLOGICAL SYSTEMS A THEORETICAL BASIS FOR MEDICAL

NÁVRH REGULÁTORU PRO VLT TELESKOP POMOCÍ MATLABU 1. Zdeněk Hurák, Michael Šebek

Laborato regula ních systém a prost edk Název prezentace ídicích systém Umíst ní laborato E228 Správce laborato Ing. Št pán O ana, Ph.D.

F-06 Reference ranges of analytes OKB

ZNALECKÝ POSUDEK. č. 362/7032/2014

Metodika 3: uvedení systému Jasco LC 2000 do provozu

Transkript:

Modelica Day 2015 Jiří Kofránek Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta, Laboratoř biokybernetiky a počítačové podpory výuky

Naše cesta k Modelice Jiří Kofránek Modelica pro simulace

Formalizace fyziologických vztahů Annual Review of Physiology 1972 A.C. Guyton

Functional block 20 0-4 50 Divider Formalizace fyziologických vztahů??!! Integrator Multiplier PPA PLA Summator + + - PCP PCP=0.55 PLA+0.45 PPA

RPF - Renal plasma flow [ml/min] GKf - Glomerular filtration coeffitient [ml/min/torr] 7 GKf RAP RAP - Renal artery pressure [torr] 1 RAP PAff - Afferent artery pressure [torr] RBF - Renal blood flow [ml/min] 4 RBF PAf f PAff=RBF*AffC GP = RAP - PAff GP - Glomerulal pressure [torr] GP GKf GKf - Glomerular filtration coeffitient [ml/min/torr] Grafické zobrazení matematických vztahů? NETP - Net pressure gradient in glomerulus [torr] GFR = NETP*GKf GFR - Glomerular filtration rate [ml/min] Ne! 1 GFR 2 AffC AffC - Afferent artery conductance [ml/min/torr] 3 GFR - Glomerular filtration rate [ml/min] TubC - Tubule conductance [ml/min/torr] PTP - Proximal tubule pressure [torr] TubC PTP = GFR/TubC AVeCOP - Average colloid osmotic pressure [torr] NetP = GP - PTP - AVECOP GFRold - GFRnew Solve f (z) z f(z) = 0 Algebraic Constraint 5 RPF 6 APr APr - Afferent protein concentration [g/ml] 1160 B - Landis-Pappenheimer coeffitient [torr/g/ml]1 Grafické zobrazení GFR - Glomerular filtration rate [ml/min] FF - Filtration fraction [relative number] transformace FF = GFR/RPF u 2 vstupních hodnot na výstupní (APr)^2 B * (Apr)^2 ACOP - Afferent colloid osmotic pressure [torr] 320 A - Landis-Pappenheimer coeffitient [torr/g/ml] A*Apr ACOP = A*Apr + B*(APr)^2 1 EPr - Efferent protein concentration [g/ml] u 2 1 - FF EPr = APr / (1-FF) (EPr)^2 B * (Epr)^2 ECOP - Efferent colloid osmotic pressure [torr] A*Epr ECOP = A*Epr + B*(EPr)^2 ACOP+ECOP 2 AVeCOP = (ACOP+ECOP)/2 Matlab/Simulink simulation chip: G L O M E R U L A R F I L T R A T I O N

Softwarové nástroje pro tvorbu modelů 6.25 Normal proximal tubule conductance [ml/min/torr] 0.07 Plasma protein cnoncentration [g/ml] 16 Normal glomerular filtration coeffitient [ml/min/torr] 99.65 RAP AffC TubC RBF RPF APr GKf G L O M E R U L A R F I L T R A T I O N INPUTS : RAP - Renal artery pressure[torr] Affc - Afferent artery conductance [mll/min/torr] TubC - Proximal tubule conductaqnce [ml/min/torr] RBF - Renal blood flow [ml/min] RPF - Renal plasma flow APr - Plasma protein concentration (in afferent artery) [g/ml] GKf - Glomerular filtration coeffitient [ml/min/torr] OUTPUT : GFR - Glomerular filtration rate [ml/min] Calculation of glomerular filtration rate1 GFR 0.8 Normal Na proximal fractional reabsorbtion 125.1 PNa GFR LogA2 PrxFNaNorm Log Pd C M Y O G E N I C R E S P O N S E 200 Venous conductance [ml/min/torr] 7 Vena renalis pressure [torr] 0.44 Hematocrit AffC EffC RenVenC AP VP Hct Clamp R E N A L P E R F U S I O N INPUTS : AffC - Afferent artery conductance [ml/min/torr] EffC Efferent artery conductance [ml/min/torr] RenVenC - Renal venous conductance [ml/min/torr] AP - Arterial pressure [torr] VP - Vena renalis pressure [torr] Hct - Hematocrit [relative number] Clamp - Renal artery pressure drop caused by renal artery clamp [torr] OUTPUTS : RAP - Renal artery pressure [torr] RBF - Renal blood flow rate[ml/min] RPF - Renal plasma flow rate[ml/min] RAP RBF RPF RAP 662.1 INPUT : RAP - Renal artery pressure [torr] OUTPUT : AffC - Myogenic effect [ x Normal] AffMyo1 Calculation of the myogenic response to changes in renal perfusion pressure (afferent conductance responds to changes in perfusion pressure, with pressure increases causing vasoconstriction) 1182 0.9999 0 Calculation of renal artery pressure and renal blood flow rate Renal artery pressure clamp drop [torr] 29.83 A F F E R E N T A R T E R Y AffMyo INPUTS : AffMyo - Myogenic effect [ x Nomal] AffC MDSig - Macula densa feedback signal [ x Normal] MDSig AffNorm - Normal conductance in afferent artery [ml/min/torr] OUTPUT : AffC - Vascular conductance [ml/min/torr] Calculates conductance of afferent artery Af f Norm 30 Normal conductance of Afferent artery [ml/min/torr] Matlab/Simulink

Kauzální modelovací nástroje Je jednoznačně definován postup výpočtu 200 Venous conductance [ml/min/torr] 7 6.25 Normal proximal tubule conductance [ml/min/torr] 0.07 Plasma protein cnoncentration 16 [g/ml] Normal glomerular filtration coeffitient [ml/min/torr] R E N A L P E R F U S I O N AffC INPUTS : EffC AffC - Afferent artery conductance [ml/min/torr] EffC Efferent artery conductance [ml/min/torr] RenVenC RenVenC - Renal venous conductance [ml/min/torr] AP - Arterial pressure [torr] VP - Vena renalis pressure [torr] AP Hct - Hematocrit [relative number] Clamp - Renal artery pressure drop VP caused by renal artery clamp [torr] 99.65 RAP RBF RAP G L O M E R U L A R F I L T R A T I O N AffC INPUTS : RAP - Renal artery pressure[torr] TubC 125.1 Affc - Afferent artery conductance [mll/min/torr] TubC - Proximal tubule conductaqnce [ml/min/torr] RBF RBF - Renal blood flow [ml/min] GFR RPF - Renal plasma flow RPF APr - Plasma protein concentration (in afferent artery) [g/ml] GKf - Glomerular filtration coeffitient [ml/min/torr] APr OUTPUT : GFR - Glomerular filtration rate [ml/min] GKf Calculation of glomerular filtration rate1 0.8 Normal Na proximal fractional reabsorbtion M Y O G E N I C R E S P O N S E INPUT : RAP RAP - Renal artery pressure [torr] AffMyo1 0.9999 OUTPUT : AffC - Myogenic effect [ x Normal] Calculation of the myogenic response to changes in renal perfusion pressure (afferent conductance responds to changes in perfusion pressure, with pressure increases causing vasoconstriction) 1182 N A T R I U M - P R O X I M A L T U B U L E PNa MDNaFlow INPUTS : PNa - Plasma sodium concentration [mmol/ml] GFR - GLomerulal filtration rate [ml/min] GFR LogA2 - Logarithm of plasma angiotensin concentration [pg/ml] PrxFNaNorm - Normal value of sodium proximal PdxNaReab fractional reabsorbtion [relative number] LogA2 OUTPUTS : MDNaFlow - Sodium outflow [mmol/min] PdxNaReab - Proximal sodium reabsorbrtion [mmol/l] PrxFNa - Proximal fractional sodium reabsorbtion PrxFNa PrxFNaNorm [relative number] Calculation of proximal tubule sodium reabsorbtion 3.648 14.37 0.7975 Vena renalis pressure [torr] Hct 0.44 Clamp Hematocrit OUTPUTS : RAP - Renal artery pressure [torr] RBF - Renal blood flow rate[ml/min] RPF - Renal plasma flow rate[ml/min] RPF 662.1 0 Calculation of renal artery pressure and renal blood flow rate Renal artery pressure clamp drop [torr] Kauzální modelování 29.83 A F F E R E N T A R T E R Y AffMyo INPUTS : AffMyo - Myogenic effect [ x Nomal] AffC MDSig - Macula densa feedback signal [ x Normal] MDSig AffNorm - Normal conductance in afferent artery [ml/min/torr] OUTPUT : AffC - Vascular conductance [ml/min/torr] Af f Norm 30 Normal conductance Model v Simulinku vyjadřuje spíše způsob výpočtu než strukturu modelované reality AP EffC ZNAE A R T E R I A L P R E S S U R E INPUTS : ZNAE - ECF sodium content [mmol] AP LogA2 loga2 - Logarithm of plasma angiotensin concentration [pg/ml] AP APNorm - Normal value of arterial pressurel [torr] OUTPUT : 100 APNorm AP Arterial pressure [torr] APNorm [torr] Control of arterial pressure by angiotensin and extracellular sodium content LogA2 Scope1 Scope A N G I O T E N S I N PRA 18.84 A2 INPUTS : PRA - Plasma renin activity [ Units/ml] CEAct - Converting enzyme activity [x Normal] 1.275 CEAct A2Inf Angiotensin 2 infusion rate [ng/min] LogA2 OUTPUTS : loga2 A2 - Plasma angiotensin 2 concentration [ pg/ml] A2Inf LogA2 - logarithm of plasma angiotensin concentration [ pg/ml]) Calculation of plasma angiotensin concentration and logarithm of plasma angiotensin concentration (most of the action of angiotensin are logarithmic in nature: concentration changes at higher concentrations produce less of an Calculates conductance of afferent artery of Afferent artery [ml/min/torr] E F F E R E N T A R T E R Y loga2 INPUTS : loga2 - logarithm of angiotensin concentration EffC MDSig - Macula densa feedback signal [ x Normal] MDSig EffNorm - Normal conductance in afferent artery [ml/min/torr] 25.1 OUTPUT : EffC - Vascular conductance [ml/min/torr] Ef f Norm 25 Normal conductance Calculates conductance of efferent artery of Efferent artery [ml/min/torr] 99.65 0.9418 R E N I N MDSig INPUTS : MDSig - Macula densa feedback signal [ x Normal] PRA VECml - Ectracellular fluid volume OUTPUT : VECml PRA - Plasma renin activity [ Units/ml] 1 Converting Enzyme Calculation of plasma renin activity Activity 0 Angiotensin Infusion Rate VECml 1.006 M A C U L A D E N S A MDNaFlow INPUTS : MDNaFlow - Macula densa sodium flow [mmol/min] MDSig loga2 - Logarithm of plasma angiotensin concentration [pg/ml] LogA2 MDNorm - Normal macula densa feedback signal [ x Normal] OUTPUT : MDSig - Macula densa feedback signal [ x Normal] MDNorm Macula densa feedback signal calculation based on macula densa sodium flow and angiotensin concentration 1 Normal macula densa feedback signal effect than changes of the same size at lower concentrations) A L D O S T E R O N E loga2 LogA2 INPUTS : loga2 - Logarithm of plasma angiotensin concentration [pg/ml] Aldo AldoInf - Aldosterone infusion rate [ng/min] VTW - Total body water content [ml] OUTPUT : Aldo - Plasma aldosterone concentration [ ng/dl] Calculation of plasma aldosterone concentration AldoInf 0 Aldosteron Infusion Rate VTWml -C- Totasl body water content [ml] Aldo MDNaFlow Aldo N A T R I U M - D I S T A L T U B U L E DisNaFlow INPUTS : MDNaFlow - Sodium inflow [mmol/min] Aldo - Plasma aldosterone level [pg/ml] DisFNaNorm - Normal value of sodium distal fractional reabsorbtion [relative number] DisNaReab DistNaFlow 1.855 1.792 OUTPUTS : DisNaFlow - Sodium outflow [mmol/min] 6.846 0.5 DisFNaNorm DisNaReab - Distal sodium reabsorbrtion [mmol/min] DisFNa - Distal fractional sodium reabsorbtion DisFNa 0.5086 Normal distal [relative number] fractional reabsorbtion for Na Calculation of distal tubule sodium reabsorbtion 2159 S I M P L E S O D I U M B A L A N C E Matlab/Simulink 0.144 NaDiet ZNAE INPUTS : NaDIet - Dietary sodium intake [mmol/min] NaUrine - Sodium urine outflow [mmol/min] NaUrine VECml - Extracellular fluid volume [ml] PNa OUTPUT : ZNAE - ECF sodium content [mmol] VECml PNa - Plasma sodium concentration [mmol/ml] Extracellular sodium quantity is the integral over time dietary sodium intake minus urinary sodium loss 0.125 NaDiet [mmol/min] 15000 Extracellular fluid volume[mmol/min]1 0.1248 1.668 0.9304 N A T R I U M - C O L L E C T I N G D U C T NaUrine INPUTS : DisNaFlow DisNaFlow - Sodium inflow [mmol/min] CDFNaNorm - Normal value of sodium distal fractional reabsorbtion [relative number] CDNaReab OUTPUTS : NaUrine - Sodium urine outflow [mmol/min] CDNaReab - Collecting duct sodium reabsorbrtion [mmol/min] CDFNaNorm CDFNa CDFNa - Collecting duct fractional sodium reabsorbtion [relative number] 0.93 Normal collecting duct fractional reabsorbtion for Na Calculation of collecing duct sodium reabsorbtion

Modelica pro simulace

Modelica pro simulace

Modelica pro simulace

Děkuji za pozornost kofranek@gmail.com Modelica pro simulace