Výukové modely cirkulace a přenosu krevních plynů umožňují názorně demonstrovat dynamické propojení regulačních smyček a jejich projevy při nejrůznějších patogenezích poruch kardiorespiračního systému. Jejich nasazení ve výuce mediků prokázalo jejich vysokou pedagogickou účinnost.
- Klíčová slova
- přenos krevních plynů,
- MeSH
- analýza krevních plynů MeSH
- koronární cirkulace * MeSH
- lidé MeSH
- počítačová simulace * MeSH
- studium lékařství pregraduální MeSH
- teoretické modely * MeSH
- tréninková simulace MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
Vytvořili jsme velmi jednoduchý model hemodynamiky který je možno spustit ve webovém prohlížeči. Navenek je model realizován jako interaktivní obrázek. I přes jeho jednoduchost se v praxi ukázalo jeho dobré pedagogické uplatnění pro vysvětlování patogeneze cirkulačního selhávání a šoku.
Pro výuku předmětu Poruchy fyziologických regulací jsme vyvinuli sadu výukových simulátorů. Jejich základem je snadno přenositelný model v silném modelovacím jazyce Modelica, jehož obliba roste po celém světě. Oproti jiným přístupům k výukovým simulátorům, tyto simulace běží na klientovi přímo ve webovém prohlížeči (v pluginu Silverlight). To nám zjednodušuje instalaci a jelikož celý výpočet běží na klientovi, nemusíme řešit zátěž serverů. Oproti serverovým řešením je tento postup vhodnější spíše pro jednodušší simulace, což je přesně cíl našich výukových pomůcek. Prostředí Silverlight nám poskytuje výhodu pro konverzi na tablety s operačním systémem Windows 8 RT, tyto možnosti budou dále diskutovány. Po dlouhé době vývoje frameworku jsme tímto produktem vyzkoušeli praktičnost a efektivitu celého prostředí. Příspěvěk má za cíl seznámit s jednoduchostí tvorby takových simulátorů a praktickou využitelností ve výuce.
- Klíčová slova
- e-learning, simulátor,
- MeSH
- biologické modely MeSH
- fyziologické jevy MeSH
- navrhování softwaru * MeSH
- počítačová simulace * MeSH
- problémově orientovaná výuka * MeSH
- programovaná výuka jako téma MeSH
- software MeSH
- studium lékařství metody MeSH
- učební pomůcky MeSH
- uživatelské rozhraní počítače MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
Příspěvek se zabývá simulátory běžícími na serveru a poskytujícími hrubá data, která teprve klient (např. webový prohlížeč nebo specializovaná aplikace) vizualizuje. Takováto hybridní architektura nabízí nasazení dlouhotrvajících simulací a výpočetně náročných operací na výkonné servery přičemž sledování výsledků simulace lze prohlížet jak na běžných počítačích tak i na mobilních zařízeních typu tablet. Architektura byla zkoušena s komplexním fyziologickým modelem Hummod a simulací acidobazických poruch a jejich dlouhodobější trendy.
Cirkulační systém obsahuje relativně složité závislosti mezi tlakem krve v jeho jednotlivých součástech, poddajností cév, výkonem levé a pravé srdeční komory a tkáňovou rezistencí. Účelem tohoto simulátoru je tyto jevy demonstrovat. Simulátor vychází z již existujícího simulátoru vytvořeného v technologii Flash, funkčnost rozšiřuje dynamickou reakcí (ukazuje přechodové jevy po změnách, nikoli pouze steady-state) a rozlišením objemu volného a stresovaného (objem, který se podílí na zvyšování tlaku). Zároveň zde také lze demonstrovat regulaci žilního návratu a srdečního výdeje díky Frank-Starlingovu zákonu.
- Klíčová slova
- výukový simulátor,
- MeSH
- biomedicínské inženýrství výchova MeSH
- fyziologické jevy MeSH
- fyziologie výchova MeSH
- internet MeSH
- krevní oběh fyziologie MeSH
- počítačem řízená výuka * metody MeSH
- počítačová simulace * MeSH
- problémově orientovaná výuka * metody MeSH
- software MeSH
- studium lékařství MeSH
- učební pomůcky MeSH
- uživatelské rozhraní počítače MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
Výpočetní výkon grafického procesoru (dále jen GPU – graphic processing unit) v současných osobních počítačích často výrazně převyšuje výkon procesoru CPU. Na trhu jsou ještě výkonnější GPU specializovaná na intenzivní výpočty. GPU se skládá z desítek až stovek výpočetních jader. Předpokladem využití výpočetního výkonu je vhodná paralelizace řešené úlohy. Zrychlení výpočtu, kterého je možné dosáhnout použitím GPU se značně liší v závislosti na řešené úloze. U některých úloh lze dosáhnout až stonásobného zrychlení. Na druhou stranu je mnoho úloh, které nelze vůbec paralelizovat a jejich výpočet na GPU by vedl naopak ke zpomalení. Cílem tohoto příspěvku je ukázat možnosti použití GPU pro obecné výpočty, přiblížit architekturu GPU a programování na platformě CUDA. Použití GPU je demonstrováno na konkrétní aplikaci. Pro názornost je mnoho detailů vynecháno nebo zjednodušeno. Cílem není naučit čtenáře programovat v CUDA. Detailní popis GPU a CUDA je například v [1,2].
These tasks often exceed CPU processor performance considerably. Even more powerful GPUs are available on the market, specialized in intensive computations. GPU consists of tens up to hundreds of computational cores. Use of the computational power requires suitable parallelization of the task to be solved. Acceleration of the computation that can be accomplished using a GPU differs considerably based on the task being solved. Up to hundredfold acceleration can be achieved in some tasks. On the other hand, many tasks cannot be parallelized at all and their computation using a GPU would actually slow them down. This contribution is aimed at showing the potential of GPUs for general computations, at providing a more detailed view of GPU architecture and of programming on the CUDA platform. GPU use is demonstrated using a specific application. Many details are omitted or simplified in order to provide a better illustration. The contribution does not seek to teach the reader how to program in CUDA. Detailed description of GPU and CUDA can be found e.g. in [1,2].
Motivací této práce je upozornit na často opomíjený nežádoucí vliv pulsatilních podpor cirkulace a to konstantní objem vypuzovaný každou periodu (pevný ejection volume), což je obvykle základní (a doporučené nastavení). U normálního pacienta je tento objem fyziologický a tedy neškodný, avšak extrémně malé, tedy zejména pediatrické, pacienty může ohrozit hypertenzí a navazujícími komplikacemi. Touto záležitostí se již zabývalo několik klinických studií, ale ještě nebyla potvrzena experimentem ani podložena konzistentní teorií. Jelikož z pochopitelných důvodů není možné provádět na pacientech přímý experiment, tuto hypotézu se snažíme potvrdit pomocí matematického modelu cirkulace. Pro potvrzení hypotézy jsme navrhli experiment, kde jsou parametry řečiště přizpůsobené malému pacientovi (cca 35ml ejection volume) a dojde ke změně na nefyziologicky velkých 65ml (což odpovídá normálnímu pacientovy). Podle předpokladu skutečně dojde u malého pacienta k hypertenzi (syst. > 160, diast. > 130). Ke snížení tlaku napomáhá pozměnit nastavení pumpy, zejména zvýšit frekvenci a tím omezit plnění (tj. přechod z automatického módu na fi xed-rate mód). Model dovoluje měnit všechny své parametry a je tedy možné testovat různá nastavení pumpy. Dále byla navržena aplikace jako uživatelské rozhraní k tomuto modelu a implementována na platformě Silverlight. Tato aplikace má sloužit jako učební a demonstrační pomůcka pro zdravotnický personál.
Pro vysvětlování problematiky regulace minutového objemu srdečního a venózního návratu je velmi vhodné využívat simulační hry s modelem spustitelným v internetovém prohlížeči. Vytvořili jsme proto výukovou aplikaci využívající námi vyvinutou technologii tvorby webových simulátorů o které jsme referoli na minulém MEDSOFTu. Jejím základem je scénář výukového programu využívající multimediální simulační hry v internetovém prohlížeči. Modely byly implementovány v jazyce Modelica. Grafi cké animační komponenty byly vytvářeny v prostředí Microsoft Expression Blend. Modely v jazyce Modelica byly přeloženy do jazyka C# pomocí překladače Open Modelica a námi vyvinutého generátoru kódu do jazyka C#. Model byl propojen s animačními komponenty a s numerickým řešičem algebrodiferenciálních rovnic pomocí námi vyvinutého Frameworku. Výsledkem je aplikace v prostředí Silverlight 4, spustitelná v internetovém prohlížeči.
