modelica Dotaz Zobrazit nápovědu
Modely vytvářené pomocí klasických simulinkových sítí přehledně graficky vyjadřují jednotlivé matematické vztahy. V propojkách mezi jednotlivými bloky tečou signály, které přenášejí hodnoty jednotlivých proměnných od výstupu z jednoho bloku ke vstupům do dalších bloků. V blocích dochází ke zpracování vstupních informací na výstupní. Propojení bloků v Simulinku pak odráží spíše postup výpočtu, než vlastní strukturu modelované reality. Hovoříme o tzv. kauzálním modelování. Při vytváření a hlavně při prezentování a popisu modelu je ale důležité, aby vlastní struktura modelu, spíše než vlastní algoritmus simulačního výpočtu, vystihovala především fyzikální podstatu modelované reality. Proto se v moderních simulačních prostředích začíná stále více uplatňovat deklarativní (akauzální) zápis modelů, kdy v jednotlivých komponentách modelu popisujeme přímo rovnice a nikoli algoritmus jejich řešení. Propojením jednotlivých komponent dochází k propojení soustav rovnic mezi sebou. Propojením komponent pak nedefinujeme postup výpočtu, ale modelovanou realitu. Způsob řešení rovnic pak “necháváme strojům”. Moderním simulačním jazykem, který je přímo postaven na akauzálním zápisu modelů je Modelica. Jazyk se v poslední době velmi využívá v průmyslových aplikacích, v biomedicínských aplikacích však zatím málo. Praxe však ukazuje, že Modelica je pro modelování biomedicínských systémů velmi vhodným nástrojem, zvláště pro modelování rozsáhlých a komplexních systémů pro lékařské výukové trenažéry. V tomto přehledovém článku je uveden praktický příklad modelování hemodynamiky oběhového systému.
- Klíčová slova
- modelování,
- MeSH
- biologické modely MeSH
- hemodynamika fyziologie MeSH
- krevní oběh fyziologie MeSH
- navrhování softwaru MeSH
- plicní oběh fyziologie MeSH
- počítačem řízená výuka * MeSH
- počítačová simulace * MeSH
- programovací jazyk MeSH
- srdce fyziologie MeSH
- studium lékařství * MeSH
- uživatelské rozhraní počítače MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
- přehledy MeSH
Modelica is an object-oriented language, in which models can be created and graphically represented by connecting instances of classes from libraries. These connections are not only assignments of values; they can also represent acausal equality. Even more, they can model Kirchhoff's laws of circuits. In Modelica it is possible to develop library classes which are an analogy of electrical circuit components. The result of our work in this field is Physiolibrary (www.physiolibrary.org) – a free, open-source Modelica library for human physiology. By graphical joining instances of Physiolibrary classes, user can create models of cardiovascular circulation, thermoregulation, metabolic processes, nutrient distribution, gas transport, electrolyte regulation, water distribution, hormonal regulation and pharmacological regulation. After simple setting of the parameters, the models are ready to simulate. After simulation, the user can examine variables as their values change over time. Representing the model as a diagram has also great educational advantages, because students are able to better understand physical principles when they see them modeled graphically.
- MeSH
- biologické modely * MeSH
- fyziologie * metody MeSH
- lidé MeSH
- počítačová grafika MeSH
- počítačová simulace MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
Po zkušenostech s modelováním velkých systémů lidské fyziologie jsme navrhli způsob jak propojit modelování hydrauliky kapalin se standardními komponenty jazyka Modelica. V Modelica Standard Library (MSL) je hydraulická „fluid doména“ poměrně dobře rozpracována v komponentech Modelica. Fluid i Modelica.Media... Naše propojení spočívá v definování kompatibilních knihovních balíčků pro definování tělesných tekutin jako alternativních médií a zároveň v definování konverzí mezi našimi konektory a tím pádem i se všemi komponenty v knihovnách Chemical a Physiolibrary. Vzniká tak plně modulární přístup, kde je možné navzájem kombinovat média i různé komponenty z našich i ze standardních knihoven jazyka Modelica. Tímto způsobem je pak možné reprezentovat i složité modely, které detailně integrují chemickou, buněčnou, tkáňovou i systémovou úroveň.
Cíle: Matematické modelování v medicíne (fyziologii) se objevuje ve výzkumu, klinické praxi i výuce. Pro implementaci modelu existuje rada vhodných jazyku a modelovacích nástroju. Pro lepší názornost pri používání modelu pri výuce vznikají grafické simulátory. Je treba, aby spolu mohli tvurci modelu lépe spolupracovat. Proto by melo být možné propojit modely napsané v ruzných jazycích. Výukové simulátory musí být pro studenty i vyucující dobre dostupné. Nutnost instalace aplikace muže být prekážkou. Je potreba zlepšit možnosti sdílení modelu napsaných v jazyce Modelica. Metody: Standardizované rozhraní FMI umožnuje propojení modelu napsaných v rozdílných jazycích. Modely využívané ve výuce jsou vytváreny na platforme .NET, která umožnuje jejich spouštení v prohlížeci. Vzniká editor modelu v jazyce Modelica spustitelný v prohlížeci. Bude propojený s webovým úložištem modelu. Výsledky: Byl implementován simulacní runtime, solver a simulacní centrum v jazycích .NET. Jsou využívány ve webových výukových simulátorech. Budou využity také ve spojení se vznikajícím webovým editorem modelu.
Background: Mathematical modelling in medicine (physiology) takes place in research, clinical practice and learning. There are several suitable modelling languages and tools for physiological model implementation. Graphical simulators are created in order to make models used in teaching more illustrative. Objectives: It is important to make model developers' cooperation easier. For this reason it should be possible to interconnect models written in different languages. Elearning simulators must be well available for students and teachers. Necessity to install the application can be an obstruction. Methods for sharing models written in Modelica language should be enhanced. Methods: Standardised interface FMI allows interconnection of models written in different languages. E-learning models are developed on .NET platform. It enables them to run in web browser. The editor for models written in Modelica is being developed. It will run in browser and will be interconnected with web based model repository. Results: Simulation runtime, solver and simulation centre was implemented in .NET languages. They are used in web e-learning applications. They will be also used together with web-based model repository, that is being developed now. Conclusions: New tools will simplify model creation and interconnection. They will also improve collaboration of model developers.
- Klíčová slova
- model, simulace, diferenciální rovnice, solver, doménově specifický jazyk, blokově orientovaný / akauzální jazyk, simulátor, .NET, výuka, webový repositář modelů,
- MeSH
- financování organizované MeSH
- fyziologie metody přístrojové vybavení statistika a číselné údaje MeSH
- statistické modely MeSH
- statistika jako téma MeSH
- teoretické modely MeSH
- výchova a vzdělávání metody trendy MeSH
Práce se zabývá modelováním oxygenátoru v ECMO pomocí modelovacího jazyka Modelica. Tento virtuální oxygenátor by po propojení s modelem HumMod Golem Edition mohl sloužit pro výuku studentů medicíny, či biomedicínského inženýrství. ECMO je obdoba mimotělního oběhu, s tím rozdílem, že jeho součástí není rezervoár, kde se kumuluje žilní, venózní krev. Používá se jako náhrada srdce a plic v průběhu složitých operačních zákroků, či pomáhá přemostit dobu čekání na transplantaci atd. Oxygenátor v tomto přístroji slouží k ohřevu a okysličení krve, která se vrací pacientovi do cévního systému.
The paper discusses modelling an oxygenator in ECMO using the modelling language Modelica. When connected to the HumMod Golem Edition model, this virtual oxygenator could be used for courses attended by medical students or for biomedical engineering. ECMO is an analogue of extracorporeal circulation with the difference that it does not include a reservoir where venous blood would be cumulated. It is used as heart and lung replacement during complex surgeries, or to bridge the waiting time for a transplantation, etc. The oxygenator in this device is used to warm up and oxygenate blood returned to the patient’s vascular system.
Integrativní modely lidské fyziologie propojují jednotlivé fyziologické subsystémy do jednoho celku. Jsou velmi rozsáhlé (obsahují tisíce proměnných) a reprezentují formalizovaný popis vzájemného propojení fyziologických regulací. Problematika formalizace fyziologických systémů se stala součástí řady mezinárodních projektů (např. celosvětového programu „PHYSIOME“, nebo evropského program „VIRTUAL PHYSIOLOGICAL HUMAN“). Rozvoji rozsáhlých modelů lidské fyziologie napomáhá i nová generace (tzv. equation-based) simulačních prostředí, zejména jazyk Modelica. Tyto modely mohou sloužit pro vysvětlení kauzálních souvislostí patogeneze řady onemocnění, mohou se uplatnit ve vyhodnocování klinických testů i jako jádro sofistikovaných lékařských trenažérů.
The integrative models of human physiology connect individual physiological subsystems into a single unit. They are very large (contain thousands of variables) and represent a formalized description of interconnected physiological regulations. The issue of formalization of physiological systems became part of series international projects (e.g. worldwide program "PHYSIOME", or European program "VIRTUAL PHYSIOLOGICAL HUMAN"). The development of large-scale models of human physiology was facilitated by new generation (i.e. equation-based) simulation environment, especially by Modelica language. These models can be used to explain the causal relations of the pathogenesis of many diseases; they can be applied in the evaluation of clinical trials as well they can be used in the core of sophisticated medical simulators.
Autor popisuje metodologii určenou pro vytváření e-learningového obsahu s využitím simulačních her. Je popsán celý návrhový proces, od sestavení formalizovaného popisu fyziologické reality, až vytváření interaktivního výukového softwaru. Při tom se využívají nejrůznější nástroje – od softwarových nástrojů pro numerickou simulaci jako Matlab/Simulink nebo Modelica, přes Adobe Flash pro tvorbu interaktivních animací, Control Web a Microsoft Visual Studio .NET pro vytváření uživatelského rozhraní, až po nástroje pro publikování na webu včetně Adobe Breeze. Tvorba moderních výukových aplikací je náročný a komplikovaný projekt, vyžadující týmovou spolupráci řady profesí – pedagogů, lékařů, tvůrců simulačních modelů, výtvarníků a programátorů. Cílem je poskytnout studentům výukový software, který jim pomůže pochopit složitou dynamiku fyziologických systémů.
The authors present a methodology of creating e-learning content with simulation games for the students of physiology and pathophysiology courses. The design process is explained starting from a formalized description of the physiological reality up to interactive educational software. Various software tools are used during the design, i.e. numerical simulation software Matlab/Simulink or Modelica, Adobe Flash for interactive animations, Control Web or Microsoft Visual Studio.NET for user interface design, and web publishing tools including the Adobe Breeze learning management system. Various professions are involved in complicated projects of modern educational applications – teachers, physicians, simulation/modeling experts, graphic designers and programmers. The aim is to provide students with software that helps them understand complex dynamics of physiological systems.
- Klíčová slova
- simulační hry,
- MeSH
- fyziologie výchova MeSH
- internet využití MeSH
- lékařská informatika * metody MeSH
- počítačem řízená výuka MeSH
- počítačová simulace * využití MeSH
- software MeSH
- využití lékařské informatiky * MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
- Geografické názvy
- Česká republika MeSH
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.
This letter introduces an alternative approach to modeling the cardiovascular system with a short-term control mechanism published in Computers in Biology and Medicine, Vol. 47 (2014), pp. 104-112. We recommend using abstract components on a distinct physical level, separating the model into hydraulic components, subsystems of the cardiovascular system and individual subsystems of the control mechanism and scenario. We recommend utilizing an acausal modeling feature of Modelica language, which allows model variables to be expressed declaratively. Furthermore, the Modelica tool identifies which are the dependent and independent variables upon compilation. An example of our approach is introduced on several elementary components representing the hydraulic resistance to fluid flow and the elastic response of the vessel, among others. The introduced model implementation can be more reusable and understandable for the general scientific community.
- MeSH
- arteriální tlak fyziologie MeSH
- lidé MeSH
- modely kardiovaskulární * MeSH
- počítačová simulace * MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- dopisy MeSH
- komentáře MeSH
- práce podpořená grantem MeSH
V práci je popsána originálně vyvinutá technologie tvorby simulátorů spustitelných v internetovém prohlížeči. Základem tvorby simulačních modelů je vývojové prostředí akauzálního simulačního jazyka Modelica. Vlastní simulátory jsou vytvářeny v prostředí Microsoft .NET. Animace, ovladatelné modelem na pozadí, jsou vytvářeny pomocí nástroje Microsoft Expression Blend. Simulační jádro modelu je automaticky vygenerováno překladačem jazyka Modelica pomocí námi originálně vytvořeného generátoru kódu C# a propojeno s řešičem algebrodiferenciálních rovnic. Celý simulátor je vytvořen jako aplikace pro platformu Microsoft Silverlight. To umožní v různých operačních systémech spouštět simulátory jako webové aplikace, spustitelné pomocí internetového prohlížeče s nainstalovaným doplňkem Silverlight.
