Министерство образования и науки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУ НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА

ИНСТИТУТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Эскизный проект

«Виртуальная модель человека»

Выполнил: Чернобаев И. Д.,

Студент группы 11 ИВТ-3

Проверил: Мартынов Д. С.

Нижний Новгород

Информационная модель.

Виртуальные информационные модели представляют собой особый метод компьютерного воссоздания структуры изучаемой живой системы, основанного на формировании специальных баз данных, привязанных к конкретным точкам создаваемой модели. Основным принципом ВИМ является объединение отдельных расположенных в пространстве точек в трехмерную структуру, отражающую с той или иной степенью приближения форму моделируемого органа. При этом каждая точка объекта имеет свою числовую характеристику, конкретные значения которой определяются с одной стороны координатами данной точки, а с другой стороны – степенью влияния на нее соседних точек. Поскольку ВИМ используется для компьютерного воссоздания структуры различных органов биологических организмов, влияние отдельных точек может распространяться на разные части (подуровни) моделируемого объекта и соответствовать тем функциональным связям между тканями и органами, которые реально существуют в организме биологического прототипа. Каждая точка модели соответствует строго определенной части организма-прототипа. Основой для формирования ВИМ служат послойные электронные изображения объекта, выполняемые с заданным шагом. Такие изображения переводятся в электронную таблицу, являющуюся каркасом базы данных виртуальной модели печени. К данной БД могут обращаться программы, ставящие своей целью моделирование конкретных процессов в организме. ВИМ является новым направлением в математической морфологии и информационном моделировании биообъектов.

При множестве разнообразных методологических средств объективного анализа в медицине, экологии, экологической радиологии классическое изучение организма, проводимое в течение длительного исторического периода, всегда включало в себя в том или ином отношении два основных принципа познания – визуальное отражение и метрический. Принцип визуального отражения состоит в стремлении максимально достоверно или схематически изобразить на носителе информации внешний вид и внутреннюю структуру изучаемого объекта живой природы. Метрический принцип заключается в качественном и количественном анализе исследуемого объекта. В зависимости от характера и объема исследования может рассматриваться в качестве объекта как каждая особь, ее организм, отдельные его органы, ткани, клетки и субклеточные структуры, так и популяция в целом. Иногда метрический принцип используется при изучении связей между основными системами жизнеобеспечения организма, отдельными особями, субпопуляциями экосистемы и другими элементами живых систем различной сложности и размерности (задачи математической экологии, патофизиологии и т.п.). До сих пор в научных исследованиях данные принципы исследования применяются параллельно, взаимно дополняя друг друга. Их интеграция, как правило, осуществляется самим ученым, связывающим результаты метрических исследований с визуальными характеристиками объекта исследования. Такой подход, безусловно оправданный во всех отношениях с позиций медицины, далеко не идеален для задач компьютерного программирования.

Виртуальная информационная модель (ВИМ) представляет собой созданную в результате компьютерного моделирования систему, отражающую форму, внутреннюю структуру и функции биологического объекта. Основной задачей ВИМ является воссоздание в компьютерном варианте функциональных и патологических процессов, происходящих в организме биологического прототипа. Степень схожести модели с реальным биологическим объектом, а также тип самого прототипа могут быть различными, что определяется характером задач, решаемых исследователем. Ее основными элементами являются база данных (БД) модели, моделирующие программы, обращающиеся к БД и осуществляющие непосредственный процесс моделирования и сценарий, определяющий в соответствии с характером воссоздаваемой функции выбор моделирующих программ, последовательность этапов их использования. Построение первичной информационной модели как набора растровых изображений послойных срезов биологического объекта – начало процесса информационного моделирования. В качестве первичной модели может быть послойное МРТ или КТ изображение тела, послойная фотография, либо послойные рисунки объекта. В процессе виртуального информационного моделирования из двухмерных графических файлов создается база данных в виде электронной таблицы, при этом минимальная точка графического изображения (пиксель) путем преобразования является строчкой в таблице. Таким образом, ВИМ представляет собой группировки точек в замкнутом пространстве биологического объекта, соответствующие органам и основным системам жизнеобеспечения организма. Каждая точка кроме координатных значений отображает конечное множество логической и числовой информации, в той или иной степени характеризующей конкретную анатомическую область, которую представляет данная точка. Размер такого подмножества зависит от разрешающей способности конкретного метода исследования, т.е. насколько подробно должна описывать ВИМ морфологию организма-прототипа. Между точками в замкнутом пространстве существует множество связей, распространяющихся на все пространство или только на отдельные его части. Данные связи имитируют функциональные связи, реально существующие между отдельными частями организма. Все множество точек с их разнообразной релевантной информацией и функциональными связями между собой представляет БД в форме электронной таблицы, к которой могут обращаться любые компьютерные программы, ставящие своей целью моделирование того или иного биологического процесса в организме. При достаточно большом количестве информационных кодов и связей конкретной точки с другими точками ВИМ может отображать бесконечное число морфологических и функциональных состояний организма-прототипа.

Такой подход позволяет по­-новому взглянуть не только на проблему соотношения основных принципов познания - визуального отражения и метрического. ВИМ дает возможность создать виртуальный организм, с любой степенью подобия отображающий не только морфологию, но и модели функционирования биологического прототипа. При этом на стыке медицины и информатики возникает новое научное направление – виртуально-информационная анатомия. Анатомия организма в рамках виртуального информационного моделирования имеет существенные отличия от классической анатомии. Во-первых, в рамках информационной виртуальной модели организма строение неотделимо от функции, т.е. (патологическая) анатомия от физиологии. Так, каждая строчка системы (она же строчка в электронной таблице) помимо информационного кода, указывающего на принадлежность ее к какой-либо ткани, может содержать информацию о тех или иных биологических константах в данном месте, протекающих здесь тех или иных биологических процессах. Во-вторых, каждая точка ВИМ полифункциональна, т.е. одновременно содержит информацию о различных физиологических процессах, протекающих в данном месте при тех или иных условиях. В-третьих, объем и масса части организма-прототипа, соответствующей той или иной точке ВИМ, является одним из параметров, включаемых в строку электронной таблицы информационной базы данных. Указанные особенности свидетельствуют о том, что информационные системы, созданные на основе метода ВИМ, представляют собой особый вариант интеграции данных, относящихся к различным разделам биологии в рамках единой модели живой системы. Возможности такой интеграции определяются лишь размером базы данных БИС и характеристиками ПК.

Анализ функционально близких аналогов.

Компания Google создала трехмерную анатомическую модель человеческого организма, пишет Daily Mail.

Новый сервис, получивший название Google Body Browser, позволяет изучать особенности строения человеческого тела. В возможности программы входят демонстрация организма в разрезе и по отдельным системам, а также идентификация органов и их анатомических и функциональных взаимосвязей. Модель можно вращать и масштабировать.

Body Browser официально пока не запущен, однако его предпросмотр доступен пользователям веб-браузеров, поддерживающих новую технологию WebGL. Эта технология предназначена для создания и использования разнообразных трехмерных онлайн-приложений, и, как ожидается, станет стандартным компонентов большинства браузеров в 2011 году.

ссылка: http://medportal.ru/mednovosti/news/2010/12/17/bodybrowser/

Все функции нашего организма контролируются обширной нервной системой, постоянно посылающей и принимающей электричексие импульсы мозга, что позволяет поддерживать здоровье тела. Вмешательство в работу и перенаправление какой-либо части нервной системы может привести к возникновению проблем со здоровьем различных органов и систем нашего тела.

Позвоночник и нервная система человека сильно связаны и оказывают сильное влияние на общее состояние организма.

ссылка: http://www.dikul.org/3dmodel/

Лучший путь к выздоровлению - целенаправленная информация. Виртуальная модель человека находится в стадии разработки.

ссылка: http://www.euromedclinic.de/ru/index.html

Описание проектируемого проекта

На начальной стадии необходимо создать простейшую модель человека с изображением рук, ног, тела, головы и шеи. В ходе дальнейшей работы эту модель можно будет усложнять, более подробно прорисовать модель, увеличить количество отображаемых частей тела, сделать подробную 3D модель человеческого тела. Помимо виртуальной модели человека, разрабатываемая информационная система носит медицинский характер. Задачей разрабатываемой системы является диагностика возможных заболеваний человека по указанным больным частям тела и симптомам.

Принцип работы следующий: врач выбирает больную часть тела пациента, вводит симптомы больного, появляется окно с возможными заболеваниями, которые соответствуют введенным симптомам. Далее врач выбирает заболевание и приступает к предложенному системой лечению пациента. В идеале данная система должна упростить работу диагностов. Также в перспективе возможно ее использование самим больным без вмешательства врача.

Возможно, так будет выглядеть полностью готовая и функциональная система.

Дата добавления: 2015-10-21