Управление медико-биологическими системами

Программа курса: 

 

п/п

Разделы и темы лекционных занятий

Содержание

 
 

1

Медико-биологические системы как объект управления

Организм, популяция, биоценоз. Организм, орган, клетка.

Общность клеточных процессов и общность процессов в различных организмах: реакция на стресс, адаптация, распределение ресурсов.

Механизмы управления – воздействие на орган, на организм, на популяцию. Целевая функция управления на уровне клетки, организма, популяции. Эволюционная оптимальность.

Управление здоровьем населения как аспект социального управления.

 

2

Организм и принципы управления в нём

Иерархия целей в живых системах. Концепция самосохранения и гомеостаз.

Контуры управления в живом организме. Принцип биологического эпиморфизма. Пассивное и активное управление в живых системах.

Естественные технологии организма. Компартментальная модель организма.

«Модельные организмы» – мушки, черви, грызуны.

Математическое моделирование организма. Управление лечением.

 

3

Принципы анализа и управления в популяции

Популяция как совокупность индивидуумов. Отражение свойств индивидуумов в свойствах популяции. Когортные и временные эффекты.

Неоднородные популяции. Математическое моделирование и оценивание свойств популяции. Процесс натуральной селекции.

Конкурирующие риски. Оценка эффекта интервенции в неоднородной популяции.

 

4

Моделирование и управление эпидемическим процессом

Модель инфекционного заболевания. Моделирование туберкулёза. Моделирование эпидемии ВИЧ. Моделирование эпидемий, распространяемых переносчиками. Оценка эффективности управления эпидемическим процессом.

 

5

Современные программные средства, используемые при решении задач математического моделирования и анализа медико-биологической информации

Система математического моделирования и язык программирования MATLAB. Основные операторы, принципы программирование. Прикладные пакеты TOOLBOXes.

Система статистических расчётов и язык программирования R Структура системы, командный режим работы и использование графического интерфейса пользователя. Основные операторы и методы работы. Пакеты развития системы Packages.

 

 

 

Перечень контрольных вопросов

1)            Каковы основные положения классической теории управления применительно к индивидуальному и популяционному здоровью?

2)            Как можно обосновать правомерность применения подхода классической теории управления для анализа индивидуального и популяционного здоровья?

3)            Как можно применять выводы классической теории управления для анализа физического, психического и социального здоровья?

4)            Каковы технические особенности и финансовые возможности реализации метода управления здоровьем на основе IT технологий?

5)            Описать особенности и психологические аспекты заполнения электронной анкеты респондентом.

6)            Каковы качество собранной информации и оперативность обработки на основе IT технологий?

7)            Способы построения управляющих систем терапевтического назначения (структурные схемы). Понятие об управляющих и регулирующих параметрах модели.

8)            Управляющие и регулирующие параметры модели роста популяции опухолевых клеток (базовая модель).

9)            Механизм поражающего действия различных методов лечения и их математическое описание (для каждого из рассмотренных методов лечения).

10)        Критерий эффективности оценки различных методов лечения и виды зависимости «доза – эффект» (для каждого из рассмотренных методов лечения).

11)        Что такое функция дожития, функция плотности вероятности гибели, смертность,  условная функция дожития  при условии дожития до времени Т? Привести примеры.

12)        Описать модели дожития: экспоненциальная, Гомпертца, Гомпертца-Мейкхема, Вейбулла. Привести формулы, охарактеризовать особенности и сферы их использования.

13)        Описать модели учёта влияния внешних факторов на дожитие. Описать модель пропорциональных рисков, модель ускоренных испытаний. Привести выражения для функций дожития и смертности в этих моделях.

14)         Дать понятие неоднородной популяции. Привести примеры неоднородности. Записать выражения для функций дожития и смертности в популяции с дискретной неоднородностью. Записать выражения для функций дожития и смертности в неоднородной популяции с уязвимостью, имеющей гамма распределёние.

15)        Описать применение метода максимального правдоподобия для оценки параметров дожития и смертности по независимой выборке продолжительности жизни в следующих моделях дожития: экспоненциальная, Гомпертца, Гомпертца-Мейкхема, Вейбулла. Как изменяется выражение правдоподобия при наличии цензурирования?

16)        Описать модель пропорциональных рисков Кокса и процедуру её идентификации.

Список литературы: 

 

  1. Маврищев В.В. Основы экологии. Минск: Выш. шк., 2007. – 447с.
  2. Михальский А.И. Методы анализа гетерогенных структур и популяций М.: Институт проблем управления им.В.А. Трапезникова РАН, 2002. – 64 c.
  3. Новосельцев В.Н., Михальский А.И., Новосельцева Ж.А. Динамика эпидемий, распространяемых переносчиками, при учете их старения. Демографические исследования. Издательство: МГУ, 2009, 16:40 -52. 
  4. Дартау Л.А., Мизерницкий Ю.Л., Стефанюк А.Р. Здоровье человека и качество жизни. Проблемы и особенности управления. Издательство: Синтег, 2009.
  5. Романюха А.А. Математические модели в иммунологии и эпидемиологии инфекционных заболеваний, М: Бином, 2011. – 296 с.
  6. Машинцов Е.А., Кузнецов А.А., Лебедев А.М., Новосельцев В.Н. Математические модели и методы оценки экологического состояния территорий – Москва, Физматлит, 2010, 228 с.
  7. Максвелл Дж. К. Труды по кинетической теории (перевод с англ.). М.: БИНОМ Лаборатория знаний. 2011. – 401 с.
  8. Основы математического моделирования: Учеб. пособие для вузов / Р. Ф. Маликов. — М.: Горячая линия-Телеком, 2010. — 366 с
  9. Моделирование систем: Учебник для вузов / С. И. Дворецкий [и др.]. — М.: Академия, 2009. — 316 с.:

             

            Дополнительная литература.

  1. Шредингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физики? – Москва: РИМИС, 2009. – 176с.
  2. ГЕРОНТОЛОГИЯ IN SILICO: СТАНОВЛЕНИЕ НОВОЙ ДИСЦИПЛИНЫ. Под ред. Г. И. Марчука, В. Н. Анисимова, А. А. Романюхи, А. И. Яшина. М: Бином, 2007. – 535с.
  3. Андерсон Р., Мэй Р. Инфекционные болезни человека. Динамика и контроль. М: Мир, 2004. – 784с.

 

            Пособия и методические указания.

  1. Демина Л.А. Использование MatLab для моделирования медицинских систем. Уч. пособие. М: МИРЭА. 2004 г.
  2. Михальский А.И.. Использование MATLAB в медико-биологических системах. М.:МГТУ МИРЭА, методические указания, 2012,  32.с.