×
Универзитет у Новом Саду

Предмет: Моделовање и симулација биофизичких процеса (17.BM118D)

Матичне организационе јединице предмета: Департман за енергетику, електронику и телекомуникације

Основне информације:
 
Категорија Стручно-апликативни
Ужа научна област
  • Биомедицинско инжењерство
  • Електроника
ЕСПБ 5

Представити студентима моделовање и симулацију биофизичких процеса као атрактивну и изразито мултидисциплинарну област од посебног значаја у биомедицинском инжењерству. Студенти треба да се упознају са актуелним моделима кључних биофизичких процеса, принципима развоја биофизичких модела и техникама нумеричке имплементације модела ради извођење већег броја in silico експеримената, а у циљу анализе утицаја појединих параметара модела на процесе и појаву обољења у човековом организму.

Основна теоријска и примењена знања потребна за рад и комуникацију у мултидисциплинарном тиму инжењера, физичара, биолога и лекара. Способност развоја новог или унапређење постојећег биофизичког модела, као и имплементација модела помоћу нумеричких модела ради извођења in silico експеримената. Способност студената за анализу добијених резултата симулација и извођење закључака везаних за утицај појединих параметара на кључне процесе и појаву обољења у човековом организму. Обученост студената за коришћење програмских пакета за нумеричке симулације.

Значај моделовања и симулације биофизичких процеса (предности и недостаци). Класификација модела. Електрични модел јонских канала ћелијске мембране. GHK напонска једначина. Упрошћени електрични модел ћелијске мембране за сферну ћелију. Електрични модел Na–K пумпе. Електрична отпорност аксона са и без мијелинског омотача. Капацитивност аксона. Електричног модела аксона по моделу кабла (подужни параметри модела, напонска једначина модела, анализа једначине простирања сигнала, просторна и временска константа, брзина простирања сигнала). Hodgkin–Huxley модел (напонско–зависне проводности Na и K јонских канала, параметри модела и напонска једначина Hodgkin–Huxley модела, анализа утицаја појединих параметара модела на простирање сигнала дуж неурона). Fitzhugh–Nagumo модел (извођење из Hodgkin–Huxley модела, предности и недостаци). Моделовање протока крви према аналогији кардиоваскуларног система са електричним (периферни отпор, compliance и intertance, моделовање срчаних залистака). Windkessel ефекат. Windkessel електрични модели са 2, 3 и 4 елемента (напонске једначине модела, аналитичко решење у систолној и дијастолној фази и анализа утицаја појединих параметара крвног суда). Електрични модел кардиоваскуларног система. Модел вентрикуларне LVAD пумпе. Основне моделовања респираторног система. Карактеристике раста тумора. Моделовање раста тумора по експоненцијалном моделу. Структурни модел раста туморске популације. Логистички и Gompertz–ов модел раста тумора. Функционални модел на бази ћелијске кинетике. Моделовање ефекта терапије (хемиотерапија, имунотерапија и анти–ангиогенетска терапија) на раст тумора. Моделовање и симулација радио–фреквенцијске и микроталасне аблације ткива канцера (3Д анализа ефеката терапије). Увод у моделовање фармакокинетике. Примена PBPK модела за предвиђање апсорпције, дистрибуције, метаболизма и излучивања антибиотика и цитостатика. Ограничења PBPK модела.

Предавања. Рачунарске вежбе. Консултације.

Аутори Назив Година Издавач Језик
Gregory R. Bock, Jamie A. Goode In Silico Simulation of Biological Processes 2012 John Wiley & Sons Енглески
Dominik Wodarz. Natalia L. Kolmarova Dynamics of Cancer: Mathematical Foundations of Oncology 2014 World Scientific Publishing Енглески
Luca Formaggia, Alfio Quarteroni, Alessandro Veneziani Cardiovascular Mathematics: Modeling and Simulation of the Circulatory System 2009 Springer Енглески
Christof Koch, Idan Segev Methods in Neuronal Modeling: From Ions to Networks 2000 MIT Press Енглески
Предметна активност Предиспитна Обавезна Број поена
Предметна активност
Тест
Предиспитна
Да
Обавезна
Да
Број поена
15.00
Предметна активност
Одбрањене рачунарске вежбе
Предиспитна
Да
Обавезна
Да
Број поена
20.00
Предметна активност
Писмени део испита - комбиновани задаци и теорија
Предиспитна
Не
Обавезна
Да
Број поена
60.00
Предметна активност
Присуство на предавањима
Предиспитна
Да
Обавезна
Да
Број поена
5.00

Предавања

Рачунарске вежбе