Formalization of Integrative Physiology

Abstract

Nové informační technologie přinášejí možnosti jak exaktně popsat a simulovat komplexní fyzikální systémy. Pokrok v tomto směru umožnila standardizace jazyka Modelica neziskovou celosvětovou asociací firem, univerzit a jednotlivců Modelica Association. Standard jazyka umožnil v této disertaci vytvořit chemické, hydraulické, tepelné a populační komponenty pro základní principy fyziologie člověka. Tyto nové Modelikové knihovny byly nazvány PHYSIOLIBRARY a CHEMICAL. Jejich základní komponenty je možné v Modelice graficky propojovat a tak vytvářet komplexnější komponenty fyziologických systémů, obdobně jako se v Modelice vytvářejí modely elektronických obvodů ze základních prvků elektronických komponent. Disertace ukazuje, jak lze obdobným způsobem vytvořit i tak komplexní modely jakým je model integrativní fyziologie člověka HumMod 1.6 který má více než 5000 proměnných. A nejen to, tyto modely je potom možné velmi intuitivně modifikovat a rozšiřovat. Disertační práce tak model amerických autorů HumMod 1.6 (www.hummod.org) nejen implementovala, ale i rozšířila o vlastnosti krve a hemoglobinu, které původní model neměl. Při reimplementaci modelu bylo odhaleno (a americkým autorům reportováno) 30 logických, matematických a fyziologických chyb, na které se při důkladné analýze modelu narazilo. Byl...

New information technologies bring with them new possibilities for defining and simulating complex physical systems. A huge amount of progress was made in this field with the Modelica language standard, developed by the worldwide nonprofit Modelica Association. Using the Modelica language specification, new chemical, hydraulic, thermal and population components for human physiology were designed for the implementation of the physiological principles in this thesis. The presented free Modelica libraries was named PHYSIOLIBRARY and CHEMICAL. Similarly to the electrical circuits already implemented in the Modelica Standard Library, it is also possible to connect the components of these libraries to the diagrams and, in this way, define more complex components of physiological systems. Using this kind of implementation, this thesis presents an extension and improvement of the HumMod version 1.6 model, developed at the University of Mississippi Medical Center (Jackson, MS), which has more than 5,000 variables. As a result of the use of graphical diagrams, our implementation is more expandable and more modifiable at each point. The precise rules of connections lead to fewer implementation errors. In addition, the visual verification of the model is achieved, because the physiological connections of...