В препоДавании меДицинской биофизики с использованием метоДа визуализации была использована программа Для созДания ассоциативных карт, самая известная из которых – «FreeMind». Это кроссплатформенное приложение, на основе которого можно созДавать карты-схемы, соДержащие ссылки на Другие Диаграммы связей, файлы и веб-страницы. На основе «FreeMind» были созДано его ответвление – «FreePlane». Это также кроссплатформенная программа, поДДерживающая формат файлов «FreeMind», но соДержащая Дополнительные опции, не поДДерживаемые «FreeMind».
Введение: Моделирование биологических объектов является неотъемлемой частью всех направлений медицинских, технических и фундаментальных исследований. Одной из главных частей современных диагностических кардиологических комплексов является система синтеза изображения сердца и пациента. В основе функционирования этой системы лежат методы и средства компьютерного моделирования и графики. На практическом занятий по ССС мы внедрили метод визуализации основываясь на материалах семинара-тренинга Е.Н. Волкова и М.В. Плотникова «Визуально-картографические методы в учебной, научной и проектной работе».
Цель:
- Использование метода визуализации на практическом занятии по теме: «Моделирование сердечно-сосудистой системы».
- Визуализировать представление студентов о ССС и сопровождать процесс работы группового взаимодействия.
- Визуально выявить противоречия в позициях студентов и документально оформить результаты их преодоления.
- Помочь студентам идентифицировать себя с результатом и прояснить содержание обсуждаемой темы.
Материалы и методы: Метод визуализации можно использовать на всех практических занятиях. В качестве примера, мы взяли практическое занятие на тему: «Моделирование сердечно-сосудистой системы».
Что такое визуализация? Визуализация — это процесс оптического представления мнений, идей, с использованием графических схем, пикботов и других средств наглядности. Визуализация поддерживает процесс коммуникации в группе, но не заменяет его. Все методы модерации сопровождаются визуализацией.
Необходимо выделить четыре основных принципа, объясняющих необходимость наглядного выражения любого знания.
- Необходимость чувственного восприятия внешнего мира в качестве исходного материала для мыслительной деятельности.
- Необходимость владения языком символов как определенной системы чувственно воспринимаемых знаков (сигналов), являющихся носителями значения, смысла.
- Необходимость на любой ступени абстрактного мышления опоры на чувственный материал, в виде иллюстраций, схем, диаграмм, графиков и т. п.
- Обязательная связь мыслительной деятельности любой степени абстрактности с практикой, представляющей собой предметную, чувственную деятельность.
Визуализацию следует рассматривать в качестве базового процесса модерации, потому что «использование только одного аудиального канала в процессе коммуникации значительно обедняет перспективы взаимопонимания и сотрудничества». В результате ряда исследований группа ученых пришла к следующим утверждениям:
- если считать, что через глаза и уши человек воспринимает 100% информации, то в этом объеме визуальному восприятию отводится 70-80%;
- если учесть, что всеми органами чувств человек получает 100% информации, то в этом объеме слуху отводится 20%, зрению — 30%, зрению и слуху — 50%.
Принципы визуализации обычно формулируются следующим образом:
- Доступность. Всем студентам должен быть обеспечен доступ к материалу.
- Композиционность. Плакаты должны быть видны и не перегружены разнообразием цветовой гаммы и многообразием форм карточек. Символы и записи должны быть видны с 3-4 метров, кроме того, должны быть выдержаны композиционные правила в размещении текста и рисунков. Необходимо учитывать особенности чтения студентов.
Математическое моделирование биологических объектов представляет собой аналитическое описание идеализированных процессов и систем, адекватных реальным.
Идеальных систем в природе не существует, однако полученные результаты в известных пределах можно применять к реальным процессам и системам, так как они имеют общие свойства с идеальными.
Математические модели строятся на основе экспериментальных данных, (материальное или предметное моделирование), либо умозрительно, используя гипотезу или известную закономерность (теоретическое моделирование). Теоретическое моделирование требует последующей опытной проверки. Особенно полезно теоретическое моделирование там, где провести эксперимент невозможно или сложно. Применение компьютерной обработки для математической модели биологического процесса, трудно воспроизводимого в эксперименте, позволяет предвидеть изменение процесса в зависимости от условий, предсказать некоторые новые явления.
Основным элементом любых систем моделирования ССС является трехмерная модель сердца, отражающая основные изменения его функционирования в динамическом режиме. Ниже дается классификация основных моделей сердца и сердечнососудистой системы.
Одной из простейших математических моделей сердца является кинетическая модель ССС. Согласно данной модели сердце рассматривается как два полых мышечных органа – «левое» сердце и «правое» сердце, каждое из которых состоит из предсердия и желудочка.
Кровь от органов и тканей организма поступает к правому сердцу, выталкивающему ее к легким, где она насыщается кислородом, возвращается к левому сердцу, из которого вновь поступает к органам, откуда возвращается к правому сердцу.
Нагнетательная функция сердца основана на чередовании расслабления и сокращения желудочков. Во время диастолы желудочки заполняются кровью, а во время систолы они выбрасывают ее в крупные артерии. Перед заполнением желудочков, кровь накапливается в предсердиях. Четырехкамерная модель может быть представлена как
Известна также точечная модель двухкамерного сердца, учитывающая гемодинамику сердечно-сосудистой системы, где вершине k1 соответствует предсердие, вершине k2 – желудочек, ребро i1 представляет венозный синус, ребро i2 восходящую дугу аорты:
560
Таблица 1 - Параметры ССС человека.
|
№ |
Наименование |
Обозначение |
Размерность |
Физиологические пределы |
||
|
Макс. |
Номин. |
Мин. |
||||
|
1 |
Максимальное артериальное давление |
Ра max |
mm.рт.ст. |
240 |
120 |
60 |
|
2 |
Минимальное артериальное давление |
Ра min |
Мм.рт.ст. |
160 |
75 |
20 |
|
3 |
Частота пульса |
f |
Уд/мин |
140 |
70 |
40 |
|
4 |
Плотность крови |
р |
Кг/м3 |
1150 |
1050 |
1010 |
|
5 |
Скорость крови в аорте |
v |
м/с |
0,85 |
0,5 |
0,34 |
|
6 |
Время сокращения желудочков |
t |
c |
0,38 |
0,30 |
0,19 |
В целом, использование методов визуализации, а также динамике, но и научить студентов правильно использовать математических моделей ССС на практических занятиях по формулы, позволяющие оценивать состояние сердечномедицинской биофизике позволяет не только наглядно сосудистую систему.
показать студентам работу сердечно-сосудистой системы в
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Волков Е.Н., Плотников М.В. Визуально-картографические методы в учебной, научной и проектной работе // Материалы семинара-тренинга. - Астана: 18-22 июня 2012. - 118 с.
- Ремизов А.Н. Медицинская биологическая физика. Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 2013. - 608 с.
- Антонов В.Ф. Биофизика. Учебник для студентов вузов. - М.: Валдос, 2006. - 287 с.