📄Работа №39242
Тема: Математическое моделирование вязкоупругих свойств биологических тканей
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Информационные системы
Объем:
41 листов
Год:
2019
Просмотров:
505
4900
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Одномерные математические модели 7
2 Трехмерная модель 10
3 Численные эксперименты 17
4 Модификация трехмерной модели 20
5 Разработка программного комплекса 22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 26
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 28
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Код программы 29
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Тезисы. Математическое моделирование вязкоупругих свойств биологических тканей 38
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Статья. К построению трехмерной математической модели вязкоупругого поведения тканей миокарда
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Одномерные математические модели 7
2 Трехмерная модель 10
3 Численные эксперименты 17
4 Модификация трехмерной модели 20
5 Разработка программного комплекса 22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 26
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 28
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Код программы 29
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Тезисы. Математическое моделирование вязкоупругих свойств биологических тканей 38
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Статья. К построению трехмерной математической модели вязкоупругого поведения тканей миокарда
📖 Введение
Высокие требования, предъявляемые к современной медицине, а также увеличение со все возрастающей интенсивностью общего количества информации о болезнях, требуют привлечения новых методов обработки информации, которые позволят точно описать, объяснить и углубленно исследовать всю совокупность взаимосвязанных результатов измерений. На сегодняшний день в медицине существуют ряд болезней, о которых уже написано большое количество информации, и один человек не в состоянии в точности изучить, оценить, объяснить и использовать всю имеющуюся информацию при постановке диагноза в каждом конкретном случае. В таких случаях на помощь приходит математика, которая помогает структурировать материал.
Моделирование в научных исследованиях начали применять еще в глубокой древности и постепенно оно стало использоваться в новых областях научных знаний: техническом конструировании, строительстве, архитектуре, астрономии, физике, химии. Математическое моделирование является одним из самых актуальных направлений научных исследований, которое нашло свое применение и в медицине, а также в науках, которые тесно связаны с ней. Применение математического моделирования в медицине позволяет устанавливать все более глубокие и сложные взаимосвязи между теорией и практикой.
Актуальность выбранной темы магистерской диссертации обусловлена тем, что целый ряд исследований в медицине становится невозможно выполнить экспериментальным путем, в то время как метод моделирования является наиболее подходящим для этих целей. Актуальность темы магистерской диссертации объясняется также огромным распространением искусственного интеллекта во всех сферах современной жизни, в результате чего существует острая необходимость разработки дополнительных программных продуктов по совершенствованию работы в этой сфере.
Биологические ткани с точки зрения материаловедения можно отнести к композитным материалам, содержащим твёрдые вещества и жидкости в качестве компонентов. Фундаментальными механическими свойствами, определяющими их функциональность, являются упругость и вязкость. Данная магистерская диссертация посвящена исследованию вязкоупругих свойств биологических тканей. Эти свойства характерны для большинства живых мягких тканей.
Исследованиям вязкоупругих свойств биологических тканей посвящено много работ, одними из которых являются работы [1 и 2]. Однако, несмотря на высокую популяризацию этой темы среди ученых, отсутствуют приложения, которые бы позволяли проводить исследования вязкоупругих свойств биологических тканей в интерактивном режиме.
Таким образом, главной целью магистерской диссертации является разработка программного комплекса для исследования в интерактивном режиме упругих и вязких свойств биологических тканей. Исходя из цели, в данной работе поставлены и решены следующие задачи:
— проведен сравнительный анализ существующих моделей, выбрана модель, способная наиболее полно описать свойства биологических тканей;
— подобрана среда программирования для реализации выбранной модели, разработан интерфейс;
— проведены численные эксперименты;
— произведен анализ релаксационных свойств биологических тканей;
— исследовано влияние внутриклеточных структур на свойства ткани;
— оценена адекватность выбранной модели.
В качестве объекта исследования используется папиллярная мышца, поскольку она является классическим объектом исследования свойств целого сердца, а также, как предполагается, состоит из нескольких упорядоченных миокардиальных пластин.
Предметом исследования в соответствии с задачами исследования выступают вязкоупругие свойства мышечной ткани сердца - миокарда. С точки зрения физиологии миокард обладает уникальными свойствами: на протяжении жизни организма он подвергается постоянным значительным деформациям, сохраняя при этом, наряду с высокой пластичностью адаптационных свойств, стабильность структуры, физиологические и вязкоупругие характеристики.
Теоретическую основу магистерской диссертации составляют труды российских ученых таких как, Берман И.В., Кобелев А.В., Кобелева Р.М., Проценко Ю.Л., Смолюк А.Т. и др.
Для решения поставленных целей и задач использованы следующие методы исследования:
— теоретические: изучение и анализ публикаций, статей и интернет источников;
— эмпирические: сравнение, моделирование, эксперимент;
— методы количественного и качественного анализа экспериментальных данных.
Практическая значимость магистерской диссертации заключается в том, что разработанный комплекс программ дает возможность перехода от экспериментов на живых тканях к компьютерным экспериментам и может быть использован при изучении вязкоупругих характеристик биологических тканей.
Структура магистерской диссертации обусловлена целью, предметом и задачами исследования. Работа включает обозначения и сокращения, введение, пять разделов, заключение, список использованных источников и приложения.
Моделирование в научных исследованиях начали применять еще в глубокой древности и постепенно оно стало использоваться в новых областях научных знаний: техническом конструировании, строительстве, архитектуре, астрономии, физике, химии. Математическое моделирование является одним из самых актуальных направлений научных исследований, которое нашло свое применение и в медицине, а также в науках, которые тесно связаны с ней. Применение математического моделирования в медицине позволяет устанавливать все более глубокие и сложные взаимосвязи между теорией и практикой.
Актуальность выбранной темы магистерской диссертации обусловлена тем, что целый ряд исследований в медицине становится невозможно выполнить экспериментальным путем, в то время как метод моделирования является наиболее подходящим для этих целей. Актуальность темы магистерской диссертации объясняется также огромным распространением искусственного интеллекта во всех сферах современной жизни, в результате чего существует острая необходимость разработки дополнительных программных продуктов по совершенствованию работы в этой сфере.
Биологические ткани с точки зрения материаловедения можно отнести к композитным материалам, содержащим твёрдые вещества и жидкости в качестве компонентов. Фундаментальными механическими свойствами, определяющими их функциональность, являются упругость и вязкость. Данная магистерская диссертация посвящена исследованию вязкоупругих свойств биологических тканей. Эти свойства характерны для большинства живых мягких тканей.
Исследованиям вязкоупругих свойств биологических тканей посвящено много работ, одними из которых являются работы [1 и 2]. Однако, несмотря на высокую популяризацию этой темы среди ученых, отсутствуют приложения, которые бы позволяли проводить исследования вязкоупругих свойств биологических тканей в интерактивном режиме.
Таким образом, главной целью магистерской диссертации является разработка программного комплекса для исследования в интерактивном режиме упругих и вязких свойств биологических тканей. Исходя из цели, в данной работе поставлены и решены следующие задачи:
— проведен сравнительный анализ существующих моделей, выбрана модель, способная наиболее полно описать свойства биологических тканей;
— подобрана среда программирования для реализации выбранной модели, разработан интерфейс;
— проведены численные эксперименты;
— произведен анализ релаксационных свойств биологических тканей;
— исследовано влияние внутриклеточных структур на свойства ткани;
— оценена адекватность выбранной модели.
В качестве объекта исследования используется папиллярная мышца, поскольку она является классическим объектом исследования свойств целого сердца, а также, как предполагается, состоит из нескольких упорядоченных миокардиальных пластин.
Предметом исследования в соответствии с задачами исследования выступают вязкоупругие свойства мышечной ткани сердца - миокарда. С точки зрения физиологии миокард обладает уникальными свойствами: на протяжении жизни организма он подвергается постоянным значительным деформациям, сохраняя при этом, наряду с высокой пластичностью адаптационных свойств, стабильность структуры, физиологические и вязкоупругие характеристики.
Теоретическую основу магистерской диссертации составляют труды российских ученых таких как, Берман И.В., Кобелев А.В., Кобелева Р.М., Проценко Ю.Л., Смолюк А.Т. и др.
Для решения поставленных целей и задач использованы следующие методы исследования:
— теоретические: изучение и анализ публикаций, статей и интернет источников;
— эмпирические: сравнение, моделирование, эксперимент;
— методы количественного и качественного анализа экспериментальных данных.
Практическая значимость магистерской диссертации заключается в том, что разработанный комплекс программ дает возможность перехода от экспериментов на живых тканях к компьютерным экспериментам и может быть использован при изучении вязкоупругих характеристик биологических тканей.
Структура магистерской диссертации обусловлена целью, предметом и задачами исследования. Работа включает обозначения и сокращения, введение, пять разделов, заключение, список использованных источников и приложения.
✅ Заключение
Современной медицине известен ряд болезней, о которых уже написано большое количество информации, и один человек не в состоянии в точности изучить, оценить, объяснить и использовать всю имеющуюся информацию при постановке диагноза и лечения в каждом конкретном случае. В таких случаях есть необходимость привлечения математического моделирования - метода, который является одним из самых актуальных направлений научных исследований.
Задачи магистерской диссертации решены в полном объеме, цель достигнута - разработан программный комплекс для исследования в интерактивном режиме упругих и вязких свойств миокарда при заданных нагрузках, создано удобное приложение с графическим интерфейсом пользователя.
При решении задачи была изучена трехмерная модель морфофункциональной единицы миокарда, проведен численный расчет в системе Matlab и их анализ. В нашем исследовании мы выяснили, что модель [1] не дает достоверной картины деформирования миокарда. В связи с этим была построена собственная модель. В процессе построения собственной модели были получены результаты, которые хорошо согласуются с данными [1]. На основании проделанного нами исследования было выяснено, что полученные результаты подтверждают адекватность построенной модели.
Исследование является актуальным в связи с распространением использования математического моделирования в различных сферах, в частности, в биомедицине.
Разработанная программа дает возможность перехода от экспериментов на живых тканях к компьютерным экспериментам. Результаты работы могут быть использованы в учебном процессе при изучении курса «Математическое моделирование», а также при изучении вязкоупругих характеристик биологических тканей в курсе лекций по биомеханике и биофизике в университетах естественнонаучного и медицинского профиля.
Результаты магистерской диссертации доложены на итоговой студенческой конференции КФУ 2019 года [8]. Тезисы приведены в Приложении Б. Также полученные результаты опубликованы в журнале [9]. Копия опубликованного текста в сборнике «Topical areas of fundamental and applied research XIX» приведена в Приложении В. Данный сборник опубликован в США, зарегистрирован в каталоге Books In Print® (крупнейший каталог книг, издающихся в США и Европе).
Задачи магистерской диссертации решены в полном объеме, цель достигнута - разработан программный комплекс для исследования в интерактивном режиме упругих и вязких свойств миокарда при заданных нагрузках, создано удобное приложение с графическим интерфейсом пользователя.
При решении задачи была изучена трехмерная модель морфофункциональной единицы миокарда, проведен численный расчет в системе Matlab и их анализ. В нашем исследовании мы выяснили, что модель [1] не дает достоверной картины деформирования миокарда. В связи с этим была построена собственная модель. В процессе построения собственной модели были получены результаты, которые хорошо согласуются с данными [1]. На основании проделанного нами исследования было выяснено, что полученные результаты подтверждают адекватность построенной модели.
Исследование является актуальным в связи с распространением использования математического моделирования в различных сферах, в частности, в биомедицине.
Разработанная программа дает возможность перехода от экспериментов на живых тканях к компьютерным экспериментам. Результаты работы могут быть использованы в учебном процессе при изучении курса «Математическое моделирование», а также при изучении вязкоупругих характеристик биологических тканей в курсе лекций по биомеханике и биофизике в университетах естественнонаучного и медицинского профиля.
Результаты магистерской диссертации доложены на итоговой студенческой конференции КФУ 2019 года [8]. Тезисы приведены в Приложении Б. Также полученные результаты опубликованы в журнале [9]. Копия опубликованного текста в сборнике «Topical areas of fundamental and applied research XIX» приведена в Приложении В. Данный сборник опубликован в США, зарегистрирован в каталоге Books In Print® (крупнейший каталог книг, издающихся в США и Европе).
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.