Vysvětlující modely v lékařské výuce

Created by Jiří Kofránek

Vysvětlující modely (explanatory models) v lékařské výuce

Jiří Kofránek

1. lékařská fakulta UK & Creative Connections s.r.o.

Pochopení souvislostí

Pochopení kauzálních řetězců

Příklad kauzálního diagramu

Příklad kauzálního diagramu

Příklad kauzálního diagramu

Přiklad kauzálního diagramu

Diagramy jsou statické

Řešení - využití modelů

Modely lidské fyziologie v lékařských simulátorech

Modelem řízený lékařský simulátor s figuránou pacienta

Historický kontext: University of Mississippi 1972

Přelomový článek Guytona a Colemana

Tématem byl popis regulace cirkulace

Přílohou k článku bylo rozsáhlé schema

Grafické schéma propojených počítacích prvků

Propojení prvků vyjadřovalo soustavu rovnic

Schéma vyjadřovalo propojení fyziologických subsystémů

Uplatnění modelu ve výuce studentů medicíny

Grafické schema byl jen ilustrativní obrázek. Model byl implementován v jazyce Fortran.

90-tá léta: Matlab/Simulink

Grafické počítací prvky propojované pomocí myši. Už to není jen obrázek, ale skutečná síť, která počítá.

Naše implementace Guytonova modelu v Simulinku. Grafické schema není jen obrázek, ale skutečně počítá.

Naše implementace Guytonova modelu v Simulinku

Počátek tisíciletí: Na rovnicích založený jazyk Modelica

Jádro Guytonova modelu v Simulinku. Struktura modelu vyjadřuje algoritmus výpočtu.

Jádro Guytonova modelu v Modelice. V pozadí ikonek jsou rovnice. Struktura modelu vyjadřuje strukturu modelovaného systému

Model HumMod - University of Mississippi

Naše dlouholetá spolupráce s University of Mississippi

HumMod obsahuje více než 10 000 proměnných

Naše implementace HumModu v Modelice

Tom Coleman, tvůrce HumModu, v Praze u hrobu stvořitele Golema

Srovnání počtu rovnic

Hummod v Modelice má hierarchickou strukturu

Subsystém cirkulace

Subsystém systémové cirkulace

Subsystémy periferní systémové cirkulace

Subsystém splanchnické a jaterní cirkulace

Regulace odporu splanchnické cirkulace

Velké modely ve výuce?

Pochopit jak to pracuje

Pochopení souvislostí propojených fyziologických subsytémů

Simulační hry pro pochopení souvislostí

Princip "ceteris paribus" - pro jednotlivý fyziologický subsystém

Simulační hry pro pochopení souvislostí

Vysvětlující modely pro lékařskou výuku: firemní nebo otevřený (open-source) vývoj?

Firemní vývoj

Komerční simulátor Harvi

https://harvi.online/site/welcome/

harvi.online

Komerční simulátor HumModu: Just Physiology

https://justphysiology.com/

justphysiology.com

Uzavřený firemní vývoj modelů, velké náklady (cca 80%) na marketting

Otevřená vývojářská komunita (open source), důležitost spolupráce akademického a firemního prostředí

Zpětná vazba od uživatelů

Univerzity jsou i zásobárnou tvůrců

CircAdapt (Maastricht University)

CircAdapt.org

https://www.circadapt.org/

CircAdapt - Model

Simulátor

CircAdapt- Simulátor a vývojové prostředí

Biosoukolí - Biogears

Konsorcium Biogears

https://www.biogearsengine.com/

6 univerzit, 1 univerzitní nemocnice a 9 firem

Modely v Biogears

Vývojové nástroje v Biogears: C,C++, Javascript, HTML, TeX

Simulátory v Biogears

Budování komunity uživatelů i tvůrců

Budování komunity kolem CircAdapt

Budování komunity kolem Biogears

Důležité jsou nástroje pro učitele

Nástroje pro učitele v CircAdapt

Nástroje pro učitele v Biogears

Nástroje pro učitele v Biogears

Náš přínos: vyřešení problému jak dostat složitý matematický model do webového prohlížeče

Technologie Bodylight

Podpora týmové spolupráce

Založená na standardech - vytváří a propojuje standadizované webové komponenty

Vygeneruje webovou aplikaci spustitelnou v internetovém prohlížeči

Grafická loutka animovaná modelem na pozadí

Komunikace s modelem na webovém pozadí

QR kód v učebnici odkáže na interaktivní simulační aplikaci

Laboratoř biokybernetiky & Creative Connections

https://www.physiome.cz/apps/Nephron/

https://www.physiome.cz/apps/pvloops/

Projekt eGolem.online

https://egolem.online/demo/#hemo2.md

https://egolem.online/hemodynamics/#index.cs.md

https://egolem.online/ironmetabolism/#iron1intake.md

https://egolem.online/irm/

Nový druh elektronických učebnic

Schola ludus pro 21. století

Kontakt

Příklad webové simulace levé komory