Ứng dụng matlab thiết kế mô hình buồng ứng dụng trong y sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN CHÂU PHƯƠNG TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MATLAB THIẾT KẾ MƠ HÌNH BUỒNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH HỌC Chuyên ngành : Vật Lý Kỹ Thuật Mã số: 604417 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học :TS Huỳnh Quang Linh Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Châu Phương MSHV : 10120668 Ngày, tháng, năm sinh: 07/11/1982 Nơi sinh: Tây Ninh Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật Mã số : 604417 I TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng Matlab Thiết Kế Mơ Hình Buồng Ứng Dụng Trong Y Sinh Học II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát tổng quan ứng dụng mơ hình buồng y sinh học - Khảo sát mơ hình buồng ứng dụng nghiên cứu bệnh tiểu đường - Thiết kế mô mô hình buồng tương tác gluco-insulin MATLAB III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/1/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HUỲNH QUANG LINH Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) LỜI CÁM ƠN Để hồn thành đề tài luận văn thạc sĩ, bên cạnh nỗ lực cố gắng thân cịn có hướng dẫn nhiệt tình quý Thầy Cô, động viên gia đình giúp đỡ bạn bè suốt thời gian học tập nghiên cứu thực luận văn thạc sĩ Tôi xin gởi lời cám ơn chân thành đến Thầy Huỳnh Quang Linh, người hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành luận văn Tơi xin gởi lời cám ơn chân thành đến tồn thể q Thầy Cơ môn khoa Vật Lý Kỹ Thuật – Trường Đại Học Bách Khoa tận tình truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu thực đề tài luận văn Tôi xin gởi lời cám ơn chân thành đến gia đình bạn bè ln động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu thực đề tài luận văn TĨM TẮT LUẬN VĂN Mơ hình phân tích buồng mơ hình tốn học dùng để mơ chuyển hố trao đổi thơng tin, vật chất lượng đối tượng đồng tạo nên hệ thống thơng qua phương trình vi phân thiết lập dựa vào liệu thực nghiệm Mơ hình mang tính phổ qt nên ứng dụng nhiều lĩnh vực dược động học, dịch tễ học, y sinh học, lý thuyết hệ thống, q trình vật lý, chí cơng nghệ thông tin khoa học xã hội Do phát triển nhanh chóng cơng nghệ thơng tin, nhiều phần mềm đời giúp việc phân tích mơ hình ngày trở nên dễ dàng tiết kiệm thời gian cho nhà nghiên cứu Trong luận văn này, tác giả khảo sát tổng quan ứng dụng mơ hình phân tích buồng số ứng dụng y sinh Phần thực hành luận văn định hướng việc khảo sát ứng dụng mơ hình buồng nghiên cứu bệnh tiểu đường Trên sở liệu thực nghiệm, tác giả thiết kế lại mơ hình buồng cho chế tương tác gluco-insulin từ đơn giản đến phức tạp Phần mềm Matlab sử dụng để tính tốn mơ hình cơng cụ giải hệ phương trình vi phân SIMULINK Kết luận văn cung cấp công cụ thích hợp hỗ trợ giảng dạy thực hành ứng dụng mơ hình buồng ứng dụng y sinh ABSTRACT Compartment model is a mathematical utility used to simulate the matter, energy or information conversion or exchange between identical objects to create a system that adopted any appropriate differential equation system derived from experimental data Compartment model has been used in many fields such as pharmacokinetics, epidemiology, biomedical system, system theory, physical processes, and even in information technology and social science Due to the rapid development of computer technology, many specific softwares have been developed to facilitate researchers more easily and timesaving accessing compartment model analysis In this thesis author has made an overview of using compartment model in some biomedical applications The practical session of the thesis deals with the application of compartment model for diabetes research Based of experimental data of references author has redesigned compartment models of glucose-insulin interaction, from simple to more complex models The software MATLAB has been used for simulation and solving mentioned models either by ODE method or by SIMULINK Results of the thesis can be served as an appropriate tool for the training and practice in using compartment model LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc MỤC LỤC Lời Cám Ơn…………………………………………………………………………….4 Tóm Tắt Luận Văn……………………………….…………………………………….5 Lời Cam Đoan ……………………………….………………………………………….7 I Mở đầu - Mục tiêu nhiệm vụ luận văn……………………………….…………… 10 1.1 Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài ……………………………….… 10 1.2 Mục tiêu luận văn ……………………………….……………………… 12 1.3 Nhiệm vụ luận văn ……………………………….……………………….13 II Tổng quan ……………………………….……………………………………… 14 2.1 Tổng quan lý thuyết mơ hình buồng ứng dụng…………………… 14 2.1.1 Điều kiện chung ……………………………….……………… 14 Q trình dịng chảy ……………………………….…… 15 Q trình dịng vào ……………………………….………….15 2.1.2 Sự cân nồng độ ……………………………….……… 16 2.1.3 Phản ứng hóa học ……………………………….……………….16 2.1.4 Mơ hình buồng với điểm cân ………………………16 2.1.5 Sự xây dựng hệ thống buồng chung …………………………… 17 2.2 Một số chương trình phổ dụng mơ hình buồng ……………………… 21 2.2.1 Chương trình Saam II ……………………………………………21 Tập tin nghiên cứu ứng dụng buồng ………………………… 21 Cửa sổ buồng Saam II ………………………………………….21 Chức Saam II mơ hình buồng ………………….21 2.2.2 Chương trình Adapt …………………………………………… 25 Các phương trình mơ hình …………………………………26 Thực mơ hình …………………………………………… 27 Chuẩn bị liệu sử dụng với Adapt …………………….29 Mơ mơ hình buồng …………………………………… 28 Thư viện Adapt …………………………………………………29 III Thực hành thiết kế mơ hình buồng Matlab …………………………………36 3.1 Giới thiệu mơ hình buồng …………………………………… 36 3.1.1 Mơ hình trao đổi gluco Berman …………………………… 37 3.1.2 Mơ hình kết hợp Berman Sherwin ………………………… 39 3.1.3 Mơ hình gluco kết hợp Esben Friis – Jensen ……………… 43 3.1.4 Mơ hình điều khiển đường huyết tự động bệnh tiểu đường 44 3.1.5 Mơ hình hệ thống động học insulin – gluco lợn Goettingen mắc bệnh tiểu đường …………………………………… 48 3.2 Xây dựng số ứng dụng mơ hình buồng bệnh tiểu đường Matlab …………………………………………………………………………52 3.1.1 Mơ hình trao đổi gluco Berman …………………………… 53 3.1.2 Mơ hình kết hợp Berman Sherwin ………………………… 55 3.1.3 Mơ hình gluco kết hợp Esben Friis – Jensen ……………… 56 3.1.4 Mơ hình điều khiển đường huyết tự động bệnh tiểu đường 58 3.1.5 Mơ hình hệ thống động học insulin – gluco lợn Goettingen mắc bệnh tiểu đường …………………………………… 59 3.3 Bàn luận …………………………………… …………………………… 61 IV Kết luận hướng phát triển đề tài ………………………………………… 62 Tài Liệu Tham Khảo ………………………………………………………………… 63 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng1: Mơ hình buồng bản……………………………………………………… 20 Bảng 2: liệu mơ hình SaamII…………………………………… ………………26 Bảng 3: tham số mơ hình SaamII ……………………………………………………26 Bảng 4: Biến, tham số phương trình mơ hình ADAPT……………………………….30 Bảng Thơng tin đầu vào mơ hình ADAPT………………………………………….31 Bảng 6: giá trị tham số cho mơ hình phụ hệ thống động học insulin – gluco lợn Goettingen ……………………………………… …………………………… 53 Bảng 7: tham số cho mơ hình cá nhân hệ thống động học insulin – gluco lợn Goettingen …………………………………… …………………………………… 54 10 Hệ giải hai cửa sổ Cửa sổ thứ nhất: function dy = rigid(t,y) dy = zeros(3,1); dy(1)= -(0.03082 + y(2))*y(1) + 0.03082*92; dy(2)= -0.02093*y(2) +0.00001062*(y(3)-7.3); dy(3)= 0.003349*(y(1)-89.5)*t-0.3*(y(3)-7.3); Cửa sổ thứ hai: options = odeset('RelTol',1e-8,'AbsTol',[1e-8 1e-8 1e-8]); [T,Y] = ode23(@rigid,[0 150],[287 403.4],options); plot(T,Y(:,1),'-',T,Y(:,2),'-.',T,Y(:,3),'.') Mơ hình SIMULINK: -CConstant s Integrator Scope -K- -1 Gain -C- Gain1 Product Constant1 s Integrator1 Scope1 -KGain2 -K.3*7.3 Gain4 Constant2 s Integrator2 Scope2 -.3 -C- Gain3 Constant4 Product1 -89.5 Clock Constant3 56 Giải phương trình mơ hình SIMULINK, kết nhận sau: a b Hình 3.8: Đồ thị mơ hình Bergman a: Đường màu xanh dương thể nồng độ gluco G(t) (mg/dL), đường màu đỏ thể nồng độ insulin I(t) (mU/L) b: nồng độ gluco tài liệu tham khảo Trong đồ thị ta thấy đường biểu thị nồng độ gluco có tương ứng với Các tham số mơ hình, nồng độ insulin máu đo trình thử làm đầu vào cho mơ hình Các tham số chọn mơ hình cho ta độ ảnh hưởng gluco SG = p1 = 0,03082 độ nhạy insulin SI = p3/p2 = 5,07.10 -4 phạm vi bình thường Khi SG giảm nửa phân hủy lượng đường trở nên chậm hơn, SG tăng gấp đôi mức độ phân rã nhanh Khi SI tăng gấp đôi (bằng cách nhân đôi p3 chia đôi p2) giảm nửa tác dụng insulin (p3 giảm nửa tăng gấp đôi p 2) Về độ nhạy insulin cao làm tăng tác dụng hoạt động insulin làm giảm mức gluco nhạy cảm thấp làm giảm tác dụng hoạt động insulin Nhưng có khác biệt việc SI cao p3 cao trái với SI cao p2 thấp 3.2.2 Mơ hình kết hợp Bergman Sherwin [16] Hệ phương trình mơ hình phức tạp gồm phương trình: dành cho gluco phương trình insulin 57 dG ( t )   ( k1  k i3 (t )) G (t )  k  RG ( t ) dt d i1 (t )  a3i1 (t )  a5i2 (t )  a 4i3 (t )  a RI (t ) dt d i2 (t )  a 6i1 (t )  a5i2 (t ) dt d i3 (t )  a1i3 (t )  a 2i1 (t ) dt Các giá trị tham số cho sau a1=L13 a2=L31 a3=L01+L21+L31=0,435 a5=L12 a6=L21 a7=0,47±0,12 L01 = 0,251± 0,041 L12 = 0,394 ± 0,055 L21 = 0,142 ± 0,03 L31 = 0,042 ± 0,011 k1  p1  p3 I b  0,0236 p2 RI(t) = 7,93mU/min k2 = 0,2154.10 -3 a4=L13 L13 = 0,021 ± 0,007 k3  p1Gb  2,57 RG(t) = 100mg/dL/min Tôi sử dụng hàm ode45 Matlab để giải hệ phương trình, hệ giải hai cửa sổ Cửa sổ thứ nhất: function dy = rigid(t,y) dy = zeros(4,1); dy(1)= -(0.0236 + 0.0002154*y(4))*y(1) + 2.57+7.93; dy(2)= -0.435*y(2) +0.394*y(3)+0.021*y(4)+0.47*100; dy(3)= 0.142*y(2)-0.394*y(3); dy(4)= -0.021*y(4)+0.042*y(2); Cửa sổ thứ 2: options = odeset('RelTol',1e-8,'AbsTol',[1e-8 1e-8 1e-8 1e-8]); [T,Y] = ode45(@rigid,[0 300],[80 20 20 20],options); plot(T,Y(:,1),'-',T,Y(:,2),'-.',T,Y(:,3),'.',T,Y(:,4),'o') Mơ hình SIMULINK: 58 -CConstant s Integrator Scope -KGai n -C- Product -K- Constant1 Gai n1 s Integrator1 Scope1 -KGain8 -KGain2 -KGain4 s Integrator2 Scope2 -KGain3 -KGain7 s Integrator3 Scope3 -KGain5 -KGain6 Giải phương trình mơ hình SIMULINK, kết nhận sau: a b 59 Hình 3.9: Đồ thị mơ hình Bergman Sherwin: a Đường màu xanh dương thể nồng độ gluco G(t) (mg/dL) từ phương pháp Matlab, b nồng độ gluco tài liệu tham khảo Trong đồ thị ta thấy đường biểu thị nồng độ gluco có tương ứng với 3.2.3 Mơ hình gluco kết hợp Esben Friis-Jensen [13] Một kết hợp mơ hình tối thiểu với sửa đổi bổ sung Mơ hình gọi mơ hình thay đổi Mơ hình có chứa phương trình vi phân sau đây: dG(t )  ( p1  X (t ))G(t )  p1Gb  D (t ) dt G(0) = G0 dX (t )   p X (t )  p3 ( I (t )  I b ) dt X(0) = dI (t ) U (t )   p I (t )  dt VI I(0) = I0 dD(t )  drate.D(t ) dt dGSC (t ) G (t )  GSC   Rut ln dt D(0) = D0 Gb = 81mg/dL, G(0) = 276, Ib = 15mU/L; p = 0,028735 L/min, -5 GSC(0) = G(0) – 5.Rutln I(0) = 411 p2 = 0,028344 L/min p 3=1,062.10 L/min mU p4 = 0,3 L/min Rutln = 0,74 Drate = 0,05 U(t) giá trị thay đổi từ đến 20 mU/min VI = 12L D(t): chọn từ – 10 mg/dL Tôi sử dụng hàm ode45 Matlab để giải hệ phương trình, hệ giải hai cửa sổ Cửa sổ thứ nhất: function dy = rigid(t,y) dy = zeros(5,1); dy(1)= -(0.028735 + y(2))*y(1) + 0.028735*81+y(4); dy(2)= -0.028344*y(2) +0.00001062*(y(3)-15); dy(3)= -0.3*y(3)+(20/12); dy(4)= -0.05*y(4); dy(5)= (y(1)-y(5))/5-0.74; Cửa sổ thứ 2: options = odeset('RelTol',1e-8,'AbsTol',[1e-8 1e-8 1e-8 1e-8 1e-8]); [T,Y] = ode45(@rigidc,[0 150],[276 411 10 272.3],options); plot(T,Y(:,1),'-',T,Y(:,2),'-.',T,Y(:,3),'.',T,Y(:,4),'o',T,Y(:,5),'*') Mơ hình SIMULINK: 60 s -CConstant2 Integrator Scope -KGain -C- Product Constant1 s Integrator1 Scope1 -KGain2 -KGain4 -C- s Constant3 Integrator2 Scope2 -.3 Gain3 s Integrator3 Scope3 -KGain5 -0.74 s Constant4 Integrator4 Scope4 -.2 Gain1 Gain6 Giải phương trình mơ hình SIMULINK, kết nhận sau: a b 61 c Hình 3.10: Đồ thị mơ hình Esben Friis-Jensen a đường xanh dương biểu thị biến đổi gluco G(t) (mg/dL); đường màu tím nồng độ gluco lớp da GSC(t) (mg/dL), đường màu đỏ biểu thị biến đổi insulin I(t) (mU/L) b đường xanh dương biểu thị biến đổi gluco G(t); đường xanh biểu thị biến đổi insulin I(t) c nồng độ gluco tài liệu tham khảo 3.2.4 Điều khiển đường huyết tự động bệnh tiểu đường [14] Các mơ hình sử dụng luận án kiểu mở rộng mơ hình tối thiểu phát triển Bergman Phương trình mơ hình cho bởi: dI ( t )  [  I ( t )  K i S ( t )] dt T xi I(0) = dX (t )  [ X (t )  I (t )] dt Tm X(0) = dS (t )  [ S (t )  U (t )] dt Ti S(0) = S0 dG (t ) G (t ) Y (t ) G(0) = G0    [ E g (t )  Eb (t )  Er (t )] dt TYG TGY VG dY (t ) G (t ) Y (t )  K YG [  ]  K is X (t )Y (t ) dt TYG TGY Y(0) = 3mmol/L G0 = 6mmol/L S0 = 30mU/min Ti = 9,12 TYG = 11,6 Txi = 108.6 Tm = 147min U(t) = 50 mU/min VG = 9,91L Eg = 10 mmol/min Eb = - 4,35mmol/min TGY = 11,64 Er = 0mmol/L 62 Kis = 111 Ki = 0,0202 KYG = 0,95 Tôi sử dụng hàm ode45 Matlab để giải hệ phương trình, hệ giải hai cửa sổ Cửa sổ thứ nhất: function dy = rigid(t,y) dy = zeros(5,1); dy(1)= (1/108.6)*(-y(1) + 0.0202*y(3)); dy(2)= (1/147)*(-y(2)+y(1)); dy(3)= (1/9.12)*(-y(3)+50); dy(4)= -(y(4)/11.6)+(y(5)/11.64)+(1/9.91)*(10-4.35-0); dy(5)= 0.95*((y(4)/11.6)-(y(5)/11.64))-(111*y(2)*y(5)); Cửa sổ thứ 2: options = odeset('RelTol',1e-8,'AbsTol',[1e-8 1e-8 1e-8 1e-8 1e-8]); [T,Y] = ode45(@rigid,[0 300],[0 30 25],options); plot(T,Y(:,4),'.') Giải phương trình mơ hình, kết nhận sau: a b Hình 3.11: Đồ thị mơ hình điều khiển đường huyết tự động:a đường xanh dương biểu thị biến đổi gluco G(t), b đường xanh dương biểu thị biến đổi gluco G(t) tài liệu tham khảo Quan sát nồng độ gluco hai đồ thị, hình dạng chúng giống Nhưng hình a khơng có nhiều đường cong giống hình b ta chọn giá trị cụ thể hàm tỷ lệ tiêm insulin da 3.2.5 Mơ hình hệ thống động học insulin – gluco lợn Goettingen mắc bệnh tiểu đường [15] Hệ thống động học gluco lấy vào miệng bị ảnh hưởng dày, thời gian vận chuyển đường ruột tỷ lệ hấp thụ máu Do đó, cách tiếp cận mơ hình cho đường tiêu hóa Dalla Man hệ thống ba hàm dQsto,1 dt dQsto, dt  k gri Qsto,1  Doral (t )  k kempt Qsto,2  k gri Qsto,1 Qsto,1(0) = Qsto,2(0) = 63 dQgut Qgut(0) =   k abs Qgut  k kempt Qsto,2 dt dG Div   p1G (t )  X (t )(G (t )  Gb )   D g (t ) dt VG mBW Dg (t )  G(0) = G0 f k abs Qgut VG mBW Nồng độ insulin thể giả định có sẵn hai buồng I(t) (mIU/L) mô tả nồng độ insulin máu X(t) (mIU/L) đại diện cho nồng độ insulin buồng biệt lập: dI sc ,1   ( k d  k a1 ) I sc ,1  U sc ( t ) dt dI sc, dt Isc,2(0) =  k d I sc,1  k a I sc, X(0) = dX (t )   p X (t )  p3 I (t ) dt I(0) = U (t ) dI (t )  nI  iv  U I (t ) dt VI UI  Isc,1(0) = k a1 I sc,1  k a I sc ,2 VI kgri = 0,10151/min kempt = 0,1047 1/min kabs = 0,1015 1/min p1 = 0,00811/min p2 = 0,03411/min p3 = 8,32.10 -5 1/min VG = 0,1788 mBW = 8kg n= 0,2139 1/min ka1 = 0,0082 1/min ka2 = 0,0998 1/min kd = 0,0568 1/min VI = 12L f = 0,9 Doral = 1g gluco + 1g thức ăn/1kg trọng lượng thể = 2g/kg Div,1 = 0,25g gluco /1kg trọng lượng thể = 0,25g/kg Uiv (t) = Usc (t) = 2IU Tôi sử dụng hàm ode45 Matlab để giải hệ phương trình, hệ giải hai cửa sổ Cửa sổ thứ nhất: function dy = rigid(t,y) dy = zeros(8,1); dy(1)= -0.1015*y(1)+2; dy(2)= -0.1047*y(2)+0.1015*y(1); dy(3)= -0.1015*y(3)+0.1047*y(2); dy(4)= -0.081*y(4)y(7)*(y(4)+81)+(0.25/(0.1788*8))+(0.9*0.1015*y(3)/(0.1788*8)); dy(5)= -(0.0568+0.0082)*y(5)+2; dy(6)= 0.0568*y(5)-0.0998*y(6); dy(7)= -0.0341*y(7)+0.0000832*y(8); 64 dy(8)= -0.2139*y(8)+(2/12)+((0.0082*y(5)+0.0998*y(6))/12); Cửa sổ thứ 2: options = odeset('RelTol',1e-8,'AbsTol',[1e-8 1e-8 1e-8 1e-8 1e-8 1e-8 1e-8 1e-8]); [T,Y] = ode45(@rigid,[0 150],[0 0 280 0 0],options); plot(T,Y(:,4),'-',T,Y(:,8),'.') Giải phương trình mơ hình, kết nhận sau: Hình 3.12: Đồ thị mơ hình hệ thống động học insulin – gluco lợn Goettingen: Đồ thị biểu thị nồng độ gluco đầu ( màu xanh dương) G(t)và nồng độ insulin (màu xanh lá) I(t) Trong báo gluco lấy vào miệng đầu vào hệ thống Doral, Insulin dùng cách vào tĩnh mạch hệ thống bao gồm đầu vào Uiv(t), tiêm da đại diện tỷ lệ xuất insulin máu UI(t) Ta thấy đồ thị thể nồng độ gluco đạt có giá trị người bình thường sau quản lý mơ hình Bên cạnh đó, mơ hình cịn mơ lượng gluco vào dày ruột 3.3 BÀN LUẬN Các mơ hình đưa tranh tương đối đầy đủ hệ thống gluco - insulin máu với chế khác Các mơ hình mơ từ đơn giản đến phức tạp (từ buồng đến nhiều buồng) Các mơ hình ước tính thử nghiệm theo tiêu chí khác Ổn định yêu cầu mơ hình cần thiết để thực Về gần thực mơ hình, mơ tả hệ thống gluco - insulin xác 100%, mơ hình tốn học công cụ tốt để đưa hình ảnh gần Sự thành cơng thuật tốn xác định khả để theo dõi đường huyết sử dụng liệu tính tốn chung lâm sàng Mục tiêu lâu dài nghiên cứu phát triển điều khiển tối ưu mà sử dụng phép đo đường huyết mức insulin tiêm truyền qua để tính tốn liều lượng insulin cần thiết Bộ điều khiển phần việc kiểm sốt vịng khép kín gluco - insulin, vậy, để thiết kế thuật toán điều khiển, phát triển mơ hình động học gluco - insulin người bình thường sau mơ chúng Kết mô lưu trữ bảng tra cứu cung cấp liệu ước chừng cho máy bơm 65 insulin cho thể Các mơ hình lập trình đơn giản tính tốn nhanh chóng Matlab, qua việc điều chỉnh thơng số đầu vào thực cách linh hoạt Các mơ hình SIMULINK giúp người nghiên cứu hình dung liên kết vào cách trực quan thay đổi tác động nhanh chóng phù hợp Kết SIMULINK cho mơ hình phức tạp nên khơng trình bày Các kết mô với thông số phù hợp với kết tài liệu cơng bố Điều chứng tỏ sử dụng chương trình MATLAB dùng để mơ mơ hình buồng phù hợp, linh hoạt, đặc biệt đáp ứng cho việc nghiên cứu giảng dạy mơ hình buồng mà khơng thiết phải sử dụng chương trình chuyên dụng khác 66 IV KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Luận văn khảo sát tổng quan mơ hình buồng ứng dụng y sinh áp dụng khảo sát thiết kế mơ hình buồng mơ chức tương tác gluco-insulinbằng chương trình MATLAB Các mơ hình buồng gluco – insulin khai thác tài liệu - Mơ hình đơn giản Berman mơ hình gồm buồng gluco buồng insulin, mơ hình biểu diễn phương trình vi phân - Mơ hình kết hợp Berman Sherwin dựa chứng cho thấy biến insulin hệ thống hàm số mũ, hệ phương trình vi phân gồm phương trình - Mơ hình gluco kết hợp Esben Friis-Jensen sử dụng thấy phản ứng bệnh tiểu đường loại với rối loạn bữa ăn, tiêm insulin thay đổi phân phối insulin, gồm phương trình vi phân - Điều khiển đường huyết tự động bệnh tiểu đường giữ lượng đường máu gần với người không bị tiểu đường, tránh cố hạ đường huyết tăng đường huyết, hệ phương trình vi phân gồm phương trình - Mơ hình hệ thống động học insulin – gluco lợn Goettingen mắc bệnh tiểu đường gồm phương trình vi phân Kết mô MATLAB phù hợp với kết tính tốn thực nghiệm cơng bố tài liệu tương ứng, chứng tỏ khả dụng MATLAB việc nghiên cứu, thiết kế mô tốn mơ hình buồng, đặc biệt sử dụng SIMULINK nâng cao tính trực quan biểu diễn mối liên kết mơ hình buồng Trong hướng phát triển tới, tác giả mong muốn đề xuất quy trình tổng quát sử dụng MATLAB thiết kế mơ hình buồng (thơng qua SIMULINK) không thiết phải xây dựng hệ phương trình vi phân dạng tốn học, tương tự phần mềm chun dụng mơ hình buồng khác 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J.D Enderle, S.M Blanchard, J.D Bronzino Introduction to Biomedical Engineering (2nd edition) Elsevier Academic Press, 2005 [2] R.F Muzic, S Cornelius COMKAT: Compartment Model Kinetic Analysis Tool, J Nucl Med 2001; 42(4):636-45 [3] N Salem et al Quantitative evaluation of 2-deoxy-2[F-18]fluoro-D-glucosepositron emission tomography imaging on the woodchuck model of hepatocellular carcinoma with histological correlatio, Mol Imaging Biol 2007 ;9(3):135-43 [4] Y Zheng, D Johnston, J Berwick, D Chen, S Billings, and J Mayhew Threecompartment model of the hemodynamic response and oxygen delivery to brain NeuroImage 28, 4, 2005, p.925–939 [5] M Baszczak and S Kasicki A single compartment neuron model with activitydependent conductances during NMDA induced activity, Acta Neurobiol Exp (Wars) 2005;65(2):183-90 [6] O E.Kahlaoui, M Rachik, N Yousfi, M Laklalech, O Idrissi Kacemi On the Analysis of a Biological System: Compartment Model Approach Applied Mathematical Sciences 2007, V [7] D Nozaki and S.H Scott Multi-compartment model can explain partial transfer of learning within the same limb between unimanual and bimanual reaching Exp Brain Res 2009 ;194(3):451-63 [8] M Blomhoj, T.H Kjeldsen, and J Ottesen Compartment Models (Notes) NCSU, 2005 http://www4.ncsu.edu/~msolufse/Compartmentmodels.pdf Truy cập 30/07/2012 [9] M Holz, A Fahr Compartment Modeling Advanced Drug Delivery Reviews 48, 2001; 249–264 [10] University of Washington and Epsilon Group Saam II Version 2.1 Basic Tutorial, 2011 http://http://tegvirginia.com/solutions/saam-ii/.Truy cập 30/07/2012 [11] D’Argenio, D.Z., A Schumitzky and X Wang ADAPT User’s Guide: Pharmacokinetic/Pharmacodynamic Systems Analysis Software Biomedical Simulations Resource, USC, 2009 https://bmsr.usc.edu/files/2013/02/ADAPT5-UserGuide.pdf Truy cập 30/07/2012 [12] Y Ramprasad Model based controllers for blood glucose regulation in type I Diabetics Master Thesis, NUS, 2004 [13] E Friis-Jensen Modeling and Simulation of Glucose-Insulin Metabolism IMM Thesis, 2007 [14] M Owren Automatic Blood Glucose Control in Diabetes Master Thesis, Norwegian University of Science and Technology, 2009 [15] K Lunze, T Singh, S Leonhardt Modeling of Glucose-Insulin System Dynamics in Diabetic Goettingen Minipigs Biological and Medical Systems 2012, V.8 [16] C.W Lin Modeling glucose-insulin kinetics and development of type diabetes in offspring of diabetic parents Dissertation, University of Iowa, 2011 68 [17] B.R Hipszer A Type Diabetic Model Thesis, Drexel University, 2001 [18] M Cescon Linear Modeling and Prediction in Diabetes Physiology Department of Automatic Control, Lund University, 2011 [19] P Srinivas et al Closed Loop Model For Glucose Insulin Regulation System Using Labview International Journal of Instrumentation and Control Systems (IJICS)2012, V.2, No.4 69 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Châu Phương Ngày, tháng, năm sinh: 07/11/1982 Nơi sinh: Tây Ninh Địa liên lạc: 07/2 Khu phố phường Thị X ã Tây Ninh QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2000 – 2004 : Cử nhân Khoa học Trường Đại Học Sư Phạm TP.HCM 2010 – nay: Học viên Thạc sĩ Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC 2006 – 2008 : Giáo viên Vật lý Trường THPT Châu Thành, Tây Ninh 2008 – 2009: Giáo viên Vật lý Trường THPT Hòa Bình, TP.HCM 2009 – 2011: Giáo viên Vật lý Trường TH, THCS THPT Quốc Tế Việt Úc, TP HCM 2011 – 2012: Giáo viên Vật lý Trường TC Vạn Tường, TP.HCM Giáo viên Vật lý Trường TCKT Tôn Đức Thắng, TP.HCM 2012 – nay: Giáo viên Vật lý Trường THPT Hoàng Diệu, TP.HCM Giáo viên Vật lý Trường TCKT Tôn Đức Thắng, TP.HCM Giáo viên Vật lý Trường TC Nguyễn Hữu Cảnh, TP.HCM 70 ... Buồng Ứng Dụng Trong Y Sinh Học II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát tổng quan ứng dụng mơ hình buồng y sinh học - Khảo sát mơ hình buồng ứng dụng nghiên cứu bệnh tiểu đường - Thiết kế mô mô hình buồng. .. tài Ứng dụng Matlab Để Thiết Kế Mơ Hình Buồng Ứng Dụng Trong Y Sinh Học, sở nhiệm vụ đề tài đề sau: - Tổng quan lý thuyết mơ hình buồng ứng dụng - Tổng quan phần mềm thiết kế tính tốn mơ hình buồng. .. học viên: Nguyễn Châu Phương MSHV : 10120668 Ng? ?y, tháng, năm sinh: 07/11/1982 Nơi sinh: T? ?y Ninh Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật Mã số : 604417 I TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng Matlab Thiết Kế Mơ Hình Buồng