Simulos – Modellierung und Simulation
Welche Rolle spielen Modellierung und Simulation in der Biomedizinischen Technik? Wie beschreibt man mathematisch ein biologisch-technisches System? Wie geht man bei der Entwicklung von diagnostischen Methoden anhand der erstellten Modelle vor?
Die Anwendung von Modellen und Simulationen in der Biomedizinischen Technik ist unerlässlich. Komplexe biologische Prozesse können mit Modellen beschrieben und mit Hilfe von Simulation weiter untersucht werden. Im Modul Simulos wird zunächst die allgemeine Methodik der Modellierung und Simulation erklärt. Anschließend folgen Praxisbeispiele zur Atmung und Beatmung, zerebralen Autoregulation und Pupillenregelung.
Das Modul „Simulos – Modellierung und Simulation“ liefert dem Technikfachmann den grundlegenden theoretischen Wissensstoff zur Modellierung von biologischen Systemen und zur Modellierung/Simulation der Interaktionen zwischen biologischen System und medizinischen Geräten anhand von anwendungsorientierten Praxisbeispielen.
Ansprechpartner:
PD Dr.-Ing. Ute Morgenstern
Technische Universität Dresden
Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik
Institut für Biomedizinische Technik
ute.morgenstern@tu-dresden.de
Link zum IBMT
Die Inhalte des Moduls beruhen auf den Lehrveranstaltungen „Modelle in der Biomedizinischen Technik“ von Frau PD Dr.-Ing. Ute Morgenstern, Technische Universität Dresden.
Dieses Modul dient dazu, Kenntnisse und Fertigkeiten im Umgang mit Modellen biomedizintechnischer Prozesse sowie die Darstellung der speziellen Problematik von Modellierung und Simulation in der Biomedizinischen Technik zu vermitteln. Dazu werden allgemeine Gesetzmäßigkeiten anhand konkreter Beispiele erläutert und in Beziehung zueinander gesetzt.
Struktur und Funktion biologischer Objekte (Patienten) und technischer Geräte in der Medizin sowie die Wechselwirkung zwischen beiden können in Modellen abgebildet werden. Solche Modelle stellen ein wirkungsvolles Arbeitsmittel in der Biomedizinischen Technik dar, wenn sie bewusst geschaffen und eingesetzt werden – mit klaren Vorstellungen bezüglich Anwendungsziel, Gültigkeitsbereich, Parameterauswahl und Verifikation. Stufen des Modellentwurfs, Veränderbarkeit der Modelle und Aspekte bei der Modellanwendung werden für verschiedene Gebiete diskutiert, z. B. für die respiratorische Diagnostik und Therapie, die Herzschrittmachertechnik, die Bildgebung in der Medizin und die Autoregulation. Das Modul zeigt, wie sich mit Hilfe von Querbezügen innerhalb der Elektrotechnikausbildung die Ingenieurwerkzeuge für Modellierung und Simulation anwenden lassen. Computersimulationen zeigen Modellanwendungen in Forschung und Ausbildung.
Die theoretischen Grundlagen der Modellierung und Simulation werden in drei Praktikums-versuchen (Biologische Regelkreise am Beispiel der Pupillenregelung, Identifikation am Beispiel von Atmung und Beatmung sowie Signalmodelle am Beispiel der zerebralen Autoregulation) vertieft. Das Modul enthält unterschiedliche Programme zu Modellierung und Simulation von Wechselwirkungen zwischen biologischem Objekt (Patienten) und technischen Geräten. Modellierungszweck, Modellart, Umfang und Betrachtungstiefe der Modellierung und Nutzerkreis der Simulationsprogramme (u. a. Matlab / SIMULINK) werden an Beispielen diskutiert.