Математичне моделювання в медицині

Трохи осторонь від перерахованих вище напрямків стоять розробки, пов'язані з математичним моделюванням структур і закономірностей функціонування органів та систем організму людини в нормі та патології, а також моделювання діяльності медичного закладу в системі охорони здоров'я.

На основі комп'ютерного моделювання розробляються моделі людського організму, фантоми, призначені для навчання студентів медичних навчальних закладів, які імітують пульс, скорочення м’язів і навіть зміну кольору шкіри у відповідності з проведеними маніпуляціями, введенням ліків тощо.

В хірургії комп’ютер моделює перед операцією функціональну діяльність і взаємодію всіх систем організму з видачею оптимального варіанту наркозу, оперативного втручання, ведення післяопераційного періоду лікування.

Великих успіхів досягли роботи, зв'язані з математичним моделюванням окремих патологічних процесів, наприклад запальних. Перебіг будь-якого запалення визначається безліччю факторів. Наприклад, розмноження інфекційних агентів, їхня взаємодія з імунною системою хворого і т.д. Незважаючи на складність і різнорідність цих факторів, вдалося описати запальний процес за допомогою диференціальних рівнянь. Отримані рівняння виявилися досить складними, тому аналіз цих рівнянь можливий тільки за допомогою ЕОМ.

За допомогою комп'ютера оброблена величезна кількість інформації про поширення важких інфекційних захворювань за останні 100-200 років в різних країнах світу. Машина встановила, що епідемії віспи, туляремії, черевного тифу, коклюшу, дифтерії, холери, чуми, кору, дизентерії, скарлатини мають періодичний характер і повторюються через кожні 10-11 років. Завдяки цьому стало можливим прогнозувати епідемії, вчасно до них готуватись.

Створена потужна модель поширення епідемії грипу, яка враховує населення найбільших міст і економічних районів країни, щоденні переміщення пасажирів по залізничних, авіаційних і автобусних лініях, динаміку перебігу хвороби, видає точний прогноз про ступінь і швидкість поширення епідемії для більшості міст країни. Зрозуміло, немає потреби говорити про переваги такої моделі - тут і своєчасна мобілізація медичного персоналу, і оптимальний розподіл дефіцитних ліків, і підготовка додаткового медичного транспорту.

Важлива перспектива у медичній інформатиці – біоуправління, тобто таке управління роботою спеціальних медичних пристроїв, при якому управляючий сигнал надходить до них з організму людини. Біоелектричний сигнал перетворюється на електричний сигнал. До систем біоуправління відносяться: діагностики (рентгенівський апарат з біоуправлінням, що дозволяє отримати, наприклад, знімок серця у певний момент серцевого циклу), лікування (апарат штучного кровообігу, штучної вентиляції легень з біоуправлінням) та ін.

Принципи будови і функціонування живих систем з метою побудови аналогічних пристроїв досліджує біоніка. В якості прикладу можна назвати так звані нейронні мережі. Вони є ансамблями штучних нейронів і виконуються як у вигляді технічного пристрою, так і у вигляді програми, що реалізує комп’ютерну модель. За допомогою нейронних мереж досліджуються функції нервових клітин, проблеми штучного інтелекту. Велике значення мають роботи по створенню штучних аналізаторів: ока, вуха. Розроблені і застосовуються електронні прилади, що дозволяють розрізняти запахи при мізерній концентрації пахучих речовин.

Зрозуміло, що електронна машина не замінює медика. Вона лише полегшує, робить більш інтелектуальною і продуктивною його нелегку роботу. Але робити остаточні висновки про результати досліджень, лікувати хворого, виконувати операції повинен тільки лікар.