OPTYMALIZACJA EKSPERYMENTU IDENTYFIKUJ. MODELE PROCESÓW BIOMEDYCZNYCH Inżynieria biomedyczna

Książka przedstawia wybrane metody modelowania procesów w systemach biomedycznych oraz metody optymalnej identyfikacji modeli. Znaczenie tej tematyki wynika z obserwowanego na świecie rozwoju metod wspomagania diagnostyki medycznej opartych na wynikach modelowania. Aby parametry uzyskane w wyniku identyfikacji modeli miały wartość diagnostyczną, zarówno modele muszą być adekwatne, jak i warunki ich identyfikacji muszą być optymalne. W rozdziale 2 zaprezentowano metodykę modelowania kinetyki substancji. Omówiono kompartmentowe modelowanie struktury wewnętrznej systemu oparte na koncepcji zmiennych stanu oraz modelowanie funkcji regresji z wykorzystaniem funkcji Gamma Variate. W rozdziale 3 przedstawiono zagadnienie optymalizacji eksperymentu biomedycznego ze szczególnym uwzględnieniem optymalizacji sygnału testującego. Metody optymalizacji eksperymentu biomedycznego są zaczerpnięte z obszaru optymalizacji eksperymentu dla systemów inżynierskich. Jednak zastosowanie ich do biosystemów wymaga uwzględnienia specyfiki organizmów żywych i wiąże się z koniecznością nałożenia dodatkowych ograniczeń natury medycznej i etycznej, np. sygnał testujący nie może przyjmować wartości ujemnych, zaś pobudzenie i pomiar nie mogą trwać zbyt długo. Przedstawione zostały pobudzenia optymalne dla kryteriów D, L, A, E i S-optymalności oraz właściwości tych pobudzeń z uwzględnieniem ograniczeń natury medycznej. Aby ocenić wpływ optymalizacji pobudzenia na poprawę dokładności estymat parametrów modeli wyznaczono je (z określoną dokładnością) w warunkach eksperymentu optymalnego. Do estymacji parametrów modeli kompartmentowych na podstawie zaprojektowanych pobudzeń optymalnych wykorzystana została metoda minimalizacji błędów predykcji, przedstawiona w rozdziale 4. Rozdział 5 zawiera wyniki optymalizacji pobudzeń oraz wyniki identyfikacji modeli w warunkach eksperymentu optymalnego, z uwzględnieniem różnych modeli oraz różnych kryteriów optymalizacji. Projektowania pobudzeń optymalnych i identyfikacji parametrów dokonano za pomocą programu OID (ang. Optimal Input Design), w którym zaimplementowane zostały kryteria A, D, E, L i S-optymalności. Rozdział 6 zawiera ocenę dotychczasowych wyników oraz wskazuje kierunki dalszych badań zmierzających do pełnej optymalizacji eksperymentu biomedycznego, oznaczającej równoczesną optymalizację sygnału pobudzającego (testującego) oraz schematu próbkowania (reakcji na ten sygnał).