2015
informatika
Molekuláris szintű, vércukordinamikát leíró rendszermodell paraméterbecslése és szabályozási célú analízise
Témavezető:
Dr. Szederkényi Gábor, Dr. Gáspári Zoltán
Dr. Szederkényi Gábor, Dr. Gáspári Zoltán
Összefoglaló
A komplex biológiai folyamatok időbeli viselkedését legalább kvalitatív módon leíró matematikai modellek fontos szerepet játszanak a rendszer működésének megértésében és a szükséges külső beavatkozások (szabályozás) megtervezésében. Sajnos általánosságban elmondható, hogy biológiai rendszerek esetén a dinamikus mérések minősége és mennyisége elmarad a technológiai rendszereknél megszokott lehetőségektől. Emiatt a megfelelően pontos dinamikus modellalkotás lényegesen nehezebb.
Kezdeti lépésként az ún. strukturális identifikálhatóság vizsgálatának feladata annak megállapítása, hogy az adott modellstruktúra esetén a modell ismeretlen paraméterei egyértelműen meghatározhatók-e elméleti szinten. A praktikus identifikálhatóság vizsgálata pedig arra irányul, hogy a megbecsülendő modellparaméterek a gyakorlatban megfelelő minőségben kiszámíthatók-e a mérési adatokból.
Tudományos Diákköri munkámban célkitűzésem volt tanulmányozni – az előzetes irodalomkutatásból választott – vércukor szabályozási rendszermodell (Blood Glucose Control System) strukturális és praktikus identifikálhatóságát, mivel e tulajdonságokat legjobb tudomásom szerint az irodalomban részletesen még nem tanulmányozták.
Eredményeimben azt találtam, hogy a kiválasztott négy lineáris függőségű paraméter strukturális szempontból globálisan (tehát egyértelműen) identifikálható, amely bíztató eredmény a paraméterbecslés gyakorlati kivitelezése szempontjából. Emellett megvizsgáltam a paraméterek időbeli hatását, változásuk jelentőségét a kimenetre nézve, melyet időfüggő érzékenységvizsgálattal végeztem el. Az identifikálhatósági és érzékenységi analízis eredményeinek felhasználásával sikerült az eddigieknél pontosabban reprodukálni a szakirodalomban fellelhető bizonyos kísérleti adatokat. Ezenkívül hozzáfogtam egy, a klinikusok számára alkalmazható, optimális kísérletterv előkészítéséhez, a hatékonyabb paraméterbecslés érdekében.
További céljaim között szerepel az eredményeim részletezése, publikálása, valamint nemlineáris szabályozási sémák megalkotása. Az identifikált modellen tesztelt szabályzó a jövőben hozzájárulhat egy biológiailag releváns, mérnökileg megfelelően szabályozott vércukorszintmérő kifejlesztéséhez.
Kezdeti lépésként az ún. strukturális identifikálhatóság vizsgálatának feladata annak megállapítása, hogy az adott modellstruktúra esetén a modell ismeretlen paraméterei egyértelműen meghatározhatók-e elméleti szinten. A praktikus identifikálhatóság vizsgálata pedig arra irányul, hogy a megbecsülendő modellparaméterek a gyakorlatban megfelelő minőségben kiszámíthatók-e a mérési adatokból.
Tudományos Diákköri munkámban célkitűzésem volt tanulmányozni – az előzetes irodalomkutatásból választott – vércukor szabályozási rendszermodell (Blood Glucose Control System) strukturális és praktikus identifikálhatóságát, mivel e tulajdonságokat legjobb tudomásom szerint az irodalomban részletesen még nem tanulmányozták.
Eredményeimben azt találtam, hogy a kiválasztott négy lineáris függőségű paraméter strukturális szempontból globálisan (tehát egyértelműen) identifikálható, amely bíztató eredmény a paraméterbecslés gyakorlati kivitelezése szempontjából. Emellett megvizsgáltam a paraméterek időbeli hatását, változásuk jelentőségét a kimenetre nézve, melyet időfüggő érzékenységvizsgálattal végeztem el. Az identifikálhatósági és érzékenységi analízis eredményeinek felhasználásával sikerült az eddigieknél pontosabban reprodukálni a szakirodalomban fellelhető bizonyos kísérleti adatokat. Ezenkívül hozzáfogtam egy, a klinikusok számára alkalmazható, optimális kísérletterv előkészítéséhez, a hatékonyabb paraméterbecslés érdekében.
További céljaim között szerepel az eredményeim részletezése, publikálása, valamint nemlineáris szabályozási sémák megalkotása. Az identifikált modellen tesztelt szabályzó a jövőben hozzájárulhat egy biológiailag releváns, mérnökileg megfelelően szabályozott vércukorszintmérő kifejlesztéséhez.
Dr. Szederkényi Gábor
Dr. Gáspári Zoltán