建模与仿真及其医学应用.doc

建模与仿真及其医学应用 生物医学工程专业用 概论 ? 面向21世纪教学的信息学与生命科学交叉课程 ? 多学科综合交叉的科学，随着信息技术、系统 技术、计算机技术的发展，建模与仿真已成为分 析、研究和设计各类系统，特别是复杂系统和大 系统的有力工具。 ? 生命系统是最复杂的系统，因此建模和仿真及 其在医学中应用是本世纪生物医学工程专业需要 掌握的基本知识， ? 学习本课程应有相应的数学基础和信号与系统 等基础知识。 本课程内容 1．基础理论部分 2．建模与仿真的MATLAB实现 3．在生命系统中应用的典型范例 本课程 学时，其中： 72 理论讲授 学时 54 实验（建模与仿真的计算机实现） 学时 18 1．基础理论部分 共5章，包括： 第一章（建模与仿真概论） 第二章（系统的数学模型和建模方法） 第四章（连续系统的数字仿真） 第五章（基于实验数据的建模与仿真） 第六章（建模与仿真的校核、验证和确认） 2．建模与仿真的 实现 MATLAB 共包括两章及附录，包括： 第三章（系统建模的MATLAB实现） 第七章（系统仿真的MATLAB实现） 附录（MATLAB基础） 是建模与仿真计算机实现的实际教学环节 在生命系统中的典型应用 ? 单一种群生态系统微分方程模型 ? Hodgkin-Huxley方程， ? 房室模型， ? 基于观测数据的生物系统建模与仿真。 希望通过第三部分的教学，以点带面， 启发学生应用建模与仿真的基本理论和方法， 去研究生命系统的思路和实施路线。 第一章 概论 ? 系统模型的定义、分类 ? 系统仿真的基本概念、基本步骤、分类和 计算机仿真 ? 系统仿真的应用概述 ? 生物医学系统的建模与仿真概述与发展趋势 第二章 系统的数学模型和建模方法 ? 数学模型的分类 ? 数学模型建模基本方法： ? 建模过程的信息源、建模方法、过程、模型可信度 ? 连续系统模型：连续时间模型和离散时间模型 ? 离散事件模型概论 ? 数学模型之间的转换 （重点为：外部模型到内部模型的转换） ? 外部模型转换为内部模型的最小实现问题简介 第三章 系统建模的MATLAB实现 ? 学习和掌握MATLAB基本知识 ? 掌握数学模型的MATLAB基本实现： 时域模型、状态空间模型和零极点模型 ? 掌握MATLAB实现系统的转换、连接 ? 了解模型降阶及其MATLAB实现 第四章 连续系统的数字仿真 ? 数值积分法原理和数值积分法的选择原则 ? 离散相似法 ? 数值积分法和离散相似法在仿真中的应用 ? 两种方法应用范围和讨论 第五章 基于实验数据的建模与仿真 ? 实验数据建模与仿真概念 ? 模型参数估计 ? 最小二乘法 ? 线性回归数学模型 ? 非线性回归模型 ? 实验内容： 应用实验数据 1、应用最小二乘法进行模型参数估计， 进行多项式拟合的Matlab实现 2、建立回归模型，对所建模型进行回归分析 。 第四章 建模与仿真的校核、验证与确认 ? VVA技术的基本概念、过程 ? 模型校核：系统仿真误差源校核、程序校核。 ? 模型验证：谱分析法、置信区间法、 假设检验法、动态关联分析法 ? 仿真模型的确认：一般观点、确认的步骤 ? 系统仿真结果统计分析： 蒙特卡洛法、CADFT法思路 第七章 系统仿真的MATLAB实现 ? 学习计算机仿真的步骤。 ? 数值积分法的MATLAB实现和基于数值积分法的 连续系统的数字仿真。 ? 基于离散相似法的连续系统仿真。 ? SIMULINK动态仿真： SIMULINK窗口及模型库、系统框图模型的建立、 系统仿真运行、仿真结果输出、子系统创建及 封装。 第八章 生命系统建模与仿真的典型范例 ? 通过四类生命系统建模与仿真的范例， 学习对生命系统建模和仿真的思路 以及解决实际问题的基本方法。 ? 着重学习的是“方法论”， 而不仅仅是对某些具体问题的建模和仿真。 ? H-H方程和房室模型是要重点掌握的两类模型 第八章 教学内容 ? 单一种群生态微分方程模型： Malthusian方程和 Logistic方程。 ? 电神经生理数学模型—Hodgkin-Huxley方程： 神经细胞兴奋和兴奋传递的数学描述、 Hodgkin-Huxley模型的等效电路图、 Hodgkin-Huxley方程的电导测定、 Hodgkin-Huxley方程的成功应用和重大意义。 ? 房室模型的建模与仿真： 房室模型简介、建立房室系统模型的基本原则、房室模型 建模实例。 ? 基于生物系统观测数据的建模与仿真、系统辨识。 谢谢大家