客户机-服务器和基于web的图形用户界面设计Cardiovascular-Respiratory系统的数学模型

文摘

心脏条件的预测可以通过比较和分析的参数转换成数学模型方程。本文旨在提供一个基于web的图形用户界面的设计cardiovascular-respiratory系统的数学模型(ICRSMM)作为一个适当的展示工具。设计系统提供了一种简单的方式记录和存储参数在数据库中。这些参数计算机自动生成的结果在一个图形表示,这是一个有效的方法应用于医药,让医生、护士和其他卫生人员经验丰富的分析和讨论的结果。设计解决方案提供了一个适当的和友好的环境,简化了任务记录结果的图形表示。这给了一个清晰的分析来确定一个人的健康或不健康的cardiovascular-respiratory系统运动。然而,这样一个复杂的设计方案是把口音的考虑这一领域的研究仍需要更多的发现和探索。

1。介绍

任何计算机的作用取决于用户利用,如何操作和与它交互通过图形用户界面(GUI) (1]。设计一个高效、可靠的图形用户界面是一项复杂的任务的软件应用程序编程领域的人机交互(HCI)。任何计算机不实现任何用户界面(UI)。有特定的语言和比喻每个目标系统(2]。因此,图形用户界面是人机交互的一部分,GUI的用户可触,看到的,听到的,说话或控制和直接在GUI。其主要目的是缓解以来的可用性和适应性GUI实现在其他不同类型的设备,如智能手机、打印机、电视机、汽车、飞机、和平板电脑。时的任务变得更多方面为卫生系统和medical-oriented设计GUI解决方案,必须通过列表、传达复杂的数据和函数表,图表和图上可视化用户的利益和在全球范围内。GUI环境允许用户不花更多的时间来计算和分析结果。例如,它用于将方法应用于非线性动力学的研究更好地理解计算模拟在不同的环境中。此外,使用MATLAB运行时,席尔瓦等人阐述了GUI作为动态系统的教具,专注于混沌系统(3]。GUI是一个有用的工具来减轻这样我们可能面临的挑战人类人群灾害、犯罪、恐怖主义、战争和疾病。概述对合适的数学模型系统设计提出了海尔宾et al。4]。

Perez-Medina等人认为,有不同的驱动方式设计GUI (5),但他们中的一些人是基于网络的6]。这就需要先进的GUI编程,和任务不是有时容易7]。因此,gui的设计不是由每个人,和他们的发展是昂贵的。这高开发成本是必需的,如果它是人体系统的GUI实现可视化,特别是设计使用cardiovascular-respiratory系统的数学模型。我们注意到这个系统的数学模型开发了(8- - - - - -10]。然而,使用GUI的评价是一个对象的研究和发现的文献相对较少。事实上,世界正面临着不同的疾病系统每一天,还有增加关注好的管理GUI。

本文的目标是设计一个web界面cardiovascular-respiratory系统数学模型(ICRSMM)。开发这个系统的数学模型在卢旺达上下文(11]。这个设计的用户ICRSMM包括医生、护士和管理人员需要检查cardiovascular-respiratory系统的一些参数的趋势做出适当的,准确的,精确和及时决策基于显示的结果。ICRSMM设计提出了一些指导方针和评论cardiovascular-respiratory系统原型的设计,重点是数值测试和外观结果在身体活动或运动。设计GUI的详细指南,请参考[12,13]。

本文由六个部分组成。部分2介绍了cardiovascular-respiratory系统的数学模型的概述。部分3关注ICRSMM布局。这个部分处理上下文和数据流图,前端和后端,和数据库设计。系统实现的ICRSMM提出了部分4。部分5讨论了测试评价的结果。最后,我们总结部分6。

2。数学模型方程

(中所开发的数学模型11被描述在这一节中2。这个模型由参数决定cardiovascular-respiratory系统。一些参数估计和其他测量。变量和参数如表所示1。参数的估计是在卢旺达使用收集的数据。模型方程制定考虑血流动力学的交流量见图1。在这个图中,交流是由箭头表示。

常数 , , , , ,和和物流功能和的数学模型方程(1应确定)。物流的功能和定义如下: 在哪里表示肺泡通风和的最大增长心率的最大增长,而和支持的最大可持续(承载力)肺泡通风和心率,分别。的值和在进化过程的开始和 。

在接下来的方程, 在哪里在休息和代谢耗氧率吗是在运动中代谢耗氧率。上述方程显示了短时间和所需的能源提供厌氧代谢耗氧量。常数 是这样分钟的短暂的氧气供应总氧的需求。在运动中代谢率的增加氧的完善一直被卡柏和同行(14)由以下关系:与工作量成正比 在哪里的参数特征的物理条件和锻炼人实施工作负载。二氧化碳生产的代谢率是氧的代谢率成正比完善如下: 常数呼吸商是用在哪里 。我们从文学为了用公式输入压力。全身动脉血压( )估计从测量收缩压( )和舒张压( ),如下所示(见[15):

此外,全身静脉血压是制定 在哪里全身血管阻力是设置为常数。让表示潮汐卷,是生理死腔体积,代表的呼吸数/分钟(在BPM:每分钟呼吸),和肺泡通气被定义为

在数字模拟中,我们考虑和是常数。此外,呼吸生理允许发现潮汐卷从肺活量( )这是由(16] 在哪里吸气储备数量和吗吸气储备表示。这些最后的参数取自文献。众所周知,肺活量取决于年龄、身高、和性(17]。因此,以下公式存在这种关系: 肺活量是用在哪里 ,年龄一个和高度, 。 以 ,一个近年来,在 。表2显示的值从文献收集的参数(见[18为细节),而表)3提出了估计的参数值(11]。

3所示。设计和布局

我们关注的可能性安排布局元素在屏幕上的数据并显示在一页阶段。管理显示区域的布局,使用两个主要的和互补的策略(19]:高密度布局和有限的信息布局。首先涉及的表格安排,分层组织,和图表,而第二个注重循序渐进的互动,对需求细节,和禁用/最小化无关的信息。根据这种情况,这两个策略可以占主导地位,但我们应该把它们是准确的。

3.1。上下文和数据流图

ICRSMM设计有两个主要内容:前端和后端一起说明了用户和系统之间的交互。这是背景图所示,有时被称为0级数据流图(见图2)。系统设计背景图是绘制的方式定义并确定清晰的界限的数学模型系统的图形用户界面。这是一个标识符之间的交互设计系统和外部实体。整个系统设计提出了一个过程。其主要关心的是展示容易与用户的交互和系统如何足够友好回应那些希望获得。然而,系统不能适应所有人将试图查看和访问的内容,因为它是为一个定制的目的而设计的。系统将使用由熟练的医生和其他人感兴趣或卫生系统,特别是那些熟悉心血管和呼吸系统与人类相关演习在卢旺达。它将帮助他们在信息收集和安全特性,允许控制和隐私数据记录和收集的研究目的。因此,它需要用户注册为了得到用户名和密码。一旦用户有密码,他将有资格进入系统和输入参数来查看结果。 The system is also designed in a way that it can be controlled by an administrator in charge of viewing the content registered by the users and controlling overall functionalities of the whole system to ensure good continuity.

由于GUI设计是一个有用的工具为医生和其他人cardiovascular-respiratory系统感兴趣,收集所需的安全特性应该允许控制和隐私的数据记录和收集,以便它可以用于研究目的。因此,它需要用户注册用户名和密码。一旦用户有密码,她/他将有资格进入GUI设计进入cardiovascular-respiratory系统表单页面。系统和医学用户的交互图所示3。用例图的图形描述系统的元素之间的交互。用例是系统分析的方法,识别、澄清,并组织系统需求。在这种背景下,“系统”是指一些正在开发或操作,如邮购产品销售和服务的网站。管理员应该管理员工信息(接待员,护士或医生)通过添加,查看员工列表,或/和编辑人员的名字,或者他/她可以从系统中删除一个员工账户。当一个病人去医院,一个接待员可以注册他/她,他/她应该/可以查看现有的病人列表。一个护士应该添加测量身体健康参数如收缩压、舒张压、心率、呼气储备卷(ERV)和吸气储备体积(课)。系统使用这些参数来解决数学模型,并生成图表/数据将被用于一个医生为了解释结果。

3.2。前端和后端

前端是ICRSMM的可见部分允许用户操作和可视化结果。这是一个主页自系统是一个基于web的应用程序。这部分包含系统的一般信息和代表一个点的用户将要求对进入系统进行身份验证,并使用它。例如,管理员应该登录输入数据、记录,或可视化用户的信息。第一个布局登录ICRSMM cardiovascular-respiratory系统的设计基于桌面隐喻是描绘在图4。

ICRSMM页面包含形式,用户必须输入相关参数的计算,将通过后端程序执行,一旦用户点击计算按钮。在这个同一侧,医生应该查看结果一旦计算过程。这个内容还包含程序(数学函数和程序)用于计算参数记录的护士。一旦计算完成,结果发送回前端侧可视化和被用户视为需要cardiovascular-respiratory系统或glucose-insulin系统的结果。后端是无形的,它不是直接由所有用户访问。只有由系统管理员控制,包含数据库保存所有相关信息用户名、密码、参数、常量以及所有类型的设置使cardiovascular-respiratory系统正确运行。

3.3。数据库设计

数据库管理信息系统的核心元素之一。用户的数据库包含的信息(接待员,护士,医生,和管理员)。它还包含病人的名字和测量参数。实体关系图(ERD)这是一个图形表示实体之间的关系如图5。

4所示。系统实现

登录页面便于注册用户输入用户名和密码来认证。截图如图6。

接待员应该欢迎任何客户要求他/她加入他/她的名字和姓到数据库。前台也可以查看现有客户的列表。的设计形式ICRSMM图所示7。

ICRSMM运行,需要测量的参数输入到数据库中。这个任务是由一个护士可以查看客户的列表,然后他/她就可以为他/她选择一个客户想要插入的值。ICRSMM,护士需要的测量心率、身高、年龄、收缩压,舒张压,动脉压力的氧气( ),动脉压的二氧化碳( ),混合静脉血氧浓度降低( ),二氧化碳浓度的增加混合静脉血( )。图8显示了一个护士使用的形式添加在ICRSMM这些测量参数。

设计ICRSMM也选择进入新用户更新/改变现有用户的数据,如用户名和密码和删除任何用户从现有列表。使用ICRSMM,这个任务是由管理员,如图的设计形式9。

一个医生是唯一ICRSMM的用户可以发送客户的记录数据到MATLAB生成结果cardiovascular-respiratory图的系统参数,也就是 , , , , ,和 。这个任务是通过点击计算按钮来执行的。三个客户列表的例子是图所示10。

为了测试ICRSMM,我们使用的数据一个45岁的女人有165厘米的高度。提出了使用数据表4。

正常病人的图在图所示11而图12显示了异常病人的图表。

5。讨论的结果

按照经验数值测试的结果是在医学文献报道。系统性动脉的趋势从100毫米汞柱压力是负65毫米汞柱(见图(11日)),而全身静脉压力增加从2.4毫米汞柱3.1毫米汞柱。这些心血管参数的变化在正常范围,和身体活动发挥作用来解释他们的趋势。此外,没有舒张压的变化,逐步收缩全身动脉血压升高和锻炼(20.]。此外,在运动中,肺部静脉压力的增加,因此,系统性血压经历了一个更合适的增加(21]。这种系统性静脉压力的增加也由于生理血管舒张血管阻力下降,导致在运动。虽然有在开始锻炼,增加血液流动的积极趋势中央静脉压力导致增加心肌泵(22]。因此,系统性静脉压力增加健康受试者(见图11 (b))。

快速积极趋势氧动脉分压最初紧随其后的是一个消极的趋势的运动时间如图11 (c)。这个数字表明,动脉二氧化碳分压降低在演习中(参见图平方11 (d))。此外,增加换气过度呼吸器官的运动导致增加动脉血液中氧气的压力由于换气过度,但当高速率的运动开始,它落23]。不论性别,所有健康受试者接受动脉氧分压下降在体育活动因为肌肉消耗几乎所有可用的氧气以产生能量。因此,动脉二氧化碳分压的负面趋势是由于补偿呼吸的生理现象23]。飞机等人获得相同的结果验证时经皮的装置作为一种新型的方式测量动脉血气在运动(20.]。试验结果表明,身体活动导致混合静脉血液中氧气的浓度下降(见图11 (e)),而混合静脉血液中二氧化碳浓度的增加(11 (e))。这些cardiovascular-respiratory系统的趋势符合生理学。事实上,混血儿是来自右心室的血液通过肺动脉肺。这是一个混合的血液来自上级的一部分身体排水上腔静脉和血液来自下下腔静脉的身体的一部分。它富含二氧化碳,并且缺乏氧气。这是肺气体交换活动的核心,必须呼出二氧化碳和氧气吸入改变肺动脉、肺静脉。

一般来说,数值测试主题展示的高值异常cardiovascular-respiratory系统在练习(见图12(一个)- - - - - -12 (f))。事实上,结果取决于采取的措施中输入用户和ICRSMM作为初始值,需要计算的参数cardiovascular-respiratory系统的数学模型是由常微分方程。

6。结束语

在本文中,作者关注的基于web的图形化用户界面设计cardiovascular-respiratory系统的数学模型。设计图形用户界面使用不同的窗口,提供一种简单的方式记录和恢复参数在数据库中。从设计窗口中,每个用户都需要输入所需的测量数据,应该由医生来生成cardiovascular-respiratory系统的数值结果。评估测试的结果从MATLAB软件包安装在服务器上生成是依照经验报告来验证设计的有效性指导用户界面。因此,生理学家和其他专家在医学上可以使用基于web的图形化用户界面设计测试cardiovascular-respiratory行列式参数系统的趋势。

数据可用性

在这项研究中使用的数据给出的手稿。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者是高负债和彻底感激世界科学院(TWAS)资助这项研究在TWAS研究批准号19 - 220 RG /数学/ AF / AC_G-FR3240310125。

引用

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