Title
Višeskalni računarski model mišića zasnovan na makromodelu konačnih elemenata i Hakslijevom mikromodelu
Creator
Svičević, Marina, 1985-, 65195017
Copyright date
2020
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
License description
Dozvoljavate samo preuzimanje i distribuciju dela, ako/dok se pravilno naznačava ime autora, bez ikakvih promena dela i bez prava komercijalnog korišćenja dela. Ova licenca je najstroža CC licenca. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/deed.sr_LATN. Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Inventory ID
D-3407
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 22.12.2020.
Other responsibilities
mentor
Stojanović, Boban, 1977-, 9667943
predsednik komisije
Filipović, Nenad, 1970-, 13546343
član komisije
Petković, Marko, 1984-, 7704935
član komisije
Ivanović, Miloš, 1978-, 14773095
član komisije
Kaplarević-Mališić, Ana, 1974-, 4249703
član komisije
Mijailović, Srboljub, 65197577
Academic Expertise
Prirodno-matematičke nauke
Academic Title
-
University
Univerzitet u Kragujevcu
Faculty
Prirodno-matematički fakultet
Alternative title
Multiscale computer muscle model based on finite element macromodel and Huxley's micromodel
: doctoral dissertation
Publisher
[M. R. Svičević]
Format
97 listova
Abstract (sr)
Izučavanje ponašanja mišića na osnovu precizno definisanih računarskih modela
predstavlja jedan od najvećih izazova u oblasti primenjene nauke i inženjerstva.
Promene u strukturalnim i funkcionalnim karakteristikama mišića usled nekih
bolesti ili poremećaja u radu mišića, zahtevaju modelovanje biofizičkih procesa na više prostornih i vremenskih skala. Višeskalni modeli mišića mogu
implementirati različite fenomenološke ili biofizičke modele mišića u okviru
mikroskale. Implementacija fenomenoloških mikromodela doprinosi manjoj
složenosti višeskalnog modela, ali takvi modeli nisu u stanju da precizno predvide
prelazna ponašanja mišića pri neizometrijskim uslovima.
Da bi se poboljšali ovi nedostaci, u okviru disertacije razvijen je višeskalni model
mišića zasnovan na makromodelu konačnih elemenata i Hakslijevom mikromodelu (KEHaksli). Metod konačnih elemenata (MKE) integriše aktivne i pasivne materijalne
karakteristike mišića u mehaniku kontinuuma na makroskali, dok se na mikroskali
koristi modifikovana verzija Hakslijevog modela poprečnih mostova kako bi se
izračunao aktivni napon i trenutna krutost u mišićnim vlaknima. Sva predviđanja
dobijena KE-Haksli višeskalnim modelom su verifikovana poređenjem sa
eksperimentalnim rezultatima i sa rezultatima dobijenim prostorno eksplicitnim
simulacijama molekularnog modela (MUSICO).
Mogućnosti korišćenja KE-Haksli modela u simulacijama složenih mišića,
prikazane su na 2D modelu ljudskog jezika. Takođe, prikazana je upotreba KE-Haksli
modela i u simulacijama određenih bolesti mišića. Zahvaljujući Mexie platformi za
paralelna izvršavanja simulacija višeskalnih modela mišića, računski zahtevne
simulacije KE-Haksli modela se izvode u razumnom vremenskom okviru, što model
čini upotrebljivim za razne istraživačke i kliničke primene.
Authors Key words
modelovanje mišića, višeskalni modeli mišića, metod konačnih elemenata, metod
karakteristika, Hakslijev model, Hilov model, MUSICO, MPI-CUDA računarsko
okruženje, Mexie.
Authors Key words
Abstract:
The study of the muscle behavior based on precisely defined computer models is one of the
greatest challenges in the field of applied science and engineering. Changes in the structural
and functional characteristics of muscles during some diseases or disorders, require modeling
of biophysical processes on several spatial and temporal scales. Multiscale muscle models can
implement different phenomenological or biophysical muscle models within a microscale. The
implementation of phenomenological micromodels contributes to the lower complexity of the
multiscale model, but such models are not able to accurately predict transient muscle behavior
under non-isometric conditions.
To improve these shortcomings, a multiscale muscle model based on the finite element
macromodel and the Huxley micromodel was developed as part of the thesis. The finite element
method (FEM) integrates the active and passive material characteristics of the muscles into a
continuum mechanics on the macroscale, while a modified Huxley’s cross-bridge model is used
to calculate active muscle tension and instantaneous stiffnessin muscle fibers on the microscale.
All predictions generated by the FE-Huxley multiscale model were verified by comparison with
experimental results and with simulation results obtained by spatially explicit molecular model
(MUSICO).
The possibilities of using the FE-Huxley model in simulations of complex muscles are
presented on a 2D model of the human tongue. Also, the use of the FE-Huxley model in
simulations of certain muscle diseases is presented. Thanks to the Mexie platform for parallel
execution simulations of multiscale muscle models, computationally demanding simulations of
the FE-Huxley model are performed in a reasonable time frame, which makes the model usable
for a variety of research and clinical applications.
Classification
004.94:612.74(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
Izučavanje ponašanja mišića na osnovu precizno definisanih računarskih modela
predstavlja jedan od najvećih izazova u oblasti primenjene nauke i inženjerstva.
Promene u strukturalnim i funkcionalnim karakteristikama mišića usled nekih
bolesti ili poremećaja u radu mišića, zahtevaju modelovanje biofizičkih procesa na više prostornih i vremenskih skala. Višeskalni modeli mišića mogu
implementirati različite fenomenološke ili biofizičke modele mišića u okviru
mikroskale. Implementacija fenomenoloških mikromodela doprinosi manjoj
složenosti višeskalnog modela, ali takvi modeli nisu u stanju da precizno predvide
prelazna ponašanja mišića pri neizometrijskim uslovima.
Da bi se poboljšali ovi nedostaci, u okviru disertacije razvijen je višeskalni model
mišića zasnovan na makromodelu konačnih elemenata i Hakslijevom mikromodelu (KEHaksli). Metod konačnih elemenata (MKE) integriše aktivne i pasivne materijalne
karakteristike mišića u mehaniku kontinuuma na makroskali, dok se na mikroskali
koristi modifikovana verzija Hakslijevog modela poprečnih mostova kako bi se
izračunao aktivni napon i trenutna krutost u mišićnim vlaknima. Sva predviđanja
dobijena KE-Haksli višeskalnim modelom su verifikovana poređenjem sa
eksperimentalnim rezultatima i sa rezultatima dobijenim prostorno eksplicitnim
simulacijama molekularnog modela (MUSICO).
Mogućnosti korišćenja KE-Haksli modela u simulacijama složenih mišića,
prikazane su na 2D modelu ljudskog jezika. Takođe, prikazana je upotreba KE-Haksli
modela i u simulacijama određenih bolesti mišića. Zahvaljujući Mexie platformi za
paralelna izvršavanja simulacija višeskalnih modela mišića, računski zahtevne
simulacije KE-Haksli modela se izvode u razumnom vremenskom okviru, što model
čini upotrebljivim za razne istraživačke i kliničke primene.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.