Математическое моделирование в медицине, иммунологии и эпидемиологии

На основную страницу кафедры ВТМГБ.

Математическое моделирование в медицине направлено на изучение физиологических процессов в организме человека в норме и патологии с помощью математических моделей. Возможны как персонализированные, так и осредненные по популяции математические модели. Персонализированные модели используются для диагностики или прогноза результата лечения конкретного пациента, осредненные модели используются для выявления новых взаимосвязей, вытекающих из физических и/или физиологических законов, положенных в основу моделей.

Разработка персонализированных математических моделей имеет смысл только во взаимодействии с клиницистами, выступающими в роли постановщика задач, поставщика данных и интерпретатора результата моделирования. Сотрудники ИВМ РАН тесно сотрудничают с клиницистами Сеченовского Университета (ПМГМУ им. И.М.Сеченова). Примерами актуальных задач, решаемых в ИВМ РАН, являются новые методы неинвазивной диагностики ишемической болезни сердца, оптимизация и прогноз операции по реконструкции аортального клапана, биомеханические модели суставов.

Математическое моделирование в иммунологии направлено на изучение инфекционных (развитие вирусного заболевания) и иммунно-физиологических процессов в организме человека с помощью математических моделей. Примерами актуальных задач, решаемых в ИВМ РАН, являются моделирование различных режимов развития таких социально-значимых вирусных заболеваний как ВИЧ, поиск эффективных управляющих воздействий на инфекционные и иммуно-физиологические процессы для построения эффективных методов терапии.

Математическое моделирование в эпидемиологии направлено на изучение распространения заболеваний в человеческой популяции и управляющие воздействия противоэпидемических мероприятий с помощью математических моделей. Примерами актуальных задач, решаемых в ИВМ РАН, являются модели распространения в России туберкулеза и COVID-19.

В решении этих и других биомедицинских задач принимают активное участие студенты, аспиранты и выпускники кафедр вычислительных технологий и моделирования в геофизике и биоматематике МФТИ, вычислительных технологий и моделирования ВМК МГУ, высшей математики, механики и математического моделирования Сеченовского университета.

В качестве примера конкретных научно-исследовательских работ студентов можно привести следующие темы:

– Моделирование работы сердца и его отдельных элементов >>
– Биомеханическое моделирование плечевого и коленного суставов >>
– Агентное моделирование распространения вирусной инфекции в городских условиях >>
– Математическое моделирование иммунной системы >>

В ИВМ РАН на регулярной основе проводится совместно с Сеченовским Университетом семинар “Математическое моделирование в биологии и медицине” >>

В ИВМ РАН проводятся ежегодные конференции по математическим моделям и численным методам в биологии и медицине

Узнать подробнее о математическом моделировании в медицине, иммунологии и эпидемиологии можно из следующих книг:

	Personalized Computational Hemodynamics. Models, Methods, and Applications for Vascular Surgery and Antitumor Therapy Yu.Vassilevski, M.Olshanskii, S.Simakov, A.Kolobov, A.Danilov Academic Press, 2020, 280 p. Информация о книге.
	«Mathematical Immunology of Virus Infections» G.Bocharov, V.Volpert, B.Ludewig, A.Meyerhans Springer, 2018, 245 p. Информация о книге.
	«Математические модели в иммунологии и эпидемиологии инфекционных заболеваний» А.А.Романюха БИНОМ «Лаборатория знаний», 2011, 293 с. Информация о книге.

О некоторых разработках с участием сотрудников ИВМ РАН в прессе:

Создана математическая модель ВИЧ-терапии «Мы разработали математическую модель, которая позволяет исследовать эффект иммунотерапии антителами, блокирующими активность рецептора PD-L1. С ее помощью мы сможем предсказать клинические результаты такого лечения для пациентов с разными вариантами течения ВИЧ с учетом индивидуальных показателей иммунитета. В результате мы выяснили, что PD-L1-иммунотерапия должна иметь благоприятный эффект для большинства ВИЧ-инфицированных больных», — резюмирует ведущий научный сотрудник Института вычислительной математики имени Г. И. Марчука РАН и профессор Сеченовского университета Геннадий Бочаров. >> Источник: Indicator.

Новый метод поможет поставить стенты в сосудах Как пояснил «Известиям» заведующий лабораторией математического моделирования Сеченовского университета Юрий Василевский, сейчас ФРК измеряется путем введения зонда в коронарные артерии, что травматично для пациента. К тому же это довольно дорого, поэтому данная процедура не входит в ОМС, то есть больной должен оплачивать ее самостоятельно. Российские ученые предложили более дешевый и, главное, безопасный способ. — Мы предлагаем совместить достижения в трехмерной медицинской визуализации — компьютерной томографии с математическим моделированием кровотока для виртуальной оценки ФРК. При этом хирургического вмешательства не потребуется, от пациента будет нужна лишь КТ, — отметил Юрий Василевский. >> Источник: Известия.