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PhysioSim – A Full Hard- And Software
Physiological Simulation Environment
Applying A Hybrid Approach Based On
Hierarchical Modeling Using Algebraic and
Differential Systems and Dynamic Bayesian
Networks



Inauguraldissertation
zur Erlangung des akademischen Grades
eines Doktors der Naturwissenschaften
der Universität Mannheim









vorgelegt von

Dipl. Inf. Ciamak Abkai
aus Teheran



Mannheim, 2010







































Dekan: Professor Dr. Felix Freiling, Universität Mannheim
Referent: Professor Dr. Jürgen Hesser, Universität Heidelberg
Korreferent: Professor Dr. Reinhard Männer, Universität Heidelberg

Tag der mündlichen Prüfung: 08.10.2010

hitecture.AbstractsimAulation.systemeforysiologicalphbasisysiologicaltomo,dsuggestedeulateslhologicalingdepandysimtoulationeisthepresenextensibleted.togetherThedummarcaddhareitecturebisisconsid-stronglyeringds,hhes.ardwdareeducationalandvsoftinwextensivaresoftsupppurportvforthereal-timenophvironmenysiologicalicsimIBPulators,wwhicapproachthearereasoning,vineryFimpwortanmonitoring,tysiologicalforosedmedicaltheeducationtheandconriskysiologicalmaandnforagulator,emendelst.toInpconal-traryhtodesignotheraremoaredelingormethogenericds,orksinbthisrealized.wonenorktotheelfoulatorcusincludingis,toeproSaO2videsignalsmaximaltomosignaldelingmoexibilitwithyanalyzedandofextensibilitphyh.inThaismedicalistheprotovidedconceptsonmedicalthehonetohandpsycb3ymethoademonstratinghierarcapplicabilithicalofmoapproacdeliInngtrarynotationphinmoXMLelingandanalysisonols,otheranhandsimbthymoextendinghacurrenetbmethocomdsutedbreytimedynamicwhicstorequirescehasticofsystemhardwmoanddweling.arcDynamicFBathisyoseesianandNetframewwhaorkseaseenwandellAllascompdeterministictssystemleadmoadelingvbphysimsystemsenoft,algebraicaandydierenwhtialheqmuECG,ationsandleadvitaltoinwitionardssoftaaresophisticatedsimenThevironmendelingthesforDBNmedicalfurthermoresiminulation.domainsSppsycecicandsimysiologicalulationswhicofshouldhaemoedynamicstegratedandtophcommonysiologicalforbasedconsideration.pharmourthermorecokineticssystemandusedphar-shomaconewdforyendablendataamwhiccisarearerelatedppherformedandbhologicalyulations.theproprenZusammenfassungucEinimvundollst?ndigest.SystemulationzurebphVysiologiscchenKardioMobdellierungimmerundVSimonulndaVtingoimnh?mowirddernenpr?senSimtiert.yMeilensteineognitivsindysiologischierarczurhiscvheengMo4dellierungbisherigermitSXMLndundNeueInentegrationvvwieonunddeterministis-FculationhenwSystemihrerbf?resctersuchreibungenhdurcbhvSystemedievanongewinnenlinearenhlie?endalgebraiscneuenhenVundtodigezeigthenerenvtiellenVGle-hictriellerhhaftlicungenstemeoerl?utertderzuKesserungompartimenerfatenMethoundMonicSimhpht-deterministiscSystemenhewstovctersuchastiscvheeispielendynamischeheeSystem-askul?renbdieescerfahrenhreibungenhkdurcdeshscKlationenomtbinationertet.verdenonhestatischhenMounndModynamiscbhenehBaf?ryVes'sctehent.Netzen.dasDievSystemarconzeptenhitekturesserungsiehhktPheineeingesetzt,dynamisc-he-Inphtegrationulationenvatienon?pftHardwdieareor-(EmNaculations-Inteileterfaces)indus-unduSoftwissenscwherarey(zus?tzlicundheerfahrenphuysiologiscAns?tzeherMoerbdelle)aufgezeigt.vVor.hDasundSystemdistzuraufdellieruEcundhulationtzeit-Anonwysiologis-endunghenausgelegt,sodaVitalfunktionendieserdenf?rEinzelnendorgestelltieunmedizinischheAnhandAuonsbildungallbb(z.B.esondersdynamiscwicSimhdtigsist.vSSystems)perdeneziellemoHardwVare-aufScN?tzlichneitittstellenEinsatz(IBPSystems,mediziniSaO2,heECG)uwurdenunf?rhdieundEmewulationZus?tzlicvwonBaquasi-eces'schNetzetenez?glicPSimaundtidellierungenoten-Vital-kPenarameterdellen,enetenfallswicmkrelt,Bedeutungdiepheineheexiblorg?ngeeunErwrseiterunghdesAbscmediwirdzSystemiDemonstrationnisconhenKSimzurulatorserbinderVerl?sslicergleiceithonzurysiologie-MoniFr-Ger?tenull-ScaledieSimenfallsulatorenwieerm?glicwirdhen.sehrInmiteinemysiologiscdetailliertenSimStandvderPTtenecerknhniksind.werdenrksUnivMoersitProf.yAndoftheHeidelbdergraicMedicalesianPhAbkysicserGroupProf.-ColinExpUsingerimenDierentialtalBaRadiationwTherapt:yMaUniv2010ersitReviewyJ?rgenofReinhaMannheimProf.ThesistkinsonPhysioSimdeling-AlgebAAndFSystemsullDynamicHayrd-NetAndoSoftApplicanwCiamakaaireyPhysiological31st,SimulationExpEnvironmenttApplyingers:ADr.HybHesserridDr.ApprroachM?nnerBasedDr.OnAHierarchicalDieseEhrenwk?hrtlicheheErkl?orungdenIcStellenhhvinersicFhere,eh?rdedassdieenvalsorliegendeennArbheiteitohnehHilfe?hnlicDritternoundeinerohneorgelegen.BenMaiutzuCiamakng6anderertnommenenalswurdendersolcangegebkenentlicQuellengemacundt.HilfsmittelArbvhatongleicmirerangefertigtderwurde.herDieormauscdenkbPr?fungsbenvutztenMannheim,Quellen31.w2010?rtlichAboaidersinngem??ZitatDanksagungn...icIiwishedwtoseilivhaftlicehlicdelibsolceratelyd,tetoheficroBer?hrungnundtalsontheitlyterdisziplin?rethekessenereinitiallfactshstofheslife,enandgeholfenseevifAnsicIhcouldhnotersplalseaganzrnThoreauwhathitehadArbtoare,teacphh,Asanddiesenot,aufwhenStelleIdencamemirtohdie,hdiscocvoerAufmthatLeistungImithhiedenenaThemendtennotam.livonned...hHenryErfahrungenDaevideThoreauerw(1817-1862)hDreiandhalbscJahrehDissertationszeitraum,oneineDieZeitErfahrungendereinunivArbersit?tspneolitisceit,hendieUmHwPhelzungen,ndinhedenenhologiscicekteht.meinerGelegenheitZugeh?rigkdankbareitResultatzuAndencUnivhersit?tenhenMannheim,en,Heidelbeierg,dderpTt,echnihnis-wissensccDiskussionen,henMeinInformatikeinfac(TI),durcdemterungInstitutenf?rerbringen.Computergest?tztehMedizinvielen(IerscCM)wissenscohenderunddemhKlinikuminMannheimknicDadurchkttemehrcwirklict?glichneuesicsammelnhermeinwPar.ektivObreicwhohleitern,solcMenscheundZeitenWissenmithaftler,GewissheitnacderdemFvorscH.D.h(s.o.).ungGesamnicdie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.........................102.77