← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Expert · Werkboek · 33. Het lichaam als regelsysteem
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
E33. Het lichaam als regelsysteem — werkboek
EExpert · deel E6 · Life sciences en bio-engineering

Werkboek · hoofdstuk 33Het lichaam als regelsysteem

Homeostase begrijpen en meetketens beoordelen zonder een lesmodel voor een mens aan te zien

Je rekent de modellen na, onderzoekt signaalfouten en ontwerpt een begrensde monitor. Alle reeksen zijn synthetisch. Geen opdracht vraagt een menselijk experiment, diagnose, insulinedosis of implantaatinstelling.

4× oefenen5× toepassen5× uitdagen± 530 min0/14 gedaan
BLeven en systemenRRegelen en roboticaLElektriciteit en elektronica
Een demonstratie maakt meetketens zichtbaar; medische betrouwbaarheid vraagt ander bewijs dan een mooie simulatie.
Een demonstratie maakt meetketens zichtbaar; medische betrouwbaarheid vraagt ander bewijs dan een mooie simulatie.
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

Oefenen

één stap, direct toepassen
33.1

De richting van homeostase

Oefenen6Begrijpen25 min
Bekijk het generieke schema. Een glucosestijging verhoogt het insuline-effect, dat glucose verlaagt.
Regelcentrumverwerkt afwijkingEffectorhormoon / spierLichaamstoestandG, T, …Receptorenmeting + vertragingtegenwerking van de afwijkingreferentie / context
Negatief gaat over het teken van de volledige lus. Bij stijgende glucose neemt het insuline-effect toe en werkt de glucoseverandering tegen. Bij warmte regelen neurale en hormonale processen meerdere verschillende effectoren.
  1. a
    Geef de tekens van de twee werkingen en van de gehele lus. Geef een overeenkomstige thermische tegenwerking.
  2. b
    Leg het verschil uit tussen een fysiologische toestand, een sensorwaarde en een diagnose.
33.2

Eenheden en de eerste hormoonstap

Oefenen6Rekenen25 min
Het eigen model gebruikt a = 0,020, b = 0,050, c = 0,040, d = 0,080 in de aangegeven minuut-eenheden. Start g = 3, i = 0, w = 0.
  1. a
    Bereken beide afgeleiden en één gelijktijdige Eulerstap van 1 min.
  2. b
    Leg uit waarom i = 0,12 geen insulinedosis is. Welke eenheid moet b hebben?
  3. c
    Bereken g* en i* bij constant w = 0,06 mmol/(L·min).
33.3

Warmte opslaan is een integraal

Oefenen6Rekenen25 min
Een fictieve eenknoopsmassa heeft C = 210 kJ/K. Extra vermogen is 50 W gedurende 60 min.
  1. a
    Bereken extra energie en de stijging zonder extra verlies. Bereken ook het gemiddelde vermogen van 10 MJ/dag.
  2. b
    Waarom leveren deze getallen geen werkelijke bewonerkerntemperatuur?
33.4

RR en PP betekenen andere intervallen

Oefenen6Rekenen25 min
Elektrische R-tijden zijn 0,50; 1,30; 2,12 s. De drie optische vertragingen zijn 0,20; 0,23; 0,21 s.
  1. a
    Bereken R-R, optische piektijden en P-P. Controleer PP = RR + Δτ.
  2. b
    Bereken de gemiddelde frequentie van de twee intervalreeksen. Welke gevolgtrekking over gezondheid is toegestaan?
Toepassen

Toepassen

meerdere stappen, in een context
33.5

De gesloten hormoondynamiek afleiden

Toepassen7Analyseren35 min
Gebruik en met de eigen vier parameters.
  1. a
    Elimineer i, bereken spoor/determinant en leid de eigenwaarden af.
  2. b
    Controleer de analytische g-oplossing met g(0) en g′(0). Bereken G(20) en G(60).
33.6

Vertraging onderscheiden van ijkfout

Toepassen7Programmeren35 min
Gebruik glucose_lesmodel.py met de derde toestand gₘ en τ = 6 min.
  1. a
    Reproduceer de waarden op 20 min en bereken het metingsverschil. Waarom is het verschil tijdens de daling positief?
  2. b
    Vergelijk met een vaste +0,20 mmol/L-bias. Wat gebeurt er in een constant eindpunt?
33.7

Temperatuurcompensatie en reserve

Toepassen7Analyseren40 min
Gebruik het lesmodel met C = 210 kJ/K, H = 8 W/K, kₚ = 40 W/K, τ = 120 s en u_max = 60 W.
030609012015018037,037,237,437,637,838,0tijd (min)modeltemperatuur (°C)met vertraagde negatieve feedbackzonder extra feedback u
Eén uniforme thermische knoop, vaste H en een begrensde vertraagde compensatie zijn eigen onderwijskeuzen. Beide lijnen blijven modelresultaten; zij voorspellen geen werkelijke kern-, huid- of koortstemperatuur.
  1. a
    Bereken het constante 50 W-evenwicht en de formele verzadigde uitkomst bij 120 W.
  2. b
    Vergelijk op 60 min de geregelde en passieve proef. Verklaar waarom beide onder hun constante evenwicht kunnen liggen.
  3. c
    Noem twee ontbrekende lichaamstoestanden/processen die H en het regelbereik variabel maken.
33.8

Een optische ratio toetsen

Toepassen7Rekenen30 min
Rood: AC = 0,020, DC = 1,000; IR: AC = 0,036, DC = 1,200. De fictieve kalibratie is 105−15R.
  1. a
    Bereken ratio en demo-uitkomst. Herhaal met rood AC = 0,024.
  2. b
    Deel beide AC's door 20. Bereken het getal vóór de kwaliteitstoets en verklaar waarom de code het weigert.
33.9

Een monitorpakket beoordelen

Toepassen7Analyseren35 min
Voor een displayproef geldt een zelfgekozen maximale pakketleeftijd van 10 s. Dit is een informatiecontract, geen klinische alarmdeadline. Bekijk de vijf synthetische records op 08:00:20 UTC+1.
recordtijd UTC+1grootheidwaarde/status
A08:00:15PPG-pulsfrequentie74,7 / kwaliteit geldig
B08:00:02PPG-pulsfrequentie74,7 / kwaliteit geldig
C08:00:18PPG-pulsfrequentie81,5 / beweging
D08:00:19SpO₂-demoNaN / ongeldig
E08:00:18lucht-O₂20,9 % / geldig
  1. a
    Bepaal welke records actueel geldig zijn en welke juist een afzonderlijke status moeten krijgen.
  2. b
    Een programmeur middelt E met een SpO₂-getal en meldt 'gemiddelde zuurstof'. Corrigeer dit meetcontract.
Uitdagen

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren
33.10

Wat is uit alleen G identificeerbaar?

Uitdagen9Onderzoeken45 min
Elimineer i in het lesmodel. Voor w = 0 blijft .
  1. a
    Welke parametercombinaties bepaalt een ideale g-baan? Toon een schaaltransformatie van b, c en i die dezelfde g geeft.
  2. b
    Waarom bewijst de variant c = 0,010 geen insulineresistentie of diagnose? Geef een bruikbare verdere onderzoeksgrens.
33.11

Een ontbrekende of extra piek doorrekenen

Uitdagen9Programmeren50 min
Gebruik synthetisch_ecg_ppg.py. Vergelijk bekende synthetische tijden met de detector.
  1. a
    Verwijder één middelste geselecteerde ECG-piek. Bereken de frequentie opnieuw en leg uit wat met het betreffende RR-interval gebeurt.
  2. b
    Reproduceer de optische extra piek en de bewegingsvlag. Publiceer vóór en na correctie zowel frequentie als kwaliteitsstatus.
  3. c
    Ontwerp een onafhankelijke vergelijking die een gemiddeld correcte maar intervalfoute detector ontdekt.
33.12

Een gemiddelde fout kan een conditie verbergen

Uitdagen9Analyseren40 min
Twee fictieve testcondities hebben elk vier fouten in saturatieprocentpunten: A = [0,5;1,0;0,5;1,0], B = [2,0;3,0;2,0;3,0]. Dit zijn statistiekdata, geen echte personen of huidgroepen.
  1. a
    Bereken bias en RMS per conditie en de gezamenlijke RMS.
  2. b
    Een rapport toont alleen de gezamenlijke RMS. Welke informatie ontbreekt voor een nauwkeurigheidsclaim?
  3. c
    Gebruik het zestienpuntenvoorbeeld uit het handboek om 'RMS≤3 betekent elke fout≤3' te weerleggen.
33.13

Een prothese op functie beoordelen

Uitdagen9Ontwerpen55 min
Een fictieve motorhand moet op een bank een massa van 0,150 kg op 0,060 m kunnen houden. De gebruiker moet beweging en contact kunnen waarnemen; dit is een onderwijsontwerp zonder persoonsgebruik.
GebruikerbewegingsintentieEMG + decoderkwaliteit / limietenMotor + handkracht / positieSensorfeedbackkracht / aanrakingmechanische grenzen
EMG is elektrische spieractiviteit, geen ECG. Deze architectuur toont een mogelijke terugkoppeling; zij specificeert geen implantatie, stimulatieparameter of voor een persoon veilige grijpkracht. Ook zicht kan een feedbackroute vormen.
  1. a
    Bereken het ideale statische koppel. Geef afzonderlijke mechanische, signaal- en gebruikersfunctie-eisen.
  2. b
    Ontwerp een proef met en zonder feedback en drie vooraf vastgelegde uitkomstmaten. Neem een sensoruitvalscenario op.
  3. c
    In de primaire proef steeg SHAP bij S1 van 58 naar 71, significant, en bij S2 van 51 naar 55, niet significant. De feedbackproef kwam steeds als tweede. Schrijf een passende conclusie.
Zo wordt dit beoordeeld
Eisenmechanica, signalen en functie afzonderlijk
Proefvergelijkbare voorwaarden, vooraf uitkomsten
Uitvalbegrensd bankgedrag daadwerkelijk toetsbaar
Conclusietaak/populatie/beperking precies
33.14

Habitat: een informatiecontract voor twee bewoners

Uitdagen9Habitat65 min
Het station krijgt een vrijwillige bewonersmonitor naast de bestaande e14-luchtbewaking. Het voorstel bevat geen behandelpad of implantaatbesturing.
  1. a
    Ontwerp de gegevensstructuur met identiteit/pseudoniem, grootheid, plaats, tijd UTC+1, versie en kwaliteit. Werk een voorbeeldrecord uit.
  2. b
    Maak minstens vier testscenario's voor ouderdom, beweging, identiteit, verkeerde grootheid of netwerkuitval. Formuleer toetsbare verwachte uitkomsten.
  3. c
    Beschrijf toestemming, toegang, bewaartermijn en de conclusie die het prototype werkelijk mag tonen.
Zo wordt dit beoordeeld
Metadatapersoon, grootheid, plaats, tijd, bron en versie
Kwaliteitinvalid/stale/identity apart zichtbaar
Grensgeen lucht/lichaam-menging of implantaatgezag
Mensvrijwilligheid, doel, toegang en bewijsgrens
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet