Helsinki O2 Pathway Tool : hapensiirtoketjun laskennallinen ja graafinen mallintaminen

Abstract

Elimistön hapenoton muodostavan hapensiirtoketjun osatekijät on tunnettu jo pitkään, mutta yksittäisten osatekijöiden merkittävyyden ja erityisesti osatekijöiden välisten suhteiden ymmärtämisessä on ollut haasteita. Tämän insinöörityön tarkoituksena oli kehittää Peter D. Wagnerin kehittämän mallin mukaisesti hapensiirtoketjua laskennallisesti ja graafisesti mallintava avoimen lähdekoodin työpöytäsovellus, joka auttaisi tutkimaan hapenottoa rajoittavia tekijöitä. Helposti saatavilla olevaa ja kattavaa työkalua mallintamiseen ei ole aikaisemmin toteutettu. Työ toteutettiin yhteistyössä HULA - Helsingin Urheilulääkäriaseman ja Helsingin yliopiston Liikuntalääketieteen yksikön kanssa osana ympäristöfysiologian tutkimus- ja kehitysohjelmaa Environmental Exercise Physiology Program (EP2) sekä MoMaMo!-tutkimusta.

Sovelluksen tuotantoprosessista suoritettiin määrittely-, suunnittelu-, toteutus- ja testausvaiheet. Vaatimusmäärittelyä tehtiin hyödyntäen teemahaastattelun ja ideariihen menetelmiä, joiden pohjalta sovelluksen toimintaa ja käyttöliittymää suunniteltiin käyttötapausten ja havainnekuvien avulla. Toteutuksen jälkeen sovellusta testattiin käytettävyystestissä, jonka suoritti ryhmä tulevia loppukäyttäjiä.

Työn lopputuloksena syntyi pienimmän julkaisukelpoisen version vaatimukset ylittävä Windows-työpöytäsovellus, jolla voidaan mallintaa käsin syötetystä tai tiedostosta sovellukseen luodun tuontityökalun avulla tuodusta datasta hapensiirtoketjua laskennallisesti ja graafisesti. Mallintamisen lisäksi sovellukseen luotiin työkaluja helpottamaan käsiteltävien aineistojen laskennallista tutkimista, keskinäistä laskennallista vertailua sekä graafista tutkimista ja käsittelyä. Mallinnuksen tulokset ovat tallennettavissa kuva- tai taulukkolaskentatiedostoina. Sovellukselle tuotettiin työn aikana myös yksityiskohtaiset käyttöohjeet englanniksi, joka on sovelluksen käyttökieli. Sovellus ja sen lähdekoodi ovat avoimia ja saatavilla vapaasti GitHub-verkkoalustasta.

Työssä tuotettu sovellus täyttää käyttötarkoituksensa mukaiset vaatimukset.

Whole-body oxygen uptake and its components are well known; however, understanding the significance of each individual component and integrated relations between the individual components has been challenging. The goal of this bachelor’s thesis study was to develop an open-source desktop application, which is based on the integrated oxygen pathway model originally developed by Peter D. Wagner and which models oxygen uptake and its components both quantitatively and graphically. An easily available and comprehensive tool based on Wagner’s model has not previously existed. The study was done in collaboration with Helsinki Sports and Exercise Medicine Clinic (HULA) and Department of Sports and Exercise Medicine, Clinicum, University of Helsinki as a part of Environmental Exercise Physiology Program (EP2) and the MoMaMo! study.

The study covered the planning, analysis, design, implementation, and testing phases. Requirement analysis was done by the methods of a theme interview and brainstorming. Designing of the required functionalities and the graphical user interface was done with using test cases and mock-ups. After implementation, the software was tested in usability tests carried out by future users.

The outcome of the study was a Windows application exceeding minimum requirements for such a tool. The application can be used to model oxygen pathway both quantitatively and graphically and utilizes either user input data or data imported from a file with the data importer tool created for the application. In addition to modeling, the tool also contains functionalities to modify and analyze the graphical results. Results of the modeling can be exported as image or spreadsheet files. Detailed user instructions were also produced in English, which is the language used in the tool. The application is open-source software distributed via GitHub online platform.

The developed tool meets the requirements for its intended use.