数字孪生诊疗系统的研究

文章发表于《生物医学工程研究》期刊，2021,40(01):1-7.

全文链接：

https://kns.cnki.net/kcms/detail/37.1413.R.20210325.1800.002.html

引用本文：胡天亮,连宪辉,马德东,马嵩华,孔胜利.数字孪生诊疗系统的研究[J].生物医学工程研究,2021,40(01):1-7.

全文导读

Abstract

现代诊疗系统包含患者、医疗设备、治疗方案三个要素。

在现代诊疗系统三要素作为一个整体，在对患者诊治的过程中，需构建信息化的桥梁，实现信息的统筹管理并对诊断和治疗做出指导。

当前，数据处理技术在一定程度上促进了现代诊疗系统不断地完善与发展。然而目前仍有一些顽固性慢性疾病难以根治，且对一些突发性高致命性疾病的预测预防手段不足。主要体现在：

1）医疗设备层面：

对于诊断类设备而言，在获取患者生理参数的过程中存在滞后性、局部性问题，对于治疗设备而言，在使用的安全性、可靠性和适用性上还存在问题；同时，医疗设备在应用时，需要精准的执行和舒适的人机交互。这些问题最终会影响到治疗方案可靠、准确和安全的实施。

2）治疗方案层面：

由于医护人员对于患者的信息掌握不完备或信息分析不全面，以及治疗经验问题，导致隐性信息呈现不足，对及时地发现病情和精准治疗带来了挑战。同时，在使用治疗设备执行治疗方案过程中，受限于操作者经验和熟练程度，也对治疗方案的精准执行带来了困难。

3）患者层面：

不同患者的体质、病情、病程存在广泛的差异性，影响了特异性指标对检查结论的正确判断和治疗方案的正确制定。

造成以上问题的主要原因可归结为：

1）状态感知系统隐性信息挖掘困难，感知系统“感而不知”；

2）机理模型构建不充分，无法真实、准确、有效地映射诊疗系统生理、病理、诊断、治疗手段内在的机理与相互作用关系；

3）由于缺乏有效的状态感知手段和完备准确的机理模型支撑，导致诊断决策算法不准确、不智能。

针对现代诊疗系统“患者-医疗设备-治疗方案”三要素存在的问题，本文基于数字孪生虚实映射、虚实同步共生的理念，从状态感知、机理模型、智能算法三个技术方面，探讨了数字孪生诊疗系统的构建方法。

本文还对孪生数据、孪生机理模型、智能决策三方面进行了阐述，对数字孪生诊疗系统在临床诊疗、基础医学研究、教育培训和医疗设备研发四方面的应用进行了初步探讨。

下一步将以数字孪生诊疗系统理论为基础，推进临床医疗设备和数字平台的建设