基于数字孪生的给药剂量评估系统及其应用技术方案

本发明专利技术提供了一种基于数字孪生的给药剂量评估系统及其应用。其中给药剂量评估系统包括给药对象基本信息录入模块、生理药代动力学物理实体数据采集模块、生理药代动力学虚拟实体模块、孪生数据模块、输出模块。本发明专利技术的给药剂量评估系统可以通过、在生理药代动力学虚拟实体模块上先模拟运行，再对给药对象进行首次用药，最大限度保证用药安全。本发明专利技术的给药剂量评估系统可通过生理药代动力学虚拟实体模型虚拟运行得到虚拟药代数据，并将其与患者实际药代数据结合判断用药效果使用药更加准确。此外，本发明专利技术中虚拟实体模块、孪生数据模块可以根据给药对象的数据变换而迭代更新，实现与给药对象的共同生长、演化。演化。演化。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的给药剂量评估系统及其应用


[0001]本专利技术涉及医疗信息化领域，具体涉及一种基于数字孪生的给药剂量评估系统及其应用。

技术介绍

[0002]生理药代动力学模型可以通过数学模型预测的生长和器官成熟程度，建立不同年龄段的虚拟人群。通过药物在健康成人受试者中吸收处置的特征，与建立的虚拟人群相结合，从而可以实现成人至的外推以预测药物在体内的药代动力学特征。近年来，生理药代动力学建模已经作为一种确定最佳用药剂量的先进手段，被用于儿科药物研发中。
[0003]但生理药代动力学模型的结果是一系列模拟过程的整合结果，每个过程的模拟是对现实复杂过程的抽象，因此与真实情况可能还会存在一定误差，这一系列误差会不断累积和放大，最终导致预测结果较实测值相比产生较大偏差。另一方面，生理药代动力学模型针对等特定群体的相关生理参数变异性带来的预测结果的不确定性，还未能找到有效的解决方法。
[0004]数字孪生技术，以数字化的方式建立物理实体的多维、多时空尺度、多学科、多物理量的动态虚拟模型，来仿真和刻画物理实体在真实环境中的属性、行为、规则等。数字孪生体是物理实体全尺寸尺度、全生命周期的映射，二者完全相同且同步运行于物理与数字世界。基于孪生体，可以全寿命跟踪物理实体的实时状态、模拟及预测物理实体在特定环境下的状态，使数字孪生体具有伴随物理实体进化的能力。
[0005]建立生理药代动力学数字孪生模型，并实现虚拟实体与生物实体的完全映射，在动态多维多时空尺度下实现虚拟实体与生物实体的实时同步动态运行和同步演化，将可以大大减小模型的预测误差，还可以针对每一个个体建立个性化的预测结果，用于指导精准用药。

技术实现思路

[0006]现有技术中，采用生理药代动力学模型实现成人至的外推以预测药物在体内的药代动力学特征，容易产生较大误差，且不能有效应对生理参数的变异性。
[0007]本专利技术采用一种生理药代动力学数字孪生模型的建立和应用方法，并提出基于数字孪生模型确定最佳用药剂量的方法。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]本专利技术提供一种基于数字孪生的给药剂量评估系统，所述系统包括以下模块：给药对象基本信息录入模块、生理药代动力学物理实体数据采集模块、生理药代动力学虚拟实体模块、孪生数据模块、输出模块。
[0010]所述孪生数据模块分别与给药对象基本信息录入模块、生理药代动力学物理实体数据采集模块、生理药代动力学虚拟实体模块、输出模块连接。
[0011]所述给药对象基本信息录入模块用于采集给药对象的基本信息，并将该信息传输
给孪生数据模块。其中给药对象基本信息包括识别给药对象的ID信息，以及给药对象的生理学信息，包括年龄、性别、基础疾病信息等。
[0012]所述生理药代动力学物理实体数据采集模块用于采集给药对象的药代动力学数据，并将该数据传输给孪生数据模块。
[0013]所述生理药代动力学虚拟实体模块是对给药对象的数字化模拟，通过模型模拟生成给药对象的药代动力学数据，并将生成的数据传输给孪生数据模块。
[0014]所述孪生数据模块用于对接收的数据进行融合处理，判断是否停药或给出下次用药指导剂量，并将是否停药或下一次用药的指导剂量输出至输出模块。
[0015]当首次用药时，所述给药剂量评估系统通过如下方法实现用药指导剂量输出：
[0016](1)孪生数据模块根据给药对象的基本信息生成给药对象的首次用药剂量，并将该首次用药剂量数据传输给生理药代动力学虚拟实体模块。
[0017](2)虚拟实体模块基于给药对象的基本信息选择或新建与之相适应的虚拟实体模型进行虚拟运算。
[0018](3)孪生数据模块根据生理药代动力学虚拟实体模块虚拟运行产生的数据，评估用药剂量模拟运行的效果，判断是否需要调整剂量，如需调整剂量，则孪生数据模块调整剂量，将该剂量再次发送至生理药代动力学虚拟实体模块重复步骤(2)
‑
步骤(3)，直至无需调整剂量则将首次用药剂量推送至输出模块。
[0019]当非首次用药时，所述给药剂量评估系统通过如下方法实现用药指导剂量输出：
[0020]a.给药对象用药后，生理药代动力学物理实体数据采集模块采集给药对象的药代动力学数据，将采集得到数据传输至孪生数据模块中。
[0021]b.生理药代动力学虚拟实体根据给药对象用药剂量进行虚拟运行，将运行得到的数据传输至孪生数据模块中；
[0022]c.孪生数据模块根据其给药对象药代动力学数据对运行得到的生理药代动力学虚拟实体药代动力学数据校正，并进一步对生理药代动力虚拟实体模块进行校正。
[0023]d.孪生数据模块根据物理实体药代动力学数据和运行得到的生理药代动力学虚拟实体药代动力学数据判断上次用药剂量在给药对象上的用药的效果，如果效果达到预期的药物疗效，或相关生理、生化指标达到必须停止用药的界限，将停止用药指示输出至输出模块，如还需继续用药则输出下一次用药的指导剂量至输出模块。
[0024]本专利技术中，所述孪生数据模块包括：生理药代动力学物理实体数据、生理药代动力学虚拟实体数据、服务数据、知识数据和融合衍生数据子模块。其中由虚拟实体模块通过虚拟运行得到虚拟实体药代动力学数据存储于生理药代动力学虚拟实体数据子模块中，由物理实体数据采集模块采集的物理实体药代动力学数据存储于生理药代动力学物理实体数据子模块中，所述服务数据子模块包含历史数据、统计数据和医疗记录等，尤其包含成人生理药代动力学物理实体数据和虚拟实体数据，所述知识数据子模块包括专家知识、医疗行业标准、诊疗规范、常用算法库，所述融合衍生数据子模块是对上述生理药代动力学物理实体数据、生理药代动力学虚拟实体数据、服务数据、知识数据进行数据处理得到的衍生数据。
[0025]更具体地，本专利技术中，所述孪生数据模块中的所述生理药代动力学物理实体数据子模块是包括存储能体现实体功能、状态以及实体内部组织级、器官级、系统级各部分工作
情况等的数据，这些数据采用传感与检测技术获取，来自对实体的传感数据，包括CT、核磁、心电图、彩超等医疗检测和扫描仪器检测的数据，血常规、尿检、生物酶等生化数据，尤其是药物在血液中的实际浓度；生理药代动力学虚拟实体数据子模块包括机体模型和药物模型虚拟运行产生的各类数据，以及药物模型与机体模型相互关联运行产生的数据，尤其是在物理实体中很难真实传感到的药物在机体靶部位及心、脑、肝、肾等重要脏器的浓度数据；服务数据子模块包含历史数据、统计数据和医疗记录等，尤其包含成人生理药代动力学物理实体数据和虚拟实体数据；知识数据子模块包括专家知识、医疗行业标准、诊疗规范、常用算法库等；融合衍生数据子模块是对上述生理药代动力学物理实体数据、生理药代动力学虚拟实体数据、服务数据、知识数据进行数据转换、预处理、分类、关联、集成、融合等相关处理后得到的衍生数据，采用动态贝叶斯网络和动态数据驱动分析与决策技术(DDDAS技术)等技术，通过融合物理实况数据与多时空关联数据、历史统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的给药剂量评估系统，其特征在于，所述系统包括以下模块：给药对象基本信息录入模块、生理药代动力学物理实体数据采集模块、生理药代动力学虚拟实体模块、孪生数据模块、输出模块；其中孪生数据模块分别与给药对象基本信息录入模块、生理药代动力学物理实体数据采集模块、生理药代动力学虚拟实体模块、输出模块连接；给药对象基本信息录入模块用于采集给药对象的基本信息，并将该信息传输给孪生数据模块；生理药代动力学物理实体数据采集模块用于采集给药对象的药代动力学数据，并将该数据传输给孪生数据模块；生理药代动力学虚拟实体模块是对给药对象的数字化模拟，通过模型模拟生成给药对象的药代动力学数据，并将生成的数据传输给孪生数据模块；所述孪生数据模块用于对接收的数据进行融合处理，判断是否停药或给出下次用药指导剂量，并将是否停药或下一次用药的指导剂量输出至输出模块。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的给药剂量评估系统，其特征在于，对于首次用药，所述给药剂量评估系统通过如下方法实现用药指导剂量输出：(1)孪生数据模块根据给药对象的基本信息生成给药对象的首次用药剂量，并将该首次用药剂量数据传输给生理药代动力学虚拟实体模块；(2)虚拟实体模块基于给药对象的基本信息选择或新建与之相适应的虚拟实体模型进行虚拟运算；(3)孪生数据模块根据生理药代动力学虚拟实体模块虚拟运行产生的数据，评估用药剂量模拟运行的效果，判断是否需要调整剂量，如需调整剂量，则孪生数据模块调整剂量，将该剂量再次发送至生理药代动力学虚拟实体模块重复步骤(2)
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步骤(3)，直至无需调整剂量则将该剂量作为首次用药指导剂量推送至输出模块。3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的给药剂量评估系统，其特征在于，对于非首次用药，所述给药剂量评估系统通过如下方法实现用药指导剂量输出：a.给药对象用药后，生理药代动力学物理实体数据采集模块采集给药对象的药代动力学数据，将采集得到数据传输至孪生数据模块中；b.生理药代动力学虚拟实体根据给药对象用药剂量进行虚拟运行，将运行得到的数据传输至孪生数据模块中；c.孪生数据模块根据其给药对象药代动力学数据对运行得到的生理药代动力学虚拟实体药代动力学数据校正，并进一步对生理药代动力虚拟实体模块进行校正；d.孪生数据模块根据物理实体药代动力学数据和运行得到的生理药代动力学虚拟实体药代动力学数据判断上次用药剂量在给药对象上的用药的效果，如果效果达到预期的药物疗效，或相关生理、生化指标达到必须停止用药的界限，将停止用药指示输出至输出模块，如还需继续用药，则输出下一次用药的指导剂量至输出模块。4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的给药剂量评估系统，其特征在于，所述孪生数据模块包括：生理药代动力学物理实体数据、生理药代动力学虚拟实体数据、服务数据、知识数据和融合衍生数据子模块，其中由生理药代动力学虚拟实体模块通过虚拟运行得到虚拟实体药代动力学数据存储于生理药代动力学虚拟实体数据子模块中，由物理实体数据采集模块采集的物理实体药代动力学数据存储于生理药代动力学物理实体数据子模块中，所述服务数据子模块包含历史数据、统计数据和医疗记录等，尤其包含成人生理药代动力学物理实体数据和虚拟实体数据，所述知识数据子模块包括专家知识、医疗行业标准、诊疗规
范、常用算法库，所述融合衍生数据子模块是对上述生理药代动力学物理实体数据、生理药代动力学虚拟实体数据、服务数据、知识数据进行数据处理得到的衍生数据。5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的给药剂量评估系统，其特征在于，所述生理药代动力学物理实体数据采集模块为给药对象在用药后通过医疗检测设备获得的物理实体的药代动力学数据，所述物理实体药代动力学数据包括血药浓度、...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩继生，古艳婷，孙佼，杜慧洁，
申请(专利权)人：中国航天科工集团七三一医院，
类型：发明
国别省市：