[发明专利]基于数字孪生的给药剂量评估系统及其应用

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

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。

本发明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。

本发明的技术方案如下：

本发明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。

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。

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。

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。

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。

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。

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：