The system for supporting medical decision-making in cardiology based on a digital twin of the cardiovascular system
Authors: Фролов С.В. , Коробов А.А. , Ветров А.Н. 
Published: July 2024

В статье проведен анализ существующих цифровых двойников сердечно-сосудистой системы и систем поддержки принятия врачебных решений в кардиологии. Отмечена низкая степень проработанности или отсутствие в них учета механизмов регуляции кровообращения. Предложена структура новой биотехнической системы, позволяющая формировать рекомендации врачу для принятия решения о лечебных воздействиях для оптимизации функций (индексов) сердечно-сосудистой системы пациента. Приведена постановка и решение задачи оптимизации состояния пациента для системы поддержки принятия врачебных решений. Описана структура биотехнической системы оптимизации состояния пациента с использованием цифрового двойника сердечно-сосудистой системы как виртуальной персонализированной модели системы кровообращения, связанной с пациентом двусторонней информационной связью. Представлена схема элементов биотехнической системы, описывающая пути передачи диагностической информации от пациента к цифровому двойнику сердечно-сосудистой системы. Приведено аппаратное обеспечение для проверки адекватности (валидации), верификации и идентификации цифрового двойника сердечно-сосудистой системы. Рассмотрен пример поиска оптимальных свойств, необходимых для оптимизации индексов функций сердечно-сосудистой системы среднего пациента. Получены текущие и найденные оптимальные значения индексов состояния пациента. Для достижения индексов, обеспечивающих нормализацию состояния пациента, найдены оптимальные значения свойств сердечно-сосудистой системы

The analysis of existing digital counterparts of the cardiovascular system and medical decision support systems in cardiology is carried out. There is a low degree of elaboration or lack of consideration for the mechanisms for regulating blood circulation in them. The structure of a new biotechnical system is proposed, which makes it possible to form recommendations for the doctor as to decide on therapeutic effects in order to optimize the functions (indices) of the patient's cardiovascular system. The problem of optimizing the patient's condition for the medical decision support system is defined and the solution to it is provided. The structure of a biotechnical system for optimizing the patient's condition using a digital twin of the cardiovascular system as a virtual personalized model of the circulatory system connected to the patient by two-way information communication is described. A diagram of the elements of the biotechnical system detailing the ways of transmitting diagnostic information from the patient to the digital twin of the cardiovascular system is presented. The hardware for checking the adequacy (validation), verification and identification of the digital twin of the cardiovascular system is given. An example of the search for optimal properties necessary to optimize the indices of the functions of the cardiovascular system of an average patient is considered. The current and found optimal values of the indices of the patient's condition are obtained. To achieve indices that ensure the normalization of the patient's condition, optimal values of the properties of the cardiovascular system were found.