Математики и механики из ПГНИУ создают цифрового двойника человека

Научная группа молодых ученых физико-математического института (ФМИ) ПГНИУ совместно с коллегами из других российских вузов завершила разработки и опубликовала научную статью о создании цифровых двойников человеческих органов. Исследование помогает избежать рисков для жизни человека, используя модель его органов для построения персонального сценария успешного лечения болезней. Исследованиями руководит директор физико-математического института ПГНИУ, доктор физико-математических наук Марина Барулина.

Совместно с коллегами из медицинского университета «Реавиз», Саратовского государственного медицинского университета им. В.И. Разумовского, Областного клинического онкологического диспансера (все три организации – город Саратов) Марина Барулина с аспиранткой ФМИ Татьяной Тимкиной и молодым ученым Ярославом Ивановым исследовали процессы, происходящие в тканях мочевого пузыря под влиянием различных факторов. Они занимались построением сложных математических моделей, которые прогнозируют поведение жизненно-важных органов человека и, по сути, являются их цифровыми копиями.

«При увеличении давления на ткани мочевого пузыря, и сам мочевой пузырь, и окружающие его органы в разные моменты времени при различных внешних и внутренних условиях будут вести себя по-разному. Измеряя деформацию этих объектов с помощью новейших вычислительных технологий, мы создаем и верифицируем модели – цифровые двойники, на которых будут отрабатываться модели успешного лечения человека», – отмечает Марина Барулина.

Создание цифровых моделей органов человека позволяет учитывать особенности их геометрических размеров и прогнозировать возможные патологические изменения у конкретного пациента после внешних и внутренних воздействий. Моделирование также позволяет определить тактику хирургического вмешательства, необходимого для восстановления и сохранения функциональных свойств, и тем самым осуществить предоперационное прогнозирование послеоперационных результатов.

Результатом исследования учёных стала статья «Моделирование напряженно-деформированного состояния наполненного мочевого пузыря человека». Статья опубликована в специальном выпуске «Достижения в области биоинформатики и биомедицинской инженерии» журнала Applied Science (Швейцария). Журнал входит в базы Web of Science и Scopus.

«Все наши проекты доведены до программно-аппаратных или программных комплексов и уже используется в медицине как вспомогательные средства для анализа ситуации и принятия врачебных решений. Также мы завершили проекты с использованием искусственного интеллекта по определению наличия рака молочной железы», – рассказывает директор ФМИ ПГНИУ Марина Барулина.

В Пермском университете отмечают, что высшая и прикладные математика и физика делают возможным решение актуальных задач, являющихся приоритетом для ученых физико-математического института ПГНИУ. В числе перспективных – медицинское приборостроение и имплантология. Совместно с партнёрами учёные физико-математического института ПГНИУ разрабатывают методы искусственного интеллекта для использования в хирургии, реанимации, психиатрии; занимаются разработкой цифровых моделей органов человека; создают программно-аппаратные комплексы для объективации диагнозов и сопровождения пациентов с использованием алгоритмов искусственного интеллекта.

«Биомеханическое моделирование позволяет создавать цифровые двойники органов и систем человека. А значит, принятие решений о методах лечения переходит из области интуиции и опыта отдельного врача в область доказательной медицины. Развитие биомеханики имеет большое значение как для фундаментальной науки, так и для лечебного процесса и, главное, самого пациента», – считает Марина Барулина.

Физико-математический институт