Цифровые двойники в медицине: критический анализ применимости промышленной парадигмы
https://doi.org/10.25881/18110193_2025_4_16
Аннотация
Статья рассматривает применимость промышленной парадигмы цифровых двойников (ЦД) в медицине. Анализ ключевых определений (ГОСТ, ISO/IEC 30173, DTC) показывает: зрелый цифровой двойник предполагает двустороннее взаимодействие с физическим объектом, тогда как реальные медицинские приложения являются либо цифровыми моделями, либо ограничиваются односторонним мониторингом — так называемой «цифровой тенью».
Прямой перенос промышленных подходов оказывается проблематичным в силу фундаментальных различий между техническими системами и живыми организмами. Речь идет о принципиальной невозможности создания полной модели человека из-за сложности и биологической вариабельности, этической неприемлемости автоматического управления физиологией, а также вычислительной сложности и строгих регуляторных требований.
В статье проанализированы международные и российские проекты, выявлены специфические риски и предложены принципы внедрения. Среди них достаточная точность для конкретной задачи вместо стремления к абсолютной полноте модели, обязательное участие врача в принятии решений, валидация на реальных клинических данных. Сформулирован тезис о том, что медицинские цифровые двойники требуют собственной методологии, и их успех должен измеряться клинической пользой, а не следованием промышленным стандартам.
Об авторах
Я. И. Гулиев
Институт программных систем им. А.К. Айламазяна РАН Российской академии наук
Россия
Россия
к.т.н.
г. Переславль-Залесский
И. Ф. Гулиева
Институт программных систем им. А.К. Айламазяна РАН Российской академии наук
Россия
Россия
г. Переславль-Залесский
Список литературы
1. Grand View Research. Digital Twin Market Size, Share & Trends Analysis Report 2024–2030 [Internet]. 2024. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/digital-twin-market.
2. MarketsandMarkets. Digital Twin Market by Enterprise, Application, Industry and Region – Global Forecast to 2027 [Internet]. 2022. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/digital-twin-market-225269522.html.
3. McKinsey & Company. Digital twins in manufacturing & product development [Internet]. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.mckinsey.com/industries/industrials-and-electronics/our-insights/digital-twins-the-key-to-smart-product-development#/.
4. Grieves M. SME Management Forum Completing the Cycle: Using PLM Information in the Sales and Service Functions. SME Management Forum. October 2002. [Internet]. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.researchgate.net/publication/356192963_SME_Management_Forum_Completing_the_Cycle_Using_PLM_Information_in_the_Sales_and_Service_Functions.
5. National Aeronautics and Space Administration (NASA). Draft Modeling, Simulation, Information Technology & Processing Roadmap: Technology Area 11 (NASA/SP 2010 6105 DRAFT). Washington, DC: NASA Headquarters, 2010. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.researchgate.net/publication/280310295_Modeling_Simulation_Information_Technology_and_Processing_Roadmap.
6. Grieves M, Vickers J. Digital twin: Mitigating unpredictable, undesirable emergent behavior in complex systems. Transdisciplinary Perspectives on Complex Systems: New Findings and Approaches. Cham: Springer, 2017: 85-113. doi: 10.1007/978-3-319-38756-7_4.
7. Tao F, Zhang H, Liu A, Nee AYC. Digital twin in industry: State-of-the-art. IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2019; 15(4): 2405-2415. doi: 10.1109/TII.2018.2873186.
8. Gartner, Inc. Gartner identifies the top 10 strategic technology trends for 2019 [Internet].. 2019. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.gartner.com/en/newsroom/press-releases/2018-10-15-gartner-identifies-the-top-10-strategic-technology-trends-for-2019.
9. IBM Corporation. What is a digital twin? [Internet]. 2020. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.ibm.com/think/topics/digital-twin.
10. ГОСТ Р 57700.37–2021. Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. М.: Росстандарт, 2021. 28 с.
11. Industrial Internet Consortium (IIC). Digital Twins for Industrial Applications: Definition, Business Values, Design Aspects, Standards and Use Cases. Version 1.0. Needham, MA: IIC, 2020. 73 p. [Internet]. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.iiconsortium.org/pdf/IIC_Digital_Twins_Industrial_Apps_White_Paper_2020-02-18.pdf.
12. Digital Twin Consortium (DTC). Digital Twin Consortium Defines Digital Twin. Digital Twin Consortium Blog [Internet]. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.digitaltwinconsortium.org/2020/12/digital-twin-consortium-defines-digital-twin/.
13. Digital Twin Consortium (DTC). The Definition of a Digital Twin (updated) [Internet]. 2025. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.digitaltwinconsortium.org/initiatives/the-definition-of-a-digital-twin/.
14. ISO/IEC 30173:2023. Digital twin – Concepts and terminology. Geneva: International Organization for Standardization, 2023. [Internet]. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.iso.org/standard/81442.html.
15. Kritzinger W, Karner M, Traar G, Henjes J, Sihn W. Digital twin in manufacturing: A categorical literature review and classification. IFAC PapersOnLine. 2018; 51(11): 1016-1022. doi: 10.1016/j.ifacol.2018.08.474.
16. Björnsson B, Borrebaeck C, Elander N, et al. Digital twins to personalize medicine. Genome Medicine. 2019; 14(1): 1-4. doi: 10.1186/s13073-019-0701-3.
17. Venkatesh KP, Raza MM, Kvedar JC. Health digital twins as tools for precision medicine: Considerations for computation, implementation, and regulation. NPJ Digital Medicine. 2022; 5(1): 150. doi: 10.1038/s41746-022-00694-7.
18. MarketsandMarkets. Digital Twins in Healthcare Market by Component (Software, Services), Application (Personalized Medicine, Drug Discovery, Medical Education, Workflow Optimization), End User (Providers, Research & Academia, Payers), and Region Global Forecast to 2030. 2025. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/digital-twins-in-healthcare-market-74014375.html.
19. Research and Markets. Digital Twins in Healthcare Market Report 2025. [Internet]. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.researchandmarkets.com/reports/5953352/digital-twins-in-healthcare-market-report.
20. Dassault Systèmes. Living Heart Project. A Translational Research Initiative to Revolutionize Cardiovascular Science Through Realistic Simulation. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.3ds.com/products-services/simulia/solutions/life-sciences-healthcare/the-living-heart-project/.
21. Baillargeon B, Rebelo N, Fox DD, et al. The Living Heart Project: A robust and integrative simulator for human heart function. European Journal of Mechanics – A/Solids. 2014; 48: 38-47. doi: 10.1016/j.euromechsol.2014.04.001.
22. Marco V, Gordon C, Serge VSJ. The Virtual Physiological Human – a European initiative for in silico human modelling. J Physiol Sci. 2008; 58(7): 441-6. doi: 10.2170/physiolsci.RP009908.
23. The Virtual Physiological Human Institute for Integrative Biomedical Research. VPH Projects List [Internet]. [cited 27.09.2025] Available from: https://www.vph-institute.org/projects.html.
24. Collet C, Onuma Y, Andreini D, et al. Coronary computed tomography angiography for heart team decision-making in multivessel coronary artery disease. European Heart Journal. 2018; 39(41): 3689-3698. doi: 10.1093/eurheartj/ehy581.
25. Научная Россия (информационный портал). Виртуальные клоны: как цифровые двойники пациентов помогают врачам [Internet]. 2023. [cited 27.09.2025] Available from: https://scientificrussia.ru/articles/virtualnye-klony-kak-cifrovye-dvojniki-pacientov-pomogaut-vracam.
26. Научная Россия (информационный портал). Возможности цифровых двойников в медицине обсудили в Академии наук [Internet]. 2021. [cited 27.09.2025] Available from: https://scientificrussia.ru/articles/funktsii-tsifrovyh-dvojnikov-v-meditsine-obsudili-v-akademii-nauk.
27. Сириус Журнал. В «Сириусе» создают цифрового двойника пациента [Internet]. 2024. [cited 27.09.2025] Available from: https://siriusmag.ru/articles/2433-v-siriuse-sozdaut-cifrovoj-dvojnik-pacienta/.
28. Российский научный фонд (РНФ). Разработан цифровой двойник роговицы глаза [Internet]. 2024. [cited 27.09.2025] Available from: https://rscf.ru/news/maths/razrabotan-tsifrovoy-dvoynik-rogovitsy-glaza/.
29. Солодкова Е.Г., Измайлова С.Б., Малюгин Б.Э., Захаров И.Н. и др. Опыт применения математического моделирования для прогноза результата лечения прогрессирующего кератоконуса // Офтальмохирургия. – 2024. – №3. – С.61-73. doi: 10.25276/0235-4160-2024-3-61-73.
30. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Ученые ЛЭТИ разработали цифровой двойник шеи для эффективного планирования операций на щитовидной железе [Интернет]. Режим доступа: https://etu.ru/ru/nauchnaya-i-innovacionnaya-deyatelnost/novosti1/uchenye-leti-razrabotali-cifrovoj-dvojnik-shei-dlya-effektivnogo-planirovaniya-operacij-na-shhitovidnoj-zheleze.
31. Ovsepyan AL, et al. Biomechanical analysis of the cervical spine segment as a method for studying the functional and dynamic anatomy of the human neck. Annals of Anatomy – Anatomischer Anzeiger. 2022; 240: 151856. doi: 10.1016/j.aanat.2021.151856.
32. Крамм М.Н., Безбородова О.Е., Бодин О.Н., Светлов А.В. Цифровой двойник сердца // Измерения. Мониторинг. Управление. Контроль. – 2021. – №1. – С.73-84. doi: 10.21685/2307-5538-2021-1-9.
33. Кобякова О.С., Стародубов В.И., Куракова Н.Г., Цветкова Л.А. Цифровые двойники в здравоохранении: оценка технологических и практических перспектив // Вестник РАМН. – 2021. – №76(5). – С.476-487. doi: 10.15690/vramn1717.
34. Баранов Л.И., Лебедев Г.С., Фомина И.В. Цифровой двойник медицинского назначения. Определение понятия. // Социальные аспекты здоровья населения [сетевое издание]. 2024. – №70(6). – С.5. doi: 10.21045/2071-5021-2024-70-6-5.
35. Сеченовский университет. Сеченовский университет совместно с партнёрами разработал проект национального стандарта цифрового двойника в здравоохранении [Интернет]. 25.10.2024. Режим доступа: https://www.sechenov.ru/pressroom/news/sechenovskiy-universitet-sovmestno-s-partnerami-razrabotal-proekt-natsionalnogo-standarta-tsifrovogo/.
36. Mosqueira-Rey E, Hernández-Pereira E, Alonso-Ríos D, et al. Human-in-the-loop machine learning: a state of the art. Artif Intell Rev. 2023; 56: 3005-3054. doi: 10.1007/s10462-022-10246-w.
37. Bruynseels R, De Sio FS, Van den Hoven J. Digital Twins in Health Care: Ethical Implications of an Emerging Engineering Paradigm. Frontiers in Genetics, 2018. doi: 10.3389/fgene.2018.00031.
38. Fei T, Qinglin Q, Lihui W, A.Y.C. Nee. Digital Twins and Cyber–Physical Systems toward Smart Manufacturing and Industry 4.0: Correlation and Comparison, Engineering. 2019; 5(4): 653-661. doi: 10.1016/j.eng.2019.01.014.
39. Fuller A, Fan Z, Day C, Barlow C. Digital Twin: Enabling Technologies, Challenges and Open Research. IEEE Access, 2020. doi: 10.1109/ACCESS.2020.2998358.
Рецензия
Для цитирования:
Гулиев Я.И., Гулиева И.Ф. Цифровые двойники в медицине: критический анализ применимости промышленной парадигмы. Врач и информационные технологии. 2025;(4):16-27. https://doi.org/10.25881/18110193_2025_4_16
For citation:
Guliev Y.I., Gulieva I.F. Digital twins in medicine: a critical analysis of the applicability of the industrial paradigm. Medical Doctor and Information Technologies. 2025;(4):16-27. (In Russ.) https://doi.org/10.25881/18110193_2025_4_16
Просмотров:
110
Послать статью по эл. почте 