TY - JOUR

T1 - Виртуальные клинические испытания в современной ядерной медицине: разработки передовых технологий на основе цифровых двойников пациентов и сканеров

AU - Денисова, Наталья Васильевна

N1 - Денисова, Н. В. Виртуальные клинические испытания в современной ядерной медицине: разработки передовых технологий на основе цифровых двойников пациентов и сканеров / Н. В. Денисова // Медицинская физика. – 2025. – № 4. – С. 35-61. – DOI 10.52775/1810-200X-2025-108-4-35-61. – EDN SNWSGE. Работа выполнена в рамках государственного задания ИТПМ СО РАН (номер гос. регистрации: 124021400036-7).

PY - 2025

Y1 - 2025

N2 - Цель: В области ядерной медицины существуют жесткие ограничения на клинические испытания in vivo, связанные с этическими и нормативными стандартами из-за лучевой нагрузки, а также их высокой стоимостью. Эффективной альтернативной методологией являются математические имитационные исследования in silico. Математическая модель пациента может быть безопасно испытана в различных условиях, а компьютерные эксперименты могут проводиться без ограничений с разными сценариями. В англоязычной литературе исследования с использованием математических моделей пациентов называются Virtual Clinical Trials - "Виртуальные клинические испытания". В данной статье выполнен анализ современного состояния исследований на основе виртуальных испытаний в области ядерной медицины с особым акцентом на визуализацию методом однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ). Материал и методы: Метод виртуальных испытаний основан на разработке математических моделей пациентов и сканеров, программных кодов реконструкции изображений и прогностическом расчете поглощенных доз при радионуклидной терапии. Усилиями нескольких научных групп в мире достигнуты большие успехи в создании анатомических человеческих моделей (фантомов) и технологий визуализации ОФЭКТ и ПЭТ. Однако в области ядерной медицины необходимы персонализированные модели, которые являются специфичными для конкретного пациента и часто вообще не совпадают с его анатомическим строением. Методология создания таких пациент-специфических фантомов - цифровых двойников реальных пациентов - разработана в Лаборатории моделирования в ядерной медицине Новосибирского государственного университета и Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича. При моделировании сканеров ОФЭКТ и ПЭТ и расчете поглощенных доз золотым стандартом является метод Монте-Карло. Разработки цифровых двойников сканеров представлены несколькими программными кодами, созданными в научных группах США, Европейского союза и России (SIMIND, GATE, PENELOPE, MCNP, SimSET, NMSim Toolkit). Еще одно направление виртуальных испытаний - виртуальное лечение цифрового двойника онкологического пациента, направленное на оптимизацию и прогностическую оценку эффективности радионуклидной терапии, активно развивается.Результаты: За прошедшие четверть века виртуальные испытания внесли большой вклад в оптимизацию технологий визуализации ОФЭКТ и ПЭТ. Произошли революционные изменения и в самой методологии виртуальных испытаний. Пройден путь от геометрических примитивов к цифровым двойникам реальных пациентов. В моделировании сканеров аналитические детерминированные модели переноса гамма-излучения заменены на имитационное статистическое моделирование методом Монте-Карло с получением данных, адекватных клиническим измерениям. В настоящее время главными задачами, стоящими перед ядерной медициной, являются точная количественная диагностика методами ОФЭКТ и ПЭТ, точная персонализированная дозиметрия при радионуклидной терапии и разработка новых эффективных радиофармпрепаратов. Виртуальные испытания направлены на решение этих проблем.Заключение: Виртуальные компьютерные испытания и интеграция виртуальной реальности в клинические исследования - это современная платформа исследований в области ядерной медицины. Можно ожидать, что в ближайшие годы виртуальная реальность станет играть решающую роль в персонализированном ведении пациентов в клинических отделах ядерной медицины, как это уже делается при планировании лучевой терапии и при подготовке к сложным хирургическим операциям.

AB - Цель: В области ядерной медицины существуют жесткие ограничения на клинические испытания in vivo, связанные с этическими и нормативными стандартами из-за лучевой нагрузки, а также их высокой стоимостью. Эффективной альтернативной методологией являются математические имитационные исследования in silico. Математическая модель пациента может быть безопасно испытана в различных условиях, а компьютерные эксперименты могут проводиться без ограничений с разными сценариями. В англоязычной литературе исследования с использованием математических моделей пациентов называются Virtual Clinical Trials - "Виртуальные клинические испытания". В данной статье выполнен анализ современного состояния исследований на основе виртуальных испытаний в области ядерной медицины с особым акцентом на визуализацию методом однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ). Материал и методы: Метод виртуальных испытаний основан на разработке математических моделей пациентов и сканеров, программных кодов реконструкции изображений и прогностическом расчете поглощенных доз при радионуклидной терапии. Усилиями нескольких научных групп в мире достигнуты большие успехи в создании анатомических человеческих моделей (фантомов) и технологий визуализации ОФЭКТ и ПЭТ. Однако в области ядерной медицины необходимы персонализированные модели, которые являются специфичными для конкретного пациента и часто вообще не совпадают с его анатомическим строением. Методология создания таких пациент-специфических фантомов - цифровых двойников реальных пациентов - разработана в Лаборатории моделирования в ядерной медицине Новосибирского государственного университета и Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича. При моделировании сканеров ОФЭКТ и ПЭТ и расчете поглощенных доз золотым стандартом является метод Монте-Карло. Разработки цифровых двойников сканеров представлены несколькими программными кодами, созданными в научных группах США, Европейского союза и России (SIMIND, GATE, PENELOPE, MCNP, SimSET, NMSim Toolkit). Еще одно направление виртуальных испытаний - виртуальное лечение цифрового двойника онкологического пациента, направленное на оптимизацию и прогностическую оценку эффективности радионуклидной терапии, активно развивается.Результаты: За прошедшие четверть века виртуальные испытания внесли большой вклад в оптимизацию технологий визуализации ОФЭКТ и ПЭТ. Произошли революционные изменения и в самой методологии виртуальных испытаний. Пройден путь от геометрических примитивов к цифровым двойникам реальных пациентов. В моделировании сканеров аналитические детерминированные модели переноса гамма-излучения заменены на имитационное статистическое моделирование методом Монте-Карло с получением данных, адекватных клиническим измерениям. В настоящее время главными задачами, стоящими перед ядерной медициной, являются точная количественная диагностика методами ОФЭКТ и ПЭТ, точная персонализированная дозиметрия при радионуклидной терапии и разработка новых эффективных радиофармпрепаратов. Виртуальные испытания направлены на решение этих проблем.Заключение: Виртуальные компьютерные испытания и интеграция виртуальной реальности в клинические исследования - это современная платформа исследований в области ядерной медицины. Можно ожидать, что в ближайшие годы виртуальная реальность станет играть решающую роль в персонализированном ведении пациентов в клинических отделах ядерной медицины, как это уже делается при планировании лучевой терапии и при подготовке к сложным хирургическим операциям.

KW - ЯДЕРНАЯ МЕДИЦИНА

KW - ВИРТУАЛЬНЫЕ КЛИНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ

KW - ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ

KW - ОФЭКТ/КТ

KW - ПЭТ/КТ

KW - ИМИТАЦИОННОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

UR - https://www.elibrary.ru/item.asp?id=88811214

U2 - 10.52775/1810-200X-2025-108-4-35-61

DO - 10.52775/1810-200X-2025-108-4-35-61

M3 - статья

VL - 4

SP - 35

EP - 61

JO - Медицинская физика

JF - Медицинская физика

SN - 1810-200X

ER -