數(shù)字孿生技術(shù)創(chuàng)新正在徹底改變醫(yī)療領(lǐng)域。醫(yī)生和研究人員有望運(yùn)用數(shù)字孿生預(yù)測(cè)健康結(jié)果、優(yōu)化病患護(hù)理、跟蹤藥物有效性等。

所謂數(shù)字孿生，就是根據(jù)物理、生物或虛擬對(duì)象建立起的數(shù)字化副本。數(shù)字孿生已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)等各個(gè)行業(yè)，如今正逐步融入醫(yī)療保健領(lǐng)域。從藥物測(cè)試、化合物發(fā)現(xiàn)、結(jié)果預(yù)測(cè)到手術(shù)協(xié)同，數(shù)字孿生正呈現(xiàn)出光明的應(yīng)用前景。在這波趨勢(shì)的助力之下，醫(yī)生已經(jīng)開始使用3D打印器官與人體部位模型開展手術(shù)設(shè)計(jì)與預(yù)演。

數(shù)字孿生為對(duì)象或過程建立起虛擬表示，用以體現(xiàn)太大、太小或太過復(fù)雜而無(wú)法乾物理建模的場(chǎng)景。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能技術(shù)的興起，數(shù)字孿生在制藥領(lǐng)域開始大展拳腳，不僅能夠模擬潛在的治療方法、更有望體現(xiàn)藥物與疾病間的相互作用。

數(shù)字孿生與臨床試驗(yàn)

作為醫(yī)學(xué)研究中最重要的步驟之一，臨床試驗(yàn)向來(lái)以充滿挑戰(zhàn)而著稱。這類試驗(yàn)也極為嚴(yán)格，任何一位能夠接受試驗(yàn)性治療的病人、每一位參與試驗(yàn)的醫(yī)生，都可以說是萬(wàn)中無(wú)一的幸運(yùn)兒。

也正是因?yàn)閰⑴c臨床試驗(yàn)的患者數(shù)量太這有限，因此最終結(jié)果很可能存在巨大偏差。正因?yàn)槿绱?，我們?cè)趯徱暯Y(jié)果“數(shù)據(jù)”時(shí)才需要格外小心。不同臨床試驗(yàn)共享相同的數(shù)據(jù)來(lái)源，即世界各地已獲監(jiān)管審批并合法開展的研究結(jié)果。更要命的是，除了受試者群體自身的偏差性之外，研究方法的具體設(shè)計(jì)同樣有可能大大影響試驗(yàn)結(jié)果……

臨床試驗(yàn)分為兩種：隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)(RCT)與非隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)(NCT)。所謂隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，就是將受試者隨機(jī)分配至兩種或多種治療方案當(dāng)中。而非隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)又進(jìn)一步分成兩種：觀察性研究，即研究人員簡(jiǎn)單詢問病人是否想要參加試驗(yàn);以及橫斷式調(diào)查，即研究人員不主動(dòng)進(jìn)行任何分配，只是就參與者的健康狀況或行為開展調(diào)查。

隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的實(shí)施成本極高，但由于受試者一定會(huì)被分配至自己并不知曉的特定治療條件之下，所以得出的信息也最為準(zhǔn)確。另外，隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的結(jié)果也往往比非隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)更為可靠，因?yàn)槲覀兛梢允褂媒y(tǒng)計(jì)控制來(lái)查驗(yàn)潛在偏差(例如，如果將參與者隨機(jī)分配給三個(gè)不同的組，卻發(fā)現(xiàn)這三個(gè)組的結(jié)果實(shí)際上基本相同)。

在收集癌癥或心臟病等疾病數(shù)據(jù)方面，隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)似乎就是人類能夠找到的最佳方式，但其中的偏差因素仍然無(wú)法徹底消除。從某種角度看，它可能還不如觀察性研究有效(因?yàn)槲覀兛梢杂^察各個(gè)組的具體表現(xiàn)，找到其中獨(dú)特的偏差性因素)。那么，有沒有真正兩全齊美的方法?

立足臨床傳感器及DNA庫(kù)等數(shù)據(jù)來(lái)源，尋求理想的個(gè)性化診療方案

過去幾個(gè)月來(lái)，弗吉尼亞大學(xué)和得克薩斯大學(xué)的研究人員一直在研究數(shù)字孿生技術(shù)。他們認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)有望徹底改變醫(yī)學(xué)研究的設(shè)計(jì)思路、并真正根據(jù)每位患者的實(shí)際情況制定正確的治療方法。然而，要想達(dá)成這一目標(biāo)，必須要有豐富的高質(zhì)量數(shù)據(jù)作為支撐。

接下來(lái)的故事就簡(jiǎn)單了：在研究推進(jìn)的過程中，他們采取一種名為“虛擬試驗(yàn)”的技術(shù)，相當(dāng)于實(shí)時(shí)生成隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，通過隨機(jī)為病患分配不同治療條件的方式尋找最適合對(duì)方的治療方法。通過這種方式，他們得以快速收集數(shù)據(jù)，并根據(jù)患者的全部信息決定哪種治療最為適合。

他們已經(jīng)開發(fā)出這項(xiàng)技術(shù)的初始版本，每天能夠進(jìn)行1000次虛擬試驗(yàn)，相當(dāng)于以10天為期對(duì)1000種潛在治療方案開展檢測(cè)。這套模型每天需要5分鐘左右的訓(xùn)練才能找到正確配置，但只要結(jié)合患者的真實(shí)數(shù)據(jù)，它很快就能進(jìn)入工作就緒狀態(tài)。

此外還有其他工作要做，例如引入更多患者、進(jìn)一步延長(zhǎng)“試驗(yàn)期”或者拉長(zhǎng)試驗(yàn)間隔時(shí)間。但目前的效果相當(dāng)喜人，未來(lái)的潛力也絕對(duì)值得期待。

在醫(yī)學(xué)研究中引入數(shù)字孿生，到底有哪些收益?

“數(shù)字孿生”能夠通過計(jì)算機(jī)為個(gè)人生成數(shù)字化副本，其身體特征與本人高度相似，但又與物理個(gè)體完全分離。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，數(shù)字孿生能幫助我們提升臨床試驗(yàn)或醫(yī)療測(cè)試的準(zhǔn)確性。

以癌癥治療為例，數(shù)字孿生能夠幫助醫(yī)生為患有侵襲性癌癥的患者找到更有效的治療方法。

數(shù)字孿生能幫助醫(yī)生在同一時(shí)間和同一地點(diǎn)對(duì)不同類型的癌癥患者提供診療。這種對(duì)多種癌癥共同施治的方式，被稱為組合癌癥治療。

過去十年來(lái)，研究人員已經(jīng)開始在臨床試驗(yàn)中使用數(shù)字孿生技術(shù)，但直到最近才真正能夠驗(yàn)證這些副本的準(zhǔn)確性。如今，研究人員已經(jīng)可以使用磁共振成像(MRI)技術(shù)評(píng)估患者在新療法下的康復(fù)情況。如此一來(lái)，研究人員就能衡量不同患者具體部位上的實(shí)際差異，并通過磁共振掃描了解同組受試者之間的療效區(qū)別。

目前，已經(jīng)有兩項(xiàng)研究將這種技術(shù)用于對(duì)健康受試者進(jìn)行腦部掃描：一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，健康人的MRI掃描在檢測(cè)大腦異常方面優(yōu)于CT掃描;另一項(xiàng)研究則發(fā)現(xiàn)，對(duì)健康人進(jìn)行MRI掃描時(shí)，正確檢測(cè)出精神分裂癥和相關(guān)精神疾病等異常的比例約為70%。

這些結(jié)果表明，數(shù)字孿生完全可以像MRI掃描儀那么服務(wù)于醫(yī)學(xué)研究;但究竟要不要、如何將其引入臨床環(huán)境，目前仍存在爭(zhēng)議。

第一個(gè)問題在于成本：一次分析多份患者圖像需要消耗大量資源(但計(jì)算機(jī)輔助診斷等其他方法能夠緩解這個(gè)問題)。其次就是實(shí)踐效果如何：因?yàn)樾枰獙?duì)每位受試者開展更多測(cè)試、耗費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間，所以目前的臨床醫(yī)生還不太可能接受這種既燒錢又費(fèi)神的診療方案。最后的問題則涉及隱私：我們的身體供自己所有，大家當(dāng)然不希望自己的掃描結(jié)果被來(lái)回傳閱、甚至發(fā)到網(wǎng)上……

要在醫(yī)學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用，數(shù)字孿生技術(shù)還需要跨越哪幾道關(guān)隘?

首先可以肯定一點(diǎn)，健康與醫(yī)療的數(shù)字化轉(zhuǎn)型將帶來(lái)巨大價(jià)值。這項(xiàng)技術(shù)將幫助我們完全從健康到愈后的全流程設(shè)計(jì)與監(jiān)控。唯一的問題，就是怎么讓它落地。

目前需要克服的技術(shù)障礙包括：

• 沒人知道病人實(shí)際患有什么疾病、該如何治療。
• 缺少標(biāo)準(zhǔn)化的疾病或治療效果衡量方法。
• 大多數(shù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)幾乎沒有相關(guān)數(shù)據(jù)，也承擔(dān)不起收集、存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)的成本。

多年以來(lái)，我們一直在努力從對(duì)病患的基本關(guān)懷，升級(jí)到以更宏觀的方式理解并治愈他們的疾病。

數(shù)字孿生技術(shù)將幫助我們回歸以患者為中心的方法，它不僅具有更好的長(zhǎng)遠(yuǎn)診療效果，同時(shí)也有望在臨床實(shí)踐之前就給出概念性的證明。數(shù)字孿生越快落地，我們就越能在與病情的賽跑中占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)、拿下數(shù)月甚至數(shù)年的治療窗口。

數(shù)字孿生如何顛覆醫(yī)學(xué)研究，并為病患確定個(gè)性化診療方法

數(shù)字孿生技術(shù)的前景已經(jīng)非常明確：它將徹底顛覆醫(yī)學(xué)研究，并為病患確定個(gè)性化的診療方法。但是，這項(xiàng)革命性的技術(shù)還需要逐步完善，至少距離準(zhǔn)確可信的療法建議和藥物效果評(píng)估還很遠(yuǎn)。

但無(wú)論如何，數(shù)字孿生未來(lái)一定能夠?yàn)槿藗冋业胶线m的治療方法。通過學(xué)習(xí)和模擬身體反應(yīng)，醫(yī)療專家可以設(shè)計(jì)出更精確的治療過程。這不僅有助于挽救生命，也能防止患者接受那些根本無(wú)用、甚至可能對(duì)身體造成意外傷害的療法。

隨著時(shí)間推移，數(shù)字對(duì)于人體機(jī)理的模擬水平將不斷提升。到那個(gè)時(shí)候，我們也許將真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)病不可醫(yī)，無(wú)人不可救”。