數(shù)字孿生市場主要目標(biāo)是工業(yè)和制造業(yè)，據(jù)《財(cái)富商業(yè)洞察》預(yù)測，數(shù)字孿生市場2023年的市值將達(dá)到115.1億美元，到 2030年其年復(fù)合增長率將達(dá)到42.6%。而新興的生物數(shù)字孿生子集也正受到越來越多的關(guān)注。

打造一個與醫(yī)學(xué)相關(guān)的人類數(shù)字替身的想法其實(shí)并不再像以前那么遙遠(yuǎn)，2022年8月發(fā)表的一篇綜述文章僅以心血管疾病為重點(diǎn)，文章發(fā)現(xiàn)有15家公司對該新興領(lǐng)域有商業(yè)興趣以及3項(xiàng)與心臟相關(guān)的專利申請和88篇同行評審論文。

這些都是數(shù)字孿生在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)。

心血管生物數(shù)字孿生

大家對數(shù)字孿生整體類別的興趣激增，導(dǎo)致了一些混亂。這種混亂在所謂的“技術(shù)炒作”周期中常常發(fā)生，仔細(xì)研究一下心血管生物數(shù)字孿生有助于澄清問題。

首先，這個小眾領(lǐng)域的存在說明了一些問題。

應(yīng)用于生物醫(yī)療領(lǐng)域的數(shù)字孿生并不一定代表整個人，和創(chuàng)建飛機(jī)機(jī)翼或起落架等子系統(tǒng)的孿生體一樣，可以對生理系統(tǒng)建模，生理系統(tǒng)更小一些，并不是整個人體。

其次，孿生并非純粹由數(shù)據(jù)驅(qū)動。

心血管生物數(shù)字孿生不是一系列心電圖讀數(shù)、壓力測試結(jié)果、血壓讀數(shù)或其他類似數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生在最開始時需要構(gòu)建物理模型所需的參數(shù)，例如四個相互連接的心腔與靜脈和動脈網(wǎng)絡(luò)相連，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)確定的血流量。

這兩點(diǎn)聽起來可能很簡單，但思維上的模糊卻比比皆是。只是簡單地將健康數(shù)據(jù)和人工智能混在一起并不能得到數(shù)字孿生，這樣做不能強(qiáng)化個人電子健康記錄，也無法實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)上有效的模擬、測試和預(yù)測目標(biāo)。

數(shù)字孿生的模擬模型

如果你正在構(gòu)建“客戶的數(shù)字孿生”，萬一出錯，可能會對業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響，但不會造成生死攸關(guān)的后果。

而心血管數(shù)字孿生的早期用例都極有可能涉及危重病人，因此數(shù)字孿生組成部分的定義必須精確。

心血管系統(tǒng)非常復(fù)雜，但可以對其進(jìn)行機(jī)械式的描述。

例如，一個電路圖中的電容器、二極管和電阻器可以代表人的心腔、瓣膜和全身的血管，電流則代表血液流動，這樣理解的話，該模型就是由模擬電路驅(qū)動的系統(tǒng)而不是由二元數(shù)據(jù)驅(qū)動。這一點(diǎn)也就成了建立各種假設(shè)情景的框架。

數(shù)字孿生的形成

要將通用模型調(diào)整為個體數(shù)字孿生模型需要結(jié)合群體層面的知識和患者自身的數(shù)據(jù)，從我們的角度來看，這一過程包括兩個步驟。

首先是建立一個數(shù)字群體，其中包括各種假設(shè)場景和不同情況下的相應(yīng)預(yù)測測量結(jié)果，這可能涉及使用大型公共衛(wèi)生數(shù)據(jù)集的各項(xiàng)工作。

接下來是將觀察到的患者測量數(shù)據(jù)與觀察到的情境結(jié)合起來，再使用統(tǒng)計(jì)推斷找到哪些最初的假設(shè)場景最有可能解釋當(dāng)前的觀察結(jié)果。這種假設(shè)場景的分布就形成了數(shù)字孿生。

讓我們?yōu)樾呐K升級

心臟的數(shù)字孿生體并不是個能夠以虛擬的方式拿到手里左右轉(zhuǎn)動的三維全息圖，這其實(shí)其實(shí)存在一個誤解，數(shù)字孿生終歸看上去確實(shí)是個相當(dāng)樸素的數(shù)學(xué)模型。

我們的心血管生物數(shù)字孿生的目標(biāo)是找到科學(xué)合理的方法，提高個體心臟狀況的可視性，降低心臟衰竭對全球死亡率的負(fù)面作用。其他生物數(shù)字孿生可能也有類似的愿景。而對于制造、運(yùn)輸和其他領(lǐng)域的數(shù)字孿生系統(tǒng)，目標(biāo)也是系統(tǒng)模擬，以便更好地了解它及支持更好的決策制定。

不管是哪種情況，如果您正在參與這一類的數(shù)字孿生計(jì)劃，請考慮采用以下的共識和方法：

• 將最終目標(biāo)放在首位，而不是將技術(shù)放在首位。
• 充分認(rèn)識到建立數(shù)字孿生系統(tǒng)需要一個能代表目標(biāo)系統(tǒng)的好模型，而且該模型必須是為特定的最終目標(biāo)專門建立的。
•  結(jié)合群體數(shù)據(jù)和個人數(shù)據(jù)生成假設(shè)場景和預(yù)測。
• 牢記數(shù)學(xué)的重要性：生物數(shù)字孿生更多的是統(tǒng)計(jì)分布，而不是光亮的物體。

數(shù)字孿生的市場價(jià)值如此之高，其原因是數(shù)字孿生的巨大改進(jìn)潛力，生物醫(yī)療領(lǐng)域的數(shù)字孿生則有望延長生命。