數(shù)字孿生市場(chǎng)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(cè)，數(shù)字孿生市場(chǎng)2023年的市值將達(dá)到115.1億美元，到 2030年其年復(fù)合增長(zhǎng)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(lái)越多的關(guān)注。

打造一個(gè)與醫(yī)學(xué)相關(guān)的人類(lèi)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(duì)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(zhuān)利申請(qǐng)和88篇同行評(píng)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(duì)數(shù)字孿生整體類(lèi)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(wèn)題。

首先，這個(gè)小眾領(lǐng)域的存在說(shuō)明了一些問(wèn)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(gè)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(duì)生理系統(tǒng)建模，生理系統(tǒng)更小一些，并不是整個(gè)人體。

其次，孿生并非純粹由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。

心血管生物數(shù)字孿生不是一系列心電圖讀數(shù)、壓力測(cè)試結(jié)果、血壓讀數(shù)或其他類(lèi)似數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生在最開(kāi)始時(shí)需要構(gòu)建物理模型所需的參數(shù)，例如四個(gè)相互連接的心腔與靜脈和動(dòng)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(tīng)起來(lái)可能很簡(jiǎn)單，但思維上的模糊卻比比皆是。只是簡(jiǎn)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(gè)人電子健康記錄，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)上有效的模擬、測(cè)試和預(yù)測(cè)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(wàn)一出錯(cuò)，可能會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響，但不會(huì)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(duì)其進(jìn)行機(jī)械式的描述。

例如，一個(gè)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(dòng)，這樣理解的話，該模型就是由模擬電路驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)而不是由二元數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。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(gè)體數(shù)字孿生模型需要結(jié)合群體層面的知識(shí)和患者自身的數(shù)據(jù)，從我們的角度來(lái)看，這一過(guò)程包括兩個(gè)步驟。

首先是建立一個(gè)數(shù)字群體，其中包括各種假設(shè)場(chǎng)景和不同情況下的相應(yīng)預(yù)測(cè)測(cè)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(lái)是將觀察到的患者測(cè)量數(shù)據(jù)與觀察到的情境結(jié)合起來(lái)，再使用統(tǒng)計(jì)推斷找到哪些最初的假設(shè)場(chǎng)景最有可能解釋當(dāng)前的觀察結(jié)果。這種假設(shè)場(chǎng)景的分布就形成了數(shù)字孿生。

讓我們?yōu)樾呐K升級(jí)

心臟的數(shù)字孿生體并不是個(gè)能夠以虛擬的方式拿到手里左右轉(zhuǎn)動(dòng)的三維全息圖，這其實(shí)其實(shí)存在一個(gè)誤解，數(shù)字孿生終歸看上去確實(shí)是個(gè)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(gè)體心臟狀況的可視性，降低心臟衰竭對(duì)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(lèi)似的愿景。而對(duì)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(lèi)的數(shù)字孿生計(jì)劃，請(qǐng)考慮采用以下的共識(shí)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(shí)到建立數(shù)字孿生系統(tǒng)需要一個(gè)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(zhuān)門(mén)建立的。
•  結(jié)合群體數(shù)據(jù)和個(gè)人數(shù)據(jù)生成假設(shè)場(chǎng)景和預(yù)測(cè)。
• 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(chǎng)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(zhǎng)生命。