設(shè)想我們能為身體創(chuàng)建一套數(shù)字健康孿生模型，可以據(jù)此通過實(shí)驗(yàn)確定最佳治療方案，再無需接受不必要的藥物或外科手術(shù)。

科學(xué)家們認(rèn)為，在未來五到十年內(nèi)，“計(jì)算機(jī)”試驗(yàn)（使用數(shù)百種虛擬器官評(píng)估藥物的安全性和有效性）或?qū)⒊蔀槌B(tài)，而患者的特定器官模型則可指導(dǎo)個(gè)性化治療、顯著緩解并發(fā)癥問題。

數(shù)字孿生是指對(duì)物理對(duì)象或過程建立的計(jì)算模型，其使用現(xiàn)實(shí)世界對(duì)應(yīng)物的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這代表的就是將關(guān)于基因、蛋白質(zhì)、細(xì)胞和全身系統(tǒng)運(yùn)作的大量數(shù)據(jù)同患者實(shí)測(cè)指標(biāo)相結(jié)合，為其身體器官創(chuàng)建出虛擬模型，最終搭建起準(zhǔn)確反映身體機(jī)能的完整副本。

倫敦大學(xué)學(xué)院計(jì)算科學(xué)中心主任、《虛擬的你》（Virtual You）一書合著者Peter Coveney教授表示，“坦率地講，當(dāng)前我們的醫(yī)學(xué)工作中還有很多不太科學(xué)的部分。舉個(gè)例子，這就像是開車時(shí)通過后視鏡粗略估計(jì)接下來該怎么操作，診療也差不多，就是試圖根據(jù)之前見過的病例來判斷面前這位患者該如何診療。”

“數(shù)字孿生的意義就是將數(shù)據(jù)納入到統(tǒng)一的模型中，而該模型就代表著你的生理學(xué)和病理學(xué)運(yùn)行方式。它不再根據(jù)往往并不具備普遍代表性的群體特征做診療判斷，而能實(shí)現(xiàn)真正的個(gè)性化適配。”

目前最先進(jìn)的數(shù)字孿生模型已經(jīng)在心臟病領(lǐng)域落地。不少企業(yè)正使用特定患者的心臟模型來幫助設(shè)計(jì)醫(yī)療設(shè)備。例如，總部位于巴塞羅那的初創(chuàng)公司ELEM BioTech就基于人類心臟模擬模型為客戶提供藥物和設(shè)備測(cè)試環(huán)境。

ELEM聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO Chris Morton表示，“我們已經(jīng)在虛擬人體上對(duì)多種化合物進(jìn)行了試驗(yàn)，而且即將進(jìn)入新的階段。我們的產(chǎn)品已準(zhǔn)備好登陸云端，供更多制藥企業(yè)客戶外部訪問。”

倫敦瑪麗女王大學(xué)的Caroline Roney博士在上周五的倫敦皇家醫(yī)學(xué)會(huì)數(shù)字孿生會(huì)議上發(fā)表講話，介紹了他們?cè)陂_發(fā)個(gè)性化心臟模型方面的努力，該模型將幫助外科醫(yī)生為心律不齊/紊亂（房顫）的患者制定手術(shù)計(jì)劃。

Roney解釋稱，“外科醫(yī)生通常會(huì)使用一種普適性的方法，但卻很難針對(duì)當(dāng)前患者做具體預(yù)測(cè)、更遑論準(zhǔn)確把握未來可能出現(xiàn)的各種癥狀。在我看來，數(shù)字孿生將在心血管疾病迎來廣泛應(yīng)用。我們將見證這項(xiàng)技術(shù)的全部普及，例如決定使用哪種類型的瓣膜，或者在心臟瓣膜置換手術(shù)期間選擇插入位置。”

癌癥患者也有望從中獲益。制藥公司葛蘭素史克（GSK）的AI專家們正與倫敦國王學(xué)院的癌癥研究人員合作，利用圖像、遺傳和分子數(shù)據(jù)構(gòu)建患者腫瘤的數(shù)字副本，并以3D方式培養(yǎng)患者癌細(xì)胞以測(cè)試不同用藥場景下的腫瘤變化情況。

利用機(jī)器學(xué)習(xí)處理這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家即可預(yù)測(cè)個(gè)體患者對(duì)不同藥物、藥品組合與給藥方案的反應(yīng)。

倫敦國王學(xué)院的Tony Ng教授表示，“我們當(dāng)然不可能在真正的患者身上反復(fù)做這樣的藥物組合試驗(yàn)，因?yàn)槊糠N新的治療方法都對(duì)應(yīng)著一整套臨床流程。為了努力在患者寶貴的診療周期內(nèi)找到最佳方案，我們需要借助數(shù)字孿生的力量。例如萬一癌癥復(fù)發(fā)我們?cè)撊绾翁幹茫蛘吣姆N臨床試驗(yàn)對(duì)他們更有價(jià)值。”

相關(guān)概念驗(yàn)證預(yù)計(jì)將于明年正式啟動(dòng)。

研究人員甚至在著手為孕育過程開發(fā)數(shù)字孿生，希望能幫助開發(fā)治療胎盤功能不全或先兆性子癇等疾病的藥物，并更好地理解懷孕和分娩的整個(gè)生理過程。

圣路易斯華盛頓大學(xué)婦女健康工程中心主任Michelle Oyen教授表示，“在大多數(shù)情況下，我們無法對(duì)孕婦直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也沒有哪種動(dòng)物能很好地替代人類孕育對(duì)象。”

Oyen目前正利用懷孕期間拍攝的超聲波掃描圖，以及健康/復(fù)雜妊娠女性分娩后的高分辨率圖像來構(gòu)建胎盤模型，并訓(xùn)練出一種算法來識(shí)別并構(gòu)建不同組織的數(shù)字副本。

Oyen解釋道，“我們的目標(biāo)是努力找出能在人體上測(cè)量得出的指標(biāo)，預(yù)測(cè)誰在懷孕期間最可能出現(xiàn)胎盤功能問題，并及時(shí)干預(yù)以防止死產(chǎn)等情況。”

她的合作者、紐約哥倫比亞大學(xué)的Kristin Myers教授則負(fù)責(zé)構(gòu)建宮頸、子宮和胎膜的模型。他們的長期目標(biāo)是將這些組成部分匯總成統(tǒng)一的個(gè)體模型，借此預(yù)測(cè)懷孕期的各種情況。

Myers指出，“希望我們能夠通過簡單的超聲波掃描為產(chǎn)婦建立起解剖結(jié)構(gòu)模型，評(píng)估子宮在孕育期間如何生長和伸展，從而更好地完成最終分娩。”她還強(qiáng)調(diào)，未來的模型甚至有望預(yù)測(cè)分娩時(shí)長、復(fù)雜程度，并幫助女性就是否需要接受剖腹產(chǎn)做出更明智的決定。

也有研究人員正嘗試為醫(yī)院構(gòu)建整體數(shù)字孿生，希望提高個(gè)體患者在醫(yī)療保健體系中的診療效率。

創(chuàng)傷與整形外科醫(yī)生、“一次做對(duì)”項(xiàng)目（Getting It Right First Time，一個(gè)旨在改善病患診療體驗(yàn)的國家級(jí)項(xiàng)目）負(fù)責(zé)人Jacob Koris博士評(píng)論稱，“通過跟蹤患者在每次事件、每個(gè)環(huán)節(jié)上的數(shù)字簽名——包括預(yù)約、診療和拍攝X光片、患者到院后的實(shí)際就診情況等——我們能夠建立起一套非常詳盡模型，實(shí)時(shí)反映病患的真實(shí)感受”，從而大大提升護(hù)理效果。

“這樣我們就能確定需要改進(jìn)的部分，在實(shí)踐當(dāng)中不斷摸索更有益于患者的護(hù)理方法，據(jù)此重新設(shè)計(jì)我們照料病患的具體方式。”