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)此通過實驗確定最佳治療方案，再無需接受不必要的藥物或外科手術(shù)。

科學(xué)家們認為，在未來五到十年內(nèi)，“計算機”試驗（使用數(shù)百種虛擬器官評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)個性化治療、顯著緩解并發(fā)癥問題。

數(shù)字孿生是指對物理對象或過程建立的計算模型，其使用現(xiàn)實世界對應(yīng)物的數(shù)據(jù)進行更新。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這代表的就是將關(guān)于基因、蛋白質(zhì)、細胞和全身系統(tǒng)運作的大量數(shù)據(jù)同患者實測指標相結(jié)合，為其身體器官創(chuàng)建出虛擬模型，最終搭建起準確反映身體機能的完整副本。

倫敦大學(xué)學(xué)院計算科學(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。舉個例子，這就像是開車時通過后視鏡粗略估計接下來該怎么操作，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，而能實現(xiàn)真正的個性化適配。”

目前最先進的數(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)在虛擬人體上對多種化合物進行了試驗，而且即將進入新的階段。我們的產(chǎn)品已準備好登陸云端，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)會數(shù)字孿生會議上發(fā)表講話，介紹了他們在開發(fā)個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)計劃。

Roney解釋稱，“外科醫(yī)生通常會使用一種普適性的方法，但卻很難針對當(dāng)前患者做具體預(yù)測、更遑論準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)患者癌細胞以測試不同用藥場景下的腫瘤變化情況。

利用機器學(xué)習(xí)處理這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家即可預(yù)測個體患者對不同藥物、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，因為每種新的治療方法都對應(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)我們該如何處置，或者哪種臨床試驗對他們更有價值。”

相關(guān)概念驗證預(yù)計將于明年正式啟動。

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，我們無法對孕婦直接進行實驗，也沒有哪種動物能很好地替代人類孕育對象。”

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)練出一種算法來識別并構(gòu)建不同組織的數(shù)字副本。

Oyen解釋道，“我們的目標是努力找出能在人體上測量得出的指標，預(yù)測誰在懷孕期間最可能出現(xiàn)胎盤功能問題，并及時干預(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教授則負責(zé)構(gòu)建宮頸、子宮和胎膜的模型。他們的長期目標是將這些組成部分匯總成統(tǒng)一的個體模型，借此預(yù)測懷孕期的各種情況。

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。”她還強調(diào)，未來的模型甚至有望預(yù)測分娩時長、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”項目（Getting It Right First Time，一個旨在改善病患診療體驗的國家級項目）負責(zé)人Jacob Koris博士評論稱，“通過跟蹤患者在每次事件、每個環(huán)節(jié)上的數(shù)字簽名——包括預(yù)約、診療和拍攝X光片、患者到院后的實際就診情況等——我們能夠建立起一套非常詳盡模型，實時反映病患的真實感受”，從而大大提升護理效果。

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