医療におけるAIは小さなことから考えるべき

1970年、アポロ13号のミッションの6分後に、酸素タンクが爆発しました。この出来事は、NASAに、新しいアプローチを開発させることになりました。宇宙船の可能な故障を予測するためのアプローチでした。このアプローチは、継続的なセンサー データに依存し、その後、深いデジタル シミュレーションにデータを供給し、複雑な宇宙システムのテストをより徹底的に行うことができます。これは、最初の「デジタル ツイン」技術の使用でした。

今日、デジタル ツイン システムは、業界全体で使用され、運用を改善し、システムの変更を正確にシミュレートしています。AppleやTeslaのようなテクノロジー企業は、デジタル ツインを使用して、製品のフィールドでのパフォーマンスを監視し、特定のシステム コンポーネントがメンテナンスを必要とするかどうかを判断しています。

デジタル ツインは、主に医薬品の研究と開発で使用されてきました。しかし、その最大の潜在能力は、慢性疾患の管理にあります。マシン ラーニングとIoTテクノロジーをデジタル ツイン AIと組み合わせることで、宇宙探索から始まったアプローチが、医療を真正に個人化する可能性があります。

伝統的なケアのデジタル化は失敗した

近年、現代医学は、患者が意思決定に参加することによって、個人化ケアに向けた漸進的なステップを踏み、ゲノム研究の進歩によって、精密医学にも取り組んできました。これらは両方とも、ケアを個人に合わせて調整するのに役立ちました。しかし、私たちの医療システムは、ケアの提供に「大きなグループ」アプローチをとっています。

それは、慢性疾患をどのように管理するかという点で明らかです。現在、133万人のアメリカ人が1つ以上の慢性疾患を患っており、各人は計画されたケア パス – 治療レジメン、流行りのダイエット、多くの場合、複数の薬剤 – に従わされ、その改善は、同じ状態を共有する他の何千人もの個人のバッチで測定されます。

このアプローチは機能していません。慢性健康状態のコストを管理するための健康保険のコストが、糖尿病、心疾患、がんに対する米国の支出が増続していること、技術の影響が結果とコストに限られていることなどからも明らかです。糖尿病、体重減少、その他の状態のデジタル管理では、その影響はほとんどありません。

3月、Peterson Health Technology Instituteが発表した報告書は、この持続的な結果の欠如を強調しました。報告書では、評価されたすべてのソリューションが、関与と結果の面で時間の経過とともに貧弱なパフォーマンスを示したと述べています。その結果、体重減少、A1C値の低下、薬剤の除去、糖尿病の逆転、その他の解決策の健康、幸福、経済的利益は、限られているだけでなく、持続可能ではありません。

それは、ほとんどのソリューションが効果のないケアのテンプレートをデジタル化しているからです。個人の違いを考慮していないのです。各人は、文化的、生物学的、食事、行動、環境的要因など、独自のセットを持っており、それらは個人の健康に深く影響します。

「個人化」ケアから「個別化」ケアへ

デジタル ツイン AIは、テンプレートからの脱却を約束しています。このテクノロジーの核心概念は、個人は1人1人異なる存在であるということです。個人のデジタル ツインは、独自の臨床的および行動的変数の継続的な測定に基づいており、それらのデータを使用して、ケアの指針を最も効果的で健康的な個人のバージョンに向けて形作ります。

デジタル ツイン テクノロジーの力は、小さなこと – 私たちが食べることや行うこと – に対する注意にあります。また、それらが現在および将来の私たち自身の健康に与える影響についてもです。実践では、デジタル ツインは、特定の個人の代謝や心血管健康に対するステーキ ディナーの影響を正確に予測できます。影響が悪い場合、デジタル ツインはその影響を緩和する方法を提案できます。10分間の散歩や代替デザートの提案などです。アイスクリームではなく、バナナナッツ ブレッドとギリシャヨーグルトと新鮮なベリー、または単に別のシーケンスです。

このように、デジタル ツイン AIは、個人が現在の軌道を続ける場合に何が起こるか、また小さな調整を行うことでどのような大きな変化が起こるかを示すことができます。現在のルーティーンを続けると、3週間でメトホルミンを中止できます。古い習慣に戻ると、再び処方されることになります。

これは強力なテクノロジーであり、医療におけるその影響は主に学術界で認識されてきましたが、商業的なユースケースでも役割を見つけ始めています。2014年、Dassault SystemesとFDAは、SIMULIA Living Heartプロジェクトを立ち上げました。このプロジェクトは、デバイス メーカーと協力して、心臓デバイスをより迅速に開発および改良することを目的としています。パンデミックの初期、OnScaleのProject BreathEasyは、COVID-19患者の肺のデジタル ツインを開発し、人工呼吸器の使用を改善および最適化しました。

医療研究者は、デジタル ツイン疾患モデルを使用して、複雑で非常に個別的な生物学的プロセスに基づいて、医薬品介入の有効性を予測しています。たとえば、武田薬品工業は、デジタル ツイン テクノロジーを使用して、医薬品プロセスを短縮し、生化学反応の入出力予測を実現しています。最近、研究者はデジタル ツイン テクノロジーを使用して、治療結果をシミュレートし、個別の患者に最適な治療法を決定しました。

慢性疾患管理は次のフロンティア

最近のNatureの論文は、デジタル ツインが「がんケアに大きな貢献をする可能性がある」と述べています。特に、疾患の進行を監視し、治療反応を評価することに関してです。これは、個々の患者によって有名な変動性があります。この論文では、画像、EHR、遺伝子、継続的なウェアラブル データで供給される心臓デジタル ツインの分析と、心臓の急性イベントを予測する可能性についても言及しています。

これらの進歩は、命を変える医療技術につながります。その力は、複雑なシステムが静的なものではないという概念にあります。

これは特に、私たちの生物システムに当てはまります。デジタル ツインは、1日あたり1人あたり何千ものデータ ポイントを必要とします。個人の生物学、文化、ライフスタイル、好み、健康の相互作用を真正に理解するには、これらのデータの一部はすでにウェアラブル デバイスやモバイル アプリによって収集されています。しかし、そのデータを個人のケア ジャーニーに整合するモデルがなければ、データは無意味です。

慢性疾患管理の世界では、小さなことがすぐに大きな、命を脅かすことになる可能性があります。而且、デジタル ヘルスケアは「個人化」という言葉で患者に希望を与えてきましたが、提供されたツールやアプローチは、人々の独自のニーズや好みに応えていません。

デジタル ツイン AIは、このアプローチを覆すことで、私たちがより深く個人化されたレベルで健康を理解し、改善するのに役立ちます。これは、個別化ケアの約束を果たすテクノロジーです。