人工智能在医疗保健中应注重小细节

1970年，阿波罗13号任务仅六分钟后，其氧气罐就发生了爆炸。该事件促使NASA开发了一种新的方法来预测其航天器中可能的故障。这种方法依赖于连续的传感器数据，然后输入深度数字模拟，从而实现对复杂的太空系统进行更严格的测试。这是“数字孪生”技术的首次使用。

如今，数字孪生系统被应用于各个行业，以改善运营并准确模拟系统中的任何变化。像苹果和特斯拉这样的科技公司使用数字孪生来监测产品的性能并确定是否需要维护特定的系统组件。

数字孪生也被应用于医疗保健，主要是在药物研究和开发中。然而，其最大的潜力在于慢性疾病管理。通过将机器学习和物联网技术与数字孪生人工智能相结合，一种源自太空探索的方法有可能使医疗保健真正变得个性化。

传统医疗的数字化失败了

过去十年中，现代医学通过让患者参与决策和基因组研究的进步，逐渐实现了个性化医疗和精确医疗。然而，我们的医疗体系仍然采用“大群体”方法来提供医疗服务。

这在慢性疾病管理中尤为明显。目前美国有1.33亿人患有慢性疾病，每个人都被安排在一个计划好的医疗路径上——治疗方案、流行饮食、常常还有多种药物——他们的改善情况是通过成千上万其他患有相同疾病的人来衡量的。

这种方法并没有奏效。据称，美国在糖尿病、心脏病和癌症上的支出仍然在增加，技术对结果和成本的影响有限。在糖尿病、减肥和其他疾病的数字管理中，技术的影响几乎为零。

三月份，Peterson Health Technology Institute 发布的一份报告强调了这种持续结果的缺乏。报告发现，所有评估的解决方案在参与度和结果方面都表现不佳。因此，减肥、A1C降低、药物消除、糖尿病逆转以及这些解决方案的健康、幸福和经济效益都有限且不可持续。

这是因为大多数解决方案只是数字化了一个无效的医疗模板。它们没有考虑到个体差异。每个人都带来了自己的文化、生物、饮食、行为和环境因素，这些因素在深层次上影响着他们的健康。

从“个性化”医疗到个体化医疗

数字孪生人工智能承诺着一种新的开始。数字孪生技术的核心概念是，每个个体都是独一无二的。个体的数字孪生是通过持续测量他们独特的临床和行为变量来形成的，并利用这些数据来指导医疗决策，朝着最好的和最健康的个体版本发展。

数字孪生技术的力量在于其对小事物的关注——我们吃什么和做什么，以及它们如何影响我们的当前和未来的健康。在实践中，数字孪生可以准确预测一顿牛排晚餐对特定个体的代谢或心血管健康的影响。若这种影响可能是负面的，数字孪生可以提供减轻后果的方法。它可能会建议进行10分钟的散步或选择不同的甜点。不是冰淇淋，也许是香蕉坚果面包配希腊酸奶和新鲜浆果，或者只是一个不同的顺序。

通过这种方式，数字孪生人工智能可以向个体展示，如果他们保持当前的轨迹，未来会发生什么，以及通过长期的小调整可以带来什么样的巨大变化。继续当前的日常习惯，你将能够在三周内停止服用二甲双胍。如果你重新回到旧习惯，你可以预计会再次开始服用药物。

这是一个强大的技术，虽然其对医疗保健的影响在很大程度上仅被学术界所认识，但它正在开始在商业案例中找到自己的位置。2014年，Dassault Systemes和FDA启动了SIMULIA Living Heart 项目，该项目与设备制造商合作，以更快的速度开发和完善心脏设备。在疫情爆发初期，OnScale的Project BreathEasy 开发了COVID-19患者的数字孪生肺模型，以改善和优化通气器资源的使用。

医疗研究人员也正在使用数字孪生疾病模型来预测基于复杂、极其个体化的生物过程的药物干预的有效性。 武田制药公司 已经接受了这种技术，以缩短药物开发过程并为生物化学反应提供现实的输入输出预测。最近，研究人员使用数字孪生技术来模拟治疗结果 并根据个体情况确定口咽癌的最佳治疗方案。

慢性疾病管理是下一个前沿

最近在《自然》杂志上发表的一篇论文断言，数字孪生技术“有望对癌症治疗做出重大贡献”，特别是在监测疾病进展和评估治疗反应方面，这些反应因人而异。该论文还分析了由成像、电子健康记录、基因和连续可穿戴数据提供的数字心脏模型，并探讨了它们预测急性心脏事件的潜力。

这些进步将带来改变人生的医疗技术。它们的力量在于一个核心概念：没有什么复杂的事物是静止的。

这在我们的生物系统中尤其如此。数字孪生需要每天每人数千个数据点来真正理解个体的生物、文化、生活方式、偏好和健康之间的相互作用。其中一些数据已经被可穿戴设备和移动应用程序捕获，但没有一个模型将这些数据放入个体及其医疗旅程的背景中，这些数据就没有方向。

在慢性疾病管理的世界中，小事物很快就会变成大事、危及生命的事物。虽然数字健康已经以“个性化”为语言提高了患者的希望，但提供给人们的工具和方法并没有解决他们独特的需求和偏好。

数字孪生人工智能将彻底改变这种方法，通过帮助我们更好地了解和改善我们的健康，从而实现深度个性化的医疗保健。它是一种有望实现个性化医疗保健承诺的技术。