人工智能在医疗保健中应关注小细节

1970年，阿波罗13号任务仅六分钟就发生了氧气罐爆炸事件。这一事件促使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，从而使复杂的航天系统能够进行更严格的测试。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，以提高运营效率和准确地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。

数字孪生技术也被应用于医疗保健领域，尽管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，一种起源于太空探索的方法有可能使医疗保健真正个性化。

传统医疗的数字化失败

在过去的十年中，现代医学通过让患者参与决策和通过基因组研究的进步，逐渐实现了个性化医疗和精确医疗。这些都有助于根据个体情况量身定制医疗服务，但我们的医疗体系主要采用“大群体”方法来提供医疗服务。

这在慢性疾病管理中很明显。目前美国有1.33亿人患有一个或多个慢性疾病，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，通常还有多种药物——他们的改善情况是通过与其他患有相同疾病的成千上万的人一起测量的。

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继续增加，技术对结果和成本的影响非常有限。在糖尿病、减肥和其他疾病的数字化管理中，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缺乏持续结果的现象。报告发现，所有评估的解决方案在长期的参与度和结果方面表现不佳。因此，减肥、A1C降低、药物减少、糖尿病逆转以及这些解决方案带来的健康、幸福和经济效益都是有限和不可持续的。

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一种新的方法，摆脱传统的模板。这种技术的核心概念是，每个个体都是独一无二的。个体的数字孪生体是由其独特的临床和行为变量的连续测量所告知的，并使用这些数据来塑造最适合该个体的健康指导。

数字孪生技术的强大之处在于其对小事物的关注——我们吃的和做的东西——以及它们如何影响我们的当前和未来的健康。在实践中，数字孪生体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。到一定程度上，如果这种影响是负面的，数字孪生体可以提供减轻后果的方法。它可能会建议进行10分钟的散步或选择替代的甜点。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，以及通过随时间做出小的调整可以带来巨大的变化。保持当前的日常习惯，你将能够在三周内停止服用二甲双胍。如果你回到旧的习惯中，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可，但它正在开始在商业案例中找到自己的角色。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患者的肺部数字孪生体，以改善和优化通气器资源的使用。

医疗研究人员还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。 Takeda Pharmaceuticals已经接受了这种技术，以缩短药物开发过程，并为生物化学反应做出现实的输入-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法。

慢性疾病管理是下一个前沿领域

最近在Nature上发表的一篇论文断言，数字孪生体“有望对癌症治疗做出重大贡献”，尤其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。同一篇论文分析了由成像、电子健康记录、基因和连续可穿戴数据提供的数字心脏孪生体，并分析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态的。

这在我们的生物系统中尤其如此。数字孪生体需要每天每个个体的数千个数据点才能真正理解生物学、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，这些数据就是没有方向的。

在慢性疾病管理的世界中，小事物可以很快变成大事、危及生命的事。虽然数字健康提高了患者的希望，使用“个性化”的语言，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颠覆这种方法，通过帮助我们更好地理解和改善我们的健康，从而实现深层次的个性化。它是一种有望实现个性化医疗承诺的技术。