Цифровые двойники в медицине

Одной из революционных технологий развития здравоохранения является технология цифрового двойника ЦД - DigitalTwin (ЦД). ЦД был представлен более двадцати лет назад как инновационный всеобъемлющий инструмент, обладающий очевидными преимуществами - мониторинг, моделирование и прогнозирование в реальном времени. Однако теоретическая основа и практическая реализация цифровых двойников (ЦД) все еще далеки от этого видения. Возможности ЦД для мониторинга и сбора данных в реальном времени зависят от устройств IoT в среде и корпоративных информационных системах. Аналитика основана на больших данных и инструментах машинного обучения. Комбинирование этих технологий и реализация их для одного или нескольких проектов требует обширных знаний и навыков.

ЦД состоит из трех основных элементов: физического объекта, его виртуального представления и непрерывного потока данных между ними. Для здравоохранения это может означать представление целого человека с потенциальной целью прогнозирования заболевания, принятия необходимых мер для предотвращения или определения оптимального лечения.

ЦД теперь все более активно применяются в секторе здравоохранения. Начало было положено в оптимизации клинических рабочих процессов и для профилактического обслуживания дорогостоящего оборудования, такого как сканеры CT или MRI. Затем наметился уход от инженерного применения - ЦД человека - виртуальной модели человеческого тела, связанной с физическим человеком.

Так, например, старт-ап Unlearn.AI из Сан-Франциско продвигает платформу для ускорения клинических испытаний болезни Альцгеймера, рассеянного склероза и других сложных заболеваний. Используя наборы исторических данных и модели машинного обучения для конкретных заболеваний, Unlearn генерирует виртуальных пациентов-плацебо, созданных на основе реальных исходных данных о пациентах в клинических исследованиях. Unlearn.AI использует машинное обучение для комплексного прогнозирования прогрессирования болезни Альцгеймера.

Компания Babylon Health разработала приложение Healthcheck, которое позволяет пользователям понять свое текущее состояние здоровья и то, как оно может измениться в будущем. После того, как пользователи ответят на анкету об образе жизни и семейной истории, приложение на базе искусственного интеллекта создает цифрового двойника, чтобы пользователи могли получить представление о своем текущем здоровье и факторах риска будущих состояний, а также практические рекомендации по сохранению здоровья.

Компания Virtonomy сокращает время вывода медицинских изделий на рынок, ускоряет внедрение медицинских инноваций и значительно снижает затраты. Она помогает производителям медицинских устройств на различных этапах жизненного цикла продукта - от концептуальной стадии до доклинической оценки до послепродажного надзора. Используя цифровых двойников, производители могут лучше понять анатомию, найти оптимальное приспособление для лечения максимального числа пациентов, определить подходящую модель in vivo и улучшить клинические испытания путем правильного отбора подгрупп населения.

Пандемия COVID-19 привела к росту спроса на цифровых двойников в здравоохранении и фармацевтике

Компания MarketsandMarkets в исследовании рынка отмечает, что размер глобального рынка цифровых двойников оценивался в 3,1 миллиарда долларов США в 2020 году и, по прогнозам, достигнет 48,2 миллиарда долларов США к 2026 году. Ожидается, что он будет расти со среднегодовым темпом роста 58% в течение прогнозируемого периода.

Цифровой двойник играет важную роль в наблюдении за здоровьем пациента, воздействием лекарств и другими параметрами.

Некоторые игроки отрасли воспользовались возможностью бороться с пандемией коронавируса, предлагая различные решения. Например, Exactcure, французский стартап, разрабатывающий программное решение для уменьшения количества ошибок при приеме лекарств, разработал решение с цифровым двойником для снижения воздействия неточно дозированных лекарств.

Отслеживается эффективность и взаимодействие лекарств в организме пациента на основе его личных характеристик, таких как возраст, пол и состояние почек.

Среди других направлений развития MarketsandMarkets отмечает разработку цифрового двойника для выявления людей, у которых есть симптомы, инфицированных или выздоровевших с антителами, а также людей, которые контактировали с инфицированным человеком.

К сожалению, в России работа по внедрению ЦД в здравоохранение далее декларативных заявлений не идет. Вот результаты интенсивного поиска по теме:

16 февраля 2018 года подписан меморандум о создании консорциума «Цифровое здравоохранение» Цель консорциума — подготовить возможность перевода всей национальной медицины на модель “цифрового двойника”. Однако за прошедшие годы никакой информации по «подготовке возможности» нет.

Сеченовский Университет победил в конкурсном отборе по созданию Научных центров мирового уровня. В консорциуме с другими вузами на его базе будет создан центр «Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение». «Одной из задач центра является создание до 2025 года «цифровых двойников» рака почек на основании математического и информационного анализа больших баз данных с использованием систем искусственного интеллекта принятия клинических решений.

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского объявил в марте 2019г. о проекте «Нейродвойник человека». Разработка предполагает как дополнительный сбор медицинских данных, так и использование систем искусственного интеллекта для их интерпретации. Создана концепция проекта, ученые разрабатывают технологии для его реализации. Прочитать больше.

В феврале 2020 года уральцам пообещали цифрового двойника для оказания медпомощи. Министерство здравоохранения Свердловской области предложило правительству региона улучшить качество госуслуг в медицине, создав цифрового двойника для пациентов.

Предлагаю посмотреть небольшой ролик YouTube - Цифровой двойник человека

Что еще почитать:

Андрей Шуравин, Александр Московченко. Что нам может дать цифровой двойник. Control Engineering Россия июль 2020