設想我們能為身體創建一套數字健康孿生模型，可以據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。

科學家們認為，在未來五到十年內，“計算機”試驗（使用數百種虛擬器官評估藥物的安全性和有效性）或將成為常態，而患者的特定器官模型則可指導個性化治療、顯著緩解并發癥問題。

數字孿生是指對物理對象或過程建立的計算模型，其使用現實世界對應物的數據進行更新。在醫學領域，這代表的就是將關于基因、蛋白質、細胞和全身系統運作的大量數據同患者實測指標相結合，為其身體器官創建出虛擬模型，最終搭建起準確反映身體機能的完整副本。

倫敦大學學院計算科學中心主任、《虛擬的你》（Virtual You）一書合著者Peter Coveney教授表示，“坦率地講，當前我們的醫學工作中還有很多不太科學的部分。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，就是試圖根據之前見過的病例來判斷面前這位患者該如何診療。”

“數字孿生的意義就是將數據納入到統一的模型中，而該模型就代表著你的生理學和病理學運行方式。它不再根據往往并不具備普遍代表性的群體特征做診療判斷，而能實現真正的個性化適配。”

目前最先進的數字孿生模型已經在心臟病領域落地。不少企業正使用特定患者的心臟模型來幫助設計醫療設備。例如，總部位于巴塞羅那的初創公司ELEM BioTech就基于人類心臟模擬模型為客戶提供藥物和設備測試環境。

ELEM聯合創始人兼CEO Chris Morton表示，“我們已經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。我們的產品已準備好登陸云端，供更多制藥企業客戶外部訪問。”

倫敦瑪麗女王大學的Caroline Roney博士在上周五的倫敦皇家醫學會數字孿生會議上發表講話，介紹了他們在開發個性化心臟模型方面的努力，該模型將幫助外科醫生為心律不齊/紊亂（房顫）的患者制定手術計劃。

Roney解釋稱，“外科醫生通常會使用一種普適性的方法，但卻很難針對當前患者做具體預測、更遑論準確把握未來可能出現的各種癥狀。在我看來，數字孿生將在心血管疾病迎來廣泛應用。我們將見證這項技術的全部普及，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院的癌癥研究人員合作，利用圖像、遺傳和分子數據構建患者腫瘤的數字副本，并以3D方式培養患者癌細胞以測試不同用藥場景下的腫瘤變化情況。

利用機器學習處理這些數據，科學家即可預測個體患者對不同藥物、藥品組合與給藥方案的反應。

倫敦國王學院的Tony Ng教授表示，“我們當然不可能在真正的患者身上反復做這樣的藥物組合試驗，因為每種新的治療方法都對應著一整套臨床流程。為了努力在患者寶貴的診療周期內找到最佳方案，我們需要借助數字孿生的力量。例如萬一癌癥復發我們該如何處置，或者哪種臨床試驗對他們更有價值。”

相關概念驗證預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數字孿生，希望能幫助開發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婦女健康工程中心主任Michelle Oyen教授表示，“在大多數情況下，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/復雜妊娠女性分娩后的高分辨率圖像來構建胎盤模型，并訓練出一種算法來識別并構建不同組織的數字副本。

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，預測誰在懷孕期間最可能出現胎盤功能問題，并及時干預以防止死產等情況。”

她的合作者、紐約哥倫比亞大學的Kristin Myers教授則負責構建宮頸、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一的個體模型，借此預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婦建立起解剖結構模型，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，未來的模型甚至有望預測分娩時長、復雜程度，并幫助女性就是否需要接受剖腹產做出更明智的決定。

也有研究人員正嘗試為醫院構建整體數字孿生，希望提高個體患者在醫療保健體系中的診療效率。

創傷與整形外科醫生、“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）負責人Jacob Koris博士評論稱，“通過跟蹤患者在每次事件、每個環節上的數字簽名——包括預約、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，在實踐當中不斷摸索更有益于患者的護理方法，據此重新設計我們照料病患的具體方式。”