数字双技术正在改变医疗范例。如今，医生可以通过三维图像从心脏到大脑重建各种患者的器官。在不久的将来，预计将建立整个人体的虚拟双胞胎，从而使手术，诊断和治疗更加准确，可预测。

随着人工智能大型技术技术的发展，更强的计算能力将使未来的三维模型的构建更快，更方便。在整合了AI图像信息之后，医生还可以对患者的健康进行更全面的评估。

从虚拟心脏到虚拟大脑

六个月前，软件工程师史蒂文·莱文（Steven Levine）进行了12小时的脑瘤去除手术。在被诊断出患有良性肿瘤大脑中高尔夫球大小的良性肿瘤后，医生对大脑建模，找到了肿瘤的确切部位，并进行了以3D图像为指导的介入手术。 6周后，莱文从手术中完全康复。

“尽管肿瘤不会立即危害我的生命，但它侵蚀了我的头骨，鼻窦和压缩视神经的一部分。”莱文对第一名财务记者说：“肿瘤还影响了垂体功能，并分泌了过度的生长激素，这使我的脚和手逐渐变得更大。”

加州大学圣地亚哥分校神经外科医生托马斯·博蒙特（Thomas Beaumont）使用数字双技术来重建莱文（Levin）的大脑，包括肿瘤。在操作过程中，通过手术室屏幕上的图像，Beaumont将相机放入了列文的鼻孔之一，并将手术工具发送到另一个，将摄像头发送到另一个鼻孔中，通过碎片清除肿瘤并修复受损的组织，以非侵入性的方式进行手术。

因为每个患者都有不同的骨结构。颈动脉曲线的方式不同。所有这些都必须以三维方式可视化，以确保手术的成功。通过三维图像，医生不必想象患者大脑的解剖结构，而可以直接看到它们，这使医生在手术过程中处于更一定的状态，并使手术更加准确。

莱文的手术非常成功，半年后，他已经像往常一样工作了。实际上，博蒙特博士使用的数字双技术是由莱文本人开发的，他成为了自己开发技术的受益者。他的经验使他更加确信这项技术将在将来帮助更多的患者，并减轻医生的负担。

现在，列文（Levin）将数字双技术从实验室推向临床实践，其中包括各种个人器官，例如心脏，大脑和肝脏。莱文（Levine）努力工作了十多年。

2014年，莱文（Levine）带领他的公司达索系统（Dassault Systems）启动活着的心脏项目，这是美国FDA认可的第一个数字人类心脏建模工具。它可以帮助心脏介入的医生在手术之前或过程中更好地了解患者心脏的结构，从而找到最佳的手术解决方案。

莱文（Levin）告诉第一名财务记者，他发起虚拟心脏项目的灵感是他的女儿杰西（Jesse）。杰西（Jesse）出生于罕见的严重心脏缺陷。医生将起搏器植入了她的心中。杰西（Jesse）今年35岁，有五名起搏器取代了她的心。

当治疗杰西的心脏病时，医生面临很多不确定性，他们主要依靠经验和猜测，这给莱文留下了深刻的印象。从那以后，莱文（Levine）希望开发一个数字系统，可以帮助医生更好地研究杰西（Jesse）等先天性心脏病儿童心脏病的发展。

莱文对第一名财务记者说：“就像现在没有人要建造一架真正的飞机或汽车并将其驾驶进行测试。” “软件程序和计算机系统使设计人员可以在这些产品实际组装之前首先在虚拟环境中制作和测试这些零件，所以为什么不能提前测试心脏手术和冠状动脉干预设备？”

曾经是一名工程师的莱文（Levin）一直在思考这个问题。他认为，由于心脏是“泵”，因此应该受到物理定律的约束。这个想法导致了他虚拟心脏项目的原型。

他说：“如果模型正确构建，最终产品是正确的。”这种成功来自系统的开源。莱文说，该项目的开源合作持续了十年。来自世界各地的数百名医生，工程师，行业标准建立者和政府官员参加了该项目，他们的专业知识贡献了他们各自的专业知识，目的是在虚拟环境中建立第一个三维功能性的心脏。

莱文告诉第一名财务记者，起初，许多人怀疑这个项目。毕竟，每一次心脏手术都与生活有关，目前，心脏手术仍然依赖医生的技能和经验。但是逐渐地，三维模型是由常见的CT扫描和磁共振（MRI）图像创建的，该软件逐渐改进，并且该项目逐步验证，在动物和最终人体测试中都表现良好。

莱文说：“驱动虚拟心脏项目的是一个不断发展的生态系统，我们的最高心血管研究人员，医疗器械开发人员，监管机构和心脏病专家团队旨在开发临床证明，高度准确，可获得的个性化数字人类心脏模型和新型数字疗法。”

预计先天性心脏病的儿童将首先受益

经过多年的辛勤工作，莱文的团队成功地建立了功能齐全的虚拟心脏，并为波士顿儿童医院的外科医生提供了可用的。莱文认为，由于小儿心脏病学家缺乏先天性心脏病的儿童疾病发展的预测手段，因此预计小儿心脏病学部门将成为第一个迈向临床商业化的数字双胞胎技术部门。

今天，每周两次在波士顿儿童医院的心脏部门，数十名专家聚集在一起计划最复杂的心脏手术。他们分析了投影在屏幕上的心脏的三维数字图像，每个受损的血管或畸形的心室都可能威胁到儿童的生活和健康。

这些三维数字图像可以在计算机屏幕上旋转或分解，从而使外科医生能够准确计划即将进行的手术。在生物医学工程师的帮助下，医生可以看到血液和氧气流，心脏的电信号以及瓣膜压力会影响心脏功能，医生甚至可以预测他们计划使用的阀门对心脏修复的影响。

莱文说，有一天将添加这些数字技术的传感器或可穿戴设备，以创造一种将数据传递给患者虚拟心脏的方法。此反馈循环将创建人类心脏的“数字双胞胎”，为​​医生提供新方法，以确保其手术方案是最佳的。

小儿心脏外科医生兼波士顿儿童医院3D可视化计划主任戴维·霍根森（David Hoganson）是该项目的负责人。到目前为止，他的团队已经使用数字心脏模型完成了大约2,000次手术。

在新华社医院的儿童心脏中心隶属于上海北北大学，心脏病学系主任陈·孙（Chen Sun）每天处理大量患有复杂先天性心脏病的儿科患者。这些孩子由于心室发育不良和其他原因而出生时有时需要治疗。其中一些在2或3岁时患有川崎疾病或心肌病，这些疾病的许多机制仍不清楚。

Chen Sun告诉第一名财务记者，他的团队还在数字双胞胎的研究所与企业之间进行科学研究合作。基于超声心动图和心脏大血管增强CT的多模式图像融合，它开发了相关的算法，以在儿童中构建先天性心脏病的3D和4D模型，以更好地了解儿童先天性心脏病的发展。

Chen Sun承认，外国数字技术在临床应用中领先的原因主要是基于两个优点：一个是它们具有成熟的支付系统，并且产品可以更快地商业化；另一个是国外的生态学是相对发展的，并且关于基础医学，工程，临床和其他领域的跨研究已经形成了一个系统。

新华社医院儿童心脏中心的医师彭·扬神恩（Peng Yongxuan）博士告诉第一位财务记者：“虚拟心脏已成为中国心血管研究领域的热门话题。数字双技术是进一步发展医疗水平的不可避免的趋势，并将为医疗领域带来革命性的变化。”

他说，在中国儿童心脏病领域，虚拟心脏技术正处于通过AI算法研究和开发优化，多模式图像融合等的早期阶段，并不断提高数字双胞胎模型的准确性，并将进一步探索其未来在实际临床实践中的应用。

“作为一种新技术和辅助工具，数字双心脏的强大功能还需要进行系统的使用方法。疾病。”彭东宣布。

在过去的几年中，“数字双胞胎”在医学领域变得越来越成熟，并已发展成为肺，肝脏，脑，关节，眼睛，血管，血管和其他身体部位的模型。建立整个人体的虚拟双胞胎也有望在不久的将来发生。目前，这项新技术已用于测试新的医疗设备产品，并预测新药分子对器官和细胞的影响。将来，它具有减少甚至替代动物实验的潜力。

这些模型将为心血管计算医学建立统一的基础，促进教育和培训，医疗设备设计，临床试验和临床诊断的发展，并为尖端医疗设备的创新转化提供了更有效的方式。目前，美国FDA已将其与Dassault Systems Virtual Heart的协作研究协议扩展到10年，以评估包括起搏器在内的心血管设备的植入，放置和性能。

随着生成AI的发展，Dassault的虚拟心脏项目正在引入大型语言模型。莱文（Levin）告诉第一名财务记者，他的团队现在正在测试新一代的虚拟心脏模型，可以为个别患者或患者人群配置，并且AI驱动的定制和自动化功能将有助于简化和加速医疗设备的开发。

莱文说：“ AI模型的好处之一是，我们将来可能不需要大量的患者数据。我们只需要少量数据即可保持模型学习并生成大量数据。这是AI开发对数字双技术技术的重要影响。”

此外，借助AI的能力，过去“手动建模”每个人的心脏的方式也会改变。他说：“手动建模通常需要很长时间，现在通过一键单击的自动化自动建模可以使整个过程具有变革性，这可以将其简化为几天到几分钟。”

AI医学的时代即将到来

在该国，临床医生还在探索虚拟双胞胎技术的应用前景。最近，在上海北海大学医学院的Renji医院的手术室发起了人机合作“ Precision War”。 Renji医院功能性神经群的周元团队将患者的CT和MRI图像数据进口到了一个名为SINO的手术机器人系统中。 AI算法系统可以自动重建颅内三维模型，并准确概述脓肿的三维轮廓。

借助三维数据图像，在无阴暗的光线下，Renji医院神经外科部副总体医师Guo Liemei顺利控制了机器人的机器人的机器人机器人的机器人手臂，并且根据机器人计划的手术路径，引流管通过机器人的中心慢慢地发送到了腹部cavity的中心。

周元向第一名财务记者解释说，过去，这种手术取决于医生的“手”和经验。现在，随着神经影像技术的发展，可以在CT和磁共振上处理图像数据，并且过去必须通过颅骨切开术观察到深脑结构。根据三维系统计划手术路径，避免血管和重要的功能区域，并且通过机器人准确定位和手术导航可以突破人眼和手的生理限制。

他说：“该系统显示出刺穿深度，实时的角度抵消，并可以巧妙地避免血管和功能区域，这是在传统手术中无法实现的视角。”

Renji医院神经外科部主任Feng Junfeng教授告诉第一名财务记者：“神经外科已进入'MM时代'。机器学习继续积累了手术数据，将来它可能会独立地优化刺穿路径并成为医生的'AI参谋人员'。”

预计将来将在医院的心脏导管室进行类似的情况。中东医院心脏病学系主任Ge Junbo隶属于Fudan University，他描述了第一个财务记者：导管室由人工智能辅助决策制造系统组成的“元颜色导管室”场景：一个由人工智能采用的决策系统组成，是一个语音辅助控制系统，一个机器人的互联网和触觉的系统，是一个较高的互联网系统和混合的真实性系统。

“在此导管室中，在患者接受手术之前，所有信息都已反映并映射到医生的软件系统。 GE Junbo告诉第一名财务记者。

他认为，“元词”的表达和维度也适用于心脏病的诊断和治疗。从“元宇宙”到“心脏宇宙”，未来的数字双胞胎可以使用AI技术来准确构建数字器官（数字人体），概述了实际情况下可能的情况（虚拟），以便医生和患者可以理解疾病因素的后果等。

Ge Junbo说：“这将有助于了解各种复杂的血管疾病之间的关联，例如动脉粥样硬化如何影响人体的整个血管网络。” “这对于全血管疾病的诊断和治疗管理至关重要。传统知识无法再预测疾病的全部后果。将来，包括患者特征，临床表现，生物标志性，成像学和其他信息在内的信息的整合将成为一种趋势。”

GE Junbo说，将未来叠加在人工智能模型上的数字双技术可以准确地预测泛血管疾病，并且还可以在诸如瓣膜替代品等手术领域中发挥更大的作用，从而帮助医生预测和决定何时干预疾病。

就在上周，中山医院心脏病学系在中国发行了第一个心脏模型。该模型将多模式诊断和治疗数据与顶级医生的经验相结合，以实现从病史收集到辅助诊断的智能完整过程。更重要的是，该系统通过单个文本数据分析进行了破坏，并实现了多模式数据的集成推理，例如心电图，超声成像和实验室检查。

但是这些数据的标准化仍然面临挑战。 “数字双胞胎根据各种医学三维图像和生理信号来描述器官。CT/MRI 3D图像是数字双胞胎的基础。由于每个人的器官结构的差异，这些实时图像可用于调整AI模型并实现个性化应用。”一位医学成像专家告诉第一名财务记者。 “目前，器官数字双胞胎尚未形成统一的标准，但是可以根据特定需求进行简化，例如专门用于手术指导的方案。”

一些临床医生还向第一位财务记者指出，由于人体生理数据的主观差异很大，这将增加标准化的困难。 “人类数据非常复杂，数亿个变量彼此相互作用，因此很难准确模拟它。”中山医院心脏病学首席医师潘·温希（Pan Wenzhi）教授告诉第一名财务记者：“医学领域，以证明疗法是否可行，即使是一个非常简单的假设，通常需要成千上万的患者才能进行几年的临床试验，这是数千千万的患者，因为这会造成数百万的Yuan。

他还说，AI模型的应用对客观数据（例如成像数据，病理和血液数据）的优势最大。从这些数据中，它可以为医生提供特定的辅助功能。

莱文（Levin）向第一位财务记者承认，虚拟心脏项目仍在等待监管机构的评估，现在是时候大规模进入临床领域了。在谈到挑战时，他说：“缺乏标准是最大的挑战。不仅是每家生产自己的产品的公司，也没有统一的标准，而且每个国家的标准也不同。因此，该行业需要尽快为数字化双胞胎技术制定标准，以便尽快将技术批准提供参考，以尽快将技术推向临床实践。”