超越：医疗和制药发展的数字孪生前沿

用于患者管理的数字孪生：

通过整合个人的虚拟副本，数字孪生可用于预防性医疗保健。这被称为人类数字孪生，融合了遗传、生活方式和环境因素等因素。其范围从代表整个人体到特定的器官。这些数据是从可穿戴传感器、生活方式信息和临床机构收集的。人类数字孪生还允许创建大量患者的数字复制品，从而能够测试不同的药物，以确定对每位患者最有效的治疗方法。

项目如“SIMULIA活体心脏”利用数字孪生技术，通过计算机模拟来研究人体和药物之间的相互作用。这种技术使医生能够深入了解心脏复杂的结构，检测与缺血性心脏病(IHD)等疾病相关的事件。这种创新方法为医学领域带来了更多机会，通过模拟和实验，医生可以更准确地预测药物对心脏疾病的疗效，为患者提供更好的治疗方案。

制药行业的数字孪生：

随着工业4.0的出现，制药行业正在经历范式转变，参与被称为制药4.0的数字化运动。在医药产品开发周期中，数字孪生可以为智能制造做出贡献。数字孪生可以帮助选择最优化、最有效的生产路径、实时过程控制以及生物制造，减少物理实验时间和成本，提高生产力，并提高产品质量。

分子与生物网络之间错综复杂的互动关系导致药物研发过程耗时且成功率不高。一种自上而下的方法是将数字孪生技术融入药物发现、生物标志物鉴定和临床试验优化中。这种方法可以提高研发效率，减少试验失败率，帮助科学家更好地理解药物与生物系统之间的关系。通过数字孪生模型，可以预测药物在不同生物系统中的表现，从而优化药物设计和筛选过程。此外，数字孪生还可以

基因组和细胞生物过程的建模受到了美国国家科学基金会(NSF)等资助组织的重要支持。此外，美国国防高级研究计划局(DARPA)还发起了一系列备受瞩目的项目，如生物香料等。

公共卫生管理中的数字孪生：

数字孪生在分析大众健康方面非常有帮助。它有助于促进人口福祉，并在突发疫情方面，管理病毒性疾病，如COVID-19等。

示例：Mater私立医院放射科的3D动画，由Siemens Healthineers制作，用于在患者需求增加、等待时间增加的情况下改善医院流程。

数字孪生在内科和外科医生的培训和实践:

数字孪生技术可用于模拟侵入性临床程序，在选择治疗之前预测结果，提高干预成功率并降低患者风险。

示例：Dassault系统创建了计算机建模的数字孪生，通过3D建模和流动模拟显示设计的手镯的位置。其帮助波士顿儿童医院心脏外科治疗一名18岁右心房扩大的患者。