Il settore sanitario sta iniziando ad adottare i gemelli digitali per migliorare la medicina personalizzata, le prestazioni dell’organizzazione sanitaria e nuovi farmaci e dispositivi. Sebbene le simulazioni siano in circolazione da un po’ di tempo, i gemelli digitali medici di oggi rappresentano un’importante novità. Questi gemelli digitali possono creare modelli utili basati su informazioni provenienti da dispositivi indossabili, omici e record dei pazienti per collegare i punti tra i processi che abbracciano pazienti, medici e organizzazioni sanitarie, nonché produttori di farmaci e dispositivi.
È ancora agli inizi, ma il campo dei gemelli digitali si sta espandendo rapidamente in base ai progressi nei feed di dati in tempo reale, nell’apprendimento automatico e nell’AR/VR. Di conseguenza, i gemelli digitali potrebbero cambiare drasticamente il modo in cui diagnostichiamo e trattiamo i pazienti e aiutano a riallineare gli incentivi per migliorare la salute. Alcuni sostenitori paragonano lo stato attuale dei gemelli digitali a dove si trovava il progetto del genoma umano 20 anni fa, e potrebbe richiedere uno sforzo simile su larga scala per prendere forma pienamente. Un team di ricercatori svedesi ha recentemente scritto: “Data l’importanza del problema medico, il potenziale dei gemelli digitali merita sforzi di ricerca concertati su una scala simile a quelli coinvolti nell’HGP”.
Sebbene un simile sforzo di “colpo di luna” potrebbe non essere immediatamente avviato, ci sono molti indicatori che i gemelli digitali stanno guadagnando terreno in medicina. Qui vengono presentati 21 modi in cui i gemelli digitali stanno iniziando a plasmare l’assistenza sanitaria oggi, suddivisi grosso modo in medicina personalizzata, miglioramento delle organizzazioni sanitarie e sviluppo e sviluppo di farmaci e dispositivi medici. In effetti, molti tipi di gemelli digitali abbracciano più casi d’uso e persino categorie; sono questi casi d’uso tra domini che costituiscono uno dei principali punti di forza dei gemelli digitali.
Medicina personalizzata
I gemelli digitali mostrano un’enorme promessa nel rendere più facile la personalizzazione dei trattamenti medici per gli individui in base alla loro composizione genetica, anatomia, comportamento e altri fattori unici. Di conseguenza, i ricercatori stanno iniziando a chiedere alla comunità medica di collaborare per ridimensionare i gemelli digitali da progetti una tantum a piattaforme di personalizzazione di massa alla pari con le odierne piattaforme avanzate di dati dei clienti.
1. Organi virtuali
Diversi fornitori hanno lavorato su cuori virtuali che possono essere personalizzati per i singoli pazienti e aggiornati per comprendere la progressione delle malattie nel tempo o comprendere la risposta a nuovi farmaci, trattamenti o interventi chirurgici. Philip HeartModel simula un cuore virtuale, partendo dall’apparecchiatura a ultrasuoni dell’azienda. Siemens Healthineers ha lavorato su un gemello digitale del cuore per migliorare il trattamento farmacologico e simulare interventi di catetere cardiaco. La startup europea FEops ha già ricevuto l’approvazione normativa e ha commercializzato la piattaforma FEops Heartguide. Combina una replica del cuore specifica per il paziente con l’analisi anatomica abilitata dall’intelligenza artificiale per migliorare lo studio e il trattamento delle malattie cardiache strutturali.
Dassault ha lanciato il suo Living Heart Project nel 2014 per raccogliere in crowdsourcing un gemello virtuale del cuore umano. Il progetto si è evoluto come una collaborazione open source tra ricercatori medici, chirurghi, produttori di dispositivi medici e aziende farmaceutiche. Nel frattempo, il progetto Living Brain dell’azienda sta guidando il trattamento dell’epilessia e monitorando la progressione delle malattie neurodegenerative . L’azienda ha organizzato iniziative simili per polmoni, ginocchia, occhi e altri sistemi.
“Questa è una base scientifica mancante per la salute digitale in grado di alimentare tecnologie come AI e VR e inaugurare una nuova era di innovazione”, ha detto a VentureBeat Steve Levine, senior director di Dassault per la modellazione umana virtuale. Ha aggiunto che questo “potrebbe avere un impatto ancora maggiore sulla società rispetto a quello che abbiamo visto nelle telecomunicazioni”.
2. Medicina genomica
Ricercatori svedesi hanno mappato l’ RNA di topo in un gemello digitale che può aiutare a prevedere l’effetto di diversi tipi e dosi di farmaci per l’artrite. L’obiettivo è personalizzare la diagnosi e il trattamento umani utilizzando l’RNA. I ricercatori hanno osservato che i farmaci non funzionano dal 40% al 70% delle volte. Tecniche simili stanno anche mappando le caratteristiche delle cellule T umane che svolgono un ruolo cruciale nella difesa immunitaria. Queste mappe possono aiutare a diagnosticare molte malattie comuni prima quando sono più efficaci ed economiche da trattare.
3. Informazioni sanitarie personalizzate
La pandemia ha contribuito ad alimentare la crescita dei servizi sanitari digitali che aiutano le persone a valutare e affrontare semplici condizioni mediche utilizzando l’intelligenza artificiale. Ad esempio, l’ app Healthcheck di Babylon Health acquisisce i dati sanitari in gemelli digitali. Funziona con dati inseriti manualmente come storie di salute, un tracker dell’umore, un tracker dei sintomi e l’acquisizione automatica da dispositivi fitness e dispositivi indossabili come Apple Watch. Il gemello digitale può fornire informazioni di base di prima linea o aiutare a guidare le priorità e le interazioni con i medici per affrontare condizioni più gravi o persistenti.
4. Personalizza il trattamento farmacologico
Il centro di ricerca Empa in Svizzera sta lavorando sui gemelli digitali per ottimizzare il dosaggio dei farmaci per le persone affette da dolore cronico. Caratteristiche come l’età e lo stile di vita aiutano a personalizzare il gemello digitale per aiutare a prevedere gli effetti dei farmaci antidolorifici. Inoltre, i rapporti dei pazienti sull’efficacia dei diversi dosaggi calibrano l’accuratezza del gemello digitale.
5. Scansione di tutto il corpo
La maggior parte degli approcci ai gemelli digitali si basa su apparecchiature esistenti per acquisire i dati appropriati, mentre la nuova piattaforma Gemini Digital Twin di Q Bio inizia con una scansione di tutto il corpo. La società afferma di acquisire una scansione di tutto il corpo in 15 minuti senza radiazioni o trattenere il respiro, utilizzando modelli di fisica computazionale avanzati che sono più precisi della risonanza magnetica convenzionale per molte diagnosi. L’azienda ha ricevuto oltre 80 milioni di dollari da Andreessen Horowitz, Kaiser Foundation Hospitals e altri. Q Bio sta inoltre sviluppando integrazioni per migliorare questi modelli utilizzando dati provenienti da genetica, chimica, anatomia, stile di vita e anamnesi.
6. Pianificazione della chirurgia
Un ospedale di Boston ha lavorato con il cuore digitale di Dassault per migliorare la pianificazione delle procedure chirurgiche e valutare i risultati in seguito. I gemelli digitali li aiutano anche a generare la forma di un bracciale tra il cuore e le arterie.
Sim& Size di Sim&Cure è un gemello digitale che aiuta i chirurghi del cervello a trattare gli aneurismi utilizzando simulazioni per migliorare la sicurezza del paziente. Gli aneurismi sono vasi sanguigni dilatati che possono causare coaguli o ictus. Questi gemelli digitali possono migliorare la capacità di pianificare ed eseguire interventi chirurgici meno invasivi utilizzando cateteri per installare impianti unici. I dati dei singoli pazienti aiutano a personalizzare le simulazioni eseguite su un pacchetto di simulazione integrato di Ansys. I risultati preliminari hanno drasticamente ridotto la necessità di un intervento chirurgico di follow-up.
Migliorare le organizzazioni sanitarie
I gemelli digitali mostrano anche risultati promettenti nel migliorare il modo in cui le organizzazioni sanitarie forniscono assistenza. Gartner ha coniato il termine gemello digitale delle organizzazioni per descrivere questo processo di modellazione del modo in cui un’organizzazione opera per migliorare i processi sottostanti.
Nella maggior parte dei settori, questo può iniziare utilizzando il process mining per scoprire variazioni nei processi aziendali. Nuovi strumenti specifici per l’assistenza sanitaria possono integrare queste tecniche.
7. Migliorare l’esperienza del caregiver
I gemelli digitali possono anche aiutare gli operatori sanitari a catturare e trovare informazioni condivise tra medici e più specialisti. Il CTO di John Snow Labs, David Talby, ha dichiarato: “Stiamo generando più dati che mai e nessuno ha il tempo di sistemarli tutti”. Ad esempio, se una persona vede il proprio medico di base, avrà una conoscenza di base del paziente, della sua storia medica e dei farmaci. Se lo stesso paziente vede uno specialista, potrebbero essere poste molte delle stesse domande ripetitive.
Un gemello digitale può modellare il paziente e quindi utilizzare tecnologie come la PNL per comprendere tutti i dati e tagliare il rumore per riassumere cosa sta succedendo. Ciò consente di risparmiare tempo e migliora l’accuratezza dell’acquisizione e della presentazione di informazioni come farmaci specifici, condizioni di salute e maggiori dettagli che i fornitori devono conoscere nel contesto per prendere decisioni cliniche.
8. Guidare l’efficienza
Il GE Healthcare Command Center è un’importante iniziativa per virtualizzare gli ospedali e testare l’impatto di varie decisioni sui cambiamenti nelle prestazioni organizzative complessive. Sono coinvolti moduli per valutare i cambiamenti nella strategia operativa, nelle capacità, nel personale e nei modelli di erogazione dell’assistenza per determinare oggettivamente quali azioni intraprendere. Ad esempio, hanno sviluppato moduli per stimare l’impatto delle configurazioni dei letti sui livelli di assistenza, ottimizzare i programmi chirurgici, migliorare la progettazione della struttura e ottimizzare i livelli del personale. Ciò consente ai manager di testare varie idee senza dover eseguire un progetto pilota. Decine di organizzazioni stanno già utilizzando questa piattaforma, ha affermato GE.
9. Riduzione della finestra di trattamento critico
Siemens Healthineers ha collaborato con la Medical University of South Carolina per migliorare la routine quotidiana dell’ospedale attraverso l’analisi del flusso di lavoro, la riprogettazione del sistema e le metodologie di miglioramento dei processi. Ad esempio, stanno lavorando per ridurre i tempi di trattamento dei pazienti colpiti da ictus. Questo è importante poiché il trattamento precoce è fondamentale ma richiede il coordinamento di diversi processi per funzionare correttamente.
10. Assistenza sanitaria basata sui valori
L’aumento del costo dell’assistenza sanitaria ha spinto molte nazioni a esplorare nuovi modelli di incentivi per allineare meglio nuovi farmaci, interventi e trattamenti ai risultati. L’assistenza sanitaria basata sui valori è un approccio che sta diventando sempre più popolare. L’idea di base è che i partecipanti, come le aziende farmaceutiche, otterranno solo un compenso proporzionato al loro impatto sui risultati. Ciò richiederà lo sviluppo di nuovi tipi di relazioni tra più attori nei sistemi di erogazione della salute. I gemelli digitali potrebbero fornire l’infrastruttura abilitante per organizzare i dettagli per creare questi nuovi tipi di accordi.
11. Resilienza della catena di approvvigionamento
La pandemia ha mostrato quanto possano essere fragili le moderne catene di approvvigionamento. Le organizzazioni sanitarie hanno subito dovuto affrontare la carenza di dispositivi di protezione individuale essenziali a causa di chiusure e restrizioni da paesi come la Cina. I gemelli digitali di una catena di approvvigionamento possono aiutare le organizzazioni sanitarie a modellare le loro relazioni con la catena di approvvigionamento per comprendere meglio come pianificare nuovi eventi, chiusure o carenze. Ciò può aumentare la pianificazione e le negoziazioni con i funzionari del governo in un pizzico, come è avvenuto nella recente pandemia. Un recente sondaggio di Accenture ha rilevato che l’87% dei dirigenti sanitari afferma che i gemelli digitali stanno diventando essenziali per la capacità della propria organizzazione di collaborare in partnership strategiche di ecosistema.
12. Costruzione ospedaliera più rapida
I gemelli digitali potrebbero anche aiutare a semplificare la costruzione di strutture mediche necessarie per stare al passo con i rapidi cambiamenti, come quelli osservati nella pandemia. Atlas Construction ha sviluppato una piattaforma gemellare digitale per aiutare a organizzare tutti i dettagli per l’edilizia sanitaria. Il progetto è stato ispirato molto prima della pandemia, quando il fondatore di Atlas Paul Teschner ha visto quanto fosse difficile costruire nuove strutture in aree remote del mondo. La piattaforma aiuta a organizzare i processi di progettazione, approvvigionamento e costruzione. È basato sulla piattaforma Oracle Cloud e sul servizio di gestione del ciclo di vita degli asset Primavera Unifier.
13. Semplificare le interazioni del call center
I gemelli digitali possono facilitare la comprensione e la comunicazione con i pazienti da parte degli agenti del servizio clienti. Ad esempio, un grande fornitore di assicurazioni ha utilizzato un database grafico TigerGraph per integrare i dati provenienti da oltre 200 fonti per creare una storia sanitaria longitudinale completa di ogni membro. “Questo livello di dettaglio dipinge un quadro chiaro della situazione medica attuale e storica dei membri”, ha affermato Andrew Anderson, responsabile del settore sanitario di TigerGraph.
Una visione olistica di tutte le prescrizioni relative ai reclami diagnostici, le ricariche, le visite di follow-up e le richieste in sospeso ha ridotto il tempo di gestione delle chiamate del 10%, ha affermato TigerGraph, con un risparmio stimato di oltre $ 100 milioni. Inoltre, conversazioni più brevi ma più pertinenti tra gli agenti e i membri hanno aumentato il Net Promoter Score e ridotto il tasso di abbandono.
Sviluppo di farmaci e dispositivi medici
Esistono molti modi in cui i gemelli digitali possono migliorare la progettazione, lo sviluppo, il test e il monitoraggio di nuovi dispositivi medici e farmaci . La FDA statunitense ha lanciato un programma significativo per guidare l’adozione di vari tipi di approcci digitali. Le autorità di regolamentazione negli Stati Uniti e in Europa stanno anche identificando strutture per l’inclusione di modelli e simulazioni come fonti di prova nelle approvazioni di nuovi farmaci e dispositivi.
14. Software come dispositivo medico
La FDA sta creando il quadro normativo per consentire alle aziende di certificare e vendere software come dispositivo medico . L’idea centrale è quella di generare un gemello digitale specifico per il paziente da diverse fonti di dati, inclusi test di laboratorio, ultrasuoni, dispositivi di imaging e test genetici. Inoltre, i gemelli digitali possono anche aiutare a ottimizzare il software in dispositivi medici come pacemaker, pompe di insulina automatizzate e nuovi trattamenti per il cervello.
15. Classificazione dei rischi da farmaci
I ricercatori farmaceutici stanno utilizzando i gemelli digitali per esplorare i rischi cardiaci di vari farmaci. Ciò potrebbe contribuire a migliorare la sicurezza dei singoli farmaci e delle combinazioni di farmaci in modo più efficiente in termini di costi rispetto ai test manuali. Hanno costruito un modello base per 23 farmaci. L’estensione di questo modello potrebbe aiutare a ridurre i 2,5 miliardi di dollari stimati necessari per progettare, testare, approvare e lanciare nuovi farmaci.
16. Simulazione di nuove linee di produzione
Siemens ha lavorato con diversi produttori di vaccini per progettare e testare varie configurazioni di linee di produzione di vaccini. I nuovi vaccini mRNA sono fragili e devono essere combinati con precisione utilizzando linee di produzione microfluidica che combinano con precisione particelle di dimensioni nanometriche. I gemelli digitali hanno permesso loro di progettare e convalidare i dispositivi di produzione, scalare questi processi e accelerare il lancio da 1 anno a 5 mesi.
17. Migliora il tempo di attività del dispositivo
Philips ha lanciato un programma di manutenzione predittiva che raccoglie dati da oltre 15.000 dispositivi di imaging medico. L’azienda spera che i gemelli digitali possano migliorare i tempi di attività e aiutare i propri ingegneri a personalizzare le nuove apparecchiature per le esigenze dei diversi clienti. Inoltre, spera di applicare principi simili a tutte le sue apparecchiature mediche.
18. Sorveglianza post-mercato
I regolatori stanno iniziando ad aumentare l’enfasi per i produttori di dispositivi per monitorare i risultati delle loro apparecchiature post-vendita come parte di un processo chiamato sorveglianza post-mercato. Ciò richiede il personale di costosi specialisti per la manutenzione dell’apparecchiatura o l’integrazione delle funzionalità del gemello digitale nell’apparecchiatura. Ad esempio, Sysmex ha collaborato con PTC per incorporare i test delle prestazioni nel suo analizzatore di sangue per ricevere una deroga da questi nuovi requisiti, ha dichiarato il CTO di PTC Steve Dertien a VentureBeat. Ciò ha aperto il mercato per ambienti clinici più piccoli più vicini ai pazienti, che possono accelerare la diagnosi.
19. Simulazione della variabilità umana
Scheletri e atlanti comunemente raffigurano l’essere umano perfetto. Tuttavia, gli esseri umani della vita reale in genere hanno alcune piccole variazioni nei muscoli o nelle ossa che per lo più passano inosservate. Di conseguenza, i produttori di dispositivi medici lottano con il modo in cui le variazioni anatomiche comuni tra le persone possono influenzare l’adattamento e le prestazioni delle loro apparecchiature. Virtonomy ha sviluppato una libreria di varianti comuni per aiutare i produttori di apparecchiature mediche a testare e condurre studi su come queste variazioni possono influenzare le prestazioni e la sicurezza dei nuovi dispositivi. In questo caso, simulano le caratteristiche che rappresentano variazioni comuni in una data popolazione piuttosto che individui.
20. Gemello digitale di un laboratorio
Lo sviluppo di farmaci moderni spesso richiede di testare migliaia o milioni di possibilità in un ambiente altamente controllato. Un gemello digitale del laboratorio può aiutare ad automatizzare queste strutture. Può anche aiutare a dare la priorità ai test in risposta alle scoperte. I gemelli digitali potrebbero anche migliorare la riproducibilità degli esperimenti tra laboratori e personale nello stesso laboratorio. In questa ricerca, Artificial ha recentemente raccolto $ 21,5 milioni in finanziamenti di serie A da Microsoft e altri per sviluppare software di automazione di laboratorio. La società scommette che i modelli e le piattaforme di dati unificati potrebbero aiutarli a saltare in prima linea nel mercato dell’automazione di laboratorio da 10 miliardi di dollari.
21. Migliorare la somministrazione dei farmaci
I ricercatori dell’Oklahoma State hanno lavorato con Ansys per sviluppare un gemello digitale per migliorare la somministrazione di farmaci utilizzando modelli di polmoni simulati come parte del progetto Virtual Human System . Hanno scoperto che solo il 20% circa di molti farmaci ha raggiunto il loro obiettivo. I gemelli digitali hanno permesso loro di riprogettare le dimensioni delle particelle e le caratteristiche di composizione del farmaco per migliorare l’efficienza di somministrazione fino al 90%.
