Колонки

Виртуальные органы для спасения реальных жизней. Эксперт — о перспективах цифровых двойников

Колонки
Дмитрий Лисогор
Дмитрий Лисогор

директор направления цифровой медицины, медицинского монитор...

Ольга Лисина

Сегодня крупнейшие компании из технологичных сфер тратят огромные средства на научно-исследовательскую деятельность. Так, лидер по этому показателю — компания Amazon — в 2018 году вложила в исследования и разработки $22,6 млн. 

Одним из главных трендов последних лет стали цифровые двойники — виртуальные копии физических объектов, которые позволяют создателям техники не только симулировать возможные внештатные ситуации на этапе разработки, но и дистанционно сопровождать оборудование на протяжении всего жизненного цикла. 

О цифровых двойниках сегодня, о будущем технологии и о том, с чего начать ее внедрение, рассказывает Дмитрий Лисогор, директор направления цифровой медицины, медицинского мониторинга и аналитики Philips в России и СНГ.

Виртуальные органы для спасения реальных жизней. Эксперт — о перспективах цифровых двойников

Что такое цифровой двойник

Разработчики бизнес-стратегий всегда должны быть уверены в том, что когда новый проект будет воплощен в реальность, то продукт будет полностью справляться со своими функциями, соответствовать целям и контексту на протяжении всего его срока службы.

Важнейшим инструментом здесь стали компьютерные симуляции. Например, создателю тормозов для автомобилей не требуется несколько машин, чтобы протестировать систему: гораздо быстрее и дешевле воспользоваться симулятором и провести виртуальные испытания.

Однако подобные симуляции неспособны адаптироваться к переменам в реальной жизни и не помогают реагировать на обстоятельства, которые могут возникнуть в будущем. Здесь на помощь приходят цифровые двойники — именно они выводят компьютерное моделирование за рамки простого теста и позволяют продолжать его на протяжении всего времени существования оборудования.

Термин «цифровой двойник» впервые использовал профессор Майкл Гривз из Мичиганского университета в 2002 году во время презентации, приуроченной к открытию Центра управления жизненным циклом продукта.

Концепция Гривза развивалась, совершенствовалась и дополнялась, но ее основа осталась прежней: реальное оборудование передает своему виртуальному зеркалу данные с помощью специальных датчиков, и эта связь осуществляется на протяжении всего жизненного цикла. Двойник содержит в себе максимум информации об оригинале, что позволяет не только быстро решать возникающие проблемы, но и предотвращать их. 

Технология оказалось настолько интересной и практичной, что глобальная исследовательская и консалтинговая фирма Gartner включила ее в перечень главных стратегических трендов 2019 года.

Идея цифрового двойника универсальна: в теории точную виртуальную копию можно создать практически для любого объекта — автомобиля, моста, заводского оборудования или даже реактивного самолета. Каждый, кто имеет доступ к цифровой модели, может составить представление о состоянии его физической пары.

Shutterstock / Alexander Tolstykh

Вот лишь несколько преимуществ, которые становятся доступны бизнесу благодаря цифровым двойникам:

  • производители могут визуализировать использование своих продуктов в режиме реального времени;
  • инженеры могут проводить предиктивную аналитику, чтобы предупредить возможные ошибки;
  • неполадки можно устранять удаленно;
  • можно устанавливать связь между системами, которые географически находятся далеко друг от друга;
  • становится проще изучать потребительское поведение, а в дальнейшем — работать над качеством продукта и предлагать дополнительные сервисы.


В каком формате существуют цифровые двойники сегодня

Можно выделить несколько сфер, где цифровые двойники уже используются особенно активно:

  • Производственные процессы на заводах и фабриках.
  • Автомобильная отрасль: автомобили и системы (двигатели, тормоза). Дополнительный толчок к развитию технологии в данной области дало появление беспилотного транспорта. Другой пример — это автомобили класса люкс. Например, в Bugatti Veyron установлены мощнейшие двигатели, у которых есть цифровые двойники. Технология персонализирует двигатели в соответствии с предпочтениями и привычками каждого клиента.
  • Здравоохранение. Именно в этой сфере цифровые двойники смогут полностью раскрыть свой потенциал. В перспективе копии могут появиться не только у медицинского оборудования, но и у отдельных органов и даже у людей.

Например, в нашей компании стараются использовать максимум возможностей технологии для повышения качества медицинских систем. Это позволяет снизить финансовые и репутационные риски, а также экономить средства клиентов — клиник и регионов.

Так, некоторые детали МР-сканеров и компьютерных томографов изнашиваются и могут выйти из строя. Поломки могут привести к простоям оборудования, пациентам приходится дольше ждать процедуры, а клиника теряет деньги. Сервисное обслуживание рано или поздно требуется любой технике.

Этого невозможно избежать, но можно предусмотреть момент, когда ремонт будет необходим, и заняться им в свободное от приема пациентов время (например, ночью). И в этом может помочь цифровой двойник сканера.

Ежедневно один МРТ выдает в среднем 800 тысяч технических сообщений, отражающих ход его работы. Специальные сервисы удаленного мониторинга позволяют анализировать эти данные, предугадывать и предотвращать возможные поломки.

Благодаря технологии цифрового двойника некоторые неполадки можно устранять удаленно, а для других — вовремя направлять инженера. Поскольку последний заранее получает сводку данных с томографа, он точно знает, какую запчасть ему нужно взять с собой на место сервиса.

Чтобы создать систему интеллектуального мониторинга, специалисты собрали информацию с 15 тысяч аппаратов — МР- и КТ-сканеров, интервенционных ультразвуковых систем — и проанализировали миллиарды точек данных. Далее с помощью ИИ и других методов алгоритмы предсказывают возможные проблемы. 

На что еще способен цифровой двойник в здравоохранении

Успех технологии цифрового двойника в медицине заставляет задуматься: если виртуальная копия МРТ предупреждает о необходимости замены детали сканера и помогает координировать ход ремонта, можем ли мы применить концепцию для раннего обнаружения и предотвращения болезней?

Крупнейшие компании из сектора здравоохранения уделяют все больше внимания идее цифрового пациента. Она подразумевает, что, если на протяжении долгого времени собирать различные данные об организме человека (результаты обследований, измерения жизненных показателей), возможно построить цифровую копию любого органа, а затем и полную виртуальную модель человека. 

Такой «близнец» содержал бы в себе исчерпывающие данные о человеческом теле на уровне анатомии, физиологии и генома и обновлялся бы после каждого медицинского обследования. Появление подобных двойников может значительно упростить процесс диагностики и планирования лечения и позволит эффективнее подбирать таргетную терапию.

Следует признать, что виртуальный пациент появится еще нескоро. Но с помощью технологии цифрового двойника уже сейчас создаются инновационные приложения для одного из важнейших наших органов — сердца.

Виртуальная модель сердца уже в распоряжении врачей

По данным ВОЗ, сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются наиболее распространенной причиной смертности в мире и уносят более 17 миллионов жизней каждый год. Распознавание ССЗ на ранних стадиях способно спасти многих из них.

Своевременные медицинские изображения очень информативны, но клиницистам все еще бывает сложно разрабатывать оптимальный план лечения на основе двухмерной картинки, которая получается в результате УЗИ.

Сердце каждого человека индивидуально — универсальные анатомические модели, основанные на данных о населении, здесь бесполезны. В отличие от них, цифровой двойник сердца отражает индивидуальные особенности каждого пациента. 

Shutterstock / HQuality

Полного цифрового двойника сердца еще не существует, но есть клинические приложения, которые приближают нас к его созданию.

Например, Philips Heart Model — это программа, которая способна автоматически формировать 3D-модель левых камер сердца пациента на основании множественных объединенных 2D-изображений, а также рассчитывать показатель способности сердца качать кровь — важнейший параметр оценки сердечной функции.

Heart Model объединяет в себе проверенные наукой знания об анатомии сердца и продвинутый анализ данных. Модель была получена на основании данных об анатомии сердца и результатов более тысячи ультразвуковых исследований сердец различных форм и размеров.

Обобщенная структура способна адаптироваться под уникальные ультразвуковые изображения сердца каждого пациента. Затем формируется персонализированная модель органа.

Когда придет время цифрового аватара?

Несомненно, появление полного цифрового двойника человека вывело бы персонализированную и превентивную медицину на новый уровень. Цифровой пациент стал бы «аватаром», умным ассистентом, который присутствовал бы на всех этапах здравоохранения, от правильного образа жизни и профилактики до лечения в клиниках и ухода на дому.

Благодаря постоянным обновлениям, он мог бы давать интеллектуальные подсказки врачам при постановке диагноза и генерировать индивидуальные рекомендации для самого пациента. Похожие схемы уже сейчас разрабатываются в лабораториях нашей и других компаний по всему миру.

Есть и факторы, замедляющие появление «аватара». Человек не рождается вместе со схемой всех своих особенностей и отличительных черт — копия должна будет формироваться постепенно, шаг за шагом отдаляясь от обобщенной модели человеческого тела и приближаясь к индивидуальному варианту.

Учитывая тот факт, что сейчас большинство сведений о пациентах собирается и хранится достаточно хаотично, релевантную информацию получить сложно. Поэтому предвестником цифрового аватара должно стать появление общего стандарта обмена медицинскими данными.

Кроме того, критики концепции цифрового пациента подвергают сомнению саму возможность применения технологии к такому сложному и тонкому объекту, как организм человека, состоящий из огромного количества подсистем. В отличие от рукотворных предметов, все люди индивидуальны, а количество факторов, влияющих на здоровье, бесконечно.

Как получить максимум при внедрении цифрового двойника

Технология цифровых двойников появилась сравнительно недавно. Однако она очень быстро развивается: например, половина компаний, чья деятельность связана с интернетом вещей, уже используют ее или планируют прибегнуть к ней в ближайшее время. Чтобы получить максимум выгоды, при создании цифровой копии оборудования или любого другого объекта бизнесу следует учитывать несколько моментов:

  • Нужно рассмотреть все возможности

Следует провести аудит. Нельзя допустить, чтобы стоимость создания цифрового двойника превысила положительный эффект, который он принесет. Чтобы понять, с чего начать, следует собрать информацию от представителей разных подразделений компании: бизнеса, операционных и технических. Это позволит определить «слабые места» и составить топ сценариев, в которых цифровой двойник мог бы принести прибыль.

  • «Бить в одну точку» — неудачная стратегия

Во многих компаниях допускается одна и та же ошибка: слишком много средств и времени вкладывается в создание лишь одного цифрового двойника. Следует точно определиться с функциями, которых вы ждете от близнеца, и понять, какие из них способны принести вам пользу.

Иногда не обязательно уделять слишком много внимания построению «глубокой» и технологичной копии — вместо этого можно приступить к разработке следующей. Всегда помните о соотношении затраченных усилий и ожидаемого результата.

  • Хорошим началом может стать пилотный проект

Один из вариантов начала применения цифровых двойников — запуск небольшого проекта, способного помочь определить ценность технологии для компании. Специальная рабочая группа может адаптировать и совершенствовать копию на любом этапе процесса, при необходимости привлекать к работе партнеров и вводить новые методы сбора данных.

Все это поможет приспособить технологию к потребностям компании и послужит необходимым импульсом для создания новых двойников.

  • В основе успеха — контроль и измерение

Эффект от использования цифрового двойника нужно постоянно оценивать. Обращайте внимание, насколько благодаря ему меняются производственные мощности, качество и удобство использования продукта, уменьшилось ли количество непредвиденных инцидентов. Совершенствуйте двойника и пытайтесь найти его лучшую конфигурацию.

Помните, что это не краткосрочный проект, который заканчивается, как только получена ожидаемая выгода, а нечто, что при удачном исходе будет приносить пользу бизнесу очень долго.


Обложка: Shutterstock / HQuality

Нашли опечатку? Выделите текст и нажмите Ctrl + Enter

Материалы по теме

  1. 1 Этапы цифровой трансформации: через что вам придётся пройти?
  2. 2 «Монетизируйте эмоции». Советы футуролога, которые помогут вам не потерять бизнес
  3. 3 Как цифровые двойники помогают российской промышленности

Актуальные материалы —
в Telegram-канале @Rusbase