Cyfrowy bliźniak to wirtualna replika rzeczywistych procesów, obiektów lub systemów, która wykorzystuje takie technologie jak Internet rzeczy (IoT), sztuczna inteligencja (AI), wirtualna rzeczywistość (VR), czujniki, druk 3D i metaverse. Technologia ta otwiera nowe możliwości rozwoju między innymi w sektorze zdrowotnym.
Cyfrowe bliźniaki są dokładnymi wymiarowo modelami cyfrowymi 3D, które można szybko aktualizować w celu odzwierciedlenia zmian w ich fizycznych odpowiednikach. Rozwój tej technologii jest możliwy dzięki sztucznej inteligencji i technologii uczenia maszynowego. Cyfrowy bliźniak jest bardzo popularny w zastosowaniach inżynierskich jako koncepcja produkcyjna. O cyfrowym bliźniaku i jego znaczeniu w przemyśle pisaliśmy już wcześniej – dziś skupimy się na jego roli w sektorze opieki medycznej.
Jak cyfryzacja usprawnia opiekę zdrowotną?
Lista zalet cyfrowych bliźniaków w zastosowaniach medycznych jest naprawdę imponująca. Technologia ta pozwala na tworzenie wirtualnego modelu pacjenta, nawet na poziomie molekularnym, ułatwia wybór odpowiednich zabiegów chirurgicznych, pozwala również na przewidzenie reakcji pacjenta na ekstremalne terapie. Cyfrowe bliźniaki są bezpiecznym środowiskiem do testowania wpływu modyfikacji na działanie systemu, umożliwiając zdalną ewaluację i monitorowanie procesów. Problemy można przewidzieć przed ich wystąpieniem, pozostawiając wystarczająco dużo czasu na dokonanie niezbędnych poprawek lub zastosowanie właściwych procedur.
Lustrzany świat pozwala liderom służby zdrowia połączyć dane i inteligencję na niespotykaną dotąd skalę, odpowiadać na pytania dotyczące ich przetrwania i na nowo wyobrazić sobie sposób działania, współpracy i innowacji.
Accenture, Mirrored world
Spersonalizowana medycyna
Medycyna spersonalizowana, zwana też medycyną precyzyjną, pozwala na łatwiejsze dostosowanie opieki medycznej do potrzeb pacjenta, bazując na genotypie, anatomii, zachowaniu i wielu innych aspektach. Medycyna precyzyjna zyskuje popularność, ponieważ uwzględnia indywidualne potrzeby pacjentów zgodne z medycznymi zaleceniami i terapiami. Bardziej spersonalizowana opieka medyczna jest możliwa dzięki następującym rozwiązaniom:
Organy wirtualne
Cyfrowe bliźniaki umożliwiają tworzenie replik ciała wraz z wirtualnymi i konfigurowalnymi modelami organów. Prowadzone są również prace nad wirtualnym sercem, które mogłoby być wykorzystane do monitorowania rozwoju chorób lub śledzenia reakcji na nowe leki, terapie i zabiegi chirurgiczne.
Firma Philips stworzyła już narzędzie medyczne Dynamic HeartModel, za pomocą którego kardiolodzy mogą monitorować stan zdrowia i zapewniać opiekę pacjentom z chorobami układu krążenia.
Tommaso Mansi i jego zespół badawczy w Siemens Healthineers również opracowali cyfrowego bliźniaka serca. Jest to prototyp, który zrewolucjonizuje medycynę precyzyjną.
Stosując to rozwiązanie, lekarze będą mogli korzystać z predykcyjnych wskazówek w czasie rzeczywistym podczas wykonywania zabiegów.
Europejska firma FEops stworzyła platformę Heartguide, w której na podstawie skanów serca tworzone są wirtualne kopie tego organu. Dzięki zastosowaniu tej technologii FEops ma zamiar usprawnić i poszerzyć spersonalizowaną opiekę nad pacjentami ze strukturalnymi chorobami serca.
Skanowanie ciała
Na rynku medycznym pojawił się również skaner 3D, dzięki któremu można tworzyć cyfrowe kopie ludzkiego ciała – urządzenie przypomina słynny trikorder z serialu Star Trek. Science fiction przestaje być fikcją. Z kolei Jeff Kaditz, dyrektor amerykańskiego start-upu, zaprojektował Q Bio Gemini – pierwszą platformę cyfrowego bliźniaka, umożliwiającą skanowanie całego ciała. Jak podaje firma na swojej stronie internetowej, dzięki zaawansowanym modelom fizyki komputerowej, skaner jest w stanie wykonać skan całego ciała w zaledwie 15 minut. Urządzenie jest nie tylko znacznie dokładniejsze od tradycyjnego rezonansu magnetycznego, ale wykonuje skany bez użycia promieniowania, a pacjent poddawany skanowi nie jest zmuszony do wstrzymywania oddechu.
Dane o pacjentach
Informacje dotyczące zdrowia pacjenta, w tym dokumentacja medyczna, wyniki testów diagnostycznych i badań, historia przepisywanych leków oraz dane pochodzące z urządzeń noszonych i innych źródeł, mogą być gromadzone i przechowywane na potrzeby skonstruowania cyfrowego bliźniaka pacjenta.
Właśnie dlatego powstaje coraz więcej aplikacji, które pomagają śledzić na bieżąco parametry zdrowia danej osoby. Czujniki noszone i nowoczesne algorytmy mogą przewidzieć początek infekcji, stanów zapalnych i insulinooporności. Dowiedz się więcej o urządzeniach noszonych z naszego artykułu. Urządzenia noszone pozwalają monitorować między innymi tętno, aktywność fizyczną, temperaturę skóry oraz wiele innych danych dotyczących zdrowia. Cyfrowy bliźniak może być wykorzystany do rozpoznawania zmian w stanie zdrowia i ewentualnych zagrożeń, które wymagają dodatkowych badań, gdy zostaną połączone z istniejącymi wcześniej informacjami o przebiegu choroby i analizą danych.
Symulacje wykorzystujące cyfrowe bliźniaki
Symulacje mogą być przeprowadzane w czasie rzeczywistym na cyfrowym bliźniaku, dostarczając danych niezbędnych do badań. Dzięki temu personel medyczny może lepiej ocenić szanse na powodzenie leczenia lub terapii. Przeprowadzając zabieg na cyfrowym bliźniaku można sprawdzić, jakie rozwiązanie będzie najlepsze dla pacjenta.
Cyfrowy bliźniak w chirurgii
Cyfrowy bliźniak pozwala na zaplanowanie operacji podczas spotkania zespołu multidyscyplinarnego, przećwiczenie jej w symulatorze i przywołanie symulacji podczas operacji w celu sprawdzenia anatomii pacjenta i zminimalizowania przypadkowych uszkodzeń strukturalnych. Metody takie mają na celu zapobieganie błędom, które mogą wystąpić podczas operacji i pozwalają lekarzom lepiej przygotować się na to, co ma nastąpić.
Monitorowanie pacjenta
Analiza predykcyjna z wykorzystaniem symulacji pozwala na wykrycie objawów we wczesnym stadium choroby, co jest szczególnie korzystne w zapobieganiu chorobom zagrażającym życiu. Przy pomocy cyfrowego bliźniaka lekarze mają dostęp do informacji w czasie rzeczywistym.
Rozwój cyfrowego bliźniaka w służbie zdrowia
Opisane przykłady ukazują przydatność cyfrowego bliźniaka w diagnozowaniu i leczeniu poważnych chorób. Badania nad cyfrowymi bliźniakami koncentrują się na konkretnych przypadkach lub dolegliwościach, takich jak rak lub kłopoty z sercem i opieką krytyczną, a także ogólnie na pomocy w zakresie dokumentacji medycznej pacjentów, wyników laboratoryjnych, danych genetycznych, optymalnego podejmowania decyzji i symulacji różnych scenariuszy przed ich wdrożeniem w świecie rzeczywistym.
Technologie takie jak AI, uczenie maszynowe, modelowanie 3D i analityka predykcyjna są kluczowe w skutecznym tworzeniu cyfrowych bliźniaków i dokładnych modeli danych. Wraz z ochroną danych pacjentów oraz integracją, a także oceną urządzeń obsługujących IoT i ulepszonym monitorowaniem placówek służby zdrowia, cyfrowe bliźniaki stały się ważnym czynnikiem rozwoju i będą nadal ewoluować w sektorze medycznym z naciskiem na usługi typu SaMD (ang. software as a medical device). Wpłynie to na zwiększenie popularności cyfrowych bliźniaków i uczyni je bardziej opłacalnymi dla służby zdrowia. Poniżej przedstawiamy kilka produktów, dzięki którym możesz wprowadzić inteligentne rozwiązania do swojej placówki opieki zdrowotnej.
Polecane produkty
Drukarki 3D
Opieka zdrowotna korzysta w dużej mierze z produkcji addytywnej. Druk 3D jest wykorzystywany w branży opieki zdrowotnej do tworzenia protez zewnętrznych, implantów czaszkowych lub ortopedycznych oraz spersonalizowanych stentów dróg oddechowych. Okazał się on również przydatny w planowaniu chirurgicznym i znalazł zastosowanie w trudnych operacjach na otwartym sercu, a nawet w przeszczepie twarzy. Przeczytaj o przemysłowych zastosowaniach druku 3D, aby dowiedzieć się więcej o tym, w jaki sposób usprawnia on produkcję medyczną i stomatologiczną.
Serwosterowniki
TMCM-1636 to jednoosiowy serwonapęd do 3-fazowych silników BLDC oraz silników DC o napięciu znamionowym +24 V lub +48 V. Wyposażony jest w interfejsy CAN i UART i może komunikować się za pomocą protokołów TMCL lub CANopen. Serwonapędy oprócz tego, że są powszechnie stosowane w automatyce laboratoryjnej, robotyce, produkcji, zmotoryzowanych stołach i krzesłach, znajdują zastosowanie w wielu popularnych aplikacjach medycznych, takich jak:
- stoły zabiegowe,
- respiratory,
- przenośne sztuczne serca,
- piły do kości,
- wstrzykiwanie kontrastu.
Liczniki energii
Inteligentna przyszłość opieki zdrowotnej nie może obejść się bez inteligentnych liczników, z których część to liczniki energii pomagające wykryć nieefektywność. Zastosowanie liczników do wszystkich urządzeń w obiekcie pozwala pracownikom na dokładne obserwowanie ilości zużywanej energii przez poszczególne urządzenia.
Zastosowania:
- Monitorowanie zużycia energii na poszczególnych piętrach, w sektorze biurowym lub jednostce.
- Alokacja kosztów energii w celu obniżenia kosztów działalności i optymalizacji efektywności energetycznej budynku.
- Podłączenie do oprogramowania zarządzającego zasilaniem, aby w pełni wykorzystać możliwości cyfrowej instalacji zasilania IoT.
Programowalne sterowniki logiczne
Sterowniki automatyki maszyn wykorzystujące sztuczną inteligencję umożliwiają uczenie maszyn i optymalizację na krawędzi. Jest to możliwe dzięki szybkiemu i dokładnemu sterowaniu poprzez synchronizację wszystkich urządzeń EtherCAT, takich jak czujniki wizyjne, serwonapędy i urządzenia polowe, oraz wykrywanie anomalii i wizualizację miejsc występowania błędów. Ponieważ systemy sterowników PLC ułatwiają gromadzenie i przesyłanie danych operacyjnych, systemy opieki zdrowotnej wykorzystują je w centralnych zakładach użyteczności publicznej do integracji oraz zdalnego monitorowania i automatycznego sterowania systemami mechaniczno-elektrycznymi. W ten sposób osiągają sprawność operacyjną i wysoką jakość opieki nad pacjentem.
Serwery urządzeń szeregowych
Serwery urządzeń sygnałowych firmy Moxa (seria NPort 5410) uzyskały certyfikaty medyczne EN60601-1-2 i EN55011, a serwery sieciowe firmy Moxa pomagają personelowi pielęgniarskiemu w podłączeniu kilku szeregowych urządzeń do monitorowania przyłóżkowego. Dzięki temu monitorowanie pacjentów można przeprowadzać elektronicznie, a tradycyjną papierową dokumentację zastąpić kartami EMR (ang. electronic medical records). Odkryj więcej urządzeń do zastosowań medycznych marki Moxa.
Mierniki mocy
Mierniki mocy aktywnie monitorują i analizują infrastrukturę dystrybucji energii elektrycznej danego obiektu, która obejmuje sieci średniego i niskiego napięcia, sale operacyjne i oddziały intensywnej opieki medycznej.
Zastrzeżenie
Wszystkie treści i informacje zawarte w tym artykule służą wyłącznie celom informacyjnym i edukacyjnym oraz nie stanowią porady medycznej.
