科普丨一文看懂数字孪生—应用发展综述（三）

辽宁省科协科普辽宁

内参来源：中国电子技术标准化研究院

本文截取自：《数字孪生白皮书2020》

作者：赵波等

数字孪生应用发展综述

随着物联网的应用更加广泛，各个领域越来越多的企业开始计划数字孪生的部署。Gartner 的研究显示，截至 2019 年 1 月底实施物联网的企业中，已有 13% 的企业实施了数字孪生项目， 62% 的企业正在实施或者有计划实施。工业互联网是数字孪生的延伸和应用，而数字孪生则拓展。了工业互联网应用层面的可能性。

智慧健康领域数字孪生应用

数字孪生应用概述

智慧健康是通过利用移动监测、移动诊室、无线远程会诊和医疗信息云存储等智能技术手段，以此提高诊疗效率，提升城市诊疗覆盖面与效率，促进城市医疗资源的合理化分配。将数字孪生应用在智慧健康系统中，可以基于患者的健康档案、就医史、用药史、智能可穿戴设备检测数据等信息在云端为患者建立“医疗数字孪生体”，并在生物芯片、增强分析、边缘计算、人工智能等技术的支撑下模拟人体运作，实现对医疗个体健康状况的实时监控、预测分析和精准医疗诊断。

如基于医疗数字孪生体应用，可远程和实时地监测心血管病人的健康状态；当智能穿戴设备传感器节点测量到任何异常信息时，救援机构可立即开展急救。同样医疗数字孪生体还可通过在患者体内植入生物医学传感器来全天监控其血糖水平，以提供有关食物和运动的建议等。

将数字孪生技术应用在智慧健康中，构建其应用框架如下图所示。该应用框架主要包含基础支撑层、数据互动层、模型构建层和功能层。

▲数字孪生智慧健康应用框架

基础支撑层：基础支撑层主要是与患者相关的软硬件资源和医院信息系统。如：医疗设备包括 CT 机、磁共振成像和理疗设备等，以及与硬件配套的专业软件（如健康信息系统）。医疗信息包括一些可穿戴设备（血压计、心率监测仪）以及一些其他智能系统采集到的信息。可穿戴设备在医学领域的相关产品包括血糖监测仪、心电监测仪、胎心监护仪、心电仪、血压计等。一些电子科技巨头生产用于健康监测的智能可穿戴设备，如谷歌、三星、华为小米等都已推出消费级可穿戴医疗设备，华为、索尼、 LG、 Garmin、Razer 等厂商也推出智能手环、智能眼镜等可穿戴产品。

数据互动层：数据将医疗资源的数据进行收集、分类、整合为平台提供支持。在数据采集方面，通过RFID标签、二维码、传感器等技术识别物体及其位置。医疗资源、信息等数据通过 4G/5G 网络上传到云平台。采集的数据主要包括诊断数据、监测数据和历史病例数据等。进入数据池的多源异构数据进行整合后，将数据进行虚拟化、服务化处理，从而实现数据的输入输出。

模型构建层：基于数据互动层处理的数据，建立物理对象的虚拟模型，比如患者和医疗资源的医疗资源模型，医疗能力模型和人体健康模型。这些孪生模型和物理实体进行实时数据交互，从而实现物理设备、虚拟模型、云健康系统的全要素、全服务、全流程的数据集成和聚合。

同时模型构建层的基础功能包括服务管理、数据管理、知识管理和用户管理。其中，服务管理主要负责医疗资源配置、医护人员配置和在线挂号等服务。数据管理主要是负责数据存储、分析和传输。知识管理平台件主要负责隐性知识的存储、表示、挖掘、搜索和分析等工作。用户管理平台提供了用户基本信息管理、用户信息管理和用户遗传信息管理功能管理等。

功能层：数字孪生智慧健康可通过手机、 PC 终端、医疗系统和专用设备进行应用。如：微信推出“服务号”功能，患者可以通过医院的微信服务号进行诊疗卡办理、预约挂号、全流程缴费等，大大减轻了医院的接诊压力，提高了管理效率。基于微信平台，提供在线问诊功能，方便患者开药检查。医疗机构通过获取患者信息，向患者发送健康建议，并进行资源分配模拟。为患者提供实时监控、危机预警、医疗指导等服务。第三方软件使第三方医疗服务机构、政府获取计费信息，保证医疗服务费用支付安全、快速支付等相关功能。

安全系统与信息共享标准：安全系统负责确保医疗数字孪生系统中所有层的安全。包括系统和平台安全、网络安全、医疗数据安全、用户个人隐私和信息安全、应用安全和安全管理。防止来自第三方的恶意攻击、信息和数据的盗窃和篡改至关重要。安全系统确保整个智能医疗系统具备灾备、应急响应、监控和管理等安全功能。

除了上述功能，智慧健康平台还需要标准和系统规范模块，保证医疗信息实现跨应用、跨系统、跨平台的共享。这是为了保证医疗保健数据收集、数据共享和交换以及应用程序服务管理的标准化。

来源：人工智能学家

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