细嗅前沿19 | 数字孪生技术如何运用至护理领域？

文摘 2024-09-11 21:05 湖南

大家好，我是茶米。

一位持续为护理人提供有效率科研信息的灵感创作者。

最近看到一篇很有意思的研究，跟大家分享一下。

利用数字孪生创建代表卵巢癌患者和他们家庭成员的角色

图片来源于：Wang Y, Thaker K, Hui V, et al. Utilizing Digital Twin to Create Personas Representing Ovarian Cancer Patients and Their Families[M]//Innovation in Applied Nursing Informatics. IOS Press, 2024: 754-756.

在这篇研究中，作者探讨了卵巢癌患者及其家属在在线健康信息寻求过程中面临的挑战，并提出了一种基于数字孪生（Digital Twin, DT）的个性化推荐系统——Health E-Librarian with Personalized Recommendations（HELPeR），以解决这些挑战。

那么，这里提到的数字孪生到底是什么？

什么是数字孪生

数字孪生（Digital Twin）是一种先进的虚拟技术，它通过数字化手段创建现实物理实体或系统的虚拟模型，并与现实世界中的实体保持实时同步（就像给真实世界中的物体或系统造了一个“数字双胞胎”）。

这个虚拟模型不仅可以反映实体的当前状态，还能够预测其未来的行为或结果（可以理解其为一个动态的复制品）。它基于传感器数据、实时监控和数据分析，旨在通过对物理实体的虚拟镜像来优化管理、预测故障并提高性能。

我们再来看，在这篇研究中，它是如何创建OvCa患者和照顾者的数字孪生体。

创建的具体步骤如下：

1.数据收集：研究团队首先从在线癌症论坛中爬取用户帖子，这些帖子来自至少发表过两次以上帖子的用户。这些帖子包含了患者和照顾者在论坛上的交流内容，反映了他们的信息需求和经历。

2.内容注释：使用定制的注释工具对爬取的内容进行手动注释。注释涵盖了多个方面，包括疾病轨迹、癌症阶段、信息需求、兴趣、用户类型（患者或照顾者）、年龄、照顾者状态以及社会人口统计信息（如婚姻状况、保险情况）。

3.特征提取与分类：通过K-means聚类和简单匹配算法对注释后的信息进行分类。这些分类有助于识别和区分不同患者和照顾者的特征和需求。

4.三角验证：将聚类结果与从患者和照顾者的直接访谈中获得的转录文本以及从临床记录中提取的信息进行三角验证。这种多源数据的整合有助于提高数字孪生的准确性和代表性。

5.专家验证：三位护理专家基于他们的临床经验对提取的OvCa患者和照顾者特征进行验证。专家的参与确保了数字孪生反映真实世界患者和照顾者的特征和需求。

6.数字孪生的创建：基于验证后的特征，创建了10个代表不同癌症轨迹和信息兴趣的OvCa患者和照顾者的数字孪生体。这些数字孪生通过真实场景和虚构个体图像进行呈现，以便更好地模拟真实用户。

除了这篇研究以外，目前数字孪生在医疗健康领域中还有哪些很好的应用？

数字孪生在医疗健康领域中的应用

1.临床决策支持：数字孪生技术还可与人工智能结合，帮助医生和护理人员进行临床决策。例如，在诊断过程中，系统可以根据患者的数字孪生模型预测不同治疗方法的效果，帮助医生更快、更准确地做出决策。

2.手术规划与模拟：在复杂或高风险的手术中，数字孪生技术可以帮助外科医生在手术前模拟操作过程。通过创建患者器官或组织的精确虚拟模型，医生可以预演手术步骤，识别潜在的风险并优化手术方案。这种应用已经广泛用于心脏手术、脑外科手术等高难度手术中。

3.远程监控与健康管理：数字孪生技术与可穿戴设备结合，可以实时监控患者的生命体征，如心率、血压、血糖等。数据可以传输至云端，与患者的数字孪生模型同步，从而帮助护理人员和医生实时监控患者的健康状况。如果系统检测到异常变化，可以自动发出警报，提示医务人员进行干预。该技术已广泛应用于慢性病管理、老年人护理和术后康复等场景。

4.医疗设备和系统的维护与优化：在医院或护理机构中，数字孪生技术可以用于监控医疗设备的运行状态，预测设备的故障和维护需求。例如，通过对MRI机器、CT扫描仪等关键设备的实时监控，医院可以减少设备停机时间，并优化设备的使用效率。

5.虚拟培训与教育：数字孪生技术已经被广泛应用于医务人员的培训。通过模拟真实的患者场景，医疗和护理人员可以在虚拟环境中练习各种医疗操作和紧急处理，不仅能提高医务人员的技术水平，还能减少在真实患者上的操作风险。

6.药物研发与临床试验：数字孪生技术在药物研发领域的应用也越来越广泛。制药公司可以利用患者的数字孪生模型进行药物模拟测试，从而预测药物的效果和副作用。这种方法可以加速药物开发过程，减少药物临床试验的风险和成本。

7.康复治疗与功能恢复：在康复护理中，数字孪生可以帮助跟踪患者的康复进展，模拟不同康复方案的效果，帮助医生和理疗师选择最有效的康复策略。这一技术已被运用于运动损伤、术后康复以及神经康复等领域。

8.智能健康管理平台：一些智能健康管理平台应用数字孪生技术，通过整合不同数据源（如电子健康记录、实时健康监测数据等）来生成个体化的健康档案和模型。这些模型可以帮助用户监控自己的健康状况，提供个性化的健康建议，并与医生进行更好的沟通。

由此我们可以推断，数字孪生技术在护理领域的应用也具有十分巨大的潜力，它能够提供个性化、智能化的护理方案，同时提升护理人员的培训和护理决策的效率。

看到这里，大家可能已经在思考，数字孪生怎么应用于护理领域中去呢？

数字孪生如何应用于护理领域

1.个性化护理方案的制定：护理工作者常常需要为不同患者量身定制护理方案，数字孪生技术提供了一个强大的工具。通过为每个患者创建一个虚拟模型，结合患者的历史数据和实时健康状况，护理人员可以根据模型模拟不同的护理干预，找到最适合患者的护理路径。

例如，对于糖尿病患者，数字孪生模型可以根据血糖波动、用药反应和饮食情况模拟病情变化，护理人员可以依据这些信息调整护理计划，确保患者获得最佳的护理效果。

2.远程健康监测与实时干预：通过与可穿戴设备和传感器相结合，数字孪生技术可以帮助护理人员远程监控患者的生命体征，如心率、血压、体温等。这些数据可以实时同步到患者的数字孪生模型中，护理人员可以随时掌握患者健康状况。如果出现异常，系统可以立即发出警报并提供护理干预建议。

这种实时监控特别适用于慢性病患者和老年患者的护理，帮助及时应对潜在的健康问题，减少急症发生的可能性。

3.护理人员的培训与模拟：数字孪生技术可以用于护理人员的技能培训，特别是在新护理操作或高风险护理场景中。

例如，护理学院或医院可通过创建虚拟患者场景，让学生或新手护士在虚拟环境中练习操作，如插管、注射、病情评估等。通过这种方式，护理人员可以在安全、无风险的环境中提升技能。

4.术后护理和康复管理：在术后康复中，数字孪生可以用于追踪患者的康复进展，帮助护理人员实时调整康复计划。

例如，针对骨科手术或关节置换术后患者，数字孪生可以帮助评估患者的活动能力、疼痛程度和恢复情况，从而优化康复治疗计划。护理人员可以基于这些数据提供个性化的康复指导，帮助患者更快恢复。

5.慢性病管理：数字孪生技术可以长期监控慢性病患者的健康状况，并预测未来的健康变化。

例如，针对高血压、糖尿病等患者，数字孪生模型可以通过分析患者的生活方式、药物服用情况和健康数据，提前识别潜在的并发症，帮助护理人员及时调整护理计划，减少患者住院率。

6.家庭护理支持：数字孪生技术不仅能帮助患者本人，还可以为家庭护理提供支持。通过创建患者和护理者的数字孪生模型，护理人员可以为家属提供个性化的护理建议和健康指导。

家庭成员可以通过平台获取护理相关的信息，并根据模型的反馈调整日常护理行为。对于家庭护理中的复杂情况，如应对慢性疾病或老年患者的长期护理，这种技术可以提供极大的助力。

7.临终关怀和缓和医疗护理：在临终关怀或缓和医疗护理中，数字孪生可以帮助护理团队为患者提供更好的生活质量。

通过模拟患者的病情进展，数字孪生技术可以预测患者的需求变化，帮助护理人员及时为患者调整镇痛、舒适护理等干预措施，从而减轻患者的痛苦，提供更具人文关怀的护理服务。

8.决策支持与护理资源管理：帮助护理管理者进行基于数据的预测和分析，从而做出更明智的决策。

例如，通过对护理院或医院资源的数字孪生建模，管理者可以模拟和优化资源的分配和使用，包括护士的排班、床位的使用率和护理设备的维护等。此外，通过对药品和护理耗材的使用情况进行监控，数字孪生还可以帮助优化库存管理。

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