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行业新视角 | 元宇宙引发医疗设备研发重大变革

  自从2021年Facebook公司将自己的公司名称改为Meta之后,“元宇宙”概念就开始在全球大行其道,2021年也被喻为“元宇宙元年”。Meta CEO认为元宇宙是继互联网之后的计算平台,可以将其看作是实体化的互联网,用户在元宇宙中不再浏览内容,而是在内容中。随着元宇宙概念的爆火,元宇宙医疗也成为了下一代数字医疗愿景。

  那么,用户又怎么生活在元宇宙中呢?答案就是数字孪生。数字孪生是构建元宇宙的基础,而元宇宙的爆火将极大推动数字孪生的普及。专家认为数字孪生将带来医疗健康领域的下一轮重大甚至颠覆性变革,从对病患的治疗和诊断,到更优化的预防性护理、更好的手术准备等,乃至更加前沿的基因治疗,一个完整的元宇宙医疗生态体系或将成为现实。

  致力于数物融合的PTC公司资深技术专家沈维国认为,新冠疫情带来了全球大范围的物理隔离和居家办公,而元宇宙在同期的爆火无疑将推动元宇宙医疗提前到来,医疗设备制造商必须将元宇宙纳入产品研发、运维和服务的体系之中,从而占据下一代数字医疗的先机。

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  增强现实和虚拟现实是元宇宙的关键技术,而数字孪生是将虚拟世界与真实世界相关联的仿真技术,也就是在虚拟世界以增强现实和虚拟现实技术建立物理世界的数字动态模型,物理本体与数字孪生体之间的数据可以双向流动,或可简单理解为镜像世界。在通往元宇宙医疗的道路上,我们首先需要大量建立医疗健康生态的数字孪生体。

  根据埃森哲的调研注1,2021年约有1/4的医疗健康领导者报告其所在的医疗机构或组织正在实验数字孪生技术。医疗健康机构或组织正大规模建立医院、供应链、医疗设备甚至是身体组织和器官的数字孪生体,并将这些数字孪生体连接起来。数字孪生为医疗健康带来的好处是巨大的,例如:

  医疗设备制造商在开发新型医疗设备的时候,就可以基于研发设备的数字孪生体进行各种参数调整测试,在正式生产制造之前找到潜在的问题,极大降低研发失败的高昂成本以及提高最终产品的性能和安全性;

  在个性化诊断方面,医生依赖于定制化的仿真过程,追踪每一个病人对于不同治疗方案的反应,从而提高整体治疗方案的准确性,瑞典Linköpings大学甚至为老鼠RNA建立数字孪生体以预测个性化药物的治疗效果……

  埃森哲2021年的调研显现未来三年将有66%的医疗领导者将增加其组织对于数字孪生的投资。在应用数字孪生技术于医疗健康领域方面,飞利浦是一个先驱者。作为全球健康科技领域的龙头企业,飞利浦致力于在从健康的生活方式及疾病的预防、到诊断、治疗和家庭护理的整个健康关护全程,提高人们的健康水平,并改善医疗效果。2018年,数字孪生技术入选Gartner年度十大战略性技术,飞利浦也开展了数字孪生的研究,并提出了数字孪生愿景。

  在飞利浦的数字孪生愿景中,医疗设备数字孪生以及数字病人是核心概念注2。在医疗设备研发中,飞利浦在设备产品研发阶段就引入数字孪生,例如使用可携带制氧机的数字原型机就可以在构建物理原型机之前的数月进行测试和产品迭代,从而节省了大量宝贵的产品研发时间;而一个典型的MRI磁共振扫描仪每天产生约80万条日志信息,通过远程监控以及结合人工智能分析就能对设备进行预防性维护,飞利浦还收集了超过15000台MRI、CT和介入X射线系统的数据,分析了数十亿个数据点,再经过人工智能和其它分析技术,得出了预测性维护模型。

  在更远期未来愿景中的数字病人,不仅建立了重要身体组织和器官的数字孪生,还将这些数字孪生全部都连接起来进行综合分析,例如通过异常的心脏声音、短促的呼吸以及肿胀的脚踝等特征而判断慢性心脏病及其发展过程。数字病人并不仅仅是静态的人体健康信息的数字记录,而是在时空范围内整合和分析人体每一个细微的信息,从而建立长期的更精准、更个性化和更具预测性的医疗健康服务。而对大范围的数字病人进行整合,还能够增进对于群体性疾病的理解以及产生更具洞察的公共卫生决策。

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  今天,我们正处于数字孪生和元宇宙医疗的前夜。正如埃森埃调研所指出:(以数字孪生和元宇宙为代表的)镜像世界,允许医疗领域领导者们将数据和智能以前所未有的规模进行结合,重新想象医疗健康服务的运营、协作和创新。为了建立镜像世界,医疗数字孪生需要从物体、人与物理空间中抽取数据,医疗机构或组织需要一个能够实时收集和处理所有数据的基础性平台。PTC资深技术专家沈维国指出,这个基础性数据平台就是数字主线

  飞利浦将医疗健康视为一个连续的过程——将人们的健康旅程放到医疗健康服务的前端和中心,以此创建综合护理服务路径。飞利浦相信医疗健康护理应该是安全、无缝、有效和高效的服务,因此飞利浦致力于“把离散的点,连接起来”,支持实时数据的流动,为病患提供精准诊断、治疗和慢性病护理。

  PTC作为全球最大的数字主线与数字孪生技术供应商之一,也是飞利浦数字化转型的主要合作伙伴之一。PTC资深技术专家沈维国介绍,飞利浦在PTC的帮助下正在加速推进数字化转型的进程。飞利浦的数字化转型分为三大阶段:

  近期

  近期为医疗设备产品的数字化转型,为医疗机构和病患提供基于实证的医疗健康护理;

  中期

  中期构建基于实时数据的医疗健康服务平台,包括可穿戴设备和生理传感器、大数据和医疗健康数据分析、移动医疗、医疗物理网等,结合医疗设备产品与服务,为医疗机构和病患提供产品即服务、数据即服务、平台即服务以及管理服务等结果导向的医疗健康护理;

  长期

  长期在医疗设备和服务的基础上提供进一步加入智能的医疗健康护理解决方案,包括人工智能、增强现实、机器人等的洞察即服务、自动化即服务和机器人即服务等,为医疗机构和病患提供预测性和预防性医疗健康护理。

  飞利浦数字健康平台(Health Suite Digital Platform)是一个整合各种服务和工具的云平台,借助各种设备的互联,对所有与健康医疗相关的数据进行无缝整合。飞利浦还通过产品和各类健康解决方案,让用户享受一个健康的未来。

  1. 首先是设备的互联。数字化技术能将专业医疗设备、个人健康设备、可穿戴和移动设备等全部连接起来,实现了健康医疗护理各场景的连接。
  2. 其次是数据的连接和分析,医疗健康行业拥有海量的高价值数据,包括基础健康数据、病理数据、基因数据、临床数据、急救中心数据等,将各种数据整合起来并加以专业的分析和应用,能为精准诊断、治疗提供重要的参考和依据。
  3. 第三,健康医疗大数据的应用,还能为医学科研、健康预测、疾病预警等带来价值,对人口健康管理产生深远的影响。

  飞利浦基于PTC的数字主线和数字孪生平台,为飞利浦EPIQ7旗舰级智能超声诊断系统建立了数字孪生。超声诊断系统是使用量最高的医疗设备之一,基于数字孪生的主动性运维服务可提高超声诊断系统的可用运行时间。飞利浦超声诊断系统已经连接到远程监测平台,超声诊断系统的电压和温度等传感器信息、日志文件、异常宕机的错误代码等都可被收集,飞利浦根据这些数据进行预测性分析,据此提供预测性和预防性运维服务,现场服务工程也可采用增强现实技术与远程专家连线,完成现场维修工作。

  飞利浦还在基于PTC平台,建立跨整个产品研发、制造、运维和质量的价值链。从概念设计、系统工程、软件硬件设计与制造、内外部协同、原型及虚拟仿真、产品质量控制、产品上市认证、日常运维到产品退市的全生命周期中,PTC的Creo CAD数字设计平台、Windchill PLM数字主线平台、Vuforia增强现实平台、Servigistics SLM服务生命周期管理平台、Integrity ALM软件生命周期管理平台、ThingWorx物联网与分析平台等形成了整合的解决方案,打通了需求、采购、质量与管控、市场营销、制造工厂、售后和召回等产品生命周期涉及的所有业务部门,形成了完整的数字主线。。

  数字主线支撑飞利浦展开更多的创新:支持产品工程师与设计团队之间的反馈回路、从客户和病患到产品设计的反馈回路、从产品到服务的反馈回路等,这些都为元宇宙的到来,铺平了道路。PTC资深技术专家沈维国表示,数字主线平台是数字孪生的数据整合集成平台,是元宇宙世界的“地基”,医疗健康领导者必须高度重视数字主线平台的建设。

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  全球COVID-19疫情和元宇宙等数字创新技术为医疗健康行业带来了百年一遇的巨变,为了应对医疗健康行业百年巨变的种种挑战,医疗健康领导者需要积极拥抱数字化转型,以期应用数字化全新手段在新时代占得先机。数字化体系建设既是从0到1的革新,更是从1到100的漫长之旅。

  借鉴CMM成熟度模型,企业数字化成熟度分为以下5个层级:

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  纵观国内医疗健康行业,多数企业仍处于Level 2,少数头部企业达到了Level3,但飞利浦已经达到了Level 4,并向Level 5迈进。对于当前大多数医疗健康机构、组织和企业来说,建立智能互联产品是当下数字化转型的重点,而选择能够承载未来元宇宙应用的数字主线平台,是实现智能互联产品及应用场景的最佳路径。PTC资深技术专家沈维国向中国医疗健康领导推荐PTC数字主线平台及三大智能互联产品解决方案,为元宇宙医疗的到来做好准备。

  PTC认为,智能互联产品业务应用场景涉及从产品开发到服务优化的六大领域:

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  而基于数字孪生的互联产品数据是PTC智能互联产品方案的关键能力,提供了互联性、可视化、告警和报警、增强远程协同以及其它丰富的功能和能力。PTC PLM数字主线平台是医疗智能互联产品以及未来元宇宙医疗的基础性平台,PTC数字主线解决方案中最核心的是PLM产品全生命周期协同能力,可实现医疗产品数字化定义和数字化应用,包括系统集成多CAD设计工具、规范设计流程和文档、实现企业级变更控制等,同时还支持从设计BOM到制造BOM和服务BOM的转换,以支持DFX的业务应用和产品追溯。

  数据驱动式研发

  首先是数据驱动式研发,驱动医疗智能互联产品研发与创新。基于PTC PLM数字主线平台、Vuforia增强现实平台、ThingWorx智能互联产品方案、Creo CAD数字设计平台以及集成Ansys仿真计算,PTC数据驱动式研发方式可为医疗智能互联产品研发提供数据驱动仿真、数据驱动设计改进、数据驱动质量改进等能力,应用于产品功能使用分析、实时产品状态仿真和各类专业实时仿真等场景。

  智能互联服务方案

  第二是智能互联服务方案,为医疗产品数字孪生创造丰富的数字化智能互联服务应用场景。基于PTC PLM数字主线平台、Vuforia增强现实平台和ThingWorx智能互联产品方案,可连接医疗产品信息和现场设备、建立可编排的互联服务体系,应用于接收任务工单、显示设备实时状态和对应的产品服务信息、现场服务执行、产品与质量追溯等业务场景。

  智能互联运营方案

  第三是智能互联运营方案,可快速满足70%的智能互联产品需求。基于PTC ThingWorx智能互联产品加速包,可进行医疗设备和产品的远程监控、远程访问、远程升级、数据分析、AR远程维修指导等,应用于设备运行状态监控、故障预警、远程维修、维修指导、数据驱动营销(服务、试剂等)业务场景。

  整体来说:我们今天正处于百年大变局中,全球COVID-19疫情给全人类社会带来了永久性的改变,叠加元宇宙、数字孪生、人工智能等数字创新技术大规模向人类社会的渗透,医疗健康领域正面临着全面重塑与重构。而中国医疗健康领导者们必须立刻行动起来,将元宇宙医疗等未来数字医疗愿景纳入到今天的医疗健康战略中,走在正确的数字化转型路径上,从而在下一波医疗健康大变局中建立新的领导力和竞争力!

  注1:

  https://www.accenture.com/us-en/insights/health/mirrored-world

  注2:

  https://www.philips.com/a-w/about/news/archive/ blogs/innovation-matters/20181211-the-digital-patient-will-we-one-day-have-our-own-health-avatars.html;https://www.philips.com/a-w/about/news/archive/blogs/innovation-matters/20180830-the-rise-of-the-digital-twin-how-healthcare-can-benefit.html

  行业专家介绍

  沈维国

  PTC医疗行业资深顾问

  2011年加入PTC,长期致力于高科技电子和医疗设备行业的研发、质量、制造和服务等领域的数字化转型咨询和实施工作。

  关于PTC

  PTC使全球制造商能够通过软件解决方案实现两位数的影响力,这些解决方案使他们能够加快产品和服务的创新,提高运营效率并提升员工生产率。PTC与广泛的合作伙伴网络进行合作,为客户提供各种灵活性,客户可借此灵活地部署其技术,以在本地、云端或通过其纯SaaS平台推动数字化转型。在PTC,我们不只是想象一个更美好的世界,更是要将想象变成现实。