一、背景

隨著科學家對人體生理與致病機制的認知逐步加深，加上人工智慧、邊緣運算等技術的迅速發展，醫學模擬在近年來有長足的進展，並且已發展出大量醫療領域數位孿生(Digital Twins in Healthcare, DTH)輔助臨床決策。然而，目前DTH僅能針對特定主題(如55歲以上患有骨質疏鬆症且沒有其他疾病之女性患者)提供模擬與預測，尚無法建立完整的人體健康數位模型，即虛擬人類數位孿生(Virtual Human Twin, VHT)，以監測和預測人體生理與病理現象以及與醫療干預之間的相互作用。為了促進VHT的發展與實現，歐盟推出了EDITH (Ecosystem Digital Twins in Healthcare)計畫。該計畫主要目標包括：構建一個具包容性(Inclusive)的數位孿生生態系；制定VHT路線圖；開發一個以雲為基礎的醫療保健數位孿生資料庫；開發一個模擬平台以支持VHT發展與整合(各目標說明請參閱圖一）。

EDITH定義VHT為：整合多尺度、時間與領域(multi-level, -time and -discipline)的全身數位模型，能夠完整地呈現出個人生理與病理狀態以及異質性(heterogeneity)；同時能針對患者進行預防、篩檢、疾病診斷與治療等方面的預測，並且能夠評估、優化、挑選合適的個人化干預措施。另外，EDITH於2023年6月發布了VHT路線圖的公眾諮詢版「Public Consultation Version of the First Draft of the VHT Roadmap」，7月底發布VHT路線圖初版「Building the European Virtual Human Twin - First Draft of the VHT Roadmap」。本文將根據前述文稿，介紹目前醫療領域數位孿生面臨之阻礙，以及EDITH迄今對VHT發展與生態系建立之規劃。

二、醫療領域數位孿生採納面臨阻礙

儘管目前使用於醫療保健中的數位孿生(DTH)僅能針對特定主題提供預測，但估計隨著專業DTH數量逐漸增加，搭配醫學知識的進展與醫療數據的累積，VHT將會逐步成形。克服DTH發展之阻礙，有助於促進VHT的實現。
現今DTH發展與普及面臨之重要阻礙包括：

阻礙1：缺乏可用於DTH開發和驗證之高品質開放數據
開發DTH需要使用高品質的健康與醫療數據進行訓練。若前述數據無法取得與使用，開發團隊必須花費大量時間設計和進行實驗以產生必要的數據。因此，共享開發和驗證模型所需要的實驗數據對於 DTH 快速發展至關重要。

阻礙2：缺乏在開源(Open-Source)許可下可用於DTH開發的軟體
目前DTH的多需要研究人員從頭到尾開發出所有功能，且軟體重用性很低。未來應建立更為友善地開發環境，使開發人員能專注於發展模型的核心技術，並利用現有軟體實現其他輔助功能。

阻礙3：建立能模擬不同時空尺度與病理生理過程的多尺度(multiscale)/多系統(multisystem)模型難度高
初始的DTH多僅能針對特定時空尺度上之單一生理與病理現象進行模擬，例如預測冠狀動脈狹窄的心血管模擬系統。然而當模擬的時空尺度範圍擴大時，模擬的難度與複雜度將會急遽增加。例如模擬腫瘤與周圍器官相互作用，除了需要模擬腫瘤成長、滲透、分離與轉移等，同時亦需要將人體各系統的生理機制納入模型中。另外，不同模擬系統之間的數據整合，也是建立與整合多系統模型時會面臨的重大挑戰。

阻礙4：DTH臨床部署缺乏法規支持
在臨床環境中使用和部署DTH需要建立涵蓋風險分配與責任歸屬的監管框架與法律標準，以為技術開發商和提供商提供明確的規範，並且取得社會信任。

阻礙5：缺乏完善的操作程序和數據支持來證明 DTH的功效與成本效益
證明DTH之功效與成本效益為DTH能於臨床中採用的關鍵。對於臨床醫生來說，需要提供明確可證明DTH能改善療效的證據。對於付款人（醫療機構、保險公司等），需要證明DTH較目前護理方式更具備成本效益之相關證據。

阻礙6：需要探索支持DTH發展的戰略，並製定策略吸引中小企業和大型醫療技術公司的投資
儘管目前DTH模型的技術成熟度(Technology Readiness Level, TRL)仍較低，但單純對DTH的技術研發投資，仍無法有效地建立起產業。因此，需要從DTH產業價值鍊與生態系建立著手，包括開發商、消費者、付款人、認證機構、數據或計算資源提供商等利害關係人共同參與，並且建立可行的銷售通路。

三、建立VHT生態系

EDITH認為VHT之實現需仰賴生態系的建立以及利害關係人的共同參與，且目前已提出實踐社群(community of practice, CoP)、基礎設施策略支柱、VHT發展時間表等初步規劃。以下針對實踐社群以及基礎設施策略支柱進行介紹，VHT發展時間表請參閱圖二。

(一) 實踐社群與利害關係人
實踐社群之成員將涵蓋產官學研各層面之利害關係人，包括研究人員、CRO、投資者、政策制定者、監管機構、患者等，且各利害關係人對VHT價值鏈之建立皆有其獨特的貢獻。例如：研究人員，開發新技術與方法並在臨床環境中進行測試；開發商與供應商，開發與銷售數位孿生資料庫與軟體；投資者，支持新創公司發展；CRO，協助進行數位孿生驗證的臨床研究，或使用數位孿生優化新療法的臨床研究；動物研究組織，透過動物實驗為數位孿生提供相關數據；醫療器材監管機構，審查數位孿生產品，並且提供合格的數位孿生工具以協助醫療設備開發；藥品監管機構，為藥品或新興醫療產品開發工具之數位孿生確認品質與有效性；醫療科技評估(Health Technology Assessment, HTA)單位，評估用於DTH的有效性、成本效益等；資訊經紀人(Data broker)，蒐集與轉售健康數據；買家和付款人，購買醫療保健數位孿生以提供醫療保健服務者，如醫療保健機構；醫療保健政策制定者，可以製定與使用數位孿生相關的具體政策，但也可以使用數位孿生來支持政策制定；醫療保健專業人員，使用數位孿生作為臨床決策支持系統，或作為向學生或患者解釋療法的視覺化溝通工具；患者，其需求為VHT價值鏈的主要驅動力。

對於前述利害關係人來說，VHT生態系之建立亦可能對其業務產生額外的利益。例如，過去開發商將數位孿生產品推向市場需要5-10年的時程，VHT能加速資源整合與驗證時程，縮短產品上市時間；VHT能減少動物試驗並且改進臨床試驗設計，節省CRO的研究成本，同時有助於CRO拓展客源並且支持更多產品開發；VHT亦能協助醫療器材監管機構應對監管方面的挑戰，包括提供重要生物標誌物量化的非侵入式替代方案、罕見疾病治療有效性的驗證方式等。

(二) 基礎設施策略支柱
VHT基礎設施將圍繞在下列五項策略支柱展開，包括：

(1) 分散式(Distributed)/聯合(Federated)架構
分散式/聯合架構可提高實施的靈活性，並且能夠因應各項要求與用戶需求調整，同時不同單位亦可因應技術與標準等需求發展成獨立系統。此外，分散式之特性將能夠透過添加更多伺服器或服務節點來擴充系統，並為不同地區用戶提供更優質的服務。另外，儘管分散式/聯合架構需要更多的協調與治理，以維持數據與服務品質，然而該架構亦有助於促進不同系統之間互可操作性的發展，同時允許使用者共享數據與加速創新。

(2) 治理
治理框架能確立治理單位與職責(包括管理員、提供者和用戶)以及採用的標準，同時有助於政策、營運策略、VHT發展路線圖等規劃的制定。

(3) 開放性
開放性能促進用戶與開發人員協作，讓不同背景和專業知識彼此交流觀點與見解。 且開放性同時能促進數據和資源共享，並且推進協議與標準化的發展。為了確保開放性，軟體在使用VHT 基礎設施時，將被要求經過認證且須同意開放軟體原始碼。

(4) 使用者參與(User Engagement)
具備用戶友好以及視覺吸引力的使用者平台能促進使用者參與。平台設計將以使用者為中心，能引導使用者了解VHT內的不同產品，並允許使用者根據自己的需求調整平台服務項目與工具，同時能與其他用戶進行協作。VHT生態系與利害關係人將從使用者共享之數據(如行為數據)與回饋中受益。

(5) 產業協作與夥伴關係
業界可以為VHT 基礎設施之設計與開發提供寶貴建議，且產業界亦能更好地了解VHT面臨的挑戰和機會，進而加速VHT的發展。

四、結語

虛擬人類數位攣生在醫學研究和醫療保健服務提供具備巨大潛力，可以提高科學家對人類生理學、病理學和疾病成因的認識，並且有助於加速新藥物和醫療設備的開發，以及個人化醫療的實現。未來EDITH將根據目前發布之路線圖展開行動，並且與VHT之利害關係人進行溝通討論，包括歐盟醫療保健或數據領域之大型計畫、標準化組織與監管單位等，以進一步完善VHT路線圖的規劃。