一、前言

數位孿生為利用物聯網(Internet of Things, IoT)、延展實境(Extended Reality, XR)等數位科技建構出一個類似真實世界物體的三維虛擬模型，使用者能在不干擾真實物體的情況下，與虛擬模型互動或透過虛擬模型進行研究以輔助醫療決策。2020年COVID-19疫情逐漸在全球漫延，突發性的醫療和人力資源短缺，大幅提高了遠距醫療和居家照護的需求，並且帶動醫療領域數位孿生的成長。儘管疫情已漸趨緩，但由於數位孿生具備降低醫療成本、促進全民健康福祉、改善病患就醫體驗等潛力，仍將持續成為醫療領域業者關注的發展項目。

二、關鍵技術

建構醫療領域之數位孿生需要下列關鍵數位科技，包括：物聯網、人工智慧(Artificial Intelligence, AI)、延展實境、雲端運算(Cloud Computing)等。其中，物聯網系統能蒐集並且傳輸從感測器收集到的生理、生物標誌物、環境等數據資料；延展實境技術能蒐集到將真實物體或人體之即時數據視覺化(Visualization)，模擬出一個虛擬的3D影像，且該虛擬影像具備能與使用者互動的能力；雲端運算能分析與儲存從感測器蒐集而來的大量數據，同時能讓使用者不受到地點的限制，隨時查看與使用數據；人工智慧和先進的數據分析技術能自動分析數據，提供風險評估與結果預測，甚至於能進一步提供治療選擇或者流程優化等建議。醫療領域數位孿生之技術架構請參閱圖一。

另外，互可操作性(Interoperability)對醫療領域數位孿生之實現至關重要。數位孿生之創建需要整合與使用前述多項數位科技，並且使用來自不同來源的大量數據進行分析，例如基因、生理、診斷病歷、醫學影像等數據。因此，各項數據平台與系統必須互相兼容才能有效地協同工作。

三、應用範疇

將數位孿生應用於醫療照護領域上可以協助醫療設備與藥物的開發，並且能幫助醫生了解病患的身體狀況，進而有效率地做出醫療決策。例如心臟數位孿生能模擬心臟各腔室的收縮/舒張模式，進而優化心臟相關醫材的設計與開發；將數位孿生與心電圖數據整合，能協助醫師判斷心律不整的發生原因以及需治療的心臟部位；與數位療法技術結合，能不受時間地點的限制提供復健動作教學等個人化治療。

另外，在行政及系統管理層面上，數位孿生可以分析醫療院所的環境、人流量、醫療資源等，優化就醫程序、藥品庫存與供給等流程，提升醫院管理效率，降低人員需求與營運成本，並且提供病患更舒適、更有效率的就醫環境。另外，數位孿生亦能分析醫療設備使用狀況、保養維修紀錄、環境參數等，預測保養時間點與維修項目，以降低設備故障的發生機率。

四、代表性案例

在醫療照護領域，目前許多廠商數著重人體或器官的數位孿生。其中，又以心血管、內分泌等相關疾病之分析與診斷為重點發展方向。以下介紹4家代表性廠商與產品：

(一) 能提供治療建議之心臟數位孿生
代表性廠商：Siemens Healthineers (德國)
為了盡早發現並且及時治療冠狀動脈等心血管疾病，Siemens Healthineers創建了人類心臟的數位孿生。該數位孿生能蒐集與整合患者的心血管醫療數據包括醫學成像、心電圖、血液檢測等，並透過人工智慧將患者數據與其他合適的對照組數據進行分析比較，提供病患與醫護人員相關建議，以改善患者心臟健康。例如提供心臟再同步化治療(Cardiac Resynchronization Therapy, CRT)結果預測，協助醫師挑選合適的治療方式；建議患者須進行的檢查項目，並且主動預約檢查時間。

(二) 顯示器官健康狀況與患病風險之人體數位孿生
代表性廠商：Babylon與Bupa (英國)
數位醫療公司Babylon和英國醫療保險公司Bupa合作推出個人化的數位孿生。該產品能利用人工智慧技術以及患者病歷，創建出個人化的人體數位孿生。該數位孿生內包含著多個虛擬器官，患者可以選擇與檢視各器官的健康狀況以及患病風險。 

(三) 快速掃描全身的數位孿生掃描平台
代表性廠商：Q Bio (美國)
位於美國加州的Q Bio開發了全身數位孿生掃描平台-Q Bio Gemini。該平台不同於傳統的醫療影像技術，使用者無需暴露在輻射環境下，即可於15分鐘內完成全身的掃描，建立個人化的數位孿生。同時，Q Bio Gemini能將患者的數位孿生與其生理數值、病歷、生活型態、基因等各項數據整合，並且將資訊分享給遠距的醫護團隊，使醫生得以及時了解病患即時的生理變化與健康狀況。

(四) 能模擬心臟與大腦功能異常的數位孿生平台
代表性廠商：Dassault Systèmes (法國)
Dassault Systèmes利用其開發的3D模擬平台-3DEXPERIENCE(3DX)建立了心臟與大腦數位孿生。心臟數位孿生能模擬心臟的結構與功能，包括心臟的電生理功能等，甚至於能與心電圖結合，模擬心臟方面疾病，如心律不整等，有助於藥物與醫療器材的開發。大腦數位孿生可以幫助追踪大腦特定部位的形狀與特徵，如皮質變薄、大腦區域萎縮，有助於老年痴呆症的診斷；或者可與大腦電生理數據結合，協助醫師識別癲癇發生的區域。

五、結語

隨著資通訊與人工智慧等數位科技的進步，數位孿生將能提供更準確的疾病預測，並且能協助醫院更有效率地運用醫院資源，同時改善患者的醫療體驗。此外，預計數位孿生也將逐漸拓展應用範疇至臨床試驗，以簡化與加速臨床試驗流程。例如在臨床試驗展開前先進行模擬與分析，以挑選更適合的藥物，或者篩選出更具代表性的患者。然而，數據安全性、互可操作性等議題，為目前醫療領域數位孿生尚待克服的重大挑戰。