2017年，明尼苏达大学的一场里程碑式手术中，外科医生借助一种前所未有的工具——虚拟现实，成功分离了一对连体双胞胎姐妹。
为准备这项复杂且风险很高的姐妹分离手术，研究人员将核磁共振成像和计算机断层扫描的高分辨率图像结合起来，创建了婴儿相互交缠的心脏的三维数字模型。医生戴上虚拟现实眼镜，在核桃大小的器官中进行探索，找出关键的解剖缺陷，并权衡实施复杂分离手术的各种方案。根据发现，外科医生改变了原定策略，为这项历时9小时的手术采用了另一种方案；这一方案被认为挽救了两个孩子的生命。
这听起来或许像科幻小说。事实上，患者心脏的计算模型——“数字孪生”——正逐渐成为标准医疗的一部分。它们可以在电脑上查看，可以模拟和分析心血管生理状况，也可以通过3D打印制成实体。如今，心脏病专家通常会在手术清除动脉堵塞前，利用3D成像观察堵塞情况。为纠正婴儿严重的先天性心脏缺陷，伦敦大奥蒙德街儿童医院的心脏病专家已开始使用儿童微小心脏的数字复现模型，提前规划手术。
数字个人化身
了解患者心脏如何工作的最佳方式，是观察它实际运作的情况，因此研究人员正在开发跳动的“虚拟”心脏原型。能够直观呈现人体，长期以来一直是医学发现的核心。如今，先进技术为观察和探索带来了大胆的新方式。一种名为“电影级渲染”的技术受到电影中令人惊叹的计算机生成图像启发，它将CT和核磁共振扫描的原始数据结合起来，再运用算法模拟三维空间中复杂的光影变化，甚至模拟光线如何穿透活体组织。最终生成骨骼、肌肉、器官、血管和神经的3D图像，医生可以在其中及其周围进行探索，以前所未有的方式观察人体。
心脏是首个以这种方式精确建模的器官，但包括大脑在内的其他器官的数字孪生也正在开发中。最终，我们将拥有患者完整的全身数字孪生——实际上就是数字个人化身。
应用范围十分广泛。癌症外科医生将能够准确评估肿瘤相对于健康组织的位置。骨科医生将能够利用先进的3D图像，直观呈现复杂骨折的形态。在一项卡迪夫大学脑研究成像中心开展的试点研究中，科学家正利用电影级渲染研究与多发性硬化症相关的大脑神经纤维。
专门的计算模型使我们能够在宏观和微观层面创建数字孪生，不仅呈现器官的形状和结构，还能模拟细胞层面的生物分子过程，包括构成细胞的蛋白质，乃至基因。最新的成像技术甚至可以检测细胞的代谢变化，从而区分癌细胞和健康细胞。
预测建模
换言之，数字个人化身远不只是精致的解剖模型。它们将纳入患者的细胞、分子、遗传和临床信息。作为个性化医疗的前沿成果，它们将为医生深入了解个体患者病情的具体特征提供依据。提前了解患者的遗传和分子构成后，医生便能判断某种药物是否可能有效，以及应使用何种剂量。预测建模将使我们能够在健康问题临床显现之前很久就发现它们。患者一生中收集的数据将帮助我们深入了解衰老与健康。
这一切之所以成为可能，是因为我们能够利用人工智能和机器学习分析海量数字信息。举例说明我们触手可及的数据规模：西门子医疗已汇编了一个包含超过1亿张图像的数据库，这些图像采集自核磁共振、CT及其他成像技术，并标注了相关临床信息，目前正用于训练人工智能算法。其目标是开发有助于医生更好地诊断和治疗各种疾病的算法。
共享数据——同时加以保护
我们能够挖掘的数据越多，学到的就越多。但管理敏感的健康数据是一项复杂任务。目前，共享医疗数据面临着显著的竞争、监管和后勤障碍。一种解决方案是建立数字“生态系统”，向同意共享数据的合作伙伴开放，并使用通用的存储和通信系统。
作为患者个体和整个社会，我们都能通过共享健康数据获得巨大价值。但在数字个人化身时代，我们如何保护个体患者的隐私，同时又让数据服务于改善医疗保健的共同利益？加密货币比特币的成功提供了一种可能有用的模式。比特币采用区块链技术，通过将数据拆分成独立区块，并存储在彼此不连接到同一处理器的分布式数据库中来保护数据。只有持有加密密钥的人——例如患者和医生——才能访问数据。其他人只有在获得许可后，才能共享数据中的个别部分。区块链技术将使数字孪生与各自对应的人体关联起来，同时匿名地与第三方共享数据成为可能。
数字化有助于拯救生命
十年前，外科医生戴着虚拟现实眼镜，在患者心脏的数字图像中进行探索，这种想法听起来还十分不切实际。十年后，数字孪生将成为医学领域的标准工具，今天难以想象的奇迹也将近在眼前。诺贝尔奖得主、核物理学家尼尔斯·玻尔曾有句名言：“预测很难，尤其是预测未来。”有一点我们可以肯定：医疗保健数字化将拓展精准医疗，改变医疗服务的提供方式，并改善患者体验。它还将帮助医疗服务提供者以更低成本取得更好的疗效。我们能够几乎在每个层面上建立个体患者身体模型，从心脏结构到癌细胞上蛋白质的形状，这将为生物医学带来深刻的新见解，并拯救生命。
两个小女孩佩斯利·马丁内斯和佩斯琳·马丁内斯出生时是连体双胞胎，后来借助先进的3D成像技术成功分离，她们就是活生生的证明。
