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PTC:元宇宙引發醫療設備研發重大變革

2022-05-14 02:45:56阿川2015

自從2021年Facebook公司將自己的公司名稱改為Meta之後,“元宇宙”概念就開始在全球大行其道,2021年也被喻為“元宇宙元年”。Meta CEO認為元宇宙是繼互聯網之後的計算平臺,可以將其看作是實體化的互聯網,用戶在元宇宙中不再瀏覽內容,而是在內容中。隨著元宇宙概念的爆火,元宇宙醫療也成為了下一代數字醫療願景。

那麼,用戶又怎麼生活在元宇宙中呢?答案就是數字孿生。數字孿生是構建元宇宙的基礎,而元宇宙的爆火將極大推動數字孿生的普及。專家認為數字孿生將帶來醫療健康領域的下一輪重大甚至顛覆性變革,從對病患的治療和診斷,到更優化的預防性護理、更好的手術准備等,乃至更加前沿的基因治療,一個完整的元宇宙醫療生態體系或將成為現實。

致力於數物融合的PTC公司資深技術專家沈維國認為,新冠疫情帶來了全球大範圍的物理隔離和居家辦公,而元宇宙在同期的爆火無疑將推動元宇宙醫療提前到來,醫療設備制造商必須將元宇宙納入產品研發、運維和服務的體系之中,從而占據下一代數字醫療的先機。

數字孿生與元宇宙醫療

增强現實和虛擬現實是元宇宙的關鍵技術,而數字孿生是將虛擬世界與真實世界相關聯的仿真技術,也就是在虛擬世界以增强現實和虛擬現實技術建立物理世界的數字動態模型,物理本體與數字孿生體之間的數據可以雙向流動,或可簡單理解為鏡像世界。在通往元宇宙醫療的道路上,我們首先需要大量建立醫療健康生態的數字孿生體。

(醫療數字孿生示意圖,圖片來源:飛利浦公司官網)

根據埃森哲的調研(注1),2021年約有1/4的醫療健康領導者報告其所在的醫療機構或組織正在實驗數字孿生技術。醫療健康機構或組織正大規模建立醫院、供應鏈、醫療設備甚至是身體組織和器官的數字孿生體,並將這些數字孿生體連接起來。數字孿生為醫療健康帶來的好處是巨大的,例如:醫療設備制造商在開發新型醫療設備的時候,就可以基於研發設備的數字孿生體進行各種參數調整測試,在正式生產制造之前找到潜在的問題,極大降低研發失敗的高昂成本以及提高最終產品的性能和安全性;在個性化診斷方面,醫生依賴於定制化的仿真過程,追踪每一個病人對於不同治療方案的反應,從而提高整體治療方案的准確性,瑞典Linköpings大學甚至為老鼠RNA建立數字孿生體以預測個性化藥物的治療效果……

埃森哲2021年的調研顯現未來三年將有66%的醫療領導者將增加其組織對於數字孿生的投資。在應用數字孿生技術於醫療健康領域方面,飛利浦是一個先驅者。作為全球健康科技領域的龍頭企業,飛利浦致力於在從健康的生活方式及疾病的預防、到診斷、治療和家庭護理的整個健康關護全程,提高人們的健康水平,並改善醫療效果。2018年,數字孿生技術入選Gartner年度十大戰略性技術,飛利浦也開展了數字孿生的研究,並提出了數字孿生願景。

在飛利浦的數字孿生願景中,醫療設備數字孿生以及數字病人是核心概念(注2)。在醫療設備研發中,飛利浦在設備產品研發階段就引入數字孿生,例如使用可攜帶制氧機的數字原型機就可以在構建物理原型機之前的數月進行測試和產品迭代,從而節省了大量寶貴的產品研發時間;而一個典型的MRI磁共振掃描儀每天產生約80萬條日志信息,通過遠程監控以及結合人工智能分析就能對設備進行預防性維護,飛利浦還收集了超過15000臺MRI、CT和介入X射線系統的數據,分析了數十億個數據點,再經過人工智能和其它分析技術,得出了預測性維護模型。

在更遠期未來願景中的數字病人,不僅建立了重要身體組織和器官的數字孿生,還將這些數字孿生全部都連接起來進行綜合分析,例如通過异常的心髒聲音、短促的呼吸以及腫脹的脚踝等特征而判斷慢性心髒病及其發展過程。數字病人並不僅僅是靜態的人體健康信息的數字記錄,而是在時空範圍內整合和分析人體每一個細微的信息,從而建立長期的更精准、更個性化和更具預測性的醫療健康服務。而對大範圍的數字病人進行整合,還能够增進對於群體性疾病的理解以及產生更具洞察的公共衛生决策。

向龍頭企業學什麼?

今天,我們正處於數字孿生和元宇宙醫療的前夜。正如埃森埃調研所指出:(以數字孿生和元宇宙為代錶的)鏡像世界,允許醫療領域領導者們將數據和智能以前所未有的規模進行結合,重新想象醫療健康服務的運營、協作和創新。為了建立鏡像世界,醫療數字孿生需要從物體、人與物理空間中抽取數據,醫療機構或組織需要一個能够實時收集和處理所有數據的基礎性平臺。PTC資深技術專家沈維國指出,這個基礎性數據平臺就是數字主線。

(醫療數字化示意圖,圖片來源:PTC公司官網)

飛利浦將醫療健康視為一個連續的過程——將人們的健康旅程放到醫療健康服務的前端和中心,以此創建綜合護理服務路徑。飛利浦相信醫療健康護理應該是安全、無縫、有效和高效的服務,因此飛利浦致力於“把離散的點,連接起來”,支持實時數據的流動,為病患提供精准診斷、治療和慢性病護理。

PTC作為全球最大的數字主線與數字孿生技術供應商之一,也是飛利浦數字化轉型的主要合作夥伴之一。PTC資深技術專家沈維國介紹,飛利浦在PTC的幫助下正在加速推進數字化轉型的進程。飛利浦的數字化轉型分為三大階段:近期為醫療設備產品的數字化轉型,為醫療機構和病患提供基於實證的醫療健康護理;中期構建基於實時數據的醫療健康服務平臺,包括可穿戴設備和生理傳感器、大數據和醫療健康數據分析、移動醫療、醫療物理網等,結合醫療設備產品與服務,為醫療機構和病患提供產品即服務、數據即服務、平臺即服務以及管理服務等結果導向的醫療健康護理;長期在醫療設備和服務的基礎上提供進一步加入智能的醫療健康護理解决方案,包括人工智能、增强現實、機器人等的洞察即服務、自動化即服務和機器人即服務等,為醫療機構和病患提供預測性和預防性醫療健康護理。

飛利浦數字健康平臺(Health Suite Digital Platform)是一個整合各種服務和工具的雲平臺,借助各種設備的互聯,對所有與健康醫療相關的數據進行無縫整合。飛利浦還通過產品和各類健康解决方案,讓用戶享受一個健康的未來。首先是設備的互聯。數字化技術能將專業醫療設備、個人健康設備、可穿戴和移動設備等全部連接起來,實現了健康醫療護理各場景的連接。其次是數據的連接和分析,醫療健康行業擁有海量的高價值數據,包括基礎健康數據、病理數據、基因數據、臨床數據、急救中心數據等,將各種數據整合起來並加以專業的分析和應用,能為精准診斷、治療提供重要的參考和依據。第三,健康醫療大數據的應用,還能為醫學科研、健康預測、疾病預警等帶來價值,對人口健康管理產生深遠的影響。

飛利浦基於PTC的數字主線和數字孿生平臺,為飛利浦EPIQ7旗艦級智能超聲診斷系統建立了數字孿生。超聲診斷系統是使用量最高的醫療設備之一,基於數字孿生的主動性運維服務可提高超聲診斷系統的可用運行時間。飛利浦超聲診斷系統已經連接到遠程監測平臺,超聲診斷系統的電壓和溫度等傳感器信息、日志文件、异常宕機的錯誤代碼等都可被收集,飛利浦根據這些數據進行預測性分析,據此提供預測性和預防性運維服務,現場服務工程也可采用增强現實技術與遠程專家連線,完成現場維修工作。

飛利浦還在基於PTC平臺,建立跨整個產品研發、制造、運維和質量的價值鏈。從概念設計、系統工程、軟件硬件設計與制造、內外部協同、原型及虛擬仿真、產品質量控制、產品上市認證、日常運維到產品退市的全生命周期中,PTC的Creo CAD數字設計平臺、Windchill PLM數字主線平臺、Vuforia增强現實平臺、Servigistics SLM服務生命周期管理平臺、Integrity ALM軟件生命周期管理平臺、ThingWorx物聯網與分析平臺等形成了整合的解决方案,打通了需求、采購、質量與管控、市場營銷、制造工廠、售後和召回等產品生命周期涉及的所有業務部門,形成了完整的數字主線。

數字主線支撐飛利浦展開更多的創新:支持產品工程師與設計團隊之間的反饋回路、從客戶和病患到產品設計的反饋回路、從產品到服務的反饋回路等,這些都為元宇宙的到來,鋪平了道路。PTC資深技術專家沈維國錶示,數字主線平臺是數字孿生的數據整合集成平臺,是元宇宙世界的“地基”,醫療健康領導者必須高度重視數字主線平臺的建設。

醫療健康行業重塑產品研發體系

全球COVID-19疫情和元宇宙等數字創新技術為醫療健康行業帶來了百年一遇的巨變,為了應對醫療健康行業百年巨變的種種挑戰,醫療健康領導者需要積極擁抱數字化轉型,以期應用數字化全新手段在新時代占得先機。數字化體系建設既是從0到1的革新,更是從1到100的漫長之旅。

借鑒CMM成熟度模型,企業數字化成熟度分為以下5個層級:Level 1——初始級(Ad Hoc),即數字化舉措僅為響應單點業務挑戰,與企業戰略匹配性低,且不注重用戶體驗;Level 2——機遇級(Opportunistic),即已認識到數字化戰略應融入業務戰略,但仍欠缺一體化的數字化體系規劃,數據、流程仍存在斷點;Level 3——重複級(Repeatable),即企業制定了數字化的藍圖及推廣路線,導入方法論循序構建內部運營的數字化體系,但並未實現產品及服務的創新;Level 4——管理級(Managed),即數字化藍圖與業務戰略緊密關聯,數字化技術賦能企業進行產品及服務體驗的變革;Level 5——優化級(Optimized),即企業具有顛覆性特征,數字化技術持續驅動企業商業模式創新,並能够影響市場,帶動生態環境的重塑。

縱觀國內醫療健康行業,多數企業仍處於Level 2,少數頭部企業達到了Level3,但飛利浦已經達到了Level 4,並向Level 5邁進。對於當前大多數醫療健康機構、組織和企業來說,建立智能互聯產品是當下數字化轉型的重點,而選擇能够承載未來元宇宙應用的數字主線平臺,是實現智能互聯產品及應用場景的最佳路徑。PTC資深技術專家沈維國向中國醫療健康領導推薦PTC數字主線平臺及三大智能互聯產品解决方案,為元宇宙醫療的到來做好准備。

PTC認為,智能互聯產品業務應用場景涉及從產品開發到服務優化的六大領域:互聯產品數據、數據驅動式設計、互聯收入模型、遠程服務、客戶自助服務、現場技工效率等,而基於數字孿生的互聯產品數據是PTC智能互聯產品方案的關鍵能力,提供了互聯性、可視化、告警和報警、增强遠程協同以及其它豐富的功能和能力。PTC PLM數字主線平臺是醫療智能互聯產品以及未來元宇宙醫療的基礎性平臺,PTC數字主線解决方案中最核心的是PLM產品全生命周期協同能力,可實現醫療產品數字化定義和數字化應用,包括系統集成多CAD設計工具、規範設計流程和文檔、實現企業級變更控制等,同時還支持從設計BOM到制造BOM和服務BOM的轉換,以支持DFX的業務應用和產品追溯。

首先是數據驅動式研發,驅動醫療智能互聯產品研發與創新。基於PTC PLM數字主線平臺、Vuforia增强現實平臺、ThingWorx智能互聯產品方案、Creo CAD數字設計平臺以及集成Ansys仿真計算,PTC數據驅動式研發方式可為醫療智能互聯產品研發提供數據驅動仿真、數據驅動設計改進、數據驅動質量改進等能力,應用於產品功能使用分析、實時產品狀態仿真和各類專業實時仿真等場景。

第二是智能互聯服務方案,為醫療產品數字孿生創造豐富的數字化智能互聯服務應用場景。基於PTC PLM數字主線平臺、Vuforia增强現實平臺和ThingWorx智能互聯產品方案,可連接醫療產品信息和現場設備、建立可編排的互聯服務體系,應用於接收任務工單、顯示設備實時狀態和對應的產品服務信息、現場服務執行、產品與質量追溯等業務場景。

第三是智能互聯運營方案,可快速滿足70%的智能互聯產品需求。基於PTC ThingWorx智能互聯產品加速包,可進行醫療設備和產品的遠程監控、遠程訪問、遠程昇級、數據分析、AR遠程維修指導等,應用於設備運行狀態監控、故障預警、遠程維修、維修指導、數據驅動營銷(服務、試劑等)業務場景。

整體來說:我們今天正處於百年大變局中,全球COVID-19疫情給全人類社會帶來了永久性的改變,疊加元宇宙、數字孿生、人工智能等數字創新技術大規模向人類社會的滲透,醫療健康領域正面臨著全面重塑與重構。而中國醫療健康領導者們必須立刻行動起來,將元宇宙醫療等未來數字醫療願景納入到今天的醫療健康戰略中,走在正確的數字化轉型路徑上,從而在下一波醫療健康大變局中建立新的領導力和競爭力!(文/寧川)

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

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