似乎每天都有新的演算法使計算機能夠以前所未有的精度診斷疾病，從而再次預言計算機將很快取代醫生。如果計算機也能取代病人呢？例如，如果虛擬人類能夠在冠狀病毒疫苗試驗的某些階段取代真人，則可以加速預防工具的開發並減緩疫情的蔓延。同樣，不太可能有效的潛在疫苗可以及早被識別出來，從而大幅削減試驗成本，並避免在活體志願者身上測試不良的候選疫苗。“計算機模擬醫學”，或在虛擬器官或身體系統上測試藥物和療法以預測真人對療法的反應，就具有這些益處。在可預見的未來，晚期研究仍需要真人患者，但計算機模擬試驗將能夠對安全性和有效性進行快速且廉價的初步評估，從而大大減少實驗所需的活體人類受試者的數量。
對於虛擬器官，建模首先將從個體實際器官的非侵入性高解析度成像中提取的解剖資料輸入到控制該器官功能的機制的複雜數學模型中。在功能強大的計算機上執行的演算法解析由此產生的方程式和未知數，生成一個看起來和行為都像真實器官的虛擬器官。
計算機模擬臨床試驗已經在一定程度上進行。例如，美國食品藥品監督管理局正在使用計算機模擬代替人體試驗來評估新的乳腺X線攝影系統。該機構還發布了關於設計包含虛擬患者的藥物和裝置試驗的指南。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
除了加速結果和降低臨床試驗的風險外，計算機模擬醫學還可以代替診斷或計劃治療某些疾病所需的有風險的干預措施。例如，獲得 FDA 批准的基於雲的服務 HeartFlow Analysis 使臨床醫生能夠根據患者心臟的 CT 影像識別冠狀動脈疾病。HeartFlow 系統使用這些影像構建流經冠狀動脈血管的血液的流體動力學模型，從而識別異常情況及其嚴重程度。如果沒有這項技術，醫生將需要進行有創血管造影術來決定是否以及如何幹預。在個體患者的數字模型上進行實驗還可以幫助個性化治療多種疾病，並且已用於糖尿病護理。
計算機模擬醫學背後的理念並不新鮮。在數百種執行條件下建立和模擬物體效能的能力幾十年來一直是工程學的基石，例如用於設計電子電路、飛機和建築物。但其在醫學研究和治療中的廣泛應用仍然存在各種障礙。
首先，必須確認這項技術的預測能力和可靠性，這將需要多項進步。這些進步包括：從包含男性和女性的大量、種族多樣的患者群體中生成高質量的醫學資料庫；改進數學模型以解釋體內許多相互作用的過程；以及進一步修改主要為基於計算機的語音和影像識別而開發的人工智慧方法，並需要對其進行擴充套件以提供生物學見解。科學界和行業合作伙伴正在透過達索系統的“活體心臟專案”、虛擬生理人整合生物醫學研究所和微軟的 Healthcare NExT 等倡議來解決這些問題。
近年來，FDA 和歐洲監管機構已批准計算機診斷技術的一些商業用途，但滿足監管要求需要大量時間和金錢。鑑於醫療保健生態系統的複雜性，創造對這些工具的需求具有挑戰性。計算機模擬醫學必須能夠為患者、臨床醫生和醫療保健組織提供具有成本效益的價值，才能加速他們對該技術的採用。