La NASA è stata la prima entità a utilizzare la tecnologia dei gemelli digitali per simulare e prevedere i sistemi fisici. Quando un serbatoio di ossigeno esplose sulla navicella Apollo 13, la NASA utilizzò repliche fisiche della navicella per simulare il danno.
Oggi i gemelli digitali sono più sofisticati e ricevono dati da più fonti per rispecchiare accuratamente le operazioni del mondo reale, analizzare i comportamenti e fornire informazioni predittive in settori come la produzione, l’edilizia, le comunicazioni e l’energia. La tecnologia del gemello digitale nella sanità è rimasta indietro, ma sta guadagnando terreno. Dalla pianificazione chirurgica alla medicina di precisione, la tecnologia viene testata nelle scuole di medicina, negli studi clinici e nella formazione dei medici. Tuttavia, sono necessarie ulteriori discussioni per capire come la tecnologia si inserirà negli scenari medici di routine.
Come funzionano i gemelli digitali in campo medico?
La tecnologia del gemello digitale nel settore sanitario crea una replica virtuale di un paziente, di un organo, di un sistema o di un processo a partire da più fonti di dati come immagini, cartelle cliniche elettroniche e dispositivi indossabili. Il gemello virtuale utilizza i dati per simulare scenari di salute, prevedere gli esiti e personalizzare i trattamenti.
L’intelligenza artificiale (AI) utilizza i dati per costruire un modello di un sistema, di un organo o di un paziente. Una volta creata la replica di base, l’applicazione AI può aggiornare continuamente il gemello in base ai dati del paziente. Alcune applicazioni possono anche includere lo stile di vita o le influenze ambientali che hanno un impatto sulla salute del paziente.
I medici possono usare il gemello per valutare le opzioni di trattamento, valutare i farmaci o il dosaggio e tracciare procedure complesse prima di interagire con il paziente. Queste simulazioni possono aiutare i medici a decidere una linea d’azione e un piano di trattamento che riduca al minimo le congetture mediche.
La maggior parte dei gemelli digitali riceve dati dalle loro controparti fisiche, ma alcuni gemelli possono inviare e ricevere dati. Un flusso di dati bidirezionale permette all’applicazione basata sull’intelligenza artificiale di restituire informazioni, come ad esempio suggerire un percorso chirurgico più sicuro o un dosaggio alternativo di farmaci.
I medici sono d’accordo con la tecnologia del gemello digitale?
Secondo un sondaggio Sermo, il 54% dei medici intervistati non aveva alcuna esperienza con la tecnologia del gemello digitale. Circa il 18% conosceva il termine ma non ne capiva il funzionamento e un altro 20% ne aveva solo letto. Per alcuni, come un medico generico, i gemelli digitali sembrano “promettenti, soprattutto per i casi complessi”; tuttavia, l’uso di routine sembra lontano anni.
Indipendentemente dalla familiarità, i medici potrebbero prevedere applicazioni per i gemelli digitali nella simulazione di casi complessi, nella previsione di esiti futuri e nella personalizzazione delle cure. Un medico di medicina d’urgenza ha descritto la tecnologia come avatar digitali “progettati per analizzare, simulare e prevedere gli esiti della salute individuale, portando l’assistenza sanitaria verso un trattamento proattivo, personalizzato e predittivo”.
Sebbene gli operatori sanitari percepiscano positivamente la tecnologia, molti non sono ancora sicuri delle sue applicazioni reali.
Applicazioni cliniche dei gemelli digitali nell’assistenza sanitaria
Quando è stato chiesto dove i gemelli digitali sarebbero più utili, il 37% degli intervistati non era sicuro. I medici rimanenti hanno considerato le seguenti applicazioni come possibili impieghi dei gemelli digitali, a condizione che vengano adottate le opportune misure di salvaguardia.
Prevedere la risposta al trattamento per condizioni complesse
In uno studio clinico condotto dalla Stanford University School of Medicine su 50 uomini con cancro alla prostata a rischio intermedio, i ricercatori hanno valutato la piattaforma di modellazione basata sull’intelligenza artificiale di Avenda Health, Unfold AI, che funziona in modo simile a un gemello digitale integrando biomarcatori, risultati di biopsie, immagini e dati clinici per generare una mappa del cancro in 3D specifica per il paziente. Lo studio ha dimostrato che i margini definiti con questo modello di intelligenza artificiale incapsulavano completamente il tumore clinicamente significativo nell’80% dei casi, rispetto al 56% dei casi in cui si utilizzavano margini convenzionali, suggerendo che una mappatura personalizzata può ridurre il rischio di perdere tessuto tumorale durante la pianificazione del trattamento.
Personalizzazione del dosaggio e della scelta dei farmaci
La medicina di precisione mira ad adattare le decisioni diagnostiche, prognostiche e terapeutiche al singolo paziente piuttosto che alla media della popolazione. La tecnologia dei gemelli digitali supporta questo approccio integrando marcatori biologici, dati genetici, fattori di stile di vita ed esposizioni ambientali in un modello computazionale dinamico del paziente. Questi modelli attingono a fonti di dati eterogenee, tra cui cartelle cliniche elettroniche, dati clinici longitudinali e input comportamentali del mondo reale, per generare simulazioni statisticamente robuste. Nella pratica clinica, i gemelli digitali possono essere utilizzati per prevedere la progressione della malattia, simulare il dosaggio dei farmaci e le risposte al trattamento e confrontare le opzioni terapeutiche prima dell’intervento. Ciò consente di prendere decisioni cliniche più informate e di supportare percorsi di cura ottimizzati e personalizzati, in particolare per i pazienti con patologie complesse o croniche.
Pianificazione chirurgica o simulazione procedurale
Fornire ai chirurghi dettagli grafici per le procedure chirurgiche richiede una grande potenza di calcolo e un’elaborazione grafica efficiente. Nvidia, il principale produttore di chip grafici, ha partecipato a un progetto di gemelli digitali per la preparazione chirurgica. Il processo crea modelli anatomici fotorealistici a partire dai dati della TAC, utilizzando la segmentazione degli organi, il perfezionamento delle maglie e il texturing. Questi gemelli umani digitali potrebbero aiutare i chirurghi a prepararsi meglio per gli interventi, a ridurre i tempi di intervento (e quindi anche la fatica del chirurgo), a identificare percorsi chirurgici sicuri e a migliorare la sicurezza dei pazienti.
Modellare la progressione della malattia per le condizioni croniche
Il Center for Computational and Digital Health Innovation della Duke ha creato dei gemelli digitali che simulano l’impatto degli interventi medici su condizioni croniche come le malattie cardiovascolari. L’applicazione utilizza le repliche virtuali dei pazienti per comprimere il tempo, dimostrando come i trattamenti possano influenzare i risultati futuri. I medici possono vedere come progredisce una malattia in assenza di trattamento e confrontare i risultati di diverse opzioni terapeutiche. Questo permette ai medici di personalizzare il trattamento dei pazienti affetti da malattie croniche.
Educazione e formazione medica
Con l’ingresso di un numero sempre maggiore di tecnologie nell’assistenza sanitaria, i gemelli digitali diventano strumenti eccellenti per i professionisti del settore medico per perfezionare le loro competenze. Con i gemelli digitali, i chirurghi possono fare pratica prima di implementare una nuova tecnologia. I gemelli permettono agli studenti di medicina di sperimentare l’impatto dei farmaci e dei dosaggi sui risultati dei pazienti, sviluppando la competenza dei medici nella medicina di precisione. Sebbene i gemelli digitali abbiano il potenziale per migliorare i risultati chirurgici e clinici, un membro di Sermo ha osservato che le simulazioni non sono ancora la stessa cosa che affrontare un paziente e tutte le complicazioni che porta con sé.
Le preoccupazioni dei medici riguardo ai gemelli digitali nell’assistenza sanitaria
I medici condividono preoccupazioni simili a quelle di altri che stanno valutando l’uso dei gemelli digitali nel loro settore di competenza. Si interrogano sull’accuratezza dei dati e sulla privacy, sulle implicazioni legali e sulla convalida dei modelli. A differenza di altri settori, le preoccupazioni dei medici hanno un peso maggiore perché riguardano decisioni che cambiano la vita. Le preoccupazioni principali, come emerge da un sondaggio Sermo, riguardano l’accuratezza e l’affidabilità delle simulazioni (30%) e la necessità di una convalida nel mondo reale (24%).
Affidabilità e accuratezza delle simulazioni
Poiché simulazioni accurate dipendono da dati precisi, la selezione delle fonti di dati è un fattore cruciale nella creazione di gemelli umani digitali. Ogni istanza deve specificare le fonti dei dati per garantire la massima trasparenza e le simulazioni devono essere prive di pregiudizi dell’IA per garantire che i risultati siano rappresentativi delle influenze genetiche, sociali e ambientali del paziente. Senza queste garanzie, i medici potrebbero mettere in dubbio l’utilità della tecnologia.
Privacy dei dati e consenso del paziente
Chi è il proprietario del gemello digitale? Se i pazienti acconsentono all’utilizzo dei loro dati per costruire gemelli digitali, perdono il controllo delle loro informazioni? I loro dati potrebbero essere utilizzati più volte da più medici a loro insaputa? È possibile che i gemelli umani digitali diventino le Henrietta Lacks del mondo digitale? Come ha osservato un medico generico, “ci sono ancora molte cose che non comprendiamo appieno riguardo ai limiti e all’aspetto etico di questa tecnologia”.
Integrazione nei flussi di lavoro e nei sistemi EHR
I gemelli digitali estraggono dati da più fonti, ma raramente trasmettono dati al di fuori della loro applicazione. La creazione di interfacce con i sistemi EHR per accedere alle informazioni complete sui pazienti richiederà un notevole tempo di sviluppo. Senza l’integrazione, i medici potrebbero dover inserire i dati del trattamento in più punti, aumentando il loro carico di lavoro.
Problemi legali o di responsabilità
Oltre alla questione della proprietà, l’assistenza sanitaria deve affrontare i problemi di responsabilità. Cosa succede se un errore del gemello digitale provoca un esito negativo? Che responsabilità ha il paziente nel fornire informazioni accurate e complete? I gemelli possono essere utilizzati per illustrare alle compagnie assicurative le ragioni per cui una determinata azione è appropriata? Quale accesso dovrebbero avere gli assicuratori al gemello digitale di un paziente?
La tecnologia dei gemelli digitali richiede una piattaforma di grandi dimensioni con un’enorme capacità di archiviazione dati e potenza di calcolo. Proteggere questi dati da accessi non autorizzati diventa una responsabilità condivisa, dato che i medici creano gemelli a partire dai dati personali dei pazienti e le piattaforme accedono a più fonti di dati comparativi.
Mancanza di validazione del mondo reale
Come faranno i medici a sapere che la tecnologia funziona? Quali sono gli standard e i protocolli di test da adottare per convalidare un’applicazione di gemello digitale? Si tratta di domande ancora in gran parte senza risposta. Come ha osservato un entusiasta pneumologo su Sermo, “i gemelli digitali potrebbero davvero cambiare il modo in cui affrontiamo la cura dei pazienti, ma sono curioso di sapere quanto questi modelli saranno accurati e affidabili in contesti clinici reali”.
Con le limitate applicazioni cliniche attuali, la validazione nel mondo reale rimane una questione aperta.
Cosa riserva il futuro alla tecnologia dei gemelli digitali?
Quasi la metà (45%) degli intervistati in un sondaggio Sermo vuole vedere la tecnologia nella pratica prima di impegnarsi nel suo utilizzo. Altri vogliono vedere i dati di supporto, mentre il 23% vorrebbe utilizzare gli strumenti con una forte supervisione umana. Un altro 21% è scettico sul suo valore clinico.
La fattibilità della tecnologia dei gemelli digitali varia a seconda della specialità. Ad esempio, IBM Watson ha incontrato numerose difficoltà nel fornire un gemello digitale per rivoluzionare il trattamento del cancro. Il progetto Watson for Oncology di IBM doveva colmare il divario tra la ricerca all’avanguardia e la pratica clinica identificando opzioni di trattamento personalizzate. Tuttavia, il progetto non è stato in grado di adattarsi alle complessità delle cure oncologiche, con conseguente fallimento.
Un altro studio recente ha utilizzato i gemelli digitali per prevedere gli esiti di 1.800 pazienti affetti da diabete di tipo 2. Ogni paziente aveva un gemello digitale che rispecchiava la sua alimentazione, i livelli di glucosio nel sangue, lo stato metabolico e le abitudini di vita. La piattaforma suggeriva a ciascun paziente scelte alimentari basate sui valori attuali. A un anno, i pazienti hanno mostrato un miglioramento significativo dei livelli di emoglobina A1c e hanno richiesto meno farmaci antidiabetici. Molti hanno registrato una migliore riduzione del peso e una minore resistenza all’insulina.
Questi due studi illustrano il valore della tecnologia nel migliorare l’assistenza ai pazienti, evidenziando al contempo le sfide che possono limitarne l’efficacia. Attualmente, la tecnologia viene utilizzata negli studi clinici e nella ricerca medica per fornire gemelli che affrontano la mancanza di convalida nel mondo reale e l’accuratezza dei dati. Con l’aumento del volume di dati validi, i medici saranno più propensi a fidarsi della tecnologia in ambito clinico.
In che modo la tecnologia dei gemelli digitali potrebbe cambiare la vita quotidiana dei medici?
Se si dimostreranno efficaci nella pratica clinica, i gemelli umani digitali potranno consentire ai medici di passare da un’assistenza reattiva a una predittiva, di simulare procedure complesse e di gestire condizioni croniche. In definitiva, ridurranno le congetture, miglioreranno i risultati e incoraggeranno l’apprendimento continuo.
I medici avranno maggiore fiducia nei piani di trattamento, conoscendo i possibili esiti. Forniranno farmaci più mirati per ridurre le visite in ufficio dovute a tentativi ed errori. Potranno sperimentare trattamenti innovativi per un continuo sviluppo professionale. I gemelli digitali hanno il potenziale per migliorare i risultati dei pazienti e aiutare a mantenere il benessere dei medici grazie alla tecnologia che permette di risparmiare tempo.
Un percorso da seguire
La tecnologia dei gemelli digitali promette di trasformare l’assistenza sanitaria, ma la sua adozione clinica su larga scala dipenderà prima di tutto dalla risoluzione delle sfide etiche e di governance. Prima che i gemelli digitali possano essere integrati in modo sicuro nelle cure di routine, è necessario stabilire una solida convalida, una mitigazione dei pregiudizi e una forte protezione della privacy del paziente e della sicurezza dei dati. Un dialogo significativo sulla qualità dei dati, sul consenso, sulla trasparenza e sulla responsabilità è essenziale per garantire che questi strumenti supportino, anziché indebolire, il processo decisionale clinico.
I medici svolgono un ruolo fondamentale in questo processo. La tua esperienza clinica è necessaria per guidare gli sviluppatori nella definizione di casi d’uso appropriati, nell’identificazione dei pregiudizi e nella definizione di standard di validazione rigorosi. Senza un coinvolgimento precoce e costante dei medici, le applicazioni del gemello digitale rischiano di non raggiungere il loro potenziale o di erodere la fiducia di pazienti e medici. Sermo offre ai medici una piattaforma riservata per discutere di tecnologia in ambito sanitario. Come comunità, i membri di Sermo possono esplorare le questioni chiave che riguardano la tecnologia e valutare le implementazioni reali tra colleghi di tutto il mondo. È attraverso queste discussioni significative che si può forgiare un percorso per il futuro. Entra a far parte del futuro unendoti alla comunità Sermo.
