「医療のデジタル化で仕事を減らせる。」
「ビッグデータの活用で生活習慣病を防ぐ。」
ビッグデータの活用によって、技術だけでなく医療分野でも目覚ましく活躍しています。しかし非医療従事者には、医療でのデジタルツインを活用した機器や分野がほとんど認知されていません。
そのため当記事ではデジタルツインに関して解説します。記事の流れは、
医療デジタルツインの概要
医療デジタルツインの活用例
医療デジタルツインの技術、メリット、課題
です。今後デジタルを活用したい医療従事者や、関係者には必見です。最後まで読んでください。
デジタルツインとは？
デジタルツインとは、取得したデータをデジタル上で再現する技術です。集めた膨大なデータをもとに、できる限り現実に近いシミュレーションが可能です。具体的には工場の製造ラインを設計するときに、シミュレーションをすれば簡単に設計が可能です。ラインの編集や増設のコストや必要な期間が計算できるでしょう。
他にも製造工程の管理でも活用ができます。梱包の速度や組み立ての速度、平均在庫数が確認可能。機械が故障すれば、壊れた原因を解明するでしょう。機械の残り寿命を事前に予測できたり、必要コストがわかります。
デジタルツインを利用すれば、多くの場面や場所でデータの採集とシミュレーションが可能です。
医療デジタルツインとは？
医療デジタルツインとは医療情報をデータとして取り込んで、今後の治療の予測や患者情報を収集し分析することです。日々の健康状態やCTスキャンで取れた医学的な情報を集めて、より正確な病気の診断や予測ができます。
日々の心拍数や睡眠時間、運動量を常に収集すれば、患者が診断の際に話し忘れることも事前に情報が手に入りやすいです。病院の機械で詳しい検査をすれば、正しい診断や根本からの治療方法を提示できます。
患者が常に健康状態であるために、医療デジタルツインは欠かせない技術です。
デジタルツインが医療業界に与える変化とは
デジタルツインによって医療業界に与える要素は以下の通りです。
診断の正確さ
根本からの治療法の確立
健康寿命の増大
今後起こり得る病気の予測
デジタルツインによって、患者が認知していない病気を発見できる可能性を高くできます。
「体のバランスが悪いと感じていたら、実は脳の病気だった。」
「寝れない理由は、実は運動不足だった。」
以上のようなことが頻繁に起こるようになるかもしれません。しかし早期の発見によって、病の進行を遅くしたり、解決したりできます。根本からの治療や健康寿命の増大も期待できるでしょう。
そのためデジタルツインは医療業界に多大な影響を与えると考えられています。
医療機器をデジタルツインで再現
医療機器は非常に繊細なため、故障するリスクと修理コストが高いです。しかしデジタルツインを用いれば、機械の寿命を予測できるでしょう。
温度上昇や起動回数、電圧などの要素を集めてデータ上で分析すれば、交換が必要な部品や今後必要となるパーツの情報を入手できます。
そのためデジタルツインを利用すれば、今後の医療機器の寿命を予測できます。
病院をデジタルツインで再現
デジタルツインは病院の効率化や必要なリソースの最適化、安全対策など分野でも活躍します。理由としては、医者の診断速度や患者数など必要なデータが集められるからです。
具体的には季節での患者数の変化数をデータ化すれば、季節的に増加する部署に多くのリソースを割けられる準備が可能でしょう。必要な看護師数を経験ではなく、客観的に判断ができます。
デジタルツインの利用によって病院の経営が改善するでしょう。
医療デジタルツインに必要な技術
デジタルツインの開発に必要な技術は3つです。
医療データの収集と管理技術
デジタルツインを作成するためには、患者のリアルなデータを詳細に収集し、デジタル化することが必要です。
体温、心拍数、血圧、血糖値などのバイタルサインを測定するセンサーや、スマートウォッチなどのウェアラブルデバイスを使うことで、患者のデータをリアルタイムで収集し、デジタルツインに反映します。
患者の診療記録や検査データ、処方箋などの医療情報をデジタル化した電子カルテを基盤とし、過去の診療履歴や検査結果を参照してデジタルツインの精度を高めることができます。
また、CTやMRI、X線、超音波などの医療画像データも、3Dモデルとして変換し、患者の臓器や組織の構造を仮想空間に再現することが可能です。
データ解析と人工知能（AI）技術
収集した大量の医療データを解析して、デジタルツインの精度を向上させるためのAI技術が必要です。
患者のデータから異常を検知したり、特定の疾患の進行を予測したりするために、機械学習とディープラーニングが活用されます。患者のデータは膨大な量になるため、ビッグデータ解析技術を使ってパターンを抽出し、最適な治療方法を提案することが可能です。これにより、患者個々の特性に基づいたパーソナライズド医療が実現します。
シミュレーション技術
デジタルツインでは、仮想空間上で患者の身体や臓器の状態をシミュレーションする技術が重要です。
心臓手術の前に患者の心臓の3Dモデルを用いて、手術のシミュレーションを行うなど、医療画像データを基に3Dモデルを作成し、そのモデル上で治療のシミュレーションを行うことで、手術の成功率を高めることができます。
また、患者の臓器の動きや、薬剤の投与後の体内での反応をシミュレーションする技術を用いることで、最適な投薬量や投与方法を決定することができます。
クラウドコンピューティングと高性能計算（HPC）
デジタルツインの構築には膨大な計算能力が必要なため、クラウドコンピューティングや高性能計算（HPC: High-Performance Computing）が欠かせません。
クラウドプラットフォームは、大量のデータを安全に保存し、必要に応じて迅速にアクセスでき、また、クラウド上でデータを共有することで、複数の医療機関や研究機関がデータを活用できる環境を整えることができます。
生体シミュレーションや複雑な3Dモデルの計算には、HPCが必要で、HPCを利用することで、短時間で高度なシミュレーションを実行し、リアルタイムでの結果表示が可能になります。
インターネットオブメディカルシングス（IoMT）
IoMT（Internet of Medical Things）は、医療機器をネットワークで接続し、患者のデータをリアルタイムで収集・送信する技術で、デジタルツインに必要な情報を継続的に取得し、最新の状態を反映させるために重要です。
IoMTを活用して、病院内のモニタリング機器や患者が自宅で使用する医療デバイスをネットワークに接続することで、患者の健康データを継続的にデジタルツインに反映し、遠隔での監視や診断が可能になります。
これらの技術を組み合わせることで、医療デジタルツインは、より正確な診断や治療計画の策定、個別化された医療の提供を可能にし、患者にとってより安全で効果的な治療を目指すことができます。このようなデジタルツイン技術の進展により、未来の医療はより精密でパーソナライズドなものになっていくと期待されています。
医療デジタルツインのメリット
医療デジタルツインの導入には、患者や医療機関にとって多くのメリットがあります。この技術により、個別化された精密な治療や診断が可能になり、医療の質を向上させることが期待されています。以下に、医療デジタルツインの主なメリットをわかりやすく解説します。
パーソナライズド医療の実現
医療デジタルツインを使うことで、患者一人ひとりに合わせた治療を提供することが可能になります。
デジタルツインは、遺伝情報、生活習慣、病歴などの患者データを基に、患者ごとにカスタマイズされたデジタルモデルを作成します。これにより、個々の患者に最も適した治療方法をシミュレーションして選択できるため、治療効果が高まり、リスクが減少します。
例えば、がん治療薬の効果を事前にデジタルツイン上でシミュレーションし、患者にとって最適な投与量や組み合わせを見つけることができ、副作用を最小限に抑えながら効果的な治療が可能です。
治療計画の精度向上と手術リスクの低減
医療デジタルツインを用いることで、治療や手術のシミュレーションを事前に行えるため、治療計画の精度が高まります。
手術前に患者のデジタルツインを使って仮想手術を行い、最も安全で効果的な手術方法を確認できるので、手術中の予期せぬトラブルを防ぎ、成功率が向上します。また、手術の時間短縮にもつながり、患者への負担を減らすことができます。
例えば、骨折治療の際に複数の治療方法をデジタルツイン上でシミュレーションして、それぞれの治療結果を比較できるので、患者にとって最適な治療方針を選ぶことが可能です。
診断の精度向上
デジタルツインは、患者の健康データを基に、病気の早期発見や進行状況の予測に役立ちます。患者の体の状態を仮想空間上で再現するため、病気の進行状況をシミュレーションできます。
また、ウェアラブルデバイスやセンサーから得られるデータをリアルタイムでデジタルツインに反映させることで、患者の体調変化をすぐに検知できるので、異常を早期に発見し、迅速な対応が可能となります。
遠隔医療や在宅医療の強化
医療デジタルツインは、遠隔で患者の状態を詳細に把握できるため、遠隔医療や在宅医療を強化する役割を果たします。
患者が病院に通院することなく、医師がデジタルツインを通じて遠隔で健康状態をモニタリングすることができますので、通院が難しい患者や遠隔地に住む患者でも、質の高い医療を受けることが可能になります。
また、リハビリ中の患者が自宅で行うトレーニングをデジタルツインで再現し、その効果を分析することができます。これにより、患者の状態に合わせた最適なリハビリプランを提案でき、在宅医療の質を向上させることができます。
医療デジタルツインのメリットは、個別化された治療や診断の精度向上、手術や治療計画のリスク軽減、遠隔医療の強化など、多岐にわたります。これにより、医師はより正確な治療を提供でき、患者は安心して医療を受けられるようになります。
また、デジタルツインを活用することで、医療全体の効率が向上し、医療費の削減や治療の迅速化も期待できます。将来的には、医療デジタルツインが普及することで、より多くの人が高度な医療を手軽に受けられるようになり、健康寿命の延伸や生活の質の向上につながることが期待されています。
医療デジタルツインの課題
医療デジタルツインは、医療の分野で革新的なツールとして注目されていますが、その導入と運用にはいくつかの課題があります。以下に、医療デジタルツインの主要な課題をわかりやすく解説します。
データの収集と統合の難しさ
医療データには、電子カルテ（EMR/EHR）、CTやMRIなどの画像データ、ウェアラブルデバイスからの生体データなど、さまざまな形式があります。これらのデータは異なるシステムで管理されていることが多く、それを統合してデジタルツインに反映するのは技術的に難しいです。
また、医療データの形式や記録方法が異なるため、データの標準化が進んでいないと、異なる病院やシステム間でデータを共有しにくくなります。これにより、データの正確な統合や解析が難しくなり、デジタルツインの精度が低下する可能性があります。
高いコストと技術のハードル
医療デジタルツインを導入するためには、高度な技術やインフラが必要で、それに伴うコストが大きな課題となります。
デジタルツインを運用するためには、医療データを管理するクラウドシステムや、AI解析を行うための高性能なコンピュータ設備などが必要です。これらの導入には高額な初期投資が必要となるため、特に中小規模の病院やクリニックでは導入が難しい場合があります。
さらに、デジタルツインを効果的に運用するためには、データサイエンティストやAIエンジニア、さらには医療分野の専門知識を持つ人材が求められます。しかし、こうした専門人材が不足していることが多く、適切な運用や解析ができないことが課題となっています。
プライバシーとセキュリティのリスク
医療デジタルツインを構築するには、患者の個人情報を大量に扱うため、プライバシーの保護とセキュリティが非常に重要です。
患者のデータが外部に漏洩すると、個人のプライバシーが侵害されるリスクがあり、特に、医療データには高度な機密性が求められるため、データの暗号化やアクセス制限をしっかりと設定する必要があります。
また、デジタルツインはクラウドやネットワークを通じて運用されることが多いため、サイバー攻撃を受けるリスクがあります。医療データが不正アクセスやランサムウェアなどの攻撃を受けると、患者の安全に影響を与える可能性があり、対策が必要です。
データの精度と信頼性の問題
デジタルツインの有効性は、モデルに基づくシミュレーションの精度に依存しますが、その精度には限界がある場合があります。
患者のデータが不完全だったり、正確でなかったりすると、デジタルツインも正確なシミュレーションを行うことが難しくなります。
人体は非常に複雑で、個々の患者に完全に一致するデジタルモデルを作成するのは難しいです。デジタルツインはリアルな患者の状態を反映することが目標ですが、全ての体内プロセスを完全に再現することは技術的に難しく、モデルの精度を高めるための研究が必要です。
医療従事者と患者の理解と教育
医療デジタルツインは新しい技術であるため、医療従事者や患者の理解が不十分であることも課題の一つです。
デジタルツインを使いこなすには、医師や看護師がデジタルツインの技術を理解し、日常の診療に取り入れるためのトレーニングが必要です。しかし、現場の医療従事者が新しい技術を学ぶための時間やリソースが限られているため、技術の導入が進まないことがあります。
また、デジタルツインを使った治療や診断を患者に説明する際、患者自身がその技術を理解し、納得して治療を受け入れることが重要です。しかし、デジタル技術に対する不安や疑問を持つ患者も多く、医療従事者が丁寧に説明する必要があります。
医療デジタルツインは、個別化医療や診断精度の向上など、多くの可能性を持つ技術ですが、データの収集と統合の難しさ、高いコストと専門人材の不足、プライバシーとセキュリティのリスクなど、さまざまな課題に直面しています。さらに、デジタルツイン技術の理解と受け入れを広げるための教育も重要です。
これらの課題を解決していくことで、より多くの人々が高度な医療を受けられるようになり、医療デジタルツインが医療の未来を支える重要なツールとなることが期待されています。
医療業界はデジタル化が進んでいる
医療デジタルツインのメリットが少しづつ認知されてきており、今後は医療のデジタル化が進むと予測されています。
データを収集して、医療機器メーカーはより便利な機械の開発を行ったり、他の病院と連携して病気の解明をしたりしています。ビッグデータを利用して新たな産業が生まれるかもしれません。
デジタルツインならアイディオットが徹底サポート！
デジタルツインならアイディオットがオススメです。AIdiot Digital Twin (ADT)によってビッグデータと社会を簡単にリンクさせて、さまざまな課題を解決できます。
運送業や倉庫作業での実績があり、サプライチェーンの改善やコストダウンなどビジネスに影響を与えてきました。
必要に応じてAIの搭載や必要な機能の拡張も可能です。
もしデジタルツインで何か事業を拡大したい、利益を向上したい方は一度検討してみて下さい。必ず期待に応えられる製品を開発します。
まとめ
今回は医療デジタルツインに関して解説しました。デジタルツインにはまだ課題も多く、まだ活用されている場面が少ないのが現状です。しかし今後医療分野での活躍が期待されており、AIとビッグデータ、医療メーカーが手を組んで治療ができなかった病を解決できるかもしれません。
アイディオットは技術の革新やビジネスの拡大の支援をデータとデジタルで支援します。
この記事の執筆・監修者
Aidiot編集部「BtoB領域の脳と心臓になる」をビジョンに、データを活用したアルゴリズムやソフトウェアの提供を行う株式会社アイディオットの編集部。AI・データを扱うエンジニアや日本を代表する大手企業担当者をカウンターパートにするビジネスサイドのスタッフが記事を執筆・監修。近年、活用が進んでいるAIやDX、カーボンニュートラルなどのトピックを分かりやすく解説します。
