健康的心脏以每分钟60～100次的稳定频率跳动，然而，并非每个人的心脏都能如此规律地运作。

陈列在英国伦敦西部的一间实验室里的约20个塑料心脏，由哈默史密斯医院心脏病患者的MRI和CT扫描数据生成。阿兰·图灵研究所和伦敦帝国理工学院的生物医学工程师斯蒂芬·尼德尔利用办公室的3D打印机将这些数据转化为实物心脏。

其中一个心脏用红色再生塑料打印，乍看之下正符合我们对心脏的传统认知。它大小适中，刚好能握在手中，其内部结构与教科书中的示意图几乎完全一致。或许正因为它是红色的，让人感到格外熟悉。

然而，并非所有模型都如此“正常”。其中一个用黑色塑料打印的心脏显得异常巨大，几乎是红色模型的两倍大。后来我了解到，这颗心脏的原型来自一位心力衰竭患者。

这些塑料心脏的主要用途是教学，但斯蒂芬·尼德尔的兴趣更集中于计算机模拟。他致力于打造精确的人类心脏数字模型——这些“数字孪生体”与真实心脏的大小、形状完全一致，甚至在虚拟环境中以相同的方式运作。科学家可以对这些虚拟心脏进行“手术”，为患者量身定制最佳治疗方案。

经过数十年的研究，类似的模型已经进入临床试验阶段，并开始应用于患者护理。与此同时，科学家们还在开发其他器官的“数字孪生体”，包括大脑、肠道、肝脏以及神经系统。甚至连人脸的虚拟模型也被用于手术模拟和面部特征分析。此外，科学家们还在数字癌症模型上测试药物。

这项技术的终极目标是创建完整的数字人体——一种完全虚拟化的身体副本。这些数字人体不仅可以帮助研究人员评估个体患病风险，还能测试最有效的治疗方案。它们像是我们的“数字化身”，在真实治疗之前进行虚拟实验，从而为医疗决策提供可靠依据。

对像斯蒂芬这样的工程师来说，这是一个既令人兴奋又触手可及的未来。已有几项试点研究成功开展，更大规模的临床试验正在进行中。业内预测，未来五到十年内，基于器官的数字孪生技术将成为临床护理的一部分，为诊断和手术决策提供重要支持。更远的未来，人类甚至可以借助虚拟身体进行全面的临床试验。

不过，这项技术的快速发展也引发了一些担忧。一些人质疑，高度个性化的数据应由谁掌握，以及可能面临的滥用风险；另一些人担心，虚拟记录的存在是否会影响患者的自主权，医生是否会更倾向于依赖模型而绕过患者的意见。此外，试图在计算机中“复制人类”的概念也让部分人感到不安。研究数字孪生技术的瓦赫比·布里表示：“有些人可能会说，‘我不希望你复制我。’因为他们会觉得自己的一部分被夺走了。”

迈向数字化

数字孪生技术在其他工程领域已经非常成熟，例如，它早已用于模拟机械设备和基础设施。尽管近年来“数字孪生”这一术语可能更多作为营销热词出现，但对于专注于医疗健康领域的人来说，它却有着非常具体的意义。

利物浦大学的生物医学工程师瓦赫比·布里将数字孪生技术分为三个独立的部分：

第一部分是被模拟的对象。这个对象可以是喷气发动机、桥梁，或者是人的心脏——本质上，它是我们希望测试或研究的具体事物。

第二部分是该对象的数字复制品。数字副本是通过对真实物体进行大量测量后创建的，这些测量数据被输入计算机。以心脏为例，数字模型可能包含血压数据，以及通过MRI和CT扫描收集的信息。

第三部分是输入模型的新数据。真正的数字孪生体能够实时更新。这意味着，如果它是某人心脏的模型，那么可以通过可穿戴设备收集的信息不断更新，使模型始终反映该心脏的最新状态。

测量飞机和桥梁的数据是一回事，而从人体获取连续的数据流则要困难得多，尤其是当你需要获取心脏或大脑内部功能的详细信息时。

信息传递在数字孪生技术中应当是双向的。就像传感器可以从人体心脏中收集数据一样，计算机也能够基于这些数据进行模拟，预测潜在结果，并将这些信息反馈给患者或医疗提供者。例如，医疗团队可能需要预测某人对药物的反应，或者在实施真实手术之前，通过数字模型测试不同的手术方案。

按照这一定义，几乎任何能够追踪健康状况的智能设备都可以被视为一种初级形式的数字孪生技术。“可以说，苹果手表以一种不那么复杂的方式满足了数字孪生的基本定义。”斯蒂芬·尼德尔表示，“它可以告诉你是否有心房颤动。”

然而，像斯蒂芬这样的研究人员正在开发的数字孪生技术远比这些智能设备复杂得多，并且更加精细。它不仅可以提供个体化疾病风险的指导，还能帮助确定最有效的药物，甚至为手术过程提供精确的操作建议。

但要完全实现这一目标，目前仍有许多技术障碍需要克服。斯蒂芬指出，测量飞机和桥梁是一回事，而从人体获取连续的数据流则要复杂得多，尤其是当涉及获取心脏或大脑内部的详细功能数据时。目前，工程师主要依赖医院和科研项目中之前收集的数据来创建“患者特定模型”。