數字孿生技術助力運動員心臟健康監測，開啟醫療新時代

塔塔咨詢服務公司（TCS）近日展示了一項數字醫療技術成果——為一名殘障運動員創建了心臟數字孿生模型，這也是該公司"未來運動員項目"的重要組成部分。隨著數字技術的持續進步與硬件成本的不斷下降，個性化健康監測正逐步走向大眾市場，這一項目正是對醫療與體育分析未來圖景的一次前瞻性探索。

項目主角是29歲的殘障運動員米莉·皮克爾斯。20歲時，她因觸電事故導致右腿膝蓋以下被截肢，左腳（她稱之為"人類腳"）也失去了包括大腳趾在內的兩根腳趾。如今，她的目標是在明年的倫敦馬拉松賽中跑進四個半小時，并借助數字健康技術實現這一目標。TCS通過傳感器與人工智能技術，在她每次訓練后提供個性化分析報告。

從挑戰自我到追逐馬拉松夢想

皮克爾斯表示，自己"一直是個運動達人"，在經歷那場嚴重事故后，她立志重返跑道。2023年，她成為首位完成紅牛400賽事的截肢運動員——這項被譽為全球坡度最陡的400米賽事，要求參賽者攀爬一段滑雪跳臺。

"看到賽事視頻時我很害怕，但正因如此，我覺得我必須去做，"她說道。"站上頂點的那一刻，我真的找回了自信，也讓我相信自己能夠完成艱難的挑戰。"正是這次經歷，讓她將目光投向了倫敦馬拉松。

然而，42公里的馬拉松對她而言是一次巨大的跨越——做出參賽決定時，她的最長跑步記錄僅為3公里。訓練過程并不順遂：一次半程馬拉松訓練后，她在輪椅上度過了整整三周；首次參加全程馬拉松時，跑到約31公里處，左腳傷口開始大量出血，被迫以步行完成剩余賽程。第二次馬拉松同樣因傷不得不走完部分路程。盡管如此，她依然斗志昂揚，計劃在2027年的倫敦馬拉松中跑進四個半小時，并將參與今年賽事中8公里路段的比賽作為熱身準備。

皮克爾斯坦言，由于身體的特殊狀況，她在訓練上需要高度個性化的指導。"網上有很多說法，但很難判斷到底該怎么做，所以這種個性化建議對我來說非常寶貴。"此前，她一直無法理解為何在兩次馬拉松訓練中總感到疲憊、恢復困難，而這一項目讓她得以真正了解自己的身體。

技術如何賦能運動員

TCS英國創新負責人維德·森介紹，皮克爾斯使用的可穿戴傳感器可進行"消費級心電圖"檢測，能夠采集心律及大量身體數據。"一天的數據經過分析，第二天早上運動員就能收到關于訓練狀況的反饋報告。"數據的采集與分析由兩支團隊協同完成：一支位于加利福尼亞州，專注于運動員監測服務；另一支位于印度，專注于健康數據分析。

森指出，智能手表雖然能顯示心率的升降，但這只是淺層數據。TCS團隊能夠深入分析心臟腔室的擴張與收縮參數，例如收縮力度及恢復到正常功能所需的時間。"以米莉為例，我們發現盡管許多表層指標已經恢復正常，表面上看她已從訓練中完全恢復，但一些不那么顯眼的指標顯示，她的心臟仍承受著一定壓力。這意味著她的恢復時間可能需要六個小時，而非四個小時。"

這些洞察帶來了切實改變。皮克爾斯了解到，睡眠不足會影響她的訓練狀態，由此開始調整作息、保持規律睡眠，訓練意愿也隨之提升。心臟數據還幫助她認識到情緒波動對訓練表現的影響。

醫療健康的未來方向

森表示，這類技術將有力支撐醫療行業從"治病"向"防病"的戰略轉型。"醫療行業正在從治療走向預防，因為這才是真正的價值所在。"他透露，TCS團隊正在探索為人體器官構建數字孿生模型，通過模擬分析預測器官在不同條件下的運行狀態。

事實上，TCS已將這套方案應用于更廣泛的場景。傳感器技術的價格持續下降，加之人工智能強大的數據處理能力，為醫療行業推廣數字預防醫學創造了理想條件。TCS加利福尼亞團隊已在養老院中應用這一技術，通過監測老年人的步態，評估其身體局限性并制定適合的運動方案，以幫助老年人保持更長時間的行動能力。

在其他行業，數字孿生技術同樣大有可為。森舉例說，美妝行業可以借助皮膚數字孿生模型，通過顯微鏡分析皮膚各層結構，建立皮膚在不同條件下的行為模型，從而為消費者定制專屬護膚品。皮克爾斯還指出，這項技術的進步或許能夠減少動物實驗的需求。"這應該是這項技術帶來的一個令人欣慰的成果，"她說。

Q&A

Q1：心臟數字孿生技術是什么？它是如何工作的？

A：心臟數字孿生技術是通過可穿戴傳感器采集運動員的心臟數據，結合人工智能進行深度分析，構建出反映個人心臟運作規律的數字模型。與智能手表僅顯示心率高低不同，這項技術能分析心臟腔室的擴張與收縮力度、恢復時間等深層參數，幫助運動員了解真實的身體恢復狀況，從而制定更科學的訓練計劃。

Q2：TCS的"未來運動員項目"只適用于專業運動員嗎？

A：不是。TCS的"未來運動員項目"同時服務于專業運動員和業余運動員。專業運動員波士頓馬拉松冠軍德斯·林登的目標是提升個人最佳成績，而業余運動員米莉·皮克爾斯的目標則是在不受傷的前提下完賽。這一項目的技術正逐步走向大眾，隨著傳感器價格下降和人工智能的普及，個性化健康監測有望成為更多人可及的服務。

Q3：數字孿生技術除了用于運動員訓練，還有哪些應用場景？

A：數字孿生技術的應用前景十分廣泛。目前，TCS團隊已在養老院中利用傳感器監測老年人步態，幫助制定適合的運動方案，以延長老年人保持行動能力的時間。此外，美妝行業也可借助皮膚數字孿生模型，為消費者定制個性化護膚產品。從醫療角度看，該技術還有助于推動醫療行業從治療走向預防，并有望減少動物實驗的需求。