[論文レビュー] A Systematic Review on Human Modeling: Digging into Human Digital Twin Implementations

Heribert Pascual, Xavi Masip Bruin+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2023

Digital Transformation in Industry被引用数 5

ひとこと要約

本システマティックレビューは、ヒューマン・デジタルツイン（HDTs）に関する現在の研究を統合し、その概念的基盤、一般デジタルツイン（DTs）との違い、技術的実装、および医療・バイオメディスン分野および人的パフォーマンス最適化における応用を検討する。科学的文献、特許、産業イニシアチブの分析を通じて、主な課題、新たな動向、研究ギャップを同定し、将来のHDT開発の包括的なロードマップを提示する。

ABSTRACT

Human Digital Twins (HDTs) are digital replicas of humans that either mirror a complete human body, some parts of it as can be organs, flows, cells, or even human behaviors. An HDT is a human specific replica application inferred from the digital twin (DT) manufacturing concept, defined as a technique that creates digital replicas of physical systems or processes aimed at optimizing their performance and supporting more accurate decision-making processes. The main goal of this paper is to provide readers with a comprehensive overview of current efforts in the HDT field, by browsing its basic concepts, differences with DTs, existing developments, and the distinct areas of application. The review methodology includes an exhaustive review of scientific literature, patents, and industrial initiatives, as well as a discussion about ongoing and foreseen HDT research activity, emphasizing its potential benefits and limitations.

研究の動機と目的

• ヒューマン・デジタルツイン（HDT）研究の包括的概要を提供すること、特に基礎的概念と一般デジタルツイン（DTs）との違いを含む。
• 科学的文献、特許、産業プロジェクトにおける既存のHDT実装を分析すること。
• HDTの主な応用分野、特に医療・バイオメディスンおよび人的パフォーマンスモデリング分野を特定すること。
• HDT開発における現在の研究動向、技術的支援要因、および未解決の課題を評価すること。
• 将来の研究方向をマッピングし、HDTシステムの潜在的利点と制限を強調すること。

提案手法

• HDTに関する査読済み科学論文のシステマティックレビューを実施した。
• ヒューマン・デジタルツイン技術に関連する特許を収集・分析した。
• 産業イニシアチブおよびHDTの実世界での実装をレビューした。
• スコープ（例：全身、臓器レベル、細胞レベル、行動レベル）に基づいてHDTを分類した。
• HDTで用いられる技術的コンponents、データ統合手法、モデリング技術をマッピングした。
• 発見を統合し、現在の能力、制限、および将来の研究ニーズに関する構造的概要を提示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヒューマン・デジタルツイン（HDTs）と一般デジタルツイン（DTs）との間の核心的概念的・技術的差異は何か？
• RQ2 既存のHDT実装で用いられている主な技術的コンponentsおよびモデリングアプローチは何か？
• RQ3 特に医療・バイオメディスン分野において、HDT開発が最も顕著に進展した応用分野はどれか？
• RQ4 HDTの採用およびスケーラビリティを妨げる現在の主な課題と制限は何か？
• RQ5 HDT研究および産業的導入における新たな研究動向と将来の方向性は何か？

主な発見

• HDTは、臓器や細胞から全身の生理学的機能や行動まで、多様な生物学的および行動的レベルで人間のシステムをモデル化するために、ますます開発されている。
• 本レビューでは、個人化医療、手術計画、慢性疾患のモニタリング分野におけるHDTの応用が増加している傾向が明らかになった。
• 進展は見られるものの、データ統合、モデルの正確性、リアルタイム性能、HDTシステム間の標準化の分野には依然として大きな課題が残っている。
• 特許分析から、医療診断およびウェアラブル健康モニタリング分野におけるHDTへの産業界の関心が高まっていることが判明した。
• 本研究では、統一されたフレームワークや相互運用性標準の欠如が、HDTのスケーラビリティと臨床的採用を制限していると指摘した。
• 今後の研究は、モデルの忠実度の向上、倫理的配慮、およびHDTシステムにおけるマルチモodalデータソースの統合に注力すべきである。