AI「數位雙胞胎」　精準預防大腸直腸癌

【健康醫療網／記者鄭宜芬報導】大腸癌發生人數已連續15年位居十大癌症第1位[i]。台大公衛學院教授陳秀熙率領團隊於《健康智慧生活圈》直播節目探討人工智慧（AI）應用於精準醫療熱潮，利用分析電子病歷與用藥史，設計適當介入措施，藉由機器學習與調整，形成物聯網客製化監測，達到及時疾病風險評估與決策目的，藉由動態效益評估進行滾動式調整與監視，再結合大數據和數位資料應用於「三段五級」防治工程，達成智慧精準健康防治。

數位雙胞胎（Digital Twin）又稱數位分身、數位對映，是指現實世界的物理實體（例如人、商品、流程或整套系統）在數位平台上的一份Copy，可用來觀察實體、或是模擬實體所發生的變化，在健康照護精準防治應用至關重要。美國計劃在未來3年內投資於數位雙胞胎，從2020年開始，此項目投入金額呈指數倍成長，預計將在2030年醫療保健計劃中達到66％佔比。

▲▼數位雙胞胎是指現實世界的物理實體在數位平台上的一份Copy，在健康照護精準防治應用至關重要。（圖／台大公衛團隊提供）

AI初段預防：智能家庭

嚴明芳教授以大腸直腸癌為例，不同人生階段有不同的疾病風險，正常腸道會逐漸發展出小腺瘤、大腺瘤，變成初期癌變，最後導致大腸直腸癌。隨著科技高速發展，在疾病預防方面強調個人化，不只針對個體間差異，還包括：慢性病、癌症等多階段疾病預防。根據實證資料顯示：

初段預防：癌症與代謝症候群具顯著相關性，可藉由生活型態改變，並利用AI輔助進而得到改善。

次段預防：可將AI應用於糞便潛血及腸鏡篩檢。

末段預防：應用於微創手術、達文西手術以及機器人手術等新興技術。

在未來初段預防中，智能家庭（Smart House）等物聯網產品扮演重要角色，包括：臥室能得知用藥順從性及睡眠狀況；廚房可連結冰箱得知飲食習慣及品質；廁所則能利用智慧馬桶，收集尿液、糞便以及行為等資訊，透過雲端計算進行風險預測與介入建議，其中民眾心理障礙、技術挑戰、經濟因素、倫理道德等，都是執行時需納入考量與解決問題（Gambhir et al, Science Translational Medicine, 2018; Gambhir et al, Science Translational Medicine, 2018; Ge et al, Science Translational Medicine, 2023）。

智慧型手機　協助鏡檢前清腸準備

智慧型手機也能輔助檢測大腸癌！一項研究將500名受試者分為智慧型手機AI組與對照組，手機組需拍下每次排泄糞便並將其上傳至系統。結果發現，AI精準預測理想清腸程度高達98%，且清腸程度佳比例、波士頓清腸量表（BBPS）分數、飲食順從性以及清腸藥服用順從性皆高於對照組，顯示透過AI智能輔助，有助於促進健康（Zhu et al, npj Digital Medicine, 2023）。

除了針對個人進行評估，數位雙胞胎還能對整個族群進行評估，利用台灣2004年至2020年大腸直腸癌篩檢資料，設計不同情境下個人化篩檢策略，結合不同程度初段預防建議，發現能降低20%大腸腺腫過度診斷，糞便潛血檢查次數減少39%，大腸鏡檢測次數則可下降35%，顯示數位雙胞胎在篩檢應用具有高度效益（Lin et al, npj Digital Medicine, 2023）。

▲▼數位雙胞胎是指現實世界的物理實體在數位平台上的一份Copy，在健康照護精準防治應用至關重要。（圖／台大公衛團隊提供）

個人化菌相偵測　精準辨識罹癌高風險族群

林世彬醫師表示，人體共生微生物眾多，受到環境、飲食、生活習慣等因素影響，菌相變化可能導致發炎反應，進而引發癌症（Brennan et al., 2016; Lee et al., 2022）。微生物組研究中，機器學習已應用於處理表型分析（即預測環境或宿主表型）、微生物特徵分類（即確定微生物群的豐度、多樣性或分佈）、研究複雜物理和化學等任務（Hernández Medina, R. et al. ISME COMMUN. 2, 98 (2022).）

許辰陽醫師表示，飲食習慣是大腸直腸癌主因之一，另有研究顯示，腸道微生物群會通過多種機制影響結直腸癌發生，而新冠疫情期間的防疫措施以及身體活動、飲食習慣之改變，也可能促使腸道共生菌相變異。

因此，在新興傳染病流行後，運用腸道共生菌結合既有大腸直腸癌早期偵測工具，如糞便潛血檢測，可精準辨識罹癌高風險族群，並且提供對應之預防，以及包含飲食營養、身體活動、共生菌轉殖、共生菌代謝物等精準療法，為大腸癌防治重要發展（Finlay et al., 2021; Wong and Yu, 2019）。透過飲食、攝取益生菌與調節腸道微生物組，可降低高風險人群的大腸癌發生率，減少大腸癌個案治療副作用。調節方式包括：

許辰陽進一步表示，由於腸道共生菌具有大腸癌相關發生因數、大腸病變癌化促進因數，以及大腸癌預後相關因數之特性，腸道共生菌可作為個人化精準大腸癌三段防治的工具。然而，影響個體大腸癌共生菌相因素繁多，而且已可能為大腸直腸病變之誘發因素，因此運用「人工智慧雙胞胎」（Digital Twin）架起真實資料與虛擬資料橋梁，可對個人化精準介入進行有效評估。

智慧精準健康三段五級防治工程-登革熱及大腸癌應用 

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