個(gè)性化、自主化和去中心化

——醫(yī)療行業(yè)正在悄然變革，數(shù)字化是原動力，微型傳感器則是關(guān)鍵。

即時(shí)實(shí)驗(yàn)室

本文作者：

ALEXANDER VOLK

艾邁斯歐司朗集團(tuán)數(shù)字健康高級經(jīng)理

和今天相比，十年后患者的生活將截然不同。智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備將不僅用于拍照和發(fā)送信息。它們將幫助我們保持健康。

無論是通過可穿戴設(shè)備、快速數(shù)字測試還是集成附加功能的智能手機(jī)，數(shù)字化正在從根本上改變著醫(yī)療行業(yè)。而每個(gè)人的醫(yī)療保健也隨之改變。醫(yī)療保健服務(wù)將更具個(gè)性化和自主化，不受地理空間限制。傳染病將得到更好的控制，威脅生命的疾病會更早被發(fā)現(xiàn)，慢性病也將更易監(jiān)測到。如果即將達(dá)到臨界值，算法會發(fā)出警告提醒我們。即便用戶與醫(yī)療中心相距甚遠(yuǎn)，人工智能也能通過云端連接提供醫(yī)療決策支持。

隨著傳感器日益小型化且越來越智能，這些發(fā)展將成為可能。經(jīng)過數(shù)字處理的光可穿透皮膚和組織直達(dá)血管，開辟了全新的可能。隨著數(shù)字化程度的提高和深度學(xué)習(xí)的迅猛發(fā)展，我們足不出戶便能全天候觀察各項(xiàng)健康參數(shù)。

下一代醫(yī)療診斷

目前，這些發(fā)展仍處于早期階段，但新冠肺炎疫情推動了其進(jìn)程。

“早在新冠病毒出現(xiàn)之前，我們就已經(jīng)開始著手研究基于需求的數(shù)字醫(yī)療解決方案?！卑~斯歐司朗集團(tuán)互聯(lián)醫(yī)療解決方案先驅(qū)之一 Alexander Volk 說道，“我們首先開發(fā)了光譜技術(shù)解決方案，該方案用于分析藥物和食品，以及確定皮膚參數(shù)，如水分。我們最新開發(fā)的產(chǎn)品——基于傳感器的新冠病毒快速 側(cè)向?qū)游鰴z測套件——只是數(shù)字健康系列工具的首發(fā)產(chǎn)品?！?/p>

進(jìn)行層析檢測時(shí)，需要將檢測樣本滴到試紙條上?？贵w和待檢測分子之間的生化反應(yīng)會產(chǎn)生顏色變化。光譜傳感器與光發(fā)射器結(jié)合在一起，可以檢測顏色或熒光行為。該傳感器連接到支持藍(lán)牙的微控制器上，從微控制器可讀取數(shù)值，并將數(shù)值傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)和經(jīng)過醫(yī)學(xué)認(rèn)證的云環(huán)境中。因此，結(jié)果可立即以電子形式顯示。

該產(chǎn)品不僅僅用于病毒檢測。監(jiān)測排卵或維生素水平也需要快速、高精度的測試。對于定期服藥的人來說，維生素水平測試至關(guān)重要?？梢栽诩依镙p松地進(jìn)行測試識別疾病，不用再像以前那樣有點(diǎn)小毛病就要去看醫(yī)生。出于這一目的，Alexander Volk 及其團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)致力于各項(xiàng)參數(shù)的快速、高靈敏度測試研究。

進(jìn)入皮下的光

數(shù)字健康監(jiān)測的另一重要基礎(chǔ)，是用于某些生命機(jī)能測量的可穿戴設(shè)備?？纱┐髟O(shè)備最早出現(xiàn)在 2010 年代，當(dāng)時(shí)用于健康監(jiān)測，但現(xiàn)在監(jiān)測更準(zhǔn)確、信息量更豐富。可穿戴設(shè)備采用發(fā)光二極管使光線穿透皮膚和組織，從而測量心率和血氧飽和度。傳感器記錄并評估血紅蛋白的吸收水平。

“憑借我們在光的產(chǎn)生和檢測方面的專有技術(shù)，我們可以不斷提高測量精確度。我們正共同致力于研發(fā)基于單一光源的光學(xué)系統(tǒng)，使各個(gè)組件實(shí)現(xiàn)完美匹配?！?Volk 說道。他還強(qiáng)調(diào)了新合并的艾邁斯歐司朗公司所帶來的機(jī)遇。

小體積，大容量

在能為以往的實(shí)驗(yàn)室和醫(yī)療機(jī)構(gòu)專屬服務(wù)提供具有成本效益的易用移動解決方案之前，還需要克服一些技術(shù)挑戰(zhàn)。首要任務(wù)就是大幅減小模塊體積。必須在僅幾立方毫米的空間內(nèi)容納由光發(fā)射器、相關(guān)探測器和連接光學(xué)元件組成的復(fù)雜系統(tǒng)。

艾邁斯歐司朗的開發(fā)人員正在研究這些解決方案，包括用以測量血糖、乳酸、膽固醇和尿素水平等參數(shù)的解決方案。在此，用所謂的分子光譜技術(shù)測量分子光譜特點(diǎn)最有希望助力這些解決方案的實(shí)現(xiàn)。不過，當(dāng)務(wù)之急必須先解決小型化問題。光和物質(zhì)之間的相互作用可以幫助我們深入了解樣本的性質(zhì)。向樣本發(fā)射激光，然后測量散射在樣本上的光的光譜。很小一部分反射光在強(qiáng)度或頻率上與發(fā)射光不同，基于此可以獲取被檢測物質(zhì)的相關(guān)信息。

未來醫(yī)學(xué)變革的關(guān)鍵在于

實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的小型化，

使之適合日常應(yīng)用。

收縮光譜技術(shù)

到目前為止，實(shí)驗(yàn)室已采用合適的光譜儀，運(yùn)行非常靈敏，在多數(shù)情況下為冷卻光電探測器和半導(dǎo)體圖像傳感器 CCD 相機(jī)。例如，即便是目前用于法醫(yī)取證的便攜版本，體積也太大，無法集成到手機(jī)或可穿戴設(shè)備中。

艾邁斯歐司朗正與美國約翰霍普金斯大學(xué)合作研究開發(fā)移動解決方案。約翰霍普金斯大學(xué)負(fù)責(zé)提供醫(yī)療模式和配套實(shí)驗(yàn)室裝置，而艾邁斯歐司朗公司則負(fù)責(zé)開發(fā)適于日常應(yīng)用的小型化技術(shù)。

Alexander Volk 對所面臨的巨大技術(shù)挑戰(zhàn)如是描述：“整個(gè)系統(tǒng)需要在沒有冷卻的情況下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)最小功耗，只有一小部分像素計(jì)數(shù)，并采用微型芯片格式?！?/p>

系統(tǒng)從人體或樣本接收到的信號非常微弱，必須進(jìn)行無噪聲放大。我們還需要一種能長時(shí)間產(chǎn)生均勻強(qiáng)光的光源。另一個(gè)挑戰(zhàn)則是開發(fā)一些只對特定波長的光具有穿透性的高精度光機(jī)部件，并將其集成到微型芯片中。

這一切都不簡單。然而，一旦小型化和集成化問題得到解決，全人類的移動健康監(jiān)測之路將變得暢通無阻，還將獲得全新的醫(yī)學(xué)洞察和治療方案。