技術(shù)進(jìn)步掀起儀器診斷變革

一直以來(lái)，儀器診斷使醫(yī)生能夠在檢查患者的過(guò)程中增加其問(wèn)診手段的多樣性和客觀(guān)性，可能比其他學(xué)科更能推動(dòng)其職業(yè)生涯進(jìn)步。借助這些儀器，醫(yī)生可以精確測(cè)量體溫、血壓、肺活量、骨折移位、炎癥、心律以及許多其他生物標(biāo)志物，再結(jié)合癥狀和患者病史，精確了解患者的健康狀況。隨著傳感器和人工智能的進(jìn)步，客觀(guān)的檢測(cè)、測(cè)量和解釋正取代過(guò)去主觀(guān)的診斷手段。此外，這些進(jìn)步還改進(jìn)了居家檢測(cè)方法，并將患者數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)研究聯(lián)系起來(lái)。

02

實(shí)現(xiàn)客觀(guān)檢測(cè)與測(cè)量

看一下腦震蕩評(píng)估和診斷，就可以了解客觀(guān)檢測(cè)是如何取代主觀(guān)診斷的。腦震蕩是每年發(fā)生在30多萬(wàn)名運(yùn)動(dòng)員身上的一種損傷，其癥狀及嚴(yán)重程度的主要衡量指標(biāo)是瞳孔光反射評(píng)估，而傳統(tǒng)的做法是醫(yī)生用手電照射瞳孔，然后觀(guān)察瞳孔的收縮和擴(kuò)張。當(dāng)然，這種方法的問(wèn)題在于，患者之間存在巨大差異，不同的醫(yī)生對(duì)瞳孔大小和反應(yīng)的主觀(guān)理解也不同。

為了替代瞳孔測(cè)量中的手動(dòng)評(píng)估，人們正在試驗(yàn)使用復(fù)雜技術(shù)和傳感器的先進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助替代方案。

例如

智能電話(huà)或虛擬現(xiàn)實(shí)耳機(jī)中內(nèi)置的微型高分辨率攝像頭現(xiàn)在能夠以每秒高達(dá)數(shù)百幀的速度記錄眼睛狀況。針對(duì)實(shí)時(shí)分析進(jìn)行了優(yōu)化的計(jì)算機(jī)視覺(jué)流程從圖像中提取鞏膜、虹膜和瞳孔等眼睛各部分的特征。使用肉眼不可見(jiàn)的紅外光譜，大大簡(jiǎn)化了圖像分割。

然后，復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型將這種像素?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)饺S眼模型，以得出真實(shí)的測(cè)量單位，例如毫米。 最后，機(jī)器學(xué)習(xí)算法消除數(shù)據(jù)中的噪聲，識(shí)別時(shí)間序列中的圖案，確立針對(duì)總分析對(duì)象參數(shù)的預(yù)估分布參考標(biāo)準(zhǔn)，并給出結(jié)果。 這種方法可提供準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，消除主觀(guān)性，并將醫(yī)生的責(zé)任轉(zhuǎn)移到驗(yàn)證、解釋結(jié)果以及將結(jié)果傳達(dá)給患者。此類(lèi)方法可針對(duì)醫(yī)療保健中的特定應(yīng)用優(yōu)化，并最終實(shí)現(xiàn)以前不可能實(shí)現(xiàn)的客觀(guān)診斷。

例如

現(xiàn)代的熱成像攝像頭正越來(lái)越多地用于檢測(cè)炎癥，使用先進(jìn)的降噪算法甚至可以用來(lái)檢測(cè)乳腺癌。

與經(jīng)典的X射線(xiàn)乳腺攝影不同，這種檢查可能在癌癥的早期更加精確，同時(shí)，既不使用具有潛在危險(xiǎn)的輻射，也不會(huì)有任何形式的觸摸。 在新冠疫情等需要大規(guī)模發(fā)熱檢測(cè)時(shí)，這些技術(shù)為無(wú)人值守的高效自動(dòng)檢測(cè)提供了巨大的機(jī)會(huì)，結(jié)果也比接觸式方法準(zhǔn)確得多。

03

實(shí)現(xiàn)居家實(shí)時(shí)檢測(cè)

微型技術(shù)，特別是小型可穿戴檢測(cè)設(shè)備，正在使醫(yī)療場(chǎng)所外的檢測(cè)成為現(xiàn)實(shí)。

例如

需要做心電圖的患者不用再去醫(yī)療機(jī)構(gòu)就診，戴上Holter監(jiān)護(hù)儀就可以在他們的日常生活中收集長(zhǎng)期的心電圖數(shù)據(jù)。

這些監(jiān)護(hù)儀安裝有電極，大小與小型攝像機(jī)相仿，可佩戴24至48小時(shí)，雖說(shuō)仍然有點(diǎn)笨重，可能會(huì)限制患者的某些活動(dòng)，但是相比到醫(yī)院檢查，它們可以提供對(duì)患者心律更廣泛的了解。

技術(shù)的進(jìn)一步小型化在繼續(xù)加速醫(yī)學(xué)進(jìn)步。健身手環(huán)和智能手表中內(nèi)置的新一代光學(xué)傳感器有望大大提高舒適度，同時(shí)提供越來(lái)越有用的數(shù)據(jù)。盡管數(shù)據(jù)質(zhì)量可能比不上基于電極的同類(lèi)產(chǎn)品，但Apple最近展示了智能手表在檢測(cè)某些形式的心律不齊方面的潛在用途，這引起了巨大的轟動(dòng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出專(zhuān)家的預(yù)期。除了測(cè)量心血管系統(tǒng)各部分的此類(lèi)設(shè)備外，其他傳感器也可用于監(jiān)測(cè)其他多種身體功能。

例如

眼罩樣式的現(xiàn)代便攜式腦電圖頭戴設(shè)備已經(jīng)可以在自家臥室用于捕捉粗略的大腦活動(dòng)情況，而不用讓患者到不熟悉的睡眠實(shí)驗(yàn)室去接受觀(guān)察。

隨著經(jīng)過(guò)認(rèn)證的開(kāi)源傳感器不斷普及，開(kāi)發(fā)小型但功能強(qiáng)大的醫(yī)療設(shè)備已不再是只有少數(shù)大公司才能染指的事情。

04

將患者數(shù)據(jù)與研究和標(biāo)準(zhǔn)整合在一起

醫(yī)生面臨的一個(gè)重要問(wèn)題是利用臨床試驗(yàn)、研究、知識(shí)庫(kù)、登記資料等獲取與患者相關(guān)的信息。盡管臨床試驗(yàn)和其他資源中存在一些標(biāo)準(zhǔn)化，但是跨組織、醫(yī)學(xué)學(xué)科或地理區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)化還無(wú)法讓醫(yī)生能夠查找、訪(fǎng)問(wèn)和使用可用信息。

解決這種需求帶來(lái)了雙重挑戰(zhàn)：開(kāi)發(fā)一種讓醫(yī)生能夠查找和訪(fǎng)問(wèn)相關(guān)信息的系統(tǒng)，同時(shí)允許跨醫(yī)療信息系統(tǒng)的互操作。

為了滿(mǎn)足這些需求，一些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生，它們采用了FAIR數(shù)據(jù)的原則，即在最少的人工干預(yù)下就可找到（findable）、可訪(fǎng)問(wèn)（accessible）、可互操作（interoperable）和可重復(fù)使用（reusable）數(shù)據(jù)。

例如

SNOMED CT是方便計(jì)算機(jī)處理的醫(yī)學(xué)代碼、術(shù)語(yǔ)、同義詞、檢查結(jié)果、癥狀、疾病、手術(shù)，器械等的集合，旨在提供一致的方式來(lái)索引、存儲(chǔ)、檢索和匯總醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。同樣，LOINC是一個(gè)用于識(shí)別醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室觀(guān)察結(jié)果的數(shù)據(jù)庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)。

這些標(biāo)準(zhǔn)中的元數(shù)據(jù)要求使醫(yī)生不僅能夠訪(fǎng)問(wèn)和使用數(shù)據(jù)，而且還可以跨數(shù)據(jù)集得出見(jiàn)解。NFDI4Health等項(xiàng)目將經(jīng)驗(yàn)性健康數(shù)據(jù)（例如生物標(biāo)志物）嵌入到疾病和病癥元數(shù)據(jù)中，隨后可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法跨各種各樣的患者池對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。即使是以前難以或不可能客觀(guān)診斷的疾病和病癥（例如精神病科的疾病），現(xiàn)在也在傳感器和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的幫助下，放到了新的基于生物標(biāo)志物的基礎(chǔ)上。

05

結(jié)論

患者的診斷準(zhǔn)確性與醫(yī)生使用檢測(cè)儀器來(lái)增強(qiáng)感知的能力緊密相關(guān)。只有通過(guò)這樣的儀器，才能明確地定義距離，精確地測(cè)量體溫，瞬間識(shí)別肉眼不可見(jiàn)的物體和微生物。通過(guò)提供客觀(guān)數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)患者環(huán)境中的檢測(cè)以及整合患者數(shù)據(jù)和研究結(jié)果，醫(yī)用傳感器和人工智能正在徹底改變儀器診斷領(lǐng)域。

原文標(biāo)題：傳感器助力現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的精準(zhǔn)診斷

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