個性化、自主化和去中心化

——醫療行業正在悄然變革，數字化是原動力，微型傳感器則是關鍵。

即時實驗室

本文作者：

ALEXANDER VOLK

艾邁斯歐司朗集團數字健康高級經理

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

無論是通過可穿戴設備、快速數字測試還是集成附加功能的智能手機，數字化正在從根本上改變著醫療行業。而每個人的醫療保健也隨之改變。醫療保健服務將更具個性化和自主化，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現，慢性病也將更易監測到。如果即將達到臨界值，算法會發出警告提醒我們。即便用戶與醫療中心相距甚遠，人工智能也能通過云端連接提供醫療決策支持。

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

下一代醫療診斷

目前，這些發展仍處于早期階段，但新冠肺炎疫情推動了其進程。

“早在新冠病毒出現之前，我們就已經開始著手研究基于需求的數字醫療解決方案。”艾邁斯歐司朗集團互聯醫療解決方案先驅之一 Alexander Volk 說道，“我們首先開發了光譜技術解決方案，該方案用于分析藥物和食品，以及確定皮膚參數，如水分。我們最新開發的產品——基于傳感器的新冠病毒快速 側向層析檢測套件——只是數字健康系列工具的首發產品。”

進行層析檢測時，需要將檢測樣本滴到試紙條上。抗體和待檢測分子之間的生化反應會產生顏色變化。光譜傳感器與光發射器結合在一起，可以檢測顏色或熒光行為。該傳感器連接到支持藍牙的微控制器上，從微控制器可讀取數值，并將數值傳輸到智能手機和經過醫學認證的云環境中。因此，結果可立即以電子形式顯示。

該產品不僅僅用于病毒檢測。監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重要。可以在家里輕松地進行測試識別疾病，不用再像以前那樣有點小毛病就要去看醫生。出于這一目的，Alexander Volk 及其團隊將繼續致力于各項參數的快速、高靈敏度測試研究。

進入皮下的光

數字健康監測的另一重要基礎，是用于某些生命機能測量的可穿戴設備。可穿戴設備最早出現在 2010 年代，當時用于健康監測，但現在監測更準確、信息量更豐富。可穿戴設備采用發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。

“憑借我們在光的產生和檢測方面的專有技術，我們可以不斷提高測量精確度。我們正共同致力于研發基于單一光源的光學系統，使各個組件實現完美匹配。” Volk 說道。他還強調了新合并的艾邁斯歐司朗公司所帶來的機遇。

小體積，大容量

在能為以往的實驗室和醫療機構專屬服務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挑戰。首要任務就是大幅減小模塊體積。必須在僅幾立方毫米的空間內容納由光發射器、相關探測器和連接光學元件組成的復雜系統。

艾邁斯歐司朗的開發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的解決方案。在此，用所謂的分子光譜技術測量分子光譜特點最有希望助力這些解決方案的實現。不過，當務之急必須先解決小型化問題。光和物質之間的相互作用可以幫助我們深入了解樣本的性質。向樣本發射激光，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度或頻率上與發射光不同，基于此可以獲取被檢測物質的相關信息。

未來醫學變革的關鍵在于

實現該技術的小型化，

使之適合日常應用。

收縮光譜技術

到目前為止，實驗室已采用合適的光譜儀，運行非常靈敏，在多數情況下為冷卻光電探測器和半導體圖像傳感器 CCD 相機。例如，即便是目前用于法醫取證的便攜版本，體積也太大，無法集成到手機或可穿戴設備中。

艾邁斯歐司朗正與美國約翰霍普金斯大學合作研究開發移動解決方案。約翰霍普金斯大學負責提供醫療模式和配套實驗室裝置，而艾邁斯歐司朗公司則負責開發適于日常應用的小型化技術。

Alexander Volk 對所面臨的巨大技術挑戰如是描述：“整個系統需要在沒有冷卻的情況下運行，實現最小功耗，只有一小部分像素計數，并采用微型芯片格式。”

系統從人體或樣本接收到的信號非常微弱，必須進行無噪聲放大。我們還需要一種能長時間產生均勻強光的光源。另一個挑戰則是開發一些只對特定波長的光具有穿透性的高精度光機部件，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測之路將變得暢通無阻，還將獲得全新的醫學洞察和治療方案。