悄然变革的医疗行业,TA才是核心关键!

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即时实验室:个性化、自主化和去中心化——医疗行业正在悄然变革,数字化是原动力,微型传感器则是关键。

手机

本文作者:ALEXANDER VOLK,艾迈斯欧司朗集团数字健康高级经理

和今天相比,十年后患者的生活将截然不同。智能手机和可穿戴设备将不仅用于拍照和发送信息。它们将帮助我们保持健康。

无论是通过可穿戴设备、快速数字测试还是集成附加功能的智能手机,数字化正在从根本上改变着医疗行业。而每个人的医疗保健也随之改变。医疗保健服务将更具个性化和自主化,不受地理空间限制。传染病将得到更好的控制,威胁生命的疾病会更早被发现,慢性病也将更易监测到。如果即将达到临界值,算法会发出警告提醒我们。即便用户与医疗中心相距甚远,人工智能也能通过云端连接提供医疗决策支持。

随着传感器日益小型化且越来越智能,这些发展将成为可能。经过数字处理的光可穿透皮肤和组织直达血管,开辟了全新的可能。随着数字化程度的提高和深度学习的迅猛发展,我们足不出户便能全天候观察各项健康参数。

下一代医疗诊断

传感器

目前,这些发展仍处于早期阶段,但新冠肺炎疫情推动了其进程。

“早在新冠病毒出现之前,我们就已经开始着手研究基于需求的数字医疗解决方案。” 艾迈斯欧司朗集团互联医疗解决方案先驱之一 Alexander Volk 说道,“我们首先开发了光谱技术解决方案,该方案用于分析药物和食品,以及确定皮肤参数,如水分。我们最新开发的产品——基于传感器的新冠病毒快速 侧向层析检测套件——只是数字健康系列工具的首发产品。”

进行层析检测时,需要将检测样本滴到试纸条上。抗体和待检测分子之间的生化反应会产生颜色变化。光谱传感器与光发射器结合在一起,可以检测颜色或荧光行为。该传感器连接到支持蓝牙的微控制器上,从微控制器可读取数值,并将数值传输到智能手机和经过医学认证的云环境中。因此,结果可立即以电子形式显示。

该产品不仅仅用于病毒检测。监测排卵或维生素水平也需要快速、高精度的测试。对于定期服药的人来说,维生素水平测试至关重要。可以在家里轻松地进行测试识别疾病,不用再像以前那样有点小毛病就要去看医生。出于这一目的,Alexander Volk 及其团队将继续致力于各项参数的快速、高灵敏度测试研究。

进入皮下的光

检测

数字健康监测的另一重要基础,是用于某些生命机能测量的可穿戴设备。可穿戴设备最早出现在 2010 年代,当时用于健康监测,但现在监测更准确、信息量更丰富。可穿戴设备采用发光二极管使光线穿透皮肤和组织,从而测量心率和血氧饱和度。传感器记录并评估血红蛋白的吸收水平。

“凭借我们在光的产生和检测方面的专有技术,我们可以不断提高测量精确度。我们正共同致力于研发基于单一光源的光学系统,使各个组件实现完美匹配。” Volk 说道。他还强调了新合并的艾迈斯欧司朗公司所带来的机遇。

小体积,大容量

实验室

在能为以往的实验室和医疗机构专属服务提供具有成本效益的易用移动解决方案之前,还需要克服一些技术挑战。首要任务就是大幅减小模块体积。必须在仅几立方毫米的空间内容纳由光发射器、相关探测器和连接光学元件组成的复杂系统。

艾迈斯欧司朗的开发人员正在研究这些解决方案,包括用以测量血糖、乳酸、胆固醇和尿素水平等参数的解决方案。在此,用所谓的分子光谱技术测量分子光谱特点最有希望助力这些解决方案的实现。不过,当务之急必须先解决小型化问题。光和物质之间的相互作用可以帮助我们深入了解样本的性质。向样本发射激光,然后测量散射在样本上的光的光谱。很小一部分反射光在强度或频率上与发射光不同,基于此可以获取被检测物质的相关信息。

未来医学变革的关键在于实现该技术的小型化,使之适合日常应用。

收缩光谱技术

到目前为止,实验室已采用合适的光谱仪,运行非常灵敏,在多数情况下为冷却光电探测器和半导体图像传感器 CCD 相机。例如,即便是目前用于法医取证的便携版本,体积也太大,无法集成到手机或可穿戴设备中。

艾迈斯欧司朗正与美国约翰霍普金斯大学合作研究开发移动解决方案。约翰霍普金斯大学负责提供医疗模式和配套实验室装置,而艾迈斯欧司朗公司则负责开发适于日常应用的小型化技术。

Alexander Volk 对所面临的巨大技术挑战如是描述:“整个系统需要在没有冷却的情况下运行,实现最小功耗,只有一小部分像素计数,并采用微型芯片格式。”

系统从人体或样本接收到的信号非常微弱,必须进行无噪声放大。我们还需要一种能长时间产生均匀强光的光源。另一个挑战则是开发一些只对特定波长的光具有穿透性的高精度光机部件,并将其集成到微型芯片中。

这一切都不简单。然而,一旦小型化和集成化问题得到解决,全人类的移动健康监测之路将变得畅通无阻,还将获得全新的医学洞察和治疗方案。

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