也許比其他學(xué)科更重要的是，儀器診斷學(xué)使醫(yī)生能夠在檢查患者時增強(qiáng)和客觀化他們的感官，從而使醫(yī)學(xué)界受益。醫(yī)生可以精確測量溫度、血壓、肺容量、骨折移位、炎癥、心律和大量其他生物標(biāo)志物，這些生物標(biāo)志物與癥狀和患者病史一起描繪出患者的健康狀況。由于傳感器和人工智能的進(jìn)步，客觀測試、測量和解釋正在取代過去的主觀測試。讓我們看看這些進(jìn)步，這些進(jìn)步能夠改進(jìn)在家測試并將患者數(shù)據(jù)與實(shí)證研究聯(lián)系起來。

啟用客觀測試和測量

腦震蕩等損傷的評估和診斷說明了客觀測試如何取代主觀測試。根據(jù)疾病控制和預(yù)防中心的數(shù)據(jù)，美國每年有超過 300,000 名運(yùn)動員被診斷出患有與運(yùn)動和娛樂相關(guān)的腦震蕩。腦震蕩及其嚴(yán)重程度的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)是瞳孔光反射評估。傳統(tǒng)上，醫(yī)生將一盞燈照射在眼睛上，然后觀察瞳孔的收縮和擴(kuò)張作為反應(yīng)。當(dāng)然，這種方法的問題在于患者之間存在顯著差異，并且不同的醫(yī)生對主觀瞳孔大小和反應(yīng)的解釋不同。

正在測試使用一系列復(fù)雜技術(shù)和傳感器的復(fù)雜的計(jì)算機(jī)輔助替代方案，以取代瞳孔測量中的手動評估。例如，內(nèi)置于智能手機(jī)或虛擬現(xiàn)實(shí)耳機(jī)中的微型高分辨率相機(jī)現(xiàn)在可以以每秒數(shù)百幀的速度記錄眼睛。為實(shí)時分析優(yōu)化的計(jì)算機(jī)視覺過程從圖像中提取眼睛組件的特征，例如鞏膜、虹膜和瞳孔。人類無法察覺的紅外光譜大大簡化了這種分割。復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型然后將此像素?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)饺S眼模型，以導(dǎo)出真實(shí)世界的測量單位，例如毫米。最后，機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 算法從數(shù)據(jù)中去除噪聲，識別時間序列中的模式，建立對參數(shù)在總?cè)丝谥械墓烙?jì)分布的參考，并展示這些結(jié)果。該管道提供準(zhǔn)確的測量，消除主觀性，并將醫(yī)生的責(zé)任轉(zhuǎn)移到驗(yàn)證、解釋結(jié)果和向患者傳達(dá)發(fā)現(xiàn)。

管道，例如上述管道，可以針對特定的醫(yī)療保健應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，并最終實(shí)現(xiàn)以前不可能實(shí)現(xiàn)的客觀診斷。例如，現(xiàn)代熱像儀越來越多地被用于使用先進(jìn)的降噪算法檢測炎癥甚至乳腺癌。與傳統(tǒng)應(yīng)用的 X 射線乳房 X 光檢查不同，實(shí)際檢查在癌癥的早期階段可能更加精確，并且既不使用具有潛在危險(xiǎn)的輻射，也不使用任何形式的觸摸。在大規(guī)模發(fā)燒測試期間，例如與 COVID-19 的斗爭中，這些技術(shù)為高效、無需干預(yù)的測試提供了巨大的機(jī)會，其結(jié)果比基于接觸的方法準(zhǔn)確得多。

在家啟用實(shí)時測試

微型技術(shù)，特別是小型可穿戴測試設(shè)備，可以在非臨床場所進(jìn)行測試。例如，需要心電圖 (ECG) 的患者無需前往醫(yī)療機(jī)構(gòu)，而是可以在日常生活中佩戴動態(tài)心電圖監(jiān)測器來收集長期心電圖數(shù)據(jù)。動態(tài)心電圖監(jiān)測器的大小與帶有電極的小型相機(jī)差不多，可佩戴 24 至 48 小時。盡管監(jiān)測器體積龐大并且會抑制患者的某些活動，但與在醫(yī)療設(shè)施中進(jìn)行的測試相比，它們可以更廣泛地了解患者的心律。

技術(shù)的進(jìn)一步小型化繼續(xù)加速醫(yī)學(xué)進(jìn)步。內(nèi)置于健身手環(huán)和智能手表中的新一代光學(xué)傳感器有望顯著提高舒適度，同時提供越來越有用的數(shù)據(jù)。盡管數(shù)據(jù)質(zhì)量可能還無法與基于電極的同類產(chǎn)品相媲美，但蘋果公司最近展示了智能手表在檢測某些形式的心律失常方面的潛在用途，引起了專家以外的轟動。除了此類測量心血管系統(tǒng)部分的設(shè)備外，其他傳感器還針對大量其他模式。例如，與其在不熟悉的睡眠實(shí)驗(yàn)室中觀察患者，睡眠面罩形式的現(xiàn)代便攜式腦電圖 (EEG) 耳機(jī)可能已經(jīng)用于粗略捕捉家庭臥室中的大腦活動。

將患者數(shù)據(jù)與研究和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系起來

醫(yī)生面臨的一個重要問題是利用臨床試驗(yàn)、研究、存儲庫、注冊庫等來獲取與其患者相關(guān)的信息。臨床試驗(yàn)和其他資源有一些標(biāo)準(zhǔn)化，但不是跨組織、醫(yī)學(xué)學(xué)科或地理區(qū)域。缺乏標(biāo)準(zhǔn)阻礙了醫(yī)生查找、訪問和使用研究成果的能力。滿足醫(yī)生對這些信息的需求面臨雙重挑戰(zhàn)：開發(fā)一個系統(tǒng)，使醫(yī)生能夠查找和訪問相關(guān)信息，同時允許跨醫(yī)療保健信息系統(tǒng)的互操作性。

為滿足這些需求，標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，利用可查找、可訪問、可互操作和可重用 (FAIR) 且人工干預(yù)最少的數(shù)據(jù)。例如，醫(yī)學(xué)臨床術(shù)語系統(tǒng)化命名法 (SNOMED CT) 是一個計(jì)算機(jī)友好的醫(yī)學(xué)代碼、術(shù)語、同義詞、發(fā)現(xiàn)、癥狀、疾病、程序、設(shè)備等的集合，旨在提供一種一致的索引方式、存儲、檢索和匯總醫(yī)療數(shù)據(jù)。同樣，邏輯觀察標(biāo)識符名稱和代碼 (LOINC) 是用于識別醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室觀察結(jié)果的數(shù)據(jù)庫和標(biāo)準(zhǔn)。

這些標(biāo)準(zhǔn)中的元數(shù)據(jù)要求使醫(yī)生能夠訪問和使用跨數(shù)據(jù)集得出的數(shù)據(jù)和見解。NFDI4Health 等項(xiàng)目將經(jīng)驗(yàn)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)算法對廣泛不同的患者群體進(jìn)行分析。即使是以前難以或不可能客觀診斷的疾病和失調(diào)——例如精神病學(xué)方面的疾病和失調(diào)——現(xiàn)在也在傳感器和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的幫助下建立在一個新的、基于生物標(biāo)志物的基礎(chǔ)上。

結(jié)論

患者診斷與醫(yī)生使用測量儀器增強(qiáng)感官的能力密切相關(guān)。只有通過這樣的儀器，才能明確地定義距離，才能精確測量溫度，才能突然識別肉眼不可見的物體和生物。醫(yī)療傳感器和人工智能通過提供客觀數(shù)據(jù)、支持在患者環(huán)境中進(jìn)行測試以及整合患者數(shù)據(jù)和研究結(jié)果，正在徹底改變儀器診斷。

Christopher Gundler 是一位認(rèn)知科學(xué)家和醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)專家。他的研究重點(diǎn)是傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)建模，以用于診斷。目前，他負(fù)責(zé) eyeTrax 背后的機(jī)器學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)視覺，這是一種用于輕度創(chuàng)傷性腦損傷臨床評估的解決方案。

審核編輯黃宇