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(shí)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(cè)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(cè)試、測(cè)量和解釋正在取代過去的主觀測(cè)試。讓我們看看這些進(jìn)步，這些進(jìn)步能夠改進(jìn)在家測(cè)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(cè)試和測(cè)量

腦震蕩等損傷的評(píng)估和診斷說明了客觀測(cè)試如何取代主觀測(cè)試。根據(jù)疾病控制和預(yù)防中心的數(shù)據(jù)，美國(guó)每年有超過 300,000 名運(yùn)動(dòng)員被診斷出患有與運(yùn)動(dòng)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(píng)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(duì)主觀瞳孔大小和反應(yīng)的解釋不同。

正在測(cè)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(cè)量中的手動(dòng)評(píng)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(shí)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(jiǎn)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(cè)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(shí)別時(shí)間序列中的模式，建立對(duì)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)試期間，例如與 COVID-19 的斗爭(zhēng)中，這些技術(shù)為高效、無需干預(yù)的測(cè)試提供了巨大的機(jī)會(huì)，其結(jié)果比基于接觸的方法準(zhǔn)確得多。

在家啟用實(shí)時(shí)測(cè)試

微型技術(shù)，特別是小型可穿戴測(cè)試設(shè)備，可以在非臨床場(chǎng)所進(jìn)行測(cè)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(dòng)態(tài)心電圖監(jiān)測(cè)器來收集長(zhǎng)期心電圖數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)心電圖監(jiān)測(cè)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(shí)。盡管監(jiān)測(cè)器體積龐大并且會(huì)抑制患者的某些活動(dòng)，但與在醫(yī)療設(shè)施中進(jìn)行的測(cè)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(shí)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(cè)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(dòng)。除了此類測(cè)量心血管系統(tǒng)部分的設(shè)備外，其他傳感器還針對(duì)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(dòng)。

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(gè)重要問題是利用臨床試驗(yàn)、研究、存儲(chǔ)庫、注冊(cè)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(duì)這些信息的需求面臨雙重挑戰(zhàn)：開發(fā)一個(gè)系統(tǒng)，使醫(yī)生能夠查找和訪問相關(guān)信息，同時(shí)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(gè)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(chǔ)、檢索和匯總醫(yī)療數(shù)據(jù)。同樣，邏輯觀察標(biāo)識(shí)符名稱和代碼 (LOINC) 是用于識(shí)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(duì)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(gè)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(cè)量?jī)x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(cè)量溫度，才能突然識(shí)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(cè)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(píng)估的解決方案。

審核編輯黃宇