從 IT 到醫(yī)療，傳感器的應用高速進展，電影里的異想世界成為現(xiàn)實，不過是早晚的事。 本文分享 3 個醫(yī)療傳感器應用實例，生醫(yī)世界，進步比你想象得快!
今年是 2017 年，人類生活形態(tài)已經改變了 10 年。10 年前一個偉大的產品正式問世，沒錯!就是第一代 iPhone，除了讓網絡帶著走之外，另一個創(chuàng)舉就是以觸控面板改變了人類與機器互動的模式。
血糖傳感器再進化
持續(xù)性監(jiān)控掌握血糖變化
就技術架構角度，觸控面板之所以可以動作，是因為搭載了觸控傳感器(touch sensor)。而所謂的傳感器，意指「能將待測物理量或化學量轉換成另一對應可記錄的輸出裝置」，可用以接收信號，或透過變化量制動反應，應用功能主要為用來替代人類的感官，進而檢測外界訊息，包含視、聽、觸、嗅、味覺等。部分傳感器還可偵測人類無法判斷的訊息，如地磁、方位、超音波、紫外線等，搭配不同的控制芯片，應用相當廣泛。
回頭再看第一代 iPhone，上面搭載的傳感器大概就只有 200 萬畫素的影像傳感器(CMOS image sensor，CIS)和觸控傳感器兩顆。目前最新的 iPhone 7，1,200 萬畫素與 700 萬畫素的 CIS、指紋辨識器、觸控傳感器、氣壓傳感器、重力傳感器、三軸陀螺儀、加速傳感器、接近傳感器、環(huán)境亮度傳感器、磁傳感器、輔助式全球定位系統(tǒng)、全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)、霍爾傳感器等至少 14 顆傳感器。
就 iPhone 的例子，每一顆傳感器都代表至少一種不同的功能應用，也代表著這 10 年間人類利用搭載傳感器的裝置、機器，可以延伸的應用愈來愈多，而醫(yī)療相關領域也正如火如荼發(fā)展中。
胰臟的功能是分泌胰島素以控制血液中的葡萄糖濃度。所謂的第一型糖尿病患者，其胰臟無法產生胰島素，如果血糖過低，病人會暈倒;如果過高，會對眼睛、神經和動脈造成長期的危險。所以患有這種疾病的人必須每天刺穿手指檢查血糖，根據(jù)計劃的膳食和運動進行計算，并調整注射胰島素。上述的血糖偵測動作，對一般人的日常生活顯然是一個負擔。許多人甚至擔心，在晚上睡眠期間，若無法得知血糖濃度，患者就無法及時醒來處理低血糖，可能導致可怕的后果。
傳統(tǒng)的“指血檢測”最大的缺點之一，就是檢測與檢測中間的血糖變化是無法得知的。而連續(xù)式血糖監(jiān)測器就是為了解決這個問題，它可在血糖出現(xiàn)異常時實時發(fā)出警訊，近幾年最成功的當屬 Dexcom 的連續(xù)性血糖監(jiān)測系統(tǒng) G5。
Dexcom 成立于 1999 年，主攻連續(xù)性血糖監(jiān)測器市場，2012 年 10 月經美國食品暨藥物管理局(FDA)批準上市的第 4 代連續(xù)血糖監(jiān)測器 G4 Platinum，可對應如 iPhone、iPod、iWatch 等移動裝置，已是美國最受歡迎的連續(xù)血糖監(jiān)測器。
G5 則是更先進的版本，與 G4 最大的差別是，可利用藍牙無線傳輸，將監(jiān)測數(shù)據(jù)直接上傳到智能手機等移動裝置，提高用戶便利性。另外，Dexcom 所設計的 App 應用程序，除了適用患者本身安裝，也有提供給醫(yī)師與家屬安裝的版本，得以進一步確?；颊叩难桥c健康狀況。2016 年 12 月 FDA 核準 G5 上市，G5 并于今年 3 月獲得聯(lián)邦醫(yī)療保險(Medicare)納入給付資格，可望造福更多糖尿病患者。
Dexcom 的 G5 監(jiān)測系統(tǒng)包含了一個小型血糖傳感器與接受器，再透過智能手機或平板計算機顯示與統(tǒng)計相關數(shù)據(jù)。患者僅須將傳感器插入皮膚，植入過程無痛也無血，即使洗澡也能配戴;Dexcom 每隔 5 分鐘即可測一次組織間液的血糖數(shù)據(jù)，一天可測試 288 次血糖數(shù)據(jù)，并透過無線傳輸?shù)浇邮芷髋c智能手機等裝置。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，監(jiān)測器內建的算法將幫助病患做出醫(yī)療決策，注射適量的胰島素，以維持血糖正常濃度。
吞下一顆傳感器藥丸
就能追蹤病患的用藥狀況
要讓精神分裂癥疾病的病患吃藥是一件困難的事!不過，現(xiàn)在有新的發(fā)明可以協(xié)助追蹤病患是否準時吃藥。根據(jù)一項統(tǒng)計研究，74% 患有嚴重精神疾病的病患，在服藥 18 個月后就會停止服藥，所以用藥的依從性對這群病患是特別嚴重的問題。
如何了解病患用藥的依從性?只要在病患的手臂上，貼一塊像 OK 繃大小、裝有傳感器的貼布，就可以追蹤病患是否正常服藥。偵測訊息的道理很簡單，只要吞下藏有小小芯片的藥丸，芯片的兩端分別加上了鎂和銅，一旦進入人體的胃，接觸到胃酸之后，兩種金屬就會產生小的電壓，貼在手臂上的貼布就可偵測訊號，并傳送到手機應用程序，進而將信息傳給病患家屬或是醫(yī)師。
日本大冢藥廠和美國加州的 Proteus Digital Health 合作，將治療精神疾病的暢銷藥 Abilify，裝上具感測功能的芯片。
由于大冢的精神疾病用藥 Abilify 和 Proteus 可消化的芯片已通過 FDA 核準，現(xiàn)在雙方將芯片裝在 Abilify 藥丸上，也就是新時代的數(shù)字藥丸(digital medicine)，希望獲得 FDA 核準上市。不過，F(xiàn)DA 還需要更多的臨床數(shù)據(jù)才會核準藥證。
據(jù)了解，2013 年 Abilify 是美國銷售第一名的藥物，但 2015 年專利到期后，銷售直線下滑，大冢藥廠希望以其他方式提升銷售額，數(shù)字藥丸正是一個好方法。
其實，數(shù)字藥丸的發(fā)展不只能了解病患服藥依從性的問題，其中有許多待開發(fā)的大數(shù)據(jù)，可進一步了解藥物應用與研發(fā);因此，大藥廠不愿缺席，而目前諾華大藥廠和國際通訊大廠高通，也共同投資 10 億美元展開研發(fā)。
神經塵微小如沙粒
目標：植入人腦搜集數(shù)據(jù)
2016 年夏天，美國加州大學柏克萊分校的研究團隊在神經科學期刊《Neuron》發(fā)表研究，他們研發(fā)出一種名為“神經塵”(neural dust)的傳感器，大小只有 1 立方毫米、如同沙粒，已成功植入實驗鼠的肌肉和神經。
這顆神奇的傳感器，可植入人體搜集數(shù)據(jù)并刺激神經，同時擁有無線充電功能，借著傳感器內的壓晶體管，透過超音波供應電源回傳身體器官的監(jiān)測數(shù)據(jù)。這項技術目前可應用于周圍神經系統(tǒng)，例如控制膀胱和抑制食欲等;終極目標則是植入腦部，做為腦機接口，進一步用于控制義肢等。當然，神經塵要進入人體還有一段路要走，若想達到終極目標植入腦部，更是難上加難;因為要將傳感器植入腦部且保用 10 年、甚至一輩子，傳感器至少要縮小到 50 微米，相當于一根頭發(fā)的寬度才行，目前仍是不可能的任務。
無疑的，這是體內實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的重大革命，想象中的藍圖早已存在，只是如何將極其微小的傳感器植入人體深處，始終是罩門;如今，科學家已成功突破技術瓶頸，就等何時進入人體臨床。
上述 3 個傳感器案例，凸顯科技與生醫(yī)的加速融合，也顛覆了未來的醫(yī)藥生態(tài);然而，在驚艷科學進步之余，或許該進一步深思，一旦產業(yè)生態(tài)改變，商業(yè)模式就會跟著變，而每一次的改變，總是危機與轉機并存，無論是投資、職涯規(guī)畫，甚至是對生命本質的省思，都是一次歷練。
數(shù)字藥丸目前或許差了臨門一腳，然而一旦獲準上市，就有機會擴散到其他慢性病，為人子女不用再擔心長輩忘記吃藥，醫(yī)護人員也能追蹤患者用藥狀況……一個與物聯(lián)網更深的連結生態(tài)正默默建構中。
因為科技加速融合，未來生技醫(yī)療或者大健康產業(yè)，一定會有重大改變，人才聚落也可能位移，值得讀者細細思考與持續(xù)追蹤。不過，話又說回來，最新的 iPhone 7 搭載了 14 顆傳感器，如果將來科技登峰造極，我們吃的、喝的、植入的傳感器不知多少?這又會是一個什么樣的瘋狂異想世界!
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