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连网、远距、精准、个性化、移动边缘,永保安康之道

时间:2018-06-20 13:30来源:compotech 作者:任苙萍 点击:
人口老化、健康管理、改善医疗效率与医病关系,依然是智慧医疗照护高举的旗号。市场研究公司 TMR 指出,有越来越多的电子设备用于医学领域的治疗、诊断和康复,半导体已成为医疗电子设备不可分割的一部分,藉以降低成本及设备入手的负担。资通信技术的发展与医疗保健意识的抬头加速推动市场,加上数字听诊器、数字 X 光和手持式超声波系统的出现,不少重症监护室 (ICU)、急诊室 (ED) 和专业护理设施 (SNF) 皆已开设远距医疗;便携式设备的监控和成像系统不断进化,则助长了家用医疗电子设备的增加及无线功能的整合。
 
与此同时,对容易使用、个性化和先进医疗设备的需求以及穿戴设备的采用,亦是医疗电子市场的推力。可携式医疗设备市场渗透率与远距监测的增加,以及存储器件、显示技术和微控制器 (MCU) 等电子组件的高可用性,将为医疗电子市场创造增长机会。TMR 预估,2017 年全球智慧医疗设备市值达 389 亿美元,至 2024 年之前将以 7.8% 的年复合成长率 (CAGR) 扩张,届时总营收将来到 661 亿美元。然而,资安、取得成本与医疗数据的隐私疑虑,却是阻碍市场增长的因素;TMR 建议厂商可通过产品营销、提高知名度来开拓利基。
 

图1:虚拟医学无处不在,远距医疗为墨西哥农村和偏远地区的患者提供照护
资料来源:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Telemedicine_
 
北美荣登智慧医疗设备&IoT服务双冠王
TMR 就地理区域观察,北美将以 7.5% 的 CAGR 居主导地位,直至 2024 年才略降,而欧洲将反向增加;但对于发展中国家而言 (特别是新兴经济体),智能医疗设备却被标记为"不必要的奢侈品"。从产品类别来看,"预测诊断和监测设备"未来数年将占据近五成的份额,另物联网 (IoT) 在包括系统、软件、医疗设备和服务在内的医疗保健市场的扩散,以及远距临床监测、慢性病管理、预防保健、辅助生活和个人健康监测影响甚巨,可藉以降低成本、提高效率并聚焦于高质量照护。智慧手机的普及与全球互联网连接的改善为医疗 IoT 加柴添火。
 
蓝牙低功耗 (BLE)、ZigBee、卫星、Wi-Fi、近距离无线通信 (NFC) 和蜂巢通信是关键连接技术。临床/学术研究、诊断实验室、医院/诊所及政府机构使用大量植入式、穿戴式和固定式医疗设备,用于临床操作、工作流程管理、住院病人监护、远距医疗、连接成像和药物管理,亦改变医疗服务的交付型态。归功于先进的基础设施、软件及设备技术的重大进展、高水平的研发及一次性使用收入,北美是全球医疗物联网市场营收最高的地区,且短期内仍将保持领先;不过,虽然营收总额不如北美,亚太区却是"利润最丰"者,且未来几年将出现强劲增长。
 
此乃受惠于经济起飞、基础设施改善、可支配所得提高、医疗支持服务的增加、智慧手机和各种穿戴设备的可支付性以及生活习惯的改变所致。惟智能医疗保健市场"寡占"特色明显,基本是由少数大型成熟公司主导为特定应用开发特定产品、或收购深具潜力的创业公司支配,例如:AdhereTech、Cerner、PhysIQ、Stanley Healthcare、Qualcomm Life、Cisco Systems、Medtronic、GE Healthcare、Proteus Digital Health、Microsoft、Diabetizer、Philips、SAP SE、IBM 和 Honeywell Life Care Solutions 等,小型企业和新进者难以单凭一己之力插旗。
 

图2:IBM FictLifeCenter 医疗解决方案乃基于 IBM Bluemix 发展,整合 Watson IoT Platform、SSO、Node-RED 和 Secure Gateway 服务;外部的 Android 应用程序和 IBM Integration Bus 通过底层 MQTT 和 HTTP 协议与核心连接
资料来源:
https://www.ibm.com/developerworks/websphere/library/
 
ICT 厂商积极布局,各有盘算
台湾资策会产业情报研究所 (MIC) 分析师王衍袭表示,引进人工智能 (AI)、移动智能设备、大数据及平台规划,推动远距医疗照护和个人化服务,以减轻医护人员负担、提高医疗照护效率、降低社会成本,已成国际智慧健康政策趋势;而随着资通信科技 (ICT)、医疗设备业者、新创/中小企业、保险/医疗业者与医院/组织的布局脚步,全球智能健康应用正进入新战国时代,ICT 就属苹果 (Apple)、高通 (Qualcomm) 和谷歌 (Google) 最为积极。有趣的是,中小企业/新创业者不约而同地对"聊天机器人"(Chatbot) 与 AI 情有独钟。
 

照片人物:台湾资策会产业情报研究所 (MIC) 分析师王衍袭
 
继 HealthKit APP 打响"移动健康平台"之后,苹果又再推出 ResearchKit 和 CareKit 开源框架。前者聚焦医疗临床实验,协助医学研究人员收集可靠数据;后者着重医疗照护管理,让使用者管理自身医疗状况并提醒服药、回诊,以降低再住院率,病患在住院期间就能开始规划后续医疗照护,不必等到出院才烦恼。王衍袭分析,苹果的如意算盘是:一是利用开放软件架构收集心率等生理数据开发医疗设备/医材产品,且可作为申请美国食品药品监督管理局 (FDA) 认证的提交资料;二是藉多元医疗照护应用服务,提升自家物联网产品销量。
 
高通生命 (Qualcomm Life) 与联合健康保险公司则是祭出"员工健康回馈金计划"、鼓励员工多走路——由公司提供 Fitbit 手环计算步数、并将其转换成红利金 (每天上限 4 美元),以降低员工医疗保险给付费用;并与美国连锁药局 Walgreens 合作推动"健康换点数/奖励金"以提升会员黏着度,Samsung、Garmin 和 Apple 也已加入上述计划。Google 阵营由母公司 Alphabet 带领旗下医疗事业子公司 Verily (原名 Google X 生命科学部门) 推出研究人体健康状况的智慧手表 Study Watch,以收集心率、心电图、运动状况、皮肤电导率等生理信息。
 

图3:Qualcomm Life 的开放医疗平台串联整个医疗保健生态系统,使数据具有上下文和可访问性,连接从医院到家、以及中间所有据点的智能护理
资料来源:
https://qualcommlife.com/
 
"移动边缘计算"出场,与云端互为奥援
这些数据已被用于与杜克大学 (Duke University) 及斯坦福大学医学院 (Stanford Medicine) 合作的"万人健康计划",为 Google"Project Baseline"项目提供大量健康数据搭配血液、唾液等生物样本做综合分析,亦是研制人体"健康地图"的第一步。至于台湾在智能健康应用的发展路径,王衍袭建议可朝"移动远距诊疗"与"移动健康照护管理"进行,并考虑配合"移动边缘计算"(MEC),如:"资安与权限管理"及"远距医疗信息传输管理";尤其前者多需独立于云端之外作业,且场域中不同设备对于网络等待时间率要求差异大,MEC 就地处理能力更形重要。
 
医材设备业者以飞利浦 (Philips) 的动作最大。飞利浦"eICU 远距视频分析医疗计划"旨在缓解加护病房 (ICU) 人手短缺问题,只要将 ICU 设备和监视器连上 eICU 平台 (由专业医疗团队组成,但较小规模的医院可委托其他医院操作),远程医疗软件 eCareManager 就会分析病患数据并转成可视化信息,方便异地专家对身在 ICU 的医护下指导棋;还能识别病患的危急程度,协助医院做资源分配。飞利浦近期另与美国学术健康系统 Emory Healthcare 合作推出新的 eICU 监测计划,致力于推动"重症照护全球化"。
 
它是一种超越时空限制的"虚拟照护模式",让身处白天的护理人员可借助视听技术,实时为远在地球另一端的病患提供远距夜间重症照护,并采用智能算法来预测健康状况的恶化。飞利浦另一项成果是 Lumify 可携式超波,导入 AI 的移动设备可协助各种科别的医护皆可为病患做初步诊断,避免专科医师分身乏术、也方便医护在不同病患间移动,尤其适合资源不丰沛的区域与情境,已通过 FDA 核准用于检查胆囊、腹部和心肺等。除了正规医疗体系,Lumify 亦获德国武装部队采用。
 

图4:飞利浦 Lumify 可携式超波通过 USB 连接手机或平板,在专属 APP 取得超波图像
资料来源:
https://www.lumify.philips.com/web/
 
女力崛起,Femtech 发迹
另一研调机构 Frost & Sullivan 则留意到"母婴护理"的崛起,意在通过穿戴设备、移动应用、传感器和其他独立设备,协助妥善管理生育、怀孕、护理以及婴儿的健康和安全;期藉此建立生态系、打造网络版的"智能托儿所",并进一步发展远距监测及医疗。先行者包括:飞利浦 uGrow 与美国远距医疗公司 American Well 合作强化数字医疗服务,让新手父母更便于照顾新生儿;亚马逊借助 Alexa 为千禧世代的父母提供访问、连接托儿所体验的新途径……,其他先驱厂商还有:Bloomlife、EarlySense、Ava 和 Hatch Baby 等。
 
FDA 似乎也看好"Femtech"的后市,于去年批准艾娃生育追踪手镯 (Ava fertility tracking bracelet) 列入一级 (Class I) 医疗器械。事实上,经过市场"清洗"后的智能穿戴设备,在功能性与准确度已有有进展。日前在 Heart Rhythm (心脏节律协会) 年度科学会议上刚发表一项关于智能手表的研究结果,首次验证了 Apple Watch Series 2、Samsung Galaxy Gear S3 和 Fitbit Charge 2 可通过光体积描述仪 (PPG) 捕捉和监测心率,准确测量"阵发性室上性心动过速"(PVST,通常是引发心悸的原因) 或快速心率 (每分钟心跳 >100 次)。
 
其中,又以 Apple Watch 的准确性表现最佳。值得关注的是,早期智能穿戴设备多只着重于生理病症的预防,最近澳洲一项研究发现:连续监测活动是忧郁症患者对临床治疗反应的绝佳工具。研究人员可利用 Apple HealthKit、Google Fit、Fitbit Web API 和 Garmin Health API 等健康追踪生态系统访问数据,且效果比起自主陈述更好。除了用穿戴设备监测,直接"植入"身体是更直接的方式。在植入物内置传感器,能为医师提供实时生物信息回馈,例如:患者的 pH 和激素水平、血糖浓度、细菌、电活动、体温等。
 

图5:Apple Watch Series 2 内建 GPS 与 GLONASS、防水 50 公尺、双核处理器、两倍亮度的显示器与 watchOS 3
资料来源:
https://support.apple.com/kb/SP746?
 
3D 打印智能植入物,要求精准与个性化匹配
施加在种植体上可检测感染、测量应变,必要时还能分泌适量抗生素,促进愈合;植入整形部位,传感器可观测术后表现;植入心律调节器 (起搏器) 或紧邻心脏内、外,可通过手机应用程序 (APP) 远距与医师共享数据。传统的植入物只能以特定形状和尺寸生产,无法适用于所有患者体型;改用智能植入物可降低患者术后风险、不适和疼痛感,3D 打印的加法制造原理可减少几何约束,为特定植入物 (PSI) 的设计提供途径。根据电脑断层扫描为患者设计、制造的 PSI,仿真患者骨硬度、密度和骨小梁 (trabeculae) 结构,更易于与患者骨头密合。
 
其实,用 3D 打印医疗植入物不是新鲜事,重点在于是否安全?能否合法使用?好消息是,有越来越多 3D 打印、用于腿脚或脊柱的植入物正陆续获得 FDA 认证。美国老牌医疗设备制造商 Zimmer Biomet 的首款 3D 打印钛金属植入物——Zyston Strut 开放式钛金属体间隔器系统,用于增强脊柱强度、移植能力和可视化的椎间融合器,便已正式获得 FDA 510 (k) 许可。欧盟 PRosPERoS 研究项目正通过先进的成像技术扫描椎骨,开发基于镁、锌合金设计,可生物降解、用于修复大型骨缺损的 3D 打印智能植入物。
 
善用 3D 打印特性的还有美国罗格斯大学 (Rutgers University) 所研发的智能凝胶——将光线投射在光敏溶液、经由 3D 打印就会产出凝胶。此类软性材料的制造成本更低、可微型化,亦较容易做机构设计和控制;可在水下漫步、抓住物体并移动它们;因为类似人体含有大量水分 (超过 70% ) 的柔软组织,在生物医学工程领域前景看俏。将凝胶置于盐水或电解质,可以两根细导线触发运动——向前走、逆转路线、抓取和移动物体,可通过厚度控制运动速度 (薄比厚比快),且凝胶会根据盐水和电场强度而弯曲或改变形状,模拟肌肉受到电刺激而收缩。
 
 
(责任编辑:jane)
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