千万美元悬赏掌上“豪斯医生”

  医学, 评论

(文/ Phil McKenna)海泽尔,我们这么称呼这位女士,她在50多岁的时候发现情况有些不对,稍微劳累一些就会感到气短。接下来几个月里,她开始感觉疼痛愈演愈烈。但是几次去医院就诊,还拍了一次X光片,都说只是关节炎。而后,症状愈发令人不安了:持续咳嗽,膝盖疼痛,外加肺部触痛。

无论是否需要面对令人担忧的症状,在某些时候,我们都会像海泽尔女士一样,想要知道自己身体里到底发生了什么。也许你想知道,轻轻一声咳嗽只是普通感冒的先兆,还是会发展成大伤元气的流感?或者你还想知道,家里的孩子有没有患上耳部感染?目前,唯一的办法就是去看医生。如果有一个小工具,可以提供可靠的家庭诊断,情况又会如何?

以前,手持式医疗诊断工具只存在于科幻小说当中。不过,可能用不了多久,我们就能入手一台了。2012年1月,X大奖基金会与通信巨头高通发起了一项大奖,悬赏1000万美元,征求袖珍医疗诊断工具,要求能在2015年年中完成。本次大赛的组织者说,他们要引领医疗科技的新纪元。医疗保健的成本目前正不断上升,而在美国,提供基础医疗服务的医生人数也呈下降趋势。在这样的背景下,科技可以引领医疗发生革命性的改变。然而,医师的复杂职责中,到底有多少可以移交给科技呢?

2012年,大赛正式公布时,X大奖基金会的彼得·戴尔曼迪斯(Peter Diamandis)说,这项大赛受到了电视剧《星际迷航》中手持式医疗分析设备——三录仪(tricorder)的启发。三录仪是一种类似于智能手机的小仪器,只要像魔杖一样在人体前挥动几下,就能诊断出许多疾病。

跟三录仪一样,获奖设备必须便携,重量不能超过2.25公斤。它必须有能力诊断12种特定疾病,包括常见的耳部感染和肺炎等,还要能监测五大生命体征。除此以外,另有12种疾病被列为选测,包括黑色素瘤、食物中毒和HIV感染等,参赛队伍必须从中选择3种,具备诊断它们的能力。

参赛设备的评分将由一组并非专业人士的用户负责。大赛明确指出,无创性最高、对人体影响最小的设备会获得最高分。而且,和电视节目中那些唬人的山寨品不同,参赛设备必须在没有任何医疗专业人士的帮助下做出诊断。

手持设备能够做到这一切吗?从这项大赛的热烈反响来看,应该很快就能做到。在比赛还未正式启动之前,就已经有超过260支队伍非正式地进行了预注册。这也反映出一个事实:建立这样一个装置所需的许多组件,其实都已经是现成的了。现今的传感器功能强、体积小,价格也便宜;高分辨率触摸屏在手机和平板电脑上随处可见;云计算则提供了强大的运算能力,还可以访问庞大的在线数据库。

智能手机现在能做的测量就已经灵敏得让人吃惊了。安装合适的应用程序,只需用摄像头拍摄手指并统计手指的脉动,手机就能监测心率——这是大赛要求能够监测的生命体征之一。另外,参赛者Scanadu公司将在今年发布一种名为Scout的手持式仪器,只需简单放在额头上,就能测量大赛列出的五大生命体征中的4种。

检测工具

与监测生命体征不同,检测列表上的许多疾病都需要对体液进行分析。据参赛者透露,有些仪器已经能够独立检测体液,无需将样品送到实验室。Scanadu公司计划在今年推出的另一台设备ScanaFlo,就将赋予智能手机分析尿液的能力,从而识别出列表中的两种疾病:尿路感染和Ⅱ型糖尿病。出自这家公司的第3种小仪器ScanaFlu,将利用智能手机的摄像头测试唾液,对链球菌性咽炎和流感做出早期检测。这两种设备都需要把一支小小的免疫测定棒浸入到体液中,如果存在与疾病相关的蛋白质,测定棒就会改变颜色,应用程序会对此做出分析和判断。Scanadu公司首席执行官沃尔特·德布劳沃(Walter De Brouwer)说,如果给智能手机连上无痛纳米针,它甚至能收集和检验血液。不过,这些都有点超出了“无创”的定义,而新出现的两项技术,或许可以使诊断疾病不再需要涉及体液。

Scanadu公司将在今年发布一种名为Scout的手持式仪器,只需简单放在额头上,就能测量大赛列出的五大生命体征中的4种。图片来源:thedishdaily.com

有些疾病仅仅通过声音就能判断。2012年,英国牛津大学的研究人员证明,通过语音分析软件可以检测帕金森病,因为影响帕金森病患者肢体的颤抖、无力和肌肉僵直,同样会影响患者的声带。在实验室测试中,该软件检测帕金森病的准确性达到了99%。不仅如此,另一项研究发现,早在医生做出临床诊断的5年前,语音分析就检测出这种嗓音损伤。语音分析的作用远不止帕金森病一种,领导这项创新研究的马克斯·里托尔(Max Little)说,它也可以诊断X大奖列表上的其它疾病,包括睡眠呼吸暂停、百日咳和中风。

但是,如果跟细查我们呼出的气体相比,嗓音分析就有点黯然失色了。2013年4月,瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员发现,我们所有人都具有独特的“呼吸印记”,或许可以用作诊断工具。该领域的研究发展十分迅猛。“20年前,我们就知道呼气中包含很多东西,但当时我们不知道哪种标志性化合物对应于哪种疾病,”美国加利福尼亚大学戴维斯分校的生物检测设备专家克里斯蒂娜·戴维斯(Cristina Davis)说,“现在我们已经可以检测10年前无法测量的东西。”

口腔异味

原则上,呼吸分析可以用于诊断肺结核、慢性阻塞性肺病(COPD)、肺炎和糖尿病,这些疾病全都在大赛的必测列表之上。美国俄亥俄州克利夫兰诊断中心的研究人员近期证明,呼吸测试检测肺癌的准确率可达75%到80%,准确率与标准诊断方法CT扫描相当。呼吸分析甚至可以在症状还不明显时就做出诊断。“甚至早到肺癌还可以治疗的阶段,”彼得·马佐内(Peter Mazzone)说。他在克利夫兰诊断中心负责研究用呼吸分析法检测肺癌。

如果海泽尔女士能够在家里接受这样的检测,她的病情或许早就被顺利诊断出来了。在近3年的时间里,她忍受着持续恶化的症状,包括丈夫触碰到她时,皮肤就会变紫,痛得她跳起来。最后,她决定去别的医师那里听听不同意见。她说:“我的医生当时没有把这些症状都联系到一起。”当新的医生为她咨询专家意见时,始于肺部的癌细胞已经扩散到肝脏、骨骼和大脑了。她被告知,生命可能只剩下6个月的时间。海泽尔坚定地认为,简单的家庭检测设备对她来说会是无价之宝。“如果有一套可以检测癌症的工具,我可能早就去寻求不同意见了。”

但是,即便有手持式诊断工具可用,而且所有的传感器都运转完美,检测化学物质和诊断疾病仍然不是一码事。比如,这样的仪器要如何避免误报和漏报呢?

误报可能会带来情绪上的伤害,新西兰克赖斯特彻奇医院的迈克尔·埃普顿(Michael Epton)说。依据呼气中的痕量化学物质进行诊断时,误报风险相当可观。2009年,埃普顿的研究小组发现,他们归因于慢性阻塞性肺病的一种标志性化学物质,实际上是这个人经常使用的哮喘吸入器带来的。“你必须‘训练’传感器,确保是真的检测到了某种疾病,” 埃普顿说,“谁也不希望机器总是喊狼来了”。

海泽尔女士的经历则说明,漏报的后果可能会更糟。海泽尔说,如果仪器犯错,她宁愿是误报,因为医生可以纠正过来。 “这比错误地告诉你身体健康要强多了。”为了防止漏报,大赛要求参赛设备必须能够准确判断“无以上疾病”——也就是,如果用户并未患有12种诊断设备必选疾病中的任何一种,诊断结果必须足够准确地得出“无病”的结论。

参赛者发现,他们行走在误报和漏报之间狭窄的独木桥上。美国华盛顿大学的法学教授安娜·马斯特罗扬尼(Anna Mastroianni)说,选测的HIV感染格外具有挑战性。目前,无论是在诊所还在家中,美国的HIV检测都必须有一名医生担任“专业中间人”的角色,以保护检测设备制造商不会因为出现错误结果而受到追究。而本届X大赛要求,诊断设备可以脱离医生独立使用,这实际上取消了专业中间人。马斯特罗扬尼说:“制造商该负起什么样的责任呢?”

的确,如果你的三录仪给出诊断是误报,去趟医院基本就能解决问题。真正麻烦的在于,漏报诊断大概引不起足够的警惕和重视了。

类似的担忧或许可以解释,从微妙的症状里得出诊断结果为什么历来都要交给医疗专业人士。“医生会实践,并且从中学习,这其中还涉及到一些技巧,”美国马里兰州巴尔的摩市的一名急诊室护士吉尔·史密斯(Jill Smith)说。

这项大赛受到了电视剧《星际迷航》中手持式医疗分析设备——三录仪(tricorder)的启发。三录仪是一种类似于智能手机的小仪器,只要像魔杖一样在人体前挥动几下,就能诊断出许多疾病。图片来源:smugmug.com

自我诊断

史密斯说,类似“三录仪”的东西其实已经在实际使用了,不过效果无法保证——“那就是谷歌医生”。问题是,人们在网络上查阅医疗信息,经常会高估或低估自身症状的重要性。“他们会说,‘7个心脏病发作迹象中我只占到6个,所以我没事。’于是,等到他们去看医生的时候,往往为时已晚。”即使三录仪可以通过测试做出诊断,史密斯认为,它也不能代替医生接受的训练。她说:“除非有一台电脑可以根据已经学会的东西进行推断,否则我认为,诊断是不可能从医学中分离出来的。”

然而,到这场比赛结束的时候,人工智能技术或许就能弥补这个差距了。近年来,在从海量数据中梳理结论这方面,人工智能已经取得了巨大飞跃。美国华盛顿大学的计算机科学家佩德罗·多明戈斯(Pedro Domingos)说,三录仪想要成功,可能需要类似沃森的人工智能站在背后支持它。沃森是IBM的一台超级计算机,最近刚刚在美国一档智力问答节目中击败人类冠军。IBM已经开始磨砺沃森的医疗知识,并与美国几家医院合作,致力于开发一名虚拟护士。

沃森这样的三录仪可以访问最新的医学文献来诊断病症。多明戈斯说:“现今的医学知识非常丰富,就连医生都有可能会跟不上,但你的三录仪可以直接调用它们。”人工智能还能学会处理他所说的“模糊的证据”。对某一种疾病来说,通常没有哪项单独的测试可以一锤定音,“需要结合多种检测才能定论”。所以,最终获奖的设备很可能会用到贝叶斯网络,这是一种基于概率的学习型人工智能,可以根据症状判断人们患病的可能,将来还能从经验中学习。多明戈斯说:“它可以在遇到过的病症的基础上概括归纳,从而学会诊断类似病例,而不仅仅囿于已知病症。”

三录仪最后一块需要开拓的领域,或许是学会如何亲切地对待病人。 “跟盒子对话,感觉冷冰冰的,”金·艾斯丘(Kim Ayscue)说,“许多病人,特别是患慢性疾病或长期卧病在床的那些病人,对医疗的心理和社会属性需求更多,这也是医疗服务提供者的技巧之一。”艾斯丘现在是美国弗吉尼亚州林奇堡学院的护理学教授,曾经当过护士。

不过即使在这一方面,人工智能也可以一展身手。多明戈斯说,只要有合适的自然语言用户界面,三录仪的声音听起来也可以饱含由衷的同情心。“你可以想象一下,(苹果的虚拟个人助理)Siri启动了医疗模式,对你说:‘你好像不太舒服。有没有鼻塞?流不流鼻涕?’”

类似“三录仪”的东西其实已经在实际使用了,那就是谷歌医生。问题是,人们在网络上查阅医疗信息,经常会高估或低估自身症状的重要性。图片来源:bureaudesalud.com

昂贵的诊断设备和繁琐的程序助长了医疗费用的快速上涨,一些人对医疗三录仪的到来已经迫不及待了。仅美国,每年就有2.7万亿美元花费在医疗保健上,相当于美国经济产出的近五分之一,而在30年前,这个数据仅是十分之一不到。“医疗系统臃肿不堪,而且停滞不前,就需要这样的颠覆性技术来改变现状,”美国波士顿儿童医院的遗传学家和流行病学家凯瑟琳·布朗斯坦(Catherine Brownstein)说,“这可能会让那些昂贵的诊断系统变成废物。”

然而,正如海泽尔女士的遭遇那样,我们都应该牢记,有时候,没有任何诊断是万无一失的,无论这个诊断是来自机器还是真人医生。在被告知只剩6个月生命之后,已经1年过去了。通过积极的化疗和放疗,扩散到海泽尔全身的肿瘤已经得到控制,一些肿瘤甚至已经开始萎缩。她说,她还是很容易疲倦,但现在可以每周游几次泳了,最近还去旧金山拜访了一些朋友。

海泽尔表示,任何有可能把她那样的病症早些识别出来的东西,都值得付出努力。“我觉得医疗三录仪是有益的,哪怕只是在你心存疑虑时用来监测身体状态也好,”她说,“当年我只觉得事情不对劲,但是不知道为什么,也没有从其他任何人那里得到答案。”

 

扩展阅读

组建自己的星际迷航医疗三录仪

已经等不及别人为了赢那1000万美元大奖而在慢慢研制的医疗三录仪了吗?今天就开始动手,用一组应用程序把你的iPhone或安卓手机变成嘟嘟作响的扫描诊断仪吧!

不要把这些应用程序用作严肃的诊断工具。它们都只具有娱乐作用,不能取代对应的医疗服务。如果真有那么好的话,我们就会有千万美元进账了。

第一件事情:先找到星际迷航上的LCARS显示界面。如果你用的是iOS系统,试试一个叫做Star Trek PADD的应用。它们其实和电视节目上那种仿真模拟品差不多,不过可以发出所有正确的音效。对于安卓系统,更逼真的Star Trek Live Wallpaper上还有自定义按钮,可以自由分配给应用程序。这样,当你启动程序的时候,就会有一种以假乱真的效果。

现在,把你的智能手机改造成医疗仪器吧!

测量心率,可以用Instant Heart Rate(安卓)或Cardiio(iphone)。

跟踪监测尿液的葡萄糖、蛋白质、亚硝酸盐、胆红素水平,可以用uChek urine analyser(iPhone);再配上一个叫做iHealth Wireless Blood Pressure Wrist Monitor(iPhone)的小玩意儿,就可以测量血压。

监测你呼吸的深度、强度及其它要素,可以用withMyBreath(iPhone);测量自己和他人的脉搏和呼吸速率,可以用MedCam(安卓)。

如果你怀孕了,可以用withKickme(安卓)来计量胎儿在子宫内踢腿的次数。稍后,还可以用SafeToSleepSleepMat(安卓)监测宝宝的呼吸。

有没有漏掉你最喜欢的应用?快在评论里告诉我们吧!

编译自:《新科学家》,Turning Star Trek’s medical tricorder into reality

相关的果壳网小组

LEAVE A COMMENT

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.