全息攝影技術支持智能手機進行癌症診斷和健康管理

人們已漸漸習慣用智能手機預約挂號就診和管理個人健康，智能手機又如何實現癌症診斷？今天，我們簡介一下應用全息攝影和對比增強顯微技術輔助智能手機進行癌症診斷。有些黑科技，你可以不會，但不能無知。

「移動醫療」(Mobile health或mHealth)得益於移動通訊工具的普及應用，如智能手機或無線通訊技術等，幫助人們就醫和管理個人健康信息。

根據WHO統計信息，全球範圍有50億手機終端，其中70%的用戶是在中低收入國家。同時，無線通訊網路已覆蓋了全球85%的人群居住區，甚至超過了供電設施的覆蓋面積。

根據著名的克里夫蘭醫學中心專家編寫《移動醫療》內容，我們不難看出：「移動醫療」是本世紀不能忽視的醫療服務場景，是AI技術應用在醫健產業必然發展方向。

因此，智能手機在醫療資源有限的地區的普及，也為這些地區移動醫療的應用創造了條件。使智能手機更好的實現管理健康的三大功能：

收集數據；

傳播醫健知識和宣教；

遠程實時監護或隨訪管理。

當前全球面臨的癌症挑戰

人類在癌症發生髮展、擴散和耐藥性研究方面已取得了很大進展。層出不窮的癌症診斷技術和日益強大的生物信息學分析工具，為癌症研究人員和醫務人員提供了前所未有的便利。

遺憾的是，這些先進的科技只惠及了醫療資源豐富的地區。地球上還有大量區域，受地理環境、社會結構和人力資源的限制，甚至連最基本的癌症診斷和分析都得不到保障。

以宮頸癌為例，全世界80%由宮頸癌引起的死亡發生在這些醫療資源有限的國家，而醫療資源豐富的國家大多會採用先進的篩查技術（如巴氏塗片和/或HPV DNA檢測）排查宮頸癌。

智能手機作為診斷平台的可行性

目前，智能手機無處不在的，功能多樣化，這些優點有助於在診斷領域測試它們的性能。

此外，智能手機的便攜性、無線數據傳輸和易操作等特點，有利於將醫療保健服務擴大到醫療資源不足的社區。除了能為病人提供便捷，還能提高人群健康水平。

假如你在國外旅行時拍了一張照片，智能手機的地理標記功能可以同時記錄時間和地點。若將這一特性整合到醫療診斷方法中，將有助於人們提高對疾病流行病學的認識。

除了在資源有限的情況下不能進行準確的癌症分類外，這種方法也能根據需要，將有限的化療藥物進行更合理的分配。

智能手機如何支持分子診斷?

來自全世界的研究人員，發明了多樣化的技術來提高智能手機的分子診斷功能，這些技術包括熒光，全息攝影，和電化學等。

每個平台都有各自的優缺點，了解臨床需求和相關專業知識有助於確定合適的平台，排除不可行方案。

全息攝影和對比增強顯微技術，通過達到所需的信噪比，實現更可靠的檢測。

智能手機早期在診斷領域僅作為顯微鏡來使用，提供便捷的檢測。實際上，這項功能需要專業病理學家作為最終用戶。但是，在資源有限的國家，病理學家稀缺，根本不具備可行性。

此外，來自兩位癌症患者的兩張幻燈片在顯微鏡下看起來也許是一樣的，但是其各自臨床過程可能完全不同。

因此，將全息攝影技術開發重點放在腫瘤分子分析上，以便更好地評估潛在的生物學行為，改進診斷方法。

如選擇淋巴瘤和乳腺癌作為研究對象，可將智能手機作為捕獲數據的工具，並將它們獲得的數據傳輸到「雲計算」工具。

當然，事先需安裝一個伺服器，在幾秒內對數據進行分析和重構，並將診斷結果發回智能手機。

如何通過陰影和智能手機突顯癌症

「陰影」的使用是對全息攝影原理的一種運用。有點像用手操作的「皮影戲」，當光線照射一個物體時，光線會在一個特定的角度衍射。這就產生了一種獨特的全息模式（陰影），即固有的「噪音」。

雲演算法將這種雜訊重構成可識別的模式，從而確定標本中是否存在癌症特異性標記。

如何使用全息技術實現癌症篩檢

假設想要確定一個樣本細胞表面的雌激素受體表達量（雌激素受體表達量乳腺癌的重要信息），其表達水平直接決定患者是否接受激素治療。

在撒哈拉以南的非洲地區，很多情況下無法對雌激素受體進行常規檢測或及時檢測。相比之下，在美國雌激素受體檢測項目是一項常規項目。

因此，一旦基於智能手機的移動平台能在國外使用，人們就可以通過在智能手機攝像頭上方的一個小附件上放置一份乳房組織樣本進行檢測，不受醫療資源限制。

研究人員目前開發的智能手機診斷平台通過在組織標本表面塗一層微小的塑料珠，這些微珠表面標記有雌性激素受體抗體。如果標本本身有表達雌性激素受體，那麼抗體（連同附著的微珠）就會與之結合。

然後，將智能手機的光照射到標本，創造出全息模式。這些產生的數據被發送到「雲計算」工具，並重建原始的細胞和微珠影像。

如果微珠上的抗體與標本上的雌激素受體結合，那麼就能觀察到細胞與微珠在既定距離內緊密相連。如果微珠上的抗體沒有與雌激素受體結合，將會看到微珠隨意排列，漂浮在細胞附近或周圍。

分子檢測與全息攝影。(a)由細針穿刺採集的癌症細胞的全息分析示意圖。(b) 將全息圖重建為互補振幅和相位對比圖像。其中綠色代表微珠，紅色代表細胞。

可使用多重標記對更多感興趣的目標進行檢測。目前檢測結果可以在一個小時內完成，相對於需要花費數天的常規病理檢測技術（在資源豐富的地區）來說是一個巨大的進步。

全息技術如何被轉移到可穿戴設備上?

可穿戴設備目前尚處於早期研究階段，但在臨床實踐中具有很好的應用前景。以智能手錶為例，它可用來存放和處理標本，還可用來接收和存儲信息。

正在開發的人工智慧演算法，用來分析數據，這種演算法對資源密集型計算需求不大。應用程序將安裝在智能手錶或眼鏡等其他可穿戴設備上。隨著其他技術的進步，未來的發展將令人振奮！

癌症診療中面臨的挑戰

儘管目前與實驗室配置專業技術人員所耗費的成本相比佔有絕對優勢，但在不考慮資源配置的情況下，真正實現這些技術的普及應用，需要嚴格控制檢測費用，甚至每一項測試必須低於一美元。但這項檢測中所用的抗體就很昂貴。

正是意識到這一點，研究人員採用了更小尺寸的微珠和較少的標本（這樣抗體的用量也隨之減少了）來節省成本，並將抗體轉化成乾粉，便於在室溫長期儲存（延長抗體的有效期）。

遵從醫療標準的同時，任何創新都應該與現有的臨床工作流程相結合，提高檢測總量，使更多人受益。

移動醫療設備帶來的積極影響

對醫療資源有限地區產生的影響將是革命性的。開發用戶友好登錄界面和低成本的即時服務平台，授權社區開發可持續的診斷方案。在癌症擴散前，對癌症進行診斷是提高生存率的關鍵。

隨著物聯網時代的到來，聯通外界為患者提供了利用強大的計算能力進行臨床分析的便利。人工智慧和機器學習的使用只能從精確度和預測方面提高便利性。

隨著醫療變得越來越分散，醫療護理的重擔將逐漸落在病人自己身上。

通過微型設備、可穿戴設備和先進的生物感測器，人們可以持續訪問健康數據，進而了解自己的身體狀況。

這些健康數據可傳輸給醫生或專家，可通使用演算法追蹤疾病，實現真正的個體化醫療。

預 告

第九屆中美臨床與轉化醫學國際論壇

暨2018國際抗衰老技術創新與應用博覽會

+

招賢納士：

本平台將升級內容，擴大覆蓋面、強化知識和科學趣味性，特聘兼職或全職編輯人員和管理人員。請在sasctm留言或添加微信GlobalMD，非誠勿擾。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！