從 IT 到醫療，感測器的應用高速進展，電影裡的異想世界成為現實，不過是早晚的事。 本文分享 3 個醫療感測器應用實例，生醫世界，進步比你想像得快！
今年是 2017 年，人類生活形態已經改變了 10 年。10 年前一個偉大的產品正式問世，沒錯！就是第一代 iPhone，除了讓網路帶著走之外，另一個創舉就是以觸控面板改變了人類與機器互動的模式。
血糖感測器再進化
持續性監控掌握血糖變化
就技術架構角度，觸控面板之所以可以動作，是因為搭載了觸控感測器（touch sensor）。而所謂的感測器，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。部分感測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，搭配不同的控制晶片，應用相當廣泛。
回頭再看第一代 iPhone，上面搭載的感測器大概就只有 200 萬畫素的影像感測器（CMOS image sensor，CIS）和觸控感測器兩顆。目前最新的 iPhone 7，1,200 萬畫素與 700 萬畫素的 CIS、指紋辨識器、觸控感測器、氣壓感應器、重力感測器、三軸陀螺儀、加速感應器、接近感應器、環境光度感應器、磁感測器、輔助式全球定位系統、全球導航衛星系統、霍爾感測器等至少 14 顆感測器。
就 iPhone 的例子，每一顆感測器都代表至少一種不同的功能應用，也代表著這 10 年間人類利用搭載感測器的裝置、機器，可以延伸的應用愈來愈多，而醫療相關領域也正如火如荼發展中。
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，根據計畫的膳食和運動進行計算，並調整注射胰島素。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，可能導致可怕的後果。
傳統的「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。而連續式血糖監測器就是為了解決這個問題，它可在血糖出現異常時即時發出警訊，近幾年最成功的當屬 Dexcom 的連續性血糖監測系統 G5。
Dexcom 成立於 1999 年，主攻連續性血糖監測器市場，2012 年 10 月經美國食品暨藥物管理局（FDA）批准上市的第 4 代連續血糖監測器 G4 Platinum，可對應如 iPhone、iPod、iWatch 等行動裝置，已是美國最受歡迎的連續血糖監測器。
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，將監測數據直接上傳到智慧型手機等行動裝置，提高使用者便利性。另外，Dexcom 所設計的 App 應用程式，除了適用患者本身安裝，也有提供給醫師與家屬安裝的版本，得以進一步確保患者的血糖與健康狀況。2016 年 12 月 FDA 核准 G5 上市，G5 並於今年 3 月獲得聯邦醫療保險（Medicare）納入給付資格，可望造福更多糖尿病患者。
Dexcom 的 G5 監測系統包含了一個小型血糖感測器與接受器，再透過智慧型手機或平板電腦顯示與統計相關資料。患者僅須將感測器插入皮膚，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據，一天可測試 288 次血糖數據，並透過無線傳輸到接受器與智慧型手機等裝置。根據測量數據，監測器內建的演算法將幫助病患做出醫療決策，注射適量的胰島素，以維持血糖正常濃度。
吞下一顆感測器藥丸
就能追蹤病患的用藥狀況
要讓精神分裂症疾病的病患吃藥是一件困難的事！不過，現在有新的發明可以協助追蹤病患是否準時吃藥。根據一項統計研究，74% 患有嚴重精神疾病的病患，在服藥 18 個月後就會停止服藥，所以用藥的依從性（medication adherence）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、裝有感測器的貼布，就可以追蹤病患是否正常服藥。偵測訊息的道理很簡單，只要吞下藏有小小晶片的藥丸，晶片的兩端分別加上了鎂和銅，一旦進入人體的胃，接觸到胃酸之後，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，並傳送到手機應用程式，進而將信息傳給病患家屬或是醫師。
日本大塚藥廠和美國加州的 Proteus Digital Health 合作，將治療精神疾病的暢銷藥 Abilify，裝上具感測功能的晶片。
由於大塚的精神疾病用藥 Abilify 和 Proteus 可消化的晶片已通過 FDA 核准，現在雙方將晶片裝在 Abilify 藥丸上，也就是新世代的數位藥丸（digital medicine），希望獲得 FDA 核准上市。不過，FDA 還需要更多的臨床數據才會核准藥證。
據了解，2013 年 Abilify 是美國銷售第一名的藥物，但 2015 年專利到期後，銷售直線下滑，大塚藥廠希望以其他方式提升銷售額，數位藥丸正是一個好方法。
其實，數位藥丸的發展不只能了解病患服藥依從性的問題，其中有許多待開發的大數據，可進一步了解藥物應用與研發；因此，大藥廠不願缺席，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。
神經塵微小如沙粒
目標：植入人腦蒐集數據
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》發表研究，他們研發出一種名為「神經塵」（neural dust）的感測器，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。
這顆神奇的感測器，可植入人體蒐集數據並刺激神經，同時擁有無線充電功能，藉著感測器內的壓電晶體，透過超音波供應電源回傳身體器官的監測數據。這項技術目前可應用於周圍神經系統，例如控制膀胱和抑制食慾等；終極目標則是植入腦部，做為腦機介面，進一步用於控制義肢等。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；因為要將感測器植入腦部且保用 10 年、甚至一輩子，感測器至少要縮小到 50 微米，相當於一根頭髮的寬度才行，目前仍是不可能的任務。
無疑的，這是體內即時監測數據的重大革命，想像中的藍圖早已存在，只是如何將極其微小的感測器植入人體深處，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 個感測器案例，凸顯科技與生醫的加速融合，也顛覆了未來的醫藥生態；然而，在驚豔科學進步之餘，或許該進一步深思，一旦產業生態改變，商業模式就會跟著變，而每一次的改變，總是危機與轉機並存，無論是投資、職涯規畫，甚至是對生命本質的省思，都是一次歷練。
數位藥丸目前或許差了臨門一腳，然而一旦獲准上市，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，醫護人員也能追蹤患者用藥狀況……一個與物聯網更深的連結生態正默默建構中。
因為科技加速融合，未來生技醫療或者大健康產業，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追蹤。不過，話又說回來，最新的 iPhone 7 搭載了 14 顆感測器，如果將來科技登峰造極，我們吃的、喝的、植入的感測器不知凡幾？這又會是一個什麼樣的瘋狂異想世界！
（本文由 財訊 授權轉載；首圖來源：shutterstock）
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