方便实用的Mobile Healthy!聊聊用手机诊断疾病的那些事手机病「方便实用的Mobile Healthy!聊聊用手机诊断疾病的那些事」

来源：「高分子材料科学」微信公众号

新型冠状病毒真是揪着全世界人们的心啊，咱们中国人们也一直在与之搏斗。小编琢磨着，原本只是普通感冒的病人因不确定自己是否被感染而去医院确诊期间被感染也是个严重的问题。假如我们在家里隔离时每天可以用常见的电子设备（比如智能手机）自行确诊，那这个问题就可以迎刃而解，同时还可以大幅度减轻医疗负担。毕竟即使在在撒哈拉以南非洲地区，智能手机的普及率也达到了55％，在我们国家普及率更高，基本人手一台。今天小编就说说移动健康，Mobile Healthy！

顾名思义，Mobile Healthy, 移动健康（“ mHealth”）,是指医疗保健中的移动电子设备（智能手机）。结合互联网诊断，它是诊断，跟踪，控制传染病，提高卫生系统效率的新方法。

如今，纳米技术，微流控技术和微阵列系统可实现随时随地的使用的简单但高度灵敏的电子设备进行疾病诊断。患者可能在自己的家或医院的床边等任何地方使用智能手机进行自我诊断。

1、联网即时诊断技术

在智能手机中内置传感器，手机本身具有计算能力和连接能力，科学家们依次来创建线上诊断程序（图1a）。同时建立相关系统用于安全传输，原地或远程分析以及存储所生成数据。一旦进行了分析，就必须向患者，医疗专业人员或相关机构报告，从数据中得出的任何相关决定或结论，适当的护理途径（图1b）。

图1.

手机摄像头可以代替先进的基于实验室的光谱仪，通过工程技术使其具有定量和多路复用的功能。例如，美国科学家Janay提出利用在智能手机上的手持阅读器，用孔板格式进行高度灵敏和稳定的定量核酸测定。他们将染料羟萘酚蓝（HNB）加入到反应混合物中来增强核酸荧光性能，信号增强了250倍。该设备由3D打印部件组装而成的（图2）。光纤束将25个孔的荧光信号映射到手机前面的一小块区域（直径约10 mm）中，该荧光读取器可成像的视场为18平方厘米，设备的整体高度小于10cm。

图2.

同样，基于手机的显微镜也可检测寄生虫，病毒感染或用于DNA分子的荧光成像。最近报道了一种手机对单个纳米级物体成像的荧光显微镜设计（图3a）。这种轻巧的成像设计是基于来自激光二极管的大角度倾斜激发光束（75°）来创建暗场照明，可改善SNR检测。荧光信号通过一个外部镜头（即一个倒置的手机镜头）和手机相机镜头之间的干涉滤光片（图3b）收集。这种设备可提供约1.6倍的放大倍率，约1.5μm的空间分辨率。使用更高孔径的外部镜头可以实现0.9μm的分辨率和2.7倍的放大倍率。通过该平台，研究人员对单个荧光纳米颗粒（直径约100 nm）和带有Alexa 488共轭抗体标记的细胞病毒（HCMV）进行了成像。

图3.

此外，科学家们还设计了智能手机中的其他传感器，比如用于监测人体运动的速度计（该速度计可监测某些疾病如帕金森氏症）；用于监测肺功能的麦克风（麦克风也可对蚊子进行生态学制图）；基于纳米孔的测序技术使DNA进行测序的设备缩小至U大小；iPhone X中的红外深度三维传感器也可进行远程视觉诊断；电化学转导生物传感器可以并入皮肤用于分析患者呼吸中的挥发性有机化合物。制造商在手机中添加新的传感器和成像功能，随时随地自行诊断或将实现。一旦将这些传感器内置到手机中，就会传输生成的数据。许多制造商已开始把Internet直接集成到实验室的诊断设备中，用户可添加到实验室信息管理系统中并自助访问结果。

2、手机和云端数据分析

目前，云方法最适合用于计算及分析数据，例如高分辨率图像或视频数据。云系统可与数据库连接，并集中更新算法。云计算减轻了移动设备的处理负担，增加了兼容设备范围。科学家已经开发出Google Glass自动分析HIV RDT系统，该系统可以将图像数据发送到远程服务器。在这种情况下，机器学习算对RDT进行定性分类，然后再将结果发送回给用户。科学家Molly Steven提出简单的数据在智能手机分析更为合适。手机自动分析图像和视频已用于检测核酸荧光产物，细胞和寄生虫。这减少了传输的数据量，并可以辅助异步传输，结果存储在患者手机中，并且上传至数据库。

3、连接卫生系统数据

科学家们正在开发标准化的共享信息系统来协调数据收集，改善mHealth设备连接的模块化平台。但是，这些平台（如快速医疗保健互操作性资源（FHIR））仍然需要利益相关者的协作，以实现mHealth系统中硬件和软件组件之间接口的实质性标准化。

4、结论与观点

传染病诊断与智能手机的融合推动卫生系统发展。这些措施改善了传染病的测试，诊断和治疗，同时提升了疾病监测并指导公共卫生应对措施。借助这些技术，无论是通过“公民科学”计划参与疾病爆发检测，还是有针对性的预防信息，公众参与的潜力都是巨大的，个人和社区都可以线问整个途径。

其实，越来越多地区正在运用这类设备。比如在埃博拉病毒流行区已有部署。在埃博拉爆发时期，由于当地缺乏测序能力，将样品运送到测序设施地也有许多困难。因此，在流行病期间，基因组监测一直是重大难题。为了解决该困境题，英国伯明翰大学等102位科学家合作设计了一款利用新型纳米孔DNA测序仪的基因组监测系统。2015年4月，该系统以标准航空行李运输到几内亚，并实时监测埃博拉病毒基因组。2015年3月至2015年10月期间，该系统提供了142份样本的序列数据及相关分析，测序过程只需15-60分钟。再例如，撒哈拉以南非洲的艾滋病严重，在南非的夸祖鲁-纳塔尔省等地区，艾滋病毒的总体感染率达到30％以上。耻辱感导致测试率就诊率一直低下。在这种情况下，mHealth提供了理想的框架，可通过交互式应用程序，护理路线图（无论是基于社区的还是在诊所中）以及相关的诊断监控（HIV测试和病毒载量监控）来对艾滋病毒进行预防、监控及监测，治疗。

参考文献：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0956-2

https://www.nature.com/articles/nature16996

https://www.nature.com/articles/srep39203

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.6b08274