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資通訊技術與產業標準探究專欄

深度學習/人工智慧發功 物聯網點亮醫療保健大未來

2019-12-03
醫療物聯網(IoMT)透過線上電腦網路連接到醫療保健IT系統,利用人工智慧(AI)的機器學習進行資料分析並從中學習,找到其運行規則,改變患者在醫院接受診療的方式,讓醫療人員根據感測器讀數和分析結果,為患者打造更好的個人照護品質。

美國國家衛生研究院2016年發布的一份報告指出,世界老年人口正在急速成長。目前全球65歲以上人口已占全球人口的8.5%(約6.17億人),根據預測,到了2050年,這一比例將直逼17%(約16億人)。此外,到了2050年,全球人口出生時,預期壽命將增加近8年,預估將從2015年的68.6歲,增加到76.2歲。
高齡族群伴隨而來的慢性病增加趨勢,將導致醫療保健的需求日益增加,超出醫療體系的限制和能力,使醫護人員的工作量遠超出其所能負荷。雪上加霜的是,社會大眾對於醫療服務的品質期望越來越高。醫院和醫療機構既要解決醫療資源可用性,又要兼負民眾的期待,處境十分艱難。

科技提升醫療保健服務

所幸科技進步,讓醫學領域出現了戲劇化的轉變。無線裝置並不是新玩意,但有越來越多無線裝置和醫院環境進行整合,用以改善醫療保健服務。這些無線醫療裝置可幫助醫療保健供應商正確取得患者的即時狀態,迅速對重要的患者資料做出反應。藉由增加無線醫療裝置的部署,醫院工作人員便能遠端監控患者的健康狀況,而無需親自在場,因而可照顧更多病患。 
物聯網(IoT),更確切的說是醫療物聯網(IoMT)或醫療保健物聯網,定義為透過線上電腦網路連接到醫療保健IT系統的一組醫療裝置和應用程式。Fitbit即為IoMT裝置的一例。Fitbit可對其配戴者進行步數記錄,並將資料透過Bluetooth鏈接到智慧型手機或平板電腦。接著,透過Wi-Fi連接將該組資料發送給患者的醫生或家庭成員以獲得回應。
另一個攸關生命的例子是心律調整器。心律調整器是放置在患者胸部或腹部的小型裝置,以協助控制異常的心律。此裝置使用低能量的電子脈衝來促使心臟以正常速率跳動。當患者的心律異常時,電腦將指示訊號產生器向心臟發送電子脈衝。高度程控的心律調整器可將患者死亡風險、心臟病住院治療和永久性心跳不規則的發生率降低26%。
IoMT正在醫療保健產業中掀起一場劃時代革命。醫生現在便能對患者進行更準確的診斷和治療,對症下藥、創造個人化醫療,同時改善醫院員工的溝通和工作流程。這些雖被視為基本需求,但在技術上還有待突破,這就是醫療保健IoT會在現代生活扮演關鍵角色的原因。

機器學習助力醫療保健IoT發展

預計未來十年內連網醫療裝置的數量,將從100億增加到500億。這些互連的裝置將會不斷產生資料,儲存在醫療機構或雲端。思科預測,到2021年任何物聯網裝置產生(不一定包括儲存)的資料總量將達到每年847ZB。從某種程度上來說,物聯網將成為地球上最大的資料來源。想像一下將人本資料,如病歷、藥物治療和過敏、實驗室檢測結果、個人統計資料和年齡等,使用電腦數位化,導入電子醫療照護計畫當中。醫療保健從業人員未來將能利用來自互連系統的大數據,做出更明智的醫護決策,並了解及預測當前和未來的健康趨勢。要怎麼做到?答案是機器學習(ML)。

機器學習是一種實現人工智慧(AI)的方法。透過演算法進行資料分析並從中學習,找到其運行規則,以對真實世界中的事件做出決策和預測。醫療保健供應商和裝置製造商正在整合AI和IoT來開發先進的醫療應用和裝置,提供以患者為中心,包括初始診斷和各種後續治療選項的個人化護理,同時為患者、醫院和醫療保健產業解決各式各樣的問題。同時,這些支援AI的醫療IoT裝置,能使醫療保健治療達到即時反應,而非只是事前預防。

以下舉一個導入AI的醫療IoT應用案例。想像一個自主的虛擬護士,可連線至網際網路或雲端取得各種大數據,包含過往的健康記錄和其他個人資訊。虛擬護士機器人可用最新鮮的新聞或資料回答患者的問題。透過臉部辨識整合技術,虛擬護士機器人將能判斷出患者的情緒,並對應調整其行為和反應。它還能夠提醒患者服用相應藥物,並提醒他們準時看醫生。
現在,想像一下醫院開始「僱用」虛擬護士機器人,它們會進行邏輯推理、做決定、能夠學習溝通,並且自由移動,連線到醫院的網路並互相建立連接。他們可以擔任護士的助理,完成諸如管理藥物、維護診療記錄、和醫生溝通及教育患者和疾病管理等任務,隨便就能想到很多。這將成為一種解決方案,以緩解護士工作經常超時超量,無法負荷的情況。人工智慧在醫療物聯網領域備受關注。

管理諮詢公司埃森哲(Accenture)分析,到2026年,AI在關鍵臨床醫療保健方面的應用每年可為美國醫療保健支出節省高達1,500億美元。其中三大AI應用,包括機器人輔助手術、虛擬護理助理、行政工作流程支援,也都將整合至醫療保健產業(圖1)。

圖1 2014~2021年AI健康產業市場規模


在不久的將來,機器學習將帶來醫療保健產業的大變革,將原本數十億台啞機器轉變成智慧型機器人,不只如此,它還將改變患者在醫院接受診療的方式,讓醫療保健專業人員根據感測器讀數和分析結果,為患者打造更好的個人照護品質。

醫療無人機參與救災任務

還有一種新應用,是利用無人機進行醫療資源輸送,特別是醫療設施規模很小,且設備簡陋的偏遠農村地區。一份最新報告顯示,無人機,或稱為「飛行物聯網」,開始在人命岌岌可危的盧安達被用於運輸紅血球、血漿和血小板等醫療用品。當無法透過直升機或救護車將患者迅速運送到醫療機構時,無人機快速提供關鍵物資將有助搶救生命。

隨著無人機蓬勃發展,許多公司開始開發無人機系統來運輸醫療用品,研究人員正致力解決血袋的冷藏與運輸問題,並努力使無人機更節能,移動速度更快。毫無疑問地,無人機在醫療保健產業中的運用受到大量關注,美國、瑞士和澳洲等國家正逐漸擴大應用規模。無人機普遍用作緊急和災難應變處理工具,只是時間早晚問題。
遠距醫療前景看好

醫療保健產業的另一項新發展,是民眾普遍從醫院照護環境,轉為私人照護環境(如遠距健康監測或遠距醫療)的就診趨勢。許多人認為家庭是醫療保健的最佳場所,可讓患者處在「正常的日常生活環境」。2016年一項調查結果顯示,3,000名受訪患者對於遠距醫療的滿意度高達94%~99%,並且其中三分之一都表示比起面對面問診,自己更喜歡遠距醫療。

透過物聯網技術,遠距健康監控或遠距醫療都將成為可能。它可以幫助解決慢性病問題,即使是生活在偏遠地區的患者也能受惠。遠距健康監測越來越受歡迎的另一個原因,是目前各種生物感測器和穿戴式醫療裝置,很容易讓消費者從各種通路取得。那麼對於執業醫師來說這有什麼用呢?他們可從遠端患者收集來的這些資料進行分析來找出規律,洞悉其健康趨勢並獲得新的見解。這就是可透過IoT、大數據和分析軟體輔助達成的目標。

醫療保健資料存在安全漏洞

目前所有科技進展中,醫療物聯網產業仍然蓬勃發展,且產業面貌還在不斷變化。人口統計、數位化轉型、政府影響力及消費者對價值型醫療服務需求的轉變,正是造成改變的部分原因。雖然這些改變正慢慢成形,但還有許多挑戰需要解決,特別是資安、互通性和監管問題。

醫療保健的網路安全越來越被關注。過去幾年中出現的幾起大規模安全漏洞和駭客攻擊案件,讓許多醫療機構都在努力防堵並遏止網路犯罪行為。典型的例子是2015年Anthem/Blue Cross的安全漏洞,導致7,880萬人的個人身分資訊(PII)遭竊。這是21世紀最大的資料外洩事件之一。有報告指出,醫療產業41%與物聯網相關的資安事件是由於用戶使用習慣不良所造成的。過時的軟體和作業系統,占物聯網資安相關事件的33%。2017年5月「想哭」(WannaCry)勒索軟體攻擊就是最好的例子,說明使用過時或未修正漏洞的軟體恐導致嚴重的網路安全問題。

由於數十億互連醫療裝置將產生大量的健康資料,保障裝置安全進而提供資料保護是種責任,需凝聚政府醫療機構、裝置製造商、醫院管理和醫療保健執業人員各方的共識。FDA已著手制定五點行動計劃,要求醫療器材製造商需在產品的整個生命週期內提供裝置更新能力。醫療行政和醫療保健執業人員應認知網路安全威脅是真實的,缺少強而有力的安全措施,將使他們自己和患者暴露於危險之中。為協助緩解這一問題,他們還應採取措施加強其網路管理和醫院安全保護,並協定應遵循之完整定義的網路安全規定。

互通性為IoMT成功關鍵之一

醫療裝置的互通性問題,隨醫療機構中互連醫療裝置的數量增加而逐漸浮上檯面。這也是某些醫療機構無法從互連醫療保健受惠的原因之一。具備互通性的醫療裝置、技術和系統,應能以一致、可預測和可靠的方式,有效地互相交換資訊和電子病歷(EHR),以顯示、解讀、分析和自動被控制或控制其他裝置。缺乏互通性會造成大量資源浪費,並使患者承擔安全風險,這是因為醫療保健執業人員將會依照不完整或老舊的資訊來制定工作流程或進行決策。

多年來,互通性已成為醫療保健產業的首要課題,各種醫療機構(包括監管機構、醫療服務供應商和諮詢公司)共同成立國際標準發展組織(SDO),以制定出全球通用的產業標準。參與制定互通性標準以促進健康資訊交換的一些主要SDO包括國際標準化組織(ISO),它與歐洲標準化委員會(CEN)和健康資訊交換第七層協定(Health Level Seven, HL7)合作,並有超過20個會員國參與。OpenEHR和整合醫療保健企業(IHE)是另外兩個SDO,它們積極參與開發標準,分別專注於EHR和電腦系統領域。目前全球似乎已有許多標準被制定和採用,但還需採取適當措施來加以規範和整合,以實現真正的互通性。

標準與監管法規障礙

隨著醫療保健物聯網中所有令人振奮的技術發展,不可避免地會出現一些新的不確定因素。例如,在分析資料以提供新見解並向患者提供新服務的過程中,這些透過雲端資訊共享的互連醫療裝置,可能將患者的資料暴露給潛入醫療裝置所連接之無線網路的駭客。就患者個資保護的角度而言,這需要採取某種形式的監管法規來管理醫療保健IoT,尤其是與安全和隱私相關的法規。
為確保醫療保健IoT長期發展,政府不能閉門造車。現今各國政府正在分別制定新的法規,解決網路安全和醫療裝置網路互連問題。例如,在美國,聯邦健康保險法規(HIPAA),特別是安全規則,要求醫師、藥局、健保公司或任何會接觸病患資料的廠商,均必須對於建立、接收、使用和維護的電子保護健康資訊(ePHI)提供保護。

除此之外,美國食品和藥品管理局(FDA)、聯邦通訊委員會(FCC)和聯邦貿易委員會(FTC)等機構也會制定其他相關法規,旨在確保醫療保健IoT產業的安全。另一方面,歐盟訂立了一般資料保護規則(GDPR)來解決物聯網帶來的威脅。GDPR要求裝置製造商需事先說明,他們將收集哪些類型的資料,及如何使用這些資料。英國、日本、俄羅斯和中國等國家也分別制定了不同的法規。

但目前情況並不理想。沒有一個監管機構可以管理像物聯網那樣龐大且複雜的領域。然而,儘管在隱私監管方面缺乏統一,但希望這些差異將能引發各界反思,並最終彙整成研究成果,以在科技創新與患者權益保護之間取得平衡。

IoT改變了醫療保健領域的局面。數位化轉型也迅速地影響醫療保健產業進行轉變。醫療保健執業人員將可淘汰手動資料輸入機制,不僅提高效率,同時也避免資料輸入錯誤的風險。他們將能夠將時間和精力集中在更多的臨床病例上。患者正從被動的醫療保健接受者,轉變為積極尋求醫療價值的消費者。

藉由簡化臨床工作流程,能夠徹底改進整個醫療體系的照護品質,並且減少患者診斷和治療的繁複步驟。隨著數位化轉型的推動,和政府新法規上路,醫療保健供應商必須採用各種可互通的應用軟體,直觀存取其IT基礎架構,以解決現今和未來醫療保健產業提供服務保障的迫切需求。

(本文由是德科技提供)

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