研究背景
可穿戴傳感器是醫療健康領域的一種新興模式，能夠實現健康和疾病的持續、去中心化、非侵入性或最小侵入性的監測。持續的測量提供了豐富的時間序列生理數據，這些數據既全面又具有臨床意義。盡管大多數可穿戴傳感器最初僅限于生物物理測量，但下一代可穿戴設備正在出現，它們能夠在各種體液中進行小分子和大分子的生化監測，如汗液、呼吸、唾液、淚液和間質液。
隨著人工智能在數據分析和決策技術方面的快速發展，可穿戴設備的應用在全球范圍內得到了加速。盡管最近的試點試驗已經證明了這些可穿戴設備的臨床應用性，但它們的廣泛普及仍需要在多種條件下進行大規模驗證，并考慮倫理問題和社會文化的接受度。
從實驗室原型到臨床工具的成功轉化，還需要一個全面的過渡環境，涉及所有利益相關方。可穿戴設備平臺必須在不同用戶群體中獲得認可，為各種醫學適應癥提供臨床價值，符合報銷要求，并有助于公共衛生倡議。為了解決這一問題，瑞士聯邦研究院Noé Brasier，加利福尼亞大學圣迭戈分校Joseph Wang，加州理工學院高偉等課題組在“Nature”期刊上發表了題為“Applied body-fluid analysis by wearable devices”的最新論文。在這篇觀點文章中，我們回顧了最先進的可穿戴體液分析設備及其向臨床應用的轉化，并深入探討了它們的臨床目的。
研究亮點
可穿戴傳感器作為醫療健康領域的最新模式，得到了廣泛關注。它們能夠提供持續、去中心化、非侵入性或最小侵入性的健康監測，尤其在生物物理和生物化學數據的實時采集方面展現出巨大的潛力。
當前可穿戴設備的主要應用集中在生理數據監測上，但下一代設備正朝著可以監測體液中小分子和大分子的生化標志物方向發展，包括汗液、呼吸、唾液、淚液和間質液。快速發展的人工智能技術使得數據分析和決策支持更加精準，從而加速了全球范圍內可穿戴設備的應用。
盡管最近的試點研究已驗證了可穿戴設備的臨床可行性，然而其廣泛應用仍面臨挑戰，包括在多種臨床情境下的大規模驗證、倫理問題的考慮以及社會文化的接受度等。
要實現從實驗室原型到臨床工具的成功轉化，必須在包括患者、醫生、監管機構和開發者等在內的所有利益相關者的共同參與下建立全面的過渡環境。此外，設備平臺還需獲得不同用戶群體的接受，為臨床提供實質性價值，并滿足報銷等政策需求。
圖文解讀
圖1: 體液分析的可穿戴傳感平臺。
圖2:在人類生命周期的背景下，用于各種體液的當前可穿戴傳感設備。
圖3: 數字終端的發展。
圖4:在臨床醫學中，可穿戴設備的應用體液分析。
結論展望
可穿戴設備的挑戰與臨床應用
可穿戴設備提供了非侵入性或最小侵入性的連續、獨立于實驗室且精準的體液分子分析。設備與平板電腦、軟件及人工智能算法的連接，使得健康和疾病的數據分析、解讀與預測能夠立即進行，且不依賴于醫療機構或專業醫護人員。通過將分子分析與生物物理測量（如心率）相結合，可全面理解這些測量結果在整體健康中的意義，并極有可能為臨床提供更多價值。盡管體液分析的可穿戴設備已經取得顯著進展，但仍存在若干挑戰，主要集中在設備本身、技術轉化及臨床應用等方面。
挑戰
材料與制造：確保材料的適應性、靈活性與導電性仍然是挑戰。
電子設備問題：設備噪音與實時操作中的靈活性不足。
生物傳感器的穩定性：設備在長期使用和存儲中的穩定性需要解決。
與生理條件的兼容性：傳感器需要適應不同的解剖結構與生理條件。
佩戴者的接受度：用戶接受度與舒適性是推廣的重要因素。
電源問題：尤其是在遠程監測中，自主供電至關重要。現有的充電鋰電池應用廣泛，但自供電設備（如利用摩擦電納米發電機、太陽能電池等）更具潛力。例如，一項涉及鈣鈦礦太陽能電池為汗液傳感器供電的研究展示了超過12小時的工作時間，但自供電設備的工作時間需至少達到24小時甚至更長，以確保其臨床應用的可行性。
轉化
數據可重復性：由于傳感器技術和生理學理解的局限，數據的可重復性可能受到影響。需要在不同環境中進行大量測試，包括評估不同pH值下的傳感器準確性及大規模的目標人群研究。
臨床價值的證明：必須證明各方利益相關者（如患者、醫生、醫保支付者）從中獲得的好處，才能克服實施中的難題。需要理解患者、護理提供者、公共衛生挑戰以及監管障礙，尤其是如何通過大規模臨床驗證研究解決這些問題。
臨床實施
誤診率問題：高誤診率可能導致不必要的醫療檢查和經濟負擔。確保測試的準確性將是說服醫療提供者和醫保支付者支持這些設備的關鍵。
大數據的臨床應用：盡管可穿戴設備能提供大量數據，但并非數據越多就意味著更好的臨床結果。必須根據疾病和治療的動態設定合理的采樣頻率，并確保患者能接受且資源可持續。
數據安全與互操作性：確保數據分析、交換和存儲的安全性，特別是數據互操作性，是成功實施的關鍵。
結論
大量可穿戴設備已被開發，用于非侵入性或最小侵入性的體液分析，能夠實現遠程精準的生化監測，為下一代數字生物標志物的應用奠定基礎。體液分析的可穿戴設備不僅促進了遠程分子監測的可及性，還能提供可能擴展我們對健康與疾病理解的生物標志物。體液分析的可穿戴設備代表了遠程醫療監測的下一個范式轉變。
原文詳情：
Brasier, N., Wang, J., Gao, W. et al. Applied body-fluid analysis by wearable devices. Nature 636, 57–68 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41586-024-08249-4
