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物聯網與大數據時代下的個人化精準醫療

活躍星系核_96
・2016/02/20 ・1855字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

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作者:潘人豪助理教授,元智大學大數據與數位匯流創新中心

Source: idownload blog

2014年,當致力於電子病歷(Electronic Medical Record, EMR)分析,藉以尋找癌症機轉與治療方法的大數據公司Flatiron Health獲得Google創投(Google Ventures)高達1.3億美元投資後[1],個人化精準醫療(personalized medicine)隨即成為火紅的熱門主題,這樣一股氣勢發展,讓美國總統歐巴馬(Obama)更在今年提出精準醫療計劃(Precision Medicine Initiative),並投入2016年預算高達2.15億美金之譜[2]。

在精準醫療這般的強勢展開下,不僅僅只有過去生物資訊上基因體學、轉錄體學上的資料探勘或是電子病歷醫療健康數據分析,物聯網(Internet of Thing)的發展也同時透過行動裝置與消費型穿戴式裝置大舉進入個人化健康促進與醫學上疾病研究領域。在這機電感測裝置快速發展下,各種輕巧卻具備多種感測裝置的隨身穿戴式裝置逐漸普及於消費電子商品市場,各家廠商發展出豐富的產品功能不僅能記錄活動頻率,更能偵測活動強度、睡眠狀態、作息規律,更甚至能取得穿戴者24小時的心跳狀態與壓力疲勞狀態,並利用這些生理數據進行健康促進的提醒與建議。

EHA945 Berlin, Germany. 9th Mar, 2015. Journalists test the new so-called Apple Watch of computer and software manufacturer Apple at the Apple Store in Berlin, Germany, 9 March 2015. Photo: Kay Nietfeld/dpa/Alamy Live News
Source: Nature

然而向來以創新設計為圭臬的蘋果公司,在這一波趨勢的發展下當然不會缺席,除了在2015年正式上市首款穿戴式裝置『Apple Watch』智慧手錶外,更針對醫學健康研究,大舉開放iPhone應用程序接口(Application Programming Interface, API),推出開放源碼的軟體架構ResearchKit[3,4],透過ResearchKit,研究人員與軟體開發人員得以在iOS系統中快速開發App並且直接存取iPhone具備的各項感測器。ResearchKit的精神,在於透過iPhone的普及進行大量自願者的招募參與研究實驗,藉由更多人的個人化健康、醫療大數據蒐集,進行規模更大更多元的研究。

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Figure 1. 知情同意書個人簽章功能
Figure 1. 知情同意書個人簽章功能

ResearchKit的功能主要分為三大類別[5],問卷調查(Surveys)、知情同意書(Consent)與活動測驗(Active Tasks)模組,研究人員可以透過問卷調查模組快速設計研究問卷並且藉由App發布與統計記錄,而知情同意書模組更貼心的讓研究人員能自訂研究知情同意條文並提供志願者進行數位簽名以確保研究的進行符合人體實驗規範的要求。此外活動測驗(Active Tasks)模組更是研究人員極佳的調查工具,透過iPhone的內建功能,便可以透過iPhone 5, iPhone 5s, iPhone 6, iPhone 6 Plus和iPod touch每天甚至每小時頻繁、規律地採集數據,記錄人們的日常作息與生活變化,並且搭配內建的GPS、加速感應器、氣壓計與陀螺儀等先進感應器甚至是Apple Watch,可以更客觀、正確與精準的將數據量化並且傳送至ResearchKit app,這是過去醫療保健、公共衛生研究人員從未有過取得如此鉅量量化數據的機會[6]。

Table 1. ResearchKit活動測驗模組
Table 1. ResearchKit活動測驗模組

透過與ResearchKit共同合作的研究發佈,可以看到各種醫學研究的創意,如西奈山伊坎醫學院(Icahn School of Medicine at Mount Sinai)與康乃爾大學威爾醫學院(Weill Cornell Medical College)推出的Asthma Health[7,8],透過iPhone裝置記錄個人位置、個人每日活動與志願者記錄每日氣喘觸發原因,並提供地區氣溫與空氣汙染資訊以及衛教資訊供志願者進行參考。此外約翰霍普金斯大學(Johns Hopkins University)則透過ResearchKit整合iPhone與Apple Watch所獲得的資訊,開發出應用App:EpiWatch[9],針對罹患癲癇疾病的志願者進行生理數據偵測,記錄志願者於癲癇發作時的生理、心跳數據,藉以做為未來癲癇發作的預警與預防。此外羅徹斯特大學(University of Rochester)則是與 Sage Bionetworks 共同合作,透過ResearchKit開發出 mPower app[10],量測志願者的靈活性、平衡性、記憶力與步伐等,藉以了解個人的生理資訊變化與帕金森氏症之間的關聯。

個人化精準醫療,這個過去無數研究學者憧憬期盼卻遙不可及的夢想,在現今儀器設備、網路通訊與大數據分析處理技術大躍進的時代裡,已經逐漸成為可以實現的目標,相信不久的未來也終將普及於健康促進與醫療模式中。

參考文獻:

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  1. Flatiron Health Raises $130 Million Series B Round Led by Google Ventures and Agrees to Acquire Leading Cloud-Based EMR Company Altos Solutions(2014-05-07)
  2. The Precision Medicine Initiative (2015)
  3. Apple ResearchKit
  4. ResearchKit open source framework
  5. ResearchKit Framework Programming Guide
  6. Apple ResearchKit launches in the UK: Here’s everything you need to know (2015-08-06)
  7. Asthma Mobile Health Study
  8. More than 75,000 People have Enrolled in Health Studies using Apple’s HealthKit (2015-07-28):
  9. Apple Brings to Light that new Research Studies have begun for Epilepsy, Autism & Melanoma using ResearchKit (2015-10-15)
  10. mPower: Mobile Parkinson Disease Study (2015)
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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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從「衛生紙」開始的環保行動:一起愛地球,從 i 開始
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/03 ・1592字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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你是否也曾在抽衛生紙的瞬間,心頭閃過「這會不會讓更多森林消失」的擔憂?當最後一張衛生紙用完,內心的愧疚感也油然而生……但先別急著責怪自己,事實上,使用木製品和紙張也能很永續!只要我們選對來源、支持永續木材,你的每一個購物決策,都能將對地球的影響降到最低。

二氧化碳是「植物的食物」:碳的循環旅程

樹木的主食是水與二氧化碳,它們從空氣中吸收二氧化碳,並利用這些碳元素形成枝葉與樹幹。最終這些樹木會被砍伐,切成木材或搗成紙漿,用於各種紙張與木製品的製造。

木製品在到達其使用年限後,無論是被燃燒還是自然分解,都會重新釋放出二氧化碳。不過在碳循環中,這些釋出的二氧化碳,來自於原本被樹木「吸收」的那些二氧化碳,因此並不會增加大氣中的碳總量。

只要我們持續種植新樹,碳循環就能不斷延續,二氧化碳在不同型態間流轉,而不會大量增加溫室氣體在大氣中的總量。因為具備循環再生的特性,讓木材成為相對環保的資源。

但,為了木製品而砍伐森林,真的沒問題嗎?當然會有問題!

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從吸碳到固碳的循環

砍對樹,很重要

實際上,有不少木材來自於樹木豐富的熱帶雨林。然而,熱帶雨林是無數動植物的棲息地,它們承載著地球豐富的生物多樣性。當這些森林被非法砍伐,不僅生態系統遭到破壞,還有一個嚴重的問題–黃碳,也就是那些大量儲存在落葉與土壤有機質中的碳,會因為上方森林的消失重新將碳釋放進大氣之中。這些原本是森林的土地,將從固碳變成排碳大戶。

不論是黃碳問題,還是要確保雨林珍貴的生物多樣性不被影響,經營得當的人工永續林,能將對環境的影響降到最低,是紙漿和木材的理想來源。永續林的經營者通常需要注重環境保護與生態管理,確保砍下每顆樹木後,都有新的樹木接續成長。木材反覆在同一片土地上生成,因此不用再砍伐更多的原始林。在這樣的循環經營下,我們才能不必冒著破壞原始林的風險,繼續享用木製品。

人工永續林的經營者需要注重環境保護與生態管理,確保砍下每顆樹木後,都有新的樹木接續成長。

如何確保你手中的紙張來自永續林?

如果你擔心自己無意中購買了對環境不友善的商品,而不敢下手,只要認明FSC(森林管理委員會)認證與 PEFC(森林認證制度)認證標章,就能確保紙漿來源不是來自原始林。並且從森林到工廠、再到產品,流程都能被追蹤,為你把關每一張紙的生產過程合乎永續。

只要認明 FSC(森林管理委員會)認證與 PEFC(森林認證制度)認證標章,就能確保紙漿來源不是來自原始林。

家樂福「從 i 開始」:環境友善購物新選擇

不僅是紙張,家樂福自有品牌的產品都已經通過了環保認證,幫助消費者在日常生活中輕鬆實踐環保。選擇 FSC 與 PEFC 標章只是第一步,你還可以在購物時認明家樂福的「從 i 開始」價格牌,這代表商品在生產過程中已經符合多項國際認證永續發展標準。

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「從 i 開始」涵蓋十大環保行動,從營養飲食、無添加物、有機產品,到生態農業、動物福利、永續漁業、減少塑料與森林保育,讓你每一項購物選擇都能與環境保護密切相關。無論是買菜、買肉,還是日常生活用品,都能透過簡單的選擇,為地球盡一份力。

選擇 FSC 與 PEFC 標章只是第一步,你還可以在購物時認明家樂福的「從 i 開始」價格牌
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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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甲狀腺癌復發:次世代基因定序 NGS 協助擬定治療計畫,健保給付條件看這裡
careonline_96
・2024/07/17 ・2205字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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「那是一位 50 多歲的女士,發現甲狀腺癌後有接受治療,但是在幾年後發現甲狀腺癌復發,並轉移至肺部。」高雄榮民總醫院核子醫學科主任諶鴻遠醫師指出,「復發的腫瘤對放射碘的反應不佳,經過標靶藥物治療後一段時間,產生抗藥性、病情惡化,這位患者也漸漸出現肋膜積水,走路會喘、躺下也會喘。」

經過討論後,患者接受次世代基因定序 NGS 檢測,發現有 RET 融合基因突變。諶鴻遠醫師建議,針對 RET 融合基因突變,患者開始接受 RET 抑制劑治療。

經過一個月的治療後,患者的症狀大幅改善、肋膜積水消退。諶鴻遠醫師發現,大概四個月後,患者再次接受放射碘治療,也能夠發揮治療成效,讓患者的狀況越來越穩定,目前持續在門診追蹤治療。

甲狀腺癌初期沒有明顯症狀,多數患者是在接受甲狀腺超音波檢查時意外發現。諶鴻遠醫師指出,隨著腫瘤變大,患者可能摸到頸部腫塊、淋巴結腫大、覺得頸部有壓迫感、頸部疼痛、或吞嚥不適。如果喉返神經遭到侵犯,患者可能出現聲音沙啞、容易嗆到等狀況。如果氣管受到壓迫,患者的呼吸也會受到影響。當甲狀腺癌轉移至骨骼、腦部、肺部等部位時,便會造成骨頭疼痛、頭痛、呼吸不適或咳嗽等各式各樣的症狀。

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臨床上懷疑是甲狀腺癌時,通常會在超音波導引下做穿刺,取部分細胞出來做檢查。諶鴻遠醫師說,手術是甲狀腺癌的主要治療方式,在狀況許可時,通常會安排手術,切除甲狀腺並進行頸部淋巴結廓清。

部分甲狀腺癌患者,在開完刀還要做放射碘治療,幫助降低復發風險。諶鴻遠醫師說,完成初步治療後,患者一定要定期追蹤,醫師會視狀況安排抽血檢測包括腫瘤標記、甲狀腺功能等,影像檢查包括頸部超音波檢查、電腦斷層、腫瘤掃描等。

「甲狀腺癌患者可能在術後一、二年復發,也可能在十年後復發,所以務必定期追蹤,才能在發現復發跡象時,啟動下一階段的治療。」諶鴻遠醫師說,「復發的甲狀腺癌往往會比較棘手,而需要調整治療計畫。」

次世代基因定序 NGS,幫助擬定治療計畫

針對復發的甲狀腺癌,可能會再度進行手術與放射碘治療,然後依照患者的狀況,使用傳統的標靶藥物,一般是以抗血管新生為主的標靶藥物。諶鴻遠醫師說,隨著精準醫療的發展,目前還可以在甲狀腺癌復發時,進行次世代基因定序檢測(NGS,Next Generation Sequencing)。

精準醫療的精神是分析腫瘤的基因,然後針對不同的標靶基因,選用對應的標靶藥物來抑制腫瘤生長。諶鴻遠醫師說,在甲狀腺癌復發後,精準醫療的角色就越來越重要。

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針對特定標靶基因的藥物,作用機轉較專一,能準確發揮效果,副作用也較少。諶鴻遠醫師說,例如利用次世代基因定序 NGS 驗出 RET 融合基因突變時,便能使用 RET 抑制劑,抑制腫瘤生長、促使腫瘤凋亡。

具有 RET 融合基因突變的甲狀腺癌往往惡性度較高,較容易復發、轉移,也較容易對放射碘產生抗性。諶鴻遠醫師說,接受次世代基因定序 NGS 檢測,有 5% 至 10% 的機會找到 RET 融合基因突變,年輕型的甲狀腺癌可能會有 25% 的機會找到RET融合基因突變。使用 RET 抑制劑可以幫助讓復發的腫瘤縮小、惡性度下降、讓放射碘治療無效的患者再恢復治療效果。RET 抑制劑的發展對甲狀腺癌復發的患者有很大的幫助。

取得腫瘤組織後,次世代基因定序 NGS 能夠一次檢驗多種腫瘤基因,檢測費用會隨著檢測基因的數量而有所差異,從新台幣數萬元至十萬元以上不等。諶鴻遠醫師說,如今次世代基因定序檢測 NGS 已納入健保給付,符合給付條件的患者,便能以部分負擔的方式進行次世代基因定序檢測。

由於腫瘤基因相當多,究竟要檢測哪些基因,需與臨床醫師討論後取得共識。目前健保給付甲狀腺癌患者的條件與檢測基因,也已公布如下:

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貼心小提醒

甲狀腺癌患者在接受初步治療後,仍有復發的風險,請務必定期追蹤。諶鴻遠醫師提醒,在甲狀腺癌復發後,次世代基因定序 NGS 能夠幫助擬定治療策略。藉由次世代基因定序 NGS,有 5% 至 10%(年輕型高達 25%)的機會驗到 RET 融合基因突變,利用 RET 抑制劑有助於讓復發的腫瘤縮小、惡性度下降、讓放射碘治療無效的患者再度恢復治療效果,達到較佳的治療成效!

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從販賣機到智慧設備:物聯網的發展歷程
數感實驗室_96
・2024/06/23 ・1135字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

在這個通信技術普及的年代,我們不斷介紹各式各樣的通信技術。大多數的通信技術都是為人服務的,這似乎是理所當然的。然而,有一種通信技術並非直接為人服務,而是為物體之間的交流提供支持。這種技術不僅存在,而且在現代已經成為最主要的通信形式之一,我們稱之為——物聯網(IoT)。

物聯網,Internet of Things,簡稱 IoT,顧名思義就是物品,機器、設備連上網路。

在我們生活中,如智慧手錶和藍牙耳機這些穿戴式設備,它們各自擁有特定功能,同時又能透過藍牙技術相互連結,這就是物聯網的一種應用。

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你可能會問,手機也算是物聯網的設備嗎?

這取決於你如何定義和使用手機。如果是人們使用 5G 或 4G 技術彼此傳訊息和溝通,那麼這不屬於物聯網的範疇。但當手機與藍牙耳機或智慧手錶連接時,它們之間的互動更符合物聯網的概念。因此,物聯網的基本定義是,不直接涉及人跟人、或是人與設備的互動。基本上都是設備跟設備之間的溝通。

通信是人類最基本的需求,同時也帶來無限商機,就像我們不想跑到別的地方買可樂,卻發現賣光了一樣,科技為能解決這些需求,促使通信技術的持續成長。

如同手機的普及帶動了市場需求,從一家一部的電視和冰箱,到人人一支的手機,並且每隔幾年就更新換代。這種商機吸引了企業的投資,也推動了強大的研發動能。

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而現在,我們正生活在一個設備數量遠超人類數量的時代,從藍牙耳機、智慧手錶,到遍布全球的智慧設備,物聯網的技術已經無處不在。

不妨思考一下,還有哪些需求尚未被滿足,也許它們正是下一個物聯網應用的起點。

更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

參考資料

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數感實驗室_96
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數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/