前言
數(shù)字生物標志物促進醫(yī)療保健邁向精準醫(yī)學。本文短評了數(shù)字生物標志物的實現(xiàn)關(guān)鍵、挑戰(zhàn)與機遇。
數(shù)字生物標志物在行走、交談、思考、觀察和感受五個維度上值得關(guān)注。
數(shù)字生物標志物需要權(quán)衡隱私、真實、公平與可持續(xù)性。
生物標志物的關(guān)鍵作用
醫(yī)療保健邁向精準醫(yī)學的一個關(guān)鍵支柱是檢測、監(jiān)測和管理疾病的生物標志物的擴散和發(fā)展。在過去的50年里，醫(yī)療保健見證了各種疾病的傳統(tǒng)生物標志物的快速發(fā)現(xiàn)，包括癌癥，即癌胚抗原（CEA），以及在20世紀80年代用于乳腺癌的CA15-3（圖1）。
圖1 用建議的數(shù)字生物標志“指紋”的定義來定義生物標志物
生物標志物仍然是早期發(fā)現(xiàn)和診斷、評估治療反應和預后的重要數(shù)據(jù)和見解來源。然而，隨著醫(yī)療保健的復雜性和日益增長的需求，越來越多的新機會隨研究涌現(xiàn)，這些機會在傳統(tǒng)生物標志物方法的基礎(chǔ)上得到增強并建立。
邁向數(shù)字生物標志
數(shù)字生物標志物（DBX）已經(jīng)成為醫(yī)療保健中一種很有前途的范式，可以幫助診斷、監(jiān)測和治療各種健康狀況。
這一機會之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，部分原因是收集的數(shù)據(jù)（圖像、文本、音頻和視頻）的數(shù)量、速度和種類迅速增加。這與微工程和電子產(chǎn)品小型化的進步不謀而合，促成了日常物品的儀表化，也就是常說的“物聯(lián)網(wǎng)”。反過來，包括醫(yī)藥在內(nèi)的各個行業(yè)都采用了這種方法，從而進一步擴大了可穿戴和數(shù)字技術(shù)中易于收集的數(shù)據(jù)范圍。
本文探討了常見數(shù)字生物標志物的潛力及其與健康相關(guān)的特征，即身體功能（行走）、言語和聽覺（談話）、認知（思考）、視覺（觀察）和幸福感或癥狀（感覺）。
從雄心壯志到影響力：為什么我們需要擁抱“多模態(tài)”
目前，數(shù)字生物標志物的開發(fā)和商業(yè)化是分散的，各個研究小組致力于個別疾病或損傷類型。人們有相當大的樂觀情緒、興趣和發(fā)展，但仍需要從雄心轉(zhuǎn)向影響力，并為患者提供“價值”。為此，必須更加關(guān)注多模態(tài)數(shù)據(jù)源的集成和融合。對于復雜特征或病況（例如癡呆）的診斷或監(jiān)測，只監(jiān)測一種形式的損傷不太可能成為最佳洞察力。通過將數(shù)字生物標志物與組學數(shù)據(jù)（多組學）等補充數(shù)據(jù)源相結(jié)合，我們可以開創(chuàng)一個以表型分析和內(nèi)型分析為深度指導的精準醫(yī)學新時代。
這種融合能提供對疾病更為豐富的見解，并有可能發(fā)現(xiàn)獨特的表型或特征，從而允許在群體或病理隊列內(nèi)進行比較。在這里，我們建議使用術(shù)語數(shù)字生物標志“指紋”（DBfx）來概括多模式數(shù)據(jù)的整合和融合。
未來可能面臨哪些挑戰(zhàn)？
數(shù)字測量的出現(xiàn)為全面評估健康和保健開辟了新的途徑，使細微變化的檢測成為可能，進而有助于診斷和預后。然而，要充分實現(xiàn)這些好處，還需要克服許多困難的挑戰(zhàn)。
確保數(shù)據(jù)集的多樣性和代表性
雖然數(shù)字生物標志物前途光明，但開發(fā)這些方法的人員需要注意不要擴大現(xiàn)有的健康不平等?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)面臨的一項挑戰(zhàn)是嚴重依賴用于訓練和基準測試新產(chǎn)品或分析方法的同質(zhì)數(shù)據(jù)集。事實上，盡管在消費級可穿戴設(shè)備中進行了大量驗證工作，但只有少數(shù)研究直接考察了膚色對準確率的影響。這引發(fā)了人們的擔憂，即數(shù)據(jù)中可能存在嚴重的不準確性，這可能會限制膚色較深的個人獲得準確的健康相關(guān)信息，從而加劇現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)性健康不平等。還有新的證據(jù)表明，脈搏血氧計可能會根據(jù)設(shè)備響應活動變化的膚色差異而增加錯誤率。
總之，重新關(guān)注增加數(shù)據(jù)的多樣性將豐富數(shù)據(jù)集并改善數(shù)字生物標志物的健康公平性。
領(lǐng)略維度的弊端
即便生物標志物提供了明確的機會并增加了數(shù)據(jù)源的維度，但同樣需要根據(jù)更廣泛的醫(yī)療保健目標仔細考慮傳感器陣列的增加以及數(shù)據(jù)采集，包括可持續(xù)性和社會啟發(fā)或向公眾展示的行為。人工智能可能有助于處理和理解復雜數(shù)據(jù)，但越來越多的生態(tài)系統(tǒng)挑戰(zhàn)需要并行解決。“我們能，但并不意味著我們應該”是一個重要的提醒，提醒人們在創(chuàng)新面前要節(jié)儉。增強感知和數(shù)據(jù)捕獲可能會對數(shù)據(jù)垃圾、存儲和最終的環(huán)境影響產(chǎn)生潛在的意外負面影響。
真實、監(jiān)管和安全
生成式人工智能變革的速度和規(guī)模提供了獨特的機遇（多模態(tài)數(shù)據(jù)集的集成）和挑戰(zhàn)（驗證、確認、可解釋性和監(jiān)管）。同樣，醫(yī)療保健越來越多地在社區(qū)和家庭環(huán)境中提供，這提供了許多潛在的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益。這種去中心化和消費者至上的方式也更容易暴露和遭受網(wǎng)絡(luò)威脅或個人數(shù)據(jù)泄露。這些監(jiān)管和安全挑戰(zhàn)需要從數(shù)字生物標志物和數(shù)字健康生態(tài)系統(tǒng)的角度進行更仔細的檢查。
結(jié)論和下一步
數(shù)字生物標志物在醫(yī)療保健中的使用有可能徹底改變各種健康狀況的診斷、監(jiān)測和治療。智能手表、智能手機和新興智能傳感器等可穿戴設(shè)備正在推動這種向臨床環(huán)境之外持續(xù)監(jiān)測患者的轉(zhuǎn)變。通過整合這些數(shù)據(jù)，可以更全面地了解患者的整體健康狀況；不同類型的傳統(tǒng)和數(shù)字生物標志的融合可以提供獨特的簽名，即數(shù)字生物標志“指紋”（圖2）。
圖2 探索數(shù)字生物標志物的范圍和邊界
展望未來，為了確保患者、臨床醫(yī)生和衛(wèi)生系統(tǒng)的價值，必須對照醫(yī)療保健的核心和四重主要目標（護理、健康、成本和意義）仔細考慮隱私、真實、公平和環(huán)境可持續(xù)性的挑戰(zhàn)（圖3）。
圖3 醫(yī)療保健的新方程式：數(shù)字生物標志“指紋”（DBfx）
參考文獻
Powell, D. Walk, talk, think, see and feel: harnessing the power of digital biomarkers in healthcare. npj Digit. Med. 7, 45 (2024). https://doi.org/10.1038/s41746-024-01023-w
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