美国3家顶级医院的8大类数字疗法探索,这3类划上重点

作者: 姚敬 2022-03-18 08:00

当2013年IBM与世界顶级癌症研究机构安德森癌症中心(MD Anderson center,以下简称安德森)合作的IBM  Waston(沃森)项目进入癌症医疗领域后,医疗AI的想象力就此被打开。从微软、谷歌和GE到无数初创企业,AI遍布影像识别、辅助诊断、药物研发、健康管理等多个领域。虽然Waston最后的发展不尽如人意,但作为全球顶级癌症医疗机构的安德森在推动新技术在医疗领域落地的尝试是值得称赞的。各种新科技、新技术也需要通过一线医院的临床试验才能证明自身价值。


美国拥有众多重视研究成果转化的顶级医院,像常年在《美国新闻与世界报道》排名榜首的妙佑诊所(Mayo Clinic,原名梅奥诊所),2021年研究支出超过10亿美元,活跃临床试验2889次,在同行评审的出版物上发表了13697篇文章。还有每年获批上千件专利,见证了人类医学多项重大突破的的克利夫兰诊所(Cleveland Clinic),在2019年就有近100款科研转化产品。


可以这么说,正是有了这些顶级医院在临床方面对新科技、新技术的探索,医疗水平才有了飞速的发展。如今,在万物互联的时代背景下,各种数字化信息技术对医疗赋能的数字疗法是一个火热的风口。那么美国这三家顶级医院在这方面有什么临床尝试呢?动脉网从美国临床试验资料库中挖掘了他们关于这方面的信息,试图从中找到答案。


ClinicalTrials是由美国卫生研究所(NIH)下属美国国立医学图书馆(NLM)与美国FDA运行的临床试验资料库,是目前全球最大临床试验注册库。本文所有临床试验项目皆从中选取。值得注意的是,由于FDA对于设备或行为进行干预的试验并没有定义阶段,所以此类临床试验没有阶段标志可供参考。


睡眠干预


数字疗法的核心要素是软件。治疗过程可以单独使用软件或搭配器械(包括监测器械和治疗器械)、药物进行。软件驱动的药物或器械治疗,比单独使用药物、器械治疗效果更好,成本更低。可以说,软件是数字疗法最大的价值所在。


软件本身是基于认知行为疗法(CBT)所设计的,CBT简单来说就是通过改变不合理的思维及行为模式,来减少产生不良情绪和行为,从而达到改善心理问题的短程治疗方法。


针对睡眠障碍的失眠认知行为疗法CBT-i与数字疗法软件设计逻辑完美重合,CBT-i疗法被美国内科医师学会和欧洲睡眠研究会推荐为治疗失眠的首选,是针对失眠最有效的非药物治疗方法。它通过纠正对于睡眠的不恰当观念和态度以及不良的行为习惯来改善睡眠,主要包括睡眠卫生教育、放松疗法、认知疗法、刺激控制法和睡眠限制法等。


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相对药物治疗,CBT-i疗法虽占据优势,但由于治疗周期较长、医生资源有限、心理辅导导致的患者抵触感以及距离问题,使得患者依从性偏低及体验较差。可这些缺点都可以通过数字疗法赋能改善。为此,克利夫兰研究出了一套GoToSleep软件,帮助中度至重度失眠患者避免产生影响深度睡眠的想法和行为。


GoToSleep搭建一套为期6周的治疗计划,由一系列图形、动画及音视频构成的教程。内容涵盖了睡眠卫生、睡眠限制、刺激控制、认知重组和放松训练。此外,鉴于癫痫患者中失眠患病率以及癫痫发作与睡眠障碍之间的已知关联,这项试验还将用作研究改善癫痫患者的失眠症状和癫痫发作控制。


当然,对于某些症状如睡眠呼吸暂停综合征,单独用软件还不够,需要器械治疗配合。这类患者在睡眠过程中会反复间断性缺氧,极大地增加高血压、心脑血管疾病、糖尿病等的患病风险,且与老年痴呆、心律失常和呼吸系统其他慢病相关。这将带来巨大的社会、卫生经济负担。


克利夫兰针对体质指数BMI超过30的睡眠呼吸暂停综合征高危人群,通过飞利浦Respironics或 ResMed呼吸机的解决方案,对患者在家庭环境下使用Auto-CPAP设备的效果进行长期跟踪。参与者将接受医疗随访,用于提高依从性以及效果评估。此项研究用患者6个月后再入院率来评价软件介入仪器治疗的效果。


成人有较强的依从性,他们的睡眠障碍只算得上是普通难题,真正麻烦的是自闭症儿童的睡眠障碍,这绝对算得上是地狱级难题。自闭症儿童的睡眠问题主要表现在睡眠焦虑、嗜睡、昼夜节律混乱。比如,自闭症儿童入睡困难,睡前经常感到烦躁,必须要大人陪伴才能安静下来。这种情况下,医生并非第一选择,父母应对是否得当才是关键因素。


克利夫兰的试验对象就是患有自闭症睡眠障碍儿童(2岁~7岁)的父母。该项研究提供一个经过测试的父母培训计划,专门针对就寝时间和睡眠障碍问题在孩子睡前使用,通过app展现实时指导父母执行。试验分成两组,虽然都是通过app进行,但一组内容仅为标准化内容教育,而另一组则提供全面的干预,基本概念和实践技能的培训,此外还有三次符合HIPAA标准的视频家访,用一对一的方式了解治疗情况、解决特定问题并灵活调整治疗计划。试验的主要指标是经过10周的疗程后,孩子的睡眠状况;次要指标是父母的压力指数。


睡眠医学在中国医师协会于2019年发布的《专科医师规范化培训专科目录(2019年版)》中被纳入培训目录名单,成为二级独立学科,与熟知的神经内科、心内科、消化科等并列。


国内企业如速眠,通过倡导生活方式医学解决睡眠问题,他们研制出运用脉冲磁靶向技术的脉冲磁治疗系统,是可以做到实时监测与治疗一体并通过NMPA认证的助眠“黑科技”。还有慕眠、绘睡也都有基于CBT-i的数字疗法产品。享睡则是通过智能健康睡眠产品,监测心率变异及呼吸、翻身等指标来分析睡眠状况,并提出改善方案。


成瘾干预


从医学分类上来说,睡眠障碍是一种精神类疾病,精神类疾病也是国内国外数字疗法最大的应用对象。因此精神类疾病如成瘾、抑郁等,也是数字疗法临床的热门。三家顶级医院都有相应的戒瘾试验,但三家侧重明显不同。


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以最常见的尼古丁成瘾为例,它包括“躯体成瘾”和“精神成瘾”两方面。虽然戒烟药物可有效治疗躯体成瘾和相关的戒断症状,但应对精神成瘾时仍有困难,特别是在患者远离医院的环境下。


对于戒瘾治疗来说,医患之间的距离是一个必须考虑的因素,妙佑特意从偏远地区招募参与者做了一个为期12周、基于循证医学的行为健康戒烟计划。主要方式是通过app进行生活干预,并配合远程辅导,用激励性访谈来提高参与度并帮助他们学会使用数字设备。


相对来说,安德森的试验就比较传统,面向普通烟瘾人群的app干预和面向特定人群妊娠期妇女的戒烟计划。两者都是通过app进行积极心理学培训以及呼吸放松训练进行基本的生活干预。针对妊娠期妇女,安德森提供了一套专门的Baby Steps for Health远程辅导计划。


数字疗法在戒烟领域的应用并不是新的课题,此前美国的Clickotine和日本的CureApp SC都是针对此场景的数字疗法应用。然而妙佑临床试验关注的重点是数字疗法对于偏远区域居民使用效果的一致性及稳定性,本次招募的临床对象都是地处偏远的农村居民,试验的内容也特意加上了数字设备的使用教程、评估指标也增加了数字访问、数字素养和患者体验度。这对幅员辽阔的我国同样具有现实意义,同样的数字疗法对于经济发达地区和经济欠发达地区的受教育程度有明显差异的人群是否具有普适性?


成瘾除了烟瘾,还有阿片类药物依赖。阿片类药物是从罂粟中提取的衍生物,或人工合成具有类似效果的物质,用于医疗可以起到镇痛作用,但长期过量使用很容易造成药物依赖、上瘾、甚至死亡。美国疾控中心数据显示,1999至2019年间,死于阿片类药物过量的美国人多达50万,超过200万美国人对阿片类药物产生严重依赖性。


对于肿瘤手术患者来说,术后镇痛离不开阿片类药物,但如何避免成瘾就是安德森所要研究的。安德森使用Lucid Lane的方案通过CBT来调整情绪,保持心理健康,结合使用减轻疼痛和对止痛药需求的心身疗法MBTs,来达到阿片类药物减量计划的目的。研究人员希望了解这些技术如何提高患者在手术后降低或避免对阿片类药物依赖的能力,以及行为疗法是否可以改善生活质量,情绪健康和手术周围的功能状态。


“十二步骤”康复计划是西方国家非常流行且有效的心灵治疗支援团体疗法。对于患者来说,持续的参与是最大的难点,克利夫兰的试验则是用app来督促鼓励患者参与,并在每次参与后对患者进行状态评估,正向鼓励患者持续参与。


此外,针对术后镇痛和阿片类药物消耗的影响。克利夫兰还引入VR技术来缓解患者的疼痛感、减少阿片类药物的消耗。最后统计参与者疼痛发生的频率以及对VR系统可用性的评估。当然,VR技术真正被大量使用的还在后面。


镇痛/焦虑干预


如果仅仅是软件,尚不能最大程度体现数字疗法的优势,三家顶级医院的临床试验里还有大量基于软件+器械的数字疗法。比如引入虚拟现实技术(VR),无论是前文提到的术后阿片类药物依赖性还是手术期间的麻醉辅助以及焦虑缓解等,都做了不少探索。


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麻醉是外科手术的必要环节,麻醉不仅要解决患者围手术期的疼痛,更要保证患者的围手术期的安全,区域麻醉能提供手术部位的镇痛效果,但单凭区域麻醉一种方式并不能解决患者紧张和恐惧心理,常常需要辅助使用助眠药物或是通过非药物的方式来分散注意力。


过去,对于这种区域麻醉患者,医护人员会采用的办法是“话疗”,即在手术中跟患者聊天,分散患者注意力。“话疗”需要医护人员有良好的沟通技巧,医护人员也会存在不能胜任的情况。因此,VR技术的引入就是让患者进行沉浸式体验从而达到分散患者注意力、消除紧张心理的目的。


妙佑诊所就在骨科手术、电生理检查及射频消融手术中,测试VR技术能否作为手术期间麻醉的辅助手段。主要检验指标包括评估患者对使用VR减少手术中焦虑的满意度,VR对镇痛和抗焦虑药物剂量的影响以及VR对患者术中和术后体温过低有积极影响。


除了术中这种短期的使用,妙佑还对长期使用的情况进行了试验。比如针对胃痉挛患者设计了一套真假VR对照试验。真VR组采用专门为治疗急性和慢性疼痛而设计的互动游戏、冥想和深呼吸练习程序。假VR组则只是使用VR设备播放一些自然景观视频。两组都需要在三餐及就寝之前使用15分钟,时间持续4周,参与者需要每天通过问卷报告不良反应事件。


步态干预


VR技术还被克利夫兰用来重现导致帕金森病患者步态冻结的情况。对因为帕金森病而接受深部脑刺激(DBS)手术的个体使用VR设备配合全向跑步机,在虚拟现实环境中行走,从DBS设备记录大脑信号,进而了解步态冻结期间大脑的情况。


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除了VR,克利夫兰的试验还涉及到了增强现实技术AR。同样是针对帕金森病患者,用多模态训练的传统物理治疗作为参照,实验组通过使用微软HoloLens 2增强现实头套进行。这套设备允许用户看到现实世界,并将全息图插入到环境中。例如,用户可以看到地面上的方框,他们在走路时需要避开。这些框不是真实的,而是只有用户才能看到的全息影像。增强现实设备将指导参与者进行运动和认知任务。试验最后以完成设计任务时的步态速度及跌倒频率为主要参考指标。


这里不得不提一下作为科技平台型公司的微软,面对数字疗法这样一个跨领域的产业,微软可以将自家IoT、MR技术等先进技术,结合到数字疗法的场景,从不同的角度为企业去赋能,帮助合作企业打破从0到1去构建技术能力的壁垒,进而专注于拓宽数字疗法的边界。对于数字疗法初创企业来说,微软完整的生态是极具吸引力的开发环境。


基于VR的数字疗法,不仅能作用于患者,对于医疗人员同样适用。克利夫兰就针对护士开展了临床试验。护理人员都会在入职培训期间学习管理有跌倒风险的患者,通常这是在一个在线平台的教育模块上实现的。克利夫兰引入VR技术,护理人员将从VR中看到许多充满跌倒风险的场景,护理人员将在虚拟环境中移动,识别出场景中所有的跌倒风险。试验周期3个月,之后对比只使用普通教育模块的对照组,进行能力评估。


使用VR技术的数字疗法,国内的虚之实、心景等企业也在跟进。像虚之实就聚焦精神心理VR+AI的数字疗法,用于轻度认知功能障碍(MCI)和阿尔兹海默症(AD)的治疗。心景科技除了将VR+AI的数字疗法应用于心理疾病的康复治疗外,还将治疗范围扩展至儿童注意力训练、脑认知康复、戒毒戒酒评估康复等领域。


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动脉网从中国临床试验注册中心检索了近两年国内使用虚拟现实技术进行临床试验的项目。可以看到基于VR技术的临床试验,国内外方向基本一致,以抑制疼痛、步态训练和运动康复为主。


此外,国内的凝动医疗在VR技术的应用边界上也有所突破,其宣布与上海智慧心理评估与干预工程技术研究中心合作转化自上海市精神卫生中心的《特定恐惧心理康复训练软件》已于2022年正式在湖北省武汉市获批独立软件类医疗器械,成为中国首个获批在专业心理治疗机构及医疗机构使用并基于虚拟现实设备的特定恐惧心理康复训练软件。同时该产品也是全球首个适用于特定恐惧症(恐高症)的II类医疗器械。


可穿戴设备的远程生活监测干预


除了VR,可穿戴智能设备也是数字疗法经常使用到的仪器,以智能手表为代表的这类设备日常使用不会造成患者不适,同时又能监控自身运动水平以及某些生理指标,为app干预提供了重要的参考数据。


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比如Fitbits Sense智能手表,就获得FDA批准,可以在美国使用心电图应用。因此,克利夫兰研究对身体质量指数BMI即将超标的8岁~18岁青少年进行干预。通过使用Fitbits智能手表获取他们的活动数据,提供相关营养知识和运动建议,帮助他们过上健康的生活。


而安德森则将Fitbits应用到了指导癌症患者手术后的生活方式中。以乳腺癌为例,目前的研究结论是患者在健康饮食、定期运动和良好管理压力的情况下能得到更好的恢复结果,但一份纸质的生活指南对于患者的约束和驱动是不够的。试验通过Fitbits监控患者身体数据,提供包括健康饮食,身体活动,压力管理和睡眠卫生建议,正念训练以及远程咨询。试验期望通过26周的生活干预,评估干预生活的可行性。


外科手术后出院的患者中,有一部分会因为各种原因在30天内再入院。除了对患者本人造成经济和生活质量的影响外,意外返院的患者还会进一步分流医疗资源。因此,减少手术后30天的再入院次数不仅对患者还是对医院都很重要。与普通患者住院相比,手术患者的再入院后,相关并发症风险使得治疗过程更加复杂。


例如对于心脏病患者,预防心肌梗塞是永恒的话题。虽然病发时通常有胸部不适、呼吸急促和上半身不适的症状,以及恶心、呕吐和头晕的表现,但患者却很难准确判断。


妙佑的试验是使用一款SmartHeart的便携式12导联医院级心电图设备,让患者可以随时随地进行完整的心电图测试,保持高质量的医疗护理标准。设备得到的心电图数据符合HIPAA标准,可以通过手机或平板查看并同步至7×24小时工作的远程医疗监控中心,由监控中心根据当前数据进行评估和警告。试验结果最后通过患者出院90天内的急诊就诊、再次入院、死亡率和不良心血管事件的指标进行评估。


此外,还有针对对腹壁重建,减肥,肝切除术,胰腺切除术,主动脉手术,下肢旁路术,食管切除术和结肠切除术等中、高度复杂外科手术患者的远程护理试验。参与者将用一套包含平板电脑、血压袖带、温度计、脉搏血氧仪和体重秤等设备的远程患者监护套件,按要求反馈生理数据回医院,让院方可以根据生理指标来调整护理计划。


CGM赋能慢病管理


慢病管理是数字疗法绕不开的领域。而糖尿病又是慢病管理中最大的群体。克利夫兰针对Ⅱ型糖尿病患者,引入Twin Health公司的由AI和物联网技术驱动的Whole Body Digital Twin平台,该平台由智能秤,连续血糖监测仪(CGM)、血压计、酮体测量仪和健身手环捕捉身体指标,并为病人提供活动和睡眠方面的精确指导。


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克利夫兰使用这套平台的原因除了它可以捕捉174个健康标志物的数据,每日数据点多达3000个之外。还在于这家公司的数字疗法引入了"数字双胞胎"的概念。平台根据测量数据生成一个患者的虚拟模型,并会预测这个虚拟人物的健康走向。患者可以直观地看到自己健康的发展趋势,如果想改变虚拟双胞胎的健康状况,只能按照平台的建议,从营养,药物治疗,睡眠,活动和呼吸五个方面着手。这套数字疗法成功将治疗过程从根据检测结果调整生活习惯,变成了一种类似养成游戏的模式,提高了用户依从性。


从其他的临床试验可以发现,针对糖尿病的数字疗法所用设备,已经从过去需要患者自己主动多次用指尖血测量的BGM设备换代为CGM。相比于一天4次测量的BGM,CGM使用一次后可以方便地进行7~14天连续监测。不仅用户体验更佳,而且所得结果更为全面。


虽然CGM之前的主要应用场景都是患者在家庭环境下的使用,但妙佑和克利夫兰这两家顶级医院不约而同地将CGM应用在了ICU及院内其他环境,用于测试CGM能否完全取代床旁毛细血管血糖仪。克利夫兰还针对一些特定环境做了临床试验,如CGM在心脏手术后以及在筛查囊性纤维化相关糖尿病中的效用。研究用的CGM设备主要包括德康G6 PRO和雅培FreeStyle Libre Pro。


国内CGM市场份额主要由雅培和美敦力所占据,但国内企业的CGM产品近半年来陆续获批,目前已有7款上市产品,包括圣美迪诺、凯立特、移宇科技、普林斯顿、美奇、硅基仿生、微泰和九诺。目前国产品牌正在积极拓展院内院外渠道。


妙佑试验所用的美敦力胰岛素笔,最大的特色是可以与美敦力自家的CGM产品在手机app上联动,根据实时血糖读数来建议患者调整胰岛素剂量,不必在应用程序之间切换,帮助患者做出合理的剂量决策。CGM与胰岛素泵联动是未来发展的一个趋势,目前国内的微泰医疗和移宇科技正在向这方向努力。


艺术干预


当然,除了上述这些相对硬性的疗法外,还有一些调节身心状态的试验。像克利夫兰做了一个基于艺术鉴赏改善个人的身心健康的试验;妙佑期望从文化角度促进非裔美国人的健康教育;还有针对多发性硬化症通过提供有节奏的听觉线索,帮助患者改善走路能力。


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以音乐为代表的艺术类疗法是目前数字疗法领域的一个热门方向,国内山东菏泽市妇幼保健院就将可视音乐治疗用于自闭症儿童康复训练中。简单来说,艺术类疗法就是利用数字信号处理技术在音乐、动画、灯光等综合干预下,通过视、听、动等多感官刺激,在治疗师与特殊儿童的互动中改变其不良生理、心理状态的音乐治疗方法。适用于孤独症、多动症、智力障碍、脑性瘫痪、行为障碍、语言发育迟缓以及听力障碍等特殊人群。


术后院外生活指南


出院后患者的生活指导也是治疗过程中重要的环节。过去医院也会发生活指南之类的手册,但患者对它们的依从性极低。现在妙佑和安德森都试着将这类术后的院外干预通过app来进行,并评估效果。


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术康是国内首批获得NMPA审批的数字疗法产品,以心肺、肌骨、营养的远程智能评估为核心,结合可穿戴设备和预包装医用食品的科学组合,由医生开具处方,患者可居家执行远程运动康复和营养干预,有效降低发病率、入院率、再入院率。


总结


数字疗法近年来发展势头迅猛,近几年FDA批准的De Novo数字疗法已经有7款,如何创造性地运用数字技术是每个投身于数字疗法研究的企业所要思考的一个问题。


透过美国3家顶级医院关于数字疗法的临床试验,我们可以看到,数字疗法并非一定要创造新的场景,而是通过技术,把现有场景内的痛点和患者苦难解决掉,是对传统治疗未被满足需求的补充。像这8种数字疗法的临床试验中,美国3家顶级医院对于基于VR技术、CGM和可穿戴设备的研究数量和重视程度明显更高。它们三者的共同点就是能对传统医疗流程中未能达成的环节进行有效弥补。


当然,这不仅需要来自政策、技术方面的支持,一线临床专家的参与和帮助也是必不可少的,美国数字疗法产业发展迅速的原因也在于此。如果国内的数字疗法企业能和一线医疗机构专家以及像微软这样的科技平台型企业一起去合作构建解决方案,那肯定会大大提高数字疗法落地的效率,推进数字疗法行业的发展。

注:文中如果涉及企业数据,均由受访者向分析师提供并确认。
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姚敬

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