張金堅：從精準醫療到元宇宙健康照護
本文摘自＜常春月刊＞500期
文／張金堅
2015年1月，時任美國總統歐巴馬在國情咨文的演說介紹精準醫學（Precision Medicine）的概念，與傳統醫學的一體適用的用藥迴異，精準醫學則考量個人基因、環境因素及生活型態的差異，找出適合特定藥物的族群，提供個人化的治療及預防疾病，使治療成績極大化且副作用極小化。
另外，在2012年Yu等人首先提出元宇宙在醫療上的應用，及至2021年，元宇宙風靡科技界，很多學者也爭相在醫療領域中推廣應用，他們結合虛擬實境（VR）、混合實境（MR）、擴增實境（AR）、人工智慧、大數據、物聯網、區塊鏈、數位孿生，甚至基因檢測、基因定序及多體學的技術，將虛擬世界與現實世界融合，建構虛實融合的智慧醫療。
將來在醫療服務、臨床研究、醫學教育、醫院管理方面，又比精準醫學更進步，在醫療改革將大放異彩，但到目前仍有諸多挑戰與困境，非短期可以解決，仍需設法克服。
精準醫學的緣由與現況
「精準醫學」和「個人化醫療（Personalized Medicine）」，近年來經常在醫學界被混著使用，甚至有些學者認為他們是相同的定義，其中又以個人化醫療最為人所熟知。「個人化醫療」這個名詞在1999年由兩位華爾街日報的記者Langreth和Waldholz首度提出，並獲得醫學界廣大的認同。
根據美國國家研究委員會的解釋，過去個人化醫療夠注重於基因與表現型（phenotype）的差異，而精準醫學除了注重個人生物特性外，更將個人的環境因素、生活形態、生活習慣，甚至表觀遺傳也涵蓋在內。
2015年1月，時任美國總統歐巴馬（圖一）在國情咨文的演說中介紹了精準醫學（Perscision Medicine）這一概念，他一直有一個強烈的信念：科學的進步應當為改善人類健康帶來更多的機會。歐巴馬總統同時宣布投資2.15億美元，除了1000萬美元用來訂定相關法規；500萬美元用來研究如何保護隱私與個資安全外。另外1.3億美元是用來建立百萬人的醫療紀錄、基因、生活習慣等數據資料庫，研究遺傳變異對人體健康和疾病形成產生的影響，以便更清楚的了解疾病形成機制。
還有7000萬美元用來找尋誘發癌症的基因及新藥開發，進而為開發相對應藥物，實現「精準用藥」。其實精準醫學一詞最早是於2011年11月由美國國家研究委員會（National Research Council）所提出。是指除了透過傳統方法將病人症狀描述及常規檢查，加上生物醫學檢測（如基因檢測、蛋白質檢測、代謝檢測等），並把個人資料（如性別、身高、體重、種族、過去病史、家族病史等）經由人體基因資料庫進行比對及分析，從中選出最適合病人的治療方法及藥品，目的為了達到治療效果最大化及副作用最少化。（如圖二、圖三）
精準醫學與精準癌醫學
其實，精準醫學的基本原則，將個人間的差異列入在預防和治療疾病的考慮當中。進入21世紀後，有賴於生物科技，電腦運算及大數據分析的快速進步，要廣泛應用精準醫療的可能性已經大幅提高了。
歐巴馬總統的精準醫學計劃有兩個主要的部份：近程目標聚焦癌症醫療，也就是精準癌醫學（precision oncology）上；應用當前癌症基因組學（cancer genomics）的成果，進一步發展為更佳的預防與治療對策。長期目標則是借助前述招募百萬志願者參與的計劃，廣泛累積相關知識，而後進一步可以擴展，普遍應用於所有疾病及全人健康。
美國癌症研究協會（American Association for Cancer Research, AACR）在2014年的癌症進展專刊中指出，精準癌醫學的創新性臨床試驗可分為兩大類：籃子試驗與雨傘試驗（Umbrella Trial）。籃子試驗是將具有相同分子標靶（target）的幾種不同癌症類型病人參與到同一試驗中。到目前為止，全球最大的籃子試驗是2015年國家癌症研究中心（National Cancer Institute, NCI）所開展的MATCH（Molecular Analysis for Therapy Choice）試驗。雨傘試驗像是撐起一把大傘，將同一種癌症的不同靶點基因檢測在同一時間裡完成。美國西南腫瘤集團（Southwest Oncology Group, SWOG）的Lung Master Protocol（LUNG-MAP, S1400）試驗是典型的雨傘臨床試驗。（如圖四）
總之，精準醫學帶來更多正確的診斷、分類和治療，可以了解不同個體跟抗藥性與耐藥性的差異，也可以給予每一個病人基於個體差異、更為合適的相關藥物或標靶藥物。也可以對個體基因進行健康管理，對個人進行疾病預防。在疾病的監測方面，除了近年廣泛使用的PET-CT，可以使醫師影像上精準的找出病人全身的腫瘤病灶。新近崛起的循環腫瘤細胞（circulating tumor cell, CTC）與循環腫瘤DNA（ctDNA）檢測技術，也讓我們更能精確的識別腫瘤的動態變化。（如圖五）
推行精準醫學的優勢與挑戰
精準醫學模擬對病人或醫療照顧者都會帶來助益：最明顯當屬藉助基因序列（sequence）或基因型（genotype）檢測改善個別病人治療決策的制定，挑選出最適合每個病人的藥物組合（drug cocktail），不再是一體適用（one-size-fit-all）。從而減少不必要的醫療浪費，也保護病人免於承受無效或是毒性太大的藥物。此外，也能制定有效的預防措施和生活形態建議。
當前要廣泛應用精準醫療還是有些挑戰必須克服的：除了大範圍基因檢測必定面對的龐大開銷外，雖然基因檢測結果對病人治療和復發風險的預測很有幫助，但對一個健康個人而言，這些基因資訊對醫療上的建議，也就是評估功能（predictive value）上，卻是非常有限的。
所幸這個問題至少在癌症醫療方面，包括對將來罹癌風險評估等，正在快速進步中。同時，醫療照顧者在判讀或解釋這些基因資訊的專業知識上，也必須同步的提升。當前的檢測工具及報告模式，還缺乏標準化（standardzation）以及廣被接受的國際認證。另一方面，當個人收到基因檢測報告時，如何避免產生誤解或是引發恐慌，也是一個重要考驗。此外，在一個人人開口閉口「大數據」的時代，這些數量龐大的生物「個資」的保存和管理也必將是精準醫學時代需要解決的難題。
元宇宙健康照護的緣由
近年來，除了虛擬實境、擴增實境、人工智慧、區塊鏈等相關技術的進步，尼爾．史蒂芬森（Neal Town Stephenson）在1992年出版的《潰雪》中描繪的元宇宙（Metaverse）是指一個完全虛擬的世界，但現在已不再是幻想。而臉書公司（Facebook）於2021年將其公司名稱正式改為「Meta」，這一事件更是掀起了元宇宙這一概念的熱潮。據Gartner預測，到了2026年，學習、購物、社交等領域將接入元宇宙，全球四分之一左右的人口在一天裡至少在其中度過一小時。
元宇宙是一個虛實融合、虛實互通的世界，這一互通概念既包含著二維時間上的概念，也囊括著三維空間的融合與互通。在如今的時代背景下，隨著VR（Virtual reality，虛擬實境）和AR（Augmented reality，擴增實境）等技術及相關設備的發展與普及，消費者除了需要終端設備，如手機、電腦之外，可進入元宇宙的設備大大得到了拓展升級，甚至更加便捷。而在元宇宙快速發展的背景下，其影響最大的是遊戲，而後在旅遊、養老領域也相繼在相關技術的影響下蓬勃發展。隨著全球人口老化加劇，元宇宙等新興科技將可能是推動智慧醫療的重要因素。
根據MarketsandMarkets市場研究報告，2023年醫療保健領域元宇宙市場約為95億美元，預計2028年將增長至將近800億美元，年均複合成長率（CAGR）高達53%。市場蓬勃發展的主因包括：遠距醫療普及率的提升，混合實境於疾病治療的應用範疇逐漸擴充（如手術模擬、醫師培訓、疾病治療等）以及醫療領域數位孿生（或叫數位雙胞胎、數位分身、Digital twin）技術迅速發展。（如圖六）
元宇宙的應用範圍
元宇宙於醫療保健領域之應用可細分為：疾病治療（包括行為健康、心理健康、疼痛管理、復健等）、遠距醫療(包括遠距監控及疾病診斷等）、手術視覺化（包括術前規劃、手術過程視覺化）、醫學教育（包括醫學技能模擬訓練）、健康管理與健身等類型。Frost & Sullivan評估，由於行為健康、心理健康、疼痛管理、復健等疾病治療應用迄今仍有大量未滿足的需求，包括當前治療方式療效有限且可及性較低，期待將來元宇宙技術之進展可以徹底改變前述疾病之治療模式。（如圖七、圖八）
台灣在元宇宙健康照護的現況
在2023年1月廣達電腦技術長張嘉淵先生在一次演講中提到元宇宙的概念早在航太產業已行之有年。近年來也以不同形式導入各種領域，包括智慧醫療，並延伸數位雙胞胎（又叫數位孿生、數位分身、Digital twins），替代「試藥」或「臨床試驗」過程，以達到智慧醫療的境界。簡單而言，是把真實世界的原始數據（raw data），經數據標註、定義數據屬性的數位化動作，進一步訓練數位分身，接著用這個數位分身形塑一個元宇宙，並在元宇宙裡，再開發不同的演算法、做不同的模擬，模擬的結果再做虛實整合，來達到預測、預防、個人化、多人參與（4P：Predictive預測、Preventive預防、Personalized個人化、Participatory廣泛參與）的精準醫療。
基本上，人體從細胞、組織、器官會產生許多數據資料，就像一個元宇宙，它是一種「仿生學（Bionics, Biomimetics）」的概念，這些數據就如你的「仿生（Bio-inspired）」，如果可以讓另一個空間的「數位分身」先進行疾病治療的模擬，就能在第一次診斷、給藥或治療時提高精準度。
現在的AI演算法都屬於類神經網絡，還處在人類的神經皮層，離大腦還有距離。如何把人的智慧轉換成元宇宙，去訓練模型，並進一步延伸不需要人類訓練的AI，都還在開發中。目前廣達已與美國MIT進行智慧醫療研發的合作，國內亦與台北榮總、台大雲林分院、成大、陽交大合作成立AI中心，有企圖心想在智慧醫療付出一些心力。其他像緯創、英業達、明達醫、新穎生醫、長佳智能、安克生醫等，都有介入智慧醫療的發展。另外，很多醫院亦投入遠距醫療、模擬疾病預測、模擬手術、模擬教學等與智慧醫療有關的相關產業。
元宇宙醫療面臨的挑戰
由於元宇宙醫療仍處於起步階段，尚未成熟，還面臨許多風險與挑戰，兹分析如下：
❶技術層面的風險與挑戰：元宇宙醫療必須安全可靠，在此方面仍有待突破，另外，成本高，不夠便捷，還有是否具備包容性及可近性的功能，也是一大考驗。
❷倫理與法律層面的困境：因元宇宙的追求是虛實空間的深度結合，有些難以受到現實世界法律的約束，存在很多不確定性，諸如詐騙、暴力，另外隱私、個資保護問題，亦有很大的挑戰。數位資產（digital asset）與身份認證的唯一性及高度的交互性，決定了元宇宙中應當建立的普世通用的體系，如何建構元宇宙中的道德規範與法律準則，亦是關鍵的難題。
結語
在數位科技、基因檢測與定序技術及分子生物學的快速發展下，醫療科技日新月異，精準醫療將成為生技醫療產業的重要關鍵，可因個別差異而為每個人量身訂製治療方案及健康照護，是未來的健康管理趨勢。
加上目前大多數元宇宙健康照護都是基於虛擬實景和數位孿生的交互應用的場景，未來會形成完整的以個人醫療健康為目標的虛擬數位人，以及群體衛生健康為目標的數位孿生社會，並構成新型的數位健康空間和衛生服務體系。
在此同時，與元宇宙健康照護配套的法律法規、醫學倫理、隱私保護、數據產權、數據安全、網絡安全、醫療費用支付政策等，要慢慢建構完整，為元宇宙健康照護的實際應用提供政策和法律保障。這時候真正的元宇宙健康照護的實際應用，才可以期待。
（圖片來源：Dreamstime/典匠影像）
- 記者：常春月刊
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