スタートレックのトライコーダー、実現？このデバイスはAIを使って病状を診断する

スタートレックによると、23世紀の医師はトライコーダーと呼ばれる装置を使ってほとんどの病気を診断し、健康状態を総合的に判断するそうです。しかし、スタートレックの多くの未来的なテクノロジーと同様に、この番組のファンたちは、その驚異をひ孫の代まで待つつもりはありません。ウィリー・ウォンカのベルーカ・ソルトを彷彿とさせながら、彼らは「今すぐ欲しい！」と叫ぶのです。

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XPRIZE は、SF テクノロジーを現代に実現するための 1 つの道を示しています。Qualcomm がスポンサーとなっている Tricorder XPRIZE は最近、Final Frontier Medical Devices 社の設計に 260 万ドルを授与しました。この設計は、最近の Silicon Valley Comic Con で展示され、Steve Wozniak 氏がプライベート デモンストレーションを受けました。

工学博士号を持ち、受賞作品の共同発明者でもある救急医のバジル・ハリス氏は、最近のインタビューで、ファイナル・フロンティア・メディカル・デバイセズは会社名というよりチーム名だったと語った。「チーム名は、宇宙船の補給将校がトライコーダーの交換を誰に依頼するかを自問自答したことから生まれました。しかし、継続的な事業展開にはこの名前は合わないと判断しました。」ハリス博士と、同社のCTOである弟のジョージは、最終的にバジル・リーフ・テクノロジーズを設立し、製品の開発と臨床試験の実施を主導した。

兄弟が開発した製品は最終的に DxtER (「デクスター」と発音) として知られるようになりました。これは、臨床救急医療の経験と実際の患者のデータ分析を統合して病状を診断する人工知能ベースのエンジンです。

XPRIZEのウェブサイトでは、このコンテストの目標を非常に簡潔にまとめています。「手のひらに収まる、ポータブルなワイヤレスデバイスで、健康状態をモニタリング・診断できると想像してみてください。」詳細なガイドラインはこちらでご覧いただけます。DxtERの早期概要と、これまでの開発状況についてご紹介します。

ソフトウェア

兄弟は協力してこのプロジェクトに取り組み、まずバジル・ハリスの脳を分解して、ハードウェア設計のガイドとして使用できる基本的なエキスパート システムを構築することから始めました。

彼はこう説明した。「最初のイテレーションを構築した時は、従来のAIのように『if-then』方式でした。出発点として、数ヶ月かけてデコードを行いました。私の脳を拾い上げて、それを解読しようとしたのです。私たちは非常にデータドリブンでした。」

「そこから、私たちはモデルを検証しました。具体的には、私たちが求めていた実際の病状を持つ患者のカルテ（倫理審査委員会の承認済み）を数百枚集め、それらを同年齢の患者とマッチングさせました。そして、マッチケースコントロール研究を実施し、初期モデルの精度を確認しました。いくつかの点では良好な結果が出ましたが、他の点では不十分でした。」

ソフトウェアは数回のテストの反復を通じて進化し、現在では条件や次のレベルのテストに関してかなり信頼性の高い推奨事項を作成できるようになりました。

DxtER ：ハードウェア

DxtERのコアハードウェアはiPad miniですが、現在入手可能なスマートフォンやタブレットであればどれでも動作します。架空のTricorderの非侵襲性を維持するため、チームは赤外線温度センサーと組み合わせた異常肺音分析用のデジタル聴診器「DxtER Orb」を発明しました。

その他の DxtER センサーには次のものがあります:

• 脈拍、酸素、心拍数、血圧を継続的にモニタリングするとともに、グルコース、ヘモグロビン、白血球数を非侵襲的にモニタリングするリストセンサー。
• 心電図 (ECG)、心拍数とリズム、体温を継続的に監視する胸部センサー。
• スパイロメーターは肺機能検査を実行します。
• 従来の血圧測定器では校正が行われます。

タブレットは、センサーによるデータ収集に必要なすべての手順をユーザーガイドとして表示します。医療従事者は、視力検査や神経学的評価といったタブレット上の独自のルーチンを通じて、追加の客観的な情報を得ることができます。さらに、必要に応じてシステム外で実施される独立した分析のために、尿や血液サンプルの準備手順についても、アプリが段階的にユーザーをガイドします。

各コンポーネントはバッテリーで駆動し、それぞれがBluetooth経由でタブレットに接続されています。Tricorderは分析結果と結果をローカルに保存します。システムはインターネットに接続していなくても動作します。インターネットに接続している場合は、Tricorderは結果をAmazonサーバーに安全に送信します。

チームはプロトタイプのためにすべてをゼロから構築しました（カリフォルニア大学サンディエゴ校でのテスト用に65個のキットを製作しました）。ハリス氏は、「今後、すべてを自社で構築するつもりはありません。代わりに、独自のコンポーネントの開発に注力していきます」と述べています。

このバージョンでは、非侵襲的な DNA テストを実行して種を特定したり、多変量解析を実行してグループ間の違いを特定したりすることはありませんが、センサーと検査データにより、次のようないくつかの状態を正確に診断するのに十分な情報が提供されます。

• 貧血
• 尿路感染症（UTI）
• 糖尿病
• 心房細動（AFib）
• 睡眠時無呼吸症候群
• 慢性閉塞性肺疾患（COPD）
• 肺炎
• オティッツメディア
• 白血球増多症
• 百日咳
• 高血圧
• 単核球症
• 条件の欠如

このシステムは、脳卒中、結核、A型肝炎、腎盂腎炎、ベル麻痺、白血球減少症、喘息、気管支炎、脱水症、ケトーシス、高血糖、低血糖の予備的適応症も提供します。

DxtERを可能な限り非侵襲性に保つため、ハリス氏は次のように述べています。「私たちは、採血を一切行わずにグルコース、ヘモグロビン、白血球数を測定する技術を用いています。これは真のトリコーダーのようなもので、私たちがこれを推し進めたのです。サンプルを本格的な化学実験室に送るほど正確ではありませんが、血糖値の範囲を把握できるため、どのような追加検査が必要かを判断できます。現在、このセンサーを臨床試験に導入しています。XPRIZEコンテストで使用したバージョンから少し改良したものです。」

理論から実践へ

ハリス博士は、「最初のトリコーダーキットは、競合製品のように完全に自動化されるとは思っていません。医療従事者向けのインターフェースとガイダンスを提供する程度になると思います」と述べました。

トライコーダーが医療機器キットの機能的な一部となるためには、臨床試験が不可欠です。非侵襲的な設計のため、FDAの承認取得には、体内に挿入する機器よりも厳格な試験は不要です。

ハリス氏はさらに、「私たちは、被験者が治験に参加することに同意した病院でこのシステムを使用しています。例えば、すでに血液を採取しており、その血液を用いてセンサーの結果を比較しています」と付け加えた。

トリコーダーの登場を23世紀まで待つ必要はないかもしれないが、すぐに普及する機器にはならないだろう。倫理的な社会における多くの科学的進歩と同様に、遅延は基本的な技術の限界ではなく、ソフトウェアによる推論や推奨を徹底的にテストする必要があることに起因する。「単一のセンサーをテストする方が、トリコーダー全体の承認を得るよりもはるかに簡単です。なぜなら、トリコーダーのように診断を下し、症状に対する行動を患者に促すわけではないからです。そのような機器をどのように規制すればよいのでしょうか？FDAは現在、その解決策を検討中です。」

ハリス博士が言うように、「それを解き放つ前に、私たちの信頼を獲得しなければなりません。」

ハリスと彼のチーム、そして『スタートレック』のようなSF作品にインスピレーションを受けた他の研究者たちは、未来を待つのではなく、アラン・ケイの有名な言葉にあるように、未来を創造しようとしている。メインライン・ヘルスのランケナウ・メディカルセンターでは臨床試験が継続されている。

2位の賞金100万ドルは、ハーバード大学医学大学院のChung-Kang Peng准教授が率い、HTC Researchの支援を受けた台湾を拠点とするファイナリストのDynamical Biomarkers Groupに授与されました。