2022年中国神经科学数字化创新白皮书.pdf
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1、中国神经科学数字化创新中国神经科学数字化创新白皮书白皮书(2022)序言序言本白皮书由渤健数字健康与动脉网、蛋壳研究院项目团队共同撰写。编写本白皮书的初衷是希望让医疗行业中的与科技领域的一同探索神经科学的未知,为了了解和治疗疾病的目的共同推进对不同科技的产业化,形成新科技投用到医疗行业中赋能和造福患者。本白皮书通过调研以及与医药器械行业的部分先锋者交流访谈(包括战略、市场,医学等部门,投资专家),了解一线管理与技术人员对于各类神经科学的前沿技术应用(简称神经科学)的使用场景中实际效果的反馈和展望。由于神经领域庞大,科技应用复杂,时间及范围有限,白皮书所做的是调研的解读以及总结,也欢迎大家的批评
2、与指正。白皮书希望让读者得到启发,了解哪些神经科学合适涉及到的治疗领域,与不同行业参与者合作,创造出最合适的数字健康解决方案。一直以来,渤健引领创新科学研究,与严重破坏性神经系统疾病战斗。在推进此工作,我们也发现只有渤健是不够的。我们希望营造一个开放的创新生态,吸引更多志同道合的创新者推动中国神经科学的发展和进步。白皮书编纂团队2022年5月神经科学数字化创新白皮书(2022)2渤健中国官方微信号渤健中国官方微信视频号渤健中国官方新浪微博关于渤健关于渤健关于渤健作为神经科学领域的先锋,渤健为全球罹患严重神经和神经退行性疾病的患者探索、研发和提供创新疗法和相关方案。渤健是 Charles Wei
3、ssmann、Heinz Schaller、Sir Kenneth Murray 与诺贝尔奖获得者 WalterGilbert 和 Phillip Sharp 携手在 1978 年成立的全球首批生物技术公司之一。渤健于2017年在中国注册成立,致力于在中国为罹患神经系统疾病的患者加速引入创新药物,不断提高并改善患者的用药可及与创新服务。欲了解更多信息,请访问 https:/,或在社交媒体上关注我们。关于渤健数字健康渤健数字健康(BDH)创立于2021年,是渤健全球业务部门之一,致力于成为神经科学领域的个体化和数字化健康先锋。我们希望通过实现神经科学领域的个体化和数字化健康来改善患者生活。借助数
4、据科学和数字技术,我们积极研发解决方案,以推动研究进展、改善临床照护、增强患者赋能。了解更多:https:/ 录一神经科学数字化创新背景二神经科学数字化创新全景透视三神经科学数字化创新技术的价值1、疾病谱驱动P92、政策驱动P103、资本驱动P114、技术驱动P121、神经科学数字技术定义及成熟度P142、数字技术凸显神经科学数字化创新优势P193、神经科学数字化创新技术及参与者P241、神经科学数字化创新价值分析P47神经科学数字化创新白皮书(2022)7神经科学数字化创新背景01神经科学数字化创新白皮书(2022)8神经类、精神类疾病情况自闭症6中国1%-2%患有自闭症占中国儿童精神疾病首
5、位多发性硬化12020年,全球患者总数为282.64万人,预计2022年为298.87万人肌萎缩侧索硬化8发病率约为1.5/10万脊髓性肌萎缩症5我国患病率约为1/50000全国约每一万个新生儿中有一个罹患SMA卒中10全球有1亿脑卒中患者,是全球第二大死因,仅次于冠心病(16.2%)癫痫4癫痫影响全球5000万人,每年新增200万患者,约3/4患者没得到治疗抑郁症7全球约3亿患者中国5000万每年100万人因该症自杀精神分裂症11全球患者7600万中国1600万全球1/4人口罹患精神或神经类疾病治疗相关疾病带来的社会负担占全部疾病19%阿尔茨海默病2,3全球有超5500万痴呆患者,其中50%
6、-70%为阿尔茨海默病患者,中国60岁及以上AD患者高达983万脑肿瘤9中国100-200万5年生存率30%-40%疾病谱驱动疾病谱驱动神经科学数字化创新白皮书(2022)9*数据来源:1.多发性硬化国际联合会(MSIF)官网www.msif.org/about-ms/what-is-ms/;2.Dementia(who.int)3.Jia L,Du Y,Chu L,et al.Prevalence,risk factors,and management of dementia and mild cognitive impairment in adults aged 60 years or o
7、lder in China:a cross-sectional studyJ.Lancet Public Health,2020,5(12):e661-e671.DOI:10.1016/s2468-2667(20)30185-7.4.国际抗癫痫联盟www.ilae.org/;5.中华医学会医学遗传学分会遗传病临床实践指南撰写组.脊髓性肌萎缩症的临床实践指南J.中华医学遗传学杂志,2020,37(3):263-268.DOI:10.3760/cma.j.issn.1003-9406.2020.03.007.;6.历阳.感觉统合训练对自闭症患儿康复效果的影响J.探索科学,2019(12):107-
8、108.,胡务,彭媛.“十四五”期间自闭症康复的社会支持J.四川劳动保障,2021(1):32.;7.葛艳,孙喜蓉,陈晓俊.抗抑郁药物与非典型抗精神病药物联合应用对抑郁症的治疗疗效分析J.山西医药杂志,2022,51(5):520-521.DOI:10.3969/j.issn.0253-9926.2022.05.012.;8.北京大学循证医学中心;9.陈金东.中国各类癌症的发病率和死亡率现状及发展趋势J.遵义医学院学报,2018,41(6):653-662.DOI:10.3969/j.issn.1000-2715.2018.06.001.;10.中国脑卒中防治报告2020概要J.中国脑血管病杂
9、志,2022,19(2):136-144.DOI:10.3969/j.issn.1672-5921.2022.02.011.;11.朱春燕,孙继军,汤剑平,等.以完善自我为核心的集体心理治疗对康复期精神分裂症患者情绪识别能力及社会功能的疗效研究Z.2020.政策驱动政策驱动我国是典型的“大政府”;医疗行业属于强监管行业;我国以公立医疗及国家强制医保为主体。2009201020112015201620192020202120222009:关于深化医药卫生体制改革的意见2010:2010年远程会诊系统建设项目管理方案院内信息化与数据共享、远程医疗、药械电商、物联网与智能设备、大数据、DRG等基础建
10、设,实现电子病历大幅提升、远程会诊初具规模引导更先进的技术与更具体的应用场景,推动多技术与医疗的融合,强化数字技术的监管政策疫情推动远程医疗和大数据等数字技术的应用构建普惠便捷的数字民生保障体系,建设智慧医保,医疗保障信息化水平显著提升开始阶段起步阶段稳步推进阶段疫情推动爆发阶段开始“十四五”规划神经科学数字化创新白皮书(2022)10投资机构在神经科学数字化技术产业投资轮次和频次分布天使轮Pre-A轮A轮A轮以后1次2次3次4次5次及以上累计投资5000万人民币以上累计投资1000-5000万人民币累计投资1000万人民币以下资本驱动资本驱动截止2022年3月底,共计有63家投资机构布局中国
11、神经科学数字化技术赛道,其中不乏中国红杉、高瓴、鼎晖投资、山蓝资本等明星投资机构。从投资机构的投资轮次分布看,天使轮和pre-A轮最多,占比高达85%,累计投资总额在1000万人民币以下的占比68%。这说明神经科学数字化技术产业处于发展早期,未来投资空间大。神经科学数字化创新白皮书(2022)11*数据来源:动脉橙数据库技术驱动技术驱动数字化与医疗结合,全面参与医疗闭环。广泛参与疾病康复过程,数字化在远程疾病管理,慢病管理领域优势显著防治阶段,数字化不仅分析健康档案数据,还提供疾病防治场景诊断场所数字化、诊断工具数字化、诊断结果数字化参与公共卫生应急治理,将公共卫生局部数据整合,用于传染病预警
12、与溯源等方面治疗手段数字化、治疗对象数字化康防诊控治数字化结合点神经科学数字化创新白皮书(2022)12神经科学数字化创新全景透视02神经科学数字化创新白皮书(2022)13神经科学数字技术是神经科学与数字技术的交叉,目标是通过数字技术引入新的应用、流程、产品、服务及商业模式来提供可扩展的解决方案,从而为患者、医疗机构、研究和支付赋能。数字技术是将各种模拟或数字信号转化为电子计算机能识别的二级制数据(0和1)后进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的技术。根据其核心作用,在“采集(输入)-传输-存储-处理-输出”的经典数据模型中扮演一个或几个角色。神经科学数字神经科学数字技术定义技术定义运算加
13、工存储传送传播还原神经科学数字化创新白皮书(2022)14气泡大小表示应用市场潜力神经科学数字技术神经科学数字技术成熟度及市场前景成熟度及市场前景神经科学数字化创新白皮书(2022)15数字化技术在不同类型神经疾病的应用成熟度分布注:柱状图越长,表述该类数字化技术在神经疾病的应用成熟度越高各领域亦包含疾病康复应用癫痫多发性硬化症帕金森病卒中运动障碍脊髓性肌萎缩症阿尔茨海默病严重抑郁症传感脑机接口人工智能数字疗法虚拟与仿真神经科学数字化创新白皮书(2022)16神经科学数字技术-人工智能样式结构化数据待处理数据数据输入数据输入数据存储数据处理数 字 技 术 遵循“输入-存储-处理-输出”的经典数
14、据模型。应用模型验证本机存储云存储数据存储数据处理数据输出数据输出人工智能的典型数据流程训练完成的模型处理后的数据开发神经科学数字化创新白皮书(2022)17神经科学数字技术-传感样式物理、化学、生物传感数据输入数据存储数据转换数据输出脑机接口的典型数据流程信号输出数模转换信号采集信号处理储存器神经科学数字化创新白皮书(2022)18数字技术凸显神经科学数字化创新优势网络化优势数字化医疗设备,可以实现医院内部信息资源共享、实时影像及文档的传输;完成远程医疗等医疗机构管理者可以通过数据分析实时调度、管理医疗机构,优化为病人提供的服务。智能化优势医疗设备智能化,对于患者病灶发现更准确、病情管理更加
15、的精细化。个性化优势数字化可以根据病人的个体差异,开展个性化的疾病管理和健康管理服务。信息化优势神经科学数字化创新白皮书(2022)19信息化优势信息化优势数字技术的引入使得医院内部、医联体以及互联网医疗数据实时流转、互联互通,从而实现智慧医疗、智慧管理和智慧服务。医联体分级诊疗互联网医院体系智慧就医/医教电子处方 分级坐诊 图文问诊咨询报告 AI辅助诊断 处方流转远程转诊 远程影像 检查预约远程病理 远程教学 远程心电线上挂号 查看报告 智能导诊诊疗及OA 医生服务 教学科研院内HIS院内信息化系统院内信息化系统数据数据数据神经科学数字化创新白皮书(2022)20人工智能辅助诊断人工阅片高效
16、、标准、精准低效、参差不齐、错误脑部影像智能化优势智能化优势人工智能可以快速阅片,定位医疗影像中的病灶,为医生提供辅助诊断意见,从而极大地提高诊断效率,缓解放射科医生严重不足的窘境。同时,人工智能没有疲劳感,可以有效降低因此造成的疏漏或错误。此外,对于缺乏阅片能力的基层医疗,人工智能更是可以极大提高其诊断水平,实现标准的一致化。神经科学数字化创新白皮书(2022)21三甲医院5G急救基层医院互联网医疗咨询影像诊断随访远程手术网络化优势网络化优势包括云计算、大数据和5G等网络基础设施的逐渐成熟,使得远程医疗蓬勃发展。患者在家就可以享受到远在千里之外的三甲医院的专家服务。基层医院的诊断数据可以及时
17、传递到三甲医院得到咨询,同样可以在知名专家的远程指导下完成以前无法想象的高难度手术。神经科学数字化创新白皮书(2022)22个性化优势个性化优势数字疗法+传感器的介入为个性化医疗提供了可能。如今,患者可以根据自身的体质实现精确给药,不再以固定剂量给药,极大提高了药效,减少了副作用。神经科学数字化创新白皮书(2022)23数字疗法虚拟现实大数据与云计算人工智能脑机接口神经科学数字化创新白皮书(2022)24传感器中国神经科学数字化创新主要企业列表信号采集信号处理数模转换储存器信号输出传感技术原理传感种类技术原理例子物理传感利用被测物体的物理特性转换为数字信号;动作捕捉生物传感将生物体的特征如血压
18、、心电等转换为数字信号。心电仪化学传感将化学物质特征如成分、浓度转换为数字信号;IVD传感器传感器对人体数据的有效感知,依赖于各种类型的传感器。人体所用传感器需要具备体积小、质量轻、功耗低、可靠性好、稳定性高、易于集成等特点,目前使用的传感器主要包括运动感知类传感器、环境感知类传感器和生理参数检测类传感器,其中生理参数检测类传感器用于检测人体各项体征数据,比如血糖、心率、血压等,是可穿戴设备提供各类健康和医疗服务的基础。神经科学数字化创新白皮书(2022)25动作捕捉原理示意图传感器传感器物理传感物理传感动作捕捉是在运动物体的关键部位设置跟踪传感器,通过空间尺寸测量、物体定位、物体空间方位、物
19、体空间移动等方式,由系统捕捉跟踪器位置,再经过计算机处理后得到三维空间坐标及移动情况的相关数据。通过处理、分析数据,可以应用在步态分析等神经科学数字化领域。主要分类技术原理光学式动作捕捉依靠一整套精密而复杂的光学摄像头来实现,它通过计算机视觉原理,由多个高速摄像机从不同角度对目标特征点进行跟踪来完成全身的动作的捕捉。惯性动作捕捉惯性导航传感器AHRS、IMU测量被捕捉者或物体的运动加速度、方位、倾斜角等特性。机械师动作捕捉统依靠机械装置来跟踪和测量运动轨迹。声学式动作捕捉系统一般由声波发送装置、声波接收系统和数据处理系统组成。电磁式动作捕捉发射源是按一定时空规律分布的电磁场;接收传感器将接收到
20、的信号通过电缆或无线方式传送给处理单元电磁动作传感光学动作传感数据分析及集成行为捕捉声学动作传感神经科学数字化创新白皮书(2022)2526心电监测仪器电路动态心电传感的作用实时监测,实时传输,利于对用户的整体生命体征进行连续的监测和整体评估;体积小巧,便携,适合多种场景心电传感器A/D转换电路光电隔离电路信号放大电路滤波电路无线通信电路传感器传感器生物传感生物传感心肌细胞的兴奋和兴奋传播是细胞膜的生物电活动为基础的,所有心肌细胞膜生物电活动的整体就构成了心电信号。心肌细胞产生的生物电活动可以通过周围的导体组织传导到体表的任何部位,因此将电极放置于体表或体内的某个部位,就可以记录到对应的电位变
21、化。通过描记心动周期内由心脏电位变化引起的体表两个部位之间的电位差随时间变化的情况,即心电(Electrocardiogram,ECG),它反映了心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的电生理活动。用于心电测量的可穿戴设备的两种主要形态是心电贴和智能手表两类。神经科学数字化创新白皮书(2022)27EDA测量皮电传感的作用皮电活动能够非常快速、灵敏地反应刺激事件对个体的影响程度;体积小巧,实时传输传感器传感器生物传感生物传感当人类机体受到感官刺激或者情绪产生变化时,皮肤内的血管会产生收缩和舒张,机体的汗腺(人体约三百万个汗腺,在手掌、手指以及脚底分布较为明显)被激活发生变化,进而分泌水分,通过毛孔进
22、入皮肤表面,在分泌液中的离子改变电流正负平衡。测量皮肤电导变化的传感器技术叫做皮电活动(EDA-Electrodermal Activity)传感技术。电压源电流v皮肤电阻电极电极+神经科学数字化创新白皮书(2022)28通信技术的功能和作用生物传感无创传感可穿戴硅光子数据采集NB-IoT5G全息影像技术数据传输脑机接口人工智能数字疗法虚拟与仿真疾病预防评估诊断疾病治疗疾病康复愈后管理数据应用数据传输数据传输在神经疾病的诊疗流程中,通信技术主要解决脑机接口、人工智能、数字疗法、虚拟与仿真等技术应用过程中数据的传输问题。通信技术是实现数据从采集到应用的媒介,主要包括NB-IoT、5G和全息影像技
23、术等。通信通信神经科学数字化创新白皮书(2022)29侵入式脑机接口的作用与大脑皮层内部接触采集路径短,信号受干扰较小,信号质量高;采集信号效率高,其时间分辨率在0.01秒内,空间分辨率可达到微米级非侵入式脑机接口的作用与大脑皮层外部接触,临床风险小,在大脑外部佩戴采集设备,不易对大脑组织造成损伤;价格便宜,脑电可穿戴设备价格一般都在千元级侵入式脑机接口指在大脑外部佩戴设备,实现脑信号采集并与外部设备之间创建的连接,从而实现脑与设备的信息交换。非侵入式脑机接口指在大脑外部佩戴设备,实现脑信号采集并与外部设备之间创建的连接,从而实现脑与设备的信息交换。脑机接口脑机接口神经科学数字化创新白皮书(2
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