来自《星际迷航》的技术在为高通三录仪x大奖赛拍摄的照片中，身着星际舰队制服的塔蒂安娜•瑞宾斯基手持一款电影中的三录仪复制品。瑞宾斯基是入围决赛的一支研究团队的带头人。
《星际迷航》中的健康扫描仪能否成为现实？
才刚刚吃了两口沙拉，塔蒂安娜?瑞宾斯基（Tatiana Rypinski）就发现已经到了下次会议的时间了。于是，她只好起身快步赶往生物医学工程设计工作室，这个集原型制造间、生化设备实验室和机械车间于一体的工作室坐落在巴尔的摩市的约翰?霍普金斯大学霍姆伍德校区。瑞宾斯基和几个同事的会议场所就在几张工作台附近，工作台上方高悬着从天花板上垂下的电源插座。一台工具车静静地蹲在房间一角，另外一个角落里则摆放了一台显微镜。两台3D打印机随意地安放在墙边。学生们同意在这里与我会面，介绍他们最近的项目工作情况。他们的项目不仅是灵感源于科幻小说，具体的目标理念更是完全取材于《星际迷航》这部电影。他们想要建造一台医疗三录仪。
在1966年的电影《星际迷航》里，三录仪在实质上只是作为一款剧情设备出现的。就像电影中那架可以把人像光线一样从飞船发射到不同星球而无须让观众坐等冗长的登陆镜头结束的运输机一样，三录仪可以快速地作出医疗诊断并提出治疗建议，推动故事不断向前发展。借助这批虚构设备，星际舰队的成员不用去飞船的医务室就能得到全面的医疗情况分析。
然而在现实世界里，如果我们的病症并不紧急，那可能需要等待数天（在有些地方甚至是数周）才能前往医生那里就诊。而如果需要检验科化验的话，就要等更长的时间才能获得诊断结果。整个就诊过程有很多时间都是在等待，而等待绝对是一个生病的人最不想做的事情。发展中国家的问题甚至更为严重，医疗设备和人员的缺乏意味着人们可能连看医生的机会都没有。面对这种情况，我们需要的正是一台三录仪，一台真正的三录仪。
瑞宾斯基目前是高通三录仪X大奖赛参赛团队之一——Aezon团队的负责人。此次竞赛由X大奖基金会和美国芯片制造商高通公司在2012年联合发起，它对世界各地的创新者提出的挑战是开发出一款能够作出综合性医疗诊断的便携式消费者友好设备。当时共有三百多支队伍报名参赛，经过一系列的审核之后，组织方最终选定了10支决赛团队，并在去年8月份公布了名单。
该竞赛在本月进入了最终较量环节。进入决赛的每一支团队都需要提交30款原型作品，从现在开始，这些设备原型将在真实的病人身上接受一连串的测试。比赛将在明年年初，也就是《星际迷航》问世50周年之际决出一支冠军团队和两支亚军团队，这3支团队将获得总额为1000万美元的奖金。
在所有入围决赛的团队中，Aezon是最年轻的一支：所有团队成员都是约翰?霍普金斯大学的在校学生，甚至还有部分成员从未看过《星际迷航》原片。“但我爸爸是这部电影的超级粉丝。”其中一名学生向我如是说道。作为团队的带头人，瑞宾斯基毫不畏战。“这是一件我们出于热爱才做的事情，”她说道，“我想正是这一点让我们与其他团队区别开来。”
在其他入围决赛的团队中，有知名度颇高的创业公司，如位于硅谷的Scanadu公司，也有资金实力雄厚的医疗企业，如NASA的合作伙伴——位于马萨诸塞州剑桥市的DNA医学研究所。10支决赛团队中，有4支位于美国，另外6支分别来自加拿大、英国、印度、北爱尔兰、斯洛文尼亚和中国台湾。
这些竞赛团队的研发成果无法做到与《星际迷航》中的三录仪完全一样，成为全能型的便携扫描设备，但也必须具备一些强大的功能。它们必须能够解读诊断13种医学病症，包括贫血、糖尿病、甲型肝炎、白细胞增多症、肺炎、中风、肺结核以及尿路感染。此外，竞赛团队们还需要从一份包含食源性疾病、黑色素瘤、骨质疏松症、百日咳、带状疱疹、单核细胞增多症、链球菌性喉炎和HIV在内的疾病清单中选择3项，作为其研发成果的可诊断病症。除此之外，他们研发的系统还必须能够监测体温、血压和血氧饱和度、心率以及呼吸速率等生命体征，不仅要实时监测，还需要在若干天内连续监测。
这些目标看上去近乎是不可能完成的任务，但X大奖赛却认为，凭借一系列相对前沿的技术进展，这些目标都可以实现。这些技术进展包括适用于医疗数据的深度机器学习方法、性价比高的微流体技术和其他芯片实验室系统以及速度越来越快但成本越来越低的实验室化验分析，例如用于DNA分析的快速聚合酶链反应（PCR）检测。而且同样重要的是，个人基因信息服务和健康追踪设备正在日益普及，这证明人们有意愿去了解更多有关自己身体和健康状况的信息。
高通三录仪X大奖赛的高级总监格兰特?坎帕尼（Grant Campany）表示，目前，可实现上述目标的技术已经以某种形式存在了，因此比赛在很大程度上是挑战如何将这些技术集成到一个引人注目的系统中。三录仪存在的目的并不是替代医生的诊室：它根本无法治疗任何一种它所识别的病症。但是，三录仪却能够快速、详细地告诉我们自己的身体究竟出了什么状况——这比许多人现在经常在谷歌搜索栏里敲入自己的症状然后又在一堆可疑的医疗网站中寻找自己的症结所在要靠谱多了。
坎帕尼表示，竞赛选择的是一些通常不能及早发现从而会导致较高住院治疗率和死亡率的疾病：“此次竞赛的目标就是试着尽早发现症状，以确保人们不会在等待中病得更加严重。”
时间已经是2月末，Aezon团队已经进入了项目关键期。瑞宾斯基告诉我，他们的团队已经研发出一些工作组件，现在需要做的就是在3个月之内将它们整合成为一套可以提交组织方的完整系统。谈到自己团队研发的三录仪，瑞宾斯基愿意与我分享的信息非常有限；与大多数其他X大奖赛参赛者一样，Aezon团队一直在为自己的技术严格保密。
即便如此，仍可以保证的是，不同团队研发的系统的工作原理很可能是基本一致的。具体如何运作呢？假如我们现在感到不舒服了。大部分三录仪可能会有一个在手机或平板电脑上运行的应用程序作为其主用户界面。该应用程序类似于“智能医生”，会首先问你一系列问题：是否头疼？是否感到晕眩？是否呕吐过？此外，该程序可能还会询问你的年龄、体重、身高和医疗史。
接下来，三录仪会收集你的生命体征，这些指标是由你身上佩戴的传感设备——可能是一款健康追踪型手环，也可能是一款电子项链——测量得出。（竞赛要求该监测仪必须能够连续收集72小时的数据，即使在入睡后也不能间断。）根据你的回答和生命体征，应用程序可能还会要求你接受一些额外的化验。这些化验需要使用另外一款类似于“实验盒”装置的硬件完成，该硬件能够利用唾液、尿液或血液样本完成某些诊断性化验。
最终，在接收到化验结果并综合了所有其他数据之后，应用程序会给出相应的诊断结果并引导你获取更多信息，例如可靠的医疗资源或相应疾病患者的援助团体的相关信息。此外，该应用程序中可能还会包括一个“拨打医生电话”的按钮，甚至还有可能直接为你拨打急救电话。
部分团队正在研发的设备很有可能让人误认为是电影《星际迷航》的道具。Scanadu公司就曾在参与X大奖赛之前成功地完成一轮资金众筹，开发出了Scout检测仪。这款放置在额头上使用的外型纤巧雅致的白色圆盘监测仪配备了多个传感器，可以测量心率、体表和核心体温、呼吸速率、血压和血氧浓度以及心电图数据。在此次X大奖的角逐中，Scanadu公司是将继续使用这款设备还是将其与一款能够在更长的时间内收集数据的可穿戴配件结合在一起以实现升级强化，我们现在还不得而知。
来自加拿大的Cloud DX团队曾设计出一款外型未来感十足、可以测量各项生命体征的塑料项圈。这款U形设备环绕着佩戴者的脖颈，贴合在前胸的两个末端布满了电极，可以记录下佩戴者的心电活动。此外，他们设计的三录仪还带有一个唇膏大小的扫描棒，用于检查皮肤和耳朵的情况。这款三录仪的创造者表示，这部分设计就连进取号的首席医疗官麦考伊博士也会“为之骄傲”。
坐在生物医学工程设计工作室里的瑞宾斯基和她的同事们看上去精疲力尽，看起来现在支撑他们的唯有那份坚韧不拔的热情。瑞宾斯基告诉我，当她在2012年了解到三录仪竞赛的信息后，她向约翰?霍普金斯大学（这所大学以其颇具优势的生物医学工程项目而闻名）的不同院系发出了电子邮件，寻找有兴趣组成研究团队的人。最初的几次会议有很多人来参加。真正艰难的是找到那些愿意再次回来的人。瑞宾斯基说：“随着时间推移，只有那些对项目真正感兴趣的人留了下来，现在，我们都坐在这里。”
为了此次竞赛，Aezon团队采取了“分治”策略。大概三十多人的团队分成了若干个小组，分头研究不同的疾病和决定成功诊断每种疾病所需要的数据。
瑞宾斯基的两位同事——机械工程系学生阿历克斯?卡恩斯（Alex Kearns）和计算机科学系学生阿克沙伊?斯里瓦特杉（Akshay Srivatsan）告诉我，他们已经设计出一款在智能手机上使用的应用程序，可以按照“医生思考问题的方式”工作。该应用程序主要依赖一种被称为“朴素贝叶斯分类器”的机器学习技术来实现上述目标，而这种技术已被研发此类医疗诊断应用程序的研究人员们广泛使用。其理念是，每当系统接收到一条新的信息，无论是表现症状、生命体征还是实验室化验结果，它就会对某项既定诊断的可能概率作出相应调整。
为了获取病人的生命体征，部分Aezon团队的成员研发出了一款戴在脖子上的监测设备。设备制造者决定成立一家名为Aegle的独立公司，在比赛结束之后专门为这款产品募集资金，面向市场发售。
为了完成部分化验检测工作，Aezon团队还与约翰?霍普金斯大学的生物微机电系统和单分子动力学实验室建立了合作关系。Aezon团队希望将实验室近期开发的部分微纳米级分子分析方法用于快速且低成本的血液样本诊断性化验。
然而，对于其他化验和测试，Aezon团队却采用了相对简单的技术。主修生物物理学的赛勒斯?周（Cyrus Zhou）和机械工程系学生奈德?萨姆森（Ned Samson）正在研究白血球增多症的化验方法，患有这种疾病的人白血球数量会大量增加。“刚开始，我们打算制造一款微流控装置，”萨姆森说道，“但听我们这样说的人却表示，这是博士生才能做到的事情。”
这两名学生先是找到了一款可令血液细胞分散开来的商用芯片，使细胞更容易观察。现在，他们正尝试将该芯片与一组可作为简易价廉的光学显微镜使用的透镜整合在一起。他们的最终计划是使用智能手机上的摄像头和Aezon团队自己研发的应用程序，以计算机视觉计算白血球的数量。萨姆森表示：“这款装置拥有所有的优点：外型小巧，性价比高，而且具有可实现性。”
在今年6月到12月间，X大奖基金会将在加州大学圣地亚哥分校医学中心评估所有参赛团队的原型产品。评估过程中将招募近500人——每台设备的每个病症诊断功能都有3名消费者对其进行测试——针对每台三录仪的每个病症得出一项代表性测试结果。
获胜团队必须拥有最高的健康评估得分（根据三录仪正确诊断用户所患病症的能力评判），同时还必须是“消费者体验”得分（根据三录仪的外观美感度、应用性和功能性评判）最高的5支团队之一。
“这些设备必须要达到的一个标准便是，一个多多少少掌握智能手机应用的普通人能够了解如何操作。”此次三录仪X大奖赛的总监坎帕尼表示，“用户体验方面的得分要占综合得分的45%，因为我们认为用户体验的重要程度的确有这么高。”
此次评估并非一次临床实验，而真正将三录仪投入临床实验的难度远大于此。即使部分三录仪能够发挥不错的功效，在其实现商用之前也还有一长串的问题需要作出解答。它们是否安全？能否确保用户医疗信息的私密性？一旦出现误诊，谁来负责？
在结束了约翰?霍普金斯大学之行的一个月后，我再次联系了瑞宾斯基，以了解他们的项目进展情况。Aezon团队已经最终敲定了他们的三录仪设计方案，现在正在测试三录仪的各个组件，以确保它们在整合在一起之后能够发挥良好的功效，提供连贯一致的用户体验。瑞宾斯基并不知道当他们研发的原型被送往X大奖评估时自己会作何感想——除了等待消费者测试的结果之外，她的团队（或是任何其他团队）已经没有什么可以再做的了。可就目前而言，瑞宾斯基忙得几乎连吃午饭的时间都没有了。
“我们的项目时间真的非常紧迫，”瑞宾斯基说道，“等项目完成之后，我们就有的是时间了。”■
作者：Evan Ackerman