一、前言

診斷錯誤會產生巨大的醫療成本，包括浪費醫療資源、增加民眾經濟負擔、影響患者健康，甚至可能導致患者死亡。提升診斷準確率的需求，帶動了精準診斷(Precision diagnostics)技術的發展。精準診斷為利用先進的診斷工具與數據分析技術，來診斷疾病與預測疾病風險，同時監測和預測治療的反應，以為每一位患者提供個人化的治療計畫，並且降低醫療成本。
目前主要的精準診斷技術涵蓋：基因體分析液體活檢(Liquid biopsy)、預測性基因檢測(Predictive Genetic Testing)、藥物基因體學(Pharmacogenomics)與其他新興技術。各項技術介紹請參閱圖一。
 

二、精準診斷應用範疇與發展趨勢

目前精準診斷已能應用於癌症、傳染病、神經系統疾病、心血管疾病等重大疾病之診斷與監測。以下將分別介紹精準診斷於前述各類疾病之用途，以及備受關注的發展重點。

(一) 癌症
在癌症治療領域，精準診斷能分析腫瘤的異質性(Heterogeneity)，以及預測治療後反應。此外，精準檢測亦能用於監測腫瘤治療成效以及復發跡象，幫助醫師即時調整治療策略，減少不必要的治療。

精準癌症檢測的重要發展趨勢有：新型生物標誌物、創新微流道設備等。新型生物標誌物有助於辨識不同類型與發展階段的腫瘤，幫助醫師制定更符合患者病況的治療計畫。近期發展中的新興生物標誌物有長鏈非編碼RNA (Long non-coding RNA, lncRNA)、miRNA(micro RNA)、表觀基因學生物標誌物(Epigenetic Biomarkers)等。lncRNA轉錄自DNA的非編碼(non-coding)區域，此區域之DNA突變常與腫瘤細胞的生長、存活與遷移密切相關；此外，肺癌、乳癌等許多癌症常發生特定miRNA失調的現象，因此miRNA分子具備作為癌症檢測與預後判斷的生物標誌物；表觀基因學生物標誌物包括DNA甲基化程度與組蛋白(histone)，此類生物標誌物與癌症發展有密切關係。

在創新微流體設備方面，微流體技術能減少樣本需求，自動化執行複雜的檢測步驟，並且能快速且精準地辨識大量細胞與生物分子。此外以微流體技術為基礎的器官晶片，可模擬體內器官的複雜環境，幫助醫師評估藥物對癌細胞的療效以及對周遭細胞的影響。

(二) 傳染病
許多傳染病病原體引發的症狀相當接近，如發燒、肌肉痠痛、咳嗽、虛弱等症狀。因此難以從臨床症狀上判斷病原體種類。而目前常見的診斷方式，如病原體培養、免疫檢測等，常需要病原體濃度達到一定程度後才能被檢測到。精準診斷(如分子診斷搭配次世代定序)，具備更優異的靈敏度，且能準確地檢測出病原體種類，確定抗菌藥物對病原體的有效性與對患者的影響。此檢測方式能防止抗生素濫用，減少抗藥性發生的風險，並且確保病人能接受最有效的治療，減少副作用發生。

結合代謝體學與基因體學為傳染病精準檢測的重點發展方向。代謝體學能量化生物體內的各種關鍵代謝物，包括碳水化合物、氨基酸和脂質等，這些代謝物會影響到人體細胞對藥物和疫苗的反應。因此代謝體學與基因體學結合能分析患者對治療的反應，並且開發針對患者，而不是針對病原體的治療策略。針對病原體的治療策略容易因病原體突變而失效。

另一項發展趨勢為多重分子定點照護檢驗(point-of-care testing, POCT)。此項檢測能夠同時且快速檢測多種生物標誌物，可提高檢測的準確性、敏感度與速度，能快速找出患者受感染的主因，並且使醫師得以迅速地調整醫療與照護模式，管控感染範圍，尤其適用於資源有限且需要迅速作出醫療決策的情境中。關鍵技術為以奈米材料為基礎的生物感測器以及微流體等技術。

(三) 神經系統疾病
神經系統疾病複雜性與異質性高，如多發性硬化症症狀在不同個體間有極大的差異，且許多疾病會有認知障礙等相似的症狀，使得神經系統疾病在診斷上面臨著許多挑戰。精準診斷能結合基因檢測、腦脊髓液分析與MRI醫學影像等技術，幫助醫師識別疾病類型，並且預測疾病發展，制定適合患者的長期照護計畫。

探尋合適的生物標誌物為此領域的發展重點。目前研究已經識別出可應用於阿茲海默症診斷的血液生物標誌物，包括乙型類澱粉胜肽(amyloid-β peptides)與tau蛋白，預計這些生物標誌物將會逐漸普及。其他與神經發炎相關之生物標誌物，如腫瘤壞死因子α (TNF-α)、白介素-1β (IL-1β)等生物標誌物，目前正在研究將其作為神經退化性疾病生物標誌物的可能性。除了血液檢測之外，研究人員也正朝向非侵入式採檢方式發展，如唾液、淚液等，以取代腦脊髓液與血液檢測。

另外，由於血腦屏障的緣故，導致血液中神經生物標誌物濃度相當低。利用超音波破壞血腦屏障，以短暫提高生物標誌物濃度，亦是具有發展潛力的解決方案。

(四) 心血管疾病
心血管疾病為許多心臟相關疾病的統稱，包括心臟衰竭、心律不整、冠狀動脈狹窄等，且這些成因亦相當複雜，個體遺傳與生活習慣皆會影響心血管疾病的發生與進展。儘管目前已有超音波、心臟MRI與CT等檢驗方式，但其精準度、可及性以及輻射等面向，仍有改進的空間。精準診斷結合了基因分析、醫學影像與生物標誌物分析，有助於預測心血管病風險、實現早期診斷並且制定個人化治療策略。

液體活檢正逐漸成為心血管疾病精準診斷的重要工具。液體活檢能檢測血液中的特定蛋白或是核酸分子，幫助醫師評估心臟受損狀況。例如檢測cfDNA (cell-free DNA)能用以評估心臟受損；藥物代謝酵素，可用以篩選合適的藥物；白血球分泌的囊泡，能用以判斷是否發生缺血。另外，人工智慧的進展，將使醫師能夠更全面的分析血液中各種生物標誌物與疾病的關聯，並且預測罹患心血管疾病之風險。
 

三、創新案例介紹

(一) 早期癌症檢測多體學平台
開發廠商：美國Freenome
Freenome 結合了分子生物學、計算生物學、AI與多體學等技術，開發出用於早期癌症檢測的先進血液檢測平台。傳統腫瘤分析方式多針對腫瘤的生物標誌物進行分析，然而Freenome 的多體學技術特別著重於非腫瘤來源的生物標誌物，如從腫瘤周圍環境中的免疫系統蛋白等，此種方法能識別癌症複雜的發展模式，並且更早地檢測到癌症。
目前，Freenome 正在開發多種癌症檢驗，包括大腸直腸癌與肺癌早期檢測，並且積極展開臨床研究，以驗證其技術成效。

(二) 多重病原體檢測平台
開發廠商：美國T2 Biosystems
T2 Biosystems專注於開發敗血症病原體和抗生素抗藥性細菌的檢測技術。傳統病原體檢測前常需要先進行血液培養，但此步驟耗時又繁瑣。T2 Biosystems 開發的T2Dx，採用微型核磁共振技術，能夠直接利用全血，從血液樣本中同時檢測出6種病原體，包括炭疽桿菌(Anthrax)、綠膿桿菌(Pseudomonas)、鼠疫桿菌(Yersinia pestis)和立克次體(Rickettsia)等，並可在４小時內提供檢驗結果，檢測速度較傳統血液培養方式快數十倍。

(三) 阿茲海默症血液檢測平台
開發廠商：美國C2N Diagnostics
C2N Diagnostics為專注於腦健康領域的精準診斷公司。其利用質譜儀技術，開發出多種創新的血液檢測產品，包括可用以早期識別阿茲海默症的PrecivityAD系列產品。此產品能測量血漿中的tau蛋白和類澱粉蛋白(amyloid)的濃度，且具有與腦脊髓液檢測和PET掃描相似的診斷精準度，適用於於55歲以上、有輕度認知障礙或失智症症狀，且正在接受阿茲海默症或失智症評估的患者。此外，C2N Diagnostics亦開發出另一款檢測標的物為ApoE基因的遺傳基因檢測產品，稱為Precivity-ApoE。ApoE基因與阿茲海默症發生密切相關，因此Precivity-ApoE適用於成年民眾用以評估未來罹患阿茲海默症之風險。