醫療器材產業趨勢:創新創業之機會與挑戰

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醫療器材產業趨勢:創新創業之機會與挑戰

 

TAcc+新創分析師 賴岳炫

 

醫療器材(Medical Device)屬於種類多樣、範疇廣泛的產業,全球尚未有一致定義。美國、歐洲與日本等健康醫療產業領導國家,對於醫材定義雖有許多重疊概念,但對於醫材範疇亦有不同看法。本篇介紹並非企圖說明醫材的每個面向,但選擇與創新創業相關題材進一步說明,以此作為基礎,探討台灣醫療器材產業的現狀與機會,以及與全球市場的異同。

 

TAcc+持續觀注新興科技產業脈動,協助新創團隊發展更具競爭力的戰略佈局。接續初始的每週趨勢新知,我們針對下列領域:AI (Big data)、IoT、Healthcare (Digital health, Biotech, Medical device)、Cybersecurity、App,逐一解析產業發展趨勢與脈絡,讓您了解創新技術對產業的影響,協助您綜觀全局。本期將為您解析「醫療器材」(Medical Device)產業趨勢,探討創新創業的機會與挑戰。

 

1. 醫療器材概論

1.1 醫療器材之定義

台灣參酌國際間有關醫療器材之管理規範,2019年12月通過「醫療器材管理法」,將醫療器材管理從「藥事法」中獨立,並在2021年5月1日開始實行。根據醫材法第三條,醫療器材的定義,係指儀器、器械、用具、物質、軟體、體外診斷試劑及其相關物品,其設計及使用以藥理、免疫、代謝或化學以外之方法作用於人體,而達成診斷、治療、緩解或直接預防人類疾病,或調節或改善人體結構及機能,或調節生育等。

 

新法精神在於醫療器材產品生命週期及風險管理原則,制定認證管理,以建立責任歸屬的機制。透過強化管理層面的措施,例如健全產品流向及運銷品質、強化上市後醫療器材安全監督等,以及風險分級與多元化管理之落實,藉以鬆綁低風險醫材技術的研發與產品創新。部分低風險第一等級之醫療器材由查驗登記改採電子化線上登錄制度,並要求每年更新。

 

配合新上路的醫材專法,衛生福利部亦研擬3項指引與原則,簡化智慧醫材上市前的驗證流程,例如針對醫療影像AI應用的電腦輔助偵測 (Computer Aided Detection, CADe) 審查要點指引、無顯著風險醫材臨床試驗之申請制度。此舉著眼於台灣電子、資通訊產業的優勢基礎,希望從法規、制度面的建立,推動智慧醫材產業的發展。

 

1.2 國際醫療器材法規概覽:以美國FDA為例

美國是全球最大醫療器材市場,2020年佔比42.1%,高達1,798.59億美元。一般醫療器材若要在美國上市,必須經過美國食品藥物管理局 (Food and Drug Administration) 監管醫療器材的安全性及效能。這也是為什麼美國FDA醫材管理相關規範舉足輕重的原因之一。

 

FDA根據風險等級對產品進行分類,申請途徑可概分三類:

  • 第一類低風險器材 (Class Ⅰ):例如,塑膠手套、牙線、繃帶、矯正鏡片等。
  • 第二類中等風險器材 (Class Ⅱ),上市前通知 (Premarket Notification):例如,電動輪椅、驗孕快篩、保險套等;Class II醫材中,多數需依據聯邦食品、藥品和化妝品法案第510節第k項,510(k) 監管,少部分醫材潛在風險與潛在傷害較小,經FDA公告得免除510(k),例如N95口罩。
  • 第三類高風險醫材 (Class Ⅲ),通常是侵入式的醫材,需進行上市前審查 (Premarket Approval, PMA):例如,心律調節器、人工心臟瓣膜、心血管支架、人工牙根、玻尿酸植入物等。Class Ⅲ醫材因具有較高風險,需申請PMA,經FDA審核產品描述、臨床試驗、標籤、使用說明等更完整的資料。少部分市面上已有的Class Ⅲ醫材實質等效之產品,可僅申請510(k)。

 

整體而言,如果在已上市醫材510(k) 資料庫中,發現有相似性質產品,與所申請之醫材具有實質等效性 (substantial equivalent),提交510(k) 申請即可;若是高風險性的醫材 (例如侵入式產品),則須獲得PMA才可上市。另外,無相似品的新醫材自動歸類為Class Ⅲ管理,可選擇申請PMA,或是提出De Novo申請。經FDA技術諮詢小組審議,當產品風險等級被評定為中、低時,可重新分類為Class Ⅰ、Class Ⅱ。

 

為了鼓勵廠商照顧少數特殊患者的需求,亦囿於少數特殊患者臨床試驗招募的困難,FDA設立人道用途醫材豁免 (Humanitarian Device Exemption, HDE) 的上市途徑,針對每年在美國患病或影響人數不到8,000人的治療或診斷醫材,放寬臨床證據標準。

 

全球醫材法規與申請,以美國FDA相關法規與歐盟CE認證、醫療器材法規 (MDR)、體外診斷醫療器材法規 (IVDR) 等馬首是瞻。一方面美國與歐洲是全球最大醫材市場,另一方面歐美醫材審查制度起步較早,相關規範完備。

 

歐盟對於醫療器材的管理,從過去歐盟合格認證 (CE) 作法,近年來提出MDR (醫療器材監管) 新法,並於2021年5月26日開始實施。新版法令提高臨床資料要求,納入上市後臨床追蹤的規範,導入真實世界證據 (real world data)。原本規劃2020年5月26日實施,因疫情延期至今年,不過轉換期仍於2022年5月26日截止。歐盟醫療器材資料庫 (EUDAMED) 仍在建置,因此各個登錄功能將逐一開放,Actors registration功能已在2020年12月啟用,UDI/Devices registration與Notified Bodies and Certificates功能將在2021年9月啟用,而Clinical Investigations and performance studies、Vigilance and post-market surveillance及Market Surveillance的資料庫登載,則至2022年5月26日生效。

 

醫療器材的管控日趨嚴謹,且各國相關法規要求或申請期程不盡相同。各國皆有獨立的主管機關執行相關要求與管控,例如日本醫藥品醫療機器總合機構 (PMDA)、中國的國家藥品監督管理局、英國的藥品與健康產品監管局 (MHRA),以及台灣的食品藥物管理署 (TFDA) 等監管單位。法規面的規劃與執行需要專業協助,或是上述許多國家相關單位多有提供醫材法規的諮詢輔導。

 

1.3 醫療器材產業趨勢

醫療器材主要協助人類進行疾病預防、診斷、減緩、治療與復健的民生必要性工業,整合生物醫學、電子電機、半導體、資訊、軟體、光學/機密儀器、化工、材料、機械等跨領域技術。人命關天,每項醫材對應之症狀、應用並非一體適用,皆有嚴格的條件與限制,因此造就少量多樣的特性。這個特性亦促使醫材產業具有小而美的利基市場特徵,與獨有的市場通路及文化。

 

2020年全球營收第一的醫材大廠Medtronic營收雖高達289億美元,比起消費性電子產品企業動則上兆營業額卻只是小巫見大巫。傳統醫材市場封閉、開拓不易,涉及多邊利害關係人,行銷通路錯綜複雜。過去APPLE、FB、GOOGLE、Amazon等科技大廠夾帶前緣技術與龐大用戶基礎,企圖切入醫材市場,卻因通路多被傳統大廠把持而無功而返。據聞,2021年9月Google將旗下研究醫療影像、臨床工具與健康感測器的部門Google Health解編,員工將打散到其他部門;無獨有偶,Apple的健康保健項目HealthHabit應用程式開發團隊,也面臨縮編規劃。四大科技巨頭在健康照護的布局與發展,值得持續關注。

 

單位:百萬美元

資料來源:2021醫療器材產業年鑑

圖一:全球10大醫材廠營收

 

不過,新一波智慧醫療產業發展,逐漸打破了醫材市場通路的限制。愈來愈多的消費性產品及服務,以科技賦能、賦權予消費者,亦即使用者與購買者是同一人,而舊有醫療行銷通路將逐漸淡化。健康照護不再限於傳統醫療體系的服務提供,走向預防醫學與健康管理的趨勢。

 

基礎於人手一機的行動裝置,行動健康照護App日漸普及,加上穿戴裝置的健康監控、醫療相關數據匯流、AI等市場應用成熟化,帶動新一波智慧醫療產業發展,以及消費性醫材市場的興起。過去醫療器材通常用於提供醫療服務,大多使用於醫療機構,或需要由醫護人員操作使用。隨著預防醫學概念的建立與科技進步,民眾自我健康意識提升,許多醫材設備的操作對象不再限於醫療專業人員及醫療場域,朝向健康管理或照護的目的,帶動居家醫材與消費性健康管理裝置市場的興起。

 

此次COVID-19疫情,增加立即的居家COVID-19檢測醫材需求、家用呼吸器、血氧計的銷售,亦加速慢性病居家照護相關醫材的營收,包括遠距照護APP,應用於日常飲食、運動及生理監測紀錄與分析。這波健康管理應用的消費性醫材發展趨勢,除了創新技術,更需要關注商業模式的創新與配合。

 

科技進展導致健康管理目的的消費性醫材產品週期縮短,以及新技術打破傳統硬體產品的買斷模式,放大數據管理與後續維護服務的需求,訂閱制的商業模式,可能再次成為趨勢。Apple Watch健康管理相關APP的訂閱服務是一個典型案例,透過包括健康監控、運動健身、飲食營養、血壓血糖與藥物管理等應用,滿足消費者使用上的需求,並建立使用習慣。

 

2018年Apple Watch心電圖測量獲得FDA二類醫材核准,可診斷心室顫動症狀;2020年Apple Watch推出血氧偵測,避開診斷的說法而未經FDA許可,強調一般健康 (Wellness) 管理應用。Apple Watch的血氧測量功能,在COVID-19流行期間,發揮了強大的個人健康管理效果,幫助消費者判斷是否需要進一步尋求醫療協助。這個案例顯示,智慧醫材在醫療與健康之間的界線漸趨模糊,走向消費性產品。

 

另一個醫材發展趨勢是AI+IOT的智慧醫療物聯網 (AIoMT),帶起訂閱制商業模式的興起,打破過去傳統醫材通路的限制。Butterfly Network是一家手持式超音波設備與醫療影像分析雲端軟體服務的新創,希望為受限於位置而無法使用醫療影像服務的患者,提供隨時隨地的超音波診斷,2021年在紐約證交所上市。

 

Butterfly Network壓低超音波影像感測設備價格,讓使用者,也就是醫師,以2,000美元的價格購得手持式超音波設備Butterfly iQ。如同聽診器,不須綁定醫院、診所的設備或採購流程,醫生可自行購買。使用上,切合遠距醫療、即時照護的創新趨勢,只要在有網路訊號的地方,就可以透過雲端分析AI,進行超音波診斷,可執行13種軟體醫材的診斷應用,包括胎兒及婦科、腹部、心臟、泌尿及小兒科等。

 

AI雲端服務的使用則是透過訂閱制,根據功能多寡、醫生使用人數 (綁定執業證明)、醫療企業用戶等,推出不同費率的訂閱方案。一開始Butterfly Network的市場策略是藉由降低醫療專業人員購買與使用醫材的門檻,打破傳統醫材通路的高牆;接著順藤摸瓜,從醫師使用者間的正面口碑,吃好道相報,呼朋引伴購買與使用方便攜帶與診斷的Butterfly iQ,推出醫療企業用戶的訂閱方案,最終殺出一條進入傳統醫療市場通路的路徑。

 

1.4全球醫療器材市場

全球醫材市場2020年成長率原本因疫情打亂供應鏈,修正為3%,最終仍因個人防護設備、COVID-19檢測產品、呼吸器、遠距健康醫療等產品需求增加而達標6%。全球醫療器材市場仍以美洲為主,美國是最大市場佔42.1%、再來是西歐的24%,亞太地區佔21.2%。美國醫材市場長期維持約43%全球市佔,也說明FDA醫材審核規範標準的影響力;相較於台灣市場僅有1%,若囿於國內醫材產業發展,市場大小將是醫材新創最大的限制。

 

資料來源:2021醫療器材產業年鑑

圖二:全球醫材市場趨勢與全球醫材市場分佈

 

BMI Research醫療器材產品的次領域分類,區分為醫用耗材產品、診斷影像產品、牙科產品、骨科與植入物產品、輔助器具以及其他類醫材 (未包含體外診斷醫材)。2020年診斷影像類產品為最大單一類別品項,約23.6%;醫用耗材佔21.4%;骨科與植入物佔8.3%;輔具有14.2%。

 

2020年因COVID-19疫情,大幅減少非必要之醫療行為,以降低感染風險,導致無緊迫性的骨科類手術、牙科醫療等,分別相較於2019年減少了3.6%與2.5%佔比。雖然診斷影像產品有生命週期長、單價高與需求穩定等特徵,疫情亦帶動肺部醫療影像診斷的需求,2020年稍稍成長0.2%。醫用耗材則在2020年,因住院人口急速上升,繃帶、敷料、注射器、針頭、導管、手術手套等耗材的使用大量增加,醫材市佔相較2019年成長了5.1%。

 

資料來源:2021醫療器材產業年鑑;BMI Research

圖三:全球醫材市場類別與分佈

 

根據Grand View Research的報告,體外診斷醫材仍是全球醫材市場最大項目。2020年更因為COVID-19檢測醫材 (包括PCR、快篩產品) 的急遽需求,成長率達24%,從2019年671億美元營業額成長至834億美元。2021-2027年的疫情後時代,年複合成長率則預估回歸到4.5%。

 

除了COVID-19檢測醫材,體外診斷與心血管相關醫材是2020-2021年市佔最高的項目。放眼2024年市場預估,包括心血管功能、體外診斷醫材、整形醫材、糖尿病 (洗腎、血糖測量) 等醫材成長與佔比較高。尤其是癌症與糖尿病等慢性疾病,2030年將佔全球死亡人數的70%,以及消耗60%的醫療資源。據此,推動慢性疾病管理相關醫材的需求增加,成為一個明確成長的市場趨勢。

 

1.5醫材新創投資趨勢

 

資料來源:CBInsights

圖四:全球醫材新創投資趨勢

 

醫療器材產業的主流產品會隨著疾病形態的改變及醫療技術的進步而有所精進,與生命和社會福祉息息相關,較不易受景氣變化而造成波動。COVID-19疫情下,多數產業百廢待興,醫療產業不僅面對疫情而增長需求,也因剛需特性,新創投資不但未受影響,更大幅增加。

 

根據CBInsights,2021年第二季創下近年新高的82億美元創投金額,早期投資階段 (包括種子輪與A輪) 的佔比達51%,是近9季第一次提高,顯示創投對於醫療器材產業未來發展的信心。

 

COVID-19帶動2021年投資持續往上衝,2021年新創出場亦創下新高。2021年有許多新創經過第二季的投資後,晉升為獨角獸,例如Caris Life Sciences、Benchling、Noom、KRY、Arrail Dental;亦有許多健康照護新創透過特殊目的併購 (SPAC) 的方式上市,像是LumiraDx、Babylon Health、23andMe、Valo、Pear Therapeutics等。

 

表一:2021年上半年SPAC上市案

新創公司 時間

估值 (百萬美元)

總募資金額
(
百萬美元)
說明
Butterfly Network Feb 16

$1,500M

$525M Butterfly Network開發手持式超音波影像設備,並提供雲端軟體分析服務。
Owlet Baby Care Jul 15

$1,100M

$48M Owlet Baby Care是一家提供即時睡眠監控設備的公司,保護嬰兒安全。
Quantum-Si Jun 11

$1,500M

$425M Quantum-Si開發下一代蛋白質定序醫材與數位診斷服務。
LumiraDx Apr

$5,000M

$780M LumiraDx 以社區經營的方式推動POC (point-of-care) 檢測照護服務與數位化,透過其開發的實驗室等級可攜式檢測設備,並在設備價格上,相較於傳統設備具有優勢。
Babylon Health Jun

$4,200M

$735M Babylon Health 提供一個數位健康應用平台,可以透過影像、電話、文字訊息等線上問診。
23andMe Jun

$3,500M

$628M 23andMe是一個消費性基因檢測產品公司,提供DNA檢測與分析報告。
Valo Jun

$2,800M

$400M Valo是一家藥物開發公司,透過多元資料整合與AI分析加速成功率。
Pear Therapeutics Jun

$1,600M

$285M Pear Therapeutics提供數位治療,並蒐集相關健康資訊,位病患提供更精準與良好的治療體驗。

資料來源:CBInsights、自行整理

 

1.6 2021上半年醫材10大創投案

COVID-19疫情推動了大部分創投案,像是遠距醫療、數位治療與居家治療的題材,都在10大投資案的範疇之中。例如瑞典遠距醫療新創Kry (在英國和美國以Livi為名) 及Zocdoc,提供數位問診預約與電子處方簽等線上醫療。COVID-19 診斷的開發與疫情管理數位系統需求也因疫情急增,Color結合測試篩檢與疫情管理數位系統,成為提供解決方案的新創代表之一;Wuxi Diagnostics (無錫) 與Binx Health迅速開發檢測工具,滿足市場大量篩檢需求的空缺。

 

表二:2021年上半年10大醫材創投案

時間 新創公司 金額 (百萬美元) 輪次 領域
Jun 28 CMR Surgical 600 Series D Robotic surgery
Apr 27 Livi/Kry 316 Series D Telehealth
Jun 23 Quanta 245 Series D Home dialysis
Jan 4 Color 167 Series D Telehealth
Feb 11 ZocDoc 150 Undisclosed Telehealth
Feb 23 Wuxi Diagnostics 150 Series B In vitro diagnostics
Apr 13 Cequr 115 Series C Diabetic care
May 26 Akili Interactive Labs 110 Series D Digital health
Feb 16 Mainstay Medical 108 Series D Neurology
May 27 Binx Health 104 Series E In vitro diagnostics

資料來源:Evaluate Medtech

 

居家醫療照護市場更因疫情加速增長需求,10大創投案中,有兩家糖尿病與洗腎居家照護相關的新創。Quanta Dialysis Technology創下有史以來規模最大的募資成績2.45億美元,其可攜式血液透析設備,最近獲得FDA核准用於急性及慢性護理設施,Quanta攜帶式設備的效能與大型傳統透析系統的性能和劑量具等效性。Quanta Dialysis Technology未來將進一步開發居家使用的透析設備。CeQur 開發了一款可連續使用3天的穿戴式胰島素貼片,提供糖尿病患者免注射給藥。獲得FDA與CE核准後,CeQur 計劃擴大生產與商業推廣。

 

亦有一些跡象顯示,創投將目光放眼COVID-19疫情後時代。募資第一名是英國的機器人手術公司CMR Surgical,其2019年已是獨角獸新創,此次獲得D輪資金6億美元,將規劃用於軟組織Versius手術機器系統的行銷。迄今為止,Versius手術機器已執行1,000次上下的手術,包括子宮切除或結腸直腸手術。

 

1.7 COVID-19與醫材市場變化

2020年全球受到COVID-19疫情影響,防護、消毒等醫材瞬間供不應求,各國紛紛實施管制,並開放相關醫療物資緊急授權製造與使用 (Emergency Authorization Use, EUA)。COVID-19一開始造成醫材市場營收下降,非緊急醫療措施、治療等相關醫材的銷售與使用往後推延,也因為骨科、牙科等醫材供應鏈斷鏈而缺貨;所有製造資源集中在立即需要的口罩、防護衣、呼吸器、檢測快篩等醫材,消長之間仍推升2020年醫材市場營收。

 

以美國為例,2020年初EAU賦予FDA可以針對短缺與可降低COVID-19暴露風險的醫療器材,授權允許未經認證核准的創新醫療產品,在疫情期間取得少數臨床數據後,即可用於疾病的診斷、治療或預防。主要分為三類,呼吸器(Ventilators)、個人防護裝備 (Personal Protective Equipment ) 與體外診斷 (In Vitro Diagnostic),包括連續性血液透析替代療法與血液透析設備、體外診斷、呼吸輔助設備、呼吸器及呼吸器配件、個人防護設備、消毒系統、遠程/穿戴式患者監控設備等。FDA亦暫時鬆綁HIPPA (the Health Insurance Portability & Accountability Act) 的資安規範,開放像是FaceTime、Facebook Messenger、Google Hangouts或Skype等一般通訊軟體,用於遠距醫療問診,降低接觸的暴露風險。

 

當FDA公告COVID-19相關檢測可透過緊急使用授權的快速申請通過,吸引全球醫材大廠、新創群起湧入研發製造,團隊若具有軸轉核心能力的創新能力,有利於搶得先機。癌症分子檢測廠商Qiagen原本因為技術發展速度不如預期,2020年年初與Thermo Fisher討論被收購,COVID-19大流行卻讓Qiagen得以快速軸轉至COVID-19病毒檢測的應用。營收與股價逆勢成長,使原本的併購案破局,Qiagen順勢轉往感染性疾病分子檢測市場。另一個決勝點在於EUA的申請與通過的速度,看誰能率先搶入供不應求的疫情市場。例如,2020年8月26日,Abott的COVID-19快篩 (BinaxNOW) 是第一個獲得EUA的抗原檢測產品,美國政府隨即與向Abott採購1.5億個BinaxNOW,總金額達7.5億美元。

 

慢一步進入市場的快篩產品需面對先佔者的挑戰,以及曇花一現的急迫需求可能迅速消失的風險。截至2020年12月底,FDA已通過309項緊急授權的COVID-19檢測產品,並尚有數百項申請中。2021年後才急起直追的檢測產品後進者,想要搶得市佔,並從中獲利的機會逐漸渺茫。此時,新創應評估是否能夠軸轉至公衛檢測管理、疫苗施打管理等衍生需求。相關市場定位與產品軸轉的實務做法,可參考《新創教練實戰錄》關於「顧客開發優勢CDE (Customer Development Edge)的一系列文章

 

2.  醫材創新趨勢

為了嚴格管理風險,醫療系統通常採用昨日成熟之技術,AI創新技術應用的市場推廣備受挑戰,相關監管法規亦需與時俱進。加上智慧醫療的AI應用難以一蹴可幾,要有完整的醫療照護IT基礎設施的規劃,結合醫療物聯網 (IOMT),整合醫療資訊的數位規格,以及即時、連續的健康數據監控。不過,COVID-19疫情成為新創加速器,打破保守的醫材產業文化,創造無法等待之時間壓力。市場未被滿足的防疫與治療需求,催熟AI智慧醫療,或是SaMD醫材創新市場。

Linchpin預估2021年的每73天,醫療健康數據將以倍數成長,愈來愈多患者認同醫療數據分析應用的未來性,40%願意分享個人的醫療資訊;到2025年AR醫療設備市場將達51億美元;IoMT市場將以年複合成長率30.8%的速度增加,2022年達到1,591億美元。

 

醫材科技發展目標不外乎找到更好的方法,更有效地辨識、診斷與治療疾病。Linchpin針對醫材發展,提出2021年值得關注的趨勢,包括穿戴式健康裝置、醫療物聯網、手術機器人、3D列印、醫療影像的電腦視覺分析與應用、AR與VR應用、AI智慧醫療與SaMD之發展等。以下將逐一介紹關於生物列印、腦機應用、AR與VR、體外診斷醫材、液態活檢、醫療物聯網、基因定序、SaMD等醫材新創趨勢。

 

2.1生物列印

2020年全球醫療3D生物列印市場規模約為14億美元,2028年將達44億美元,年複合成長率達15.8%,較成熟的3D生物列印科技,主要應用在骨科、手術器械等醫材。另一方面,歸類於再生醫學領域的器官及組織生物列印之年複合成長率高達19.3%,顯示器官3D生物列印的周邊應用市場逐漸成熟,真正列印出器官則仍須許多研究投入。

 

COVID-19疫情對於醫療3D列印市場同樣地扮演加速器的角色。面對立即的呼吸器、口罩等需求短缺,3D列印製造商Stratasys在疫情爆發初期,透過3D列印,在2020年3月,於美國發送了100,000個口罩;Formlabs也透過3D列印技術,每天製造100,000個鼻拭子用於COVID-19檢測。在藥物、疫苗測試需求方面,亦加速了3D生物列印技術在微器官、類器官模型的應用,像是3D生物列印公司CLECELL列印呼吸上皮模型,研究如何降低COVID-19病毒感染;Viscient Biosciences使用3D生物列印技術建立類肺部組織,探索治療方法。

 

器官及組織列印系指,透過將膠原蛋白、纖維蛋白和明膠等體內結構性物質,仿效活組織建構出細胞支架,並將細胞注入其中,組成多功能、多種類細胞的生長環境,以快速促進組織和器官生成。Carnegie Mellon University研究團隊以懸浮水凝膠 ( Freefrom Reversible Embedding of Suspended Hydrogels, FRESH) 作為3D列印的支撐系統,讓生物墨水凝固過程中維持型態,克服過去經常遇到軟性、液態生物墨水凝固過程中變形的困難。此技術有助於製作複雜、較大型器官,研究團隊將FRESH 3D列印技術應用於骨骼肌肉,包括控制肌肉結構與大量肌肉流失後的肌肉組織再生。研究團隊在2020年已利用FRESH 3D技術製造擬真的實體大小心臟,目前僅能作為手術訓練之用,未來結合能快速生長的心肌細胞之生物墨水,將能列印真正可以跳動的心臟。2021年3月,Aspect Biosystems將其微流體3D生物列印平台,與JSR的先進材料技術合作,開發植入式血管組織,用於腎臟再生及再生醫學等應用。

 

專注在骨骼修復的瑞典新創Particle 3D,2020年5月COVID-19疫情期間獲得300萬歐元種子輪投資。Particle 3D利用含有碳酸鈣 (TCP) 的生物墨水材料,列印出骨科組織,製作多孔結構的骨骼,作為血管與骨骼生長的支架,隨著該生物墨水材料降解,體內將能長出新的骨隨與血管。其骨骼列印多孔結構的特徵,還可以包覆止痛藥或抗生素,讓身體在降解過程中控制感染、疼痛等症狀。

 

2.2 腦機應用

腦機介面 (Brain Computer Interface,BCI) 是指在大腦與外部裝置之間,建立直接的通訊渠道,以讀取大腦、神經訊息,並經由電腦處理轉譯為控制外部裝置的指令。腦機介面的演進,為中風或脊髓損傷引起的神經系統疾病或損傷者,帶來新的希望,經由AI分析神經訊號與動作,結合腦機介面的輔具,不久的未來將可使神經損傷者恢復正常的溝通及運動功能。

 

Neurolution與Neuralink、Synchron三家新創在2019年獲得FDA給予的突破性醫材認證,以鼓勵、加速腦波、神經偵測等用於癱瘓或截肢醫療器材的開發與應用。2021年4月,Neurolution手部中風復健機器人成為第一個獲得FDA上市許可的非侵入式腦機介面醫材,其開發的IpsiHand上肢復健系統,經由腦波偵測、平板電腦與穿戴式機器人支架,協助上肢中風患者能透過腦波執行手部動作的復健。

 

Neuralink所開發的腦機介面晶片,透過1024個電極的連結技術,成功讀取大腦活動,也可應用在深度刺激大腦的治療。2021年5月成功讓癱瘓者透過Neuralink操控玩乒乓電玩;7月募得C輪2.05億美元,投入產品開發,希望幫助減輕神經病變患者在行動及其他日常功能上的退化與不便。

 

Synchron在今年 (2021) 初完成B輪4,000萬美元募資,預計投入在年中通過的植入式腦機介面人體臨床試驗申請。Synchron開發的Stentrode裝置,可經由微創手術從頸部靜脈植入到大腦的運動皮質,將大腦活動轉譯成電腦訊號,讓使用者能夠控制外接設備,像是發送簡訊、電子郵件、網路購物及遠距醫療。這項技術可應用於脊髓損傷、多發性硬化症、腦性麻痺等導致的癱瘓,具有200億美元潛在市場。

 

目前大多腦機介面技術使用1-2個大腦感測器,蒐集多達數百個神經元訊號。現在透過半導體製程,可以製作出無線微型神經傳感器,記錄與刺激大腦活動,並串接多個傳感器訊號,組成協調網路,將訊號集中到中央處理器管理。

 

由布朗大學、貝勒大學、加州大學聖地牙科分校與高通組成的研究團隊,2021年8月在Nature Electronics發表一篇使用48個自主神經通訊元件,紀錄老鼠的神經活動,並演算其神經訊號特徵。該研究團隊的技術可支援到770個神經通訊元件的運作,未來擴大佈建於大腦之中,將能更完整了解大腦如何處理、協調訊號,並反過來刺激、活化因疾病或受傷而失去的大腦功能。

 

2.3 AR與VR的健康應用

醫療照護中的AR與VR應用通常涉及軟體程式用於模擬訓練,例如各式外科手術練習,以及因應治療目的設計的虛擬場景,像是應用於憂鬱症、注意力不集中兒童、視力問題等治療、訓練方案。醫療虛擬現實或擴增實境能夠刺激或緩和大腦的活動,減緩大腦疼痛,或是訓練情緒、疼痛管理等。

 

Vicarious Surgical在微創手術機器人的操作上,應用了AR與VR技術。Vicarious Surgical認為目前手術機器人僅佔3.2%的手術市場,未來有很大的成長空間,但是受限於手術機器人的操作並非正規醫學院課程,合格的外科手術醫師平均需要練習100次才能正式執行手術。透過Vicarious Surgical提供的360度視角VR,以及AR手術場景模擬,可以加速這個學習過程。另外,Vicarious Surgical每個機器人手臂裝有28個傳感器,以利在患者體內活動,避免傷害人體,更應用3D列印技術製作客製化的手術機器人醫材,提供一次性的無菌器械,同時創造高利潤的耗材收入。Vicarious Surgical預計2027年達成10億美元的年營業額,並將在2021年第三季透過SPAC併購上市。

 

另一家利用AR進行手術導航的新創Augmedics,其脊椎手術導引機器人xvision Spine是唯一獲得FDA認證的AR導引技術。2021年3月Augmedics獲得C輪3,600萬美元的投資。

 

美國醫療保險與補助服務中心 (CMS) 與商業保險逐漸認可數位治療的效果,提供保險核銷。2020年2月XRHealth是第一家獲得保險核銷的遠距醫療新創,提供了一系列居家VR遠距醫療服務,例如物理治療、注意力不集中症狀、職能治療、記憶與認知訓練、疼痛管理、COVID-19癒後復健等,營收隨疫情導致的需求大幅成長。新創公司AppliedVR,應用VR來緩解大腦疼痛與焦慮反應,並教導患者學習控制相關症狀,2021年3月獲得2,900萬美元A輪投資,用於申請FDA醫材,其EaseVRx的疼痛管理VR頭戴式裝置,2020年10月獲得FDA突破性醫材認證,可用於治療纖維肌痛和慢性下腰痛等症狀。

 

2.4 體外診斷 In Vitro Diagnostics (IVD)

 

資料來源:2021醫療器材產業年鑑;Markets&Markets

圖五:全球體外診斷應用市場分佈

 

2020年全球體外診斷市場達845.4億美元,相較於2019年成長17.2%,主要來自超過90億美元的COVID-19檢測需求。體外診斷醫材 (IVD, In Vitro Diagnostic Device),係指透過非侵入式的方式擷取人體組織、細胞、體液等檢體,以化學、免疫、分子、細胞等檢測方,診斷人體檢康狀況。以應用技術分類,包含免疫檢測、臨床化學分析、分子診斷、血液分析、微生物檢測等,常見的檢測項目包括,感染性疾病、內分泌及器官功能評估、癌症與慢性疾病標記蛋白監測、藥物濫用、血球分析、過敏與自體免疫診斷等。

 

Point-of-care檢測醫材,是體外檢測醫材的其中一種形式,指的是在照顧病患的當下,可以執行的醫學診斷測試。早期泛稱可以移動到患者床邊檢測的醫療設備,現在將此概念進化為任何地方,包括門診、辦公室、家裡、救護車上可進行施作的檢測診斷醫材。POCT (Point-of-care Testing) 的發展朝向疾病預防與慢性病管理兩個方向,快速、便利、準確是其產品特性,讓非醫療人員亦可操作,將篩檢結果綁定治療方案,走向精準醫療趨勢。

 

過去最令人熟知的Point-of-care檢測醫材,像是糖尿病患者血糖自我監測儀器,與驗孕,以及檢驗藥物殘留技術等消費性需求,都屬於早期檢驗技術,門檻低、利潤低。體外診斷醫材經過微流體技術、微小化製程等進步,從過去需要送實驗室檢測,逐漸發展出各式生物感測器,可以檢測抗體、進行分子診斷、影像分析的Point-of-care檢測儀器,甚至有名片大小的體外診斷設備。

 

產品功能的精進與體積大幅縮減,促進了應用場景的擴大,像是肝炎、HIV、性病感染等檢測;公衛管理的院內感染、肺結核、流感等檢測。雖然POCT帶來不同診斷場景的想像,解除檢測受限大型設備施作的限制,面對的挑戰卻是醫療流程、醫生、患者行為等改變需要時間醞釀,本質是建立一個健康照護的新興市場,例如遠距醫療、居家照護等場景,或是醫療診斷模式的轉型,皆非一蹴可幾就能夠實踐的轉變。

 

COVID-19創造了一個嶄新的POCT與IVD市場機會,根據洛克斐洛基金會,2020年10月,美國每個月進行了7,000萬次POCT快篩檢測。此次疫情無疑加速了體外診斷應用市場的發展,敲響投資者對於未來居家照護市場的關注,帶動POCT相關設備新創的投資趨勢。

 

COVID-19的確診標準,設定為PCR檢測結果。PCR是分子檢測的一種,測量聚合酶連鎖反應,利用DNA雙鏈複製的原理,在生物體外複製特定DNA片段的核酸合成技術。分子診斷技術包括PCR (polymerase chain reaction)、恆溫分子擴增 (isothermal nucleic acid amplification)、基因定序 (DNA sequencing)、DNA陣列 (DNA microarrays) 等。

 

病毒檢測最常使用real-time PCR技術,需要在攝氏50-95度C之間數個溫度循環,進行分子擴增與檢測。rtPCR檢測儀器的大小與成本難以達到市場需求,因此小型POCT分子檢測設備多利用恆溫分子擴增技術。台灣廠商瑞基海洋推出隔絕式恆溫聚合酶連鎖反應技術 (insulated isothermal PCR, iiPCR),於毛細管底部加熱形成熱對流,產生驅動PCR反應所需的穩定溫度梯度; 相較於傳統PCR需要複雜的控溫系统反覆進行加熱及冷卻,顯著縮短反應時間,同時具備傳統PCR高靈敏度與專一性優點。COVID-19檢測設備與檢測試劑的銷售,助攻瑞基海洋截至2021年第一季成長超過40%營收。

 

2.5液態活檢 liquid biopsy

液態活體檢測 (Liquid Biopsy) 是一種血液檢查,一種新的體外診斷方式,可以改變傳統活體組織切片檢測 (biopsy) 所面臨的挑戰。傳統活體採檢以手術切片、針頭穿刺等侵入式方法取得腫瘤組織,必須定位腫瘤位置,發現時通常已晚;手術、穿刺成本高且困難,例如內臟腫瘤樣本取得不易,以及癌症確診、追蹤,需要多次、多時間、多位置取樣檢測;更遑論患者感到疼痛與害怕的抗拒。

 

液態活檢透過血液樣本取得細胞代謝或分泌之物質,包含游離DNA (cell-free DNA, cfDNA)、循環腫瘤細胞 (Circulating tumor Cell) 與胞外泌體 (Exosome)。

 

胞外泌體是直徑40-150奈米的囊泡,由細胞膜包覆醣類、脂質、蛋白質、以及調控細胞的核酸片段及基因訊息因子等物質。近年研究人員發現腫瘤細胞會製造並釋放大量的外泌體,當腫瘤外泌體被接收細胞吸收後,所攜帶的mRNA等基因資訊分子會改變細胞的基因或蛋白質的表現,可作為癌症早期篩檢的依據,但仍須更多研究才有機會投入臨床應用。

 

循環腫瘤細胞 (CTC) 是指腫瘤細胞脫落進入血液中,跟著血液循環到達體內各個部位,當循環腫瘤細胞遇到合適生長的環境,將增生更多的腫瘤細胞,形成新移轉之腫瘤。當腫瘤細胞死亡後,會釋放DNA到血液中,這些DNA叫做腫瘤游離細胞DNA (circulating tumor DNA, ctDNA),只需10到20cc血液,搭配DNA序列分析的技術,目前主流技術可檢測約30種癌症、197個基因,檢出率達9成以上。

 

透過液態活檢的ctDNA基因檢測 (包括基因組、轉錄組、代謝物、蛋白質組等基因組學檢測),可以即時檢測、監測變化,以及辨識癌症種類,作為進一步組織切片的確診檢查,最終達到及早發現、及早診斷、及早治療。

 

液態活檢技術對應癌症診斷與治療需求,衍生出4個市場類別,分別是早期篩檢診斷治療指引預後追蹤早期篩檢市場是兵家必爭之地,許多轉移性癌症患者5年內死亡率高達79%,往往源自於發現過晚,因為早期發現早期治療的難度完全不一樣,對於癌症而言,發現臨床症狀的時候通常是中晚期了;治療指引則是「對症下藥」,藉由生物標誌的檢測與伴隨試治療,透過標靶藥物達到精準治療的目的。關於生物標誌與伴隨式治療的相關說明與案例,可參考7月發表的《產業、科技、投資趨勢周報:Biotech 生物科技》。診斷目的講求的是準確性,預後追蹤因為較高頻率的檢測需求,著重快速、方便。這4個市場類別的分類方式顯示,即便是同樣的技術與同樣的疾病標的,不同的市場類別將有不同的市場需求,明確的市場定位與靈活的軸轉策略,絕對是醫材新創必須謀定而後動的前置準備。

 

當前的癌症確診標準是透過活體組織切片確認癌症病變。隨著對於液態活檢中游離DNA認識的增加,透過捕獲、分析生物標誌,證明可以提供更全面的疾病概況。液態活檢市場已有30幾家新創投入,其中不乏晉身獨角獸 (估值超過10億美元),多數處於基礎研究的發展階段,並努力提出足夠的臨床證據,以創造訂定標準的話語權。因為,掌握了臨床檢測標準,等於是掌握了癌症檢測治療的市場。未來癌症檢測可能就像糖尿病血糖檢測一樣,快速、便利、準確。

 

最有機會出線的新創之一Grail,是一家專注於早期癌症篩檢的新創。2019年估值高達32億美元,2017-2020年蟬聯新創募資鰲頭,2020年9月NGS設備大廠Illumina規劃以80億美元收購。其液態活檢技術,可一次檢測50種以上的癌症,其中45種是尚未有公認篩檢方式的癌症種類。在Grail的臨床試驗結果,早期癌症患者5年死亡率降低39%,晚期才確診的患者數也降低一半。假若未來50歲以上都建議進行綜合性癌症篩檢,以Grail檢測產品Galleri的費用949美元計算,光是美國市場每年就有1,000億美元。

 

Grail在2020年9月提交上市申請書後,隨即被主要投資者之一Illumina提出併購,然而美國聯邦交易委員會 (Federal Trade Commission, FTC) 與歐盟委員會 (European Commission, EC) 卻認為此併購案可能導致癌症篩檢的市場壟斷而進行調查。不過,Illumina在2021年8月仍宣布以71億美元完成併購Grail的程序,並讓Grail先獨立營運,靜待調查結果。

 

2.6 醫療物聯網IoMT

醫療物聯網2019年的市場達555億美元,以高達27.6%的年複合成長率,預估2024年達到1,880億美元。醫療物聯網是各種應用程式與醫療設備,用於連接醫療照護的IT系統,技術重點在於設備間的通訊。透過數據的共享及分析,幫助管理者做出合理的決策,像是整合各式數據以降低醫療服務成本、優化患者治療效果,並提高營運效率。整體市場可分作醫療設備、系統與軟體與網路連接技術。

 

數位醫療透過穿戴式的健康偵測、人手一機 (IOT的起點) 的醫療物聯網基礎等,被期待可以降低醫療成本。過去醫療機構之間,甚至之內的不同科別之間協調運作都是困難的,因為醫療資訊系統架構不一致導致資料流通性的限制,以及對於病歷隱私權與資安的考量。當醫療物聯網與健康資訊的數位化框架、基礎建設建構完備後,在AI的幫助下,在醫院內部的跨科別診斷將能更容易發現有惡化風險的患者;跨院之間的數位醫療系統可以提高照護效率,協調機構間的醫療資源管理。例如,GE Healthcare與Tampa醫院合作手術排程、醫療流程及人員配置等數位化管理措施,經2019年8月啟動優化後,所提高之效率到2020年底節省了4,000萬美元。

 

隨著網路資通訊基礎建設的完備,以及AI醫療應用、雲端、數據傳輸技術的成熟,IOMT市場愈來愈大。2021年初上市的新創 Butterfly Networks,即是建立在網路、雲端基礎,結合iPhone上自有的應用程式,與手持式超音波設備 Butterfly iQ,打造醫療物聯網。其藉由雲端AI分析與可攜式設備的創新組合,打破傳通醫材通路的高牆,擺脫醫材電子產品製造的配角角色,成為雲端軟體與分析服務的提供者。

 

醫療物聯網相關基礎建設、環境的成熟,帶起即時、連續蒐集健康數據的終端醫療感測器之佈建需求及應用場景的想像,甚至實踐。由台灣益安生醫子公司達亞國際代工,連續血糖監測儀大廠Dexcom,即將推出新一代的Dexcom G7,已通過FDA核准利用API串接第三方數據,進行健康管理應用。Dexcom與Garmin合作,針對跑者、自行車者進行即時血糖監測,並與數位醫療新創Livongo整合相關醫療數據,優化糖尿病管理。

 

Dexcom血糖監測貼片設備叫做bio-stamp,許多研究機構已在開發真正薄如郵票的bio-stamp。加州大學聖地牙哥分校的研究團隊開發一款biostamp,黏貼於頸部,可連續追蹤個體的血壓、心跳,以及檢驗汗液中葡萄糖、乳酸、酒精、咖啡因等含量。此款無線傳輸的遠距監控,可警示敗血症發作 (血壓突然下降,乳酸快速升高),亦有利於慢性疾病健康管理,例如高血壓、糖尿病等。

 

  • 數位生物標誌 Digital Biomarker

現在醫學發展過程中,經由臨床經驗與資料反覆蒐集、驗證後,建立許多生理狀態評估的方式,這些可做為健康判斷的指標,被稱作生物標誌 (Biomarker)。例如,膽固醇、血壓、體溫、呼吸狀態等,揭示人體是否健康。根據FDA,生物標誌的定義是「可作為健康生理、生病狀態,或是暴露在特定狀態或介入改變等變化過程的一組可測量之指標,包括分子、組織學、放射學或生理學等特徵」,增加數位概念,係指相關感測數據與醫療數據在AI分析下,呈現特定模式或特徵,可代表正常或異常生理變化過程,或是症狀或疾病的標誌。

 

資料來源:Babrak等人 (2019)

圖六:數位生物標誌相關科技與應用

 

醫療物聯網、健康感測穿戴式設備與AI分析能力等發展,串接各種健康指標、醫療紀錄、感測數據,尤其在個體縱向測量項目的深度,與連續測量等數據的資料建立,以及即時回饋的運用,逐漸建構出數位生物標誌各式各樣應用場景的想像。APPLE早已利用人手一機的物聯網時代,透過iPhone、Apple Watch的健康數據追蹤,建立數位生物標誌物來預防心臟衰竭、監控帕金森氏症症狀變化,作為臨床治療的輔助工具。2021年6月全球第一個獲得FDA核准阿茲海默症藥物的企業Biogen,亦與Apple合作,運用Apple Watch及iPhone,篩檢與監控輕度認知功能障礙的症狀,建立失智症早期徵兆的數位生物標誌。

 

2.7 基因定序

2001年完成人類基因圖譜架構,共花了13年與30億美元才完成,運用的是雙脫氧鏈終止法 (Dideoxy Termination Method),又稱桑格法(Sanger Method) 或稱第一代定序技術。隨著分子生物技術的發展,定序技術進入次世代基因定序 (Next Generation Sequencing, NGS),NGS技術是將DNA全部片段化 (約300~800個鹼基對),得以進行高通量、快速的讀取定序。2005年Roche推出首台NGS定序設備454之後,Illumina、Life Technologies、Pacific Biosciences等公司分別推出不同的新技術與次世代定序平台,使得人類基因組定序今日 (2021年) 只需要一個小時與600美元便可完成。

 

第二代基因定序技術可分作樣本庫製備、樣本庫擴增、定序反應與數據分析等4個流程。樣本庫製備是將基因序列隨機切割成片段,再接到轉接子製成樣本;樣本庫擴增則是應用聚合酶鏈鎖反應 (PCR) 擴增樣本庫的基因片段,增加DNA數量,達到可被檢測的閾值;定序反應是以solexa開發的定序技術,透過晶片 (微反應器) 上的幾百萬個DNA片段,藉由聚合酶與核甘酸進行接合時會顯示螢光,運用偵測宇宙太空微弱光源的技術,偵測螢光細微反應,快速讀取大量定序結果;數據分析則是透過已知的生物資料庫,驗證序列資訊。

 

第三代定序技術最大的特點是不用PCR,主流技術有SMRT (single-molecule real-time) 單分子即時定序與Nanopore奈米單孔分子定序技術。SMRT是利用定序設備裝置的微小洞口,讓每一條核酸分子在極小的通道進行聚合反應的過程,同時偵測四種螢光標記 dNTP 被合成的螢光訊號;   Nanopore定序利用一次僅容許單鏈核酸通過的奈米孔,當基因鹼基A、T、C、G分子通過奈米孔洞,因大小不同造成離子流量 (電流) 改變,測量不同鹼基經過時的變化,藉以分析序列。

 

基因定序市場可以區分為定序設備、平台與試劑,以及定序服務與生物資訊。2019年整體基因定序市場達78.15億美元,預估2025年成長至243.52億美元,年複合成長率高達20.9%。illumina運用的第二代定序技術最為成熟,因此應用最廣,市佔高達7成以上,SMRT第三代定序技術則僅有15.7%市佔。illumina 2018年曾提出併購SMRT技術的開發廠商PacBio,主管機關擔心基因定序市場被壟斷而否決。

 

Nanopore定序技術,能夠讀取較長序列、提高連續序列片段長度、定序速度快,且能直接對原始 DNA 樣本進行定序,避免了 PCR 擴增出現的錯誤率及偏好性。雖然技術較先進、方便,因剛起步,市佔僅不到1%。

 

根據NGS應用,市場分為診斷、藥物開發、農業及動物研究及其他應用。由基因定序發展而來的基因組學應用,是精準醫療概念的起始點,透過基因組數據來決定患者的治療與照護計畫,或是需搭配伴隨式診斷試劑給予標靶藥物。其中涉及基因數據的AI分析,對應傳染病、腫瘤學及藥理學,判斷有效的治療方案,作為個別化藥物診斷,已用於治療癌症及囊性纖維化等疾病。

 

基因定序與基因組學在COVID-19疫情,扮演了重要的角色。2020年1月已有中國的研究團隊公布COVID-19病毒的基因組,僅僅花了兩個月時間。Moderna與BioNTech掌握了病毒的基因序列後,得以在短時間內成功開發疫苗。公共衛生管理方面,透過病毒基因序列的掌握,更有機會循線查出感染源頭,進行疫情管控。例如,2020年3月,西雅圖的Fred Hutchinson癌症研究中心,藉由COVID-19病毒測序,確認了美國第一起病例出現在1月21日,顯示病毒已在該地區傳播了至少6週,3月底COVID-19疫情隨即爆發。

 

2.8 軟體即醫材 (SaMD, Software as a Medical Device)

SaMD與AI息息相關。當健康、生理感測器蒐集到患者資料後,經過分析之後,產出結果可作為診斷或治療建議,這個由軟體處理的過程,被視作一種醫療器材,故稱為軟體即醫材 (software as a Medical Device)。根據國際醫療器材法規管理論壇的定義,SaMD「旨在用於執行醫療目的的一個或多個醫療軟體,且不是硬體醫療設備的一部分。」,可用於廣泛的技術平台,包括醫療設備平台,既有醫療商業平台和虛擬網絡等,包含「獨立軟體」、「醫療設備軟體」與「健康軟體」。SaMD很多是大數據、AI的應用,難以沿用醫材的監管方法。

 

為了因應日新月異的科技發展,美國FDA推出了數位健康軟體指引,以組織管理的觀點,評估公司企業、執行者是否具有能力達成安全性與功效性的產品開發,以5項品質文化與組織卓越性評估 (COQD):包括產品品質評估、病患的安全性評估、臨床照護責任歸屬、網路資訊安全、公司是否有積極進取等組織文化承諾。管理的方式與過去醫材臨床試驗不同,先確認公司組織是否具有,以及遵循程序步驟的企業文化,再來確認上市前 (premarket) 文件資料的內容,以及認證前 (precertification) 等安全協議相關監督機制,最後是臨床上的安全性與有效性之確認。

 

資料來源:引自張孟筑 (2019)

圖七:SaMD產品生命週期之先期認證計畫

 

美國FDA早在2016年提出健康創新行動方案 (Digital Health Innovation Action Plan),2017年公告軟體即醫材 (Software as Medical Device, SaMD) 臨床評估指引文件與推動軟體先期認證計畫 (Software Precertification Program),更在2018年核准無須醫師判讀的視網膜病變篩檢人工智慧醫材IDx-DR。

 

2019年4月FDA發表,以 IMDRF (國際醫療器械監管機構論壇) 對軟體醫材的分級採用「基於風險」的分類方式,依據 SaMD「提供的訊息對醫療照護决策的重要性」與「適用之醫療照護情境」(分為危急、嚴重、非嚴重) 進行分級。依據 SaMD「提供的訊息對醫療照護决策的重要性」與「適用之醫療照護情境」分級,包括醫療器材軟體管理政策、「臨床病患診療決策輔助軟體指引、電腦輔助偵測醫療影像軟體臨床評估指引,來符合AI醫療創新趨勢,也顯示科技進步對於醫療器材監管單位帶來很多挑戰。

 

據此,2021年1月美國FDA針對2019年4月各界建言,進一步擬定與公告「人工智慧醫療器材管理行動計畫 (ArtificialIntelligence/Machine Learning (AI/ML)-Based Software as a Medical Device Action Plan)」,在考慮醫材軟體安全性、效能,與增進病患照護品質的前提下,提出5大推動方向:

  • 建立合適於人工智慧/機器學習技術之醫療器材軟體管理架構
  • 推動優良機器學習管理制度
  • 以病患為中心的透明管理制度
  • 建立評估醫療器材演算法偏誤與穩健性法規評估科學
  • 應用真實世界證據於醫療器材法規管理

 

2.8.1 SaMD、AI新創,需要商業模式的創新

2018年4月,全世界第一個通過FDA De Novo第二級醫材認證,無須醫師,可以自動診斷糖尿病視網膜病變的軟體醫材 (SaMD),IDx-DR。2019年12月,美國糖尿病協會將AI自動化診斷視網膜納為糖尿病照顧標準之一。2020年8月IDx Technologies併購3Derm,偵測皮膚病變的AI新創,擴展他們的業務,改名為Digital Diagnostics。

 

軟體醫材的創新模式,卻受限美國傳統保險核銷制度,過去檢測眼底視網膜病變與做出診斷報告是兩筆獨立的核銷編碼,使得透過IDx-DR獲得診斷無利可圖,難以在傳統醫材與醫療通路推動。為此,美國聯邦醫療保險 (Medicare) 2021年推出第一個AI專屬醫療保險核銷編號9225X,瞄準自動篩檢糖尿病視網膜病變的AI應用,以利未來能獨立討論AI診斷適切的保險核銷費用,並正考慮將9225X列入「醫師收費表」診斷服務。

 

針對上述衍生的商業模式挑戰,美國公共保險服務中心CMS (Centers for Medicare & Medicaid Services) 推出「新型治療技術額外補貼」,獎勵具有臨床效益的醫療科技。2020年9月新創Viz.ai的ContaCT是第一個獲得補貼的技術,最高補助出現疑似中風症狀患者檢驗費用1,040美元。ContaCT使用AI演算法分析腦部電腦斷層血管造影,自動判讀大血管阻塞 (LVO),可檢查出近九成血管栓塞的患者,也能排除近九成沒有堵塞的電腦斷層血管造影。

 

2.8.2 AI醫材

SaMD 在新創投資趨勢,多被歸類為AI健康照護應用。目前最成熟的AI醫材是醫療影像數位化分析,可輔助醫師辨識與診斷症狀。透過X光片、CT照影、超音波、MRI、PET掃描等醫療影像辨識症狀已是醫療常規之一,過去靠著醫生的訓練與臨床經驗累積,作為診斷決策。AI醫療影像相關解決方案的市場正快速成長,年複合成長率高達37%,預估2026年全球將達到2,650億美元營業額。2016年至今,160多家醫療影像新創,募得超過70億美元成績,包括 15 家 Smart Money VC的投資。值得關注的是,90 多家新創 (56%) 是在 2016 年或之後成立,20% 以上新創處於中後期發展階段。在美國有超過1,400項相關專利申請,其中57%是過去5年內提交,包括 MRI、核磁共振與超音波檢查等。

 

相較於過去醫療影像由人工判斷的模式,AI技術可辨識人眼難以觀察的影像差異,檢測以前無法檢測到的疾病,並能夠及早發現通常為時已晚而無法有效治療的疾病。通過自動化醫療影像的檢測工作流程,結合電子健康紀錄,協助醫事人員避免錯誤、減輕負擔,能夠更快、更有信心地做出精準的診斷。許多OEMs大廠透過AI偵測、分析技術的開發,結合至既有的醫療影像設備之中,例如 CT、MRI、X 光片、超音波影像等,提升代工設計的競爭力,掌握AI演算技術,迎上此波智慧醫療浪潮。具有AI技術的檢測、高鑑別診斷能力的新創,在醫療影像市場炙手可熱,不但合作詢問度高,更是大廠併購的標的。

 

整體AI 健康照護新創投資趨勢,2020年第三季開始案件數趨減,然而投資金額持續創新高,2021年第二季高達27億美元。Mega-round (超過1億美元) 投資案增加,顯示AI醫療技術逐漸成熟,走向中後期市場發展階段;另一個呼應的指標是新創投資出場,包括併購或上市數皆上揚。

 

資料來源:CBInsights

圖八:全球AI新創投資趨勢

 

3.  台灣醫材產業

 

資料來源:2021醫療器材產業年鑑

圖九:台灣醫材產業發展歷程

 

台灣醫材產業從早期低階醫材製造,走向需要研發能量的醫療影像設備、微創手術器械、骨科牙材等高價值產品。目前則是以血壓計、體溫計、輪椅與代步車等居家消費性醫材為主,佔據全球前三大市佔。截至2020年底,國內醫療器材廠約有1,219家,就業人數達48,365人,平均毛利落在40.7%,遠高於電子製造產業。囿於國內市場大小之限制,上市櫃醫材廠多在海外設廠投資,比率達80%以上。

 

隨著健康與醫療界線的模糊,以及消費性智慧醫材市場的成形,台灣靠著資通訊、軟體技術能力的優勢,有機會爭得一席之地。然而過去電子產業習慣於薄利多銷的代工製造模式,醫療器材少量多樣的特性,行銷層面的市場進入 (go to market) 策略需要加以琢磨,需要關注商業模式的突破。

 

3.1 台灣醫材產業市場

COVID-19疫情促使台灣醫材產業2020年年成長率來到7.9%,營業額達1,269.7億台幣,主要受惠於個人防護用品,包含個人防護裝備之口罩、護目鏡、手套、防護衣、隔離衣等品項;體溫計、COVID-19體外診斷產品與治療用的呼吸器相關產品亦貢獻不小的營收。雖然如同全球醫材產業趨勢,非緊急的醫療行為,像是骨科、牙科、手術等治療多延後執行,影響相關耗材收入,下降約5%。若疫情持續到2022年,體外診斷試劑、常見防疫耗材的需求不減,預估2021年產值仍持續成長,但年成長率將收斂至6%。

 

台灣醫療器材產業營收約1,200億台幣,整體生技產業則約有6,011億元,這個數字包含了像是健康食品、運動器材等大健康產業市場,針對醫材、製藥、應用生技等核心技術產業,年營收僅達3,956億元。台積電2020年年營收3,624億元,大概就是台灣生技產業的年產值,鴻海一季營收更是超過6,000億元,顯示台灣生技產業發展叫好不叫座。

 

資料來源:2021醫療器材產業年鑑

圖十:台灣醫材產業近年年營業額

 

醫材產業有別於電子產業的模式,具有「緩不濟急」的獲利特性,需要長期研發投資,打底基礎技術能力。醫材產業長期投資與獲利之經營模式,新創發展應更適合價值定位的「顧客開發模式 (Customer Development Model)」,定位難被取代的產品或服務之價值,與找出目標客群。

 

3.2 台灣醫材法令之變革

為了鼓勵創新與利基產品之開發,政府在2017年修正生技新藥產業發展條例,針對從事人類及動植物用之新藥、高風險醫療器材及新興生技醫藥產品研發製造之生技公司,提供人才、技術及資金等獎勵措施。科技基本法亦調整處分技術股之規範,研發單位得彈性運用相關成果收入,並放寬國立大學教師、研究人員得兼任新創公司職務,藉以提高企業技轉與研發投資的意願。相關措施帶動每年國內民間投資案超過500億元。

 

台灣生醫推動要有完整法規,已經通過的新版醫材管理辦法已在2021年5月實施,推動新興智慧醫材產業。未來相關醫材管理納入醫療器材維修業者,並要求醫材業者建立醫療器材優良運銷系統,掌握產品來源與流向,以及使用情形。低風險之醫療器材,由過去查驗登記制度改採電子化線上登錄制度,藉由數位化加快處理速度,以簡化未來核實、追蹤需求。關於醫療器材臨床試驗之管理,擴大管理範圍,試驗施行期間發生與臨床試驗有關之不良情事,皆應通報;特定高風險醫療器材須執行安全監視,醫事機構應協助配合辦理,並賦予業者主動監控上市後產品風險管理之責任。

 

3.3 生醫人才與新創培育

跨領域人才培育是新創產業根本的動能。政府推出一連串人才培育計畫,從學生、研究訓練到產業實習、新創見習等,累積創業養分,其中不乏因此投入醫材創新創業。像是生醫產業跨領域人才培育、臺灣生醫與醫材轉譯加值人才培訓 (SPARK) 計畫、臺灣-史丹佛 (STB) /臺灣-柏克萊 (BTB) 計畫、博士創新之星計畫、RAISE重點產業高階人才培訓與就業、育苗計畫等人才培育機制,冀能培育具國際觀人才,及加速學研醫人才貢獻於國內醫材新創企業之發展。

 

相關推動成果包括,SPARK計畫促成19家新創公司成立;BTB及STB促成9家公司成立、2家登錄興櫃;育苗計畫及價創計畫共促成23家新創公司,募資超過20億元。

 

3.4 健康管理的醫材發展趨勢

醫療器材產業,從過去醫療使用目的走向健康管理目的,成為消費性產品。各國已注意到健康管理的消費性醫材發展趨勢,據此,美國FDA提出「一般性促進健康的生活方式產品:低風險醫療器材政策」(General Wellness: Policy for Low Risk Devices-Guidance for Industry and Food and Drug Administration Staff) 指引文件,用以區辨與診斷、治療目的不同的低風險健康器材。對於「低風險的健康促進產品」,根據僅供作一般促進健康生活的目的,以及使用者及其他人的安全不具顯著風險等兩點評估,將不用經過上市審查來判定是否屬於醫療器材。

 

最經典的案例是Apple Watch的血氧檢測功能,只要未主張具有診斷效果,便可作為健康管理目的使用,而不用經過醫材上市審核。以智慧手錶等穿戴裝置的健康管理市場。2020年的成長率高達19.5%,預估將從2020 年363.4億美元營收,快速增長至2028 年的1143.6億美元。除了Apple Watch,其他消費性健康穿戴裝置的大公司包括Fitbit、Garmin及三星。

 

剛加入Google體系的Fitbit在2021年8月底推出壓力管理服務,透過智慧手錶即時監測身體活動、壓力水平、心臟健康與睡眠品質等,像是心率、心電圖、呼吸率、皮膚溫度變化、血氧濃度、睡眠動態等。智慧手錶綁定訂閱制服務已成為典型商業模式,Fitbit亦不例外。新推出的壓力管理服務,需要訂閱Fitbit Premium,使用者可以藉由Fitbit Premium平台獲得Daily Burn、barre3及obé等品牌的內容服務,包括500多項健身運動、正念冥想及營養課程。

 

台灣醫材產業有電子產業打下的製造能量之基礎,尤其在消費性醫材產品的市場趨勢下,深具發展潛力。雖然「健康促進產品」為台灣製造產業帶來了新的代工機會,卻也可能重演過去豐厚利潤被品牌商賺走的歷史。若要跳脫代工製造的薄利多銷窠臼,必須強化軟硬整合,與分析應用的軟實力,以及內容服務的創新商業模式。更要從健康照護市場了解顧客痛點、不可替代性等需求。像是數位生物標誌與醫療物聯網等技術及基礎建設的逐漸成熟,是台灣製造產業擺脫醫材、感測設備等薄利代工,轉向軟體醫材 (SaMD) 服務的關鍵轉機。

 

4.  結論與討論

4.1全球人口結構變化帶來的市場機會

根據國發會的最新人口推估報告,2025年台灣將進入超高齡社會,意即20%人口為65歲以上,總人口亦在2020年1月達到高峰,逐年遞減。不久的未來,台灣將面對老年照護、醫療人力缺乏等危機。對於國家經濟發展而言,最佳的人口結構呈現金字塔型,如同80年代台灣人口紅利帶來的經濟起飛。2021年的今日,台灣人口結構呈現鐘形,青壯勞動人口承擔扶老攜幼的重擔,藉著人數優勢,勉予支撐。隨著時間演進,15年以後將轉變翻過來的倒立金字塔型,老年人口族群成為一個必須要被照護的多數,退休成為一個尷尬的概念。

 

資料來源:國發會

圖十一:三階段年齡人口變動趨勢

 

高齡化並非台灣獨有議題,而高齡化帶來老年照護的需求。過去50年,生醫科技的進步,人類的壽命與健康延長了將近10年,全球人類平均壽命來到72.6歲,且尚有大幅成長的空間。聯合國2019 全球人口展望 (World Population Prospects 2019) 指出生育率下降是全球趨勢,估計2050年世界60歲以上人口超過30%,將有64個國家邁入高齡化社會。智慧醫療科技與居家照護系統的相關醫材、輔具與服務,將成為支撐未來高齡社會健康與福祉的市場機會。

 

世代之間必須合作,如何透過創新、醫材、人機合作來克服這個挑戰。未來長期照護將有兩大選擇,其一是傳統人力照護,另一個是利用醫療科技增加至現有裝置。透過科技賦能,克服老化帶來的行動不便,以及健康風險監控,例如輪椅、床、廁所、浴室、電梯等,設計為健康監測與友善活動的輔助、輔具功能。

 

4.2 財富世代帶來的新創商機

老年照護的扶養比,對於千禧世代產生很大的壓力。許多人僅見人口老化帶來的經濟衝擊,卻忽略了銀髮族的照護需求與雄厚的消費能力。

 

未來幾年老年人口主力來自戰後嬰兒潮世代,擁有全球約60%-80%的財富,是健康產業一大商機。在智慧醫材的發展趨勢下,基於電子、資通訊產業良好的硬體製造基礎,台灣的科技能力與代工產能經過設計組合,將有可能實踐科技照護的場景。

 

傳統照護需要不只一個人力,連續24小時照顧將產生很多花費。透過服務設計,生理資訊監控、人機協作 (輔具,照護人力的輔具與被照顧者的輔具),減少實質照護人力,增加照護品質。新一波的智慧醫材結合軟體與服務,例如生理感測、通訊、定位等功能,幫助長者可以在家中得到良好的照顧,與進行復健、運動,減少待在醫療機構的時間。科技照護尚有一個很重要的附加價值,擁有自理能力可以增進長者的自尊心,很多照護行為可透過輔助醫材、科技設備,賦能被照顧者自理能力,預期市場潛力無窮。

 

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