17种疾病能"闻"出来 呼吸分析检测准确率达86%

温俊华

2017年11月09日09:13  来源:广州日报
 
原标题:17种疾病能“闻”出来

17种疾病能“闻”出来

呼吸分析检测不需侵入人体 准确率可达86%

以色列理工学院化学工程与纳米技术教授海克

呼吸分析仪Na-Nose

利用呼吸分析技术检测疟疾

人的呼吸由许多化学成分构成,源自于性别、年龄、种族和其他许多生物学因素,每个人的呼吸都是独特的,其中就包含了和人体健康相关的重要信息。2000多年前,古希腊名医希波克拉底就教学生通过病人的呼吸气味,寻找疾病的线索。如今科学家们正努力利用纳米和人工智能科技把“从呼吸中诊断疾病”的技术变得更准确和普及。

研究团队的研究中,以下17种疾病可以比较准确地“闻”出来。

肺癌、结肠癌、头颈癌、卵巢癌、膀胱癌、前列腺癌、肾癌、胃癌、克罗恩病、溃疡性结肠炎、肠易激综合征、帕金森病(两种类型)、多发性硬化症、肺动脉高压、子痫前期、慢性肾脏疾病。

以色列理工学院化学工程与纳米技术教授海克被以色列媒体誉为“科学明星”,除获得多个国际研究奖项外,其研发的可以“闻出疾病”的呼吸分析仪日益得到关注。

据研发团队的介绍,仪器Na-Nose能探测包括某些癌症、多发性硬化和帕金森症在内的17种疾病,准确率可达86%。

从模拟狗鼻子到呼吸分析仪器

据报道,海克从2007年开始就开始了对呼吸分析的研究,模拟狗的鼻子是海克一开始的目标,就目前所知,通过训练的服务犬能嗅出并提醒人们癫痫甚至是癌症的发生。

“我们都知道,每种疾病具有特定化学特征,这些化学分子会体现在人们的呼吸中,令我们能够分辨出这种疾病。狗的嗅觉系统比人类敏感10000倍,Na-Nose开始的目标就是模拟狗的嗅觉系统,利用和狗鼻子运作完全相同的原理,应用到现实生活需要中,其中一项应用就是通过呼吸分析分辨疾病。”海克说。

海克团队对1400名患有17种不同疾病的病人进行呼吸采样,这些样本采集于2011年1月和2014年6月,病人来自以色列、法国、美国、拉脱维亚和中国5国,罹患的17种疾病包括:肺癌、结肠癌、头颈癌、卵巢癌、膀胱癌、前列腺癌、肾癌、胃癌、克罗恩病、溃疡性结肠炎、肠易激综合征、帕金森病(两种类型)、多发性硬化症、肺动脉高压、子痫前期、慢性肾脏疾病。利用呼吸分析仪检测这些疾病的准确率可达86%。

研究团队使用质谱分析法对这些呼吸样本的化学成分进行了测试,准确地定量检测出它们含有的化学成分和这些成分在不同疾病中的组成形式,用以作为新型呼吸分析仪器Na-Nose的信息基础。

Na-Nose由吹气管、传感器盒子和相关软件组成。Na-Nose使用了纳米和人工智能科技,纳米传感器用以搜集患者呼吸的“气味”信息,人工智能技术分析传感器获取的数据,对疾病进行快速的诊断和分类。为提高可靠性,研究人员还检测了影响样本组成的各种因素,如性别、年龄、吸烟习惯和地理位置等,并发现这些因素的影响微乎其微。

“我可以肯定我们的技术在很多诊断案例中的效率和现有的侵入性(抽血或其他人体取样方式)检测方法相当,在胃癌等疾病的检测中,Na-Nose的效率甚至比传统检测方法更高。而且,呼吸分析检测不需要入侵人体,相信会受到患者的欢迎。”海克说。

“呼吸分析诊断”兴起

在非洲马拉维,来自美国华盛顿大学的约翰博士也在用类似的呼吸分析技术来诊断疟疾。疟疾在马拉维等热带地区流行,患者多为儿童。约翰和她的团队从患病儿童的呼吸中鉴定出6种气味化合物,据此对其他儿童进行诊断,并根据实验结果得出“在呼气中含有全部六种化合物的孩子中,大约有83%的孩子很可能患病”的结论。

约翰声称,这种呼吸分析方法83%的准确率已和传统血液测试90%-95%的准确率很接近,而好处是非入侵性,更加便捷和成本更低。目前这种方法的测试只在孩子身上进行了实验,约翰希望在成年人身上能够重现这一诊断结果。

“通过呼吸来判断疾病并不是什么新鲜事,古希腊名医希波克拉底就教学生通过病人的呼吸气味,寻找疾病的线索。”美国印第安纳波利“斯理查 L.和罗德布什医学中心”副教授阿格瓦尔博士说。阿格瓦尔本人也在进行多个气味与特定疾病关联性的研究,这些疾病包括低血糖、前列腺癌和乳腺癌。“呼吸中包含的气味和挥发性有机化合物能帮助辨别疾病,因此,狗能嗅出低血糖和癫痫,果蝇能嗅出癌症,非洲的大型老鼠能嗅出肺结核。”阿格瓦尔说,“海克教授的研究领先于我们的团队。”

阿格瓦尔指出,呼吸分析诊断最大的优势是非入侵性,无需入侵人体而能探测出人体健康的变化。“比如,前列腺癌的潜伏期很长,前列腺穿刺检测是一个痛苦的,令人望而却步的过程,而呼吸分析诊断就便捷很多。”

“呼吸分析诊断”尚不成熟

当然,并不是所有专家都看好呼吸分析诊断,特别是在现阶段。

帕拉迪博士来自美国费城的莫奈尔化学感官中心,他认为人们呼吸的气体和环境气体很难分离,因为它们几乎融为一体,化学成分也差不多。“在科学家们探明人类呼吸中与疾病相关的标志性化学物质的起源与生化路径之前,呼吸分析诊断很难得到可靠的结果。”帕拉迪说。

来自霍普金斯大学医学院的李斯比教授指出,呼吸分析诊断的基础首先应该是收集大量健康人群的呼吸样本,同时将性别、年龄、习惯和地域等因素考虑在内,甚至要具体到样本对象8小时内饮食、是否使用漱口水等影响因素。最后,李斯比总结说,呼吸分析诊断的原理起源于伊格纳罗博士发现一氧化氮可作为心血管系统的一种信号分子,但呼吸分析诊断现在还处于“婴儿期”。

(责编:卢少雄、蒋成柳)