基于呼出氣體及其冷凝物檢測(cè)的肺癌早期診斷方法及儀器研究.pdf

1、近年來，肺癌一直是發(fā)病率和死亡率最高的癌癥。早期肺癌一般無明顯癥狀，因此肺癌檢出通常發(fā)生在晚期，此時(shí)已經(jīng)錯(cuò)過了治療的最佳時(shí)期。很明顯，肺癌的早期發(fā)現(xiàn)只能通過定期篩查實(shí)現(xiàn)。但是，目前臨床肺癌檢測(cè)技術(shù)還無法實(shí)現(xiàn)大范圍高危人群篩查。呼吸檢測(cè)技術(shù)是一種無創(chuàng)和低成本的檢測(cè)方法，適用于臨床初篩。呼出氣體又直接起源于肺部，對(duì)肺部疾病具有很好的特異性。
　　為此，本研究致力于探究呼出氣體及其冷凝物中的肺癌標(biāo)志物，開發(fā)適應(yīng)臨床體檢要求的檢測(cè)儀器和檢

2、測(cè)技術(shù)。通過開發(fā)一種可以方便地應(yīng)用于定期體檢的檢測(cè)技術(shù)，將有望實(shí)現(xiàn)肺癌的早期診斷。本文主要內(nèi)容和創(chuàng)新性工作如下:
　　1.探索了有效確定呼出氣體中揮發(fā)性肺癌標(biāo)志物的方法，確定了5種與肺部良性疾病無關(guān)的新標(biāo)志物。
　　本研究分析了79例肺癌患者、54例肺部良性疾病患者和38例健康受試者的呼出氣體中揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的成分和濃度，通過三組數(shù)據(jù)的兩兩對(duì)比篩選出了5種濃度與肺癌相關(guān)、但不受肺部良性疾病影響的VOCs作為揮發(fā)

3、性肺癌標(biāo)志物。對(duì)78例驗(yàn)證組人群的呼出氣體進(jìn)行分析的結(jié)果表明，在肺部良性疾病的患病情況未知的條件下，5種標(biāo)志物在肺癌和健康人之間仍具有較好的區(qū)分能力。與國(guó)際國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究相比，本文首次在統(tǒng)計(jì)學(xué)方法上最大程度排除了良性疾病在樣本中分布情況的干擾，確定了5種比現(xiàn)有研究成果更具臨床實(shí)用性的揮發(fā)性肺癌標(biāo)志物。
　　2.提出了一種用于電子鼻數(shù)據(jù)分析的非線性判別模型，提高了電子鼻用于肺癌呼吸診斷的正確率，并縮短了診斷時(shí)間。
　　課題組前期

4、構(gòu)建了用于肺癌診斷的復(fù)合型電子鼻系統(tǒng)(HENS)，本研究建立了一種非線性識(shí)別模型(NLDM)用于分析HENS檢測(cè)單元產(chǎn)生的多元數(shù)據(jù)。臨床醫(yī)生在診斷時(shí)，診斷不同特點(diǎn)的患者會(huì)重點(diǎn)考慮不同的診斷因素。該模型借鑒了這一方法，對(duì)于單個(gè)樣本先分析各個(gè)特征值對(duì)于該樣本的重要性，再?zèng)Q定哪些變量進(jìn)入模型。模型非線性體現(xiàn)在:針對(duì)不同樣本用于計(jì)算判別得分的變量類型和變量個(gè)數(shù)也不同。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明NLDM的判別正確率、算法空間復(fù)雜度和時(shí)間復(fù)雜度均優(yōu)于HENS

5、前期使用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
　　3.提出了呼出氣體冷凝物中的癌胚抗原、鱗狀細(xì)胞癌抗原和神經(jīng)元特異性烯醇化酶的檢測(cè)方法，實(shí)驗(yàn)表明上述3種蛋白可作為早期肺癌篩查的標(biāo)志物。
　　我們通過改良呼出氣體冷凝物(EBC)采集裝置，實(shí)現(xiàn)了EBC中大分子蛋白的收集。研究共采集了105例肺癌病人和56例正常健康人的EBC，用化學(xué)發(fā)光免疫分析方法檢測(cè)了其中癌胚抗原(CEA)、鱗狀細(xì)胞癌抗原(SCC)和神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)的濃度。同時(shí)

6、，收集了受試者空腹靜脈血腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)結(jié)果做對(duì)比。經(jīng)分析，EBC和血清中的腫瘤標(biāo)志物濃度在肺癌組中都顯著高于健康組;EBC中的標(biāo)志物在識(shí)別特定組織學(xué)類型的肺癌時(shí)，比血清標(biāo)志物具有更高的陽(yáng)性率;EBC中的標(biāo)志物比血清標(biāo)志物具有更好的早期識(shí)別效果。
　　4.結(jié)合納米金染色增強(qiáng)技術(shù)，顯著提高了樂甫型聲表面波免疫傳感器用于呼出氣體冷凝物中蛋白標(biāo)志物檢測(cè)的靈敏度。
　　本研究首先通過蛋白A的導(dǎo)向性固定作用將包被抗體修飾在樂甫波傳感器的

7、敏感區(qū)域，利用抗原-抗體反應(yīng)捕獲樣本中的待測(cè)抗原，實(shí)現(xiàn)傳感器的特異性檢測(cè)。此外，為了提高傳感器靈敏度使用了納米金顆粒標(biāo)記的檢測(cè)抗體，在樂甫波傳感器表面構(gòu)建“三明治”結(jié)構(gòu)的免疫反應(yīng)。引入金染色液，其中的金離子沉積在納米金表面，極大地放大了傳感器信號(hào)，使EBC中腫瘤相關(guān)抗原的檢測(cè)得以實(shí)現(xiàn)。該傳感器用于EBC中CEA、SCC和NSE檢測(cè)的檢出限分別為0.967ng/mL、0.663ng/mL和1.598ng/mL，分別低于各自用于肺癌初篩的診

8、斷閾值，可以有效用于臨床肺癌的區(qū)分。
　　5.設(shè)計(jì)了呼出氣體冷凝物檢測(cè)儀器，開發(fā)配套的iPad端軟件，實(shí)現(xiàn)了冷凝物中腫瘤標(biāo)志物的高靈敏度快速實(shí)時(shí)檢測(cè)。
　　針對(duì)上述傳感器，我們開發(fā)了相關(guān)檢測(cè)儀器，通過設(shè)計(jì)自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)、控制電路和移動(dòng)端軟件，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化檢測(cè)，有效減少了手工操作引入的實(shí)驗(yàn)誤差;同時(shí)實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)的多平臺(tái)共享。本研究驗(yàn)證了該儀器檢測(cè)數(shù)據(jù)與商用網(wǎng)絡(luò)分析儀的檢測(cè)結(jié)果嚴(yán)格一致。并且利用上述儀器，檢測(cè)了1