人的呼吸由許多化學成分構(gòu)成，源自于性別、年齡、種族和其他許多生物學因素，每個人的呼吸都是獨特的，其中就包含了和人體健康相關的重要信息。2000多年前，古希臘名醫(yī)希波克拉底就教學生通過病人的呼吸氣味，尋找疾病的線索。如今科學家們正努力利用納米和人工智能科技把“從呼吸中診斷疾病”的技術變得更準確和普及。
廣州日報全媒體記者溫俊華
研究團隊的研究中，以下17種疾病可以比較準確地“聞”出來。
肺癌、結(jié)腸癌、頭頸癌、卵巢癌、膀胱癌、前列腺癌、腎癌、胃癌、克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎、腸易激綜合征、帕金森病(兩種類型)、多發(fā)性硬化癥、肺動脈高壓、子癇前期、慢性腎臟疾病。
廣州日報訊以色列理工學院化學工程與納米技術教授?？吮灰陨忻襟w譽為“科學明星”，除獲得多個國際研究獎項外，其研發(fā)的可以“聞出疾病”的呼吸分析儀日益得到關注。
據(jù)研發(fā)團隊的介紹，儀器Na-Nose能探測包括某些癌癥、多發(fā)性硬化和帕金森癥在內(nèi)的17種疾病，準確率可達86%。
從模擬狗鼻子到呼吸分析儀器
據(jù)報道，?？藦?007年開始就開始了對呼吸分析的研究，模擬狗的鼻子是?？艘婚_始的目標，就目前所知，通過訓練的服務犬能嗅出并提醒人們癲癇甚至是癌癥的發(fā)生。
“我們都知道，每種疾病具有特定化學特征，這些化學分子會體現(xiàn)在人們的呼吸中，令我們能夠分辨出這種疾病。狗的嗅覺系統(tǒng)比人類敏感10000倍，Na-Nose開始的目標就是模擬狗的嗅覺系統(tǒng)，利用和狗鼻子運作完全相同的原理，應用到現(xiàn)實生活需要中，其中一項應用就是通過呼吸分析分辨疾病。”海克說。
海克團隊對1400名患有17種不同疾病的病人進行呼吸采樣，這些樣本采集于2011年1月和2014年6月，病人來自以色列、法國、美國、拉脫維亞和中國5國，罹患的17種疾病包括：肺癌、結(jié)腸癌、頭頸癌、卵巢癌、膀胱癌、前列腺癌、腎癌、胃癌、克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎、腸易激綜合征、帕金森病(兩種類型)、多發(fā)性硬化癥、肺動脈高壓、子癇前期、慢性腎臟疾病。利用呼吸分析儀檢測這些疾病的準確率可達86%。
研究團隊使用質(zhì)譜分析法對這些呼吸樣本的化學成分進行了測試，準確地定量檢測出它們含有的化學成分和這些成分在不同疾病中的組成形式，用以作為新型呼吸分析儀器Na-Nose的信息基礎。
Na-Nose由吹氣管、傳感器盒子和相關軟件組成。Na-Nose使用了納米和人工智能科技，納米傳感器用以搜集患者呼吸的“氣味”信息，人工智能技術分析傳感器獲取的數(shù)據(jù)，對疾病進行快速的診斷和分類。為提高可靠性，研究人員還檢測了影響樣本組成的各種因素，如性別、年齡、吸煙習慣和地理位置等，并發(fā)現(xiàn)這些因素的影響微乎其微。
“我可以肯定我們的技術在很多診斷案例中的效率和現(xiàn)有的侵入性(抽血或其他人體取樣方式)檢測方法相當，在胃癌等疾病的檢測中，Na-Nose的效率甚至比傳統(tǒng)檢測方法更高。而且，呼吸分析檢測不需要入侵人體，相信會受到患者的歡迎。”?？苏f。
“呼吸分析診斷”興起
在非洲馬拉維，來自美國華盛頓大學的約翰博士也在用類似的呼吸分析技術來診斷瘧疾。瘧疾在馬拉維等熱帶地區(qū)流行，患者多為兒童。約翰和她的團隊從患病兒童的呼吸中鑒定出6種氣味化合物，據(jù)此對其他兒童進行診斷，并根據(jù)實驗結(jié)果得出“在呼氣中含有全部六種化合物的孩子中，大約有83%的孩子很可能患病”的結(jié)論。
約翰聲稱，這種呼吸分析方法83%的準確率已和傳統(tǒng)血液測試90%-95%的準確率很接近，而好處是非入侵性，更加便捷和成本更低。目前這種方法的測試只在孩子身上進行了實驗，約翰希望在成年人身上能夠重現(xiàn)這一診斷結(jié)果。
“通過呼吸來判斷疾病并不是什么新鮮事，古希臘名醫(yī)希波克拉底就教學生通過病人的呼吸氣味，尋找疾病的線索。”美國印第安納波利“斯理查L.和羅德布什醫(yī)學中心”副教授阿格瓦爾博士說。阿格瓦爾本人也在進行多個氣味與特定疾病關聯(lián)性的研究，這些疾病包括低血糖、前列腺癌和乳腺癌。“呼吸中包含的氣味和揮發(fā)性有機化合物能幫助辨別疾病，因此，狗能嗅出低血糖和癲癇，果蠅能嗅出癌癥，非洲的大型老鼠能嗅出肺結(jié)核。”阿格瓦爾說，“海克教授的研究領先于我們的團隊。”
阿格瓦爾指出，呼吸分析診斷最大的優(yōu)勢是非入侵性，無需入侵人體而能探測出人體健康的變化。“比如，前列腺癌的潛伏期很長，前列腺穿刺檢測是一個痛苦的，令人望而卻步的過程，而呼吸分析診斷就便捷很多。”
“呼吸分析診斷”尚不成熟
當然，并不是所有專家都看好呼吸分析診斷，特別是在現(xiàn)階段。
帕拉迪博士來自美國費城的莫奈爾化學感官中心，他認為人們呼吸的氣體和環(huán)境氣體很難分離，因為它們幾乎融為一體，化學成分也差不多。“在科學家們探明人類呼吸中與疾病相關的標志性化學物質(zhì)的起源與生化路徑之前，呼吸分析診斷很難得到可靠的結(jié)果。”帕拉迪說。
來自霍普金斯大學醫(yī)學院的李斯比教授指出，呼吸分析診斷的基礎首先應該是收集大量健康人群的呼吸樣本，同時將性別、年齡、習慣和地域等因素考慮在內(nèi)，甚至要具體到樣本對象8小時內(nèi)飲食、是否使用漱口水等影響因素。最后，李斯比總結(jié)說，呼吸分析診斷的原理起源于伊格納羅博士發(fā)現(xiàn)一氧化氮可作為心血管系統(tǒng)的一種信號分子，但呼吸分析診斷現(xiàn)在還處于“嬰兒期”。
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