前列腺癌是男性癌癥死亡的主要原因之一。然而,由于現(xiàn)階段的檢測(cè)水平有限,前列腺癌的診斷率一直處于較低的水平。這也給治療前列腺癌帶來(lái)了很大的難度,因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)時(shí)可能癌細(xì)胞已經(jīng)轉(zhuǎn)移或擴(kuò)散。

近日,韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究所(KIST)在前列腺癌的診斷方面取得了重大突破。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用人工智能分析前列腺癌的多種因素,成功實(shí)現(xiàn)對(duì)前列腺癌的精確診斷,準(zhǔn)確性幾乎達(dá)到 100%。同時(shí),這種利用尿液檢測(cè)癌癥的方式,也有望實(shí)現(xiàn)對(duì)其它疾病的精確診斷。

圖 | 論文截圖(來(lái)源:ACS Nano)

最新研究以“Noninvasive Precision Screening of Prostate Cancer by Urinary Multimarker Sensor and Artificial Intelligence Analysis”為題,于 1 月 21 日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊 ACS Nano 上。
難以早期發(fā)現(xiàn)的前列腺癌

前列腺癌是男性中最常見(jiàn)的癌癥之一。大多數(shù)前列腺癌生長(zhǎng)速度較為緩慢,并且早期可能沒(méi)有癥狀,因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)前列腺癌癥是相對(duì)比較困難的事情。

現(xiàn)階段確定患者是否患有前列腺癌是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作,需要分很多步驟進(jìn)行。因此,對(duì)沒(méi)有癥狀的健康男性進(jìn)行前列腺癌測(cè)試存在爭(zhēng)議。醫(yī)療組織之間也存在一些分歧,這些分歧主要就是關(guān)于測(cè)試的好處是否大于潛在的風(fēng)險(xiǎn)。
如果人們出現(xiàn)相關(guān)的前列腺癌癥狀,而進(jìn)行前列腺癌的篩查工作,篩查的主要方式包括直腸指檢(DRE)和前列腺特異性抗原(PSA)測(cè)試。

(來(lái)源:Pixabay)

在進(jìn)行 DRE 期間,醫(yī)生將戴手套的潤(rùn)滑手指插入患者的直腸,以檢查與直腸相鄰的前列腺。如果醫(yī)生發(fā)現(xiàn)腺體的紋理、形狀或大小有任何異常,則可能需要進(jìn)一步檢查。

此外,還可通過(guò)從手臂的靜脈中抽取血液樣本,并通過(guò)分析血液中一種由前列腺自然產(chǎn)生的物質(zhì) PSA 來(lái)進(jìn)行前列腺癌的檢測(cè)。少量 PSA 存在血液中是正常的,但是如果發(fā)現(xiàn)水平高于正常水平,則可能表明前列腺感染、炎癥、腫大或癌癥。

然而,由于 PSA 測(cè)試的診斷準(zhǔn)確率僅有 30%,相當(dāng)多的患者因此還需要進(jìn)行額外的侵入性活檢。

侵入性的活檢,主要是為了收集前列腺組織樣本。侵入性的活檢方式一般為前列腺穿刺活檢,過(guò)程中通常使用一根細(xì)針插入前列腺,以收集組織。之后會(huì)在實(shí)驗(yàn)室中分析組織樣本,以確定是否存在癌細(xì)胞。而這種侵入性的穿刺,一般會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的副作用,比如出血或疼痛。
因此,對(duì)于前列腺癌檢測(cè)方式的探究從未停歇,眾多科學(xué)團(tuán)隊(duì)都在該領(lǐng)域進(jìn)行相關(guān)研究,以發(fā)現(xiàn)一種高效準(zhǔn)確且無(wú)副作用的檢測(cè)方式。
AI 尿檢大顯神通

癌癥因子對(duì)于鑒別癌癥來(lái)講至關(guān)重要,因?yàn)樗�可以客觀地測(cè)量和評(píng)估正常生物學(xué)過(guò)程、疾病進(jìn)展和治療方法的藥物反應(yīng)性。但是,尿液中一般癌癥因子的濃度較低,所以這也導(dǎo)致目前基于尿液的生物傳感器已經(jīng)用于對(duì)危險(xiǎn)群體進(jìn)行分類(lèi),而不是用于精確的診斷。
在這項(xiàng)最新研究中,韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究所宣布,由生物材料研究中心的 Kwan Hyi Lee 博士和 Asan 醫(yī)療中心的 In Gab Jeong 教授領(lǐng)導(dǎo)的合作研究小組通過(guò)將 AI 分析方法引入基于電信號(hào)的超靈敏生物傳感器中,開(kāi)發(fā)了一種僅在 20 分鐘內(nèi)從尿液中診斷前列腺癌的技術(shù),準(zhǔn)確率幾乎達(dá)到 100%。

KIST 的 Lee 博士團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用基于電信號(hào)的超靈敏生物傳感器,來(lái)嘗試診斷尿液中相關(guān)的疾病。事實(shí)上,這種利用與癌癥診斷相關(guān)的單個(gè)癌癥因子的方法,很難將診斷準(zhǔn)確性提高到 90% 以上。

為了克服這一限制,研究小組團(tuán)隊(duì)利用了不同種類(lèi)的癌癥因子,而不是僅使用一種癌癥因子來(lái)創(chuàng)新地提高診斷準(zhǔn)確性。同時(shí),研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種超靈敏的半導(dǎo)體傳感器系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠同時(shí)測(cè)量尿液中選定四種癌癥因子的痕量,以診斷前列腺癌。

圖 | 使用 ML 分析為每個(gè)患者收集的一組傳感信號(hào),以篩選患者的 PCa。兩種算法都提供了更高的準(zhǔn)確性,并且隨著生物標(biāo)記數(shù)量的增加,AUROC 的大小也增加了(來(lái)源:KIST)

研究人員通過(guò)使用從開(kāi)發(fā)的傳感器獲得的四種癌癥因素之間的相關(guān)性來(lái)訓(xùn)練 AI。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的 AI 算法通過(guò)分析檢測(cè)信號(hào)的復(fù)雜模式來(lái)識(shí)別前列腺癌患者。在利用 AI 對(duì)前列腺癌的診斷試驗(yàn)中,成功地檢測(cè)了 76 個(gè)尿樣,準(zhǔn)確率幾乎為 100%。

作為一種非侵入性的檢測(cè)方法,利用尿液進(jìn)行診斷對(duì)患者來(lái)說(shuō)是方便的,并且不需要侵入性的活檢,也就意味著癌癥篩查不會(huì)有任何的副作用。
AI尿檢潛力巨大

其實(shí),這并非 AI 在尿檢方面的首次應(yīng)用。2019 年,Healthy．io 就已經(jīng)發(fā)布了數(shù)字測(cè)試套件 Dip．io,這種套件使患者能夠通過(guò)智能手機(jī)應(yīng)用程序、量油尺和帶有顏色編碼的幻燈片來(lái)收集和分析尿液樣本。

Healthy．io 的測(cè)試在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到易于使用�；颊叩鹊礁綆У牧坑统呱系念伾�顯影后,使用配套應(yīng)用,將照片貼在卡片上,然后對(duì)圖像進(jìn)行匿名化、標(biāo)記化,最后傳送到云端進(jìn)行 AI 診斷測(cè)試。

對(duì)于患者來(lái)說(shuō),好處是顯而易見(jiàn)的:為尿液樣本拍照比開(kāi)車(chē)去附近的醫(yī)院要方便得多。對(duì)于臨床醫(yī)生而言,這種在家測(cè)試可以使候診室變得簡(jiǎn)單,并幫助醫(yī)院工作人員確定緊急情況的優(yōu)先次序。

(來(lái)源:The Week)

這種基于 AI 的尿檢系統(tǒng),可以檢測(cè)從尿路感染到酮癥、腎臟疾病、妊娠健康和膀胱癌。而 KIST 的最新研究,無(wú)疑使人們對(duì)于 AI 尿檢未來(lái)的更多應(yīng)用充滿(mǎn)信心。

Asan Medical Center 的 Jeong 教授說(shuō):“對(duì)于需要手術(shù)治療的患者,最大限度地減少不必要的活檢和治療,可以高精度地診斷癌癥,從而大大降低醫(yī)療成本和醫(yī)務(wù)人員的工作量。這項(xiàng)研究開(kāi)發(fā)了一種智能生物傳感器,僅通過(guò)尿液檢測(cè)就能以幾乎 100%的準(zhǔn)確性快速診斷前列腺癌,還可以通過(guò)尿檢將其進(jìn)一步用于其他癌癥的精確診斷�！�

當(dāng)然,對(duì)于最新的 AI 尿檢技術(shù),還需要更多的臨床試驗(yàn)驗(yàn)證其診斷前列腺癌的準(zhǔn)確性和特異性。不過(guò)相信在更多相關(guān)研究的突破下,我們一定能夠夠早日解決前列腺癌治療及診斷的難題,造福更多的男性患者。
編審:王新凱
排版:鄒靜雯
參考資料:
https://pubs．a(chǎn)cs．org/doi/10．1021/acsnano．0c06946
https://phys．org/news/2021-01-cancer-precisely-urine-artificial-intelligence．html