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了很大的難度,因為發(fā)現(xiàn)時可能癌細胞已經(jīng)轉移或擴散。

近日,韓國科學技術研究所(KIST)在前列腺癌的診斷方面取得了重大突破。研究團隊通過使用人工智能分析前列腺癌的多種因素,成功實現(xiàn)對前列腺癌的精確診斷,準確性幾乎達到 100%。同時,這種利用尿液檢測癌癥的方式,也有望實現(xiàn)對其它疾病的精確診斷。

圖 | 論文截圖(來源: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)表在國際學術期刊 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的癌癥之一。大多數(shù)前列腺癌生長速度較為緩慢,并且早期可能沒有癥狀,因此及時發(fā)現(xiàn)前列腺癌癥是相對比較困難的事情。

現(xiàn)階段確定患者是否患有前列腺癌是一項較為復雜的工作,需要分很多步驟進行。因此,對沒有癥狀的健康男性進行前列腺癌測試存在爭議。醫(yī)療組織之間也存在一些分歧,這些分歧主要就是關于測試的好處是否大于潛在的風險。
如果人們出現(xiàn)相關的前列腺癌癥狀,而進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)測試。

(來源:Pixabay)

在進行 DRE 期間,醫(yī)生將戴手套的潤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,則可能需要進一步檢查。

此外,還可通過從手臂的靜脈中抽取血液樣本,并通過分析血液中一種由前列腺自然產(chǎn)生的物質 PSA 來進行前列腺癌的檢測。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 測試的診斷準確率僅有 30%,相當多的患者因此還需要進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,過程中通常使用一根細針插入前列腺,以收集組織。之后會在實驗室中分析組織樣本,以確定是否存在癌細胞。而這種侵入性的穿刺,一般會產(chǎn)生相對應的副作用,比如出血或疼痛。
因此,對于前列腺癌檢測方式的探究從未停歇,眾多科學團隊都在該領域進行相關研究,以發(fā)現(xiàn)一種高效準確且無副作用的檢測方式。
AI 尿檢大顯神通

癌癥因子對于鑒別癌癥來講至關重要,因為它可以客觀地測量和評估正常生物學過程、疾病進展和治療方法的藥物反應性。但是,尿液中一般癌癥因子的濃度較低,所以這也導致目前基于尿液的生物傳感器已經(jīng)用于對危險群體進行分類,而不是用于精確的診斷。
在這項最新研究中,韓國科學技術研究所宣布,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 教授領導的合作研究小組通過將 AI 分析方法引入基于電信號的超靈敏生物傳感器中,開發(fā)了一種僅在 20 分鐘內(nèi)從尿液中診斷前列腺癌的技術,準確率幾乎達到 100%。

KIST 的 Lee 博士團隊通過利用基于電信號的超靈敏生物傳感器,來嘗試診斷尿液中相關的疾病。事實上,這種利用與癌癥診斷相關的單個癌癥因子的方法,很難將診斷準確性提高到 90% 以上。

為了克服這一限制,研究小組團隊利用了不同種類的癌癥因子,而不是僅使用一種癌癥因子來創(chuàng)新地提高診斷準確性。同時,研究團隊開發(fā)了一種超靈敏的半導體傳感器系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠同時測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 分析為每個患者收集的一組傳感信號,以篩選患者的 PCa。兩種算法都提供了更高的準確性,并且隨著生物標記數(shù)量的增加,AUROC 的大小也增加了(來源:KIST)

研究人員通過使用從開發(fā)的傳感器獲得的四種癌癥因素之間的相關性來訓練 AI。經(jīng)過訓練的 AI 算法通過分析檢測信號的復雜模式來識別前列腺癌患者。在利用 AI 對前列腺癌的診斷試驗中,成功地檢測了 76 個尿樣,準確率幾乎為 100%。

作為一種非侵入性的檢測方法,利用尿液進行診斷對患者來說是方便的,并且不需要侵入性的活檢,也就意味著癌癥篩查不會有任何的副作用。
AI尿檢潛力巨大

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

Healthy．io 的測試在設計時就考慮到易于使用�；颊叩鹊礁綆У牧坑统呱系念伾�顯影后,使用配套應用,將照片貼在卡片上,然后對圖像進行匿名化、標記化,最后傳送到云端進行 AI 診斷測試。

對于患者來說,好處是顯而易見的:為尿液樣本拍照比開車去附近的醫(yī)院要方便得多。對于臨床醫(yī)生而言,這種在家測試可以使候診室變得簡單,并幫助醫(yī)院工作人員確定緊急情況的優(yōu)先次序。

(來源:The Week)

這種基于 AI 的尿檢系統(tǒng),可以檢測從尿路感染到酮癥、腎臟疾病、妊娠健康和膀胱癌。而 KIST 的最新研究,無疑使人們對于 AI 尿檢未來的更多應用充滿信心。

Asan Medical Center 的 Jeong 教授說:“對于需要手術治療的患者,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)務人員的工作量。這項研究開發(fā)了一種智能生物傳感器,僅通過尿液檢測就能以幾乎 100%的準確性快速診斷前列腺癌,還可以通過尿檢將其進一步用于其他癌癥的精確診斷。”

當然,對于最新的 AI 尿檢技術,還需要更多的臨床試驗驗證其診斷前列腺癌的準確性和特異性。不過相信在更多相關研究的突破下,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