人的呼吸由許多化學(xué)成分構(gòu)成，源自于性別、年齡、種族和其他許多生物學(xué)因素，每個(gè)人的呼吸都是獨(dú)特的，其中就包含了和人體健康相關(guān)的重要信息。2000多年前，古希臘名醫(yī)希波克拉底就教學(xué)生通過(guò)病人的呼吸氣味，尋找疾病的線索。如今科學(xué)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(shù)變得更準(zhǔn)確和普及。

廣州日?qǐng)?bào)全媒體記者溫俊華

研究團(tuán)隊(duì)的研究中，以下17種疾病可以比較準(zhǔn)確地“聞”出來(lái)。

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(dòng)脈高壓、子癇前期、慢性腎臟疾病。

廣州日?qǐng)?bào)訊以色列理工學(xué)院化學(xué)工程與納米技術(shù)教授?？吮灰陨忻襟w譽(yù)為“科學(xué)明星”，除獲得多個(gè)國(guó)際研究獎(jiǎng)項(xiàng)外，其研發(fā)的可以“聞出疾病”的呼吸分析儀日益得到關(guān)注。

據(jù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的介紹，儀器Na-Nose能探測(cè)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(zhǔn)確率可達(dá)86%。

從模擬狗鼻子到呼吸分析儀器

據(jù)報(bào)道，?？藦?007年開始就開始了對(duì)呼吸分析的研究，模擬狗的鼻子是海克一開始的目標(biāo)，就目前所知，通過(guò)訓(xùn)練的服務(wù)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(xué)特征，這些化學(xué)分子會(huì)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(jué)系統(tǒng)比人類敏感10000倍，Na-Nose開始的目標(biāo)就是模擬狗的嗅覺(jué)系統(tǒng)，利用和狗鼻子運(yùn)作完全相同的原理，應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活需要中，其中一項(xiàng)應(yīng)用就是通過(guò)呼吸分析分辨疾病。”?？苏f(shuō)。

?？藞F(tuán)隊(duì)對(duì)1400名患有17種不同疾病的病人進(jìn)行呼吸采樣，這些樣本采集于2011年1月和2014年6月，病人來(lái)自以色列、法國(guó)、美國(guó)、拉脫維亞和中國(guó)5國(guó)，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(dòng)脈高壓、子癇前期、慢性腎臟疾病。利用呼吸分析儀檢測(cè)這些疾病的準(zhǔn)確率可達(dá)86%。

研究團(tuán)隊(duì)使用質(zhì)譜分析法對(duì)這些呼吸樣本的化學(xué)成分進(jìn)行了測(cè)試，準(zhǔn)確地定量檢測(cè)出它們含有的化學(xué)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(chǔ)。

Na-Nose由吹氣管、傳感器盒子和相關(guān)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(shù)分析傳感器獲取的數(shù)據(jù)，對(duì)疾病進(jìn)行快速的診斷和分類。為提高可靠性，研究人員還檢測(cè)了影響樣本組成的各種因素，如性別、年齡、吸煙習(xí)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(shù)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(cè)方法相當(dāng)，在胃癌等疾病的檢測(cè)中，Na-Nose的效率甚至比傳統(tǒng)檢測(cè)方法更高。而且，呼吸分析檢測(cè)不需要入侵人體，相信會(huì)受到患者的歡迎。”海克說(shuō)。

“呼吸分析診斷”興起

在非洲馬拉維，來(lái)自美國(guó)華盛頓大學(xué)的約翰博士也在用類似的呼吸分析技術(shù)來(lái)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(tuán)隊(duì)從患病兒童的呼吸中鑒定出6種氣味化合物，據(jù)此對(duì)其他兒童進(jìn)行診斷，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確率已和傳統(tǒng)血液測(cè)試90%-95%的準(zhǔn)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(cè)試只在孩子身上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，約翰希望在成年人身上能夠重現(xiàn)這一診斷結(jié)果。

“通過(guò)呼吸來(lái)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(xué)生通過(guò)病人的呼吸氣味，尋找疾病的線索。”美國(guó)印第安納波利“斯理查L(zhǎng).和羅德布什醫(yī)學(xué)中心”副教授阿格瓦爾博士說(shuō)。阿格瓦爾本人也在進(jìn)行多個(gè)氣味與特定疾病關(guān)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(jī)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(shuō)，“?？私淌诘难芯款I(lǐng)先于我們的團(tuán)隊(duì)。”

阿格瓦爾指出，呼吸分析診斷最大的優(yōu)勢(shì)是非入侵性，無(wú)需入侵人體而能探測(cè)出人體健康的變化。“比如，前列腺癌的潛伏期很長(zhǎng)，前列腺穿刺檢測(cè)是一個(gè)痛苦的，令人望而卻步的過(guò)程，而呼吸分析診斷就便捷很多。”

“呼吸分析診斷”尚不成熟

當(dāng)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(lái)自美國(guó)費(fèi)城的莫奈爾化學(xué)感官中心，他認(rèn)為人們呼吸的氣體和環(huán)境氣體很難分離，因?yàn)樗鼈儙缀跞跒橐惑w，化學(xué)成分也差不多。“在科學(xué)家們探明人類呼吸中與疾病相關(guān)的標(biāo)志性化學(xué)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(shuō)。

來(lái)自霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的李斯比教授指出，呼吸分析診斷的基礎(chǔ)首先應(yīng)該是收集大量健康人群的呼吸樣本，同時(shí)將性別、年齡、習(xí)慣和地域等因素考慮在內(nèi)，甚至要具體到樣本對(duì)象8小時(shí)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(shuō)，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(hào)分子，但呼吸分析診斷現(xiàn)在還處于“嬰兒期”。

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