滴血驗(yàn)肺癌 傅里葉變換紅外光譜技術(shù)顯著提升早期肺癌診斷識(shí)別準(zhǔn)確率
時(shí)間：2025-03-26 作者：方仁杰 齊瓊
近日,中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所環(huán)境光學(xué)中心FTIR團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院合肥腫瘤醫(yī)院鄧慶梅團(tuán)隊(duì)合作,創(chuàng)新性地將傅里葉變換近紅外光譜技術(shù)(NIRS)與人工智能相結(jié)合,顯著提高了肺癌識(shí)別準(zhǔn)確率。相關(guān)研究成果《基于雙跡二維近紅外光譜與機(jī)器學(xué)習(xí)的血紅蛋白指紋圖譜解碼:肺癌早期診斷新策略》發(fā)表于光譜學(xué)權(quán)威期刊SPECTROCHIMICA ACTA PART A-MOLECULAR AND BIOMOLECULAR SPECTROSCOPY。該成果標(biāo)志著安光所FTIR團(tuán)隊(duì)開(kāi)啟光學(xué)醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域新方向。
肺癌又叫支氣管肺癌是常見(jiàn)的惡性腫瘤之一,也是全球死亡率最高的惡性腫瘤。肺癌的早期診斷是提高治療效果的有效途徑,傳統(tǒng)診斷手段往往存在侵入性強(qiáng)、成本高以及準(zhǔn)確率不足等問(wèn)題,導(dǎo)致大多數(shù)患者在確診時(shí)已處于晚期。目前肺癌的早期診斷主要采取的是影像學(xué)和痰液細(xì)胞學(xué)檢查,傳統(tǒng)CT篩査存在輻射暴露、費(fèi)用高、且對(duì)微小病灶靈敏度有限,痰液細(xì)胞學(xué)檢查陽(yáng)性率則為70%~90%。而本研究利用自主研發(fā)設(shè)備檢測(cè)血紅蛋白光譜特征,為非侵入性篩査提供了全新解決方案。
為此,研究團(tuán)隊(duì)利用安光所FTIR團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的傅里葉變換近紅外光譜儀,開(kāi)展了針對(duì)肺癌患者血液成分的指紋光譜深入分析。采用連續(xù)小波變換(CWT)和雙跡二維相關(guān)分析(2T2D-COS),捕捉并細(xì)致放大了血紅蛋白(Hb)二級(jí)結(jié)構(gòu)的微小振動(dòng)動(dòng)態(tài)上的差異。在4862cm-1、4615 cm-1和4432 cm-1三個(gè)特征波段,肺癌患者與健康對(duì)照組之間,Hb的二級(jí)結(jié)構(gòu)(如α螺旋與β折疊)存在顯著差異。采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法建模后,構(gòu)建出可識(shí)別早期肺癌的"光譜指紋"模型,臨床試驗(yàn)顯示該診斷方法的準(zhǔn)確率高達(dá)97.50%,特異性也達(dá)到90.91%。此外,該研究成果申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利(CN202510069371.3)一項(xiàng)。
該研究不僅為肺癌的早期精準(zhǔn)診斷開(kāi)辟了全新的方向,也為未來(lái)的臨床應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)Hb的光譜特征解析,未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)肺癌狀態(tài)變化的無(wú)創(chuàng)快速監(jiān)測(cè),為患者爭(zhēng)取早期治療機(jī)會(huì),從而提高治愈率和存活率。
安光所方仁杰博士為論文第一作者,安光所韓昕副研究員和合肥腫瘤醫(yī)院鄧慶梅主任為論文通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(42075135)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2023YFC3705400)的資助支持。
文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.saa.2025.126107
基于血紅蛋白的指紋圖譜分析流程示意圖
原理樣機(jī)