人工智能通过验血检测脑癌

血液活检使用机器学习来更快地诊断脑癌。

想象一下，通过一个简单的血液测试，你就能知道你所经历的持续性头痛是否是更严重症状的概率。苏格兰格拉斯哥斯特拉斯克莱德大学(University of Strathclyde)的一家附属机构ClinSpec Diagnostics Limited的研究人员及其同事开发了一项专利技术，可以从血液样本中检测出脑癌。利用人工智能(AI)和光谱学的创新组合，英国研究人员开发了一种从血液活检中检测脑癌的方法，并于2019年10月8日发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

据美国脑瘤协会称，头痛是脑瘤最常见的症状之一。虽然头痛很常见，脑癌却不常见。世界卫生组织2011年的一份报告估计，全世界18岁至65岁的成年人中，有50%至75%在过去一年中头痛。据GLOBOCAN估计，2018年全球新发脑癌和神经系统癌病例超过296800例，不到全球1800多万新发癌症病例的2%。有一种方法来对这种可能性进行分类，可能会减少不必要且昂贵的脑成像扫描的医疗成本，并及时发现脑癌。

与组织活检相比，液体活检是一种通过病人的体液(如血液)样本检测疾病(如癌症)的非侵入性方法。这是一项新兴的市场技术，为早期癌症检测和改进治疗带来了希望。据市场研究公司BCC Research LLC在2019年4月的报告，去年全球液体活检市场规模估计为24亿美元的管理。根据同一份报告，到2023年，全球液体活检市场预计将达到61亿美元。

2016年6月，美国食品和药物管理局(FDA)批准使用的第一个液体活检测试是罗氏公司(Roche Holding AG)的非小细胞肺癌诊断测试。在液体活检市场领域的其他公司包括Illumina公司的衍生产品GRAIL、PapGene、Foundation Medicine、个人基因组诊断、Trovagene、Thrive early Detection Corporation、Biocept、Genomic Health、RainDance Technologies、Qiagen、Guardant Health，以及许多其他生命科学公司和生物技术公司。

液体活检市场中的许多公司都有一个解决方案，即使用下一代测序(NGS)从血液活检中寻找无细胞循环肿瘤DNA (ctDNA)和循环肿瘤细胞(CTCs)。相比之下，ClinSpec Diagnostics有限公司的研究人员使用血液样本的光谱来揭示生化特征。

光谱学是把光(电磁辐射)分解成光谱的科学。在ClinSpec Diagnostics Limited研究中，研究人员使用衰减全反射(ATR)-傅里叶变换红外(FTIR)光谱。首先，这一过程涉及到利用红外线创建血液样本的生化指纹。根据研究人员的说法，ATR-FTIR光谱是一种“简单、无标签、非侵入性、非破坏性的分析技术”，可以描述“不需要大量样品制备的样品的生化特征”。

然后应用人工智能机器学习。研究人员使用支持向量机模型(SVM)训练分类模型。支持向量机是用于分类和回归分析的监督学习模型。支持向量机算法是从724名患者的回顾性队列研究数据训练。据研究人员称，他们的血清分析方案能够“区分癌症，并以93.2%和92.8%的敏感性和特异性控制患者。”

研究人员在研究报告中写道:“这项研究为ATR-FTIR光谱学应用于临床迈出了一步。”“这一迈向高通量分析的步骤在红外光谱和临床环境领域都有意义。使用这项技术对血清进行分析，将非常适合作为脑癌的临床分流工具。”

参考：

Butler, Holly J., Brennan, Paul M., Cameron, James M., Finlayson, Duncan, Hegarty, Mark G., Jenkinson, Michael D., Palmer, David S., Smith, Benjamin R., Baker, Matthew J.. “Development of high-throughput ATR-FTIR technology for rapid triage of brain cancer.” Nature Communications. 08 October 2019.