基本信息
- 項目名稱：
- 早期肺癌快速篩查系統(tǒng)
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 針對當前肺癌的發(fā)病率和死亡率不斷升高這一情況，本作品致力于開發(fā)一套無創(chuàng)、快捷、低成本的早期肺癌篩查系統(tǒng)，并已在邵逸夫醫(yī)院、浙一醫(yī)院、浙二醫(yī)院、市三醫(yī)院、浙江醫(yī)院等多家醫(yī)療機構(gòu)開展了肺癌篩查的臨床病例測試，結(jié)果顯示篩查特異性到達91.49%，為作品在醫(yī)院臨床、社區(qū)醫(yī)療以及家庭監(jiān)護中的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
- 詳細介紹：
- 本作品根據(jù)肺癌患者呼吸氣體中標志性的有機揮發(fā)氣體（VOCs）選擇相應(yīng)的金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）氣體傳感器構(gòu)成檢測陣列，并結(jié)合VOCs預(yù)濃縮單元，自動化地對人體呼吸氣體進行檢測，得到相應(yīng)的傳感器響應(yīng)曲線。在配套設(shè)計的PC機軟件中對所得響應(yīng)曲線進行去基線、濾波等預(yù)處理后，提取所需的特征值，并借助融合了主成分分析（PCA）、線性判別分析（LDA）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）和偏最小二乘分析（PLS）多種軟件識別算法建立的篩查模型，實現(xiàn)對肺癌的無創(chuàng)、快速、低成本篩查。 本作品已在邵逸夫醫(yī)院、浙一醫(yī)院、浙二醫(yī)院、市三醫(yī)院、浙江醫(yī)院等多家醫(yī)療機構(gòu)開展了肺癌篩查的臨床病例測試，獲得了重要的科研數(shù)據(jù)。為進一步推廣到遠程醫(yī)療、社區(qū)醫(yī)療與家庭日常監(jiān)護中，目前本篩查系統(tǒng)已接入大學(xué)校園物聯(lián)網(wǎng)支撐網(wǎng)絡(luò)平臺接受測試。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 一、作品目的 我國肺癌的發(fā)病率和死亡率一直呈上升趨勢。2011年初，浙江省腫瘤醫(yī)院指出肺癌依然是腫瘤致死的頭號病因，預(yù)測2033年我國將有1800萬肺癌患者。有專家指出，肺癌的早期診斷和治療可將5年生存率提高3-5倍。本作品致力于開發(fā)無創(chuàng)、快捷、低成本的肺癌篩查系統(tǒng)。 二、基本思路 1、根據(jù)肺癌VOCs標志物，選擇針對性的MOS氣體傳感器組成陣列，研制了肺癌篩查系統(tǒng)，實現(xiàn)對呼吸氣體中VOCs標志物（苯及衍生物、5-8碳烷烴等）的檢測； 2、軟件系統(tǒng)對樣本數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并用診斷模型對樣本進行測試。 三、創(chuàng)新點 1、自主設(shè)計了準確度高的MOS氣體傳感器陣列與小型實用的檢測氣室； 2、提出了新穎的程序升溫逐級脫附進樣方法，與吸附進樣相結(jié)合，提高了分析的準確性； 3、自主設(shè)計了復(fù)合診斷模型，提高了診斷正確率； 4、已接入校園物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺，為進入社區(qū)和家庭開展網(wǎng)絡(luò)遠程醫(yī)療奠定基礎(chǔ)。 四、技術(shù)關(guān)鍵 1、氣體傳感器陣列的設(shè)計與特性分析、氣室的設(shè)計； 2、具有自動進樣與預(yù)富集特性的氣路設(shè)計； 3、具有數(shù)據(jù)特征值自動提取等預(yù)處理算法； 4、基于ANN、LDA等多種算法的復(fù)合診斷模型設(shè)計。 五、技術(shù)指標 1、檢測下限達到10ppb，檢測范圍達到10ppb—1ppm； 2、篩查特異性達到90%以上, 假陽性率低于25%，假陰性率低于10%。
科學(xué)性、先進性
- 一、科學(xué)性 1、根據(jù)肺癌揮發(fā)性有機化合物（VOCs）標志物和金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）氣體傳感器本身特性，有針對性地選擇了9個MOS氣體傳感器構(gòu)成檢測陣列，實現(xiàn)傳感器對肺癌標志物的特異性響應(yīng)； 2、為降低檢測下限，系統(tǒng)設(shè)置了VOCs濃縮環(huán)節(jié)； 3、開發(fā)了配套的肺癌篩查軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的多模型分析和診斷測試。 二、先進性 1、前瞻性地提出了無創(chuàng)、快捷、價格低廉的肺癌篩查手段。國內(nèi)外現(xiàn)有的臨床肺癌檢測手段主要包括X光、CT、纖維支氣管鏡等，然而這些方法均存在有創(chuàng)、復(fù)雜、耗時、昂貴等不足。 2、創(chuàng)新性地研發(fā)了便攜式、低成本、專業(yè)化的肺癌篩查電子鼻。目前國外雖有許多產(chǎn)品化的電子鼻，但這些儀器主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)境等領(lǐng)域；國際上正在開展肺癌VOCs標志物的研究，基本采用GC-MS等大型氣體分析儀器，它們結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，而且對肺癌標志物并無針對性，也缺少配套的診斷軟件，并不能作為專業(yè)的肺癌篩查工具。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1、2008年12月（本科期間），上海，經(jīng)大中華區(qū)第二屆“恩智浦”杯創(chuàng)新設(shè)計大賽評審委員會評比，作品雛形“通用人體呼吸氣體檢測電子鼻儀器設(shè)計”獲得賽事最高獎——“最佳創(chuàng)意獎”，余凱第一作者，王怡珊第二作者； 2、2010年7月，澳大利亞珀斯，國際化學(xué)傳感器會議報告，余凱第一作者，王怡珊第二作者； 3、2011年1月，經(jīng)浙江省醫(yī)療器械檢驗所檢驗鑒定合格； 4、2011年4月，美國科學(xué)出版社SCI雜志《Sensor Letters》上發(fā)表論文，余凱第一作者，王怡珊第二作者； 5、2011年5月，美國紐約，國際嗅覺與電子鼻專題研討會會議論文，王怡珊第一作者，余凱第二作者。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 邵逸夫醫(yī)院、浙一醫(yī)院等臨床實驗采用； 目前與西安泰戈分析儀器有限公司等洽談產(chǎn)品注冊證書申請事宜。
作品可展示的形式
- 圖片、錄像、實物、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 一、使用說明 1、病人空腹十小時后，漱口，平靜呼出氣體至3升氣袋；2、將氣袋連接至儀器進樣口；3、連接PC工作站軟件，設(shè)置進樣參數(shù)，啟動自動進樣；4、保存數(shù)據(jù)并處理，用診斷模型對樣本進行測試，顯示篩查結(jié)果。 二、技術(shù)特點和優(yōu)勢 1、無創(chuàng)檢測，與常規(guī)肺癌診斷方法相比有重大突破；2、體積較小，適合便攜式應(yīng)用；3、儀器進樣過程自動化，軟件設(shè)計人性化，系統(tǒng)操作簡單、快速；4、肺癌篩查率較高，特異性達到了91.49%。三、適用范圍與推廣前景 1、適用于體檢篩查，也可用于臨床跟蹤檢查；2、可應(yīng)用于社區(qū)醫(yī)療站或家庭監(jiān)護；3、可與肺功能儀或呼吸機聯(lián)用，同時檢查人體肺部呼出氣體的物理與化學(xué)特征。 四、市場分析與效益預(yù)測 1、預(yù)計成本為5-6萬元，無論在醫(yī)院，還是社區(qū)醫(yī)療站和家庭，都有很大的市場前景；2、作品已通過臨床試驗，正與西安泰戈等企業(yè)洽談，申請作品的《二類醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊證》，以便大規(guī)模生產(chǎn)與推廣，相信將來能夠產(chǎn)生廣泛的社會和經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 1、現(xiàn)有的肺癌檢測手段 目前國內(nèi)外肺癌臨床檢測手段主要有CT、纖維支氣管鏡等方法，這些方法均存在設(shè)備復(fù)雜、昂貴、耗時、有損等缺點。尚無快速無創(chuàng)檢測肺癌的臨床手段。美國Phillips教授利用GCMS等手段區(qū)分肺癌患者和健康人，建立了基于VOCs標志物的檢測模型，區(qū)分結(jié)果明顯，但是GCMS作為氣體分析儀器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測試成本高，且缺少配套的診斷軟件，不適合作為肺癌的快速篩查手段。 2、國際上電子鼻的研究對比 目前在國外，電子鼻因其快捷、針對性強等特點，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、環(huán)境、安全等領(lǐng)域，檢測包括VOCs在內(nèi)的物質(zhì)，其中較為著名的電子鼻儀器有基于導(dǎo)電聚合物傳感器的Cyranose、基于聲表面波傳感器的z-Nose以及基于MOS傳感器的PEN與FOX系列等，但未見專門針對呼吸氣體檢測的電子鼻產(chǎn)品；同時，目前尚缺少與以上電子鼻儀器配套的病例庫及篩查軟件。 以德國的電子鼻PEN為例，它也是以MOS氣體傳感器陣列為檢測器，與本作品具有一定的相似性。PEN-2雖已廣泛應(yīng)用于食品、安全、環(huán)境等領(lǐng)域，但目前還未能應(yīng)用于肺癌的篩查： ① 需要與自動進樣儀聯(lián)用，缺少適合呼吸氣體檢測的進樣方式； ② 為了檢測低濃度氣體，PEN系列電子鼻儀器需要與外部獨立的富集與脫附單元（EDU）聯(lián)用，無法獨立進行低濃度氣體的檢測； ③ 缺乏在醫(yī)療，尤其是人體呼吸檢測方面的數(shù)據(jù)分析軟件和診斷模型。 3、國內(nèi)電子鼻的研究對比 重慶大學(xué)侯長軍等設(shè)計的呼吸氣體肺癌檢測系統(tǒng)尚處于實驗室階段，它采用卟啉傳感器通過圖像處理的方式檢測肺癌標志物，但其傳感器壽命較短，也未在氣路中設(shè)置預(yù)濃縮環(huán)節(jié)，這對于檢測呼吸氣體中極微量的VOCs標志物是不利的。浙江大學(xué)陳星等采用聲表面波傳感器與毛細管分離柱結(jié)合的方法，定量地檢測呼吸氣體肺癌標志物的濃度，但是與GC-MS一樣存在類似的缺陷： ① 對小分子VOCs標志物的靈敏度較MOS氣體傳感器陣列低； ② 系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)計成本高、測試所需時間較長，不適合作為快速篩查手段。 本作品利用MOS氣體傳感器陣列，結(jié)合多進樣方式檢測呼出氣體中肺癌VOCs標志物，結(jié)合了電子鼻以及呼吸檢測兩者的優(yōu)勢，有望填補國內(nèi)對肺癌患者及高危人群無創(chuàng)、快速篩查的空白。
