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基本信息
- 項(xiàng)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(jiǎn)介：
- 針對(duì)當(dāng)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(jī)構(gòu)開展了肺癌篩查的臨床病例測(cè)試，結(jié)果顯示篩查特異性到達(dá)91.49%，為作品在醫(yī)院臨床、社區(qū)醫(yī)療以及家庭監(jiān)護(hù)中的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品根據(jù)肺癌患者呼吸氣體中標(biāo)志性的有機(jī)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(cè)陣列，并結(jié)合VOCs預(yù)濃縮單元，自動(dòng)化地對(duì)人體呼吸氣體進(jìn)行檢測(cè)，得到相應(yīng)的傳感器響應(yīng)曲線。在配套設(shè)計(jì)的PC機(jī)軟件中對(duì)所得響應(yīng)曲線進(jìn)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(shí)別算法建立的篩查模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)構(gòu)開展了肺癌篩查的臨床病例測(cè)試，獲得了重要的科研數(shù)據(jù)。為進(jìn)一步推廣到遠(yuǎn)程醫(yī)療、社區(qū)醫(yī)療與家庭日常監(jiān)護(hù)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(tái)接受測(cè)試。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、作品目的 我國(guó)肺癌的發(fā)病率和死亡率一直呈上升趨勢(shì)。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(hào)病因，預(yù)測(cè)2033年我國(guó)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(biāo)志物，選擇針對(duì)性的MOS氣體傳感器組成陣列，研制了肺癌篩查系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)呼吸氣體中VOCs標(biāo)志物（苯及衍生物、5-8碳烷烴等）的檢測(cè)； 2、軟件系統(tǒng)對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并用診斷模型對(duì)樣本進(jìn)行測(cè)試。 三、創(chuàng)新點(diǎn) 1、自主設(shè)計(jì)了準(zhǔn)確度高的MOS氣體傳感器陣列與小型實(shí)用的檢測(cè)氣室； 2、提出了新穎的程序升溫逐級(jí)脫附進(jìn)樣方法，與吸附進(jìn)樣相結(jié)合，提高了分析的準(zhǔn)確性； 3、自主設(shè)計(jì)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(tái)，為進(jìn)入社區(qū)和家庭開展網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)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(jì)與特性分析、氣室的設(shè)計(jì)； 2、具有自動(dòng)進(jìn)樣與預(yù)富集特性的氣路設(shè)計(jì)； 3、具有數(shù)據(jù)特征值自動(dòng)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(jì)。 五、技術(shù)指標(biāo) 1、檢測(cè)下限達(dá)到10ppb，檢測(cè)范圍達(dá)到10ppb—1ppm； 2、篩查特異性達(dá)到90%以上, 假陽性率低于25%，假陰性率低于10%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 一、科學(xué)性 1、根據(jù)肺癌揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）標(biāo)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(duì)性地選擇了9個(gè)MOS氣體傳感器構(gòu)成檢測(cè)陣列，實(shí)現(xiàn)傳感器對(duì)肺癌標(biāo)志物的特異性響應(yīng)； 2、為降低檢測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的多模型分析和診斷測(cè)試。 二、先進(jìn)性 1、前瞻性地提出了無創(chuàng)、快捷、價(jià)格低廉的肺癌篩查手段。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的臨床肺癌檢測(cè)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(shí)、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(guó)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(guó)際上正在開展肺癌VOCs標(biāo)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(duì)肺癌標(biāo)志物并無針對(duì)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(jiǎng)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(jì)大賽評(píng)審委員會(huì)評(píng)比，作品雛形“通用人體呼吸氣體檢測(cè)電子鼻儀器設(shè)計(jì)”獲得賽事最高獎(jiǎng)——“最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)”，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(guó)際化學(xué)傳感器會(huì)議報(bào)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(yàn)所檢驗(yàn)鑒定合格； 4、2011年4月，美國(guó)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(guó)紐約，國(guó)際嗅覺與電子鼻專題研討會(huì)會(huì)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(shí)驗(yàn)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(cè)證書申請(qǐng)事宜。
作品可展示的形式
- 圖片、錄像、實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 一、使用說明 1、病人空腹十小時(shí)后，漱口，平靜呼出氣體至3升氣袋；2、將氣袋連接至儀器進(jìn)樣口；3、連接PC工作站軟件，設(shè)置進(jìn)樣參數(shù)，啟動(dòng)自動(dòng)進(jìn)樣；4、保存數(shù)據(jù)并處理，用診斷模型對(duì)樣本進(jìn)行測(cè)試，顯示篩查結(jié)果。 二、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 1、無創(chuàng)檢測(cè)，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(jìn)樣過程自動(dòng)化，軟件設(shè)計(jì)人性化，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、快速；4、肺癌篩查率較高，特異性達(dá)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(hù)；3、可與肺功能儀或呼吸機(jī)聯(lián)用，同時(shí)檢查人體肺部呼出氣體的物理與化學(xué)特征。 四、市場(chǎng)分析與效益預(yù)測(cè) 1、預(yù)計(jì)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(chǎng)前景；2、作品已通過臨床試驗(yàn)，正與西安泰戈等企業(yè)洽談，申請(qǐng)作品的《二類醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊(cè)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(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 1、現(xiàn)有的肺癌檢測(cè)手段 目前國(guó)內(nèi)外肺癌臨床檢測(cè)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(shí)、有損等缺點(diǎn)。尚無快速無創(chuàng)檢測(cè)肺癌的臨床手段。美國(guó)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(biāo)志物的檢測(cè)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(cè)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(guó)際上電子鼻的研究對(duì)比 目前在國(guó)外，電子鼻因其快捷、針對(duì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、環(huán)境、安全等領(lǐng)域，檢測(cè)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(duì)呼吸氣體檢測(cè)的電子鼻產(chǎn)品；同時(shí)，目前尚缺少與以上電子鼻儀器配套的病例庫(kù)及篩查軟件。 以德國(guó)的電子鼻PEN為例，它也是以MOS氣體傳感器陣列為檢測(cè)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(dòng)進(jìn)樣儀聯(lián)用，缺少適合呼吸氣體檢測(cè)的進(jìn)樣方式； ② 為了檢測(cè)低濃度氣體，PEN系列電子鼻儀器需要與外部獨(dú)立的富集與脫附單元（EDU）聯(lián)用，無法獨(dú)立進(jìn)行低濃度氣體的檢測(cè)； ③ 缺乏在醫(yī)療，尤其是人體呼吸檢測(cè)方面的數(shù)據(jù)分析軟件和診斷模型。 3、國(guó)內(nèi)電子鼻的研究對(duì)比 重慶大學(xué)侯長(zhǎng)軍等設(shè)計(jì)的呼吸氣體肺癌檢測(cè)系統(tǒng)尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，它采用卟啉傳感器通過圖像處理的方式檢測(cè)肺癌標(biāo)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(duì)于檢測(cè)呼吸氣體中極微量的VOCs標(biāo)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(xì)管分離柱結(jié)合的方法，定量地檢測(cè)呼吸氣體肺癌標(biāo)志物的濃度，但是與GC-MS一樣存在類似的缺陷： ① 對(duì)小分子VOCs標(biāo)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(jì)成本高、測(cè)試所需時(shí)間較長(zhǎng)，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(jìn)樣方式檢測(cè)呼出氣體中肺癌VOCs標(biāo)志物，結(jié)合了電子鼻以及呼吸檢測(cè)兩者的優(yōu)勢(shì)，有望填補(bǔ)國(guó)內(nèi)對(duì)肺癌患者及高危人群無創(chuàng)、快速篩查的空白。
