肺癌筛查的困境与希望：一种革命性的无创检测技术
肺癌，作为我国乃至全球范围内发病率与死亡率最高的恶性肿瘤之一，长期以来都是悬在公众健康头顶的一把利剑。根据2022年的流行病学数据，我国新发肺癌病例高达106万，死亡病例约73万，其高发态势和致命性给无数家庭带来了沉重的负担。尽管现代医学在手术、放化疗、靶向治疗及免疫治疗领域取得了长足进步，显著改善了患者的生存预后，但攻克肺癌的关键，依然在于“早期发现、早期诊断、早期治疗”。
目前，低剂量螺旋CT（LDCT）是临床上公认的肺癌早期筛查主要手段。然而，它并非完美无缺。LDCT筛查虽然有效，但其高达94.5%的假阳性率常常导致不必要的恐慌、过度的检查甚至创伤性活检，给患者带来巨大的心理和生理压力，同时也造成了医疗资源的浪费。此外，长期、频繁的CT检查带来的累积辐射风险也是一个不容忽视的问题。在这样的背景下，医学界迫切需要一种更安全、便捷、精准且成本效益高的早期筛查新方法。
近日，一项发表于权威期刊的大规模前瞻性队列研究为肺癌的早期筛查带来了革命性的希望。这项研究由浙江大学医学院附属邵逸夫医院的研究团队主导，纳入了多达4580例样本，证实了基于石墨烯传感器阵列的呼气分析技术在肺癌筛查与诊断中的巨大潜力。这项技术，被形象地称为“电子鼻”，或许能让我们通过简单地“吹一口气”，就捕捉到肺癌的蛛丝马迹。
“呼气指纹”：解码身体代谢的秘密
我们的每一次呼吸，排出的不仅仅是二氧化碳，还包含了数千种挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）。这些VOCs是人体新陈代谢活动的“副产品”，它们的种类和浓度构成了每个人独特的“呼气指纹”。当人体内出现癌细胞时，其异常的代谢活动会产生特定的VOCs，从而改变“呼气指纹”的构成。这就好比一个精密的“气味信号”，能够反映出机体内部的健康状况。
肺部作为气体交换的核心器官，其组织状态的变化能最直接、最实时地反映在呼出气体中。因此，通过分析呼气中的VOCs，理论上可以区分出肺癌患者与健康人群。过去，气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）是分析这些化合物的金标准，但其设备昂贵、操作复杂、耗时过长，难以应用于大规模的临床快速筛查。
石墨烯“电子鼻”：高灵敏度的癌症“嗅探器”
本次研究的核心突破，在于开发了一种基于石墨烯复合材料构建的呼气指纹阵列传感器，即“电子鼻”。石墨烯，作为一种二维纳米材料，具有极其优异的气体传感性能，能够以极高的灵敏度捕捉到痕量水平的多种气体分子。研究团队利用多种石墨烯复合材料，构建了一个8通道的传感器阵列，使其能够像人类的鼻子一样，对复杂的混合气体（即呼出气）产生一个整体的、特征性的响应模式。
图2 气体阵列传感器制作流程图
与传统技术试图识别单一标志物不同，“电子鼻”结合先进的模式识别算法（如机器学习和神经网络），专注于识别与疾病相关的整体“呼气指纹”特征。这使得它不仅响应速度快、成本低廉、操作便捷，而且在分析复杂气味特征方面表现出色，为无创呼吸分析开辟了全新的道路。
大规模临床验证：研究设计与惊人成果
为了验证这项技术的真实临床效能，研究团队开展了一项严谨的大规模前瞻性队列研究。研究共纳入4580名受试者，分为三大组：
- 肺癌组：3195例经病理确诊的肺癌患者。
- 良性结节/肿瘤组：599例经病理诊断为良性病变的患者。
- 空白对照组：786例经胸部CT检查确认无肺结节的健康人群。
研究流程非常标准化：受试者向一个特制的气体采集模块呼气，设备会自动采集约1-2升气体。随后，这些气体样本通过“电子鼻”进行检测，生成独特的电阻-时间响应曲线。最后，研究人员利用深度学习算法对这些曲线数据进行分析，构建了两个核心模型：
1. 肺癌高危人群筛查模型
该模型旨在用于体检等场景，从高危人群中识别出可能存在肺部结节的个体，以便进行进一步检查。其目标是实现高灵敏度，避免漏诊。
研究结果显示，该模型的表现极为优异：
- 受试者工作特征曲线下面积（AUC）高达0.926。（注：AUC值是衡量诊断试验准确性的重要指标，越接近1表示性能越好，0.9以上通常被认为具有非常高的准确性。）
- 在最佳诊断阈值下，外部测试集的特异性为85.2%，敏感性为88.4%，准确度达到86.8%。这意味着该模型能正确识别88.4%的肺结节患者，同时也能正确排除85.2%的健康人群。
图4 筛查模型的区分性能
2. 肺癌诊断模型
该模型的目标更为精准，旨在区分出恶性肺癌/癌前病变与良性肺结节/健康人群，以辅助临床医生进行诊断决策。其目标是实现高特异性，减少误诊。
该模型的表现同样稳健：
- AUC值达到0.818，显示出良好的区分能力。
- 在最佳诊断阈值下，外部测试集的特异性为71.7%，敏感性为77.3%，准确度为74.5%。
图5 诊断模型的区分性能
这些数据有力地证明，基于石墨烯传感器的呼气检测平台，通过分析“呼气指纹”，能够实现快速、较精准的肺癌筛查与辅助诊断。一旦确诊，及早获得精准的治疗方案至关重要。MedFind致力于为癌症患者提供全球前沿的抗癌资讯和药物信息。
呼气检测 vs. 传统检测：优势何在？
与现有的检测手段相比，呼气指纹检测展现出多方面的显著优势：
- 绝对无创与安全：与LDCT的辐射风险和穿刺活检的创伤性不同，呼气检测仅需受试者进行正常的呼吸，对人体无任何伤害，可支持更密切、更高频次的随访监测。
- 操作简便快捷：整个采样和检测过程非常迅速，有望在几分钟内得出初步结果，极大地提升了筛查效率。
- 成本效益高：相较于昂贵的影像学设备和基因检测，电子鼻的设备和耗材成本更低，使其具备了在大规模人群中推广的潜力。
- 有望降低假阳性：研究结果表明，该技术能有效区分肺癌与良性结节，有望作为LDCT筛查发现结节后的一个重要分流工具，减少不必要的进一步检查，从而减轻患者的心理焦虑和经济负担。
- 早期筛查潜力巨大：相较于依赖肿瘤细胞释放DNA到血液中的液体活检（如ctDNA），呼气检测直接反映肺部组织的代谢变化，理论上可能在更早的阶段发现病变。
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研究的局限性与未来展望
尽管这项研究取得了令人振奋的成果，但研究人员也坦诚其存在一些局限性。例如，研究样本主要来源于胸外科住院患者，导致早期肺癌患者占比较高，而晚期患者样本量相对较少。此外，目前的研究主要在省内开展，存在一定的地域局限性。未来的研究需要在更广泛的人群中，开展多中心、更大规模的验证，并持续优化算法模型，以进一步提升其诊断的精准度和稳定性。
尽管如此，这项研究的意义是里程碑式的。它通过大规模、前瞻性的临床数据，在真实的临床场景中系统验证了呼气指纹检测技术的全流程性能，证实了其作为肺癌早期筛查工具的可行性。这不仅为肺癌的“早发现、早治疗”提供了一条全新的、充满希望的路径，也为其他呼吸系统疾病乃至全身性疾病的无创诊断开辟了广阔的想象空间。
总而言之，这项基于石墨烯“电子鼻”的呼气检测技术，凭借其无创、安全、快速、低成本的特点，有望成为未来肺癌高危人群筛查的重要组成部分，与LDCT等现有技术形成优势互补，共同构建起一道更坚固的肺癌早期防线。了解最新的治疗方案和靶向药物是抗击癌症的第一步，也是战胜疾病的关键所在。
