前列腺癌是男性癌癥死亡的主要原因之一。然而，由于現階段的檢測水平有限，前列腺癌的診斷率一直處于較低的水平。這也給治療前列腺癌帶來了很大的難度，因為發現時可能癌細胞已經轉移或擴散。

近日，韓國科學技術研究所（KIST）在前列腺癌的診斷方面取得了重大突破。研究團隊通過使用人工智能分析前列腺癌的多種因素，成功實現對前列腺癌的精確診斷，準確性幾乎達到 100%。同時，這種利用尿液檢測癌癥的方式，也有望實現對其它疾病的精確診斷。

最新研究以“Noninvasive Precision Screening of Prostate Cancer by Urinary Multimarker Sensor and Artificial Intelligence Analysis”為題，于 1 月 21 日發表在國際學術期刊 ACS Nano 上。

難以早期發現的前列腺癌

前列腺癌是男性中最常見的癌癥之一。大多數前列腺癌生長速度較為緩慢，并且早期可能沒有癥狀，因此及時發現前列腺癌癥是相對比較困難的事情。

現階段確定患者是否患有前列腺癌是一項較為復雜的工作，需要分很多步驟進行。因此，對沒有癥狀的健康男性進行前列腺癌測試存在爭議。醫療組織之間也存在一些分歧，這些分歧主要就是關于測試的好處是否大于潛在的風險。

如果人們出現相關的前列腺癌癥狀，而進行前列腺癌的篩查工作，篩查的主要方式包括直腸指檢（DRE）和前列腺特異性抗原（PSA）測試。

在進行 DRE 期間，醫生將戴手套的潤滑手指插入患者的直腸，以檢查與直腸相鄰的前列腺。如果醫生發現腺體的紋理、形狀或大小有任何異常，則可能需要進一步檢查。

此外，還可通過從手臂的靜脈中抽取血液樣本，并通過分析血液中一種由前列腺自然產生的物質 PSA 來進行前列腺癌的檢測。少量 PSA 存在血液中是正常的，但是如果發現水平高于正常水平，則可能表明前列腺感染、炎癥、腫大或癌癥。

然而，由于 PSA 測試的診斷準確率僅有 30%，相當多的患者因此還需要進行額外的侵入性活檢。

侵入性的活檢，主要是為了收集前列腺組織樣本。侵入性的活檢方式一般為前列腺穿刺活檢，過程中通常使用一根細針插入前列腺，以收集組織。之后會在實驗室中分析組織樣本，以確定是否存在癌細胞。而這種侵入性的穿刺，一般會產生相對應的副作用，比如出血或疼痛。

因此，對于前列腺癌檢測方式的探究從未停歇，眾多科學團隊都在該領域進行相關研究，以發現一種高效準確且無副作用的檢測方式。

AI 尿檢大顯神通

癌癥因子對于鑒別癌癥來講至關重要，因為它可以客觀地測量和評估正常生物學過程、疾病進展和治療方法的藥物反應性。但是，尿液中一般癌癥因子的濃度較低，所以這也導致目前基于尿液的生物傳感器已經用于對危險群體進行分類，而不是用于精確的診斷。

在這項最新研究中，韓國科學技術研究所宣布，由生物材料研究中心的 Kwan Hyi Lee 博士和 Asan 醫療中心的 In Gab Jeong 教授領導的合作研究小組通過將 AI 分析方法引入基于電信號的超靈敏生物傳感器中，開發了一種僅在 20 分鐘內從尿液中診斷前列腺癌的技術，準確率幾乎達到 100%。

KIST 的 Lee 博士團隊通過利用基于電信號的超靈敏生物傳感器，來嘗試診斷尿液中相關的疾病。事實上，這種利用與癌癥診斷相關的單個癌癥因子的方法，很難將診斷準確性提高到 90% 以上。

為了克服這一限制，研究小組團隊利用了不同種類的癌癥因子，而不是僅使用一種癌癥因子來創新地提高診斷準確性。同時，研究團隊開發了一種超靈敏的半導體傳感器系統，該系統能夠同時測量尿液中選定四種癌癥因子的痕量，以診斷前列腺癌。

圖 | 使用 ML 分析為每個患者收集的一組傳感信號，以篩選患者的 PCa。兩種算法都提供了更高的準確性，并且隨著生物標記數量的增加，AUROC 的大小也增加了（來源：KIST）

研究人員通過使用從開發的傳感器獲得的四種癌癥因素之間的相關性來訓練 AI。經過訓練的 AI 算法通過分析檢測信號的復雜模式來識別前列腺癌患者。在利用 AI 對前列腺癌的診斷試驗中，成功地檢測了 76 個尿樣，準確率幾乎為 100%。

作為一種非侵入性的檢測方法，利用尿液進行診斷對患者來說是方便的，并且不需要侵入性的活檢，也就意味著癌癥篩查不會有任何的副作用。

AI尿檢潛力巨大

其實，這并非 AI 在尿檢方面的首次應用。2019 年，Healthy．io 就已經發布了數字測試套件 Dip．io，這種套件使患者能夠通過智能手機應用程序、量油尺和帶有顏色編碼的幻燈片來收集和分析尿液樣本。

Healthy．io 的測試在設計時就考慮到易于使用。患者等到附帶的量油尺上的顏色顯影后，使用配套應用，將照片貼在卡片上，然后對圖像進行匿名化、標記化，最后傳送到云端進行 AI 診斷測試。

對于患者來說，好處是顯而易見的：為尿液樣本拍照比開車去附近的醫院要方便得多。對于臨床醫生而言，這種在家測試可以使候診室變得簡單，并幫助醫院工作人員確定緊急情況的優先次序。

這種基于 AI 的尿檢系統，可以檢測從尿路感染到酮癥、腎臟疾病、妊娠健康和膀胱癌。而 KIST 的最新研究，無疑使人們對于 AI 尿檢未來的更多應用充滿信心。

Asan Medical Center 的 Jeong 教授說：“對于需要手術治療的患者，最大限度地減少不必要的活檢和治療，可以高精度地診斷癌癥，從而大大降低醫療成本和醫務人員的工作量。這項研究開發了一種智能生物傳感器，僅通過尿液檢測就能以幾乎 100%的準確性快速診斷前列腺癌，還可以通過尿檢將其進一步用于其他癌癥的精確診斷。”

當然，對于最新的 AI 尿檢技術，還需要更多的臨床試驗驗證其診斷前列腺癌的準確性和特異性。不過相信在更多相關研究的突破下，我們一定能夠夠早日解決前列腺癌治療及診斷的難題，造福更多的男性患者。

責任編輯：xj