三秦都市報(bào)-三秦網(wǎng)訊（記者 張彥剛 通訊員 王冠玉）近日，西安電子科技大學(xué)陳雪利教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《細(xì)胞》子刊《細(xì)胞報(bào)告醫(yī)學(xué)》上發(fā)表了該項(xiàng)最新研究成果。一款基于深度學(xué)習(xí)與光譜技術(shù)的智能診斷平臺(tái)，讓快速、精準(zhǔn)“捕捉”白血病細(xì)胞及分泌物成為可能。

西安電子科技大學(xué)張東杰副教授介紹：“只需要小于0.5微升的腦脊液，即可在5分鐘內(nèi)達(dá)到96.13%的準(zhǔn)確率。我們希望能為急性白血病診斷，尤其是棘手的中樞神經(jīng)系統(tǒng)白血病診斷，提供一種全新的‘光譜學(xué)利器’”。

科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人陳雪利介紹，這一切始于2021年一次看似尋常的學(xué)術(shù)交流，當(dāng)時(shí)我們和華西醫(yī)院檢驗(yàn)科的醫(yī)生交流時(shí)，他們談到白血病細(xì)胞學(xué)檢測(cè)中的一些無奈，這些源于白血病細(xì)胞侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng)后，會(huì)像“種子”粘附于“土壤”般牢牢貼在腦膜血管壁上，導(dǎo)致腦脊液中游離的異常細(xì)胞數(shù)量很少，這使得常規(guī)細(xì)胞學(xué)或流式細(xì)胞術(shù)方法容易出現(xiàn)假陰性或漏診，不僅給醫(yī)生診斷帶來風(fēng)險(xiǎn)，也給患者帶來沉重的心理負(fù)擔(dān)。

臨床醫(yī)生的感嘆，擊中了工科科研者的心。“能不能用我們的方法，幫臨床‘看’得更清、更準(zhǔn)？”一個(gè)源于現(xiàn)實(shí)痛點(diǎn)、旨在“破局”的交叉研究構(gòu)想，就此萌芽。西電科大在電子信息與人工智能領(lǐng)域的特色，為這個(gè)構(gòu)想提供了生長(zhǎng)的沃土。

想法很美好，但通往成功的路上橫亙著兩大技術(shù)關(guān)隘：一是如何從極微量樣本中捕獲有效的疾病信號(hào)；二是如何從海量信號(hào)中精準(zhǔn)識(shí)別出疾病的“指紋”。第一把“鑰匙”，是名為SERS（表面增強(qiáng)拉曼光譜）的高靈敏檢測(cè)技術(shù)。“拉曼光譜是一種非彈性散射光譜，能夠特異性識(shí)別不同類型的分子和物質(zhì)，但它的信號(hào)非常弱。而SERS技術(shù)能夠通過入射光和貴金屬納米結(jié)構(gòu)的相互作用實(shí)現(xiàn)6—8個(gè)數(shù)量級(jí)的信號(hào)放大。”論文第一作者張東杰副教授介紹。該技術(shù)還具有特異性好、操作簡(jiǎn)單、樣品需求少以及不受生物樣品自發(fā)熒光和水干擾等優(yōu)點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了一種類似“豬籠草”結(jié)構(gòu)的超疏水滑移基底，能將微小的樣本液滴快速聚集濃縮。這使得檢測(cè)所需的樣本量降至“小于0.5微升”，整體檢測(cè)流程縮短至“5分鐘以內(nèi)”。這對(duì)于簡(jiǎn)化臨床操作、助力醫(yī)生快速?zèng)Q策具有重要意義。

第二把“鑰匙”，則是名為“多特征融合”的智能“解碼器”。該網(wǎng)絡(luò)利用多頭自注意力機(jī)制實(shí)現(xiàn)跨維度的特征交互，能有效抑制噪聲、捕獲關(guān)鍵特征。“我們將一維光譜和二維圖像融合，既可以提取光譜的強(qiáng)度、半高寬信息，還可以捕捉到光譜的位置、對(duì)稱性以及局部空間信息，讓模型獲得更立體的‘視覺’，從而做出更精準(zhǔn)的判斷。”張東杰解釋道。

最終，這個(gè)全新的AI-SERS平臺(tái)交出了一份亮眼的“成績(jī)單”：急性白血病篩查準(zhǔn)確率高達(dá)96.13%，在區(qū)分不同亞型、判斷基因異常等多項(xiàng)高難度診斷任務(wù)中，準(zhǔn)確率均超過91%，相關(guān)評(píng)估指標(biāo)均表現(xiàn)優(yōu)異。

優(yōu)異的性能背后，是跨越五家醫(yī)療與科研機(jī)構(gòu)的緊密協(xié)同。這是一場(chǎng)典型的“醫(yī)工交叉”接力賽：西電科大團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)技術(shù)攻堅(jiān)與算法開發(fā)；四川大學(xué)華西醫(yī)院、西安大興醫(yī)院、山東大學(xué)齊魯醫(yī)院、山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院等合作醫(yī)院，則承擔(dān)了臨床樣本采集與大規(guī)模驗(yàn)證的重任。

“起步時(shí)，我們只有華西一個(gè)中心的樣本。但要證明方法的普適性，必須有多中心數(shù)據(jù)的支持。”陳雪利教授感慨道，“幸運(yùn)的是，當(dāng)我們展示出初步成果后，后續(xù)加入的醫(yī)院伙伴們給予了我們毫無保留的信任和支持。”392份腦脊液樣本、接近20000條光譜數(shù)、包含來自120名患者的6000多條光譜數(shù)據(jù)用于外部獨(dú)立驗(yàn)證……是這張由多方共同織就的臨床驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)，確保了研究成果的可靠性與未來走向臨床的潛力。

談及臨床應(yīng)用前景，曾琦副教授表示，該技術(shù)走向大規(guī)模臨床應(yīng)用尚需完成醫(yī)療器械注冊(cè)所需的試劑盒定型、大規(guī)模臨床試驗(yàn)等環(huán)節(jié)。“未來，我們希望它能發(fā)展成為一項(xiàng)獨(dú)立、快速的光譜學(xué)診斷工具。”

目前，這項(xiàng)技術(shù)已展現(xiàn)出成為一個(gè)普適性“液體活檢光譜學(xué)輔助診斷平臺(tái)”的巨大潛力。“除了白血病，我們?cè)谀X膠質(zhì)瘤、宮頸癌、干眼癥等疾病的檢測(cè)上也看到了曙光。”陳雪利描繪了團(tuán)隊(duì)的藍(lán)圖：未來，或許只需一滴體液，就能快速、無創(chuàng)地對(duì)多種疾病進(jìn)行早期篩查。

對(duì)于下一步，團(tuán)隊(duì)目標(biāo)明確。“一方面深入探索光譜背后的生物學(xué)含義，實(shí)現(xiàn)從‘知其然’到‘知其所以然’的跨越；另一方面，致力于推動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的小型化、集成化與低成本化，讓‘樣本進(jìn)、結(jié)果出’的自動(dòng)化快速檢測(cè)，能從研究實(shí)驗(yàn)室真正走向基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)，惠及更多患者。”陳雪利對(duì)團(tuán)隊(duì)的“先進(jìn)診療技術(shù)與裝備”長(zhǎng)遠(yuǎn)布局充滿信心。這項(xiàng)白血病診斷研究作為其核心組成部分，正推動(dòng)西電科大在醫(yī)工交叉領(lǐng)域不斷開拓創(chuàng)新，為服務(wù)國(guó)家健康戰(zhàn)略貢獻(xiàn)智慧與力量。