CN106137204A - 利用真空紫外光电离质谱仪进行肺癌早期筛查的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用真空紫外光电离质谱仪进行肺癌早期筛查的方法，属于高效快速非侵入式癌症筛查领域，可直接对人体呼出气体中肺癌特征标记VOCs气体进行检测和分析。先把待测者的呼出气体用一次性的铝箔气体采样袋收集，继而进入真空紫外光电离VOCs质谱仪，采样信号经GHz阈值甄别离子信号处理器，在计算机上对数据图像中20种肺癌特征VOCs标记气体成分进行识别，从而依据肺癌早期筛查算法树状图所示进行比对计算，对是否患有肺癌进行风险评估和早期筛查。本发明可在应用于高危人群筛查，肺癌早期发现，愈后监测等方面。在降低肺癌的致死率方面具有重要意义。

Description

利用真空紫外光电离质谱仪进行肺癌早期筛查的方法

所属技术领域

本发明涉及一种进行肺癌早期筛查的方法，具体是利用真空紫外光电离质谱仪检测待测者的呼出气体中肺癌特征VOCs标记气体来筛查早期肺癌，它是一种高效快速非侵入式的筛查方法。

背景技术

肺癌是在全球范围内对人类健康和生命威胁最大的恶性肿瘤之一。近年来，随着全国频发的雾霾天气，我国的肺癌发病率一直呈增高趋势。肺癌患者确诊时，往往已是中晚期，治愈率极低。目前对于肺癌的早期监测，经典的检测方法是低剂量的CT扫描和支气管镜，但是这些检测方法费用较高、效率较低、有创伤或增加了对人体的辐射、假阳性检测结果高(～19％)。随着生物医学的发展，肿瘤标记物等分子细胞层面的检测也被引入，然而没有一种筛选或诊断的方法能诊断所有肺癌，所以临床上没有有效的筛查方法能发现早期肺癌，也没有一个肿瘤标志物对早期肺癌的发现有足够的敏感性、特异性和可重复性。与之相比，以呼出气体中人体代谢产生的挥发性有机物(VOCs)的组分和含量作为早期肺癌标记物，不仅低费高效、无创伤、无辐射，更有着较高的确诊率。VOCs通常是指熔点低于室温而沸点在50–250℃之间的化合物，室温下饱和蒸汽压超过0.1mmHg(13.33Pa)，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。由于血液中的VOCs可在肺泡中进行气体交换，人呼出的气体中含有大约200种微量的VOCs，这是一种氧化应激的产物，可以对细胞的蛋白、多元不饱和脂肪酸以及DNA造成过氧损伤。尤其在一些癌症病例的研究中发现了更强的氧化胁迫，这些胁迫致使人体内的蛋白和基因层面发生改变继而影响代谢途径，最终可表现为癌症病人呼出气体中VOCs与正常人呼出的种类和数量都存在着一些显著差异，所以一些VOCs可被用作癌症早期监测的生物监测标记物。不同种类的癌症会造成不同代谢途径的改变。例如，乳腺癌会使胆碱代谢，能量代谢受到影响；前列腺癌会影响甘油代谢、嘧啶代谢等；肠癌会影响三羧酸循环、肠道菌群代谢等。因此，不同种类的癌症病人所产生的VOCs特征也是不同的。

关于肺癌病人呼出VOCs的研究，最初是1985–1988年伊利诺斯理工的奥尼尔等人进行的，他们选出了28种气体可以用作肺癌筛查的生物标记物(包括烷烃和苯的衍生物)。1992年，纽约医学院的菲利普等将乙醛、己醛、庚醛等20种VOCs作为肺癌筛查的标记。2008年，菲利普等人进一步应用加权分析列出了30种肺癌筛查的VOCs标记物。2013年，路易斯维尔大学的研究人员发现丁酮等4种羰基VOCs可以用作肺癌筛查的显著标记。2014年，圣玛丽安娜大学的研究人员发现小细胞肺癌中正十二烷含量的异常与表皮生长因子受体(EGFR)突变的关系，并将10种VOCs肺癌标记物编成算法，用于筛查几种肺癌。近些年来，国内也有一些肺癌病人呼出VOCs的研究，2012年，浙江大学的研究人员把88位肺癌病人呼出的气体VOCs检测与肺癌组织细胞中的VOCs检测相结合，选定了25种可作为显著标记的VOCs。2014年，哈尔滨医科大学的研究人员将肺癌病人手术前后的VOCs进行了比较，选取了近30种的肺癌VOCs标记物。检测肺癌病人呼出VOCs的方法主要集中在阵列传感器，气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)，质子转移质谱(PTR-MS)，也有一些研究使用离子迁移谱，傅里叶变换-离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)。国内上海交大，张光文等人研发了使用微型传感器阵列电子鼻系统筛查早期肺癌的专利(CN 103018282A)，但是这种装置易受到湿度温度等条件的制约，在我国南部沿海等潮湿地区可能就无法准确检测。然而国内外都未见使用真空紫外光电离VOCs质谱筛查早期肺癌病人VOCs标记物的报道及专利。

我们发明的真空紫外光电离VOCs质谱筛查早期肺癌的方法，其优势在于无需创伤、切片、辐射等病理检验即可得到精准的早期筛查结果，可以在更广泛的温湿度环境下得到准确结果。这得益于该仪器结合了真空紫外光软电离、离子迁移和反射式质谱三种技术。真空紫外光电离技术是广谱软电离技术，可以电离人体呼出气体中大部分有机分子，更重要的是可获得以分子离子峰为主的质谱，使得病理检测和分析更加简单快速。离子由离子迁移透镜迁移进入反射质谱飞行装置，不但获得较高的质谱分辨，提升了筛查准确率，而且极大的缩小了反射室的面积，实现了质谱仪器的小型化，使得临床应用检测成为现实。此外，相对于其他VOCs检测装置，使用我们研发的真空紫外光电离VOCs质谱仪筛查早期肺癌，可直接对人体呼出气进行采样，具有实时在线分析的特点，能对多组分VOCs进行灵敏快速的检测，快速分析VOCs组分含量与癌症的关系。因此，此方法在用于高危人群筛查，肺癌早期发现，愈后监测，降低肺癌的致死率方面具有重要意义。

发明内容

为了弥补已有的GC-MS，PTR-MS，电子鼻等肺癌VOCs标记物筛查方法在临床检测应用上的不足，如，效率低，费用高；无法直接在线监测呼出气体；受温度湿度限制；离子碎片较多，难以快速分析结果等。本发明应用以真空紫外光电离VOCs质谱为主体的筛查系统，并基于肺癌特征VOCs标记气体对照表(表.1)提出了一种肺癌早期筛查的算法，该算法通过检测人体呼出气体对患病风险进行评估，可投入到肺癌早期和愈后监测，该方法具有灵敏度高，结果准确，响应快，操作简便，用户体验好等优点。

本发明专利采用的技术方案是：1.使用一次性采样袋收集待测者的呼出气体；2.真空紫外光电离VOCs质谱系统通过采样管插入一次性采样袋的进样口，检测呼出气体中各种VOCs组分含量，并将其转换成电信号；3.信号经过质谱系统中的GHz阈值甄别离子信号处理器识别，将得到的VOCs信号进行处理和气体识别。4.信号结果与肺癌特征VOCs标记气体的正常值与肺癌值的浓度范围进行比对计算，对是否患有肺癌进行风险评估和早期筛查。

所述的呼出气体一次性采样袋包括一次性塑料吹管，由两片合成树脂薄膜组成的自闭合袋口，铝箔内材质的气体采样袋。在未插入塑料吹管的情况下，采样袋口的两片合成树脂薄膜由于自身的吸引作用和气压作用，处于闭合状态。铝箔内材质的气体采样袋，气密性好，价格低廉，便于一次性使用。用于插入质谱采样管的进样插口为单层铝箔材料，使用方便。

所述真空紫外光电离VOCs质谱为我们先前所研制，采用了真空紫外光源电离技术，减少了使用电子碰撞电离等硬电离产生的碎片离子，结果便于分析；采用了纵向光电离技术增加了电离效率；采用了离子迁移技术，提高了离子输送效率；采用了反射质谱技术，提高了质谱的分辨，应用于此可提升肺癌早期筛查的准确率；采用GHz快速阈值甄别计数仪器进行离子信号记录处理，适合大数据量的快速分析。

所述肺癌特征VOCs标记气体对照表，综合了Buszewski，Ma W，Fu XA等人在2012–2014年所做肺癌病人呼出VOCs的相关研究而制成,由此衍生出肺癌早期筛查的算法树状图。

本发明的有益效果是，对病人呼出气体直接采样，实现了在线检测，避免了离线检测的种种限制，高效快速得出筛查结果。

表.1肺癌特征VOCs标记气体对照表

附图说明

图1是本发明使用真空紫外光电离VOCs质谱进行肺癌早期筛查的系统示意图。

图2是本发明通过数据分析得到肺癌早期筛查的算法树状图。

1.一次性塑料吹管；2.合成树脂薄膜自闭合袋口；3.铝箔气体采样袋(1L)；4.进样插口；5.质谱进样管；6.进样针阀；7.真空紫外光源；8.真空紫外光电离VOCs质谱；9.GHz阈值甄别离子信号处理器；10.计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行，

本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一、待测者将一次性塑料吹管1插入合成树脂薄膜自闭合袋口2，缓慢地将使铝箔气体采样袋3吹至基本充盈状态，然后拨出一次性塑料吹管1，铝箔气体采样袋3交予筛查人员。

二、筛查人员将质谱进样管5插入进样插口4。

三、打开进样针阀6，铝箔气体采样袋3中的呼出气体进入真空紫外光电离VOCs质谱8。

四、质谱仪8由离子信号采用GHz快速阈值甄别计数仪器9获得待测者呼出气体中VOCs气体质谱，并传输至数据分析计算机10。

五、计算机10通过软件识别肺癌特征标记VOCs质谱峰，并依据肺癌早期筛查算法树状图，如附图2所示在数据库中进行比对判别，对是否患有肺癌进行风险评估和早期筛查。

Claims (8)

1.一种利用真空紫外光电离质谱仪检测待测者的呼出气体中肺癌特征标记VOCs气体来进行检测肺癌早期筛查的方法，其特征在于：先把待测者的呼出气体用一次性的铝箔气体采样袋收集，继而进入真空紫外光电离VOCs质谱仪，采样信号经GHz快速阈值甄别计数仪器处理，在计算机上对数据图像中20种肺癌特征VOCs标记气体成分进行识别，从而依据肺癌早期筛查算法树状图所示进行比对计算，对是否患有肺癌进行风险评估和早期筛查。

2.用于权利要求1所述的一种用呼出气体筛查早期肺癌方法的设备，包括一次性塑料吹管(1)；合成树脂薄膜自闭合袋口(2)；铝箔气体采样袋(3)；进样插口(4)；质谱进样管(5)；进样针阀(6)；真空紫外光源(7)；真空紫外光电离VOCs质谱(8)；GHz快速阈值甄别计数仪器(9)；计算机(10)。

3.根据权利要求1所述的使用真空紫外光电离VOCs质谱仪(8)检测待测者呼出气体中肺癌特征标记VOCs，其特征是采用真空紫外光电离技术来在线获得待测者呼出气体中VOCs的分子离子峰为主的质谱图。

4.根据权利要求1所述的肺癌早期筛查算法树状图(图2)，其特征是一种基于20种肺癌特征VOCs标记气体在肺癌患者和健康者之间的差别而优化的筛选方法。

5.根据权利要求1所述的20种肺癌特征VOCs标记气体，其特征是这些标记气体在健康者和肺癌早期患者间存在显著差别，每种标记气体都有特定的健康值范围和肺癌危险值范围。

6.根据权利要求1所述的用呼出气体筛查早期肺癌的方法，其特征是：待测者呼出的气体不经处理，直接通过铝箔气体采样袋(3)收集即可通过真空紫外光电离VOCs质谱(8)进行检测。

7.根据权利要求1所述的铝箔气体采样袋，其特征是使用一次性塑料吹管(1)，插入由两片合成树脂薄膜组成的自闭合袋口(2)。

8.根据权利要求1所述铝箔气体采样袋上的一次性进样插口(4)，其特征是一个单层铝箔的插口，供质谱进样管(5)插入。