西安電子科技大學(xué)團隊5分鐘內(nèi)檢出急性白血病信號

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（通訊員 王冠玉 記者 馮麗）“只需要小于0.5微升的腦脊液，即可在5分鐘內(nèi)達到96.13%的準確率。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’。”西安電子科技大學(xué)張東杰副教授這樣介紹團隊的最新突破。近日，該校陳雪利教授團隊在國際頂級期刊《細胞》子刊《細胞報告醫(yī)學(xué)》上發(fā)表了該項最新研究成果——一款基于深度學(xué)習(xí)與光譜技術(shù)的智能診斷平臺，讓快速、精準“捕捉”白血病細胞及分泌物成為可能。

2021年一次學(xué)術(shù)交流中，團隊負責(zé)人陳雪利了解到白血病細胞學(xué)檢測中的一些無奈。“無奈源于白血病細胞侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng)后，會像‘種子’黏附于‘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胞數(shù)量很少?！标愌├f，這使得常規(guī)細胞學(xué)或流式細胞術(shù)方法容易出現(xiàn)假陰性或漏診。

“能不能用我們的方法，幫臨床‘看’得更清、更準？”一個交叉研究構(gòu)想就此萌芽。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；二是如何從海量信號中精準識別出疾病的“指紋”。第一把“鑰匙”是名為SERS（表面增強拉曼光譜）的高靈敏檢測技術(shù)。“拉曼光譜是一種非彈性散射光譜，能夠特異性識別不同類型的分子和物質(zhì)，但它的信號非常弱。而SERS技術(shù)能夠通過入射光和貴金屬納米結(jié)構(gòu)的相互作用實現(xiàn)6—8個數(shù)量級的信號放大?！闭撐牡谝蛔髡邚垨|杰副教授解釋道。該技術(shù)還具有特異性好、操作簡單、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。團隊還設(shè)計了一種類似“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。這使得檢測所需的樣本量降至“小于0.5微升”，整體檢測時間縮短至“5分鐘以內(nèi)”。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制實現(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度、半高寬信息，還可以捕捉到光譜的位置、對稱性以及局部空間信息，讓模型獲得更立體的‘視覺’，從而做出更精準的判斷?！睆垨|杰解釋道。

最終，基于SERS光譜和深度學(xué)習(xí)策略的AI-SERS平臺交出了一份亮眼的“成績單”：急性白血病篩查準確率高達96.13%，在區(qū)分不同亞型、判斷基因異常等多項高難度診斷任務(wù)中，準確率均超過91%，相關(guān)評估指標均表現(xiàn)優(yōu)異。

“除了白血病，我們在腦膠質(zhì)瘤、宮頸癌、干眼癥等疾病的檢測上也看到了曙光。”陳雪利描繪了團隊的藍圖：未來，或許只需一滴體液，就能快速、無創(chuàng)地對多種疾病進行早期篩查。