AI助力 “光谱神探”5分钟检出白血病早期信号

王冠玉 中青报·中青网记者 孙海华

“只需要小于0.5微升的脑脊液，即可在5分钟内达到96.13%的准确率。我们希望能为急性白血病诊断，尤其是棘手的中枢神经系统白血病诊断提供一种全新的‘光谱学利器’。”西安电子科技大学（以下简称“西电”）张东杰副教授这样介绍团队的最新突破。

论文发表页面。西安电子科技大学/供图

近日，西电陈雪利教授团队在国际顶级期刊《细胞》子刊《细胞报告医学》上发表了该项最新研究成果——一款基于深度学习与光谱技术的智能诊断平台，让快速、精准“捕捉”白血病细胞及分泌物成为可能。

一次交流，听出一个临床难题

在2021年的一次学术交流中，团队负责人陈雪利在和华西医院检验科医生的讨论中，了解到白血病细胞学检测中的一些无奈。“无奈源于白血病细胞侵入中枢神经系统后，会像‘种子’黏附于‘土壤’般牢牢贴在脑膜血管壁上，导致脑脊液中游离的异常细胞数量很少。”陈雪利说，这使得常规细胞学或流式细胞术方法容易出现假阴性或漏诊，不仅给医生诊断带来风险，也给患者带来沉重的心理负担。

临床医生的感叹，击中了工科科研者的心。“能不能用我们的方法，帮临床‘看’得更清、更准？”一个源于现实痛点、旨在“破局”的交叉研究构想就此萌芽。

两把“钥匙”，打开精准检测大门

想法很美好，但通往成功的路上却横亘着两大技术关隘：一是如何从极微量样本中捕获有效的疾病信号；二是如何从海量信号中精准识别出疾病的“指纹”。

第一把“钥匙”，是名为SERS（表面增强拉曼光谱）的高灵敏检测技术。“拉曼光谱是一种非弹性散射光谱，能够特异性识别不同类型的分子和物质，但它的信号非常弱。而SERS技术能够通过入射光和贵金属纳米结构的相互作用，实现6-8个数量级的信号放大。”论文第一作者张东杰副教授解释。

这一技术还具有特异性好、操作简单、样品需求少，以及不受生物样品自发荧光和水干扰等优点。团队还设计了一种类似“猪笼草”结构的超疏水滑移基底，能将微小的样本液滴快速聚集浓缩。这使得检测所需的样本量降至“小于0.5微升”，整体检测流程缩短至“5分钟以内”，这对于简化临床操作、助力医生快速决策具有重要意义。

第二把“钥匙”，则是名为“多特征融合”的智能“解码器”。该网络可以实现跨维度的特征交互，有效抑制噪声，捕获关键特征。“我们将一维光谱和二维图像融合，既可以提取光谱强度等信息，还可以捕捉到光谱的位置、对称性及局部空间信息，让模型获得更立体的‘视觉’，从而做出更精准的判断。”张东杰说。

基于一系列创新性研究支撑，这一全新的AI-SERS平台交出了一份亮眼的“成绩单”：急性白血病筛查准确率高达96.13%，在区分不同亚型、判断基因异常等多项高难度诊断任务中，准确率均超过91%，相关评估指标表现优异。

多方携手，共织一张验证网

优异的性能背后，是跨越5家医疗与科研机构的紧密协同，这是一场典型的“医工交叉”接力赛：西电团队负责技术攻坚与算法开发；四川大学华西医院、西安大兴医院、山东大学齐鲁医院、山东第一医科大学附属第一医院等合作医院，则承担了临床样本采集与大规模验证的重任。

“起步时，我们只有华西医院一个中心的样本。但要证明方法的普适性，必须有多中心数据的支持。”陈雪利教授介绍，“幸运的是，当我们展示出初步成果后，后续加入的医院伙伴给予了我们毫无保留的信任和支持。”

392份脑脊液样本、接近20000条光谱数、包含来自120名患者的6000多条光谱数据用于外部独立验证……是这张由多方共同织就的临床验证网络，确保了研究成果的可靠性与未来走向临床的潜力。

谈及临床应用前景，共同通讯作者曾琦副教授表示，该技术走向大规模临床应用尚需完成医疗器械注册所需的试剂盒定型、大规模临床试验等环节。“未来，我们希望它能发展成为一项独立、快速的光谱学诊断工具。”

陈雪利教授团队合影。西安电子科技大学/供图

“除了白血病，我们在脑胶质瘤、宫颈癌、干眼症等疾病的检测上也看到了曙光。”陈雪利描绘了团队的蓝图：未来，或许只需一滴体液，就能快速、无创地对多种疾病进行早期筛查。

对于下一步，团队目标明确：一方面，深入探索光谱背后的生物学含义，实现从“知其然”到“知其所以然”的跨越；另一方面，致力于推动检测设备的小型化、集成化与低成本化，让“样本进、结果出”的自动化快速检测，能从研究实验室真正走向基层医疗机构，惠及更多患者。

来源：中国青年报客户端