● 广州研发全球首款芯片化呼气分子分析微型气相色谱仪
● 正常呼吸2~3分钟 12~15分钟后受试者就能手机查结果
● 在国内提供肺癌检测等服务 外销美国成反向出口典型
“呼气测肺癌”不是梦！呼气检测设备已经被广州一家科技企业生产了出来。这台全球首款芯片化呼气分子分析微型气相色谱仪，能精确检测人类呼气中的数千种VOC（挥发性有机化合物）分子，从而实现对肺癌、肺结节、慢阻肺、哮喘等疾病的早期检测。
这一仪器去年获呼气检测行业首个二类创新医疗器械注册证，现已在国内医院、体检机构等开展疾病检测，还出口美国，成为我国高端医疗器械反向出口的典型案例。
从肺癌到阿尔茨海默病：
VOC分子如何成为人体“哨兵”
芯片化呼气分子分析微型气相色谱仪的发明者、精智未来（广州）智能科技有限公司（以下简称“精智未来”）创始人王俊奇告诉记者，呼气检测基于呼气代谢组学和由全世界科学家共同建立的人类呼气代谢组学数据库。
目前，科学家在人类呼气中已发现3600多种有机物分子，并证实部分疾病和患者体内代谢出的特定种类和数量的VOC分子直接相关。记者了解到，人类呼气代谢组学数据库中已罗列了超60种疾病及其强关联的特异性人类呼气VOC分子组合，且这一数量仍在不断增长。因此，若能精准检测这些VOC分子，就能为患者疾病诊断提供重要依据。
受试者只需在仪器上方屏幕上扫码输入信息，之后拿一次性呼气罩罩住口部，再正常呼吸2~3分钟，呼出的气体便顺着面罩连接的塑料管进入仪器的“肚子”里，再经过12~15分钟，受试者的手机就能收到检测结果。
如今，呼气已在各类疾病诊断中得到应用，“除了大家比较熟悉的幽门螺杆菌呼气检测，美国食品药品监督管理局在2022年紧急授权了一种呼气诊断新冠的方法，利用呼气中4个特异性VOC分子组合，就可以检测患者是否感染新冠。”
据介绍，呼气VOC分子组合可准确检测多种呼吸道疾病，如肺癌、哮喘、慢阻肺、肺结核，对于消化道疾病，像直肠癌、胃癌、食管癌等也可检测。精智未来还与华西医院合作，通过呼气对阿尔茨海默病进行早期筛查，准确率可达80%左右。“我们希望能在两年之内完成产品注册落地。”
那么，科学家是如何发现疾病与呼气的关联的？王俊奇表示：“以肺癌为例，科学家要想了解哪些VOC分子与肺癌强相关，需要进行临床大数据的样本对比分析。比如，通过收集1万名肺癌患者的呼气样本，将之与1万名健康人的呼气样本进行大数据比对，在AI技术支持下能很快判断哪些VOC分子组合与肺癌挂钩。发现对应关系后，我们只需去测定受试者呼气中的分子是否符合AI找出来的分子判定模型，就可以反推其是否患病。”
捕获、分离、检测
三大芯片合力获取数据
以往，在数量庞大的气体分子中探测到特异性VOC分子无异于大海捞针，为了获得准确的呼气中VOC分子数据，王俊奇在设计原型机时共设计了三款作用不同的芯片。“通过富集、分离、检测三个步骤，最终实现对于万亿分之一浓度（ppt级）VOC气体分子的准确检测，这比临床上的检测需求高5~10倍。”王俊奇说。
捕获芯片在受试者2~3分钟的正常呼气过程中，捕获芯片对呼气中微量的VOC分子进行捕获和富集，以获得足够的检测样本量。
分离芯片将样本内特异种类的VOC分子从复杂成分中分离出来，把复杂的VOC组份，分离成单种类的VOC分子。
检测芯片生成色谱图，因为VOC分子由电子和离子产生，检测芯片可将之转化为计算机可读懂的数字信号，从而获得VOC分子的准确数据。
立志：亲人肺癌离世后他踏上科研之路
谈起为何会在呼气检测领域展开科研工作，王俊奇回忆起自己17岁那年。当时，家中有亲人因晚期肺癌去世，临终前一个月，老人反复说胸口“像压着石头”，可当地医院连精准的CT和X光设备都没有。那天，王俊奇在日记里写道：“如果有一种办法，能像温度计一样简单地把癌症测出来该多好。”
冥冥中自有天意，王俊奇出国深造，从事化学和微机电技术领域研究。2016年，经过上万次实验，王俊奇终于完成第一张“像心电图一样漂亮”的色谱图，灵敏度达到ppt（万亿分之一）级，比其他检测仪器高1000倍。当他兴奋地把实验结果告诉导师时，导师高兴地回复他：“俊奇，这不是一篇论文，而是一家公司。”
正是导师的这句话，让他坚定了创业的决心。2020年底，王俊奇收到了两个邀约：一个是来自耶鲁大学的终身教职，另一个则是粤港澳大湾区协同创新研究院和广州开发区人才办发来的微信：“王博士，黄埔这边实验室免租3年。”王俊奇选择了后者。
来到广州后，他先后和广州医科大学附属第一医院（国家呼吸医学中心）、广州实验室、中山大学附属第一医院、中山大学肿瘤防治中心、南方医科大学南方医院等医疗机构合作，最终让这套呼气检测设备从原型机变成可商业化运作的产品。
创新：从原型机到产品呼气检测终成真
经过4年多的努力，王俊奇的原型机终于转化为商品。去年8月，公司研发的芯片化呼气分子分析微型气相色谱仪获得第二类创新医疗器械认证并正式上市，目前已在全国各地进行相关疾病的检测。
传统的气相色谱仪体积庞大且操作复杂，而这款新型仪器只有半人高，可灵活应用于各类场景，一辆面包车就可以载着它开展移动检测。同时，设备还搭载了AI驱动的“精智未来云·XCloud”呼气代谢组学智能分析云平台，无需专业人员也能进行疾病筛查。
在广州，这款仪器在荔湾区和黄埔区的“肺健康计划”中得到应用。公司与当地医院和社卫中心合作，针对社区内40岁—74岁的居民开展肺癌和肺结节呼气检测，并与LDCT结果进行对照，以发现潜在的肺癌患者。在荔湾区的筛查中，仪器成功识别出十余例肺癌患者。
目前，产品还在四川、湖南、内蒙古、陕西等地开启商业化布局和应用。在内蒙古，依托仪器轻便灵活的特性，采用公司的呼气VOC检测技术为当地居民进行肺癌检测服务，既改变了传统检测方式的不足，也在实践中优化检测技术和产品。
值得一提的是，这款产品还进入各个体检机构，帮助进行相关疾病的筛查。
未来：望无创呼气检测能够惠及更多人
未来，王俊奇希望呼气检测能筛查出更多疾病，“我们正与多家科研机构和高校医院合作，开展其他呼吸系统、消化道系统和神经系统等疾病的呼气分子检测和生物标志物挖掘项目的科研。目前，针对肺癌、慢阻肺的检测，仪器整体的准确度达到了92%以上，对于间质性肺病检测的准确率达到93%以上，对于哮喘这类慢性呼吸道疾病，准确率81%以上。”
“希望未来有一天，大家进行疾病检测的时候，首先想到的不是抽血、拍片，而是通过无创的呼吸检测来对疾病有一个初步的判断和认知。”王俊奇告诉记者，目前，大规模市民进行呼气检测的价格为100元出头，随着更大范围推广和大规模生产，价格有望降至更低。
王俊奇透露，这款呼气检测设备已出口美国并实现盈利，首批40台出口产品正在加紧交货。“美国对呼气检测技术的科研已有五六十年时间，因此接受度很高，此外，我们的产品正准备投放到东南亚市场。”
“呼气检测与CT检测是互补的关系，呼气检测可以用于前期筛查，费用较低，便利性更强，也可以减少CT辐射对人体带来的影响，还能造福医疗设备相对不那么完备的地区。当呼气检测发现风险后，再通过CT检测进一步确诊疾病。”王俊奇说。
科技企业谈创新
AI看病在广州已大范围应用
判断肺癌准确率达91%
王俊奇透露，在呼气检测技术产业化过程中，公司与广州医科大学附属第一医院（国家呼吸医学中心）展开了深入合作。在国家呼吸医学中心，科学家们同样利用AI技术，开展肺癌的早期筛查。
近年来，国家呼吸医学中心主任、广州呼研院院长、肿瘤医学中心主任何建行带领团队运用外周血cfDNA甲基化标志物、临床信息和影像学特征构建了肺结节良恶性分类模型，用于肺癌的早期诊断，已得到全国多中心临床研究的验证，准确率高达91%，有助于显著提高早期恶性肺结节的检出率，避免良性肺结节的过度诊疗。
记者从市科技局获悉，“AI看病”已在广州大范围应用。在广东省卫生健康委发布的首批289个“人工智能+医疗卫生”应用场景案例中，广州有158个案例入选。
中山大学肿瘤防治中心影像科每年完成5万至6万例颅脑磁共振，以此大数据为基础，科室牵头研发的脑转移瘤AI辅助检测系统可精准检出早期病灶。目前，该技术已经推广到500多家医院中，在临床中被广泛使用。
南方医科大学珠江医院研发了一款SMART互动式AI认知早筛系统，患者根据屏幕指引完成计算、图形识别等5分钟的互动游戏后，系统会同步采集眼动、步态、微表情等生物标志物数据，即时生成筛查报告，助力阿尔茨海默病早发现、早干预。该系统已辐射广州36个社区以及298家养老机构，准确度达90%以上，帮助高危人群实现早期筛查。
文/广州日报新花城记者：武威
图/广州日报新花城记者：李波
统筹编辑：梁倩薇、嵇沈玲
