北大人民医院开发!液体活检综合肺癌筛查和管理系统PKU-LCSMS,肺癌检测灵敏度近乎100%

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2024-08-05


早筛网讯:8月3日,北京大学人民医院胸科肿瘤研究所联合多家科研机构在柳叶刀子刊发布了一项ASCEND-LUNG研究,开发并验证了一种基于液体活检的综合肺癌筛查和管理系统(PKU-LCSMS),旨在优化肺癌筛查和筛查后肺结节管理的整个过程。


肺癌早期筛查的有效性已经在多个随机临床试验中得到了验证,尤其是LDCT筛查显示出显著的肺癌死亡率降低效果。然而,LDCT筛查在实际临床应用中仍存在几个主要问题:


  1. 低依从性:由于受检者对放射性检查的顾虑、经济成本以及医疗资源的分配不均,导致高危人群的筛查覆盖率较低。

  2. 特异性不满意:LDCT筛查的特异性较低,容易出现假阳性结果,这不仅增加了患者的焦虑,还可能导致不必要的侵入性检查和手术。

  3. 辐射暴露:虽然LDCT使用的是低剂量辐射,但频繁的检查仍可能增加辐射相关的健康风险。


为此,需要一种高效且无创的方法来补充LDCT的局限性。液体活检因其微创性和便利性在近年来备受关注。液体活检可以通过血液样本分析检测肿瘤相关的生物标志物,如循环肿瘤DNA(cfDNA)、甲基化标志物和血清蛋白,提供早期癌症筛查和诊断的信息。


在本研究中,科学家们采用前瞻性两阶段病例对照设计,共纳入465名参与者,包括216名肺癌患者、47名良性肺结节患者和202名非癌症对照。研究开发了一个综合系统,称为北京大学肺癌筛查和管理系统(PKU-LCSMS),包括基于cfDNA甲基化和血清蛋白特征的肺癌筛查模型,以及结合CT图像和cfDNA甲基化特征的AI辅助肺结节诊断模型。通过对参与者的血液和CT图像数据进行多组学分析,研究在训练队列、验证队列和独立验证队列中评估了模型的性能。

研究结果显示:

肺癌筛查模型

首先,在训练和验证队列中,单一的cfDNA甲基化模型AUC为0.910,蛋白模型为0.891(还有一个突变模型,由于性能不行在后续未被纳入),而基于cfDNA甲基化和血清蛋白特征的联合肺癌筛查模型的AUC达到0.963,优于前两者。

同时,筛查模型在独立验证队列中实现了99.2%的灵敏度和56.3%的特异性,准确性为77.8%。分阶段分析显示,该模型在早期肺癌(I期和II期)检测中表现尤为出色,I期和II期肺癌的灵敏度分别为100%和100%。这些结果表明,PKU-LCSMS系统在早期肺癌筛查中具有极高的检测能力,有助于减少漏诊情况。

联合模型在各队列的性能

AI辅助肺结节诊断模型

其次,AI辅助肺结节诊断模型结合CT图像和cfDNA甲基化特征,同样表现优异。在独立验证队列中,该模型的AUC为0.798,灵敏度为81.1%,特异性为76.0%,准确率为80.3%。与一些传统模型相比,该AI辅助模型在区分良性和恶性肺结节方面更加精准。同时,模型显示,与一些传统模型相比,在高风险人群中,该模型的及时诊断率更高(81.1%),漏诊率更低(0.8%),且可能接受侵入性活检或手术的良性疾病比例较低(24%),意味着模型还具有优化决策制定的潜力,减少良性病例方面不必要的手术。



AI辅助肺结节诊断模型的性能

研究开发的PKU-LCSMS系统通过结合高灵敏度的无创筛查和高特异性的诊断,显著优化了肺癌筛查和筛查后肺结节管理的整个流程。该系统不仅在筛查阶段能够高效识别高风险人群,减少不必要的LDCT检查,还能在筛查后准确区分良性和恶性结节,减少误诊和过度治疗,为未来的肺癌筛查和管理提供了一个有前景的临床应用方案,有望显著提升肺癌早期检测和管理的效率与准确性。


DOI:https://doi.org/10.1016/j.eclinm.2024.102769


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