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【经验分享】医学检测犬的研究概述
2024-12-0413

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的嗅觉高度发达,对气味有较强的记忆力。人类已经成功地训练犬,利用犬灵敏的嗅觉为社会服务。最先人类是使用犬来确定害虫的位置、猎物的方向以及其他食物的来源。如今,犬常常用于刑事侦查、反恐处突、缉毒、搜爆、搜索现金、人以及寄生虫、濒危动物等。近年来,经过专业训练的医学检测犬已经可以检测人类疾病,并判断疾病发展进程,但医学检测犬并没有大范围地推广应用,其训练使用还处于探索阶段。医学界也对使用犬诊断疾病很感兴趣。本文综述了近十年医学检测犬的主要研究成果,批判性地评估犬在医学领域的可使用性。



医学检测犬的研究目的是评估犬是否能够作为某些疾病患者的诊断工具并“即时”发出警示,提醒患者。使用医学检测犬检测各种传染性或非传染性疾病,如幽门螺杆菌、不同类型的癌症、糖尿病患者的低血糖、癫痫发作、细菌尿症、牛病毒腹泻、冠状病毒病、疟疾,对这些疾病的检测研究还处于初级阶段(表1)。研究显示,患者身体会散发特有的体味,其中含特定的挥发性有机化合物(VOC),这是患者新陈代谢发出的气味。对于许多疾病,犬能识别的确切气味分子仍然是未知的。研究人员通过气相色谱-质谱等仪器已经能够确定哮喘、少数癌症、囊性纤维化、糖尿病、牙科疾病、胃肠道疾病、心脏同种异体移植排斥反应、心脏病、肝病、先兆子痫、肾病、霍乱和结核等疾病中的VOC模式。

经过专业训练的医学检测犬对不同类型的癌症,如膀胱癌、前列腺癌、卵巢癌、肺癌、乳腺癌以及结肠直肠癌等检测准确性截然不同。以组织病理学结果作为参考,使用犬诊断的准确性从19%到99%不等。研究结果的差异可以从两方面来解释:一是不同疾病使用的样本材料不同,如尿液、血液,呼气或粪便;另一个影响结果可变性的因素是训练缺乏标准化以及每个训导员都有自己的特异性。以上两点可能对医学检测犬的训练结果产生重大影响。



对糖尿病患者而言,保证血糖控制在一定范围意义重大。患者在测定血糖时需要一滴血,这是一种有规律有意识进行的侵入式测试方法。并不是每个糖尿病人都能够自己抽血并监测血糖的。使用血糖检测犬是一种非侵入式的办法,但似乎训练使用的医学检测犬并未取得令人满意的结果。研究人员发现,与血糖仪测量血糖的方法相比,使用犬监测的有效性在36%~88%之间。 

犬具有识别体味变化的能力,因此经过专业训练的犬能够提醒即将发作癫痫的患者,使癫痫病人能够提前到安全的环境中,或服用紧急药物来避免癫痫的发生。由于癫痫种类的多样性和可变性,目前尚不清楚犬探测的是哪种特定的气体分子,但可以通过化学分析确定癫痫发作时释放的气味分子。在一项使用癫痫患者汗液作为样本的研究中,在该病临床发作前警告个体的准确率为82%。还有类似的报道,一些没有经过任何训练的犬,长期与癫痫患者居住,能够通过癫痫患者特定气味、行为的变化提前提醒癫痫患者。

与非传染性疾病如某些癌症、糖尿病和癫痫发作相比,使用犬检测传染病的研究似乎更有前景。在接下来的研究中,训导员主要用奖励(正强化)的训练方式。2019年,Guest等人开展了一项检测原生动物引起疟疾的研究,开发了一项针对感染者的非侵入性筛查方法。在无症状的儿童中,犬的检测准确率为72%,检测用的嗅源是患者的尼龙袜子,该诊断结果高于世卫组织疟疾诊断的准确率。使用犬识别尿液或粪便中的梭状芽孢杆菌(这是临床医学难以检测的一种细菌)也带来了令人兴奋的结果。2016年,Maurer等人开始训练犬检测出现症状前早期细菌潜在的检测。犬对不同病原菌(大肠杆菌、肠球菌、克雷伯氏菌、金黄色葡萄球菌)的检测总体准确率接近95%。为了检测粪便样本中的梭状芽孢杆菌,2头接受过专业训练的犬检测的准确率分别为78%和93%。最后,训练犬检测体液中的牛病毒或新型冠状病毒,诊断准确率很高。在有限的资源环境中,实时识别病毒感染的方法有限或不存在。Angle等人使用2头犬检测牛病毒性腹泻病毒细胞培养物与感染牛疱疹病毒Ⅰ型、牛副流感病毒,具有较高的准确率。


2021年起,为了能够快速地得到新型冠状病毒检测结果,研究人员训练犬检测新型冠状病毒,实验显示犬能够在10秒内确定新型冠状病毒,整个过程不到1分钟。在犬检测新型冠状病毒的研究中,不同国家使用了不同的样本材料、研究设计和犬种。这些研究大多取得了令人鼓舞的结果。医学检测犬最常用的品种是马里努阿犬、拉布拉多犬和牧羊犬品种。这些犬种高度灵敏的嗅觉能力、良好的认知和动机行为使它们成为医学检测犬的热门品种。样本最初主要来自住院的新型冠状病毒患者,除此之外来自各种有症状和轻度症状的感染者。研究人员在训练和测试阶段使用了与目标气味略有不同的干扰物(非新型冠状病毒患者但有其他呼吸系统疾病的个体的样本)。各种各样的人体体液(唾液、气管支气管分泌物、尿液、汗液)以及鼻咽拭子、呼气、口罩或衣服作为样本材料。训练时,接受唾液样本训练的犬在没有进一步训练的情况下就能够在汗液和尿液中检测到感染者的样本,这是医学检测犬成功泛化的很重要一步。在医学检测犬的训练中,泛化和鉴别同样重要。泛化意味着在成功的训练之后,犬也会对新的、未知的、与训练气味具有相似气味特性的气味做出反应;鉴别是指区分气味的能力。如果犬没有成功地被泛化,它们就会单独记住训练样本的单个气味,并且很难识别新样本;缺乏鉴别能力意味着犬不仅会指出它们受过训练的特定疾病,而且还会指出其他疾病产生的气味,例如除新型冠状病毒以外的呼吸系统疾病,这样的犬不能成为合格的医学检测犬。

不同的样本材料在收集的难易程度、含有挥发性有机化合物和传染性方面有所不同,例如汗液或尿液的传染性似乎低于唾液。测试时,在同一环境、样本含量相同的情况下,每头犬鉴别时的准确率会略有不同。造成这种情况的原因,可能并不是每头犬都掌握了患者散发出的VOC模式,而是略有不同。当与刑侦犬一起工作时,不可能确切地知道犬嗅到的是哪种特定的挥发性有机化合物。同样不清楚的是,是否每头犬都掌握了疾病的特异性VOC模式。然而,不同研究小组的结果表明,所有的犬都可以成功地对某一种病毒气味有反应,如测试结果所示,不同研究的鉴别准确率为65%~100%。虽然医学检测犬的训练和测试方法不同,但在所有研究中,都是用正强化的方法训练使用犬。检测新型冠状病毒时,使用新冠阳性个体的样本作为目标材料,从健康个体中获得阴性对照,也有一些组使用除新型冠状病毒患者以外的呼吸道疾病患者的样本材料作为干扰物。

尽管医学检测犬的使用有诸多优点且有很大潜力,但局限性也很明显。文献表明,医学检测犬可以作为某些疾病筛查的办法,尤其是传染病,但必须标准化和通过论证,否则无法替代医疗设备。为了让医学检测犬成为批准使用的医疗检测手段,首先需要解决以下两个问题:医学检测犬训练和使用必须标准化,由官方专业机构依照认证标准评估医疗。



尽管医学检测犬的使用有诸多优点且有很大潜力,但局限性也很明显。文献表明,医学检测犬可以作为某些疾病筛查的办法,尤其是传染病,但必须标准化和通过论证,否则无法替代医疗设备。为了让医学检测犬成为批准使用的医疗检测手段,首先需要解决以下两个问题:医学检测犬训练和使用必须标准化,由官方专业机构依照认证标准评估医疗。

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来源/《中国工作犬业》杂志

编辑/卢韵笳

责任编辑/杜晓鹏

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