Krooninen sairaus

tiivistelmä

Background

Hengityksen haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) on raportoitu biomarkkerit keuhkojen syöpä, mutta ei tiedetä, jos biomarkkereita tunnistettu yksi ryhmä voi tunnistaa taudin erillisessä itsenäinen kohortti. Lisäksi se ei ole tiedossa, jos yhdistetään hengityksen biomarkkereita rinnassa CT on potentiaalia parantaa herkkyyttä ja spesifisyyttä keuhkosyöpään seulontaan.

Methods

Malli-rakennus vaihe (avoimessa)

: Hengitys VOC-yhdisteet analysoitiin kaasukromatografialla massaspektrometriaa 82 oireeton tupakoitsijat ottaa seulonta rinnassa CT, 84 oireellista korkean riskin potilailla, joilla kudoksen diagnoosin, 100 ilman kudosta diagnoosia, ja 35 terveillä koehenkilöillä. Useita Monte Carlo simulaatiot tunnistettu hengitys VOC massa ionien suurempi kuin satunnainen diagnostinen tarkkuus keuhkosyöpään, ja nämä yhdistettiin Monimuuttuja ennustavan algoritmin.

Malli-testausvaiheessa (sokaissut validointi) B: Analysoimme hengityksen haihtuvia orgaanisia yhdisteitä riippumaton kohortin samankaltaisia ​​(n = 70, 51, 75 ja 19 vastaavasti). Algoritmi ennustaa diskriminanttifunktio (DF) arvot sokaissut rinnakkaisten hengityksen VOC analysoitujen näytteiden itsenäisesti kahdessa laboratoriossa (A ja B).

Tulos mallinnus

: Me mallinnettu odotetut vaikutukset yhdistetään hengityksen biomarkkereita rinnassa CT herkkyyteen ja spesifisyyteen keuhkosyövän seulonnan.

Tulokset

sokkoutuksen purkamisen malli- rakennusvaihe

. Algoritmi tunnistettu keuhkosyöpä herkkyys 74,0%, spesifisyys 70,7% ja C-tilastoa 0,78.

Sokkoutetut malli-testausvaiheessa

: Algoritmi tunnistettu keuhkosyöpään Laboratory A herkkyys 68,0%, spesifisyys 68,4%, C-tilasto 0,71; ja laboratorio B herkkyys 70,1%, spesifisyys 68,0%, C-tilaston 0,70, jossa lineaarinen korrelaatio näytteitä (r = 0,88). Vuonna ennustettu tulos malli, hengitys biomarkkereiden lisääntynyt herkkyys, spesifisyys, sekä positiiviset ja negatiiviset ennustearvot Rintakehän CT keuhkosyöpä, kun kokeet yhdistettiin sarjaan tai rinnan.

Johtopäätökset

hengityksen VOC ionimassa biomarkkerit tunnistettu keuhkosyöpä erillisessä itsenäinen kohortin pidennetyn monistaa tutkimus. Yhdistämällä hengityksen biomarkkerit rinnassa CT voisi mahdollisesti parantaa herkkyyttä ja spesifisyyttä keuhkosyöpään seulontaan.

Trial Rekisteröinti

ClinicalTrials.gov NCT00639067

Citation: Phillips M, Bauer TL, Cataneo RN, Lebauer C, Mundada M, Pass HI, et al. (2015) Blinded validointi henkäys biomarkkerit keuhkosyöpään, potentiaalinen liitännäisiä Rinta CT Screening. PLoS ONE 10 (12): e0142484. doi: 10,1371 /journal.pone.0142484

Editor: Konstantinos Kostikas, Ateenan yliopiston Medical School, SVEITSI

vastaanotettu: 06 heinäkuu 2015; Hyväksytty 22 lokakuuta 2015 Julkaistu: 23 joulukuu 2015

Copyright: © 2015 Phillips et al. Tämä on avoin pääsy artikkeli jaettu ehdoilla Creative Commons Nimeä lisenssi, joka sallii rajoittamattoman käytön, jakelun ja lisääntymiselle millä tahansa välineellä edellyttäen, että alkuperäinen kirjoittaja ja lähde hyvitetään

Data Saatavuus: kaikki asiaankuuluvat tiedot kuuluvat paperi- ja tukeminen tiedot tiedostoja.

Rahoittajat: Michael Phillips on toimitusjohtaja Menssana Research, Inc. Renee N. Cataneo ja Mayur Mundada työskentelevät Menssana Research, Inc. rahoitti NIH myöntää 9R44HL070411-04A1. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT00639067. Rahoitus organisaatio ei osansa tutkimusasetelma, tietojen keruun ja analysoinnin, päätös julkaista tai valmistamista käsikirjoituksen ja ainoa tuki taloudellisesti muodossa tekijöiden palkkojen ja /tai tutkimuksen materiaaleja. Rahoittaja antoi tukea muodossa palkkojen tekijöille MP, RNC ja MM, mutta ei ollut mitään ylimääräistä roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista tai valmistamista käsikirjoituksen. Erityinen roolit nämä kirjoittajat ovat muotoutuneet ”kirjoittaja maksujen osiossa. Mikään muu coauthors Julistan kilpailevia kaupallisia etuja.

Kilpailevat edut: Michael Phillips on toimitusjohtaja Menssana Research, Inc. Renee N. Cataneo ja Mayur Mundada työskentelevät Menssana Research, Inc.

Johdanto

nykyajan puhalluskokeiden koitti vuonna 1971, kun Linus Pauling ensimmäinen raportoitu, että normaalin ihmisen hengitys sisältää suuria määriä haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC) pieninä pitoisuuksina [1]. Myöhemmät tutkijat ovat yrittäneet käyttää hengityksen VOC: kun tauti biomarkkereita vaihtelevalla menestyksellä. Yhdysvaltain elintarvike- Drug Administration (FDA) on hyväksynyt pieni määrä hengitystesteissä kliiniseen käyttöön (esim. Hengityksen typpioksidia hengitysteihin tulehduksen [2]), mutta FDA ei ole vielä hyväksytty puhalluskoe keuhkosyöpään. Huolimatta 30 vuoden tutkimuksen tuloksena yli 300 asiaan liittyvistä julkaisuista, yksikään hengitys VOC on tullut kliinisesti hyödyllinen biomarkkereiden keuhkosyöpään, kun niitä käytetään yksin. Kuitenkin useat hengitys VOC-yhdisteiden näytä tarjoavan kohtalaisen tarkka biomarkkerit, jotka voivat tunnistaa keuhkosyöpä jos yhdistetty toisiinsa monitekijäinen algoritmi [3].

Pyrkiessään hengitys biomarkkerit keuhkosyöpään, tutkijat ovat käyttäneet monenlaisia erilaisia ​​välineitä kuten VOC erotusmenetelmiä [esim kaasukromatografia massaspektrometrialla (GC MS) [3-6], ei-erotustarkoituksissa ilmaisimet (esim elektroninen nenä ja chemosensors [7-9]), analyysi uloshengitysilman lauhteen [10], mittaus hengityksen lämpötila [11], ja narkomaani koirat [12]. Analyysi hengityksen haihtuvien orgaanisten yhdisteiden kanssa analyyttisiä välineitä käyttäen 2-ulotteinen GC on paljastanut monimutkainen matriisi ~ 2000 eri VOC yhden näytteen [13,14]. Tuloksena informaatiotulvan on edellyttänyt käyttö tiedonhallinnan työkaluja metabolomic analyysi, joka kehitettiin alun perin genomiikan ja proteomiikan. Tämä on liittynyt lisääntynyt riski väärien löytämisen biomarkkereita, joita voi syntyä Monimuuttuja malli yli-sopii useita ehdokkaan hengityksen VOC pieni määrä koehenkilöä, ansa, joka on nimetty ”voodoo korrelaatiot”, tai ” nähdä kasvot pilvissä ”[15].

näistä huolenaiheista huolimatta hengitys biomarkkerit keuhkosyöpään on ehdotettu yhtä turvallista ja kustannustehokasta työkaluja auttaa määrittämään henkilön riski sairastua keuhkosyöpään [16]. On kliininen tarve tällaisen testin, koska enemmän ihmisiä Yhdysvalloissa kuolee keuhkosyöpään kuin mistään muusta syöpätyyppi [17]. Varhainen havaitseminen voi pelastaa ihmishenkiä: National Lung Screening Trial havaittu, että seulonta pieniannoksiseen rinnassa CT vähensi kuolleisuutta keuhkosyöpään 20% [18]. Kuitenkin suhteellisen alhainen positiivinen ennustearvo (PPV) Rintakehän CT (2,4%: sta 5,2%) on huolissaan siitä, että seulonta keuhkosyövän voi tuottaa valtava määrä vääriä positiivisia testituloksia [19-21]. Sivutoimisesti puhalluskoe mahdollisesti parantaa herkkyyttä ja spesifisyyttä keuhkosyövän seulonnan ja vähentää väärien positiivisten ja väärien negatiivisten koetulokset.

Olemme suunnitelleet tämän tutkimuksen hoitamaan pääasiassa kahta kysymystä: Ensinnäkin, voi hengittää biomarkkerit keuhkosyövän tunnistettu yksi ryhmä kohteita ennustaa taudin itsenäinen kohortin potilaista, joilla on samanlaiset demografiset ominaisuudet? Toiseksi, tee hengityksen biomarkkerit on potentiaalia lisätä diagnostista arvoa keuhkosyöpä seulonta rinnassa CT jos kaksi testiä käytetään yhdistelmänä?

Tässä raportoidaan pidennetyn monistaa kaksivaiheinen kliinisessä tutkimuksessa hengityksen biomarkkereita keuhkojen syöpä, joka on suunniteltu minimoimaan mahdolliset virhelähteet (kuvio 1). Vuonna avoimessa mallirakennus vaiheessa kartoitettiin hengitys näytteitä henkilöillä, joilla keuhkosyöpä ja syövästä vapaa säätimet erittäin herkkä ja selektiivinen GC MS määritystä. Tilastollinen menetelmä jossa käytetään useita Monte Carlo simulaatiot määritetty joukko ei-satunnainen hengitys biomarkkerit keuhkosyöpään jotka sitten käytettiin Monimuuttuja ennustavan algoritmin. Vuonna sokaisi mallissa-testausvaiheessa, testasimme algoritmin kyky ennustaa keuhkosyövän eri joukko aiheita. Kaikki hengitys määritykset ja keuhkosyövän ennustukset toistui kaksi itsenäistä analyysilaboratoriot. Lisäksi arvioimme mahdollisuuksia hengityksen biomarkkereiden parantaa herkkyyttä ja spesifisyyttä keuhkosyövän seulonnan rinnassa CT kun kaksi testiä käytetään yhdistelmänä.

Methods

Tutkimusasetelma

yhteenveto tutkimuksen suunnittelu esitetään kuviossa 1. hengityksen testit suoritettiin kahdessa vaiheessa ihmisen tutkimukseen, ja jokainen aihe tutkittiin vain kerran. Vuonna avoimessa mallirakennus vaiheen tutkimus, tunnistimme hengitys biomarkkerit keuhkosyövän ja yhdistetään ne ennustavan algoritmin. Vuonna sokaisi mallissa testausvaiheessa, me validoitu ennustavan algoritmin uudella ja riippumaton kohortin aiheista. Molemmissa vaiheissa tutkimuksen, neljä ryhmää rekrytoitiin avohoidon vapaaehtoiset:

Ryhmä 1.

oireeton korkean riskin henkilöiden käsittää tupakoijien vuotiaita 50 ja vanhemmat olevien matala- annos lasketaan tomographic (rinnassa CT) seulonta keuhkosyövän

[22].

Ryhmä 2.

oireenmukainen suuren riskin henkilöillä ilman kudosta diagnoosia

. Koehenkilöt lääketieteellisen arvioinnin keuhkosairauden oire esim krooninen selittämätön yskä tai Veriyskä, jotka voidaan tai ei ole liittyvät taustalla keuhkosyöpään. Koehenkilöille siirrettiin Ryhmä 3, jos kudoksen diagnoosi myöhemmin tuli saataville ennen tietojen analysointi.

Ryhmä 3.

oireenmukainen korkean riskin potilailla, joilla kudoksen diagnoosi syövän tai muiden patologia

.

Ryhmä 4.

Ilmeisesti terveiden koehenkilöiden

. Nämä aiheet olivat miehen tai naisen tupakoimattomien ilman merkkejä tai oireita keuhkosyöpä, 18 vuotta täyttäneet ja sitä vanhemmat.

mallirakennus Phase –Unblinded

koehenkilöillä (taulukko 1)

Patologiset diagnoosit palveluksessa vuoden 2004 WHO: n luokituksen.

Koehenkilöt rekrytoitiin viisi lääkäriasemilla: Christiana Care Health System, Newark, DE, New York Presbyterian /Columbia University Medical Center, New York, NY, New York University Langone Medical Center, New York, NY, MD Anderson Cancer Center Orlando, Orlando, FL, ja ruotsalainen Cancer Institute, Seattle, WA. Institutionaalinen Review Board lainkaan sivustoja hyväksyi tutkimuksen ja kaikki aiheet antoivat allekirjoitettu ja todisti tietoon perustuvan suostumuksen osallistua.

Koehenkilöt, joilla aiemmin dokumentoitu historia syöpä tahansa anatominen sivuston suljettiin pois tutkimuksesta. Kaikki tiedot olivat nimettömiksi aihe tunnusnumero niin ettei kohde voitiin tunnistaa nimen. Riippumaton monitori (Schiff Co., West Caldwell, NJ 07006) ylläpiti kliinisen tietokannan ja varmistetaan sääntelyvaatimusten noudattaminen ja hyvän kliinisen [23] lainkaan tutkimus sivustoja.

kerääminen hengityksen VOC näytteitä.

menetelmää on kuvattu [3,24]. Kohteena kuluu Nenänsulkijan ja hengittää normaalisti kautta kertakäyttöisen venttiilillinen suukappale ja bakteeri suodatin BCA 2,0 min. Alveolaarinen hengitys VOC-yhdisteet kaapattu on sorbentin ansa, joka on välittömästi suljetaan hermeettisesti säiliössä. Koska on alhainen vastustuskyky päättymistä (~ 6 cm vettä), hengitys Näytteet voitaisiin kerätä ilman epämukavuus vanhuksilla ja ne hengityselinsairauksiin. Jotta minimoidaan mahdollisten sivuston riippuvaisten sekoittavat tekijät, kuten ympäristön saastuminen huoneilman, aiheista kaikki neljä ryhmää lahjoitti puhallusnäytettä samassa huoneessa Jokaista kliinistä sivustolla. Näytteitä hengityksen VOC huoneilma VOC-yhdisteet kerättiin kaikista aiheista, jotta voidaan valvoa mahdollisten vaikutusten ympäristön epäpuhtauksia. Monista hengitys VOC kerättiin kaikkien aineiden kaksoiskappaleanalyysiä määritys kahdella riippumattomien laboratorioiden (Menssana Research, Inc. ja amerikkalainen Westech, Inc., Harrisburg, PA). Näytteitä säilytettiin -15 ° C: ssa ennen analyysiä.

Analyysi hengityksen VOC näytteitä.

Menetelmää on kuvattu [3,24]. Käyttäen automatisoitua instrumentointi, haihtuvat orgaaniset yhdisteet olivat termisesti desorboidaan sorbenttia ansa, kryogeenisesti tiivistetty, ja analysoitiin kaasukromatografisesti massaspektrometrialla (GC MS). Tunnettu määrä sisäistä standardia (bromifluoribentseenin) oli ladataan automaattisesti kaikkiin näytteisiin normalisoimiseksi runsaasti VOC-yhdisteitä ja helpottaa yhdenmukaistaminen kromatogrammit. Tyypillinen kaikkien ionien kromatogrammi hengityksen haihtuvia orgaanisia yhdisteitä on esitetty kuvassa 2, yläpaneeli. Mass ioneja havaittiin tyypillinen kromatografiin huippu esitetään kuviossa 2, alapaneeli.

Yhteensä ioni kromatogrammissa hengityksen haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (ylempi kuva) [3, 24]. VOC-yhdisteet termisesti desorboidaan sorbentin ansa, erottaa kaasukromatografialla, ja ruiskutetaan massa herkkä ilmaisin, jossa ne pommitetaan energinen elektronit tyhjiössä ja hajosivat joukko ionisen fragmentteja, joilla kullakin on oma massa /varaus (m /z) suhteen. Tämä luku näyttää kaikkien ionien virran ajan funktiona, kun sarja VOC tulee ilmaisimen peräkkäin. Yhteenlaskettu ioni nykyinen huipusta sisältävä tolueeni on merkitty, ja massaspektri muodostavien massan ionit näkyy alemmassa paneelissa. Tyypillinen kaikkien ionien kromatogrammi johdettu näyte ihmisen hengityksen haihtuvien orgaanisten yhdisteiden yleensä näyttää ~ 150-200 erillistä huippua. Massaspektri ionien kromatograafi huippu (alempi kuva). Massaspektri ioneja, jotka ovat peräisin tolueenia (keskellä näkyy paneelin) käsittää luonteenomainen fragmentteja. Tätä mallia vastaavaan massaspektri in tietokonepohjaisen kirjaston mahdollistaa tunnistamisen kemiallisen rakenteen lähde VOC. Vuonna monimutkaisia ​​seoksia, kuten hengitys, tunnistaminen on yleensä alustava koska biomarkkerit voidaan tunnistetaan virheellisesti, jos keraeluoituvan haihtuvat orgaaniset yhdisteet saastuttaa massaspektri, ja jos spektrin kaavaan löytyy inexactly kirjaston kanssa standardin. Kuitenkin yksittäiset massan ioneja VOC voidaan tunnistaa varmasti ja tuottaa vankkaa biomarkkereiden vaikka identiteettiä vanhemman VOC biomarkkereiden on epävarmaa.

Tietojen analysointi.

GC MS tietoja molemmista laboratorioissa yhdistää analyysia ja kehittämistä yhden ennustavan algoritmin.

Tasaus yksittäisten ionien massojen kromatogrammit.

kromatogrammeihin prosessoitiin metabolomic analyysin ohjelmisto (XCMS R [25, 26]), jotta saadaan aikaan taulukko, jossa retentioajat niihin kuuluvan ionin massoja ja intensiteettiä. Retentioajat ja ioni massa intensiteetit olivat normalisoitu bromifluoribentseenin (ioni massa 95) sisäisen standardin jokainen kromatogrammi. Kohdistettu data sitten binned sarjaksi 5 sekunnin retentioajan segmentteihin.

tunnistaminen biomarkkereiden massan ioneja.

tilastomenetelmillä on aiemmin kuvattu [27, 14, 13]. Olemme sijalla massa ioneja ehdokkaaksi biomarkkereita keuhkosyövän vertaamalla niiden voimakkuuden arvoja potilailla keuhkosyöpä (ryhmä 3 keuhkosyöpä varmistettiin kudoksen diagnoosi) versus syöpää vapaa ohjaimet (ryhmä 1 negatiivisin rinnassa CT). Kussakin 5 sekunnin ajan segmentissä diagnostinen tarkkuus kunkin ionimassa sijoittui mukaan sen C-tilaston arvo [(pinta-ala (AUC) vastaanottimen toimivien (ROC) käyrä]. Meillä työskentelee useita Monte Carlo simulaatioiden järjestyksessä minimoimiseksi sisällyttää satunnainen tunnisteiden sairauden valitsemalla massa ionit aina segmentti, joka nimeää aktiivisena keuhkosyöpä suuremmalla kuin satunnainen tarkkuus. keskimääräinen satunnainen käyttäytymistä massa ionien aina segmentin määritettiin satunnaisesti määrittämällä Koehenkilöiden ” ’keuhkosyöpää ”tai” ”syöpä-free” ryhmä ja suorittamalla 40 arvioita C-tilaston. Mille tahansa arvo C-tilaston, se oli silloin mahdollista tunnistaa ionisten biomarkkerit että näytteillä suurempi diagnostinen tarkkuus oikean määrittämisen kuin useita satunnaisia ​​tehtäviä.

kehittäminen ennustavan algoritmin.

biomarkkereiden ionit, jotka tunnistetaan keuhkosyöpä suuremmalla kuin satunnainen tarkkuus käytettiin rakentaa ennustavan algoritmin monimuuttujamenetelmin painotettua digitaalinen analyysi (WDA) [ ,,,0],28]. WDA on epälineaarinen menetelmä Monimuuttuja-analyysissä, joka generoi diskriminanttifunktio ennustaa jäsenyyden ryhmässä (tauti tai ei tauti) määrittämällä paino (C-tilaston kunkin ennustajan muuttuja), joka on kynnysarvon, ja merkki kunkin ennustaja muuttuja työskentelee mallissa.

Malli-testausvaiheessa-Sokkoutetut

Sokaiseva menettelyjä

riippumattoman monitori ylläpitää tietokantaa kaikista kliinisistä ja diagnostiset tiedot, ja tämä tieto ei jaeta osallistuja tutkimuksessa. Laboratories saanut mitään kliinisiä tietoja ja vain kohde tunnusnumero mukana sorbentin ansat lähetetään analysoitavaksi.

koehenkilöillä (taulukko 1).

Uusi sarja koehenkilöiden värvättiin samalla tavalla kuin edellä kuvattu mallirakennus vaihe. Ei aihe päässä avoimessa faasi sisällytetty sokkotestivaiheessa tutkimuksen.

kerääminen hengityksen VOC näytteitä ja analysoimalla hengityksen VOC näytteistä suoritettiin samalla tavalla kuin edellä on kuvattu mallirakennus vaihe.

ennustaminen tuloksia.

ennustava algoritmi kehitetty avoimessa faasi sovellettu massan ionit kussakin sokaisi hengityksen kromatogrammeja, jotta tuottaa diskriminanttifunktio (DF) arvo. Tämä menettely toistettiin kahtena puhallusnäytettä jotka analysoitiin kahden laboratorion. Tällä johtopäätös, huononemiskertoimen arvoja niiden oppiaineen tunnistenumerot toimitettiin seurata kuka sitten rikkoi sokkoutusta ja määrittää ennakoivan tarkkuus puhalluskoe.

Ennustettu tulos Modeling

mallinnettu odotetut vaikutukset yhdistetään hengityksen biomarkkereita rinnassa CT herkkyyteen ja spesifisyyteen keuhkosyövän seulonta käyttäen matemaattista mallia arvioida tulosten yhdistyy kaksi erilaista testejä sairaus sarjaan ja rinnakkain [29]. Käytetty malli arvot herkkyys ja spesifisyys puhalluskoe määritetty sokaisi mallissa-testausvaiheessa, ja arvot raportoidaan National Lung seulonta Trial keuhkosyövän esiintyvyys (1,1%) ja seulonta rintakehän CT (herkkyys 93,8%, spesifisyys 73,4% ) [18].

tulokset

koehenkilöillä.

ei ollut haitallisia vaikutuksia, jotka liittyvät puhalluskokeiden joko tutkimuksen vaihe.

Malli -Rakennus Phase

Monte Carlo tilastollinen analyysi massan ioneja (kuvio 3, yläpaneeli). Yli 70000 massa ioneja havaittiin kaikissa kromatografisen aikajaksoja. Kuitenkin vähemmän kuin 1000 massa ionit näytteillä käyttökelpoinen diagnostinen tarkkuus (C-tilasto 0,6) oikean tehtävän verrattuna useita satunnaisia ​​tehtäviä.

Monte Carlo tilastollinen analyysi massan ionit (yläpaneeli) Luettelo yli 70000 ehdokas ionimassa biomarkkerit keuhkosyöpään saatiin sarjasta 5 sekunnin segmenttien linjassa kromatogrammit. Diagnostinen tarkkuus Kunkin ionimassa kvantifioitiin sen C-tilastoa eli jonka pinta-ala (AUC) ja siihen liittyvän vastaanottimen toimivat (ROC) käyrä (jäljempänä ”Oikea tehtävän” käyrä). Jotta sulkea väärän biomarkkereiden, The ” Random assignment ”käyrä palveluksessa useita Monte Carlo simulointi käsittää 40 satunnainen toimeksiannot diagnoosi (” syöpä ”tai” syöpä-free ”) määrittää satunnainen käyttäytymistä kunkin ehdokkaan ionimassa. Cutoff piste ”Oikea toimeksianto” käyrä otettiin pystysuora leikkaus pisteeseen, jossa määrä massan ionit ”” Random assignment ”käyrä laski nollaan (C-tilastoa = 0,63). Tässä vaiheessa, pystysuora etäisyys kahden käyrän osoitti, että 544 massa ionit tunnistettu keuhkosyöpään suuremmalla kuin satunnainen tarkkuus, ja erottaminen käyrien ylitti 5 sigma. Lineaarinen klusterointi ionimassa biomarkkerit (keskimmäinen paneeli). Tämä luku näyttää pysty- ja vaaka lineaarinen klusterointi ryhmässä ionimassa biomarkkerit keuhkosyöpään kanssa retentioajat välillä 1500 ja 2500 sekuntia. Nämä massa ionit tunnistettiin Monte Carlo tilastollinen analyysi (ylempi paneeli) olevan C-tilaston arvoja, jotka olivat suurempia kuin satunnaisesti. M /z on massa jaettuna maksun määrä ioni ja retentioaika ilmoittaa, kun VOC eluoitu kaasukromatografikolonnin ja tuli MS ilmaisin, jossa sitä pommitetaan elektroneilla ja muunnetaan ionimassa fragmentteja. Vertical lineaarinen klusterit osoittavat massan ionit samanlaisia ​​retentioajat. Nämä ryhmittymät ovat yhdenmukaisia ​​yhden tai useamman hengitys haihtuvia orgaanisia yhdisteitä pääsemästä MS ilmaisin samanaikaisesti, ennen erittely massa ioneja. Tämä havainto viittaa siihen, että suhteellisen pieni määrä vanhemman hengityksen haihtuvien orgaanisten yhdisteiden voi selittää useita ionimassa biomarkkerit keuhkosyöpään. Vaaka lineaarinen klustereiden m /z-arvot 43 ja 57 ovat yhdenmukaisia ​​hajoamistuotteiden alkaaneista ja denaturoidulla alkaanit. Vastaanotin toimii (ROC) käyrä (alapaneeli). AUC on ROC-käyrän (tai sen C-tilastoa) ilmaisee yleisen tarkkuuden testi, ja se voi vaihdella 0,5 (suora viiva alhaalta vasemmalle ylös kaavion oikeassa) 1,0 (suorassa kulmassa sen huippu on ylhäällä vasemmalla kaavion). A C-tilastotieto 0,5 ilmaisee, että testi suorituskyky ei ollut parempi kuin satunnainen esim kolikonheittoa, kun taas C-tilastotieto 1,0 osoittaa täydellisen testin 100% herkkyys ja spesifisyys. Kliinisessä käytössä C-tilastotieto 0,78 pidetään yleisesti kliinisesti hyödyllinen.

Lineaarinen klusterointi ionimassa biomarkkerit keuhkosyöpään (kuvio 3, keskimmäinen paneeli). näyttää pysty- ja vaaka lineaarinen klusterointi ryhmässä ionimassa biomarkkerit keuhkosyöpään kanssa retentioajat välillä 1500 ja 2500 sekuntia.

Vertical lineaarinen klustereita

osoittavat massan ionit, joilla on samanlaiset retentioajat, sopusoinnussa yhden tai useamman hengitys haihtuvia orgaanisia yhdisteitä pääsemästä MS ilmaisin samanaikaisesti, ennen erittely massa ioneja, mikä viittaa siihen, että suhteellisen pieni määrä vanhemman hengityksen haihtuvien orgaanisten yhdisteiden osuus saa useita massan ionin biomarkkereita.

vaaka lineaarinen klustereiden

samanlaisia ​​m /z-arvot (43 ja 57) ovat yhdenmukaisia ​​hajoamistuotteiden alkaaneista ja denaturoidulla alkaanit.

ROC käyrä (kuva 3, alapaneeli). 500 ionimassa biomarkkerit keuhkosyöpään, joilla on korkein C-tilastolliset arvot työskenteli Monimuuttuja WDA algoritmia, joka koskee kaikkia kromatogrammeja analysoitiin kahden laboratorion. ROC-käyrä osoitti herkkyys 74,0%, spesifisyys 70,7%, ja C-tilastotieto 0,78.

Malli-testausvaiheessa

laboratorionväliset yksimielisiksi ennusti Diskriminanttifunktiot vuonna sokaisi näytteissä näkyy kuvio 4, yläpaneeli. Siellä oli lineaarinen suhde DF arvojen johdettu näytteistä analysoidaan kahden laboratorion (r = 0,88).

Inter-laboratorio yksimielisiksi Diskriminanttifunktiot (DF) in samanlaiset näytteet (yläpaneeli). DF-arvot kromatogrammit analysoidaan laboratoriossa A: ta funktiona DF arvosta kaksoisnäyte analysoidaan laboratoriossa B. oli lineaarinen suhde kahden DF arvojen (r = 0,88, 95%: n luottamusväli esitetty). Ennustettu herkkyys ja spesifisyys henkilöillä, joilla on biopsialla keuhkosyöpää ja rintakehän CT negatiivinen keuhkosyöpä (keskimmäinen paneeli). DF johdettu arvo ennustavan algoritmin aiheuttaa vaihtelevan sulku pisteen puhalluskoe. Testitulokset suurempi kuin DF arvo pisteytettiin positiivisiksi keuhkosyöpään, kun taas vähemmän kuin DF pisteytettiin negatiivisiksi. Kun DF = 0, testi on 100% herkkyys, koska kaikki tulokset pisteytetään positiiviseksi keuhkosyöpä, mutta nolla spesifisyys, koska tuloksia ei pisteytetään negatiiviseksi. Summa herkkyys ja spesifisyys on suurimmillaan kohdassa, jossa kaksi käyrää leikkaa, ja sen vuoksi valittiin optimaalinen DF kynnysarvon binaarista testissä (eli syöpää vastaan ​​ei ole syöpä). Tässä kaavio (tulokset Laboratory A), käyrät leikkaavat DF = 22, jossa herkkyys 68,0% ja spesifisyys 68,4%. ROC käyrät (alempi kuva). ROC käyrät ennustetun tuloksista puhalluskoe näkyvät näytteitä analysoidaan laboratorioissa A ja B. kokonaistarkkuus (C-tilastoa) keuhkosyöpä ennusteita oli samanlainen molemmissa sivustoja.

herkkyys ja spesifisyys verrattuna diskriminanttifunktio.

Kuva 4, keskimmäinen paneeli näkyy ennustettu tulos henkilöillä, joilla biopsialla keuhkosyöpää ja rintakehän CT negatiivinen keuhkosyöpään. Herkkyys ja spesifisyys käyrät leikkaavat DF = 22, jossa herkkyys 68,0% ja spesifisyys 68,4%.

ROC käyrät (kuvio 4, alempi paneeli). DF-arvot on johdettu analysointi hengityksen VOC näytteiden kaksi riippumattomien laboratorioiden ennustettu keuhkosyöpä samanlaisia ​​tarkkuus: sivuston herkkyys 68,0% spesifisyys 68,4%, C-tilasto 0,73; Site B herkkyys 70,1%, spesifisyys 68,0%, C-tilastoa 0,70.

vaikutus iän ja tupakoinnin.

ei ollut merkittäviä eroja iän tai pakkaus-vuotta tupakoinnin välisen keuhkosyöpä ryhmä ja syöpä-vapaa ohjaimet (taulukko 1).

ennustettu Outcomes

kuvio 5 esittää tuloksista, yhdistää puhalluskoe ja rintakehän CT sarjaan ja rinnakkain [29] .

Nämä ennusteet työllistää arvot raportoidaan National Lung seulonta Trial keuhkosyövän esiintyvyys (1,1%) ja seulonta rintakehän CT (herkkyys 93,8%, spesifisyys 73,4%) [18]. Vaikutus yhdistämällä kaksi testiä (ylhäällä vasen paneeli). TP = true positiivisia, FN = vääriä negatiivisia, TN = true negatiivit, FP = vääriä positiivisia. Yhtälöt osoittavat vaikutuksia herkkyyttä ja spesifisyyttä, kun kaksi testiä A ja B on yhdistetty. Jos diagnostinen kriteeri on positiivinen testitulos sekä -testi ja koe B, niin herkkyys vähenee ja spesifisyys kasvaa verrattuna joko käytetyn testin yksin. Jos diagnostinen kriteeri on positiivinen testitulos joko testi A tai testi B, niin herkkyys lisääntyy ja spesifisyys vähenee verrattuna joko käytetyn testin yksin. Luku osoittaa odotettu lopputulos keuhkosyövän seulontaa miljoona korkean riskin ihmiset (tupakoivat tai entiset tupakoitsijat vuotiaista 50 v tai vanhempi). Tärkein rajoittava tekijä väestön seulontaa ohjelmista on potentiaalisesti valtava määrä vääriä positiivisia testituloksia. Seulonta miljoona ihmistä rinnassa CT yksinään johtaisi 263074 vääriä positiivisia testituloksia, mutta jos rinnassa CT ja puhalluskokeiden ovat molemmat positiivisia, lisääntynyt spesifisyys vähentäisi tämän numeron 88919 eli 66,2%. Jos vain yksi kokeen tulos on positiivinen, niin lisääntynyt herkkyys vähentäisi väärien negatiivisten 682-198 eli 71,0%. Vaikutus rinnakkain ja sarja testaus herkkyyden ja spesifisyyden (ylhäällä oikealla paneeli). Tämä luku näyttää odotettu paraneminen herkkyys ja rintakehän CT keuhkosyöpään, jos se yhdistetään rinnan hengitys testaus. Jos molemmat testit ovat positiivisia keuhkosyöpään, niin spesifisyys nousee 73,4%: sta 91,49%. Jos jompikumpi testi on positiivinen, niin herkkyys nousee 93,8%: sta 98,15%. Jos kaksi testiä käytetään sarjaan ja hengitystestikerralla on negatiivinen, ei ehkä ole tarvetta edetä rinnassa CT koska 98,15% herkkyys on suurempi kuin herkkyys joko käytetyn testin yksin. Positiivinen ennustearvo (PPV) Rintakehän CT yhdistettynä alkometreillä (alhaalla vasemmalla paneeli). Tämä luku näyttää odotettu paraneminen PPV rinnassa CT keuhkosyövän jos yhdistettynä rinnan puhalluskoe. Käytettynä yksinään, PPV rinnassa CT on 3,77%. Jos hengitys testausta käytetään rinnakkain rinnassa CT ja molemmat testit ovat positiivisia, niin PPV nousee 7,91% eli se kasvattaa kertoimella 2,1. Parannus johtuu suurempi spesifisyys yhdistetyn testin ja siitä johtuva väheneminen vääriä positiivisia tuloksia. PPV testin riippuu yleisyys (edellinen) sairauden, ja lasketaan kuten PPV = (SEN X prev) /[(senin X prev + (1-spec) X (1-esikatselu)]. PPV of rinnassa CT keuhkosyöpään on 3,77% [eli 0,938 x 011 /(0,938 X.011 + (1-+0,734 X (1-+0,011)) = 0,0377]. Negatiivinen ennustearvo (NPV) rintakehän CT yhdistettynä puhalluskokeet (alhaalla oikea paneeli). Jos molemmat testit käytetään sarjassa, negatiivinen hengitys testitulos sulkee pois keuhkosyöpä kanssa NPV 99,6%, joka on suurempi kuin nettonykyarvoarvo joko käytetyn testin yksin. huolimatta lisääntyneestä herkkyydestä yhdistetyn testin, vain vaatimaton lisäys NPV on mahdollista, koska ennen testiä NPV perustuva esiintyvyys keuhkosyöpä on 98,9%.

Jos testitulokset ovat yhdenmukaisia ​​(eli molemmat ovat negatiivisia tai molemmat ovat positiivisia), niin spesifisyys yhdistetyn testien verrattuna rintakehän CT yksin, kasvaisi 73,4%: sta 91,01%, ja PPV kasvaisi 3,77%: sta 7,91%. Jos testitulokset ovat ristiriitaisia ​​(eli yksi on negatiivinen ja toinen on positiivinen ), niin herkkyys yhdistettyjä testejä, verrattuna rinnassa CT yksin, kasvaisi 93,8%: sta 98,2%: iin ja NPV kasvaisi 99,52%: sta 99,6%. Kun ennustettu tulos seulonta miljoona ihmistä, lisääntynyt herkkyys ja odotettaisiin vähentää väärien positiivisten määrä Rintakehän CT 66,2% ja väärien negatiivisten tulosten osuus 71,0%.

Keskustelu

Ionic biomarkkereita hengityksen ennusti läsnäolo tai puuttuminen keuhkosyöpään pidennetyn validointitutkimuksessa. Monimuuttujafunktiokehitettiin algoritmi ennustaa diagnoosin rinnakkaiskokeista puhallusnäytettä itsenäisesti analysoitu kahteen laboratorioissa, ja herkkyys, spesifisyys, ja yleinen tarkkuus testin olivat samanlaisia ​​molemmissa sivustoja. Lopputulos Testin ei vaikuttanut merkittävästi iän tai pakkaus-vuotta tupakoinnin.

Tämä on ensimmäinen raportti validointi hengenvetoon biomarkkerit keuhkosyövän pidennetyn monistaa tutkimus. Varhaisimmat todisteet hengitys VOC biomarkkerit keuhkosyöpään raportoivat Gordon et al vuonna 1985 [4], jonka jälkeen Preti ym vuonna 1988 [6] ja useat muut raportit ryhmämme ja muut tutkijat. Nämä tutkimukset yleensä noudatti samanlaista lähestymistapaa biomarkkereiden löytö analysoimalla hengityksen VOC henkilöillä, joilla histologisesti todistettu keuhkosyöpää ja syöpää vapaa valvontaa, vertaamalla sitten kaksi ryhmää tilastollisesti merkitseviä eroja. Useat näistä tutkimuksista väitti, että hengitys haihtuvat orgaaniset yhdisteet tunnistetaan keuhkosyöpä kanssa herkkyys ja spesifisyys arvot suunnilleen samanlaisia ​​kuin tässä raportissa, jossa ROC käyrä AUC-arvot 0,7-,9. Kuitenkin kaikki olivat herkkiä vääriä positiivisia tunnistettujen biomarkkerit keuhkosyöpään, ja yksikään ehdokas biomarkkerit sittemmin validoitu erilliset potilaista.