[发明专利]用于使用光腔衰荡光谱分析样品的方法和系统以及用于生成预测模型的方法

说明书

本公开公开了使用光腔衰荡光谱分析样品以及生成预测模型的方法和系统。将样品的至少一部分装载在衰荡腔中。对于一组波长中的每一个，生成激光束并将其引导到衰荡腔中。消除进入衰荡腔的激光束。经由光强度传感器系统记录针对离开衰荡腔的光的光强度衰减数据。至少间接地使用针对先前分析的样品的光强度衰减数据的数据集，从针对所述组波长的光强度衰减数据确定从其接收了样品的受试者具有生理病症或生理病症的程度的概率，其中已针对先前分析的样品识别了生理病症的存在或不存在或者生理病症的程度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月3日提交的美国临时申请第62/828,750号的优先权，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本说明书一般涉及光谱学，并且更具体地涉及用于使用光腔衰荡光谱分析样品的方法和系统，以及用于生成预测模型的方法。

背景技术

某些生理病症的诊断可能具有挑战性。一种这样的生理病症是肺癌，这是最普遍和最致命的癌症形式之一。虽然当在肺癌的早期、局限阶段发现肺癌时可以改善预后，但在大多数情况下，癌症在已经开始扩散时才被诊断。肺癌的存活率随着其从局部扩散到其他区域而显著下降。因此，肺癌的早期检测是关键的。

目前，建议使用低剂量计算机断层扫描(LDCT)来筛查肺癌。然而，这种方法与高的假阳性率有关，导致许多患者经受不必要的后续评估。随着与该技术和患者暴露于辐射相关的高费用，其灵敏度的缺乏使得LDCT成为不吸引人的解决方案，因为其低特异性可导致高假阳性率。

最近关于用于肺癌检测的呼吸生物标记的大量研究显示了这种替代形式的筛选的前景。在呼出的人的呼吸中已经识别出数千种挥发性有机化合物(“VOC”)，浓度范围从百万分之一体积(ppmv)到万亿分之一体积(pptv)。尽管人们相信癌细胞会影响体内一组VOC的产生，该组VOC通过血流进入肺，并在呼气中离开身体，但是对于该租特定的VOC什么没有很强的一致性。

用于呼气中VOC检测的最广泛使用的技术是质谱，其通常与气相色谱法(“GC-MS”)组合。GC-MS是流行的，因为它在化合物检测中提供高选择性和灵敏度以及在化合物鉴定中提供强准确度。两种化合物在质谱仪和气相色谱仪中表现相似的可能性较低，使得GC-MS在确定性是必要的时成为可靠的选择。在肺癌呼吸分析中，最早在1985年使用GC-MS分析肺癌呼吸生物标记。此后的几项研究集中鉴定了数十种潜在的生物标记。尽管该技术取得了进展，但是GC-MS对于广泛的临床应用是不切实际的，因为它昂贵、耗时，并且需要复杂的样品收集程序，限制了其在实验室研究中的应用。

呼吸分析中出现的另一种技术是电子鼻(“E-nose”)，其使用气敏传感器阵列来检测不同组的VOC。这种VOC检测方法的一些优点优于GC-MS，例如其相对低成本、小尺寸、速度和用于“在线”应用的能力。在线呼吸分析有可能消除对样品存储的需要并向临床医生提供更多的即时反馈。然而，电子鼻远不是理想的。它们需要频繁的校准，它们对湿度和温度变化敏感，并且它们经历漂移和记忆效应。它们还倾向于缺乏使GC-MS具有吸引力的特征，如其高灵敏度、高选择性和其鉴别个别化合物的能力。

光腔衰荡光谱(“CRDS”)是通常用于通过其吸收光谱分析样品的方法。典型的CRDS系统采用生成光束的激光器，该光束被引导到具有两个高反射镜的腔室的腔中。光束通常在可见光谱或近红外(“IR”)光谱内，并且被调谐到单个波长。然后，光束在反射镜之间被重复地反射，这允许一部分光逸出衰荡腔。

为了“填充”衰荡腔，该腔的长度必须与激光波长一致。这通常通过调节两个反射镜之一的位置来实现。当激光器与腔模式谐振时，由于相长干涉而在腔中生成强度。当进入腔的光被消除时，在衰荡腔中的光的强度在为空时以预定速率衰减。一小部分光不被反射镜反射而从衰荡腔中逸出。由传感器部件测量逃逸光的强度以确定衰减速率。