用于肺癌状态的检测和预防的生物医学感测方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于监测和潜在地防止患者发生肺癌的方法和设备。本发明专利技术包括用于确定患者对患肺癌的易感性或倾向的设备和方法。本发明专利技术还包括监测患者生物标记和环境因素以警告并采取措施来减少暴露于环境因素，并增加对患者肺癌发生的筛查的设备和方法。

【技术实现步骤摘要】
用于肺癌状态的检测和预防的生物医学感测方法和设备相关申请的交叉引用本专利申请要求2016年11月21日提交的美国临时专利申请62/424,719的权益。该专利的内容据此以引用方式并入。
技术介绍
1.
本专利技术涉及用于监测和潜在地防止患者发生肺癌的方法和设备。该领域包括用于确定患者对患肺癌的易感性或倾向的设备和方法。2.相关领域的讨论癌症不是一种单一疾病，而是一系列相关的疾病，这些疾病基本上可以从身体的任何部位开始。在所有类型的癌症中，常见的是身体细胞开始不停分裂，从而增殖并潜在地扩散到周围组织中。在正常情况下，细胞根据身体的需要生长和分裂以形成新的细胞，并且当细胞受到损伤或衰老时，它们会死亡，新的细胞代替受损或衰老的细胞；然而，癌症打断了这一过程。患有癌症时，细胞变得异常，应该死亡的细胞不死亡，并且在不需要时形成新的细胞。这些新细胞可以再生或不停增殖，并且可形成被称为肿瘤的生长。癌症肿瘤是恶性的，这意味着其可以扩散或侵入周围的健康组织。此外，癌细胞可以脱落，并通过血液传送到身体的边远部位或到达淋巴系统。与恶性肿瘤不同，良性肿瘤不会扩散或侵入周围组织；但是，其可长大并导致损害。恶性肿瘤与良性肿瘤二者均可被切除或治疗。恶性肿瘤易于重新生长，而良性肿瘤可以重新生长，但这样的可能性要小得多。癌症是一种遗传性疾病，因为它是由控制细胞发挥功能的方式(尤其是基因的生长和分裂方式)的基因中的变化引起的。导致癌症的基因变化可能是遗传的，或者可能由于细胞分裂时发生的错误或由于某些环境暴露(例如，工业/商业化学物质和紫外线)造成的DNA损伤，而在个体的生命中出现。可导致癌症的基因变化易于影响三种类型的基因；即参与正常细胞生长和分裂的原癌基因，还参与控制细胞生长和分裂的肿瘤抑制基因，以及顾名思义参与修复受损DNA的DNA修复基因。目前已确定超过一百种不同类型的癌症。可根据癌症出现的器官或组织来命名癌症的类型，例如肺癌，或根据形成癌症的细胞类型来命名，例如鳞状细胞癌。不幸的是，癌症在美国和全世界都是造成死亡的主要原因。根据世界卫生组织的数据，未来二十年，每年新发癌症病例的人数将上升至2500万人。肺癌是当今最常见的癌症之一。根据世界卫生组织的“2014年世界癌症报告”，全世界有1400万人患肺癌，死亡人数达到880万人，成为男性癌症相关死亡的最常见原因，也是女性癌症相关死亡的第二常见原因。肺癌或肺恶性肿瘤是一种恶性肺肿瘤，如果不治疗，可能会转移到邻近的组织和器官中。大部分肺癌是由长期吸烟引起的；然而，约10％-15％的肺癌病例与烟草无关。这些非烟草病例最常是由遗传因素和暴露于某些环境条件，包括氡气、石棉、二手烟草烟雾、其他形式的空气污染和其他因素的组合引起的。肺癌以及其他形式的肺癌的存活几率取决于早期检测和治疗。如上所述，癌症可由遗传因素和环境因素的组合引起。因此，应当针对暴露于已知引起或触发该遗传级联的环境因素，优选地监测对癌症(例如，肺癌)具有遗传易感性的个体。传感器或传感器阵列可适于检测环境中的分析物，并提醒个体潜在的暴露风险，以及检测由癌细胞产生的分析物以实现早期检测。传感器阵列优选地将是便携式的，并且被配置为对环境中的分析物和由个体产生的分析物二者进行采样，例如分析呼吸和/或其他身体排放物。期望开发出这样的方案，该方案可基于患者对肺癌的易感性，并且将基于对肺癌的遗传决定型易感性，将适当水平的环境监测与患者筛查相关联。
技术实现思路
因此，本文公开了用于监测遗传易感性患者的环境并警告他们采取行动的方法和设备。另外，还公开了用于感测易感性患者的排放物、生物流体、生物群落和生物计量的方法和设备。接收到警告的患者可采取行动，包括附加的定期筛查，避免出现在可能会不期望地暴露于环境因素水平的场所，此环境因素可能与易感性患者的肺癌风险增加相关。在一些示例中，患者采取的行动可包括穿戴防护服装，诸如具有吸附材料或过滤器的口罩。该设备可感测患者的暴露水平并将结果记录在数据库中。在一些示例中，患者就医时可穿戴监测设备，并且将数据记录在该装置上。医疗专业人员可使用暴露的历史记录来确定要对患者执行的筛查水平，诸如在一个非限制性示例中，患者肺部的计算机断层摄影术(CT)x射线扫描。在一个示例中，可形成用于降低患癌症的潜在风险的系统，该系统包括多个设备。在一些示例中，该系统可包括用于进行基因扩增的热循环仪，其中基因扩增的结果被用于确定患者的DNA序列，以确定患者基因组的目标区域处的变异。该系统可包括第一感测装置，其中第一感测装置安装在患者家中的某一位置处。该系统可包括第二感测装置，其中第二感测装置安装在患者工作场所的某一位置处。该系统可包括处理系统，其中处理系统执行第一算法，该第一算法处理源自第一感测装置和源自第二感测装置的存储数据，并确定阈值水平的状态，其中阈值水平基于在患者基因组的目标区域处所确定的变异结果来确定。在一些示例中，第三感测装置可与患者本身相关联，诸如附接到智能手机或其他可穿戴装置或并入智能手机或其他可穿戴装置中的感测设备。该系统还可包括反馈装置，其中反馈装置基于警报级别的状态向患者传送信号。在另选的实施方案中，系统可被实现为独立的或整装装置，诸如可穿戴或携带的装置。该系统的组成可在部件的性质上具有各种灵活性。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中第一感测装置是非特异性化学传感器。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中非特异性化学传感器中的多个元件以与第一化学物质相关的响应模式，对暴露于非特异性化学传感器周围环境中的化学物质进行响应，该第一化学物质被怀疑与患者患肺癌的风险增加相关。在一些示例中，监测设备可包括多个非特异性化学传感器，这些传感器被连接到神经网络以用于实时模式识别和计算。在另外的示例中，小型深度神经网络，其可包括少至半兆字节存储器，可用于包括深度神经网络的嵌入式系统，以实时识别化学阵列的图案并检测多个部件系统。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中第一化学物质为氡。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中第一化学物质为双(氯甲基)醚。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中第一化学物质属于多环芳烃家族。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中非特异性化学传感器包括掺杂有化学物质的聚合物膜，该化学物质调节聚合物膜表面的吸收特性。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中非特异性化学传感器包括这样的晶体，其自然振荡频率通过材料吸收到表面上或吸收到施加至晶体表面的膜上进行调节。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中非特异性化学传感器检测患者的呼吸中的肺癌生物标记。在一个实施方案中，该系统可包括这样的示例，其中第一感测装置是微粒感测装置。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中第一感测装置感测至少第一生物制剂。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中生物制剂为结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis)。在另一个实施方案中，该系统可包括这样的示例，这些示例另外包括感测患者周围的直接环境的个人感测装置。在一个示例中，个人感测装置感测放射性。在一个示例中，个人感测可包括化学暴露感测。在一个示例中，个人感测可包括微粒暴露感测。在一个示例中，个人感测可包括血液感测。在一个示例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测癌症形式的系统，所述系统包括：一种装置，所述装置用于获得患者的基因数据以确定所述患者基因组的目标位置处的变异，其中所述变异与具有所述癌症形式的风险增加有关；第一数据库记录，其中所述第一数据库记录包含家族健康史的记录；第二数据库记录，其中所述第二数据库记录包含一个或多个空数据集以及所述患者的环境暴露记录；第一传感器系统，其中所述第一传感器系统被配置为感测与癌症状态有关的生物标记，其中所述生物标记来自所述用户；第二传感器系统，其中所述第二传感器系统被配置为感测所述用户的所述局部环境中的一种或多种微粒物质和化学污染物；处理系统，所述处理系统实现以下中的至少一者：第一算法，所述第一算法处理来自所述第一传感器系统的数据，以将第一传感器系统结果与阈值水平进行比较，其中所述阈值水平基于以下中的一者或多者来确定：i) 在所述患者基因组的目标位置处确定的变异的结果，ii) 所述第一数据库记录，以及iii) 所述第二数据库记录；以及第二算法，所述第二算法处理来自所述第二传感器的数据，以确定所述患者位置处的环境条件；以及反馈装置，所述反馈装置被配置为基于所述处理系统的处理结果向所述患者传送信号。

【技术特征摘要】
2016.11.21 US 62/424719;2017.10.31 US 15/7990811.一种用于检测癌症形式的系统，所述系统包括：一种装置，所述装置用于获得患者的基因数据以确定所述患者基因组的目标位置处的变异，其中所述变异与具有所述癌症形式的风险增加有关；第一数据库记录，其中所述第一数据库记录包含家族健康史的记录；第二数据库记录，其中所述第二数据库记录包含一个或多个空数据集以及所述患者的环境暴露记录；第一传感器系统，其中所述第一传感器系统被配置为感测与癌症状态有关的生物标记，其中所述生物标记来自所述用户；第二传感器系统，其中所述第二传感器系统被配置为感测所述用户的所述局部环境中的一种或多种微粒物质和化学污染物；处理系统，所述处理系统实现以下中的至少一者：第一算法，所述第一算法处理来自所述第一传感器系统的数据，以将第一传感器系统结果与阈值水平进行比较，其中所述阈值水平基于以下中的一者或多者来确定：i)在所述患者基因组的目标位置处确定的变异的结果，ii)所述第一数据库记录，以及iii)所述第二数据库记录；以及第二算法，所述第二算法处理来自所述第二传感器的数据，以确定所述患者位置处的环境条件；以及反馈装置，所述反馈装置被配置为基于所述处理系统的处理结果向所述患者传送信号。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一传感器系统是非特异性化学传感器。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二传感器系统是非特异性化学传感器。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述非特异性化学传感器中的多个元件以与第一化学物相关的响应模式，对暴露于所述非特异性化学传感器周围环境中的化学物进行响应，所述第一化学物被怀疑与所述患者患肺癌的风险增加相关。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一化学物为氡。6.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一化学物为双(氯甲基)醚。7.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一化学物属于多环芳烃家族。8.根据权利要求3所述的系统，其中所述非特异性化学传感器包括掺杂有化学物质的聚合物膜，所述化学物质调节所述聚合物膜表面的吸收特性。9.根据权利要求3所述的系统，其中所述非特异性化学传感器包括晶体，所述晶体的自然振荡频率通过材料吸收到表面上或吸收到施加至所述晶体表面的膜上进行调节。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一传感器系统检测所述患者的呼吸中的肺癌生物标记。11.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二传感器系统是微粒感测装置。12.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二传感器系统感测至少第一生物制剂。13.根据权利要求12所述的系统，其中所述生物制剂为结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis)。14.根据权利要求1所述的系统，还包括固定式感测系统，所述固定式感测系统在所述患者工作时感测所述患者周围的工作环境。15.根据权利要求14所述的系统，其中所述固定式感测系统感测放射性。16.根据权利要求14所述的系统，其中所述固定式感测传感器包括化学暴露感测。17.根据权利要求14所述的系统，其中所述固定式感测系统包括微粒暴露感测。18.根据权利要求14所述的系统，其中所述固定式感测系统包括血液感测。19.根据权利要求14所述的系统，其中所述固定式感测系统包括生物计量的感测。20.根据权利要求19所述的系统，其中所述生物计量为吸入速率。21.根据权利要求19所述的系统，其中所述生物计量为所述患者的脉搏。22.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一传感器系统位于所述患者的肺内。23.根据权利要求1所述的系统，其中位于所述患者的肺内的所述第一传感器系统感测化学标记。24.根据权利要求1所述的系统，其中位于所述患者的肺内的所述第一传感器系统感测暴露于环境化学物的情况。25.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一传感器系统和所述第二传感器系统中的至少一者将其无线通信装置配置成具有其他区域分布式传感器系统的网状网络拓扑结构。26.一种降低易患肺癌的患者患肺癌的风险的方法，所述方法包括：通过分析所述患者的基因组来确定所述患者患肺癌的易感性；通过分析所述患者的家族史来确定所述患者患肺癌的易感性；通过分析所述患者的环境暴露史来确定所述患者患肺癌的易感性；激活第一传感器系统，其中所述第一传感器系统被配置为感测与癌症状态相关的生物标记，并且其中所述生物标记来自所述用户；激活第二传感器系统，其中所述第二传感器系统被配置为感测所述用户的所述局部环境中的一种或多种微粒物质和化学污染物；激活处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：FA弗里特施，RB普格，
申请(专利权)人：庄臣及庄臣视力保护公司，
类型：发明
国别省市：美国,US