訓練犬檢測人類癌癥氣味的幾個技術要點

熊玉強 蘆 帥 趙勤濤 葛 崢

肺癌是威脅人類生命健康最主要的惡性腫瘤之一，在肺癌早期能進行快速診斷對于提高肺癌患者的生存概率具有十分重要的意義。大量的研究數(shù)據(jù)表明，癌癥患者的人體代謝氣味，如尿液、汗液以及呼出氣體等中含有與健康人不一樣的揮發(fā)特異性有機物。犬的嗅覺在社會實踐中被不斷發(fā)掘與利用，實踐水平也相當成熟，經(jīng)過專業(yè)訓練的犬能夠正確區(qū)分癌癥患者與健康人的代謝氣味。本文主要是闡述筆者在訓練嗅癌犬成功后，針對嗅癌犬訓練過程中一些要點的總結。

犬嗅診人類癌癥是犬使用技術的一項拓展，在很久以前就有人對此進行過一定的研究，早在1989 年的時候，威廉姆斯等人就針對犬的嗅認能力而首次提出犬能通過癌癥病人所具有的特殊氣味來檢測惡性腫瘤的相關猜想，并且在之后陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)對癌癥檢測的相關報道。在2004 年，在前列腺癌和膀胱癌患者尿液中甲醛的濃度高于健康人的研究結果基礎上，威廉姆斯等人又繼續(xù)提出實驗方案，證明犬在經(jīng)過相關訓練后能夠準確識別膀胱癌患者尿液氣味，之后不斷出現(xiàn)了更多關于用犬來檢測肺癌、前列腺癌、乳腺癌、卵巢癌等相關的研究報告。另外麥卡洛克等人的研究結果表明，經(jīng)過特殊訓練的犬，區(qū)分肺癌患者和健康人呼出氣體的靈敏度和特異度均可達99%，區(qū)分乳腺癌患者和健康人呼出氣體的靈敏度和特異度分別達到88%和98%。在霍爾瓦特等人的研究中，證明犬可以通過嗅認區(qū)分正常組織與卵巢癌組織。以上實驗結果都說明利用犬敏銳的嗅覺，進行相關訓練后，可以準確地區(qū)分癌癥患者和健康人的呼出氣體或排泄物中是否含有的VOCs，從而達到檢測癌癥的目的。筆者主要結合本課題實踐操作，在訓練過程中共采集80 例肺癌患者的樣本，每人采集3 份共計240 份嗅源樣本，并采集150 例健康人共計450 份健康樣本，經(jīng)過3 個月的訓練，成功訓練出3 頭識別肺癌氣味靈敏度和特異度均達到90%的工作犬。本文根據(jù)訓練過程中的經(jīng)驗總結，認為在犬特異度識別肺癌氣味的訓練過程中需要注意以下幾個技術要點。

一、選擇素質好的犬作為受訓犬

犬鑒別癌癥氣味是一項精細化的訓練，對犬的素質有一定的要求，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：一是要膽量大。膽量大的犬有利于快速適應訓練形式、快速建立氣味聯(lián)系。二是要食欲強。對犬的行為標記和行為塑造中，食物獎勵作為最重要的一種獎勵形式，食欲強的犬在前期培養(yǎng)氣味聯(lián)系過程中，容易快速建立氣味聯(lián)系。三是要銜取欲和占有欲強。具備良好的銜取欲和占有欲的犬，在培養(yǎng)犬的作業(yè)欲望和持續(xù)作業(yè)能力都能起到作用。四是要受訓犬年齡不宜過大。有研究認為犬的年齡是影響犬氣味作業(yè)的一個重要原因，沒有經(jīng)過訓練的犬年齡超過3 歲以后，不僅很多行為習慣難以糾正，而且氣味作業(yè)的意識和對氣味的感受能力均會受到不同程度的影響，建議使用1歲齡以下的犬作為受訓犬。本課題選擇的受訓犬是3 頭2 歲齡的馬里努阿犬和1 頭6 月齡的德國牧羊犬，其中2 頭馬里努阿犬經(jīng)過3 個月的搜爆訓練，1 頭馬里努阿犬經(jīng)歷過3 個月的搜毒訓練，所選受訓犬都具備興奮性好、銜取欲強、食欲旺盛等良好素質。

二、氣味的采集與保存

本研究的氣味采集包括目標物氣味（肺癌氣味）和配物氣味（健康人體氣味）的采集。氣味的采集和保存涉及氣味采集的方式、氣味采集的種類、保存的時長等問題。首先氣味采集的形式，本研究在實踐研究過程中經(jīng)過多次實驗，最后選用的是無菌紗布作為呼出氣味的載體，每次選取3 片紗布放入口罩中，然后將紗布對準口鼻，戴上口罩5 分鐘，之所以選擇將紗布放入口罩中是為了盡可能地減少環(huán)境中的氣味對氣味采集的影響。氣味的種類需要考慮以下幾個方面的問題：吸煙、飲食、年齡、地域和性別因素對呼出氣體的影響，環(huán)境氣味對檢測結果造成的系統(tǒng)性誤差。因為有研究表明吸煙會造成檢測結果的假陽性率上升，同時由于肺癌患者中，吸煙人群所占比重較大，因此吸煙會造成犬對氣味識別具有選擇性。飲食也是影響訓練的一個重要因素，使用色譜技術對呼出氣體的檢測發(fā)現(xiàn)，不同飲食條件下的人呼出氣體的揮發(fā)性有機物的數(shù)量和比例會有所不同。同樣的，不同年齡、地域和性別的人呼出氣體的揮發(fā)性有機物的種類也不相同，同一個人年輕階段的代謝物氣味和老年階段的代謝物氣味是不同的，不同的民族和地域由于飲食習慣、自然條件等方面的差異，代謝物氣味也不一樣，這都會影響犬的訓練。因此配物氣味要選擇不同地域、不同民族、不同性別和不同年齡階段的人群，以避免造成系統(tǒng)性的差異。

保存時間是影響犬訓練的另一個重要因素，研究表明紗布吸附的氣味在無密封的條件下保存1 周以后，犬識別的靈敏度和特異度大大下降。使用硅樹脂的棉球吸附氣味比沒有使用硅樹脂的棉球吸附氣味的保存時間更長，更有利于犬的訓練和使用。

“黃金標準”的使用也是影響訓練效果的一個主要原因。所謂“黃金標準”即所采集的肺癌患者樣本一定是確診者的樣本，所采集的配物樣本一定是無肺癌的人的樣本。由于受到醫(yī)學上早期肺癌檢測靈敏度不夠高的影響，配物氣味100%是非肺癌氣味是很難達到的，因此可以從兩個方面盡可能地規(guī)避。一是前期訓練選擇30 歲以下的年輕樣本作為配物，根據(jù)國家腫瘤中心發(fā)布的中國最新腫瘤現(xiàn)狀及趨勢報告顯示，30 歲以下腫瘤的發(fā)病率很低，因此，選擇該年齡段人群的樣本作為配物可以盡可能地避免在配物樣本中混有肺癌樣本。二是對年齡大的人先進行癌癥篩查，再提取氣味樣本。

三、犬良好搜索形式的培養(yǎng)

由于肺癌氣味比較特殊，吸附的氣味易揮發(fā)和被污染。因此，在訓練的初期，犬具備搜索積極性的同時，還需培養(yǎng)其作業(yè)的有序性、仔細程度、氣味敏感度。在嗅癌犬訓練初期，需科學地設置訓練條件，選取不同種類的訓練環(huán)境，諸如小塊草坪場地、方塊水泥墩、氣味鑒別平臺等。在初期訓練過程中多采用隱蔽式銜取方式，培養(yǎng)犬的基本作業(yè)動力，搜索形式不斷由小范圍向大范圍、單一形式向多元形式等方面拓展，建立犬對“搜”口令的條件反射。同時針對不同的搜索形式及犬的搜索狀態(tài)，采用直接獎勵與間接獎勵相結合的獎勵方式，充分調動犬作業(yè)的欲望和作業(yè)的有序性。

四、訓練設施的選擇與使用

由于人呼出氣體是微小的且易揮發(fā)，訓練設施的選擇與使用得當，能讓犬更快建立氣味聯(lián)系。本課題嗅癌犬訓練主要是使用自主發(fā)明的多功能搜索自動獎勵裝置，以及多孔式空心磚、多功能鑒別罐等，使用以上設施訓練，有多方面的作用。首先，氣味不易揮發(fā)，由于與空氣接觸面小，紗布上吸附的氣味不易散發(fā)至空氣中；其次，便于犬深刻嗅認，選用的訓練設施與空氣接觸面都相對較小，犬可以很快速地捕捉和嗅認吸附在紗布上的氣味；最后，以上訓練設施可以根據(jù)訓練條件不斷更換擺放形式，可以發(fā)揮犬的自主作業(yè)能力及逐一分化能力，嗅源氣味在各類設施中不易快速散發(fā)，養(yǎng)成犬良好的搜索作業(yè)習慣。

五、否定式搜索訓練能力的培養(yǎng)

犬嗅診癌癥氣味作為早期癌癥診斷的一種潛在輔助手段，在對氣味進行篩查過程中，不是每次的篩查在被鑒物中都有癌癥患者的呼出氣體，因此在訓練過程中需要進行必要的無目標物搜索訓練，讓犬明確訓練目的，有目標物就示警，沒有目標物就不反應，盡量避免在實際嗅診過程中造成假陽性。

在訓練至中后期時適當穿插否定式搜索訓練，有目標物與無目標物訓練形式穿插開，尤其是在無目標物訓練時，要充分把握犬作業(yè)的時間，盡量不要消磨犬的搜索積極性，造成犬的假反應，在規(guī)定時間內搜索無果可喚回犬進行口頭鼓勵或獎勵，而后可進行有目標物搜索，以提升犬作業(yè)的信心與積極性。

六、訓練中充分發(fā)揮訓導員的主觀能動性

嗅癌犬訓練是一項人犬結合的工作，在訓練過程中訓導員要做好每次訓練的計劃，把握訓練中犬的每個細節(jié)，時刻掌握犬在搜索過程中的舉動，訓練前要讓犬得到充分的散放，訓練結束后訓導員要及時作出總結，針對訓練中出現(xiàn)的情況要進行分析、研判，然后做好對下一次訓練的改良。另外，在設置訓練時，要充分考慮犬的作業(yè)欲望和狀態(tài)，在訓練上及時調整，不要一味地注重能力及條件的提升，訓練條件上把握好起伏狀態(tài)，讓犬時刻保持作業(yè)動力。