训练犬检测人类癌症气味的几个技术要点

熊玉强 芦 帅 赵勤涛 葛 峥

肺癌是威胁人类生命健康最主要的恶性肿瘤之一，在肺癌早期能进行快速诊断对于提高肺癌患者的生存概率具有十分重要的意义。大量的研究数据表明，癌症患者的人体代谢气味，如尿液、汗液以及呼出气体等中含有与健康人不一样的挥发特异性有机物。犬的嗅觉在社会实践中被不断发掘与利用，实践水平也相当成熟，经过专业训练的犬能够正确区分癌症患者与健康人的代谢气味。本文主要是阐述笔者在训练嗅癌犬成功后，针对嗅癌犬训练过程中一些要点的总结。

犬嗅诊人类癌症是犬使用技术的一项拓展，在很久以前就有人对此进行过一定的研究，早在1989 年的时候，威廉姆斯等人就针对犬的嗅认能力而首次提出犬能通过癌症病人所具有的特殊气味来检测恶性肿瘤的相关猜想，并且在之后陆陆续续出现对癌症检测的相关报道。在2004 年，在前列腺癌和膀胱癌患者尿液中甲醛的浓度高于健康人的研究结果基础上，威廉姆斯等人又继续提出实验方案，证明犬在经过相关训练后能够准确识别膀胱癌患者尿液气味，之后不断出现了更多关于用犬来检测肺癌、前列腺癌、乳腺癌、卵巢癌等相关的研究报告。另外麦卡洛克等人的研究结果表明，经过特殊训练的犬，区分肺癌患者和健康人呼出气体的灵敏度和特异度均可达99%，区分乳腺癌患者和健康人呼出气体的灵敏度和特异度分别达到88%和98%。在霍尔瓦特等人的研究中，证明犬可以通过嗅认区分正常组织与卵巢癌组织。以上实验结果都说明利用犬敏锐的嗅觉，进行相关训练后，可以准确地区分癌症患者和健康人的呼出气体或排泄物中是否含有的VOCs，从而达到检测癌症的目的。笔者主要结合本课题实践操作，在训练过程中共采集80 例肺癌患者的样本，每人采集3 份共计240 份嗅源样本，并采集150 例健康人共计450 份健康样本，经过3 个月的训练，成功训练出3 头识别肺癌气味灵敏度和特异度均达到90%的工作犬。本文根据训练过程中的经验总结，认为在犬特异度识别肺癌气味的训练过程中需要注意以下几个技术要点。

一、选择素质好的犬作为受训犬

犬鉴别癌症气味是一项精细化的训练，对犬的素质有一定的要求，具体表现在以下几个方面：一是要胆量大。胆量大的犬有利于快速适应训练形式、快速建立气味联系。二是要食欲强。对犬的行为标记和行为塑造中，食物奖励作为最重要的一种奖励形式，食欲强的犬在前期培养气味联系过程中，容易快速建立气味联系。三是要衔取欲和占有欲强。具备良好的衔取欲和占有欲的犬，在培养犬的作业欲望和持续作业能力都能起到作用。四是要受训犬年龄不宜过大。有研究认为犬的年龄是影响犬气味作业的一个重要原因，没有经过训练的犬年龄超过3 岁以后，不仅很多行为习惯难以纠正，而且气味作业的意识和对气味的感受能力均会受到不同程度的影响，建议使用1岁龄以下的犬作为受训犬。本课题选择的受训犬是3 头2 岁龄的马里努阿犬和1 头6 月龄的德国牧羊犬，其中2 头马里努阿犬经过3 个月的搜爆训练，1 头马里努阿犬经历过3 个月的搜毒训练，所选受训犬都具备兴奋性好、衔取欲强、食欲旺盛等良好素质。

二、气味的采集与保存

本研究的气味采集包括目标物气味（肺癌气味）和配物气味（健康人体气味）的采集。气味的采集和保存涉及气味采集的方式、气味采集的种类、保存的时长等问题。首先气味采集的形式，本研究在实践研究过程中经过多次实验，最后选用的是无菌纱布作为呼出气味的载体，每次选取3 片纱布放入口罩中，然后将纱布对准口鼻，戴上口罩5 分钟，之所以选择将纱布放入口罩中是为了尽可能地减少环境中的气味对气味采集的影响。气味的种类需要考虑以下几个方面的问题：吸烟、饮食、年龄、地域和性别因素对呼出气体的影响，环境气味对检测结果造成的系统性误差。因为有研究表明吸烟会造成检测结果的假阳性率上升，同时由于肺癌患者中，吸烟人群所占比重较大，因此吸烟会造成犬对气味识别具有选择性。饮食也是影响训练的一个重要因素，使用色谱技术对呼出气体的检测发现，不同饮食条件下的人呼出气体的挥发性有机物的数量和比例会有所不同。同样的，不同年龄、地域和性别的人呼出气体的挥发性有机物的种类也不相同，同一个人年轻阶段的代谢物气味和老年阶段的代谢物气味是不同的，不同的民族和地域由于饮食习惯、自然条件等方面的差异，代谢物气味也不一样，这都会影响犬的训练。因此配物气味要选择不同地域、不同民族、不同性别和不同年龄阶段的人群，以避免造成系统性的差异。

保存时间是影响犬训练的另一个重要因素，研究表明纱布吸附的气味在无密封的条件下保存1 周以后，犬识别的灵敏度和特异度大大下降。使用硅树脂的棉球吸附气味比没有使用硅树脂的棉球吸附气味的保存时间更长，更有利于犬的训练和使用。

“黄金标准”的使用也是影响训练效果的一个主要原因。所谓“黄金标准”即所采集的肺癌患者样本一定是确诊者的样本，所采集的配物样本一定是无肺癌的人的样本。由于受到医学上早期肺癌检测灵敏度不够高的影响，配物气味100%是非肺癌气味是很难达到的，因此可以从两个方面尽可能地规避。一是前期训练选择30 岁以下的年轻样本作为配物，根据国家肿瘤中心发布的中国最新肿瘤现状及趋势报告显示，30 岁以下肿瘤的发病率很低，因此，选择该年龄段人群的样本作为配物可以尽可能地避免在配物样本中混有肺癌样本。二是对年龄大的人先进行癌症筛查，再提取气味样本。

三、犬良好搜索形式的培养

由于肺癌气味比较特殊，吸附的气味易挥发和被污染。因此，在训练的初期，犬具备搜索积极性的同时，还需培养其作业的有序性、仔细程度、气味敏感度。在嗅癌犬训练初期，需科学地设置训练条件，选取不同种类的训练环境，诸如小块草坪场地、方块水泥墩、气味鉴别平台等。在初期训练过程中多采用隐蔽式衔取方式，培养犬的基本作业动力，搜索形式不断由小范围向大范围、单一形式向多元形式等方面拓展，建立犬对“搜”口令的条件反射。同时针对不同的搜索形式及犬的搜索状态，采用直接奖励与间接奖励相结合的奖励方式，充分调动犬作业的欲望和作业的有序性。

四、训练设施的选择与使用

由于人呼出气体是微小的且易挥发，训练设施的选择与使用得当，能让犬更快建立气味联系。本课题嗅癌犬训练主要是使用自主发明的多功能搜索自动奖励装置，以及多孔式空心砖、多功能鉴别罐等，使用以上设施训练，有多方面的作用。首先，气味不易挥发，由于与空气接触面小，纱布上吸附的气味不易散发至空气中；其次，便于犬深刻嗅认，选用的训练设施与空气接触面都相对较小，犬可以很快速地捕捉和嗅认吸附在纱布上的气味；最后，以上训练设施可以根据训练条件不断更换摆放形式，可以发挥犬的自主作业能力及逐一分化能力，嗅源气味在各类设施中不易快速散发，养成犬良好的搜索作业习惯。

五、否定式搜索训练能力的培养

犬嗅诊癌症气味作为早期癌症诊断的一种潜在辅助手段，在对气味进行筛查过程中，不是每次的筛查在被鉴物中都有癌症患者的呼出气体，因此在训练过程中需要进行必要的无目标物搜索训练，让犬明确训练目的，有目标物就示警，没有目标物就不反应，尽量避免在实际嗅诊过程中造成假阳性。

在训练至中后期时适当穿插否定式搜索训练，有目标物与无目标物训练形式穿插开，尤其是在无目标物训练时，要充分把握犬作业的时间，尽量不要消磨犬的搜索积极性，造成犬的假反应，在规定时间内搜索无果可唤回犬进行口头鼓励或奖励，而后可进行有目标物搜索，以提升犬作业的信心与积极性。

六、训练中充分发挥训导员的主观能动性

嗅癌犬训练是一项人犬结合的工作，在训练过程中训导员要做好每次训练的计划，把握训练中犬的每个细节，时刻掌握犬在搜索过程中的举动，训练前要让犬得到充分的散放，训练结束后训导员要及时作出总结，针对训练中出现的情况要进行分析、研判，然后做好对下一次训练的改良。另外，在设置训练时，要充分考虑犬的作业欲望和状态，在训练上及时调整，不要一味地注重能力及条件的提升，训练条件上把握好起伏状态，让犬时刻保持作业动力。