通过呼气检测疾病

时间:2016-12-27 10:33:06
来源:环球科学
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通过呼气检测疾病, 现在利用纳米传感技术和人工智能技术,科学家可以根据病人呼出的气体来诊断他们患有什么疾病。这并不是医生或者科学家第一次尝试用人体呼出的气体识别和检测与人体健康相关

 现在利用纳米传感技术和人工智能技术,科学家可以根据病人呼出的气体来诊断他们患有什么疾病。

这并不是医生或者科学家第一次尝试用人体呼出的气体识别和检测与人体健康相关的信息。

 

检查酒驾的酒精传感器就是应用最广泛的例子。这种传感器一般由多种具有气敏性的氧化物半导体材料构成,在与气体接触的过程中,半导体材料能将气体种类和浓度相关的信息转化成电信号,输入系统。根据电信号的强弱,人们就可以判定气体中酒精的浓度了。

 

这次以色列科学家使用的技术则更先进,他们不仅利用了纳米金属技术,还集成了人工智能系统。通过检测人体呼出的空气,这套独立便携的系统能够自动分析出受试可能患有哪些疾病,比如帕金森病、各种炎症或肺癌等。

 

可以说,这是科学家们第一次人体呼出的空气中检测出大量不同的疾病,而使用的设备也只是一部小巧灵活的探测器。Hossam Haick是这项研究的主要研究人员,他来自以色列理工学院(Technion-Israel Institute ofTechnology),他说,“从公元前400年,就已经有人通过分析病人身体传出的有机挥发分(VOCs),或者其他成分来识别疾病了,这些物质的种类和含量与疾病紧密相联。比如,当时就有专门的医生每天观察和嗅闻皇室婴儿的大便和尿液,从而判断婴儿的健康情况。”

 

但是,这个研究小组专研得更深,他们尝试制作一种仪器,能够分析“呼吸指征”,从而识别不同的疾病。这种方法之所以能起作用,是因为,当人体呼出空气时,会呼出很多不同的成分。其中主要是氮气、二氧化碳和氧气,但是其中还会带出100多种可以挥发的化学物质。

 

通过呼气检测疾病 

 

每个人呼出的挥发分的数量与种类,和这个人的健康水平息息相关,这就意味着分析呼出的数据,可以识别不同的疾病,至少,可以提出警示,让医生进一步检查相关症状。

 

而且,分析呼出的空气要比分析人体其他体液容易多了。团队中的人曾写到:“在这些体液中,呼出的空气是最容易获取,也是最容易用仪器检测挥发分成分的来源了,它可以表明身体的到底是健康,还是出了问题。因为呼出的空气容易获取,同时也非侵入性的。这种方式的接受度很高,它提供了一种相对简洁的模型,也可以安全地多次重复,你想测多少遍都行。”

 

为了造出这种设备,研究团队开发了一种人工智能的纳米阵列,上面布满了高度特化的传感器,它能检测呼出的空气中是否存在某些挥发分的数量和种类,同时通过算法判断这些数值是否达到了不同疾病致病时表现出的标准。

 

现在,这个团队从1404个受试者身上收集了2808次呼出的样本,他们有人至少患有能够检出的17种疾病中的一种(这些疾病被分为三大类:癌症、炎症和神经性疾病),还有一些患有这17种疾病以外的病症,当然,还有一组完全健康的人作为对照组。

 

在研究中,他们发现,患有这17种疾病的患者呼出的空气中,有不同的“呼吸指征”,他们呼出的13种挥发分表现除了不同的数量和种类的组合特征。这些组合特征可以让仪器识别出受试是否患有其中几种疾病之一。

 

这项研究还发现,他们可以在一位受试身上发现多种疾病,这就意味着这种设备可以用来检查患者多重患病的情况。

 

在实际投入应用之前,这种设备还需要在大量实验中证明自己的诊断是否有效。之后,他们在不同的受试身上(部分患病,部分健康)测试了这套仪器,想看看检出的准确率到底如何。

 

这个团队的终极目标是想制造一种可便携的,能够轻松操作,快速判断患者是否患有多种疾病的机器设备。这或许可以帮助患者提早发现问题,好在以后的检测中可以获得更准确的诊断结果。

微科普 | 通过呼气检测疾病 | 责任编辑:科普知识网

 现在利用纳米传感技术和人工智能技术,科学家可以根据病人呼出的气体来诊断他们患有什么疾病。

这并不是医生或者科学家第一次尝试用人体呼出的气体识别和检测与人体健康相关的信息。

 

检查酒驾的酒精传感器就是应用最广泛的例子。这种传感器一般由多种具有气敏性的氧化物半导体材料构成,在与气体接触的过程中,半导体材料能将气体种类和浓度相关的信息转化成电信号,输入系统。根据电信号的强弱,人们就可以判定气体中酒精的浓度了。

 

这次以色列科学家使用的技术则更先进,他们不仅利用了纳米金属技术,还集成了人工智能系统。通过检测人体呼出的空气,这套独立便携的系统能够自动分析出受试可能患有哪些疾病,比如帕金森病、各种炎症或肺癌等。

 

可以说,这是科学家们第一次人体呼出的空气中检测出大量不同的疾病,而使用的设备也只是一部小巧灵活的探测器。Hossam Haick是这项研究的主要研究人员,他来自以色列理工学院(Technion-Israel Institute ofTechnology),他说,“从公元前400年,就已经有人通过分析病人身体传出的有机挥发分(VOCs),或者其他成分来识别疾病了,这些物质的种类和含量与疾病紧密相联。比如,当时就有专门的医生每天观察和嗅闻皇室婴儿的大便和尿液,从而判断婴儿的健康情况。”

 

但是,这个研究小组专研得更深,他们尝试制作一种仪器,能够分析“呼吸指征”,从而识别不同的疾病。这种方法之所以能起作用,是因为,当人体呼出空气时,会呼出很多不同的成分。其中主要是氮气、二氧化碳和氧气,但是其中还会带出100多种可以挥发的化学物质。

 

通过呼气检测疾病 

 

每个人呼出的挥发分的数量与种类,和这个人的健康水平息息相关,这就意味着分析呼出的数据,可以识别不同的疾病,至少,可以提出警示,让医生进一步检查相关症状。

 

而且,分析呼出的空气要比分析人体其他体液容易多了。团队中的人曾写到:“在这些体液中,呼出的空气是最容易获取,也是最容易用仪器检测挥发分成分的来源了,它可以表明身体的到底是健康,还是出了问题。因为呼出的空气容易获取,同时也非侵入性的。这种方式的接受度很高,它提供了一种相对简洁的模型,也可以安全地多次重复,你想测多少遍都行。”

 

为了造出这种设备,研究团队开发了一种人工智能的纳米阵列,上面布满了高度特化的传感器,它能检测呼出的空气中是否存在某些挥发分的数量和种类,同时通过算法判断这些数值是否达到了不同疾病致病时表现出的标准。

 

现在,这个团队从1404个受试者身上收集了2808次呼出的样本,他们有人至少患有能够检出的17种疾病中的一种(这些疾病被分为三大类:癌症、炎症和神经性疾病),还有一些患有这17种疾病以外的病症,当然,还有一组完全健康的人作为对照组。

 

在研究中,他们发现,患有这17种疾病的患者呼出的空气中,有不同的“呼吸指征”,他们呼出的13种挥发分表现除了不同的数量和种类的组合特征。这些组合特征可以让仪器识别出受试是否患有其中几种疾病之一。

 

这项研究还发现,他们可以在一位受试身上发现多种疾病,这就意味着这种设备可以用来检查患者多重患病的情况。

 

在实际投入应用之前,这种设备还需要在大量实验中证明自己的诊断是否有效。之后,他们在不同的受试身上(部分患病,部分健康)测试了这套仪器,想看看检出的准确率到底如何。

 

这个团队的终极目标是想制造一种可便携的,能够轻松操作,快速判断患者是否患有多种疾病的机器设备。这或许可以帮助患者提早发现问题,好在以后的检测中可以获得更准确的诊断结果。

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