Design and development of an e-nose system for the diagnosis of pulmonary diseases

慢性阻塞性肺病 肺癌 电子鼻 肺病 医学 鼻子 气体分析呼吸 支持向量机 传感器阵列 呼吸系统 病理 生物医学工程 内科学 外科 计算机科学 人工智能 机器学习 解剖
作者
V A Binson,M. Subramoniam
出处
期刊:Acta of Bioengineering and Biomechanics [Politechnika Wroclawska Oficyna Wydawnicza]
卷期号:23 (1) 被引量:18
标识
DOI:10.37190/abb-01737-2020-03
摘要

Purpose: The aim of this paper was to discuss the design and development of an innovative e-nose system which can detect respiratory ailments by detecting the Volatile Organic Compounds (VOCs) in the expelled breath. In addition to nitrogen, oxygen, and carbon dioxide, the expelled breath contains several VOCs, some of which are indicative of lung-related conditions and can differentiate healthy controls from people affected with pulmonary diseases. Methods: This work detailed the sensor selection process, the assembly of the sensors into a sensor array, the design and implementation of the circuit, sampling methods, and an algorithm for data analysis. The clinical feasibility of the system was checked in 27 lung cancer patients, 22 chronic obstructive pulmonary disease (COPD) patients, and 39 healthy controls including smokers and non-smokers. Results: The classification model developed using the support vector machine (SVM) was able to provide accuracy, sensitivity, and specificity of 88.79, 89.58 and 88.23%, respectively for lung cancer, and 78.70, 72.50 and 82.35%, respectively for COPD. Conclusions: The sensor array system developed with TGS gas sensors was non-invasive, low cost, and gave a rapid response. It has been demonstrated that the VOC profiles of patients with pulmonary diseases and healthy controls are different, hence, the e-nose system can be used as a potential diagnostic device for patients with lung diseases.

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