[发明专利]一种用于乳腺癌筛查的电子鼻及其检测方法

说明书

本发明涉及一种用于乳腺癌筛查的电子鼻及其检测方法。电子鼻包含检测部件、电路和上位机，检测部件采集乳腺癌患者与健康人群呼吸气体的原始响应信号，并将原始响应信号通过电路传输给上位机分析；上位机中设有数据预处理、PCA降维、留一法交叉验证与随机森林分类算法等程序，实现对乳腺癌患者与健康人群的数据区分。本发明中的电子鼻系统能在早期比较乳腺癌患者与健康人呼出的挥发性有机化合物，并对其完成预测分类。

技术领域

本发明涉及电子鼻应用技术领域，特别是涉及一种用于乳腺癌筛查的电子鼻及其检测方法。

背景技术

乳腺癌是指发生于乳腺上皮或导管上皮的恶性肿瘤，是女性最常见的恶性肿瘤之一。全球每年新发120万乳腺癌，每年约有50万死亡。但是在常见的恶性肿瘤之中，乳腺癌的5年生存率是相对较高的，据《柳叶刀》上发表的全球癌症生存状况监测数据显示，乳腺癌死亡的人数低于其他癌症(肺癌、肝癌和胃癌)的死亡人数，这表明乳腺癌是可以治疗的，因此尽早检测发现和及时治疗显得尤为重要。目前乳腺癌常用的检测方式主要有x线摄影、超声，磁共振成像(MRI)等。x线摄影是临床最常用、无创伤乳腺癌早筛方法，但不适合所有人群(如妊娠女性)；超声检测在致密型乳腺女性中有更高的病变检出率，能更加全面地观察整个乳腺，降低乳腺癌漏诊率，但是未出现肿块或肿块影像不明显时，超声难以发现微小钙化灶及毛刺样改变；磁共振成像(MRI)也可用于乳腺癌的筛查，但由于经济因素的考量，MRI不适合作为常规筛查。因此医疗系统需要一种快速、廉价、有效的诊断方法来指导临床诊断和制定治疗方案。

“呼气检测”作为一种新型的无创检查方法，在多种疾病的诊断中显示出广阔的应用前景。人身体各个部位器官代谢产生的生物标志物会随着血液循环到达肺泡，并通过呼气排出体外，这个过程让人的呼出气体含有1000多种挥发性有机化合物，可使用电子鼻与气相色谱和质谱(GC/MS)对这些特定挥发性代谢产物进行定量分析与比较，但GC-MS具有一定的局限性，如昂贵、复杂、耗时和需要专家操作员等缺点，与之相比电子鼻有便捷、简单和易操作等优点。因此研究电子鼻诊断乳腺癌早期诊断方法及系统是非常有意义的。

发明内容

针对现有技术问题，本发明提出了一种用于乳腺癌筛查的电子鼻及其检测方法，利用电子鼻中的传感器阵列对乳腺癌患者与健康人进行样本采集，结合随机森林算法的检测方法对数据进行分析，对其完成分类，正确区分患者是否患有乳腺癌，在乳腺癌早期诊断上提供数据参考，并为乳腺癌或者乳腺良性结节的医学研究提供了可靠的依据。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种用于乳腺癌筛查的电子鼻，包含检测部件、电路和上位机，所述检测部件包含了通过软管依次串联的检测腔、微型泵和流量计，所述流量计反馈控制微型泵，外界气体进入检测腔后，依次通过微型泵和流量计，同时流量计反馈控制微型泵，保证电子鼻的气体流速恒定；所述检测腔内设有12个气体传感器、1个温度传感器和1个湿度传感器，用于采集呼吸气体的原始响应信号；所述检测部件采集不同人群呼吸气体的原始响应信号，所述电路将检测腔采集到的原始响应信号传输给上位机分析，所述上位机接受并显示不同传感器的响应信号，且能够判断呼气样本的标准与否，完成对乳腺癌或者乳腺良性结节患者与健康人的数据区分。

在实际应用中，检测腔多采用不锈钢材料，以减少VOCs的吸附和材料本身对传感器的干扰。

上述用于乳腺癌筛查的电子鼻的检测方法，包括以下步骤：

S1：利用传感器阵列获得乳腺癌患者与健康人的原始响应数据集X；

S2：将原始响应数据集X进行相关计算处理得到样本集X_s；

S3：对样本集X_s进行标准化处理得到X_m；

S4：对标准化处理后的样本集X_m进行特征降维生成新的特征样本集X_{m_pca}；