醫(yī)用電子鼻原型的構(gòu)建和傳感器研究.pdf

1、電子鼻，也稱人工嗅覺系統(tǒng)，在香水、飲料、食品等的質(zhì)量控制中具有廣泛的應(yīng)用；但用于疾病診斷的醫(yī)用電子鼻目前尚不成熟，仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。本項(xiàng)目研究并構(gòu)建了一個醫(yī)用電子鼻原型系統(tǒng)，研究的重點(diǎn)是氣體傳感器并進(jìn)行選型和傳感器陣列設(shè)計(jì)、進(jìn)樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、陣列溫度漂移抑制等。 論文從病理學(xué)的角度對醫(yī)用電子鼻的可行性進(jìn)行了論證，并最終以檢測肺癌為目標(biāo)，圍繞著患者呼氣中的揮發(fā)性生物標(biāo)志物，進(jìn)行了氣體傳感器的調(diào)查研究，最終選定了TGS822、MQK

2、II、TGS2620、TGS2602、QS-01等傳感器構(gòu)成傳感器陣列。 由于患者呼出氣體中生物標(biāo)志物的濃度通常較低（ppb-ppt級），因此要求醫(yī)用電子鼻的傳感器具有很低的LoD（最低檢測限）；而在目前的技術(shù)條件下，普通氣體傳感器都達(dá)不到這個要求。因此，在本研究中，除了論證預(yù)濃縮裝置的必要性外，還考慮提高傳感器陣列自身的檢測性能，設(shè)計(jì)了抑制傳感器溫度漂移的實(shí)驗(yàn)方案。該方案的基本思想是在陣列板上增加溫度傳感器，并利用其輸出信息輔

3、助樣本識別；此外還選擇“載氣吹掃頂空”的進(jìn)樣方式，采取了一些改進(jìn)氣室氣密性和氣流均勻性的措施。 在抑制陣列溫漂實(shí)驗(yàn)中，配制了體積百分濃度為0.1％和0.5％的乙醇溶液，用同樣流量的載氣吹掃它們，以產(chǎn)生兩類氣體樣本，輸入氣室與傳感器陣列反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)最后獲得了20例樣本（兩種濃度樣本各10例）。 在數(shù)據(jù)分析中，由于氣流不穩(wěn)定導(dǎo)致某些傳感器的輸出信號不夠穩(wěn)定，因此先采用滑動平均法對輸入信號進(jìn)行預(yù)處理，然后對平滑后的信號進(jìn)行特征參

4、數(shù)提??；最后，分別采用傳感器輸出的最大值、相對值和響應(yīng)時間作為特征參數(shù)，建立了單層感知器和反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Back-Propagation Neural Network，BPNN），用20例樣本中的前16例訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，再用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)去識別剩余的4例樣本。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大多數(shù)情況下沒有誤判；當(dāng)以響應(yīng)時間為特征參數(shù)時，用訓(xùn)練好的BP網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了錯誤識別待測樣本的現(xiàn)象；但多提取一個特征參數(shù)——溫度傳感器在氣體傳感器響應(yīng)時間段內(nèi)的均值，相應(yīng)