利用电子鼻筛查肺癌的呼出气检测应用
来源：慧闻科技
发布时间：2025-08-14
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摘要：人体呼出气包含的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)与人体健康和疾病状态密切相关。电子鼻将气体传感器阵列与模式识别算法结合，可实现气味的识别与分类。针对肺癌患者诊治端口前移需求，基于半导体气体传感器阵列开展呼出气检测电子鼻系统的设计与应用研究，展现出应用于肺癌早期筛查的潜力，有望成为一种无创、便捷的肺部疾病辅助诊断方法。
自新冠疫情爆发以来，呼吸道疾病及其检测已成为全球关注的重要问题。根据世界卫生组织（WHO）截至2023年1月的数据，新冠病毒已导致约670万例确诊死亡病例，这使得疾病的检测、诊断和预防显得更加重要。
除了新冠病毒，肺癌仍然是全球死亡原因之一，肺癌是在全球范围内流行的一种恶性肿瘤。2020年,全球新增约220万肺癌患者，致死率高达82%。肺癌患者不明显的早期临床症状是导致高致死率的原因之一。
▲临床常用的CT设备
当前，临床上多使用以计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)为主的影像学技术与以脾肺穿刺活检为主的病理学诊断方法进行肺癌诊断。影像学技术与病理学诊断方法的准确率较高，但存在成本高、假阳性率高和辐射暴露等问题，在肺癌患者早期诊疗的应用中具有局限性。
因此，研发一种低成本、高准确率、非侵入式的肺癌患者筛查设备对于肺癌患者诊治端口前移，提高肺癌患者生存率是很有必要的。
▲人体呼出气包含的挥发性有机化合物
呼出气中含有人体新陈代谢的产物，其种类与浓度反映了人体内平衡水平及病理情况的严重程度。呼出气分析作为无创医学诊断领域快速发展的一个方向，相比传统的检测方法有着样本易得、无创、安全可靠、检测速度快等优点，被认为是一种理想的临床无创检测方法。
近年来，研究人员致力于研发更加便携经济的呼出气分析设备。呼出气检测技术根据检测原理不同可分为三类：基于气相色谱质谱的谱学检测方法、激光吸收光谱方法和基于传感器的检测方法。
虽然基于气相色谱质谱的谱学检测方法与激光吸收光谱方法有着高灵敏度、低检测下限、可检测低浓度特定气体分子的优势，但复杂且庞大的光学体系、复杂的检测方法、高成本等因素限制了这两种方法在基于呼出气分析的疾病筛查领域的应用。
相比之下，基于传感器的检测方法展现出独特的优势，成为一种更经济、简单的呼出气检测方法。
▲电子鼻诊断的应用
电子鼻系统是一种结合多种非选择性气体传感器与模式识别算法的新型设备，能够对个体呼出气样本形成独特的呼出气指纹，用于挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)的模式分析。
研究表明，肺癌患者呼出气中以苯的衍生物、醛类物质与烷烃类及其衍生物为代表的VOCs可能成为肺癌患者呼出气的标志物。当VOCs与电子鼻中的传感器阵列发生作用时，会引起传感阵列中传感器电导率的变化，从而产生一个特定信号，通过模式识别算法，可以对信号数据进行分析，从而实现对肺癌患者的初步筛查。
电子鼻设备已被证明具有筛查癌症的能力，在临床上也实现了初步应用。随着需求的广泛上升和样本数的增加，呼出气分析中对VOCs的统计学或数学方法将进一步成熟，电子鼻设备中的传感器阵列也能进一步提高数据采样的稳定性，充分展现在分析呼吸道疾病方面的重要潜力。
▲慧闻科技IDM-D03电子鼻气味识别系统
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