혁신적인 인공 호흡 분석기는 “냄새”로 질병을 진단합니다.
인공 지능, 나노 기술 및 분자 화학이 교차합니다.
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파킨슨 병, 다발성 경화증, 간부전, 크론 병, 폐 고혈압, 만성 신장 질환 또는 단순하고 비 침습적 인 호흡 검사를 기반으로 한 여러 가지 암이 있는지 알아낼 수 있다고 상상해보십시오. 알코올을 검출하는 호흡 분석기는 반세기가 넘었으며 질병을 감지하는 데 동일한 개념을 적용하지 않는 이유는 무엇입니까? 이스라엘, 프랑스, 라트비아, 중국 및 미국 대학의 과학자들로 구성된 글로벌 팀이 호흡으로 인한 17 가지 질병을 86 %의 정확도로 탐지하는 AI (인공 지능) 시스템을 개발했습니다.
Technion-Israel Institute of Technology의 Hassam Haick 교수가 이끄는 연구팀은 질병이없는 건강한 대조군 (1404 명) 또는 17 가지 다른 질병 중 하나를 사용하여 숨 샘플을 수집했습니다. 폐암, 직장암, 두 경부암, 난소 암, 방광암, 전립선 암, 신장 암, 위암, 크론 병, 궤양 성 대장염, 과민성 장 증후군, 특발성 파킨슨 병, 비정형 파킨슨 ISM, 다발성 경화증, 폐 고혈압, 전자 간증 중독증 및 만성 신장 질환.
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개념은 상대적으로 간단합니다. 질병의 호흡을 확인하고 인간 호기와 비교하십시오. 복잡하게 만드는 이유는 개념을 실행하는 것입니다. 예를 들어, 질병의 호흡을 식별하는 방법은? 지문처럼 독특합니까? 이 질문에 대답하려면 호흡의 분자 구성을 자세히 살펴야합니다.
우리가 내뱉을 때, 질소, 산소, 이산화탄소, 아르곤 및 수증기가 방출됩니다. 인간의 호흡에는 휘발성 유기 화합물 (VOCs) – 가스로 방출되고 상온에서 증기압이 높은 유기 화학 물질도 포함되어 있습니다. 현대 양자 화학 및 분자 생물학의 창시자이자 1954 년 노벨 화학상 수상자이자 1962 년 노벨 평화상 수상자 인 미국의 생화학 자 리누스 폴링 (Linus Pauling)은 1971 년 기체 액체 크로마토 그램을 사용하여 250 가지 인간 호흡 휘발 물질을 연구했습니다. 현대 호흡 분석의 선구자로 널리 간주됩니다. Exhaled breath는 ” Annals of Alergy, Asthma & Immunology “에 발표 된 2011 년 연구에 따르면 주로 소량의 VOC로 구성된 약 3,500 가지 이상의 성분을 함유하고 있습니다.
VOC는 호흡 분석기와 사람 모두를위한 냄새 과정의 공통 요소입니다. 우리가 흡입 할 때, 코는 전형적으로 휘발성 (증발하기 쉬운) 화학 물질을 포함하는 냄새 분자를 흡입합니다. 냄새 분자가 비강을 뒤덮는 후각 상피 조직에 접촉하면, 후각 수용체와 결합하여 뇌의 후각 구근에있는 사구체라고 불리는 구형 구조에 전기 자극을 보낸다. 후각 구면 근처에는 약 2,000 개의 사구체가 있습니다. 냄새는 사구체에서 방출 된 냄새 패턴에 대한 뇌의 해석입니다. 인간의 코는 1 조개의 냄새를 감지 할 수 있습니다. Haick의 연구원 팀에서는 나노 기술과 기계 학습이 냄새를 맡는 과정에서 생물학적 뇌를 대체합니다.
Haick의 과학자 팀은 연구에서 선택된 질병과 관련된 휘발성 유기 화합물을 검출하도록 훈련 된 나노 기술 기반 센서를 사용하는 “NaNose”라고 불리는 시스템을 개발했습니다. NaNose에는 두 개의 레이어가 있습니다. 하나는 나노 튜브와 전기 전도성을위한 금 나노 입자가 함유 된 무기 나노 층입니다. 다른 하나는 들어오는 VOC에 기초하여 무기 층의 전기 저항을 제어하는 탄소를 갖는 유기 감지 층이다. 전기 저항은 VOC에 따라 달라집니다.
인공 지능 (AI)은 데이터를 분석하는 데 사용됩니다. 특히, 깊은 학습은 수신 신호를 특정 질병의 화학적 표지와 일치시키기 위해 데이터의 패턴을 식별하는 데 사용됩니다. 인공 지능 시스템은 유망한 결과를 얻은 병원에서 8,000 명 이상의 환자에 대해 교육을 받았으며,이 시스템은 맹검 검사에서 92-94 %의 정확도로 위암을 발견했습니다. 연구원은 “각 질병에는 고유 한 호흡이 있습니다.”
“SniffPhone”프로젝트에서 Haick 팀이 개발 한 혁신적인 기술을 소형화하고 상용화하려는 노력이 진행되고 있습니다. 2018 년 11 월 유럽위원회의 Horizon 2020에서 SniffPhone에게 “Most Innovative Project”의 “2018 Innovation Award”를 수여했습니다.
의료 호흡 분석기의 시장 기회는 증가 할 것으로 예상됩니다. 2024 년 6 월 18 일 그랜드 뷰 (Grand View)에서 발표 한 수치에 따르면 호흡 분석기 시장은 전 세계적으로 113 억 달러로 증가 할 것으로 예측됩니다. 알코올 검색은 수익 지분의 대부분을 차지합니다. 현재 호흡 분석기는 알코올, 마약을 감지하고 천식 및 위장관 증상을 진단하는 데 사용됩니다. 그랜드 뷰 리서치 (Grand View Research)는 “임상 응용 분야는”산화 질소와 일산화탄소를 숨이 가쁘게 검출하는 첨단 기술의 도입 “으로 인해 증가 할 것으로 예상된다. 이 연구에 따르면, 의료 응용 분야는 “호흡기 분석기가”심폐 질환 및 폐 및 유방암과 같은 상태를 조기 진단하는 데 도움이되는 휘발성 유기 화합물 (VOCs)을 검출 할 수있는 능력으로 인해 성장할 것으로 예상되며, 질병 진전을 평가하는 바이오 마커. ”
인공 지능, 나노 기술 및 분자 화학의 분야에서 다양한 분야의 혁신적인 기술을 적용함으로써 다양한 질병을 진단하는 것은 그리 멀지 않은 미래에 휴대용 장치를 사용하는 호흡 분석만큼 간단하고 비 침습적 일 수 있습니다 .
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