[發明專利]一種基于機器學習的呼出氣體檢測方法和系統

有效

• 申請號: 201911311102.4
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111540463B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 陳錦明;賀慶國;程建功
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G16H50/20
• 分類號: G16H50/20;G01N27/12
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本發明公開了一種基于機器學習的呼出氣體檢測方法和系統，涉及氣體分析技術領域。該基于機器學習的呼出氣體檢測方法包括以下步驟：獲取多組傳感器陣列中各組傳感器陣列對人體呼出氣體中含氮氣體的電信號，其中，含氮氣體包括氨氣、正丙胺、二乙胺和三乙胺；使用氣體檢測模型對電信號進行分析，確定人體呼出氣體中含氮氣體的濃度，其中，氣體檢測模型為使用多組數據通過機器學習訓練出的，多組數據中的每組數據均包括電信號和電信號所對應的氣體參數標簽；根據含氮氣體的濃度，作出腎臟疾病診斷結果。本發明能夠快速、高效地獲得呼出氣體中含氮氣體的濃度值，對于人體腎臟疾病檢測具有重要的意義，同時在呼出氣體檢測中具有重要的應用價值。

技術領域

本發明涉及氣體分析技術領域，尤其涉及一種基于機器學習的呼出氣體檢測方法和系統。

背景技術

人體呼出氣體主要來源于外部吸入和內源代謝兩種途徑，人們很早以前就開始了對人類呼出氣體的成分進行分析，研究表明呼出氣體中呼出代謝物含量與人體代謝水平和機體功能有很大的關系，有一些可以直接反應人體的健康狀況。例如，呼吸道炎癥患者呼出的氣體中一氧化氮明顯升高；糖尿病患者呼出氣體中丙酮含量明顯升高；精神分裂患者呼出氣體中二硫化碳的濃度含量明顯升高；腎衰竭患者呼出的氣體中氨氣的濃度有明顯的提高。傳統中醫四診中的聞診就是通過檢查人體呼出氣體，實現疾病的診斷，而現在的呼吸診斷技術則是利用特異性傳感材料或裝置，針對人體呼出氣體進行定量化分析，是中醫聞診的數字化和信息化的實現。

近年來，新的呼吸檢測技術和設備的研究與開發也正掀起了國內外的一片熱潮。目前呼出氣體檢測技術與設備主要分為三大類：復雜混合氣體檢測技術與設備；特定標識物的檢測技術與設備；呼出氣體中冷凝物的檢測技術與設備。但是應用較廣泛的主要是前兩者，其中特定標識物的檢測技術與設備往往應用于對某些特定疾病進行快速檢測，這種呼吸診斷與傳統的檢測技術不同，具有無創、無痛、安全性高、快速反饋等特點，極大減小了病人的痛苦，并大大縮短了診斷的時間。基于傳感器檢測技術研發的電子鼻是一種快速檢測的新型設備，在檢測時間和檢測速度方面均有較大的提升。但是現有的傳感器通常只能對呼出氣體中的單一氣體進行檢測，而患者呼出氣體通常是一類標志性揮發性氣體，采用現有的檢測設備及方法，難以對呼出代謝物含量做出準確定量的檢測，進而有可能影響相關疾病的診斷結果。

因此，有必要提出一種基于機器學習的呼出氣體檢測方法和系統，以解決上述技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于機器學習的呼出氣體檢測方法和系統，用以克服上述背景技術中的技術問題。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明提供一種基于機器學習的呼出氣體檢測方法，包括以下步驟：

獲取多組傳感器陣列中各組傳感器陣列對人體呼出氣體中含氮氣體的電信號，其中，所述含氮氣體包括氨氣、正丙胺、二乙胺和三乙胺；

使用氣體檢測模型對所述電信號進行分析，確定人體呼出氣體中所述含氮氣體的濃度，其中，所述氣體檢測模型為使用多組數據通過機器學習訓練出的，所述多組數據中的每組數據均包括電信號和所述電信號所對應的氣體參數標簽；

根據所述含氮氣體的濃度，作出腎臟疾病診斷結果。

進一步地，所述傳感器陣列由含氮類揮發性氣體敏感薄膜直接覆蓋在叉指式電極表面形成。

進一步地，所述含氮類揮發性氣體敏感薄膜的材料分別為BOPHY前驅體非共價鍵修飾單壁碳納米管、BOPHY非共價鍵修飾單壁碳納米管、甲基取代BOPHY非共價鍵修飾單壁碳納米管和碘取代BOPHY非共價鍵修飾單壁碳納米管。

進一步地，在使用氣體檢測模型對所述電信號進行分析，確定人體呼出氣體中所述含氮氣體的濃度中，所述氣體檢測模型的機器學習訓練過程包括以下步驟：

獲取多組傳感器陣列中各組傳感器陣列對混合氣體樣本的電信號；