據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，格但斯克理工大學(xué)（Gdańsk University of Technology）聯(lián)合格丁尼亞海洋和熱帶醫(yī)學(xué)大學(xué)中心（University Center of Maritime and Tropical Medicine，UCMTM）的研究人員通過利用商用VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）氣體傳感器開發(fā)的電子鼻裝置，展示了當(dāng)?shù)蒯t(yī)院的新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）的檢測(cè)結(jié)果。研究人員考慮了研究中發(fā)現(xiàn)的影響檢測(cè)結(jié)果的技術(shù)問題。他們相信，此次研究有助于推進(jìn)新技術(shù)的開發(fā)，以限制COVID-19和類似病毒感染的傳播。

2021年3月至7月，波蘭爆發(fā)了第3次COVID-19，此次主要是阿爾法（Alpha）和德爾塔（Delta）變異毒株。在此期間，研究人員在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院專門治療COVID-19感染者的病房進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。呼吸樣本是在一個(gè)住院患者組和一個(gè)對(duì)照組中采集的。研究人員調(diào)查了56份呼吸樣本（33份COVID-19重癥患者呼吸樣本、17份健康對(duì)照組呼吸樣本和6份環(huán)境空氣樣本）。研究人員調(diào)查了不同年齡、性別和有基礎(chǔ)疾病的患者。

所有樣本均在被采集對(duì)象晨起進(jìn)食或飲水之前收集，除了飲用淡水或刷牙以減少食物或飲料氣味的不利影響外。呼出氣最后一波的潮氣末部分由BioVOC呼吸采樣器（約130mL）收集，該采樣器由特氟龍（Teflon）制成，并包含一個(gè)保護(hù)性單向流量閥，見下圖。每次使用后，將BioVOC呼吸采樣器拆卸，放入溶解了20 mL消毒劑（法國(guó)的米爾頓牌子）的1L蒸餾水溶液中清潔。該呼吸采樣器在消毒液中靜置15分鐘后自然風(fēng)干。然后在低壓條件下，將BioVOC連接到氣腔入口并自動(dòng)打開電動(dòng)閥門，將收集的呼吸樣本導(dǎo)入電子鼻的氣腔（下圖a）。

（a）新開發(fā)的電子鼻利用呼出氣最后一波的潮氣末部分以分析氣體樣本；（b）使用BioVOC收集呼氣樣本的圖示

研究人員通過仔細(xì)檢查氣體傳感器的評(píng)估參數(shù)（如下，依次圖1），對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)分析。并統(tǒng)計(jì)比較MiCS-6814（NO2）傳感器對(duì)3個(gè)研究組不同樣本的響應(yīng)（如下，依次圖2）。他們探索了兩組（COVID-19感染者和對(duì)照組）的分類算法，以評(píng)估環(huán)境條件和年齡對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。同時(shí)確定了50個(gè)樣本（33名COVID-19感染者，17名健康志愿者，如下，依次圖3）的ROC（受試者工作特征）曲線。他們指出，重要的是要注意環(huán)境空氣（過濾和循環(huán)）對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，同時(shí)也可能對(duì)醫(yī)療效率產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，重點(diǎn)是要考慮電子鼻對(duì)醫(yī)院病房?jī)?nèi)COVID-19檢測(cè)甚至持續(xù)監(jiān)測(cè)的影響，以提高醫(yī)療效率。

在呼吸樣本分析過程中，記錄的氣體傳感器直流電阻RS的相對(duì)變化示意圖

MiCS-6814（NO2）氣體傳感器在33名COVID-19感染者、17名健康志愿者和6份環(huán)境空氣樣本這3組選定參數(shù)之間響應(yīng)的主要差異

觀察到的50個(gè)樣本（33名COVID-19感染者、17名健康志愿者）的ROC曲線

COVID-19感染尤其威脅到老年患者的健康，因此研究人員預(yù)測(cè)，統(tǒng)計(jì)學(xué)上，他們的呼氣比年輕患者的檢測(cè)變化更為明顯。研究人員分別利用COVID-19感染者（55歲）和健康志愿者（45歲）的中位年齡作為閾值，將其分為2個(gè)小組。對(duì)年齡較大（等于或大于中位年齡，下圖a）和相對(duì)年輕（低于中位年齡，下圖b）小組的ROC曲線的評(píng)估證實(shí)，老年組的檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確，所有算法的分類準(zhǔn)確率均達(dá)到91%以上。在最不理想的情況下的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中，年輕患者組的檢測(cè)準(zhǔn)確度下降到80%。這些結(jié)果有力的支持了新開發(fā)的電子鼻的檢測(cè)準(zhǔn)確性，該方法在統(tǒng)計(jì)上能更有效地檢測(cè)出健康受威脅最嚴(yán)重的老年患者。

觀察到的各樣本組的ROC曲線

研究人員強(qiáng)調(diào)，研究結(jié)果顯示老年人群的檢出率更高。此外，他們注意到所分析的呼吸樣本的濕度存在差異。COVID-19感染者呼吸樣本的平均濕度高于健康志愿者。在研究人員的探索性研究中，他們專注于可能的修正，以提高檢測(cè)精度和針對(duì)波動(dòng)環(huán)境因素的抗干擾力。研究人員確定了最可靠的氣體傳感器參數(shù)，這些參數(shù)可以應(yīng)用于測(cè)試過程，大大縮短檢測(cè)時(shí)間。進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)選擇性好、靈敏度高的傳感器的需求。COVID-19感染的單獨(dú)VOC標(biāo)志物的濃度為幾十ppb水平。盡管如此，呼出氣中大量VOC的混合物對(duì)應(yīng)用商業(yè)氣體傳感器檢測(cè)COVID-19感染者有很大影響。

該電子鼻應(yīng)用于COVID-19檢測(cè)之前，仍有一些懸而未決的問題。首先，研究人員無法確定電阻式氣體傳感器不可避免的時(shí)間漂移如何影響電子鼻的檢測(cè)率，以及在密集操作期間是否需要對(duì)其反復(fù)校準(zhǔn)。他們認(rèn)為應(yīng)引入更有效、更快速的氣體傳感器清潔程序（例如采用紫外線（UV）照射或脈沖加熱）。其次，在露天條件下或被檢測(cè)者患有感冒、季節(jié)性流感等肺部疾病時(shí)的檢測(cè)效率。最后，采用預(yù)濃縮器技術(shù)來增加VOC濃度并降低對(duì)氣體傳感器的要求。該技術(shù)會(huì)增加電子鼻的成本并使其更笨重。他們認(rèn)為，上述問題是在引入大規(guī)模COVID-19篩查和監(jiān)測(cè)其醫(yī)療效率方面邁出的一大步。該方法出結(jié)果更快、成本更低，但并不會(huì)像金標(biāo)準(zhǔn)PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）測(cè)試那樣準(zhǔn)確。