Быстрый и неинвазивный электронный нос для обнаружения COVID
npj Digital Medicine, том 5, Номер статьи: 115 (2022) Цитировать эту статью
7325 Доступов
14 цитат
28 Альтметрика
Подробности о метриках
Метод количественной полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией (RT-qPCR) широко используется для выявления коронавируса 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2). Однако вместо того, чтобы использовать его отдельно, врачи часто предпочитают диагностировать коронавирусную болезнь 2019 (COVID-19), используя комбинацию клинических признаков и симптомов, лабораторных тестов, методов визуализации (например, компьютерной томографии грудной клетки) и многовариантного клинического прогноза. модели, включая электронный нос. Здесь мы сообщаем о разработке и использовании недорогого неинвазивного метода быстрого обнаружения COVID-19 на основе портативного электронного носа (GeNose C19), объединяющего массив металлооксидных полупроводниковых газовых датчиков, оптимизированное извлечение признаков и машинное обучение. модели. Этот подход был оценен в профилирующих тестах, включающих в общей сложности 615 проб дыхания, состоящих из 333 положительных и 282 отрицательных проб. Образцы были получены от 43 положительных и 40 отрицательных пациентов с COVID-19 соответственно и подтверждены с помощью RT-qPCR в двух больницах, расположенных в Особом регионе Джокьякарта, Индонезия. Четыре различных алгоритма машинного обучения (т.е. линейный дискриминантный анализ, машина опорных векторов, многослойный перцептрон и глубокая нейронная сеть) были использованы для определения наиболее эффективных методов распознавания образов и получения высокой точности обнаружения системы (88–95%). уровни чувствительности (86–94%) и специфичности (88–95%) из наборов тестовых данных. Наши результаты показывают, что GeNose C19 можно рассматривать как высокопотенциальный алкотестер для быстрого скрининга на COVID-19.
Контагиозные коронавирусы могут вызывать кишечные и респираторные инфекции у людей и животных1,2. Появление нового коронавируса, официально названного коронавирусом тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), создало серьезные проблемы для глобального здравоохранения. Инфекция SARS-CoV-2, вызывающая коронавирусную болезнь 2019 года (COVID-19), была обнаружена в конце 2019 года в Ухане, провинция Хубэй, Китай, и впоследствии распространилась как возбудитель продолжающейся и эскалации пандемии в более чем 200 странах и территориях. по всему миру3,4,5. В то время как другие ранее обнаруженные человеческие коронавирусы (например, HCoV-OC43, HCoV-NL63, HCoV-229E и HKU1) вызывали лишь легкие заболевания верхних дыхательных путей у иммунокомпетентных пациентов, SARS-CoV-2 считается третьим смертельным патогенным коронавирусом в мире. последние два десятилетия после появления SARS-CoV (2002–2003 гг.) в провинции Гуандун, Китай, и коронавируса ближневосточного респираторного синдрома (MERS-CoV, 2012 г.) в странах Ближнего Востока1,6. Пандемия COVID-19 связана со значительным количеством смертей, особенно среди пожилых людей и групп населения с ослабленным иммунитетом.
Метод количественной полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией (RT-qPCR) регулярно используется для подтверждения диагноза COVID-19 с начала пандемии. На сегодняшний день этот диагностический метод, позволяющий обнаружить рибонуклеиновую кислоту (РНК) SARS-CoV-2, стал наиболее широко распространенным тестом для обнаружения SARS-CoV-27. Могут быть использованы различные клинические образцы (т.е. мазки из носа и глотки, мокрота, фекалии, кровь, жидкость бронхоальвеолярного лаважа и моча)8. Несколько компаний и лабораторий разработали наборы для обнаружения на основе ПЦР, нацеленные как минимум на два региона (гена) генома SARS-CoV-2. RT-qPCR известна своей высокой специфичностью по сравнению с другими диагностическими методами (например, анализами обнаружения антигенов на антителах и белках нуклеокапсида). Тем не менее, RT-qPCR по-прежнему имеет несколько ограничений (например, необходимость проведения профессиональными медицинскими работниками, необходимость проведения в специализированной лаборатории, инвазивная процедура отбора проб и высокая стоимость)9. В развитых странах проведение массовых исследований RT-qPCR в качестве средства скрининга и эпидемиологического контроля является обычной практикой из-за их богатых ресурсов. Однако для развивающихся стран, особенно со средним и низким уровнем дохода, такие возможности считаются роскошью. Тем не менее, прекращение пандемий означает обеспечение того, чтобы все страны мира имели возможность проводить массовый и быстрый скрининг, продолжающийся с выборочной изоляцией и контролем.