코로나바이러스 냄새를 맡는 빠르고 비침습적인 전자 코

npj 디지털 의학 5권, 기사 번호: 115(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

역전사 정량적 중합효소연쇄반응(RT-qPCR) 접근법은 중증 급성 호흡기 증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)를 검출하는 데 널리 사용되어 왔습니다. 그러나 임상의들은 이를 단독으로 사용하는 대신 임상 징후와 증상, 실험실 테스트, 영상 측정(예: 흉부 컴퓨터 단층 촬영 스캔) 및 다변수 임상 예측을 조합하여 코로나바이러스 질병 2019(COVID-19)를 진단하는 것을 선호하는 경우가 많습니다. 전자 코를 포함한 모델. 여기에서는 금속 산화물 반도체 가스 센서 배열, 최적화된 특징 추출 및 기계 학습을 통합한 휴대용 전자 코(GeNose C19)를 기반으로 코로나19를 빠르게 탐지할 수 있는 저비용 비침습적 방법의 개발 및 사용에 대해 보고합니다. 모델. 이 접근법은 333개의 양성 샘플과 282개의 음성 샘플로 구성된 총 615개의 호흡 샘플을 포함하는 프로파일링 테스트에서 평가되었습니다. 해당 샘플은 각각 코로나19 양성 환자 43명과 음성 음성 40명으로부터 채취했으며, 인도네시아 족자카르타 특별지역에 위치한 2개 병원에서 RT-qPCR을 통해 확인됐다. 4가지 서로 다른 기계 학습 알고리즘(즉, 선형 판별 분석, 지원 벡터 기계, 적층 다층 퍼셉트론 및 심층 신경망)을 활용하여 최고 성능의 패턴 인식 방법을 식별하고 높은 시스템 감지 정확도(88-95%)를 얻었습니다. , 테스트 데이터 세트의 민감도(86~94%) 및 특이성(88~95%) 수준입니다. 우리의 결과는 GeNose C19가 빠른 코로나19 검사를 위한 매우 잠재적인 음주 측정기로 간주될 수 있음을 시사합니다.

전염성 코로나바이러스는 인간과 동물에게 장 및 호흡기 감염을 일으킬 수 있습니다1,2. 공식적으로 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)라고 불리는 새로운 코로나바이러스의 출현은 세계 보건에 심각한 문제를 야기했습니다. 코로나바이러스 질병 2019(COVID-19)를 일으키는 SARS-CoV-2 감염은 2019년 말 중국 후베이성 우한에서 발견되었으며 이후 200개 이상의 국가 및 지역에서 지속적이고 확대되는 전염병의 원인 물질로 확산되었습니다. 전세계3,4,5. 이전에 발견된 다른 인간 코로나바이러스(예: HCoV-OC43, HCoV-NL63, HCoV-229E 및 HKU1)는 면역 능력이 있는 환자에게 경미한 상부 호흡기 질환만 유발한 반면, SARS-CoV-2는 전 세계적으로 세 번째로 치명적인 병원성 코로나바이러스로 간주되었습니다. 중국 광둥성에서 SARS-CoV(2002~2003)가 발생하고 중동 국가에서 중동 호흡기 증후군 코로나바이러스(MERS-CoV, 2012)가 발생한 지 20년이 지났습니다1,6. 코로나19(COVID-19) 대유행은 특히 노인과 면역력이 저하된 인구의 경우 심각한 사망과 관련이 있습니다.

역전사-정량적 중합효소연쇄반응(RT-qPCR) 방법은 대유행이 시작된 이래로 코로나19 진단을 확인하기 위해 일상적으로 활용되어 왔습니다. 지금까지 SARS-CoV-2의 리보핵산(RNA)을 검출하는 이 진단 기술은 SARS-CoV-2 검출을 위해 가장 널리 받아들여지는 테스트가 되었습니다7. 다양한 임상 샘플(즉, 비강 및 인두 면봉 채취물, 가래, 대변, 혈액, 기관지 폐포 세척액 및 소변)을 사용할 수 있습니다8. 여러 회사와 실험실에서는 SARS-CoV-2 게놈의 최소 2개 영역(유전자)을 표적으로 하는 PCR 기반 탐지 키트를 개발했습니다. RT-qPCR은 다른 진단 방법(예: 항체 및 뉴클레오캡시드 단백질 항원 검출 분석)에 비해 높은 특이성으로 알려져 있습니다. 그럼에도 불구하고 RT-qPCR에는 여전히 몇 가지 제한 사항이 있습니다(즉, 전문 교육을 받은 의료 기술자가 수행해야 함, 전문 실험실에서 수행해야 함, 침습적 샘플링 절차 및 높은 비용)9. 선진국의 경우, 자원이 풍부하기 때문에 선별 및 역학 관리 수단으로 대규모 RT-qPCR 검사를 수행하는 것이 일반적인 관행입니다. 그러나 개발도상국, 특히 중저소득층의 경우 이러한 기능은 사치스러운 것으로 간주됩니다. 그럼에도 불구하고, 팬데믹을 중지한다는 것은 전 세계 모든 국가가 선별된 격리 및 통제를 통해 지속적으로 대규모의 빠른 검사를 수행할 수 있는 능력을 갖도록 보장하는 것을 의미합니다.

1.5) and low (<1) ratios, respectively61,62. After the third exhaled breath had been inserted into the sampling bag, its valve had to be quickly closed to avoid any air leakages (see Fig. 2a(2)). Lastly, the upper end of the reservoir tube was connected to the HEPA filter. Hence, the valve could subsequently be reopened, allowing the airflow to occur from the bag to the GeNose C19 machine (Fig. 2a(3)). Such a similar breath sampling concept has already been employed in various off-line breathomics pipelines60./p>100 μm when humans performed different actions (i.e., breathing, talking, sneezing, and coughing)63. For normal breathing, particles with diameters of <0.8–2.0 μm were mostly observed63,64. In other clinical investigations, a similar high-grade HEPA filter was placed between the bag valve and patient mask during preoxygenation in the intubation procedure for patients with COVID-1965. This filtering technique was also used to safely deliver aerosolized medications to COVID-19 patients, avoiding the aggravation of the novel coronavirus spreading66. Despite the adequate proofs of the HEPA filter effectiveness in trapping the aerosolized virus-containing particles from other reports65,66, we conducted additional investigations for the air trajectory part (pneumatic PTFE tube) after GeNose C19 was used to measure the exhaled breath of a confirmed positive COVID-19 patient. Our examinations revealed that the taken sample of the inner tube part was confirmed negative in the RT-qPCR test, which indicates the successful removal of the coronaviruses from the airways in the fiber filter. Thus, they did not contaminate the other components inside the sensing unit. In other words, the exhaust air produced by GeNose C19 can be safely released to the ambient environment and will not further transmit airborne viruses./p>