通過結(jié)合揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）傳感器和ML芯片，“ DiaNose”可以查明癌癥，腎臟衰竭以及現(xiàn)在的COVID-19。
BrainChip Holdings與NaNose Medical最近的合作關(guān)系產(chǎn)生了一種新的COVID-19測(cè)試解決方案，該解決方案具有比RT-PCR篩選更高的準(zhǔn)確性。據(jù)說，納米人工鼻子可以在保持高度便攜性的同時(shí)，積極地分析患者的呼吸樣本。它是如何工作的？
建立在現(xiàn)有技術(shù)之上
自2017年以來，NaNose的技術(shù)就被正式稱為DiaNose，實(shí)際上已經(jīng)存在。基于以色列理工學(xué)院的人工鼻子，該設(shè)備已對(duì)眾多患者進(jìn)行了帕金森氏病，癌癥，腎衰竭和MS篩查。COVID-19是加入該診斷列表的最新疾病。
像許多其他“電子鼻”一樣，DiaNose通過檢測(cè)呼吸中存在的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）起作用。VOC的水平可能會(huì)根據(jù)人的活動(dòng)水平或呼吸方式而波動(dòng)-但是，當(dāng)有人生病時(shí)，這些呼出的化合物的濃度會(huì)顯著增加。根據(jù)BrainChip的研究，這些顆粒是特定疾病的生物標(biāo)記。
基于納米材料的復(fù)合傳感器陣列的基本工作原理。圖片由ACS Nano提供
糖尿病患者的呼吸經(jīng)常被報(bào)告為聞到水果味或甜味。另外，類似氨的氣味與腎臟疾病有關(guān)。身體排出酮類一類揮發(fā)性有機(jī)化合物。人的呼吸中可能存在3,000多種不同的VOC。掌握與COVID最相關(guān)的功能至關(guān)重要。
介紹新的患者數(shù)據(jù)
BrainChip和NaNose Medical如何啟用COVID檢測(cè)？答案是人工智能和大量的培訓(xùn)。AI算法可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的模式，從而幫助科學(xué)家在他們所監(jiān)管的每個(gè)患者數(shù)據(jù)集中找到更深層的含義，而無需進(jìn)行繁瑣的手動(dòng)分析過程。
科學(xué)家反復(fù)將此類算法暴露于稱為訓(xùn)練集的專門數(shù)據(jù)分組中。研究人員提前知道了每個(gè)集合中的重要內(nèi)容，希望他們的AI能夠達(dá)到相同的“結(jié)論”。
用于檢測(cè)疾病波動(dòng)的流程圖。圖片由《小日記》提供
在開發(fā)COVID測(cè)試功能時(shí)，NaNose Medical通過納米傳感器收集了130個(gè)患者樣品。該陣列收集氣態(tài)液滴，并檢查它們中是否存在VOC。這些化合物的結(jié)構(gòu)中沒有發(fā)現(xiàn)圖案，而忽略了潛在的環(huán)境污染物。電離確定存在哪些VOC。
NaNose Medical沒有明確說明哪些VOC發(fā)出COVID感染信號(hào)。但是，英國的一項(xiàng)研究將乙醛，正辛醇，丙酮，丙酮-丁酮，甲醇，異戊二烯，丙烯，丙醛和丙醇的存在與冠狀病毒聯(lián)系起來。有趣的是，COVID患者的呼出甲醇濃度實(shí)際上較低。DiaNose可能會(huì)搜索類似的標(biāo)記。
加工技術(shù)有助于診斷
收集了最初的傳感器數(shù)據(jù)后，科學(xué)家將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給BrainChip。在使用機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）訓(xùn)練BrainChip的Akida神經(jīng)處理器時(shí)，此數(shù)據(jù)變得不可或缺。Akida SoC設(shè)計(jì)為像人的機(jī)械腦一樣工作-包含相當(dāng)于120萬個(gè)神經(jīng)元和100億個(gè)突觸的等效物。
由于VOC檢測(cè)具有黑白性質(zhì)，因此AI和ML在此應(yīng)用程序中表現(xiàn)出色。上下文和常識(shí)性的理解并不是至關(guān)重要的（請(qǐng)考慮使用Amazon Alexa），因此DiaNose不會(huì)被絆倒。Akida芯片具有對(duì)這些操作的本地支持。
基于納米材料的傳感器檢測(cè)VOC以識(shí)別疾病的示意圖。圖片由《 小日記》提供
秋田還不需要為其他SoC供電所需的許多免費(fèi)微電子產(chǎn)品（內(nèi)存單元，外部CPU等）。因此，將其集成到諸如DiaNose這樣的緊湊型便攜式設(shè)備中要容易得多。它也比其他復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)便宜得多。
DiaNose的優(yōu)勢(shì)
納米傳感器陣列在未來的測(cè)試中具有廣闊的前景。2020年8月的一項(xiàng)研究表明，將COVID患者與對(duì)照組區(qū)別開來時(shí)的準(zhǔn)確性高達(dá)94％。此外，這種方法在區(qū)分COVID和其他肺部感染方面的準(zhǔn)確率高達(dá)95％。
因?yàn)镈iaNose和Akida可以包裝在一起，所以醫(yī)療專業(yè)人員不再需要發(fā)送測(cè)試套件進(jìn)行遠(yuǎn)程分析。該測(cè)試過程僅需幾分鐘即可進(jìn)行準(zhǔn)確的COVID篩查，使患者在離開辦公室之前便能知道其結(jié)果。即時(shí)結(jié)果可以使陽性個(gè)體相應(yīng)地隔離，而陰性患者則可以更輕松地休息。
呼吸滴是疾病傳播的媒介，這使準(zhǔn)確的呼氣測(cè)試成為有力的工具。該設(shè)備的手持特性使其易于使用。專業(yè)人士將不再需要收集和存儲(chǔ)危險(xiǎn)的生物樣本。
DiaNose代表了可能的診斷轉(zhuǎn)折點(diǎn)-同時(shí)融合了與工程師相關(guān)的不斷發(fā)展的軟件和硬件技術(shù)。
