專利名稱：一種建立肺炎患者呼出氣的電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建立肺炎患者呼出氣的電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的方法。
背景技術(shù)：
人體呼出氣是由氮、氧、二氧化碳、水和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)組成的混合性氣體。人體新陳代謝的部分產(chǎn)物可經(jīng)由血液運(yùn)送至肺部，通過氣體交換進(jìn)入肺泡而出現(xiàn)在呼出氣體中。近年來，呼出氣檢測(cè)作為一種了解人體生理代謝過程和疾病狀況的方法受到越來越多的重視。與常規(guī)的血液檢測(cè)方法相比，呼出氣檢測(cè)最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)人體無損傷、檢測(cè)速度快、方便省時(shí)。目前在人體呼出氣中檢測(cè)到的揮發(fā)性有機(jī)化合物多達(dá)上千種。這些化合物包括烷烴、烯烴、醛酮類化合物、含硫化合物和含氮化合物等。其中，飽和烷烴主要是通過脂質(zhì)過氧化作用產(chǎn)生的，不飽和烷烴產(chǎn)生的途徑各異，如異戊二烯主要產(chǎn)生于膽固醇合成的中間步驟，醛酮化合物中最重要的丙酮?jiǎng)t來源于肝中乙酰輔酶A的脫羧作用。目前研究發(fā)現(xiàn)呼出氣中的VOCs與很多疾病相關(guān)。如以戊烷為代表的一系列烷烴、 異戊二烯和丙酮等VOCs可反映一定的人體生理及病理情況。有研究發(fā)現(xiàn)肺癌人群呼出氣中有9種VOCs的含量高于健康人群，急性哮喘人群呼出氣體中戊烷含量明顯高于正常人群，呼出氣中甲基化烷烴被認(rèn)為是氧化應(yīng)激的分子標(biāo)志物，呼出氣中丙酮可作為糖尿病的分子標(biāo)志物。目前檢測(cè)呼出氣VOCs的方法和技術(shù)有很多，大部分是依賴于氣相色譜-質(zhì)譜連用 (GC-MS)技術(shù)建立的。這類方法都必須經(jīng)過樣品采集、前處理和分離檢測(cè)多個(gè)步驟完成。近年開發(fā)出一些新的技術(shù)方法，這些方法無需或只需非常簡(jiǎn)單的樣品前處理即可進(jìn)行檢測(cè)， 也有些可以實(shí)現(xiàn)對(duì)呼出氣體的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。電子鼻(Electronic Nose,eNose)也稱人工嗅覺系統(tǒng)，是一種模擬生物嗅覺工作原理的新穎仿生檢測(cè)儀器，通常由化學(xué)傳感器陣列和模式識(shí)別算法組成，可用于檢測(cè)、分析和鑒別復(fù)雜氣味。結(jié)構(gòu)上，電子鼻系統(tǒng)主要由氣敏傳感器陣列、信號(hào)預(yù)處理單元和模式識(shí)別單元三部分組成。目前電子鼻已在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、食品、 工業(yè)、環(huán)保和軍事上表現(xiàn)出廣泛應(yīng)用前景。月市炎鏈球菌月市炎(Pneumococcal pneumonia)是由月市炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae)所引起的肺實(shí)質(zhì)性炎癥，約占社區(qū)獲得性肺炎病例的一半。肺炎鏈球菌為革蘭氏陽(yáng)性兼性厭氧菌，約40%-50%健康人群上呼吸道攜帶有肺炎鏈球菌，當(dāng)機(jī)體抵抗力下降時(shí)，如呼吸道病毒感染以后，或遇風(fēng)寒，或營(yíng)養(yǎng)不良或者老年體弱等情況下，肺炎鏈球菌將透過黏膜防御體系，從黏附部位下行至肺引起細(xì)菌性肺炎。肺炎鏈球菌還可引發(fā)中耳炎、菌血癥、腦膜炎等相關(guān)疾病。肺炎鏈球菌是導(dǎo)致發(fā)展中國(guó)家和發(fā)達(dá)國(guó)家各年齡組人群社區(qū)獲得性肺炎的最重要病原菌。在世界范圍內(nèi)，每年由肺炎鏈球菌感染引起的死亡約占總?cè)丝谒劳鋈藬?shù)的9%。與其他細(xì)菌相比，肺炎鏈球菌因其侵襲性更容易造成兒童和老年人染病死亡。更為嚴(yán)重的是，肺炎鏈球菌對(duì)多種抗生素的耐藥性有逐漸升高的趨勢(shì)。肺炎鏈球菌肺炎流行于世界各地，死亡率高達(dá)30% -35%。2005年，世界衛(wèi)生組織公布的數(shù)據(jù)顯示，每年約有160萬人死于肺炎鏈球菌肺炎，包括70 100萬5歲以下的兒童，其中多數(shù)生
3活在發(fā)展中國(guó)家。肺炎鏈球菌肺炎早期診斷是治愈該疾病和減少死亡率的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的肺炎鏈球菌肺炎的臨床診斷方法成功率低，并且存在諸多不利患者或確診的因素，如以微生物培養(yǎng)和革蘭氏染色為主的方法，診斷成功率低、過程繁雜耗時(shí)，以抗原或血清檢測(cè)為主的方法診斷費(fèi)用高、技術(shù)難度大、檢出率也不高，以特異基因多聚酶鏈反應(yīng)(PCR)等分子生物學(xué)手段為主的檢測(cè)方法成本高、技術(shù)難度大、需要專業(yè)人員和儀器，以胸透或CT為主的檢測(cè)方法只能區(qū)分細(xì)菌性肺炎和病毒性肺炎，對(duì)肺炎鏈球菌肺炎無法確診，其它一些方法需要對(duì)患者進(jìn)行有創(chuàng)取樣(Invasive Sampling)，患者往往需要忍受較大痛苦。并且，以上所有方法都不能做到預(yù)防性診斷，即所有上述方法檢測(cè)的是已發(fā)生疾病的一些人體或病灶特征。因此建立一種簡(jiǎn)單、有效、快速、無創(chuàng)(Non-hvasive)、預(yù)防性的肺炎鏈球菌肺炎的早期檢測(cè)診斷方法迫在眉睫。肺炎鏈球菌在人體肺內(nèi)的侵染會(huì)產(chǎn)生一些特異性氣體代謝產(chǎn)物，尤其是當(dāng)肺炎鏈球菌在肺內(nèi)附著初期，由于生存環(huán)境的改變有可能使其產(chǎn)生特異性易揮發(fā)性有機(jī)化合物， 可作為肺炎疾病發(fā)生前的肺炎鏈球菌在肺內(nèi)活動(dòng)的化學(xué)標(biāo)記物，通過檢測(cè)這些特異性的氣體化學(xué)標(biāo)記物可以診斷和預(yù)防肺炎鏈球菌肺炎。這些特異性氣體代謝產(chǎn)物通過患者的呼出氣排出體外，因此可以應(yīng)用電子鼻等儀器通過呼出氣檢測(cè)以進(jìn)行肺炎鏈球菌肺炎疾病的早期和預(yù)防性診斷。但是，相關(guān)肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣的電子鼻電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的方法目前尚未有科技文獻(xiàn)或?qū)＠麍?bào)道。本發(fā)明針對(duì)感染肺炎鏈球菌引發(fā)肺炎的患者呼出氣和健康人呼出氣，利用電子鼻設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單有效檢測(cè)技術(shù)，快速準(zhǔn)確地檢測(cè)肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣和健康人呼出氣的差異，提供了一種肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣的電子鼻電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種肺炎患者呼出氣的電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，該方法包括以下步驟①清洗泰德拉采氣袋，去除氣袋本身和外源揮發(fā)性有機(jī)物。將泰德拉采氣袋(上海頤樂經(jīng)貿(mào)有限公司)用高純氮?dú)?99. 999% )進(jìn)行清洗，然后將采氣袋用高純氮?dú)膺M(jìn)行填充并于85°C條件下放置至少8小時(shí)，最后將采氣袋用高純氮?dú)庠龠M(jìn)行清洗，用真空泵將采氣袋抽真空，避光保存。②呼出氣樣品采集。呼出氣采集過程在非用餐時(shí)間進(jìn)行，避免采集在用餐時(shí)間食用過刺激性氣味食品的肺炎鏈球菌肺炎患者和健康人的呼出氣。在患者和健康人呼吸均勻的條件下，首先將肺部約1/3的氣體排除體外，然后用清洗干凈的泰德拉采氣袋收集患者和健康人肺部深部剩余的呼出氣，直至將采氣袋充滿。③建立肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣和健康人呼出氣的電子鼻電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。利用高靈敏度的便攜式電子鼻(PEN3，德國(guó)MRSENSE公司)檢測(cè)分析肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣和健康人呼出氣，并通過電子鼻機(jī)載數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)將所有呼出氣樣品的易揮發(fā)性有機(jī)物成分圖譜(Breath VOC Profile)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)儲(chǔ)存在電子鼻數(shù)據(jù)庫(kù)中，建立呼出氣組分電子鼻氣敏傳感器陣列相應(yīng)雷達(dá)圖譜，分別建立肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣和健康人呼出氣的電子鼻電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。暫時(shí)尚無其它方案比本方案的技術(shù)方法更加簡(jiǎn)單、快速、高效、準(zhǔn)確、低成本。本方案取樣使病者無痛，使用的儀器操作簡(jiǎn)單，體積靈巧，便于移動(dòng)攜帶，而且檢測(cè)成本較低，具有非常高的特異性和準(zhǔn)確度。


下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1 一個(gè)典型健康人呼出氣的電子鼻檢測(cè)雷達(dá)圖，即該健康人呼出氣的電子鼻電子指紋。圖2—個(gè)典型肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣的電子鼻檢測(cè)雷達(dá)圖，即該患者呼出氣的電子鼻電子指紋。1-10為傳感器。
具體實(shí)施例方式一種建立肺炎患者呼出氣的電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，該方法包括以下步驟①清洗泰德拉采氣袋去除氣袋本身和外源揮發(fā)性有機(jī)物，將泰德拉采氣袋用高純氮?dú)膺M(jìn)行清洗，然后將采氣袋用高純氮?dú)膺M(jìn)行填充并于85°C條件下放置至少8小時(shí)，最后將采氣袋用高純氮?dú)庠龠M(jìn)行清洗，用真空泵將采氣袋抽真空，避光保存；②呼出氣樣品采集呼出氣采集過程在非用餐時(shí)間進(jìn)行，避免采集在用餐時(shí)間食用過刺激性氣味食品的肺炎鏈球菌肺炎患者和健康人的呼出氣；在患者和健康人呼吸均勻的條件下，首先將肺部約1/3的氣體排除體外，然后用清洗干凈的泰德拉采氣袋收集患者和健康人肺部深部剩余的呼出氣，直至將采氣袋充滿；③建立肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣和健康人呼出氣的電子鼻電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)利用高靈敏度的便攜式電子鼻檢測(cè)分析肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣和健康人呼出氣，并通過電子鼻機(jī)載數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)將所有呼出氣樣品的易揮發(fā)性有機(jī)物成分圖譜(Breath VOC Profile)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)儲(chǔ)存在電子鼻數(shù)據(jù)庫(kù)中，建立呼出氣組分電子鼻氣敏傳感器陣列相應(yīng)雷達(dá)圖譜，分別建立肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣和健康人呼出氣的電子鼻電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。所述高純氮?dú)鉂舛葹?9. 999%進(jìn)行清洗，所述高靈敏度的便攜式電子鼻為 PEN3，所述的電子鼻檢測(cè)的設(shè)定參數(shù)為健康人呼出氣樣品的電子鼻探針清洗時(shí)間為60s，肺炎患者呼出氣樣品的電子鼻探針清洗時(shí)間為180s ；兩種樣品的電子鼻測(cè)量時(shí)間皆為50s。
權(quán)利要求
1.一種建立肺炎患者呼出氣的電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，該方法包括以下步驟①清洗泰德拉采氣袋去除氣袋本身和外源揮發(fā)性有機(jī)物，將泰德拉采氣袋用高純氮?dú)膺M(jìn)行清洗，然后將采氣袋用高純氮?dú)膺M(jìn)行填充并于85°c條件下放置至少8小時(shí)，最后將采氣袋用高純氮?dú)庠龠M(jìn)行清洗，用真空泵將采氣袋抽真空，避光保存；②呼出氣樣品采集呼出氣采集過程在非用餐時(shí)間進(jìn)行，避免采集在用餐時(shí)間食用過刺激性氣味食品的肺炎鏈球菌肺炎患者和健康人的呼出氣；在患者和健康人呼吸均勻的條件下，首先將肺部約1/3的氣體排除體外，然后用清洗干凈的泰德拉采氣袋收集患者和健康人肺部深部剩余的呼出氣，直至將采氣袋充滿；③建立肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣和健康人呼出氣的電子鼻電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)利用高靈敏度的便攜式電子鼻檢測(cè)分析肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣和健康人呼出氣，并通過電子鼻機(jī)載數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)將所有呼出氣樣品的易揮發(fā)性有機(jī)物成分圖譜(Breath VOC Profile)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)儲(chǔ)存在電子鼻數(shù)據(jù)庫(kù)中，建立呼出氣組分電子鼻氣敏傳感器陣列相應(yīng)雷達(dá)圖譜，分別建立肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣和健康人呼出氣的電子鼻電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立肺炎患者呼出氣的電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，其特征在于所述高純氮?dú)鉂舛葹?9. 999%進(jìn)行清洗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的建立肺炎患者呼出氣的電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，其特征在于在所述高靈敏度的便攜式電子鼻為PEN3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的建立肺炎患者呼出氣的電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，其特征在于所述的電子鼻檢測(cè)的設(shè)定參數(shù)為健康人呼出氣樣品的電子鼻探針清洗時(shí)間為60s， 肺炎患者呼出氣樣品的電子鼻探針清洗時(shí)間為180s;兩種樣品的電子鼻測(cè)量時(shí)間皆為 50s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的建立肺炎患者呼出氣的電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的方法得到的電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的建立肺炎患者呼出氣的電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，其特征在于該數(shù)據(jù)庫(kù)在肺炎鏈球菌感染引發(fā)的肺炎檢測(cè)上的用途。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)感染肺炎鏈球菌引發(fā)肺炎的患者呼出氣和健康人呼出氣，利用電子鼻設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單有效檢測(cè)技術(shù)，提供了一種肺炎鏈球菌肺炎患者呼出氣的電子鼻電子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的方法及其指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。本方案的技術(shù)方法更加簡(jiǎn)單、快速、高效、準(zhǔn)確、低成本，本方案取樣使病者無痛，使用的儀器操作簡(jiǎn)單，體積靈巧，便于移動(dòng)攜帶，具有非常高的特異性和準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102426630SQ20111034083
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者黨宏月, 劉全全 申請(qǐng)人:黨宏月, 劉全全