अभिनव एआई ब्रीथ एनालाइजर द्वारा रोगों का निदान “गंध”

आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस, नैनो टेक्नोलॉजी और आणविक रसायन विज्ञान प्रतिच्छेदन।

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स्रोत: शटरस्टॉक

कल्पना करें कि क्या आप पार्किंसंस रोग, मल्टीपल स्केलेरोसिस, लीवर फेलियर, क्रोहन रोग, पल्मोनरी हाइपरटेंशन, क्रोनिक किडनी रोग, या आपकी सांस की सरल, गैर-इनवेसिव परीक्षण के आधार पर किसी भी प्रकार के कैंसर की संख्या है? शराब का पता लगाने के लिए ब्रेथ एनालाइजर लगभग आधी सदी से है। इज़राइल, फ्रांस, लातविया, चीन और संयुक्त राज्य अमेरिका के विश्वविद्यालयों के वैज्ञानिकों की एक वैश्विक टीम ने 86 प्रतिशत सटीकता के साथ साँस की सांस से 17 बीमारियों का पता लगाने के लिए एक कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) प्रणाली विकसित की है।

टेक्निशन-इज़राइल इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर हसाम हिक के नेतृत्व में शोध दल ने 1404 विषयों से सांस के नमूने एकत्र किए, जिसमें कोई भी बीमारी (स्वस्थ नियंत्रण) या 17 विभिन्न बीमारियों में से एक नहीं थी। रोग की स्थितियों में फेफड़े का कैंसर, कोलोरेक्टल कैंसर, सिर और गर्दन का कैंसर, डिम्बग्रंथि के कैंसर, मूत्राशय के कैंसर, प्रोस्टेट कैंसर, गुर्दे के कैंसर, गैस्ट्रिक कैंसर, क्रोहन रोग, अल्सरेटिव कोलाइटिस, चिड़चिड़ा आंत्र सिंड्रोम, अज्ञातहेतुक पार्किंसंस, एटिपिकल पार्किंसंस आईएसएम, मल्टीपल स्केलेरोसिस शामिल हैं। फुफ्फुसीय उच्च रक्तचाप, प्री-एक्लम्पसिया टॉक्सिमिया और क्रोनिक किडनी रोग।

यह अवधारणा अपेक्षाकृत सरल है – रोगों की पहचान करना, और इसकी तुलना मानव साँस छोड़ना है। जो इसे जटिल बनाता है वह अवधारणा का निष्पादन है। उदाहरण के लिए, एक बीमारी की सांस की पहचान कैसे करें? क्या यह एक फिंगरप्रिंट की तरह अद्वितीय है? इस सवाल का जवाब देने के लिए सांस की आणविक संरचना पर एक गहरी नज़र की आवश्यकता है।

जब हम साँस छोड़ते हैं, तो नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड, आर्गन और जल वाष्प निकलते हैं। मानव सांस में वाष्पशील कार्बनिक यौगिक (वीओसी) -ऑर्गेनिक रसायन होते हैं जो गैसों के रूप में उत्सर्जित होते हैं, और सामान्य तापमान पर एक उच्च वाष्प दबाव होता है। अमेरिकी बायोकैमिस्ट लिनुस पॉलिंग, आधुनिक क्वांटम रसायन विज्ञान और आणविक जीव विज्ञान के संस्थापकों में से एक, और रसायन विज्ञान में 1954 के नोबेल पुरस्कार के प्राप्तकर्ता और 1962 के नोबेल शांति पुरस्कार, ने 1971 में गैस-लिक्विड क्रोमैटोग्राम का उपयोग करके 250 मानव सांस लेने वाले वाष्पशील का अध्ययन किया। पॉलिंग है व्यापक रूप से आधुनिक सांस विश्लेषण में अग्रणी माना जाता है। साँस छोड़ना लगभग 3,500 से अधिक घटकों में शामिल है, जिसमें 2011 में ” एलर्जी, अस्थमा और इम्यूनोलॉजी ” में प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार कम मात्रा में वीओसी शामिल थे।

वीओसी सांस लेने वालों और मनुष्यों दोनों के लिए महक प्रक्रिया में सामान्य कारक हैं। जब हम श्वास लेते हैं, तो नाक गंध के अणुओं में आ जाती है, जिनमें आमतौर पर वाष्पशील (वाष्पित होने में आसान) रसायन होते हैं। एक बार जब गंध के अणु घ्राण उपकला ऊतक से संपर्क करते हैं जो नाक गुहा को खींचता है, तो यह घ्राण रिसेप्टर्स के साथ बांधता है और मस्तिष्क के घ्राण बल्ब में ग्लोमेरुलस नामक एक गोलाकार संरचना में एक विद्युत आवेग भेजता है। घ्राण बल्ब की सतह के पास लगभग 2,000 ग्लोमेरुली हैं। गंध ग्लोमेरुलस से जारी गंध पैटर्न की मस्तिष्क की व्याख्या है। मानव नाक एक खरब गंध का पता लगा सकती है। हिक की शोधकर्ता टीम में नैनो टेक्नोलॉजी और मशीन लर्निंग से जैविक मस्तिष्क को महक की प्रक्रिया में बदल दिया जाता है।

हिक की वैज्ञानिकों की टीम ने एक प्रणाली विकसित की है, जिसे “NaNose” कहा जाता है, जो अध्ययन में चुनिंदा बीमारियों से जुड़े अस्थिर कार्बनिक यौगिकों का पता लगाने के लिए नैनो-आधारित सेंसर का उपयोग करता है। NaNose की दो परतें हैं। विद्युत चालकता के लिए नैनोट्यूब और सोने के नैनोकणों के साथ एक अकार्बनिक नैनोलेयर है। अन्य कार्बन के साथ एक कार्बनिक संवेदन परत है जो आने वाले VOC के आधार पर अकार्बनिक परत के विद्युत प्रतिरोध को नियंत्रित करता है। VOCs के आधार पर विद्युत प्रतिरोध बदलता है।

आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस (AI) का उपयोग डेटा का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है। विशेष रूप से, गहरी सीखने का उपयोग विशिष्ट बीमारियों के रासायनिक हस्ताक्षर के साथ आने वाले संकेतों से मेल खाने के लिए डेटा में पैटर्न की पहचान करने के लिए किया जाता है। तब एआई प्रणाली को आशाजनक परिणामों के साथ क्लीनिक में 8,000 से अधिक रोगियों पर प्रशिक्षित किया गया था – इस प्रणाली ने एक अंध परीक्षण में 92-94 प्रतिशत सटीकता के साथ गैस्ट्रिक कैंसर का पता लगाया। शोधकर्ताओं ने पता लगाया कि “प्रत्येक बीमारी की अपनी अनूठी सांस है।”

“स्निफ़फोन” नामक प्रोजेक्ट में हिक की टीम द्वारा विकसित की गई नवीन तकनीक को छोटा करने और उसका व्यावसायीकरण करने के प्रयास चल रहे हैं। नवंबर 2018 में, यूरोपीय आयोग के क्षितिज 2020 ने “मोस्ट इनोवेटिव प्रोजेक्ट” के लिए स्निफफोन को “2018 इनोवेशन अवार्ड” से सम्मानित किया।

मेडिकल सांस लेने वालों के लिए बाजार का अवसर बढ़ने की उम्मीद है। 2024 तक, सांस विश्लेषक बाजार का अनुमान है कि ग्रैंड व्यू रिसर्च-अल्कोहल डिटेक्शन द्वारा जून 2018 में प्रकाशित आंकड़ों के अनुसार वैश्विक स्तर पर 11.3 बिलियन अमरीकी डॉलर तक का राजस्व राजस्व हिस्सेदारी का बहुमत है। वर्तमान में श्वास विश्लेषक का उपयोग शराब, दवाओं का पता लगाने और अस्थमा और जठरांत्र संबंधी स्थितियों के निदान के लिए किया जाता है। क्लिनिकल एप्लिकेशन को “सांस में नाइट्रिक ऑक्साइड और कार्बन मोनोऑक्साइड का पता लगाने के लिए उन्नत प्रौद्योगिकियों की शुरूआत” के कारण बढ़ने का अनुमान है, ग्रैंड व्यू रिसर्च कहते हैं। अध्ययन के अनुसार, वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (वीओसी) का पता लगाने के लिए सांस की जांच करने की क्षमता के कारण मेडिकल एप्लिकेशन सेगमेंट बढ़ने की उम्मीद है जो “कार्डियोपल्मोनरी रोगों और फेफड़ों और स्तन कैंसर सहित स्थितियों के शीघ्र निदान में मदद कर सकता है” और के रूप में कार्य करता है। रोग की प्रगति का आकलन करने के लिए बायोमार्कर। ”

कृत्रिम बुद्धिमत्ता, नैनो तकनीक और आणविक रसायन विज्ञान के क्षेत्रों से क्रॉस-डिसिप्लिनरी इनोवेटिव टेक्नोलॉज़ी लागू करने से, विभिन्न प्रकार के रोगों का निदान करना सरल और गैर-इनवेसिव के रूप में हो सकता है, न कि इतने दूर के भविष्य में एक हैंडहेल्ड डिवाइस का उपयोग करते हुए। ।

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