Abstract :
[en] Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths in Europe, with survival rates significantly improving through early detection. Current diagnostic methods, such as PET scans and MRIs, are costly, require specialized equipment and personnel, and are not feasible for widespread screening in asymptomatic populations. This thesis explores the development and evaluation of an electronic nose (e-nose) as a potential non-invasive, portable, and cost-effective tool for early lung cancer detection via breath analysis.
The research was conducted under the PATHACOV project, aiming to create a prototype e-nose capable of detecting volatile organic compounds (VOCs) associated with lung cancer. The primary objectives included: (1) reviewing existing literature and technologies to design a suitable prototype, (2) developing a methodology for testing the e-nose in a screening scenario, and (3) evaluating its performance using pattern recognition techniques.
The prototype, SAMBre, was designed with commercial metal oxide semiconductor (MOS) sensors and tested using both artificial breath mixtures and spiked breath samples. While the SAMBre device could distinguish high concentrations of VOC biomarkers, it struggled with the low, clinically relevant concentrations required for early detection. A benchmarking protocol was developed to assess the performance of e-nose systems, revealing that current commercial sensors lack the necessary sensitivity and require further refinement.
The findings suggest that while e-nose technology holds promise for lung cancer screening, significant advancements in sensor technology and breath sampling methods are needed. Future work should focus on improving sensor sensitivity, reducing redundancy, and validating these findings with larger clinical datasets. The benchmarking approach developed in this thesis could guide the development of more effective e-nose systems and potentially extend to other applications in breath and gas mixture analysis.
[fr] Le cancer du poumon est la première cause de décès par cancer en Europe, avec des taux de survie qui s'améliorent considérablement grâce à un dépistage précoce. Les méthodes de diagnostic actuelles, telles que la TEP et l'IRM, sont coûteuses, nécessitent des équipements spécialisés et du personnel qualifié, et ne sont pas adaptées au dépistage à grande échelle des populations asymptomatiques. Cette thèse explore le développement et l'évaluation d'un nez électronique (e-nose) en tant qu'outil potentiel non invasif, portable et économique pour la détection précoce du cancer du poumon par l'analyse de l'haleine.
La recherche a été menée dans le cadre du projet PATHACOV, visant à créer un prototype de nez électronique capable de détecter les composés organiques volatils (COV) associés au cancer du poumon. Les principaux objectifs étaient : (1) passer en revue la littérature existante et les technologies pour concevoir un prototype approprié, (2) développer une méthodologie de test du nez électronique dans un scénario de dépistage, et (3) évaluer ses performances à l'aide de techniques de reconnaissance de formes.
Le prototype, SAMBre, a été conçu avec des capteurs à semi-conducteurs d'oxyde métallique (MOS) commerciaux et testé à l'aide de mélanges d'haleine artificielle et d'échantillons d'haleine enrichis. Bien que le dispositif SAMBre ait pu distinguer des concentrations élevées de biomarqueurs COV, il a eu des difficultés à détecter les faibles concentrations cliniquement pertinentes nécessaires pour un dépistage précoce. Un protocole de benchmarking a été développé pour évaluer les performances des systèmes de nez électronique, révélant que les capteurs commerciaux actuels manquent de la sensibilité nécessaire et nécessitent des améliorations supplémentaires.
Les résultats suggèrent que, bien que la technologie des nez électroniques soit prometteuse pour le dépistage du cancer du poumon, des avancées significatives dans la technologie des capteurs et les méthodes d'échantillonnage de l'haleine sont nécessaires. Les travaux futurs devraient se concentrer sur l'amélioration de la sensibilité des capteurs, la réduction des redondances, et la validation de ces résultats avec des ensembles de données cliniques plus larges. L'approche de benchmarking développée dans cette thèse pourrait orienter le développement de systèmes de nez électronique plus efficaces et s'étendre potentiellement à d'autres applications dans l'analyse de l'haleine et des mélanges gazeux.
Disciplines :
Chemistry
Physical, chemical, mathematical & earth Sciences: Multidisciplinary, general & others
Institution :
ULiège. Arlon Campus Environnement - Liège Université. Arlon Campus Environnement [Sciences], Arlon, Belgium
Jury member :
Redon, Nathalie; IMT Nord-Europe > Centre de recherche sur l'énergie et l'environnement
Leja, Märcis; University of Latvia > Institute of Clinical and Preventive Medicine
Capelli, Laura; Politecnico di Milano > Department of Chemistry > Materials and Chemical Engineering
Smolinska, Agnieszka; UM - University of Maastricht > Fac. Health, Medicine and Life Sciences > Farmacologie en Toxicologie
