面向傷口感染檢測的電子鼻傳感器陣列構(gòu)建與優(yōu)化研究.pdf

1、為實現(xiàn)傷口感染中最常見的三種目標(biāo)細(xì)菌（大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌）的檢測，本文設(shè)計并構(gòu)建了一套傳感器陣列，聯(lián)合進(jìn)樣單元和控制單元共同組成電子鼻系統(tǒng)。為進(jìn)一步提高該傳感器陣列對三種目標(biāo)細(xì)菌的分類識別效果并精簡陣列中傳感器的數(shù)量，本文開展了傳感器陣列優(yōu)化方面的研究。
　　論文的主要內(nèi)容如下：
　　針對三種目標(biāo)細(xì)菌及其典型揮發(fā)性代謝產(chǎn)物類型，本文選用當(dāng)前商用化程度較高、技術(shù)較為成熟的金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器和電化學(xué)氣體傳

2、感器作為傳感器陣列的主體，由傳感器陣列采集溫度、濕度、氣壓、工作電壓的信息，通過響應(yīng)補償?shù)姆绞教岣邆鞲衅麝嚵械目垢蓴_能力。此外，采用新型的六棱柱立體式結(jié)構(gòu)并使用特氟龍材料設(shè)計、制作了傳感器陣列中的傳感器氣室。
　　利用構(gòu)建的傷口感染檢測電子鼻系統(tǒng)，本文設(shè)計并開展了針對三種目標(biāo)細(xì)菌的培養(yǎng)液數(shù)據(jù)采集實驗。實驗中共使用了八類細(xì)菌培養(yǎng)液樣本，累計獲得有效數(shù)據(jù)480組。為定量評價原始?xì)怏w傳感器陣列對目標(biāo)細(xì)菌的分類識別能力，本文使用了支持向量

3、機(jī)對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。結(jié)果顯示，支持向量機(jī)對八類實驗樣本的識別率達(dá)到了86.54％。該結(jié)果表明，本文構(gòu)建的原始傳感器陣列在大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌的檢測方面取得了良好的效果。
　　為進(jìn)一步提高本電子鼻系統(tǒng)對目標(biāo)細(xì)菌的識別準(zhǔn)確率，精簡陣列中傳感器的數(shù)量，論文從變量選擇、數(shù)據(jù)降維以及傳感器組合搜索的角度出發(fā)，選用了基于威爾克斯統(tǒng)計量、馬氏距離、主成分分析、線性判別分析、遺傳算法的傳感器陣列優(yōu)化算法對原始傳感器陣列進(jìn)行了優(yōu)

4、化。以支持向量機(jī)得到的測試集識別率和陣列中傳感器的數(shù)量為評價指標(biāo)，本文對優(yōu)化前后的傳感器陣列及其對應(yīng)的傳感器陣列優(yōu)化算法性能進(jìn)行了比較。
　　在本文使用的五種傳感器陣列優(yōu)化算法中，基于威爾克斯統(tǒng)計量和線性判別分析的陣列優(yōu)化方法整體表現(xiàn)較好。在不限制陣列中傳感器數(shù)量的條件下，基于線性判別分析優(yōu)化得到的傳感器陣列在僅包含20個傳感器的條件下，實現(xiàn)了96.15%的最高測試集識別率；在陣列中傳感器數(shù)量為10個的條件下，基于威爾克斯統(tǒng)計量和