用于肺癌状态的检测和预防的生物医学感测方法和设备与流程

本专利申请要求2016年11月21日提交的美国临时专利申请62/424,719的权益。该专利的内容据此以引用方式并入。

背景技术：

1.技术领域

本发明涉及用于监测和潜在地防止患者发生肺癌的方法和设备。该领域包括用于确定患者对患肺癌的易感性或倾向的设备和方法。

2.相关领域的讨论

癌症不是一种单一疾病，而是一系列相关的疾病，这些疾病基本上可以从身体的任何部位开始。在所有类型的癌症中，常见的是身体细胞开始不停分裂，从而增殖并潜在地扩散到周围组织中。在正常情况下，细胞根据身体的需要生长和分裂以形成新的细胞，并且当细胞受到损伤或衰老时，它们会死亡，新的细胞代替受损或衰老的细胞；然而，癌症打断了这一过程。患有癌症时，细胞变得异常，应该死亡的细胞不死亡，并且在不需要时形成新的细胞。这些新细胞可以再生或不停增殖，并且可形成被称为肿瘤的生长。

癌症肿瘤是恶性的，这意味着其可以扩散或侵入周围的健康组织。此外，癌细胞可以脱落，并通过血液传送到身体的边远部位或到达淋巴系统。与恶性肿瘤不同，良性肿瘤不会扩散或侵入周围组织；但是，其可长大并导致损害。恶性肿瘤与良性肿瘤二者均可被切除或治疗。恶性肿瘤易于重新生长，而良性肿瘤可以重新生长，但这样的可能性要小得多。

癌症是一种遗传性疾病，因为它是由控制细胞发挥功能的方式(尤其是基因的生长和分裂方式)的基因中的变化引起的。导致癌症的基因变化可能是遗传的，或者可能由于细胞分裂时发生的错误或由于某些环境暴露(例如，工业/商业化学物质和紫外线)造成的dna损伤，而在个体的生命中出现。可导致癌症的基因变化易于影响三种类型的基因；即参与正常细胞生长和分裂的原癌基因，还参与控制细胞生长和分裂的肿瘤抑制基因，以及顾名思义参与修复受损dna的dna修复基因。

目前已确定超过一百种不同类型的癌症。可根据癌症出现的器官或组织来命名癌症的类型，例如肺癌，或根据形成癌症的细胞类型来命名，例如鳞状细胞癌。不幸的是，癌症在美国和全世界都是造成死亡的主要原因。根据世界卫生组织的数据，未来二十年，每年新发癌症病例的人数将上升至2500万人。

肺癌是当今最常见的癌症之一。根据世界卫生组织的“2014年世界癌症报告”，全世界有1400万人患肺癌，死亡人数达到880万人，成为男性癌症相关死亡的最常见原因，也是女性癌症相关死亡的第二常见原因。肺癌或肺恶性肿瘤是一种恶性肺肿瘤，如果不治疗，可能会转移到邻近的组织和器官中。大部分肺癌是由长期吸烟引起的；然而，约10％-15％的肺癌病例与烟草无关。这些非烟草病例最常是由遗传因素和暴露于某些环境条件，包括氡气、石棉、二手烟草烟雾、其他形式的空气污染和其他因素的组合引起的。肺癌以及其他形式的肺癌的存活几率取决于早期检测和治疗。

如上所述，癌症可由遗传因素和环境因素的组合引起。因此，应当针对暴露于已知引起或触发该遗传级联的环境因素，优选地监测对癌症(例如，肺癌)具有遗传易感性的个体。传感器或传感器阵列可适于检测环境中的分析物，并提醒个体潜在的暴露风险，以及检测由癌细胞产生的分析物以实现早期检测。传感器阵列优选地将是便携式的，并且被配置为对环境中的分析物和由个体产生的分析物二者进行采样，例如分析呼吸和/或其他身体排放物。期望开发出这样的方案，该方案可基于患者对肺癌的易感性，并且将基于对肺癌的遗传决定型易感性，将适当水平的环境监测与患者筛查相关联。

技术实现要素：

因此，本文公开了用于监测遗传易感性患者的环境并警告他们采取行动的方法和设备。另外，还公开了用于感测易感性患者的排放物、生物流体、生物群落和生物计量的方法和设备。接收到警告的患者可采取行动，包括附加的定期筛查，避免出现在可能会不期望地暴露于环境因素水平的场所，此环境因素可能与易感性患者的肺癌风险增加相关。在一些示例中，患者采取的行动可包括穿戴防护服装，诸如具有吸附材料或过滤器的口罩。该设备可感测患者的暴露水平并将结果记录在数据库中。在一些示例中，患者就医时可穿戴监测设备，并且将数据记录在该装置上。医疗专业人员可使用暴露的历史记录来确定要对患者执行的筛查水平，诸如在一个非限制性示例中，患者肺部的计算机断层摄影术(ct)x射线扫描。

在一个示例中，可形成用于降低患癌症的潜在风险的系统，该系统包括多个设备。在一些示例中，该系统可包括用于进行基因扩增的热循环仪，其中基因扩增的结果被用于确定患者的dna序列，以确定患者基因组的目标区域处的变异。该系统可包括第一感测装置，其中第一感测装置安装在患者家中的某一位置处。该系统可包括第二感测装置，其中第二感测装置安装在患者工作场所的某一位置处。该系统可包括处理系统，其中处理系统执行第一算法，该第一算法处理源自第一感测装置和源自第二感测装置的存储数据，并确定阈值水平的状态，其中阈值水平基于在患者基因组的目标区域处所确定的变异结果来确定。在一些示例中，第三感测装置可与患者本身相关联，诸如附接到智能手机或其他可穿戴装置或并入智能手机或其他可穿戴装置中的感测设备。该系统还可包括反馈装置，其中反馈装置基于警报级别的状态向患者传送信号。在另选的实施方案中，系统可被实现为独立的或整装装置，诸如可穿戴或携带的装置。

该系统的组成可在部件的性质上具有各种灵活性。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中第一感测装置是非特异性化学传感器。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中非特异性化学传感器中的多个元件以与第一化学物质相关的响应模式，对暴露于非特异性化学传感器周围环境中的化学物质进行响应，该第一化学物质被怀疑与患者患肺癌的风险增加相关。在一些示例中，监测设备可包括多个非特异性化学传感器，这些传感器被连接到神经网络以用于实时模式识别和计算。在另外的示例中，小型深度神经网络，其可包括少至半兆字节存储器，可用于包括深度神经网络的嵌入式系统，以实时识别化学阵列的图案并检测多个部件系统。

在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中第一化学物质为氡。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中第一化学物质为双(氯甲基)醚。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中第一化学物质属于多环芳烃家族。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中非特异性化学传感器包括掺杂有化学物质的聚合物膜，该化学物质调节聚合物膜表面的吸收特性。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中非特异性化学传感器包括这样的晶体，其自然振荡频率通过材料吸收到表面上或吸收到施加至晶体表面的膜上进行调节。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中非特异性化学传感器检测患者的呼吸中的肺癌生物标记。

在一个实施方案中，该系统可包括这样的示例，其中第一感测装置是微粒感测装置。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中第一感测装置感测至少第一生物制剂。在一个示例中，该系统可包括这样的示例，其中生物制剂为结核分枝杆菌(mycobacteriumtuberculosis)。

在另一个实施方案中，该系统可包括这样的示例，这些示例另外包括感测患者周围的直接环境的个人感测装置。在一个示例中，个人感测装置感测放射性。在一个示例中，个人感测可包括化学暴露感测。在一个示例中，个人感测可包括微粒暴露感测。在一个示例中，个人感测可包括血液感测。在一个示例中，个人感测可包括生物计量的感测。在一些示例中，生物计量可以是吸气速率或患者的脉搏。

在一些实施方案中，个人传感器可位于患者的肺内。该个人传感器可感测化学标记。在一些示例中，该个人传感器可感测暴露于环境化学物质中。在一些其他示例中，该个人传感器可感测放射性。

在一些示例中，可创建用于检测癌症形式的系统，其中该系统包括用于获得患者的基因数据以确定患者基因组的目标位置处的变异的装置，其中所述变异与具有癌症形式的风险增加有关。该系统还可包括第一数据库记录，其中第一数据库记录包含家族健康史的记录。在一些示例中，可动态更新家族健康史的数据库记录。该系统还可包括第二数据库记录，其中第二数据库记录包含一个或多个空数据集以及患者的环境暴露记录。此处，环境暴露的数据库记录可基于由系统获得的数据以及通过网络传送给系统的数据进行动态更新。该系统可包括第一传感器系统，其中第一传感器系统被配置为感测与癌症状态相关的生物标记，其中生物标记来自用户。该系统还可包括第二传感器系统，其中第二传感器系统被配置为感测用户的局部环境中的一种或多种微粒物质和化学污染物。该系统的这些元件也可连接至所包含的处理系统。处理系统实现第一算法和第二算法中的至少一者。第一算法可包括一个示例，该示例处理来自第一传感器系统的数据，以将第一传感器系统结果与阈值水平进行比较，其中阈值水平基于患者基因组的目标位置处所确定的变异结果、第一数据库记录内的数据处理以及第二数据库记录内的数据处理中的一者或多者来确定。第二算法可处理来自第二传感器的数据以确定患者位置处的环境条件。该系统还可包括被配置为基于处理系统的处理结果向患者传送信号的反馈装置。因此，当系统检测到用户感兴趣或关心的条件时，可与用户通信以传送条件。

实施方式可包括各种方法。在一个示例中，降低易患肺癌的患者患肺癌的风险的方法可包括多个步骤。该方法可包括通过分析患者的基因组来确定患者患肺癌的易感性。该方法可包括安装第一感测装置，其中第一感测装置安装在患者家中的某一位置处。该方法可包括安装第二感测装置，其中第二感测装置安装在患者的工作场所的某一位置处；并且该方法可包括安装处理系统，其中处理系统执行第一算法，该第一算法处理源自第一感测装置和源自第二感测装置的存储数据，并且确定阈值水平的状态，其中阈值水平基于在患者基因组的目标区域处所确定的变异结果来确定。该方法还可包括安装反馈装置，其中反馈装置基于警报级别的状态向患者传送信号。该方法可包括利用第一感测装置监测患者家中的第一环境状态。该方法可包括利用第二感测装置监测患者工作场所的第二环境状态。该方法可包括检测来自第一感测装置或第二感测装置中的一者或多者的信号，其中信号超过阈值水平。该方法可包括基于所检测的信号向患者传送信号。并且，该方法可包括采取行动以减少患者在第一环境状态或第二环境状态中的一者或多者中的暴露。各种方法步骤可包括如先前关于系统所述的各种选项。

附图说明

通过对本发明的优选实施方案进行以下更具体的描述，如附图中所示，本发明的上述及其他特征和优点将显而易见。

图1示出了根据本发明的易感肺癌和暴露于环境因素的示例性模型，以及对患肺癌的机会的组合效应。

图2a示出了根据本发明的示例性环境感测位置类型。

图2b示出了根据本发明的示例性个体感测模态。

图3a示出了根据本发明的示例性多信道广谱感测装置。

图3b示出了根据本发明的在暴露于环境因素后图3a的装置的各个元件可产生的示例性结果。

图4示出了根据本发明的示例性微粒感测装置。

图5a和图5b示出了根据本发明的用于感测生物制剂的示例性比色装置。

图6a和图6b示出了根据本发明的用于生物制剂的示例性感测装置。

图7a示出了根据本发明的用于产生吸收光谱的示例性光谱技术。

图7b、图7c和图7d示出了根据本发明可用于执行图7a的技术的示例性装置。

图8a至图8e示出了根据本发明的可用于检测与肺癌相关的患者生物标记的示例性个人感测装置。

图9示出了根据本发明可用于为患者治疗和预防肺癌的示例性方法步骤。

图10示出了根据本发明可用于为患者治疗和预防肺癌的另外的示例性方法步骤。

图11示出了根据本发明可用于为患者治疗和预防肺癌的示例性方法步骤。

具体实施方式

尽管所示出和描述的据信是最为实用和优选的实施方案，但显而易见的是，本领域的技术人员可对所描述和所示出的具体设计和方法作出变更，并且可在不脱离本发明的实质和范围的情况下使用这些变更形式。本发明并不局限于所描述和所示出的具体构造，而是应当理解为与落入所附权利要求书的范围内的全部修改形式相符。

在本申请中公开了形成和使用感测元件来诊断和治疗肺癌状态并潜在地延迟或防止其发展的方法。患者患肺癌的一般性质的简易模型可以是，患病的可能性是个体对肺癌类型的根本倾向的函数，该函数与暴露于环境因素相交。因此，可存在这样的个体示例，该个体暴露于高水平的环境因素诸如挥发性化学物质时对于患一种形式的肺癌具有较低倾向，并且从来没有患过肺癌。对患某一类肺癌具有高倾向的其他个体可能患此肺癌，而似乎几乎没有暴露于特定的环境因素中。

化学感测技术和环境感测技术的进步，特别是过去十年来持续的进步，当与基因组作图的进步和对各种形式的肺癌的遗传因素的理解相结合时，实现了具有预防、诊断和治疗功能的新型治疗方法。

术语

在下文的说明和权利要求书中，可用到各种术语，它们将应用以下定义：

本文所用的“生物相容性”是指在具体的应用中以合适的宿主响应执行的材料或装置。例如，生物相容性装置对生物系统不具有毒性或有害作用。

如本文所用，“涂层”是指材料以薄的形式的沉积物。在一些用途中，该术语将指代基本上覆盖基底表面的薄沉积物，该沉积物在基底表面上形成。在其他更特殊的用途中，该术语可用于描述在表面的更小区中的小且薄的沉积物。

如本文所用，“功能化的”是指使层或装置能够执行包括例如通电、激活和/或控制的功能。

对肺癌的遗传易感性和环境因素

研究表明，肺癌发生的显著发病率可建模为个体的遗传易感性与个体暴露于各种环境因素的数量和性质之间的相互作用。例如，与许多个体患肺癌有关的当前最大的环境因素之一是他们吸食烟草产品。然而，众所周知，事实证据表明存在这样的个体案例：在其一生中吸食过大量烟草产品但从未患过肺癌的个体，以及自己从不吸烟但还是患有肺癌的个体。因此，对于患肺癌的一部分人，诸如图1所示的模型100可能是恰当的。如图1所示，个体患肺癌的机会可绘制成一条线，例如，在暴露于环境因素130的维度上的示例性50％机会水平150与个体患肺癌140的倾向相比。在线条上方的移动可增加肺癌110的机会，在线条下方的移动可增加非癌症120的机会。因此，随着关于基因突变和遗传性基因异常可如何形成肺癌易感性的知识的发展，可以开发出可允许个体监测其暴露于各种环境因素的策略和设备。因此，当患者的病史和结构引导医生进行基因检测以评估其遗传易感性时，患者可知晓他对患肺癌具有升高或者甚至是高水平的“倾向”或易感性。在模型100中，具有升高的或高度的倾向的患者将具有一个针对其患肺癌的机会的分布图，如图表右侧所示。因此，如果患者能够最小化或消除其暴露于重要环境因素的情况，那么该患者可显著提高其不患肺癌的机会。因此，对感测设备的投资以及控制所感测的暴露的努力可使结果产生显著改善。

与遗传倾向的确定有关的某些已知基因中可存在多种变异。然而，该知识不断地改善，这里讨论的实质意味着在新知识得到发展时，本质上地包含对新知识的灵活采用。相同的灵活性可符合有关重要环境因素的知识的发展，这些重要环境因素对于具有升高的或高度的倾向的患者避免其发生可能是重要的。然而，可存在重要的基因变异，此基因变异目前被怀疑增加了肺癌的基因倾向。例如，一直被重点关注的基因变异的重要领域之一是欧洲背景患者体内的遗传位置5p15.33(tert/clptm1l)、遗传位置6p21.33(bat3/msh5)和遗传位置15q25.1(chrna5/chrna3/chrnb4)处的多态变异。另外，遗传位置22q12(10,11)处的单核苷酸多态性(snp)和含有tp53结合蛋白1基因的15q15.2基因座与肺癌风险有关。在亚洲背景的患者中，在遗传位置13q12.12、22q12.2(15)和3q28(16)处可存在基因座的三个另外的易感性区域。鉴于吸烟是肺癌的主要风险因素，有多条证据表明，遗传易感性可调节这种风险。从事欧洲癌症与营养前瞻性调查(epic)的研究人员已经确定了几个具有更常见人口频率的有趣基因座。在先前提到的染色体15q25处，是一个含有若干烟碱型乙酰胆碱受体的基因座。这些研究的一些结果在先前提到的5p15.33(包含htert和clptm1l基因3、染色体6mhc区域1内的hmsh5、rad52和cdnk2a4的区域)处示出了变体。

这些提及的基因座的很大一部分是同样显示出与特定组织学(mhc、cdkn2a、rad52、htert)相关的变体，这可表明其对于肺癌、组织学亚型可能是重要的。如所提及的那样，可存在已知或尚未知道的其他基因和变异，这些基因和变异可通过基因检测来探测，以评估个体患肺癌的倾向。方法可以半定量的方式探测这些不同的基因变异，结果可用于将患者的风险特征分类为许多层，诸如对肺癌易感性的低、升高和高倾向。用于确定目标基因座中的遗传变异的任何商业和科学上可行的方法均可应用于来自患者的遗传物质样本，以确定对肺癌的相对水平的易感性风险。

与本发明有关的系统可包括可测量或监测肺癌倾向风险的基因组数据的装置。来自患者的样本可使用热循环仪进行基因扩增来处理，其中基因扩增的结果用于在后续步骤中确定患者的dna序列，以确定患者基因组的靶区域处的变异。可评估筛查突变的重要区域以确定风险。

在类似的模型中，用于监测患者环境的装置(诸如，配备有监测装置的智能电话)继而可包括执行监测的应用程序，并且还包括通过互联网连接访问数据的能力。在一些示例中，患者可能已将其遗传物质样本提交至商业组织，该商业组织为患者基因组的不同位置测序并将结果记录在数据库中。应用程序可访问数据或者可接收来自商业组织的通信，该商业组织访问数据，并将感兴趣的基因修饰的识别传递给智能装置上的应用程序，从而可基于所识别的基因修饰来改变或补充其分析条件。在一些示例中，商业组织或另外的组织数据库可包括个人的家庭健康史的多个方面。如果患者激活适当的“选择”装置来接收这样的家庭健康和基因组历史，那么智能电话应用程序也可接收此类数据来集中其分析。在一个示例中，家庭成员的记录可指示特定类型癌症的发生，其中人口分析可与特别环境因素的敏感性相关，条件可由监测设备进行监测。考虑到特定的敏感性，分析装置的资源可被指定优先权和/或专用于特定环境因素或条件的分析。

类似地，如图1的示例性模型中所示，存在许多一般的环境方面和可与患肺癌的机会增加相关的因素。由于用于测量倾向的重要遗传变异的知识可能会增加，因此识别甚至更重要的环境因素的能力也会增加。目前，烟草烟雾是对肺癌十分重要的环境因素这一点可被广泛接受，如果患者是主要吸烟者以及暴露于二手烟的个人，这一点可能是重要的。

其他环境因素可包括暴露于氡气。氡是由铀在土壤、岩石和水中的自然分解产生的，最终可能成为患者可暴露于空气的一部分。由于氡在世界许多地区普遍存在，因此氡特别重要。例如，在具有地下室的家中，长期氡污染可造成健康风险。

在一些示例中，石棉和其他含纤维硅化合物可能是要跟踪的重要环境因素。其他可在工作场所常见的材料包括含有砷、铍、镉、铬和镍的元素化合物。这些环境因素中的许多在发生多种类型的暴露时可严重恶化。

与柴油和其他化石燃料以及其他化学物质诸如双(氯甲基)醚和多环芳烃的燃烧有关的空气污染物也可是增加患肺癌风险的重要环境因素。

在一些示例中，诸如肺结核的感染因素可以是暴露的重要环境因素，此暴露可能增加患肺癌的机会。

暴露于许多不同元素组合物的小微粒物质也可是对患者的重要环境暴露风险。这种微粒物质，其表现出增加肺癌的风险因素，可总结为至少两类。pm2.5(在空气中发现的尺寸为2.5微米或更小的微粒)和pm10(在空气中发现的尺寸为10微米至2.5微米的微粒)是可能与肺癌发展风险相关的测量参数。对于不同类型的肺癌诸如鳞状细胞癌和腺癌，风险因素可能是相似的，风险因素可基于与是否是吸烟者、过去吸烟者或从未吸烟的人有关的患者的生活史进行调整。

各种类型的烟雾中可存在多种与患肺癌相关的因素。在各种类型的烟雾的组分中，甚至比微米级更细的微粒可被称为纳米粒子，并且可能是重要的风险因素。用工程纳米粒子开发商业产品是一种新兴的产品类型，可能在未来几十年中改变与职业和个人暴露有关的多个方面。多种类型的传感器可以监测微粒和纳米级微粒，这将在后面的章节中讨论。纳米粒子的独特特征在于它们具有非常大的表面积与质量比。因此，暴露于其中的影响相比于质量可能与表面积更相关。

尽管可能没有来自人类研究的流行病学证据结论性地证实肺癌风险与纳米粒子暴露相关，但来自实验毒性研究的早期证据可表明令人担心的潜在原因。因此，为对肺癌具有高易感性的患者监测此类材料的方法可能是明智的。

示例性感测装置

如已提及的，监测与环境有关、人们或者特别是对肺癌具有高度易感性的人可以呼吸的空气可能是有利的。参照图2a，以示例性形式示出了可以被监测的不同类型的环境的汇总。

一个人一生可能会花相当一部分时间在住宅202。因此，各个房间可配备有各种感测设备，诸如微粒监测器、特异性化学监测器、诸如用于氡的放射性监测器、生物传感器以及可对各种类型的化学和微粒形式敏感的广谱监测器。这些类型的传感器在后续部分中以更详细的形式进行描述。住房中的不同房间可具有所定位的这种类型的传感器中的一个或多个。卧室、厨房和起居室可提供用于感测的焦点位置，但是其他位置(诸如地下室和/或车库)也可呈现出重要性。

一个人可能会在其外部环境203中花时间做事。外部环境203可包括不在家或工作场所的封闭空间，因此例如可包括汽车的内部空间。此外，诸如公园、步行道、庭院、甲板等的外部环境可能是经常光顾的地方，在这些地方空气质量对于肺癌易感性患者而言是重要的。各市和国家机构可建立区域性监测站，用于监测各类情况，包括微粒物质以及空气污染的化学性质。在一些示例中，此类监测的实时或接近实时的感测输出可经由诸如互联网和无线通信之类的传送手段来通信。所谓的“智能城市”可具有多个传感器部署在城市地区，在这些地区传感器充当物联网(iot)装置，其具有可再充电的小电源、传感装置和与互联网或其他网络连接的通信能力。在一些示例中，根据本发明的方法可包括设备和算法，该算法访问包含与外部空气环境有关的质量测量的因特网分布式数据库。多个传感器(可根据人类规模在地理上分开)的结果可用于将区域平均暴露估计内插到多种环境因素中，该环境因素可能对肺癌患者或对肺癌具有升高的或高度的易感性的患者非常重要。

多个传感器之间的通信可以形成不同类型的网络拓扑。在一些示例中，多个具有通信能力的主要固定式传感器可被布置到无线网状网络中。在一些示例中，固定式网络节点可与无线节点连接以形成复杂的网络拓扑。各种分布式传感器可用于监测环境条件，同时在其之间参与形成稳定的容错网络，其中数据通信可被促进并且变得非常有效。因此，分布到大致固定且合理密集位置处的环境监测传感器系统可形成网状网络基础，此基础可支持进入网状环境的其他移动节点。因此，穿戴可以连接到本地环境感测网状网络的监测装置的患者可以连接到感测系统，同时也自己提供数据。分布在多个患者/用户之中的系统可能同样参与或组装无线网状形式网络。

如先前所提及的，本身所包含的外部环境(诸如汽车)可具有内部传感器，该内部传感器用于监测封闭环境内的空气质量。在一些示例中，汽车装置可结合有智能装置，该智能装置可与因特网连接并访问与由感测装置测量的环境空气质量相关的信息。所得的数据库内插可用于计划和执行易感性患者在从一个地方被运输到另一个地方时的路线决定。在一些示例中，他们可以警告患者，预计所计划路线的终点将经历感兴趣的环境因素的水平增加。这些信息可用于改变计划运输。在一些示例中，患者可经由例如内部停车库被递送到终点。在其他示例中，患者可不完全前往终点。并且，在其他示例中，患者可采用多种空气净化策略，诸如微粒过滤器和化学/吸收材料过滤器。在另外的示例中，基于封闭环境中的传感器或区域传感器网络的患者的估计暴露可作为累积暴露估计与患者的数据库相关联。在一些示例中，可在个体从一个地点移动到另一个地点时跟踪个体的地理位置的装置可用于在患者移动通过一个区域时提供区域估计的暴露的改善准确性。

再次参见图2a，个体的工作地点204可具有部署用于监测该位置处所有利益相关者的空间用途的监测系统，或者在一些示例中监测具有升高肺癌易感性的个体的空间。建筑物可配备有各种感测设备，诸如微粒监测器、特异性化学监测器、诸如用于氡的放射性监测器、生物传感器以及可对各种类型的化学和微粒形式敏感的广谱监测器。同样地，在工作场所，对于某些类型的材料诸如挥发性有机碳气体、多种形式的微粒和雾化的含金属化合物，暴露的可能性要高得多。可以专门安装经过训练的传感器，以检测到达工作场所的化学物质或可能是工作场所发生的过程的副产品。

在几乎所有这些环境和可在这些类型的环境之间的接口上的任何其他环境中，患者可使用个性化感测设备201。作为非限制性的示例，可存在多种类型的设备，这些设备具有包括在其中的传感器，并且通过作为可穿戴传感器(诸如智能手表)或通过与用户将易于与之保持同步的器具(诸如移动电话)相关联来与用户进行关联。个人传感器可配备有各种感测设备，诸如微粒监测器、特异性化学监测器、诸如用于氡的放射性监测器、生物传感器以及可对各种类型的化学和微粒形式敏感的广谱监测器。在一些示例中，感测装置可包括多种这些不同的感测能力。在一些其他示例中，可使用多个装置来执行不同的感测任务。个性化感测设备201可被选择或针对非特异性感测设备进行“训练”，以便以近乎实时的方式监测患者附近的环境。

在一些示例中，监测设备可包括多个非特异性化学传感器，这些传感器被连接到神经网络以用于实时模式识别和计算。人工神经网络(ann)或连接系统是由构成动物大脑的生物神经网络启发的计算系统。此类系统通过考虑示例来学习(逐渐提高他们的能力)以完成任务，通常没有任务特定的编程。例如，在图像识别中，通过分析手动标记为“猫”或“无猫”的示例图像并使用分析结果识别其他图像中的猫，他们可以学习识别包含猫的图像。据发现，在使用基于规则的编程的传统计算机算法难以表达的应用程序中使用最多。如本文所用的神经网络(当不涉及生物神经元时，该神经网络也可以被称为人工神经网络)基于被称为人工神经元的连接单元的集合。连接单元之间的连接可被称为突触，并且它们可用于从第一神经元向另一个神经元传送信号。接收神经元可以处理信号，然后发信号通知连接到它的下游神经元。神经元可限定“状态”。该状态可由通常可以在0和1之间表示的值表示。由于学习随突触和神经元的系统发生，为神经元指定的权重因子可能会有所不同。通过改变权重，系统可以调整传送到下游的信号的强度。

深层神经网络是在输入层和输出层之间具有多个隐藏层的人工神经网络。深度神经网络可模拟复杂的非线性关系，这可能与非特异性传感器阵列产生的信号有关，尤其是当分析物组合在环境中存在时。可以在传感器阵列上使用深度神经网络，并且可创建架构，该架构针对分析物的不同组合的信号图案的复杂叠加生成模型，这随时间或“学习”推移会提高准确性。深层神经网的额外层可实现对较低层的特征的组合，潜在地用更少的单元来构建复杂的数据模型，而不是相似地执行浅层神经网络。在另外的示例中，小型深度神经网(可包括少至半兆字节存储器)可用于包括深度神经网的嵌入式系统，以实时识别化学阵列的图案，并检测可结合到便携式智能装置或生物医疗装置中的多个小外形部件系统。具有神经网络处理部件的感测装置可以用分析物的标准混合物来训练，以创建可快速起作用或可实时起作用的准确感测装置。

在一些示例中，个性化感测设备201可连接到能够在算法上处理与感测设备相关联的数据的装置。可以使用警告触发水平来启用装置，使得当感测装置开始观察到对所监测的环境因素的升高响应时，它可以向用户通信，告知其需要采取行动。与用户通信的装置可包括任何标准的通信协议，包括在非限制性意义上的警报、蜂鸣器、振动或可视屏幕显示，其向患者警示促使他或她采取行动的环境条件。作为非限制性示例，该行动可包括撤离该位置或者穿戴一件防护服装。在一些示例中，已连接装置可维护记录各种传感器输出以及时间日期戳的数据库。所记录的数据可以能够支持与患者的治疗有关的决定的各种方式来汇总。在一些示例中，升高的暴露事件或随时间推移整合的暴露量或组合暴露(其中同时发生多于一次的感测暴露)的证据可用于提升筛查程序，诸如x射线分析、血液监测或医学上适当筛查对肺癌具有高度的或升高的易感性的患者的其他此类示例。

个体感测示例

参照图2b，示出了许多个性化感测设备示例的示例性图示。图示中包含许多可用于感测暴露于环境因素的装置。在一些其他装置中，目的可以是监测患者的系统以获得体内受关注环境因素或此类受关注环境因素的代谢物的证据。在另外的装置中，一些监测系统的目的可以是感测可能与肺癌疾病状态的存在相关的生物标记的存在。

一些装置可以能够指示患者是否已经暴露于感兴趣的病原体的方式来操作。在非限制性意义上，结核病可以是在一些受感染个体中与肺癌具有潜在致病关系的病原体的示例。可感测暴露于结核病的存在的装置(可能甚至在发生感染之前感测到)可能是重要的。在一些其他示例中，可指示诸如温度、受损或“嘈杂”呼吸等感染状态或其他此类指标的生物计量信息可能是有用的。

另外的装置可以记录可用于在暴露事件期间连接患者的生理状态的生物计量数据。例如，脉率、呼吸频率、呼吸量和血压对于了解患者可能暴露的环境因素的摄入性质而言，可能是有用的生物计量。

可存在许多类型的生物医疗相关感测技术，这些技术可单独或组合使用以执行符合本发明的个体的感测。再次参见图2b，可找到生物医疗装置的多个示例类型的汇总。各种眼科装置200，诸如接触镜片、眼内装置、泪点塞等，可执行多种感测功能，包括分析眼部环境中生物体液中的分析物。泪液中可含有化学物质和个体体内产生的物质，但它们也显著地暴露于个体的环境中，并且可包含一段时间内的历史暴露记录。

接触镜片210也可用于读取和量化来自感测装置的结果，该感测装置可植入眼部组织中。

器官中的植入物205可包括脑植入物、心脏植入物、起搏器和其他植入用户器官中的植入物。这些植入物能够直接感测或间接感测用户的细胞组织层，或与用户的细胞组织层接触的流体。参考肺植入物295来描述专门类型，如随后更详细地讨论。

在其他示例中，生物医疗感测装置可以是听觉传感器220。听觉传感器220可间接感测生物特征诸如温度，作为例如红外信号。听觉传感器220也能够量化其他生物特征，诸如血氧合作用、分析物和生物有机体感测及其他此类感测。它们也可用于感测个体的化学排放物以及个体空间中的环境化学物质和材料。一些生物计量可在检测个体在其环境中的生物群落上的侵害和挑战方面具有潜在的诊断相关性，或者生物计量可对疾病状态具有诊断相关性。

牙科传感器230可用于感测多种不同类型的生物计量数据。传感器230可探测口腔中流体的生物分子和来自食物的化学物质，以及探测受各类环境暴露影响的生物流体。传感器230还可探测各种类型的间接测量值，包括环境中非限制性方面的压力、温度、液流和声音，所述环境可直接或间接地与诸如体温、呼吸速率、持续时间、强度等生物计量相关。此外，牙科传感器230可用于在吸气和呼气期间感测生物计量数据。这种牙科传感器可包括非特异性传感器，该非特异性传感器对从该传感器获得的数据具有基于神经网的控制和/或分析。在一些示例中，化学分离膜可允许挥发性有机化合物进入传感器，同时排除水基液体。可提供使用嵌段共聚物的设计组合制备的固有微孔率(pim-1)基膜的聚合物示例，所述嵌段共聚物具有允许气体渗透的微孔。其他示例可包括具有固有孔隙度的聚合物，诸如聚乙炔、氟化聚合物、聚降冰片烯和聚酰亚胺。

血管口传感器240可用于感测血流内的各个方面。一些示例可包括神经元蛋白或其他激素或抗体，这些激素或抗体可在肺癌的早期阶段表达，并且可与副肿瘤综合征有关。任何与可含有这些神经元蛋白质或可在肺癌早期阶段表达的其他激素或抗体的体液相互作用的感测示例均可以这种方式操作，并且此类示例不旨在受限于血管端口传感器240。用血管端口传感器240感测的其他示例可以是氧气监测或其他化学监测。可在血管口处监测其他生物计量，诸如血压或脉搏(作为非限制性示例)。

一些生物计量传感器可以是可穿戴传感器250。可穿戴传感器250可间接地测量环境中的多种生物计量以及化学物质和材料，以及由个体排放的那些物质。一个众所周知的示例是用于囊性纤维化(一种非常严重的肺部疾病)的汗液氯化物测定。在该测定中，从个体收集汗液并测试某些生物标记。更具体地说，检测位于染色体7(7q31.2)长臂上的囊性纤维化跨膜传导调节因子(cftr)基因。在一些示例中，感测元件可独立于用户的任何身体组织或体液。这种感测元件可监测与用户整个身体相关的生物计量，或个体的化学和微粒环境。在一些示例中，此类装置可在其中具有地理定位装置，该地理定位装置可包含随时间推移个体所去过的位置的记录。此类信息可与外部数据库中的数据结合以推断个体的暴露水平。其他可穿戴传感器可直接或间接感测或探测用户的细胞组织层，从而可允许测量温度、氧合作用和对汗液的化学分析(作为非限制性示例)。在一些示例中，可穿戴传感器250可采取衣物或珠宝的形式或结合到衣物或珠宝中。在其他示例中，可穿戴传感器250可附接到衣物或珠宝。

生物计量传感器的各种示例可结合到皮下传感器260，其中外科手术可将生物医疗装置与传感器一起放入到用户的皮肤层下方。皮下传感器260因与组织层或与间质液直接接触而可较敏感。皮下传感器260能够例如采用本文之前所述的技术分析各种分析物。也可测量物理参数，诸如温度、压力和其他此类物理相关生物特征参数。

传感器可结合到各种类型的血管或胃肠支架中，从而形成支架传感器270。因此，支架传感器270能够对各种化学物质执行感测。结合到血管内的支架传感器270也能够表征并测量各种类型的物理参数。例如，血管形式的支架传感器270能够在心脏泵血周期期间测量血管内的压力，以实现血管压力的生理学相关确定。有许多方式可使这种压力传感器能与小压电传感器、弹性传感器和其他此类传感器一起发挥功能。除了压力之外，还可直接在血流内监测许多其他物理参数。也可监测如先前已经提及的可能与肺癌状态有关的包括激素的化学物质。

诸如可吞服丸剂290之类的丸剂形式生物计量传感器可用于提供生物计量反馈，并且可感测个体中的简单化学物质和生物化学物质。在一些示例中，可吞服丸剂可结合药物组分。在其他示例中，可吞服丸剂290可仅仅包含各种类型的生物计量传感器。可吞服丸剂290可对其结合的胃肠液执行分析物测量。此外，丸剂可提供中央体核温度测量，作为可执行的物理测量的非限制性示例。丸剂穿过用户消化道的运动速率也可提供生物特征相关性的额外信息。在一些示例中，分析物传感器能够提供与饮食食用和营养方面相关的测量。由于吸入的化学物质和微粒物质穿过口腔、喉咙和喉部，一些暴露记录可通过唾液进入胃肠道，此类传感器可在此记录它们的存在。

绷带形式传感器280可用于执行生物计量和环境感测。在一些示例中，绷带形式传感器280可类似于可穿戴传感器250，并且对皮肤环境中的化学物质(包括汗液的方面)执行测量以及事件化学物质和材料暴露分析。绷带形式传感器280还可执行物理测量。在一些特殊示例中，绷带可在用户各种类型的创伤近侧，并且该区域中的化学和物理测量可具有与愈合相关的专门目的。在其他示例中，绷带传感器280可为有用的形状因数或环境受控的区域，以便包含环境暴露传感器。

如上所述，生物计量传感器可结合在肺植入物295内。肺植入物在其可起到主动或被动(感测)作用的一些示例中，可植入到用户肺上皮组织中。结合在肺植入物295内的生物计量传感器可允许化学和物理监测。在一些示例中，肺植入物295可用于感测肺癌类型的生物标记。在另选的意义上，肺植入物295可提供一种装置来直接监测已经通向肺组织的环境化学物质、微粒和其他物质。

图2b所示的生物计量传感器类型可代表可能与本发明相符的传感器的示例性类型。然而，可存在可与本发明相符的许多其他类型的传感器。此外，可存在结合了针对图2b所讨论的可能相关的一些或所有功能方面的传感器示例。本发明并非意在局限于图2b中提供的那些示例。值得注意的是，虽然各种传感器被示为在某些位置处，但是其可在身体上的任何位置，具体取决于具体的应用方面。

非特异性化学和材料传感器

已经开发了一类感测装置，其以非特异性方式感测化学物质的存在。可存在许多方法来完成这种感测。在一个示例中，一组成型的石英晶体涂覆有不同物质，诸如聚合物、无机材料单层和生物抗体(作为非限制性示例)。这些不同的物质将与其环境中的分子具有独特的键合方面。就抗体而言，其可对具有某些形状的生物材料具有相对特异性。传感器环境中的分子可吸附在晶体表面上，并找到它们可结合的结合位点。晶体的表面层上的许多结合分子的存在改变了石英晶体振荡的谐振频率。通过迫使石英传感器振荡，可测量晶体的谐振频率偏移，并且物理原理允许对待计算的晶体质量变化进行相对计算。不同的分子可以不同但特有的方式粘附到各个涂层上。不同的特性允许一系列不同的晶体具有区分不同分子的能力，特别是当它们在不同表面类型中具有显著不同的特性时。

重要的是要注意，许多不同类型的化学传感器是已知的。例如，质谱仪和气相色谱仪可适用于根据本发明的用途。

参照图3a，示出了将三十个或更多个晶体组装成具有电接触件的“芯片”形式300，以探测和测量晶体对于来自气相的材料的不同吸收量的晶体频率差异的示例性集合。公用或接地连接310可连接第一晶体321的一侧，该第一晶体可具有第二连接320以在第一晶体321上施加电信号来探测其特性。第二晶体331可使用公共接地连接310来电连接晶体的一侧和不同于第二晶体的第二接触件330，以同时记录暴露于空气样品的第二晶体的特性。

当使用“芯片”300时，它可暴露于装置，以解吸来自任一晶体表面的分子。在一个非限制性示例中，晶体可被电加热以解吸分子。在一些示例中，感测装置可包括两组芯片，其中一组用于吸收和分析气体样品，另一组可以关闭采样，使得其可以被加热以清除感测表面。在传感器冷却至工作温度之后，传感器可以开始探测空气环境，并且分子可以吸收到不同的晶体表面上，并随时间记录不同的吸收信号。参考图3b，可以显示350图3a中所示的三十二种不同晶体的示例性响应的集合，图中示出了针对每种不同晶体类型所计算的质量增加速率。示例性第一晶体类型可具有在322处所示的第一质量增加速率，其中第二晶体可具有在332处所示的结果。图3b中的结果可指示不同浓度的多种不同气态物质可以吸附到晶体阵列上。在一些示例中，当使用检测阵列时，其可最终被其所暴露的材料(无论是预期的分析物还是环境中的其他分子或物质)“污染”。因此，可存在一次性使用装置可能是期望的情况。因此，分析解决方案可以各种方式实施，包括作为被配置用于一次性使用的一次性阵列的封装式传感器，或在一次或多次使用之后可被清洁的一次性阵列。

晶体阵列可能已经在已知浓度的已知气体物质上被“训练过”，以找到针对可存储到数据库中的每个不同传感器的不同响应。算法可使用这些受训的响应来分析非特异性传感器对空气样品的动态响应，并精确提取存在于空气中的最高概率气体。对于少数环境气体在特定时间变化或只有少量气体存在的情况，该技术可能尤其有效。

在示例性意义上，暴露于一系列气体的传感器的组合的数学运算可描述如下。在传感器阵列表现出线性响应曲线并且也展现出对分析物混合物的附加响应的情况下，特定传感器对m个分析物的混合物的响应可以被建模成：

其中浓度(k)表示第k个分析物的浓度(“conc”)，而敏感性(k)表示第k个分析物在特定传感器部位上的敏感性(“sen”)。n个传感器阵列的组合形成线性方程组，可表示为

所得的方程可用于提取混合物中未知数量分析物的预期浓度的关系。在许多类型的分析中，更多数量的传感器提高了所提取结果的准确性，尤其是当感测元件在存在于混合物中的气体中产生显著不同的响应时。样品中气体的数量越多，可计算的响应的准确性就越低，这也可能是正确的。

可存在许多不同类型的感测元件，这些感测元件可被配制以产生大量感测元件的非特异性感测阵列。在一些示例中，基于聚合物的感测元件可以各种方式掺杂有不同的化合物，这些化合物修改聚合物的表面以使分析物具有不同的吸收特性。小阵列系统中的大量元件可由集成电路的处理设备形成，以用于这些类型的基于聚合物的传感器。在一些示例中，传感器的介电常数或有效电介质厚度的变化(可在分子结合到其表面时发生)可被感测为探针元件的电容性质的变化。例如，可以使用基于纳米片的场效应生物传感器来检测癌症标记蛋白。在此，与不同配制的表面层的不同结合可以在曝光时在探针元件的电容性质上产生不同的变化，该不同配制的表面层可用不同的材料涂覆或可具有植入聚合物感测结构中的各种类型的“掺杂物”。

另一种类型的感测元件可使用碳纳米管尖端形成。尖端可电连接到电压源，该电压源使尖端倾斜，以在尖端附近形成电场，并表征气相中分子的击穿特性。可存在其他类型的传感器阵列，这些传感器阵列可被配制为提供小型、低成本、可重复使用的感测模块，该模块可在如先前所述的各种环境感测用途中使用。这些类型的一些传感器也可以表征微粒物质，特别是存在于气体样品中的纳米微粒。

微粒和粉尘传感器

对患肺癌具有升高的或高度的易感性的患者可监测和控制在其环境中暴露于微粒的情况。对于一些最小的微粒诸如纳米微粒，一些非特异性化学和材料传感器可对这种纳米微粒对其表面的结合敏感，并且能够检测到它们的存在。通常可使用其他类型的检测器来检测微粒的水平。参见图4，示出了示例性微粒监测设备。光束被引导至透明管400中的空气流430，该透明管将空气流集中到约束区域中。空气流中的微粒(诸如微粒440)流入约束区域，其中来自激光源410的激光束420撞击微粒并被微粒散射470。当光束路径中不存在微粒时，光将继续通过透明管400并被光束截捕器460吸收。因此，只有散射470的光将经过光束截捕器460并到达光电探测器450上。在一些示例中，光电探测器450将具有多个隔离的感测区域，这些区域可辨别散射角的弧，该散射角的弧可由微粒传感器用于估计散射光的微粒的相对尺寸，因为散射角可以是微粒尺寸的函数。

光散射粒子计数器可形成到可为可穿戴装置的小型便携式感测装置中。这种装置的最大能量消耗可以是将各种微粒移动通过感测区域所需的泵送系统或其他气流系统的结合。对于可穿戴装置，这样的电源可以由电池提供。

在一些示例中，光散射粒子计数器可以被固定安装在特定位置。传感器可通过互联网连接自主地向数据库提供传感器数据。在一些示例中，可将粒子传感器放置在对患肺癌具有升高的或高度的易感性的患者附近的工作场所中。同样，粒子传感器也可放置在住宅位置内。

当可穿戴或固定安装的粒子计数器检测到微粒物质水平升高时，它可发出声音警报。在一些示例中，传感器可通过互联网连接将其感测水平传送给服务器。软件算法可用于处理传感器数据，并且在一些示例中可以探知患者的位置。如果患者在升高微粒水平的检测期间位于传感器周围的某一区域，则可以向用户的装置进行通信，诸如在非限制性意义上，是移动电话或智能电话。易感性患者可基于对空气中升高微粒水平的检测而采取保护措施，诸如通过穿戴防护服装(如过滤口罩)。在一些示例中，当检测到升高水平的微粒物质时，用户可离开某一位置或避免到达某一位置。通过采取这种行动，易感性患者可降低其对环境因素的累积暴露，这继而可降低其患肺癌的风险水平。

与患者的已知位置相关的检测水平也可被传送到数据库中，该数据库可存储这些暴露事件的记录。累积暴露值和暴露事件的细节可由医疗专业人员用于激励预防措施，诸如增强对暴露于环境因素的患者的筛查。

化学特异性和分析传感器

在一些使用环境中，化学特异性传感器或复杂的分析传感器的用途是可用于检测已知与患肺癌的风险增加有关的化学物质。一些化学特异性传感器可使用微流体处理装置来执行化学或电化学感测技术，以研究空气样品，以便对存在的气体(包括特定的感兴趣的气体)对易感风险患者的增加风险进行定量评估。基于化学选择性场效应晶体管的传感器可对气体或液体样品中的所选化学物质的存在提供选择性响应。基于场效应晶体管的电子传感器可提供高效且潜在低成本的传感器基座，该基座对各种化学和生物分析物类别很敏感。具有包括纳米结构半导体的有源沟道的一类场效应晶体管提供特别灵敏和有效的基于场效应晶体管的电子传感器。基于一维硅纳米线和碳纳米管以及二维石墨烯及其衍生物的型式是电子传感器中最有前景的沟道材料之一。场效应晶体管的沟道区上气体分子的吸收在场效应晶体管阵列的沟道的导电性方面产生可重现的偏移。沟道可通过对沟道区材料进行化学转化、物理转化等各种处理来进行功能化。气体感测装置中的类似变化可由功能化金属氧化物半导体(mos)传感器阵列产生。电导测量半导体金属氧化物气体传感器已经过充分研究和表征，并且构成了用于本文的发明构思的期望传感器类型。由于低成本和生产灵活性以及其简便易用性，mos传感器阵列对于在大气环境条件下的气体感测是理想的。已经证明，mos传感器阵列能够在许多可能的应用领域感测大量的可检测气体。除气敏材料的电导率变化之外，还可通过测量电容、功函数、质量、光学特性或由气体/固体相互作用释放的反应能量的变化来执行该反应的检测。在一些示例中，其中对栅极进行修改/处理/功能化以具有对某些分子的亲和力的一系列功能化mos传感器可操作，以通过它们在功函数中的调节来感测这种吸附气体分子的浓度。

在一些示例中，更复杂的化学感测设备可用于环境感测。气相色谱/质谱等技术可为宽泛的分析物提供高度准确和灵敏的感测方案。可存在其他技术，这些技术提供具有相对复杂的测试方案的分析结果，诸如在非限制性意义上的电化学传感器，所述电化学传感器可通过用于金属成分检测的伏安分析法、电感耦合等离子体原子发射光谱(icp_aas)或质谱(icp_ms)，以及用于表征特别是挥发性有机碳化合物的气相色谱红外光谱(gc-ir)等各种光谱技术来感测分析物。在这些示例的一些中，小外形装置的开发活动正在进行中，但通常这些复杂的技术可具有相对较高的成本因素，并且可能对所部署的感测装置具有较大的形状因素。分析技术可能特别适用于区域空气质量的感测，其结果可与数据库共享并通过软件算法访问，以在检测到升高水平的化学物质时，为位于此系统附近的易感性患者提供通信和警告。在一些示例中，可存在这样的情况，专注于有限或单一化学物质的专用化学传感器可用于监测环境或分析患者的呼吸样本。在一些示例中，基于小型红外线的检测器可被配置为检测特定物质或特定气体的组合。特定物质的红外特征图可以特性频率和相对吸收速率来吸收光。对于物质的某些组合，可存在吸收光谱的足够离散，以实现对这些多种物质的定量分析。扩散受控的基于电化学的传感器是另一个例子，其中分析系统可被配置为将大部分单一气体系统的精确感测作为目标。此类特异性传感器的组合可提供一种准确分析气体物质的特定组合的存在的装置。

生物标记/分析化学

生物标记或生物学标记通常是指某些生物学状态或状况的可测量指标。该术语偶尔也用来指这样的物质：其存在指示活生物体的存在。另外，已知生命形式将独特的化学物质(包括dna)散布在环境中作为其在特定位置存在的证据。通常测量和评估生物标记以检查正常生物学过程、致病过程或对治疗性干预的药理学应答。在所有过程中，这些生物标记可揭示对于预防和治疗疾病以及保持健康和良好状态而言非常重要的大量信息。

被配置成分析生物标记的生物医疗装置可用于快速且准确地揭示一个人的正常身体机能，并评估该人是否保持健康的生活方式或者是否需要改变来避免患病或疾病。生物医疗装置可被配置成读取并分析蛋白质、细菌、病毒、体温变化、ph变化、代谢物、电解质及用于诊断医学和分析化学的其他此类分析物。如本文所用，使用生物医学装置来分析生物标记的技术可用于监测患者生物群落的变化，此变化可指示患肺癌的早期或晚期阶段。这些技术还可探测可增加患肺癌的机会的感染因素(特别是肺部的感染因素)的存在。如先前所提及的，非特异性传感器协议和装置中的一些可涂覆有抗体或其他生物分子，当病原体与装置表面接触时，该抗体或其他生物分子可允许感测装置中的信号改变。

用于分析物分析的基于荧光的探针元件

可使用基于荧光的分析技术检测并分析各种类型的分析物。这些技术的子集可涉及来自分析物自身的直接荧光发射。技术的更一般集合涉及荧光探针，这些荧光探针具有结合于分析物分子并这样做来改变荧光特征图的成分。例如，在福斯特共振能量转移(fret)中，探针被配置有两个荧光团的组合，这两个荧光团可化学附接到相互作用的蛋白质。荧光团彼此的距离可影响从其发出的荧光信号的有效性。

其中一个荧光团可吸收激发照射信号，并且可将激发态共振地转移到另一个荧光团中的电子态。分析物与附接的相互作用蛋白质的结合可干扰几何形状，并引起来自该对荧光团的荧光发射的变化。结合位点可在遗传学上编程到相互作用的蛋白质中，并且例如，对葡萄糖敏感的结合位点可被编程。在一些情况下，所得的位点对所需样品的间质液中的其他成分可不太敏感或不敏感。

分析物与fret探针的结合可生成对葡萄糖浓度敏感的荧光信号。在一些示例性实施方案中，基于fret的探针可能对少至10μm浓度的葡萄糖敏感，并且可能对高达数百微摩尔的浓度敏感。各种fret探针可在遗传学上设计并形成。所得的探针可被配置到可有助于分析受检者间质液的结构中。另选地，感测装置可将膜提供给空气，从而允许分析物通过膜扩散并进入包含fret探针的流体层。一系列经过不同调谐的fret探针可提供能够用于许多类型的分析物(在生物分子到感兴趣的环境分子的范围内)的灵活但特定的感测。

在一些示例性实施方案中，可将探针放入可透过间质液(当位于患者体内时)或分析装置的液体(该液体包围fret探针)的材料基质内。例如，可将不同的fret探针组装到水凝胶结构中。在一些示例性实施方案中，这些水凝胶探针可以一定方式包括在眼科接触镜片的基于水凝胶的处理中，使得它们可驻留在水凝胶封装中，当佩戴在眼睛上时，该水凝胶封装浸入泪液中。在其他示例性实施方案中，可将探针插入在眼组织中巩膜的正上方。可将包含发荧光分析物敏感探针的水凝胶基质放入到与包含分析物的体液接触的各种位置中。由于眼睛暴露于环境中，因此可以佩戴隐形眼镜以提供对患者环境的监测能力。在其他示例中，具有嵌入式fret探针的水凝胶可驻留在传感器装置中，该传感器装置包含必要的荧光光源和检测器，以从可以阵列形式组装的fret探针中读出信号。

在易感性患者体内的眼科传感器的示例中，荧光探针可与巩膜附近的眼区的间质液接触。在这些情况下，若侵入式嵌入探针，则感测装置可提供从眼睛外部的位置(诸如从眼科镜片或保持在眼睛近侧的手持式装置)入射到荧光探针上的辐射信号。如前所述，fret探针可被设计成对蛋白质和激素敏感，这可能指示肺癌的生长。

在其他示例性实施方案中，探针可嵌入在眼科镜片内的荧光感测装置近侧，荧光感测装置也嵌入在眼科镜片内。在一些示例性实施方案中，水凝胶裙边可将眼科插入件与荧光检测器以及基于fret的分析物探针一起包封。生物医疗装置中的荧光检测器使用的进一步实现可见于2013年8月28日提交的美国专利申请14/011,902中所述，该专利申请以引用方式并入本文。

在一些示例中，可根据基于荧光的分析来使用非特异性化学检测器。分析装置可被配置为与患者呼吸中的气体化学物质相互作用。在呼吸时，可包括许多不同传感器“斑点”的传感器板可能与患者呼吸中的各种气体相互作用。测试设备然后可具有其特征荧光光谱。与其他非特征传感器非常类似，可对探针进行“训练”以获得不同分析物的独特光谱响应，然后这些特征结果可组装到用于分析重叠结果的数据库中。

在一些示例中，分析物的绝对水平可仅形成用于确定问题的基础。另选地，或者除将测量结果与预定阈值或绝对阈值进行比较之外，可建立健康患者的基线，并且可利用检测器来检测该基线的变化。随时间推移，测量结果的变化可发信号通知条件方法，该条件将不可避免地超过阈值，并且时间相关变化的检测可提供较早的检测效果。也可能的是，大范围的疾病状态和伴随产生的分析物可根据疾病的确切状态而变化。在这种情况下，可能无法确定完全有效的阈值操作值，因此，使用给定个体的基线值的变化可能是检测和主动治疗的一种有效方法。

各种类型的非特异性传感器可被配置成阵列，该阵列可用于感测环境的化学组成。从健康角度来看，一个可以感测的明显重要的环境类型可能是患者的呼吸。患者的呼吸可包含大量不同的化学组分，包括以下非限制性示例：2-乙基己醇、3-甲基己烷、5-乙基-3-甲基辛烷、丙酮、乙醇、乙酸乙酯、乙苯、异壬烷、异戊二烯、壬醛、苯乙烯、甲苯和十一烷。对于各种疾病，这些化学物质的相对水平可能会有显著差异。这些成分的检测以及监测患者呼吸样本中化学物质组合的能力可以是对患者可能发生的疾病状态的理解。例如，研究表明，在肺癌患者的呼吸中，这些患者的呼吸包含这些化学物质中的一些的显著水平。在示例中，通常存在的化学物质可包括：2-乙基己醇；3-甲基己烷；乙醇；异壬烷；异戊二烯；壬醛；苯乙烯和甲苯。其他重要的分析物可以这些示例的较低水平存在。

已经证明，癌症相关的气体检测器可用相对较小(约50毫米直径)的圆形板组装。板上是形成荧光交叉响应传感器阵列的敏感斑点。传感器可由具有许多位于传感器边缘周围的化学响应斑点的一次性阵列组成。斑点可以用敏感合成化合物的不同样品填充。这种荧光交叉响应阵列与特定分析物或挥发性有机化合物气体的相互作用可引起斑点荧光特性的特征偏移。通过在反应前后收集传感器阵列的荧光发射光谱，可以获得可在已知分析物的数据库上进行分析的数据集，以确定能够解释多个测试位点的荧光响应偏移的化合物最佳拟合设定。基于这些原理的探针可被制成可与患者的呼吸相互作用的各种形状因素。

具有事件着色机构的感测装置

检测分析物的另一种方法可为被动着色方案，其中分析物可严格结合于反应性化合物，产生颜色变化，从而可指示特定分析物的存在。这种探针可被配制成独立的感测元件，该感测元件使用光谱来检测着色方案中的变化。在其他示例中，着色可被检测为易感风险的肺癌患者可在视觉上看到的信号。在以下段落中，描述了隐形眼镜中的这种视觉方案，其中镜片的光学区可至少部分地改变颜色。可以注意到，各种着色技术的使用可以替代地设置在不戴在眼睛上的便携式传感器中，该便携式传感器具有或不具有各类光谱示值读数。

在继续进行的眼科示例中，事件着色机构可包括反应性混合物，其可通过诸如热成型技术，被例如添加至、印刷至或嵌入眼科装置的刚性插入物。或者，事件着色机构可能不需要刚性插入件，而是可例如通过使用印刷或注射技术位于水凝胶部分之上或之内。

事件着色机构可包括刚性插入件的一部分，该部分对瞬态泪液的一些组分或眼科镜片内的一些组分具有反应性。例如，事件可以是一些析出物(诸如脂质或蛋白质)在刚性眼科插入件和水凝胶部分中的任一者或两者上的特定积聚，具体取决于眼科镜片的组成。积聚浓度可“激活”事件着色机构，而无需功率源。激活可以是渐进的，其中随着积聚浓度的增大，颜色变得更加可见，这可以指示何时应该清洗或更换眼科镜片。

作为另外一种选择，颜色可仅在特定的浓度下明显。在一些实施例中，例如，在佩戴者有效地将析出物从水凝胶部分或刚性插入物上移除的情况下，激活可为可逆的。事件着色机构可位于光学区之外，这可实现刚性插入件的环形实施方案。在其他实施方案中，特别是事件可促使佩戴者立即行动的那些实施方案中，事件着色机构可位于光学区内，这使佩戴者可看到事件着色机构的激活过程。

在一些其他实施方案中，事件着色机构可包括贮存器，其可容纳有色物质，例如，染料。在事件发生之前，贮存器可为不可见的。可以用可降解材料封装贮存器，泪液中的一些成分(包括，例如，蛋白质和脂质)可使可降解材料不可逆地降解。一旦降解，有色物质可被释放到眼科镜片中或第二贮存器中。此类实施方案可基于制造商的推荐参数指示何时应将一次性眼科镜片丢弃。

转至图5a和图5b，图中示出了具有多个事件着色机构501-508的眼科镜片500的示例性实施方案。在一些实施方案中，事件着色机构501-508可位于眼科镜片500的软水凝胶部分510内和光学区509之外。

此类实施方案可能不需要刚性插入件或介质插入件来使事件着色机构501-508发挥功能，但是仍可将插入件结合到眼科镜片500中，以允许另外的功能。在一些实施方案中，每个事件着色机构501-508可分别封装在眼科镜片500的软水凝胶部分510内。事件着色机构501-508的内容物可包含对一些状况，例如温度或泪液组分(诸如生物标记)具有反应性的化合物。

在一些实施方案中，每个事件着色机构501-508可基于不同的事件“激活”。例如，一个事件着色机构508可包括对眼部环境温度变化作出反应的液晶，其中事件为发烧。相同眼科镜片500内的其他事件着色机构502-506可对特定病原体作出反应，所述病原体例如，可引起眼部感染或可指示非眼部感染或疾病，如角膜炎、结膜炎、角膜溃疡和蜂窝组织炎的那些病原体。此类病原体可包括，例如，结核分枝杆菌(mycobacteriumtuberculosis)、棘阿米巴角膜炎(acanthamoebakeratitis)、铜绿假单胞菌(pseudomonaaeruginosa)、淋病奈瑟氏菌(neisseriagonorrhoeae)以及葡萄球菌(staphylococcus)和链球菌(streptococcus)菌株，诸如金黄色葡萄球菌(s.aureus)。这些病原体中的一些是对患肺癌具有升高的或高度的易感性的患者的风险因素，另一些可以是在治疗前后在肺癌状态的存在下可能发生的机会性感染。

可用可选择性地透过泪液组分的化合物，封装事件着色机构501-507。在一些实施方案中，事件着色机构502-506可通过凝集而发挥作用，如通过凝固酶测试，其中较高浓度的病原体可附着到事件着色机构502-506内的化合物上并可导致结块或形成沉淀。沉淀可提供着色或可通过独立的反应与事件着色机构502-506中的另一种化合物发生反应。另选地，事件着色机构502-506可包含通过反应，诸如通过一些氧化酶测试着色的试剂。

如图5b中以横截面520示出，事件着色机构522,525可位于眼科镜片的周边，而不会改变水凝胶部分530的光学表面。在一些实施方案中，未示出，事件着色机构可至少部分地位于光学区529内，向佩戴者警示该事件。事件着色机构522,525在单个眼科镜片500内的位置可变化，一些位于周边，一些在光学区529内。

参见图6a和图6b，示出了具有事件着色机构611-614,621-624和631-634的光学区601和非光学区602的眼科镜片600的替代实施方案。在一些此类实施方案中，事件机构611-614,621-624和631-634可包括分别锚定在眼科镜片600内的反应性分子612-614,622-624和632-634。反应性分子612-614,632-634可包括中央结合部分613,633，其两侧是淬灭剂612,632和着色部分614,634，例如发色团或荧光团。根据分子结构，当特定化合物结合到结合部分613,633时，着色部分614,634可靠近淬灭剂612而减轻着色，或可远离淬灭剂632而增加着色。在其他实施方案中，反应性分子622-624可包括结合部分623，其两侧是福斯特共振能量转移对622,624。fret对622,624的功能可类似于淬灭剂612,632和发色团(着色部分)614,634，但是fret对622,624两者均可表现出着色，并且当它们彼此接近时，其光谱重叠可引起着色变化。

反应性分子612-614,622-624,632-634可经选择以靶向泪液中的特定化合物。在一些实施方案中，该特定化合物可直接指示事件。例如，当事件为泪液中的葡萄糖水平时，反应性分子612-614,622-624,632-634可直接与葡萄糖结合。例如，当事件为病原体的存在或浓度时，该病原体的特定方面可与反应性分子612-614,622-624,632-634结合。该特定方面可包括该病原体的特有脂质或蛋白组分。作为另外一种选择，该特定化合物可以是事件的间接指示剂。特定化合物可以是该病原体的副产物，诸如响应该病原体的特殊抗体。

如以图6b的横截面示出，反应性分子660,680在眼科镜片650内的位置可与在水凝胶652内的位置不同。例如，一些反应性分子680可完全位于周边，而不与光学区651重叠。其他反应性分子660可至少部分地延伸到光学区651中。在一些此类实施方案中，在反应性分子660的某些构型中，例如当事件发生时，反应性分子660可延伸到光学区651中，这可向佩戴者警示该事件的发生。

生物医疗装置中的事件检测器使用的进一步实现可见于2013年5月21日提交的美国专利申请13/899,528中所述，该专利申请以引用方式并入本文。

量子点光谱

小光谱装置可有效帮助建立生物医疗装置，使之能够测量和控制用户的各种分析物的浓度。当前的微型光谱仪设计主要使用干涉滤波器和干涉测量光学器件来测量含有吸光材料的混合物的光谱响应。在一些示例中，光谱仪可通过建立由量子点组成的阵列而形成。基于量子点阵列的光谱仪可基于波长复用原理测量光谱。当分别用一个滤波器元件和一个检测器元件同时编码和检测多个光谱带时，可实现波长复用原理。阵列格式可允许该过程使用不同滤波器以不同编码有效重复多次，从而获得足够的信息以实现目标光谱的计算重构。可通过考虑一系列光检测器(诸如存在于电荷耦合器件(ccd)相机中)示出示例。光敏装置的阵列可用于对到达ccd阵列中的每个具体检测器元件的光的量进行定量。在宽带光谱仪中，多个(有时数百个)基于量子点的滤波器元件被部署成使得每个滤波器允许光从某些光谱区域通过到达一个或数个ccd元件。数百个此类滤波器的阵列被布置成使得穿过样品的照明光可继续穿过量子点(称为qd)滤波器的阵列并到达qd滤波器的相应组的ccd元件。光谱编码数据的同时收集可允许样品的快速分析。

窄带光谱分析示例可通过使用围绕窄带的较少数量的qd滤波器而形成。在图7a中，示出了可如何由两个滤波器的组合观察光谱带的图示。还可以清楚的是，可设想数百个滤波器的阵列，作为图7a中重复多次的相似概念。

在图7a中，第一qd滤波器780可具有作为y轴上的abs来示出和指示的相关光谱吸收响应。第二qd滤波器781可具有与包括在滤波器中的量子点的不同性质相关联的移动的光谱吸收，例如，qd在qd滤波器781中可具有较大直径。所有波长(白光)的光的固定辐照度的差分曲线由来自横穿滤波器781及横穿滤波器780的光的吸收结果的差异得出。因此，通过这两个滤波器来进行照射的效果是差分曲线将指示所示传输带782中的光谱响应，其中y轴被标记为trans，以指示响应曲线与传输特性相关。当分析物被引入光谱仪的光路中时，其中分析物在紫外/可见光谱中以及可能的红外线中具有吸收带，结果将是改变光在该光谱带中的传输，如光谱783所示。从782到783的差异得到由这两个量子点滤波器限定的区域中分析物的吸收光谱784。因此，可通过少量滤波器获得窄光谱响应。在一些示例中，不同滤波器类型对相同光谱区域的冗余覆盖可用于改善光谱结果的信噪特征。

基于qd的吸收滤波器可包括在其表面上具有淬灭分子的qd。在qd吸收适当频率范围内的能量后，这些分子可阻止qd发光。更一般地，qd滤波器可由半径小于体相激子玻尔半径的纳米晶体形成，从而引起电子电荷的量子限域。晶体的尺寸与纳米晶体的受限能态相关，并且一般来讲，减小晶体尺寸具有更强限域的效应。该较强的限制影响量子点中的电子态，并且导致有效能带的增加，这导致光学吸收和荧光发射二者均偏移到蓝波长。已存在针对量子点宽阵列所定义的许多光谱受限源，它们可以购买或制造得到并且可结合到生物医疗装置中充当滤波器。通过部署略微修改的qd，诸如通过改变qd的尺寸、形状和组成，可以连续且精细地在深紫外到中红外范围内的波长中调谐吸收光谱。qd也可被印刷成非常精细的图案。

具有量子点光谱仪的生物医疗装置

图7b示出了生物医疗装置700中的示例性qd光谱仪系统。图7b中的图示可利用被动方式收集样品，其中样品流体被动地进入通道702。在一些示例以及在其他示例中，通道702可在生物医疗装置700的内部，如图所示，生物医疗装置700可围绕具有折返空腔的外部区域。在一些示例中，其中生物医疗装置700创建通向其自身的外部流体通道，该装置700还可包括孔760以发射试剂或染料，以便与通道区域中的外部流体相互作用。这种生物医学装置可包括在各种类型的感测位置中，包括在非限制性意义上，牙科器具和植入物、饮食器具等。可能需要使用者进行明显的测试操作的特定探测装置(诸如呈压舌板形状的探针)也可通过将其置于易患肺癌的患者的口腔中起作用，并且可感测到患者呼吸的光谱特征。

在非限制性意义上，被动采样可参照生物医疗装置700可为可吞服丸剂的示例来理解。丸剂可包括发出药物750的区域以及分析诸如胃液之类的周围流体以确定是否存在分析物的区域，其中分析物例如可以是药物，但也可以是患者已经暴露的环境因素的证据，该环境因素已经到达食道并进入胃液中。丸剂可含有控制器770区域。分析区域703可包括在生物医疗小丸装置中的折返通道702，所述生物医疗小丸装置允许外部流体被动地流进或流出该通道。当分析物(例如，在胃液中)扩散或流入到通道702中时，它将位于图7b所示的分析区域703之间。

现在参见图7c，一旦分析物扩散或以其他方式进入量子点光谱仪通道中，所述通道将表述为通道702，样品730可通过量子点(qd)发射器710的发射部分。qd发射器710可接收来自qd发射器控制器712的信息，指示qd发射器710发射跨过通道702的光的输出光谱。

在一些示例中，qd发射器710可基于量子点的发射属性工作。在其他示例中，qd发射器可基于量子点的吸收特性发挥作用。在利用量子点的发射特性的示例中，这些发射可受到光激励或电激励。在光激励的一些示例中，紫色到紫外区中的高能光可被光源发射并吸收在量子点中。qd中的激发可通过发射窄带中的特征能量的光子而发生弛豫。如此前所提及，qd可被设计用于在所选感兴趣的频率处发生发射。

在相似的一组示例中，qd可形成一组层。该层可将qd放置在电活性层之间，所述电活性层可将电子和空穴提供给qd。这些由电子和空穴的提供导致的激发可相似地激励qd发射所选频率的特征光子。qd发射器710可通过包括充当量子点的纳米级晶体而形成，其中所述晶体在其生长和材料方面可受到控制，这些材料用于在晶体包括于发射器元件上之前形成晶体。

在qd以吸收模式发挥作用的另选组的示例中，可使用一组滤波器的组合来确定区域中的光谱响应。该机制在之前部分中参照图7a描述。qd吸收元件的组合可用于分析中，以选择分析用的光谱区域。

在这些类型的发射示例的任一者中，光频谱可由qd发射器710发射并且可通过样品730。样品730可从所发射频率的一些中吸收光，前提是样品内的化学成分能够吸收这些频率。其余未被吸收的频率可继续传送到检测器元件，其中qd接收器720可吸收光子并将其转换为电信号。这些电信号可通过qd检测器传感器722转换为数字信息。在一些示例中，传感器722可连接至每个qd接收器720，或在其他示例中，电信号可路由至用于感测的集中式电路。数字数据可用于基于qd波长吸光度值的预定值来分析样品730。

在图7d中，qd系统以这样的方式描绘，其中样品在空间上定位的光谱分析元件前方通过。图7c和7d描绘了样品730的位置之间的差异之类的运动，该样品已从第一位置731沿着分析区域运动到了新位置732。在其他示例中，qd可被合并以在单个多点位置中起作用，其中激励装置和感测装置被合并到每个功能的单个元件中。一些生物医疗装置对于包括超过一百个量子点装置的光谱仪可具有空间限制，但其他生物医疗装置可具有实现含分析物的混合物的全光谱表征的数百个量子点装置。

qd分析系统还可与微流体装置一起发挥功能，以使含分析物的样品与含染料的试剂反应。染料分子可与特定分析物反应。如此前所提及，这种结合的示例可为fret指标。染料分子在紫外和可见光谱中可具有特别强的吸收带，这也可称为具有高消光系数。因此，少量的具体分析物可选择性地结合于在光谱频率处显著吸收的分子，该光谱频率可被qd分析系统聚焦。染料络合物的增强信号可允许对分析物浓度的更精确定量。

尽管与可吞服丸剂一起进行了描述，但量子点光谱学装置如何可表示如本说明书中所述的可结合到各种感测装置中的小型灵活光谱设备可能是显而易见的。

示例性监测范例

现在参见图8a至图8e，示出了部署监测设备的多个示例性装置。在先前部分中已经讨论了所示装置中的一些，但这里是为了说明可能与监测对患肺癌具有升高的或高度的倾向的患者有关的个人监测特征的类型。肺可各有不同，因为它们具有如此重要的表面积，该表面积可供内部器官与外部空气接触。一般来讲，环境暴露的风险可能与环境中的制剂暴露于个体有关，制剂在此环境中被吸入易感患者的肺组织中。因此，限定以简单方式与患者的潜在暴露相互作用的感测模态可能是有利的。重要的是，要了解日常家务琐事(例如清洁)以及更多涉及住房周围的工作(例如木工和干墙)可使个体的遗传易感性处于危险之中。家用清洁剂、灰尘、石膏板和锯末属于可潜在地导致问题的材料。

例如，第一模态可以是将感测装置与可具有计算能力、可具有通信能力并且期望地可与靠近患者口腔的空气相互作用的电子装置相关联。图8a中的移动电话810可提供这种设备的优秀示例。在正常的操作中，当他或她对着电话讲话时，移动电话经常被放到用户的嘴边。感测设备因此可感测用户的呼吸。在一些示例中，感测设备可监测其附近的空气，从而由于频繁接近用户的嘴巴，它将频繁地以极其相关的方式监测空气。移动电话810可包括各种感测装置，其可以是电话的一部分，或者可作为壳体或附件连接到电话。移动电话810也是向用户传递各种通信的理想装置。作为非限制性示例，通过移动、无线、蓝牙或其他通信装置(如果启用)，移动电话可接收消息并通过视频屏幕、振动换能器和音频扬声器进行通信。

在图8b中可以将第二示例性模态示为牙科器具820。牙科器具可以是可放置在口中或驻留在口中的支架或桥接器。在其他示例中，口腔器具可包括可感测用户的呼吸、用户的唾液或两者的各种感测装置。如已经讨论的，每个器具可包含在环境中的化学物质和颗粒。在一些示例中，化学物质和气体可由用户的身体释放，这可以指示与肺癌相关的状态。

图8c中可以将第三示例性模态示为进食器具830。在一些示例中，用于进食的器具可包括传感器以感测正在使用它们的个体的呼吸。在一些示例中，用户的唾液也可由进食器具830(诸如叉子、刀子和/或勺子)感测到。

用于个人监测的第四示例性模态可在图8d中被示为基于手腕的传感器840，诸如智能手表或电子手镯。基于手腕的传感器840可包括可监测其附近空气的装置。基于手腕的传感器840可包括各种感测装置，该感测装置可以是智能电话的一部分，或者可作为壳体或附件连接到手表。在一些示例中，基于手腕的传感器840可以是包括感测装置的手镯。基于手腕的传感器840也可以是向用户传递各种通信的理想装置。作为非限制性示例，通过移动、无线、蓝牙或其他通信装置(如果启用)，智能手表可接收消息并通过视频屏幕、振动换能器和音频扬声器进行通信。

在图8e中可以将个人感测的第五示例性模态示为启用了传感器的卫生装置850，诸如配备有传感器的卫生间。在用户的排泄物中，可存在许多化学物质，这些化学物质可指示疾病状态，诸如肺癌。卫生装置可有助于获取可能被分析的样品。在一些示例中，用户个人装置(诸如智能电话或智能手表)可与启用了传感器的卫生装置850进行通信，并且将识别用户的信息与所获得的任何样本进行通信。其他卫生传感器可包括卫生巾、棉塞和成人尿布。

可存在许多其他类型的个人感测模态，这些模态可允许感测用户接近环境条件或者替代地用户生物医学状态。所讨论的示例并不旨在限制在其中可能发生感测的不同方式和方法的多样性。所感测的结果可为对患肺癌具有易感性的用户提供重要的信息。

方法

存在多个这样的方法：在以下实施中可通过专门的传感器技术来帮助对患肺癌具有升高的或高度的易感性的患者，这些实施可减少个体通过降低其暴露于环境因素而患肺癌的机会。参见图9，示出这种方法的第一示例。在910处，患者可对遗传物质取样，并提交用于分析。包括如上所述的示例以及将来要确定的那些，如步骤920所示，可存在许多遗传位置，变异可在此处进行分析并用于确定患者患肺癌的遗传倾向。在一些示例中，可以在步骤930中确定患者对患肺癌不具有升高的或高度的倾向，如在步骤931所述。在其他示例中，如步骤940所示，患者可对患肺癌具有升高的或高度的倾向。对于这些患者，在步骤950中示出的谨慎的步骤可包括使用个人监测装置、家庭监测装置和工作监测装置中的一个或多个来监测患者的环境，如本文讨论的许多示例所描绘。在一些示例中，如可选步骤960中所示，易感患者可配备有地理定位装置，该装置可在数据库中确定他或她的位置以及准确的时间和日期戳。位置和时间数据可与其他数据库结合，诸如“智能城市”的数据库，其中城市在其邻近的城市中部署大量的传感器，并将该信息传递到大城市相关数据库中。环境感测是当前操作中正在感测的重要数据类型。可存在多个感知特定位置的环境然后存储分析结果的机构和组织。在免费或基于收费的模式下，数据可由肺患者可以访问的应用程序进行访问。基于系统传感器或者位置和时间状态数据与环境数据库的紧密结合，可通过在用户应用程序中运行的算法来检测升高的暴露水平的状态。在步骤970中，患者可接收通过算法传送给他或她的警告。该警告可向用户指示环境因素已经以丰富的水平被检出，并且可建议用户可以采取的行动。在步骤980中，用户可采取一个或多个行动来改善暴露于环境因素的情况。在一些示例中，患者可离开所感测的升高水平的环境因素的区域。在其他一些示例中，患者可使用防护服装来保护他或她免于暴露，例如简单的外科口罩。在步骤990中，因为患者可能已经暴露于升高水平的环境因素中，该环境因素可被怀疑增加了患者患肺癌的可能性，所以他或她可被识别为这样的患者，对其前瞻性地执行增加的医疗扫描和监测以获得患者历史性暴露于环境因素的有害影响。除监测之外，还可给患者一些形式的治疗方法来治疗，尽可能地逆转损害，或者保护患者将来免受潜在的伤害。即使进行了改善治疗，暴露的测量结果依然可指导用于监测癌症的发展的增强方案，该方案可包括医学成像研究和突变事件的基因监测，以及以频繁的时间间隔对患者呼吸中的化学物质进行标准监测。

在一些示例中，可以将具有与肺癌发展相关的一定水平的遗传变异的患者的潜在风险分层为更高水平，而不是仅当存在变异的证据时为高水平，在没有证据时为低水平。可存在某些“灰色”水平，这些水平可通过某种类型的变异或者基于显示变异的位点数量作为示例来表示。针对具有升高但不是高水平的潜在风险的患者，存在一些不同方法。

参考图10，示出了与在遗传上患肺癌具有升高风险的患者相关的不同方法的示例，其中风险被分层为中等风险水平。在图10的示例中，在与图9的示例进行比较时，监测的水平可被修改为非限制性示例。尽管高风险患者可具有与工作、住宅和个人空间以及基于地理定位的跟踪和风险插入相关联的监测器，但升高风险患者仅可将他的工作空间和住宅作为非限制性示例进行监测。

参考图10，在1010处，患者可将他们的遗传物质的样品取出并提交用于分析。鉴于对与肺癌风险的遗传相关性的迅速发展和变化的理解，根据本发明的监测/警报装置可包括更新机构，使得任何新的筛查标准和/或过程均可直接上传或以其他方式提供给本发明的监测/警报装置。在一些示例中，可以与软件更新类似的方式或者除软件更新之外的方式来更新监测/警报设备的硬件部分，以使监测/警报装置符合新开发的理解。

包括如上所述的示例以及将来确定的那些，如步骤1020所示，可存在许多遗传位置，其中可以分析变异并用于确定患者患肺癌的遗传倾向。在一些示例中，可以在步骤1030中确定患者对患肺癌不具有升高倾向，如在步骤1031所描绘。在其他示例中，如步骤1040所示，患者对患肺癌可仅具有升高的倾向。对于这些患者，在步骤1050中示出的谨慎的步骤可包括使用家庭监测装置和工作监测装置中的一个或多个来监测患者的环境，如本文讨论的许多示例所述。可以确定的是，家居和工作监测装置的外部环境的一般化感测是足够的，因此与环境数据库的相关性不是必需的。

在步骤1060中，患者可接收通过算法传送给他或她的警告。该警告可向用户指示环境因素已经以丰富的水平被检出，并且可建议用户可以采取的行动。在步骤1070中，用户可采取一个或多个行动来改善暴露于环境因素的情况。在一些示例中，患者可离开所感测的升高水平的环境因素的区域。在其他一些示例中，患者可使用防护服装来保护他或她免于暴露。在步骤1080中，因为患者可能已经暴露于升高水平的环境因素中，该环境因素可被怀疑增加了患者患肺癌的可能性，所以他或她可以被识别为这样的患者，对其前瞻性地进行增加的医疗扫描和监测以获得患者历史性暴露于环境因素的有害影响。

也可存在使用遗传评估的方法，以驱动监测个体是否存在可指示肺癌的早期阶段或一般发生的生物标记。参见图11，示出了与检测遗传倾向，然后定期监测具有高度的或升高的风险的患者是否存在指示疾病进展的分析物相关的方法的示例。参考图11，在1110处，患者可将他们的遗传物质的样品取出并提交用于分析。包括如上所述的示例以及将来确定的那些，如步骤1120所示，可存在许多遗传位置，其中可以分析变异并用于确定患者患肺癌的遗传倾向。在一些示例中，可以在步骤1130中确定患者对患肺癌不具有高度得的或升高的倾向，如在步骤1131中所述。在其他示例中，如步骤1140所示，患者对患肺癌可具有高度的或升高的倾向。对于这些患者，在步骤1150所示的谨慎步骤可包括使用一种或多种类型的监测装置来监测患者的呼吸、唾液和肺组织中的一种或多种，以分析肺癌生物标记的存在。

在步骤1160，在一些情况下，传感器可检测生物标记的潜在升高水平，并且患者可接收通过连接各种传感器的监测系统传送给他或她的警告。该警告可向用户指示生物标记可能已经以升高的水平被检出，并且可建议用户可以采取的行动。在步骤1170中，因为患者可具有通过某些生物标记的指示，所述生物标记可指示具有高度的或升高的倾向的患者的组织与肺癌一起正在经历变化，所以他或她可以被识别为这样的患者，对其前瞻性地进行增加的医疗扫描和监测以获得患者历史性暴露于环境因素的有害影响。

尽管所示和所述的内容据信是最为实用和最为优选的实施方案，但显而易见，对所述和所示的具体设计和方法的变更将对于本领域中的技术人员来说提供借鉴，并且在不脱离本发明实质和范围的情况下可使用这些变型。本发明并不局限于所描述和所示出的具体构造，而是应当理解为与落入所附权利要求书的范围内的全部修改形式相符。