Development of a e-nose acquisition system for early prostate cancer diagnosis

Among men, prostate cancer represents the second most common cancer worldwide and the fifth cause of cancer related deaths. Despite this, this type of cancer is very difficult to diagnose with current techniques, which, in addition to being invasive, do not have a high degree of reliability. Electronic noses (e-noses), which find application in a wide variety of fields, can be a viable alternative to current diagnostic tools. In fact, e-noses are able to extrapolate from the volatile organic compounds (VOCs) contained in urine whether or not a patient has prostate cancer, and also determine its aggressiveness, right from the early stages. In this thesis the design process of an acquisition system for an experimental setup based on an electronic nose, developed thanks to the collaboration between the departments of Electronics, Information and Bioengineering (DEIB) and Chemistry, Materials and Chemical Engineering "Giulio Natta" of Politecnico di Milano is presented. The developed system is composed by the analog front-end for the acquisition of the gas sensors signals and the software to automate and monitor the measurement process, in order to increase its degree of repeatability. The proposed acquisition method has been validated by performing various measurements on different urine samples under varied operating conditions, whose results are reported at the end of the present thesis.

Tra gli uomini, il cancro alla prostata rappresenta il secondo tumore più comune al mondo e la quinta causa di morte per cancro. Nonostante ciò, questo tipo di cancro è molto difficile da diagnosticare con le tecniche attuali, che, oltre ad essere invasive, non hanno un alto grado di affidabilità. I nasi elettronici (e-nose), che trovano applicazione in una grande varietà di campi, possono essere una valida alternativa agli attuali strumenti diagnostici. Infatti, gli e-noses sono in grado di estrapolare dai composti organici volatili (VOCs) contenuti nelle urine non solo la presenza di un tumore alla prostata, ma anche di determinarne la sua aggressività, fin dai primi stadi. In questa tesi viene presentato il processo di progettazione di un sistema di acquisizione per un setup sperimentale basato su un naso elettronico, sviluppato grazie alla collaborazione tra i dipartimenti di Elettronica, Informazione e Bioingegneria (DEIB) e Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica "Giulio Natta" del Politecnico di Milano. Il sistema sviluppato è composto da un front-end analogico per l'acquisizione dei segnali dei sensori di gas e da un software per automatizzare e monitorare il processo di misura, al fine di aumentarne il grado di ripetibilità. Il metodo di acquisizione proposto è stato validato eseguendo misure su diversi campioni di urina in varie condizioni operative, i cui risultati sono riportati alla fine della presente trattazione.