Sviluppo e automazione di un sistema di acquisizione basato su nasi elettronici per la rilevazione anticipata del tumore alla prostata

Prostate cancer represents, among the men population, the second most diagnosed type of tumor in the world and the fifth main cause of cancer death. Considering its relevance and the invasiveness and the unreliability of the methods adopted nowadays for the prostate cancer detection, the research aimed to find a new diagnostic method for this tumor has become necessary. Thanks to the collaboration between the Politecnico di Milano and the Humanitas Hospital of Castellanza (VA), the Diag-Nose project was born to develop a new electronic nose-based method to detect the tumor. Electronic noses (eNoses) allow to detect the presence of volatile organic compounds (VOCs) found in the urine and associated with the presence of prostate cancer. Moreover, the detection of these substances allows to diagnose not only the presence of the tumor, but also to assess its progress and aggressiveness. The electronic nose employed for the Diag-Nose project is made of an array of metal oxide semiconductor (MOS) sensors, whose working principle is presented and whose 1/f noise component is analyzed in this thesis work. Finally, the working principle of the acquisition system used in the laboratory set-up for the urine sample analysis is presented. In particular, the integration of an ADC and of a microcontroller on the board for the acquisition of the gas sensors signals is described. This acquisition system was validated, carrying out some experimental analyses on urine samples. The obtained results are reported in the final section of this thesis.

Il cancro alla prostata rappresenta il secondo tumore più comune al mondo tra la popolazione maschile e la quinta causa di morte per cancro. Vista la sua rilevanza e poiché i metodi ad oggi utilizzati per la sua diagnosi risultano essere invasivi e poco affidabili, si è resa necessaria la ricerca di un nuovo metodo per la rilevazione di tale tumore. Dalla collaborazione tra il Politecnico di Milano e l’ospedale Humanitas di Castellanza (VA), è nato il progetto Diag-Nose per sviluppare una nuovo metodo di diagnosi basato sull’uso di nasi elettronici. L’impiego dei nasi elettronici permette di rilevare la presenza di composti organici volatili (VOC) presenti nelle urine e associati con la presenza del cancro alla prostata. Inoltre, dalla rilevazione di tali sostanze, non solo si riesce a diagnosticare la presenza del tumore, ma è anche possibile valutarne lo stato di avanzamento e l’aggressività. I nasi elettronici usati nell’ambito del progetto Diag-Nose sono costituiti da un array di sensori di gas a semiconduttore di ossido di metallo (MOS), di cui, in questo lavoro di tesi, viene presentato il principio di funzionamento e analizzato il rumore 1/f. Successivamente, viene illustrato il funzionamento del sistema di acquisizione usato nel set-up sperimentale per l’analisi delle urine. In particolare, viene discussa l’integrazione di un ADC e di un microcontrollore sulla scheda dedicata all’acquisizione dei segnali generati dai sensori di gas. Tale sistema di acquisizione è stato validato conducendo delle analisi sperimentali su dei campioni di urina. I risultati ottenuti sono riportati nella sezione finale di questa tesi.