CN102798631B - 一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置，包括LED光源板、摄像头和气体反应器；LED光源板的一侧设有一半圆孔，LED光源板上设有多个与半圆孔等距离的LED灯，摄像头位于LED光源板的正上方；气体反应器包括电机Ⅰ、气体反应室、反应台、旋转轴、卟啉传感器片子、气泵和驱动机构，反应台位于气体反应室内，旋转轴穿过气体反应室的底部并与其转动、且密封配合，反应台固定在旋转轴的端部，旋转轴由电机Ⅰ驱动，卟啉传感器片子设在反应台上；气体反应室的位置高度高于LED光源板并低于摄像头。本发明采用可见光颜色信号进行测量，检测快速，灵敏度高，大大提高了检测的准确度，而且价格便宜，操作简单。

Description

一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置

技术领域

本发明涉及一种医疗设备，尤其涉及一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置。

背景技术

肺癌是目前世界上最常见的恶性肿瘤之一。近三十年以来，尽管人们对肺癌的诊断及治疗有了很大的提高，但肺癌仍是严重威胁人们健康和生命的疾病。

传统的肺癌检测方法主要有：1.使用大型仪器：X片、CT、PET等，价格昂贵，普通人难以接受；2.痰检：准确率很低；3.活检：有创、一般是CT等大型仪器检测疑似后才考虑；4.常规呼出气体检测：临床还未见应用，还在实验阶段，需使用气相色谱（GC）、气—质联用等技术，且操作复杂、耗时较长，设备也很昂贵，误差较大。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种价格便宜，操作简单，检测快速，灵敏度高，能有效提高准确度的用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置，包括LED光源板、摄像头和气体反应器；所述LED光源板的一侧设有一半圆孔，所述LED光源板上设有多个与半圆孔等距离的LED灯，所述摄像头位于LED 光源板的正上方； 

所述气体反应器包括电机Ⅰ、气体反应室、反应台、旋转轴、卟啉传感器片子、气泵和驱动电机Ⅰ水平移动的驱动机构；所述反应台位于气体反应室内，旋转轴穿过气体反应室的底部并与其转动、且密封配合，所述反应台固定在旋转轴的端部，旋转轴由电机Ⅰ驱动；所述卟啉传感器片子可拆卸的设置在反应台上，所述卟啉传感器片子上均布设有数个与旋转轴等距离的卟啉传感器；所述气体反应室的底部和气体反应室的顶盖均由透明材料制成，气体反应室上设有进气口和出气口，所述气泵与进气口连接；所述气体反应室的位置高度高于LED光源板并低于摄像头。

作为本发明的一种优选方案，所述驱动机构包括电机Ⅱ、底座、滑块、螺母块、导向杆和丝杆；所述导向杆固定设置在底座的上方，丝杆可转动的设置在底座的上方并由电机Ⅱ驱动转动，导向杆与丝杆平行，所述滑块和螺母块固定在电机Ⅰ的基座的下方并与底座滑动配合，滑块套在导向杆上并与其滑动配合，所述螺母块旋套在丝杆上。

作为本发明的另一种优选方案，所述电机Ⅰ安装在滑动工作台上，所述滑块和螺母块固定在滑动工作台的下方；在底座的一侧边上设有三个激光二极管，所述滑动工作台的侧边上设有光电管，所述光电管在滑动工作台移动过程中可与三个激光二极管依次对应；所述LED光源板与底座上靠近一端的激光二极管在竖直方向上对应。

作为本发明的又一种优选方案，所述气体反应室的顶盖通过磁铁吸附在气体反应室上并与气体反应室的顶部密封配合。

作为本发明的一种改进方案，该可见光检测装置还包括ARM芯片，所述ARM芯片分别与摄像头和PIC单片机连接，所述电机Ⅰ、电机Ⅱ、气泵、LED灯和激光二极管均由PIC单片机控制。

与现有技术相比，本发明的一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置具有如下优点：

1、本发明采用可见光颜色信号进行测量，检测快速，灵敏度高，大大提高了检测的准确度，而且价格便宜，操作简单。

2、气体反应器中采用电机驱动反应台转动，可以使待测的肺癌呼出气体在气体反应室中均匀分布，而无需像其他的一些气体检测器那样设计复杂的反应室来控制气体的流速、平流等进而使气体能均匀分布在反应室中。

3、卟啉传感器片子上的卟啉传感器是专门针对肺癌呼出标志性气体设计的多种卟啉，这些卟啉与肺癌标志气体反应后会反生相应可见光的改变。卟啉传感器片子上使用不同的敏感材料可用于检测不同的气体，并不限于肺癌呼出气体，也可以是氨气、二氧化硫、甲醛等工业、环境安全等其它的挥发性气体检测，系统检测气体浓度可达ppb级。

附图说明

图1为一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置的结构示意图；

图2为LED光源板的结构示意图；

图3为反应台和旋转轴配合的结构示意图；

图4为卟啉传感器片子的结构示意图；

图5为气体反应室的结构示意图；

图6为气体反应室顶盖的结构示意图；

图7为底座、导向杆和丝杆配合的结构示意图；

图8为滑动工作台的结构示意图。

附图中： 1—LED光源板； 2—摄像头； 4—半圆孔； 5—LED灯； 6—电机Ⅰ； 7—气体反应室； 8—反应台； 9—旋转轴； 10—卟啉传感器片子； 11—气泵； 12—卟啉传感器； 13—顶盖； 14—进气口； 15—出气口； 16—电机Ⅱ； 17—底座； 18—滑块； 19—螺母块； 20—导向杆； 21—丝杆； 22—滑动工作台； 23—激光二极管； 24—光电管； 25—磁块； 26—行星减速器； 27—联轴器； 28—片子定位销； 29—定位孔； 30—行星减速器； 31—联轴器； 32—支撑板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置，包括LED光源板1、摄像头2、气体反应器和ARM芯片。LED光源板的结构如图2所示，LED光源板1的一侧设有一半圆孔4，LED光源板1上设有多个与半圆孔4等距离的LED灯5，摄像头2位于LED 光源板1的正上方，摄像头2与ARM芯片连接，摄像头2将可见光颜色信号（即图像数据）送入ARM芯片。

气体反应器包括电机Ⅰ6、气体反应室7、反应台8、旋转轴9、卟啉传感器片子10、气泵11和驱动电机Ⅰ6水平移动的驱动机构。反应台8位于气体反应室7内，旋转轴9穿过气体反应室7的底部并通过密封轴承与气体反应室7的底部转动、且密封配合，反应台8固定在旋转轴9的端部，反应台8和旋转轴9连接的结构如图3所示。电机Ⅰ6采用步进电机，该步进电机带有行星减速器26，旋转轴9的底部通过联轴器27与行星减速器26的动力输出轴连接，旋转轴9由电机Ⅰ6驱动。在反应台8的上表面上设有三个片子定位销28，卟啉传感器片子10的结构如图4所示，在卟啉传感器片子10上设有与三个片子定位销28配合使用的定位孔29，该卟啉传感器片子10放置在反应台8上，三个片子定位销28分别插入对应的定位孔29中，进而使卟啉传感器片子10可拆卸的设置在反应台8上，卟啉传感器片子10上均布设有数个与旋转轴9等距离的卟啉传感器12。气体反应室7的底部和气体反应室的顶盖13均由透明材料制成，气体反应室7的结构如图5所示，顶盖13的结构如图6所示，在气体反应室7的侧壁上设有进气口14和出气口15，气泵11与进气口14连接。在该气体反应室7内通入肺癌呼出气体，步进电机驱动气体反应室7转动，可以使待测的肺癌呼出气体在气体反应室7中均匀分布，该气体反应器可使肺癌呼出气体与卟啉传感器12发生反应。气体反应室7的位置高度高于LED光源板1，气体反应室7的位置高度低于摄像头2。驱动机构可驱动气体反应室7移动到LED光源板1处。

驱动机构包括电机Ⅱ16（采用步进电机）、行星减速器30、联轴器31、底座17、滑块18、螺母块19、导向杆20（本实施例中，导向杆20为两根）、丝杆21和滑动工作台22。两根导向杆20的两端固定在底座17的两端设置的支撑板32上，丝杆21的两端通过轴承可转动的设置在底座17的两端设置的支撑板32上，丝杆21位于两根导向杆20之间，导向杆20与丝杆21平行，如图7所示，电机Ⅱ16通过行星减速器30和联轴器31驱动丝杆21转动。滑块18和螺母块19固定在滑动工作台22的下方，电机Ⅰ6安装在滑动工作台22上，滑块18和螺母块19均与底座17滑动配合，两根导向杆20上均套有滑块18，滑块18与导向杆20滑动配合，螺母块19旋套在丝杆21上并与丝杆21螺纹配合。在底座17的一侧边上设有三个激光二极管23，滑动工作台22的侧边上设有光电管24（如图8所示），光电管24在滑动工作台22移动过程中可与三个激光二极管23依次对应。LED光源板1与底座17上靠近一端的激光二极管23在竖直方向上对应。

在气体反应室7的顶部圆周上设有四个凹槽，凹槽内安装有磁铁，在气体反应室7的顶盖13上设有四个与凹槽内安装的磁铁相吸的磁铁25，气体反应室7的顶盖13通过相互吸附的磁铁25吸附在气体反应室7上并通过密封材料与气体反应室7的顶部密封配合。

ARM芯片分别与摄像头2和PIC单片机（采用PIC16F877A）连接，电机Ⅰ6、电机Ⅱ16、气泵11、LED灯5和激光二极管23均由PIC单片机控制，ARM芯片作为PIC单片机的上位机使用串口与之通讯。嵌入式系统ARM采用ARM9芯片S3C2440，也可采用其他嵌入式系统芯片。系统预留2个USB接口，其一用于将ARM处理结果及相关数据拷贝出来，另一个可用于与计算机之间的通讯。

使用该一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置的工作流程：将卟啉传感器片子10放入气体反应室7内——电机Ⅱ16驱动丝杆21带动滑动工作台22及其上的部件从荧光检测工位移动到可见光检测工位（左侧的激光二极管处）——自动打开LED光源板1上的LED灯5，并打开摄像头2将测得的反应前的图像数据送入ARM芯片——电机Ⅰ6带动反应台8和卟啉传感器片子10旋转180度——使用摄像头2将测得的反应前的图像数据送入ARM芯片，关闭LED灯——将已收集并标准化的待检测的肺癌呼出气体通过气泵11送入气体反应室7——通过电机Ⅰ6带动反应台8和卟啉传感器片子10旋转数分钟，使得待检测的肺癌呼出气体均匀分布于气体反应室7中并与卟啉传感器片子10上的敏感点（即卟啉传感器12）充分反应——打开LED光源板1上的LED灯5，并开启摄像头2将测得的反应后的图像数据送入ARM芯片——电机Ⅰ6带动反应台8和卟啉传感器片子10旋转180度——使用摄像头2将测得的反应后的图像数据送入ARM芯片——关闭所有光源——气泵11通氮气清洗整个气体反应室7及气路，回收废气——电机Ⅱ16驱动丝杆21带动滑动工作台22及其上的部件回到初始工位——ARM芯片对可见光信号进行分析处理，并给出检测结果。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置，其特征在于：包括LED光源板（1）、摄像头（2）和气体反应器；所述LED光源板（1）的一侧设有一半圆孔（4），所述LED光源板（1）上设有多个与半圆孔（4）等距离的LED灯（5），所述摄像头（2）位于LED 光源板（1）的正上方； 

所述气体反应器包括电机Ⅰ（6）、气体反应室（7）、反应台（8）、旋转轴（9）、卟啉传感器片子（10）、气泵（11）和驱动电机Ⅰ（6）水平移动的驱动机构；所述反应台（8）位于气体反应室（7）内，旋转轴（9）穿过气体反应室（7）的底部并与其转动、且密封配合，所述反应台（8）固定在旋转轴（9）的端部，旋转轴（9）由电机Ⅰ（6）驱动；所述卟啉传感器片子（10）可拆卸的设置在反应台（8）上，所述卟啉传感器片子（10）上均布设有数个与旋转轴（9）等距离的卟啉传感器（12）；所述气体反应室（7）的底部和气体反应室的顶盖（13）均由透明材料制成，气体反应室（7）上设有进气口（14）和出气口（15），所述气泵（11）与进气口（14）连接；所述气体反应室（7）的位置高度高于LED光源板（1）并低于摄像头（2）；

所述驱动机构包括电机Ⅱ（16）、底座（17）、滑块（18）、螺母块（19）、导向杆（20）和丝杆（21）；所述导向杆（20）固定设置在底座（17）的上方，丝杆（21）可转动的设置在底座（17）的上方并由电机Ⅱ（16）驱动转动，导向杆（20）与丝杆（21）平行，所述滑块（18）和螺母块（19）固定在电机Ⅰ（6）的基座的下方并与底座（17）滑动配合，滑块（18）套在导向杆（20）上并与其滑动配合，所述螺母块（19）旋套在丝杆（21）上。

2.根据权利要求1所述的一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置，其特征在于：所述电机Ⅰ（6）安装在滑动工作台（22）上，所述滑块（18）和螺母块（19）固定在滑动工作台（22）的下方；在底座（17）的一侧边上设有三个激光二极管（23），所述滑动工作台（22）的侧边上设有光电管（24），所述光电管（24）在滑动工作台（22）移动过程中可与三个激光二极管（23）依次对应；所述LED光源板（1）与底座（17）上靠近一端的激光二极管（23）在竖直方向上对应。

3.根据权利要求1所述的一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置，其特征在于：所述气体反应室（7）的顶盖（13）通过磁铁（25）吸附在气体反应室（7）上并与气体反应室（7）的顶部密封配合。

4.根据权利要求2所述的一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置，其特征在于：还包括ARM芯片，所述ARM芯片分别与摄像头（2）和PIC单片机连接，所述电机Ⅰ（6）、电机Ⅱ（16）、气泵（11）、LED灯（5）和激光二极管（23）均由PIC单片机控制。

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