CN102818798B - 一种用于肺癌呼出气体检测的荧光检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于肺癌呼出气体检测的荧光检测装置，包括光纤探头、激发光源支撑台、电机Ⅰ、激发光源转换台、滤光片安装板、旋转轴Ⅰ、气体反应器和光谱仪；旋转轴Ⅰ穿过激发光源转换台和滤光片安装板并与其固定，旋转轴Ⅰ由电机Ⅰ驱动，激发光源转换台上设有激发光源，滤光片安装板上设有与激发光源对应的滤光片；气体反应器包括电机Ⅱ、气体反应室、反应台、旋转轴Ⅱ、卟啉传感器片子、气泵和驱动电机Ⅱ水平移动的驱动机构；气体反应室的位置高度高于激发光源转换台并低于滤光片安装板。本发明采用荧光光谱进行测量，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荧光检测装置

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荧光检测装置。

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荧光检测装置。

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荧光检测装置，包括光纤探头、激发光源支撑台、电机Ⅰ、激发光源转换台、滤光片安装板、旋转轴Ⅰ、气体反应器和光谱仪；所述电机Ⅰ固定在激发光源支撑台上，所述旋转轴Ⅰ穿过激发光源转换台和滤光片安装板并与激发光源转换台和滤光片安装板固定配合，旋转轴Ⅰ由电机Ⅰ驱动转动；所述激发光源转换台上设有至少三个与旋转轴Ⅰ等距离、且不同波长的激发光源，在滤光片安装板上设有与激发光源数量相等的滤光片，所述滤光片安装板上的滤光片与激发光源转换台上的激发光源在旋转轴Ⅰ的轴向上一一对应；所述光纤探头固定在激发光源支撑台上并与滤光片安装板上的滤光片的旋转轨迹对应；所述光纤探头通过光纤与光谱仪连接；

所述气体反应器包括电机Ⅱ、气体反应室、反应台、旋转轴Ⅱ、卟啉传感器片子、气泵和驱动电机Ⅱ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Ⅱ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Ⅱ的端部，旋转轴Ⅱ由电机Ⅱ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Ⅱ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；气体反应室的位置高度高于激发光源转换台并低于滤光片安装板。

作为本发明的一种优选方案，所述驱动机构包括电机Ⅲ、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Ⅲ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Ⅱ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Ⅱ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；所述激发光源转换台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，该荧光检测装置还包括ARM芯片，所述ARM芯片分别与光谱仪和PIC单片机连接，所述电机Ⅰ、电机Ⅱ、电机Ⅲ、气泵、激发光源和激光二极管均由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荧光检测装置具有如下优点：

1、本发明采用荧光光谱进行测量，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荧光的改变。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荧光检测装置的结构示意图；

图2为激发光源支撑台的结构示意图；

图3为电机Ⅰ的结构示意图；

图4为激发光源连接轴的结构示意图；

图5为激发光源转换台、滤光片安装板和旋转轴Ⅰ配合的结构示意图；

图6激发光源的结构示意图为；

图7为反应台和旋转轴Ⅱ配合的结构示意图；

图8为卟啉传感器片子的结构示意图；

图9为气体反应室的结构示意图；

图10为气体反应室顶盖的结构示意图；

图11为底座、导向杆和丝杆配合的结构示意图；

图12为滑动工作台的结构示意图。

附图中： 1—光纤探头； 2—激发光源支撑台； 3—电机Ⅰ； 4—激发光源； 5—激发光源转换台； 6—滤光片安装板； 7—旋转轴Ⅰ； 8—滤光片； 9—光谱仪； 10—电机Ⅱ； 11—气体反应室； 12—反应台； 13—旋转轴Ⅱ； 14—卟啉传感器片子； 15—气泵； 16—卟啉传感器； 17—顶盖； 18—进气口； 19—出气口； 20—电机Ⅲ； 21—底座； 22—滑块； 23—螺母块； 24—导向杆； 25—丝杆； 26—滑动工作台； 27—激光二极管； 28—光电管； 29—磁块； 30—光纤探头安装板； 31—电机安装板； 32—行星减速器； 33—动力输出轴； 34—激发光源连接轴； 35—定位销孔； 36—圆台； 37—行星减速器； 38—联轴器； 39—片子定位销； 40—定位孔； 41—行星减速器； 42—联轴器； 43—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荧光检测装置，包括光纤探头1、激发光源支撑台2、电机Ⅰ3、激发光源转换台5、滤光片安装板6、旋转轴Ⅰ7和激发光源连接轴34、气体反应器、光谱仪9和ARM芯片。激发光源支撑台2的结构如图2所示，激发光源支撑台2的顶部为光纤探头安装板30，激发光源支撑台2的底部为电机安装板31。电机Ⅰ3采用步进电机，如图3所示，该步进电机带有行星减速器32，电机Ⅰ3安装在电机安装板31上，行星减速器32的动力输出轴33向上。激发光源连接轴34为中空结构，如图4所示，激发光源连接轴34的底部套在行星减速器32的动力输出轴33上，旋转轴Ⅰ7穿过激发光源转换台5和滤光片安装板6并与激发光源转换台5和滤光片安装板6固定配合，旋转轴Ⅰ7的底部插入激发光源连接轴34的顶部孔内，通过在激发光源连接轴34上设置的定位销孔35内插入锁紧定位销并将旋转轴Ⅰ7固定在激发光源连接轴34上，旋转轴Ⅰ7由电机Ⅰ3驱动转动。激发光源转换台5和滤光片安装板6的结构如图5所示，激发光源转换台5和滤光片安装板6均位于光纤探头安装板30和电机安装板31之间形成的空腔内，光纤探头安装板30和电机安装板31相互平行。激发光源转换台5上设有至少三个与旋转轴Ⅰ7等距离、且不同波长的激发光源4（本实施例中，在激发光源转换台5上设有三个激发光源4），激发光源的结构如图6所示，所有的激发光源4均位于激发光源转换台5上的一个半圆周上。在滤光片安装板6上设有与激发光源4数量相等的滤光片8（本实施例中，在滤光片安装板6上设有三个滤光片8），所有的滤光片8均位于滤光片安装板6上的一个半圆周上，滤光片安装板6上的滤光片8与激发光源转换台5上的激发光源4在旋转轴Ⅰ7的轴向上一一对应。在光纤探头安装板30上设有带有螺纹孔的圆台36，光纤探头1安装在圆台36上并与滤光片安装板6上的滤光片8的旋转轨迹在竖直方向上对应，光纤探头1通过光纤与光谱仪9连接。通过光纤探头1将透过滤波片8的荧光光谱信号输入光谱仪9，光谱仪9将测得的光谱数据送入ARM芯片。

气体反应器包括电机Ⅱ10、气体反应室11、反应台12、旋转轴Ⅱ13、卟啉传感器片子14、气泵15和驱动电机Ⅱ10水平移动的驱动机构。反应台12位于气体反应室11内，旋转轴Ⅱ13穿过气体反应室11的底部并通过密封轴承与气体反应室11的底部转动、且密封配合，反应台12固定在旋转轴Ⅱ13的端部，反应台12和旋转轴Ⅱ13连接的结构如图7所示。电机Ⅱ10采用步进电机，该步进电机带有行星减速器37，旋转轴Ⅱ13的底部通过联轴器38与行星减速器37的动力输出轴连接，旋转轴Ⅱ13由电机Ⅱ10驱动。在反应台12的上表面上设有三个片子定位销39，卟啉传感器片子14的结构如图8所示，在卟啉传感器片子14上设有与三个片子定位销39配合使用的定位孔40，该卟啉传感器片子14放置在反应台12上，三个片子定位销39分别插入对应的定位孔40中，进而使卟啉传感器片子14可拆卸的设置在反应台12上，卟啉传感器片子14上均布设有数个与旋转轴Ⅱ13等距离的卟啉传感器16。气体反应室11的底部和气体反应室的顶盖17均由透明材料制成，气体反应室11的结构如图9所示，顶盖17的结构如图10所示，在气体反应室11的侧壁上设有进气口18和出气口19，气泵15与进气口18连接。在该气体反应室11内通入肺癌呼出气体，步进电机驱动气体反应室11转动，可以使待测的肺癌呼出气体在气体反应室11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16发生反应。气体反应室11的位置高度高于激发光源转换台5，气体反应室11的位置高度低于滤光片安装板6。驱动机构可驱动气体反应室11移动到激发光源转换台5和滤光片安装板6之间。

驱动机构包括电机Ⅲ20（采用步进电机）、行星减速器41、联轴器42、底座21、滑块22、螺母块23、导向杆24（本实施例中，导向杆24为两根）、丝杆25和滑动工作台26。两根导向杆24的两端固定在底座21的两端设置的支撑板43上，丝杆25的两端通过轴承可转动的设置在底座21的两端设置的支撑板43上，丝杆25位于两根导向杆24之间，导向杆24与丝杆25平行，如图11所示，电机Ⅲ20通过行星减速器41和联轴器42驱动丝杆25转动。滑块22和螺母块23固定在滑动工作台26的下方，电机Ⅱ10安装在滑动工作台26上，滑块22和螺母块23均与底座21滑动配合，两根导向杆24上均套有滑块22，滑块22与导向杆24滑动配合，螺母块23旋套在丝杆25上并与丝杆25螺纹配合。在底座21的一侧边上设有三个激光二极管27，滑动工作台26的侧边上设有光电管28（如图12所示），光电管28在滑动工作台26移动过程中可与三个激光二极管27依次对应。激发光源转换台与底座21上靠近一端的激光二极管27在竖直方向上对应。

在气体反应室11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11的顶盖17上设有四个与凹槽内安装的磁铁相吸的磁铁29，气体反应室11的顶盖17通过相互吸附的磁铁29吸附在气体反应室11上并通过密封材料与气体反应室11的顶部密封配合。

ARM芯片分别与光谱仪9和PIC单片机（采用PIC16F877A）连接，电机Ⅰ3、电机Ⅱ10、电机Ⅲ20、气泵15、激发光源4和激光二极管27均由PIC单片机控制。ARM芯片和PIC单片机安装在电路板上，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荧光检测装置的工作流程：将卟啉传感器片子14放入气体反应室11内——电机Ⅲ20驱动丝杆25带动滑动工作台26及其上的部件从初始工位（中间的激光二极管位置）移动到荧光检测工位（右侧的激光二极管位置）——打开激发光源4，激发光源4在电机Ⅰ3的带动下运用多个激发光源4对反应前的卟啉传感器片子14上的各卟啉传感器16进行激发，并使用光谱仪9将测得的反应前的光谱数据送入ARM芯片——电机Ⅲ20驱动丝杆25带动滑动工作台26及其上的部件从荧光检测工位移开——将已收集并标准化的待检测的肺癌呼出气体通过气泵15送入气体反应室11——通过电机Ⅱ10带动反应台12和卟啉传感器片子14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11中并与卟啉传感器片子14上的敏感点（即卟啉传感器16）充分反应——电机Ⅲ20驱动丝杆25带动滑动工作台26及其上的部件从可见光检测工位移动到荧光检测工位——打开激发光源4，激发光源4在电机Ⅰ3的带动下运用多个光源对反应后的卟啉传感器片子14上的敏感点（即卟啉传感器16）进行激发，并使用光谱仪9将测得的反应后的数据送入ARM芯片——关闭所有光源——气泵15通氮气清洗整个气体反应室11及气路，回收废气——电机Ⅲ20驱动丝杆25带动滑动工作台26及其上的部件回到初始工位——ARM芯片对荧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 (5)

1.一种用于肺癌呼出气体检测的荧光检测装置，其特征在于：包括光纤探头（1）、激发光源支撑台（2）、电机Ⅰ（3）、激发光源转换台（5）、滤光片安装板（6）、旋转轴Ⅰ（7）、气体反应器和光谱仪（9）；所述电机Ⅰ（3）固定在激发光源支撑台（2）上，所述旋转轴Ⅰ（7）穿过激发光源转换台（5）和滤光片安装板（6）并与激发光源转换台（5）和滤光片安装板（6）固定配合，旋转轴Ⅰ（7）由电机Ⅰ（3）驱动转动；所述激发光源转换台（5）上设有至少三个与旋转轴Ⅰ（7）等距离、且不同波长的激发光源（4），在滤光片安装板（6）上设有与激发光源（4）数量相等的滤光片（8），所述滤光片安装板（6）上的滤光片（8）与激发光源转换台（5）上的激发光源（4）在旋转轴Ⅰ（7）的轴向上一一对应；所述光纤探头（1）固定在激发光源支撑台（2）上并与滤光片安装板（6）上的滤光片（8）的旋转轨迹对应；所述光纤探头（1）通过光纤与光谱仪（9）连接；

所述气体反应器包括电机Ⅱ（10）、气体反应室（11）、反应台（12）、旋转轴Ⅱ（13）、卟啉传感器片子（14）、气泵（15）和驱动电机Ⅱ（10）水平移动的驱动机构；所述反应台（12）位于气体反应室（11）内，旋转轴Ⅱ（13）穿过气体反应室（11）的底部并与其转动、且密封配合，所述反应台（12）固定在旋转轴Ⅱ（13）的端部，旋转轴Ⅱ（13）由电机Ⅱ（10）驱动；所述卟啉传感器片子（14）可拆卸的设置在反应台（12）上，所述卟啉传感器片子（14）上均布设有数个与旋转轴Ⅱ（13）等距离的卟啉传感器（16）；所述气体反应室（11）的底部和气体反应室的顶盖（17）均由透明材料制成，气体反应室（11）上设有进气口（18）和出气口（19），所述气泵（15）与进气口（18）连接；气体反应室（11）的位置高度高于激发光源转换台（5）并低于滤光片安装板（6）。

2.根据权利要求1所述的一种用于肺癌呼出气体检测的荧光检测装置，其特征在于：所述驱动机构包括电机Ⅲ（20）、底座（21）、滑块（22）、螺母块（23）、导向杆（24）和丝杆（25）；所述导向杆（24）固定设置在底座（21）的上方，丝杆（25）可转动的设置在底座（21）的上方并由电机Ⅲ（20）驱动转动，导向杆（24）与丝杆（25）平行，所述滑块（22）和螺母块（23）固定在电机Ⅱ（10）的基座的下方并与底座（21）滑动配合，滑块（22）套在导向杆（24）上并与其滑动配合，所述螺母块（23）旋套在丝杆（25）上。

3.根据权利要求2所述的一种用于肺癌呼出气体检测的荧光检测装置，其特征在于：所述电机Ⅱ（10）安装在滑动工作台（26）上，所述滑块（22）和螺母块（23）固定在滑动工作台（26）的下方；在底座（21）的一侧边上设有三个激光二极管（27），所述滑动工作台（26）的侧边上设有光电管（28），所述光电管（28）在滑动工作台（26）移动过程中可与三个激光二极管（27）依次对应；所述激发光源转换台（5）与底座（21）上靠近一端的激光二极管（27）在竖直方向上对应。

4.根据权利要求1所述的一种用于肺癌呼出气体检测的荧光检测装置，其特征在于：所述气体反应室（11）的顶盖（17）通过磁铁（29）吸附在气体反应室（11）上并与气体反应室（11）的顶部密封配合。

5.根据权利要求3所述的一种用于肺癌呼出气体检测的荧光检测装置，其特征在于：还包括ARM芯片，所述ARM芯片分别与光谱仪（9）和PIC单片机连接，所述电机Ⅰ（3）、电机Ⅱ（10）、电机Ⅲ（20）、气泵（15）、激发光源（4）和激光二极管（27）均由PIC单片机控制。

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