CN203365314U - 一种基于非相干腔增强光谱技术的肺癌检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及肺癌的检测，更具体地说，涉及一种基于非相干腔增强光谱技术的肺癌检测方法和装置。它具体包括驱动控制模块、LED、光耦合模块、光学器件模块、滤光片、真空泵、光学谐振腔、软管、三通气阀、消色差透镜、耦合透镜、光纤、光谱仪、信息处理模块。一般正常人空腹8小时后，呼出的气体中丁烷气体浓度相比肺癌患者呼出气体中丁烷气体浓度小了很多。本实用新型利用非相干腔增强光谱技术具有的高探测灵敏度，可以非常精确的检测出病人呼出气体中丁烷气体浓度的大小，因此根据呼出气体中的丁烷气体浓度大小诊断出病人是否患有肺癌。本实用新型灵敏度高、对人无创伤、稳定性好，可以非常准确快速地检测出病人是否患有肺癌。

Description

一种基于非相干腔增强光谱技术的肺癌检测装置

技术领域

本实用新型涉及肺癌的检测，更具体地说，涉及一种基于非相干腔增强光谱技术的肺癌检测方法和装置。

背景技术

肺癌发病率近年来呈迅速上升趋势，已成为人类因肿瘤致死的首位病因。因此，肺癌如何快速、无创伤、准确地检测是当今医学界面临的重大课题。

目前，医学界目前检测肺癌的方法主要有X线检查法、痰液细胞学检查法、支气管镜检查法、经皮穿刺肺活组织检查法、剖胸探查术检查法、电子鼻技术检测法。X线检查法是诊断肺癌的重要手段，通过X线检查可以了解肺癌的部位和大小，但X线检查法有一定缺点：透视缺乏客观的记录，不利于对病变的复查和对比；透视的影像对比度和清晰度较差，对于细小的病灶和细微的结构不易观察；长时间透视对人体有一定损害。痰液细胞学检查法是目前临床应用最广的肺癌诊断方法之一，痰检不需昂贵设备，方法简便，经济易行，病人无创伤和痛苦，适用范围广，但痰检有一定的假阴性率，痰中找不到癌细胞，但又不能排除肺癌，特别是周围型肺癌，因其远离大的支气管，肿瘤细胞不易排出，另外，由于痰液中含有多种细胞成分，包括脱落的上皮细胞，炎性细胞，其中一些形态异常的细胞有时被误认为恶性细胞，临床医生对痰检结果作诊断时，必须结合病人的临床表现及影像学诊断，在排除上呼吸道肿瘤后才能确立肺癌的诊断。支气管镜检查法是诊断肺癌的一个重要措施，通过支气管镜可直接窥察支气管内膜及管腔的病理变化情况，窥见癌肿或癌性浸润者，可采取组织供病理切片检查，或吸取支气管分泌物作细胞学检查，以明确诊断和判定组织学类型，但支气管腺瘤由于血管丰富，不宜作支气管镜活组织检查，以免引起大量出血。经皮穿刺肺活组织检查法是一种有创伤性的检测方法，它在诊断的时候需要在X线的辅助下进行穿刺，此方法不能用于检测靠近胸壁的肿块、浸润性病变(疑似周围型肺癌)、弥漫型细支管肺泡癌。剖胸探查术检查法检测肺癌准确度高，但检测费用昂贵，存在一定危险，检测时间长。电子鼻技术检测法装置便携、操作简单、实用性强，但是电子鼻的传感器阵列通常是以电信号作为检测的信号进行分析，这样往往受到环境因素影响，且传感器易与呼出气体中的其他气体发生反应，影响检测结果。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型灵敏度高、对人无创伤、稳定性好，可以非常准确快速地检测出病人是否患有肺癌。

本实用新型的工作原理如下：

正常人空腹8小时后，呼出的气体中丁烷气体浓度非常小，但是肺癌患者呼出的气体中丁烷气体浓度则非常大，利用非相干腔增强光谱技术具有的高探测灵敏度，可以非常精确的检测出病人呼出气体中丁烷气体浓度的大小，因此根据呼出气体中的丁烷气体浓度大小诊断出病人是否患有肺癌。

假设腔长为L，腔内介质的吸收系数为α，入射光强为I_in，腔镜反射率为R，由此可以计算出透射光强I_t为：

$I_t=I_{\mathrm{in}}\frac{{(1-R)}^2\exp (-\mathrm{\αL})}{1-R^2\exp (-2\mathrm{\αL})}---\left(1\right)$

对于空腔有α＝0，则式(1)可变为：

$I_0=I_i\frac{{(1-R)}^2}{1-R^2}=I_i\frac{1-R}{1+R}\≈I_i\frac{1-R}{2}---\left(2\right)$

令有气体吸收和无气体吸收时腔的透射光强度之比为T_n＝I_t/I₀，则通过测量T_n，就可以推导出腔内气体吸收系数α：

$\mathrm{\α}=-\frac{1}{L}\mathrm{Ln}\left[\frac{1}{2R}(\sqrt{4R^2+{\left(\frac{I_0}{I_t}(1-R^2)\right)}^2}-\frac{I_0}{I_t}(1-R^2))\right]---\left(3\right)$

高反射镜反射率随波长的变化，推算公式如下：

$R_{\left(\mathrm{\λ}\right)}=1-\frac{\mathrm{\αL}}{\frac{I_0}{I}-1}---\left(4\right)$

由下式就可推算出待测气体的绝对浓度：

$C_{\mathrm{gas}}=\frac{1}{\mathrm{\σL}}(\frac{1}{T_n}-1)(1-R)\×\frac{1}{2.44}\×{10}^{-13}\left(\mathrm{ppm}\right)---\left(5\right)$

式(5)中σ为分子吸收截面。

本实用新型是一种基于非相干腔增强光谱技术的肺癌检测装置，具体包括驱动控制模块、LED、光耦合模块、光学器件模块、滤光片、真空泵、光学谐振腔、软管、三通气阀、消色差透镜、耦合透镜、光纤、光谱仪、信息处理模块。首先打开真空泵和三通气阀，三通气阀经驱动控制模块控制打开N₂通气口，通入N₂清洗光学谐振腔内残留的其它气体，然后LED经驱动控制模块调制，发射出特定中心波长的探测光，丁烷气体在此条件下，吸收强、无干扰，当探测光稳定后，先后经光耦合模块和光学器件模块，再经滤光片入射到光学谐振腔内，三通气阀经驱动控制模块控制打开样品气体通气口，病人通过软管连续向腔内吹气，探测光入射到有样品气体的光学谐振腔内，光学谐振腔透射光再经消色差透镜聚焦至耦合透镜耦合进光纤，经光纤传输到光谱仪，光谱仪接收到的光信号转化为电信号传输至信息处理模块。最后在信息处理模块中处理分析上面获得的数据并显示出病人呼出气体中丁烷的浓度，并根据这一值确定病人是否患有肺癌。

进一步的，所述驱动控制模块，包括电源控制模块、信号发生器、三通气阀控制电路。

进一步的，所述LED，发射出特定中心波长的探测光，丁烷气体在此条件下，吸收强、无干扰。

进一步的，所述光耦合模块，包括光纤、耦合透镜。

进一步的，所述光学器件模块，包括两个光阑、两个反射镜、消色差透镜。

进一步的，所述光学谐振腔，由两块镀有高反射膜的凹面镜所组成，腔镜反射率R＞0.9999，LED发出的光的波长处在腔镜的高反射区内。

进一步的，所述样品气体，为病人空腹8小时后呼出的气体，其中丁烷气体作为检测气体。

上述一种基于非相干腔增强光谱技术的肺癌检测装置，对人无创伤、灵敏度高、稳定性好，可以非常准确快速地检测出病人是否患有肺癌。

附图说明

附图为本实用新型的结构示意图。

其中：包括驱动控制模块1、LED2、光耦合模块 3、光学器件模块 4、滤光片 5、真空泵 6、光学谐振腔 7、软管 8、三通气阀 9、消色差透镜 10、耦合透镜 11、光纤 12、光谱仪 13、信息处理模块 14。

具体实施方式

参阅附图，使用非相干腔增强光谱技术的肺癌检测装置时，首先打开真空泵6和三通气阀9，三通气阀9经驱动控制模块1控制打开N₂通气口，通入N₂清洗光学谐振腔7内残留的其它气体。然后LED2经驱动控制模块1调制，发射出特定中心波长的探测光，丁烷气体在此条件下，吸收强、无干扰，当探测光稳定后，先后经光耦合模块3和光学器件模块4，再经滤光片5入射到光学谐振腔7内，三通气阀9经驱动控制模块1控制打开样品气体通气口，病人通过软管8连续向腔内吹气，探测光入射到有样品气体的光学谐振腔7内，光学谐振腔7透射光再经消色差透镜10聚焦至耦合透镜11耦合进光纤，经光纤12传输到光谱仪13，光谱仪13接收到的光信号转化为电信号传输至信息处理模块14。最后在信息处理模块14中处理分析上面获得的数据并显示出病人呼出气体中丁烷的浓度，并根据这一值确定病人是否患有肺癌。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。

Claims (2)

1.一种基于非相干腔增强光谱技术的肺癌检测装置，其特征在于：具体包括驱动控制模块(1)、LED(2)、光耦合模块(3)、光学器件模块(4)、滤光片(5)、真空泵(6)、光学谐振腔(7)、软管(8)、三通气阀(9)、消色差透镜(10)、耦合透镜(11)、光纤(12)、光谱仪(13)、信息处理模块(14)，首先打开真空泵(6)和三通气阀(9)，三通气阀(9)经驱动控制模块(1)控制打开N₂通气口，通入N₂清洗光学谐振腔(7)内残留的其它气体，然后LED(2)经驱动控制模块(1)调制，发射出特定中心波长的探测光，丁烷气体在此条件下，吸收强、无干扰，当探测光稳定后，先后经光耦合模块(3)和光学器件模块(4)，再经滤光片(5)入射到光学谐振腔(7)内，三通气阀(9)经驱动控制模块(1)控制打开样品气体通气口，病人通过软管(8)连续向腔内吹气，探测光入射到有样品气体的光学谐振腔(7)内，光学谐振腔(7)透射光再经消色差透镜(10)聚焦至耦合透镜(11)耦合进光纤(12)，经光纤(12)传输到光谱仪(13)，光谱仪(13)接收到的光信号转化为电信号传输至信息处理模块(14)。 

2.如权利要求1所述的一种基于非相干腔增强光谱技术的肺癌检测装置，其特征在于:所述光学谐振腔(7)，由两块镀有高反射膜的凹面镜所组成，腔镜反射率R>0.9999，LED(2)发出的光的波长处在腔镜的高反区内。 

Images