CN210931411U - 一种用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪 - Google Patents

Abstract

一种用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，包括：气体采集装置，包括连接器、进气管、气泵和氦气源；所述气泵连接于所述第一连接区，用于在所述第一连接区形成负压；所述氦气源，用于向所述第二连接区提供氦气；呼吸采集装置包括石墨烯传感器，所述石墨烯传感器根据所述第二连接区传入的气体的电阻变化信息检测所述第二连接区内的气体以筛查肺结核或者肺癌。本实用新型提供的用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪将待检测的气体从进气管吸入至第一连接区，打开第一连通阀使得第一连接区内的气体可以与第二连接区内的氦气混合，使得待检测气体在一定稀释度的情况下以稳定的气压状态被检测，提高了检测的可靠性。

Description

一种用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪

技术领域

本实用新型涉及医疗设备领域，具体涉及一种用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪。

背景技术

身体或血流的某些代谢物及化学物质在肺泡进行血液循环系统与肺循环系统的交换，导致呼出气体组分及浓度可以反映人体代谢机能及疾病状态，人体呼出气体中的挥发性化学物质(VOCs)的测量作为一种无创检测技术，适合于在健康人群中对先兆病人进行筛查，因此受到了越来越多的重视。然而，现有对呼气气体的检测中，由于用户呼气的气流速度存在差异，导致需要采用复杂的机构以控制气流速度，检测速度较慢。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，使得呼出的气体可以在稳定的气压下被石墨烯传感器检测到，从而提高筛查肺结核或肺癌的可靠性。

为此，本实用新型提供了一种用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，包括：

气体采集装置，包括连接器、进气管、气泵和氦气源，所述连接器包括第一连接区和第二连接区，所述第一连接区通过第一连通阀连接，所述进气管连接于所述第一连接区；所述气泵连接于所述第一连接区，用于在所述第一连接区形成负压；所述氦气源连接于所述第二连接区，用于向所述第二连接区提供氦气；

呼吸采集装置，连接于所述第二连接区，所述呼吸采集装置包括石墨烯传感器，所述石墨烯传感器根据所述第二连接区传入的气体的电阻变化信息检测所述第二连接区内的气体以筛查肺结核或者肺癌。

优选地，还包括单向进气阀、左进气滤盒和右进气滤盒，所述进气管依次通过所述单向进气阀、左进气滤盒和右进气滤盒连接于所述第一连接区。

优选地，还包括一壳体，所述左进气滤盒位于所述壳体的左侧，所述右进气过滤盒位于所述壳体的右侧；

所述的呼吸采集装置还包括支架和硅胶分割层活动隔板，所述支架为与面部形状相匹配的立体形结构状，且所述支架为外凸内凹薄壳状；

所述硅胶分割层活动隔板呈圆弧状并且设于所述壳体的中部，所述的硅胶分割层活动隔板的两端呈圆弧状并与所述的支架呈插入式气密连接。

优选地，还包括第二连通阀和第三连通阀，所述第二连通阀设于所述进气管与所述连接器之间，所述第三连通阀设于所述气泵与所述连接器之间。

优选地，还包括第四连通阀和第五连通阀，所述氦气源通过所述第四连通阀连接于所述连接器，所述石墨烯传感器通过所述第五连通阀连接于所述连接器。

优选地，所述连接器还包括第一气压检测仪和第二气压检测器，所述第一气压检测仪连接于所述第一连接区，用于检测所述第一连接区的气压；所述第二气压检测仪连接于所述第二连接区，用于检测所述第二连接区的气压。

优选地，还包括数据处理器和显示屏，所述处理处理器分别与所述显示屏和石墨烯传感器连接，用于获取所述石墨烯传感器的检测数据，并在所述显示屏显示检测信息。

优选地，所述显示屏为赛伦纸显示屏单元、AMOLED触摸显示屏单元、OLED触摸显示屏单元、石墨烯应变压力传感显示屏单元中的一种。

优选地，还包括身份验证机构，连接于所述数据处理器，用于验证身份信息，所述数据处理器将该身份信息显示于所述显示屏。

优选地，所述身份验证机构包括指纹机，所述数据处理器根据所述指纹机检测的指纹生成与该指纹唯一对应的用户代号。

与现有技术相比，本实用新型提供的用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪可以通过气泵在第一连接区形成负压，将待检测的气体从进气管吸入至第一连接区。另外，氦气源向第二连接区冲入氦气以清除第二连接区内的气体并清除石墨烯传感器，待第二连接区内的气压稳定后，打开第一连通阀使得第一连接区内的气体可以与第二连接区内的氦气混合，然后被送入石墨烯传感器内被检测，使得使用者的呼吸所产生的异常气味在一定稀释度的情况下以稳定的气压状态被石墨烯传感器检测，实现对使用者身体健康的异常情况、以及呼吸情况的检测，并可用于临床上大数据样本分析，提高筛查肺结核或肺癌的可靠性，给用户提供一种便携、无创、快速、灵敏、准确、廉价、高通量、可重复的检测设备，对外监测空气，对内检测包括早期癌症在内的疾病，准确感知与储存用户的健康数据，给病人提供实时的身体机能信息并给出最合适的治疗建议，具有更广泛的应用范围。

附图说明

图1是本实用新型所述一种用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪的结构示意图。

图2是连接器与进气管、气泵、氦气源和石墨烯传感器的结构示意图。

图中：

10-壳体；11-支架；12-分隔板；13-弹性佩带；20-显示屏；30-石墨烯传感器；40-氦气源； 50-连接器；51-第一连接区；52-第二连接区；53-进气管；531-左进气滤盒；532-右进气滤盒； 533-单向进气阀；60-气泵。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型所述一种用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪正面的结构示意图，图2是本实用新型所述一种用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪侧面的结构示意图。如图1和图2所示，该用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪包括壳体10、进气管53、显示屏20、扬声器11、数据处理器、石墨烯传感器30和连接器50。

壳体10内部具有空腔，大体为长方体或者正方体结构，用于容纳或者安装其他部件。本实施方式中，所述壳体10的侧壁设有连接部12，所述进气管53的一端连接于所述连接部12，另外一端向所述壳体10的外部延伸。所述进气管53的一端部连接于所述连接部12，另外一端连接于所述连接器50。这样，气体可以通过进气管53进入到连接器50内。在一些实施方式中，所述壳体10还包括弹性佩带13以帮助使用者以穿戴式固定该用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪。在另外一些实施方式中，该呼气检测仪也可以放置在桌子或者其他平台上使用。

所述连接器50、石墨烯传感器30和所述数据处理器设于所述壳体10内，所述显示屏20 设于所述壳体10的侧壁。所述处理处理器分别与所述显示屏20和石墨烯传感器30连接，用于获取所述石墨烯传感器30的检测数据，并在所述显示屏20显示检测信息。本实施方式中，所述显示屏为赛伦纸显示屏单元、AMOLED触摸显示屏单元、OLED触摸显示屏单元、石墨烯应变压力传感显示屏单元中的一种。

本实施方式中，石墨烯传感器30基于石墨烯的双极性(即无论是电子接收基团还是电子给予基团被吸附到石墨烯上都能导致其阈值变化及功函数的改变，可以通过其在电极表面发生氧化还原反应而产生相应的电流信号来检测目标分子)。其既能快速传递电子，又能实现生物分子的选择性检测，因而在电阻型传感器中很容易被监测到。且石墨烯丰富的表面官能团修饰目标分子，当气体分子附着及脱离后，石墨烯又会恢复其原始状态的特性。

该石墨烯传感器30采用以石墨烯为载体的石蕊试纸类的色变传感器薄膜。利用掺杂的缺陷石墨烯材料有着更强的化学活性和特殊的电子特性，采用多种元素的掺杂、表面结构设计的途径对石墨烯材料进行改性和优化。本实施方式还优选将具有不同气敏选择性的多个气体传感器组成阵列，利用其阵列的交叉敏感特性，结合计算机技术和模式识别技术对其输出响应进行分析研究，便能够实现传感器选择性的改善以及测量精度的提高，有效提升敏感材料对气体的响应度(可方便而灵敏地检测生活环境中的气态有机污染物)、与通过色彩明显提示使用者(当薄膜遇到空气中的有毒气体时，立即会变成了粉红色，当有毒气体浓度越高时，该薄膜区域的颜色也就变得越深)。石墨烯这种新材料可与室内环境和检测目标更好的接触，从而提高检测灵敏性，气体中即使有0.01％的污染也会被检测出来。

通过比较不同人群(正常人和患肺结核或肺癌)的呼出气体的差异，通过统计学分析，可以得到阳性的差异的化合物，通过公式算得其风险值，对新要检测的人群进行检测，判断其是否存在患肺结核或肺癌的危险，通过数据处理后由AI屏幕显示其风险值。对于高风险的，建议其去临床做进一步的确证。

在一些实施方式中，所述用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪还包括单向进气阀533、左进气滤盒531和右进气滤盒532，所述进气管53依次通过所述单向进气阀533、左进气滤盒531和右进气滤盒532连接于所述第一连接区51。所述左进气滤盒531位于所述壳体10的左侧，所述右进气过滤盒532位于所述壳体10的右侧。

本实施方式中，所述的呼吸采集装置还包括支架11和硅胶分割层活动隔板12，所述支架11为与面部形状相匹配的立体形结构状，且所述支架11为外凸内凹薄壳状，在佩戴时可以紧密贴合在佩戴者的脸部。所述硅胶分割层活动隔板12呈圆弧状并且设于所述壳体10的中部，所述的硅胶分割层活动隔板12的两端呈圆弧状并与所述的支架11呈插入式气密连接，从而可以将壳体10内部的空间分隔，用户呼出的气体难以渗透至其他空间，使得其他电子部件存储在分隔的空间内。

此外，该壳体10上还设有扬声器11和身份验证机构，所述扬声器11与所述数据处理器 (图中未示出)连接，用于播报所述检测内容。所述身份验证机构连接于所述数据处理器，用于验证身份信息，所述数据处理器将该身份信息显示于所述显示屏20。本实施方式中，所述身份验证机构包括指纹机，所述数据处理器根据所述指纹机检测的指纹生成与该指纹唯一对应的用户代号。该用户代码与检测信息对应，以方便用户查询检测信息。

图2是连接器50与进气管53、气泵60、氦气源40和石墨烯传感器30的结构示意图。连接器50连接进气管53、气泵60、氦气源40和石墨烯传感器30。

进气管53用于吹入待检测的气体。所述连接器50包括第一连接区51和第二连接区52，所述第一连接区51通过第一连通阀连接，所述进气管53连接于所述第一连接区51。所述气泵60连接于所述第一连接区51，用于在所述第一连接区51形成负压。所述氦气源40连接于所述第二连接区52，用于向所述第二连接区52提供氦气。所述石墨烯传感器30连接于所述第二连接区52，用于检测所述第二连接区52内的气体以检测肺结核或者肺癌的风险值。

此外，该用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪还包括第二连通阀、第三连通阀、第四连通阀和第五连通阀。所述第二连通阀设于所述进气管53与所述连接器50之间，所述第三连通阀设于所述气泵60与所述连接器50之间。所述氦气源40通过所述第四连通阀连接于所述连接器50，所述石墨烯传感器30通过所述第五连通阀连接于所述连接器50。

所述连接器50还包括第一气压检测仪和第二气压检测器，所述第一气压检测仪连接于所述第一连接区51，用于检测所述第一连接区51的气压；所述第二气压检测仪连接于所述第二连接区52，用于检测所述第二连接区52的气压。

以下详细描述该用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪的使用方法。

首先，在第一连通阀、第二连通阀和第三连通阀处于关闭状态时，气泵60启动抽取连接器50的第一连接区51内的气体，使得第一连接区51内形成负压。以及，打开第四连通阀和第五连通阀，向第二连接区52和石墨烯传感器30吹入氦气，在清理第二连接区52和石墨烯传感器30后，关闭第四连通阀和第五连通阀。

然后，用户身份验证机构验证身份后，可以佩戴该用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，并且含住进气管53。

接着，打开第二连通阀，用户通过进气管53向第一连接器50的第一连接区51吹入气体，待第一连接区51内的气压达到预设压力时，关闭第二连通阀。

最后，开启第一连通阀，使得用户吹起的待检测的气体与氦气混合至合适的检测浓度和气压后，打开第五连通阀，通过石墨烯传感器30对气体进行检测。这样，数据处理器可以获得检测信息并在显示屏20上进行显示。在一些实施方式中，还可以通过扬声器11播报检测信息的重点内容，完成检测。

应该理解，本实用新型并不局限于上述实施方式，凡是对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意味着包含这些改动和变型。

Claims (10)

1.一种用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，其特征在于，包括：

气体采集装置，包括连接器、进气管、气泵和氦气源，所述连接器包括第一连接区和第二连接区，所述第一连接区通过第一连通阀连接，所述进气管连接于所述第一连接区；所述气泵连接于所述第一连接区，用于在所述第一连接区形成负压；所述氦气源连接于所述第二连接区，用于向所述第二连接区提供氦气；

呼吸采集装置，连接于所述第二连接区，所述呼吸采集装置包括石墨烯传感器，所述石墨烯传感器根据所述第二连接区传入的气体的电阻变化信息检测所述第二连接区内的气体以筛查肺结核或者肺癌。

2.如权利要求1所述的用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，其特征在于，还包括单向进气阀、左进气滤盒和右进气滤盒，所述进气管依次通过所述单向进气阀、左进气滤盒和右进气滤盒连接于所述第一连接区。

3.如权利要求2所述的用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，其特征在于，还包括一壳体，所述左进气滤盒位于所述壳体的左侧，所述右进气过滤盒位于所述壳体的右侧；

所述的呼吸采集装置还包括支架和硅胶分割层活动隔板，所述支架为与面部形状相匹配的立体形结构状，且所述支架为外凸内凹薄壳状；

所述硅胶分割层活动隔板呈圆弧状并且设于所述壳体的中部，所述的硅胶分割层活动隔板的两端呈圆弧状并与所述的支架呈插入式气密连接。

4.如权利要求3所述的用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，其特征在于，还包括第二连通阀和第三连通阀，所述第二连通阀设于所述进气管与所述连接器之间，所述第三连通阀设于所述气泵与所述连接器之间。

5.如权利要求4所述的用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，其特征在于，还包括第四连通阀和第五连通阀，所述氦气源通过所述第四连通阀连接于所述连接器，所述石墨烯传感器通过所述第五连通阀连接于所述连接器。

6.如权利要求5所述的用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，其特征在于，所述连接器还包括第一气压检测仪和第二气压检测器，所述第一气压检测仪连接于所述第一连接区，用于检测所述第一连接区的气压；所述第二气压检测仪连接于所述第二连接区，用于检测所述第二连接区的气压。

7.如权利要求6所述的用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，其特征在于，还包括数据处理器和显示屏，所述数据处理器分别与所述显示屏和石墨烯传感器连接，用于获取所述石墨烯传感器的检测数据，并在所述显示屏显示检测信息。

8.如权利要求7所述的用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，其特征在于，所述显示屏为赛伦纸显示屏单元、AMOLED触摸显示屏单元、OLED触摸显示屏单元、石墨烯应变压力传感显示屏单元中的一种。

9.如权利要求8所述的用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，其特征在于，还包括身份验证机构，连接于所述数据处理器，用于验证身份信息，所述数据处理器将该身份信息显示于所述显示屏。

10.如权利要求9所述的用于肺癌筛查的基于石墨烯传感器的呼气检测仪，其特征在于，所述身份验证机构包括指纹机，所述数据处理器根据所述指纹机检测的指纹生成与该指纹唯一对应的用户代号。

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