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1、(10)申请公布号 CN 102798631 A (43)申请公布日 2012.11.28 CN 102798631 A *CN102798631A* (21)申请号 201210331856.8 (22)申请日 2012.09.10 G01N 21/76(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正街 174 号 (72)发明人 侯长军 雷靳灿 霍丹群 罗小刚 杨眉 (74)专利代理机构 重庆博凯知识产权代理有限 公司 50212 代理人 穆祥维 (54) 发明名称 一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装 置 (5。
2、7) 摘要 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、 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。
3、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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 1/1 页 2 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）。
4、 位于 LED 光源板 （1） 的 正上方 ； 所述气体反应器包括电机 （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 （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 （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。
5、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） 。 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 ： 所述驱动机构包括电机 （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。
6、， 丝杆 （21） 可转动的设置在底座 （17） 的上方并由电机 （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 （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。 3. 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 ： 所述电机 （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。
7、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。 4. 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。 5. 根据权利要求 3 所述的一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置， 其。
8、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 （6） 、 电机 （16） 、 气泵 （11） 、 LED 灯 （5） 和激光二极管 （23） 均由 PIC 单片机控制。 权 利 要 求 书 CN 102798631 A 2 1/4 页 3 一种用于肺癌呼出气体检测的可见光检测装置 技术领域 0001 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 0002 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。
9、生命的疾病。 0003 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 0004 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。 0005 为了。
10、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、 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， 旋转轴由电机驱动 ； 所 述卟啉传感器片子可拆卸的设置在反应台上， 所述。
11、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。 0006 作为本发明的一种优选方案， 所述驱动机构包括电机、 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 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。 0007 作为本发明的另一。
12、种优选方案， 所述电机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。 0008 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。 说 明 书 CN 102798631 A 3 2/4 页 4 0009 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。
13、机连接， 所述电机、 电机、 气泵、 LED 灯和激光二极管均由 PIC 单 片机控制。 0010 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。 0011 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。 0012 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。
14、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 0013 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。
15、的结构示意图 ； 图 8 为滑动工作台的结构示意图。 0014 附图中 ： 1LED 光源板 ； 2摄像头 ； 4半圆孔 ； 5LED 灯 ； 6电机 ； 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 ； 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。
16、方式 0015 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。 0016 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。 0017 气体反应器包括电机 6、 气体反应室 7、 反应台 8、 旋转轴 9、。
17、 卟啉传感器片子 10、 说 明 书 CN 102798631 A 4 3/4 页 5 气泵 11 和驱动电机 6 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 6 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 6 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。
18、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 。
19、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。 0018 驱动机构包括电机 16 （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、 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 16 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 6 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。。
21、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。 0019 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。 0020 ARM 芯片分。
22、别与摄像头 2 和 PIC 单片机 （采用 PIC16F877A） 连接， 电机 6、 电机 16、 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。 0021 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 16 驱动丝杆 21 带。
23、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 6 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 说 明 书 CN 102798631 A 5 4/4 页 6 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 6 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。
24、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 6 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 16 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。 0022 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。
25、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。 说 明 书 CN 102798631 A 6 1/5 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102798631 A 7 2/5 页 8 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102798631 A 8 3/5 页 9 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102798631 A 9 4/5 页 10 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 102798631 A 10 5/5 页 11 图 8 说 明 书 附 图 CN 102798631 A 11 。