一種呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置及其方法與流程
2023-06-26 01:13:16 1
[技術領域]
本發明涉及呼吸成分檢測技術領域，具體是一種呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置及其方法。
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背景技術：
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癌症是全球人口致死率最高的疾病，很多癌症都是很難在早期的時候查出，一般等到其中、晚期的時候，往往錯過了最佳治療時機。因此，全面的癌症早期診斷顯得格外重要。
癌症早期診斷是一種專門針對癌症早期患者的診療方法，其目的在於早發現早治療，從而減輕患者痛苦、精神和經濟負擔，讓癌症患者早日康復。
現在的癌症檢測手段主要有：b超、ct、核磁共振成像及活檢。由於存在對人體組織有損傷、檢測周期長、成本高等問題，導致大人群的早期診斷門檻較高，絕大多數癌症的發現都處於中晚期，對癌症治療極為不利。
最近研究發現，癌症病人的呼吸氣與正常人相比含有更大量的苯系物及其他一些氣態烴等揮發性有機物。利用基於光成像原理的傳感器陣列技術，根據多個傳感器對樣本響應的特性圖譜進行識別分析，可以進行癌症診斷。
然而目前基於呼吸氣揮發性有機物檢測的系統，因為其自動化程度低，導致操作複雜、不宜長期使用、數據重複性差等問題。使得檢測存在誤差，系統難以應用、普及。
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技術實現要素：
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本發明的目的在於提供一種呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置及其方法，以便作為一種快速、準確、低成本的呼吸氣揮發性有機物檢測儀器進行普及，為癌症及其他疾病的早期診斷提供一種手段。
為達上述目的及其他目的，本發明提供的一種呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置及其方法，包括用於存儲呼吸氣樣本的樣本袋，其特徵在於還包括氣源，等離子發生器、光子採集單元、注射器、光通道切換單元和若干氣體傳感器，每個氣體傳感器的入口處均設有與其一一對應連接的進氣管道，所述的氣源連接等離子發生器入口端，所述的樣本袋出口連接注射器一端，注射器的另一端與等離子發生器的出口端共同連接至若干進氣管道，每根進氣管道上均設有氣閥，所述的光通道切換單元內設有光路通道，光路通道的一端為入光口，該入光口的位置對應氣體傳感器的設置位置，光路通道的另一端為出光口，該出光口的位置對應光子採集單元的位置，光通道切換單元底部連接步進電機。光通道切換單元通過螺釘夾持在步進電機輸出軸上，步進電機驅動器輸出一個與角度關聯的脈衝，驅動步進電機帶動光通道切換單元旋轉到設定角度。
所述的氣體傳感器包括殼體，殼體上設有起導流和透光作用的石英管，殼體內為中空結構，殼體內底部設有恆溫控制器，恆溫控制器連接電加熱器和溫度傳感器。
每個氣體傳感器的電加熱器表面均具有不同的催化塗層。
所述的催化塗層為cu2+/tio2或mn2+/zro2或cu2+/al2o3或cu2+/mgo或zn2+/sio2或zn2+/tio2或cu2+/zro2或cu2+/zno或mn2+/zro2或zn2+/zro2或ni2+/zno或ni2+/tio2。上述斜槓「/」表示兩種物質的混合，混合比例根據實際情況選擇，且不局限於所列出的物質。
所述的電加熱器與殼體內的兩側壁、頂壁之間具有空隙，氣體傳感器的入氣口設在氣體傳感器一側上部，出氣口設在氣體傳感器一側下部。
所述的光路通道內設有反射鏡片。
所述的呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置的檢測方法為：載氣由氣源輸入等離子發生器，產生等離子體，樣本袋內的呼吸氣樣本經由注射器輸出，載氣與呼吸氣樣本混合注入氣體傳感器；打開相應通路的氣閥，光通道切換單元的步進電機驅動反射鏡片對準開啟的氣體傳感器，混合氣進入開啟的氣體傳感器，由氣體傳感器內部的溫度控制器控制電加熱器恆溫，溫度傳感器將溫度信息反饋給溫度控制器，達到閉環控制；電加熱器表面塗有催化物質，與混合氣作用產生光信號；光信號經由光通道切換單元的反射鏡片，將光信號傳輸給光子採集單元；光子採集單元為通用的光電倍增管組件；光子採集單元將光信號轉化為數據信號。
本發明同現有技術相比，其優點在於：本發明通過將呼吸氣揮發性有機物檢測進行自動化實現，降低了操作複雜度，保證了數據重複性，提高了檢測精度，使得該方法可應用於對呼吸氣成分的快速識別檢測，達到幫助診斷的目的。同時，發明利用旋轉的光通道切換單元，減少了光子採集單元所需光電倍增管的使用，減少了裝置的複雜程度及成本。
[附圖說明]
圖1(a)是本發明實施例中呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置的構成圖。
圖1(b)是本發明實施例中呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置的另一角度構成圖。
圖2是本發明實施例中呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置內部光通道切換單元的構成圖。
圖3是本發明實施例中呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置內部氣體傳感器的構成圖。
如圖所示，圖中：1.氣源2.等離子發生器3.光子採集單元4.樣本袋5.注射器6.氣閥7.光通道切換單元8.氣體傳感器7-1.反射鏡片7-2.構件7-3.步進電機8-1.殼體8-2.石英管8-3.恆溫控制器8-4.電加熱器8-5.溫度傳感器。
[具體實施方式]
下面結合附圖對本發明作進一步說明，這種裝置的結構和原理對本專業的人來說是非常清楚的。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
本發明提供的呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置，包括：樣本袋：用於呼吸氣樣本的收集；氣源：用於載氣的供給；注射器：用於樣本的輸入；等離子發生器：用於提高氣體傳感器的識別性能；氣體傳感器：採用16種(不局限於16種)具有不同催化物質塗層的氣體傳感器，對呼吸氣產生不同的特徵響應；光通道切換單元：將各個氣體傳感器的光信號逐一進行傳遞；光子採集單元：收集氣體傳感器發出的並通過光通道切換單元傳遞的光信號，並將其轉化為數據信號。檢測方法中，依次包括如下步驟：進行呼吸氣檢測功能啟動的步驟；執行呼吸氣檢測的步驟。
如圖1所示，呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置由氣源1，等離子發生器2、光子採集單元3、樣本袋4、注射器5、氣閥6、光通道切換單元7和氣體傳感器8組成。上述組成的氣源1將載氣輸入，載氣為空氣；等離子發生器2離子化載氣；注射器5控制樣本的進樣，載氣與樣本混合，形成混合氣；光通道切換單元7傳送不同氣體傳感器8產生的光信號；光子採集單元3將光信號轉換為數據信號。如圖2所示，光通道切換單元7由反射鏡片7-1、構件7-2、步進電機7-3組成。反射鏡片7-1改變光信號運動方向；構件7-2提供部件的安裝；步進電機7-3控制反射鏡片7-1和構件7-2的旋轉。如圖3所示，氣體傳感器8由殼體8-1、石英管8-2、恆溫控制器8-3、電加熱器8-4和溫度傳感器8-5組成。殼體8-1提供部件安裝及密封；石英管8-2對混合氣導流和透光；恆溫控制器8-3控制電加熱器8-4的加熱功率，控制反應溫度，保證測試數據的重複性；電加熱器8-4加速化學反應速率，達到增強信號的效果，其表面未標示的不同塗層，分別為：包括：cu2+/tio2，mn2+/zro2，cu2+/al2o3，cu2+/mgo，zn2+/sio2，zn2+/tio2，cu2+/zro2，cu2+/zno，mn2+/zro2，zn2+/zro2，ni2+/zno，ni2+/tio2。針對混合氣中的各種成分產生不同的催化效果；溫度傳感器8-5採集溫度信號。
實施例1
連接220v/50hz市電，啟動呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置。將裝有被測者呼吸氣樣本的樣本袋5，連接到呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置上。
開啟自動檢測程序：
載氣由氣源1輸入等離子發生器2，產生等離子體；樣本袋4內的呼吸氣樣本經由注射器5輸出，載氣與呼吸氣樣本混合注入氣體傳感器8。打開相應通路的氣閥6；光通道切換單元7的步進電機7-3驅動反射鏡片7-1對準開啟的氣體傳感器8。參考圖2，混合氣進入開啟的氣體傳感器8，由氣體傳感器8內部的溫度控制器8-3控制電加熱器8-4恆溫，溫度傳感器8-5將溫度信息反饋給溫度控制器8-3，達到閉環控制；電加熱器8-4表面塗有催化物質，與混合氣作用產生光信號。參考圖3，光信號經由光通道切換單元7的反射鏡片7-1，將光信號傳輸給光子採集單元3；光子採集單元3為通用的光電倍增管組件；光子採集單元3將光信號轉化為數據信號。數據信號通過ttl轉rs232通訊接口或其他方式傳輸至電腦。
實施例2
參考圖1、圖2和圖3說明本發明的第2實施方式進行描述。
本實施方式的呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置的基本構造與第1實施方式相同。首先，連接220v/50hz市電，被測者對呼吸氣揮發性有機物成分自動檢測裝置的圖中未示例的電源開關進行操作，如果電源接通，則進行用於呼吸氣檢測的步驟。
首先，進行呼吸氣檢測功能的啟動。在上述啟動中，連接裝有呼吸氣樣本的樣本袋4；氣體傳感器8中的溫度控制器8-3控制電加熱器8-4加熱並恆溫至檢測溫度；開啟氣源1，開啟等離子發生器2。
其次，執行呼吸氣檢測。上述檢測中，在圖1的可檢測狀態下，1號通道氣閥6打開，光通道切換單元7的步進電機7-3驅動反射鏡片7-1對準開啟的1號氣體傳感器8；氣源1輸入的被等離子發生器2離子化的載氣，與注射器5輸入樣本混合，形成混合氣，進入1號氣體傳感器8；16個氣體傳感器8，逐一感測被測者的呼吸氣，並轉化為光信號；經光通道切換單元7傳遞，並經光子採集單元3轉換為數據信號。數據信號通過ttl轉rs232通訊接口或其他方式傳輸至電腦。