肺癌氣體檢測氣路設(shè)計(jì).pdf

1、目前,肺癌是一種危害生命健康的主要疾病。近些年,隨著國內(nèi)空氣質(zhì)量的不斷下降,我國肺癌發(fā)病率呈現(xiàn)明顯的上升趨勢,WHO更是預(yù)測到2025年中國將成為世界肺癌第一大國。肺癌的早期診斷可以大大提高治愈率,目前,臨床上缺乏快速、低成本的肺癌早期診斷篩查設(shè)備。基于生化傳感器技術(shù)的呼出氣體診斷靈敏度高、響應(yīng)速度快、價格便宜、結(jié)構(gòu)簡單、易于小型化,且完全無創(chuàng),具有很好地應(yīng)用前景。
　　人體呼出氣體包含生理代謝產(chǎn)物,有研究證明呼出氣體中部分揮發(fā)性

2、有機(jī)氣體(VOCs)與肺癌有關(guān),可作為肺癌檢測的標(biāo)志物,肺癌標(biāo)志物檢測最大的困難在于肺癌患者呼出氣體中 VOCs含量小(僅為PPb數(shù)量級)。進(jìn)行肺癌氣體檢測需要對患者呼出氣體進(jìn)行采集,并對其中的VOCs加以濃縮以提高其濃度,便于傳感器識別?；谏瘋鞲衅骷夹g(shù)的呼出氣體檢測本質(zhì)上是一種化學(xué)反應(yīng),需要對反應(yīng)條件(即待測氣體物理狀態(tài))進(jìn)行控制。肺癌呼出氣體診斷是近幾年才興起的一種檢測方法,目前還沒有相應(yīng)的肺癌呼出氣體采集、標(biāo)志物濃縮及物理?xiàng)l件

3、標(biāo)準(zhǔn)化控制的裝置。有鑒于此,本文旨在提供一套可自動的對肺癌患者呼出氣體進(jìn)行采集、目標(biāo)物富集、較精確溫濕度控制的氣路系統(tǒng)。為肺癌呼出氣體檢測設(shè)備的臨床應(yīng)用與開發(fā)提供相對獨(dú)立的氣流控制及前處理模塊。
　　本文的工作主要有以下方面:
　　一、分析基于生化傳感器肺癌呼出氣體檢測的過程,總結(jié)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和課題組現(xiàn)有氣體檢測系統(tǒng)的欠缺,創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出一套結(jié)構(gòu)簡單、功能全面的氣路系統(tǒng)。以呼出氣體中 VOCs富集模塊為中心,創(chuàng)造性地提出

4、多層循環(huán)的設(shè)計(jì)思路。分析目標(biāo)物濃縮與檢測過程,簡化氣路設(shè)計(jì),在保障功能的前提下設(shè)計(jì)出了包括“富集循環(huán)”與“檢測循環(huán)”的氣路系統(tǒng)。該氣路可自動地對肺癌患者呼出氣體進(jìn)行采集、目標(biāo)物富集、較精確溫度濕度控制,來保證所采集的氣體與生化傳感器相對一致的反應(yīng)條件。
　　二、由于采用的生化傳感器靈敏度很高,雜質(zhì)氣體會對檢測結(jié)果造成影響,所以,氣路系統(tǒng)及反應(yīng)氣室要求具有較好的氣密性。針對現(xiàn)有氣體檢測系統(tǒng)中反應(yīng)氣室密閉性不夠的缺點(diǎn),對其進(jìn)行了氣密性

5、優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　三、根據(jù)肺癌呼出氣體檢測系統(tǒng)的功能需求,設(shè)計(jì)了上下位機(jī)的總體結(jié)構(gòu)。以 ARM作為上位機(jī)進(jìn)行圖像采集、圖像處理、結(jié)果分析和整體控制,以PIC16F877A作為下位機(jī)完成氣路控制。針對氣路系統(tǒng)中下位機(jī)和外圍設(shè)備不同的動作和功能要求,設(shè)計(jì)并加工完成包括電源模塊、儲氣模塊、氣泵與電磁閥控制模塊、溫控模塊、溫濕度監(jiān)測模塊和通信模塊等在內(nèi)的一整套硬件系統(tǒng)。按照檢測流程,在MPLAB軟件環(huán)境下設(shè)計(jì)下位機(jī)各個模塊控制程序和主控程序