由结构设计开始的肺癌呼吸检测仪的设计

发布时间：2018-11-18 10:46

【摘要】：目前,肺癌作为一种高危性恶性肿瘤,其死亡率已居于各类肿瘤之首。肺癌早期检测可以在很大程度上提高患者的生存率,但目前临床上仍然缺少快速和低成本的肺癌早期检测仪器。人体的呼吸气体中含有一部分与自身是否患有肺癌存在紧密联系的物质,可将其当作检测肺癌的标志物。这种基于传感技术的呼吸气体检测方法,由于其具有响应迅速、高敏感性、价格便宜等优点,有希望实现肺癌的早期检测,进而提高肺癌患者的生存率。传统仪器在无参考机情况下的开发步骤为:基础性研究、制作原理样机、设计生产机。原理样机设计一般采用自顶向下的方法,主要专注于电气、机械部分的功能设计,即电气机械方案、模块划分、参数计算、器件选型等。对有的开发过程来说,如果原型机结构简单明确或已具有初步参考原型机或是仪器本身的结构设计会影响到仪器的精度,那么就需要将结构设计纳入到仪器设计之初来进行整体考虑。针对本文设计的肺癌呼吸检测仪,结构设计会影响检测精度、功能实现、开发效率以及市场前景,所以本文在设计初期将结构设计考虑在内,采用自顶向下的设计方法,首先对仪器的结构进行设计,能够大大地缩短整个仪器的开发周期,最终将仪器功能完美呈现。另外抛开肺癌呼吸检测仪本身来说,这种设计方法能够为其它仪器的开发提供一些参考,这对促进现代仪器的快速发展具有十分重要的现实意义。针对相关的设计要求,本文的主要工作包括以下几个方面:一、根据功能需求,设计了肺癌呼吸检测仪的外形结构。提出了由结构设计开始的仪器开发的优点,梳理了仪器的总体结构设计流程,并将外观造型设计方法中的人机工程学、造型学、色彩学、材料学等不同学科运用到肺癌呼吸检测仪的外型造型设计中,完成了肺癌呼吸检测仪外形结构的建模及加工。二、分析了肺癌呼吸气体检测的过程,总结出检测仪在设计过程中需满足的要求以及课题组前期研究出的肺癌检测系统存在的不足,对气路结构进行了优化设计,以呼出气体检测模块为中心,简化了气路设计。并针对现有肺癌检测系统中反应气室密闭性较差以及取放卟啉传感器芯片不方便等问题,对反应气室进行了优化设计;针对现有肺癌检测系统中不能对摄像头进行微调等问题,设计了一种可以对摄像头多个方向进行调节的装置,提高了仪器检测的准确性;针对现有肺癌检测系统中不能解决微型气泵振动等问题,设计了一种微型气泵减振器,提高了检测结果的稳定性。三、根据检测仪的整体结构及其功能需求,采用了上下位机式结构的硬件电路设计。上位机以Tiny6410为主控平台,进行图像采集、图像处理、特征信息提取、目标模板匹配识别、结果分析以及控制整个下位机硬件系统的相应动作。下位机硬件控制系统以PIC16F877A单片机为控制核心,针对下位机控制系统中不同的动作和功能要求,设计了包括预检测温度控制模块、温湿度监测模块、电源模块、微型气泵调速及电磁阀调节气流方向模块、气体检测模块以及通信模块等在内的一整套下位机硬件控制系统。根据各个硬件模块的具体功能要求和检测流程,在MPLAB软件环境中完成了整个下位机控制系统的程序编写。包括预检测温度控制程序,微型气泵调速程序,温湿度监测模块程序等。四、对仪器中各个主要功能模块的工作性能和主要参数分别进行了测试,然后以某种肺癌呼吸气体中的特征气体作为检测对象,对装配好的整个仪器进行了效果测试,最后通过大量的实验数据,建立了测试匹配模板。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789

【参考文献】