用于肺癌辅助诊断的电子鼻研究与设计

摘要

肺癌发病率近年来呈迅速上升趋势，由于早期诊断率低，肺癌成为人们健康和生命的严重威胁。肺癌的早期诊断和高危人群的筛选是降低肺癌死亡率的关键。目前临床尚缺乏简单有效的肺癌早期诊断及动态监测手段。呼吸气体诊断通过检测人体呼吸气体中挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOC)的成分变化来进行辅肺癌助诊断，因其无创、简便、快捷的特点，已经越来越多地得到了关注、研究和应用。由于它有助于尽早发现处于早期或可治疗阶段的肺癌，从而显著地降低肺癌的死亡率，有望成为一个新兴的肺癌早期诊断手段。
　　本文提出了一种基于金属氧化物半导体传感器的呼出气体检测电子鼻仪器的模块化设计方案，预期通过对呼吸中肺癌诊断标志物的高精度测定，可有效地区分正常人和肺癌患者，为肺癌的早期诊断提供一种新的辅助诊断工具。
　　本文首先介绍通过呼出气体检测人体疾病的成功案例，并总结近年来国际上通过呼吸诊断肺癌方面的仪器研发的最新进展。其次，本文着重从该电子鼻的四个方面较详细地介绍电子鼻的设计和仿真要点，分别是气敏传感器阵列与气室设计、肺癌辅助诊断电子鼻系统硬件设计、电子鼻系统软件设计以及电子鼻系统的仿真实现与验证，仿真过程通过Protues软件实现，仿真结果证明该方案是可行的。
　　希望本文能够为肺癌辅助诊断电子鼻系统的研发和应用提供参考，特别是推动现有同类产品的改进和相关新产品的开发。

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1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 课题国内外相关研究进展与现状

1.3 本文的研究内容与章节安排

2 肺癌辅助诊断电子鼻设计的理论基础

2.1 肺癌的呼吸诊断方法

2.2 细胞代谢产生特征性VOCS的病理分析

2.3 VOC在肺癌诊断中的地位

2.4 电子鼻系统解决方案

2.5 本章小结

3 气敏传感器阵列与气室设计

3.1 气敏传感器的分类

3.2 半导体气敏传感器

3.3 气敏传感器阵列设计

3.4 气室模块设计

3.5 本章小结

4 肺癌辅助诊断电子鼻系统硬件设计

4.1 系统的结构和功能

4.2 进样系统

4.3 电控系统

4.4 通讯电路设计

4.5 电源电路

4.6 本章小结

5 肺癌辅助诊断电子鼻系统的软件设计及仿真验证

5.1 程序的设计

5.2 程序的描述和功能

5.3 Proteus软件系统仿真整体方案

5.4 电子鼻系统仿真

5.5 仿真结果分析

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 存在的问题与改进建议

6.3 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

附录