CN113598708A - 一种可检测和治疗早期癌症的家用设备及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可检测和治疗早期癌症的家用设备及其使用方法，包含控制主板、探头板及上位机，所述探头板包含多个红外光源、探测器及发热元件，所述红外光源外圈设置发热元件；所述控制主板包含控制器、红外光源驱动模块、模数转换模块及无线模块，所述控制器利用红外光源驱动模块和红外光源连接，所述控制器利用模数转换模块和探测器连接，所述控制器和发热元件连接，所述控制器通过无线模块和上位机通信连接；本发明的家用设备利用红外光探测器定位癌变位置同时利用发热元件进行辅助治疗，该设备使用方便、低价且安全，适合家用。
Description
技术领域
本发明属于临床医学检测技术领域，更具体地，涉及一种可检测和治疗早期癌症的家用设备及其使用方法。
背景技术
癌症作为恶性顽疾，严重威胁着人们的健康和生命。因此，早期诊断和干预是非常重要的一步，可极大地提高患者的治愈率和长期生存率。但现阶段，癌症的检测与治疗方法相对复杂，价格相对昂贵，因此无法实现大规模人口的早期普查与诊治。
近红外光检测技术是指利用组织中血红蛋白对近红外光吸收与散射的特异性，从而研究组织光谱特性，分析推导病变部位的技术。相对于目前医疗中的传统的肿瘤探测成像手段，例如：X射线成像技术、核磁共振成像技术、超声成像技术等，有着仪器小而精、生产及应用成本低廉等重要的优势。同时，研究表明，常规热疗在局部温度45℃时，可提高肿瘤组织的敏感性，抑制肿瘤细胞呼吸，诱导肿瘤细胞凋亡，也可以改变肿瘤的免疫源性，从而增加机体免疫功能。据报道，肿瘤热疗可通过增加放疗或化疗的敏感性而提升放化疗的治疗效果，具有显著的临床价值。热疗同样可通过热刺激，升高疼痛部位的温度,改善血液循环,从而提高营养代谢,促进淤血吸收。传统热疗方式如：微波热疗，超声热疗，射频热疗等都具有设备体积较大，成本昂贵，操作复杂，无法精确定位等缺点。虽然最新的研究中将纳米技术与近红外技术结合，作为新一种肿瘤热疗的技术手段，但纳米材料在人体中很难代谢，安全性也无法得到保障。
发明内容
本发明的目的提供一种可检测和治疗早期癌症的家用设备及其使用方法，该家用设备利用红外光探测器定位癌变位置同时利用发热元件进行辅助治疗，该设备使用方便、低价且安全，适合家用。
为了实现以上目的，本发明采用的一种技术方案如下：
一种可检测和治疗早期癌症的家用设备，包含控制主板、探头板及上位机，所述探头板包含多个红外光源、探测器及发热元件，所述红外光源外圈设置发热元件；
所述控制主板包含控制器、红外光源驱动模块、模数转换模块及无线模块，所述控制器利用红外光源驱动模块和红外光源连接，所述控制器利用模数转换模块和探测器连接，所述控制器和发热元件连接，所述控制器通过无线模块和上位机通信连接。
进一步地，每三个探测器和一个红外光源形成直角三角形且相邻探测器之间的距离相等。
进一步地，所述模数转换模块和探测器之间还连接滤波放大模块。
进一步地，所述模数转换模块采用ADS1158模块，所述探测器采用OPT101探测器，所述无线模块采用ZigBee模块，所述红外光源采用L735红外光源，所述红外光源驱动模块采用TLC5945模块，所述发热元件采用热敏电阻。
本发明还提供一种可检测和治疗早期癌症的家用设备使用方法，包括以下步骤：
S1：将探头板放置在身体待检测部位，利用红外光源发射3种不同波长的红外光线；
S2：探测器接收反射回来的红外光光线信号，并将反射回来的红外光光线信号经过模数转换形成红外光线数字信号发送至控制器，所述控制器利用无线模块将红外光线数字信号发送至上位机；
S3：上位机采用griddata算法处理红外光线数字信号形成二维图像，所述二维图像中异常部分标有对应的探测器位置编码信息；
S4：利用上位机发送需加热的发热元件指令至控制器，所述发热元件位置编码信息可通过探测器位置编码信息获得。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
该家用设备利用红外光探测器定位癌变位置，所述红外光源和发热元件位置一一对应，便于人们自主根据上位机中得到的二维图像中异常部分自主选择加热位置；另外，每三个探测器和一个红外光源形成直角三角形且相邻探测器之间的距离相等，合理均匀地设置探测器位置便于上位机中准确获得二维图像；该设备体积小，方便拿取和储存，适合家用，热敏电阻相对其他热疗方法更加迅速，便捷，安全，因此该具有使用方便、低价且安全，易于推广的优点。
附图说明
图1为本发明一实施例中一种可检测和治疗早期癌症的家用设备的控制***框架图；
图2及图3分别为本发明一实施例中探头板的正面图及空间侧视图；
图4为本发明一实施例中控制器和红外光源驱动模块的电路连接图；
图5为本发明一实施例中探测器的电路原理图；
图6为本发明一实施例中一种可检测和治疗早期癌症的家用设备使用方法的流程图；
图7为本发明一实施例中MATLAB4的griddata算法流程图；
附图标记：控制主板1、控制器11、红外光源驱动模块12、模数转换模块13、无线模块14、滤波放大模块15、探头板2、红外光源21、探测器22、发热元件23及上位机3。
具体实施例
下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种可检测和治疗早期癌症的家用设备，包含控制主板1、探头板2及上位机3，所述探头板2包含多个红外光源21、探测器22及发热元件23，所述红外光源21外圈设置发热元件23，所述探头板2放置于用户身体检测部位；
所述控制主板1包含控制器11、红外光源驱动模块12、模数转换模块13及无线模块14，所述控制器11利用红外光源驱动模块12和红外光源21连接，所述控制器11利用模数转换模块13和探测器22连接，所述模数转换模块13和探测器22之间还连接滤波放大模块15所述控制器11和发热元件23连接，所述控制器11通过无线模块14和上位机3通信连接。
本实施例中，所述红外光源21采用LED光源，所述LED光源包括LED光源驱动芯片及发光二极管源组，所述发光二极管源组包含三个波长分别为735nm、805nm和850nm的共阳极二极管；所述红外光源21采用L735红外光源，所述红外光源驱动模块12采用TLC5945模块，采用红外光源驱动模块12以保证每个光源发出的近红外光强相同；所述滤波放大模块15由5.1kΩ的电阻和330NF的电容搭建的无源低通滤波器和同向比例运算放大芯片TLV4333组成；所述模数转换模块13采用ADS1158模块；所述探测器22采用OPT101探测器，所述OPT101探测器的结构如图5所示；所述无线模块14采用ZigBee模块，所述ZigBee模块由CC2530芯片、晶振电路和天线电路组成，其P1.7引脚与控制器11和A/D转换器连接，实现无线通信功能；所述发热元件23采用热敏电阻，型号为PT200；所述控制器11采用STM32F103集成芯片,所述控制器11利用SPI片对红外光源驱动模块12进行控制，具体连接方式可见图4；所述控制器11利用SPI片对模数转换模块13进行控制，将模数转换后的数字信号依次传入控制器11中。
在具体的实施例中，控制主板1与探头板2可以通过两排插针相连，一排插针负责传输光电探测器22反馈回来的电压信号，另一排插值则负责主控制板上控制器11对探头板2上各个芯片及模块的控制信号和返回的反馈信号。ADS1158是采样型模拟-数字转换器，选择16路单端5V输入；ADS1158芯片进行A/D转换，每片ADC接入14个通道的模拟信号，ADS1158芯片通过SPI与控制器11进行数据通信，将转换后的16个通道的16位数字信号按照信号格式依次传入控制器11单元。STM32F103VET6芯片拥有512K字节的闪存程序存储器，有充足的程序编写空间。片外晶振提供8M的振荡频率；设定包括ADC、SPI、2IC以及串口USART。芯片共有100个端口，其中80端口可以作为通用I/O使用。
本发明的设备工作原理如下：控制器11利用红外光源驱动模块12控制红外光源21发射3种不同波长的红外光线，探测器22接收反射回来的红外光光线信号，所述红外光光线信号经过滤波放大模块15滤波放大处理及模数转换模块13的模数信号转换形成红外光线数字信号，并发送至控制器11，所述控制器11利用无线模块14将红外光线数字信号发送至上位机3，所述上位机3内设有APP，所述APP内设有MATLAB的非规则点图像插值函数的插值方法(griddata)，实现二维图像的重建等成像任务，由于红外光线穿过人体组织后反射的红外光光线信号是和人体内组织中血红蛋白对近红外光吸收与散射密切相关的，因此可以通过红外技术结合相关算法得到二维图像及二维图像中的异常部位，为了能够对异常部位进行热疗，需要对探测器22位置编码，由于探测器22和红外光源21存在对应关系，因此可以定位到需要加热的发热元件23，人们可以自主选择加热元件进行加热，加热时长及温度可以自行设定，一般温度可设置45℃，辅热30min，以此进行患病部位的热疗。
所述MATLAB4的griddata算法具体流程可参考图7。
在具体实施例中，此家用设备为长70cm，宽50cm，厚5cm的机器，两侧有毛毡，可卷曲，所述探头板2及控制面板位于设备内部。在一些实施例中，为了更好地采集反射回来的红外光线，每三个探测器22和一个红外光源21形成直角三角形且相邻探测器22之间的距离相等，如图2及图3所示。所述探头板2包含350个红外光源21，每个红外光源21与相邻的三个探测器22距离为20mm，14mm，20mm，探头板2的四周红外光源21具有3个或者5个探测器22、中间红外光源21具有8个探测器22，例如1号红外光源21具有1号、2号及3号探测器22，2号红外光源21具有1号、4号、5号、6号及7号探测器22，5号红外光源21具有1号、2号、3号、4号、14号、20号、15号机及5号探测器22。
本发明还提供一种可检测和治疗早期癌症的家用设备使用方法，如图6所示，包括以下步骤：
S1：将探头板2放置在身体待检测部位，利用红外光源21发射3种不同波长的红外光线；
S2：探测器22接收反射回来的红外光光线信号，并将反射回来的红外光光线信号经过模数转换形成红外光线数字信号发送至控制器11，所述控制器11利用无线模块14将红外光线数字信号发送至上位机3；
S3：上位机3采用griddata算法处理红外光线数字信号形成二维图像，所述二维图像中异常部分标有对应的探测器22位置编码信息；一般对应异常部分可以采用亮区凸显
S4：利用上位机3发送需加热的发热元件23指令至控制器11，所述发热元件23位置编码信息可通过探测器22位置编码信息获得。
加热温度、加热时长可自行设置。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可检测和治疗早期癌症的家用设备，其特征在于，包含控制主板、探头板及上位机，所述探头板包含多个红外光源、探测器及发热元件，所述红外光源外圈设置发热元件；
所述控制主板包含控制器、红外光源驱动模块、模数转换模块及无线模块，所述控制器利用红外光源驱动模块和红外光源连接，所述控制器利用模数转换模块和探测器连接，所述控制器和发热元件连接，所述控制器通过无线模块和上位机通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种可检测和治疗早期癌症的家用设备，其特征在于，每三个探测器和一个红外光源形成直角三角形且相邻探测器之间的距离相等。
3.根据权利要求1所述的一种可检测和治疗早期癌症的家用设备，其特征在于，所述模数转换模块和探测器之间还连接滤波放大模块。
4.根据权利要求3所述的一种可检测和治疗早期癌症的家用设备，其特征在于，所述模数转换模块采用ADS1158模块。
5.根据权利要求4所述的一种可检测和治疗早期癌症的家用设备，其特征在于，所述探测器采用OPT101探测器。
6.根据权利要求5所述的一种可检测和治疗早期癌症的家用设备，其特征在于，所述无线模块采用ZigBee模块。
7.根据权利要求6所述的一种可检测和治疗早期癌症的家用设备，其特征在于，所述红外光源采用L735红外光源，所述红外光源驱动模块采用TLC5945模块。
8.根据权利要求7所述的一种可检测和治疗早期癌症的家用设备，其特征在于，所述发热元件采用热敏电阻。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种可检测和治疗早期癌症的家用设备使用方法，包括以下步骤：
S1：将探头板放置在身体待检测部位，利用红外光源发射3种不同波长的红外光线；
S2：探测器接收反射回来的红外光光线信号，并将反射回来的红外光光线信号经过模数转换形成红外光线数字信号发送至控制器，所述控制器利用无线模块将红外光线数字信号发送至上位机；
S3：上位机采用griddata算法处理红外光线数字信号形成二维图像，所述二维图像中异常部分标有对应的探测器位置编码信息；
S4：利用上位机发送需加热的发热元件指令至控制器，所述发热元件位置编码信息可通过探测器位置编码信息获得。
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2021
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