[发明专利]一种基于半导体气敏传感器阵列检测呼出气体装置

说明书

本发明公开了一种基于半导体气敏传感器阵列检测呼出气体装置，包括：呼出气体收集模块、信号发生模块、信号处理模块和模式识别模块；呼出气体通过预热处理和温湿度检测后，进行定量收集；呼出气体与对气体具有选择性的半导体气敏传感器阵列的气体敏感薄膜发生反应，致使阻值变化对应电压信号变化；信号处理模块将电压信号进行放大、滤波等处理后进行模数转换；模式识别模块使用模式识别方法对所采集的数据进行训练和识别。该装置能实现呼出气体的多种敏感气体同步分析，具有体积小、功耗低、准确性高、实时检测等优点,适用于医疗辅助诊断和健康情况监测。

技术领域

本发明涉及一种基于半导体气敏传感器阵列检测呼出气体装置。

背景技术

呼出气体的检测和分析，作为一种新型的辅助诊断手段，在临床诊断和健康监测领域具有广阔的应用前景。人体内源性代谢的部分产物在肺泡通过气体交换出现在呼出气体中。各种内源性代谢产物组合，作为生物标志物，反应人体的健康状况，从而有助于疾病的早期筛查。近年来，在肺癌、COPD、哮喘、胃癌、肠癌、乳腺癌、头颈癌、幽门螺旋杆菌感染、老年痴呆、帕金森综合征等疾病中利用呼出气体检测来寻找特异性标志物的研究越来越多，呼出气体检测在肺癌早期诊断与相应肺癌分型中的应用已得到广泛的关注。在能量代谢的过程中以及氧化应激反应产生的内源性VOCs是疾病诊断检测的目标。现主要用于呼出气体检测的方法有：GC-MS、SIFT-MS、FAIMS、传统气敏传感器等，使用GC-MS、SIFT-MS和FAIMS检测方法，其装置体型大、成本高、结构复杂、分析时间长，难以实现实时监测和在线检测。

而传统气敏传感器多采用厚膜气体敏感材料，功耗大，灵敏度低，检测精度低，批量生产效率慢；单个传感器在使用时存在严重的“交叉敏感性”问题，出现气体选择性差、抗干扰能力弱、检测精度受限等弊端，仅能用于模糊识别，无法在复杂气体环境下完成多种敏感气体检测；运用传感器阵列辅助诊断肺癌或糖尿病的呼出气体检测方法，只局限于单一气体检测，不具备健康监测普适性。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于半导体气敏传感器阵列检测呼出气体装置，实现非侵入性、无损伤、取样方便、低检测限、高精度、多气体同步和实时检测的呼出气体检测方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种基于半导体气敏传感器阵列检测呼出气体装置，包括呼出气体收集模块、信号发生模块、信号处理模块和模式识别模块；

所述呼出气体收集模块，采用气体交换装置将呼出气体收集在气室中，将气体预热至合适温度，对气体湿度进行检测，已收集的呼出气体送至所述信号发生模块，气体湿度检测信号传递给所述模式识别模块；

所述信号发生模块，具有对气体选择性的半导体气敏传感器阵列，所述气室送来的呼出气体中的敏感气体与所述半导体气敏传感器阵列的气体敏感薄膜发生反应，将所检测敏感气体的浓度信息对应的半导体阻值变化转换为电压信号，将电压信号传递给所述信号处理模块；

所述信号处理模块，对所述电压信号进行放大、滤波处理后，经模数转换为数据信号传递给所述模式识别模块；

所述模式识别模块，使用模式识别方法对所采集数据中的气敏特性信息进行提取，将气敏特性信息进行训练和识别；最终识别出所述敏感气体的种类和浓度。

作为优选，所述半导体气敏传感器阵列包括呈分布的半导体气敏传感器，以及设置在半导体气敏传感器之间的分压电阻，分压电阻进行电压信号输出，输出的电压信号传递到信号处理模块；在所述半导体气敏传感器周边设有接线盘。

进一步，所述半导体气敏传感器包括硅基底以及设置在硅基底上的电极、加热元件和测温元件，电极、加热元件和测温元件上分别引出有与所述接线盘相连的引线盘；所述电极和加热元件分别通过呈螺旋线状的电极线和加热丝引出至引线盘。