一种癌症检测设备的制作方法

本发明涉及医疗仪器领域，特别是涉及一种癌症检测设备。

背景技术：

据统计，国内约有25000家医院，其中三级甲等医院总数不到1200家，其中约80％集中在东部地区。而广大中西部地区医疗资源严重不足。占国土面积80％，人口总量60％的广大中西部地区，每千人拥有的医生数量不到1.5人，只相当于东部地区的40％左右。这种医疗资源的差异导致广大中西部地区的癌症患者在早期检测和及时治疗方面远远落后于东部地区，不利于癌症的早期发现和治疗。

现有技术主要是通过医学影像(如B超、X光、CT、内窥镜、核磁共振、PET等)，以及活体穿刺、冰冻组织石蜡切片，以及血清中的肿瘤标志物进行癌症的检测。经过调研与查询，暂未发现可通过尿液自行进行癌症早期诊断的完整技术方案和设备方案。现有技术的缺点主要有：1、依赖价格昂贵的高端设备和专业技术人员的专业化复杂操作才能进行检测；2、需要医护人员抽取病人的血液样本或利用穿刺等手段获取患者的组织样本进行检查，对于那些缺乏专业医护人员的地区，现有检测技术难以实现低成本快速普及；3、检测通常只针对特定的癌症，并不具有广谱性。

日本九州大学的研究人员Takaaki Hirotsu(広津崇亮)和HidetoSonoda (園田英人)等人。他们通过实验研究发现线虫(特别是秀丽隐杆线虫，Caenorhabditis elegans)具有丰富的嗅觉受体，对癌症病人的气味非常敏感。这类线虫对病人尿液中的特殊气味出现的应激性。具体表现为对癌症病人的尿液呈现引诱趋近的行为，而对健康人的尿液呈现避讳(逃离)行动。该研究成果发表以论文“A highly accurate inclusive cancer screening test using Caenorhabditis elegans scent detection”发表在《SCIENCE》期刊的《PLOS ONE》(2015年3月)。

技术实现要素：

本发明目的在于提出一种癌症检测设备，以解决上述现有技术存在的检测操作复杂、成本高昂的技术问题。

为此，本发明提出一种癌症检测设备。

一种癌症检测设备，包括摄像装置和处理装置；其中，

所述摄像装置用于拍摄第一时刻的检测容器和第二时刻的检测容器，分别得到第一时刻图像和第二时刻图像，其中，所述检测容器包括尿样区和检测试剂区，所述尿样区和检测试剂区分别加有被检测的尿液样本和检测试剂，所述检测试剂含有的第一线虫具有第一颜色且具有运动活性；

所述处理装置用于分析所述第一颜色的运动趋势，相对于第一图像中第一颜色，若所述第二图像中第一颜色具有从检测试剂区靠近尿样区的运动趋势，则判断检测结果为癌症阳性，若所述第二图像中第一颜色具有从检测试剂区远离尿样区的运动趋势，则判断检测结果为癌症阴性。

在一个实施例中，所述检测容器还包括对照试剂区，所述对照试剂区加有被检测的对照试剂，所述对照试剂含有的对照物具有第二颜色且不具有运动活性，所述第一颜色与所述第二颜色不同；

所述处理装置在分析所述第一颜色的运动趋势前还包括分析所述第二颜色的运动趋势，相对于第一图像中第二颜色，若所述第二图像中第二颜色的运动趋势在预设范围内，则检测环境正常，若所述第二图像中第二颜色的运动趋势不在预设范围内，则检测环境不正常；

若检测环境正常，则所述检测结果有效，若检测环境不正常，则不对所述第一颜色的运动趋势进行分析。

在一个实施例中，所述对照物为与所述第一线虫种类相同的第二线虫。

所述检测容器可以是圆形、椭圆或其它形状。在一个实施例中，所述检测容器优选为呈圆盘状的检测板，所述检测板由内向外依次包括尿样区、对照试剂区和检测试剂区，所述尿样区、对照试剂区和检测试剂区共圆心。

在一个实施例中，所述尿样区与所述对照试剂区之间设有第一环状凸起，所述对照试剂区和所述检测试剂区之间设有凹槽，所述检测板的最大半径处设有第二环状凸起。

在一个实施例中，所述癌症检测设备还包括位于样品区的存放装置和位于加 样区的加样装置，所述摄像装置和所述处理装置位于检测区；其中，

所述存放装置包括样本容器和试剂容器，所述样本容器用于存放尿液样本，所述试剂容器包括检测试剂容器和对照试剂容器，分别用于存放检测试剂和对照试剂；

所述加样装置包括样本加样装置、检测试剂加样装置和对照试剂加样装置，所述样本加样装置从所述样本容器中吸取尿液样本滴注到所述检测容器的尿样区，所述检测试剂加样装置从所述检测试剂容器中吸取检测试剂滴注到所述检测容器的检测试剂区，所述对照加样装置从所述对照试剂容器中吸取对照试剂滴注到所述检测容器的对照试剂区。

在一个实施例中，所述检测试剂加样装置滴加检测试剂和所述对照试剂加样装置滴加对照试剂同步进行，且所述检测容器以所述检测容器的圆心为中心旋转。

在一个实施例中，所述癌症检测设备还包括清洗装置，用于对所述加样装置进行清洗。

在一个实施例中，所述癌症检测设备还包括条形码检查装置，通过扫描所述样本容器和所述试剂容器上的条形码，对所述条形码包含的特定信息进行核对校验。

在一个实施例中，所述癌症检测设备还包括样本识别装置，通过校验所述条形码检查装置扫描样本容器上条形码获取到的特定信息以及称量所述样本容器的重量，判断尿液样本是否合格，若不合格，则退回所述样本容器并提示错误，若合格，则开始检测作业流程。

本发明的检测设备不依赖专业医疗机构进行抽血化验，只需针对患者的尿液样本进行检测，检测过程能在用户自主取样之后，即进行自动化检测并在几十分钟之内得到检测结果(阴性或阳性，判断被检测者体内是否有恶性肿瘤组织)。正是因为整个检测过程可由用户自主操作完成，无需依赖专业医疗机构的专业医护人士进行操作，所以本检测设备将易在欠发达地区快速普及，实现更广泛的癌症普查。作为一种早期筛查设备，其确诊的准确率高达95％左右，实用性强。通过应用本发明，可实现低成本快速筛查，及时发现癌症患者并将检测结果传送到上级医疗机构进行复查和确诊，促进癌症病患的早发现和早治疗，从而提高治愈 率，降低医疗成本。且不依赖专业医疗机构进行抽血化验。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的癌症检测设备工作流程图一；

图2是本发明具体实施方式的癌症检测设备工作流程图二；

图3是本发明具体实施方式的癌症检测设备系统框图；

图4是本发明具体实施方式的检测板结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参照以下附图，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。

本发明提出一种癌症检测设备，包括摄像装置和处理装置。

摄像装置用于拍摄第一时刻的检测容器和第二时刻的检测容器，分别得到第一时刻图像和第二时刻图像。检测容器包括尿样区和检测试剂区，尿样区和检测试剂区分别加有被检测的尿液样本和检测试剂，检测试剂含有的第一线虫具有第一颜色且具有运动活性，即这些线虫是活的，并且在接触到癌症患者的尿液样本气味时具有趋向性。为方便描述，本发明后续都统称为第一线虫。在本发明的一个实施例中，摄像装置可采用针孔数码相机，通过单次拍摄和延时拍摄(例如，延时10～30分钟)或者按某个时间间隔进行自动化多次拍摄得到至少两张带有时间序列的数码照片和至少一张延时曝光的动态数码照片，这样可以更加准确反映拍摄得到的照片中颜色的变化趋势。

处理装置用于分析第一颜色的运动趋势，相对于第一图像中的第一颜色，若第二图像中的第一颜色具有从检测试剂区靠近尿样区的运动趋势，则判断检测结果为癌症阳性，若第二图像中的第一颜色具有从检测试剂区远离尿样区的运动趋势，则判断检测结果为癌症阴性。通过对图像文件中第一颜色运动趋势的分析，即可有效判断出第一线虫对尿液样本的趋向性。在一个实施例中，可以记录一条第一线虫对应图像中多少个像素点，通过分析多少个第一颜色的像素点趋向尿液样本移动，多少个第一颜色的像素点逃离尿液样本移动，即可以检测出试剂中有多少条第一线虫是趋向尿液样本移动，多少条第一线虫是逃离尿液样本移动，以 及多少条第一线虫的行为无明显的趋向性，进而判断线虫的移动规律是否有统计学意义。如无明显规律，则检测结果无意义，建议重新检测。在一些实施例中，整个分析过程约10～30分钟即可完成。处理装置可以是检测设备预装的应用软件，也可以直接使用针孔数码相机内部的DPS处理器对图像数据进行分析处理。参见图1是本发明具体实施方式的癌症检测设备工作流程图一。

在本发明的一个实施例中，检测容器还包括对照试剂区，对照试剂区加有被检测的对照试剂，对照试剂含有的对照物具有第二颜色且不具有运动活性，即对照物在接触到癌症患者尿液样本的气味时不具有趋向性，这种对照物可以是非生物，其没有运动能力，其对也可以是没有运动能力的线虫，例如已经死亡的线虫。第一颜色与第二颜色不同，这里的不同指的是在图像识别时能分辨出来的不同。处理装置在分析第一颜色的运动趋势前还包括分析第二颜色的运动趋势，相对于第一图像中的第二颜色，若第二图像中第二颜色的运动趋势在预设范围内，则检测环境正常，若第二图像中第二颜色的运动趋势不在预设范围内，则检测环境不正常。例如，第二图像中第二颜色的分布与第一图像中第二颜色的分布是相同的，则表明了对照物并没有出现移动，或者第二图像中第二颜色的分布相比于第一图像中第二颜色的分布稍有变化，例如一部分区域第二颜色变深，另一部分区域第二颜色变浅，这表明了对照物出现了移动向了第二颜色变深的区域，但是这种变化是在设定范围之内的，因此，上述两种情况都视为检测环境正常。

若检测环境正常，则后续的检测结果有效，若检测环境不正常，则不对第一颜色的运动趋势进行分析，可建议重新检测。一个实施例中，第一线虫选用染成蓝色的线虫，对照物选用染成红色的某种物质，以增加图像颜色识别灵敏度。需注意的是，第一线虫和对照物也可分别为蓝色和白色，或者分别为红色和白色，具体为何种颜色，本发明不作限制。更进一步地，为了使外界环境对第一线虫与对照物的影响相同(否则，如果采用一般颜料作为对照物，这种颜料的质量、粘滞度等性质可能与第一线虫相差较远，可能外界环境对第一线虫产生了影响，例如检测容器的倾斜，但是这种倾斜对对照物却没有影响，对照物的分布没有改变，从而导致对环境检测的错误)，提高对检测环境判断的准确性，对照物选用与第一线虫种类相同的第二线虫，两者仅是所染颜色不同。参见图2是本发明具体实施方式的癌症检测设备工作流程图二。

本癌症检测设备还包括位于样品区的存放装置、位于加样区的加样装置，上述摄像装置和处理装置位于检测区，上述检测容器可在加样区和检测区之间移动，加样时检测容器位于加样区，检测时检测容器位于检测区，参见图3是本发明具体实施方式的癌症检测设备系统框图。

存放装置包括样本容器和试剂容器。其中，样本容器用于存放患者的尿液样本。样本容器可直接连接医院LIS装置(Laboratory Information System，实验室信息装置)，自动读取尿液样本信息或者是患者输入的相关信息(包括姓名、性别、年龄等)。试剂容器包括检测试剂容器和对照试剂容器，分别用于存放检测试剂和对照试剂。样本容器和试剂容器可都选用瓶状容器，例如，容积为10～15毫升的PET透明瓶，容器上端有透气隔水的橡胶瓶塞，瓶盖中间是一层透气隔水的滤膜。为提供试剂中线虫生长最适合的环境和保证线虫的活跃的活动能力，存放装置还包括冷藏单元，用于保证试剂容器中的线虫试剂温度维持在10～25℃之间。该冷藏单元独立供电，以确保线虫试剂的稳定性。

在本发明的一个实施例中，检测容器采用类似表面皿结构的圆盘状检测板，其底部为半透明的底板，参见图4是本发明具体实施方式的检测板结构示意图。检测板由内向外依次分为尿样区1、检测试剂区2和对照试剂区3。尿样区1、检测试剂区2和对照试剂区3共圆心，检测试剂区2和对照试剂区3的面积大体相等，尿样区1与检测试剂区2之间设有第一环状凸起4，检测试剂区2和对照试剂区3之间设有一个很浅的凹槽5，检测板的最大半径处设有第二环状凸起6，也即检测板的最外围侧壁具有一定的高度。本实施例中检测板具有良好的防溢出功能。例如，检测板的尺寸可选用：最大外径为5～15厘米，尿样区的直径为0.5～1厘米，可容纳约至少1ml样本，超过部分则会溢出，尿样区与检测试剂区之间的第一环状凸起4的高度不超过两毫米，检测试剂区和对照试剂区之间的凹槽5深度不超过0.1毫米，最外围侧壁高度(即第二环状凸起6高度)约5毫米。检测板的底部由磨砂玻璃或半透明塑料制成，并采用ePTFE膨体聚四氟乙烯透气薄膜或ePTFE膨体聚四氟乙烯改性透气薄膜与标准注塑件栓体焊接牢固。检测容器最好选用一次性耗材，即每次检测都换用新检测容器，以避免样本间相互交叉污染。

加样装置包括样本加样装置和试剂加样装置，试剂加样装置又包括检测试剂 加样装置和对照试剂加样装置。其中，样本加样装置从样本容器中吸取尿液样本滴注到检测容器的尿样区，检测试剂加样装置从检测试剂容器中吸取检测试剂滴注到检测容器的检测试剂区，对照试剂加样装置从对照试剂容器中吸取对照试剂滴注到检测容器的对照试剂区。在本发明的一个实施例中，样本加样装置包括样本加样针和与样本加样针相连的样本加样管路，试剂加样装置包括具有双针结构的试剂加样针以及与每个试剂加样针相连的试剂加样管路，这里的双针分别用作检测试剂加样针和对照试剂加样针。检测试剂加样针滴注检测试剂和对照试剂加样针滴注对照试剂可以分开进行，也可以同步进行。更进一步地，检测板以其圆心为中心轻微旋转，使得检测试剂和对照试剂在各自区域均匀附着。检测试剂和对照线试剂的抽取采用双路容积泵，由计算机控制装置进自动控制。双路容积泵可以同步抽取两个相互独立的管路的试剂。加样针的精度决定了加样精度，一个实施例中，通过合理选择加样针的精度可使得加样精度精确到1微升。加样针上还设有液面感应器，用于液面探测。若液面感应器探测到可能出现加样针损坏的情况，立即通过本检测设备的报警装置进行报警，提醒工作人员进行处理。这样，可有效保护加样针的工作安全，延长仪器的使用寿命。

进一步地，检测区还包括光源装置，用于为检测容器提供透射光。在本发明的一个实施例中，光源装置可采用Led白光为检测容器提供白色光源。光源装置和摄像装置还可设置为自动感应模式：当检测容器到达检测区时，位于检测容器下方的Led白光自动开启，白色光源从下往上为检测容器提供透射光，位于检测容器上方的针孔镜头数码相机开始拍摄；当检测容器离开检测区时，Led白光自动关闭，针孔数码相机自动结束拍摄。

进一步地，本检测设备还包括清洗装置，该清洗装置使用清洗液和纯净水在清洗区对加样针和加样管路进行清洗。由于加样针的外壁包覆有一层特氟龙，因此其内外壁都可以得到彻底清洗。样本加样针和样本加样管路需每次完成尿样吸取后清洗，避免不同尿液样本之间交叉污染，清洗后的针头可以重复使用；试剂加样针和试剂加样管路清洗频率可适当低些，例如每天清洗一次。加样针清洗的一般流程为：加样针吸入清洗液→排出→加样针吸入纯净水→排出→加样针擦干，反复清洗三次即可达到较好的清洁效果。

进一步地，本检测设备还包括环保装置，用于对检测设备的工作环境进行清 理。该环保装置包括废水处理单元、通风单元和垃圾收集单元中的一种或几种。其中，废水处理单元用于将清洗装置产生的废水收集起来进行无害化处理后再做排放。通风单元用于对检测设备进行通风排气，使空气满足检测过程的卫生需求。垃圾收集单元，在检测设备工作完毕后，自动将检测容器回收到垃圾收集袋并收缩密封。

进一步地，本检测设备还包括补货提醒装置，检测设备在工作前进行自检，以确认各耗材余料是否充足。如果余料不足，则执行操作锁定并在显示屏(操作界面)上显示报错信息，提醒管理员进行补货，待补货成功后解除锁定。耗材包括线虫试剂、检测容器、清洗液和纯净水等。

进一步地，本检测设备还包括条形码检查装置，包括扫描单元、信号整形和译码器三部分，样本容器和试剂容器上附着有包含特定信息的条形码，样本容器上的条形码记录了用户的身份信息，试剂容器上的条形码记录了试剂的种类、批号、存量、有效期等信息。通过条形码检查装置对样本容器上的条形码进行扫描后，可对用户信息进行核对校验；或者对试剂容器上的条形码进行扫描后，可对试剂的种类、批号、存量、有效期等信息进行核对校验。

进一步地，本检测设备还包括容器自动输送装置，包括样本容器发放单元、样本容器收取单元和检测容器装载单元。其中，样本容器发放单元用于向患者发放附着有条形码标签的空样本容器，例如，可通过检测设备上设有的带挡板的样本容器发放口发放样本容器。样本容器收取单元用于收取装有尿液样本的样本容器并将该样本容器运输到样品区。例如，可通过检测设备上设有的带盖板的样本容器收取口收取用户放入的样本容器。检测容器装载单元用于在装载区自动连续装载全新的检测容器并将其运输到加样区。通过容器自动输送装置对样本容器和检测容器的自动化输送，进一步提高了检测设备的自动化处理能力。

进一步地，本检测设备还包括样本识别装置，通过校验条形码检查装置扫描样本容器上条形码获取到的特定信息以及称量样本容器的重量，判断尿液样本是否合格，若不合格(条形码校验不合法，或者尿液量不足)，则退回该样本容器并提示错误，若合格，则开始检测作业流程。

进一步地，本检测设备还包括用户身份识别与验证装置。患者在利用本检测设备进行癌症检测前可先在与检测设备相连的数据库中进行注册。患者成为注册 用户后，在使用本检测设备前先把自己的身份证或医保卡等证件放在识别区，用户身份识别与验证装置将通过面部识别、指纹识别或密码验证来校验用户的身份。如果校验比对一致，则通过身份识别与验证环节，检测设备开始工作，进入操作主界面。提高检测信息的真实性。

进一步地，为增强用户与检测设备的交互性，提高检测设备的自动化处理能力，本检测设备还包括具有显示屏的输入装置。本发明一个实施例中，显示屏采用超大触摸液晶显示屏，显示屏的主界面提供了多菜单选择，用户选择某菜单项后检测设备立即执行相应任务。主要菜单选项有：【索取尿检容器】、【提交尿液样本】、【检测】、【打印】、【查看记录】、【退出】、【关机】及0-9数字键等。如用户选择【索取尿检容器】，操作界面提示扣费信息，用户确认后，将会有一个贴有条形码标签的空样本容器被推出给用户取用。如果用户选择【提交尿液样本】，则样本容器收取口的盖板会自动打开，供用户放入样本容器。如果用户选择【退出】或长时间不操作，则操作界面会退回到身份校验的默认界面。本检测设备还包括输出装置，用于将检测结果输出给用户，方便用户查看和保存。例如，采用打印机打印的方式输出尿液样本信息和本次检测结果。

上述检测设备的工作流程如下：

S101、检测设备开机自检

检测设备在正常工作前进行自检，以确认各耗材的备料充足。如果余料不足，将会执行操作锁定并在操作界面上显示报错提醒，由管理员补货后解除锁定。

S102、用户身份识别与验证

注册用户把自己的身份证或医保卡等证件放在识别区，检测设备通过面部识别、指纹识别或密码验证来校验用户的身份。如果校验比对一致，则通过身份识别与验证环节，进入操作主界面。

S103、样本容器的发放和收取

用户在显示屏的主界面可选择：【索取尿检容器】或【提交尿液样本】。如果选择【索取尿检容器】，则提示扣费信息，用户确认后，将会有一个贴有条形码标签的空样本容器掉到底部样本发放口的挡板内，用户可以自行取走。如果选择【提交尿液样本】，则样本收取孔的盖板会自动打开，供用户放入样本容器。如果选择【退出】或长时间不操作，则操作界面会退回到身份校验的默认界面。

S104、样本的自动识别

检测设备在接收样本后，会根据样本容器上的条形码判断样本信息是否合格，并且通过称量样本瓶的重量判断尿液样本量是否符合要求。如果不合格(条形码校验不合法，或者尿液量不足)，则退回并提示错误。操作结束。如果校验合格，进入自动检测作业流程。

S105、自动放置检测板

检测容器装载装置在装载区加载新的检测板自动输送到加样区。

S106、吸取并滴加线虫试剂

首先，试剂加样针从检测试剂容器中吸取含有红色线虫的检测试剂(如3～6毫升)滴注在检测板的检测试剂区，清洗装置自动清洗试剂加样针；然后，试剂加样针从对照试剂容器中吸取含有蓝色线虫的对照试剂(如3～6毫升)滴注在检测板的对照试剂区，清洗装置自动清洗试剂加样针。两者可以分开滴注，也可同时以检测板圆心为中心轻微旋转检测板，使得红色线虫试剂滴加到检测板检测试剂区和蓝色线虫试剂滴加到检测板对照试剂区同步进行，且在各自区域附着均匀。

S107、吸取并滴加尿液样本

样本加样针自动扎破样本容器顶部的橡胶瓶塞，由容积泵驱动，自动吸取待测患者的尿液1～2毫升，注入到检测板的尿样区，清洗装置自动清洗样本加样针。

S108、自动输送检测板到检测区并进行图像处理和结果分析

控制软件自动开启位于检测板底部的白色光源，为检测板提供透射光后，由位于检测板上方的针孔镜头数码相机进行单次拍摄和延时拍摄(延时10～30分钟)，或者按某个时间间隔进行自动化多次拍摄，得到至少两张带有时间序列的数码图像文件和至少一张延时曝光的动态数码图像文件。由本设备预装的应用软件对上述图像文件进行红蓝像素的分区域统计分析，从而得到检测结果。如果蓝色线虫具有从检测试剂区向样本区移动的规律，则检测结果为癌症阳性；如果蓝色线虫具有从检测试剂区向检测板外环壁移动的规律，则检测结果为癌症阴性。如无明显规律，则检测结果无意义，建议重新检测。

S109、打印检测报告

约10～30分钟后保存并自动打印检测样本信息和本次检测结果。

S110、垃圾回收、管路清洗、设备通风。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例仅是用来描述一个或多个特定实施方式。

尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。