一种基于拉曼光谱的肿瘤早期诊断系统技术方案

本发明专利技术涉及医学诊断技术领域，公开了一种基于拉曼光谱的肿瘤早期诊断系统，包括诊断设备、电子抽屉一、电子抽屉二、电子抽屉三、唾液收集管、拉曼光谱仪、离心机、无线通讯模块、语音提示模块、控制处理器、供电装置和主控面板。本发明专利技术利用表面增强拉曼光谱对用户体液样本进行检测，结合样本预处理、拉曼光谱检测和肿瘤诊断于一体，可完成基于拉曼光谱的肿瘤早期诊断，且无需病理医生观察、诊断等主观性过程，完全可以形成针对肿瘤的诊断、筛查系统，用户可通过本系统自行诊断，相比于传统病理组织切片检查，节省时间，提高准确度，更加有利于患者的准确诊断以及患者的大规模筛查。的准确诊断以及患者的大规模筛查。的准确诊断以及患者的大规模筛查。

【技术实现步骤摘要】
一种基于拉曼光谱的肿瘤早期诊断系统


[0001]本专利技术涉及医学诊断
，更具体地说，它涉及一种基于拉 曼光谱的肿瘤早期诊断系统。

技术介绍

[0002]全球每年约有880万人死于癌症，占全球每年死亡总人数的约六 分之一，在死亡的癌症患者中，恶性肿瘤患者据有一席之地。导致癌 症死亡的一大原因是由于治疗不及时，在晚期恶性肿瘤患者进行治疗 时，往往会由于肿瘤的治疗方法复杂以及治疗效果不确定，造成患者 的治疗质量下降。
[0003]头颈部恶性肿瘤发病率较高，在世界范围内，是第六大最常见的 癌。且其发病较隐匿，早期极易与炎症、溃疡等病变混淆，不易察觉， 目前，确诊绝大多数恶性肿瘤的“金标准”仍然是组织活检，但由于 组织学诊断较为主观，耗时较长，并且会对病人造成一定创伤，所以 仅能用于诊断临床可见的病变。然而有些早期病变通过临床检查难以 发现，甚至未出现组织病理学改变，但其细胞内某些生化物质及细胞 代谢、分泌已发生改变。因此，颌面部恶性肿瘤的早期诊断和有效治 疗是改善患者预后的关键。临床医生需要一种快速无创的确诊恶性肿 瘤的方法。
[0004]拉曼光谱是以光的非弹性散射为基础的一种振动光谱，其原理是 拉曼效应。当入射光照射某物质时，很少部分光子发生非弹性散射， 处于基态的分子吸收了光子的能量后跃迁至某一虚态，处于虚态的分 子发射光子而回到某一较低能量级，光子的方向和频率都发生改变， 这部分散射称为拉曼散射。拉曼光谱是拉曼散射的强度相对波长的函 数图，不同化学键有特定的拉曼位移谱带，拉曼光谱可提供不同物质 的分子结构信息，因此被称为“分子指纹”。与其他光谱相比，拉曼 光谱不需要对样本进行检测前处理，检测速度较快，对组织无损伤， 并且信号不受样本内水分水份干扰，更适合用于体内检测和体液检 测，可用于检测组织、细胞、血液、唾液等样本。现已有大量研究证 实拉曼光谱可用于诊断恶性肿瘤，如胃癌、肺癌、鼻咽癌等。因此， 拉曼光谱有广泛应用于头颈部恶性肿瘤的早期诊断的潜力。
[0005]传统拉曼光谱信号极其微弱，且易受荧光背景干扰。1977年Van Duyne等人发现吸附在粗糙银表面上的分子比普通溶液中的分子拉曼 信号增强了百万倍，这种粗糙贵金属表面增强拉曼信号的现象称为表 面增强现象。常用的表面增强剂有金溶胶和银溶胶。表面增强拉曼光 谱(SERS)对组织无损伤，和传统拉曼光谱相比，拉曼信号更强，背 景荧光信号更弱，准确率和灵敏度高，便于实时检测，适合检测血液、 唾液等水分水份含量高、浓度较低的体液样本。血清和唾液中含有能 够检测恶性肿瘤的生物标志物，与活检相比，收集患者的血清、唾液 对患者的创伤更小，检测速度更快。
[0006]因此，本专利技术旨在设计一种基于拉曼光谱的肿瘤早期诊断系统， 可用于肿瘤早期诊断，且具有无创、快速、便捷等优点。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术中所存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种基于 拉曼光谱的肿瘤早期诊断系统，本专利技术利用表面增强拉曼光谱对用户 体液样本进行检测，结合样本预处理、拉曼光谱检测和肿瘤诊断于一 体，可完成基于拉曼光谱的肿瘤早期诊断，且无需病理医生观察、诊 断等主观性过程，完全可以形成针对肿瘤的诊断、筛查系统，用户可 通过本系统自行诊断，相比于传统病理组织切片检查，节省时间，提 高准确度，更加有利于患者的准确诊断以及患者的大规模筛查。
[0008]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基 于拉曼光谱的肿瘤早期诊断系统，包括箱体状的诊断设备，诊断设备 内设有竖直设置的隔板，隔板将诊断设备内部分隔为腔室一和腔室 二，腔室一内由上至下依次间隔设有横板一、横板二、横板三、横板 四、横板五和横板六，横板一与横板二之间设有电子抽屉一，横板三 和横板四之间设有电子抽屉二，横板五和横板六之间设有电子抽屉 三；电子抽屉一内设有存放板，存放板的顶面设有若干个穿过存放板 的壁厚的穿孔，每个穿孔内均设有唾液采集管，电子抽屉二内设有离 心机，电子抽屉三内设有拉曼光谱仪；腔室二内设有控制处理器和供 电装置，控制处理器与电子抽屉一、电子抽屉二、电子抽屉三、离心 机和拉曼光谱仪均为电连接；诊断设备的外壁嵌设有与控制处理器连 接的主控面板。
[0009]通过采用上述技术方案，主控面板与控制处理器电连接，用户可 通过主控面板对电子抽屉一、电子抽屉二、电子抽屉三、离心机和拉 曼光谱仪发出控制指令，从完成样本的预处理、拉曼光谱检测和待测 样本的快速诊断。
[0010]进一步的，诊断设备的外壁嵌设有无线通讯模块，无线通讯模块 与控制处理器电连接。
[0011]通过采用上述技术方案，可实现诊断设备与外界的信息交互。
[0012]进一步的，无线通讯模块远程信号连接于用户终端和数据库。
[0013]通过采用上述技术方案，诊断设备内的诊断结果可通过无线通讯 模块传输至用户终端，且当诊断结果为阳性时，将用户的样本数据传 输至数据库，扩大数据库。
[0014]进一步的，诊断设备的外壁嵌设有语音提示模块，语音提示模块 与控制处理器电连接。
[0015]通过采用上述技术方案，语音提示模块可对用户进行样本预处 理、样本光谱检测或样本的诊断时进行语音提示。
[0016]进一步的，控制处理器设有处理单元、控制单元和诊断单元，诊 断单元内设有有肿瘤诊断模型；
[0017]处理单元用于对用户检测样本的数据进行处理并传输；
[0018]控制单元用于对电子抽屉一、电子抽屉二、电子抽屉三、离心机 和拉曼光谱仪发出控制指令；
[0019]诊断单元用于诊断用户的体液样本。
[0020]通过采用上述技术方案，处理单元用于对用户检测样本的数据进 行处理并传输，控制单元用于对电子抽屉一、电子抽屉二、电子抽屉 三、离心机和拉曼光谱仪发出控制指令，诊断单元用于诊断用户的体 液样本。
[0021]进一步的，肿瘤诊断模型的建立包括以下步骤：
[0022]S1:划分样本：将样本集以4:1的比例随机分层划分为训练集和 测试集；
[0023]S2:特征值预处理：采用归一化方法将训练集特征值标准化并导 出标准化模型，利用标准化模型对测试集样本的特征值进行归一化处 理；
[0024]S3:特征降维：使用主成分分析PCA，获取特征主成分信息，对 特征进行降维处理；
[0025]S4:参数优化：采用支持向量机算法建立模型，利用训练集进行 网格寻参，寻参过程使用五折交叉验证法，评分函数选为AUC，选取 最优的参数组合用于最终模型的建立；
[0026]S5:模型建立：使用网格寻参获得的最优参数，使用整个训练集 训练最终模型；
[0027]S6:模型判断阈值修正：对建立好的模型的判断阈值进行修正， 以确保模型的稳健性，修正后的阈值依据原数据集中正负样本比例而 定，计算公式如下：
[0028][0029]其中，THnew为修正后的判断阈值，大于该阈值的预测结果被判 断为正样本，N+,N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于拉曼光谱的肿瘤早期诊断系统，其特征在于，包括箱体状的诊断设备(1)，所述诊断设备(1)内设有竖直设置的隔板(2)，所述隔板(2)将诊断设备(1)内部分隔为腔室一(3)和腔室二(4)，所述腔室一(3)内由上至下依次间隔设有横板一(5)、横板二(6)、横板三(7)、横板四(8)、横板五(9)和横板六(10)，所述横板一(5)与横板二(6)之间设有电子抽屉一(11)，所述横板三(7)和横板四(8)之间设有电子抽屉二(12)，所述横板五(9)和横板六(10)之间设有电子抽屉三(13)；所述电子抽屉一(11)内设有存放板(14)，所述存放板(14)的顶面设有若干个穿过存放板(14)的壁厚的穿孔(15)，每个所述穿孔(15)内均设有唾液收集管(16)，所述电子抽屉二(12)内设有离心机(17)，所述电子抽屉三(13)内设有拉曼光谱仪(18)；所述腔室二(4)内设有控制处理器(19)和供电装置(20)，所述控制处理器(19)与电子抽屉一(11)、电子抽屉二(12)、电子抽屉三(13)、离心机(17)和拉曼光谱仪(18)均为电连接；所述诊断设备(1)的外壁嵌设有与控制处理器(19)连接的主控面板(21)。2.根据权利要求1所述的一种基于拉曼光谱的肿瘤早期诊断系统，其特征在于，所述诊断设备(1)的外壁嵌设有无线通讯模块(22)，所述无线通讯模块(22)与控制处理器(19)电连接。3.根据权利要求3所述的一种基于拉曼光谱的肿瘤早期诊断系统，其特征在于，所述无线通讯模块(22)远程信号连接于用户终端和数据库。4.根据权利要求1所述的一种基于拉曼光谱的肿瘤早期诊断系统，其特征在于，所述诊断设备(1)的外壁嵌设有语音提示模块(23)，所述语音提示模块(23)与控制处理器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李一，文志宁，闫冰，吴沉洲，
申请(专利权)人：李一，
类型：发明
国别省市：