具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1提供一种肺癌早期筛查的呼气组分光谱数据预处理系统，包括气体收集处理模块、光谱处理模块、计算机数据处理模块、气体成分分析诊断模块。

本实施例1中，气体收集处理模块，用于基于拉曼光谱检测平台对呼出气体的收集，以及把气路单元与光导路单元结合，产生光谱，为光谱处理打下基础。

光谱气体处理模块，用基于拉曼光谱检测平台的光谱处理模块对所得的气体各成分光谱进行处理把其转换为电信号，通过串口转USB后传输到计算机数据处理模块中。

计算机数据处理模块，用基于solis光谱分析软件，主要通过平滑处理、自动寻峰分析、噪声处理，最小二乘法模型等方法对所得的数据进行处理。

气体成分分析诊断模块，通过计算机模块所得的数据进行定性分析与定量分析，同已知的气体拉曼移频做对比，判别出是哪种气体。

医师根据判断出的气体，给出诊断意见，最后把所得到的数据通过蓝牙传输给医生所用打印机把诊断报告打印出来。

所述的气体收集处理模块主要是使用激光拉曼光谱仪，利用气体与激光碰撞产生散射，通过测量拉曼位移即可测量分子的振动光谱，进而确定分子类型与含量。

所述的光谱处理模块是对采集的光谱进行预处理，主要利用基线校正、均值中心化及归一化处理、光谱平滑处理，消除漂移等误差。

所述计算机数据处理模块主要是利用计算机光谱处理软件对所得拉曼光谱信息通过平滑处理、自动寻峰分析、最小二乘法模型等方法进行处理以达到无噪声干扰及其他误差的移频图像。

所述气体成分分析模块主要是将得到的气体移频图像与已测定的拉曼移频数据库中的图像进行对比，判别出具体是哪种气体。

如图2所示，在本实施例1中，所述气路单元主要包括过滤器、减压装置、压力表、全反射镜、真空泵、增强腔、气体缓冲室组成，主要用来对气体进行处理、同时接受来自光导路单元的激光。

如图3所示，所述的光导路单元主要包括激光发射器、滤过镜、全反射器、聚光镜、光栅聚光镜、分光光路，主要用来发射激光并且接受来自气路单元的气体与激光的结合光。

在本实施例1中，所述激光发射器为Samba系的固体激光器，其激光器基本参数有波长λ：532nm；输出功率Pout：100mW；输入直流电压Uin：12V。

平滑处理是光谱数据预处理的重要步骤之一，也是分析被污染的拉曼光谱原始信号的一步数学分析过程。应用Savitzky-Golay算法对数据进行平滑化处理，具有响应速度快、降噪能力强、信噪比高等优点。Savitzky-Golay滤波拟合法是根据NDVI时间序列曲线的平均趋势，确定合适的滤波参数，用多项式实现滑动窗内的最小二乘拟合；利用Savitzky-Golay滤波方法(基于最小二乘的卷积拟合算法)进行迭代运算，模拟整个NDVI时序数据获得长期变化趋势。非对称高斯函数拟合法是使用分段高斯函数(曲线)组合来模拟植被季相生长(物候)规律、一个组合代表一次植被盛衰过程，最后通过平滑连接各高斯拟合曲线，实现时间序列重建。具体过程包括：区间提取(在时间维选择一最大值或最小值区间作为局部拟合区间)、局部拟合(使用高斯拟合函数对局部区间数据进行拟合)、整体连接(将局部拟合结果合并)。

基于比较法的自动寻峰分析模型是运用简单比较法运行速度快、准确、简单的寻峰优点，实现对光谱数据的定性分子识别。比较法是在判断谱线中存在峰后，建立阀值，再在阀值上方的数据寻找极大值点的方法。通过设置阈值，判断峰值是否大于阈值，如果是大于阈值则需要进行对峰的计算和确定，然后输出波形并标记。如果峰值不大于阈值，则直接结束判断。

综上，本实施例1中，本系统中，利用气体收集处理模块进行气体收集处理，经过拉曼光谱处理得到各气体的拉曼移频，然后送入到光谱处理模块进行处理并且转换成电信号送入计算机数据处理模块并借助计算机软件联合完成光谱数据预处理，降低干扰信号对拉曼光谱信号的影响，为气体成分分析模块做前期准备。克服现有的早期肺癌检测技术，相对于一些传统的检测手段,对病人呼出气体进行检测具有简单、方便、无创等优点。与其他光谱检测技术相比具有的优越性包括：

拉曼一次检测波段范围：50cm-1至4000cm-1，检测范围广；拉曼光谱谱峰轮廓陡峭，特征明显，更适合定性分析和定量分析；共聚焦拉曼可将激光束聚焦至几十μm，应用更广；拉曼光谱检测对气体试样无损伤，并可多次重复检测；可在混合气体下完成拉曼检测，且检测周期短；拉曼检测中，不消耗载气。

实施例2

如图4所示，本发明实施例2提供一种用于肺癌筛查的呼气组分分析系统，包括：

气体收集处理模块，用于收集气体，并对收集的气体进行拉曼散射处理，获得气体拉曼散射信号；

第一处理模块(光谱处理模块)，用于对拉曼散射信号进行处理，消除信号误差，获得对应的电信号；

第二处理模块(计算机数据处理模块)，用于对所述电信号进行处理，消除噪声干扰及误差，获得气体移频图像；

判断分析模块(气体成分分析模块)，用于将获得的气体移频图像与已测定的拉曼移频数据库中的图像进行对比，判别出气体种类。

在本实施例2中，利用基线校正、均值中心化、归一化处理、光谱平滑处理对拉曼散射信号进行处理，消除信号误差，获得对应的电信号。

通过平滑处理、自动寻峰分析、最小二乘法优化方法对所述电信号进行处理，消除噪声干扰及误差，获得气体移频图像。

气体收集处理模块包括气路单元和光导路单元；光导路单元包括激光发射机构和光传导机构；

激光发射机构发射激光照射气路单元收集的气体，照射气体后的光经过光传导机构的传导，产生拉曼散射信号，传输给第一处理模块。

所述气路单元包括过滤器1、减压阀2、气体缓冲室3、增强腔4和真空泵5；气体依次通过过滤器1、减压阀2进入气体缓冲室3，所述气体缓冲室3连通所述增强腔4；

所述激光发射机构发射的激光照射气体缓冲室3内的气体后进入增强腔4，在增强腔4内经多次反射增强后，由增强腔4的的光采集口射入光传导机构；

所述真空泵5用于对所述增强腔4进行抽真空。

所述过滤器1和所述减压阀2之间通入有氦气，所述减压阀2和所述气体缓冲室3之间设有压力表6。

所述激光发射机构包括激光发射器7，激光发射器7发射的激光经第一滤光镜8后由第一全反射镜9反射后，经过第一聚光镜10聚光进入气体缓冲室3。

所述光传导机构包括：

依次设置的第二全反射镜11、第二聚光镜12、第二滤光镜13、分光光路14；所述增强腔4的光采集口出射的激光经第二全反射镜11的反射后，经第二聚光镜12聚光，经过第二滤光镜13的过滤后进入分光光路14，分光光路14的出射光进入第一处理模块。

所述分光光路14包括：

对经过第二滤光镜13的光进行衍射的狭缝15，以及对经过狭缝15的光进行分光的光栅16。

所述第一处理模块包括控制器、电荷耦合器CCD17；

所述控制器(图中未显示)，用于利用基线校正、均值中心化、归一化处理、光谱平滑处理对拉曼散射信号进行处理，送入所述电荷耦合器CCD18；

所述电荷耦合器CCD17，将拉曼散射信号转换为电信号，输入所述第二处理模块。

如图4所示，本实施例2中，用于肺癌筛查的呼气组分分析系统使用步骤如下：

步骤1：气体收集处理模块收集呼出的气体，并把所得气体送入气路单元。

步骤2：气路单元主要接受来自呼出的气体，通过阀门进入过滤器1，滤除无用杂质然后通过减压装置(减压阀)对气体进行减压。

步骤3：光导路单元中的激光发射机构，通过激光发射器发射激光，透过第一滤光镜，滤除其他分散光线，再经第一全反射镜对光进行处理，然后经过第一聚光镜，送入气路单元的气体缓冲室。

步骤4：在步骤2的基础上同时加入氦气，一同送入气体缓冲室。此时会接受来自光导路单元的激光。

步骤5：在气体缓冲室内，气体和激光结合物，一部分进入增强腔，在增强腔内，设有全反射镜，对光进行多次全反射，真空泵会提前把增强腔抽为真空，防止其他气体掺杂。

步骤6：在步骤5的前提下，一部分气体通过光采集口经第二全反射镜，透过第二聚光镜对光线进行聚光，再经第二滤光镜进行光线处理，进入分光光路，经过光栅和聚光镜反复处理，进入控制器、电荷耦合检测器CCD转换为电信号，送入计算机数据处理模块。

步骤7：计算机数据处理模块用基于solis光谱分析软件，主要通过平滑处理、自动寻峰分析模型、最小二乘法模型等方法对所得的数据进行处理，然后进入如图1所示的最终模块，进行气体成分分析诊断模块。

步骤8：气体成分分析诊断模块，通过计算机模块所得的数据进行定性分析与定量分析，利用计算机同已知的气体拉曼移频做对比，判别出是哪种气体。

本实施例2中，基于判别出的气体，可给出诊断意见，然后把所得到的数据报告通过网络传输给全国各领域专家医生，收集医生的建议并整理，并把最终报告通过网络传输给检测者手机APP，同时把此次检测报告传输至所建立的云数据库，供以后做医疗数据分析。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。