专利名称：肿瘤早期预警装置及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种早期预警装置及工作方法，尤其是一种肿瘤早期预警装置及其工作方法。
背景技术：
恶性肿瘤是当前严重影响人类健康、威胁人类生命的主要疾病之一。肿瘤与心脑血管疾病和意外事故一起，构成当今世界所有国家三大死亡原因。早期发现、早期诊断、早期治疗是降低癌患者死亡率的关键。因此，肿瘤早期诊断方法，特别是细胞由正常转化为异常之前的诊断方法，对提高肿瘤治愈率，挽救肿瘤患者的生命起着十分重要的作用。在众多的肿瘤早期诊断方法中，人们提出了一种通过人体组织中多种微量元素含量空间形成的分布特征来诊断肿瘤的方法，如在1999年6月23日公开的中国发明专利申请公开说明书CN 1220396A中披露的“一种用微量元素分布特征来诊断肿瘤的方法”。该方法通过测定体内组织、器官中多种微量元素的含量，并以此为基础，运用特定的判别模式， 建立多种微量元素含量的空间分布，依据正常和肿瘤微量元素分布的不同，根据微量元素的空间分布特征进行肿瘤诊断。但是，这种诊断肿瘤的方法存在着不足之处，首先，取样不便，需从人体的脑、心、肺、肝、肾、肌肉等活体组织以及毛发和指甲中来获取微量元素的含量，这不仅会给待测人员在生理和心理上带来巨大的痛苦，还由于需获取的特征数据量非常庞大，而使需检测的组织多，从而带来的干扰也大大地增加了，进而使检测与诊断的速度过于缓慢，在实用中受到很大的限制；其次，方法中的判别模式采用将任意个体测定的多个微量元素逐一进行数学归一化处理，计算个体到正常和肿瘤分布中心的欧氏距离，并以个体到正常和肿瘤分布中心的欧氏距离作为判别是否为肿瘤的依据，而欧氏距离有着将样品的不同属性(即各指标或各变量)之间的差别等同看待的缺陷，此点有时不能满足实际的要求，使判别结果的误差较大，极易产生误诊。

发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单，取样方便，检测快捷的肿瘤早期预警装置。本发明要解决的另一个技术问题为提供一种肿瘤早期预警装置的工作方法。为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为肿瘤早期预警装置主要由电连接的X射线部件、探测部件和控制处理部件组成，特别是，所述X射线部件的X射线源的输出光路上依次置有第一对称狭缝准直件和人体指甲，所述人体指甲的散射光路上依次置有水平索拉狭缝和第二对称狭缝准直件，用于向人体指甲照射X射线，并将散射后的X射线准直；所述探测部件由电连接的具有能量分辨率的半导体固体探测件和多道分析仪组成，所述具有能量分辨率的半导体固体探测件位于所述第二对称狭缝准直件后的散射光路上，用于接收经人体指甲散射后的X射线，以获取人体指甲的能量色散X射线散射荧光信号，并将其转换成数字量的能量色散X射线散射荧光数据；所述控制处理部件的输出端与所述X射线源的输入端电连接、输入端与所述多道分析仪的输出端电连接，用于控制X射线的发射和对能量色散X射线散射荧光数据的处理， 以作出人体指甲所属人员的肿瘤早期预警。作为肿瘤早期预警装置的进一步改进，所述的X射线源的X射线光子能量为 (60keV, X射线的波段宽度为0. 2 10 A;所述的第一对称狭缝准直件由两只对称狭缝准直器串接组成；所述的具有能量分辨率的半导体固体探测件为高纯锗探测器，或硅漂移探测器。为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为肿瘤早期预警装置的工作方法包括测定人体指甲中多种微量元素的含量，以及对其进行处理，特别是所述方法包含以下步骤建立包含各种肿瘤特征数据的肿瘤特征数据库，所述肿瘤特征数据为表明肿瘤患者指甲构成的能量色散X射线散射数据和肿瘤患者指甲中所含微量元素的种类、相对含量的能量色散X射线荧光数据；先使用X射线照射人体指甲，得到人体指甲的能量色散X射线散射荧光数据，再去除能量色散X射线散射荧光数据中的干扰数据，接着，将去除了干扰数据的能量色散X射线散射荧光数据分解成由表明人体指甲构成的能量色散X射线散射数据和显示人体指甲中含有微量元素的种类、相对含量的能量色散X射线荧光数据构成的指甲测量数据；将指甲测量数据与肿瘤特征数据库中的各种肿瘤特征数据进行匹配、识别和分类的处理，确定出人体指甲所属人员是否存在肿瘤早期迹象及其所属种类。作为肿瘤早期预警装置的工作方法的进一步改进，所述的人体指甲的能量色散X 射线散射荧光数据为构成人体指甲信息的峰位、峰形和峰值数据；所述的干扰数据为能量色散X射线散射荧光数据中含有的构成人体指甲的蛋白质角质物所形成的数据；所述的人体指甲中的微量元素包含钙、铁、锌、硒、铜、钾、磷、镍、铬、锰、钴、铯、汞、铷、锶、钪和锑；所述的识别人体指甲的能量色散X射线散射数据与肿瘤特征数据中的肿瘤患者指甲构成的能量色散X射线散射数据相同的标准为，两者的峰位、峰形和峰值相同；所述的识别人体指甲的能量色散X射线荧光数据与肿瘤特征数据中的肿瘤患者指甲中所含微量元素的种类、 相对含量的能量色散X射线荧光数据相同的标准为，两者的峰位相同、峰值相似。相对于现有技术的有益效果是，其一，采用X射线部件的X射线源的输出光路上依次置有第一对称狭缝准直件和人体指甲，人体指甲的散射光路上依次置有水平索拉狭缝和第二对称狭缝准直件的结构，来向人体指甲照射X射线，并将散射后的X射线准直，不仅结构简单，取样也方便和快捷；其二，探测部件选用由电连接的具有能量分辨率的半导体固体探测件和多道分析仪组成，其中的具有能量分辨率的半导体固体探测件位于第二对称狭缝准直件后的散射光路上，除获取了人体指甲的能量色散X射线散射荧光信号之外，还保证了能量色散X射线散射荧光信号的不失真，确保了测量的精确性；其三，采用控制处理部件的输出端与X射线源的输入端电连接、输入端与多道分析仪的输出端电连接的方案，既控制了 X射线的发射，又通过对能量色散X射线散射荧光数据的处理，作出了人体指甲所属人员的肿瘤早期预警；其四，工作方法基于中医学说的指甲为脏腑气血的外荣，与人体的脏腑经络有直接联系，指甲内部特征的变化能够充分地反映人体生理、病理的变化，以及西医关于肿瘤的发生、发展和转化过程中伴随着体内多种微量元素如铜、铁、硒等的分布和含量有关之学说，于装置中先建立包含表明肿瘤患者指甲构成的能量色散X射线散射数据和肿瘤患者指甲中所含微量元素的种类、相对含量的能量色散X射线荧光数据的肿瘤特征数据库，再使用X射线照射人体指甲，并对由此获得的人体指甲的能量色散X射线散射荧光数据进行处理，使其成为由表明人体指甲构成的能量色散X射线散射数据和显示人体指甲中含有微量元素的种类、相对含量的能量色散X射线荧光数据构成的指甲测量数据，然后将指甲测量数据与肿瘤特征数据库中的各种肿瘤特征数据进行对比，来进行肿瘤的早期预警， 既科学、有效，又使装置具有了结构简单、小型便携化，建设、维护费用低廉的特点，还杜绝了 X射线对人体的损伤，更是在减少检测时间的同时，提高了检测的灵敏度，使其在实际使用中非常的方便；其五，具有普适性，可将其用于其它多种疾病的预警。作为有益效果的进一步体现，一是X射线源的X射线光子能量优选为< 60keV， X射线的波段宽度优选为0. 2 10 A,具有能量分辨率的半导体固体探测件优选为高纯锗探测器或硅漂移探测器，均利于对人体指甲的能量色散X射线散射荧光信号的获取；二是第一对称狭缝准直件优选由两只对称狭缝准直器串接组成，提高了 X射线的方向性和准直度；三是人体指甲的能量色散X射线散射荧光数据优选为构成人体指甲信息的峰位、峰形和峰值数据，易于获得和辨别；四是干扰数据优选为能量色散X射线散射荧光数据中含有的构成人体指甲的蛋白质角质物所形成的数据，使去除干扰数据后余下的数据更加真实、 可靠；五是人体指甲中的微量元素优选包含钙、铁、锌、硒、铜、钾、磷、镍、铬、锰、钴、铯、汞、 铷、锶、钪和锑，仅由这些元素即可做出定性分析的结论；六是识别人体指甲的能量色散X 射线散射数据与肿瘤特征数据中的肿瘤患者指甲构成的能量色散X射线散射数据相同的标准优选为，两者的峰位、峰形和峰值相同，识别人体指甲的能量色散X射线荧光数据与肿瘤特征数据中的肿瘤患者指甲中所含微量元素的种类、相对含量的能量色散X射线荧光数据相同的标准优选为，两者的峰位相同、峰值相似，均便于相互之间进行有效的比较。


下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。图1是本发明的一种基本结构示意图。图2是本发明X射线部件的X射线光路示意图。
具体实施例方式参见图1和图2，肿瘤早期预警装置主要由X射线部件1、探测部件2和控制处理部件3组成，控制处理部件3分别与X射线部件1、探测部件2电连接。其中，X射线部件1的X射线源11的输出光路13上依次置有第一对称狭缝准直件12和人体指甲4;其中，X射线源11的X射线光子能量为60keV(可选为彡60keV)，X射线的波段宽度为5 A (可选为0. 2 10 A )，第一对称狭缝准直件12由两只对称狭缝准直器串接组成。人体指甲4的散射光路14上依次置有水平索拉狭缝15和第二对称狭缝准直件16。 来用于向人体指甲4照射X射线，并将散射后的X射线准直。探测部件2由电连接的具有能量分辨率的半导体固体探测件21和多道分析仪22组成；其中，具有能量分辨率的半导体固体探测件21位于第二对称狭缝准直件16后的散射光路14上，具有能量分辨率的半导体固体探测件21现选用Canberra公司的型号为 GL0055PS的高纯锗探测器，也可选用Amptek公司的型号为XR-100SDD的硅漂移(SDD)探测器，多道分析仪22为4096道多道分析仪。用于接收经人体指甲4散射后的X射线，以获取人体指甲4的能量色散X射线散射荧光信号，并将其转换成数字量的能量色散X射线散射荧光数据。控制处理部件3的输出端与X射线源11的输入端电连接、输入端与多道分析仪22 的输出端电连接；具体的连接方式为控制处理部件3为一台驻有工作方法应用软件的微型计算机及其接口，其经接口——数模转换器与X射线电源电连接，通过控制X射线电源输出电压和电流的大小来实现对X射线源11的X射线的发射与输出强度的控制。微型计算机直接与4096道多道分析仪的输出端电连接，来接收数字量的能量色散X射线散射荧光数据并对其进行处理，以获得人体指甲4的构成及其中含有的微量元素的种类和相对含量， 并作出人体指甲所属人员的肿瘤早期预警。参见图2，使用X射线部件1进行检测人体指甲4的过程为，X射线源11发射的 60keV高能X射线沿着输出光路13经过第一对称狭缝准直件12后，变成一束平行的条状X 射线束，照射至人体指甲4并与其相互作用后，产生含有人体指甲4的能量色散X射线散射荧光信号的X射线，并沿着散射光路14依次进入水平索拉狭缝15和第二对称狭缝准直件 16。经过水平索拉狭缝15和第二对称狭缝准直件16的两次准直后，形成了与具有能量分辨率的半导体固体探测件21的接收轴心相平行的X射线，使极弱的含有人体指甲4的能量色散X射线散射荧光信号的X射线得以被有效地检测到，并由后续的多道分析仪22进行能量分辨，从而获得了人体指甲4的能量色散X射线散射荧光信号，进而再将其转换成数字量的能量色散X射线散射荧光数据。肿瘤早期预警装置的工作方法流程如下对人体指甲4进行超声清洗和氮气吹干的处理之后，先将待测定的人体指甲4置于X射线部件1的X射线源11的输出光路13上，再对肿瘤早期预警装置通电。之后，肿瘤早期预警装置的控制处理部件3中的微型计算机将激活其内驻有的工作方法应用软件，调取其中已建立的包含各种肿瘤特征数据的肿瘤特征数据库，肿瘤特征数据为表明肿瘤患者指甲构成的能量色散X射线散射数据和肿瘤患者指甲中所含微量元素的种类、相对含量的能量色散X射线荧光数据。随后，微型计算机先启动X射线部件1和探测部件2工作，即控制X射线源11发出X射线照射人体指甲4，并由探测部件2的具有能量分辨率的半导体固体探测件21和多道分析仪22处得到人体指甲4的能量色散X射线散射荧光数据；其中，人体指甲的能量色散X射线散射荧光数据为构成人体指甲信息的峰位、峰形和峰值数据。再去除能量色散X 射线散射荧光数据中的干扰数据；其中，干扰数据为能量色散X射线散射荧光数据中含有的构成人体指甲的蛋白质角质物所形成的数据。接着，将去除了干扰数据的能量色散X射线散射荧光数据分解成由表明人体指甲构成的能量色散X射线散射数据和显示人体指甲中含有微量元素的种类、相对含量的能量色散X射线荧光数据构成的指甲测量数据；其中， 人体指甲中的微量元素包含钙、铁、锌、硒、铜、钾、磷、镍、铬、锰、钴、铯、汞、铷、锶、钪和锑。最后，微型计算机将指甲测量数据与肿瘤特征数据库中的各种肿瘤特征数据进行匹配、识别和分类的处理；其中，识别人体指甲的能量色散X射线散射数据与肿瘤特征数据中的肿瘤患者指甲构成的能量色散X射线散射数据相同的标准为，两者的峰位、峰形和峰值相同，识别人体指甲的能量色散X射线荧光数据与肿瘤特征数据中的肿瘤患者指甲中所含微量元素的种类、相对含量的能量色散X射线荧光数据相同的标准为，两者的峰位相同、 峰值相似。从而确定出人体指甲所属人员是否存在肿瘤早期迹象及其所属种类。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的肿瘤早期预警装置及其工作方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种肿瘤早期预警装置，主要由电连接的X射线部件(1)、探测部件( 和控制处理部件(3)组成，其特征在于所述X射线部件(1)的X射线源(11)的输出光路(1 上依次置有第一对称狭缝准直件(1 和人体指甲，所述人体指甲(4)的散射光路(14)上依次置有水平索拉狭缝(15) 和第二对称狭缝准直件(16)，用于向人体指甲(4)照射X射线，并将散射后的X射线准直；所述探测部件O)由电连接的具有能量分辨率的半导体固体探测件和多道分析仪0 组成，所述具有能量分辨率的半导体固体探测件位于所述第二对称狭缝准直件(16)后的散射光路(14)上，用于接收经人体指甲(4)散射后的X射线，以获取人体指甲 (4)的能量色散X射线散射荧光信号，并将其转换成数字量的能量色散X射线散射荧光数据；所述控制处理部件C3)的输出端与所述X射线源(11)的输入端电连接、输入端与所述多道分析仪0 的输出端电连接，用于控制X射线的发射和对能量色散X射线散射荧光数据的处理，以作出人体指甲(4)所属人员的肿瘤早期预警。
2.根据权利要求1所述的肿瘤早期预警装置，其特征是X射线源(11)的X射线光子能量为彡60keV，X射线的波段宽度为0. 2 ~ 10A。
3.根据权利要求1所述的肿瘤早期预警装置，其特征是第一对称狭缝准直件(1 由两只对称狭缝准直器串接组成。
4.根据权利要求1所述的肿瘤早期预警装置，其特征是具有能量分辨率的半导体固体探测件为高纯锗探测器，或硅漂移探测器。
5.一种权利要求1所述肿瘤早期预警装置的工作方法，包括测定人体指甲中多种微量元素的含量，以及对其进行处理，其特征在于所述方法包含以下步骤建立包含各种肿瘤特征数据的肿瘤特征数据库，所述肿瘤特征数据为表明肿瘤患者指甲构成的能量色散X射线散射数据和肿瘤患者指甲中所含微量元素的种类、相对含量的能量色散X射线荧光数据；先使用X射线照射人体指甲，得到人体指甲的能量色散X射线散射荧光数据，再去除能量色散X射线散射荧光数据中的干扰数据，接着，将去除了干扰数据的能量色散X射线散射荧光数据分解成由表明人体指甲构成的能量色散X射线散射数据和显示人体指甲中含有微量元素的种类、相对含量的能量色散X射线荧光数据构成的指甲测量数据；将指甲测量数据与肿瘤特征数据库中的各种肿瘤特征数据进行匹配、识别和分类的处理，确定出人体指甲所属人员是否存在肿瘤早期迹象及其所属种类。
6.根据权利要求5所述的肿瘤早期预警装置的工作方法，其特征是人体指甲的能量色散X射线散射荧光数据为构成人体指甲信息的峰位、峰形和峰值数据。
7.根据权利要求5所述的肿瘤早期预警装置的工作方法，其特征是干扰数据为能量色散X射线散射荧光数据中含有的构成人体指甲的蛋白质角质物所形成的数据。
8.根据权利要求5所述的肿瘤早期预警装置的工作方法，其特征是人体指甲中的微量元素包含钙、铁、锌、硒、铜、钾、磷、镍、铬、锰、钴、铯、汞、铷、锶、钪和锑。
9.根据权利要求5所述的肿瘤早期预警装置的工作方法，其特征是识别人体指甲的能量色散X射线散射数据与肿瘤特征数据中的肿瘤患者指甲构成的能量色散X射线散射数据相同的标准为，两者的峰位、峰形和峰值相同。
10.根据权利要求5所述的肿瘤早期预警装置的工作方法，其特征是识别人体指甲的能量色散X射线荧光数据与肿瘤特征数据中的肿瘤患者指甲中所含微量元素的种类、相对含量的能量色散X射线荧光数据相同的标准为，两者的峰位相同、峰值相似。
全文摘要
本发明公开了一种肿瘤早期预警装置及其工作方法。装置主要由电连接的X射线部件(1)、探测部件(2)和控制处理部件(3)组成，以使用X射线照射人体指甲(4)，采用能量色散X射线散射荧光技术，来快速获取指甲中所含微量元素的种类、相对含量及能量色散X射线散射峰的特征；方法为通过与已建立的包含表明肿瘤患者指甲构成的能量色散X射线散射数据和肿瘤患者指甲中所含微量元素的种类、相对含量的能量色散X射线荧光数据的肿瘤特征数据库的对比，来确定出人体指甲所属人员是否存在肿瘤早期迹象及其所属种类。它既结构简单，小型便携，又建设、维护费用低廉，还取样方便，检测快捷，并杜绝了X射线对人体的损伤，可用于肿瘤疾病的早期预警。
文档编号G01N23/223GK102235985SQ20101017268
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者刘锦淮, 孙柏, 康南生, 张芳, 李民强, 路巍, 钟煜 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院