[发明专利]基于皮脂气体分析的疾病早期诊断系统

权利要求书

1.基于皮脂气体分析的疾病早期诊断系统，其特征在于，包括皮脂气体采集及其红外光谱增强装置、显微红外光谱仪、疾病早期诊断模型以及计算机；将皮脂气体采集及其红外光谱增强装置贴于人体的前额或后背保持3-5分钟采集人体皮脂气体，而后采用显微红外光谱仪扫描皮脂气体的等离子体增强红外光谱，再将皮脂气体的等离子体增强红外光谱输入安装在计算机中的疾病早期诊断模型，经疾病早期诊断模型分析后输出是否患病的诊断结果。

2.根据权利要求1所述的基于皮脂气体分析的疾病早期诊断系统，其特征在于，所述皮脂气体采集及其红外光谱增强装置包括固定带及设于固定带上的固定框架，所述固定框架内设有纳米气敏芯。

3.根据权利要求2所述的基于皮脂气体分析的疾病早期诊断系统，其特征在于，所述纳米气敏芯包括基底，所述基底的材料为红外线透过率90％以上的光学窗口材料，所述基底上表面附着单层或多层具有气敏性的二维材料，同时所述基底上表面还设有纳米金属阵列。

4.根据权利要求3所述的基于皮脂气体分析的疾病早期诊断系统，其特征在于，所述基底的材料为CaF₂晶体。

5.根据权利要求3所述的基于皮脂气体分析的疾病早期诊断系统，其特征在于，所述纳米金属阵列是由一种单元结构形成的微小金属阵列，或由多种不同单元结构组合形成的微小金属阵列，金属为金或银，所述单元结构是由一对等腰三角形组成的蝴蝶结结构、细长的矩形结构或其他等离子体共振峰在4.7μm-10.5μm的结构，单元结构的高度为80nm-120nm。

6.根据权利要求2所述的基于皮脂气体分析的疾病早期诊断系统，其特征在于，所述固定框架上还设有透气保护层，具体为粘接于固定框架外缘上的透气保护纱布。

7.根据权利要求3所述的基于皮脂气体分析的疾病早期诊断系统，其特征在于，所述纳米气敏芯基底上表面附着的二维材料为二硫化钼、石墨烯、碳纳米管或其它具有气敏性的二维材料。

8.根据权利要求2所述的基于皮脂气体分析的疾病早期诊断系统，其特征在于，所述固定带为长条形胶带。

9.根据权利要求1所述的基于皮脂气体分析的疾病早期诊断系统，其特征在于，所述疾病早期诊断模型采用神经网络、主成分回归、偏最小二乘回归、核方法、随机森林、深度学习或其它有效的光谱分析方法，采用以下步骤建立：

1)采用皮脂气体采集及其红外光谱增强装置采集5000个以上包括某种疾病患者和未患该疾病人的皮脂气体样本，建立样本数据库；

2)当步骤1)中患者的气体样本不足2000个时，采用扩展样本的制作方法对已采集到的患者皮脂气体样本进行扩展；

3)选取样本数据库中80％的样本进行训练，剩余20％的样本进行检验，优化模型参数，完成疾病早期诊断模型的构建。

10.根据权利要求9所述的基于皮脂气体分析的疾病早期诊断系统，其特征在于，所述步骤2)的样本扩展方法具体为：取下吸附了患者皮脂气体的皮脂气体采集及其红外光谱增强装置的纳米气敏芯，将其下表面置于密闭可加热气室中的加热板上，且使纳米金属阵列位于加热板中心孔的上方，将密闭可加热气室置于显微红外光谱仪的样品台上，使显微红外光谱仪的红外光穿透可加热气室的上、下红外透过窗片和加热板中心孔；打开可加热气室的排气阀，向可加热气室中通入纯度为99.99％的氮气对气室进行2-3分钟的清洁吹扫，然后，通过加热控制器控制可加热气室中加热板的温度按线性快速升温至100℃，再以10℃步长阶梯升温至110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃，启动加热控制器的同时为可加热气室中通入150sccm纯度为99.99％的氮气；在不同的阶梯温度下获得相应温度下原样本的扩展样本，并直接扫描扩展样本的金属等离子体增强红外光谱。