CN104254621A - 遥测人粪便和尿液中的血液的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于检测尿液或粪便中的血液的装置和方法包括构造成检测在马桶中由血液中的铁催化的鲁米诺和氧化剂发出的瞬态光。该装置可包括鲁米诺、氧化剂和碱的分配器。该装置可包括微处理器和网络连线并可执行统计分析，存储数据并且如果检测到血，警告患者或保健提供者。该光检测器可构造成检测在马桶中由水中存在的荧光团发出并被来自鲁米诺和氧化剂的瞬态光激发的光。

Description

遥测人粪便和尿液中的血液的装置和方法

I. 发明背景

A. 发明领域

本发明是为了非侵入性的医疗监控或筛选（screening）而在马桶中的水中检测粪便或尿液中的血液的装置和方法。该血液可以是潜血或非潜血。

B. 相关技术描述

依据国家癌症研究院（National Cancer Institute），结肠直肠癌（CRC）在美国是癌症相关死亡率的第二大原因，每年有大约148,500新病例和大约56,000例死亡，占美国的所有癌症相关死亡的10%。据信，通过使用更好和更早的筛选试验，可以预防这些死亡的大于50%。但是，对现行筛选推荐和程序的依从性差。例如在2002年，50岁及更老的成年人只有40%在最近5年有过乙状结肠镜检查或结肠镜检查，且只有22%在过去12个月接受了粪便潜血试验。尤其与乳腺癌和宫颈癌筛选相比，CRC筛选的低参与率归因于许多因素，包括患者不适、成本、缺乏意识和现行筛选法的差接受度。

随着疾病进阶，结肠直肠癌预后明显变差。转移瘤（metastases）（第IV期）患者只有5%的五年存活率。早期疾病（第I期）患者具有超过90%的五年存活率。由于对晚期疾病（advanced disease）的预后如此差且对早期疾病的存活率如此有利，早期检测仍然是用于CRC控制的主要选项，且用于早期检测结肠直肠癌的简单、非侵入性的可靠筛选法是长期目标。

粪便物质中血的检测可充当CRC的筛选工具，因为这些肿瘤容易出血，因此可以早期发现。血液的存在警告患者就医以评估血液来源。

现有技术的粪便血筛选试验包括粪便愈创木脂试验（stool guaiac test）、粪便免疫化学试验（FIT）、免疫化学粪便潜血试验（iFOBT）、粪便卟啉量化和粪便DNA试验。但是，所有这些都需要处理粪便物质。例如，在粪便愈创木脂试验中，将来自直肠指检或来自脏卫生纸的粪便物质涂抹在纸上，将该纸粘附到涂有愈创木脂的膜上。在膜的相反面施加过氧化氢。过氧化氢和愈创木脂反应。血红素（血液中的血红蛋白的一种组分）催化该反应。如果存在血液，该反应造成快速变色。

尿液中的血的检测也有助于筛选膀胱癌。膀胱癌在美国是男性中第四位最常诊断出的癌症和女性中第九位最常诊断出的癌症。美国在2009年期间诊断出估计70,980例膀胱癌新病例，大约14,330人死于该疾病。膀胱肿瘤典型地产生无痛性血尿作为它们的显性表现和有时仅临床表现。因此，所有膀胱癌病例中估计1/4在诊断时已转移。同时，简单非侵入性的可靠筛选方法可以在更早期确定膀胱癌，此时其治疗更容易更有效。

检测尿液中的血的现有技术包括“浸渍片（dipstick）”试验，其中用尿液样品润湿试纸条（test strip）并注意试纸条的变色。浸渍片试验要求技术人员人工持握浸渍片并将浸渍片与尿液直接接触。

现有技术没有教导本发明的筛选装置或方法。

II.发明概述

本发明是用于在马桶中的水中远程检测粪便物质或尿液中的血液的装置和方法。该装置和方法包括可由患者在患者家中或在任何其它地方使用的筛选试验。不要求患者身体接触粪便物质或尿液。在一些实施方案中，甚至不要求患者查看粪便物质或尿液。

本发明的装置和方法利用在马桶中的化学发光性的鲁米诺（C₈H₃N₃O₂）与氧化剂之间的发光反应。为了进行本发明的试验，患者在排便和/或排尿之前将三种材料添加到水中以准备马桶的水。在一些实施方案中，可以在患者排尿或排便后将三种材料添加到水中。

添加的第一种材料是足量的鲁米诺以实现鲁米诺在马桶水中的有效摩尔浓度。50毫摩尔/升（mM）的鲁米诺浓度已知有效，且1至200 mM的鲁米诺浓度据信有效。第一种材料还可包括一种或多种荧光团，其是如本领域中已知的荧光材料。如本文中和权利要求中所用，荧光团是存在于水中并被鲁米诺-氧化剂反应发出的光子或被另一荧光团轰击时发荧光并发光的材料。如本文中和权利要求中所用，术语“鲁米诺”包括鲁米诺，还包括鲁米诺和一种或多种荧光团的组合。荧光团的实例包括荧光素、氟硼荧（Bodipy）、Cy 3和Cy5。

第二种材料是可以与鲁米诺结合的碱。引入马桶的碱的量足以实现马桶水中足够碱性的pH以便反应进行。10至11的碱性pH被认为最优。50至3000 mM摩尔浓度的硼酸钠被认为适合实现所需碱性pH。其它可接受的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾和碳酸钠。

第二种材料可以是如本领域中已知的碱性缓冲剂，优选为具有9至12的pH范围的碱性缓冲剂。可以选择具有有效地使鲁米诺-氧化剂反应进行的pH范围的任何其它碱性缓冲剂。被认为合适的碱性缓冲剂包括以首字母缩写词“trizma”、“cabs”和“caps”为名的那些。也可以使用碱和碱性缓冲剂的组合作为第二种材料。如权利要求和本说明书中所用，术语“碱”包括碱、碱性缓冲剂和一种或多种碱与碱性缓冲剂的组合。

第三种材料含有有效量的适当氧化剂，如过硼酸钠（NaBO₃）。马桶中50至2000 mM的摩尔浓度被认为有效。另一些氧化剂是合适的，如过氧化氢（H₂O₂）、高锰酸盐、次氯酸盐、碘、过碳酸钠或过碳酸钾。鲁米诺和氧化剂优选以化学计量比添加到马桶水中。

在准备该水后，患者排便或排尿到马桶中。化学发光性的鲁米诺在催化剂存在下与适当的氧化剂混合时产生短暂的亮蓝色辉光。粪便表面上或尿液中的红细胞会在含有鲁米诺和氧化剂的低渗马桶水中溶解，以将血红蛋白释放到马桶水中。释放的血红蛋白含有铁，其是鲁米诺与氧化剂之间的反应的有效催化剂。如果粪便或尿液中存在的血量高于该试验的检测限值，马桶中的水会短暂地发蓝光。

马桶水中残留量的含漂白剂的家用清洁剂可以弱催化鲁米诺和氧化剂的反应，造成一些残留背景辉光。强度高于背景水平的短暂蓝色辉光的检出是指示在马桶中存在铁和因此血液的阳性试验结果。可以通过患者直接观察或通过使用检测装置检测短暂蓝色辉光和背景辉光。

鲁米诺、氧化剂和碱可以以任何方便的形式分配到马桶，如由患者手动添加含有鲁米诺、氧化剂和碱的固体片剂、粉剂、囊剂、水溶液或悬浮液。可以通过分配装置分配鲁米诺、氧化剂和碱，如通过位于马桶水箱内并由阀（其可以是电磁阀）控制的一个或多个分配器。或者，可以将分配器构造成将鲁米诺、氧化剂和碱分配到马桶上游供水的任何位置。对于将鲁米诺、碱和氧化剂分配到马桶水箱或任何其它上游位置的分配装置，马桶应该在临进行试验前冲水以在马桶中装入与新鲜鲁米诺、碱和氧化剂混合的水。分配器将鲁米诺、氧化剂和碱分配到马桶水箱或马桶上游的任何其它位置使得鲁米诺、氧化剂和碱在试验过程中与马桶中的水混合。除了分配到马桶水箱或马桶上游的另一位置，该分配装置还可以将鲁米诺、碱和氧化剂直接分配到马桶中。

该分配装置可以是手动或自动的。例如，该分配装置可以在马桶冲水时、在提起或放下马桶盖时、在患者操纵开关时或在传统接近检测器检测到患者出现时分配。该分配装置可以在传感器检测到有人坐在马桶座圈上或检测器检测到有人曾坐在马桶座圈上但不再坐在马桶座圈上时分配鲁米诺、氧化剂和碱。在患者排尿或排便之前将鲁米诺、碱和氧化剂分配到马桶水中的任何装置是合适的。

尽管本发明的方法无需除鲁米诺、氧化剂、碱和马桶外的单独装置就可用于检测血液，但电子检测装置可以改进检测准确度、自动记录结果、减少假阳性或阴性结果和避免要求患者人工观察背景光水平或人工直接观察鲁米诺-氧化剂反应。由患者直接观察背景光水平或观察该反应造成患者方面的偏倚风险。

鲁米诺和氧化剂的化学发光反应发出具有波长大约450纳米的发射峰的光。构造合适的检测装置以检测光的波长。该检测器可采用几种构造中的任一种。首先，该检测器可利用构造成响应所有波长的可见光或更窄地响应波长大约450纳米的光的光电二极管。可获自International Radiation Detectors, Inc. ('IRD'), of Torrance, California的型号UVG-20C的光检测器在与以450纳米为中心并具有+或-40纳米带宽的滤光器结合时被认为合适。

光电二极管可操作地连接到电源和适当的放大器上以放大光电二极管响应来自鲁米诺的光生成的信号。检测装置可以简单到是连接到放大器上并在信号达到预定阈值时触发的报警电路，以指示存在发光的鲁米诺并指示在马桶中存在铁和因此血液。

或者，可以通过微处理器控制该检测装置。在微处理器控制的装置的情况下，光检测器可操作地连接到微处理器和计算机存储器上。可以与微处理器一起使用能够检测波长450纳米的光的任何传感器，其它可能的光检测器包括电荷耦合器件或有源像素传感器。

将微处理器编程以测定在加入鲁米诺、氧化剂和碱之后但在患者在马桶水中排便或排尿之前制成的马桶水的450纳米范围内的光的基线水平。

例如，患者可以将检测装置通电并坐在马桶座圈上。该装置将鲁米诺、碱和氧化剂分配到马桶水箱中并使马桶冲水，从而在马桶中装入制好的水。一旦该装置通电，微处理器从光检测器连续接收光检测器信号。光检测器信号对应于光检测器在由鲁米诺-氧化剂反应发出的波长范围内检测到的光的亮度。

微处理器测定在试验程序早期在第一时间接收到的来自光检测器的信号是背景信号。优选在患者坐在马桶座圈上后测定背景信号，在本文中也被称作“基线”信号。由于正常患者的粪便中不应有血，光电二极管检测到的450纳米光的强度应保持在背景信号水平并且在试验过程中不应提高。

微处理器将检测到的基线信号的光水平与在第二时间来自光检测器的样品信号进行比较。第二时间在第一时间后，且微处理器推断在马桶中存在尿液或粪便。微处理器测定光检测器信号和因此光水平在试验过程中是否与基线相差很大量和因此是否有来自血红蛋白的铁催化鲁米诺-氧化剂反应。

微处理器将结果记录到计算机存储器中并向患者显示结果。如果微处理器测定450纳米范围内的光水平与背景相比显著提高，则微处理器可以向患者提供警报，如视觉或声音警报。微处理器可以测定样品信号是否比背景信号高出多个分度增量（graduated increment）的任一个。类似于手机的信号指示，显示器可以用递增的格数指示在背景之上的任何光强度，直至预定最大值，如5格。显示器可包含许多灯，如4个LED灯，并可以通过与在背景之上检测到的光强度对应地点亮几个灯来指示在背景之上的光强度。

当第二种材料包括鲁米诺和一种或多种荧光团时，荧光团可发出波长不同于鲁米诺的光。在荧光素的情况下，在水中的最大发射波长为521纳米。荧光团的使用允许根据检测器的最大灵敏度的波长调节马桶中发出的光的波长。荧光团还可以发出比单独的鲁米诺更多的光，以使检测光的任务更容易。荧光团的使用还通过为检测提供两种或更多种不同的光波长而有助于筛出背景光；例如，如果存在鲁米诺和荧光素且检测器检测到在450纳米（相当于鲁米诺发出的光）和在521纳米（相当于荧光素发出的光）的光但检测到较少的在这两个波长之间的光，则检测器可以断定马桶中发出的光超过背景光。多种荧光团的使用允许进一步改变发出的波长以匹配检测器或使检测到的光更可见，因为当一种荧光团发出的在第一波长下的光使第二荧光团发出在第二波长下的光时，在第二波长下的光更容易被检测器检测或更容易被人类看见。

本发明的方法和装置的一个优点在于，不是每几年收集单次快照样品（single snap-shot sample），该试验可以随每次排便（bowel movement）或更长期地，例如每周重复，且该检测装置容易收集大量取样事件的结果。可以将检测装置编程以互相比较样品并进行结果的统计分析。如果检测装置测定统计上显著数量的样品结果表明粪便或尿液中有血，则检测装置可以警告患者。大量样品结果的分析可以校正可能来自经血、结肠炎、痔疮或饮食改变的假阳性结果。

该检测装置可具有含有一个或多个光电二极管和附带放大器的光检测器，其可并入马桶座圈中。光电二极管可嵌在马桶座圈或马桶盖的底部并面向马桶中的水。微处理器和其它电子元件可并入马桶座圈或马桶盖中或可装在远离马桶座圈但可操作地连接到光检测器上的单独外壳中。该单独外壳可包括显示器以告知患者该装置的状态、允许患者开关该装置并显示检测到的光的强度或以其它方式告知患者血液检测操作的结果。该外壳可以是尺寸类似于手机壳的小盒。该装置可以直流供电并可具有电池或外部电源。该检测装置可采用允许光检测器检测由马桶中的血红蛋白-氧化剂-鲁米诺反应发出的光的任何其它形状因数和任何其它位置。该检测装置可以与马桶座圈分开。该检测装置可以是由马桶承载的独立装置。或者，该检测装置可并入马桶本身中。

在实践中，本发明人已经发现，使用从马桶座圈或马桶盖的下侧向下指向马桶中的水并在马桶盖关闭时间期间工作的定向光电二极管（directional photodiodes）容易检测到马桶中由血液中的铁催化的鲁米诺-氧化剂反应。使用这种布置，不必测量背景光水平，也不必使用荧光团。本发明人相信，背景光水平的检测和测量以及荧光团的使用可提高该装置和方法的灵敏度。本发明人相信，如果由坐在马桶上的患者而非由马桶盖部分挡住环境光进入马桶，这一段的布置也会生效，并相信可以在患者排尿或排便之前或之后并由分配器或由患者手动添加鲁米诺、氧化剂和碱。

患者可以将收集到的数据发送给患者的医师以便评估。患者可以亲身运送该单独外壳或运送单独的计算机存储器，如闪存。患者可以将数据电子发送给医师，如通过电子邮件信息或经互联网。该检测装置可连接到网络如局域网、广域网、互联网或无线通信系统上。该装置可以经通信网络与医师联络而不必患者介入。医师可以评估结果并确定进一步的测试或干预是否适合该患者。

该装置可以呈现适当编程的手持计算装置，如“智能电话”的形式。为了使用手持计算装置实施方案并在将鲁米诺和氧化剂添加到马桶中后，患者打开位于该手持计算装置的计算机存储器上的专用软件应用并使用该手持装置的内置照相机拍摄排尿和/或排便前马桶的第一张照片。该应用软件将手持装置编程以电子过滤第一张照片的检测光以测定在450纳米波长的光的强度。该手持计算装置记录在第一张照片中在450纳米检测到的光水平作为背景。在排便和/或排尿后，患者随后拍摄马桶的第二张照片。该手持计算装置电子过滤第二张照片中记录的光以测定在450纳米波长的光水平。该装置会将在第二张照片中检测到的450纳米光强度与背景相比较。将该手持计算装置编程以将结果记录到计算机存储器中并删除这两张照片。可以将该手持计算装置编程以将结果经手机系统传送至计算机，如由患者的医师控制的计算机。

上述筛选装置和方法不需要处理粪便或尿液。不同于现有筛选范例，其安全便宜并可频繁使用。使用的简易性和私密性会促进患者的依从性。

III.附图简述

图1是鲁米诺-氧化剂反应的图。

图2是本发明的一种方法的流程图。

图3是该装置的一个实施方案的示意图。

图4是简单检测器电路的电路图。

图5是图4的检测器的平面和侧视图。

图6是图4的检测器电路的零件单。

图7是微处理器执行的检测装置的示意图。

图8是通过图7的装置的信息流的流程图。

图9是检测装置的示意图。

图10是该装置在马桶上的第一实施方案的透视图。

图11是该装置在马桶上的第二实施方案的透视图。

图12是手持检测装置的应用的流程图。

图13A-13D是构造成检测不同光量的检测装置的电路图。

图14A-F是构造成检测不同光量的检测装置的另一实施方案的电路图。

图15是从设备供应商或制造商的视角出发的方法。

IV.实施方案的描述

该方法和装置用于在马桶10中筛查粪便和尿液血。如图1中所示，本发明的装置和方法利用鲁米诺4与氧化剂6在马桶10中的水8中的碱性条件下的反应2。在图1中，氧化剂6是过氧化氢；但是，如上所述，几种不同的氧化剂6是合适的。通过添加碱12，如硼酸钠，实现马桶10中的水8中的碱性条件。其它碱12也适用于实现所需碱性条件。鲁米诺4与氧化剂6之间的反应缓慢，除非如通过红细胞中的血红蛋白内所含的铁14催化该反应。该反应在足够碱性的条件中和在铁14存在下快速，以在血液存在下由反应的鲁米诺4产生特有蓝色辉光16。

图2显示该方法的最简单形式。在图2的第一步骤18中，患者通过将鲁米诺4、碱12和氧化剂6添加到水8中，准备马桶10中的水8。在该方法的第二步骤20中，患者排尿和/或排便到马桶10中。在图2的第三步骤22中，马桶10的水8与马桶10中的粪便或尿液中的任何红细胞的内容物之间的渗透浓度差使得红细胞溶解。红细胞的溶解使红细胞将它们的内容物释放到马桶10的水8中。释放的内容物包括含有铁14的血红蛋白。如果存在血，由来自血红蛋白的铁14催化的鲁米诺4与氧化剂6之间的反应使马桶10的水8发蓝光。

在图2的步骤24中，患者观察马桶10的水8并确定马桶10的水8是否发蓝光。如果水8发蓝光，则该方法的结果是阳性的且患者的粪便或尿液中可能有血。血以外的材料，如铜或漂白剂的存在可能造成蓝色辉光。患者可以咨询他的医师以确定在该阳性试验后是否应该进行其它试验以证实血的存在、测定血的来源并治疗出血原因。在步骤28中，如果患者没有观察到蓝色辉光，则没有检测到血。

本发明可包括可以简单或复杂的检测装置。图3至6图解利用分配器30将鲁米诺4、氧化剂6和碱12分配到水8中的检测装置。鲁米诺4、氧化剂6和碱12可能呈固体片剂形式。可以将鲁米诺4和碱12形成到一个片剂中，而氧化剂形成到第二片剂中。或者，鲁米诺4、氧化剂6和碱12可以为囊剂、粉剂、溶液或悬浮液32的形式。鲁米诺4、氧化剂6和碱12可以储存在储器34中，储器34在马桶水箱35中或由马桶水箱35限定，都如图7所示。鲁米诺4可包括一种或多种荧光团。

在图3的装置中，致动器36可操作地连接到分配器30。致动器36可操作地连接到分配器30上并且也连接到光检测器38上。致动器36可以是手动控制器，如按钮、触摸屏、拨号盘、一系列按钮或本领域中已知的任何其它控制器。致动器36可以是构造成检测患者是在或不在马桶座圈40上的自动控制器，如压力开关。致动器36可构造成检测马桶座圈40的位置或检测马桶座圈40位置的改变。致动器36可构造成检测患者接近。

致动器36在被患者启动时，激活执行器（effectors）42，如电磁阀以将鲁米诺4、氧化剂6和碱12分配到马桶10中。致动器36可以是熟悉的手柄冲水致动器44，如现有技术的冲水马桶8上存在的冲水手柄。执行器50可构造成将马桶8冲水，以在马桶8中再注入水10。随着马桶10再补水（refills），分配器30在进水中充入鲁米诺4、氧化剂6和碱12。

在图3中，致动器36还激活光检测器38。光检测器38可以是一个或多个光电二极管54。或者，光检测器38可利用任何其它技术检测由鲁米诺4和氧化剂6的反应发出的光16，如电荷耦合器件56或有源像素传感器58。

光检测器38构造成检测马桶10内的反应2发出的光16的波长范围的光16。选择对大约450纳米波长（这据信是鲁米诺-氧化剂反应2发出的光16的波长）敏感的光检测器38。如果光检测器38由光电二极管46构成，光电二极管46可配有滤光器60以限制光16到达光电二极管46。具有450纳米+/-40纳米或410纳米至490纳米的波长范围62的带通滤光器（bandpass optical filter）60被认为合适。如果使用一种或多种荧光团，可以选择对所述一种或多种荧光团发出的光敏感的光检测器38。光检测器38可以对两个或更多个波长范围敏感，如光检测器对鲁米诺-氧化剂反应2发出的波长范围敏感并对荧光团暴露在来自鲁米诺-氧化剂反应2的光或来自另外荧光团的光下时发出的波长范围敏感。

在图3的相对简单的装置中，光检测器38是光电二极管54并连接到包含放大器66和显示器或警报器68的信号处理模块64上。

放大器电路70放大来自一个二货多个光电二极管46的信号。图5显示图4的放大器电路70的平面和侧视图。光电二极管54如上论述配有滤光器60。作为图6包括图4和5的放大器的零件单。当检测到的在450纳米范围内的光16到达报警阈值时，放大器70的输出可操纵灯或声音警报以警告患者。图4至6的简单放大器电路不考虑在450纳米范围内的环境光16的基线；但是，可以用电位计72调节该装置的报警阈值。如图4和5所示的简单光检测器38可以不与分配器一起使用，在这种情况下患者将鲁米诺4、氧化剂6和碱12手动添加到水8中。

图7至11图解更复杂的检测装置。在图7的示意图中，光检测器38包括构造成如带通滤光器60那样检测在450纳米+/- 40纳米范围内的光16的光电二极管54。光检测器38响应光电二极管检测到的450纳米范围光16生成光检测器信号76。光检测器信号具有一定值，通过到达（impinging）光电二极管54的光16的亮度、持续时间或两者测定光检测器信号的值的量级。光检测器38可操作地连接到微处理器74上。微处理器74也连接到计算机存储器78、显示器68、端口80和网络接线82上。用于操作该装置的程序存储在计算机存储器78中，其也构造成响应来自微处理器74的命令的存储数据。电源向该装置供电，其可以由电池或线路电源供电。构造微处理器74以在显示器68上显示结果。可通过端口80下载存储在计算机存储器78中的数据。计算机存储器78中存在的程序也可以通过端口80上载。

通过图8的流程图图解图7的微处理器控制装置的运行。微处理器74接收来自致动器36的命令以引发试验84。微处理器74命令执行器50冲洗马桶10并在马桶10中再注入水8。微处理器74命令（步骤86）执行器50打开阀，在进水中充入鲁米诺4、氧化剂6和碱12。水8现在准备好用于该试验。

从图8的步骤88，光检测器38生成与光电二极管54在患者排便或排尿到马桶10中之前的“第一时间”检测到的450纳米范围的光16对应的光检测器信号76。在步骤90中，微处理器74将在第一时间接收到的光检测器信号76存储为背景信号以指示环境光16和来自非血红蛋白催化的鲁米诺-氧化剂反应2的任何背景光16。背景光16的记录考虑到来自之前用在马桶10上的含漂白剂的家用清洁剂或来自任何其它污染物的任何名义上的鲁米诺4化学发光。在图8的步骤92中，微处理器74咨询系统时钟以计数预定时长以便患者排尿或排便到马桶10中和允许鲁米诺-氧化剂反应2发生。在该预定时长结束时，微处理器74记录光检测器信号76作为样品信号94。

作为图8的步骤92的第一替代方案，微处理器74可等待致动器36的第二次启动以接收和记录来自光检测器38的样品信号94。作为图8的步骤92的第二替代方案，微处理器74可以将光检测器信号76连续记录到计算机存储器78中，步骤92的时间经过或患者启动致动器36或第一时间后的时长或检测到的光检测器信号的值规定记录样品信号94的“第二时间”。

微处理器74将所述“第二时间”期间接收到的来自光检测器38的光检测器信号76作为“样品信号”记录94到计算机存储器78中。该样品信号对应于患者在马桶10中排尿和/或排便后和发生反应2（如果有的话）时检测到的来自马桶10的光16的亮度。

在图8的步骤96中，微处理器74接下来将患者排尿或排便到制好的水8中后的第二时间收集到的样品信号与患者排尿或排便之前的第一时间收集到的背景信号进行比较。450纳米范围内的光16的水平从第一时间到第二时间的任何提高被认为归因于马桶10的水8中的鲁米诺-氧化剂反应2。在图8的步骤98中，微处理器74将结果记录到计算机存储器78中。

为了减少假阳性结果，微处理器74可构造成只有在样品信号超过背景信号大于预定量或统计显著量时才报道阳性结果。微处理器可构造成统计评估多次取样事件的多个结果并只有在阳性结果如取样领域中已知的那样通过预定统计试验时才报道阳性结果。微处理器74可构造成抛弃或以其它方式扣减落在预定边界外的结果；例如，如果光检测器38在样品信号记录过程中检测到过量的在目标波长范围外的光16，表明取样信号被环境光16污染。

如图8的步骤100所示，如果检测装置配有显示器68，微处理器74可以使结果呈现给患者。微处理器74可构造成二进制测定（binary determination）是否存在血并将是或否的测定结果传达给患者。

微处理器74可构造成不仅二进制测定归因于鲁米诺-氧化剂反应2的光16是否增加，还检测归因于鲁米诺-氧化剂反应2的亮度的分度差（graduated differences）。亮度差可能对应于尿液或粪便中存在的不同血量。在这种构造中，微处理器74测定在样品信号中在第二时间记录的光16的亮度是否大于背景信号至检测阈值并将在高于检测阈值的检测到的光16的亮度变化与参考标准相比较。构造微处理器74以使用显示器68向患者显示是否不存在血、存在少量血还是大量血。微处理器74可构造成作为一系列分度增量（graduated increment）向患者显示结果。分度增量的显示可以呈现如常用于指示无线电话信号强度的平行格形式。分度增量的显示可以呈现如图13和14所示的一系列LED灯的形式。如果马桶10的水8中的血结果为阳性，患者可以咨询其医师确定是否适合进一步行动。

患者可以将该检测装置带给其医师，医师可以将装置106经端口80连接到计算机上。在图8的步骤102中，微处理器允许医师的计算机经端口80从计算机存储器78获得背景信号和取样信号。或者，患者可以将背景信号和取样信号加载到外部计算机存储器，如闪存中并亲身将该外部存储器带给医师。如步骤104所示，微处理器74可接入网络连线82以经网络，如局域网、广域网、互联网或无线通信网络将结果传达给患者、医师、其它保健提供者或其它指定人员。

作为图8的方法的简化替代方案，可以去除步骤90至96。在患者在马桶10中排尿或排便之前或之后，在步骤86中，微处理器74命令该装置分配鲁米诺4、碱12和氧化剂6。关闭马桶盖118且位于马桶盖118下侧上或以其它方式指向马桶10的定向光电二极管54生成与从马桶10中的鲁米诺-氧化剂反应2检测到的光16对应的信号。微处理器74如步骤90所示记录结果。微处理器还可以进行如上所述的步骤100至104。

作为图8的方法的第二种简化替代方案，去除步骤86和步骤90至96。在患者在马桶10中排尿或排便之前或之后，患者将鲁米诺4、碱12和氧化剂6手动添加到马桶10中的水8中。关闭马桶盖118且位于马桶盖118下侧上或以其它方式指向马桶10的定向光电二极管54生成与从马桶10中检测到的光16对应的信号。微处理器74如步骤98所示记录结果。微处理器还可以进行如上所述的步骤100至104。

作为图8的方法的第三种简化替代方案，在患者在马桶10中排尿或排便之前或之后，患者将鲁米诺4、碱12和氧化剂6手动添加到马桶10中的水8中。关闭马桶盖118且位于马桶盖118下侧上或以其它方式指向马桶10的定向光电二极管54生成基于从马桶10中检测到的光的信号。放大器66放大信号，且显示器或警报器68，如一组分级光（graduated lights）向患者显示结果。

图9-11图解本发明的装置的实施方案。图9图解检测装置的一个实施方案。外壳106容纳电源108、微处理器74、计算机存储器78、显示器68、端口80和网络连线82。光电二极管54通过线110连接到微处理器74上。端口80出现在外壳106上。外壳106包括显示器68。外壳106包括致动器36。致动器36可操作地连接到微处理器74上。致动器36可以是按钮、触摸屏、拨号盘、一系列按钮或本领域中已知的任何其它控制器。当在测试事件过程中第一次启动致动器36时，致动器36的启动引发图8的步骤84和图8所示的事件序列。分配器30包括装在马桶水箱35内的储器34。一个储器34含有鲁米诺4和碱12，另一个储器34含有氧化剂6。储器34配有阀112，其可以是电磁阀并可操作地连接到微处理器74上。分配器30允许该装置应患者的命令或自动地将鲁米诺4、氧化剂6和碱12之一或全部添加到马桶水箱35和因此马桶水8中。或者，可以设定储器34的位置以将鲁米诺4、氧化剂6和碱12直接分配到马桶10中的水8中。

图10显示安装在马桶114上的图9的装置。马桶114具有含有水8的桶10。马桶114具有座圈40和马桶盖118。座圈40和马桶盖118在打开和关闭位置之间各自围绕铰链120旋转。光检测器38——其可以是一对光电二极管54，安装到马桶座圈40的下侧122。构造光电二极管54以在马桶座圈40处于关闭位置时接收来自马桶10的方向的光16。光电二极管54通过线110连向装在外壳106中的微处理器74。外壳106还含有电源108、计算机存储器78、显示器68和端口80。外壳106可置于任何方便的位置，如马桶114的水箱35上或如置于台子或柜子上。

图11图解另一实施方案，其中将光电二极管54和外壳106并入马桶座圈40中。在图11的实施方案中，图9所示的装置的所有部件并入马桶座圈40中。或者，光检测器38可连接到或并入马桶盖118中。

该检测装置可以不安装到马桶114上，而是手持计算装置，如“智能电话”。图12图解利用手持计算装置的本发明的方法。如步骤124所示，患者通过添加鲁米诺4、氧化剂6和碱12而准备马桶10中的水8以开始试验。患者接下来如步骤126所示启动该手持计算装置的应用。该应用是存储在装置存储器中并运行该手持装置的微处理器的程序。或者，该程序可存储在服务器计算机上并可以在该应用每次运行时由该手持装置经计算机网络下载。

在该装置提示时并如图12的步骤128所示，患者使用该手持装置的内置照相机在“第一时间”拍摄马桶10内部的照片。“第一时间”拍摄的照片指示在添加鲁米诺4、氧化剂6和碱12之后和在马桶10中排尿或排便之前马桶10的光16状况。该手持装置通过使用传统技术电子过滤检测到的450纳米波长的光16而分析该照片。如图12的步骤130所示，该手持装置将在第一时间在450纳米波长下检测到的光16的亮度值存储为“背景信号”。

如图12的步骤132所示，患者排尿或排便到含有马桶10的水8的马桶10中。在该手持装置提示时，如步骤134所示，患者在第二时间拍摄马桶10内部的第二张照片。该手持装置过滤在第二时间拍摄的照片以获得在450纳米波长的光16。第二张照片可以是具有持续时间的视频，且第二时间可以延续该持续时间。该手持装置的微处理器将在第二时间的450纳米波长的光16与在第一时间检测到的光16相比较。如步骤136所示，该手持装置测定在第二时间的光16是否比在第一时间的光16亮。如果该手持装置在第二时间检测到更多在450纳米波长的光16，该装置断定在马桶10中存在血。如图13的步骤138所示，该手持装置将结果报告给患者。该手持装置随后可以删除这两张照片。任选地，如图12的元件140所示，该装置可以打电话或发电邮告诉患者的医师该结果。该手持装置可以拍摄视频而非静态照片。该手持装置还可以收集在第一和第二时间的图像数据而非以照片或视频形式记录或显示数据。

图13A至13D和14A至14F是图3的光检测器38、放大器66和显示器68的备选电路图。图13A-D和14A-F的电路提供检测归因于鲁米诺-氧化剂反应2的亮度的分度差的光检测器36电路的实例。亮度差对应于尿液或粪便中存在的不同血量。图13A-D和14A-F的光检测器36是电池供电（CON1）器件（光度计），其中光电二极管（D9）将入射光转化成电流。图13A至D上从0.1至1 Lux和图14A至F上从0.02 Lux至l Lux的光（电流）量分别通过一系列二极管（D1至D4）和（D1至D8）显示在图13A-D和图14A-F上。图13A和13B显示接在元件“A”上的单一电路。图14A和14B是接在元件“B”和“C”上的单一电路。

图15是从设备供应商或制造商的角度出发的本发明的方法的流程图。在步骤142中，供应商或制造商提供光检测器装置36。该装置如上所述构造。供应商或制造商还提供关于使用者应如何使用该装置检测尿液或粪便中的血液的说明书。本发明的其它方面如上所述。

编号元件单

反应2

鲁米诺4

氧化剂6

水8

马桶10

碱12

铁14

光16

分配器30

片剂、粉剂、溶液和悬浮液32

多个储器34

马桶水箱35

致动器36

光检测器38

马桶座圈40

手动控制器42

构造成检测马桶座圈44上的重量的控制器

构造成检测所述马桶座圈的位置变化的控制器46

构造成检测使用者存在的控制器48

执行器50

电磁阀52

光电二极管54

电荷耦合器件56

有源像素传感器58

带通滤光器60

410纳米至490纳米的光的波长范围62

信号处理模块64

放大器66

显示器或警报器68

放大器单路70

电位计72

微处理器74

光检测器信号76

计算机存储器78

端口80

网络连线82

说明书

外壳106

电源108

线110

分配器30

储器34

阀112

马桶114

马桶盖118

铰链120

下侧122

说明书144

Claims (26)

1.检测尿液中或粪便上的血液的装置，所述装置包含：光检测器，所述光检测器构造成检测由马桶中的水中的铁催化的鲁米诺和氧化剂的反应发出的光，由此所述光检测器构造成在马桶中的水中在碱性条件下与所述鲁米诺和所述氧化剂一起存在血液时检测来自血液中的血红素的所述铁。

2.权利要求1的装置，其中所述光检测器构造成检测所述光的波长范围，所述光的所述波长范围对应于由所述铁催化的所述鲁米诺和所述氧化剂的所述反应发出的所述光的所述波长范围，或其中所述光的所述波长范围对应于在所述马桶中的所述水中当荧光团被由所述铁催化的所述鲁米诺和所述氧化剂的所述反应发出的所述光激发时由所述荧光团发出的所述光的波长范围。

3.权利要求1的装置，其中所述光检测器构造成检测所述光的波长范围，所述光的所述波长范围对应于在所述马桶的所述水中由所述铁催化的所述鲁米诺和所述氧化剂的所述反应发出的所述光的所述波长范围，所述光检测器构造成不检测在所述马桶的所述水中由所述铁催化的所述鲁米诺和所述氧化剂的所述反应发出的所述光的基本上所述波长范围外的所述光。

4.权利要求1的装置，所述装置进一步包含：显示器，所述显示器构造成显示所述检测器是否已检测到所述光。

5.权利要求2的装置，其中所述光检测器选自光电二极管、电荷耦合器件和有源像素传感器。

6.权利要求2的装置，所述装置进一步包含：

a. 微处理器，所述微处理器可操作地连接到所述光检测器上，所述光检测器构造成响应所述检测到的光生成光检测器信号，所述光检测器信号具有一定值，所述值对应于所述光的亮度，所述微处理器构造成接收所述光检测器信号；

b. 计算机存储器，所述计算机存储器可操作地连接到所述微处理器上，所述微处理器构造成将所述光检测器信号存储在所述计算机存储器中。

7.权利要求6的装置，其中所述微处理器构造成在第一时间接收所述光检测器信号，所述第一时间的所述光检测器信号规定背景信号，所述背景信号对应于所述第一时间的所述光的所述亮度，所述微处理器构造成在第二时间接收所述光检测器信号，所述第二时间的所述光检测器信号规定样品信号，所述第二时间的所述光检测器信号对应于所述第二时间的所述光的所述亮度，所述第二时间在所述第一时间后，所述第一时间被选为在所述马桶中的所述水中存在所述鲁米诺、所述氧化剂和碱但在所述马桶中的所述水中不存在粪便或尿液时的时间，且其中所述第二时间被选为在所述第一时间后在所述马桶中的所述水中存在所述鲁米诺、所述氧化剂和所述碱且另外在马桶中的水中存在粪便或尿液时的所述时间，所述微处理器构造成将所述样品信号和所述背景信号存储在所述计算机存储器中。

8.权利要求6的装置，其中所述微处理器构造成将所述样品信号与所述背景信号相比较，所述微处理器构造成测定所述样品信号是否超过所述背景信号以规定结果，所述结果在于如果所述样品信号超过所述背景信号大于预定量，在尿液或粪便中检测到血，所述结果在于如果所述样品信号未超过所述背景信号大于所述预定量，在尿液或粪便中没有检测到血。

9.权利要求8的装置，所述装置进一步包含：可操作地连接到所述微处理器的显示器，所述显示器构造成向所述使用者显示所述结果。

10.权利要求8的装置，其中所述微处理器构造成测定所述样品信号是否超出所述背景信号多个分度增量的任一个以进一步规定所述结果，所述多个分度增量对应于尿液或粪便中存在的分度血量。

11.权利要求10的装置，其中所述微处理器构造成向所述使用者报告所述结果。

12.权利要求8的装置，其中所述微处理器构造成连至网络，所述网络是局域网、广域网、互联网或无线通信网络之一，所述微处理器构造成经所述通信网络传送所述结果。

13.权利要求1的装置，所述装置进一步包含：分配器，所述分配器构造成将一定量的所述鲁米诺、所述氧化剂和碱分配到马桶中的水中，所述量足以使所述鲁米诺在马桶水中高于预定浓度的血存在下发光。

14.权利要求13的装置，其中所述鲁米诺、所述氧化剂和所述碱为选自片剂、粉剂、囊剂、溶液和悬浮液的形式。

15.权利要求13的装置，其中所述分配器具有多个储器，所述多个储器构造成含有所述鲁米诺、所述氧化剂和所述碱，所述分配器具有在所述马桶中的所述水中充入所述鲁米诺、所述氧化剂和所述碱的构造。

16.权利要求15的装置，其中用于充入所述水的所述分配器的所述构造包含：

a. 致动器，所述致动器可由使用者操作；

b. 执行器，所述执行器可操作地连接到所述致动器上，所述执行器构造成在由所述使用者启动所述致动器时将所述鲁米诺、所述氧化剂和所述碱分配到所述水中。

17.权利要求16的装置，其中所述致动器选自手动控制器、构造成检测马桶座圈上的重量的控制器、构造成检测所述马桶座圈的位置变化的控制器和构造成检测使用者存在的控制器。

18.权利要求16的装置，所述装置进一步包含：冲水马桶，所述冲水马桶包括马桶，所述致动器是冲水致动器，所述冲水致动器构造成在由所述使用者启动所述冲水致动器时将所述冲水马桶冲水，所述执行器在所述冲水致动器启动后在所述马桶中再充入所述水后将所述鲁米诺、所述氧化剂和所述碱分配到所述马桶中的所述水中。

19.检测马桶中的水中的尿液或粪便中的血液的方法，所述方法包括：

a. 提供光检测器，所述光检测器构造成检测在所述马桶中的所述水中存在血时在足够碱性的条件下由马桶中的水中的血中存在的铁催化的鲁米诺和氧化剂的反应在马桶中的水中发出的光；

b. 提供说明书，所述说明书指导使用者：

i. 将所述鲁米诺和所述氧化剂添加到水中；

ii. 将尿或粪便添加到水中；和

iii. 采用所述光检测器测定是否检测到所述光。

20.权利要求19的方法，其中所述光检测器构造成响应在第一时间和第二时间的所述检测到的光生成光检测器信号，所述光检测器信号具有一定值，所述值对应于所述光的亮度，在所述第一时间的所述光检测器信号规定背景信号，所述背景信号对应于在所述第一时间的所述光的所述亮度，在所述第二时间的所述光检测器信号规定样品信号，所述样品信号对应于在所述第二时间的所述光的所述亮度，所述第二时间在所述第一时间后，所述第一时间被选为在将所述鲁米诺和所述氧化剂添加到所述水中之后和在将粪便或尿液添加到水中之前，所述第二时间在所述第一时间后并在将粪便或尿液添加到水中后。

21.权利要求20的方法，其中所述光检测器构造成将所述样品信号与所述背景信号相比较以规定结果，当所述样品信号的所述值超过所述背景信号的所述值大于预定量时，尿液或粪便中的血的所述结果呈阳性，当所述样品信号未超过所述背景信号大于所述预定量时，尿液或粪便中的血的所述结果呈阴性。

22.权利要求21的方法，其中所述光检测器进一步包含可操作地连接到所述光检测器上的微处理器和可操作地连接到所述微处理器上的计算机存储器，所述微处理器构造成将所述样品信号和所述背景信号相比较以规定所述结果。

23.权利要求22的方法，其中所述微处理器构造成向所述使用者显示所述结果。

24.权利要求23的方法，其中所述微处理器构造成可操作地连至网络，所述网络选自局域网、广域网、互联网或无线通信网络，所述微处理器构造成经所述网络传送所述结果。

25.权利要求19的方法，所述说明书指示所述使用者将所述鲁米诺和所述氧化剂添加到水中，其包括：指示所述使用者启动分配器，所述分配器构造成将有效量的所述鲁米诺、有效量的所述氧化剂和有效量的碱分配到马桶中的水中。

26.权利要求19的方法，其中所述说明书指示所述使用者在所述将粪便或尿液添加到水中后将所述鲁米诺和所述氧化剂添加到水中。