CN106137263B - 一种基于云端分析技术的排卵测定仪及其测定方法 - Google Patents

一种基于云端分析技术的排卵测定仪及其测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种基于云端分析技术的排卵测定仪及其测定方法涉及一种排卵检测分析方法。包括设备终端和云计算服务器，设备终端包括机体、机体控制单元、传感探头和锂电池电源；所述机体控制单元包括与温度计算模块相连的温度检测模块、与电导率计算模块相连的电导率检测模块、依次相连的数据压缩模块和数据传输模块、以及数据接收模块；温度计算模块和电导率计算模块分别与数据压缩模块相连；机体控制单元通过数据传输模块和数据接收模块与云计算服务器相联；传感探头与温度检测模块以及电导率检测模块相连；云计算服务器具有依次相连的信息特征提取模块、信息特征匹配模块、趋势判决模块和发送模块。本发明预测结果更加稳定。

Description

一种基于云端分析技术的排卵测定仪及其测定方法
技术领域
本发明一种基于云端分析技术的排卵测定仪及其测定方法涉及一种排卵检测分析方法。
背景技术
国外进行了唾液和宫颈粘液测量其电阻反映排卵时间的研究，该研究将电极探头插入和阴道进行电阻值测量，并采用血清LH分析作为对照，在对13个受试者18个月的月经进行测量后（10例为接受人工受精患者，其他为自愿受试者）认为在排卵的当天LH出现峰值，而内宫颈粘液的电阻值呈现最小值，而在排卵前5到6天口腔内唾液的电阻值呈现最大值，我国山东医科大学的邱秀光等对唾液和宫颈粘液的电阻值进行了研究，肯定了这种方法。但此方法比较复杂，且个人无法自行进行。
基础体温(BBT)是假定醒来时不作任何活动，立即测量所测的体温。它反映了机体在完全静息状态的体温。卵巢功能正常的女性，由于每个月经周期中卵巢内有一个卵泡成熟并排卵，继而形成黄体。排卵前的卵泡产生的雌激素，排卵后的卵泡主要产生孕激素。孕激素有致热作用，通过体温调节中枢使用体温升高0.3-0.5℃，形成双相型体温。当血清中的乳酮浓度达到12.72nmol/L以上时，体温则明显升高，而且体温上升与黄素化时间相一致。因此，育龄妇女通过BBT是能够客观反映出卵巢的排卵和黄素化过程。但目前的测定仪无法对用户的历史测量进行了统筹分析，因此预测结果不稳定，对于指导女性自然方法避孕以及选择最佳受孕期仍有很多不足之处。
发明内容
本发明的目的在于克服现有检测方法的不足，提供了一种基于云端分析技术的排卵测定仪及其测定方法，是一种以云计算服务器作为数据处理中心，拥有强大运算能力和存储空间的下一代排卵测定仪，提高预测排卵的准确性和稳定性。
本发明是采取以下技术方案实现的：
基于云端分析技术的排卵测定仪包括设备终端和云计算服务器，设备终端包括机体、机体控制单元、传感探头和锂电池电源；在机体外部设有显示屏和按键，机体内部设有机体控制单元和锂电池电源；显示屏和按键分别与机体控制单元相连；
锂电池电源为显示屏、传感探头和机体控制单元提供电能；
所述显示屏用于显示操作提示，检测结果和历史检测结果等信息；
所述按键用于测定仪的开关机，检测流程控制和信息查看；
所述机体控制单元包括与温度计算模块相连的温度检测模块、与电导率计算模块相连的电导率检测模块、依次相连的数据压缩模块和数据传输模块、以及数据接收模块；温度计算模块和电导率计算模块分别与数据压缩模块相连；
机体控制单元通过数据传输模块和数据接收模块与云计算服务器相联；
传感探头与温度检测模块以及电导率检测模块相连；
所述传感探头包括四个检测电极，分别是一个NTC传感电极、一个交流信号输出电极和两个交流信号输入电极；NTC传感电极的阻值，会随着温度变化而变化。
温度检测模块和温度计算模块由第一单片机控制；温度检测模块对传感器探头的NTC传感电极的电压信号进行采样后将采样值输出给温度计算模块；温度计算模块转换计算后得到基础体温，并将该基础体温值输出给数据压缩模块，同时将基础体温值按日期存储在第一单片机的Flash中；所述第一单片机采用市售的BH66F5233型号的单片机，BH66F5233单片机内含24位高精度数模转换器。
电导率检测模块和电导率计算模块由第二单片机控制，电导率检测模块对唾液进行采样，并将采样值输出给电导率计算模块，电导率计算模块将采样值转换为电导率后输出给数据压缩模块，同时将电导率按日期存储于第二单片机的Flash中；所述第二单片机采用市售的HT66F0185型号单片机。
所述机体控制单元采用单片机作为显示屏、按键以及数据压缩模块的控制芯片；所述单片机采用市售的NRF52832单片机；
数据压缩模块对传来的电导率和基础温度按照通讯协议封包压缩，封包压缩后的数据输出给数据传输模块；
数据传输模块和数据接收模块采用GPRS模块，数据传输模块将数据压缩模块的封包压缩数据上传到云计算服务器；数据接收模块用于接收云计算服务器下发的预判数据，并将预判数据输出给单片机，由单片机控制显示屏显示检测结果；所述GPRS模块采用市售的Neoway的M680通信模块。
云计算服务器具有依次相连的信息特征提取模块、信息特征匹配模块、趋势判决模块和发送模块。
信息特征提取模块对数据传输模块传来的压缩数据进行解压分析，将解压分析得到的基础体温和唾液电导率输出给信息特征匹配模块。
信息特征匹配模块对基础体温和唾液电导率作分析，进行大数据模型匹配，并将匹配结果传送到趋势判决模块进行预测判定。
趋势判决模块将判定结果通过发送模块下发到数据接收模块。
基于云端分析技术的排卵测定仪的测定方法，包括以下步骤：
1）温度检测模块将NTC传感电极的阻值转换为电压信号，并对电压信号进行AD采样后将采样值输出给温度计算模块。温度计算模块根据电阻分压原理，将电压信号信号转换为电阻值，并将根据计算公式得到基础体温；温度计算模块将基础体温值输出给数据压缩模块，同时将基础体温值按日期存储于第一单片机的Flash中；
2）电导率检测模块在传感探头的交流信号输出电极上施加双极性方波脉冲，同时对两个交流信号输入电极的输入信号进行AD采样；将得到的采样值输出给电导率计算模块，使用步骤1）中得到的基础体温对唾液电导率进行温度补偿，得出最终的唾液电导率，电导率计算模块将电导率输出给数据压缩模块，同时将电导率按日期存储于第二单片机的Flash中；
3）数据压缩模块将步骤1）和步骤2）获取的基础体温和唾液电导率进行组包压缩，通过数据传输模块传输至云计算服务器；
4）云计算服务器中的信息特征提取模块对封包压缩的数据解析后得到基础体温和唾液电导率，信息特征匹配模块对基础体温和唾液电导率进行大数据模型匹配并由趋势判决模块根据信息特征匹配模块的输出结果进行最终预测判定，云计算服务器将预测判定结果通过发送模块下发给终端设备的数据接收模块。
步骤1）中的温度采样以及检测基础体温的方法，包括以下步骤：
1-1）温度检测模块对传感探头的NTC传感电极进行n次连续AD采样；
1-2）丢弃n次采样中的最大和最小采样值；
1-3）对剩余的n - 2次采样取平均值计算得到温度值
1-4)将步骤1-3)得到的温度值Ad根据电阻分压原理转换为电阻值Rt；
1-5) 将步骤1-4)得到的电阻值Rt代入多项式拟合三次曲线公式：
得到基础体温，精度能达到±0.01℃；
1-6）根据检测日期存储到BH66F5233单片机的Flash中；
所述n≥5。
步骤2）中进行AD采样以及唾液电导率的取得方法，包括以下步骤：
2-1）电导率检测模块在传感探头的交流信号输出电极上施加双极性方波脉冲，使交流信号输出电极输出双极性方波信号；
2-2）电导率计算模块对两个交流信号输入电极的输入信号即电压信号进行AD采样；
2-3）电导率计算模块对两个输入电极的电压信号作加权平均除理,并存储采样值；
2-4）重复n次步骤（a）到步骤（c），所述n≥5；
2-5）丢弃n次采样值中的最大和最小值，对剩余的n - 2次采样取平均值 ，将并代入公式：
得到补偿前的唾液电导率，式中
, ，为唾液电导系数，取值2473.32 (对33名孕龄期女性进行唾液试验后得到)，Rc为反馈电阻常值(10 KΩ，由设计电路决定)，Vinput为输入交流方波信号的电压平均值，所述n≥5；
2-6）步骤2-5）中所得的补偿前的唾液电导率代入温度补偿公式,替换：
得到最终温度补偿后的唾液电导率,式中
为温度补偿系数，取值0.142（对33名孕龄期女性进行唾液试验后得到），是基础体温为时补偿前的唾液电导率，k0为首次使用该方法检测出的唾液电导率值（首次使用时将不作温度补偿）；
2-7）将唾液电导率根据检测日期存储到第二单片机的Flash中。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、实现了一次性同时采集口腔唾液电导率和基础体温；
2、数据上传至云计算服务器，给实现大数据分析提供了机会；
3、以云计算服务器的强大数据处理分析能力进行统计分析，结果更准确稳定；
4、使用过程中只需将传感探头放入口腔舌头下方即可开始测量，极大方便了用户的使用。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1 是本发明的结构原理框图；
图2 是本发明的唾液电导率检测模块示意图；
图3是电阻值和温度值拟合曲线以及每个电阻值在曲线上的离散值分布。
图中：1、机体控制单元，2、传感探头，3、显示屏，4、按键，5、温度检测模块，6、温度计算模块，7、电导率检测模块，8、电导率计算模块，9、数据压缩模块，10、锂电池电源，11、数据传输模块，12、数据接收模块，13、信息特征提取模块，14、趋势判决模块，15、发送模块，16、信息特征匹配模块。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参照附图1，基于云端分析技术的排卵测定仪包括设备终端和云计算服务器，设备终端包括机体、机体控制单元1、传感探头2和锂电池电源10；在机体外部设有显示屏3和按键4，机体内部设有机体控制单元1和锂电池电源10；显示屏3和按键4分别与机体控制单元1相连；
所述机体控制单元1包括与温度计算模块6相连的温度检测模块5、与电导率计算模块8相连的电导率检测模块7、依次相连的数据压缩模块9和数据传输模块11、以及数据接收模块12；温度计算模块6和电导率计算模块8分别与数据压缩模块9相连；
机体控制单元1通过数据传输模块11和数据接收模块12与云计算服务器相联；
传感探头2与温度检测模块5以及电导率检测模块7相连；
所述传感探头2包括四个检测电极，分别是一个NTC传感电极、一个交流信号输出电极和两个交流信号输入电极；
云计算服务器具有依次相连的信息特征提取模块13、信息特征匹配模块16、趋势判决模块14和发送模块15。
使用者在醒来时不作任何活动，将传感探头2连接至机体主控单元1后，将传感探头2放入口腔舌头下方，按下按键4，即开始进行基础体温和唾液电导率的检测，具体步骤如下：
（1）温度检测模块5对NTC传感电极进行温度采样，检测基础体温并根据日期进行存储；
（2）电导率检测模块6在输出电极上施加双极性方波脉冲，同时对两个电极输入的输入信号进行AD采样，最后使用基础体温对电导率进行温度补偿，得出最终的唾液电导率，并根据日期进行存储；
（3）数据压缩模块9将检测到基础体温和唾液电导率进行组包压缩，通过数据传输模块11传输至云计算服务器，信息提取模块13对检测数据进行提取并通过信息匹配模块16进行大数据模型匹配，趋势判决模块14根据最终的匹配结果进行预测判定，云计算服务器将预测判定结果通过发送模块13下发给终端设备的数据接收模块12。
其中步骤（1）包含以下步骤：
（a）进行5次连续AD采样；
（b）丢弃5次采样中的最大和最小采样值；
（c）对剩余的3次采样取平均值计算得到温度值
；
（d) 将步骤（c)得到的Ad根据电阻分压原理转换为电阻值Rt；
（e) 将步骤（d)得到的电阻值Rt代入多项式拟合三次曲线公式，
得到基础体温，精度可达到±0.01℃；
（f）根据测量日期存储于第一单片机的Flash中。
使用查表法得到的温度值的分辨率为±1℃，一般采用线性插值法由Rt作为自变量代入两个阻值和温度的对应关系构成的插值公式计算出Rt对应的温度值，但是NTC随温度的变化并非线性，这就导致使用线性插值法会带来一定的误差。
本实施采用多项式拟合曲线的方式，更好的解决了这一问题。设定正常体温范围为32℃-42℃，以此温度段的电阻值作为自变量，温度值作为因变量进行三次曲线拟合，图3所示为拟合后的曲线以及每个电阻值在曲线上的离散差值,从图中可以看出离散差值远小于±0.01。
其中步骤（2）中电导率检测模块的执行的流程图如图2所示：
（a）交流信号输出电极输出100HZ的双极性方波信号；
（b）两个交流信号输入电极的输入信号经过整流滤波和信号放大，最后由模数转换采集为数字电压信号；
（c）对两个交流信号输入电极的电压信号作加权平均除理,并存储采样值；
（d）重复5次步骤（a）到步骤（c）；
（e）丢弃5次采样值中的最大和最小值，对剩余的3次采样取平均值 ，将并代入公式，
得到补偿前的唾液电导率，式中
, ，为唾液电导系数(对33名孕龄期女性进行唾液试验后得到，取值2473.32)，Rc为反馈电阻常值(10 KΩ，由设计电路决定)，Vinput为输入交流方波信号的电压平均值；
（f） 将代入温度补偿公式,替换：
得到最终温度补偿后的唾液电导率,式中
为温度补偿系数（对33名孕龄期女性进行唾液试验后得到，取值0.142），是基础体温为时补偿前的唾液电导率，k0为首次使用该方法检测出的唾液电导率值（首次使用时将不作温度补偿）；
（g）将唾液电导率根据日期存储在第二单片机的Flash中。
本发明充分发挥了云计算服务器在运算强度和数据挖掘能力上的优越性，具有准确性、稳定性和附加诊断信息的巨大优势。
传统排卵检测仪通常是大型医用影像设备或者试纸的方式检测是否排卵，而本发明将这一过程分解为2段式的分布式处理，分别在设备终端和云计算服务器完成。这种方式，将受益于远端云计算服务器的的强大计算能力，可以去更多数据进行统计分析，从而可以提供更精确、稳定的结果以及更加丰富的测量反馈信息。
在本发明中，设备终端计内置的控制单元只需完成初步处理基础体温和唾液电导率数据的采集和传输，使用GSM/GPRS网络将数据发送至远程的云计算服务器；云计算服务器将本次的检测同历史测量数据进行组合分析，并通过复杂度更高的人工智能算法进行模型匹配，在得到预测结果后，云计算服务器将预测结果发送至设备终端，由设备终端以显示屏的方式呈现给用户。

Claims (5)

1.一种基于云端分析技术的排卵测定仪，其特征在于：包括设备终端和云计算服务器，设备终端包括机体、机体控制单元、传感探头和锂电池电源；在机体外部设有显示屏和按键，机体内部设有机体控制单元和锂电池电源；显示屏和按键分别与机体控制单元相连；
锂电池电源为显示屏、传感探头和机体控制单元提供电能；
所述显示屏用于显示操作提示，检测结果和历史检测结果信息；
所述按键用于测定仪的开关机，检测流程控制和信息查看；
所述机体控制单元包括与温度计算模块相连的温度检测模块、与电导率计算模块相连的电导率检测模块、依次相连的数据压缩模块和数据传输模块、以及数据接收模块；温度计算模块和电导率计算模块分别与数据压缩模块相连；
机体控制单元通过数据传输模块和数据接收模块与云计算服务器相联；
传感探头与温度检测模块以及电导率检测模块相连；
所述传感探头包括四个检测电极，分别是一个NTC传感电极、一个交流信号输出电极和两个交流信号输入电极；
温度检测模块和温度计算模块由第一单片机控制；
电导率检测模块和电导率计算模块由第二单片机控制；
所述机体控制单元采用单片机作为显示屏、按键以及数据压缩模块的控制芯片；
数据压缩模块对传来的电导率和基础温度按照通讯协议封包压缩，封包压缩后的数据输出给数据传输模块；
数据传输模块和数据接收模块采用GPRS模块，数据传输模块将数据压缩模块的封包压缩数据上传到云计算服务器；数据接收模块用于接收云计算服务器下发的预判数据，并将预判数据输出给单片机，由单片机控制显示屏显示检测结果；
云计算服务器具有依次相连的信息特征提取模块、信息特征匹配模块、趋势判决模块和发送模块；
信息特征提取模块对数据传输模块传来的压缩数据进行解压分析，将解压分析得到的基础体温和唾液电导率输出给信息特征匹配模块；
信息特征匹配模块对基础体温和唾液电导率作分析，进行大数据模型匹配，并将匹配结果传送到趋势判决模块进行预测判定；
趋势判决模块将判定结果通过发送模块下发到数据接收模块。
2.根据权利要求1所述的基于云端分析技术的排卵测定仪，其特征在于：温度检测模块对传感器探头的NTC传感电极的电压信号进行采样后将采样值输出给温度计算模块；温度计算模块转换计算后得到基础体温，并将该基础体温值输出给数据压缩模块，同时将基础体温值按日期存储在第一单片机的Flash中。
3.根据权利要求1所述的基于云端分析技术的排卵测定仪，其特征在于，电导率检测模块对唾液进行采样，并将采样值输出给电导率计算模块，电导率计算模块将采样值转换为电导率后输出给数据压缩模块，同时将电导率按日期存储于第二单片机的Flash中。
4.一种权利要求1所述的基于云端分析技术的排卵测定仪的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)温度检测模块将NTC传感电极的阻值转换为电压信号，并对电压信号进行AD采样后将采样值输出给温度计算模块；
温度计算模块根据电阻分压原理，将电压信号转换为电阻值，并将根据计算公式得到基础体温T0；温度计算模块将基础体温值输出给数据压缩模块，同时将基础体温值按日期存储于第一单片机的Flash中；
2)电导率检测模块在传感探头的交流信号输出电极上施加双极性方波脉冲，同时对两个交流信号输入电极的输入信号进行AD采样；将得到的采样值输出给电导率计算模块，使用步骤1)中得到的基础体温T0对唾液电导率进行温度补偿，得出最终的唾液电导率k0，电导率计算模块将电导率输出给数据压缩模块，同时将电导率按日期存储于第二单片机的Flash中；
3)数据压缩模块将步骤1)和步骤2)获取的基础体温T0和唾液电导率k0进行组包压缩，通过数据传输模块传输至云计算服务器；
4)云计算服务器中的信息特征提取模块对封包压缩的数据解析后得到基础体温T0和唾液电导率k0，信息特征匹配模块对基础体温T0和唾液电导率k0进行大数据模型匹配并由趋势判决模块根据信息特征匹配模块的输出结果进行最终预测判定，云计算服务器将预测判定结果通过发送模块下发给终端设备的数据接收模块,
步骤1)中的温度采样以及检测基础体温T0的方法，包括以下步骤：
1-1)温度检测模块对传感探头的NTC传感电极进行n次连续AD采样；
1-2)丢弃n次采样中的最大和最小采样值；
1-3)对剩余的n-2次采样取平均值计算得到温度值
1-4)将步骤1-3)得到的温度值Ad根据电阻分压原理转换为电阻值Rt；
1-5)将步骤1-4)得到的电阻值Rt代入多项式拟合三次曲线公式：
T0＝-4.571e-0.5Rt3+0.01216Rt2-1.369Rt+85.18
得到基础体温T0，精度能达到±0.01℃；
1-6)根据检测日期存储T0到BH66F5233单片机的Flash中；
所述n≥5。
5.根据权利要求4所述的基于云端分析技术的排卵测定仪的测定方法，其特征在于，步骤2)中进行AD采样以及唾液电导率k0的取得方法，包括以下步骤：
2-1)电导率检测模块在传感探头的交流信号输出电极上施加双极性方波脉冲，使交流信号输出电极输出双极性方波信号；
2-2)电导率计算模块对两个交流信号输入电极的输入信号即电压信号进行AD采样；
2-3)电导率计算模块对两个输入电极的电压信号作加权平均除理,并存储采样值；
2-4)重复n次步骤2-1)到步骤2-3)，所述n≥5；
2-5)丢弃n次采样值中的最大和最小值，对剩余的n-2次采样取平均值，将并代入公式：
得到补偿前的唾液电导率k0′，式中,
θ为唾液电导系数，取值2473.32，Rc为反馈电阻常值，Vinput为输入交流方波信号的电压平均值，所述n≥5；
2-6)步骤2-5)中所得的补偿前的唾液电导率k0′代入温度补偿公式,替换k′：
k0＝k′×(kt-k0)+k0
得到最终温度补偿后的唾液电导率k0,式中k′为温度补偿系数，取值0.142(对33名孕龄期女性进行唾液试验后得到)，kt是基础体温为T0时补偿前的唾液电导率，k0为首次使用该方法检测出的唾液电导率值，首次使用时将不作温度补偿；
2-7)将唾液电导率k0根据检测日期存储到第二单片机的Flash中。
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