CN106556552A - 一种检测尿液参数变化的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测尿液参数变化的方法及其系统，检测方法包括信号采集、预处理、分类、第一类(无尿滴下落)信号处理计算尿流速和尿量、第二类(有尿滴下落)信号的尿滴计数和尿密度计算、结果输出等步骤；检测系统包括在尿管上设置的尿液滴斗，在尿管外设置的2个驱动线圈和感应电动势电极，尿液流动切割驱动线圈磁力线产生感应电动势，驱动安装在尿液滴斗外部的电磁线圈，其磁场强度由磁隧道结检测放大后采集进入计算机，检测尿流速、尿量、尿密度等尿液参数的变化并输出显示。本发明采用一套集成的检测系统，用一个磁隧道结传感器的输出，同时测定多个尿液参数的变化情况，具有结构简单、成本较低、测量结果可靠等优点。

Description

一种检测尿液参数变化的方法及其系统

技术领域

本发明属于医学监测领域，尤其涉及一种检测尿液参数变化的方法及其系统。

背景技术

人体中尿液包含了人体健康的重要信息，通过对尿液参数进行监测，可以对临床诊断、判断疗效和预后都有重要的作用。

一般的尿常规分析通过采集尿样，可以对尿液中的物理参数和化学成分进行分析，这些分析可以获得采样当时的尿液参数，但不能连续分析较长时间段内尿液的参数。在临床医学特别是手术过程中，需要对人体的尿液参数进行监测。尿流速反映了人体单位时间内排出的尿液体积，尿量是在一段监测时间内人体排出的总的尿液体积，尿密度反映了尿液中含有的溶质的浓度。由于尿流速、尿量和尿密度的变化在一定程度上反映了人体的肾功能，因此临床上监测这几个尿液参数的变化具有重要的作用。

现有的技术一般是采用不同的传感器，分别检测尿液的不同参数。例如采用尿比重折射传感器测量尿密度，采用称重传感器测量尿量，根据不同传感器在一定时间内测得的尿量和尿密度参数，计算尿流速参数。由于不同的传感器引入了不同的干扰，因而给尿液参数的检测带来新的误差；造成测量结果不准确，而且尿液参数的检测中成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测尿液参数变化的方法及其系统，旨在解决现有技术中尿液参数的检测结果不准确，而且尿液参数的检测中成本较高的问题。

本发明是这样实现的，一种检测尿液参数变化的方法，该检测尿液参数变化的方法包括：

计算机对采集到的磁隧道结信号进行预处理后，对信号分为两类，第一类是尿液滴斗上部的液滴没有通过电磁线圈内部，第二类是尿液滴斗上部的液滴通过电磁线圈内部；

对于第一类信号，由于尿流速与磁隧道结输出信号(此时为近似平滑的直流信号)成正比，可以直接用输出路信号的直流电压除以该比率计算得到尿流速，并对瞬时的尿流速乘以时间间隔然后累积即可计算尿量；对第二类信号，由于一个扰动波峰对应于一个尿滴，因此直接统计单位时间内的扰动波峰数可以得到尿滴数，然后根据尿流速与单位时间尿滴数换算计算尿液密度；

将得到的当前时刻尿密度、尿流速、以及累积的尿量参数在计算机屏幕上输出。

进一步，该检测尿液参数变化的方法具体步骤包括：

(1)采集：将经放大的磁隧道结传感器输出信号传送到计算机；

(2)预处理：对磁隧道结传感器输出信号进行滤波和去除离散值；

(3)分类：根据信号的平稳性(无尿液下落时，输出信号是近似平滑的直流信号；有尿液下落时，在信号输出一个从直流电压逐渐增大，又逐渐恢复直流电压的扰动波峰信号)，将输出信号分为两类，第一类是无尿滴下落的信号(即近似平滑的直流信号)，第二类是有尿滴下落的信号(即一个扰动波峰信号对应一个尿滴)；

(4)对第一类无尿滴下落的信号和第二类有尿滴下落的信号进行处理，得到当前时刻尿密度、尿流速、以及累积的尿量参数。具体方法为：对于第一类信号，由于尿流速与磁隧道结输出信号(此时为近似平滑的直流信号)成正比，可以直接用输出路信号的直流电压除以该比率计算得到尿流速，并对瞬时的尿流速乘以时间间隔然后累积即可计算尿量；对第二类信号，由于一个扰动波峰对应于一个尿滴，因此直接统计单位时间内的扰动波峰数可以得到尿滴数，然后根据尿流速与单位时间尿滴数换算计算尿液密度；

(5)输出：将第(4)步得到的当前时刻尿密度、尿流速、以及累积的尿量参数在计算机屏幕上输出。

进一步，所述对第一类无尿滴下落的信号进行处理，具体包括：

a)直接将输出信号换算为当前时刻的尿流速。具体方法为：对于第一类信号，由于尿流速与磁隧道结输出信号(此时为近似平滑的直流信号)成正比，可以直接用输出路信号的直流电压除以该比率计算得到尿流速；

b)将瞬时尿流速按时间进行累积，可计算总的尿量。具体方法为：每一个瞬时的尿流速乘以时间间隔即为一个时间间隔尿量，然后将所有的时间间隔尿量累积相加即可计算得到总的尿量。

进一步，所述对第二类有尿滴下落的信号进行处理，具体包括：

1)直接根据尿滴的数量，计算尿滴的速度。具体方法为：对第二类信号，由于一个扰动波峰对应于一个尿滴，因此直接统计单位时间内的扰动波峰数可以得到尿滴数，单位时间的尿滴数就是尿滴的速度；

2)根据在同等体积尿流速下，密度越大的尿滴数量越大，尿滴速度越大，原理，利用尿流速和尿滴的数据，换算当前时刻的尿密度。具体方法为：先试验测定标准尿密度与尿滴速度之间的比例系数，然后用实际尿滴速度除以该比例系数即为当前时刻的实际尿密度。

本发明另一目的在于提供一种检测尿液参数变化的系统，设置有尿管，在尿管下部设置有尿液滴斗；在靠近尿液滴斗入口的尿管外部设置有第一驱动线圈和第二驱动线圈；在第一驱动线圈和第二驱动线圈之间布置有两个电极；所述两个电极分别位于尿管左右两侧；

在尿液滴斗外部设置有电磁线圈；所述电磁线圈的两端与两个电极相连；

在第一驱动线圈与电磁线圈之间、第二驱动线圈与电磁线圈之间均安装有电磁隔离层；

在电磁线圈旁侧设置有一个磁隧道结；所述磁隧道结通过信号放大器与计算机连接。

进一步，电磁线圈的安装位置与尿管和尿液滴斗的连接处的最小距离，大于尿管直径的5倍；同时电磁线圈的安装位置与尿液滴斗液位之间的最小距离，也大于尿管直径的5倍；以使得尿液没有从电磁线圈中间滴落时，电磁线圈的磁场不受尿液的影响。

进一步，所述第一驱动线圈和第二驱动线圈在电极上产生的电动势方向相反；所述第一驱动线圈和第二驱动线圈均连接有电源。

本发明提供的检测尿液参数变化的方法及其系统，采用一套集成的检测系统，用一个磁隧道结传感器的输出，同时测定多个尿液参数的变化情况；并且提出了一种集成的方法检测尿液参数变化，使得多个尿液参数的监测过程不会发生多个传感参数之间的误差放大。本发明采用磁隧道结来监测流动过程产生的磁场变化，用一个磁隧道结传感器的输出来监控多个尿液参数的变化，具有结构简单、成本较低、测量结果可靠等特点；可以达到2％以内的测量精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的检测尿液参数变化的方法流程图。

图2是本发明实施例提供的检测尿液参数变化的系统意图；

图中：1、计算机；2、信号放大器；3、磁隧道结；4、电源；5、第一驱动线圈；6、尿管；7、第二驱动线圈；8、电极；9、尿滴；10、尿液滴斗；11、电磁隔离层；12、电磁线圈。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的检测尿液参数变化的方法，尿液参数变化检测系统开始工作后，按照以下步骤进行尿液参数变化检测：

采集：人体开始排尿后，尿液通过尿管6，通过两个驱动线圈5和7之间的管道后在尿液滴斗10的顶部形成尿滴9，然后下滴到尿液滴斗10底部后从尿管6的下部排出，在此过程中在磁隧道结3的输出产生一段信号，该信号主要包括两个部分，第一部分是无尿滴下落时采集到的信号，是一段近似水平的、幅值与尿流速成正比的信号；第二部分是有尿滴下落时采集到的信号，是一段从近似水平到波峰再恢复到近似水平的扰动信号。该信号经信号放大器2放大后馈入计算机。

预处理：由计算机对磁隧道结传感器输出信号进行滤波和去除离散值，以提高后面处理的精度。(采用常规的信号带通滤波方法，去除信号中高频的噪声等离散值，去除信号中低频的趋势项等离散值。)

分类：将输出信号分为2类，第一类是无尿滴下落的信号(近似水平信号)，第二类是有尿滴下落的信号(扰动信号)；

处理第一类信号：直接将输出信号换算为当前时刻的尿流速；将瞬时尿流速按时间进行累积，可计算观测时间内总的尿量。

处理第二类信号：直接将扰动波峰的数量转换为尿滴的数量，计算尿滴的速度；利用尿流速和尿滴的数据，换算当前时刻的尿密度。

输出：将前面计算得到的当前时刻尿密度、尿流速、以及累积的尿量参数在计算机屏幕上输出。

参见图2所示，本发明实施例提供的检测尿液参数变化的系统，设置有尿管6，在尿管下部设置有尿液滴斗10；在靠近尿液滴斗入口的尿管外部设置有第一驱动线圈5和第二驱动线圈7；在第一驱动线圈和第二驱动线圈之间布置有两个电极8；所述两个电极分别位于尿管左右两侧；

在尿液滴斗外部设置有电磁线圈12；所述电磁线圈的两端与两个电极相连；

在第一驱动线圈与电磁线圈之间、第二驱动线圈与电磁线圈之间均安装有电磁隔离层11；

在电磁线圈旁侧设置有一个磁隧道结3；所述磁隧道结通过信号放大器2与计算机1连接。所述第一驱动线圈和第二驱动线圈均连接有电源4。

在电源4的作用下，第一驱动线圈5和第二驱动线圈7产生磁力线。人体中的尿液通过引流进入尿管6，由于尿液是导电流体，尿液的流动切割磁力线，在两个电极8上产生电动势。将两个电极8上的感应电动势驱动尿液滴斗10外部的电磁线圈12，在电磁线圈12附近产生磁场。电磁线圈12与第一驱动线圈5、第二驱动线圈7之间用电磁隔离层11进行隔离，可以消除不同磁场的干扰。在电磁线圈12附近安装磁隧道结3，用于检测电磁线圈12产生的尺寸磁场。尿管6中尿液的流动速度越大，磁隧道结3检测的磁场强度越大，但从绝对数值上看其数值很小，因此通过信号放大器4放大后的磁隧道结信号连接到计算机1进行进一步的分析和处理。

当尿液流过尿管6进入尿液滴斗10时，将会在尿滴滴斗10顶部形成尿滴9。当尿滴9向下滴落通过电磁线圈12时，将会增大电磁线圈12的磁场强度。另一方面，尿滴9进入尿液滴斗10底部时，又恢复形成连续体积的液体。当磁隧道结信号用于检测尿液流速时，需要消除尿滴9和尿液滴斗10底部液位的影响。因此，电磁线圈12的安装位置与尿滴9、尿液滴斗10底部液位之间需要保持一定安全距离。

本发明的磁隧道结信号还可以检测尿密度参数。在同等体积的尿流速条件下，尿密度越大，越能够突破尿液滴斗10入口处的张力，则尿滴速度越大。因此，在得到尿流速参数后，如果能够测量尿滴速度，就可以间接测量尿密度。这时候就需要利用尿滴去扰动电磁线圈12。当尿滴9落下通过电磁线圈12内部时，就会在磁隧道结输出信号上产生一个波峰信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种检测尿液参数变化的方法，其特征在于，该检测尿液参数变化的方法包括：

计算机对采集到的磁隧道结信号进行预处理后，对信号分为两类，第一类是尿液滴斗上部的液滴没有通过电磁线圈内部，第二类是尿液滴斗上部的液滴通过电磁线圈内部；

对于第一类信号，直接通过换算计算尿流速，并对尿流速速按时间累积计算尿量；对第二类信号，直接计算单位时间内的尿滴数，根据尿流速与单位时间尿滴数换算计算尿液密度；

将得到的当前时刻尿密度、尿流速、以及累积的尿量参数在计算机屏幕上输出。

2.如权利要求1所述的检测尿液参数变化的方法，其特征在于，该检测尿液参数变化的方法具体步骤包括：

(1)采集：将经放大的磁隧道结传感器输出信号传送到计算机；

(2)预处理：对磁隧道结传感器输出信号进行滤波和去除离散值；

(3)分类：将输出信号分为两类，第一类是无尿滴下落的信号，第二类是有尿滴下落的信号；

(4)对第一类无尿滴下落的信号和第二类有尿滴下落的信号进行处理，得到当前时刻尿密度、尿流速、以及累积的尿量参数；

(5)输出：将第(4)步得到的当前时刻尿密度、尿流速、以及累积的尿量参数在计算机屏幕上输出。

3.如权利要求2所述的检测尿液参数变化的方法，其特征在于，所述对第一类无尿滴下落的信号进行处理，具体包括：

a)直接将输出信号换算为当前时刻的尿流速；对于第一类信号，由于尿流速与磁隧道结输出信号成正比，直接用输出路信号的直流电压除以该比率计算得到尿流速；

b)将瞬时尿流速按时间进行累积，可计算总的尿量；每一个瞬时的尿流速乘以时间间隔即为一个时间间隔尿量，然后将所有的时间间隔尿量累积相加即可计算得到总的尿量。

4.如权利要求2所述的检测尿液参数变化的方法，其特征在于，所述对第二类有尿滴下落的信号进行处理，具体包括：

1)直接根据尿滴的数量，计算尿滴的速度，对第二类信号，由于一个扰动波峰对应于一个尿滴，直接统计单位时间内的扰动波峰数得到尿滴数，单位时间的尿滴数就是尿滴的速度；

2)根据在同等体积尿流速下，密度越大的尿滴数量越大，尿滴速度越大，原理，利用尿流速和尿滴的数据，换算当前时刻的尿密度；先试验测定标准尿密度与尿滴速度之间的比例系数，然后用实际尿滴速度除以该比例系数即为当前时刻的实际尿密度。

5.一种如权利要求1所述的检测尿液参数变化的方法的检测尿液参数变化的系统，设置有尿管，在尿管下部设置有尿液滴斗；其特征在于，在靠近尿液滴斗入口的尿管外部设置有第一驱动线圈和第二驱动线圈；在第一驱动线圈和第二驱动线圈之间布置有两个电极；所述两个电极分别位于尿管左右两侧；

在尿液滴斗外部设置有电磁线圈；所述电磁线圈的两端与两个电极相连；

在第一驱动线圈与电磁线圈之间、第二驱动线圈与电磁线圈之间均安装有电磁隔离层；

在电磁线圈旁侧设置有一个磁隧道结；所述磁隧道结通过信号放大器与计算机连接。

6.如权利要求5所述的检测尿液参数变化的系统，其特征在于，电磁线圈的安装位置与尿管和尿液滴斗的连接处的最小距离，大于尿管直径的5倍；同时电磁线圈的安装位置与尿液滴斗液位之间的最小距离，也大于尿管直径的5倍。

7.如权利要求5所述的检测尿液参数变化的系统，其特征在于，所述第一驱动线圈和第二驱动线圈在电极上产生的电动势方向相反；所述第一驱动线圈和第二驱动线圈均连接有电源。

8.一种利用权利要求1～4任意一项所述的检测尿液参数变化的方法的尿比重折射传感器。