CN109085126A

CN109085126A - 尿液检测系统及方法

Info

Publication number: CN109085126A
Application number: CN201810890145.1A
Authority: CN
Inventors: 祝铭; 姚光荣
Original assignee: Shenzhen Zhishui Xiaohe Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Zhishui Xiaohe Technology Co Ltd
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2018-12-25

Abstract

本发明涉及光学检测领域。提供一种尿液检测系统，用于实现尿液的定量检测及分析，包括尿液检测装置和信号分析装置；所述的尿液检测装置包括用于辐射出不同波长的单色光的激发光源；用于调节由所述激发光源辐射的单色光使得所述单色光穿过待测尿液的调光透镜模块；用于对穿过所述待测尿液后的所述单色光进行滤光处理的滤光模块；用于将滤光之后的所述单色光转换成电信号的光电转换模块；与所述光电转换模块连接，用于将所述电信号放大并输出的信号放大模块；与所述信号放大模块连接，用于对所述放大后的电信号进行分析、并得出所述待测尿液中预设成分的含量的信号分析装置。本申请通过设置这些模块可实现尿液的快速定量检测及分析。

Description

尿液检测系统及方法

技术领域

本发明涉及光学检测领域，特别是涉及一种尿液检测系统及方法。

背景技术

现有对尿液成分的检测方法中，主要分为尿液镜检法和尿液试纸检测法。尿液镜检法是指一项用于检查尿液是否正常的辅助检查方法。尿液试纸检测法，应用多联试纸条对尿液进行快速筛查分析。试纸检测法是一种简便、快速的尿液筛查方法。

但是，尿液试纸检测法虽然快速简便，但由于方法学限制，只能发挥定性和半定量作用，检测结果存在不准确，并且其结果受诸多因素影响。尿液试纸必须保存在冰箱里，且有严格的保质期，用户体验并不好。再则，尿液试纸检测法配合使用的分析仪售价一般再万元级别，且体积较大。综上分析，尿液试纸结合分析仪的方法，无法达到民用普及，且价格昂贵。同时，尿液镜检法，由于需要专业医疗人员操作显微镜对尿液进行检测分析，无法安装进用户家中。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种尿液检测系统及方法。

一种尿液检测系统，用于实现尿液的定量检测及分析，包括尿液检测装置和信号分析装置；

所述的尿液检测装置包括激发光源、调光透镜模块、滤光模块、光电转换模块以及信号放大模块；

激发光源，用于辐射出不同波长的单色光；

调光透镜模块，用于调节由所述激发光源辐射的单色光使得所述单色光穿过待测尿液；

滤光模块，用于对穿过所述待测尿液后的所述单色光进行滤光处理；

光电转换模块，用于将滤光之后的所述单色光转换成电信号；

信号放大模块，与所述光电转换模块连接，用于将所述电信号放大并输出；

信号分析装置，与所述信号放大模块连接，用于对所述放大后的电信号进行分析、并得出所述待测尿液中预设成分的含量。

上述尿液检测系统，通过采用可辐射多种波长单色光的激发光源、调光透镜模块、滤光模块、光电转换模块、信号放大模块、信号分析装置可同时对尿液的多个成分进行定量测量，同时测量及分析时间短。进一步地，本申请采用的各个模块的成本便宜，易于获取，从而使得整个系统的成本也相对低廉。

在其中一个实施例中，所述尿液检测系统还包括：

电源模块，用于为所述尿液检测系统提供电能。

在其中一个实施例中，所述激发光源包括多个能辐射不同波长单色光的LED灯。

在其中一个实施例中，同一种波长的LED灯和滤光模块对应所述待测尿液中一种成分的光谱峰。

在其中一个实施例中，所述尿液检测装置还包括：

尿液承放组件，设置于所述调光透镜模块与所述滤光模块之间，用于承放所述待测尿液；其中，所述尿液承放组件具有预设的长度和预设的宽度。

一种尿液检测方法，基于一种尿液检测系统，所述方法包括：

配置并提供不同浓度的预设成分的尿液样本；

采用一束对所述预设成分均不吸收的单色光照射所述样本、并获取所述样本对所述单色光的透过率；其中，将所述透过率定义为第一透过率；

分别获取不同浓度下的所述样本对不同波长单色光的透过率；其中，将所述不同波长单色光的透过率定义为第二透过率；

建立以所述第二透过率为分子，所述第一透过率为分母的关于所述预设成分浓度的多个定标曲线；

采用不同波长的单色光照射待测尿液样品、并获取待测尿液样品中预设成分对所述单色光的透过率；其中，所述透过率定义为第三透过率；

根据所述第三透过率与所述多个定标曲线获取所述样品中预设成分的浓度。

在其中一个实施例中，所述预设成分包括尿蛋白、红细胞、尿素、尿酸、PH值、尿糖、肌酐、胆红素中的一种以上。

在其中一个实施例中，所述透过率的计算公式为：

其中，T为透过率；k为吸收系数；C为液体浓度；L为液体长度；I₀为入射光的光强；I为出射光的光强。

在其中一个实施例中，所述尿液检测方法还包括：

测量预设数量健康个体的尿液样本、并建立所述尿液样本中预设成分的健康浓度范围数据库；

根据获取的所述样品中预设成分的浓度参照所述数据库为用户提供数据报告。

在其中一个实施例中，所述尿液检测方法还包括：

建立预设个体的纵向尿液成分数据库；

动态比较所述预设个体的尿液样本中预设成分随时间的变化情况；

根据所述变化情况为所述预设个体提供数据报告。

附图说明

图1为一实施例中的尿液检测系统结构示意图；

图2为一实施例中的激发光源的组成结构示意图；

图3为一实施例中的调光透镜模块的组成结构示意图；

图4为一实施例中的滤光模块的组成结构示意图；

图5为另一实施例中的尿液检测系统结构示意图；

图6为一实施例中的尿液检测方法流程示意图；

图7为一实施例中的尿酸和红细胞的吸收光谱图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1，为一个实施例中的尿液检测系统结构示意图。一种尿液检测系统，用于实现尿液的定量检测及分析，可以包括：尿液检测装置10，信号分析装置20。其中，尿液检测装置10可以包括激发光源110，调光透镜模块120，滤光模块130，光电转换模块140以及信号放大模块150。激发光源110，用于辐射出不同波长的单色光。调光透镜模块120，用于调节由激发光源110辐射的单色光使得单色光穿过待测尿液。滤光模块130，用于对穿过待测尿液后的单色光进行滤光处理。光电转换模块140，用于将滤光之后的单色光转换成电信号。其中，光电转换模块140可以采用光电二极管。信号放大模块150，与光电转换模块140连接，用于将电信号放大并输出。信号分析装置20，与信号放大模块150连接，用于对放大后的电信号进行分析、并得出待测尿液中预设成分的含量。

上述实施例，通过采用可辐射多种波长单色光的激发光源，调光透镜模块，滤光模块，光电转换模块，信号放大模块，信号分析装置可同时对尿液的多个成分进行定量测量，同时保证测量及分析的时间短。进一步地，本申请采用的各个模块的成本便宜，易于获取，从而使得整个系统的成本也相对低廉。

请参阅图2，为一个实施例中的激发光源的组成结构示意图。激发光源110可以包括多个能辐射不同波长单色光的LED灯。示例性地，LED灯辐射的单色光波长可以是280nm-310nm的LED灯111，400nm-420nm的LED灯112，440nm-460nm的LED灯113，610nm-640nm的LED灯114，800nm-850nm的LED灯115以及1500nm-2200nm的LED灯116。其中，每一种波长的LED灯对应待测尿液中一种成分的光谱峰。例如：波长为280nm-310nm的LED灯111对应待测尿液中尿酸的吸收光谱峰，最优选地，LED灯111辐射的单色光波长为300nm。波长为400nm-420nm的LED灯112对应待测尿液中红细胞的吸收光谱峰，最优选地，LED灯112辐射的单色光波长为410nm。波长为440nm-460nm的LED灯113用于激发待测尿液中尿蛋白的宽谱荧光峰，最优选地，LED灯113辐射的单色光波长为458nm。波长为610nm-640nm的LED灯114对应待测尿液中PH的吸收光谱峰，最优选地，LED灯114辐射的单色光波长为620nm。波长为800nm-850nm的LED灯115较为特殊，需要检测的尿液成分均不吸收800nm-850nm的LED灯辐射的单色光，设置这一波长的LED灯的意义在于提供一个参比，用以屏蔽掉如光源强度波动、尿液浓度差异等因素带来的信号差异，最优选地，LED灯115辐射的单色光波长为810nm。而波长为1500nm-2200nm的LED灯116对应待测尿液中尿糖的吸收光谱峰，最优选地，LED灯116辐射的单色光波长为1550nm。可以理解，激发光源110中具体的LED灯的数量及辐射的单色光波长可以根据实际操作需要进行选择，本发明对此不作进一步地限定。

请参阅图3，为一实施例中的调光透镜模块的组成结构示意图。调光透镜模块120可以包括：与LED灯数量对应的石英透镜121，第一石英窗片122。石英透镜121用于对单色光进行聚焦，以使得穿过第一石英窗片122后进入待测尿液的光焦点位于待测尿液的中心。

请继续参照图4，为一实施例中的滤光模块的组成结构示意图。滤光模块130可以包括：第二石英窗片131，第一滤光单元132，第二滤光单元133，第三滤光单元134，第四滤光单元135，第五滤光单元136，第六滤光单元137。其中，第一滤光单元132的波长与LED灯111辐射的单色光的波长相同，第二滤光单元133的波长与LED灯112辐射的单色光的波长相同，第三滤光单元134的波长与LED灯113辐射的单色光的波长相同，第四滤光单元135的波长与LED灯114辐射的单色光的波长相同，第五滤光单元136的波长与LED灯115辐射的单色光的波长相同，第六滤光单元137的波长与LED灯116辐射的单色光的波长相同。也即是同一种波长的LED灯和滤光模块对应待测尿液中一种成分的光谱峰。这样的好处在于，拿待测尿液中的尿素来说，应用尿素在220nm的吸收光谱峰。所以选择220nm的单色LED灯作为激发光源，选择220nm的带通滤光片，以便于收集尿素的吸收信号。

信号分析装置20可以是计算机、移动终端、PC、膝上型电脑等设备。其中，信号分析装置与信号放大模块之间可通过无线通信方式建立连接，例如：可通过wifi或GPRS建立连接。

在一个实施例中，尿液检测装置10还可以包括尿液承放组件160。尿液承放组件160设置于调光透镜模块120与滤光模块130之间，用于承放待测尿液；其中，尿液承放组件160可以是由透明材质制成，尿液承放组件160具有预设的长度和预设的宽度。换句话说，尿液承放组件160可以为长方体状，也可以为正方体状，其具有一个空腔，类似于实验皿，不同之处在于，一般的实验皿为圆形，此处采用长方体状或正方体状的实验皿。当尿液承放组件160为长方体状的时候，其具有一定的长、宽、高。对于尿液承放组件160的长、高一般来说应当保证整体系统的协调性，不宜过长、过高；宽度范围为10mm-15mm。

请参阅图5，为另一个实施例中的尿液检测系统结构示意图。尿液检测系统可以包括：尿液检测装置10，信号分析装置20，电源模块30。其中，尿液检测装置10可以包括激发光源110，调光透镜模块120，滤光模块130，光电转换模块140以及信号放大模块150。激发光源110，用于辐射出不同波长的单色光。调光透镜模块120，用于调节由激发光源110辐射的单色光使得单色光穿过待测尿液。滤光模块130，用于对穿过待测尿液后的单色光进行滤光处理。光电转换模块140，用于将滤光之后的单色光转换成电信号。其中，光电转换模块140可以采用光电二极管。信号放大模块150，与光电转换模块140连接，用于将电信号放大并输出。信号分析装置20，与信号放大模块150连接，用于对放大后的电信号进行分析、并得出待测尿液中预设成分的含量。电源模块30用于为尿液检测系统提供电能；例如：电源模块30可以用于为激发光源10、光电转换模块140以及信号放大器150等提供电能。其中，不同型号的LED供电电压不同，从紫外到红外的供电电压由大到小而变化。电源模块30中还设置有直流稳压模块，直流稳压模块用于将电源模块输出的电压稳定性控制在1％以内。

可以理解，对于尿液检测装置10，信号分析装置20的描述可以参照前面尿液检测系统实施例的描述，在此不再进一步进行赘述。

综上所述，尿液检测系统的原理是：电源模块为激发光源供电，激发光源中不同波长的LED灯辐射出不同波长的单色光，经过石英透镜聚焦，穿过第一石英窗片之后将光焦点聚焦到待测尿液中心，然后，穿出尿液承放组件之后的光再经过第二石英窗片和带通滤光片后最终进入光电转换模块，光电转换模块将光信号转化为电信号后经过信号放大模块放大后输出至信号分析装置，经由信号分析装置对电信号进行分析，并得出待测尿液中预设成分的含量。

请参阅图3，为一实施例中的尿液检测方法流程示意图。一种尿液检测方法，基于一种尿液检测系统，可以包括步骤：S100-S600。

步骤S100：配置并提供不同浓度的预设成分的尿液样本。

具体地，在一个实施例中，配置并提供不同浓度的预设成分的尿液样本。预设成分可以是尿蛋白、红细胞、尿素、尿酸、PH值、尿糖、肌酐、胆红素中的一种以上。其具体的浓度范围可根据实际操作需要进行改变和选择，本发明对此不作进一步地限定。下面，以尿素为例进行详细的说明。

步骤S200：采用一束对所述预设成分均不吸收的单色光照射所述样本、并获取所述样本对所述单色光的透过率；其中，将所述透过率定义为第一透过率。

具体地，在一个实施例中，采用一束对预设成分均不吸收的单色光照射样本，并获取样本对单色光的透过率。为了便于区分，将这里的透过率定义为第一透过率。示例性地，选择波长为810nm的LED灯辐射的灯光来照射样本，同时获取样本对单色光的透过率。透过率的计算公式可以根据朗伯-比尔定律进行计算。具体的，一束光强为I₀的入射光经过一段长度为L的液体介质后，出射后的光强I将会发生衰减，衰减后的光强可以用公式表示为：

I＝I₀e^-k*C*L

其中，K为吸收系数，C为液体的浓度，L为液体的长度。在本申请中，C即为尿素的浓度，L即为尿液承放组件的宽度。

根据上述表达式可以得到尿素的透过率为：

同理，可根据此公式获取浓度的表达式为：

因为尿素x只对单一波长λ＝220nm的光有吸收，那么尿素x的浓度与单波长的透过率的表达式可以表示为：

其中，整个过程采用短时多次采样技术结合数值平均的方法对数据进行处理，屏蔽由于电压波动引起的放大器信号波动问题。

进一步地，由于尿液中有一部分成分可以直接通过上述方法得到最终的浓度，但是存在一种情况是：另一部分参数在同一波长下有着大小不同的吸收率，而吸收率与透过率又可以通过相应的公式进行转换。故，在这种情况下本申请通过使用多组分分析方法来进一步确定这部分参数的浓度。以尿酸和红细胞为例，请参阅图7，为一实施例中的尿酸和红细胞的吸收光谱图。从图中可以看出，尿酸和红细胞在λ₁(296nm)和λ₂(420nm)都有不同程度的吸收，其中λ₃(845nm)为参考波长。在参考波长处尿素和红细胞都不产生吸收，信号的差别是由于液体本身的透过率造成的，透过率的差别是由于红细胞和尿酸对于光线有一定散射作用。在这个三波长体系，可以应用数学算法将尿酸和红细胞在尿液中的浓度计算出来。

步骤S300：分别获取不同浓度下的所述样本对不同波长单色光的透过率；其中，将所述不同波长单色光的透过率定义为第二透过率。

具体地，在一个实施例中，分别获取不同浓度下的样本对不同波长单色光的透过率。示例性地，以尿素为例，由于同一个波长的LED灯和滤光模块与样本中的一种成分的光谱峰对应，所以，每次只需要将不同浓度的尿素放入尿液承放组件内，然后通过透过率的计算公式即可得到尿素对波长为220nm的单色光的透过率。同理，尿酸、红细胞、尿蛋白、尿糖等成分的透过率也可以照此获得。为了便于区分，将这里获得的透过率定义为第二透过率，为了进一步地进行区分，可以成分的名称来对第二透过率进行定义，例如，第二尿素透过率，第二尿酸透过率。还可以以波长来对第二透过率进行定义。

步骤S400：建立以所述第二透过率为分子，所述第一透过率为分母的关于所述预设成分浓度的多个定标曲线。

具体地，建立以第二透过率为分子，第一透过率为分母的关于预设成分浓度的多个定标曲线。示例性地，以波长来对第二透过率进行定义，例如：T220nm，则第一透过率也可以表示为T810nm。由于波长为220nm的单色光与尿素对应，那么建立T220nm/T810nm比值与尿素浓度的定标曲线。同理，建立T300nm/T810nm比值与尿酸浓度的定标曲线；建立T410nm/T810nm比值与红细胞浓度的定标曲线；建立620nm波长通道T620nm/T810nm与PH值的定标曲线；建立458nm波长通道T620nm/T810nm与尿蛋白浓度的定标曲线建立T1550nm/T810nm比值与尿糖的定标曲线。

步骤S500：采用不同波长的单色光照射待测尿液样品、并获取待测尿液样品中预设成分对所述单色光的透过率；其中，所述透过率定义为第三透过率。

具体地，采用不同波长的单色光照射待测尿液样品、并获取待测尿液样品中预设成分对单色光的透过率。由于激发光源可以辐射不同波长的单色光，所以只需要将待测尿液样品置于尿液承放组件上，接通电源，根据透过率的计算公式即可获得尿液中预设成分对单色光的透过率，例如，尿素对单色光的透过率，尿酸对单色光的透过率，尿蛋白对单色光的透过率等。同样，为了区分，将这里的透过率定义为第三透过率。

步骤S600：根据所述第三透过率与所述多个定标曲线获取所述样品中预设成分的浓度。

具体地，根据第三透过率与多个定标曲线获取样品中预设成分的浓度。以尿素对单色光的透过率来说，根据前面建立的T220nm/T810nm比值与尿素浓度的定标曲线，即可得到尿素的浓度值。同理，尿酸、尿蛋白、尿糖等的浓度值也可以得出。

上述实施例，通过以配置的不同浓度的尿液预设成分对不同单色光的透过率为分子；以一束对预设成分均不吸收的单色光照射样本、并获取样本对所述单色光的透过率为分母；以分子与分母的比值与预设成分的浓度建立多个定标曲线，然后根据定标曲线测定待测尿液中预设成分的浓度，实现了尿液的定量检测及分析。

在一个实施例中，尿液检测方法还可以包括步骤：S710-S720。

步骤S710：测量预设数量健康个体的尿液样本、并建立所述尿液样本中预设成分的健康浓度范围数据库。

具体地，测量预设数量健康个体的尿液样本、并建立尿液样本中预设成分的健康浓度范围数据库。测量20个不同健康个体的尿液样本，并建立尿液样本中预设成分的健康浓度范围数据库，这里的预设成分可以是尿蛋白、红细胞、尿素、尿酸、PH值、尿糖、肌酐、胆红素中的一种以上。即每一个成分的正常浓度范围。

步骤S720：根据获取的所述样品中预设成分的浓度参照所述数据库为用户提供数据报告。

根据步骤S600获得的尿素浓度，同时参照健康个体的尿素浓度范围为用户提供一份详细的数据报告，从而让用户更加了解自身身体状况。

在一个实施例中，尿液检测方法还可以包括步骤：S810-S830。

步骤S810：建立预设个体的纵向尿液成分数据库。

具体地，建立预设个体的纵向尿液成分数据库。其中，预设个体可以是目标客户，即单独为目标客户建立一个纵向的尿液成分数据库。

步骤S820：动态比较所述预设个体的尿液样本中预设成分随时间的变化情况。

具体地，根据建立的纵向尿液成分数据库，来动态比较目标客户的尿液样本中预设成分的随着时间的变化情况，例如，昨天的尿酸浓度相对于今天的尿酸浓度来说上升或者是下降。

步骤S830：根据所述变化情况为所述预设个体提供数据报告。

具体地，根据昨天的尿酸浓度相对于今天的尿酸浓度的变化情况为目标客户提供一份数据对比报告。进一步地，还可以对尿液的各组成成分进行相应的分类并给出相应的报告。例如，尿蛋白、红细胞、PH值、尿糖可以归为健康参数；尿素、尿酸、肌酐、胆红素可以归为饮食健康参数。根据昨天的健康参数相对于今天的健康参数的变化情况为目标客户提供身体状况报告；根据昨天的饮食健康参数相对于今天的饮食健康参数的变化情况为目标客户给出饮食结构建议报告。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种尿液检测系统，用于实现尿液的定量检测及分析，其特征在于，包括尿液检测装置和信号分析装置；

激发光源，用于辐射出不同波长的单色光；

2.根据权利要求1所述的尿液检测系统，其特征在于，还包括：

电源模块，用于为所述尿液检测系统提供电能。

3.根据权利要求1所述的尿液检测系统，其特征在于，所述激发光源包括多个能辐射不同波长单色光的LED灯。

4.根据权利要求3所述的尿液检测系统，其特征在于，同一种波长的LED灯和滤光模块对应所述待测尿液中一种成分的光谱峰。

5.根据权利要求1所述的尿液检测系统，其特征在于，所述尿液检测装置还包括：

6.一种尿液检测方法，基于一种尿液检测系统，其特征在于，所述方法包括：

配置并提供不同浓度的预设成分的尿液样本；

7.根据权利要求6所述的尿液检测方法，其特征在于，所述预设成分包括尿蛋白、红细胞、尿素、尿酸、PH值、尿糖、肌酐、胆红素中的一种以上。

8.根据权利要求6所述的尿液检测方法，其特征在于，所述透过率的计算公式为：

9.根据权利要求6所述的尿液检测方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求6所述的尿液检测方法，其特征在于，还包括：建立预设个体的纵向尿液成分数据库；

动态比较所述预设个体的尿液样本中预设成分随时间的变化情况；根据所述变化情况为所述预设个体提供数据报告。