CN109707019A - 半自动健康监护型智能座便器装置及其潜血检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半自动健康监护型智能座便器装置及其潜血检测方法，包括潜血检测模块；本发明采用由光源、光学传感器组成的潜血检测模块，通过将光源设在手持式光源笔上，又通过导光管将光源发射出的光束穿透排泄物水溶液产生的穿透光引导并射向光学传感器，实现了对排泄物中是否含有潜血信号的检测功能；潜血检测模块用于检测马桶的排泄物水溶液中的排泄物是否含有血夜，并非用于检测有无癌症，并且检测过程中既不需要向马桶内的排泄物水溶液中添加任何生化试剂，也不需要从马桶的排泄物水溶液中采便或采尿，使得应用于马桶的潜血检测极其便利且应用广泛；该装置整体设计精密，结构简单且紧凑，具有高效的检测功能且成本低，适合推广应用。

Description

半自动健康监护型智能座便器装置及其潜血检测方法

技术领域

本发明涉及一种智能座便器，尤其涉及一种半自动健康监护型智能座便器装置及其潜血检测方法。

背景技术

依据国家癌症研究院，在美国，大肠癌发病人数占总体癌症发病人数的8％，发生率居第四位，死亡率居第二位。在中国，大肠癌发病人数占全世界18.6％，死亡人数占全世界20.1％，两项均居世界第一。因此，在中国开展大肠癌的防治，是具有世界意义的。

大肠直肠癌的初期病征为粪便潜血，膀胱癌与输尿管癌的初期病征为尿液潜血，因此，检测排泄物潜血成为疾病预防的重要关键技术之一。现有的潜血检测方法采用免疫法潜血检测，主要存在如下问题和缺点：一是必须自行采集粪便检体，再寄回医院等待检验结果，有失快速和便利性，给检测带来不必要的麻烦；二是采集粪便检体时，仅采集约1克，到了医院之后，医院仅使用其中仅约6毫克进行检验，由于潜血在粪便中并非均匀分布，在检验过程中容易因为采集不到潜血而产生伪阴性，降低了检测效率，并且检测效果较差；三是肿瘤或息肉本身为间歇性出血，并非持续出血，因此也有可能在采集粪便检体的当天或前一天，肿瘤或息肉并没有出血，而造成检验结果为伪阴性，降低了检测效率，并且检测效果较差。

此外，公告号为CN104254621A、2014年12月31日公开的中国发明专利公开了一种遥测人粪便和尿液中的血液的装置和方法，该装置和方法主要存在如下问题：一方面，必须添加荧光剂与氧化剂于马桶中，与粪便或尿液中的血液产生结合，并提供一激发光去照射，判断有无荧光产生；另一方面，此方法对于一般民众而言，使用上需增加额外步骤，且会产生化学物质耗材，使用上不方便。

公告号为1998339728、公开日为1998年12月22日的日本专利公开了一种便成分检查装置，该装置和方法主要存在如下问题：一是必需具有一采便程序；二是必需添加额外稀释液；三是必需具有一洗净程序。

公告号为US7223604B1的美国专利公开了Methods and kits for the detectionof erythrocytes，该专利主要存在如下问题：一是采用荧光的方法探测是否含有潜血信号；二是对于潜血存在的物质中，必须添加一种reacting solution，且这个reactingsolution包含一种具有多重物质的强还原剂；三是在进行光学分析前的处理过于复杂，且不适合一般民众居家操作运用。

公告号为US2013/0273524A1的美国专利公开了一种Device for performing ablood,cell,and/or pathogen count and methods for use thereof，该专利主要存在如下问题：该专利主要目的是用于细胞计数，而非潜血检测，且须将检体放置于一载具上。

公告号为WO2017/027994A1的专利公开了一种健康监测马桶，该专利主要存在如下问题：必须采集人体排泄物，并提供一稀释液，将大便样品与稀释液充分搅拌，然后通过检测试纸进行检测，可实现大便的红细胞、白细胞、隐血等指标的检测。

发明内容

本发明解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种采用手持式检测且能通过穿透光检测出排泄物水溶液是否含有潜血信号的半自动健康监护型智能座便器装置及其潜血检测方法，既可以在不添加任何生化试剂的情况下，也不需要采便或采尿，只需通过检测潜血信号就能实现对排泄物是否含有潜血的检测且并非用于检测有无癌症，尤其可以广泛应用于人体粪便存在的场域。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

半自动健康监护型智能座便器装置，包括马桶、固定设在马桶上的智能座便器、用于检测马桶内的排泄物水溶液中是否含有潜血信号的潜血检测模块，潜血检测模块与智能座便器连接，潜血检测模块设在智能座便器或马桶上；其中，潜血检测模块采用手持式检测方式，当需要进行潜血检测时将潜血检测模块从智能座便器或马桶中取出并手持即可进行实现潜血检测，而当完成潜血检测之后又能将潜血检测模块重新放回到智能座便器或马桶中；潜血检测模块用于检测马桶的排泄物水溶液中的排泄物是否含有血夜，并非用于检测有无癌症，并且检测过程中既不需要向马桶内的排泄物水溶液中添加任何生化试剂，也不需要从马桶的排泄物水溶液中采便或采尿，使得应用于生活马桶的潜血检测极其便利且应用广泛；采用手持式检测方式的潜血检测模块，既实现了对排泄物中是否含有潜血信号的检测功能，又使得在潜血检测过程中使用潜血检测模块变得极其便利。

作为优选，潜血检测模块包括用于向马桶内的排泄物水溶液发射出特定波长光束的光源、用于接收透过排泄物水溶液的穿透光的光学传感器、用于对穿透光进行潜血信号检测的第一微控制器，第一微控制器分别与光源、光学传感器连接；其中，光源为LED光源或激光，LED光源采用手持式LED光源；光源位于排泄物水溶液的水封表面的上方，光学传感器位于排泄物水溶液的水封表面的下方。

作为优选，还包括可插拔的固定设在智能座便器上的光源笔，光源设在光源笔的头部，光源笔的尾部设有光源开关按钮，光源向马桶内的排泄物水溶液发射出特定波长光束。采用手持式光源笔上设置LED光源，通过光源笔与智能座便器之间的可插拔设置方式，实现了手持方式的潜血检测，使得潜血检测过程既快捷又便利。

作为优选，光源笔设有无线充电系统，无线充电系统包括为光源供电的锂电池、用于发射无线充电信号的无线充电信号发射控制模块、用于接收无线充电信号并为锂电池充电的无线充电模块，无线充电信号发射控制模块由供电电源供电，无线充电信号发射控制模块与无线充电模块之间通过天线进行无线充电信号传输，无线充电模块与锂电池连接，锂电池与光源之间通过驱动电路连接；无线充电模块、锂电池、驱动电路均设在光源笔上，无线充电信号发射控制模块设在智能座便器上。其中，光源为LED光源，驱动电路为LED驱动电路；无线充电信号发射控制模块发射出无线充电信号，无线充电信号通过天线传输至无线充电模块，无线充电模块接收到无线充电信号并对锂电池进行供电，锂电池对LED光源进行供电；无线充电系统能为光源笔的长时间使用过程中进行无线充电，大大提高了光源笔的使用寿命。

作为优选，智能座便器设有充电座，无线充电信号发射控制模块设在充电座上，光源笔、充电座各设有一个天线；充电座设有插孔，光源笔通过插孔可插拔的固定设在充电座上。其中，光源笔倒插于充电座中，即：光源笔的头部朝下、尾部朝上的倒插在插孔中，既有助于拔出光源笔时设置有LED光源的光源笔的头部朝下且手部握持在光源笔的尾部易于打开光源开关按钮而打开LED光源，又有助于当不使用光源笔时光源笔的头部倒插在充电座中降低了LED光源被损坏甚至被毁坏的可能性，并且减轻了灰尘的污染以及智能座便器、马桶环境中的水对LED光源的干扰。

作为优选，光源向马桶内的排泄物水溶液发射出波长范围为250-650nm的光束，使得光源发射出的光束具有较大的检测范围。

作为优选，潜血信号含有的血液吸收光谱具有三个特征峰值，三个特征峰值分别为415nm、541nm、577nm。通过三个特征峰值分别为415nm、541nm、577nm的血液吸收光谱，使得潜血检测模块能对潜血信号进行精确检测，进一步提高了对潜血信号的检测精确性和检测效率。

作为优选，光学传感器设在马桶上并位于排泄物水溶液的水封表面下方，光学传感器的上端与光源对准，光学传感器设在马桶的陶瓷体表面上，或者光学传感器内藏于马桶的陶瓷体内，有效地保护了光学传感器，使得光源与光学传感器分布在不同区域，即：通过将手持式光源笔移动至水封表面上方使得光源位于水封表面上方并对准光学传感器，光学传感器位于水封表面下方，使得光源从上往下射出的光束能充分射入光学传感器。

作为优选，光学传感器与排泄物水溶液之间设有将光源发射出的特定波长的光束引导且透过排泄物水溶液并将透过排泄物水溶液的穿透光引导射向光学传感器的导光管，导光管设在马桶上，导光管的下端与光学传感器的上端连接，导光管的上端与水封表面的垂直高度小于20mm，潜血检测模块还包括与智能座便器电连接的直流-直流转换模块，直流-直流转换模块分别与光源、光学传感器、第一微控制器连接；智能座便器和潜血检测模块由外接电源供电；智能座便器设有交流-直流转换模块、第二微控制器、操作接口、显示接口，第二微控制器分别与交流-直流转换模块、操作接口、显示接口连接，交流-直流转换模块分别与外接电源、直流-直流转换模块连接，操作接口连接有按键开关，显示接口连接有显示装置。其中，导光管设在马桶的陶瓷体上，导光管的下端直接连接在光学传感器上，使得光学传感器能完整地接收从导光管引射出的穿透光；通过导光管，使得从光源射入排泄物水溶液并从排泄物水溶液射出的穿透光能尽可能完整地被引导射向光学传感器，进一步提高了光学传感器对接收到的穿透光的检测精确性和检测效率；导光管的上端与水封表面的垂直高度小于20mm的设置，由于光源射出的光束穿透水封表面至排泄物水溶液的区域为厚度相对较小的厚度区域，使得穿透光更易从水封表面穿透排泄物水溶液，进一步提高了光学传感器对接收到的穿透光的检测精确性和检测效率。

半自动健康监护型智能座便器装置的潜血检测方法，包括如下具体步骤：

步骤一：打开按键开关，接通外接电源，启动智能座便器，开始检测；

步骤二：先将光源笔从充电座中拔出，再手持光源笔使光源笔的头部朝下，将光源笔移动至水封表面上方并对准导光管及光学传感器，然后启动光源开关按钮将光源打开；

步骤三：光源发射出特定波长的光束，光束从水封表面射入马桶内的排泄物水溶液中并产生穿透光，然后穿透光穿过导光管射入光学传感器，光学传感器接收到穿透光并将接收到的穿透光传输至第一微控制器；其中，光源为LED光源或激光；本发明的基本检测原理为量测血液吸收光谱，当然实际上并不应该只限定于血液吸收光谱，而是对于量测血液通用光谱之荧光、反射含散射与拉曼等光谱特性，皆可作为检测排泄物水溶液潜血之依据；

步骤四：第一微控制器先对穿透光的光信号进行信号转换成电信号，再将电信号转换成数字信号，再对数字信号进行数据处理，再依据数据处理判断排泄物中是否含有潜血信号并得到检测结果，然后将检测结果发送至智能座便器上的第二微控制器；

步骤五：第二微控制器接收到检测结果信号并将检测结果信号通过显示接口发送至显示装置，显示装置将检测结果显示出来；

步骤六：将光源笔通过插孔重新插入到充电座中，无线充电系统自动对光源笔进行无线充电，从而结束检测。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：采用由光源、光学传感器、第一微控制器组合形成的潜血检测模块，通过将光源设在手持式光源笔上，又通过导光管将光源发射出的光束穿透排泄物水溶液产生的穿透光引导并射向光学传感器，实现了对排泄物中是否含有潜血信号的检测功能；潜血检测模块用于检测马桶的排泄物水溶液中的排泄物是否含有血夜，并非用于检测有无癌症，并且检测过程中既不需要向马桶内的排泄物水溶液中添加任何生化试剂，也不需要从马桶的排泄物水溶液中采便或采尿，使得应用于生活马桶的潜血检测极其便利且应用广泛；并且该装置整体设计精密，结构简单且紧凑，具有高效的检测功能且成本低，适合推广应用。

附图说明

图1为本发明的半自动健康监护型智能座便器装置实施例的基本原理图。

图2为本发明的外接电源、智能座便器、潜血检测模块实施例的控制功能框图。

图3为本发明的潜血检测模块实施例的控制流程图。

图4为本发明中当使用光源笔进行潜血检测时通过手持方式将光源笔移动至水封表面上方并对准导光管及光学传感器使得半自动健康监护型智能座便器装置处于工作状态实施例的结构示意图。

图5为本发明中将光源笔倒插在充电座中使得半自动健康监护型智能座便器装置处于未工作状态实施例的结构示意图。

图6为本发明中光源、排泄物水溶液、导光管、光学传感器实施例的原理框图。

图7为本发明中充电座对光源笔进行充电实施例的原理图。

图8为本发明中具有三个特征峰值分别为415nm、541nm、577nm的血液吸收光谱图。

图9为本发明中对体积百分浓度为0.001％的排泄物水溶液进行潜血信号检测的潜血信号的主要特征吸收峰值的吸收光谱图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

半自动健康监护型智能座便器装置，如图1-7所示，包括马桶5、固定设在马桶5上的智能座便器3、用于检测马桶5内的排泄物水溶液1中是否含有潜血信号的潜血检测模块2，潜血检测模块2与智能座便器3连接，潜血检测模块2设在智能座便器3或马桶5上。

本实施例中，潜血检测模块2包括用于向马桶5内的排泄物水溶液1发射出特定波长光束的光源21、用于接收透过排泄物水溶液1的穿透光的光学传感器22、用于对穿透光进行潜血信号检测的第一微控制器23，第一微控制器23分别与光源21、光学传感器22连接。

本实施例中，还包括可插拔的固定设在智能座便器3上的光源笔6，光源设在光源笔6的头部，光源笔6的尾部设有光源开关按钮14，光源21向马桶5内的排泄物水溶液1发射出特定波长光束。

本实施例中，如图7所示，光源笔6设有无线充电系统，无线充电系统包括为光源21供电的锂电池11、用于发射无线充电信号的无线充电信号发射控制模块15、用于接收无线充电信号并为锂电池11充电的无线充电模块12，无线充电信号发射控制模块15由供电电源16供电，无线充电信号发射控制模块15与无线充电模块12之间通过天线13进行无线充电信号传输，无线充电模块12与锂电池11连接，锂电池11与光源21之间通过驱动电路9连接；无线充电模块12、锂电池11、驱动电路9均设在光源笔6上，无线充电信号发射控制模块15设在智能座便器3上。其中，光源为LED光源，驱动电路为LED驱动电路。

本实施例中，如图7所示，智能座便器3设有充电座8，无线充电信号发射控制模块15设在充电座8上，光源笔6、充电座8各设有一个天线13；充电座8设有插孔80，光源笔6通过插孔80可插拔的固定设在充电座8上。

本实施例中，光源21向马桶5内的排泄物水溶液1发射出波长范围为250-650nm的光束。

本实施例中，潜血信号含有的血液吸收光谱具有三个特征峰值，三个特征峰值分别为415nm、541nm、577nm，具有三个特征峰值分别为415nm、541nm、577nm的血液吸收光谱图，如图8所示。

本实施例中，光学传感器22设在马桶5上并位于排泄物水溶液1的水封表面10下方，光学传感器22的上端与光源21对准。

本实施例中，光学传感器与排泄物水溶液1之间设有将光源21发射出的特定波长的光束引导且透过排泄物水溶液1并将透过排泄物水溶液1的穿透光引导射向光学传感器22的导光管7，导光管7设在马桶5上，导光管7的下端与光学传感器22的上端连接，导光管7的上端与水封表面10的垂直高度小于20mm；潜血检测模块2还包括与智能座便器3电连接的直流-直流转换模块24，直流-直流转换模块24分别与光源21、光学传感器22、第一微控制器23连接；智能座便器3和潜血检测模块2由外接电源4供电；智能座便器3设有交流-直流转换模块32、第二微控制器31、操作接口33、显示接口34，第二微控制器31分别与交流-直流转换模块32、操作接口33、显示接口34连接，交流-直流转换模块32分别与外接电源4、直流-直流转换模块24连接，操作接口33连接有按键开关，显示接口34连接有显示装置。

本实施例中对体积百分浓度为0.001％的排泄物水溶液进行潜血信号检测的潜血信号的主要特征吸收峰值的吸收光谱图，如图9所示，由图9可以明显看出具有415nm、541nm、577nm的特征吸收峰值，则可推论出排泄物水溶液中含有潜血信号。

半自动健康监护型智能座便器装置的潜血检测方法，如图1-7所示，包括如下具体步骤：

步骤一：打开按键开关，接通外接电源4，启动智能座便器3，开始检测；

步骤二：先将光源笔6从充电座8中拔出，再手持光源笔6使光源笔6的头部朝下，将光源笔6移动至水封表面10上方并对准导光管7及光学传感器22，然后启动光源开关按钮14将光源21打开；

步骤三：光源21发射出特定波长的光束，光束从水封表面10射入马桶5内的排泄物水溶液1中并产生穿透光，然后穿透光穿过导光管7射入光学传感器22，光学传感器22接收到穿透光并将接收到的穿透光传输至第一微控制器23；

步骤四：第一微控制器23先对穿透光的光信号进行信号转换成电信号，再将电信号转换成数字信号，再对数字信号进行数据处理，再依据数据处理判断排泄物中是否含有潜血信号并得到检测结果，然后将检测结果发送至智能座便器3上的第二微控制器31；

步骤五：第二微控制器31接收到检测结果信号并将检测结果信号通过显示接口34发送至显示装置，显示装置将检测结果显示出来；

步骤六：将光源笔6通过插孔80重新插入到充电座8中，无线充电系统自动对光源笔6进行无线充电，从而结束检测。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.半自动健康监护型智能座便器装置，其特征在于：包括马桶(5)、固定设在马桶(5)上的智能座便器(3)、用于检测马桶(5)内的排泄物水溶液(1)中是否含有潜血信号的潜血检测模块(2)，潜血检测模块(2)与智能座便器(3)连接，潜血检测模块(2)设在智能座便器(3)或马桶(5)上。

2.根据权利要求1所述的半自动健康监护型智能座便器装置，其特征在于：潜血检测模块(2)包括用于向马桶(5)内的排泄物水溶液(1)发射出特定波长光束的光源(21)、用于接收透过排泄物水溶液(1)的穿透光的光学传感器(22)、用于对穿透光进行潜血信号检测的第一微控制器(23)，第一微控制器(23)分别与光源(21)、光学传感器(22)连接。

3.根据权利要求2所述的半自动健康监护型智能座便器装置，其特征在于：还包括可插拔的固定设在智能座便器(3)上的光源笔(6)，光源设在光源笔(6)的头部，光源笔(6)的尾部设有光源开关按钮(14)，光源(21)向马桶(5)内的排泄物水溶液(1)发射出特定波长光束。

4.根据权利要求3所述的半自动健康监护型智能座便器装置，其特征在于：光源笔(6)设有无线充电系统，无线充电系统包括为光源(21)供电的锂电池(11)、用于发射无线充电信号的无线充电信号发射控制模块(15)、用于接收无线充电信号并为锂电池(11)充电的无线充电模块(12)，无线充电信号发射控制模块(15)由供电电源(16)供电，无线充电信号发射控制模块(15)与无线充电模块(12)之间通过天线(13)进行无线充电信号传输，无线充电模块(12)与锂电池(11)连接，锂电池(11)与光源(21)之间通过驱动电路(9)连接；无线充电模块(12)、锂电池(11)、驱动电路(9)均设在光源笔(6)上，无线充电信号发射控制模块(15)设在智能座便器(3)上。

5.根据权利要求4所述的半自动健康监护型智能座便器装置，其特征在于：智能座便器(3)设有充电座(8)，无线充电信号发射控制模块(15)设在充电座(8)上，光源笔(6)、充电座(8)各设有一个天线(13)；充电座(8)设有插孔(80)，光源笔(6)通过插孔(80)可插拔的固定设在充电座(8)上。

6.根据权利要求5所述的半自动健康监护型智能座便器装置，其特征在于：光源(21)向马桶(5)内的排泄物水溶液(1)发射出波长范围为250-650nm的光束。

7.根据权利要求1或2或3或4或6所述的半自动健康监护型智能座便器装置，其特征在于：潜血信号含有的血液吸收光谱具有三个特征峰值，三个特征峰值分别为415nm、541nm、577nm。

8.根据权利要求2或3或5或7所述的半自动健康监护型智能座便器装置，其特征在于：光学传感器(22)设在马桶(5)上并位于排泄物水溶液(1)的水封表面(10)下方，光学传感器(22)的上端与光源(21)对准。

9.根据权利要求8所述的半自动健康监护型智能座便器装置，其特征在于：光学传感器与排泄物水溶液(1)之间设有将光源(21)发射出的特定波长的光束引导且透过排泄物水溶液(1)并将透过排泄物水溶液(1)的穿透光引导射向光学传感器(22)的导光管(7)，导光管(7)设在马桶(5)上，导光管(7)的下端与光学传感器(22)的上端连接，导光管(7)的上端与水封表面(10)的垂直高度小于20mm；潜血检测模块(2)还包括与智能座便器(3)电连接的直流-直流转换模块(24)，直流-直流转换模块(24)分别与光源(21)、光学传感器(22)、第一微控制器(23)连接；智能座便器(3)和潜血检测模块(2)由外接电源(4)供电；智能座便器(3)设有交流-直流转换模块(32)、第二微控制器(31)、操作接口(33)、显示接口(34)，第二微控制器(31)分别与交流-直流转换模块(32)、操作接口(33)、显示接口(34)连接，交流-直流转换模块(32)分别与外接电源(4)、直流-直流转换模块(24)连接，操作接口(33)连接有按键开关，显示接口(34)连接有显示装置。

10.半自动健康监护型智能座便器装置的潜血检测方法，其特征在于：包括如下具体步骤：

步骤一：打开按键开关，接通外接电源(4)，启动智能座便器(3)，开始检测；

步骤二：先将光源笔(6)从充电座(8)中拔出，再手持光源笔(6)使光源笔(6)的头部朝下，将光源笔(6)移动至水封表面(10)上方并对准导光管(7)及光学传感器(22)，然后启动光源开关按钮(14)将光源(21)打开；

步骤三：光源(21)发射出特定波长的光束，光束从水封表面(10)射入马桶(5)内的排泄物水溶液(1)中并产生穿透光，然后穿透光穿过导光管(7)射入光学传感器(22)，光学传感器(22)接收到穿透光并将接收到的穿透光传输至第一微控制器(23)；

步骤四：第一微控制器(23)先对穿透光的光信号进行信号转换成电信号，再将电信号转换成数字信号，再对数字信号进行数据处理，再依据数据处理判断排泄物中是否含有潜血信号并得到检测结果，然后将检测结果发送至智能座便器(3)上的第二微控制器(31)；

步骤五：第二微控制器(31)接收到检测结果信号并将检测结果信号通过显示接口(34)发送至显示装置，显示装置将检测结果显示出来；

步骤六：将光源笔(6)通过插孔(80)重新插入到充电座(8)中，无线充电系统自动对光源笔(6)进行无线充电，从而结束检测。