CN109724972A - 一种便携式智能尿液检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式智能尿液检测仪，包括检测仪主体、云端服务器，检测仪主体包括一个由不透光材料制成的盒体，盒体顶部内固定有主控制电路板，主控制电路板上包括嵌入式处理器、存储器、摄像头、LED照明灯、AD数据采集芯片、网络通信模块，盒体侧壁设有电源插孔，盒体外壁设有按钮；盒体底部一侧壁设有用于插入尿液试纸条的插槽；嵌入式处理器通过网络通信模块与云端服务器互联。本发明成本低、方便携带、操作简单；算法在云端处理，反应速度快，不降低用户体验；云端存储，历史检测数据不会丢失；通过手机、web端，可以看到所有的历史数据，方便分析；可以智能提醒，提高检测的时效性；检测结果通过语音信号进行播报，适合老年患者理解。

Description

一种便携式智能尿液检测仪及检测方法

技术领域

本发明涉及尿液多项指标检测领域，特别是一种便携式智能尿液检测仪及检测方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，对健康的关注和需求越发强烈，而在日常生活中对人们健康影响较大的一类疾病是慢性非传染性疾病，中国慢性病报告指出：慢性病已成为我国城乡居民死亡的主要原因，城市和农村慢性病死亡的比例高达85.3％和79.5％。即使在贫困地区，慢性病的死亡也是不容忽视的，许多贫困县也已达到60％。由此可见慢性病的预防和管理越发重要，其中以糖尿病为代表的慢性肾病由于具有高发病率、高医疗花费、低知晓率、低治愈率而成为家庭健康的重要威胁，因而加强对慢性肾病的日常监测、疾病筛查和管理尤为重要。

在疾病筛查和检测方面，常见的包括到医院进行尿常规等检测，但由于到医院检测具有排队时间长、检测费用高、检测流程复杂、时间效率低等问题，给人们日常健康检查和疾病管理带来了很大的不便。在医疗检测方法中，通过试纸对人们的健康状况进行检测和疾病管理具有很高的临床指导意义。尿液分析作为临床健康检查的重要手段，得到了广泛的应用和推广，通过对人体尿液中的多种化学指标含量进行检测，可以有效评估人体的健康状况，特别是对肾功能、肝功能、炎症、糖尿病、结石等疾病的评价具有较高的临床指导意义。

目前，国内外已经出现了一些利用手机进行尿液指标检测的技术，但是它们具有如下缺点：

1.当前市场上(医院内)的尿液检测仪器和设备大多过于复杂，包含大量的复杂单元，例如传感器、单片机、信号转换器、显示屏、提示模块等，因此成本和价格相对较高；设备过于笨重，无法携带，普通患者无法在家里使用；设备操作复杂，需要专业人员操作。

2.基于智能手机进行尿液指标检测的技术，则存在如下问题：

作为主流用户的老年人不拥有智能手机，或者是无法适应智能手机上各种app的复杂操作，用户体验很差；智能手机的处理速度有限，影响用户体验；智能手机的计算力有限，无法进行复杂的算法分析，因此不利于提升检测结果的准确度；智能手机存储能力有限，不适合进行大数据分析。

3.单纯的基于智能手机进行的技术，容易受到外界光照不均、曝光过度、光照不充分等干扰，导致识别结果不精准。

4.检测装置的软件操作复杂，老年人很难适应。

5.无法看到历史检测数据，不利于医生分析，以及长期对病情进行跟踪。

6.软件智能程度不够，不能及时提醒患者在精准时刻进行测量，降低了检测效果。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种价格低廉、操作便捷、方便携带、用户体验好、可在家操作、便于分析历史数据的便携式智能尿液检测仪及检测方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种便携式智能尿液检测仪，包括检测仪主体、云端服务器，所述检测仪主体包括一个由不透光材料制成的盒体，盒体顶部内固定有主控制电路板，主控制电路板上包括嵌入式处理器、存储器、摄像头、LED照明灯、AD数据采集芯片、网络通信模块，嵌入式处理器分别与存储器、摄像头、网络通信模块、LED照明灯连接、AD数据采集芯片连接，盒体侧壁设有电源插孔用于连接电源为主控制电路板供电，所述盒体外壁设有与嵌入式处理器连接用于触发摄像头进行拍照的按钮；所述盒体底部一侧壁设有用于插入尿液试纸条的插槽，所述摄像头的镜头正对尿液试纸条的检测区中心点；所述嵌入式处理器通过网络通信模块与云端服务器互联；所述嵌入式处理器上安装有主控程序，实时负责接收用户的操作信息，抓拍图像，控制LED照明灯亮度，主控程序通过检测算法对图像中定位得到每个试纸块的位置，然后识别试纸块的平均颜色值，通过与参考颜色值进行对比，得到精准的指标值即检测结果后传输并存储于云端服务器；或将照片通过网络通信模块传输到云端服务器，云端服务器通过检测算法对图像进行定位，得到每个试纸块的位置，然后识别试纸块的平均颜色值，通过与参考颜色值进行对比，得到精准的指标值即检测结果后存储于云端服务器。

进一步，所述盒体内还设有与嵌入式处理器连接的语音播报器，云端服务器将检测结果通过网络通信模块传输到嵌入式处理器，再通过语音播报器进行播报检测结果；另外，嵌入式处理器内置智能提醒软件，用于在检测时刻到来前5-10分钟，通过语音播报器提醒用户及时检测。

进一步，所述网络通信模块至少包括WiFi模块、蓝牙模块、有线网络模块中的一种。

进一步，还包括手机或电脑终端，用于通过互联网接入云端服务器进行查看检测结果。

进一步，所述主控制电路板的四个角分别装有LED照明灯。

进一步，所述摄像头包括光学镜头和感光芯片，感光芯片为CCD感光芯片或CMOS感光芯片。

进一步，插槽内设有可以抽出与插入的用于安装和固定尿液试纸条的抽屉。

另外，本发明提供一种用便携式智能尿液检测仪进行尿液检测的方法，包括以下步骤：

S1、接通检测仪主体的电源，完成检测仪主体与云端服务器的网络配置连接；

S2、用户将尿液试纸条完全浸泡在尿液中1-3秒，保证尿液试纸条上的每一个试纸块得到润湿，然后抽出采集盒底部插槽，放置好试纸条，再将插槽装入盒中；

S3、按动盒体外侧的按钮，触发摄像头进行拍照，主控程序通过检测算法对图像中定位得到每个试纸块的位置，然后识别试纸块的平均颜色值，通过与参考颜色值进行对比，得到精准的指标值即检测结果后传输并存储于云端服务器；或将照片通过网络通信模块传输到云端服务器；

S4、云端服务器通过检测算法对图像中定位得到每个试纸块的位置，然后识别试纸块的平均颜色值，通过与参考颜色值进行对比，得到精准的指标值即检测结果后存储于与云端服务器；

S5、云端服务器将检测结果通过网络通信模块传输到检测仪，再通过语音播报器播报检测结果；或者用户在手机或电脑终端通过互联网接入云端服务器进行查看检测结果，检测仪播报检测结果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)成本低；

2)便捷式：方便携带，可以在家中检测，也可以在旅途上检测；

3)操作简单：操作傻瓜化，只需要通过盒体外侧的按键即可实现检测；

4)算法在云端处理，反应速度快，不降低用户体验；

5)不依赖智能手机，在偏远农村条件较差的地区依然可以使用；

6)云端存储，历史检测数据不会丢失；

7)通过手机、web端，可以看到所有的历史数据，方便分析；

8)可以智能提醒，提高检测的时效性；

9)检测结果通过语音信号进行播报，适合老年患者理解。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明实施例的检测方法流程图。

图3为本发明实施例用的尿检14项指标试纸的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、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的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

如图1所示，本实施例的一种便携式智能尿液检测仪，包括检测仪主体、云端服务器14，所述检测仪主体包括一个由不透光材料制成的盒体1，盒体1顶部内固定有主控制电路板，主控制电路板4上包括嵌入式处理器5、存储器7、摄像头6、LED照明灯13、AD数据采集芯片8、网络通信模块9，嵌入式处理器5分别与存储器7、摄像头6、网络通信模块9、LED照明灯13连接、AD数据采集芯片8连接，盒体1侧壁设有电源插孔10用于连接电源为主控制电路板4供电，所述盒体1外壁设有与嵌入式处理器5连接用于触发摄像头6进行拍照的按钮12；所述盒体1底部一侧壁设有用于插入尿液试纸条3的插槽2，本实例中，插槽2内设有可以抽出与插入的用于安装和固定尿液试纸条3的抽屉15，所述摄像头6的镜头正对尿液试纸条3的检测区中心点，本实施例中摄像头6包括光学镜头和感光芯片，感光芯片为CCD感光芯片或CMOS感光芯片；所述嵌入式处理器5通过网络通信模块9与云端服务器14互联；所述嵌入式处理器5上安装有主控程序，实时负责接收用户的操作信息，抓拍图像，控制LED照明灯亮度，然后上传到云端服务器14；云端服务器14通过检测算法对图像进行定位，得到每个试纸块的位置，然后识别试纸块的平均颜色值，通过与参考颜色值进行对比，得到精准的指标值即检测结果后存储于云端服务器。当然，嵌入式处理器5上的主控程序也通过检测算法对图像中定位得到每个试纸块的位置，然后识别试纸块的平均颜色值，通过与参考颜色值进行对比，得到精准的指标值即检测结果后传输并存储于云端服务器14。

本实施例中，所述盒体1内还设有与嵌入式处理器5连接的语音播报器11，云端服务器14将检测结果通过网络通信模块9传输到嵌入式处理器5，再通过语音播报器11进行播报检测结果；另外，嵌入式处理器5内置智能提醒软件，用于在检测时刻到来前5-10分钟，通过语音播报器11提醒用户及时检测。

如图1所示，本实施例中，所述网络通信模块9至少包括WiFi模块、蓝牙模块、有线网络模块中的一种，能够通过WiFi、蓝牙两种方式传递图像数据、检测数据等信息。检测仪的主控制电路板4上自带有线网口。在检测仪侧壁上留有网络插口，与外部通过网线相连。图像数据、检测数据等信息，也可以通过有线网络进行传输。

本实施例中，还包括手机或电脑终端(图中未画出)，用于通过互联网接入云端服务器进行查看检测结果。

本实施例中，尿液试纸条3选用尿检14项指标试纸，如图3所示；尿检14项指标试纸的检测项目包含：尿胆原、葡萄糖、酮体、胆红素、蛋白质、亚硝酸盐、酸碱度、潜血、比重、白细胞、维生素C、肌酐、尿钙、微量白蛋白；将尿检14项指标试纸在待检尿样中充分浸润反应；待检尿样选用晨尿中段尿液，浸泡时间1-3秒，使用时间在1分钟以内。当然，本实施例的尿液试纸条并不限于此，尿液试纸条也可以为其他包括多个指标项的试纸。

以下以尿检14项指标试纸为例，用上述便携式智能尿液检测仪进行尿液检测，具体步骤如下：

一、图像采集：将尿检14项指标试纸固定放置在抽屉15上，然后将抽屉15整体插入插槽2内；盒体内侧顶部的摄像头正对尿检14项指标试纸的检测区中心点；打开盒体内侧顶部摄像头四周的LED照明灯，为尿检14项指标试纸提供稳定、均匀、充足的白色光照环境；嵌入式处理器中的主控程序在接受到盒体侧壁上的按钮的信号之后，就抓拍图像，并且将图像通过WiFi、蓝牙、有线网络传输到云端服务器；

二、云端检测(或检测仪内部检测)

云端检测(或检测仪内部检测)算法在接受到图像之后，主要是：主控程序通过检测算法对图像中定位得到每个试纸块的位置，然后识别试纸块的平均颜色值，通过与参考颜色值进行对比，得到精准的指标值即检测结果后传输并存储于云端服务器；或将照片通过网络通信模块传输到云端服务器；云端服务器通过检测算法对图像中定位得到每个试纸块的位置，然后识别试纸块的平均颜色值，通过与参考颜色值进行对比，得到精准的指标值即检测结果后存储于与云端服务器，具体为步骤：

1)试纸块定位：在尿检14项指标试纸上，共有16个正方形的试纸块，即试纸块a至试纸块p，其中试纸块n和试纸块o是两个用于颜色校正的白色试纸块；由于试纸在相机视野中的位置是基本固定的，采用先验位置直接裁剪的方法可得到试纸块的分割结果；先验位置通过事先采集的图像测量得到；

为了进一步降低裁剪过程中引入噪声的可能，将裁剪框向试纸块中心收缩，每一边向中心收缩10个像素，保证即便试纸块有轻微的位置偏移，裁剪的结果中，依然不会包含非试纸块像素，或者是试纸块边界像素，从而杜绝了噪声像素出现的可能性；

2)去除噪点效果：采用对试纸图像进行高斯平滑的办法去除噪点；

3)颜色校正，具体步骤如下：

①在试剂块b的左、右和下方三块白色参考色块a1、b1、b2上,对白色块裁剪区域a1、b1、b2内的所有的像素点，分别计算它们R、G、B三个通道的平均值；计算标准差sigma；对裁剪区域内的每个像素点进行分析，如果该像素不再平均值周边的sigma范围内，就当做噪声过滤；利用剩余的像素点，重新计算平均值，作为a1、b1、b2白色参考色块的RGB代表值；

②在白色参考色块平均RGB色值中选取数值最大的通道，定义该值为Maxval；若以为最大值即定义为Maxval，由于白色的RGB标准值是(255.255.255)，通过设置参数β、使三个通道的数值比例为(1：1：1)即 计算得出β、￡的参数值，则白色色块的RGB色值的映射比例即为

③由于白色参考色块位于试剂块的上方和下方，可用白色色块的RGB色值映射比例用于试剂块的色偏校正；

④试剂块b中计算RGB平均值定义试剂块b的三通道RGB色值校正后值为(Rb、Gb、Bb)，按公式(1)-公式(6)计算；

公式(1)

公式(2)

公式(3)

公式(4)

公式(5)

公式(6)

⑤同理计算出试剂块a、试剂块c、试剂块d、试剂块e…色偏校正后的RGB数值；以上即完成一片试纸条的图像采集与色偏校正；

4)得出疑似病证信息：尿检14项指标试纸图像上各试剂块样本校正后的RGB平均值，与存储器内预设的标准参考色RGB值进行对比分析，得出对应的疑似病证信息，具体步骤如下：

①储存器存有试剂块各项指标在不同浓度反应下的RGB色值及各个色值所对应的疑似病症信息；

②将尿检14项指标试纸上的某个指标试剂块平均色值与储存器中预存的该指标试剂块在不同浓度下反应后的RGB值进行计算对比，找出最相近的预设色值；以试剂块b为例，首先计算出试纸条上试剂块b的RGB平均值为记为设对应位置试剂块在储存器内最相近的预设值为b₀＝RGB(Rb₀,Gb₀,Bb₀)，计算R通道的平均值在RGB色值空间中，两点各通道色差为：

利用加权欧式公式计算RGB色彩空间距离ΔC，公式如下：

③由加权欧式公式可计算出当ΔC绝对值最小时，两个颜色的RGB空间距离最小，结果最接近，选取储存器内最接近试纸条上该试剂块平均值的参考值作为参考数值输出，并读取输出该数值对应的疑似病症信息；

三、云端服务器接收到检测仪发送的数据后，同时会根据使用者姓名、年龄等个人信息，查找云端数据库中该使用者的历史检测数据；

①如果云端服务器数据库中未能查找到该使用者历史检测信息，则在云端服务器数据库新建该使用者的个人健康检测档案，并标记存档；

②如果云端服务器数据库中查到存在该使用者的历史检测信息，则调取历史检测数据，与本次检测数据进行变量分析，并将新数据存入云端档案进行历史趋势数据比较分析；

四、云端服务器将分析后的结果汇总为一份个人检测报告，报告数据包括但不仅限于：14项试剂块对应化学成分含量信息、各项指标历次检测变化趋势、变化幅度较大或异常指标分析、多指标组合疑似疾病分析、康复方案、健康建议、慢病管理指导等；

五、结果反馈

云端服务器将检测结果通过无线网络传输到检测仪，检测仪调度内部软件，对检测结果通过语音的方式进行播报，用户也可在手机或者网页上查看最新的检测结果；

六、检测提醒

用户事先设定好每天需要检测尿液指标的精准时刻。检测仪内部的监测程序，在检测时刻到来之前，就通过语音进行提醒，这样就可以让用户得到更加精准的检测效果。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种便携式智能尿液检测仪，包括检测仪主体、云端服务器，其特征在于：所述检测仪主体包括一个由不透光材料制成的盒体，盒体顶部内固定有主控制电路板，主控制电路板上包括嵌入式处理器、存储器、摄像头、LED照明灯、AD数据采集芯片、网络通信模块，嵌入式处理器分别与存储器、摄像头、网络通信模块、LED照明灯连接、AD数据采集芯片连接，盒体侧壁设有电源插孔用于连接电源为主控制电路板供电，所述盒体外壁设有与嵌入式处理器连接用于触发摄像头进行拍照的按钮；所述盒体底部一侧壁设有用于插入尿液试纸条的插槽，所述摄像头的镜头正对尿液试纸条的检测区中心点；所述嵌入式处理器通过网络通信模块与云端服务器互联；所述嵌入式处理器上安装有主控程序，实时负责接收用户的操作信息，抓拍图像，控制LED照明灯亮度，主控程序通过检测算法对图像中定位得到每个试纸块的位置，然后识别试纸块的平均颜色值，通过与参考颜色值进行对比，得到精准的指标值即检测结果后传输并存储于云端服务器；或将照片通过网络通信模块传输到云端服务器，云端服务器通过检测算法对图像进行定位，得到每个试纸块的位置，然后识别试纸块的平均颜色值，通过与参考颜色值进行对比，得到精准的指标值即检测结果后存储于云端服务器。

2.根据权利要求1所述的便携式智能尿液检测仪，其特征在于：所述盒体内还设有与嵌入式处理器连接的语音播报器，云端服务器将检测结果通过网络通信模块传输到嵌入式处理器，再通过语音播报器进行播报检测结果；另外，嵌入式处理器内置智能提醒软件，用于在检测时刻到来前5-10分钟，通过语音播报器提醒用户及时检测。

3.根据权利要求1所述的便携式智能尿液检测仪，其特征在于：所述网络通信模块至少包括WiFi模块、蓝牙模块、有线网络模块中的一种。

4.根据权利要求1所述的便携式智能尿液检测仪，其特征在于：还包括手机或电脑终端，用于通过互联网接入云端服务器进行查看检测结果。

5.根据权利要求1所述的便携式智能尿液检测仪，其特征在于：所述主控制电路板的四个角分别装有LED照明灯。

6.根据权利要求1所述的便携式智能尿液检测仪，其特征在于：所述摄像头包括光学镜头和感光芯片，感光芯片为CCD感光芯片或CMOS感光芯片。

7.根据权利要求1所述的便携式智能尿液检测仪，其特征在于：所述插槽内设有可以抽出与插入的用于安装和固定尿液试纸条的抽屉。

8.一种用权利要求2任一所述的便携式智能尿液检测仪进行尿液检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、接通检测仪主体的电源，完成检测仪主体与云端服务器的网络配置连接；

S2、用户将尿液试纸条完全浸泡在尿液中1-3秒，保证尿液试纸条上的每一个试纸块得到润湿，然后抽出采集盒底部插槽，放置好试纸条，再将插槽装入盒中；

S3、按动盒体外侧的按钮，触发摄像头进行拍照，主控程序通过检测算法对图像中定位得到每个试纸块的位置，然后识别试纸块的平均颜色值，通过与参考颜色值进行对比，得到精准的指标值即检测结果后传输并存储于云端服务器；或将照片通过网络通信模块传输到云端服务器；

S4、云端服务器通过检测算法对图像中定位得到每个试纸块的位置，然后识别试纸块的平均颜色值，通过与参考颜色值进行对比，得到精准的指标值即检测结果后存储于云端服务器；

S5、云端服务器将检测结果通过网络通信模块传输到检测仪，再通过语音播报器播报检测结果；或者用户在手机或电脑终端通过互联网接入云端服务器进行查看检测结果，检测仪播报检测结果。