CN110108703A - 血红素感测器及其血红素感测方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种血红素感测器，尤指一种可快速检测马桶内排泄物是否有潜血反应的血红素感测器，包括一手持式壳体及一表现元件。壳体内设有：一发光元件；一操作介面，连接发光元件，并用以启动发光元件射出复数个波长介于350nm‑800nm范围内的入射光束，入射光束可照射一溶液，而溶液位于具有一排泄物的容器中，入射光束穿透溶液而照射至容器的一反光件，并产生至少一感测光束；一光感测元件，接收感测光束，并输出一感测讯号；一资料处理器，接收感测讯号，并产生一感测结果资料。表现元件则接收感测结果资料，并表现出排泄物内是否有潜血反应。

Description

血红素感测器及其血红素感测方法

技术领域

本发明有关于一种血红素感测器及其血红素感测方法，尤指一种可检测马桶内排泄物潜血反应的感测器，可有效提高受测者排泄物的潜血反应的准确性及便利性。

背景技术

血红素普遍存在于动物的血液，因此对血红素的侦测是不少疾病预防与早期治疗的主要方法，例如大肠直肠癌的粪便潜血检测、膀胱癌或肾脏癌的尿液潜血检测、支气管炎或肺肿瘤的咳痰潜血检测等。

在中国台湾，大肠癌发生率连续十一年蝉联癌症之首，大肠癌发生率高居世界第一。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。而在美国，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。如何有效提高粪便潜血检测的准确性及便利性，可说是早期治疗大肠癌且降低大肠癌死亡率的重要因素。

但是传统的粪便潜血检测必须采集粪便检体，再送回医院检验及等待检验结果，对受测者而言，不仅不方便，也无法随时检测及长期追踪自我健康管理。

再者，传统采集粪便检体时，采集约1克，而医检单位却仅使用其中约6 毫克进行检验，然而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结果。又，由于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。如此将无法准确获知排泄物内是否有潜血反应，错失黄金治疗时间。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种血红素感测器，适合随时检测受测者或宠物的排泄物潜血反应，不仅可提高潜血检测的方便性、快速性及准确性，又可藉此以达到长期追踪、随时检测、早期发现、早期治疗的效果。

本发明的又一目的，在于提供一种血红素感测方法，利用简单方便的检测步骤即可获知排泄物内是否有潜血反应，藉此以实现居家健康监护的效果。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种血红素感测器，其特征在于，包括：

一手持式的壳体，内设置：

一发光元件，用以产生波长介于350nm-800nm范围内的复数个入射光束；

一操作介面，连接所述发光元件，用以启动所述发光元件产生所述入射光束，使得所述入射光束射向所述壳体的前端；

一光感测元件，接收复数个感测光束，并产生一感测讯号；及

一资料处理器，连接所述光感测元件，接收所述感测讯号并产生一感测结果资料；及

一表现元件，接收所述感测结果资料，用以表现所述感测结果；

其中所述入射光束用以射向一溶液，所述溶液存在于所述壳体外且具有一排泄物的一容器中，所述入射光束穿透所述溶液，并产生所述感测光束。

所述血红素感测器，其中:其中所述容器为一马桶、一便盆、一小便斗、一尿壶或一痰盂。

所述血红素感测器，其中:包括有一光导元件，设于所述壳体内，位于所述光感测元件的前端，用以收集及传输所述感测光束。

所述血红素感测器，其中:其中所述表现元件设于所述壳体外的一远端电子装置或所述壳体表面。

所述血红素感测器，其中:包括有一探测头，为一中空管体，用以卡合于所述壳体前端，所述探测头的前端设置一反光件，在所述入射光束穿透所述溶液后照射所述反光件，并产生所述感测光束，而探测头的中空管体上设有至少一孔洞，所述溶液则经由所述孔洞而进出所述探测头。

所述血红素感测器，其中:包括有一过滤元件，包覆所述探测头，而所述溶液穿过所述过滤元件。

所述血红素感测器，其中:其中所述反光件为所述探测头的一内表面或一反射片。

所述血红素感测器，其中:所述入射光束穿透所述溶液后照射一反光件，并产生所述感测光束，而反光件为所述容器的一内表面。

所述血红素感测器，其中:所述感测讯号反应一光谱或一光强度值。

所述血红素感测器，其中:所述光谱属于吸收光谱、萤光光谱、散射光谱或拉曼光谱。

所述血红素感测器，其中:所述资料处理器以所述感测讯号是否具有邻近 415nm、541nm及577nm的特征波长峰值，依此分析并产生所述感测结果资料。

所述血红素感测器，其中:所述发光元件至少包括有三颗发光二极体，所述入射光束的波长峰值分别邻近于375nm、395nm及415nm。

所述血红素感测器，其中:所述发光元件至少有四颗发光二极体，包括一白光发光二极体。

一种血红素感测方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一手持式血红素感测器，操作一发光元件以发射复数个入射光束，穿透一溶液，并产生复数个感测光束，所述溶液存在于具有一排泄物的一容器中，而所述容器为一马桶、一便盆、一小便斗、一尿壶或一痰盂；

提供一光感测元件以接收所述感测光束，并产生一感测讯号；

提供一资料处理器以接收所述感测讯号，并产生一感测结果资料；及

提供一表现元件，接收所述感测结果资料，并表现出一感测结果。

所述血红素感测方法，其中：包括以下步骤：提供一探测头，卡合于所述血红素感测器的一前端，并将所述探测头插入所述溶液中。

所述血红素感测方法，其中：包括以下步骤：提供一过滤元件，包覆于所述探测头外表面，并连同所述探测头插入所述溶液中。

所述血红素感测方法，其中:所述入射光束的波长介于350nm～800nm范围之间，而所述资料处理器则以所述感测讯号是否具有邻近于415nm、541nm及577nm 的特征波长峰值来产生所述感测结果资料。

本发明的有益效果是：适合随时检测受测者或宠物的排泄物潜血反应，不仅可提高潜血检测的方便性、快速性及准确性，又可藉此以达到长期追踪、随时检测、早期发现、早期治疗的效果，利用简单方便的检测步骤即可获知排泄物内是否有潜血反应，藉此以实现居家健康监护的效果。

附图说明

图1为本发明血红素感测器一较佳实施例的系统示意图。

图2为本发明如图1所示实施例的构造示意图。

图3为本发明血红素感测器又一实施例的系统示意图。

图4为本发明如图3所示实施例的构造示意图。

图5为本发明血红素感测器又一实施例的系统示意图。

图6为本发明血红素感测器所产生一实施例的波长频谱示意图。

图7为本发明血红素感测器又一实施例的构造示意图。

图8为本发明如图7所示实施例的使用示意图。

图9为本发明血红素感测器所产生的一实施例的波长频谱示意图。

图10为本发明血红素感测方法一实施例的步骤流程图。

图11为本发明血红素感测方法又一实施例的步骤流程图。

附图标记说明：10-血红素感测器；11-壳体；12-发光元件；121-发光二极体；122-印刷电路板；123-狭缝单元；125-入射光束；13-操作介面；14-光感测元件； 145-感测光束；147-感测讯号；15-资料处理器；157-感测结果资料；16-表现元件；167-感测结果；17-电源；18-讯号发射器；20-容器；21-排泄物；25-溶液； 27-反光件；30-远端电子装置；40-探测头；45-孔洞；47-反光件；50-过滤元件； 54-光导元件。

具体实施方式

本发明所指的溶液包括人或动物所直接排泄或产生的溶液、该溶液的水或其他溶剂的溶液；例如，存在于马桶内的溶液，而马桶内具有粪便、尿液及/或咳痰等排泄物。潜血则是指称排泄物中所含的人或动物的血液，特别是指目视不可见的血液。

请参阅图1及图2，分别为本发明血红素感测器一较佳实施例的系统示意图及构造示意图。如图所示，本发明血红素感测器10为一手持式感测器，包括有一壳体11及一表现元件16。手持式的壳体11内设有：一发光元件12、一操作介面13、一光感测元件14及一资料处理器15。表现元件16可设于壳体11表面或壳体11外的一远端电子装置中，而本实施例的表现元件16设置于壳体11 表面。操作介面13连接发光元件12，并用以启动发光元件12投射出复数个入射光束125，入射光束125将照向壳体11的前端位置，照射一待测溶液25，并因此产生至少一感测光束145。光感测元件14固设于壳体11内，接收该感测光束145，并产生一感测讯号147。资料处理器15连接光感测元件14，接收感测讯号147，分析且产生一感测结果资料157。而表现元件16则是以有线或无线方式连接资料处理器15，并接收感测结果资料157，再用以表现潜血反应的感测结果167，例如呈现阳性、阴性、或潜血含量等级(0～5级；0级表示没有潜血反应，5级则表示有严重潜血反应)。

待测溶液25存在于一容器20中，而该容器20内还具有欲检测者或动物的排泄物21，例如粪便、尿液或咳痰。而容器20最好是可由欲检测者或动物可直接排放其排泄物21的盛接装置，例如马桶、便盆、小便斗、尿壶或痰盂。由于排泄物21如果存在有动物血液，其血液会稀释于溶液25中，溶液25内即会存在有动物血液物质，而不会仅存在于排泄物21的某些部分，因此直接检测容器 20内的溶液25，其潜血反应的检测准确性将高于直接检测部分排泄物，所以可有效降低伪阴性的检测结果。而本发明的入射光束125即是直接照射溶液25，并由反光件27反射而成该感测光束145，而不直接照射部分的排泄物21本体。

在本发明一实施例中，入射光束125可穿透待测溶液25，射至一反光件27 并因此产生复数个感测光束145，而反光件27为该容器20的一内表面、一陶瓷反射片(ceramicreflector)、一金属反射片(metal reflector)、或一反射镜 (mirror)，入射光束125穿透溶液25而射向反光件27，经由溶液25的吸收作用及反光件27的反射作用，以成为该感测光束145。

请参阅图3及图4，分别为本发明血红素感测器又一实施例的系统示意图及构造示意图。如图所示，在此实施例中，主要在壳体11内设有一电源17及一讯号发射器18，透过讯号发射器18可以将感测结果资料157传送至壳体11外的一远端电子装置30，再藉由远端电子装置30内的表现元件16以呈现出感测结果167。

当然，在本发明一实施例中，其资料处理器15也可设于壳体外11的远端电子装置30中，光感测元件14的感测讯号147可直接传送至远端电子装置30 的资料处理器15，并由远端电子装置30分析及产出感测结果资料157及感测结果167。

在本发明一实施例中，电源17可以是锂电池、市电、或太阳能供电等，可电源转换后直流输出，再提供发光元件12、资料处理器15、与光感测元件14 适用的电压，例如3V、3.3V、5V等。资料处理器15可以是ARM Cortex M7单晶片216MHz资料处理器。操作介面13可以具有电源按钮、启动量测按钮等。表现元件16為一可以呈現具有陽性與陰性之LED燈號、電池電量燈號、LCD顯示器、及/或聲音元件等。

请参阅图5，为本发明血红素感测器又一实施例的系统示意图。血红素感测器10的壳体11内还设有一光导元件54，设置于光感测元件14的前端，可收集并传输感测光束145，以提高感测光束145传输的准确性。又，发光元件12包含复数个发光二极体121，每一个发光二极体121都可投射其个别波长的入射光束125，以形成复数个入射光束125，穿过其相对应的狭缝单元123。入射光束 125穿透位于容器20内的溶液25，并照射至反光件27，而产生感测光束145。光导元件54收集并传输该感测光束145至光感测元件14。光感测元件14接收了感测光束145之后，即可进一步做后续的光谱特性分析或光强度值分析，例如吸收光谱、萤光光谱、散射光谱或拉曼光谱分析，藉此来判定溶液25中是否含有血红素的潜血反应。

于本发明一实施例中，光导元件54可以是由塑胶或玻璃材质构成，形状为一直径小于约3.5mm的圆柱体。而发光元件12藉由一印刷电路板122以固定发光二极体121，印刷电路板122的材质可以为玻璃纤维板FR4或铝基板，其形状可以是中空的圆环形状或多边形，使细长的光导元件54可由其中央孔洞穿过。光感测元件14可以是光二极体阵列(Photodiode array)、CMOS感光元件(CMOS sensor)、电荷耦合感光元件(CCD sensor)、光谱器(Photo-spectrometer)等。

在本发明一实施例中，为了有较好的感测光束145收集效果，入射光束125 穿透该溶液25时，选择深度相对较浅的区域，溶液25厚度小于约20mm。反光件27为马桶陶瓷的一内表面，而入射光束125则照射于马桶内水面较浅的区域位置，而不用直接去照射粪便本体等排泄物。

在本发明一实施例中，血红素的检测是利用吸收光谱分析，入射光束125 为一特定波长光束，例如波长介于350nm～800nm(奈米；nanometer)的范围内的入射光束125，经过狭缝单元123后照射待测的溶液25，并且穿透溶液25及反光件27，产生感测光束145，再经由光导元件54至光感测元件14。光感测元件14接收了感测光束145之后，即可进一步做后续的光谱分析，如果在获得的光谱中具有邻近于415nm、541nm、及577nm左右的特征吸收峰值，则可推论为溶液25中具有血红素的潜血反应，而可将感测结果资料157呈现为阳性结果。

请参阅图6，为本发明血红素感测器具体实施例所检测出血红素讯号结果。在含血水溶液的体积百分浓度为0.001％，实际量测含血水溶液吸收光谱结果，如图所示，可清楚的发现血液的主要特征吸收峰值邻近于414nm、542nm、及 576nm，符合血红素吸收光谱特征峰值。

在本发明又一实施例中，发光二极体121可为复数个，例如三颗或四颗。如果是四颗发光二极体，则其中将包括有一白光发光二极体，而其他三颗发光二极体的波长峰值邻近于375nm、395nm、415nm。狭缝单元123可以是不锈钢材质，其直径为0.5～3mm，其中央具有一穿孔。

在容器20具有容易反射光线的反光件27时，本发明的血红素感测器10可以是一掌上型的感测器，不用接触该溶液25即可遥测得知其感测光束145、感测讯号147、感测结果资料157及其感测结果167，为一操作方便且不需添加化学药剂的居家生活健康监控利器。

反之，如果在容器20不容易有反光件27的情形下，本发明还可设计搭配有一探测头40，如图7及图8所示，以方便收集感测光束145，同样可达到血红素检测的目的。本发明探测头40为一中空管体，可分离、卡合及/或固定于该壳体11的前端位置，探测头40的前端设有至少一孔洞45。当探测头40被插入容器20的溶液25中时，溶液25可经过孔洞45而进入探测头40的中空管体内。入射光束125穿透位于探测头40内的溶液25，并射至探测头40前端的反光件47，以产生至少一感测光束145及提供后续的光谱分析。

于本发明一实施例中，探测头47前端的反光件47可以是为该容器20的一内表面、或者是探测头47本体一内表面、或者是固定于探测头47本体上的一反射片，例如但不限系为一陶瓷反射片(ceramic reflector)、一金属反射片 (metal reflector)、或一反射镜(mirror)。

在本发明一实施例中，为了有较好的光谱分析效果，入射光束125穿透的溶液25厚度要大于5mm(公厘；millimeter)，亦即探测头40插入溶液25的深度要大于约5mm。

本发明又一实施例中，血红素感测器10还可设有一过滤元件50，过滤元件 50可以是一圆形滤纸杯，可套住及包覆探测头40外表面。过滤元件50由过滤材质构成，当探测头40被插入溶液25内时，过滤元件50可以让溶液25通过，并经由孔洞45而进入探测头40内，但大颗粒的排泄物或其他杂质则将被挡于过滤元件50外，而不会进入探测头40内，如此将可提高潜血反应的检测信赖性。

以过滤元件50包覆探测头40外表面后，并不影响本发明在溶液25中血红素检测结果，如图9所示，有无加上过滤元件50(w/filter及w/o filter)，皆可检测出明显的血液吸收峰值，分别邻近于541nm与577nm。

请参阅图10，为本发明使用上述血红素检测器的血红素检测方法的步骤流程图。如图所示，步骤S601，提供一手持式血红素感测器，操作一发光元件以投射复数个入射光束，照射存在于容器(例如马桶)内的一溶液，而不直接照射同时存在于容器(例如马桶)内的排泄物。入射光束照射溶液，并产生复数个感测光束。其中容器可为一马桶、一便盆、一小便斗、一尿壶或一痰盂。

在本发明一实施例中，入射光束在照射溶液时，也可穿透溶液而至一反光件，并因此产生感测光束，而反光件则是容器(马桶)的一内表面。

步骤S603，提供一光感测元件以接收该感测光束，并产生一感测讯号。步骤S605，提供一资料处理器以接收该感测讯号，并产生一感测结果资料。步骤 S607，提供一表现元件，接收该感测结果资料，并表现出潜血反应的一感测结果，例如为阳性或阴性。

最后，请参阅图11，为本发明血红素感测方法的又一实施例的步骤流程图，其主要在先前步骤S601中，变更为步骤S611及步骤S612。步骤S611，提供一手持式血红素感测器，并在其前端卡合一探测头，探测头为一中空管体，将探测头插入存在于容器(例如马桶)内的一溶液中，而不直接插入排泄物(例如粪便)，并致使容器内的溶液流入探测头内。

步骤S612，操作一发光元件以投射复数个入射光束，照射存在于探测头内的溶液。入射光束将穿透溶液至一反光件，并产生复数个感测光束。后续再进行步骤S603、步骤S605及步骤S607。

本发明血红素感测方法的又一实施例中，其主要在先前的步骤S611中，包括有另一个实施步骤S621。步骤S621，当探测头卡合于血红素感测器的前端后，将提供一过滤元件包覆探测头的外表面，之后再将探测头连同过滤元件插入容器(马桶)内的溶液中，并致使溶液穿过过滤元件而流入探测头内。藉由过滤元件以过滤掉容器内比较大颗的排泄物或杂质。而后续再进行步骤S612、步骤 S603、步骤S605、步骤S607。

在本发明一实施例中，步骤S601所述的反光件指该容器的一内表面，选择溶液深度相对较浅的区域来照射。而步骤S612所述的反光件则可为是容器的一内表面、探测头的一内表面、或探测头内贴合的一反光片。

在本发明一实施例中，步骤S605所述的感测讯号反应一光谱特性或一光强度值。而感测讯号属于吸收光谱、萤光光谱、散射光谱及拉曼光谱的其中一种。

在本发明一实施例中，步骤S601所述的入射光束的波长主要介于350nm～800nm范围内。而步骤S607所述的资料处理器则以该吸收光谱是否具有邻近于415nm、541nm及577nm的特征吸收峰值内容，来判断并产生该感测结果资料。

在本发明的一实施例中，步骤S601所述的发光元件包含四颗发光二极体，其波长峰值约为375nm、395nm、415nm及一白光发光二极体。在本发明的一实施例中，其中该发光元件另包含四个狭缝单元，分别对应所述四颗发光二极体。

在本发明上述实施例中，入射光束主要是照射容器内的溶液，而不直接照射排泄物(粪便)本体。当然，如果是尿液检测或咳痰检测，无法分辨出容器内的排泄物或溶液时，则就直接照射容器内的存在物质本身。

本发明的优点：

适合随时检测受测者或宠物的排泄物潜血反应，不仅可提高潜血检测的方便性、快速性及准确性，又可藉此以达到长期追踪、随时检测、早期发现、早期治疗的效果，利用简单方便的检测步骤即可获知排泄物内是否有潜血反应，藉此以实现居家健康监护的效果。

说明书中所描述的也许、必须及变化等字眼并非本发明的限制。说明书所使用的专业术语主要用以进行特定实施例的描述，并不为本发明的限制。说明书所使用的单数量词(如一个及该个)亦可为复数个，除非在说明书的内容有明确的说明。例如说明书所提及的一个装置可包括有两个或两个以上的装置的结合，而说明书所提的一物质则可包括有多种物质的混合。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (17)

1.一种血红素感测器，其特征在于，包括：

一手持式的壳体，内设置：

一发光元件，用以产生波长介于350nm-800nm范围内的复数个入射光束；

一操作介面，连接所述发光元件，用以启动所述发光元件产生所述入射光束，使得所述入射光束射向所述壳体的前端；

一光感测元件，接收复数个感测光束，并产生一感测讯号；及

一资料处理器，连接所述光感测元件，接收所述感测讯号并产生一感测结果资料；及

一表现元件，接收所述感测结果资料，用以表现所述感测结果；

其中所述入射光束用以射向一溶液，所述溶液存在于所述壳体外且具有一排泄物的一容器中，所述入射光束穿透所述溶液，并产生所述感测光束。

2.根据权利要求1所述的血红素感测器，其特征在于:其中所述容器为一马桶、一便盆、一小便斗、一尿壶或一痰盂。

3.根据权利要求1所述的血红素感测器，其特征在于:包括有一光导元件，设于所述壳体内，位于所述光感测元件的前端，用以收集及传输所述感测光束。

4.根据权利要求1所述的血红素感测器，其特征在于:其中所述表现元件设于所述壳体外的一远端电子装置或所述壳体表面。

5.根据权利要求1所述的血红素感测器，其特征在于:包括有一探测头，为一中空管体，用以卡合于所述壳体前端，所述探测头的前端设置一反光件，在所述入射光束穿透所述溶液后照射所述反光件，并产生所述感测光束，而探测头的中空管体上设有至少一孔洞，所述溶液则经由所述孔洞而进出所述探测头。

6.根据权利要求5所述的血红素感测器，其特征在于:包括有一过滤元件，包覆所述探测头，而所述溶液穿过所述过滤元件。

7.根据权利要求5所述的血红素感测器，其特征在于:其中所述反光件为所述探测头的一内表面或一反射片。

8.根据权利要求1所述的血红素感测器，其特征在于:其中所述入射光束穿透所述溶液后照射一反光件，并产生所述感测光束，而反光件为所述容器的一内表面。

9.根据权利要求1所述的血红素感测器，其特征在于:其中所述感测讯号反应一光谱或一光强度值。

10.根据权利要求9所述的血红素感测器，其特征在于:其中所述光谱属于吸收光谱、萤光光谱、散射光谱或拉曼光谱。

11.根据权利要求1所述的血红素感测器，其特征在于:其中所述资料处理器以所述感测讯号是否具有邻近415nm、541nm及577nm的特征波长峰值，依此分析并产生所述感测结果资料。

12.根据权利要求1所述的血红素感测器，其特征在于:其中所述发光元件至少包括有三颗发光二极体，所述入射光束的波长峰值分别邻近于375nm、395nm及415nm。

13.根据权利要求1所述的血红素感测器，其特征在于:其中所述发光元件至少有四颗发光二极体，包括一白光发光二极体。

14.一种血红素感测方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一手持式血红素感测器，操作一发光元件以发射复数个入射光束，穿透一溶液，并产生复数个感测光束，所述溶液存在于具有一排泄物的一容器中，而所述容器为一马桶、一便盆、一小便斗、一尿壶或一痰盂；

提供一光感测元件以接收所述感测光束，并产生一感测讯号；

提供一资料处理器以接收所述感测讯号，并产生一感测结果资料；及

提供一表现元件，接收所述感测结果资料，并表现出一感测结果。

15.根据权利要求14所述的血红素感测方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一探测头，卡合于所述血红素感测器的一前端，并将所述探测头插入所述溶液中。

16.根据权利要求15所述的血红素感测方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一过滤元件，包覆于所述探测头外表面，并连同所述探测头插入所述溶液中。

17.根据权利要求14所述的血红素感测方法，其特征在于:其中所述入射光束的波长介于350nm～800nm范围之间，而所述资料处理器则以所述感测讯号是否具有邻近于415nm、541nm及577nm的特征波长峰值来产生所述感测结果资料。