CN111938643A - 一种膀胱尿意监护系统和监护方法 - Google Patents

一种膀胱尿意监护系统和监护方法 Download PDF

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Abstract

一种膀胱尿意监护系统和监护方法，涉及医学领域，包括CPU控制单元、信号激励单元、信号测量单元和ADC模数转换单元；CPU控制单元包括MCU中央处理器、按键输入模块、报警模块和无线通讯模组，按键输入模块、报警模块、无线通讯模组均与MCU中央处理器连接，无线通讯模组设有供电子设备接收的信号输出单元；监护系统还包括激励电极和测量电极，激励电极与信号激励单元相连接，信号激励单元的信号输入端与MCU中央处理器相连接；测量电极与信号测量单元相连接，信号测量单元的信号输出端通过ADC模数转换单元与MCU中央处理器连接。本发明使用简单方便、可对膀胱尿意进行实时监护，无须专业人员协助即可使用，可在养老院或家庭中广泛、长期地使用。

Description

一种膀胱尿意监护系统和监护方法
技术领域
本发明涉及医学领域，尤其涉及利用BIA生物电阻抗测量法监护膀胱尿意并提醒的方法。
背景技术
对于诸多卧病在床缺少专人看护的患者，如丧失行动能力的老人、尿意缺失的患者等，需要实时监护患者尿意，以及时提醒护理人员帮助排尿，避免积尿过多引起并发症，提高生存质量。目前这类患者有了尿意需要排尿时，大多都是依靠人工通知的形式通知护理人员，当护理人员不在现场时就不能及时到达，很不方便。
目前在膀胱体积（又称为容量或尿量）的实时监测中，也出现了一些测量技术；如：例1中国发明专利授权公告号CN 101940469 B（申请号 201010213757.0）公布了一种《一种便携式膀胱尿量检测装置》，其利用多个电极测得人体膀胱的最大尿容纳量体积和最小尿容纳量体积分别对应的电阻抗参数及当前的膀胱电阻抗参数，运用公式模型计算出当前的膀胱尿量；例2中国发明专利授权公告号CN 104605850 B（申请号201510026916.9）公布了一种《一种基于电阻抗断层成像技术的膀胱尿量实时监测装置和方法》，其利用电极阵列，采集人体膀胱部位的电阻抗数据，实时重构出膀胱横断面的二维图像，并通过图像算法预测实时的膀胱尿量。以上二种通过监测膀胱尿量的方式，要想获得非常准确的膀胱尿量，就需要专业的人员操作（如：例1使用前需要专业的仪器设备测得膀胱的最大尿容纳量体积VMAX作为基准，例2使用前需要得到校准的排尿量VREF，如若VMAX或VREF不准，则最终得到的膀胱尿量是不准确的），因而此类技术只适合在医疗机构内短期使用，而不适合在养老院或家庭中广泛、长期地使用。
人体尿意（小便感觉、小便意识，简述为尿意）的产生和膀胱尿量的多少相关，当膀胱内的尿量累积到一定数量时，就会不由自主的产生尿意，需要排尿。但是，又因为个体差异，每个人产生尿意的时间点和膀胱内尿量的具体数量的多少并不是完全相同的；如，有些人在尿量累积到200ml就会产生尿意需要排尿，而有些人在尿量累积到400ml时才会产生尿意，等等。BIA生物电阻抗测量原理表明，给人体施加微弱的激励电压或电流，按照脂肪不导电、水分的多少又和其导电性能相关的规律，当膀胱内累积的尿量发生变化时，其电阻抗参数也会随之发生变化，同时应用AI技术可将不同个体的尿意形成相应的尿意指数。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种膀胱尿意监护系统，使用简单方便、可对膀胱尿意进行实时监护，无须专业人员协助即可使用，可在养老院或家庭中广泛、长期地使用。
本发明的目的是这样实现的：一种膀胱尿意监护系统，包括CPU控制单元、信号激励单元、信号测量单元和ADC模数转换单元；所述CPU控制单元包括MCU中央处理器、按键输入模块、报警模块和无线通讯模组，所述按键输入模块的信号输出端、报警模块的信号输入端、无线通讯模组的信号端均与MCU中央处理器连接，无线通讯模组设有供电子设备接收的信号输出单元；所述监护系统还包括用于贴在人体腹部的激励电极和测量电极，激励电极的信号输入与信号激励单元相连接，信号激励单元的信号输入端与MCU中央处理器相连接；测量电极的信号输出端与信号测量单元相连接，信号测量单元的信号输出端通过ADC模数转换单元与MCU中央处理器连接；所述ADC模数转换单元将所述信号测量单元输出的模拟信号转换为数字信号；所述按键输入模块用于在人体强烈尿意时向MCU中央处理器发出导入强烈尿意指数UI强的指令和计算强烈尿意时膀胱电阻抗参数|Z强|的指令；所述MCU中央处理器用于接收按键输入模块发出强烈尿意时导入UI强的指令；MCU中央处理器用于计算强烈尿意时膀胱电阻抗参数|Z强|、实时膀胱电阻抗参数|Z实|和实时尿意指数UI实；所述MCU中央处理器还将UI实与UI强进行比较，并判断UI实是否达到或超过UI强；所述报警模块用于MCU中央处理器在判断UI实达到或超过UI强后向报警模块发出信号启动报警动作，提示患者及时排尿，或通知护理人员协助患者及时排尿。
本发明通过以上设计，利用BIA生物电阻抗测量原理，即通过给膀胱体表部位的激励电极施加频率和幅度固定（或可变）的正弦波激励信号，按照脂肪不导电、膀胱内水分的多少又和其导电性能相关的规律，对测量电极反馈的信号进行测量，再结合AI人工智能技术对其进行计算、分析、处理，因此可对膀胱尿意进行实时监护，简单方便，无须专业人员协助，可大大减少护理人员数量，使患者得到及时的照顾。
本发明的电子设备为远程中央监护端，由无线通讯模组传输至远程中央监护端，实现集中监护提示功能，提醒护理人员帮助其排尿。
本发明的电子设备为移动智能终端，由无线通讯模组传输至移动智能终端，实现远程监护提示功能，提醒护理人员帮助其排尿。
本发明的监护系统还包括尿湿感应模块，尿湿感应模块的信号输出端与MCU中央处理器相连接，通过无线通讯模组发出信号至远程中央监护端和移动智能终端，尿湿感应模块实现尿床提醒功能。
本发明的另一个目的是提供膀胱尿意监护系统的监护方法，包括以下步骤：
1）将激励电极和测量电极贴在人体下腹部膀胱体表部位；激励电极与信号激励单元连接，测量电极与信号测量单元连接；
2）在人体产生强烈尿意时，按下按键输入模块，将预设值为100的强烈尿意指数UI强导入MCU中央处理器；
同时， MCU中央处理器控制信号激励单元，将正弦波激励信号施加在激励电极上；
信号测量单元对测量电极上的反馈信号进行放大处理后，通过ADC模数转换单元转换为数字信号，MCU中央处理器采用BIA生物电阻抗测量法计算强烈尿意时膀胱电阻抗参数|Z强|；
3）在人体排尿后，按下按键输入模块，MCU中央处理器控制信号激励单元，将正弦波激励信号施加在激励电极上；
信号测量单元对测量电极上的反馈信号进行放大处理后，通过ADC模数转换单元转换为数字信号，MCU中央处理器采用BIA生物电阻抗测量法计算排空时膀胱电阻抗参数|Z空|；
4）实时监护时，MCU中央处理器控制信号激励单元，将正弦波激励信号施加在激励电极上；
信号测量单元对测量电极上的反馈信号进行放大处理后，通过ADC模数转换单元转换为数字信号，MCU中央处理器采用BIA生物电阻抗测量法计算实时膀胱电阻抗参数|Z实|；
MCU中央处理器将实时膀胱电阻抗参数|Z实|转换为当前实时尿意指数UI实：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE002
；
5）MCU中央处理器判断UI实是否达到或超过UI强，在UI实达到或超过UI强后启动报警模块发出提示音。
本方法基于尿意（小便感觉、小便意识，简述为尿意）、电阻抗参数、膀胱尿量三者之间的相关性，利用BIA生物电阻抗测量和AI人工智能技术将上述三者之间的关系转换为尿意指数。
本发明的强烈尿意指数UI强的预设值为100，即人体感觉其膀胱尿量达到极限（100％）的程度；而UI实的数值由0（排空）逐渐增加至100（最强尿意）。本发明不需要通过测量出准确的膀胱尿量（或容量或体积）来判断是否需要排尿；而只需要测得产生强烈尿意时的膀胱电阻抗参数、排空时的膀胱电阻抗参数和实时的膀胱电阻抗参数，并将其转换为尿意指数，然后再将实时尿意指数UI实与强烈尿意时尿意指数UI强（预设值为100）进行比较，以判断是否需要排尿；
在本发明膀胱尿意监护系统上，设有按键输入模块，当需要设置预设值UI强时，患者本人或其他任何辅助人员只要按一下按键输入模块的按键，本发明即可自动测量计算出|Z强|并将UI强导入，而无需依赖专业设备事先进行尿量（膀胱体积或容积）的校准或专业人员来操作，使得本发明使用简单、方便，适用范围广。
本发明的步骤2）中的预设值和步骤4）中的实时尿意指数均通过无线通讯模组发出信号至远程中央监护端，在远程中央监护端可以将尿意指数UI形成趋势图。当护理人员在远程中央监护端，发现UI实尿意指数趋势图在短时间内下降变化较大，即可判断为急迫性尿失禁，可立即联系安排患者就医，使患者得到及时的治疗。
同上，本发明的步骤2）中的预设值和步骤4）中的实时尿意指数均通过无线通讯模组发出信号至移动智能终端，在移动智能终端可以将尿意指数UI形成趋势图。
附图说明
图1为本发明的第一种原理框图。
图2为本发明的第二种原理框图。
图3为本发明的第三种原理框图。
图4为本发明的第四种原理框图。
图5为本发明的第五种原理框图。
图6为本发明的第六种原理框图。
图7为本发明的流程图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，为第一种膀胱尿意监护系统，主要包括CPU控制单元3、信号激励单元2、信号测量单元4和ADC模数转换单元5。
CPU控制单元3包括MCU中央处理器3-1、按键输入模块3-3、报警模块3-2和无线通讯模组3-4。按键输入模块3-3具有一键呼叫功能，无线通讯模组3-4可以是移动网络、WIFI、蓝牙、红外等方式中的任意一种或其任意组合。按键输入模块3-3的信号输出端、报警模块3-2的信号输入端、无线通讯模组3-4的信号端均与MCU中央处理器3-1连接。
监护系统还包括用于贴在人体腹部的激励电极9和测量电极10，激励电极9的信号输入与信号激励单元2相连接，信号激励单元2的信号输入端与MCU中央处理器3-1相连接。测量电极10的信号输出端与信号测量单元4相连接，信号测量单元4的信号输出端与ADC模数转换单元5相连接，ADC模数转换单元5的信号输出端与MCU中央处理器3-1相连接。
ADC模数转换单元5将所述信号测量单元4输出的模拟信号转换为数字信号。
按键输入模块3-3用于在人体强烈尿意时向MCU中央处理器3-1发出导入强烈尿意指数UI强的指令和计算强烈尿意时膀胱电阻抗参数|Z强|的指令。按键输入模块3-3用于在人体膀胱排空后向MCU中央处理器3-1发出计算|Z空|的指令。
MCU中央处理器3-1用于接收按键输入模块3-3发出强烈尿意时导入尿意指数UI强的指令。MCU中央处理器3-1根据BIA生物电阻抗测量法计算强烈尿意时膀胱电阻抗参数|Z强|。MCU中央处理器3-1根据BIA生物电阻抗测量法计算排空时膀胱电阻抗参数|Z空|。MCU中央处理器3-1根据BIA生物电阻抗测量法计算实时膀胱电阻抗参数|Z实|和实时尿意指数UI实。MCU中央处理器3-1还将UI实与UI强进行比较，并判断UI实是否达到或超过UI强。
报警模块3-2用于MCU中央处理器3-1在判断UI实达到或超过UI强后向报警模块3-2发出信号启动报警动作，提示患者及时排尿，或通知护理人员协助患者及时排尿。
实施例2
如图2所示，为第二种膀胱尿意监护系统，无线通讯模组3-4通过发射接收信号连接远程中央监护端6，其余同实施例1。
实施例3
如图3所示，为第三种膀胱尿意监护系统，无线通讯模组3-4通过发射接收信号连接移动智能终端7，其余同实施例1。
实施例4
如图4所示，为第四种膀胱尿意监护系统，无线通讯模组3-4通过发射接收信号连接远程中央监护端6、移动智能终端7、自动集便器8，其余同实施例1。
实施例5
如图5所示，为第五种膀胱尿意监护系统，CPU控制单元3还包括尿湿感应模块3-6，尿湿感应模块3-6的信号输出端与MCU中央处理器3-1相连接，尿湿感应模块3-6实现尿床提醒功能。其余同实施例4。
实施例6
如图6所示，为第六种膀胱尿意监护系统，用于贴在人体腹部的电极有两个，电极既具有激励电极的功能，又具有测量电极的功能。其余同实施例1。
膀胱尿意监护系统的监护方法，包括以下步骤：
1）在人体下腹部膀胱体表的左、右两侧部位各贴一个激励电极，在两个激励电极之间贴两个测量电极；激励电极与信号激励单元连接，测量电极与信号测量单元连接。
2）在人体产生强烈尿意时，按下按键输入模块，将预设值为100的强烈尿意指数UI强导入MCU中央处理器；
同时， MCU中央处理器控制信号激励单元，将正弦波激励信号施加在激励电极上；
信号测量单元对测量电极上的反馈信号进行放大处理后，通过ADC模数转换单元转换为数字信号，MCU中央处理器采用BIA生物电阻抗测量法计算强烈尿意时膀胱电阻抗参数|Z强|。
3）在人体排尿后，按下按键输入模块，MCU中央处理器控制信号激励单元，将正弦波激励信号施加在激励电极上；
信号测量单元对测量电极上的反馈信号进行放大处理后，通过ADC模数转换单元转换为数字信号，MCU中央处理器采用BIA生物电阻抗测量法计算排空时膀胱电阻抗参数|Z空|。
4）实时监护时，MCU中央处理器控制信号激励单元，将正弦波激励信号施加在激励电极上；
信号测量单元对测量电极上的反馈信号进行放大处理后，通过ADC模数转换单元转换为数字信号，MCU中央处理器采用BIA生物电阻抗测量法计算实时膀胱电阻抗值|Z实|。
MCU中央处理器将实时膀胱电阻抗参数|Z实|转换为当前实时尿意指数UI实：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE002
。
5）MCU中央处理器判断UI实是否达到或超过UI强，在UI实达到或超过UI强后启动报警模块发出提示音、通过无线通讯模组发出信号至远程中央监护端、通过无线通讯模组发出信号至移动智能终端。
本发明具有以下特点：
1、预设值的设定有两种方法：一、在强烈尿意时，按下按键输入模块的按键，膀胱尿意监护系统将100作为预设值，直接将预设值导入MCU中央处理器。二、在远程中央监护端或移动智能终端通过无线通讯模组对膀胱尿意监护系统的预设值进行调整或直接输入，使预设值更合理。
2、若是个人单独使用，且护理人员不在身边时，可在移动智能终端提前安装专用APP，将该移动智能终端与膀胱尿意监护系统绑定后，通过无线通讯模组将实时尿意指数和输入的预设值及尿湿感应信号发送到绑定的移动智能终端APP上，以在移动智能终端实现同样的监护提示功能。
3、若是在养老院等场所多人使用时，可将安装了应用程序的远程中央监护端与多个膀胱尿意监护系统绑定联网后形成远程中央监护系统，通过无线通讯模组将膀胱尿意监护系统的实时尿意指数和输入的预设值及尿湿感应信号发送到远程中央监护端，以在远程中央监护端实现同样的监护提示功能，可大大减少护理人员数量，使患者得到及时的照顾。
3、在移动智能终端或远程中央监护端，可以将得到的实时尿意指数UI形成趋势图，使得护理人员在查看时，能够一目了然，并据此预计该患者的大概排尿时间，以便合理安排。
4、当护理人员在移动智能终端或远程中央监护端，发现UI实尿意指数趋势图在短时间内下降变化较大，即可判断为急迫性尿失禁，可立即联系安排患者就医，使患者得到及时的治疗。
5、当患者因种种因素，需要呼叫护理人员前来帮助时，可随时按下按键输入模块一键呼叫，并发送到移动智能终端或远程中央监护端。
需要说明的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理（即尿意、膀胱尿量、电阻抗参数三者之间的关联性）的前提下，还可以做出若干改进和变动（如利用生物电阻抗的幅值、相位、实部、虚部或其它参数或其它计算公式或选择4个以上电极），这些改进和变动也应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种膀胱尿意监护系统，其特征是：包括CPU控制单元、信号激励单元、信号测量单元和ADC模数转换单元；所述CPU控制单元包括MCU中央处理器、按键输入模块、报警模块和无线通讯模组，所述按键输入模块的信号输出端、报警模块的信号输入端、无线通讯模组的信号端均与MCU中央处理器连接，无线通讯模组设有供电子设备接收的信号输出单元；所述监护系统还包括用于贴在人体腹部的激励电极和测量电极，激励电极的信号输入与信号激励单元相连接，信号激励单元的信号输入端与MCU中央处理器相连接；测量电极的信号输出端与信号测量单元相连接，信号测量单元的信号输出端通过ADC模数转换单元与MCU中央处理器连接；
所述ADC模数转换单元将所述信号测量单元输出的模拟信号转换为数字信号；
所述按键输入模块用于在人体强烈尿意时向MCU中央处理器发出导入强烈尿意指数UI强的指令和计算强烈尿意时膀胱电阻抗参数|Z强|的指令；
所述MCU中央处理器用于接收按键输入模块发出强烈尿意时导入UI强的指令；MCU中央处理器用于计算强烈尿意时膀胱电阻抗参数|Z强|、实时膀胱电阻抗参数|Z实|和实时尿意指数UI实；所述MCU中央处理器还将UI实与UI强进行比较，并判断UI实是否达到或超过UI强；
所述报警模块用于MCU中央处理器在判断UI实达到或超过UI强后向报警模块发出信号启动报警动作，提示患者及时排尿，或通知护理人员协助患者及时排尿。
2.根据权利要求1所述的膀胱尿意监护系统，其特征是：所述电子设备为远程中央监护端，所述无线通讯模组通过无线信号与远程中央监护端连接。
3.根据权利要求1所述的膀胱尿意监护系统，其特征是：所述电子设备为移动智能终端，所述无线通讯模组通过无线信号与移动智能终端连接。
4.根据权利要求1所述的膀胱尿意监护系统，其特征是：所述监护系统还包括尿湿感应模块，尿湿感应模块的信号输出端与MCU中央处理器相连接。
5.如权利要求1所述的膀胱尿意监护系统的监护方法，其特征是包括以下步骤：
1）将激励电极和测量电极贴在人体下腹部膀胱体表部位；激励电极与信号激励单元连接，测量电极与信号测量单元连接；
2）在人体产生强烈尿意时，按下按键输入模块，将预设值为100的强烈尿意指数UI强导入MCU中央处理器；
同时， MCU中央处理器控制信号激励单元，将正弦波激励信号施加在激励电极上；
信号测量单元对测量电极上的反馈信号进行放大处理后，通过ADC模数转换单元转换为数字信号，MCU中央处理器采用BIA生物电阻抗测量法计算强烈尿意时膀胱电阻抗参数|Z强|；
3）在人体排尿后，按下按键输入模块，MCU中央处理器控制信号激励单元，将正弦波激励信号施加在激励电极上；
信号测量单元对测量电极上的反馈信号进行放大处理后，通过ADC模数转换单元转换为数字信号，MCU中央处理器采用BIA生物电阻抗测量法计算排空时膀胱电阻抗参数|Z空|；
4）实时监护时，MCU中央处理器控制信号激励单元，将正弦波激励信号施加在激励电极上；
信号测量单元对测量电极上的反馈信号进行放大处理后，通过ADC模数转换单元转换为数字信号，MCU中央处理器采用BIA生物电阻抗测量法计算实时膀胱电阻抗参数|Z实|；
MCU中央处理器将实时膀胱电阻抗参数|Z实|转换为当前实时尿意指数UI实：
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE001
；
5）MCU中央处理器判断UI实是否达到或超过UI强，在UI实达到或超过UI强后启动报警模块发出提示音。
6.根据权利要求5所述的膀胱尿意监护系统的监护方法，其特征是：步骤2）中的预设值和步骤4）中的实时尿意指数均通过无线通讯模组发出信号至远程中央监护端。
7.根据权利要求5所述的膀胱尿意监护系统的监护方法，其特征是：步骤2）中的预设值和步骤4）中的实时尿意指数均通过无线通讯模组发出信号至移动智能终端。
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