CN115363574A - 三酸甘油脂光学检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种三酸甘油脂光学检测系统，部份地整合在一马桶座垫之中，且包括：多个光学检测模块和一运算控制单元，其中各所述光学检测模块包括一第一发光源、一第二发光源以及一光学传感器。该光学传感器分别接收由该第一发光源和第二发光源于用户皮肤(尤其是大腿皮肤)所产生的光信号，并由此产生一自适应校正比对函数的感测信号，该感测信号最后经由该运算控制单元转换为一个三酸甘油脂检测数值，传送至一显示单元。上述三酸甘油脂光学检测系统，不需进行侵入式抽血，就能够自动检测三酸甘油脂，使得该系统可成为一便利的居家健康监护装置。

Description

三酸甘油脂光学检测系统

技术领域

本发明是关于三酸甘油脂光学检测系统的技术领域，尤指一种设置于马桶座垫上的三酸甘油脂光学检测系统和包含该系统的马桶。

背景技术

三酸甘油脂(Triglycerides，简称TG)俗称中性脂肪，是人体内的一种血脂肪。当人进食时，身体会把它不需要马上使用的任何热量转化为三酸甘油脂，并将这些三酸甘油脂储存在脂肪细胞中。之后，荷尔蒙会于两餐之间释放出三酸甘油脂作为能量。若人体经常性摄入的热量超过所燃烧的热量，特别是来自高碳水化合物食物的热量，则可能会有高三酸甘油脂情形发生，即高三酸甘油脂血症(hypertriglyceridemia)，形成内脏脂肪与皮下脂肪，导致肥胖、脂肪肝、心血管疾病等。血液中偏高的三酸甘油脂通常是罹患动脉粥状硬化、心血管疾病及脑中风的高危险群，因此三酸甘油酯浓度可做为评估心血管疾病风险的生化指标之一。

一般而言，正常成人的三酸甘油脂正常值小于150mg/dL，边缘性偏高值为150至199mg/dL，高危险值为200至499mg/dL，超高危险值则为大于500mg/dL。通常三酸甘油脂的数值均需经由抽血检查才能够得知，而习知的抽血检测技术，受检者必须于采检前空腹8至10小时后，对受检者进行侵入式抽血检验；且必须在专业医疗院所进行，并经由生化分析进行检测才能得知结果。因此，经由抽血的三酸甘油脂检测方式，缺乏实时性，无法实时(Real-Time)监控人体内的三酸甘油脂浓度，达成居家即能健康监护的目的，以预防及降低疾病发生的机率。

虽然目前三酸甘油脂的抽血检验方式多需要于空腹时进行，但是通常饮食后三酸甘油脂浓度会明显上升，且于发生心血管疾病或脑中风的当下，亦并非都是空腹的情况。因此能够实时、随机或不局限于空腹情况下，进行三酸甘油脂的检测是具有一定程度上的医学意义，来帮助预防及降低心血管疾病的发生。

由前述说明可知，习知的三酸甘油脂的抽血检测方式，受限于检测实施地点和实施方式的因素，无法实时的监控三酸甘油脂于人体内的情况，故而仍有改进的空间。有鉴于此，本案的发明人极力加以研究发明，而终于研发完成本发明的三酸甘油脂光学检测系统。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种三酸甘油脂光学检测系统，该系统可以部份地整合于一马桶座垫之中，或整合于一马桶中；当用户坐在马桶座垫上时，以一光源投射至大腿局部皮肤，所投射的光会穿透部分皮肤深度，而后所产生的散射光会被一光学传感器所接收，再利用所接收的散色光进行三酸甘油脂信号强度分析。特别地，为因应不同用户其皮肤表面特征(如:肤色、皮肤粗糙度、毛发数量多寡等)，所造成的投射光被吸收程度的多寡变异与被直接散射程度上变异，而导致的检测误差，本发明另针对皮肤表面特征进行一种自适应补偿，改善及强化三酸甘油脂光学检测的精准度。此外，本发明三酸甘油脂光学检测系统为一种不需进行侵入式抽血行为，就能够实时的自动检测用户的三酸甘油脂情况的居家健康监护装置，协助用户监测自身健康状况，进而主动提示立即调整饮食，以减缓血液中三酸甘油脂含量的增加，从而预防及降低心血管疾病的发生。

为达成上述目的，本发明提出所述一种三酸甘油脂光学检测系统的一实施例，其部分地整合在一马桶坐垫之中，且包括：

多个光学检测模块，设置于该马桶座垫中，其中各所述光学检测模块包括:

一第一发光源，可产生一第一发射光，并且该第一发射光于一用户的皮肤表面产生一第一散射光；

一第二发光源，可产生一第二发射光，以及该第二发射光部分穿透该用户的皮肤并产生一第二散射光；以及

一光学传感器，用于接收该第一散射光和该第二散射光，并利用该第一散射光和该第二散射光产生一感测信号；以及

一运算控制单元，耦接该多个光学检测模块，且包括一微处理器与一通信单元；

其中，该微处理器被配置为控制该第一发光源产生该第一发射光、该第二发光源产生该第二发射光以及接收该光学传感器所产生的该感测信号，并将该感测信号转换为一个三酸甘油脂检测数值，最后再透过该通信单元将所述三酸甘油脂检测数值传送至一显示单元。

在一实施例中，该第一发光源为一白光光源，该第二发光源为一近红外线。

在一实施例中，该感测信号为一自适应校正比对函数。

在一实施例中，该自适应校正比对函数如下步骤所述:

步骤一:检查该白光光源所产生该第一散射光的反射率计数(counts)，该反射率计数由该三酸甘油脂光学检测系统中的该光学传感器计数；

步骤二:得一如下常数C:

C＝(计数_白光)/(计数_基线)

计数_基线，表示一般皮肤状况的定义；

步骤三:检查该近红外线所产生该第二散射光的反射率计数(counts)，该反射率计数由该三酸甘油脂光学检测系统中的该光学传感器计数；

步骤四:由步骤三来计算由于三酸甘油脂所导致的内部混浊度Y；以及

步骤五:显示结果Y’＝Y/C

若C>1，则皮肤颜色为白色或亮色，因此Y’<Y

若C<1，则皮肤颜色为深色、粗糙或多毛，因此Y’>Y。

在一实施例中，该近红外线的波长介于700至2500奈米；较佳为介于700至1100奈米。

在一实施例中，该运算控制单元以有线传输的方式耦接该多个光学检测模块。在另一实施例中，该运算控制单元亦可以无线传输的方式耦接该多个光学检测模块。

在一实施例中，该通信单元为一以太网络接口，且透过一局域网络及/或因特网与该显示单元通信，将所述三酸甘油脂检测数值传送至该显示单元。

在一实施例中，该通信单元为一第一无线信号传输接口，且与该显示单元的一第二无线信号传输接口通信。

在一实施例中，该第一无线信号传输接口为选自于由蓝芽通信接口、ZigBee通信接口、Wimax通信接口、NBIoT通信接口、LoRA通信接口、WiFi通信接口、4G行动通信接口、5G行动通信接口、和6G行动通信接口所组成群组之中的任一者。

在一实施例中，该显示单元为选自于由智慧马桶控制面板、智能型手机、平板计算机、智能型手表、智能手环、门口机、桌面计算机、笔记本电脑、一体式(All-in-one)计算机、和服务器计算机所组成群组之中的任一者。而该等显示于上述电子或计算机装置上的三酸甘油脂检测数值，可进一步被上传至云端储存和进一步由健康医疗机构做分析，提供用户适当的健康照护建议或采取必要的医疗措施，以预防或降低心血管疾病的发生。

在另一实施例中，本发明进一步提供一种包含如上所述的三酸甘油脂光学检测系统的马桶。

附图说明

图1为包含本发明三酸甘油脂光学检测系统的马桶的立体图；

图2为本发明三酸甘油脂光学检测系统光学检测模块与马桶座垫的立体分解图；

图3为图1所示光学检测模块的侧剖视图；

图4本发明三酸甘油脂光学检测方法的检测结果与传统抽血检查结果相互比对实验数值分析图；

图5为本发明三酸甘油脂光学检测方法的流程图；以及

图6为本发明三酸甘油脂光学检测系统的方块图。

附图标记说明：

1:三酸甘油脂光学检测系统

2:马桶

21:马桶座垫

11:光学检测模块

11C:透明上盖

111:第一发光源

111E:第一发射光

111S:第一散射光

112:第二发光源

112E:第二发射光

112S:第二散射光

113:光学传感器

12:运算控制单元

120:微处理器

121:通信单元

13:显示单元

14:输入单元

S1～S6:步骤

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种三酸甘油脂光学检测系统，以下将配合图式，详尽说明本发明的较佳实施例。

第一实施例

图1显示整合有本发明三酸甘油脂光学检测系统1的一马桶2的立体图，且图2显示本发明三酸甘油脂光学检测系统1光学检测模块11与马桶座垫21的立体分解图。如图1与图2所示，本发明三酸甘油脂光学检测系统1部分地整合在一马桶座垫21之中，且包括：多个光学检测模块11以及耦接该多个光学检测模块11的一运算控制单元12，其中各所述光学检测模块11设置于该马桶座垫21中，且如图6所示，该运算控制单元12包括一微处理器120与一通信单元121。进一步参照图3，各所述光学检测模块11包括:一第一发光源111、一第二发光源112以及一光学传感器113；其中该第一发光源111可产生一第一发射光111E，并且该第一发射光111E于一用户的皮肤表面产生一第一散射光111S；其中该第二发光源112，可产生一第二发射光112E，以及该第二发射光112E部分穿透该用户的皮肤并产生一第二散射光112S。此外，该光学传感器113用于接收该第一散射光111S和该第二散射光112S，并利用该第一散射光111S和该第二散射光112S产生一感测信号。此外，该微处理器120被配置为控制该第一发光源111产生该第一发射光111E、控制该第二发光源112产生该第二发射光112E、接收该光学传感器113所产生的该感测信号，并将该感测信号转换为一个三酸甘油脂检测数值，最后再透过该通信单元121将所述三酸甘油脂检测数值传送至一显示单元13。

在一可行的实施例中，于所述三酸甘油脂光学检测系统1中，该第一发光源111为一白光光源，该第二发光源112为一近红外线，并且该近红外线的波长介于700至1100奈米。

此外，于上述实施例中，该感测信号为一自适应校正比对函数，且该自适应校正比对函数如下步骤所述:

步骤一:检查该白光光源所产生该第一散射光111S的反射率计数(counts)，该反射率计数由该三酸甘油脂光学检测系统1中的该光学传感器113计数；

步骤二:得一如下常数C:

C＝(计数_白光)/(计数_基线)

计数_基线，表示一般皮肤状况的定义，

其中计数_基线假设为2670，计数_白光检测数值如为2800，则C＝2800/2670＝1.05；

步骤三:检查该近红外线所产生该第二散射光112S的反射率计数(counts)，该反射率计数由该三酸甘油脂光学检测系统1中的该光学传感器113计数；

步骤四:由步骤三来计算由于三酸甘油脂所导致的内部混浊度Y；以及

步骤五:显示结果Y’＝Y/C

若C>1，则皮肤颜色为白色或亮色，因此Y’<Y

若C<1，则皮肤颜色为深色、粗糙或多毛，因此Y’>Y；

其中C除了象征肤色与毛发等表面特征的差异之外，也代表坐姿对量测机器造成的变异，例如C>1代表肤色较白较亮之外，也可能源自于检测区的皮肤压迫于便座表面而较为紧绷；C<1代表肤色较暗或毛发较多之外，也可能源自于检测区的皮肤较为松弛；

其中，如图4所示，Y轴为抽血(实际)检测值，X轴为光学计算值，两轴拟合出来的结果为一虚线，该虚线为一X-Y函数，Y为内部(血液)混浊度光学预测值，X为光学实测的计算值，两者的函数可为指数关系、乘幂关系、多项式关系等。透过该X-Y函数的运算，就可以预测出本案光学非侵入式三酸甘油脂光学检测系统所检测出来的内部(血液)混浊度数值；并且，此函数经由本发明的数据归纳与整理而得出。

在另一可行的实施例中，于所述三酸甘油脂光学检测系统1中，该第二发光源112可进一步为一绿光、红光或中红外线。

在进一步可行的实施例中，如图2和图3所示，所述光学检测模块11包括一透明上盖11C，该第一发光源111和该第二发光源112所产生的该第一发射光111E和第二发射光112E，经由该透明上盖11C投射至用户皮肤，而投射至用户皮肤后所产生的该第一散射光111S和该第二散射光112S，亦经由该透明上盖11C后，再由该光学传感器113接收；其中，该第一发射光111E和第二发射光112E，经由该透明上盖11C中具光线发散功能部分，例如一发散透镜投射至用户皮肤；其中，该第一散射光111S和该第二散射光112S，经由该透明上盖11C中具聚光功能部分，例如一聚光透镜，再由该光学传感器113接收。

此外，如上所述本发明的实施例中，该通信单元121可为一以太网络接口，且透过一局域网络及/或因特网与该显示单元13通信，将所述三酸甘油脂检测数值传送至该显示单元13。

进一步，该通信单元121为一第一无线信号传输接口，且与该显示单元13的一第二无线信号传输接口通信，且该第一无线信号传输接口为选自于由蓝芽通信接口、ZigBee通信接口、Wimax通信接口、NBIoT通信接口、LoRA通信接口、WiFi通信接口、4G行动通信接口、5G行动通信接口、和6G行动通信接口所组成群组之中的任一者。

此外，该显示单元13可为选自于由智慧马桶控制面板、智能型手机、平板计算机、智能型手表、智能手环、门口机、桌面计算机、笔记本电脑、一体式(All-in-one)计算机、和服务器计算机所组成群组之中的任一者。

更进一步，本发明另一实施例是一种包含如上所述的三酸甘油脂光学检测系统1的马桶2。

第二实施例

本发明三酸甘油脂光学检测系统1的基本原理为，当一光源，如第一实施例中所述的第二发光源112(LED或laser)发出特定波长(例如700至1100nm)光束的一近红外线(NIR)，当该近红外线穿透部分皮肤深度并且产生一散射光(即第一实施例中第二散射光112S)，而后一光学传感器113接收该散射光，并以所接收的该散射光作为依据进行人体内三酸甘油脂浓度的分析。此外，因不同波长的光对皮肤组织的穿透深度会有所不同，所以于本实施例中选择对皮肤具有较佳穿透性的近红外线(波长700至1100nm)，作为主要的检测光源。

若人体内含有较高三酸甘油脂，则该光学传感器113会接收到强度较高的散射光；相反地，若人体内含有较少三酸甘油脂，则该光学传感器113会接收到强度较低的散射光。

但因不同的用户，其皮肤表面特征的变异非常大，该等皮肤表面特征的变异包括:肤色、皮肤粗糙度、毛发数量的多寡等，皆会造成入射光(近红外线)被吸收程度的多寡变异与被直接散射程度上变异，因此本案发明人认为有必要针对皮肤表面特征对该光学传感器113所接收到的一光信号(散射光)进行一种自适应补偿(offset)，以强化所侦测到三酸甘油脂的精准度。

因此于本发明中，新增一光源，如第一实施例中所述第一发光源111(白光LED)，首先藉由该白光光源于用户的皮肤表面产生一散射光(即第一实施例中第一散射光111S)，而后该第一散射光111S被该光学传感器113所接收；接着如第一实施例中所述第二发光源112(LED或laser)以特定波长(例如700至1100nm)的一近红外线(NIR)穿透部分皮肤深度并且产生一散射光(即第一实施例中第二散射光112S)，然后该第二散射光112S被该光学传感器113所接收。而后，该光学传感器113利用所接收的光信号(包括第一散射光111S和第二散射光112S)产生一自适应校正比对函数的感测信号，对因皮肤表面特征差异所产生的检测误差做一补偿，而该自适应校正比对函数如第一实施例中所述者。然后该感测信号再经由该运算控制单元12中的微处理器120判断用户的三酸甘油脂强度信号或转换为一个三酸甘油脂检测数值，最后再透过该通信单元121将所述三酸甘油脂强度信号或三酸甘油脂检测数值传送至一显示单元13。

参照图4，经由实验数值分析可以得知，上述实施例二中本发明三酸甘油脂光学检测系统1的检测结果，可产生与传统抽血检查相对应的相同效果；并且透过数据的收集与分析，本发明亦能够建立出一套非侵入式三酸甘油脂的光电检测算法，且其信心水平达到85％(R2＝0.8551)。

进一步，如以下表一所示，本发明三酸甘油脂光学检测系统1光学计算值，经由该自适应校正比对函数对因皮肤表面特征差异所产生的检测误差做一补偿后，所产生的三酸甘油脂检测数值对应于经由抽血检查所得数值，亦即非常接近抽血检查的数值。因此由图4和表1的结果可以得知，本发明三酸甘油脂光学检测系统1所得三酸甘油脂检测数值可以充分反映用户体内三酸甘油脂浓度高低，具有代表性且值得信赖。

表一

此外，于本发明三酸甘油脂光学检测系统1中，该运算控制单元12中的微处理器120除了将该感测信号转换为一个三酸甘油脂检测数值，并传送至该显示单元13来显示外，如图1所示，该显示单元13亦可以依照不同的三酸甘油脂检测数值，以下列灯号方式显示不同三酸甘油脂浓度的等级:

1.绿灯:即正常值，三酸甘油脂<150mg/dL；

2.黄灯:即边缘性偏高值，三酸甘油脂为150至199mg/dL；

3.橘灯:即高危险值，三酸甘油脂为200至499mg/dL；

4.红灯:即超高危险值，三酸甘油脂>500mg/dL。

进一步而言，以上实施例基本检测原理，即该第二发光源112利用近红外线部分穿透皮肤进行三酸甘油脂浓度的检测，但于进一步的实施例中，该第二发光源112实际上可以不限定仅使用近红外线，举凡绿光(500至600nm)、红光(600至700nm)、中红外线(～3至8μm)等光源，皆能穿透部分皮肤深度，皆可作为检测三酸甘油脂的依据。

第三实施例

图5显示本发明三酸甘油脂光学检测方法的流程图。如图5及图6所示，并进一步参照图3，该方法流程包括以下步骤:

S1:经由一输入单元14接收一开始检测的指令，即本发明三酸甘油脂光学检测系统1透过该输入单元14接收一用户给予的检测指令；其中该输入单元14可为一实体按键、声控模块和LCD触控显示器等，其与一运算控制单元12耦接；

S2:该运算控制单元12于接收来自输入单元14的该开始检测的指令后，依序启动与其耦接的一光学检测模块11中第一发光源111和第二发光源112分别产生一第一发射光111E和一第二发射光112E，其中该第一发光源111为一白光LED，该第二发光源112为一近红外线LED(NIR LED)或雷射(laser)；

S3:该光学检测模块11中一光学传感器113依序分别接收该第一发射光111E和该第二发射光112E于投射于用户大腿皮肤后，所产生的第一散射光111S和第二散色光112S；

S4:该光学传感器113以其所接收第一散射光111S和第二散色光112S产生一感测信号，并将该感测信号传送至与其耦接的运算控制单元12；其中该感测信号为本发明如上所述的一自适应校正比对函数，并且该光学传感器113可为光二极管(Photodiode)、互补式金氧半传感器(CMOS sensor)、电荷耦合组件传感器(CCD sensor)或分光亮度计(spectrophotometer)；

S5:该运算控制单元12中微处理器120依据该感测信号，以判断用户体内三酸甘油脂强度信号或将该感测信号转换为一个三酸甘油脂检测数值；其中该微处理器120可以为ARM Cortex series的微处理器；以及

S6:该运算控制单元12中微处理器120将该三酸甘油脂强度信号或三酸甘油脂检测数值经由一通信单元121传送至与其耦接的一显示单元13；其中该显示单元13可为一LED灯号或LCD触控显示器。

必须加以强调的是，上述详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，惟该实施例并非用以限制本发明专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (12)

1.一种三酸甘油脂光学检测系统，其特征在于，部分地整合在一马桶坐垫之中，且包括：

多个光学检测模块，设置于该马桶座垫中，其中各所述光学检测模块包括:一第一发光源，可产生一第一发射光，并且该第一发射光于一用户的皮肤表面产生一第一散射光；

一第二发光源，可产生一第二发射光，以及该第二发射光部分穿透该用户的皮肤并产生一第二散射光；以及

一光学传感器，用于接收该第一散射光和该第二散射光，并利用该第一散射光和该第二散射光产生一感测信号；

以及

一运算控制单元，耦接该多个光学检测模块，且包括一微处理器与一通信单元；

其中，该微处理器被配置为控制该光学检测模块的该第一发光源产生该第一发射光、控制该第二发光源产生该第二发射光以及接收该光学传感器所产生的该感测信号，并将该感测信号转换为一个三酸甘油脂检测数值，最后在透过该通信单元将所述三酸甘油脂检测数值传送至一显示单元。

2.根据权利要求1所述的三酸甘油脂光学检测系统，其特征在于，该第一发光源为一白光光源，该第二发光源为一近红外线。

3.根据权利要求2所述的三酸甘油脂光学检测系统，其特征在于，该感测信号为一自适应校正比对函数。

4.根据权利要求3所述的三酸甘油脂光学检测系统，其特征在于，该自适应校正比对函数如下步骤所述:

步骤一:检查该白光光源所产生该第一散射光的反射率计数(counts)，该反射率计数由该三酸甘油脂光学检测系统中的该光学传感器计数；

步骤二:得一如下常数C:

C＝(计数_白光)/(计数_基线)

计数_基线，表示一般皮肤状况的定义；

步骤三:检查该近红外线所产生该第二散射光的反射率计数(counts)，该反射率计数由该三酸甘油脂光学检测系统中的该光学传感器计数；

步骤四:由步骤三来计算由于三酸甘油脂所导致的内部混浊度Y；以及

步骤五:显示结果Y’＝Y/C

若C>1，则皮肤颜色为白色或亮色，因此Y’<Y,

若C<1，则皮肤颜色为深色、粗糙或多毛，因此Y’>Y。

5.根据权利要求4所述的三酸甘油脂光学检测系统，其特征在于，该近红外线的波长介于700至2500奈米。

6.根据权利要求4所述的三酸甘油脂光学检测系统，其特征在于，该近红外线的波长介于700至1100奈米。

7.根据权利要求1所述的三酸甘油脂光学检测系统，其特征在于，该第二发光源为一绿光、红光或中红外线。

8.根据权利要求1所述的三酸甘油脂光学检测系统，其特征在于，该通信单元为一以太网络接口，且透过一局域网络及/或因特网与该显示单元通信，将所述三酸甘油脂检测数值传送至该显示单元。

9.根据权利要求1所述的三酸甘油脂光学检测系统，其特征在于，该通信单元为一第一无线信号传输接口，且与该显示单元的一第二无线信号传输接口通信。

10.根据权利要求9所述的三酸甘油脂光学检测系统，其特征在于，该第一无线信号传输接口为选自于由蓝芽通信接口、ZigBee通信接口、Wimax通信接口、NBIoT通信接口、LoRA通信接口、WiFi通信接口、4G行动通信接口、5G行动通信接口、和6G行动通信接口所组成群组之中的任一者。

11.根据权利要求1所述的三酸甘油脂光学检测系统，其特征在于，该显示单元为选自于由智慧马桶控制面板、智能型手机、平板计算机、智能型手表、智能手环、门口机、桌面计算机、笔记本电脑、一体式(All-in-one)计算机、和服务器计算机所组成群组之中的任一者。

12.一种包含根据权利要求1至11中任一项所述的三酸甘油脂光学检测系统的马桶。

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