TW202037899A - 血紅素感測器及其血紅素感測方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種血紅素感測器，尤指一種可快速檢測馬桶內排泄物是否有潛血反應的血紅素感測器，包括一手持式殼體及一表現元件。殼體內設有：一發光元件；一操作介面，連接發光元件，並用以啟動發光元件射出複數個波長介於350nm~800nm範圍內的入射光束，入射光束可照射一溶液，而溶液係存在於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，並產生至少一感測光束；一光感測元件，接收感測光束，並輸出一感測訊號；一資料處理器，接收感測訊號，並產生一感測結果資料。表現元件則接收感測結果資料，並將表現出排泄物內是否有潛血反應者。

Description

血紅素感測器及其血紅素感測方法

本發明係有關於一種血紅素感測器及其血紅素感測方法，尤指一種可檢測馬桶內排泄物潛血反應的感測器，可有效提高受測者排泄物之潛血反應的準確性及便利性者。

血紅素普遍存在於動物的血液，因此對血紅素的偵測是不少疾病預防與早期治療的主要方法之一，例如大腸直腸癌的糞便潛血檢測、膀胱癌或腎臟癌的尿液潛血檢測、支氣管炎或肺腫瘤的咳痰潛血檢測等。

在台灣，大腸癌發生率連續十一年蟬聯癌症之首，大腸癌發生率高居世界第一。在中國，大腸癌發病人數占全世界18.6%，死亡人數占全世界20.1%，兩項均居世界第一。而在美國，大腸癌發病人數占總體癌症發病人數的8%，發生率居第四位，死亡率居第二位。如何有效提高糞便潛血檢測的準確性及便利性，可說是早期治療大腸癌且降低大腸癌死亡率的重要因素。

但是傳統的糞便潛血檢測必須採集糞便檢體，再送回醫院檢驗及等待檢驗結果，對受測者而言，不僅不方便，也無法隨時檢測及長期追蹤自我健康管理。

再者，傳統採集糞便檢體時，採集約1克，而醫檢單位卻僅使用其中約6毫克進行檢驗，然而潛血在糞便中並非均勻分佈，在檢驗過程中容易因為採集不到潛血而產生偽陰性結果。又，由於腫瘤或息肉本身為間歇性出血，並非持續出血，因此也有可能在採集糞便檢體的當天或前一天，腫瘤或息肉並沒有出血，而造成檢驗結果為偽陰性。如此將無法準確獲知排泄物內是否有潛血反應，錯失黃金治療時間。

本發明之主要目的，在於提供一種血紅素感測器，適合隨時檢測受測者或寵物的排泄物潛血反應，不僅可提高潛血檢測的方便性、快速性及準確性，又可藉此以達到長期追蹤、隨時檢測、早期發現、早期治療的效果。

本發明之又一目的，在於提供一種血紅素感測方法，利用簡單方便的檢測步驟即可獲知排泄物內是否有潛血反應，藉此以實現居家健康監護的效果。

為達上述目的，本發明提供一種血紅素感測器，包括：一手持式之殼體，內設有：一發光元件，可產生波長介於350nm-800nm範圍內之複數個入射光束；一操作介面，連接該發光元件，用以啟動該發光元件產生該入射光束，該入射光束將射向該殼體之前端；一光感測元件，接收複數個感測光束，並產生一感測訊號；及一資料處理器，連接該光感測元件，接收該感測訊號並產生一感測結果資料；及一表現元件，接收該感測結果資料，用以表現一感測結果；其中該入射光束可射向一溶液，該溶液係存在於該殼體外且具有一排泄物的一容器中，入射光束穿透該溶液，並產生該感測光束。

為達上述目的，本發明提供一種血紅素感測方法，包括以下步驟：提供一手持式血紅素感測器，操作一發光元件以發射複數個入射光束，穿透一溶液，並產生複數個感測光束，溶液係存在於具有一排泄物的一容器中，而該容器係為一馬桶、一便盆、一小便斗、一尿壺或一痰盂；提供一光感測元件以接收該感測光束，並產生一感測訊號；　提供一資料處理器以接收該感測訊號，並產生一感測結果資料；及提供一表現元件，接收該感測結果資料，並表現出一感測結果。

在本發明一實施例中，其中該容器係為一馬桶、一便盆、一小便斗、一尿壺或一痰盂。

在本發明一實施例中，尚包括有一光導元件，設於該殼體內，位於該光感測元件之前端，收集並傳輸該感測光束。

在本發明一實施例中，其中該表現元件設於該殼體外的一遠端電子裝置或該殼體表面。

本發明一實施例中，尚包括有一探測頭，為一中空管體，可卡合於該殼體前端，探測頭之前端設有一反光件，可在該入射光束穿透該溶液後照射該反光件，並產生該感測光束，而探測頭的中空管體上設有至少一孔洞，該溶液則經由該孔洞而進出該探測頭。

在本發明一實施例中，尚包括有一過濾元件，包覆該探測頭，而該溶液可穿透過濾元件。

在本發明一實施例中，其中該反光件係為該探測頭的一內表面或一反射片。

在本發明一實施例中，其中該入射光束穿透該溶液後照射一反光件，並產生該感測光束，反光件係為該容器的一內表面。

在本發明一實施例中，其中該感測訊號係反應一光譜或一光強度值。

在本發明一實施例中，其中該光譜係屬於吸收光譜、螢光光譜、散射光譜及拉曼光譜之其中之一。

在本發明一實施例中，其中該資料處理器係以該感測訊號是否具有鄰近415nm、541nm及577nm的特徵波長峰值，來分析並產生該感測結果資料。

在本發明一實施例中，其中該發光元件至少包括有三顆發光二極體，該入射光束的波長峰值個別為一375nm、一395nm、一415nm。

在本發明一實施例中，其中該發光元件至少有四顆發光二極體，包括一白光發光二極體。

在本發明一實施例中，尚包括以下步驟：提供一探測頭，卡合於該血紅素感測器的一前端，並將該探測頭插入該溶液中。

在本發明一實施例中，尚包括以下步驟：提供一過濾元件，包覆於該探測頭外表面，並連同該探測頭插入該溶液中。

本發明所指的溶液包括人或動物所直接排泄或產生的溶液、該溶液的水或其他溶劑的溶液；例如，存在於馬桶內的溶液，而馬桶內具有糞便、尿液及/或咳痰等排泄物。潛血則是指稱排泄物中所含的人或動物的血液，特別是指目視不可見的血液。

請參閱第１圖及第２圖，係分別為本發明血紅素感測器一較佳實施例的系統示意圖及構造示意圖。如圖所示，本發明血紅素感測器10係為一手持式感測器，包括有一殼體11及一表現元件16。手持式之殼體11內設有：一發光元件12、一操作介面13、一光感測元件14及一資料處理器15。表現元件16可設於殼體11表面或殼體11外的一遠端電子裝置中，而本實施例之表現元件16係設置於殼體11表面。操作介面13連接發光元件12，並用以啟動發光元件12投射出複數個入射光束125，入射光束125將照向殼體11的前端位置，照射一待測溶液25，並因此產生至少一感測光束145。光感測元件14固設於殼體11內，接收該感測光束145，並產生一感測訊號147。資料處理器15連接光感測元件14，接收感測訊號147，分析且產生一感測結果資料157。而表現元件16則是以有線或無線方式連接資料處理器15，並接收感測結果資料157，再用以表現潛血反應之感測結果167，例如呈現陽性、陰性、或潛血含量等級（0~5級；0級表示沒有潛血反應，5級則表示有嚴重潛血反應）。

待測溶液25係存在於一容器20中，而該容器20內還具有欲檢測者或動物的排泄物21，例如糞便、尿液或咳痰。而容器20最好是可由欲檢測者或動物可直接排放其排泄物21的盛接裝置，例如馬桶、便盆、小便斗、尿壺或痰盂。由於排泄物21如果存在有動物血液，其血液會稀釋於溶液25中，溶液25內即會存在有動物血液物質，而不會僅存在於排泄物21的某些部分，因此直接檢測容器20內的溶液25，其潛血反應的檢測準確性將高於直接檢測部分排泄物，所以可有效降低偽陰性的檢測結果。而本發明的入射光束125即是直接照射溶液25，並由反光件27反射而成該感測光束145，而不直接照射部分的排泄物21本體。

在本發明一實施例中，入射光束125可穿透待測溶液25，射至一反光件27並因此產生一感測光束145，而反光件27係為該容器20的一內表面、一陶瓷反射片(ceramic reflector)、一金屬反射片(metal reflector)、或一反射鏡(mirror)，入射光束125穿透溶液25而射向反光件27，經由溶液25的吸收作用及反光件27的反射作用，以成為該感測光束145。

請參閱第３圖及第４圖，分別為本發明血紅素感測器又一實施例的系統示意圖及構造示意圖。如圖所示，在此實施例中，主要係在殼體11內設有一電源17及一訊號發射器18，透過訊號發射器18可以將感測結果資料157傳送至殼體11外的一遠端電子裝置30，再藉由遠端電子裝置30內的表現元件16以呈現出感測結果167。

當然，在本發明一實施例中，其資料處理器15也可設於殼體外11的遠端電子裝置30中，光感測元件14的感測訊號147可直接傳送至遠端電子裝置30的資料處理器15，並由遠端電子裝置30分析及產出感測結果資料157及感測結果167。

在本發明一實施例中，電源17可以是鋰電池、市電、或太陽能供電等，可電源轉換後直流輸出，再提供發光元件12、資料處理器15、與光感測元件14適用的電壓，例如3V、 3.3V、5V等。資料處理器15可以是ARM Cortex M7單晶片216MHz資料處理器。操作介面13可以具有電源按鈕、啟動量測按鈕等。表現元件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。

請參閱第５圖，為本發明血紅素感測器又一實施例的系統示意圖。血紅素感測器10之殼體11內還設有一光導元件54，設置於光感測元件14的前端，可收集並傳輸感測光束145，以提高感測光束145傳輸的準確性。又，發光元件12包含複數個發光二極體121，每一個發光二極體121都可投射其個別波長的入射光束125，以形成複數個入射光束125，穿過其相對應的狹縫單元123。入射光束125穿透位於容器20內的溶液25，並照射至反光件27，而產生感測光束145。光導元件54收集並傳輸該感測光束145至光感測元件14。光感測元件14接收了感測光束145之後，即可進一步做後續的光譜特性分析或光強度值分析，例如吸收光譜、螢光光譜、散射光譜或拉曼光譜分析，藉此來判定溶液25中是否含有血紅素的潛血反應。

於本發明一實施例中，光導元件54可以是由塑膠或玻璃材質構成，形狀為一直徑小於約3.5mm的圓柱體。而發光元件12藉由一印刷電路板122以固定發光二極體121，印刷電路板122的材質可以為玻璃纖維板FR4或鋁基板，其形狀可以是中空的圓環形狀或多邊形，使細長的光導元件54可由其中央孔洞穿過。光感測元件14可以是光二極體陣列(Photo diode array)、CMOS感光元件(CMOS sensor)、電荷耦合感光元件(CCD sensor)、光譜器(Photo-spectrometer)等。

在本發明一實施例中，為了有較好的感測光束145收集效果，入射光束125穿透該溶液25時，係選擇深度相對較淺的區域，溶液25厚度小於約20mm。反光件27係為馬桶陶瓷的一內表面，而入射光束125 則照射於馬桶內水面較淺的區域位置，而不用直接去照射糞便本體等排泄物。

在本發明一實施例中，血紅素的檢測是利用吸收光譜分析，入射光束125為一特定波長光束，例如波長介於350nm～800nm (奈米；nanometer) 之範圍內的入射光束125，經過狹縫單元123後照射待測之溶液25，並且穿透溶液25及反光件27，產生感測光束145，再經由光導元件54至光感測元件14。光感測元件14接收了感測光束145之後，即可進一步做後續的光譜分析，如果在獲得的光譜中具有鄰近於415nm、541nm、及577nm左右的特徵吸收峰值，則可推論為溶液25中具有血紅素的潛血反應，而可將感測結果資料157呈現為陽性結果。

請參閱第６圖，為本發明血紅素感測器具體實施例所檢測出血紅素訊號結果。在含血水溶液之體積百分濃度為0.001%，實際量測含血水溶液吸收光譜結果，如圖所示，可清楚的發現血液的主要特徵吸收峰值鄰近於414nm、542nm、及576nm，符合血紅素吸收光譜特徵峰值。

在本發明又一實施例中，發光二極體121可為複數個，例如三顆或四顆。如果是四顆發光二極體，則其中將包括有一白光發光二極體，而其他三顆發光二極體之波長峰值鄰近於375nm、395nm、415nm。狹縫單元123可以是不鏽鋼材質，其直徑為0.5~3mm，其中央具有一穿孔。

在容器20具有容易反射光線的反光件27時，本發明之血紅素感測器10可以是一掌上型的感測器，不用接觸該溶液25即可遙測得知其感測光束145、感測訊號147、感測結果資料157及其感測結果167，為一操作方便且不需添加化學藥劑的居家生活健康監控利器。

反之，如果在容器20不容易有反光件27的情形下，本發明還可設計搭配有一探測頭40，如第７圖及第８圖所示，以方便收集感測光束145，同樣可達到血紅素檢測之目的。本發明探測頭40為一中空管體，可分離、卡合及/或固定於該殼體11的前端位置，探測頭40的前端設有至少一孔洞45。當探測頭40被插入容器20的溶液25中時，溶液25可經過孔洞45而進入探測頭40的中空管體內。入射光束125穿透位於探測頭40內的溶液25，並射至探測頭40前端之反光件47，以產生至少一感測光束145及提供後續的光譜分析。

於本發明一實施例中，探測頭47前端的反光件47可以是為該容器20的一內表面、或者是探測頭47本體一內表面、或者是固定於探測頭47本體上的一反射片，例如但不限係為一陶瓷反射片(ceramic reflector)、一金屬反射片(metal reflector)、或一反射鏡(mirror)。

在本發明一實施例中，為了有較好的光譜分析效果，入射光束125穿透的溶液25厚度要大於5mm (公釐；millimeter)，亦即探測頭40插入溶液25的深度要大於約5mm。

本發明又一實施例中，血紅素感測器10還可設有一過濾元件50，過濾元件50可以是一圓形濾紙杯，可套住及包覆探測頭40外表面。過濾元件50由過濾材質構成，當探測頭40被插入溶液25內時，過濾元件50可以讓溶液25通過，並經由孔洞45而進入探測頭40內，但大顆粒的排泄物或其他雜質則將被擋於過濾元件50外，而不會進入探測頭40內，如此將可提高潛血反應的檢測信賴性。

以過濾元件50包覆探測頭40外表面後，並不影響本發明在溶液25中血紅素檢測結果，如第９圖所示，有無加上過濾元件50(w/ filter及w/o filter)，皆可檢測出明顯的血液吸收峰值，分別鄰近於 541nm 與 577nm。

請參閱第１０圖，係本發明使用上述血紅素檢測器的血紅素檢測方法的步驟流程圖。如圖所示，步驟S601，提供一手持式血紅素感測器，操作一發光元件以投射複數個入射光束，照射存在於容器(例如馬桶)內的一溶液，而不直接照射同時存在於容器(例如馬桶)內的排泄物。入射光束照射溶液，並產生複數個感測光束。其中容器係可為一馬桶、一便盆、一小便斗、一尿壺或一痰盂。

在本發明一實施例中，入射光束在照射溶液時，也可穿透溶液而至一反光件，並因此產生感測光束，而反光件則是容器(馬桶)的一內表面。

步驟S603，提供一光感測元件以接收該感測光束，並產生一感測訊號。步驟S605，提供一資料處理器以接收該感測訊號，並產生一感測結果資料。步驟S607，提供一表現元件，接收該感測結果資料，並表現出潛血反應的一感測結果，例如為陽性或陰性。

最後，請參閱第１１圖，係為本發明血紅素感測方法的又一實施例的步驟流程圖，其主要係在先前步驟S601中，變更為步驟S611及步驟S612。步驟S611，提供一手持式血紅素感測器，並在其前端卡合一探測頭，探測頭為一中空管體，將探測頭插入存在於容器(例如馬桶)內的一溶液中，而不直接插入排泄物(例如糞便)，並致使容器內的溶液流入探測頭內。

步驟S612，操作一發光元件以投射複數個入射光束，照射存在於探測頭內的溶液。入射光束將穿透溶液至一反光件，並產生複數個感測光束。後續再進行步驟S603、步驟S605及步驟S607。

本發明血紅素感測方法的又一實施例中，其主要係在先前的步驟S611中，包括有另一個實施步驟S621。步驟S621，當探測頭卡合於血紅素感測器的前端後，將提供一過濾元件包覆探測頭的外表面，之後再將探測頭連同過濾元件插入容器(馬桶)內的溶液中，並致使溶液穿過過濾元件而流入探測頭內。藉由過濾元件以過濾掉容器內比較大顆的排泄物或雜質。而後續再進行步驟S612、步驟S603、步驟S605、步驟S607。

在本發明一實施例中，步驟S601所述之反光件係指該容器的一內表面，選擇溶液深度相對較淺的區域來照射。而步驟S612所述之反光件則可為是容器的一內表面、探測頭的一內表面、或探測頭內貼合的一反光片。

在本發明一實施例中，步驟S605所述之感測訊號係反應一光譜特性或一光強度值。而感測訊號係屬於吸收光譜、螢光光譜、散射光譜及拉曼光譜之其中一種。

在本發明一實施例中，步驟S601所述之入射光束的波長主要係介於350nm~800nm範圍內。而步驟S607所述之資料處理器則以該吸收光譜是否具有鄰近於415nm、541nm及577nm的特徵吸收峰值內容，來判斷並產生該感測結果資料。

在本發明之一實施例中，步驟S601所述之發光元件包含四顆發光二極體，其波長峰值約為375nm、395nm、415nm及一白光發光二極體。在本發明之一實施例中，其中該發光元件另包含四個狹縫單元，分別對應所述四顆發光二極體。

在本發明上述實施例中，入射光束主要是照射容器內的溶液，而不直接照射排泄物(糞便)本體。當然，如果是尿液檢測或咳痰檢測，無法分辨出容器內的排泄物或溶液時，則就直接照射容器內的存在物質本身。

說明書中所描述之也許、必須及變化等字眼並非本發明之限制。說明書所使用的專業術語主要用以進行特定實施例的描述，並不為本發明的限制。說明書所使用的單數量詞(如一個及該個)亦可為複數個，除非在說明書的內容有明確的說明。例如說明書所提及之一個裝置可包括有兩個或兩個以上之裝置的結合，而說明書所提之一物質則可包括有多種物質的混合。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10:血紅素感測器 11:殼體 12:發光元件 121:發光二極體 122:印刷電路板 123:狹縫單元 125:入射光束 13:操作介面 14:光感測元件 145:感測光束 147:感測訊號 15:資料處理器 157:感測結果資料 16:表現元件 167:感測結果 17:電源 18:訊號發射器 20:容器 21:排泄物 25:溶液 27:反光件 30:遠端電子裝置 40:探測頭 45:孔洞 47:反光件 50:過濾元件 54:光導元件

第１圖：本發明血紅素感測器一較佳實施例的系統示意圖。

第２圖：本發明如第１圖所示實施例的構造示意圖。

第３圖：本發明血紅素感測器又一實施例的系統示意圖。

第４圖：本發明如第３圖所示實施例的構造示意圖。

第５圖：本發明血紅素感測器又一實施例的系統示意圖。

第６圖：為本發明血紅素感測器所產生一實施例的波長頻譜示意圖。

第７圖：本發明血紅素感測器又一實施例的構造示意圖。

第８圖：本發明如第７圖所示實施例的使用示意圖。

第９圖：本發明血紅素感測器所產生之一實施例的波長頻譜示意圖。

第１０圖：本發明血紅素感測方法一實施例的步驟流程圖。

第１１圖：本發明血紅素感測方法又一實施例的步驟流程圖。 雖然已透過舉例方式在圖式中描述了本發明的具體實施方式，並在本文中對其作了詳細的說明，但是本發明還允許有各種修改和替換形式。本發明之圖式內容可為不等比例，圖式及其詳細的描述僅為特定型式的揭露，並不為本發明的限制，相反的，依據本發明的專利範圍之精神和範圍內，進行修改、均等構件及其置換，皆為本發明所涵蓋的範圍。

10:血紅素感測器

11:殼體

12:發光元件

13:操作介面

14:光感測元件

15:資料處理器

16:表現元件

20:容器

21:排泄物

25:溶液

27:反光件

40:探測頭

45:孔洞

47:反光件

50:過濾元件

Claims (10)

1. 一種血紅素感測器，包括： 一手持式之殼體，內設有： 一發光元件，可產生波長介於350nm-800nm範圍內之複數個入射光束； 一操作介面，連接該發光元件，用以啟動該發光元件產生該入射光束，該入射光束將射向該殼體之前端； 一光感測元件，接收複數個感測光束，並產生一感測訊號；及 一資料處理器，連接該光感測元件，接收該感測訊號並產生一感測結果資料；及 一表現元件，接收該感測結果資料，用以表現一感測結果； 其中該入射光束可射向一溶液，該溶液係存在於該殼體外且具有一排泄物的一容器中，入射光束穿透該溶液，並產生該感測光束。
2. 如申請專利範圍第1項所述之血紅素感測器，其中該容器係為一馬桶、一便盆、一小便斗、一尿壺或一痰盂，該表現元件設於該殼體外的一遠端電子裝置或該殼體表面，而該入射光束穿透該溶液後照射一反光件，並產生該感測光束，而反光件係為該容器的一內表面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之血紅素感測器，尚包括有一光導元件，設於該殼體內，位於該光感測元件之前端，收集並傳輸該感測光束。
4. 如申請專利範圍第1項所述之血紅素感測器，尚包括有一探測頭，為一中空管體，可卡合於該殼體前端，探測頭之前端設有一反光件，可在該入射光束穿透該溶液後照射該反光件，並產生該感測光束，而探測頭的中空管體上設有至少一孔洞，該溶液則經由該孔洞而進出該探測頭。
5. 如申請專利範圍第4項所述之血紅素感測器，尚包括有一過濾元件，包覆該探測頭，而該溶液可穿過過濾元件，而該反光件係為該探測頭的一內表面或一反射片。
6. 如申請專利範圍第1項所述之血紅素感測器，其中該感測訊號係反應一光譜或一光強度值，該光譜係屬於吸收光譜、螢光光譜、散射光譜及拉曼光譜之其中之一，而該資料處理器係以該感測訊號是否具有鄰近415nm、541nm及577nm的特徵波長峰值，依此分析並產生該感測結果資料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之血紅素感測器，其中該發光元件至少包括有三顆發光二極體，該入射光束的波長峰值個別鄰近於一375nm、一395nm、一415nm，而該發光元件至少有四顆發光二極體，包括一白光發光二極體。
8. 一種血紅素感測方法，包括以下步驟： 提供一手持式血紅素感測器，操作一發光元件以發射複數個入射光束，穿透一溶液，並產生複數個感測光束，溶液係存在於具有一排泄物的一容器中，而該容器係為一馬桶、一便盆、一小便斗、一尿壺或一痰盂； 提供一光感測元件以接收該感測光束，並產生一感測訊號； 提供一資料處理器以接收該感測訊號，並產生一感測結果資料；及 提供一表現元件，接收該感測結果資料，並表現出一感測結果。
9. 如申請專利範圍第8項所述之血紅素感測方法，尚包括以下步驟： 提供一探測頭，卡合於該血紅素感測器的一前端；及 提供一過濾元件，包覆於該探測頭外表面，並連同該探測頭插入該溶液中。
10. 如申請專利範圍第8項所述之血紅素感測方法，其中該入射光束的波長係介於350nm~800nm範圍之間，而該資料處理器則以該感測訊號是否具有鄰近於415nm、541nm及577nm的特徵波長峰值來產生該感測結果資料。

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