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CN110672681B - 一种可穿戴式尿液检测装置 - Google Patents

一种可穿戴式尿液检测装置 Download PDF

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CN110672681B CN201910911207.7A CN201910911207A CN110672681B CN 110672681 B CN110672681 B CN 110672681B CN 201910911207 A CN201910911207 A CN 201910911207A CN 110672681 B CN110672681 B CN 110672681B
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Abstract

本公开提供了一种可穿戴式尿液检测装置及方法，包括纸尿裤和数据采集装置，所述纸尿裤内置有尿液检测传感器，并能够与尿液中的一种或多种疾病标志物发生化学反应，并产生微弱电信号；所述数据采集装置至少包括数据采集模块、处理器模块和无线通信模块，所述数据采集模块与尿液检测传感器连接，用于实时接收尿液检测传感器产生的电信号并传输给处理器模块；所述处理器模块用于将接收到的电信号转换为与对应的疾病标志物相对应的检测数据，并通过无线通信模块传输至外部设备；外部设备通过对检测数据进行存储和上传云端服务器实现数据共享，还可以利用其中的数据分析模块对检测数据进一步的分析，做出健康与否以及患病风险的评估。

Description

一种可穿戴式尿液检测装置
技术领域
本公开涉及医疗诊断机械技术领域，特别涉及一种可穿戴式尿液检测装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
对于需要长期护理的老年人、瘫痪或者半瘫痪病人这部分失能人群，采用传统医院尿检的方式，十分不便，对他们来说很多情况下不能有意识的排尿，往往其行动不便且取尿困难，无法实现高效的尿液提取和尿液检测。
尿液是医学治疗中常用的一种重要样本，尿液中的蛋白质、无机盐、电解质等成分对于临床诊断、疗效判断起着至关重要的作用。与血液检测不同，尿液检测具有非侵入性以及无痛的优势。
本公开发明人发现，(1)目前传统的尿液检测手段，需要昂贵的分析设备，专业的操作人员，耗资巨大，成本较高；(2)传统的尿液检测方法的分析时间较长，尿液采集困难，采集后也不容易保证尿液的新鲜度；(3)无法实时的进行尿液提取和检测，也无法实时的将检测结果实时传输到分析平台进行尿液分析；(4)传统的尿液采集和检验方法无法实现使用者的穿戴使用，只能接取尿液后送样检验。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种可穿戴式尿液检测装置及方法，利用内置尿液检测电化学传感器纸尿裤对失能人群(尤其是失能老人)尿液进行收集，并转换为疾病标志物的定性或定量值，这些检测数据可在数据采集装置上显示，方便看护人员及家属查看；同时，通过外围设备内置相关分析软件可对检测数据进行存储和上传到云端服务器实现数据共享，还可以利用其中的数据分析模块对检测数据进一步的分析，做出健康与否以及患病风险的评估，真正实现了对失能人群的尿液检测数据和健康情况的更全面监控。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
第一方面，本公开提供了一种可穿戴式尿液检测装置；
一种可穿戴式尿液检测装置，其特征在于，包括纸尿裤和数据采集装置，所述纸尿裤内置有尿液检测传感器，并能够与尿液中的一种或多种疾病标志物发生化学反应，并产生微弱电信号；所述数据采集装置被安装在使用者身体上某一部位，至少包括数据采集模块、处理器模块和无线通信模块，所述数据采集模块与尿液检测传感器连接，用于实时接收尿液检测传感器产生的电信号并传输给处理器模块；所述处理器模块用于将接收到的电信号转换为与对应的疾病标志物相对应的检测数据，并通过无线通信模块传输至外部设备。
作为可能的一些实现方式，采用热贴合或粘合剂的方式将尿液检测传感器嵌入到纸尿裤中，所述尿液检测传感器位于纸尿裤的导流层与吸收层之间。
作为进一步的限定，根据男女生理结构的不同，所述尿液检测传感器的安装部位略有不同，男用纸尿裤的尿液检测传感器集中在本体裆部以及正前方，女用纸尿裤的尿液检测传感器集中在本体正前方、后方以及裆部。
作为可能的一些实现方式，所述纸尿裤中还内置温度传感器，针对不同场景下的环境温度进行补偿。
作为可能的一些实现方式，由于尿液检测传感器在一定的测量区间存在非线性，所以需要对其进行非线性补偿，采用的方法为线性插值法、二次曲线插值法或查表法中的一种。
作为可能的一些实现方式，所述尿液检测传感器与尿液中的一种或多种疾病标志物发生化学反应，并产生微弱电流信号，并将将微弱电流信号依次放大、滤波和I/V转换变为电压信号，电压信号经过AD转换变为数字信号。
作为进一步的限定，所述处理器模块对转换后的数字信号通过对应数学公式进行计算，变为常见尿液数据。
作为可能的一些实现方式，所述数据采集装置还包括有报警模块，被配置为一旦采集到的数据达到预设尿液报警值，处理器模块向告警模块发送告警指令控制其发出报警信号，提醒看护人员及时更换纸尿裤。
作为可能的一些实现方式，所述数据采集装置还包括显示屏和按键，所述显示屏用于显示当前使用环境的温度、湿度、报警信息以及当前各检测项的检测数据；所述按键可用来设置相应的检测参数。
作为可能的一些实现方式，所述数据采集装置佩戴于使用者腰部，每一套数据采集装置具备唯一编号，能够与外部无线收发设备进行配对。
作为可能的一些实现方式，所述外部设备包括但不限于智能手机、平板电脑、医院工作站电脑或个人电脑中的一种或多种。
作为可能的一些实现方式，所述外部设备包括：
存储模块，被配置为可以记录数据采集装置上传的检测数据、检测时间、使用者的姓名、年龄、性别、体重、身高和病史数据，并针对不同的检测项进行分类存储；
上传模块，被配置为将存储的模块的数据以及分析结果数据上传至远程云端服务器，实现数据云端存储和共享；
数据分析模块，被配置为利用训练好的数据分析模型对存储模块的检测数据进行处理，判定出使用者的检测数据是否处于合理水平，对尿液检测异常数据所带来的患病风险做出基本评估。
作为进一步的限定，所述的数据分析模型通过包括决策树(DT)、K近邻(KNN)、朴素贝叶斯、Adaboost或支持向量机(SVM)算法中的一种对以往病例的尿液数据进行训练得到；
进一步的，针对不同的尿液检测项，具有不同的数据分析模型。
第二方面，本公开提供了一种基于可穿戴式尿液检测装置的尿液检测方法，步骤如下：
使用者穿戴尿液检测装置，所述尿液检测装置包括内嵌尿液检测传感器的纸尿裤和数据采集装置；
尿液检测传感器与尿液中的一种或多种疾病标志物发生化学反应，并产生微弱电信号；
将接收到的微弱电信号转换为与对应的疾病标志物相对应的检测数据并实时保存；
对实时保存的检测数据进行分析处理，判定出使用者的检测数据是否处于合理水平，对尿液异常检测数据所带来的患病风险做出基本评估；
将基本评估结果和相对应的异常检测数据进行实时传输，以实现对使用者的尿液情况以及患病风险的全面监控。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开所述的数据采集装置的显示屏可以显示检测的各项成分数据并起到报警的作用，提醒看护人员对使用者的纸尿裤进行及时的更换，可以大大地提高看护人员的工作效率。
本公开所述的数据还能通过装置中的数据传输模块，利用无线通讯方式发送至护理工作站，或者智能手机和平板电脑等设备，通过相关的应用软件，可对检测数据进行分析，形成使用者的尿液检测分析报告；检测报告可以直接在外部信息交互设备形成，家属可下载报告，咨询相关医生、专家的意见与建议。
本公开还可以将检测数据和分析结果上传至远程云端服务器，对数据进行长时间存储与数据共享。
本公开能够对实时保存的检测数据进行分析处理，判定出使用者的检测数据是否处于合理水平，对尿液异常检测数据所带来的患病风险做出基本评估；将基本评估结果和相对应的异常检测数据进行实时传输，以实现对使用者的尿液情况以及患病风险的全面监控。
本公开采用新型的尿液检测电化学传感器，所述的工作电极可以固定有不同的反应材料，可以对尿液中的尿蛋白、尿糖、尿酸、尿胺、酮体、胆红素、多巴胺，亚硝酸盐以及各类药物代谢物中的六两项进行同时检测。由于该传感器体积较小，易与纸尿裤进行结合的特点，只需少量的尿液就可以完成各项检测。若要同时检测大于六两项指标，只需利用多个传感器即可。例如对尿液中的十二项进行检测，只需两六个传感器。传感器六两个反应池之间通过疏水屏障进行隔离，彼此间的反应独立进行，不相互影响。
附图说明
图1为本公开实施例1中的纸尿裤与数据采集模块连接示意图。
图2为本公开实施例1中的数据采集模块示意图。
图3为本公开实施例1中的尿液检测传感器在纸尿裤中夹层中的位置示意图。
图4为本公开实施例1中的内置于纸尿裤的尿液检测传感器的结构示意图。
图5为本公开实施例1中的内置于纸尿裤的尿液检测传感器立体结构示意图。
图6为本公开实施例1中的尿液检测传感器的电极单元结构示意图。
图7为本公开实施例1中的尿液检测传感器的隔离单元结构示意图。
图8为本公开实施例1中的尿液检测传感器的进样单元结构示意图。
图9为本公开实施例1中的尿液检测传感器覆盖层结构示意图。
图10本公开实施例1中的尿液检测传感器信号转换流程示意图
图11本公开实施例1中的数据采集模块与外围信息交互设备的数据传输示意图。
图12为本公开实施例2中的通道选择机构检测时的结构示意图。
图13为本公开实施例2中的通道选择机构检测结束后的结构示意图。
图14为本公开实施例3中的通道选择机构检测时的结构示意图。
图15为本公开实施例3中的通道选择机构检测结束后的结构示意图。
图16为本公开实施例3中的通道选择机构工作流程图。
图17为本公开实施例3中的第五通道的结构示意图。
图18本公开实施例4中的可穿戴式尿液检测方法流程图。
1、纸尿裤本体；2、尿液检测传感器；3、传感器基底层；4、传感器反应层；41、电极单元；411、工作电极；412、参比电极；413、对电极；414、疏水屏障；415、反应池；42、隔离单元；421、隔离薄膜；422、第一开口；43、进样单元；431、进样区；432、进样通道； 433、溶断桥；5、传感器覆盖层；51、覆盖层薄膜；52、第二开口；6、纸尿裤微型接口；7、金属导线；8、数据采集装置；81、处理器模块；82、微弱电信号采集模块；83、人机交互模块；84、报警模块；85、数据传输模块；86、数据接口；87、电源；88、开关；9、工作站电脑；10、智能手机；11、平板电脑；12、远程云端服务器；13-第一通道；14-第二通道；15- 第三通道；16-线圈；17-第一防水层；18-悬臂梁触点；19-触发电路；20-第四通道；21-第五通道；22-第六通道；23-第七通道；24-第二防水层；25-悬臂梁；26-执行器。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1：
如图1所示，本公开实施例1提供了一种可穿戴式尿液检测装置，包括纸尿裤本体1和数据采集装置8，纸尿裤本体1内置尿液检测传感器2、其中所述尿液检测传感器2通过金属导线7 连接纸尿裤微型接口6，该接口与数据采集装置8相连。
所述数据采集装置8，如图2所示，包括：处理器模块81、微弱电信号采集模块82、人机交互模块83、报警模块84、数据传输模块85、数据接口86、电源87和开关88。
当有尿液产生时，尿液通过纸尿裤的表面内层进入到导流层，如图3所示，导流层则将尿液引流至尿液检测传感器2所在的位置，尿液检测传感器2位于导流层与吸收层之间。
需要说明的是，根据男女生理结构的不同，导流层和尿液检测传感器2的位置不同，男用纸尿裤导流层主要集中在本体裆部以及正前方，女用纸尿裤主要导流层集中在本体正前方、后方以及裆部。通过导流层的虹吸作用，可在使用者无论是在尿量较少时还是尿量多情况下，都可将尿液引流至传感器部位，将其浸润。
如图4-9所示，所述尿液检测传感器2，包括传感器基底层3、传感器反应层4、传感器覆盖层5，传感器反应层4包括电极单元41、隔离单元42、进样单元43；
传感器基底层3用于承载传感器反应层4和传感器覆盖层5，材料可使用沃特曼滤纸、色谱纸、硝化纤维纸、办公用纸，聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的一种或几种的组合。
传感器反应层4作为本实施例尿液检测传感器中最重要的部分之一，其承担着将尿液中物质浓度转换为电信号的重要角色。
传感器覆盖层5通过覆盖层薄膜51将传感器各部分进行包裹，覆盖层薄膜51上留有尿液进入的第二开口52，方便尿液进入。其中传感器覆盖层5的材料可为聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯等等，这些材料具有良好的稳定性，抗腐蚀性，同时具有一定的亲水性，有利于尿液的检测。
尿液通过传感器覆盖层薄膜51的第二开口52到传感器反应层4的进样单元43，进样区431 充分吸收进入尿液检测传感器2的尿样，通过虹吸作用将液体通过六个进样通道432进入到电极单元41，为了避免进样单元43和电极单元41的直接接触，在两者之间设置了隔离单元42，该隔离单元42为不透水材料，为一层隔离薄膜421，并且切割出了与进样单元通道末端大小、形状相同的第一开口422，尿液只能通过这些第一开口422进入到电极单元41。所述通道末端形状为270度扇形，所述六个通道绕进样区231设置，任意相邻两个进样通道232之间的夹角相同。所述第二开口52为圆形，所述进样区431也为圆形，所述第二开口52和进样区431为同心圆且尺寸相同。
与此同时，当尿液通过一定的量后，进样单元43的液体进样通道上的溶断桥433发生溶断。其作用是当电极单元41固定的反应物消耗完后，阻止尿液的再次进入，影响检测结果的准确性。
溶解桥的材料有：海藻糖，甘露糖。还包括支线通道，支线通道为溶解桥两端的输样通道，支线材料有：硝基纤维素，玻璃纤维，聚酯材料。
V(t)＝PSA(t) (1)
其中P是纸的孔隙度，S是进样通道的横截面积，A(t)是时间函数，V(t)为通过的液体体积，桥的横截面积也与通过的液体量有关，因此，溶解桥可以用来测量通过的液体体积，为控制在通过一定尿量后溶解桥发生溶断，可以通过不同溶解材料，不同的支线材料，不同的横截面积之间的相互组合实现。
具体组合方式有：硝基纤维+海藻糖(窄)；玻璃纤维+海藻糖(窄)；聚酯纤维+海藻糖(窄)；聚酯纤维+甘露糖(窄)；聚酯纤维+甘露糖(宽)。需要说明的是，还有其他组合方式，不一一列举。
通过数据采集装置8在工作电极411和参比电极412之间施加一定的电压，尿液中需要检测的物质与工作电极411上的固定的反应物发生氧化还原反应，从而产生微弱的电流信号I，反应产生的电流信号I经过工作电极411传递。
需要说明的是，数据采集装置8产生的电压在±5V之间，产生方式为循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)或恒电位法等。
其中，工作电极触点电极利用纳米材料进行修饰，由于纳米材料的高导电性，大比表面积，能够加快电子的转移速度，实现对电信号的增大作用，使得尿液的检测时间缩短，传感器的检测上限提高，灵敏度增加。
电极单元41在传感器基底层3的基础上通过丝网印刷的方式制作，电极材料可为碳墨，银 /氯化银、玻碳、铂、金、银及各纳米材料掺杂而成。其中纳米材料可为碳纳米管，优选的，多壁碳纳米管，石墨烯等等。这些材料具有很好的导电性能、兼容性高、比表面积大的特点，非常适合作为电极的原材料。
优选的，例如在本实施例中先利用碳油墨对工作电极411、参比电极412和对电极413进行印刷，再在参比电极412上涂抹一层银/氯化银溶液。然后，工作电极411上面利用壳聚糖、碳纳米管进行修饰，再固定相关反应物，如酶，抗原、抗体等材料，这些材料具有非常高的选择性和特异性，只与尿液中特定的物质发生反应，例如可以与尿液中的尿蛋白、尿糖、尿酸、尿胺、酮体、胆红素、多巴胺、亚硝酸盐以及各类药物代谢物中的一种或多种发生化学反应。例如检测葡萄糖时，可在工作电极固定葡糖氧化酶，在工作电极411和参比电极412之间施加一定电压，葡萄糖氧化酶使尿液中的葡萄糖发生氧化反应，消耗氧气，生成葡萄糖酸内脂和过氧化氢，同时生成两个电子和质子，电子则通过电极进行传导。葡萄糖的浓度越高，产生的电子越多，电信号越大，反之电信号越小。同样，其他检测项只需固定不同的反应物即可。
在电极单元设立圆形疏水屏障414，将其分割为六部分，每部分包括一个工作电极触点，形成六个电化学反应池415，共用参比电极412和对电极413，彼此间的反应不会相互影响。其中疏水材料可为蜡或者光刻胶，通过蜡染或光刻的方式制作疏水屏障。
需要说明的是单个尿液检测传感器2可同时对两种尿液所含成分进行测定，若检测项大于两项，可在纸尿裤中嵌入多个传感器，工作电极411上固定对应的目标反应物，在数据采集装置8上通过按键设置不同的检测参数。
微弱电流信号I通过与尿液检测传感器2上的电极相连的印刷导线进行传输，电流信号I进入数据采集装置8中的微弱电信采集模块82进行转换、放大、滤波后变为电压值Vout。
需要说明的是，这些印刷导线均有不透水的塑料薄膜所覆盖，位于纸尿裤夹层中，不与人体皮肤所接触，避免发生漏电情况发生。
电压值U进入处理器模块81的AD转换通道，处理器模块81对电化学传感器2所测得的一系列数据进行处理计算，在人机交互模块83的显示屏进行显示，输出最终检测结果。在尿液产生时，一旦电流值超过数据采集装置设置的阈值，还会触发报警模块84发出声音报警，该报警的作用是提醒看护人员进行纸尿裤的更换，具体的尿液检测传感器信号转换流程示意图如图10所示。
电压的计算公式为：
Vout＝Vref+I×Rf (2)
其中，Vout为进入处理器模块AD转换通道的电压，Vref为数据采集装置的基准电压，I为传感器所产生的电流，Rf为I/V转换的高精密电阻。
最终结果输出公式：
P＝Vout×α±ε (3)
其中，P为最终输出结果(例如尿液中葡萄糖浓度)，α为转换常数，ε为补偿值。
需要说明的是，针对不同的检测项，如葡萄糖，尿蛋白，胆红素等，所对应的转换常数α不同。ε补偿值又可分为温度补偿和非线性补偿，由于温度对反应物中的酶等物质的活性会有影响，随之所产生的电流大小也有影响。
所以在纸尿裤中还会内置温度传感器，针对不同场景下的环境温度进行补偿。由于传感器在一定的测量区间存在非线性，所以需要对其进行非线性补偿，采用的方法可为线性插值法，二次曲线插值法和查表法中的一种。
如图11所示，数据采集装置8在检测完各项数据后，通过内置的数据传输模块85将检测数据传输至工作站电脑9、智能手机10、平板电脑11等外部信息交互设备；这些设备中内置的分析软件的存储模块可对检测数据、检测时间、使用者的姓名、年龄、性别、体重、身高、病史进行分类存储；上传模块可将存储的模块的数据以及分析结果数据上传至远程云端服务器 12，实现数据云端存储和共享；
其中的数据分析模块利用训练好的数据分析模型，对存储模块的检测数据进行处理，判定出使用者的检测数据是否处于合理水平，对尿液检测异常数据所带来的患病风险做出评估。
需要说明的是，相关软件可利用手机号、邮箱、就诊卡或者身份证注册并登录使用，家属可登录软件查看并下载检测报告，通过在线方式向专家寻求意见和建议，该分析软件将所有使用者的数据进行收集，分析处理，最终可得出该类人群的大数据报告，该类人群的发病年龄，性别以及各类生理信息。
其中，数据分析模型通过包括决策树(DT)、K近邻(KNN)、朴素贝叶斯、Adaboost、支持向量机(SVM)算法中的一种对以往病例(例如糖尿病患者)尿液数据进行训练得到。这些算法通过对非健康人群的尿液数据进行训练，得到相关的模型参数，并不断的对这些模型参数进行调试，使其最终达到需求范围。
另外，考虑到该装置使用者大多为失能老人，这类人群抵抗能力较差，数据采集装置8 安装在使用者体外，其中电源87采用可充电电池，同时具备防水功能，保证该装置的安全性。
实施例2：
如图12-13所示，本公开实施例2提供了一种可穿戴式尿液检测装置，所述尿液检测传感器2中的熔断桥替换为通道选择机构，具体如下：
(1)在传感器的初始状态，第一通道13的悬臂梁触点18通过电磁吸合的方式与底部固定有线圈16的第二通道14保持常闭状态，与第三通道15保持常开状态，其中第二通道14的末端与工作电极触点相连，第三通道15则通向传感器外部，与纸尿裤中的吸水材料接触。
(2)当有尿液产生时，尿液通过经由进样单元的进样区与第一通道13的前端相连，经虹吸作用，液体不断向第一通道13末端移动，在第一通道13接近于悬臂梁的位置设置有触发电路19，当有尿液流过，该位置被浸湿，利用尿中的导电离子，使触发电路19接通。与此同时，控制器中的定时器开始计时，经过一定时间，线圈16中的电流方向改变，线圈16极性改变，需要说明的是，该点没有尿液经过时，处于断路状态。
(3)第一通道13的末端和第二通道14、第三通道15的前端表面保持相同的尺寸，以保证流体流动的一致性，其中在第一通道13接近触发电路19的位置将其制作为悬臂梁结构，其可实现上下动作，悬臂梁的倾斜角要小于30度，在第一通道13的悬臂梁触点18内部含有磁性材料。
(4)悬臂梁触点18的制作流程，在第一通道13末端切割出对应区域，并将磁性材料填充在该区域，其正反面采用防水材料进行覆盖，例如蜡，PDMS薄膜，PVC薄膜等，防止磁性材料进入尿液。在防水材料的基础上，通过胶粘的方式在正反面分别覆盖一层纤维纸，保证尿液的流通性，同时对悬臂梁触点18进行磁化。其中，磁性材料包括：铁芯粉，铁硅铝粉，磁性纳米粒子中的一种或多种。
(5)尿液经第一通道13与第二通道14抵达传感器的工作电极触点，与其表面修饰的反应物发生反应。为避免反应完成后多余的尿液进入。由于触发电路19使定时器开始计时，一定时间后，线圈16中的电流方向发生改变，线圈16的极性随之变化。利用同性相斥的原理，使悬臂梁触点18与第二通道14断开，与第三通道15接触，使多余尿液通过第三通道15排出传感器，被纸尿裤吸收。需要说明的是，线圈16与第二通道14之间有第一防水层17进行隔离。
实施例3：
如图14-17所示，本公开实施例3提供了一种尿液检测电化学传感器，将其中的熔断桥替换为通道选择机构，具体如下：
(1)在传感器的初始状态，未有尿液进入，进样第四通道20的悬臂梁25搭在第六通道22 的前端保持常闭状态，与第七通道23保持常开状态，其中第六通道22的末端与工作电极触点相连，第七通道23则通向传感器外部，与纸尿裤中的吸水材料接触。
(2)当有尿液产生时，尿液通过经由进样单元的进样区与第四通道20的前端相连，经过其虹吸作用，液体不断向第四通道20末端移动。与此同时尿液还会经过第五通道21进入，其中第五通道21的为慢速通道，液体在第四通道、第六通道、第七通道中运输的速度要快于第五通道。其中，在第四通道20与第五通道21之间存在第二防水层24，保证通道之间不受影响。其中防水材料可为蜡，PDMS薄膜，PVC薄膜等。
(3)当穿戴者有尿液产生时，尿液分别经第四通道20和第五通道21进行运输。其中第四通道20经由悬臂梁到达第六通道，最终到达传感器的反应层与工作电极上修饰的反应物发生反应。经一定时间，第五通道的尿液到达执行器26部位，执行器26开始吸收液体膨胀，将第四通道20末端的悬臂梁25抬起，与第七通道23接触，与第六通道22断开，防止多余尿液进入反应区域，影响检测结果的准确性。
(4)需要说明的是，执行器26材料为可膨胀吸水材料，如水凝胶，海绵、纤维素以及其他多孔材料，优选的，执行器26采用压缩海绵。其中，执行器26与第四通道20之间通过防水材料胶连在一起，通过控制执行液体的速度与执行器26吸收液体的时间，对应的控制进入传感器的尿量。
(5)通过设置第五通道21的形状来编程时间，如增加驱动通道的长度可以延长液体到达执行器的时间，反之，时间缩短。其中第五通道可为回型、蛇形，如图17所示。
实施例4：
如图18所示，本公开实施例4提供了一种基于可穿戴式尿液检测装置的尿液检测方法，步骤如下：
使用者穿戴尿液检测装置，所述尿液检测装置包括内嵌尿液检测传感器的纸尿裤和数据采集装置；
尿液检测传感器与尿液中的一种或多种疾病标志物发生化学反应，并产生微弱电信号；
将接收到的微弱电信号转换为与对应的疾病标志物相对应的检测数据并实时保存；
对实时保存的检测数据进行分析处理，判定出使用者的检测数据是否处于合理水平，对尿液异常检测数据所带来的患病风险做出基本评估；
将基本评估结果和相对应的异常检测数据进行实时传输，以实现对使用者的尿液情况以及患病风险的全面监控。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可穿戴式尿液检测装置，其特征在于，包括纸尿裤和数据采集装置，所述纸尿裤内置有尿液检测传感器，并能够与尿液中的一种或多种疾病标志物发生化学反应，并产生微弱电信号；所述数据采集装置至少包括数据采集模块、处理器模块和无线通信模块，所述数据采集模块与尿液检测传感器连接，用于实时接收尿液检测传感器产生的电信号并传输给处理器模块；所述处理器模块用于将接收到的电信号转换为与对应的疾病标志物相对应的检测数据，并通过无线通信模块传输至外部设备；
所述尿液检测传感器包括基底层、反应层和覆盖层，所述基底层用于支撑反应层和覆盖层；所述反应层依次包括进样单元、隔离单元和电极单元，所述隔离单元为不透水的薄膜，所述进样单元用于将尿液进行富集并通过隔离单元上的第一开口传递到电极单元；
所述进样单元中部为进样区，通过六个进样通道利用虹吸作用将尿液从进样区输送到各个进样通道末端，所述通道末端形状为270度扇形；六个进样通道绕进样区设置，任意相邻两个进样通道之间的夹角相同；
装置还包括通道选择机构，所述通道选择机构包括第一通道、第二通道、第三通道、控制器、触发电路、悬臂梁、线圈以及防水层；在传感器的初始状态，第一通道的悬臂梁触点通过电磁吸合的方式与底部固定有线圈的第二通道保持常闭状态，与第三通道保持常开状态，其中第二通道的末端与工作电极触点相连，第三通道则通向尿液检测传感器外部，与纸尿裤中的吸水材料接触；
当有尿液产生时，尿液通过经由进样单元的进样区与第一通道的前端相连，经虹吸作用，液体不断向第一通道末端移动，在第一通道接近于悬臂梁的位置设置有触发电路，当有尿液流过，触发电路位置处被浸湿，利用尿液中的导电离子，使触发电路接通；与此同时，控制器中的定时器开始计时，经过一定时间，线圈中的电流方向改变，线圈极性改变；当触发电路的位置处没有尿液经过时，处于断路状态；
第一通道的末端和第二通道、第三通道的前端表面保持相同的尺寸，在第一通道接近触发电路的位置设置悬臂梁，所述悬臂梁的倾斜角小于30度，在第一通道的悬臂梁触点内部含有磁性材料；
尿液经第一通道与第二通道抵达尿液检测传感器的工作电极触点，与工作电极触点表面修饰的反应物发生反应；由于触发电路使定时器开始计时，一定时间后，线圈中的电流方向发生改变，线圈的极性随之变化；利用同性相斥的原理，使悬臂梁触点与第二通道断开，与第三通道接触，使多余尿液通过第三通道排出尿液检测传感器，被纸尿裤吸收。
2.如权利要求1所述的可穿戴式尿液检测装置，其特征在于，采用热贴合或粘合剂的方式将尿液检测传感器嵌入到纸尿裤中，所述尿液检测传感器位于纸尿裤的导流层与吸收层之间。
3.如权利要求2所述的可穿戴式尿液检测装置，其特征在于，男用纸尿裤的尿液检测传感器集中在本体裆部以及正前方，女用纸尿裤的尿液检测传感器集中在本体正前方、后方以及裆部。
4.如权利要求1所述的可穿戴式尿液检测装置，其特征在于，所述尿液检测传感器与尿液中的一种或多种疾病标志物发生化学反应，并产生微弱电流信号，并将微弱电流信号依次放大、滤波和I/V转换变为电压信号，电压信号经过AD转换变为数字信号。
5.如权利要求4所述的可穿戴式尿液检测装置，其特征在于，所述处理器模块对转换后的数字信号通过对应数学公式进行计算，变为常见尿液数据。
6.如权利要求1所述的可穿戴式尿液检测装置，其特征在于，所述数据采集装置还包括有报警模块，被配置为一旦采集到的数据达到预设尿液报警值，处理器模块向报警模块发送报警指令控制其发出报警信号，提醒看护人员及时更换纸尿裤；
或，所述数据采集装置还包括显示屏和按键，所述显示屏用于显示当前使用环境的温度、湿度、报警信息以及当前各检测项的检测数据；所述按键可用来设置相应的检测参数；
或，所述数据采集装置佩戴于使用者腰部，每一套所述数据采集装置具备唯一编号，能够与外部无线收发设备进行配对。
7.如权利要求1所述的可穿戴式尿液检测装置，其特征在于，所述外部设备包括智能手机、医院工作站电脑或个人电脑中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的可穿戴式尿液检测装置，其特征在于，所述外部设备包括：
存储模块，被配置为记录数据采集装置上传的检测数据、检测时间、使用者的姓名、年龄、性别、体重、身高和病史数据，并针对不同的检测项进行分类存储；
上传模块，被配置为将存储的模块的数据以及分析结果数据上传至远程云端服务器，实现数据云端存储和共享；
数据分析模块，被配置为利用训练好的数据分析模型对存储模块的检测数据进行处理，判定出使用者的检测数据是否处于合理水平。
9.如权利要求8所述的可穿戴式尿液检测装置，其特征在于，所述数据分析模型通过包括决策树(DT)、K近邻(KNN)、朴素贝叶斯、Adaboost或支持向量机(SVM)算法中的一种对以往病例的尿液数据进行训练得到；
针对不同的尿液检测项，具有不同的数据分析模型。
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