CN111110429A - 一种基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***与方法，包括外壳(1)、电容传感器(2)、MEMS传感器、微控制器、终端，本发明通过电容传感器分别得到尿液量的电容信息，通过MEMS传感器得到的当前姿态信息，根据尿液量的电容信息以及当前姿态信息，得出造口袋中的尿液量，因此其得到的尿液量精确。本发明可以实时监测造口袋中的尿液量，可以在造口袋快满时提醒患者及时进行排放等处理，可以防止尿液玷污腹部或者衣物，也不会由于造口袋盛满而对身体健康产生不利影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***及方法，属于医疗器械技术领域。
背景技术
由于泌尿道中某器官发生病变，需要将患者尿路开口至腹壁，形成造口；造口袋用以盛放患者经由造口产生的尿液。进行过造口手术的患者，需要终生佩戴造口袋生活，而患者对人体排尿至造口袋的过程无自主感知，无法实时知道排尿时间以及造口袋中储存的尿量，将会导致造口袋中尿液溢出，玷污腹部或者衣物，给患者正常生活和工作带来困扰；或者影响人体泌尿***尿液的分泌，对身体健康产生不利影响。这严重影响患者的正常工作和生活质量。
中国专利201520272583.3公开了一种便于造口患者的病服，具体公开了在口袋的底部设有用于检测造口袋重量的重力传感器、单片机和报警器，所述重力传感器连接单片机，所述单片机连接报警器，所述单片机根据重力传感器检测的造口袋重量控制报警器，通过蓝牙信号发射器将重力传感器检测的重量信号发送至蓝牙信号接收器，蓝牙信号接收器将接收的信号发送给处理器，如果造口袋的重量超出预设的阈值，处理器则控制开关电路开通，从而打开呼叫开关呼叫医护人员及时更换造口袋。由于该专利只在口袋的底部设有用于检测造口袋重量的重力传感器，因此对于人体平躺时，其重力传感器检测到的数据会严重的偏离(小于)真实数据，实用性大大降低。
中国专利201910155761.7公开了一种基于云和可穿戴技术的造口患者管理***，具体公开了蓝牙造口袋监测***、移动终端apps和远程云，蓝牙造口监测***包括防护体，防护体内设置有主控芯片模组、电池模块、存储芯片、数据输出模块一、数据输入模块一和低功耗蓝牙模块一，蓝牙造口袋监测***包括监测主体，监测主体内设置有分别与总控芯片模组连接的数据输入模块二、数据输出模块二和弯曲传感器信号处理模块，总控芯片模组分别与低功耗蓝牙模块二、弯曲传感器连接，远程云包括用户登录模块、数据存储以及显示模块、大数据分析模块；通过新的数字化技术来提高给对疾病的管理和监测能力，方便医疗人员以及患者对造口以及造口袋进行全方位的监控记录。由于其采用弯曲传感器测量尿液量，其原理是弯曲传感器15的电阻会随着传感器的弯曲度而发生变化，由于其弯曲度过于宏观，其不能够实时精确的测量出尿液量，而对于患者来说，能够知道实时尿液量，是非常重要的，使其能够根据尿液量进行饮水。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***与方法，本发明能够定量实时监测尿路造口袋佩戴患者的排尿量(体积或质量)以及排尿时间和排尿次数，将相应数据传输到手机等终端告知用户，以方便佩戴造口袋的患者及时处理。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***，包括外壳、电容传感器、MEMS传感器、微控制器、终端，其中：
所述外壳用于放置造口袋，所述电容传感器设置于外壳的内侧壁上；
所述MEMS传感器、微控制器均安装在外壳上，所述电容传感器、MEMS传感器、终端均与微控制器连接；
所述电容传感器用于检测造口袋中尿液变化产生的电容信息，并将电容信息上传给微控制器；
所述MEMS传感器用于对外壳所处姿态的检测，得到当前姿态信息；
所述微控制器根据电容信息以及当前姿态信息，得到造口袋中的尿液量；将得到的尿液量与预先设置的尿液阈值比较，当得到的尿液量高于尿液阈值时，发出报警信号；
所述终端的报警模块根据报警信号进行报警提醒：
优选的：所述电容传感器设置于外壳靠近人体腹部一侧的内侧壁上，或者所述电容传感器设置于外壳远离人体腹部一侧的内侧壁上。
优选的：所述电容传感器包括测量电极、参考电极和环境电极，所述测量电极设置于外壳的内侧壁上，所述参考电极设置于外壳的底端内壁上，所述环境电极设置于外壳上。
优选的：所述测量电极设置有电极屏蔽。
优选的：所述电容传感器为分立器件电容传感器或者为集成电路芯片电容传感器。
优选的：所述终端设置有输入模块和饮水计算模块，所述输入模块用于饮水时间和饮水量的输入，所述饮水计算模块根据输入的饮水时间和饮水量得到补充饮用量和补充饮水时间，补充饮用量和补充饮水时间通过显示模块进行显示，同时所述报警模块根据补充饮水时间进行报警提醒。
优选的：所述微控制器实时将检测得到的尿液量上传给终端，所述终端根据上传的尿液量通过显示模块进行显示。
优选的：包括无线收发器，所述微控制器通过无线收发器与智能终端通信连接。
一种基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***的监测方法，包括以下步骤：
步骤1，将造口袋放置于外壳内，将造口底盘连通，然后将外壳固定在患者身上；
步骤2，微控制器每隔一段时间向电容传感器、MEMS传感器发送启动检测信号，所述电容传感器根据启动检测信号测量此时的电容信息，得到的电容信息上传给微控制器；所述MEMS传感器根据启动检测信号检测外壳此时的当前姿态信息，并将得到的当前姿态信息上传给微控制器；
步骤3，微控制器根据电容信息以及当前姿态信息，匹配相应的测量曲线和等效数据转换方法，得出造口袋中的尿液量；将得到的尿液量与预先设置的尿液阈值比较，当得到的尿液量高于尿液阈值时，发出报警信号；
步骤4，终端的报警模块根据报警信号进行报警提醒。
优选的：通过输入模块输入饮水时间和饮水量入，饮水计算模块根据输入的饮水时间和饮水量得到补充饮用量和补充饮水时间，补充饮用量和补充饮水时间通过显示模块进行显示，同时所述报警模块根据补充饮水时间进行报警提醒。
本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
1.本发明通过电容传感器分别得到尿液量的电容信息，通过MEMS传感器得到的当前姿态信息，根据尿液量的电容信息以及当前姿态信息，得出造口袋中的尿液量，因此其得到的尿液量精确。
2.本发明可以实时监测造口袋中的尿液量，可以在造口袋快满时提醒患者及时进行排放等处理，可以防止尿液玷污腹部或者衣物，也不会由于造口袋盛满而对身体健康产生不利影响。
3.本发明可以记录患者的排尿量以及排尿时刻和排尿次数，从而可以对患者身体状态进行相应的分析，例如增加饮水量和饮水次数。
4.本发明采用无线通信技术，利于佩戴和电池续航。
附图说明
图1为本发明组成图；
图2为FDC1004芯片的电路图；
图3为造口袋结构示意图，其中，图3(a)为造口袋正视图，图3(b)为造口袋左视图；
图4为电容传感器的放置示意图，其中，图4(a)为电容传感器安装在左边，图4(b)为电容传感器安装在右边；
图5为本发明结构示意图；
图6为本发明使用示意图；；
图7为电极屏蔽结构示意图；
图8为电容传感器排列方式一；
图9为电容传感器排列方式二；
图10为电容传感器的极板意图；
图11为电容传感器检测原理示意图；
图12为手机等终端App或微信小程序的界面；
图13为达到阈值时提醒患者处理造口袋的界面；
图14为记录的历史数据，按小时查看的界面；
图15为不同姿态下电容量与尿液量的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***，如图1所示，包括外壳1、电容传感器2、MEMS传感器、微控制器、终端，其中：
如图2所示，造口袋3上设置有造口袋底盘5，使用的时候，里面会存放有尿液6。
如图5所示，所述外壳1用于放置造口袋，所述电容传感器2设置于外壳1的内侧壁上；
所述MEMS传感器、微控制器均安装在外壳1上，所述电容传感器2、MEMS传感器、终端均与微控制器连接；
如图10所示，所述电容传感器2用于检测造口袋中尿液变化产生的电容信息，并将电容信息上传给微控制器；电容传感器2可以使用分立器件电容传感器，也可以使用继承电路芯片电容传感器，例如，如图2所示，使用德州仪器(TI)公司FDC1004芯片的电路。如图11所示，容传感器的极板可以是矩形，也可以是音叉结构或者其他的多边形结构，只需要其构成电容器，电容传感器有测量电极21、参考电极22和环境电极23，它们可以由印刷电路板(PCB)制成，也可以由柔性印刷电路(FPC)等柔性材料制成；所述测量电极21设置于外壳1的内侧壁上，所述参考电极22设置于外壳1的底端内壁上，所述环境电极23设置于外壳1的外壁上，本发明的另一实施例中，环境电极23设置于外壳1的内壁上；电容传感器的电极可以采用图8排列方式，也可以采用图9的排列方式。如图4所示，所述电容传感器2可以安放在外壳1靠近人体腹部一侧的内侧壁上，或者所述电容传感器2可以安放在外壳1远离人体腹部一侧的内侧壁上。安装本装置不必破坏或者改造造口袋现有结构。外壳可以由硬质材料制成，也可以由柔性材料制成，并尽可能地将电容传感器贴合于造口袋上，外壳1上设置有造口袋底盘连接通过孔131。
电容传感器的电极可以有屏蔽，如图7所示，所述测量电极21设置有电极屏蔽211，以抑制环境噪声的影响。
所述MEMS传感器用于对外壳1所处姿态的检测，得到当前姿态信息；利用微机电***(MEMS)的加速度计、陀螺仪进行人体和造口袋所处姿态的检测。姿态解算利用测量得到的角加速积分为角速度、进一步积分为角位移，或者利用测量得到的角速度积分为角位移；再根据初始位置解算当前姿态。
所述微控制器根据电容信息以及当前姿态信息，得到造口袋中的尿液量；将得到的尿液量与预先设置的尿液阈值比较，当得到的尿液量高于尿液阈值时，发出报警信号；
所述终端的报警模块根据报警信号进行报警提醒；本发明的终端是一个广义概念，其包括在外壳上的提示部件，如震动部件、发光器件，以达到在不通过手机等智能终端的情况下就能提醒患者。
测量电容使用参比法，使用参考电极可以确定使用单位面积电容所产生的电容，以此可以消除由于不同个体、不同时间、尿液介电常数变化所带来的测量误差，从而确定测量电极上对应的尿液量。可以选择使用环境电极，通过添加环境电极，可以抑制由于手臂等靠近测量电极所带来的测量误差。所述电容传感器2包括测量电极21、参考电极22和环境电极23。
所述终端设置有输入模块和饮水计算模块，所述输入模块用于饮水时间和饮水量的输入，所述饮水计算模块根据输入的饮水时间和饮水量得到补充饮用量和补充饮水时间，补充饮用量和补充饮水时间通过显示模块进行显示，同时所述报警模块根据补充饮水时间进行报警提醒。
所述微控制器实时将检测得到的尿液量上传给终端，所述终端根据上传的尿液量通过显示模块进行显示。
包括无线收发器，所述微控制器通过无线收发器与智能终端通信连接。
一种基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***的监测方法，包括以下步骤：
步骤1，如图6所示，将造口袋放置于外壳1内，将造口底盘连通，然后将外壳1固定在患者身上；
步骤2，微控制器每隔一段时间向电容传感器2、MEMS传感器发送启动检测信号，因此通过设置监测时间，电容传感器2、MEMS传感器可以实时检测相关信息，进而实现实时监测，所述电容传感器2根据启动检测信号测量此时的电容信息，得到的电容信息上传给微控制器；所述MEMS传感器根据启动检测信号检测外壳1此时的当前姿态信息，并将得到的当前姿态信息上传给微控制器；
步骤3，微控制器根据电容信息以及当前姿态信息，匹配相应的测量曲线和等效数据转换方法，计算出造口袋中的尿液量；将得到的尿液量与预先设置的尿液阈值比较，当得到的尿液量高于尿液阈值时，发出报警信号；
如图15所示，首先建立各种姿态下的电容量与尿液量的拟合曲线，在外壳(造口袋)竖直状态下，测量造口袋不同的尿液量与其相对应的电容量，得到在竖直状态下电容量与尿液量的拟合曲线。外壳(造口袋)平放状态下，测量造口袋不同的尿液量与其相对应的电容量，得到在平放状态下电容量与尿液量的拟合曲线。从竖直状态下到平放状态下之间取不同的倾角，在各种倾角状态下，测量造口袋不同的尿液量与其相对应的电容量，得到不同倾角状态下电容量与尿液量的拟合曲线，其中，竖直状态认为其倾角角度为90度，平放状态认为其倾角角度为0度，其他状态下的倾角角度在0-90度之间。
简单地，只有两种状态，当MEMS传感器检测到的当前姿态信息为竖直状态时，即倾角角度为90度时，认为患者为站立、坐立等造口袋竖直的姿势，根据竖直状态下电容量与尿液量的拟合曲线来计算尿液量；当MEMS传感器检测到的当前姿态信息为平放状态时，即倾角角度为0度时，认为检测到患者平躺等造口袋平放的姿势，根据平放状态下电容量与尿液量的拟合曲线来计算尿液量。
进一步地，多个状态：当MEMS传感器检测到的当前姿态信息为其他状态时，即倾角角度在0-90度之间时，根据倾角选择对应的电容量与尿液量的拟合曲线来计算尿液量。
步骤4，终端的报警模块根据报警信号进行报警提醒。
通过输入模块输入饮水时间和饮水量入，饮水计算模块根据输入的饮水时间和饮水量得到补充饮用量和补充饮水时间，补充饮用量和补充饮水时间通过显示模块进行显示，同时所述报警模块根据补充饮水时间进行报警提醒。首先根据排尿量、运动量、季节、气候因素建模，得到标准饮水量，然后根据检测的排尿量、MEMS检测的运动量，并结合相应的季节、气候信息得到已经饮用水量，若已经饮用水量明显过多或过少于标准饮水量，则可进行相应的提示。
利用蓝牙及低功耗蓝牙技术与手机等终端进行通信，将尿量等信息传递至手机等智能终端。手机等终端App或微信小程序可以统计人体的排尿时刻、每次排尿量、排尿次数以及每日的排尿总量，并保存患者每日排尿数据记录。到达一定阈值时(阈值可根据情况设定)，手机等终端App或微信小程序可以提醒患者及时处理尿液。手机等终端App或微信小程序有手动录入饮水时间和饮水量的功能。根据历史数据分析，手机等终端App或微信小程序提醒患者补充饮用量和饮水时间的功能。图12为手机等终端App或微信小程序的界面，图13为达到阈值时提醒患者处理造口袋的界面，图14为记录的历史数据，按小时查看的界面。
另外，本发明能够实时检测造口袋中的尿量，在尿液将满时，提醒用户及时处理或排放造口袋中尿液。记录患者的排尿数据(排尿时间、每次排尿量和排尿次数以及每日排尿总量)，以供患者和医生进行相应的分析和诊断。本发明可以实时监测造口袋中尿液的量，可以在造口袋快满时提醒患者及时进行排放等处理，可以防止尿液玷污腹部或者衣物，也不会由于造口袋盛满而对身体健康产生不利影响。也可以记录患者的排尿量以及排尿时刻和排尿次数，从而可以对患者身体状态进行相应的分析，例如增加饮水量和饮水次数。因此本发明可以对造口袋中尿量的监测、患者排尿时刻、排尿量以及排尿次数的监测，以及一定条件下的警示，本发明能够实时监测尿路造口手术患者的排尿行为以及造口袋中的尿量，并告知用户。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***，其特征在于：包括外壳(1)、电容传感器(2)、MEMS传感器、微控制器、终端，其中：
所述外壳(1)用于放置造口袋，所述电容传感器(2)设置于外壳(1)的内侧壁上；
所述MEMS传感器、微控制器均安装在外壳(1)上，所述电容传感器(2)、MEMS传感器、终端均与微控制器连接；
所述电容传感器(2)用于检测造口袋中尿液变化产生的电容信息，并将电容信息上传给微控制器；
所述MEMS传感器用于对外壳(1)所处姿态的检测，得到当前姿态信息；
所述微控制器根据电容信息以及当前姿态信息，得到造口袋中的尿液量；将得到的尿液量与预先设置的尿液阈值比较，当得到的尿液量高于尿液阈值时，发出报警信号；
所述终端的报警模块根据报警信号进行报警提醒。
2.根据权利要求1所述基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***，其特征在于：所述电容传感器(2)设置于外壳(1)靠近人体腹部一侧的内侧壁上，或者所述电容传感器(2)设置于外壳(1)远离人体腹部一侧的内侧壁上。
3.根据权利要求1所述基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***，其特征在于：所述电容传感器(2)包括测量电极(21)、参考电极(22)和环境电极(23)，所述测量电极(21)设置于外壳(1)的内侧壁上，所述参考电极(22)设置于外壳(1)的底端内壁上，所述环境电极(23)设置于外壳(1)上。
4.根据权利要求2所述基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***，其特征在于：所述测量电极(21)设置有电极屏蔽(211)。
5.根据权利要求1所述基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***，其特征在于：所述电容传感器(2)为分立器件电容传感器或者为集成电路芯片电容传感器。
6.根据权利要求1所述基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***，其特征在于：所述终端设置有输入模块和饮水计算模块，所述输入模块用于饮水时间和饮水量的输入，所述饮水计算模块根据输入的饮水时间和饮水量得到补充饮用量和补充饮水时间，补充饮用量和补充饮水时间通过显示模块进行显示，同时所述报警模块根据补充饮水时间进行报警提醒。
7.根据权利要求1所述基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***，其特征在于：所述微控制器实时将检测得到的尿液量上传给终端，所述终端根据上传的尿液量通过显示模块进行显示。
8.根据权利要求1所述基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***，其特征在于：包括无线收发器，所述微控制器通过无线收发器与智能终端通信连接。
9.一种采用权利要求1至8任一所述基于电容传感器的尿路造口袋中尿液监测***的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将造口袋放置于外壳(1)内，将造口底盘连通，然后将外壳(1)固定在患者身上；
步骤2，微控制器每隔一段时间向电容传感器(2)、MEMS传感器发送启动检测信号，所述电容传感器(2)根据启动检测信号测量此时的电容信息，得到的电容信息上传给微控制器；所述MEMS传感器根据启动检测信号检测外壳(1)此时的当前姿态信息，并将得到的当前姿态信息上传给微控制器；
步骤3，微控制器根据电容信息以及当前姿态信息，匹配相应的测量曲线和等效数据转换方法，得出造口袋中的尿液量；将得到的尿液量与预先设置的尿液阈值比较，当得到的尿液量高于尿液阈值时，发出报警信号；
步骤4，终端的报警模块根据报警信号进行报警提醒。
10.根据权利要求9所述监测方法，其特征在于：通过输入模块输入饮水时间和饮水量入，饮水计算模块根据输入的饮水时间和饮水量得到补充饮用量和补充饮水时间，补充饮用量和补充饮水时间通过显示模块进行显示，同时所述报警模块根据补充饮水时间进行报警提醒。
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