專利名稱：尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種尿流量監(jiān)測系統(tǒng)，尤其涉及ー種尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
尿流量是反映人體體液動(dòng)態(tài)平衡及心腎功能的重要指標(biāo)，準(zhǔn)確的尿量監(jiān)測有助于判斷病情的變化，指導(dǎo)制訂治療方案。現(xiàn)在重危病人的尿量監(jiān)測已發(fā)展到以每小時(shí)甚至每分鐘來觀察尿量，而現(xiàn)在醫(yī)院里臨床上使用的尿量監(jiān)測法有量杯(筒)監(jiān)測法、注射器監(jiān)測法和精密尿袋監(jiān)測法等，在監(jiān)測的準(zhǔn)確性、全面性和院內(nèi)感染防護(hù)等方面有不足之處。采用傳統(tǒng)的尿袋和量杯的方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)要求數(shù)字化、信息化的需求。而且操作過程很繁瑣，往往一個(gè)值班護(hù)士或ICU護(hù)士，其處理尿量的時(shí)間要耗去整個(gè)護(hù)理時(shí)間的四分之一到三分之一，采用這種手工處理排尿計(jì)量還可能造成護(hù)士被污染或感染的危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供ー種尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)計(jì)量尿液量，提高計(jì)量精確度，避免干擾。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供ー種尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，包括 微處理器，
與微處理器進(jìn)行信號傳遞的稱重傳感器前置信號處理回路、光電傳感器檢測回路，
所述稱重傳感器前置信號處理回路與稱重傳感器連接，所述稱重傳感器用于采集流入集尿袋的尿液重量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，
所述光電傳感器檢測回路與光電傳感器連接，所述光電傳感器與一光電ニ極管可夾持ー連接在所述集尿袋入口處的導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)實(shí)時(shí)流過進(jìn)入集尿袋的尿液，
所述光電傳感器采集光電ニ極管發(fā)出的并透過導(dǎo)管及內(nèi)部的尿液后的折射光，并送入所述光電傳感器檢測回路處理后發(fā)送至所述微處理器轉(zhuǎn)換成尿液比重。光電ニ極管所發(fā)的為單色光。所述稱重傳感器前置信號處理回路對稱重傳感器采集的壓電信號放大、數(shù)字化轉(zhuǎn)換后傳送至所述微處理器中。 稱重傳感器采集輸入的尿液重量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，傳送給緩沖放大器預(yù)放大，然后信號經(jīng)主放大器進(jìn)ー步放大，并濾除噪波干擾，放大后的信號經(jīng)隔合電路傳送到A/D轉(zhuǎn)換器采樣、轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由控制單元傳送給以ARM芯片為核心的微處理器進(jìn)行計(jì)算、分析、統(tǒng)計(jì)。所述微處理器通過驅(qū)動(dòng)模塊控制一 IXD顯示屏顯示數(shù)據(jù)。所述微處理器與一報(bào)警控制單元連接。所述微處理器設(shè)置有USB接口和/或以太網(wǎng)絡(luò)輸出接ロ。一種基于所述的尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征是，包括以下步驟由稱重傳感器采集流入集尿袋的尿液重量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，
光電傳感器與光電ニ極管夾持ー連接在集尿袋入ロ處的導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)實(shí)時(shí)流過進(jìn)入集尿袋的尿液，
所述光電傳感器采集光電ニ極管發(fā)出的并透過導(dǎo)管及內(nèi)部的尿液后的折射光，并送入所述光電傳感器檢測回路轉(zhuǎn)換成尿液比重，
微處理器根據(jù)尿液的重量、比重的實(shí)時(shí)信號計(jì)算出實(shí)時(shí)流入集尿袋的尿液的容積。所述微處理器將計(jì)算的尿液容積結(jié)果發(fā)送至IXD顯示屏進(jìn)行顯示。IXD顯示屏顯示器的稱重值是在兩個(gè)相鄰的顯示稱重值之間時(shí)，采用了以下算法保持穩(wěn)定的顯示值
在每個(gè)顯示周期內(nèi)，檢測本周期內(nèi)顯示的稱重值是否與前ー個(gè)周期內(nèi)的值相等，如果相等，IXD顯示輸出的稱重值不變，并且處理過程繼續(xù)進(jìn)入下ー個(gè)周期；
如果不等，將計(jì)算這兩個(gè)周期的內(nèi)部編碼之間的差值，如果差值小于閾值，則認(rèn)為此變化是由噪聲引起的，依然顯示上ー個(gè)周期的稱重值；如果差值大于閾值，則更新顯示的稱重值。下面詳細(xì)介紹根據(jù)光折射計(jì)算尿液比重的過程
尿液是由多種有機(jī)和無機(jī)物混合的液體，隨著內(nèi)含成分不同，尿液濃度和透光率也不同。Lambert-Beer定律(朗伯ー比爾定律)描述了吸光度A、液層厚度b及溶液濃度c之間的定量關(guān)系為 A=Ig (Io / I)=abc其中，Io——入射光強(qiáng)度，Cd;
I——透射光強(qiáng)度，Cd ；
a-吸光系數(shù)，L/(moI Ym)；
b-液層厚度，cm ；
c——溶液濃度，mol/L。由此公式可知，當(dāng)用某一特定波長的光照射溶液時(shí)，溶液的濃度越高，比重也越大，吸光度就越大，利用這種濃度和吸光度成正比的關(guān)系，通過測量吸光度，即可得到溶液的比重。嚴(yán)格地講朗伯ー比爾定律只有用一定波長的単色光才會(huì)具有線性關(guān)系。所以在折光計(jì)中，本方案采用了 460nM的緑色光電ニ極管作為光源，測定尿液與內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)液體的吸光度曲線相比較，獲得待測尿液的比重值。光電檢測是以光信息的變換為基礎(chǔ)的?；驹戆汛龣z測量變換為光信息量，它是以光通量的大小來反映待檢測量的大小。光電探測器的輸出往往與入射到它的光敏面上的光通量成正比。所以，光電探測器的光電流大小可以反映待檢測量的大小，即光電流ら是待檢測量Q的函數(shù)。當(dāng)光源(460nM的緑色光電ニ極管)透過待檢測液體(尿液)，其中一部分光通量被待檢測物體吸收或散射，另一部分光通量透過待檢測物體由光電探測器接收。被吸收或散射的光通量的數(shù)值決定于待檢測物的濃度。當(dāng)光源透過均勻介質(zhì)時(shí)光被吸收，透過的光強(qiáng)可由Lambert — Beer定律表示。因此，當(dāng)介質(zhì)的厚度(待測尿液在導(dǎo)管內(nèi)的量)一定時(shí)，光電探測器上接受的光通量僅與待測介質(zhì)的濃度有夫。運(yùn)用這種光電投射式結(jié)構(gòu)，就可以檢測液體濃度，從而獲得尿液的比重。
本發(fā)明所達(dá)到的有益效果
本發(fā)明的尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法采用尿液折光比重分析法計(jì)算尿液量，通過設(shè)置在導(dǎo)管外的光電ニ極管和光電傳感器實(shí)時(shí)檢測尿液的光折射率并轉(zhuǎn)換成尿比重，尿液通過導(dǎo)管與檢測裝置完全隔離，避免接觸產(chǎn)生的不良影響，計(jì)量精確，不易受干擾。對于顯示的稱重值易受干擾顯示不穩(wěn)定的問題，采用了ー種判斷方法進(jìn)ー步判斷顯示屏上顯示的最后一位值閃爍是否由干擾引起，從而避免閃爍，使顯示的稱重值穩(wěn)定。


圖1是尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理 圖2是稱重傳感器與ADC轉(zhuǎn)換接ロ電路 圖3是觸發(fā)控制電路過零觸發(fā)波形 圖4是主程序流程框 圖5是寫液晶程序框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)ー步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。系統(tǒng)包括尿液質(zhì)量測量部分和比重測量部分。 比重測量部分光電傳感器檢測回路與光電傳感器連接，光電傳感器與一光電ニ極管可夾持ー連接在所述集尿袋入口處的導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)實(shí)時(shí)流過進(jìn)入集尿袋的尿液，光電傳感器采集光電ニ極管發(fā)出的并透過導(dǎo)管及內(nèi)部的尿液后的折射光，并送入光電傳感器檢測回路處理后將信息傳送給微處理器轉(zhuǎn)換成尿液比重。質(zhì)量測量部分稱重傳感器負(fù)責(zé)采集輸入的尿液重量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，傳送給緩沖放大器預(yù)放大，然后信號經(jīng)主放大器進(jìn)ー步放大，并濾除噪波干擾。放大后的信號經(jīng)隔合電路傳送到A/D轉(zhuǎn)換器采樣、轉(zhuǎn)換后，再由控制模塊以數(shù)字信號傳送給以ARM芯片為核心的微處理器進(jìn)行計(jì)算、分析、統(tǒng)計(jì)和顯示。系統(tǒng)的顯示采用TFT-LCD彩色液晶顯示器，大屏幕顯示，圖像清晰確保遠(yuǎn)距離也能觀察到尿量數(shù)據(jù)。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)的數(shù)字和模擬兩部分電源完全獨(dú)立設(shè)計(jì)。主機(jī)電源采用直流9V安全電壓供電，而且在結(jié)構(gòu)形式采用系統(tǒng)與人體完全隔離的雙重絕緣方式，從而有效地保證了人體的安全。下面以一具體實(shí)施例開介紹本監(jiān)測系統(tǒng)的硬件構(gòu)成。本實(shí)施例中采用的稱重傳感器為臺灣Mavin公司的高精度LDB系列鋁合金單點(diǎn)式稱重傳感器，為半導(dǎo)體電阻應(yīng)變式傳感器。根據(jù)電阻應(yīng)變式傳感器的原理，四個(gè)電阻應(yīng)變片構(gòu)成全橋橋路，在電橋供電端施加恒定的直流電壓5V，則電橋輸出端的電壓將與其上所承受的壓力成正比，由此可根據(jù)輸出電壓的不同來測量重量。圖2為稱重傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器CS5532的電路原理圖。傳感器為全橋橋接方式，傳感器受カ后機(jī)械形變使得應(yīng)變片電阻阻值發(fā)生變化，由機(jī)械應(yīng)カ轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺@個(gè)輸出信號經(jīng)過濾波電路，消除信號中的串模和共模干擾以及高頻干擾信號后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)的觸發(fā)控制電路是采用移相觸發(fā)控制器，設(shè)計(jì)了過零點(diǎn)檢測電路。如圖3所示，作為觸發(fā)采樣基準(zhǔn)的50Hz交流電信號經(jīng)過電壓比較器LM393，以及光耦合器TLP521的隔離、反相器74HC14D的整形后，在INTO、INTl分別輸出用于單片機(jī)外中斷0、1的脈沖信號。這樣，在交流信號每一周期的正負(fù)半周期，都可以產(chǎn)生脈沖信號以引起單片機(jī)的外中斷。單片機(jī)進(jìn)入中斷后，在服務(wù)程序中根據(jù)控制角的需要設(shè)定定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，并立即啟動(dòng)定時(shí)器。定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出中斷后，將在其中斷服務(wù)中對門極施加觸發(fā)脈沖，觸發(fā)其導(dǎo)通。尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測方法的步驟如下
I)系統(tǒng)主程序流程
主程序流程如圖4所示。當(dāng)系統(tǒng)上電，完成單片機(jī)、外圍芯片、各種參數(shù)的初始化后，即進(jìn)入主循環(huán)。在主循環(huán)中，由定時(shí)器I定時(shí)掃描鍵盤，當(dāng)掃描到有按鍵按下時(shí)，有標(biāo)志位產(chǎn)生，即進(jìn)入鍵值計(jì)算并執(zhí)行相應(yīng)的處理。當(dāng)按鍵啟動(dòng)系統(tǒng)后，系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行態(tài)。系統(tǒng)開始進(jìn)行A/D采樣、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換以及比較判斷等工作。當(dāng)尿量值達(dá)到設(shè)定報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入暫停態(tài)。此刻等待報(bào)警釋放，釋放后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于暫停態(tài)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地保存改變的參數(shù)。LCD實(shí)時(shí)刷新當(dāng)前的狀態(tài)和各項(xiàng)參數(shù)。2 ) CS5532模/數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程
CS5532在啟動(dòng)時(shí)有20 ms的延遲，所以要在其啟動(dòng)20ms后再對其進(jìn)行初始化。CS5532沒有加電復(fù)位功能，首先需要人工通過ADC串ロ發(fā)送初始化序列，即15個(gè)SYNCl (OxFF)命令字節(jié)和I個(gè)SYNCO (OxFE)命令字節(jié)，使ADC串ロ進(jìn)入命令模式；接著通過設(shè)置配置寄存器的RS位，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。系統(tǒng)復(fù)位后，需配置電壓參考模式VRS位，初始化通道設(shè)置寄存器CSR，設(shè)置是否進(jìn)行校準(zhǔn)。完成以上工作后，即可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。3)液晶顯示程序 對液晶屏的驅(qū)動(dòng)實(shí)際上就是對其控制芯片RA8870的讀/寫操作。RA8870可讀可寫，但本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只用到寫命令，所以直接把R/W引腳接地。RA8870共有13種指令，包括初始化時(shí)需要用到的復(fù)位、占空比設(shè)置、顯示開/關(guān)，以及常用的設(shè)置列地址、設(shè)置頁地址、寫數(shù)據(jù)等。液晶顯示的程序流程如圖5所示。4)抗干擾設(shè)計(jì)
干擾來自電源等外部電磁信號和操作等人為作用的干擾。干擾的消除就是如何保證A/D采樣的精確性和誤碼糾錯(cuò)能力。提高系統(tǒng)抗電磁干擾性設(shè)計(jì)方面主要是A/D采樣模塊的電路設(shè)計(jì)以及電磁兼容性設(shè)計(jì)。系統(tǒng)對由于碰撞等產(chǎn)生的擾動(dòng)干擾主要采用軟件算法來消除。在電路設(shè)計(jì)方面，除了設(shè)計(jì)好信號調(diào)理電路，還特別注重CS5532的參考電壓以及稱重傳感器的供電電壓的穩(wěn)定性。電壓的穩(wěn)定性直接影響著A/D測量值的精確性。本系統(tǒng)采用模擬電路使用的電源與數(shù)字電路的電源分別單獨(dú)設(shè)計(jì)，而且單獨(dú)為CS5532以及稱重傳感器供電，同時(shí)CS5532的參考電壓由基準(zhǔn)電源芯片LM3362的5腳輸出提供穩(wěn)定的2. 5V參考電壓，而CS5532與CPU之間的通信用光耦合器進(jìn)行隔離，進(jìn)ー步消除CPU系統(tǒng)對采樣模塊的影響。關(guān)于如何判斷儀器顯示屏上顯示的最后一位值閃爍是否由干擾引起的問題。稱重傳感器工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)可能顯示0. 5g或Ig的最小刻度的現(xiàn)象，因?yàn)楫?dāng)稱重值是在兩個(gè)相鄰的顯示稱重值之間時(shí)，顯示值將在這兩個(gè)稱重值之間發(fā)生閃爍。為了保持穩(wěn)定的顯示值，我們采用了ー種特殊的算法。在每個(gè)顯示周期內(nèi)，軟件決定本周期內(nèi)顯示的稱重值是否與前ー個(gè)周期內(nèi)的值相等。如果相等，LCD顯示輸出將不變，并且處理過程繼續(xù)進(jìn)入下ー個(gè)周期。如果不等，將計(jì)算這兩個(gè)周期的內(nèi)部編碼之間的差值。如果差值小于閾值，則認(rèn)為此變化是由噪聲引起的，所以依然顯示舊的稱重值。如果差值大于閾值，則更新顯示值。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。·
權(quán)利要求
1.ー種尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，包括 微處理器， 與微處理器進(jìn)行信號傳遞的稱重傳感器前置信號處理回路、光電傳感器檢測回路， 所述稱重傳感器前置信號處理回路與稱重傳感器連接，所述稱重傳感器用于采集流入集尿袋的尿液重量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 所述光電傳感器檢測回路與光電傳感器連接，所述光電傳感器與一光電ニ極管可夾持一連接在所述集尿袋入口處的導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)實(shí)時(shí)流過進(jìn)入集尿袋的尿液， 所述光電傳感器采集光電ニ極管發(fā)出的并透過導(dǎo)管及內(nèi)部的尿液后的折射光，并送入所述光電傳感器檢測回路處理后發(fā)送至所述微處理器轉(zhuǎn)換成尿液比重。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，所述稱重傳感器前置信號處理回路對稱重傳感器采集的壓電信號放大、數(shù)字化轉(zhuǎn)換后傳送至所述微處理器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，稱重傳感器采集輸入的尿液重量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，傳送給緩沖放大器預(yù)放大，然后信號經(jīng)主放大器進(jìn)ー步放大，并濾除噪波干擾，放大后的信號經(jīng)隔合電路傳送到A/D轉(zhuǎn)換器采樣、轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由控制單元傳送給以ARM芯片為核心的微處理器進(jìn)行計(jì)算、分析、統(tǒng)計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，所述微處理器通過驅(qū)動(dòng)模塊控制一 IXD顯示屏顯示數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，所述微處理器與一報(bào)警控制單元連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，所述微處理器設(shè)置有USB接口和/或以太網(wǎng)絡(luò)輸出接ロ。
7.ー種基于權(quán)利要求1所述的尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征是，包括以下步驟 由稱重傳感器采集流入集尿袋的尿液重量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 光電傳感器與光電ニ極管夾持ー連接在集尿袋入口處的導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)實(shí)時(shí)流過進(jìn)入集尿袋的尿液， 所述光電傳感器采集光電ニ極管發(fā)出的并透過導(dǎo)管及內(nèi)部的尿液后的折射光，并送入所述光電傳感器檢測回路轉(zhuǎn)換成尿液比重， 微處理器根據(jù)尿液的重量、比重的實(shí)時(shí)信號計(jì)算出實(shí)時(shí)流入集尿袋的尿液的容積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法，其特征是，所述微處理器將計(jì)算的尿液容積結(jié)果發(fā)送至LCD顯示屏進(jìn)行顯示。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法，其特征是，LCD顯示屏顯示器的稱重值是在兩個(gè)相鄰的顯示稱重值之間時(shí)，采用了以下算法保持穩(wěn)定的顯示值 在每個(gè)顯示周期內(nèi)，檢測本周期內(nèi)顯示的稱重值是否與前ー個(gè)周期內(nèi)的值相等，如果相等，IXD顯示輸出的稱重值不變，并且處理過程繼續(xù)進(jìn)入下ー個(gè)周期； 如果不等，將計(jì)算這兩個(gè)周期的內(nèi)部編碼之間的差值，如果差值小于閾值，則認(rèn)為此變化是由噪聲引起的，依然顯示上ー個(gè)周期的稱重值；如果差值大于閾值，則更新顯示的稱重值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種尿流量動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，稱重傳感器前置信號處理回路與稱重傳感器連接，稱重傳感器用于采集流入集尿袋的尿液重量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，光電傳感器檢測回路與光電傳感器連接，光電傳感器與一光電二極管可夾持一連接在集尿袋入口處的導(dǎo)管，光電傳感器采集光電二極管發(fā)出的并透過導(dǎo)管及內(nèi)部的尿液后的折射光，并送入光電傳感器檢測回路處理后發(fā)送至微處理器轉(zhuǎn)換成尿液比重。采用尿液折光比重分析法計(jì)算尿液量，不易受干擾，計(jì)量精確，測量裝置不與尿液接觸就能夠精確地實(shí)時(shí)計(jì)量出病人的尿流量。對于顯示的稱重值易受干擾顯示不穩(wěn)定的問題，進(jìn)一步判斷顯示屏上顯示的最后一位值閃爍是否由干擾引起，從而避免閃爍，使顯示的稱重值穩(wěn)定。
文檔編號A61B5/20GK103054589SQ201310037429
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
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