用衰减全反射光谱进行尿液成分分析的设备及方法

专利名称：用衰减全反射光谱进行尿液成分分析的设备及方法
技术领域：
本发明涉及一种对尿液成分的浓度等指标进行分析的设备，特别是涉
及一种利用衰)咸全反射纟工夕卜光i普(Attenuated Total Reflectance Infrared Spectroscopy, ATR-IR)对尿液成分的浓度进行分析的设备及方法。
背景技术：
通常，尿液成分分析的方法是使用可见光，可见光范围内主要有三个 波段可以用于尿液成分分析。该方法使用的是尿液试纸，由于测试过程中 要不断使用 一次性试纸，使用者需要定期购买试纸以进行尿液成分的分析， 而且在使用时需要将尿样涂抹到试纸上，在操作上也存在不便。此外，由 于这种方法要求使用者必需配备有试纸和专用设备才能进行，因此难于推 广。
另有一种尿液成分分析方法是光谱分析法，该方法不使用试纸。该方 法需要使用单独的从坐便器中采集尿液样品的专用设备。还需要对采集到 的尿样进行分析的设备，并且光源和检测器按透射式平行(呈180度角)设 置。但是，这种方法必需提供额外的设备，特别是该方法中使用的光源是 近红外光，分析设备使用的波段是800nm ~ 2500nm。该波段的光线只适于 分析尿液中的单一成分，而在分析尿液中的多种成分时，由于各成分的测 量值相互交迭，因而很难对尿液中的多种成分进行分析。
因此，有必要提供一种可方便、准确地分析尿液中多种成分的设备及 方法。
此外，由于目前尚未有一种能够让使用者坐在坐便器上就能够方便地 一次性地测量血压、体脂等并同时进行尿液分析的设备，因此使用者不得 不在不同时间不同地点进行检查尿液成分、测量血压及体脂含量等指标。

发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种尿液成分分析设备，其将衰减全反 射红外光i普分析的衰减全反射组件(以下简称为ATR组件)直接固定坐便 器中，从而可方便而准确地进行尿液成分分析，及尿液成分的分析方法。
本发明的另一目的在于，提供一种尿液成分分析设备，其使用波长范 围为1000 ~ 15000 nm的光线，可方便而准确地进行尿液成分分析，及尿 -液分纟斤的方法。
本发明的又一目的在于，提供一种体检系统，其可在完成尿液成分分 析的同时，通过简单的操作进行血压、体脂含量等指标的测量。为实现上述目的，本发明提供的尿液成分分析设备包括坐便器，其 具有凹陷或平底状的尿液收集部件；管道部件，用于引导坐便器尿液收集 部件所收集的尿液；以及分析部件，用于分析由管道部件引入的尿液的成 分，所述尿液收集部件位于坐便器内侧前部，分析部件由ATR组件构成， 该分析部件直接固定在坐便器上。
较优地，所述管道部件包括输入管，用于将尿样及用于测定对照值的 对照样引至ATR组件中； 一输出管，用于将尿样及对照样从ATR组件中排 出。
较优地，前述输入管包括电》兹阀，对引入ATR组件的对照样及尿样进 行控制；至少一药筒，用于提供对照样；以及清洗液储槽，提供用来清洗 输入管及ATR组件的清洗液。
更进一步地，为达到上述目的，本发明提供的尿液成分的分析设备包 括坐便器，其具有凹陷或平底状的尿液收集部件；以及分析部件，用于 分析在尿液收集部件处收集的尿液的成分，所述尿液收集部件位于坐便器 内侧前部，分析部件由ATR组件构成，该分析部件直接固定在坐便器上。
较优地，前述的尿液收集部件水平或倾斜地位于坐便器内侧，该尿液 收集部件表面为半球形，该半球形表面的中心部位形成有开孔。所述分析 部件包括一棱镜，该棱镜的上表面为曲面并与所述开孔结合，或者该棱镜 的上表面为平坦表面并与所述表面的开孔结合，或者该棱镜的上表面固定 在尿液收集部件表面开孔的下方。
较优地，所述的尿液成分分析设备还包括清洗液供给部件，其置于高 于尿液收集部件的位置，便于对尿液收集部件进行清洗。
较优地，所述的尿液成分分析设备还包括空气喷射部件，其设置于高 于尿液收集部件的位置，以便于对尿液收集部件进行干燥。较优地，所述 的尿液成分分析部件包括光源，用于产生光线；单色仪，利用该光线产 生单色光；反射镜，用于将该单色光反射到ATR;检测器，用于检测穿过 ATR的单色光；控制器，用于测量检测器检测到的单色光，并对光源、单色 仪、反射镜及检测器进行控制。
较优地，前述的单色光波长范围为1000 ~ 15000nm，并且前述的分析 部件采用孩i才几电系统(MEMS, Micro Electro Mechanical System)技术制
造，使其尺寸较小。
更进一步地，为达到上述目的，本发明提供了一种分析尿液成分的方 法，该方法包括以下步骤首先测量从尿液收集部件引入的对照样的吸收 光谱；然后测量从尿液收集部件引入的尿样的吸收光谱；得到测定尿液中 各成分标准含量与吸收光谱的标准曲线；通过上述标准曲线计算出尿液中 各成分的含量。所述尿液收集部件设置于坐便器的内侧前部，对照样及尿样的光谱值通过ATR组件测量，该ATR组件直接固定在坐^f更器上。
较优地，利用引入ATR组件的单色光测量对照样及尿样的光谱。较优 地，前述的尿液成分的分析方法还包括以下步骤在测量尿样光谱后使用 清洗液清洗尿液收集部件，该清洗液与对照样为同一溶液。此外，前述的 尿液成分分析方法还包括使用空气喷射部件干燥尿液收集部件，该空气喷 射部件被设置于高于尿液收集部件的位置。
更进一步地，为达到上述目的，本发明提供了一种体检系统，其包括 位于坐便器后侧的坐浴盆(bidet )部件和与坐便器相连接的体脂测量设备， 该体脂测量设备由位于坐便器左右两侧的把手构成；8个分别成对设置于4 个触点的电极，其中两个触点位于坐便器的座垫部分的上表面，可与使用 者的臀部或大腿部接触，另外的两个触点位于前述坐便器的把手上。
较优地，每个接触点都包括一电压电极和一电流电极，把手可收回到 坐便器侧部中，还可在触点之上加盖，防止与水接触。
较优地，前述的体检系统还包括尿液成分分析设备，用于测量尿液中 的成分，其中ATR组件直接固定在坐便器上。
更进一步地，为达到上述目的，本发明提供了一种体检系统，其包括 位于坐便器后方的坐浴盆部件；体重测量设备，利用位于坐便器座垫部件 下方的多个测力传感器测量使用者的体重；以及尿液成分分析设备，利用 ATR组件测量尿液中的各个成分，该ATR组件直接固定在坐便器上。
较优地，前述的体检系统还包括血压测量设备，用于测量使用者的血 压；以及指紋识别设备，用于通过指紋确定使用者的身份。前迷的血压测 量设备与指紋识别设备都位于供使用者放置手臂的扶手上，这样使用者坐 在坐便器上时，就可同时进行指紋识别和血压测量。
较优地，前述的体检系统还包括监控器，用于显示尿液分析设备测定 的下列尿液分析信息中的至少其中之一尿液成分分析设备测量的尿液分 析信息、体重测量设备测量的体重信息、指紋识别设备测量的指紋信息、 血压测量设备测量的血压信息、体脂测量设备测量的体脂信息。该监测器 置于扶手上。
较优地，前述的体检系统还包括制剂注入设备，用于提供体检系统所 使用的制剂，该制剂注入设备倾斜地位于坐便器的后侧，并且同样与坐浴 盆装置相连接。
较优地，可以通过因特网或以太网传输下述信息至少其中之一尿液 分析信息、体重信息、指紋信息、血压信息和体脂信息，并且可以接收到 利用上述传输信息得出的分析结果。
更进一步地，为实现上述目的，本发明提供了一种体检系统，其包括 位于坐便器后侧的坐浴盆部件以及与坐便器相连接的心电图测量设备，该心电图测量设备包括两个分别位于坐便器左右两边把手的触点，两个位于 坐便器座垫部件上表面直接接触使用者臀部或大腿部的触点，且每个触点
有两个电极，并且该心电图测量设备通过下述方式测出心电图利用位于 前述4个接触点的8个电极传输通过使用者的感生电流，然后测出各电极 之间的电位差。
根据本发明所提供的尿液成分分析设备及方法，由于采用直接固定在 坐便器上的ATR组件和傅里叶变换红外光谱测量尿液成分，可以在短时间 内准确测量尿液的多种成分。
还有，由于根据本发明所提供的尿液成分分析设备及方法，无需额外 的配件，如管道部件，因而可以提高设备的耐用性。由于本发明提供的尿 液成分分析设备的分析部件直接固定在坐便器上，使用者可以每天都可方 便地监测尿液成分，便于使用者定期检看自身的健康信息。
根据本发明所提供的尿液成分分析设备及方法，采用波长范围为 1000 ~ 15000nm的光线测定尿液成分，可以迅速且准确地测定尿液的多种 成分。
此外，根据本发明所提供的体检系统，使用者坐在坐便器座垫部件上 时就能方便地进行血压、体脂等指标的测量，并能完成尿液成分的分析， 因而使用者能够方便地定期测量尿液成分、血压、体脂等各项指标。


图1为根据本发明一实施例的包括有尿液成分分析设备的体检系统的 立体图。
图2为根据本发明一实施例的包括有体脂测量设备的体检系统的立体图。
图3为根据本发明一实施例的体脂测量设备把手的立体图。
图4为根据本发明一实施例的体脂测量设备的电流方向示意图。
图5为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备的分析部件的立体图。
图6为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备的管道部件的立体图。
图7为根据本发明另一实施例的位于坐便器的尿液成分分析设备的尿
液收集部件的立体图。
图8为根据本发明另一实施例的位于坐便器的尿液成分分析设备的尿
液收集部件的剖视图。
图9为根据本发明另一实施例的与尿液成分分析设备的尿液收集部件
结合的分析部件的剖视图。
图10为根据本发明一实施例的尿液成分分析方法的流程图。 '，含葡萄糖的光谱图。
图12乂
含肌氨酸的光谱图
图13 含尿素的光谱图
图14^ 含胆固醇的光谱图
图15 含胆红素的光谱图
图16乂 含尿酸的光谱图
图17
含亚硝酸盐的光语图。
图18为使用根据本发明的实施例的尿液成分分析设备测定的尿样所含 葡萄糖的标准曲线图。
图19
肌氨酸的标准曲线图
图20^ 尿素的标准曲线图
图21 乂 胆固醇的标准曲线图
图22爿 胆红素的标准曲线图。
图23为使用根据本发明的实施例的尿液成分分析设备测定的尿样中所 含尿酸的光谱图。
图24为使用根据本发明的实施例的尿液成分分析召 含尿素的光谦图
具体实施例方式
本说明书中尽量选用本技术领域已得到广泛使用的术语。但在个别情 况下某些术语采用申请人发明选定的术语，并且该术语的含义在说明书中 本发明: 、" 、 、、、 ，、一 、""
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用衰减全反射红外光 谱尿液成分分析的设备及其方法的具体实施方式
、结构、特征及其功效，"^细i兑明汝口后。
图1为根据本发明一实施例的包括了尿液成分分析设备的体检系统的 立体图。请参阅图l所所示，本发明的体检系统包括血压测量设备100、坐
浴盆控制设备200、指紋识别设备300、监测器400、 主控制设备500、体 脂测量设备600、尿液成分分析设备700、制剂注入设备800、以及体重测 量设备900。
在所述的体检系统中，通过血压测量设备100测量血压。该血压测量 设备100可按如下设置在不使用时，其可以收回到扶手1000内；当使用 者坐在坐便器上并按下主控制设设备500的"血压测量，，按钮进行血压测 量时，血压测量设备100的袖带就会向上伸出。然后使用者将手臂伸入袖 带，按下"开始"按钮就开始测量血压。监测器400显示脉搏率和/或最高 及最低血压值。如果血压测量完成，使用者将手臂由袖带中退出并再次按 下"血压测量"按钮，这时血压测量设备100就会自动收回到扶手1000内。 血压测量设备100可以为各种形状，例如图中圆圏内所示的开放式袖带， 只需使用者将手腕置于其上，即可自动进行血压测量。这种方式的优点在 于与长方的平行六面体型的血压测量设备相比尺寸较小，这是因为这样可
以将手臂伸入的部分的尺寸制造得较小。
如图1所示，血压测量设备100为长方的平行六面体形或是开口的袖 带形式，位于扶手1000的上表面。当然，本发明并不限制于此形式与位置。
如果使用者坐在坐便器上时将指紋与指紋识别设备300接触，那么该 坐在坐便器上的使用者就会被指紋识别设备300识别。指紋识别设备300 可以使用现有的普通指紋识别设备，在此不作赘述。
还有，在体检过程中，还可以通过体重测量设备900测量使用者的体 重，并且还可以通过体脂测量设备600测量使用者的体脂。
体重测量设备900可由四个置于坐便器坐垫下侧的测力传感器构成， 当使用者坐在坐便器上时，该体重测量设备会自动开始称重，其测量值会 在位于扶手1000上的监测器400上显示。
还有，若是使用者坐在坐便器上之后抓住置于坐便器上部左右两侧的 体脂测量设备600的把手时，该体脂测量设备60Q即开始测量体脂。如图2 及图3所示，以下将详细描述体脂测量设备600。
体脂测量方法使用者若按下主控制设备500上的"体脂测量"按钮， 体重测量设备900的测力传感器启动，以便进行测量体重。接着，使用者 按下"开始"按钮并将手臂向下伸直抓住体脂测量设备600的把手。体脂 测量完成后，监测器400就会利用事先储存的使用者的信息，如年龄、性 别、身高、体重进行估算并显示出必要的信息如体脂比率、肌肉质量等。 如果已经事先获取了体重信息，就可以省略上述体重测量步骤。监测器400可以绕一至于扶手1000下表面的枢轴水平转动。监测器400 伸出后，还可以绕另一枢轴在垂直方向上转动，使监测器400处于一便于 使用者查看的合适角度。
在图1中，为了对体脂进行，体脂测量设备600的把手水平的位于坐 便器左右两侧。当然，体脂测量设备600并不局限于上述的形状和位置， 测量体脂的主控制设备500的按钮也不限于某一特定类型。
此外，该体冲企系统可以通过尿液成分分析设备700测量尿液中的糖、 蛋白质、血等的含量。以下将结合图2至图6详细描述尿液成分分析设备 700。
另夕卜，前述的体检系统还包括制剂注入设备800，位于尿液成分分析设 备700的后部，能够注入各种制剂，如清洁剂(例如阴道清洗液)，芳香剂 等。该制剂注入设备800可以直接与一制剂储槽连接且稍微倾斜以便于制 剂储槽中的制剂向下流出。因此，制剂注入设备800自身可与制剂储槽直 接连接，并且如果制剂储槽中的制剂用完后，可以方便地将制剂储槽从注 入设备800取下。制剂注入设备800与坐浴盆部件相连接(如图5所示)， 注入设备8 00中的制剂由坐浴盆部件射出。
还有，前述的体检系统还包括一独立的储存器(图中未示)，储存每位 使用者的测量数据(如体重、体脂比率、糖、蛋白质等)。该体检系统可以 通过因特网或以太网将储存器中储存的各种测量数据传输到诸如医疗中心 等其他地方，并接收对传输数据的分析结果。此外，在进行体检时，使用 者还能通过监测器400观看电影、使用互联网服务，并且还可以使用一部 内置电话(图中未示)。
图2为根据本发明一实施例的包括体脂测量设备的体检系统的立体图。 如图2所示，体脂测量设备6 0 0包括位于坐便器座垫上的4个电极6 01 、 6 02 、 603及604，另外4个电极605、 606、 607及608位于坐便器的两个把手上。 体脂测量设备600利用这8个电极测量体脂。
也即，在左右两侧把手上分别有一电压电极及一电流电极，在坐便器 的座垫部件还设有与使用者的臀部或大腿部接触的四个电极(两个电压电 极及两个电流电极)。每两个电极(电压电极和电流电极)形成一个触点。
图3为根据本发明一实施例的体脂测量设备把手的立体图。如图3所 示，把手609可收回到坐便器侧部，其上还可设置防水盖611防止与水接 触。此外，在把手609的下方还有狭缝610，以便于排出从外缘渗入的水。 防水盖及狭缝各自可以设计为不同形状。
图4为根据本发明一实施例的体脂测量设备的电流方向示意图。如图 4(c)所示，当使用者坐在坐便器座垫上并抓住坐便器两边的把手测量体脂 时，通过两条不同的通路提供电压和电流，以便测量人体电阻。由此可以准确地测定体脂。
在如图"a)及图4 (b)所示的普通的四电极形式中，由于是通过左腹 部位测量左臂或右臂，因而不论何种情况只能对使用者上半身的一半进行 测量，无法测量出使用者整个上半身的电阻。
而使用本发明的体脂测量设备600时，首先，电流由电压电极603和 电流电极604流经左臀部(或左大腿部)、腹部以及左臂到达电压电极607 和电流电才及608。
其次，电流由电压电极601和电流电极602流经右臀部(或大腿部)、 腹部以及右臂到达电压电极605和电流电极606。
因此，由于能够测量出使用者的包括腹部区域在内的左上半身和右上 半身的电阻，因而能够精确测量出包括腹部区域在内的整个上半身的电阻。 还有，由于体脂率是基于测定的数值估算出来的，因而较普通的四电极形 式来说，本发明能够更为精确地测定体脂。
本发明的体检系统还可包括一心电图测量设备。该心电图测量设备可 利用体脂测量设备600的电极来测量心电图，但是本发明不受此限制。也 即，该心电图测量设备可以利用位于坐便器座垫部件左右两侧的4个电极 以及位于坐便器两边把手上的4个电极，或者是其他独立于体脂测量设备 的其他电极。
心电图的测量方法为，当使用者坐在坐便器上并抓住把手时，心电图 测量设备就会利用这8个电极将感应电流分6次发送，之后测量电极之间 的电位差。
首先测量右手、左手、左大腿部(或左臀部)间的电位差，即利用第 一次感应电流测量左手与右手间的电位差，利用第二次感应电流测量出左 大腿部与右手间的电位差，利用第三次感应电流测量出左大腿部与左手间 的电位差。
接着测量右手、左手、右大腿部(或右臀部)间的电位差，即利用第 四次感应电流测量出左手与右手间的电位差，利用第五次感应电流测量出 右大腿部与右手间的电位差，利用第六次感应电流测量出右大腿部与左手 间的电位差。
采用上述方法测量的结果被传送到主控制设备500或独立的心电图测 量设备。如果测量的电位差为正(+)值，表明上升，若是测量的电位差为 负(-)值，表明下降。通过估算六次测量结果的加权平均值得到最终的心 电图。以下将详细描述尿液成分分析设备700。
图5为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备的分析部件的立体图。 如图5所示，尿液成分分析设备包括坐便器、尿液收集部件、分析部件等。 该分析部件可以是衰减全反射红外光谱组件(ATR-IR)，该ATR-IR组件包括光源741、单色仪742、反射镜743、 745、 ATR组件744、检测器746和控 制器747。
当样品(例如，尿液)被引入分析部件740的ATR组件744时，光源 741发出的光线被引入单色仪742,该光源741发出的光线的波长范围为 1000 ~ 15000nm.
单色仪742将光源741发出各个波数的光单色化。此时单色仪742产 生单色光。单色仪742可以利用傅立叶变换或其他方式产生单色光。本发 明并不受此种单色光产生方式的限制。反射镜743、 745引导产生的单色光 穿透ATR组件。
在ATR组件744中，所述单色光穿透待测样品。根据本发明，该ATR 组件744要获得样品的红外光谱，而该样品在普通吸收光谱中4艮难处理。 故使用ATR组件744就意味着其设备或方法适合于测量以下几类样品溶 解度很低的固体物质、薄膜、纤维、糊、粘合剂及/或粉末。
当光线经过光密介质射向光疏介质时会发生反射现象。此时，入射光 的反射率随着反射角的提高而提高，当入射角大于临界角时，就会发生全 反射现象。
发生全反射现象时，理论和实验都表明光线的行为会表现得似乎穿透 光疏介质表面一定的深度，该深度一般约为波长的十分之几到波长的几倍。
最终的穿透深度取决于入射光的波长、两种介质的折射率以及相对于 界面的入射角。该穿透光泮皮称为"衰减波(evanescent wave )，，。如果光發u 介质吸收了该"衰减波"，具有吸收带波长的光线被衰减。ATR组件744就
穿过ATR组件744的光线由反射镜745反射到检测器746中。检测器 746中的光线转化为数字信号后被传输到控制器747中进行测量。控制器 747用于测量检测数据并负责控制所有部件。
图5所示仅为一示例，本发明限于此类分析部件。本发明还包括采用 微机电系统(MEMS )技术制造的分析部件。
图6为根据本发明第一实施例的尿液成分分析设备的管道部的立体图。 尿液成分分析设备包括在坐便器中形成凹陷的尿液收集部件(图未示出)， 管道部720用于将尿液收集部件收集的尿液引入分析部件，该分析部件740 用于分析管道部引入的尿液。
如图6所示，管道部件720用于将尿样送至ART组件744,并且该管道 部720可设为流动型(flow type),用于引入液态尿样。首先，在电磁阀 723处于处于关闭状态时，通过输入管721提供对照样至ATR组件744中， 分析部件740对对照样进行测量。然后对照样由输出管722排出。
并且，管道部件720通过输入管按照预定时间周期将尿样输送到ATR组件744中，此时电磁阀723处于开启状态，并且分析部件740对尿样 进行测量。然后尿样由输出管722排出。根据本发明，该流动型管道部件 720固定在普通的ATR组件上，这样更便于对样品进行测量，。
测量尿样后，清洗槽725提供的清洗液对包括输入管721及输出管722 在内的管道部720进行清洗。另外，输入部件720还包括至少一个药筒726、 727、 728、用于提供对照样。因此可使用多种不同的对照样，而且所述药 筒还被设置为易于更换。对照样中含有尿样中除去需要测量的目标成分外 的其他成分，因而可尽量降低其他成分的干扰。
图7为根据本发明另一实施例的尿液成分分析设备的坐便器上形成的 尿液收集部件的立体图。如图7所示，尿液成分分析设备包括用于收集 尿液的收集部件730、包括收集部件730的坐便器710、以及用于分析尿液 收集部件730收集到的尿样的分析部件740。
图7所示坐便器710及分析部件740与图6所示的具有相同或相类似 的功能，在此不再赘述。与图6中所示尿液分析设备的不同之处在于其不 包括管道部件。在图7所示的尿液成分分析设备中，收集部件730直接连 接到分析部件。因此对照样及/或测试样由收集部件730送至分析部件740 中，之后由收集部件730排出。
由于本发明第二实施例的尿液成分分析设备没有管道部7 2 0 ，因而可以 免除测量尿液成分的额外成本，如管道的更换；同时有可以尽量降低管道 污染产生的影响。此外，在测量对照样的对照值同时使用清洗液进行清洗 之后，可以对尿样成分进行测定。以下将结合图8及图9对尿液收集部件 7 30进行详细描述。
图8为根据本发明另一实施例的尿液成分分析设备的形成于坐便器内 的尿液收集部件的剖视图。如图8所示，尿液成分分析设备的尿液收集部 件730位于坐便器71G内侧并且倾斜，便于尿液及/或对照样R直接流入并 填满尿液收集部件730，且便于用清洗液清洗该收集部件730 。本发明还 可包括与坐便器710水平设置的尿液收集部件732以及处于坐便器710内 倾斜设置的尿液收集部件731。
尿液收集部件730在坐便器710内可为凹陷状(如半球形)，其中心设 有开孔，其中注满尿液。图8所示为半球形尿液收集部件"0，但是本发明 不受此形状的限制。
更进一步地，尿液成分分析设备还包括清洗液供给部件712及空气喷 射部件711。清洗液供给部件712为尿液收集部件"0提供清洗用的清洗液， 空气喷射部件711向尿液收集部件730喷射空气以便将其干燥。根据本发 明，对照样或不同于对照样的其他溶液均可作为清洗溶液。
如上所述，尿液成分分析设备是体检系统的一部分。在图8中还描述了体检系统所包括的制剂注入设备800。制剂注入设备提供的制剂被送至坐
浴盆部件。
图9为根据本发明另一实施例的与尿液成分分析设备的尿液收集部件 结合的分析部件的剖视图。如图9(a)所示，尿液收集部件730与ATR组件 744的棱镜733结合，其形状也为半球形。也即，ATR组件744的棱镜733 与位于尿液收集部件730的中心部分附近的开孔结合，使棱镜733的上表 面成为尿液收集部件730的半圆形面的一部分。这样防止尿液或其他物质 由尿液收集部件730与ATR组件744的结合部中渗漏入ATR组件744将其 污染。
如图9(b)所示，棱镜733的上表面固定在坐便器收集部件730的中心 附近形成的开孔之下，这样便于尿液充满该开孔，并且也有助于棱镜733 与尿液收集部件连接。
如图9(c)所示，具有平坦上表面的棱镜733与尿液收集部连接。如图 9(d)所示，具有平坦上表面的棱镜733与平坦的坐便器收集部件连接。本 发明不限于图9所示的尿液收集部件730与棱镜733的连接结构，可以是 各种结构。
图10为根据本发明一实施例的尿液成分分析方法的流程图。如图10 所示，首先，驱动具有本发明测量设备的分析部件740的分析系统(步骤 SIOIO)，随后将对照样引入分析部件740,并且分析部件74Q测量对照光谱 (步骤S1020)。该对照样包括水。
随后，将尿样通过坐便器710的尿液收集部件730直接引至ATR组件 744,并且包括有ATR組件744及傅立叶转换单色仪7"的分析部件740利 用引入的尿样测量吸收光语(步骤S1030 )。该吸收光谱表明与对照样相比 被更多吸收的波数。其代数表达式用-log (对照样光谱/测试样光谱)估算。
得到表明吸收光谱与事先测量测试样各成分的对照值之间相关性的标 准曲线。做出预先测量的各成分标准含量的标准曲线(步骤S1040 )。如果 将测试样的吸收光谱分配给标准曲线，就可以估算出尿液中所含各个成分 的值(步骤S1050 )。通常，在利用尿样中的各成分标准含量与真实值确定 其相关性后，检查作为统计指数的112及定标标准偏差(Standard Error of Calibration, SEC)，并将该标准曲线事先已输入到计算机中。
上述的整个处理过程称为"常规分析"。作为统计指数的标准预测误差 (Standard Error of Prediction, SEP)可表明测量值与真实值之间的差异， 是常规分析中最重要的一个值，在测量过程中即可同时获得。
也即，通过标准曲线表示测量尿液中各成分(如葡萄糖，白蛋白，亚 硝酸盐，胆红素等)的标准值与吸收光谱的相关性。R2、 SEC及SEP是表明 该相关性好坏的指数。当标准值与吸收光谱用任意线表达时，R2、 SEC及SEP一直线。
在最理想的状态下，即，从统计学角度讲标准值与吸收光i普间的相关
性最优时，R2 = l, SEC及SEP接近为0。标准值与吸收光谱间的相关性可以 用多元线性回归(MLR)或偏最小二乘回归(PLSR)来表示。
利用标准曲线测定样品中的成分值，如葡萄糖的含量。该成分值以预 测均方根误差(Root Mean of Standard Error Prediction, RMSEP)表示， 其显著可靠。因此，在显著可靠范围内对样品进行测量，就可以测定样品 中各成分的含量。
图11为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备测量的尿样所含有的 葡萄糖的光谱图。图11表明测量浓度分别为20%, 10%, 5%及0. 2%对应的 葡萄糖的光谱。在首先测量作为对照样的水之后显示与对照样对应的葡萄 糖的吸收光谱。光i普强度用吸光度单位(Absorbance unit， AU)表达，其为 Y轴上的吸光度。ATR-IR测定的吸收光谱为0. OIAU，在900 ~ 4000的测 量波数范围内，葡萄糖的吸收光谱出现在900 ~ 1400的波数范围。当20% 浓度的葡萄糖按0. 2%逐渐降低时，吸收光谱也随之降低。
图12为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备测量的尿样所含有的 肌氨酸的光语图。图12表明对应测量浓度分别为5%， 2%及1%的肌氨酸 的吸收光谱，以水作为对照样。ATR-IR测量的吸收光谱大约在Q. 008AU处 出现，在900 ~ 4000的测量波数范围内，肌氨酸的吸收光i普出现在1400 ~ 1900的波数范围。当5%浓度的肌氨酸按1%逐渐降低时，吸收光谱也随之降 低。
图13为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备测量的尿样所含有的 尿素的吸收光谙图。图13表明对应测量浓度分别为10%， 5%及2%的尿素 的吸收光谱，以水作为对照样。ATR-IR测量的吸收光谱大约在0. 0UAU处 出现，在900 ~ 4000的测量波数范围内，尿素的吸收光谱出现在MOO ~ 1900的波数范围，与图12所示的肌氨酸的光谱相似。当10%浓度的尿素按 2%逐渐降低时，吸收光谱也随之降低。
图14为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备测量的尿样所含有的 胆固醇的吸收光谱图。图14表明对应测量浓度分别为2%， 1%及0. 5%的胆 固醇的吸收光i普，以氯仿(CHCU作为对照样。ATR-IR测量的吸收光谱大约 在O. 005AU处出现，在900 ~ 4000的测量波数范围内，胆固醇的吸收光 谱出现在2700 ~ 3100的波数范围。当2°/ 浓度的胆固醇按0. 5 /。逐渐降低 时，吸收光谱也随之降低。
图15为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备测量的尿样所含有的 胆红素的吸收光谱图。图15表明测量浓度分别为2%， 1%及0. 5%的胆红素的吸收光谱，以氯仿(CHCU作为对照样。ATR-IR测量的吸收光语大约在 0. 004AU处出现，在900 ~ 4000的测量波数范围内，胆红素的吸收光谱出 现在1300 ~ 1800的波数范围。当2%浓度的胆红素按0， 5%逐渐降低时， 吸收光i普也随之降低。
图16为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备测量的尿样所含有的 尿酸的吸收光语图。图16表明对应测量浓度分别为2%， 1%及0. 5%的尿酸 的吸收光语，以氢氧化钠(NaOH)溶液作为对照样。ATR-IR测量的吸收光 谱大约在0. 005AU处出现，在900 ~ 4000的测量波^:范围内，尿酸的吸 收光谱出现在1100 ~ 1700的波数范围。当2%浓度的尿酸按0. 5%逐渐降 低时，吸收光谱也随之降低。
图17为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备测量的尿样所含有的 亚硝酸盐的吸收光i普图。图17表明测量浓度分别为2%, 1%及0. 5%的亚硝 酸盐的吸收光谱。测量的同样是吸收光镨，以水作为对照样。ATR-IR测量 的吸收光语大约在0. 002AU处出现，在900 ~ 4000的测量波数范围内，亚 硝酸盐的吸收光语出现在1100 ~ 1500的波数范围，与图16所示的尿酸 的光语相似。当2%浓度的亚硝酸盐按0. 5%逐渐降低时，吸收光谱也随之降 低。
图18为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备测量的尿样所含有的 葡萄糖的标准曲线图。图18表明各个浓度(20%， 10%, 5% , 0. 2%)葡萄 糖与其相应的吸收光谱的相关性，由于其相关性系数112 = 0.999，为线性相 关，因而可以利用吸收光谱估算葡萄糖的含量。
图19为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备测量的尿样所含有的 肌氨酸的标准曲线图。图19表明各个浓度(5%， 2%， 1%)肌氨酸与其相应 的吸收光谱的相关性，由于其相关性系数112 = 0.997 ，为线性相关，因而可 以利用吸收光谱估测肌氨酸的含量。
图20为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备测量的尿样所含有的 尿素的标准曲线图。图20表明各个浓度(10%， 5%， 2%)尿素与其相应的 吸收光谱的相关性，由于其相关性系数R^ 0. 987,为直线相关性，因而可 以使用该曲线估算出尿素的含量。
图21为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备测量的尿样所含有的 胆固醇的标准曲线图。图21表明各个浓度(2%， 1°/ ， 0. 5°/。)胆固醇与其相 应的吸收光谱的相关性，由于其相关性系数112 = 0. 997，为直线相关性，因 而可以利用吸收光谱估算胆固醇的含量。
图22为根据本发明一实施例的尿液成分分析设备测量的尿样所含有的 胆红素的标准曲线图。图22表明各个浓度(2%, 1°/ ， 0.5%)胆红素与其相 应的吸收光谱的相关性，由于其相关性系数112 = 0. 988，为直线相关性，因而可以利用吸收光语估算胆红素的含量(
图23为使用根据本发明的实施例的i收风勿-勿uB 含尿酸的光谱图。在图23中，吸收光谱A为以水作为对照样测量测定整个 尿样后的尿酸的吸收光谱。若是各成分浓度相同，很难将尿酸的吸收光谱 与例如肌氨酸等物质的吸收光谱区分开。然而，在吸收光谱B中，以不含 尿酸的尿液作为对照样测量吸收光谱，以便将尿酸的吸收光语分开。这时， 肌氨酸等的吸收光语被排除，只显示出尿酸的吸收光谱。
含尿素的光谱图。采用与图23:同的方法测量。在图24中，吸收光谱A 为以水作为对照样测量测定整个尿样后的尿素的吸收光谱。若是各成分浓 度相同，很难将尿素的吸收光谱与例如肌氨酸等物质的吸收光谱区分开。 然而，在吸收光语B中，以不含尿素的尿液作为对照样测量吸收光谙，以 便将尿素的吸收光谱分开。这时，肌氨酸等的吸收光谱被排除，只显示出 尿素的吸收光语。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1、一种尿液成分分析设备，其特征在于其包括坐便器，包括具有凹陷或平底状的尿液收集部件；管道部件，用于引导所述尿液收集部件收集的尿液；以及分析部件，用于分析由所述管道部件引入的尿液的成分，所述尿液收集部件位于所述坐便器内侧的前部，所述分析部件包括ATR组件并且直接固定在所述坐便器上。
2、 根据权利要求1所述的尿液成分分析设备，其特征在于其中所述的 管道部件包括输入管，用于将尿样及测量对照值的对照样引至ATR组件；以及 输出管，用于将ATR组件中尿样及对照样排出。
3、 根据权利要求2所述的尿液成分分析设备，其特征在于其中所述的 输入管包括电不兹阀，用于控制引入ATR组件的尿样及对照样；至少一药筒，用于提供对照样；以及清洗液槽，用于提供清洗输入管及ATR组件的清洗液。
4、 一种尿液成分分析设备，其特征在于其包括 坐便器，包括具有凹陷或平坦的尿液收集部件；及 分析部件，用于分析所述尿液收集部件收集的的尿液的成分， 所述尿液收集部件位于所述坐便器内侧的前部，所述分析部件包括ATR组件并且直接固定在所述坐便器上。
5、 根据权利要求4所述的尿液成分分析设备，其特征在于其中所述的 尿液收集部件水平或倾斜地形成于坐便器内部。
6、 根据权利要求5所述的尿液成分分析设备，其特征在于其中所述 的尿液收集部件为半球状表面，并且该半球表面的中心部分形成有开孔。
7、 根据权利要求6所述的尿液成分分析设备，其特征在于其中所述的 分析部件包括棱镜，并且该棱镜的上表面为曲面并与所述开孔结合，或者 该棱镜的上表面为平面并与所述开孔结合，或者该棱镜的上表面固定在所 述开孔的下方。
8、 根据权利要求4所述的尿液成分分析设备，其特征在于其还包括清 洗液供给部件，其置于高于所述尿液收集部件的位置，用来清洗该尿液收 集部件。
9、 根据权利要求8所述的尿液成分分析设备，其特征在于其还进一步 包括空气喷射部件，其置于高于所述坐便器收集部件的位置，用来干燥该 尿液收集部件。
10、 根据权利要求1或4所述的尿液成分分析设备，其特征在于其中 所述的分析部件包括光源，用于产生光线； 单色仪，用于利用所述光线产生单色光； 反射镜，用于将所述单色光反射到ATR组件； 检测器，用于检测穿过ATR组件的所述单色光；控制器，用于测量所述检测器检测到的单色光的属性，并对所述光源、 单色仪、反射镜以及检测器进行控制。
11、 根据权利要求IO所述的尿液成分分析设备，其特征在于其中所述 的单色光波长范围为1000 ~ 15000 nm。
12、 根据权利要求IO所述的尿液成分分析设备，其特征在于其中所述 的分析部件采用微机电系统(MEMS)技术制造，使其尺寸较小。
13、 一种尿液成分分析方法，其特征在于其包括以下步骤 测量从尿液收集部件引入的对照样的吸收光谱； 测量从尿液收集部件引入的尿样的吸收光谱；得到测定尿液中各成分标准含量与吸收光i普的标准曲线； 通过上述标准曲线计算出尿液中各成分的含量；所述尿样收集部件位于坐便器内侧的前部，利用ATR组件测量对照样 和尿样的光镨，并且该ATR组件直接固定在坐便器上。
14、 根据权利要求13所述的尿液成分分析方法，其特征在于利用引入 所述ATR组件的单色光测量所述对照样和尿样的光谱。
15、 根据权利要求14所述的尿液成分分析方法，其特征在于其中所述 的单色光的波长范围为1000 ~ l5000nm。
16、 根据权利要求13所述的尿液成分分析方法，其特征在于该方法还 包括在测量所述尿样吸收光谱后，使用清洗液清洗所述尿液收集部件。
17、 根据权利要求16所述的尿液成分分析方法，其特征在于其中所述 的清洗液与前述的对照样为相同的溶液。
18、 根据权利要求16所述的尿液成分分析方法，其特征在于该方法还 包括利用空气喷射部件干燥尿液收集部，该空气喷射部件位于高于所述尿 液收集部件的位置。
19、 一种体检系统，其特征在于其包括位于坐便器后侧的坐浴盆部件 和与该坐便器连接的体脂测量设备，该体脂测量设备包括把手，分别位于坐便器的左右两侧； 八个电极，成对地位于四个触点，并且，四个触点中的两个触点位于坐便器座垫部分的上表面，与使用者的臀 部或大腿部接触，另外两个触点位于所述把手上。
20、 根据权利要求19所述的体检系统，其特征在于每个所述触点都包 括一电压电极和一电流电极，并且所述的把手可收入坐便器侧部，并且该 把手之上还设有防水盖以防止与水接触。
21、 根据权利要求19所述的体检系统，其特征在于其还包括尿液成分 分析设备，用于测量尿液中的成分，ATR组件直接固定在所述坐便器上。
22、 一种体检系统，其特征在于其包括 坐浴盆部件，位于坐便器的后侧；体重测量设备，通过位于坐便器座垫部分之下的多个测力传感器测量 使用者的体重；以及尿液成分分析设备，利用ATR组件测量尿液的成分， ATR组件直接固定在坐便器上。
23、 根据权利要求21或22所述的体检系统，其特征在于其还包括测 量使用者血压的血压测量设备，以及通过识别使用者指紋确定使用者身份 的指紋识别设备，所述的压测量设备和指紋识别设备都位于供使用者放置手臂的扶手 处，使用者坐在坐便器上时，就可以同时进行指紋识别及血压测量。
24、 根据权利要求23所述的体检系统，其特征在于其还包括监视器， 其用于显示至少 一种如下信息尿液成分分析设备测量的尿液分析信息、 体重测量设备测量的体重信息、指紋识别设备识别的使用者的指紋信息、 血压测量设备测量的血压信息以及体脂测量设备测量的体脂信息，所述监视器位于所述扶手处。
25、 根据权利要求24所述的体检系统，其特征在于其还包括制剂注入 设备，用于提供体检系统所需要的各种制剂，该制剂注入设备倾斜地位于坐便器后侧，并且与所述坐浴盆部件连接。
26、 根据权利要求24所述的体检系统，其特征在于能够通过因特网或 以太网传输下列信息至少之一尿液分析信息、体重信息、指紋信息、血 压信息和体脂信息，并且能够接收到利用上述传输信息得到的分析结果。
27、 一种体检系统，其特征在于其包括位于坐便器后侧的坐浴盆部件 以及与坐便器连接的心电图测量设备，该心电图测量设备包括分别位于坐便器左右两侧把手上的两个触点；以及 位于坐便器座垫上表面的两个触点，与使用者的臀部或大腿部接触， 所述每个触点都具有两个电极，心电图测量设备利用设置于所述四个触点上的八个电极产生通过该体检系统使用者的感应电流并测量的各电极间的电位差，从而进行心电图的测量。
28、 根据权利要求27所述的体检系统，其特征在于其中所述的心电图 测量设备利用第一次感应电流测量左手与右手之间的电位差、利用第二次 感应电流测量出左大腿部与右手间的电位差、利用第三次感应电流测量出 左大腿部与左手间的电位差，从而得到左手、右手和左大腿间的电位差；并且所述的心电图测量设备利用第四次感应电流测量左手与右手之间 的电位差、利用第五次感应电流测量出右大腿部与右手间的电位差、利用 第六次感应电流测量出右大腿部与左手间的电位差，从而得到左手、右手 和右大腿间的电位差。
29、 根据权利要求27所述的体检系统，其特征在于其还包括尿液成分 分析设备，该尿液成分分析设备利用ATR组件测量尿液所含有的成分，其 中所述的ATR组件直接固定在坐便器上。
全文摘要
本发明涉及一种用于分析尿液成分的浓度等的设备，特别是涉及一种使用衰减全反射红外光谱法(Attenuated Total Reflectance Infrared Spectroscopy，ATR-IR)分析尿液成分的浓度等的设备及方法。本发明所提供的尿液成分分析设备包括具有凹陷或平坦形状的尿液收集部件的坐便器；用于引导该尿液收集部件收集的尿液的管道部件；用于分析该尿液收集部件收集的尿液的分析部件，该尿液收集部件形成于坐便器内侧的前部，该分析部件包括ATR组件，并且该分析部件直接固定在该坐便器上。
文档编号G01N21/17GK101520408SQ20081008591
公开日2009年9月2日 申请日期2008年6月3日 优先权日2008年2月27日
发明者金东寿 申请人:正心医疗株式会社