一种用于运动监控的汗液分析系统及分析方法和应用与流程

本发明涉及汗液分析技术领域，具体涉及一种用于运动监控的汗液分析系统及分析方法和应用。

背景技术：

运动员的生理生化水平监控对于运动员训练的科学性和比赛成绩的提高有决定性作用。近年来，用于对运动员生理生化水平快速便捷检测的设备引起了人们广泛的关注。运动时，人体往往会产生更多的汗液，正常的汗液中98％～99％的成分是水，约3g/l的成分是氯化钠，其它化学成分主要还有尿素、乳酸、葡萄糖、尿酸、肌酸、肌酸酐、氨基酸和电解质(钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、氯离子和无机磷)等。通过对汗液的组分进行检测和分析，我们可以实时监控运动员的生理生化水平，从而了解运动中运动员或其他用户的机体代谢情况，这在他们的日常体育训练和体能恢复等方面都具有十分重要的实际意义。

检测运动员汗液中乳酸，可以间接了解运动员体内乳酸水平，在评定运动员训练水平、制定运动员运动强度、评价训练负荷效果、运动员选材等方面具有重要意义；检测汗液中葡萄糖浓度，有利于我们精准判断运动员的能量消耗情况，这也对指导训练后的营养补充有极大的意义；检测汗液中的氯离子浓度，也可以获知身体的脱水情况，从而促进运动后科学补水策略的实施；检测汗液中肌酸、肌酸酐、氨和尿素等小分子含氮物质的水平可揭示运动时运动员机体的代谢水平和机体适应性，为训练指导提供依据；检测汗液中的蛋白质可反映运动时因出汗引起的蛋白流失情况和相关疾病。因此，通过汗液分析我们可以更好的指导科学训练，例如运动量监测、生理状态衡量、科学补水等，从而直接或间接提升运动员的运动表现。

目前，对运动员进行运动监控通常使用血液成分分析法。然而这种传统的检测方法总是具有以下问题：1)有创性：传统的血液测试方法局限于指尖取血，该方式有创且常伴有不舒适感、影响运动表现等问题，例如乳酸阈测试(通过取血的方式检测血乳酸值)；2)实验室及设备限制：传统的分析方法集中于医院和实验室中，不利于随队检测，而且通常需要昂贵的设备和专业的人员进行操作；3)送检周期问题：取样后存在明显的送检周期，离体血液若不及时送检或保存不当，血液成分会发生变化，容易造成数据的不精准，会影响测试结果的真实性。

现有的汗液分析方法也存在诸多问题。分光光度法、液相色谱、串联电泳等实验室常规技术由于其设备体积庞大，不适合运动现场对运动员检测；用于运动员汗液实时现场分析的穿戴式和便携式微流控传感器存在造价昂贵、不可重复使用等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于运动监控的汗液分析系统及分析方法和应用，旨在解决上述技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种用于运动监控的汗液分析系统，包括汗液试纸和图像分析装置，所述汗液试纸用于采集汗液，并检测汗液的组分；所述图像分析装置采集所述汗液试纸的图片，并进行对比分析。

本发明的有益效果是：汗液分析的过程中，首先通过汗液试纸接触待测人员的皮肤，采集汗液，并检测汗液的成分；然后通过图像分析装置采集汗液试纸的图像，并进行对比分析，分析汗液中各个组分的含量，以便为人们的运动给出科学合理的运动方案。本发明可实现快速采集汗液，同时检测人体汗液中多个组分的浓度，精准度高，可以满足不同需求的用户使用，结构简单，成本较低，使用非常方便；为运动员的科学训练提供了理论依据。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述汗液试纸包括试纸板，所述试纸板的一端上固定安装有执手，所述试纸板上可拆卸的安装有检测试纸，所述检测试纸包括多个分别用于检测汗液中不同组分的试纸条。

采用上述进一步方案的有益效果是检测试纸上的多个试纸条分别用于检测汗液中的不同组分，检测方便快捷，精准度高；另外，通过执手方便操作整个试纸板，以便快速的与图像分析装置配合，省时省力，同时也可避免污染检测试纸。

进一步，所述试纸板上还设有用于安装所述检测试纸的限位槽。

采用上述进一步方案的有益效果是通过限位槽对检测试纸进行限位，以便将检测试纸精准的安装在试纸板上的正确位置，以供后续图像分析装置采集图像。

进一步，所述试纸板上位于所述检测试纸一端的位置安装有用于图像分析时矫正颜色的矫正试纸。

采用上述进一步方案的有益效果是矫正试纸由标准的黑白两色构成，便于在没有图像分析装置时使用手机摄像分析时矫正颜色，避免由光线引起的误差，精准度提高。

进一步，所述试纸板上位于所述检测试纸的四个角处分别设有用于确认检测试纸位置的图像识别标记。

采用上述进一步方案的有益效果是借助四个图像识别标记的位置，图像分析装置可以更好的定位检测试纸的位置和朝向，以便更好的采集检测试纸的图像，精准度高。

进一步，所述图像分析装置包括黑箱，所述黑箱的一侧上设有贯通其内部的槽口，所述汗液试纸可通过所述槽口插入所述黑箱内；所述黑箱内位于所述槽口上方的位置固定安装有摄像头、标准光源和控制机构，所述摄像头通过线路与所述控制机构连接，用于采集所述汗液试纸的图像，并发送给所述控制机构，所述控制机构接收对应的图像并进行对比分析。

采用上述进一步方案的有益效果是标准光源给摄像头提供光线，确保摄像头采集图像的质量；摄像头采集所述汗液试纸的图像，并发送给控制机构，控制机构接收对应的图像并进行对比分析，实现汗液的自动分析，使用方便。

进一步，所述控制机构包括通过线路依次连接数据分析模块、供电传导模块和蓝牙模块，所述数据分析模块通过线路与所述摄像头连接；所述摄像头采集所述汗液试纸的图像，并发送给所述数据分析模块，所述数据分析模块接收对应的图像信息，并与其内部的数据进行对比分析，分析后的数据可通过所述供电传导模块发送给所述蓝牙模块。

采用上述进一步方案的有益效果是汗液分析的过程中，摄像头采集汗液试纸的图像，并发送给数据分析模块，数据分析模块接收对应的图像信息，并与其内部的数据进行对比分析，分析后的数据可通过所述供电传导模块发送给蓝牙模块，实现汗液的自动分析，使用方便。

进一步，所述图像分析装置还包括智能终端，所述智能终端与所述蓝牙模块通讯连接，用于接收所述蓝牙模块发送的数据，以供用户查看。

采用上述进一步方案的有益效果是数据分析模块将分析的结果通过供电传导模块发送给蓝牙模块，蓝牙模块再发送给智能终端，方便用户查看，使用非常方便。

一种利用如上所述的汗液分析系统的分析方法，包括以下具体步骤：

s1：将所述汗液试纸与待测人员体表的汗液接触，采集汗液；

s2：通过所述图像分析装置对采集汗液的所述汗液试纸进行图像采集分析。

采用上述进一步方案的有益效果是汗液分析方法简单快速，分析精度高。

如上所述的汗液分析系统的应用，用于人体运动中生理状态的监测和指导运动的训练。

采用上述进一步方案的有益效果是上述汗液分析系统和方法应用于人体运动中生理状态的监测和指导运动的训练，为人们的运动提供科学合理的指导。

附图说明

图1为本发明中汗液试纸的结构示意图；

图2为本发明中图像分析装置的结构示意图；

图3为本发明中图像分析装置与汗液试纸分析汗液的结构示意图；

图4为本发明中智能终端的结构示意图；

图5为本发明中的原理框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、汗液试纸，11、试纸板，12、执手，13、检测试纸，14、试纸条，15、限位槽，16、矫正试纸，17、图像识别标记，2、图像分析装置，21、黑箱，22、槽口，23、摄像头，24、标准光源，25、数据分析模块，26、供电传导模块，27、蓝牙模块，28、智能终端，281、状态栏，282、数据导出按钮，283、显示模块。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图5所示，本发明提供一种用于运动监控的汗液分析系统，包括汗液试纸1和图像分析装置2，汗液试纸1用于采集汗液，并检测汗液的成分；图像分析装置2采集汗液试纸1的图片，并进行对比分析。汗液分析的过程中，首先通过汗液试纸1接触待测人员的皮肤，采集汗液，并检测汗液的成分；然后通过图像分析装置2采集汗液试纸的图像，并进行对比分析，分析汗液中各个组分的含量，以便为人们的运动给出科学合理的运动方案。本发明可实现快速采集汗液，同时检测人体汗液中多个组分的浓度，精准度高，可以满足不同需求的用户使用，结构简单，成本较低，使用非常方便；为运动员的科学训练提供了理论依据。

实施例1

在上述结构的基础上，本实施例中，汗液试纸1包括试纸板11，试纸板11的一端上固定安装有执手12，执手12与试纸板11一体成型，结构简单；试纸板11上可拆卸的安装有检测试纸13，检测试纸13包括多个分别用于检测汗液中不同组分的试纸条14。检测试纸13上的多个试纸条14分别用于检测汗液中的不同组分，检测方便快捷，精准度高；另外，通过执手12方便操作整个试纸板11，以便快速的与图像分析装置2配合，省时省力，同时也可避免污染检测试纸13。

上述试检测试纸13通过粘胶粘在试纸板11上，方便更换，省时省力，成本较低。

实施例2

在实施例一的基础上，本实施例中，试纸板11上还设有用于安装检测试纸13的限位槽15，限位槽15由试纸板11的上表面内凹形成，大小与检测试纸13的大小匹配。通过限位槽15对检测试纸13进行限位，以便将检测试纸13精准的安装在试纸板11上的正确位置，以供后续图像分析装置2采集图像。

实施例3

在实施例一的基础上，本实施例中，试纸板11上位于检测试纸13一端的位置安装有用于图像分析时矫正颜色的矫正试纸16。矫正试纸16由标准的黑白两色构成，便于在没有图像分析装置2时使用手机摄像分析时矫正颜色，避免由光线引起的误差，精准度提高。

上述矫正试纸16通过本领域技术人员所能想到的方式安装在试纸板11上。

实施例4

在实施例一的基础上，本实施例中，试纸板11上位于检测试纸13的四个角处分别设有用于确认检测试纸位置的图像识别标记17，例如“x”，该标记是印在试纸板11上的。借助四个图像识别标记17的位置，图像分析装置2可以更好的定位检测试纸13的位置和朝向，以便更好的采集检测试纸13的图像，精准度更高。

需要说明的是，当矫正试纸16和图像识别标记17同时具备时，矫正试纸16位于四个图像识别标记17围合的区域内。

实施例5

在上述结构的基础上，本实施例中，图像分析装置2包括黑箱21，黑箱21的一侧上设有贯通其内部的槽口22，槽口22优选位于汗液试纸1匹配的条形开口，汗液试纸1可通过槽口22插入黑箱21内；黑箱21内位于槽口22上方的位置固定安装有摄像头23、标准光源24和控制机构，摄像头23通过线路与控制机构连接，用于采集汗液试纸1的图像，并发送给控制机构，控制机构接收对应的图像并进行对比分析。图像分析的过程中，标准光源24给摄像头23提供光线，确保摄像头23采集图像的质量；摄像头23采集汗液试纸1的图像，并发送给控制机构，控制机构接收对应的图像并进行对比分析，实现汗液的自动分析，使用方便。

需要说明的是，上述执手12的长度大于试纸板11的长度，试纸板11的尺寸与槽口22匹配，可避免试纸板11完全滑入黑箱21内。

实施例6

在实施例五的基础上，本实施例中，控制机构包括通过线路依次连接数据分析模块25、供电传导模块26和蓝牙模块27，数据分析模块25通过线路与摄像头23连接；摄像头23采集汗液试纸1的图像，并发送给数据分析模块25，数据分析模块25接收对应的图像信息，并与其内部的数据进行对比分析，分析后的数据可通过供电传导模块26发送给蓝牙模块27。汗液分析的过程中，摄像头23采集汗液试纸1的图像，并发送给数据分析模块25，数据分析模块25接收对应的图像信息，并与其内部的数据进行对比分析，分析后的数据可通过所述供电传导模块26发送给蓝牙模块27，实现汗液的自动分析，使用方便。

上述摄像头23、标准光源24、数据分析模块25、供电传导模块26和蓝牙模块27均采用本领域技术人员所能想到的方式固定安装在黑箱21内，例如螺栓，拆装方便，省时省力。

实施例7

在实施例五的基础上，本实施例中，图像分析装置2还包括智能终端28，智能终端28与蓝牙模块27通讯连接，用于接收蓝牙模块27发送的数据，以供用户查看。汗液分析的过程中，数据分析模块25将分析的结果通过供电传导模块26发送给蓝牙模块27，蓝牙模块27再发送给智能终端28，方便用户查看，使用非常方便。

需要说明的是，上述摄像头23(型号tp7)、标准光源24、数据分析模块25、供电传导模块26、蓝牙模块27以及智能终端28均采用现有技术，且各个部件之间的连接线路同样为现有技术。

集成汗液检测试纸可以同时检测八个指标：葡萄糖、乳酸、乙醇、氨、肌酸酐、ph值、氯化物、尿素。每种指标与固定在试纸条上的可以发生颜色反应的不同物质发生化学反应，可以使试纸条颜色发生变化，以实现浓度等指标检测。下面进行详细的原理阐述：

1、葡萄糖

汗液中葡萄糖浓度通过酶促反应引起的颜色变化测定。在葡萄糖氧化酶的作用下，葡萄糖被氧气氧化，生成等量的葡萄糖内酯和过氧化氢，过氧化氢与黄色的碘化钾在过氧化物酶的作用下生成水和棕色的碘。汗液中的葡萄糖浓度越高，使得碘化物(黄色)变为碘(棕色)的量越多。

因此，汗液中葡萄糖的浓度与颜色相关，即葡萄糖浓度越高越棕，葡萄糖浓度越低越黄。

2、乳酸

汗液中乳酸的检测通过酶促反应引起的颜色变化测定。乳酸脱氢酶和心肌黄递酶对乳酸和辅因子nad⁺(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)的酶促反应引起显色剂(即甲臜染料)颜色的变化。乳酸增多引起酶促反应水平提高，深红

色的甲臜在酶促反应的作用下变为浅红色。因此，汗液中乳酸的浓度与红色深浅成反比，即乳酸浓度越高红颜色越浅，乳酸浓度越低红颜色越深。

3、乙醇

汗液中乙醇浓度的检测是测定因酶促而产生的过氧化氢。乙醇与氧气结合，在乙醇氧化酶的作用下生成醛和过氧化氢，过氧化氢在过氧化物酶的作用下可以还原比色/荧光探针(oxired)以形成试卤灵(紫色)和水。汗液中乙醇的浓度越高，产生的过氧化氢就越多，紫色的试卤灵产物就越多，反之同样。因此，汗液中乙醇的浓度与紫色深浅成正比，即乙醇浓度越高紫颜色越深，乙醇浓度越低紫颜色越浅。

4、氨

汗液中氨浓度的检测是测定因一系列酶促反应而产生的过氧化氢。氨在氨单加氧酶的作用下生成羟氨，羟氨与nadp⁺(烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸)在羟胺氧化还原酶的作用下生成no^2-(亚硝酸根离子)和nadph(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)，nadph、水、氧气在nadph氧化酶和超氧化物歧化酶的作用下生成nadp⁺和过氧化氢。过氧化氢在过氧化物酶的作用下可以还原了比色/荧光探针(oxired)以形成试卤灵(紫色)和水。因此汗液中氨的浓度越高，产生的过氧化氢就越多，紫色产物的试卤灵产物就越多，反之同样。

因此，汗液中氨的浓度与紫色深浅成正比，即氨浓度越高紫颜色越深，氨浓度越低紫颜色越浅。

5、肌酸酐

汗液中肌酸酐的比色法采用一种肌酐测定试剂盒(mak080)，这种测定方法主要用到h2o2反应染料(4-氨基安替比林)，和混合酶(肌酸酐酶、肌酸酶、肌氨酸氧化酶、过氧化物酶)。肌酸酐在肌酸酐酶作用下生成肌酸，肌酸在肌酸酶作用下生成肌氨酸和尿素，肌氨酸与水、o2在肌氨酸氧化酶作用下生成甘氨酸、甲醛与h2o2，h2o2与苯酚和4-氨基安替比林(黄色)在过氧化物酶作用下生成红色苯并醌亚胺染料。当汗液中的肌酸酐越多，经过一系列的酶促反应后生成的h2o2就越多，最后的红色染料产物就越多。因此，汗液中肌酸酐浓度与颜色相关，肌酸浓度越高颜色越红，肌酸浓度越低颜色越黄。

6、氯化物

汗液中氯离子的检测涉及hg²⁺(汞离子)和fe²⁺(亚铁离子)与tptz(2,4,6-三(2-吡啶基)-s-三嗪)之间的竞争结合。在存在氯离子的情况下，氯离子与hg²⁺结合生成hgcl2(氯化汞)，而fe²⁺会与tptz结合，形成蓝色的fe²⁺-tptz复合物，从而引起颜色从无色变为蓝色。当汗液的氯离子越多，与更多的hg²⁺相结合生成hgcl2，引起fe²⁺与tptz结合越充分，形成的蓝色的fe²⁺-tptz复合物就越多。

因此，汗液中氯离子的浓度与蓝色深浅成正比，即氯离子浓度越高蓝颜色越深，氯离子浓度越低蓝颜色越浅。

cl^-+hg²⁺→hgcl2

fe²⁺+tptz→fe²⁺-tptz

7、ph值(酸碱度)

汗液ph检测采用通用的ph指示剂。采用溴百里香酚蓝、甲基红和酚酞等配比而成的染料，在医学相关范围内(ph5.0至7.0)产生比色反应。

8、尿素

汗液中尿素的检测是测定因脲酶催化而升高的ph值。脲酶可以固定在ph试纸中。尿素在脲酶催化下发生水解反应，产生铵和oh-(氢氧根离子)，使ph升高。ph纸颜色的最终变化与尿素浓度相关，即汗液中尿素浓度越高，ph值越高，试纸颜色越绿。

汗液与汗液试纸1发生化学反应后，汗液试纸1产生的颜色发生变化，因汗液中物质浓度或数值不同，其与汗液试纸1反应后的颜色rgb值不同，通过由黑箱21和智能终端28构成的图像分析装置2，可以测定试纸条14颜色变化程度，进而得到汗液中待测物质的浓度和汗液的ph值。

上述智能终端28可以采用手机或平板电脑，也可以采用台式电脑，无论是哪一种智能终端28，其显示分析结果界面的具体结构为：

包括状态栏281、数据导出按钮282以及八个分别显示汗液八种组分的显示模块283，状态栏状态栏281显示是否与蓝牙模块27连接，数据导出按钮数据导出按钮282可以与打印机连接，直接将分析的结果发送给打印机进行打印。

一种利用如上的汗液分析系统的分析方法，包括以下具体步骤：

s1：将汗液试纸1与待测人员体表的汗液接触，采集汗液；

s2：通过图像分析装置2对采集汗液的汗液试纸1进行图像采集分析。汗液分析方法简单快速，分析精度高。

具体操作流程为：

第一，将制备好的检测试纸13的背胶撕开，然后贴于限位槽15内；

第二，将整个试纸板11与待测人员体表汗液接触，确保有汗液覆盖所有的试纸条14；

第三，将试纸板11插入黑箱21内进行自动分析，或使用手机app直接进行摄像分析(app开启时手机相机自动启动，将摄像头对准试纸即可)，获得汗液检测数据。

如上的汗液分析系统的应用，用于人体运动中生理状态的监测和指导运动的训练。上述汗液分析系统和方法应用于人体运动中生理状态的监测和指导运动的训练，为人们的运动提供科学合理的指导。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。