一种便携式尿流率检测装置

1.本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种便携式尿流率检测装置。


背景技术：

2.尿流率是临床上十分常用的检查项目，它能快速、无创、客观地反映出被检者的排尿功能，通过分析尿流速度、尿流时间和排尿量等参数，对排尿是否正常做出初步判断，在临床中具有重要的诊断价值和治疗指导意义。
3.目前临床上广泛使用的尿流率检测设备几乎均采用的是“称重法”，需包含漏斗型液体通道、集尿壶和重力传感器底座三大部件。检查时嘱患者排尿进入漏斗，尿液经通道引流至集尿壶中，通过后者底部的重力传感器实时监测容器中尿液重量的变化，获得被检者的尿流率曲线供临床分析。
4.尽管上述方法的临床应用已有数十年之久，但仍存在诸多技术缺陷。其中最为重要的是，该装置为分体式设计，仅适合于医院检查室使用，不易携带和家用使用，对于相当一部分需要每日多次动态监测排尿的患者，无法实施测量。尽管目前市场上已有少数适合家用的小型尿流率设备，但究其本质仍然是称重式、分体式设计，被检者在日常生活中难以做到同质化、标准化检测。并且，排尿高度不一致、尿液易溅出和人为赝像干扰时有发生，导致结果难以解读。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种便携式尿流率检测装置，结构紧凑，便于携带和家用。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种便携式尿流率检测装置，包括进液端、导液管、压力传感器模块、处理电路和显示屏；
7.所述的进液端为漏斗形，导液管的上端与进液端相连，压力传感器模块设置在导液管的内壁上，用于实时获得尿液对导液管管壁的压力信号，处理电路的输入端连接压力传感器模块，用于将压力传感器模块输出的信号值处理为尿流率信号值，处理电路将信号无线传输到显示屏。
8.优选地，所述的压力传感器模块中使用到的压力传感器为柔性压力传感器。所述的压力传感器优选为压阻型柔性压力传感器。
9.优选地，所述的压力传感器模块中包含直流电桥电路，用于检测压阻型柔性压力传感器的电阻值变化。
10.优选地，所述的压力传感器模块中包含信号放大电路，将直流电桥输出的电压信号放大。
11.进一步优选地，所述的压力传感器模块集成柔性压力传感器、直流电桥和放大电路三部分，贴敷在导液管的内壁上，用于把压力信号转换成电压信号，进一步输出电压信号。
12.优选地，所述的导液管由刚性材料制成。
13.优选地，所述的导液管上设置有导液管旁支，用于连接压力传感器模块和处理电路的传输线从导液管旁支穿过。
14.进一步优选地，所述的导液管旁支与导液管连接处位于压力传感器模块下方。
15.优选地，所述的处理电路设置在进液端外侧。
16.优选地，所述的处理电路包括依次连接的a/d转换电路、尿流率运算电路和无线传输电路，a/d转换电路输入端连接压力传感器模块，无线传输电路把尿流率信号无线传输给显示屏。所述的显示屏显示尿流率检测结果。
17.进一步优选地，所述的a/d转换电路、尿流率运算电路和无线传输电路设计集成在一块电路板上。
18.更进一步优选地，所述电路板贴敷在进液端外壁上。
19.优选地，所述的尿流率检测装置还包括用于给压力传感器模块供电的电源和用于给处理电路供电的电源。
20.本发明使用了一种新颖的方式：用柔性压力传感器代替称重传感器测尿流率。当尿液经过进液端进入导液管时，尿液对导液管管壁产生压力，这个压力与尿液的流速有明确的数学关系：对于圆形管道，在理想情况下，在管道中的流体自身的流速与其对管道壁的压强符合如下公式：
[0021][0022]
式中p0是流体静止时对管道壁的压强，p是流体流动时对管壁的压强，γ是8.3145除以流体的摩尔质量，m是流体流速除以当地的音速。使用导液管内壁贴敷的柔性压阻式压力传感器可以实时获得尿液对管壁的压力信号，而且会把管壁压力信号转换成柔性压阻式压力传感器电阻值的变化量。这个电信号经过信号放大电路放大、a/d转换之后，电信号的变化量被尿流率运算电路处理、换算后得到流率值，通过无线传输电路传导到显示屏显示检测结果。本发明设计完全突破了传统理念，采用附壁式柔性材料微型传感器和结构一体化设计，体积小巧、便于携带和家用，同时还具备高检测精准度，以满足尿流率的动态、实时、智能监测。
[0023]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0024]
1.本发明突破了以往的称重式、分体式的尿流率检测理念，不仅能够克服传统尿流率仪结构不紧凑、难以携带和家用的缺点，而且还能实现便捷式操作下的高测量精度，用于尿流率的动态、实时、智能监测；
[0025]
2.本发明把柔性压力传感器应用在了尿液流速测定问题上，柔性压力传感器相比于一般的压力传感器模块具有更显著的灵敏度和精度，借助集成电路模块(处理电路)实现尿流率仪的一体化设计，结构简单紧凑且轻便，非常适合家用自测尿流率；
[0026]
3.本发明装置可通过和互联网结合，实现远程医疗诊断，适合家用自测尿流率；
[0027]
4.本发明通过进液端、导液管和压力传感器模块的配合设计，使用可靠，且制作方法简单，所需关键部件成本低，适合大批量生产。
附图说明
[0028]
图1为本发明检测装置的结构示意图；
[0029]
图2为本发明检测装置的剖面图；
[0030]
图3为本发明检测装置的工作原理图；
[0031]
图4为本发明检测装置的导液管剖面图和压力传感器模块部分电路的结构图；
[0032]
图5为本发明检测装置的压阻型柔性压力传感器的原理图；
[0033]
图中：1-进液端，2-导液管，3-压力传感器模块，4-处理电路，41-a/d转换电路，42-尿流率运算电路，43-无线传输电路，5-显示屏，6-导液管旁支，7-传输线。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0035]
实施例1
[0036]
一种便携式尿流率检测装置，包括进液端1、导液管2、压力传感器模块3、处理电路4和显示屏5，进液端1为漏斗形，导液管2的上端与进液端1下端相连，压力传感器模块3设置在导液管2的内壁上，用于实时获得尿液对管壁的压力信号，压力传感器模块3连接处理电路4，处理电路4将压力传感器模块3输出的信号值处理为尿流率信号值，并通过输出端将尿流率信号传输给显示屏5。
[0037]
本实施例直接将压力传感器模块3设置在尿液流经的导液管2内，检测液体不同流速下对导液管管壁的压力，并通过处理电路4将压力值转化为尿流率。本发明设计完全突破了以往的称重式、分体式的尿流率检测理念，不仅能够克服传统尿流率仪结构不紧凑、难以携带和家用的缺点，而且还能实现便捷式操作下的高测量精度。
[0038]
实施例2
[0039]
一种便携式尿流率检测装置，包括：进液端1、导液管2、压力传感器模块3、a/d转换电路41、尿流率运算电路42、无线传输电路43、电源和显示屏5；进液端1设计成漏斗状；导液管2的上端与进液端1相连；如图3所示，压力传感器模块3包含柔性压力传感器r，柔性压力传感器r连接在直流电桥中，当柔性压力传感器r受到压力会产生电阻值变化，这个电阻的变化会表现为直流电桥输出电压值变化，电压变化被后面的运算放大电路放大；压力传感器模块3贴敷在导液管2的内壁上；压力传感器模块3把在不同流速液体经过时输出的压力信号转变为电压信号进一步传输到a/d转换电路41；电压信号a/d转换后传给尿流率运算电路42进行信号处理，处理后的尿流率信号经无线传输电路43传到显示屏5显示检测结果。供电电源给a/d转换电路41、尿流率运算电路42、无线传输电路43供电。以上所述电路集成在一块电路板上。
[0040]
实施例3
[0041]
一种便携式尿流率检测装置，如图1所示，包括：
[0042]
用于接收尿液的进液端1，为了能够有效的接收，进液端被制作成了漏斗形状，以便尿液流入导液管2中，进液端1可选择玻璃或塑料等非吸水材料制成；
[0043]
用于尿液流经的导液管2，在导液管2的一侧开通了导液管旁支6，如图2和4所示，
使得连接压力传感器模块3和导液管2外部信号放大电路的传输线7能顺利通过。为了使得贴敷在导液管2内壁上的压力传感器模块3能够准确地检测液体对导液管壁的压力，压力传感器模块3的基底——导液管2应使用刚性材料制作而成，比如不锈钢或玻璃。
[0044]
用于检测液体对壁压力的柔性压力传感器模块3，通过把柔性压力传感器贴敷在导液管2内壁上，当尿液自进液端1流经导液管2时，液体会对导液管2内壁产生压力，压力传感器模块3能检测到这个压力值，并转化为压力传感器所在电桥电路的电压值。如图5解释了压阻型柔性压力传感器的工作原理。选择压阻型柔性压力传感器的原因是因为：压阻型柔性压力传感器能检测静态力，特别适合水流对管道的压力检测；灵敏度高；能耗低；响应重复性高。
[0045]
下面详述本实例的工作流程：当尿液经过进液端1进入导液管2时，尿液对导液管2管壁产生压力，这个压力与尿液的流速有明确的数学关系：对于圆形管道，在理想情况下，在管道中的流体自身的流速与其对管道壁的压强符合如下公式
[0046][0047]
式中p0是流体静止时对管道壁的压强，p是流体流动时对管壁的压强，γ是8.3145除以流体的摩尔质量，m是流体流速除以当地的音速。使用导液管内壁贴敷的柔性压力传感器模块3可以实时获得尿液对管壁的压力信号，压力信号的产生过程如下：
[0048]
当尿液流经导液管2时，对压力传感器模块3中的压阻式压力传感器r产生压力，产生的压力与压阻式压力传感器r的变化有明确的关系。压力传感器r作为直流电桥的一臂安装在直流电桥电路中，r1，r2，r3是普通定值电阻，与r共同组成电桥，如图3所示。满足电桥的平衡条件：
[0049]
r＝r1＝r2＝r3[0050]
这时电桥输出电压满足
[0051]
u1＝0
[0052]
当柔性压阻式压力传感器r受外部压力发生电阻δr的变化时，得到
[0053][0054]
因为电阻变化δr很小，上式可以写作下式而且准确度不会受影响
[0055][0056]
电桥的输出电压u1被后一级放大电路放大
[0057][0058]
放大后的电压uo的经过a/d转换电路41采样后转变为数字信号交予尿流率运算电路42，尿流率运算电路42得到了电压的值，也就得到了压阻式压力传感器电阻变化，计算即可得到压阻式压力传感器受到的压力大小，尿流率运算电路42依据前面提及的以下换算关系
[0059][0060]
进一步计算得到当前的尿液流速，得到尿流率。最后通过无线传输电路43传导到显示屏5显示尿流率检测结果。在实际操作中，柔性压力传感器因为压力产生的电信号变化被放大之后，可以使用技术成熟的单片机接收这个信号的变化。单片机中有现成的a/d采样转换电路把模拟量转变成数字量，之后向单片机中写入程序，控制单片机实时运算确定时刻得到的尿流率，并且单片机集成有射频、蓝牙等无线发射模块，可以把计算的尿流率数据发射到手机或计算机分析处理。
[0061]
因此由上述实施例可见，本发明在准确测量尿流率的基础上，测量部件为柔性传感器，通过柔性传感器和导液管的一体化设计，使得本发明结构上比传统尿流率仪简单、轻便，极大地简化了尿流率仪的结构，发明的尿流率检测装置相比传统尿流率仪更加轻便。
[0062]
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。