健康监护型智能马桶装置及其潜血检测方法与流程

本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种健康监护型智能马桶装置及其潜血检测方法，具体来说是涉及一种内藏于智能座便器并能以光电和机械结构能延伸至排泄物水溶液中进行自动检测排泄物水溶液中是否含有潜血信号的健康监护型智能马桶装置及其潜血检测方法。

背景技术：

依据国家癌症研究院，在美国，大肠癌发病人数占总体癌症发病人数的8％，发生率居第四位，死亡率居第二位。在中国，大肠癌发病人数占全世界18.6％，死亡人数占全世界20.1％，两项均居世界第一。因此，在中国开展大肠癌的防治，是具有世界意义的。

大肠直肠癌的初期病征为粪便潜血，膀胱癌与输尿管癌的初期病征为尿液潜血，因此，检测排泄物潜血成为疾病预防的重要关键技术之一。现有的潜血检测方法采用免疫法潜血检测，主要存在如下问题和缺点：一是必须自行采集粪便检体，再寄回医院等待检验结果，有失快速和便利性，给检测带来不必要的麻烦；二是采集粪便检体时，仅采集约1克，到了医院之后，医院仅使用其中仅约6毫克进行检验，由于潜血在粪便中并非均匀分布，在检验过程中容易因为采集不到潜血而产生伪阴性，降低了检测效率，并且检测效果较差；三是肿瘤或息肉本身为间歇性出血，并非持续出血，因此也有可能在采集粪便检体的当天或前一天，肿瘤或息肉并没有出血，而造成检验结果为伪阴性，降低了检测效率，并且检测效果较差。此外，公告号为cn104254621a、2014年12月31日公开的中国实用新型专利公开了一种遥测人粪便和尿液中的血液的装置和方法，该装置和方法主要存在如下问题：一方面，必须添加荧光剂与氧化剂于马桶中，与粪便或尿液中的血液产生结合，并提供一激发光去照射，判断有无荧光产生；另一方面，此方法对于一般民众而言，使用上需增加额外步骤，且会产生化学物质耗材，使用上不方便。

因此本发明提出一种健康监护型智能马桶装置及其潜血检测方法，可以在不施加化学耗材的情况下，通过检测潜血信号实现对排泄物是否含有潜血的检测。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种通过伸出至排泄物水溶液上方以便检测出排泄物水溶液是否含有潜血信号的健康监护型智能马桶装置及其潜血检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

健康监护型智能马桶装置，包括马桶、固定设在马桶上的智能座便器、用于检测马桶内的排泄物水溶液中是否含有潜血信号的潜血检测模块，潜血检测模块与智能座便器电连接，潜血检测模块可伸缩的固定设在智能座便器或马桶上，马桶的陶瓷边缘固定设有向排泄物水溶液冲出洁净水将排泄物水溶液中的排泄物颗粒冲离检测区的水道，水道的出水口位于检测区的上方，水道的进水口连接到马桶的水箱；水箱中的洁净水从进水口流入水道并从出水口冲入排泄物水溶液中，冲入排泄物水溶液中的水流将排泄物颗粒冲离检测区，通过潜血检测模块伸出至检测区上方，从而潜血检测模块对检测区的排泄物水溶液中是否含有潜血信号进行检测；本发明中，当使用马桶装置时先启动智能座便器，再开启水道，通过水道将水箱中的洁净水冲入与出水口相对应的排泄物水溶液中并形成检测区，然后冲入排泄物水溶液中的水流将排泄物颗粒冲离检测区，避免了排泄物水溶液中的排泄物颗粒阻碍潜血检测模块对排泄物水溶液的检测而影响检测精确度和检测效率；由于洁净水从位于检测区的上方的水道的出水口冲入到排泄物水溶液中能在排泄物水溶液中产生具有较好检测效果的检测区，提高了检测效率和效果；其中，根据马桶及智能座便器的实际结构及使用情况，既可将潜血检测模块设在智能座便器上，也可将潜血检测模块设在马桶上；水道由设置在马桶上的水箱供水；采用马桶内藏且可伸缩的潜血检测模块，通过潜血检测模块可伸出至排泄物水溶液上方，实现了对排泄物中是否含有潜血信号的检测功能，并且由于潜血检测模块在检测过程中始终位于排泄物水溶液的上方而不直接伸入并浸没于排泄物水溶液中，使得潜血检测模块既不会沾到排泄物水溶液也不会黏贴到排泄物，实现了对排泄物水溶液中是否含有潜血信号的隔空遥测，并且避免了长时间使用过程中排泄物水溶液对潜血检测模块可能产生的直接腐蚀和污染，提高了使用寿命，降低了使用成本。

作为优选，冲入排泄物水溶液中的水流停止之后间隔8-20秒启动潜血检测模块，潜血检测模块对检测区的排泄物水溶液中是否含有潜血信号进行检测。间隔8-20秒的设置，使得当水流对排泄物水溶液冲击将排泄物颗粒冲离检测区之后能将排泄物颗粒尽可能的被冲离而远离检测区，从而取得最佳的冲离效果而有助于进一步提高检测精确度和检测效率。

作为优选，潜血检测模块对检测区的排泄物水溶液中是否含有潜血信号进行检测的检测时间为3-10秒，以便为检测提供合适的时间间隔，最终能取得较好的检测结果。

作为优选，还包括可伸出至检测区的排泄物水溶液上方的伸缩管，伸缩管的上端固定连接在智能座便器或马桶上，潜血检测模块可伸缩的固定设在伸缩管中。伸缩管的设置，既能通过伸缩管至检测区的排泄物水溶液上方使得潜血检测模块对排泄物水溶液中是否含有潜血信号进行检测，又使得在长时间使用过程中对伸缩管及潜血检测模块进行安装、拆卸、更换、维护等操作极其便利。

作为优选，伸缩管包括固定连接在智能座便器或马桶上的外管、可伸缩的固定套设在外管中的中间套管、可伸缩的固定套设在中间套管中的内管，外管、中间套管、内管形成三段式伸缩管，潜血检测模块固定设在内管下端的管口处或外管上端的连接处。伸缩管伸出时，中间套管沿外管向下伸出，内管沿中间套管向下伸出，直至内管下端至检测区的排泄物水溶液上方；其中，潜血检测模块中的光源由内管下端投射出去，反向光由内管下端接收进来，并由光学传感器接收；三段式伸缩管进一步提高了伸缩管的使用灵活性和便利性。

作为优选，还包括带动中间套管和内管作伸缩运动的传动机构、驱动传动机构的驱动机构，驱动机构固定设在智能座便器或马桶上，传动机构与驱动机构连接，驱动机构与智能座便器电连接，中间套管和内管均可伸缩的固定设在传动机构上。智能座便器启动驱动机构，驱动机构驱动传动机构，传动机构带动中间套管和内管作伸缩运动，中间套管沿外管向下伸出，内管沿中间套管向下伸出，直至内管下端的端部伸出至排泄物水溶液上方，此时内管下端的端部尽可能靠近排泄物水溶液表面且不伸入或浸没于排泄物水溶液中。

作为优选，驱动机构包括固定设在智能座便器或马桶上并驱动传动机构的步进电机，步进电机与传动机构连接，步进电机与智能座便器电连接。智能座便器启动步进电机，步进电机驱动传动机构。

作为优选，传动机构包括由步进电机驱动转动的主动轴、由主动轴带动转动的主动齿轮、与主动齿轮啮合的从动齿轮、由从动齿轮带动转动的传动轴，主动轴的两端分别固定连接在步进电机和主动齿轮上，传动轴的一端固定设在从动齿轮上，中间套管和内管均可伸缩的固定套设在传动轴上；其中，步进电机驱动主动轴转动，主动轴带动主动齿轮同时转动，主动齿轮带动从动齿轮同时转动，从动齿轮带动传动轴同时转动，传动轴带动中间套管和内管转动，中间套管沿传动轴从外管中向下伸出，内管沿传动轴从中间套管中向下伸出，直至内管下端的端部伸出至排泄物水溶液上方，此时内管下端的端部尽可能靠近排泄物水溶液表面且不伸入或浸没于排泄物水溶液中。

作为优选，智能座便器和潜血检测模块由外接电源供电；潜血检测模块包括用于向马桶内的排泄物水溶液发射出特定波长光束的光源、用于接收排泄物水溶液反射出的反向光的光学传感器、用于对反向光进行潜血信号检测的第一微控制器、与智能座便器电连接的直流-直流转换模块，第一微控制器分别与光源、光学传感器、直流-直流转换模块连接，直流-直流转换模块分别与光源、光学传感器连接；智能座便器设有交流-直流转换模块、第二微控制器、操作接口、显示接口，第二微控制器分别与步进电机、交流-直流转换模块、操作接口、显示接口连接，交流-直流转换模块分别与外接电源、直流-直流转换模块连接，操作接口连接有按键开关，显示接口连接有显示装置。光源向马桶内的排泄物水溶液发射出特定波长光束，光束射入排泄物水溶液中，排泄物水溶液本身能对光束产生一定的反向光，同时射入排泄物水溶液的部分光射向反射片使得反射片产生具有较高反射率的反向光，上述产生的反向光从下向上射向光学传感器，光学传感器接收到反向光；其中，光源发射出特定波长的光束由内管下端投射出去，反向光由内管下端接收进来，并由光学传感器接收；光源为led光源或激光；若光源为发射出407nm波长光束的激光二极管，驱动电流的范围设置为20-140ma，当检测到重量百分浓度为0.4％的排泄物水溶液的荧光讯号且荧光光谱峰值约为620nm时，检测得到潜血信号，从而实现了对排泄物中是否含有潜血信号的检测功能；若光源为发射出407nm波长光束的激光二极管，驱动电流设置为固定电流值20ma，当检测到重量百分浓度的范围为0.01-0.4％的排泄物水溶液的荧光讯号且荧光光谱峰值约为620nm时，检测得到潜血信号，从而实现了对排泄物中是否含有潜血信号的检测功能；本发明的基本检测原理为量测血液荧光，当然实际上并不应该只限定于血液荧光，而是对于量测血液通用光谱之吸收、反射含散射与拉曼等光谱特性，皆可作为检测排泄物水溶液潜血之依据。

作为优选，还包括用于对光源向排泄物水溶液发射出的特定波长光束产生反向光的反射片，反射片与光源相对设置，反射片内嵌于马桶陶瓷表面；反射片反射的角度范围为15-60度。本发明专利设置的反射片具有较高的反射率，既大大提高了反向光的强度，又能有效地控制反向光的散射角度，并且更能有效地让光学传感器接收与分析潜血信号，提高讯噪比，大大增强了检测的准确性，提高了检测效果和效率；反射片内嵌于马桶陶瓷表面的设置，避免脏污附着在反射片上，能提高该反射片区域的抗脏污效果，增强反向光的效能；反射角度范围在15-60度的反射片，当光束射向反射片时，既能产生具有较高的反射率的反向光，又能较精确地控制反向光的散射角度。

健康监护型智能马桶装置的潜血检测方法，包括如下具体步骤：

步骤一：打开按键开关，接通外接电源，启动智能座便器，开始检测；

步骤二：水箱中的洁净水从水道的进水口流入水道并从水道的出水口冲入排泄物水溶液中，冲入排泄物水溶液中的水流将排泄物颗粒冲离检测区；

步骤三：第二微控制器启动步进电机，步进电机驱动主动轴转动，转动的主动轴同时带动主动齿轮转动，转动的主动齿轮带动从动齿轮同时转动，转动的从动齿轮带动传动轴同时转动，转动的传动轴带动中间套管从外管中向下伸出并同时带动内管从中间套管中向下伸出，直至内管向下伸出至内管下端的端部位于排泄物水溶液上方，然后第二微控制器发送出触发信号至潜血检测模块；

步骤四：潜血检测模块接收到来自第二微控制器发送的触发信号；

步骤五：触发信号先激活光源，光源再发射出特定波长的光束，光束再射入马桶内的排泄物水溶液中并产生反向光，然后反向光射入光学传感器，光学传感器接收到反向光并将接收到的反向光传输至第一微控制器；其中，光源为led光源或激光；若光源为发射出407nm波长光束的激光二极管，驱动电流的范围设置为20-140ma，当检测到重量百分浓度为0.4％的排泄物水溶液的荧光讯号且荧光光谱峰值约为620nm时，检测得到潜血信号，从而实现了对排泄物中是否含有潜血信号的检测功能；若光源为发射出407nm波长光束的激光二极管，驱动电流设置为固定电流值20ma，当检测到重量百分浓度的范围为0.01-0.4％的排泄物水溶液的荧光讯号且荧光光谱峰值约为620nm时，检测得到潜血信号，从而实现了对排泄物中是否含有潜血信号的检测功能；本发明的基本检测原理为量测血液荧光，当然实际上并不应该只限定于血液荧光，而是对于量测血液通用光谱之吸收、反射含散射与拉曼等光谱特性，皆可作为检测排泄物水溶液潜血之依据；

步骤六：第一微控制器先对反向光的光信号进行信号转换成电信号，再将电信号转换成数字信号，再对数字信号进行数据处理，再依据数据处理判断排泄物中是否含有潜血信号并得到检测结果，然后将检测结果发送至智能座便器；

步骤七：第二微控制器接收到检测结果信号并将检测结果信号通过显示接口发送至显示装置，显示装置将检测结果显示出来，从而结束检测。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：采用由光源、光学传感器、第一微控制器、直流-直流转换模块组合形成的潜血检测模块，通过水道流出的水流将排泄物水溶液中的排泄物颗粒冲离检测区，又通过将潜血检测模块设置于伸缩管下端的管口处并将伸缩管伸出至排泄物水溶液上方对排泄物水溶液进行潜血信号的检测，又通过反射片产生的反向光射向光学传感器，实现了对排泄物中是否含有潜血信号的隔空遥测检测功能，既大大提高了反向光的强度，又能有效地控制反向光的散射角度，并且更能有效地让光学传感器接收与分析潜血信号，提高讯噪比，大大增强了检测的准确性，提高了检测效果和效率；并且该装置整体设计精密，结构简单且紧凑，具有高效的检测功能且成本低，适合推广应用。

附图说明

图1为本发明的健康监护型智能马桶装置中设置有反射片实施例的基本原理图。

图2为本发明的健康监护型智能马桶装置中未设置反射片实施例的基本原理图。

图3为本发明中当伸缩管处于未工作状态时马桶、智能座便器、伸缩管相配合的实施例的结构示意图。

图4为本发明中当伸缩管处于工作状态时马桶、智能座便器、伸缩管相配合的实施例的结构示意图。

图5为本发明中当伸缩管处于未工作状态时驱动机构、传动机构、伸缩管相配合的实施例的结构示意图。

图6为本发明中当伸缩管处于工作状态时驱动机构、传动机构、伸缩管相配合的实施例的结构示意图。

图7为本发明的外接电源、智能座便器、潜血检测模块、步进电机实施例的控制功能框图。

图8为本发明的外接电源、智能座便器、潜血检测模块、步进电机实施例的控制流程图。

图9为本发明中潜血检测模块、排泄物水溶液、反射片之间实施例的原理框图。

图10为本发明中未设置反射片时潜血检测模块、排泄物水溶液之间实施例的原理框图。

图11为本发明中若光源为发射出407nm波长光束的激光二极管且驱动电流的范围设置为20-140ma并当检测到重量百分浓度为0.4％的排泄物水溶液的荧光讯号且荧光光谱峰值约为620nm时，检测得到潜血信号的光谱图与未检测出潜血信号的光谱图的对照图；其中，实线为检测得到潜血信号的光谱量测图，虚线为未检测出潜血信号的光谱示意图。

图12为本发明中若光源为发射出407nm波长光束的激光二极管且驱动电流设置为固定电流值20ma并当检测到重量百分浓度的范围为0.01-0.4％的排泄物水溶液的荧光讯号且荧光光谱峰值约为620nm时，检测得到潜血信号的光谱图的对照图；其中，实线为检测得到潜血信号的光谱量测图，虚线为未检测出潜血信号的光谱示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

健康监护型智能马桶装置，如图1、3-9所示，包括马桶5、固定设在马桶5上的智能座便器3、用于检测马桶5内的排泄物水溶液1中是否含有潜血信号的潜血检测模块2，潜血检测模块2与智能座便器3电连接，潜血检测模块2可伸缩的固定设在智能座便器3或马桶5上，马桶的陶瓷边缘固定设有向排泄物水溶液1冲出洁净水将排泄物水溶液1中的排泄物颗粒冲离检测区16的水道15，水道15的出水口152位于检测区16的上方，水道15的进水口151连接到马桶5的水箱；水箱中的洁净水从进水口151流入水道15并从出水口152冲入排泄物水溶液1中，冲入排泄物水溶液1中的水流将排泄物颗粒冲离检测区16，通过潜血检测模块2伸出至检测区16上方，从而潜血检测模块2对检测区的排泄物水溶液1中是否含有潜血信号进行检测。其中，根据马桶及智能座便器的实际结构及使用情况，既可将潜血检测模块设在智能座便器上，也可将潜血检测模块设在马桶上。其中，本实施例将潜血检测模块设在智能座便器上。

本实施例中，冲入排泄物水溶液1中的水流停止之后间隔8-20秒启动潜血检测模块2，潜血检测模块2对检测区16的排泄物水溶液1中是否含有潜血信号进行检测。

本实施例中，潜血检测模块2对检测区16的排泄物水溶液1中是否含有潜血信号进行检测的检测时间为3-10秒。

本实施例中，还包括可伸出至检测区的排泄物水溶液1上方的伸缩管，伸缩管的上端固定连接在智能座便器3或马桶5上，潜血检测模块2可伸缩的固定设在伸缩管中。

本实施例中，伸缩管包括固定连接在智能座便器3或马桶5上的外管7、可伸缩的固定套设在外管7中的中间套管8、可伸缩的固定套设在中间套管8中的内管9，外管7、中间套管8、内管9形成三段式伸缩管，潜血检测模块2固定设在内管9下端的管口处或外管7上端的连接处。

本实施例中，还包括带动中间套管8和内管9作伸缩运动的传动机构、驱动传动机构的驱动机构，驱动机构固定设在智能座便器3或马桶5上，传动机构与驱动机构连接，驱动机构与智能座便器3电连接，中间套管8和内管9均可伸缩的固定设在传动机构上。

本实施例中，驱动机构包括固定设在智能座便器3或马桶5上并驱动传动机构的步进电机14，步进电机14与传动机构连接，步进电机14与智能座便器3电连接。

本实施例中，传动机构包括由步进电机14驱动转动的主动轴10、由主动轴10带动转动的主动齿轮11、与主动齿轮11啮合的从动齿轮12、由从动齿轮12带动转动的传动轴13，主动轴10的两端分别固定连接在步进电机14和主动齿轮11上，传动轴13的一端固定设在从动齿轮12上，中间套管8和内管9均可伸缩的固定套设在传动轴13上；智能座便器3和潜血检测模块2由外接电源4供电；潜血检测模块2包括用于向马桶5内的排泄物水溶液1发射出特定波长光束的光源21、用于接收排泄物水溶液1反射出的反向光的光学传感器22、用于对反向光进行潜血信号检测的第一微控制器23、与智能座便器3电连接的直流-直流转换模块24，第一微控制器23分别与光源21、光学传感器22、直流-直流转换模块24连接，直流-直流转换模块24分别与光源21、光学传感器22连接；智能座便器3设有交流-直流转换模块32、第二微控制器31、操作接口33、显示接口34，第二微控制器31分别与步进电机14、交流-直流转换模块32、操作接口33、显示接口34连接，交流-直流转换模块32分别与外接电源4、直流-直流转换模块24连接，操作接口33连接有按键开关，显示接口34连接有显示装置。

本实施例中，还包括用于对光源21向排泄物水溶液1发射出的特定波长光束产生反向光的反射片6，反射片6与光源21相对设置，反射片6内嵌于马桶5陶瓷表面；反射片6反射的角度范围为15-60度。

本实施例的光源激光二极管，以下为两个具体检测案例：若激光二极管发射出407nm波长光束，驱动电流的范围设置为20-140ma，当检测到重量百分浓度为0.4％的排泄物水溶液的荧光讯号且荧光光谱峰值约为620nm时，检测得到潜血信号，从而实现了对排泄物中是否含有潜血信号的检测功能，其与未检测到潜血信号的对照图如图11所示；若激光二极管发射出407nm波长光束，驱动电流设置为固定电流值20ma，当检测到重量百分浓度的范围为0.01-0.4％的排泄物水溶液的荧光讯号且荧光光谱峰值约为620nm时，检测得到潜血信号，从而实现了对排泄物中是否含有潜血信号的检测功能，其与未检测到潜血信号的对照图如图12所示。

健康监护型智能马桶装置的潜血检测方法，如图1、3-9所示，包括如下具体步骤：

步骤一：打开按键开关，接通外接电源4，启动智能座便器3，开始检测；

步骤二：水箱中的洁净水从水道15的进水口151流入水道15并从水道15的出水口152冲入排泄物水溶液1中，冲入排泄物水溶液1中的水流将排泄物颗粒冲离检测区16；

步骤三：第二微控制器31启动步进电机14，步进电机14驱动主动轴10转动，转动的主动轴10同时带动主动齿轮11转动，转动的主动齿轮11带动从动齿轮12同时转动，转动的从动齿轮12带动传动轴13同时转动，转动的传动轴13带动中间套管8从外管7中向下伸出并同时带动内管9从中间套管8中向下伸出，直至内管9向下伸出至内管9下端的端部位于排泄物水溶液1上方，然后第二微控制器31发送出触发信号至潜血检测模块2；

步骤四：潜血检测模块2接收到来自第二微控制器31发送的触发信号；

步骤五：触发信号先激活光源21，光源21再发射出特定波长的光束，光束再射入马桶5内的排泄物水溶液1中并产生反向光，然后反向光射入光学传感器22，光学传感器22接收到反向光并将接收到的反向光传输至第一微控制器23；其中，光源为led光源或激光；若光源为发射出407nm波长光束的激光二极管，驱动电流的范围设置为20-140ma，当检测到重量百分浓度为0.4％的排泄物水溶液的荧光讯号且荧光光谱峰值约为620nm时，检测得到潜血信号，从而实现了对排泄物中是否含有潜血信号的检测功能；若光源为发射出407nm波长光束的激光二极管，驱动电流设置为固定电流值20ma，当检测到重量百分浓度的范围为0.01-0.4％的排泄物水溶液的荧光讯号且荧光光谱峰值约为620nm时，检测得到潜血信号，从而实现了对排泄物中是否含有潜血信号的检测功能；本发明的基本检测原理为量测血液荧光，当然实际上并不应该只限定于血液荧光，而是对于量测血液通用光谱之吸收、反射含散射与拉曼等光谱特性，皆可作为检测排泄物水溶液潜血之依据；

步骤六：第一微控制器先对反向光的光信号进行信号转换成电信号，再将电信号转换成数字信号，再对数字信号进行数据处理，再依据数据处理判断排泄物中是否含有潜血信号并得到检测结果，然后将检测结果发送至智能座便器；

步骤七：第二微控制器接收到检测结果信号并将检测结果信号通过显示接口发送至显示装置，显示装置将检测结果显示出来，从而结束检测。

实施例2：

健康监护型智能马桶装置，如图2-8、10所示，与实施例1不同之处仅在于：

本实施例中，由于未设置反射片，光源射出的特定波长的光束射出并射入马桶内的排泄物水溶液中，马桶陶瓷对光束产生反向光，反向光射向光学传感器。

本实施例的健康监护型智能马桶装置的潜血检测方法，与实施例1相同。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。