技术领域
[0001] 本
发明属于尿液多项指标检测领域，具体涉及一种基于智能设备比色分析的阵列式尿液多指标检测装置与方法。
背景技术
[0002] 尿常规检查是医学检验“三大常规”项目之一，其检查结果对于某些全身性病变以及身体其他脏器影响尿液改变的
疾病如糖尿病、血液病、肝胆疾患、流行性出血热等的诊断，具有很重要的参考价值。同时，尿常规检查还可以反映一些疾病的
治疗效果。因此，在医疗诊断方面，尿常规的检查是必不可少的一项初步检查。传统的尿常规检查的方法主要是医院里使用的尿干化学分析仪、尿沉渣分析仪等大型仪器法，该方法需要专业的医护人员进行操作，检测时间比较长大约需要最少30min才可以得到检测结果，这给医疗设备不发达地区的人们带来了极大的不便。除此之外，
试纸条法检测尿常规也是目前常用的一种检测方法，该方法主要采取的是目视比色法对各指标进行检测，由于每个人对
颜色的敏感度不同，因此这种方法只适用于定性检测。
[0003] 近年来，随着智能手机等智能设备的发展及普及，其不仅仅是作为一种通讯工具出现在大众面前，而且由于目前智能手机拥有种类繁多的嵌入式
传感器，处理器功能更加强大，
操作系统开放等优点，智能手机可以作为成本更低的分析测试设备，并且不需要专业仪器操作员。Arjnarong等人（Mathaweesansurn A, Maneerat N, Choengchan N. A Mobile Phone-based Analyzer for Quantitative Determination of Urinary Albumin using Self-Calibration Approach[J]. Sensors & Actuators B Chemical, 2017, 242:476-483.）开发了一种名为“Albumin smart test”的智能手机Android应用程序，作为尿液中
白蛋白定量测定的分析仪。该方法是基于白蛋白和四溴
苯酚酞乙酯（TBPE）之间的显色原理，将待测尿液滴加在含有
显色剂的体系中，随着白蛋白浓度的变化显色也会发生单调性的变化，利用智能手机“Albumin smart test”应用程序对显色样品图片进行获取并分析，从而实现尿液中白蛋白含量的测定。Camilo等人（Morais C L M, Neves A C O, Menezes F G, et al. Determination of serum protein content using cell phone image analysis[J]. Analytical Methods, 2016, 8(34).）提出了一种简单，快速，廉价的方法，通过整合手机相机和多元线性回归（MLR）获得的彩色图像来测量血清
蛋白质含量（白蛋白和总蛋白质）。使用RGB-HSV图像系统构建MLR模型，其中白蛋白和总蛋白分别使用溴代甲酚绿法和Biuret方法引起溶液颜色的变化。Ortizgómez等人（Ortizgómez I, Salinascastillo A, García A G, et al. Microfluidic paper-based device for colorimetric determination of glucose based on a metal-organic framework acting as peroxidase mimetic.[J]. MikrochimicaActa, 2017, 185(1):47.）开发了一种基于微
流体纸的分析装置（μPAD），使用作为过
氧化物酶模拟物的负载金属有机骨架（MOF）进行
葡萄糖测定。葡萄糖
氧化酶（GOx）对葡萄糖的催化作用导致H2O2的形成，MOF通过H2O2氧化3,3'，5,5'-四甲基联苯胺（TMB），形成吸收蓝绿色的产物。通过建立葡萄糖浓度与HSV颜色空间中的S值的关系曲线，实现尿液及血清中葡萄糖的定量检测。Dae-Sik Lee等人（Lee D S, Jeon B G, Ihm C, et al. A simple and smart telemedicine device for developing regions: a pocket-sized colorimetric reader.[J]. Lab on A Chip,
2011, 11(1):120-126.）结合一种小型比色读数器与市售的10参数尿液分析试纸条开发了一种基于移动医疗保健平台的尿常规检测装置，其可以将检测数据发送至智能手机平台。
[0004] 虽然目前已经出现了一些读取尿液试纸条的仪器，但是其体积较大、价格昂贵、操作较复杂，不适合家庭个人人群使用。综上所述，开发一种简便、快速且准确定量检测尿常规的方法是刻不容缓的。
发明内容
[0005] 本发明克服
现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种结构简单，使用方便的基于智能设备比色分析的阵列式尿液多指标检测装置。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于智能设备比色分析的阵列式尿液多指标检测装置，包括：光学
硬件装置、智能设备和阵列式尿液检测试纸条；所述阵列式尿液检测试纸条上设置有多个试纸条，每个试纸条用于检测一种尿液指标；所述光学硬件装置用于在所述智能设备进行拍照采集图片时提供均匀光照；所述智能设备用于通过所述光学硬件装置对标准品或待测尿液在所述阵列式尿液检测试纸上的显色区域进行拍照，以及用于根据标准品的显色图片上各个试纸条的RGB值或HSV值建立各个试纸条对应的尿液指标的标准方程，并结合待测尿样的显色图片上各个试纸条的RGB值或HSV值计算出待测尿液的各个指标值。
[0007] 所述智能设备上设置有显色区域拍照程序、标准方程建立程序以及检测指标值的计算程序；所述显色区域拍照程序用于调用
照相机对标准品或待测尿液在阵列式尿液检测试纸上的显色区域进行拍照，并根据拍照得到的显色图片，得到显色图片上各个试纸条的RGB值或HSV值；
所述标准方程建立程序用于根据标准品的显色图片上对应的各个试纸条的RGB值或HSV值和已知的标准品中各个尿液指标的浓度值，建立各尿液指标浓度值与相应RGB或HSV通道的标准方程；
所述检测指标计算程序用于根据待测尿样的显色图片上对应的各个试纸条的RGB值或HSV值，结合相应的尿液指标浓度标准方程，计算得到待测尿样中各检测指标的浓度值。
[0008] 所述智能设备上设置有检测结果显示界面，所述检测结果显示界面与所述检测指标计算程序进和显色区域拍照程序连接，用于显示拍照图像的显色图片以及待测尿液的检测指标值。
[0009] 所述光学硬件装置包括：封闭壳体，所述封闭壳体顶部设置有拍摄口，所述拍摄口一侧设置有固定在封闭壳体上的卡扣，所述卡扣用于固定智能设备；所述拍摄口上设置有微距透镜，所述封闭壳体内设置有位于拍摄口下方的面
光源，所述面光源用于给封闭壳体内提供均匀光照环境，所述封闭壳体底部设置有用于插入阵列式尿液检测试纸条的试纸条卡槽；所述阵列式尿液检测试纸条上以3*3的阵列设置有9个试纸条，所述试纸条分别用于检测微量白蛋白、亚
硝酸盐、尿胆原、肌酐、蛋白质、葡萄糖、尿
钙、
抗坏血酸和pH。
[0010] 所述光学硬件装置是通过3DMAX设计，并使用3D
打印机打印得到，所述智能设备为智能手机。
[0011] 本发明还提供了一种基于智能设备比色分析的阵列式尿液多指标检测法，包括以下步骤：S1、配制不同浓度的微量白蛋白、亚硝酸盐、尿胆原、肌酐、蛋白质、葡萄糖、尿钙、抗坏血酸和pH这9项指标标准品溶液；
S2、取多个阵列式尿液检测试纸条，分别完全浸入各个标准品溶液中，待试纸条显色均匀后取出，擦干试纸条边缘的尿液后分别放入光学硬件装置内的试纸条卡槽内，通过智能设备对阵列式尿液检测试纸进行拍照；
S3、根据各个显色图片中对应的各个指标的浓度值，生成各尿液指标浓度值与相应RGB或HSV通道的标准方程；
S4、取待测尿样于器皿中，将阵列式尿液检测试纸完全浸入待测尿样中1 2秒，待试纸~
条显色均匀后取出，将试纸边缘的尿样吸干，在大约1min之内迅速将阵列试纸条插入检测装置卡槽内，通过智能设备对阵列式尿液检测试纸进行拍照得到待测尿样的显色图片；
S5、根据步骤S3得到的标准方程，结合步骤S4得到的显色图片上对应的各个试纸条的RGB值或HSV值，计算得到待测尿样的各项检测指标值并进行显示。
[0012] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提出了一种基于智能设备比色分析的阵列式尿液多指标检测装置，该装置内设置了3*3阵列式尿液检测试纸条，该阵列化的试纸条改善了以往过长的试纸条检测带来的不便，之后利用智能手机应用程序结合3D打印的光学硬件装置，对显色后的尿液检测试纸条直接拍照并分析显色信息，实现了尿液中微量白蛋白、亚硝酸盐、尿胆原、肌酐、蛋白质、葡萄糖、尿钙、抗坏血酸和pH这9项待检项的定量检测。本方法克服了以往使用肉眼比对比色卡带来的不准确性；更重要的是解决了尿液分析仪分析尿液试纸条时需要电脑控制带来的不便，不再采用球面积分仪接受双
波长反射光的方式测定试带上的颜色变化进行半定量测定，我们使用的是建立各项检测指标与RGB值或HSV值的直接对应关系，因此，同时我们也简化了对各项检测指标进行定量的方法，使得检测结果更准确。
附图说明
[0013] 图1是本发明中阵列式尿液多项指标检测的光学硬件装置的结构示意图；图2是本发明中自制的3*3阵列式尿液检测试纸条结构示意图；
图3是本发明中智能手机中安装的“Urine Detect”检测
软件的界面图。
[0014] 图中：1：卡槽；2：卡扣；3：光学硬件装置壳体；3-1：智能设备拍摄口；3-2：微距透镜；4：小型面光源；4-1：
LED灯；4-2：反光板；4-3：导光板；4-4：光
扩散板；5：试纸条卡槽。
具体实施方式
[0015] 为使本发明
实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016] 如图1 3所示，本发明实施例提供了一种基于智能设备比色分析的阵列式尿液多~指标检测装置。该装置包括：光学硬件装置、智能设备和阵列式尿液检测试纸条。
[0017] 其中，如图2所示，所述阵列式尿液检测试纸条上以3*3的阵列设置有9个试纸条，每个试纸条用于检测一种尿液指标，所述的尿液指标包括微量白蛋白、亚硝酸盐、尿胆原、肌酐、蛋白质、葡萄糖、尿钙、抗坏血酸和pH。
[0018] 其中，如图1所示，所述光学硬件装置包括封闭壳体3，所述封闭壳体3顶部设置有拍摄口3-1，所述拍摄口3-1一侧设置有固定在封闭壳体3上的卡扣2，所述卡扣2中间设置有卡槽1，卡槽1用于放置智能拍照设备，卡扣2上设置有
弹簧，可以将智能设备固定在封闭壳体3上，并使其摄像头对准拍摄口3-1。所述拍摄口3-1上设置有微距透镜3-2，所述封闭壳体3内设置有位于拍摄口下方的面光源4，所述面光源4用于给封闭壳体3内提供均匀光照环境，所述封闭壳体3底部设置有用于插入阵列式尿液检测试纸条的试纸条卡槽5。通过光学硬件装置，则智能设备对阵列式尿液检测试纸条进行拍照采集图片时，可以提供均匀光照，并且可以避免杂散光的干扰。
[0019] 具体地，如图1所示，面光源4包括多个LED灯4-1、反光板4-2、导光板4-3以及光扩散板4-4。所述反光板4-2位于上方，导光板4-3位于反光板4-2下方，光扩散板4-4位于导光板4-3下方，LED灯4-1设置在光扩散板4-4上的灯孔内。
[0020] 本发明实施例中，所述光学硬件装置是通过3DMAX设计，并使用
3D打印机打印得到，所述智能设备为智能手机，也可以为智能平板，或其它带有拍照功能的智能设备。
[0021] 其中，智能设备用于通过所述光学硬件装置对标准品或待测尿液在所述阵列式尿液检测试纸上的显色区域进行拍照，可以得到标准品的显色图片以及待测尿液的检测图片，通过分析显色图片上各个试纸条的RGB值或HSV值，以及对应的标准品中的对应指标的浓度值，可以建立各个试纸条对应的尿液指标的标准方程，然后结合待测尿样的显色图片上各个试纸条的RGB值或HSV值，可以计算出待测尿液的各个指标值。
[0022] 其中，所述智能设备上设置有安装有“Urine Detect”应用程序，该程序包括显色区域拍照程序、标准方程建立程序以及检测指标值的计算程序；所述显色区域拍照程序用于调用照相机对标准品或待测尿液在阵列式尿液检测试纸上的显色区域进行拍照，并根据拍照得到的显色图片，得到显色图片上各个试纸条的RGB值或HSV值；所述标准方程建立程序用于根据标准品的显色图片上对应的各个试纸条的RGB值或HSV值和已知的标准品中各个尿液指标的浓度值，建立各尿液指标浓度值与相应RGB或HSV通道的标准方程；所述检测指标计算程序用于根据待测尿样的显色图片上对应的各个试纸条的RGB值或HSV值，结合相应的尿液指标浓度标准方程，计算得到待测尿样中各检测指标的浓度值。其中，该程序是用Java语言编写并运行在Android手机上，通过智能手机摄像头获取的试纸条的图片信息，得到图片的RGB值或HSV值，找到各检测项与RGB或HSV某一参量的关系曲线，从而实现尿液中各检测项的定量检测。
[0023] 此外，本发明实施例中，各个待检指标的标准方程也可以是预先保存在智能设备中，则对待测尿样进行检测时，无需对标准样品进行拍照分析的步骤。
[0024] 进一步地，所述智能设备上设置有检测结果显示界面，所述检测结果显示界面与所述检测指标计算程序进和显色区域拍照程序连接，用于显示拍照图像的显色图片以及待测尿液的检测指标值。
[0025] 具体地，如图3所示，为本发明实施例中的“Urine Detect”应用程序的界面图，在手机屏幕上点击“Urine Detect”图标进入应用程序主界面，主界面包括三个按钮：Detect、File、Quit。点击Detect按钮进入相机预览界面，此时界面上会显示一个3*3的阵列图片获取框，将预览框对准显色后的图片，自动聚焦后用手机拍照获取图片信息，点击中间的拍照按钮，程序会自动获取显色图片并保存到手机中，然后点击next按钮，程序会自动计算出每个框中的RGB值及HSV值，最后将检测结果显示在手机屏幕上。
[0026] 此外，本发明实施例还提供了一种基于智能设备比色分析的阵列式尿液多指标检测方法，包括以下步骤：S1、配制不同浓度的微量白蛋白、亚硝酸盐、尿胆原、肌酐、蛋白质、葡萄糖、尿钙、抗坏血酸和pH这9项指标标准品溶液；这9项的检测参考范围分别为：微量白蛋白：<20mg/L；亚硝酸盐：0µmol/L；尿胆原：3.3 17µmol/L；肌酐：2.0 22mmol/L；蛋白质：<0.15g/L；葡萄糖：
~ ~
5.5mmol/L；尿钙：1.0 10mmol/L；抗坏血酸：0 5.6mmol/L；pH：5.5 7.0。
~ ~ ~
[0027] S2、取多个阵列式尿液检测试纸条，分别完全浸入各个标准品溶液中，待试纸条显色均匀后取出，擦干试纸条边缘的尿液后分别放入光学硬件装置内的试纸条卡槽内，通过智能设备对阵列式尿液检测试纸进行拍照。
[0028] S3、根据各个显色图片中各个试纸条对应的各个指标的浓度值，生成各尿液指标浓度值与相应RGB或HSV通道的标准方程。
[0029] S4、取待测尿样于器皿中，将阵列式尿液检测试纸完全浸入待测尿样中1 2秒，待~试纸条显色均匀后取出，将试纸边缘的尿样吸干，在大约1min之内迅速将阵列试纸条插入检测装置卡槽内，通过智能设备对阵列式尿液检测试纸进行拍照得到待测尿样的显色图片。
[0030] S5、根据步骤S3得到的标准方程，结合步骤S4得到的显色图片上对应的各个试纸条的RGB值或HSV值，计算得到待测尿样的各项检测指标值并进行显示。
[0031] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
