用于体外排出结石的检测系统及其检测方法与流程

1.本技术涉及医疗设备领域，尤其涉及用于体外排出结石的检测系统及其检测方法。


背景技术：

2.泌尿系结石是泌尿外科常见病之一，结石可见于肾、膀胱、输尿管和尿道的任何部位。经临床研究查明，泌尿系结石具有多种成分，例如，草酸盐、磷酸盐、尿酸盐、碳酸盐、胱酸盐等。结石的化学成分分析有助于确定结石的主要化学成分，以分析结石形成的病理机制并基于结石的类型来制定自适应的治疗方案。
3.在临床中，常用的用于泌尿系结石的治疗方案包括：冲击波碎石术(shock wave lithotripsy：swl)和药物溶石术，其中，药物溶石术对于尿酸结石的治疗效果较佳而对其他类型的结石的治疗效果一般。为了进行病理分析并基于病理分析结果给出针对性的治疗意见，需对结石进行化学成分分析。然而，在目前的临床实践中，只有经冲击波碎石术治疗的患者的结石被拿去实验室做化学成分分析，其原因在于：患者刚经过冲击波碎石手术，结石可被方便地采集并直接拿去医院的实验室进行分析。
4.然而，当患者采用药物溶石术进行治疗时，患者的结石通过尿道排出，也就是，如果要对患者的结石进行标本采集，采集地远离医院，要送往医院做分析无疑是件非常麻烦的事情。然而，对采用药物溶石治疗方案的患者的结石进行化学成分分析是非常有必要的，其原因在于：虽然建议患者采用药物溶石治疗方案，但由于没有对结石的化学成分进行明确的分析，故而无法明确地支持药物溶石治疗方案。并且，即便药物溶石方案有效，但如果能够对结石的化学成分进行分析，还可以基于此分析结果对患者提出更有建设意义的意见，以提高其康复的效率。
5.还有，虽然在现有的临床治疗中，对经冲击波碎石术治疗的患者的结石进行化学成分分析。但目前用于分析结石化学成分的检测设备较为落后，这种落后体现于：检测条件苛刻和检测准确率不高。检测条件苛刻指的是现有的用于结石成分分析的设备，例如，光谱仪，其在做结石分析时需要先将结石压片，再添加溴化钾后才能做检测。而造成检测准确率不高的原因主要包括内在因素(设备自身的制作精度和测量精度)和外在因素，例如，受天气的温度和湿度的影响。也就是说，在现有的临床实践中，用于结石的成分分析的检测方案本身也有待优化。
6.因此，期待一种优化的用于泌尿系结石的检测方案。


技术实现要素：

7.本技术的一个优势在于提供了一种用于体外排出结石的检测系统及其检测方法，其中，所述检测系统的关键在于选择适配的检测设备来降低结石成分检测的难度和提高结石成分检测的精度。相应地，在本技术的技术方案中，采用傅里叶变换型红外光谱仪作为检测装置，并配合用于采集体外排出的结石的采集装置和用于粉碎结石的粉碎装置以形成所
述检测系统。
8.本技术的另一个优势在于提供了一种用于体外排出结石的检测系统及其检测方法，其中，所述检测系统将特定的检测设备应用于体外排出结石的成分检测的应用场景中，以使得其能够满足该特定应用场景的特定需求：采集方便、检测方便和检测精度高。
9.通过下面的描述，本技术的其它优势和特征将会变得显而易见，并可以通过权利要求书中特别指出的手段和组合得到实现。
10.为实现上述至少一优势，根据本技术的一个方面，提供一种用于体外排出结石的检测系统，其包括：
11.采集装置，用于采集自人体排出的结石；
12.粉碎装置，用于将该结石粉碎成粉末；以及
13.傅里叶变换型红外光谱仪，包括用于承载该粉末的载盘和用于检测该粉末的化学成分的光谱分析组件。
14.在根据本技术的用于体外排出结石的检测系统中，所述傅里叶变换型红外光谱仪的光谱分析组件包括光源、干涉仪、探测器和数据处理单元；
15.其中，所述光源被配置为投射检测光信号至所述干涉仪
16.所述干涉仪被配置为将所述检测光信号分为反射光束和透射光束，其中，从该粉末返回的透射光束与所述反射光束发生干涉以产生干涉信号；
17.所述探测器被配置为感应所述干涉信号以生成电信号；
18.所述数据处理单元被配置为对所述电信号进行基于傅里叶变换的信号处理以生成该粉末的光谱图像。
19.在根据本技术的用于体外排出结石的检测系统中，所述干涉仪包括分束器、位于所述分束器的透射光路的第一反射镜和位于所述分束器的反射光路的第二反射镜，其中，所述第一反射镜相对于所述分束器固定，所述第二反射镜相对于所述分束器可移动。
20.在根据本技术的用于体外排出结石的检测系统中，所述第一反射镜的第一反射面与所述第二反射镜的第二反射面相垂直。
21.在根据本技术的用于体外排出结石的检测系统中，所述干涉仪包括分束器、转动基体，以及，固定于所述转动基体上的第一反射镜和第二反射镜，其中，所述转动基体相对于所述分束器可转动，所述第一反射镜的第一反射面和所述第二反射镜的反射面相互平行。
22.在根据本技术的用于体外排出结石的检测系统中，所述采集装置包括具有漏嘴的漏斗和设置于所述漏斗的漏嘴处的滤网，所述滤网用于收集该自人体排出的结石。
23.在根据本技术的用于体外排出结石的检测系统中，所述漏斗由可折叠的材料制成。
24.在根据本技术的用于体外排出结石的检测系统中，所述滤网具有阵列排布的网孔，所述网孔的尺寸小于该结石的尺寸。
25.根据本技术的另一方面，提供了一种用于体外排出结石的检测方法，其包括：
26.通过采集装置采集自人体排出的结石；
27.通过粉碎装置将该结石粉碎成粉末；
28.将该粉末放置于傅里叶变换型红外光谱仪的载盘上；以及
29.基于所述傅里叶变换型红外光谱仪获得该分析的光谱图像，以从所述光谱图像中确定该粉末所包含的化学成分。
30.在根据本技术的用于体外排出结石的检测方法中，通过采集装置采集自人体排出的结石，包括：通过具有漏嘴的漏斗接收混杂有该结石的尿液；以及，通过设置于所述漏嘴的滤网来过滤尿液并保留该结石。
31.在根据本技术的用于体外排出结石的检测方法中，通过采集装置采集自人体排出的结石，包括：挤压所述漏斗以通过所述漏斗来吸收附着于该结石表面的尿液；以及，关闭所述漏斗以通过所述漏斗来封装该结石。
32.通过对随后的描述和附图的理解，本技术进一步的目的和优势将得以充分体现。
33.本技术的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。
附图说明
34.通过结合附图对本技术实施例进行更详细的描述，本技术的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
35.图1图示了根据本技术实施例的用于体外排出结石的检测系统的示意图。
36.图2图示了根据本技术实施例的所述检测系统的工作过程的示意图。
37.图3a和图3b图示了根据本技术实施例的所述检测系统的采集装置的示意图。
38.图4图示了根据本技术实施例的所述检测系统的傅里叶变换型红外光谱仪的示意图。
39.图5图示了根据本技术实施例的所述傅里叶变换型红外光谱仪中干涉仪的光路示意图。
40.图6a至图6c图示了根据本技术实施例的所述傅里叶光谱仪中的干涉仪的一个变形实施的示意图。
41.图7图示了根据本技术实施例的用于体外排出结石的检测方法的流程图。
具体实施方式
42.下面，将参考附图详细地描述根据本技术的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是本技术的全部实施例，应理解，本技术不受这里描述的示例实施例的限制。
43.申请概述
44.如上所述，在临床中，常用的用于泌尿系结石的治疗方案包括：冲击波碎石术(shock wave lithotripsy：swl)和药物溶石术，其中，药物溶石术对于尿酸结石的治疗效果较佳而对其他类型的结石的治疗效果一般。为了进行病理分析并基于病理分析结果给出针对性的治疗意见，需对结石进行化学成分分析。然而，在目前的临床实践中，只有经冲击波碎石术治疗的患者的结石被拿去实验室做化学成分分析，其原因在于：患者刚经过冲击波碎石手术，结石可被方便地采集并直接拿去医院的实验室进行分析。
45.然而，当患者采用药物溶石术进行治疗时，患者的结石通过尿道排出，也就是，如果要对患者的结石进行标本采集，采集地远离医院，要送往医院做分析无疑是件非常麻烦的事情。然而，对采用药物溶石治疗方案的患者的结石进行化学成分分析是非常有必要的，其原因在于：虽然建议患者采用药物溶石治疗方案，但由于没有对结石的化学成分进行明确的分析，故而无法明确地支持药物溶石治疗方案。并且，即便药物溶石方案有效，但如果能够对结石的化学成分进行分析，还可以基于此分析结果对患者提出更有建设意义的意见，以提高其康复的效率。
46.还有，虽然在现有的临床治疗中，对经冲击波碎石术治疗的患者的结石进行化学成分分析。但目前用于分析结石化学成分的检测设备较为落后，这种落后体现于：检测条件苛刻和检测准确率不高。检测条件苛刻指的是现有的用于结石成分分析的设备，例如，光谱仪，其在做结石分析时需要先将结石压片，再添加溴化钾后才能做检测。而造成检测准确率不高的原因主要包括内在因素(设备自身的制作精度和测量精度)和外在因素，例如，受天气的温度和湿度的影响。也就是说，在现有的临床实践中，用于结石的成分分析的检测方案本身也有待优化。
47.因此，期待一种优化的用于泌尿系结石的检测方案
48.构建该检测方案有如下几个技术难点：
49.1.需要提供便于结石采集的采集装置，其原因在于体外排出结石的采集场所一般在患者家中(或者其他非实验室的场所)，因此，需要在患者排尿的过程中提供一种便于患者收集和打包结石的装置。
50.2.需要选择或者发明一种适配于体外排出结石成分检测的检测装置，其至少具备如下特性：检测方便，尤其是在降低样本制作难度上，即不需要切片和施加溴液；以及，检测精度高，即，能够更为准确地检测出结石中所蕴含的化学成分，以利于后续的病理分析和基于病理分析给出诊疗意见。
51.基于此，本技术发明人从各种检测设备中选择以傅里叶变换型红外光谱仪作为检测设备，并对傅里叶变换型红外光谱仪中的光谱仪的结构进行优化以使得其检测性能和检测条件满足本技术技术方案所期待的要求。并围绕所述傅里叶变换型红外光谱仪为中心构建用于体外排石结石检测的检测系统，以解决本技术所期待解决的技术问题。
52.相应地，本技术提供了一种用于体外排出结石的检测系统，其包括：采集装置，用于采集自人体排出的结石；粉碎装置，用于将该结石粉碎成粉末；以及，傅里叶变换型红外光谱仪，包括用于承载该粉末的载盘和用于检测该粉末的化学成分的光谱分析组件。这样，
53.在介绍本技术的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本技术的各种非限制性实施例。
54.示例性检测系统
55.如图1和图2所示，根据本技术实施例的用于体外排出结石的检测系统被阐明，其中，所述检测系统将特定的检测设备应用于体外排出结石的成分检测的应用场景中，以使得其能够满足该特定应用场景的特定需求：采集方便、检测方便和检测精度高。具体地，在本技术实施例中，采用傅里叶变换型红外光谱仪作为结石成分检测设备，并配合用于采集体外排出的结石的采集装置和用于粉碎结石的粉碎装置以形成所述检测系统。
56.相应地，如图1和图2所示，在本技术实施例中，所述用于体外排出结石的检测系统
100，包括：采集装置110、粉碎装置120和傅里叶变换型红外光谱仪130，其中，所述采集装置110用于采集自人体排出的结石，所述粉碎装置120，用于将该结石粉碎成粉末；以及，所述傅里叶变换型红外光谱仪130用于检测结石的粉末中的化学成分。
57.如前所述，在目前的临床实践中，只有经冲击波碎石术治疗的患者的结石被拿去实验室做化学成分分析，其原因在于：患者刚经过冲击波碎石手术，结石可被方便地采集并直接拿去医院的实验室进行分析。然而，当患者采用药物溶石术进行治疗时，患者的结石通过尿道排出，也就是，如果要对患者的结石进行标本采集，采集地远离医院，要送往医院做分析无疑是件非常麻烦的事情。然而，对采用药物溶石治疗方案的患者的结石进行化学成分分析是非常有必要的，其原因在于：虽然建议患者采用药物溶石治疗方案，但由于没有对结石的化学成分进行明确的分析，故而无法明确地支持药物溶石治疗方案。并且，即便药物溶石方案有效，但如果能够对结石的化学成分进行分析，还可以基于此分析结果对患者提出更有建设意义的意见，以提高其康复的效率。
58.相应地，在本技术所提供的用于体外排出结石的检测系统100中，如图2所示，患者能够通过本技术所提供的采集装置110来采集结石样本并将结石样本打包后邮寄至检测中心。进一步地，如图2所示，在检测中心，所述检测系统100提供了一种适配的检测设备，即，所述傅里叶变换型红外光谱仪130，其不需要先将结石进行压片再添加溴化钾才能进行检测，而可以直接地将结石压成粉末并由所述傅里叶变换型红外光谱仪130所测得的所述结石的粉末的光谱图像来确定所述结石中的化学成分。
59.值得一提的是，在本技术的一些示例中，所述粉碎装置120和所述傅里叶变换型红外光谱仪130可被集成地设置，例如，将粉碎装置120集成地安装于所述傅里叶变换型红外光谱仪130以使得所述傅里叶变换型红外光谱仪130还具有碾碎功能，对此，并不为本技术所局限。
60.更具体地，如图3a和图3b提供了根据本技术实施例的所述采集装置110的一个具体示例。在该示例中，所述采集装置110具有漏斗状且具有过滤功能，其中，在使用过程中，所述采集装置110首先先接收混杂结石的尿液，然后，尿液会自所述采集装置110流出而其中的结石却被保留下来，通过这样的方式，患者可自行方便地采集样本。
61.更具体地，如图3a和3b所示，所述采集装置110包括具有漏嘴1110的漏斗111和设置于所述漏斗111的漏嘴1110处的滤网113，所述滤网113用于收集该自人体排出的结石。应可以理解，当混杂有结石的尿液被注入所述漏斗111时，尿液能够通过漏嘴1110排出而结石由于其尺寸大于滤网113的网孔大小，因此其被保留在漏斗111内。
62.特别地，在本技术实施例中，所述漏嘴1110形成于所述漏斗111的下半部，而滤网113则直接地形成于所述漏嘴1110处，这样当杂有结石的尿液顺着所述漏嘴1110被排出所述漏斗111时，结石能够被所述滤网113所拦住而被保留下来。
63.优选地，在本技术实施例中，所述漏斗111由可折叠的材料制成，例如，纤维材料制成，这样在所述结石被所述滤网113所保留在所述漏斗111内时，可通过折叠所述漏斗111以将所述结石封装于所述漏斗111内以实现对结石的封装。更优选地，在本技术实施例中，所述漏斗111的内表面具有吸水性能，这样在将所述结石封装于所述漏斗111内时，其内表面与所述结石的表面接触并吸干附着于所述结石的表面的液体。
64.应可以理解，在本技术其他示例中，所述采集装置110还可以被实施为其他类型的
采集装置110，例如，可改变所述滤网113的安装位置，只需要将其安装于过滤通道内即可；再如，所述漏斗111可由不可折叠的材料制成，对此，并不为本技术所局限。
65.进一步地，在本技术实施例中，所述检测系统100的粉碎装置120可被实施为任何实验中用于粉碎物质的装置，例如，粉碎机等。应可以理解，所述粉碎装置120本身的结构并不为本技术的重点，其作用仅仅是对结石样本进行加工，具体地，将其加工成粉末以利于后续的结石成分检测。
66.如前所述，目前用于分析结石化学成分的检测设备较为落后，这种落后体现于：检测条件苛刻和检测准确率不高。检测条件苛刻指的是现有的用于结石成分分析的设备，例如，光谱仪，其在做结石分析时需要先将结石压片，再添加溴化钾后才能做检测。而造成检测准确率不高的原因主要包括内在因素(设备自身的制作精度和测量精度)和外在因素，例如，受天气的温度和湿度的影响。相应地，在本技术的技术方案中，从各种检测设备中选择以傅里叶变换型红外光谱仪130作为检测设备，并对傅里叶变换型红外光谱仪130中的光谱仪的结构进行优化以使得其检测性能和检测条件满足本技术技术方案所期待的要求。
67.如图4和图5所示，根据本技术实施例的所述傅里叶变换型红外光谱仪130，包括：用于承载结石粉末的载盘131、光源132、干涉仪133、探测器134和数据处理单元135，其中，所述光源132被配置为投射检测光信号至所述干涉仪133所述干涉仪133被配置为将所述检测光信号分为反射光束和透射光束，从该粉末返回的透射光束与所述反射光束发生干涉以产生干涉信号，所述探测器134被配置为感应所述干涉信号以生成电信号；以及，所述数据处理单元135被配置为对所述电信号进行基于傅里叶变换的信号处理以生成该粉末的光谱图像。
68.具体地，所述光源132包括但不限于：钨丝灯或碘钨灯(近红外)、硅碳棒(中红外)、高压汞灯及氧化钍灯(远红外)等。
69.所述干涉仪133包括分束器1331、位于所述分束器1331的透射光路的第一反射镜1332和位于所述分束器1331的反射光路的第二反射镜1333，其中，所述第一反射镜1332相对于所述分束器1331固定，所述第二反射镜1333相对于所述分束器1331可移动。其中，所述分束器1331是所述干涉仪133的关键元件，其作用在于将检测光信号分成反射部分和投射部分两个部分，然后再使之复合，相应地，在所述第二反射镜1333的作用下，复合的两束光会产生一定的光程差，即，造成相长或相消的干涉，如图5所示。特别地，在本技术实施例中，所述第一反射镜1332的第一反射面与所述第二反射镜1333的第二反射面相垂直。
70.所述探测器134包括但不限于硫酸三甘钛(tgs)、铌酸钡锶、碲镉汞、锑化铟等。所述数据处理单元135的目的在于接收所述探测器134所采集的信号并对此信号进行处理和分析以生成该结石粉末的光谱图像，进一步地，可基于所述光谱图像来确定所述结石粉末中所包含的结石成分。
71.图6a至图6c图示了根据本技术实施例的所述傅里叶光谱仪中的干涉仪133的一个变形实施的示意图，其中，图6a至图6c中所示意的干涉仪133是对图5中所示意的干涉仪133的一个改建。在如图5所示意的干涉仪133中，在所述第二反射镜1333的移动过程中，要求所述第二反射镜1333的第二反射面和所述第一反射镜1332的第一反射面严格垂直，这样才能保证从分束器1331透射和反射的两条光束完全重合，形成干涉光。
72.然而，在实际工作中，所述第二反射镜1333的振动干扰和所述第二反射镜1333的
移动过程中的微小倾斜，以及环境温度的变化，都会使两个镜面不完全垂直，因此，在干涉仪133的设计中，须稍作改进，确保从所述分束器1331透射和反射出来的两束光完全重合。
73.如图6a至图6c所示，在该变形实施例中，所述干涉仪133包括分束器1331a、转动基体1334a，以及，固定于所述转动基体1334a上的第一反射镜1332a和第二反射镜1333a，其中，所述转动基体1334a相对于所述分束器1331a可转动，所述第一反射镜1332a的第一反射面和所述第二反射镜1333a的反射面相互平行。
74.应可以理解，当所述转动基体1334a绕钻着转动轴在水平面上来回转动，所述分束器1331a不放在转动基体1334a上。当所述转动基体1334a来回转动时，从所述第一反射镜1332a和所述第二反射镜1333a反射回到所述分束器1331a上的两束光产生光程差，并且不管怎样转动，光程差怎么变化，回到所述分束器1331a的光方向永远不变，因此能够形成稳定的干涉光。也就是，所述干涉仪133能从根本上消除传统干涉仪133无法避免的动镜倾斜和切变的影响，无须再对干涉仪133中的反射镜面进行动态调整。
75.综上，基于本技术实施例的用于体外排出结石的检测系统100被阐明，其从各种检测设备中选择以傅里叶变换型红外光谱仪130作为检测设备，并对傅里叶变换型红外光谱仪130中的光谱仪的结构进行优化以使得其检测性能和检测条件满足本技术技术方案所期待的要求。并围绕所述傅里叶变换型红外光谱仪130为中心构建用于体外排石结石检测的检测系统100，以解决本技术所期待解决的技术问题。
76.示意性检测方法
77.根据本技术的另一方面，还提供了一种用于体外排出结石的检测方法。
78.相应地，如图7所示，根据本技术实施例的所述用于体外排出结石的检测方法，包括步骤：s110，通过采集装置110采集自人体排出的结石；s120，通过粉碎装置120将该结石粉碎成粉末；s130，将该粉末放置于傅里叶变换型红外光谱仪130的载盘131上；以及，s140，基于所述傅里叶变换型红外光谱仪130获得该分析的光谱图像，以从所述光谱图像中确定该粉末所包含的化学成分。
79.在步骤s110中，通过采集装置110采集自人体排出的结石。具体地，通过采集装置110采集自人体排出的结石的过程，包括首先通过具有漏嘴1110的漏斗111接收混杂有该结石的尿液，其中，尿液从所述漏斗111的漏嘴1110处排出而结石则通过设置于所述漏嘴1110的滤网113被保留下来。接着，在本技术实施例中，通过采集装置110采集自人体排出的结石的过程，还包括：挤压所述漏斗111以通过所述漏斗111来吸收附着于该结石表面的尿液，并关闭所述漏斗111以通过所述漏斗111来封装该结石。应可以理解，当所述漏斗111由可折叠材料制成时，在通过过滤获得所述结石后可通过折叠所述漏斗111的方式将所述结石封装在所述漏斗111内，这样便可以实现对结石的封装。
80.在步骤s120中，通过粉碎装置120将该结石粉碎成粉末。本质上这个步骤为对结石的样本处理，而采用什么方式来对结石样本来进行处理本质上受限于检测设备的选择。也就是，步骤s120的操作是后续步骤的铺垫。
81.在步骤s130和步骤s140中，将该粉末放置于傅里叶变换型红外光谱仪130的载盘131上；以及，基于所述傅里叶变换型红外光谱仪130获得该分析的光谱图像，以从所述光谱图像中确定该粉末所包含的化学成分。也就是，将该结石粉末放置于所述傅里叶变换型红外光谱仪130中，以通过所述傅里叶变换型红外光谱仪130检测所述结石粉末众所蕴含的成
分。
82.在临床实践中，获得所述结石粉末中所蕴含的成分具有非常重要的意义，其包括但不限于：
83.1.可以为以药物溶石提供支持。
84.2.可以基于结石的成分对患者进行病理分析，以给出更为针对性的意见。
85.3.如果结石成分分析并不支持现有的治疗手段，可发出警示。
86.4.通过结石成分分析可追踪治疗效果，为治疗方案提供交叉验证。
87.综上，基于本技术实施例的所述用于体外排出结石的检测方法被阐明，其从各种检测设备中选择以傅里叶变换型红外光谱仪130作为检测设备，并对傅里叶变换型红外光谱仪130中的光谱仪的结构进行优化以使得其检测性能和检测条件满足本技术技术方案所期待的要求。并围绕所述傅里叶变换型红外光谱仪130为中心构建用于体外排石结石检测的检测系统100和检测方法，以解决本技术所期待解决的技术问题。
88.以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。