本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)鼠體外智能監(jiān)測(cè)及采集，具體而言，涉及一種小鼠尿液體外檢測(cè)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)小鼠尿液采集依賴人工觀察或非實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，排尿時(shí)刻捕捉不精準(zhǔn)，易遺漏樣本，數(shù)據(jù)完整性差，且傳感器監(jiān)測(cè)精度不足，難以及時(shí)、連續(xù)反映尿液狀態(tài)，影響生理指標(biāo)分析準(zhǔn)確性。

2、現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)中，非一體化組件易受小鼠活動(dòng)干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲或丟失，且多只小鼠尿液數(shù)據(jù)缺乏系統(tǒng)性管理，無法滿足大規(guī)模實(shí)驗(yàn)的分籠分類與批量分析需求，實(shí)驗(yàn)效率低且溯源困難。此外，傳統(tǒng)系統(tǒng)缺乏動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制，面對(duì)數(shù)據(jù)異常時(shí)無法及時(shí)調(diào)整監(jiān)測(cè)參數(shù)或觸發(fā)收集動(dòng)作，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)小鼠泌尿系統(tǒng)健康的實(shí)時(shí)預(yù)警。

3、因此，急需設(shè)計(jì)一種集成化、智能化的小鼠尿液體外檢測(cè)采集系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)方法中存在的排尿時(shí)刻捕捉不精準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)精度不足、難以分只分次記錄、分次便捷收集、連續(xù)分次收集、數(shù)據(jù)管理混亂及缺乏實(shí)時(shí)反饋控制的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提出了一種小鼠尿液體外檢測(cè)采集系統(tǒng)，旨在解決傳統(tǒng)方法中存在的排尿時(shí)刻捕捉不精準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)精度不足、難以分只分次記錄、分次便捷收集、連續(xù)分次收集、數(shù)據(jù)管理混亂及缺乏實(shí)時(shí)反饋控制的問題。

2、本發(fā)明提出了一種小鼠尿液體外檢測(cè)采集系統(tǒng)，包括：

3、小型一體化組件，其設(shè)置在小鼠尿不濕的吸水層與導(dǎo)流層之間，所述小型一體化組件用于尿液收集；

4、所述小型一體化組件包括傳感器模塊和監(jiān)測(cè)器模塊，所述傳感器模塊用于以設(shè)定時(shí)間間隔采集尿不濕內(nèi)的小鼠排尿時(shí)刻數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)溫濕度數(shù)據(jù)；所述監(jiān)測(cè)器模塊，設(shè)置在所述傳感器模塊一側(cè)，所述監(jiān)測(cè)器模塊用于接收傳感器模塊采集的小鼠排尿時(shí)刻數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)溫濕度數(shù)據(jù)；

5、監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)，其與所述監(jiān)測(cè)器模塊無線連接，所述監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)用于接收所述監(jiān)測(cè)器模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)；

6、處理模塊，其與監(jiān)測(cè)器模塊電連接，當(dāng)電連接數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)傳輸數(shù)據(jù)存在時(shí)間戳沖突時(shí)，以電連接數(shù)據(jù)的采集時(shí)間戳為優(yōu)先基準(zhǔn)，并通過所述監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)對(duì)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記校準(zhǔn)；

7、所述處理模塊用于接收監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)呐拍驎r(shí)刻和溫濕度數(shù)據(jù)，根據(jù)尿出時(shí)刻數(shù)據(jù)生成尿液收集觸發(fā)指令，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的排尿時(shí)刻與收集動(dòng)作的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將尿出時(shí)刻代入該對(duì)應(yīng)關(guān)系中，確定尿液收集時(shí)間點(diǎn)及所述小型一體化組件的收集參數(shù)，生成收集控制指令和狀態(tài)報(bào)告指令；

8、中控模塊，分別與所述小型一體化組件和監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)電連接，所述中控模塊用于接收處理模塊的收集控制指令和狀態(tài)報(bào)告指令，同步控制所述小型一體化組件進(jìn)行尿液收集及監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)生成尿液狀態(tài)報(bào)告。

9、進(jìn)一步地，所述傳感器模塊與監(jiān)測(cè)器模塊聯(lián)動(dòng)采集數(shù)據(jù)時(shí)，包括：所述傳感器模塊以設(shè)定時(shí)間間隔采集尿不濕內(nèi)的濕度變化信號(hào)和溫度數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)器模塊接收信號(hào)后生成電信號(hào)變化曲線；

10、所述處理模塊預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)濕度閾值h0和溫度波動(dòng)區(qū)間[tmin,tmax]，以及第一濕度差值區(qū)間[δh1,δh2]、第一溫度差值區(qū)間[δt1,δt2]；

11、將濕度信號(hào)對(duì)應(yīng)的濕度值h1與標(biāo)準(zhǔn)濕度閾值h0、溫度值t1與溫度波動(dòng)區(qū)間[tmin,tmax]進(jìn)行對(duì)比，判斷小鼠是否為排尿時(shí)刻；

12、當(dāng)h1≥h0且t1∈[tmin,tmax]并滿足連續(xù)2次采樣周期內(nèi)檢測(cè)結(jié)果一致時(shí)，則判定為有效排尿時(shí)刻，所述監(jiān)測(cè)器模塊記錄時(shí)間戳并生成排尿信號(hào)；

13、當(dāng)h1＜h0或時(shí)，則計(jì)算濕度差值δh＝|h1-h0|、溫度差值δt＝|t1-(tmin+tmax)/2|：

14、若δh∈[δh1,δh2]或δt∈[δt1,δt2]，傳感器模塊調(diào)整采集頻率至f1；

15、若δh＞[δh1,δh2]或δt＞[δt1,δt2]，傳感器模塊調(diào)整采集頻率至f2；

16、其中f1＜f2，且采集頻率需在[fmin,fmax]范圍內(nèi)。

17、進(jìn)一步地，所述監(jiān)測(cè)器模塊記錄排尿時(shí)刻后，還包括：所述監(jiān)測(cè)器模塊將排尿時(shí)刻數(shù)據(jù)和溫濕度數(shù)據(jù)打包發(fā)送至監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)，預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)傳輸延遲閾值d0和數(shù)據(jù)完整性閾值p0；

18、所述處理模塊計(jì)算實(shí)際傳輸延遲d1和數(shù)據(jù)完整性p1，判斷數(shù)據(jù)傳輸是否達(dá)到預(yù)期效果；

19、當(dāng)d1≤d0且p1≥p0時(shí)，判定數(shù)據(jù)傳輸達(dá)標(biāo)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至處理模塊和監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)；

20、當(dāng)d1＞d0或p1＜p0時(shí)，監(jiān)測(cè)器模塊重新打包數(shù)據(jù)并標(biāo)記重傳標(biāo)識(shí)，若重傳次數(shù)≤n0時(shí)，以傳輸頻率f3重新發(fā)送；若重傳次數(shù)＞n0時(shí)，生成傳輸異常報(bào)警信號(hào)至中控模塊。

21、進(jìn)一步地，所述處理模塊生成收集觸發(fā)指令時(shí)，包括：所述處理模塊接收排尿時(shí)刻數(shù)據(jù)t1，預(yù)設(shè)收集延遲區(qū)間[δt1,δt2]和收集時(shí)長(zhǎng)區(qū)間[δt3,δt4]，計(jì)算目標(biāo)收集時(shí)間點(diǎn)t0＝t1+δt0，其中δt0∈[δt1,δt2]；

22、所述處理模塊獲取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間t2，計(jì)算時(shí)間差δt＝|t2-t0|，判斷收集觸發(fā)是否達(dá)到預(yù)期；

23、當(dāng)δt＝0時(shí)，則判定觸發(fā)收集指令，所述處理模塊生成收集控制信號(hào)；

24、當(dāng)δt≠0時(shí)：

25、若δt∈[0,δt1]時(shí)，所述處理模塊啟動(dòng)倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器；

26、若δt∈[δt1,δt2]時(shí)，所述處理模塊調(diào)整目標(biāo)收集時(shí)間點(diǎn)為t0+δt3；

27、當(dāng)δt＞δt2時(shí)，所述處理模塊標(biāo)記排尿?yàn)槁┦占癄顟B(tài)并記錄。

28、進(jìn)一步地，所述處理模塊確定收集參數(shù)時(shí)，包括：所述處理模塊根據(jù)溫濕度數(shù)據(jù)計(jì)算尿液量預(yù)估區(qū)間[vmin,vmax]，預(yù)設(shè)收集容器容量閾值v0和負(fù)壓吸引強(qiáng)度區(qū)間[fmin,fmax]；

29、所述處理模塊將預(yù)估尿液量v1與容量閾值v0對(duì)比，確定收集容器類型：

30、當(dāng)v1∈[vmin,v0/2]時(shí)，選擇小型收集容器并設(shè)定負(fù)壓強(qiáng)度f1∈[fmin,(fmin+fmax)/2]；

31、當(dāng)v1∈(v0/2,vmax]時(shí)，選擇大型收集容器并設(shè)定負(fù)壓強(qiáng)度f2∈[(fmin+fmax)/2,fmax]；

32、同時(shí)，根據(jù)排尿時(shí)刻對(duì)應(yīng)的溫度t1調(diào)整收集容器預(yù)熱溫度至t1±δt3，其中δt3為預(yù)設(shè)溫度補(bǔ)償值。

33、進(jìn)一步地，所述中控模塊同步控制收集動(dòng)作時(shí)，包括：所述中控模塊接收收集控制指令和收集參數(shù)，向小型一體化組件發(fā)送負(fù)壓?jiǎn)?dòng)信號(hào)和容器切換信號(hào)，預(yù)設(shè)信號(hào)響應(yīng)延遲閾值d1和動(dòng)作完成閾值t1；

34、監(jiān)測(cè)負(fù)壓裝置啟動(dòng)時(shí)間t3和容器切換完成時(shí)間t4，計(jì)算響應(yīng)延遲δd＝|t3-t0|和動(dòng)作耗時(shí)δt＝|t4-t3|；

35、當(dāng)δd≤d1且δt≤t1時(shí)，判定收集動(dòng)作啟動(dòng)達(dá)標(biāo)，中控模塊記錄啟動(dòng)狀態(tài)；

36、當(dāng)δd＞d1或δt＞t1時(shí)，中控模塊重新發(fā)送控制信號(hào)，若連續(xù)失敗次數(shù)≤n1時(shí)，增加信號(hào)發(fā)送功率；若連續(xù)失敗次數(shù)＞n1時(shí)，生成硬件故障報(bào)警至監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)。

37、進(jìn)一步地，在收集過程中，還包括：所述傳感器模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小鼠尿不濕內(nèi)濕度h2和溫度t2，所述處理模塊計(jì)算收集進(jìn)度系數(shù)k＝h2/h1，其中h1為排尿時(shí)刻濕度值；預(yù)設(shè)收集完成閾值k0和中斷閾值k1，且k1＜k0；

38、當(dāng)k≥k0時(shí)，判定收集完成，中控模塊發(fā)送負(fù)壓停止指令和容器密封指令；

39、當(dāng)k＜k1時(shí)，判定收集中斷，中控模塊重新啟動(dòng)負(fù)壓裝置并調(diào)整負(fù)壓強(qiáng)度至f2+δf，其中δf為預(yù)設(shè)強(qiáng)度補(bǔ)償值；

40、同時(shí)，所述處理模塊記錄收集開始至完成的時(shí)間間隔δt5，若δt5＞預(yù)設(shè)最長(zhǎng)收集時(shí)間δt6時(shí)，生成超時(shí)報(bào)警。

41、進(jìn)一步地，監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)生成狀態(tài)報(bào)告時(shí)，包括：

42、所述監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)接收處理模塊發(fā)送的排尿時(shí)刻、溫濕度、收集參數(shù)和收集狀態(tài)數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)分類規(guī)則和報(bào)告生成模板；

43、根據(jù)小鼠籠位編號(hào)和時(shí)間順序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分籠分類，生成單只小鼠的排尿頻率曲線、尿液量趨勢(shì)圖和收集成功率統(tǒng)計(jì)；

44、將實(shí)際排尿頻率f1與預(yù)設(shè)正常頻率區(qū)間[fmin,fmax]、收集成功率η1與預(yù)設(shè)成功率閾值η0對(duì)比：

45、當(dāng)f1∈[fmin,fmax]且η1≥η0時(shí)，生成正常狀態(tài)報(bào)告；

46、當(dāng)或η1<η0時(shí)，生成異常預(yù)警報(bào)告并標(biāo)記異常項(xiàng)。

47、進(jìn)一步地，多只小鼠數(shù)據(jù)管理時(shí)，包括：所述監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)根據(jù)籠位編號(hào)獲取各籠小鼠數(shù)量n1和預(yù)設(shè)密度閾值n0，計(jì)算密度系數(shù)λ＝n1/n0；

48、當(dāng)λ≤1時(shí)，維持常規(guī)數(shù)據(jù)采樣頻率s0；

49、當(dāng)1＜λ≤1.5時(shí)，將采樣頻率提高至s0×1.5；

50、當(dāng)λ＞1.5時(shí)，將采樣頻率提高至s0×2，同時(shí)生成籠位擁擠預(yù)警；

51、并根據(jù)密度系數(shù)調(diào)整數(shù)據(jù)展示優(yōu)先級(jí)，λ越高則對(duì)應(yīng)籠位數(shù)據(jù)在界面顯示優(yōu)先級(jí)越高。

52、進(jìn)一步地，在系統(tǒng)異常處理時(shí)，包括：

53、所述中控模塊接收處理模塊生成的傳輸異常、硬件故障、收集中斷、超時(shí)報(bào)警或異常預(yù)警信號(hào)，預(yù)設(shè)報(bào)警等級(jí)和響應(yīng)策略；

54、所述處理模塊將報(bào)警信號(hào)按嚴(yán)重程度分為一級(jí)報(bào)警、二級(jí)報(bào)警和三級(jí)報(bào)警；

55、當(dāng)發(fā)生所述三級(jí)報(bào)警時(shí)，所述監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)記錄報(bào)警并發(fā)送提醒至管理員app；

56、當(dāng)發(fā)生所述二級(jí)報(bào)警時(shí)，所述監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)記錄報(bào)警并發(fā)送提醒，同時(shí)啟動(dòng)備用收集裝置；

57、當(dāng)發(fā)生所述一級(jí)報(bào)警時(shí)，所述監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)記錄報(bào)警并發(fā)送緊急通知，同時(shí)暫停該籠位檢測(cè)并標(biāo)記為維修狀態(tài)；

58、其中，不同等級(jí)報(bào)警對(duì)應(yīng)不同的響應(yīng)超時(shí)閾值，超過閾值則自動(dòng)升級(jí)報(bào)警等級(jí)。

59、進(jìn)一步地，小鼠尿不濕包括表層、導(dǎo)流層、小型一體化組件、吸水層和底膜。

60、進(jìn)一步地，所述小鼠尿不濕在導(dǎo)流層和小型一體化組件之間還設(shè)置有可拆卸的富集層。

61、進(jìn)一步地，所述富集層利用羧基與胺基結(jié)合作用力，對(duì)含胺基(-nh2、-nhr、-nr2)類藥物分析物起吸附作用，使其與尿液樣品的基體和干擾物分離。

62、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

63、1.小型一體化組件嵌入尿不濕吸水層與導(dǎo)流層之間，通過傳感器模塊實(shí)時(shí)采集排尿時(shí)刻及溫濕度數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)器模塊同步處理信號(hào)并生成電信號(hào)曲線，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)排尿時(shí)刻定位與微升量級(jí)尿液量預(yù)估。該設(shè)計(jì)避免傳統(tǒng)尿不濕吸收導(dǎo)致的尿液成分破壞，收集效率較人工定時(shí)更換方式提升70％，且溫濕度聯(lián)合監(jiān)測(cè)機(jī)制使排尿誤判率低，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

64、2.處理模塊與監(jiān)測(cè)器模塊電連接優(yōu)先獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)的云端數(shù)據(jù)傳輸能力，構(gòu)建“采集-處理-控制-反饋”閉環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)檢測(cè)到排尿信號(hào)后，處理模塊自動(dòng)計(jì)算目標(biāo)收集時(shí)間點(diǎn)，聯(lián)動(dòng)中控模塊觸發(fā)負(fù)壓收集與容器切換，收集延遲可控制在10-30秒內(nèi)，較傳統(tǒng)人工操作有效縮短了響應(yīng)時(shí)間。同時(shí)，溫濕度數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的收集參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整，使尿液收集完整率達(dá)95％以上。

65、3.監(jiān)測(cè)管理云服務(wù)平臺(tái)實(shí)時(shí)接收傳輸數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成排尿頻率曲線、收集成功率統(tǒng)計(jì)等可視化報(bào)告，支持多籠位小鼠數(shù)據(jù)分籠管理與密度動(dòng)態(tài)調(diào)優(yōu)，當(dāng)籠位密度超過閾值時(shí)自動(dòng)提升采樣頻率并預(yù)警，避免數(shù)據(jù)擁堵。此外，系統(tǒng)內(nèi)置三級(jí)報(bào)警機(jī)制，對(duì)傳輸異常、硬件故障等問題分級(jí)響應(yīng)，配合備用收集裝置與故障鎖定功能，將實(shí)驗(yàn)中斷風(fēng)險(xiǎn)降低，為長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)提供穩(wěn)定技術(shù)支撐。