一种具有疾病预警功能的智能马桶及其采集检测方法

本发明涉及一种智能马桶，特别涉及一种具有疾病预警功能的智能马桶及其采集检测方法。

背景技术：

1、“共建共享、全民健康”，是建设健康中国的战略主题，其核心是以人民健康为中心，坚持以基层为重点，以改革创新为动力，预防为主，中西医并重，强化早诊断、早治疗、早康复，实现全民健康。目前医疗状况仅仅限于疾病诊断，大多是在疾病症状出现后再采取回顾性治疗，无法做到预防和早期检测，往往会因为治疗延误而失去存活机会。

2、因此，需要借助于连续健康监测来实现疾病早发现、早治疗。理想的连续健康监测对象包括血压、心电、血氧饱和度等生理参数以及汗液，唾液以及排泄物等。排泄物的常规医学检测通常包括尿液分析和粪便分析，分析手段包括显微镜检查、生化检测和微生物检测等。美国农业部monell中心的一项最新研究发现，在小鼠的阿尔茨海默疾病模型上，有一种特异的可识别的尿液气味的特征，而且尿液气味的出现早于显著性的阿尔茨海默病大脑病理学的发展，这种特征性气味的改变可以来预测阿尔茨海默病。尽管尿液和粪便等排泄物的检测已成为临床检验可靠的指标，但目前还没有可以可靠地、持续地监测家庭和工作环境中的人类排泄物的技术。

3、目前一些智能厕所设备主要测量一些简单的健康数据，如尿液温度和体重等参数，无法为临床提供可靠信息。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种具有疾病预警功能的智能马桶，其可以通过微信扫码和肛门图像特征识别个体身份，通过压力传感技术、图像传感技术和气味传感技术以及智能识别算法自动提取有关特征参数，并将提取的人体排泄有关静态和动态特征参数传送到云端数据库，通过云端基于大数据的智能诊断分析系统识别健康趋势和疾病种类，并通过app、短信等方式告知趋势警示或疾病信息。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种具有疾病预警功能的智能马桶，包括马桶本体，所述的马桶本体上分别设置有用于扫描注册的二维码，用于采集三维指纹特征的非接触式光学指纹采集仪和红外人体感应模块，所述的马桶本体内部分别设置有用于估算人体体重和触发检测功能的压力传感器、用于采集粪便和尿液气味的气味传感器、用于采集粪便和尿液图像的第一相机、用于采集肛门图像的第二相机和用于采集排尿动态图像的第三和第四相机，所述的非接触式光学指纹采集仪、红外人体感应模块、压力传感器、气味传感器、第一相机、第二相机、第三相机和第四相机，分别电连接控制系统。

4、优选的，控制系统包括:

5、扫描注册模块：用于实现身份注册功能；

6、非接触式光学指纹采集仪：用于实现非接触指纹采集并提取指纹特征参数，进行身份注册以及男性小便时身份认证；

7、红外人体感应模块：用于感应人体，触发系统开始工作；

8、肛门图像采集模块：通过图像传感器采集肛门图像，利用无线数据传输模块将肛门图像传送到云端；

9、压力检测模块：利用压力传感器记录使用人员的排便时间和压力，用来触发肛门图像采集模块、尿液动态图像采集模块、粪便图像采集模块和气味采集模块的工作，利用无线数据传输模块将排便时间和压力传送到云端；

10、排尿动态图像采集模块：当压力检测模块检测到有人使用马桶或红外人体感应模块检测到人体时，排尿动态图像采集模块利用两个图像传感器以一定的帧率采集记录排尿过程图像；

11、排尿动态图像识别模块：利用两个相机的图像序列识别和分析排尿时间、总排尿量、平均流量、最大流量、大流量时间占比，利用无线数据传输模块将这些参数传送到云端；

12、粪便和尿液图像采集模块：当压力检测模块检测到有人使用马桶或红外人体感应模块检测到人体时，粪便和尿液图像采集模块利用图像传感器以一定的帧率采集记录粪便和尿液图像；

13、粪便和尿液图像识别模块：利用建立的深度卷积神经网络模型，识别7个布里斯托尔大便量表等级、大便颜色和尿液颜色，利用无线数据传输模块将识别结果传送到云端；

14、气味采集模块：当压力检测模块检测到有人使用马桶或红外人体感应模块检测到人体时，利用气味传感器阵列采集粪便和尿液气味，并将信号送到气味识别模块；

15、气味识别模块：根据气味采集模块传送的信号，识别粪便和尿液中存在哪些气味，利用无线数据传输模块将识别结果传送到云端；

16、无线数据传输模块：获取压力检测模块得到的压力、非接触式光学指纹采集仪提取的指纹图像特征、肛门图像采集模块的采集的图像以及排尿动态图像识别模块、粪便和尿液图像识别模块和气味识别模块识别的结果，并通过无线传输网络送到云端管理模块；

17、云端管理模块：接收无线数据传输模块传送的压力、指纹图像特征、肛门图像以及排尿识别结果、粪便和尿液图像识别结果和气味识别结果，并管理和协调云端数据库、扫描注册模块、指纹识别模块、基于肛门纹理特征身份识别模块、基于大数据挖掘技术健康状况与疾病诊断分析模块以及疾病预警模块的完成相应的功能；

18、云端数据库：存储用户的个人信息、指纹特征信息、肛门图像、压力测量值、排尿识别参数、粪便和尿液图像识别识参数、气味识别参数以及健康状况与疾病诊断结果、疾病预警消息等；

19、指纹识别模块：将上传到云端的指纹图像特征和云端数据库中存储的指纹图像特征进行匹配，识别用户的身份；

20、基于肛门纹理特征的身份识别模块：通过提取每个用户唯一的肛门图像中的纹理特征，并和云端数据库中存储的肛门图像纹理特征进行匹配，实现身份注册或坐便时身份识别；

21、基于大数据挖掘技术的健康状况与疾病诊断分析模块：基于大数据挖掘技术建立健康状况与疾病诊断分析模型，利用用户的个人信息、压力测量值、排尿识别参数、粪便和尿液图像识别识参数、气味识别参数作为输入，对用户的健康状况和疾病进行诊断分析；

22、疾病报警模块：当检测到注册用户的健康状况出现征兆或发现疾病时，利用短信、微信等技术向用户本人或负责医生发送警示信息。

23、一种具有疾病预警功能的智能马桶的采集检测方法，包括以下步骤：

24、(1)手机扫二维码进行注册，同时记录指纹特征，采集肛门图像；

25、(2)坐便时，当压力检测模块检测到压力，触发肛门图像采集模块用来用户身份识别，并触发排尿动态图像采集模块、粪便和尿液图像采集模块和气味采集模块开始工作；

26、(3)男性在站立小便前，利用非接触式光学指纹采集仪采集指纹，进行身份识别，当红外人体感应模块检测到人体时，触发排尿动态图像采集模块、粪便和尿液图像采集模块和气味采集模块开始工作；

27、(4)排尿动态图像采集模块、粪便和尿液图像采集模块和气味采集模块分别将采集到的信息，传递给排尿动态图像识别模块、粪便和尿液图像识别模块和气味识别模块；

28、(5)无线数据传输模块通过无线传输网络将步骤(4)中排尿动态图像识别模块、粪便和尿液图像识别模块和气味识别模块识别的信息送到云端管理模块：

29、(6)所述的云端管理模块进行以下的操作：

30、(6.1)接收无线数据传输模块传送的压力、指纹图像特征、肛门图像、排尿识别结果、粪便和尿液图像识别结果和气味识别结果；

31、(6.2)管理云端数据库，将扫描注册模块获取的个人信息保存在数据库中，并与指纹特征、肛门图像以及测量结果相关联；

32、(6.3)管理云端数据库，将指纹特征数据库提供给指纹识别模块，用于指纹特征的比对和身份识别；

33、(6.4)管理云端数据库，将肛门图像数据库提供给肛门纹理特征身份识别模块，用于肛门特征的比对和身份识别；

34、(6.5)管理云端数据库，将搜集、记录的历史数据提供给基于大数据挖掘技术健康状况与疾病诊断分析模块，用于建立疾病诊断模型，实现疾病的预测和诊断；

35、(6.6)管理云端数据库，当检测到注册用户的健康状况出现征兆或发现疾病时，将信息送到疾病预警模块，疾病预警模块利用短信、微信等技术向用户本人或负责医生发送警示信息。

36、优选的，利用非接触式光学指纹采集仪采集指纹，进行身份识别的方法具体包括以下步骤：

37、a1：采用双目相机非接触采集指纹图像；

38、a2：分别提取两个相机二维图像的特征；

39、a3：对两个相机二维图像的特征进行匹配；

40、a4：对指纹图像进行三维重建；

41、a5：提取三维指纹图像的特征。

42、优选的，触发排尿动态图像采集模块进行排尿动态图像识别的方法包括以下步骤：

43、b1：马桶内左右安放的两个相机采集排尿过程尿液形成的图像；

44、b2:基于双目视觉原理求相机视场范围内尿液的体积；

45、b3:基于光流法求尿液的平均速度；

46、b4:求取排尿时间、总排尿量、平均流量、最大流量、大流量时间占比；

47、优选的，触发粪便和尿液图像采集模块和气味采集模块，进行粪便和尿液图像识别的方法包括以下步骤：

48、c1：搜集粪便和尿液图像，对图像进行标注，建立粪便和尿液数据集；

49、c2:利用粪便和尿液数据集，训练并建立大便量表等级识别深度卷积神经网络模型、大便颜色识别模型和尿液颜色识别模型；

50、c3:利用建立的模型识别大便量表等级、大便颜色和尿液颜色。

51、优选的，所述的步骤(4)中的信息包括：

52、非接触式光学指纹采集仪提取的三维指纹特征；压力检测模块得到的压力；肛门图像采集模块的采集的图像；排尿动态图像识别模块提取的排尿时间、总排尿量、平均流量、最大流量、大流量时间占比等参数；粪便和尿液图像识别模块识别的大便量表等级、大便颜色和尿液颜色以及气味识别模块识别到的气味类型。

53、本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

54、本发明的一种具有疾病预警功能的智能马桶，可以通过微信扫码和肛门图像特征识别个体身份，通过压力传感技术、图像传感技术和气味传感技术以及智能识别算法自动提取有关特征参数，并将提取的人体排泄有关静态和动态特征参数传送到云端数据库，通过云端基于大数据的智能诊断分析系统识别健康趋势和疾病种类，并通过app、短信等方式告知趋势警示或疾病信息。