女性LH尿液監測系統創新設計研究

丁嘉陽 蓋甄迪 馬春東 史明濤

摘要：基于女性尿液中的LH（促黃體生成素）峰值與排卵有很大的相關性這一特點，設計實現一個可以實時檢測女性LH值，從而預測排卵情況的尿液監測系統。以調查研究為方法，分析現有排卵檢測方法的優勢和弊端，分析了影響目標用戶的常見相關因素。從安全性、精準性、科學性角度提出了符合女性LH尿液監測系統的設計原則，并在此基礎上構建了整體方案。本產品解決了生殖期女性無法精準檢測自身排卵情況的問題。實現了女性在家庭中科學的掌握排卵情況以及管理生理健康，在個體醫療數據方面有了改善和促進。

關鍵詞：排卵檢測 女性LH 尿液監測系統

中圖分類號：TB47 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2020）02-0012-03

引言

女性的排卵情況直接關乎整個生理周期的健康以及備孕和避孕的問題。但現有市面上的排卵檢測產品始終無法幫助女性精確檢測排卵情況。近年來，婚前性行為比例增加，女性意外懷孕幾率高達62.4%。國家二孩政策開放后，2018年中國女性備孕產品消費市場較2017年增長了近兩倍。[1]種種數據調查顯示，達到生殖年齡女性的避孕和備孕成為社會關注的熱點問題。因此，幫助女性科學地避孕、備孕以及預防婦科疾病，對女性生理健康具有重要意義。

一、女性LH及檢測方法現狀

（一）女性LH值與排卵的相關性

LH是促黃體生成素的簡稱，是由腺垂體細胞分泌的一種糖蛋白類促性腺激素，主要存在于人們的尿液和血液的糖蛋白中[2]。LH在女性卵泡發育、分泌孕激素、排卵、自然月經周期的調節中起著非常重要的作用。經相關醫學研究發現，女性尿液中的LH值相對穩定，且濃度均值平衡，是影響女性生理周期及女性生理健康最重要的指標。通過檢測女性尿液中的LH峰值可以準確把握排卵及生理周期情況，科學有效地幫助女性備孕避孕，以及預防和發現婦科疾病。

女性尿液中LH值通常在發生排卵的前1-2天內出現上升趨勢，在14-28小時出現LH值的高峰，高峰后14-28小時內，卵巢破裂，發生排卵。LH值在排卵后約兩天時間內恢復到基礎水平，進入黃體期，持續半個月左右，隨后新的卵泡開始發育，進入下一月經周期，如此周而復始，直到妊娠[3]。LH與排卵周期的關系如圖1。

（二）女性LH檢測的方法及存在問題

目前，國內醫療領域檢測LH的方法主要有以下三種：采血化驗、尿液檢測、口腔唾液檢測，其中半定量尿液檢測LH試紙在家庭中經常使用。這個方法存在的缺點是：每間隔兩小時檢測一次，需要人為地進行顏色對比，在此過程中可能會因為判斷失誤而錯過排卵時間。同時排卵試紙是定性或半定量檢測，設定了具體的參考值，不能針對某個個體的LH峰值進行精準檢測。

據調查，以上檢測方法測量的參數區間均源自于標準女性整體的固定平均數據，但是由于每個女性LH激素分泌特點的差異會產生不同峰值，對不同的個體預測排卵準確性不高，不利于個體女性的檢測以及周期性的排卵跟蹤記錄，從而帶來不必要的健康傷害。因此設計和研發一種方便使用，檢測效率高，準確預測個體排卵情況的監測系統，是關乎女性生理健康的新挑戰。

二、目標用戶分析

文章將目標用戶群體界定為生殖期排卵女性。該階段的女性隨著性特征的成熟、生理周期的循環更替發生著復雜的變化。生理、心理因素都會使其身體激素分析情況發生改變。因此，本文從以下三個階段對目標用戶進行了具體的分析。

（一）青春期

13-19歲是女性生殖系統發育的關鍵時期。女性伴隨著第一性征的成熟，第二性征的出現以及月經初潮，生理及心理發生了巨大的變化。進入青春期后，在下丘腦促性腺激素釋放激素的控制下，垂體前葉分泌促卵泡成熟素（FSH）和少量黃體生成素（LH）促使卵巢內卵泡發育成熟，并開始分泌雌激素。在雌激素的作用下，子宮內膜發生增生性變化。由此女性隨著生理特征的發育，在心理和行為上也會產生相應的變化。[4]例如，情緒的波動和性意識的出現等。在這一時期，精準的LH檢測可以幫助女性來判斷自己是否發育健康。

（二）生育期

生育期是女性生殖功能和內分泌功能最旺盛的時期，此時排卵帶來的受孕機會使得女性產生更多的雌激素和孕激素，產生強烈的繁育動機。LH激素在此期間調節整個女性的生理周期，對于此階段的女性來說，通過準確的LH激素檢測，可以幫助女性精準預測排卵期，從而科學有效地備孕和避孕，以及發現和預防婦科疾病的作用。

（三）絕經過渡期和絕經后期

此階段為女性的生殖及卵巢功能逐漸衰退直至完全喪失的一個轉變時期。性激素水平逐漸枯竭，由此使女性產生一系列心理的變化，常表現為心情和情緒的變化，煩躁、易激動、失眠，焦慮、內心不安、抑郁等，女性開始進入“更年期”。此時也是婦科疾病的高發期，對于這一時期的女性來說，通過檢測LH激素可以直接了解卵巢狀況以及發現和預防卵巢早衰等婦科疾病。

三、女性LH尿液監測系統設計原則

（一）安全性原則

尿液監測系統的設計只有建立在滿足女性安全使用的前提下進行創新才具有意義。因此女性LH尿液監測系統的設計在安全性方面需要遵循以下原則：第一，監測系統在結構、外觀等方面需符合用戶如廁時行為、人體曲線特征，給用戶帶來安全感;同時在安裝結構方面與家庭座便器相吻合。第二，在材料的選擇方面需考慮達到產品預期的目的，避免外界物質對尿源的污染;第三，監測系統在操作空間及使用狀態方面應具備合理的操作流程，提高安全指數，防止因操作不當導致不必要的安全隱患[5]。

（二）精準性原則

精準性原則是滿足女性LH尿液監測系統設計的首要目標。精準性的目的在于完善半定量檢測的不足，幫助女性精準預測排卵變化，使女性科學地進行備孕和避孕。因此在設計過程中應滿足以下條件：在女性如廁的過程中監測女性體內LH激素的水平情況，實時獲取動態數值。通過計算個體LH數值的情況，進而確定女性個體排卵峰值，精準預測個體排卵情況。在科學數據支撐的基礎上，幫助女性準確掌握排卵時間，進行避孕和備孕，以及在女性婦科健康方面起到預警作用，從而達到指導女性生理健康的目的。

（三）科學性原則

人體的復雜性決定了女性身體變化的多種因素會影響整個監測系統的準確性。因此以個體多次檢測值作為數據背景，生成女性在整個生理周期內的LH曲線，建立屬于自己的個體縱向數據庫，科學準確地預測排卵活動和評估排卵規律。從個體層面上幫助女性了解自身的排卵情況，直觀掌握生理周期的變化。從醫療體系層面上看，個體長時間積累的檢測數據給醫療行業提供更準確，更科學，更具有參考意義的生理參數，在就醫過程中醫生可以根據積累的檢測數據更準確地給出診斷。幫助醫患之間更有效地溝通。

四、女性LH尿液監測系統設計方案

（一）設計理念及創新點

文章根據女性的生理及心理特征，以安全性、精準性、科學性為監測系統的設計原則，重點從幫助女性精準檢測排卵的角度對整體方案進行構建，最終設計實現一個小型化女性LH尿液監測裝置，嵌入到座便器上，使用戶在如廁過程中可以完成LH數值的檢測。女性LH尿液監測系統主要由檢測裝置和APP信息管理兩部分組成，適用于普通家用座便器。女性在如廁時將尿液流入檢測裝置進行實時動態數值監測，依據女性自身生理周期變化數值建立個體數據庫，用戶可通過APP即時了解自身生理情況，精準判斷個體的排卵時間，科學指導女性避孕和備孕以及在婦科健康方面起到預警作用，向“小型化家庭醫療中心”邁進了一步[7]。

根據設計理念，創新點如下;1.實現女性LH實時定量監測，完善半定量檢測的不足，更精準地預測排卵時間。2.建立縱向女性LH監測數據庫，分析一個生理周期內的排卵情況，起到相關婦科疾病的預警作用。3.將生活中使用率很高的座便器和檢測裝置結合，讓人們在如廁的過程中可以進行身體的體檢，讓女性在日常的生活中更充分地了解自己的生理周期情況，如圖2。

（二）基于安全性的產品化設計

女性LH尿液監測系統的產品部分在滿足安全性前提下完成以下設計：在外觀造型方面，產品采用流線型外掛形式，易拆卸，可以與家用座便器較好整合，符合女性如廁時的身體結構特點，在用戶安全使用的前提下帶來舒適的坐感。這樣一來女性在如廁過程中就能準確了解自己的生理情況，代替了繁瑣的檢測方式。在功能結構方面，為了滿足產品功能的基礎上不影響座便器的正常使用[8]，檢測端采用傳動結構的伸縮設計，通過伸縮桿自由伸縮達到采集尿液中LH數據的目的，避免影響家庭中其他成員使用座便器。在材質方面，考慮到尿液在監測過程中的準確性，排除外界物質對尿源的污染，裝置采用納米涂層，在如廁過程中不易黏粘尿液糞便，保證尿源的原始性。在操作流程方面，為了檢測過程更簡單方便，本設計中沒有設置更多的按鍵和操作需要，多數的操作是通過移動端來完成，如圖3。

（三）基于精準性的硬件構建

女性LH監測系統是一個完整的系統，硬件構建部分在滿足精準性的基礎上需要完成LH數值的采集、系統控制、數據處理、數據傳輸等功能，以此來確保精準預測排卵。其中數據采集裝置利用傳感器采集女性尿液中的LH值，通過微處理器對整個系統進行控制以及對采集到的數據進行處理，采用藍牙技術完成數據的傳輸。在此過程中用戶與監測裝置之間要進行交互需要有按鍵操作系統，監測裝置的伸縮桿結構由電機控制，保證檢測裝置的干凈衛生需要有個水泵進行沖洗。具體的電子硬件方案構建如圖4。

系統的電子硬件設計中數據采集為核心模塊，是決定監測系統能否準確檢測LH值的重要模塊。與市面上常見的試紙采用半定量法檢測LH值相比，運用LH傳感器裝置，可以精確到具體數值的檢測到女性尿液中的LH情況，解決了試紙顏色需要人為肉眼判斷帶來誤差以及半定量中設定了標準的參考數值的問題。本系統的優勢在于采用電化學免疫傳感器，將女性尿液中LH激素轉換成電信號，以此來達到記錄、存儲、傳輸、處理以及顯示和控制數據信息的目的。該電化學傳感器對1～100mIU·mL-1范圍內的促黃體生成素檢驗結果準確，誤差小，正常的檢測時間可以控制在5min以內，滿足實時精確的檢測要求。同時具有體積小，嵌入性強，快速檢測，結果準確的特點。符合本課題數據采集的要求[9]。

（四）基于科學性的產品APP開發

移動端APP的主要目的是將采集端檢測到的女性尿液中的LH激素，通過精準計算將結果以圖像化的形式呈現給用戶，同時存儲數據并建立用戶個體縱向數據庫。使用戶能夠更加直觀、精準把握自身生理情況，科學、合理地做出判斷和預防。移動APP的開發主要基于105系統，APP主要完成的功能有：數據分析、LH值曲線顯示、個體縱向數據庫管理、異常報警、系統安全管理、用戶管理等。

整個APP框架主要由六個基本模塊構成：用戶注冊、用戶登錄、主頁、數據記錄、交流社區、個人中心。用戶注冊和登錄模塊是APP的起始模塊，初次使用的女性需要先按照流程進行注冊，已有賬號的女性需要完成登錄即可。主頁模塊完成女性LH的檢測、個體曲線分析、以及狀態顯示等功能。數據記錄模塊主要有日記查詢、數據統計等功能，此模塊是用戶的小型數據庫，是LH數值的整理分析模塊。交流社區模塊提供了一個交流互動、好物分享以及女性護理常識分享的一個平臺，此模塊也是未來擴展性功能最多的一個模塊，可以與其他APP平臺進行合作。個人中心是用戶自我管理的一個模塊，是整個系統的用戶設置部分。其中主頁和數據記錄模塊為整個APP的核心部分，主要特點是對一段時間內采集到的女性個體的檢測數據，進行整理、修改、存儲和分析，從而構建個體縱向數據庫。在個體LH縱向數據庫的基礎上，女性可以科學準確地了解自身排卵情況，同時當身體出現異常時可以及時發現采取恰當的措施。

在APP界面設計方面，考慮到用戶群體為女性，界面色調以粉色為主，搭配直觀的圖形表達，整體界面的視覺效果營造出一種簡潔、明快、溫暖的體驗感受。主要以直觀的圖像表達為主，使復雜的統計數據結果一目了然，易讀易懂。在交互方面，交互設計與檢測流程完全吻合，手勢以及界面提示設計簡潔，不會影響用戶正常如廁，同時防止復雜的操作給用戶帶來煩躁情緒，如圖5。結論

現今常規的婦科檢查，是一種被動式或間歇式預防疾病檢查的形式，與其相比，積極主動的防患于未然的預防意識，顯得更有價值意義[10]。因此文章針對目前女性對自身排卵情況掌握不精確，無法科學地指導避孕和備孕的問題，以精準性、安全性、科學性為設計原則，提出了女性LH監測系統的整體方案設計。目的是使女性在家庭如廁的過程中通過對LH數值的監測，達到精準掌握自身排卵周期的目的。女性LH尿液監測系統創新設計研究對促進高新技術在家居生活領域的應用、實現小型家庭醫療中心、提高人們的生活水準，都有重要的意義。

基金項目：校級基金“基于大數據下的尿檢指標對縱向個體差異的研究”（0918/120043）。

參考文獻

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