女性LH尿液监测系统创新设计研究

丁嘉阳 盖甄迪 马春东 史明涛

摘要：基于女性尿液中的LH（促黄体生成素）峰值与排卵有很大的相关性这一特点，设计实现一个可以实时检测女性LH值，从而预测排卵情况的尿液监测系统。以调查研究为方法，分析现有排卵检测方法的优势和弊端，分析了影响目标用户的常见相关因素。从安全性、精准性、科学性角度提出了符合女性LH尿液监测系统的设计原则，并在此基础上构建了整体方案。本产品解决了生殖期女性无法精准检测自身排卵情况的问题。实现了女性在家庭中科学的掌握排卵情况以及管理生理健康，在个体医疗数据方面有了改善和促进。

关键词：排卵检测 女性LH 尿液监测系统

中图分类号：TB47 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2020）02-0012-03

引言

女性的排卵情况直接关乎整个生理周期的健康以及备孕和避孕的问题。但现有市面上的排卵检测产品始终无法帮助女性精确检测排卵情况。近年来，婚前性行为比例增加，女性意外怀孕几率高达62.4%。国家二孩政策开放后，2018年中国女性备孕产品消费市场较2017年增长了近两倍。[1]种种数据调查显示，达到生殖年龄女性的避孕和备孕成为社会关注的热点问题。因此，帮助女性科学地避孕、备孕以及预防妇科疾病，对女性生理健康具有重要意义。

一、女性LH及检测方法现状

（一）女性LH值与排卵的相关性

LH是促黄体生成素的简称，是由腺垂体细胞分泌的一种糖蛋白类促性腺激素，主要存在于人们的尿液和血液的糖蛋白中[2]。LH在女性卵泡发育、分泌孕激素、排卵、自然月经周期的调节中起着非常重要的作用。经相关医学研究发现，女性尿液中的LH值相对稳定，且浓度均值平衡，是影响女性生理周期及女性生理健康最重要的指标。通过检测女性尿液中的LH峰值可以準确把握排卵及生理周期情况，科学有效地帮助女性备孕避孕，以及预防和发现妇科疾病。

女性尿液中LH值通常在发生排卵的前1-2天内出现上升趋势，在14-28小时出现LH值的高峰，高峰后14-28小时内，卵巢破裂，发生排卵。LH值在排卵后约两天时间内恢复到基础水平，进入黄体期，持续半个月左右，随后新的卵泡开始发育，进入下一月经周期，如此周而复始，直到妊娠[3]。LH与排卵周期的关系如图1。

（二）女性LH检测的方法及存在问题

目前，国内医疗领域检测LH的方法主要有以下三种：采血化验、尿液检测、口腔唾液检测，其中半定量尿液检测LH试纸在家庭中经常使用。这个方法存在的缺点是：每间隔两小时检测一次，需要人为地进行颜色对比，在此过程中可能会因为判断失误而错过排卵时间。同时排卵试纸是定性或半定量检测，设定了具体的参考值，不能针对某个个体的LH峰值进行精准检测。

据调查，以上检测方法测量的参数区间均源自于标准女性整体的固定平均数据，但是由于每个女性LH激素分泌特点的差异会产生不同峰值，对不同的个体预测排卵准确性不高，不利于个体女性的检测以及周期性的排卵跟踪记录，从而带来不必要的健康伤害。因此设计和研发一种方便使用，检测效率高，准确预测个体排卵情况的监测系统，是关乎女性生理健康的新挑战。

二、目标用户分析

文章将目标用户群体界定为生殖期排卵女性。该阶段的女性随着性特征的成熟、生理周期的循环更替发生着复杂的变化。生理、心理因素都会使其身体激素分析情况发生改变。因此，本文从以下三个阶段对目标用户进行了具体的分析。

（一）青春期

13-19岁是女性生殖系统发育的关键时期。女性伴随着第一性征的成熟，第二性征的出现以及月经初潮，生理及心理发生了巨大的变化。进入青春期后，在下丘脑促性腺激素释放激素的控制下，垂体前叶分泌促卵泡成熟素（FSH）和少量黄体生成素（LH）促使卵巢内卵泡发育成熟，并开始分泌雌激素。在雌激素的作用下，子宫内膜发生增生性变化。由此女性随着生理特征的发育，在心理和行为上也会产生相应的变化。[4]例如，情绪的波动和性意识的出现等。在这一时期，精准的LH检测可以帮助女性来判断自己是否发育健康。

（二）生育期

生育期是女性生殖功能和内分泌功能最旺盛的时期，此时排卵带来的受孕机会使得女性产生更多的雌激素和孕激素，产生强烈的繁育动机。LH激素在此期间调节整个女性的生理周期，对于此阶段的女性来说，通过准确的LH激素检测，可以帮助女性精准预测排卵期，从而科学有效地备孕和避孕，以及发现和预防妇科疾病的作用。

（三）绝经过渡期和绝经后期

此阶段为女性的生殖及卵巢功能逐渐衰退直至完全丧失的一个转变时期。性激素水平逐渐枯竭，由此使女性产生一系列心理的变化，常表现为心情和情绪的变化，烦躁、易激动、失眠，焦虑、内心不安、抑郁等，女性开始进入“更年期”。此时也是妇科疾病的高发期，对于这一时期的女性来说，通过检测LH激素可以直接了解卵巢状况以及发现和预防卵巢早衰等妇科疾病。

三、女性LH尿液监测系统设计原则

（一）安全性原则

尿液监测系统的设计只有建立在满足女性安全使用的前提下进行创新才具有意义。因此女性LH尿液监测系统的设计在安全性方面需要遵循以下原则：第一，监测系统在结构、外观等方面需符合用户如厕时行为、人体曲线特征，给用户带来安全感;同时在安装结构方面与家庭座便器相吻合。第二，在材料的选择方面需考虑达到产品预期的目的，避免外界物质对尿源的污染;第三，监测系统在操作空间及使用状态方面应具备合理的操作流程，提高安全指数，防止因操作不当导致不必要的安全隐患[5]。

（二）精准性原则

精准性原则是满足女性LH尿液监测系统设计的首要目标。精准性的目的在于完善半定量检测的不足，帮助女性精准预测排卵变化，使女性科学地进行备孕和避孕。因此在设计过程中应满足以下条件：在女性如厕的过程中监测女性体内LH激素的水平情况，实时获取动态数值。通过计算个体LH数值的情况，进而确定女性个体排卵峰值，精准预测个体排卵情况。在科学数据支撑的基础上，帮助女性准确掌握排卵时间，进行避孕和备孕，以及在女性妇科健康方面起到预警作用，从而达到指导女性生理健康的目的。

（三）科学性原则

人体的复杂性决定了女性身体变化的多种因素会影响整个监测系统的准确性。因此以个体多次检测值作为数据背景，生成女性在整个生理周期内的LH曲线，建立属于自己的个体纵向数据库，科学准确地预测排卵活动和评估排卵规律。从个体层面上帮助女性了解自身的排卵情况，直观掌握生理周期的变化。从医疗体系层面上看，个体长时间积累的检测数据给医疗行业提供更准确，更科学，更具有参考意义的生理参数，在就医过程中医生可以根据积累的检测数据更准确地给出诊断。帮助医患之间更有效地沟通。

四、女性LH尿液监测系统设计方案

（一）设计理念及创新点

文章根据女性的生理及心理特征，以安全性、精准性、科学性为监测系统的设计原则，重点从帮助女性精准检测排卵的角度对整体方案进行构建，最终设计实现一个小型化女性LH尿液监测装置，嵌入到座便器上，使用户在如厕过程中可以完成LH数值的检测。女性LH尿液监测系统主要由检测装置和APP信息管理两部分组成，适用于普通家用座便器。女性在如厕时将尿液流入检测装置进行实时动态数值监测，依据女性自身生理周期变化数值建立个体数据库，用户可通过APP即时了解自身生理情况，精准判断个体的排卵时间，科学指导女性避孕和备孕以及在妇科健康方面起到预警作用，向“小型化家庭医疗中心”迈进了一步[7]。

根据设计理念，创新点如下;1.实现女性LH实时定量监测，完善半定量检测的不足，更精准地预测排卵时间。2.建立纵向女性LH监测数据库，分析一个生理周期内的排卵情况，起到相关妇科疾病的预警作用。3.将生活中使用率很高的座便器和检测装置结合，让人们在如厕的过程中可以进行身体的体检，让女性在日常的生活中更充分地了解自己的生理周期情况，如图2。

（二）基于安全性的产品化设计

女性LH尿液监测系统的产品部分在满足安全性前提下完成以下设计：在外观造型方面，产品采用流线型外挂形式，易拆卸，可以与家用座便器较好整合，符合女性如厕时的身体结构特点，在用户安全使用的前提下带来舒适的坐感。这样一来女性在如厕过程中就能准确了解自己的生理情况，代替了繁琐的检测方式。在功能结构方面，为了满足产品功能的基础上不影响座便器的正常使用[8]，检测端采用传动结构的伸缩设计，通过伸缩杆自由伸缩达到采集尿液中LH数据的目的，避免影响家庭中其他成员使用座便器。在材质方面，考慮到尿液在监测过程中的准确性，排除外界物质对尿源的污染，装置采用纳米涂层，在如厕过程中不易黏粘尿液粪便，保证尿源的原始性。在操作流程方面，为了检测过程更简单方便，本设计中没有设置更多的按键和操作需要，多数的操作是通过移动端来完成，如图3。

（三）基于精准性的硬件构建

女性LH监测系统是一个完整的系统，硬件构建部分在满足精准性的基础上需要完成LH数值的采集、系统控制、数据处理、数据传输等功能，以此来确保精准预测排卵。其中数据采集装置利用传感器采集女性尿液中的LH值，通过微处理器对整个系统进行控制以及对采集到的数据进行处理，采用蓝牙技术完成数据的传输。在此过程中用户与监测装置之间要进行交互需要有按键操作系统，监测装置的伸缩杆结构由电机控制，保证检测装置的干净卫生需要有个水泵进行冲洗。具体的电子硬件方案构建如图4。

系统的电子硬件设计中数据采集为核心模块，是决定监测系统能否准确检测LH值的重要模块。与市面上常见的试纸采用半定量法检测LH值相比，运用LH传感器装置，可以精确到具体数值的检测到女性尿液中的LH情况，解决了试纸颜色需要人为肉眼判断带来误差以及半定量中设定了标准的参考数值的问题。本系统的优势在于采用电化学免疫传感器，将女性尿液中LH激素转换成电信号，以此来达到记录、存储、传输、处理以及显示和控制数据信息的目的。该电化学传感器对1～100mIU·mL-1范围内的促黄体生成素检验结果准确，误差小，正常的检测时间可以控制在5min以内，满足实时精确的检测要求。同时具有体积小，嵌入性强，快速检测，结果准确的特点。符合本课题数据采集的要求[9]。

（四）基于科学性的产品APP开发

移动端APP的主要目的是将采集端检测到的女性尿液中的LH激素，通过精准计算将结果以图像化的形式呈现给用户，同时存储数据并建立用户个体纵向数据库。使用户能够更加直观、精准把握自身生理情况，科学、合理地做出判断和预防。移动APP的开发主要基于105系统，APP主要完成的功能有：数据分析、LH值曲线显示、个体纵向数据库管理、异常报警、系统安全管理、用户管理等。

整个APP框架主要由六个基本模块构成：用户注册、用户登录、主页、数据记录、交流社区、个人中心。用户注册和登录模块是APP的起始模块，初次使用的女性需要先按照流程进行注册，已有账号的女性需要完成登录即可。主页模块完成女性LH的检测、个体曲线分析、以及状态显示等功能。数据记录模块主要有日记查询、数据统计等功能，此模块是用户的小型数据库，是LH数值的整理分析模块。交流社区模块提供了一个交流互动、好物分享以及女性护理常识分享的一个平台，此模块也是未来扩展性功能最多的一个模块，可以与其他APP平台进行合作。个人中心是用户自我管理的一个模块，是整个系统的用户设置部分。其中主页和数据记录模块为整个APP的核心部分，主要特点是对一段时间内采集到的女性个体的检测数据，进行整理、修改、存储和分析，从而构建个体纵向数据库。在个体LH纵向数据库的基础上，女性可以科学准确地了解自身排卵情况，同时当身体出现异常时可以及时发现采取恰当的措施。

在APP界面设计方面，考虑到用户群体为女性，界面色调以粉色为主，搭配直观的图形表达，整体界面的视觉效果营造出一种简洁、明快、温暖的体验感受。主要以直观的图像表达为主，使复杂的统计数据结果一目了然，易读易懂。在交互方面，交互设计与检测流程完全吻合，手势以及界面提示设计简洁，不会影响用户正常如厕，同时防止复杂的操作给用户带来烦躁情绪，如图5。结论

现今常规的妇科检查，是一种被动式或间歇式预防疾病检查的形式，与其相比，积极主动的防患于未然的预防意识，显得更有价值意义[10]。因此文章针对目前女性对自身排卵情况掌握不精确，无法科学地指导避孕和备孕的问题，以精准性、安全性、科学性为设计原则，提出了女性LH监测系统的整体方案设计。目的是使女性在家庭如厕的过程中通过对LH数值的监测，达到精准掌握自身排卵周期的目的。女性LH尿液监测系统创新设计研究对促进高新技术在家居生活领域的应用、实现小型家庭医疗中心、提高人们的生活水准，都有重要的意义。

基金项目：校级基金“基于大数据下的尿检指标对纵向个体差异的研究”（0918/120043）。

参考文献

[1]佚名.2017中国女性生理健康白皮书发布[J].中国医院院长，2017，32（19）：19-21.

[2]王丙云：LH的结构、作用及其调节[J].九江学院学报（社会科学版），1995，2（5）：78-87.

[3]陈苹.不同水平黄体生成素刘自然排卵周期激素水平及卵泡发育的影响[D].北京：首都医科大学，2016.

[4]李晴晴.浅谈女性生殖系统各阶段的生理特点及自我保护措施[J]，实用妇科内分泌（电到饭）2018，5（14）：12.

[5]张峰.智慧公共巴巨间平台的设计与研究[J].设计，2019（13）：133-134

[6]盖甄迪.女性LB监测坐便器的系统设计与实现[D].大连民族大学，2019.1-3

[7]邢雅雯，张嘉雯，王婧菁.老年人健康监测和不模型建立及APP的研究设计[J].设计，2019（12）：134-136

[8]曹文栋.基于物联网的老龄化智能马桶设计研究[D].湖北：湖北工业大学，2015.4-5

[9]宋明亮，李金樱，谢紫赟.可穿戴医疗健康产品设计研究——抗血栓压力泵设计[J].美术大观，2014（08）：126.

[10]洪翔，陈香基于健康管理下的习惯性劝导式设计方法研究[J].设计，2018（14）：102-104.