JP2011183142A - Non-invasive urine volume estimation sensor unit, non-invasive urine volume estimation device, and urination management system - Google Patents

Non-invasive urine volume estimation sensor unit, non-invasive urine volume estimation device, and urination management system Download PDF

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勝利 犬塚
Takashi Shimada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-invasive collected urine volume estimation sensor unit and a non-invasive collected urine volume estimation device capable of estimating a collected urine volume with high accuracy over a wide range from a small collected urine volume to a large collected urine volume, and furthermore to provide a urination management system for easily managing urine collection/non-urination of a patient utilizing this non-invasive collected urine volume estimation device. <P>SOLUTION: The non-invasive collected urine volume estimation sensor unit 21 is composed of a plurality of sensors 22 with ultrasonic vibrators, and has a sensor group 23 set to the arrangement and ultrasonic emission angle so that each sensor can detect a bladder shape. The non-invasive collected urine volume estimation device includes this non-invasive collected urine volume estimation sensor unit 21 and the processing part for estimating the urine volume by measuring the three-dimensional shape of the bladder by detecting the ultrasonic wave reflected from the bladder of the ultrasonic wave oscillated from this sensor unit 21. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、非侵襲尿量推定センサユニット、非侵襲尿量推定装置及び排尿管理システムに関する。特に、排尿障害や尿失禁の患者に対して、膀胱の形状を測定して膀胱に溜まった尿量(蓄尿、残尿量)、その他の情報を含む尿管理情報を事前に検知し、この尿管理情報に基き患者の蓄尿/排尿管理を行い、診断、治療に役立てる場合に適用して好適な技術に関する。   The present invention relates to a non-invasive urine volume estimation sensor unit, a non-invasive urine volume estimation device, and a urination management system. In particular, for patients with dysuria or urinary incontinence, the urine management information including the amount of urine collected in the bladder (urine accumulation and residual urine volume) and other information is measured in advance by measuring the shape of the bladder. The present invention relates to a technique suitable for application to cases where urine accumulation / urination management of a patient is performed based on management information and is useful for diagnosis and treatment.

従来、蓄尿量推定装置として、特許文献1に示す超音波尿量センサや、特許文献2に示す超音波を用いた蓄尿量センサ等が知られている。特許文献1の超音波尿量センサは、「ゆりりん」という商品名にて携帯用尿量モニタ装置として市販されている。   Conventionally, an ultrasonic urine volume sensor shown in Patent Document 1, an urine volume sensor using ultrasonic waves shown in Patent Document 2, and the like are known as urine accumulation volume estimation devices. The ultrasonic urine volume sensor of Patent Document 1 is commercially available as a portable urine volume monitor device under the trade name “Yuririn”.

特許文献1に示された超音波尿量センサ1は、図27及び図28に示すように、超音波を膀胱壁面に向けて発振する4つの超音波発振素子、すなわちセンサ2を縦方向に配列したプローブ(探触子)3を備えて構成される。各センサ2は、センサ角度が縦方向のみに向けて配置される。このプローブ3は、下腹部の表面に装着され、4つのセンサ2からの超音波4を膀胱5側に照射し、膀胱5の前壁5A及び後壁5Bからの反射エコーを検出、処理して膀胱5の拡張を検知して蓄尿量を検知している。図27は、断面で見た超音波4の出射状態を示し、このときの膀胱容量、つまり蓄尿量が200cc程度を示している。図28は、膀胱5の拡張状態を大よその膀胱容量50cc程度、350cc程度、600cc程度で示している。符号6は恥骨、符号7は腹膜を示す。   As shown in FIGS. 27 and 28, the ultrasonic urine volume sensor 1 disclosed in Patent Document 1 has four ultrasonic oscillation elements that oscillate ultrasonic waves toward the bladder wall surface, that is, the sensor 2 is arranged in the vertical direction. The probe (probe) 3 is provided. Each sensor 2 is arranged with the sensor angle directed only in the vertical direction. This probe 3 is mounted on the surface of the lower abdomen, irradiates the ultrasound 5 from the four sensors 2 to the bladder 5 side, detects and processes reflected echoes from the front wall 5A and the rear wall 5B of the bladder 5 The amount of stored urine is detected by detecting expansion of the bladder 5. FIG. 27 shows the emission state of the ultrasonic wave 4 as seen in a cross section, and the bladder capacity at this time, that is, the urine accumulation amount is about 200 cc. FIG. 28 shows the expanded state of the bladder 5 at about 50 cc, about 350 cc, and about 600 cc of the bladder capacity. Reference numeral 6 indicates the pubic bone, and reference numeral 7 indicates the peritoneum.

特許文献2に示された蓄尿量センサ11は、図24〜図26に示すように、超音波発振素子、すなわちセンサ12を縦横2次元的に配列したプローブ(探触子)13を備えて構成される。本例のプローブ13は、図24に示すように、縦4×横3の合計12個のセンサ12[(1)〜(12)]が配列され、互いに異なる方向を向いて配置される。このプローブ13は、下腹部の表面に装着され、各センサ12からの超音波14が恥骨16と腹膜17の間の限られた隙間18を透過して、膀胱15の前壁15Aの近傍に対応する部分で交差して立体的に広がり、膀胱15の後壁15Bへ指向する。この蓄尿量センサ11では、交差後に立体的に広がる超音波14を利用することにより、膀胱15の立体形状がより正確に測定でき、蓄尿量をより正確に検知することができる。このプローブ13においても、基本的に、前述と同様に、出射した超音波14の膀胱15の前壁15A及び後壁15Bからの反射エコーを検出、処理している。図15は、断面で見た超音波14の出射状態を示し、このときの膀胱容量、つまり蓄尿量が200cc程度を示している。図25は、膀胱5の拡張状態を膀胱容量で50cc、350cc、600ccで示している。   As shown in FIGS. 24 to 26, the urine accumulation sensor 11 disclosed in Patent Document 2 includes an ultrasonic oscillation element, that is, a probe (probe) 13 in which sensors 12 are arranged two-dimensionally in the vertical and horizontal directions. Is done. In the probe 13 of this example, as shown in FIG. 24, a total of twelve sensors 12 [(1) to (12)] of 4 × 3 are arranged and faced in different directions. The probe 13 is attached to the surface of the lower abdomen, and the ultrasonic wave 14 from each sensor 12 passes through the limited gap 18 between the pubic bone 16 and the peritoneum 17 and corresponds to the vicinity of the front wall 15A of the bladder 15. It intersects at the part where it spreads and spreads three-dimensionally and is directed to the rear wall 15B of the bladder 15. In this urine accumulation sensor 11, by using the ultrasonic wave 14 that expands three-dimensionally after the intersection, the three-dimensional shape of the bladder 15 can be measured more accurately, and the urine accumulation amount can be detected more accurately. In this probe 13 as well, basically, the reflected echoes of the emitted ultrasound 14 from the front wall 15A and the rear wall 15B of the bladder 15 are detected and processed in the same manner as described above. FIG. 15 shows an emission state of the ultrasonic wave 14 as seen in a cross section, and shows that the bladder capacity at this time, that is, the urine accumulation amount is about 200 cc. FIG. 25 shows the expanded state of the bladder 5 as bladder capacity of 50 cc, 350 cc, and 600 cc.

WO2005/099582号公報WO2005 / 099582 WO2006/115278号公報WO 2006/115278

ところで、図27及び図28に示す超音波尿量センサ1では、センサ角度が縦方向のみであり、膀胱の横の広がりを捉えられず、段階的な尿量の推定しかできない。   In the meantime, in the ultrasonic urine volume sensor 1 shown in FIGS. 27 and 28, the sensor angle is only in the vertical direction, the lateral spread of the bladder cannot be captured, and only urine volume estimation can be performed in stages.

図25及び図26に示す蓄尿量センサ11では、超音波14が膀胱前壁15Aの近傍に対応する部分で交差して広がり、後壁15Bへ指向する。このため、後壁15Bにおいては広範囲な測定が可能であるが、前壁15A部分の測定情報が少なく、蓄尿量が多いときの推定がし難い。つまり、図26で示す膀胱膨張時の前壁15Aの左右の領域(破線図示)19が測定不能となる。この場合も、膀胱5を球形と仮定して尿量を推定しているため実際の膀胱形状と異なり、測定精度に問題があり、少蓄尿量(50cc程度)を測定することが不可能である。特にセンサ12[(1)〜(3)]のセンサ角度が大きいため、皮膚や脂肪層における減衰の影響を受け易い。   In the urine accumulation amount sensor 11 shown in FIGS. 25 and 26, the ultrasonic waves 14 cross and spread at portions corresponding to the vicinity of the bladder front wall 15A, and are directed to the rear wall 15B. For this reason, a wide range of measurement is possible on the rear wall 15B, but there is little measurement information on the front wall 15A portion, and it is difficult to estimate when the amount of stored urine is large. That is, the left and right regions (shown by broken lines) 19 of the front wall 15A at the time of bladder inflation shown in FIG. 26 cannot be measured. Also in this case, since the urine volume is estimated on the assumption that the bladder 5 is spherical, there is a problem in measurement accuracy unlike the actual bladder shape, and it is impossible to measure a small urine accumulation volume (about 50 cc). . In particular, since the sensor angle of the sensor 12 [(1) to (3)] is large, the sensor 12 is easily affected by attenuation in the skin and the fat layer.

本発明は、上述の点に鑑み、少尿量から多尿量まで広い範囲にわたって高精度で蓄尿量、排尿量の推定を可能にした非侵襲尿量推定装置、及びこの非侵襲尿量推定装置に適用される非侵襲尿量推定センサユニット(いわゆる探触子)を提供するものである。
本発明は、上記非侵襲尿量推定装置を利用して患者の蓄尿/排尿管理を可能にした排尿管理システムを提供するものである。
In view of the above-described points, the present invention provides a non-invasive urine volume estimation device and a non-invasive urine volume estimation device capable of estimating urine accumulation volume and urination volume with high accuracy over a wide range from small urine volume to large urine volume. The present invention provides a non-invasive urine volume estimation sensor unit (so-called probe) that is applied to the above.
The present invention provides a urination management system that enables urine accumulation / urination management of a patient using the noninvasive urine volume estimation device.

本発明に係る非侵襲尿量推定センサユニットは、超音波振動による複数のセンサからなり、各センサが膀胱形状を検出できるような配列と超音波出射角度に設定されたセンサ群を有して構成される。   The non-invasive urine volume estimation sensor unit according to the present invention is composed of a plurality of sensors based on ultrasonic vibration, and includes a sensor group in which each sensor can detect a bladder shape and an ultrasonic emission angle is set. Is done.

本発明に係る非侵襲尿量推定センサユニットのセンサ群の好ましい形態は、超音波が2次元的な広がりをもって出射され、膀胱底部の形状を検出する複数のセンサからなる第1のセンサ部を有する。さらに、3次元的な広がりをもって出射され、膀胱の拡張高さを検出する複数のセンサからなる第2のセンサ部を有する。   The preferable form of the sensor group of the non-invasive urine volume estimation sensor unit according to the present invention includes a first sensor unit including a plurality of sensors that emit ultrasonic waves with a two-dimensional spread and detect the shape of the bladder bottom. . Furthermore, it has the 2nd sensor part which is radiate | emitted with three-dimensional expanse and consists of a some sensor which detects the expansion height of a bladder.

本発明の非侵襲尿量推定センサユニットでは、上記センサ群により、膀胱底部の形状変化と、ドーム状に膨らんだ膀胱の高さを捉えることができ、実際に近い膀胱形状が捉えられる。   In the non-invasive urine volume estimation sensor unit of the present invention, the sensor group can capture the shape change of the bottom of the bladder and the height of the bulged bladder, and the bladder shape close to the actual can be captured.

本発明に係る非侵襲尿量推定装置は、上記の非侵襲尿量推定センサユニットを備える。さらに、本発明は、この非侵襲尿量推定センサユニットのセンサ群の各センサから発振させた超音波の膀胱壁からの反射超音波を検出し、演算して膀胱の立体形状を測定して尿量を推定する処理部を備えて構成される。   A noninvasive urine volume estimation device according to the present invention includes the above-described noninvasive urine volume estimation sensor unit. Furthermore, the present invention detects the reflected ultrasound from the bladder wall of the ultrasonic wave oscillated from each sensor of the sensor group of the non-invasive urine volume estimation sensor unit, calculates the three-dimensional shape of the bladder, and calculates the urine. A processing unit for estimating the quantity is provided.

本発明の非侵襲尿量推定装置では、非侵襲尿量推定センサユニットにより膀胱底部の形状変化と、ドーム状に膨らんだ膀胱の高さを捉えることができる。これにより、膀胱の実際に近い立体形状が測定され、膀胱容量を少容量から多容量まで連続的に計測(推定)することができる。   In the noninvasive urine volume estimation device of the present invention, the noninvasive urine volume estimation sensor unit can capture the shape change of the bladder bottom and the height of the bulged bladder. Thereby, a three-dimensional shape close to the actual bladder is measured, and the bladder capacity can be continuously measured (estimated) from a small capacity to a large capacity.

本発明に係る排尿管理システムは、上記の非侵襲尿量推定センサユニットと、この非侵襲尿量推定センサユニットのセンサ群の各センサから発振させた超音波の膀胱壁からの反射超音波を検出し、演算して膀胱の立体形状を測定して尿量を推定する処理部とを有した非侵襲尿量推定装置を有する。また、非侵襲尿量推定装置からの計測データを処理し保存するデータ処理・データ保存装置を有する。本発明では、この非侵襲尿量推定装置と、データ処理・データ保存装置とで排尿データ記録装置が構成される。さらに、本発明は、この排尿データ記録装置と共に、排尿データ記録装置から送られた排尿時刻、排尿量を含む排尿情報を解析して、診断情報と排尿日誌を含む尿管理情報を得、かつ保存する排尿データ解析装置とを備える。診断情報は、排尿データ記録装置から送られる排尿情報を解析して得られた連続計測による尿流量曲線データ及び少量時の精度を確保することで得られる残尿量を含む。そして、尿管理情報を基に患者の蓄尿/排尿管理を行う。   The urination management system according to the present invention detects the reflected ultrasound from the bladder wall of the ultrasonic wave oscillated from each sensor of the noninvasive urine volume estimation sensor unit and the sensor group of the noninvasive urine volume estimation sensor unit. And a non-invasive urine volume estimation device having a processing unit that calculates and measures the three-dimensional shape of the bladder to estimate the urine volume. In addition, it has a data processing / data storage device for processing and storing measurement data from the non-invasive urine volume estimation device. In the present invention, this noninvasive urine volume estimation device and the data processing / data storage device constitute a urination data recording device. Further, the present invention, together with this urination data recording device, analyzes urination information including urination time and urination volume sent from the urination data recording device to obtain and store urine management information including diagnostic information and urination diary A urination data analysis device. The diagnostic information includes urine flow rate curve data by continuous measurement obtained by analyzing urination information sent from the urination data recording device, and the amount of residual urine obtained by ensuring accuracy at a small amount. Based on the urine management information, urine accumulation / urination management of the patient is performed.

本発明の排尿管理システムでは、非侵襲尿量推定センサユニットと処理部を有する、いわゆる上記の非侵襲尿量推定装置を用いて、患者側で排尿情報が記録される。この排尿情報に基いて、病院などの施設側で、尿流量、排尿時間、残尿量などの患者の診断/治療に有用な尿管理情報が算出され、患者の蓄尿/排尿管理がなされる。   In the urination management system of the present invention, urination information is recorded on the patient side using the so-called non-invasive urine volume estimation device having a non-invasive urine volume estimation sensor unit and a processing unit. Based on the urination information, urine management information useful for diagnosis / treatment of the patient, such as urine flow rate, urination time, and residual urine volume, is calculated on the facility side such as a hospital, and the urine storage / urination management of the patient is performed.

本発明に係る非侵襲尿量推定装置は、上記の非侵襲尿量推定センサユニットを備える。特に、本発明は、センサ群が、膀胱の底部に出射するセンサ数を最も多くし、底辺側から頂部に向かって複数段のセンサ行を有するように、超音波振動子による複数のセンサが2次元的に配列されて成る非侵襲尿量推定センサユニットを備える。さらに、本発明は、非侵襲尿量推定センサユニットのセンサ群の各センサから発振させた超音波の膀胱壁からの反射超音波を検出し、演算して膀胱体積を求めて尿量を推定する処理部を備える。   A noninvasive urine volume estimation device according to the present invention includes the above-described noninvasive urine volume estimation sensor unit. In particular, according to the present invention, two or more ultrasonic transducers are used so that the sensor group has the largest number of sensors emitted to the bottom of the bladder and has a plurality of sensor rows from the bottom side to the top. A non-invasive urine volume estimation sensor unit arranged in a dimension is provided. Furthermore, the present invention detects the reflected ultrasound from the bladder wall of the ultrasonic waves oscillated from each sensor of the sensor group of the non-invasive urine volume estimation sensor unit, calculates the bladder volume, and estimates the urine volume. A processing unit is provided.

処理部では、各センサで受信する膀胱前後壁の位置情報となるAモード波形に基き、円錐台近似法で膀胱体積を計算する演算部を有する。   The processing unit includes a calculation unit that calculates the bladder volume by the truncated cone approximation method based on the A-mode waveform that is the positional information of the anteroposterior bladder wall received by each sensor.

演算部では、縦方向の各段のセンサ行に配置された縦方向に異なる角度がついた複数のセンサでのAモードの受信波形により、各センサから得られる各膀胱高さにおける膀胱の奥行きDを計測する。恥骨上部に対応する最下段の複数のセンサで膀胱の基準面となる水平断面積Sと基準面での膀胱の奥行きDを計測する。基準面の水平断面積Sと基準面での奥行きD、および各膀胱高さでの奥行きDを用いて、数1により計算して各膀胱高さ位置における膀胱の水平断面積Sを求める。
各膀胱高さの差分で規程される各高さΔhで切断した各膀胱の円錐台体積Vを、夫々の底面と上面の水平断面積S、Si+1と高さΔhから数2により計算して求める。
恥骨に隠れる膀胱底部は半球体積と推定し、膀胱最上部は円錐体積と推定し、各円錐台体積、前記半球体積および前記円錐体積を積算して全体の膀胱体積を算出する。
In the calculation unit, the depth D of the bladder at each bladder height obtained from each sensor based on the received waveforms in the A mode at a plurality of sensors with different angles in the vertical direction arranged in the sensor rows of the vertical stages. i is measured. A horizontal cross-sectional area S 0 serving as a reference plane of the bladder and a depth D 0 of the bladder at the reference plane are measured by a plurality of lowermost sensors corresponding to the upper pubic bone. Using the horizontal sectional area S 0 of the reference plane, the depth D 0 at the reference plane, and the depth D i at each bladder height, the horizontal sectional area S i of the bladder at each bladder height position calculated by Equation 1 Ask for.
The frustoconical volume V i of each bladder cut at each height Δh defined by the difference in each bladder height is calculated from the horizontal cross-sectional areas S i , S i + 1 of the respective bottom and top surfaces and the height Δh according to Equation 2. And ask.
The bottom of the bladder hidden behind the pubic bone is estimated as a hemispherical volume, the uppermost portion of the bladder is estimated as a conical volume, and the total volume of the bladder is calculated by adding the respective truncated cone volumes, the hemispherical volume, and the conical volume.

本発明の非侵襲尿量推定装置では、膀胱体積を円錐台近似法で求めて、尿量を推定する処理部を備えることにより、より実尿量に近い尿量を推定することができる。   In the non-invasive urine volume estimation device of the present invention, a urine volume closer to the actual urine volume can be estimated by providing a processing unit that calculates the bladder volume by the truncated cone approximation method and estimates the urine volume.

本発明に係る排尿管理システムは、上記の円錐台近似法による膀胱体積を求めて尿量を推定する非侵襲尿量推定装置と、非侵襲尿量推定装置からの計測データを処理し保存するデータ処理・データ保存装置とを有する排尿データ記録装置を備える。さらに、本発明は、排尿データ記録装置から送られた排尿時刻、排尿量を含む排尿情報を解析して、診断情報と排尿日誌を含む尿管理情報を得、かつ保存する排尿データ解析装置を備える。診断情報は、排尿データ記録装置から送られる排尿情報を解析して得られた、連続計測による尿流量曲線データ及び少量時の精度を確保することで得られる残尿量を含む。この得られた尿管理情報を基に患者の蓄尿/排尿管理を行う。   The urination management system according to the present invention includes a non-invasive urine volume estimation device that estimates a bladder volume by the truncated cone approximation method, and data that processes and stores measurement data from the non-invasive urine volume estimation device A urination data recording device having a processing / data storage device is provided. Furthermore, the present invention includes a urine data analysis device that analyzes urination information including urination time and urination volume sent from the urination data recording device, and obtains and stores urine management information including diagnostic information and a urination diary. . The diagnosis information includes the urine flow rate curve data obtained by analyzing the urination information sent from the urination data recording device and the residual urine amount obtained by ensuring the accuracy when the amount is small. Based on the obtained urine management information, urine accumulation / urination management of the patient is performed.

本発明の排尿管理システムでは、円錐台近似法による膀胱体積を求めて尿量を推定する非侵襲尿量推定装置を備えるので、より正確な尿管理情報を算出して患者の蓄尿/排尿管理がなされる。   The urination management system of the present invention includes a non-invasive urine volume estimation device that estimates the urine volume by obtaining the bladder volume by the truncated cone approximation method, so that more accurate urine management information can be calculated to manage urine accumulation / urination management of the patient. Made.

本発明に係る非侵襲尿量推定センサユニットによれば、収縮した膀胱から膨らんだ膀胱に至る広範囲の実際に近い膀胱形状を捉えることができる。この非侵襲尿量推定センサユニットは、患者の体位によらず、的確に膀胱形状の測定を可能にする。   According to the non-invasive urine volume estimation sensor unit according to the present invention, it is possible to capture a wide range of realistic bladder shapes from a contracted bladder to a swollen bladder. This non-invasive urine volume estimation sensor unit enables accurate measurement of the bladder shape regardless of the patient's posture.

本発明に係る非侵襲尿量推定装置によれば、少尿量から多尿量まで広い範囲にわたって高精度で尿量を推定することができる。   According to the noninvasive urine volume estimation device according to the present invention, it is possible to estimate the urine volume with high accuracy over a wide range from a small urine volume to a large urine volume.

本発明に係る排尿管理システムによれば、本発明の非侵襲尿量推定センサユニット及び処理部を有する非侵襲尿量推定装置を適用して、患者の蓄尿/排尿管理を行うことができる。この蓄尿/排尿管理された尿管理情報は、排尿障害患者の診断/治療に適用することができる。   According to the urine management system according to the present invention, the non-invasive urine volume estimation device having the non-invasive urine volume estimation sensor unit and the processing unit of the present invention can be applied to perform urine accumulation / urination management of a patient. This urine management information subjected to urine accumulation / urination management can be applied to diagnosis / treatment of urination disorder patients.

本発明に係る非侵襲尿量推定装置によれば、膀胱体積を円錐台近似法で求めて、尿量を推定する処理部を備えるので、少尿量から多尿量まで広い範囲にわたって、より高精度に実尿量に近い尿量を推定することができる。   According to the non-invasive urine volume estimation device according to the present invention, since the processing unit for estimating the urine volume by obtaining the bladder volume by the truncated cone approximation method is provided, it is higher in a wide range from a small urine volume to a large urine volume. The urine volume close to the actual urine volume can be estimated with accuracy.

本発明に係る排尿管理システムによれば、膀胱体積を円錐台近似法で求めて尿量を推定する処理部を備え、より正確な尿管理情報を算出することができるので、さらに適切な患者の蓄尿/排尿管理の実用化を図ることができる。   The urination management system according to the present invention includes a processing unit that estimates the urine volume by obtaining the bladder volume by the truncated cone approximation method, and can calculate more accurate urine management information. Practical use of urine storage / urination management can be achieved.

本発明に係る非侵襲尿量推定センサユニットの一実施の形態を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows one Embodiment of the noninvasive urine volume estimation sensor unit which concerns on this invention. 本発明の非侵襲尿量推定センサユニットによる少尿量時の膀胱形状の測定範囲を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the measurement range of the bladder shape at the time of the small urine volume by the noninvasive urine volume estimation sensor unit of this invention. 本発明の非侵襲尿量推定センサユニットによる少尿量時の膀胱形状の測定範囲を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the measurement range of the bladder shape at the time of the small urine volume by the noninvasive urine volume estimation sensor unit of this invention. 本発明の非侵襲尿量推定センサユニットによる通常尿量時の膀胱形状の測定範囲を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the measurement range of the bladder shape at the time of normal urine volume by the noninvasive urine volume estimation sensor unit of this invention. 本発明の非侵襲尿量推定センサユニットによる通常尿量時の膀胱形状の測定範囲を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the measurement range of the bladder shape at the time of normal urine volume by the noninvasive urine volume estimation sensor unit of this invention. 本発明の非侵襲尿量推定センサユニットによる多尿量時の膀胱形状の測定範囲を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the measurement range of the bladder shape at the time of many urine volume by the noninvasive urine volume estimation sensor unit of this invention. 本発明の非侵襲尿量推定センサユニットによる多尿量時の膀胱形状の測定範囲を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the measurement range of the bladder shape at the time of the large amount of urine by the noninvasive urine volume estimation sensor unit of the present invention. 本発明による非侵襲尿量推定センサユニットの処理部の一例回を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows an example time of the process part of the noninvasive urine volume estimation sensor unit by this invention. 膀胱の形状変化の測定に用いた超音波探触子の使用状態図である。It is a use condition figure of the ultrasonic probe used for the measurement of the shape change of a bladder. 膀胱の形状変化を示す超音波の反射エコー画像を示す画像図である。It is an image figure which shows the reflective echo image of the ultrasonic wave which shows the shape change of a bladder. 本発明により排尿管理システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of a urination management system by this invention. 測定した実排尿量から算出した測定尿流量と時間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the measurement urine flow volume computed from the measured actual urine output, and time. 従来の尿流量測定装置にて測定を基に算出した膀胱の実蓄尿量曲線と、本発明の非侵襲蓄尿量推定装置により得られた膀胱の推定蓄尿量曲線とを比較したグラフである。It is the graph which compared the actual urine accumulation volume curve of the bladder computed based on the measurement with the conventional urine flow measuring device, and the estimated urine accumulation amount curve of the bladder obtained by the noninvasive urine accumulation amount estimation device of the present invention. A,B 膀胱エコー画像を示す水平断面図及び矢状断面図である。A and B are a horizontal sectional view and a sagittal sectional view showing bladder echo images. 超音波振動子によるAモードは波形図である。The A mode by the ultrasonic transducer is a waveform diagram. A,B 本発明の膀胱体積計算方法の説明に供する、水平に並べた複数のセンサからの超音波の軌跡状態を示す水平断面図、及び縦に並べた複数のセンサからの超音波の軌跡状態を示す矢状断面図である。A, B A horizontal sectional view showing a state of trajectory of ultrasonic waves from a plurality of sensors arranged in a horizontal direction, and a state of trajectory of ultrasonic waves from a plurality of sensors arranged in a vertical direction, for explaining the bladder volume calculation method of the present invention. FIG. 円錐台近似法の説明に供する膀胱の分解者静状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the decomposer static state of the urinary bladder used for description of the truncated cone approximation method. 本発明の膀胱体積計算方法の説明に供する腹部のCT画像図である。It is CT image figure of the abdominal part with which it uses for description of the bladder volume calculation method of this invention. 恥骨上部及び最大水平断面を基準として推定された膀胱体積と実体積を示すグラフである。It is a graph which shows the bladder volume and the actual volume estimated on the basis of the pubic upper part and the largest horizontal cross section. 本発明の膀胱体積計算方法に適用されるセンサユニットの具体例を用いたときの測定範囲を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing a measurement range when using a specific example of a sensor unit applied to the bladder volume calculation method of the present invention. 本発明の膀胱体積計算方法に適用されるセンサユニットの具体例を用いたときの測定範囲を示す矢状断面図である。It is sagittal sectional drawing which shows the measurement range when the specific example of the sensor unit applied to the bladder volume calculation method of this invention is used. 本発明の膀胱体積計算方法の説明に要するセンサユニットの全センサから得られる膀胱のAモード波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the A mode waveform of the bladder obtained from all the sensors of a sensor unit required for description of the bladder volume calculation method of this invention. 本発明の膀胱体積計算方法で得られた推定尿量と実排尿量を示すグラフである。It is a graph which shows the estimated urine volume obtained by the bladder volume calculation method of this invention, and the actual urination volume. 従来の一例に係る超音波尿量センサを示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the ultrasonic urine volume sensor which concerns on an example of the past. 従来の一例に係る超音波尿量センサ及び膀胱尿量の測定を範囲を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the range of the measurement of the ultrasonic urine volume sensor and bladder urine volume which concerns on an example of the past. 従来の一例に係る超音波尿量センサ及び膀胱尿量の測定を範囲を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the range of the measurement of the ultrasonic urine volume sensor and bladder urine volume which concerns on an example of the past. 従来の他の例に係る超音波尿量センサ及び膀胱尿量の測定を範囲を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the range of the measurement of the ultrasonic urine volume sensor and bladder urine volume which concerns on the other conventional example. 従来の他の例に係る超音波尿量センサ及び膀胱尿量の測定を範囲を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the range of the measurement of the ultrasonic urine volume sensor and bladder urine volume which concerns on the other conventional example.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

先ず、蓄尿量に伴う膀胱形状の変化について説明する。図9及び図10A〜Cに、膀胱形状の変化を示す。図10Aは、蓄尿量が少ない例えば78cc程度のときの膀胱45の形状を示す。図10Bは、蓄尿量が中程度の例えば286cc程度ときの膀胱45の形状を示す。図10Cは、蓄尿量が多い例えば532cc程度のときの膀胱45の形状を示す。図10の膀胱形状を示す反射エコー画像は、図9に示す超音波43が縦方向に広がる超音波探触子41(矢状断)と、超音波43が横方向に広がる超音波探触子42(水平断)にて観察した。図10A〜Cのいずれも、上段画像は超音波探触子41による膀胱が縦方向に膨らむ反射エコー画像であり、下段画像は、超音波探触子42による膀胱の底部形状の反射エコー画像である。図9の符号46は恥骨を示す。   First, a change in the bladder shape with the amount of urine stored will be described. 9 and 10A to 10C show changes in the bladder shape. FIG. 10A shows the shape of the bladder 45 when the urine accumulation amount is small, for example, about 78 cc. FIG. 10B shows the shape of the bladder 45 when the urine accumulation amount is medium, for example, about 286 cc. FIG. 10C shows the shape of the bladder 45 when the amount of accumulated urine is large, for example, about 532 cc. The reflected echo image showing the bladder shape in FIG. 10 includes an ultrasonic probe 41 (sagittal cut) in which the ultrasonic wave 43 shown in FIG. 9 spreads in the vertical direction and an ultrasonic probe in which the ultrasonic wave 43 spreads in the horizontal direction. Observed at 42 (horizontal section). 10A to 10C, the upper image is a reflected echo image in which the bladder is inflated in the vertical direction by the ultrasonic probe 41, and the lower image is a reflected echo image of the bottom shape of the bladder by the ultrasonic probe 42. is there. Reference numeral 46 in FIG. 9 indicates the pubic bone.

図10A〜Cの膀胱画像から明らかなように、膀胱は、まず底部が扁平形状に膨らみ、尿量の増加に伴って上部が腹膜を押し上げてドーム状に膨らむ。すなわち、膀胱45は、拡張時、まず底部が膨らみ、尿量の増加に伴って上部がドーム状に膨らむ。また、膀胱45の収縮時は、その逆の変化を生じる。本発明に係る非侵襲尿量推定センサユニットの実施の形態は、このような膀胱形状の変化に対応できるように構成される。   As is apparent from the bladder images of FIGS. 10A to 10C, the bladder first swells in a flat shape, and as the urine volume increases, the top pushes up the peritoneum and swells in a dome shape. That is, when the bladder 45 is expanded, the bottom portion first swells, and the top portion swells in a dome shape as the urine volume increases. Further, when the bladder 45 contracts, the opposite change occurs. The embodiment of the non-invasive urine volume estimation sensor unit according to the present invention is configured to cope with such a change in the bladder shape.

図1に、本発明に係る非侵襲尿量推定センサユニットの一実施の形態を示す。本実施の形態に係る非侵襲尿量推定センサユニット21は、超音波振動による複数のセンサ22[(1)〜(12)]からなり、各センサ22が膀胱形状を検出できるような配列と超音波出射角度に設定されたセンサ群23を有して構成される。さらに詳細に説明する。本実施の形態に係る非侵襲尿量推定センサユニット21は、超音波振動子による複数のセンサ22[(1)〜(12)]が2次元的に配列され、膀胱25側に向かって超音波24を立体的に放射状に出射するセンサ群23を有する(図2、図3参照)。センサ群23は、膀胱底部に出射するセンサ数を最も多くし、底辺側から頂部に向かって複数段のセンサ行221〜224を有するように構成される。センサ行とは、水平ラインに沿って複数のセンサが配列されたものを指す。センサ22が支持される支持部29としては、三角形状であっても、四角形状、その他の形状、さらに各センサ行が独立であっても良い。   FIG. 1 shows an embodiment of a non-invasive urine volume estimation sensor unit according to the present invention. The non-invasive urine volume estimation sensor unit 21 according to the present embodiment is composed of a plurality of sensors 22 [(1) to (12)] using ultrasonic vibrations. The sensor group 23 is set to the sound wave emission angle. Further details will be described. In the non-invasive urine volume estimation sensor unit 21 according to the present embodiment, a plurality of sensors 22 [(1) to (12)] using ultrasonic transducers are two-dimensionally arranged and ultrasonic waves toward the bladder 25 side. The sensor group 23 which radiates | emits 24 in three dimensions radially is provided (refer FIG. 2, FIG. 3). The sensor group 23 is configured to have the largest number of sensors emitted to the bottom of the bladder and to have a plurality of sensor rows 221 to 224 from the bottom side toward the top. The sensor row refers to a plurality of sensors arranged along a horizontal line. The support portion 29 on which the sensor 22 is supported may be triangular, quadrangular, other shapes, and each sensor row may be independent.

本実施の形態では、三角形状をなす支持部29の面29aに臨むように、夫々複数のセンサ22が水平ラインに沿って配列された4段のセンサ行221〜224を支持部29に順次支持してセンサ群が構成される。センサ行224〜センサ行221」は、底辺側から頂部側に向かって配列される。センサ行224は、膀胱底部に出射する5個のセンサ22[(8)〜(12)]を水平ラインに沿って配列して構成される。センサ行223は、3個のセンサ22[(5)〜(7)]を水平ラインに沿って配列して構成される。センサ行222は、2個のセンサ22[(3)〜(4)]を水平ラインに沿って配列して構成される。センサ行221は、2個のセンサ22[(1)〜(2)]を水平ラインに沿って配列して構成される。頂部側の1段目のセンサ行221は、2個のセンサ22[(1)〜(2)]が近接して配列される。2段目のセンサ行222は、2個のセンサ22[(3)〜(4)]が1個分空けるように離れて配列される。3段目のセンサ行は、3個のセンサ22[(5)〜(7)]が近接して配列される。底辺側の4段目のセンサ行224は、5個のセンサ22[(8)〜(12)]が近接して配列される。各センサ行221〜224では、三角形状をなす支持部の頂部を通る垂直線に対して対称となるようにセンサ22が配列される。   In the present embodiment, four stages of sensor rows 221 to 224 each having a plurality of sensors 22 arranged along a horizontal line are sequentially supported by the support section 29 so as to face the surface 29a of the support section 29 having a triangular shape. Thus, a sensor group is configured. The sensor rows 224 to 221 ”are arranged from the bottom side to the top side. The sensor row 224 is configured by arranging five sensors 22 [(8) to (12)] emitted to the bottom of the bladder along a horizontal line. The sensor row 223 is configured by arranging three sensors 22 [(5) to (7)] along a horizontal line. The sensor row 222 is configured by arranging two sensors 22 [(3) to (4)] along a horizontal line. The sensor row 221 is configured by arranging two sensors 22 [(1) to (2)] along a horizontal line. In the first sensor row 221 on the top side, two sensors 22 [(1) to (2)] are arranged close to each other. The second sensor row 222 is arranged so as to be separated by two sensors 22 [(3) to (4)]. In the third sensor row, three sensors 22 [(5) to (7)] are arranged close to each other. In the fourth sensor row 224 on the bottom side, five sensors 22 [(8) to (12)] are arranged close to each other. In each of the sensor rows 221 to 224, the sensors 22 are arranged so as to be symmetric with respect to a vertical line passing through the top of the support portion having a triangular shape.

センサ群23の各センサ22は、それぞれ膀胱形状の変化に対応できるように、上記の配置と共に、センサ角度、すなわち超音波24の出射方向が選定される。すなわち、各センサ22は、膀胱底部の形状変化、及び膀胱の膨張の高さ変化を捉えるように、互いに異なる方向を向いて配置される。センサ群23では、各センサ22からの超音波24が、図2、図4、図6に示すように、膀胱形状に応じて腹膜27と恥骨26間の限られた隙間28を通過して立体的に放射状に発振し、膀胱壁からのより広い範囲の反射超音波(反射エコー)を捉えるようになされる。   The sensor angle, that is, the emission direction of the ultrasonic wave 24 is selected for each sensor 22 of the sensor group 23 together with the above arrangement so as to be able to cope with changes in the bladder shape. In other words, the sensors 22 are arranged in different directions so as to capture changes in the shape of the bottom of the bladder and changes in the height of inflation of the bladder. In the sensor group 23, the ultrasonic wave 24 from each sensor 22 passes through a limited gap 28 between the peritoneum 27 and the pubic bone 26 according to the bladder shape, as shown in FIGS. It oscillates radially and captures a wider range of reflected ultrasound (reflected echo) from the bladder wall.

底辺側の4段目のセンサ行224では、図3に示すように、平面から見て中央のセンサ22(10)からの超音波24を挟んで左右のセンサ22[(8),(9),(11),(12)]からの超音波24が対称的に広がるようになる。これにより、図2に示すように、縦断面から見てセンサ22[(8)〜(12)]からの超音波24が少蓄尿量時の膀胱形状を検知できるように縦方向に広がるようになる。   In the fourth-stage sensor row 224 on the bottom side, as shown in FIG. 3, the left and right sensors 22 [(8), (9) with the ultrasonic wave 24 from the center sensor 22 (10) as viewed from above are sandwiched. , (11), (12)], the ultrasonic waves 24 spread symmetrically. As a result, as shown in FIG. 2, the ultrasonic wave 24 from the sensor 22 [(8) to (12)] spreads in the vertical direction so that the bladder shape at the time of a small amount of urine can be detected as viewed from the longitudinal section. Become.

3段目のセンサ行223も同様に、図3に示すように、平面から見て中央のセンサ22(6)からの超音波24を挟んで左右のセンサ22[(5),(7)]からの超音波24が対称的に広がるようになる。これにより、図2に示すように、縦断面から見てセンサ22[(5)〜(7)]からの超音波24が膀胱形状を検知できるように縦方向に広がるようになる。   Similarly, in the third sensor row 223, as shown in FIG. 3, the left and right sensors 22 [(5), (7)] sandwiching the ultrasonic wave 24 from the center sensor 22 (6) as viewed from above. The ultrasonic wave 24 from the sound beam spreads symmetrically. As a result, as shown in FIG. 2, the ultrasonic wave 24 from the sensor 22 [(5) to (7)] spreads in the vertical direction so that the bladder shape can be detected as viewed from the vertical cross section.

2段目のセンサ行222では、図3に示すように、平面から見て2つのセンサ22[(3),(4)]からの超音波24が交差した後広がるようになる。これにより、図2に示すように、縦断面から見てセンサ22[(3),(4)]からの超音波24が膀胱形状を検知できるように縦方向に広がるようになる。   In the second sensor row 222, as shown in FIG. 3, the ultrasonic waves 24 from the two sensors 22 [(3), (4)] are spread after crossing as viewed from above. As a result, as shown in FIG. 2, the ultrasonic wave 24 from the sensor 22 [(3), (4)] spreads in the vertical direction so that the bladder shape can be detected as viewed from the vertical cross section.

頂部側の1段目のセンサ行221では、平面から見て中心線を挟んで左右のセンサ22[(1),(2)]からの超音波24が対称的に広がるようになる。これにより、図2に示すように、縦断面から見てセンサ22[(1),(2)]からの超音波24が膀胱形状を検知できるように縦方向に広がるようになる。   In the first sensor row 221 on the top side, the ultrasonic waves 24 from the left and right sensors 22 [(1), (2)] spread symmetrically across the center line when viewed from above. As a result, as shown in FIG. 2, the ultrasonic wave 24 from the sensor 22 [(1), (2)] spreads in the vertical direction so that the bladder shape can be detected as viewed from the vertical cross section.

センサ22において、平面から見たときの超音波出射角θ1は、最大で12.5度程度(図3参照)、縦断面から見たときの超音波出射角θ2は、最大で10度程度(図2参照)とすることができる。最大で12.5度程度とした理由は、皮膚への超音波侵入角度を大きくすると反射による減衰が発生するためである。   In the sensor 22, the ultrasonic emission angle θ1 when viewed from the plane is about 12.5 degrees at the maximum (see FIG. 3), and the ultrasonic emission angle θ2 when viewed from the longitudinal section is about 10 degrees at the maximum ( 2). The reason why the maximum is about 12.5 degrees is that when the ultrasonic penetration angle into the skin is increased, attenuation due to reflection occurs.

センサ群23では、底辺側の4段目のセンサ行224の各センサ22[(8)〜(12)]から出射した超音波24により、主として膀胱底部側の形状変化を捉える。底辺側の4段目のセンサ行224を除く、他のセンサ行221〜223のセンサ22[(1)〜(7)]から出射した超音波24により、主として膀胱25の膨張の高さを捉える。   In the sensor group 23, the shape change mainly on the bladder bottom side is captured by the ultrasonic waves 24 emitted from the sensors 22 [(8) to (12)] in the fourth-row sensor row 224 on the bottom side. The height of inflation of the bladder 25 is mainly captured by the ultrasonic waves 24 emitted from the sensors 22 [(1) to (7)] of the other sensor rows 221 to 223 except for the sensor row 224 of the fourth stage on the bottom side. .

各センサ22は、圧電素子の両面に電極を形成し、両電極間に電圧を印加することにより圧電素子が振動して超音波を発信し、逆に超音波を受信したときには両電極間から電圧が誘起されるように構成される。センサ22は、例えば円形の薄板状に形成される。各センサ22は、支持部29上において、角度が自在に可変設定できるように支持される。   Each sensor 22 is formed with electrodes on both sides of the piezoelectric element, and when a voltage is applied between both electrodes, the piezoelectric element vibrates to transmit an ultrasonic wave. Conversely, when receiving an ultrasonic wave, a voltage is applied from both electrodes. Is configured to be induced. The sensor 22 is formed in, for example, a circular thin plate shape. Each sensor 22 is supported on the support portion 29 so that the angle can be variably set.

センサ22は、音響インピーダンスの差による超音波の大きな反射を防ぐために、整合層の役割を持つ充填材に埋め込まれる。非侵襲尿量推定センサユニット21を下腹部表面に装着する際は、非侵襲尿量推定センサユニット21と下腹部表面との間に空気が存在しないように例えばエコージェルを介して装着される。   The sensor 22 is embedded in a filler that serves as a matching layer in order to prevent large reflections of ultrasonic waves due to differences in acoustic impedance. When the non-invasive urine volume estimation sensor unit 21 is mounted on the lower abdomen surface, the non-invasive urine volume estimation sensor unit 21 is mounted, for example, via an echo gel so that no air exists between the non-invasive urine volume estimation sensor unit 21 and the lower abdomen surface.

非侵襲尿量推定センサユニット21は、各センサ22[(1)〜(12)]を順次に走査しながら1つずつ超音波を発信させるAモード型で使用する。膀胱形状測定の場合、センサ22としては、1MHz〜5MHz程度の超音波が出射するセンサであればよい。   The non-invasive urine volume estimation sensor unit 21 is used in an A mode type in which ultrasonic waves are transmitted one by one while sequentially scanning each sensor 22 [(1) to (12)]. In the case of bladder shape measurement, the sensor 22 may be any sensor that emits ultrasonic waves of about 1 MHz to 5 MHz.

本実施の形態の非侵襲尿量推定センサユニット21では、下腹部に取り付けて各センサ22[(1)〜(12)]を順次駆動させる。そうすると、各センサ22から発信した超音波のうち、膀胱の膨らみに応じて、腹膜27と恥骨26間の隙間28を透過した超音波が膀胱25側に照射される(例えば、図2、図3参照)。そして、膀胱25の前壁及び後壁で反射した超音波が出射時と同じセンサ22で受信され、センサ22より膀胱5の前壁及び後壁の位置に対応した受信信号が検出される。   In the noninvasive urine volume estimation sensor unit 21 of the present embodiment, the sensor 22 [(1) to (12)] is sequentially driven by being attached to the lower abdomen. Then, of the ultrasonic waves transmitted from each sensor 22, according to the swelling of the bladder, the ultrasonic waves transmitted through the gap 28 between the peritoneum 27 and the pubic bone 26 are irradiated to the bladder 25 side (for example, FIGS. 2 and 3). reference). Then, the ultrasonic waves reflected by the front wall and the rear wall of the bladder 25 are received by the same sensor 22 as at the time of emission, and the reception signals corresponding to the positions of the front wall and the rear wall of the bladder 5 are detected by the sensor 22.

本実施の形態に係る非侵襲尿量推定センサユニット21によれば、センサ群23内の主として第1のセンサ部である4段目のセンサ行224のセンサ22[(8)〜(12)]から2次元的な広がりを持って超音波が出射される。この4段目のセンサ行224のセンサ22[(8)〜(12)]により膀胱底部の形状に対応した前壁、後壁の位置検出ができる。すなわち、結果として膀胱底部の形状が検出される。4段目のセンサ行224からの超音波の広がりは、主として2次元的な広がりであるが、より詳しくは、縦方向に広がる3次元的の広がりを持つ。センサ群23内の主として第2のセンサ部である1段目、2段目、3段目の各センサ行221〜223のセンサ22[(1)〜(7)]から3次元的な広がりを持って超音波が出射される。この1段目、2段目、3段目の各センサ行221〜223のセンサ22[(1)〜(7)]により拡張した膀胱の形状に対応した前壁、後壁の位置検出ができる。すなわち、結果として膀胱の拡張高さが検出される。   According to the non-invasive urine volume estimation sensor unit 21 according to the present embodiment, the sensors 22 [(8) to (12)] of the fourth-stage sensor row 224 which is mainly the first sensor unit in the sensor group 23. Ultrasonic waves are emitted with a two-dimensional spread. The position of the front wall and the rear wall corresponding to the shape of the bottom of the bladder can be detected by the sensors 22 [(8) to (12)] of the fourth sensor row 224. That is, as a result, the shape of the bottom of the bladder is detected. The spread of the ultrasonic wave from the fourth sensor row 224 is mainly a two-dimensional spread, but more specifically, has a three-dimensional spread spreading in the vertical direction. A three-dimensional spread from the sensors 22 [(1) to (7)] of the sensor rows 221 to 223 of the first, second, and third stages, which are mainly the second sensor section in the sensor group 23. An ultrasonic wave is emitted. The position of the front wall and the rear wall corresponding to the expanded bladder shape can be detected by the sensors 22 [(1) to (7)] of the first, second, and third sensor rows 221 to 223. . That is, as a result, the expanded height of the bladder is detected.

従って、センサ群23により、排尿後の収縮した状態、蓄尿されて拡張した状態の実際に近い膀胱形状を捉えることができる。この非侵襲尿量推定センサユニット21は、患者の体位によらず、的確に膀胱形状の測定を可能にする。 Therefore, the sensor group 23 can capture the bladder shape close to the actual state of the contracted state after urination and the state of being stored and expanded. This non-invasive urine volume estimation sensor unit 21 enables accurate measurement of the bladder shape regardless of the patient's body position.

次に、図8を用いて、本発明に係るこの非侵襲尿量推定装置を説明する。本実施の形態に係る非侵襲尿量推定装置30は、上記の非侵襲尿量推定センサユニット21と、処理部31とを備えて構成される。処理部31では、センサユニット21のセンサ群23の各センサ22から発振させた超音波24の膀胱壁からの反射超音波(反射エコー)を検出し、演算処理して膀胱25の立体形状を測定して尿量を推定する。   Next, the noninvasive urine volume estimation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. A non-invasive urine volume estimation device 30 according to the present embodiment includes the above-described non-invasive urine volume estimation sensor unit 21 and a processing unit 31. In the processing unit 31, the reflected ultrasound (reflected echo) from the bladder wall of the ultrasonic wave 24 oscillated from each sensor 22 of the sensor group 23 of the sensor unit 21 is detected and processed to measure the three-dimensional shape of the bladder 25. And estimate the amount of urine.

図8は処理部31の一例を示す。処理部31は、膀胱形状を測定する膀胱形状測定部32と、膀胱形状測定部32で得られた膀胱形状から蓄尿量を推定する尿量推定部33を備える。膀胱形状測定部32は、発信制御部45と、信号処理部46とで構成される。発信制御部45では、複数のセンサ22を順次に発信させる。信号処理部46では、膀胱25の前壁25A及び後壁25Bで反射した反射超音波をセンサ22で受信し、得られた受信信号から膀胱の前壁25A及び後壁25Bの位置を演算して膀胱25の立体形状を計測する。   FIG. 8 shows an example of the processing unit 31. The processing unit 31 includes a bladder shape measuring unit 32 that measures the bladder shape, and a urine volume estimating unit 33 that estimates the amount of accumulated urine from the bladder shape obtained by the bladder shape measuring unit 32. The bladder shape measuring unit 32 includes a transmission control unit 45 and a signal processing unit 46. In the transmission control unit 45, the plurality of sensors 22 are sequentially transmitted. In the signal processing unit 46, the reflected ultrasound reflected by the front wall 25A and the rear wall 25B of the bladder 25 is received by the sensor 22, and the positions of the front wall 25A and the rear wall 25B of the bladder are calculated from the obtained reception signals. The three-dimensional shape of the bladder 25 is measured.

各センサ22[(1)〜(12)]は、マルチプレクサ51を介して超音波発信アンプ52及び超音波受信アンプ53に接続される。超音波発信アンプ52には、複数のセンサ22に順次にパルス信号を出力するパルス発信回路54が接続される。パルス発信回路54にはパルス制御回路55が接続され、パルス信号のパルス幅、振幅、周期、発信回数、パルス列の周期などを制御する。超音波発信アンプ52は、パルス発信回路54からの信号を増幅して、超音波を発信するに十分な電気エネルギーを高める機能を有する。超音波受信アンプ53は、受信された微弱な電気信号を増幅する機能を有する。マルチプレクサ51は、センサ22と超音波発信アンプ52及び超音波受信アンプ53との間にあって、それぞれのセンサ22とアンプ52、53の間を順次接続し、1台のアンプで全てのセンサ22を順次動作させる機能を有する。   Each sensor 22 [(1) to (12)] is connected to an ultrasonic transmission amplifier 52 and an ultrasonic reception amplifier 53 via a multiplexer 51. The ultrasonic transmission amplifier 52 is connected to a pulse transmission circuit 54 that sequentially outputs pulse signals to the plurality of sensors 22. A pulse control circuit 55 is connected to the pulse transmission circuit 54 and controls the pulse width, amplitude, period, number of transmissions, pulse train period, etc. of the pulse signal. The ultrasonic transmission amplifier 52 has a function of amplifying a signal from the pulse transmission circuit 54 and increasing electric energy sufficient to transmit ultrasonic waves. The ultrasonic receiving amplifier 53 has a function of amplifying the received weak electric signal. The multiplexer 51 is located between the sensor 22 and the ultrasonic transmission amplifier 52 and the ultrasonic reception amplifier 53. The multiplexer 51 sequentially connects the sensors 22 and the amplifiers 52 and 53, and all the sensors 22 are sequentially connected by one amplifier. Has a function to operate.

超音波受信アンプ53及びパルス発信回路54は、信号処理回路56に接続される。信号処理回路56では、パルス発信回路54の発信信号と同期して超音波受信アンプ53からの受信信号をA/D変換する。A/D変換された受信信号データから膀胱25の前壁25Aの位置と後壁25Bの位置を演算し、膀胱壁面のマッピングを行う。同様の動作を全てのセンサ22の発信信号と受信信号に対して行うことにより、膀胱22の立体形状を確定する。   The ultrasonic reception amplifier 53 and the pulse transmission circuit 54 are connected to a signal processing circuit 56. The signal processing circuit 56 A / D converts the reception signal from the ultrasonic reception amplifier 53 in synchronization with the transmission signal of the pulse transmission circuit 54. The position of the front wall 25A and the position of the rear wall 25B of the bladder 25 is calculated from the A / D converted received signal data, and the bladder wall surface is mapped. By performing the same operation on the transmission signals and reception signals of all the sensors 22, the three-dimensional shape of the bladder 22 is determined.

尿量推定部(すなわち尿量推定回路)33は信号処理回路56で得られた膀胱25の立体形状のデータから演算して膀胱尿量を推定する。   The urine volume estimation unit (that is, the urine volume estimation circuit) 33 calculates from the three-dimensional data of the bladder 25 obtained by the signal processing circuit 56 to estimate the bladder urine volume.

次に、処理部31を備えた非侵襲尿量推定装置30を用いて、膀胱の形状及びそれに基く尿量の計測(推定)について説明する。   Next, the measurement (estimation) of the shape of the bladder and the urine volume based on the bladder shape will be described using the noninvasive urine volume estimation device 30 provided with the processing unit 31.

非侵襲尿量推定センサユニット21が、底辺側の4段目のセンサ行224が下側に来るように、下腹部の表面に装着される。処理部31では、パルス制御回路55からの制御信号に基いてパルス発信回路54からパルス信号が出力され、超音波発信アンプ52を通じてセンサ群23の複数のセンサ22から順次に超音波24が出射する。各センサ22からは所要時間おきに、例えば1秒毎に超音波が発信される。膀胱25の膨らみに応じて腹膜27と恥骨26の隙間28を通過した超音波24が膀胱25側に照射される。超音波24は、膀胱25の前壁25Aと後壁25Bで反射され、同じセンサ22で受信される。信号処理回路56において、パルス発信回路54の発信信号と同期して超音波受信アンプ53からの受信信号をA/D変換する。A/D変換された受信信号データから膀胱25の前壁25A及び後壁25Bの位置が演算され、膀胱の立体形状が測定される。   The non-invasive urine volume estimation sensor unit 21 is mounted on the surface of the lower abdomen so that the fourth-stage sensor row 224 on the bottom side is on the lower side. In the processing unit 31, a pulse signal is output from the pulse transmission circuit 54 based on the control signal from the pulse control circuit 55, and the ultrasonic waves 24 are sequentially emitted from the plurality of sensors 22 of the sensor group 23 through the ultrasonic transmission amplifier 52. . An ultrasonic wave is transmitted from each sensor 22 every required time, for example, every second. According to the swelling of the bladder 25, the ultrasonic wave 24 passing through the gap 28 between the peritoneum 27 and the pubic bone 26 is irradiated to the bladder 25 side. The ultrasonic wave 24 is reflected by the front wall 25 </ b> A and the rear wall 25 </ b> B of the bladder 25 and is received by the same sensor 22. In the signal processing circuit 56, the reception signal from the ultrasonic reception amplifier 53 is A / D converted in synchronization with the transmission signal of the pulse transmission circuit 54. The positions of the front wall 25A and the rear wall 25B of the bladder 25 are calculated from the A / D converted received signal data, and the three-dimensional shape of the bladder is measured.

次に、この膀胱25の立体形状のデータから尿量推定回路33において、蓄尿量、あるいは排尿量等の尿量が計測(推定)される。   Next, the urine volume estimation circuit 33 measures (estimates) the urine volume such as the accumulated urine volume or the urine volume from the three-dimensional shape data of the bladder 25.

図2及び図3は、少量時の尿量(残尿量を含む)の計測を示す。尿量が少量(50cc以下)のときは、センサ群23のうち、底辺側の4段目のセンサ行224の5個のセンサ22[(8)〜(12)]からの超音波24が、腹膜27と恥骨26間の隙間28を透過して膀胱25側に立体的に放射状に出射される。この5個のセンサ22[(8)〜(12)]から出射された超音波24が、膀胱底部の形状変化を捉える。これにより、50cc以下の少尿量を高精度で計測(推定)可能となる。   2 and 3 show measurement of urine volume (including residual urine volume) at a small amount. When the amount of urine is small (50 cc or less), the ultrasonic waves 24 from the five sensors 22 [(8) to (12)] in the fourth sensor row 224 on the bottom side of the sensor group 23 are The light passes through the gap 28 between the peritoneum 27 and the pubic bone 26 and is emitted three-dimensionally radially to the bladder 25 side. The ultrasonic waves 24 emitted from the five sensors 22 [(8) to (12)] capture the shape change of the bladder bottom. This makes it possible to measure (estimate) a small amount of urine of 50 cc or less with high accuracy.

図4及び図5は、通常量時の尿量(排尿感量を含む)の計測を示す。尿量が通常量のときは、センサ群23のうち、4段目及び3段目のセンサ行224及び223の8個のセンサ22[(5)〜(12)]からの超音波24が、腹膜27と恥骨26間の隙間28を透過して膀胱25側に立体的に放射状に出射される。この8個のセンサ22[(5)〜(12)]から出射されたた超音波24が、膀胱底部からドーム状に膨らんだ膀胱の上部を含む形状変化を捉える。これにより、200cc程度の通常尿量を高精度で計測(推定)することができる。   4 and 5 show the measurement of urine volume (including urination volume) at the normal volume. When the urine volume is a normal volume, the ultrasonic waves 24 from the eight sensors 22 [(5) to (12)] in the sensor rows 224 and 223 in the fourth and third stages in the sensor group 23 are The light passes through the gap 28 between the peritoneum 27 and the pubic bone 26 and is emitted three-dimensionally radially to the bladder 25 side. The ultrasonic wave 24 emitted from the eight sensors 22 [(5) to (12)] captures the shape change including the upper part of the bladder that is swollen in a dome shape from the bottom of the bladder. Thereby, a normal urine volume of about 200 cc can be measured (estimated) with high accuracy.

図6及び図7は、多量時(排尿障害など)の尿量の計測を示す。尿量が多量のときは、センサ群23のうち、1段目から4段目のセンサ行221〜224の12個のセンサ22[(1)〜(12)]からの超音波24が、腹膜27と恥骨26間の隙間28を透過して膀胱25側に立体的に放射状に出射される。この12個のセンサ22[(1)〜(12)]から出射された超音波24が、膀胱底部から大きくドーム状に膨らんだ膀胱の上部を含む形状変化を捉える。これにより、500cc程度の多尿量を高精度で計測(推定)することができる。     6 and 7 show the measurement of the urine volume when there is a large amount (such as dysuria). When the amount of urine is large, the ultrasonic waves 24 from the twelve sensors 22 [(1) to (12)] in the sensor rows 221 to 224 in the first to fourth stages in the sensor group 23 are peritoneum. The light is transmitted through the gap 28 between the pubic bone 27 and the pubic bone 26 in a three-dimensional radial manner toward the bladder 25 side. The ultrasonic wave 24 emitted from the twelve sensors 22 [(1) to (12)] captures the shape change including the upper part of the bladder that is greatly expanded in a dome shape from the bottom of the bladder. Thereby, a polyurine amount of about 500 cc can be measured (estimated) with high accuracy.

本実施の形態に係る非侵襲尿量推定装置30によれば、センサ群23の構成を次のような構成とした。すなわち、底辺側にセンサ数を集中し、底辺側の4段目のセンサ行224で膀胱底部の形状を捉え、その他の1段目〜3段目のセンサ行221〜223で膀胱のドーム状に膨らむ高さを捉える構成とした。このようなセンサ群23により、膀胱25の拡張時及び収縮時の立体形状変化を効率よく捉え、さらに膀胱底部の形状をより細密に捉えることができる。従って、従来得られなかった50cc以下の残尿量を計測することが可能になる。本実施の形態の非侵襲尿量推定装置30では、膀胱容量、つまり蓄尿量を約50cc程度〜500cc程度までの広い範囲にわたって連続的に高精度に計測することができる。患者の体位などの測定状況による計測値の変動が生じ難い。非侵襲尿量推定装置30は、小型、軽量に構成することができ、可搬性に優れる。尿量もリアルタイムで計測することができる。   According to the non-invasive urine volume estimation apparatus 30 according to the present embodiment, the sensor group 23 is configured as follows. That is, the number of sensors is concentrated on the bottom side, the shape of the bladder bottom is captured by the fourth sensor row 224 on the bottom side, and the dome shape of the bladder is formed by the other first to third sensor rows 221 to 223. It was set as the structure which catches the height which swells. With such a sensor group 23, it is possible to efficiently capture a change in the three-dimensional shape when the bladder 25 is expanded and contracted, and to capture the shape of the bottom of the bladder more precisely. Therefore, it becomes possible to measure the amount of residual urine of 50 cc or less which has not been obtained conventionally. In the non-invasive urine volume estimation apparatus 30 of the present embodiment, the bladder capacity, that is, the urine accumulation volume, can be continuously measured with high accuracy over a wide range from about 50 cc to about 500 cc. Measurement values are unlikely to vary due to measurement conditions such as patient posture. The noninvasive urine volume estimation device 30 can be configured to be small and light, and is excellent in portability. Urine volume can also be measured in real time.

本発明は、上述した非侵襲尿量推定装置30を利用して得た排尿情報より診断情報、排尿日誌を自動記録して、患者の蓄尿/排尿を管理する排尿管理システムを実現することができる。患者の診断情報とは、最大尿流量、残尿量、尿流量曲線などの情報である。患者の排尿日誌とは、排尿回数、排尿量、排尿時刻などの情報である。これらの情報は、排尿障害を有する患者の診断/治療に関する最も基礎的な情報(データ)であり、正確に把握することが要求される。   The present invention can realize a urination management system that automatically records diagnosis information and urination diary from urination information obtained by using the above-described non-invasive urine volume estimation device 30 to manage urine accumulation / urination of patients. . Patient diagnosis information includes information such as maximum urine flow rate, residual urine volume, and urine flow rate curve. The patient's urination diary is information such as the number of urinations, the amount of urination, and the time of urination. These pieces of information are the most basic information (data) related to diagnosis / treatment of patients with dysuria, and are required to be accurately grasped.

本発明に係る排尿管理システム51は、図11に示すように、排尿データ記録装置52と、この排尿データ記録装置52からの排尿データ54を解析し、診断情報及び排尿日誌などの患者の尿管理データを得るための排尿データ解析装置53を備える。排尿データ記録装置52は、上述の非侵襲尿量推定装置30と、時計装置60と、非侵襲尿量推定装置30からの計測データを処理するデータ処理装置61及びデータ保存装置62を備える。この排尿データ記録装置52は、例えば、時計機能、データ処理機能及びデータ保存機能を有するマイコン63と非侵襲尿量推定装置30を備えて、小型、軽量、可搬な装置として構成される。排尿データ解析装置は、データ処理装置に送られる時系列のデータにより、連続計測による尿流量曲線データを取得できる尿流量曲線データ取得機能を有する。また、少量時の精度を確保することで得られる残尿量を取得する残尿量計測機能を有する。   As shown in FIG. 11, the urination management system 51 according to the present invention analyzes the urination data recording device 52 and the urination data 54 from the urination data recording device 52, and manages urine management of patients such as diagnostic information and urination diary. A urination data analyzer 53 for obtaining data is provided. The urination data recording device 52 includes a non-invasive urine volume estimation device 30, a clock device 60, a data processing device 61 that processes measurement data from the non-invasive urine volume estimation device 30, and a data storage device 62. The urination data recording device 52 includes, for example, a microcomputer 63 having a clock function, a data processing function, and a data storage function and a non-invasive urine volume estimation device 30, and is configured as a small, light, and portable device. The urination data analysis device has a urine flow curve data acquisition function that can acquire urine flow curve data by continuous measurement based on time-series data sent to the data processing device. In addition, it has a residual urine volume measuring function for acquiring the residual urine volume obtained by ensuring the accuracy of a small amount.

センサユニット21及び処理部31を備えた非侵襲尿量推定装置30と、上記機能を有するマイコン63とを含む排尿データ記録装置52は、必要に応じて患者宅、あるいは患者が入居している介護施設、患者が入院している病院などの施設に貸出される。排尿データ解析装置53は、例えば病院、その他などの排尿データを管理する管理センターなどに設置される。   The urine data recording device 52 including the non-invasive urine volume estimation device 30 including the sensor unit 21 and the processing unit 31 and the microcomputer 63 having the above-described function is provided for the care of the patient's house or the patient as needed. Loaned to facilities, such as hospitals where patients are hospitalized. The urination data analysis device 53 is installed in a management center or the like that manages urination data such as a hospital or the like.

本発明に係る排尿管理システム51では、貸出された排尿データ記録装置52を用いて、患者の排尿時刻、尿量などの排尿情報(いわゆる排尿データ)を記録する。データ保持装置62あるいはマイコンのデータ保持機能に保持された排尿データ54は、例えば無線あるいはUSBメモリなどにより、排尿データ解析装置53に送られる。排尿データ解析装置53では、送られた排尿データ54をプログラムされたパーソナルコンピュータで解析して、最大尿流量、残尿量、尿流量曲線及び排尿に要した排尿時間などの診断情報を得る。診断情報は、排尿データ記録装置から送られる排尿情報を解析して得られた、連続計測による尿流量曲線データ及び少量時の精度を確保することで得られる残尿量を含む。また同時に排尿回数、排尿量、排尿時刻(日時)などの項目を有する排尿日誌を得る。排尿データ解析装置53では、これらの患者の尿管理(つまり診断/治療)に必要な質の高い尿管理情報が得られ、同時にこの尿管理情報が保存される。   In the urination management system 51 according to the present invention, urination information (so-called urination data) such as urination time and urine volume of a patient is recorded by using a rented urine data recording device 52. The urination data 54 held in the data holding device 62 or the data holding function of the microcomputer is sent to the urine data analyzing device 53 by, for example, wireless or USB memory. In the urination data analysis device 53, the sent urination data 54 is analyzed by a programmed personal computer to obtain diagnostic information such as the maximum urine flow rate, the residual urine amount, the urine flow curve, and the urination time required for urination. The diagnosis information includes the urine flow rate curve data obtained by analyzing the urination information sent from the urination data recording device and the residual urine amount obtained by ensuring the accuracy when the amount is small. At the same time, a urination diary having items such as urination frequency, urination volume, urination time (date) is obtained. In the urination data analysis device 53, high-quality urine management information necessary for urine management (that is, diagnosis / treatment) of these patients is obtained, and at the same time, the urine management information is stored.

患者の主治医は、排尿データ解析装置53から患者の尿管理情報64を得て、患者の診断/治療に役立てることができる。   The patient's attending physician can obtain the patient's urine management information 64 from the urination data analyzer 53 and use it for diagnosis / treatment of the patient.

図13に、実蓄尿量と、本実施の形態の非侵襲尿量推定装置30を用いて推定した推定蓄尿量を示す。実蓄尿量とは、尿流量測定装置にて測定した実排尿量データの最終排尿量からその時間の排尿量を減算し、超音波診断装置などにて残尿が確認された場合は残尿量を加算して求めたものである。すなわち、膀胱の排尿時の実蓄尿量を示す。マーカーaは残尿のない場合の実蓄尿量を示し、マーカーbは演算されたデータに個人差を考慮して補正した推定蓄尿量を示す。図12から時間に対する蓄尿量の変化の傾向が両マーカー曲線a、b共に一致していることが認められる。   FIG. 13 shows the actual urine storage amount and the estimated urine storage amount estimated using the noninvasive urine volume estimation device 30 of the present embodiment. The actual accumulated urine volume is the amount of residual urine when the amount of residual urine is subtracted from the final urine volume of the actual urine volume data measured by the urine flow measurement device and residual urine is confirmed by an ultrasound diagnostic device Is obtained by adding. That is, it shows the actual amount of accumulated urine during urination of the bladder. The marker a indicates the actual urine storage amount when there is no residual urine, and the marker b indicates the estimated urine storage amount corrected in consideration of individual differences in the calculated data. It can be seen from FIG. 12 that the tendency of the change in the amount of urine storage with respect to time coincides with both the marker curves a and b.

図12に、実排尿量と尿流量の関係を示す。曲線cが実排尿量を示し、曲線dが尿流量を示す。実排尿量(曲線c)は、尿流量測定装置にて実排尿量を1秒毎に測定して得たものである。尿流量(曲線d)は、尿流量測定装置にて測定した1秒ごとの実排尿量データより算出し、
(尿流量)=(その時刻の実排尿量)−(1秒後の実排尿量)
を移動平均処理して求めたものである。
図13で説明したように、本実施の形態の非侵襲尿量推定装置30で得られた推定蓄尿量と尿流量測定装置にて測定した実蓄尿量の傾向が一致する。このことから、本実施の形態の非侵襲尿量推定装置30を利用することにより、尿流量測定ウロフロメトリー検査と同様の、すなわち重要な尿流量曲線、排尿量、残尿量のデータを例えば、自宅のトイレにて被験者に気分的な負担を与えることなく求めることができる。
FIG. 12 shows the relationship between the actual urine output and the urine flow rate. A curve c indicates the actual urination volume, and a curve d indicates the urine flow rate. The actual urine output (curve c) is obtained by measuring the actual urine output every second with a urine flow measuring device. The urine flow rate (curve d) is calculated from the actual urine output data per second measured by the urine flow rate measuring device,
(Urine flow rate) = (Actual urine output at that time)-(Actual urine output after 1 second)
Is obtained by moving average processing.
As described with reference to FIG. 13, the tendency of the estimated urine accumulation amount obtained by the noninvasive urine volume estimation device 30 of the present embodiment and the actual urine accumulation amount measured by the urine flow rate measurement device coincide. From this, by using the non-invasive urine volume estimation device 30 of the present embodiment, the same urinary flow measurement urophrometry test, that is, important urine flow curve, urine output volume, residual urine volume data, for example, It can be obtained without giving a mood burden to the subject in the bathroom at home.

本実施の形態に係る排尿管理システム51によれば、自宅療養あるいは介護施設、病院などの施設に入っている患者の診断情報、排尿日誌などの有用な尿管理情報を、患者に負担なく且つ簡易に作成することが可能になる。そして、患者の主治医はこの尿管理情報によって、患者の蓄尿/排尿を管理することができる。これによって、排尿障害治療のレベルアップをもたらし、患者のQOL(Quality of Life)向上に確実に貢献すると共に、
オムツ費用などの削減など医療経済にも有用ならしめる。
According to the urination management system 51 according to the present embodiment, useful urine management information such as diagnosis information and urination diary of patients in facilities such as home medical care or nursing care facilities and hospitals can be easily and without burden. Can be created. Then, the patient's attending physician can manage the patient's urine accumulation / urination based on the urine management information. This will lead to an improvement in the treatment of dysuria and contribute to improving the quality of life (QOL) of patients,
It will be useful for the medical economy, such as reducing diaper costs.

上述の非侵襲尿量推定装置30は、排尿障害や尿失禁の患者に対して、膀胱に溜まった蓄尿量を事前に感知し、本人または介護者、看護室等に知らせて排尿を促す場合にも適用できる。この場合は、図8の処理部において、尿量推定部、すなわち尿量推定回路33に、排尿が必要か否かを判定する判定する判定回路を含ませる。この尿量推定回路33の後段に蓄尿量に応じて排尿の必要を知らせる通報手段を接続する。通報手段としては、音(音声を含む)、光、振動などによる警報手段、あるいはランプ表示手段で構成することができる。尿量推定回路33で尿量が危険値に達したときには、通知手段を通して患者本人あるいは介護人、あるいは看護室に知らせて、失禁を含む排尿障害を未然に防ぐことができる。   The above-described non-invasive urine volume estimation device 30 senses in advance the amount of accumulated urine stored in the bladder for patients with dysuria or urinary incontinence, and informs the person, caregiver, nursing room, etc. to urinate Is also applicable. In this case, in the processing unit of FIG. 8, the urine volume estimation unit, that is, the urine volume estimation circuit 33 includes a determination circuit that determines whether or not urination is necessary. A reporting means for notifying the necessity of urination is connected to the subsequent stage of the urine volume estimation circuit 33 in accordance with the urine accumulation volume. The notification means can be constituted by alarm means (including sound), light, vibration, etc., or lamp display means. When the urine volume reaches a dangerous value in the urine volume estimation circuit 33, the patient or the caregiver or the nursing room can be notified through the notification means to prevent urination disorders including incontinence.

次に、より簡易にかつ精度よく蓄尿量を推定できる膀胱体積計算方法について説明する。   Next, a bladder volume calculation method capable of estimating the urine accumulation amount more simply and accurately will be described.

一般に膀胱内の尿量を測定するためには、尿道カテーテルや超音波による検査が行われている。特に非侵襲な方法として超音波による経腹超音波法が医療現場でも広く利用されている。しかし、それらの多くは、超音波診断装置を使ったBモード法であり、計算精度を上げるためには、個人の膀胱形状を観察し、夫々に対して異なった補正係数を与える必要がある。また、患者や介護者が自宅で簡易に膀胱内の尿量を測定し、排尿管理を行うことは困難である。   In general, in order to measure the amount of urine in the bladder, examination using a urinary catheter or ultrasound is performed. In particular, the transabdominal ultrasonic method using ultrasonic waves is widely used in the medical field as a non-invasive method. However, most of them are B-mode methods using an ultrasonic diagnostic apparatus, and in order to increase the calculation accuracy, it is necessary to observe the shape of an individual's bladder and give different correction coefficients to each. Also, it is difficult for patients and caregivers to easily measure urine volume in the bladder at home and manage urination.

一方、前述したセンサユニット21を用いた図8の尿量推定部33の例では、膀胱形状をAモード法で計測し、排尿管理を行っている。このときの膀胱体積計算法は、各センサ22から得た膀胱の前壁及び後壁間の距離を積算して体積を算出し、尿量を推定するもので、個人ごとに補正係数を設定する必要がある。   On the other hand, in the example of the urine volume estimation unit 33 of FIG. 8 using the sensor unit 21 described above, the bladder shape is measured by the A mode method, and urination management is performed. The bladder volume calculation method at this time calculates the volume by integrating the distance between the front wall and the rear wall of the bladder obtained from each sensor 22 to estimate the urine volume, and sets a correction coefficient for each individual. There is a need.

本発明に係る膀胱体積計算方法は、少数のセンサ(超音波振動子)からAモード法によって、膀胱形状の情報を効率よく得て、膀胱の形状変化に対応し、かつ個人毎の補正係数を設定することなく、膀胱の体積を計算する方法である。本膀胱体積計算方法は、膀胱を円錐台の集合に近似して体積を推定する円錐台近似法である。即ち、本膀胱体積計算方法は、三角形状のセンサユニット21を用いた場合、その底辺に配置した5個のセンサ22を用いて、膀胱の基準断面積を計測し、他の7個のセンサ22を含めた情報から膀胱高さや奥行きを計測し、円錐台の集合に近似して体積を推定する。膀胱の基準断面積は、恥骨上部に対応する位置での膀胱の水平断面積とし、上記底辺の5個のセンサの情報から計測される。   The bladder volume calculation method according to the present invention efficiently obtains bladder shape information from a small number of sensors (ultrasound transducers) by the A-mode method, corresponds to changes in the shape of the bladder, and has a correction coefficient for each individual. This is a method for calculating the volume of the bladder without setting. This bladder volume calculation method is a truncated cone approximation method that estimates the volume by approximating the bladder to a set of truncated cones. In other words, in the bladder volume calculation method, when the triangular sensor unit 21 is used, the reference cross-sectional area of the bladder is measured using the five sensors 22 arranged on the bottom thereof, and the other seven sensors 22 are measured. The height and depth of the bladder are measured from information including, and the volume is estimated by approximating a set of truncated cones. The reference cross-sectional area of the bladder is the horizontal cross-sectional area of the bladder at a position corresponding to the upper pubic bone, and is measured from the information of the five sensors on the bottom side.

以下に詳述する。膀胱は、蓄尿量の増加に伴い、腹膜を押し上げて膨張する。因みに、残尿量を測定する際、最も広く使用されているのが経腹超音波法である。経腹超音波法では、超音波プローブを下腹部に当て、腹膜と恥骨の隙間より水平断面と矢状断面の2種類のBモード画像を取得する。この水平断面での長径W、矢状断面での頭尾径H、矢状断面での腹背径Dから膀胱を楕円球に近似して数3により算出する(図14A,B参照)。   This will be described in detail below. The bladder expands by pushing up the peritoneum as the amount of stored urine increases. Incidentally, when measuring the amount of residual urine, the most widely used is the transabdominal ultrasonic method. In the transabdominal ultrasound method, an ultrasonic probe is applied to the lower abdomen, and two types of B-mode images, a horizontal section and a sagittal section, are acquired from the gap between the peritoneum and the pubic bone. From the major axis W in the horizontal section, the head-tail diameter H in the sagittal section, and the ventral dorsal diameter D in the sagittal section, the bladder is approximated to an elliptical sphere and is calculated by Equation 3 (see FIGS. 14A and B).

しかし、この方法では、膀胱の変形等により、18%程度の誤差が生じる。 However, in this method, an error of about 18% occurs due to deformation of the bladder and the like.

これに対して、本発明に係る膀胱体積計算方法は、Aモード計測にて膀胱体積を推定する。図15に、センサ(超音波振動子)で取得した膀胱のAモード波形を示す。本発明では、夫々のセンサから、図示のような受信波形(Aモード波形)を得て、膀胱の前壁位置及び後壁位置を計測する。得られた膀胱情報から膀胱を円錐台の集合に近似して膀胱の体積を推定する円錐台近似法を提案する。   In contrast, the bladder volume calculation method according to the present invention estimates the bladder volume by A-mode measurement. FIG. 15 shows an A-mode waveform of the bladder acquired by a sensor (ultrasonic transducer). In the present invention, a reception waveform (A mode waveform) as illustrated is obtained from each sensor, and the front wall position and the rear wall position of the bladder are measured. We propose a truncated cone approximation method that estimates the volume of the bladder by approximating the bladder to a set of truncated cones from the obtained bladder information.

各円錐台の体積を計算するためには、数4に示すように、それぞれの底面と上面の面積、さらに高さが必要である。   In order to calculate the volume of each truncated cone, as shown in Equation 4, the area and the height of each bottom surface and top surface are required.

底面と上面の面積を求めるためには、図16Aに示すように、センサユニット71の水平に並べた複数のセンサ72で得られた膀胱壁情報から三角形の重ね合わせに近似して面積Sを求める。また、高さを求めるためには、図16Bに示すように、縦に位置したセンサ72によって、膀胱の各高さΔhが求められる。例えば、図16Bのように縦に位置した複数のセンサ72からの超音波が平行に発振する場合には、縦に位置した複数のセンサ72の間隔によって、膀胱の高さΔhを求める。さらに、夫々の高さにおける奥行きDも計測する。ここで、夫々の底面と上面の面積を少ないセンサにて計算するために、図17に示すように、ある1つの基準面の水平断面積と各基準面からの高さでの奥行きを利用して、数5により計算する。図16A,Bにおいて、73は膀胱、74は恥骨を示す。 In order to obtain the areas of the bottom surface and the top surface, as shown in FIG. 16A, the area S 0 is approximated to a triangle overlap from bladder wall information obtained by a plurality of sensors 72 arranged horizontally in the sensor unit 71. Ask. Further, in order to obtain the height, as shown in FIG. 16B, each height Δh of the bladder is obtained by the sensor 72 positioned vertically. For example, when ultrasonic waves from a plurality of sensors 72 vertically positioned oscillate in parallel as shown in FIG. 16B, the bladder height Δh is obtained from the interval between the plurality of sensors 72 positioned vertically. In addition, to measure the depth D i at the height of each. Here, in order to calculate the area of each bottom surface and top surface with a small number of sensors, as shown in FIG. 17, the horizontal cross-sectional area of one reference surface and the depth at the height from each reference surface are used. Then, the calculation is performed using Equation 5. In FIG. 16A and B, 73 shows a bladder and 74 shows a pubic bone.

また、図17に示すように、センサ72の外にあって観測できない膀胱体積に関しては、膀胱上部73Aを円錐と仮定し、恥骨に隠れる膀胱底部73Bを半球と仮定する。そして、これらの各円錐台の膀胱部分73C、膀胱上部73A及び膀胱底部73Bの体積を積算して数6により全体の膀胱体積Vcalを算出する。73は全体の膀胱を示す。 Further, as shown in FIG. 17, regarding the bladder volume outside the sensor 72 and not observable, the upper bladder 73A is assumed to be a cone, and the bladder bottom 73B hidden by the pubic bone is assumed to be a hemisphere. Then, the volume of the bladder part 73C, the bladder upper part 73A, and the bladder bottom part 73B of each of these truncated cones is integrated, and the entire bladder volume V cal is calculated by Equation 6. 73 shows the whole bladder.

次に、恥骨上部に対応する位置の膀胱の水平断面積を、基準面に設定した理由について説明する。円錐台近似法を用いる場合、数5により各膀胱高さにおける奥行きの比から、夫々の水平断面積を推定するため、膀胱のどの高さの水平断面を基準とするかが重要となる。基準面となる水平断面積Sを求めるため、CT画像を利用した検討を行った。 Next, the reason why the horizontal cross-sectional area of the bladder at the position corresponding to the upper pubic bone is set as the reference plane will be described. When the frustoconical approximation method is used, the horizontal cross-sectional area of each bladder is estimated from the ratio of the depths at the respective bladder heights according to Equation 5, and therefore the height of the horizontal cross-section of the bladder is the reference. In order to obtain the horizontal cross-sectional area S 0 as a reference plane, examination using a CT image was performed.

図18に、男性患者(患者A)の腹部CT画像を示す。符号73は膀胱を示す。骨盤内の膀胱底部(f)0mmから膀胱上部(a)30mmまで6mm間隔で膀胱73の水平断面を観察した。膀胱73の水平断面の形状は、徐々に変化させながら主に腹部にせり出すように膨張し、膀胱中間部(c)18mmで最大面積となった後、僅かに収縮し、膀胱上部(a)に達している。このCT画像から、画像解析ソフトScion-imageを用いて基準となる面積及び各水平断面における奥行きを計測し、実際の膀胱体積と比較する。基準となる水平断面として、腹膜や体位等の影響が少ないと考えられる恥骨上部の水平断面Spubic(e)と、経腹超音波法等で利用される最大水平断面Smax(c)の2種類について、夫々の膀胱体積Vcalを計算し、実体積Vtrueと比較する。 FIG. 18 shows an abdominal CT image of a male patient (patient A). Reference numeral 73 denotes a bladder. A horizontal section of the bladder 73 was observed at intervals of 6 mm from the bladder bottom (f) 0 mm to the upper bladder (a) 30 mm in the pelvis. The shape of the horizontal section of the bladder 73 expands mainly so as to protrude to the abdomen while gradually changing. After reaching the maximum area at the bladder middle part (c) 18 mm, the bladder 73 slightly contracts to the upper part of the bladder (a). Has reached. From this CT image, the reference area and the depth in each horizontal section are measured using image analysis software Scion-image and compared with the actual bladder volume. As a reference horizontal section, 2 of the horizontal section S public (e) of the upper pubic bone considered to have little influence of the peritoneum, the body position, etc., and the maximum horizontal section S max (c) used in the transabdominal ultrasonic method or the like For each type, each bladder volume V cal is calculated and compared with the actual volume V true .

表1に計算結果を示す。男性患者(患者A)に加え、女性患者(患者B)についても同様の方法で膀胱体積の計算を行った。いずれの場合も、恥骨上部の水平断面Spubicを基準とした方が、誤差が少ない結果となった。本発明では、この表1の結果から恥骨上部の水平断面Spubicを基準面とするものである。 Table 1 shows the calculation results. In addition to the male patient (patient A), the bladder volume was calculated in the same manner for the female patient (patient B). In either case, the error was smaller when the horizontal section S public of the upper pubic bone was used as a reference. In the present invention, from the result of Table 1, the horizontal section S public of the upper pubic bone is used as the reference plane.

次に、本発明の円錐台近似法による膀胱体積計算方法の妥当性について検証する。本方法の妥当性を確かめるため、エコー画像による検証を行った。健常者の異なる尿量の膀胱について、超音波診断装置を用いて膀胱の異なる高さでの水平断面エコー画像を撮影し、上記CT画像と同様にして、恥骨上部の水平断面Spubic、及び最大水平断面Smaxの2つを基準として本方法を適応し、膀胱体積を計算した。 Next, the validity of the bladder volume calculation method by the truncated cone approximation method of the present invention will be verified. In order to confirm the validity of this method, we performed verification using echo images. With respect to bladders of different urine volume of healthy subjects, horizontal cross-sectional echo images at different heights of the bladder are taken using an ultrasonic diagnostic apparatus, and the horizontal cross-section S public above the pubic bone and The bladder volume was calculated by applying this method based on two horizontal cross sections Smax .

81mlから454mlの異なる尿量膀胱19例を測定し、1つの膀胱に対し6〜12枚程度のエコー画像を取得した。被験者は仰臥位にてエコー画像取得後、5分以内に排尿を行い、排尿量を測定した。排尿後、再び超音波診断装置にて残尿検査を行い、残尿がないことを確認している。測定した排尿量は、撮影したエコー画像における膀胱の実体積とほぼ等しい。   Nineteen urinary bladders with different amounts from 81 ml to 454 ml were measured, and about 6 to 12 echo images were acquired for one bladder. The subject urinated within 5 minutes after acquiring the echo image in the supine position, and the amount of urination was measured. After urination, a residual urine test is performed again with an ultrasonic diagnostic apparatus to confirm that there is no residual urine. The measured amount of urination is approximately equal to the actual volume of the bladder in the captured echo image.

図19に、膀胱の実体積Vtrueと、恥骨上部を基準として計算した膀胱体積Vpubic、及び最大水平断面を基準として計算した膀胱体積Vmaxを示す。図中の実線は実体積と計算された体積が一致する直線である。◆印はVpubic、◇印はVmaxである。この図19から、実体積と計算された体積は、よく一致していることが分かる。すなわち、膀胱を円錐台に近似する本膀胱体積計算方法は、膀胱体積を精度よく推定することができることを示唆している。恥骨上部の水平断面を基準とする場合(◆印)は、更に精度がよい。 FIG. 19 shows the actual volume V true of the bladder, the bladder volume V public calculated on the basis of the upper pubic bone, and the bladder volume V max calculated on the basis of the maximum horizontal section. The solid line in the figure is a straight line where the actual volume and the calculated volume coincide. ♦ indicates V public , and ◇ indicates V max . FIG. 19 shows that the actual volume and the calculated volume are in good agreement. That is, this bladder volume calculation method that approximates the bladder to a truncated cone suggests that the bladder volume can be estimated with high accuracy. When the horizontal section of the upper pubic bone is used as a reference (♦ mark), the accuracy is even better.

表2に、夫々の平均絶対誤差と標準偏差を示す。恥骨上部の水平断面を基準とした場合の誤差率10.4%に対して、最大水平断面を基準とした場合は、18.1%と誤差が大きい。つまり、エコー画像による検討においても、本膀胱体積計算方法を適応する際、恥骨上部の水平断面を基準とする方が、精度のよい体積計算ができることが確認できる。   Table 2 shows the respective average absolute errors and standard deviations. The error rate is 10.1% when the maximum horizontal section is used as a reference, while the error rate is 10.1% when the horizontal section of the upper pubis is used as a reference. That is, even in the examination using the echo image, when applying this bladder volume calculation method, it can be confirmed that accurate volume calculation can be performed by using the horizontal section of the upper pubic bone as a reference.

本発明では、本膀胱体積計算方法が適用されるセンサユニットとして、センサ数の少ない前述の図1に示すセンサユニット21を用いることができる。図20及び図21に、本膀胱体積計算方法が適用されるセンサユニット21の角度θ1、θ2を特定した一具体例、特に各センサ22から発振される超音波の軌跡の一例を示す。センサユニット21は、前述の図1に示すように、12個の超音波振動子によるセンサ22(1)〜22(12)が三角形状をなすように配置されている。各センサ22(1)〜22(12)は、それぞれ異なる角度θ1、θ2を付けて配置される。25は膀胱、26は恥骨、27は腹膜を示す。   In the present invention, the sensor unit 21 shown in FIG. 1 with a small number of sensors can be used as a sensor unit to which the present bladder volume calculation method is applied. 20 and 21 show a specific example in which the angles θ1 and θ2 of the sensor unit 21 to which the present bladder volume calculation method is applied, in particular, an example of an ultrasonic trajectory oscillated from each sensor 22. As shown in FIG. 1 described above, the sensor unit 21 is arranged so that the sensors 22 (1) to 22 (12) using 12 ultrasonic transducers form a triangular shape. The sensors 22 (1) to 22 (12) are arranged with different angles θ1 and θ2. 25 indicates the bladder, 26 indicates the pubic bone, and 27 indicates the peritoneum.

θ1に関しては、センサ22(8)及び22(12)が7.5°、センサ22(9)及び22(11)が5°センサ22(6)及び22(10)が0°である。さらに、センサ22(5)及び22(7)が5°、センサ22(4)及び22(3)が7.5°、センサ22(1)及び22(2)が7.5°である。   Regarding θ1, the sensors 22 (8) and 22 (12) are 7.5 °, the sensors 22 (9) and 22 (11) are 5 °, and the sensors 22 (6) and 22 (10) are 0 °. Further, the sensors 22 (5) and 22 (7) are 5 °, the sensors 22 (4) and 22 (3) are 7.5 °, and the sensors 22 (1) and 22 (2) are 7.5 °.

θ2に関しては、センサ22(1)が5°、センサ22(2)が10°、センサ22(3)が5°、センサ22(4)が12.5°である。センサ22(5)〜22(7)が10°、センサ22(8)〜22(12)が5°である。   Regarding θ2, sensor 22 (1) is 5 °, sensor 22 (2) is 10 °, sensor 22 (3) is 5 °, and sensor 22 (4) is 12.5 °. Sensors 22 (5) to 22 (7) are 10 °, and sensors 22 (8) to 22 (12) are 5 °.

なお、図20及び図21に示す各センサ22の角度θ1、θ2は、一具体例に過ぎず、前述のθ1の最大が12.5°程度、θ2の最大が10°程度の範囲内で、センサユニットの設計に応じて適宜変更し得る。また、図1のセンサユニット21のセンサ22の個数、配置も、後述するように、センサユニットの設計に応じて適宜変更し得る。   Note that the angles θ1 and θ2 of each sensor 22 shown in FIGS. 20 and 21 are only specific examples, and the maximum of θ1 is about 12.5 ° and the maximum of θ2 is about 10 °. It can be appropriately changed according to the design of the sensor unit. Also, the number and arrangement of the sensors 22 of the sensor unit 21 in FIG. 1 can be changed as appropriate according to the design of the sensor unit, as will be described later.

センサ22(1)〜22(12)の周波数は3MHz、直径は10mmとした。センサユニット21は、駆動ドライバに接続され、駆動ドライバにより12個のセンサ22に順次パルス信号を与えて超音波を発信し、同じセンサ22にて受信した反射波のエネルギーレベルを保存する。三角形状の最下段に横一列に配置された5個のセンサ22(8)〜22(12)が、放射状に超音波を発振・受信し、恥骨上部に対応する位置の膀胱の水平断面を捉える。センサ22(1)〜22(7)は、高さ方向に異なる角度θ2を付けて縦に配置されており、膀胱の高さ情報と、夫々の高さにおける奥行き情報を捉える。また、センサ22(5)〜22(7)は、最下段の5個のセンサ22(8)〜22(12)が膀胱後壁の大きな変形等で水平断面を捉えられなかった際に、最下段のセンサ22(8)〜22(12)とは異なる角度で水平断面積を捉えるセンサとしても用いられる。これらのセンサ22によって、膀胱の円錐台近似を可能にする。   The frequency of the sensors 22 (1) to 22 (12) was 3 MHz, and the diameter was 10 mm. The sensor unit 21 is connected to the drive driver, and sequentially applies pulse signals to the 12 sensors 22 by the drive driver to transmit ultrasonic waves, and stores the energy level of the reflected wave received by the same sensor 22. Five sensors 22 (8) to 22 (12) arranged in a horizontal row at the bottom of the triangular shape oscillate and receive ultrasonic waves radially and capture a horizontal section of the bladder at a position corresponding to the upper pubic bone. . The sensors 22 (1) to 22 (7) are arranged vertically with different angles θ2 in the height direction, and capture the bladder height information and the depth information at each height. The sensors 22 (5) to 22 (7) are the lowest sensors when the bottom five sensors 22 (8) to 22 (12) cannot capture the horizontal cross section due to a large deformation of the bladder rear wall. It is also used as a sensor for capturing the horizontal cross-sectional area at an angle different from that of the lower sensors 22 (8) to 22 (12). These sensors 22 allow for a frustoconical approximation of the bladder.

膀胱体積を各円錐台体積の集合として捉える際の各円錐台の高さΔhは、基準面からの各膀胱高さh、hi+1、hi+2、hi+3、・・としたとき、各膀胱高さの差分で規定される。つまり、各Δhは、(hi+1)―(h)=Δh、(hi+2)−(hi+1)=Δh、(hi+3)−(hi+2)=Δh、・・・となる。 The height Δh of each truncated cone when capturing the bladder volume as a set of each truncated cone volume is the bladder heights h i , h i + 1 , h i + 2 , h i + 3 ,. Defined by height difference. That is, each Δh is (h i + 1 ) − (h i ) = Δh, (h i + 2 ) − (h i + 1 ) = Δh, (h i + 3 ) − (h i + 2 ) = Δh,.

ここで、膀胱の各高さΔh(数4のΔhに相当)は、一例として次のように規定することができる。図21に示すように、先ず、4段目のセンサ22[(8)〜(12)]から5°の角度で発振されて膀胱25を前壁及び後壁を横切る超音波の軌跡を基準線とする。次に、例えばセンサ22[(5)〜(7)]から10°の角度で発振されて膀胱25を前壁及び後壁を横切る超音波の軌跡と、膀胱25の後壁との交点を基準にして、この交点から基準線と平行する5°の角度で延長する延長線を求める。この延長線と上記基準線との間の高さがΔhとなる。同様に、センサ22(4)から12.5°の角度で発振されて膀胱25を前壁及び後壁を横切る超音波の軌跡と、膀胱25の後壁との交点を基準にして、この交点から基準線と平行する5°の角度で延長する線を求める。同様にして、センサ22(3)から5°角度で発振されて膀胱25を前壁及び後壁を横切る超音波の軌跡による線を求める。この線は基準線と平行する。同様にして、センサ22(2)から10°の角度で発振されて膀胱25を前壁及び後壁を横切る超音波の軌跡と、膀胱25の後壁との交点を基準にして、この交点から基準線と平行する5°の角度で延長する線を求める。同様にして、センサ22(1)から5°角度で発振されて膀胱25を前壁及び後壁を横切る超音波の軌跡による線を求める。この線は基準線と平行する。膀胱の各高さΔhは、最下段のセンサからの超音波軌跡を基準線として、この基準線と縦方向に配列された各センサからの超音波で得られる基準線と平行する各線との相互に隣り合う線間の間隔で規定される。   Here, each height Δh of the bladder (corresponding to Δh in Expression 4) can be defined as follows as an example. As shown in FIG. 21, first, an ultrasonic trajectory that oscillates at an angle of 5 ° from the fourth-stage sensor 22 [(8) to (12)] and crosses the bladder 25 across the front wall and the rear wall is a reference line. And Next, for example, an ultrasonic trajectory that crosses the front wall and the rear wall of the bladder 25 oscillated at an angle of 10 ° from the sensor 22 [(5) to (7)] and the intersection point of the rear wall of the bladder 25 is a reference. Then, an extension line extending from the intersection at an angle of 5 ° parallel to the reference line is obtained. The height between the extension line and the reference line is Δh. Similarly, this intersection point is based on the intersection of the trajectory of the ultrasonic wave that oscillates from the sensor 22 (4) at an angle of 12.5 ° and crosses the bladder 25 across the front and rear walls and the rear wall of the bladder 25. To obtain a line extending at an angle of 5 ° parallel to the reference line. Similarly, a line by an ultrasonic trajectory that is oscillated from the sensor 22 (3) at an angle of 5 ° and crosses the bladder 25 across the front wall and the rear wall is obtained. This line is parallel to the reference line. Similarly, with reference to the intersection of the ultrasound trajectory that oscillates at an angle of 10 ° from the sensor 22 (2) and crosses the bladder 25 across the front and rear walls, and the rear wall of the bladder 25, from this intersection, A line extending at an angle of 5 ° parallel to the reference line is obtained. Similarly, a line by an ultrasonic trajectory that oscillates at an angle of 5 ° from the sensor 22 (1) and crosses the bladder 25 across the front wall and the rear wall is obtained. This line is parallel to the reference line. Each height Δh of the urinary bladder is obtained by using the ultrasonic trajectory from the lowermost sensor as a reference line, and the mutual relationship between this reference line and each line parallel to the reference line obtained by ultrasonic waves from each sensor arranged in the vertical direction. Is defined by the interval between adjacent lines.

膀胱の各高さΔhの設定の方法は、上例の他に、例えば超音波と膀胱前壁との交点を基準に、この交点から基準線と平行する延長線を求めるようにして、Δhを設定する方法等、種々の設定方法が考えられる。このΔhは、少なくとも、角度の異なる各センサ22からの超音波に基いて求められるものである。   In addition to the above example, the method of setting each height Δh of the bladder is based on, for example, the intersection of the ultrasonic wave and the anterior bladder wall, and an extension line parallel to the reference line is obtained from this intersection. Various setting methods such as a setting method can be considered. This Δh is obtained at least based on the ultrasonic waves from the sensors 22 having different angles.

本発明の膀胱体積計算方法の臨床における有用性を検証した。検証は、健常者9名(男性5名、女性4名)の膀胱61例について、図20及び図21のセンサユニット21にて測定を行い、円錐台近似法で膀胱体積を計算した。センサユニット21には音響結合剤であるエコーゲルを塗布し、仰臥位の被験者の腹部に、三角形状の底辺側が恥骨26上部から膀胱25を捉えられるようにセンサユニット21を装着した。図22にセンサユニット21の12個の全センサ22にて得られる受信波形(Aモード波形)を示す。   The clinical utility of the bladder volume calculation method of the present invention was verified. In the verification, 61 cases of bladders of 9 healthy persons (5 men and 4 women) were measured by the sensor unit 21 of FIGS. 20 and 21, and the bladder volume was calculated by the truncated cone approximation method. The sensor unit 21 was applied with echo gel as an acoustic binder, and the sensor unit 21 was mounted on the abdomen of the subject in the supine position so that the bottom side of the triangle could capture the bladder 25 from above the pubic bone 26. FIG. 22 shows received waveforms (A mode waveforms) obtained by all 12 sensors 22 of the sensor unit 21.

この受信波形にて得られる膀胱壁情報から膀胱体積を計算する。また、計算した膀胱体積と比較検証するために、センサユニット21にて測定後、5分以内に尿流量測定装置に排尿し、実排尿量を測定した。その後、超音波診断装置にて残尿がないことを確認した。すなわち、実排尿量は、排尿直前の膀胱内の実尿量とほぼ等しい。図23に、膀胱内の実尿量と、センサユニット21の受信波形から円錐台近似法にて膀胱体積を算出し、推定した尿量とを示す。測定した実尿量の範囲44ml〜506mlにおいて、実尿量と推定尿量は良く一致しており、相関係数γは0.96であった。   The bladder volume is calculated from the bladder wall information obtained from this received waveform. Further, in order to compare and verify with the calculated bladder volume, the urine flow measurement device was urinated within 5 minutes after measurement by the sensor unit 21, and the actual urine output was measured. Thereafter, it was confirmed by an ultrasonic diagnostic apparatus that there was no residual urine. That is, the actual urine output is substantially equal to the actual urine volume in the bladder immediately before urination. FIG. 23 shows the actual urine volume in the bladder and the estimated urine volume by calculating the bladder volume from the received waveform of the sensor unit 21 by the truncated cone approximation method. In the measured actual urine volume range of 44 ml to 506 ml, the actual urine volume and the estimated urine volume were in good agreement, and the correlation coefficient γ was 0.96.

実尿量44mlから506mlの膀胱について、円錐台近似法で得た尿量推定との平均絶対誤差は14%、標準偏差は20.8であった。この結果、本膀胱体積計算方法の有用性が確認された。   For bladders with an actual urine volume of 44 to 506 ml, the average absolute error from the urine volume estimation obtained by the truncated cone approximation method was 14%, and the standard deviation was 20.8. As a result, the usefulness of this bladder volume calculation method was confirmed.

上述の円錐台近似法による本膀胱体積計算方法は、センサユニットのセンサ総数、各段の配置数に拘わらず成り立つものである。本方法が適用されるセンサユニットのセンサは、の12個に限らず、必要に応じて適宜設定することができる。センサユニットの形状としては、膀胱底部形状を捉えるX方向(底辺部)と頂部を捉えるY方向にセンサを配置した逆T字型とすることができる。   The bladder volume calculation method based on the above-described frustoconical approximation method is valid regardless of the total number of sensors of the sensor unit and the number of arrangement of each stage. The number of sensors of the sensor unit to which this method is applied is not limited to twelve, and can be appropriately set as necessary. As a shape of the sensor unit, an inverted T-shape in which sensors are arranged in the X direction (bottom side portion) capturing the bladder bottom shape and the Y direction capturing the top portion can be used.

次に、上述の本膀胱体積計算方法を用いた本発明に係る非侵襲尿量推定装置の他の実施の形態を説明する。本実施の形態では、センサユニットとして前述の図1に示すセンサユニット21が用いられる。本実施の形態に係る非侵襲尿量推定装置は、センサユニット21と、このセンサユニット21のセンサ群の各センサから発振させた超音波の膀胱壁からの反射超音波を検出し、演算して膀胱体積を求め尿量を推定する処理部とを備える。図示しないが、この処理部では、センサユニット21の各センサ22[(1)〜(12)]で受信する膀胱の前壁及び後壁の位置情報となる受診波形、すなわちAモード波形に基いて円錐台近似法で膀胱体積を計算する演算部を有する。   Next, another embodiment of the non-invasive urine volume estimation apparatus according to the present invention using the above-described bladder volume calculation method will be described. In the present embodiment, the sensor unit 21 shown in FIG. 1 is used as the sensor unit. The non-invasive urine volume estimation device according to the present embodiment detects and calculates reflected ultrasonic waves from the bladder wall of ultrasonic waves oscillated from each sensor of the sensor unit 21 and the sensor group of the sensor unit 21. And a processing unit for obtaining a bladder volume and estimating a urine volume. Although not shown in the figure, this processing unit is based on a reception waveform that is position information of the front wall and the rear wall of the bladder, which is received by each sensor 22 [(1) to (12)] of the sensor unit 21, that is, an A mode waveform. An arithmetic unit for calculating the bladder volume by the truncated cone approximation method is provided.

この演算部では、次のような計算(演算)が行われる。センサユニット21の縦方向の各段のセンサ行221〜224の複数のセンサ22でのAモードの受信波形により各膀胱高さにおける膀胱の奥行きDを計測する。各膀胱高さとは、下記基準面からの各膀胱高さに相当する。恥骨上に対応する最下段の5個のセンサ22[(8)〜(12)]で膀胱の基準面となる水平断面積Sと基準面での膀胱の奥行きDを計測する。基準面の水平断面積Sと、各膀胱高さでの奥行きDを用いて、上述の[数5]により計算して各膀胱高さ位置における膀胱の水平断面積Sを求める。各膀胱高さの差分で規定される各高さΔhで切断した各膀胱の円錐台体積Viを、夫々の底面と上面の水平断面積Si、Si+1と高さΔhとから上述の[数4]によりに計算して求める。恥骨に隠れる膀胱底部は半球体積と推定し、膀胱最上部は円錐体積と推定して、この半球体積及び円錐体積を計算して求める。そして、各円錐台体積、半球体積及び円錐体積を積算して全体の膀胱体積を算出する。
本実施の形態に係る非侵襲尿量推定装置によれば、膀胱体積を円錐台近似法で求めて、尿量を推定する処理部を備えることにより、少尿量から多尿量まで広い範囲にわたって、より高精度に実尿量に近い尿量を推定することができる。
In this calculation unit, the following calculation (calculation) is performed. Measuring the depth D i of the bladder in the bladder height by A mode of the received waveform with a plurality of sensors 22 in the longitudinal direction of the sensor line of each stage 221 to 224 of the sensor unit 21. Each bladder height corresponds to each bladder height from the reference plane below. The horizontal cross-sectional area S 0 serving as the reference plane of the bladder and the depth D 0 of the bladder at the reference plane are measured by the five lowest sensors 22 [(8) to (12)] corresponding to the pubic bone. Using the horizontal cross-sectional area S 0 of the reference plane and the depth D i at each bladder height, the horizontal cross-sectional area S i of the bladder at each bladder height position is calculated by the above [Equation 5]. The frustoconical volume Vi of each bladder cut at each height Δh defined by the difference in each bladder height is calculated from the above-mentioned [Equation 4] from the horizontal sectional areas Si and Si + 1 of the bottom and top surfaces and the height Δh. Calculate according to. The bottom of the bladder hidden by the pubic bone is estimated as a hemispherical volume, the top of the bladder is estimated as a conical volume, and the hemispherical volume and the conical volume are calculated and obtained. Then, the total bladder volume is calculated by integrating the respective truncated cone volumes, hemispherical volumes, and conical volumes.
According to the non-invasive urine volume estimation device according to the present embodiment, by providing a processing unit that obtains the bladder volume by the truncated cone approximation method and estimates the urine volume, it covers a wide range from a small urine volume to a large urine volume. The urine volume close to the actual urine volume can be estimated with higher accuracy.

次に、かかる膀胱体積計算方法を適用した非侵襲尿量推定装置を備えた本発明に係る排尿管理システムの他の実施の形態について説明する。本排尿管理システムは、図11のブロック構成と同様に、上記の本膀胱体積計算方法を適用した非侵襲尿量推定装置と、この非侵襲尿量推定装置からの計測データを処理し保存するデータ処理・データ保存装置を有する排尿データ記録装置を備える。さらに、本排尿管理システムは、排尿データ記録装置から送られた排尿時刻、排尿量を含む排尿情報を解析して、診断情報と排尿日誌を含む尿管理情報を得、かつ保存する排尿データ解析装置を備える。非侵襲尿量推定装置は、上記したセンサユニット21及び処理部を有する。排尿データ記録装置には、時計装置も有する。   Next, another embodiment of the urination management system according to the present invention provided with a non-invasive urine volume estimation device to which the bladder volume calculation method is applied will be described. As in the block configuration of FIG. 11, the urination management system is a non-invasive urine volume estimation device to which the above-described bladder volume calculation method is applied, and data that processes and stores measurement data from the non-invasive urine volume estimation device. A urination data recording device having a processing / data storage device is provided. Further, the urination management system analyzes the urination information including the urination time and the amount of urination sent from the urination data recording device, and obtains and stores the urine management information including the diagnostic information and the urination diary. Is provided. The non-invasive urine volume estimation device includes the sensor unit 21 and the processing unit described above. The urination data recording device also has a clock device.

前述と同様に、診断情報は、排尿データ記録装置から送られる排尿情報を解析して得られた、連続計測による尿流量曲線データ、少量時の精度を確保することで得られる残尿量、最大尿流量、排尿に要した排尿時間などを含む。排尿日誌は、排尿回数、排尿量、排尿時刻(日時)などの項目を有する
排尿データ解析装置は、データ処理装置に送られる時系列のデータにより、連続計測による尿流量曲線データを取得できる尿流量曲線データ取得機能を有する。また、少量時の精度を確保することで得られる残尿量を取得する残尿量計測機能を有する。
As described above, the diagnostic information includes the urine flow rate curve data obtained by analyzing the urination information sent from the urination data recording device, the residual urine volume obtained by ensuring the accuracy at the time of small quantity, the maximum Including urine flow rate and urination time required for urination. The urination diary has items such as urination frequency, urination volume, urination time (date and time), etc. The urination data analyzer can obtain urine flow rate curve data by continuous measurement from time-series data sent to the data processor It has a curve data acquisition function. In addition, it has a residual urine volume measuring function for acquiring the residual urine volume obtained by ensuring the accuracy of a small amount.

本排尿管理システムでは、上述の図11を用いて説明したと同様にして、排尿データ解析装置からの排尿管理情報に基づいて、患者の蓄尿/排尿管理が行われる。   In the urination management system, the urine accumulation / urination management of the patient is performed based on the urination management information from the urination data analysis apparatus in the same manner as described with reference to FIG.

本実施の形態に係る排尿管理システムによれば、膀胱体積を円錐台近似法で求めて尿量を推定する処理部を備え、より正確な尿管理情報を算出することができるので、さらに適切な患者の蓄尿/排尿管理の実用化を図ることができる。   According to the urination management system according to the present embodiment, the urine management system includes a processing unit that calculates the urinary volume by obtaining the bladder volume by the truncated cone approximation method, and can calculate more accurate urine management information. Practical use of patient urine storage / urination management can be achieved.

上述した円錐台近似法により膀胱体積を推定する非侵襲尿量推定装置を適用することにより、有用な情報を加えた排尿日誌の自動記録を自宅で簡単に、しかも患者に負担なく作成することが可能になる。本膀胱体積計算方法は、前述した排尿管理システムの更なる実用化を促進させることができる。   By applying the non-invasive urine volume estimation device that estimates the bladder volume by the frustoconical approximation method described above, it is possible to easily create an automatic record of urination diary with useful information at home and without burden on the patient. It becomes possible. This bladder volume calculation method can promote further practical use of the urination management system described above.

21・・非侵襲尿量推定センサユニット、22・・センサ、23・・センサ群、24・・超音波、25・膀胱、26・・恥骨、27・・腹膜、28・・隙間、30・・非侵襲尿量推定センサユニット装置、31・・処理部、32・・膀胱形状測定部、33・・尿量推定部、45・・発信制御部、46・・信号処理部、51・・マルチプレクサ、52・・超音波発信アンプ、53・・超音波受信アンプ、54・・パルス発信回路、55・・パルス制御回路、56・・信号処理回路   21 .. Non-invasive urine volume estimation sensor unit, 22 .. Sensor, 23 .. Sensor group, 24 .. Ultrasound, 25. Bladder, 26 .. Pubic bone, 27 .. Peritoneum, 28 .. Gap, 30 .. Non-invasive urine volume estimation sensor unit device, 31 ... Processing unit, 32 ... Bladder shape measuring unit, 33 ... Urine volume estimation unit, 45 ... Transmission control unit, 46 ... Signal processing unit, 51 ... Multiplexer, 52 .. Ultrasonic transmission amplifier, 53 .. Ultrasonic reception amplifier, 54 .. Pulse transmission circuit, 55 .. Pulse control circuit, 56 .. Signal processing circuit

Claims (11)

超音波振動子による複数のセンサからなり、各センサが膀胱形状を検出できるような配列と超音波出射角度に設定されたセンサ群を有する
非侵襲尿量推定センサユニット。
A non-invasive urine volume estimation sensor unit comprising a plurality of sensors using ultrasonic transducers, and having a sensor group in which each sensor can detect a bladder shape and an ultrasonic wave output angle.
前記センサ群は、
超音波が2次元的な広がりをもって出射され、膀胱底部の形状を検出する複数のセンサからなる第1のセンサ部と、
3次元的な広がりをもって出射され、膀胱の拡張高さを検出する複数のセンサからなる第2のセンサ部と
を有する請求項1記載の非侵襲尿量推定センサユニット。
The sensor group is:
A first sensor unit including a plurality of sensors that emit ultrasonic waves with a two-dimensional spread and detect the shape of the bladder bottom;
The non-invasive urine volume estimation sensor unit according to claim 1, further comprising: a second sensor unit that is emitted with a three-dimensional spread and includes a plurality of sensors that detect an expanded height of the bladder.
前記第1のセンサ部内の一部のセンサの超音波出射面が2次元的な広がり面に対して所要の角度傾いている
請求項2記載の非侵襲尿量推定センサユニット。
The noninvasive urine volume estimation sensor unit according to claim 2, wherein an ultrasonic wave emission surface of a part of the sensors in the first sensor unit is inclined at a required angle with respect to a two-dimensional spreading surface.
前記センサ群は、
膀胱の底部に出射するセンサ数を最も多くし、底辺側から頂部に向かって複数段のセンサ行を有するように、超音波振動子による複数のセンサが2次元的に配列されて成る
請求項3記載の非侵襲尿量推定センサユニット。
The sensor group is:
4. A plurality of sensors by ultrasonic transducers are two-dimensionally arranged so that the number of sensors emitted to the bottom of the bladder is maximized and a plurality of sensor rows are arranged from the bottom side toward the top. The non-invasive urine volume estimation sensor unit described.
前記底辺側のセンサ行の各センサから出射した超音波により、主として膀胱底部側の形状変化を捉え、
前記底辺側のセンサ行を除く他のセンサ行の各センサから出射した超音波により、主として膀胱の膨張の高さを捉える
請求項4記載の非侵襲尿量推定センサユニット。
By the ultrasonic wave emitted from each sensor in the sensor line on the bottom side, mainly catch the shape change on the bladder bottom side,
The noninvasive urine volume estimation sensor unit according to claim 4, wherein the height of bladder expansion is mainly captured by ultrasonic waves emitted from sensors in other sensor rows excluding the sensor row on the bottom side.
請求項1乃至5のいずれかに記載の非侵襲尿量推定センサユニットと、
前記非侵襲尿量推定センサユニットのセンサ群の各センサから発振させた超音波の膀胱壁からの反射超音波を検出し、演算して膀胱の立体形状を測定して尿量を推定する処理部と
を備える
非侵襲尿量推定装置。
A non-invasive urine volume estimation sensor unit according to any one of claims 1 to 5,
A processing unit that detects the reflected ultrasonic waves from the bladder wall of the ultrasonic waves oscillated from each sensor of the sensor group of the non-invasive urine volume estimation sensor unit, calculates the three-dimensional shape of the bladder, and estimates the urine volume And a non-invasive urine volume estimation device.
前記処理部は、
前記センサ群の各センサを順次発信させる発信制御部と、
膀胱の前壁及び後壁で反射した超音波を前記センサで受信し、得られた受信信号から膀胱の前壁及び後壁の位置を演算し膀胱の立体形状を測定する信号処理部と、
前記信号処理部で得られた膀胱の立体形状から尿量を推定する尿量推定部と
を有する請求項6記載の非侵襲尿量推定装置。
The processor is
A transmission control unit that sequentially transmits each sensor of the sensor group;
A signal processing unit that receives ultrasonic waves reflected by the front wall and the rear wall of the bladder by the sensor, calculates a position of the front wall and the rear wall of the bladder from the obtained reception signal, and measures a three-dimensional shape of the bladder;
The non-invasive urine volume estimation device according to claim 6, further comprising: a urine volume estimation unit that estimates a urine volume from a three-dimensional shape of the bladder obtained by the signal processing unit.
請求項1乃至5のいずれかに記載の非侵襲尿量推定センサユニットと、
前記非侵襲尿量推定センサユニットのセンサ群の各センサから発振させた超音波の膀胱壁からの反射超音波を検出し、演算して膀胱の立体形状を測定して尿量を推定する処理部を有する非侵襲尿量推定装置と、
前記非侵襲尿量推定装置からの計測データを処理し保存するデータ処理・データ保存装置と
を有する排尿データ記録装置と、
前記排尿データ記録装置から送られた排尿時刻、排尿量を含む排尿情報を解析して、連続計測による尿流量曲線データ及び少量時の精度を確保することで得られる残尿量を含む診断情報と排尿日誌を含む尿管理情報を得、かつ保存する排尿データ解析装置と
を備え、
前記尿管理情報を基に患者の蓄尿/排尿管理を行う
排尿管理システム。
A non-invasive urine volume estimation sensor unit according to any one of claims 1 to 5,
A processing unit that detects the reflected ultrasonic waves from the bladder wall of the ultrasonic waves oscillated from each sensor of the sensor group of the non-invasive urine volume estimation sensor unit, calculates the three-dimensional shape of the bladder, and estimates the urine volume A non-invasive urine volume estimation device,
A urination data recording device having a data processing / data storage device for processing and storing measurement data from the non-invasive urine volume estimation device;
Analyzing urination information including urination time and urination volume sent from the urination data recording device, and diagnostic information including urine flow rate curve data by continuous measurement and residual urine volume obtained by ensuring accuracy at a small amount; A urine data analysis device for obtaining and storing urine management information including a urination diary,
A urination management system for managing urine accumulation / urination based on the urine management information.
前記処理部は、
前記センサ群の各センサを順次発信させる発信制御部と、
膀胱の前壁及び後壁で反射した超音波を前記センサで受信し、得られた受信信号の時間差から膀胱の前壁及び後壁の位置を演算し膀胱の立体形状を測定する信号処理部と、
前記信号処理部で得られた膀胱の立体形状から尿量を推定する尿量推定部と
を有し、
前記尿量推定部を通じて排尿時刻、排尿量を含む排尿情報を得る
請求項8記載の排尿管理システム。
The processor is
A transmission control unit that sequentially transmits each sensor of the sensor group;
A signal processing unit that receives ultrasonic waves reflected by the front wall and the rear wall of the bladder by the sensor, calculates a position of the front wall and the rear wall of the bladder from a time difference of the obtained reception signals, and measures a three-dimensional shape of the bladder; ,
A urine volume estimation unit that estimates the urine volume from the three-dimensional shape of the bladder obtained by the signal processing unit,
The urination management system according to claim 8, wherein urination information including urination time and urination volume is obtained through the urine volume estimation unit.
請求項4に記載の非侵襲尿量推定センサユニットと、
前記非侵襲尿量推定センサユニットのセンサ群の各センサから発振させた超音波の膀胱壁からの反射超音波を検出し、演算して膀胱体積を求めて尿量を推定する処理部と
を備え、
前記処理部では、各センサで受信する膀胱前後壁の位置情報となるAモード波形に基き、円錐台近似法で膀胱体積を計算する演算部を有し、
前記演算部では、
縦方向の各段のセンサ行に配置された縦方向に異なる角度がついた複数のセンサでのAモードの受信波形により、各センサから得られる各膀胱高さにおける膀胱の奥行きDを計測し、
恥骨上部に対応する最下段の複数のセンサで膀胱の基準面となる水平断面積Sと基準面での膀胱の奥行きDを計測し、前記基準面の水平断面積Sと基準面での奥行きD、および各膀胱高さでの奥行きDを用いて、数7により計算して各膀胱高さ位置における膀胱の水平断面積Sを求め、
前記各膀胱高さの差分で規定される各高さΔhで切断した各膀胱の円錐台体積Vを、夫々の底面と上面の水平断面積S、Si+1と高さΔhから数8により計算して求め、
前記恥骨に隠れる膀胱底部は半球体積と推定し、膀胱最上部は円錐体積と推定し、
前記各円錐台体積、前記半球体積および前記円錐体積を積算して全体の膀胱体積を算出する
非侵襲尿量推定装置。
Non-invasive urine volume estimation sensor unit according to claim 4,
A processing unit for detecting reflected ultrasound from the bladder wall of the ultrasonic wave oscillated from each sensor of the sensor group of the non-invasive urine volume estimation sensor unit, calculating the bladder volume, and estimating the urine volume. ,
In the processing unit, based on the A-mode waveform that is position information of the anteroposterior wall of the bladder received by each sensor, the processing unit has a calculation unit that calculates the bladder volume by a truncated cone approximation method,
In the calculation unit,
The longitudinal direction of the reception waveform of the A mode at a plurality of sensors with a longitudinal direction at different angles, which are arranged on the sensor line in each stage to measure the depth D i of the bladder in the bladder height obtained from each sensor ,
Measuring the depth D 0 of the bladder in the horizontal cross-sectional area S 0 and the reference surface as a reference surface of the bladder by a plurality of sensors lowermost corresponding to suprapubic, in horizontal cross-sectional area S 0 and the reference plane of the reference surface Using the depth D 0 and the depth D i at each bladder height to calculate the horizontal cross-sectional area S i of the bladder at each bladder height position by calculation according to Equation 7,
The frustoconical volume V i of each bladder cut at each height Δh defined by the difference in each bladder height is expressed by the following equation (8) from the horizontal cross-sectional areas S i and S i + 1 of the respective bottom and top surfaces and the height Δh. Calculate to find
The bladder bottom hidden in the pubic bone is estimated as hemispherical volume, the bladder top is estimated as conical volume,
A noninvasive urine volume estimation device that calculates the total bladder volume by integrating the respective truncated cone volumes, the hemispherical volume, and the conical volume.
請求項10に記載の非侵襲尿量推定装置と、
前記非侵襲尿量推定装置からの計測データを処理し保存するデータ処理・データ保存装置と
を有する排尿データ記録装置と、
前記排尿データ記録装置から送られた排尿時刻、排尿量を含む排尿情報を解析して、連続計測による尿流量曲線データ及び少量時の精度を確保することで得られる残尿量を含む診断情報と排尿日誌を含む尿管理情報を得、かつ保存する排尿データ解析装置と
を備え、
前記尿管理情報を基に患者の蓄尿/排尿管理を行う
排尿管理システム。
The non-invasive urine volume estimation device according to claim 10,
A urination data recording device having a data processing / data storage device for processing and storing measurement data from the non-invasive urine volume estimation device;
Analyzing urination information including urination time and urination volume sent from the urination data recording device, and diagnostic information including urine flow rate curve data by continuous measurement and residual urine volume obtained by ensuring accuracy at a small amount; A urine data analysis device for obtaining and storing urine management information including a urination diary,
A urination management system for managing urine accumulation / urination based on the urine management information.
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