JP2016520804A - 尿監視システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

体積および流量を含む流体出力を監視するための流体／尿監視装置および／またはシステムが、提供される。１つの高分解能、低コストの電子尿監視装置およびシステムは、尿を収集し、静電容量センサを含む。静電容量センサの静電容量は、流体内容に相関付けられ、尿の体積および流量を特定するために使用され得る。別の高分解能、低コストの流量計が、排出管材と一直線上に置かれ、静電容量センサを使用して、流体を収集せずに流体出力を測定する。他の低コストの尿監視装置は、圧力に基づくまたは重量に基づく測定センサを使用して体積および流量を測定する。【選択図】図１

Description

優先権
[0001]本出願は、２０１３年３月１５日出願の米国仮特許出願第６１／７９４、９１７号に対する優先権の利益を主張するものであり、上記文献は、参照によって全体的に本出願に組み込まれる。

[0002]尿排出容器またはバッグは、従来、病院および健康管理施設においてカテーテルが入れられた患者から一定期間にわたって尿を収集することが必要であるときに使用されている。これらの容器／バッグは、患者が、トイレまたは病人用便器を使用するために移動する必要なく、ベッド内に留まることを可能にする。尿排出システムは、カテーテル（たとえば、フォーリー（Ｆｏｌｅｙ）カテーテル）と、収集容器／バッグ（たとえば、ポリマー材料またはＰＶＣフィルムから作製されたバッグ）と、フォーリーカテーテルを収集容器／バッグに連結する管材とを含むことができる。操作時には、患者に、最初にカテーテルが入れられ、このカテーテルは、次いで、管材の長さを介して排出容器／バッグに連結される。尿は、カテーテル、管材を介して排出し、最終的には収集容器／バッグに入る。尿は、重力によってのみ、カテーテルから収集バッグ内に移動され得る。平均的に、約８０〜９０ｍＬの尿が、１時間に生成される。

[0003]患者治療にとっては、患者の尿の流量および患者によって生成された尿の体積を追跡することが重要になり得る。尿の流量または体積の異常があれば、患者がある種の問題を抱えていることを医師が知ることができる。場合によっては、尿体積は、尿収集容器／バッグが充填された後でこれらを取り外し、次いで、収集後の体積を測定することによって追跡されるが、これは、排尿中の体積および流量を追跡できず、問題の検出を遅らせる可能性がある。ある種の自動式の尿出力感知装置は、超音波パルス式エコーセンサを利用して流体レベルを検出し、尿の流れを算出する。しかし、パルス式エコー超音波測定は、これらが比較的高価であり、メートル角度によって正確性が限定されるといういくつかの制限を抱えている。

[0004]尿排出システムに伴う別の潜在的な問題は、尿は、その尿レベルが排出穴に到達するとき、連続的に流れるのではなく、カテーテルおよび／または他の管材の排出管腔内に円柱化し得ることである。カテーテル材料、たとえばシリコーンの表面張力が、円柱化を引き起こし、またはその原因となり、連続的な流れを妨げることがある。この円柱化が起こると、流量の正確な測定を得ることは不可能ではないにしても困難である。たとえば、尿の初期流れは、この円柱化によって遅らされ、それによって初期の流れの正確な測定を妨げる可能性がある。追加的に、円柱化は、一塊の流れが、表面張力が克服される前に生じる結果となり得る。その結果生じた一塊の量の流体が放出されたとき、これは、測定値に誤差を引き起こすことがあり、取り付けられた流量計の能力を上回ることがある。別の潜在的な欠点は、円柱化が、膀胱内に残留流体を「滞らせたまま」にし、残留流体を排出管腔内に留まらせる可能性があり、それによって衛生および健康問題を招き得ることである。

[0005]本開示は、流体の体積、流量、および他のパラメータを監視／測定するための低コスト、高分解能の流体監視装置およびシステムに関する。開示された装置およびシステムは、尿監視装置／システムとして使用されてもよく、またはさまざまな用途において他の流体を監視するために使用されてもよい。追加的に、本開示は、システムを通る流体の流れを向上させ、それによって測定を向上させ、望ましくない流体がシステム内に留まることを防止するのを助ける方法に関する。

[0006]既存の流体／尿計測装置に優る利点を提供すると考えられる特徴を含む流体／尿監視装置およびシステムが、本明細書において説明される。本開示の信頼高く、低コストの流体（たとえば尿）監視装置および／またはシステムは、それだけに限定されないが、静電容量に基づく測定システム、圧力に基づく測定システム、重量に基づく変換器測定システム（たとえば、ロードセルまたはひずみゲージシステム）、および／または他の測定システムを含む。

[0007]１つの実施形態では、静電容量に基づく測定の原理が、尿出力を測定するために使用される。この実施形態は、高分解能、低コストの電子式の体積および流量の尿計測装置および記録装置を提供する。この実施形態は、バッグ／容器のサイズまたは形状によって不定の体積を表示し、流量を算出する自律式の安価な回路を実装する。この実施形態の一部の利益は、これらの重要なパラメータを手動で記録する必要性を解消するなどによって、介護者が費やす時間を低減することを含む。さらに、この実施形態は、測定値を読み取ることに関連付けられた人的誤差を解消することを助ける。尿の体積、流量、組成などを測定するために、可変誘電率静電容量センサを備えた高感度プローブが、設計される。

[0008]１つの実施形態では、流体監視システムは、流体を収集するための容器と、容器に取り付けられ、流体が容器内に集まるときに流体の物理的特性を感知するようにコンデンサとして作用するように構成された静電容量センサとを含む。流体監視システムはまた、流体が容器内に集まるとき、静電容量センサから受け取られたデータ、たとえば静電容量センサの静電容量の測定値に基づいて流体の体積を算出するようにプログラムされたマイクロ制御装置も含む。静電容量の測定値／データは、発振器、ＣＶＤ、ブリッジ方法、電荷ベース方法、および／またはＣＳＭ方法を用いて静電容量センサから間接的に測定され得る。マイクロ制御装置は、流体監視システムによって送信された体積を他の監視システムによって送信されたデータから区別するために、この体積を一意の識別子を付けて送信するようにプログラムされたソフトウェアを含むことができる。

[0009]静電容量センサは、２つだけの平行電極から形成された概して同一平面の電極構造、または相互噛み合い式電極構造を有することができる。電極構造は、容器の外部表面上の導電性インクから形成され得る。

[0010]流体監視システムはまた、空気の誘電特性を測定するように構成された参照コンデンサと、流体の誘電特性を測定するように構成された補償コンデンサとを含むこともでき、マイクロ制御装置は、参照コンデンサおよび補償コンデンサから受け取られたデータに基づいて流体の誘電定数を連続的に推定し、それによって測定されている流体の組成および／または導電性における変動の自動的補償を容易にするようにプログラムされる。流体監視システムは、体積および流量を含む測定値を別個の装置（たとえば、コンピュータ、モニタ、スマートホンなど）に送信するための無線送受信機または送信機を含むことができる。

[0011]１つの実施形態では、流体体積を測定する方法は、尿監視装置を提供するステップであって、尿監視装置が、流体を収集するための容器と、容器に取り付けられ、流体の物理的特性を感知するようにコンデンサとして作用するように構成された静電容量センサと、流体が容器内に集まるときに流体の体積および／または流量を算出するために静電容量センサからのデータを使用するようにプログラムされたマイクロ制御装置とを含む、ステップを含む。方法はまた、流体が容器に集まるときの流体の体積を、静電容量センサから測定されたデータに基づいて算出するステップも含む。静電容量センサからの測定されたデータは、静電容量センサの静電容量を表すものであり、体積は、静電容量センサの静電容量を表す測定されたデータに基づいて算出される。静電容量センサの静電容量を表す測定されたデータは、発振器の変化する周波数から間接的に、またはＣＶＤ、ブリッジ（Ｂｒｉｄｇｅ）方法、電荷に基づく方法、および／またはＣＳＭ方法を用いることによって測定され得る。

[0012]方法はまた、流体の体積を算出する前に、静電容量センサの基本静電容量を算出するステップを伴うこともでき、それにより、具体的には液体による静電容量の変化が、特定され、体積がより正確に算出されることが可能になる。基本静電容量は、ゼロに設定され得るため、流体の静電容量のみが測定される。

[0013]１つの実施形態では、尿カテーテルを担持している患者の尿生成を測定するための高分解能、低コストのインライン流量計が、提供される。流量計は、排出管腔内の円柱化、または妨害物の創出を伴うことなく即時の流体の流れの読み取りを提供する。これは、現在の技術および方法を上回る利点である。この実施形態はまた、尿流量を算出し、測定し、記憶し、表示するための自動の低電力装置も提供する。

[0014]１つの実施形態では、流量計は、中を貫通する流体通路を含むハウジングと、流体が流体通路を通過するときに流体の物理的特性を感知するようにコンデンサとして作用するように構成された、ハウジング内側の静電容量センサとを含む。流量計はまた、流体が流体通路を通過するときの流体の体積を、静電容量センサからの測定値に基づいて算出するようにプログラムされたマイクロ制御装置も含む。流量計はまた、体積および流量を含む測定された／算出されたデータを別個の装置（たとえば、コンピュータ、モニタ、スマートホンなど）に送信するための無線送受信機を含むこともできる。流量計の静電容量センサは、流体通路周りに配設された同軸電極構造、または２つの半円プレートを含む電極構造であって、流体通路がその２つの半円プレート間に配設される、電極構造を有することができる。流量計はまた、流体通路の内面上に形成された超疎水性のマイクロ構造パターン化表面を含むこともできる。

[0015]１つの実施形態では、システムの管材／カテーテルなどの管腔は、膀胱および排出管腔内の望ましくない流体を低減し、円柱化を防止するために界面活性剤で被覆または処理される。この実施形態は、排出管腔／膀胱内の円柱化を伴うことなく即時の流体の流れをもたらして、排出管腔によって導入されるいかなる表面張力も克服する。

[0016]１つの実施形態では、システムの管材／カテーテルなどの管腔は、膀胱および排出管腔内の望ましくない流体を低減し、円柱化を防止するために超疎水性パターン化表面を備えて形成される。この実施形態は、排出管腔／膀胱内の円柱化を伴うことなく即時の流体の流れをもたらして、排出管腔によって導入されるいかなる表面張力も克服する。

[0017]１つの実施形態では、尿監視システムは、尿を収集するための容器と、容器の内部表面に取り付けられ、尿が容器内に集まるときに尿の物理的特性を測定するように構成された印刷電子抵抗性センサと、尿が容器内に集まるときの尿の体積を、印刷電子抵抗性センサからの測定値に基づいて算出するようにプログラムされたマイクロ制御装置とを含む。

[0018]１つの実施形態では、尿監視システムは、尿を収集するための容器と、尿が容器内に集まるときの尿の体積を示す測定値を提供するように構成された力感知抵抗器と、容器がそこから吊り下がる支持および測定組立体であって、力感知抵抗器のすぐ上方にこれと接触して配設された接触物体を含む、支持および測定組立体と、尿が容器内に集まるときの尿の体積を、力感知抵抗器からの測定値に基づいて算出するようにプログラムされたマイクロ制御装置とを含む。

[0019]開示されたシステムおよび方法は、以下の図を参照してより良好に理解され得る。図内の構成要素は、必ずしも原寸に比例しない。

[0020]静電容量に基づく流体測定または監視装置／システムの正面図である。 [0021]図１の静電容量に基づく流体測定または監視装置／システムの後面図である。 [0022]可撓性収集バッグ上に２つのフリンジング場の平行ストリップ／プレート電極を有する、静電容量に基づく流体測定または監視装置／システムを示す図である。 [0023]剛性のブロー成形された収集容器上に２つのフリンジング場の平行ストリップ／プレート電極を有する、静電容量に基づく流体測定または監視装置／システムを示す図である。 [0024]可撓性収集バッグ上にフリンジング場の相互噛み合い式電極構造を有する、静電容量に基づく流体測定または監視装置／システムを示す図である。 [0025]可撓性収集バッグ上にフリンジング場の疑似的な相互噛み合わせ式電極構造を有する、静電容量に基づく流体測定または監視装置／システムを示す図である。 [0026]電極が剛性の流体収集容器の対向する壁に取り付けられた平行プレート電極構造を有する、静電容量に基づく流体測定または監視装置／システムを示す図である。 [0027]図８Ａは、電極が対向する剛性壁に取り付けられた、平行プレート電極構造を有する、静電容量に基づく流体測定または監視装置／システムを示す図であり、他の壁は可撓性であり、膨張可能である。[0028]図８Ｂは、図８Ａの静電容量に基づく流体測定または監視装置／システムの側面図である。 [0029]電極が剛性の収集容器内に配設された、平行プレート電極構造を有する、静電容量に基づく流体測定または監視装置／システムを示す図である。 [0030]図１０Ａは、フォーリーカテーテルと一直線に配置されたインライン流量計の形態の、静電容量に基づく流体測定または監視装置／システムを示す図である。[0031]図１０Ｂは、半円平行プレート静電容量センサとしての図１０Ａのインライン流量計の断面図である。[0032]図１０Ｃは、同軸静電容量センサとしての図１０Ａのインライン流量計の断面図である。 [0033]同軸リングタイプのコンデンサを示す図である。 [0034]弛張発振器の内部マイクロ制御装置を示す図である。 [0035]弛張発振器のシュミットトリガ（Ｓｈｍｉｔｔ Ｔｒｉｇｇｅｒ）を示す図である。 [0036]静電容量を測定するための静電容量分圧器（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｖｉｄｅｒ）技術を示す図である。 [0037]静電容量を測定するブリッジＡＣ励起法を示す図である。 [0038]静電容量を測定するための電荷遷移方法を示す図である。 [0039]マイクロチップマイクロ制御装置の内部静電容量感知モジュールを示す図である。 [0040]静電容量感知モジュールブロック図である。 [0041]粗い超疎水性パターン化表面の上部に着座する液滴を示す図である。 [0042]カテーテル／管材（原寸に比例しない）の内面の一部分上に形成された超疎水性マイクロ構造パターン化表面を示す図である。 [0043]印刷電子抵抗性センサを実装する流体監視デバイスまたはシステムを示す図である。 [0044]印刷電子抵抗性センサを実装する信頼高く、低コストの流体監視装置またはシステムの簡易化された回路図である。 [0045]印刷電子抵抗性センサを使用する流体監視装置またはシステムのハードウェアの簡易化されたブロック図である。 [0046]力感知抵抗器（Ｆｏｒｃｅ−Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ）（ＦＳＲ）を実装する流体監視装置またはシステムを示す図である。 [0047]力感知抵抗器（ＦＳＲ）の構成要素の一部を示す図である。 [0048]力感知抵抗器（ＦＳＲ）センサの接触領域を一定に保ち、曲がりを防止するための機械的固定具の設計を示す図である。 [0049]力感知抵抗器（ＦＳＲ）を実装する流体監視装置またはシステムの簡易化された回路図である。

[0050]本発明は、さまざまな改変形態および代替の形態を許容するが、その特有の実施形態が、図において例として示され、本明細書において詳細に説明される。しかし、特有の実施形態の本明細書における説明は、本発明を開示された特定の形態に限定することは意図されず、それとは反対に、その意図は、付属の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲に入るすべての改変形態、等価物、および代替形態を対象とするものであることを理解されたい。

[0051]特定の実施形態を説明し示す以下の説明および添付の図は、非限定的に、本開示のさまざまな態様および特徴による、体積および流量を測定することを含む信頼高く、低コストの流体（たとえば尿）監視機器および／またはシステムのいくつかの可能な構成を実証するために作製される。開示された装置およびシステムは、尿監視装置／システムとして使用されてもよく、またはさまざまな用途において他の流体を監視するために使用されてもよい。追加的に、本開示は、システムを通る流体の流れを向上させ、それによって測定を向上させ、望ましくない流体がシステム内に留まることを防止するのを助ける方法に関する。

[0052]本明細書では、用語「正確性」は、正しさの尺度、たとえば測定値と真または正しい値との間の一致を指す。正確性は、測定値と真値の一致を指すが、これは、使用される計測器の品質について言及するものではない。「誤差」は、測定値と真または許容される値との間の不一致を指す。「精度」は、精確性の尺度であり、測定値の再現性を指す。「分解能」は、出力時に検出可能な変化を生成するのに必要な入力の最小変化を指す。「変換器」は、ゼーベック効果（Ｓｅｅｂｅｃｋ−ｅｆｆｅｃｔ）熱電対による熱から電気エネルギーへの変換などの場合の、エネルギーを２つのシステム間に伝える装置を指す。特許請求の範囲を含んで、本明細において使用される用語「含んでいる」、「有する」、および「有している」は、用語「備える」と同じ意味を有するものとする。

[0053]本開示の信頼高く、低コストの流体（たとえば尿）監視装置および／またはシステムは、それだけに限定されないが、静電容量に基づく測定システム、圧力に基づく測定システム、重量に基づく変換器測定システム（たとえばロードセル、またはひずみゲージシステム）および／または他の低コスト、高分解能の測定システムを含む。
静電容量に基づく測定システム
[0054]図１および２は、静電容量に基づく流体測定装置／システムの形態の高分解能、低コストの流体監視装置またはシステムの正面図および後面図それぞれを示す。図１および２に示される装置／システムは、静電容量に基づく流体測定装置／システムの例である。図１および図２の装置／システムは、全体的に、本明細書では尿監視システムまたは尿計測装置２と称されるが、開示される全体的な原理および特徴は、静電容量に基づく流体測定／監視装置および／またはシステムの多種多様な形態および用途に適用されてもよく、尿以外の流体を監視するために使用されてもよい。

[0055]高性能の尿計測装置２は、静電容量に基づく測定原理を使用して作動する静電容量センサ６を使用する。静電容量センサ６は、容器内の流体／尿の量によって作用される電気コンデンサのように挙動し、その静電容量は、存在する流体／尿の時間依存量によって影響される。流体／尿は、導電体および誘電体の両方として作用し、その静電容量は、充填された体積の関数を示すものとして使用され、これは電気的に微分される。体積の変化はまた、流量を監視するために経時的に追跡される。したがって、静電容量センサ６は、体積および流量を測定することができる。

[0056]通常、コンデンサは、少なくとも２つの電極（たとえば導電プレート）からなる。電極は、誘電体と呼ばれる物質によって分離または影響され得る。静電容量は、コンデンサが所与の電圧において保持することができる電荷量の尺度である。静電容量は、ファラッド（Ｆ）で測定され、これは、１ボルトあたりクーロンの単位：

で定義され得る。誘電率は、物質の物理的特性であり、コンデンサの設計および構造に重要である。（自由空間として知られている）真空の誘電率は、約８．８５ｐＦ／ｍに等しい。材料／物質の誘電定数Ｋまたは相対誘電率は、自由空間の誘電率に対する材料／物質の誘電率の比である。換言すれば、材料の誘電定数Ｋは、自由空間（ε_０）（すなわち真空または非常に近い近似値として空気）の誘電率に対する媒体の誘電率の比（ε_ｒ）である：ε_０＝８．８５ｐＦ／ｍ。自由空間は、１の誘電定数を有し、ほとんどの物質は、これより大きい誘電定数を有する。水は、２０℃において８０．１０の高い誘電定数を有する。

[0057]通常、コンデンサの静電容量は、各々の電極の面積、電極間の距離、および誘電材料の誘電率によって決定される。コンデンサの静電容量は、その外形および誘電特性に関して

（式中、Ｃはファラッド（Ｆ）の静電容量であり、ε_０は自由空間の誘電率であり（８．８５４ｘ１０^−１２Ｆ／ｍ）、ε_ｒは相対誘電率または誘電定数であり、Ａは有効面積（平方メートル）であり、ｄは有効空間（メートル）である）として表され得る。静電容量現象は、コンデンサの電極間の電場に関連付けられる。電圧が電極にかけられ、静電容量の変動によって変化する電極上のインピーダンスが、測定され、体積および／流量の変化に相関付けられ得る。

[0058]図１および２に示されるように、高性能の尿計測装置２は、流体収集容器／バッグ４と、静電容量センサ６と、参照コンデンサ８と、補償コンデンサ１０と、指タイプのカードエッジ連結器１２と、参照スケール１４と、電場センサマトリクス１６と、剛性または半剛性のパネル／表面１８とを備えることができる。

[0059]多種多様なタイプの流体収集容器またはバッグが、流体収集容器４に使用され得る。たとえば、容器４は、任意の知られている尿収集容器または尿収集バッグに類似することができる。容器／バッグ４は、多様なサイズ、形状、および形態をとることができ、可撓性、剛性、半剛性、またはこれらの組み合わせになることができる。実際、静電容量センサ６は、バッグ／容器のサイズまたは形状によって不定の体積および流量を測定することができる。しかし、剛性または半剛性の材料は、有益には、静電容量センサ６の静電電極上の変動を最小限に抑えるのを助ける。

[0060]容器４は、尿収集バッグ／容器に適していることが知られている多様なタイプの材料を用いて形成され得る。たとえば、容器４は、（図３、５、および６に示されるような）薄いＰＶＣ構造を備えて形成されてもよく、（図４に示されるような）より剛性のブロー成形されたプラスチック容器でよく、または（図８Ａおよび８Ｂに示されるような）剛性材料および可撓性材料を組み合わせた容器でよい。容器４は、さまざまな異なる用途に合わせて成形およびサイズ設定され得る。場合によっては、容器４は、高さ約１７．７８ｃｍ（７インチ）〜３８．１ｃｍ（１５インチ）の間、体積約１３００〜３０００ｍＬの間になる（たとえば、容器４は、高さ約２５．４ｃｍ（１０インチ）および体積約２０００ｍＬでよい）。好ましくは、容器４は、少なくとも、尿排出中、平均的な患者によって生成される尿の平均体積を収集するのに十分大きい容積を有する。通常、少なくとも２００ｍＬの容器容積が望まれる。さまざまに異なるサイズが、さまざまに異なる用途に使用されてもよく、たとえば、小さい子供からの尿収集は、大人からの尿収集より小さいサイズを伴うことができる。

[0061]実際、容器４は、容器の上部または底部から流体で充填するように設計されてもよく、たとえば、尿は、フォーリーカテーテルから、容器に関連付けられた、容器４内に排液する管材内に流れることができる。１つの実施形態では、流体は、容器４の上部に連結された管材を通って流れて容器４を充填する。流体は、全体的に、管材／カテーテルを通って容器４内に重力によって流れる（そうではあるが、尿は、一部の状況では、他の力、たとえばポンプによって排出されてもよい）。容器４はまた、さまざまな試験手順に合わせて測定された量の尿を取り出すための、または容器４を空にするためだけの、排出チューブ、排出ポート、および／または排出弁などの構成要素を含むこともできる。

[0062]静電容量センサ６は、流体（たとえば尿）の体積、流量、組成などを測定するために高感度プローブを形成する可変の誘電率静電容量センサである。静電容量センサ６は、自律式の安価な回路を実装し、バッグ／容器のサイズまたは形状によって不定の容積および流量を示す。静電容量センサは、コンデンサとみなされ得る。静電容量センサ６の静電容量は、流体（たとえば尿）の内容との相互関係を有し、流体体積、計算された流量、流体の組成、および他のパラメータを測定し算出するために相関付けられ使用され得る。静電容量センサ６は、導電性および非導電性両方の液体の絶対レベルを測定することができる。静電容量センサ６は、頑強であり、また、出荷時較正の必要性も解消する。

[0063]静電容量はまた、測定された流体の誘電率によって決まるため、また、静電容量は、流体の組成に伴って変化し得るため、一部の実施形態では、組成測定がなされ得る。たとえば、尿内に見出されたさまざまに異なる材料の効果が、センサの静電容量に与えるそれらの効果に関連付けられて、尿の組成の表示を与えることができる。静電容量測定は、その最も広範な形では、尿の特定の成分の高いレベルが存在するという表示を与えるだけになり得、レベルが危険なほど高い場合は警告を始動させることができる。感度が増大されると、静電容量センサ６は、組成のより精密な表示を与えることができる。

[0064]静電容量センサ６は、（たとえば、内側または外側の側壁に取り付けられて）容器４と一体化されることが可能であり、または容器４の壁に直接取り付けずに容器４内に挿入されることが可能である。静電容量センサ６は、尿と物理的に接触する必要はなく、それによって静電容量センサ６が、非導電性材料を介して、たとえば容器のプラスチック側を介して尿または他の流体を検出／測定することを可能にする。図１では、静電容量センサ６は、電極上の変動を最小限に抑えるのを助けるために、容器４の外側の透明な半剛性パネル／表面１８に取り付けられるように示されているが、（パネル／表面１８は、容器４に取り付けられ、またはこれと一体化されてもよい）容器４への取り付けまたはその一体化の他の手段もまた、可能である。

[0065]静電容量センサ６はまた、容器４の側部（または容器４の側部に取り付けられた別の表面、たとえば半剛性パネル／表面）に印刷され、塗装され、または別の形で施与された導電性インク層から形成されてもよく、このとき、導電性インクは、コンデンサの電極を形成し、固定された距離を離して離間されている。たとえば、コンデンサの導電層は、薄いニッケル導電ベースのインク、グラファイトベースの導電性インク、または銀ベースの導電性インクから作製され得る。任意選択により、電極は、導電性材料または導電性テープ（たとえば銅テープ）のストリップまたはプレートを用いて形成され得る。また、金属化されたタイプの紙が、配列されたメッシュの電極パッドを作り出すようにパターン化され得る。上記の電極タイプの各々は、相対的に安価であり、低コストの静電容量センサ６および概して低コストの尿計測装置２を実現する。

[0066]図１では、導電性センサ６は、相互に噛み合わされた電極（図５も参照）から形成された低コストの同一平面の電極構造を有するように示される。相互噛み合い式コンデンサ／センサ電極構造は、複数の電極が平行に、固定された分離距離を離して積み重ねられ、１つおきの積み重ねられた電極が、互いに電気的に接続されたときに形成される。

[0067]（たとえば図１および５に示されるような）フリンジング場の相互に噛み合わされた、および（たとえば、図３および４に示されるような）平行なストライプ／プレート、ならびに（たとえば、図６に示されるような）疑似的に相互に噛み合わされた電極構造は、両面平行プレートまたは円筒状の同軸コンデンサと同じ作動原理を使用する。しかし、２つの対向するプレートを備えた平行プレートセルとは異なり、フリンジング場の静電容量センサは、試験下の材料に両面からアクセスすることを必要としない。実際、これらのフリンジング場の電極構造は、同一平面でよく、または概して同一平面（たとえば、容器の輪郭により小さい変動を有するほとんど同一平面）でよい。実際、電極構造は、必ずしも完全に同一平面でなくてもよく、たとえば、電極構造は、容器４の輪郭に伴って曲がることができる。フリンジング場のコンデンサでは、フリンジング電場線は、１つの電極から上方に、試験下の材料を通って上方に、そして別の平行電極に戻るように（半円または弓形荷類似する）孤を描く。電場線は材料を通って孤を描くため、２つの電極間の静電容量および導電性は、材料の誘電特性ならびに電極および材料外形によって決まる。静電容量は、液体特性の関数となる。したがって、センサの静電容量を測定することにより、システムおよび液体の特性が評価され得る。他の静電容量測定、すなわち抵抗器または静電容量電圧放電もまた、使用され得る。

[0068]静電容量センサ６の電極構造の設計および外形は、センサの所望の特性および意図される用途に応じて変化し得る（たとえば、それだけに限定しないが、使用され得るさまざまな電極構造を示す図１〜１０を参照）。静電容量センサ６は、フリンジング場の電極構造を備えて形成されてもよく、またはフリンジング場を利用しない（すなわちこれに依存しない）非平坦の電極（たとえば平行電極）を用いて形成されてもよい。感知電極の外形は、これらの間の電場に影響を与える。時間依存の電気および機械的モデルが、静電容量センサ６の特性を、これが使用される特定の用途および／または配置に合わせて調節するために容易に使用され得る。１つの実施形態では、静電容量センサ６は、５％の正確性で約２０００ｍＬの測定範囲を有する。静電容量センサ６は、好ましくは、広い温度範囲、たとえば−２５℃から＋７５度にわたって機能する。

[0069]１つの実施形態では、静電容量センサ６は、以下の寸法を有する噛み合い式コンデンサ／センサである：電極の厚さは約２００ｍｍであり、隣接する平行電極間の距離は約１ｍｍであり、隣接する平行電極の中心間の距離は約２ｍｍであり、各々の平行電極の幅は約２ｍｍであり、各々の平行電極の長さは約２０ｍｍであり、平行電極の数は２２である。

[0070]１つの実施形態では、静電容量センサ６は、２つの平行電極が約２００ｍｍの長さおよび約９ｍｍの幅になるように、そして約５ｍｍの分離距離を有するように製作された、フリンジング場の平行ストリップコンデンサ／センサである。電極は、同一平面でよく、または概して同一平面（たとえば、容器の輪郭により小さい変動を有するほとんど同一平面）でよい。

[0071]静電容量センサ６のサイズ／構成および誘電材料が固定されると、測定された媒体（たとえば尿）の誘電率が、静電容量から分析され得る。ｎ個の相互に噛み合わされた電極の場合、静電容量は、以下のように近似化され得る。

ここで見ることができるように、コンデンサがｎ個の平行プレートを備えて構築される場合、静電容量は、（ｎ−１）の係数で増大され得る。２つのみの平行ストリップが、複数の相互に噛み合わされた電極の代わりに電極として使用される場合、（ｎ−１）は１に等しい。簡単にするために、この方程式は、異なる相対誘電率値を有する複数の材料を考慮しない。しかし、以下で論じられるように、参照コンデンサ８および補償コンデンサ１０が、流体の組成における変動を考慮するために使用され得る。

[0072]（たとえば、水または尿のような導電性液体と共に使用されるとき）測定システムの入力の短絡を防止するために、電極は、断熱材料、たとえば、被覆、追加の層またはスリーブ（図示せず）などで覆われ得る。この断熱材料はまた、電極を、たとえば尿内の攻撃的環境に対して保護することもできる。非常に薄い断熱材料で覆われた同一平面の電極構造を想定すると、導電液体は、接地される遮蔽体としてみなされ得る。単一の電極セグメントと、対向するまたは隣接する電極との間の静電容量が、界面レベルの関数として算出され得る。

[0073]静電容量センサ６は、複数の異なる基板層を含むことができる。たとえば、静電容量センサ６は、導電電極層、遮蔽層、および接地層を含む３つの層を含むことができる。このように複数の層を用いることで、センサの感度を向上させ、信頼性を増大させる。

[0074]任意選択により、参照コンデンサ８および補償コンデンサ１０もまた、たとえば図１に示されるように尿計測装置２内に含まれてもよい。参照コンデンサ８および補償コンデンサ１０は、図１では、電極上の変動を最小限に抑えるのを助けるために容器４の外側の透明の半剛性パネル１８に取り付けられて示されている（パネル／表面１８は、容器４に取り付けられまたはこれと一体化してもよい）が、容器４への取り付けまたは一体化の他の手段もまた、可能である。参照コンデンサ８を測定されている流体から分離し、その代わりに空気に露出させることにより、参照コンデンサ８は、自由空間の相対誘電率または誘電定数（すなわち１）を近似する比較参照として作用する。それとは反対に、補償コンデンサ１０は、流体に露出され、それにより、その静電容量は、流体の相対誘電率によって影響が与えられる。マイクロ制御装置は、たとえば、測定された液体の組成が経時的に変動する場合、流体のあらゆる誘電変化を実時間で検出し補償するために参照コンデンサおよび補償コンデンサからのデータを処理するようにプログラムされ得る。組成の変化は、液体の全体誘電定数を変化させ、その結果生じる生成された静電容量を変える可能性があり、これは、潜在的に測定値に誤差を引き起こす可能性がある。また、測定された材料の導電性における経時的な大きな変動も、潜在的に測定値に誤差を引き起こし得る。参照コンデンサ８および補償コンデンサ１０は、実時間において測定された液体の誘電定数を決定することによってこれらの変動を補償するのを助け、それによって、そうでなければ測定された液体のそのような変動によって引き起こされることがある誤差を解消または低減することができる。

[0075]尿計測装置２によって測定されたあらゆるデータ（たとえば、体積および流量データ）は、別の装置またはコンピュータ（たとえば、Ｃ．Ｒ．ＢａｒｄのＣｒｉｔｉｃｏｒｅ（登録商標）モニタまたは類似のモニタ、デスクトップ、ラップトップ、スマートホンなど）に送られて、見直しおよび追跡のためにデータを収集、処理および／または記憶することができる。図１に示されるような指タイプのカードエッジ連結器１２が、任意選択により、尿計測装置２の一部として含まれ得る。指タイプのカードエッジ連結器１２は、尿計測装置２を別の装置またはコンピュータに連結する手段を提供し、静電容量センサ６、参照コンデンサ８、および補償コンデンサ１０からのデータを接続された装置またはコンピュータに通信するための手段を提供する。

[0076]尿計測装置２と他の装置またはコンピュータの間の接続／通信のための他の装置、システム、または手段もまた、可能である。たとえば、尿計測装置２は、ＵＳＢポートを含むことができ、かつ／または有線接続を介して装置またはコンピュータにテザリングされ得る。あるいは、尿計測装置２は、データを無線式に送信するために無線送信機または送受信機（たとえばＺｉｇｂｅｅ（登録商標）など）を含むことができる。１つの実施形態では、短距離の無線周波（ＲＦ）原理が使用され得る。使用され得る一部の短距離ＲＦプロトコルは、「ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））」と称される。無線８０２．１１通信原理および／または類似の通信原理もまた、使用され得る。尿計測装置２またはこれが通信する装置もしくはコンピュータは、任意選択により、ネットワーク（たとえばインターネットまたはローカルネットワーク）に接続されてもよく、データは、ネットワークに接続された他の装置またはコンピュータと共有されてもよく、かつ／またはこれによって処理されてもよい。

[0077]１つの実施形態では、各々が異なる患者に連結された複数の尿計測装置は、データを同じコンピュータまたはネットワークに送信するように構成される。これは、複数の患者からのデータを単一の場所で追跡および／または比較することを可能にする。各々の尿計測装置に関連付けられたソフトウェアは、１つの尿計測装置によって送信されたデータを、他の尿計測装置の各々によって送信されたデータから区別するために、測定されたデータを一意の識別子を付けて送信するようにプログラムされ得る。

[0078]図１に示されるように、参照測定スケール１４が、任意選択により、容器４の内側または外側の表面上に設けられてもよい。参照スケール１４は、体積に基づくスケール付きのマーキングを含み、容器４内の液体の体積の視覚的確認または読み取りを可能にする。

[0079]図２に示されるように、尿計測装置２は、任意選択により、電場センサマトリクス１６を含むことができる。電場センサマトリクス１６は、図２では、容器４の外側に取り付けられて示される。電場センサマトリクス１６は、（たとえば、半剛性パネル／表面１８に類似する）容器４の（これに取り付けられまたはこれと一体化する）透明の半剛性パネル／表面に取り付けられることが可能であり、これは、電極上の変動を最小限に抑えるのを助ける。しかし、容器４への取り付けまたは一体化の他の手段もまた、可能である（たとえば、電極を容器４の表面上に直接的に印刷する）。電場センサマトリクス１６は、尿計測装置２内の傾斜を検出するために使用され得る。これは、測定された液体が、容器４が傾斜されているために静電容量センサ６と適正に位置合わせされないことから生じ得る体積測定における誤差を防止するのを助ける。電場センサマトリクス１６は、施術者に容器４を再度位置合わせして傾斜を正すよう告げるアラームまたは他の警告を始動させることができる。あるいは、電場センサマトリクス１６からのデータが、あらゆる傾斜効果を補償するために算出において使用されてもよい。電場センサマトリクス１６は、尿計測装置２の側部（または尿計測装置２の側部に取り付けられた別の表面、たとえば図１に示されるパネル／表面１８に類似する半剛性パネル上）の一揃えの比較的小さい電極から形成され得る。比較的小さい電極のマトリクスは、静電容量センサ６に使用されるものに類似する材料によって形成されてもよく、たとえば、電極は、導電性インクを用いて尿計測装置２上に印刷または塗装されてもよい。また、電極は、静電容量センサ６に類似する静電容量に基づく原理で作動することができる。

[0080]尿計測装置２は、静電容量センサ６、参照コンデンサ８、補償コンデンサ１０、無線送受信機、電場センサマトリクス１６などに接続されたマイクロ制御装置および集積回路を含むことができる。指タイプのカードエッジ連結器１２が、集積回路の縁上に形成され、または別の形で連結され得る。マイクロ制御装置および／または集積回路は、弛張発振器、アナログデジタル変換器、または静電容量を測定するための他の特徴（たとえば静電容量に関する論議において以下で論じられるあらゆる特徴）を含むことができる。また、知的静電容量測定回路クラスに属する任意の回路が、尿計測装置２において使用され得る。たとえば、個別の発振器回路（たとえばｃｄ４０６０回路）が使用されてもよい。あるいは、ユニバーサル・トランスデューサ・インターフェース（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）（ＵＴＩ）のような集積回路が、使用され得る。１つの実施形態では、センサ回路用の安定発振器および信号処理用のマイクロ制御装置が使用される。

[0081]マイクロ制御装置では、センサ６からの測定データおよび上記で論じられた他の機能からのデータが、書き込まれたソフトウェアまたはファームウェアによって処理される。このソフトウェア／ファームウェアは、測定データを組み合わせてユーザにとって有用な量を生成する機能からなる。たとえば、静電容量センサ６の測定された静電容量は、線形化および／または曲線適合手順を使用して体積レベルに相関付けられてもよい。ソフトウェア／ファームウェアは、任意の所与の静電容量測定に対して、容器４内の液体体積の値を算出するために、この関係を用いてプログラムされ得る。ソフトウェア／ファームウェアはまた、流量を算出するために経時的に体積レベルを追跡するようにプログラムされてもよい。ソフトウェア／ファームウェアはまた、体積レベル、流量、および任意の他の測定された／算出されたパラメータが、モニタ、コンピュータ、スマートホン、および／または他の装置上に表示され、または転送されることを知らせることもできる。パラメータは、たとえば尿収集中、実時間で連続的に算出、更新、および表示され得る。ソフトウェア／ファームウェアはまた、本明細書の他所で論じられるものを含む、他の目的／機能を達成するように実行され得る。

[0082]１つの実施形態では、マイクロ制御装置は、２３ビットＰＩＣ３２マイクロ制御装置である。ＰＩＣ３２基板は、ＰＩＣ３２ＭＸ７シリーズ装置のための完璧な高品質の開発プラットフォームを提供する。これは、数多くの搭載モジュール（イーサネット(登録商標)（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ(登録商標)）ＰＨＹ）、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩ、ＲＴＣ、オーディオコーデック、加速度計、温度センサ、およびフラッシュメモリを有し、それによって高い複雑性を有するアプリケーションをより迅速に書き込むことを可能にする。

[0083]静電容量センサ６内の構造的変動を含む尿計測装置２内の構造的変動は、本明細書において説明される全体的原理、たとえば静電容量に基づく感知原理から逸脱することなく可能である。たとえば、１つの実施形態では、図７に示されるように、平行プレート電極は、流体収集容器４の対向する壁を形成し、またはこれに取り付けられ、それにより、静電容量センサ６は、試験下の材料への両面からのアクセスをもたらす。電極を備えた壁は、剛性であり、固定された距離を離して設定されて、電極距離における不一致を解消しまたは最小限に抑える。電極を含まない他の壁は、剛性でも可撓性でもよい。１つの変動形態では、電極を含まない容器４の壁は、可撓性であり、アコーディオン形状にされる。これらの可撓性壁は、流体を収容するために広がりまたは屈曲するが、電極を含む壁は、固定された距離で離されたままである。この実施形態は、本明細書に記載の他の静電容量に基づく計測装置と同様に機能し、図７に示されるか否かに関係なく、本明細書で論じられたさまざまな実施形態において開示された追加の特徴を含むことができる。

[0084]１つの実施形態では、図８Ａおよび８Ｂに示されるように、静電容量センサ６を含む容器４の壁２８は、剛性であるが、その一方で電極を含まない部分／壁は、可撓性であり、および／またはアコーディオン形状の、たとえば（薄いプラスチック材料から作製され得る）可撓性部分２４である。可撓性壁は、流体を収容するために広がりまたは屈曲する。この実施形態では、電極間の距離は、尿計測装置が尿排出管材２０から充填されるときに許容可能な範囲内で増減することが可能にされるものである。電極間の距離は、たとえば延長バー２６の拡張を追跡することによって、または他の手段を使用して距離の変動を測定し補償することによって自動的に測定され得る。ソフトウェア／ファームウェアは、電極間の距離の変化を追跡し補償するようにプログラムされ得る。そうでない場合、この実施形態は、本明細書で説明される他の静電容量に基づく計測装置と同様に機能し、図８Ａおよび８Ｂに示されるか否かに関係なく、本明細書で論じられたさまざまな実施形態において開示された追加の特徴を含むことができる。本明細書で論じられた他の無線送受信機と同様に機能する無線送受信機２２が、示される。

[0085]１つの実施形態では、図９に示されるように、平行なプレート電極が、流体収集容器４内に挿入され、それにより、これらは、互いに向かい合って静電容量センサ６を形成する。平行なプレート電極は、容器４の上部または蓋に取り付けられ／連結され得る。平行なプレート電極は、公差内の固定された距離を離したままになるように取り付けられ／連結される。この実施形態は、本明細書で説明される他の静電容量に基づく計測装置と同様に機能し、図９に示されるか否かに関係なく、本明細書で論じられたさまざまな実施形態において開示された追加の特徴を含むことができる。

[0086]図１０Ａ〜１０Ｃは、尿計測装置２に類似する静電容量に基づく原理に基づいて作動するが、流体を収集しない流量計５２の１つの実施形態を示す。その代わりに、流量計５２は、流体（たとえば尿）が装置のハウジングを通過するときにその流量、体積、組成などを測定する。流量計５２は、フォーリーカテーテル６６（または流体を運ぶ他の管材）と一直線上に配置されて、たとえば図１０Ａに示されるような流体測定組立体５１を形成することができる。流量計５２は、流体が、流量計５２の中央管腔を通って流れ、カテーテル／管材から流量計５２に入り、流量計５２を出て追加の管材および／または流体収集／廃棄容器またはユニット内に入るときにその流体を測定する。流量計５２それ自体は、流体／尿を収集しないため、この流量計は、上記で論じられた尿計測装置２（たとえば図１を参照）よりかなり小さいサイズになることができる。

[0087]流量計５２は、患者の尿生成および誘電変化を測定するための手段を提供する。流量計５２は、現在の流量の即値を提供して、現在の技術より速くかつより直接的な応答をもたらすことができる。流量計５２はまた、たとえば誘電変化に基づいて、流体または尿内の電解液の化学組成または濃度を測定するように構成され得る。

[0088]図１０Ａ〜１０Ｃに示される実施形態は、持続時間、体積、流量、組成などを測定するための静電容量センサを含む。図１０Ｂおよび１０Ｃの２つの断面図に示されるように、静電容量センサ５６は、流体通路の両側に配設された２つの半円の金属化された平行プレート５８から形成された半円の平行プレートコンデンサとして（プレート５８は、これらの間に空間７０または断熱材を含む）、または、同心同軸の円筒状のリング電極６０から形成された同軸リングタイプのコンデンサとして形成され得る（同心リング電極を備えた同軸リングタイプのコンデンサを示す図１１も参照）。同軸リング電極６０は、空間または断熱材７２によって離間され得る（図１０Ｃは必ずしも原寸に比例せず、間隔／厚さは、たとえば示されるものより大きいなど、異なることができる）。半円の平行プレートコンデンサの静電容量のための公式は、Ｃ＝（∈Ａ）／ｄ）であり、一方で同軸リングコンデンサの静電容量のための公式は、Ｃ＝［（２πε_ｏε_ｒ）／ｌｎ（ｂ／ａ）］＊Ｌである。図１１に示されるように、「ｂ」は、外側同軸電極の半径であり、「ａ」は、内側同軸電極の半径であり、「Ｌ」は電極の長さである。静電容量センサ５６は、電磁干渉（ＥＭＩ）遮蔽体６２によって取り囲まれて外部の干渉またはノイズを低減することができる。以下で論じられるような静電容量測定の品質を向上させるための他の方法もまた、使用され得る。

[0089]ＥＭＩ遮蔽体６２の外側は、流量計ハウジングの外側領域であり、一方でハウジングの内側領域は、流体通路６４の表面を形成する。任意選択により、無線送受信機、マイクロ制御装置、および他の回路が、流量計のハウジング内に含まれてもよく、または流量計のハウジングの外側部分に取り付けられてもよい。

[0090]測定されている流体（たとえば尿）は、静電容量センサ５６の中央内側管腔または流体通路６４を通って流れる。静電容量センサ５６の中央内側管腔または流体通路６４は、これが連結される管材またはフォーリーカテーテル６６とほぼ同じ直径である直径を有し、それによって管材／カテーテルを通って流れる流体の流量を妨げずまたは変化させない。好ましくは、静電容量センサ５６および関連付けられた管材／カテーテルの内側は、疎水性被覆で被覆され、かつ／または超疎水性パターン化設計を含んでセンサおよび管材／カテーテル上の尿の表面張力を低減し、これは以下でより詳細に論じられる。これは、より良好な排液機構を提供し、流体が、感知領域内に長く保持されすぎて読み取り値に影響を与えることを防止する。

[0091]静電容量センサ５６は、排尿の持続時間を容易に測定することができ、その理由は、静電容量センサ５６の静電容量は、最初の尿が流量計５２の流体通路６４に入ったときに突然変化し、尿の最後が流量計５２の流体通路６４を離れるときにもかなりの量で変化するためである。流体通路６４の体積は事前に知られているため、尿の体積もまた、推定され得る。静電容量センサ５６によって登録された静電容量の量は、流体通路６４が、尿が通過するときにどれだけ満杯になるかに対応する。これは、任意の所与の時間に流体通路６４を通過する流体の体積を推定するために使用され得る。あるいは、尿体積は、最終収集容器（たとえば、尿計測装置２または体積収集容器）内で測定され、静電容量センサ５６によって測定された排尿の持続時間と組み合わせて処理されて流量を算出することができる。追加的に、１つの実施形態によれば、静電容量センサは、流体通路６４の長さに沿って直列に配置され、ドップラー理論に基づき、一塊の流体がその長さに沿っておよび／またはセンサからセンサに移動するのにかかる時間の量を測定することができる。

[0092]静電容量センサ５６の静電容量は、以下で論じられる静電容量を測定する任意の方法を用いて測定され得る。また、流量計５２は、ファームウェア／ソフトウェアを含むことができる、尿計測装置２に使用されるものに類似するマイクロ制御装置および／または集積回路を含んで、たとえば、尿排せつのタイミングおよび間隔を監視し、分析して実時間の流量値を時間ごとに検出し、累積された値を追跡することができる。

[0093]流量計５２はまた、尿計測装置２に関して論じられた無線送受信機に類似する、無線送受信機６８（たとえばＺｉｇｂｅｅ（登録商標）など）も含んで、遠隔コンピュータまたはユニットと無線式に通信してシステムの有用性を向上させることができる。あるいは、流量計５２は、尿計測装置２に関して上記で開示された通信の他の手段の１つを含むことができる。データ送信に関して、流量計５２は、尿計測装置２と同じ方法で機能することができる。

[0094]さらに、異なる患者に各々が連結された複数の流量計もまた、尿計測装置２に関して上記で論じられたのと同じコンピュータまたはネットワークにデータを送信するように構成され得る。各々の流量計に関連付けられたソフトウェア／ファームウェアは、１つの流量計によって送信されたデータを他の流量計の各々によって送信されたデータと区別するために、測定されたデータを一意の識別子を付けて送信するようにプログラムされ得る。
静電容量測定方法
[0095]静電容量センサ（たとえば、上記で論じられた静電容量センサの１つ）の静電容量を測定するために、いくつかのさまざまに異なる方法を使用することができる。以下で説明される例は、通常、マイクロ制御装置を使用して静電容量を間接的に測定することを伴う。各々の方法は、いくつかの利益を有し、マイクロ制御装置の能力に応じて使用され得る。使用され得る一部の方法は、（１）静電容量制御式発振器（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を使用すること、（２）静電容量分圧器（ＣＶＤ）を使用すること、（３）ブリッジ方法、（４）電荷に基づく方法、および／または（５）静電容量感知モジュール（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｍｏｄｕｌｅ）方法を含む。この開示で使用されるとき、用語「測定する（ｍｅａｓｕｒｅ）」、「測定する（ｍｅａｓｕｒｅｓ）」、「測定される（ｍｅａｓｕｒｅｄ）」、および測定すること（ｍｅａｓｕｒｉｎｇ）（たとえば、静電容量を測定すること、誘電率を測定すること、体積を測定すること、流量を測定することなど）は、パラメータを間接的に測定すること（たとえば、電圧、周波数などの測定された変化に基づいて、静電容量、誘電率、体積、流量などの値を特定する／算出すること）を含む。以下でより詳細に説明されるこれらの方法は、本明細書で説明された静電容量に基づく計測装置のいずれのものでも共に使用され得る。

[0096]最初の事項として、流体出力を測定する前、および流体が流体計測装置に入る前、基本静電容量が考慮されなければならない。用語「基本静電容量」は、影響されていないセンサ要素または「空の」容器の測定結果を指す（すなわち、測定される流体のいかなるものも静電容量センサに導入されていない静電容量）。基本静電容量は、測定目的のためにゼロ値に設定されてもよく、すなわちそのために流体収集による静電容量の増大または変化のみが測定される。基本静電容量は、流体収集および測定の直前に考慮され、またはゼロに設定されなければならない。これは、尿計測装置２に関連付けられたボタンもしくはスイッチ、または尿計測装置２と連通する別の装置（たとえば、Ｃｒｉｔｉｃｏｒｅ（登録商標）モニタに類似するモニタ）を用いて、無線式に接続される、または別の形でテザングされるに関わらず、行われ得る。基本静電容量ボタンまたはスイッチは、重量計測前に重量スケールをゼロに設定する「風袋」ボタンと同様に機能することができる。ボタンまたはスイッチは、流体収集および測定の直前にエンドユーザ（たとえば臨床医）によって作動され得る。あるいは、尿計測装置２は、たとえば、測定された体積、流量、および／または他のパラメータを表示するために、尿計測装置２に接続され得る別の装置またはモニタ（たとえば、Ｃｒｉｔｉｃｏｒｅ（登録商標）モニタに類似するモニタ）に結合された際に自動的に基本静電容量値を設定するように構成され得る。
静電容量制御式発振器
[0097]１つの変形形態では、静電容量は、静電容量制御式発振器を用いて測定され得る。たとえば、静電容量センサ６は、マイクロ制御装置／ｐｃおよび静電容量制御式発振器、たとえば弛張発振器に連結され得る。発振器は、その周波数が静電容量センサ６の静電容量によって関連付けられるまたは影響されるように静電容量センサ６に連結される。容器４内の液体レベルの変化が、容器４の組み合わされた内容物（たとえば液体および空気の組み合わせ）の誘電定数を変化させて、発振器内に周波数変化を引き起こす。流体が存在しないとき、静電容量はほとんど存在しない（いかなる残留または基本静電容量も、ゼロに設定され、または上記で論じたように別の形で考慮され得る）。液体が静電容量センサ６の底部に到達するとすぐに、静電容量は、測定範囲が始まる下側周波数に発振器を突然変化させる。レベルが上昇にするにつれて、より大きな静電容量が周波数を線形に低下させる。最高の充填レベルでは、最低の周波数が測定される。静電容量の変化によって引き起こされる周波数の変化は、マイクロ制御装置またはコンピュータによって測定され、体積レベルを経時的に追跡するように処理される。

[0098]発振器に基づく技術を用いて静電容量を測定する１つの方法では、図１２に示されるように、マイクロ制御装置の内部比較装置は、弛張発振器に向けられ、この弛張発振器は、内部比較装置の出力を使用して静電容量センサ６を充電し、放電させることによって静電容量の感知に使用され得る。内部比較装置の出力は、低状態に変わることになる。次いで、これは、内部バンドギャップ参照のトリップ点に到達するまでＲを通ってゆっくりと放電する。その後比較装置の出力は、再度上がり、サイクルはそれ自体を反復する。充電速度は、外部抵抗器によって作り出されるＲＣ時間定数および静電容量センサ６の静電容量によって決定される。比較装置の出力は、静電容量センサ６の静電容量に関連付けられた周波数である。液体レベルが変化するにつれ、周波数は変化する。上記で論じられたように、周波数のこの変化は、マイクロ制御装置またはコンピュータによって測定され、体積レベルを追跡するように処理される。

[0099]任意選択により、発振回路が使用されてもよい。静電容量は、多くの発振回路の周波数を決定する上で主要な成分である。１つの実施形態では、５５５タイマＩＣが、非安定マルチバイブレータとして使用される。５５５タイマ回路の発振周波数は、

によって与えられる。Ｒ１＝Ｒ２＝１０Ｋと想定すると、Ｃ＝４８０００／ｆとなり、この場合、ｆは、Ｈｚであり、ＣはｎＦである。この方法では、静電容量は、５５５出力の周波数を測定することによって間接的に推定される。たとえば１０ｍｓ窓が、ソフトウェア内に作り出されることが可能であり、その窓内の出力パルスの数は、（カウンタとして作動される）タイマモジュールを用いて計数され得る。Ｎパルスが１０ｍｓ窓に到着すると想定すると、Ｃ＝４８０／Ｎ、ｎＦとなる。たとえば、Ｎ＝４８の場合、測定された静電容量は１０ｎＦである。

[00100]１つの実施形態では、静電容量センサ６は、発振器回路の一部でもある共鳴ループの周波数決定構成要素の１つである。静電容量センサ６は、２つの符号変換器、すなわち７４ＨＣ０４、抵抗器、Ｒｃ、およびコンデンサからなるＲＣ弛張発振回路に平行に連結される。測定される液体が、静電容量センサ６の近傍にもたらされる場合、ループの共鳴周波数は変化する。静電容量センサ６の静電容量が、試験下の材料によって増大されるにつれ、その結果生じる周波数は低下する。マイクロ制御装置は、周波数を測定し、次いで、測定された周波数から静電容量の値を算出するようにプログラムされ得る。

[00101]任意選択により、ＣＭＯＳ符号変換器が、類似の発振器に基づく技術を使用して静電容量を測定するために使用され得る。回路は、ＣＭＯＳシュミットトリガ符号変換器をＲＣ発振器として使用し、その後（より小さい時間定数を有する）ワンショットＲ１Ｃ１、その後（より大きい時間定数を有する）ローパスＲ２Ｃ２を使用し、これは図１３に示される。出力は、感知コンデンサの場所に応じて、静電容量線形または１／静電容量線形になることができる。浮遊式感知コンデンサが、安定性を増大させるために付加され得る。ここでも（静電容量の変化によって影響されるような）周波数の変化が、マイクロ制御装置またはコンピュータによって測定され、体積レベルを追跡するように処理される。

[00102]１つの実施形態では、ＲＣ弛張発振器は、ＩＣ５５５またはそのＣＭＯＳ更新版、７５５５を用いて実装される。これは、静電容量変化を周波数またはパルス幅の変化に変換するために使用される。間隔変動コンデンサと共に使用されるＲＣ発振器は、間隔に伴って線形である周波数出力を生成し、一方で面積変動コンデンサは、パルス幅を測定することによって線形化される。

[00103]マイクロ制御装置時計は、通常、正確な安定した参照であり、したがってほとんどのマイクロ制御装置は、非常に大きい範囲にわたってデジタル信号の周期またはデューティサイクルを測定することができ、センサの好都合な出力形式は、方形波の周期またはデューティサイクルの変調である。周期変調は、信号の１つのエッジのみが監視されるだけでよく、そのためしばしば正または負のエッジでトリガされる、（利用可能である場合）マイクロ制御装置の干渉入力が利用され得る。

[00104]ＥＣ４０６０は、タイミング用途に対する優れた集積回路である。ＩＣ４０６０は、発振器、累積バイナリカウンタおよび周波数分割器である。その組み入れられた発振器は、シュミットトリガ弛張発振器と同様に３つの符号変換器に基づく。内部発振器の基本周波数は、そのピン９に接続されたタイミングコンデンサ（Ｃｘ）の値およびそのピン１０内のタイミング抵抗器の値によって決定される。ＩＣ４０６０は、数秒から数時間までの時間遅延を与えることができる１０の能動的高出力を有する。少ない構成要素を用いて、簡単であるが信頼高い時間遅延の回路を構築することが容易である。これはまた、フリーランニングタイマ／周波数分割器として使用され得る。３つの外部構成要素のみが、４０６０バイナリカウンタ、２つの抵抗器、および１つのコンデンサを制御するために必要とされる。内部発振器の周波数（すなわちカウントの速度）は、以下の方程式

にしたがって設定される。
静電容量分圧器（ＣＶＤ）
[00105]任意選択により、ＣＶＤを使用して静電容量を測定する方法が、使用されてもよい。ＣＶＤは、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して静電容量感知を実行する。ＡＤＣの内部サンプルホールド静電容量は、図１４に見られるようにセンサ静電容量を算出するための参照として使用され得る。静電容量センサ６および参照コンデンサは、回路内で連結され、参照コンデンサの知られている値およびＡＤＣ測定値が、静電容量センサ６の静電容量を特定するために使用され得る。通常、平行に連結された２つのコンデンサの等価静電容量（Ｃ_ｅｑ）は、それらの静電容量の合計である（すなわち、

）である。一方で、直列に連結された２つのコンデンサの等価静電容量（Ｃ_ｅｑ）の逆数は、個々の静電容量の逆数の合計（すなわち、

）である。
[00106]ＣＶＤを使用して静電容量センサ６の静電容量を測定する１つの方法は、（１）ＶＤＤまでの二次チャネルをデジタル出力として駆動し、（２）ＡＤＣを二次ＶＤＤピンに向け（Ｃ_ＨＯＬＤをＶＤＤに充電する）、（３）静電容量センサ６の線を接地し、（４）静電容量センサ６の線を入力に転換し、（５）ＡＤＣを静電容量センサ６のチャネルに向け（静電容量センサ６からＣ_ＨＯＬＤまでの分圧器）、（６）ＤＣ変換を開始し、（７）ＡＤＣモジュール記録装置を読み取るものである。

[00107]基本的な原理は、ＡＤＣ用の内部サンプルホールドコンデンサをＶＤＤに充電する１つのＡＤＣチャネルから開始する。静電容量センサ６のチャネルは、次いで、これを接地することによって知られている状態に準備される。静電容量センサ６が接地された後、これは、再度入力されなければならない。最後に、これが入力されたすぐ後で、ＡＤＣチャネルは静電容量センサ６に切り替えられる。これは、サンプルホールドコンデンサ、Ｃ_ＨＯＬＤを、静電容量センサ６と平行に置いて、これら２つの間に分圧器を作り出す。したがって、静電容量センサ６上の電圧は、サンプルホールドコンデンサ上と同じである。このステップ後、ＡＤＣはサンプル化されなければならず、その読み取り値は、静電容量センサ６上の静電容量の量を表す。

[00108]取り付けられたマイクロ制御装置または接続されたコンピュータは、静電容量センサ６の静電容量の変化を測定し、その変化を処理して体積レベルを追跡する。ＣＶＤ方法は、ノイズに対する高い妨害耐性ならびに非常に低い放出を提供する。感知は２つのＡＤＣチャネルを使用するが、これらは両方ともセンサでよい。１つのチャネルが能動的に走査している間、他のセンサが、第１のチャネルを走査している間二次ラインのために再利用され得る。センサが走査されていない間、これらは、接地またはＶＤＤに保たれなければならない。
ブリッジ方法
[00109]ブリッジ手法または方法を使用して静電容量センサ６の静電容量を測定することは、静電容量を測定するためにＡＣブリッジを使用することを伴う。たとえば、図１５は、不平衡のＡＣ駆動トポロジを示す。不平衡の量が測定され、これは、静電容量センサ６の静電容量に比例するものである。上記で論じられたように、容器４内の液体レベルが増大するにつれ、静電容量センサ６の静電容量は変化する。したがって、静電容量センサ６の静電容量に比例する不均衡は、マイクロ制御装置またはコンピュータによって測定され、体積レベルを追跡するように処理され得る。
電荷に基づく方法
[00110]電荷に基づく手法または方法を使用して静電容量センサ６の静電容量を測定することは、静電容量センサ６が電荷を保持し伝達することができる能力を利用する。コンデンサ上に存在する電圧は、コンデンサ内に保持された電荷に比例する（すなわち、

）。図１６に示されるように、この手法を使用して測定する１つの方法は、参照コンデンサ（Ｃ_ＲＥＦ）が、上記で論じられたＣＶＤ静電容量分圧器方法と同様に、知られている電圧源（Ｖ_ＲＥＦ）によって充電されることを利用する。参照コンデンサおよび静電容量センサ６がどのように連結されるか（直列または平行）に応じて、参照コンデンサについて知られている情報および測定されたデータに基づいて静電容量センサ６の静電容量について解決することができる。取り付けられたマイクロ制御装置または接続されたコンピュータは、静電容量センサ６の静電容量の変化を監視し、その変化を処理して体積レベルを追跡する。
静電容量感知モジュール方法
[00111]静電容量はまた、静電容量感知モジュール（ＣＳＭ）手法を用いて測定され得る。図１７は、マイクロチップマイクロ制御装置の内部静電容量感知モジュールの例を示し、図１８は、ＣＳＭブロック図の例を示す。ＣＳＭ手法は、静電容量感知用途に必要とされるハードウェアおよびソフトウェアの設定の量を簡易化する。収集バッグ上の感知電極のみが、付加されるだけでよい。静電容量感知モジュールは、機械的インターフェースを有することなく、エンドユーザとの相互作用を可能にする。代表的な用途では、静電容量感知モジュールは、エンドユーザから電気的に絶縁された尿収集バッグの電極に取り付けられる。尿が収集バッグに入り、バッグ内側の空気を変位させ始めたとき、静電容量負荷が加えられて、静電容量感知モジュール内に周波数偏移を引き起こす。

[00112]静電容量感知モジュールは、ソフトウェアおよび少なくとも１つのタイマリソース（たとえば、ほとんどのマイクロ制御装置で共通のタイマリソース）を使用して周波数の変化を決定する。（静電容量の変化によって影響されるような）周波数の変化は、マイクロ制御装置またはコンピュータによって測定され、体積レベルを追跡するように処理される。このモジュールの一部の特徴は、：複数の入力を監視するためのアナログマルチプレクサ（ＭＵＸ）、静電容量感知発振器、複数の電力モード、可変の電圧基準を有する高電力範囲、複数のタイマリソース、ソフトウェア制御、スリープ中作動を含み、（両方のＣＳＭモジュールを使用するとき）２つの試料を同時に取得することができる。

[00113]ＣＳＭモジュール静電容量感知発振器は、一定の電流源および一定の電流シンクからなり、それによって三角波形を生成する。発振器は、静電容量負荷（単一の電極）を駆動するように、それと同時に、タイマの１つに対する時計源となるように設計される。これは、適切な登録によって定義された３つの異なる電流設定を有する。発振器に対する異なる電流設定は、少なくとも２つの目的を果たす：（１）固定されたタイムベースの間タイマ内のカウント数を最大限にすること、および（２）周波数の変化中、タイマ内の計数差異を最大限にすること。
静電容量測定の品質を向上させるための方法
[00114]静電容量センサの測定の品質は、温度、湿度、静電放電（ＥＳＤ）および他の刺激によるシステムレベルの不一致および干渉を含む、さまざまな要因によって影響され得る。さまざまな方法および手段が、これらの要因を考慮し、結果の品質を向上させるために使用され得る。以下でより詳細に説明されるこれらの方法は、本明細書で説明される静電容量に基づく計測装置のいずれのものでも共に使用され得る。

[00115]たとえば、一部の材料の誘電定数は、温度に伴って変化し、これは、測定された静電容量に影響を与え得る。これを補償するために、温度センサまたは温度計が、容器４または関連付けられた装置に組み込まれて、流体の温度を監視することができる。静電容量センサ６は、さまざまな温度および誘電定数値において較正されていかなる温度変化の影響も定量化することができる。しかし、温度補償は、高性能尿計測装置２では必ずしも必要とされず、たとえば、尿は、尿の収集および測定中、大体の平均体温に留まることができ、または留まると想定され得る。

[00116]測定された液体の組成の経時的な変動もまた、何らかの測定誤差を招き得る。異なる誘電定数を有する材料を可変の割合で混合することは、全体誘電定数およびその結果、生成された静電容量も変化させ得る。これを補償するために、２つの追加のコンデンサが使用されてもよく、その１つは、流体に露出され（たとえば補償コンデンサ１０）、別のものは空気に露出される（たとえば参照コンデンサ８）。こうして、いかなる誘電変化も、上記でより詳細に論じられたように、実時間で検出され補償され得る。

[00117]測定された材料の導電性の経時的な大きな変動もまた、何らかの測定誤差を招き得る。しかし、適正な電極選択は、その影響を最小限に抑えることができる。厚い壁の電極絶縁もまた、推奨される。追加的に、コンデンサの対を使用して、（たとえば、上記で論じられたように）測定される溶液の誘電を実時間で決定することはまた、これらの変動を補償するのを助けることもできる。

[00118]干渉電磁信号は、測定システムの正確性および分解能を劣化させ得る。実際、非常に小さい静電容量の測定は、非常に高感度の電子回路の使用を必要とする。したがって、電磁干渉（ＥＭＩ）の防止は、重量な役割を果たす。電磁遮蔽が、干渉電磁信号の影響を解消し、または大きく低減させるために使用され得る。電磁遮蔽は、空間内の電場の移動を停止させるプロセスである。電場が空間内を移動しており、電気遮蔽体に衝突したとき、これは２つの事を行い、つまり、そのほとんどを偏向させ、残りは、実際の遮蔽によって観察される。通り抜ける電気エネルギーのみが、残留する。

[00119]（１）測定回路周りの遮蔽された箱、（２）遮蔽されたケーブル、（３）（遮蔽された）捩じられた対のケーブル、および（４）ネットフィルタの使用などの多くの技術が、電磁干渉を低減するために適用され得る。

[00120]さらなる電磁干渉は、測定システム自体によってフィルタ処理され得る。そのようなフィルタ処理は、干渉の周波数が、測定システムの作動の周波数よりかなり高いまたは低いときに可能である。たとえば、ほとんどの低コストの静電容量測定に基づく計測装置／システムは、１ｋＨｚから１ＭＨｚの周波数範囲で作動し、そのため、主電源によって引き起こされる干渉（たとえば、５０Ｈｚ（米国では６０Ｈｚ）の周波数）およびその調波（たとえば６５Ｈｚおよび高周波干渉）は、デジタル回路内の切り替えによって、また無線送信機などによって引き起こされた１Ｍｈｚを大きく上回る周波数によって分割され得る。

[00121]寄生静電容量（Ｃｐ）または外部ノイズによって引き起こされた追加の静電容量もまた、静電容量システム内で不安定性を生み出し、感度を低減し得る。伝導ノイズおよび放射ノイズは、干渉ノイズの最も一般的なタイプである。伝導ノイズは、装置から外部式に電力供給されるシステム内で引き起こされる。これは、システムの主要ライン電力の電源オフ、デスクトップ電力供給されるＵＳＢ装置、またはユーザが装置と接地を共有していないことを意味し得る任意の他の状況を含むことができる。放射ノイズは、電子装置（たとえば携帯電話）から生じ、静電容量システムの近くで電磁場を放射する。

[00122]寄生静電容量の影響は、コンデンサの静電容量の元値を増幅させてこれを寄生静電容量より大きくすることによって低減され得る。たとえば、電極の面積が、電極間の分離距離よりかなり大きくなるように設計されることが可能であり、それにより、寄生静電容量からの相対的影響は無視できるようになる。Ｃｐの影響はまた、薄いプレートを使用して電場の縁上のフリンジング場を低下させることによって低減され得る。これは、Ｃｐの影響を低減するのを助けるが、その理由は、静電容量は、静電容量の構造に密接に関連付けられた電場縁の形状に関連付けられているためである。

[00123]Ｃｐの影響はまた、適切な電磁場遮蔽および接地を使用することによって低減され得る。適切な遮蔽および接地は、周囲干渉（たとえば電磁干渉）を低下させるだけでなく、寄生静電容量Ｃｐの影響を最小限に抑えることもできる。追加的に、Ｃｐの影響は、リーダケーブルの長さを最小限に抑えることによって低減されることが可能であり、すなわち、回路を静電容量センサに十分に近づけて存在させてＣｐの影響を低下させることができる。

[00124]任意選択により、小さいコンデンサまたはフィードバック回路が使用されて、負の静電容量を生成して寄生静電容量の影響を取り消すまたは低減することもできる。正のフィードバック回路は、連結点間に静電容量による電流損失をもたらして、電極抵抗間の潜在的降下を防止する。良好な補償は、フィードバック回路が電流を供給することができる機敏性によって決まる。完全に補償された上昇時間は、記録増幅器の上昇時間および補償されていない回路の上昇時間の幾何平均に比例する。また、遮蔽および／または他の方法を使用して、高速の上昇時間を有するヘッドステージ増幅器と組み合わせて漂遊静電容量を最小限に抑えることができる。

[00125]追加的に、容器４が可撓性バッグ／容器である場合、バッグ周りの何らかの電場曲がりが、バッグが充填されるときのバッグの自然な曲がりによって起こり得る。バッグの湾曲部周りのこの電場の曲がりは、その結果、湾曲部周りに非線形性を引き起こし得る。しかし、バッグの自然な曲がりが予測可能な一貫した方法で起こる場合、尿計測装置２は、バッグの電場曲がりを補償するまたは考慮するようにプログラムされ得る。あるいは、静電容量センサ６の電極は、より剛性または半剛性の表面（たとえば、バッグの一体化部分である１つ、およびバッグに取り付けられる１つ）上に装着されて、電極の曲がりを阻害し、電場の曲がり影響を最小限に抑えることができる。

[00126]また、コンデンサは、電流を漏出する可能性があり、それによって不安定性を生み出し得る。したがって接地ピンと地電位の間に静電容量センサ６を備えた尿計測装置２を構築することが好ましい。この配置は、浮遊式コンデンサにおいてより顕著である漏電に伴う問題を解決する。この設定では、ガルバニック絶縁が、選択されたセンサと地電位の間に確立される。

[00127]追加的に、管材／カテーテル材料（たとえばシリコーン）および／または流量計（たとえば流量計５２）の表面張力は、そこを通過する流体を連続的に流す代わりに円柱化させ得る。円柱化は、流体（たとえば尿）の滞り、および管材／カテーテルおよび／または他の装置を通って適正に流れないことを招き得る。円柱化が起こるとき、流量の正確な測定を得ることが難しくなり得る。たとえば、尿の初期の流れは、円柱化によって遅延させられ、それによって、初期の流れの正確な測定を妨げ得る。追加的に、この円柱化が起こるとき、これは、流体の一塊の量を管材／カテーテル内に形成させる。表面張力が克服されたとき、流体の一塊の量は放出されるが、この一塊の量は、流量測定に誤差を引き起こし得る。別の欠点は、円柱化は、残留流体を膀胱内に滞らせたままにし、残留流体を排出管腔内に留まらせる恐れがあり、それによって、衛生問題および健康問題、ならびに測定の誤差を招き得ることである。

[00128]円柱化を防止するために、滑性の疎水性被覆が、流体測定システムと共に使用されるあらゆるカテーテル／管材の管腔（たとえば排出管腔）の内面に付加され得る。類似の滑性の疎水性被覆はまた、流量計５２内の流体通路６４の表面に付加されてもよい。

[00129]任意選択により、界面活性剤溶液もまた、調製され、流量計５２内の排出管腔、関連付けられた管材、流体通路６４の表面、および／または任意の他の流体通路表面を通って流され得る。界面活性剤は、製造中、または使用直前に付加されて、円柱化を防止し、連続的な流れを確実にすることができる。任意選択により、界面活性剤は、たとえば、界面活性剤を、浸漬製造プロセス中、カテーテル／管材の内側管腔層を作り出すために使用される浸漬溶液内に混合することによって、管腔／流体通路の壁／表面内に埋め込まれ得る。カテーテル／管材の外部／外面は、通常、外面上にすでに存在する被覆の特性を温存するために、界面活性剤溶液で処理されない。たとえば、カテーテル／管材がすでに抗菌性酸化銀を有するポリウレタン被覆を含む場合、界面活性剤溶液は、外側コーティングの有益な特性を妨げることがある。管腔および流体通路を処理するために有益に使用され得る界面活性剤溶液は、フルオロ界面活性剤、炭化水素界面活性剤、シリコーン界面活性剤、ＰＦＯＳ、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−１００、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−１１５／ＦＳ−１３０、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−１３０Ａ、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−１３０ＥＢ、Ｍａｕｒｆ ＦＳ−１４００、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−１７００、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−１７２５ＥＢ、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−１７４０Ｉ、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−１７５０ＥＧ、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−２３０、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−２６２０、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−２８００、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−２９５０、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−３０２０、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−３３３０Ａ、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−６３０、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−７１０、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−７８０、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−８１０、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−９１０、Ｍａｓｕｒｆ ＬＡ−１３０Ａ、Ｍａｓｕｒｆ ＮＦ−１０、Ｍａｓｕｒｆ ＮＦ−２５、Ｍａｓｕｒｆ ＮＲＷ、Ｍａｓｕｒｆ ＳＰ−１０２０、Ｍａｓｕｒｆ ＳＰ−３２０、Ｍａｓｕｒｆ ＳＰ−４３０、Ｍａｓｕｒｆ ＳＰ−４３０Ｒ、Ｍａｓｕｒｆ ＳＰ−５３５、Ｍａｓｕｒｆ ＳＰ−５３５Ａ、Ｍａｓｕｒｆ ＳＰ−７４０、Ｍａｓｕｒｆ ＳＰ−８２０、Ｍａｓｕｒｆ ＳＰ−９２５、Ｍａｓｕｒｆ ＵＶ−１５０、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−３２４０、Ｚｏｎｙｌ ＦＳ−３００、Ｍａｓｕｒｆ ＦＳ−３１３０、Ｚｏｎｙｌ ＦＳ−５１０、Ｚｏｎｙｌ ＦＳ−６１０、Ｚｏｎｙｌ ＦＳＯ、Ｚｏｎｙｌ ＦＳＥ、Ｚｏｎｙｌ ＦＳＧ、Ｚｏｎｙｌ ＦＴＳ、Ｚｏｎｙｌ ９３６１、Ｚｏｎｙｌ ＦＳ０−１００、Ｚｏｎｙｌ ８８５７Ａ、Ｚｏｎｙｌ ８８６７Ｌ、ＦＣ−４４３０、ＦＣ−４４３２、ＦＣ５１２０、Ｆｌｅｘｉｐｅｌ Ｓ−１１ＷＳ、Ｆｌｅｘｉｗｅｔ ＡＢ−２８、Ｆｌｅｘｉｗｅｔ ＤＳＴ、Ｆｌｅｘｉｗｅｔ ＮＦ、Ｆｌｅｘｉｗｅｔ ＮＦ−８０、Ｆｌｅｘｉｗｅｔ ＮＩ−Ｍ、Ｆｌｅｘｉｗｅｔ ＮＩ−Ｍ１００、Ｆｌｅｘｉｗｅｔ ＰＤ−１００、Ｆｌｅｘｉｗｅｔ ＰＤ−１５、Ｆｌｅｘｉｗｅｔ ＰＤ−３０ＥＢ、Ｆｌｅｘｉｗｅｔ Ｑ−２２、Ｆｌｅｘｉｗｅｔ ＲＦＳ−２０Ａ、Ｆｌｅｘｉｗｅｔ ＳＳＥ、Ｔｈｅｔａｗｅｔ ＦＳ−８０００、Ｔｈｅｔａｗｅｔ ＦＳ−８０２０ＤＢ、Ｔｈｅｔａｗｅｔ ＦＳ−８０２０ＥＢ、Ｔｈｅｔａｗｅｔ ＦＳ−８０５０、Ｔｈｅｔａｗｅｔ ＦＳ−８１００、Ｔｈｅｔａｗｅｔ ＦＳ−８１５０、Ｔｈｅｔａｗｅｔ ＦＳ−８２００、Ｔｈｅｔａｗｅｔ ＦＳ−８２５０、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ ＴＧ、ＥｎｖｉｒｏＧｅｍ ２０１０、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ １０４、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ １０４５、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ ４４０、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ ４８５、Ｃａｒｂｏｗｅｔ １００、Ｃａｒｂｏｗｅｔ １０６、Ｃａｒｂｏｗｅｔ １０９、Ｃａｒｂｏｗｅｔ １２５、Ｃａｒｂｏｗｅｔ １３−４０、Ｃａｒｂｏｗｅｔ １４４、Ｃａｒｂｏｗｅｔ ３００、Ｃａｒｂｏｗｅｔ ７６、Ｃａｒｂｏｗｅｔ ＤＣ１１などを含む。選択された界面活性剤は、内側管腔表面上にすでに使用されているいかなる滑性の被覆にも適合するものでなければならず、またリンス溶液中に使用されるとき、内側管腔表面上の表面張力および摩擦力を低減するための、リンス溶液中の効果的な添加物であるものでなければならない。

[00130]追加的に、超疎水性パターン化設計９０（たとえば図１９および２０を参照）が、流体測定システムと共に使用される任意のカテーテル／管材の管腔（たとえば排出管腔）の内面上に形成され得る。類似の超疎水性パターン化設計９０もまた、流量計５２内の流体通路６４の表面上に形成されてもよい。パターン化設計９０は、超疎水性内側管腔表面を作り出し、円柱化を防止するために使用され得る。超疎水性表面上の水滴の接触角度は、１５０°を超えることができ、ロールオフ角度は１０°未満になることができ、それによって超疎水性表面を湿潤させるのを極めて難しくする。

[00131]超疎水性は、小スケールの粗さを疎水性表面に人工的に加えて液滴をカシーバクスター（Ｃａｓｓｉｅ Ｂａｘｔｅｒ）状態、すなわち空気が液滴下方の微視的な割れ目の内側に捕捉されたままになる状態を保つことによって得られ得る。疎水性表面のこの粗さは、疎水性表面の湿潤性をさらに低下させ、その結果、はっ水性または超疎水性を増大させる。湿潤特性は、材料の湿潤特性に直接的に関係付けられたこれらの表面パラメータであり、たとえば、接触角度は、液滴が固定表面と共に作り出す角度であり、表面自由エネルギーは、接触角度を生じさせる固体表面に関連付けられたエネルギーである。液滴のエネルギー的に最良の形状は、「釘のベッド上の行者」のように畝の上部にある。図１９は、粗い超疎水性パターン化表面９０上に着座する液滴を示す。

[00132]また、傾けられた超疎水性表面上の液滴は、摺動せず、これは転がり落ちる。この利益は、液滴が汚染物質（たとえば、汚れ、ほこり、ごみ、またはウイルス／細菌物質など）上で転がるとき、粒子の吸収力が、粒子と表面の間の静的摩擦力より高い場合、汚染物質が表面から取り除かれることである。通常、粒子／汚染物質を取り除くために必要とされる力は、粒子／汚染物質と表面の間の接触領域が最小限に抑えられるために非常に低い。したがって、超疎水性表面は、非常に良好な自己洗浄特性を有し、細菌コロニーの成長は、はっ水性表面上で阻害される。

[00133]超疎水性パターン化表面９０は、たとえば、図２０に示されるように、システム内で使用される任意の管材／カテーテルの内面上および流量計５２の流体通路６４の内面上に形成されてもよく、それにより、液滴は、常にカシーバクスター状態にあり、それによって、管材／カテーテルおよび流量計５２の内側の排出および流体の流れを向上させる。好ましくは、超疎水性パターン化表面９０は、並はずれた液体／尿のはっ水特性のために、また管材／カテーテルおよび／または流量計の内側の流体の円柱化を解消するために、１５０°より大きい液体／尿接触角度を有する。超疎水性パターン化表面９０は、ある高さおよび直径の、固定されたピッチを備えた先細にされた、円筒状の、または正方形の超微小構造（たとえばピラー）を含むことができる。

[00134]超疎水性パターン化表面９０は、パターンの逆を、管材／カテーテルおよび／または流量計５２の内面を作り出すために使用される浸漬形態または浸漬型の外面内にエッチングすることによって管材／カテーテル／流量計の内面に付加され得る。あるいは、パターンの逆を有する外部可撓性構造を、浸漬形態または浸漬型に取り付けてもよい。逆パターン化の浸漬形態または浸漬型は、次いで、浸漬／成形の製造プロセスに使用されて、流量計５２の管材／カテーテルまたはハウジングを作製することができる。

[00135]超疎水性表面は、ＲＴＶのマイクロアレイから、または４５０から７００ミクロンの範囲のピラーまたはポストのピッチを備えた任意の他のタイプのポリマーから製作され得る。好ましくは、超疎水性表面の均一ピラーまたはポストの高さは、２５０μｍ〜５００μｍの間であるが、高さは、８００μｍの高さの範囲になることができる。任意選択により、接着剤の層を可撓性基板の上部に施すことによって製作された４００μｍピッチのＵＶ硬化されたシリコーンポストが、使用されてもよい。一部の実施形態では、ポストまたはピラーは、５０〜１７５μｍの間の直径を有する。図２０は、内側排出管腔の１つの部分上に形成された例示的なパターン化マイクロ構造を示す（原寸に比例しない）。図２０は、例示的な超疎水性パターン化表面９０を、管腔表面の１つの部分上だけに存在するものとして示すが、管腔の全体表面が、超疎水性パターン化表面９０を含むことが企図される。

[00136]超疎水性パターン化表面９０のマイクロ構造（たとえばピラーまたはポスト）を形成する１つの方法は、レーザを使用してパターン化マイクロ構造を所望の表面上に直接的に形成するものであり、またはレーザを使用してパターンの逆を、後で所望の表面を作り出すために使用される浸漬形態または浸漬型の表面上に形成するものである。浸漬形態は、その後、ポリマー材料で浸漬被覆されて所望のマイクロ構造のパターン化表面を有するカテーテルまたは他の管材を形成することができる。レーザは、セラミックから、金属、ポリマーまでの範囲の数多くのさまざまに異なる材料の表面上に使用され得る。レーザは、後で湿潤性特性の変化を招き得る表面寸法（粗さおよび表面パターン）および表面化学の両方を同時に変化させる能力を有する。

[00137]超疎水性パターン化表面はまた、市販の３Ｄプリンタを用いて多種多様な表面形状を備えて調製され得る。浸漬プロセスのための、後で形態に組み込まれ得る平坦表面上の大きな複雑なポリマー物体の製作。これは、微少構造化された表面が、本体または可撓性構造との一体型である場合に達成され得る。支持される水柱高さなどの超疎水性挙動は、ナノスケールの構造特徴を有する表面上の超疎水性挙動を説明するために使用されるものと同じ方程式によって説明され得る。

[00138]本明細書では、静電容量に基づく測定システムの文脈で論じられているが、超疎水性パターン化表面は、フォーリーカテーテル、および他のタイプの流量計、たとえば、以下で論じられる追加の測定システムと共に使用される他の管材でも有益である。実際、超疎水性パターン化表面はまた、計測装置に連結されない場合の、または異なる文脈で使用される場合の、カテーテル、管材、流通装置などでも有益になる。さらに、本明細書では、尿の排出／収集に関連付けられた管材、カテーテル、および流量計に関して論じられているが、超疎水性パターン化表面は、他のタイプの医療管材、カテーテル、および流体がそこを通って流れる装置、たとえば透析カテーテルおよび装置、血管カテーテルなどに付加されてもよい。
追加の測定システム
[00139]さまざまな追加の高分解能、低コストの流体監視システムもまた、企図される。通常、センサまたは複数のセンサが、流体収集容器／バッグに一体化されて、体積、流量、および他のパラメータを感知することができる高性能の尿計測装置または監視システムを形成することができる。センサは、（重量、熱、光、音、圧力、磁気、または特定の動作など）物理的刺激に反応し、（測定または制御を作動することに関する）その結果生じたインパルスを送信する。センサのパフォーマンスは、物理単位、すなわちｋｇｆ、ｍＬなどに関して考えられ得る。センサまたは複数のセンサは、一体的に容器に組み込まれ得る。センサからのアナログ測定は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）内でデジタルに変換され、プログラムされたマイクロ制御装置を使用して処理され得る。

[00140]図２１は、尿計測装置または監視システム１０２の形態の信頼高い、低コストの流体監視装置またはシステムを示す。尿監視システムに関して説明されているが、説明された装置、システム、および原理は、尿収集および監視に関連付けられない他の流体監視用途に使用されてもよい。図２１に示されるように、尿計測装置１０２は、流体収集容器１０４と、センサ１０６と、マイクロ制御装置１０８と、無線送受信機１２０とを含むことができる。

[00141]多種多様なタイプの流体収集容器またはバッグが、流体収集容器１０４に使用され得る。実際、容器１０４は、尿計測装置２の容器４に対して上記で論じられた流体収集容器またはバッグのいずれのものとも同じまたは類似することができ、容器４と同じ特徴、形状、サイズ、材料、設計のいずれのものも含むことができる。容器１０４は、可撓性であり、剛性であり、半剛性であり、および／またはこれらの組み合わせになることができる。実際、容器１０４は、容器の上部から底部に流体で充填するように設計されてもよく、たとえば、尿は、フォーリーカテーテルから容器２０４内に排液する、容器に関連付けられた管材内に流れることができる。１つの実施形態では、流体は、容器２０４の上部に連結された管材を通って流れて容器２０４を充填する。

[00142]センサ１０６は、印刷電子抵抗性センサ、たとえばＥ−Ｔａｐｅ液体レベルセンサである。印刷回路抵抗性センサは、機械的部分を移動させる代わりに印刷電子装置を活用するソリッドステートセンサである。印刷電子抵抗性センサは、これが中に浸される流体の静水圧によって圧縮され、その結果、センサの上部から流体の表面の距離に対応する抵抗の変化を生じさせる。液体（たとえば尿）の体積は、印刷電子抵抗性センサを使用してその様相の静水圧を体積に相関付けることによって測定され得る。作動時には、液体または尿のレベルが容器／バッグ内で上昇するにつれて、測定された抵抗は低減する。液体のレベルが高いほど、抵抗は低くなる。（その反対に、液体レベルが低減する場合、抵抗は増大する）。

[00143]センサ１０６は、好ましくは、尿出力をシミュレートするのに十分な範囲を測定することができ、測定において精密であることができ、少なくとも＋／−５ｍＬの誤差内で反復可能な結果をもたらすことができる。より好ましくは、センサは、少なくとも＋／−２ｍＬの誤差内で反復可能な結果をもたらすことができる。印刷電子抵抗性センサ１０６は、収集容器１０４内におよび／またはその一体化部分として含まれ得る。任意選択により、印刷電子抵抗性センサは、バッグの１つの側に接着され、または別の形で取り付けられてもよく、それにより、接着されない側部だけが液体と面するようになる。センサ１０６の利益は、これが、容器４の形状または可撓性に関わらず良好に等しく作用することである。

[00144]簡単な抵抗電圧変換のために、印刷電子抵抗性センサ１０６は、分圧器構成の測定抵抗器に繋げられる。その出力は、以下の方程式によって説明され得る。

[00145]マイクロ制御装置１０８は、容器４に取り付けられ、もしくは別の形でこれと一体化されてもよく、または、容器４に取り付けられた集積回路の一部になることができる。図２２は、Ｅ−Ｔａｐｅ液体レベルセンサを使用する実施形態に関する簡易化されたセンサおよび配線図の１つの例を示す。図２２では、マイクロ制御装置１０８は、集積回路１１８の一部であり、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１１０と通信する。センサ１０６からのアナログ電圧測定値は、ＡＤＣ１１０内でデジタルに変換され、マイクロ制御装置１０８を使用して処理される。

[00146]ＡＤＣ１１０は、特定の用途の分解能要求を満たすように選択され得る。たとえば、ＡＤＣ１１０は、好ましくは１０ビットと３２ビットの間の出力サイズを有するように選択されてもよく、これは、ほとんどの分解能要求を満たすはずである。しかし、より高い出力サイズのＡＤＣが使用されてもよい。ＡＤＣのビット値は、その分解能に直接的に対応し、それによってこれがどれだけ詳細にそのフルスケール測定範囲を分割するか、または換言すれば、これが理論的に測定することができる（ノイズを無視して）入力信号における最小の変化を指す。より高いビット値は、より良好な分解能に対応する。

[00147]システム内に使用されるＡＤＣの入力分解能は、以下の公式によって算出され得る：
ｖｄ＝システムの最大測定スケール範囲
Ｖｓ＝変換器の最大測定スケール範囲
Ｅ＝必要とされる最大測定スケール出力
ｎ＝ＡＤＣのビット数
Ｂ＝０単極または２極式の場合Ｂ＝１

[00148]たとえば、１２ビットＡＤＣを使用する実施形態では、ビットあたり０．５４ｇの最大の理論上の分解能を与える。これは、３．３Ｖｄｃの参照電圧および１ｇ＝１ｍＬに対応する相関付けを推定する体積分解能を使用して算出され得る。

[00149]マイクロ制御装置１０８では、センサ１０６およびＡＤＣ１１０からの測定データは、書き込まれたソフトウェアまたはファームウェアによって処理される。このソフトウェア／ファームウェアは、測定データを組み合わせてユーザにとって有用な量を生成する機能からなる。たとえば、以下で論じられるように、センサ１０６からの測定信号は、（たとえば、ラグランジュ補間に基づいて）データを曲線適合することによって流体体積に相関付けられてもよい。測定読み取り値と特定の体積の間の関係（たとえば、曲線または線形の方程式）が、ソフトウェア／ファームウェアにプログラムされてもよく、それにより、体積は、センサ読み取り値に基づいて算出され得る。ソフトウェア／ファームウェアはまた、流量を算出するために経時的に体積レベルを追跡するようにプログラムされてもよい。ソフトウェア／ファームウェアはまた、体積レベル、流量、および任意の他の測定された／算出されたパラメータが、モニタ、コンピュータ、スマートホン、および／または他の装置上に表示され、または転送されることを知らせることもできる。パラメータは、実時間、たとえば尿収集中、連続的に算出され、更新され、表示され得る。ソフトウェア／ファームウェアはまた、本明細書の他所で論じられたものを含む、他の目的／機能を達成するようにプログラムされ得る。

[00150]１つの実施形態では、図２３に示されるように、マイクロ制御装置１０８は、３２ビットＰＩＣ３２マイクロ制御装置である。ＰＩＣ３２基板は、ＰＩＣ３２ＭＸ７シリーズ装置のための完全な高品質の開発プラットフォームを提供する。これは、数多くの搭載モジュール（イーサネット(登録商標)ＰＨＹ）、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩ、ＲＴＣ、オーディオコーデック、加速度計、温度センサ、およびフラッシュメモリを有し、それによってより高い複雑性のアプリケーションをより迅速に書き込むことを可能にする。このおよび他の実施形態では、ＡＤＣ１１０は、マイクロ制御装置１０８に組み入れられるまたはこれと一体化される。図２３に示されるように、温度センサ１２４がまた、温度データをマイクロ制御装置１０８に供給するために使用され得る。温度センサ１２４からのデータは、処理され、他のセンサ、たとえばセンサ１０６からの測定／算出されたデータと共に表示され得る。温度センサ１２４は、任意選択により、尿計測装置１０２内に一体化されてもよく、たとえば、容器１０４に組み入れられまたは取り付けられてもよい。

[00151]さまざまな他のマイクロ制御装置が、任意選択により、本システムに使用されてもよい。たとえば、類似のモジュールおよび機能を備えた他の基板、たとえばより高いビット基板、または追加のモジュールを備えた基板が、使用されてもよい。追加的に、尿計測装置２に関して上記で開示されたマイクロ制御装置および／または集積回路もまた、使用され得る。

[00152]ソフトウェア較正および測定されたデータの曲線適合／線形化のために、重量スケールが、最初に使用されて、液体の報告された体積を注がれた実際の実験的体積に相関付けることができる。ハードウェア／ソフトウェアが、センサ１０６から測定された出力データに基づいて体積の値を算出するために、回路の出力電圧と（上記で述べられたように重量スケールを使用してかけられた重量によって推定され得る）体積との間の関係が、最初に決定される。これを行う１つの方法は、電圧出力に対応するかけられた重量または体積を補間するために、エクセル（Ｅｘｃｅｌ）および／またはミニタブ（Ｍｉｎｉｔａｂ）ソフトウェアを使用して回路の出力電圧およびかけられた重量または体積を関連付けるｎ次多項式曲線を算出するものである。それによってセンサ挙動を説明する方程式（たとえば、予測可能な曲線または線の方程式）が、見出され得る。

[00153]あるいは、回路の出力電圧とかけられた重量または容積との間の関係は、適切なアルゴリズムを使用して実時間でラグランジュ補間方法を使用して決定され得る。たとえば、以下の実時間ラグランジュ曲線適合アルゴリズムが使用されてもよい。

Function Lagr2 (periodcol As Range, ratecol As Range, X)

Dim V0, V1, V2, V3, V, Vol0, Vol1, Vol2, Vol3, Vol, L0, L1, L2, L3, FindVolt As Double
Dim i As Integer

period_count = periodcol.Rows.Count
ReDim Voltage(period_count) As Single
ReDim Volume(period_count) As Single

For c = 1 To period_count
Voltage(c) = periodcol(c)
Volume(c) = ratecol(c)
Next c

FindVolt = X
For i = 1 To period_count

If (FindVolt <= Voltage(i)) Then

If i > 2 Then
V0 = Voltage(i - 2)
V1 = Voltage(i - 1)
V = Voltage(i)
V2 = Voltage(i + 1)
V3 = Voltage(i + 2)

Vol0 = Volume(i - 2)
Vol1 = Volume(i - 1)
`Vol = Volume(i) //不明??
Vol2 = Volume(i + 1)
Vol3 = Volume(i + 2)
End If
End If
Next i
`Lagrange Interpolation
L0 = ((V - V1) / (V0 - V1)) * ((V - V2) / (V0 - V2)) * ((V - V3) / (V0 - V3))
L1 = ((V - V0) / (V1 - V0)) * ((V - V2) / (V1 - V2)) * ((V - V3) / (V1 - V3))
L2 = ((V - V0) / (V2 - V0)) * ((V - V1) / (V2 - V1)) * ((V - V3) / (V2 - V3))
L3 = ((V - V0) / (V3 - V0)) * ((V - V1) / (V3 - V1)) * ((V - V2) / (V3 - V2))

Vol = (L0 * Vol0) + (L1 * Vol1) + (L2 * Vol2) + (L3 * Vol3)
Lagr2 = Vol
End Function

[00154]この実時間ラグランジュ曲線適合アルゴリズムは、試作品の尿計測装置からのデータを使用して、Ｅ−Ｔａｐｅ電子抵抗性センサを使用して試験され、妥当な正確性のデータを提供するために良好に働いた。たとえば、以下の表１は、実験上の体積と算出されたラグランジュ体積との間の最小誤差を示す。

[00155]尿計測装置１０２は、任意選択により、無線送受信機１２０を含むことができる。無線送受信機１２０は、尿計測装置２に関して論じられた無線送受信機（たとえば、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）など）と同じであるまたはこれに類似することができ、遠隔コンピュータまたはユニットと無線式に通信してシステムの有用性を向上させる。あるいは、尿計測装置１０２は、尿計測装置２に関して上記で開示された通信の他の手段の１つを含むことができる。データ送信に関して、尿計測装置１０２は、上記で論じられたような尿計測装置２と同じ方法で機能することができる。

[00156]さらに、各々が異なる患者に連結された複数の尿計測装置もまた、尿計測装置２に関して上記で論じられたように同じコンピュータまたはネットワークにデータを送信するように構成され得る。各々の尿計測装置に関連付けられたソフトウェアは、１つの尿計測装置によって送信されたデータを、他の尿計測装置の各々によって送信されたデータから区別するために、測定されたデータを一意の識別子を付けて送信するようにプログラムされ得る。

[00157]尿計測装置１０２はまた、センサ測定値に基づいて、体積、流量、温度および／または他のパラメータを表示するようにプログラムされたディスプレイまたはモニタを含むこともできる。

[00158]印刷電子抵抗性センサは、「ブラインドインチ（ｂｌｉｎｄ ｉｎｃｈ）」またはそのようなものを有する傾向があり、この場合、水圧はセンサ上に登録するほど十分高くないため、センサは水レベルを感知しない。これを補償するために、圧力スリーブまたは類似の装置が、印刷電子抵抗性センサの基部に取り付けられ、センサ上に特定量の初期圧力をもたらして「ブラインドインチ」を克服するのを助けることができる。あるいは、「ブラインドインチ」に対応する体積は、知られている値を有することができ、この値は、センサが感知を開始した後（すなわち水レベルが「ブラインドインチ」を超えた後）、マイクロ制御装置によって体積に自動的に付加される。任意選択により、印刷回路電子抵抗性センサは、印刷電子抵抗性センサが感知を開始するまで体積および流量を測定することができる、本明細書に開示される別のセンサと組み合わされてもよい。

[00159]図２４は、尿計測装置または監視システム２０２の形態の信頼高く、低コストの流体監視装置またはシステムを示す。尿監視システムに関して説明されているが、説明された装置、システム、および原理は、尿の収集および監視に関連付けられない他の流体監視用途に使用されてもよい。図２４に示されるように、尿監視システム２０２は、流体収集容器２０４と、支持および測定組立体２１２とを含むことができる。支持および測定組立体２１２は、センサ２０６と、接触物体２１６と、支持された下側プラットフォーム２５２とを含むことができる。１つの実施形態では、支持および測定組立体２１２はまた、プラットフォーム２１４と、ワイヤまたは他の連結器を使用してプラットフォーム２１４に取り付けられた横材２５４であって、それにより、横材２５４上の下方向の力がプラットフォーム２１４に伝達される、横材２５４とを含むこともできる。

[00160]多種多様なタイプの流体収容容器またはバッグが、流体収容容器２０４に使用され得る。実際、容器２０４は、尿計測装置２の容器４に対して上記で論じられた流体収集容器またはバッグのいずれのものとも同じまたは類似することができ、容器４と同じ特徴、形状、サイズ、材料、設計などのいずれのものを含むこともできる。容器２０４は、可撓性であり、剛性であり、半剛性であり、および／またはこれらの組み合わせになることができる。実際、容器２０４は、容器の上部または底部から流体で充填するように設計されてもよく、たとえば、尿は、フォーリーカテーテルから容器２０４内に排液する、容器に関連付けられた管材内に流れることができる。１つの実施形態では、流体は、容器２０４の上部に連結された管材２２６を通って流れて容器２０４を充填する。

[00161]センサ２０６は、力感知抵抗器（Ｆｏｒｃｅ−Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ）（「ＦＳＲ」）である。ＦＳＲは、用途の要求事項に応じて、ポリマーの厚いフィルムインク、通常はマイラー（Ｍｙｌａｒ）膜上に印刷されたスクリーンから作製されることが可能であり、力が装置にかけられたとき、電気抵抗は低減する。ＦＳＲは、体積および流量を測定するための超低コストの尿計測装置を作り出すために使用され得る。ＦＳＲの構成要素の一部は、図２５に示される。ＦＳＲのインク配合は、より大きい力で飽和を最小限に抑えるなどの用途特有の要求事項に対して、および非常に低い力の必要性に合わせて調節され得る。温度、湿度、およびせん断力は、考慮事項の一部である。使用されるＦＳＲは、好ましくは、少なくとも２．５ｋｇまでのかけられた重量によって引き起こされた力を測定して尿出力をシミュレートすることができ、測定において３ｋ以下の精密度になることができ、少なくとも＋／−５ｍＬの誤差内で反復可能な結果をもたらすことができる。

[00162]センサ接触領域を一定に保持し、曲がりを防止し、その後ＦＳＲを力センサに変換するための機械的固定具の設計が、図２６に見られ得る。センサ上に及ぼされた圧力を均一に分配する中実構造が、アクチュエータの接触領域に関係なく、通常必要とされる。センサ接触領域を一定にすることで、反復性が増大され、ＦＳＲは、良好な正確性を有する良好な反復可能な力センサとして作用する。

[00163]追加的に、ＦＳＲをゴム状のまたは軟質の上包み層で覆うことで、かけられた負荷を効果的に分散させ、小さい力において力／電圧曲線のスロープを増大させ、大きい力においてスロープを低減させる。

[00164]ＦＳＲは、小さいサイズ、低重量、安価である、容易である、万能に利用できることを含む数多くの利点を有する。しかし、ＦＳＲが非均一の圧力および機械的モーメントにさらされたとき、何らかの問題が生じ得る。しかし、センサ２０６、支持および測定組立体２１２の配置ならびに較正方法は、信頼性および正確を最大限するように精密化され得る。１つのそのような調整は、センサ反復性を向上させるために、中実構造または接触物体２１６を圧力感知領域に取り付けて、センサ接触領域を一定に保持し、曲がりを防止し、その後、ＦＳＲを力センサに変換するものである。

[00165]１つの実施形態では、流体容器２０４は、これが、支持および測定組立体２１２から吊り下がるように配置され得る。図２４は、支持および測定組立体２１２の１つの可能性のある配置を示すが、本明細書で説明された原理に沿った他の配置設計もまた、企図される。図２４では、支持および測定組立体２１２は、（流体容器がそこから吊り下がる）横材２５４に連結されたプラットフォーム２１４と、プラットフォーム２１４の底部に取り付けられた接触物体２１６とを含み、接触物体２１６は、ＦＳＲ（すなわちセンサ２０６）の表面（上包み層が上記で論じられたように使用される場合、上包み層がＦＳＲの表面と考えられ得る）と接触してＦＳＲのすぐ上に配設される。流体容器２０４が流体（たとえば尿）で充填されるにつれて、その重量は増大し、これは、プラットフォーム２１４をより重力をかけて下方向に引っ張り、プラットフォームは、接触物体２１６をセンサ２０６に対してより強く押し付ける。この方法では、ＦＳＲは、任意のサイズまたはタイプの流体容器と共に使用されて、流体容器４が流体で充填されるときの重量または下方向力の増大を測定することができる。この下方向力または重量の増大は、体積の増大に相関付けられて体積および流量の測定値を与えることができる。ＦＳＲを使用するための他の配置もまた、企図され、たとえば、流体容器４は、液体／尿が容器を充填するとき、その重量がＦＳＲ上で下方向に収束されるように配置された、流体容器４の基部またはその近くに配設されたＦＳＲを有することができる。

[00166]ＦＳＡセンサが、分圧器を作り出すために使用され得る。簡単な力電圧変換のために、ＦＳＲ装置は、分圧器構成の測定抵抗器に繋がれる。出力方程式は、以下の方程式によって説明され得る。

[0167]上記で論じられたマイクロ制御装置１０８と同じであるまたはこれに類似することができるマイクロ制御装置は、容器２０４に取り付けられ、もしくは別の形で一体化されてもよく、または容器２０４に取り付けられた集積回路の一部でもよい。あるいは、マイクロ制御装置は、支持および測定組立体２１２に取り付けられ、もしくは別の形で一体化されてもよく、または支持および測定組立体２１２に取り付けられた集積回路の一部でもよい。図２７は、ＦＳＲセンサを使用する実施形態に関する簡易化されたセンサおよび配線図の１つの例を示す。図２２では、マイクロ制御装置２０８は、集積回路２１８の一部であり、ＡＤＣ２１０と通信する。センサ２０６からのアナログ電圧測定値は、ＡＤＣ２１０内でデジタルに変換され、マイクロ制御装置２０８を使用して処理される。ＡＤＣ２１０は、上記で論じられたＡＤＣ１１０と同じであるまたはこれに類似することができる。ＡＤＣ２１０は、ＡＤＣ１１０に対して上記で論じられた同じ方法で、特定の用途の分解能要求事項を満たすように選択され得る。

[00168]マイクロ制御装置２０８では、センサ２０６およびＡＤＣ２１０からの測定データは、これが（上記で論じられた）マイクロ制御装置１０８で行われるやり方と同様に、書き込まれたソフトウェアまたはファームウェアによって処理される。このソフトウェア／ファームウェアは、上記で論じられたように、測定データを組み合わせてユーザにとって有用な量を生成する機能からなる。センサ２０６からの測定信号は、（ラグランジュ補間に基づいて）データを曲線適合させることによって流体体積に相関付けられ得る。測定値読み取りと特定の体積の間の関係は、ソフトウェア／ファームウェアにプログラムされてもよく、それにより、体積、流量、および／または他のパラメータが、センサ読み取り値に基づいて算出され得る。ソフトウェア／ファームウェアはまた、体積レベル、流量、および任意の他の測定された／算出されたパラメータが、モニタ、コンピュータ、スマートホン、および／または他の装置上に表示され、または転送されることを知らせることもできる。パラメータは、実時間で、たとえば尿収集中、連続的に算出され、更新され、表示され得る。ソフトウェア／ファームウェアはまた、本明細書の他所で論じられたものを含む、他の目的／機能を達成するようにプログラムされ得る。

[00169]１つの実施形態では、マイクロ制御装置２０８は、図２３に示され上記で論じられたものに類似する３２ビットＰＩＣ３２マイクロ制御装置である。このおよび他の実施形態では、ＡＤＣ２１０は、マイクロ制御装置２０８に組み入れられ、またはこれと一体化される。温度センサ１２４に類似する温度センサもまた、温度データをマイクロ制御装置２０８に供給するために使用され得る。温度センサからのデータは、処理され、他のセンサ、たとえばセンサ２０６からの測定／算出されたデータと共に表示され得る。温度センサは、任意選択により、尿監視装置２０２内に一体化されてもよく、たとえば、容器２０４に組み入れられまたは取り付けられてもよい。

[00170]さまざまな他のマイクロ制御装置が、任意選択により、本システムに使用され得る。たとえば、類似のモジュールおよび機能を備えた他の基板、たとえばより高いビット基板、または追加のモジュールを備えた基板が、使用されてもよい。追加的に、尿計測装置２に関して上記で開示されたマイクロ制御装置および／または集積回路もまた、使用され得る。

[00171]印刷回路抵抗性センサ１０６と同様に、ＦＳＲによる線形化および／または曲線適合機能は、ミニタブおよび／またはエクセルを使用して、または上記の実時間ラグランジュ曲線適合アルゴリズムを使用して達成され得る。しかし、実時間ラグランジュ曲線適合アルゴリズムは、ソフトウェア内の算出を簡易化し、回路の出力電圧とかけられた重量との間により良好な関係を与える傾向がある。これらの曲線の各々の挙動は、センサの表面サイズ、利用されているセンサ上の相対領域、および分圧器回路内に置かれる固定された電圧値によって決まる。

[00172]任意選択により、導電率が、力に対してプロットされ得る（抵抗の逆数１／ｒ）。この形式は、線形スケール上の解釈を可能にする。参照として、対応する抵抗値もまた、含まれ得る。電流電圧変換器と呼ばれる簡単な回路が、ＦＳＲ導電率に正比例する電圧出力を与えることができ、応答線形が複雑な曲線適合を回避するために望まれる場合、有用になり得る。ＦＳＲは、抵抗対圧力のための強い対数関係を有する。

[00173]試験が、ＦＳＲセンサを使用して試作品の能力を検討するために実施された。試験の一部として、上記で論じられたのと同じ実時間ラグランジュ曲線適合アルゴリズムが、使用された。表２に示されるように、実験上の体積と算出されたラグランジュ体積との間の誤差は、極めて妥当なものであった。

[00174]ＦＳＲが、抵抗値が経時的に幾分ドリフトするという問題に直面する場合、ドリフトに関するこれらの問題は、ＦＳＲセンサを少なくとも１週間に１回較正して、適正な力測定値がとられることを確実にすることによって防止され得る。

[0175]尿監視システム２０２は、任意選択により、無線送受信機を含むことができる。無線送受信機は、尿計測装置２に関して論じられた無線送受信機（たとえばＺｉｇｂｅｅ（登録商標）など）と同じまたはこれに類似することができ、遠隔コンピュータまたはユニットと無線式に通信してシステムの有用性を向上させることができる。あるいは、尿監視システム２０２は、尿計測装置２に関して上記で開示された通信の他の手段の１つを含むことができる。データ送信に関して、尿監視システム２０２は、上記で論じられたように尿計測装置２と同じ方法で機能することができる。

[0176]さらに、異なる患者に各々が連結された複数の監視システムもまた、尿計測装置２に関して上記で論じられたのと同じコンピュータまたはネットワークにデータを送信するように構成され得る。各々の尿監視システムに関連付けられたソフトウェアは、１つの尿監視システムによって送信されたデータを、他の尿監視システムの各々によって送信されたデータから区別するために、測定されたデータを一意の識別子を付けて送信するようにプログラムされ得る。

[0177]尿監視システム２０２はまた、センサ測定値に基づいて、体積、流量、温度および／または他のパラメータを表示するようにプログラムされたディスプレイまたはモニタを含むこともできる。

[0178]上記の流体監視システムは、全体的に、尿計測装置または尿監視システムに適用されるものとして説明されてきたが、説明された原理は、たとえば、尿を伴わない、他のタイプの流体測定または監視システムに適用され得る。さらに、１つの実施形態に記載の特徴は、通常、他の実施形態に記載の特徴と組み合わされ得る。たとえば、静電容量センサの傾斜感知特徴が、印刷電子抵抗性センサシステムと組み合わされてもよい。また、疎水性被覆、界面活性剤処理、および超疎水性パターン化表面特徴が、本明細書において開示された実施形態のいずれのものにも関連付けられた管材／カテーテル上に含まれてもよい。実際、場合によっては、システムまたはセンサを監視する２つ以上のタイプが、組み合わされてもよい。たとえば、印刷電子抵抗性センサは、「ブラインド」インチまたはそのようなものを有する傾向があり、この場合、水圧は、センサ上に登録するほど十分高くないため、センサは水レベルを感知しない。したがって、静電容量に基づくセンサまたはＦＳＲセンサが使用されて、最初のインチを感知することができ、その後、印刷電子抵抗性センサが引き継ぐことができる。

[0179]本明細書に記載の機器、装置、システムおよび方法の構成要素は、ハードウェア、ソフトウェア、またはその両方の組み合わせ内に実装され得る。機器、装置、システムおよび／または方法の構成要素が、ソフトウェア内に実装される場合、ソフトウェア（たとえば、上記で論じられたアルゴリズム／算出を含むソフトウェア）は、１つまたは複数の固定機械読み取り可能な媒体上に実行可能な形式で記憶され得る。さらに、上記で説明されたアルゴリズム、算出および／または方法のステップは、ソフトウェア内に、データおよび指示のセットとして実装され得る。機械可読媒体は、機械（たとえばコンピュータ）によって読み取り可能な形態の情報を提供する（たとえば記憶するおよび／またはトランスポートする）任意の機構を含む。たとえば、機械読み取り可能な媒体は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリ装置、ＤＶＤ、電気的、光学的、音響的、または他の形態の伝播性信号（たとえば、搬送波）、赤外線信号、デジタル信号、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ、磁気または光学カード、または電子指示を記憶するのに適した任意のタイプの媒体を含む。機械読み取り可能な媒体上に記憶された機器および／または方法を表す情報は、本明細書に記載の機器、装置、システム、および／または方法を作り出す目的で使用され得る。本発明を実施するために使用されるハードウェアは、集積回路、マイクロ制御装置、ＦＰＧＡ、デジタル信号制御装置、および／または他の構成要素を含むことができる。

[0180]本発明が、特定の変形形態および例示する図に関して説明されてきたが、当業者は、本発明が、説明された変形形態または図に限定されないことを認識するであろう。加えて、上記で説明された方法およびステップが、ある順番で起こるある事象を示す場合、当業者は、いくつかのステップの順序付けは変更されてもよく、そのような変更は、本発明の変形形態に従うものであることも認識するであろう。追加的に、ステップのいくつかは、可能な場合は並行プロセス内で同時に実行されてもよく、ならびに上記で説明されたように順次実行されてもよい。したがって、本発明の変形形態が、本開示の趣旨または特許請求の範囲で見出される本発明の等価物内に存在する限り、本開示が、これらの変形形態も同様に対象とすることが、その意図となる。

Claims (24)

1. 流体監視システムであって、
   流体を収集するための容器と、
   前記容器に取り付けられ、前記流体が前記容器内に集まるときに前記流体の物理的特性を感知するようにコンデンサとして作用するように構成された静電容量センサとを備える、流体監視システム。
2. 請求項１に記載の流体監視システムにおいて、前記流体が前記容器内に集まるときの前記流体の体積測定値を、前記静電容量センサから受け取られたデータに基づいて算出するようにプログラムされたマイクロ制御装置をさらに備える、流体監視システム。
3. 請求項１に記載の流体監視システムにおいて、前記静電容量センサが、２つだけの平行電極から形成された概して同一平面の電極構造を有する、流体監視システム。
4. 請求項１に記載の流体監視システムにおいて、前記静電容量センサが、相互噛み合い式電極構造を有する、流体監視システム。
5. 請求項４に記載の流体監視システムにおいて、前記相互噛み合い式電極構造が、前記容器の外部表面上の導電性インクから形成される、流体監視システム。
6. 請求項２に記載の流体監視システムにおいて、空気の誘電特性を測定するように構成された参照コンデンサと、前記流体の誘電特性を測定するように構成された補償コンデンサとをさらに含み、前記マイクロ制御装置は、前記参照コンデンサおよび前記補償コンデンサから受け取られたデータに基づいて、前記流体の誘電定数を連続的に推定するようにプログラムされる、流体監視システム。
7. 請求項２に記載の流体監視システムにおいて、前記体積測定値を別個の装置に送信するための無線送受信機をさらに備える、流体監視システム。
8. 請求項７に記載の流体監視システムにおいて、前記マイクロ制御装置が、前記流体監視システムによって送信された前記体積を他の流体監視システムによって送信されたデータから区別するために、前記体積測定値を一意の識別子を付けて送信するようにプログラムされたソフトウェアを含む、流体監視システム。
9. 請求項１に記載の流体監視システムにおいて、前記流体が前記容器内に集まる前に流れ抜ける管材をさらに備え、前記管材の内面は、界面活性剤を含む、流体監視システム。
10. 請求項９に記載の流体監視システムにおいて、前記界面活性剤が、前記内面に埋め込まれる、流体監視システム。
11. 流体体積を測定する方法において、
    尿監視装置を提供するステップであって、前記尿監視装置が、
    流体を収集するための容器と、
    前記容器に取り付けられ、前記流体の物理的特性を感知するようにコンデンサとして作用するように構成された静電容量センサと、
    前記流体が前記容器内に集まるときに前記流体の体積を算出するために前記静電容量センサからのデータを使用するようにプログラムされたマイクロ制御装置とを備える、ステップと、
    前記流体が前記容器内に集まるときの前記流体の体積を、前記静電容量センサからのデータに基づいて算出するステップとを含む、方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、前記流体の体積を算出する前に、前記静電容量センサの基本静電容量を算出するステップをさらに含む、方法。
13. 請求項１１に記載の方法において、前記静電容量センサからの前記データが、前記静電容量センサの静電容量を表し、前記体積を算出するステップが、前記静電容量センサの前記静電容量を表す前記データに基づいて体積を算出するステップをさらに含む、方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、前記静電容量センサの静電容量を表す前記データが、発振器の変化する周波数から間接的に測定される、方法。
15. 請求項１１に記載の方法において、前記流体が容器内に集まるときの前記流体の流量を、前記静電容量センサからのデータに基づいて算出するステップをさらに含む、方法。
16. 中を貫通する流体通路を含むハウジングと、
    前記流体が前記流体通路を通過するときに前記流体の物理的特性を感知するようにコンデンサとして作用するように構成された、前記ハウジング内側の静電容量センサとを備える、流量計。
17. 請求項１６に記載の流量計において、前記流体が前記流体通路を通過するときの前記流体の体積を、前記静電容量センサから受け取られたデータに基づいて算出するようにプログラムされたマイクロ制御装置をさらに備える、流量計。
18. 請求項１６に記載の流量計において、前記静電容量センサが、前記流体通路周りに配設された同軸電極構造を有する、流量計。
19. 請求項１６に記載の流量計において、前記静電容量センサが、２つの半円プレートを含む電極構造であって、前記流体通路が前記２つの半円プレートの間に配設される、電極構造を有する、流量計。
20. 請求項１６に記載の流量計において、データを別個の装置に送信するための無線式送受信機をさらに備える、流量計。
21. 請求項１６に記載の流量計において、前記流体通路の内面が、界面活性剤を含む、流量計。
22. 請求項２１に記載の流量計において、前記界面活性剤が、前記内面に埋め込まれる、流量計。
23. 尿を収集するための容器と、
    前記容器の内部表面に取り付けられ、前記尿が前記容器内に集まるときに前記尿の物理的特性を測定するように構成された印刷電子抵抗性センサと、
    前記尿が容器内に集まるときの前記尿の体積を、前記印刷電子抵抗性センサから受け取られたデータに基づいて算出するようにプログラムされたマイクロ制御装置とを備える、尿監視システム。
24. 尿を収集するための容器と、
    前記尿が前記容器内に集まるときの前記尿の体積を表す測定値を提供するように構成された力感知抵抗器と、
    前記容器がそこから吊り下がる支持および測定組立体であって、前記力感知抵抗器のすぐ上方に前記力感知抵抗器と接触して配設された接触物体を含む、支持および測定組立体と、
    前記尿が前記容器内に集まるときの前記尿の体積を、前記力感知抵抗器からの前記測定値に基づいて算出するようにプログラムされたマイクロ制御装置とを備える、尿監視システム。

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