JP2015125105A - 滴下測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度のよい計測機能を有し、且つ利便性に優れた滴下測定装置を提供する。
【解決手段】滴下測定装置は、点滴筒に加わる加速度成分を検出する加速度センサ（６）と、加速度センサの検出信号から、点滴筒内を落下する液滴に関する情報を取得する液滴情報取得部と、液滴情報取得部により取得された情報を、表示部に表示させる表示制御部（２７）を備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、滴下測定装置に関し、特に、加速度から滴下を測定する滴下測定装置に関する。

点滴筒にセットされて、光センサにより滴下される液滴を光センサにより計測する装置が提供されている。例えば、特許文献１（特開平８−１６４２０３号公報）には、点滴筒を挟んで配置される発光センサと受光センサを有し、発光センサから受光センサに向けて発光し、受光信号から点滴筒内で落下する点滴液体の単位時間当りの落下数を計測する構成が開示される。

特開平８−１６４２０３号公報

特許文献１のように光センサによって計測する場合には、発光素子として赤外線のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が使用されており、消費電力量が多い。そのため容量の大きい電池を必要とし、装置の小型化が阻害される。また、容量の小さい電池にして装置を小型化した場合には電池交換が頻繁となり使い勝手に優れない。また、点滴筒の容器が曇っている場合には光の透過率が損なわれて正確な計測が困難となる。

それゆえに、本発明の目的は、精度のよい計測機能を有し、且つ利便性に優れた滴下測定装置を提供することである。

この発明のある局面に従う滴下測定装置は、点滴筒に加わる加速度成分を検出する加速度センサと、加速度センサの検出信号から、点滴筒内を落下する液滴に関する情報を取得する液滴情報取得部と、液滴情報取得部により取得された情報を、表示部に表示させる表示制御部と、を備える。

好ましくは、液滴情報取得部は、検出信号を時系列に合成して波形を生成する波形検出部を、含み、波形の特徴量から液滴に関する情報を取得する。

好ましくは、液滴に関する情報は、単位時間当たりの滴下数、１液滴の量、および点滴筒内における滴下距離の少なくとも１つを含む。

好ましくは、滴下測定装置は液滴に関する情報が示す値と、予め定めた値とを比較し、比較結果から滴下の状態を判定する判定部を、さらに備え、表示制御部は、さらに、判定部による判定の結果を、表示部に表示させる。

好ましくは、判定部は、単位時間当たりの滴下数と予め定めた滴下数とを比較し、比較結果から滴下の状態を判定する液滴数判定部と、単位時間当たりの滴下数と１液滴の量とから流量を算出し、算出した流量と予め定めた流量とを比較し、比較結果から滴下の状態を判定する液滴量判定部と、を含む。

好ましくは、滴下測定装置は、液滴に関する情報または判定の結果を外部の装置に送信する通信部を、さらに備える。

好ましくは、外部の装置は、点滴筒から液滴が供給され、供給される液滴の送出量を可変に制御する輸液ポンプを含む。

本発明によれば、加速度センサの検出信号から、点滴筒内を落下する液滴に関する情報を取得することができるから、点滴筒の曇り等に左右されずに精度のよい計測が可能となり、また、低消費電力の加速度センサを用いることで利便性に優れる。

本発明の実施の形態１に係る点滴測定装置１００の取り付け態様を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る点滴測定装置１００のハードウェア構成図である。 本発明の実施の形態１に係るプロセッサ１の機能構成図である。 本発明の実施の形態１に係る波形検出部２３による検出波形例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る測定処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る輸液ポンプを制御するための構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて詳細に説明する。図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さない。

[実施の形態１]
本実施の形態１では、滴下測定装置は、点滴筒に加わる加速度成分を検出し、この検出信号を時系列に合成処理して得た波形の特徴量から、点滴筒内を落下する液滴に関する情報を取得し、取得した情報を外部に表示または送信する。

図１は、この発明の実施の形態１に係る点滴測定装置１００の取り付け態様を説明する図である。図１を参照して滴下測定装置に相当する点滴測定装置１００は、内部を薬液が落下（以下、滴下という）する略円柱状の点滴筒２００に一体的に取り付けられる。具体的には、点滴測定装置１００の筐体は点滴筒２００の円柱側面に着脱自在に嵌め込み可能な略凹形状に成型された凹部を有する。取り付け時は、ユーザ（看護師等）は点滴測定装置１００の凹部を点滴筒２００の円柱側面に嵌め込むようにして取り付ける。

本実施の形態では、点滴測定装置１００が点滴筒２００の取り付けられる場合に（図１参照）、点滴筒２００の円柱の長手方向の仮想的な軸は鉛直方向（重力の方向）に延びる。この鉛直方向に延びる軸をＺ軸と規定する。また、Ｚ軸と直交する水平面を想定し、当該平面を規定する直交したＸ軸およびＹ軸を規定する。

図２は、この発明の実施の形態１に係る点滴測定装置１００のハードウェア構成図である。図２（Ａ）を参照して、点滴測定装置１００は、プロセッサ１、点滴測定装置１００の各部に電力を供給するための電池などのバッテリ２、ユーザの操作を受付けるための各種のスイッチを有したスイッチ部３、端末３００等の外部装置と通信するための通信部４、情報を表示するための液晶等のディスプレイ５、および加速度センサ６を備える。端末３００は、ユーザが携帯するプロセッサを備えた端末であって、通信機能と情報処理機能と出力機能（スピーカ、ディスプレイ等）等を有する。

プロセッサ１はＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、タイマ１２およびプログラムならびにデータを格納するための揮発生または不揮発性の記憶領域からなるメモリ１３を含む。スイッチ部３はリセット処理を指示するためにユーザにより操作されるリセットスイッチ３Ａ、電源のＯＮ／ＯＦＦを指示するために操作されるスイッチ３Ｂを含む。

加速度センサ６には周知のセンサを用いることができるので、ここでは説明を簡単に行う。加速度センサ６は、センサチップ８、抵抗検出回路７および図示しないＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換回路を含み、三次元方向の加速度を検知するための三次元加速度センサの機能を有する。センサチップ８は抵抗素子を有し、加速度センサ６に加わる加速度により抵抗素子の抵抗値が変化する。抵抗検出回路７は、センサチップ８の抵抗素子の出力からＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各方向に係る加速度に応じた抵抗の変化を表す抵抗検出信号Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０を出力する。抵抗検出信号Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０はＡ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に変換された後にプロセッサ１に出力される。なお、点滴測定装置１００が点滴筒２００に取り付けられた状態では、加速度センサ６について規定されるＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸が延びる方向は、図１で説明した点滴筒２００について規定される各軸が延びる方向に一致する（図１と図２（Ｂ）参照）。

図３には、本発明の実施の形態１に係るプロセッサ１の機能構成が示される。図３に示される各部は、プログラム、またはプログラムと回路の組合せによって実現される。図３を参照してプロセッサ１は、ＣＰＵ１１に対応する制御部２１、メモリ１３に対応する記憶部２２、加速度センサ６からの抵抗検出信号Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０に基づき加速度の波形を検出する波形検出部２３、検出された波形の特徴量から液滴に関する情報を検出するための液滴検出部２４、検出された液滴情報から滴下の状態を判定するための判定部２５、液滴に関する情報または判定部２５の判定結果を、外部に送信／表示するための報知部２６を含む。波形検出部２３と液滴検出部２４は、加速度センサの検出信号から、点滴筒内を落下する液滴に関する情報を取得するための液滴情報取得部を構成する。

さらに、プロセッサ１は液滴検出部２４および報知部２６の出力に基づきディスプレイ５の駆動信号を生成し、生成した駆動信号によりディスプレイ５を駆動して、情報を表示させるための表示制御部２７を含む。

（測定のための波形の例示）
図４は発明者の実験により得られた波形であって、波形検出部２３による検出波形例を模式的に示している。図４（Ａ）のグラフは、抵抗検出信号Ｘ０、Ｙ０およびＺ０を時系列に合成処理して得られる波形を示し、縦軸に電圧（単位：Ｖ）および横軸に経過時間が取られている。波形検出部２３は、加速度センサ６からの抵抗検出信号Ｘ０、Ｙ０およびＺ０を演算処理して３つの検出信号の合成信号（図４（Ａ）参照）を記憶部２２の記憶領域において生成する。

ここで点滴測定装置１００は、測定時には図１に示した姿勢は変化しないとする。点滴筒２００内で液滴が滴下するとき、点滴筒２００に加わる加速度成分として、自由落下に伴う重力方向（Ｚ軸方向）の加速度については他の軸方向に比べて大きな変化が検出される。したがって、図４（Ａ）の波形では、液滴が滴下する時点においてその振幅が大きくなる（破線の円を参照）。液滴検出部２４は、図４（Ａ）の破線の円で示されるように振幅が予め定めた振幅よりも大きくなったタイミング数（振幅の数）をカウントし、単位時間当たりのカウント値から、液滴数を算出する。

図４（Ｂ）には、図４（Ａ）の破線の円の波形を説明する図を示す。図４（Ｂ）を参照して、発明者は実験データから、波形が示す特徴量から液滴に関する情報を得ることができるとの知見を得た。具体的には、図４（Ａ）の振幅の大きさから１液滴の量（単位：ｍｌ）を換算することができるとの知見を得た。また、点滴筒２００内の上面で液滴が落下を開始し、点滴筒２００内の底部に貯留している薬液面に落下完了するまでの所要時間を、波形の特徴（減衰を開始して振幅大となるまでの期間）から検出することができるとの知見を得た。そして、この所要時間から、点滴筒２００の上面の液滴の吐出部から液面までの距離（滴下距離）を算出することができるとの知見を得た。このように、液滴検出部２４は、波形検出部２３が検出する波形から、液滴数、液滴のサイズおよび液面までの距離を検出（算出）する機能を有する。

このように、加速度センサ６の出力を用いて液滴までの距離を測定できる。つまり、液面までの距離が長い、すなわち点滴筒２００の底面から液面までの距離が短い（貯留液が浅い）と、滴下に伴って貯留液内に発生する気泡が十分に除去されていない状態で患者側へ薬液が送られることになる。点滴測定装置１００は液面までの距離を検出して報知することで、これを防止することができる。

また、１液滴の量を測定できることから、薬液の正確な流量（投与量）を測定することも可能となる。現状では２０滴/分の場合は、１滴＝０．０５ｍｌで自動換算している（純水基準）が、界面活性剤等が多く含まれる薬液の場合には、界面活性作用によって１滴の量が小さくなり、０．０５ｍｌも投与できてない可能性がある。点滴測定装置１００は１液滴の量を測定できることから、投与のための予め定められた流量を正確に測定することが可能となる。

（処理フローチャート）
図５は、本発明の実施の形態１に係る測定処理のフローチャートである。このフローチャートに従うプログラムは、予めメモリ１３に格納されて、ＣＰＵ１１がメモリ１３からプログラムを読出し実行することにより、処理が実現される。

まず、点滴測定装置１００は図１のように点滴筒２００に取り付けられた状態にあり、ユーザがリセットスイッチ３Ａを操作して、測定開始を指示したとする。ＣＰＵ１１は、スイッチ部３の出力から測定開始指示を入力すると、図５の処理を開始する。

まず、波形検出部２３は、加速度センサ６から抵抗検出信号Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０を入力し（ステップＳ（以下、単にＳと略す）１）、入力信号からフィルタ処理によりノイズ成分を除去する（Ｓ３）。これにより、点滴筒２００に外部から力が加わり揺れた場合等のノイズを除去して、測定精度を維持することができる。

波形検出部２３は、ノイズ成分が除去された抵抗検出信号Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０を合成処理し、記憶部２２の予め定めた領域に時系列順に格納する。これにより、予め定めた領域において図４に示すような波形データが検出（生成）される（Ｓ７）。

波形が検出されると、液滴検出部２４は、記憶部２２の波形データから、図４（Ｂ）の破線の円で示したような振幅を検出し、予め定めた演算式に従い、液滴数、液滴のサイズおよび液面までの距離を算出する（Ｓ９）。

判定部２５は、算出された液滴数と、予め定められた液滴数（スイッチ部３から予め定めた設定された液滴数等）とを比較し、その比較結果から、液滴数が正常値であるか否かを判定する（Ｓ１１）。

正常値でないと判定すると（Ｓ１１でＮＯ）、エラー情報（算出した液滴数、サイズおよび距離が含まれてよい）を表示制御部２７に出力する。表示制御部２７は、エラー情報に基づきディスプレイ５を駆動し、ディスプレイ５にエラー情報を表示させる（Ｓ１３）。その後、Ｓ１７に移行する。一方、正常値であると判定すると（Ｓ１１でＹＥＳ）、算出された液滴数を表示制御部２７に出力する。表示制御部２７は、液滴数に基づきディスプレイ５を駆動し、ディスプレイ５に液滴数を表示させる（Ｓ１５）。その後、Ｓ１７に移行する。なお、出力態様はディスプレイ５の表示に限定されず、ランプ（図示せず）の点灯を併用してもよい。

Ｓ１７では、報知部２６は、端末３００への送信データを生成し端末３００宛に送信する（Ｓ１７）。具体的には、正常値でないと判定された場合（Ｓ１１でＮＯ）には、送信データにはエラー情報が含まれる。エラー情報には、算出された液滴数、液滴のサイズおよび距離が含まれてもよい。一方、正常値であると判定された場合（Ｓ１１でＹＥＳ）には、送信データには算出された液滴数、液滴のサイズおよび液面までの距離が含まれる。

端末３００は、据置型の端末でもよく、またはユーザが携帯するタイプでもよい。端末３００は点滴測定装置１００から受信したデータを出力（表示等）することで、ユーザが遠隔にいる場合であっても滴下状態を報知することができる。

また、制御部２１は、送信データを、記憶部２２の予め定めた領域に、送信時間と関連付けて格納し、記憶部２２において測定および送信の履歴データを残す。記憶部２２の履歴データは表示されてもよい、端末３００等の外部装置に送信されてもよい。

その後、制御部２１は測定が終了するか否かを判定する（Ｓ２１）。終了の判定は、測定開始（図５の処理の開始）から、予め定めた時間が経過したこと、またはリセットスイッチ３Ａが操作された終了指示が入力されたこと等に基づき判定する。

終了したと判定すると（Ｓ２１でＹＥＳ）、一連の処理は終了するが、終了でないと判定すると（Ｓ２１でＮＯ）、Ｓ３に戻り、以降の処理が同様に実施される。

なお、図５では、Ｓ３においてのみ加速度センサ６からの信号を入力するように示しているが、実際には、図５の処理が実行される間、並行して加速度センサ６の出力信号を継続して入力し、波形を検出するためのデータが得られている。

このように、加速度センサ６を用いることで、光センサとは異なり外乱光に影響されず、また点滴筒２００内が曇っていたとしても影響を受けることなく、滴下される液滴を正確に測定することができる。

点滴測定装置１００は、ユーザの胸ポケット等に気軽に収納できる小型サイズであり、病棟巡回時に輸液患者の点滴筒２００に点滴測定装置１００をセットし、適正に投与できているかディスプレイ５の表示情報から確認することができる。

計測にはＬＥＤ等の発光素子ではなく、それよりも消費電力量の少ない加速度センサ６を使用することで、バッテリ２は小容量でよく点滴測定装置１００を小型化でき、また、バッテリ２の交換回数を少なくできて滴下のための定常的な監視ツールとしても使用することができる。

[実施の形態２]
図６は、この発明の実施の形態２に係る輸液ポンプを制御するための構成図である。上述した点滴測定装置１００は、輸液ポンプによる輸液、または輸液バッグの点滴にも使用することができる。図６を参照して、点滴測定装置１００が輸液ポンプの制御に適用される場合を説明する。

図６（Ａ）を参照して、支柱に支持された薬液容器１２０に点滴筒２００を連結する。点滴筒２００には点滴測定装置１００が装着されている。薬液容器１２０に収容された薬液は点滴筒２００内を滴下しながらチューブ４０を介して輸液ポンプ５０内に供給される。輸液ポンプ５０は、チューブ４０から供給される薬液を患者側（図示せず）に送出するが、その送出量をポンプの回転数に従い変更する。点滴測定装置１００の通信部４には、輸液ポンプ５０と通信するための信号伝送用の配線７０が着脱自在に接続される。輸液ポンプ５０は、配線７０を介して点滴測定装置１００から受信する信号（単位時間当たりの液滴数、１液滴の量、液面までの距離、判定部２５に判定結果等）によって制御される。

図６（Ｂ）を参照して、輸液ポンプ５０は点滴測定装置１００からの制御信号を受信する受信部５３、輸液ポンプ５０による薬液の送出量を制御するための送量制御部５２、およびモータ５１を含む。送量制御部５２は、受信した制御信号からモータ５１の回転（方向および回転数）を制御するための回転制御信号を生成する。モータ５１は、与えられる回転制御信号に従った方向および回転数で回転動作する。モータ５１の回転動作に連動して、輸液ポンプ５０による薬液の送出量が可変に制御される。

本実施の形態では、上記のエラー信号が輸液ポンプ５０に送信された場合には、送量制御部５２は、モータ５１を停止させるための回転制御信号を生成する。これにより、滴下状態のエラー検出時には、患者側への輸液を一時停止させることができる。また、送量制御部５２は液滴数を示す信号を受信した場合には、受信した液滴数と予め定めた液滴数とを比較し、その比較結果から回転数を減少／増加させるような回転制御信号を生成する。図６の構成によれば、加速度センサ６を用いて検出された液滴数から患者側への輸液量を可変に制御することができる。

図６の輸液ポンプ５０の場合には、設定値通りに薬液が患者に投与されているかを実投入量観点から確認するために使用されるが、点滴測定装置１００の出力は輸液バッグに使用されてもよい。輸液バッグからの点滴の場合には、点滴測定装置１００の出力は適正流量に設定するために使用され得る。

また、点滴測定装置１００は、輸液ポンプ５０に代替して、チューブ４０に関連して輸液量をコントロールするピンチバルブの開閉制御に利用することもできる。

[実施の形態３]
上述したように滴下は自由落下であるから重力がかかる方向にＺ軸が延びる方向を合わせれば正確な波形を検出することができる。また、抵抗検出信号Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０の３成分から重力方向を推定できるので、滴に関する信号を、この３方向成分から合成して求めれば、仮に重力方向とＺ軸の方向がずれていても正確な測定が可能となる。また発明者の実験によれば、液滴の自由落下によって抵抗検出信号Ｚ０の波形に歪みが出現するとの原理は変わらないことから、滴下した液滴数をカウントできるとの知見を得た。したがって、加速度センサ６は３軸方向の加速度成分を検出する構成に限定されず、少なくとも１軸方向の、すなわちＺ軸方向の加速度成分を検出するセンサであってもよい。

[実施の形態４]
図４で説明したように、点滴測定装置１００は１液滴の量を測定できることから、薬液の正確な流量（投与量）を液滴数に代替して液滴量から測定することもできる。そこで、判定部２５は、測定された液滴数から判定する液滴数判定部と、測定された１液滴の量から判定する液定量判定部との２つの判定機能を有する。

液滴数判定部は、単位時間当たりの液滴数と、予め定めた液滴数とを比較し、比較の結果から滴下の状態が正常であるか否かを判定する。また、液滴量判定部は、単位時間当たりの液滴数と１液滴の量から単位時間当たりの流量を算出し、算出流量と予め定めた流量とを比較し、比較の結果から滴下の状態が正常であるか否かを判定する。

制御部２１は、スイッチ部３からのユーザ操作による信号に従い、液滴数判定部および液滴量判定部の一方を選択的に起動させて判定処理を実行させるか、または両方を起動させて両方の判定処理を実行させる。

ここで、通常は２０滴/分のペースで滴下が設定され、且つ１滴＝０．０５ｍｌ（純水基準）で流量が自動換算されるが、界面活性剤等が多く含まれる薬液を投与する場合には、界面活性作用により１滴の量が小さくなり、０．０５ｍｌも投与できていない可能性がある。このように、液滴数のみに依存して流量を測定する場合には過少投与となってしまう。

実施の形態４では、測定開始時に、投与する薬液の種類に従い、ユーザがスイッチ部３を操作して判定部２５の液滴数判定部および液滴量判定部の一方を選択的に起動させるか、または両方を起動させる。例えば界面活性剤等が多く含まれる薬液を点滴する場合には液滴量判定部を起動させる。このように、点滴測定装置１００は１液滴の量を測定できることから、図１の構成であっても、または図６の構成であっても、投与する薬液の種類に依らず液滴量を正確に測定し、また調整することが可能となる。

ここで、輸液ポンプには、専用輸液セットを使用して滴下センサを監視用に利用する「流量制御型」と、輸液セットが限定されず滴下センサの信号を元にフィードバック制御がされる「滴数制御型」がある。「滴数制御型」に上記実施の形態で測定される正確な「液滴数」と「液滴量」を用いれば輸液セットの種類が限定されず、また薬液種類の影響も受けない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ プロセッサ、２ バッテリ、３ スイッチ部、４ 通信部、５ ディスプレイ、６ 加速度センサ、２３ 波形検出部、２４ 液滴検出部、２５ 判定部、２６ 報知部、２７ 表示制御部、５０ 輸液ポンプ、１００ 点滴測定装置、１２０ 薬液容器、２００ 点滴筒、３００ 端末。

Claims (7)

1. 点滴筒に加わる加速度成分を検出する加速度センサと、
   前記加速度センサの検出信号から、点滴筒内を落下する液滴に関する情報を取得する液滴情報取得部と、
   前記液滴情報取得部により取得された情報を、表示部に表示させる表示制御部と、を備える滴下測定装置。
2. 前記液滴情報取得部は、
   前記検出信号を時系列に合成して波形を生成する波形検出部を、含み、
   前記波形の特徴量から前記液滴に関する情報を取得する、請求項１に記載の滴下測定装置。
3. 前記液滴に関する情報は、単位時間当たりの滴下数、１液滴の量、および点滴筒内における滴下距離の少なくとも１つを含む、請求項１または２に記載の滴下測定装置。
4. 前記液滴に関する情報が示す値と、予め定めた値とを比較し、比較結果から滴下の状態を判定する判定部を、さらに備え、
   前記表示制御部は、さらに、前記判定部による判定の結果を、前記表示部に表示させる、請求項３に記載の滴下測定装置。
5. 前記判定部は、
   単位時間当たりの滴下数と予め定めた滴下数とを比較し、比較結果から滴下の状態を判定する液滴数判定部と、
   単位時間当たりの滴下数と前記１液滴の量とから流量を算出し、算出した流量と予め定めた流量とを比較し、比較結果から滴下の状態を判定する液滴量判定部と、を含む、請求項４に記載の滴下測定装置。
6. 前記液滴に関する情報または前記判定の結果を外部の装置に送信する通信部を、さらに備える、請求項４に記載の滴下測定装置。
7. 前記外部の装置は、前記点滴筒から液滴が供給され、供給される液滴の送出量を可変に制御する輸液ポンプを含む、請求項６に記載の滴下測定装置。

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