JP2017217228A - 尿量計測装置および尿量計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像した画像から尿量を計測する場合にも、性別および排尿姿勢によらずに尿量を計測することが可能な尿量計測装置を提供する。【解決手段】この尿量計測装置１００は、被験者から排出される尿１を、排出方向２に対して側方から連続的に撮像する撮像部１０と、撮像部１０によって撮像された各フレーム画像４０における、フレーム画像４０に設定した観測位置４１に到達した液体部分５０の画像に基づいて、排出される尿量を算出する演算部２１とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、尿量計測装置および尿量計測方法に関する。

尿量計測は、排尿障害を伴う患者の状態管理や、入院患者の水分量管理などを目的として、医療機関などにおいて実施される。尿量の計測方法としては、計測装置を備える専用の容器を用いる方式、被験者（患者）に計測装置を装着する方式など様々な方法がある。また、専用の容器を用いずに、かつ、非接触で尿量計測を行うことが可能な方法として、被験者から排出される尿（模擬尿）を撮像した画像中から尿量を計測する技術が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。

上記非特許文献１には、模擬尿を排出方向に対して側方から撮像し、放物線状に写る模擬尿の撮像画像から尿量を推定する方法が開示されている。具体的には、画像中の模擬尿の軌跡を放物線に近似することにより、画像端における模擬尿の初速が算出される。また、近似した放物線の法線方向における模擬尿の軌跡の太さが画像から取得される。画像中の模擬尿は、算出された初速度で軌跡に沿って進む円柱として近似され、軌跡の太さから求めた円柱の断面積と、円柱の高さに相当する初速度（単位時間当たりの移動量）とに基づいて、円柱の体積が求められる。排尿開始から終了までの各画像中の円柱の体積を積算することにより、尿量が推定される。

磯村 淳、河中 治樹、小栗 宏次他、「男性の模擬排尿に対する液体流量推定における背景差分法及び2値画像内のノイズ除去の有効性」、電子情報通信学会技術研究報告：信学技報、電子情報通信学会、2015年3月、Vol.114、No.514、p.139−144

しかしながら、上記非特許文献１の手法は、画像中の尿の軌跡の傾きと尿の速度とが相関する状況でなければ適用できない。たとえば着座姿勢で排尿する場合のように、尿が画像上方から下方に向けて排出される場合、尿の軌跡と尿の速度とに相関はなくなり、軌跡から初速度を算出できなくなる。つまり、上記非特許文献１の手法は、典型的には男性が立位（直立姿勢）で排尿を行うケースに限って適用可能となる。そこで、性別の区別なく、立位および座位（着座姿勢）などの排尿姿勢によらずに、画像から尿量を計測できるようにすることが望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、撮像した画像から尿量を計測する場合にも、性別および排尿姿勢によらずに尿量を計測することが可能な尿量計測装置および尿量計測方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における尿量計測装置は、被験者から排出される尿を、排出方向に対して側方から連続的に撮像する撮像手段と、撮像手段によって撮像された各フレーム画像における、フレーム画像に設定した観測位置に到達した液体部分の画像に基づいて、排出される尿量を算出する演算手段とを備える。なお、本明細書において「尿量」とは、１回の排尿によって排出される尿の総量（総体積）を意味する。

この発明の第１の局面による尿量計測装置では、撮像手段によって撮像された各フレーム画像における、フレーム画像に設定した観測位置に到達した液体部分の画像に基づいて、排出される尿量を算出する演算手段を設ける。これにより、画像中の尿（液体部分）の移動方向によらずに、設定された観測位置に到達した液体部分の画像から尿量を算出することができる。その結果、立位の状態など画像側方からに斜め下方に向けて放物線状の軌跡で尿が排出される場合のみならず、たとえば座位の状態など、画像上方から下方に向けて尿が排出される場合であっても、撮像された各フレーム画像から尿量を取得できるようになる。これにより、本発明によれば、撮像した画像から尿量を計測する場合にも、性別および排尿姿勢によらずに尿量を計測することができる。

上記第１の局面による尿量計測装置において、好ましくは、演算手段は、フレーム画像毎に液体部分の体積を算出し、尿の排出過程におけるフレーム画像毎の液体部分の体積を積算することにより、尿量を算出する。このように構成すれば、排尿開始から終了までの間のフレーム画像毎に、観測位置に到達した液体部分の体積を算出すれば、各液体部分の体積を積算することにより、容易に尿量を取得できる。

この場合、好ましくは、演算手段は、撮像手段により撮像される画像のフレームレートから、単位時間に含まれるフレーム画像の枚数を取得し、単位時間において連続する各フレーム画像における液体部分の体積を積算することにより、単位時間当たりの尿量である尿流率を算出する。このように構成すれば、撮像される画像のフレームレートに応じた画像枚数単位で液体部分の体積を積算することにより、容易に尿流率を取得できる。

上記第１の局面による尿量計測装置において、好ましくは、撮像手段は、少なくとも、連続する２枚のフレーム画像中に同一の液滴または液柱を写すことが可能な所定のフレームレートで撮像を行うように構成されている。このように構成すれば、液体部分が観測位置に到達する前後を把握できるので、より確実に、被験者から排出された液体部分の体積をもれなく取得することができる。その結果、精度よく尿量を計測することができる。

上記第１の局面による尿量計測装置において、好ましくは、演算手段は、観測位置を開始位置として、液体移動方向の下流側に延びるように観測領域を設定し、各フレーム画像において観測領域内に含まれる液体部分の画像に基づいて、尿量を算出するように構成されている。このように構成すれば、観測領域内に含まれる液体部分の体積を求めることによって、たとえば連続する複数のフレームにわたって観測位置を通過し続けるような長い液柱状の液体部分も、それぞれのフレーム画像の観測領域に含まれる部分に分割して、個別に体積を算出することができる。その結果、長い液柱状の液体部分の体積も精度よく取得することができる。

この場合、好ましくは、演算手段は、連続するフレーム画像間における液体部分の移動量を取得し、移動量に基づいて観測領域の範囲を設定するように構成されている。このように構成すれば、観測領域よりも長い液柱状の液体部分があっても、観測領域の範囲を、取得した液体部分の移動量に対応させれば、連続する各フレーム画像の観測領域に含まれる液体部分の体積を足し合わせるだけで、液柱状の液体部分全体の体積を求めることができる。つまり、液柱状の液体部分を、重複したり途切れることなく複数フレームの各観測領域内に分割して、体積を算出することができる。その結果、各フレーム画像から、より精度よく尿量を取得することができる。

上記第１の局面による尿量計測装置において、好ましくは、撮像手段は、排出される尿を排出方向に対して側方から撮像可能な位置で、便器の縁部に取り付けられるか、または、便器の縁部内に配置されている。このように構成すれば、撮像手段を便器の縁部に取り付ければ、専用の便器設備を新たに設ける（または交換する）ことなく、既存の便器に対して尿量計測装置を設けることができる。また、新規設備として便器を設置するような場合には、便器の縁部内に撮像手段を埋め込むように配置することによって、尿量計測装置を便器に一体化させることができるので、尿量計測装置の設置負担を軽減するなど、利便性を向上させることができる。

この発明の第２の局面における尿量計測方法は、被験者から排出される尿を、被験者から排出される尿を、排出方向に対して側方から連続的に撮像するステップと、撮像された各フレーム画像における、フレーム画像に設定した観測位置に到達した液体部分の画像に基づいて、排出される尿量を算出するステップとを備える。

この発明の第２の局面による尿量計測方法では、撮像された各フレーム画像における、フレーム画像に設定した観測位置に到達した液体部分の画像に基づいて、排出される尿量を算出するステップを設ける。これにより、画像中の尿（液体部分）の移動方向によらずに、設定された観測位置に到達した液体部分の画像から尿量を算出することができる。その結果、立位の状態のみならず、座位の状態などであっても、撮像された各フレーム画像から尿量を取得できるようになるので、撮像した画像から尿量を計測する場合にも、性別および排尿姿勢によらずに尿量を計測することができる。

本発明によれば、上記のように、撮像した画像から尿量を計測する場合にも、性別および排尿姿勢によらずに尿量を計測することができる。

本発明の第１および第２実施形態による尿量計測装置を示すブロック図である。 便器に取り付けるタイプの尿量計測装置を説明するための模式的な斜視図である。 便器に取り付けるタイプの尿量計測装置（Ａ）および便器に組み込まれるタイプの尿量計測装置（Ｂ）を説明するための模式的な断面図である。 撮像部により連続的に撮像されるフレーム画像（Ｎフレーム、Ｎ＋１フレーム）の一例を示した図である。 液滴状の液体部分の体積算出方法の一例（Ａ）および液柱状の液体部分の体積算出方法の一例（Ｂ）を示した図である。 フレーム毎の液体部分の体積グラフの一例を示す図である。 単位時間当たりの尿流率グラフの一例を示す図である。 第１実施形態による尿量計測処理の流れを説明するためのフローチャートである。 第２実施形態による液体部分の体積の算出方法を説明するためのフレーム画像の模式図である。 移動する液体部分の体積を各フレーム画像の観測領域において算出する例を示した図である。 第２実施形態による尿量計測処理の流れを説明するためのフローチャートである。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（尿量計測装置の構成）
図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による尿量計測装置１００の構成について説明する。

尿量計測装置１００は、被験者（図示せず）から排出される尿の尿量を計測する装置である。被験者は、たとえば排尿障害を伴う患者や、病院などの医療機関の入院患者などである。尿量計測装置１００は、病院などの医療機関などに設けられ、被験者の状態管理や水分量管理などのための尿量計測に用いられる。尿量計測装置１００は、医療機関以外の一般家庭等に設けられてもよい。

尿量計測装置１００は、被験者から排出される尿１を撮像した画像中から尿量を計測する機能を有する。これにより、専用の計測装置やカテーテルなどを被験者に装着することなく、非接触かつ非侵襲で尿量計測を行うことができる。

尿量計測装置１００は、撮像部１０と、制御装置２０とを備える。撮像部１０は、特許請求の範囲の「撮像手段」の一例である。

撮像部１０は、たとえばＣＣＤ（Charge coupled device）センサやＣＭＯＳ（Complementary metal-oxide-semiconductor）センサなどのイメージセンサ１１を備えたカメラである。撮像部１０は、所定のフレームレートで画像を連続的に撮像して動画像を取得する機能を有する。撮像部１０は、被験者から排出される尿１を、排出方向２に対して側方から連続的に撮像するように構成されている。撮像部１０は、撮像した画像を制御装置２０に出力する。なお、「排出方向に対して側方」とは、排出される尿１が通る経路（図２参照）を含む平面に対して概ね直交する方向である。撮像部１０は、排泄に使用される便器に別ユニットとして取り付けられるか、または便器に一体的に設けられる。撮像部１０の配置については後述する。

制御装置２０は、撮像部１０と電気的に接続されており、撮像部１０の制御処理や、撮像画像に基づく尿量の算出処理を行う機能を有する。制御装置２０は、主として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサから構成される演算部２１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成される記憶部２２とを含むコンピュータである。演算部２１は、特許請求の範囲の「演算手段」の一例である。

演算部２１は、記憶部２２に記憶された所定のプログラムを実行することにより、尿量計測に関わる演算処理を行う。記憶部２２は、尿量計測のためのプログラム２２ａ、撮像部１０から取得した画像データ２２ｂ、尿量計測結果としての計測データ２２ｃなどを記憶するように構成されている。計測データ２２ｃは、被験者（患者）毎の尿量計測結果として電子カルテなどに記録、管理される。計測データ２２ｃは、たとえば有線通信または無線通信によって、管理用のコンピュータに送信されてもよいし、制御装置２０においてフラッシュメモリなどの記録媒体に記録されて、管理用のコンピュータに読み出されてもよい。

（尿量計測装置の構成例）
尿量計測装置１００は、たとえば、図２に示すように便器９０に取り付け可能なように構成される。

図２の構成例では、撮像部１０は、排出される尿１を排出方向２に対して側方から撮像可能な位置で、便器９０の縁部９１に取り付けられている。具体的には、撮像部１０は、貯水部であるボウル部９２の上部開口９３の縁部９１（リム）に係合するブラケット３０を介して、縁部９１の内周側に配置されている。撮像部１０は、縁部９１のうち、便器９０の奥行き方向の略中間部に配置され、ボウル部９２の上部開口９３の中央に向けて取り付けられている。すなわち、撮像部１０の撮像方向は、便器９０の幅方向に略一致する。これにより、撮像部１０は、排出される尿１を排出方向２に対して側方から撮像する。

図３（Ａ）に示すように、ブラケット３０は、断面Ｕ字状（逆Ｕ字形状）に形成され、縁部９１の上面、内周面、外周面にそれぞれ接触することによって縁部９１に係合している。撮像部１０は、縁部９１の内周側でブラケット３０に取り付けられている。また、制御装置２０は、縁部９１の外周側でブラケット３０に取り付けられている。また、ブラケット３０は、撮像部１０と制御装置２０とを接続する配線を案内および保護する機能を有する。

撮像部１０は、便器９０と一体的に構成されてもよい。たとえば、図３（Ｂ）に示す構成例では、撮像部１０は、排出される尿１を排出方向２に対して側方から撮像可能な位置で、便器９０の縁部９１内に配置されている。図示は省略するが、周状の縁部９１における周方向の位置は、図２に示した構成例と同様と考えてよく、撮像部１０は、ボウル部９２の上部開口９３の中央に向けて設けられている。この場合、たとえば縁部９１の内周面の一部に、撮像部１０による撮像のための透光性の窓部材９４が設けられ、撮像部１０は、窓部材９４を介して、排出される尿１を排出方向２に対して側方から撮像する。制御装置２０は、撮像部１０と有線または無線で接続される。撮像部１０に加えて、制御装置２０が便器ユニットの一部として組み込まれていてもよい。

なお、図２および図３では、いわゆる洋式大便器ユニットに尿量計測装置１００を取り付けた例を示したが、尿量計測装置１００（撮像部１０）は、和式大便器や、小便器にも、同様にして取り付けまたは組み込むことができる。

（尿量計測方法）
次に、図２および図４〜図７を参照して、尿量計測装置１００による尿量計測方法を説明する。

上記の通り、撮像部１０は、被験者から排出される尿１を、所定のフレームレートで動画像として撮像する。演算部２１は、図４に示すように、連続的に撮像された各フレーム画像４０を取得する。各フレーム画像４０には、尿１の一部分としての液体部分５０が写る。連続するフレーム画像４０では、液体部分５０が、フレームレートに応じた時間間隔分だけ移動して撮像されることになる。立位（直立姿勢）での排尿の場合、液体部分５０は、図２の経路Ｒ１のように放物線状の軌道を描いて、各フレーム画像４０中に上方から斜め下方に向けて移動する。座位（着座姿勢）での排尿の場合、液体部分５０は、図２の経路Ｒ２のように、各フレーム画像４０中に上方から下方に向けて移動する。いずれの場合でも、液体部分５０は、重力の作用によって、連続するフレーム画像４０において上方から下方に移動する。

第１実施形態では、演算部２１は、撮像部１０によって撮像された各フレーム画像４０における、フレーム画像４０に設定した観測位置４１に到達した液体部分５０の画像に基づいて、排出される尿量を算出するように構成されている。

図４の例では、観測位置４１は、撮像部１０の撮像視野の下部の所定高さ位置に配置された観測ラインとして設定される。つまり、観測位置４１は、撮像視野の所定の高さ位置のことであり、撮像視野の一端から他端まで画像中水平方向に延びる直線状の領域である。観測位置４１に到達した液体部分５０の画像から尿量を算出することにより、経路Ｒ１および経路Ｒ２のいずれのケースでも共通の計測処理を適用できる。

演算部２１は、フレーム画像４０毎に液体部分５０の体積を算出し、尿１の排出過程におけるフレーム画像４０毎の液体部分５０の体積を積算することにより、尿量を算出するように構成されている。たとえば、図４に示すように、Ｎフレーム目（Ｎは自然数）では、演算部２１は、観測位置４１に到達した液体部分５０ａの体積を算出する。Ｎフレーム目のフレーム画像４０において、液体部分５０ａの後には、液体部分５０ｂが続いている。次のＮ＋１フレーム目では、演算部２１は、観測位置４１に到達した液体部分５０ｂの体積を算出する。１枚のフレーム画像４０において、観測位置４１に到達する液体部分５０が複数ある場合、演算部２１は、それらの液体部分５０の体積をそれぞれ算出した合計値を、観測位置４１に到達した液体部分５０の体積とする。

演算部２１は、各フレーム画像４０において観測位置４１に到達している液体部分５０の体積を算出していくことにより、フレーム画像４０毎の液体部分５０の体積値を記憶部２２に記録する。これにより、演算部２１は、図６に示すようにフレーム毎の体積グラフ６１を作成する。図６は、横軸がフレーム数を示し、縦軸がそれぞれのフレーム画像４０において算出された液体部分５０の体積を示す。図６では、たとえばＮフレームにおいて液体部分５０ａの体積値Ｖａが記録され、Ｎ＋１フレームにおいて液体部分５０ｂの体積値Ｖｂが記録される。

演算部２１は、排尿開始から排尿終了にわたる各フレーム画像４０の体積値を積算することにより、１回の排尿における尿量［ｍＬ］を取得する。尿量は、算出された液体部分５０の総体積（合計体積）として算出される。

フレーム画像４０に写る液体部分５０からの体積の算出には、公知の方法が採用できる。具体的には、液体部分５０の画像を所定の立体形状に近似する方法などが採用できる。たとえば図５（Ａ）に示す液滴状の液体部分５０の画像が得られた場合、演算部２１は、得られた画像の断面形状を有する球体または回転楕円体に近似することにより、液体部分５０の体積を算出する。たとえば図５（Ｂ）に示す液柱状の液体部分５０の画像が得られた場合、演算部２１は、得られた画像の断面形状を有する円柱に近似することにより、液体部分５０の体積を算出する。

個々の液体部分５０について、どのような立体形状に近似するかは、たとえば、長軸方向の長さ、または長軸と短軸とのアスペクト比などに基づいて場合分けを行って決定することができる。立体形状への近似に際して、液体部分５０が柱状（液柱状）の場合よりも、液滴状の場合の方が誤差を小さくし易い。そのため、撮像部１０は、液滴状に分散した状態の尿１を撮像可能なように配置されることが好ましい。

第１実施形態では、尿量計測装置１００は、１回の排尿における尿量計測に加えて、１回の排尿における尿流率の計測を行うことが可能である。尿流率は、単位時間当たりに排出された尿量であり、単位時間はたとえば１秒である。

具体的には、演算部２１は、まず、撮像部１０により撮像される画像のフレームレートから、単位時間に含まれるフレーム画像４０の枚数を取得する。たとえばフレームレートが２４０ｆｐｓである場合、単位時間（＝１ｓｅｃ）に含まれるフレーム画像４０の枚数Ｋは、２４０枚である。演算部２１は、単位時間において連続する各フレーム画像４０における液体部分５０の体積を積算することにより、尿流率［ｍＬ／ｓｅｃ］を算出する。すなわち、演算部２１は、図６に示したフレーム毎の体積グラフ６１の体積値を、Ｋフレーム毎に積算することにより、図７に示す単位時間毎の体積グラフ（尿流率グラフ６２）に変換する。図７は、横軸が時間を示し、縦軸がそれぞれの単位時間に含まれるフレーム画像４０から算出された液体部分５０の合計体積（すなわち、尿流率）を示す。たとえば、図６のＮフレームからＮ＋（Ｋ−１）フレームまでのＫフレーム分の各体積値（Ｖａ、Ｖｂ、・・・）が積算されることにより、図７では、Ｋフレーム分の積算値Ｖｓが、対応する単位時間における体積（＝尿流率）として算出される。これにより、各単位時間での尿流率が取得される。

演算部２１は、たとえば、１回の排尿における尿流率の最大値（最大尿流率）と、１回の排尿における尿流率の平均値（平均尿流率）とを算出する。尿量計測装置１００は、算出された最大尿流率、平均尿流率、および、図７に示したような尿流率グラフ６２を出力可能である。

このように観測位置４１に到達した液体部分５０の画像から尿量および尿流率を算出する構成では、観測位置４１に到達する際の各々の液体部分５０をより確実に撮像できるようにすることが好ましい。第１実施形態では、撮像部１０が、観測位置４１に到達する際の各々の液体部分５０を撮像するための所定のフレームレートで撮像を行うように構成されている。撮像部１０のフレームレートは、テレビジョンなどで一般的に採用される３０ｆｐｓや６０ｆｐｓよりも高い。

撮像部１０は、少なくとも、連続する２枚のフレーム画像４０中に同一の液滴または液柱（液体部分５０）を写すことが可能な所定のフレームレートで撮像を行うように構成されている。たとえば、体外に放出された尿１の移動速度は、概算で、約１［ｍ／ｓ］〜約３［ｍ／ｓ］程度である。尿１の移動速度を２［ｍ／ｓ］と仮定し、フレームレートを２４０ｆｐｓとした場合、フレーム間の移動量Ｄは約８．３［ｍｍ］となる。この場合、一般的な視野サイズの撮像部１０に対して、連続する２枚のフレーム画像４０中に同一の液体部分５０を写すことが十分に可能である。

フレームレートが高いほど、観測位置４１に到達した液体部分５０をより確実に撮像することが可能であるので、フレームレートが高いほど計測精度を向上させることが可能である。たとえば、第１実施形態では、液体部分５０のフレーム間の移動量Ｄが、平均的な液体部分５０の大きさ（フレーム画像４０における上下方向の長さ）よりも小さくなるフレームレートが撮像部１０に設定されてもよい。この場合、平均以上の大きさを有する液体部分５０を観測位置４１で確実に撮像して体積算出を行うことが可能である。複数のフレーム画像４０において同じ液体部分５０が継続して観測位置４１に存在する場合、演算部２１は、最初に体積を算出した後のフレーム画像４０では体積算出を行わずにスキップする。

（尿量計測処理）
次に、図８を参照して、第１実施形態の尿量計測装置１００による尿量計測処理について説明する。尿量計測処理の制御は、制御装置２０により行われる。

図８のステップＳ１において、撮像部１０による撮像が開始される。撮像部１０は、上記した所定のフレームレートで連続的に撮像を行う。被験者が排尿を開始すると、液体部分５０が写るフレーム画像４０が取得される。

ステップＳ２において、演算部２１は、現在フレーム（Ｎフレーム目）で取得した１枚のフレーム画像４０において、観測位置４１に到達した液体部分５０があるか否かを判断する。観測位置４１に到達した液体部分５０がない場合、演算部２１は、現在のフレーム画像４０について体積算出を行わず、ステップＳ４の処理に移行する。観測位置４１に到達した液体部分５０がある場合、演算部２１は、ステップＳ３に処理を進める。

ステップＳ３において、演算部２１は、観測位置４１に到達した液体部分５０の体積を算出する。演算部２１は、観測位置４１に到達した液体部分５０の画像を立体形状に近似して、体積を算出する。ステップＳ４において、演算部２１は、図６に示したフレーム毎の体積グラフ６１を作成する。すなわち、現在のフレームで算出した液体部分５０の体積値を体積グラフ６１に記録する。なお、ステップＳ２において、観測位置４１に到達した液体部分５０がないと判断されたフレームでは、体積値として０が記録される。

ステップＳ５において、演算部２１は、撮影を終了するか否かを判断する。撮影終了の判断は、たとえば所定のタイムアウト時間の間、液体部分５０が観測されなかった場合に撮影終了と判断してもよいし、計測終了を入力する操作スイッチなどを別途設けて、被験者からの操作入力を受け付けるようにしてもよい。演算部２１は、撮影を終了しないと判断した場合、ステップＳ２に戻り、次のフレーム画像４０に対してステップＳ２〜Ｓ４の処理を実施する。演算部２１は、撮影を終了すると判断した場合、ステップＳ６に処理を進める。

ステップＳ６において、演算部２１は、図７に示した尿流率グラフを作成する。すなわち、演算部２１は、撮像部１０のフレームレートから単位時間（１秒）分のフレーム画像４０の枚数Ｋを取得し、枚数Ｋ毎の体積値を算出することにより、尿流率グラフ６２を作成する。

ステップＳ７において、演算部２１は、ステップＳ４およびＳ６で作成したグラフから、尿量および尿流率を算出する。算出された尿量、尿流率や、尿流率グラフ６２などの計測データ２２ｃは、管理コンピュータ等への送信のため、記憶部２２に記録される。

以上のようにして、尿量計測装置１００による尿量計測処理が実施される。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、撮像部１０によって撮像された各フレーム画像４０における、フレーム画像４０に設定した観測位置４１に到達した液体部分５０の画像に基づいて、排出される尿量を算出する演算部２１を設ける。これにより、画像中の尿１（液体部分５０）の移動方向によらずに、設定された観測位置４１に到達した液体部分５０の画像から尿量を算出することができる。その結果、立位の状態など画像側方からに斜め下方に向けて放物線状の軌跡で尿１が排出される場合（経路Ｒ１）のみならず、たとえば座位の状態など、画像上方から下方に向けて尿１が排出される場合（経路Ｒ２）であっても、撮像された各フレーム画像４０から尿量を取得できるようになる。これにより、第１実施形態の尿量計測装置１００によれば、撮像した画像から尿量を計測する場合にも、性別および排尿姿勢によらずに尿量を計測することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、演算部２１を、フレーム画像４０毎に液体部分５０の体積を算出し、尿１の排出過程におけるフレーム画像４０毎の液体部分５０の体積を積算することにより、尿量を算出するように構成する。これにより、排尿開始から終了までの間のフレーム画像４０毎に、観測位置４１に到達した液体部分５０の体積を算出すれば、各液体部分５０の体積を積算することにより、容易に尿量を取得できる。

また、第１実施形態では、上記のように、演算部２１を、撮像部１０により撮像される画像のフレームレートから、単位時間（１秒）に含まれるフレーム画像４０の枚数Ｋを取得し、単位時間において連続する各フレーム画像４０における液体部分５０の体積を積算することにより、単位時間当たりの尿量である尿流率を算出するように構成する。これにより、撮像される画像のフレームレートに応じた画像枚数（Ｋ枚）単位で液体部分５０の体積を積算することにより、容易に尿流率を取得できる。

また、第１実施形態では、上記のように、撮像部１０を、少なくとも、連続する２枚のフレーム画像４０中に同一の液滴または液柱（液体部分５０）を写すことが可能な所定のフレームレートで撮像を行うように構成する。これにより、液体部分５０が観測位置４１に到達する前後を把握できるので、より確実に、被験者から排出された液体部分５０の体積をもれなく取得することができる。その結果、精度よく尿量を計測することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、撮像部１０を、排出される尿１を排出方向２に対して側方から撮像可能な位置で、便器９０の縁部９１に取り付ける（図３（Ａ）参照）か、または、便器９０の縁部９１内に配置する（図３（Ｂ）参照）。これにより、撮像部１０を便器９０の縁部９１に取り付ければ、専用の便器設備を新たに設ける（または交換する）ことなく、既存の便器に対して尿量計測装置１００を設けることができる。また、新規設備として便器を設置するような場合には、便器９０の縁部９１内に撮像部１０を埋め込むように配置することによって、尿量計測装置１００を便器９０に一体化させることができるので、尿量計測装置１００の設置負担を軽減するなど、利便性を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、図１、図６および図９〜図１１を参照して、本発明の第２実施形態による尿量計測装置２００（図１参照）について説明する。第２実施形態では、ライン状に設定した観測位置４１に到達した液体部分５０の体積を算出した上記第１実施形態とは異なり、観測領域１４０内に含まれる液体部分５０の体積を算出する構成例について説明する。

尿量計測装置２００（図１参照）の装置構成は、上記第１実施形態と同様であり、演算部１２１（図１参照）の処理が上記第１実施形態と異なる。尿量計測装置２００の装置構成については、説明を省略する。演算部１２１は、特許請求の範囲の「演算手段」の一例である。

第２実施形態では、図９に示すように、演算部１２１は、観測位置４１を開始位置として、液体移動方向の下流側に延びるように観測領域１４０を設定し、各フレーム画像４０において観測領域１４０内に含まれる液体部分５０の画像に基づいて、尿量を算出するように構成されている。液体部分５０は、上述の経路Ｒ１および経路Ｒ２のいずれにおいても、画像中の上方から下方に向けて移動するので、「液体移動方向の下流側」は、画像下側に相当する。

図９に示した構成例では、観測領域１４０は、観測位置４１を示す観測ラインと、観測位置４１よりも下流側に配置された終端位置１４１を示す観測ラインとの間の領域として設定されている。すなわち、観測領域１４０は、フレーム画像４０中、所定幅で水平方向に延びる帯状の領域として設定されている。

演算部１２１は、各フレーム画像４０において、観測領域１４０に到達した液体部分５０のうち、観測領域１４０内に含まれる部分１５０の体積を算出する。たとえば、図９に示すように、Ｎフレーム目では、演算部１２１は、観測領域１４０内に含まれる液体部分５０ｃの体積を算出する。Ｎフレーム目のフレーム画像４０において、液体部分５０ｃの後には、長い液柱状の液体部分５０ｄが続いている。次のＮ＋１フレーム目では、演算部１２１は、観測領域１４０に到達した液体部分５０ｄのうち、観測領域１４０内に含まれる部分１５０の体積を算出する。つまり、演算部１２１は、フレーム画像４０中の観測領域１４０を切り出して、観測領域１４０により切り取られた部分１５０の体積を算出する。液体部分５０ｄのうち、Ｎ＋１フレーム目で観測領域１４０に到達していない部分１５１については、後続するＮ＋２フレーム目以降で観測領域１４０内に含まれた時点で体積が算出される。

ここで、第２実施形態では、演算部２１は、連続するフレーム画像４０間における液体部分５０の移動量Ｄを取得し、移動量Ｄに基づいて観測領域１４０の範囲を設定するように構成されている。上記の通り、連続する２枚のフレーム画像４０中に同一の液滴または液柱（液体部分５０）を写すことが可能なフレームレートで液体部分５０の撮像を行う場合、連続する２枚のフレーム画像４０中の同じ液体部分５０の位置を比較することにより、フレーム間での液体部分５０の移動量Ｄを取得することができる。たとえば図９において、演算部２１は、同じ液体部分５０ｄに対する画像認識により、Ｎフレームと、Ｎ＋１フレームとの間の液体部分５０の上下方向の移動量Ｄを取得する。

そして、演算部２１は、直前のフレーム（Ｎ）と今回のフレーム（Ｎ＋１）との間の移動量Ｄに基づいて、今回のフレーム画像４０における観測領域１４０の範囲Ｗを設定する。具体的には、演算部２１は、Ｎ＋１フレーム目に設定する観測領域１４０の範囲Ｗとして、観測位置４１と終端位置１４１との間の距離を、取得した移動量Ｄに一致させるように設定する。液体部分５０の速度（すなわち、フレーム間の移動量Ｄ）が変化する場合、その変化に応じて観測領域１４０の範囲Ｗが再設定される。

このように観測領域１４０の範囲Ｗを設定することにより、各フレーム画像４０では、観測領域１４０の範囲Ｗと略等しい距離Ｄだけ液体部分５０が移動することになる。そのため、各フレーム画像４０において設定した各観測領域１４０が重複したり、各観測領域１４０の間に隙間が生じることが抑制される。たとえば図１０に示すように、液体部分５０ｄは、Ｎ＋１フレーム以降のＮ＋２フレーム、Ｎ＋３フレームにおいて観測領域１４０の範囲Ｗと略同じ長さ分だけ移動する。その結果、液柱状の液体部分５０ｄが３つのフレームの各観測領域１４０によって重複箇所なく分割されて、それぞれの観測領域１４０による分割部分（部分１５０）毎に体積が算出される。分割部分毎に体積を積算すれば、液体部分５０ｄの体積が得られる。

演算部１２１は、後続する各フレームについても、観測領域１４０内に含まれる部分１５０の体積を算出していくことにより、図６に示した各フレーム画像４０の体積グラフ６１（フレーム毎の体積グラフ）を作成する。演算部１２１は、排尿開始から排尿終了にわたる各フレーム画像４０の体積値を積算することにより、１回の排尿における尿量［ｍＬ］を取得する。

（尿量計測処理）
次に、図１１を参照して、第２実施形態の尿量計測装置２００による尿量計測処理について説明する。尿量計測処理の制御は、制御装置２０により行われる。図１１のステップＳ１１およびＳ１６〜Ｓ１８の各処理は、図８のステップＳ１およびＳ５〜Ｓ７の各処理と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ１２において、演算部１２１は、画像認識により直前フレームのフレーム画像４０と現在フレームのフレーム画像４０とを比較し、フレーム間における液体部分５０の移動量Ｄを取得する。

ステップＳ１３において、演算部１２１は、取得した移動量Ｄに基づいて、観測領域１４０の範囲Ｗを設定する。すなわち、観測領域１４０の終端位置１４１のラインを、所定の観測位置４１から移動量Ｄだけ下方にずれた位置に設定する。

ステップＳ１４において、演算部１２１は、観測領域１４０内に含まれる液体部分（部分１５０）の体積を算出する。ステップＳ１５において、演算部１２１は、フレーム毎の体積グラフ６１を作成する。演算部１２１は、現在フレームで算出した体積値を、体積グラフ６１に記録する。なお、観測領域１４０（観測位置４１）に到達した液体部分５０がないフレームでは、ステップＳ１２〜Ｓ１４での移動量Ｄ、観測領域１４０の設定、体積算出は行われず、ステップＳ１５において体積値として０が記録される。

その後、上記第１実施形態と同様に尿流率グラフ６２の作成（ステップＳ１７）、尿量および尿流率の算出（ステップＳ１８）が行われることにより、尿量計測が実施される。

第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、観測位置４１を含む観測領域１４０に到達した液体部分５０の画像に基づいて、排出される尿量を算出することにより、撮像した画像から尿量を計測する場合にも、性別および排尿姿勢によらずに尿量を計測することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、観測位置４１を開始位置として、液体移動方向の下流側に延びるように観測領域１４０を設定し、各フレーム画像４０において観測領域１４０内に含まれる液体部分５０（部分１５０）の画像に基づいて、尿量を算出するように演算部１２１を構成する。これにより、観測領域１４０内に含まれる液体部分５０（部分１５０）の体積を求めることによって、連続する複数のフレームにわたって観測位置４１を通過し続けるような長い液柱状の液体部分５０（液体部分５０ｄ）でも、それぞれのフレーム画像４０の観測領域１４０に含まれる部分１５０に分割して、体積を算出することができる。その結果、長い液柱状の液体部分５０ｄの体積も精度よく取得することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、連続するフレーム画像４０間における液体部分５０の移動量Ｄを取得し、移動量Ｄに基づいて観測領域１４０の範囲Ｗを設定するように演算部１２１を構成する。これにより、観測領域１４０よりも長い液柱状の液体部分５０（液体部分５０ｄ）があっても、観測領域１４０の範囲Ｗを、取得した液体部分５０ｄの移動量Ｄに対応させれば、連続する各フレーム画像４０の観測領域１４０に含まれる液体部分５０ｄの体積を足し合わせるだけで、液柱状の液体部分５０ｄ全体の体積を求めることができる。つまり、液柱状の液体部分５０を、重複したり途切れることなく複数フレームの各観測領域１４０内に分割して、体積を算出することができる。その結果、各フレーム画像４０から、より精度よく尿量を取得することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、観測位置を水平ライン状に設定した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、フレーム画像内（撮像視野内）に所定の大きさの矩形領域などを設定して観測位置としてもよい。液体部分の移動方向（経路Ｒ１の場合など）に応じて、たとえばフレーム画像内の横方向の一端または他端近傍において上下に延びるラインとして、観測位置を設定してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、尿量および尿流率を算出する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、少なくとも尿量を算出すればよく、尿流率を算出しなくともよい。また、排尿に伴う尿量および尿流率以外の計測値を取得してもよい。たとえば、撮像画像に基づいて、排尿開始から終了までに要した時間（排尿時間）を計測してもよいし、カラー画像として撮像する場合には、尿の色調なども計測してよい。

また、上記第１および第２実施形態では、フレームレートの一例として、２４０ｆｐｓの数値例を示したが、本発明はこれに限られない。フレームレートは、２４０ｆｐｓ以外の値であってよい。

また、上記第１および第２実施形態では、液体部分の画像を所定の立体形状に近似して、体積を算出する例を示したが、本発明はこれに限られない。体積算出は、液体部分の画像から体積を求めることができれば、どのような方法を用いてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、尿量算出に際して、フレーム毎の体積グラフを作成する例を示したが、本発明はこれに限られない。フレーム毎の体積グラフを作成しなくてもよい。フレーム毎の体積値を算出する度に加算していくことにより、排尿開始から終了までの尿量を算出してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、尿流率算出に際して、尿流率のグラフを作成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、尿流率のグラフを作成しなくてもよい。

また、上記第２実施形態では、連続する各フレーム間において、液体部分の移動量を算出する例を示したが、本発明はこれに限られない。所定の時間間隔ごとに、液体部分の移動量を算出するようにしてもよい。その場合、所定時間間隔の間の各フレーム画像については、算出した移動量を共通で適用してよい。フレームレートが十分に高い場合、フレーム間の時間間隔が液体部分の移動速度の変化（フレーム間の移動量の変化）に比べて短いので、複数フレームにわたって共通の移動量の値を適用しても問題ない。この場合、移動量算出のための演算負荷を抑制できる。

また、上記第１および第２実施形態では、説明の便宜上、尿量計測処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、画像処理部の処理を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１ 尿
１０ 撮像部（撮像手段）
２１、１２１ 演算部（演算手段）
４０ フレーム画像
４１ 観測位置
５０ 液体部分
９０ 便器
９１ 縁部
１００、２００ 尿量計測装置
１４０ 観測領域

Claims (8)

1. 被験者から排出される尿を、排出方向に対して側方から連続的に撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された各フレーム画像における、前記フレーム画像に設定した観測位置に到達した液体部分の画像に基づいて、排出される尿量を算出する演算手段とを備える、尿量計測装置。
2. 前記演算手段は、前記フレーム画像毎に前記液体部分の体積を算出し、尿の排出過程における前記フレーム画像毎の液体部分の体積を積算することにより、尿量を算出する、請求項１に記載の尿量計測装置。
3. 前記演算手段は、
   前記撮像手段により撮像される画像のフレームレートから、単位時間に含まれる前記フレーム画像の枚数を取得し、
   前記単位時間において連続する各フレーム画像における前記液体部分の体積を積算することにより、単位時間当たりの尿量である尿流率を算出する、請求項２に記載の尿量計測装置。
4. 前記撮像手段は、少なくとも、連続する２枚の前記フレーム画像中に同一の液滴または液柱を写すことが可能な所定のフレームレートで撮像を行うように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の尿量計測装置。
5. 前記演算手段は、
   前記観測位置を開始位置として、液体移動方向の下流側に延びるように観測領域を設定し、
   前記各フレーム画像において前記観測領域内に含まれる液体部分の画像に基づいて、尿量を算出するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の尿量計測装置。
6. 前記演算手段は、連続する前記フレーム画像間における前記液体部分の移動量を取得し、前記移動量に基づいて前記観測領域の範囲を設定するように構成されている、請求項５に記載の尿量計測装置。
7. 前記撮像手段は、排出される尿を排出方向に対して側方から撮像可能な位置で、前記便器の縁部に取り付けられるか、または、前記便器の縁部内に配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の尿量計測装置。
8. 被験者から排出される尿を、排出方向に対して側方から連続的に撮像するステップと、
   撮像された各フレーム画像における、前記フレーム画像に設定した観測位置に到達した液体部分の画像に基づいて、排出される尿量を算出するステップとを備える、尿量計測方法。

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