JP2023154362A - Flow rate control system, intravenous drip system, infusion pump, flow rate control method and program - Google Patents

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Abstract

To provide a flow rate control system and the like which can accurately and stably control a flow rate of droplets dropping from a nozzle while suppressing an arithmetic load.SOLUTION: A flow rate control system comprises: an imaging device which images droplets; a volume calculation unit which calculates the volume of droplets on the basis of image data of the droplets; a target cycle calculation unit which calculates a target dropping cycle on the basis of the set target flow rate and the volume of the droplets calculated by the volume calculation unit; and a dropping cycle adjustment unit which performs flow rate adjustment such that a measurement value of the dropping cycle gets close to the target dropping cycle. The system calculates the volume of first droplets for the droplets dropping from the nozzle after the start of intravenous drip, performs first feedback control to the dropping cycle on the basis of the first target dropping cycle calculated on the basis of the volume, calculates the volume of second droplets for the droplets dropping from the nozzle after the dropping cycle becomes stable, and performs second feedback control to the dropping cycle on the basis of the second target dropping cycle calculated on the basis of the volume.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ノズルから滴下する液体の流量制御システム、点滴システム、輸液ポンプ、流量制御方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a flow rate control system for liquid dripping from a nozzle, a drip system, an infusion pump, a flow rate control method, and a program.

薬液や栄養剤等の液体(点滴液)を点滴する際には、予め決められた流量を維持することが重要である。従来、点滴の流量制御は、同じ径のノズルから滴下する液滴の体積は一定であるという前提で、点滴筒内に滴下する液滴の数をカウントし、単位時間あたりの滴下数から流量を算出し、液滴の滴下周期(滴下する時間間隔)を調節することにより行われている。 When injecting liquids (intravenous fluids) such as medical solutions and nutrients, it is important to maintain a predetermined flow rate. Conventionally, drip flow rate control involves counting the number of droplets dripping into the drip tube, assuming that the volume of droplets dripping from a nozzle with the same diameter is constant, and calculating the flow rate from the number of drops per unit time. This is done by calculating and adjusting the droplet dropping period (dropping time interval).

しかし、実際には、液滴の表面張力は、液体の種類(粘度)や環境温度等の条件に依存して変化するため、液滴1つあたりの体積は一定ではない。また、医療の現場においては、点滴中に患者が姿勢を変えてしまうことがあり、この場合、点滴液のヘッド差が変化して液滴の体積が変動してしまうことがある。そのため、液滴の滴下周期のみによって流量を制御する従来の方法においては、精度良い流量制御が困難である。 However, in reality, the surface tension of a droplet varies depending on conditions such as the type of liquid (viscosity) and the environmental temperature, so the volume of each droplet is not constant. Furthermore, in a medical setting, a patient may change his or her posture during an infusion, and in this case, the head difference of the infusion fluid may change, causing the volume of the droplet to fluctuate. Therefore, in the conventional method of controlling the flow rate only by the droplet dropping period, it is difficult to control the flow rate with high accuracy.

近年では、ノズルから滴下する液滴を撮像し、液滴が写った画像に基づいて当該液滴の体積を算出する技術が知られている(例えば、特許文献1~3参照)。また、特許文献3には、計測した液滴体積を元に流量を設定する輸液ポンプが開示されている。 In recent years, techniques have been known in which a droplet falling from a nozzle is imaged and the volume of the droplet is calculated based on the image of the droplet (for example, see Patent Documents 1 to 3). Furthermore, Patent Document 3 discloses an infusion pump that sets the flow rate based on the measured droplet volume.

国際公開第2017/043437号International Publication No. 2017/043437 特開2018-148962号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-148962 特開2011-62371号公報JP2011-62371A

本願発明者らは、様々な条件の下、ノズルから滴下する液滴の体積を画像に基づいて計測する実験を行ったところ、同じ種類の液体を同じ径のノズルから滴下させる場合であっても、滴下周期によって液滴の体積が変化することを発見した。この事実から、液体の種類や環境といった要因だけでなく、流量制御のために滴下周期を調整したときにも、液滴1つあたりの体積は変動してしまうことになる。つまり、滴下周期と液滴の体積とは互いに相関しているため、滴下周期に基づく従来の流量制御方法では、流量を精度良く制御することが困難である。 The inventors conducted experiments to measure the volume of droplets dripping from nozzles under various conditions based on images, and found that even when the same type of liquid is dripped from nozzles with the same diameter, , discovered that the droplet volume changes depending on the dropping period. This fact means that the volume per droplet fluctuates not only due to factors such as the type of liquid and the environment, but also when the dropping cycle is adjusted for flow rate control. In other words, since the dropping period and the volume of the droplet are correlated with each other, it is difficult to accurately control the flow rate using the conventional flow rate control method based on the dropping period.

これに対し、1滴の体積を継続的に計測しながら滴下周期を調整することで、流量を精密に制御することも考えられるが、この場合、流量制御にかかる演算処理の負荷が大きくなってしまう。 On the other hand, it is possible to precisely control the flow rate by adjusting the drop cycle while continuously measuring the volume of each drop, but in this case, the computational processing load involved in controlling the flow rate becomes large. Put it away.

本発明は、ノズルから滴下する液滴の流量を、演算処理の負荷を抑制しつつ精度良く制御することができる流量制御システム、点滴システム、輸液ポンプ、流量制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a flow rate control system, an infusion system, an infusion pump, a flow rate control method, and a program that can accurately control the flow rate of droplets dripping from a nozzle while suppressing the computational processing load. shall be.

上記課題を解決するために、本発明の一態様である流量制御システムは、ノズルから滴下する液滴の流量を変化させる流量調整部が設けられた点滴システムにおいて、液滴の流量を制御する流量制御システムであって、前記ノズルから滴下する液滴を撮像して画像データを出力するように構成された撮像装置と、前記撮像装置から出力された画像データに基づいて、前記ノズルから落下する液滴の体積を算出するように構成された体積算出部と、液滴が前記ノズルから離れて落下し始めるタイミング又は液滴が前記ノズルから離れて落下した回数を検出するように構成された滴下検出手段と、前記タイミング又は前記回数に基づいて、液滴が前記ノズルから滴下する滴下周期を算出するように構成された滴下周期算出部と、予め設定された目標流量と、前記体積算出部により算出された液滴の体積とに基づいて、目標滴下周期を算出するように構成された目標周期算出部と、前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が前記目標滴下周期に近づくように、前記流量調整部を制御するように構成された滴下周期調整部と、を備え、前記目標周期算出部は、点滴の開始後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第1の液滴の体積に基づいて、第1の目標滴下周期を算出するように構成され、前記滴下周期調整部は、前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が前記第1の目標滴下周期に近づくように第1のフィードバック制御を行うように構成され、前記目標周期算出部は、さらに、前記第1のフィードバック制御により滴下周期が安定した後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第2の液滴の体積に基づいて、第2の目標滴下周期を算出するように構成され、前記滴下周期調整部は、さらに、前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が前記第2の目標滴下周期に近づくように第2のフィードバック制御を行うように構成されるものである。 In order to solve the above problems, a flow rate control system that is one aspect of the present invention provides a flow rate control system that controls the flow rate of droplets in an intravenous drip system that is provided with a flow rate adjustment unit that changes the flow rate of droplets dripping from a nozzle. The control system includes: an imaging device configured to image a droplet dropping from the nozzle and output image data; and a control system configured to capture a droplet falling from the nozzle based on the image data output from the imaging device. a volume calculation unit configured to calculate the volume of a drop; and a drop detection configured to detect the timing at which a droplet begins to fall away from the nozzle or the number of times a droplet falls away from the nozzle. means, a dropping cycle calculating unit configured to calculate a dropping cycle in which droplets are dropped from the nozzle based on the timing or the number of times, a preset target flow rate, and calculating by the volume calculating unit. a target period calculating section configured to calculate a target dropping period based on the volume of the droplet; a drip cycle adjustment unit configured to control a flow rate adjustment unit, and the target cycle calculation unit calculates the volume of the first droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle after the start of infusion. based on the first target dropping cycle, and the dropping cycle adjusting unit adjusts the first target dropping cycle so that the dropping cycle calculated by the dropping cycle calculating unit approaches the first target dropping cycle. The target cycle calculation unit is configured to perform feedback control, and further includes a second droplet volume calculated for the droplet dropped from the nozzle after the dropping cycle is stabilized by the first feedback control. The dripping period adjustment unit further adjusts the dripping period so that the dripping period calculated by the dripping period calculation unit approaches the second target dripping period. 2 is configured to perform feedback control.

上記流量制御システムにおいて、前記目標周期算出部は、前記第1のフィードバック制御の期間中に算出された滴下周期が、誤差10%の範囲内になった場合に滴下周期が安定したと判定し、該判定をした後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第2の液滴の体積に基づいて、前記第2の目標滴下周期を算出するように構成されても良い。 In the flow rate control system, the target period calculating unit determines that the dripping period is stabilized when the dripping period calculated during the first feedback control period falls within an error range of 10%; The second target dropping period may be calculated based on the volume of the second droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle after making the determination.

上記流量制御システムにおいて、前記体積算出部は、前記第2のフィードバック制御が開始された後、液滴の体積の算出を停止するように構成されていても良い。 In the above flow rate control system, the volume calculating section may be configured to stop calculating the volume of the droplet after the second feedback control is started.

上記流量制御システムにおいて、前記滴下周期算出部は、さらに、前記第1のフィードバック制御の実行中に前記ノズルから滴下した液滴について算出された液滴の体積に基づいて、第1の目標滴下周期を更新するように構成され、前記滴下周期調整部は、前記滴下周期算出部により更新された前記第1の目標滴下周期に近づくように第1のフィードバック制御を行うように構成されても良い。 In the above flow rate control system, the dropping period calculation unit further calculates a first target dropping period based on the volume of the droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle during execution of the first feedback control. The dropping cycle adjustment unit may be configured to perform first feedback control so as to approach the first target dropping cycle updated by the dropping cycle calculating unit.

上記流量制御システムにおいて、前記滴下周期調整部は、点滴の開始時に、前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が、前記目標流量よりも小さい流量と理論上の液滴の体積とに基づいて算出された第3の目標滴下周期に近づくように前記流量調整部を制御しても良い。 In the above flow rate control system, the dripping cycle adjustment unit determines, at the start of infusion, that the dripping cycle calculated by the dripping cycle calculation unit is smaller than the target flow rate and the theoretical droplet volume. The flow rate adjustment unit may be controlled so as to approach the calculated third target dropping period.

上記流量制御システムにおいて、前記滴下検出手段は、前記撮像装置から出力された画像データに基づいて前記タイミング又は前記回数を検出し、複数の発光素子を有し、前記撮像装置の視野を照明するように構成された光源と、前記複数の発光素子のオンオフを制御するように構成された光源制御部と、をさらに備え、前記光源制御部は、点滴の開始後から前記第1のフィードバック制御が終了するまで、前記撮像装置の視野のうち少なくとも前記タイミングの検出及び液滴の体積の算出に必要な領域が照明されるように、前記複数の発光素子のオンオフを制御し、前記第2のフィードバック制御の実行中、前記撮像装置の視野のうち前記タイミングの検出に必要な領域が照明される範囲内で、前記複数の発光素子のうちの一部の発光素子を消灯させても良い。 In the above flow control system, the drip detection means detects the timing or the number of times based on image data output from the imaging device, has a plurality of light emitting elements, and is configured to illuminate the field of view of the imaging device. and a light source control unit configured to control on/off of the plurality of light emitting elements, and the light source control unit is configured to control the first feedback control after the start of infusion. the plurality of light emitting elements are controlled to be turned on and off so that at least a region of the field of view of the imaging device necessary for detecting the timing and calculating the volume of the droplet is illuminated until the second feedback control is performed. During execution, some of the light emitting elements among the plurality of light emitting elements may be turned off within a range in which a region necessary for detecting the timing in the field of view of the imaging device is illuminated.

上記流量制御システムにおいて、前記光源制御部は、さらに、前記第2のフィードバック制御の実行中に発光させる発光素子のトータルの光量が、前記第1のフィードバック制御の実行中に発光させる発光素子のトータルの光量と同程度になるように、前記第2のフィードバック制御の実行中に発光させる各発光素子の光量を増加させても良い。 In the flow rate control system, the light source control unit further determines that the total amount of light of the light emitting elements emitted during the execution of the second feedback control is the total amount of light of the light emitting elements emitted during the execution of the first feedback control. The amount of light from each light emitting element emitted during execution of the second feedback control may be increased so that the amount of light is approximately the same as the amount of light.

本発明の別の態様である輸液ポンプは、点滴筒に接続された輸液チューブを保持するように構成されたチューブ保持部と、前記輸液チューブを押圧することにより前記輸液チューブ内の液体を送液するように構成されたポンプ部と、前記点滴筒に取り付けられたノズルから前記点滴筒内に滴下する液滴を撮像する撮像装置から出力された画像データを取得するように構成されたインタフェースと、目標流量の入力を受け付ける操作入力部と、前記撮像装置から出力された画像データに基づいて、前記ノズルから落下する液滴の体積を算出するように構成された体積算出部と、液滴が前記ノズルから離れて落下し始めるタイミング又は液滴が前記ノズルから離れて落下した回数を検出するように構成された滴下検出手段と、前記タイミング又は前記回数に基づいて、液滴が前記ノズルから滴下する滴下周期を算出するように構成された滴下周期算出部と、前記操作入力部により受け付けられた前記目標流量と、前記体積算出部により算出された液滴の体積とに基づいて、目標滴下周期を算出するように構成された目標周期算出部と、前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が前記目標滴下周期に近づくように、前記ポンプ部を制御するように構成された滴下周期調整部と、を備え、前記目標周期算出部は、点滴の開始後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第1の液滴の体積に基づいて、第1の目標滴下周期を算出するように構成され、前記滴下周期調整部は、前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が前記第1の目標滴下周期に近づくように第1のフィードバック制御を行うように構成され、前記目標周期算出部は、さらに、前記第1のフィードバック制御により滴下周期が安定した後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第2の液滴の体積に基づいて、第2の目標滴下周期を算出するように構成され、前記滴下周期調整部は、さらに、前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が前記第2の目標滴下周期に近づくように第2のフィードバック制御を行うように構成されるものである。 An infusion pump that is another aspect of the present invention includes a tube holding portion configured to hold an infusion tube connected to an infusion tube, and a tube holding portion configured to hold an infusion tube connected to an infusion tube, and a liquid in the infusion tube that is pumped by pressing the infusion tube. a pump unit configured to an operation input unit that receives input of a target flow rate; a volume calculation unit configured to calculate a volume of a droplet falling from the nozzle based on image data output from the imaging device; a droplet detection means configured to detect the timing at which the droplet begins to fall away from the nozzle or the number of times the droplet falls away from the nozzle, and the droplet starts to fall from the nozzle based on the timing or the number of times; A target dropping cycle is calculated based on a dropping cycle calculating unit configured to calculate a dropping cycle, the target flow rate accepted by the operation input unit, and the volume of the droplet calculated by the volume calculating unit. a drip cycle adjustment unit configured to control the pump unit so that the drip cycle calculated by the drip cycle calculation unit approaches the target drip cycle; , the target period calculation unit is configured to calculate a first target dripping period based on a volume of the first droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle after the start of infusion. , the drip cycle adjustment unit is configured to perform first feedback control so that the drop cycle calculated by the drop cycle calculation unit approaches the first target drip cycle, and the target cycle calculation unit includes: Further, the second target dropping cycle is calculated based on the volume of the second droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle after the dropping cycle is stabilized by the first feedback control. , the dropping cycle adjustment unit is further configured to perform second feedback control so that the dropping cycle calculated by the dropping cycle calculation unit approaches the second target dropping cycle.

本発明の別の態様である点滴システムは、上記輸液ポンプと、前記ノズルが取り付けられた前記点滴筒と、前記点滴筒に接続された輸液チューブと、を備えるものである。 Another aspect of the present invention is an infusion system that includes the infusion pump, the infusion tube to which the nozzle is attached, and an infusion tube connected to the infusion tube.

本発明の別の態様である流量制御方法は、ノズルから滴下する液滴の流量を変化させる流量調整部が設けられた点滴システムにおいて、液滴の流量を制御する流量制御方法であって、前記ノズルから滴下する液滴を撮像して画像データを出力する撮像ステップと、前記撮像ステップにおいて出力された画像データに基づいて、前記ノズルから落下する液滴の体積を算出するように構成された体積算出ステップと、液滴が前記ノズルから離れて落下し始めるタイミング又は液滴が前記ノズルから離れて落下した回数を検出する滴下検出ステップと、前記タイミング又は前記回数に基づいて、液滴が前記ノズルから滴下する滴下周期を算出する滴下周期算出ステップと、予め設定された目標流量と、点滴の開始後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第1の液滴の体積とに基づいて、第1の目標滴下周期を算出する第1目標周期算出ステップと、前記滴下周期算出ステップにおいて算出された滴下周期が前記第1の目標滴下周期に近づくように、前記流量調整部をフィードバック制御する第1の滴下周期調整ステップと、予め設定された目標流量と、前記第1の流量調整ステップにより滴下周期が安定した後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第2の液滴の体積とに基づいて、第2の目標滴下周期を算出する第2目標周期算出ステップと、前記滴下周期算出ステップにおいて算出された滴下周期が前記第2の目標滴下周期に近づくように、前記流量調整部をフィードバック制御する第2の滴下周期調整ステップと、を含むものである。 Another aspect of the present invention is a flow rate control method for controlling the flow rate of droplets in an intravenous drip system provided with a flow rate adjustment unit that changes the flow rate of droplets dripping from a nozzle, the method comprising: an imaging step of imaging a droplet falling from a nozzle and outputting image data; and a volume configured to calculate the volume of the droplet falling from the nozzle based on the image data output in the imaging step. a calculating step, a dropping detection step of detecting the timing at which the droplet starts falling away from the nozzle or the number of times the droplet falls away from the nozzle; a dripping period calculation step of calculating a dripping period to be dripped from the nozzle, a preset target flow rate, and a volume of the first droplet calculated for the droplet dripped from the nozzle after the start of dripping; a first target period calculation step of calculating a target dripping period of 1; and a first target period calculation step of feedback controlling the flow rate adjustment unit so that the dripping period calculated in the dripping period calculation step approaches the first target dripping period. based on the dropping cycle adjustment step, a preset target flow rate, and the volume of the second droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle after the dropping cycle is stabilized by the first flow rate adjustment step. a second target cycle calculation step for calculating a second target drop cycle; and feedback control of the flow rate adjustment unit so that the drop cycle calculated in the drop cycle calculation step approaches the second target drop cycle. A second dropping period adjustment step is included.

本発明の別の態様であるプログラムは、ノズルから滴下する液滴の流量を変化させる流量調整部が設けられた点滴システムにおいて、コンピュータに実行させるプログラムであって、前記ノズルから滴下する液滴を撮像して画像データを出力する撮像装置から該画像データを取得する画像データ取得ステップと、前記画像データ取得ステップにおいて取得された画像データに基づいて、前記ノズルから落下する液滴の体積を算出するように構成された体積算出ステップと、液滴が前記ノズルから離れて落下し始めるタイミング又は液滴が前記ノズルから離れて落下した回数を検出する滴下検出ステップと、前記タイミング又は前記回数に基づいて、液滴が前記ノズルから滴下する滴下周期を算出する滴下周期算出ステップと、予め設定された目標流量と、点滴の開始後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第1の液滴の体積とに基づいて、第1の目標滴下周期を算出する第1目標周期算出ステップと、前記滴下周期算出ステップにおいて算出された滴下周期が前記第1の目標滴下周期に近づくように、前記流量調整部をフィードバック制御する第1の滴下周期調整ステップと、予め設定された目標流量と、前記第1の流量調整ステップにより滴下周期が安定した後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第2の液滴の体積とに基づいて、第2の目標滴下周期を算出する第2目標周期算出ステップと、前記滴下周期算出ステップにおいて算出された滴下周期が前記第2の目標滴下周期に近づくように、前記流量調整部をフィードバック制御する第2の滴下周期調整ステップと、を実行させるものである。 Another aspect of the present invention is a program that causes a computer to execute an infusion system including a flow rate adjustment section that changes the flow rate of droplets dripping from a nozzle. an image data acquisition step of acquiring the image data from an imaging device that takes an image and outputs the image data, and calculating the volume of the droplet falling from the nozzle based on the image data acquired in the image data acquisition step. a drop detection step of detecting the timing at which a droplet starts to fall away from the nozzle or the number of times the droplet falls away from the nozzle; , a dropping cycle calculation step of calculating a dropping cycle in which droplets are dropped from the nozzle, a preset target flow rate, and a first droplet volume calculated for the droplets dropped from the nozzle after the start of dripping. a first target cycle calculation step of calculating a first target drop cycle based on the flow rate adjustment unit so that the drop cycle calculated in the drop cycle calculation step approaches the first target drop cycle; a first dripping cycle adjustment step that performs feedback control; a preset target flow rate; and a second droplet calculated for the droplets dropped from the nozzle after the dropping cycle is stabilized by the first flow rate adjustment step. a second target cycle calculation step of calculating a second target drop cycle based on the volume of the drop; and a second target cycle calculation step in which the drop cycle calculated in the drop cycle calculation step approaches the second target drop cycle A second drip cycle adjustment step of feedback controlling the flow rate adjustment section is executed.

本発明によれば、ノズルから滴下する液滴の流量を、演算処理の負荷を抑制しつつ精度良く制御することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to accurately control the flow rate of droplets dripping from a nozzle while suppressing the computational processing load.

本発明の実施形態に係る流量制御システムを含む点滴システムの概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a drip system including a flow control system according to an embodiment of the present invention. 図1に示す光源の概略構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the light source shown in FIG. 1. FIG. 図1に示す光源とノズルとの位置関係を説明するための模式図である。2 is a schematic diagram for explaining the positional relationship between a light source and a nozzle shown in FIG. 1. FIG. 図1に示す情報処理装置の概略構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a schematic configuration of the information processing device shown in FIG. 1. FIG. 滴下周期による液滴(生理食塩水)の体積の変化を示すグラフである。It is a graph showing changes in the volume of droplets (physiological saline) depending on the dropping cycle. 滴下周期による液滴(糖液)の体積の変化を示すグラフである。It is a graph showing a change in the volume of a droplet (sugar solution) depending on the dropping cycle. 滴下周期による液滴(超純水)の体積の変化を示すグラフである。It is a graph showing changes in the volume of droplets (ultrapure water) depending on the dropping period. 本発明の実施形態に係る流量制御システムの動作を概略的に示すフローチャートである。1 is a flowchart schematically showing the operation of a flow control system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る流量制御方法における光源の制御を説明するための画像である。It is an image for explaining control of a light source in a flow rate control method according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る流量制御方法における光源の制御を説明するための画像である。It is an image for explaining control of a light source in a flow rate control method according to an embodiment of the present invention. 第1の実施例による流量制御におけるスタートアップカーブを示すグラフである。It is a graph which shows the startup curve in flow control by 1st Example. 第1の実施例による流量制御におけるトランペットカーブ(0~120分)を示すグラフである。3 is a graph showing a trumpet curve (0 to 120 minutes) in flow rate control according to the first example. 第1の実施例による流量制御におけるトランペットカーブ(60~120分)を示すグラフである。3 is a graph showing a trumpet curve (60 to 120 minutes) in flow rate control according to the first example. 第2の実施例による流量制御におけるスタートアップカーブを示すグラフである。It is a graph which shows the startup curve in flow control by 2nd Example. 第2の実施例による流量制御におけるトランペットカーブ(0~120分)を示すグラフである。7 is a graph showing a trumpet curve (0 to 120 minutes) in flow rate control according to the second example. 第2の実施例による流量制御におけるトランペットカーブ(60~120分)を示すグラフである。7 is a graph showing a trumpet curve (60 to 120 minutes) in flow rate control according to the second example.

以下、本発明の実施の形態に係る流量制御システム、点滴システム、輸液ポンプ、流量制御方法及びプログラムについて、図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A flow control system, an infusion system, an infusion pump, a flow control method, and a program according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments. In addition, in the description of each drawing, the same parts are denoted by the same reference numerals.

以下の説明において参照する図面は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示しているに過ぎない。即ち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 The drawings referred to in the following description only schematically illustrate shapes, sizes, and positional relationships to the extent that the contents of the present invention can be understood. That is, the present invention is not limited to the shapes, sizes, and positional relationships illustrated in each figure. Furthermore, drawings may include portions with different dimensional relationships and ratios.

(流量制御システムの構成)
図1は、本発明の実施形態に係る流量制御システムを含む点滴システムの概略構成を示す図である。図1においては、本実施形態に係る流量制御システム10を、輸液バッグ2に充填された液体(点滴液)を点滴する点滴システム1に適用した例を示している。点滴システム1は、輸液バッグ2に接続された中間チューブ3、点滴筒4、及び輸液チューブ5を含み、点滴筒4内にはノズル6が取り付けられている。
(Flow control system configuration)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an infusion system including a flow control system according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an example in which a flow rate control system 10 according to the present embodiment is applied to an infusion system 1 that drips a liquid (intravenous fluid) filled in an infusion bag 2. The infusion system 1 includes an intermediate tube 3 connected to an infusion bag 2, an infusion tube 4, and an infusion tube 5, and a nozzle 6 is installed inside the infusion tube 4.

輸液バッグ2は、薬液や栄養剤等の点滴液が充填された容器であり、点滴中には支持台等に吊り下げられて保持される。中間チューブ3は、一端において輸液バッグ2の排液ポート2aと接続され、他端において点滴筒4の上蓋4aに取り付けられたノズル6の一端と接続されている。このノズル6の他端は、点滴筒4内に突出するように設けられている。 The infusion bag 2 is a container filled with an intravenous solution such as a medical solution or a nutritional supplement, and is suspended and held on a support stand or the like during infusion. The intermediate tube 3 is connected at one end to the drainage port 2a of the infusion bag 2, and at the other end to one end of a nozzle 6 attached to the upper lid 4a of the drip barrel 4. The other end of this nozzle 6 is provided so as to protrude into the drip tube 4.

輸液チューブ5は弾性材料によって形成されており、輸液チューブ5の一部を径方向に押圧する圧力(言い換えると、輸液チューブ5の径)を変化させることにより、輸液チューブ5を流れる液体の流量が変化する。また、輸液チューブ5の一部をしごくことにより、輸液チューブ5内の液体を送液することができる。輸液チューブ5内を流通する液体の流量が変化すると、点滴筒4の内圧が変化し、ノズル6から滴下する液滴7の滴下周期、即ち、単位時間あたりの液体の流量が変化する。 The infusion tube 5 is made of an elastic material, and by changing the pressure that presses a part of the infusion tube 5 in the radial direction (in other words, the diameter of the infusion tube 5), the flow rate of the liquid flowing through the infusion tube 5 can be adjusted. Change. Furthermore, by squeezing a portion of the infusion tube 5, the liquid within the infusion tube 5 can be delivered. When the flow rate of the liquid flowing through the infusion tube 5 changes, the internal pressure of the drip tube 4 changes, and the dropping period of the droplets 7 dropped from the nozzle 6, that is, the flow rate of the liquid per unit time changes.

輸液チューブ5は、流量調整部8に保持されている。流量調整部8には、可撓性を有する輸液チューブ5を、形状を保ったままを保持可能な保持部材(チューブ保持部)と、輸液チューブ5を径方向に押圧可能な制御弁9とが設けられている。制御弁9は、情報処理部100による電気的な制御の下で駆動し、輸液チューブ5に対する押圧力を変化させる。 The infusion tube 5 is held by a flow rate adjustment section 8. The flow rate adjustment section 8 includes a holding member (tube holding section) that can hold the flexible infusion tube 5 while maintaining its shape, and a control valve 9 that can press the infusion tube 5 in the radial direction. It is provided. The control valve 9 is driven under electrical control by the information processing unit 100 and changes the pressing force against the infusion tube 5.

また、流量調整部8に、輸液チューブ5を流れる液体を送液するためのポンプ部が設けられていても良い。ポンプ部の構成は特に限定されない。例えば、ポンプ部として、ローラーを回転させることにより輸液チューブ5の一部をしごくように押圧するローラー方式を採用しても良いし、複数のフィンガー(ペリスタルティックフィンガー)で輸液チューブ5の一部を順次押圧するフィンガー方式を採用しても良い。 Further, the flow rate adjustment section 8 may be provided with a pump section for feeding the liquid flowing through the infusion tube 5. The configuration of the pump section is not particularly limited. For example, the pump unit may employ a roller system that presses a portion of the infusion tube 5 by rotating a roller, or a plurality of fingers (peristaltic fingers) may be used to press a portion of the infusion tube 5. A finger method of sequentially pressing may be used.

流量制御システム10は、ノズル6から間欠的に滴下する液滴7の流量(言い換えると、輸液チューブ5を流れる液体の流量)を制御するシステムであり、カメラ12及び情報処理部100を備える。カメラ12は、ノズル6から滴下する液滴を撮像して画像データを出力するように構成されている。情報処理部100は、カメラ12から出力された画像データを取り込み、該画像データに基づいて液滴の流量を制御するための種々の演算を実行するように構成されている。情報処理部100には、操作入力部110及び表示部120が接続されていても良い。さらに、流量制御システム10は、カメラ12に対してノズル6を挟んで互いに向かい合うように配置され、カメラ12の視野を照明するように構成された光源11を備えても良い。 The flow control system 10 is a system that controls the flow rate of droplets 7 that are intermittently dropped from the nozzle 6 (in other words, the flow rate of the liquid flowing through the infusion tube 5), and includes a camera 12 and an information processing unit 100. The camera 12 is configured to image droplets dropping from the nozzle 6 and output image data. The information processing unit 100 is configured to take in image data output from the camera 12 and execute various calculations for controlling the flow rate of droplets based on the image data. An operation input section 110 and a display section 120 may be connected to the information processing section 100. Further, the flow control system 10 may include a light source 11 arranged to face the camera 12 with the nozzle 6 in between and configured to illuminate the field of view of the camera 12.

また、上記情報処理部100、操作入力部110、及び表示部120に加え、ポンプ部が設けられた流量調整部8を1つの筐体に収納することにより、輸液ポンプ20を構成することができる。この場合、輸液ポンプ20に、カメラ12及び光源11をそれぞれ接続するためのポートを設けても良い。また、カメラ12及び光源11を1つの筐体に収納することにより、撮像ユニットを構成しても良く、この場合、輸液ポンプ20に撮像ユニットを接続するためのポートを設けても良い。或いは、光源11、カメラ12、情報処理部100、操作入力部110、及び表示部120を1つの筐体に収容し、この筐体に、ケーブル等を介して、ポンプ部が設けられた流量調整部8を接続しても良い。 Furthermore, in addition to the information processing section 100, the operation input section 110, and the display section 120, the infusion pump 20 can be configured by housing the flow rate adjustment section 8 provided with a pump section in one housing. . In this case, the infusion pump 20 may be provided with ports for connecting the camera 12 and the light source 11, respectively. Furthermore, the imaging unit may be configured by housing the camera 12 and the light source 11 in one housing, and in this case, the infusion pump 20 may be provided with a port for connecting the imaging unit. Alternatively, the light source 11, the camera 12, the information processing section 100, the operation input section 110, and the display section 120 are housed in one housing, and a pump section is provided in this housing via a cable or the like to adjust the flow rate. Section 8 may also be connected.

図2は、光源11の概略構成を示す模式図である。図3は、光源11とノズル6との位置関係を説明するための模式図である。このうち、図2は光源11の正面(発光面)を示し、図3は光源11の側面を示す。図2及び図3のいずれにおいても、光源11の主要な構成のみを示し、筐体等は省略している。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the light source 11. As shown in FIG. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the positional relationship between the light source 11 and the nozzle 6. Of these, FIG. 2 shows the front (light emitting surface) of the light source 11, and FIG. 3 shows the side of the light source 11. In both FIGS. 2 and 3, only the main structure of the light source 11 is shown, and the housing and the like are omitted.

光源11としては、例えばLED(Light Emitted Diode)等の発光素子を備える面光源を用いることができる。図2に示す光源11は、回路が形成された基板SBに実装された複数の発光素子Lを備える。図2に示す光源11において、発光素子Lは、5列×6行に配列されている。図3に示すように、光源11は、好ましくは、液滴7が落下する鉛直方向を広く照明できるように、長手方向が鉛直方向となる向きに配置される。 As the light source 11, for example, a surface light source including a light emitting element such as an LED (Light Emitted Diode) can be used. The light source 11 shown in FIG. 2 includes a plurality of light emitting elements L mounted on a substrate SB on which a circuit is formed. In the light source 11 shown in FIG. 2, the light emitting elements L are arranged in 5 columns and 6 rows. As shown in FIG. 3, the light source 11 is preferably arranged such that its longitudinal direction is the vertical direction so that it can widely illuminate the vertical direction in which the droplet 7 falls.

基板SBには、複数の発光素子Lの点灯状態を切り替え又は調整する調光部CLが設けられている。調光部CLは、後述する情報処理部100の制御に従い、素子ごと又は1つ以上の素子を含む素子群ごと(例えば行ごと)にオン(点灯)/オフ(消灯)を切り替える。また、調光部CLは、各発光素子Lに印加される電圧を調整して光量(調光値)を変化させる。調光方式としては、例えば8bitPWM調光方式(0~255諧調)が挙げられる。なお、カメラ12により撮像された画像におけるフリッカーを抑制するため、PWM周波数をカメラ12の撮像フレームレートに対して高く設定することが好ましい。 The substrate SB is provided with a light control unit CL that switches or adjusts the lighting states of the plurality of light emitting elements L. The light control unit CL switches on (lighting on)/off (lighting out) for each element or for each element group including one or more elements (for example, for each row) under the control of the information processing unit 100 described later. Further, the light control unit CL adjusts the voltage applied to each light emitting element L to change the amount of light (light control value). Examples of the dimming method include an 8-bit PWM dimming method (0 to 255 gradations). Note that in order to suppress flicker in images captured by the camera 12, it is preferable to set the PWM frequency higher than the imaging frame rate of the camera 12.

本実施形態においては、図3に示すように、6行の発光素子Lのうち、中央の2つの行11c,11dの発光素子Lがノズル先端部6a近傍を中心に照明するように、ノズル6に対する光源11の配置が決定されている。このようにノズル6と光源11を配置する場合、例えば、行11a~11fの全ての発光素子Lを点灯させた際には、ノズル6及びノズル先端部6aから垂下する液滴7の全体、或いはノズル先端部6aから離れて落下している液滴7を含む広い範囲を照明することができる。また、行11a,11b,11e,11fの発光素子Lを消灯し、行11c,11dの発光素子Lのみを点灯した際には、ノズル先端部6a近傍を中心に、ノズル6から液滴7が離れて落下し始めるタイミング(以下、液切れタイミングともいう)の検出に必要な領域を照明することができる。 In this embodiment, as shown in FIG. 3, among the six rows of light emitting elements L, the light emitting elements L in the two central rows 11c and 11d illuminate the nozzle tip 6a and its vicinity. The arrangement of the light source 11 has been determined. When the nozzle 6 and the light source 11 are arranged in this way, for example, when all the light emitting elements L in the rows 11a to 11f are turned on, the entire droplet 7 hanging from the nozzle 6 and the nozzle tip 6a, or It is possible to illuminate a wide range including the droplet 7 falling away from the nozzle tip 6a. Furthermore, when the light-emitting elements L in rows 11a, 11b, 11e, and 11f are turned off and only the light-emitting elements L in rows 11c and 11d are turned on, droplets 7 are emitted from the nozzle 6 centering around the nozzle tip 6a. It is possible to illuminate the area necessary for detecting the timing at which the liquid begins to separate and fall (hereinafter also referred to as the timing at which the liquid runs out).

もっとも、流量制御システム10に適用可能な光源の構成は図2に示すものに限定されない。例えば、点光源を用い、点光源から出射した光が平行光となるように配光制御するフィルタやレンズ等の光学系を設けても良い。また、光源11の駆動電源はバッテリーであっても良いし、AC電源であっても良い。 However, the configuration of the light source applicable to the flow rate control system 10 is not limited to that shown in FIG. 2. For example, a point light source may be used and an optical system such as a filter or lens may be provided to control the light distribution so that the light emitted from the point light source becomes parallel light. Further, the power source for driving the light source 11 may be a battery or an AC power source.

カメラ12は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子12aを有し、所定の撮像フレームレートでの動画撮像が可能な撮像装置である。撮像素子12aは、カメラ12に入射し、光学系により結像させられた光(被写体像)を受光面において受光し、光電変換を行うことにより電気信号を生成する。カメラ12は、この電気信号に対し、増幅、A/D変換等の所定の信号処理を施すことにより画像データを生成して出力する。 The camera 12 is an imaging device that includes an imaging device 12a such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), and is capable of capturing moving images at a predetermined imaging frame rate. The image sensor 12a receives light (subject image) that is incident on the camera 12 and formed into an image by the optical system on its light receiving surface, and generates an electrical signal by performing photoelectric conversion. The camera 12 performs predetermined signal processing such as amplification and A/D conversion on this electrical signal to generate and output image data.

カメラ12のスペックは、ノズル6から液滴が滴下するタイミングの検出や液滴の体積の計測に足る撮像フレームレート及び解像度を得ることができれば、特に限定されない。一例として、カメラ12として、点滴筒4を近距離から撮像することができ、且つユーザによる点滴操作の邪魔にならないように、カメラモジュールの外径が数mm~十数mm程度、且つ、焦点距離が数mm~数十mm程度の小型カメラを用いることができる。また、カメラ12として、1辺の画素数が(320~600)×(480~800)程度、トータルの画素数が50万画素以下の撮像素子を備える汎用の製品を用いることができる。カメラ12の撮像フレームレートは、30~120fps(フレームレート/秒)程度の範囲であれば良い。 The specifications of the camera 12 are not particularly limited as long as they can obtain an imaging frame rate and resolution sufficient to detect the timing of droplets dropping from the nozzle 6 and measure the volume of the droplets. As an example, in order to be able to image the drip tube 4 from a short distance and not interfere with the user's drip operation, the camera 12 has an outer diameter of a camera module of about several mm to more than 10 mm, and a focal length of the camera module. A small camera with a diameter of several mm to several tens of mm can be used. Further, as the camera 12, a general-purpose product including an image sensor having a number of pixels per side of about (320 to 600) x (480 to 800) and a total number of pixels of 500,000 or less can be used. The imaging frame rate of the camera 12 may be in the range of about 30 to 120 fps (frame rate/second).

このようなカメラ12は、ノズル先端部6a及び該ノズル先端部6aから下方の所定範囲を視野に収めるように設置される。また、ワークディスタンスWDの変化にも対応できるように、カメラ12に対物側テレセントリックレンズを設けても良い。 Such a camera 12 is installed so as to cover the nozzle tip 6a and a predetermined range below from the nozzle tip 6a. Further, the camera 12 may be provided with an object-side telecentric lens so as to be able to cope with changes in the work distance WD.

情報処理部100は、後述するようにCPU(Central Processing Unit)等の演算部及びメモリを有するデバイスであり、パーソナルコンピュータ(PC)、ノートPC、タブレット端末等の汎用の情報処理装置、或いは専用に構成されたマイクロコンピュータによって構成することができる。 The information processing unit 100 is a device having a calculation unit such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory, as described later, and may be a general-purpose information processing device such as a personal computer (PC), a notebook PC, or a tablet terminal, or a dedicated information processing unit. It can be configured by a configured microcomputer.

操作入力部110は、入力ボタン、スイッチ、テンキー、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力デバイスによって構成され、ユーザによりなされた操作に応じた信号の入力を受け付け、演算部150に入力する。操作入力部110に対してなされる操作には、点滴の流量の設定値(目標流量)を入力する操作、点滴の開始操作又は終了操作、カメラ12に対する撮像の開始操作又は終了操作等が挙げられる。 The operation input unit 110 is configured with input devices such as input buttons, switches, numeric keys, keyboards, mice, touch panels, etc., and receives input signals according to operations performed by the user, and inputs them to the calculation unit 150. Operations performed on the operation input unit 110 include inputting a set value of the drip flow rate (target flow rate), an operation to start or end the drip, an operation to start or end imaging with the camera 12, etc. .

表示部120は、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等によって構成され、情報処理部100の制御の下で、点滴の流量の設定値や計測値等の情報を表示する。 The display unit 120 is configured with a liquid crystal display, an organic EL display, or the like, and displays information such as the set value and measured value of the drip flow rate under the control of the information processing unit 100.

図4は、情報処理部100の概略構成を示すブロック図である。図4に示すように、情報処理部100は、外部インタフェース130と、記憶部140と、演算部150とを備える。 FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the information processing section 100. As shown in FIG. 4, the information processing section 100 includes an external interface 130, a storage section 140, and a calculation section 150.

外部インタフェース130は、流量調整部8に設けられた制御弁又はポンプ部、光源11、カメラ12、操作入力部110、表示部120等の各種機器との間で信号の入出力や画像データの入力等を受け付けるインタフェースである。 The external interface 130 inputs and outputs signals and inputs image data to and from various devices such as the control valve or pump unit provided in the flow rate adjustment unit 8, the light source 11, the camera 12, the operation input unit 110, and the display unit 120. This is an interface that accepts etc.

記憶部140は、ROM、RAM等の半導体メモリやディスクドライブなどのコンピュータ読取可能な記憶媒体を用いて構成される。記憶部140は、オペレーティングシステムプログラムやドライバプログラム、情報処理部100に所定の動作を実行させるためのプログラムや、該プログラムの実行中に使用される各種データ及びパラメータ等を記憶する。 The storage unit 140 is configured using a computer-readable storage medium such as a semiconductor memory such as a ROM or a RAM, or a disk drive. The storage unit 140 stores an operating system program, a driver program, a program for causing the information processing unit 100 to execute a predetermined operation, and various data and parameters used during execution of the program.

詳細には、記憶部140は、ノズル6から滴下する液滴7の流量を制御するためのプログラムを記憶するプログラム記憶部141と、カメラ12から出力された画像データを記憶する画像データ記憶部142と、液滴7の目標流量などの各種設定値を記憶する設定値記憶部143とを含む。 Specifically, the storage unit 140 includes a program storage unit 141 that stores a program for controlling the flow rate of droplets 7 dripping from the nozzle 6, and an image data storage unit 142 that stores image data output from the camera 12. and a set value storage unit 143 that stores various set values such as the target flow rate of the droplet 7.

演算部150は、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)等のハードウェアを用いて構成され、プログラム記憶部141に記憶されているプログラムを読み込んで実行することにより、情報処理部100の各部へのデータ転送や指示を行い、情報処理部100の動作を統括的に制御する。また、演算部150は、カメラ12から取得した画像データに基づいて、ノズル6から滴下する液滴7の液切れタイミングを監視すると共に、液滴7の体積を計測し、該体積を用いて液滴の流量を制御する演算処理を実行する。詳細には、演算部150が液滴測定プログラムを実行することにより実現される機能部には、撮像制御部151と、画像処理部152と、滴下周期算出部153と、目標周期算出部154と、滴下周期調整部155と、光源制御部156とが含まれる。 The calculation unit 150 is configured using hardware such as a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and a DSP (Digital Signal Processor), and reads and executes a program stored in the program storage unit 141. By doing so, it transfers data and gives instructions to each section of the information processing section 100, thereby controlling the operation of the information processing section 100 in an integrated manner. Furthermore, based on the image data acquired from the camera 12, the calculation unit 150 monitors the timing at which the droplet 7 dropped from the nozzle 6 runs out, measures the volume of the droplet 7, and uses the volume to Performs calculation processing to control the flow rate of the droplets. Specifically, the functional units realized when the calculation unit 150 executes the droplet measurement program include an imaging control unit 151, an image processing unit 152, a dropping cycle calculation unit 153, and a target cycle calculation unit 154. , a dropping cycle adjustment section 155, and a light source control section 156.

撮像制御部151は、カメラ12に対する撮像の開始及び終了を制御すると共に、所定の撮像フレームレートで撮像を実行するようにカメラ12の動作を制御する。 The imaging control unit 151 controls the start and end of imaging for the camera 12, and also controls the operation of the camera 12 to perform imaging at a predetermined imaging frame rate.

画像処理部152は、カメラ12から出力された画像データをもとに各種画像処理を実行する。詳細には、画像処理部152は、画像生成部152aと、滴下検出部152bと、体積算出部152cとを含む。 The image processing unit 152 performs various image processing based on the image data output from the camera 12. Specifically, the image processing section 152 includes an image generation section 152a, a drip detection section 152b, and a volume calculation section 152c.

画像生成部152aは、カメラ12から順次入力される画像データに対してデモザイキング、ホワイトバランス処理、ガンマ補正等の所定の画像処理を施すことにより、ノズル6から液滴7が滴下する様子が写った画像を時系列順に生成する。 The image generation unit 152a performs predetermined image processing such as demosaicing, white balance processing, and gamma correction on the image data sequentially input from the camera 12, thereby generating a photograph of the droplet 7 dropping from the nozzle 6. images in chronological order.

滴下検出部152bは、画像生成部152aにより時系列順に生成される画像に基づいて、ノズル6から液滴7が離れて滴下し始める「液切れ」を順次検出する。詳細には、滴下検出部152bは、画像生成部152aにより順次生成される画像に対し、ノズル先端部6aが写った位置から所定の距離だけ下方の位置に、所定の大きさを有する矩形領域を設定し、該矩形領域内を監視する。そして、滴下検出部152bは、ノズル先端部6aに液滴7が垂下している状態が写った画像が検出された後に、この液滴7がノズル6から離れて落下し始めた状態が写った画像が検出された際に、「液切れ」が生じたと判断する。滴下検出部152bは、この液切れ画像が検出されたタイミングを、液切れタイミングとして出力する。また、滴下検出部152bは、所定時間内に液切れ画像が検出された回数をカウントし、この回数を液滴の滴下数として出力しても良い。 The dripping detection section 152b sequentially detects "liquid runout" in which the droplet 7 separates from the nozzle 6 and begins to drip, based on the images generated in chronological order by the image generation section 152a. Specifically, the dripping detection unit 152b creates a rectangular area having a predetermined size at a position a predetermined distance below the position where the nozzle tip 6a is captured in the images sequentially generated by the image generation unit 152a. and monitor the inside of the rectangular area. Then, after detecting an image showing the droplet 7 hanging down on the nozzle tip 6a, the dripping detection unit 152b detects an image showing the droplet 7 separating from the nozzle 6 and starting to fall. When an image is detected, it is determined that "liquid run out" has occurred. The dripping detection unit 152b outputs the timing at which this liquid-out image is detected as the liquid-out timing. Further, the droplet detection unit 152b may count the number of times a liquid out image is detected within a predetermined time, and output this number of times as the number of droplets to be dropped.

体積算出部152cは、画像生成部152aにより時系列順に生成される画像に基づいて、ノズル6から滴下する液滴7の体積を算出する。画像に基づく液滴の体積算出方法は、特に限定されない。一例として、ノズル6から離れて落下中の液滴が写った画像を二値化することにより液滴の領域を抽出し、該領域を回転体の投影像とみなして該回転体をスライスした円の面積を算出し、これらの円の面積を積算することにより回転体(液滴)の体積を算出しても良い。また、別の例として、ノズル6に垂下している落下直前の液滴の体積と、ノズル6から液滴が落下した後にノズル6に残留した液体の体積とを、それぞれ算出し、落下直前の液滴の体積から残留した液体の体積を差し引くことにより、正味の液滴の体積を算出しても良い(参考:特開2018-148962号公報)。なお、いずれの方法においても、画像に基づいて画素数のスケールで算出した液滴の体積は、実空間におけるスケール(ミリリットル又はマイクロリットル)に換算される。 The volume calculation unit 152c calculates the volume of the droplet 7 dropped from the nozzle 6 based on the images generated in chronological order by the image generation unit 152a. The method for calculating the volume of a droplet based on an image is not particularly limited. As an example, an image of a droplet falling away from the nozzle 6 is binarized to extract the region of the droplet, and this region is regarded as a projected image of a rotating body, and the rotating body is sliced into a circle. The volume of the rotating body (droplet) may be calculated by calculating the area of these circles and integrating the areas of these circles. In addition, as another example, the volume of the droplet immediately before falling into the nozzle 6 and the volume of the liquid remaining in the nozzle 6 after the droplet has fallen from the nozzle 6 are calculated, respectively, and the volume of the droplet immediately before falling is calculated. The net volume of the droplet may be calculated by subtracting the volume of the remaining liquid from the volume of the droplet (reference: JP 2018-148962A). In either method, the volume of the droplet calculated on the scale of the number of pixels based on the image is converted to the scale in real space (milliliter or microliter).

滴下周期算出部153は、滴下検出部152bにより順次検出された液切れタイミング又は滴下数に基づいて、ノズル6から液滴7が滴下する時間間隔(滴下周期)の計測値を算出する。滴下周期の計測値は、個々の液滴の滴下時刻の時間間隔であっても良いし、複数の液滴の滴下時刻の時間間隔の平均値であっても良い。 The dropping cycle calculation unit 153 calculates a measured value of the time interval (dropping cycle) at which the droplet 7 is dropped from the nozzle 6 based on the dropout timing or the number of drops sequentially detected by the dropping detection unit 152b. The measured value of the dropping period may be the time interval between the dropping times of individual droplets, or may be the average value of the time intervals between the dropping times of a plurality of droplets.

ここで、液滴が順次滴下する時刻をt0,t1,t2,…,tn,…とし、時刻tnにおける滴下周期の計測値をT(tn)とする。滴下周期算出部153は、液滴が滴下する時間間隔の差分を1滴ごとに算出することにより、滴下周期の計測値を求めても良い。具体的には次のとおりである。
T(t1)=t1-t0
T(t2)=t2-t1
T(t3)=t3-t2
Here, let t0, t1, t2, . The dropping period calculation unit 153 may obtain the measured value of the dropping period by calculating the difference in the time interval at which the droplets are dropped for each drop. Specifically, it is as follows.
T(t1)=t1-t0
T(t2)=t2-t1
T(t3)=t3-t2

或いは、滴下周期算出部153は、複数の液滴が滴下した時間間隔の平均値を滴下周期の計測値としても良い。具体的には次のとおりである。
T(t1),T(t2),…,T(t10)=(t10-t0)/10
T(t11),T(t12),…,T(t20)=(t20-t10)/10
T(t21),T(t22),…,T(t30)=(t30-t20)/10
Alternatively, the dropping cycle calculation unit 153 may use the average value of the time intervals at which a plurality of droplets are dropped as the measured value of the dropping cycle. Specifically, it is as follows.
T(t1), T(t2),..., T(t10) = (t10-t0)/10
T(t11), T(t12),..., T(t20)=(t20-t10)/10
T(t21), T(t22),..., T(t30)=(t30-t20)/10

また、滴下周期算出部153は、時間間隔の平均値を算出する際に液滴が滴下する時刻を重複して用いても良い。即ち、次のとおりである。
T(t10)=(t10-t0)/10,
T(t15)=(t15-t5)/10,
T(t20)=(t20-t10)/10,…
Furthermore, the dropping period calculation unit 153 may use the times at which droplets are dropped overlappingly when calculating the average value of the time intervals. That is, as follows.
T(t10)=(t10-t0)/10,
T(t15)=(t15-t5)/10,
T(t20)=(t20-t10)/10,...

別の方法として、滴下周期算出部153は、所定期間(例えば1分間、10分間など)内における液滴の滴下数に基づいて、滴下周期の計測値を算出しても良い。具体的には次のとおりである。
(滴下周期)=(所定時間)/(滴下数)
Alternatively, the dropping cycle calculation unit 153 may calculate the measured value of the dropping cycle based on the number of droplets dropped within a predetermined period (for example, 1 minute, 10 minutes, etc.). Specifically, it is as follows.
(Drop cycle) = (predetermined time) / (number of drops)

滴下周期の計測において平均値を算出する際の液滴の範囲は特に限定されない。好ましくは、数滴~数十滴の範囲を用いることができ、より好ましくは、10滴~50滴程度の範囲を用いることができる。 The range of droplets when calculating the average value in measuring the dropping period is not particularly limited. Preferably, a range of several drops to several tens of drops can be used, and more preferably a range of about 10 to 50 drops can be used.

目標周期算出部154は、体積算出部152cにより算出された液滴7の体積(V(mL))と、設定値記憶部143に記憶された目標流量(F0(mL/h))とに基づき、次式(1)により目標滴下周期(T(sec))を算出する。
T(sec)=3600/(F0/V) …(1)
The target period calculation unit 154 calculates the period based on the volume (V (mL)) of the droplet 7 calculated by the volume calculation unit 152c and the target flow rate (F0 (mL/h)) stored in the set value storage unit 143. , the target dropping period (T (sec)) is calculated using the following equation (1).
T (sec) = 3600/(F0/V)...(1)

滴下周期調整部155は、ノズル6から滴下する液滴の滴下周期の計測値が目標滴下周期に近づくように、流量調整部8に設けられた制御弁又はポンプ部を制御する。 The dropping cycle adjustment unit 155 controls the control valve or pump unit provided in the flow rate adjusting unit 8 so that the measured value of the dropping cycle of droplets dropped from the nozzle 6 approaches the target dropping cycle.

光源制御部156は、光源11が有する調光部CLを制御して、発光素子Lのオンオフの切り替え及び光量の調整を、素子ごと又は素子群ごとに実行させる。 The light source control unit 156 controls the light control unit CL included in the light source 11 to turn on/off the light emitting elements L and adjust the amount of light for each element or for each element group.

なお、演算部150のハードウェア構成は上述したものに限定されず、FPGA(Field Programmable Gate Array)などの回路を用いて、演算部150の各機能構成を実現しても良い。 Note that the hardware configuration of the calculation unit 150 is not limited to that described above, and each functional configuration of the calculation unit 150 may be realized using a circuit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array).

(流量制御方法の概要)
本実施形態に係る流量制御方法は、ノズル6から滴下する液滴の体積を、該液滴が写った画像に基づいて計測し、計測した液滴の体積と目標流量とに基づいて、適切な滴下周期(目標周期)を算出し、滴下周期が目標周期に近づくように流量調整部8の動作を制御するものである。
(Summary of flow rate control method)
The flow rate control method according to the present embodiment measures the volume of a droplet dripping from the nozzle 6 based on an image of the droplet, and determines an appropriate flow rate based on the measured volume of the droplet and a target flow rate. It calculates the dropping period (target period) and controls the operation of the flow rate adjustment unit 8 so that the dropping period approaches the target period.

ここで、一般的な点滴システムにおいては、ノズルから滴下する液滴の体積は一定であることが前提とされており、滴下周期のみを調整することにより流量制御が行われている。具体的には、点滴のノズルとしては、20滴/mL用及び60滴/mL用の2種類が存在しており、前者においては液滴1つの体積が50.0μL、後者では液滴1つの体積が16.67μLに固定され、これらの固定値を用いて目標滴下周期が算出される。 Here, in a general drip system, it is assumed that the volume of droplets dropped from a nozzle is constant, and the flow rate is controlled by adjusting only the drop period. Specifically, there are two types of drip nozzles: one for 20 drops/mL and one for 60 drops/mL. The volume is fixed at 16.67 μL, and the target dropping period is calculated using these fixed values.

しかしながら、本願発明者らが、ノズルから滴下する液滴の体積を画像に基づいて計測する実験を行ったところ、同じ種類の液体を同じ径のノズルから滴下させる場合であっても、滴下周期によって液滴の体積が変化することを発見した。図5~図8は、その実験結果を示すグラフであり、滴下周期による液滴の体積の変化を示している。このうち、図5は、生理食塩水の体積の変化を示す。図6は、糖液の体積の変化を示す。図7は、超純水の体積の変化を示す。 However, when the inventors conducted an experiment to measure the volume of droplets dripping from a nozzle based on images, it was found that even when the same type of liquid is dripped from nozzles with the same diameter, the droplet frequency varies depending on the droplet frequency. It was discovered that the volume of the droplet changes. FIGS. 5 to 8 are graphs showing the experimental results, and show changes in the volume of droplets depending on the dropping period. Of these, FIG. 5 shows changes in the volume of physiological saline. FIG. 6 shows changes in the volume of sugar solution. FIG. 7 shows the change in volume of ultrapure water.

生理食塩水の場合、図5の(a)に示すように、20滴/mL用のノズルから滴下する液滴の体積は、想定される体積(50.0μL/滴)よりも大きく、特に、滴下周期が短い場合に誤差が大きい。また、図5の(b)に示すように、60滴/mLのノズルから滴下する液滴の体積は、想定される体積(16.67μL/滴)よりも小さく、滴下周期によりばらつきがある。 In the case of physiological saline, as shown in FIG. 5(a), the volume of the droplets dropped from the 20 drops/mL nozzle is larger than the expected volume (50.0 μL/drop), and in particular, The error is large when the dropping cycle is short. Furthermore, as shown in FIG. 5B, the volume of droplets dropped from the 60 drop/mL nozzle is smaller than the expected volume (16.67 μL/drop) and varies depending on the drop period.

一方、糖液の場合、図6の(a)に示すように、20滴/mL用のノズルから滴下する液滴の体積は、想定される体積よりも小さく、特に、滴下周期が長くなるほど誤差が顕著になる。また、図6の(b)に示すように、60滴/mLのノズルから滴下する液滴の体積は、想定される体積よりも小さく、やはり滴下周期が長くなるほど誤差が大きくなる。 On the other hand, in the case of sugar solution, as shown in FIG. 6(a), the volume of droplets dropped from a 20 drop/mL nozzle is smaller than the expected volume, and the longer the drop cycle is, the more the error occurs. becomes noticeable. Further, as shown in FIG. 6B, the volume of the droplet dropped from the 60 drop/mL nozzle is smaller than the expected volume, and the error increases as the drop period becomes longer.

超純水の場合、図7の(a)に示すように、20滴/mL用のノズルから滴下する液滴の体積は、滴下周期が1.0秒近傍から離れるほど、想定される体積との誤差が大きくなる。図7の(b)に示すように、60滴/mLのノズルから滴下する液滴の体積についても同様である。 In the case of ultrapure water, as shown in FIG. 7(a), the volume of droplets dropped from a 20 drop/mL nozzle becomes smaller than the expected volume as the drop period moves away from around 1.0 seconds. The error becomes larger. As shown in FIG. 7(b), the same holds true for the volume of droplets dropped from the 60 drop/mL nozzle.

このように、実際には、液滴の体積と滴下周期とが互いに相関しているため、ノズルから滴下する液滴の体積は一定であることを前提とし、滴下周期のみを調整する一般的な流量制御方法では、流量を精度良く制御することが困難である。これに対し、画像処理により液滴の体積を継続的に計測することで、流量を精密に制御することも考えられる。しかしながら、この場合、流量制御にかかる演算処理の負荷が大きくなってしまう。その結果、ハイスペックな情報処理部が必要となり、流量制御システムや輸液ポンプの小型化や省電力化が困難になる。 In this way, in reality, the droplet volume and the dropping period are correlated with each other, so the general method that only adjusts the dropping period assumes that the volume of the droplet dropping from the nozzle is constant. With the flow rate control method, it is difficult to control the flow rate with high precision. On the other hand, it is also possible to precisely control the flow rate by continuously measuring the volume of droplets using image processing. However, in this case, the computational processing load involved in controlling the flow rate increases. As a result, a high-spec information processing unit is required, making it difficult to downsize and save power of the flow rate control system and infusion pump.

また、点滴を開始してから時間が経過すると、点滴筒4内において跳ね返った液が内壁に付着したり、点滴筒4の内壁が蒸気により曇ったりする。そのため、時間の経過に伴い、画像に写った液滴の領域を正確に検出することが徐々に困難になり、画像に基づく液滴の体積計測の誤差が増大することもある。つまり、画像処理により計測した液滴の体積に基づいて流量を継続的に制御すると、かえって流量の誤差が大きくなるおそれがある。 Furthermore, as time passes after starting the drip, the liquid that has bounced back inside the drip tube 4 may adhere to the inner wall, or the inner wall of the drip tube 4 may become cloudy due to steam. Therefore, as time passes, it becomes increasingly difficult to accurately detect the region of the droplet in the image, and the error in measuring the volume of the droplet based on the image may increase. In other words, if the flow rate is continuously controlled based on the volume of the droplet measured by image processing, there is a risk that the error in the flow rate will increase instead.

そこで、本願発明者らは、滴下周期による液滴の体積の変動を考慮しつつも、演算処理の負荷を抑制し、点滴における流量を精度良く制御することができる本実施形態に係る流量制御方法に想到した。以下、本実施形態に係る流量制御方法を詳しく説明する。 Therefore, the inventors of the present invention have proposed a flow rate control method according to the present embodiment, which is capable of controlling the flow rate of an infusion with high precision while suppressing the computational processing load while taking into account the variation in droplet volume due to the droplet cycle. I came up with this idea. The flow rate control method according to this embodiment will be described in detail below.

(流量制御方法の詳細)
図8は、流量制御システム10の動作に示すフローチャートである。図9及び図10は、本実施形態に係る流量制御方法における光源の制御を説明するための画像である。このうち、図9は、20滴/mL用のノズルの先端部近傍を照明している状態を示し、図10は、60滴/mL用のノズルの先端部近傍を照明している状態を示す。
(Details of flow rate control method)
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the flow control system 10. 9 and 10 are images for explaining the control of the light source in the flow rate control method according to the present embodiment. Of these, FIG. 9 shows the state in which the vicinity of the tip of the nozzle for 20 drops/mL is illuminated, and FIG. 10 shows the state in which the vicinity of the tip of the nozzle for 60 drops/mL is illuminated. .

点滴開始に先立って、ユーザは、点滴筒4に対する光源11及びカメラ12の位置を調整する(図1参照)。この際、ユーザは、情報処理部100を操作し、カメラ12に撮像させた画像を表示部120に表示させ、画像を見ながら、ノズル先端部6a及びノズル先端部6aの下方の所定範囲がカメラの視野に入るように、光源11、点滴筒4、及びカメラ12の位置関係を調整することができる。 Prior to starting the drip, the user adjusts the positions of the light source 11 and camera 12 with respect to the drip tube 4 (see FIG. 1). At this time, the user operates the information processing unit 100 to display the image captured by the camera 12 on the display unit 120, and while viewing the image, the user can check whether the nozzle tip 6a and a predetermined range below the nozzle tip 6a are visible to the camera. The positional relationship between the light source 11, the drip tube 4, and the camera 12 can be adjusted so that they are within the field of view.

まず、情報処理部100は、初期設定として、操作入力部110から入力された信号に基づいて、ノズル6から滴下させる液滴7の流量(目標流量F0)を設定する(ステップS101)。この目標流量は、記憶部140に記憶される。 First, as an initial setting, the information processing section 100 sets the flow rate (target flow rate F0) of the droplet 7 to be dropped from the nozzle 6 based on a signal input from the operation input section 110 (step S101). This target flow rate is stored in the storage unit 140.

続いて、情報処理部100は、カメラ12の撮像を開始させる(ステップS102)。これより、カメラ12において生成された画像データが情報処理部100に順次入力される。 Subsequently, the information processing unit 100 causes the camera 12 to start capturing images (step S102). From this, the image data generated by the camera 12 is sequentially input to the information processing section 100.

この際、情報処理部100の光源制御部156は、光源11の全ての発光素子Lを点灯させても良い。これにより、カメラ12の視野のうち、少なくとも、ノズル6から滴下する液滴7の液切れの検出及びノズル6から滴下する液滴7の体積の算出に必要な領域が照明されるようにする。液滴7の体積の算出に必要な領域は、液滴の体積算出アルゴリズムによって異なる。例えば、ノズル6から離れて落下している最中の液滴の像を捉えて体積を算出する場合、ノズル6の先端部6a及びノズル6の下方の比較的長い範囲(例えば、液滴7の寸法の4~5倍程度)が照明されるようにする。これに対し、ノズル6に垂下している落下直前の液滴の像を捉えて体積を算出する場合、ノズル6の下方を照明する範囲は、より短くても良い(例えば、液滴7の寸法の1~2倍程度。図9の(a)及び図10の(a)参照)。 At this time, the light source control section 156 of the information processing section 100 may turn on all the light emitting elements L of the light source 11. As a result, at least a region of the field of view of the camera 12 necessary for detecting the lack of liquid droplet 7 dropping from the nozzle 6 and calculating the volume of the droplet 7 dropping from the nozzle 6 is illuminated. The area required to calculate the volume of the droplet 7 differs depending on the droplet volume calculation algorithm. For example, when calculating the volume by capturing an image of a droplet falling away from the nozzle 6, the tip 6a of the nozzle 6 and a relatively long area below the nozzle 6 (for example, the droplet 7 (approximately 4 to 5 times the size) will be illuminated. On the other hand, when calculating the volume by capturing the image of the droplet just before falling, the area below the nozzle 6 may be shorter (for example, the size of the droplet 7 1 to 2 times (see FIG. 9(a) and FIG. 10(a)).

その後、情報処理部100は、操作入力部110に対する操作に応じて、流量調整部8に制御信号を送信して点滴を開始させると共に、滴下周期の計測を開始する(ステップS103)。即ち、カメラ12から順次入力される画像データに基づいて、画像処理部152(滴下検出部152b)が、ノズル6から滴下する液滴の液切れタイミングの検出を開始し、この液切れタイミングに基づいて、滴下周期算出部153が滴下周期の算出を開始する。もちろん、所定期間における液切れの回数(滴下数)に基づいて滴下周期を算出しても良い。 Thereafter, the information processing unit 100 transmits a control signal to the flow rate adjustment unit 8 to start dripping in response to the operation on the operation input unit 110, and starts measuring the dripping cycle (step S103). That is, based on the image data sequentially inputted from the camera 12, the image processing unit 152 (droplet detection unit 152b) starts detecting the timing when the droplets dripping from the nozzle 6 run out, and detects the timing when the droplets drop from the nozzle 6 runs out. Then, the dropping cycle calculation unit 153 starts calculating the dropping cycle. Of course, the dropping cycle may be calculated based on the number of times the liquid runs out (the number of drops) in a predetermined period.

ここで、点滴開始時においては、制御弁9が閉じられている状態から徐々に制御弁を開放するが、このときは、目標流量に基づいて暫定的に目標滴下周期を設定し、滴下周期の計測値が暫定的な目標滴下周期に近づくように、流量調整部8を制御して制御弁9を開いていく。例えば、20滴/mL用のノズルを用いる場合、1滴あたりの理論上の体積は0.05mLであるから、目標流量が300mL/hである場合、暫定的な目標滴下周期は0.6秒となる。 Here, at the time of starting the infusion, the control valve 9 is gradually opened from the closed state, but at this time, the target dripping cycle is provisionally set based on the target flow rate, and the dripping cycle is The flow rate adjustment unit 8 is controlled to open the control valve 9 so that the measured value approaches the provisional target dropping cycle. For example, when using a nozzle for 20 drops/mL, the theoretical volume per drop is 0.05 mL, so if the target flow rate is 300 mL/h, the tentative target drop cycle is 0.6 seconds. becomes.

しかしながら、点滴開始時においては、オーバーフローを防ぐために、本来の目標流量よりも小さい流量に基づいて暫定的な目標滴下周期(第3の目標滴下周期)を設定しても良い。例えば、オーバーフローしない流量として、本来の目標流量の1/2(或いは1/3、1/4等)を設定しても良い。或いは、オーバーフローしない流量として、本来の目標流量から所定の値をマイナスした値(例えばマイナス100mL/h)を設定しても良い。例えば、本来の目標流量300mL/hに対し、オーバーフローしない流量として、1/2である150mL/hを設定した場合、20滴/mL用のノズルを用いる場合には、暫定的な目標滴下周期は1.2秒となる。 However, at the start of dripping, in order to prevent overflow, a provisional target dripping period (third target dripping period) may be set based on a flow rate smaller than the original target flow rate. For example, the flow rate that does not overflow may be set to 1/2 (or 1/3, 1/4, etc.) of the original target flow rate. Alternatively, a value obtained by subtracting a predetermined value from the original target flow rate (for example, minus 100 mL/h) may be set as the flow rate that does not overflow. For example, if you set the original target flow rate of 300 mL/h to 150 mL/h, which is 1/2 as a flow rate that will not overflow, and if you use a nozzle for 20 drops/mL, the tentative target drip cycle is It will be 1.2 seconds.

点滴が開始され、滴下周期の計測値が概ね暫定的な目標滴下周期近傍となるように制御弁9が開放された後、体積算出部152cは、カメラ12から入力される画像データに基づいて、ノズル6から滴下する液滴の体積Va(第1の液滴の体積)を算出する(ステップS104)。最初に体積Vaが算出されるタイミングは、暫定的な目標滴下周期による流量制御の期間にもよるが、概ね、点滴開始時から数秒~十数秒或いは数十秒の期間内になることがある。また、体積Vaとして出力される値は、1滴について算出された体積であっても良いし、複数滴について算出された体積の平均値であっても良い。例えば、連続して滴下した数滴~十数滴の体積の平均値を体積Vaとしても良い。 After the drip is started and the control valve 9 is opened so that the measured value of the drip cycle is approximately in the vicinity of the provisional target drip cycle, the volume calculation unit 152c, based on the image data input from the camera 12, The volume Va of the droplet dropped from the nozzle 6 (volume of the first droplet) is calculated (step S104). The timing at which the volume Va is first calculated depends on the period of flow rate control based on the provisional target dripping cycle, but may generally be within a period of several seconds to tens of seconds or tens of seconds from the start of dripping. Further, the value output as the volume Va may be the volume calculated for one drop, or may be the average value of the volumes calculated for multiple drops. For example, the volume Va may be the average value of the volumes of several to ten or more drops that are continuously dropped.

続いて、目標周期算出部154は、液滴の体積Vaと点滴の目標流量F0とに基づいて、目標滴下周期Ta(第1の目標滴下周期:Ta=Va/F0)を算出する(ステップS105)。 Subsequently, the target period calculating unit 154 calculates a target dropping period Ta (first target dropping period: Ta=Va/F0) based on the volume Va of the droplet and the target flow rate F0 of the drip (step S105 ).

滴下周期調整部155は、滴下周期算出部153により算出される滴下周期(計測値)が安定したか否かを判定する(ステップS106)。ここで、滴下周期が安定したとは、滴下周期が一定の誤差の範囲内に数十秒~数分間にわたって収まっている状態のことである。誤差の範囲としては、例えば、数滴~数十滴(10滴~50滴程度)の平均で誤差±10%程度が許容される。 The dropping cycle adjustment unit 155 determines whether the dropping cycle (measured value) calculated by the dropping cycle calculating unit 153 is stable (step S106). Here, the expression that the dropping period is stable means that the dropping period remains within a certain error range for several tens of seconds to several minutes. As for the range of error, for example, an average error of about ±10% for several drops to several tens of drops (about 10 to 50 drops) is allowed.

滴下周期が安定していない場合(ステップS106:No)、滴下周期調整部155は、流量調整部8に対する制御により、滴下周期の計測値が目標滴下周期Taに近づくように調整する(ステップS107、第1のフィードバック制御)。 If the dropping cycle is not stable (Step S106: No), the dropping cycle adjustment unit 155 controls the flow rate adjusting unit 8 so that the measured value of the dropping cycle approaches the target dropping cycle Ta (Step S107, (first feedback control).

滴下周期が安定した後(ステップS106:Yes)、体積算出部152cは、カメラ12から入力される画像データに基づいて、ノズル6からの滴下する液滴7の体積Vb(第2の液滴の体積)を算出する(ステップS108)。体積Vbとして出力される値についても、1滴について算出された体積であっても良いし、複数滴について算出された体積の平均値であっても良い。 After the dropping cycle is stabilized (step S106: Yes), the volume calculating unit 152c calculates the volume Vb of the droplet 7 dripping from the nozzle 6 (the volume Vb of the second droplet) based on the image data input from the camera 12. volume) is calculated (step S108). The value output as the volume Vb may also be the volume calculated for one drop, or the average value of the volumes calculated for multiple drops.

続いて、目標周期算出部154は、液滴の体積Vbと点滴の目標流量F0とに基づいて、目標滴下周期Tb(第2の目標滴下周期:Tb=Vb/F0)を算出する(ステップS109)。 Subsequently, the target period calculating unit 154 calculates a target dropping period Tb (second target dropping period: Tb=Vb/F0) based on the volume Vb of the droplet and the target flow rate F0 of the drip (step S109 ).

滴下周期調整部155は、滴下周期算出部153により算出される滴下周期(計測値)が目標滴下周期Tbと一致しているか否かを判定する(ステップS110)。滴下周期の計測値が目標滴下周期Tbに一致している場合(ステップS110:Yes)、処理は直接ステップS112に移行する。他方、滴下周期の計測値が目標滴下周期Tbからずれている場合(ステップS110:No)、滴下周期調整部155は、計測値が目標滴下周期Tbに近づくように、滴下周期を微調整する(ステップS111、第2のフィードバック制御)。その後、処理はステップS112に移行する。 The dropping cycle adjustment unit 155 determines whether the dropping cycle (measured value) calculated by the dropping cycle calculating unit 153 matches the target dropping cycle Tb (step S110). If the measured value of the dropping cycle matches the target dropping cycle Tb (step S110: Yes), the process directly moves to step S112. On the other hand, if the measured value of the dropping cycle deviates from the target dropping cycle Tb (step S110: No), the dropping cycle adjustment unit 155 finely adjusts the dropping cycle so that the measured value approaches the target dropping cycle Tb ( Step S111, second feedback control). After that, the process moves to step S112.

ここで、第2のフィードバック制御の実行中、カメラ12から入力される画像データは、もっぱら、滴下周期の計測のための液切れタイミングの検出に用いられる。そのため、光源制御部156は、カメラ12の視野のうち、液切れタイミングの検出に必要な領域が照明される範囲内で、一部の発光素子Lを消灯させても良い。具体的には、ノズル6に垂下する液滴7の上部辺りが照明されていれば良い(図9の(b)、図10の(b)参照)。例えば、図2及び図3に示す光源11においては、第1のフィードバック制御から第2のフィードバック制御に移行した際に、行11a,11b,11e,11fの発光素子Lを消灯し、行11c,11dの発光素子Lのみを発光させることにより、このような照明状態を実現することができる。 Here, during execution of the second feedback control, the image data input from the camera 12 is used exclusively for detecting the timing of liquid exhaustion for measuring the drip cycle. Therefore, the light source control unit 156 may turn off some of the light emitting elements L within the field of view of the camera 12, within a range where the area necessary for detecting the timing of liquid exhaustion is illuminated. Specifically, it is sufficient that the upper part of the droplet 7 hanging down the nozzle 6 is illuminated (see (b) in FIG. 9 and (b) in FIG. 10). For example, in the light source 11 shown in FIGS. 2 and 3, when the first feedback control shifts to the second feedback control, the light emitting elements L in the rows 11a, 11b, 11e, and 11f are turned off, and the light emitting elements L in the rows 11c, Such an illumination state can be realized by causing only the light emitting element L of 11d to emit light.

また、第1のフィードバック制御から第2のフィードバック制御に移行した際に、光源11の一部の発光素子Lを消灯した上で、発光中の発光素子Lの光量を増加させても良い。具体的には、第2のフィードバック制御の実行中に発光させる発光素子Lのトータルの光量が、第1のフィードバック制御の実行中に発光させていた発光素子Lのトータルの光量と同程度になるように、第2のフィードバック制御の実行中に引き続き発光させる各発光素子Lの調光値を大きくする(図9の(c)、図10の(c)参照)。例えば、図2及び図3に示す光源11において、各発光素子Lの調光値の最小値が0、最大値が200である場合、全ての発光素子Lを発光させるときの各発光素子Lの調光値を27とし、行11c,11dの発光素子Lのみを発光させるときの各発光素子Lの調光値を55とすることで、トータルの調光値を概ね同程度にすることができる。このように調光値を制御することにより、第2のフィードバック制御の実行中においても、第1のフィードバック制御の実行中と同程度の明るさの画像を取得することができる。 Further, when shifting from the first feedback control to the second feedback control, some of the light emitting elements L of the light source 11 may be turned off, and then the light amount of the light emitting elements L that are emitting light may be increased. Specifically, the total amount of light from the light emitting elements L that emit light during execution of the second feedback control becomes approximately the same as the total amount of light from the light emitting elements L that emit light during the execution of the first feedback control. In this way, the dimming value of each light emitting element L that continues to emit light during execution of the second feedback control is increased (see (c) in FIG. 9 and (c) in FIG. 10). For example, in the light source 11 shown in FIGS. 2 and 3, if the minimum dimming value of each light emitting element L is 0 and the maximum value is 200, each light emitting element L is By setting the dimming value to 27 and setting the dimming value of each light emitting element L to 55 when only the light emitting elements L in rows 11c and 11d emit light, the total dimming value can be made approximately the same. . By controlling the dimming value in this way, even during execution of the second feedback control, it is possible to obtain an image with approximately the same brightness as during execution of the first feedback control.

情報処理部100は、規定量の点滴が終了するまで、ステップS110~S112の処理を繰り返す(ステップS112:No、ステップS110)。規程量の点滴が終了すると(ステップS112:Yes)、情報処理部100はカメラ12に撮像を終了させる(ステップS113)。その後、流量制御システム10の動作は終了する。 The information processing unit 100 repeats the processes of steps S110 to S112 until the specified amount of infusion is completed (step S112: No, step S110). When the prescribed amount of infusion is completed (step S112: Yes), the information processing unit 100 causes the camera 12 to end imaging (step S113). After that, the operation of the flow control system 10 ends.

(第1の実施例)
図1に示す点滴システム1において点滴し、流量制御する実験を行った。実験条件は以下のとおりである。
チャンバー:室温:24℃、湿度:0%RHに維持された恒温槽
輸液セット:20滴/1mL用の市販品
輸液:蒸留水
輸液密度:0.997316g/mL
目標流量:300mL/h
点滴期間:120分
(First example)
An experiment was conducted in which the drip was performed using the drip system 1 shown in FIG. 1 and the flow rate was controlled. The experimental conditions are as follows.
Chamber: Room temperature: 24°C, humidity: 0% RH in a constant temperature bath Infusion set: Commercially available product for 20 drops/1mL Infusion: Distilled water Infusion density: 0.997316g/mL
Target flow rate: 300mL/h
Infusion period: 120 minutes

図11は、第1の実施例におけるスタートアップカーブを示すグラフである。ここで、スタートアップカーブとは、輸液開始直後から流量が安定するまでの流量特性を示す。図11において、横軸は点滴開始からの経過時間(分)を示し、縦軸は流量(mL/h)の実測値を示す。 FIG. 11 is a graph showing a startup curve in the first example. Here, the startup curve indicates the flow rate characteristics from immediately after the start of infusion until the flow rate becomes stable. In FIG. 11, the horizontal axis shows the elapsed time (minutes) from the start of infusion, and the vertical axis shows the actual measured value of the flow rate (mL/h).

実験においては、まず、流量調整部8に設けられた制御弁を徐々に開放することにより点滴を開始した。その後、カメラで撮像することにより得られた画像に基づいて液滴の体積Vaを計測した。そして、この体積Vaを元に第1の目標滴下周期Ta(=Va/F0)を算出した。 In the experiment, dripping was first started by gradually opening the control valve provided in the flow rate adjustment unit 8. Thereafter, the volume Va of the droplet was measured based on the image obtained by taking an image with a camera. Then, a first target dropping period Ta (=Va/F0) was calculated based on this volume Va.

その後、滴下周期が目標滴下周期Taに近づくように、制御弁を少しずつ調整した。なお、実際の調整は、1分あたりの滴下数又は10分あたりの滴下数をカウントし、このカウント数が、目標滴下周期Taより算出される時間あたりの目標カウント数に近づくように制御弁を開閉することにより行った。この調整により、図11に示すように、点滴開始から約5分経過する頃から滴下周期が安定し始めた。このような制御を、点滴開始から約10分間継続した(期間t1参照)。 Thereafter, the control valve was adjusted little by little so that the dropping cycle approached the target dropping cycle Ta. In addition, in the actual adjustment, the number of drops per minute or the number of drops per 10 minutes is counted, and the control valve is adjusted so that this counted number approaches the target number of drops per time calculated from the target dropping period Ta. This was done by opening and closing. As a result of this adjustment, as shown in FIG. 11, the dripping cycle began to become stable from about 5 minutes after the start of dripping. Such control was continued for about 10 minutes from the start of the infusion (see period t1).

点滴開始から約10分経過後、カメラで撮像することにより得られた画像に基づいて液滴の体積Vbを計測し、この体積Vbを元に第2の目標滴下周期Tb(=Vb/F0)を算出した。そして、滴下周期が目標滴下周期Tbに近づくように、制御弁を制御した。なお、実際の調整は、1分あたりの滴下数又は10分あたりの滴下数が、目標滴下周期Tbから算出される時間あたりの目標カウント数に近づくように制御弁を開閉することにより行った(期間t2参照)。このような制御をトータルで約120分間行った。 Approximately 10 minutes after the start of the infusion, the volume Vb of the droplet is measured based on the image captured by the camera, and the second target drip cycle Tb (=Vb/F0) is determined based on this volume Vb. was calculated. Then, the control valve was controlled so that the dropping cycle approached the target dropping cycle Tb. The actual adjustment was performed by opening and closing the control valve so that the number of drops per minute or the number of drops per 10 minutes approached the target number of counts per time calculated from the target dropping cycle Tb ( (See period t2). Such control was performed for about 120 minutes in total.

流量の実測値は、所定期間に滴下した複数の液滴の重量を電子天秤(株式会社島津製作所製、型式:AUW220D)により測定し、この重量を輸液密度で割ることにより体積値を算出し、この体積値を単位時間あたりの値に換算することにより求めた。 The actual value of the flow rate is determined by measuring the weight of multiple droplets dropped during a predetermined period using an electronic balance (manufactured by Shimadzu Corporation, model: AUW220D), and calculating the volume value by dividing this weight by the infusion density. This volume value was calculated by converting it into a value per unit time.

図11においては、時間の経過に伴い、流量の実測値が目標流量(300mL/h)近傍に収束していく様子が見られる。この実験において、流量の実測値の平均値は、滴下開始後0分~60分では294.38mL/h、60分~120分では296.06mL/hであり、時間が経つほど流量制御の精度が向上することがわかる。 In FIG. 11, it can be seen that the measured value of the flow rate converges around the target flow rate (300 mL/h) as time passes. In this experiment, the average measured value of the flow rate was 294.38 mL/h from 0 minutes to 60 minutes after the start of dripping, and 296.06 mL/h from 60 minutes to 120 minutes, and the more time passes, the more accurate the flow rate control becomes. It can be seen that the results are improved.

図12及び図13は、第1の実施例による流量制御におけるトランペットカーブを示すグラフである。このうち、図12は、全測定期間(0~120分)に関するグラフであり、図13は、後半1時間(60~120分)に関するグラフである。ここで、トランペットカーブとは、測定期間に対して設定した観測ウィンドウごとに流量誤差の最大値と最小値をプロットしたものであり、安定状態における流量誤差の変動特性を示す。具体的には、上側のカーブと下側のカーブとの間隔が狭いほど流量誤差の変動が少ないことを示す。図12及び図13からも、第2のフィードバック制御を実行した後半の方が、誤差変動が少なく、より精度良く流量を制御できていることがわかる。 12 and 13 are graphs showing trumpet curves in flow rate control according to the first embodiment. Of these, FIG. 12 is a graph regarding the entire measurement period (0 to 120 minutes), and FIG. 13 is a graph regarding the latter half hour (60 to 120 minutes). Here, the trumpet curve is a plot of the maximum and minimum values of the flow rate error for each observation window set for the measurement period, and indicates the fluctuation characteristics of the flow rate error in a stable state. Specifically, the narrower the interval between the upper curve and the lower curve, the smaller the fluctuation in the flow rate error. It can also be seen from FIGS. 12 and 13 that in the second half when the second feedback control is executed, the error fluctuation is smaller and the flow rate can be controlled with higher accuracy.

(第2の実施例)
上記第1の実施例に対し、輸液セット及び目標流量を変更し、流量制御する実験を行った。輸液セットとして60滴/1mL用の市販品を用い、目標流量を75mL/hに設定したこと以外、実験条件及び実験手順は第1の実施例と同様である。
(Second example)
An experiment was conducted to control the flow rate by changing the infusion set and target flow rate for the first example. The experimental conditions and experimental procedures were the same as in the first example, except that a commercial product for 60 drops/1 mL was used as the infusion set, and the target flow rate was set to 75 mL/h.

図14は、第2の実施例におけるスタートアップカーブを示すグラフである。図14においても、時間の経過に伴い、流量の実測値が目標流量(75mL/h)近傍に収束していく様子が見られる。この実験において、流量の実測値の平均値は、滴下開始後0分~60分では75.96mL/h、60分~120分では75.16mL/hであり、時間が経つほど流量制御の精度が向上することがわかる。 FIG. 14 is a graph showing a startup curve in the second example. Also in FIG. 14, it can be seen that the actual measured value of the flow rate converges around the target flow rate (75 mL/h) as time passes. In this experiment, the average measured value of the flow rate was 75.96 mL/h from 0 minutes to 60 minutes after the start of dripping, and 75.16 mL/h from 60 minutes to 120 minutes, and the accuracy of flow rate control increases as time passes. It can be seen that the results are improved.

図15及び図16は、第2の実施例による流量制御におけるトランペットカーブを示すグラフである。このうち、図15は、全測定期間(0~120分)に関するグラフであり、図16は、後半1時間(60~120分)に関するグラフである。図15及び図16においても、第2のフィードバック制御を実行した後半の方が、誤差変動が少なく、より精度良く流量を制御できていることが示されている。 15 and 16 are graphs showing trumpet curves in flow rate control according to the second embodiment. Of these, FIG. 15 is a graph regarding the entire measurement period (0 to 120 minutes), and FIG. 16 is a graph regarding the latter half hour (60 to 120 minutes). Also in FIGS. 15 and 16, it is shown that the error fluctuation is smaller in the second half when the second feedback control is executed, and the flow rate can be controlled with higher accuracy.

以上説明したように、本実施形態によれば、流量の設定値と、液滴が写った画像に基づいて計測された液滴の体積とに基づいて目標滴下周期を算出し、この目標滴下周期に近づくように滴下周期を調整する。従って、滴下周期に応じた液滴の体積の変動分も加味した精度の良い流量制御を行うことができる。 As explained above, according to the present embodiment, the target dropping cycle is calculated based on the set value of the flow rate and the volume of the droplet measured based on the image of the droplet, and the target dropping cycle is Adjust the dripping cycle so that it approaches . Therefore, it is possible to perform highly accurate flow rate control that also takes into account variations in the volume of droplets depending on the droplet cycle.

また、本実施形態においては、第1のフィードバック制御において用いられる第1の目標滴下周期、及び、第2のフィードバック制御において用いられる第2の目標滴下周期を算出する際においてのみ、画像に基づく液滴の体積を計測するので、常に液滴の体積を計測する場合と比較して、演算処理の負荷を大幅に抑制することができる。 In addition, in this embodiment, only when calculating the first target dropping cycle used in the first feedback control and the second target dropping cycle used in the second feedback control, the liquid droplet based on the image is used. Since the volume of the droplet is measured, the load on calculation processing can be significantly reduced compared to the case where the volume of the droplet is always measured.

また、本実施形態によれば、第2のフィードバック制御が開始された後は、画像に基づく液滴の体積計測を行わず、既に算出された第2の目標滴下周期に基づいて制御を行うので、時間の経過に伴って増大する体積の計測誤差に起因する流量の調整不良を抑制することができる。 Further, according to the present embodiment, after the second feedback control is started, the volume measurement of the droplet based on the image is not performed, and the control is performed based on the already calculated second target dropping cycle. , it is possible to suppress maladjustment of flow rate due to volume measurement error that increases over time.

また、本実施形態によれば、第2のフィードバック制御に移行した際に、カメラ12の視野のうち液切れタイミングの検出に必要な領域が照明される範囲内で、光源11の一部の発光素子Lを消灯するので、流量制御システム10において比較的消費電力が大きい光源11の電力を抑制することができる。従って、光源11をバッテリーで駆動する場合には、駆動時間を延長することが可能となる。 Further, according to the present embodiment, when transitioning to the second feedback control, a part of the light source 11 emits light within a range in which the area necessary for detecting the timing of liquid exhaustion in the field of view of the camera 12 is illuminated. Since the element L is turned off, the power of the light source 11, which consumes relatively large power in the flow rate control system 10, can be suppressed. Therefore, when the light source 11 is driven by a battery, the driving time can be extended.

また、本実施形態によれば、第2のフィードバック制御に移行した際、光源11において点灯している発光素子Lのトータルの光量が、第1のフィードバック制御の際に点灯していた発光素子Lのトータルの光量と概ね揃うように、各発光素子Lの調光値を調整するので、第2のフィードバック制御の実行中においても、第1のフィードバック制御の実行中と同様の明るさの画像を取得することができる。 Further, according to the present embodiment, when transitioning to the second feedback control, the total light amount of the light emitting elements L lit in the light source 11 is equal to the total light amount of the light emitting elements L lit during the first feedback control. Since the dimming value of each light emitting element L is adjusted so as to be approximately equal to the total light amount of can be obtained.

ここで、画像の明るさは、カメラ12の露光時間やカメラレンズの開放値等によっても調整することができる。しかしながら、カメラ12側の値を変更するには時間を要するため、点滴開始後にこれらの値を変更することは現実的ではない。この点、光源11の光量は、各発光素子の調光値を調節するだけで容易且つ即時に変化させることができるので、第1のフィードバック制御から第2のフィードバック制御へ、シームレスに移行することが可能となる。 Here, the brightness of the image can also be adjusted by adjusting the exposure time of the camera 12, the aperture value of the camera lens, etc. However, since it takes time to change the values on the camera 12 side, it is not practical to change these values after the infusion has started. In this respect, since the light intensity of the light source 11 can be easily and instantly changed by simply adjusting the dimming value of each light emitting element, it is possible to seamlessly transition from the first feedback control to the second feedback control. becomes possible.

(変形例1)
上記実施形態における第1のフィードバック制御(滴下周期が安定するまでの制御)においては、当該制御を開始する際の1回のみ、画像処理により液滴の体積Vaを算出し、この体積Vaに基づいて第1の目標滴下周期Taを算出した。しかしながら、第1のフィードバック制御の実行中に、さらに、画像処理により液滴の体積Vaを算出し、この体積Vaに基づいて目標滴下周期Taを更新しても良い。即ち、図8に示すステップS107からステップS106に移行するところ、定期的に、或いは、所定の条件が満たされたときに、ステップS107からステップS105に移行しても良い。具体的には、数分(例えば3分~5分)間隔で目標滴下周期Taを更新する、或いは、滴下周期の計測値の誤差が所定範囲(例えば±30%)に収まった段階で目標滴下周期Taを更新する、といった例が挙げられる。
(Modification 1)
In the first feedback control (control until the dropping cycle is stabilized) in the above embodiment, the volume Va of the droplet is calculated by image processing only once when starting the control, and based on this volume Va. Then, the first target dropping period Ta was calculated. However, during execution of the first feedback control, the volume Va of the droplet may be further calculated by image processing, and the target dropping period Ta may be updated based on this volume Va. That is, instead of moving from step S107 to step S106 shown in FIG. 8, the process may move from step S107 to step S105 periodically or when a predetermined condition is satisfied. Specifically, the target dropping cycle Ta is updated at intervals of several minutes (for example, 3 to 5 minutes), or the target dropping cycle is updated when the error in the measured value of the dropping cycle falls within a predetermined range (for example, ±30%). An example is updating the period Ta.

なお、第2のフィードバック制御(滴下周期を第2の目標滴下周期Tbに近づける制御)においては、上記実施形態のとおり、第2のフィードバック制御に移行する際に、画像処理により算出された液滴の体積Vbに基づく第2の目標滴下周期Tbが算出され、その後は基本的に、画像処理による液滴の体積の算出は行われない。 In addition, in the second feedback control (control for bringing the dropping cycle closer to the second target dropping cycle Tb), as in the above embodiment, when transitioning to the second feedback control, droplets calculated by image processing are A second target dropping period Tb is calculated based on the volume Vb of the droplet, and thereafter the volume of the droplet is basically not calculated by image processing.

(変形例2)
上記実施形態においては、液滴が写った画像に対する画像処理により、液滴の滴下を検出し、液切れタイミングを検出又は滴下数をカウントし、液切れタイミング又は滴下数に基づいて滴下周期を算出することとした。しかしながら、第1のフィードバック制御又は第2のフィードバック制御の実行中において、液切れタイミングを検出又は滴下数をカウントする手段(滴下検出手段)はこれに限定されず、公知の種々の手段を用いることができる。
(Modification 2)
In the above embodiment, the dropping of the droplet is detected by image processing on the image showing the droplet, the timing of the liquid running out is detected or the number of drops is counted, and the dropping cycle is calculated based on the timing of the liquid running out or the number of drops. It was decided to. However, during execution of the first feedback control or the second feedback control, the means for detecting the timing of liquid shortage or counting the number of drops (drop detection means) is not limited to this, and various known means may be used. I can do it.

滴下検出手段の一例として、赤外線などの光ビームを出射する光源及び該光源から出射した光ビームを検知可能な光検出器(PD)を用いても良い。この場合、光源及び光検出器を、ノズルの鉛直下方のラインを挟んで互いに対向するように設置し、光源から出射する光ビームを光検出器によって検出する。ノズルから液滴が滴下すると、液滴が光を遮る瞬間に光検出器から出力される検出信号が変化するため、検出信号が変化した回数をカウントすることにより、滴下数を求めることができる。 As an example of the drop detection means, a light source that emits a light beam such as infrared light and a photodetector (PD) that can detect the light beam emitted from the light source may be used. In this case, a light source and a photodetector are installed so as to face each other across a line vertically below the nozzle, and the light beam emitted from the light source is detected by the photodetector. When a droplet falls from a nozzle, the detection signal output from the photodetector changes at the moment the droplet blocks light, so the number of drops can be determined by counting the number of times the detection signal changes.

滴下検出手段の別の例として、LED等の光源及びCCD又はCMOS等を備えるラインセンサの組み合わせを用いても良い。この場合、ラインセンサをノズルの下端近傍に配置し、ノズルに垂下して徐々に成長し、遂には落下する液滴の像をラインセンサにより撮像する。そして、ラインセンサに写る液滴の画像の幅を検出し、この幅が徐々に小さくなりゼロになった瞬間を液切れとして判定することができる。 As another example of the drop detection means, a combination of a light source such as an LED and a line sensor including a CCD or CMOS may be used. In this case, a line sensor is placed near the lower end of the nozzle, and the line sensor captures an image of a droplet hanging from the nozzle, gradually growing, and finally falling. Then, the width of the image of the droplet reflected on the line sensor is detected, and the moment when this width gradually decreases to zero can be determined as a liquid shortage.

以上説明した本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではなく、上記実施形態及び変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、上記実施形態及び変形例に示した全構成要素からいくつかの構成要素を除外して形成しても良いし、上記実施形態及び変形例に示した構成要素を適宜組み合わせて形成しても良い。 The present invention described above is not limited to the embodiments and modifications described above, and various inventions can be formed by appropriately combining the plurality of components disclosed in the embodiments and modifications described above. can. For example, it may be formed by excluding some components from all the components shown in the above embodiments and modifications, or it may be formed by appropriately combining the components shown in the above embodiments and modifications. good.

1…点滴システム、2…輸液バッグ、2a…排液ポート、3…中間チューブ、4…点滴筒、4a…上蓋、5…輸液チューブ、6…ノズル、6a…ノズル先端部、7…液滴、8…流量調整部、9…制御弁、10…流量制御システム、11…光源、12…カメラ、12a…撮像素子、20…輸液ポンプ、100…情報処理部、110…操作入力部、120…表示部、130…外部インタフェース、140…記憶部、141…プログラム記憶部、142…画像データ記憶部、143…設定値記憶部、150…演算部、151…撮像制御部、152…画像処理部、152a…画像生成部、152b…滴下検出部、152c…体積算出部、153…滴下周期算出部、154…目標周期算出部、155…滴下周期調整部、156…光源制御部 1... Infusion system, 2... Infusion bag, 2a... Drainage port, 3... Intermediate tube, 4... Infusion tube, 4a... Upper lid, 5... Infusion tube, 6... Nozzle, 6a... Nozzle tip, 7... Droplet, 8...Flow rate adjustment unit, 9...Control valve, 10...Flow rate control system, 11...Light source, 12...Camera, 12a...Image sensor, 20...Infusion pump, 100...Information processing unit, 110...Operation input unit, 120...Display 130...External interface, 140...Storage unit, 141...Program storage unit, 142...Image data storage unit, 143...Setting value storage unit, 150...Calculation unit, 151...Imaging control unit, 152...Image processing unit, 152a ...Image generation section, 152b...Dripping detection section, 152c...Volume calculation section, 153...Dripping cycle calculation section, 154...Target cycle calculation section, 155...Dripping cycle adjustment section, 156...Light source control section

Claims (11)

ノズルから滴下する液滴の流量を変化させる流量調整部が設けられた点滴システムにおいて、液滴の流量を制御する流量制御システムであって、
前記ノズルから滴下する液滴を撮像して画像データを出力するように構成された撮像装置と、
前記撮像装置から出力された画像データに基づいて、前記ノズルから落下する液滴の体積を算出するように構成された体積算出部と、
液滴が前記ノズルから離れて落下し始めるタイミング又は液滴が前記ノズルから離れて落下した回数を検出するように構成された滴下検出手段と、
前記タイミング又は前記回数に基づいて、液滴が前記ノズルから滴下する滴下周期を算出するように構成された滴下周期算出部と、
予め設定された目標流量と、前記体積算出部により算出された液滴の体積とに基づいて、目標滴下周期を算出するように構成された目標周期算出部と、
前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が前記目標滴下周期に近づくように、前記流量調整部を制御するように構成された滴下周期調整部と、
を備え、
前記目標周期算出部は、点滴の開始後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第1の液滴の体積に基づいて、第1の目標滴下周期を算出するように構成され、
前記滴下周期調整部は、前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が前記第1の目標滴下周期に近づくように第1のフィードバック制御を行うように構成され、
前記目標周期算出部は、さらに、前記第1のフィードバック制御により滴下周期が安定した後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第2の液滴の体積に基づいて、第2の目標滴下周期を算出するように構成され、
前記滴下周期調整部は、さらに、前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が前記第2の目標滴下周期に近づくように第2のフィードバック制御を行うように構成される、流量制御システム。
A flow rate control system for controlling the flow rate of droplets in a drip system equipped with a flow rate adjustment unit that changes the flow rate of droplets dripping from a nozzle, comprising:
an imaging device configured to image droplets dripping from the nozzle and output image data;
a volume calculation unit configured to calculate the volume of a droplet falling from the nozzle based on image data output from the imaging device;
Drop detection means configured to detect the timing at which a droplet begins to fall away from the nozzle or the number of times a droplet falls away from the nozzle;
a dropping cycle calculation unit configured to calculate a dropping cycle in which droplets are dropped from the nozzle based on the timing or the number of times;
a target period calculating section configured to calculate a target dropping period based on a preset target flow rate and the volume of the droplet calculated by the volume calculating section;
a drip cycle adjustment unit configured to control the flow rate adjustment unit so that the drip cycle calculated by the drip cycle calculation unit approaches the target drip cycle;
Equipped with
The target period calculation unit is configured to calculate a first target dropping period based on the volume of the first droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle after the start of infusion,
The dropping cycle adjustment unit is configured to perform first feedback control so that the dropping cycle calculated by the dropping cycle calculation unit approaches the first target dropping cycle,
The target period calculation unit further calculates a second target dropping period based on the volume of the second droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle after the dropping period is stabilized by the first feedback control. is configured to calculate
The dripping cycle adjustment unit is further configured to perform second feedback control so that the dripping cycle calculated by the dripping cycle calculation unit approaches the second target dropping cycle.
前記目標周期算出部は、前記第1のフィードバック制御の期間中に算出された滴下周期が、誤差10%の範囲内になった場合に滴下周期が安定したと判定し、該判定をした後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第2の液滴の体積に基づいて、前記第2の目標滴下周期を算出するように構成されている、請求項1に記載の流量制御システム。 The target cycle calculating unit determines that the dropping cycle is stabilized when the dropping cycle calculated during the period of the first feedback control falls within an error range of 10%, and after making the determination, The flow rate control system according to claim 1, configured to calculate the second target dropping period based on the volume of the second droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle. 前記体積算出部は、前記第2のフィードバック制御が開始された後、液滴の体積の算出を停止するように構成されている、請求項1又は2に記載の流量制御システム。 3. The flow control system according to claim 1, wherein the volume calculation unit is configured to stop calculating the volume of the droplet after the second feedback control is started. 前記滴下周期算出部は、さらに、前記第1のフィードバック制御の実行中に前記ノズルから滴下した液滴について算出された液滴の体積に基づいて、第1の目標滴下周期を更新するように構成され、
前記滴下周期調整部は、前記滴下周期算出部により更新された前記第1の目標滴下周期に近づくように第1のフィードバック制御を行うように構成される、請求項1又は2に記載の流量制御システム。
The dropping cycle calculation unit is further configured to update the first target dropping cycle based on the volume of the droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle during execution of the first feedback control. is,
The flow rate control according to claim 1 or 2, wherein the drip cycle adjustment unit is configured to perform first feedback control so as to approach the first target drip cycle updated by the drip cycle calculation unit. system.
前記滴下周期調整部は、点滴の開始時に、前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が、前記目標流量よりも小さい流量と理論上の液滴の体積とに基づいて算出された第3の目標滴下周期に近づくように前記流量調整部を制御する、請求項1又は2に記載の流量制御システム。 The dripping cycle adjustment unit is configured to adjust the dripping cycle calculated by the dripping cycle calculation unit to a third rate calculated based on a flow rate smaller than the target flow rate and a theoretical droplet volume at the start of infusion. The flow rate control system according to claim 1 or 2, wherein the flow rate adjustment unit is controlled so as to approach a target dripping period. 前記滴下検出手段は、前記撮像装置から出力された画像データに基づいて前記タイミング又は前記回数を検出し、
複数の発光素子を有し、前記撮像装置の視野を照明するように構成された光源と、
前記複数の発光素子のオンオフを制御するように構成された光源制御部と、
をさらに備え、
前記光源制御部は、
点滴の開始後から前記第1のフィードバック制御が終了するまで、前記撮像装置の視野のうち少なくとも前記タイミングの検出及び液滴の体積の算出に必要な領域が照明されるように、前記複数の発光素子のオンオフを制御し、
前記第2のフィードバック制御の実行中、前記撮像装置の視野のうち前記タイミングの検出に必要な領域が照明される範囲内で、前記複数の発光素子のうちの一部の発光素子を消灯させる、
請求項1又は2に記載の流量制御システム。
The drip detection means detects the timing or the number of times based on image data output from the imaging device,
a light source having a plurality of light emitting elements and configured to illuminate a field of view of the imaging device;
a light source control unit configured to control on/off of the plurality of light emitting elements;
Furthermore,
The light source control section includes:
The plurality of light emitting lights are arranged so that at least an area of the field of view of the imaging device necessary for detecting the timing and calculating the volume of the droplet is illuminated from the start of the infusion until the end of the first feedback control. Controls the on/off of the element,
During execution of the second feedback control, some of the light emitting elements of the plurality of light emitting elements are turned off within a range in which a region necessary for detecting the timing in the field of view of the imaging device is illuminated;
The flow control system according to claim 1 or 2.
前記光源制御部は、さらに、前記第2のフィードバック制御の実行中に発光させる発光素子のトータルの光量が、前記第1のフィードバック制御の実行中に発光させる発光素子のトータルの光量と同程度になるように、前記第2のフィードバック制御の実行中に発光させる各発光素子の光量を増加させる、請求項6に記載の流量制御システム。 The light source control unit further controls the total amount of light of the light emitting elements emitted during execution of the second feedback control to be approximately the same as the total amount of light of the light emitting elements emitted during execution of the first feedback control. 7. The flow rate control system according to claim 6, wherein the amount of light emitted by each light emitting element is increased during execution of the second feedback control. 点滴筒に接続された輸液チューブを保持するように構成されたチューブ保持部と、
前記輸液チューブを押圧することにより前記輸液チューブ内の液体を送液するように構成されたポンプ部と、
前記点滴筒に取り付けられたノズルから前記点滴筒内に滴下する液滴を撮像する撮像装置から出力された画像データを取得するように構成されたインタフェースと、
目標流量の入力を受け付ける操作入力部と、
前記撮像装置から出力された画像データに基づいて、前記ノズルから落下する液滴の体積を算出するように構成された体積算出部と、
液滴が前記ノズルから離れて落下し始めるタイミング又は液滴が前記ノズルから離れて落下した回数を検出するように構成された滴下検出手段と、
前記タイミング又は前記回数に基づいて、液滴が前記ノズルから滴下する滴下周期を算出するように構成された滴下周期算出部と、
前記操作入力部により受け付けられた前記目標流量と、前記体積算出部により算出された液滴の体積とに基づいて、目標滴下周期を算出するように構成された目標周期算出部と、
前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が前記目標滴下周期に近づくように、前記ポンプ部を制御するように構成された滴下周期調整部と、
を備え、
前記目標周期算出部は、点滴の開始後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第1の液滴の体積に基づいて、第1の目標滴下周期を算出するように構成され、
前記滴下周期調整部は、前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が前記第1の目標滴下周期に近づくように第1のフィードバック制御を行うように構成され、
前記目標周期算出部は、さらに、前記第1のフィードバック制御により滴下周期が安定した後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第2の液滴の体積に基づいて、第2の目標滴下周期を算出するように構成され、
前記滴下周期調整部は、さらに、前記滴下周期算出部により算出された滴下周期が前記第2の目標滴下周期に近づくように第2のフィードバック制御を行うように構成される、輸液ポンプ。
a tube holding part configured to hold an infusion tube connected to the drip barrel;
a pump section configured to pump the liquid in the infusion tube by pressing the infusion tube;
an interface configured to acquire image data output from an imaging device that images droplets dripping into the drip tube from a nozzle attached to the drip tube;
an operation input section that accepts input of a target flow rate;
a volume calculation unit configured to calculate the volume of a droplet falling from the nozzle based on image data output from the imaging device;
Drop detection means configured to detect the timing at which a droplet begins to fall away from the nozzle or the number of times a droplet falls away from the nozzle;
a dropping cycle calculation unit configured to calculate a dropping cycle in which droplets are dropped from the nozzle based on the timing or the number of times;
a target cycle calculation unit configured to calculate a target dropping cycle based on the target flow rate accepted by the operation input unit and the volume of the droplet calculated by the volume calculation unit;
a drip cycle adjustment unit configured to control the pump unit so that the drip cycle calculated by the drip cycle calculation unit approaches the target drip cycle;
Equipped with
The target period calculation unit is configured to calculate a first target dropping period based on the volume of the first droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle after the start of infusion,
The dropping cycle adjustment unit is configured to perform first feedback control so that the dropping cycle calculated by the dropping cycle calculation unit approaches the first target dropping cycle,
The target period calculation unit further calculates a second target dropping period based on the volume of the second droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle after the dropping period is stabilized by the first feedback control. is configured to calculate
The infusion pump is further configured to perform a second feedback control such that the drip cycle calculated by the drip cycle calculation unit approaches the second target drip cycle.
請求項8に記載の輸液ポンプと、
前記ノズルが取り付けられた前記点滴筒と、
前記点滴筒に接続された輸液チューブと、
を備える点滴システム。
The infusion pump according to claim 8;
the drip barrel to which the nozzle is attached;
an infusion tube connected to the drip tube;
A drip system equipped with.
ノズルから滴下する液滴の流量を変化させる流量調整部が設けられた点滴システムにおいて、液滴の流量を制御する流量制御方法であって、
前記ノズルから滴下する液滴を撮像して画像データを出力する撮像ステップと、
前記撮像ステップにおいて出力された画像データに基づいて、前記ノズルから落下する液滴の体積を算出する体積算出ステップと、
液滴が前記ノズルから離れて落下し始めるタイミング又は液滴が前記ノズルから離れて落下した回数を検出する滴下検出ステップと、
前記タイミング又は前記回数に基づいて、液滴が前記ノズルから滴下する滴下周期を算出する滴下周期算出ステップと、
予め設定された目標流量と、点滴の開始後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第1の液滴の体積とに基づいて、第1の目標滴下周期を算出する第1目標周期算出ステップと、
前記滴下周期算出ステップにおいて算出された滴下周期が前記第1の目標滴下周期に近づくように、前記流量調整部をフィードバック制御する第1の滴下周期調整ステップと、
予め設定された目標流量と、前記第1の流量調整ステップにより滴下周期が安定した後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第2の液滴の体積とに基づいて、第2の目標滴下周期を算出する第2目標周期算出ステップと、
前記滴下周期算出ステップにおいて算出された滴下周期が前記第2の目標滴下周期に近づくように、前記流量調整部をフィードバック制御する第2の滴下周期調整ステップと、
を含む流量制御方法。
A flow rate control method for controlling the flow rate of droplets in an intravenous drip system equipped with a flow rate adjustment unit that changes the flow rate of droplets dripping from a nozzle, the method comprising:
an imaging step of imaging a droplet dripping from the nozzle and outputting image data;
a volume calculation step of calculating the volume of the droplet falling from the nozzle based on the image data output in the imaging step;
a dripping detection step of detecting the timing at which a droplet starts falling away from the nozzle or the number of times the droplet falls away from the nozzle;
a dropping cycle calculation step of calculating a dropping cycle in which droplets are dropped from the nozzle based on the timing or the number of times;
a first target cycle calculation step of calculating a first target drip cycle based on a preset target flow rate and a volume of the first droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle after the start of infusion; and,
a first drip cycle adjustment step of performing feedback control on the flow rate adjustment unit so that the drip cycle calculated in the drip cycle calculation step approaches the first target drip cycle;
A second target dropping volume is calculated based on a preset target flow rate and a second droplet volume calculated for the droplets dropped from the nozzle after the dropping cycle is stabilized by the first flow rate adjustment step. a second target cycle calculation step of calculating the cycle;
a second drip cycle adjustment step of performing feedback control on the flow rate adjustment unit so that the drip cycle calculated in the drip cycle calculation step approaches the second target drip cycle;
Flow rate control method including.
ノズルから滴下する液滴の流量を変化させる流量調整部が設けられた点滴システムにおいて、コンピュータに実行させるプログラムであって、
前記ノズルから滴下する液滴を撮像して画像データを出力する撮像装置から該画像データを取得する画像データ取得ステップと、
前記画像データ取得ステップにおいて取得された画像データに基づいて、前記ノズルから落下する液滴の体積を算出する体積算出ステップと、
液滴が前記ノズルから離れて落下し始めるタイミング又は液滴が前記ノズルから離れて落下した回数を検出する滴下検出ステップと、
前記タイミング又は前記回数に基づいて、液滴が前記ノズルから滴下する滴下周期を算出する滴下周期算出ステップと、
予め設定された目標流量と、点滴の開始後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第1の液滴の体積とに基づいて、第1の目標滴下周期を算出する第1目標周期算出ステップと、
前記滴下周期算出ステップにおいて算出された滴下周期が前記第1の目標滴下周期に近づくように、前記流量調整部をフィードバック制御する第1の滴下周期調整ステップと、
予め設定された目標流量と、前記第1の流量調整ステップにより滴下周期が安定した後に前記ノズルから滴下した液滴について算出された第2の液滴の体積とに基づいて、第2の目標滴下周期を算出する第2目標周期算出ステップと、
前記滴下周期算出ステップにおいて算出された滴下周期が前記第2の目標滴下周期に近づくように、前記流量調整部をフィードバック制御する第2の滴下周期調整ステップと、
を実行させるプログラム。

A program that is executed by a computer in an intravenous drip system equipped with a flow rate adjustment unit that changes the flow rate of droplets dripping from a nozzle,
an image data acquisition step of acquiring the image data from an imaging device that images the droplets dripping from the nozzle and outputs the image data;
a volume calculation step of calculating the volume of the droplet falling from the nozzle based on the image data acquired in the image data acquisition step;
a dripping detection step of detecting the timing at which a droplet starts falling away from the nozzle or the number of times the droplet falls away from the nozzle;
a dropping cycle calculation step of calculating a dropping cycle in which droplets are dropped from the nozzle based on the timing or the number of times;
a first target cycle calculation step of calculating a first target drip cycle based on a preset target flow rate and a volume of the first droplet calculated for the droplet dropped from the nozzle after the start of infusion; and,
a first drip cycle adjustment step of performing feedback control on the flow rate adjustment unit so that the drip cycle calculated in the drip cycle calculation step approaches the first target drip cycle;
A second target dropping volume is calculated based on a preset target flow rate and a second droplet volume calculated for the droplets dropped from the nozzle after the dropping cycle is stabilized by the first flow rate adjustment step. a second target cycle calculation step of calculating the cycle;
a second drip cycle adjustment step of performing feedback control on the flow rate adjustment unit so that the drip cycle calculated in the drip cycle calculation step approaches the second target drip cycle;
A program to run.

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