JP5583939B2

JP5583939B2 - 点滴検出装置、輸液ポンプとその制御方法

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Publication number: JP5583939B2
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Inventors: 昭彦八木
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Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2029-09-17
Also published as: JP2011062371A

Description

本発明は、点滴検出装置および該点滴検出装置を備えた輸液ポンプと、正確な送液を行うためのこれら装置の制御方法に関するものである。

従来より、輸液ポンプなどに接続される点滴装置では、正確な点滴を行なう場合、赤外光などにより点滴筒内を落下する液滴を検知し、落下した液滴の敵数をカウントし、各液滴の大きさが一定であるとの仮定の下で投液量及び速度を算出する点滴検出装置を備え、フィードバック制御により輸液ポンプの制御をおこなう技術が用いられてきた。
さらに一次元のラインセンサや二次元のイメージセンサを用いて落下する液滴の大きさを測定し、より精度の高い送液量及び送液速度を求めるための方法が考えられてきた。

例えば、特許文献１の技術によれば、一次元ラインセンサを用い一定時間ごとに落下する液滴の重力落下方向に対する断面の幅を計算し、液滴の断面の幅の変化から区分求積法を用いて落下する液滴の体積を求める方法が開示されている。
また特許文献２の技術では、飛行している液滴を複数回撮影し、単位時間内に移動した距離と投影された面積との関係から移動する液滴の速度と体積を算出する方法が開示されている。

また特許文献３の技術では、液滴がノズルを離れて吐出される以前のノズルに付着した液滴の体積、及びノズルから液滴が吐出された後、ノズルに残留した液滴の体積を撮影し、吐出される前の体積から残留した滴の体積を減算することでノズルから吐出された滴の体積を算出する方法が開示されている。

特開平８−２２９１１９号公報特開２０００−１４６９９３号公報特開２００１−３２７９０５号公報

しかしながら、点滴筒内の液滴を検出しようとする時、本発明者等の考察によれば、液滴の以下のような特性が問題とされることがわかってきた。
特許文献１のように、一次元のラインセンサで逐次的にスキャンをする方法の場合の問題点として点滴筒の中を落下する液滴が一定の形状を保持しておらず、落下中図１１ａに示すように、様々に形を変化させながら落下していることが確認されている。
この落下中の変形による影響により一次元のラインセンサを用いる方法では算出する体積の精度を高くすることが不可能である。また一度に落下する液滴が一つとは限らず、大小の二つの液滴に分かれて落下することもあり、これも液量検出の上で大きな誤差の要因となる（図１１ｂ）。

また、特許文献２のように、イメージセンサを用いて飛行中や落下中を撮影し、体積を算出する方法の場合、イメージセンサを通過する液滴を完全にとらえることが困難である。図１２は、落下する液滴の形状の計時変化の様子を示しており、時間を追って自由落下をする液滴は、時間とともに重力加速度によって加速しながら空中を落下する。このため、落下途中の移動速度は大きく、液滴の落下する途中を正確に撮影することは非常に困難である。

すなわち、液滴を完全に撮影するためには高速度で撮影が可能なイメージセンサを用いる必要があるだけでなく、液滴が落下を開始するタイミングを事前に検知する必要があり、その場合、イメージセンサの撮影範囲より上方に、液滴が落下してきたことを検知するための（液滴が落下を開始したことを知るために高精度センサーの撮影開始のトリガーとなるような）別個のセンサを用いる必要があり、このことが部品の増加につながる。
また特許文献３のように、ノズルから吐出される前後の映像から体積をそれぞれ算出する方法では、いつ液滴が落下するのかが明確でないため、本来体積を計算する必要のない画像においても体積計算を行うことになり、画像処理を行うための負荷が大きくなる。

そこで、本発明は上記問題に鑑み、液滴がノズルから離れて点滴筒内での落下を開始する直後の画像をとらえ、とらえた液滴の形状から体積を算出することにより、事前に液滴が落下することを検知するセンサを必要とせず、さらに画像処理を行う負荷を小さくすることで用いるプロセッサの価格を抑えて精度の高い流量を得ることが可能な点滴検出装置とこれを用いた輸液ポンプ、ならびにこれら装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、透明な点滴筒と、該点滴筒の外部の一側に配置された発光部と、該発光部と前記点滴筒を挟んで対向した位置に配置された二次元イメージセンサとを備えており、前記イメージセンサは、少なくとも前記点滴筒内の滴下ノズル先端と、該滴下ノズルから落ちる液滴の所定落下距離分を含むように設定されている点滴検出装置であることを特徴とする。
上記構成によれば、二次元イメージセンサが滴下ノズル先端と、該滴下ノズルから落ちる液滴の所定落下距離分を視野に入れて撮像できるので、大きく変形する前のできるだけ球形に近い形状を把握でき、また液滴が複数に分割した場合においても液滴の正確な体積を求めることができるので、点滴に際してその総和である流量計測を正確に行うことができる。

また、上記問題を解決するため、本発明は、本体と、該本体内の収容される送液用のモータ等の駆動手段と、輸液動作のため各種センサと、前記駆動手段や前記センサ等が接続される制御装置と、外部の点滴装置から伸びて、前記本体の接続される輸液チューブと、前記本体内に延びる輸液チューブを収容保持して、該輸液チューブ内の液体を送液するためのポンプ部とを備え、前記点滴検出装置が、透明な点滴筒と、該点滴筒の外部の一側に配置された発光部と、該発光部と前記点滴筒を挟んで対向した位置に配置された二次元イメージセンサとを備えており、前記イメージセンサは、少なくとも前記点滴筒内の滴下ノズル先端と、該滴下ノズルから落ちる液滴の所定落下距離分を含むように設定されている輸液ポンプであることを特徴とする。
上記構成によれば、二次元イメージセンサが滴下ノズル先端と、該滴下ノズルから落ちる液滴の所定落下距離分を視野に入れて撮像できるので、大きく変形する前のできるだけ球形に近い形状を把握でき、また液滴が複数に分割した場合においても液滴の正確な体積を求めることができるので、点滴に際してその総和である流量計測を正確に行うことができる。このため、上記点滴検出装置を上記輸液ポンプに接続することにより、計測した液滴体積を元に輸液ポンプが正確な流量を設定して点滴を行うことができる。

好ましくは、本発明は、前記点滴検出装置および／または、該点滴検出装置を接続した輸液ポンプには、撮像制御部と撮影データを保存する記録部とを備えており、該撮像制御部が、前記二次元イメージセンサを制御して、前記滴下ノズル先端から液滴が離れ、液滴となって落下するまでの様子を一連の動画もしくは複数枚の画面データである撮影データとして撮影して前記記録部に保存し、該撮影データに基づいて、薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別することにより、該薬液の前記滴下ノズルから滴下された直後の液滴の画像データを特定して、該画像データの液滴の体積を算出する構成としたことを特徴とする。
上記構成によれば、薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴を正確に把握して、最も理想に近い形状の液滴から、正確な液滴の体積を求めることができる。

好ましくは、本発明によれば、前記薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別する手段として、該薬液が液滴になる際に生じるくびれを検出した直後の画像を液滴落下状態として、当該液滴落下状態の画像に基づいて液滴の体積を検出する構成としたことを特徴とする。
上記構成によれば、薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴を正確に把握して、最も理想に近い形状の液滴から、正確な液滴の体積を求めることができる。

好ましくは、本発明は、前記薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別する手段として、前記滴下ノズル先端に保持されている薬液が所定時間内に液滴となって落下する可能性の判別を前記記録に保持されているデータに基づいて決定し、当該時間経過後の液滴の画像に基づいて液滴の体積を検出する構成としたことを特徴とする。
上記構成によれば、薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴を正確に把握して、最も理想に近い形状の液滴から、正確な液滴の体積を求めることができる。さらに不要な画像データの取得を行う回数を減らすことができ、画像処理を行う負荷を小さくすることで用いるプロセッサの価格を抑えて精度の高い流量を得ることができる。

また、上記問題を解決するため、本発明は、透明な点滴筒と、該点滴筒の外部の一側に配置された発光部と、該発光部と前記点滴筒を挟んで対向した位置に配置された二次元イメージセンサとを備えており、前記イメージセンサは、少なくとも前記点滴筒内の滴下ノズル先端と、該滴下ノズルから落ちる液滴の所定落下距離分を含むように設定されている装置を用いて、送液量を算定制御するために前記液滴の体積を求めるようにした方法であって、撮像制御部により、前記二次元イメージセンサを制御して、前記滴下ノズル先端から液滴が離れ、液滴となって落下するまでの様子を一連の動画もしくは複数枚の画面データである撮影データとして撮影して前記記録部に保存し、該撮影データに基づいて、薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別し、該判別に基づいて、該薬液の前記滴下ノズルから滴下された直後の液滴の画像データを特定して、該画像データの液滴を用いて、該液滴の体積を算出することを特徴とする前記装置の制御方法である。

好ましくは、本発明は、前記薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別する手法として、該薬液が液滴になる際に生じるくびれを検出した直後の画像を液滴落下状態として、当該液滴落下状態の画像に基づいて液滴の体積を検出することを特徴とする。

好ましくは、本発明は、前記薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別する手法として、前記滴下ノズル先端に保持されている薬液が所定時間内に液滴となって落下したデータに基づいて決定し、前記滴下ノズル先端に蓄積された液滴を検出してから、当該時間経過後の液滴の画像に基づいて液滴の体積を検出することを特徴とする。

本発明は、液滴がノズルから離れて点滴筒内での落下を開始する直後の画像をとらえ、とらえた液滴の形状から体積を算出することにより、事前に液滴が落下することを検知するセンサを必要とせず、さらに画像処理を行う負荷を小さくすることで用いるプロセッサの価格を抑えて精度の高い流量を得ることが可能な点滴検出装置とこれを用いた輸液ポンプ、ならびにこれら装置の制御方法を提供することができる。

本発明の実施の形態にかかる輸液ポンプの概略斜視図。図１の輸液ポンプのブロック構成図。本発明の実施の形態にかかる点滴検出装置の概略構成図。図３の点滴検出装置の滴下ノズルから液滴が滴下される様子を示す説明図。図３の点滴検出装置の滴下ノズルから滴下される液滴の体積を求める手法の説明図。図３の点滴検出装置の滴下ノズルから滴下される液滴の体積を求める手法の説明図。図３の点滴検出装置の滴下ノズルから滴下される液滴の体積を求める手法の説明図。図３の点滴検出装置の滴下ノズルから滴下される液滴の体積を求める場合の一例を示すフローチャート。図３の点滴検出装置の滴下ノズルから滴下される液滴の体積を求める場合の一例を示すフローチャート。図３の点滴検出装置の滴下ノズルから滴下される液滴の体積を求める場合の一例を示すフローチャート。点滴検出装置の滴下ノズルから落下する液滴の形態を説明する図。点滴検出装置の滴下ノズルから落下する液滴の形態を経時的に示す図。

以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明の実施の形態にかかる輸液ポンプの概略斜視図である。
図に置いて、輸液ポンプ１１は、ボックス状の中空の本体１５を有しており該本体１５内にモータ等の駆動手段や輸液動作のための各種センサ、制御装置などを収容している。
すなわち、本体１５の図１における前面部分は、ドア１２とされており、左側縁部に図示しない蝶番を設けて矢印に示すように開閉されるようになっている。
この輸液ポンプ１１では、ドア１２と本体１５との間には、図示しない輸液バッグから、後述する点滴検出装置４０を介して垂下された輸液チューブ１６を挟みこんで、該輸液チューブ１６を本体１５内に収容保持している。輸液ポンプ１１の本体１５内では、該本体１５内で定位置にセットされた輸液チューブ１６の外周面が、本体１５に内蔵されたポンプ機構により個別駆動される複数のフィンガにより、ドア１２の内面との間に挟まれた該輸液チューブの外周面を長さ方向に沿って順次押圧して送液を行う蠕動式輸液ポンプとされている。

ドア１２を構成する輸液ポンプ１１の前面には、操作パネル１３が設けられており、該操作パネル１３には複数もしくは多数の操作子としてのスイッチ・ボタン１３ａが設けられている。該操作パネル１３の上方には、表示部１４が形成されている。表示部１４は、例えば、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）（発光ダイオード））のセグメント表示や、液晶表示装置などで形成することで、表示に必要な数字や画像を表示することができる。なお、表示内容の多様性に基づいて、表示部１４の面積を図示のものより大きくすることできる。輸液ポンプ１１の上端には、操作インジケータ１７が配置されている。

図２を参照すると、輸液ポンプ１１は、動作全体を制御するためのＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）でなる制御部２０、図１の輸液チューブ１６と接続された点滴プローブ２１、フローセンサ等でなる流量計測装置２２、ドア１２の開閉の有無を検出するドア部検出回路２３、輸液チューブ１６閉塞の有無を検出する閉塞検出回路２４、輸液チューブ１６内における所定長さ以上の気泡（エア）の存在の有無を検出する気泡センサを備える気泡検出回路２５、輸液流量や輸液速度等を設定・入力する設定／入力部２６、輸液の開始の指示を行うための開始スイッチ２７、電源スイッチ２８を有している。
さらに、輸液ポンプ１１には、投与手段（投与部）および、該投与手段に含まれるモータと、それを駆動させるためのモータ駆動回路を備える投与駆動部３０を含んでいる。

また、制御部２０には、記憶部２９が接続されている。記憶部２９は、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、もしくはハードディスク、フラッシュメモリ等を有し、これらは他のデバイスとともにバスを介して接続されている。上記した制御部２０であるＣＰＵは所定のプログラムの処理を行う他、バスに接続されたＲＯＭ等を制御している。ＲＯＭは、各種プログラムや各種情報等を格納している。ＲＡＭは、プログラム処理中のメモリの内容を対比したり、プログラムを実行するためのエリアとしての機能を有する。そして、記憶部２９は、後述する点滴装置の一部を構成することもできる。

また、輸液ポンプ１１は、警報部３２、または注意喚起部として、例えば、ブザー等を駆動するためのブザー駆動回路、例えば、液晶表示装置やＬＥＤなどで形成される表示部３１を駆動するための表示部駆動回路、動作インジケータを駆動するための動作表示部駆動回路（図示せず）を有し、輸液ポンプ１１の外部装置である図示しない検査装置を外部端子を介して接続したり、ナースセンターや外部に設けたサイトのホストコンピュータ等とのデータ送受信をしたりするために、外部通信部３３を有している。なお、外部通信部や外部端子は、同時に複数の機器を接続できるように、複数組設けてもよい。外部接続端子には、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）端子を含んでいると好ましい。それにより、パソコン等の外部端末や通信モデム等との接続が容易となる。
さらに、輸液ポンプ１１には、ＤＣ／ＡＣ電源３４を有している、具体的には、内蔵バッテリ、もしくは外部バッテリによる駆動や、外部のＡＣ電源との接続、あるいはＡＣ電源から交流‐直流変換による直流電流による駆動ができるようにされている。

次に流量計測装置２２に接続される点滴検出装置の実施形態について、図３を参照して説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る点滴検出装置４０の概略構成について示しており、点滴検出装置４０は、ガラスや合成樹脂により形成された、透明なやや細長い点滴筒４１と、該点滴筒４１の外部の一側に配置された発光部４２と、該発光部４２と前記点滴筒４１を挟んで対向した位置に配置された二次元イメージセンサ（以下、「イメージセンサ」という）４３とを備えている。

ここで、イメージセンサ４３は、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（金属酸化膜半導体素子）等を利用して形成され、少なくとも各画素をマトリクス状（アレイ状）に配置して二次元画像を取り込み、画像後述する二値化画像データを生成するために広く使用されているものである。
発光部４２としてはやや拡散する光を発光するように、所定のレンズを一体化したＬＥＤ（発光半導体）が最も好ましく、それ以外にも、点光源を利用する場合は、点滴筒４１手前の拡散光路に、コリメータレンズを介装して平行光線にしたものが好ましく、有機ＥＬ等の面光源も好適に利用できる他、通常のバルブ球などの発光ランプ等を用いてもよいが、できるだけ平行光を用いるのが好ましい。

センサ制御部４４は、ＣＰＵを中心としたＩＣ回路を用いることができ、発光部４２に接続されて、点灯指令を出す。センサ制御部４４は、イメージセンサ４３との接続されており、後述するタイミングにより、イメージセンサ４３から二値化画像の取り込みを行い保存部４８に格納する。また、センサ制御部４４は、後述するように、イメージセンサ４３により得られた画像について、「液滴形成状態」、「液滴落下前状態」、「液滴落下状態」を判断し、演算部４７に指示して、必要な体積を求め、流量を算出する。この点については、後で詳しく説明する。
保存部４８はメモリであり、図２の記憶部２９と兼用してもよい。タイマー４９は、輸液ポンプ１１の運転開始からの時間を計測するものであり、輸液ポンプ１１の制御部２０に一体に設けてもよい。
演算部４７は、センサ制御部４４と接続されており、保存部４８に格納された二値化画像から、液滴の体積を後述するようにして算出する。
ポンプ制御部４５は図２の制御部２０であり、モータ４６およびチューブ押圧部３５は、図２の投与駆動部３０を構成するものである。

ここで、イメージセンサ４３は点滴筒４１を挟んで発光部４２と反対側に配置される。このとき発光部４２とイメージセンサ４３は点滴筒４１の上方に存在する滴下ノズル５１が映るように配置される。
イメージセンサ４３は光源である発光部４２から発光され、途中滴下ノズル５１による干渉や液滴による反射が生じることなくイメージセンサ４３まで到達した光を受ける。そのため滴下ノズル５１や液滴６０によってさえぎられた部分が影となり、その結果イメージセンサ４３は液滴６０や滴下ノズル５１の形状（特に下端部の形状）を映すことが可能となる。
このとき図４（ａ）のように映る。ただし薬液によっては液面が光の方向に対して垂直に面している部分では光を透過するため薬液の輪郭のみ影となり、図４（ｂ）の様に映し出される場合もある。いずれの場合にも輪郭を処理することで滴下ノズル５１や薬液の存在、形状を認識することが可能である。

自然落下または輸液ポンプ１１などを用いて輸液をおこなう場合、点滴筒４１を通過する薬液は点滴筒４１内の滴下ノズル５１から空中を落下し、点滴筒５１下方に蓄えられる。このとき薬液は表面張力の影響によってすぐには落下せずに滴下ノズル５１に保持された状態で蓄えられる。
滴下ノズル５１に保持された薬液の量が増加することでノズルに液だまりを形成し、液だまりの量が一定以上になると重力が表面張力より大きくなることによって薬液がノズルからはなれ液滴となって落下する。このとき薬液が滴下ノズル５１の下端で蓄えられ、液だまりとなっている状態を「液滴形成状態」と呼ぶことにする。

滴下ノズル５１に蓄えられた液だまりが成長し、液滴６０となってノズルから離れる段階になると、この薬液は液だまりの上方、つまり滴下ノズル５１に近い部分で断面の径が細くなり、くびれ６１を形成する。このくびれ６１が時間と共に細くなり、やがて切断されて落下する液滴６２と滴下ノズル５１に残った残渣６３とに分断される。この液だまりに括れ６１が生じ、落下する薬液が形成されるまでの状態を「液滴落下前状態」と呼ぶことにする。そしてノズルから離れて液滴が落下している状態を「液滴落下状態」と呼ぶことにする。輸液を行っている際は点滴筒４１において液滴形成状態、液滴落下前状態、液滴落下状態を繰り返している。また一般的には液滴落下状態の時間は短いため、速い撮影速度が必要になるが、他の二つの状態では液滴落下状態に比べ時間が長く、変化もゆっくりとしているため遅い撮影速度でも変化を捉えることが可能である。

次に、図３の点滴検出装置４０またはこれを組み込んだ輸液ポンプ１１により、上記した画像に基づいて、輸液の点滴流量を正確に制御する方法の実施形態を説明する。
図５を参照する。
図５では、図３で説明したイメージセンサ４３のマトリクス状の画素のうち、横方向のアレイ状所定の箇所（所定箇所の横一列）を、上方と下方の各位置においてそれぞれ選定して、これらをそれぞれラインセンサとして利用する。
具体的には、イメージセンサ４３の水平方向に沿って特定されるアレイセンサのうち、符号４３−１が、上部検出センサ（図３の滴下ノズル５２の下端に近接し、残渣６３よりやや下に位置する領域）と、下部検出センサ４３−２（図３の滴下ノズル対して、より下方であって、括れ６１よりもやや下方の領域）を設ける。この上部検出センサ４３−１と下部検出センサ４３−２の各検出画像を用いる。

上部検出センサ４３−１の位置は液だまりが成長し、液滴となって落下するまでにくびれ６１が生じる高さにする。検出領域の横幅は液滴や滴下ノズル５２に生じる影の長さよりも大きく、高さは液滴のサイズに比べて充分小さく設定する。たとえば横幅は画像の幅と同じであり、高さは一画素分の高さとする。それぞれの領域において薬液によって影となっている長さを求め、上部検出センサ４３−１における影の長さをＹ１、下部検出センサ４３−２における影の長さをＹ２とする。液滴落下前状態では上部検出センサ４３−１はくびれ６１によって細くなり、Ｙ１＜Ｙ２となる。ただし、薬液は液滴ノズル５２とつながっているためＹ１、Ｙ２ともに０より大きな値となる。

よって、Ｙ１については、図５（ａ）において、くびれ６１となっている状態の基準値ａをもちいて０＜Ｙ１＜ａであり、かつＹ２＞ａのときを「液滴落下前状態」とする。そして図５（ｂ）のように、液だまりが大きくなり落下する液滴６２と滴下ノズル５２に残った残渣６３とに分かれた時は、上部検出センサ４３−１は液滴６２と滴下ノズル５２との中間に存在することとになるため薬液は映らなくなる。よってＹ１＝０であり、一方落下する液滴６２による影が生じるためＹ２＞０となる。よってＹ１＝０かつＹ２＞０のときを液滴落下状態とする。それ以外の図５（ｃ）の状態は「液滴形成状態」とする。

次に、「液滴落下状態」と判別できる手法の例を説明する。
図６では画像の上端から下方向（図６のＸ方向）に向かって、検出に用いるラインセンサ部を４３−１、４３−２、４３−３の位置に変化するように動かして、順次移動（走査）させ、移動する一つのラインセンサ部で、液滴ノズル５２又は薬液によって形成される影を測定する。このときの影の長さ（幅寸法）をＹ（Ｘ）とする。Ｘを下方向に移動していく際におけるＹ（Ｘ）の変化によって画像の状態を判定する。
図６（ａ）に示す液滴が落下する前の状態では、薬液に括れ６１が生じており、Ｙ（Ｘ）はＸの増加に伴い一旦減少し、基準値ａ以下の値になる。基準値ａは括れの寸法Ｙをやや超える程度に設ける閾値である。ただしＹ（Ｘ）＝０となる前に液滴となって落下する前の薬液によって再びＹ（Ｘ）は増加する。その後減少しＹ（Ｘ）＝０となる。よってＸが増加するに伴いＹ（Ｘ）が＜Ｙ（Ｘ）が０＜Ｙ（Ｘ）＜ａとなるまで減少し、その後増加、減少となるような変化をしたとき、「液滴落下前状態」とする。また、「液滴落下状態」では一旦Ｙ（Ｘ）＝０になった後に再び増加し、またＹ（Ｘ）＝０となる。液滴ができる条件によってはＹ（Ｘ）＝０となり、再びＹ（Ｘ）が増加する変化が複数回おこりうる。よって、いったんＹ（Ｘ）＝０となり、再び増加する変化が一回以上おこり、そして画像の下端(Ｘが最大)でＹ（Ｘ）＝０となっている時に「液滴落下状態」とする。
上記の条件を満たさない場合は「液滴形成状態」とする。

次に、二値化画像から体積を算出する手法の例を説明する。
図７は「液滴落下状態」と判定した画像である液滴６２を用いて体積を算出する方法について説明する。
図７に示すように液滴６２の画像を微小な高さｈをもつｎ個の長方形に分割し、実際の液滴６２がこの長方形の幅を直径とする円盤がｎ個積み重なったものと仮定する。そして長方形の幅および高さからｎ個の円盤の体積を計算し、その合計を液滴の体積とする（すなわち区分求積によって体積を算出する）。

次に上述のようにして取得した画像を利用して流量を算出する方法の第１実施形態について、図８ないし図１０を参照しながら説明する。なお、以下の作業は、図３のセンサ制御部４４の指示により、演算部４７を用いて行われる。なお、センサ制御部４４と演算部４７は、図２の制御部２０と記憶部２９が兼用することもできる。
図８において、ステップ１では、図３で説明したイメージセンサ４３が画像を取得する（ＳＴ１）。好ましくは、取得された画像はのちの処理を行いやすいよう二値化処理を行う（ＳＴ２）（必要がなければ行わなくてもよい）。
そして次のステップでは、画像に映し出された液滴、または薬液の状態を判定する（ＳＴ３）。
液滴の落下状態の検出の有無を行い（ＳＴ４）、無ければ一定時間Ｓ（たとえば４ｍｓ）をおいてＳＴ１に戻る。
ＳＴ４で液滴を検出した場合に、一枚前の画像の状態を調べる（ＳＴ５）。撮影した画像の状態が「液滴落下状態」であり、かつ一枚前の画像の状態が「液滴落下前状態」であった場合、今回のステップで撮影画像を用いて体積を計算し（ＳＴ６）、流量の算出を行う（ＳＴ７）。この一連のプロセスは一定時間Ｓ（たとえば４ｍｓ）ごとに繰り返し行われる（ＳＴ８）。

図９は第２実施形態の算出方法を示している。
ステップ１１では、イメージセンサ４３が取得する（ＳＴ１１）。この取得された画像はのちの処理を行いやすいよう二値化処理を行う（ＳＴ１２）（必要がなければ行わなくてもよい）。
そして次のステップ（ＳＴ１３）では画像に映し出された液滴、または薬液の状態を判定する。すなわち、画像の状態が液滴落下前状態か否かを判断し（ＳＴ１４）、液滴落下前状態でない場合においては一定時間Ｓ１（たとえば３０ｍｓ）（ＳＴ２３）後にＳＴ１１へ戻る。

ＳＴ１４において「液滴落下前状態である」と判断した場合、ｉ＝０（ＳＴ１５）とし、イメージセンサ４３にて上記と同じように画像の取り込みを行う（ＳＴ１６）画像を一枚取り込む（ＳＴ１７）ごとにｉを１増加させる（ＳＴ１８）。ＳＴ１９ではｉがある一定の数ｉ’（例えば２０）に達したかを判断し、まだ達していない場合一定時間Ｓ２（例えば４ｍｓ、Ｓ１に比べ充分小さな値とする）（ＳＴ２０）後にＳＴ１６に戻り、画像の取り込みを行う。つまりＳＴ１４において液滴落下前状態と判断された場合、イメージセンサの取り込みの時間間隔をＳ１からＳ２に変更し、ｉ’枚の画像の取り込みを行う。そしてＳＴ１９においてｉ＝ｉ’である、つまりｉ’枚の撮像が完了したら体積計算プロセス（ＳＴ２１）に移り、一定時間Ｓ２経過（ＳＴ２２）後にＳＴ１１へ戻る。
体積計算プロセスＳＴ２１の詳細を図９（ｂ）に示す。体積計算プロセスでは、記録された順番に従って画像を二値化し（ＳＴ３１）、画像の状態を判定する（ＳＴ３２）。二値化画像としての液滴について、液滴落下状態か否か判定し（ＳＴ３３）、肯定結果が得られたら、一枚前の画像の状態を調べる（ＳＴ３４）。そして一枚前の画像の状態が液滴落下前状態であるか否か判断し（ＳＴ３５）、肯定結果を得た場合、判定した画像の体積を算出し（ＳＴ３６）、流量の計算を行う（ＳＴ３７）。ＳＴ３３、ＳＴ３５の各判断部で否定結果を得た場合には、次の画像の有無を確認し（ＳＴ３８）、画像が存在すれば画像を更新し（ＳＴ３９）、ＳＴ３１へ戻る。次の画像がない場合は体積算出プロセスを終了し（ＳＴ４０）、再び開始されるまで待機する。

図１０は、第３の実施形態を示している。この実施形態はイメージを取り込むごとに状態を判定し、判定した状態に基づいて流量計算及び次のイメージ取り込みまでの時間間隔を決定するものである。
先ず、イメージセンサ４３が画像を取得する（ＳＴ５１）。この取得された画像はのちの処理を行いやすいよう二値化処理を行う（ＳＴ５２）（必要がなければ行わなくてもよい）。そして次のステップでは画像に映し出された液滴、または薬液の状態を判定する（ＳＴ５３）。
液滴の落下の状態の有無を検出しているか否か判断する（ＳＴ５４）。肯定結果を得た場合、つまり、液滴落下状態であった場合、体積を算出するステップに移る（ＳＴ５６）。得た体積に基づいて、流量及び速度の計算を行う（ＳＴ５７）。そして一定時間（たとえば３０ｍｓ）経過後に画像取得のステップであるＳＴ５１へ戻る。
また、ＳＴ５４で液滴を検出しない場合には、それが、液滴落下前状態であるか否か判断し（ＳＴ５８）、液滴落下前状態であった場合は一定時間Ｓ３（たとえば４ｍｓ）経過後に（ＳＴ６０）画像撮影のステップに戻り（ＳＴ５１）一連の動作を繰り返す。ＳＴ５８の判断結果が、「液滴形成状態」であった場合は一定時間Ｓ４（たとえば３０ｍｓ）経過後に画像撮影のステップから一連の動作を繰り返す。このとき時間Ｓ４は時間Ｓ３に比べ充分大きいものとする。

（流量計算方法の一例）
液滴の体積計算終了後、上記の画像取得において、検出した液滴の順番に伴うＩＤをつけ液滴の画像を撮影した時間と算出された体積を図３の保存部４８に記録する。新しく記録する際に今回記録を行う液滴の時間と最後に記録された液滴の時間を比較し、差が一定時間以下（たとえば５０ｍｓ以内）であればその二つは同一の液滴であるものとし、記録を行わない。
液滴の体積、時間が記録されたのちに流量速度を算出する。記録された液滴が検出開始からＮ滴目であるとし、Ｎ滴目の体積をＶ（Ｎ）、時間をＴ（Ｎ）とすると流量Ｑは
Q＝Ｖ（Ｎ）／（Ｔ（Ｎ）−Ｔ（Ｎ−１））
で求められる。また複数Ｋ滴の液滴を用いて
Q＝（Ｖ（Ｎ）＋Ｖ（Ｎ−１）＋・・・Ｖ（Ｎ−Ｋ＋１））／（Ｔ（Ｎ）−Ｔ（Ｎ−Ｋ））
として求めることも可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、点滴筒内を重力によって自由落下をする液滴をとらえる際に比較的低い速度の撮影でも確実に落下する液滴をとらえることが可能となる。また事前に液滴が落下したことを検知するためのセンサも必要としないため撮影を行うセンサの価格を抑えての体積算出が可能となる。またノズルに保持された薬液の大きさによって撮影する間隔を調整することにより撮影する回数を抑え、消費電力を抑えることが可能である。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されない。
本発明のさらなる構成例としてポンプ制御部４５とモータ４６とチューブ押圧部３５の代わりにチューブを圧閉し、自然落下による送液の速度を制御するための調整弁及び調整弁の圧閉度合を制御する弁制御部を備え、算出した送液速度をもとに調整弁の圧閉度を調整することで送液速度を制御する方法でもよい。
上述の各実施形態の構成は、その一部を省略することもできるし、各実施形態の個々の構成を入れ替えて組み合わせてもよい。また、上記しない他の構成と組み合わせることもできる。

１１・・・輸液ポンプ、２２・・・流量計測装置、４０・・・点滴装置、４１・・・点滴筒、４２・・・発光部、４３・・・イメージセンサ、４４・・・センサ制御部

Claims

透明な点滴筒と、
該点滴筒の外部の一側に配置された発光部と、
該発光部と前記点滴筒を挟んで対向した位置に配置され、滴下ノズル先端から液滴が離れ、液滴となって落下するまでの様子を一連の動画もしくは所定時間間隔で画像を取り込む複数枚の撮影データを得る二次元イメージセンサと
を備えており、
前記二次元イメージセンサは、個々に駆動でき、水平方向の上部位置と下部位置とに分けられた上部検出センサと下部検出センサとを含んでおり、
前記上部検出センサが、前記滴下ノズル先端から液だまりが成長し、液滴となって落下した後の残渣を超える程度の位置に設定され、前記下部検出センサは、前記滴下ノズル先端から液滴の落下に際して生じる括れを超えた程度の下の位置に設定されていて、
撮影データに基づいて、薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別することにより、該薬液の前記滴下ノズルから滴下された直後の液滴の画像データを特定して、該画像データの液滴の体積を算出する構成とした
ことを特徴とする点滴検出装置。
本体と、
該本体内の収容される送液用のモータ等の駆動手段と、
輸液動作のため各種センサと、
前記駆動手段や前記センサ等が接続される制御装置と、
外部の点滴検出装置から伸びて、前記本体の接続される輸液チューブと、
前記本体内に延びる輸液チューブを収容保持して、該輸液チューブ内の液体を送液するためのポンプ部と
を備え、
前記点滴検出装置が、
透明な点滴筒と、
該点滴筒の外部の一側に配置された発光部と、
該発光部と前記点滴筒を挟んで対向した位置に配置され、滴下ノズル先端から液滴が離れ、液滴となって落下するまでの様子を一連の動画もしくは所定時間間隔で画像を取り込む複数枚の撮影データを得る二次元イメージセンサと
を備えており、
前記二次元イメージセンサは、個々に駆動でき、水平方向の上部位置と下部位置とに分けられた上部検出センサと下部検出センサとを含んでおり、
前記上部検出センサが、前記滴下ノズル先端から液だまりが成長し、液滴となって落下した後の残渣を超える程度の下の位置に設定され、前記下部検出センサは、前記滴下ノズル先端から液滴の落下に際して生じるくびれを超えた程度の位置に設定されていて、
撮影データに基づいて、薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別することにより、該薬液の前記滴下ノズルから滴下された直後の液滴の画像データを特定して、該画像データの液滴の体積を算出する構成とした
ことを特徴とする輸液ポンプ。
前記薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別する手段として、該薬液が液滴になる際に生じるくびれを検出した直後の画像を液滴落下状態として、当該液滴落下状態の画像に基づいて液滴の体積を検出する構成としたことを特徴とする請求項２に記載の輸液ポンプ。
前記薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別する手段として、前記滴下ノズル先端に保持されている薬液が所定時間内に液滴となって落下する可能の判別を前記記録に保持されているデータに基づいて決定し、当該時間経過後の液滴の画像に基づいて液滴の体積を検出する構成としたことを特徴とする請求項２に記載の輸液ポンプ。
透明な点滴筒と、該点滴筒の外部の一側に配置された発光部と、該発光部と前記点滴筒を挟んで対向した位置に配置され、滴下ノズル先端から液滴が離れ、液滴となって落下するまでの様子を一連の動画もしくは所定時間間隔で画像を取り込む複数枚の撮影データを得る二次元イメージセンサとを備えており、前記二次元イメージセンサは、個々に駆動でき、水平方向の上部位置と下部位置とに分けられた上部検出センサと下部検出センサとを含んでおり、前記上部検出センサが、前記滴下ノズル先端から液だまりが成長し、液滴となって落下した後の残渣を超える程度の位置に設定され、前記下部検出センサは、前記滴下ノズル先端から液滴の落下に際して生じる括れを超えた程度の下の位置に設定された装置を用いて、送液量を算定制御するために前記液滴の体積を求めるようにした方法であって、
撮像制御部により、前記二次元イメージセンサを制御して、前記滴下ノズル先端から液滴が離れ、液滴となって落下するまでの様子を一連の動画もしくは複数枚の画面データである撮影データとして撮影して前記記録部に保存し、
該撮影データに基づいて、薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別し、
該判別に基づいて、該薬液の前記滴下ノズルから滴下された直後の液滴の画像データを特定して、該画像データの液滴を用いて、該液滴の体積を算出する
ことを特徴とする前記装置の制御方法。
前記薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別する手法として、該薬液が液滴になる際に生じるくびれを検出した直後の画像を液滴落下状態として、当該液滴落下状態の画像に基づいて液滴の体積を検出することを特徴とする請求項５に記載の前記装置の制御方法。
前記薬液が前記滴下ノズルを離れて落下する液滴が生じたことを判別する手法として、前記滴下ノズル先端に保持されている薬液が所定時間内に液滴となって落下したデータに基づいて決定し、前記滴下ノズル先端に蓄積された液滴を検出してから、当該時間経過後の液滴の画像に基づいて液滴の体積を検出することを特徴とする請求項５に記載の前記装置の制御方法。