JP5861977B2 - 大便色検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、日常生活環境において、大便の色を検知する装置に関するもので、日常の健康状態をモニターする。特に大便表面の潜血を自動的に検知する装置に関する。

便中潜血の検出は、大腸癌などの大腸疾患の発見に有効である。便中の潜血検出は、大腸癌や消化器系疾患の早期発見および治療のために、定期健康診断や人間ドックの検査項目として採用され、多くの公共機関、医療機関で実施されている。便潜血の検査法としては、ベンジジン法、オルトトリジン法、グアヤック法などの化学法や、抗体に感作したラテックス粒子によるラテックス凝集法や抗体に結合させた色素を用いるクロマト法などがある。

これらの便潜血検査方法において、使用者は水洗トイレの便器内にトイレットペーパー等の紙を敷いた後、トイレットペーパー上に排便し、排便した便を搬送容器の採便棒でこすり取るものである。

しかし、洋式トイレでは便が便器の水封部に没入しやすく尿と混ざってしまうなど便鉢内での便の採取が困難であり、さらに便を採便棒に取る際に便が手に付くことなどもあり不快で不衛生であった。

更に、この方法の不具合点として、採便棒のこすった箇所の潜血反応しか検知できず、他の部分に有る潜血は検知されず、初期の大腸癌の場合５０％しか検知されない。かつ人間ドックや定期健康診断といった検査頻度の少なさや、受診割合が２割程度という低さもあり、今や大腸癌の死亡率は男子で３位、女子では１位に上昇してきており、増加の途上にある。こうした背景で、日常的な、かつ精度の高い検診技術の開発の要求が高まっている。

使用者に負担をかけず衛生的にトイレ内で便潜血検査を行うものとして、特許文献１や特許文献２のように、生体から排泄された便を水封部に没入する前に回収し、回収した便を溶液に溶解し、溶解液を搬送して便溶解液中の潜血を免疫法で検出する方法があるが、便の回収に伴う悪臭や、回収装置の洗浄や、検出部のメンテナンスの複雑さに問題があった。

トイレ内で便潜血検査を行う別の方法としては、特許文献３のように、排便時に人体から排出される排便ガスを吸入し、吸入した排便ガスに含まれるアミンガスをアミンセンサで検出し、潜血反応があると反応があるとアミンガスの量が増えることから、潜血反応を検知する方法である。この方法では、排便時に排便ガスが出ないと検知精度が上がらないことと、排便の近傍に排便ガス吸入部を接近させる必要が有り、吸入部先端の洗浄も必要となる。

一方、便器内の排泄物を撮像し、画像表示し、使用者が着座姿勢のまま視認可能な排泄物確認装置については、特許文献４がある。これは便器内をカメラで撮影し、大便の形状や色をモニター画面で見ることで、着座状態で観察するものである。この方法では、着座状態で見られるだけで、肉眼で直接見るのと変わらず、肉眼で毎回観察することには抵抗感が生ずる問題が有った。

また特許文献４では、大便の色を確認する手法として、水洗便器の底に有る水洗用の水の中の大便の状態を撮像手段で観察しており、潜血部が洗浄水に溶けだして薄くなり、かつ、小便で色の変わった水を通して観察するため、大便の色の観察精度が劣化していた。

血液のモニター方法としては、血液中の酸素飽和度を調べる、パルスオキシメーターが良く知られている。これは酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルの違いから、波長の異なる近赤外光の、指先の血管での透過強度を使い、血液中の酸素濃度を調べる手法である。一般的な吸収係数の分光スペクトルを図１に示す。縦軸は吸収係数を示しており、酸素化ヘモグロビンでは６７０ｎｍに於いて、吸収を受けない為、透過光で赤色に見える。脱酸素化ヘモグロビンでは吸収が増え、黒ずんで見える。パルスオキシメーターは透過光にて血中の酸素濃度を調べる手法である。

特開平１０−３１０１６号公報 特開平１０−２６０１８２号公報 特開２００６−１３２９４８号公報 特開２００６−６１２９６号公報

定期健康診断や人間ドックで一般的に実施されている採便棒による潜血検査方法では、検査の頻度が１年に一回ないし２回と少ない。また採便棒での採取箇所が狭いと潜血部に当たらず、初期大腸がんの検出率が低いという課題があった。また採便棒による便の採取方法は不衛生という課題もある。

家庭用の便器にて排便時に検出を行う方法は、排便の採取や排便時の排便ガスの採取を行うため、採取箇所の洗浄が必要になるばかりか、センサのメンテナンスの複雑化、直前の被験者とのクロスコンタミの防止手段構築という課題以外に、検査のメンテナンス費用の為、稀にしか行わない課題があった。

家庭で大便の色は目視で観察する場合も有るが、官能的な判断であり、日々の経過観察は出来ない。大腸癌に関連した大便の潜血判定も、肉眼で認識できる程に進行しないと気が付かず、早期癌を見落とす懸念が有った。また潜血判定以外に、大便の色が徐々に変化していった際には、変化に気が付かず、病気の進行が進んで初めて気が付くという課題があった。

更に大便表面の潜血領域が局所的にしかない初期の大腸癌の場合には、便器底部の洗浄水内の大便表面の色の観察では、大便の一部しか観察されず、裏側の部分に潜血部が有ると観察されない。肛門より落下した大便の位置関係は便器底部に落下水没後では定まらず、同じ箇所の観察は不可能であった。

上記課題を解決するために、本発明の第１の手段として、
便座ないし便器上部に設置された、大便を撮像するカラーセンシング手段と、前記カラ―センシング手段の出力信号から大便の色を検知する色検知手段とを設けた大便色検知装置において、大便を照明する発光体の波長が６００ｎｍから８００ｎｍで発光する第２発光体と、前記第２発光体の波長領域以外で発光する第１発光体との少なくとも２種類の発光体を有し、前記複数の波長の発光体と前記カラ―センシング手段は、前記便座ないし便器上部の周囲に複数個備えたことを特徴とする大便色検知装置を提供する。

また第２の手段として、上記の第１の手段において、前記カラ―センシング手段で得た撮像データを時系列的に記録する記録手段と、前記記録した時系列データから変化を定量的に算出する変化量算出手段とをさらに備えることを特徴とする大便色検知装置を提供する。

また第３の手段として、上記の第１の手段において、前記発光体と前記カラーセンシング手段の両者を同期して制御する制御手段とをさらに備えていることを特徴とする大便色検知装置を提供する。

また第４の手段として、上記の第１の手段において、前記カラーセンシング手段は、受光画素が直線状に配置されたリニアセンサを用いたことを特徴とする大便色検知装置を提供する。

また第５の手段として、上記の第１の手段において、前記カラーセンシング手段は、便座の裏面に備えられたことを特徴とする請求項１に記載の大便色検知装置を提供する。

また第６の手段として、上記の第１の手段において、前記色検知手段の結果を表示する色表示手段とをさらに備えたことを特徴とする大便色検知装置を提供する。

また第７の手段として、上記の第１の手段において、前記第１発光体の波長は６００ｎｍ以下もしくは８００ｎｍ以上であり、前記第２発光体の波長は６７０ｎｍを含む第２発光体である
ことを特徴とする大便色検知装置を提供する。

また第８の手段として、上記の第１の手段において、前記色検知手段は前記第１発光体で発光させた時の第１の撮影信号と、前記第２発光体で発光させた時の第２の撮影信号との差分信号を生成する差分信号生成手段とをさらに備えたことを特徴とする大便色検知装置を提供する。

また第９の手段として、上記の第１の手段において、前記大便色検知装置において、大便の落下する動きを検知する動き検知手段をさらに備えたことを特徴とする大便色検知装置を提供する。

また第１０の手段として、上記の第１の手段において、前記便座を備えた前記大便色検知装置において、前記便座には体重を測定する圧力センサをさらに備えたことを特徴とする大便色検知装置を提供する。

また第１１の手段として、上記の第１の手段において、排泄部局所洗浄水手段を備えた前記大便色検知装置において、複数の前記センシング手段で撮影した複数の撮影信号により、排泄部局所部の位置を算出し、算出した前記位置情報により、前記排泄部局所洗浄水手段の洗浄位置を調整する洗浄位置調整手段とを備えたことを特徴とする大便色検知装置を提供する。

また第１２の手段として、便座ないし便器上部に設置された、大便を撮像するカラーセンシング手段と、前記カラーセンシング手段の出力信号から大便の色を検知する色検知手段と大便を照明する発光体の波長が４００ｎｍから１０００ｎｍの波長域の白色スペクトルを有する発光体を有した、大便色検知装置において、前記カラーセンシング手段は、第１の波長領域である６００ｎｍ以下もしくは８００ｎｍ以上を透過させる第１フィルタと、前記第１フィルタの透過波長領域以外の光を透過させる第２フィルタとを有し、 前記発光体と前記カラ―センシング手段は、前記便座ないし便器上部の周囲に複数個備えたことを特徴とする大便色検知装置を提供する。

本発明の大便色検知装置によれば、日常的な排便の際に、便表面の色の変化を容易に観察でき、健康に関連する大便表面の色の変化、特に潜血検知を衛生的に実施することができる。さらにこの光学的な排便表面の潜血検知方法では、便座裏側にカメラを設置することで、排便個所から離れた場所での検知が可能で、メンテナンスもカメラの撮像画像の信号処理のみで簡便になり、特別な薬剤も不要で、日常の検査が容易に実現できる。さらに、複数方向より排便の表面検査が容易に出来るため、わずかな軽度の初期潜血を検知することができる。

そして、日常検査することで、同一人物の大便の潜血部はカメラのほぼ同じ画像領域で撮像でき、時系列的な変化を追跡しやすい。さらに検出精度を向上させることができる。日常の排便時に意識しなくても検査が出来るメリットがあり、大腸癌の早期発見に繋がり、死亡率を低減できる。

カラーカメラ中のイメージセンサとしては赤青緑の3色の色フィルタを備えたリニアセンサを用いることで、排便時にカメラで撮られることの抵抗感を軽減することができる。これはリニアセンサでは、静止物体は毎回同一ラインしか撮影されず、全体画像が把握できない。一方、移動物体は表面状態の撮影が可能であることに起因する。

図１は、血液中の酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸収係数の分光スペクトルである。 図２は、本発明の第１実施例に係る排便時の大便表面観察する様子を示す便器側面図である。 図３（ａ）は本発明の第１実施例に係る便座の裏面図、図３（ｂ）は便座の正面図、図３（ｃ）は便器の正面図、図３（ｄ）は便座の側面図である。 図４は、本発明の第１実施例に係る撮像カメラを含んだカラーセンシング部の構造図及び、照明光の出射領域、撮像光の入射領域を示した図である。 図５は、本発明の第１実施例に係る照明用の発光体と、照明光の出射領域を説明する図である。 図６は、本発明の第１実施例に係る撮像素子とし、エリアセンサを用いた場合の撮像カメラの構造図である。 図７は、図４、図６に於ける本発明の第１実施例に係る単一のカラーセンシング部と、被写体の大便の光学的関係を示す側面方向から見た図である。 図８は、本発明の第１実施例に係る複数のカラーセンシング部と、被写体の大便の光学的関係を示す便座裏面方向から見た図である。 図９は、本発明の第２実施例に係る撮像素子とし、リニアセンサとシリンドリカルレンズを用いた場合の撮像カメラの構造図である。 図１０は、本発明の第２実施例に係る撮像カメラを含んだカラーセンシング部の構造図及び、照明光の出射領域、リニアセンサの画素に取り込まれる撮像光のラインと、被写体としての大便の時間的な経過に伴う相対位置を示した図である。 図１１は、本発明の第２実施例に係る時間的経過に伴うリニアセンサの出力波形を示す図である。 図１２（ａ）は本発明の第３実施例に係り、照明波長が血液中の吸収率が高い波長域（λ１）の場合の、時間的経過に伴うリニアセンサの概念的な出力波形を示す図である。 図１２（ｂ）は本発明の第３実施例に係り、照明波長が血液中の吸収率が低い波長域（λ２）の場合の、時間的経過に伴うリニアセンサの概念的な出力波形を示す図である。 図１２（ｃ）は本発明の第３実施例に係り、照明波長が２つの波長域（λ１、λ２）の場合の、時間的経過に伴うリニアセンサの概念的な差分出力波形を示す図である。 図１３（ａ）は本発明の第４実施例に係り、照明波長が血液中の吸収率が高い波長域（λ１）の場合の、時間的経過に伴う図８に示すレイアウトに於ける、センシング部３（ａ）のリニアセンサの概念的な出力波形を示す図である。 図１３（ｂ）は本発明の第４実施例に係り、照明波長がλ１の場合の、時間的経過に伴う図８に示すレイアウトに於ける、センシング部３（ｂ）のリニアセンサの概念的な出力波形を示す図である。 図１３（ｃ）は本発明の第４実施例に係り、照明波長がλ１の場合の、時間的経過に伴う図８に示すレイアウトに於ける、センシング部３（ａ）とセンシング部３（ｂ）のリニアセンサの概念的な差分出力波形を示す図である。 図１４（ａ）は本発明の第５実施例に係り、照明光をＯＮさせた場合の、時間的経過に伴うリニアセンサの概念的な出力波形を示す図である。 図１４（ｂ）は本発明の第５実施例に係り、照明光をＯＦＦさせた場合の、時間的経過に伴うリニアセンサの概念的な出力波形を示す図である。 図１４（ｃ）は本発明の第５実施例に係り、照明光をＯＮさせた場合とＯＦＦさせた場合の、時間的経過に伴うリニアセンサの概念的な差分出力波形を示す図である。 図15は本発明の第７実施例に係り、色表示部を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る便座箇所に設置されたカメラでの配置方法、その配置に基づく大便表面部の潜血の検知方法につき、図面を参照しながら説明する。以下説明内において同一部分には同一の符号及び処理名を付し、最初にその詳細な説明をし、重複する同一部分の説明は省略する。

図２、図３は本発明の第１の実施例を説明する図であるが、この概念は他の実施例にも共通する。

図２において、１は便器であり、その上に便座２がある。便座の裏側には複数のカラーセンシング部３ａ、３ｂがある。生体４から排泄された大便５が便器１の水封部（図示せず）に没入する前に、カラーセンシング部３ａ、３ｂにて大便５の表面を複数方向から観察する構造になっている。
図中、便座２の破線部は便座の内側の開口部分の端部位置に対応している。

便座２の構造をさらに詳細に図３を用い説明する。図３（ａ）は便座２の裏面（便器側）の構成を示したものである。便座２の裏側には複数のカラーセンシング部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが配置されている。便座２の裏面部には清潔さを保つために、複数のスペーサ部が設けられ、便器１上部と便座２の間に空間を空ける構造になっているのが通常である。図２、図３に於いては、この複数のスペーサ部を複数のカラーセンシング部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄで兼ねている。

便座２の正面図は図３（ｂ）であり、スペーサの代わりとなる複数のカラーセンシング部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが便座２の裏面に形成されている。図３（ｃ）は便器１の正面図である。便座２はこの複数のカラーセンシング部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを介し、便器１の上面周辺部１’に接触し配置される。図３（ｄ）は便座２の側面図である。
図中、便座２、便器１の破線部は、便座及び便器の内側の開口部分の端部位置に対応している。

便座２のカラーセンシング部３ａの構造につき図４を用い説明する。他のカラーセンシング部３ｂ、３ｃ，３ｄも同じ構造である。カラーセンシング部３ａとしては筐体６の内部に、撮像カメラ７、撮像カメラのレンズ部８及び、光学窓９とからなる撮像系と、照明光を出射する照明部１０の照明系よりなる。照明部１０より出射された照明光の出射領域１１を図４では破線で示し、被写体からの撮像光の入射領域１２を図４では点線で示す。筐体６には制御部１３が設けられ、照明部１０と撮像カメラ７の同期を取り、照明光に対応した撮像画像を取得することが出来る。

図４に於ける照明部１０は、白色ＬＥＤを用い、撮像カメラ７は赤、青、緑の色の３原色の色フィルタが配置されたＢａｙｅｒ方式カラーカメラでも良いし、色フィルタの一部に赤外光フィルタが配置された配列のカラーカメラでも良いし、色フィルタの一部が透明光であるフィルタ構成でも良い。
白色ＬＥＤを省略し、便座下部の隙間より入射される外光を用いても良い。
また、撮像カメラに色フィルタを用いない白黒カメラを用いて、３色の赤、青、緑のＬＥＤ照明部を時間分割で順次発光撮影しても良い。
大便の色検知は、通常のカラーカメラと同様に、３色の赤、青、緑の撮影信号から、それぞれの色の信号レベルを算出し、判定したい色の基準信号レベル（範囲）とを比較判定することで、大便の色を判定することは従来技術で容易に実施することができる。

図４に於ける制御部１３は、単一のカラーセンシング部３ａの照明系、撮像系の制御に留まらず、複数のカラーセンシング部３ｂ、３ｃ、３ｄの照明系と撮像系とも連携した制御を行う事も可能である。

図４に於ける照明部１０の構造につき図５を用い説明する。照明部１０は回路基板１４に上に設けられた発光体１５ａ、１５ｂを配置し、発光体（図では１５ａ）より出射された照明光を、レンズ形状した透明樹脂１６にて、出射方向を揃える。このことで、照明光の出射領域１１の幅を狭めることが出来、照明光の強度を高めることが出来る。

図５の照明部１０に於いて、発光体１５ａ、１５ｂとしてＬＥＤを用いると、発光体の大きさがレンズ形状をした透明樹脂１６の大きさより十分小さい。この為、発光体１５ａ、１５ｂを近接して配置することにより、個々の発光体からの出射領域１１をほぼ揃えることが出来る。ここで発光体１５ａ、１５ｂの発光波長を変えることにより、異なる波長域の照明光に対する、各画素の出力の取得が可能となる。

図４に於ける撮像カメラ７の構造につき図６を用い説明する。図６に於いて、撮像素子としてはエリアセンサ１８が撮像カメラ筐体１７の回路基板（図示せず）上に配置され、図４のレンズ部８に対応し、レンズ１９がレンズバレル２０に配置された構造となっている。レンズ１９にて被写体の像はエリアセンサの画素（図示せず）上に結像される。撮像素子としてエリアセンサ１８を用いた撮像カメラが実施例１の特長である。

図７は、図４、図６に於ける本発明の第１実施形態に係る単一のカラーセンシング部３ａと、被写体である大便５の光学的関係を示す側面方向から見た図である。便座２のカラーセンシング部３ａから出射された、破線で示す照明光の出射領域１１ａは、被写体である大便５の表面で反射し、点線で示す入射領域１２ａとなって、カラーセンシング部３ａに入射される。カラーセンシング部３ａ内では、光学窓を経由して入射された被写体の像はレンズ部を経由してエリアセンサの画素上に結像される。

図８は、図３に於ける本発明の第１実施形態に係る複数のカラーセンシング部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、被写体である大便５の光学的関係を示す便座裏面方向から見た図である。便座２のカラーセンシング部３ａから出射された、破線で示す照明光の出射領域１１ａは、被写体である大便５の表面で反射し、点線で示す入射領域１２ａとなって、カラーセンシング部３ａに入射される。他のカラーセンシング部３ｂ、３ｃ、３ｄに付いても状況は同じであり、それぞれの出射領域を１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと記し、入射領域を同様にそれぞれ１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと記す。

図８で示されるように、照明光の出射領域は１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄで示されているが、これらにより、被写体である大便５は全周囲を照明される。また点線で示す大便５からの反射光のカラーセンシング部への入射領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、お互い重なり合いながら、被写体である大便５の全周囲を撮像する。

このため、初期の大腸癌の特徴である大便５の一部にしかない潜血部２５であっても、何れかのカラーセンシング部（図８では３ａ）で捉えることが出来る。これは採便棒による現状の低検出率（５０％）の改善が期待できる所以である。

図８に於いて、大便５の表面には部分的に潜血部２５が存在する。このような光学系では、潜血部２５は、カラーセンシング部３ａの撮像カメラで捉えられる他、カラーセンシング部３ｂ，３ｄでも撮像カメラの画像端部に於いて、検知することが出来る。撮像カメラにてカラー撮像が出来るため、このような光学系に於いて、大便表面の潜血部２５の色情報にて血液の有無を判定することが出来る。

ここで重要なことは、便座２にカラーセンシング部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、が固定され、生体４から排泄された大便５が便器１の水封部（図示せず）に没入する前に、大便５の表面を複数方向から観察する構造になっていること、生体４は便座２に対し常に同じ方向を向き、ほぼ同じ位置に毎回着座していること、大腸に於ける蠕動（ぜんどう）運動は、大便を直腸、肛門の方向に移動させる直線運動が主で、回転運動は少ないと考えられ、生体４の肛門から排泄された大便５の潜血領域２５の位置は、大便が肛門から離れている、いないに拘らず、生体４の肛門に対しほぼ同じ位置関係を保つこと、である。このために、潜血部２５の便座２に対する位置関係はほぼ変わらず、同じカラーセンシング部内の近接画素で潜血部２５の撮像が可能である。これは時系列的に記録し、変化を定量的に把握する上で非常に大きな利点となる。

図５に於いて、発光体１５ａ、１５ｂの波長を変えることにより、大便５の表面の潜血部２５のセンシング精度を向上することが出来る。即ち赤の波長域の照明光と赤の補色（シアン）の波長域の照明光にて照射し、各色フィルタに対応した画素の出力値より潜血部の色の特徴を把握可能である。

本発明の第２の実施形態として、カラーセンシング部の撮像カメラ７の撮像素子としてリニアセンサを用いた構造につき図９を用い説明する。図９に於いて、撮像素子としては、回路基板２１上に配置されたリニアセンサ２２が対応し、リニアセンサ上の画素２３が直線的配列されていることにより、直線状の画像取得が可能となる。リニアセンサ用のレンズとしては、図９に示す様に縦方向と横方向のレンズの寸法が大幅に差を付けた、シリンドリカルレンズ２４を構成部材として用いている。

本発明の第２の実施例の、便座２のカラーセンシング部３ａの構造及び、撮像カメラを含んだカラーセンシング部の構造図を図１０に示す。図１０は実施例１の図４、図７と類似であり、照明部１０より出射された照明光の出射領域１１は同じであるが、リニアセンサの画素に取り込まれる被写体の大便５からの入射領域１２の内、直線的に配置された画素に入射される入射光は、実施例１と異なり、幅を持たず、直線状となっていることが特長的である。この入射領域１２を、実施例１の図７と区別するために、図１０では入射領域ライン１２’と称し一点鎖線で示す。

図１０に於いては、被写体である大便５の潜血部２５が検知できるカラーセンシング部３ａの光学系で説明している。図中では、大便５の下方への移動に追随した時間経過を、タイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５で示している。上記の様にリニアセンサの画素で撮像できる入射領域ライン１２’は一点鎖線で示されているが、タイミングｔ３の時に、リニアセンサで大便５の潜血部２５が撮像される。タイミングｔ１、ｔ５では被写体の大便５は撮像されず、タイミングｔ２、ｔ４では潜血部２５の無い領域の被写体の大便５が撮像されている。
照明部１０より出射された照明光と、被写体の撮像をする撮像カメラ７は、図７と同様に筐体６内の制御部１３で、お互いの同期を取り、照明光に対応した撮像画像を取得することが同様に可能となる。

図１０のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に於ける、リニアセンサの出力波形を図１１に示す。被写体の大便が撮像されていないタイミングｔ１、ｔ５では背景出力が出力されている。図中、画素出力期間の両端は、最初の画素出力（画素１）と最後の画素出力（端画素）でそれぞれ示される。

図１１に於いて、潜血部２５の無い領域の被写体の大便５が撮像されているタイミングｔ２、ｔ４では、照明部１０より出射された照明光が、背景よりも近距離に存在する被写体の大便５表面で反射され、センシング部へ戻ってくる。この為、出力波形としては、入射領域ライン１２‘上には背景出力の他に、この大便表面からの反射光成分（図中では大便出力）が現れる。大便出力は、大便表面での照明光の反射率と、大便表面部分での照明光の強度で決まる。

図１１に於いて、大便５の潜血部２５が撮像されるタイミングｔ３では、照明部１０より出射された照明光は、大便５表面に付着した潜血部２５を通過し、大便表面で反射され、再度、潜血部２５を通過し、センシング部へ戻ってくる。この為、出力波形としては、入射領域ライン１２‘上には背景出力や大便出力以外に、この潜血部の大便出力が現れる。潜血部の大便出力は、潜血部での照明光の吸収係数と、大便表面での照明光の反射率と、大便表面部分での照明光の強度で決まる。ここで、潜血部での照明光の吸収係数は、図１に示されるように、潜血部での酸素化ヘモグロビンの割合と、照明光の波長により異なる。

本発明の第３の実施形態として、カラーセンシング部の撮像カメラ７の撮像素子としてリニアセンサを用い、照明光の波長を変化させた際の、図１０のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に於ける、リニアセンサの出力波形を図１２（ａ）、（ｂ）に示す。
ここでは可視域でない赤外光領域での照明光の波長を変えたセンシングについても、カラーセンシングと称する。

図１２（ａ）は、照明光の波長がλ１の場合の、図１０のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に於ける、リニアセンサの出力波形である。図１２（ａ）の波長λ１としては、潜血部の吸収係数が大きい波長域に相当し、図１に於いては６００ｎｍ以下の可視域か若しくは、８００ｎｍ以上の近赤外領域の波長域に相当する。

図１２（ｂ）は、照明光の波長がλ２の場合の、図１０のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に於ける、リニアセンサの出力波形である。図１２（ｂ）の波長λ２としては、潜血部の吸収係数が小さい波長域に相当し、図１に於いては６７０ｎｍ付近の波長域に相当する。

図１２（ｃ）は、照明光の波長がλ２とλ１の場合の、図１０のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に於ける、リニアセンサの出力波形の差分を取った出力波形である。潜血部の吸収係数の波長による違いを利用し、潜血部の信号を抽出することで検知精度を上げることが出来る。事前に波長λ２とλ１に対する撮像素子の感度の違いと、照明光の波長の違いによる光強度の違いを含めて、潜血していない状態（脱酸素化ヘモグロビンでは吸収が増え、黒ずんで見える）での信号レベル差を合わせておく。通常は、事前の製品出荷前に調整を済ませる。そして、潜血した大便を撮影すると、図１２（ｃ）に示すように潜血部の信号のみを精度良く抽出することができる。

図１に示す様に、酸化性ヘモグロビンの吸収率が６７０ｎｍ付近の波長域を最小として、短波長側と長波長側に吸収率が急激に増大する。この箇所での観察は便の潜血反応に於いて重要である。

血液の吸収スペクトルは図１に示す様に、血液中の約半分の体積を占める赤血球のヘモグロビンにより決まる。血液中のヘモグロビンには酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの２種類が有り、ヘモグロビンの酸素結合量により反射スペクトルが異なる。グラフで特徴的なことは酸素化ヘモグロビンでは６７０ｎｍに吸収の極小点があることである。

一般的な血中の酸素飽和度は動脈中では９５〜９８％、静脈中では６０〜８０％である。従って、潜血が大便表面に付着している場合、付着血が動脈血の場合には、波長域が６７０ｎｍで殆ど吸収されず、便表面より反射してくる為、赤色に見える。この為、６７０ｎｍと他の波長域との比較が重要となる。

付着血が静脈血でも酸素化ヘモグロビンが主体であり、６７０ｎｍの吸収率の極小の傾向は変わらないが、動脈ほど顕著ではなくなる。酸素化ヘモグロビンも脱酸化ヘモグロビンも、波長域が６００ｎｍ以下と６７０ｎｍの吸収率の違いは顕著である。図１に示すように、照明光の波長はヘモグロビンの差が顕著に発生する６００ｎｍから８００ｎｍの範囲を用い、特に波長６７０ｎｍ付近の半値幅の狭い（２０ｎｍから１４０ｎｍ）単波長を推奨する。波長６７０ｎｍを用いることで、約１０倍の感度差が発生するため、脱酸化ヘモグロビンが含まれる場合は、光吸収係数が大きいためセンサの出力信号レベルが小さい。一方、脱酸化ヘモグロビンが含まれないと光吸収係数が小さいためセンサの出力信号レベルは大きい。このセンサの出力信号レベルから潜血の有無を判断でき、大腸癌や消化器系疾患有りの警告を効率よく発生することができる。

本発明の第４の実施例として、カラーセンシング部の撮像カメラ７の撮像素子としてリニアセンサを用い、図８のセンシング部レイアウトにて、センシング部の位置を変えた（図８のセンシング部３（ａ），（ｂ））際の、図１０のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に於ける、リニアセンサの出力波形を図１３（ａ）、（ｂ）に示す。

図１３（ａ）は、照明光の波長がλ１の場合の、図１０のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に於ける、センシング部３（ａ）のリニアセンサの出力波形である。図１３（ａ）の波長λ１としては、潜血部の吸収係数が大きい波長域に相当し、図１に於いては６００ｎｍ以下の可視域の波長域に相当する。

図１３（ｂ）は、照明光の波長が同じくλ１の場合の、図１０のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に於ける、センシング部３（ｃ）のリニアセンサの出力波形である。潜血部２５はセンシング部３（ｃ）からは検知できず、ｔ３のタイミングに於いても、潜血部の大便出力は出てこない。

図１３（ｃ）は、照明光の波長が同じくλ１の場合の、図１０のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に於ける、センシング部３（ａ）、３（ｃ）のリニアセンサの出力波形の差分を取った出力波形である。潜血部の有り無しの違いを利用し、潜血部の検知精度を上げることが出来る。

本発明の第５実施例として、カラーセンシング部の撮像カメラ７の撮像素子としてリニアセンサを用い、図８のセンシング部（図３（ａ））のレイアウトにて、センシング部の波長がλ１の照明光を発光させた（ＯＮ）場合の、図１０のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に於ける、リニアセンサの出力波形を図１４（ａ）に示す。この場合、センシング部からの照明光以外にも、外光による照明も重畳され、潜血部の大便出力精度が劣化してしまう。

図１４（ｂ）は、センシング部の照明光を発光させない（ＯＦＦ）場合の、図１０のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に於ける、リニアセンサの出力波形を図１４（ｂ）に示す。照明光を発光させていないので、外光による照明のみであり、照明強度が弱い為、出力が小さくなる。また外光による照明のみであるため、波長が幅広い波長帯域を持ってしまい、潜血部の大便出力精度が悪くなる。

図１４（ｃ）は、センシング部の照明光を発光（ＯＮ）させた場合と発光させない（ＯＦＦ）場合の、図１０のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５に於ける、リニアセンサの差分出力波形を示す。照明光を発光させていない、外光による照明のみの場合の出力を、差分を取ることで、キャンセルし解消することが出来る。この為、潜血部の大便出力精度が改善する。

本発明の第６実施例として、図８に示す複数のカラーセンシング部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの出力波形を毎回記録し、潜血部の情報を一回だけで判定することなく、同一人物の記録履歴と照合し、潜血部の検知個所の頻度分布より、潜血の検知精度を上げることも可能である。これは、通常排便時には、着座方向は同じであることと、大腸に於ける大便の蠕動移動の際に、大便の回転運動が入りにくいこととから、潜血反応が出だすと、大便の潜血部の箇所は同じ方向で繰り返し生ずることに起因する。

本発明の第６実施例の場合には、複数人が共同使用する便器／便座より、同一人物を同定する必要が有るが、使用する毎に被検者が入力（図示せず）する以外に、カラーセンシング部３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）、３（ｄ）に圧力センサ（図示せず）を追加し、体重より人物の同定をすることが出来る。また複数の圧力センサの偏りデータも人物特定に使う事も出来るし、また大便の色も人物特定に活用することも可能である。

本発明の第1〜６実施例の場合には、同一人物を同定する以外に、同一人物のカラーセンシング部以降の段階でデータの記録と読み出しが必要となるが、制御部に記録手段（図示せず）を設け、そこに格納しても良いし、制御部に通信手段（図示せず）を設け、そこからデータをメインサーバーないし、携帯情報端末に通信させて、メインサーバーないし携帯情報端末で記録保存しても良い。

本発明の第７実施例として、大便色検知装置で判定した色を表示する表示部を図１５に示す。この表示部は、洗浄装置の制御部に組み込まれている。カラーセンシング部との接続は、配線もしくは電波により検出した色情報を伝達している。洗浄装置部は、便座の温度制御、洗浄水の温度制御、洗浄水の水流の強弱制御部からなる。大便色検知装置で判定した色をLEDランプの発光で表示できる。正常状態を表示するLEDと、代表的な色（例えば白（緑）、黒、赤）を表示するためのLEDを備えている。この3色の色表示部には、病院での検査を促すように表示されている。さらに、検出した色情報を記録するためのメモリ（例えばSDカード）部を備えている。この記録データには、赤、青、緑の信号レベルも記録することで、色の強度もパソコンで表示することができる。また、このデータを病院に提出することで時系列データを考慮することで検査精度を向上させることができる。

本発明の実施例に付き、大腸癌の早期診断の一助として、大便表面の潜血部分の有無を中心に説明してきたが、本発明による大便表面の色の観察方法は、単に潜血部分のみの判定に使うことなく、大便表面の色の変化を追うことにより、個々人の健康管理に活用することも可能である。
即ち、大便の色が消化器系の情報を含んでいると考えられ、例えば大腸癌による赤色変色だけでなく、胃潰瘍や十二指腸潰瘍、すい臓、小腸、大腸の異常などが、大便の色とに相関が有る。カラー撮像でデータ取得する以外に、潜血反応のスペクトルの表現の様に、照明部のＬＥＤの発光波長との組み合わせで、健康状態の判断を行う事が出来る。

色や深い緑色の場合、胆管に胆石が詰まったり、黄疸やすい臓がんや肝臓がんの可能性が、真っ黒なコールタール状の場合、胃からの出血の可能性があり、黒色は血液中の鉄分が酸化した色で、胃潰瘍や十二指腸潰瘍、胃がんの可能性がある。血が混じった状態、いわゆる血便が出たら、大腸癌意外にも、大腸トラブルの可能性がある。さらに、明るい鮮血になると直腸がんの可能性が出てくる。
いずれの場合も、すぐに正式な検査を受けるように色表示装置で色表示と病院検査受診を勧める。
正常な大便の色は黄色がかった茶色になる。そして、色検知結果を記録し、継続観察を実施することができる。

本発明の実施例では着座状態を圧力センサで検出もしくは、検査開始スイッチをONにすることで、カメラの起動を始め、常時撮像をするシステムについて説明してきた。
しかし、常時撮影を実施すると消費電力が増大する。よってカメラを低消費電力動作となる出力画素数を低減したBinningもしくは間引き撮像を行い、撮影時刻の異なる画像信号の差分処理により、排便の動き検出を実施する。そして、動き有りと判断した直後より標準撮影動作による撮像を行い、色検知終了後に本システムの動作をOFFに設定することで、省エネ動作が可能な大便色検知装置を実現できる。

本発明の実施例に付き、個々の例を上記に説明してきたが、当然のことながら、個々の施策は単独で無く、組み合わせて実施することは可能である。

また上記説明ではセンシング部は便座の裏面のスペーサ部分内部に設置したケースに付き説明してきたが、スペーサ部分以外に設置しても良い。またセンシング部の別の設置場所としては、便器の上部の縁部分に設置しても、便器の上部に埋め込んでも良い。

図２に示す本発明の便座に組み込んだ排泄部局所洗浄水装置において、図８の複数のセンシング部を利用した３次元撮影を実施することで、高精度に大便の位置検出が出来る。この検出した位置に温水の洗浄水の洗浄方向制御を方向制御装置で制御することで、精度良く洗浄箇所を狙うことができる。

以上のように、本発明にかかる大便色検知装置は、使用者が排便する毎に大便表面の色の観察を行う事で、健康状態の推移をモニター出来る以外に、大便表面の潜血検知を意識することなく行える。構成も大がかりなものではなく簡単な構成で実現できるので、使用者の自主健康管理としての用途の他、健康状態の検査や、病院用便器（便座）として、あるいは公衆トイレに設置することにより、何ら試薬を使うことなく、非常に安価に便の潜血反応を検知することが出来る。
これにより、癌死亡率の上位を占める大腸癌の早期発見を可能にし、医療費削減、平均寿命の延長化が可能となる。

１ 便器
２ 便座
３ カラーセンシング部
４ 生体
５ 大便
６ センシング部筐体
７ 撮像カメラ
８ レンズ部
９ 光学窓
１０ 照明部
１１ 出射領域
１２ 入射領域
１２’ 入射領域ライン
１３ 制御部
１４ 発光体用回路基板
１５ 発光体
１６ レンズ形状をした透明樹脂
１７ 撮像カメラ筐体
１８ エリアセンサ
１９ レンズ
２０ レンズバレル
２１ リニアセンサ用回路基板
２２ リニアセンサ
２３ リニアセンサ画素
２４ シリンドリカルレンズ
２５ 潜血部

Claims (12)

1. 便座ないし便器上部に設置された、大便を撮像するカラーセンシング手段と、
   前記カラーセンシング手段の出力信号から大便の色を検知する色検知手段と
   を設けた大便色検知装置において、
   大便を照明する発光体の波長が６００ｎｍから８００ｎｍで発光する第２発光体と、前記第２発光体の波長領域以外で発光する第１発光体との少なくとも２種類の発光体を有し、
   前記複数の波長の発光体と前記カラ―センシング手段は、前記便座ないし便器上部の周囲に複数個備えたこと
   を特徴とする大便色検知装置。
   
2. 前記カラ―センシング手段で得た撮像データを時系列的に記録する記録手段と、
   前記記録した時系列データから変化を定量的に算出する変化量算出手段と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の大便色検知装置。
   
3. 前記発光体と前記カラーセンシング手段の両者を同期して制御する制御手段と
   をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の大便色検知装置。
   
4. 前記カラーセンシング手段は、受光画素が直線状に配置されたリニアセンサを用いたことを特徴とする請求項１に記載の大便色検知装置。
   
5. 前記カラーセンシング手段は、便座の裏面に備えられたことを特徴とする請求項１に記載の大便色検知装置。
   
6. 前記色検知手段の結果を表示する色表示手段と
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１の大便色検知装置。
   
7. 前記第１発光体の波長は６００ｎｍ以下もしくは８００ｎｍ以上であり、前記第２発光体の波長は６７０ｎｍを含む第２発光体である
   ことを特徴とする請求項１に記載の大便色検知装置。
   
8. 前記色検知手段は前記第１発光体で発光させた時の第１の撮影信号と、前記第２発光体で発光させた時の第２の撮影信号との差分信号を生成する差分信号生成手段とを
   さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の大便色検知装置。
   
9. 前記大便色検知装置において、大便の落下する動きを検知する動き検知手段を
   さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の大便色検知装置。
   
10. 前記便座を備えた前記大便色検知装置において、前記便座には体重を測定する圧力センサを
    さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の大便色検知装置。
    
11. 排泄部局所洗浄水手段を備えた前記大便色検知装置において、複数の前記センシング手段で撮影した複数の撮影信号により、排泄部局所部の位置を算出し、算出した前記位置情報により、前記排泄部局所洗浄水手段の洗浄位置を調整する洗浄位置調整手段と
    を備えたことを特徴とする請求項１記載の大便色検知装置。
    
12. 便座ないし便器上部に設置された、大便を撮像するカラーセンシング手段と、
    前記カラーセンシング手段の出力信号から大便の色を検知する色検知手段と
    大便を照明する発光体の波長が４００ｎｍから１０００ｎｍの波長域の白色スペクトルを有する発光体を有した、大便色検知装置において、
    前記カラーセンシング手段は、第１の波長領域である６００ｎｍ以下もしくは８００ｎｍ以上を透過させる第１フィルタと、前記第１フィルタの透過波長領域以外の光を透過させる第２フィルタとを有し、
    前記発光体と前記カラ―センシング手段は、前記便座ないし便器上部の周囲に複数個備えたこと
    を特徴とする大便色検知装置。
    
    

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