JP6232846B2 - 液滴検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば輸液セットの点滴筒内における液滴の状態を検出する液滴検出装置に関するものである。

従来から、自然落下式輸液セットを使用して輸液治療を行う場合には薬液の流量管理が重要であるので、点滴筒内における単位時間当たりの液滴の落下数を検出して薬液の流量を表示したり、異常が発生した場合には報知することが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１、２では、発光素子と受光素子とからなるセンサを用いて点滴筒内における液滴を検出するようにしている。すなわち、発光素子と受光素子とを、点滴筒を外側から挟むように配置し、発光素子から点滴筒の径方向内方へ向けて照射した光を受光素子で受光し、液滴の落下によって発光素子からの光が遮られたことで液滴の落下があったものと判定する。

液滴の落下を検出したとき受光素子から出力される信号電圧の変動は小さなものなので、特許文献２に開示されているように、受光素子の出力信号を増幅器によって増幅するようにしている。

特開２００９−２４０４２８号公報 特開２０１２−１２５４５０号公報

しかしながら、受光素子の信号にノイズが含まれるのは避けられないので、増幅器は受光素子から出力された信号の増幅時にノイズも同じ比率で増幅することになり、その結果、液滴の落下によって生成されるはずの滴落信号を検出することができなくなる恐れがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ノイズの影響を抑制して液滴の落下を滴落信号として正確に検出できるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、差動増幅器を用いることで、滴落信号には影響を与えずにノイズのみを低減して滴落信号を増幅できるようにした。

第１の発明は、
点滴筒内を落下する液滴を検出する液滴検出装置において、
上記点滴筒の液滴通過場所に光を照射する投光素子と、
上記投光素子から照射された光を受ける第１受光素子及び第２受光素子と、
上記第１受光素子及び上記第２受光素子から出力された信号を処理する信号処理部とを備え、
上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、上記点滴筒の上下方向に離れて配置され、
上記信号処理部は、上記第１受光素子及び上記第２受光素子から出力された信号が入力される差動増幅器を有するとともに、該差動増幅器の出力電圧が所定電圧の範囲を超えたときに液滴を検出したと判定し、また、上記信号処理部は、上記所定電圧を、液滴を検出していないときの上記差動増幅器から出力される信号に基づいて変化させるように構成され、
上記差動増幅器の出力の変化によって液滴の落下を検出するように構成されていることを特徴とするものである。

この構成によれば、例えば上側に第１受光素子を配置し、下側に第２受光素子を配置した場合に点滴筒内で液滴が落下すると、投光素子から照射された光が液滴により遮断されたことが第１受光素子で検出された後、第２受光素子で検出されることになる。差動増幅器では、第１受光素子の信号電圧から第２受光素子の信号電圧を差し引く。第１受光素子で液滴を検出した時、第１受光素子よりも下側の第２受光素子では液滴を検出していないので、差動増幅器では例えば＋１の出力となる。一方、その検出した液滴がさらに落下して第２受光素子で検出した時、上側の第１受光素子では液滴を検出していないので、差動増幅器では例えば−１の出力となる。この出力の変化によって液滴の落下を検出することが可能になる。

また、本構成では、第１受光素子及び第２受光素子のノイズを含む信号が差動増幅器に入力されることになるが、第１受光素子及び第２受光素子は同一の点滴筒に取り付けられていて両者がそれほど離れていないので、第１受光素子及び第２受光素子には殆ど同じノイズが入ってくる。よって、差動増幅器において第１受光素子のノイズから第２受光素子のノイズが差し引かれて殆ど残らなくなるので、ノイズの影響を抑制しながら信号の増幅が可能になる。

また、点滴筒の周囲の明るさは、例えば日差しの影響や、時間の経過（朝、昼、夜）等によって変化し、点滴筒の周囲の明るさが明るくなれば、液滴を検出していなくても、第１受光素子と第２受光素子の少なくとも一方の信号電圧が上昇し、反対に、暗くなれば低下する。本発明では、液滴を検出したと判定するときの基準となる所定電圧を、液滴を検出していないときの差動増幅器から出力される信号に基づいて変化させるようにしたので、点滴筒の周囲の明るさ等の、外部要因により、各受光素子が受ける影響に差がある場合（例えば光の強度の偏りがある場合）も、これに対応できるように判定の基準を変化させることが可能になる。

第１の発明によれば、第１受光素子及び第２受光素子を上下方向に離して配置し、第１受光素子及び第２受光素子から出力された信号を差動増幅器に入力するようにしたので、ノイズの影響を抑制して液滴を正確に検出することができる。

また、液滴を検出したと判定する際の基準となる所定電圧を、液滴を検出していないときの差動増幅器から出力される信号に基づいて変化させるようにしている。これにより、判定の基準となる所定電圧を外部要因による影響の差にも対応するように変化させることができるので、より一層正確に検出することができる。

実施形態に係る液滴検出装置の使用状態を説明する図である。 液滴検出装置のブロック図である。 投光素子及び受光素子の点滴筒への取付状態を示す側面図である。 図３のIV−IV線断面図である。 差動増幅器から出力される信号波形を示す図である。 液滴が落下する状態を示す側面図であり、（ａ）は液滴が上側第１受光素子の上方にある状態、（ｂ）は液滴が上側第１受光素子と同じ高さにある状態、（ｃ）は液滴が上側第１受光素子と下側受光素子との間にある状態、（ｄ）は液滴が下側受光素子と同じ高さにある状態をそれぞれ示している。 差動増幅器から連続して出力される信号波形を示す図である。 実際の滴落信号を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る液滴検出装置１の使用状態を説明する図である。液滴検出装置１は、輸液セット１００が有する点滴筒１０１に取り付けられ、点滴筒１０１内を落下する液滴の状態を検出するためのものである。輸液セット１００は、点滴筒１０１の他に、薬液が収容された薬液容器１０２と、薬液容器１０２から点滴筒１０１まで延びる上流側チューブ１０３と、点滴筒１０１から穿刺針１０４まで延びる下流側チューブ１０５とを備えている。下流側チューブ１０５の中途部には輸液ポンプ１０６が設けられ、この輸液ポンプ１０６によって薬液が所定の流量で患者に投与されるようになっている。

上記点滴筒１０１は、従来周知のものであり、透光性を有する部材（例えば無色透明な部材）で構成されている。すなわち、点滴筒１０１内の上部で液滴が成長していき、図６に示すように成長した液滴が所定の大きさになった時点で下方へ落下して点滴筒１０１の下部に溜まって患者に投与される。点滴筒１０１における下部は薬液貯留部１０１ａであり、薬液貯留部１０１ａよりも上側は、液滴が通過する液滴通過場所である。

図２や図３に示すように、液滴検出装置１は、投光素子２と、上側第１受光素子（本発明の第１受光素子に相当）３と、下側受光素子（本発明の第２受光素子に相当）５と、制御装置６とを有しており、図１に示す信号線１０８を介して輸液ポンプ１０６に接続されている。投光素子２は、例えばＬＥＤのような発光素子等で構成することができる。投光素子２は、点滴筒１０１の液滴通過場所に対して点滴筒１０１の外部から内部へ向けて光を照射するように構成されたものである。投光素子２から照射された光は、点滴筒１０１の液滴通過場所の上側から下側の所定範囲に亘る。

投光素子２は、単数のＬＥＤで構成してもよいし、例えば複数のＬＥＤで構成することもできる。単数のＬＥＤで構成する場合には、光の放射範囲を広くするようにして液滴の検出可能範囲を広く確保しておくのが好ましい。液滴の検出可能範囲を広くしておくことで、例えば点滴筒１０１が何らかの影響で傾いた場合、その傾いた状態の点滴筒１０１内で液滴が鉛直に落下しても有効に検出することが可能になる。

一方、複数のＬＥＤで構成する場合には、投光素子２全体としての照射範囲はＬＥＤの数でカバーするようにする。これにより、広い範囲を精度よく検出することが可能になる。また、投光素子２から照射する光は、可視光であっても、赤外光であってもよい。この実施形態では、投光素子２は３つのＬＥＤで構成しており、これらＬＥＤを水平方向に並べている。

上側第１受光素子３及び下側受光素子５は、受光した光の強さが強ければ強いほど出力信号の電圧が高くなるように構成された周知のものである。上側第１受光素子３は、点滴筒１０１の液滴通過場所の上側において点滴筒１０１の周方向で、且つ投光素子２に対向する位置に配置されており、投光素子２から照射されて点滴筒１０１の液滴通過場所を透過した光を受光するものである。

下側受光素子５は、点滴筒１０１の液滴通過場所の下側、即ち、上側第１受光素子３から下方へ離れ、かつ、点滴筒１０１の周方向で、且つ投光素子２に対向する位置に配置されており、投光素子２から照射されて点滴筒１０１の液滴通過場所を透過した光を受光するものである。つまり、下側受光素子５及び上側第１受光素子３は、液滴の落下によって投光素子２から受ける光の強度に変化がある所において、互いに上下方向に離れて配置されている。

制御装置６は、上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力された信号が入力されるようになっている。すなわち、図２に示すように制御装置６は、上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力された信号を処理する信号処理部１０を有している。信号処理部１０は、差動増幅器１２とフィルタ１４と判定部１５とを有している。

図３に示すように、差動増幅器１２は、上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力された信号が入力される。差動増幅器１２は、上側第１受光素子３の信号から下側受光素子５の信号を差し引いて一定の増幅率で増幅する。

点滴筒１０１内で液滴Ａ（図４、図６に示す）が落下した場合、液滴Ａは投光素子２と上側第１受光素子３との間を通過した後、投光素子２と下側受光素子５との間を通過する。図６（ａ）に示すように点滴筒１０１内で液滴Ａが投光素子２と上側第１受光素子３との間を通過する前は、差動増幅器１２から出力される信号が、図５にａで示す領域のように、上側第１受光素子３の信号から下側受光素子５の信号を差し引いた値を所定の増幅率で増幅した大きさとなる。このときの信号電圧は、点滴筒１０１の周囲の明るさによって決まる。

点滴筒１０１内で液滴Ａが通過する間は、まず、図６（ｂ）に示すように液滴Ａが投光素子２と上側第１受光素子３との間を通過することになり、この瞬間に投光素子２からの光が遮られて上側第１受光素子３から出力される信号電圧が瞬間的に低下する。これにより、図５に矢印ｂで示すように、差動増幅器１２から出力される信号は低下する。次いで液滴Ａが図６（ｃ）に示すように上側第１受光素子３と下側受光素子５との間を落下している場合には、液滴Ａが投光素子２の光を遮らないので、差動増幅器１２から出力される信号は図５のａの領域と同じになる（図５に矢印ｃで示す）。

その後、図６（ｄ）に示すように、液滴Ａが投光素子２と下側受光素子５との間を通過する。この瞬間に投光素子２からの光が遮られて下側受光素子５から出力される信号電圧が瞬間的に低下する。これにより、図５に矢印ｄで示すように、差動増幅器１２から出力される信号は上昇する。従って、差動増幅器１２から出力される信号電圧、即ち、上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力される信号電圧は、液滴の落下が繰り返される度に上下に変動し、連続した信号となる。

信号処理部１０は、差動増幅器１２から出力された信号電圧が所定の滴落判定範囲を越えた場合に液滴の落下があったと判定するように構成されている。滴落判定範囲とは、一般に液滴の落下が起こった場合に差動増幅器１２から出力される信号電圧の変動よりも狭い範囲で、かつ、ノイズ等によって変動する小さな信号電圧よりも広い範囲であり、図５において上側の破線と下側の破線とで示す範囲である。

制御装置６は、信号処理部１０によって液滴の落下があったと判定した場合には、外部に報知するように構成されている。例えば、ＬＥＤ等の発光体や音声を発する装置等を制御装置６に接続しておき、信号処理部１０が液滴の落下があったと判定した場合に、発光体を発光させたり、音声を発生させたりする。

また、信号処理部１０は、図５に示す滴落判定範囲を変更するように構成されている。差動増幅器１２から出力される信号電圧は、点滴筒１０１の周囲の明るさが変化しなければ図５に示す波形が繰り返されることになるが、時間の経過や周囲の照明の点灯及び消灯等によって明るさが変化した場合には、図７に示すように信号電圧が上下に変動することになる。下側受光素子５に上側第１受光素子３よりも強い光が入射すると信号電圧が低下する。一方、上側第１受光素子３に下側受光素子５よりも強い光が入射すると信号電圧が上昇する。

信号処理部１０は、１回の液滴の落下が終わって次の液滴の落下があるまでの間（図５に示すｅの領域）の信号電圧を、滴落判定範囲の中心値（滴落判定の基準値）として、次の液滴の落下を判定する際の滴落判定範囲としている。図７に示すように、当初の滴落判定範囲をｆとした場合に、下側受光素子５に上側第１受光素子３よりも強い光が入射すると上述のように信号電圧が全体として低下し、このときには、符号ｇで示す範囲を滴落判定範囲とする。反対に上側第１受光素子３に下側受光素子５よりも強い光が入射すると
滴落判定範囲をｆにしたり、更に高いところを滴落判定範囲とする。

図８は、差動増幅器１２から出力される信号電圧の実際の波形を示した図であり、差動増幅器１２から出力される信号電圧は、滴落の有無を示す信号であるため、滴落信号というものとする。滴落信号は、図５に拡大して模式的に示すように、液滴通過前の信号と液滴通過中の信号との繰り返しで構成されており、液滴の落下が無くなると、液滴通過前の信号のみで平坦な形状となる。

また、点滴筒１０１内で液滴Ａが落下した場合、液滴Ａは、投光素子２と上側第１受光素子３との間を通過することになる。従って、液滴Ａが投光素子２と上側第１受光素子３とを通過する瞬間に、投光素子２からの光が遮られて上側第１受光素子３から出力される信号電圧が瞬間的に低下する。

また、制御装置６は、液滴を検出した場合に輸液ポンプ１０６に信号を出力するように構成することができる。例えば、制御装置６からの信号を得た輸液ポンプ１０６は、単位時間当たりの液滴の落下数が正常範囲にあるか否かを判定して正常範囲を逸脱した場合に警報を発するように構成することができる。

次に、上記のように構成された液滴検出装置１の使用要領について説明する。まず、液滴検出装置１の投光素子２、上側第１受光素子３及び下側受光素子５を図３及び図４に示すように点滴筒１０１に取り付ける。

点滴筒１０１内で液滴が落下すると、上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力される信号が変化し、これら信号が差動増幅器１２に入力される。差動増幅器１２では、上側第１受光素子３の信号から下側受光素子５の信号を差し引く。このとき、上側第１受光素子３及び下側受光素子５の信号にはノイズが含まれていることがあるが、上側第１受光素子３及び下側受光素子５は同一の点滴筒１０１に取り付けられていて両者がそれほど離れていないので、上側第１受光素子３及び下側受光素子５には殆ど同じノイズが入ってくる。よって、差動増幅器１２において上側第１受光素子３のノイズから下側受光素子５のノイズが差し引かれて殆ど目立たなくなる。このようにして得られた信号を一定の増幅率で増幅するようにしているので、ノイズの影響を抑制することが可能になり、図８に示すように液滴の落下を明確に把握することのできる滴落信号を得ることができる。

この実施形態では、液滴を検出したと判定するときの基準となる滴落判定範囲（図５に示す）を、液滴を検出していないときの差動増幅器１２から出力される信号（図５のａ、ｅで示す領域の信号）に基づいて変化させることができる。これにより、上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力される信号電圧に差が生じたときに、その差に対応するように液滴の落下判定の基準を変化させることが可能になる。

以上説明したように、この実施形態に係る液滴検出装置１によれば、上側第１受光素子３及び下側受光素子５を上下方向に離して配置し、上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力された信号を差動増幅器１２に入力するようにしたので、ノイズの影響を抑制して液滴を正確に検出することができる。

また、液滴を検出したと判定する際の基準となる所定電圧を、液滴を検出していないときの上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力される信号に基づいて変化させるようにしている。これにより、判定の基準となる所定電圧を上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力される信号電圧の差に対応するように変化させることができるので、より一層正確に検出することができる。

尚、上記実施形態では、投光素子２が１つの場合について説明したが、これに限らず、投光素子２は複数設けてもよい。

また、上側第１受光素子３及び下側受光素子５は、単数の受光素子で構成してもよいし、複数の受光素子で構成してもよい。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係る液滴検出装置は、例えば、輸液治療を行う場合に使用することができる。

１ 液滴検出装置
２ 投光素子
３ 上側第１受光素子（本発明の第１受光素子）
５ 下側受光素子（本発明の第２受光素子）
６ 制御装置
１０ 信号処理部
１２ 差動増幅器
１４ フィルタ
１５ 判定部
１０１ 点滴筒

Claims (1)

1. 点滴筒内を落下する液滴を検出する液滴検出装置において、
   上記点滴筒の液滴通過場所に光を照射する投光素子と、
   上記投光素子から照射された光を受ける第１受光素子及び第２受光素子と、
   上記第１受光素子及び上記第２受光素子から出力された信号を処理する信号処理部とを備え、
   上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、上記点滴筒の上下方向に離れて配置され、
   上記信号処理部は、上記第１受光素子及び上記第２受光素子から出力された信号が入力される差動増幅器を有するとともに、該差動増幅器の出力電圧が所定電圧の範囲を超えたときに液滴を検出したと判定し、また、上記信号処理部は、上記所定電圧を、液滴を検出していないときの上記差動増幅器から出力される信号に基づいて変化させるように構成され、
   上記差動増幅器の出力の変化によって液滴の落下を検出するように構成されていることを特徴とする液滴検出装置。

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