JP6947505B2 - 滴下量測定装置、滴下量コントローラおよび点滴装置 - Google Patents

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Description

本発明は、滴下量測定装置、滴下量コントローラ、点滴装置および液滴体積測定装置に関する。
点滴により輸液等を患者に投与する場合、看護師が輸液パックをセットする際に、点滴流路の開度を調整して点滴の滴下量(流量)を調整する必要があった。また、点滴中にチューブの屈曲などにより滴下量が変動することもあるため、看護師は定期的に滴下量を点検する必要があった。
このような滴下量の制御を自動的に行うために、点滴筒内のノズルの下端から落下する液滴の数をカウントし、カウント数に応じて滴下量を制御する輸液システムが知られている。
たとえば、特許文献1(特許第5131894号公報)には、点滴総液量、所定時間当たりの滴量、および、1ミリリットル当たりの滴数を設定して、発光ダイオードで照明した光をフォトダイオードで検知することにより点滴筒体での滴下数をカウントし、カウントされた滴下数に応じて、点滴筒に接続された導管の開度をリニアステッピングモータ(アクチュエータ)を用いて調整する方法が開示されている。また、特許文献3(特開2012−125450号公報)にも、光透過性の点滴筒内を落下する液滴を発光素子および受光素子によって検出し、滴下数、滴下間隔を算出する点滴モニタ装置が開示されている。
しかし、液滴の大きさが、液体の粘度や表面張力によって異なる場合、滴下数のカウントだけでは、正確な滴下量を知ることは出来ない。すなわち、液の種類によって1ミリリットル当たりの滴数が異なるため、それに応じて設定を変更する必要があるが、作業が煩雑であり、間違える危険もあった。
そこで、特許文献2(特許第5583939号公報)には、滴下数のカウントだけでなく、液滴の大きさ(体積)も計測することのできる点滴検出装置が開示されている。特許文献2に開示される点滴検出装置では、二次元イメージセンサによって、ノズルの下端から液滴が離れ、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毎の複数の撮像データとして取得し、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、該画像データから液滴の体積を算出する。
特許第5131894号公報 特許第5583939号公報 特開2012−125450号公報
しかしながら、特許文献2に開示される点滴検出装置では、ノズルからの液滴落下の直前や、滴下された直後の液滴の画像データを正しく得るために、高速の画像処理能力(例えば、120枚/秒)と大きな画角を有する高価なカメラ等が必要になるという問題があった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、安価なカメラ等を用いた場合でも、液の種類によらず流量を正確に測定することのできる、滴下量測定装置、滴下量コントローラ、点滴装置および液滴体積測定装置を提供することを目的とする。
[1]
ノズルの下端において成長し、前記ノズルの下端から断続的に落下する液滴の流量を測定するための滴下量測定装置であって、
前記ノズルの下端において成長している成長中の液滴を複数の時点において撮像して、前記成長中の液滴の複数の画像データを取得する撮像部と、
前記撮像部によって取得された前記複数の画像データを分析することにより、前記流量を算出するデータ処理部と
を備えることを特徴とする、滴下量測定装置。
[2]
前記液滴が前記ノズルの下端から離れたことを検知し、前記液滴の滴下数を計数するカウント部をさらに備え、
前記データ処理部は、前記複数の画像データを分析することにより、前記ノズルの下端から離れた後の落下中の液滴の推定体積を算出し、前記滴下数と前記推定体積とから前記流量を算出する、[1]に記載の滴下量測定装置。
[3]
前記複数の画像データは、前記撮像部によって撮像された一連の動画であり、
前記データ処理部は、前記複数の画像データを分析することにより、前記液滴が前記ノズルの下端から離れたことを検知し、前記液滴の滴下数を計数することにより、前記カウント部を兼ねる、[2]に記載の滴下量測定装置。
[4]
前記カウント部は、
前記液滴に光を照射する発光部と、
前記成長中の液滴または前記落下中の液滴による前記光の透過量の変化、前記光の遮断、前記光の反射量の変化、または、前記光の屈折の変化を検出する受光部とを含み、
前記受光部によって、前記液滴が前記ノズルの下端から離れたことを検知する、[2]に記載の滴下量測定装置。
[5]
前記データ処理部は、
前記複数の画像データの各々において、前記成長中の液滴に対してフィッティングされた円を作成し、
前記円の半径および前記円の中心位置の少なくともいずれかに基づいて、前記落下中の液滴の前記推定体積を算出する、
[2]〜[4]のいずれかに記載の滴下量測定装置。
[6]
前記データ処理部は、
前記複数の画像データの各々において、前記成長中の液滴の輪郭を特定し、前記輪郭から前記成長中の液滴の体積を算出し、
前記成長中の液滴の体積に基づいて、前記落下中の液滴の前記推定体積を算出する、
[2]〜[4]のいずれかに記載の滴下量測定装置。
[7]
前記データ処理部は、前記複数の画像データの各々を分析することにより、前記成長中の液滴の体積増加速度を算出し、前記体積増加速度を前記流量とする、[1]に記載の滴下量測定装置。
[8]
前記データ処理部は、
前記複数の画像データの各々において、前記成長中の液滴に対してフィッティングされた円を作成し、
前記円の半径および前記円の中心位置の少なくともいずれかの変化量に基づいて、前記体積増加速度を算出する、
[7]に記載の滴下量測定装置。
[9]
前記データ処理部は、
前記複数の画像データの各々において、前記成長中の液滴の輪郭を特定し、前記輪郭から前記成長中の液滴の体積を算出し、
前記成長中の液滴の体積に基づいて、前記体積増加速度を算出する、
[7]に記載の滴下量測定装置。
[10]
前記成長中の液滴を照明する照明器具をさらに備える、[1]〜[9]のいずれかに記載の滴下量測定装置。
[11]
照明器具は、一定間隔で繰り返し発光するストロボスコープである、[10]に記載の滴下量測定装置。
[12]
前記照明器具は、人の可視光でない波長の光を照射する、[10]または[11]に記載の滴下量測定装置。
[13]
前記撮像部は、少なくとも可視光の一部の範囲をカットする光学フィルタを備える、[1]〜[12]のいずれかに記載の滴下量測定装置。
[14]
前記撮像部は、複数のカメラを含む、[1]〜[13]のいずれかに記載の滴下量測定装置。
[15]
前記複数の画像データを比較し、前記複数の画像データの間で変化の無い部分を画像処理によって除去することにより、前記複数の画像データのうちの動的な部分を抽出する、[1]〜[14]のいずれかに記載の滴下量測定装置。
[16]
ノズルの下端において成長し、ノズルの下端から断続的に落下する液滴の流量を制御するための滴下量コントローラであって、
[1]〜[15]のいずれかに記載の滴下量測定装置と、
滴下量測定装置によって測定された液滴の流量に基づいて、前記流量を調整するための調整器具とを備える、滴下量コントローラ。
[17]
少なくとも1つの落下中の液滴の推定体積を算出した後、前記撮像部の作動を停止する、[2]に記載の滴下量測定装置。
[18]
前記撮像部の作動を停止するまでは前記カウント部の作動を停止し、前記撮像部の作動を停止した後に前記カウント部を作動させる、[17]に記載の滴下量測定装置。
[19]
複数の前記落下中の液滴の推定体積を算出し、それらの平均値を算出した後、前記撮像部の作動を停止し、
前記滴下数と前記推定体積の平均値とから前記流量を算出する、[17]または[18]に記載の滴下量測定装置。
[20]
ノズルの下端において成長し、前記ノズルの下端から断続的に落下する液滴の流量を制御するための滴下量コントローラであって、
[17]〜[19]のいずれかに記載の滴下量測定装置と、
前記滴下量測定装置によって測定された液滴の流量に基づいて、前記流量を調整するための調整器具とを備え、
前記調整器具は、前記撮像部の作動を停止するまでの前記流量が、前記撮像部の作動を停止した後の前記流量よりも低くなるように、前記流量を調整する、滴下量コントローラ。
[21]
点滴筒と、
前記点滴筒の内部に断続的に液滴を落下させるためのノズルと、
前記点滴筒の内部に落下した液滴を前記点滴筒から排出するためのチューブと、
[16]または[20]に記載の滴下量コントローラとを備える、点滴装置。
[22]
前記点滴筒は透明であり、
前記チューブは軟質チューブであり、
前記調整器具はアクチュエータを含み、
前記調整器具は、前記アクチュエータによって前記軟質チューブの一部を外部から加圧し、前記軟質チューブ内の流路の開度を調整することにより、前記流量を調整する、[21]に記載の点滴装置。
[23]
前記点滴筒は透明であり、前記撮像部は前記点滴筒の外部から前記成長中の液滴を撮像する、[21]または[22]に記載の点滴装置。
[24]
前記点滴筒の内壁が親水性である、[23]に記載の点滴装置。
[25]
ノズルの下端において成長し、前記ノズルの下端から落下する液滴に対して、前記ノズルの下端から離れた後の落下中の液滴の推定体積を測定するための液滴体積測定装置であって、
前記ノズルの下端において成長している成長中の液滴を複数の時点において撮像して、前記成長中の液滴の複数の画像データを取得する撮像部と、
前記撮像部によって取得された前記複数の画像データを分析することにより、前記落下中の液滴の前記推定体積を算出するデータ処理部と
を備えることを特徴とする、液滴体積測定装置。
本発明によれば、落下中の液滴よりも移動速度の遅い成長中の液滴を撮像することで、液滴の大きさ(体積)を測定することができるため、安価なカメラ等を用いた場合でも、液の種類によらず流量を正確に測定することができる。
実施形態1の構成を示す模式図である。 実施形態1の変形例の構成を示す模式図である。 実施形態1における液滴の画像データの一例を示す模式図である。 実施形態1における液滴の画像データの別の例を示す模式図である。 実施形態1における液滴の複数の画像データの一例を示す模式図である。 実施形態1における液滴の複数の画像データの別の例を示す模式図である。 図5に示される液滴の複数の画像データにおいて、液滴にフィッティングされた円を示す模式図である。 図6に示される液滴の複数の画像データにおいて、液滴にフィッティングされた円を示す模式図である。 実施形態1の別の変形例の構成を示す模式図である。 図6に示される液滴の複数の画像データにおいて、特定された液滴の輪郭を示す模式図である。 実施形態2において成長中の液滴の体積を求める方法を説明するための模式図である。 実施形態2において成長中の液滴の体積を求める方法を説明するための別の模式図である。 実施形態1における滴下量の制御の流れの一例を示すブロック線図である。 実施形態2における滴下量の制御の流れの一例を示すブロック線図である。 実施形態3において画像データ毎の液滴の体積と時刻との関係を示す模式的なグラフである。 図15の部分拡大図である。 実施形態3において複数の滴下回数で求められた液滴の1滴毎の体積を示す模式的なグラフである。 実施形態3の構成例1における滴下量測定装置の構成を示す模式図である。 実施形態3の構成例1における滴下量測定装置の動作の流れを示すフローチャートである。 実施形態3の構成例1における滴下量コントローラの構成を示す模式図である。 実施形態3の構成例1における滴下量コントローラの動作の流れを示すフローチャートである。 実施形態3の構成例2の構成を示す上面模式図である。 実施形態3の構成例2の構成を示す正面模式図である。 実施形態3の構成例2の変形例の構成を示す正面模式図である。 実施形態3の構成例3の構成を示す上面模式図である。 実施形態4における滴下量測定装置の動作の流れを示すフローチャートである。 実施形態4の変形例における滴下量測定装置の動作の流れを示すフローチャートである。 従来のワンタッチ式のチューブクランプの構成を示す正面図である。 実施形態6の構成例1の構成を示す斜視図である。 実施形態6の構成例1の使用状態を示す正面図である。 実施形態6の構成例1の応用例を示す正面図である。 実施形態6の構成例2の構成を示す斜視図である。 (a)および(b)は、実施形態6の構成例2の構成を示す側面図である。(c)は、実施形態6の構成例2の構成を示す正面図である。 実施形態6の構成例3の構成を示す斜視図である。 実施形態6の構成例3の使用方法を説明するための斜視図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。実施形態2以降では実施形態1と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
[実施形態1]
<点滴装置>
図1を参照して、本実施形態の点滴装置7は、主に、点滴筒11と、点滴筒11の内部に断続的に液滴を落下させるためのノズル12と、点滴筒11の内部に落下した液滴を点滴筒11から排出するためのチューブ15とを備えており、さらに、滴下量コントローラ6を備えている。なお、滴下量コントローラ6については、後で詳細に説明する。
点滴筒11の上部には、液滴13を断続的に落下(滴下)するためのノズル12(滴下ノズル)が設けられている。ノズル12の内部は、点滴筒11の内部に連通している。
点滴筒11は、例えば、患者より高い位置でスタンドに吊るされた輸液バッグから、患者に至る輸液ラインの途中に配置されている。ノズル12の上端は、輸液バッグ側の輸液ラインを構成するチューブ16に接続されている。点滴筒11の下端は、患者側の輸液ラインを構成するチューブ15に接続されている。
輸液バッグ内の輸液(薬液)は、重力によってチューブ16内を下方に向かって流れ、ノズル12の内部に達する。そして、ノズル12の下端において液滴13aが成長し(図3参照)、液滴13aが所定の大きさに成長すると点滴筒11内で落下(滴下)する(図4参照)。なお、点滴筒11は透明であるため、成長中の液滴13aを外部から撮像することが可能である。
本実施形態の点滴装置によれば、従来の点滴装置と比較して、液の種類によらずに、正確な流量(流速)で、また正確な時間で輸液を行うことができる。
なお、輸液ポンプを使用する方式の輸液システムを用いれば、流量を正確に制御することはできるが、ポンプ等の機構が複雑であり、装置が大型で重くなり、コストが高くなる。これに対して、本実施形態の点滴装置では、ポンプが不要であるため、装置を小型で軽くすることができ、コストを低下させることができる。
また、ポンプによる強制的な送液を行う場合、輸液ライン先端の注射針が血管内等の所定の位置に挿入されていない場合でも、輸液を送液してしまう危険性があるが、点滴装置では、そのような危険性が少ない。
<滴下量コントローラ>
滴下量コントローラ6は、ノズル12の下端において成長し、ノズル12の下端から断続的に落下する液滴の流量を制御するための装置である。滴下量コントローラ6は、滴下量測定装置1と、調整器具3とを備えている。なお、流量(滴下量)とは、単位時間当たりに滴下する液滴の量である。
調整器具3は、滴下量測定装置1によって測定された液滴の滴下量(滴下速度)に基づいて、滴下量を調整するための器具である。調整器具3は、アクチュエータ31とコントローラ32とを有している。なお、滴下量測定装置1については、後で詳細に説明する。
アクチュエータ31は、点滴筒11の下流(下方)に接続されたチューブ15を外部から加圧して押しつぶし、チューブ15内の流路の広さ(開度)を変更することができる。なお、チューブ15は、樹脂等の可撓性材料からなる軟質チューブである。アクチュエータ31としては、例えば、リニアステッピングモータが挙げられる。リニアステッピングモータは、軟質のチューブ15を任意の幅に押しつぶすことが可能であり、チューブ15の流路抵抗を変化させることにより、流量を制御することができる。コントローラ32は、例えばエンコーダを備えており、該エンコーダによって正確なアクチュエータ31の位置制御を行うことができる。
滴下量測定装置1によって測定された液滴の滴下量が狙い値より大きい場合、コントローラ32は、軟質チューブの押しつぶし量を大きくし(開度を小さくし)、滴下速度が減少するように、アクチュエータ31を駆動させる。逆に、滴下量測定装置1によって測定された液滴の滴下量が狙い値より小さい場合、コントローラ32は、アクチュエータ31を駆動して軟質チューブの押しつぶし量を小さくし(開度を大きくし)、滴下速度が増加するように、アクチュエータ31を駆動させる。
なお、このような調整器具3による滴下量の調整は、常時行う必要はなく、時間をあけて定期的におこなってもよい。それにより、滴下量測定装置1の測定時間やアクチュエータ31の駆動時間を減らし、消費電力を削減することができる。
また、狙い値(設定流量)は一定である必要はなく、例えば、点滴を実施している途中において、所望の時間で点滴を終了させるための残り時間と、それまでの推定積算流量(滴下総量)を考慮して、許容できる範囲で変化させてもよい。
本実施形態の滴下量コントローラによれば、輸液等の投与速度を自動的に正確に制御することが可能である。これにより、看護師等が定期的に点滴の状態を見回るといった負担が軽減される。
<滴下量測定装置(液滴体積測定装置)>
滴下量測定装置1は、ノズルの下端において成長し、ノズルの下端から断続的に落下する液滴の流量を測定するための装置である。滴下量測定装置1は、カメラ21(撮像部)と、カメラ21に接続されたデータ処理部4とを備えている。
カメラ21(例えば、二次元イメージセンサ)は、カメラ21の画角がノズル12の下端付近の空間を含むように、点滴筒11の側面に近接して設置される。この状態において、カメラ21は、ノズル12の下端において成長し、落下するまでにおける成長中の液滴を、複数の時点において撮像し、複数の画像データ(例えば、一連の動画)を取得することができる。なお、「成長中」とは、液滴がノズルの下端で成長している途中、すなわち、液滴がノズルの下端に付着した状態で徐々に大きくなっている途中の状態を意味する。
また、本実施形態における滴下量測定装置の変形例として、図2に示されるように、点滴筒11のカメラ21と反対側に、照明器具22が設けられていてもよい。照明器具22は、少なくともノズル12の下端において成長している途中の液滴を照明することができる。
これにより、外光などの外乱がある場合でも、照明によって、液だまりを確実に撮像することができる。また、振動などの外乱がある場合でも、照明することで、1画像のシャッター速度を早くすることができるため、ブレの少ない画像を得ることができる。このため振動中などの異常画像の判定が容易になる。
照明器具22としては、一定間隔で繰り返し発光するストロボスコープを用いることができる。この場合、外光などの外乱があっても、ストロボ照明することで、液滴をより確実に撮像することができる。また、ストロボ照明することで、1画像のシャッター速度をより早くすることができるので、よりブレの少ない画像を得ることができる。
照明器具22を用いる場合、カメラ21は、照明器具22から照射される波長に対して感度を有している。例えば、照明器具22が面発光赤外LED照明である場合、カメラ21は、赤外の波長に対して感度を有している。赤外LED照明を用いる場合、夜間などに患者に点滴を行う場合でも、照明器具22がまぶしいということがない。
また、例えば、照明器具22が面発光赤外LED照明である場合、カメラ21の前面側(点滴筒11側)には、可視光線など、赤外より波長の短い側の光をカットするような図示しないフィルタを備えていてもよい。これにより、フィルタによって不要な光をカットすることができる。
なお、照明器具22を用いるか否かに関わらず、カメラ21は、少なくとも可視光の一部の範囲をカットする光学フィルタを備えていてもよい。
また、ここでは、照明器具22の光を液滴の背後(カメラ21と反対側)から照射する例を示したが、これに限るものではない。例えば、照明器具22の光を液滴のカメラ21と同じ側から照射してもよく、ノズル12の下端とカメラ21とを結ぶ直線に対して斜めの方向から照明器具22の光を照射してもよい。
データ処理部4は、カメラ21によって取得された複数の画像データを分析することにより、滴下量を算出する。
図3に、成長中の液滴13aがノズル12の下端において成長している途中において、カメラ21によって取得された画像データの一例を示す。また、図4に、液滴が落下を始めた直後において、カメラ21によって取得された画像データの一例を示す。
なお、図4のような画像は、落下時にいつでも取得できるわけではない。カメラ21のフレームレートは限られているため、落下中の液滴13bが撮像されていない場合、あるいは、落下中の液滴13bの上側の一部のみが撮像されている場合がある。
カメラ21によって、ノズル12の下端において成長している成長中の液滴を複数の時点において撮像して、成長中の液滴の複数の画像データを取得することで、図5および図6に示されるように、液滴13aが徐々に大きくなっていく様子を撮像することができる。図5は、比較的粘度が小さく、また、比較的表面張力が大きい液体についての例である。図6は、比較的粘度が大きく、また、比較的表面張力が小さい液体についての例である。図5のほうが、落下中の液滴13bの大きさが比較的大きい。
図7および図8は、それぞれ図5および図6に示す一連の液滴の成長画像において、データ処理部4を用いてハフ変換で作成(検出)された円41を示す模式図である。ハフ変換等の画像処理技術を用いることで、成長中の液滴13aの下端を含む円弧状の部分を捉え、この円弧状の部分にフィッティングした円を作成することが可能である。
この円41の中心位置に着目すると、液滴13aの成長に従って、中心位置は徐々に下方に移動していく。液滴が落下した後は、円41の中心位置は、また上方に戻る。したがって、このような円41の中心位置の上方への移動を検知することで、滴下が起こったと判定することができるため、データ処理部4によって、画像データから滴下をカウントすることが可能になる。
なお、ハフ変換では、落下中の液滴13bを円42として検出してしまう場合もあるが、このような場合は、数値(円41の中心位置など)の連続性が無くなることから、異常検出であると判定することが可能である。そのような画像データは使わなければ良い。
そして、図7と図8を比較すると、図7では液滴13aの成長にしたがって、検出した円の半径が大きくなっているが、図8では、あまり大きくなっていない。このように、滴下から次の滴下までの一周期のうちの、検出した円の半径変化を用いて、落下中の液滴13bの大きさ(体積)を推定することが可能である。つまり、事前実験によって、種々の液体に対して、半径変化と液滴の大きさの関係を取得しておけば、これを参照して、落下中の液滴13bの体積を推定することが出来る。
なお、「落下中」とは、液滴がノズルの下端から離れた後、他の液体(例えば、点滴筒11内の液溜め14)または固体に接触する前の状態を意味する。
また、図7と図8を比較すると、図7では液滴の成長にしたがって、検出した円の中心位置が大きく下方に移動しているが、図8では、あまり移動していない。このように、滴下から滴下までの一周期のうちの、検出した円の下方への移動距離を用いて、落下中の液滴13bの大きさ(体積)を推定することが可能である。つまり、事前実験によって、種々の液体に対して、移動距離と液滴の大きさの関係を取得しておけば、これを参照して、落下中の液滴13bの体積を推定することが出来る。なお、円の移動距離は、円41の中心位置の移動距離から求めることができる。
なお、上述の円の半径と円の移動距離の両方を用いて、落下中の液滴13bの体積を推定することで、いずれか一方のみを用いる場合よりもその体積を精度よく推定することが可能となる。
液滴の体積と滴下速度(単位時間当たりの滴下数)が分かれば、両者を掛け算することで、滴下量(流量)を求めることができる。したがって、本実施形態の滴下量測定装置は、滴下量を測定するために、落下中の液滴13bの体積を測定するだけでなく、液滴がノズルの下端から離れたことを検知し、液滴の滴下数を計数するカウント部が必要である。
本実施形態では、上述のようにカメラ21の画像データを用いて滴下が起こったことを検知する例、すなわち、データ処理部4がこのカウント部を兼ねる例を示した。この場合、別途のカウント部を設ける必要がないという利点がある。
ただし、カウント部は、データ処理部4とは別であってもよく、図9に示すように、点滴筒11両側の近傍に配置された発光部51と受光部52(例えば、フォトトランジスタ)とから構成されていてもよい。発光部51は、落下中の液滴13bに光を照射する。受光部52は、発光部51から照射され、落下中の液滴13bによる光の透過量の変化または光の遮断を検出する。
なお、図9においては、発光部51と受光部52が点滴筒11を挟んだ状態で対向するように配置されているが、このような配置に限定されず、受光部52が、発光部51から照射され、成長中の液滴で反射した光を検出できるように配置されていてもよい。また、発光部51の光源としては、特に限定されないが、例えば、赤外LED、可視光のレーザが挙げられる。
このようなカウント部は、例えば、滴下による遮光を受光部52で検出することにより、滴下が起こったこと(液滴がノズルの下端から離れたこと)を検知し、滴下数を計数することができる。なお、受光部52は、液滴による遮光(透過光の減少)を検出するものに限定されず、発光部51から照射され、液滴で反射した光を検出することにより、滴下を検知できるものであってもよい。
このように、カメラ21(撮像部)とは別のカウント部を用いる場合、滴下数のカウントに、カメラ21の画像データを使用しないため、カメラ21で常時動画を撮影し続ける必要がない。液滴の大きさは、液の種類と滴下ノズルの種類によって決まるため、一回の一連の点滴の間は変化がないと考えてよく、一度把握すれば充分であるからである。例えば、液滴の大きさ(推定体積)を把握するための動画の撮影は、点滴開始直後もしくはその他の適正な時期における数秒間ないし数分間だけ行うか、または、時間をあけて定期的に行えばよい。従って、データ処理部を構成する計算機の計算負荷を軽減できるとともに、カメラ21および照明器具22の消費電力を削減できるため、システム全体の消費電力を削減することができる。
なお、滴下量測定装置1のカウント部以外の部分によって、ノズルの下端において成長し、ノズルの下端から落下する液滴に対して、ノズルの下端から離れた後の落下中の液滴の推定体積を測定するための液滴体積測定装置を構成することができる。
また、本実施形態では、ハフ変換で作成した円41の半径または中心位置から落下中の液滴13bの体積を推定したが、これに限られず、画像データの他の分析結果から、落下中の液滴13bの体積を推定してもよい。
例えば、ハフ変換によって成長中の液滴13aの下端を含む円弧状の部分にフィッティングした円を作成し、また、液滴13aとノズル12の下端との境界線(水平線)を作成し、この両者の距離から、落下中の液滴13bの体積を推定してもよい。
また、落下中の液滴13bの体積を推定するための別の好適な方法としては、複数の画像データの各々において、成長中の液滴13aの輪郭を特定し、輪郭から成長中の液滴13aの体積を算出し、成長中の液滴13aの体積に基づいて、落下中の液滴13bの推定体積を算出する方法が挙げられる。
図10は、図6に示される成長中の液滴13aの一連の画像データにおいて、データ処理部により特定(検出)された液滴13aの輪郭43を示す模式図である。液滴13aが軸対称の形状であると仮定すれば、2次元の画像(輪郭43に囲まれた領域)から3次元の体積を計算で求めることが可能であるから、各々の画像データにおける液滴13aの体積を算出することができる。
図13は、実施形態1における滴下量の制御の流れの一例を示すブロック線図である。図13を参照して、まず、目標流量(目標滴下量)を決定し、その目標流量を上述のようにして測定された落下中の液滴(一滴)の推定体積で割算することで、単位時間当たりの目標滴下数を計算する。一方で、カメラ21によって取得した画像データから上述のようにして、単位時間当たりの滴下数をカウントする。単位時間当たりの目標滴下数から実際にカウントされた単位時間当たりの滴下数を差し引いた値に基づいて、アクチュエータの制御(例えば、PI制御)を行い、アクチュエータ制御信号を送信する。
なお、図13に示す制御系では、滴下速度(単位時間当たりの滴下数)を制御しているが、後述する図14に示す制御系のように流量を制御していることと等価である。
なお、本実施形態において、「滴下」としては、例えば、患者に輸液等を投与する点滴の際の点滴筒11内における液滴の滴下が挙げられるが、これに限られず、医療用途以外の工業用途などにおける液滴の滴下も含まれる。
また、以上では、カメラ21が1つである形態について説明したが、カメラ21は複数であってもよく(すなわち、撮像部が複数のカメラを含んでいてもよく)、それぞれのカメラで得られた情報(画像データ)をもとに流量を求めることも可能である。
この場合、1つのカメラの画像データについての処理結果が異常値を示しても、他のカメラの画像データを利用することができる。また、2つのカメラの画像データのそれぞれについて、処理結果を平均化することもできるため、測定位置による誤差等を低減し、より正確な滴下量の測定を行うことが可能になる。
なお、通常、点滴筒は透明であり、撮像部21は点滴筒11の外部から成長中の液滴を撮像するが、点滴筒11の液溜め14に液滴が落下することにより点滴筒の内壁に跳ね上がった水滴や、点滴筒11に付着した汚れ、曇りなどが、ノイズとして画像処理結果に影響を与えることも考えられる。
そこで、カメラ21で撮像した複数の画像を用いて、変化の無い部分を除去するような処理を行ってもよい。これにより、汚れ、水滴などによるノイズの影響を排除することができる。
また、点滴筒11の内壁は親水性であることが好ましい。例えば、点滴筒11の内壁に親水性処理を施したり、親水性コーティングを行ったりすることが好ましい。これにより、例えば、点滴筒11の内壁に付着した水滴は濡れ広がって、接触角の大きな液滴が点滴筒11の内壁に残ることが抑制され、カメラやフォトセンサなどで検出される光の光路が妨げられることを防止できる。
親水性コーティングとしては、例えばシリカなどでコーティングを施す方法がある。また、親水性処理としては、ナノインプリント等により金型上の構造体を樹脂に転写する方法がある。なお、これらのコーティングまたは処理は人体適合性を備えている。
本実施形態によれば、上述のように、落下中の液滴13bよりも移動速度の遅い成長中の液滴13aを撮像することで、液滴の体積を測定することができる。したがって、安価なカメラ等(例えば、30枚/秒程度の画像処理能力のカメラやデータ処理装置)を用いた場合でも、液滴の種類によらず液滴の滴下量を正確に測定することができる。
[実施形態2]
本実施形態は、滴下量測定装置において、データ処理部が、画像データを分析することにより、滴下数をカウントせずに、直接、成長中の液滴の体積増加速度を算出し、この体積増加速度を流量とする点で、実施形態1とは異なる。
実施形態1において、図10を参照して説明したとおり、各々の画像データにおける2次元の画像(輪郭43に囲まれた領域)から、液滴13aの体積を算出することができる。
液滴の滴下が起こった後は、ノズル12の下端に付着した液滴13aの体積が大きく減少するため、一連の画像データから、滴下から次の滴下までの一周期を切り出すことができる。滴下から次の滴下までの一周期として切り出された一連の画像データのうち、任意の1つの画像データと、別の時刻の任意の1つの画像データとから、それぞれの液滴13aの体積を計算する。それらの体積の差(体積増加量)を算出し、体積増加量を画像データを取得した時間の間隔で割算すれば、体積変化速度を求めることができる。この体積変化速度は、滴下量(点滴の流量)に等しい。
本実施形態においては、このようにして、成長中の液滴13aの体積増加速度から直接、滴下量(流量)を求めることができる。したがって、本実施形態の滴下量測定装置は、滴下数をカウントするカウント部が必要ない点で有利である。また、本実施形態においては、滴下の発生にかかわらず、滴下から次の滴下までの間の期間であっても流量を求めることができるので、より高速で高精度な制御が可能である。
具体的には、例えば、成長中の液滴13aが図4の状態から図3の状態に成長した場合、この間の液滴13aの体積増加部分130は、おおよそ図11に示すような形状である。この体積増加部分130は、図12に示すように、2つの半球103a,103cと、円錐台130bとを考えることにより、[円錐台130bの体積B]+[半球130cの体積C]−[半球130aの体積A]を算出することで近似できる。
具体的に、体積増加部分130の近似値は、πh(R +R+R )/3+2πR /3−2πR /3で表される式から計算できる。ここで、Rは半球130aの半径であり、Rは半球130cの半径であり、hは円錐台130bの高さである。
なお、半球130aは、滴下が生じた後、最初にデータ処理部によって認識(作成)した円に相当し、Rはその円の半径に相当する。また、半球130cは、データ処理部が現在認識している円に相当し、Rはその円の半径に相当する。また、hは、両者の円の中心間の距離に相当する。
このような計算によって、各々の画像データから成長中の液滴13aの体積を求めることができるため、時々刻々の液滴13aの体積増加速度(滴下量)も容易に求めることができる。
図14に、実施形態2における滴下量の制御の流れを示すブロック線図である。図14を参照して、まず、目標流量(目標滴下量)を決定する。一方で、カメラ21によって取得した画像データから上述のようにして、滴下量(流量)を測定する。目標流量から実際に測定された流量を差し引いた値に基づいて、アクチュエータの制御(例えば、PI制御)を行い、アクチュエータ制御信号を送信する。
[実施形態3]
本実施形態は、少なくとも1つの落下中の液滴の推定体積を算出した後、撮像部21の作動を停止する点で、実施形態1および2とは異なる。
液滴(輸液)の種類およびノズルの形状、材質等が同じであれば、落下する液滴1滴ごとの体積は安定している。このため、最初に撮像部21(カメラ)を用いて落下中の液滴の1滴あたりの体積を把握した後は、撮像部21の動作を停止(休止)して消費電力を削減しつつ、カウント部(落下検知手段)のみを作動させて、流量測定することが可能である。このようにすることで、本実施形態では、撮像部21を常時動作させている場合に比べて、消費電力を削減することができる。
実施形態1で図10を参照して説明したように、各々の画像データにおける2次元の画像(輪郭43に囲まれた領域)から液滴13aの体積を算出した場合の一例について、各画像データ毎の液滴の体積を縦軸、横軸を時刻としてプロットした模式的なグラフを図15に示す。尚、縦軸の体積は、液滴の成長が始まった後、データ処理部が最初に円を認識した時を基準(ゼロ)として描いている。
図16は、図15の部分拡大図である。図16を参照して、第N周期における液滴の状態を説明する。なお、第N周期とは、第N回目の滴下の検出時から、第N+1回目の滴下の検出時までの期間を指す。図16に示されるように、第N周期は、円検出期間と円不検出期間とからなる。円検出期間は、成長中の液滴が円として認識される期間であり、円不検出期間は、成長中の液滴が小さすぎて、円として認識できない期間である。
図16における第N周期のプロットに対して、最小二乗法により回帰直線を引くことができる。この回帰直線の傾きは、単位時間当たりの体積増加、すなわち液滴の流量である。
ここで、液滴の滴下は、第N周期の途中で起こっており、円検出期間と円不検出期間の境界の時刻で発生しているが、円不検出期間でも、ほぼ一定の流量で、液滴に対して液が上流から供給され続けており、液滴が成長し続けていると考えられる。このため、1回あたりに滴下する液滴の体積は、円検出期間と円不検出期間の両方を含めた1周期(落下周期)の時間と、回帰直線の傾きから求めた流量との積から求めることができる。
このようにして求められた落下中の液滴の1滴毎の体積は、液滴(輸液)の種類およびノズルの形状、材質等が同じであれば、基本的には同じであると考えてよい。また、点滴中の輸液バッグと患者の位置関係や、チューブの引き回しなどの要因によって、流量や単位時間当たりの滴下数が変化した場合でも、1滴の体積は変化しないものと考えられる。
したがって、撮像部21で取得した画像データにより、1滴の液滴の体積が求められた後は、必ずしも撮像部21によって画像データを取得し続ける必要はなく、カウント部のみを作動させて滴下速度を測定すれば、その体積と滴下速度との積から流量を算出することができる。
ただし、より厳密に言えば、例えば図17に示されるように、複数回の滴下において求められた液滴の1滴毎の体積は、僅かに変動しながらも、平均値はほぼ一定値に維持されている状態である。したがって、複数回の滴下において1滴の体積を求めておき、それらの平均値(1滴の平均体積)を算出してから撮像部21の作動を停止し、その平均体積に基づいて流量を算出することで、消費電力を削減しつつ、より高精度に流量を測定することができる。
(構成例1)
次に、本実施形態の滴下量測定装置等の具体的構成の一例(構成例1)について説明する。
構成例1の滴下量測定装置においては、図18に示されるように、点滴筒11の側方(図面の右側)には、照明器具22(面発光赤外LED照明)が配置される。この照明器具22は、基板に実装された複数の赤外LED22aと、赤外LED22aと所定の距離を離して点滴筒11側に配置された拡散板22bとを有している。
また、点滴筒11の照明器具22と反対側(図面の左側)には、近赤外光を検知できるカメラ21が配置される。カメラ21は、照明器具22により照明された、ノズル12の下端において成長する液滴を動画で撮像できる。
照明器具22の下方には、発光部51(赤外LED)が配置されている。この発光部51と、点滴筒11の発光部51と反対側に配置された受光部52(フォトトランジスタ)とが対になって、フォトセンサ(フォトインタラプタ)を構成する。すなわち、落下中の液滴が受光部52の正面付近を横切ると、発光部51の光が遮光されて弱くなるので、滴下が発生したことを検出できる。
なお、受光部52の位置は、検出感度が高くなる位置が望ましい。すなわち、受光部52の位置は、発光部51の真正面に限られず、検出感度が高くなる位置にずらしてもよく、例えば、受光部52を発光部51よりも少し高い位置に配置してもよい。
次に、図19のフローチャートを参照して、構成例1の滴下量測定装置の動作について説明する。
まず、撮像部21(カメラ)と照明器具22(面発光赤外LED照明)をONの状態にし、ノズル下端で成長中の液滴の動画データを撮影する。得られた動画データから、実施形態2と同様にして、成長中の液滴の体積増加速度を算出することで、直接、液滴の流量を測定する。また、動画データから液滴の滴下を検出し、落下周期(滴下間隔)を求める。
次に、流量と落下周期の積から、落下中の液滴の1滴の体積を求める。同様にして1滴の体積を複数回求め、それらの平均値(1滴の平均体積)を求める。このようにして、1滴の平均体積を求めておけば、以後はカメラと照明器具をOFFにし、フォトセンサをONにして(カメラモードからフォトセンサモードに切り替えて)、フォトセンサ(カウント部)のみで、現時点の流量、積算流量等を求めることができる。
次に、1滴の平均体積が求められた後は、消費電力削減のために、カメラ21と照明器具22(LED照明)をOFFにし、代わりに、発光部51(フォトトランジスタ用LED)および受光部52(フォトトランジスタ)からなるカウント部(フォトセンサ)をONにする。
次に、カウント部により滴下を検出し、積算の滴下数を求める。積算滴下数と1滴の平均体積から、積算流量を求めることができる。また、カウント部により落下周期を求めれば、1滴の平均体積を落下周期で割ることで、現時点の流量を求めることもできる。
これらの積算流量、流量などを滴下量測定装置に表示させることで、使用者は、流量や積算流量を知ることができ、図示しない手動の絞り弁を操作して、流量を適切な値に調整することができる。
さらに、図20を参照して、本構成例の滴下量コントローラ(点滴コントローラ)は、図18と同様の滴下量測定装置に加え、さらに調整器具(アクチュエータ31等)を備えている。
次に、図21のフローチャートを参照して、構成例1の滴下量コントローラの動作について説明する。
まず、上記構成例1の滴下量測定装置と同様にして、液滴の流量を測定する。この流量データを逐次フィードバックして、アクチュエータ31を制御し、所定の目標流量になるように制御を行う。また、動画のデータから液滴の滴下を検出し、落下周期を求める。
次に、連続的に流量を測定しながら、目標流量に収束するように、アクチュエータ31を制御する。
次に、制御がある程度整定した状態で、流量と落下周期の積から、落下中の液滴の1滴の体積を求める。同様にして1滴の体積を複数回求め、それらの平均値から1滴の平均体積を求める。また、目標流量を、一滴の平均体積で割ることで、目標とする滴下速度(単位時間当たりの滴下数)を算出することができる。
目標滴下速度が求められたら、消費電力削減のために、カメラ21と照明器具22(LED照明)をOFFにし、代わりに、フォトセンサをONにする。
次に、滴下速度が目標滴下速度になるように(滴下間隔が所定の間隔になるように)、アクチュエータ31を制御する。具体的には、例えば、毎回の滴下間隔が所定の目標値から5%以上ずれた場合には、ステッピングモータ(アクチュエータ31)に1パルスまたは所定の複数パルスを出力して、チューブの押しつぶし量に変更を加える。このようにずれの閾値を適度な値に設定することで、ずれが小さい場合にはパルスを出力せずに、消費電力を必要最小限に抑えながら、高精度の流量制御を実現することが出来る。
なお、上記構成例1の滴下数測定装置と同様に、液滴の積算流量を求めることができるので、最終的に滴下すべき液滴の総量(点滴の投与量など)と積算流量との差、および、滴下終了までの目標時間から、目標流量を再度算出し、目標流量を1滴の平均体積で割ることで、目標滴下速度を再度算出してもよい。
(構成例2)
次に、本実施形態の滴下量測定装置等の具体的構成の別の例(構成例2)について説明する。図22は、構成例2の滴下量測定装置の上面図である。図23は、図22に示す筐体7内の構成を正面から見た正面図である。
本実施形態の構成例2の滴下量測定装置においては、図22および図23に示されるように、筐体7内に、点滴筒11を挟んで、互いに対向するように、照明器具22(近赤外照明)と、近赤外光を検知できるカメラ21とが配置されている。
装置正面から見て手前側(図22の下側)は、点滴筒11を滴下量測定装置へセットしたり、点滴筒11を滴下量測定装置から取り外したりするために、スペースを空けておかなければならないので、装置正面から見て奥側(図22の上側)に近赤外光による反射型フォトセンサ53(発光素子と受光素子が1体になったもの)を配置されている。反射型フォトセンサ53によって、成長中の液滴または落下中の液滴による光の反射量の変化を検出することができる。なお、図23では、反射型フォトセンサ53は点滴筒11の奥側にあるが、点滴筒11は透明であるため反射型フォトセンサ53が正面から見えている状態を示している。
ただし、装置の手前側に何もない状態では、手前側から赤外線を含む外乱光が入射し、カメラ21や反射型フォトセンサ53の誤検知・誤動作の原因となる虞がある。このため、装置手前にはドア71を設けている。
なお、ドア71は、赤外線を遮断しつつ、可視光は透過するものであることが好ましい。この場合、カメラ21や反射型フォトセンサ53の誤検知の原因となる外からの赤外線は遮断しつつ、使用者が点滴筒内の落滴の様子をドア71を通して目視で確認することができる。また、この場合、カメラ21への影響を考慮して、ドア71から入る可視光(外乱)を遮断するために、カメラ21に可視光カットフィルタ21a(可視光を遮断し、赤外線は透過させるフィルタ)を設けてもよい。
図24は、構成例2の変形例として、図23と同様の正面図において点滴筒11を斜めに配置した場合を示す。図24に示されるように、点滴筒11を傾斜させて設置することにより、落下した液滴は、直接点滴筒下部の輸液の液相(液溜め14)に直接落下するのではなく、傾斜した点滴筒11の壁面に着地してから傾斜を伝わって点滴筒下部の液溜め14に流れ込むようになる。これにより、跳ね返った液滴が点滴筒の壁面に付着することが抑制され、水滴が点滴筒内壁に付着してカメラ21や反射型フォトセンサ53の視野を遮ることを防ぐことができる。
なお、図23では、反射型フォトセンサ53の高さはカメラより低く、カメラが、ノズルの下端において成長中の液滴を観察して流量を検出するのに対し、反射型フォトセンサ53は、落下中の液滴の通過を検出して、滴下を検知できる。ただし、点滴筒を垂直に配置した状態で、フォトセンサが成長中の液滴の有無を検出して、滴下を検知する構成でもよい。
一方、図24では、反射型フォトセンサ53の高さはカメラと同じであり、反射型フォトセンサ53は、ノズルの下端において成長中の液滴の有無を検出する配置の例を示している。ただし、点滴筒を斜めに配置した状態で、フォトセンサが落下中の液滴の通過を検出して、滴下を検知する構成でもよい。
(構成例3)
次に、本実施形態の滴下量測定装置等の具体的構成のさらに別の例(構成例3)について説明する。図25は、構成例3の滴下量測定装置の上面図である。
本実施形態の構成例3の滴下量測定装置は、図25に示されるように、装置正面(ドア71)側から見て奥側のカメラ21寄りの位置に、受光部52(近赤外光に感度を持つフォトセンサ)のみが配置されている点で、構成例2とは異なる。それ以外の点は構成例2と同様である。
構成例3においては、照明器具22を、カメラ21と受光部52とで共用している。すなわち、フォトセンサには、直接には照明器具22の光は入射しないが、ノズル12の先端(下端)に液滴がある場合には、液滴によって散乱した照明器具22の光の一部が受光部52に入射する。つまり、液滴の成長に伴って少しずつ受光部52への入射光が強くなり、滴下の発生と同時に受光部52への入射光は弱くなる。このような受光部52への入射光の強度変化によって、滴下を検知することが出来る。
構成例3においては、照明器具22を、カメラ21と受光部52とで共用するため、受光部52用の発光部51を別途設ける必要がないという利点がある。また、カメラ用に配置した比較的大面積の近赤外照明からの散乱光を利用するので、反射型フォトセンサを使用する場合よりも、滴下の検知が容易である。
本実施形態においては、カメラを用いた複数周期のデータから、落下中の液滴(1滴)の平均体積が求められた後は、消費電力削減のためにカメラをOFFにし、受光部52を用いて流量を算出する。ここで、本構成例では、カメラをOFFにしている間も近赤外照明はONになっているが、さらに消費電力を削減するために、照明器具22の明るさを受光部52による滴下検知に必要な分だけに絞ってもよい。
[実施形態4]
本実施形態は、撮像部21の作動を停止するまでの流量が、撮像部21の作動を停止した後の流量よりも低くなるように、調整器具(アクチュエータ31)が流量を調整する点で、実施形態3と異なる。それ以外は、基本的に、実施形態3で図20を用いて説明した滴下量コントローラと同様である。
流量(滴下速度)が高速である場合、同じ枚数の画像データを取得しようとすると、撮像部21(カメラ)による撮像、画像データの計算機への転送、画像処理等の一連の撮像プロセスを高速化する必要がある。しかし、一般に、これらのプロセスは計算負荷が大きいため、これを高速化するためにはシステムが高価になる。なお、撮像プロセスを高速化するときに、画素を粗くすれば計算負荷を低減できるが、画像の精度が低下することにより体積の測定誤差が大きくなる点で望ましくない。
一方で、撮像部21が作動していない間は、落下検知手段(カウント部)による落下の検知や、アクチュエータ31(調整器具)による流量の制御だけを行えばよく、計算負荷は小さいため、流量が高速であっても特に問題はない。
そこで、本実施形態では、撮像部21によって液滴を撮像している間と、撮像部21の作動を停止した後にカウント部のみが作動している間とで、流量を切替える。すなわち、前者での流量を後者での流量よりも低速とする。なお、本実施形態は、上述のとおり、液滴の流量を切り替えても、滴下中の液滴の体積は基本的に変化しないことを前提としている。
これにより、本実施形態においては、撮像部21やデータ処理部の処理を高速化するためのコスト上昇を必要とせずに、落下中の液滴の1滴あたりの体積を正確に算出することができる。
図26は、本実施形態における滴下量測定装置の動作の流れの一例を示すフローチャートである。
図26に示されるように、撮像部21(カメラ)によって、落下中の液滴の1滴あたりの平均体積を求めるまでの工程は、液滴の流量を比較的低速(第2工程よりも低速)の第1目標流量に設定した状態で、実施形態3と同様にして実施する。なお、第1目標流量よりも高速の第2目標流量に設定するための目標滴下速度を、第2目標流量/1滴の平均体積から求めておく。
そして、カメラモードからフォトセンサモードに切り替えた後(LED照明とカメラをOFFにした、フォトセンサをONにした後)、フォトセンサで液滴の滴下を検出する。それにより滴下速度を測定しながら、滴下速度が目標滴下速度に収束するように、アクチュエータ31を制御する。このようにして、液滴の流量を第2目標流量(例えば、実際に制御したい液滴の流量)に調整することができる。
なお、実施形態3と同様に、フォトセンサによって検出された滴下の回数から積算滴下数を測定しておき、1滴の平均体積と積算滴下数の積から積算流量を求めてもよい。
図27は、本実施形態の変形例における滴下量測定装置の動作の流れを示すフローチャートである。
図27を参照して、この変形例では、まず、流量を比較的低速の第1目標流量に設定した状態で、落下中の液滴の推定体積(平均体積)Aを算出する。さらに、流量を第1目標流量より低速の第3目標流量に設定した状態で、落下中の液滴の推定体積(平均体積)Bを算出する。そして、これらの流量の異なる場合における2つの平均体積AおよびBと、第1流量および第3流量との関係から、流量を(第1目標流量および第3目標流量よりも高速の)第2目標流量に設定した場合における落下中の液滴の体積を推定する。このようにして推定された第2目標流量における液滴の体積の推定体積に基づいて、目標滴下速度を求める。
そして、実施形態3と同様に、カメラ21およびカメラ用の照明器具22をONにするカメラモードから、フォトセンサ(発光部51および受光部52)をONにするフォトセンサモードに移行した後、フォトセンサで検出する滴下速度が目標滴下速度に収束するように、アクチュエータ31を制御する。
実際には、粘性の影響等により、流量によって、落下中の液滴の1滴あたりの体積が僅かに変化する可能性もある。上記の変形例のように、予め、少なくとも2つの異なる流量(いずれも実際に制御する流量より低速であることが好ましい)において、落下中の液滴の体積を測定することで、流量と液滴の体積との関係(相関性)を把握しておき、その関係から実際に制御したい液滴の流量の推定値(補正値)を求めておくことで、流量の変化による液滴の体積の僅かな変動を補正し、より正確な流量の測定および制御を行うことが可能となる。
なお、本実施形態においては、流量および滴下速度の調整を調整器具(アクチュエータ31)により実施する例について説明したが、同様の流量および滴下速度の調製をアクチュエータ等の機器を用いずに手動で行ってもよい。
[実施形態5]
実施形態3等で、カメラ21およびカメラ用の照明器具22をONにするカメラモードと、フォトセンサ(発光部51および受光部52)をONにするフォトセンサモードとを切り替える実施形態を示した。本実施形態は、カメラモードにおいても、カメラだけでなく、フォトセンサによっても滴下を常時モニタしておく点で、実施形態3等とは異なる。
実施形態3において、図20に示されるような滴下量コントローラの場合は、カメラ21で流量測定を行いながら、アルゴリズムに従って制御された調整器具(アクチュエータ31)がチューブ15の開度を調整するため、液滴の流量は比較的精密に調整されると考えられる。
一方で、図18に示されるような滴下量測定装置の場合には、カメラで流量測定を行いながら、使用者が手動クレンメ(手動の絞り弁)等を操作して流量を調整することが想定される。そして、使用者が流量を調整する際に、誤って流量(滴下速度)を異常に速く設定してしまう可能性がある。このような場合において、正確な流量測定が可能な滴下速度の上限が比較的遅いカメラでは、正しく流量を測定することができず、流量の測定値が異常値となる虞がある。このため、流量を正しく調整することができなくなったり、また、カメラモードからフォトセンサモードへの移行時に、積算流量等の計算の基準となる1滴の体積などが適切に設定されなくなったりする虞がある。
本実施形態においては、これらの不具合を防ぐために、カメラモードにおいても、カメラだけでなく、カメラよりも高速の滴下を検出できるフォトセンサによって滴下を常時モニタしておく。そして、滴下量測定装置が、フォトセンサでの検出値を用いて、異常に早い滴下速度などに対する警告を発することが好ましい。
ただし、カメラモードではカメラ用の照明器具22がONになっているため、受光部52が発光部51からの光の液滴による遮光を検出する際に、照明器具22の光が感度低下の要因となる虞がある。このため、カメラ用の照明器具22の光とフォトセンサ用の発光部51の光とが、ピーク波長の異なるものであることが好ましい。例えば、受光部52(フォトトランジスタ)の感度のピーク波長が940nmである場合、カメラ用の照明器具22(LED照明)のピーク波長を870nmとし、フォトセンサ用の発光部51(LED)のピーク波長を940nmとしておく。これにより、受光部52が発光部51からの光の液滴による遮光を検出する際の感度低下を抑制することができる。
[実施形態6]
本実施形態は、輸液用チューブ等のチューブ(軟質チューブ)をクランプするためのチューブクランプに関する実施形態である。
本実施形態のチューブクランプは、チューブをクランプした状態を維持するための第1ロック機構と、第1ロック機構が解放される(チューブをクランプした状態が解除される)ことを防止する(第1ロック機構をロックする)ための第2ロック機構とを備える。第2ロック機構は、第1ロック機構を一度ロックした後は解放することができないように構成されている。
本実施形態のチューブクランプによれば、一度クランプされたチューブは再使用できなくなるため、医療過誤を防止でき、安全性を向上させることができる。また、人為的な不注意によってもチューブが解放されず、メーカーが意図しない再使用を避けることができるため、安全性が向上する。
次に、本実施形態のチューブクランプの具体例として、以下の構成例1〜3について説明する。
(構成例1)
本実施形態の構成例1のチューブクランプについて、図28〜図30を参照して説明する。構成例1のチューブクランプは、図28に示されるような従来のワンタッチ式チューブクランプの改良品である。
図28に示されるように、従来のワンタッチ式のチューブクランプ80は、チューブ15をクランプする2つの押圧部82a,82bと、第1ロック機構(第1の鋸歯状部83およびツメ84)とを備えている。第1の鋸歯状部83およびツメ84は可撓性を有している。ツメ84を押し込むことで、押圧部82a,82bによりチューブ15の内部空間が閉塞された状態で、ツメ84の先端が第1の鋸歯状部83の鋸歯状突起83aに引っ掛けられてロックされる。
ただし、従来のチューブクランプ80の場合、第1の鋸歯状部83を押し上げてロックを解放し、ツメ84を引き出せば、再度、チューブ15のクランプを解放することが可能であった。このため、滴下量コントローラ6からチューブ15を取り外す際に、一旦チューブ15をクランプして(チューブを閉塞させて)チューブ15内の液が流れ落ちないようにしていても、誤ってクランプが解放されてチューブ15内の液が流れ落ちてしまう虞があった。また、クランプによって閉塞されたチューブは、通常は廃棄されるものであるが、誤ってクランプが解放されてしまったチューブを再使用してしまう虞もあった。
これに対して、本実施形態の構成例1のチューブクランプ8は、図29に示されるように、チューブ15をクランプする第1ロック機構(従来のチューブクランプ80と同様の可逆的なロック機構)だけでなく、第1ロック機構が解放されることを防止する不可逆的な第2ロック機構(第2の鋸歯状部85およびロック部材85b)をさらに備えている。第2ロック機構は、一度ロックされた後は解放することができない、すなわち不可逆的なロックが可能であるように構成されている。
図30は、本実施形態の構成例1の使用状態を示す正面図である。図30(a)は、チューブ15が輸液等に使用されている状態を示している。チューブ15が閉塞しないように、第1ロック機構(第1の鋸歯状部83およびツメ84)は解放されている。図30(b)に示されるように、チューブ15の使用が終了すると、チューブ15を滴下量コントローラ等から取り外すために、チューブクランプ8の押圧部82a,82bによってチューブ15を狭圧し、第1ロック機構によって、チューブ15のクランプ状態がロックされる。
本実施形態の構成例1では、さらに図30(c)に示されるように、第2ロック機構(第2の鋸歯状部85およびロック部材85b)によって、第1ロック機構は不可逆的にロックされる。
具体的には、ロック部材85bは、鋸歯状部を下方のみに移動可能なように調整された大きさの孔を有する板状部材である。ロック部材85bは、一旦、第2の鋸歯状部85の下方に押し下げられると、第2の鋸歯状突起85aによって上方に戻すことができない。図30(c)に示されるように、ロック部材85bを第1の鋸歯状部83に当接するまで押し下げると、ロック部材85bは上方に移動できないため、第1ロック機構によるチューブ15のクランプ状態を確実に維持することができる。
このように、本実施形態の構成例1のチューブクランプによれば、第2ロック機構により、チューブのクランプ状態を不可逆的にロックすることができる。
(応用例)
次に、本実施形態の構成例1の応用例について、図31を参照して説明する。本応用例は、構成例1のチューブクランプ8と滴下量コントローラ6とを組み合わせた例である。
チューブ15は、滴下量コントローラ6と組み合わせて用いられる。滴下量コントローラ6は、チューブ15が外れることを防止するためのカバー61を備えている。カバー61は通常は開くことができないようにロックされている。チューブクランプ8の第2の鋸歯状部85の先端を挿通口61bの上部に設けられたリリースボタン61aに押し当てることによって、カバー61のロックが解除され、カバー61を開くことが可能となる。カバー61が開けば、滴下量コントローラ6からチューブを取り外すことができる。
図31(a)に示されるチューブ15,16の使用状態(点滴が実施されている状態)を終えると、チューブクランプ8の第1ロック機構がロックされ、図31(b)に示される状態となる。この図31(b)に示される状態において、チューブ15,16を上方へ引き抜くと、チューブクランプ8の第2の鋸歯状部85が挿通口61b内に押し込まれ、第2の鋸歯状部85の先端がリリースボタン61aに押し当てられ(図31(c)参照)、カバー61のロックが解放される。
その時に、(もし、チューブクランプ8の第2ロック機構がロックされていなかったとしても、)ロック部材85bがカバー61によって押し下げられて、第2ロック機構がロックされる(図31(c)参照)。これにより、滴下量コントローラ6からチューブを取り外すときには、チューブクランプ8(チューブ15の閉塞状態)が必ず不可逆的にロックされることになるため、チューブ内の液が流れ落ちること(フリーフロー)を確実に防止することができる。
このように、本応用例においては、チューブを滴下量コントローラ6から取り外す操作を行うためには、チューブクランプ8の第2ロック機構を必ずロックする操作が必要となるため、フリーフローを確実に防止することができる。
なお、上記の応用例は、チューブクランプ8が不可逆的に(第2ロック機構が)ロックされていないと、リリースボタン押すことができないように構成されていれば、図31に示されるような構成に限定されず、様々な構成に応用することが可能である。例えば、第2ロック機構がロックされている状態のチューブクランプ8の特徴的形状が鍵となって、カバー61が解放されるようにしてもよい。また、後述する構成例3の場合、スライド板が本体に収納された状態でないと入らないような形状の鍵穴を設けてもよい。
(構成例2)
本実施形態の構成例2のチューブクランプについて、図32および図33を参照して説明する。構成例2のチューブクランプは、いわゆるクリップ式(ワニ口式)チューブクランプの改良品である。
図32に示されるように、本実施形態の構成例2のチューブクランプ91は、従来と同様のチューブ15をクランプする第1ロック機構(第1のツメ913および第1のツメ受け部913a)だけでなく、第1ロック機構が解放されることを防止する第2ロック機構(第2のツメ914および第2のツメ受け部915)をさらに備えている。第2ロック機構は、一度ロックされた後は解放することができない、すなわち不可逆的なロックが可能である。
図33(a)に示されるように、チューブクランプ91の把持部911a,911bを両側から押さえて、押圧部(鋸歯状突起)912a,912bでチューブ15を挟み込む。これにより、チューブ15をクランプすることができる。ここで、第1のツメ913の折り返し部913bを第1のツメ受け部913aに引っ掛けることで、チューブクランプ91が第1ロック機構によって可逆的にロックされる。ただし、第1ロック機構によるロックは、ツメを外すことによって解放することができる可逆的なロックである。
次に、図33(b)を参照して、第2のツメ914の返し部914aを第2のツメ受け部915の穴部915aに挿入されるように押し込む。ここで、穴部915aは、図33(c)に示されるように、開口部よりも奥側が一段広くなった形状を有しており、返し部914aは一旦挿入された第2のツメ914が抜けないように構成されている。これにより、チューブクランプ91は第2ロック機構によって不可逆的にロックされる。
なお、チューブクランプ91は、例えば、全体が樹脂成型により形成されており、材質の厚みよって可塑性を有する部分(押圧部912a,912bの接続部912c、第1のツメ913と把持部911bとの接続部913c、 914と把持部911bとの接続部914b)とそれ以外の剛性を有する部分とが形成されている。
(構成例3)
本実施形態の構成例3のチューブクランプについて、図34を参照して説明する。構成例3のチューブクランプは、スライド式と呼ばれるチューブクランプの改良品である。
図34に示されるように、本実施形態の構成例3のチューブクランプ92は、チューブ15をクランプする第1ロック機構(スライド板923および本体板921)だけでなく、第1ロック機構が解放されることを防止する第2ロック機構(スライド板923の孔923A、本体板921の孔921A、および、ロックピン924)をさらに備えている。第2ロック機構は、一度ロックされた後は解放することができない、すなわち不可逆的なロックが可能である。
本構成例のチューブクランプ92は、本体板921、スライド板923およびロックピン924を備えている。
スライド板923は、挿通部923aおよび狭小部923b(絞り部)からなる貫通孔923Bと、孔923Aとを有している。本体板921は、スライド板923を挿入するための穴部921aと、挿通孔922aを有する筒状部922と、本体板921の両面を貫通する孔921Aとを備えている。ロックピン924は、返し部924aおよび頭部924bを有している。
次に、本構成例の使用方法について、図35を参照して説明する。まず、図35に示されるように、本体板921の穴部921aに、923aと挿通孔922aが一致するような位置まで、スライド板923を挿入する。そして、挿通孔922aにチューブ15を挿通する。
チューブ15の終了後は、スライド板923をスライドさせて、さらに穴部921aの奥側に押し込むことで、狭小部923bによってチューブ15をクランプすることができる。
その状態で、ロックピン924を孔921Aおよび孔923Aに差し込むことで、チューブクランプ92はチューブ15をクランプした状態でロックされる。なお、ロックピン924の先端の返し部924aは、孔921Aおよび孔923Aを一旦貫通するとロックピン924が孔から抜けないように構成されている。
本構成例においては、全ての部品を比較的硬い部材(硬質樹脂など)で形成することができるため、ロック機構を破壊することが難しくなり、より確実にチューブクランプのロックを維持することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 滴下量測定装置(液滴体積測定装置)、11 点滴筒、12 ノズル、13a (成長中の)液滴、13b (落下中の)液滴、14 液溜め、15,16 チューブ、21 カメラ(撮像部)、21a 可視光カットフィルタ、22 照明器具、22a 赤外LED、22b 拡散板、3 調整器具、31 アクチュエータ、32 コントローラ、33 クレンメ、4 データ処理部、41,42 円、43 輪郭、51 発光部、52 受光部、53 反射型フォトセンサ、6 滴下量コントローラ、61 カバー、61a リリースボタン、61b 挿通口、7 筐体、71 ドア、8,80,91,92 チューブクランプ、81a,81b 開口部、82a,82b 押圧部材、83 第1の鋸歯状部、83a 鋸歯状突起、84 ツメ、85 第2の鋸歯状部、85a 鋸歯状突起、85b ロック部材、911a,911b 把持部、913c 接続部、912a,912b 押圧部、912c 接続部、913 第1のツメ、913a 第1のツメ受け部、913b 折り返し部、914 第2のツメ、914a 返し部、914b 接続部、915 第2のツメ受け部、915a 穴部、921 本体板、921a 穴部、921A 孔、922 筒状部、922a 挿通孔、923 スライド板、923a 挿通部、923b 狭小部、923A 孔、923B 貫通孔、924 ロックピン、924a 返し部。

Claims (18)

  1. ノズルの下端において成長し、前記ノズルの下端から断続的に落下する液滴の流量を測定するための滴下量測定装置であって、
    前記ノズルの下端において成長している成長中の液滴を複数の時点において撮像して、前記成長中の液滴の複数の画像データを取得する撮像部と、
    前記液滴が前記ノズルの下端から離れたことを検知し、前記液滴の滴下数を計数するフォトセンサ部と、
    前記撮像部によって取得された前記複数の画像データを分析することにより、前記ノズルの下端から離れた後の落下中の液滴の推定体積を算出し、前記滴下数と前記推定体積とから前記流量を算出するデータ処理部と、
    を備え、
    少なくとも1つの前記落下中の液滴の推定体積を算出した後、前記滴下量測定装置の作動を停止する前に、前記撮像部の作動を停止
    前記撮像部の作動を停止した後、前記フォトセンサ部を作動させた状態で、液滴の流量を測定する、滴下量測定装置。
  2. 前記フォトセンサ部は、
    前記液滴に光を照射する発光部と、
    前記成長中の液滴または前記落下中の液滴による前記光の透過量の変化、前記光の遮断、前記光の反射量の変化、または、前記光の屈折の変化を検出する受光部とを含み、
    前記受光部によって、前記液滴が前記ノズルの下端から離れたことを検知する、請求項1に記載の滴下量測定装置。
  3. 前記データ処理部は、
    前記複数の画像データの各々において、前記成長中の液滴に対してフィッティングされた円を作成し、
    前記円の半径および前記円の中心位置の少なくともいずれかに基づいて、前記落下中の液滴の前記推定体積を算出する、
    請求項1または2に記載の滴下量測定装置。
  4. 前記データ処理部は、
    前記複数の画像データの各々において、前記成長中の液滴の輪郭を特定し、前記輪郭から前記成長中の液滴の体積を算出し、
    前記成長中の液滴の体積に基づいて、前記落下中の液滴の前記推定体積を算出する、
    請求項1または2に記載の滴下量測定装置。
  5. 前記成長中の液滴を照明する照明器具をさらに備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の滴下量測定装置。
  6. 前記照明器具は、一定間隔で繰り返し発光するストロボスコープである、請求項5に記載の滴下量測定装置。
  7. 前記照明器具は、人の可視光でない波長の光を照射する、請求項5または6に記載の滴下量測定装置。
  8. 前記撮像部は、少なくとも可視光の一部の範囲をカットする光学フィルタを備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の滴下量測定装置。
  9. 前記撮像部は、複数のカメラを含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の滴下量測定装置。
  10. 前記複数の画像データを比較し、前記複数の画像データの間で変化の無い部分を画像処理によって除去することにより、前記複数の画像データのうちの動的な部分を抽出する、
    請求項1〜9のいずれか1項に記載の滴下量測定装置。
  11. ノズルの下端において成長し、前記ノズルの下端から断続的に落下する液滴の流量を制御するための滴下量コントローラであって、
    請求項1〜10のいずれか1項に記載の滴下量測定装置と、
    前記滴下量測定装置によって測定された液滴の流量に基づいて、前記流量を調整するための調整器具とを備える、滴下量コントローラ。
  12. 前記撮像部の作動を停止するまでは前記フォトセンサ部の作動を停止し、前記撮像部の作動を停止した後に前記フォトセンサ部を作動させる、請求項1〜10のいずれか1項に記載の滴下量測定装置。
  13. 複数の前記落下中の液滴の推定体積を算出し、それらの平均値を算出した後、前記撮像部の作動を停止し、
    前記滴下数と前記推定体積の平均値とから前記流量を算出する、請求項1〜10および12のいずれか1項に記載の滴下量測定装置。
  14. ノズルの下端において成長し、前記ノズルの下端から断続的に落下する液滴の流量を制御するための滴下量コントローラであって、
    請求項1〜10、12および13のいずれか1項に記載の滴下量測定装置と、
    前記滴下量測定装置によって測定された液滴の流量に基づいて、前記流量を調整するための調整器具とを備え、
    前記調整器具は、前記撮像部の作動を停止するまでの前記流量が、
    前記撮像部の作動を停止した後の前記流量よりも低くなるように、前記流量を調整する、滴下量コントローラ。
  15. 点滴筒と、
    前記点滴筒の内部に断続的に液滴を落下させるためのノズルと、
    前記点滴筒の内部に落下した液滴を前記点滴筒から排出するためのチューブと、
    請求項11または14に記載の滴下量コントローラとを備える、点滴装置。
  16. 前記点滴筒は透明であり、
    前記チューブは軟質チューブであり、
    前記調整器具はアクチュエータを含み、
    前記調整器具は、前記アクチュエータによって前記軟質チューブの一部を外部から加圧し、前記軟質チューブ内の流路の開度を調整することにより、前記流量を調整する、請求項15に記載の点滴装置。
  17. 前記点滴筒は透明であり、前記撮像部は前記点滴筒の外部から前記成長中の液滴を撮像する、請求項15または16に記載の点滴装置。
  18. 前記点滴筒の内壁が親水性である、請求項17に記載の点滴装置。
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