JP7191351B1 - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルから滴下する液滴の流量を、演算負荷を抑制しつつ精度良く且つ安定的に制御することができる流量制御システム等を提供する。【解決手段】流量制御システムは、液滴を撮像する撮像装置と、液滴の画像データに基づいて液滴の体積を算出する体積算出部と、設定された目標流量と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目標周期算出部と、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を行う滴下周期調整部とを備え、点滴の開始後にノズルから滴下した液滴について第１の液滴の体積を算出し、該体積に基づいて算出された第１の目標滴下周期をもとに滴下周期に対する第１のフィードバック制御を行い、その後、滴下周期が安定した後にノズルから滴下した液滴について第２の液滴の体積を算出し、該体積に基づいて算出された第２の目標滴下周期をもとに滴下周期に対する第２のフィードバック制御を行う。【選択図】図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。

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。

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。

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。

国際公開第２０１７／０４３４３７号 特開２０１８－１４８９６２号公報 特開２０１１－６２３７１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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に示す光源の概略構成を示す模式図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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

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，…

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）

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。

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）

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

（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

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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

Claims (10)

1. 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安定したか否かを判定すると共に、該滴下周期が安定していない場合には滴下周期が前記第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、
   前記目標周期算出部は、少なくとも前記第１のフィードバック制御が開始される際に前記第１の目標滴下周期を算出し、前記第２のフィードバック制御が開始される際にのみ前記第２の目標滴下周期を算出するように構成され、
   前記体積算出部は、前記第１の目標滴下周期が算出される際、及び、前記第２の目標滴下周期が算出される際においてのみ、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ている、
   流量制御システム。
2. 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の誤差を算出するように構成され、
   前記滴下周期調整部は、前記誤差１０％の範囲内になった場合に滴下周期が安定したと判定するように構成され、
   前記目標周期算出部は、滴下周期が安定したと判定され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。
3. 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おいて、定期的なタイミング又は所定の条件が満たされたタイミングで第１の目標滴下周期を算出して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。
4. 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。
5. 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。
6. 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５に記載の流量制御システム。
7. 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安定したか否かを判定すると共に、該滴下周期が安定していない場合には滴下周期が前記第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、
   前記目標周期算出部は、少なくとも前記第１のフィードバック制御が開始される際に前記第１の目標滴下周期を算出し、前記第２のフィードバック制御が開始される際にのみ前記第２の目標滴下周期を算出するように構成され、
   前記体積算出部は、前記第１の目標滴下周期が算出される際、及び、前記第２の目標滴下周期が算出される際においてのみ、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ている、
   輸液ポンプ。
8. 請求項７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。
9. 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安定したか否かを判定すると共に、該滴下周期が安定していない場合には滴下周期が前記第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、
   を含み、
   前記目標周期算出ステップは、少なくとも前記第１のフィードバック制御が開始される際に前記第１の目標滴下周期を算出し、前記第２のフィードバック制御が開始される際にのみ前記第２の目標滴下周期を算出し、
   前記体積算出ステップは、前記第１の目標滴下周期が算出される際、及び、前記第２の目標滴下周期が算出される際においてのみ、前記ノズルから落下する液滴の体積を算出する、
   流量制御方法。
10. 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安定したか否かを判定すると共に、該滴下周期が安定していない場合には滴下周期が前記第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、
    前記目標周期算出ステップは、少なくとも前記第１のフィードバック制御が開始される際に前記第１の目標滴下周期を算出し、前記第２のフィードバック制御が開始される際にのみ前記第２の目標滴下周期を算出し、
    前記体積算出ステップは、前記第１の目標滴下周期が算出される際、及び、前記第２の目標滴下周期が算出される際においてのみ、前記ノズルから落下する液滴の体積を算出する、
    プログラム。

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