JP7335259B2 - 点滴監視センサ - Google Patents

Description

本開示は点滴監視センサに関する。

栄養剤や薬液などの液体を、患者などの生体に投与するために、点滴筒を備えた輸液装置が用いられる。輸液装置は、点滴筒、輸液チューブ、その他の各種医療機器、等を備え、これらにより、液体を輸送するための経路（輸液ライン）が形成されている。輸液チューブには、輸液ラインを流れる液体の流量を調整するための、クランプや輸液ポンプ等が装着されている。

上述の輸液装置等が備える点滴筒の内部を落下する液体を監視するための点滴監視センサが知られている。このような点滴監視センサとして、特許文献１には、光を照射する発光素子と、光を受光する受光素子と、を有するフォトインタラプタを利用する構成が開示されている。

特許第６３１５１４９号公報

輸液装置では、例えば、クランプの閉め忘れや、輸液ポンプの誤動作等により、輸液ラインを流れる液体の流量が過剰になる場合がある。液体は、流量が過剰になると、断続的に滴下する状態（以下、「液滴状態」と記載する。）ではなく、連続的に柱状に落下する状態（以下、「液柱状態」と記載する。）となる場合がある。しかしながら、特許文献１には、点滴筒の内部を落下する液体の液柱状態を検出することは記載されていない。

本開示は、点滴筒の内部を落下する液体の液滴状態及び液柱状態の両方を検出し易い構成を有する点滴監視センサを提供することを目的とする。

本開示の第１の態様としての点滴監視センサは、点滴筒に装着可能であり、前記点滴筒の内部を落下する液体を監視する点滴監視センサであって、前記点滴筒の径方向の外側に配置され、前記点滴筒の周方向の異なる位置から前記点滴筒の内部に対して同時に照射光を照射可能な発光部と、前記点滴筒を挟んで前記発光部と対向して配置され、前記照射光を受光可能な受光部と、前記点滴筒と前記受光部との間に配置され、前記受光部が受光する前記照射光を制限する導光路を内部に区画する導光部と、を備える。

本開示の１つの実施形態としての点滴監視センサは、前記発光部及び前記受光部を保持するハウジングを備え、前記ハウジングは、前記点滴筒を収容可能な収容空間を区画しており、前記点滴筒が前記収容空間に収容されている状態で、前記点滴筒の径方向における前記発光部から前記収容空間までの最短距離は、前記点滴筒の径方向における前記受光部から前記収容空間までの最短距離よりも短い。

本開示の１つの実施形態として、前記導光部のうち前記点滴筒に面して配置される端面には、前記照射光が前記導光路に入光可能な前記導光路の入口開口が区画されており、前記導光路の前記入口開口から前記受光部までの最短距離は、前記導光路の前記入口開口の最大入光幅よりも長い。

本開示の１つの実施形態としての点滴監視センサは、前記導光路を第１導光路とし、前記導光部を第１導光部とした場合に、前記点滴筒と前記発光部との間に配置され、前記発光部から前記点滴筒の内部に照射される前記照射光を制限する第２導光路を内部に区画する第２導光部を備える。

本開示の１つの実施形態として、前記第１導光路の長さは、前記第２導光路の長さよりも長い。

本開示の１つの実施形態として、前記発光部は、同一水平面内に配置されている、発光される光の中心光線が並行する複数の発光素子を備える。

本開示の１つの実施形態として、前記発光部は、発光素子と、前記発光素子から発光される光を平行光に変換可能な光学素子と、を備える。

本開示の１つの実施形態として、前記受光部は、同一水平面内に配置されている、受光される光の中心光線が並行する複数の受光素子を備える。

本開示の１つの実施形態として、前記受光部は、受光素子と、前記受光素子に受光される光を集光可能な光学素子と、を備える。

本開示の１つの実施形態としての点滴監視センサは、前記受光部が受光する前記照射光の受光量の変化に基づいて、前記液体の液柱状態を検出する液柱検出部を備える。

本開示の１つの実施形態として、前記液柱検出部は、前記受光部が受光する前記照射光の受光量が、所定の閾値に対して、所定時間以上に亘って所定量以上低下した場合に、前記液体の液柱状態を検出する。

本開示の１つの実施形態として、前記受光部は、鉛直方向の互いに異なる位置に設置された上受光部及び下受光部を備える。

本開示の１つの実施形態として、前記液柱検出部は、前記上受光部が受光する前記照射光の受光量の変化に基づいて、前記液体の液柱状態を検出する上液柱検出部と、前記下受光部が受光する前記照射光の受光量の変化に基づいて、前記液体の液柱状態を検出する下液柱検出部と、を備え、前記上液柱検出部が液柱状態を検出し、かつ、前記下液柱検出部が液柱状態を検出している場合に、前記液体が液柱状態で落下していると判定する液柱判定部と、を備える。

本開示の１つの実施形態として、前記受光部は、外来光を受光可能な外来光受光部を備え、前記液柱判定部は、前記外来光受光部が受光する外来光の受光量の変化に基づいて、前記液体が液柱状態で落下しているか否かを判定する。

本開示の１つの実施形態として、前記受光部が受光する前記照射光の受光量の変化に基づいて、前記液体の液滴状態を検出する液滴検出部を備える。

本開示の１つの実施形態として、前記受光部は、鉛直方向の互いに異なる位置に設置された上受光部及び下受光部を備え、前記液滴検出部は、前記上受光部が受光する前記照射光の受光量の変化に基づいて、前記液体の液滴状態を検出する上液滴検出部と、前記下受光部が受光する前記照射光の受光量の変化に基づいて、前記液体の液滴状態を検出する下液滴検出部と、を備え、前記上液滴検出部が液滴状態を検出し、かつ、前記上液滴検出部が液滴状態を検出してから所定時間以内に前記下液滴検出部が液滴状態を検出した場合に、前記液体が液滴状態で落下していると判定する液滴判定部と、を備える。

本開示によれば、点滴筒の内部を落下する液体の液滴状態及び液柱状態の両方を検出し易い構成を有する点滴監視センサを提供することができる。

本開示の第１実施形態の点滴監視センサが点滴筒に装着された状態の輸液装置の一例を示す図である。 図１の一部を拡大して示す図であり、点滴筒に装着されている状態の点滴監視センサの正面図である。 図１に示す点滴監視センサの構成を示すブロック図である。 図１に示す点滴監視センサが点滴筒に装着された状態で、点滴筒と点滴監視センサの要部とを上方から見た場合の位置関係を示す図である。 比較例としての点滴監視センサの要部を示す図である。 図５に示す比較例としての点滴監視センサの受光部が受光する単位時間当たりの総受光量の変化を示す図である。図６（ａ）は、不透明液の液滴により生じる受光部の単位時間当たりの総受光量の変化を示している。図６（ｂ）は、透明液の液滴により生じる受光部の単位時間当たりの総受光量の変化を示している。 図５に示す比較例としての点滴監視センサの受光部が受光する単位時間当たりの総受光量の変化を示す図である。 落下液体が透明液であって液滴状態であるときの受光信号の一例と振幅の移動区間積分の期間を示す図である。 図９（ａ）、図９（ｂ）は、液滴状態の落下液体により受光信号に生じるピーク波形の一例を示す図である。図９（ａ）は、落下液体が、不透明液の液滴である場合に検出される受光信号である。図９（ｂ）は、落下液体が、透明液の液滴である場合に検出される受光信号である。 図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、図９（ａ）、図９（ｂ）それぞれに示すピーク波形を振幅の移動区間積分波形に変換した波形を示す図である。 図３に示す液柱検出部による液柱状態検出処理を説明する図である。 本開示の第２実施形態としての点滴監視センサの要部を示す図である。 本開示の第３実施形態としての点滴監視センサの要部を示す図である。 点滴筒１１０に装着されている状態の、本開示の第４実施形態としての点滴監視センサの正面図である。 図１４に示す点滴監視センサの構成を示すブロック図である。 図１６（ａ）は、実際に液体が液柱状態で落下しておらず、下受光部が、点滴筒の内面に付着して落下しない液滴を検出している場合の、上受光部及び下受光部の受光量の変化を示す図である。図１６（ｂ）は、実際に液体が液柱状態で落下している場合の、上受光部及び下受光部の受光量の変化を示す図である。 確認実験の実験系の概要を示す図である。 図１８（ａ）は、図１７に示す確認実験で用いる発光素子の出射特性を示す図である。図１８（ｂ）は、図１７に示す確認実験で用いる受光素子の入射特性を示す図である。 図１９（ａ）は、不透明液の液滴による、受光部の受光量の変化を示す図である。図１９（ｂ）は、透明液の液滴による、受光部の受光量の変化を示す図である。 不透明液が液滴状態から液柱状態に変化する場合の、受光部の受光量の変化を示す図である。 透明液が液滴状態から液柱状態に変化する場合の、受光部の受光量の変化を示す図である。 図２２（ａ）は、透明液の液滴による、受光部の受光量の変化を示す図である。図２２（ｂ）は、透明液が液滴状態から液柱状態に変化する場合の、受光部の受光量の変化を示す図である。

以下、本開示に係る点滴監視センサの実施形態について図面を参照して説明する。各図において共通する部材・部位には同一の符号を付している。本明細書において、上下方向とは鉛直方向を意味する。後述する点滴筒１１０は、生体への使用時において、軸方向が鉛直方向に沿うようにして配置される。上方は排出部１１２から見て滴下部１１１が位置する方向（すなわち、図２における上方）を意味し、下方はその反対方向を意味する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の点滴監視センサ１が点滴筒１１０に装着された状態の輸液装置１００の一例を示す図である。図２は、図１の一部を拡大して示す図であり、点滴筒１１０に装着されている状態の点滴監視センサ１の正面図である。図３は、点滴監視センサ１の構成を示すブロック図である。図３に示す矢印は、電気信号が流れる方向を示す。図４は、点滴監視センサ１が点滴筒１１０に装着された状態で、点滴筒１１０と点滴監視センサ１の要部とを上方から見た場合の位置関係を示す図である。

図１に示す輸液装置１００は、栄養剤や薬液などの液体を、患者などの生体に投与するために用いられる。輸液装置１００は、液体を生体まで輸送するための輸液ラインを形成している。具体的に、輸液装置１００は、液体が収容された輸液バッグなどの輸液容器１０１と、輸液容器１０１から供給される液体の流量を視認可能な点滴筒１１０と、生体に留置された留置針等に接続可能なコネクタ１０２と、これら各部材を接続する複数の輸液チューブ１０３と、を備えている。輸液ラインは、輸液容器１０１と、点滴筒１１０と、コネクタ１０２と、輸液チューブ１０３と、により形成されている。図１に示す例では、輸液装置１００は、輸液ラインを流れる液体の流量を調整するための、輸液チューブ１０３に装着されたクランプ１０４及び輸液ポンプ１０５を更に備えている。

図２に示すように、点滴筒１１０は、輸液ラインの上流から輸送される液体を内部の滴下室１１３内に導入する滴下部１１１と、滴下室１１３内の液体を輸液ラインの下流に排出する排出部１１２と、滴下室１１３の周面を区画する周壁部１１４と、を備えている。周壁部１１４は、光透過性の素材で形成された光透過部を少なくとも一部に備えている。具体的に、周壁部１１４の光透過部は、少なくとも、後述する貯留液体１１７の液面よりも上方の位置に備えられている。

点滴筒１１０に輸送された液体は、滴下部１１１から落下液体１１６として落下し、滴下室１１３内に貯留液体１１７として貯留される。排出部１１２は貯留液体１１７の一部を排出する。そのため、貯留液体１１７は適量に保たれる。

図１、図２に示すように、点滴監視センサ１は、点滴筒１１０に装着可能である。図１、図２に示すように、点滴監視センサ１は、点滴筒１１０の周囲に装着された状態で使用される。具体的に、点滴監視センサ１は、点滴筒１１０に装着された状態で、点滴筒１１０の内部を落下する液体を監視することができる。より具体的に、本実施形態の点滴監視センサ１は、点滴筒１１０の内部の滴下室１１３内を落下する落下液体１１６を監視するために用いられる。図２に示すように、本実施形態の点滴監視センサ１は、点滴筒１１０の周壁部１１４の、貯留液体１１７の液面よりも上方に位置する光透過部の位置で、周壁部１１４を挟み込むようにして装着されている。

図２に示すように、本実施形態の点滴監視センサ１は、発光部１０と、受光部２０と、導光部３０と、液柱検出部５０と、液滴検出部６０と、増幅部７０と、報知部８０と、ハウジング２と、を備える。

図２、図４に示すように、発光部１０は、点滴筒１１０の径方向Ａの外側に配置される。また、図４に示すように、発光部１０は、点滴筒１１０の周方向Ｂの異なる位置から点滴筒１１０の内部に対して同時に照射光Ｌ１を照射可能である。より具体的に、発光部１０は、周壁部１１４の光透過部を通じて、点滴筒１１０の滴下室１１３内を落下する落下液体１１６に向けて照射光Ｌ１を照射可能である。図４に示すように、本実施形態の発光部１０は、点滴筒１１０の外径以上の幅を有している。本実施形態の発光部１０は、同一水平面である水平面Ｈ（図２参照）内において、点滴筒１１０の内部全域に照射光Ｌ１を照射できる。発光部１０は、例えば、１つ又は複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode:発光ダイオード）又はレーザダイオード等の光を出射する発光素子１１を含む。本実施形態では、図４に示すように、７つの発光素子１１ａ～１１ｇが、同一水平面である水平面Ｈ（図２参照）内において、点滴筒１１０の周壁部１１４の外側に配置されているが、配置される発光素子の数については特に限定されない。本実施形態の複数の発光素子１１ａ～１１ｇから発光される光の中心光線は並行している。発光素子から発光される光の中心光線とは、発光素子から出射する最も強い光線を意味する。図４では、便宜上、発光素子１１ａ～１１ｃ及び１１ｅ～１１ｇから発光される照射光Ｌ１のうち、中心光線のみを示している。

図２、図４に示すように、受光部２０は、点滴筒１１０を挟んで発光部１０と対向して配置される。「受光部は点滴筒を挟んで発光部と対向して配置される」とは、発光部と受光部とを結ぶ少なくとも１つの直線状の光路が点滴筒の内部を通過する位置関係を意味する。また、受光部２０は、発光部１０から点滴筒１１０に照射される照射光Ｌ１を受光可能である。具体的に、受光部２０が受光し得る照射光Ｌ１には、落下液滴１１６の内部で屈折された屈折光を含む落下液体１１６を透過する透過光、落下液体１１６により反射された反射光、落下液体１１６に照射されなかった直接光、が含まれる。受光部２０は、例えば、１つ又は複数のフォトトランジスタ又はフォトダイオード等の受光素子２１を含む。受光部２０は、受光した照射光Ｌ１の受光量に基づく受光信号を、増幅部７０を介して、液柱検出部５０及び液滴検出部６０に出力する。図２に示すように、本実施形態の点滴監視センサ１では、発光部１０と受光部２０とが同一平面である水平面Ｈ内に位置している。本実施形態では、図４に示すように、７つの受光素子２１ａ～２１ｇが、同一平面である水平面Ｈ（図２参照）内において、点滴筒１１０の周壁部１１４の外側に配置されているが、配置される受光素子の数は特に限定されない。本実施形態の複数の受光素子２１ａ～２１ｇが受光する光の中心光線は並行している。受光素子が受光する光の中心光線とは、受光素子に最も受光され易い、換言すれば、最も受光効率が高い、光線を意味する。

図４に示すように、発光部１０の発光素子１１ａ及び受光部２０の受光素子２１ａは対向して配置されている。発光部１０の発光素子１１ａと受光部２０の受光素子２１ａとの間に点滴筒１１０が介在しない場合、発光部１０の発光素子１１ａから発光される光の中心光線は、受光部２０の受光素子２１ａが受光する中心光線となる。発光部１０の発光素子１１ａと受光部２０の受光素子２１ａとの間に点滴筒１１０が介在する場合（図４参照）、発光部１０の発光素子１１ａから発光される光の中心光線は、点滴筒１１０の周壁部１１４により屈折および／または反射する場合がある。このような場合には、発光部１０の発光素子１１ａから発光される光の中心光線は、受光部２０の受光素子２１ａが受光する中心光線とならない。但し、図４では、説明の便宜上、点滴筒１１０の周壁部１１４による屈折および／または反射を考慮しておらず、発光部１０の発光素子１１ａから発光される光の中心光線を、受光部２０の受光素子２１ａが受光する中心光線と一致するものとして描いている。

発光部１０の発光素子１１ｂ～１１ｇそれぞれについても、受光部２０の受光素子２１ｂ～２１ｇそれぞれとで、発光部１０の発光素子１１ａ及び受光部２０の受光素子２１ａと同様の関係を有する。

図２、図４に示すように、導光部３０は、点滴筒１１０と受光部２０との間に配置される。また、図４に示すように、導光部３０は、受光部２０が受光する照射光Ｌ１を制限する導光路３１を内部に区画している。導光部３０は、照射される光を透過させず、かつ、照射される光を全反射させないように構成されている。導光部３０の外面及び内面には、例えば、照射された光を乱反射させる微小凹凸構造が形成されていてよい。また、導光部３０は、例えば、黒色の不透明な樹脂で形成されている、あるいは黒色塗料により覆われているなど、照射される光の一部又は全部を吸収可能な構成としてもよい。本実施形態の導光部３０は、内部に導光路３１を区画する筒状体により構成されている。本実施形態の導光部３０は、点滴筒１１０に面して配置される一端側の端面に、照射光Ｌ１が導光路３１に入光可能な導光路３１の入口開口３１ａを区画している。また、本実施形態の導光部３０は、受光部２０に面して配置される他端側の端面に、導光路３１から受光部２０に向かって出光可能な導光路３１の出口開口３１ｂを区画している。本実施形態の導光部３０は、受光素子２１ａ～２１ｇそれぞれに対応する７つの筒状体により構成されているが、１つの部材に７つの導光路が形成されている構成であってもよい。

上述したように、発光部１０は、点滴筒１１０の周方向Ｂの異なる位置から点滴筒１１０の内部に対して同時に照射光Ｌ１を照射可能である。詳細は後述するが、導光部３０を備えることで、上述の発光部１０を備える構成であっても、受光部２０が、点滴筒１１０の内部を落下する液体の「影」の成分を検出し易くなる。そのため、液体の透明度にかかわらず、点滴筒の内部を落下する液体の液滴状態及び液柱状態を容易に検出することができる。

液柱検出部５０は、受光部２０が受光する照射光Ｌ１の受光量の変化に基づいて、液体の液柱状態を検出することができる。より具体的に、本実施形態の液柱検出部５０は、受光部２０からの受光信号に基づいて、落下液体１１６の液柱状態を検出可能である。液柱検出部５０は、受光部２０が受光する単位時間当たりの総受光量の変化に基づいて、液柱状態を検出することができる。つまり、本実施形態の液柱検出部５０は、７つの受光素子２１ａ～２１ｇが受光する単位時間当たりの総受光量の変化に基づいて、液柱状態を検出することができる。本実施形態の液柱検出部５０は、受光部２０が受光する照射光Ｌ１の受光量が、所定の閾値に対して、所定時間以上に亘って所定量以上低下した場合に、落下液体１１６の液柱状態を検出する。液柱検出部５０は、例えば、種々の情報及びプログラムを記憶する記憶装置、及び、当該記憶装置に記憶された種々の情報及びプログラムのうち、所定の情報及びプログラムを読み込むことにより所定の機能を実現するプロセッサ等により構成される。液柱検出部５０が落下液体１１６の液柱状態を検出する方法の詳細については、後述する（図１１参照）。液柱検出部５０は、液柱状態を検出すると、検出結果を報知部８０に出力する。

液滴検出部６０は、受光部２０が受光する照射光Ｌ１の受光量の変化に基づいて、液体の液滴状態を検出することができる。より具体的に、本実施形態の液滴検出部６０は、受光部２０からの受光信号に基づいて、落下液体１１６の液滴状態を検出可能である。液滴検出部６０は、受光部２０が受光する単位時間当たりの総受光量の変化に基づいて、液滴状態を検出することができる。つまり、本実施形態の液滴検出部６０は、７つの受光素子２１ａ～２１ｇが受光する単位時間当たりの総受光量の変化に基づいて、液滴状態を検出することができる。本実施形態の液滴検出部６０は、受光部２０が受光する照射光Ｌ１の受光量が、所定時間において所定量以上変化した場合に、落下液体１１６の液滴状態を検出する。液滴検出部６０は、例えば、種々の情報及びプログラムを記憶する記憶装置、及び、当該記憶装置に記憶された種々の情報及びプログラムのうち、所定の情報及びプログラムを読み込むことにより所定の機能を実現するプロセッサ等により構成される。液滴検出部６０を構成する記憶装置及びプロセッサ等は、液柱検出部５０を構成する記憶装置及びプロセッサ等と共通の部材でもよいし、別部材でもよい。液滴検出部６０が落下液体１１６の液滴状態を検出する方法の詳細については、後述する（図８～図１０等参照）。液滴検出部６０は、液滴状態を検出すると、検出結果を報知部８０に出力する。

増幅部７０は、例えば増幅回路等で構成され、受光部２０からの受光信号を増幅して、液柱検出部５０及び液滴検出部６０に出力する。

報知部８０は、液柱検出部５０からの検出結果及び液滴検出部６０からの検出結果を外部に報知する。具体的に、報知部８０は、例えばスピーカで構成され、検出結果を音で報知してもよい。報知部８０は、例えば発光素子又は表示デバイスで構成され、検出結果を光で報知してもよい。報知部８０は、例えば有線又は無線による通信装置で構成され、検出結果を外部の装置に送信することで報知してもよい。当該外部の装置は、例えば輸液ポンプ１０５（図１参照）であってもよく、その場合、輸液ポンプ１０５は、検出結果に基づいて、輸液ラインを流れる液体の流量を調整してもよい。

図２に示すように、ハウジング２は、発光部１０及び受光部２０を保持する。より具体的に、本実施形態のハウジング２は、発光部１０及び受光部２０のみならず、上述した導光部３０、液柱検出部５０、液滴検出部６０、増幅部７０及び報知部８０についても保持している。ハウジング２は、点滴監視センサ１の外装部材を構成する。また、ハウジング２は、点滴筒１１０を収容可能な収容空間２ａを区画している。本実施形態の点滴監視センサ１は、ハウジング２の収容空間２ａに点滴筒１１０を収容するようにして、点滴筒１１０に装着される。

本実施形態の点滴監視センサ１は上述した構成に限られない。点滴監視センサ１の液柱検出部５０、液滴検出部６０、増幅部７０及び報知部８０は、例えば、点滴監視センサ１と通信可能な外部装置に設けられていてもよい。また、一例として、点滴監視センサ、及び、この点滴監視センサと通信可能な外部装置、において増幅部７０を備えない構成としてもよい。

次に、導光部３０の詳細について説明する。まず、導光部３０を備えないことで生じ得る１つの課題について説明する。

図５は、本実施形態の比較例としての点滴監視センサ１０００の要部を示す図である。図５に示す比較例としての点滴監視センサ１０００は、発光部１０１０及び受光部１０２０を備えるが、本実施形態の導光部３０を備えない。図５では、点滴監視センサ１０００の発光部１０１０及び受光部１０２０と共に、液滴Ｖを示している。図５に示す発光部１０１０は、３つの発光素子１０１１ａ～１０１１ｃを備える。図５に示す受光部１０２０は、５つの受光素子１０２１ａ～１０２１ｅを備える。発光素子及び受光素子の数は、図５に示す数でなくてもよい。図５では、説明の便宜上、３つの発光素子１０１１ａ～１０１１ｃから発光する光線の指向角の範囲を示している。具体的に、発光素子１０１１ａ及び１０１１ｃの指向角の範囲は、実線の台形により示されている。発光素子１０１１ｂの指向角の範囲は、液滴Ｖよりも受光部１０２０側で、二点鎖線により示しており、発光素子１０１１ｂの光により液滴Ｖの影が形成される領域である。また、図５では、発光素子１０１１ｂから発光され、液滴Ｖを透過する光を、光線Ｒにより示している。図５では、液滴Ｖが透明液である場合の光線Ｒの進行方向を示している。液滴Ｖが不透明液である場合、光線Ｒは液滴Ｖを透過せず、大部分は液滴Ｖにより吸収され、透明液の場合よりも更に高いコントラストで液滴Ｖの影が形成される。つまり、液滴Ｖの透明度により、光線Ｒによる液滴Ｖの透過光量は異なる。

図５に示すように、発光素子１０１１ｂから発光される光は、液滴Ｖに照射される。これにより、液滴Ｖの受光部１０２０側には、液滴Ｖの影が形成される。発光素子１０１１ｂから発光される光は、液滴Ｖが無い場合には、指向角の範囲にある受光素子１０２１ｂ～１０２１ｄにより受光される。しかしながら、液滴Ｖが透明液の場合、図５に示すように、発光素子１０１１ｂから発光され、液滴Ｖにより屈折した光線Ｒは、本来の指向角の範囲（二点鎖線の範囲を参照）よりも拡がるように進行し、全ての受光素子１０２１ａ～１０２１ｅにより受光される。つまり、図５に示す比較例としての点滴監視センサ１０００では、液滴Ｖがあることで、発光素子１０１１ｂから発光され、受光素子１０２１ｃにより受光される受光量は減少する。しかしながら、透明液の液滴Ｖで屈折した屈折光（図５の光線Ｒ参照）により、別の受光素子１０２１ａ、１０２１ｂ、１０２１ｄ及び１０２１ｅに受光される受光量が増加するため、受光部１０２０での単位時間当たりの総受光量についての変動は小さくなる。更に、両側の発光素子１０１１ａ及び１０１１ｃから発光される光は、液滴Ｖに照射されずに、液滴Ｖの影が形成される領域に直接届き、受光素子１０２１ｂ～１０２１ｄにより受光される。そのため、図５に示す比較例としての点滴監視センサ１０００では、液滴Ｖの受光部１０２０側に形成される影についても、周囲とのコントラストが低くなり易い。

このように、図５に示す比較例としての点滴監視センサ１０００では、液滴Ｖの受光部１０２０側に形成される影による受光量の減少が検出され難い。

図６は、図５に示す比較例としての点滴監視センサ１０００の受光部１０２０が受光する単位時間当たりの総受光量の変化を示す図である。図６（ａ）は、例えば脂肪乳剤などの不透明液の液滴Ｖにより生じる受光部１０２０の単位時間当たりの総受光量の変化を示している。図６（ｂ）は、例えば生理食塩水などの透明液の液滴Ｖにより生じる受光部１０２０の単位時間当たりの総受光量の変化を示している。図６（ａ）に示すように、不透明液の液滴Ｖについては、上述したように、液滴Ｖにより光が吸収されることで、受光部１０２０の単位時間当たりの総受光量は減少する。これに対して、図６（ｂ）に示すように、透明液の液滴Ｖについては、上述したように、液滴Ｖにより屈折した光が幅広い範囲で受光素子に受光されるため、受光部１０２０の単位時間当たりの総受光量は減少し難い。特に、発光部１０１０から発光される光が、液滴Ｖの中心を含む中心平面の近傍を照射する状態（図６（ｂ）の範囲「Ｓ２」参照）では、光が液滴Ｖにより屈折しても、水平面Ｈ内の受光素子１０２１ａ～１０２１ｅにより受光され易く（図５参照）、受光部１０２０の単位時間当たりの総受光量は増加する。つまり、液滴Ｖの受光部１０２０側に形成される影による受光量の減少が特に検出され難い。これに対して、発光部１０１０から発光される光が、液滴Ｖの中心を含む中心平面の近傍を照射しない状態（図６（ｂ）の範囲「Ｓ１」及び「Ｓ３」参照）では、光が液滴Ｖにより上下方向（鉛直方向）に屈折し易く、水平面Ｈ内の受光素子１０２１ａ～１０２１ｅにより受光され難い。つまり、図６（ｂ）の範囲「Ｓ１」及び「Ｓ３」では、受光部１０２０の単位時間当たりの総受光量は減少する。換言すれば、図６（ｂ）の範囲「Ｓ１」及び「Ｓ３」では、液滴Ｖの受光部１０２０側に形成される影による受光量の減少が検出され易い。

図７は、図５に示す比較例としての点滴監視センサ１０００の受光部１０２０が受光する単位時間当たりの総受光量の変化を示す図である。図７では、透明液が液滴状態から液柱状態に変化した場合と、不透明液が液滴状態から液柱状態に変化した場合と、を示している。図７に示すように、不透明液では、液滴状態から液柱状態に変化する場合に、受光部１０２０が受光する単位時間当たりの総受光量は「ｍ１」から「ｍ２」に減少している。その一方で、図７に示すように、透明液では、液滴状態から液柱状態に変化する場合に、受光部１０２０が受光する単位時間当たりの総受光量は「ｎ１」から「ｎ２」に増加している。

以上のことから、本願発明者は以下の２つの知見を得るに至った。
（１）図５に示す比較例としての点滴監視センサ１０００では、点滴筒１１０（図１参照）の内部を落下する液滴Ｖの透明度に応じて、受光部１０２０により受光される単位時間当たりの総受光量の変化の仕方が大きく異なる（図６参照）。
（２）その結果、図７に示すように、点滴筒１１０の内部を落下する液体が液滴状態から液柱状態に変化する際に、受光部１０２０が受光する単位時間当たりの総受光量は、透明液の場合は増加し、不透明液の場合は減少する、という現象が生じ得る。

しかしながら、輸液ラインで使用される液体の透明度は様々であり、一定ではない。つまり、点滴筒１１０の内部を落下する液体の透明度が不明の状態では、液滴状態から液柱状態へと変化したことを検出するための閾値を設定できない。

本願発明者は、上記知見の下、鋭意検討を重ねた結果、液滴状態から液柱状態になる際の受光部の単位時間当たりの総受光量の増減の相違は、所定環境下にある受光部を用いる場合に発生し易いという認識を得るに至った。上記所定環境下とは、受光部１０２０が、点滴筒１１０の内部を落下する液体によって反射した反射光、及び、液体によって屈折した屈折光、を受光し易い環境下である。つまり、受光部を、反射光及び屈折光を受光し難い構成、すなわち、点滴筒１１０の内部を落下する液体の「影」の成分を検出できる構成とすることで、上記課題は解決される。

この点について、特許文献１には、液体の上述の「影」の成分を検出する構成が記載されているが、この検出を実現する高いコントラストを得るために、１つのみの発光素子で照射すべきことが記載されている。このような構成では、照射光の照射範囲が制限され、点滴筒内の液滴を検出できない可能性がある。

これに対して、図１～図４に示す点滴監視センサ１では、導光部３０を備える。導光部３０により、点滴筒１１０の周方向の異なる位置から点滴筒１１０の内部に対して同時に照射光Ｌ１を照射可能な発光部１０を備える構成であっても、点滴筒１１０の内部を落下する液体により反射した反射光及び屈折した屈折光を、受光部２０で受光し難くすることができる。これにより、落下する液体の「影」の成分を検出し易くなる。そのため、点滴筒１１０の内部を落下する液体の透明度によらず、その液体の液滴状態及び液柱状態を容易に検出可能な構成を実現できる。

具体的には、点滴筒１１０の内部を落下する液体の透明度によらず、液滴状態から液柱状態に変化する際に、受光部２０が受光する単位時間当たりの総受光量を、減少するように変化させる点滴監視センサ１を実現できる。この詳細は後述する（図２０、図２１参照）。そのため、液滴状態から液柱状態への変化を、受光部２０による総受光量の時間経過に伴う変化によって検出する場合に、総受光量の増加についての閾値を設定する必要はなく、総受光量の減少についての閾値のみを設定すればよい。これにより、液柱状態の検出アルゴリズムを簡易化できる。

図４に示すように、本実施形態の点滴監視センサ１では、発光部１０から点滴筒１１０の内部に照射される照射光Ｌ１のうち、透明液である落下液体１１６により屈折した屈折光は、導光部３０を設けることで、受光素子２１ｄ以外で受光され難くなる。このように、落下液体１１６により反射又は屈折された散乱光が受光部２０で受光されることを抑制することで、落下液体１１６の「影」の成分、すなわち、落下液体１１６の影となることで発生する総受光量の低下分、をより検出し易い受光部２０にすることができる。その結果、上述したように、点滴筒１１０の内部を落下する落下液体１１６の透明度によらず、その落下液体１１６の液滴状態及び液柱状態を容易に検出することができる。

また、図２に示すように、点滴筒１１０が収容空間２ａに収容されている状態で、点滴筒１１０の径方向Ａにおける発光部１０から収容空間２ａまでの最短距離Ｄ１は、点滴筒１１０の径方向Ａにおける受光部２０から収容空間２ａまでの最短距離Ｄ２よりも短い。このようにすることで、発光部１０を点滴筒１１０に近づけて配置でき、点滴筒１１０の内部に照射されない無駄な照射光Ｌ１を減らすことができる。その一方で、受光部２０を点滴筒１１０から遠ざけて配置でき、導光部３０の導光路３１の長さを確保し易い。そのため、落下液体１１６の「影」の成分、すなわち、落下液体１１６の影となることで発生する総受光量の低下分、をより精度よく検出できる。その結果、上述したように、点滴筒１１０の内部を落下する落下液体１１６の透明度によらず、その落下液体１１６の液滴状態及び液柱状態を容易に検出することができる。

また、図４に示すように、本実施形態の導光部３０の導光路３１の入口開口３１ａから受光部２０までの最短距離Ｄ３は、本実施形態の導光部３０の導光路３１の入口開口３１ａの最大入光幅Ｗ１よりも長い。このようにすることで、落下液体１１６の影となることで発生する総受光量の低下分、をより精度よく検出できる。本実施形態の導光部３０は筒状体により構成されているため、本実施形態の「最大入光幅Ｗ１」は導光部３０の内径に等しい。

本実施形態の導光部３０の内径（最大入光幅Ｗ１）は、受光素子２１の外径と近似していることが好ましい。受光素子の外径は通常１～３ｍｍであるため、最大入光幅Ｗ１は２ｍｍ程度とすることが好ましい。また、最大入光幅Ｗ１に対する最短距離Ｄ３の比であるＤ３／Ｗ１は、２以上とすることが好ましく、２以上５以下とすることが特に好ましい。Ｄ３／Ｗ１をこの範囲とすることで、実使用上問題とならない大きさの導光部３０を用いて落下液体１１６の「影」の成分を検出でき、落下液体１１６の液滴状態及び液柱状態を容易に検出することができる。

以下、液柱検出部５０及び液滴検出部６０による検出処理の一例について、図８～図１１を参照して説明する。受光部２０から液柱検出部５０及び液滴検出部６０に出力される受光信号は、落下液体１１６が液柱状態であるか、液滴状態であるかによって、異なる信号として検出される。しかしながら、落下液体１１６が液柱状態であっても、液滴状態であっても、それぞれの場合の受光信号は、微小時間ごとに複雑に変化するため、受光信号のままでは液柱状態の検出及び液滴状態の検出が容易ではない。そこで、液柱検出部５０及び液滴検出部６０は、以下に説明するように、まず、受光信号に振幅の移動区間積分を演算して、液柱状態の検出及び液滴状態の検出をし易い形に変換することができる。

図８～図１０は、液滴検出部６０による液滴状態検出処理、具体的には受光信号のピーク波形を振幅の移動区間積分する過程を説明する図である。図８は、落下液体１１６が透明液であって液滴状態であるときの受光信号の一例と振幅の移動区間積分の期間を示す図である。この受光信号は、受光部２０により受光される単位時間当たりの総受光量と相関している。受光信号に時刻ｔにおける振幅の移動区間積分を演算して得られる積分値Ｚ（ｔ）は、下記の数式（１）で表される。
Z(t) = (Yb-Y(t)) + (Yb-Y(t-1)) + (Yb-Y(t-N-1)) ・・・（１）
ここで、Ｙｂは入力波形の基準レベルを示し、Ｙ（ｔ）は時刻ｔにおける振幅を示し、Ｎは移動区間積分の積分区間Ｔ１のサンプリング数を示す。この積分区間Ｔ１を、以下、説明の便宜上、「第１期間Ｔ１」と記載する。移動区間積分の積分値Ｚ（ｔ）は、時刻ｔにおける直近の第１期間Ｔ１での落下液体１１６の流量の合計に相関する。第１期間Ｔ１は、液滴状態の落下液体１１６による受光信号において生じる振幅のピークのみを含む波形（以下、「ピーク波形」とも記載する。）の時間幅と同程度であることが好ましい。

図９（ａ）、図９（ｂ）は、液滴状態の落下液体１１６により受光信号に生じるピーク波形の一例を示す図である。具体的に、図９（ａ）は、落下液体１１６が、不透明液の液滴である場合に検出される受光信号である。図９（ｂ）は、落下液体１１６が、透明液の液滴である場合に検出される受光信号である。図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、図９（ａ）、図９（ｂ）それぞれに示すピーク波形を振幅の移動区間積分波形に変換した波形を示す図である。図９（ａ）、図９（ｂ）はいずれも、基準レベルＹｂよりも負方向の振幅のみを有するピーク波形である。上述したように、導光部３０（図４参照）を設けることで、透明液の落下液体１１６であっても、受光信号を負方向の振幅のみの信号にすることができる（図９（ｂ）参照）。図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、受光信号のピーク波形を振幅の移動区間積分波形に変換すると、ピークの振幅が正方向に大きいピーク波形となる。液滴検出部６０は、移動区間積分波形に、振幅が所定範囲内であり、かつ、時間幅が所定範囲内であるピーク波形が含まれるとき、液滴状態を検出する。換言すれば、液滴検出部６０は、受光信号に、振幅が所定範囲内であり、かつ、時間幅が所定範囲内であるピーク波形が含まれるとき、液滴状態を検出する。

図１１は、液柱検出部５０による液柱状態検出処理を説明する図である。具体的に、図１１は、受光部２０の単位時間当たりの総受光量の変化を示す図である。受光部２０の単位時間当たりの総受光量は、落下液体１１６が正常な液滴状態で落下している区間（図１１で「区間１」と示す区間）と、落下液体１１６が液柱状態で落下している区間（図１１で「区間３」と示す区間）と、これら２つの区間の間で、落下液体１１６が異常な高流量の液滴で落下している区間（図１１で「区間２」と示す区間）と、の３区間において、別々の傾向を示す。

図１１に示すように、落下液体１１６が正常な液滴状態で落下している区間１では、受光信号として、振幅が所定範囲内であり、かつ、時間幅が所定範囲内であるピーク波形が、所定範囲の時間幅を空けて定期的に検出される。区間１では、上述した液滴検出部６０が、ピーク波形の時間幅である第１期間Ｔ１、ピーク波形の振幅ａ１、及び、隣接するピーク波形間の時間間隔Ｔ２、に基づいて、正常な液滴状態を検出する。区間１において、液滴検出部６０が正常な液滴状態を検出した場合に、液柱検出部５０は、落下液体１１６の液柱状態を検出するための、受光部２０の単位時間当たりの総受光量の基準レベルＸを更新する。具体的に、図１１に示す例では、区間１において、液滴検出部６０が正常な液滴状態を検出する度に、液柱検出部５０が基準レベルＸを更新している（図１１では「Ｘ１」、「Ｘ２」、「Ｘ３」の順に更新）。

これに対して、図１１に示すように、落下液体１１６が異常な高流量の液滴状態で落下している区間２では、上述した液滴検出部６０が、ピーク波形の時間幅である第１期間Ｔ１、ピーク波形の振幅ａ１、及び、隣接するピーク波形間の時間間隔Ｔ２、に基づいて、正常な液滴状態を検出できない。区間２において、液滴検出部６０が正常な液滴状態を検出できない場合、液柱検出部５０は、落下液体１１６の液柱状態を検出するための、受光部２０の単位時間当たりの総受光量の基準レベルＸを更新しない。つまり、区間１において最後に更新された基準レベルＸは変更されない（図１１では「Ｘ３」から変更されない）。

液柱検出部５０は、受光部２０の総受光量が、所定の閾値としての上記基準レベルＸに対して、所定時間Ｔ３以上に亘って所定量Ｑ以上低下した場合に、落下液体１１６の液柱状態を検出する。上記「所定時間Ｔ３」は、０．１～５秒の範囲に設定されることが好ましい。所定時間Ｔ３が０．１秒よりも短いと誤検出が増加し、５秒よりも長くなると液柱状態を検出までの時間遅れが発生する。また、上記「所定量Ｑ」は、落下液体１１６の透明度にかかわらず適用可能な変化量に設定される。そのため、液柱検出部５０は、上述した区間１及び区間２において、落下液体１１６の液柱状態を検出することはない。

図１１に示すように、落下液体１１６が液柱状態で落下している区間３では、上述した液滴検出部６０は、ピーク波形の時間幅である第１期間Ｔ１、ピーク波形の振幅ａ１、及び、隣接するピーク波形間の時間間隔Ｔ２、に基づいて、正常な液滴状態を検出できない。したがって、区間３においても、区間１において最後に更新された基準レベルＸは変更されない（図１１では「Ｘ３」から変更されない）。また、区間３において、受光部２０の総受光量が、所定の閾値としての上記基準レベルＸに対して、所定時間Ｔ３以上に亘って所定量Ｑ以上低下しているため、液柱検出部５０は、落下液体１１６の液柱状態を検出する。

以上のように、本実施形態の液柱検出部５０及び液滴検出部６０は、落下液体１１６の液柱状態及び液滴状態を検出することができる。

（第２実施形態）
次に、図１２を参照して、第２実施形態としての点滴監視センサ２０１について説明する。図１２は、点滴監視センサ２０１の要部を示す図である。点滴監視センサ２０１は、第１実施形態の点滴監視センサ１と比較して、点滴筒１１０と発光部１０との間に配置される導光部４０を備える点で相違する。点滴監視センサ２０１の他の構成は、上述した点滴監視センサ１と同一である。したがって、ここでは、点滴監視センサ２０１のうち、点滴監視センサ１との相違点について主に説明し、共通する構成は説明を省略する。

以下、点滴筒１１０と受光部２０との間に配置される導光部３０と、点滴筒１１０と発光部１０との間に配置される導光部４０と、を区別するために、説明の便宜上、導光部３０を「第１導光部３０」と記載し、導光部４０を「第２導光部４０」と記載する。

図１２に示すように、第２導光部４０は、発光部１０から点滴筒１１０の内部に照射される照射光Ｌ１を制限する第２導光路４１を内部に区画している。このような第２導光部４０を備えることで、点滴筒１１０の内部に照射される無駄な照射光Ｌ１を減らすことができる。

また、第２導光部４０は、照射される光を透過させず、かつ、照射される光を全反射させないように構成されている。第２導光部４０の外面及び内面には、例えば、照射された光を乱反射させる微小凹凸構造が形成されていてよい。また、第２導光部４０は、例えば、黒色の不透明な樹脂で形成されている、あるいは黒色塗料により覆われているなど、照射される光の一部又は全部を吸収可能な構成としてもよい。本実施形態の第２導光部４０は、内部に第２導光路４１を区画する筒状体により構成されている。本実施形態の第２導光部４０は、発光部１０に面して配置される一端側の端面に、照射光Ｌ１が第２導光路４１に入光可能な第２導光路４１の入口開口４１ａを区画している。また、本実施形態の第２導光部４０は、点滴筒１１０に面して配置される他端側の端面に、第２導光路４１から点滴筒１１０に向かって出光可能な第２導光路４１の出口開口４１ｂを区画している。

第１導光路３１の延在方向の長さ（本実施形態では軸方向長さ）は、第２導光路４１の延在方向の長さ（本実施形態では軸方向長さ）よりも長い。このようにすることで、発光部１０を、受光部２０よりも点滴筒１１０に近づけて配置でき、点滴筒１１０の内部に照射されない無駄な照射光Ｌ１を減らすことができる。その一方で、受光部２０を発光部１０よりも点滴筒１１０から遠ざけて配置でき、導光部３０の導光路３１の長さを確保し易い。そのため、落下液体１１６の「影」の成分、すなわち、落下液体１１６の影となることで発生する総受光量の低下分、をより精度よく検出できる。その結果、上述したように、点滴筒１１０の内部を落下する落下液体１１６の透明度によらず、その落下液体１１６の液滴状態及び液柱状態を容易に検出することができる。

（第３実施形態）
次に、図１３を参照して、第３実施形態としての点滴監視センサ３０１について説明する。図１３は、点滴監視センサ３０１の要部を示す図である。点滴監視センサ３０１は、第１実施形態の点滴監視センサ１と比較して、発光部及び受光部の構成が相違する。点滴監視センサ３０１の他の構成は、上述した点滴監視センサ１と同一である。したがって、ここでは、点滴監視センサ３０１のうち、点滴監視センサ１との相違点について主に説明し、共通する構成は説明を省略する。

発光部３１０は、発光素子３１１と、この発光素子３１１から発光される光を平行光に変換可能な光学素子３１２と、を備えている。この点滴監視センサ３０１では、光学素子３１２により変換された平行光が、点滴筒１１０に照射される照射光Ｌ１となる。

図１３に示す発光部３１０は、１つのみの発光素子３１１、及び、１つのみの光学素子３１２、を備えるが、この構成に限られず、複数の発光素子、及び、複数の光学素子、を備える発光部としてよい。

発光素子３１１は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode:発光ダイオード）又はレーザダイオード等により構成できる。光学素子３１２は、図１３に示すように、１つの発光素子３１１から入射する光を透過させて照射光Ｌ１としての平行光に変換することが可能な、例えば、シリンドリカルレンズ、球面レンズ、フレネルレンズ等で構成することができる。或いは、光学素子３１２は、１つの発光素子３１１から入射する光を反射させて照射光Ｌ１としての平行光に変換することが可能な、例えば、フレネルミラー、放物面ミラー等で構成することができる。図１３に示す例の光線Ｒ１は、光学素子３１２により変換された照射光Ｌ１としての平行光の光線である。

受光部３２０は、受光素子３２１と、この受光素子３２１に受光する光を集光可能な光学素子３２２と、を備えている。この点滴監視センサ３０１では、発光部３１０から点滴筒１１０の内部に照射された照射光Ｌ１を、光学素子３２２により、受光素子３２１へと集光することができる。

図１３に示す受光部３２０は、１つのみの受光素子３２１、及び、１つのみの光学素子３２２、を備えるが、この構成に限られず、複数の受光素子、及び、複数の光学素子、を備える受光部としてよい。

受光素子３２１は、例えば、フォトトランジスタ又はフォトダイオード等により構成できる。光学素子３２２は、図１３に示すように、入射する光を透過させて受光素子３２１に集光させることが可能な、例えば、シリンドリカルレンズ、球面レンズ、フレネルレンズ等で構成することができる。或いは、光学素子３２２は、入射する光を反射させて受光素子３２１に集光させることが可能な、例えば、フレネルミラー、放物面ミラー等で構成することができる。図１３に示す例の光線Ｒ２は、光学素子３２２により変換される前の、落下液体１１６を透過した透過光を示す光線である。図１３に示す例では、光線Ｒ２のうち、第１導光部３０の第１導光路３１を通じて受光素子３２１に到達した光線が、光学素子３２２により、受光素子３２１に集光される。

（第４実施形態）
次に、図１４～図１６を参照して、第４実施形態としての点滴監視センサ４０１について説明する。図１４は、点滴筒１１０に装着されている状態の点滴監視センサ４０１の正面図である。図１５は、点滴監視センサ４０１の構成を示すブロック図である。図１５では、説明の便宜上、第１導光部３０を併せて示している。図１６は、点滴監視センサ４０１による液柱状態の判定処理の一例を説明する図である。点滴監視センサ４０１は、第１実施形態の点滴監視センサ１と多くの点で共通するため、以下、主に点滴監視センサ１との相違点について説明し、共通点については説明を省略する。

図１４及び図１５に示すように、点滴監視センサ４０１は、発光部１０と、受光部２０と、第１導光部３０と、液柱検出部５０と、液滴検出部６０と、増幅部７０と、報知部８０と、ハウジング２と、液柱判定部１５５と、液滴判定部１６５と、外来光検出部１９０と、を備える。

受光部２０は、鉛直方向の互いに異なる位置に設置された上受光部１２０ａ及び下受光部１２０ｂを備える。上受光部１２０ａ及び下受光部１２０ｂは、それぞれ少なくとも１つの受光素子を備える。図１４に示すように、上受光部１２０ａは、下受光部１２０ｂよりも、鉛直方向の上方に設置されている。すなわち、受光部２０は、鉛直方向に互いに異なる位置に設置された少なくとも２つの受光素子を備える。

図１５に示すように、増幅部７０は、上増幅部１７０ａと、下増幅部１７０ｂと、を備える。上増幅部１７０ａは、例えば増幅回路等で構成され、上受光部１２０ａからの受光信号を増幅して、後述する上液柱検出部１５０ａ及び上液滴検出部１６０ａに出力する。下増幅部１７０ｂは、例えば増幅回路等で構成され、下受光部１２０ｂからの受光信号を増幅して、後述する下液柱検出部１５０ｂ及び下液滴検出部１６０ｂに出力する。

図１５に示すように、液柱検出部５０は、上液柱検出部１５０ａと、下液柱検出部１５０ｂと、を備える。上液柱検出部１５０ａは、上受光部１２０ａからの受光信号に基づいて、液体の液柱状態を検出可能である。上液柱検出部１５０ａは、液柱状態を検出すると、検出結果を液柱判定部１５５に出力する。下液柱検出部１５０ｂは、下受光部１２０ｂからの受光信号に基づいて、液体の液柱状態を検出可能である。下液柱検出部１５０ｂは、液柱状態を検出すると、検出結果を液柱判定部１５５に出力する。上液柱検出部１５０ａ及び下液柱検出部１５０ｂの詳細は、第１実施形態の液柱検出部５０と同様であるので説明を省略する。

液柱判定部１５５は、上液柱検出部１５０ａからの液柱状態の検出結果と、下液柱検出部１５０ｂからの液柱状態の検出結果とに基づいて、液体が液柱状態で落下しているか否かを判定する。１つのみの液柱検出部により液柱状態を検出する構成の場合、例えば、点滴筒１１０内で落下して貯留液体１１７により跳ね上がり、点滴筒１１０の内面に付着して落下しない液滴を検出することで、液体が液柱状態で落下していると誤検出する場合がある。そのため、本実施形態では、鉛直方向の異なる位置で、液体の液柱状態の検出動作を実行することで、上述の誤検出を抑制できる。具体的に、液柱判定部１５５は、上液柱検出部１５０ａが液柱状態を検出し、かつ、下液柱検出部１５０ｂが液柱状態を検出している場合に、液体が液柱状態で落下していることを判定する。上液柱検出部１５０ａ及び下液柱検出部１５０ｂそれぞれが液柱状態を検出する手法は、第１実施形態の液柱検出部５０（図３等参照）と同様である。

図１６（ａ）は、実際に液体が液柱状態で落下しておらず、下受光部１２０ｂが、点滴筒１１０の内面に付着して落下しない液滴を検出している場合の、上受光部１２０ａ及び下受光部１２０ｂの受光量の変化を示す図である。図１６（ａ）の破線で示す上受光部１２０ａが受光する照射光の受光量に基づくと、上液柱検出部１５０ａは液柱状態を検出できない。その一方で、図１６（ａ）の実線で示す下受光部１２０ｂが受光する照射光の受光量に基づくと、下液柱検出部１５０ｂは液柱状態を検出する。したがって、液柱判定部１５５は、上液柱検出部１５０ａが液柱状態を検出できないため、たとえ下液柱検出部１５０ｂが液柱状態を検出している場合（誤検出している場合）であっても、液体が液柱状態で落下していると判定しない。

これに対して、図１６（ｂ）は、実際に液体が液柱状態で落下している場合の、上受光部１２０ａ及び下受光部１２０ｂの受光量の変化を示す図である。図１６（ｂ）の破線で示す上受光部１２０ａが受光する照射光の受光量に基づくと、上液柱検出部１５０ａは液柱状態を検出する。更に、図１６（ｂ）の実線で示す下受光部１２０ｂが受光する照射光の受光量に基づくと、下液柱検出部１５０ｂは液柱状態を検出する。したがって、液柱判定部１５５は、上液柱検出部１５０ａが液柱状態を検出し、かつ、下液柱検出部１５０ｂが液柱状態を検出しているため、液体が液柱状態で落下していると判定する。

図１５に示すように、液滴検出部６０は、上液滴検出部１６０ａと、下液滴検出部１６０ｂと、を備える。上液滴検出部１６０ａは、上受光部１２０ａからの受光信号に基づいて、液体の液滴状態を検出可能である。上液滴検出部１６０ａは、液滴状態を検出すると、検出結果を液滴判定部１６５に出力する。下液滴検出部１６０ｂは、下受光部１２０ｂからの受光信号に基づいて、液体の液滴状態を検出可能である。下液滴検出部１６０ｂは、液滴状態を検出すると、検出結果を液滴判定部１６５に出力する。上液滴検出部１６０ａ及び下液滴検出部１６０ｂの詳細は、第１実施形態の液滴検出部６０と同様であるので説明を省略する。

液滴判定部１６５は、上液滴検出部１６０ａからの液滴状態の検出結果と、下液滴検出部１６０ｂからの液滴状態の検出結果とに基づいて、液体が液滴状態で落下しているか否かを判定する。１つのみの液滴検出部により液滴状態を検出する構成の場合、例えば、点滴筒１１０内で落下し貯留液体１１７により跳ね上がった液滴を検出することで、液体が液滴状態で落下していると誤検出する場合がある。そのため、本実施形態では、鉛直方向の異なる位置で、液体の液滴状態の検出動作を実行することで、上述の誤検出を抑制できる。具体的に、液滴判定部１６５は、上液滴検出部１６０ａが液滴状態を検出し、かつ、上液滴検出部１６０ａが液滴状態を検出してから所定時間以内に下液滴検出部１６０ｂが液滴状態を検出した場合に、液体が液滴状態で落下していることを判定する。上液滴検出部１６０ａ及び下液滴検出部１６０ｂそれぞれが液滴状態を検出する手法は、第１実施形態の液滴検出部６０（図３等参照）と同様である。

ここで、上液滴検出部１６０ａが検出する液滴状態の液体と、下液滴検出部１６０ｂが検出する液滴状態の液体と、の同一性を確認することが好ましい。上液滴検出部１６０ａと下液滴検出部１６０ｂとにより検出される液体が同一であるか否かは、受光信号の波形をパターン認識等することにより、所定以上の類似度と判断することに基づいて判定することができる。

液柱判定部１５５及び液滴判定部１６５は、例えば、種々の情報及びプログラムを記憶する記憶装置、及び、当該記憶装置に記憶された種々の情報及びプログラムのうち、所定の情報及びプログラムを読み込むことにより所定の機能を実現するプロセッサ等により構成される。液柱判定部１５５及び液滴判定部１６５を構成する記憶装置及びプロセッサ等は、上液柱検出部１５０ａ、下液柱検出部１５０ｂ、上液滴検出部１６０ａ、又は、下液滴検出部１６０ｂを構成する記憶装置及びプロセッサ等と共通の部材でもよいし、別部材でもよい。

更に、本実施形態の受光部２０は、外来光を受光可能な外来光受光部１２０ｃを有してもよい。上述した上液柱検出部１５０ａ及び下液柱検出部１５０ｂそれぞれにより液柱状態を検出する場合、カーテンの開け閉め等による外来光の急激な変化によって、上液柱検出部１５０ａ及び下液柱検出部１５０ｂが同時に液柱状態を検出する場合がある。したがって、実際には液柱状態が発生していない場合であっても、外来光の急激な変化により、液柱判定部１５５が、液体が液柱状態で落下していると誤判定する可能性がある。これに対して、本実施形態の液柱判定部１５５は、外来光受光部１２０ｃが受光する外来光の受光量の変化に基づいて、液体が液柱状態で落下しているか否かを判定する。具体的に、本実施形態の液柱判定部１５５は、上液柱検出部１５０ａが液柱状態を検出し、かつ、下液柱検出部１５０ｂが液柱状態を検出している場合であっても、直前に外来光受光部１２０ｃによる受光量の変化が所定の閾値以上ある場合は、液体が液柱状態で落下していると判定しない。逆に、本実施形態の液柱判定部１５５は、上液柱検出部１５０ａが液柱状態を検出し、かつ、下液柱検出部１５０ｂが液柱状態を検出し、かつ、直前に外来光受光部１２０ｃによる受光量の変化が所定の閾値未満である場合、液体が液柱状態で落下していると判定する。ここで、外来光受光部１２０ｃによる受光量の変化は、上液柱検出部１５０ａ及び下液柱検出部１５０ｂが液柱状態を検出したタイミングから遡って所定時間以内（例えば数秒以内）で判断すればよい。外来光受光部１２０ｃによる受光量の変化が所定の閾値以上あるか否かの判断は、例えば、プロセッサ等により構成される外来光検出部１９０により実行すればよい。外来光検出部１９０による判断結果は、液柱判定部１５５に出力される。

本実施形態では、上受光部１２０ａ及び下受光部１２０ｂとは別に、外来光受光部１２０ｃを設けたが、上受光部１２０ａ及び下受光部１２０ｂのいずれか一方を、外来光受光部１２０ｃを兼ねる構成としてもよい。

本実施形態において、発光部１０は、上受光部１２０ａ及び下受光部１２０ｂに対応して、鉛直方向に互いに異なる位置に設置された２つ発光部（上発光部及び下発光部）を備えてもよい。これにより、上受光部１２０ａ及び下受光部１２０ｂそれぞれが受光する光の光量を増加させることができる。

本実施形態の液滴検出部６０は、第１実施形態と同様、ピーク波形の時間幅である第１期間Ｔ１（図１１参照）、ピーク波形の振幅ａ１（図１１参照）、及び、隣接するピーク波形間の時間間隔Ｔ２（図１１参照）、に基づいて、正常な液滴状態を検出する。更に、本実施形態の液滴検出部６０では、これらに加えて、上受光部１２０ａ及び下受光部１２０ｂの落下液体１１６の検出時刻の差である時間間隔に基づいて、正常な液滴状態を検出している。

次に、第１導光部３０及び第２導光部４０による効果を確認する確認実験の概要について説明する。図１７は、確認実験の実験系の概要を示す図である。図１７に示すように、この確認実験で用いた発光部１０は、２ｍｍ間隔で並列に配置された７つの発光素子１１ａ～１１ｇを有する。７つの発光素子１１ａ～１１ｇは全て同一のＬＥＤにより構成されている。図１８（ａ）は、７つの発光素子１１ａ～１１ｇの出射特性を示す図である。７つの発光素子１１ａ～１１ｇそれぞれから発光される光の中心光線は、図１８（ａ）における角度「０°」に対応している。また、図１７に示すように、この確認実験で用いた受光部２０は、２ｍｍ間隔で並列に配置された７つの受光素子２１ａ～２１ｇを有する。７つの受光素子２１ａ～２１ｇは全て同一のフォトトランジスタにより構成されている。図１８（ｂ）は、７つの受光素子２１ａ～２１ｇの入射特性を示す図である。７つの受光素子２１ａ～２１ｇそれぞれが発光する光の中心光線は、図１８（ｂ）における角度「０°」に対応している。

この確認実験では、第１導光部３０として内径１．７ｍｍの筒状体を用いている。この確認実験では、第１導光部３０を配置しない場合、第１導光部３０として軸方向長さ（導光路の長さ）が３．５ｍｍの筒状体を配置した場合、及び、第１導光部３０として軸方向長さが７ｍｍの筒状体を配置した場合、の３パターンを検証した。

また、この確認実験では、第２導光部４０として内径１．７ｍｍの筒状体を用いている。この確認実験では、第２導光部４０を配置しない場合、及び、第２導光部４０として軸方向長さが２．５ｍｍの筒状体を配置した場合、の２パターンを検証した。

この確認実験では、２０滴／ｍLの点滴筒を使用している。

図１９は、第１導光部３０としての筒状体の長さによる受光部２０の受光量の相違を示す図である。図１９（ａ）は、脂肪乳剤などの不透明液の液滴による、受光部２０の受光量の変化を示す図である。図１９（ａ）に示すように、第１導光部３０を有する場合（図１９（ａ）の破線及び実線）は、第１導光部３０を有さない場合（図１９（ａ）の二点鎖線）と比較して、不透明液の液滴に基づく受光部２０の受光量の減少を、より容易に検出可能である。換言すれば、受光部２０は、第１導光部３０により、反射光や屈折光などの散乱光を受光し難くなり、液滴の「影」をより精度よく検出できるようになる。更に、第１導光部３０の軸方向長さが７ｍｍの場合（図１９（ａ）の実線）は、第１導光部３０の軸方向長さが３．５ｍｍの場合（図１９（ａ）の破線）と比較して、不透明液の液滴に基づく受光部２０の受光量の減少を、より容易に検出可能である。つまり、第１導光部３０の軸方向長さを長くすることで、受光部２０は、反射光や屈折光などの散乱光をより受光し難くなる。その結果、液滴の「影」を、より精度よく検出できるようになる。

図１９（ｂ）は、生理食塩水などの透明液の液滴による、受光部２０の受光量の変化を示す図である。図１９（ｂ）に示すように、第１導光部３０を有する場合（図１９（ｂ）の破線及び実線）は、第１導光部３０を有さない場合（図１９（ｂ）の二点鎖線）と比較して、透明液の液滴に基づく受光部２０の受光量の減少を、より容易に検出可能である。換言すれば、受光部２０は、透明液の液滴であっても、第１導光部３０により、反射光や屈折光などの散乱光を受光し難くなり、液滴の「影」をより精度よく検出できるようになる。更に、第１導光部３０の軸方向長さが７ｍｍの場合（図１９（ｂ）の実線）は、第１導光部３０の軸方向長さが３．５ｍｍの場合（図１９（ｂ）の破線）と比較して、透明液の液滴に基づく受光部２０の受光量の減少を、より容易に検出可能である。つまり、第１導光部３０の軸方向長さを長くすることで、受光部２０は、反射光や屈折光などの散乱光をより受光し難くなる。その結果、液滴の「影」を、より精度よく検出できるようになる。

以上のように、第１導光部３０を設けることで、液体の透明度にかかわらず、その液体の「影」を検出し易くなることがわかる。つまり、第１導光部３０を設けることで、受光部２０は、液体が透明液であっても、反射光や屈折光などの散乱光を受光し難くなる。その結果、受光部２０の受光量が液体によって増加するような問題（図６（ｂ）参照）の発生を抑制できる。

図２０は、不透明な液体が液滴状態から液柱状態に変化する場合の、受光部２０の受光量の変化を示す図である。図２０（ａ）は第１導光部３０を設けない場合である。図２０（ｂ）は第１導光部３０として軸方向長さ３．５ｍｍの筒状体を設けた場合である。図２０（ｃ）は第１導光部３０として軸方向長さ７ｍｍの筒状体を設けた場合である。図２０（ａ）～図２０（ｃ）に示すように、液体として不透明液を用いた場合には、液体が液滴状態から液柱状態に変化する際に、受光部２０の受光量が減少することがわかる。

図２１は、透明な液体が液滴状態から液柱状態に変化する場合の、受光部２０の受光量の変化を示す図である。図２１（ａ）は第１導光部３０を設けない場合である。図２１（ｂ）は第１導光部３０として軸方向長さ３．５ｍｍの筒状体を設けた場合である。図２１（ｃ）は第１導光部３０として軸方向長さ７ｍｍの筒状体を設けた場合である。図２１（ａ）に示すように、液体として透明液を用いた場合、第１導光部３０が無いと、液体が液滴状態から液柱状態に変化する際に、受光部２０の受光量はほとんど減少せず、場合によっては増加することもある。これに対して、図２１（ｂ）、図２１（ｃ）に示すように、液体として透明液を用いた場合には、第１導光部３０を設けることで、液体が液滴状態から液柱状態に変化する際に、受光部２０の受光量が減少することがわかる。

以上のように、第１導光部３０を設けることで、液体の透明度にかかわらず、その液体の「影」を検出し易くなった（図１９参照）。その結果、液体の透明度にかかわらず、液体の液滴状態から液柱状態への変化を、受光部２０の受光量の減少という同様の傾向によって検出可能となる（図２０、図２１参照）。上述したように、第１導光部３０を設けないと、液体が液滴状態から液柱状態へと変化する際に受光部２０の受光量が減少するか否かが、液体の透明度によって変わるという問題がある（図７参照）。すなわち、使用される液体の透明度が不明な場合は、液滴状態から液柱状態への変化を検出できないことになる。これに対して、第１導光部３０を設けることで、受光部２０の受光量は、液体の透明度にかかわらず、液体が液滴状態から液柱状態へと変化する際に減少する。つまり、第１導光部３０を設けることで、液体の透明度にかかわらず、液体の液滴状態から液柱状態への変化を、受光部２０での受光量の減少という同一の傾向により検出することが可能となる。

図２２（ａ）は、生理食塩水などの透明液の液滴による、受光部２０の受光量の変化を示す図である。図２２（ａ）に示すように、第２導光部４０を有する場合（図２２（ａ）の実線）は、第２導光部４０を有さない場合（図２２（ａ）の破線）と比較して、透明液の液滴に基づく受光部２０の受光量が、若干減少していることがわかる。ここでは、第２導光部４０として軸方向長さ２．５ｍｍの筒状体を用いているが、この軸方向長さを長くすることで、受光部２０の受光量を、より減少させることができる。但し、上述したように、受光部２０の受光量の減少は、第２導光部４０の有無よりも、第１導光部３０の有無による影響が大きいことがわかる。

図２２（ｂ）は、透明な液体が液滴状態から液柱状態に変化する場合の、受光部２０の受光量の変化を示す図である。図２２（ｂ）の破線は、第２導光部４０を設けない場合である。図２２（ｂ）の実線は、第２導光部４０として軸方向長さ２．５ｍｍの筒状体を設けた場合である。図２２（ｂ）に示すように、第２導光部４０を設けることで、液体が液滴状態から液柱状態に変化する際の受光量の変化（図２２（ｂ）では「ｏ１」から「ｏ２」に変化）を、第２導光部４０を設けない場合の変化（図２２（ｂ）では「ｐ１」から「ｐ２」に変化）よりも大きくすることができる。その結果、液体の液滴状態から液柱状態への変化を、より検出し易くなる。

本開示に係る点滴監視センサは、上述した各実施形態で特定された構成に限定されず、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、第１実施形態の発光部１０と第３実施形態の受光部３２０とを組み合わせて光学系を構成してもよい。また、第３実施形態の発光部３１０と第１実施形態の受光部２０とを組み合わせて光学系を構成してもよい。この他にも、例えば、各部材、各部位、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の部材、部位又はステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

本開示は点滴監視センサに関する。

１、２０１、３０１、４０１：点滴監視センサ
２：ハウジング
２ａ：収容空間
１０：発光部
１１、１１ａ～１１ｇ：発光素子
２０：受光部
２１、２１ａ～２１ｇ：受光素子
３０：第１導光部
３１：第１導光路
３１ａ：入口開口
３１ｂ：出口開口
４０：第２導光部
４１：第２導光路
４１ａ：入口開口
４１ｂ：出口開口
５０：液柱検出部
６０：液滴検出部
７０：増幅部
８０：報知部
１００：輸液装置
１０１：輸液容器
１０２：コネクタ
１０３：輸液チューブ
１０４：クランプ
１０５：輸液ポンプ
１１０：点滴筒
１１１：滴下部
１１２：排出部
１１３：滴下室
１１４：周壁部
１１６：滴下液体
１１７：貯留液体
１２０ａ：上受光部
１２０ｂ：下受光部
１２０ｃ：外来光受光部
１５０ａ：上液柱検出部
１５０ｂ：下液柱検出部
１５５：液柱判定部
１６０ａ：上液滴検出部
１６０ｂ：下液滴検出部
１６５：液滴判定部
１７０ａ：上増幅部
１７０ｂ：下増幅部
１９０：外来光検出部
３１０：発光部
３１１：発光素子
３１２：光学素子
３２０：受光部
３２１：受光素子
３２２：光学素子
１０００：比較例としての点滴監視センサ
１０１０：発光部
１０１１ａ～１０１１ｃ：発光素子
１０２０：受光部
１０２１ａ～１０２１ｅ：受光素子
Ａ：点滴筒の径方向
Ｂ：点滴筒の周方向
Ｄ１：点滴筒の径方向における発光部から収容空間までの最短距離
Ｄ２：点滴筒の径方向における受光部から収容空間までの最短距離
Ｄ３：第１導光部の第１導光路の入口開口から受光部までの最短距離
Ｈ：水平面
Ｌ１：照射光
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２：光線
Ｖ：液滴
Ｗ１：最大入光幅

Claims (13)

1. 点滴筒に装着可能であり、前記点滴筒の内部を落下する液体を監視する点滴監視センサであって、
   前記点滴筒の径方向の外側に配置され、前記点滴筒の周方向の異なる位置から前記点滴筒の内部に対して同時に照射光を照射可能な発光部と、
   前記点滴筒を挟んで前記発光部と対向して配置され、前記照射光を受光可能な受光部と、
   前記点滴筒と前記受光部との間に配置され、前記受光部が受光する前記照射光を制限する導光路を内部に区画する導光部と、
   前記受光部が受光する前記照射光の受光量の変化に基づいて、前記液体の液柱状態を検出する液柱検出部と、
   前記受光部が受光する前記照射光の受光量の変化に基づいて、前記液体の液滴状態を検出する液滴検出部と、を備え、
   前記液柱検出部は、前記液滴検出部が正常な液滴状態を検出した場合に、前記液体の液柱状態を検出するための、前記受光量の基準レベルを更新し、
   前記液柱検出部は、前記液滴検出部が正常な液滴状態を検出しない場合に、前記基準レベルを更新せず、
   前記液柱検出部は、前記受光部が受光する前記照射光の受光量が、前記基準レベルに対して、所定時間以上に亘って所定量以上低下した場合に、前記液体の液柱状態を検出する、点滴監視センサ。
2. 前記発光部及び前記受光部を保持するハウジングを備え、
   前記ハウジングは、前記点滴筒を収容可能な収容空間を区画しており、
   前記点滴筒が前記収容空間に収容されている状態で、前記点滴筒の径方向における前記発光部から前記収容空間までの最短距離は、前記点滴筒の径方向における前記受光部から前記収容空間までの最短距離よりも短い、請求項１に記載の点滴監視センサ。
3. 前記導光部のうち前記点滴筒に面して配置される端面には、前記照射光が前記導光路に入光可能な前記導光路の入口開口が区画されており、
   前記導光路の前記入口開口から前記受光部までの最短距離は、前記導光路の前記入口開口の最大入光幅よりも長い、請求項１又は２に記載の点滴監視センサ。
4. 前記導光路を第１導光路とし、前記導光部を第１導光部とした場合に、前記点滴筒と前記発光部との間に配置され、前記発光部から前記点滴筒の内部に照射される前記照射光を制限する第２導光路を内部に区画する第２導光部を備える、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の点滴監視センサ。
5. 前記第１導光路の長さは、前記第２導光路の長さよりも長い、請求項４に記載の点滴監視センサ。
6. 前記発光部は、同一水平面内に配置されている、発光される光の中心光線が並行する複数の発光素子を備える、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の点滴監視センサ。
7. 前記発光部は、
   発光素子と、
   前記発光素子から発光される光を平行光に変換可能な光学素子と、を備える、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の点滴監視センサ。
8. 前記受光部は、同一水平面内に配置されている、受光される光の中心光線が並行する複数の受光素子を備える、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の点滴監視センサ。
9. 前記受光部は、
   受光素子と、
   前記受光素子に受光される光を集光可能な光学素子と、を備える、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の点滴監視センサ。
10. 前記受光部は、鉛直方向の互いに異なる位置に設置された上受光部及び下受光部を備える、請求項１乃至９のいずれか１つに記載の点滴監視センサ。
11. 前記液柱検出部は、
    前記上受光部が受光する前記照射光の受光量の変化に基づいて、前記液体の液柱状態を検出する上液柱検出部と、
    前記下受光部が受光する前記照射光の受光量の変化に基づいて、前記液体の液柱状態を検出する下液柱検出部と、を備え、
    前記上液柱検出部が液柱状態を検出し、かつ、前記下液柱検出部が液柱状態を検出している場合に、前記液体が液柱状態で落下していると判定する液柱判定部と、を備える、請求項１０に記載の点滴監視センサ。
12. 前記受光部は、外来光を受光可能な外来光受光部を備え、
    前記液柱判定部は、前記外来光受光部が受光する外来光の受光量の変化に基づいて、前記液体が液柱状態で落下しているか否かを判定する、請求項１１に記載の点滴監視センサ。
13. 前記液滴検出部は、
    前記上受光部が受光する前記照射光の受光量の変化に基づいて、前記液体の液滴状態を検出する上液滴検出部と、
    前記下受光部が受光する前記照射光の受光量の変化に基づいて、前記液体の液滴状態を検出する下液滴検出部と、を備え、
    前記上液滴検出部が液滴状態を検出し、かつ、前記上液滴検出部が液滴状態を検出してから所定時間以内に前記下液滴検出部が液滴状態を検出した場合に、前記液体が液滴状態で落下していると判定する液滴判定部と、を備える、請求項１０乃至１２のいずれか１つに記載の点滴監視センサ。

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