JPH0251023A - 流体流量測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は流体流量測定方法およびその装置に関し、−層
詳細には、例えば、医療用輸液システムにおいて、点滴
手段の一部に点滴粒検出素子を配設し、前記点滴粒検出
素子によって検出される流体、すなわち、輸液等の滴下
流量を正確に測定可能とした流体流量測定方法およびそ
の装置に関する。

［発明の背景］ 患者に薬剤を投与する場合、従来から、例えば、輸液シ
ステムによって時間をかけて徐々に所定量の輸液を血管
から患者の体内に注入することが行われている。このよ
うな輸液システムでは輸液ポンプから供給される輸液の
実際の流量が常に把握されなければならない。輸液の供
給予定量と実際の供給輸液量とを一致させる必要がある
からである。

ところで、実際の輸液供給量は当該輸液システムを構成
する輸液ポンプの吐出効率、チューブ等の寸法精度に大
きく依存する。従って、輸液量は輸液システムにあって
輸液供給系の途上で実際に測定し、その現実の測定量に
基づいて輸液供給量−が制御されなければならない。

従来、輸液供給量を測定する場合、点滴管内を滴下する
輸液の点滴数を光センサによって計数する方式が用いら
れている（特開昭第５５−１６６６９号参照）。しかし
、１滴毎の大きさ、すなわち、点滴粒が点滴間隔に対応
して異なるため、点滴数をカウントして求めた輸液供給
量では誤差が生じ、さほど精度の高い測定結果が得られ
ないという不都合が露呈している。

［発明の目的コ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、容器、例えば、点滴管からの輸液等の滴下に伴
って生起する点滴管内部の液面レベルの変化を点滴管に
配設した滴下最検出素子で検出し、この液面レベルの変
化から正確な点滴粒を算出することによって、輸液等の
供給量の測定誤差を可及的に小さくすることを可能とす
る流体流量測定方法およびその装置を提供することを目
的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は容器内を滴下す
る流体の流量を測定する方法であって、当該容器に設け
た超音波送受信素子から発射した超音波が当該容器内に
貯溜される流体の液面で反射して帰還するまでの伝達時
間を計測し、流体粒子の滴下前後における流体の液面レ
ベルの高低に基づく前記超音波の伝達時間の差から当該
粒子の体積を求め、その体積の総和から流量を測定する
ことを特徴とする。

また、本発明は流体が一時的に貯溜されると共に当該流
体が導出される排出口を有する容器に超音波を発射し且
つ前記流体の液面で反射して帰還する反射波を検知する
超音波送受信素子を設け、流体粒子の滴下前後における
流体の液面レベルの変化を前記超音波送受信素子を介し
て測定することにより流体流量を検出するよう構成した
ことを特徴とする。

さらに、本発明は容器が点滴の滴下する空間を画成する
大径部と、実質的に流体が貯溜され前記大径部よりその
内径が小さな小径部を含み、前記小径部の内径が点滴粒
の直径と略同一若しくはそれ以下となるように構成した
ことを特徴とする。

［実施態様コ 次に、本発明に係る流体流量測定方法についてそれを実
施する装置との関係において好適な実施態様を挙げ、添
付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図にふいて、参照符号１０は本発明に係る流体流量
測定方法に用いられる測定手段を組み込む容器、すなわ
ち、点滴管を示す。この点滴管１０は、ポリ塩化ビニノ
ベボリブロビレン等の合成樹脂をその材質とする円筒部
１２を含み、この円筒部１２は上方に位置する大径部１
４と、テーパ部１３を介して前記大径部１４よりも径を
小さく選択してなる小径部１６を有する。前記大径部１
４０頭部に開口する円筒膨出部１５には輸液剤容器１８
に接続されたチューブ２０の一端部が挿通される。従っ
て、チューブ２０から導入された、例えハ、ブドウ糖、
電解質、アミノ酸、ビタミン、微量元素を含み、あるい
は生理食塩水等からなる輸液は当該チューブ２０の先端
部から点滴となって滴下可能である。前記小径部１６は
実質的に滴下された輸液が一時的に溜まる貯溜槽であっ
て、その底面には輸液が導出される排出口２２が図にお
いて下方に指向して突出形成され、この排出口２２には
チューブ２４が接続される。このチューブ２４の途中に
は送液手段としての輸液ポンプ２５が設けられており、
この輸液ポンプ２５の吐出側はカテーテル（図示せず）
を介して患者の血管に刺入される。

このように構成される点滴管１０の底部、すなわち、小
径部１６の底部には圧電セラミックスを応用した超音波
送受信素子２６が配設されている。

この超音波送受信素子２６は点滴管１０の小径部１６内
に貯溜されている輸液の液面レベルの変化を検出するた
めのものであり、基本的にはこの超音波送受信素子２６
を構成する送信素子から発振された超音波が輸液面Ｓで
反射し、再び超音波受信素子に到達した時にこの受信素
子は電気信号を出力する。

なお、点滴管１０は使い捨てなので、超音波送受信素子
２６は取り付け、取り外し可能であることが好ましい。

この場合、前記超音波送受信素子２６は計測部２８によ
って制御されると共に、その出力信号が解析されて点滴
粒が測定される。以下に当該計測部２８を詳細に説明す
る。

先ず、クロック発生器３０の出力側は駆動回路３２、タ
イマ３４、第１のメモリ３６、第２のメモリ３８に接続
される。前記駆動回路３２の出力側は超音波送受信素子
２６を構成する超音波送信素子に接続され、一方、超音
波送受信素子２６を構成する超音波受信素子の出力側は
増幅回路３３に接続されている。当該増幅回路３３の出
力側はタイマ３４のＢ端子に接続される。前記タイマ３
４の出力を受ける第１メモリ３６の出力側は夫々第２メ
モリ３８、減算器４０の一方の入力端子に接続されてい
る。第２メモリ３８の出力側は前記減算器４０の他方の
入力端子に接続され、当該減算器４０の出力側は演算処
理器４２に接続されている。

本発明に係る流体流量測定方法は以上のように構成され
るものであり、次にその作用並びに効果について説明す
る。

先ず、本発明に係る流体流量測定方法の原理について述
べる。第２図は点滴管１０内に貯溜されている輸液の液
面レベルの経時的な変化を示す図である。点滴粒５０の
滴下間隔の間にあっては、同図に示す直線Ｌｌ乃至Ｌ４
のように、液面レベルは連続的に低下してゆく。そして
、例えば、時刻ｔ、と時刻ｔ５の間で点滴粒５０の滴下
があったものとすれば、液面はΔＬだけ上昇し、このΔ
Ｌ分の液面の上昇は点滴粒１滴の体積に他ならない。

そこで、滴下間隔は必ずしも一定ではなく、患者の体動
によりその滴下間隔は変動する。このため、滴下間隔に
較べて小さな一定の間隔をあけて、時刻ｔｌ、・・・ｔ
２０・・・において液面レベルを測定する。そして、前
回の測定値との差を求めてゆく。時刻ｔ、における液面
レベルと時刻ｔ５の液面レベルでは、点滴粒５０の滴下
によって後の測定値の方が大きくなるのでこの間に滴下
があったことを知ることが出来る。そして、この時の液
面レベルの上昇分ΔＬ′は測定間隔を短くすればするほ
ど点滴粒５０の１滴の体積に基づく液面レベルの差ΔＬ
に近似してゆく。この場合、液面レベルの変化は超音波
の伝達時間によって間接的に測定することが出来る。

従って、所定の測定間隔毎に夫々の反射波の伝達時間を
計測することによりレベルの上昇分ΔＬ′を求めること
が出来る。この結果、点滴粒５００体積を近似的に求め
ることが出来、この体積を総和すれば、輸液の流量とな
る。

実際、輸液剤容器１８から低流量でチューブ２０を介し
て供給される輸液は当該チューブ２０の先端から点滴粒
５０となって滴下する。そこで、点滴粒５０が未だ滴下
していないものとして、クロック発生器３０が点滴粒５
０の滴下間隔よりも極端に短い予め設定した周期で測定
を開始する。この場合、時刻１．．１．の時について説
明するが、同様の手順が測定毎に繰り返されるものであ
る。すなわち、第４図ａに示す如く、発生したクロック
パルスはタイマ３４のタイマ起動端子Ａに導入されて当
該タイマ３４を起動させる（時刻１＜）と共に、駆動回
路３２に人力され、この駆動回路３２は超音波送受信素
子２６を付勢する。

この結果、超音波送受信素子２６の送信素子は超音波を
発射する。超音波は輸液を媒体として伝播し輸液の表面
Ｓで一部反射してその反射波が再び超音波送受信素子２
６の受信素子に受信される。この結果、超音波送受信素
子２６は、第４図すに示すように、パルス信号を増幅回
路３３を介してタイマ３４のタイマ停止端子已に供給し
、このタイマ３４を減勢する（時刻ｔ　４　＋　Ｔ　）
。この時、タイマ３４はこの間に経過した時間をデータ
Ｔとして第１メモリ３６に転送する。

次いで、時刻ｔ５において、クロック発生器３０は次の
クロックパルスを発生する。このクロックパルスはタイ
マ３４を起動させると共に、第１メモリ３６に格納され
ていたデータＴ１この場合、前記の過程で計測した伝達
時間を第２メモリ３８に転送させ、さらに、駆動回路３
２を介して超音波送受信素子２６を付勢する。この時、
点滴粒５０の滴下があったものとすれば、第３図すに示
すように、点滴粒５０の滴下によって輸液面Ｓのレベル
はΔＬ′だけ上昇している。このため、超音波送受信素
子２６から発射された超音波が液面で反射して帰還する
までの所要時間は２ΔＬ′の行程分に相当するαだけ前
述の伝達時間よりも長くかかることになる。従って、時
刻ｔ５からＴ＋αだけ経過した時刻において超音波送受
信素子２６は増幅回路３３を介してタイマ３４にパルス
信号を送給し、この結果、タイマ３４は減勢されると共
に、第１メモリ３６にデータＴ＋αを転送する。

ここで、第１メモリ３６に格納されているデータＴ＋α
と第２メモリ３８に格納されているデータＴは減算器４
０を介して減算されその符号の変化から点滴粒５０の落
下に基づく液面の上昇が検知され、液面の変化の前後の
超音波の伝達時間差αに係るデータが演算処理器４２に
送給される。

ここで、超音波の速度をＶとすれば、 ■ であり、Δ■７の液面変化に相当する体積は小径部１６
の内径を２ｒとすれば、 ■＝πｒ２ΔＬ′ ・・・（２） であるから、〔１〕式、（２）式より点滴粒１滴に近似
した体積を求めることが出来る。

このように、クロック発生器３０が発生するクロックパ
ルスに基づいて同様の処理を続けていけば、１滴１滴の
点滴粒５０の体積が求められ、さらに、これら点滴粒５
０の体積を順次加算していけば、輸液の滴下総流量を測
定することが出来る。

ところで、本実施態様に係る点滴管１０を用いて現実に
輸液の流量を測定する場合、大径部１４と小径部１６の
寸法が問題となる。そこで、当該点滴管１０の仕様をど
のようにすべきかを考える前に、その準備として一般に
用いられている点滴管で同様の測定を行う場合について
考察する。

ここで、第１表には市販されている点滴管の仕様と、こ
れらの点滴管において１滴の点滴粒によってどの程度液
面が上下するかを（１）式を用いて計算した値が示され
ている。

表１　市販の点滴管における液面の変動第１表から諒解
されるように、液面の変化は極微小な変化のため、超音
波の周波数によってはこれらの液面の変化を検出出来な
いことがある。すなわち、超音波の距離分解能は波長に
依存しており、予め設定された波長以下の距離を検知出
来ないためである。従って、例えば、般用の点滴管の場
合を考えると、４．３３　Ｘ　１０−３ｍｍの距離の変
化を検出するためには、これ以上の波長の超音波を使用
する必要がある。

超音波の波長をλ、周波数をｆ、速度をＶとすれば、 ■ λ＝　□ ・・・（２） の関係が成り立つ。ここで、水中での超音波の伝播速度
はＶ　＝１４９７ｍ／　Ｓだから、の関係を満足する周
波数が必要となる。（４）式を計算すると、ｆ≧３４５
．４９６　Ｋ　Ｈｚとなり、このような周波数の超音波
を発振する素子は一般的なものではない。

そこで、本実施態様に係る点滴管１０では実質的に輸液
が貯溜される部分を小径とし、点滴粒が落下する部分を
大径としている。例えば、点滴粒の直径は一般用では最
大５ｆｆｌ！１１程度であるため、大径部１４の内径は
これより大きく選択し、一方、小径部１６の内径は４胴
程度にすると好適である。この場合、小径部１６におい
て、輸液面Ｓが上下に変動する幅ΔＬは点滴粒の体積を
表１から１　ｍｌ／１５滴として（１）式によって計算
すると、 △Ｌ＝　５．３０８ｍｍ であり、（４）式かへ必要な最小の超音波の周波数は２
８．２０３　Ｋ　Ｈｚとなり、市販の圧電セラミックス
を用いた素子で十分対応出来ることになる。なお、小径
部１６の内径は点滴粒の直径に対して近づいていればよ
く、上記の例に限定されるものではない。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、容器、すなわち、点滴
管に流体流量検出素子とし、て超音波送受信素子を設け
、点滴管における点滴滴下前後の液面レベルの差を超音
波の伝達時間の差から測定することによって点滴粒１滴
の体積を精度よく求めることが出来る。すなわち、点滴
粒の総和は輸液の流量に他ならないことから、その測定
誤差を・］Ｘさくすることが可能となり、例えば、点滴
流量の測定値を輸液ポンプにフィードバックさせて輸液
ポンプの流量制御に応用することによって高精度の点滴
流量制御を達成出来る。また、超音波素子はさほど高価
ではないことから、測定精度がよく、しかも安価な測定
手段を提供出来るという利点を挙げることが出来る。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
例えば、点滴流量の測定に関して超音波送受信素子に代
替して他の素子を採用し、あるいは輸液に替えて患者の
尿を直接点滴管内に導入してその量を測定する等、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る点滴管並びにこの点滴管に配設さ
れる超音波送受信素子の制御系の構成の説明図、 第２図は当該点滴管を用いて行う流体流量測定方法を説
明する図、 第３図は当該点滴管における液面の変化を説明する図、 第４図は本発明に係る点滴管に設けた超音波送受信素子
が接続される計測部の動作を説明するタイムチャー １０・・・点滴管 １４・・・大径部 １８・・・輸液剤容器 ２２・・・排出口 ２８・・・計測部 ３２・・・駆動回路 ３６．３８・・・メモリ ４２・・・演算処理器 トである。 １２・・・円筒部 １６・・・小径部 ２０・・・チューブ ２６・・・超音波送受信素子 ３０・・・クロック発生器 ３４・・・タイマ ４０・・・減算器 ５０・・・点滴粒 ノＬ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）容器内を滴下する流体の流量を測定する方法であ
   って、当該容器に設けた超音波送受信素子から発射した
   超音波が当該容器内に貯溜される流体の液面で反射して
   帰還するまでの伝達時間を計測し、流体粒子の滴下前後
   における流体の液面レベルの高低に基づく前記超音波の
   伝達時間の差から当該粒子の体積を求め、その体積の総
   和から流量を測定することを特徴とする流体流量測定方
   法。
2. （２）流体が一時的に貯溜されると共に当該流体が導出
   される排出口を有する容器に超音波を発射し且つ前記流
   体の液面で反射して帰還する反射波を検知する超音波送
   受信素子を設け、流体粒子の滴下前後における流体の液
   面レベルの変化を前記超音波送受信素子を介して測定す
   ることにより流体流量を検出するよう構成したことを特
   徴とする流体流量測定装置。
3. （３）請求項２記載の装置において、容器は点滴が滴下
   する空間を画成する大径部と、実質的に流体が貯溜され
   前記大径部よりその内径が小さな小径部を含み、前記小
   径部の内径が点滴粒の直径と略同一若しくはそれ以下と
   なるように構成したことを特徴とする流体流量測定装置
   。