JPWO2016114264A1 - 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

Abstract

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滴下量測定装置であって、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、成長中の液滴の複数の画像データを取得する撮像部と、撮像部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、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。

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_１ ^２＋Ｒ_１Ｒ_２＋Ｒ_２ ^２）／３＋２πＲ_２ ^３／３−２πＲ_１ ^３／３で表される式から計算できる。ここで、Ｒ_１は半球１３０ａの半径であり、Ｒ_２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_１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_２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 (25)

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、請求項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、請求項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、請求項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、
   請求項２〜４のいずれか１項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、
   請求項２〜４のいずれか１項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、請求項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、
   請求項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、
   請求項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、請求項１〜９のいずれか１項に記載の滴下量測定装置。
11. 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、請求項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、請求項１〜１２のいずれか１項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、請求項１〜１３のいずれか１項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、請求項１〜１４のいずれか１項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、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１〜１５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。
17. 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、前記撮像部の作動を停止する、請求項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、請求項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、請求項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、
    請求項１７〜１９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。
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、
    請求項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、請求項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、請求項２１または請求項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、請求項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。