WO2005099582A1 - 超音波尿量センサ - Google Patents

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WO2005099582A1
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urine volume
volume sensor
bladder
probe
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Hiroyuki Kodama
Yasuo Kuchinomachi
Hisashi Yoshimura
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National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
Takeshiba Electric Co., Ltd.
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    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
    • A61B8/4472—Wireless probes

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic urine volume sensor, and more particularly to an ultrasonic urine volume sensor capable of accurately estimating urine volume in the bladder in accordance with an individual or a situation.
  • Patent Document 1 Patent No. 2088137
  • the conventional urine volume sensor system (urination alarm device with automatic irradiation angle selection function) described in Patent Document 1 described above uses a plurality of transducers having different irradiation angles.
  • the transducer at the ultrasonic irradiation angle at which the received wave level is maximum is automatically selected, and the distance between the front and rear walls detected by this transducer is used as an index for estimating urine volume in the bladder.
  • the adopted index (distance between the front and rear walls of the bladder) showed a characteristic of binarizing a change in bladder capacity. It can be said that it is suitable for the simple use of generating an alarm when the bladder capacity reaches a certain level or more, but it cannot be handled when a more detailed change in bladder capacity is required.
  • the control of urination is under the control of the autonomic nervous system such as the sympathetic parasympathetic nerve, and it is different from the typical urination pattern under the cold stimulus exposure and mental tension, as seen in the example of the usual urination pattern. It may have a complicated appearance, and a sensor that can capture detailed changes in bladder capacity is required to perform detailed urination management. This required a detailed analysis of the characteristics of bladder dilatation.
  • the present invention is a result achieved by a comprehensive study that has been carried out for more than 10 years to solve the problems in the prior art such as the above-mentioned patent documents, and the urine in the bladder has been achieved.
  • the present invention has a plurality of ultrasonic oscillation elements that oscillate ultrasonic waves toward a bladder wall surface, a probe mounted on an abdominal surface via an ultrasonic transmission medium, and the plurality of probes.
  • An ultrasonic urine volume sensor is provided.
  • the probe is mounted such that the lower end of the probe is located at the upper end of the pubic bone on the surface of the abdomen.
  • the prog can be worn on the abdominal surface via an ultrasonic transmission medium at all times, not only during measurement.
  • the processing unit detects an ultrasonic echo peak (P) of the back wall of the bladder from a reflected echo of the bladder wall force of the ultrasonic wave oscillated by each of the ultrasonic oscillation elements, and detects the detected ultrasonic echo.
  • the peak (P) and the distance (D) between the front wall and the back wall of the bladder identified from the ultrasonic echo peak (P) are multiplied in each ultrasonic oscillation element, and each multiplied value is calculated.
  • the measurement index value (PD) is calculated by addition, and the measurement index value (PD) is multiplied by a coefficient corresponding to the individual difference based on the anatomical structure and the posture under measurement to accurately determine the urine volume in the bladder. It can be estimated well. Further, the probe may have four ultrasonic oscillation elements.
  • the processing unit includes a hardware unit and a CPU unit, and the hardware unit is electrically connected to the plurality of ultrasonic oscillation elements of the probe and the CPU unit, It has a low-noise amplifier, an AD converter, a waveform memory, a timing generator, and an ultrasonic oscillator excitation circuit.
  • the control unit includes a real-time clock that outputs a signal at predetermined time intervals, and the control unit may control the hardware unit based on the signal whose real-time clock power is also output. It is possible.
  • the CPU unit includes a gain control unit that controls a gain of the low noise amplifier, and the gain control unit can automatically control an amplification factor of the low noise amplifier.
  • the ultrasonic urine volume sensor further includes a removable storage medium, The CPU unit can be electrically connected to the storage medium. Further, the ultrasonic urine volume sensor further includes a wireless data communication function, and the CPU unit can be electrically connected to the wireless data communication function. Further, the probe may include a three-axis acceleration sensor.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of an ultrasonic urine volume sensor according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an ultrasonic oscillation element applicable to an ultrasonic urine volume sensor.
  • FIG. 3 (a) is a graph showing measurement data
  • FIG. 3 (b) is data obtained when the measurement data shown in FIG. 3 (a) is subjected to space-time series averaging processing.
  • FIG. 3 (a) is a graph showing measurement data
  • FIG. 3 (b) is data obtained when the measurement data shown in FIG. 3 (a) is subjected to space-time series averaging processing.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing another embodiment.
  • the ultrasonic urine volume sensor according to the present invention has a time-series characteristic of the bladder wall structure that changes under the influence of posture change and body movement during sensor measurement on the sensor measurement result and the influence of organs and tissues surrounding the bladder.
  • the user's past data is subjected to a learning process that adjusts the sensor usage conditions such as posture, etc., and personalized models such as personal fitting are performed.
  • Spatio-temporal series processing that accurately estimates the bladder capacity according to individuals and situations by enabling prediction processing with reference to individual criteria obtained by performing dangling, enabling effective coping with various fluctuations
  • FIG. 1 shows an ultrasonic urine volume sensor (urine volume monitor).
  • This ultrasonic urine sensor mainly includes a probe (ultrasonic probe) 1 and a processing unit 2.
  • the probe 1 includes four ultrasonic oscillation elements 3 that oscillate ultrasonic waves toward the bladder wall. It is worn on the abdominal surface so that it is located at the upper end of the pubis on the surface.
  • the ultrasonic wave cannot be efficiently transmitted by the air layer between the probe 1 and the abdominal surface. Is mounted in contact with the abdominal surface via an ultrasonic transmission medium such as ultrasonic jelly.
  • an ultrasonic transmission medium such as ultrasonic jelly.
  • the four ultrasonic transducers 3 are arranged along the direction in which the bladder expands (substantially up and down in FIG. 1).
  • the bladder in the pelvis has a characteristic dilation based on its anatomy.
  • the bottom of the bladder adheres to the tissue at the bottom of the pelvis and is restricted in movement, and the bladder dilation associated with the accumulation of urine spreads mainly in the direction of the head while pushing away the relatively movable small intestine!
  • the spider is confirmed by MRI measurement.
  • Four ultrasonic oscillation elements 3 are arranged at regular intervals along this extension direction.
  • the processing unit 2 detects and processes the reflected echoes of the bladder wall force of the ultrasonic waves oscillated by the four ultrasonic oscillation elements 3 of the probe 1, and (Ultrasonic measurement unit) 4 and CPU unit 5.
  • the hardware section 4 is electrically connected to the four ultrasonic oscillation elements 3 of the probe 1 and the CPU section 5, and includes a low-noise amplifier 6, an AD conversion circuit 7, a waveform memory 8, a timing generation circuit 9, And an ultrasonic vibrator excitation circuit 10.
  • the ultrasonic oscillation element 3 of the probe 1 mounted on the surface of the abdomen oscillates ultrasonic waves toward the bladder wall by the timing generation circuit 9 and the excitation circuit 10.
  • the reflected echo of the bladder wall force of the ultrasonic wave oscillated by each ultrasonic oscillation element 3 is amplified by the low noise amplifier 6, processed into a digital signal by the AD conversion circuit 7, and stored in the waveform memory 8.
  • the peak of the back wall echo of the bladder (reflection echo) due to the element 3 that oscillates ultrasonic waves near the bottom of the bladder first starts to appear, and the bladder capacity increases further.
  • the echo peak of the back wall of the bladder is gradually detected. Therefore, when the waveforms of the echoes from the respective elements 3 are displayed in a superimposed manner, the expansion of the bladder can be easily visually perceived by increasing the number of back bladder echo peaks.
  • the CPU unit 5 detects an ultrasonic echo peak (P) (digital signal) on the back wall of the bladder from a reflected echo (digital signal) of the bladder wall force of the ultrasonic wave oscillated by each ultrasonic oscillation element.
  • the detected ultrasonic echo peak (P) is multiplied by the distance (D) between the front wall and the rear wall of the bladder identified from the ultrasonic echo peak (P).
  • a measurement index value (PD) is calculated by adding the multiplied values (see Fig. 2).
  • the calculated measurement index value (PD) is multiplied by a preset coefficient corresponding to the individual difference based on the anatomical structure or the posture under measurement to accurately estimate the urine volume in the bladder. .
  • the measurement index value (PD) is the distance (D) between the anterior and posterior walls of the bladder identified by the appearance of the ultrasonic echo peak (P) on the back wall of the bladder, It is calculated by multiplying by the intensity and adding up each element 3.
  • This calculation method is based on the waveform processing based on the actual appearance of the bladder wall ultrasonic echo waveform. Sufficient quantification of this indicator was confirmed by measurements in clinical testing settings.
  • This index value is multiplied by an appropriate coefficient (a coefficient that compensates for individual differences and the posture being measured in advance) to obtain individual differences in the anatomical structure, supine position, standing position, etc. Thus, it is possible to accurately estimate the urine volume in the bladder.
  • the index value increases, but the value fluctuates. This is due to the mechanism of ultrasound reflection on the bladder wall. Although the index values at each time fluctuate, the time-series trend shows an extremely good response to the accumulation of urine, so by performing appropriate time-series data processing, an appropriate bladder can be obtained. An estimate of the amount of internal urine can be obtained. In order to achieve optimal data processing, detailed information on factors contributing to the spatio-temporal variation characteristics of the bladder wall is required. As a practical matter, optimal data processing in real time Since it is impossible to do so, simple processing methods such as prediction processing will be used, and selection of a spatio-temporal series processing method that matches the situation is required.
  • the lower end of the probe 1 incorporating four ultrasonic elements 3 in the expansion direction is attached to the upper end of the pubic bone, and measurement is performed 10 times per second (ie, The average value of the six values excluding two large values and two small values is output from the index values (PD) measured for 10 seconds). This was repeated every 2 minutes (performed multiple times in bursts), and experimental measurements (burst sampling averaging) were performed. As a result, good results were obtained, which proved to be promising as a simple processing method. Was done.
  • FIG. 3 (a) shows the data at that time. Further, as shown in FIG. 3 (b), if the moving average processing (space-time sequence averaging processing) is further performed on the data shown in FIG. 3 (a), a more accurate urine volume estimation value can be obtained. Can be.
  • the estimated urine volume value (result) obtained as described above can be displayed on the display unit 11 (see FIG. 1) and can be recorded on the recording unit 12.
  • a display unit 11 can set parameters necessary for obtaining an estimated urine volume value, an alarm threshold, and the like, and a buzzer, a vibration buzzer, an LED, etc. It is also possible to provide an alarm section (alarm output function) consisting of this.
  • the display unit 11, the recording unit 12, and the alarm unit 13 are electrically connected to the CPU unit 5.
  • the ultrasonic urine volume sensor may have a wireless data communication function (wireless).
  • This wireless communication function 14 is electrically connected to the CPU unit 5.
  • information (signal) generated from the wireless data communication function of the ultrasonic urine volume sensor according to the present invention is transmitted to a hospital, facility, or the like via the relay unit 16 or directly.
  • the nurse center 17 can be notified of the patient's condition through the provided communication function (LAN or dedicated line). Also, as indicated by reference numeral 18, it is possible to inform the caregiver who is not alone of the nurse center 17 of the patient's condition.
  • the ultrasonic urine amount sensor can include a removable storage medium 15.
  • the storage medium 15 is electrically connected to the CPU unit 5, and information signals such as an estimated urine volume (result), an ultrasonic waveform, and a calculation result are transmitted from the CPU unit 5 to the storage medium 15 and stored therein. Stored in medium 15.
  • the data stored in the removable recording medium 15 can be restored by a personal computer or the like, and can be used for diagnosis or the like.
  • the CPU unit 5 can include a real-time clock that outputs a signal at every preset time.
  • the CPU unit 5 controls the hardware unit 4 based on the signal output from the real-time clock, and can perform the measurement at regular intervals.
  • the ultrasonic urine volume sensor can be automatically turned on by outputting a signal of a real-time clock, and can be turned off after a preset time elapses after the measurement is completed. By doing so, low power consumption can be achieved.
  • the CPU unit 5 can include a gain control unit that controls the gain of the low noise amplifier 6.
  • the amplification factor of the low noise amplifier 6 can be automatically controlled (eg, AGC).
  • the probe 1 can include a three-axis acceleration sensor (not shown). This makes it possible to automatically recognize the patient's posture (posture relative to the ground axis) such as standing, sitting, or lying down, and automatically select a correction calculation algorithm for the estimated urine volume value, thereby increasing measurement accuracy. Can be further increased.
  • the ultrasonic oscillation elements 3 it is also possible to monitor and correct abnormalities in the state of attachment of the ultrasonic oscillation elements 3 to the body surface, as well as to monitor the regularity of the echoes obtained from the plurality of ultrasonic oscillation elements 3. If the estimated urine volume in the bladder fluctuates due to body motion, it is also possible to automatically correct the bladder's urine volume increase characteristics and improve the accuracy of the estimated urine volume value. In addition, it is possible to monitor the state of the ultrasound echo of the posterior wall of the bladder and the organ echo behind it, and recognize urination on behalf of the patient. That is, when the urine output in the bladder reaches the level of urination, the echo height of the back wall of the bladder increases in a short time. This indicates that the reflection efficiency from the bladder is improved.
  • the probe 1 can be worn on the surface of the patient's abdomen at all times, not only during measurement. For example, it can be always mounted using an ultrasonic coupling sheet as an ultrasonic transmission medium with a double-sided tape. This makes it possible to constantly measure the urine volume of the patient.

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Abstract

　膀胱内の尿量を個人や状況に対応して的確に推定する時空系列処理方式を組み込むことにより、膀胱内の尿量を個人や状況に対応して的確推定することができる超音波尿量センサを得る。超音波を膀胱壁面に向けて発振する複数の超音波発振素子３を有し、腹部表面上に装着されたプローブ１と、プローブ１の複数の超音波発振素子３が発振した超音波の膀胱壁面からの反射エコーを検出・処理する処理部２とを備え、複数の超音波発振素子は、膀胱の拡張方向に沿って配列されている。

Description

明 細 書
超音波尿量センサ
技術分野
[0001] 本発明は、超音波尿量センサに関するものであり、特に、膀胱内の尿量を個人や 状況に対応して的確に推定することが可能な超音波尿量センサに関するものである 背景技術
[0002] 膀胱内の尿量を、超音波を用いて実用的，簡易的に測定するためには、膀胱の生 理特性を踏まえた方式を採用することが必要不可欠である (例えば、特許文献 1参照 。）。
[0003] 特許文献 1 :特許第 2088137号公報 上記特許文献 1に記載された従来の尿量セ ンサの方式 (照射角度自動選択機能付き排尿警報装置)は、照射角度が異なる複数 の振動子を用い、受信波レベルが最大となる超音波照射角度の振動子が自動的に 選択され、この振動子により検知される前壁後壁間距離を膀胱内の尿量推定の指標 として用いるものであった。
[0004] 上記特許文献 1における指標を組込んだセンサによる臨床測定を実施した結果、 採用した指標 (膀胱前壁後壁間距離)は膀胱容量変化を 2値化する特性を示した。 ある程度以上の膀胱容量に達すればアラームを発生するという簡易的な用途には適 していると言えるが、より詳細な膀胱容量変化を必要とする場合には対応できないも のであることが判明した。
[0005] 排尿のコントロールは、交感 '副交感神経などの自律神経系支配下にあり、寒冷刺 激暴露下や精神的緊張時には通常の排尿パターンとは異なるという例に見られるよ うに、定型的ではない複雑な様相を呈する場合があり、きめ細力な排尿管理を実施 するためには、詳細な膀胱容量変化が捉えられるセンサが必要である。そのために は、膀胱拡張の特性を詳細に分析することが必要であった。
[0006] 本発明は、上記特許文献等の従来における問題点の解決を図るベぐ 10年余りの 歳月を費やし実施してきた包括的な検討によって到達した成果であり、膀胱内の尿 量を個人や状況に対応して的確に推定する時空系列処理方式を組み込むことにより 、膀胱内の尿量を個人や状況に対応して的確に推定することができる超音波尿量セ ンサを提供することを目的とする。
[0007] 本発明は、超音波を膀胱壁面に向けて発振する複数の超音波発振素子を有し、超 音波伝達媒体を介して腹部表面上に装着されたプローブと、前記プローブの前記複 数の超音波発振素子が発振した超音波の膀胱壁面からの反射エコーを検出'処理 する処理部とを備え、前記複数の超音波発振素子は、膀胱の拡張方向に沿って配 列されて!、ることを特徴とする超音波尿量センサを提供する。
[0008] また、前記プローブは、該プローブの下端部が、腹部表面上の恥骨上端部に位置 するように装着されている方が好ましい。また、前記プローグは、測定時だけでなく常 時、超音波伝達媒体を介して腹部表面上に装着させることが可能である。また、前記 処理部は、前記各超音波発振素子が発振した超音波の膀胱壁面力 の反射エコー から、膀胱の後壁の超音波エコーピーク (P)を検出し、この検出された超音波エコー ピーク (P)と、該超音波エコーピーク (P)から特定される膀胱の前壁と後壁との距離 ( D)とを各超音波発振素子においてそれぞれ乗算し、その乗算された各数値を加算 して測定指標値 (PD)を算出し、前記測定指標値 (PD)と、解剖構造に基づく個人差 や測定中の姿勢に対応した係数とを乗算することによって膀胱内の尿量を精度良く 推定することができる。また、前記プローブは、 4つの超音波発振素子を有することが できる。
[0009] また、前記処理部は、ハードウェア部と CPU部とを備えており、前記ハードウェア部 は、前記プローブの複数の超音波発振素子及び前記 CPU部と電気的に接続されて おり、低雑音増幅器、 AD変換回路、波形メモリ、タイミング発生回路及び超音波振 動子励振回路を備えている。また、前記制御部は、予め設定された時間ごとに信号 を出力するリアルタイムクロックを備えており、前記制御部は、該リアルタイムクロック 力も出力された信号に基づいて前記ハードウェア部を制御することが可能である。ま た、前記 CPU部は、前記低雑音増幅器のゲインを制御するゲイン制御部を備えてお り、該ゲイン制御部によって前記低雑音増幅器の増幅率を自動制御することが可能 である。また、前記超音波尿量センサは、着脱可能な記憶媒体を更に備えており、前 記 CPU部は、前記記憶媒体と電気的に接続されることが可能である。また、前記超 音波尿量センサは、無線データ通信機能を更に備えており、前記 CPU部は、前記 無線データ通信機能と電気的に接続されることが可能である。さらに、前記プローブ は、 3軸加速度センサを備えることが可能である。
本発明の効果
[0010] 本発明によれば、解剖構造等の個人差や臥位'立位'座位姿勢等の状況にも対応 することができるため、膀胱内の尿量を的確に精度良く推定することができる。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]図 1は、本発明にかかる超音波尿量センサの実施の形態を示す概略図である。
[0012] [図 2]図 2は、超音波尿量センサに適用可能な超音波発振素子を示す概略図である
[0013] [図 3]図 3 (a)は、測定データを示すグラフであり、図 3 (b)は、図 3 (a)に示す測定デ ータを時空系列平均化処理したときのデータを示すグラフである。
[0014] [図 4]図 4は、他の実施例を示す概略図である。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、本発明に力かる超音波尿量センサ (尿量モニタ）を実施するための最良の形 態について図面を参照しながら述べる。本発明にかかる超音波尿量センサは、セン サ測定実施中の姿勢変化や体動によるセンサ測定結果への影響及び膀胱の周囲 臓器'組織等の影響下で変化する膀胱壁面構造の時系列特性に由来する膀胱超音 波エコーデータのバラ付きを処理するために、ユーザーの過去データに対して姿勢 等のセンサ使用条件をカ卩味した学習処理を施してパーソナルフィッティングなどの個 人対応のモデルィ匕を行なって得られる個人の基準を参照しながら予測処理すること により、効果的に各種変動に対処することを可能とする、膀胱容量を個人や状況に 対応して的確に推定する時空系列処理方式を組込んだことを特徴とする超音波尿 量センサである。
[0016] 膀胱壁面の時空間的構造変化は超音波エコーの変化を生じさせる。この変化を適 切に処理することが膀胱容量推定の精度を確保するために必要な手続きとなる。超 音波エコーの変化の中には、膀胱拡張を反映する膀胱の空間的変化を表わす成分 と膀胱を取巻く組織'器官力もの影響による時間的変動成分が含まれている。これら の成分を用途に応じて適切に処理することにより、所望の膀胱生理情報を取得する ことが可能である。本発明は、膀胱容量変化を精度良く測定するための時空系列処 理に関わるものであり、以下、詳細に説明する。
[0017] 図 1には、超音波尿量センサ (尿量モニタ）を示している。この超音波尿量センサは 、プローブ (超音波探触子） 1と、処理部 2から主に構成されている。図 1及び図 2に示 すように、プローブ 1は、超音波を膀胱壁面に向けて発振する 4つの超音波発振素子 3を備えており、このプローブ 1は、プローブ 1の下端部が、腹部表面上の恥骨上端 部に位置するように腹部表面上に装着されている。当業者には周知であるように、プ ローブ 1を腹部表面に直接装着させると、プローブ 1と腹部表面との間の空気層によ つて効率よく超音波を伝達することができないため、プローブ 1は、超音波ゼリー等の 超音波伝達媒体を介して腹部表面に接触された状態で装着される。 4つの超音波発 振素子 3は、図 1に示すように、膀胱の拡張方向（図 1において略上下方向）に沿って 配列されている。骨盤内にある膀胱は、その解剖構造に基づく特徴的な拡張をする 。膀胱底部は骨盤底部の組織に癒着して動きが束縛されており、尿の蓄積に伴う膀 胱拡張は、比較的可動性のある小腸を押し退けながら、主として頭部方向に拡がつ て!、くものであることが MRI測定により確認されて 、る。この拡張方向に沿って 4つの 超音波発振素子 3が一定間隔に配列されている。
[0018] 処理部 2は、図 1に示すように、プローブ 1の 4つの超音波発振素子 3が発振した超 音波の膀胱壁面力 の反射エコーを検出 ·処理するためのものであり、ハードウェア 部 (超音波計測部) 4と CPU部 5とから主に構成されている。ハードウェア部 4は、プロ ーブ 1の 4つの超音波発振素子 3及び CPU部 5と電気的に接続されており、低雑音 増幅器 6、 AD変換回路 7、波形メモリ 8、タイミング発生回路 9、超音波振動子励振回 路 10とから構成されている。
[0019] 腹部表面上に装着されたプローブ 1の超音波発振素子 3は、タイミング発生回路 9 及び励振回路 10によって、超音波を膀胱壁面に向けて発振する。各超音波発振素 子 3が発振した超音波の膀胱壁面力 の反射エコーは、低雑音増幅器 6で増幅され 、 AD変換回路 7によってデジタル信号に処理されて、波形メモリ 8に格納される。 [0020] 尿の蓄積に伴い膀胱が拡張するとき、最初に膀胱底部寄りに超音波を発振する素 子 3による膀胱後壁エコー (反射エコー）のピークが出現し始め、さらなる膀胱容量増 カロとともに、頭部寄り素子 3においても次第に膀胱後壁エコーピークが検出されてい く。従って、各素子 3によるエコーの波形を重ねて表示すれば、膀胱後壁エコーピー クの数が増えていくことで、膀胱の拡張を視覚的に容易に認知することができる。
[0021] CPU部 5は、各超音波発振素子が発振した超音波の膀胱壁面力 の反射エコー（ デジタル信号)から、膀胱の後壁の超音波エコーピーク (P) (デジタル信号)を検出し 、この検出された超音波エコーピーク (P)と、該超音波エコーピーク（P)から特定され る膀胱の前壁と後壁との距離 (D)とを各超音波発振素子においてそれぞれ乗算し、 その乗算された各数値を加算した測定指標値 (PD)を算出する（図 2参照)。そして、 この算出された測定指標値 (PD)と、予め設定された、解剖構造に基づく個人差や 測定中の姿勢に対応した係数とを乗算して、膀胱内の尿量を精度良く推定する。
[0022] すなわち、測定指標値 (PD)は、膀胱後壁の超音波エコーピーク (P)の出現により 特定される膀胱の前壁と後壁との距離 (D)をエコーピーク (P)の強度と掛け合わせ、 各素子 3について足し合わせることによって算出されるものである。この算出方式は、 膀胱壁超音波エコー波形の出現様相の実態を踏まえた波形処理に基づくものであ る。この指標の定量性が十分であることは臨床検査場面における測定により確認され た。この指標値に適当な係数 (予め設定された、個人差や測定中の姿勢に対して補 正する係数)を乗算することにより、解剖構造等の個人差や臥位'立位'座位姿勢等 の状況にも対応することが可能であり、もって、膀胱内の尿量を精度良く推定すること が可能となる。
[0023] 膀胱内への尿の蓄積に伴って、指標値は大きくなつていくが、その値にはバラ付き がのつてくる。これは、膀胱壁面での超音波の反射メカニズムに由来するもので、ノ ラ付きそのものは不可避的なものである。一回毎の指標値はバラ付くけれども、時系 列的傾向としては、尿の蓄積と極めて良好な対応を示すものであるから、適切な時系 列的データ処理を施すことにより、妥当な膀胱内尿量推定値を得ることができる。最 適データ処理を実現するためには、膀胱壁面の時空間変動特性に寄与する要因に 関する詳細な情報が必要となる。実際問題としては、リアルタイムでの最適データ処 理は不可能であるから、予測処理等の簡易処理法を用いることになり、状況に合わ せた時空系列処理法の選択が求められる。
[0024] そこで、実施例にお!、ては、拡張方向に超音波素子 3を 4個組込んだプローブ 1の 下端を恥骨の上端に合わせて装着し、 1秒毎に 10回測定 (すなわち 10秒間測定)し た指標値 (PD)の中から、大きな値 2個、小さな値 2個を除いた 6個の値の平均値を 出力する。これを 2分毎に繰返す (バースト状に複数回行う）実験測定 (バーストサン プリング平均化処理)を実施したところ、良好な結果が得られ、簡易処理法として有 望なものであることが認められた。図 3 (a)には、そのときのデータを示している。また 、図 3 (b)に示すように、図 3 (a)に示すデータに対してさらに移動平均処理（時空系 列平均化処理)を行えば、より精度の高い尿量推定値を得ることができる。
[0025] 上述のようにして得られた尿量推定値 (結果）は、表示部 11 (図 1参照）によって表 示することができると共に、記録部 12に記録させることができる。また、図 1に示すよう に、表示部 11によって推定尿量値を求めるのに必要なパラメータ、アラーム閾値等 の設定が可能であると共に、符号 13で示すように、ブザー、振動ブザー、 LED等か ら成る警報部 (アラーム出力機能)を備えることも可能である。なお、表示部 11、記録 部 12及び警報部 13は、 CPU部 5と電気的に接続されて!ヽる。
[0026] また、符号 14に示すように、超音波尿量センサは無線データ通信機能 (ワイヤレス） を備えることも可能である。この無線通信機能 14は、 CPU部 5と電気的に接続されて いる。この場合、例えば、図 4に示すように、本発明に係る超音波尿量センサの無線 データ通信機能から発せられた情報 (信号)を、中継ユニット 16を介し又は直接に、 病院、施設等に設けられた通信機能 (LAN若しくは専用線路)を通じて、ナースセン ター 17に患者の状態を知らせることが可能となる。また、符号 18で示すように、ナー スセンター 17だけでなぐ介護者にも患者の状態を知らせることが可能である。さらに 、符号 19で示すように、担当医 ·担当看護師に対しては、院内 PHS等の伝達手段を 通じて延滞無く速やかに伝えることも可能である。また、符号 20に示すように、中継ュ ニットから大型表示器に情報を表示させることもできる。このように、無線データ通信 機能を備えることにより、医者、看護師、介護者等の関係者に患者の状態を延滞無く 速やかに知らせることが可能となる。 [0027] また、超音波尿量センサは、着脱可能な記憶媒体 15を備えることが可能である。こ の記憶媒体 15は、 CPU部 5と電気的に接続されており、 CPU部 5から尿量推定値（ 結果)、超音波波形及び演算結果等の情報信号が記憶媒体 15に送信され、記憶媒 体 15で保存される。この着脱可能な記録媒体 15に保存されたデータは、パーソナル コンピュータ等で復元することができ、診断等に利用されることが可能である。
[0028] また、図 1に示すように、 CPU部 5は、予め設定された時間ごとに信号を出力するリ アルタイムクロックを備えることが可能である。 CPU部 5は、リアルタイムクロックから出 力された信号に基づ!/、てハードウェア部 4を制御し、計測を定時的に行うことができる 。また、超音波尿量センサは、リアルタイムクロックの信号の出力で自動的に電源が 入るようにし、計測が終了すると予め設定された時間経過後に電源が切れるようにす ることも可能である。このようにすることにより、低消費電力化を図ることができる。
[0029] また、図 1に示すように、 CPU部 5は、低雑音増幅器 6のゲインを制御するゲイン制 御部を備えることが可能である。このゲイン制御部によって低雑音増幅器 6の増幅率 を自動制御 (AGC等)することが可能となる。
[0030] また、プローブ 1は、 3軸加速度センサ（図示せず)を備えることが可能である。これ によって、患者の立位、座位、臥位等の姿勢 (患者の地軸に対する姿勢)を自動認識 して、推定尿量値の補正演算アルゴリズムを自動的に選択することが可能となり、測 定精度をより高めることが可能となる。
[0031] また、複数の超音波発振素子 3から得られるエコーの規則性力 超音波発振素子 3 の体表面との装着状態の異常を監視すると共に是正することも可能である。また、体 動により膀胱内推定尿量にばらつきが発生した場合、膀胱な尿量の増加特性に沿つ た補正を自動的に行い推定尿量値の制度を向上させることも可能である。さらには、 超音波の膀胱後壁エコー及びその後方にある臓器エコーの状態を監視し、尿意を 患者に代わって認識することも可能である。すなわち、膀胱内尿量が排尿水準に達 した時に膀胱後壁エコー高さが短時間に高くなる。これは、膀胱からの反射効率が 良くなることを示しており、このとき、反射効率が上がると膀胱後壁の後方にある臓器 エコーからのエコー高さが小さくなる。従って、それぞれのエコーの相関から患者に 代わって尿意として第 3者が患者に知らせることが可能となる。 また、プローブ 1は、測定時だけでなぐ常時患者の腹部表面上に装着させることが 可能である。例えば、両面テープが付いた超音波伝達媒体としての超音波結合シー トを利用して常時装着させることができる。これによつて、患者の尿量を常時測定する ことが可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 超音波を膀胱壁面に向けて発振する複数の超音波発振素子を有し、超音波伝達媒 体を介して腹部表面上に装着されたプローブと、
前記プローブの前記複数の超音波発振素子が発振した超音波の膀胱壁面からの 反射エコーを検出'処理する処理部とを備え、
前記複数の超音波発振素子は、膀胱の拡張方向に沿って配列されていることを特 徴とする超音波尿量センサ。
[2] 請求項 1に記載の超音波尿量センサにおいて、
前記プローブは、該プローブの下端部が、腹部表面上の恥骨上端部に位置するよ うに装着されて 、ることを特徴とする超音波尿量センサ。
[3] 請求項 1又は 2に記載の超音波尿量センサにおいて、
前記プローグは、測定時だけでなく常時、超音波伝達媒体を介して腹部表面上に 装着させることが可能であることを特徴とする超音波尿量センサ。
[4] 請求項 1乃至 3のいずれか一項に記載の超音波尿量センサにおいて、
前記処理部は、前記各超音波発振素子が発振した超音波の膀胱壁面からの反射 エコーから、膀胱の後壁の超音波エコーピーク (P)を検出し、
この検出された超音波エコーピーク (P)と、該超音波エコーピーク（P)から特定され る膀胱の前壁と後壁との距離 (D)とを各超音波発振素子においてそれぞれ乗算し、 その乗算された各数値を加算して測定指標値 (PD)を算出し、
前記測定指標値 (PD)と、解剖構造に基づく個人差や測定中の姿勢に対応した係 数とを乗算することによって膀胱内の尿量を精度良く推定することを特徴とする超音 波尿量センサ。
[5] 請求項 4に記載の超音波尿量センサにおいて、
前記処理部は、ハードウェア部と CPU部とを備えており、
前記ハードウェア部は、前記プローブの複数の超音波発振素子及び前記 CPU部 と電気的に接続されており、低雑音増幅器、 AD変換回路、波形メモリ、タイミング発 生回路及び超音波振動子励振回路を備えていることを特徴とする超音波尿量センサ
[6] 請求項 5に記載の超音波尿量センサにおいて、
前記 CPU部は、予め設定された時間ごとに信号を出力するリアルタイムクロックを 備えており、前記 CPU部は、該リアルタイムクロックから出力された信号に基づいて 前記ハードウェア部を制御することを特徴とする超音波尿量センサ。
[7] 請求項 5に記載の超音波尿量センサにおいて、
前記 CPU部は、前記低雑音増幅器のゲインを制御するゲイン制御部を備えており 、該ゲイン制御部によって前記低雑音増幅器の増幅率を自動制御することを特徴と する超音波尿量センサ。
[8] 請求項 5に記載の超音波尿量センサにおいて、
前記超音波尿量センサは、着脱可能な記憶媒体を更に備えており、
前記 CPU部は、前記記憶媒体と電気的に接続されて!ヽることを特徴とする超音波 尿量センサ。
[9] 請求項 5に記載の超音波尿量センサにおいて、
前記超音波尿量センサは、無線データ通信機能を更に備えており、
前記 CPU部は、前記無線データ通信機能と電気的に接続されて!ヽることを特徴と する超音波尿量センサ。
[10] 請求項 5に記載の超音波尿量センサにお!/、て、
前記プローブは、 3軸加速度センサを備えていることを特徴とする請求項 5に記載 の超音波尿量センサ。
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