特許 6183062 液滴検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6183062

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】液滴検出装置

(51)【国際特許分類】

   A61M 5/168 20060101AFI20170814BHJP

【ＦＩ】

   A61M5/168 532

   A61M5/168 510

【請求項の数】2

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-175710(P2013-175710)

(22)【出願日】2013年8月27日

(65)【公開番号】特開2014-176600(P2014-176600A)

(43)【公開日】2014年9月25日

【審査請求日】2016年6月14日

(31)【優先権主張番号】特願2013-29094(P2013-29094)

(32)【優先日】2013年2月18日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000153030

【氏名又は名称】株式会社ジェイ・エム・エス

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小平 和季

(72)【発明者】

【氏名】谷口 和義

(72)【発明者】

【氏名】竹野 幸三

【審査官】 落合 弘之

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−１７０２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１４２８６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｍ ５／１６８

Ｇ０１Ｆ １／００ − １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

点滴筒内を落下する液滴を検出する液滴検出装置において、
上記点滴筒に光を照射する投光素子と、
上記投光素子から照射された光を受ける第１受光素子、第２受光素子及び第３受光素子と、
上記第１受光素子、上記第２受光素子及び上記第３受光素子から出力された信号を処理する信号処理部とを備え、
上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、液滴の落下によって上記投光素子から受ける光の強度に変化がある所において、互いに上下方向に離れて配置され、
上記第３受光素子は、上記第１受光素子の設置場所と同等に外部光の影響を受ける場所で、かつ、液滴の落下によって上記投光素子から受ける光の強度に変化がない所に配置され、
上記信号処理部は、上記第１受光素子及び上記第３受光素子から出力された信号が入力される第１差動増幅器と、該第１差動増幅器から出力された特定期間における信号から中央値を求める処理を行う第１フィルタと、上記第１受光素子及び上記第２受光素子から出力された特定期間における信号から中央値を求める処理を行う第２フィルタと、上記第１フィルタによる処理で得られた中央値と上記第２フィルタによる処理で得られた中央値との差が所定以上になったときに上記点滴筒内でフリーフローが起こっていると判定する判定部とを有していることを特徴とする液滴検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の液滴検出装置において、
上記信号処理部は、上記第１受光素子及び上記第２受光素子から出力された信号が入力される第２差動増幅器を有し、上記第２フィルタは、上記第２差動増幅器から出力された特定期間における信号から中央値を求める処理を行うことを特徴とする液滴検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば輸液セットの点滴筒内における液滴の状態、特にフリーフローを検出する液滴検出装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、自然落下式輸液セットを使用して輸液治療を行う場合には薬液の流量管理が重要であるので、点滴筒内における単位時間当たりの液滴の落下数を検出して薬液の流量を表示したり、異常が発生した場合には報知することが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。

【0003】

特許文献１、２では、発光素子と受光素子とからなるセンサを用いて点滴筒内における液滴を検出するようにしている。すなわち、発光素子と受光素子とを、点滴筒を外側から挟むように配置し、発光素子から点滴筒の径方向内方へ向けて照射した光を受光素子で受光し、液滴の落下によって発光素子からの光が遮られたことで液滴の落下があったものと判定する。

【0004】

液滴の落下を検出したとき受光素子から出力される信号電圧の変動は小さなものなので、特許文献２に開示されているように、受光素子の出力信号を増幅器によって増幅するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−２４０４２８号公報

【特許文献2】特開２０１２−１２５４５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、通常の輸液治療時には、上述のように薬液を点滴筒内で液滴として落下させるようにするのであるが、何らかの原因によって薬液が点滴筒内で連続して糸を引くようにして流下する、いわゆるフリーフローが起こることがある。フリーフローが起こると薬液の投与量が規定以上に増加してしまうので、素早く検出して報知することが望まれる。

【0007】

しかしながら、点滴筒内で薬液が糸を引くように流下している状態では、受光素子から出力される信号電圧に時間的な変化が殆ど生じず、略一定電圧の信号となる。このフリーフロー時の信号電圧と、何らかの基準となる電圧とを比較してその差に基づいてフリーフローであるか否かを判定することが考えられるが、どのようにして判定するかが問題となる。すなわち、点滴筒の周囲の明るさが例えば日差しの影響や、時間の経過（朝、昼、夜）等によって明るくなれば、受光素子の信号電圧が上昇し、反対に、暗くなれば下降する。このように液滴の検出に関わらず上下する信号電圧をある基準と比較したとしても、それがフリーフローであるか否かは正確に判定することができないし、基準電圧を設定すること自体が困難である。

【0008】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、点滴筒の周囲の明るさが変化しても、点滴筒内で起こるフリーフローを検出することができるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明では、上下に離れた受光素子によって得た信号と、それらの受光素子が受けるのと同じように外部光の影響を受ける場所に設けた受光素子によって得た信号を比較する構成とした。

【0010】

第１の発明は、
点滴筒内を落下する液滴を検出する液滴検出装置において、
上記点滴筒に光を照射する投光素子と、
上記投光素子から照射された光を受ける第１受光素子、第２受光素子及び第３受光素子と、
上記第１受光素子、上記第２受光素子及び上記第３受光素子から出力された信号を処理する信号処理部とを備え、
上記第１受光素子及び上記第２受光素子は、液滴の落下によって上記投光素子から受ける光の強度に変化がある所において、互いに上下方向に離れて配置され、
上記第３受光素子は、上記第１受光素子の設置場所と同等に外部光の影響を受ける場所で、かつ、液滴の落下によって上記投光素子から受ける光の強度に変化がない所に配置され、
上記信号処理部は、上記第１受光素子及び上記第３受光素子から出力された信号が入力される第１差動増幅器と、該第１差動増幅器から出力された特定期間における信号から中央値を求める処理を行う第１フィルタと、上記第１受光素子及び上記第２受光素子から出力された特定期間における信号から中央値を求める処理を行う第２フィルタと、上記第１フィルタによる処理で得られた中央値と上記第２フィルタによる処理で得られた中央値との差が所定以上になったときに上記点滴筒内でフリーフローが起こっていると判定する判定部とを有していることを特徴とするものである。

【0011】

上記特定期間とは、図１２に示すように、サンプリング周期をΔｔとした時、滴下中の期間の信号におけるサンプリング数（２個；Ｓ１，Ｓ２）が、滴下していない期間におけるサンプリング数（３個；Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５）以下となるために必要な時間を意味する。

【0012】

この構成によれば、例えば第１受光素子を第２受光素子の上方に配置した場合には、点滴筒内で液滴が落下すると、投光素子から照射された光が液滴により遮断されたことが第１受光素子で検出された後、第２受光素子で検出されることになり、これが繰り返されるので、連続する信号が出力される。この出力される信号を、上記特定期間収集し、第２フィルタによって処理することで当該信号の中央値が得られる。

【0013】

また、点滴筒内で液滴が落下すると、投光素子から照射された光が液滴により遮断されたことが第１受光素子で検出されて第１受光素子の出力信号が変化する一方、第３受光素子では検出されないので第３受光素子の出力信号は変化しない。第１差動増幅器では、後述するように、第１受光素子の信号電圧と第３受光素子の信号電圧との差異を求める。そして、この信号は第１フィルタによって処理されて中央値が得られる。ここで、既述した第１フィルタとは、いわゆる信号の連続したサンプリングの中で、奇数回のサンプリングした値において最大値、最小値の除外を繰り返し、中央値を求められるような手段であれば、特に限定されず、ハード的な構成で最大値、最小値を除外することにより、中央値を求めるようなものでもよいし、ソフト的に中央値を求めるものであってもよい。

【0014】

また、上記のように取得される信号の中央値は、既述したように特定期間に収集された値によって得られることが前提である。第１フィルタから出力される信号が、フリーフローが起こっているか否かを判定する際の信号となる。

【0015】

そして、判定部は、第１フィルタによる処理で得られた中央値と第２フィルタによる処理で得られた中央値との差が所定以上になったときに点滴筒内でフリーフローが起こっていると判定する。

【0016】

このとき、例えば、点滴筒の周囲の明るさが変化した場合を想定すると、第１、第３受光素子は同等に外光の影響を受けることになるので、点滴筒の周囲の明るさが変化したとしても、第１、第３受光素子の信号電圧が同じように上下するだけであり、第１フィルタから出力される信号電圧と、第２フィルタによる処理で得られた中央値との相対差は維持されることになる。

【0017】

第２の発明は、第１の発明において、
上記信号処理部は、上記第１受光素子及び上記第２受光素子から出力された信号が入力される第２差動増幅器を有し、上記第２フィルタは、上記第２差動増幅器から出力された特定期間における信号から中央値を求める処理を行うことを特徴とする。

【0018】

この構成によれば、第１受光素子及び第２受光素子の信号にノイズが含まれている場合には、そのノイズを含んだ信号が第２差動増幅器に入力されることになる。このとき、第１受光素子及び第２受光素子は同一の点滴筒に取り付けられていて両者がそれほど離れていないので、第１受光素子及び第２受光素子には殆ど同じノイズが入ってくる。よって、第２差動増幅器において第１受光素子のノイズから第２受光素子のノイズが差し引かれて殆どなくなるので、ノイズの影響を抑制することが可能になる。

【発明の効果】

【0019】

第１の発明によれば、第１受光素子及び第３受光素子によって得たフリーフローの判定に用いる信号と、点滴筒の上下方向に離れた第１受光素子及び第２受光素子によって得た信号とを比較してそれらの差が所定以上になったときに点滴筒内でフリーフローが起こっていると判定することができる。これにより、点滴筒の周囲の明るさが変化しても、点滴筒内で起こるフリーフローを検出することができる。

【0020】

第２の発明によれば、ノイズの影響を抑制して液滴を正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施形態に係る液滴検出装置の使用状態を説明する図である。

【図2】液滴検出装置のブロック図である。

【図3】投光素子及び受光素子の点滴筒への取付状態を示す側面図である。

【図4】図３のIV−IV線断面図である。

【図5】第２差動増幅器から出力される信号波形を示す図である。

【図6】液滴が落下する状態を示す側面図であり、（ａ）は液滴が上側第１受光素子の上方にある状態、（ｂ）は液滴が上側第１受光素子と同じ高さにある状態、（ｃ）は液滴が上側第１受光素子と下側受光素子との間にある状態、（ｄ）は液滴が下側受光素子と同じ高さにある状態をそれぞれ示している。

【図7】実際の滴落信号を示す図である。

【図8】滴落信号をフィルタ処理した後の波形を示す図である。

【図9】第１差動増幅器から出力される信号波形を示す図である。

【図10】フィルタ処理後の信号とフリーフロー基準信号とを示す図である。

【図11】フリーフローが発生した状態を示す図５相当図である。

【図12】特定期間を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0023】

図１は、本発明の実施形態に係る液滴検出装置１の使用状態を説明する図である。液滴検出装置１は、輸液セット１００が有する点滴筒１０１に取り付けられ、点滴筒１０１内を落下する液滴の状態を検出するためのものである。輸液セット１００は、点滴筒１０１の他に、薬液が収容された薬液容器１０２と、薬液容器１０２から点滴筒１０１まで延びる上流側チューブ１０３と、点滴筒１０１から穿刺針１０４まで延びる下流側チューブ１０５とを備えている。下流側チューブ１０５の中途部には輸液ポンプ１０６が設けられ、この輸液ポンプ１０６によって薬液が所定の流量で患者に投与されるようになっている。

【0024】

上記点滴筒１０１は、従来周知のものであり、透光性を有する部材（例えば無色透明な部材）で構成されている。すなわち、点滴筒１０１内の上部で液滴が成長していき、図６に示すように成長した液滴が所定の大きさになった時点で下方へ落下して点滴筒１０１の下部に溜まって患者に投与される。点滴筒１０１における下部は薬液貯留部１０１ａであり、薬液貯留部１０１ａよりも上側は、液滴が通過する液滴通過場所である。

【0025】

図２や図３に示すように、液滴検出装置１は、投光素子２と、上側第１受光素子（本発明の第１受光素子に相当）３と、上側第２受光素子（本発明の第３受光素子に相当）４と、下側受光素子（本発明の第２受光素子に相当）５と、制御装置６とを有しており、図１に示す信号線１０８を介して輸液ポンプ１０６に接続されている。投光素子２は、例えばＬＥＤのような発光素子等で構成することができる。投光素子２は、点滴筒１０１の液滴通過場所に対して点滴筒１０１の外部から内部へ向けて光を照射するとともに、液滴通過場所以外の場所として点滴筒１０１の外部にも光を照射するように構成されたものである。投光素子２から照射された光は、点滴筒１０１の液滴通過場所の上側から下側の所定範囲に亘る。

【0026】

投光素子２は、単数のＬＥＤで構成してもよいし、例えば複数のＬＥＤで構成することもできる。単数のＬＥＤで構成する場合には、光の放射範囲を広くし、液滴の検出可能範囲を広く確保しておくのが好ましい。液滴の検出可能範囲を広くしておくことで、例えば点滴筒１０１が何らかの影響で傾いた場合、その傾いた状態の点滴筒１０１内で液滴が鉛直に落下しても有効に検出することが可能になる。

【0027】

一方、複数のＬＥＤで構成する場合には、投光素子２全体としての照射範囲はＬＥＤの数でカバーするようにする。これにより、広い範囲を精度よく検出することが可能になる。また、投光素子２から照射する光は、可視光であっても、赤外光であってもよい。この実施形態では、投光素子２は３つのＬＥＤで構成しており、これらＬＥＤを水平方向に並べている。

【0028】

上側第１受光素子３、上側第２受光素子４及び下側受光素子５は、受光した光の強さが強ければ強いほど出力信号の電圧が高くなるように構成された周知のものである。上側第１受光素子３は、点滴筒１０１の液滴通過場所の上側において、投光素子２と対向する位置に配置されており、投光素子２から照射されて点滴筒１０１の液滴通過場所を透過した光を受光するものである。

【0029】

上側第２受光素子４は、上側第１受光素子３の設置場所と同等に外部光の影響を受ける場所で、かつ、液滴が落下しても投光素子２から受ける光の強度の変化がない所に配置されている。上側第１受光素子３の設置場所と同等の明るさの所とは、上側第１受光素子３が設置されている所の光の強さと、上側第２受光素子４が設置されている所の光の強さとが全く同じ所を含むのはもちろんのこと、若干相違していても、上側第１受光素子３及び上側第２受光素子４の光検出誤差の範囲内にあるような微小な相違も含まれる。つまり、上側第２受光素子４の設置場所は、上側第１受光素子３の設置場所と実質的に同じ外部光の明るさとなる場所である。

【0030】

また、液滴が落下しても投光素子２から受ける光の強度の変化がない所とは、液滴が落下しても、そのことによる上側第２受光素子４の受光強度が全く変化しない所を含むのはもちろんのこと、若干変化しても、上側第２受光素子４の光検出誤差の範囲内にあるような微小な変化も含まれる。つまり、上側第２受光素子４の設置場所は、液滴が落下しても投光素子２から受ける光の強度の変化が実質的にない所である。

【0031】

この実施形態では、図４に示すように、上側第１受光素子３は、投光素子２と共に点滴筒１０１を挟むように配置する一方、上側第２受光素子４は、投光素子２から点滴筒１０１の外側に向けて照射された光を受光するように、点滴筒１０１の外面から離れて配置している。

【0032】

上側第１受光素子３と上側第２受光素子４とは、略同じ高さに配置してもよいし、互いに異なる高さに配置してもよい。

【0033】

下側受光素子５は、点滴筒１０１の液滴通過場所の下側、即ち、上側第１受光素子３から下方へ離れ、かつ、例えば投光素子２から点滴筒１０１の周方向に離れて、投光素子２に対向する位置に配置されており、投光素子２から照射されて点滴筒１０１の液滴通過場所を透過した光を受光するものである。つまり、下側受光素子５及び上側第１受光素子３は、液滴の落下によって投光素子２から受ける光の強度に変化がある所において、互いに上下方向に離れて配置されている。

【0034】

制御装置６は、上側第１受光素子３、上側第２受光素子４及び下側受光素子５から出力された信号が入力されるようになっている。すなわち、図２に示すように制御装置６は、上側第１受光素子３、上側第２受光素子４及び下側受光素子５から出力された信号を処理する信号処理部１０を有している。信号処理部１０は、第１差動増幅器１１と第２差動増幅器１２と第１フィルタ１３と第２フィルタ１４と判定部１５とを有している。

【0035】

図３に示すように、第１差動増幅器１１には、上側第１受光素子３及び上側第２受光素子４から出力された信号が入力される。第１差動増幅器１１は、上側第２受光素子４の信号から上側第１受光素子３の信号を差し引いて一定の増幅率で増幅する。尚、第１差動増幅器１１は、上側第１受光素子３の信号から上側第２受光素子４の信号を差し引くように構成されたものであってもよい。

【0036】

また、第２差動増幅器１２は、上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力された信号が入力される。第２差動増幅器１２は、上側第１受光素子３の信号から下側受光素子５の信号を差し引いて一定の増幅率で増幅する。

【0037】

第１フィルタ１３は、第１差動増幅器１１から出力された特定期間における信号から中央値を求める処理を行うものであり、詳細は後述する。上記と同様に、第２フィルタ１４は、第２差動増幅器１２から出力された特定期間における信号から中央値を求める処理を行うものであり、詳細は後述する。

【0038】

点滴筒１０１内で液滴Ａ（図４、図６に示す）が落下した場合、液滴Ａは投光素子２と上側第１受光素子３との間を通過した後、投光素子２と下側受光素子５との間を通過する。図６（ａ）に示すように点滴筒１０１内で液滴Ａが投光素子２と上側第１受光素子３との間を通過する前は、第２差動増幅器１２から出力される信号が、図５にａで示す領域のように、上側第１受光素子３の信号から下側受光素子５の信号を差し引いた値を所定の増幅率で増幅した大きさとなる。

【0039】

点滴筒１０１内で液滴Ａが通過する間は、まず、図６（ｂ）に示すように液滴Ａが投光素子２と上側第１受光素子３との間を通過することになり、この瞬間に投光素子２からの光が遮られて上側第１受光素子３から出力される信号電圧が瞬間的に低下する。これにより、図５に矢印ｂで示すように、第２差動増幅器１２から出力される信号は低下する。次いで液滴Ａが図６（ｃ）に示すように上側第１受光素子と下側受光素子５との間を落下している場合には、液滴Ａが投光素子２の光を遮らないので、第２差動増幅器１２から出力される信号は図５のａの領域と同じになる（図５に矢印ｃで示す）。

【0040】

その後、図６（ｄ）に示すように、液滴Ａが投光素子２と下側受光素子５との間を通過する。この瞬間に投光素子２からの光が遮られて下側受光素子５から出力される信号電圧が瞬間的に低下する。これにより、図５に矢印ｄで示すように、第２差動増幅器１２から出力される信号は上昇する。従って、第２差動増幅器１２から出力される信号電圧、即ち、上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力される信号電圧は、液滴の落下が繰り返される度に上下に変動し、連続した信号となる。

【0041】

信号処理部１０は、第２差動増幅器１２から出力された信号電圧が所定の滴落判定範囲を越えた場合に液滴の落下があったと判定するように構成されている。滴落判定範囲とは、一般に液滴の落下が起こった場合に第２差動増幅器１２から出力される信号電圧の変動よりも狭い範囲で、かつ、ノイズ等によって変動する小さな信号電圧よりも広い範囲であり、図５において上側の破線と下側の破線とで示す範囲である。

【0042】

制御装置６は、信号処理部１０によって液滴の落下があったと判定した場合には、外部に報知するように構成されている。例えば、ＬＥＤ等の発光体や音声を発する装置等を制御装置６に接続しておき、信号処理部１０が液滴の落下があったと判定した場合に、発光体を発光させたり、音声を発生させたりする。

【0043】

図７は、第２差動増幅器１２から出力される信号電圧の実際の波形を示した図であり、第２差動増幅器１２から出力される信号電圧は、滴落の有無を示す信号であるため、滴落信号というものとする。滴落信号は、図５に拡大して模式的に示すように、液滴通過前の信号と液滴通過中の信号との繰り返しで構成されており、液滴の落下が無くなると、液滴通過前の信号のみで平坦な形状となる。

【0044】

上記第２フィルタ１４は、周知の信号処理フィルタを用いて構成することができ、この実施形態では、滴落信号のうち、液滴通過中の信号を除去し、液滴通過前（図５のａ、ｅの領域）の信号電圧を連続させる処理を行う。これにより、フィルタ処理後の滴落信号には、図５の符号ｂ、ｄで示すような明確なピークが無くなり、図８に示すような平坦に近い信号となる。

【0045】

また、点滴筒１０１内で液滴Ａが落下した場合、液滴Ａは、投光素子２と上側第１受光素子３との間を通過することになる一方、投光素子２と上側第２受光素子４との間は通過しない。従って、液滴Ａが投光素子２と上側第１受光素子３とを通過する瞬間に、投光素子２からの光が遮られて上側第１受光素子３から出力される信号電圧が瞬間的に低下するが、上側第２受光素子４から出力される信号電圧は変化しない。

【0046】

第１差動増幅器１１から出力される信号は、図９に拡大して模式的に示すような波形が繰り返されることになる。第１フィルタ１３は、周知の信号処理フィルタを用いて構成することができ、この実施形態では、図９に示す信号波形のうち、液滴通過中の信号（下に凸となった領域）を除去し、液滴通過前（平坦の領域）の信号電圧を連続させる処理を行う。これにより、フィルタ処理後の信号には、明確なピークが無くなる。この第１フィルタ１３から出力される信号（即ち、フリーフロー信号）は、図１０に中央値のみが示されるように、フリーフローが発生した際の変化を除けば、平坦に近い形状となる。

【0047】

信号処理部１０の判定部１５は、第１フィルタ１３による処理で得られた信号（フリーフロー信号）と、第２フィルタ１４による処理で得られた信号（フィルタ処理後の滴落信号）との電圧差に基づいて点滴筒１０１内でフリーフローが起こっているか否かを判定するように構成されている。図１０に示すように、第２フィルタ１４による処理で得られたフィルタ処理後の滴落信号の波形も平坦に近い形状となる。第１フィルタ１３による処理で得られた信号は、フリーフローの有無を確認できるフリーフロー信号である。図１０に示すように、滴落している状態では、第２フィルタ１４で処理されて得られた信号電圧値（即ち、フィルタ処理後の滴落信号）と、第１フィルタ１３で処理されて得られた信号電圧値（フリーフロー信号）とを比較した場合、差異は小さいが、フリーフローが発生した場合には、両者（フィルタ処理後の滴落信号とフリーフロー信号）との電圧差は顕著となる。

【0048】

フリーフローが発生した場合に、何故フィルタ処理後の滴落信号とフリーフロー信号の電圧差が顕著となるかは、以下のような作用機構で説明することができる。即ち、正常に液が滴落している際には、上側第１受光素子３と下側受光素子５から出力されるのは、液滴による非遮断時の受光による信号電圧がメインである。つまり、フィルタ処理後の滴落信号の電圧値は、非遮断時のものとなる。一方、滴落の影響を受けない上側第２受光素子４も、液滴による非遮断時の受光による信号電圧となるため、上側第１受光素子３から出力される信号電圧と、上側第２受光素子４から出力される信号電圧を差動増幅し、その中央値を求めるフリーフロー信号電圧値と前記フィルタ処理後の滴落信号電圧値は差異が小さい。

【0049】

ところが、フリーフローが発生すると、糸を引くように薬液が流下するため、上側第１受光素子３と下側受光素子５はいずれも、遮断時の受光による信号電圧がメインとなるのに対し、上側第２受光素子４は非遮断の受光による信号電圧であるので、上側第１受光素子３と上側第２受光素子４とから出力される信号電圧の差が大きくなる。従って、フリーフロー信号の電圧値は、フリーフローが発生すると、滴落時とフリーフロー発生時の信号電圧の差異の少ない（フィルタ処理後の）滴落信号の電圧値との差が顕著となる。

【0050】

このフリーフロー信号とフィルタ処理後の滴落信号との電圧差を継続して検出し、電圧差が所定未満の場合には液滴が正常に落下していると判定する一方、電圧差が所定以上となったときにはフリーフローが起こっていると判定する。所定の電圧差とは、フィルタ処理後の滴落信号がノイズ等によって変動した際に、誤ってフリーフローと判定してしまわないようにノイズレベルよりも大きな値となっている。

【0051】

また、制御装置６は、液滴を検出した場合や、フリーフローを検出した場合に輸液ポンプ１０６に信号を出力するように構成することができる。例えば、制御装置６からの信号を得た輸液ポンプ１０６は、単位時間当たりの液滴の落下数が正常範囲にあるか否かを判定して正常範囲を逸脱した場合に警報を発し、また、フリーフローが起こった場合に警報を発するように構成することができる。

【0052】

次に、上記のように構成された液滴検出装置１の使用要領について説明する。まず、液滴検出装置１の投光素子２、上側第１受光素子３、上側第２受光素子４及び下側受光素子５を図３及び図４に示すように点滴筒１０１に取り付ける。

【0053】

点滴筒１０１内で液滴が落下すると、上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力される信号が変化し、これら信号が第２差動増幅器１２に入力される。第２差動増幅器１２では、上側第１受光素子３の信号から下側受光素子５の信号を差し引く。このとき、上側第１受光素子３及び下側受光素子５の信号にはノイズが含まれていることがあるが、上側第１受光素子３及び下側受光素子５は同一の点滴筒１０１に取り付けられていて両者がそれほど離れていないので、上側第１受光素子３及び下側受光素子５には殆ど同じノイズが入ってくる。よって、第２差動増幅器１２において上側第１受光素子３のノイズから下側受光素子５のノイズが差し引かれて殆ど目立たなくなる。このようにして得られた信号を一定の増幅率で増幅するようにしているので、ノイズの影響を抑制することが可能になり、図７に示すように液滴の落下を明確に把握することのできる滴落信号を得ることができる。

【0054】

また、信号処理部１０の第２フィルタ１４は、第２差動増幅器１２から出力される信号を処理して図１０に示すフィルタ処理後の滴落信号を得る。一方、第１フィルタ１３は、第１差動増幅器１１から出力される信号を処理してフリーフロー信号を得る。

【0055】

図１１に示すように点滴筒１０１内で薬液が連続して糸を引くように流れるフリーフローが起こることがある。フリーフローが起こった場合には、上側第１受光素子３と下側受光素子５とが同時に連続して薬液を検出することになるので、図１０に示すようにフリーフロー信号の電圧は、フリーフローの発生を起点として、液滴が正常に落下している状態と比べて異なる電圧となる。判定部１５は、フィルタ処理後の滴落信号と、フリーフロー信号の電圧を比較し、その差が所定以上であれば、フリーフローが発生していると判定する。このとき、例えば、点滴筒１０１の周囲の明るさが変化した場合を想定すると、上側第１受光素子３、上側第２受光素子４及び下側受光素子５は同じ点滴筒１０１に設けられるものなので、点滴筒１０１の周囲の明るさが変化したとしても、滴落が継続していれば、上側第１受光素子３、上側第２受光素子４及び下側受光素子５の信号電圧が同じように上下するだけであり、フリーフロー信号の電圧と、フィルタ処理後の滴落信号の電圧との相対差は維持されることになる。

【0056】

以上説明したように、この実施形態に係る液滴検出装置１によれば、上側第１受光素子３及び上側第２受光素子４によって、それぞれ特有の波形の信号を得て、さらに、上側第１受光素子３と下側受光素子５から出力された信号をフィルタ処理して中央値を得て、フリーフロー信号の電圧とフィルタ処理後の滴落信号の電圧との差が所定以上になったときに点滴筒１０１内でフリーフローが起こっていると判定することができる。これにより、点滴筒１０１の周囲の明るさが変化しても、点滴筒１０１内で起こるフリーフローを検出することができる。

【0057】

また、上側第１受光素子３及び下側受光素子５を上下方向に離して配置し、上側第１受光素子３及び下側受光素子５から出力された信号を第２差動増幅器１２に入力するようにしたので、ノイズの影響を抑制して液滴を正確に検出することができる。

【0058】

尚、上記実施形態では、投光素子２が１つの場合について説明したが、これに限らず、投光素子２は複数設けてもよい。

【0059】

また、上記第１フィルタ１３及び第２フィルタ１４は、ハードウェアで構成することもできるし、ソフトウェアで構成することもできる。

【0060】

また、上側第１受光素子３、上側第２受光素子４及び下側受光素子５は、単数の受光素子で構成してもよいし、複数の受光素子で構成してもよい。

【0061】

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

【産業上の利用可能性】

【0062】

以上説明したように、本発明に係る液滴検出装置は、例えば、輸液治療を行う場合に使用することができる。

【符号の説明】

【0063】

１ 液滴検出装置
２ 投光素子
３ 上側第１受光素子
４ 上側第２受光素子
５ 下側受光素子
６ 制御装置
１０ 信号処理部
１１ 第１差動増幅器
１２ 第２差動増幅器
１３ 第１フィルタ
１４ 第２フィルタ
１５ 判定部
１０１ 点滴筒

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】