JP5990942B2 - 生体情報測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、トラップの移動動作によってボウル内の内容物を便器外に排出する可動トラップを備えた便器を使用して、溜水水位変化を計測することによって少なくとも排尿量を測定する生体情報測定装置において、測定基準水位の形成位置再現性を高めて測定精度を高めることに係り、さらに測定範囲の拡大や汚物飛沫の付着を抑制することでより高機能な測定を行なうことに好適な生体情報測定装置に関する。

大便器のボウルを受尿容器として尿量等の生体情報を測定する生体情報測定装置にはいろいろな形式のものが考案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

これらの生体情報測定装置はいずれも、排尿時のボウル内の溜水水位を計測して得られる水位計測値に、あらかじめ求められている水位−水量関係式を適用してその水位に対応する溜水量を求め、測定開始時の溜水水位における溜水量からの変化量を排尿時点での尿量値とするものである。従って、この算出基準となる測定の開始時の溜水水位は、得られる尿量測定結果に直接影響を与えることとなる。

この溜水水位は、いずれの生体情報測定装置においても、溜水水位によって生じる水圧（水頭圧）を圧力センサで電気的出力に変換して計測し、得られた出力値を予め求めておいた圧力センサの出力−水位（圧力）関係式に適用することによって求められている。

以上述べた尿量を算出するために必要な二つの関係式のうち、水位−水量関係式はボウル個々の微少な形状差や、設置場所の傾きに影響されるが、これらの誤差要因は経時的には測定精度に対して無視できる程度の変化しかしないため、予め作成しておいたものを継続して使用することが可能である。

一方、圧力センサの出力−水位（圧力）関係式は、使用される圧力センサが周囲の温度環境の変化の影響を受け易く、同一水位であっても出力が測定の都度変化するため、原点が変動して一義的には決められない。このことは、言い換えれば、圧力センサの出力だけでは尿量の算出に必要な溜水水位が正確には求められず、高精度の尿量測定が出来ないことになる。

その解決策として、装置内に水位計測の基準となる計測基準水位を形成し、その計測基準水位を用いて圧力センサの出力−水位（圧力）関係式を校正する出力校正機能を装置に組み込むことが考えられるが、その場合に、出力校正専用の構成を付加することになり装置構造が複雑化してコストアップとなるという問題があった。

また、特許文献２に記載されているものは、可動トラップの大気開放端を移動させてボウル内の溜水を溢流部から排水配管へ溢流させることによって、溜水水位を任意の水位に形成することが可能な構成となっている。

しかしながら、このような移動手段には多少の機械的ガタが避けられないため位置決め動作にヒステリシスが発生する。そのため、このヒステリシスの影響を大きく受ける移動系の先端部となる溢流部は、正確な位置決めが困難になる結果として、形成される溢溜水位も一定しないという問題もあった。

さらにまた、いずれの生体情報測定装置も測定範囲を確保するために、測定開始水位を通常の大便器として使用する場合よりも下方の位置に設定している。しかしながら、これらの生体情報の測定においては大便等の汚物の***行為を伴うことも多いため、溜水水位を下げるとこれら汚物の付着により便器洗浄時の汚れ残り等の不具合を発生することが顕著になるという問題もあった。

特許３８７６９１９号公報 特開２００７−３２７３０７号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、可動トラップ方式の大便器を使用する生体情報測定装置において、尿流量測定装置に必要な精度に向上させた状態での測定を簡素な構成で可能にすることである。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明によれば、溜水を貯留可能であり、使用者の尿を受けるとともに外部へ排出する排出口部を底部に備えたボウルと、前記排出口部に固定される固定端部と移動可能な大気開放端部とを備えた中空状の可動トラップと、前記可動トラップを内包して大気から区画された状態で前記排出口部と下水配管とを接続する接続室と、前記大気開放端部を保持して移動させて前記ボウルに貯留されている溜水を前記大気開放端部から前記接続室内に排出させるトラップ移動手段と、前記ボウルの溜水水位によって生じる圧力によって溜水水位を計測する水位計測手段と、を有し使用者の排尿時の前記水位計測手段によって計測される水位変化量に基づいて、少なくとも尿量を含む生体情報を求める生体情報測定装置において、前記トラップ移動手段は、待機状態において測定開始の指示があると、前記大気開放端部を下向きに移動させて前記ボウルの溜水を前記接続室へ排出させ、この排出が継続している間に上向に反転移動させた後に、前記大気開放端部を計測基準位置にて停止させ、この計測基準位置における溜水の排出が終了した後、再び前記大気開放端部を上向きに移動させて測定開始位置にて停止させ、前記水位計測手段は、前記大気開放端部が前記計測基準位置で溜水の排出を終了した状態における出力に基づいてこの水位計測手段の出力の校正を行い、前記大気開放端部が前記測定開始位置にある状態における前記水位計測手段の出力変化量に基づいて使用者の尿量を測定することを特徴とすることにより、可動トラップの大気開放端部を正確に計測基準位置に移動さることことができ、この大気開放端部を利用してボウル内の溜水水位を計測基準位置に対応した水位に形成が出来るため、この計測基準水位を利用した水位計測手段の校正を精度よく行うことができ、簡素な構成での高精度の生体情報測定を可能とした。

上記目的を達成するために請求項２記載の発明によれば、前記生体情報測定装置は、測定開始時に前記計測基準位置を複数の高さ位置から選択可能であり、前記トラップ移動手段は選択された前記計測基準位置へと前記大気開放端部を移動させることを特徴とすることにより、測定目的に合わせた計測基準位置を選択することで、この計測基準位置によってボウル内に形成される溜水水位を利用してその後に測定開始位置での溜水水位として測定できるため、より広範な被験者の測定を行なうことを可能とした。

上記目的を達成するために請求項３記載の発明によれば、前記生体情報測定装置は、前記トラップ移動手段によって前記大気開放端部が下向きに移動してから所定時間、前記ボウル表面に吐水する吐水手段をさらに有したことを特徴とすることにより、測定開始位置でのボウル内の溜水水位を変化させずにボウル面を濡らすことが出来るため、清掃性を維持した状態で高精度の測定をすることを可能とした。

本発明によれば、生体情報測定装置としての使い勝手を低下させることなく、溜水水位測定手段の計測精度向上を図ることが可能となりより高精度の生体情報測定ができるという効果がある。

本発明の生体情報測定装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明の生体情報測定装置の待機状態の可動トラップ位置を示す断面図である。 本発明の生体情報測定装置の計測基準水位創成時の溜水排出状態の可動トラップ位置を示す断面図である。 本発明の生体情報測定装置の測定開始水位創成時の溜水排出状態の可動トラップ位置を示す断面図である。 本発明の生体情報測定装置の第一実施例における可動トラップの移動動作とボウル内の溜水水位変化との関係を経時的に示すタイムチャートである。 本発明の生体情報測定装置の第一実施例における測定基準水位創成時の動作の流れを示すフローチャートである。 本発明の生体情報測定装置の第二実施例における可動トラップ移動動作とボウル内の溜水水位変化との関係を経時的に示すタイムチャートである。 本発明の生体情報測定装置の第三実施例における可動トラップ移動動作とボウル内の溜水水位変化との関係を経時的に示すタイムチャートである。 本発明の生体情報測定装置の第三実施例における測定基準水位創成時の動作の流れを示すフローチャートである。

図１は本発明の生体情報測定装置の実施例の一つを示す斜視図である。図１を使用して、本実施例における生体情報測定装置の全体構成について以下に述べる。

本実施例における生体情報測定装置１は、便器洗浄機能や衛生洗浄機能などの通常の便器機能部９を一体的に備えた洋風大便器４と、洋風大便器４の背後に設置されたキャビネット１８と、被験者が生体情報測定装置１の各種の動作を指示する操作を行なったり、得られた測定結果等を表示するために壁に設けられた操作・表示部７０と、測定結果等をプリントアウトするプリンタ７３とを備えている。

キャビネット１８の内部には、ボウル内の水位を測定することによって、被験者が***する尿の量である尿量や、単位時間当たりの***速度である尿流率等の排尿情報の測定を行う生体情報測定部５が収納されている。

操作・表示部７０は、生体情報測定用のリモコン７２と、衛生洗浄装置を備えた大便器操作用のリモコン７１とを備えている。リモコン７１は通常の大便器として使用する場合にオシリ洗浄や便器洗浄を行なう場合に操作する各種スイッチが設置されている。また、リモコン７２は被験者がトレイに入室し、生体情報を測定する時にスイッチ操作するもので、測定開始を指示する測定開始スイッチや、排尿が終了したことを指示する排尿終了スイッチ等が設置されている。さらに、本発明に係る測定目的に合わせて測定基準水位を変更する設定変更スイッチも設置されている。

なお、本実施例では洋風大便器４は衛生洗浄装置を備えているが以下に述べるように、本発明に必須の要素ではない。

図２〜図６を使用して、待機状態から溜水を排出して溜水水位計測の基準の水位となる計測基準水位を所定水位に形成して溜水水位計測手段の出力校正を行なった後、被験者の排尿を貯めるための領域を創成する動作について詳説する。

図２に示すように、洋風大便器４は、使用者の尿を受けるとともに外部へ排出する排出口部１６ａを底部に備えたボウル１６と、ボウル１６内に水を供給する給水ノズル２４と、排出口部１６ａに固定された固定端部２５ｃと大気に開放されて移動可能な開口を持つ大気開放端部２５ａとを持った可動トラップ２５と、可動トラップ２５を大気から区画された状態で内包して排出口部１６ａと下水配管３５とを接続する接続室２６と、大気開放端部２５ｂを保持して所定位置に移動させるトラップ移動手段２８と、を有している。

ボウル１６の下部と可動トラップ２５は、接続室２６を介して接続されている下水配管３５に対するトラップ構造を形成している。すなわち、内部に溜水を滞留させることによって、待機時には下水配管３５との連通を水封することが可能な構造となっている。

可動トラップ２５の大気開放端部２５ａは、可撓性を有する管材で形成され、図示しないモータとリンク２９で構成されているトラップ移動手段２８に支持された状態で接続室２６内に移動可能に配置されている。

本実施例では、この大気開放端部２５ａをトラップ移動手段２８で所定の位置に移動させることによりボウル１６内の***物などを排水配管３５へ排出したり、大気開放端部２５ａの溢流部２５ｂからの溢流を利用して、後述する計測基準水位や測定開始水位を設定したりする。

排出口部１６ａには、本発明における溜水水位計測手段を構成している圧力センサ２７が導圧管路によって流体的に接続されて、溜水水位による圧力（水頭圧）を計測している。なお、接続室２６には溜水水位に影響する下水配管側の雰囲気の圧力を計測する圧力センサ３３が同様に接続されている。溜水水位は排水配管内の圧力変動によって上下するが、圧力センサ３３の圧力計測値により、常に圧力変動が無い状態の溜水水位に換算されるようになっている。換算された溜水水位は、前記水位−溜水量関係式を使って溜水量に換算される。この処理によって得られる単位時間当たりの溜水量変化は尿流率であり、排尿前後の溜水量差は排出尿量ということになる。

図２では、測定を行なっていない待機時のため、溜水水位は通常の大便器としても使用する状態の溢流水位Ｗ１となっている。図３は、溢流部２５ｂを下方に移動させて溜水を溢流させた状態を示したもので、溜水水位は溢流水位Ｗ２と等しい水位となっている。図４は、図３の状態から溢流部２５ｂを上方に移動させて、溜水水位を溢流水位Ｗ３とした状態を示したものである。なお、溜水の表面張力による水位への影響は説明の便宜上、無視することとする。

このトラップ移動手段２８の各部にはわずかながらも機械的なガタは避けられないため、動作方向によっては、大気開放端部２５ａの溢流部２５ｂの停止位置には誤差が発生する。そのため、単に所定位置を狙って移動させるだけでは、溢流部２５ｂによって形成される溜水水位も誤差が発生して一定しない。

そのため、本発明では図５のタイムチャートと図６のフローチャートが示すように、トラップ移動手段２８による移動の際に、このガタをキャンセルするよう配慮されている。具体的には、測定開始時に開始信号を受信すると可動トラップ２５の大気開放端部２５ａは先ず待機時の溢流水位Ｗ１から計測基準水位Ｗ２に移動する。この時に、大気開放端部２５ａの溢流部２５ｂは狙いの位置より所定量だけ下方の位置まで一旦オーバーランさせた後、狙いの計測基準水位Ｗ２の位置に戻している。このＷ１〜Ｗ２までの移動の速度を、前記溢流部からの溢流が継続している間に移動が完了するような速度に設定することにより、計測基準水位Ｗ２の位置に移動して所定時間経過した後の溜水水位は計測基準水位Ｗ２となる。

この状態では、移動手段２８全体のガタを片側に寄せることで計測基準水位Ｗ２の位置精度と再現性は高いものなっているため、形成される溜水水位も同様に位置精度と再現性は高いものとなっている。従って、本実施例における生体情報測定装置１では、この状態での溜水水位を圧力センサ２７の出力を校正する水位、即ち、本発明における計測基準水位としている。具体的には、このときの圧力センサ２７の出力値を計測し、予め決められた計測基準水位に相当する出力値として関連付けて記憶することによって、予め求められる出力−水位関係式の原点が決定される。

次いで可動トラップ２５をさらに上方に移動させることにより、可動トラップ２５の溢流位置を測定時溢流位置Ｗ３に移動させて、ボウル１６内に***された尿が大気開放端部２５ａの溢流部２５ｂから溢流することなく溜まる領域を創成する。本実施例は可動トラップ２５の内部容積が移動動作によって変化する構成のため、校正の終わった圧力センサ２７で計測して求められる水位値を測定開始水位として、後述する水位−溜水量関係式の測定開始原点とすることによって、より高精度の測定を可能としている。可動トラップが回転式の構成の場合などで内部容積の変化が無視できる場合は、計測基準水位値を測定開始水位としても良い。従って、以下の説明では関係箇所以外では計測基準水位と測定開始水位との区別はしていない。

ボウル１６内の溜水水位と溜水量の関係は、予め検量線である水位−溜水量関係式として記憶されている。この水位−溜水量関係式は、ボウル１６が樹脂成形品で内面形状が高精度の時は規定値として記憶させても良いし、ボウル１６が陶器製で内面形状の精度が低い時は、設置時に溜水水位を変化させながら溜水水位と溜水量の関係を計測して記憶しても良い。

図７は、本発明の第二実施例における可動トラップの動作とボウル内の水位変化状態を示すタイムチャートである。本実施例においては、被験者が１回に***した尿量の測定を想定し、測定可能な尿量範囲としては概ね８００ｍＬ程度を想定した通常用途以外に、カテーテルを体内に留置した患者から***された蓄尿バックの大尿量（最大２０００ｍＬ）を測定する用途や測定精度を高めたいという用途に対応する構成となっている。

本実施例では生体情報測定部リモコン１３４を使用して、測定用途を選択することによって、測定用途に合わせた測定開始水位の形成位置を複数の位置から選択する測定開始水位選択手段を持っている。尿量測定範囲を拡大したい、または、精度をより向上させる用途を選択指示された場合、可動トラップ２５は通常動作以上に溜水を排出すべく、可動トラップ２５をより下方まで移動させることにより、測定開始水位をより下方の位置Ｗ２（Ｂ）に形成する。なおボウル１６の形状は底に近いほど溜水量に対する水位変化が大きくなるため、測定精度をより高めたい時にも、本モードの測定開始水位を下げる方法が有利である。

次に、本発明の第三実施例について、図８、図９を用いて説明する。本実施例では給水ノズル２４から所定時間吐水される点が今まで述べてきた実施例と異なるが、可動トラップ２５の動作は第一実施例と同じなため省略して説明する。図８は、本発明の可動トラップ制御動作とボウル内の水位変化状態を示すタイムチャートである。図９は、本発明の可動トラップ動作とボウル内の水位変化状態を示すフローチャートである。

使用者のリモコン７２の操作によって測定開始信号が発せられると、可動トラップ２５の大気開放端部２５ａが下降を開始するとともに、給水ノズル２４からボウル１６に向けて吐水が開始される。この吐水は予め決められた所定時間継続された後、停止される。この所定時間は、測定開始信号を受信した時から大気開放端部２５ａが計測基準水位位置である溢流水位Ｗ２にセットされてから上昇を開始する時までの間の適宜な時間に設定されれば、計測基準水位の設定までの時間に与える影響を少なく出来る。この吐水の結果としてボウル１６の給水ノズル２４より低い部分は水濡れし、その後に大便等の***物飛沫が付着しにくくなる。

１・・・・生体情報測定装置
４・・・・洋風大便器
５・・・・生体情報測定部
９・・・・便器機能部
１６・・・ボウル
１６ａ・・排出口部
１８・・・キャビネット
２４・・・給水ノズル
２５・・・可動トラップ
２５ａ・・大気開放端部
２５ｂ・・溢流部
２５ｃ・・固定端部
２６・・・接続室
２７・・・圧力センサ（水位計測用）
２８・・・移動手段
２９・・・リンク
３３・・・圧力センサ（背圧計測用）
３５・・・排水配管
７０・・・操作・表示部
７１・・・リモコン（大便器用）
７２・・・リモコン（生体情報測定用）
７３・・・プリンタ
Ｗ１・・・・待機時溢流水位
Ｗ２・・・・計測基準水位
Ｗ３・・・・測定時溢流水位

Claims (3)

1. 溜水を貯留可能であり、使用者の尿を受けるとともに外部へ排出する排出口部を底部に備えたボウルと、
   前記排出口部に固定される固定端部と移動可能な大気開放端部とを備えた中空状の可動トラップと、
   前記可動トラップを内包して大気から区画された状態で前記排出口部と下水配管とを接続する接続室と、
   前記大気開放端部を保持して移動させて前記ボウルに貯留されている溜水を前記大気開放端部から前記接続室内に排出させるトラップ移動手段と、
   前記ボウルの溜水水位によって生じる圧力によって溜水水位を計測する水位計測手段と、を有し
   使用者の排尿時の前記水位計測手段によって計測される水位変化量に基づいて、少なくとも尿量を含む生体情報を求める生体情報測定装置において、
   前記トラップ移動手段は、待機状態において測定開始の指示があると、前記大気開放端部を下向きに移動させて前記ボウルの溜水を前記接続室へ排出させ、この排出が継続している間に上向に反転移動させた後に、前記大気開放端部を計測基準位置にて停止させ、この計測基準位置における溜水の排出が終了した後、再び前記大気開放端部を上向きに移動させて測定開始位置にて停止させ、
   前記水位計測手段は、前記大気開放端部が前記計測基準位置で溜水の排出を終了した状態における出力に基づいてこの水位計測手段の出力の校正を行い、前記大気開放端部が前記測定開始位置にある状態における前記水位計測手段の出力変化量に基づいて使用者の尿量を測定することを特徴とする生体情報測定装置。
2. 前記生体情報測定装置は、測定開始時に前記計測基準位置を複数の高さ位置から選択可能であり、前記トラップ移動手段は選択された前記計測基準位置へと前記大気開放端部を移動させることを特徴とする請求項１記載の生体情報測定装置。
3. 前記生体情報測定装置は、前記トラップ移動手段によって前記大気開放端部が下向きに移動してから所定時間、前記ボウル表面に吐水する吐水手段をさらに有したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生体情報測定装置。