(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が一方向に流れる流路に設けられるセンサと、当該センサからの出力に基づいて、前記流路を通過する前記流体の流れ状態を測定する測定手段とを備えた流体検出装置において、
前記センサは、前記流路に連なって入口側から出口側に前記流体が通過する管状の流体通過部と、前記流体の流れ方向に交差するように前記入口側に配置され、当該流体の流れ状態に応じて変位可能に片持ち支持された変位部材と、当該変位部材の自由端側に対向するように、前記出口側における前記流体通過部の中央付近に配置された反射型フォトインタラプタとを備え、
前記変位部材は、前記流体通過部の中央付近を含む領域に配置されるとともに、当該流体通過部の空気の流れを完全に閉塞しない形状及びサイズに設けられ、
前記反射型フォトインタラプタは、前記変位部材に向かって発光する発光素子と、前記変位部材で反射した前記発光素子からの光を検知可能な受光素子とを備え、
前記測定手段では、前記受光素子の受光状態と流量若しくは流速との関係を示すデータに基づき、前記受光状態から、前記流体の流量若しくは流速、又は、当該流量若しくは流速の所定時間当たりの変化度を求めることを特徴とする流体検出装置。
【請求項２】
前記測定手段は、前記受光素子の受光状態を表す電圧値を所定時間毎に検出する電圧検出部と、前記データが予め記憶された記憶部と、前記電圧検出部の電圧値と前記記憶部のデータに基づき、前記流路を流れる前記流体の流れ状態を求める処理部とを備え、
前記処理部では、前記電圧検出部で検出された電圧値から、前記記憶部で記憶されたデータを用い、前記流量、前記流速、又は前記変化度を求めることを特徴とする請求項１記載の流体検出装置。
【請求項３】
前記処理部では、外部から前記流路への前記流体の注入回数を測定するカウント処理が行われ、当該カウント処理は、隣り合う各時刻の電圧値が、予め記憶された閾値を一方向に跨ぐように経時的に推移した際に、前記注入回数を１回とカウントすることを特徴とする請求項２記載の流体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の流路内を流れる流体の流れ状態を検出するための流体検出装置に係り、更に詳しくは、前記流体の流量に基づく各種状態量を測定可能な流体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、医師や救急救命士等の訓練者により行われる気管挿管手技を客観的に評価可能な気管挿管訓練装置を既に提案している（特許文献１参照）。この気管挿管訓練装置は、心肺停止、昏睡状態、麻酔時等、患者が自発呼吸できない場合に、所定の医療機器等により肺に酸素を直接供給する気道管理の手技の中で、喉頭鏡と気管チューブを主に用いた手技についての訓練とその評価を行えるようになっている。その他、気道管理には、ＢＶＭ（バックバルブマスク）、ＬＭＡ（ラリンジアルマスク）等の医療機器を用いたものもあり、これら機器を用いた手技の訓練については、肺への空気注入が適切か否かについても評価の対象となる。しかしながら、前記気管挿管訓練装置では、訓練者により行われた手技が、両方の肺に適切な流量の空気が供給されているか否か、また、ＢＶＭによる換気回数が適切か否か等の空気注入に関する評価を行えない。なお、ＢＶＭによる換気回数は、医学上、成人で１分当たり１２回、子供で同２０回が良いとされている。
【０００３】
そこで、前記気管挿管訓練装置で、外部から空気注入に関する評価を行う場合には、気管挿管訓練装置に模擬的に形成された肺部分、気道部分、食道部分等に流量センサを設け、それら各部分で、気道管理手技により外部から注入された空気の流量を測定することが必要となる。そこで、本発明者らは、前記気管挿管訓練装置の他のセンサに採用されている反射型フォトインタラプタを用いた流量センサを研究開発した。
【０００４】
ところで、特許文献２には、流体の圧力センサが開示されている。この圧力センサは、管の外壁の一部を構成するダイヤフラム状の弾性ゴム膜と、管の外側から弾性ゴム膜に光を照射する発光素子と、弾性ゴム膜で反射した光を受光する受光素子とを備えている。当該圧力センサでは、管内の流体の圧力が高まって弾性ゴム膜が外側に膨出すると、当該弾性ゴム膜と受光素子と間の距離が短くなり、受光光量が最大になったときに、流体圧力が所定値に達したと検知するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−６４８２４号公報
【特許文献２】特開平８−２１９９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献２の圧力センサは、流体の圧力を検出するためのセンサであって流量センサではなく、前述した気管挿管訓練装置内への空気注入状態が適切か否かについての基準となるデータを取得することができない。つまり、前記圧力センサでは、気管挿管訓練装置内に注入される空気の流量、流速、それらの所定時間当たりの変化度、又は、空気の注入回数等の測定を行うことができない。
【０００７】
本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、比較的簡単な構造で、流路内の流体の流量、流速、それらの経時的な変化度、又は、外部から間欠的に流路に流体が供給される場合の供給回数を測定することができる流体検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、流体の流路に設けられるセンサと、当該センサからの出力に基づいて、前記流路を通過する前記流体の流れ状態を測定する測定手段とを備えた流体検出装置において、
前記センサは、前記流体の流れ方向に交差するように配置されて当該流体の流れ状態に応じて変位可能に設けられた変位部材と、当該変位部材に向かって発光する発光素子と、前記変位部材で反射した前記発光素子からの光を検知可能な受光素子とを備え、
前記測定手段では、前記受光素子の受光状態と流量若しくは流速との関係を示すデータに基づき、前記受光状態から、前記流体の流量若しくは流速、又は、当該流量若しくは流速の所定時間当たりの変化度を求める、という構成を主として採っている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡単な構成で装置全体の小型化を図ることができ、且つ、流路内の流体の流量、流速、流量若しくは流速の経時的な変化度、又は、外部から間欠的に流路に流体が供給される場合の供給回数を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る流体検出装置の概略構成図。
【図２】フローセンサの概略断面図。
【図３】（Ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿う概略断面図であり、（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１には、本実施形態に係る流体検出装置の概略構成図が示されており、図２には、前記流体検出装置を構成するセンサの概略断面図が示されている。これらの図において、前記流体検出装置１０は、本出願人が既に提案している気管挿管訓練装置（図示省略、特開２００８−６４８２４号公報等参照）の空気の流路Ｆ（図２参照）に設けられ、気道管理の訓練時に、装置外部から流路Ｆに注入された空気の流れ状態を測定可能に設けられている。
【００１３】
前記流体検出装置１０は、流路Ｆに取り付けられるセンサとしてのフローセンサ１１と、フローセンサ１１からの出力に応じて流路Ｆを通過する空気の流れ状態を求める測定手段１２とを備えて構成されている。
【００１４】
前記フローセンサ１１は、図２に示されるように、流路Ｆに接続される本体１４と、本体１４の内部中央に形成され、同図中左右方向に延びる流体通過部１５と、流体通過部１５の内部に位置し、空気の流れ状態を検知するセンシング部１６とを備えている。
【００１５】
前記本体１４は、図２中右側となる空気の入口側（上流側）に配置された上流側部材２１と、同図中左側となる空気の出口側（下流側）に配置された下流側部材２２とからなる。なお、特に限定されるものではないが、これら各部材２１，２２は、分割可能となっている。
【００１６】
前記流体通過部１５は、その両端側がそれぞれ流路Ｆに連なっており、図２中右側の流路Ｆからの空気が、同図中左側の流路Ｆに向かって通過可能となっている。
【００１７】
前記センシング部１６は、図２及び図３に示されるように、上流側部材２１に移動不能に取り付けられたリング状の支持部材２４と、支持部材２４に支持され、流体通過部１５を流れる空気によって変位可能な変位部材２５と、変位部材２５に対向して配置された反射型フォトインタラプタ２７と、下流側部材２２に移動不能に取り付けられるとともに、反射型フォトインタラプタ２７を固定して保持するインタラプタ保持部２８とを備えている。
【００１８】
前記変位部材２５は、流体通過部１５内の空気の流れを完全に閉塞しない形状及びサイズからなる弾性体によって形成されており、流体通過部１５の入口寄りの部分で空気の流れ方向に交差するように図２中上下方向に配置されている。具体的に、本実施形態の変位部材２５は、図３（Ａ）に示されるように、舌片状に形成されて支持部材２４に片持ち支持され、その面部分２５Ａが流体通過部１５の空気の流れ方向にほぼ直交する向きで配置されている。従って、流路Ｆからの空気が流体通過部１５に入ると、当該空気の流れによって、変位部材２５の自由端側が反射型フォトインタラプタ２７の方向に変位し（図２中１点鎖線参照）、当該変位量は、空気の流速や流量等の状態に応じて変化することになる。また、前記面部分２５Ａは、所定の遮光性を備えた反射材により形成されている。
【００１９】
なお、この変位部材２５は、本実施形態の構成に限定されるものではなく、流体通過部１５内の空気の流れを阻止せずに、当該空気の流れ状態に応じて変位可能であれば、種々の形状及び取り付け構造を採用することができる。
【００２０】
前記反射型フォトインタラプタ２７は、発光ダイオード等の発光素子３０と、フォトトランジスタ等の受光素子３１とを備えた公知の構成となっており、発光素子３０から照射されて変位部材２５で反射された光を受光素子３１で検知可能になっている。ここで、流路Ｆに流れた空気が流体通過部１５を通過すると、当該空気の流量や流速に応じて変位部材２５が変位し、変位部材２５と反射型フォトインタラプタ２７との離間距離が変わる。すると、受光素子３１で検知される光量が変わり、受光素子３１から出力される電流値が変化することになる。つまり、流体通過部１５を通過する空気の流量や流速が大きい程、変位部材２５が反射型フォトインタラプタ２７に近づき、受光素子３１で検知される光量が増えて、当該受光素子３１から出力される電流値が増えることになる。
【００２１】
前記インタラプタ保持部２８は、図３（Ｂ）に示されるように、下流側部材２２に固定されるリング状部材３３と、リング状部材３３の内側に固定され、反射型フォトインタラプタ２７が取り付けられる取付部材３４とからなる。この取付部材３４は、流体通過部１５を完全に閉塞しないように流体通過部１５の中央付近に配置されており、リング状部材３３と取付部材３４とで囲まれる空間が、流体通過部１５内の空気の流れを許容する空間となっている。なお、インタラプタ保持部２８は、図示例の配置に限定されるものではなく、発光素子３０から照射されて変位部材２５で反射された光を受光素子３１で検知できるように、反射型フォトインタラプタ２７を固定的に保持できる限り、種々の態様の構造を採用できる。
【００２２】
前記測定手段１２は、ソフトウェア及び／又はハードウェアによって構成され、プロセッサ等、複数のプログラムモジュール及び／又は処理回路より成り立っており、図１にその構成が示されている。すなわち、測定手段１２は、受光素子３１から出力された電流の変化に伴う電圧値を所定時間毎に検出する電圧検出部３６と、所定のデータが記憶された記憶部３７と、電圧検出部３６の電圧値と記憶部３７の各データに基づき、流路Ｆ内の空気の流れ状態を求める処理部３８とを備えている。
【００２３】
前記記憶部３７では、受光素子３１の出力に応じた電圧値と、流路Ｆを流れる空気の流量又は流速との関係を示すデータが数式又はテーブルの形式で記憶されている。このデータは、流路Ｆや流体通過部１５のサイズを考慮して実験等により予め求められたものが利用され、前述したように、流体通過部１５を通過する空気の流量や流速が大きい程、流量や流速がゼロのときに対する電圧値の変化が大きくなるように設定されている。
【００２４】
前記処理部３８では、電圧検出部３６で電圧値が検出される度に、記憶部３７で記憶されたデータを用い、流路Ｆを流れる空気の流量又は流速が求められる。また、処理部３８では、各時刻で取得した流量又は流速と手技開始からの経過時間とから、演算により流量又は流速の所定時間当たりの変化度を求めることもできる。
【００２５】
従って、このような実施形態によれば、気管挿管訓練装置を用いた気道管理の手技に際し、装置内に外部から注入された空気の供給状態が適切か否かの客観的な評価を行う上でのデータ取得が可能になる。これにより、例えば、装置内の適切な部位に空気が供給されたか否か、或いは、当該空気の流量又は流速やそれらの経時的な変化量が適切か否か等の評価に資することになる。
【００２６】
なお、前記処理部３８においては、装置外部から流路Ｆへの空気注入が周期的に行われる場合に、その注入回数を測定するカウント処理を行うことも可能である。ここでのカウント処理は、次の手順にて行われる。先ず、反射型フォトインタラプタ２７から取得した電気信号について、公知のデジタルフィルタを用いてノイズを除去するフィルタリングが行われる。そして、各時刻の電圧値について、所定の閾値以上の場合には、「ＨＩＧＨ」とし、同閾値より低い場合には、「ＬＯＷ」とするように二値化される。なお、ここでの閾値は、実験結果等によって設定され、予め記憶部３７に記憶される。次に、二値化された電圧値について、経時的に「ＬＯＷ」から「ＨＩＧＨ」に変わったときに、１回とカウントされる。すなわち、ここでのカウント処理は、隣り合う各時刻の電圧値が、閾値よりも低い値から高い値に経時的に推移したときにのみ、注入回数１回とカウントするようになっている。これによれば、装置内への空気注入の開始と停止が繰り返し周期的に行われるＢＶＭ（バックバルブマスク）による手技の換気回数を測定することが可能になる。なお、前述とは逆に、閾値よりも高い値から低い値に経時的に推移したときにのみ、注入回数１回とカウントしてもよい。要するに、ここでのカウント処理としては、隣り合う各時刻の電圧値が、経時的に、予め決められた一方向に所定の閾値を跨いで推移したときにのみ、空気の注入回数を１回とカウントすれば良い。
【００２７】
なお、前記実施形態の流体検出装置１０は、気管挿管訓練装置の流路Ｆ内の空気の流れ状態を計測するために用いられているが、これに限定されず、その他の装置や流路において、他の流体の流れ状態を測定するために利用することもできる。
【００２８】
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  流体検出装置
１１  フローセンサ（センサ）
１２  測定手段
２５  変位部材
３０  発光素子
３１  受光素子
３６  電圧検出部
３７  記憶部
３８  処理部
Ｆ  流路
【図１】
0005923813.tif 000002
【図２】
0005923813.tif 000003
【図３】
0005923813.tif 000004