(57)【要約】【課題】利用者を待たせることなく計測でき、尿流率も正確で時間的な応答性に優れた排尿情報を提供できるようにする。【解決手段】尿を貯える尿貯留手段２と、尿貯留手段２に蓄えられた尿の水位や重量を計測する尿データ計測手段３０と、尿データ計測手段３０により得られる計測データに基づいて排尿量、尿流率を含む排尿情報を算出する排尿情報算出手段と、を有している。排尿情報算出手段は、尿データ計測手段の計測データを統計的処理して得られる算出用データに、所定の振動モデルを適用してパーティクルフィルタによって処理することによって排尿情報を算出する。【選択図】図３
2013090748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿を貯える尿貯留手段と、
前記尿貯留手段に蓄えられた尿の体積や重量を計測する尿データ計測手段と、
前記尿データ計測手段により得られる計測データに基づいて排尿量、尿流率を含む排尿情報を算出する排尿情報算出手段と、
を有する排尿情報測定装置において、
前記排尿情報算出手段は、前記尿データ計測手段の計測データを統計的処理して得られる算出用データに、所定の振動モデルを適用してパーティクルフィルタによって処理することによって前記排尿情報を算出することを特徴とする排尿情報測定装置。
【請求項２】
前記尿貯留手段が洋式大便器のボウルであり、前記計測データが前記ボウル内の溜水の水位データであることを特徴とする請求項１または２に記載の排尿情報測定装置。
【請求項３】
前記算出用データが、少なくとも排尿開始時または排尿終了時の各水位乃至は水位変化率を含むものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の排尿情報測定装置。
【請求項４】
振動モデルを適用したパーティクルフィルタによって処理する場合において、排尿の状態、すなわち、少なくとも排尿前、排尿中、排尿後で適用する振動モデルを変更して排尿情報算出することを特徴とする請求項１記載の排尿情報測定装置。
【請求項５】
前記振動モデルが自己回帰モデルまたは三角関数モデルであることを特徴とする請求項１記載の排尿情報測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排尿情報測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
尿は体内の不要な老廃物を体外に排出させる働きを担っているため、身体の代謝機能の状態を判断する指標として、排尿量等の排尿情報を測定することが医療機関で行なわれている。その方法としては、排尿時の尿の重量変化や体積変化を計測対象として求める装置が用いられている。
【０００３】
具体的には、重量変化計測方式では電子天秤の上に置いたビーカ等の収集容器に排尿を連続的に行なって、電子天秤からの重量変化データを計測データとして得るものがある。
【０００４】
また、体積変化計測方式では通常の大便器のボウル内に通常通り排尿し、その時のボウル内の便器溜水の水位変化を水頭圧変化として圧力センサで計測することによって圧力変化データを計測データとして得る排尿情報測定便器がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この装置では、排尿情報の測定は、予め所定の測定初期水位である測定開始水位にセットされた便器溜水の排尿による水位変化を計測し、計測結果に便器形状によって決まる水位と溜水量との関係式を適用することによって排尿量等の排尿情報を求めている。その水位変化の計測は溜水に流体的に接続された圧力センサを用いて便器溜水の水位によって生じる圧力（水頭圧）を電気的出力信号に変換して計測データとしている。
【０００６】
これらの装置においては、測定の際に得られる重量変化データや圧力変化データは実際の重量変化や圧力変化に由るものだけでなく、装置の構成や設置環境に由来する各種の信号がノイズ成分として重畳されたものとなる。
【０００７】
例えば、前述した排尿情報測定便器においては、測定対象となる排尿の体積に対して大便器の溜水の水平断面積は相対的に広いため、排尿に伴って生じる水位変化自体は相対的に小さなものとなる。従って、高精度の排尿量測定を行うために水位計測手段としての圧力センサも高感度のものを使用している。
【０００８】
一方、計測対象となる溜水の水位変化は、本来の計測対象とする排尿による水量増加による変動だけでなく、計測の準備のための水位計測配管のバルブ開閉動作に伴う変動や、排尿の溜水突入による水面振動よる変動を含んだものとなる。その結果、計測によって得られる圧力センサの出力信号も、これらの変動に起因する信号がノイズとして重畳されたものとなる。
【０００９】
そのためこれらの装置では、計測データとなるセンサ出力信号に対して平均化処理やデジタルフィルタ処理等のデータ処理を行なうことによってこれらのノイズの除去を図っている。
【００１０】
また、これらの平均化処理やデジタルフィルタ処理を行って得られたデータを使って、尿流率を求める場合も、更にノイズ除去を行うために再び平均化処理やデジタルフィルタ処理が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−０７７７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、これらのノイズの中で例えば、水位計測配管内の溜水水位の変動のように、周期が１Hz以下と低い振動ノイズの場合は、前述した従来技術の処理では除去が困難であった。その結果、排尿していない時の振動ノイズの立ち上り信号を誤って排尿開始状態と誤判断し、その結果、排尿していないのに排尿したような測定結果が現れるなどの事態を引き起こしていた。これらの排尿開始時刻や排尿パターンはいずれも排尿情報として重要なパラメータの一つであるため、その結果として、正確な病状診断が出来ない場合があった。
【００１３】
また、測定初期水位が予め排尿量演算の基準となる排尿開始水位として設定されているときは、実際の排尿開始水位との誤差が生じ、また排尿開始水位を予め設定した時間区間のセンサデータの平均で決めるときは、平均する時間区間の長さで得られる水位が異なり、結果として、いずれの場合も排尿量の測定誤差が大きくなるという問題がある。そして、排尿終了時の水位計測にも同等の問題がある。
【００１４】
また、以上のように振動ノイズがデータ処理では完全に除去できないので、測定開始に際しては、利用者の測定開始操作からある程度の時間が経過し、振動ノイズの発生源となる水位変動がある程度のレベル以下に収束してから、利用者の排尿を許可するようにしなければならず、尿意を有した利用者を待たせなければならないという問題もあった。
【００１５】
更に尿流率を求めるときにも平均化処理やデジタルフィルタ処理を行っているために、尿流率が時間的に急変するような変化が計測できず、その結果として正確な症状診断が出来ない場合があった。
【００１６】
本出願は、上述した課題に鑑み、利用者を待たせることなく計測でき、尿流率も正確で時間的な応答性に優れた排尿情報を提供できる排尿情報測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
かかる課題を解決するべく本発明者は種々検討した。従来手法では、センサ信号の単純な平均化処理やデジタルフィルタを用いた振動ノイズの除去を行っていたが、便器配管内の水の振動は１Hz以下と低いために、ノイズの除去がほとんどできないことに上記課題は起因している。この点に着目した本発明者は、センサ信号を排尿量による水位分と振動項に分けた物理的なモデルを作成し、振動分の未来予測をすることで排尿開始水位と排尿開始時刻を明確にすることについて検討した結果、従来の半分以下の待ち時間で準備でき、尚かつ正確な排尿情報が得られる技術を知見するに至った。
【００１８】
本発明はかかる知見に基づくものであり、尿を貯える尿貯留手段と、尿貯留手段に蓄えられた尿の体積や重量を計測する尿データ計測手段と、尿データ計測手段により得られる計測データに基づいて排尿量、尿流率を含む排尿情報を算出する排尿情報算出手段と、を有する排尿情報測定装置において、排尿情報算出手段は、尿データ計測手段の計測データを統計的処理して得られる算出用データに、所定の振動モデルを適用してパーティクルフィルタによって処理することによって前記排尿情報を算出することを特徴とするものである。
【００１９】
かかる排尿情報測定装置においては、パーティクルフィルタによる処理を利用した統計的手法を源データに適用することによって、振動ノイズの影響を効果的に排除し、振動分の未来予測をすることで実際の排尿開始水位と排尿開始時刻を明確にすることができる。したがって、この排尿情報測定装置によれば、従来よりも簡単な演算処理でより正確な算出用データおよび排尿情報を求めることが可能となる。
【００２０】
上述の排尿情報測定装置においては、尿貯留手段が洋式大便器のボウルであり、計測データがボウル内の溜水の水位データであることが好ましい。このような排尿情報測定装置においては、便器を使用することになるため、測定排尿の後処理が容易になる。
【００２１】
また、排尿情報測定装置においては、算出用データが、少なくとも排尿開始時または排尿終了時の各水位乃至は水位変化率を含むものであることが好ましい。こうした場合、排尿情報として重要な要素を簡単な処理で正確に求めることが可能となる。
【００２２】
また、排尿情報測定装置において振動モデルを適用したパーティクルフィルタによって処理する場合において、排尿の状態、すなわち、少なくとも排尿前、排尿中、排尿後で適用する振動モデルを変更して排尿情報算出することが好ましい。計測データの状態に合わせた処理を行うことにより、追従性よく算出用データを取得することが出来るようになる。
【００２３】
また、排尿情報測定装置において、振動モデルが自己回帰モデルまたは三角関数モデルであることが好ましい。この場合、ノイズ除去のための演算処理が少ない変数で行なえるため、安価な排尿情報算出手段の使用が可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、排尿開始水位や排尿開始時刻が明確にできるようになるため、正確な排尿情報を提供でき、振動ノイズが存在していても排尿開始時点が容易に判断できるために、利用者を待たせることなく計測でき、尿流率も正確で時間的な応答性に優れた排尿情報を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の排尿情報測定装置の一実施形態における排尿情報測定便器の設置状態を示す斜視図である。
【図２】排尿情報測定便器の全体構成を便器部の断面図と測定機能部のブロック図との組み合わせで示す図である。
【図３】排尿情報測定便器の構成例を示す図で、準備動作（圧力センサ出力校正）時の様子を表すものである。
【図４】排尿情報測定便器の構成例を示す図で、準備動作（測定管水位切替）時の様子を表すものである。
【図５】排尿情報測定便器の構成例を示す図で、測定動作時の様子を表すものである。
【図６】排尿情報測定便器の構成例を示す図で、測定終了後の測定開始水位創成時の測定管補水動作の様子を表すものである。
【図７】排尿情報測定便器の構成例を示す図で、設置調整動作（測定管路エアー抜き）時の様子を表すものである。
【図８】排尿情報測定便器の構成例を示す図で、設置調整動作（検量線取得）時の様子を表すものである。
【図９】排尿情報測定に伴う排尿情報測定便器の測定動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】排尿情報測定便器による排尿情報算出処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】排尿情報測定便器に排尿したとき、排尿量に応じて上昇する溜水水位による圧力変化と波立ちによる圧力変化とを重畳した圧力変化を示すグラフである。
【図１２】実際のセンサデータ推定値を使って波立ちノイズを推定する場合のグラフである。
【図１３】センサデータの差分値（現時刻のデータから、ｎ△ｔ時刻前のデータを引く）を示すグラフである。
【図１４】排尿開始を判断する事例を示すグラフである。
【図１５】差分による排尿開始を判断する事例を示すグラフである。
【図１６】従来のデジタルフィルタを使った方法による振動ノイズ除去を説明するグラフである。
【図１７】図１６の排尿を誤判断したときの尿流率の例を示すグラフである。
【図１８】排尿情報測定便器に排尿したとき、排尿量に応じて上昇する溜水面水位による圧力変化を圧力センサで計測した結果に基づいて本発明のトレンドモデルで推定した算出用データの一例を示すグラフである。
【図１９】本発明にかかる排尿情報測定便器に排尿したとき、排尿量に応じて上昇する溜水面水位による圧力変化を圧力センサで計測した結果に基づいて本発明の方法で尿流率を推定した結果の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
本発明にかかる排尿情報測定装置は、尿貯留手段、尿データ計測手段、排尿情報算出手段を有する装置であり、排尿情報を算出することを可能とするものである。以下では、排尿情報測定装置が洋式大便器に取り付けられた場合（以下、排尿情報測定便器という）を例示し、まずは当該排尿情報測定便器１０１の概略を説明したうえでその全体構成について詳細に説明し、さらにその後、排尿情報測定に伴う排尿情報測定便器１０１の管路切り替え等の一連の測定動作、排尿情報の算出理論を順に説明する。
【００２８】
図１に、本実施形態における排尿情報測定便器１０１が測定ブースに設置された状態を示す。本実施形態における排尿情報測定便器１０１は、洋風大便器１０２と、排尿情報測定便器１０１を作動きせる種々の機能部と制御部１２０を収納したキャビネット１０４と、排尿情報測定便器１０１を使用者が操作したり測定結果を参照したりするための操作・表示部１２２と、を有する。なお、排尿情報測定便器１０１には、さらに、尿中の特定成分濃度等を測定する尿成分測定装置や、使用者の局部を洗浄する衛生洗浄装置が設置されていてもよいが、いずれも排尿情報測定に対しては必需のものではない。洋風大便器１０２は、陶器製であり、その上部には、樹脂製の便座１１０が回動自在に取り付けられ、通常の大便器と同様な便器洗浄機能部も備えている。
【００２９】
排尿情報測定便器１０１が設置されている測定ブース（例えばトイレ内の間仕切りされた個室）の壁には、排尿情報測定便器１０１を操作するための操作・表示部１２２として、排尿情報測定部リモコン１３４と衛生洗浄装置を動作させるための衛生洗浄装置リモコン１３２が併設されているが、両者の機能を併せ持つリモコンが設置されていてもよい。
【００３０】
排尿情報測定部リモコン１３４は被験者がトイレに入室し、排尿情報を測定する時に操作するもので、排尿情報測定便器１０１に対して測定開始の意思を示す測定開始スイッチと、排尿が終了したことを示す排尿終了スイッチを備えている。この排尿情報測定部リモコン１３４には、測定データの個人別管理を行うために、個人認証スイッチやＩＤカード等の読み込み手段が設けられてもよい。また、測定結果は排尿情報測定部リモコン１３４の表示部で被験者に開示してもよいし、プリンター１４１を使用して被験者に開示されてもよい。さらにまた、本実施形態における排尿情報測定便器１０１を医療機関に設置したことを想定すると、複数の被験者データを所定の時刻に回収すべく、看護師が排尿情報測定部リモコン１３４を操作して、プリンターからデータを取り出すことも考えられる。
【００３１】
図２に、本実施形態の排尿情報測定便器１０１の全体構成を便器部の断面図と測定機能部のブロック図との組み合わせで示す。
【００３２】
排尿情報測定便器１０１を構成する洋風大便器１０２は、通常の洋式大便器と同様な便器洗浄機構を備えており、排水ソケット９を介して下水配管（図示せず）に接続されている。下水配管に対して、トラップ部５によって溜水４が形成されており、下水配管内で発生した臭気や衛生害虫がトイレ内に侵入しないよう衛生面が配慮されている。
【００３３】
洋風大便器１０２には被験者が排泄を行うボウル２と、ボウル２の上部に設置されボウル内面に向けて吐水するリム吐水ノズル７と、底部に設置されトラップ部５に向けて吐水するゼット吐水ノズル８とが形成されている。
【００３４】
水位設定手段６は、リム吐水ノズル７とゼット吐水ノズル８へそれぞれ水を供給するリム給水手段７１とゼット給水手段８１とを備え、さらに、少量の水をゼット吐水ノズル８に供給する補水手段９１を備えている。
【００３５】
排尿情報測定便器１０１では、排尿量の測定時のための溜水水位測定が終了した後、ボウル２は、リム吐水ノズル７からの吐水によって内周面が洗浄され、その後、ゼット吐水ノズル８からの吐水でトラップ部５の内部に発生するサイホン現象によって、貯留されている溜水４が排泄物とともに下水配管に送出されるようになっている。
【００３６】
ゼット給水手段８１からゼット吐水ノズル８への供給流路は分岐部８２を持ち、溜水水位測定手段１４への導圧水路８３が分岐接続されている。導圧水路８３は、溜水水位を測定するために、溜水水位測定手段１４に溜水４の水位ヘッドを伝達するためのものであるが、導圧水路８３には、補水手段９１がさらに分岐接続されて、測定開始水位形成時にはボウル２への給水路にもなっている。
【００３７】
排尿情報測定便器１０１では、溜水の排出が一旦完了した後に、このリム給水手段７１とゼット給水手段８１からの給水の供給量を制御することによって、測定開始の初期水位である測定開始水位を概略形成する。そして、その後、補水手段９１からの給水に切り替えて少量の水をボウル２内に供給することによって、溜水４の水位を測定の際に必要な測定開始水位に正確にセットしている。
【００３８】
下水配管（図示省略）との接続部分となる排水ソケット９には、下水配管連絡口１０を介して下水圧変動量計測手段１６が接続されている。水位設定手段６、溜水水位測定手段１４、操作・表示部２２、および下水圧変動量計測手段１６は共通の制御部１５に接続されており、それぞれ給水動作の制御、溜水水位の測定、被験者の操作受付処理や下水圧測定等の各種動作の制御が行われる。
【００３９】
制御部１５は、測定値補正手段１７と排尿情報算出手段１８を有している。測定値補正手段１７は溜水水位測定手段１４の水位測定値を、下水圧変動量計測手段１６の下水圧測定値によって、下水圧変動のない状態に補正する。補正された溜水水位に関する情報は、水位−溜水量の検量関係式に基づいて溜水量の変化情報に換算され、さらに排尿情報算出手段１８によってこの溜水量変化情報から尿量や尿流率等の排尿情報が演算される。
【００４０】
排尿情報測定便器１０１はさらに、排尿情報算出手段１８が算出した種々の測定結果や、個人認証結果・測定時刻などの測定環境情報を、被験者だけでなく、測定データを利用する医師・看護師などの医療関係者や、排尿情報測定便器の動作を管理する設備管理者との間で伝達する外部出力手段（図示省略）を備えている。
【００４１】
なお、本実施形態では溜水水位測定手段１４の水位検出手段として、ボウル内の溜水４と管路で流体的に連通する測定管３１と測定管３１に設置され溜水の水位変化に比例する出力がとれる後述する圧力センサＳ１（いずれも図３他参照）とを使用している。この構成の場合、ボウル２から離間した場所において溜水４の水位に比例する水位を測定できることから装置の全体構成が簡単になる。水位検出手段のその他の事例としては、非接触の超音波変位センサなどによって溜水４の表面位置を計測するものがあり、汚水となるボウル内の溜水と接しないことから高信頼性の動作を期待できることになる。
【００４２】
また、溜水水位測定手段１４には、溜水４の波立ちなどの微小振動の水位測定への影響を取り除く除振手段１４ａや、圧力センサＳ１の出力の校正動作を実施する校正手段１４ｂが内蔵されている。
【００４３】
下水圧変動量計測手段１６は、下水配管内の圧力変動が溜水水位に及ぼす影響量を測定するものであり、本実施例では圧力センサを採用して下水配管内の圧力変動を直接計測しているが、その他の例として水位センサを用いて下水配管内の圧力変動によって引き起こされる溜水水位の変化量を計測する構成としてもよい。
【００４４】
続いて、排尿情報測定装置の構成例を説明する。図３等に、本実施形態の排尿情報測定便器１０１における配管やセンサ等の構成を模式的に示す。
【００４５】
図３において、補水タンク６０は、給水源（図示せず）から供給される水を排尿情報測定便器１０１の動作に応じて各部に給水するために一時的に貯留するタンクで、配管３２，３３により測定管３１に連通し、また、別の配管３６，３７により、ゼット吐水ノズル８に接続されて、溜水４と連通した状態となっている。配管３６には、ドレンタンク６１に連通した配管３４が分岐接続され、途中に排水ポンプＰ２が配設されている。なお、各配管には各動作に応じた所定の管路を形成するための開閉バルブＶ１〜Ｖ５が適宜配置されている。
【００４６】
測定管３１は、配管（導圧路）３６，３７およびゼット吐水ノズル８を通じてボウル２内の溜水４と同じ水位を形成するためのものであり、測定管３１内の水に接している圧力センサＳ１は、水位に比例する信号を出力する。本実施形態では、圧力センサＳ１を利用して測定管３１内の水位を測定することによって溜水４の水位を推定しており、測定管３１は圧力センサＳ１とともに溜水水位測定手段１４の水位測定手段として機能する。なお、符号Ｓ２は、下水配管連絡口１０に接続された配管３５を介してドレンタンク６１内の圧力を測定することによって、下水圧変動量計測手段１６として機能する圧力センサである。
【００４７】
本発明における排尿情報測定装置の尿貯留手段は、尿を一時的に貯える機能を有している。例えば本実施形態の場合には、排尿情報測定便器１０１のボウル２が尿貯留手段として機能する（図２等参照）。被験者の尿は、ボウル２の底部に形成されている貯水部に一時的に貯留された状態となる。本実施形態のごとく洋式大便器のボウル２を排尿情報測定装置の尿貯留手段として利用した場合には、測定終了後、通常の排尿・排便時の便器洗浄動作をするだけで容易に後処理（測定終了後の排尿の処理）をすることができる。
【００４８】
本発明における尿データ計測手段は、尿貯留手段に蓄えられた尿の水位や重量を計測する機能を有している。例えば本実施形態の場合には、溜水と混合された状態ではあるが尿を蓄えるボウル２（尿貯留手段）の蓄えられた尿によって形成される水位を計測しているため、上述した測定管３１、圧力センサＳ１は尿データ計測手段３０を構成している。
【００４９】
また、尿データ計測手段３０により得られる計測データに基づき、排尿情報算出手段１８が排尿量、尿流率を含む排尿情報を算出する。後で詳述するように、本実施形態では、このような排尿情報算出手段１８を用い、計測データに所定の振動モデルを適用してパーティクルフィルタによって処理して得られる算出用データを用いて排尿情報を算出することとしている。
【００５０】
続いて、排尿情報測定に伴う排尿情報測定便器１０１の管路切り替え等の動作について説明する（図３〜図１０参照）。
【００５１】
被験者が排尿情報測定部リモコン１３４の測定開始スイッチを押し下げる等して測定開始操作すると（図９に示すステップＳ１０１）、実際の出力計測に先立ち、測定管３１が所定の高さに設定された開放端まで満水位の状態で圧力センサＳ１の出力が計測される（ステップＳ１０２）。次に、このときの計測値に基づいて圧力センサＳ１の出力校正を実施する（ステップＳ１０３）。
【００５２】
＜準備動作１（圧力センサ出力校正）＞
ここでは、圧力センサＳ１の出力電圧を絶対校正するために、補水タンク６０内の水を給水して測定管３１の所定の高さに設けられた大気開放端から溢れさせ、測定管３１の中に大気開放端までの一定高さ（既知）の校正用水柱を創成し、その校正用水柱によって生じる一定水圧（水頭圧）の出力電圧の計測値に基づいて圧力センサＳ１の水位換算出力値を校正する（図３参照）。補水タンク６０内の水は、給水ポンプＰ１によって配管３２，３３を通じて測定管３１へ送り込まれる。測定管３１の大気開放端から溢れた水はドレンタンク６１へと流れ込み、そのうち所定の水位を超えた分は導圧路３５、下水配管連絡口１０を通って排水ソケット９へと排水される。本実施形態では、以上の圧力センサ出力校正は測定の都度、毎回実施するが、被験者の測定開始時の待ち時間を短縮するため、時間を要する校正用水柱を創成する工程は前回の測定が終了した際に行っておき、比較的短時間で行なえる出力の計測（ステップＳ１０２）および校正（ステップＳ１０３）の工程だけを測定開始時に実施する。
【００５３】
＜準備動作２（測定管の水位切替）＞
次に、測定管３１とボウル２とが連通するように配管を切り替えて、測定管３１内の水位をボウル２の溜水４の水位と同水位にする（ステップＳ１０５）。即ち、開閉バルブＶ５を閉め、開閉バルブＶ２を開け、導圧路３６と導圧路３７とを連通させることによって、測定管３１とボウル２とが連通した状態とする（図４参照）。このとき、連通する前の両者の水位が互いに異なるため、測定管３１とボウル２が連通すると同水位に移行する過程で測定管３１の水位が振動し、この振動が圧力センサＳ１の出力値に現れる状態となる。なお、図４等では連通した状態の配管（導圧路）を太線で示している。
【００５４】
＜測定動作＞
準備動作を終えたら、排尿情報測定便器１０１内の時間的な水位変化を、圧力センサＳ１を用いて排尿開始から終了まで計測する（ステップＳ１０５）。この間は、排尿に伴いボウル２の溜水面に振動が生じる。この振動はボウル２に連通している測定管３１にも伝わり、この振動が圧力センサＳ１の計測値に現れる。ここで計測された水位変化は予め記憶しているボウル形状に基づいた水位と水量の検量関係に基づいて、溜水量変化に換算される。単位時間当たりの溜水量変化が尿流率Ｓt（ｍＬ／ｓ）であり、排尿中の尿流率積算値が排尿量Vu（ｍＬ）である。計測結果から算出用データが作成され（ステップＳ１０６）、排尿情報が算出される（ステップＳ１０７）。本実施形態のように、少なくとも排尿開始時または排尿終了時における溜水水位（溜水の水面高さ）や水位変化率を含む算出用データを用いることで、排尿情報として重要な要素を簡単な処理で正確に求めることが可能である。以上の測定動作は、被験者が排尿情報測定部リモコン１３４の排尿終了スイッチから排尿終了を入力するまで続けられる（ステップＳ１０８）。
【００５５】
＜便器洗浄およびその後の補水動作＞
測定動作を終えたら、通常の大便器と同様に、リム給水手段７１とゼット給水手段８１とから順次給水を行なって、ボウル２内の排泄物を含んだ内容物を便器外に排出した後、再度ボウル２内に溜水を形成する便器洗浄動作を行なう（ステップＳ１０９）。その後、補水タンク６０内の貯留水を給水ポンプＰ１によってゼット吐水ノズル８から補水してボウル２内に測定開始水位を創成する（ステップＳ１１０）。測定開始水位は一例として、封水深が５０ｍｍ以上であってできるだけ低くなっていることが好ましい。そのため本実施形態では、当該水位に正確に形成するために、便器洗浄動作で給水したうえで、補充する溜水を、補水タンク６０からゼット吐水ノズル８に向けて供給する（図６参照）。
【００５６】
測定開始水位を創成したら、開閉バルブＶ２を閉じ開閉バルブＶ３を開けることによって、給水管路を測定管３１への管路に切り替える（ステップＳ１１１）。管路切り替え後、前述したように、補水タンク６０内の水を給水して測定管３１の中に一定高さ（既知）の校正用水柱を創成する動作を行なう（ステップ１１２）。
【００５７】
即ち、補水タンク６０内の水は、給水ポンプＰ１によって配管３２，３３を通じて測定管３１へ送り込まれる。そして、測定管３１の所定の高さに設けられた大気開放端から溢れた水はドレンタンク６１へと流れ込み、そのうち所定の水位を超えた分は導圧路３５、下水配管連絡口１０を通って排水ソケット９へと排水されることによって、大気開放端までの高さを持った水柱が測定管３１内に正確に創成される。測定管３１に注水して大気開放端までを満水状態として次回の測定準備が完了したら、一連の排尿情報測定動作を終了する。
【００５８】
なお、以下に、排尿情報測定便器１０１の現場据え付け時にのみ一回限り行う動作（設置調整動作）を参考までに示す（図７、図８参照）。
【００５９】
＜設置調整動作（エアー抜き）＞
配管内における残存エアーが水位測定を阻害しないように、補水タンク６０とボウル２内の水を導圧路３６等に通水して、圧力測定管路内のエアーを排出する（図７参照）。
【００６０】
＜設置調整動作（検量線取得）＞
ボウル２内の溜水４の水位と溜水量との関係である検量関係を学習するために、Ａ：ボウル２内の溜水４を排水ポンプＰ２で定量吸引、Ｂ：圧力センサＳ１で測定管３１内の水柱の圧力測定、を所定の繰り返し行なって、溜水量と圧力測定値（水位）との検量関係となる回帰式を取得する（図８参照）。
【００６１】
続いて、排尿情報の算出の理論について説明する（図１０〜図１９参照）。
【００６２】
図１８は、本実施形態の排尿情報測定便器１０１のボウル２内に排尿したとき、排尿量に応じて上昇する溜水面水位による圧力変化を圧力センサＳ１で計測した結果のセンサデータを示す。本発明における尿貯留手段としてボウル２のように広い面積の容器で排尿状態を連続して計測する場合、尿流入による容器内の水位変化はわずかであるので高感度のセンサを使用することになるが、高感度のセンサでは出力信号のノイズが大きくなるという現象があり、図１８のようにノイズを多く含んだ結果になる。このようなセンサデータから、水位の真値をセンサデータ推定値とし、これを算出用データと呼ぶ。算出用データを求めるには、パーティクルフィルタでトレンドモデルをつかって推定する。今、時刻iでの算出用データをｙdiとすると１次のトレンドモデルでは
ｙdi =ydi-1+wydi  （1）
２次のトレンドモデルでは
ｙdi＝２ｙdi-1−ｙdi-2＋ｗydi  （２）
と表せる。ここでｗydiは、平均０、分散σydiの正規分布関数である。
【００６３】
このようにすると図１８に示すように尿による水位の真値の推定値である算出用データを求めることが出来る。算出用データを求めるには移動平均などの平均化処理もあるが、トレンドモデルを使った方が、移動平均を使うよりも尿流率変化への時間的な追随性がよい。
【００６４】
図１１は、ボウル２内に排尿したとき、排尿量に応じて上昇する溜水面水位による圧力変化と波立ちによる圧力変化を重畳した圧力変化と、排尿量に応じて上昇する溜水水位による圧力変化のみの、２つの場合を示すグラフである。図１１に実線で示すようにセンサ推定値には、測定系の配管バルブの開閉による圧力変動や排尿に伴う、溜水面の波立ちにより１Ｈｚ以下の低周波振動が現れる。図１１にはこの低周波振動が存在しない（現実にはありえないが、仮想として）場合のセンサ出力が破線で表示されている。この破線データのように全くノイズが無ければ、尿流率は
尿流率＝（現在の尿量−ｎ期前の尿量）／（ｎΔｔ）
とすることで簡単に求まる。ここでΔｔはサンプリング周期である。
【００６５】
しかし、実際のセンサには波立ちノイズやその他のノイズが存在し、上記のように簡単に尿流率を求めることができない。
【００６６】
図１２は実際の算出用データを使って波立ちノイズを推定する図である。図１２の実線が実際のセンサ出力、破線が波立ちノイズの推定値である。波立ちノイズは減衰振動であるので、自己回帰モデルは
ｙdi=ΣAKｙdi-K ＋ｗydi  （３）
となる。ここで
ydi；時刻iでの算出用データ
AK；回帰モデルの係数
である。特に波立ちのような振動モデルは２次の自己回帰モデル
ｙdi=2ricosθiｙdi-1−r2ｙdi-2 ＋ＹO  （４）
を使って、パーティクルフィルタ（以下ＰＦ）を用いれば容易に推定できる。
【００６７】
ここで
Ｙ0；振動の中心値
ｒi；時刻ｉでの振幅強度に関係した値０〜１の値
θi；時刻ｉでの振動周波数
である。
【００６８】
なお、ここで（４）式の代わりに減衰振動を表す式として
次の三角関数モデル（２種類）
ｙdi＝Ａicos（θiｔ＋φi）＋ＹO    （５）
ｙdi＝Ａe-τtcos（θiｔ＋φi）＋ＹO    （６）
などを用いてもよい。
【００６９】
ここで、
Ａ；振幅強度
τ；減衰定数
φ；位相
である。
【００７０】
パーティクルフィルタのパラメータが最も少なく簡便なモデルとなるのは（４）式を用いた場合である。以下（４）式を使った場合を説明する。
【００７１】
排尿情報測定便器１０１の場合、波立ち振動の周波数は固有振動となり、実験的にもその周波数は同定でき、約0.5Hz付近になることが確認できる。この周波数であれば、利用者（被験者）が尿計測しようと測定開始スイッチを押してから１秒程度の時間のデータをとれば、そのときの振動周波数や振幅強度などの波立ちノイズ推定に必要な諸情報が計算でき、その後、これらの諸情報を利用して、排尿が始まらないと仮定したときのセンサ出力が推定できる。つまり、利用者が尿計測しようとしてから１秒程度で計測準備が完了する。これらは従来デジタルフィルタのようなフィルタを用いて直流成分である排尿による成分と振動成分である波立ちノイズ成分を分離するようにされていた。しかし分離する波立ち成分が低周波で非常に直流成分に近く、完全に分離することは不可能であった。そのため、利用者が測定開始スイッチを押して尿計測の意思を表示しても、波立ちノイズが収まるように５秒程度の非計測時間が設けられていたが、それでも波立ちが収まらずに排尿していなくても、波立ち部分を排尿と誤検知する不具合があった。
【００７２】
図１２の例は排尿前の水位である振動の中心Ｙ0と波立ち分の未来予測をすることで排尿開始時間を求める方法の例である。図１２で、まず（４）式と排尿前の算出用データを使って、ｒとθおよびＹ0をＰＦによって求める。次にこのｒ、θおよびＹ0と排尿前の算出用データを（４）式に代入して、波立ち分の未来予測をする。この未来予測結果が図１２の破線で示されている。この波立ち成分の未来予測yu0と実際のセンサデータ推定値ｙdとの差eyが所定の第一閾値Ｂ1（この第一閾値Ｂ1はＰＦを使った推定誤差以上の大きさの値に設定する）を超えると排尿開始と判断し、その時刻を排尿開始時刻ＴSとする。これは振動の未来予測と排尿しないときの算出用データはこの所定の閾値より小さな誤差内になることを利用している。
【００７３】
また前述したように図１２では排尿前の水位である振動の中心Ｙ0も求まる。同じようにして排尿終了後に振動の中心Ｙeを求めることが出来るので、図１０に示す排尿量ＶuはＶu＝Ｙ1−Ｙeとすれば、簡単に求めることができる。
【００７４】
また、排尿開始後、所定の時間区間（図１０に示す第三閾値監視時間Ｗ7）以上、所定の尿流率（図１０に示す第二閾値Ｂ2）以下が継続したとき排尿終了と判断し、その時刻を排尿終了時刻とすれば、排尿開始時刻ＴSが既知であるので、容易に排尿時間ＴUも算出できる。なお、（４）式を用いた波立ち成分の未来予測は排尿開始と判断した時点で終了させることが、制御部１５にある尿情報算出マイコンの動作エネルギーを省力化する上で望ましい。
【００７５】
図１３は算出用データの差分値（現時刻のデータから、ｎ時刻前のデータを引く）を示している。このように差分すると、振動の中心が尿流率に関連した数値を振動中心として振動するようになる。例えば、差分間隔を１秒とすると、振動の中心はそのときの尿流率そのものになる。今、差分間隔をｎ△ｔ、時刻iでの差分値をＹdiとすると
Ｙdi−Siｎ△ｔ＝2rcosθi（Ｙdi-1−S i-1ｎ△ｔ）−r2（Ｙdi-2-S i-2ｎ△ｔ）  （７）
として時刻iにおける尿流率Ｓiを求めることができる。
【００７６】
図１３の方法は算出用データの差分値を使うことで計算は簡単になるが差分による時間遅れが生じる。つまり、実際の尿流率の時間変化に対して少しゆっくりとした動きの結果になる欠点がある。
【００７７】
これに対して図１４の方法は、図１３のように算出用データの差分でなく、算出用データそのものを利用して、時刻iの尿流率Ｓiを推定するので、計算は複雑になるが、時間遅れの無い尿流率が求まる。図１４では、
ｙdi＝Ｖdi-2＋（Ｓi＋Ｓi-1）Δｔ＋2rcosθi（ｙdi-1−Ｖdi-2−S i-1Δt）−r2（ｙdi-2−Ｖdi-2）  （８）
Ｖdi＝Ｖdi-2＋（Ｓi＋Ｓi-1）Δｔ  （９）
とし、ＰＦを使って、図１３と同じ方法で推定すればよい。
ここで、Ｖdiは時刻iにおける尿量である。
以上図１３および図１４を使って説明した尿流率の推定では、図１２および図１５に示す排尿開始判断後に、算出を開始し、排尿終了判断時に算出を終了させることが望ましい。
【００７８】
図１５は差分による排尿開始を判断する事例である。図１３と同じように算出用データを差分すると、排尿開始前は尿流率が０であるので、０を中心とした振動データとなる。すなわち（４）式のＹ0をなくした
ｙdi＝2ricosθiｙdi-1−r2ｙdi-2    （１０）
という簡単な式で表現できる。このようにして図１２と同じように排尿が無いとして振動の未来予測を行い、実際のセンサデータ推定値の差分値との差eyが予め設定した第一閾値Ｂ1以上になったとき、排尿を開始したと判断する。図１５の方法は計算が簡単であるが、排尿開始前の水位Ｙ0を推定しないので排尿量を求めることは出来ないという欠点がある。
【００７９】
図１５で説明した方法も排尿開始と判断した時点で終了させることが望ましい。また、図１５の方法は図１３で説明したように、排尿終了後の水位Ｙeを推定するときにも同じ方法で適用できる。このようにして排尿開始時の水位Ｙ0と排尿終了時の水位Ｙeが推定できれば、その差から排尿量ＶUは容易に推定できる。以上説明したように排尿前、排尿中、排尿後で振動モデルの適用方法を変更することにより、排尿状況に応じて知りたい排尿情報を効率的に得ることが可能となる。
【００８０】
図１６は従来のデジタルフィルタを使った方法による振動ノイズ除去を説明する図である。図１６でセンサ出力（計測データ）をデジタルフィルタ処理したものが破線で示したものになる。デジタルフィルタで処理しても振動周波数が１Hz以下の振動を完全に除去できない。このため、図１６に示すように、振動が収まる時間を想定し、それに見合う排尿禁止期間を予め設定（現行は例えば５秒）している。大きな振動が残った段階では、排尿していないのに排尿したと誤判断するからである。その間利用者は排尿を我慢することを強いられることになる。それでも振動ノイズの発生程度によっては排尿禁止期間を過ぎても大きな振動が残っていることがあり、図１６に示すように一点鎖線で示す静止水位推定値に排尿開始閾値（二点鎖線）より大きな信号となることがある。このようになると排尿していないのに排尿したと誤判断する。
【００８１】
図１７は図１６の従来のデジタルフィルタを使った方法において排尿を誤判断したときの尿流率の例である。最初に小さな信号が出ている部分が誤判断である。
【００８２】
以上に対し、本実施形態では、排尿情報算出手段１８を用い、尿データ計測手段３０の計測データに統計的処理の例としてトレンドモデルを適用してＰＦによって処理して得られる算出用データに、所定の振動モデルを適用してＰＦによって処理することによって排尿情報を算出するので、排尿情報測定便器１０１に排尿したとき、排尿量に応じて上昇する溜水面水位による圧力変化を圧力センサＳ１で計測した結果として図１９に示すようなデータが得られる。図からわかるように、本実施形態によれば振動ノイズが存在していても排尿開始時点を容易に判断することが可能となるため排尿開始水位Ｙ0や排尿開始時刻ＴSが明確になるので、正確な尿流率（排尿情報）を得ることができる。
【００８３】
ここで、上述した理論に基づく排尿情報算出処理手順の一例を説明する（図１０参照）。
【００８４】
測定開始スイッチが押された後、圧力センサＳ１からの出力信号ｙを取り込んだら（ステップＳ５０１）、該センサ信号ｙを使って上述のごときセンサデータｙdを推定する（ステップＳ５０２）。その後、該センサデータ推定値ｙdより、排尿開始時の静止水位ｙ0、振動周波数θ、振動強度rを推定し（ステップＳ５０３）、さらに、静止水位ｙ0、振動周波数θ、振動強度rと現時刻より過去のセンサデータｙd_pを使って、排尿を開始していないとしたときの波立ち信号ｙu0を推定する（ステップＳ５０４）。ここまでのステップは、振動モデルに自己回帰モデルを使ってＰＦで波立ち水位を推定しているが、推定に利用している算出用データは排尿開始前のデータであり、推定結果にも排尿されていないという条件下での推定になるという特徴がある。この結果、推定の途中で被験者が排尿を開始すれば、推定結果と異なる算出用データ値が現れ、振動ノイズが存在していても容易に排尿開始が判断できる。
【００８５】
次に、センサデータ推定値ｙdと波立ち信号ｙu0との差eyが第一閾値Ｂ1以上かどうか、判断する（ステップＳ５０５）。Ｂ1以上でなければ当該判断を繰り返す一方、Ｂ1以上であれば、排尿開始時刻ＴSを決定し（ステップＳ５０６）、次に図１３で説明した方法を使って、尿流率Ｓtを推定する（ステップＳ５０７）。その後、尿流率Ｓtが第二閾値Ｂ2より小さい状態が第三閾値監視時間ＷT以上継続したかどうか判断し（ステップＳ５０８）、ＷT以上継続していなければステップＳ５０７へ戻る一方、ＷT以上継続していればステップＳ５０９へと進む。ここまでのステップは、算出用データの差分値を用いた自己回帰モデル（以下、差分自己回帰モデルと記す）で振動モデルを構築し、ＰＦで尿流率Ｓtを推定している。このようにすることでこのステップの区間で最も重要な排尿情報である尿流率Ｓtを簡単に推定できる。
【００８６】
ステップＳ５０９では、排尿終了と判断し、センサデータの推定および尿流率の推定を終了する（ステップＳＰ５０９）。その後、排尿終了時の静止水位Ｙｅを推定し（ステップＳ５１０）、排尿量Vuおよび排尿時間Tuを算出する（ステップＳ５１１）。ステップＳ５１０とステップＳ５１１のステップは、ステップ５０３で説明したものと同じで、排尿終了と判断した後のセンサデータ推定値を使い、排尿が無いときの静止水位Ｙｅを簡単に推定することができる。その後、初期化して（ステップＳ５１２）、一連の算出処理を終了する。
【００８７】
上述した排尿情報算出処理の一例では、排尿前、排尿中、排尿後で適用する振動モデルを変更して、その状況で特に重要な排尿情報を求めるようにしている。このように、計測データの状態に合わせた処理を行うことにより、簡単に算出用データを取得することが可能となるため好適である。
【００８８】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、自己回帰モデルまたは三角関数モデルを振動モデルとした場合について例示したが、この場合の自己回帰モデルまたは三角関数モデルにおいて、排尿開始水位または排尿終了水位を求めるときは、排尿開始水位または排尿終了水位および振動周波数と振幅強度をパーティクルフィルタの粒子を構成するパラメータとすることも好ましい。こうした場合、排尿情報を知る上で必要な測定開始水位と測定終了水位を正確に求めることが可能となり、結果として、排尿量をより正確に求めることが可能となる。
【００８９】
あるいは、自己回帰モデルまたは三角関数モデルを振動モデルとする場合において、排尿開始時刻または排尿終了時刻を求めるときは、振動周波数と振幅強度および測定開始時の水位を用いて算出用データを推定し、推定結果と算出用データとの差が各々予め設定した閾値以上または以下の大きさになったときを各々排尿開始時刻あるいは排尿終了時刻とするようにしてもよい。こうすることで、排尿開始時刻を正確に知ることができ、結果として排尿していないのに排尿しているような不具合を生じさせることがない。また、正確な排尿時間を決定することができる。
【００９０】
さらには、自己回帰モデルまたは三角関数モデルを振動モデルとする場合において、尿流率を求めるときは、振動モデルとして測定開始水位と排尿による水位上昇成分および振動による成分をパーティクルフィルタの粒子を構成するパラメータとしてもよい。こうした場合、実際の尿流率の時間変化に対して追随性のよい、正確な尿流率を得ることができる。
【００９１】
なお、以上では、尿データ計測手段として一定の大きさの容器の水位をパラメータとして尿の体積を計測するものを発明の実施例として説明してきたが、重量を計測するものであっても本発明は適用可能である。
【００９２】
即ち、容器に排出される尿の重量を計測する場合であっても、機器の動作時の振動や排尿時の尿の着尿による振動が原因となって計測データが振動することが起こり得るが、その場合も、本発明を適用して、計測データを統計的処理して求めた算出用データに振動モデルを適用してパーティクルフィルタによって処理することによって、正確な排尿情報を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００９３】
２：ボウル（尿貯留手段）
１８：排尿情報算出手段
３０：尿データ計測手段
【図１】
2013090748.tif 000003
【図２】
2013090748.tif 000004
【図３】
2013090748.tif 000005
【図４】
2013090748.tif 000006
【図５】
2013090748.tif 000007
【図６】
2013090748.tif 000008
【図７】
2013090748.tif 000009
【図８】
2013090748.tif 000010
【図９】
2013090748.tif 000011
【図１０】
2013090748.tif 000012
【図１１】
2013090748.tif 000013
【図１２】
2013090748.tif 000014
【図１３】
2013090748.tif 000015
【図１４】
2013090748.tif 000016
【図１５】
2013090748.tif 000017
【図１６】
2013090748.tif 000018
【図１７】
2013090748.tif 000019
【図１８】
2013090748.tif 000020
【図１９】
2013090748.tif 000021