JPH07121260B2 - 照射角度自動選択機能付き排尿警報装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、泌尿器系の機能が低
下した患者などに適用して好適な超音波の照射角度自動
選択機能付き排尿警報装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体内の水分は、諸機能を清浄に保つよ
う調節されているが、過剰な水分は腎臓から尿管を経由
して膀胱内で貯留され、排尿レベルに達すると尿意によ
って不要な代謝産物と共に尿として体外へ排出される。

【０００３】この排出機構の膀胱を支配する自律神経、
随意神経、排尿機構の損傷などに異常があったり、排尿
機能が低下したりすると、自然な生理的反応である尿意
が喪失して尿失禁が生じ易くなる。

【０００４】近年、我が国における高齢化は著しく進ん
でおり、泌尿器系の機能が低下した患者が増加する傾向
にあり、その患者数は現在５００万人とも６００万人と
も推定されている。高齢者以外でも自動車事故や骨盤内
手術などにより、排尿機能が低下した患者も増加傾向に
ある。尿失禁は生命に係る病気ではないが、快適な日常
生活の維持が困難である。

【０００５】尿失禁者の場合外出が臆病になり、仕事、
旅行やスポーツそのほかレクリエーション等への就労や
参加ができにくくなるから、これらが原因となって不満
やストレスを生み、積極的な日常生活や社会活動が著し
く阻害される場合が多い。

【０００６】現在このような尿失禁を積極的に防止する
ための手段として辛うじて存在するのは、湿り気センサ
ーを用いて患者の尿失禁を検知して患者や介護者に知ら
せる排尿感知器や、患者の意思に拘らず一定時間間隔で
強制的に排尿させる排尿ペースメーカーなどがある。

【０００７】これらの機器は人間としての尊厳、自然な
生理的反応という点から見ても問題が多く、おむつから
の解放、積極的な日常生活、社会活動への参加は望むべ
くもない。

【０００８】病院等の施設内には、膀胱内尿量を測定す
る超音波診断装置を設置している場合もあるが、これは
病院内施設として作られているため高価かつ大型である
から、患者用として患者が簡単に携帯できるものとはな
っていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように患者の尿失
禁状態を検知できる工夫がなされてはいるものの、患者
に装着して屋内外を自由に尿失禁を気にすることなく活
動できる装置は未だ開発途上にある。

【００１０】このようなことから、尿失禁防止のための
携帯可能な測定手段を用い、膀胱内尿量が排尿レベルに
達したことを非侵襲的で簡易に安定して計測検知でき、
正常な生理機能を持つ健常者と同様な日常生活や社会活
動をおくるために補助、支援する排尿介助装置用の警報
装置の開発は極めて重要な意義を持つ。

【００１１】膀胱は伸縮性に富む臓器ではあるが、ゴム
風船のように全方向に一様な伸縮をしない。膀胱前面と
下面は外膜によって周囲と癒着しており、腹膜に覆われ
た後上面のみが上下し、周囲組織との結合に依存した特
異な形状変化をする。そのため、個体差が著しい。排尿
レベルを検知するにあたってはこの個体差も充分考慮し
ないと装置を装着する全ての患者に対して安定した排尿
報知を実現することができない。

【００１２】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、小型軽量で非侵襲的に安定し
て患者の個体差に応じて排尿レベルを検知かつ報知でき
るようにすると共に、患者の個体差に応じて超音波の最
適照射角度を自動的に選択できるようにした超音波照射
角度自動選択機能付きの排尿警報装置を提案するもので
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、この発明においては、患者の尿量検出のため超音波
が照射される超音波プローブと、この超音波プローブを
駆動し膀胱の前壁と後壁に対応した超音波反射エコーを
受信すると共に、貯留尿量が排尿レベルかどうかを判断
する超音波送受信機と、貯留尿量が排尿レベルを越える
ものと判断されたとき患者若しくは介護者に発する警報
機とで構成され、上記超音波プローブには照射角度が異
なる複数の振動子が収納され、これら複数の振動子には
時分割的に励振パルスが順次供給され、排尿レベル付近
での超音波反射エコーのレベルが最大となる超音波照射
角度の振動子が排尿測定用の振動子として使用されるよ
うになされたことを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】図１に示すように、下腹部の恥骨２の結合上部
の皮膚面１上に装着した超音波プローブ２０により、超
音波を生体内の膀胱３に照射し、その超音波の反射エコ
ー（受信波）を超音波送受信機４０で検出して、膀胱３
の前壁面と後壁面間の距離Ｗを測定する。この距離Ｗに
よって膀胱内尿量が推定でき、それが予め設定した排尿
レベルに達したときに、警報機５０が作動して患者若し
くは介護者に報知する。警報機５０としてはブザー、表
示灯、触針などが考えられる。

【００１５】患者の姿勢が立位、座位、臥位等の体動が
ある条件のもとでは、皮膚面１に着装する超音波プロー
ブ２０の膀胱内最適反射領域への照射角度θが最適位置
に調整される。最適位置は反射エコーのレベルが最大と
なる位置（基準角度０°をもつ基準線ｐからの角度θ）
に対応する。

【００１６】図５に示すように、超音波プローブ２０内
には照射角度が相違する４つの超音波振動子２１ａ〜２
１ｄが配され、警報装置を使用する前にどの振動子を使
用して排尿レベルを検地するかが超音波振動子選択処理
が行われる。

【００１７】そのため、これら複数の振動子２１ａ〜２
１ｄには時分割的に励振パルスが順次供給され、排尿レ
ベル付近での超音波反射エコーのレベルが最大となる超
音波照射角度の振動子が排尿測定用の振動子として使用
される。

【００１８】超音波照射角度の自動選択手段を設けるこ
とによって患者の個体差によらず安定して排尿レベルを
正確に検出できるので適切な警報をだすことができる。

【００１９】

【実施例】続いて、この発明に係る角度調整機能付き尿
量警報装置の一例を図面を参照して詳細に説明する。

【００２０】この発明では生体内を直進し、組織の境界
面から反射する超音波の性質を応用して、下腹部体表面
（恥骨結合の上部）に超音波プローブを着装し、経時的
に膀胱の前壁と後壁からの反射エコーを計測し、その距
離により膀胱内尿量を推定する。

【００２１】これによって膀胱内に貯留した尿量を非侵
襲で自動計測することにより、貯留尿量が排尿レベルに
達しているかどうかを非侵襲かつ連続的、自動的に計測
することができる。

【００２２】そのためこの発明に係る排尿警報装置１０
は図１Ａに示すように、患者の尿量検出のため超音波が
照射される超音波プローブ２０と、この超音波プローブ
２０を駆動し膀胱３の前壁と後壁に対応した超音波反射
エコーを受信すると共に、貯留尿量が排尿レベルかどう
かを判断する超音波送受信機４０と、貯留尿量が排尿レ
ベルを越えるものと判断されたとき患者若しくは介護者
に発する警報機５０とで構成される。

【００２３】膀胱内の尿量貯留状態は図１にその一例を
示すように、排尿直後の状態を示す図１Ａから排尿レベ
ルに達したと思われる状態を示す同図Ｃのように変化す
る。図２は生体内に照射される超音波パルス（振動子に
対する励振パルスであって、その周波数は３〜４ＭＨ
ｚ）と反射エコー（受信波）との関係を示す。図１にお
いて、４は尿道、５は貯留尿である。

【００２４】超音波の照射方向は図１に破線で示した通
りであり、この照射角度θによるときの反射エコーが図
２に示されている。図２Ｂは図１Ｂに近い貯留状態のと
きの反射エコーであり、同図Ｄは図１Ｃに近い貯留状態
のときの反射エコーを示す。

【００２５】これら反射エコーのうち最も正確に検出し
なければならないのは患者が尿意を催す排尿レベルの付
近であるから、図１の場合には同図Ｃのときの超音波反
射エコー（図２Ｄ）を最も正確に検出できなければなら
ない。尿意を催す貯留尿量は個体差があるので尿意を催
す排尿レベルは予め患者ごとに計測しておく必要があ
る。

【００２６】膀胱３の形状は個体差があり、また患者の
姿勢によっても変化するものであるから、これら個体差
などによる計測精度への影響を回避するため、図３に示
すように膀胱内最適反射領域となるように超音波の照射
角度θが警報装置１０を使用する患者ごとに調整され
る。

【００２７】超音波プローブ２０を皮膚面１に当てたと
きで超音波振動子２１の生体内への超音波照射角度が皮
膚面１と垂直となる線ｐが基準線となり、この基準線ｐ
から膀胱３の方向に向かって照射角度θが取られる。

【００２８】照射角度θを１０°ステップで変化させた
ときの反射エコーの検出し易さ（反射エコーの検出強
度）を計測すると図４のような結果が得られた。この図
は図１Ｃの状態のときの検出結果である。

【００２９】図４からも明らかなように超音波振動子２
１の照射角度θは１０°から３０°好ましくは１０°か
ら２０°の範囲内に調整した方がよい。ただし、この値
には個体差があることは言うまでもない。

【００３０】そこで、個体差があっても常に正しく排尿
レベルを検出できるようにするため、図５に示すように
超音波プローブ２０にはそれぞれ照射角度が相違する複
数例えば４個の超音波振動子２１ａ〜２１ｄがプローブ
本体３１内に収納され、装着する患者に合った照射角度
を持つ１個の超音波振動子で実際の排尿レベルを計測す
るようにしたものである。

【００３１】図５はインライン状に４個の超音波振動子
２１ａ〜２１ｄを配置した例であって、それぞれは図６
に示すように目標となる照射位置に対する照射角度θが
１０°ずつずれたものが使用される。図６において、ｑ
は超音波照射方向である。

【００３２】照射角度θは一例であって、図６のように
基準照射方向ｐに対して照射角度が１０°、２０°、３
０°、４０°となる超音波振動子２１ａ〜２１ｄを使用
するのではなく、例えば照射角度が０°、１０°、２０
°および３０°のように選ばれた超音波振動子を使用し
てもよい。照射角度は１０°ステップではなく、任意の
ステップの照射角度を持つ超音波振動子を使用してもよ
い。使用個数も任意である。

【００３３】図７は超音波振動子２１ａを含むような縦
断面図であって、プローブ本体３１内は中空であり、そ
の中には振動子収納筺体３５が本体３１に対して固定さ
れる。そして、超音波振動子２１ａの照射角度θは基準
線ｐに対して１０°となるように調整された状態で取り
付けられる。本体３１内および筺体３５内は何れも超音
波の脱気剤であるこの例ではゼリー３３が充填され、充
填されたゼリー３３が漏れないように超音波振動子２１
ａ側はゴムなどの膜３２で密閉される。３４は膜を取り
付けるための取り付け手段である。

【００３４】筺体３５は直方体であり、ここにその他の
超音波振動子２１ｂ〜２１ｄもそれぞれ所定の照射角度
をもって取り付け固定される。その際超音波振動子２１
ａ〜２１ｄの間は仕切り板などで相互を劃制してもよ
い。超音波振動子ごとにこれらを収納する筺体を設けて
もよい。

【００３５】図８は超音波振動子２１ａ〜２１ｄを２個
ずつ２列に配列した場合であり、この場合の超音波振動
子２１ａ〜２１ｄの配置位置は任意であって、図８の例
に限られるものではない。

【００３６】図１に示すように膀胱３は骨盤腔の中で恥
骨２結合の後に位置しているため、超音波プローブ２０
を体表皮膚面上における恥骨結合直上の正中線上に正し
く取り付け固定する必要がある。

【００３７】そのため、図９に示すように伸縮性材料か
らなるバンド状の固定装具１１内に小型偏平な超音波プ
ローブ２０が取り付けられる。図では超音波プローブ２
０のみを固定装具１１に取り付けた構成を示してあるの
で、超音波送受信機４０と警報機５０とはこの固定装具
１１の別の場所に取り付けられるか、患者のベルトなど
に装着される。超音波プローブ２０と超音波送受信機４
０と警報機５０を一体化することも可能である。

【００３８】固定装具１１は所定の体表皮膚面（恥骨結
合の上部）上に装着される。固定装具１１は腰椎帯（コ
ルセット）などを使用することができ、その一部がくり
抜かれ、その部分に超音波プローブ２０が取り付け固定
される。装着に際しては、超音波プローブ２０の表面に
脱気剤としての超音波測定用ゼリーが塗布される。

【００３９】さて、このように複数の超音波振動子を収
納した超音波プローブ２０を実際に使用する場合には、
その準備段階として使用する患者にあった照射角度を見
つけ、その照射角度を持った超音波振動子で排尿レベル
を計測する必要がある。そのため、この発明で使用され
る超音波送受信機４０にはこのような照射角度自動選択
機能が付加されている。

【００４０】図１０はこの発明において使用された超音
波送受信機４０の一例を示す。送信部４１からこの例で
は周波数が３ＭＨｚの信号を超音波振動子２１に与える
と、これが励振されて照射パワーが２．２７ｍＶ／平方
ｃｍ（平均値）の超音波パルスが体表皮膚面１に向けて
照射される。

【００４１】この超音波の照射によって、体表皮膚面エ
コー、膀胱３の前壁エコー、後壁エコーからなる反射エ
コー（図２参照、図２では皮膚面エコーを省略してあ
る）が得られる。これが受信増幅部４２で受信増幅さ
れ、その後Ａ／Ｄ変換器４３でディジタル信号に変換さ
れる。反射エコーをディジタル信号に変換したのは後述
する排尿レベルの検出精度を高めるためである。

【００４２】これらの超音波の反射エコーはエコー検出
器４４で図２に示すような前壁エコーと後壁エコーとが
正確に検出され、その後尿量計測手段４５に供給され
る。尿量計測手段４５には反射エコーの時間間隔を計測
する計測手段４６が設けられており、これより得られる
時間間隔に基づいて、その前・後壁間の距離Ｗが算出さ
れて膀胱内尿量が推定される。その推定量（実際は推定
値）が判別手段４７において予め設定した排尿レベルの
設定値と判別される。

【００４３】その結果排尿レベルを越えているものと判
断されたときには警報機５０が作動して、膀胱内尿量が
排尿レベルに達したことが患者本人若しくは介護者に報
知される。

【００４４】警報手段としては視覚的、聴覚的、触覚的
な警報手段を考えることができ、患者本人や介護者に確
実に排尿時期であることを報知できるものであれば、警
報手段の組み合せは任意である。

【００４５】図１０において、４８はマイコン搭載のコ
ントローラであり、上述した送信タイミング、Ａ／Ｄ変
換処理のためのクロック出力、エコー検出処理作業、距
離Ｗの算出および個体差に応じた基準値の設定などは何
れもこのコントローラ４８からの指令で行われる。した
がって尿量計測手段４５やエコー検出手段４４などはい
ずれもソフトウエアで処理することが可能である。

【００４６】膀胱内の貯留状態は常時監視する必要は特
にない。それは排尿直後から尿意を催す排尿レベルに接
近する直前までの間は特に経時的に観測する必要はない
からである。そのため、排尿直後から一定時間までは超
音波の照射を停止させ計測処理を一時休止するようなタ
イマー機能を付加することもできる。この方が電源の寿
命が伸び、経済的であるからである。

【００４７】膀胱３の後壁面の体表面からの深度は、尿
充満時には約１１ｃｍを越えることもあるので、超音波
照射周波数、照射パワーはこのような深度でも十分測定
可能であるように設計する必要がある。

【００４８】上述したコントローラ４８には超音波の照
射角度自動選択機能を実現するための制御プログラムが
存在する。そのため、照射角度自動選択処理時は図１０
に示すように超音波送受信機４０に設けられた振動子切
換回路３９が動作し、送信部４１からの超音波信号が所
定の順序で時分割的に順次超音波振動子２１ａ〜２１ｄ
に伝達される。振動子切換回路３９はコントローラ４８
から指令信号によってコントロールされる。超音波の反
射エコーは共通の受信およびアンプ４２に供給されるの
で、切換手段は不要である。

【００４９】図１１は患者が使用する超音波振動子を自
動的に決定するための処理フローチャートの一例であ
る。

【００５０】その前提としてこの警報装置１０を装着す
べき患者が排尿レベルに近い貯留尿状態のときを見計ら
って使用振動子の決定作業が行われる。まず、最初に励
振すべき振動子が選択される（ステップ５１）。この例
では２１ａから順に選択されるものとする。振動子が選
択されるとその振動子に対して励振パルスが印加されて
これが励振される（ステップ５２）。

【００５１】膀胱３によって反射されたエコーは受信後
ディジタル信号に変換され、その後スムージング処理な
どの波形処理が行われ、同時に反射エコーの受信レベル
がメモリされる（ステップ５３，５４，５５）。

【００５２】このような処理が最後の超音波振動子２１
ｄが励振されるまで実行され、最後の超音波振動子２１
ｄの反射エコーを受信してそのレベルをメモリに格納す
ると（ステップ５６）、次は４つの受信レベルのうち最
大の受信レベルを判別する処理が行われ、最大の受信レ
ベルが得られた超音波振動子を確定する（ステップ５
７，５８）。この超音波振動子が実際の排尿計測用とし
て使用されるため、最大の受信レベルとなった超音波振
動子に常に超音波パルスが供給されるように振動子切換
回路３９の切換位置が固定される。

【００５３】使用する超音波振動子が決定した後はその
判定結果が必要に応じて表示器３８上に表示して（ステ
ップ５９）、この処理フローが終了する。

【００５４】以上のような自動選択処理を行うことによ
って個体差があっても警報装置を装着すべき患者に合っ
た最適照射角度で排尿レベルを計測できるようになる。
自動選択処理は数カ月ごとに行ってもよい。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述したところから明らかなよう
に、この発明の排尿警報装置によれば、小型、軽量で携
帯可能な測定手段を採用することにより、膀胱内に貯留
した尿量が排尿レベルに達しているかどうかを非侵襲か
つ簡便に自動計測して患者本人はもとよりその介護者に
も正しく尿意を催す時刻が到来したことを知らせること
ができる。

【００５６】膀胱の尿充満時の形状は個体差があるが、
この個体差にも適応できるように超音波振動子の照射角
度を自動的に調整できるようにしてあるため、どのよう
な患者であってもその患者本人の排尿レベルを的確に判
断できるようになり、尿失禁の恐れのない快適な生活を
営むことができるようになる。

【００５７】超音波の最適照射角度の選択は自動的に行
われ、超音波振動子の選択もまた自動的に行うことがで
きるから、常に良好な計測および警報処理を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る照射角度自動選択機能を備えた
尿量警報装置の一例を示す説明図である。

【図２】超音波パルスと反射エコーとの関係を示す図で
ある。

【図３】照射角度の説明図である。

【図４】照射角度と反射エコーの関係を示す図である。

【図５】この発明で使用した超音波プローブの外形を示
す図である。

【図６】超音波プローブに使用される複数の超音波振動
子の照射角度を説明するための図である。

【図７】図５の縦断面図である。

【図８】超音波プローブの外形の他の例を示す図であ
る。

【図９】超音波プローブと腰椎帯との関係を示す図であ
る。

【図１０】超音波送受信機の一例を示す系統図である。

【図１１】使用振動子決定のための処理フローの一例を
示す図である。

【符号の説明】

１ 皮膚面 ３ 膀胱 １０ 警報装置 ２０ 超音波プローブ ２１ 超音波振動子 ２１ａ〜２１ｄ 超音波振動子 ３９ 振動子切換回路 ４０ 超音波送受信機 ５０ 警報機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稗田 一郎 茨城県つくば市大角豆2012−390 (72)発明者 武市 仁 神奈川県川崎市宮前区有馬２丁目７番11号 林電気株式会社内 (72)発明者 小山 義昌 神奈川県川崎市宮前区有馬２丁目７番11号 林電気株式会社内 (72)発明者 菅原 升男 神奈川県川崎市宮前区有馬２丁目７番11号 林電気株式会社内 (72)発明者 松本 博治 神奈川県川崎市宮前区有馬２丁目７番11号 林電気株式会社内 審査官 稲積 義登 (56)参考文献 特開 平４−117946（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−4839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−85635（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−311952（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 患者の尿量検出のため超音波が照射され
   る超音波プローブと、 この超音波プローブを駆動し膀胱の前壁と後壁に対応し
   た超音波反射エコーを受信すると共に、貯留尿量が排尿
   レベルかどうかを判断する超音波送受信機と、 貯留尿量が排尿レベルを越えるものと判断されたとき患
   者若しくは介護者に発する警報機とで構成され、 上記超音波プローブには照射角度が異なる複数の振動子
   が収納され、 これら複数の振動子には時分割的に励振パルスが順次供
   給され、排尿レベル付近での超音波反射エコーのレベル
   が最大となる超音波照射角度の振動子が排尿測定用の振
   動子として使用されるようになされたことを特徴とする
   照射角度自動選択機能付き排尿警報装置。
2. 【請求項２】 超音波照射角度は１０°ステップずつ異
   なるようになされたことを特徴とする請求項１記載の照
   射角度自動選択機能付き排尿警報装置。
3. 【請求項３】 上記警報機は、視覚的、聴覚的、触覚的
   の何れかの警報手段若しくはそれらを組み合せて構成さ
   れたことを特徴とする請求項１記載の照射角度自動選択
   機能付き排尿警報装置。