JP2002529185A - 制御された注入および圧力の監視のためのシステムと方法 - Google Patents
制御された注入および圧力の監視のためのシステムと方法Info
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Abstract
(57)【要約】
体腔へ流体を制御しながら注入するために、改善されたシステムと方法が使用される。特に、このシステムでは、様々な医療処置において使用されうる広範な流体の流速の範囲にわたって流速が変わっても、体腔の内部の圧力をユーザが正確に制御することができる。ある実施の形態では、システムはポンプ(40)と、ここからの流体の流路を形成する導管(30)を有する。導管(30)にはリセクトスコープ(50)のような手術器具が連結されており、体腔に流体を導入できるようになっている。このシステムは、第1の圧力センサ(110)を使ってポンプの出力を計測し、第2のセンサ(120)を使って体腔の圧力を計測することにより、体腔内の圧力を制御する。好ましくは、第2のセンサ(120)は、ポンプ(40)からの配送の間に発生しうるあらゆる圧力損失を補正するために体腔の実際の圧力を計測する。
Description
【0001】
本出願は、1998年3月26日に出願され「制御された注入および圧力の監
視のためのシステムと方法」と題された米国仮特許出願第60/079,515
号(代理人整理番号16944−003400)に関するものであり、それに基
づく優先権を主張するものであり、その開示内容は参照されることによって、本
出願の一部として含められる。
視のためのシステムと方法」と題された米国仮特許出願第60/079,515
号(代理人整理番号16944−003400)に関するものであり、それに基
づく優先権を主張するものであり、その開示内容は参照されることによって、本
出願の一部として含められる。
【0002】
本発明は、医療装置に係り、さらに詳細には、医療処置手順の間に患者の体内
に流体を制御しながら注入する医療装置に関する。
に流体を制御しながら注入する医療装置に関する。
【0003】 制御された流体の注入は、多くの医療処置において極めて重要である。ある種
の医療処置では、手術用の器具を体腔内に配備するため体腔を押し広げる膨張手
段として流体が使われる。他の医療処置では、視認や処置の効率を低下させる不
純物や組織の残骸を患者の体内から洗い出すために、流体の注入が使われる。か
かる処置の間には、例えば生理的食塩水のような膨張用の大量の流体が患者の体
内に継続的に出入りさせられる。ところが、流体の注入量の制御が不適切であれ
ば、電解質バランスが崩れたり、脱水症を招いたり、流体の圧力超過をもたらし
たりして、患者にとって危険であり、ときには致命的であったりする。
の医療処置では、手術用の器具を体腔内に配備するため体腔を押し広げる膨張手
段として流体が使われる。他の医療処置では、視認や処置の効率を低下させる不
純物や組織の残骸を患者の体内から洗い出すために、流体の注入が使われる。か
かる処置の間には、例えば生理的食塩水のような膨張用の大量の流体が患者の体
内に継続的に出入りさせられる。ところが、流体の注入量の制御が不適切であれ
ば、電解質バランスが崩れたり、脱水症を招いたり、流体の圧力超過をもたらし
たりして、患者にとって危険であり、ときには致命的であったりする。
【0004】 不正確な流体注入、特に不正確な流体圧力制御によって引き起こされる危険性
は、内視鏡を用いた多くの処置では著しく問題になる。例えば、子宮鏡を用いた
子宮内膜の切除や経尿道の切除処置では、体腔を膨張させるとともに、残骸を除
去するために、子宮および膀胱のそれぞれに流体を継続的に出入りさせなければ
ならない。しかしながら、これらの体腔は圧力に敏感な環境である。多すぎる流
体を過度に迅速に注入すると、体内の循環系に膨張用の流体が押し込まれてしま
ったり、ひどい場合には、これらの体腔を破裂させ、重大な体内障害をもたらす
ことさえありうる。これに対して、流体の流量が少ないと、体腔がつぶれてしま
い、手術に必要とされる空間が得られず、空洞内の手術器具の動作する端部を見
えにくくしてしまう。
は、内視鏡を用いた多くの処置では著しく問題になる。例えば、子宮鏡を用いた
子宮内膜の切除や経尿道の切除処置では、体腔を膨張させるとともに、残骸を除
去するために、子宮および膀胱のそれぞれに流体を継続的に出入りさせなければ
ならない。しかしながら、これらの体腔は圧力に敏感な環境である。多すぎる流
体を過度に迅速に注入すると、体内の循環系に膨張用の流体が押し込まれてしま
ったり、ひどい場合には、これらの体腔を破裂させ、重大な体内障害をもたらす
ことさえありうる。これに対して、流体の流量が少ないと、体腔がつぶれてしま
い、手術に必要とされる空間が得られず、空洞内の手術器具の動作する端部を見
えにくくしてしまう。
【0005】 従来、患者よりも上に流体バッグまたはボトルをかけておくことにより、重力
にまかせて流体は患者の体内に注入されてきた。現在、通常よく行われているの
は、流体ポンプを用いることにより、流体入口を通じて体内空洞に流体を注入し
たり、流体出口を通じて流体を吸い出したり、あるいはその両方を行うことであ
り、これにより、もっぱら重力のみに依存するということはなくなっている。
にまかせて流体は患者の体内に注入されてきた。現在、通常よく行われているの
は、流体ポンプを用いることにより、流体入口を通じて体内空洞に流体を注入し
たり、流体出口を通じて流体を吸い出したり、あるいはその両方を行うことであ
り、これにより、もっぱら重力のみに依存するということはなくなっている。
【0006】 ところが、これらの従来の注入システムは、動的な流体の流れがあるときに、
体腔内での流体圧力を適切に調整することができない。従来のシステムは、通常
は、圧力コントローラを有しており、この圧力コントローラは体腔の外側の圧力
を計測するだけであり、典型的にはたった一つの圧力センサーしか持たない。か
かる従来のシステムは、流体が静的である場合には体腔の圧力を制御することが
できるが、一旦流体が流れ始めたら、空洞の内部の実際の圧力は、体腔の外で計
測された圧力とは大幅に異なることもありうる。動的な流体の流れは、流体源か
ら送り先までの流体の流路に沿って圧力の低下をもたらし、計測誤差を悪化させ
る。圧力の低下の大部分は、体腔に流体を配送する器具または手術具の内部で発
生するため、流体の流路の途中の体腔に近い位置で計測した圧力であっても正確
ではない。このような圧力の相違は、20mmHg乃至30mmHgの範囲にま
で達することがあり、特に子宮または膀胱のような圧力に敏感で破裂する可能性
のある環境においては深刻な問題を引き起こす主要原因になる。
体腔内での流体圧力を適切に調整することができない。従来のシステムは、通常
は、圧力コントローラを有しており、この圧力コントローラは体腔の外側の圧力
を計測するだけであり、典型的にはたった一つの圧力センサーしか持たない。か
かる従来のシステムは、流体が静的である場合には体腔の圧力を制御することが
できるが、一旦流体が流れ始めたら、空洞の内部の実際の圧力は、体腔の外で計
測された圧力とは大幅に異なることもありうる。動的な流体の流れは、流体源か
ら送り先までの流体の流路に沿って圧力の低下をもたらし、計測誤差を悪化させ
る。圧力の低下の大部分は、体腔に流体を配送する器具または手術具の内部で発
生するため、流体の流路の途中の体腔に近い位置で計測した圧力であっても正確
ではない。このような圧力の相違は、20mmHg乃至30mmHgの範囲にま
で達することがあり、特に子宮または膀胱のような圧力に敏感で破裂する可能性
のある環境においては深刻な問題を引き起こす主要原因になる。
【0007】 従って、改良されて高い精度を持ち、体腔における所望の流体圧力を実現する
ことができ、安定性があり、かつ応答性が高い流体注入方法およびシステムが望
まれている。特に、かかるシステムは、応答性が高い閉ループ制御を維持したま
ま、従来のポンプシステムが内視鏡および他の器具で体腔に流体を配送する場合
に起こっていた動的に不安定な問題を克服する。また、この改良されたシステム
が、公知の内視鏡および最小限に侵襲的な手術技術に適合しうることが望ましい
。
ことができ、安定性があり、かつ応答性が高い流体注入方法およびシステムが望
まれている。特に、かかるシステムは、応答性が高い閉ループ制御を維持したま
ま、従来のポンプシステムが内視鏡および他の器具で体腔に流体を配送する場合
に起こっていた動的に不安定な問題を克服する。また、この改良されたシステム
が、公知の内視鏡および最小限に侵襲的な手術技術に適合しうることが望ましい
。
【0008】
本発明は、体腔内への流体の制御された注入のための改善されたシステムおよ
び方法を提供する。特に、本発明は、流体のシステムを通る動的な流れのある間
に、安定した十分に応答性の高いシステムを提供する。このシステムは、内蔵へ
の損傷を引き起こすことのある圧力の変動のおそれや、供給し過ぎた流体が患者
の体内に吸収されてしまうおそれを低減する。また、有利なことに、本発明のシ
ステムによれば、様々な医療処置において使用されうる広範な流体の流速の範囲
にわたって流速が変わっても、体腔の内部の圧力をユーザが正確に制御すること
ができる。
び方法を提供する。特に、本発明は、流体のシステムを通る動的な流れのある間
に、安定した十分に応答性の高いシステムを提供する。このシステムは、内蔵へ
の損傷を引き起こすことのある圧力の変動のおそれや、供給し過ぎた流体が患者
の体内に吸収されてしまうおそれを低減する。また、有利なことに、本発明のシ
ステムによれば、様々な医療処置において使用されうる広範な流体の流速の範囲
にわたって流速が変わっても、体腔の内部の圧力をユーザが正確に制御すること
ができる。
【0009】 上記の問題の解明において、発明者達は、たいていの流体配送システムでの応
答時間の遅さが流体の注入の制御を困難にしていることに気が付いた。実際問題
として、単一の圧力センサを有するシステムは、応答が遅いために、極めて不安
定であるか、実用に耐えないほど遅い。これは、体腔の内部の環境に到達すべく
ポンプから出力された流体への変更に要する時間がかなり長くかかることに原因
がある。この遅れは振動を発生する。なぜなら体腔内でのポンプの出力の上昇ま
たは下降の結果は、センサで表示するのに間に合わないからである。体腔内の状
況に適合しようとしても、センサは常にポンプ駆動圧力を過剰に補正してしまっ
たり、補正が不足になったりしてしまう。かかる振動は極めて有害である。とい
うのも著しい圧力の変化は、体腔の破裂あるいは強制的な循環系への膨張用の流
体の浸透を引き起こすからである。従来のシステムでは、かかる振動の挙動を低
減するための試みが行われてきたが、そのような試みは結局のところ、制御ルー
プに起因する過剰補正や補正不足を抑制することはできても非常に応答の遅いシ
ステムにしかならなかった。
答時間の遅さが流体の注入の制御を困難にしていることに気が付いた。実際問題
として、単一の圧力センサを有するシステムは、応答が遅いために、極めて不安
定であるか、実用に耐えないほど遅い。これは、体腔の内部の環境に到達すべく
ポンプから出力された流体への変更に要する時間がかなり長くかかることに原因
がある。この遅れは振動を発生する。なぜなら体腔内でのポンプの出力の上昇ま
たは下降の結果は、センサで表示するのに間に合わないからである。体腔内の状
況に適合しようとしても、センサは常にポンプ駆動圧力を過剰に補正してしまっ
たり、補正が不足になったりしてしまう。かかる振動は極めて有害である。とい
うのも著しい圧力の変化は、体腔の破裂あるいは強制的な循環系への膨張用の流
体の浸透を引き起こすからである。従来のシステムでは、かかる振動の挙動を低
減するための試みが行われてきたが、そのような試みは結局のところ、制御ルー
プに起因する過剰補正や補正不足を抑制することはできても非常に応答の遅いシ
ステムにしかならなかった。
【0010】 本発明の制御された注入システムは、概略的には、流体源に接続可能なポンプ
と、上記ポンプの出口に接続可能な基端と、先端とを有する導管を備える。導管
の先端は注入器具に接続可能であり、注入器具は体腔の内部に流体を配送する。
子宮の手術の処置では、注入器具は通常はリセクトスコープである。一つの実施
の形態では、このシステムは、ポンプの出力を計測するために配置された第1の
センサと、体腔内の圧力を計測するために適合された第2のセンサとを有する。
測定されたポンプの出力と体腔内の圧力は、ポンプの出力を制御するコントロー
ラで利用される。コントローラは、体腔の圧力の設定点と計測された体腔の圧力
に基づいて上記のポンプの設定点を生成する制御ループを有する。この体腔の圧
力の設定点は、計測されたポンプの出力とともに、ポンプ出力を制御する別の制
御ループで利用される。
と、上記ポンプの出口に接続可能な基端と、先端とを有する導管を備える。導管
の先端は注入器具に接続可能であり、注入器具は体腔の内部に流体を配送する。
子宮の手術の処置では、注入器具は通常はリセクトスコープである。一つの実施
の形態では、このシステムは、ポンプの出力を計測するために配置された第1の
センサと、体腔内の圧力を計測するために適合された第2のセンサとを有する。
測定されたポンプの出力と体腔内の圧力は、ポンプの出力を制御するコントロー
ラで利用される。コントローラは、体腔の圧力の設定点と計測された体腔の圧力
に基づいて上記のポンプの設定点を生成する制御ループを有する。この体腔の圧
力の設定点は、計測されたポンプの出力とともに、ポンプ出力を制御する別の制
御ループで利用される。
【0011】 少なくとも二つの位置から圧力情報を得るシステムにより、本発明の好適な実
施の形態は、従来の注入システムで問題となってきた安定性と応答性に関する多
くの課題を解決する。例えば、ポンプコントローラは、好ましくは、体腔の内部
の圧力とポンプの出力圧力に基づいてポンプ速度を制御する。特定の実施の形態
では、第1のセンサはポンプのすぐ下流でポンプの出力圧力を計測する。この実
施の形態の制御ループは、センサ、コントローラおよびポンプから構成されてお
り、比較的短いループであって、ポンプ駆動圧力を生成するポンプ速度に対して
、応答性が高く安定性のある制御を提供する。この第1のループでは、ポンプ出
力と第1のセンサによる検知の変化の遅れは比較的小さい。体腔の内部の実際の
圧力に関して、第1のループの精度を向上させるために、第2のセンサ、コント
ローラおよびポンプから構成された実施の形態の第2の制御ループは、第1のル
ープへ補正ファクタを与える。体腔の内部の圧力を計測する第2のセンサは、第
1のループへ与えられる補正ファクタを決定するのに使われる。補正ファクタは
第1のループ中のポンプのオフセットを増減させ、これにより体腔の内部に流体
が配送される前に、ポンプの駆動圧力が増減されて、全ての圧力損失が補償され
る。
施の形態は、従来の注入システムで問題となってきた安定性と応答性に関する多
くの課題を解決する。例えば、ポンプコントローラは、好ましくは、体腔の内部
の圧力とポンプの出力圧力に基づいてポンプ速度を制御する。特定の実施の形態
では、第1のセンサはポンプのすぐ下流でポンプの出力圧力を計測する。この実
施の形態の制御ループは、センサ、コントローラおよびポンプから構成されてお
り、比較的短いループであって、ポンプ駆動圧力を生成するポンプ速度に対して
、応答性が高く安定性のある制御を提供する。この第1のループでは、ポンプ出
力と第1のセンサによる検知の変化の遅れは比較的小さい。体腔の内部の実際の
圧力に関して、第1のループの精度を向上させるために、第2のセンサ、コント
ローラおよびポンプから構成された実施の形態の第2の制御ループは、第1のル
ープへ補正ファクタを与える。体腔の内部の圧力を計測する第2のセンサは、第
1のループへ与えられる補正ファクタを決定するのに使われる。補正ファクタは
第1のループ中のポンプのオフセットを増減させ、これにより体腔の内部に流体
が配送される前に、ポンプの駆動圧力が増減されて、全ての圧力損失が補償され
る。
【0012】 好適な実施の形態では、注入システムの第2のセンサは、流体または気体が流
動可能なように計測管に接続されており、計測管はリセクトスコープに連結され
ている。計測管は、静的圧力ポートを有しており、装置が使用されるときに、こ
の静的圧力ポートは好ましくは体腔の内部に配置される。これは圧力情報を第2
のセンサに送る。好適な実施の形態では、システムはさらに上記流体導管に連結
された泡取り器を備える。泡取り器は好ましくは、システムの液体の流れを円滑
化する装置として機能し、ポンプからの望ましくない流れの脈動を低減する。こ
の円滑化機能に加えて、泡取り器は流体経路中に流れる望ましくない空気を除去
する。
動可能なように計測管に接続されており、計測管はリセクトスコープに連結され
ている。計測管は、静的圧力ポートを有しており、装置が使用されるときに、こ
の静的圧力ポートは好ましくは体腔の内部に配置される。これは圧力情報を第2
のセンサに送る。好適な実施の形態では、システムはさらに上記流体導管に連結
された泡取り器を備える。泡取り器は好ましくは、システムの液体の流れを円滑
化する装置として機能し、ポンプからの望ましくない流れの脈動を低減する。こ
の円滑化機能に加えて、泡取り器は流体経路中に流れる望ましくない空気を除去
する。
【0013】 別の観点では、この発明は体腔内で用いられる装置を提供し、この装置は、シ
ースを有するリセクトスコープと、リセクトスコープのシースの中の計測管に連
結された圧力センサとを備える。好ましくは、計測管は静的圧力ポートを有して
おり、静的圧力ポートは体腔に流体が流動可能なように接続されている。計測管
を使用することにより、この圧力センサが装置の使用される環境に直接接触する
のが回避される。有利なことに、センサと計測管を接続することにより、センサ
の摩耗を低減することができるだけでなく、さらにはセンサを修理または交換の
ために取り外すのが容易になる。リセクトスコープは、通常は流体源に流体が流
動可能なように接続され、リセクトスコープのシースの先端の付近には切除装置
が設けられている。
ースを有するリセクトスコープと、リセクトスコープのシースの中の計測管に連
結された圧力センサとを備える。好ましくは、計測管は静的圧力ポートを有して
おり、静的圧力ポートは体腔に流体が流動可能なように接続されている。計測管
を使用することにより、この圧力センサが装置の使用される環境に直接接触する
のが回避される。有利なことに、センサと計測管を接続することにより、センサ
の摩耗を低減することができるだけでなく、さらにはセンサを修理または交換の
ために取り外すのが容易になる。リセクトスコープは、通常は流体源に流体が流
動可能なように接続され、リセクトスコープのシースの先端の付近には切除装置
が設けられている。
【0014】 他の観点では、この発明は体腔に流体を注入する方法を提供する。一つの実施
の形態では、この方法は、制御可能なポンプにより体腔に流体を流入させること
を備える。この方法は、経時的に体腔内の圧力を計測する。体腔の内部の圧力は
、計測された体腔の圧力に基づいてポンプの出力ファクタを決定することと、上
記のポンプの出力ファクタと計測されたポンプの出力に基づいてポンプの出力を
制御することにより制御される。ポンプの出力ファクタには、ポンプの出力圧力
またはポンプの出力圧力に対する補正ファクタを含めてもよい。
の形態では、この方法は、制御可能なポンプにより体腔に流体を流入させること
を備える。この方法は、経時的に体腔内の圧力を計測する。体腔の内部の圧力は
、計測された体腔の圧力に基づいてポンプの出力ファクタを決定することと、上
記のポンプの出力ファクタと計測されたポンプの出力に基づいてポンプの出力を
制御することにより制御される。ポンプの出力ファクタには、ポンプの出力圧力
またはポンプの出力圧力に対する補正ファクタを含めてもよい。
【0015】 他の実施の形態では、本発明の方法は、補正ファクタとポンプの付近の流体圧
力に基づいて、ポンプ速度を制御する。ここで補正ファクタは体腔の内部の圧力
に基づいて通常は算出される。この方法は、ポンプを用いて、流体管を通じて体
腔へ流体を流入させることを備える。補正ファクタは体腔の内部の目標部位の付
近の流体の圧力に基づく。ポンプ出力は、この補正ファクタとポンプの付近の流
体圧力に基づいてポンプの速度を調整することにより制御される。この方法は好
ましくは、流体の流路の途中の少なくとも二つの位置での圧力を計測する。ある
いは、ポンプの速度の代わりに、この方法はポンプの駆動圧力を制御するために
ポンプに与えられる動力を制御するのでもよい。ポンプは一定のポンプ出力を有
していてもよく、この場合には、調整可能(可変)な出力バイパスを有する。
力に基づいて、ポンプ速度を制御する。ここで補正ファクタは体腔の内部の圧力
に基づいて通常は算出される。この方法は、ポンプを用いて、流体管を通じて体
腔へ流体を流入させることを備える。補正ファクタは体腔の内部の目標部位の付
近の流体の圧力に基づく。ポンプ出力は、この補正ファクタとポンプの付近の流
体圧力に基づいてポンプの速度を調整することにより制御される。この方法は好
ましくは、流体の流路の途中の少なくとも二つの位置での圧力を計測する。ある
いは、ポンプの速度の代わりに、この方法はポンプの駆動圧力を制御するために
ポンプに与えられる動力を制御するのでもよい。ポンプは一定のポンプ出力を有
していてもよく、この場合には、調整可能(可変)な出力バイパスを有する。
【0016】 本発明の原理および利点はこの明細書の以下の説明および図面を参照すること
により理解される。
により理解される。
【0017】
本発明のシステムおよび方法は、医療処置の間、体腔を通って循環する流体の
動的な流れにおける体腔での流体の圧力の正確な制御に非常に役立つ。これらの
方法およびシステムは、患者の体内における、子宮鏡による子宮内膜の切除、経
尿道の除去および様々な腹腔鏡または間接鏡を用いた処置のように、体腔への流
体の制御された注入を必要とする最小限に侵襲的な内視鏡処置に特に良好に適す
る。患者の体内に注入される流体は、好ましくは、生理的な流体、例えば滅菌し
た生理的食塩水溶液であるが、グリシンやメタノールなどの非生理的な流体であ
ってもよい。流体の利用は、塞栓の問題の危険性を低減することができるので、
通常は好適である。体腔への制御された注入は、体腔の内部の目標となる手術部
位への手によるアクセスや視覚的な認識性を維持させるために通常は使われる。
好ましくは、流体の流路を設けるために、内視鏡、腹腔鏡などを体腔に配備する
ことにより、体腔は膨張させられたままにされ、組織の残骸が除去されるので、
目標部位で継続的に行われる手術が容易になる。本発明は、様々な医療処置にお
いて使われうることは理解されるであろうが、各図面についてのこの明細書の以
下の説明では、本発明を子宮除去処置に関連づけることにする。
動的な流れにおける体腔での流体の圧力の正確な制御に非常に役立つ。これらの
方法およびシステムは、患者の体内における、子宮鏡による子宮内膜の切除、経
尿道の除去および様々な腹腔鏡または間接鏡を用いた処置のように、体腔への流
体の制御された注入を必要とする最小限に侵襲的な内視鏡処置に特に良好に適す
る。患者の体内に注入される流体は、好ましくは、生理的な流体、例えば滅菌し
た生理的食塩水溶液であるが、グリシンやメタノールなどの非生理的な流体であ
ってもよい。流体の利用は、塞栓の問題の危険性を低減することができるので、
通常は好適である。体腔への制御された注入は、体腔の内部の目標となる手術部
位への手によるアクセスや視覚的な認識性を維持させるために通常は使われる。
好ましくは、流体の流路を設けるために、内視鏡、腹腔鏡などを体腔に配備する
ことにより、体腔は膨張させられたままにされ、組織の残骸が除去されるので、
目標部位で継続的に行われる手術が容易になる。本発明は、様々な医療処置にお
いて使われうることは理解されるであろうが、各図面についてのこの明細書の以
下の説明では、本発明を子宮除去処置に関連づけることにする。
【0018】 本発明は、制御された流体の注入における特定の用途を有する。ここで使用さ
れている「制御された注入」という用語は、洗浄のためか、残骸除去または体腔
膨張などの他の目的のためかを問わず、広くあらゆるタイプの加圧された流体の
流れを含む。本発明は多数の圧力センサを使ってもよい。ここで使用されている
「センサ」という用語は、圧力を直接的に計測する装置でもよい。あるいは、セ
ンサは、圧力計測部に圧力情報を伝送するために、変換器と例えば空気の導管ま
たは電気的ワイヤのようなある種のコネクタを有する装置であってもよい。さら
に、本発明はある種の流体ポンプを備えていてもよい。ここで使用されている「
駆動」圧力または「出力」圧力という用語は、ポンプの近辺、好ましくはポンプ
の下流の点での流体圧力を指す。これらの用語は、流体動力学による重大な圧力
損失が起こっていないポンプからの流体の流れに伴う圧力を表現する。駆動圧力
または出力圧力は、流体が流れている時には、たいていの場合、実際の体腔の圧
力に等しくない。
れている「制御された注入」という用語は、洗浄のためか、残骸除去または体腔
膨張などの他の目的のためかを問わず、広くあらゆるタイプの加圧された流体の
流れを含む。本発明は多数の圧力センサを使ってもよい。ここで使用されている
「センサ」という用語は、圧力を直接的に計測する装置でもよい。あるいは、セ
ンサは、圧力計測部に圧力情報を伝送するために、変換器と例えば空気の導管ま
たは電気的ワイヤのようなある種のコネクタを有する装置であってもよい。さら
に、本発明はある種の流体ポンプを備えていてもよい。ここで使用されている「
駆動」圧力または「出力」圧力という用語は、ポンプの近辺、好ましくはポンプ
の下流の点での流体圧力を指す。これらの用語は、流体動力学による重大な圧力
損失が起こっていないポンプからの流体の流れに伴う圧力を表現する。駆動圧力
または出力圧力は、流体が流れている時には、たいていの場合、実際の体腔の圧
力に等しくない。
【0019】 以下、図1を参照しながら、本発明の原理に係る制御された注入システム10
を詳細に説明する。図1に示された実施の形態の制御された注入システム10は
、子宮切除のために構成されている。システム10は、少なくとも一つの流体源
20を備え、この流体源20は流体導管30によりポンプ40に接続されている
。ポンプ40は好ましくは、使用されている洗浄流体が流体源20に逆流するの
を防止するための蠕動性のポンプのような容積式ポンプである。ポンプ40から
出力される流体は導管34を通って注入器具、例えばリセクトスコープ(resect
oscope)50に流入する。導管34は、流体導管30と一緒の管の連続する一部
であってもよいし、別個の管または要素の一品であってもよい。さらに流体は、
リセクトスコープのシース52を通って体腔Bに流れ込み、管58を経て流出す
る。シース52は、好ましくは取り外し可能にリセクトスコープ50に取り付け
られているが、この装置に永久的に接続されていてもよい。循環する流体は、体
腔における目標の部位Tを視認化でき、かつ組織の残骸を除去できるように膨ら
ませる。流体の流量は、約1リットル/分程度もあればよく、さらに好ましくは
、約0.4リットル/分乃至0.8リットル/分の範囲にある。いうまでもない
が、リセクトスコープによって組織の残骸その他の物を取り出すには、もっと高
い流量が使われる。循環させられる液体は、リセクトスコープ流出部54を経て
リセクトスコープ50から出て行く。リセクトスコープ流出部54は流出ライン
60に流体が流動可能なように接続されており、流出ライン60は収集および除
去のための廃棄物コンテナ70に流体を注ぎ込ませる。流体の吸引を容易にし、
システム10中の流体の流量を調整するため、廃棄物コンテナ70には吸引ポン
プが接続されていてもよい。
を詳細に説明する。図1に示された実施の形態の制御された注入システム10は
、子宮切除のために構成されている。システム10は、少なくとも一つの流体源
20を備え、この流体源20は流体導管30によりポンプ40に接続されている
。ポンプ40は好ましくは、使用されている洗浄流体が流体源20に逆流するの
を防止するための蠕動性のポンプのような容積式ポンプである。ポンプ40から
出力される流体は導管34を通って注入器具、例えばリセクトスコープ(resect
oscope)50に流入する。導管34は、流体導管30と一緒の管の連続する一部
であってもよいし、別個の管または要素の一品であってもよい。さらに流体は、
リセクトスコープのシース52を通って体腔Bに流れ込み、管58を経て流出す
る。シース52は、好ましくは取り外し可能にリセクトスコープ50に取り付け
られているが、この装置に永久的に接続されていてもよい。循環する流体は、体
腔における目標の部位Tを視認化でき、かつ組織の残骸を除去できるように膨ら
ませる。流体の流量は、約1リットル/分程度もあればよく、さらに好ましくは
、約0.4リットル/分乃至0.8リットル/分の範囲にある。いうまでもない
が、リセクトスコープによって組織の残骸その他の物を取り出すには、もっと高
い流量が使われる。循環させられる液体は、リセクトスコープ流出部54を経て
リセクトスコープ50から出て行く。リセクトスコープ流出部54は流出ライン
60に流体が流動可能なように接続されており、流出ライン60は収集および除
去のための廃棄物コンテナ70に流体を注ぎ込ませる。流体の吸引を容易にし、
システム10中の流体の流量を調整するため、廃棄物コンテナ70には吸引ポン
プが接続されていてもよい。
【0020】 ただでさえ混雑した手術室の環境における空間占有を最小限にするために、実
施の形態の注入システム10は取付シャーシ80を備え、この取付シャーシ80
に流体源20、ポンプ40およびコンテナ70が取り付けられている。取付シャ
ーシ80は通常は複数のキャスターホイール82を有しており、これにより医療
手順の間に取付シャーシ80を患者のそばに配置するのが容易になる。好ましく
は、ポンプ40は床面からおよそ3フィート乃至4フィート(91.44cm乃
至121.92cm)という、患者とほぼ同じ高さに配置される。
施の形態の注入システム10は取付シャーシ80を備え、この取付シャーシ80
に流体源20、ポンプ40およびコンテナ70が取り付けられている。取付シャ
ーシ80は通常は複数のキャスターホイール82を有しており、これにより医療
手順の間に取付シャーシ80を患者のそばに配置するのが容易になる。好ましく
は、ポンプ40は床面からおよそ3フィート乃至4フィート(91.44cm乃
至121.92cm)という、患者とほぼ同じ高さに配置される。
【0021】 図1および図2に示すように、流体の流路と途中におけるリセクトスコープ5
0へ生理学的流体が配送される前の部分に、泡検知器90と泡取り器100が配
置されている。注入される流体内の気泡の存在は望ましいものではない。なぜな
ら、子宮内の卵巣采の近くでの血管が開いていると、患者の循環系における空気
による塞栓形成の危険性が増すからである。センサ90での検知は、好ましくは
、音響的または視覚的な信号の生成を伴うものであり、この信号は、ユーザに気
泡の存在を通知し、好ましくはポンプを停止させる。図2にさらに詳細に描かれ
ているように、泡取り器100は、通常はリセクトスコープ50へのいかなる気
泡の通過をも防止するであろう。
0へ生理学的流体が配送される前の部分に、泡検知器90と泡取り器100が配
置されている。注入される流体内の気泡の存在は望ましいものではない。なぜな
ら、子宮内の卵巣采の近くでの血管が開いていると、患者の循環系における空気
による塞栓形成の危険性が増すからである。センサ90での検知は、好ましくは
、音響的または視覚的な信号の生成を伴うものであり、この信号は、ユーザに気
泡の存在を通知し、好ましくはポンプを停止させる。図2にさらに詳細に描かれ
ているように、泡取り器100は、通常はリセクトスコープ50へのいかなる気
泡の通過をも防止するであろう。
【0022】 好ましい実施の形態では、注入を視認させることができ、かつ生理学的な流体
と科学的に反応しないように、透明で不活性な材料、例えばガラスまたはある種
のポリマーから泡取り器100は形成されている。泡取り器100は、この方式
に限られないが、好ましくは、流体導管30の先端を包み込むのに十分な量の流
体すなわち液体を貯めるようになっている。この泡取り器100は、少なくとも
部分的に、さらに好ましくはおよそ1/2を流体で占有されている。この空気で
満たされた空のスペースは、後で詳述するように、駆動ポンプ、特に蠕動型ポン
プから供給されてくる脈動的な流体の流れを平滑な流れにするという脈動抑制特
性を有する。第1の圧力センサ110のセンサライン32は、典型的には泡取り
器100の頂部に接続されている。この泡取り器100は通常はポンプ40のす
ぐ下流に配置されており、第1の圧力センサ110がポンプからの駆動圧力を計
測するようになっている。ただし、第1の圧力センサ110は、泡取り器100
を経ずに、導管34またはポンプ40に流体が流動可能なように直接的に接続さ
れていてもよい。好ましくは、第1の圧力センサ110は、この技術分野で知ら
れているように、第1の圧力センサ110と計測される流体との間の隔壁をなす
ような膜の形態を有している。
と科学的に反応しないように、透明で不活性な材料、例えばガラスまたはある種
のポリマーから泡取り器100は形成されている。泡取り器100は、この方式
に限られないが、好ましくは、流体導管30の先端を包み込むのに十分な量の流
体すなわち液体を貯めるようになっている。この泡取り器100は、少なくとも
部分的に、さらに好ましくはおよそ1/2を流体で占有されている。この空気で
満たされた空のスペースは、後で詳述するように、駆動ポンプ、特に蠕動型ポン
プから供給されてくる脈動的な流体の流れを平滑な流れにするという脈動抑制特
性を有する。第1の圧力センサ110のセンサライン32は、典型的には泡取り
器100の頂部に接続されている。この泡取り器100は通常はポンプ40のす
ぐ下流に配置されており、第1の圧力センサ110がポンプからの駆動圧力を計
測するようになっている。ただし、第1の圧力センサ110は、泡取り器100
を経ずに、導管34またはポンプ40に流体が流動可能なように直接的に接続さ
れていてもよい。好ましくは、第1の圧力センサ110は、この技術分野で知ら
れているように、第1の圧力センサ110と計測される流体との間の隔壁をなす
ような膜の形態を有している。
【0023】 図1に戻り、本発明の制御された注入システム10は、好ましくは少なくとも
二つの圧力センサ110および120を有する。これらの二つのセンサ110お
よび120は、流体の流路の途中の二つの異なる離れた場所の圧力を計測する。
好ましい実施の形態では、センサ110はポンプのすぐ下流の圧力を計測し、セ
ンサ120は体腔Bの内部の流体の圧力を計測する。他の実施の形態としては、
センサ120は、Y字状またはT字状のコネクタなどのコネクタでリセクトスコ
ープ流入部56に接続され、リセクトスコープに流体が入る直前の流体の動的圧
力を計測するようになっていてもよい。幾分か圧力制御を改良することにはなっ
たとしても、センサ120を注入具のすぐ外側の圧力を計測するように配置する
のは、センサ120が体腔Bの内側の実際の圧力を計測するシステム10の形態
よりもかなり精度を悪くしてしまう。
二つの圧力センサ110および120を有する。これらの二つのセンサ110お
よび120は、流体の流路の途中の二つの異なる離れた場所の圧力を計測する。
好ましい実施の形態では、センサ110はポンプのすぐ下流の圧力を計測し、セ
ンサ120は体腔Bの内部の流体の圧力を計測する。他の実施の形態としては、
センサ120は、Y字状またはT字状のコネクタなどのコネクタでリセクトスコ
ープ流入部56に接続され、リセクトスコープに流体が入る直前の流体の動的圧
力を計測するようになっていてもよい。幾分か圧力制御を改良することにはなっ
たとしても、センサ120を注入具のすぐ外側の圧力を計測するように配置する
のは、センサ120が体腔Bの内側の実際の圧力を計測するシステム10の形態
よりもかなり精度を悪くしてしまう。
【0024】 図3および図4に示すように、好適な実施の形態のリセクトスコープ50はリ
セクトスコープ50の基端に取り付けられたセンサ120を有する。このセンサ
120に計測管122が接続されており、計測管122は静的圧力ポート124
を有しており、静的圧力ポート124はリセクトスコープのシース52の先端1
26に好ましくは配置されている。計測管122は、体腔Bからの圧力を体腔の
外側に配置された第2のセンサ120に伝達する。図4に示すように、計測管1
22は、リセクトスコープのシース52の内部に配置されていてもよく、さらに
好ましくは、図5および図6に示すように、シース52の外部に配置されていて
もよい。使用される計測管122は様々なサイズであってもよいが、典型的には
計測管122の外径は約0.03インチ乃至0.08インチ(0.762mm乃
至2.032mm)である。計測管122はリセクトスコープ50の使用時にで
きるだけ邪魔にならないサイズに形成されている。計測管122および流入流出
のための他の管を含めてシース52は好ましくは、子宮切除の間に生じた組織片
を取り出すことができるのに十分なサイズを有する。また、計測管122は、静
的ポート124を通じて計測管122に流体が流入するおそれを低減するような
サイズに形成されている。
セクトスコープ50の基端に取り付けられたセンサ120を有する。このセンサ
120に計測管122が接続されており、計測管122は静的圧力ポート124
を有しており、静的圧力ポート124はリセクトスコープのシース52の先端1
26に好ましくは配置されている。計測管122は、体腔Bからの圧力を体腔の
外側に配置された第2のセンサ120に伝達する。図4に示すように、計測管1
22は、リセクトスコープのシース52の内部に配置されていてもよく、さらに
好ましくは、図5および図6に示すように、シース52の外部に配置されていて
もよい。使用される計測管122は様々なサイズであってもよいが、典型的には
計測管122の外径は約0.03インチ乃至0.08インチ(0.762mm乃
至2.032mm)である。計測管122はリセクトスコープ50の使用時にで
きるだけ邪魔にならないサイズに形成されている。計測管122および流入流出
のための他の管を含めてシース52は好ましくは、子宮切除の間に生じた組織片
を取り出すことができるのに十分なサイズを有する。また、計測管122は、静
的ポート124を通じて計測管122に流体が流入するおそれを低減するような
サイズに形成されている。
【0025】 静的ポート124は、リセクトスコープ50が使われているときに、静的圧力
ポート124が体腔Bの内部の圧力を計測することができる限り、リセクトスコ
ープのシース52の途中の様々な位置に配置されうる。例えば、図5および図6
は、シース152が取り外された状態で、管158に隣接するように配置された
計測管122が露出された、模範的な実施の形態のリセクトスコープ150を示
す図である。但し、理解できるように、他の実施の形態として、計測管122は
例えばシース152の外周面上など、シース152の外部の様々な位置に配置さ
れていてもよい。図6に示すように、計測管122の基端は、リセクトスコープ
150のハンドル部154から突出しており、第2のセンサ120の接続が容易
にできるようになっている。
ポート124が体腔Bの内部の圧力を計測することができる限り、リセクトスコ
ープのシース52の途中の様々な位置に配置されうる。例えば、図5および図6
は、シース152が取り外された状態で、管158に隣接するように配置された
計測管122が露出された、模範的な実施の形態のリセクトスコープ150を示
す図である。但し、理解できるように、他の実施の形態として、計測管122は
例えばシース152の外周面上など、シース152の外部の様々な位置に配置さ
れていてもよい。図6に示すように、計測管122の基端は、リセクトスコープ
150のハンドル部154から突出しており、第2のセンサ120の接続が容易
にできるようになっている。
【0026】 リセクトスコープ150は、典型的には、その先端126の付近に適切な切除
装置を有する。この切除装置は、手術の目標部位Tから組織を切り取る。適切な
切除装置は例えば細切器(morcellator)またはRF(高周波)切除器であり、そ
の詳細は1997年8月5日に出願された共有譲受人が所有する係属中の米国特
許出願第08/906,358号(代理人整理番号16944−002400)
に開示されている。その開示の内容の全ては、参照されることにより、この出願
の一部として取り入れられる。切除装置およびリセクトスコープに使われる素材
は、好ましくは、アルコールまたはグルタルアルデヒドのような普通の医療消毒
剤溶液や普通のガンマ消毒方法によって清浄にすることに耐えうる抵抗力を有す
る。
装置を有する。この切除装置は、手術の目標部位Tから組織を切り取る。適切な
切除装置は例えば細切器(morcellator)またはRF(高周波)切除器であり、そ
の詳細は1997年8月5日に出願された共有譲受人が所有する係属中の米国特
許出願第08/906,358号(代理人整理番号16944−002400)
に開示されている。その開示の内容の全ては、参照されることにより、この出願
の一部として取り入れられる。切除装置およびリセクトスコープに使われる素材
は、好ましくは、アルコールまたはグルタルアルデヒドのような普通の医療消毒
剤溶液や普通のガンマ消毒方法によって清浄にすることに耐えうる抵抗力を有す
る。
【0027】 リセクトスコープが使用されるときには、第2のセンサ120は好ましくは患
者の体の外部に配置される。ワイヤ240のようなコネクタによってセンサ12
0はポンプコントローラ210に接続されている(図7A参照)。有利なことに
、センサ120をリセクトスコープの先端の近辺に配置するのは、体腔Bの内部
での使用環境に対するセンサの露出を少なくする。さらに、このことによって、
制御された注入システム10を従来通りの設計のリセクトスコープを使うのに適
合させることができる。図3に示すように、センサ120は好ましくは静的ポー
ト124の位置と同じ水平レベルに配置されている。これは、計測管122にお
ける流体の高さに起因する圧力の誤差つまり相違を減少させる。なぜならセンサ
120と静的ポート124が同じレベルにあるためである。あるいは、センサ1
20は、ポンプ40の背後に配置され、図示されない空気管によって計測管12
2の先端126に接続されていてもよい。この実施の形態の計測精度は計測管1
22およびその空気管に液体が流入することによって影響されるかもしれないが
、かかる接続は、あまり確固としたものではないとはいえ実行可能な代替品を維
持する。
者の体の外部に配置される。ワイヤ240のようなコネクタによってセンサ12
0はポンプコントローラ210に接続されている(図7A参照)。有利なことに
、センサ120をリセクトスコープの先端の近辺に配置するのは、体腔Bの内部
での使用環境に対するセンサの露出を少なくする。さらに、このことによって、
制御された注入システム10を従来通りの設計のリセクトスコープを使うのに適
合させることができる。図3に示すように、センサ120は好ましくは静的ポー
ト124の位置と同じ水平レベルに配置されている。これは、計測管122にお
ける流体の高さに起因する圧力の誤差つまり相違を減少させる。なぜならセンサ
120と静的ポート124が同じレベルにあるためである。あるいは、センサ1
20は、ポンプ40の背後に配置され、図示されない空気管によって計測管12
2の先端126に接続されていてもよい。この実施の形態の計測精度は計測管1
22およびその空気管に液体が流入することによって影響されるかもしれないが
、かかる接続は、あまり確固としたものではないとはいえ実行可能な代替品を維
持する。
【0028】 さらにまた、センサ120はリセクトスコープのシース152の先端126の
付近に配置されていてもよい。これにより、リセクトスコープが使用される時、
体腔B内の流体の圧力を直接的に計測することができる。理解されるべきことと
して、先端126の付近の圧力センサ120は、十分に小型化することができる
か、リセクトスコープのシース52の外面における露出またはシース52の管腔
内での露出を最小限にすることもできる。好ましくは、シース52の内部の管腔
58は遮られていない。これにより、組織切除による組織片および他の残骸は、
妨げられることなく取り出される。但し、上記のように、センサ120が本発明
の設計のリセクトスコープ50に直接的には結合されていない取り外し可能な部
品である場合には、センサ120を従来のリセクトスコープに接続するのもさら
に容易である。
付近に配置されていてもよい。これにより、リセクトスコープが使用される時、
体腔B内の流体の圧力を直接的に計測することができる。理解されるべきことと
して、先端126の付近の圧力センサ120は、十分に小型化することができる
か、リセクトスコープのシース52の外面における露出またはシース52の管腔
内での露出を最小限にすることもできる。好ましくは、シース52の内部の管腔
58は遮られていない。これにより、組織切除による組織片および他の残骸は、
妨げられることなく取り出される。但し、上記のように、センサ120が本発明
の設計のリセクトスコープ50に直接的には結合されていない取り外し可能な部
品である場合には、センサ120を従来のリセクトスコープに接続するのもさら
に容易である。
【0029】 上記のように、従来の流体管理システムは、流体の流速が変動する間、体腔B
の内部で所望の圧力を維持するべくポンプの出力を制御するのに困難であった。
本発明の制御された注入システム10は、第1の圧力センサ110と第2のセン
サ120を使って、流体の流路の途中の第1の点と第2の点の圧力を計測するの
で、安定した応答性の高い空洞圧力制御を提供することができる。他の圧力セン
サが使用されてもよいが、普通は後述するように二つのセンサを使用するのが適
当であろう。好ましくは、第1の圧力センサ110は、ポンプ40のすぐ下流に
配置され、ポンプの出力圧力は近くで監視される。第2のセンサ120は、シー
ス52の先端またはその近辺での圧力を計測し、リセクトスコープが使用される
時には、体腔Bの内部の圧力を計測することができる。一般的には、ポンプの付
近に圧力センサを設けることは、より迅速でより安定したポンプの制御を可能に
するが、第2のセンサが体腔Bの内部の圧力を計測することは、ポンプのセット
ポイントを所望のレベルに制御して、体腔の圧力を目標値にすることを可能にす
る。
の内部で所望の圧力を維持するべくポンプの出力を制御するのに困難であった。
本発明の制御された注入システム10は、第1の圧力センサ110と第2のセン
サ120を使って、流体の流路の途中の第1の点と第2の点の圧力を計測するの
で、安定した応答性の高い空洞圧力制御を提供することができる。他の圧力セン
サが使用されてもよいが、普通は後述するように二つのセンサを使用するのが適
当であろう。好ましくは、第1の圧力センサ110は、ポンプ40のすぐ下流に
配置され、ポンプの出力圧力は近くで監視される。第2のセンサ120は、シー
ス52の先端またはその近辺での圧力を計測し、リセクトスコープが使用される
時には、体腔Bの内部の圧力を計測することができる。一般的には、ポンプの付
近に圧力センサを設けることは、より迅速でより安定したポンプの制御を可能に
するが、第2のセンサが体腔Bの内部の圧力を計測することは、ポンプのセット
ポイントを所望のレベルに制御して、体腔の圧力を目標値にすることを可能にす
る。
【0030】 図7Aを参照しながら、本発明の好適な実施の形態の制御された注入システム
200を説明する。システム200は通常はポンプコントローラ210、第1の
圧力センサ110および第2のセンサ120を備える。第1の圧力センサ110
およびポンプコントローラ210は、矢印220で示された通りの第1の制御ル
ープを構成する。第2のセンサ120およびポンプコントローラ210は、矢印
230で示された通りの第2の制御ループを構成する。両方の制御ループ220
,230は、圧力センサ110からの圧力情報P1 およびセンサ120からの圧
力情報P2 に基づいて、ポンプ40の速度を調整するために使われる。
200を説明する。システム200は通常はポンプコントローラ210、第1の
圧力センサ110および第2のセンサ120を備える。第1の圧力センサ110
およびポンプコントローラ210は、矢印220で示された通りの第1の制御ル
ープを構成する。第2のセンサ120およびポンプコントローラ210は、矢印
230で示された通りの第2の制御ループを構成する。両方の制御ループ220
,230は、圧力センサ110からの圧力情報P1 およびセンサ120からの圧
力情報P2 に基づいて、ポンプ40の速度を調整するために使われる。
【0031】 この好適な実施の形態では、ポンプ40の速度SP は下記の式で決定される。 SP =K(Pd −P1 −CORRECTION) ここで、Pd は所望の子宮または体腔の圧力である。Kは制御ゲイン定数であ
り、これはユーザが決定できる。CORRECTIONは補正ファクタであり、(Pd −P 2 )という関数である。Pd −P2 は、所望の子宮または体腔の圧力と実際の子
宮または体腔の圧力との間の誤差であるところのErrpresと解釈される。ここ
に示される通り、ポンプの速度を計算するのに用いられる補正ファクタは、好ま
しくは、第2のセンサ120で計測されった実際の体腔の圧力の関数である。第
2のセンサ120は、流入管56の圧力よりも体腔の圧力を計測するのが好まし
い。というのも、注入具を通じて流体が配送される間には、20mmHg乃至3
0mmHgの程度の大きな圧力損失があるためである。模範的な実施の形態では
、補正係数は、定数Kc を乗算した誤差Errpresをある周期dtにわたって積
分した値であり、下記の式で表される。
り、これはユーザが決定できる。CORRECTIONは補正ファクタであり、(Pd −P 2 )という関数である。Pd −P2 は、所望の子宮または体腔の圧力と実際の子
宮または体腔の圧力との間の誤差であるところのErrpresと解釈される。ここ
に示される通り、ポンプの速度を計算するのに用いられる補正ファクタは、好ま
しくは、第2のセンサ120で計測されった実際の体腔の圧力の関数である。第
2のセンサ120は、流入管56の圧力よりも体腔の圧力を計測するのが好まし
い。というのも、注入具を通じて流体が配送される間には、20mmHg乃至3
0mmHgの程度の大きな圧力損失があるためである。模範的な実施の形態では
、補正係数は、定数Kc を乗算した誤差Errpresをある周期dtにわたって積
分した値であり、下記の式で表される。
【0032】
【数1】 このような補正項により、所望の体腔の圧力と実際の体腔の圧力との誤差がゼ
ロに減少するまでポンプの速度を決定する関数に対して、比較的遅い速度で、逐
次的に大きくなる補正値を加えてゆくことができる。例えば所望の体腔の圧力を
発生させるためにポンプ40に与えられる電力のような他の制御変数を計算する
ためには、定数を別のものにすることによりこれらの式を修正すればよい。
ロに減少するまでポンプの速度を決定する関数に対して、比較的遅い速度で、逐
次的に大きくなる補正値を加えてゆくことができる。例えば所望の体腔の圧力を
発生させるためにポンプ40に与えられる電力のような他の制御変数を計算する
ためには、定数を別のものにすることによりこれらの式を修正すればよい。
【0033】 値KおよびKc は、注入システム10における目標値行き過ぎ量と定常状態誤
差の程度を支配する。仮にKが大きければ、このシステムは振動性が高いが応答
性も高くなる。仮にKが小さければ、この逆のことがいえる。好適な実施の形態
のシステム200では、Kはシステムの非振動性を維持したままで、できる限り
最大の値になるように選択される。ポンプの速度を決定する関数に補正ファクタ
がゆっくり付加されてゆくことにより、あらゆる定常状態誤差が減少させられる
。Kc は、それ自体に不安定性を生ずることなく、できる限り迅速に定常状態誤
差を補正できるように選択される。誤差が積分されるために、Kc がたとえ小さ
い値であっても最終的には定常状態誤差をゼロに減少させることができる。理解
されるべきこととして、この実施の形態の制御システム200は積分−比例の結
合制御を使っているが、別のやり方として、制御システムが比例、微分または積
分のいずれかまたは全てからなる結合の制御を取り入れるように修正することも
できる。例えば、ポンプ速度を制御する第1の制御ループは、さらに迅速なポン
プ応答を実現するために、比例−微分制御を取り入れてもよい。
差の程度を支配する。仮にKが大きければ、このシステムは振動性が高いが応答
性も高くなる。仮にKが小さければ、この逆のことがいえる。好適な実施の形態
のシステム200では、Kはシステムの非振動性を維持したままで、できる限り
最大の値になるように選択される。ポンプの速度を決定する関数に補正ファクタ
がゆっくり付加されてゆくことにより、あらゆる定常状態誤差が減少させられる
。Kc は、それ自体に不安定性を生ずることなく、できる限り迅速に定常状態誤
差を補正できるように選択される。誤差が積分されるために、Kc がたとえ小さ
い値であっても最終的には定常状態誤差をゼロに減少させることができる。理解
されるべきこととして、この実施の形態の制御システム200は積分−比例の結
合制御を使っているが、別のやり方として、制御システムが比例、微分または積
分のいずれかまたは全てからなる結合の制御を取り入れるように修正することも
できる。例えば、ポンプ速度を制御する第1の制御ループは、さらに迅速なポン
プ応答を実現するために、比例−微分制御を取り入れてもよい。
【0034】 上述したように、制御システム200は、ポンプのすぐ下流または近辺の位置
での圧力情報と、体腔の内部または手術目標部位の近辺の位置での圧力情報を受
信する。システム10において、ポンプとリセクトスコープ50の流出ポートつ
まり先端126との間の流体の流路距離が非常に長い場合に、かかる形態は好適
である。というのも、ポンプとリセクトスコープの間の距離が長いと、システム
の応答性を比較的遅くしてしまうからである。安定しなおかつ正確な圧力制御を
実現するためには、ポンプの近辺およびリセクトスコープの近辺における圧力を
計測するのが望ましい。
での圧力情報と、体腔の内部または手術目標部位の近辺の位置での圧力情報を受
信する。システム10において、ポンプとリセクトスコープ50の流出ポートつ
まり先端126との間の流体の流路距離が非常に長い場合に、かかる形態は好適
である。というのも、ポンプとリセクトスコープの間の距離が長いと、システム
の応答性を比較的遅くしてしまうからである。安定しなおかつ正確な圧力制御を
実現するためには、ポンプの近辺およびリセクトスコープの近辺における圧力を
計測するのが望ましい。
【0035】 図7Bに示すように、本発明の注入システム10を泡取り器100を持たない
形態に改造することも可能である。泡取り器100がない場合には、第1の圧力
センサ110はポンプ40のすぐ下流に接続することが可能である。但し、泡取
り器100があればいくつかの利点が得られることは理解されるべきである。第
一に、システム10を通じて流体を配送する場合、泡取り器100は、流体源2
0から体腔に空気つまり気体に進入するのを防止するフィルタとして機能する。
第二に、泡取り器100は、泡取り器100の内部に貯められた空気つまり気体
の区域により、流れの脈動を吸収する流れの脈動抑制器の役割も果たす。第三に
、泡取り器100は、制御システム200において、円滑化フィルタまたはロー
パスフィルタの役割も果たす。このローパスフィルタは、ポンプコントローラ2
10が閉ループの安定性および円滑なポンプ出力を達成するのを助ける。さらに
、泡取り器100は、図2に詳細に示されている通り、第1の圧力センサ110
の接続点を提供する。好適な実施の形態の注入システム10においては、泡取り
器100へ流体を導入するのにポンプ40が使われているが、ポンプ40は、泡
取り器100の内部に関しては空気つまり気体102を圧縮する。泡取り器10
0は出力部104を除いて気密な容器であるので、泡取り器100内の液体の上
にある空気つまり気体102は、ポンプからの注入圧力を伝達することができる
。泡取り器100の内部の空気の割合が多ければ多いほど、泡取り器100の脈
動抑制性能は高まる。システムに泡取り器100を設けないとすれば、通常は、
制御系統に、数学的な円滑または脈動抑制機能を持たなければならない。
形態に改造することも可能である。泡取り器100がない場合には、第1の圧力
センサ110はポンプ40のすぐ下流に接続することが可能である。但し、泡取
り器100があればいくつかの利点が得られることは理解されるべきである。第
一に、システム10を通じて流体を配送する場合、泡取り器100は、流体源2
0から体腔に空気つまり気体に進入するのを防止するフィルタとして機能する。
第二に、泡取り器100は、泡取り器100の内部に貯められた空気つまり気体
の区域により、流れの脈動を吸収する流れの脈動抑制器の役割も果たす。第三に
、泡取り器100は、制御システム200において、円滑化フィルタまたはロー
パスフィルタの役割も果たす。このローパスフィルタは、ポンプコントローラ2
10が閉ループの安定性および円滑なポンプ出力を達成するのを助ける。さらに
、泡取り器100は、図2に詳細に示されている通り、第1の圧力センサ110
の接続点を提供する。好適な実施の形態の注入システム10においては、泡取り
器100へ流体を導入するのにポンプ40が使われているが、ポンプ40は、泡
取り器100の内部に関しては空気つまり気体102を圧縮する。泡取り器10
0は出力部104を除いて気密な容器であるので、泡取り器100内の液体の上
にある空気つまり気体102は、ポンプからの注入圧力を伝達することができる
。泡取り器100の内部の空気の割合が多ければ多いほど、泡取り器100の脈
動抑制性能は高まる。システムに泡取り器100を設けないとすれば、通常は、
制御系統に、数学的な円滑または脈動抑制機能を持たなければならない。
【0036】 次に、図8Aを参照しつつ、制御システム200の概略を説明する。図示のよ
うに、ポンプコントローラ210は、ユーザが入力した所望の体腔の圧力信号を
受信し、この信号は積分器232を通過させられて処理器240に至る。処理器
240は第1のセンサ110で計測された圧力を用いて、制御変数、例えばポン
プ速度、ポンプに与える動力、およびポンプの出力圧力を算出する。ポンプ40
からの流体の流れは注入器50へと流入し、それから体腔Bの内部に流入する。
センサ120は体腔Bの内部への流入の結果として生ずる圧力を計測する。積分
器232は、所望の圧力と実際の体腔内の圧力を用いて、次のループの間に処理
器240に与えられる補正項を算出する。図8Aに示すように、制御ループ22
0,230は、ネステッド制御ループ(nested control loop)として特徴づけ
られる。このシステムに発生する高周波の乱れを円滑化する特徴を提供するため
に、泡取り器100がこのシステムに設けられてもよい。
うに、ポンプコントローラ210は、ユーザが入力した所望の体腔の圧力信号を
受信し、この信号は積分器232を通過させられて処理器240に至る。処理器
240は第1のセンサ110で計測された圧力を用いて、制御変数、例えばポン
プ速度、ポンプに与える動力、およびポンプの出力圧力を算出する。ポンプ40
からの流体の流れは注入器50へと流入し、それから体腔Bの内部に流入する。
センサ120は体腔Bの内部への流入の結果として生ずる圧力を計測する。積分
器232は、所望の圧力と実際の体腔内の圧力を用いて、次のループの間に処理
器240に与えられる補正項を算出する。図8Aに示すように、制御ループ22
0,230は、ネステッド制御ループ(nested control loop)として特徴づけ
られる。このシステムに発生する高周波の乱れを円滑化する特徴を提供するため
に、泡取り器100がこのシステムに設けられてもよい。
【0037】 あるいは、システム200は、図8Bに示されるように組み立てられていても
よい。この図は、一つの制御ループの出力ファクタまたは変数が、ポンプ出力を
調整するための他の制御ループに転送されるカスケード制御システムのブロック
図である。図8Bは、ユーザが所望の体腔の圧力を入力することを示しており、
この圧力は圧力設定点250である。主制御ループ252は、点250および計
測された実際の体腔圧力254に基づいて、ポンプ出力設定点256を決定する
。ポンプ出力設定点256は、次のポンプ制御ループ258に転送される。ポン
プ制御ループ258は、ポンプ40の速度のようなポンプ制御変数を決定する。
ポンプ出力設定点256は、好ましくは、所望の圧力の絶対値または場合によっ
てはポンプの出力流速である。ポンプ出力設定点256は、上述したタイプの補
正ファクタであってもよい。
よい。この図は、一つの制御ループの出力ファクタまたは変数が、ポンプ出力を
調整するための他の制御ループに転送されるカスケード制御システムのブロック
図である。図8Bは、ユーザが所望の体腔の圧力を入力することを示しており、
この圧力は圧力設定点250である。主制御ループ252は、点250および計
測された実際の体腔圧力254に基づいて、ポンプ出力設定点256を決定する
。ポンプ出力設定点256は、次のポンプ制御ループ258に転送される。ポン
プ制御ループ258は、ポンプ40の速度のようなポンプ制御変数を決定する。
ポンプ出力設定点256は、好ましくは、所望の圧力の絶対値または場合によっ
てはポンプの出力流速である。ポンプ出力設定点256は、上述したタイプの補
正ファクタであってもよい。
【0038】 ポンプ制御ループ258は、主制御ループ252からのポンプ出力設定点25
6に基づいてポンプ40を制御する。図8Bに示されるように、ポンプ制御ルー
プ258はセンサ110から体腔情報を受信し、主制御ループ252はセンサ1
20からポンプ出力情報を受信する。有利なことに、このカスケード制御形態に
よって、体腔の内部の正確な圧力制御と、良好なシステム応答性の両方が可能で
ある。上記に代えて、システム200で使われるポンプ40は一定出力であるが
、可変(調節可能)なバイパスを持つものであってもよい。これは、出力が一定
のポンプを使う場合でも、体腔に届く液体の圧力/流れを調節する別の方法を提
供する。
6に基づいてポンプ40を制御する。図8Bに示されるように、ポンプ制御ルー
プ258はセンサ110から体腔情報を受信し、主制御ループ252はセンサ1
20からポンプ出力情報を受信する。有利なことに、このカスケード制御形態に
よって、体腔の内部の正確な圧力制御と、良好なシステム応答性の両方が可能で
ある。上記に代えて、システム200で使われるポンプ40は一定出力であるが
、可変(調節可能)なバイパスを持つものであってもよい。これは、出力が一定
のポンプを使う場合でも、体腔に届く液体の圧力/流れを調節する別の方法を提
供する。
【0039】 次に図9を参照しながら、ポンプ40のユーザインタフェース300を説明す
る。好ましくは、ユーザインタフェース300は、約8フィート乃至12フィー
ト(243.84cm乃至365.76cm)離れても容易に視認することので
きるいくつかの大きな表示器を備えている。表示器302,303および304
は、現在の流速と、現在の体腔の圧力と、所望の体腔の圧力に関する情報を提示
する。ノブおよびボタンといったコントローラが注入システム10を起動したり
、システム10の所望の流速および体腔の圧力を選択したりするために設けられ
ていることであろう。好ましくは、不便を感じさせたり、手術用手袋を破損した
りすることなく、手袋をした手で制御を起動させることができるようになってい
るであろう。ユーザインタフェース300は、ポンプ40に結合されており、シ
ャーシ80に取り付けられている。制御された注入システム10は、表示パネル
350を備えていてもよい。この表示パネル350は、配送された流体の全量の
ような変数に関する情報および他のそれに類する情報を提示する。表示パネル3
50として適切なものの詳細は1995年11月1日に出願された共有譲受人が
所有する係属中の米国特許出願第08/548,315号(代理人整理番号16
944−000700)に開示されている。その開示の内容の全ては、参照され
ることにより、この出願の一部として取り入れられる。
る。好ましくは、ユーザインタフェース300は、約8フィート乃至12フィー
ト(243.84cm乃至365.76cm)離れても容易に視認することので
きるいくつかの大きな表示器を備えている。表示器302,303および304
は、現在の流速と、現在の体腔の圧力と、所望の体腔の圧力に関する情報を提示
する。ノブおよびボタンといったコントローラが注入システム10を起動したり
、システム10の所望の流速および体腔の圧力を選択したりするために設けられ
ていることであろう。好ましくは、不便を感じさせたり、手術用手袋を破損した
りすることなく、手袋をした手で制御を起動させることができるようになってい
るであろう。ユーザインタフェース300は、ポンプ40に結合されており、シ
ャーシ80に取り付けられている。制御された注入システム10は、表示パネル
350を備えていてもよい。この表示パネル350は、配送された流体の全量の
ような変数に関する情報および他のそれに類する情報を提示する。表示パネル3
50として適切なものの詳細は1995年11月1日に出願された共有譲受人が
所有する係属中の米国特許出願第08/548,315号(代理人整理番号16
944−000700)に開示されている。その開示の内容の全ては、参照され
ることにより、この出願の一部として取り入れられる。
【0040】 理解を明確にする目的で図面および例証という形式で上記の発明をある程度詳
細に説明してきたが、特許請求の範囲の区域内である程度の変更および修正を行
うことが可能である。例えば、注入システムは、経尿道の切除または様々な間接
鏡処理に用いられるように適合かされてもよい。さらに、計測管は、リセクトス
コープのような手術器具に直接接続されていなくて、体腔内で露出される他の器
具にも取り付けられていない、それ自体で独立した装置であってもよい。
細に説明してきたが、特許請求の範囲の区域内である程度の変更および修正を行
うことが可能である。例えば、注入システムは、経尿道の切除または様々な間接
鏡処理に用いられるように適合かされてもよい。さらに、計測管は、リセクトス
コープのような手術器具に直接接続されていなくて、体腔内で露出される他の器
具にも取り付けられていない、それ自体で独立した装置であってもよい。
【図1】 本発明に係るシステムの一つの好適な実施の形態を示す斜視図である。
【図2】 図1のシステムとともに使われる泡取り器の好適な実施の形態を示す。
【図3】 図1のシステムとともに使われるリセクトスコープを示す側面図である。
【図4】 図3のリセクトスコープのシースを示す断面図である。
【図5】 図1のシステムとともに使われるリセクトスコープの模範的な実施の形態を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図6】 図5のリセクトスコープの一部破断図である。
【図7A】 本発明に係るシステムの好適な実施の形態の概略図である。
【図7B】 泡取り器を除去した本発明に係るシステムの実施の形態の概略図である。
【図8A】 図7Aおよび図7Bのシステムの制御ループ図である。
【図8B】 本発明のシステムの他の概略図である。
【図9】 本発明とともに使われるユーザインタフェースと流れの監視装置の実施の形態
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB ,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,GE,G H,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR, LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR, TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZA,Z W (72)発明者 クレア・クリストファー・アール アメリカ合衆国、94022 カリフォルニア 州、ロス・アルトス・ヒルズ、ラ・クレス タ・ドライブ 12620 (72)発明者 オールデン・ドナルド・エル アメリカ合衆国、94087 カリフォルニア 州、サニーベイル、ネルソン・ウェイ 1312 Fターム(参考) 4C060 MM24 4C066 AA01 BB01 DD15 FF01 QQ25 QQ35 4C077 AA15 BB10 DD07 DD21 EE04 HH05 HH13 JJ04 JJ13 KK27 5H316 AA13 BB07 DD02 EE22 FF06 FF22 HH04 HH08 HH10
Claims (31)
- 【請求項1】 体腔内に流体を注入するシステムであり、 流体源に接続可能な入口と出口を有するポンプと、 上記ポンプの出口に接続可能な基端と、注入器具に接続可能な先端とを有する
導管と、 ポンプの出力を計測するために配置された第1のセンサと、 体腔内の圧力を計測するために適合された第2のセンサと、 設定点と計測されたポンプ出力に基づいてポンプ出力を制御する第1の制御ル
ープと、体腔の圧力の設定点と計測された体腔の圧力に基づいて上記のポンプの
設定点を生成する第2の制御ループとを有するコントローラを備えたシステム。 - 【請求項2】 上記第1のセンサはポンプの出力圧力を計測するために配置
されていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 【請求項3】 上記第1のセンサはポンプの出力流速を計測するために配置
されていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 【請求項4】 上記第2のセンサは上記注入器具の近辺に配置されているこ
とを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 【請求項5】 このシステムが使用される時に、上記第2のセンサは体腔の
内部に配置されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 【請求項6】 上記第1のセンサはポンプの出口の近辺に配置されているこ
とを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 【請求項7】 上記第1の制御ループおよび第2の制御ループはネステッド
制御ループ(nested control loop)を形成することを特徴とする請求項1に記載
のシステム。 - 【請求項8】 上記導管に連結された泡取り器をさらに備えることを特徴と
する請求項1に記載のシステム。 - 【請求項9】 上記第1の圧力センサは流体が流動可能なように上記泡取り
器に連結されていることを特徴とする請求項8に記載のシステム。 - 【請求項10】 液体の流れを円滑化する装置を備えることを特徴とする請
求項1に記載のシステム。 - 【請求項11】 上記ポンプは容積式ポンプであることを特徴とする請求項
1に記載のシステム。 - 【請求項12】 上記注入器具はリセクトスコープ(resectoscope)である
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 【請求項13】 上記第2のセンサは、流体が流動可能なように計測管に接
続され、この計測管は上記リセクトスコープに取り付けられているとともに、静
的圧力ポートを有することを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 【請求項14】 上記リセクトスコープが使用される時に、上記静的圧力ポ
ートは体腔の内部に配置されることを特徴とする請求項13に記載のシステム。 - 【請求項15】 上記注入器具の流体の出口に流体が流動可能なように連結
された吸引ポンプをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 【請求項16】 体腔内に流体を注入するシステムであり、 入口と出口を有するポンプと、 上記ポンプの出口からの流体の流路を形成する導管と、 上記流体の流路の途中で上記ポンプの出口の付近の圧力を計測する第1のセン
サと、 体腔内の圧力を計測する第2のセンサと、 体腔の内部と上記ポンプの付近の両方の圧力に基づいてポンプ出力を制御する
ために適合されたポンプコントローラを備えたシステム。 - 【請求項17】 上記ポンプコントローラは、体腔の内部の所望の圧力と、
第1のセンサにより計測されたポンプの付近の圧力と、補正ファクタの関数とし
てのポンプ速度を計算するために適合されていることを特徴とする請求項16に
記載のシステム。 - 【請求項18】 上記ポンプコントローラは、流体の配送の間の圧力損失を
補償する定常状態の誤差補正ファクタを用いて、ポンプ速度を計算するために適
合されており、上記補正ファクタは第2のセンサにより計測された体腔の内部の
目標部位の付近の圧力の関数であることを特徴とする請求項16に記載のシステ
ム。 - 【請求項19】 体腔内で用いられる装置であり、 シースを有するリセクトスコープと、 上記シースの中の計測管に連結された圧力センサとを備え、上記計測管は体腔
に流体が流動可能なように接続されていることを特徴とする装置。 - 【請求項20】 上記リセクトスコープは流体源に流体が流動可能なように
連結されていることを特徴とする請求項19に記載の装置。 - 【請求項21】 上記シースの先端に配置された切除装置をさらに備えるこ
とを特徴とする請求項19に記載の方法。 - 【請求項22】 体腔に流体を注入する方法であり、 制御可能なポンプにより体腔に流体を流入させることと、 経時的に体腔内の圧力を計測することと、 経時的にポンプの出力を計測することと、 体腔の内部の圧力を制御することとを備え、この圧力の制御は、 (a)計測された体腔の圧力に基づいてポンプの出力ファクタを決定すること
と、 (b)上記のポンプの出力ファクタと計測されたポンプの出力に基づいて、ポ
ンプの出力を制御することにより行うことを特徴とする方法。 - 【請求項23】 上記ポンプの出力ファクタはポンプの出力圧力を含むこと
を特徴とする請求項22に記載の方法。 - 【請求項24】 上記ポンプの出力ファクタはポンプの出力圧力に対する補
正ファクタを含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 【請求項25】 上記のポンプの出力を計測するステップは、上記ポンプの
付近の液圧を計測することを含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 【請求項26】 上記圧力を計測するステップは、体腔の内部の目標部位の
付近の液圧を計測することを含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 【請求項27】 上記の圧力を制御するステップは、流体導管の先端の付近
の液圧を計測することを含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 【請求項28】 体腔に流体を注入する方法であり、 流体導管を通じてポンプにより体腔に流体を流入させることと、 体腔の内部の目標部位の付近の流体の圧力に基づいて出力ファクタを決定する
ことと、 上記出力ファクタと上記ポンプの付近の流体の圧力に基づいて、ポンプの速度
を制御することとを備えた方法。 - 【請求項29】 体腔の内部の目標部位の付近の液圧を計測することをさら
に備えることを特徴とする請求項28に記載の方法。 - 【請求項30】 上記の制御するステップは、ポンプの速度を制御するため
にポンプに与える動力を制御することを含むことを特徴とする請求項28に記載
の方法。 - 【請求項31】 上記の流体導管の途中の少なくとも二つの位置で圧力を計
測することを特徴とする請求項28に記載の方法。
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