JP2008543442A - 外科手術用流体の管理 - Google Patents

Abstract

流体流通デバイスは、外科手術時の流体流通を制御し得る外科手術制御ユニットに対して着脱可能に係合し得るよう構成されたハウジングを具備している。第１ポートおよび第２ポートは、ハウジングの内部に設けられた流体経路の中の流体圧力を測定する。流体流通デバイスは、流体経路に沿った制限箇所のところにおいて流体流通を制限するための流通制限手段を具備している。第１ポートは、制限箇所の上流側に位置しており、第２ポートは、制限箇所の下流側に位置している。ハウジングの内部には、流体ポンプが設けられている。

Description

本出願は、米国特許法第１１９条に基づき、２００５年６月１３日付けで出願された米国特許予備出願明細書第６０／６８９，５４０号の優先権を主張するものである。この文献の記載内容は、参考のためここに組み込まれる。

本発明は、外科手術のための流体管理に関するものである。

例えば関節鏡視下手術といったような内視鏡手術においては、体腔に対して流体を供給するために、流体管理システムが使用される。流体は、ジョイントのキャビティに対して供給され、これにより、体腔に対してのアクセスが可能とされ、外科手術を行っている外科医に対して可視性が提供される。流体は、血液および破片に関してジョイントキャビティを洗浄するために使用され、また、ジョイントの膨張度合いを適切に維持するために使用される。
米国特許予備出願明細書第６０／６８９，５４０号

１つの一般的な見地においては、流体流通デバイスは、外科手術時の流体流通を制御し得る外科手術制御ユニットに対して着脱可能に係合し得るよう構成されたハウジングを具備している。流通デバイスは、ハウジング内に流体経路を具備しているとともに、この流通経路内に、流体圧力を測定するための第１ポートおよび第２ポートを具備している。流通制限手段が、流体経路に沿った制限箇所のところにおいて流体流通を制限する。第１ポートは、制限箇所の上流側に位置しており、第２ポートは、制限箇所の下流側に位置している。流通デバイスは、ハウジングの内部に、流体ポンプを具備している。

この見地の実施形態は、以下の様々な特徴点のうちの１つまたは複数の特徴点を備えることができる。例えば、流通制限手段は、流体経路に沿って横断面積を低減させた領域を備えている。第１ポートおよび第２ポートは、ハウジングの壁に形成された開口である。

流通デバイスは、第１ポートを覆うフレキシブルなメンブランと、第２ポートを覆うフレキシブルなメンブランと、を具備している。

ポンプは、ハウジングの外部のモータによって駆動されるとともに、このモータに対して非接触的に磁気結合されている。

流通デバイスは、ハウジング内に設けられた第２流体経路を具備している。

流通デバイスは、第２流体経路を通っての流体流通を選択的に制御し得るよう構成されたバルブを具備している。

１日使用チューブが、ハウジングに対して動作可能に連結されている。この１日使用チューブは、逆流を制限するためのバルブを備えている。

流通デバイスは、外科手術制御ユニットを備えている。外科手術制御ユニットは、第１圧力センサと第２圧力センサとを備えている。ハウジングが外科手術制御ユニットに対して係合しているときには、両センサは、両ポートのうちのそれぞれ対応するポートに対して位置合わせされる。外科手術制御ユニットには、ハウジングを受領するためのスロットが形成されている。スロットは、ガイドトラックを備え、ハウジングは、ガイドトラックに対して係合し得るよう構成された１つまたは複数の突起を備えている。ガイドトラックは、直線状のトラック部分と、角度付きのトラック部分と、を備えている。

流通デバイスは、ハウジング内の流体コンジットに対して脈動作用をもたらし得るよう構成されたバルブを具備している。

外科手術制御ユニットは、プロセッサを備え、このプロセッサは、流通制限手段を通しての圧力降下の測定値に基づいてポンプ速度を選択的に制御し得るよう構成されている。プロセッサは、流速の計算値と外科手術部位圧力の設定値と外科手術部位圧力の計算値とに基づいてポンプ速度を選択的に制御し得るよう構成されている。プロセッサは、比例積分微分コントローラに対して動作可能に接続され、この比例積分微分コントローラは、外科手術部位圧力の設定値と外科手術部位圧力の計算値との間の比較に関しての閉ループフィードバックを提供し得るよう構成されている。

外科手術制御ユニットは、ポンプからの導出圧力（Ｐ２）と流速（Ｑ）とポンプの回転速度（ＲＰＭ）との制御を、ＲＰＭ＝ｆ(Ｐ２，Ｑ)という関数によって定義される三次元システムモデルに基づいて行い得るよう構成されている。コントローラは、外科手術部位圧力の設定値と外科手術部位圧力の計算値との間の比較に関しての開ループフィードフォワード制御を提供し得るよう構成されている。

他の一般的な見地においては、体腔内の流体圧力を制御するための方法が提供され、この方法においては、体腔と流体ポンプとの間に位置した流通制限手段を通して体腔へと流体をポンピングし；流通制限手段を通しての圧力変化を測定し；圧力変化の測定値に基づいて体腔内での流体圧力を計算し；流体圧力の計算値に基づいて体腔に対しての流体流通を制御する。

この見地の実施形態は、以下の様々な特徴点のうちの１つまたは複数の特徴点を備えることができる。例えば、方法においては、体腔圧力の設定値を設定し；体腔内の流体圧力の計算値と、体腔圧力の設定値と、を比較し；この比較に基づいてポンプ速度を調節する。ポンプからの導出圧力（Ｐ２）と流速（Ｑ）とポンプの回転速度（ＲＰＭ）とは、ＲＰＭ＝ｆ(Ｐ２，Ｑ)という関数によって定義される三次元システムモデルに基づいて制御される。比較に基づいた開ループフィードフォワード制御と、ポンプ速度に関しての閉ループフィードバック制御と、が行われる。

他の一般的な見地においては、コンピュータ読取可能な記録媒体が提供され、この記録媒体は、コンピュータによって実行可能なプログラムコードを格納しており、プログラムコードは、コンピュータに対して、体腔内における流体圧力を制御するための方法を実行させ得るよう、構成されている。

他の一般的な見地においては、体腔内の圧力を制御するための流体流通デバイスは、以下の様々な特徴点のうちの１つまたは複数の特徴点を備えることができる。例えば、ポンプは、遠心ポンプである。第１圧力センサおよび第２圧力センサは、カセット用スロットに隣接したトランスデューサであって、ハウジングがスロット内へと動作可能に受領された際には、第１ポートおよび第２ポートに対して位置合わせされる。外科手術制御ユニットは、ハウジングスロット内に動作可能に受領されたハウジングを検出する検出デバイスを備えている。検出デバイスは、ハウジングを特定する。

他の一般的な見地においては、ポンプカセットは、外科手術制御ユニットに対して着脱可能に係合することができ、外科手術制御ユニットは、ガイドトラックを有したカセット受領用スロットと、第１圧力トランスデューサと、第２圧力トランスデューサと、を具備している。ポンプカセットは、ハウジングを具備し、このハウジングは、スロット内へのポンプカセットの挿入初期時におよび最終配置時に、ガイドトラックに対して係合し得るよう構成された突起を備え、これにより、スロット内へのポンプカセットの挿入初期時には、ハウジングが圧力トランスデューサから離間するものとされ、さらに、スロット内へのポンプカセットの最終配置時には、ハウジングが圧力トランスデューサに対して接触するものとされている。

この見地の実施形態は、以下の様々な特徴点のうちの１つまたは複数の特徴点を備えることができる。例えば、ポンプカセットは、スロット内へのポンプカセットの最終配置時に、第１圧力トランスデューサに対して位置合わせされるように配置された第１ポートと、第２圧力トランスデューサに対して位置合わせされるように配置された第２ポートと、を具備している。

他の一般的な見地においては、外科手術制御ユニットに対してポンプカセットを係合させるための方法が提供され、この方法においては、外科手術制御ユニットが、ガイドトラックを有したカセット受領用スロットと、第１圧力トランスデューサと、第２圧力トランスデューサと、を具備している場合に、ポンプカセットに設けられた突起を、ガイドトラックに対して位置合わせしつつ、ガイドトラック内へとポンプカセットを押し込み、これにより、ポンプカセットを、スロット内へのポンプカセットの挿入初期時にポンプカセットが圧力トランスデューサから離間した状態から、スロット内へのポンプカセットの最終配置時にポンプカセットが圧力トランスデューサに対して接触した状態へと、移動させる。

他の一般的な見地においては、体腔内の流体圧力を制御するための装置は、体腔と流体ポンプとの間に配置された流通制限手段を通して体腔へと流体をポンピングするための手段と；流通制限手段を通しての圧力変化を測定するための手段と；圧力変化の測定値に基づいて体腔内の流体圧力を計算するための手段と；流体圧力の計算値に基づいて体腔への流体流通を制御するための手段と；を具備している。

上記様々な見地は、以下の様々な利点を提供する。流体管理システムは、例えば体腔内のジョイント圧力といったようなシステムパラメータの観測と制御とに関し、機能性と、操作の容易さと、信頼性と、を向上させる。例えば、ジョイント圧力を、設定圧力に維持することができ、これにより、適切なジョイントの膨張を達成することができ、および／または、ジョイントキャビティを過圧状態を避けることができる。ジョイントの圧力は、流体流通デバイスのパラメータを変更することことによって、例えば流速とは無関係にポンプ速度を変更することによって、実質的に目標設定圧力に等しくなるように、制御することができる。流通管理システムを使用することにより、システム圧力インピーダンスを確立するための器具のタイプと使い捨て可能なポンプカセットのタイプとを信頼性高くなおかつ自動的に認識することができる。流体管理システムにおける上記の使い捨て可能な関節鏡的ポンプの使用は、流体流通経路の組織閉塞を制限し得るような導出制御を提供する。システムは、広範囲にわたる関節鏡的器具、および／または、カニューレ、および／または、圧力損失の手動校正や計算を必要としないチューブ構成、に対して、適合性を有している。システムは、適切な流体バッグの高さの認識、および／または、正確な圧力損失の測定、および／または、流速とポンプ速度との制御や計算、を可能とする。

本発明の他の特徴点や目的や利点は、以下の詳細な説明と添付図面と特許請求の範囲とを参照することにより、明瞭となるであろう。

流体管理システム１００は、ポンプ制御ユニット２００（図１Ａ）と、使い捨てタイプのポンプカセット３００（図１Ｂ）と、を備えている。流体管理システム１００は、例えば関節鏡視下手術といったような内視鏡手術において使用されるものであり、加圧流体を体腔に対して供給することができる。流体は、ジョイントのキャビティ内において実質的に一定で所定値の圧力レベルを生成するために、供給される。ジョイントキャビティの圧力は、例えば流速Ｑとは無関係にといったようにしてポンプ速度を変えることによって、システム１００により制御される。これにより、ジョイントの膨張度合いを維持することができ、また、外科医に対して十分なアクセス性と可視性とを提供することができ、また、血液と破片（あるいは、デブリ）とに関してキャビティを洗浄することができる。流れＱに関する要求が、外科手術の全体にわたって変動することにより、システム１００は、制御ユニット１００を自動的に調節することにより、適切な流速を提供し得るとともに、キャビティ内における所望のジョイント圧力を維持することができる。

ポンプ制御ユニット２００は、ハウジング２１５ａ，２１５ｂを備えている。これらハウジングは、全体的に矩形形状のポンプカセット用スロット２１０を形成する。このスロットは、ポンプカセット３００を動作可能に受領するためのものである。ポンプカセット３００は、スロット２１０内へと、着脱可能にスライド挿入される。後述するように、カセット用スロット２１０とポンプカセット３００とは、単一の方向および向きでもってしかカセットをスロット２１０内へと挿入し得ないようにして、構成されている。制御ユニットハウジング２１５ａ，２１５ｂは、互いに着脱可能に固定される上部材２１５ａと下部材２１５ｂとを備えている。これら部材２１５ａ，２１５ｂの固定により、制御ユニット２００の内部に対してアクセスすることができる。

図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ポンプ制御ユニット２００は、ディスプレイ２８０を有した前面２７０を備えている。ディスプレイ２８０は、グラフィカルユーザインタフェース２８１を提供する。グラフィカルユーザインタフェース２８１は、例えば、タッチスクリーン駆動タイプのインターフェースとされ、ユーザーは、様々なシステムパラメータを選択的に制御したり観測したりすることができる。例えば、図２Ａに示すように、初期的スクリーンにより、ユーザーは、目標をなすジョイント圧力値２８３ｂをセットしたり、流通制限値２８４ｂをセットしたり、例えば大きな直径や標準設定や小さなジョイントカニューレ設定といったような関節鏡的器具設定２８５をセットしたり、することができる。初期的スクリーンは、また、ユーザーに対して、吸引レベル２８６およびジョイントキャビティ圧力２８３ｂを選択してセットする能力や、ポンプ２８７を起動または停止させる能力や、および／または、例えばジョイント圧力２８３ａや流速２８４ａといったような測定パラメータを観測する能力を、提供する。図２Ｂに示すように、その後のスクリーンにより、ユーザーは、例えば関節鏡的器具設定値の設定といったような外科手術手順に関する設置値を調節することができる。例えば、制御ユニット２００は、例えばSmith & Nephew Inc. によって製造されたDyonics Power Shaver System,部品番号7205357 といったようなシェーバーシステムと一緒に動作することができる。シェーバーシステムは、例えば２．０ｍｍや２．９ｍｍや３．５ｍｍのミニブレードといったような様々なサイズの様々なシェーバーと、ジョイント応用のための様々なバールと、を提供することができる。加えて、シェーバーシステムは、シェーバーのブレードのタイプを自動的に検出してシステムを最適性能のためのなおかつ安全性のためのプログラムされた速度範囲に設定するような、ブレード認識機能を備えることができる。これに代えて、ユーザーは、ブレード速度２８２ｃを選択することができる。ブレード速度をセットすると、ユーザーは、シェーバーがオンである２８２ａかあるいはオフである２８２ｂかに応じて、制御ユニット２００上のシェーバー吸引設定を指定することもできる。

図１Ａ、図１Ｂおよび図３に示すように、ポンプ制御ユニット２００は、ポンプカセット３００内の流通制限箇所３７０の両側（上流側および下流側）における各圧力Ｐ１，Ｐ２を測定するための、一対をなす圧力トランスデューサ２２０ａ，２２０ｂを備えている。使用時には、流体バッグ３０が、外科手術チューブ３１を介して、ポンプカセット３００に対して、動作可能に接続される。これにより、流体を、供給流体導入チューブ接続部３９７（図１Ｂ）に対して供給することができる。ポンプカセット３００は、遠心ポンプ３０８を備えている。遠心ポンプ３０８は、流速Ｑでもって、加圧流体を、導出チューブ接続部３９６（図１Ｂ）と放出チューブ３２とカニューレ２０とを介して、ジョイントキャビティ１０に対して、供給する。圧力トランスデューサ２２０ａ，２２０ｂは、流通制限箇所３７０を通しての圧力降下を測定する。これにより、流速Ｑを決定することができる。流速Ｑは、後述するような様々なシステムパラメータとともに、輸送関数すなわち三次元数学モデルを生成するために使用することができる。輸送関数または三次元数学モデルを使用することにより、ジョイントキャビティ１０に対しての流速と、ジョイントキャビティ１０内の流体圧力と、を制御することができる。

ジョイントキャビティ１０に対しての流速とジョイントキャビティ１０内の流体圧力とを決定するためには、トランスデューサ２２０ｂとカニューレ２０の先端部との間で圧力損失を表すような、ジョイントキャビティ１０とトランスデューサ２２０ｂとの間におけるカニューレ２０とチューブ３２とすべての接続部材（図示せず）とを通してのインピーダンスまたは圧力降下ΔＰ_Ｒ を明らかにしなければならない。インピーダンスは、経験的に、ΔＰ_Ｒ ＝ｆ(Ｑ)という形態の連続関数として、計算することができる。

ΔＰ_Ｒ ＝ａ_ＲＱ^２＋ｂ_ＲＱ …式１

式１における係数ａ_Ｒおよびｂ_Ｒは、システム１００と一緒に使用されている器具構成の各タイプに関して、経験的に決定することができ、制御ユニット２００内に格納することができる。例えば、器具の『小流量』設定と『中流量』設定と『大流量』設定とに対応したような、３つのファミリーをなすインピーダンス式が、既に定量化されている。例えば、小流量の器具構成は、Smith & Nephew Inc. のカタログ参照番号3672および7205682 （２．７ｍｍという外径の関節鏡付きの、２．９ｍｍという外径のカニューレ）を備えており、中流量の器具構成は、Smith & Nephew Inc. のカタログ参照番号4492および3894（４ｍｍという外径の関節鏡付きの、５．８ｍｍという外径の回転可能なカニューレ）を備えており、大流量の器具構成は、Smith & Nephew Inc. のカタログ参照番号4357および3894（４ｍｍという外径の関節鏡付きの、６ｍｍという外径のカニューレ）を備えている。関節鏡は、カニューレ内へと挿入され、そして、関節鏡の外径とカニューレの内径との間の環状領域が、流通領域を形成する。以下の式は、これらのタイプの３つの器具を表している。

ΔＰ_ＲＬ ＝ａ_ＲＬＱ^２＋ｂ_ＲＬＱ （小流量） …式２
ΔＰ_ＲＭ ＝ａ_ＲＭＱ^２＋ｂ_ＲＭＱ （中流量） …式３
ΔＰ_ＲＨ ＝ａ_ＲＨＱ^２＋ｂ_ＲＨＱ （大流量） …式４

加えて、例えば１日用のチューブセットといったような複数回使用のチューブセットがシステム内で使用される際には、１日用チューブセットのインピーダンスが、また、考慮され、式５に基づくシステムインピーダンスが決定される。複数回使用のチューブセットは、コンタミネーションを制限するための逆流防止用逆止バルブと、追加的なコネクタと、を備えることができる。バルブおよび／または追加的なコネクタは、式２〜式４によって表されているものを超えるようなより大きなインピーダンスを追加するように作用することとなる。式５は、１日用チューブのインピーダンスを表している。

ΔＰ_ＤＴ ＝ａ_ＤＴＱ^２＋ｂ_ＤＴＱ …式５

１日用チューブセットは、２日以上にわたる外科手術に関しては、１日という手術日のために使用されるシステムの一部である。１日用のチューブセットは、通常、手術室内の無菌領域の外部で使用される。例えば患者チューブセットといったような第２のチューブセットが、各手術ごとに１日用チューブの先端部に対して接続され、無菌領域に対してのおよびカニューレに対してのチューブ接続を完了させる。患者チューブセットおよび／または１日用チューブセットは、１日用チューブの汚染を制限し得るよう、例えば逆止バルブといったような逆流防止手段を備えることができる。式５を使用することにより、使用されている場合に、１日用チューブセットに基づく（および、患者チューブセットに基づく）圧力降下を計算することができる。１日用チューブセットと一緒に使用される際には、患者からの流体流通戻り経路は、患者チューブセットから廃棄物容器に対する経路とされ、これにより、１日用チューブセットとカセットとがバイパスされる。

式５で計算される圧力損失は、式２〜式４による圧力損失に対して加算される。式１〜式５は、パイプ内の流体流通における圧力降下に関する一般式の変形である。圧力降下は、摩擦に基づくものであって、幾何学的形状が一定である限りにおいては、二次の多項式によって支配される。そして、圧縮できない流体流通は、与えられた温度および圧力において、キャビテーションの無いままである。

図４に示すように、圧力インピーダンス曲線は、式２〜式４によって規定された各タイプの器具構成に対して準備されている。器具構成に関するインピーダンス値が計算されて制御ユニット２００内へと格納された後に、ユーザーは、グラフィカルユーザインタフェース２８１によって、器具インピーダンスを選択することができる。これにより、制御ユニットによって実行されるすべてのシステム監視に対して、既知の器具インピーダンスを、自動的に組み込むことができる。例えば、図２Ａに示すように、ユーザーは、大きな直径の（大流量の）器具構成を、あるいは、標準的な（中程度の流量の）器具構成を、あるいは、小さなジョイントの（小流量の）器具構成を、選択することができる。

ジョイントに対する流速は、オリフィス３７０の両側にわたっての、流速（Ｑ）と圧力降下（ΔＰ_Ｏ ）との間の関係を使用して、および、測定された圧力の読取値Ｐ１，Ｐ２を使用して、計算することができる。オリフィス３７０の両側にわたっての圧力降下（ΔＰ_Ｏ ）は、次式によって表される。

ΔＰ_Ｏ ＝Ｐ_１−Ｐ_２ …式６

式１〜式５の場合と同様に、制限箇所を通しての流体流通は、流速と圧力降下との間における二次多項式関係によって、次式のように表すことができる。

ΔＰ_Ｏ ＝ａ_ＯＱ^２＋ｂ_ＯＱ …式７

制限箇所３７０に関する式７における流通係数は、測定された圧力降下値ΔＰ_Ｏ に関して経験的に導出することができる。この場合、式７が解かれ、次の式８が得られる。

Ｑ＝(−ｂ_Ｏ±√(ｂ_Ｏ ^２＋４ａ_ＯΔＰ))／２ａ_Ｏ …式８

ここで、計算されたＱの値を式１に代入することにより、器具内の圧力降下ΔＰ_Ｒ に関して解くことができる。これに代えて、式１〜式５および式７〜式８によって表された二次多項式関数は、ΔＰ＝ａＱ^ｂ という一般形式でもって、べき関数として書き表すことができる。そこ場合、べき関数式は、Ｑに関して解くことができる。ΔＰ_Ｒ の値は、測定された圧力値Ｐ_２ と、カニューレの先端部すなわちジョイントキャビティと、の間の圧力降下である。すなわち、以下のようである。

Ｐ_Ｊ ＝Ｐ_２−ΔＰ_Ｒ …式９

式９を使用して計算されたような、ジョイント内の評価圧力値圧力Ｐ_Ｊ は、制御ユニット２００により使用され、これにより、Ｐ_Ｊ がＰ_ＳＰ（ユーザーが入力した設定圧力値）に等しくなるまで、ポンプ速度（ポンプ３０８のインペラーの回転数ＲＰＭ）を観測して調節することができる。例えば、Ｐ_Ｊ がＰ_ＳＰよりも小さいと決定された場合には、制御ユニット２００は、ポンプ速度を増大させる。Ｐ_Ｊ がＰ_ＳＰよりも大きいと決定された場合には、制御ユニット２００は、ポンプ速度を減少させる。そして、Ｐ_Ｊ がＰ_ＳＰと実質的に等しい場合には、制御ユニットは、ポンプ速度を維持する。

これに代えて、あるいはこれに加えて、制御ユニットは、例えば、ポンプ速度（インペラーの回転数ＲＰＭ）と圧力Ｐ_２ と流速Ｑとの間の追加的な関係を観測することができるあるいは得ることができる。これにより、閉ループフィードバック制御におけるシステム応答性を改良することができる。したがって、制御ユニット２００は、ＲＰＭ＝ｆ(Ｐ_２，Ｑ) という三次元システムモデルに基づいて、Ｐ_２ とＱとＲＰＭとを観測したりあるいは制御したりすることができる。

図６に示すように、例えば、ポンプから下流側の圧力（Ｐ_２ ）の関数として、および、ポンプによって生成された流速Ｑの関数として、すなわちＲＰＭ＝ｆ(Ｐ_２，Ｑ) という形式でもって、ポンプの回転数ＲＰＭを記述するような、三次元モデルが生成される。三次元空間内において、結果として得られる輸送関数Ｓは、なめらかなものではあるが、かなり複雑な表面を有している。表面関数Ｓは、経験的なデータに由来するものであり、生成し得るような多数の様々な連続関数が存在し、様々な度合いの正確さでもって表面を完全に記述する。これらの式のうちの１つは、次のようなものである。

ＲＰＭ＝ａ_ＲＰＭ＋ｂ_ＲＰＭ√Ｐ_２＋ｃ_ＲＰＭＱ …式１０

式１０における係数は、経験的に導出される。図６は、式１０によって記述された表面を示している。ジョイントの圧力Ｐ_Ｊ は、ジョイントの膨張をなめらかで安定したものに維持しつつ、流通制限箇所を通しての差圧に依存した流通に関する知識に基づいて推測される。加えて、設定されたジョイント圧力Ｐ_ＳＰに対する偏差に関する応答時間も、また、速いものであって信頼性の高いものである。

図７に示すように、例示としての制御プロセスは、上述したように、圧力の測定値Ｐ_１ （オリフィスの上流側のトランスデューサの圧力値）とＰ_２ （オリフィスの下流側のトランスデューサの圧力値）とに基づいてジョイントキャビティ圧力Ｐ_Ｊ を決定し、プロセスは、Ｐ_Ｊ とＰ_ＳＰとの差を使用することによって、ポンプ速度を制御する。ユーザーまたは制御ユニット２００は、目標圧力Ｐ_ＳＰをセットする（設定する）。目標圧力Ｐ_ＳＰは、輸送関数Ｓに対して、計算された流速Ｑと一緒に入力される。輸送関数は、式１１のようにして制御ユニット内に設定することができる。輸送関数は、図６のようななめらかな表面を表す。計算されたＰ_Ｊ （ジョイント圧力）は、計算された流速Ｑと一緒に、輸送関数Ｓに対して入力される。Ｐ_Ｊ （ジョイントの圧力）とＰ_ＳＰ（設定圧力）とに基づいた輸送関数Ｓからの出力は、２つのポンプ回転数ＲＰＭの値を表す。これらの値が比較され、制御ユニット２００内の比例積分微分（ＰＩＤ）型コントローラ２５５を使用することにより、閉ループ型フィードバックが提供され、Ｐ_Ｊ （ジョイント圧力）がＰ_ＳＰ（設定圧力）に等しくなるまであるいは維持されるまで、ポンプモータ２５０によって実際のポンプの回転数ＲＰＭが変更される。

図７のプロセスは、制御ユニット２００内のプロセッサによって実行される。制御ユニットは、例えばＣＰＵまたはマイクロプロセッサといったようなプロセッサを備えることができる。プロセッサは、ＰＩＤコントローラ２５５を備えている。ＰＩＤコントローラ２５５は、プロセッサの一構成要素であって、閉ループ型のフィードバック制御を提供する。プロセッサは、論理回路を備えている。論理回路は、制御ユニット内に設けられた基本的な動作指示およびソフトウェアに応答して、および、制御ユニットに対して接続されたすべてのメモリデバイスに応答して、処理を行う。

制御ユニット２００は、また、制御ユニット２００よりも上に位置した流体バッグの高さを自動的に検出することができ、高さが不十分であるならば、ユーザーに対して、視覚的なアラームおよび／または聴覚的なアラームを、通知することができる。例えば、ゼロというインペラー速度およびゼロという流速の場合には、ポンプインペラーおよびオリフィスを通しての損失は、一切無く、測定される圧力値は、大まかには、圧力水頭に等しい。制御ユニット２００は、したがって、初期設定スクリーンにおいて、あるいは、ユーザーによって選択された校正シーケンスにおいて、例えばグラフィカルユーザインタフェース２８１を使用すること等によって、ユーザーに対して視覚的なアラームおよび／または聴覚的なアラームを提供することができる。

これに代えて、あるいは、これに加えて、制御ユニット２００は、チューブセット内におけるエアの存在を自動的に検出することができ、空のバッグを充填バッグと交換するような視覚的なアラームおよび／または聴覚的なアラームを、ユーザーに対して提供することができる。例えば、システム内にエアが混入している場合には、遠心ポンプは、十分な圧力を確立することができない。したがって、与えられた回転数ＲＰＭに関する図６の表面からシステムパラメータがずれていることを、すなわち、流速および圧力が予想よりも小さいことを、制御ユニット２００が検出した場合には、制御ユニット２００は、チューブセット内にエアが混入している可能性があることを、ユーザーに対して知らせることができる。

制御ユニット２００は、すべての器具セットの流通インピーダンスを自動的に検出し得るように、および／または、式１〜式５によって説明されるような補償パラメータを自動的に調節し得るように、構成することができる。器具構成のタイプを自動的に検出することにより、システムは、例えば図４と類似している曲線といったような複数のインピーダンス曲線を動的に生成することができる。したがって、制御ユニット２００は、自己校正機能を備えることができる。これにより、既存のチューブセットおよび器具構成と関連した背景的な圧力降下を決定することができ、これにより、使用している構成に関する圧力降下を予測することができる。

加えて、あるいは代替的に、上述したようなオリフィスに代えて、ベンチュリタイプの流量計を使用することができる。ベンチュリタイプの流量計の場合には、なめらかに変化する制限箇所を通過する流体は、不変の（あるいは、コンシステントな）圧力降下を経験する。この圧力降下は、測定することができ、その後、流速へと変換することができる。この場合、式６は、以下のようになる。

ΔＰ_Ｖ ＝Ｐ_１−Ｐ_２ …式１１

Ｐ２は、流通制限箇所の中の最も狭い場所のところにおいて測定される。

図８〜図１１に示すように、ポンプカセット３００は、遠心ポンプ３０８を収容するポンプチャンバ３０３を形成するハウジング３０１を備えている。ポンプ３０８は、ポンプインペラー３０９と、ポンプ導入部３１３と、ポンプ導出部３１４と、を備えている。導入部３１３は、導入チューブ接続部３９７を介して、外科手術用供給チューブ３１に対して動作可能に接続されている。導出部３１４は、導出チューブ接続部３９６を介して、外科手術部位に対して動作可能に接続されている。ハウジング３０１は、接続部３９７からポンプ３０８までにわたって延在する流体経路３９７ａと、ポンプ３０８から接続部３９６までにわたって延在する流体経路３９６ａと、を形成している。これに代えて、流体経路３９６ａ，３９７ａは、接続部３９７からポンプ３０８までにわたって延在するようなおよびポンプ３０８から接続部３９６までにわたって延在するようなハウジング内のチューブによって、形成することができるあるいは部分的に形成することができる。ポンプ導出部３１４と導出接続部３９６との間の流体経路３９６ａに沿って、流通制限箇所３７０が設けられている。流通制限箇所３７０は、例えば、オリフィスプレートや、あるいは、ベンチュリチューブ、といったようなものとされる。廃棄流体戻りライン３９９ａが、ハウジング３０１内に形成されている、あるいは、ハウジング３０１によって部分的に形成されている。外科手術部位から戻ってくる廃棄物流体は、チューブ（図示せず）を介して、ポンプカセット３００の導入チューブ接続部３９５へと流れ、さらには、廃棄流体戻りライン３９９ａへと流れ、さらには、廃棄物収集用のバッグまたは容器（図示せず）に対して動作可能に接続された導出チューブ接続３９８部へと流れる。流体戻りライン３９９ａは、後述する目的のために、外科手術チューブからなるＵ字形状部分３９９を有しているハウジングは、好ましくは、プラスチックから成型され、使い捨てタイプのもの、あるいは、１日使用タイプのもの、とされる。

図１Ａと図１Ｂと図８〜図１５とに示すように、カセット用スロット２１０は、ポンプカセット３００上に設けられたラッチ３２２を受領するためのラッチ用スロット２４０と、一対をなす所定形状トラック２０５と、を備えている。後述するように、カセットがスロット２１０内へと挿入される際には、トラック２０５が、カセット上に設けられた突起を位置合わせする。制御ユニット２００は、例えば磁気誘導を利用した手法といったようなポンプインペラー３０９の非接触駆動によって、ポンプカセットの遠心ポンプ３０８を駆動させるためのポンプモータ２５０を備えている。ポンプモータ２５０は、ポンプインペラー３０９を動作可能に誘導する磁界を生成する。これにより、ポンプインペラー３０９は、その磁界に応答して動作する。例えば、ポンプインペラー３０９は、ポンプモータ２５０の磁界に応答する磁気的ピックアップを備えることができる。加えて、ポンプモータ２５０およびインペラー３０９に関連した磁石（図示せず）は、引力を提供することができる。この引力は、カセット用スロット２１０内にカセットをロックすることを補助する、あるいは、カセット用スロット２１０内にカセットを付勢することを補助する。

ポンプ制御ユニット２００は、流通制限箇所３７０の両側にわたっての各圧力Ｐ_１，Ｐ_２を測定するための一対をなす圧力トランスデューサ２２０ａ，２２０ｂと、ジョイントキャビティ１０から戻ってくる流体流通を制御するためのピンチバルブ２２５と、ポンプカセット３００の背面３０５に対して動作可能に係合しこの係合によってポンプカセットのタイプを検出し得るとともにポンプカセット３００が適切に挿入されているかどうかも含めて動作可能な接続を検出し得るような複数のマイクロスイッチ２３０と、を備えている。

ピンチバルブ２２５は、外科手術用チューブのＵ字形状部分３９９に対して動作可能に係合し、これにより、ジョイントキャビティ１０から導出される廃棄流体の流通を制御することができる。例えば、ピンチバルブ２２５を起動することにより、例えば往復移動や側方移動といったような振動を引き起こすことができる。これにより、外科手術用チューブのＵ字形状部分３９９に対して制限作用を周期的に印加および解除することができる。Ｕ字形状部分３９９に対する制限力の周期的な印加により、ジョイントキャビティ１０から放出される凝集流体および破片による閉塞や蓄積を防止することができる。加えて、ピンチバルブ２２５により、ジョイントキャビティ１０からの流体流通を、制御しつつ低減させることができる。

加えて、図７に関して上述したように、制御ユニット２００は、プロセッサと、複数の動作指示と、を備えている。動作指示により、例えば様々なサイズおよびタイプのカニューレおよび関節鏡やシステム１００と一緒に繰り返し的に使用され得る様々なチューブ構成といったような広範囲にわたる関節鏡的器具に関連したような、経験的に得られたおよび／または計算された圧力降下（インピーダンス値）を格納することができる。加えて、制御ユニットは、様々な制御アルゴリズムを処理し得るようなソフトウェアまたは論理回路を備えている。これにより、例えば上述の式１１に基づいてといったような手法によって、ポンプ速度とジョイント圧力とを制御することができる。

図１Ａと図１Ｂと図８〜図１５とに示すように、全体的に矩形形状のポンプカセットハウジング３０１は、上面３０１ａと、底面３０１ｂと、先端面３０１ｃと、基端面３０１ｄと、を備えている。上面３０１ａおよび底面３０１ｂの各々は、一対をなす隆起した突起３１０，３１１と、一対をなす比較的より高い隆起した突起３１５，３１６と、一対をなす台形形状の突起３２０，３２１と、を備えている。これら突起は、カセット用スロット２１０のトラック２０５内に受領される。先端面３０１ｃには、カセットタイプ認識スロット３２５と、カセット挿入認識凹所３３０と、が形成されている。スロット３２５がマイクロスイッチ２３０と協働することにより、システムは、挿入されたカセットのタイプを認識することができ、凹所３３０がマイクロスイッチ２３０と協働することにより、システムは、カセットが挿入されたことを認識することができる。先端面３０１ｃには、さらに、ピンチバルブ用切欠３４０が形成されている。この切欠は、外科手術用チューブのＵ字形状部分３９９からなる領域を、ピンチバルブユニット２２５に対して、露出させる。

図１１に示すように、流通制限オリフィス３７０は、ポンプ導出部３１４とポンプ導出チューブ接続部３９６との間に設けられているとともに、一対をなす圧力トランスデューサポート３３６ａ，３３６ｂの間に配置されている。これにより、圧力トランスデューサポート３３６ａ，３３６ｂを介して、制御ユニット２００内のそれぞれ対応する圧力トランスデューサ２２０ａ，２２０ｂが、圧力値Ｐ１，Ｐ２を検出する。

図１２〜図１５に示すように、ポンプカセットは、カセット用スロット２１０と係合する内面３０１ｅと、カセット３００がカセット用スロット２１０内へと取り付けられるときに制御ユニット２００とは反対側を向く外面３０１ｆと、を備えている。内面３０１ｅは、それぞれ対応する圧力トランスデューサポート３３６ａ，３３６ｂをカバーする一対の圧力メンブラン３３７ａ，３３７ｂを備えている。圧力メンブラン３３７ａ，３３７ｂは、フレキシブルなメンブランであって、それぞれ対応する圧力トランスデューサポート３３６ａ，３３６ｂ上において流体密封シールを提供し、制御ユニット２００の圧力トランスデューサ２２０ａ，２２０ｂの圧力読取値の透過を可能とする。圧力メンブラン３３７ａ，３３７ｂの損傷および摩耗を防止し得るよう、および、内面３０１ｅに対しての比較的なめらかな形状の損傷および摩耗を防止し得るよう、メンブランは、カセットハウジング３０１の内面３０１ｅに形成された環状溝３３８ａ，３３８ｂの中に取り付けられている。内面３０１ｅには、さらに、ラッチ３２２が設けられている。ラッチ３２２は、制御ユニット２００のカセット用スロット２１０内に形成されたラッチ用スロット２４０に対して動作可能に係合する。ラッチ３２２により、制御ユニットのユーザーは、ラッチ３２２のタブ３２３を押し込むまたは挟み込むことによって、カセット３００と制御ユニット２００との係合を解除することができる。

図１Ａと図１Ｂと図８〜図１７とに示すように、突起３１０，３１１，３１５，３１６，３２０，３２１は、ガイドトラック２０５に対して位置合わせされる。図１６および図１７に示すように、ガイドトラック２０５の各々は、台形形状とされた第１ガイドトラック部分２０６と、第２ガイド部分２０７と、第３ガイド部分２０８と、を備えている。台形形状とされた第１ガイドトラック部分２０６は、比較的深い溝であって、カセット３００の先端面３０１ｃをカセット用スロット２１０内へと容易に挿入させ得るような形状とされている。加えて、台形形状とされた第１ガイドトラック部分２０６は、内部エッジ２０６ａを備えている。内部エッジ２０６ａは、カセット３００の基端面３０１ｄの近傍に形成された台形形状の突起３２０，３２１の外面に対して、実質的に適合した形状とされている。したがって、台形形状とされた第１ガイドトラック部分２０６は、台形形状とされた突起３２０，３２１がカセット用スロット２１０内へと所定距離を超えて挿入されることに対しての係止部として、作用する。

第２ガイドトラック部分２０７は、直線状のトラック部分２０７ａと、この直線状トラック部分２０７ａに連接された角度付きのトラック部分２０７ｂと、終端部分２０７ｃと、を備えている。直線状のトラック部分２０７ａには、凹所２０７ｄが形成されている。凹所２０７ｄを使用することにより、カセット用スロット２１０に対してトラック部分２０７を固定するためのファスナーを挿入することができる。第３ガイドトラック部分２０８は、直線状のトラック部分２０８ａと、この直線状トラック部分２０８ａに連接された角度付きのトラック部分２０８ｂと、終端部分２０８ｃと、を備えている。直線状のトラック部分２０８ａには、凹所２０８ｄが形成されている。凹所２０８ｄを使用することにより、カセット用スロット２１０に対してトラック部分２０８を固定するためのファスナーを挿入することができる。台形形状とされた第１ガイドトラック部分２０６と第２ガイドトラック部分２０７とは、比較的低い突起３１０，３１１を受領するサイズとされた第３ガイドトラック部分２０８と比較して、比較的より深い溝である。台形形状とされたトラック部分２０６は、第２および第３トラック部分２０７ｂ，２０８ｂを通過する中心軸線と比較して、偏心して形成されている。

図１８〜図２３に示すように、台形形状とされたトラック領域２０６の、終端部分２０７ｃ，２０８ｃに対して偏心した中心軸線は、内面３０１ｅとスロット２１０の対向面との間の摩擦を最小とすることにより、ポンプカセット３００のスロット２１０内への挿入を容易とする。加えて、フレキシブルなメンブラン３３７ａ，３３７ｂは、ポンプカセット３００をガイドトラック２０５内へとゆっくりと挿入する際には、摩耗しないようにまたは損傷しないように保護されており、そして、最終的には、制御ユニット２００の圧力トランスデューサ２２０ａ，２２０ｂに対して位置合わせされつつ、カセット用スロット２１０係合表面に対して接触する。

図１８〜図２０に示すように、カセット３００は、カセット用スロット２１０に対して部分的に挿入された状態で、図示されている。カセット３００がカセット用スロット２１０内へと挿入されるにつれて、ピンチバルブ２２５が、ポンプカセット３００上のピンチバルブ用切欠３４０に対して位置合わせされる。加えて、マイクロスイッチ２３０ａの先導端部は、カセット挿入認識凹所３３０に対して位置合わせされる。マイクロスイッチ２３０ｂの先導端部は、カセットタイプ認識用貫通スロット３２５に対して軸線方向において位置合わせされる。

図２１〜図２３に示すように、残りのマイクロスイッチ２３０ｃ，２３０ｄは、スロットまたは凹所に対して位置合わせされておらず、このため、それらマイクロスイッチの先導端部が、スロット２１０内へと挿入されつつあるカセット３００の先端面３０１ｃによって押圧された際には、信号を生成する。したがって、様々なタイプのポンプカセットタイプには、それぞれ独自のスロット構成および凹所構成を設けることができる。これにより、制御ユニット２００は、カセットタイプを認識することができる、および／または、スロット２１０内へのカセットの挿入を認識することができる。４つのマイクロスイッチ２３０が例示されているけれども、様々なタイプのポンプカセットに対しての認識および係合をもたらし得るよう、任意の数のマイクロスイッチを設けることができる。

他の実施形態が、特許請求の範囲内に包含される。例えば、図２４〜図２６に示すように、オリフィス３７０は、キャップ３７８を備えている。キャップ３７８は、その底面３７５に沿って、オリフィス３７０の下半分３７０ａより上側において、なおかつ、ポンプ導出部３１４の下流側において、カセットハウジング３０１内の開口に対して、溶接される。キャップ３７８は、オリフィス３７０の下半分３７０ａ上に挿入され、レーザー溶接されることによって、ハウジング３０１の製造時に機械加工成型ステップすなわち複雑な成型ステップをごくわずかしか必要とすることなくあるいは全く必要とすることなく、閉塞したチャンバを形成することができる。キャップ３７８と下半分３７０ａとは、互いに協働して、全体的に円形横断面形状のオリフィス３７０を形成する。これにより、あまり複雑ではない成型ステップまたは製造ステップによって、オリフィス３７０を形成することができる。また、ハウジング３０１に対して溶接されたキャップを使用することにより、オリフィス３７０に代えて、例えばベンチュリタイプの流通制限箇所といったような他のタイプの流通制限箇所を製造することができる。これに代えて、あるいはこれに加えて、ハウジング３０１とキャップ３７８とは、例えば音波溶接や化学結合やあるいは機械的固定といったような他のプロセスによって、互いに結合させることができる。

図２５に示すように、ハウジング３０１は、また、外科的チューブ用溝４９５，４９７，４９８を形成することができる。これら溝は、図８に示すようなコンジットの形成に際して、ハウジング３０１内への外科的チューブの挿入を容易とする。

図１Ａと図１Ｂと図１６と図１７に示すように、制御ユニットの側部に対してのカセットの導入および係止は、ユーザーにとって容易なものであり、確実に行い得るものである。トラック２０５とカセット３００とは、カセットをスロット２１０に対して単一の向きだけでしか挿入し得ないように、構成されている。しかしながら、トラック２０５とカセット３００とは、圧力トランスデューサ２２０ａ，２２０ｂがカセット３００のそれぞれ対応するメンブラン３３７ａ，３３７ｂに対して位置合わせされる限りにおいては、２つ以上の向きを許容し得るように、構成することができる。

突起３１０，３１５は、全体的に円形形状のものとすることができる。あるいは、これに代えて、突起３１０，３１５は、例えば矩形や正方形といったような幾何学的のものとすることができ、および／または、深いガイドトラック部分２０５に対応して同じサイズのものとして形成することができる。突起とガイドトラックとの一方または双方は、軸線方向において互いに位置合わせすることができる、および／または、偏心させることができる。これにより、カセット３００に対して様々な挿入経路を提供することができる。例示されたトラック２０５は、制御ユニット２００の側面からの所定の安全距離のところにカセット３００の内面３０１ｅ上のソフトな圧力伝達メンブラン３３７ａ，３３７ｂを維持しつつ、制御ユニットの正面に対して直角でもってカセット３００を挿入させ得るものではあるけれども、カセット用スロット２１０に対する摩耗に関してメンブランが十分な耐性を有したものである場合には、トラック２０５は、比較的直線的な形状の位置合わせトラックとして構成することができる。

カセット３００の内面３０１ｅ上のラッチ３２２は、制御ユニット２００の側面上の係合スロット２４０（図１Ａ）に対して自動的にスナップ係合されるものであり、これにより、カセット３００を適切に保持することができる。しかしながら、カセット３００をスロット内において堅固に固定するに際しては、様々な場所に配置された２つ以上のラッチ３２２を設けることができる。

各々の圧力トランスデューサ２２０ａ，２２０ｂは、ロードセルを備えることができる。ロードセルは、カセット３００のそれぞれ対応するメンブラン３３７ａ，３３７ｂによってそれら各ロードセルに対して印加される力を測定する。メンブラン３３７ａ，３３７ｂによって印加される力は、印加された力をメンブラン３３７ａ，３３７ｂとロードセルとの間の接触面積によって割り算することにより（圧力＝力／面積）、圧力読取値へと変換される。圧力トランスデューサは、機械的に頑丈なものであり、および／または、物理的損傷に対して耐性を有したものであり、および／または、位置合わせトラック２０５による摩耗および損傷から保護されているものである。

カセット３００がスロット２１０内へと挿入されるにつれて、ピンチバルブ２２５に対して、Ｕ字形状部分３９９からなる露出チューブが、スライドしながら所定の配置関係とされる。これにより、チューブをピンチバルブ２２５によって挟み付けることができる。ピンチバルブ２２５は、ジョイント１０からの流出流速を制御して、交渉設定位置に関して前後に脈動させる。これにより、組織閉塞とジョイント１０からの流体流通導出とを制限することができる。ピンチバルブ２２５による脈動作用は、システムに応じて調整されたようなおよび／または各々のポンプカセットのタイプに応じて調整されたようなある種の振幅および周波数によって制御される。例えば、例示としてのピンチバルブ２２５においては、およそ１．２７ｍｍ（０．０５インチ）という振幅と、およそ１．１Ｈｚという周波数と、を使用することができる。すべての流体またはすべての切除組織がジョイントキャビティ１０から吸引されることにより、流体および組織は、ピンチバルブ２２５による脈動作用によって、蓄積することが防止されている。ピンチバルブ２２５の振動は、チューブに対しての連続的な圧縮と弛緩とを生成する。これにより、組織蓄積を制限し得るとともに、結果的な閉塞発生を制限することができる。

これに加えて、あるいはこれに代えて、ピンチバルブの位置は、例えばリニアアクチュエータといったような比例デバイスによって、所定最小位置から所定最大位置合わせまでにわたって制御することができる。しかしながら、ピンチチューブを通しての流量は、チューブ内の流通断面積に関する非線形関係によって支配される。例えば、ピンチバルブ２２５の近傍の（あるいは、ジョイント１０からの）流速は、面積の関数として、すなわちＱｏ＝ｆ(面積)として、記述することができる。面積がピンチバルブの線形位置の関数であることにより、すなわち、ｘを所定ゼロ位置からピンチバルブが進んだ距離とした場合に面積＝ｆ(ｘ)であることにより、流速は、ピンチバルブ位置の関数であって、Ｑｏ＝ｆ(ｘ)として記述することができる。式１２は、この関係を、例えば三次多項式といったような複数次数の多項式として、記述している。

Ｑｏ＝ａｘ^３＋ｂｘ^２＋ｃｘ＋ｄ …式１２

式１２の各係数は、制御ユニット２００内の各値に基づいて経験的に決定することができる、あるいは、制御ユニット２００の初期校正手順の際に決定することができる。したがって、例えばピンチバルブ位置の０〜１００％という設定範囲といったような単純な線形スケールでの制御を、自動的に変換することができ、これにより、ジョイントキャビティ１０から導出流速を、実質的に線形に増減させることができる。

ピンチバルブ２２５を使用することにより、ジョイント圧力を制御することができる。例えば、ジョイントキャビティ１０からの過度な排出を制御することができる。例えば、ジョイントキャビティ１０からの吸引に際して過度の真空レベルが使用されている場合には、ポンプ３０８は、最大能力でもって流速を生じさせ、目標のジョイント圧力を達成することができないものであるかもしれない。制御ユニット２００は、流速が最大能力のものであってジョイント圧力が未だ達成されていないという状況を認識し得るように、構成することができる。この場合、ピンチバルブ２２５は、典型的な設定位置以上にオーバーフローチューブ（あるいは、流出チューブ）を絞って、一時的に、ピンチバルブ２２５の設定位置を大きくするように、動作することができる。これにより、目標のジョイント圧力を維持し得るようになるまで、ジョイントキャビティ１０からの導出量を低減させることができる。

カセット３００のうちの、まず最初に挿入される先端面３０１ｃには、任意の数のスロットおよび凹所を設けることができる。例えば、図９および図１５に示すように、カセット３００には、単一の凹所３２５と、ゼロ〜３つのスロット３３０と、が設けられる。制御ユニット２００には、４つのマイクロスイッチ（図１Ａおよび図１９）が設けられる。これらマイクロスイッチは、スロットの有無で検出し、これにより、カセットのタイプを認識することができ、また、カセットが存在するかどうかを認識することができる。例えば、カセットにスロットが存在する場合には、マイクロスイッチのプランジャーが、スロットを貫通し、起動されることはない。スロットが存在しない場合には、凹所に位置合わせされたマイクロスイッチが最後に起動される。これにより、カセットタイプの認識が、まず最初に実行され、その後に、カセットの実在の認識が実行される。これに代えて、さらに多様なタイプのポンプカセットの認識を補助し得るよう、マイクロスイッチの数、および／または、凹所の数、および／または、スロットの数は、変更することができる。これに代えて、あるいはこれに加えて、制御ユニット２００は、カセットの存在やカセットタイプに関して制御ユニットに対して信号を送出するに際して、外部配線型のセンサまたは無線型のセンサを利用することができる。例えば、カセットの存在の認識やカセットタイプの認識のために、光学的スイッチや、あるいは、ラジオ波識別デバイス（ＲＦＩＤ）を、使用することができる。

本発明によるシステムにより、体腔に対して、流速に関係なく、例えばおよそ１０〜１５０ｍｍＨｇといったような所定圧力でもって、流体を供給することができる。圧力を、実質的に一定のレベルに維持することができ、流速を、およそ０〜２．５Ｌ／ｍｉｎという範囲に維持することができ、手動校正を必要とすることなく、様々なカニューレや様々な関節鏡流入器具構成と一緒に使用することができる。装置は、タッチパネル式カラーディスプレイと、ユーザーフレンドリーなグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）と、を備えている。グラフィカルユーザインタフェース２８１は、初期設定およびカスタム設定を提供することができ、および／または、何らの特別な設定操作も校正操作も行う必要がない。システムにおいては、再使用可能タイプのものであるようなあるいは使い捨てタイプのものであるような、ポンプカセットまたはチューブ類を使用することができる。システムは、また、閉塞を制限するための脈動型のピンチバルブを使用していることにより、ジョイントキャビティからの流出を制御することができる。

いくつかの実施形態について上述した。それでもなお、様々な修正を行い得ることは、理解されるであろう。例えば、ハウジングは、例えば透明なおよび／またはソフトなおよび／または比較的硬いＰＶＣ製の外科的チューブといったような外科的チューブからなる流体経路コンジットを備えることができる。１９９７年５月２０日付けで発行された米国特許明細書第５，６３０，７９９号（Beiser氏他）は、非接触型遠心ポンプとモータとからなる例示的な構成と、例示的なポンプカセット構成と、本発明による流体管理システム１００の構成要素として使用し得るような例示的な応用可能材料と、を開示している。この文献の記載内容は、参考のためここに組み込まれる。ポンプとして遠心ポンプを例示したけれども、例えば蠕動ポンプといったような正圧的置換ポンプを、流体管理システム１００において使用することができた。しかしながら、ポンプが正圧的置換ポンプである場合には、ジョイント圧力を維持するために使用されておりさらにシステムパラメータを計算するために使用される制御アルゴリズムは、正圧的置換ポンプに関する流通関係によって修正することができる。

したがって、他の実施形態は、特許請求の範囲内に包含される。

ポンプ制御ユニットとポンプカセットとを備えた流体管理システムを示す図である。 ポンプ制御ユニットとポンプカセットとを備えた流体管理システムを示す図である。 図１Ａのポンプ制御ユニットのディスプレイ上におけるスクリーン表示の一例を示す図である。 図１Ａのポンプ制御ユニットのディスプレイ上におけるスクリーン表示の他の例を示す図である。 内視鏡的外科手術において使用されている流体管理システムを概略的に示す図である。 関節鏡的器具セットに関して、流速と圧力損失との関係を示すグラフである。 オリフィスを通過する場合に関して、流速と圧力損失との関係を示すグラフである。 流量制限出力側圧力とポンプ速度とが流速に対して与える影響を表す三次元的輸送関数を示すグラフである。 流体管理システムのための、圧力差と流速とポンプ速度とに基づいた制御システムを示すブロック図である。 図１Ｂにおけるポンプカセットを、ハウジング部材を取り外した状態で、示す図である。 ポンプカセットを示す斜視図である。 図９のポンプカセットを示す側面図である。 ポンプカセットを、図９および図１０におけるラインＡ−Ａに沿って示す矢視側断面図である。 図９のポンプカセットの頂面を示す図である。 図９のポンプカセットの反対側の側面を示す図である。 図９のポンプカセットの前面を示す図である。 図９のポンプカセットの背面を示す図である。 ポンプ制御ユニットのためのガイドトラックの一例を示す平面図である。 図１６のガイドトラックを示す斜視図である。 ポンプ制御ユニット内のカセット用スロットへと部分的に挿入されたポンプカセットを、一部断面図によって下側から示す図である。 ポンプカセットとカセット用スロットとを、図１８におけるラインＢ−Ｂに沿って示す矢視側断面図である。 カセット用スロット内へと部分的に挿入されたポンプカセットを、図１８におけるラインＣ−Ｃに沿った部分断面図によって下側から示す図である。 ポンプ制御ユニット内のカセット用スロットへと完全に挿入されたポンプカセットを、一部断面図によって下側から示す図である。 ポンプカセットとカセット用スロットとを、図２１におけるラインＤ−Ｄに沿って示す矢視断面図である。 ポンプカセットとカセット用スロットとを、図２１におけるラインＥ−Ｅに沿った部分断面図によって下側から示す図である。 ポンプカセットのハウジングとキャップとを示す側面図である。 ポンプカセットハウジングを、図２４におけるラインＦ−Ｆに沿って示す矢視断面図である。 図２４における領域Ｂを、拡大して示す図である。

符号の説明

１００ 流体管理システム
２００ ポンプ制御ユニット
２１０ ポンプカセット用スロット
２１５ａ ハウジング
２１５ｂ ハウジング
２２０ａ 圧力トランスデューサ
２２０ｂ 圧力トランスデューサ
３００ ポンプカセット
３０８ 遠心ポンプ
３７０ 流通制限箇所

Claims (29)

1. 流体流通デバイスであって、
   外科手術時の流体流通を制御し得る外科手術制御ユニットに対して着脱可能に係合し得るよう構成されたハウジングと；
   このハウジングの内部に設けられた流体経路と；
   この流体経路内の流体圧力を測定するための第１ポートおよび第２ポートと；
   前記流体経路に沿った制限箇所のところにおいて流体流通を制限するための流通制限手段であるとともに、前記第１ポートが前記制限箇所の上流側に位置しておりなおかつ前記第２ポートが前記制限箇所の下流側に位置しているような、流通制限手段と；
   前記ハウジングの内部に配置された流体ポンプと；
   を具備していることを特徴とする流体流通デバイス。
2. 請求項１記載の流体流通デバイスにおいて、
   前記流通制限手段が、前記流体経路に沿って横断面積を低減させた領域を備えていることを特徴とする流体流通デバイス。
3. 請求項１記載の流体流通デバイスにおいて、
   前記第１ポートおよび前記第２ポートが、前記ハウジングの壁に形成された開口であることを特徴とする流体流通デバイス。
4. 請求項１記載の流体流通デバイスにおいて、
   さらに、
   前記第１ポートをカバーするフレキシブルなメンブランと；
   前記第２ポートをカバーするフレキシブルなメンブランと；
   を具備していることを特徴とする流体流通デバイス。
5. 請求項１記載の流体流通デバイスにおいて、
   前記ポンプが、前記ハウジングの外部のモータによって駆動されるとともに、このモータに対して非接触的に磁気結合されていることを特徴とする流体流通デバイス。
6. 請求項１記載の流体流通デバイスにおいて、
   さらに、前記ハウジング内に設けられた第２流体経路を具備していることを特徴とする流体流通デバイス。
7. 請求項６記載の流体流通デバイスにおいて、
   さらに、前記第２流体経路を通っての流体流通を選択的に制御し得るよう構成されたバルブを具備していることを特徴とする流体流通デバイス。
8. 請求項１記載の流体流通デバイスにおいて、
   さらに、前記外科手術制御ユニットを具備していることを特徴とする流体流通デバイス。
9. 請求項１記載の流体流通デバイスにおいて、
   さらに、前記ハウジングに対して動作可能に連結された１日使用チューブを具備し、
   この１日使用チューブが、逆流を制限するためのバルブを備えていることを特徴とする流体流通デバイス。
10. 請求項９記載の流体流通デバイスにおいて、
    前記外科手術制御ユニットが、第１圧力センサと第２圧力センサとを備えていることを特徴とする流体流通デバイス。
11. 請求項１０記載の流体流通デバイスにおいて、
    前記ハウジングが前記外科手術制御ユニットに対して係合しているときには、前記両センサが、前記両ポートのうちのそれぞれ対応するポートに対して位置合わせされていることを特徴とする流体流通デバイス。
12. 請求項１０記載の流体流通デバイスにおいて、
    前記外科手術制御ユニットには、前記ハウジングを受領するためのスロットが形成されていることを特徴とする流体流通デバイス。
13. 請求項１２記載の流体流通デバイスにおいて、
    前記スロットが、ガイドトラックを備え、
    前記ハウジングが、前記ガイドトラックに対して係合し得るよう構成された１つまたは複数の突起を備えていることを特徴とする流体流通デバイス。
14. 請求項１３記載の流体流通デバイスにおいて、
    前記ガイドトラックが、直線状のトラック部分と、角度付きのトラック部分と、を備えていることを特徴とする流体流通デバイス。
15. 請求項８記載の流体流通デバイスにおいて、
    さらに、前記ハウジング内の流体コンジットに対して脈動作用をもたらし得るよう構成されたバルブを具備していることを特徴とする流体流通デバイス。
16. 請求項１２記載の流体流通デバイスにおいて、
    前記制御ユニットが、プロセッサを備え、
    このプロセッサが、前記流通制限手段を通しての圧力降下の測定値に基づいてポンプ速度を選択的に制御し得るよう構成されていることを特徴とする流体流通デバイス。
17. 請求項１６記載の流体流通デバイスにおいて、
    前記プロセッサが、流速の計算値と外科手術部位圧力の設定値と外科手術部位圧力の計算値とに基づいてポンプ速度を選択的に制御し得るよう構成されていることを特徴とする流体流通デバイス。
18. 請求項１７記載の流体流通デバイスにおいて、
    前記プロセッサが、比例積分微分コントローラに対して動作可能に接続され、
    この比例積分微分コントローラが、外科手術部位圧力の設定値と外科手術部位圧力の計算値との間の比較に関しての閉ループフィードバックを提供し得るよう構成されていることを特徴とする流体流通デバイス。
19. 請求項１７記載の流体流通デバイスにおいて、
    前記プロセッサが、ポンプからの導出圧力（Ｐ２）と流速（Ｑ）とポンプの回転速度（ＲＰＭ）との制御を、ＲＰＭ＝ｆ(Ｐ２，Ｑ)という関数によって定義される三次元システムモデルに基づいて行い得るよう構成されていることを特徴とする流体流通デバイス。
20. 請求項１９記載の流体流通デバイスにおいて、
    前記コントローラが、外科手術部位圧力の設定値と外科手術部位圧力の計算値との間の比較に関しての開ループフィードフォワード制御を提供し得るよう構成されていることを特徴とする流体流通デバイス。
21. 体腔内の流体圧力を制御するための方法であって、
    体腔と流体ポンプとの間に位置した流通制限手段を通して体腔へと流体をポンピングし；
    前記流通制限手段を通しての圧力変化を測定し；
    前記圧力変化の測定値に基づいて体腔内での流体圧力を計算し；
    流体圧力の計算値に基づいて体腔に対しての流体流通を制御する；
    ことを特徴とする方法。
22. 請求項２１記載の方法において、
    さらに、
    体腔圧力の設定値を設定し；
    体腔内の流体圧力の計算値と、体腔圧力の設定値と、を比較し；
    この比較に基づいてポンプ速度を調節する；
    ことを特徴とする方法。
23. 請求項２１記載の方法において、
    さらに、ポンプからの導出圧力（Ｐ２）と流速（Ｑ）とポンプの回転速度（ＲＰＭ）とを、ＲＰＭ＝ｆ(Ｐ２，Ｑ)という関数によって定義される三次元システムモデルに基づいて制御することを特徴とする方法。
24. 請求項２２記載の方法において、
    前記比較に基づいた開ループフィードフォワード制御と、ポンプ速度に関しての閉ループフィードバック制御と、を行うことを特徴とする方法。
25. コンピュータ読取可能な記録媒体であって、
    コンピュータによって実行可能なプログラムコードが格納されており、
    前記プログラムコードが、コンピュータに対して、体腔内における流体圧力を制御するための方法を実行させ得るよう、構成され、
    前記方法においては、
    体腔と流体ポンプとの間に位置した流通制限手段を通して体腔へと流体をポンピングし；
    前記流通制限手段を通しての圧力変化を測定し；
    前記圧力変化の測定値に基づいて体腔内での流体圧力を計算し；
    流体圧力の計算値に基づいて体腔に対しての流体流通を制御する；
    ことを特徴とするコンピュータ読取可能な記録媒体。
26. 外科手術制御ユニットに対して着脱可能に係合し得るよう構成されたポンプカセットであって、
    前記外科手術制御ユニットが、ガイドトラックを有したカセット受領用スロットと、第１圧力トランスデューサと、第２圧力トランスデューサと、を具備している場合に、
    前記ポンプカセットが、ハウジングを具備し、
    このハウジングが、前記スロット内への前記ポンプカセットの挿入初期時におよび最終配置時に、前記ガイドトラックに対して係合し得るよう構成された突起を備え、
    これにより、前記スロット内への前記ポンプカセットの挿入初期時には、前記ハウジングが前記圧力トランスデューサから離間するものとされ、さらに、前記スロット内への前記ポンプカセットの最終配置時には、前記ハウジングが前記圧力トランスデューサに対して接触するものとされていることを特徴とするポンプカセット。
27. 請求項２６記載のポンプカセットにおいて、
    前記スロット内への前記ポンプカセットの最終配置時に、前記第１圧力トランスデューサに対して位置合わせされるように配置された第１ポートと、前記第２圧力トランスデューサに対して位置合わせされるように配置された第２ポートと、を具備していることを特徴とするポンプカセット。
28. 外科手術制御ユニットに対してポンプカセットを係合させるための方法であって、
    前記外科手術制御ユニットが、ガイドトラックを有したカセット受領用スロットと、第１圧力トランスデューサと、第２圧力トランスデューサと、を具備している場合に、
    前記ポンプカセットに設けられた突起を、前記ガイドトラックに対して位置合わせしつつ、前記ガイドトラック内へと前記ポンプカセットを押し込み、
    これにより、前記ポンプカセットを、前記スロット内への前記ポンプカセットの挿入初期時に前記ポンプカセットが前記圧力トランスデューサから離間した状態から、前記スロット内への前記ポンプカセットの最終配置時に前記ポンプカセットが前記圧力トランスデューサに対して接触した状態へと、移動させることを特徴とする方法。
29. 体腔内の流体圧力を制御するための装置であって、
    体腔と流体ポンプとの間に配置された流通制限手段を通して体腔へと流体をポンピングするための手段と；
    前記流通制限手段を通しての圧力変化を測定するための手段と；
    前記圧力変化の測定値に基づいて体腔内の流体圧力を計算するための手段と；
    流体圧力の計算値に基づいて体腔への流体流通を制御するための手段と；
    を具備していることを特徴とする装置。

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