JP2009531149A - 非侵襲的流量測定 - Google Patents

Abstract

外科出用カセット・ハウジングの凹部中に熱可塑性材料またはシリコン・ゴムを成形することによって形成されたゴム弾性カプラー。カプラーはトランスデューサーと流体導管の間の空隙を完全に無くするとともに、流体導管内へ超音波信号を効率的に伝送することができる隆起パッドを有する。

Description

本発明は超音波流量センサーに係わり、より具体的には、超音波流量センサーを有する外科手術用のシステムおよびカセットに係わる。

従来の眼科手術用器具システムは手術部位を吸引するのに真空を利用し、この部位を洗浄するのに正圧を利用する。多くの場合、圧力を発生させる手段と手術器具との間にカセットを直列に接続する。手術部位における洗浄と吸引の流量管理を容易にするためにカセットを手術器具と併用することは公知である。特許文献１および特許文献２（Cook）、特許文献３（Wang, et al.）、特許文献４（Seppe, et al.）、特許文献５（DeMeo, et al.）、特許文献６および特許文献７（Sundblom, et al.）、特許文献８、特許文献９および特許文献１０（Beuchat）、並びに、特許文献１１（Jung, et al）の明細書はいずれもチューブを含む、または含まない眼科手術用カセットを開示しており、本願はそれらの内容をすべて考察した上での開示である。吸引流体の流量、ポンプ・スピード、真空度、洗浄流体圧、および洗浄流体の流量は眼科手術中に正確な制御を必要とするパラメータに含まれる。

公知の装置は吸引および洗浄ライン内に圧力センサーを使用し、感知された圧力に基づいて流体の流量を算出している。従来、手術用カセット内の流体圧の測定は極めて正確であり、流路内の抵抗は既知であるから、流体の流量を流体圧から確実に算出することができる。しかし、最近になって超音波流量センサーの信頼度が向上したことで、流体の流量を非侵襲的に正確に測定できるようになった。

例えば、特許文献１２に開示されている超音波流量センサーは流速分布の不均一による影響が少なく、超音波の平面的方向性を変化させることなく１つまたは２つ以上の超音波トランスデューサーからの入射超音波を、複数回にわたって複数方向に流体中を通過させる多角反射面を採用することによってサイズが大きくならないように構成して、容器またはチューブ内の流体流量を正確に測定することができる流量センサーである。波の経路が流量中を多重反射、多重方向に通過することで流量センサーのサイズを小型化し、空間的な流速分布の不均一による影響を小さくすることができる。多角反射面は送受信超音波トランスデューサーを互いに近接配置することを可能にし、結果として、センサーを小型化し、特に眼科手術用の比較的小型の流体流量制御カセットに組み込むのに好適なセンサーとすることができる。超音波流量センサーが作用するためには、トランスデューサーと流体が流動するチューブとの間に如何なる空隙も生じないようにトランスデューサーをチューブと結合させねばならない。公知の流量センサーには、含水量の多いハイドロゲル材料のような音響ゲルを音響結合に使用するのが一般的である。手術用コンソール内に設置されている手術用カセットと音響カプラーを併用する必要がある場合、無菌且つ清潔であることが重要であり、カセットまたはコンソールの一部として形成され、ゲルを必要としない音響カプラーと比較して、音響ゲルは望ましくない。

特許文献１３は超音波装置用音響カプラーとして使用されるエラストマーを開示している。この特許出願明細書に記載されているように、独立した部材としてゴム弾性音響カプラーを形成した場合、超音波トランスデューサーとエラストマーの界面に空隙が生じないように両者を密着させることが困難な課題となる。この特許出願明細書に記述されている解決策は極めて柔軟且つ可撓性な、音響的に透明なエラストマーである。このような特性を兼備しておれば、トランスデューサーによって容易に圧縮できる比較的厚いカプラーを使用することができ、トランスデューサーとエラストマーを広い範囲に亘って密着させることができる。手術用コンソール内に設置されている手術用カセットと併用する場合、予め成形されている音響カプラーをコンソール内に配置されているカセットまたは超音波トランスデューサーに固定しなければならない。この場合、接着剤を使用すると、ゴム弾性カプラーとこれが接着されている面との界面に気泡が残る可能性があり、しかも接着剤は超音波の伝播を妨げる可能性があるから、接着剤の使用は望ましくない。さらにまた、接着剤は音響経路内に余分な界面を形成する。このような余分の界面は音響信号そのものを劣化させるとともに、感知システムの信頼性、再現性および感度を低下させる。

従って、外科手術用カセットに、またはこれを併用の形で使用できる簡単な、しかも信頼度が高く且つ正確な音響カプラーに対する要望が依然として存在する。
米国特許第４，４９３，６９５号明細書 米国特許第４，６２７，８３３号明細書 米国特許第４，３９５，２５８号明細書 米国特許第４，７１３，０５１号明細書 米国特許第４，７９８，８５０号明細書 米国特許第４，７５８，２３８号明細書 米国特許第４，７９０，８１６号明細書 米国特許第５，３６４，３４２号明細書 米国特許第５，２６７，９５６号明細書 米国特許第５，３６４，３４２号明細書 米国特許第５，７４７，８２４号明細書 米国特許第６，０９８，４６６号明細書 カナダ国特許出願第２，１２７，０３９号明細書

手術用カセットのキャビティ内にゴム弾性熱可塑性材料またはシリコン・ゴムを成形することによって形成された音響カプラー。ゴム弾性カプラーは周縁リップと、超音波トランスデューサーと接触させるための隆起パッドから成る。好ましい実施態様では、隆起パッドが半円筒形を呈する。他の実施態様では、隆起パッドが円形または「パン塊」の形状を呈する。このようなカプラーはトランスデューサーと流路との間から空隙を無くするのに寄与し、流路への超音波信号の効率的な伝送を可能にする。音響カプラーを採用する手術用カセットおよび手術用システムをも開示する。

本発明の好ましい実施態様およびそれぞれの利点を、対応の構成部分に同じ参照番号を付してある添付図面の図１−３を参照して以下に説明する。

本発明のカセット１０は主な構成部分として、バルブプレート１２、本体１４およびカバー１６を含む。バルブプレート１２、本体１４およびカバー１６はいずれも比較的高剛度の適当な熱可塑性物質で形成することができる。バルブプレート１２は複数の開口１８と、エラストマー２２、２４によって流体密封されて複数の流路を形成するポンピング・チャンネル２０を含む。ポート２６はカセット１０が種々の洗浄および吸引機能を行なうために、カセット１０と外科手術用コンソール１００とを接続する。カセット１０がこのような機能を果すためにはフィルター２８の使用が必要になる場合がある。本体１４には超音波反射器３０および反射器カバー３２が取り付けられている。超音波反射器３０および反射器カバー３２は一体成形することができ、図３に示すようにバルブプレート１２を本体１４に組み付ける際に、バルブプレート１２に形成されている流路３４に沿った凹部３６に設けた透過窓１２５と整列するように本体１４に配置される。バルブプレート１２の凹部３６にはゴム弾性音響カプラー３８が配置される。

ゴム弾性音響カプラー３８は熱可塑性エラストマーやシリコン・ゴムのようなエラストマー材料をバルブプレート１２の凹部３６内にオーバーモールド成形することによって形成することが好ましい。このような構成方法を採用すれば、ゴム弾性音響カプラー３８をバルブプレート１２に取り付けるのに接着剤を使用する必要が無くなり、ゴム弾性音響カプラー３８とバルブプレート１２の間から空隙を確実に無くすることができる。

特に図６−８から明らかなように、ゴム弾性カプラー３８は本体２０６と、この本体２０６の下縁から延出するタブ２０８とから成る。リップ２００（周縁部２００）が本体２０６およびタブ２０８の周縁を囲んでいる。リップ２００の高さは約０．０３７インチであることが好ましい。本体２０６のほぼ中央に隆起中央パッド２０２が配置され、タブ２０８の中心に沿って下方へ延びている。隆起パッド２０２の高さは約０．０３０インチ乃至約０．０５０インチであることが好ましい。エラストマー材料の薄いウェブ２０４（膜２０４）が隆起パッド２０２をリップ２００と接続する。図６は本体２０６に設けられた隆起パッド２０２の部分が半円筒形を呈する、最も好ましい実施態様を示す。この実施態様においては、隆起パッド２０２の上下縁はリップ２００の内縁と共線関係にある。図７は本体２０６に設けられた隆起パッド２０２の部分が円形を呈する実施態様を示す。図８は本体２０６に設けられた隆起パッド２０２の部分が「パン塊」形状を呈する実施態様を示す。

バルブプレート１２を本体１４に組み付けた状態において、凹部３６は流路３４に隣接して音響反射器３０および反射器カバー３２と整列関係にある。カセット１０をコンソール１００のカセット収容部１１０に設置する時、超音波トランスデューサー１２０がゴム弾性音響カプラー３８と圧接することによって隆起パッド２０２を超音波トランスデューサー１２０と流路３４との間に挟持する。これによってトランスデューサー１２０と流路３４との間で音響結合が成立し、超音波トランスデューサー１２０を利用して流路３４内の流体流量を測定することが可能になる。上記のような隆起パッド２０２の形状がカプラー３８の有効性を著しく向上させるとの所見が得られた。

以上の説明から明らかなように、本発明は音響技術を利用して流量を測定する改良された装置と方法を提供する。本発明は使用中の装置にユーザーが結合材料を供給する手間を省くことによって装置の誤操作を防止する。また、本発明はトランスデューサー、カプラーおよび流路間の反復接触を可能にし、トランスデューサーとカプラー、カプラーと流路の間の空隙を確実に無くする。さらにまた、本発明は伝送される超音波信号の高いS/N比を可能にし、超音波トランスデューサーによる圧力下にある間エラストマー材料を修正するための時間を全く必要とせず、超音波信号の感度を高め、流量測定の信頼度を高める。

本発明の作用および構成は以上の説明から明らかであろう。図示の、または上記の装置および方法を好ましい実施態様であるとしたが、後記の請求項において定義される本発明の思想および範囲を逸脱することなく種々の変更をこれらの実施態様に加えることができる。

図１は本発明のカセットを前方から見た斜視図である。 図２は本発明のカセットを後方から見た斜視図である。 図３は本発明のカセットの展開斜視図である。 図４は本発明のカセットの部分断面図である。 図５は本発明のカセットと併用可能な外科手術用コンソールを前方から見た斜視図である。 図６は半円筒形の隆起パッドを示す本発明の好ましいゴム弾性音響カプラーの詳細図である。 図７は円形の隆起パッドを示す本発明の好ましいゴム弾性音響カプラーの詳細図である。 図８は「パン塊」形の隆起パッドを示す本発明の好ましいゴム弾性音響カプラーの詳細図である。

Claims (16)

1. ゴム弾性音響カプラーであって、
   本体と；
   前記本体の周縁を囲むリップと；
   前記本体のほぼ中央に配置された隆起中央パッドと；
   前記パッドを前記リップと接続するウェブ
   から成る前記ゴム弾性音響カプラー。
2. 前記隆起パッドが半円筒形を呈する請求項１に記載のゴム弾性音響カプラー。
3. 前記隆起パッドが円形を呈する請求項１に記載のゴム弾性音響カプラー。
4. 前記隆起パッドがパン塊の形状を呈する請求項１に記載のゴム弾性音響カプラー。
5. 前記リップの高さが約０．０３７インチである請求項１に記載のゴム弾性音響カプラー。
6. 前記パッドの高さが約０．０３０インチ乃至約０．０５０インチである請求項１に記載のゴム弾性音響カプラー。
7. 前記本体と接続するタブをも含む請求項１に記載のゴム弾性音響カプラー。
8. 前記隆起パッドが前記タブへ延出する部分を有する請求項１に記載のゴム弾性音響カプラー。
9. 外科手術用カセットであって、
   複数の流路を有し、前記複数の流路の１つに凹部が配置されているカセット本体と；
   前記凹部に配置された音響カプラー
   から成り、前記カプラーが
   本体と；
   前記本体の周縁を囲むリップと；
   前記本体のほぼ中央に設けられた隆起中央パッドと；
   前記パッドを前記リップと接続するウェブ
   を有する前記外科手術用カセット。
10. 前記隆起パッドが半円筒形を呈する請求項９に記載の外科手術用カセット。
11. 前記隆起パッドが円形を呈する請求項９に記載の外科手術用カセット。
12. 前記隆起パッドがパン塊の形状を呈する請求項９に記載の外科手術用カセット。
13. 外科手術用システムであって、
    カセット収容部を有する外科手術用コンソールと；
    外科手術用コンソールのカセット収容部に配置され、流路中の流体流量を測定する超音波トランスデューサーと；
    複数の流路を有する外科手術用カセットと；
    カセットに取り付けられ、カセットを外科手術用コンソールのカセット収容部内に設置すると、超音波トランスデューサーを音響的にカセットと結合することによって、超音波トランスデューサーがカセットに形成されている複数の流路の少なくとも１つにおける流体流量を測定することを可能にする音響カプラー
    から成り、前記音響カプラーが
    本体と；
    前記本体の周縁を囲むリップと；
    前記本体のほぼ中央に設けられた隆起中央パッドと；
    前記パッドを前記リップと接続するウェブ
    を有する前記外科手術用システム。
14. 前記隆起パッドが半円筒形を呈する請求項１３に記載の外科手術用システム。
15. 前記隆起パッドが円形を呈する請求項１３に記載の外科手術用システム。
16. 前記隆起パッドがパン塊の形状を呈する請求項１３に記載の外科手術用システム。

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