JP2010145334A - 流量測定装置、及び、送液ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】滴数制御方式を用いた輸液ポンプの場合に、正確に送液量を測定して、正確に輸液量の制御を行うことの可能な、流量測定装置、及び、この流量測定装置を備えた送液ポンプを提供する。
【解決手段】傾き検出センサ２６は、滴下ノズル１７の軸方向の鉛直方向からの傾斜角度を測定し、傾斜角度情報を補正部２８Ｃへ出力する。補正部２８Ｃは、傾き検出センサ２６からの傾斜角度情報に基づいて、点滴口１７Ｂから滴下される一滴の液滴体積を補正して、補正滴体積を求める。
【選択図】図２

Description

本発明は、流量測定装置、及び、この流量測定装置を備えた送液ポンプに関する。

従来より、輸液治療に用いられる送液ポンプとして、フィンガポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。フィンガポンプは、輸液チューブを押しつぶすことにより、薬液を送り出すものである。フィンガポンプを用いて薬液を送出する場合の液量制御の方式として、容積制御方式と、滴数制御方式がある。容積制御方式では、正確な内径のチューブを用いて、当該チューブに目的量に応じたチューブ変形量を与えることにより、送液量を制御する。一方、滴数制御方式では、点滴筒内で点滴口から点滴筒へ滴下する単位時間当たりの液滴数を数えて送液量を求め、所定の送液量となるように送液量を制御する。

ところで、滴数制御方式を用いて輸液を行う場合、点滴筒へ滴下する液滴の１滴当たりの体積が一定であるという前提で送液量を制御している。したがって、１滴当たりの液滴の体積は、一定である必要がある。

特開平６−３１９７９８号公報

しかしながら、点滴筒が傾くと、点滴口の向きが変わり、１滴当たりの液滴の体積が変化してしまい、正確な送液量の制御が困難になる。

本発明は、上記事実に鑑み、滴数制御方式を用いた場合に、正確に送液量を測定して、正確に輸液量の制御を行うことの可能な、流量測定装置、及び、この流量測定装置を備えた送液ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る流量測定装置は、点滴筒へ液滴を滴下する点滴口の傾きを検出する傾き検出センサと、前記傾き検出センサにより検出された点滴口傾きに基づいて、前記点滴口から前記点滴筒へ滴下される液滴の１滴当たりの体積を補正する補正手段と、を備えている。

請求項１に係る流量測定装置では、傾き検出センサで点滴口の傾きを検出し、検出された点滴口傾きに基づいて、補正手段で点滴筒へ滴下される液滴の１滴当たりの体積を補正する。補正された液滴の１滴当たりの体積に基づいた送液量情報が、ポンプへフィードバックされる。

このように、液滴の１滴当たりの体積を補正することにより、点滴口が傾斜している場合であっても、補正しない場合と比較して正確な送液量の制御を行うことができる。

請求項２に係る流量測定装置は、前記補正手段が、前記点滴口傾きに応じた前記点滴口の鉛直方向から見た点滴口周長に基づいて、前記点滴口から前記点滴筒へ滴下される液滴の１滴当たりの体積を補正すること、を特徴とする。

点滴口が傾くと、傾きのない状態（点滴口が真下に向いた状態）と比較して、点滴口の鉛直方向から見た見かけの点滴口周長は変化する。この点に着目して、点滴口傾きに応じた点滴口周長に基づいて、点滴口から点滴筒へ滴下される液滴の１滴当たりの体積を補正することができる。

請求項３に係る流量測定装置は、点滴口が円形である場合、前記点滴口が傾斜した場合の見かけの周長が、楕円関数に基づいて求められるものであること、を特徴とする。

このように、点滴口の鉛直方向から見た見かけの点滴口周長を、楕円関数に基づいて求めることができる。

請求項４に係る流量測定装置は、前記傾き検出センサが、前記点滴筒へ着脱自在に取り付けられていること、を特徴とする。

点滴口は、通常、点滴筒に対して位置が固定されているため、点滴筒に傾き検出センサをとり付けて点滴筒の傾きを検出することにより、点滴口の傾きも容易に検出することができる。

請求項５に係る流量測定装置は、前記傾き検出センサが、重力加速度を計測可能な加速度計であること、を特徴とする。

このように、加速度計を用いて、点滴口の傾きを検出することができる。

請求項６に係る送液ポンプは、滴数制御方式であり、輸液チューブを押しつぶして送液を行うペリスタルティック方式の送液ポンプであって、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の流量測定装置と、前記流量測定装置によって測定される液体の送液量情報に基づいて、送出する液量を制御する制御手段と、を備えている。

請求項６に係る送液ポンプによれば、正確な送液量測定に基づいて、正確に輸液量の制御を行うことができる。

本発明によれば、滴数制御方式を用いた場合に、正確に送液量を測定して、正確に輸液量の制御を行うことができる。

本発明の実施形態に係る流量測定装置、及び、この流量測定装置を備えた送液ポンプについて、説明する。

（全体構成）

図１に示されるように、輸液用の輸液ユニット１２は、スタンド１０に取り付けられており、輸液バッグ１１は、スタンド１０の上部から伸びるアーム１０Ａに掛けられる。

流量測定装置２０と送液ポンプ３０とは別体とされており、図２にも示すように、送液ポンプ３０は、輸液ユニット１２内に収納されている。送液ポンプ３０としては、輸液チューブ１３を押圧して輸液チューブ１３の内部を流通する流体を圧送する、所謂フィンガ方式のポンプまたはローラ方式のポンプが用いられている。送液ポンプ３０は、チューブ押圧部３２及びポンプコントローラ３４を備えている。チューブ押圧部３２は、輸液チューブ１３を押圧することにより、輸液チューブ１３の内部を流通する流体を圧送する。

ポンプコントローラ３４は、チューブ押圧部３２及び流量測定装置２０と接続されており、流量測定装置２０で測定された流量に応じて、チューブ押圧部３２の動作を制御することにより、圧送される液量を制御する。

流量測定装置２０は、図３に示すように、ケース２２、滴下センサ２４、傾き検出センサ２６、及び、流量算出部２８を備えている。

図４にも示すように、ケース２２は、コ字状とされ、中央部に点滴筒１４を挟持可能な保持部２１が設けられている。保持部２１は、互いに向き合うように一対で配置されており、内周が緩やかな弧状とされている。一対の保持部２１の間には、保持空間２１Ｒが構成されている。保持部２１の一方である移動保持部２１Ａは、ケース２２内に退避可能とされており、コイルバネＫによって他方の固定保持部２１Ｂ側へ向かって付勢されている。点滴筒１４が保持されていない状態では、移動保持部２１Ａと固定保持部２１Ｂの間隔は、点滴筒１４の直径よりも短くなるように設定されている。点滴筒１４を保持する際には、図４（Ａ）に示すように、保持部２１を退避させて、保持空間２１Ｒへ点滴筒１４を押し入れ、図４（Ｂ）に示すように、移動保持部２１Ａと固定保持部２１Ｂとの間に挟持する。

図３に示すように、点滴筒１４の上部には、蓋部材１５が取り付けられている。蓋部材１５は、点滴筒１４の上面を覆う蓋部１６と、蓋部１６を貫通して点滴筒１４に液滴を滴下する滴下ノズル１７とで構成されている。滴下ノズル１７は、中央部に液体の流路１７Ａが構成されており、その下部が点滴筒１４内に突出されて、先端が点滴口１７Ｂとされている。

ケース２２内には、滴下センサ２４が収納されている。滴下センサ２４は、光出力部２４Ａと受光部２４Ｂとを備えている。光出力部２４Ａと受光部２４Ｂとは、保持空間２１Ｒを挟んで互いに対向するように配置されている。図２に示すように、滴下センサ２４は、流量算出部２８と接続されており、点滴口１７Ｂから滴下される滴数の情報を流量算出部２８へ出力する。

ケース２２内には、傾き検出センサ２６が収納されている。傾き検出センサ２６は、ケース２２が点滴筒１４に取り付けられた際に、滴下ノズル１７の軸方向が鉛直方向と一致するように配置されている。傾き検出センサ２６は、滴下ノズル１７の軸方向の鉛直方向からの傾斜角度を測定可能とされている。傾き検出センサ２６としては、重力加速度を測定可能な加速度計を用いることができる。図２に示すように、傾き検出センサ２６は、流量算出部２８と接続されており、傾斜角度情報を流量算出部２８へ出力する。

ケース２２内には、流量算出部２８が収納されている。図２（Ｂ）に示すように、流量算出部２８は、メモリ２８Ａ、算出部２８Ｂ、補正部２８Ｃを備えている。メモリ２８Ａには、滴下センサ２４からの滴数情報、傾き検出センサ２６からの傾斜角度情報が記憶される。補正部２８Ｃは、傾き検出センサ２６からの傾斜角度情報に基づいて、点滴口１７Ｂから滴下される一滴の液滴体積を補正して、補正滴体積を求める。算出部２８Ｂは、補正滴体積、及び、単位時間あたりに滴下される滴数情報に基づいて、送出されている液体の流量を算出する。算出された流量は、送液ポンプ３０へ出力される。

ここで、補正部２８Ｃにおける一滴の液滴体積の補正について説明する。

（第１補正方法）
図５のグラフには、異なる滴下口Ａ、Ｂを有する滴下ノズルの各々について、液滴体積と傾斜角度θとの関係が示されている。Ａ、Ｂのいずれについても、傾斜角度θが大きいほど、滴下される液滴体積は小さくなることが明らかである。また、滴下ノズルの材質や、滴下口の形状、サイズ、液滴の種類によって、滴下される液滴体積と傾斜角度との関係は異なる。そこで、予め、使用する液滴の種類、滴下ノズルの種類、に応じた液滴体積と傾斜角度の関係についての補正テーブルＴを作成し、補正テーブルＴを補正部２８Ｃに記憶しておいて、傾き検出センサ２６からの傾斜角度情報に基づいて、補正テーブルＴを参照して液滴体積を補正する補正方法が考えられる。この補正方法を第１補正方法とする。補正後の液滴体積は、算出部２８Ｂへ出力される。

（第２補正方法）
点滴口１７Ｂからの液滴の滴下は、液滴の重量が点滴口１７Ｂの表面張力により液滴が点滴口１７Ｂの外周と引き合う力よりも大きくなった場合に生じると考えられる。滴下ノズル１７の軸方向Ｓが鉛直方向に配置されている場合（図６（Ａ）参照）には、点滴口１７Ｂの形状は円形となり（図６（Ｃ）参照）、軸方向Ｓが鉛直方向から傾くと（図６（Ｂ）参照）、軸方向Ｓからみた点滴口１７Ｂの形状は楕円となる（図６（Ｄ）参照）。鉛直方向からの傾斜角度θが大きいほど軸方向Ｓからみた点滴口１７Ｂの外周長（以下「見た目外周長」という）は短くなる。

この点に着目して、補正部２８Ｃで一滴の液滴体積の補正を行う。

液滴の体積Ｖ、見た目外周長Ｌ、点滴口１７Ｂの表面張力Ｔは、式１で表すことができる。但し、ρは液滴の密度、ｇは重力加速度を表している。

また、見た目外周長Ｌと、滴下ノズル１７の鉛直方向からの傾斜角度θとの関係は、式２により表される。但し、ｋは離心率であって、離心率ｋは楕円の長径をａ、短径をｂとし、式３により表される。式２を式１に代入した式４により、傾斜角度θに対応した見た目外周長Ｌと液滴体積Ｖ（θ）との関係を表すことができる。

傾斜角度θが０のとき（滴下ノズル１７が鉛直方向に配置されているとき）の液滴体積を１００％とし、式４に基づいた液滴体積と傾斜角度θの関係は、図７のグラフに示されるとおりである。また、式４に基づいた液滴体積と傾斜角度θの関係（計算値）と、実際に傾斜角度θに対応した液滴体積を測定したときの液滴体積と傾斜角度θの関係（実測値）とが、図８のグラフに示されている。図８のグラフからわかるように、計算値と実測値とは、ほぼ近似している。そこで、傾き検出センサ２６からの傾斜角度情報と式４とに基づいて、液滴体積を算出する補正方法が考えられる。この補正方法を第２補正方法とする。このようにして補正部２８Ｃで算出された補正後の液滴体積は、算出部２８Ｂへ出力される。

（第３補正方法）
図８のグラフに示されるように、式４での計算値と実測値とは、近似しているものの、滴下ノズルの傾斜角度θが大きくなるにつれて、誤差が大きくなっている。そこで、予め、使用する液滴の種類、滴下ノズルの種類、毎に、傾斜角度θに応じた誤差関係を求めておき、誤差補正の変数Ｃ（θ）を式４に含めて、式５により液滴体積と傾斜角度θの関係を補正する。

図９には、式５により得られた液滴体積と傾斜角度θの関係（計算値／補正）と、実際に傾斜角度θに対応した液滴体積を測定したときの液滴体積と傾斜角度θの関係（実測値）とが示されている。図９のグラフに示されるように、誤差補正の変数Ｃ（θ）を用いることにより、実測値とほぼ一致した値を算出することができる。そこで、予め、使用する液滴の種類、滴下ノズルの種類、毎に、傾斜角度θに応じた誤差関係を求めて、補正部２８Ｃに記憶しておき、傾き検出センサ２６からの傾斜角度情報と式５とに基づいて、液滴体積を算出する補正方法が考えられる。この補正方法を第３補正方法とする。このようにして補正部２８Ｃで算出された補正後の液滴体積は、算出部２８Ｂへ出力される。

以上のように、補正部２８Ｃでは、例えば、第１補正方法〜第３補正方法のような手法で、液滴体積を補正することができる。

流量算出部２８の算出部２８Ｂでは、メモリ２８Ａから出力された滴数の情報、及び、補正部２８Ｃから出力された補正後の液滴体積情報に基づいて、単位時間当たりの流量Ｄを算出し、流量Ｄを送液ポンプ３０のポンプコントローラ３４へ出力する。流量Ｄは単位時間あたりの液滴の滴下数をｎとすると、式６で計算できる。

ポンプコントローラ３４は、入力された流量Ｄに基づいて送出される液体の流量が所望の値となるように、チューブ押圧部３２を制御する。

本実施形態によれば、滴数制御方式を用いて輸液する場合に、滴下ノズル１７の傾斜角度θに応じて、滴下される１滴当たりの液滴体積を補正して流量Ｄを算出するので、補正しない場合と比較して正確な流量を測定することができる。

また、正確に測定された流量を送液ポンプ３０にフィードバックして、送液ポンプ３０のチューブ押圧部３２を制御するので、送出される液体の流量を、正確に制御することができる。

本実施形態に係る流量測定装置、及び、送液ポンプの使用例を示す図である。 本実施形態に係る、（Ａ）は流量測定装置、及び、送液ポンプの制御系に係る概略ブロック図であり、（Ｂ）は流量算出部の概略ブロック図である。 本実施形態に係る流量測定装置、及び、点滴筒の斜視図である。 本実施形態に係る流量測定装置へ、（Ａ）は点滴筒をセットする前の状態を示す図であり、（Ｂ）は点滴筒をセットした状態を示す図である。 滴下ノズル傾斜角度と液滴体積の実測値の関係を示すグラフである。 滴下ノズルが傾斜していない場合の（Ａ）は液滴形状を（Ｃ）は点滴口の見た目形状を示す図であり、滴下ノズルが傾斜している場合の（Ｂ）は液滴形状を（Ｄ）は点滴口の見た目形状を示す図である。 滴下ノズル傾斜角度と液滴体積の計算値の関係を示すグラフである。 滴下ノズル傾斜角度と液滴体積の実測値、計算値の関係を示すグラフである。 滴下ノズル傾斜角度と液滴体積の実測値、計算値（補正）の関係を示すグラフである。

符号の説明

１４ 点滴筒
１７ 滴下ノズル
１７Ｂ 点滴口
２０ 流量測定装置
２４ 滴下センサ
２６ 傾き検出センサ
２８Ａ メモリ
２８Ｂ 算出部
２８Ｃ 補正部
２８ 流量算出部
３０ 送液ポンプ
３２ チューブ押圧部
３４ ポンプコントローラ

Claims (6)

1. 点滴筒へ液滴を滴下する点滴口の傾きを検出する傾き検出センサと、
   前記傾き検出センサにより検出された点滴口傾きに基づいて、前記点滴口から前記点滴筒へ滴下される液滴の１滴当たりの体積を補正する補正手段と、
   を備えた、流量測定装置。
2. 前記補正手段は、前記点滴口傾きに応じた前記点滴口の鉛直方向から見た点滴口周長に基づいて、前記点滴口から前記点滴筒へ滴下される液滴の１滴当たりの体積を補正すること、を特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
3. 前記点滴口周長は、楕円関数に基づいて求められるものであること、を特徴とする請求項２に記載の流量測定装置。
4. 前記傾き検出センサは、前記点滴筒へ着脱自在に取り付けられていること、を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の流量測定装置。
5. 前記傾き検出センサが、重力加速度を計測可能な加速度計であること、を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の流量測定装置。
6. 滴数制御方式であり、輸液チューブを押しつぶして送液を行うペリスタルティック方式の送液ポンプであって、
   請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の流量測定装置と、
   前記流量測定装置によって測定される液体の送液量情報に基づいて、送出する液量を制御する制御手段と、
   を備えた送液ポンプ。

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