JP2012518479A - 閉塞検出システム - Google Patents
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Abstract
流体配管の内側の圧力を監視する方法、およびこの方法を実行するためのシステム。この方法は、シリンジポンプシステムに適用可能である。この方法は、流体配管の内側の圧力によって引き起こされる力の値を測定するステップと、少なくとも2つの連続する移動時間ウインドウにおいて力の測定値を収集するステップと、各々の時間ウインドウにおける最適近似線の勾配を計算するステップと、最適近似線の勾配の勾配差を計算するステップと、勾配差を所定のしきい値勾配値と比較するステップと、勾配差がしきい値勾配値に少なくとも等しいときにベースライン力を力の検出値として定めるステップと、ベースライン力を力の検出値から引き算することによって相対力の値を決定するステップと、相対力の値が、所定のしきい値力よりも大きい場合に、警報を作動させるステップとを含んでいる。
Description
本発明は、広くには、閉塞を検出するための方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、シリンジポンプシステムの流体配管の閉塞を検出するソフトウェアアルゴリズムに関する。
医療用ポンプなど、現代の医療装置は、流体、溶液、薬剤、および薬物を患者へと送達するために、ますますマイクロプロセッサを基盤とするシステムによって制御されるようになってきている。送達される流体の投与量、流体送達のレート、継続時間、および患者へと注入される流体の量などといった要因に応じて、さまざまな種類の医療用ポンプシステムが使用されている。
患者へと少量の流体を徐々に送達するために使用される医療用ポンプシステムの一例が、シリンジポンプである。典型的なシリンジポンプシステムは、プランジャをハウジングへと取り付けて備えるシリンジと、モータと、ポンプ機構と、ポンプ機構制御装置と、ユーザインターフェイスと、アラームとを備えている。ポンプ機構が、シリンジのプランジャへと力を作用させ、流体をシリンジから患者へとつながる流体配管に押し出す。ポンプ機構は、自由流れ防止クロー(anti−free flow claw)と、ロードセルセンサなどの力検出センサとを備えている。
シリンジポンプシステムの使用に関する1つの懸念は、ポンプに取り付けられた流体配管のいずれかにおいて閉塞が生じる場合があるという点にある。閉塞により、患者へと送達される流体に不足が生じると同時に、シリンジおよび流体配管内部の圧力が高まる。圧力が高まることにより、閉塞が緩和された後に流体がかなり急激に配管を通って放出されることになる。したがって、シリンジポンプに閉塞検出機構を備えることが不可欠である。閉塞検出機構の一例は、流体配管内部の力を検出するセンサと、センサの読み取り値を監視するための手段と、特定のしきい値力または圧力レベルを超えたときにユーザに合図するアラームとを備えるシリンジポンプ機構制御装置であってよい。
閉塞検出の1つの方法は、流体の圧力に起因するセンサへの力Fpressureを計算することである。図1および図2に示されているような典型的なシリンジポンプシステムでは、以下の関係が成り立つ。
プランジャのゴム端によって引き起こされる静摩擦に変動が存在し、自由流れ防止クローによって引き起こされる力にさまざまな許容差が存在する。したがって、圧力警報を作動させる唯一のパラメータとしてFpressureを使用することは、警報の誤作動が多くなりすぎるため、一般的には不可能である。したがって、警報の誤作動を防止するために静摩擦および自由流れ防止クローのばね力の変動も許容するFpressureの監視方法が必要とされている。
本発明により、広くには、医療用輸液システムの流体配管の閉塞を検出する改善された方法、およびこの方法を実行するコンピュータソフトウェア製品が提供される。この改善された法は、警報の誤作動を増加させることなく、より高い感度および精度を示す。
一実施形態によれば、流体配管内部の圧力によって引き起こされる力の検出値が収集される。力の検出値は、少なくとも2つの連続する移動時間ウインドウにおいて収集される。力の検出値についての最適近似線(best−fit line)の勾配が、各々の時間ウインドウにおいて計算される。一実施形態においては、最適近似線が、最小二乗法によって決定される。次いで、最適近似線の勾配間の勾配差が、計算される。次いで、勾配差が、所定のしきい値勾配値と比較される。ベースライン力が、勾配差がしきい値勾配値に等しいときの力の測定値として定められる。相対力の値が、ベースライン力を力の検出値から引き算することによって決定される。相対力が、所定のしきい値力よりも大きい場合に、警報が作動する。
別の実施形態によれば、システムは、シリンジポンプと、シリンジと、プロセッサと、シリンジに動作可能に接続されるロードセルセンサとを備えている。システムは、少なくとも2つの連続する移動時間ウインドウを使用して計算を実行して、ロードセルセンサによって検出される力の測定値を処理する。さらにシステムは、各々の時間ウインドウにおける最適近似線の勾配を計算し、最適近似線の勾配の勾配差を計算し、シリンジのサイズにもとづいてしきい値勾配値を選択し、勾配差をしきい値勾配値と比較し、勾配差がしきい値勾配値に等しいときの力の測定値としてベースライン力の値を定め、力の測定値をベースライン力の値と比較して相対力の値を計算し、相対力の値が所定の力のしきい値を超える場合に警報を作動させる。
別の実施形態によれば、力の測定値が、圧力値へと変換される。圧力が、所定の閉塞圧力レベルと比較され、圧力値がしきい値よりも大きい場合に閉塞警報が作動する。
別の実施形態によれば、流体配管内部の圧力が所定の閉塞圧力レベルに達したときに、ポンプ機構制御装置は、ポンプモータを自動的に停止させる。
本発明の他の特徴および利点は、以下の図面とともに取り上げる以下の明細書から明らかになるであろう。
次に、本発明を理解するために、本発明を添付の図面を参照して一例として説明する。
本発明は、多数のさまざまな種類の実施形態を受け入れる余地を有するが、本明細書の開示が、本発明の原理の例証と考えられるべきものであって、本発明の幅広い態様を説明される実施形態に限定しようとするものではないという理解のもとで、本発明のいくつかの好ましい実施形態が、図面に示され、本明細書において詳しく説明される。
ここで図面を、特には図1を参照すると、薬剤を患者8へと送達するために使用することができるシリンジポンプシステム10の一実施形態が示されている。シリンジポンプシステム10のこの実施形態は、流体の薬剤13を保持するシリンジ12と、ハウジング14と、プランジャ16と、ポンプ機構18と、ポンプ機構制御装置20と、ユーザインターフェイス表示装置22と、ポンプシステム10から患者8へとつながる流体配管24とを備えている。さらに、シリンジポンプシステム10は、プロセッサ64と、通信ポート28と、センサ30と、自由流れ防止クロー32とを備えることができる。一実施形態においては、センサ30が、ロードセルセンサであってよい。ロードセルセンサ30をポンプ機構18の端部に位置させて、そこでプランジャ16と接触させることができる。
図2のシステムに示されているように、シリンジのロードセルセンサ30がポンプ機構18の端部に配置される場合、ロードセルセンサ30に作用する少なくとも3つの力、すなわち流体の圧力42、静摩擦力44、および自由流れ防止クロー32からの力46が存在する。これらの力の合成が、ロードセルセンサ30によって検出される合計の力40をもたらす。静摩擦または静止摩擦の力44は、プランジャ16と、流体13と、シリンジ12の壁との間の静的な粘着力(static cohesion)に打ち勝つために必要な力である。自由流れ防止クロー32からの力46は、自由流れ防止クロー32の抵抗によって引き起こされるばね力である。
図3を参照すると、力−時間曲線50の例が示されている。力−時間曲線50は、ロードセルセンサ30によって測定された力の読み取り値40の時間に関する線図である。力−時間曲線50の最適近似線を、力−時間曲線50のいくつか部分の線形回帰式によって計算することができる。一実施形態においては、最適近似線が、最小二乗法によって決定される。図3に示されるように、力−時間曲線50は、変向点52を有している。一実施形態によれば、第1の移動時間ウインドウ54および第2の移動時間ウインドウ55が選択される。一実施形態においては、移動時間ウインドウ54および55が、連続的である。移動ウインドウ54における力−時間曲線50の最適近似線64の勾配62を、計算することができる。同様に、移動ウインドウ55における力−時間曲線50の最適近似線65の勾配66も、計算することができる。次いで、第1のウインドウ54における力−時間曲線50の最適近似線64の勾配62、および第2のウインドウ55における力−時間曲線50の最適近似線65の勾配66にもとづき、勾配差60を計算することができる。勾配差60は、勾配62を勾配66から引き算することによって計算される。さらに、しきい値勾配70を計算することができる。しきい値勾配70は、力−時間曲線50の変向点52における勾配差60の値である。
再び図3を参照すると、ベースライン力72を設定することもできる。ベースライン力72は、勾配差60がしきい値勾配70よりも大きいときにロードセルセンサ30によって測定される合計の力40として設定される。しきい値力74を、閉塞の状態およびシリンジ12のサイズにもとづいて決定することができる。さらには、トリガ力76を計算することができる。トリガ力76は、ベースライン力72としきい値力74との和として定められる。一実施形態によれば、ロードセルセンサ30によって検出される合計の力40が、トリガ力76以上の場合に、閉塞警報が作動する。さらに、閉塞警報が作動したときに、ポンプ機構制御装置20が、ポンプモータ22を自動的に停止させてもよい。
あるいは、圧力値80を、合計の力40から計算してもよい。次いで、圧力値80を、所定の閉塞しきい値圧力82と比較することができる。現在の圧力80が閉塞しきい値圧力82よりも高い場合、閉塞警報が作動する。同様に、閉塞警報が作動したときに、ポンプ機構制御装置20が、ポンプモータ22を自動的に停止させてもよい。
次に図4を参照すると、一実施形態に従ってベースライン力72を設定するために行われるステップを説明するフロー図が示されている。ロードセルセンサ30によって測定される合計の力の読み取り値40が、100マイクロ秒ごとにサンプリングされる。多数のロードセルの力の読み取り値40が、ウインドウキュー(Window Queue)112に保存される。ロードセルの力の読み取り値40は、時系列の逆順で保存され、すなわち最も新しい力の読み取り値が、キューの第1の位置に保存され、最も古い力の読み取り値が、キューの最後の位置に保存される。勾配値62、66が計算され、勾配履歴キュー(Slope History Queue)114に保存される。勾配値も、時系列の逆順で勾配履歴キュー114に保存される。
ステップ110において、最も新しいロードセルの力40の読み取り値が、ウインドウキュー112から呼び出される。現在のロードセルの力40の読み取り値が、ステップ120において取得され、最後の(最も古い)ロードセルの力の読み取り値40が、ステップ130においてウインドウキュー112の最後の位置から取り除かれる。ステップ140において、現在のロードセルの力40の読み取り値が、ウインドウキュー112の最初の位置に置かれる。ウインドウキュー112に保存された力の読み取り値について、最適近似線の現在の勾配値(cur_slope)が、ステップ150において計算される。ステップ160において、最後の勾配値(last_slope)が、勾配履歴キュー114の最後の位置から取り除かれ、ステップ170において、現在の勾配値(cur_slope)が、勾配履歴キュー114の最初の位置へと追加される。次いで、ステップ180において、現在の勾配値(cur_slope)と最後の勾配値(last_slope)との間の勾配差60が計算され、しきい値勾配70と比較される。勾配差60がしきい値勾配70よりも大きい場合、現時点で測定される力に対応して計算される圧力が、ステップ190においてベースライン圧力82(0psi)として設定される。ステップ200において、ステップ110から始まるプロセスが、移動時間ウインドウの各ペアについて繰り返される。勾配差60がしきい値勾配70を超えない場合、ステップ190は実行されず、プロセスが、次の合計の力の読み取り値40について、ステップ110から始まって繰り返される。
図5は、一実施形態に従って閉塞を検出するためのステップを説明するフロー図である。具体的には、変向点52の検出およびベースライン力72の設定の後で、図5に示されている以下のステップにより、現在の圧力80が監視される。ロードセルセンサ30によって測定された合計の力の読み取り値40が、ウインドウキュー112に保存される。ステップ210から始まって、最も新しいロードセルの力の読み取り値40が、ウインドウキュー112から呼び出される。次いで、現在のロードセルの力の読み取り値40が、ステップ220において取得される。現在のロードセルの力の読み取り値40が、ステップ230において現在の圧力値80へと変換される。ステップ240において、現在の圧力値80が、閉塞しきい値圧力82と比較される。現在の圧力値80が閉塞しきい値圧力82よりも高い場合、閉塞警報が作動する。現在の圧力値80が閉塞しきい値圧力82よりも低い場合、プロセスがステップ210から始まって繰り返される。
図6は、異なる流量86で流す30ccのシリンジについて、観測された最大の勾配差61の線図である。図6に示されているように、流量が増すにつれて、最大の勾配差61も、おおむね1/xの比率で増加する。流量86を2倍にすると、最大の勾配差61も2倍になることが観測された。一実施形態においては、しきい値勾配70が、特定の流量86において観測される最大の勾配差61の50%に設定される。このしきい値勾配値により、ポンプおよびシリンジの相違に起因する最大勾配差のばらつきの原因が説明される。
図7は、しきい値勾配70がシリンジ12のサイズに関してどのように変化するのかを示す棒グラフである。図7に示されるように、シリンジのサイズに関するしきい値勾配70の変化は、線形でない。すなわち、しきい値勾配70を設定すべき値は、シリンジの異なるサイズごとに異なる。そのような異なるしきい値勾配70の原因を説明するために、システム10のプロセッサ64は、ルックアップテーブル90を備えることができ、シリンジの異なるサイズに対応する異なるしきい値勾配値を、ルックアップテーブル90に保存することができる。一実施形態においては、プロセッサ64が、シリンジ12のサイズにもとづいてしきい値勾配70を設定する。シリンジのサイズは、ユーザによって入力されても、あるいはプロセッサ64によって自動的に検出されてもよい。ルックアップテーブル90の一例が、下記の表1である。
表1:異なるシリンジのサイズ対してしきい値勾配を設定するための定式
同様に、移動ウインドウ54および55のサイズも、選択されなければならない。変向点52の精度は、ウインドウ54、55のサイズに対応する。したがって、ウインドウ54および55が小さい場合、変向点54がより多くの雑音を被り、精度が低くなるため、警報の誤作動の可能性が高くなる可能性がある。反対に、ウインドウ54および55が大きいと、変向点52はより正確になるが、ベースライン72の設定に要する時間が長くなる。これは、ベースライン72を計算できるよりも前に、現在の圧力トリガレベル82または力トリガレベル76に到達するリスクの増大につながる可能性がある。ベースライン72が設定される前に、警報が作動しない可能性があるため、閉塞が検出されない可能性がある。このように、最適なウインドウサイズ87により最も正確な変向点52がもたらされるが、変向点52の確立に要する時間が相対的に長くなる。最小のウインドウサイズ88は、変向点52を見つけるために必要な最小のウインドウである。
次に図8を参照すると、流量86に対する最適なウインドウサイズ87の線図が示されている。図8に示されているように、最適なウインドウサイズ87は、流量86が増すにつれて小さくなる。一実施形態によれば、最適なウインドウサイズ87と最小のウインドウサイズ88との間の平均について最適近似線を見つけることによって、選択されるウインドウサイズ89が計算される。一実施形態においては、最適近似線が、最小二乗法によって決定される。選択されるウインドウサイズ89は、ベースライン72を計算するための処理時間と、変向点52の割り出しの精度との間の妥協点であってよい。
一実施形態によれば、プロセッサ64が、特定の流量86について移動ウインドウ54および55のサイズを決定する。プロセッサ64は、ルックアップテーブル90に従って特定のサイズのシリンジ12について選択されたしきい値勾配値70にもとづいて変向点52を計算する。プロセッサ64は、ロードセルセンサ30によって検出された力の測定値70を保存する。次いで、プロセッサ64は、各々の移動ウインドウ54、55における最適近似線64、65の勾配の勾配差60を計算する。プロセッサ64は、勾配差60をしきい値勾配値70と比較する。プロセッサ64は、勾配差60がしきい値勾配値70よりも大きくなる時点において、ベースライン力72を力の測定値40として設定する。ベースライン力72の設定後に、プロセッサ64は、力の測定値70をベースライン力72と比較する。プロセッサ64は、力の測定値70がトリガ力76よりも大きい場合に、警報を作動させる(トリガ力76は、しきい値力74にベースライン力72を加えたものとして計算される)。しきい値力74は、シリンジの特定のサイズ12についての圧力閉塞状態にもとづいて計算される。
いくつかの選択肢となる実施形態および実施例を、本明細書において説明および例証してきた。当業者は、個々の実施形態の特徴、ならびに構成要素の可能な組み合わせおよび変更について理解するであろう。さらに、当業者は、本明細書で開示された他の実施形態と任意に組み合わせて、任意の実施形態を提供できることについて理解するであろう。さらに、本明細書において使用される「第1」、「第2」、「第3」、および「第4」という用語は、あくまでも説明を行う目的のためのものであり、決して実施形態を限定するものではない。さらに、本明細書で使用される「複数」という用語は、必要に応じて無限数までの1よりも大きい任意の数を、分離的または結合的のどちらか一方の仕方で指し示す。さらには、本明細書の発明の開示および特許請求の範囲の両者で使用される「を有する」という用語は、オープン・エンドの意味で用いられる。
本発明の精神または中心的特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で本発明を実施できることが、理解されるであろう。したがって、本実施例および本実施形態は、あらゆる点で例示的であって限定的ではないと考えるべきであり、本発明は、本明細書で示された詳細な記述に限定されるべきではない。したがって、具体的な実施形態を例証および説明してきたが、本発明から著しく逸脱することなく多くの修正例が考えられる。
Claims (20)
- 流体配管の内側の圧力を監視する方法であって、
流体配管の内側の圧力によって引き起こされる力の値を測定するステップと、
少なくとも2つの時間ウインドウにおいて力の値を収集および保存するステップと、
各々の時間ウインドウ内の力の値にもとづいて、最適近似線の勾配を計算するステップと、
最適近似線の勾配間の勾配差を計算するステップと、
勾配差を所定のしきい値勾配値と比較するステップと、
勾配差がしきい値勾配値に少なくとも等しいときにベースライン力を力の測定値として定めるステップと、
ベースライン力を力の測定値から引き算することによって相対力の値を計算するステップと、
相対力の値が、所定の力のしきい値の値よりも大きい場合に、警報を始動させるステップとを含んでいる、方法。 - 最適近似線が、線形回帰式によって得られる、請求項1に記載の方法。
- 時間ウインドウが連続している、請求項1に記載の方法。
- しきい値勾配値が、選択される流量における最大の勾配差の50%に等しい勾配差として定められる、請求項1に記載の方法。
- しきい値勾配値が、流体配管に接続されるシリンジのサイズにもとづいて決定される、請求項1に記載の方法。
- 60ccのシリンジについて、しきい値勾配値が、選択される流量における最大の勾配差の80%に等しい、請求項5に記載の方法。
- 30ccのシリンジについて、しきい値勾配値が、選択される流量における最大の勾配差の100%に等しい、請求項5に記載の方法。
- 20ccのシリンジについて、しきい値勾配値が、選択される流量における最大の勾配差の107%に等しい、請求項5に記載の方法。
- 10ccのシリンジについて、しきい値勾配値が、選択される流量における最大の勾配差の89%に等しい、請求項5に記載の方法。
- 5ccのシリンジについて、しきい値勾配値が、選択される流量における最大の勾配差の80%に等しい、請求項5に記載の方法。
- 3ccのシリンジについて、しきい値勾配値が、選択される流量における最大の勾配差の49%に等しい、請求項5に記載の方法。
- 1ccのシリンジについて、しきい値勾配値が、選択される流量における最大の勾配差の18%に等しい、請求項5に記載の方法。
- 流量についてのウインドウサイズが、或る範囲の流量についての最適および最小のウインドウサイズの間の平均についての最適近似線にもとづいて選択される、請求項1に記載の方法。
- 流体配管の内側の圧力を監視する方法であって、
流体配管の内側の圧力によって引き起こされる力の値を測定するステップと、
少なくとも2つの時間ウインドウにおいて力の値を収集および保存するステップと、
各々の時間ウインドウ内の力の値にもとづいて、線形回帰式によって得られる最適近似線の勾配を計算するステップと、
最適近似線の勾配の間の勾配差を計算するステップと、
勾配差を所定のしきい値勾配値と比較するステップと、
勾配差がしきい値勾配値に少なくとも等しいときにベースライン力を力の測定値として定めるステップと、
ベースライン力の値に対応するベースライン圧力値を計算するステップと、
力の測定値から現在の圧力値を計算するステップと、
ベースライン圧力値を現在の圧力値から引き算することによって相対圧力値を計算するステップと、
相対圧力値を、所定の圧力しきい値と比較するステップと、
現在の圧力値が、所定の圧力しきい値よりも大きい場合に、警報を始動させるステップとを含んでいる、方法。 - 時間ウインドウが連続している、請求項14に記載の方法。
- 警報が、制御信号を含む、請求項14に記載の方法。
- ポンプと、プロセッサとを備える閉塞検出システムであって、ポンプが、ポンプに対して流体を送出するための流体配管に動作可能に接続されるセンサを有しており、
プロセッサが、
センサによって検出される力の測定値を処理するために少なくとも2つの連続する移動時間ウインドウを使用し、
各々の時間ウインドウにおいて収集された力の測定値について、最適近似線の勾配を計算し、
最適近似線の勾配の勾配差を計算し、
シリンジのサイズにもとづいてしきい値勾配値を選択し、
勾配差をしきい値勾配値と比較し、
勾配差がしきい値勾配値に少なくとも等しいときベースライン力の値を力の測定値として定め、
力の測定値を力のベースライン値と比較して、相対力の値を計算し、
相対力の値が、所定の力のしきい値を超える場合に警報を始動させる、閉塞検出システム。 - 力のしきい値が、シリンジによって定められる流体配管の部位の内径にもとづいて決定される、請求項17に記載のシステム。
- センサが、ロードセルセンサである、請求項17に記載のシステム。
- 現在の圧力値が、力の測定値に対応して計算され、現在の圧力値が、所定の圧力しきい値と比較され、現在の圧力値が所定の圧しきい値を超える場合に、警報が始動する、請求項17に記載のシステム。
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