JP2014092145A - 液体供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】医療機器に液体を供給する液体供給装置に関する技術を提供する。
【解決手段】医療機器に液体を供給する液体供給装置であって、液体の吸入動作と液体の送液動作とを交互に行うことが可能な第１のポンプと、液体の吸入動作と液体の送液動作とを交互に行うことが可能な第２のポンプと、を備えるポンプ機構と、弾性部材を含んで構成され、ポンプと連通し液体を医療機器に供給する流路と、流路の内部圧力の変動を検出可能な圧力変動検出部と、内部圧力の変動に応じて流路を変形させ、医療機器に供給する液体の圧力変動を抑制する流路変形部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療機器に液体を供給する技術に関する。

従来、液体を安定して送液する技術としては、例えば下記特許文献１の技術が知られている。下記特許文献１には、２つのプランジャーポンプの一方が所定の吐出圧力で吐出工程を行っているときに、他方は液体に予圧を加えた状態で待機し、一方の吐出圧力が降下し始めたときに、他方が液体の加圧および吐出工程とを開始し、短時間で目標の吐出圧力まで圧力上昇させ、吐出を連続的に行う技術が記載されている。

特開平９−２６４２６１号公報

しかし、特許文献１の技術では、２つのプランジャーポンプの吐出の切替えの際に、定期的に脈流が発生してしまう。例えば、医療用機器としてのウォータージェットメスに液体を送液する液体供給装置に上記技術を適用した場合、ウォータージェットメスから吐出される液体に脈流が発生してしまい、ウォータージェットメスの操作上、好ましくないと言った問題が指摘されていた。また、装置の小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等の種々の課題も指摘されていた。このような問題はウォータージェットメスに限らず、医療機器に液体を供給する装置に共通する問題であった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、医療機器に液体を供給する液体供給装置が提供される。この液体供給装置は、前記液体の吸入動作と前記液体の送液動作とを交互に行うことが可能な第１のポンプと、前記液体の吸入動作と前記液体の送液動作とを交互に行うことが可能な第２のポンプと、を備えるポンプ機構と、弾性部材を含んで構成され、前記ポンプと連通し前記液体を前記医療機器に供給する流路と、前記流路の内部圧力の変動を検出可能な圧力変動検出部と、前記内部圧力の変動に応じて前記流路の弾性部材の一部を変形させることによって、前記医療機器に供給する前記液体の圧力変動を抑制する流路変形部とを備える。この形態の液体供給装置によれば、流路の内部圧力の変動に応じて流路を変形させることにより医療機器に供給される液体の圧力変動を抑制するので、結果として、療用機器に供給する流量の変動を抑制することができる。

（２）上記液体供給装置において、前記圧力変動検出部は、前記流路の外観形状の変位に基づいて前記内部圧力の変動を検出するものとしてもよい。この形態の液体供給装置によれば、流路の外観から圧力の変動を検出することができる。例えば、外観形状の変位を非接触に計測することも可能である。

（３）上記液体供給装置において、前記圧力変動検出部は、前記流路の外壁面の所定の位置に設置され、前記流路から受ける力を検出し、該検出結果に基づいて前記内部圧力の変動を検出するとしてもよい。この形態の液体供給装置によれば、直接的に流路から受ける力を検出するので、内部圧力の変動を容易に精度良く検出することができる。

（４）上記液体供給装置において、前記圧力変動検出部は；前記流路から受ける力として、前記流路の内部圧力による力と前記流路変形部が流路を変形させる力とを受け；前記検出した前記流路から受ける力と、前記流路変形部が流路を変形させる力とに基づいて、前記流路の内部圧力による力を取得し、前記内部圧力の変動を検出する；としてもよい。この形態の液体供給装置によれば、流路の内部圧力による力と流路変形部が流路を変形させる力とを受ける流路上の位置に、圧力変動検出部を設置することができる。

（５）上記液体供給装置において、前記流路変形部は、前記流路を変形させる圧電素子を備え；前記圧力変動検出部は、前記圧電素子によって前記流路から受ける力を検出するものとしてもよい。この形態の液体供給装置によれば、一つの圧電素子で、流路変形部および圧力変動検出部の機能を備えるので、構造の簡易化、低コスト化を実現することができる。

（６）上記液体供給装置において、前記圧力変動検出部は、前記流路の外壁面の所定の位置に設置された歪みゲージであるものとしてもよい。この形態の液体供給装置によれば、比較的簡易な方法によって流路の圧力変動を検出することができる。

（７）上記液体供給装置において、前記流路変形部は、前記流路の変形によって該流路を閉塞し、前記液体の供給を停止可能であるとしてもよい。この形態の液体供給装置によれば、流路変形部によって液体の供給を停止させることができる。

（８）上記液体供給装置において、前記医療機器は、液体を生体に吐出することにより前記生体を治療する治療機器であるとしてもよい。この形態の液体供給装置によると、液体を吐出する医療機器に圧力変動の少ない安定した流量の液体を供給することができる。

（９）また、本発明の他の形態によれば、医療機器に液体を供給する液体供給装置が提供される。この液体供給装置は、前記液体の吸入動作と前記液体の送液動作とを交互に行うことが可能なポンプを複数備えるポンプ機構と；弾性部材を含んで構成され、前記ポンプと連通し前記液体を前記医療機器に供給する流路と；前記流路の内部圧力の変動を検出可能な圧力変動検出部と；前記内部圧力の変動に応じて前記流路の弾性部材の一部を変形させることによって、前記医療機器に供給する前記液体の圧力変動を抑制する流路変形部と；を備える。この形態の液体供給装置によれば、流路の内部圧力の変動に応じて流路を変形させることにより医療機器に供給される液体の圧力変動を抑制するので、結果として、療用機器に供給する流量の変動を抑制することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、ウォータージェットメスシステム、液体供給システム、液体供給方法、ポンプ制御方法、脈流抑制方法などの形態で実現することができる。

ウォータージェットメスシステム１０を示す説明図である。 液体供給装置３０による水の供給を示す説明図である。 流路変形機構５０を示す説明図である。 流路変形機構５０の構造を示す説明図である。 圧力変動検出部６０を示す説明図である。 プランジャーポンプ３３，３４の動作を示す説明図である。 制御部４０が行う圧力変動抑制を示す説明図である。 ウォータージェットメス２０の構造を示す説明図である。 ウォータージェットメスシステム１０ａを示す説明図である。 圧力変動検出部６４を含む流路変形機構５０の垂直断面図である。 圧力変動検出部６４が受ける力を示す説明図である。 流路変形による力Ｆ１を説明する説明図である。 変形例１の一例を示す説明図である。 変形例２の一例を示す説明図である。 変形例３の一例を示す説明図である。 採用可能なウォータージェットメスの一例を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
（Ａ１）システム構成：
図１は、本発明の第１実施形態としての液体供給装置を用いたウォータージェットメスシステム１０を説明する説明図である。ウォータージェットメスは、医療用のメスの一種であり、液体を高圧で吐出し、その吐出圧力で切開や切除を行う。本実施形態においては、吐出する液体として、無菌処理が施された水を採用する。

ウォータージェットメスシステム１０は、ウォータージェットメス２０と、ウォータージェットメス２０に水を供給する液体供給装置３０と、ウォータージェットメス２０に供給する水を収容する液体収容部１５とを備える。ウォータージェットメス２０は、その内部に、ピエゾ素子を動力源としてパルス水流を発生させる機構を備える。ウォータージェットメス２０は、ピエゾ素子を所定の周波数で駆動させることによって、液体供給装置３０から供給された水を、パルス状の高圧ジェット水流（パルスジェットＰＪ）にして外部に吐出する。ウォータージェットメス２０の構造については後で詳しく説明する。

ウォータージェットメス２０と液体供給装置３０と液体収容部１５とは、流路７０〜７３を介して接続されている。具体的には、液体収容部１５は、流路７０の一端と接続されている。流路７０の他端は、流路７１と流路７２への分岐点に接続されている。流路７１は、液体供給装置３０が備えるプランジャーポンプ３３と接続されている。流路７２は、液体供給装置３０が備えるプランジャーポンプ３４と接続されている。流路７１および流路７２は合流して、流路７３に接続されている。流路７３はウォータージェットメス２０と接続されている。

液体収容部１５の水は、液体供給装置３０の動作により、流路７０〜７３を介してウォータージェットメス２０に供給される。また、流路７１，７２には、逆止弁８１〜８４が設けられている。流路７０〜７３を流通する水は、逆止弁８１〜８４の機能により、液体収容部１５からウォータージェットメス２０に向かう一方向にのみ流通する。流路７０〜７３は、ポリ塩化ビニルからなるチューブであり、弾性を有する。なお、流路７０〜７３として、シリコンや、熱可塑性エラストマーからなる弾性を有するチューブを採用するとしてもよい。

液体供給装置３０は、筐体３２と、プランジャーポンプ３３，３４と、ポンプ駆動部３５，３６と、表示部３８と、流路変形機構５０と、圧力変動検出部６０とを備える。プランジャーポンプ３３，３４は、液体収容部１５から水を吸入する吸入動作と、吸入した水をウォータージェットメス２０に送液する送液動作とを行う。ポンプ駆動部３５，３６は、プランジャーポンプ３３，３４が吸入動作と送液動作とを行うための動力源として機能する。ポンプ駆動部３５，３６は、モーターを動力源として備え、プランジャーポンプ３３，３４による吸入動作と送液動作とを実現する。

表示部３８は、液体供給装置３０がウォータージェットメス２０が供給している水の供給量や、流速など、水の供給に関わる種々の情報を表示する表示部である。流路変形機構５０は、流路７０を挟み込み、流路７０を変形させる機構である。圧力変動検出部６０は、流路７３の内部圧力の変動を検出する機構である。流路変形機構５０および圧力変動検出部６０については、後で詳しく説明する。

図示するように、液体供給装置３０は、筐体３２の内部に制御部４０を備える。制御部４０は、ウォータージェットメス２０、ポンプ駆動部３５，３６、表示部３８、入出力ＩＦ４２、流路変形機構５０、および圧力変動検出部６０と接続されており、各デバイスの操作を制御する。入出力ＩＦ４２には、ユーザーがウォータージェットメス２０の水の吐出・停止を操作するためのフットスイッチ４４が接続されている。フットスイッチ４４をユーザーが操作すると、制御部４０が、ウォータージェットメス２０と液体供給装置３０（ポンプ駆動部３５，３６）とを同期して動作させる。具体的には、ウォータージェットメス２０からパルスジェットＰＪを吐出させる操作をユーザーがフットスイッチ４４を用いて行うと、制御部４０は、ポンプ駆動部３５，３６を駆動させてウォータージェットメス２０に水を供給させるとともに、ウォータージェットメス２０を制御して、供給された水をパルスジェットＰＪにして外部に吐出させる。

図２は、液体供給装置３０による水の供給を説明する説明図である。図には、プランジャーポンプ３３，３４を中心に、水の流通に関係のある構成を示した。図示するように、プランジャーポンプ３３は、シリンジ３３ｓと、プランジャー３３ｐとを備える。同様に、プランジャーポンプ３４は、シリンジ３４ｓと、プランジャー３４ｐとを備える。プランジャー３３ｐと、プランジャー３４ｐとは、各々、ポンプ駆動部３５およびポンプ駆動部３６に取り付けられている。

ポンプ駆動部３５，３６はそれぞれ、プランジャー３３ｐおよびプランジャー３４ｐを押し引きし、往復運動をさせる。図示するように、プランジャー３３ｐ（３４ｐ）が、シリンジ３３ｓ（３４ｓ）に押し込まれる方向に動作することを、プランジャーポンプ３３（３４）の送液動作と呼ぶ。また、プランジャー３３ｐ（３４ｐ）がシリンジ３３ｓ（３４ｓ）から引き抜かれる方向に動作することを、プランジャーポンプ３３（３４）の吸入動作と呼ぶ。プランジャーポンプ３３，３４はポンプ駆動部３５，３６の動力によって、容積型のポンプとして機能する。

プランジャーポンプ３３には流路７１が接続され、プランジャーポンプ３４には流路７２が接続されている。プランジャーポンプ３３が吸引動作を行った場合には、液体収容部１５の水が、流路７０、流路７１、および逆止弁８１を介してシリンジ３３ｓ内に吸入される。プランジャーポンプ３３が送液動作を行った場合には、シリンジ３３ｓの水が、逆止弁８３、流路７１、流路７３および逆止弁８３を介してウォータージェットメス２０に送液される。プランジャーポンプ３４が行う吸入動作および送液動作も、プランジャーポンプ３３と同様の原理であるので、説明は省略する。

次に、液体供給装置３０が備える流路変形機構５０について説明する。図３は流路変形機構５０を説明する説明図である。流路変形機構５０は、外観から観察可能な流路固定部５１と、筐体３２内部に構成されている押圧機構５３（後述）とを備える。図３には、外観から観察可能な流路固定部５１を示した。流路固定部５１には、流路７３を挟み込むための溝部５２が形成されている。ユーザーは、ウォータージェットメスシステム１０を使用する際には、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、流路７３を溝部５２に嵌め込む。

図４は、筐体３２の内部に構成されている部分を含めた、流路変形機構５０の構造を説明する説明図である。図４（Ａ）は、流路変形機構５０の垂直断面構造を示す説明図である。図４（Ｂ）は、流路変形機構５０の水平断面構造を示す説明図である。流路変形機構５０は、上記した流路固定部５１を備えるとともに、筐体３２内に、押圧機構５３を備える。押圧機構５３は、流路７３を押圧するための押圧部５４と、押圧部５４に押圧力を付与するリニアアクチュエータ５５とを備える。図示するように、リニアアクチュエータ５５は、流路７３を押圧する方向（以下、押圧方向とも呼ぶ）に水平駆動する。リニアアクチュエータ５５の水平駆動によって、押圧部５４は流路７３の壁面を押圧する。図４（Ｂ）に示すように、押圧部５４は、流路７３と当接する面が曲面になっており、押圧による流路７３の劣化を抑制している。

図４（Ｂ）に示すように、押圧機構５３が流路７３を押圧すると、流路７３は局所的に変形する。流路７３内に水が流通している場合には、押圧機構５３による押圧によって、流路７３内の圧力は増加する。制御部４０は、液体供給装置３０からウォータージェットメス２０に水を供給しているときに、圧力変動検出部６０によって検出した流路７３の圧力の変動に応じて、押圧機構５３を駆動させ、ウォータージェットメス２０に供給される水の圧力変動を抑制（圧力変動抑制）する。制御部４０が行う圧力変動抑制については、後で詳しく説明する。

図５は、圧力変動検出部６０について説明する説明図である。圧力変動検出部６０は、外観から観察可能な流路固定部６１と、筐体３２内部に構成されているレーザー変位計６３とを備える。図５（Ａ）には、外観から観察可能な流路固定部６１を示した。流路固定部６１には、流路７３を挟み込むための溝部６２が形成されている。ユーザーは、ウォータージェットメスシステム１０を使用する際には、流路７３を溝部６２に嵌め込む。

図５（Ｂ），（Ｃ）は、圧力変動検出部６０の垂直断面構造を示す説明図である。圧力変動検出部６０は、上記した流路固定部６１を備えるとともに、筐体３２内に、レーザー変位計６３を備える。レーザー変位計６３は、半導体レーザーを流路７３に照射し、その反射光を受光することによって、流路７３の太さ（直径）の変化を測定する。流路７３は、弾性を有するので、内部の圧力変化によってその太さ（直径）が変化する。図５（Ｂ）は、流路７３の内部圧力が高いときを示し、図５（Ｃ）は内部圧力が低いときを示している。図示するように、流路７３の内部圧力が変化すると、レーザー変位計６３と流路７３との距離が変化する。レーザー変位計６３は、流路７３との距離の変位から流路７３の太さ（直径）を測定する。制御部４０は、レーザー変位計６３が測定した流路７３の太さに基づいて、流路７３の内部圧力の変動（圧力変動）を取得する。

具体的には、制御部４０は、流路７３の太さ（直径）と流路７３の内部圧力との相関を示すルックアップテーブルを備えており、レーザー変位計６３が測定した流路７３の太さ（直径）をルックアップテーブルに入力し、対応する内部圧力値を取得する。制御部４０は、所定のインターバル毎に内部圧力値を取得し、その前後の差分から圧力変動を取得する。圧力変動検出部６０を用いて取得した圧力変動の値は、制御部４０が行う圧力変動抑制に用いられる。以下、制御部４０が行う圧力変動抑制について説明する。

（Ａ２）圧力変動抑制：
図６は、液体供給装置３０がウォータージェットメス２０に水を供給する際に、制御部４０の制御による、プランジャーポンプ３３，３４の動作を説明する説明図である。図６（Ａ）はプランジャー３３ｐ，３４ｐの移動速度を示す。グラフ上の実線がプランジャー３３ｐの移動速度を示し、一点鎖線が３４ｐの移動速度を示す。各プランジャーポンプ（３３，３４）に対応したグラフにおいて、縦軸の０以上の部分が送液動作に対応し、０未満の部分が吸入動作を示す。横軸は時間を示す。本実施形態においては、制御部４０は、各プランジャーポンプの送液動作の動作時間と、吸入動作の動作時間とが同じになるように制御する。また、制御部４０は、２つのプランジャーポンプのうち、常時、一つのプランジャーポンプのみが送液動作を行うように制御する。制御部４０によるプランジャーポンプの動作制御は、制御部４０がポンプ駆動部３５，３６の駆動を制御することにより間接的に行う。

図６（Ｂ）は、各プランジャーポンプ３３，３４が図６（Ａ）に示した動作をした場合の、各プランジャー３３ｐ，３４ｐの変位を示す。シリンジ３３ｓ，３４ｓからプランジャー３３ｐ，３４ｐが最大限引き出された状態が、図６（Ｂ）のグラフの縦軸の「０」に対応する。シリンジ３３ｓ，３４ｓに、プランジャー３３ｐ，３４ｐが最大限押し込まれた状態が、図６（Ｂ）のグラフの縦軸の「１」に対応する。なお、シリンジ３３ｓ，３４ｓに対応する各グラフ曲線の最大値および最小値に対応する頂点は、説明を分かりやすくするために、実際より緩やかなカーブで表現しているが、実際には、より急なカーブである。

図７は、制御部４０が行う圧力変動抑制を説明する説明図である。図７（Ａ）は、２つのプランジャーポンプ３３，３４の動作による、流路７３における水の流量変化の様子を示している。図示するように、各プランジャーポンプ３３，３４が送液動作を開始するタイミング（ｔ１，ｔ２）で、流路７３からウォータージェットメス２０に供給される水の流量が減少する。これは、プランジャーポンプの送液動作と吸入動作とが入れ替わる前後で、プランジャーの移動速度が減少し、それに伴って、プランジャーポンプから流路７３への水の送液圧力が減少するためである。具体的には、送液圧力が減少することにより、流路７３の内部圧力が減少し、流路７３を流通する水の流量が減少する。

また、図６（Ａ）のように、送液の立ち上がり時間と、立下り時間が同じになるように駆動すると、実際に流路中に流れる流量は、図７（Ａ）に示すように、ｔ１、ｔ２で最小値を取るが、ｔ１、ｔ２に対して時間的に対称にはならず、立下りに対して、立ち上がりは遅れが生じる。なぜなら、流路中の気泡や流路の弾性作用などの影響で、プランジャーの移動速度に必ずしも比例して送液圧力が上がるわけではなく、時間的な遅れが生じるためである。

図７（Ｂ）は、流路７３の内部圧力の変動に応じて制御部４０が流路変形機構５０を制御した場合の、流路変形機構５０のみの動作による流路７３の流量変化のイメージを示す説明図である。実際には、プランジャーポンプ３３，３４からの送液に伴う流路７３の内部圧力変動に応じて流路変形機構５０は動作するため、流路変形機構５０のみが動作することはないが、理解を容易にするため、流路７３の内部圧力変動に応じた流路変形機構５０のみの動作による流路７３の流量変動のイメージを示す。

図示するように、制御部４０は、圧力変動検出部６０で検出した内部圧力の減少に応じて、流路変形機構５０を制御して流路７３を押圧し、流路７３の内部圧力を上昇させる。その結果、図７（Ｂ）に示すように、２つのプランジャーポンプ３３，３４の動作による、流路７３における水の流量の減少に応じて、流路変形機構５０のみの動作による流路７３の流量（図７（Ｂ））は上昇する。

また、図７（Ｂ）に図示したように、流路変形機構５０のみの動作による流路７３における水の流量変化は、タイミングｔ１，ｔ２に対して、対称ではなく、立ち上がりは急峻であり、立下りは緩やかとなっていることがわかる。

図７（Ｃ）は、プランジャーポンプ３３，３４の動作による流路７３の流量変化と、流路変形機構５０の動作による流路７３の流量変化を重畳させた流量を示している。すなわち、図示したグラフは、実際に、液体供給装置３０がウォータージェットメス２０に水を供給しているときの流路７３の流量変化を示している。グラフ上の一点鎖線はプランジャーポンプ３３，３４の動作による流路７３の流量変化を示し、二点鎖線は流路変形機構５０の動作による流路７３の流量変化を示し、実線はこれら２つの流量を重畳した流量を示す。図示するように、重畳した流量は、その変動が抑制されることが分かる。すなわち、プランジャーポンプ３３，３４の動作による流路７３の水の圧力の減少分を、流路変形機構５０が流路７３を加圧することによって補う。流路変形機構５０のみの動作による流路７３における水の流量変化が、タイミングｔ１、ｔ２で最大となり、かつ、立ち上がりが急峻で、立下りが緩やかになるため、ちょうど、図７（Ａ）に示したポンプの切り替え時の、タイミングｔ１、ｔ２で最小となり、立下りが急峻で、立ち上がりが緩やかな流量変化と、お互いに補い合う関係になり、両者の流量変化を重ね合わせたときに、おおよそ時間変化のない一定の流量が流路７３に流れていくようになる。流路７３の圧力の変動が抑制された結果、流路７３の水の流量の変動が抑制されることとなる。このように、制御部４０は、プランジャーポンプ３３，３４の動作による流路７３の圧力変動を、圧力変動検出部６０で検出し、圧力変動に応じて流路変形機構５０の動作を制御することによって、流路７３の内部圧力の圧力変動を抑制する。

（Ａ３）ウォータージェットメス：
次に、ウォータージェットメス２０について説明する。図８は、ウォータージェットメス２０の構造について説明する説明図である。ウォータージェットメス２０は、上ケース２１０、下ケース２２０、底部２２２、圧電素子２３０、上板２３２、ダイアフラム２４０、パッキン２１２、ノズル２４７を備える。上ケース２１０と下ケース２２０とは対向して接合されている。下ケース２２０は筒状部材であり、一方の端部は底部２２２で密閉されている。図示するように、下ケース２２０の内部空間には圧電素子２３０が配設されている。

圧電素子２３０は、積層型圧電素子であり、アクチュエータを構成する。圧電素子２３０の一方の端部は、上板２３２を介してダイアフラム２４０に固着している。圧電素子２３０の他方の端部は底部２２２に固着している。ダイアフラム２４０は、円盤状の金属薄膜からなり、周縁部が下ケース２２０に固着している。ダイアフラム２４０と上ケース２１０との間にはポンプ室２４５が形成されており、圧電素子２３０の駆動により、容積が変更する。

上ケース２１０には、流路を接続するための流路接続部２１５が形成されている。流路接続部２１５には流路７３が接続されている。液体供給装置３０から供給される水は流路７３および流路接続部２１５を介して、ポンプ室２４５に供給される。圧電素子２３０が所定の周波数で振動すると、ダイアフラム２４０を介してポンプ室２４５の容積が変化し、収容されている水が加圧される。加圧された水は、上ケース２１０に取り付けられたノズル２４７を通って吐出される。

圧電素子２３０の振動制御は、ウォータージェットメス２０が備える制御部（図示省略）によって行われる。ウォータージェットメス２０は、制御部が圧電素子２３０の振動を制御することにより、種々の態様のパルスジェットＰＪを吐出させることができる。以上、ウォータージェットメス２０の構成について説明した。

以上説明したように、液体供給装置３０は、流路７３の内部圧力の圧力変動に応じて流路変形機構５０を動作させることにより、ウォータージェットメス２０に供給する水の圧力変動を抑制することができる。結果として、ウォータージェットメス２０に供給する水の流量変動を抑制することができる。液体供給装置３０は、流路の変形といった比較的簡易な方法によって圧力変動を抑制することができる。制御部４０は、圧力変動検出部６０によって、リアルタイムに流路７３の圧力変動を検出して流路変形機構５０を動作させるので、例えば人が流路に触れたことによる内部圧力変動や、周囲の機器から伝わる機械振動など、種々の外的要因による圧力変動にも対応して、その抑制を行うことができる。また、所定の期間に検出する圧力変動に対してのみ圧力変動抑制を行うとしてもよい。例えば、プランジャーポンプの動作に起因した圧力変動が生じることが推測される期間に限定して、流路７３に生じた圧力変動を検出し、圧力変動抑制を行うとしてもよい。

ウォータージェットメスシステム１０は、流路７１と流路７２とが合流した流路７３を、流路変形機構５０によって押圧し圧力変動を抑制する。従って、流路のうちの一箇所の押圧のみで圧力変動の抑制が可能であり、結果として、流路変形機構５０を１つ備えるのみで圧力変動抑制を実現することができる。従って、制御および構造の簡易化、低コスト化を実現することができる。

また本実施形態においては、液体供給装置３０が液体を供給する医療機器として、ウォータージェットメスを採用した。ウォータージェットメスにおいては、安定した流量の水の供給が要求される。従って、ウォータージェットメスに液体を供給する液体供給装置として液体供給装置３０を採用することで、安定圧力・安定流量での水の供給が可能となり液体供給装置３０の特徴を最大限発揮させることができる。

Ｂ．第２実施形態：
本発明の第２実施形態について説明する。図９は、第２実施形態としてのウォータージェットメスシステム１０ａを示す説明図である。本実施形態と第１実施形態との異なる点は、液体供給装置３０が、圧力変動検出部６０に代えて、流路変形機構５０の内部に圧力変動検出部６４を備える点である。よって、図示するように、制御部４０は、圧力変動検出部６４と接続されており、その動作を制御する。

図１０は、圧力変動検出部６４を含む、流路変形機構５０の垂直断面図である。本実施形態においては、圧力変動検出部６４は、荷重を測定するロードセルによって構成されている。図示するように圧力変動検出部６４は、流路７３を介して押圧部５４と対向し、圧力変動検出部６４と押圧部５４とで流路７３を挟持するように設置されている。圧力変動検出部６４は常に流路７３と当接しており、流路７３から受ける力（荷重）を測定する。

図１１は、圧力変動検出部６４（ロードセル）が流路７３から受ける力について説明する説明図である。図１１（Ａ）は、流路変形機構５０が動作していない状態を示し、図１１（Ｂ）は、流路変形機構５０が動作して、押圧部５４が流路７３を押圧している状態を示している。図１１（Ｂ）に示すように、流路変形機構５０を動作させ、押圧部５４で流路７３を押圧すると、圧力変動検出部６４は、流路７３の流路変形による力Ｆ１と流路７３の内部圧力Ｆ２との合力Ｆ３を受ける。このことから、制御部４０は、圧力変動検出部６４が測定した合力Ｆ３から流路変形による力Ｆ１を減ずることで、流路７３の内部圧力Ｆ２を取得することができる。すなわち、Ｆ２＝Ｆ３―Ｆ１の関係が成り立つ。

図１２は、流路変形による力Ｆ１を説明する説明図である。図１２には、流路７３の単体を変形させたときの、変位と、流路変形による力（Ｆ１に対応）との相関関係を測定した測定結果を示した。すなわち、図１２に示したグラフは、流路７３の単体の特性を示している。図１２（Ａ）には、測定時の様子を示した。本実施形態においては、流路７３を流路変形機構５０に嵌め込み、流路７３に水を供給しない状態で、流路変形機構５０と圧力変動検出部６４とを用いて測定した。図１２（Ｂ）には、測定結果を示した。

このように流路７３の単体で測定した変位と流路変形による力との相関関係（図１２（Ｂ））を、制御部４０は、予めルックアップテーブルとして備える。液体供給装置３０が動作しているときには、「流路の変位」は、流路変形機構５０が流路７３が押し込む押し込み量に対応する。従って、制御部４０は、流路変形機構５０の押し込み量を、ルックアップテーブルに入力することによって、流路変形による力Ｆ１を取得することができる。制御部４０は、圧力変動検出部６０が測定した合力Ｆ３から流路変形による力Ｆ１を減ずることで、流路変形機構５０が流路７３を押圧している場合の、流路７３の内部圧力Ｆ２のみの値を取得することができる。

液体供給装置３０が動作中、制御部４０は上記方法によって、所定のインターバルで内部圧力Ｆ２を取得する。そして、内部圧力Ｆ２の値が一定となるように、流路変形機構５０の押し込み量のフィードバック制御を行い、流路７３の内部圧力の変動を抑制する。第２実施形態においては、制御部４０は、このようにして圧力変動抑制を行う。

以上説明したように、ウォータージェットメスシステム１０ａは、圧力変動検出部６０に代えて、流路変形機構５０の内部に圧力変動検出部６４を備えるので、液体供給装置３０の構造を簡易化、小型化することができる。また、圧力の変動の検出する位置と、その変動を抑制する位置とが同じであるので、圧力の変動を検出するタイミングと、その圧力変動を抑制するタイミングとの時間差を考慮することなく圧力変動抑制の制御を行うことができる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
（Ｃ１）変形例１：
上記実施形態においては、流路の内部圧力の変動を検出する圧力変動検出部として、圧力変動検出部６０および圧力変動検出部６４を採用したが、それに限ることなく種々の構成を採用することができる。図１３は、変形例１の一例として、液体供給装置３０が圧力変動検出部として、歪みゲージ６５を備える構成を示した説明図である。図示するように歪みゲージ６５は、流路７３に貼り付けることによって設置する。そして、歪みゲージ６５で検出された流路７３の歪み量は、制御部４０によって、内部圧力の変動量に変換される。

具体的には、流路７３単体の内部圧力と歪みゲージ６５の歪み量との相関関係を予め測定しておき、制御部４０が、その相関関係に対応するルックアップテーブルを備える。そして、ウォータージェットメス２０へ水の供給時に、歪みゲージ６５から取得する歪み量を、ルックアップテーブルを用いて内部圧力に変換し、流路７３の内部圧力および圧力変動量を取得する。取得した圧力変動量に基づいて流路変形機構５０を動作させ、圧力変動抑制を実現する。このような構成とすることで、簡易に構造で流路７３の内部の圧力変動を検出することができる。また、低コスト化を実現することができる。

その他、第１実施形態で採用したレーザー変位計６３に代えて、ＣＣＤカメラ、赤外線を用いた光学センサー、音波センサーなど、流路の変位を測定可能な種々のセンサーを採用することができる。ＣＣＤカメラを採用した場合、流路７３を撮像し、その輪郭（エッジ）を検出することで、流路７３の太さ（直径）を測定可能である。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（Ｃ２）変形例２：
上記実施形態においては、液体供給装置３０は２つのプランジャーポンプを備えるとしたが、３つ、４つなど、液体供給装置３０が搭載可能な限度において、２以上の任意の数のプランジャーポンプを備えるとしてもよい。また、複数の各プランジャーポンプの吸入動作と送液動作のタイミングは、上記図６で説明したタイミングに関わらず、種々のタイミングを採用するとしてもよい。例えば、複数のプランジャーポンプの送液動作のタイミングが重なっているとしてもよい。その場合においても、制御部４０が流路７３の内部圧力の変動に応じて流路変形機構５０を動作させることによって、ウォータージェットメス２０に安定した流量で水を供給することができる。

図１４は、変形例２の一例とし、液体供給装置３０が３つのプランジャーポンプ９１，９２，９３を備える場合について説明する説明図である。図１４（Ａ）は、プランジャーポンプ９１，９２、９３の移動速度を示している。図示するように、各プランジャーポンプは、常時、一つのプランジャーポンプのみが送液動作を行う。また、各プランジャーポンプは、吸入動作後、待機状態を経て送液動作を行う。

図１４（Ｂ）は、実際に、液体供給装置３０がウォータージェットメス２０に水を供給しているときの流路の流量変化を示している。グラフ上の一点鎖線はプランジャーポンプ９１，９２，９３の動作による流量変化を示し、二点鎖線は流路変形機構５０の動作による流量変化を示し、実線はこれら２つの流量を重畳した流量を示す。図示するように、重畳した流量は、その変動が抑制されていることが分かる。上記実施形態と同様に、制御部４０は、プランジャーポンプ９１，９２，９３による流路７３の内部圧力の変動を圧力変動検出部で検出し、その圧力変動に応じて流路変形機構５０を動作させることにより上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（Ｃ３）変形例３：
上記実施形態１においては、流路変形部として流路変形機構５０（図３，図４）を採用したが、それに限ることなく、流路を変形させて流路の内部の圧力を変化させることができるものであれば、種々の態様を採用することができる。図１５は、一例としての、流路変形機構５０ａを示す説明図である。流路変形機構５０ａは、溝部５２ａと可動部５６とによって流路７３を挟持して固定する（図１５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）参照）。図１５（Ｃ）に示すように、可動部５６は開閉式である。可動部５６を閉状態にすると、ロック機構５７（図１５（Ｃ））が可動部５６をロックする。

図１５（Ｃ）に示すように、流路変形機構５０ａは押圧部５４ａを備え、制御部４０の制御により、流路７３を押圧する。押圧部５４ａの駆動機構については、第１実施形態における押圧機構５３（図４参照）と同じであるので説明を省略する。このような構成とすることで、流路変形機構５０ａが流路７３を押圧した状態で液体供給装置３０が停止した場合（例えば停電時）にでも、流路７３を容易に流路変形機構５０ａから取り出すことができる。このように、流路変形部は、種々の態様とすることができる。また、流路７３を変形させる態様は、押圧に限らず、流路の伸縮や、折曲など、流路内部の圧力を変化させる種々の態様を採用することができる。

（Ｃ４）変形例４：
上記実施形態においては、ウォータージェットメスとして、図８で説明したウォータージェットメス２０の態様を採用したが、それに限ることなく、種々の態様のウォータージェットメスを採用するとしてもよい。図１６は、採用可能なウォータージェットメスの一例について説明する説明図である。図８（Ａ）は、パルスレーザーを利用したウォータージェットメス２５０の構成を説明する説明図である。ウォータージェットメス２５０は、液体供給装置３０からの水を流路７３を介して吸入する吸入路２５２と、吸入した水に気泡を発生させる気泡発生部２５４と、水を噴出するための噴出流路２５６とを備える。また、ウォータージェットメス２５０は、ユーザーがウォータージェットメス２５０を持つための把持部２６４と、光ファイバー２６６とを備える。

光ファイバー２６６は、気泡発生部２５４と外部との間を、把持部２６４を貫通して備える。光ファイバー２６６は、把持部２６４の外部に延伸し、レーザー源（図示省略）と接続されている。レーザー源としては、例えば、ホルミヤグレーザー（Ｈｏ−ＹＡＧレーザー：波長２．１μｍ）を採用することができる。把持部２６４は、光ファイバー２６６の先端が気泡発生部２５４に突出した状態で、光ファイバー２６６を支持している。気泡発生部２５４に突出した光ファイバー２６６の先端は、パルスレーザーの射出面である。

液体供給装置３０から供給された水は、流路７３、吸入路２５２を流通して気泡発生部２５４に充満し、気泡発生部２５４、噴出流路２５６を介して外部に噴出する。気泡発生部２５４に水が満たされた状態で、光ファイバー２６６の先端からパルスレーザーが水中に射出されると、水はそのエネルギーを吸収し、瞬時に気化する。そして、気泡発生部２５４に蒸気泡が生成される。この蒸気泡の生成によって、噴出流路２５６の内部圧力は急速に上昇し、噴出流路２５６内の水は、パルスジェットとして噴出流路２５６から外部に噴出される。噴出されるパルスジェットの噴出速度は、１０ｍ／ｓから８０ｍ／ｓであり、人体等の組織の切除能力を有する。

また、ウォータージェットメス２５０は、吸引ポンプ（図示省略）と接続された排液路２６０を備える。排液路２６０は、吸引流路２５８と連通している。例えば、手術時には、噴出流路２５６から噴出した水は術部に排液として滞留する。その際、ウォータージェットメス２５０は、吸引ポンプの吸引力によって、吸引流路２５８を介して術部に滞留した排液を吸引することができる。

ウォータージェットメス２５０はこのような構成を有することにより、レーザー射出によって、パルスジェットＰＪを制御することができる。また、ウォータージェットメス２７０は、水を加圧するための駆動部を備えないため、ウォータージェットメス２５０の構造を簡易化することができる。

図１６（Ｂ）は、ウォータージェットメスとして採用可能なウォータージェットメス２７０を説明する説明図である。ウォータージェットメス２７０は、液体供給装置３０から供給された水を流路７３を介して吸入する吸入路２７２と、吸入した水を噴出する噴出流路２７６とを備える。噴出流路２７６の先端は、内部より細くなっており、液体供給装置３０から供給された水の圧力は噴出流路２７６で高められ、外部に噴出される。ウォータージェットメス２７０は、パルスジェットを発生するための機構を備えないので、構造を簡易化し、かつ軽量化することができる。

（Ｃ５）変形例５：
上記第２実施形態においては、圧力変動検出部６４としてのロードセルによって、合力Ｆ３（Ｆ１＋Ｆ２）を測定し、流路変形機構５０によって流路の押圧を行ったが、合力Ｆ３の測定と押圧との両方の機能を備える圧電素子によって、これら２つの機能を１つの圧電素子で行うとしてもよい。具体的には、流路変形機構５０が押圧機構５３に代えて圧電素子を備える。圧電素子は流路７３に当接しており、制御部４０は、圧電素子を用いて流路７３から受ける合力Ｆ３を測定する。制御部４０は、合力Ｆ３に基づいて内部圧力Ｆ２を取得する。制御部４０は、内部圧力Ｆ２の値を一定にするように圧電素子を伸縮させて流路７３を押圧する。このようにしても、液体供給装置３０は、流路７３の圧力変動を抑制することができる。また、構造の簡易化、小型化、低コスト化が可能となる。

（Ｃ６）変形例６：
上記実施形態においては、流路７３を変形させることによって圧力変動の抑制を行ったが、流路７１や流路７２を、複数箇所変形させて圧力変動を抑制するとしてもよい。すなわち、液体供給装置３０は複数の流路変形部を備えるとしてもよい。

（Ｃ７）変形例７：
流路変形機構５０は、圧力変動抑制を目的に流路７３を押圧するに限らず、止水弁としての機能を有するとしてもよい。例えば、ユーザーがウォータージェットメス２０からの水の吐出を停止させる操作を行った際に、制御部４０の制御によって、流路変形機構５０が流路７３を押圧して流路を閉塞し、水の流通を完全に停止させるものとしてもよい。そして、ユーザーがウォータージェットメス２０からの水の吐出を開始させる操作とともに、制御部４０の制御によって、流路変形機構５０が流路７３の閉塞を解除し水を流通させる。このようにすることで、ウォータージェットメス２０からの水の吐出停止時に、流路内に滞留する水がウォータージェットメス２０のノズルから漏出するのを抑制することができる。

その他、流路変形機構５０は、安全弁としての機能を有するとしてもよい。例えば、プランジャーポンプの動作の停止を待たずに緊急に給水を停止したい場合に、流路変形機構５０が流路７３を押圧し閉塞することで給水を停止するものとしてもよい。この場合、流路変形機構５０によって流路７３を閉塞させるための操作部を緊急停止スイッチとして設けることで、即急に、給水を停止することができる。

また、流路変形機構５０による流路７３の閉塞を、安全ロックとして機能させることがきる。ユーザーは、流路の閉塞解除操作→ウォータージェットメス２０の吐出操作の手順で水の吐出操作を行うことになる。よって、液体供給装置３０は、ユーザーに水の吐出を意識させた上で、ウォータージェットメス２０からの水の吐出を開始することができる。

（Ｃ８）変形例８：
上記実施形態においては、ポンプとして、送液動作と吸入動作とを行うプランジャーポンプを採用したが、送液動作のみを行うポンプを採用してもよい。制御部４０は、圧力変動検出部によって検出した流路７３の圧力変動に応じて流路変形機構５０を駆動させ、流路内の圧力変動を抑制する。このようにしても、水の供給流量の変動を抑制することができる。

（Ｃ９）変形例９：
上記実施形態においては、液体として水を採用したが、それに限らず、例えば生理食塩水や、弱粘性の油など、種々の液体を採用することができる。

（Ｃ１０）変形例１０：
上記実施形態においては、医療機器として、ウォータージェットメスを採用したが、それに限ることなく、例えば、手術時や治療時に患部を洗浄する洗浄装置や、薬液を体内に注入する機器など、種々の医療機器を採用することができる。

（Ｃ１１）変形例１１：
上記実施形態においては、流路の内部圧力が減少した場合に、圧力変動抑制として、流路７３の押圧によって内部圧力を上昇させたが、それに限ることなく、圧力変動抑制として、流路の内部圧力が上昇した場合に、内部圧力を減少させるとしてもよい。具体的には、液体供給時に常時的に押圧していた流路７３の、押圧を緩める、あるいは押圧を解除するといった制御を行うとしてもよい。このようにすることで、圧力変動としての圧力上昇を抑制することができる。

１０，１０ａ…ウォータージェットメスシステム
１５…液体収容部
２０…ウォータージェットメス
３０…液体供給装置
３２…筐体
３３，３４…プランジャーポンプ
３３ｐ，３４ｐ…プランジャー
３３ｓ，３４ｓ…シリンジ
３５，３６…ポンプ駆動部
３８…表示部
４０…制御部
４２…入出力ＩＦ
４４…フットスイッチ
５０，５０ａ…流路変形機構
５１…流路固定部
５２，５２ａ…溝部
５３…押圧機構
５４，５４ａ…押圧部
５５…リニアアクチュエータ
５６…可動部
５７…ロック機構
６０…圧力変動検出部
６１…流路固定部
６２…溝部
６３…レーザー変位計
６４…圧力変動検出部
６５…歪みゲージ
７０〜７３…流路
８１〜８４…逆止弁
９１〜９３…プランジャーポンプ
２１０…上ケース
２１２…パッキン
２１５…流路接続部
２２０…下ケース
２２２…底部
２３０…圧電素子
２３２…上板
２４０…ダイアフラム
２４５…ポンプ室
２４７…ノズル
２５０…ウォータージェットメス
２５２…吸入路
２５４…気泡発生部
２５６…噴出流路
２５８…吸引流路
２６０…排液路
２６４…把持部
２６６…光ファイバー
２７０…ウォータージェットメス
２７２…吸入路
２７６…噴出流路
ＰＪ…パルスジェット

Claims (9)

1. 医療機器に液体を供給する液体供給装置であって、
   前記液体の吸入動作と前記液体の送液動作とを交互に行うことが可能な第１のポンプと、
   前記液体の吸入動作と前記液体の送液動作とを交互に行うことが可能な第２のポンプと、を備えるポンプ機構と、
   弾性部材を含んで構成され、前記ポンプと連通し前記液体を前記医療機器に供給する流路と、
   前記流路の内部圧力の変動を検出可能な圧力変動検出部と、
   前記内部圧力の変動に応じて前記流路の弾性部材の一部を変形させることによって、前記医療機器に供給する前記液体の圧力変動を抑制する流路変形部と
   を備えることを特徴とする液体供給装置。
2. 請求項１に記載の液体供給装置であって、
   前記圧力変動検出部は、前記流路の外観形状の変位に基づいて前記内部圧力の変動を検出することを特徴とする液体供給装置。
3. 請求項１に記載の液体供給装置であって、
   前記圧力変動検出部は、前記流路の外壁面の所定の位置に設置され、前記流路から受ける力を検出し、該検出結果に基づいて前記内部圧力の変動を検出することを特徴とする液体供給装置。
4. 請求項３記載の液体供給装置であって、
   前記圧力変動検出部は、
   前記流路から受ける力として、前記流路の内部圧力による力と前記流路変形部が流路を変形させる力とを受け、
   前記検出した前記流路から受ける力と、前記流路変形部が流路を変形させる力とに基づいて、前記流路の内部圧力による力を取得し、前記内部圧力の変動を検出する
   ことを特徴とする液体供給装置。
5. 請求項４記載の液体供給装置であって、
   前記流路変形部は、前記流路を変形させる圧電素子を備え、
   前記圧力変動検出部は、前記圧電素子によって前記流路から受ける力を検出する
   ことを特徴とする液体供給装置。
6. 請求項３記載の液体供給装置であって、
   前記圧力変動検出部は、前記流路の外壁面の所定の位置に設置された歪みゲージであることを特徴とする液体供給装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の液体供給装置であって、
   前記流路変形部は、前記流路の変形によって該流路を閉塞し、前記液体の供給を停止可能であることを特徴とする液体供給装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の液体供給装置であって、
   前記医療機器は、液体を生体に吐出することにより前記生体を治療する治療機器であるである請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の液体供給装置。
9. 医療機器に液体を供給する液体供給装置であって、
   前記液体の吸入動作と前記液体の送液動作とを交互に行うことが可能なポンプを複数備えるポンプ機構と、
   弾性部材を含んで構成され、前記ポンプと連通し前記液体を前記医療機器に供給する流路と、
   前記流路の内部圧力の変動を検出可能な圧力変動検出部と、
   前記内部圧力の変動に応じて前記流路の弾性部材の一部を変形させることによって、前記医療機器に供給する前記液体の圧力変動を抑制する流路変形部と
   を備えることを特徴とする液体供給装置。

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