JP2014095353A - 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、液体の送液動作を行った後に、液体の吸入動作を行うことが可能な第１のポンプと、第１のポンプが送液動作中に液体の吸入動作を行い、第１のポンプが吸入動作中に液体の送液動作を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、第１のポンプおよび第２のポンプと連通し液体を医療機器に供給する流路と、流路の一部を変形させる流路変形部と、を備え、流路変形部は、第１のポンプが送液動作から吸入動作に切換わる前に流路の第１の変形を開始し、第２のポンプが送液動作中に流路の第１の変形が完了し流路の第２の変形を開始していることを特徴とする。
【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、前記液体の送液動作を行った後に、前記液体の吸入動作を行うことが可能な第１のポンプと；前記第１のポンプが前記送液動作中に前記液体の吸入動作を行い、前記第１のポンプが前記吸入動作中に前記液体の送液動作を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、前記第１のポンプおよび前記第２の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；前記流路の一部を変形させる流路変形部とを備え；前記流路変形部は、前記第１のポンプが前記送液動作から前記吸入動作に切換わる前に前記流路の第１の変形を開始し、前記第２のポンプが前記送液動作中に前記流路の第１の変形が完了し前記流路の第２の変形を開始していることを特徴とする。この形態の液体供給装置によれば、流路を変形させることにより、医療機器に供給する液体の流量の変動を抑制することができる。

（２）上記形態の液体供給装置において、前記第１のポンプの単位時間あたりの送液量が所定の送液量となったときから、前記単位時間あたりの送液量が前記所定の送液量より少なくなるまでの間に、前記流路変形部による前記流路の変形量がピークであるとしてもよい。この形態の液体供給装置によれば、流路変形部が流路を最も変形させるタイミングを第１のポンプの送液量から流路変形部の変形動作を設定すればよい。例えば、第１のポンプの制御に流路変形部の制御を合わせることで、医療機器に供給する液体の流量の変動を抑制することができる。また、第２のポンプの制御に流路変形部の制御を合わせてもよく、
容易な流路変形部の変形動作の設定によって、医療機器に供給する液体の流量の変動を抑制することができる。

（３）上記形態の液体供給装置において、前記第１のポンプが前記送液動作から前記吸入動作に切換わるとき、前記流路変形部が前記流路を変形させる速度が最も早いとしてもよい。この形態の液体供給装置によれば、第１のポンプによる単位時間当たりの送液量が最小となるときに流路を変形させる速度を最も速くして、医療機器の供給する液体の流量の変動を抑制することができる。

（４）上記形態の液体供給装置において、前記第１のポンプが前記送液動作から前記吸入動作に移行するとき、前記第２のポンプが前記吸入動作から前記送液動作に移行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、ポンプの動作制御を簡易にすることができる。

（５）上記形態の液体供給装置において、前記第１のポンプが前記送液動作を始めてから前記吸入動作が終わるときまでの期間をＴとしたとき、前記流路変形部が変形させる前記流路の変形期間がＴ／２以内であるものとしてもよい。この形態の液体供給装置によると、Ｔ／２以内に生じる流量の変動を抑制することができる。

（６）上記液体供給装置において、前記流路変形部は、前記流路変形部は、前記流路の外部壁面を押圧することによって前記流路を変形させるものとしてもよい。この形態の液体供給装置によると、比較的簡易な方法より流路を変形させることができる。

（７）上記液体供給装置において、前記流路は、前記第１のポンプと接続された第１の流路と、前記第２のポンプと接続された第２の流路と、前記第１の流路と前記第２の流路とが１つに合流した流路であって前記医療機器に接続されている前記第３の流路と、により構成され、前記流路変形部は、前記第３の流路を変形させるものとしてもよい。この形態の液体供給装置によると、備える流路変形部を１つとすることができるので、制御の簡易化を実現することができる。

（８）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、前記第１のポンプおよび前記第２のポンプから前記医療機器への前記液体の供給を停止するとしてもよい。この形態の液体供給装置によれば、流路変形部によって液体の供給を停止させることができる。

（９）上記形態の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、液体を吐出する当該医療機器に安定した流量の液体を供給することができる。

（１０）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；前記液体を外部に送液する送液動作を行うポンプを複数備えるポンプ機構と；弾性を有する流路であって、前記各ポンプから送液された前記液体を前記医療機器に供給する流路と；予め定めた所定のタイミングで前記流路を変形させる流路変形部と；を備える。この液体供給装置によると、流路を変形させる所定のタイミングを、医療機器に供給される液体の圧力変動が生じるタイミングとすれば、医療用機器に供給する液体の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による水の供給を説明する説明図である。 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。 プランジャーポンプおよび流路変形機構の動作を示す明図である。 ウォータージェットメス２０に供給される水の流量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。 変形例１を説明する説明図である。 流路変形機構５０ａ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、生理食塩水またはリンゲル液、水等を採用する。

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とに分岐して接続されている。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、所定のタイミングで流路７０を変形させる機構である。流路変形機構５０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、および流路変形機構５０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が吸入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の損傷を防止しているが、特に曲面に限定されず、流路７３に損傷を与えなければ良い。また、医療機器では、衛生的観点から一度治療に使用した流路７３は破棄されることが多いので、使用の都度、新たな流路７３を押圧部５４が押圧する。よって、押圧部５４の押圧による流路７３が損傷する可能性は極めて低い。

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、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。以下、圧力変動抑制について説明する。

（Ａ２）圧力変動抑制：
図５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および流路変形機構５０の動作を説明する説明図である。図５（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を制御する。プランジャーポンプ３３が送液動作を行っているときに、プランジャーポンプ３４が吸入動作を行う。プランジャーポンプ３３とプランジャーポンプ３４の単位時間あたりの送液量は同じが望ましいが、±５％程度の誤差は許容されてもよい。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。尚、プランジャーポンプ３３，３４の吸入動作は、一つのプランジャーポンプが送液動作を行っている間に、もう一方のプランジャーポンプが吸入動作を行っていればよく、図５（Ａ）のようにプランジャー３３ｐ，３４ｐの移動速度が等速でなくともよく、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一でなくともよい。

図５（Ｂ）は、各プランジャーポンプ３３，３４が図５（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５（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５（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５（Ｃ）は、流路変形機構５０の動作を示している。図示したグラフの縦軸は、流路変形機構５０が流路７３を押圧する際の、流路７３の押し込み量を示す。縦軸の０は、流路変形機構５０が流路７３を押し込んでいないことを示す。グラブの横軸は時間を示す。本実施形態においては、図５（Ａ）のｔ１，ｔ２のタイミングで流路変形機構５０が流路７３を押し込む速度が最大となるように（グラフの傾きが最大となるように）、制御部４０は流路変形機構５０の動作を制御する。図５（Ａ）のｔ１，ｔ２は、プランジャーポンプが送液動作を開始するタイミングである。

図６は、図５で説明したプランジャーポンプ３３，３４および流路変形機構５０の動作によって、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の変化示す説明図である。図６（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と考えられる。

また、図５（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６（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６（Ｂ）は、流路変形機構５０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、タイミングｔ１，ｔ２で流量が最大になっていることがわかる。これは、流路変形機構５０が流路７３を押し込む速度が、タイミングｔ１，ｔ２で最大となるように、制御部４０が流路変形機構５０の動作を制御したことによるものである。

また、図６（Ｂ）に図示したように、流路変形機構５０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。これは、流路変形機構５０が流路７３を押し込む量が、ポンプの単位時間あたりの送液量が所定の送液量となった以降に最大となるように、制御部４０が流路変形機構５０の動作を制御したことによるものである。

上記の制御により、流路変形機構５０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６（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。

図６（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ていることが分かる。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、流路変形機構５０の動作を制御することにより抑制する。

また、流路変形機構５０は、各プランジャーが切り替わるごとに、流路７３を変形させる必要があるため、流路変形機構５０が流路７３を変形させている時間は、各プランジャーの送液動作の動作時間以下である必要がある。

本実施例では、各プランジャーの送液動作の動作時間と、吸入動作の動作時間とが、同じであるように制御されるから、各プランジャーの一つの送液動作と、それに続く一つの吸入動作を一連のサイクルとして、そのサイクル時間をＴとすると、流路変形機構５０が流路７３を変形させている時間は、Ｔ／２以下である必要がある。

本実施形態においては、制御部４０が備える記憶部に、流路変形機構５０の動作に対応するプログラムが記憶されており、制御部４０が当該プログラムに従って流路変形機構５０を動作させる。その他、制御部４０が、液体供給装置３０を動作中に、プランジャーポンプ３３，プランジャーポンプ３４の移動速度から、流路変形機構５０の最適な動作を推測し、推測結果に応じて流路変形機構５０を動作させるとしてもよい。なお、これらいずれの態様による流路変形機構５０の動作制御も、「予め定めた所定のタイミングで流路変形機構５０を動作させる」ことに含まれるものとする。

（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７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、流路変形機構５０を動作させることによって、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。流路変形機構５０の動作は、予め定められた所定のタイミングによって行うので、制御を簡易にすることができる。また、流路変形機構５０を動作させる所定のタイミングは、プランジャーポンプ３３，３４の各送液動作の開始のタイミングに相関を有したものであるので、プランジャーポンプ３３，３４の送液動作に基づく圧力変動を抑制することができる。

ウォータージェットメスシステム１０においては、プランジャーポンプの数は２つであるので、構造の簡易化、低コスト化を実現することができる。また、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つ備えれば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．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。
（Ｂ１）変形例１：
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５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、プランジャーポンプの送液動作によって生じる内部圧力変動のタイミングを予め測定によって取得しておき、制御部４０が、その取得したタイミングに対応させて流路変形機構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に安定した流量の水を供給することができる。

図８は、変形例１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８（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８（Ｂ）は、流路変形機構５０による流路の押し込み量について示している。上記実施形態と同様、制御部４０は流路変形機構５０の動作を制御して、各プランジャーポンプが送液動作を開始するタイミングで、流路変形機構５０が流路を押し込む速度が最大となるようにする。

図８（Ｃ）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。このように、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、上記実施形態および本変形例においては、各プランジャーポンプが送液動作を開始するタイミングで、流路変形機構５０が流路を押し込む速度が最大となるように流路変形機構５０を動作させているが、種々のタイミングで流路変形機構５０を動作させてもよい。予め、液体供給装置３０の特性から、圧力変動の特性が把握できている場合には、その特性に応じたタイミングで流路変形機構５０を動作させ、圧力変動を抑制するとしてもよい。

（Ｂ２）変形例２：
上記実施形態においては、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９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９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）参照）。図９（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９（Ｃ））が可動部５６をロックする。

図９（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。

（Ｂ３）変形例３：
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７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１０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７（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、例えば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。

図１０（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。

（Ｂ４）変形部４：
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。

（Ｂ５）変形例５：
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。この場合においても、常に一のポンプが送液動作を行うように制御する。そして制御部４０は、各ポンプが送液動作を開始するタイミングに相関するタイミングで流路変形機構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。

（Ｂ６）変形例６：
上記実施形態においては、制御部４０は、ポンプが送液動作を開始するタイミングと相関のあるタイミングで流路変形機構５０を駆動させたが、それに限ることなく、構造的要因や外的要因によって流路内の圧力変動が生じるタイミングが予め把握できている場合には、そのタイミングで流路変形機構５０を駆動させるとしてもよい。このようにしても、流路内の圧力変動を抑制し、結果として、流量の変動を抑制することができる。

（Ｂ７）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。

（Ｂ８）変形例８：
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、弱粘性の油など、種々の液体を採用することができる。

（Ｂ９）変形例９：
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。

１０…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…プランジャーポンプ
３３ｓ，３４ｓ…シリンジ
３３ｐ，３４ｐ…プランジャー
３５，３６…ポンプ駆動部
３８…表示部
４０…制御部
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
７０〜７３…流路
８１〜８４…逆止弁
９１…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システム
２７２…吸入路
２７６…噴出流路
３３４…プランジャー
４２…入出力ＩＦ
ＰＪ…パルスジェット

Claims (10)

1. 医療機器に液体を供給する液体供給装置であって、
   前記液体の送液動作を行った後に、前記液体の吸入動作を行うことが可能な第１のポンプと、
   前記第１のポンプが前記送液動作中に前記液体の吸入動作を行い、前記第１のポンプが前記吸入動作中に前記液体の送液動作を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、前記第１のポンプおよび前記第２の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、
   前記流路の一部を変形させる流路変形部と、を備え、
   前記流路変形部は、前記第１のポンプが前記送液動作から前記吸入動作に切換わる前に前記流路の第１の変形を開始し、前記第２のポンプが前記送液動作中に前記流路の第１の変形が完了し前記流路の第２の変形を開始してい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、
   前記第１のポンプの単位時間あたりの送液量が所定の送液量となったときから、前記単位時間あたりの送液量が前記所定の送液量より少なくなるまでの間に、前記流路変形部による前記流路の変形量がピークであることを特徴とする液体供給装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の液体供給装置であって、
   前記第１のポンプが前記送液動作から前記吸入動作に切換わるとき、前記流路変形部が前記流路を変形させる速度が最も早いことを特徴とする液体供給装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の液体供給装置であって、
   前記第１のポンプが前記送液動作から前記吸入動作に移行するとき、前記第２のポンプが前記吸入動作から前記送液動作に移行することを特徴とする液体供給装置。
5. 請求項４に記載の液体供給装置であって、
   前記第１のポンプが前記送液動作を始めてから前記吸入動作が終わるときまでの期間をＴとしたとき、前記流路変形部が変形させる前記流路の変形期間がＴ／２以内であることを特徴とする液体供給装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液体供給装置であって、
   前記流路変形部は、前記流路の外部壁面を押圧することによって前記流路を変形させ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１項に記載の液体供給装置であって、
   前記流路は、前記第１のポンプと接続された第１の流路と、前記第２のポンプと接続された第２の流路と、前記第１の流路と前記第２の流路とが１つに合流した流路であって前記医療機器に接続されている前記第３の流路と、により構成され、
   前記流路変形部は、前記第３の流路を変形させ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のいずれか一項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、前記第１のポンプおよび前記第２のポンプから前記医療機器への前記液体の供給を停止することを特徴とする液体供給装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項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ことを特徴とする液体供給装置。
10. 医療機器に液体を供給する液体供給装置であって、
    前記液体を外部に送液する送液動作を行うポンプを複数備えるポンプ機構と、
    弾性を有する流路であって、前記各ポンプから送液された前記液体を前記医療機器に供給する流路と、
    予め定めた所定のタイミングで前記流路を変形させる流路変形部と
    を備える液体供給装置。

Images