JP2014205056A - ポンプ機能不全検出用の一体型圧力センサを有する微小電気機械流体ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、最新式の装置及び方法に関するいくつかの改良を提供する。【解決手段】本発明は、ポンプ１を有するポンプ装置において、ポンプ１は、可変容積を有するポンプ室１１と、ポンプ室１１と連通しておりかつ弁を備えている入口２と、ポンプ室１１と連通しておりかつ弁を備えている出口５と、ポンプ室の可変容積を変えるのに適しているアクチュエータと、入口２と、ポンプ室１１と、出口５と、出口の弁の下流に位置する下流ライン７とを備えた流体通路と、流体通路の入口２の弁と出口５の弁の間の圧力を計測するための圧力センサ４と、圧力センサ４から受け取った圧力データを処理するための処理手段とを備えた、ポンプ１を有するポンプ装置に関する。また、本発明は、上述のポンプ装置における機能不全を検出するための方法にも及んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、医療用ポンプ装置に関し、より正確には、医療用ポンプ装置における機能不全の検出に関する。

特に医療用装置において機能不全の検出は、患者の生命が医療用装置の適切な機能に依存しうるであるので重要である。例えば、注入ポンプの場合、故障によって引き起こされる潜在的に危険な結果は、典型的には、患者への薬剤の注入が過剰又は不足となることである。

機能不全の例には、ポンピングライン内の、漏出、閉塞、又は気泡の存在が挙げられる。

医療用装置における機能不全を検出するための最新式の装置及び方法は、例えば特許文献１〜３参照に開示されている。

インスリン等の特定の薬剤を使用する場合、カテーテルが非常に多くの環境で閉塞しうるということが知られているので、閉塞の検出が特に重要であろう。検出されていないいかなる閉塞により、閉塞が長期間にわたって検出されないままであるので、インスリンの搬送不足となりうる。現在の閉塞検出装置は、注射器のドライバのピストン上で作用し、閉塞が検出される前において注射器内で高い圧力を生成する必要がある。他の閉塞検出器は、患者の管上の、ポンプ機構の後に位置する圧力センサからなり、この圧力センサは、例えば、管のラインのコンプライアンスの要因によって、感度が弱い。閉塞が開始する時に閉塞の検出がないと、インスリンレベルを増加させる必要性として、患者の血漿グルコース濃度が高くなり、閉塞が急激に解放された時に起こる、ポンプのプログラムの作り直しが行われ、より多くの量のインスリンが急激に投与され、患者は深刻な危険にさらされることがある。

米国特許出願公開公報第２００８／２１４９７９号 欧州特許第１７６２２６３号 米国特許第７１０４７６３号

本発明は、最新式の装置及び方法に関する別のいくつかの改良を提供する。

本発明では、機能不全の検出は、ポンピングラインの圧力の測定結果に基づいており、より正確には、ポンプ室の入口と出口の間の、ポンピングラインの圧力の測定結果に基づいている。

上記の構成により、より高い感度を提供されると共に、いくつかの種類の潜在的な機能不全を検出する能力が提供される。

とりわけ、本発明は、ポンプ装置に関し、また、本願の請求項に規定する、関連の方法に関する。

本発明の好適な実施例によれば、ポンプ装置の入口及び出口は、受動式バルブを有している。

有利的には、本発明の範囲内で、これに限定されないが、高度に小型化された注入ポンプが考えられる。このポンプは、２つの受動式バルブを有する膜ポンプであり、微小電気機械システム技術を用いて形成される。注入式駆動ポンプとは異なり、シリコンマイクロポンプ、好ましくは、マイクロポンプは、シリコンから形成されており、より複雑な流体通路、及び、搬送のより正確な制御を必要としつつ、粒子の存在で潜在的に漏れる可能性のある硬い座部を有する弁を有している。

本発明のさらなる好適な実施例では、シリコン膜を備えた圧力センサが用いられている。

本発明の別の有利な実施例では、圧力センサは、ポンプ室と出口の間に配置されている。この構成により、閉塞（いかなるポンピングサイクル中においても閉塞の開始に直に検出する可能性を含む）をより正確に制御しつつ、機能不全の検出等の他の目的を処理する。

本発明の別の好適な実施例によれば、このシステムは、さらなる圧力センサを備えている。

このさらなる圧力センサは、好ましくは、下流ライン内の出口弁の後に配置することができる。

いくつかの実施例では、このシステムは、さらに、温度センサを備えている。

本発明の圧力センサは、ポンプが作動している時に、非常に短い時間、すなわち数秒で、閉塞、気泡、注入ラインの切断等のいくつかの種類の機能不全を、概ね、検出することができる。

本発明の別の目的は、使用中のいかなる機能不良の可能性も防ぐべく、製造サイクル中において、ポンプを正確に特性化する及び／又はポンプの特性を監視することである。

いかなる医療装置を製造するためにも、患者に搬送される各ポンプの質を保証することが目的である。いかなる上記の医療製品でも、液体の使用が、ポンプの機能不良を検出する概ね唯一の方法である。上記の試験は、長い時間を必要とし、相当なコストを必要とし、上記の試験の後に流体ライン全体が変更される場合にのみ可能である。（使い捨てポンプ等の）一回使用製品の場合、流体ラインを変更することができず、それゆえ、試験中における液体の汚染による、製造される上記のポンプの各々を全て試験することは不可能である。それゆえ、一回分のサンプリングが運転され、上記試験は、１００％の品質制御を保証することがなく、ポンプには破壊的であると考えられる。

本発明は、さらに、上記ポンプの汚染をもたらすことなく、製造される各ポンプを完全に制御するシステム及び方法を提供する。上記の試験は、好ましくは、除菌空気を用いて実現され、わずか数秒の非常に短い時間において、全ての重要なパラメータと安全特性の詳細な分析を行う。この方法は、製造が非常に安価である必要がある上記の使い捨てポンプの費用目標と両立している。

本発明は、以下の図に示す例を含む詳細な記載を用いて、以下においてより良好に理解されるであろう。

本発明の好適な実施例のマイクロポンプの断面図を示している。 ポンプの機能試験の可能な工程を示している。 ポンプの機能試験の可能な工程を示している。 機能不全を示す機能試験の別の圧力特性を示している。 作動サイクル中における典型的な圧力特性を示している。 一つの好適な実施例の作動サイクルを示している。 空気及び水のポンピングサイクルを示している。 閉塞がある時の出口の圧力特性の典型的な展開を示している。 閉塞がある時の入口の圧力特性の典型的な展開を示している。 閉塞中の出口の圧力を監視する例を示している。 漏出がある場合のポンプの圧力特性を示している。 流量が減少している場合のポンプの精度の監視を示している。 １℃の温度変化につき粘度の相対的な変化を示している。 語「頂点」及び「水平域」が図において用いられる方法を示している。

図１に示すマイクロポンプ１は、非常に小型化されており、かつ、往復膜式ポンプ機構である。このマイクロポンプ１は、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）と呼ばれる技術を用いて、シリコン及びガラスで作られている。このマイクロポンプ１は、入口制御部材、本実施例では入口弁２と、ポンプ部材３と、システム内の様々な欠陥を検出できる機能検出器４と、出口弁５とを有している。上記のマイクロポンプの原理は、例えば米国特許第５，７５９，０１４号において、公知である。

図１は、基板８としてのガラス層（青）と、基板８に留められている、第二の板９としてのシリコン層（紫）と、シリコン板９に留められている、上板としての第二のガラス層１０（青）とが堆積しているポンプであって、容積を有するポンプ室１１を画定しているポンプを示している。

メサ部６に連結されたアクチュエータ（本明細書では示していない）により、ポンプ部材を制御して変位させることができる。さらに、出口制御部材である出口弁５を、ポンプの反対側に配置された出口ポートに接続させるために、通路７が存在する。

検出器の原理
ポンプ１では、ポンプ室内の圧力が、ポンピングサイクル中において、作動速度、入口における圧力、出口における圧力、気泡の体積の潜在的な存在、弁の特性及び弁の漏出速度等の多数の要因に依って、変化する。

本発明によれば、潜在的な機能不全を検出するために、この圧力を監視し、一つの行程から別の行程への輪郭を分析することを目的としている。

一体型圧力センサ
マイクロポンプ１内の圧力センサ４は、ポンプ室とポンプの出口の間に配置されたシリコン膜で作られている。この圧力センサ４は、マイクロポンプのシリコン層の表面とその上面のガラス層との間に形成されている通路内に位置している。さらに、圧力センサ４は、膜上のホイートストン・ブリッジの構成内に、一組の歪み感知レジスタを備え、シリコンの巨大な圧電抵抗効果を利用している。圧力の変化によって、膜の歪みを誘起し、それゆえ、ブリッジが均衡を保てなくなる。圧力センサは、ポンプの典型的な圧力範囲内の圧力に対して直線性を有する信号を生成するように設計されている。

流体は、相互接続のリード線の表面及び圧電レジスタと接触している。リード線及び圧電レジスタの極性と反対の極性のさらなる表面ドーピングを用いることによって、ブリッジの良好な電気絶縁が保証される。

本発明の別の好適な実施例では、圧力センサは、光学センサを含む。このセンサは、好ましくは、２つの弁の間の、ポンプの経路に含まれている一つの部品と、流体通路の内側の圧力を測定することができる、上記の流体通路の外側に配置されている少なくともいくつかの光学的部品とからなる。別の実施例では、この光学的検出器は、ポンプの完全に内側に配置して、流体通路内の２つの弁の間の圧力を測定することができる。別の実施例では、非点収差素子が、光路内、すなわち、ポンプ内の柔軟な膜と光学センサの間に位置する。ポンプ内のいかなる圧力変化も、膜の変位、光路の変化、及び、この非点収差素子の存在によって生じる光ビームの形状の変化を誘発する。光学センサは、好ましくは、例えば、コドラント光検出器を有することによって、光ビームの形状を感知する。

機能試験
本発明の、ポンプで実施できる第一の工程は、例えば、製造レベルにおけるポンプの機能試験である。

水を用いる公知の機能試験は、数時間続き、有害とみなされるが、本発明のポンプを用いる機能試験は、気体のみを用いて数秒で行うことができる。これにより、この試験及び上述の一体型圧力センサのために、ポンプの小さな死容積が用いられる。

この機能試験の工程の原理は、以下の通りである。
アクチュエータを有するポンプの内部に過度の圧力が生成され、使用者は、漏出速度を直接的に示す、ポンプ室内の圧減衰を監視する。最大圧力は、ポンプの圧縮比と、自吸式の能力に関連する。使用者が、さらに、典型的な作動サイクル中において、弁のプレテンションを引き出すこともできる。

ポンプ室内で高圧を生成するために、図２及び３に示すように圧縮中に出口弁を閉鎖し続けるように、使用者が、出口弁を例えば空気的に制御することができる。

とりわけ、図２及び３は、本発明のポンプの機能試験を示している（図２では、略図的な工程を示し、図３では、対応する圧力特性を示している）。
この試験の間、使用者は、以下によって検出器の信号を監視する。
圧力がゼロであることは、膜の静止位置を示す。
圧力の頂点は、マイクロポンプの圧縮比を示し、
圧減衰は、弁の漏出率を示し、
ステップ３における圧力は、出口弁のプレテンションを示し、
ステップ４における圧力は、入口弁のプレテンションを示す。

（例えば図２の連続的な位置で）図示するように、上記の試験は、待機位置から開始させられる。最初に、気体を入口弁２からチャンバ内へ「吸入」する引きステップが、膜３の移動によって実施される。

これは、気体でチャンバを空にすべく押しステップによって追従され、出口弁５は開弁している。次のステップでは、出口弁５が再び閉弁し、膜３でさらなる引きステップを実施し、次いで、次のステップで、使用者が出口弁５を開弁し、チャンバ内の圧力を弛緩する。

最後に、出口弁５が閉弁され、使用者は、膜３で圧縮ステップに対応する押しステップを実施する。この時、チャンバは高圧下にあり、圧減衰 (図３参照)は、弁の漏出率を示している。

上記の方法の感度は、発生した高圧及び関連の微小な容積によって非常に高い。

ポンプの最初の製造中における適切なプロセス制御（例えば、微小電気機械システム技術）によって死容積ＤＶが過剰に多く変化しないと仮定される場合、圧縮比と拍出量ＳＶの間の直接的相関関係が見出される。

図４は、機能試験において、欠陥がある場合の圧力特性を示している。

この場合、ポンプの入口弁が接合され（閉鎖された状態が維持され）、さらに、漏出がある。入口弁に関するこれらの問題は、ポンプの押し運動中に発生する大きな加圧と、各作動の後の圧減衰の低下によって導き出すことができる。漏出は、試験サイクルの終わりの、高い圧縮ステップの終わりにおける圧減衰によって示される。

第一の弁の前（例えば、リザーバの端部）に位置する薬剤リザーバからの流体が欠乏したときに、特に、通気口のない、閉鎖される軟らかいリザーバを用いた場合、ポンプの作動中でも同じ結果が得られる。

直列式の機能不全の検出
上述のように、流体操作中のポンプ室内の圧力は、入口の圧力又は出口の圧力、作動特性のみならず、弁の気密性、実際の拍出量又は弁のプレテンション等のマイクロポンプの特性等の様々な機能的及び／又は外的パラメータに依存する。

液体を有する作動サイクル中の典型的な圧力特性が図５に示されている。

この特性の変化は、ポンプの機能不全や、（例えば、通気不良や、入口弁の前に位置する液体リザーバの過小又は過度の圧力、又は出口弁の後の閉塞による）入口又は出口の圧力の増加又は減少を示している。

特に、ポンプ室内で測定された圧力の第一の頂点の直後の水平域の位置は、出口弁の後の、ポンプの出口における圧力を直接的に示している。第二の頂点の後、使用者は、入口弁の前の、入口における圧力を直接的な表示を得る。弁の気密性及び／又は気泡の存在により、頂点間振幅の変化、頂点の幅を誘起する。圧力の各頂点の後の圧減衰の分析は、弁の漏出速度を示す。

ポンプの通常の作動サイクル中の本発明の一実施例の膜の変位が、図６に示されている。

上記の例示の実施例によれば、作動サイクルは、膜の第一の押し運動によって開始させられ、圧力の増加、出口弁の開弁、及び、液体の排出をもたらす。作動サイクルは、ポンプを充填するために完全な引き行程によって追従され（ポンプの充填中における圧力の負の頂点）、次いで、ポンピング膜は、解放され、それゆえ、その待機位置に戻り、圧力の第二の正の頂点を誘起する。

上述のように、ポンプ室内の圧力の漸進的変化は、膜の作動特性に直接的に依存する。

例えば、全押し運動によって追従される、全引き運動の結果として生じる、完全な行程で始まるサイクルを有することも可能である。上記のサイクルは、ポンプの高速操作の間、例えば、ボーラス投与の間、典型的に有用である。これと同様の作動で、最初の負の頂点及び正の頂点の、２つの頂点のみを測定することができる。この分析は、作動特性と相関関係があるものとすることができ、その結果、同じ種類の機能不全の検出という結果となる。

その結果、以下の特徴は、常に、２つの弁の間に位置するセンサからの圧力信号を用いて、ポンピングサイクルの間において測定することができ、以下の特性を直接的に示す。
１．圧力の正の頂点（＋）の直後の水平領域の位置は、出口弁のプレテンション及び出口弁の後のポンプの出口における圧力に依存する。
２．圧力の負の頂点（−）の直後の水平領域の位置は、入口弁のプレテンション及び入口弁の前のポンプの入口における圧力に依存する。
３．弁の気密性及びそれゆえ漏出は、各頂点の後の圧力の時間を有する減衰と相関関係を持つ。
４．２つの水平域の相対的な位置は、さらに、漏出速度と直接的に相関関係を持つ。
５．圧力（正又は負）の頂点の高さ及び幅は、ポンプ内の空気の存在と相関関係を持つ。

プライミング及び空気検出
ポンプのプライミングも監視することができる。空気及び水をポンピングしている間に監視された信号の顕著な違いが図７に示されている。

上述のように、圧力の頂点が、ポンプ内の空気の存在によって修正されている。

以下、空気の検出は、以下によって検証することができる。
１）所定の閾値で警告となりうる、圧力の頂点の高さを監視し、
２）所定の閾値で警告となりうる、圧力の頂点の幅を監視し、
３）確定した警告閾値となる、高さ及び幅（例えば信号の統合を介して）を監視する。

出口圧力監視
図８は、出口弁の後のポンプの出口において圧力がある時の作動中における圧力特性の典型的な展開を示している。

入口圧力監視
図９は、図８と同様なグラフであり、入口において圧力がある時の作動中における圧力特性の典型的な展開を示している。

したがって、作動サイクル中において、入口圧力及び出口圧力の両方の正確な監視が得られる。

上記リザーバが、例えば、通気口のない軟らかいリザーバである場合、上記入口圧力の監視が、薬剤リザーバが空であることを検出するのを助けうる。

閉塞の検出
出口圧力の監視により、図１０に示すように、閉塞の検出ができる。

閉塞中において、図１０で再生される曲線を分析するためのいくつかの方法がある。例えば、各押し運動の後に圧力の推移を単に観察することができる。

閉塞の検出は、以下によって行うことができる。
１）典型的に、水平域（＋）の位置が頂点（＋）の最初の高さと等しくなる時に、水平域（＋）の位置と、確定した警告閾値を監視する。
２）警告閾値と、頂点（＋）の高さ及び幅を監視する。

上記のポンプ内の圧力測定が、流体通路内で、かつ、他の潜在的な機能不全を示す他の測定値と相関関係で行われるので、上記のポンプ内の圧力測定により、閉塞が非常に正確かつ精密に検出される。それゆえ、測定された結果の値は、真の閉塞又はポンプの外側の流体制限に相関関係付け、注入ラインのチェック又は注射部位を変更する必要性を患者に知らせることを防ぐことができる。

漏出検出
図１１は漏出がある場合のポンプの圧力特性を示している。各作動の後、圧力が外圧まで非常に迅速に弛緩する。漏出があると、圧力は、圧力の単位で表される、弁プレテンションまで弛緩するはずである。

したがって、この弁のプレテンションにより、自由な流れを防ぎつつ、本発明の検出方法によって漏出を検出することができる。

図１４に示す表記によれば、漏出の検出は、以下によって行うことができる。
１）水平域（＋）及び水平域（−）の相対位置と、確定した警告閾値を監視する。
２）圧力の各頂点の後の圧力の遅れと、典型的には時定数を用いた、確定した警告を監視する。

例えばインスリンでの、閉ループの用途でポンプ精度の監視
本発明によれば、精度仕様内で、ポンプ精度を実施できる、バルブ漏出や気泡などの欠陥を使用者が検出することができる。

図１２は、名目拍出量を示すポンプと、１５％のポンピング精度を実施する、粒子を有する同ポンプの検出器信号の例を示している。これらの粒子によって誘起される漏出は、大きな負の頂点の前後のレベルの差を分析することによって容易に検出することができる。

この特徴によって、検出器を介する、インスリン搬送精度の制御による、マイクロポンプをグルコメータへ連結することによって閉鎖ループの用途が可能である。

ここで、検出は、漏出検出と同様であるが、唯一の焦点は、精度に影響を与える漏出である。
１）典型的に、頂点（＋）及び頂点（−）の直後の典型的な時定数の後にそれらの位置が等しくなる時に、水平域（＋）及び水平域（−）の相対位置と、確定した警告閾値を監視する。
２）圧力の各頂点の後の圧力の遅れと、典型的には時定数を用いた確定した警告を監視する。

上記のポンプ精度の精密な監視がない時、いかなる上記の閉ループ系も、ポンプの搬送の変更を考慮することなく、測定されたパラメータにより（上記の場合、例えば、血漿又は皮下領域内の血糖値又は間質液を連続的に監視し）、例えばインスリンの投与を増加又は減少することになる。閉ループ系の場合、ポンプ機構に関連する可能性がありかつ患者の特性に関連しない、いかなる誤った補償も防ぐために、ポンピングパラメータをよく理解しかつ時間を通して制御することを保証することが最も重要である。特に、グルコース測定値の増加によるインスリンの過剰注入により、未知の欠陥のあるポンプ又は注入セットに関する場合に、患者を潜在的に危険に晒しうる。これは、グルコース測定値が１０分〜３０分の遅れの中でグルコース血漿レベルを示す場合に特に当てはまる。上記の場合、欠陥のあるポンプにより、患者の状態が誤って解釈され、その一方で、上記の誤った解釈によって患者を危険に晒すことを防ぐために、ポンプの挙動（例えば、注入ラインの閉塞の除去やポンピング特性の修正）のいかなる修正も、時間を経て検出されない。

注入ラインの切断の検出
いくつかの例では、注入ラインは、ポンプから接続が外され、ポンプの出口と注入ラインのコネクタの間で漏出が起こりうる。使用者が未承認の注入ラインをポンプの出口に接続する場合にも漏出が存在しうる。これにより、上記の漏出によって、ポンプの出口において流体抵抗が低くなる。漏出が著しい場合のポンプ出口における圧力の小さな減少が、一体型の検出器を用いることによって、又は、マイクロポンプ内にかつ出口弁の後に第二の圧力センサを配置することによって検出することができる。このセンサの感度は、標準の状態において、注入ラインの圧力損失に適合させなければならない。

注入ラインにおける圧力降下が流量に直接的に比例するので、ポンプの機能原理による、ポンプの高い瞬間的流速は、非常に好ましい。

もし必要であれば、好ましくは患者が接続される前に（例えば、ポンプのプライミング中に）、ポンプの設定中の液体の排出の間に、例えば行程をより速い速度に生み出すことによって、注入ラインの気密性の特定の試験を行うことができる。

ポンプの出口におけるさらなる圧力センサ
主検出器がポンプ室内に配置されている。
ポンプシステムがよく通気されている限り、その参照ポートは、大気圧である、ポンプシステムのハウジング内の空気空間と連通している。このセンサは、さらに、関連の圧力センサである。出口弁の後にさらなる圧力センサを配置することによって患者の圧力についての情報を得ることが有用でありうる。

このさらなる圧力センサは、患者の圧力に直接的に関連している。２つの圧力センサ、すなわち、ポンプ室内の圧力を測定する主圧力センサと、出口弁の後の圧力を測定する圧力センサが、同じ参照ポート圧力を有するはずである。行程の後の２つの信号の展開を比較することは、弁座におけるポンプ内の漏出、又は、（典型的には、患者のセットの接続不良による）ポンプの出口ポートと患者の間の漏出の検出に有用である。これについて、本明細書でさらに詳細に記載する。

さらに、行程直後、すなわち、流量がない時の２つのセンサの圧力差も、出口弁の気密性を良好に示す。

このさらなるセンサは、注入セットの閉塞を含む、出口ポートにおける異常な圧力を検出するためにも使用することができる。

このさらなるセンサは、さらに、必要に応じて、本明細書において上述の気体を用いて機能製造試験中において較正することもできる。

このさらなる圧力センサは、圧力測定用の第二膜を設計することによって、ポンプチップ内に容易に組み込むことができる。この圧力は、ポンプ内の他の圧力センサとして使用されるホイートストン・ブリッジの構成における歪ゲージを用いることによって測定することができる。理想的には、歪ゲージ用の注入ドーズは、ポンプ内の主検出器のそれらと均等なものである。それゆえ、使用者は、必要に応じて、ドーズ自体でなく膜の寸法を単に修正することによって、感度を調節することができる。

ポンプの出口弁と患者セットの間の流体通路は、好ましくは、最初のポンプのプライミングの間、空気を閉じ込めないように作られるべきである。

さらなる圧力センサを用いた、より良好な漏出及び監視精度のための温度センサの実施
本章では、第二の検出信号の分析中における信頼性について説明する。

上述のように、ポンプと患者の間の下流ラインの気密性に関する情報を得るために、圧力の頂点の幅及び高さを利用することができる。使用者は、これらの異なる特徴についての定性基準を提案することもできる。

さらに、圧力対時間の曲線の積分は、所定の流体抵抗について、流量に理論的に比例する。この積分の変化は、気泡、漏出だけでなく温度変化を含めた機能不全を良好に示す。
Ｐ（ｔ）−Ｐ(patient)＝Ｒｆ×Ｑ（ｔ）
ここで、Ｒｆは、さらなる圧力センサと患者の間の流体抵抗であり、Ｑ（ｔ）は、瞬間的な流量であり、Ｐ（ｔ）は、さらなるセンサによって測定される圧力である。
層流が考慮され、Ｒｆは、ポアズイユの法則によって与えられる。
Ｐ(patient)は、患者の圧力であり、流れが消えた後にさらなるセンサによって測定される圧力でもある。

このセンサは、さらに、流量変化について経時的に直接アクセスするので、ポンプ精度を良好に示している。当然、注入セットを有する所定のポンピングシステムでは、流体抵抗が流体粘度を解して温度によって変化する（ポアズイユの法則）。理想的には、この圧力センサは、温度センサにも連結される。

もし水等の流体が用いられる場合、温度による粘度の変化が公知であり、温度依存とならないように、信号の補正を行うことができる。機能不全の検出がより信頼できるようになる。

ポンプ構成要素の小寸法及び良好な熱伝導によって温度センサが厳密には必要でない場合でも、温度センサは、ポンプ内に、例えば、流体と接触して配置することができる。

熱センサは、５〜４０°Ｃの間の良好な感度を示す、簡単な熱抵抗器（ＲＴＤ又は抵抗温度検出器）としうる。圧力センサのホイートストン・ブリッジは、さらに、類似の温度依存性を示し、この目的のために役立ちうる。熱電対は、ポンピングユニット内に組み込むこともできある。最後に、ダイオード又はトランジスタの基本温度及び電流特性を基礎とした半導体温度センサを用いることができる。

もし２つの同一のトランジスタが、異なるが一定のコレクタ電流密度で操作された場合、ベース−エミッタの電圧差は、トランジスタの絶対温度に比例する。この電圧差は、シングルエンド電圧又は電流に変換させられる。絶対温度から摂氏又は華氏の温度へ信号を変換するようにオフセットを適用してもよい。

図１３は、１℃の温度変化につき粘度の相対的な変化を示している。流体抵抗が粘度と共に線形的に変化し、１°Ｃの温度センサの解像度として期待されうる、流量の精度に直接的にアクセスすることが可能となる。５°Ｃでは、流量精度に対する、温度センサによって誘起される最大誤差は、２．８％である。温度センサは、さらに、流量についての精度目標値よりも低い誤差を誘起するために設計することもできる。

出口の圧力センサと温度センサの組み合わせを、圧力センサの小さな応答時間によって効率的である、洗練された関連のパルス式の流量センサとして用いることができる。

絶対流量計
絶対流量測定のために、さらなる圧力センサと患者の間の流体抵抗は、良好な精度を持つことが知られているはずである。患者のセットは、マイクロポンプ内の通路の流体抵抗と比べた、一つのバッチから別のバッチへの流体抵抗の典型的に大きな変化を示している。マイクロポンプ内の出口通路の流体抵抗と比べて、非常に低く患者のセットの流体抵抗を保つようにも注意するべきである。

上述の流体抵抗Ｒｆは、絶対流量測定と両立可能な精度で制御することができる。

以上の説明により、患者のセットの流体抵抗が小さい限り、すなわち、流体ラインの閉塞がない限り、流体測定は有効である。

マイクロポンプの出口の流量が測定される。さらなる圧力センサ（コネクタなど）の後のいかなる漏出も、両検出器の信号形状の変化を誘起するが、流体測定は正確なままである。

流体監視が、さらに、非常に強力な特徴であるが、流量データの正確な解釈のために、両方の検出器の情報が必要である。

さらなる圧力センサの較正の間、（典型的に、ポンプの出口と直列して配置されている商業的な流量メータを用いることによって）流量と比例する圧力信号の積分の較正を行う
ことも可能である。ここで、試験中において、出口における大きな流体抵抗を引き起こさないように注意しなければならない。

当然、本発明は、以上に説明及び図示した例に限定されず、特許請求の範囲に属するいかなる実施例にも及ぶ。

本発明の好適な実施例によれば、ポンプ装置の入口及び出口は、受動式バルブを有している。本発明の好適な実施例によれば、少なくとも一つの弁は、さらに外部から制御できる。

Claims (34)

1. ポンプ（１）を有するポンプ装置において、
   前記ポンプ（１）は、
   可変容積を有するポンプ室（１１）と、
   前記ポンプ室（１１）と連通しておりかつ弁を備えている入口（２）と、
   前記ポンプ室（１１）と連通しておりかつ弁を備えている出口（５）と、
   前記ポンプ室の前記可変容積を変えるのに適しているアクチュエータと、
   前記入口（２）と、前記ポンプ室（１１）と、前記出口（５）と、前記出口の前記弁の下流に位置する下流ライン（７）とを備えた流体通路と、
   前記流体通路の前記入口（２）の前記弁と前記出口（５）の前記弁の間の圧力を計測するための圧力センサ（４）と、
   前記圧力センサ（４）から受け取った圧力データを処理するための処理手段とを備えた、ポンプ（１）を有するポンプ装置。
2. 前記圧力センサ（４）は、前記下流ライン（７）内の閉塞を検出するために使用されるのに構造的に適している請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記ポンプは、１０ｎｌ〜１０μｌからなる、前記ポンプ室（１１）の前記可変容積を有するマイクロポンプである請求項１又は２に記載のポンプ装置。
4. 前記ポンプ装置は、前記ポンプ室（１１）の前記可変容積を変えるのに適した、前記アクチュエータに機能的に連結されている、ポンピング膜（３）を備え、
   少なくとも一つの前記弁は逆止弁である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプ装置。
5. 少なくとも一つの弁は、少なくともポンピングサイクルの一部の操作中において作動させられるプレテンション手段を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のポンプ装置。
6. 少なくとも一つの弁は、さらに外部から制御できる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のポンプ装置。
7. 前記圧力センサ（４）は、柔軟な膜を備えている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のポンプ装置。
8. 前記ポンピング膜（３）は、半導体材料で作られており、歪ゲージが前記ポンピング膜（３）内に埋め込まれている又は配置されている、請求項４〜７のいずれか１項に記載のポンプ装置。
9. 前記ポンピング膜（３）の偏向を監視するのに適した光学センサを備えている、請求項４〜８のいずれか１項に記載のポンプ装置。
10. 前記ポンピング膜（３）と前記光学センサの間で、非点収差光学素子を備えている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のポンプ装置。
11. 少なくとも一つのさらなる圧力センサを備えている請求項１〜１０のいずれか１項に記載のポンプ装置。
12. 前記さらなる圧力センサが前記下流ライン内に位置決めされている請求項１〜１１のいずれか１項に記載のポンプ装置。
13. 前記下流ライン内に流量制限器を備えている請求項１〜１２のいずれか１項に記載のポンプ装置。
14. 前記さらなる圧力センサが前記出口弁と前記流量制限器の間に位置決めされている請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のポンプ装置。
15. 温度センサをさらに備えている請求項１〜１４のいずれか１項に記載のポンプ装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載のポンプ装置を有する注入アセンブリ内で、少なくとも一つの機能不全を検出する方法において、
    前記方法は、
    ポンピング中において前記流体通路内の圧力を測定する段階と、
    その圧力の測定値を処理する段階と、
    前記処理された圧力の値に基づいて、機能の状態を提供する段階とを備えている、方法。
17. 前記方法は、ポンピングサイクルの繰り返しによって得られる、ポンプ機構のための方法であり、
    前記ポンピングサイクルの各々は、少なくとも一つの吸入段階を有し、
    前記少なくとも一つの吸入段階中において、前記ポンプ室の前記容積が増加し、それにより、前記圧力が減少し、
    前記ポンピングサイクルの各々は、さらに、少なくとも一つの吐出段階を有し、
    前記少なくとも一つの吐出段階中において、前記ポンプ室の前記容積が減少し、それにより、前記圧力が増加し、前記ポンプ室の前記容積は、前記サイクルの終わりに最初の寸法に戻る、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ポンピングサイクルの各々は、少なくとも一つの静止段階を有し、
    前記吐出段階の後に及び／又は前記吸入段階の後に、前記ポンプ室の前記容積が変わらない間、前記入口（２）の前記弁と前記出口（５）の前記弁の両方が閉弁され、前記ポンプ室内の前記圧力は、本質的に一定であるが、前記入口における圧力又は前記出口における圧力とは異なる、請求項１７に記載の方法。
19. 動的圧力が、ポンピングサイクルの各段階中において測定される、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記方法は、閉塞、漏出、気泡、接続不良、ポンピングの不正確、前記アクチュエータの機能不良、薬剤リザーバの空を含む機能不全の中の少なくとも一つを検出する方法である、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記圧力の値を処理する段階は、前記圧力の値同士を互いに比較する段階、及び／又は、前記圧力の値と基準圧力値を比較する段階とを有する、
    請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. ポンピングサイクルの少なくとも一つの段階中における、前記圧力の変化、最大圧力、及び／又は、最小圧力を決定する段階を有する、請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の方法。
23. ポンピングサイクル中において、予め定めた圧力を実現するための時間を決定する段階を有する、請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の方法。
24. 前記方法は、少なくとも一つの静止段階中において、漏出、接続不良、ポンピングの不正確を含む機能不全の中の少なくとも一つを、前記圧力の変化率を測定することによって検出する方法である、請求項１８〜２３のいずれか１項に記載の方法。
25. 漏出、接続不良、及び／又は、ポンピングの不正確は、前記吐出段階及び前記吸入段階の後の前記静止段階の少なくとも２つの圧力測定値が等しくなった時に検出される、請求項１６〜２４のいずれか１項に記載の方法。
26. 前記方法は、前記吐出段階中において、最大圧力を測定することによって下流の閉塞を検出するための方法である、請求項１６〜２５のいずれか１項に記載の方法。
27. 前記吐出段階の後の前記静止段階中において、前記圧力の値が、前記吐出段階中において最大圧力に関して少なくとも特定のパーセント又は少なくとも特定の値だけ減少した場合に、閉塞が検出される、請求項１８〜２６のいずれか１項に記載の方法。
28. 前記方法は、少なくとも、一つの吐出段階及び／又は一つの吸入段階中において前記圧力を測定することによって前記ポンプ装置内の空気を検出するためのものである、請求項１６〜２７のいずれか１項に記載の方法。
29. 前記圧縮サイクル及び／又は圧抜きサイクル中の圧力応答が、規格化された圧力応答よりも実質的に低い頂点及び／又は広い頂点を示す場合に、前記ポンプ内の空気が検出される、請求項２８に記載の方法。
30. 前記ポンプ室内の高い圧力を発生させることによって、例えば、外部手段によって前記出口弁を閉鎖させることによって、及び、前記ポンプ室内の前記容積を圧縮することによって高められる漏出試験を有する、請求項１６〜２９のいずれか１項に記載の方法。
31. 前記ポンプ室内で過度の圧力を生成した後、漏出率、圧縮比、及び／又は、前記ポンプの自吸式の能力、弁のプレテンション、前記アクチュエータの機能不良、及び／又は、行程容積を監視するために、最大圧力及び圧減衰が監視される、請求項１６〜３０のいずれか１項に記載の方法。
32. 前記方法は、ポンプ装置のパルス状の流れの流量を測定するための方法であり、
    前記方法は、一定のサンプリング間隔を用いて、前記下流ライン内の前記圧力を測定する段階と、前記圧力の測定値を処理する段階とを備えている、請求項１６〜３１のいずれか１項に記載の方法。
33. 前記方法は、前記ポンプ内の圧力センサと前記下流ラインの圧力センサを共に用いることによって、流量、閉塞、漏出、気泡、接続不良、ポンピングの不正確さ、前記アクチュエータの機能不良等のパラメータの少なくとも一つを検出する方法である、請求項１６〜３２のいずれか１項に記載の方法。
34. 前記方法は、前記ポンプ内の前記圧力センサと前記下流ライン内のさらなる圧力センサとの間に位置する前記弁の漏出速度をさらに測定する方法であり、
    前記方法は、
    前記出口弁の下流の圧力と前記出口弁の上流の圧力を測定する段階と、
    前記出口弁の下流の圧力と前記出口弁の上流の圧力を互いに比較する、及び／又は、前記出口弁の下流の圧力及び前記出口弁の上流の圧力を基準圧力値と比較する段階とを備えている、請求項１６〜３３のいずれか１項に記載の方法。

Images