JP2014239831A - 自動注射針刺入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】患者等の刺入対象者への注射針の刺入を、看護師等の医療従事者の技量や刺入対象者の個人差等にかかわらず、容易且つ適切に行えるようにする。【解決手段】自動注射針刺入装置５は、注射針２５を支持する支持部９と、駆動制御装置６とを備える。駆動制御装置６は、支持部９を所定の移動範囲内で移動させることにより注射針２５を移動させる機能と、注射針２５の刺入対象者の身体における、注射針２５を通過又は到達させるべき所定の刺入目標位置を検出する機能と、注射針２５の針先が刺入を停止させるべき所定の刺入停止位置に到達したか否かを判断する機能を備える。駆動制御装置６は、注射針２５が刺入目標位置を通過又は刺入目標位置に到達するように支持部９を移動させることで注射針２５を身体に刺入させ、身体への刺入後、針先が刺入停止位置に到達したと判断された場合に支持部９の移動を停止させる。【選択図】図２

Description

本発明は、注射針や輸液針等の医療用の針の刺入を補助する装置に関する。

注射や採血など、人体に注射針を刺入して薬液の注入や血液の吸引を行う医療行為は、医師や看護師等の所要の資格を有する者（医療従事者）が自身の手によって行っている。
注射針の刺入は、刺入に適した部位を探し、注射の目的に適した角度で刺入する必要がある。刺入後は、適切な位置（深さ）まで注射針の刺入を進める必要がある。例えば前腕肘窩部への静脈内注射の場合、注射を行う看護師等は、上腕部を駆血帯で駆血して血管（静脈）の位置を目視で確認する。注射部位を決定すると、その注射部位へ、注射針を所定の刺入角で刺入する。刺入後、注射針の先端が静脈内に入ったことを確認したら、注射針の刺入を止めてその位置で保持すると共に駆血帯を外し、その後、薬剤を注入する。

こういった一連の手順は、行為者の経験や勘に頼る部分が多く、また注射される側（患者等）の個人差も大きく影響するため、必ずしもスムーズに行えない。例えば、技量の乏しい看護師等では、刺入に適した静脈を探すことに慣れていなかったり、注射針が静脈に完全に刺入されなかったり、逆に静脈に刺入された注射針が静脈を内部から突き破ってしまったりするおそれがある。また例えば、患者の血管が表皮に浮かび上がらずに目視確認できないと、いかに技量の優れた経験豊富な看護師等といえども、適切かつスムーズに注射を行うことは困難である。

これに対し、下記の特許文献１には、注射器のシリンダー内部における先端側に圧力センサを設け、この圧力センサにより、注射針が静脈を刺し通したことを検知する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術では、採血を行う看護師等が患者に注射針を刺入し、注射針が静脈を刺し通すと、血液が注射針を介してシリンダー内先端の圧力センサに到達し、これにより静脈への刺通が検知される。静脈への刺通の検知後は、看護師は、注射器の内筒を引くことで採血することができる。

特開２００６−１７５１９１号公報

しかし、特許文献１に記載の技術は、注射針を刺入する位置の選定や静脈までの刺入は、看護師等により行われるため、看護師等の技量や患者の個人差等によっては必ずしも適切に注射を行えるとはいえない。刺入部位が不適切だったり、刺入後の動作が適切ではなかったりすると、注射針の先端が目標とする位置に到達せず、看護師等及び患者の双方が精神的・肉体的な負担を強いられるおそれがある。

本発明の一側面においては、患者等の刺入対象者への注射針の刺入を、看護師等の医療従事者の技量や刺入対象者の個人差等にかかわらず、容易且つ適切に行えるようにすることが望ましい。

本発明の一側面における自動注射針刺入装置は、支持部と、移動部と、刺入目標位置検出部と、停止判断部と、移動制御部とを備える。支持部は、注射針を直接又は間接的に支持する。移動部は、支持部を所定の移動範囲内で移動させることにより注射針を移動させることが可能である。刺入目標位置検出部は、注射針の刺入対象者の身体における、注射針を通過又は到達させるべき所定の刺入目標位置を検出する。停止判断部は、注射針の針先が刺入を停止させるべき所定の刺入停止位置に到達したか否かを判断する。移動制御部は、注射針が刺入目標位置を通過又は刺入目標位置に到達するように移動部を移動させることで注射針を身体に刺入させ、身体への刺入後、停止判断部により針先が刺入停止位置に到達したと判断された場合に移動部の移動を停止させる。

このように構成された自動注射針刺入装置によれば、注射針の刺入目標位置が検出され、注射針が移動部を介してその刺入目標位置を目標に自動的に移動・刺入される。そして、針先が刺入停止位置に到達したら、刺入（即ち移動部の移動）が自動的に停止される。そのため、患者等の刺入対象者への注射針の刺入を、看護師等の医療従事者の技量や刺入対象者の個人差等にかかわらず、容易且つ適切に行うことが可能となる。

なお、本発明における注射針とは、薬液注入用の注射器の先端部に取り付けられる狭義の注射針だけでなく、輸液（点滴）の際に用いられる輸液針や、輸血の際に用いられる輸液針、採血の際に用いられる採血針などの、体内に薬剤や血液等の注入剤を注入したり体内から体液等を吸引したりするために刺入されるあらゆる種類の針（広義の注射針）を意味する。

上記構成の自動注射針刺入装置は、更に、注射針の刺入対象者の身体における所定の刺入対象範囲を撮影する撮影部を備え、刺入目標位置検出部は、その撮影部により撮影された画像に基づいて刺入目標位置を検出するようにしてもよい。

刺入対象範囲を撮影した画像からは、刺入対象範囲の実際の状態に関する各種情報（例えば皮膚の状態や形状、静脈の位置等）を得ることができる。そのため、撮影部により撮影された画像を用いることで、刺入目標位置を適切且つ効率的に検出することが可能となる。

移動制御部は、停止判断部により針先が刺入停止位置に到達したと判断されたことにより移動部の移動を停止させた後、さらに、注射針を身体から抜去させるために移動部を所定の抜去方向へ移動させるようにしてもよい。このように構成された自動注射針刺入装置によれば、注射針の刺入から抜去までの一連の処理を自動で行わせることができる。そのため、患者等の刺入対象者への注射針の刺入をより容易且つ適切に行うことが可能となる。

第１実施形態の自動注射システムの概略構成を表す斜視図である。 第１実施形態の自動注射装置の概略構成を表す斜視図である。 第１実施形態の注射針の詳細構成を表す説明図である。 第１実施形態の自動注射装置の電気的構成を表すブロック図である。 第１実施形態の自動注射制御処理を表すフローチャートである。 第１実施形態の注射針の刺入過程を説明するための説明図である。 第１実施形態の、注射針と刺入目標静脈との位置関係を説明するための説明図である。 （ａ）は第２実施形態の自動注射装置の概略構成を表す斜視図、（ｂ）はその略断面図である。 第２実施形態の注射針の詳細構成を表す説明図である。 第２実施形態の自動注射装置の電気的構成を表すブロック図である。 第２実施形態の自動注射制御処理を表すフローチャートである。 第２実施形態の注射針の刺入過程を説明するための説明図である。 第３実施形態の輸液システムの概略構成を表す斜視図である。 第３実施形態の輸液針の詳細構成を表す説明図である。 第３実施形態の輸液針自動刺入装置の電気的構成を表すブロック図である。 第３実施形態の駆動制御装置が実行する自動刺入制御処理を表すフローチャートである。 第３実施形態の輸液ポンプが実行する自動輸液制御処理を表すフローチャートである。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の形態を採り得る。例えば、下記の実施形態の構成の一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えたり、他の実施形態の構成に対して付加、置換等したり、課題を解決できる限りにおいて省略したりしてもよい。また、下記の複数の実施形態を適宜組み合わせて構成してもよい。

［第１実施形態］
（１）自動注射システム１の全体構成
図１に示す本実施形態の自動注射システム１は、患者等の注射対象者に対する静脈内注射を自動で行うためのシステムである。自動注射システム１は、より詳しくは、注射対象者の前腕肘窩部における、表在性の静脈血管（以下単に「静脈」という）に薬液を直接注入するための静脈内注射を自動で行うためのシステムである。

図１に示すように、本実施形態の自動注射システム１は、腕固定台３と、自動注射装置５とを備える。腕固定台３は、支持台２の上面に固定されている。支持台２の上面には、自動注射装置５を支持（詳しくは駆動制御装置６を支持）するための支柱４が立設されている。

腕固定台３は、注射対象の人間の腕１０を固定するための２つの固定バンド３ａ，３ｂを備えている。２つの固定バンド３ａ，３ｂのうち一方の固定バンド３ａは、腕１０のうち特にその上腕部を腕固定台３に固定するための固定バンドである。２つの固定バンド３ａ，３ｂのうち他方の固定バンド３ｂは、腕１０のうち特にその前腕部を腕固定台３に固定するための固定バンドである。

自動注射装置５は、駆動制御装置６と、第１回転支持軸７と、第２回転支持軸８と、シリンジ固定台９とを備えている。駆動制御装置６は、支柱４に固定されている。支柱４は、その一端が支持台２に連結されると共に、軸回転可能に構成されている。そのため、自動注射装置５は、支柱４の軸を中心として支柱４と共に回動可能に構成されている。なお、自動注射装置５は、支持台２上において、シリンジ固定台９が腕固定台３の略上方に位置するように設置されている。

（２）自動注射装置５の構成
自動注射装置５は、より詳しくは、図２に示すように構成されている。図２は、シリンジ固定台９に注射器（シリンジ）２０が載置・固定された状態を示している。

注射器２０は、外筒２１と、内筒２２と、注射針２５とを備えている。外筒２１は、その内部に薬液が充填される。外筒２１の先端側には注射針２５が固定される。外筒２１の後端側からは内筒２２が挿入される。外筒２１の後端には、つばもと２１ａが形成されている。内筒２２は、外筒２１内に充填された薬液を注射針２５から外へ押し出すための押し子であり、先端側にゴム製のガスケット（図示略）が取り付けられ、後端側に内筒頭２２ａが形成されている。

注射針２５は、外筒２１の先端側に固定される針基２３と、針管２４とを備えている。針基２３には、注射器側ハーネス２６が接続されている。針管２４には、図３に示すように、流量センサ３１及び温度センサ３２が設けられている。流量センサ３１は、流体の流量を検知するためのセンサであり、本実施形態では、特に、血液の流量を検知するために設けられている。温度センサ３２は、温度を検知するためのセンサであり、本実施形態では、特に、血液の温度を検出するために設けられている。

流体の流量を検知する流量センサ３１の詳細な構成や検知原理、及び温度を検知する温度センサ３２の詳細な構成や検知原理は、いずれもよく知られているため、ここではその詳細説明を省略する。

流量センサ３１及び温度センサ３２は、注射器側ハーネス２６を介して注射器側コネクタ２７に接続されている。一方、駆動制御装置６には、装置側ハーネス２８が設けられ、この装置側ハーネス２８の先端に装置側コネクタ２９が接続されている。装置側コネクタ２９と注射器側コネクタ２７は互いに嵌合可能である。図２は、装置側コネクタ２９と注射器側コネクタ２７が嵌合された状態を示している。装置側コネクタ２９と注射器側コネクタ２７が嵌合されると、流量センサ３１及び温度センサ３２が駆動制御装置６と電気的に接続される。

シリンジ固定台９は、注射器２０を載置・固定するための固定台であり、載置部１１と、つばもと挿入溝１２と、薬液注入アクチュエータ１３と、可動子移動溝１４と、２つのシリンジ固定帯１５，１６とを備えている。

載置部１１への注射器２０の載置は、図２に示すように、外筒２１の後端部のつばもと２１ａがつばもと挿入溝１２に挿入されるよう行われる。つばもと２１ａがつばもと挿入溝１２に挿入されることにより、注射器２０の軸方向（ｘ方向）への移動が規制される。さらに、注射器２０の外筒２１が、２つのシリンジ固定帯１５，１６によってシリンジ固定台９に固定されると、注射器２０は、シリンジ固定台９に完全に固定された状態となる。ただしもちろん、内筒２２の軸方向への移動は可能である。

薬液注入アクチュエータ１３は、内筒２２を軸方向へ（詳しくは注射器２０の先端側へ）移動させるためのアクチュエータである。薬液注入アクチュエータ１３は、その大部分はシリンジ固定台９の内部に内蔵されており、アクチュエータを構成する可動子がシリンジ固定台９の上面に突設されている。可動子は、可動子移動溝１４に沿って軸方向に移動可能である。薬液注入アクチュエータ１３の作動により可動子が軸方向先端側へ移動すると、可動子が注射器２０の内筒２２の内筒頭２２ａに当接する。その当接後、さらに可動子の移動を進めると、可動子によって内筒２２が先端側に押され、これにより外筒２１の内部に充填された薬液が注射針２５から外へ押し出される。薬液注入アクチュエータ１３は、駆動制御装置６と電気的に接続されており、駆動制御装置６により制御される。

シリンジ固定台９の一方の側面には、第２回転支持軸８の一端が連結・固定されている。第２回転支持軸８の他端は、θ方向駆動モータ１７を介して第１回転支持軸７の一端に連結されている。第１回転支持軸７の他端は、駆動制御装置６内のｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３（図２では図示略。図４参照。）に接続されている。

θ方向駆動モータ１７は、第２回転支持軸８をθ方向に回転させるためのモータである。θ方向とは、第２回転支持軸８の軸（ｙ軸と平行）を中心とする回転方向である。第２回転支持軸８がθ方向に回転すると、第２回転支持軸８に連結されているシリンジ固定台９も回転する。シリンジ固定台９がθ方向に回転すると、シリンジ固定台９に固定されている注射器２０も回転し、これにより、針管２４の角度（針管２４の軸方向とｘｙ面とのなす角度。以下「刺入角」という。）θが変化する。そのため、θ方向駆動モータ１７は、注射針２５の刺入角θを調整するためのモータであるといえる。

第１回転支持軸７は、駆動制御装置６内のｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３によってψ方向に回転可能である。ψ方向とは、第１回転支持軸７の軸（ｚ軸と平行）を中心とする回転方向である。第１回転支持軸７がψ方向に回転すると、第１回転支持軸７に連結されている第２回転支持軸８も回転し、ひいてはシリンジ固定台９に固定されている注射器２０も回転する。これにより、針管２４の水平角（針管２４の軸をｘｙ面に投影した場合のその投影された軸とｘ軸とのなす角）ψが変化する。

駆動制御装置６は、その側面に、２つのＬＥＤ３５，３６が設けられている。２つのＬＥＤ３５，３６のうち一方の刺入ＬＥＤ３５は、緑色の光を発光可能である。２つのＬＥＤ３５，３６のうち他方のエラーＬＥＤ３６は、赤色の光を発光可能である。

駆動制御装置６は、その内部における下面側に、ステレオ撮像装置１８を備えている。ステレオ撮像装置１８は、２つのカメラ（レンズ）を備え、各々が同じ撮影対象（本実施形態では刺入対象の腕の前腕肘窩部）を撮影する。ステレオ撮像装置１８の撮影対象は、腕固定台３に固定された腕１０のうち特に前腕肘窩部およびその近傍である。即ち、ステレオ撮像装置１８が備える２つのカメラのレンズは、駆動制御装置６の下部から露出している。

（３）駆動制御装置６の構成
駆動制御装置６のより具体的な構成について、図４を用いて説明する。駆動制御装置６は、図４に示すように、制御部４１と、画像処理部４２と、ステレオ撮像装置１８と、ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３と、刺入ＬＥＤ３５と、エラーＬＥＤ３６とを備えている。制御部４１は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータを備えている。

制御部４１は、針管２４に設けられた流量センサ３１及び温度センサ３２からの検出信号に基づき、血液の流量および温度を検出する。制御部４１は、θ方向駆動モータ１７の駆動、薬液注入アクチュエータ１３の駆動（実質的には可動子の駆動）、画像処理部４２による各種画像処理、及びｘｙｚψ方向駆動アクチュエータの駆動を制御する。制御部４１は、各ＬＥＤ３５，３６の点灯制御も行う。

ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３は、第１回転支持軸７を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向、及びψ方向に移動させるためのアクチュエータである。このｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３により、注射器２０をｘ方向、ｙ方向、ｚ方向、及びψ方向の４方向に個別に移動させることができる。つまり、注射器２０は、これら４方向、及びθ方向の、計５つの方向に移動可能である。なお、ｘ軸は、支持台２の長方形状の上面における短辺方向（腕１０が挿入される方向）であり、ｙ軸は、支持台２の上面における長辺方向であり、ｚ軸は支持台２の上面に垂直な方向である。

なお、対象物をｘｙｚψ方向に駆動可能なアクチュエータは、種々の分野で利用されている。特にｘｙｚの３方向に駆動可能なアクチュエータや、何れか２方向に駆動可能なアクチュエータについては、工業用のプロッタや刺繍ミシンなどで広く用いられている。

画像処理部４２には、ステレオ撮像装置１８の２つのカメラにより撮影された各画像が入力される。画像処理部４２は、ステレオ撮像装置１８から入力された各画像から、静脈の存在領域を認識し、且つその位置（三次元座標）を検出する。なお、ステレオ撮像装置１８及びその撮影画像に基づく撮影対象物の画像認識技術および撮影対象物の位置（座標や距離等）の検出技術は種々提案されているため、ここではその詳細説明は省略する。一例としては、静脈の画像を各種パターン化して保存しておき、そのパターン画像と比較することで静脈の有無を判断できる。また例えば、撮影画像の色に基づき、静脈に相当する色（例えば薄緑色）の領域を抽出してその抽出した領域に静脈が存在しているものと判断することもできる。

画像処理部４２により、前腕肘窩部における静脈の位置・太さなどが検出され、その検出結果が制御部４１へ入力される。制御部４１は、画像処理部４２により検出された静脈の位置や太さなどに基づいて、後述するように注射針２５を刺入する静脈の決定やその刺入部位の座標算出などの各種処理を行う。

（４）自動注射制御処理の説明
次に、制御部４１が実行する自動注射制御処理について、図５〜図７を用いて説明する。注射対象の腕１０が腕固定台３に固定された後、例えば注射開始ボタン（図示略）が押されるなどの所定の自動注射開始操作が行われると、制御部４１が図５の自動注射制御処理を開始する。

制御部４１は、図５の自動注射制御処理を開始すると、Ｓ１１で、針先座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）の初期化を行う。針先座標Ｐとは、注射針２５の先端（針先）の座標である。この針先座標Ｐを所定の初期位置Ｐ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）に設定する。初期位置Ｐ０は、予め設定された位置であってもいいし、このＳ１１の処理の時点で針先が位置している現在位置をそのまま初期位置Ｐ０としてもよい。以後の処理は、この初期位置Ｐ０を基準として行われる。

針先座標Ｐを所定の初期位置Ｐ０に設定する場合は、注射針２５全体を、図６（ａ）に示すように、針管２４の軸方向がｘ軸に平行になるように移動させる。図６（ａ）及び図７は、Ｓ１１の処理により針先座標Ｐが初期位置Ｐ０に設定された状態を示している。

Ｓ１３では、ステレオ撮像装置１８に対して腕１０の撮影（前腕肘窩部およびその近傍の撮影）を指示し、画像処理部４２に対してその撮影された画像の画像処理を指示する。これにより、画像処理部４２にて、撮影された画像から腕１０における表在性の静脈が検出（認識）される。

Ｓ１５では、Ｓ１３で検出された静脈の画像に基づき、その詳細な位置や形状等を座標レベルで三次元的に検出する。つまり、初期位置Ｐ０を基準として、どの位置（座標）にどのような静脈が存在しているのかを検出する。このＳ１５の処理は、画像処理部４２にて静脈として認識された全ての静脈が対象となる。

Ｓ１７では、Ｓ１５で検出された各静脈の中から、注射針２５を刺入すべき刺入対象となる静脈（刺入目標静脈）を決定する。具体的には、例えば、各静脈の中から、できるだけ太く、走行ラインが直線状に近く、且つその走行ラインがｘ軸方向にできる限り近いものを刺入目標静脈として決定してもよい。刺入目標静脈の決定方法は適宜決めることができる。

Ｓ１９では、Ｓ１７で決定された刺入目標静脈の静脈走行ラインＬを検出する。静脈走行ラインＬは、ｘｙ面に平行なラインであって、刺入目標静脈を一本の直線状の脈として近似した場合のその直線状のラインである。

図７は、刺入目標静脈として静脈Ｊが決定され、かつその静脈走行ラインＬが検出された状態を示している。なお、図７は、注射針２５の初期位置として、ｚ軸方向からみて針管２４の軸方向が静脈走行ラインＬの方向に一致している状態を示しているが、このような初期状態はあくまでも一例である。

Ｓ２１では、刺入座標Ａ（ｘａ，ｙａ，ｚａ）を算出する。刺入座標Ａ（ｘａ，ｙａ，ｚａ）は、図６や図７（特に図６）に示すように、腕１０の表面における、注射針２５の先端を刺入する位置の座標である。制御部４１は、刺入目標静脈Ｊのｚ軸方向の位置や刺入の際の注射針の刺入設定角度θｒなどに基づく所定の演算方法で、静脈走行ラインＬに沿って刺入を進めた場合に刺入目標静脈Ｊの内部に針先を正常に到達させることが可能な位置を刺入座標Ａ（ｘａ，ｙａ，ｚａ）として算出する。刺入座標Ａ（ｘａ，ｙａ，ｚａ）は、図７に示すように、ｘｚ面に平行な面のうち静脈走行ラインＬを含む面を静脈走行面としたとき、この静脈走行面上に位置する。

Ｓ２３では、刺入開始座標Ｂ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）を算出する。刺入開始座標Ｂ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）は、図６（ｂ）や図７に示すように、刺入座標Ａ（ｘａ，ｙａ，ｚａ）を通る直線であって、ｘｙ面に対して刺入設定角度θｒの角度をなし且つ静脈走行面上に位置する直線を刺入直線（図６の波線参照）としたとき、この刺入直線上の点である。詳しくは、刺入開始座標Ｂ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）は、刺入直線上における、刺入座標Ａ（ｘａ，ｙａ，ｚａ）よりも所定距離だけ皮膚表面から皮膚上部側に離れた位置である。

Ｓ２５では、刺入角度θが刺入設定角度θｒとなるよう、θ方向駆動モータ１７を駆動させる。これにより、注射針２５の刺入角度θが刺入設定角度θｒに設定される。図６（ｂ）は、Ｓ２５の処理により刺入角度θが刺入設定角度θｒに設定された状態を示している。このとき、針先座標ＰはＰ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）となる。

Ｓ２７では、ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３を制御することにより、このｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３によって注射針２５の針先を刺入開始座標Ｂ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）に移動させる。図６（ｃ）は、このＳ２７の処理により針先が刺入開始座標Ｂ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）まで移動された状態を示している。

Ｓ２９では、注射針２５の刺入を開始させる。即ち、ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３を制御することで、このｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３により、注射針２５の先端をその針管２４の軸方向へ、即ち刺入直線に沿って腕１０の方向へ、移動させる。

Ｓ３１では、針先が皮膚へ刺入されたか否か判断する。この判断は種々の方法で行うことができる。例えば、図示しない接触センサを針先に設けてその接触センサの検出信号に基づいて判断してもよい。また例えば、温度センサ３２による温度変化に基づいて判断してもよい。

皮膚への刺入が検出されない場合は、Ｓ３３で、Ｓ２９の刺入開始から一定時間が経過したか否か判断する。一定時間が経過していない場合はＳ３１に戻るが、一定時間が経過した場合は、Ｓ５３に進む。

Ｓ５３では、エラーＬＥＤ３６（赤色発光）を点灯させる。Ｓ５３でエラーＬＥＤ３６を点灯させたら、Ｓ５１で、注射針２５の抜去処理を行う。具体的には、ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３を制御することで、このｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３により、注射針２５の先端をその針管２４の軸方向に沿って（即ち刺入直線に沿って）腕１０から抜き取る。

Ｓ３１で、皮膚への刺入が検出された場合は、Ｓ３５で、刺入ＬＥＤ３５（緑色発光）を点滅させる。Ｓ３７では、流量センサ３１の検出信号に基づき、針先の流体の流量を検出する。Ｓ３９では、温度センサ３２からの検出信号に基づき、針先の温度を検出する。なお、図６（ｄ）は、Ｓ３１で皮膚への刺入が検出された時の状態、即ち針先が刺入座標Ａ（ｘａ，ｙａ，ｚａ）に到達した状態を示している。

Ｓ４１では、針先が刺入目標静脈Ｊ内に刺入したか否か判断する。この判断は、例えば、流量センサ３１により所定量以上の流量の流体が検出されたか否かに基づいて行うことができる。所定量以上の流量の流体が検出された場合、その流体は静脈内の血液であることが予想される。そこで、所定量以上の流量の流体が検出された場合は、針先が静脈内に刺入したものと判断することができる。

また例えば、温度センサ３２により検出された温度の変化量が所定値以上になったか否かに基づいて行うことができる。針先が静脈内に刺入すると、静脈内の血液の流れによって針先の熱量が奪われる。つまり、温度センサ３２による検出温度が低下する。そこで、温度変化が所定値以上になった場合は、針先が静脈内に刺入したものと判断することができる。

また例えば、上記の流量に基づく判断、及び温度変化に基づく判断の双方を行って、何れか一方だけでも刺入が検知されたら静脈内に刺入したものと判断するようにしてもよいし、双方ともに刺入が検知されたら静脈内に刺入したものと判断するようにしてもよい。

Ｓ４１で、針先が刺入目標静脈Ｊ内に刺入したと判断されない場合は、Ｓ４３で、Ｓ３１での刺入検知から一定時間が経過したか否か判断する。一定時間が経過していない場合はＳ３７に戻るが、一定時間が経過した場合は、Ｓ５３に進む。

Ｓ４１で、針先が刺入目標静脈Ｊ内に刺入したと判断した場合は、Ｓ４５で、注射針２５の刺入を停止させる。即ち、ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３による、各回転支持軸７，８を介したシリンジ固定台９の駆動（延いては注射針２５の先端の駆動）を停止させる。図６（ｅ）は、Ｓ４１で針先が刺入目標静脈Ｊ内に刺入したと判断された時の状態を示している。刺入停止後は、Ｓ４７で、刺入ＬＥＤ３５を点灯させる。つまり、点滅から点灯に切り替える。

Ｓ４９では、薬液注入を行う。即ち、薬液注入アクチュエータ１３を制御することで、この薬液注入アクチュエータ１３により注射器２０の内筒２２を先端側に移動させる。これにより、外筒２１内の薬液が注射針２５の先端から静脈内に注入される。薬液の注入が完了したら、Ｓ５１で、注射針２５の抜去処理を行う。

（５）第１実施形態の効果等
以上説明した本実施形態の自動注射装置５によれば、注射針２５の針先の刺入座標Ａが算出され、針先が各回転支持軸７，８を介してその刺入座標Ａを通過するように移動・刺入される。そして、針先が刺入目標静脈内に到達したら、刺入が自動的に停止される。そのため、患者等の刺入対象者への注射針２５の刺入を、看護師等の医療従事者の技量や刺入対象者の個人差等にかかわらず、容易且つ適切に行うことが可能となる。

駆動制御装置６は、ステレオ撮像装置１８を備え、このステレオ撮像装置１８により刺入対象範囲（前腕肘窩部およびその近傍）を撮影可能である。駆動制御装置６は、ステレオ撮像装置１８により撮影された画像から、腕の静脈を三次元的に検出することができる。即ち、静脈が三次元空間内におけるどの位置に存在しているかを検出することができる。そして、駆動制御装置６は、検出された静脈の中から刺入目標静脈を１つ決定する。そのため、刺入に適した静脈及びその位置を効率的に検出することができる。

駆動制御装置６は、注射針２５の腕への刺入から、注射終了後（薬液注入の完了後）の注射針２５の抜去までの一連の動作を、自動で制御する。そのため、患者等の刺入対象者への注射針の刺入をより容易且つ適切に行うことが可能となる。

注射針２５の移動は、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向、ψ方向、及びθ方向のそれぞれにおいて可能である。そのため、注射針２５の位置や刺入角度等を精度良く制御することができる。

針先の静脈内への刺入は、流量センサ３１や温度センサ３２による検出結果に基づいて判断される。そのため、静脈内への刺入を高い精度で検出することができる。
なお、本実施形態において、シリンジ固定台９及び各回転支持軸７，８は本発明の支持部の一例に相当し、ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３及びθ方向駆動モータ１７は本発明の移動部の一例に相当し、駆動制御装置６は本発明の刺入目標位置検出部、停止判断部及び移動制御部の一例に相当する。また、図５の自動注射制御処理において、Ｓ２１の処理は本発明の刺入目標位置検出部が実行する処理の一例に相当し、Ｓ４１の処理は本発明の停止判断部が実行する処理の一例に相当し、Ｓ２５〜Ｓ２９，Ｓ４５の処理は本発明の移動制御部が実行する処理の一例に相当する。

（６）第１実施形態の変形例
本実施形態では、静脈の検出を、ステレオ撮像装置１８を用いて行ったが、静脈の検出方法は他の方法でもよい。例えば、腕１０の前腕肘窩部及びその近傍に所定波長の電磁波（可視光を含む）を照射し、その反射波を処理することで、静脈の位置や形状等を検出するようにしてもよい。

また、静脈への刺入後、流量センサ３１により検出された血流の流量に基づいて、刺入した静脈の太さを推定し、太さが不足していた場合は、注射針２５を一旦抜去して別の位置或いは別の静脈に変更するようにしてもよい。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の自動注射装置５０について、図８〜図１２を用いて説明する。
（１）自動注射装置５０の構成
本実施形態の自動注射装置５０は、図８に示すように、略直方体形状の筐体５１と、この筐体５１の一側面側に設けられた腕元支持台５３と、筐体５１における腕元支持台５３とは反対側の側面側に設けられた腕先支持台５４とを備えている。筐体５１の下部には、腕元支持台５３側から腕先支持台５４側に向けて、筐体５１の下部を貫通するように設けられた腕挿入部５２ａが形成されている。注射を受ける患者等は、腕をこの腕挿入部５２ａにおける腕元支持台５３側の腕挿入口５２から挿入し、腕の先（手首）を腕先支持台５４まで持っていく。手首が腕先支持台５４まで来ると、注射対象となる腕の前腕肘窩部は自動注射装置５０の内部（詳しくは、図８（ｂ）に示す各固定部６１，６３の間）に挿入された状態となる。

自動注射装置５０は、図８（ｂ）に示すように、その内部に、駆動制御装置６０と、第１固定部６１と、血圧センサ６２と、第２固定部６３と、脈拍センサ６４と、通電部６５と、血管撮像装置（ＭＲＩ装置）６６とが備えられている。

第１固定部６１は、腕挿入部５２ａに挿入された腕の上腕部（前腕肘窩部よりも肩側）を圧縮固定するための固定具である。この第１固定部６１は、例えば、空気注入により膨らむリング状の圧縮リングを用い、この圧縮リングへの空気注入により腕を周囲から締め付けていく構成のものである。血圧センサ６２は、公知の血圧計で採用されている構成のものを利用できる。

第２固定部６３は、腕挿入部５２ａに挿入された腕の前腕部（前腕肘窩部よりも手先側）を圧縮固定するための固定具である。この第２固定部６３は、第１固定部６１と同様の構成である。

脈拍センサ６４は、公知の脈拍センサで採用されている構成のものを利用できる。例えば、血管を透過する赤外線量の変化をモニタすることに. よって脈拍数を検知する構成や、皮膚表面に光を照射してその反射波の変化（血流による変化）から脈拍を検知する構成などの、種々のセンシング方法が知られている。

通電部６５は、腕に微弱電流を流すために設けられている。具体的には、通電部６５は、第１電極６５ａと第２電極６５ｂとを備えている。各電極６５ａ，６５ｂは、腕が腕挿入部５２ａに挿入されて且つ少なくとも第１固定部６１にて固定された状態になると腕に接触するように構成されている。

各電極６５ａ，６５ｂが腕に接触した状態で、各電極６５ａ，６５ｂ間に所定電圧を印加すると、各電極６５ａ，６５ｂを介して腕に微弱電流が流れる。この微弱電流により、注射を受ける患者等は、腕に刺激を感じる。本実施形態では、後述するように、注射針の先端が皮膚に刺入し始める際に、微弱電流を流して刺激を与え、これにより、注射針の刺入によって感じる痛みを緩和させるようにしている。

血管撮像装置（ＭＲＩ装置）６６は、腕の断面の画像を撮影するための、公知の磁気共鳴画像診断装置（Magnetic Resonance Imaging）である。この血管撮像装置６６により、腕挿入部５２ａに挿入された腕のうち特に前腕肘窩部及びその近傍の断面画像が得られる。ＭＲＩでは血管の断面画像も写ることから、その断面画像に基づいて、注射対象の静脈（刺入目標静脈）を決定することができる。

駆動制御装置６０には、その下部に、図８では図示を省略したものの、第１実施形態と同様、各回転支持軸７，８やθ方向駆動モータ１７、シリンジ固定台９が設けられている（図２参照）。シリンジ固定台９やこのシリンジ固定台９への注射器の載置方法・状態も第１実施形態と同じである。

ただし、本実施形態で用いられる注射器は、第１実施形態の注射器２０とは異なる。具体的には、図９に示すように、本実施形態の注射器７０は、外筒７１の先端部に取り付けられる注射針７５が、第１実施形態の注射針２５とは異なる。

本実施形態の注射針７５は、針基７３と針管７４を備えているという基本的構成は第１実施形態と同じであるが、本実施形態では、針管７４の先端部に血液センサ７７が設けられている。また、針基７３には、刺入圧センサ７２が設けられている。これら各センサ７２，７７による検知信号は、注射器側ハーネス７６を介して駆動制御装置６０へ入力される。

血液センサ７７は、血液の存在を検知するためのセンサである。血液センサ７７の具体的構成は種々考えられる。例えば、流量や流圧による検知構成でもよいし、血液中の所定の成分に反応するセンシング素材を用いた構成でもよい。また例えば、血液のインピーダンスを検出してその検出結果に基づいて血液の存在を検知する構成でもよい。

刺入圧センサ７２は、針先が皮膚や静脈に刺入されたことを検出するためのセンサである。具体的には、刺入圧センサ７２は、針管７４がその軸方向（即ち刺入方向）に受ける圧力を検知する。例えば、針管７４に外圧がかからない状態では、刺入圧はゼロであるが、例えば針先が皮膚に到達して腕内部への刺入が始まると、針管７４は腕からの反力を受けて刺入圧が増加する。逆に、針先が静脈内に入って、刺入に伴う抵抗力が低下すると、針管７４が受ける反力も減少して、刺入圧が減少する。

このように、針管７４が静脈内に刺入するまでの間に、針管７４が受ける軸方向の圧力（刺入圧）は変化するため、その圧力変化に基づいて、針先がいまどこに到達しているのかを検知することができる。圧力変化の検出は、例えば、弾性体の変形を利用してもよいし、圧電素子を利用して素子変形量を電気信号に変換させ、その電気信号に基づいて検出してもよい。

（２）駆動制御装置６０の構成
本実施形態の駆動制御装置６０は、図１０に示すように、制御部６８と、刺入ＬＥＤ３５と、エラーＬＥＤ３６と、ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３と、血圧表示部３７と、脈拍表示部３８とを備えている。このうち刺入ＬＥＤ３５、エラーＬＥＤ３６、及びｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３は第１実施形態と同じである。また、制御部６８は、第１実施形態と同様、θ方向駆動モータ１７や薬液注入アクチュエータ１３の駆動を制御する。

制御部６８は、血圧センサ６２からの検出信号に基づいて血圧を検出し、その検出結果（血圧値）を血圧表示部３７に表示させる。また、制御部６８は、脈拍センサ６４からの検出信号に基づいて脈拍を検出し、その検出結果（脈拍値）を脈拍表示部３８に表示させる。

制御部６８は、注射針７５に設けられた刺入圧センサ７２や血液センサ７７からの各検出信号に基づいて、針先（針管７４）の刺入状態や位置を検出したり、静脈内への針先刺入を検知したりすることができる。その他、制御部６８は、血管撮像装置（ＭＲＩ装置）６６の制御及びその撮像結果に基づく静脈位置の検出や、第１固定部６１及び第２固定部６３の駆動制御も行う。

（３）自動注射制御処理の説明
次に、制御部６８が実行する自動注射制御処理について、図１１，図１２を用いて説明する。注射対象の腕が腕挿入部５２ａに挿入された状態で、例えば注射開始ボタン（図示略）が押されるなどの所定の自動注射開始操作が行われると、制御部６８が図１１の自動注射制御処理を開始する。

なお、上記の自動注射開始操作が行われると、制御部６８は、図１１のＳ１０１の処理を開始する前に、各固定部６１，６３を駆動させて、これら各固定部６１，６３により腕を固定する。さらに、血圧センサ６２及び脈拍センサ６４を動作させ、これら各センサ６２，６４からの検出信号に基づいて血圧及び脈拍を計測して、血圧表示部３７及び脈拍表示部３８にそれぞれ表示させる。

制御部６８は、上述した各固定部６１，６３の駆動や血圧，脈拍の表示を行った後、図１１の自動注射制御処理を開始すると、Ｓ１０１で、針先座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）の初期化を行う。即ち、針先座標Ｐを所定の初期位置Ｐ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）に設定する。針先座標Ｐを所定の初期位置Ｐ０に設定する場合は、注射針７５全体を、図１２（ａ）に示すように、針管７４の軸方向がｘ軸に平行になるように移動させる。図１２（ａ）は、Ｓ１０１の処理により針先座標Ｐが初期位置Ｐ０に設定された状態を示している。

Ｓ１０３では、血管撮像装置（ＭＲＩ装置）６６によるＭＲＩ撮像、及びその撮像された画像の解析を行う。これにより、腕における表在性の静脈が検出（認識）される。
Ｓ１０５では、Ｓ１０３で検出された静脈の画像に基づき、その詳細な位置や形状等を座標レベルで三次元的に検出する。つまり、初期位置Ｐ０を基準として、どの位置（座標）にどのような静脈が存在しているのかを検出する。このＳ１０５の処理は、ＭＲＩ画像から静脈として認識された全ての静脈が対象となる。

Ｓ１０７では、Ｓ１０５で検出された各静脈の中から、第１実施形態のＳ１７と同様、注射針７５を刺入すべき刺入目標静脈を決定する。Ｓ１０９では、第１実施形態のＳ１９と同様、Ｓ１０７で決定された刺入目標静脈の静脈走行ラインＬを検出する。

Ｓ１１１では、静脈内目標座標Ｇ（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）を算出する。静脈内目標座標Ｇ（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）は、図１２に示すように、刺入目標静脈Ｊ内における、針先の最終的な到達目標位置の座標である。制御部６８は、刺入目標静脈Ｊの位置情報に基づく所定の演算方法で、静脈走行ラインＬに沿って刺入を進めた場合に針先を到達させることが可能な適切な静脈内位置を静脈内目標座標Ｇ（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）として算出する。

Ｓ１１３では、刺入開始座標Ｈ（ｘｈ，ｙｈ，ｚｈ）を算出する。刺入開始座標Ｈ（ｘｈ，ｙｈ，ｚｈ）は、図１２（ｂ）に示すように、静脈内目標座標Ｇ（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）を通る刺入直線（図１２の波線参照）上の点である。詳しくは、刺入開始座標Ｈ（ｘｈ，ｙｈ，ｚｈ）は、刺入直線上における、皮膚表面から所定距離だけ皮膚上部側に離れた位置である。

Ｓ１１５では、第１実施形態のＳ２５と同様、刺入角度θが刺入設定角度θｒとなるよう、θ方向駆動モータ１７を駆動させる。これにより、注射針２５の刺入角度θが刺入設定角度θｒに設定される。図１２（ｂ）は、Ｓ２５の処理により刺入角度θが刺入設定角度θｒに設定された状態を示している。このとき、針先座標ＰはＰ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）となる。

Ｓ１１７では、ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３を制御することにより、このｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３によって注射針７５の針先を刺入開始座標Ｈ（ｘｈ，ｙｈ，ｚｈ）に移動させる。図１２（ｃ）は、このＳ１１７の処理により針先が刺入開始座標Ｈ（ｘｈ，ｙｈ，ｚｈ）まで移動された状態を示している。

Ｓ１１９では、第１実施形態のＳ２９と同様、注射針７５の刺入を開始させる。Ｓ１２１では、刺入圧センサ７２による検出信号に基づき、針先の皮膚への刺入が検知されたか否か判断する。例えば刺入圧センサ７２により刺入圧が所定値以上になったり或いは増加量（変化量）が所定値以上となったりした場合に、皮膚への刺入を検知できる。

皮膚への刺入が検出されない場合は、Ｓ１２３で、Ｓ１１９の刺入開始から一定時間が経過したか否か判断する。一定時間が経過していない場合はＳ１２１に戻るが、一定時間が経過した場合は、Ｓ１４３に進む。Ｓ１４３では、エラーＬＥＤ３６（赤色発光）を点灯させる。Ｓ１４３でエラーＬＥＤ３６を点灯させたら、Ｓ１４１で、注射針２５の抜去処理を行う。

Ｓ１２１で、皮膚への刺入が検知された場合（図１２（ｄ）に示す状態になった場合）は、Ｓ１２５で、通電部６５による腕への微弱通電を行わせると共に、刺入ＬＥＤ３５（緑色発光）を点滅させる。

Ｓ１２７では、針先が静脈内目標座標Ｇへ到達したか否か判断する。この判断は、単に、現在の針先座標Ｐが静脈内目標座標Ｇに一致したか否かに基づいて行う。制御部６８は、ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３により針先を移動させる過程で、針先の座標を常に認識している。Ｓ１２７では、制御部自身が認識している制御上の針先座標Ｐが静脈内目標座標Ｇに一致したか否かを判断する。

Ｓ１２７で、針先（針先座標Ｐ）が静脈内目標座標Ｇへ到達したと判断されない場合は、Ｓ１２９で、センサによって針先が静脈内に刺入したことが検知されたか否かを判断する。具体的には、血液センサ７７により血液が検出されたか否かに基づいて行うが、刺入圧センサ７２による判断に代えてもよいし、刺入圧センサ７２による判断結果との論理和または論理積によって総合的に判断するようにしてもよい。刺入圧センサ７２による判断は、例えば、刺入圧の低下量（変化量）の絶対値が所定値以上になった場合に刺入したものと判断することができる。

Ｓ１２９で、センサによって針先の静脈内への刺入が検知された場合は、Ｓ１３５に進む。Ｓ１２９で、センサによっても静脈内への刺入が検知されない場合は、Ｓ１３１に進む。Ｓ１３１では、Ｓ１２１での刺入検知から一定時間が経過したか否か判断する。一定時間が経過していない場合はＳ１２７に戻るが、一定時間が経過した場合は、Ｓ１４３に進む。

Ｓ１２７で、針先（針先座標Ｐ）が静脈内目標座標Ｇへ到達したと判断した場合（図１２（ｅ）に示す状態になった場合）は、Ｓ１３３で、Ｓ１２９と同様、センサによって針先が静脈内に刺入したことが検知されたか否かを判断する。Ｓ１３３で、静脈内への刺入がセンサにより検知されなかった場合は、Ｓ１４３に進む。Ｓ１３３で、静脈内への刺入がセンサにより検知された場合は、Ｓ１３５に進む。

Ｓ１３５では、注射針２５の刺入を停止させる。なお、Ｓ１３５〜Ｓ１４１の各処理は、第１実施形態のＳ４５〜Ｓ５１の各処理と同じである。即ち、Ｓ１３５で刺入停止させた後、Ｓ１３７で刺入ＬＥＤ３５を点灯させ、Ｓ１３９で薬液注入を行い、Ｓ１４１で注射針７５の抜去処理を行う。

（４）第２実施形態の効果等
以上説明した本実施形態の自動注射装置５０によれば、血管撮像装置（ＭＲＩ装置）６６により腕の断面画像が得られ、その断面画像に基づいて静脈の存在やその位置を高い精度で検出することができる。そのため、刺入目標静脈をより適切且つ容易に決定することができ、より適切な静脈に対して注射針の刺入を行うことができる。

特に本実施形態では、静脈の断面画像に基づいて静脈内の位置を三次元的に検出し、その検出結果に基づいて、静脈内における目標位置（即ち静脈内目標座標Ｇ）を直接算出している。そのため、その算出した静脈内目標座標Ｇを目標として効率的に刺入を進めることができる。

また、注射針７５には血液センサ７７及び刺入圧センサ７２が設けられ、これら各センサにより、静脈内への刺入や皮膚への当接などが検出される。そのため、注射針７５の刺入を、これら各センサの検出結果に基づいて適切に行うことができる。

（５）第２実施形態の変形例
注射針７５が腕に刺入した後、針先が刺入目標静脈に到達してその外部表面に当接すると、静脈表面の弾力によって刺入圧が変化する。そこで、その刺入圧の変化に基づいて、針先が静脈の外部表面に当接したことを検知するようにしてもよい。針先が静脈の外部表面に到達したことを検知することで、針先の刺入過程をより細かく（段階的に）検出することが可能となる。

また、血圧及び脈拍の検出及び計測結果の表示は、それぞれ単独で行えるようにしてもよい。例えば、血圧計測ボタン及び脈拍計測ボタンを設け、注射とは無関係に何れかのボタンが押された場合はその押されたボタンに対応した検出及び計測結果の表示を行うようにしてもよい。つまり、本実施形態の自動注射装置５０を、単なる血圧計或いは脈拍計としても利用できるようにしてもよい。

また、針先が静脈内目標座標Ｇに到達した後（またはセンサにより静脈内への刺入が検知された後）、刺入圧センサ７２による刺入圧の変化、及び血液センサ７７による血液の検出結果の少なくとも一方に基づいて、針先が静脈内から静脈の外へ突き出そうになるのを検知できるようにしてもよい。例えば、血液センサ７７により血液が検出されなくなったり或いは検出状態が変化（血液量が低下）した場合、針先が静脈内において静脈の内壁に突き刺さっている可能性がある。また例えば、刺入圧が増加した場合も、針先が静脈内において静脈の内壁に突き刺さっている可能性がある。このように、血液センサ７７や刺入圧センサ７２によって針先が静脈の内壁に突き刺さっている可能性があることが検知された場合は、刺入を強制的に停止させたり、注射針７５を抜去させたりするなどの、適切な処置をとるようにしてもよい。

本実施形態では、注射針の刺入によって感じる痛みを緩和させるために、刺入時に人体へ微弱電流を流して刺激を与えるようにしたが、痛みを緩和させる方法は他の方法であってもよい。例えば、刺入時に瞬間的に麻酔ガスを発生させて患者等の刺入対象者の痛覚を瞬間的に鈍らせるようにしてもよい。また例えば、針管を暖めておくことで痛みを緩和させるようにしてもよい。また例えば、遺伝子操作やその他の方法により、蚊の針の形状や触感に近い針管を形成して、その針管を用いることで痛みを緩和するようにしてもよい。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態の輸液システム８０について、図１３〜図１７を用いて説明する。図１３に示す輸液システム８０は、いわゆる輸液ラインを含むものであり、薬液を一定量ずつ時間をかけて患者等の体内（静脈内）に注入するためのシステムである。

（１）輸液システム８０の構成
本実施形態の輸液システム８０は、図１３に示すように、輸液パック８２と、点滴筒８３と、クレンメ８４と、輸液ポンプ８５と、輸液針８７と、駆動制御装置９０とを備えている。輸液パック８２には、液体の輸液剤が充填されている。輸液パック８２は、可動式のスタンド８１の上部に吊下されている。

点滴筒８３は、輸液パック８２内の輸液剤を一定量留置するためのものである。点滴筒８３には、輸液パック８２からの輸液剤が所定の滴下速度で滴下される。クレンメ８４は、点滴筒８３から輸液ポンプ８５への輸液剤の流量や流速を調整するための部材である。

輸液ポンプ８５は、点滴筒８３からクレンメ８４を介して供給された輸液剤の輸液針８７への供給を精密にコントロールするための機器である。輸液ポンプ８５は、スタンド８１に対して着脱自在に固定されている。輸液針８７は、輸液ポンプ８５からチューブ８６を経て供給される輸液剤を患者等の輸液対象者の静脈内へ注入するための部材である。点滴筒８３からクレンメ８４、輸液ポンプ８５、チューブ８６を経て輸液針８７に至る構成要素全体により、輸液ラインが構成される。

輸液針８７は、詳しくは、図１４に示すように構成されている。即ち、輸液針８７は、クランプ部１０１と、連結部１０２と、針基１０３と、針管１０４とを備える。クランプ部１０１の後端にはチューブ８６が接続されている。チューブ８６を経て流入した輸液剤は、クランプ部１０１の内部流路、連結部１０２の内部流路、針基１０３の内部流路、及び針管１０４（の内部流路）を経て、針管１０４の針先から流出する。針基１０３における針管１０４との結合部分には、逆流センサ１０６が設けられている。

逆流センサ１０６は、詳しくは、針基１０３の内部における、輸液剤の流路に露出するように設けられている。針管１０４の先端が静脈内に刺入すると、静脈内の血液が針管１０４を経て針基１０３まで逆流してくる。逆流センサ１０６は、その血液の逆流（つまり針管１０４から針基１０３への流体の流れ）を検出するためのセンサである。

逆流センサ１０６による検出信号は、輸液針側ハーネス９６及び輸液針側コネクタ９７を介して、駆動制御装置９０へ伝送される。詳しくは、駆動制御装置９０には、図１３に示すように、装置側コネクタ９８及び装置側ハーネス９９が設けられている。輸液針８７の輸液針側コネクタ９７を装置側コネクタ９８に嵌合すると、逆流センサ１０６の検出信号が駆動制御装置９０に伝送可能となる。

駆動制御装置９０には、その下部に、第１実施形態と同様、第１回転支持軸７と、θ方向駆動モータ１７と、第２回転支持軸８とが設けられている。なお、図１５では、θ方向駆動モータ１７及び第２回転支持軸８については図示を省略している。

第２回転支持軸８の先端（θ方向駆動モータ１７とは反対側）には、クランパ９２が連結されている。クランパ９２は、第１実施形態のシリンジ固定台９とほぼ等価な役割を果たすものであり、輸液針８７をクランプして固定するものである。より具体的には、クランパ９２は、輸液針８７における後端側のクランプ部１０１をその上・下から挟む（クランプする）ことにより輸液針８７を固定・支持するものである。クランパ９２は、看護師等の、患者等に対する輸液処置を行う医療従事者の手で直接操作可能である。

本実施形態における、駆動制御装置９０に対する輸液針８７及びその先端の相対的位置関係は、第１実施形態における駆動制御装置６に対する注射針２５及びその先端の相対的位置関係と同じである。

（２）駆動制御装置９０の構成
本実施形態の駆動制御装置９０は、図１５に示すように、制御部９１と、刺入ＬＥＤ３５と、エラーＬＥＤ３６と、ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３と、ステレオ撮像装置１８と、画像処理部４２と、クランプ解除ボタン９３と、無線通信部９４とを備えている。このうち刺入ＬＥＤ３５、エラーＬＥＤ３６、ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３、ステレオ撮像装置１８、及び画像処理部４２については、第１実施形態の駆動制御装置６と同じである。

制御部９１は、輸液針８７に設けられた逆流センサ１０６からの検出信号に基づき、輸液針８７の内部への血液の逆流を検知する。また、制御部９１は、第１実施形態と同様、θ方向駆動モータ１７を制御する。

クランプ解除ボタン９３は、使用者により押し操作されるボタンである。既述の通り、クランパ９２による輸液針８７のクランプ及びその解除は、医療従事者等の手で直接行うことができる。クランプ解除ボタン９３は、医療従事者等によりクランパ９２を解除した場合に任意に押し操作することが可能なボタンである。このクランプ解除ボタン９３が押し操作されると、駆動制御装置９０は、医療従事者等の手によって輸液針８７のクランプが解除されたものと判断して、後述する所定の処理（図１６のＳ２３３等参照）に移行する。

無線通信部９４は、駆動制御装置９０が輸液ポンプ８５との間で所定の無線通信を行うための通信モジュールである。駆動制御装置９０及び輸液ポンプ８５は、相互に無線通信可能に構成されている。

（３）自動輸液制御処理の説明
次に、制御部９１が実行する自動刺入制御処理について、図１６を用いて説明する。輸液対象者の腕１０が腕挿入部５２ａ（図１参照）に挿入された状態で、例えば刺入開始ボタン（図示略）が押されるなどの所定の自動刺入開始操作が行われると、制御部９１が図１６の自動刺入制御処理を開始する。

制御部９１は、図１６の自動刺入制御処理を開始すると、Ｓ２０１で、針先座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）の初期化を行う。なお、このＳ２０１からＳ２２３までの処理は、図５におけるＳ１１からＳ３３までの処理と基本的に同じである。つまり、Ｓ２０１からＳ２２３までの処理により、輸液針８７の腕への刺入が開始される。なお、Ｓ２２１における刺入の判断は、例えば、第２実施形態と同じように刺入圧センサを設けてその検出信号に基づいて行うようにしてもよい。また例えば、第１実施形態と同じように、温度センサによる温度変化に基づいて判断してもよいし、図示しない接触センサを針先に設けてその接触センサの検出信号に基づいて判断してもよい。

Ｓ２２１で、輸液針８７の皮膚への刺入が検出されない場合は、Ｓ２２３で、Ｓ２１９の刺入開始から一定時間が経過したか否か判断する。一定時間が経過していない場合はＳ２２１に戻るが、一定時間が経過した場合は、Ｓ２３９に進む。Ｓ２３９では、エラーＬＥＤ３６（赤色発光）を点灯させる。Ｓ２３９でエラーＬＥＤ３６を点灯させたら、Ｓ２３７で、輸液針８７の抜去処理を行う。

Ｓ２２１で、皮膚への刺入が検出された場合は、Ｓ２２５で、逆流センサ１０６の検出信号に基づき、輸液針８７の針先が刺入目標静脈Ｊ内に刺入したか否か判断する。Ｓ２２１で、輸液針８７の針先が刺入目標静脈Ｊ内に刺入したと判断されない場合は、Ｓ２２７で、Ｓ２２１での刺入検知から一定時間が経過したか否か判断する。一定時間が経過していない場合はＳ２２１に戻るが、一定時間が経過した場合は、Ｓ２３９に進む。

Ｓ２２５で、輸液針８７の針先が刺入目標静脈Ｊ内に刺入したと判断した場合は、Ｓ２２９で、輸液針８７の刺入を停止させる。刺入停止後、Ｓ２３１で、輸液ポンプ８５へ、輸液開始指令を無線送信する。

Ｓ２３３では、医療従事者等によりクランプ解除ボタン９３が押し操作されたか否か判断する。クランプ解除ボタン９３が押し操作された場合は、輸液針８７からクランパ９２が解除されたものと判断し、この図１６の処理を終了する。この場合、輸液終了後の輸液針８７の抜去は、自動では行われないため、医療従事者等が直接行う必要がある。

Ｓ２３３で、クランプ解除ボタン９３が押し操作されていない場合は、Ｓ２３５で、輸液ポンプ８５から無線通信にて輸液完了通知が受信されたか否か判断する。輸液完了通知が受信されていない間はＳ２３３に戻るが、輸液完了通知が受信された場合は、Ｓ２３７に進むＳ２３７では、輸液針８７の抜去処理を行う。つまりこの場合は、輸液針８７の抜去は自動で行われることになる。

（４）輸液ポンプ制御処理の説明
次に、輸液ポンプ８５内の制御部（マイクロコンピュータ）（図示略）が実行する自動輸液制御処理について、図１７を用いて説明する。輸液ポンプ８５の制御部は、図１７の自動輸液制御処理を開始すると、Ｓ３０１で、駆動制御装置９０から無線通信にて輸液開始指令を受信したか否か判断する。輸液開始指令を受信した場合は、Ｓ３０３で、輸液を開始する。即ち、医療従事者等により設定された流速にて、輸液剤を輸液針８７側へ供給する。

Ｓ３０５では、規定量の輸液剤の注入が完了したか否か判断する。規定量の輸液剤の注入が完了した場合、Ｓ３０７で、輸液剤の供給を停止し、Ｓ３０９で、輸液完了通知を無線通信にて駆動制御装置９０へ送信する。

（５）第３実施形態の効果等
本実施形態の輸液システム８０によれば、一般に点滴とも呼ばれる、静脈内への各種薬剤等の継続的な注入についても、医療従事者等の技量等にかかわらず効率的に行うことができる。

即ち、通常は医療従事者等によって行われる輸液針８７の刺入を、自動で且つ適切に行わせることができる。医療従事者等は、本システムによって輸液針８７の刺入が自動で行われた後は、そのまま輸液が完了するまで維持させてもよいし、クランパ９２によるクランプを解除して、輸液針８７を絆創膏等で固定するなどの通常の処置を行うようにしてもよい。

また、駆動制御装置９０と輸液ポンプ８５との間で無線通信が可能であり、駆動制御装置９０による輸液針８７の刺入が完了したら、その旨が輸液ポンプ８５に通知されて、これにより輸液ポンプ８５からの輸液剤の供給が開始される。さらに、輸液が完了したらその旨が駆動制御装置９０に通知され、これにより駆動制御装置９０が輸液針８７の抜去を行う。このように、輸液針８７の刺入から輸液剤の供給を経て輸液針８７の抜去までの一連の処置をほぼ全て自動で行うことができる。

（６）第３実施形態の変形例
血液の逆流の検知は、針管１０４に直接逆流センサ１０６を設ける方法に限らず、他の方法でも可能である。例えば、針管１０４とは別に、針管１０４よりも細い微小な針を少なくとも１つ設け、針管１０４と共にその微小な針も腕に刺入させて、その微小な針への血液逆流の有無に基づいて静脈内への刺入を検知するようにしてもよい。

輸液針８７の刺入後、クランプ解除ボタン９３が押し操作されるか又は輸液が完了するまでの間に、例えば逆流センサ１０６により流体の異常な流れを検知したり、或いは輸液ポンプ８５による輸液剤の供給が正常に行われなくなるなどの、何らかの異常を検知した場合は、輸液を強制的に停止させると共に、ナースステーションへの無線通知を行って医療従事者等へ異常発生を通知するようにしてもよい。

輸液ポンプ８５を用いるのは必須ではない。ただし、輸液ポンプ８５を用いない場合は、輸液剤８２が常に刺入対象の腕よりも高い位置になるようにするのが望ましい。これを実現するために、例えば、輸液剤８２の高さと腕の高さの差を直接又は間接的に検知可能なセンサを設けるようにしてもよい。そして、このセンサにより、例えば輸液剤８２の高さが腕の高さ以下になったことが検知されるなど、適切な輸液が阻害される要因が発生した場合は、警告を発生したり輸液を強制停止させるなどの所定の処置を行うようにしてもよい。

また、シリンジポンプに注射器をセットし、その注射器の先端にチューブ８６を接続することで、シリンジポンプを用いた注射に対して本発明を適用することも可能である。
また、輸液剤８２は、輸液パックに輸液剤が充填された構成に限らず、種々の構成であってもよい。例えば、濃縮された輸液剤を小型の輸液パックや輸液ケースに封入しておき、空気中の水分を集めて濃縮輸液剤を薄めることが可能な機構により濃縮輸液剤を薄めた上で静脈内へ注入するようにしてもよい。このようにすれば、輸液剤を軽量化することができ、輸液中に患者等が動きやすくなる。特に、輸液ポンプ８５を用いない場合は、輸液剤を含む輸液ライン全体を患者等の身体に支持させることで、輸液中であっても患者等がより自在に動き回れるようにすることができる。

［他の実施形態］
（１）上記各実施形態で説明したシステムや装置の具体的構成はあくまでも一例である。例えば、第１実施形態の自動注射装置５（図１等）や第２実施形態の自動注射装置５０を、人間の上半身の形をしたロボットの形態で実現してもよい。具体的には、人型ロボットの腕やその先端部に、ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータやθ方向駆動モータ（或いはこれらと同等の機能を有する機構）を搭載し、人間が注射を行うのと同じような動きを人型ロボットの腕に行わせて注射を行えるようにしてもよい。

（２）第１実施形態における刺入座標Ａや、第２実施形態における静脈内目標座標Ｇは、一度算出したら、その算出した座標を記憶しておき、同じ患者等が再び注射等を行う際にはその記憶しておいた座標を用いて前回と同様に注射等を行うようにしてもよい。

また、注射針を目標位置まで刺入した場合、注射針を抜去する際にその目標位置近傍に例えば磁性体等の目印部材を残しておき、次回以降再び注射針等の刺入を行うときにはその目印部材の存在を外部から検知してその目印部材をもとに目標位置まで刺入できるようにしてもよい。

（３）針先の静脈内への検知方法は、様々な方法を採用できる。例えば、針先に振動センサを設け、血液の流れにより生じる針先の振動を検出することにより静脈内への刺入を検知するようにしてもよい。

また例えば、針先に色判定センサを設け、静脈血管の色を探知するように設定して、色判定センサにより静脈血管の色が探知されるまで刺入を進めるようにしてもよい。また例えば、注射器の外筒内に液圧センサを設け、薬液の圧力の変化に基づいて針先の刺入を検知するようにしてもよい。

また例えば、針先の周りに光ファイバ（発光用ファイバ及び受光用ファイバ）を、発光用ファイバと受光用ファイバとの間に血液が存在するように設け、受光用ファイバによる受光量の変化等に基づいて針先の刺入を検知するようにしてもよい。

（４）上記実施形態では、患者等の腕は固定して、注射器（注射針）や輸液針を動かすことにより自動で注射や輸液を行うシステムについて説明したが、これらとは逆に、注射器や輸液針は固定して、腕を移動（詳しくは腕を固定する腕固定台等を移動）させることにより、所望の刺入位置へ注射針等を刺入できるようにしてもよい。もちろん、注射器側と腕側の双方を自在に移動できるようにしてもよい。

（５）例えば輸液においては、一度刺入した輸液針を、輸液完了後もそのまま身体に刺入したままにしておいてもよい。その場合、輸液針として、内針及び外套針を有するいわゆる静脈留置針を用い、輸液が終了しても外套針をそのまま静脈内に留置させて、次に再び輸液を行う際はその留置させている外套針を利用して輸液を行うようにしてもよい。

（６）本発明は、上述した静脈内注射や静脈内への輸液に限らず、注射針等の針を刺入するあらゆる態様に対して適用可能である。例えば、皮内注射、皮下注射、筋肉注射、関節注射、動脈注射、輸血、採血などの、針の刺入を伴う各種の刺入行為に対して本発明を適用可能である。

なお、例えば皮下注射のように、静脈を刺入対象としない注射の場合、静脈内への刺入は誤った刺入となる。そのため、そのように静脈内を刺入対象としない注射に対して本発明を適用する場合は、例えば逆流センサを設けるなどして血液の逆流を検知（ひいては静脈内への刺入を検知）できるようにし、血液の逆流を検知した場合は、刺入を停止したり、注射針を抜去して再び刺入を試みたりするなどの適宜の処理を行うようにしてもよい。

１…自動注射システム、２…支持台、３…腕固定台、３ａ，３ｂ…固定バンド、５，５０…自動注射装置、６，６０，９０…駆動制御装置、７…第１回転支持軸、８…第２回転支持軸、９…シリンジ固定台、１０…腕、１１…載置部、１２…つばもと挿入溝、１３…薬液注入アクチュエータ、１４…可動子移動溝、１５…シリンジ固定帯、１７…ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ４３及びθ方向駆動モータ、１７…θ方向駆動モータ、１８…ステレオ撮像装置、２０，７０…注射器、２１，７１…外筒、２１ａ…つばもと、２２…内筒、２２ａ…内筒頭、２３，７３，１０３…針基、２４，７４，１０４…針管、２５，７５…注射針、２６，７６…注射器側ハーネス、２７…注射器側コネクタ、２８，９８…装置側ハーネス、２９，９９…装置側コネクタ、３１…流量センサ、３２…温度センサ、３５…刺入ＬＥＤ、３６…エラーＬＥＤ、３７…血圧表示部、３８…脈拍表示部、４１，６８，９１…制御部、４２…画像処理部、４３…ｘｙｚψ方向駆動アクチュエータ、５１…筐体、５２…腕挿入口、５２ａ…腕挿入部、５３…腕元支持台、５４…腕先支持台、６１…第１固定部、６２…血圧センサ、６３…第２固定部、６４…脈拍センサ、６５…通電部、６５ａ…第１電極、６５ｂ…第２電極、６６…血管撮像装置、７２…刺入圧センサ、７７…血液センサ、８０…輸液システム、８１…スタンド、８２…輸液パック、８２…輸液剤、８３…点滴筒、８４…クレンメ、８５…輸液ポンプ、８６…チューブ、８７…輸液針、９２…クランパ、９３…クランプ解除ボタン、９４…無線通信部、９７…輸液針側コネクタ、１０１…クランプ部、１０２…連結部、１０６…逆流センサ、Ｌ…静脈走行ライン。

Claims (3)

1. 注射針を直接又は間接的に支持する支持部と、
   前記支持部を所定の移動範囲内で移動させることにより前記注射針を移動させることが可能な移動部と、
   前記注射針の刺入対象者の身体における、前記注射針を通過又は到達させるべき所定の刺入目標位置を検出する刺入目標位置検出部と、
   前記注射針の針先が刺入を停止させるべき所定の刺入停止位置に到達したか否かを判断する停止判断部と、
   前記注射針が前記刺入目標位置を通過又は前記刺入目標位置に到達するように前記移動部を移動させることで前記注射針を前記身体に刺入させ、前記身体への刺入後、前記停止判断部により前記針先が前記刺入停止位置に到達したと判断された場合に前記移動部の移動を停止させる移動制御部と、
   を備えることを特徴とする自動注射針刺入装置。
2. 請求項１に記載の自動注射針刺入装置であって、
   前記注射針の刺入対象者の身体における所定の刺入対象範囲を撮影する撮影部を備え、
   前記刺入目標位置検出部は、前記撮影部により撮影された画像に基づいて前記刺入目標位置を検出する
   ことを特徴とする自動注射針刺入装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の自動注射針刺入装置であって、
   前記移動制御部は、前記停止判断部により前記針先が前記刺入停止位置に到達したと判断されたことにより前記移動部の移動を停止させた後、前記注射針を前記身体から抜去させるために前記移動部を所定の抜去方向へ移動させる
   ことを特徴とする自動注射針刺入装置。