JP2015223269A

JP2015223269A - シリンジポンプ

Info

Publication number: JP2015223269A
Application number: JP2014109126A
Authority: JP
Inventors: 森川　秀行; Hideyuki Morikawa; 秀行森川
Original assignee: Uniflows Co Ltd
Current assignee: Uniflows Co Ltd
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2015-12-14

Abstract

【課題】液体の微量注入時における液体の注入流量の注入開始直後から安定するまでの時聞を短縮すると共に、注入流量のうねりを防止できるシリンジポンプを提供する。【解決手段】シリンジ２のプランジャー２Ｂを駆動し、プランジャー２Ｂの押圧力でシリンジ本体２Ａ内の薬液を送液するシリンジポンプであって、シリンジ２のプランジャー２Ｂを駆動するステッピングモータ３と、ステッピングモータ３を駆動制御するコントローラ５と、を備え、コントローラ５が、プランジャー２Ｂをステップスリップ現象が生じない速度以上で且つ１周期における駆動時間と停止時間の比率に基づく平均流速が設定流量に対応する流速となるよう間欠的に駆動させると共に、プランジャー駆動開始直後に、プランジャー駆動時間が予め定めた補正時間増大するようステッピングモータ３を駆動制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、シリンジポンプに関し、特に、液体の注入流量の注入開始直後から安定するまでの時間を短縮できるシリンジポンプに関する。

例えば、患者への栄養補給、輸血、化学療法剤、麻酔剤等の薬液の注入に際して、従来からシリンジポンプが利用されている。シリンジポンプは、液体、例えば薬液が収容されたシリンジ本体内に摺動可能に挿入されたプランジャーを、駆動モータによりシリンジ本体の軸方向に移動させることにより、プランジャーの押圧力によって薬液を送液する装置である。このシリンジポンプによれば、長時間にわたって高い精度で流量制御を行うことができる（例えば、非特許文献１）。

「テルフュージョンシリンジポンプＴＥ‐351Ｑ取扱説明書」テルモ株式会社、2001年1月27日改訂（第２版）、p.1-8

ところで、従来の市販の例えば医用シリンジポンプは、一般的にプランジャーの駆動に直流モータを使用し、直流モータを一定速度で連続運転して薬液注入を行っている。このような従来のシリンジポンプでは、シリンジに接続する延長チューブやシリンジの容積膨張等に起因して注入初期において薬液の注入速度が設定流量に見合った速度になるまでの時間が長い。薬液を長時間にわたって微量注入する場合、例えば、流量１ｍｌ／ｈｒで薬液注入した時、注入速度は、注入開始５分後に５０％に達し、１時間後にやっと１００％になる。このため、従来のシリンジポンプのスタートアップ曲線は、図５に示すように注入開始直後における薬液の流量の立上りが遅く、流量が注入開始直後から安定するまでに時間がかかるという問題がある。また、微量注入時はプランジャーを低速で移動させるので、シリンジ本体とプランジャーとの摺動部分において低速時に起きるステップスリップ現象に起因して注入速度の変動が生じ、注入する薬液の流量にうねりが生じるという問題がある。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、液体の注入時、特に、液体の微量注入時における液体の注入流量の注入開始直後から安定するまでの時聞を短縮すると共に、注入流量のうねりを防止できるシリンジポンプを提供することを目的とする。

このため、本発明は、シリンジのプランジャーを駆動し、前記プランジャーの押圧力で前記シリンジ内の液体を送液するシリンジポンプであって、前記シリンジのプランジャーを駆動するステッピングモータと、該ステッピングモータを駆動制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記プランジャーを所定速度以上で且つ１周期における駆動時間と停止時間の比率に基づく平均流速が設定流量に対応する流速となるよう間欠的に駆動させると共に、プランジャー駆動開始直後に、プランジャー駆動時間が予め定めた補正時間増大するよう前記ステッピングモータを駆動制御することを特徴とする。

本発明のシリンジポンプによれば、液体の注入流量の注入開始直後から安定するまでの時間を短縮できるので、患者に薬液を注入する場合の薬液の効果が早くなる。また、液体注入時にプランジャーの摺動部におけるステップスリップ現象を防止できるので、注入速度の変動に起因する流量のうねりを抑制でき、患者に薬液を注入する場合の患者の負担の軽減できる。また、ステッピングモータの回転を検出するエンコーダを設けてステッピングモータの脱調の有無を判定する判定機能を付加すれば、輸液ラインの閉塞や過負荷状態等の異常を早期に検出でき、シリンジポンプ使用時の事故の減少に繋がる。

本発明のシリンジポンプの一実施形態を示す構成図である。本発明のシリンジポンプの送液パターン例を示す図である。本発明のスタートアップ曲線を示す図である。ステッピングモータの脱調検出タイミングの説明図である。従来のシリンジポンプのスタートアップ曲線を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のシリンジポンプの一実施形態の構成図を示し、患者に薬液を注入する医用シリンジポンプとして使用する場合について説明する。
図１において、本実施形態のシリンジポンプ１は、シリンジ内の薬液をモータを用いて吐出するもので、シリンジ２と、ステッピングモータ３と、エンコーダ４と、制御部としてのコントローラ５と、を備えている。

前記シリンジ２は、薬液を吸入・保持し、これを吐出して患者に注入するもので、円筒形のシリンジ本体２Ａと、シリンジ本体２Ａ内に摺動可能に挿入されたプランジャー２Ｂからなる。シリンジ本体２Ａは、先端側小径部に延長チューブ（図示せず）が接続され、フランジ部が形成された他端側からプランジャー２Ｂが挿入される。前記プランジャー２Ｂの基端部には押し子６の一端部が連結されている。前記押し子６の他端部には、ハーフナット（図示せず）が組み込まれ、前記ハーフナットを介してステッピングモータ３により回転する送りネジ７に押し子６の他端部が連結されている。前記ハーフナットは、送りネジ７と平行なガイド軸（図示せず）によって送りネジ７の軸方向にガイドされる。これにより、ステッピングモータ３により送りネジ７が回転したとき、ハーフナットは回転せず送りネジ７の軸方向に直線運動し、ステッピングモータ３の回転運動が直線運動に変換されて押し子６を介してプランジャー２Ｂがシリンジ軸に沿って図中左方向に移動する。

前記ステッピングモータ３は、シリンジ２のプランジャー２Ｂを駆動するもので、コントローラ５から出力される駆動パルスによって駆動される。ステッピングモータ３は、回転速度は入力する駆動パルスの周波数、回転角度は入力する駆動パルスの数によって制御される。従って、プランジャー２Ｂの移動速度は、ステッピングモータ３に入力する駆動パルスの周波数を可変することで制御でき、プランジャー２Ｂの移動量は、ステッピングモータ３に入力する駆動パルス数を可変することで制御できる。

前記エンコーダ４は、ステッピングモータ３の回転数を検出するもので、ステッピングモータ３が１ステップ角（１駆動パルス当たりの回転角）回転する毎に１つの回転検出パルスを出力する。

前記コントローラ５は、ステッピングモータ３の駆動を制御するもので、ステッピングモータ３を駆動制御してプランジャー２Ｂの移動速度を制御することにより、シリンジ本体２Ａから患者に注入する薬液の注入流量を制御する。また、ステッピングモータ３へ出力する駆動パルスの数とエンコーダ５から出力される回転検出パルスの数を比較することにより、シリンジポンプ１の輸液ライン閉塞又は過負荷等に起因するステッピングモータ３の脱調の有無を判定する判定機能を有し、脱調有りと判定したときはシリンジポンプ１の異常発生と判断して警報機（図示せず）を駆動し警報を発生させると共に、ステッピングモータ３を停止制御する。

次に、本実施形態のシリンジポンプ１による薬液の注入動作について説明する。
コントローラ５の操作部（図示せず）で薬液の注入流量を設定する。コントローラ５は、設定流量に基づいて設定した送液パターンでプランジャー２Ｂを駆動すべくステッピングモータ３を駆動制御する。ステッピングモータ３の駆動期間では、送りネジ７が回転し、押し子６が図示しないガイド軸に沿って図１中左方向に移動する。押し子６が図１中左方向に移動すると、プランジャー２Ｂが押され、プランジャー２Ｂの押圧力によって、シリンジ本体２Ａ内から薬液が吐出し、接続した延長チューブ（図示せず）を通って患者の体内に薬液が注入される。ステッピングモータ３の停止期間では、駆動時には送りネジ７の回転が停止し、押し子６の移動が停止し、プランジャー２Ｂの移動が停止し、シリンジ本体２Ａ内からの薬液の吐出が停止する。シリンジ本体２Ａ内の薬液の吐出動作の終了は、図示しない原点センサでプランジャー２Ｂの位置を検出し、予め確認しておいた原点センサがＯＮとなる原点位置にプランジャー２Ｂが到達したことを原点センサで検出することにより、コントローラ５によりステッピングモータ３を停止し、薬液吐出動作終了とする。又は、コントロール５で注入予定量を設定し、コントローラ５が注入予定量に達したことを検出して、コントローラ５によりステッピングモータ３を停止し、薬液吐出動作終了とする。

上述の薬液注入動作において、コントローラ５は、設定流量に基づいて設定した送液パターンでプランジャー２Ｂを駆動すべくステッピングモータ３を駆動制御するが、具体的には、コントローラ５は、プランジャー２Ｂを所定速度以上で且つ１周期における駆動時間と停止時間の比率に基づく平均流速が前記設定流量に対応する流速となるよう間欠的に駆動させると共に、プランジャー２Ｂの駆動開始直後に、プランジャー２Ｂの駆動時間が予め定めた補正時間増大するようステッピングモータ３を駆動制御する。ここで、前記所定速度とは、シリンジ本体２Ａとプランジャー２Ｂとの摺動部でプランジャー２Ｂが低速で移動するときに起こるステップスリップ現象が生じない早い速度である。また、プランジャー２Ｂの駆動開始直後に、プランジャー２Ｂの駆動時間を増大する補正時間は、シリンジや延長チューブの容積膨張や機構部におけるバックラッシュ等に起因する流量の立上り遅れを補正するもので、例えば、予め注入試験を行い、その試験結果に基づいて適正な補正時間を決定して予めコントローラ５に設定する。

図２に、本実施形態のシリンジポンプ１の送液パターン例を示す。
図２の実線で示す送液パターンにおいて、シリンジ２や延長チューブ（図示せず）の容積膨張や機構部のバックラッシュ等に起因する注入流量の立上り遅れを補正するために、注入開始直後に、プランジャー２Ｂの駆動時間（パルス幅）を予め設定した補正時間分、増大補正して送液の流量を増大し、その後は、ステップスリップ現象が起きない高速で且つ１周期における駆動時間（パルス幅）と停止時間（パルスとパルスの間の期間）の比率に基づく平均流速が設定流量に対応する流速となるようパルス送液を行っている。図２において、パルスの高さは注入速度、言い換えればプランジャー２Ｂの駆動速度（ステッピングモータ３の回転速度）を示し、パルス幅は注入時間、言い換えればプランジャー２Ｂの駆動時間（ステッピングモータ３の駆動時間）を示し、破線は平均流量を示す。

かかる本実施形態のシリンジポンプ１によれば、そのスタートアップ曲線は図３のようになり、図５に示す従来のシリンジポンプのスタートアップ曲線と比較して明らかなように、薬液の注入流量の注入開始直後から安定するまでの時間を短縮できる。これにより、患者に薬液を注入する場合の薬液の効果が早くなる。また、プランジャー２Ｂの移動速度を高速としたことで、薬液注入時、特に微量注入時におけるステップスリップ現象を防止できるので、注入速度の変動に起因する流量のうねりを抑制でき、患者に薬液を注入する場合の患者の負担の軽減できる。

また、注入動作中、エンコーダ４でステッピングモータ３の回転検出を行っており、コントローラ５は、ステッピングモータ３に出力する駆動パルス数とエンコーダ４から入力する回転検出パルス数を比較し、比較結果に基づいてステッピングモータ３の脱調の有無を常時判定している。具体的には、コントローラ５からステッピングモータ３へ駆動パルスを入力するとステッピングモータ３が回転し、ステッピングモータ３が１ステップ角（１駆動パルス当たりの回転角）回転する毎にエンコーダ５から１つの回転検出パルスがコントローラ５に入力する。即ち、図４に示すように、コントローラ５から駆動パルスが１つ出力される毎にエンコーダ４から回転検出パルスが１つ入力する。従って、コントローラ５の駆動パルス数とエンコーダ４の回転検出パルス数を比較し、図４の破線で示すように、コントローラ５から駆動パルスが発生したにも拘わらず、エンコーダ４の回転検出パルスの入力がない場合に、ステッピングモータ３が脱調し正常に回転しなかったと判断し、ステッピングモータ３への駆動パルス出力を停止してステッピングモータ３を停止制御する。

かかる脱調の有無を判定する判定機能を設けたことにより、輸液ラインの閉塞や過負荷状態等、機構部の動作異常を早期に検出でき、シリンジポンプ使用時の事故の減少に繋がる。

上記実施形態は、シリンジポンプを患者に薬液を注入するための医用機器に適用した例を説明したが、医用機器に限らず、理化学機器の薬液送液用等、他の高精度に微量定量で液体を送液する用途にも適用できる。

１シリンジポンプ
２シリンジ
２Ａシリンジ本体
２Ｂプランジャー
３ステッピングモータ
４エンコーダ
５コントローラ
６押し子
７送りネジ

Claims

シリンジのプランジャーを駆動し、前記プランジャーの押圧力で前記シリンジ内の液体を送液するシリンジポンプであって、
前記シリンジのプランジャーを駆動するステッピングモータと、
該ステッピングモータを駆動制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記プランジャーを所定速度以上で且つ１周期における駆動時間と停止時間の比率に基づく平均流速が設定流量に対応する流速となるよう間欠的に駆動させると共に、プランジャー駆動開始直後に、プランジャー駆動時間が予め定めた補正時間増大するよう前記ステッピングモータを駆動制御することを特徴とするシリンジポンプ。
前記ステッピングモータの回転を検出するエンコーダを設け、前記制御部は、ステッピングモータへ入力する駆動パルス数と前記エンコーダから出力される回転検出パルス数を比較し、比較結果に基づいて前記ステッピングモータの脱調の有無を判定する判定機能を備える請求項１に記載のシリンジポンプ。
前記所定速度は、前記プランジャーの摺動部においてステップスリップ現象が生じない速度である請求項１又は２に記載のシリンジポンプ。
前記補正時間は、前記シリンジ及び当該シリンジに接続する延長チューブの容積膨張を考慮して決定する請求項１〜３のいずれか１つに記載のシリンジポンプ。