JP2016010602A - 閉塞検出装置及び輸液装置並びに閉塞検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
これは、薬液を送液する輸液チューブの閉塞を検出する技術であって、輸液チューブの閉塞をポンプ機構の上下流側で検出する一対の閉塞センサと、閉塞検出圧設定手段と、一対の閉塞センサのいずれかで検出された検出値と閉塞検出圧とを比較する比較手段とを備えてなる輸液チューブの閉塞検出技術である。
請求項2に記載の閉塞検出装置は、請求項1に記載の閉塞検出装置において、前記ポンプ機構の駆動源の周期的な動作位置を検出する位置センサをさらに備え、この位置センサの出力信号が前記閉塞センサの出力信号と共に前記データ処理回路に入力され、前記データ処理回路は、前記流路の内圧の変化が前記位置センサの出力信号に同期しているとの判定結果に基づき、前記流路の閉塞位置が前記ポンプ機構の上流側であるとの閉塞検出の解析結果を出力することを特徴とする。
請求項3に記載の閉塞検出装置は、請求項1又は請求項2に記載の閉塞検出装置において、前記ポンプ機構はペリスタルティック式のポンプ機構であり、前記流路はチューブであることを特徴とする。
請求項4に記載の閉塞検出装置は、請求項3に記載の閉塞検出装置において、前記ポンプ機構は、複数のフィンガの進退動作による蠕動運動によって液体を送液するフィンガ式ポンプ機構又は複数のローラの回転による蠕動運動によって液体を送液するローラ式ポンプ機構からなることを特徴とする。
請求項5に記載の閉塞検出装置は、請求項1〜4のうちのいずれか1の項に記載の閉塞検出装置において、前記閉塞センサは前記流路の外形変形を検出するひずみゲージであることを特徴とする。
請求項6に記載の輸液装置は、流路は輸液チューブである請求項1〜5のうちのいずれか1の項に記載の閉塞検出装置を具備することを特徴とする。
請求項7に記載の閉塞検出方法は、可撓性を有する流路を弾性変形させて液体を送液するポンプ機構の上下流側における前記流路の閉塞を検出する方法であって、前記ポンプ機構の下流側に配設された閉塞センサにより前記ポンプ機構の送液動作時の前記流路の内圧を検出する第1のステップと、この第1のステップで検出された前記流路の内圧の変化に基づいて、前記流路の閉塞が前記ポンプ機構の上下流側のどちら側に発生したかを解析する第2のステップとを有することを特徴とする。
請求項8に記載の閉塞検出方法は、請求項7に記載の閉塞検出方法において、前記第2のステップは、前記流路の内圧が、前記ポンプ機構の駆動源の動作位置に同期して変化するか否かを判定するステップを有することを特徴とする。
医療分野で使用される輸液装置(輸液ポンフ゜)において、薬液や透析液等の液体を輸液チューブにより送液するためのポンプ機構としては、ペリスタルティック(Peristaltic)式のものが広く用いられている。ペリスタルティック式は、フィンガ(突起)を複数備えてなるフィンガ式と円柱状のローラを複数備えてなるローラ式とがあり、輸液チューブ(以下、チューブとも記す。)をフィンガ又はローラと押さえ板との間で挟持する。そして送液動作時には、フィンガの進退動作又はローラの回転による蠕動運動により、チューブの側面をしごくように押圧し弾性変形させてチューブ内の薬液等を一定方向へ送液する。
なお、フィンガ式のポンプ機構としては、例えば上掲特許文献1に記載のポンプ機構が挙げられ、ローラ式のポンプ機構としては、例えば特開2006−223448号公報や特開2012−82730号公報に記載のポンプ機構が挙げられる。
また、ペリスタルティック式以外にも、例えば特開平10−71202号公報に記載のポンプ機構が挙げられる。これは輸液流路の途中に可撓性の壁面を有するチャンバを設け、このチャンバをプランジャ等により往復動させることによって送液するものである。
以上のように本発明は可撓性を有する流路を押圧することで送液動作を行う輸液装置に適用される。
本発明では、図1(A)〜(C)に例示するように、チューブ(流路、管状体)1の上下流側の閉塞を、ポンプ機構3の下流側に設けたひずみゲージ等による閉塞センサ2のみ、つまり上流側には閉塞センサを設けない構成により検出可能とするもので、以下にその原理を説明する。なお、図1(A)〜(C)において、10はチューブ1をポンプ機構3との間で挟持する押さえ板である。この押さえ板10は、ポンプ機構3の送液動作を正常に行わせ、かつチューブ1の外形変形を閉塞センサ2によって正しく検出できるようにするための部材である。
この正常状態から、下流側のチューブ1のどこか、例えば位置5で閉塞が発生すると、その閉塞位置5より上方側のチューブ1の内圧が正常状態時よりも増してチューブ1が膨張(外形変形)する〔図1(B)〕。これにより、下流側に設けた閉塞センサ2が押圧されて出力信号(チューブ内圧検出信号)が変化し、下流側のチューブ1の内圧上昇が検出、すなわち下流側の閉塞が検出される。
従来技術のように上流側にも閉塞センサが配設されている場合は、上流側で閉塞が発生すると閉塞位置よりも下流には輸液の補充が行われないため、正常状態時よりもチューブが収縮する。これにより、上流側の閉塞センサではチューブに生じた内圧低下を検出、すなわち上流側の閉塞が検出される。
まず、ペリスタルティック式、ここではそのうちのフィンガ式のポンプ機構3を例示する図2を参照して送液動作を説明する。
図2(A)〜(F)は、送液動作時におけるフィンガF(F1〜F6)とチューブ1の圧閉状態の関係を示す図であって、6個のフィンガF1〜F6の進退動によるチュ−ブ1に対する蠕動運動(送液動作)1サイクルについて示している。フィンガF1〜F6中、F2〜F5が送液用のフィンガであり、F1,F6は輸液4をチューブ1内に貯めるためのフィンガである。なお、チュ−ブ1の図中、上側は上記押さえ板10〔図1(A)〜(C)参照〕によって押さえられている。
蠕動運動1サイクルにつき以下に説明する。
図2(A)では、ポンプ機構3の下流端側(ポンプ機構3内のチューブ下流端側)をフィンガF6を最前進位置まで前進させて輸液流を堰き止め、ポンプ機構3のチューブ1内に輸液4を供給する。
同(B)では、フィンガF1を最前進位置まで前進させてポンプ機構3の上流端(ポンプ機構3内のチューブ上流端)でも輸液流を堰き止め、チューブ1内に輸液4を貯めて送液準備を整える。
同(C)では、フィンガF6を後退させ始めてチューブ下流端側に送液を開始する。
同(D)では、フィンガF3、F4を前進させて順次チューブ下流端側に送液する。また、フィンガF1を後退させ始め、チューブ上流端側からの新たな輸液4をチューブ1に貯める。
同(E)では、フィンガF3に続いてフィンガF4も最前進位置まで前進させ、チューブ下流端側への送液を継続すると共に、新たな輸液4をチューブ1に貯め続ける。
同(F)では、フィンガF4に続いてフィンガF5も最前進位置まで前進して吐出動作を完了し、蠕動運動1サイクルを終え、図2(A)の状態に戻る。同(F)は、次の送液準備に入っている段階でもある。
以上の図2(A)〜(F)を繰り返して蠕動運動が継続される。
この輸液4の逆流→チューブ1の収縮に伴い、チューブ1には、図1(B)に示す下流側の閉塞時に比べて小さいが外形変形が生じる。したがって、このチューブ1の外形変形をポンプ機構3の下流側に設けた閉塞センサ2〔図1(C)〕で検出すれば、上流側のチューブ1の閉塞が検出できる。
このチューブ1の外形変形は、ポンプ機構3の送液動作(一連のフィンガFによる蠕動運動)において、各サイクル毎に、図2(B)→(C)となるタイミングで発生、つまりポンプ機構3の送液動作に同期して発生することになる。
また、フィンガF(F1〜F6)の駆動機構としては、図1(A)〜(C)に示すように、フィンガFを偏心カムに係合させ、同偏心カムが設けられた偏心カム軸11をモータ12によって回転させる構成としたものが通例である。この場合、モータ動作監視のため光学式エンコーダ等の回転位置センサ13によってモータ12の回転位置を検出している。これにより、モータ12の回転位置センサ13の出力信号(回転位置信号)を参照して、フィンガFが現在、図2(A)〜(F)中のどの送液動作状態にあるかが判定可能となる。
これにより、上記閉塞センサ2の出力信号においても回転位置センサ13の出力信号に同期して変化が生じるので、出力信号レベルが比較的小さくてもその信号変化の有無の解析は可能である。
あるいは、上流閉塞によるチューブ1の収縮は送液動作の各サイクル毎に周期的に発生するため、閉塞センサ2の出力信号に周期的な変化が発生した場合、この周期をもとに上流閉塞を検出してもよい。
また、チューブ1に生じた閉塞だけでなく、輸液4が空の状態になったこと(輸液4全量の送液が完了したこと)を検出することも可能である。
なお、閉塞センサ2の出力信号における送液動作に同期した変化の検出に必要な回転位置センサ13は、ポンプ機構3を駆動する駆動源の制御に通常使用されている駆動源動作位置センサ、ここではモータ12の制御に通常使用されている回転位置センサ13を共用できるので、新たに設ける必要はない。
図4(A)は回転位置センサ13の一方のセンサ部の出力信号、同(B)は下流側に設けた閉塞センサ2の出力信号、同(C)は回転位置センサ13の他方のセンサ部の出力信号を示す。
図4(B)に示す閉塞センサ2の出力信号において、符号αを付して示す振動波形部が上流側の閉塞発生によって現れた信号である。この振動波形部αは、図4(A)、同(C)に示す回転位置センサ13(両センサ部)の出力信号の特定の回転位置に同期して周期的に発生していることが分かる。
ここで、異なる周期で回転位置信号〔図4(A)、同(C)〕を出力する2個のセンサ部を備えた回転位置センサ13を使用したのは、モータ12の回転方向(正逆回転の別)を特定するためである。モータ12の回転方向を逆転させない仕様である等、回転位置だけの検出でよければ1個のセンサ部を備えた回転位置センサにより、上流側の閉塞の検出が可能である。異なる周期で回転位置信号を出力する2個のセンサ部を備えた回転位置センサ13を使用し、モータ等の回転方向を特定する方法は周知であるので、ここではその説明を省略する。
このように下流側の閉塞は、従来の下流側に設けた閉塞センサによる検出方法と同様に、閉塞センサ2の出力信号レベルが上昇を開始してから閉塞センサ2の出力信号レベルが予め定めた閾値(信号レベル)V1を超えたか否か比較するだけで検出できるので、上記回転位置センサ13からの回転位置信号は無用である。
以上説明したように本発明においては、チューブ1の上流側及び下流側の閉塞を、ポンプ機構3の下流側に設けた閉塞センサ2のみ、つまり1個の閉塞センサ2があれば検出可能となって、閉塞検出装置の低コスト化、小型化が図れる。
なお閉塞センサ2は、チューブ1の内圧上昇、特に内圧上昇によるチューブ1の外形変形を検出できるものであればひずみゲージ以外のセンサであってもよい。閉塞センサ2にひずみゲージを用いる場合は、センサ表面部分をフラット構造にすることができるため清掃性を向上させることができる。また、ひずみゲージは温度変化に対する出力が安定しているという特長も持つ。
図6は、本発明に係る閉塞検出装置の一実施形態のブロック図である。
この図6において、61はモータ制御回路であって、モータ駆動回路62を制御してモータ12を駆動し、ポンプ機構3を送液動作させて、チューブ1内の輸液4を図6中、上方から下方に向けて送液させる制御を行う。
モータ12には、ステッピングモータが用いられ、回転位置センサ13からの回転位置信号(駆動源動作位置信号)s2をモータ制御回路61に帰還してモータ12を高い精度で制御可能である。
データ処理回路63は、閉塞センサ2の出力信号(チューブ内圧検出信号)s1及び回転位置センサ13からの回転位置信号s2を取り込んでチューブ1の閉塞を検出する回路である。具体的には、データ処理回路63は、チューブ1の閉塞の有無とその閉塞がポンプ機構3の上下流側のどちら側に発生したかを解析し、その解析結果を出力する回路である。
本実施形態において、データ処理回路63は、入力部63a、データ解析部63b及び制御信号発生部63cを備えて構成されている。
データ処理回路63の入力部63aは、閉塞センサ2の出力信号s1及び回転位置センサ13からの回転位置信号s2に対して、例えば増幅、波形整形、A/D変換等、両信号s1,s2に応じた必要な入力処理を行う。データ解析部63bは、上記の解析を行ってその解析結果(閉塞検出結果)を制御信号発生部63cに与える。制御信号発生部63cは、データ解析部63bからの解析結果から、用途に応じた制御信号s3〜s6を出力する。
本実施形態に係る閉塞検出装置には、閉塞検出時において、警告メッセージを表示する表示装置64及び警告音を発生する警告音発生装置65が接続されている。この表示装置64及び警告音発生装置65は、データ処理回路63の制御信号発生部63cの出力端子に接続されている。制御信号発生部63cの出力端子は、閉塞検出時にモータ12を停止するようにモータ制御回路61にも接続されている。
閉塞センサ2は、ポンプ機構3の下流側にのみ設けられ、チューブ1の上流側及び下流側の閉塞が検出可能であることは上述した通りである。
いま、モータ制御回路61によりモータ駆動回路62が制御されてモータ12が駆動され、ポンプ機構3が図2(A)〜(F)に示す送液動作中であって、輸液4がチューブ1内を図6中、上方から下方に向けて送液されているとする。
このような送液動作状態において、データ処理回路63の入力部63aには、閉塞センサ2の出力信号s1及び回転位置センサ13からの回転位置信号s2が取り込まれる(ステップ702)。
ステップ703では、閉塞センサ2の出力信号s1の変化が、具体的には図4(B)中の振動波形部αが、回転位置センサ13からの回転位置信号s2に同期しているか否か(「Yes」か「No」か)、すなわち、チューブ1の上流側の閉塞が生じているか否かを判定する。閉塞が生じているとする「Yes」の判定は、回転位置信号s2の特定のタイミング(図2(C)の状態となった瞬間)に閉塞センサ2の出力信号s1の変化が生じた場合になされる。
ステップ703における判定結果が「No」であれば、処理をステップ702に戻し、「Yes」であればステップ705〜707を実行する。
すなわち、ステップ705では、制御信号発生部63cからモータ制御回路61に対してモータ12を停止させる信号s3を出力し、モータ12を停止させる。
ステップ706では、制御信号発生部63cから警告音発生装置65に対してチューブ1に閉塞が生じた旨の信号s4を出力し、警告音発生装置65から警告音を発生させる。
ステップ707では、制御信号発生部63cから表示装置64に対してチューブ1の上流側に閉塞が生じた旨の信号s5を出力し、表示装置64に例えば「上流側に閉塞発生!!」なる警告メッセージを表示させる。
作業者には、警告音発生装置65から警告音によってチューブ1に閉塞が生じたことが報知され、また、表示装置64に表示された警告メッセージによってその閉塞が上流側で発生したことが報知される。
なお、ステップ706と707の順序は入れ替えてもよい。
閾値(信号レベル)V1を予め数種類準備しておき、そのうちいずれかを作業者が選択するステップを例えば図7のフローチャート実行開始前の時点に設定しておいてもよい。
ステップ704における判定結果が「No」であれば、処理をステップ702に戻し、「Yes」であればステップ708〜710を実行する。
すなわち、ステップ708では、制御信号発生部63cからモータ制御回路61に対してモータ12を停止させる信号s3を出力し、モータ12を停止させる。
ステップ709では、制御信号発生部63cから警告音発生装置65に対してチューブ1に閉塞が生じた旨の信号s4を出力し、警告音発生装置65から警告音を発生させる。
ステップ710では、制御信号発生部63cから表示装置64に対してチューブ1の下流側に閉塞が生じた旨の信号s6を出力し、表示装置64に例えば「下流側に閉塞発生!!」なる警告メッセージを表示させる。
作業者には、警告音発生装置65から警告音によってチューブ1に閉塞が生じたことが報知され、また、表示装置64に表示された警告メッセージによってその閉塞が下流側で発生したことが報知される。
なお、ステップ709と710の順序は入れ替えてもよい。
ステップ702〜704における判定結果がいずれも「No」である場合は、ポンプ機構3の上下流いずれの側においても閉塞が生じていない正常状態であると判定して、表示装置64に正常状態である旨のメッセージを表示するようにしてもよい。
したがって本実施形態によれば、下流側に設けた閉塞センサ2で上流側及び下流側の閉塞が検出可能となり、部品点数や組立工数を削減できて低コスト化が図れ、また、装置の占有空間も縮小できて装置の小型化も図ることができる。
図8において、81は上面にハンドル82を有する筐体である。この筐体81には、ポンプ機構3及びこの輸液装置の動作に係る図示しない駆動手段、制御手段、データ処理手段、警報手段等からなる輸液装置本体と、上述した閉塞検出装置、ここでは図6に示した閉塞検出装置60が収納されている。
ポンプ機構3の送液動作に係る図6中のモータ制御回路61、モータ駆動回路62、表示装置64及び警告音発生装置65は、上記輸液装置本体に含まれる。輸液装置本体の上記データ処理手段に図6中のデータ処理回路63を兼用させてもよい。
閉塞検出装置60に設けられる閉塞センサ2は、図6に示すようにポンプ機構3の下流側の1個のみであって、この1個の閉塞センサ2によって輸液チューブ1の上流側及び下流側の閉塞を検出する。
このポンプ機構配置面84の上下方向複数箇所、ここでは3箇所には輸液チューブガイド85が設けられている。この輸液チューブガイド85は、ポンプ機構3及び閉塞センサ2部分(ポンプ・センサ部21)の表面を通って上下方向にわたされる輸液チューブ1を定位置にガイドし、保持する。
扉86の裏面には、押さえ板10が取り付けられている。この押さえ板10は、扉86を閉じたときに、ポンプ・センサ部21の表面に装着された輸液チューブ1をポンプ・センサ部21とで挟持し、ポンプ機構3の送液動作を正常に行わせ、かつ閉塞センサ2で輸液チューブ1の外形変形を正しく検出できるようにする部材である。
筐体81の正面左側の操作盤面83には、電源スイッチ、送液開始スイッチ、送液停止スイッチ、強制停止スイッチ、警告音・警告メッセージ停止スイッチ等、本輸液装置を操作するための複数のスイッチ(スイッチ群88)が配設されている。また、図6に示す表示装置64、警告音発生装置65等も配設されていて、本輸液装置の様々な操作状態及び動作状態の表示、警告音の発生、警告メッセージの表示等が可能である。
送液動作中に閉塞検出装置60が輸液チューブ1の閉塞を検出すると、ポンプ機構3は自動停止して安全が図られる。また、警告音発生装置65から警告音を発生すると共に表示装置64には警告メッセージが表示される。警告メッセージの内容は、閉塞がポンプ機構3の上流側で発生したか、下流側で発生したかで異なるので、作業者は警告メッセージを見ることにより閉塞発生位置を知ることができ、閉塞発生位置に応じた対処が可能である。
このような輸液装置によれば、輸液チューブ1の閉塞検出装置として低コストで小型の閉塞検出装置60を使用したので、輸液装置の低コスト化、小型化が図れる。
請求項2に記載の閉塞検出装置は、請求項1に記載の閉塞検出装置において、前記データ処理回路は、さらに、前記閉塞センサにより検出された流路の内圧が閾値を超えた場合に流路におけるポンプ機構の下流側が閉塞していると判定して、その判定結果を出力するものであることを特徴とする。
請求項3に記載の閉塞検出装置は、請求項1又は請求項2に記載の閉塞検出装置において、前記ポンプ機構はペリスタルティック式のポンプ機構であり、前記流路はチューブであることを特徴とする。
請求項4に記載の閉塞検出装置は、請求項3に記載の閉塞検出装置において、前記ポンプ機構は、複数のフィンガの進退動作による蠕動運動によって液体を送液するフィンガ式ポンプ機構又は複数のローラの回転による蠕動運動によって液体を送液するローラ式ポンプ機構からなることを特徴とする。
請求項5に記載の閉塞検出装置は、請求項1〜4のうちのいずれか1の項に記載の閉塞検出装置において、前記閉塞センサは前記流路の外形変形を検出するひずみゲージであることを特徴とする。
請求項6に記載の輸液装置は、流路は輸液チューブである請求項1〜5のうちのいずれか1の項に記載の閉塞検出装置を具備することを特徴とする。
請求項7に記載の閉塞検出方法は、可撓性を有する流路を弾性変形させて液体を送液するポンプ機構の上下流側における前記流路の閉塞を検出する方法であって、前記ポンプ機構の下流側に配設された閉塞センサにより前記ポンプ機構の送液動作時の前記流路の内圧を検出する第1のステップと、この第1のステップで検出された前記流路の内圧の変化に基づいて、前記流路の閉塞が前記ポンプ機構の上下流側のどちら側に発生したかをデータ処理回路により解析する第2のステップとを有することを特徴とする。
請求項8に記載の閉塞検出方法は、請求項7に記載の閉塞検出方法において、前記第2のステップは、前記流路の内圧が、前記ポンプ機構の駆動源の動作位置に同期して変化するか否かをデータ処理回路により判定するステップを有することを特徴とする。
Claims (8)
- 可撓性を有する流路を弾性変形させて液体を送液するポンプ機構の上下流側における前記流路の閉塞を検出する装置であって、
前記ポンプ機構の下流側に配設され、前記ポンプ機構の送液動作時の前記流路の内圧を検出する閉塞センサと、
この閉塞センサにより検出された前記流路の内圧の変化に基づいて、前記流路の閉塞が前記ポンプ機構の上下流側のどちら側に発生したかを解析し、その解析結果を出力するデータ処理回路と、を具備することを特徴とする閉塞検出装置。 - 前記ポンプ機構の駆動源の周期的な動作位置を検出する位置センサをさらに備え、
この位置センサの出力信号が前記閉塞センサの出力信号と共に前記データ処理回路に入力され、
前記データ処理回路は、前記流路の内圧の変化が前記位置センサの出力信号に同期しているとの判定結果に基づき、前記流路の閉塞位置が前記ポンプ機構の上流側であるとの閉塞検出の解析結果を出力することを特徴とする請求項1に記載の閉塞検出装置。 - 前記ポンプ機構はペリスタルティック式のポンプ機構であり、前記流路はチューブであることを特徴とする請求項1又は2に記載の閉塞検出装置。
- 前記ポンプ機構は、複数のフィンガの進退動作による蠕動運動によって液体を送液するフィンガ式ポンプ機構又は複数のローラの回転による蠕動運動によって液体を送液するローラ式ポンプ機構からなることを特徴とする請求項3に記載の閉塞検出装置。
- 前記閉塞センサは前記流路の外形変形を検出するひずみゲージであることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか1の項に記載の閉塞検出装置。
- 流路は輸液チューブである請求項1〜5のうちのいずれか1の項に記載の閉塞検出装置を具備することを特徴とする輸液装置。
- 可撓性を有する流路を弾性変形させて液体を送液するポンプ機構の上下流側における前記流路の閉塞を検出する方法であって、
前記ポンプ機構の下流側に配設された閉塞センサにより前記ポンプ機構の送液動作時の前記流路の内圧を検出する第1のステップと、
この第1のステップで検出された前記流路の内圧の変化に基づいて、前記流路の閉塞が前記ポンプ機構の上下流側のどちら側に発生したかを解析する第2のステップとを有することを特徴とする閉塞検出方法。 - 前記第2のステップは、
前記流路の内圧が、前記ポンプ機構の駆動源の動作位置に同期して変化するか否かを判定するステップを有することを特徴とする請求項7に記載の閉塞検出方法。
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