JP2016523656A - 線形ポテンショメータおよび注射器母指押圧部検出センサの複合体ならびに関連するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

注射器ポンプ用の複合型検出位置センサ。当該センサは、ピボット運動可能な注射器母指押圧部クランプを備えており、それにより係合ピンが線形膜型ポテンショメータの第１の回路を変形し、そうしてポンプにおける注射器の検出用の閉スイッチおよびプランジャヘッド位置の指示用の可変信号リターンを提供する。当該センサの実施形態は、例えば、比較的大型の注射器ポンプおよび比較的小型の注射器ポンプにおいて使用できる。

Description

本発明は、概して医療デバイスに関する。より具体的には、本発明は、注射器ポンプ内における注射器母指押圧部の存在を判定し、注射器ポンプ内における注射器母指押圧部の位置を正確に特定するとともに、プランジャヘッドの線形位置を判定する注射器ポンプ、システム、および方法に関する。本発明はゆえに、デュアルセンサ、特に検出位置センサとして構成されるデバイスに関する。

薬剤送達デバイスおよび薬剤送達システムの分野は、「注射器ポンプ」を含んでおり、注射器ポンプは、典型的に予め充填された薬剤注射器であって、規定された用量の薬剤を、注射器に流体接続された輸液ラインを通じて患者に対して制御された速度で送達するようにマイクロプロセッサ制御下で機械的に駆動される。注射器ポンプは、典型的に親ねじを回転するモータを含む。親ねじは次にプランジャ駆動部を起動し、プランジャ駆動部は注射器の筒内においてプランジャを前方に押圧する。プランジャを前方に押圧することにより、規定された用量の薬剤を、注射器から外部へ、輸液ラインの中へ、そして患者静脈内へまたは任意の他の適切な経路を介して強制的に移動させる。本明細書の記載の全体にわたって使用されるように、用語「注射器ポンプ」は概して、注射器に作用して流体を注射器から外部へ制御可能に強制的に移動させる、任意の医療デバイスに関係することが意図されている。

典型的に注射器ポンプでは、注射器ポンプが注射器を押圧する力を計測するために、力センサが注射器母指押圧部に隣接して配置される。この測定された力を使用して、例えば、望まれない下流閉鎖を示唆しうる、注射器内部の流体圧力を測定できる。母指押圧部に隣接した力センサは、比較的大型の注射器ポンプ、例えば患者ベッドの近傍に設けられるもの、あるいは病院および臨床現場で利用されるものについては典型的に満足のいくものであるが、比較的小型のデバイス、例えば、許容できる侵入保護等級を備えた比較的コンパクトなデバイスの提供が特に関心事となりうる、外来用の注射器ポンプについては満足のいくものではないか、あるいは課題を残すものである。

これら課題または欠点に対処する試みにより、力センサを注射器ポンプへ内部に配置して流体圧力を測定することとなった。試みられた別のアプローチは、力センサを、移動するプランジャヘッドの中に配置し、注射器の力を直接計測することである。しかしながら、注射器母指押圧部の正確な配置または着座を判定するには別個のセンサが要求される。１つのアプローチは、力センサとは別個の構成要素としてデジタル式またはアナログ式の母指押圧部センサを提供することを伴うものであり、デジタルスイッチは母指押圧部が正確な位置にあることを確認し、アナログデバイスは母指押圧部のサイズを計測するとともに、そのサイズが正確な範囲内にあることを検証する。また、多くの注射器ポンプは、プランジャヘッドの線形位置を計測する別個のセンサをさらに含む。

前記従来アプローチに伴う１つの課題は、主要プリント回路基板とセンサとの間に相対的な運動が存在する結果として、動作中の構成要素（例えば、力センサまたは母指押圧部センサ）と、静止している構成要素（例えば、主要プリント回路基板）との間において電気的接続またはワイヤが移動することである。別の課題は、多数の別個の構成要素を提供しなければならないということであり、これが続いてより複雑なシステムをもたらしている。

その結果、前述したような注射器ポンプに関連する課題を解決するシステムおよび方法を提供することが有用かつ有利になるであろう。

本明細書の開示内容は、注射器ポンプ内における注射器母指押圧部の検出および正確な着座に関するとともに、比較的少数の可動部品および構成要素を有するセンサシステムにおいて注射器ポンプの中のプランジャヘッドの線形位置の判定に関する。特に、望まれるものは、注射器母指押圧部が配置されているか、または正確に着座されていることを検出するとともに（検出センサ）、プランジャヘッドの線形位置を判定する（位置センサ）、単一のセンサである。

後述する実施形態は、比較的シンプルで、安価であり、堅牢な注射器ポンプ用の複合型検出位置センサを提供するための方法、システムおよびデバイスに関する。当該センサは、ピボット運動可能な注射器母指押圧部クランプを備えることができ、それにより係合ピンが線形膜型ポテンショメータの第１の回路を変形し、そうして検出用の閉スイッチと、プランジャヘッド位置の指示用の可変電圧もしくは他の信号リターンとを提供する。

比較的小型で、シンプルで、経済的な注射器ポンプの例示的な実施形態を示す。 一実施形態において、薬剤注射器とともに使用中の、本明細書に記載されるデュアルセンサを有する注射器ポンプの概略図である。 一実施形態において、薬剤注射器が所定位置にない、本明細書に記載されるデュアルセンサの概略図である。 一実施形態において注射器母指押圧部クランプを示す図である。 一実施形態において従来の膜型線形ポテンショメータを示す図である。 一実施形態において係合ピンを起動したときの従来の膜型線形ポテンショメータの断面図を示す図である。

本明細書に開示される実施形態は、添付図面に関して後述する種々の実施形態の詳細な記載を考慮してより完全に理解されうる。

本発明は種々の変更および代替形態を受け容れる余地がある一方、その詳細を図面に例示するとともに詳細に説明する。しかしながら、その意図は、記載される特定の実施形態に本発明を限定するものではないと理解すべきである。むしろ、その意図は本発明の趣旨および範囲内にある全ての変更、均等物および代替物を包含することである。

実施形態は、その本質的な属性から逸脱することなく、他の特定の形態で提供されてもよい。例示される実施形態は、全ての点において例示であるとともに限定しないものと考慮すべきである。後述する詳細な記載は図面を参照して読み取るべきであり、図面においては異なる図面における同様の要素に同様の符号を付与する。

種々の実施形態において、注射器母指押圧部検出センサおよびプランジャヘッド位置センサの複合体（検出位置センサ）に関するデバイス、システムおよび方法を開示する。かかる検出位置センサ（「当該センサ」）は、シンプルかつ堅牢である一方、従来のデバイスおよびシステムと比較したとき、より少数の構成要素および比較的少数の可動部品を有していて、それにより従来の注射器センサを上回る利点を提供する。当該センサの実施形態は、比較的大型の注射器ポンプ（例えば「病院用ポンプ」）および比較的小型の注射器ポンプ（例えば「外来用ポンプ」）の双方において使用できるとともに、侵入保護等級、力センサの精度、および注射器ポンプのサイズ要件のうちの１または２以上を考慮できる。実施形態において、当該センサは、単一の線形膜型ポテンショメータおよび注射器母指押圧部クランプを備えていて、注射器ポンプ内における注射器母指押圧部の存在および着座を検出するとともに、さらに注射器ポンプ内におけるプランジャヘッドの線形位置を判定するのに協働して作用するよう構成されている。一実施形態では、注射器母指押圧部クランプがピボット運動可能であって、係合ピンに運動を伝達しており、係合ピンは次いで線形膜型ポテンショメータの第１の回路を変形する。第１の回路を変形することにより、検出用のスイッチを閉じるとともに、プランジャヘッド位置の指示用の可変電圧または他の信号リターンを提供する。当該センサは、比較的少数の可動部品および構成要素を有する。

図１は、外来用または比較的小型で、シンプルで、経済的な注射器ポンプ１００の一実施形態を図示する。注射器ポンプ１００は、図示される実施形態において、外部ハウジング１０２、ピボット運動可能なカバー１０４、注射筒受容部１０６、注射器保持クランプ１０８、プランジャ駆動部１１０、力センサ１１２、および注射器母指押圧部クランプ１１４を備える。図２は、注射器ポンプ１００の中に配置された注射器１１６を概略的に図示する。注射器１１６は、一実施形態において、注射筒１１８、プランジャ１２０、母指押圧部１２２、保持コンポーネント１２４、および先端部１２６を備える。意図した目的に適している限り、注射器ポンプ１００および注射器１１６の他の実施形態が考慮される。

一実施形態では、検出位置センサ１０１が２つの主要な構成要素である注射器母指押圧部クランプ１１４および線形膜型ポテンショメータ１５０を備える。図３ａおよび図３ｂに図示されるものは、Ｕ字形として構成された本体１３０を備える注射器母指押圧部クランプ１１４の一実施形態であり、Ｕ字形は注射器プランジャ１２０を受容するよう寸法決めされている。他の実施形態では、注射器母指押圧部クランプ１１４の本体１３０をＵ字形以外の形状、例えば四角形、Ｖ字形、半円形、半卵形に構成できる。本体１３０はさらに２つのアーム１３２を備えており、各アーム１３２は遠位端において突起１３４を有する。注射器母指押圧部クランプ１１４はさらに加圧アーム１３６を備える。加圧アーム１３６の遠位端はポテンショメータ係合ピン１３８を備えており、加圧アーム１３６の近位端はピボットリング１４０を備える。ピボットリング１４０は、Ｕ字形の本体１３０の底部に固定的に取り付けることができる。係合ピン１３８は、加圧アーム１３６と一体化するか、または加圧アーム１３６に取り付けられる別個の構成要素にできると考えられる。

線形膜型ポテンショメータ１５０の一実施形態を図４ａおよび図４ｂに図示する。ポテンショメータ１５０は、第１の回路１５４を備える第１の膜面１５２、シール層１５６、第２の回路１６０を備える第２の膜面１５８、および基層１６２を備える。他の実施形態では、ポテンショメータ１５０は、類似の方法または適切な方法で動作するのであれば、当該技術分野において提供されるような任意の構成にできる。一実施形態では、基層１６２の底部に接着剤が設けられており、ポテンショメータ１５０を注射器ポンプ１００の中に接着できる。他の実施形態では、ポテンショメータ１５０がねじを使用して実装されるか、または所定位置に「スナップ留めされる」か、もしくは幾つかの他の適切な方法で貼り付けられる。図４ｂには、ポテンショメータ１５０およびその第１の回路１５４の動作においてさらに説明するように、ピン１３８が追加的に図示されている。

図３ａは、センサ１０１の構成の一実施形態を図示しており、ここでは注射器１１６が注射器ポンプ１００の中に配置されていない。一実施形態において図示されるように、注射器母指押圧部クランプ１１４をプランジャ駆動部１１０にピボットリング１４０を介してピボット運動可能に結合できる。ポテンショメータ係合ピン１３８は、第１の回路１５４に対して位置決めでき、それにより第１の回路１５４に対する最小限の接触（図示せず）または非接触（図示する）がもたらされる。突起１３４は、駆動部１１０に隣接して位置決めできるとともに、駆動部１１０に接触できるか（図示せず）、または突起１３４と駆動部１１０との間に隙間（図示する）を維持できる。この構成では、線形膜型ポテンショメータ１５０が開回路または常開スイッチであり、そうして注射器１１６が注射器ポンプ１００の中に配置されていないことを検知する。

動作中、図２に図示される実施形態に示すように、注射器１１６は注射器ポンプ１００の中に挿入されており、注射筒１１８が注射筒受容部１０６に接触する。プランジャ１２０は注射器母指押圧部クランプ１１４のＵ字形部分の中に配置されており、それにより母指押圧部１２２が力センサ１１２と注射器母指押圧部クランプ１１４との間に配置される。母指押圧部１２２の存在により、注射器母指押圧部クランプ１１４が方向ｘに移動し、注射器母指押圧部クランプ１１４が回動点１４１回りに回転させられ、それが係合ピン１３８を方向ｙに強制的に移動させ、そうして第１の回路１５４において力を作用させる。図４ｂに示すように、第１の回路１５４における力は、第１の回路１５４を変形し、第２の回路１６０に接触させ、そうして回路を完成するか、またはスイッチを閉じる。したがって、注射器１１６の存在検出は、注射器１１６が存在するときには閉スイッチとして作用するとともに、注射器１１６が取り外されたときには開スイッチとして作用する、線形膜型ポテンショメータ１５０に起因して達成される。

また、線形膜型ポテンショメータ１５０は、プランジャヘッドの線形位置をさらに判定するデュアルセンサ１０１である。スイッチが閉じられたとき（すなわち、注射器１１６が所定位置にあるとき）、可変電圧または他の信号がポテンショメータ１５０に対する係合ピン１３８の長手方向の位置に基づいて返される。ポテンショメータ１５０は、第１の回路１５４が第２の回路１６０に接触するときに電圧出力を生成する分圧器である。電圧出力は、可変的であるとともに、係合ピン１３８が第１の回路１５４に沿って長手方向に移動するときに変化する。出力電圧を測定することにより、プランジャヘッドの線形位置の指示を提供でき、それによりポテンショメータ１５０および注射器母指押圧部クランプ１１４がセンサ１０１に線形位置機能を提供する。

これら実施形態の利点は、注射器の存在およびプランジャヘッドの線形位置を検出するとともに、比較的少数の構成要素と可動部品を有する、デュアルセンサを提供する単一のシステムという点である。かかる単一のデュアルセンサシステムの別の利点は、前述したようなハードワイヤードの構成要素間における運動または可変的な変位を伴わないという点である。また、当該デュアルセンサシステムは、当業者に知られている従来のシステムよりもシンプルなシステムである。そして、比較的少数の構成要素および可動部品に起因して、デュアルセンサシステムを従来のデバイスおよびシステムより堅牢にできる。

また前述したように、これら実施形態では、注射器母指押圧部クランプがピボット運動可能で、係合ピンに運動を伝達するようになっており、係合ピンは次いで線形膜型ポテンショメータの第１の回路を変形する。第１の回路の変形により、検出用のスイッチを閉じるとともに、プランジャヘッド位置の指示用の可変電圧リターンを提供する。しかし、かかる二元的な検出位置フィードバックを提供するために、他の適切な構成要素、デバイスおよび技術を利用できることを認識されるとともに理解されたい。例えば、（ｉ）注射器が装填されていないときに、あるいは注射器が不適切に装填されているときに、または注射器が装填されておらずかつ注射器が不適切に装填されているときに、信号（もしくは第１の信号）を返さず、ならびに（ｉｉ）注射器が適切に装填されているときに、信号（もしくは第１の信号と区別される第２の信号）を返すように機能し、次いでプランジャの線形変位の指示を提供するという条件において、レーザ干渉計システムおよび超音波検出システムを含む。また、他の関連する構成要素も対応する適切な態様で置換されるか、または構成されるという条件において、特定のデバイスにおける常開スイッチまたは開回路を常閉スイッチまたは閉回路によって置換できることを理解されたい。例えば、常開スイッチが常閉スイッチまたは閉回路によって置換される一実施形態では、デバイスにおいて対応する常閉スイッチまたは閉回路が常開スイッチまたは開回路によって置換され、それにより対応する２つのスイッチまたは回路が特定の実施形態において意図したとおり互いに反対に作用する。さらに、回動点１４１が対応して配置されるという条件において、ピボットリング１４０を母指押圧部クランプ１１４またはプランジャ駆動部１１０の何れかに配置できることを認識されるとともに理解されたい。

注射器ポンプ用の複合型検出位置センサを提供するシステムおよびデバイスを、添付図面および明細書を参照して特に示し説明してきたが、当該システムおよびデバイスへの他の変更が当然に可能であることを理解すべきであり、それら変更の全ては本明細書に記載される新規で独創的なシステム、デバイスおよび方法の真の趣旨および範囲内となるよう意図される。したがって、種々の特徴の構成およびデザインを特定の実施形態に応じて修正または変更できる。

例えば、他の実施形態においては、後述するデバイス、すなわち（ｉ）二重膜型ポテンショメータ式デバイス、（ｉｉ）剛性ポテンショメータ式デバイスであって、注射器がポンプ内に存在しないかまたは適切に装填されていないときに、ポテンショメータにわたって接触する「ワイパ（wiper）」が電気的に解放されるもの、および（ｉｉｉ）任意の適切なポテンショメータ式センサであって、注射器が存在しない場合または注射器が不正確に装填されている場合に「空値（null）」信号を返すとともに、注射器が正確に装填されている場合に可変電圧または他の信号を返すものを、単独でまたは組み合わせて提供できるとともに、前述した単一の線形膜型ポテンショメータに対する代替物または追加物として提供できる。これら例示的な実施形態の何れにおいても、可変電圧または他の信号が、デジタルであろうとアナログであろうと、プランジャヘッドの位置に比例していて、プランジャヘッドの位置の指示となりうることを認識されるとともに理解されたい。

複合型検出位置センサは、比較的小型の注射器ポンプ、例えば外来用ポンプ、および他の比較的コンパクトで、シンプルで、経済的な注射器ポンプに関して説明されてきたが、かかる新規で独創的なセンサは比較的大型で、複雑で、高価なポンプにおいても有利に提供できることを認識されるとともに理解されたい。

また、図面の寸法および縮尺は、例示的な実施形態の詳細を明確に示すように選択されている。したがって、幾つかの実施形態においては、種々の特徴部の間の間隔、例えば注射筒と注射筒受容部との間の間隔が視覚的に感知できない可能性がある。何れにせよ、寸法および縮尺は、注射器ポンプ用の複合型検出位置センサを提供するシステムおよびデバイスの種々の実施形態にわたって著しく変更されうる。

また、例示的な一実施形態または複数の実施形態は、単なる例示であって、本発明の範囲、適用可能性、または構成を決して限定するよう意図していないことを認識すべきである。むしろ、前述する詳細な記載は、例示的な一実施形態または複数の実施形態を実施することを可能にする開示を当業者に提供するであろう。添付された特許請求の範囲に記載される本発明の範囲およびその法的な均等物から逸脱することなく、要素の機能および配置において種々の変更を行えることを理解すべきである。

前記実施形態は、例示であるとともに限定しないよう意図される。追加の実施形態は、特許請求の範囲内にある。特定の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、変更を所定の形態で詳細に行ってよいことを認識するであろう。

本発明への種々の変更は、本明細書を読んだ際に当業者に明らかになるであろう。例えば、関連する技術分野の当業者は、本発明の異なる実施形態について説明された種々の特徴を、本発明の趣旨の範囲内において、他の特徴とともに、単独でまたは異なる組み合わせで、適切に組み合わせうること、組み合わせなくてもよいこと、および再度組み合わせうることを認識するであろう。同様に、前述した種々の特徴は全て、本発明の範囲または趣旨への限定ではなく、例示的な実施形態とみなすべきである。したがって、前記内容は本発明の範囲を限定するよう考慮されていない。

本発明について特許請求の範囲を解釈する目的のため、特定の用語「ための手段」または「ためのステップ」が特許請求の範囲に記載されていない限り、米国特許法第１１２条第６項の規定を適用しないことが明確に意図されている。

Claims (5)

1. 注射器母指押圧部クランプと、
   前記注射器母指押圧部クランプに結合される線形膜型ポテンショメータと、
   を備える、注射器ポンプ検出位置センサ。
2. 前記注射器母指押圧部クランプが、底部と、該底部から突出するアームと、前記アームの遠位端における突起と、前記底部に固定的に取り付けられているピボットリングと、前記ピボットリングに固定的に取り付けられている加圧アームと、前記加圧アームの遠位端における係合ピンとを備える、請求項１に記載の注射器ポンプ検出位置センサ。
3. 前記線形膜型ポテンショメータは第１の回路および第２の回路を有しており、前記第１の回路が可撓性を有する、請求項１に記載の注射器ポンプ検出位置センサ。
4. 底部、該底部から突出するアーム、前記アームの遠位端における突起、前記底部に固定的に取り付けられているピボットリング、前記ピボットリングに固定的に取り付けられている加圧アーム、および前記加圧アームの遠位端における係合ピンを備える注射器母指押圧部クランプと、
   第１の回路および第２の回路を備える線形膜型ポテンショメータと、を備えており、前記第１の回路が可撓性を有する、注射器ポンプ検出位置センサ。
5. 係合ピンを有するホルダと、
   前記係合ピンに接触するスイッチと、
   前記係合ピンに対して動作可能に接触する可変信号指示器と、
   を備える、注射器ポンプ検出位置センサ。

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