JP2017503610A - 注入ポンプのカセットを検出するためのオフアクシス光学センサ - Google Patents

Abstract

注入ポンプ（１０）は、投与用チューブセットのカセット（１４）がポンプに適切に装着されているか否かを判定するための光学検出システム（５０）を有する。ポンプは、光学検出システムの判定に基づいて動作可能又は動作不能にされ得る。光学カセット検出システムは、一致しない射出軸及び検出軸上にある発光器（５２）及び対応する光検出器（５４）と、カセットに備えられた少なくとも１つの光学素子（５５）と、を含む。カセットがポンプに適切に装着されると、発光器からの光は、検出器が受光できるように、光学素子によって射出軸から検出軸へと方向転換され、それにより、増加した信号レベルが示される。検出器信号は、検出器信号レベルがカセットの存在を示す所定の閾値を上回るか否かを判定するために、信号評価用電子機器によって評価される。【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、概して、流動食及び薬物の患者への制御された送達のための注入ポンプに関する。より具体的には、本発明は、投与用チューブセットをポンプに動作可能に接続するカセットの有無を検出するための注入ポンプにおけるセンサシステムに関する。

プログラム可能な注入ポンプは、経腸栄養補給のための流動食、及び種々の目的、例えば疼痛管理のための薬物投与の制御された送達を行うために使用される。一般的な配置において、注入ポンプは、ポンプによって取り外し可能に受容されるカセットと、ポンプを通しての流体送達経路を提供するための、カセットに接続される可撓性チューブとを備える、使い捨て投与セットを受容する。

カセット自体は、特定の注入ポンプの様式若しくは複数の様式での、かつ／又は所定の特性を有するチューブでの、使用を意図され得る。この点で、カセットは、意図された注入ポンプの様式及び／又は投与セットのチューブにより少なくとも部分的に決定される仕様に従って、設計及び製造される安全機構を備え得る。カセットの安全機構は、適合するポンプの対応する機構と協働してもよく、チューブの直径及び可撓性に関連する寸法公差に従って製造され得る。例えば、カセットは、制御されていない流体の送達から患者を防護するためのフリーフロー防止（anti-free flow）機構を有してもよい。フリーフロー防止機構は、カセットがポンプに適切に装着され、かつポンプのドアが閉鎖されているときに作動する、外部型のピンチクリップ式オクルダーの形態を取ってもよい。または、フリーフロー防止機構は、チューブの流路内に存在する内部型の「インライン（in-line）オクルダー」の形態を取ってもよく、流路は、カセットがポンプに適切に装着され、かつポンプのドアが閉鎖されているときのみ開放される。

カセットは、フリーフロー防止の他に更なる安全機構を備えてもよい。例えば、カセットは、ポンプに所望される容積精度を維持し、かつ使用される閉塞センサ及び気泡混入センサが確実に正しく機能して警報を発するように、ポンプに適合され得る。

カセットの安全性の重要性という観点から、ポンプを動作可能とするための前条件として、適合するカセットがポンプに適切に装着されているか否かを検出する手段を提供することが望まれている。

本発明によると、投与セットを取り外し可能に受容する注入ポンプは、投与セットのカセットがポンプに適切に装着されているか否かを判定するための光学検出システムを備える。本発明の実施形態において、カセットがポンプに適切に装着されていない場合、ポンプは動作不能となる。

光学カセット検出システムは、ポンプに取り付けられ、かつ射出光学軸に沿う方向に光ビームを射出するように配置された発光器と、射出光学軸とは異なる光検出光学軸を規定するようにポンプに取り付けられた感光検出器と、を備える。カセット検出システムは、カセットに備えられた少なくとも１つの光学素子を更に含み、これには、カセットがポンプに適切に装着されたときに光ビームを受光するように位置付けられた光学素子が含まれる。少なくとも１つの光学素子は、感光検出器が受光できるように、光ビームの少なくとも一部分を検出光学軸に沿って方向転換させる。感光検出器は、感光検出器が受光した光の強度を表す検出器信号を生成する。

検出器信号は、検出器信号レベルがカセットの存在を示す所定の閾値を上回るか否かを判定するために、信号評価用電子機器によって評価される。信号評価用電子機器は、ポンプコントローラと通信可能であってよく、このポンプコントローラは、光学カセット検出システムによる判定の際にカセットが存在する状態でないかぎりは、ポンプを動作不能とするようにプログラムされている。

一実施形態では、射出光学軸は、検出光学軸に平行であり、少なくとも１つの光学素子は、カセットが適切に装着されると射出光学軸から検出光学軸へと光ビームを変位させるように配置された平行面型ビームディスプレーサ(beam displacer)を含む。

別の実施形態では、少なくとも１つの光学素子は、光ビームのスペクトル分散を引き起こすプリズム又はウェッジを含む。感光検出器は、所定のより狭い波長帯域において、分散したビームの一部分を検出するように配置され、かつ構成されていてもよい。

更なる実施形態では、少なくとも１つの光学素子は、光ビームの方向を逆転させるポロプリズムを含む。

本発明の性質及び動作形態はこれから、添付図面を参照して、本発明の以下の詳細な説明においてより詳細に説明される。
本発明の実施形態に従うカセット検出システムを具現化する注入ポンプ及びカセットの斜視図である。 図１に示されるカセットの斜視図である。 カセットのタブがポンプのタブ受容スロット内に挿入される前の状態が示されている、本発明の実施形態に従って形成されたカセット検出システムを示す概略断面図である。 カセットタブがポンプスロット内に挿入されている状態が示されている、図３Ａに対応する拡大図である。 本発明の別の実施形態に従って形成されたカセット検出システムを示す拡大概略断面図である。 本発明の更なる実施形態に従って形成されたカセット検出システムを示す拡大概略断面図である。 本発明の実施形態に従うカセット検出システムにより実行される決定論理を示すフロー図である。

図１は、投与セット１２が取り外し可能に受容される注入ポンプ１０を示す。投与セット１２は、カセット１４を備え、カセットは、図２に単独で示される。カセット１４は、インプットコネクタ１６と、インプットコネクタ１６と流れ連通する上流側ループコネクタ１８と、下流側ループコネクタ２０と、下流側ループコネクタ２０と流れ連通するアウトプットコネクタ２２と、を備えてもよい。投与セット１２は、一方の端部がインプットコネクタ１６に嵌合し、反対側の端部（図示せず）が流体源に接続された、流入チューブ２４と、一方の端部がアウトプットコネクタ２２に接続され、反対側の端部（図示せず）が患者に接続された、流出チューブ２６と、を更に備えてもよい。最後に、投与セット１４は、一方の端部が上流側ループコネクタ１８に嵌合し、反対側の端部が下流側ループコネクタ２０に嵌合する、チューブのポンピング部分２８を更に備えてもよい。

図示される実施形態において、ポンプ１０は、ロータ３０を有する回転蠕動ポンプであり、ポンピング部分２８は、ロータ３０を取り囲むようにされ、かつ、ロータが回転すると、ロータ３０の、角度を付けて離間されたローラーと係合して、投与セット１２のチューブを通して液体を押し出す蠕動的なポンピング作用が提供される。図１を参照することによって理解できるように、ロータ３０が反時計方向に回転するときに、液体は、流入チューブ２４から、インプットコネクタ１６及び上流側ループコネクタ１８を通って、ポンピング部分２８まで移動し、次いで、ポンピング部分２８から、下流側ループコネクタ２０及びアウトプットコネクタ２２を通って、流出チューブ２６まで移動する。本発明は、回転蠕動運動ポンプに関連して説明されているが、本発明は、このタイプの注入ポンプに限定されない。本発明は、カセットを有する投与セットを受容する任意のタイプの注入ポンプによって実施することができる。

カセット１４は、下流側ループコネクタ２０に組み込むことができるインラインオクルダー３２を備えてもよい。インラインオクルダー３２は、ポンプドア３４が開いているときに流れを阻止する。ポンプドア３４の下面にあるアクチュエータ３６は、ドア３４が閉鎖されると、オクルダー３２の周囲の流路が開放されるような様式で、ポンピング部分２８と係合する。

ここで、図３Ａ及び図３Ｂを参照する。カセット１４は、カセットのリブ付きの親指部分４０から下方向へ垂れ下がるタブ３８を備える。本実施形態では、タブ３８は、ポンプ１０の対応するスロット４２内に受容されるような大きさの平らなタブである。スロット４２は、ポンプ１０における、ポンピング部分２８の上流部分と下流部分との間の位置に設けられていてもよく、タブ３８は、親指部分４０の下面に設けられていてもよい。例えば、スロット４２は、ポンピング部分２８の上流部分と下流部分との中間にあってもよく、また、ロータ３０の回転軸と整列する方向に伸びていてもよく、タブ３８は、インプットコネクタ１６及び上流側ループコネクタ１８を有するカセット１４の一方の側と、下流側ループコネクタ２０及びアウトプットコネクタ２２を有するカセット１４の他方の側との中間にあってもよい。この対称的な配置において、カセット１４は、投与セット１２を設置する際、ロータ３０に対して、ポンプ１０における中央に簡単に配置される。本発明の実施形態において、スロット４２の幅は、２．６ｍｍであり、タブ３８の幅は、１．７ｍｍである。

ポンプ１０は、カセットタブ３８がスロット４２内に存在する状態で、カセット１４がポンプ１０に適切に装着されているか否かを検出するように動作可能な光学カセット検出システム５０を備える。カセット検出システム５０は、それぞれポンプ１０に取り付けられている、発光器５２と感光検出器５４とを含む。カセット検出システム５０は、カセット１４に備えられた少なくとも１つの光学素子５５を更に含む。本発明によると、少なくとも１つの光学素子５５は、カセット１４がポンプ１０に適切に装着されると、発光器５２から感光検出器５４への光路を確立する。カセット検出システム５０はまた、検出器５４により生成される電子信号を受信し、その信号を評価するための、感光検出器５４に接続された信号処理用電子機器５６を備えてもよい。信号処理用電子機器５６は、ポンプ１０の動作を、検出器信号の評価に基づいて制御することができるように、ポンプコントローラ６０と通信可能であってよい。

本明細書に記載の実施形態では、発光器５２及び感光検出器５４は、それぞれスロット４２に隣接してポンプ１０に取り付けられ、少なくとも１つの光学素子５５は、タブ３８の一部となっているが、他の構成及び配置も可能である。本明細書に記載の実施形態では、少なくとも１つの光学素子５５は、単一の光学素子であるが、カセット１４には、２つ以上の光学素子が備えられていてもよく、それら２つ以上の光学素子は、発光器５２から検出器５４への光路を選択的に確立するように構成されていてもよい。

図３Ａ及び図３Ｂに示す実施形態では、検出器５４は、発光器５２と整列していない。発光器５２は、射出光学軸５７に沿って進む光ビームを射出する。検出器５４は、検出器の感知面に垂直な光検出光学軸５８を規定する。検出器５４は、検出光学軸５８と射出光学軸５７とが異なるように配置される。より具体的には、図３Ａ及び図３Ｂにおいて、射出光学軸５７は、検出光学軸５８とはずらされており、かつ検出光学軸５８と平行である。図３Ａに示すように、カセット１４がポンプ１０に適切に装着されていないとき、発光器５２からの光ビームは、スロット４２内へと進み、スロットの壁部によって吸収され、かつ／又は乱反射される。したがって、カセット１４が適切に装着されなければ、射出された光ビームが、検出器５４によって受光されるように、検出光学軸５８に沿って方向転換されることはない。しかしながら、図３Ｂに示すように、カセット１４がポンプ１０に適切に装着されると、光学素子５５は、射出光学軸５７に位置付けられて、射出された光ビームを受光する。光学素子５５は、検出器５４が受光できるように、光ビームの少なくとも一部分を検出光学軸５８に沿って方向転換させる。

図３Ｂから最もよく見て取れるように、本質的に、光学素子５５は、光入射表面６２と、光入射表面６２に平行な光出射表面６４とを有した平行面型の板要素である、ビーム変位素子として具現化されてもよい。光学素子５５は、全体として、タブ３８又はカセット１４と一体形成されていてもよい。例えば、カセット１４は、所定の屈折率を有する透明又は半透明の光学等級プラスチックから成型されてもよく、表面６２及び６４は、外面特徴部としてタブ３８に形成される。図３Ｂに示すようにカセット１４が適切に装着されているとき、入射表面６２は、射出光学軸５７に対して斜めに角度を付けて位置付けられ、出射表面６４は、検出光学軸５８に対して斜めに角度を付けて位置付けられる。結果、発光器５２からのビームが、入射表面６２によって提供される空気／プラスチック境界面での屈折により方向転換され、かつ出射表面６４によって提供されるプラスチック／空気境界面での屈折により再度方向転換されることにより、射出光学軸５７と検出光学軸５８との間の距離に相当する量のビームの変位が起こる。

図４は、光学カセット検出システムの別の実施形態を示しており、光学素子５５は、光入射表面６６と、入射表面６６に非平行な光出射表面６８とを有する、プリズム素子の形態である。図４の実施形態では、発光器５２及び検出器５４は、射出光学軸５７と検出光学軸５８とが非平行になるように配置されてもよい。例えば、射出光学軸５７及び検出光学軸５８は、図４の上方向に収束してもよい。発光器５２からの光は、入射表面６６と出射表面６８とを通る際にスペクトル分散するように比較的広い波長帯域にあってもよく、検出器５４は、所定のより狭い波長帯域において、検出光学軸５８に沿って分散したビームの一部分を検出するように配置され、かつ構成されていてもよい。当業者であれば、図示されたプリズム素子を、光入射表面及び光出射表面の一方のみが、それぞれの光学軸に対して傾斜した、光学ウェッジ素子で代替してもよいことが理解されるであろう。

更なる実施形態による光学カセット検出システムを図５に示す。図５に示す実施形態では、光学素子５５は、光入出射表面７０と、第１の反射表面７２と、第２の反射表面７４とを有するポロプリズムの形態である。発光器５２及び検出器５４は、射出光学軸５７及び検出光学軸５８が互いに平行に延び、かつ光入出射表面７０に対して垂直になるように、スロット４２の一方の側に配置されてもよい。図５から理解されるように、発光器５２からのビームは、射出光学軸５７に沿って進み、表面７０を通ってプリズムに入射し、第１の反射表面７２によって９０°の角度で内部反射され、第２の反射表面７４によって更に９０°の角度で内部反射され、検出器５４が受光できるように、検出光学軸５８に沿って表面７０を通ってポロプリズムから出射する。ポロプリズムは、図５に示すようにタブ３８に埋め込まれていてもよく、あるいは表面７０、７２、及び７４は、前述の実施形態と同様に、タブ３８の表面特徴部として形成されてもよい。

上述の実施形態では、単一の光学素子を用いて、光ビームを方向転換させている。しかしながら、本発明から逸脱することなく、光ビームを方向転換させるために、光学素子を組み合わせて使用することもできる。

各実施形態に関して、検出器５４は、例えば、検出器５４が受光した光の強度に対応するレベルの電流又は電圧信号を生成する。図３Ａに示した、塞がれていない状態では、検出器５４が、発光器５２から受光する光はさほど多くないため、検出器信号レベルは、所定の閾値を下回る。カセット１４がポンプ１０に適切に装着されると、図３Ｂ、図４及び図５に示すように、タブ３８は、スロット４２を塞ぎ、少なくとも１つの光学素子５５は、発光器５２からのビームの少なくとも一部分を方向転換させて、光学軸５８に沿って検出器５４に到達させるように位置付けられる。結果、カセット１４がポンプ１０に装着されると、検出器５４により生成される信号のレベルは、所定の閾値を上回って増加する。

信号処理用電子機器５６は、カセット１４がポンプ１０に適切に装着されているか否かを判定するために、検出器５４からの信号を評価する。信号処理及び評価は、完全なアナログ方式であってもよいし、検出器信号レベルをデジタル値に変換して、デジタル比較回路内で閾値と比較してもよい。図６に示すように、ポンプ１０は、信号処理用電子機器５６によりなされた判定に基づいて、動作可能又は動作不能とされ得る。ブロック１００では、検出器信号のレベルを読み取る。ブロック１０２では、信号レベルを、決定の基準となる所定の閾値と比較する。信号レベルが閾値を上回る場合は、カセット１４が存在することを示しており、フローは、ポンプコントローラ６０によりポンプを動作可能とするブロック１０４へ分岐する。しかしながら、信号レベルが閾値を下回る場合、フローは、ブロック１０６へ分岐し、ポンプは、ポンプコントローラ６０により動作不能にされる。

発光器５２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）又は他の光源であってよく、感光検出器５４は、フォトダイオード又は入射光に応じて電気信号を生成可能な他の感光性素子であってよい。発光器５２及び検出器５４は、所定の波長帯域内で動作するように選択されてもよい。例えば、光学素子５５が分散プリズムである場合、発光器５２は、比較的広い波長帯域の光を射出するように選択されてもよく、検出器５４は、比較的狭い波長帯域に限定した分光応答度を有していてもよく、あるいは検出器５４は、比較的狭い波長帯域を選択するための波長フィルタを備えていてもよい。または、発光器５２は、例えばレーザーダイオードなどの、狭帯域発光器であってもよい。同様に、検出器５４は、発光波長帯域を含む比較的広い波長帯域にわたる分光応答度を有していてもよい。発光器と検出器は、例えば赤外線又は紫外線などの、可視スペクトルの外側にある光によって光学的に結合されてもよい。図示していないが、発光器５２及び検出器５４は、ビームをコリメート、集束、及び／又は方向付けるために、レンズ、光ファイバー、又はそれらに関連する他の光学素子を有していてもよい。

カセット１４のタブ３８は、少なくとも１つの光学素子５５を備えるために、かつ少なくとも１つの光学素子５５を光学カセット検出システム５０において位置付けるために使用し得る構造を提供する。多種多様なタブの配置及び光学検出システムの構成が可能であることは当然である。細いタブ３８をカセット１４の下面中央に配置し、ポンプ１０において細いスロット４２を使用することにより、これらのタブ及びスロットを、設置時にカセット１４を誘導して、中央に合わせるための手段として利用している。更に、カセット検出システム５０は、ポンプ内に隠れ、ユーザには目立たない。発光器５２及び検出器５４を汚物及び流体から遠ざけておくために、これらの発光器及び検出器を、スロット４２の表面からわずかに後退させ、それぞれ透明な遮断部（図示せず）の後方にあるようにしてもよい。

本発明を例示的な実施形態に関連して説明してきたが、詳細な説明は、本発明の範囲を記載される特定の形態に限定することを意図しない。本発明には、本発明の趣旨及び範囲内に含み得る通りの、記載した実施形態の代替物、変更物、及び均等物が包含されることが意図されている。

Claims (18)

1. 注入ポンプにおけるカセットの装着を検出するためのシステムであって、前記システムは、
   前記ポンプに取り付けられた発光器であって、前記発光器は、射出光学軸に沿う方向に光ビームを射出するように配置される、発光器と、
   前記ポンプに取り付けられた感光検出器であって、前記感光検出器は、前記射出光学軸とは異なる光検出光学軸を規定し、前記感光検出器は、前記感光検出器が受光する光の強度を表す検出器信号を生成する、感光検出器と、
   前記カセットに備えられた少なくとも１つの光学素子であって、前記少なくとも１つの光学素子は、前記カセットが前記ポンプに適切に装着されると、前記光ビームを受光するように位置付けられた光学素子を含み、前記少なくとも１つの光学素子は、前記感光検出器によって受光されるように、前記光ビームの少なくとも一部分を前記検出光学軸に沿って方向転換させる、少なくとも１つの光学素子と、を含む、システム。
2. 前記カセットが前記ポンプに適切に装着されているか否かを判定するために前記検出器信号を評価する、信号処理用電子機器を更に備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つの光学素子は、単一の光学素子である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記少なくとも１つの光学素子は、平行面型ビームディスプレーサを含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記少なくとも１つの光学素子は、プリズム又はウェッジを含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記少なくとも１つの光学素子は、ポロプリズムを含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記射出光学軸は、前記検出光学軸と平行である、請求項１に記載のシステム。
8. 前記光ビームは、広い波長帯域を有し、前記少なくとも１つの光学素子は、前記光ビームを複数のより狭い波長帯域に分散させるための分散プリズムを含む、請求項１に記載のシステム。
9. 前記感光検出器は、前記複数のより狭い波長帯域のうち１つを検出するように構成された狭波長帯域検出器である、請求項８に記載のシステム。
10. 前記カセットは、前記少なくとも１つの光学素子が位置するタブを含み、前記ポンプは、前記カセットが前記ポンプに適切に装着されると、前記タブを受容するように構成されたスロットを含む、請求項１に記載のシステム。
11. 前記発光器と前記感光検出器が、前記スロットの向かい合った側にある、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記発光器と前記光学検出器が、前記スロットの一方の側にある、請求項１０に記載のシステム。
13. 注入ポンプであって、
    射出光学軸に沿う方向に光ビームを射出するように配置された発光器と、
    前記射出光学軸とは異なる光検出光学軸を規定する感光検出器であって、前記感光検出器は、前記感光検出器が受光した光の強度を表す検出器信号を生成する、感光検出器と、を含み、
    前記発光器は、カセットが前記注入ポンプに適切に装着されることにより、前記感光検出器と光学的に連通するように配置される、注入ポンプ。
14. 前記カセットが前記ポンプに適切に装着されているか否かを判定するために、前記検出器信号を評価する、信号処理用電子機器を更に備える、請求項１３に記載の注入ポンプ。
15. 投与セットを注入ポンプに動作可能に接続するために前記ポンプに装着されるカセットであって、前記カセットは、
    インプットチューブコネクタと、
    アウトプットチューブコネクタと、
    前記インプットチューブコネクタ及び前記アウトプットチューブコネクタから離間した少なくとも１つの光学素子であって、前記少なくとも１つの光学素子は、第１の光学軸から前記第１の光学軸とは異なる第２の光学軸へと光を方向転換させるように構成されている、少なくとも１つの光学素子と、を含む、カセット。
16. 前記カセットは、一体成型部品であり、前記少なくとも１つの光学素子は、前記カセットと一体形成された光学素子を含む、請求項１５に記載のカセット。
17. 前記カセットは、透明又は半透明のプラスチックから成型されている、請求項１６に記載のカセット。
18. 前記少なくとも１つの光学素子は、前記カセットに埋め込まれた光学素子を含む、請求項１５に記載のカセット。

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