JP2018000411A - 液体供給装置、液体噴射装置、ポンプの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】閉塞を検知するためのセンサーを適切に校正すること。
【解決手段】液体を噴射するための液体噴射部に通じる閉塞検知用チューブの被検知部位が膨らむ力に応じた出力値を出力するフォースセンサーと、前記閉塞検知用チューブ内の液体を、前記液体噴射部に向けて送り出すためのポンプと、前記出力値が閾値に達した場合、前記ポンプの動作を停止する制御部と、を備え、前記制御部は、前記被検知部位に液体が満たされていること、及び前記ポンプが停止していることを含む所定条件が満たされる場合に取得した前記出力値を基準値として、前記閾値を決定する液体供給装置。
【選択図】図１３

Description

本発明は、液体供給における閉塞の検知に関する。

特許文献１は、輸液装置を開示している。この輸液装置は、閉塞を検知するためのセンサー（歪みゲージ機構）を利用して、輸液チューブ機構の液路の閉塞を検知する機能を有する。特許文献１は、閉塞の検知を比較的正確に行うことを目的として、輸液チューブの製造上のばらつきや、輸液ポンプ機構への輸液チューブの装着状態のばらつきを校正する技術を開示している。

特開２００８−２８９６３５号公報

上記先行技術の場合、センサー自体の校正については、何ら考慮していない。特に、センサーの個体差が大きい場合、センサーの校正について考慮しないと、閉塞検知の精度が悪くなる。本願発明は、上記を踏まえ、閉塞を検知するためのセンサーを適切に校正することを解決課題とする。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。

本発明の一形態は、液体を噴射するための液体噴射部に通じる閉塞検知用チューブの被検知部位が膨らむ力に応じた出力値を出力するフォースセンサーと、前記閉塞検知用チューブ内の液体を、前記液体噴射部に向けて送り出すためのポンプと、前記出力値が閾値に達した場合、前記ポンプの動作を停止する制御部と、を備え、前記制御部は、前記被検知部位に液体が満たされていること、及び前記ポンプが停止していることを含む所定条件が満たされる場合に取得した前記出力値を基準値として、前記閾値を決定する液体供給装置である。
この形態によれば、閉塞検知におけるゼロ点と見なすことができる出力値を基準値にすることでフォースセンサーを適切に校正した上で、閾値を決定できる。

上記形態において、前記液体噴射部は、前記閉塞検知用チューブの下流に配置された液体室を備え、前記制御部は、前記所定条件に加え、前記液体室に液体が満たされていることを含む第２の条件が満たされる場合に、前記基準値を取得してもよい。この形態によれば、より適切な基準値による校正ができる。

上記形態において、前記液体噴射部は、前記液体室を通過した液体を噴射するための噴射管を備え、前記制御部は、前記第２の条件に加え、前記噴射管の先端に液体が到達していることが満たされる場合に、前記基準値を取得してもよい。この形態によれば、より適切な基準値による校正ができる。

上記形態において、前記制御部は、前記液体室の容積を変動させる圧電素子の駆動を制御するように構成され、初期設定処理の一部として、前記液体室に液体が満たされている場合に前記圧電素子を駆動してもよい。この形態によれば、初期設定処理において、液体室の気泡を減少させることができる。

上記形態において、前記制御部は、前記基準値の取得前に、前記被検知部位に液体を満たすために前記ポンプを所定時間、駆動してもよい。この形態によれば、簡単な手順で、被検知部位に液体を満たすことができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現できる。例えば、上記の閉塞検知装置を含む液体噴射装置や、閾値を決定する方法などの形態で実現できる。

手術装置の概略構成図。 ハンドピースの斜視図。 ハンドピースの側面図。 ハンドピースの断面図。 図４の拡大図。 駆動部付近を拡大して示す断面図。 ダイヤフラム付近を拡大した断面図。 制御装置の斜視図。 手術装置の機能ブロック図。 閉塞検知機構及びチューブポンプ付近の拡大図。 図１０における１１−１１断面図。 図１１の拡大図。 キャリブレーションを含む初期設定処理を示すフローチャート。 フォースセンサーの出力値と、時間との関係を概略的に示すグラフ。 図１４における時刻ｔ３〜時刻ｔ４付近を拡大したグラフ。

図１は、手術装置２０の構成を概略的に示す。手術装置２０は、液体を利用した手術を実現するための医療機器である。手術装置２０は、患部に対して液体を噴射することによって、患部（生体組織）を切除する機能と、噴射した液体や切除された生体組織を吸引する機能と、を有する。このため、手術装置２０は、液体噴射装置であり、且つ、吸引装置である。

手術装置２０は、アクチュエーター用ケーブル３１と、吸引器４０と、吸引チューブ４１と、液体供給系５０と、手術用ハンドピース２００（以下、ハンドピース２００という）と、を備える。

液体供給系５０は、給水バッグ５１と、スパイク針５２と、第１コネクター５３ａと、第５コネクター５３ｅと、第１給水チューブ５４ａと、第３給水チューブ５４ｃと、ポンプチューブ５５（図８等と共に後述）と、サブアッセンブリー７０と、制御装置８０と、フットスイッチ８５と、を備える。ハンドピース２００は、噴射管２０５と、吸引管４００と、を備える。

給水バッグ５１は、透明な合成樹脂製であり、内部に液体（具体的には生理食塩水）が充填されている。なお、本願では、水以外の液体が充填されていても、給水バッグ５１と呼ぶ。スパイク針５２は、第１コネクター５３ａを介して、第１給水チューブ５４ａに接続されている。給水バッグ５１にスパイク針５２が刺されると、給水バッグ５１に充填された液体が第１給水チューブ５４ａに供給可能な状態になる。

第１給水チューブ５４ａは、第２コネクター５３ｂを介して、サブアッセンブリー７０（図８参照）に接続されている。制御装置８０は、チューブポンプ６００（図８等と共に後述）によって、サブアッセンブリー７０内の液体をハンドピース２００側に送り出す。このため、制御装置８０は、液体供給装置でもある。

サブアッセンブリー７０は、第５コネクター５３ｅを介して、第３給水チューブ５４ｃに接続されている。第３給水チューブ５４ｃは、ハンドピース２００に接続されている。第３給水チューブ５４ｃを通じてハンドピース２００に供給された液体は、噴射管２０５の先端（ノズル２０７）に設けられたノズル２０７から間欠的に噴射される。

間欠的な液体の噴射は、ハンドピース２００に内蔵された圧電素子３６０（図６参照）の伸縮によって実現される。このように液体が間欠的に噴射されることによって、少ない流量で切除能力が確保できる。このように、ハンドピース２００は、制御装置８０によって送り出された液体の供給を受け、液体を噴射する液体噴射部である。

吸引チューブ４１は、ハンドピース２００に接続されている。吸引器４０は、吸引チューブ４１を通じて、吸引管４００内を吸引する。この吸引によって、吸引管４００の先端付近の液体や切除片などが吸引される。このように、吸引管４００は、噴射管２０５と同様、手術に利用される液体が流れる管である。

図２は、ハンドピース２００の斜視図である。図３は、ハンドピース２００の側面図である。ハンドピース２００は、噴射管２０５と、筐体２１０と、ネジ２２１，２２２，２２３と、吸引管４００と、吸引力調整機構５００と、を備える。

筐体２１０は、ユーザーによって把持される部材である。筐体２１０は、第１ハウジング２１０ａと、第２ハウジング２１０ｂとの結合によって形成される。噴射管２０５は、金属製であるので、導電性である。筐体２１０及び吸引管４００は、硬質の樹脂製である。

図２，図３に示すように、ハンドピース２００を基準にした２つの直交座標系を定義する。１つ目は、Ｘ１−Ｙ−Ｚ１座標系である。２つ目は、Ｘ２−Ｙ−Ｚ２座標系である。２つの座標系に共通するＹ方向は、第１ハウジング２１０ａと、第２ハウジング２１０ｂとの境界線と直交する方向であり、第１ハウジング２１０ａから第２ハウジング２１０ｂへの向きが正の向きである。ここでいう境界線とは、図２に示されるように、筐体２１０の表面に表れる線のことである。但し、Ｙ方向の定義においては、接続部１０付近の境界線は除外して考える。

Ｘ１方向は、上記境界線に含まれる所定の直線と平行な方向であり、吸引管４００の開口端への向きが正の向きである。上記所定の直線とは、吸引力調整機構５００の両側に表れる直線のことである。Ｚ１方向は、Ｘ１方向とＹ方向とから、右手系によって定義される。

Ｘ２方向は、吸引管４００の長手方向であり、吸引管４００の開口端への向きが正の向きである。Ｚ２方向は、Ｘ２方向とＹ方向とから、右手系によって定義される。Ｘ１方向とＸ２方向との間の角度は、本実施形態においては２０度である。

第２ハウジング２１０ｂは、第１ハウジング２１０ａに対して、ネジ２２１，２２２，２２３の締結によって固定されている。ネジ２２１，２２２，２２３のうち、最もＸ１方向のマイナス側に位置するのはネジ２２３である。ネジ２２３の位置は、筐体２１０のＸ１方向マイナス側における端部付近に配置されている。このため、筐体２１０のＸ１方向マイナス側における端部付近において、第２ハウジング２１０ｂは、第１ハウジング２１０ａに対して、しっかりと固定されている。

ネジ２２１，２２２，２２３のうち、最もＸ１方向プラス側に位置するのはネジ２２１である。ネジ２２１の位置は、筐体２１０のＸ１方向プラス側における端部、すなわち接続部１０付近よりもＸ１方向マイナス側に寄っている。これは、ネジ２２１よりもＸ１方向プラス側において、筐体２１０を細く設計するためである。但し、ネジ２２１よりもＸ１方向プラス側においても、第２ハウジング２１０ｂは、第１ハウジング２１０ａに対して、しっかりと固定されている。

図４は、ハンドピース２００の断面図である。図５は、図４に示された円内の拡大図である。筐体２１０の内部には、ネジ孔２２１ａ，２２２ａ，２２３ａと、入口流路２４１と、絶縁部材２７０（図７と共に後述）と、駆動部３００とが設けられている。

図４及び図５に筐体２１０の断面として表れている面は、第１ハウジング２１０ａの合わせ面でもある。第１ハウジング２１０ａの合わせ面とは、Ｙ方向と直交する面であって、筐体２１０として組み付けられた際に、第２ハウジング２１０ｂと接触する面のことである。但し、円で囲んだ拡大図に示されたリング部材２８０（後述）として示された領域は、合わせ面ではなく、リング部材２８０の切断面である。噴射管２０５及び吸引管４００は、リング部材２８０を貫通している。

第３給水チューブ５４ｃは、筐体２１０内部でＵ字状に屈曲し、入口流路２４１に接続されている。入口流路２４１は、液体室２４０（図７参照）を介して、噴射管２０５に通じている。

入口流路２４１の流路径は、噴射管２０５の流路径よりも小さい。このため、液体室２４０内の圧力が変動しても（後述）、液体室２４０内の液体が入口流路２４１に逆流することが抑制される。

筐体２１０は、リング部材２８０を備える。吸引管４００の装着は、吸引管４００の一部である挿入部４０５がリング部材２８０に嵌合し、吸引管４００の一部であるフランジ４１０が、第１ハウジング２１０ａのリング部材２８０に接触することで実現される。装着された吸引管４００内の流路は、吸引流路部材２３０に通じている。吸引流路部材２３０は、噴射管２０５よりも柔らかく、軟質の樹脂製である。吸引流路部材２３０は、吸引力調整機構５００を介して、吸引チューブ４１に接続されている。

吸引力調整機構５００には、吸引流路部材２３０と吸引チューブ４１とを接続する吸引流路部材５１０と、吸引流路部材５１０内の流路と連通する孔５２２とが設けられている。ユーザーは、孔５２２を利用して、吸引管４００による吸引力の調整ができる。具体的には、孔５２２が開放されている面積を小さくすれば、孔５２２から流入する空気の流量も小さくなるので、吸引管４００を介して吸引される流体（空気や液体等）の流量が大きくなる。つまり、吸引管４００による吸引力が大きくなる。逆に、孔５２２が開放されている面積を大きくすれば、孔５２２から流入する空気の流量も大きくなるので、吸引管４００による吸引力が小さくなる。通常、ユーザーは、孔５２２の開放面積の調整を、親指によって孔５２２を塞ぐ面積を調整することによって実現する。孔５２２が全く覆われていない状態では、吸引管４００による吸引力が微小になるように、又は吸引力が全く作用しないように、孔５２２の形状が設計されている。本実施形態においては、吸引管４００の流路面積が孔５２２の開口面積より大きいものの、吸引管４００の長さを十分に長くすることで吸引管４００の流路抵抗を孔５２２の流路抵抗よりも大きくしている。こうすることで孔５２２が全く覆われていない場合に、吸引管４００による吸引力を微小とすることができる。

ネジ孔２２１ａ，２２２ａ，２２３ａは、第１ハウジング２１０ａに設けられている。ネジ孔２２１ａ，２２２ａ，２２３ａには、ネジ２２１，２２２，２２３がネジ留めされる。ネジ２２２は、駆動部３００の流路接続部材２５０に設けられた孔２５５（図６参照）を貫通して、ネジ孔２２２ａに挿入される。

図６は、駆動部３００付近を拡大して示す断面図である。駆動部３００は、流路接続部材２５０と、ダイヤフラム２６０と、円筒部材３５１と、固定部材３５３と、圧電素子３６０と、ピストン３６２と、を備える。

圧電素子３６０は、積層型圧電素子である。圧電素子３６０は、伸縮する方向がＸ１方向に沿うように、円筒部材３５１内に配置されている。

固定部材３５３は、円筒部材３５１の一端に固定されている。具体的には、固定部材３５３に外周に設けられた雄ネジ３５３ａが、円筒部材３５１の内周に設けられた雌ネジ３５１ｂに締結されることによって、固定部材３５３が円筒部材３５１の一端に固定されている。

圧電素子３６０は、固定部材３５３に接着剤によって固定されている。アクチュエーター用ケーブル３１を構成する第１ケーブル３１ａ，及び第２ケーブル３１ｂは、固定部材３５３に設けられた貫通孔を貫通し、圧電素子３６０に電気的に接続されている。

ダイヤフラム２６０の素材は、金属であり、具体的にはステンレス鋼であり、さらに具体的にはＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６Ｌである。ダイヤフラム２６０は、圧電素子３６０のプリロード（予圧）を実施するために厚めに形成される（例えば３００μｍ）。ダイヤフラム２６０は、円筒部材３５１の他端を覆うように配置され、円筒部材３５１に溶接によって固定されている。

ピストン３６２は、圧電素子３６０の一端に接着剤によって固定されていると共に、ダイヤフラム２６０に接触するように配置されている。ピストン３６２は、異なる径の円柱が、同心円として積層したような形状をしている。小さい径の方が、ダイヤフラム２６０と接触している。このため、ダイヤフラム２６０は、端の方が押されず、溶接箇所には大きな力が作用しないようになっている。ピストン３６２及びダイヤフラム２６０は、接着剤等によって固定されてはおらず、接触しているのみである。

円筒部材３５１の外周には、雄ネジ３５１ａが設けられている。雄ネジ３５１ａを、流路接続部材２５０に設けられた雌ネジ２５３に締め付けることで、円筒部材３５１が流路接続部材２５０に固定されている。

圧電素子３６０は、アクチュエーター用ケーブル３１を介して入力される駆動信号に応じて伸縮する。圧電素子３６０が伸縮すると、ピストン３６２が圧電素子３６０の長手方向（Ｘ１方向）に振動する。ピストン３６２が振動すると、ダイヤフラム２６０は、この振動に追従して変形する。なお、駆動信号によって圧電素子３６０を伸縮させることを、駆動部３００を駆動させる（または圧電素子３６０を駆動させる）という。

図７は、ダイヤフラム２６０付近を拡大した断面を示す。流路接続部材２５０には、窪み２４４が設けられている。窪み２４４は、流路接続部材２５０において、薄く円形状に窪んだ部位である。窪み２４４に、ダイヤフラム２６０が覆い被さることで、液体室２４０が形成される。このように形成された液体室２４０は、第２給水チューブ５４ｂの下流に配置され、液体を噴射するための噴射管２０５と連通可能である。

ダイヤフラム２６０が変形すると、液体室２４０の容積が変動する。この変動によって、液体室２４０内に満たされた液体の圧力が変動する。液体室２４０内の圧力が低下した際には、入口流路２４１から液体が液体室２４０に流入する。液体室２４０内の圧力が上昇した際には、液体が液体室２４０から噴射管２０５に流出する。このような向きに液体が流れるのは、先述したように、入口流路２４１の流路径が、噴射管２０５の流路径よりも細いからである。

噴射管２０５に流出した液体は、噴射管２０５の先端（ノズル２０７）に設けられたノズル２０７から噴射される。液体室２４０内の圧力が上昇するのは間欠的なので、ノズル２０７からの液体の噴射は間欠的に実施される。

図８は、制御装置８０の斜視図である。制御装置８０は、筐体８９と、チューブポンプ６００と、閉塞検知機構７００と、表示パネル８１０と、操作スイッチ群８２０と、を備える。制御装置８０は、閉塞検知機構７００を備えるため、閉塞検知装置でもある。

図９は、手術装置２０の機能ブロック図である。制御装置８０は、先述した構成に加え、制御部８３０と、記憶部８４０と、駆動波形発生部８５０と、ポンプ制御部８６０と、を備える。以下、図８，図９を参照して説明する。

チューブポンプ６００及び閉塞検知機構７００は、筐体８９の外側に設けられている。具体的には、閉塞検知機構７００及びチューブポンプ６００は、筐体８９の一部である側壁８９ａに設けられている。

制御装置８０に対して、図８に示すように、Ｘ３−Ｙ３−Ｚ３座標系を定義する。Ｘ３−Ｙ３−Ｚ３座標系は、直交座標系であり、右手系で定義される。Ｚ３方向は、制御装置８０の筐体の底面と直交する方向である。底面は、制御装置８０を水平な台に置く場合に、台に接触する載置面である。以下、制御装置８０が水平な台に置かれていると仮定して説明する。Ｚ３方向のプラス側は、鉛直方向上向きである。Ｘ３方向は、側壁８９ａに平行である。Ｘ３方向のプラス側は、チューブポンプ６００によって液体が送り出される向きである。Ｙ３方向については、Ｘ３軸およびＺ３軸との関係から、右手系によって定まる。

表示パネル８１０は、ユーザーへの通知事項を表示する。通知事項とは、例えば、手術装置２０のモード（起動モード、使用可能モード等）や、エラーメッセージ（閉塞の発生）などである。操作スイッチ群８２０は、手術装置２０の起動や終了などを指示するための入力インターフェースである。

閉塞検知機構７００は、第２給水チューブ５４ｂ（閉塞検知用チューブ）が膨らむ力を測定することで、第２給水チューブ５４ｂ，第３給水チューブ５４ｃ及びハンドピース２００内の流路の閉塞、並びにフィルター５７の目詰まりを検知するための機構である（詳しくは、図１０，図１１と共に後述する）。このような閉塞や目詰まりが発生すると、ハンドピース２００から噴射される液体の量が、チューブポンプ６００によって供給される液体の量よりも少なくなり、場合によっては全く噴射されなくなる。

図９に示された記憶部８４０は、ＲＯＭ(Read Only Memory)やＲＡＭ(Random Access Memory)等から構成され、チューブポンプ６００及び圧電素子３６０を制御するためのプログラムを記憶している。ＣＰＵ(Central Processing Unit)等から構成される制御部８３０がこのプログラムを実行することによって、フットスイッチ８５が踏まれている間、第１駆動信号と第２駆動信号との出力を実現する。第１駆動信号は、駆動波形発生部８５０によって生成される。第２駆動信号は、ポンプ制御部８６０によって生成される。

第１駆動信号は、本実施形態においては４００Ｈｚの周期性を有し、圧電素子３６０を伸縮させる。第２駆動信号は、筐体８９内で伝達され、チューブポンプ６００に含まれるモーター６３０を駆動させる。以下、モーター６３０を駆動することを、チューブポンプ６００を駆動するともいう。上記の構成によって、ユーザーがフットスイッチ８５を踏んでいる間は液体が間欠的に噴射され、ユーザーがフットスイッチ８５を踏んでいない間は液体の噴射が停止する。

図８に示すように、サブアッセンブリー７０は、第３，第４コネクター５３ｃ，５３ｄと、第２給水チューブ５４ｂと、ポンプチューブ５５と、フィルター５７と、を備える。なお、サブアッセンブリー７０は、実施形態の説明の便宜上、導入した概念であって、機能上や製造上において他の部材と特別に区別される訳ではない。

第１給水チューブ５４ａは、第２コネクター５３ｂを介して、ポンプチューブ５５に接続されている。ポンプチューブ５５は、第３コネクター５３ｃを介して、第２給水チューブ５４ｂに接続されている。チューブポンプ６００は、ポンプチューブ５５を、ステーター６１０と、ハウジング６２０内に配置されたローラー６２１（図１０参照）とで挟み込んでいる。

チューブポンプ６００は、筐体８９内に配置されたモーター６３０の回転によってローラー６２１を回転させることで、ポンプチューブ５５を扱（しご）く。このように扱かれることによって、ポンプチューブ５５内の液体は、第１給水チューブ５４ａ側から、第２給水チューブ５４ｂ側に送り出される。

第２給水チューブ５４ｂは、第４コネクター５３ｄ、フィルター５７及び第５コネクター５３ｅを介して、第３給水チューブ５４ｃに接続されている。このため、チューブポンプ６００の動作は、第２給水チューブ５４ｂ内の液体を、ハンドピース２００に向けて送り出すためのものであるといえる。フィルター５７は、液体に含まれる異物および気体（例えば空気）を捕集する。なお、フィルター５７は、捕集した気体を自然にフィルター５７外に排出するように構成されている。

閉塞検知機構７００は、フォースセンサー７１５を備える。フォースセンサー７１５は、閉塞を検出するための信号を、制御部８３０に入力する。以下、閉塞検知機構７００について説明する。

図１０は、チューブポンプ６００及び閉塞検知機構７００付近の拡大図である。図１１は、図１０における１１−１１断面図である。図１２は、図１１に示された円内の拡大図であり、第２給水チューブ５４ｂが無い場合を示す。図１０及び図１１に示すように、閉塞検知機構７００は、センサーユニット７１０と、受け部７２０と、基部７３０と、ボルト７５１，７５２，７６１，７６２，７７０と、を備える。

基部７３０は、図８に示すように、側壁８９ａに固定されている。なお、本願でいう「固定」とは、相対的な位置関係を変化させるための機構が用いられていないことを意味し、弾性変形によって位置関係が微小に変化することを許容する表現である。

センサーユニット７１０は、基部７３０の内側（Ｙ３方向マイナス側）に配置されている。センサーユニット７１０は、伝達部７１１と、フォースセンサー７１５と、を備える。伝達部７１１は、作用面７１１ａを備える。フォースセンサー７１５は、伝達部７１１に対して、ボルト７５１，７５２によって固定されている。フォースセンサー７１５は、基部７３０に対して、ボルト７６１，７６２固定されている。このため、センサーユニット７１０は、基部７３０に直接、固定されている。つまりフォースセンサー７１５は、基部７３０との相対的な位置関係が固定されている。

図１１に示すように、受け部７２０は、基部７３０の外側（Ｙ３方向プラス側）に配置されている。受け部７２０は、ボルト７７０によって基部７３０に直接、固定されている。つまり、受け部７２０は、基部７３０との相対的な位置関係が固定されている。この結果、受け部７２０は、基部７３０を介してセンサーユニット７１０に対して固定されている。

受け部７２０は、断面が略Ｌ字形状である。但し、図１１では、受け部７２０の形状は、Ｌ字を反時計回りに９０度、回転させたような形状として示されている。受け部７２０は、作用面７１１ａに対向する対向面７２１を有する。対向面７２１は、作用面７１１ａと平行である。

作用面７１１ａは、伝達部７１１の一部であり、基部７３０から露出している。作用面７１１ａは、基部７３０の表面よりも外側（Ｙ３方向プラス側）に出っ張っている。受け部７２０と作用面７１１ａとの間のクリアランスＣ（図１２参照）は、第２給水チューブ５４ｂの外径Ｄ１よりも小さい。

また、上記「第２給水チューブ５４ｂの外径Ｄ１」とは、第２給水チューブ５４ｂが受け部７２０と作用面７１１ａとの間に挟み込まれておらず、且つ、第２給水チューブ５４ｂ内に液体が満たされていない場合における寸法である。第２給水チューブ５４ｂ内に液体が満たされれば、第２給水チューブ５４ｂの外径は、外径Ｄ１よりもやや大きくなる。必然的に、第２給水チューブ５４ｂ内に液体が満たされている場合についても、クリアランスＣは第２給水チューブ５４ｂの外径よりも小さい。

このような寸法関係であるため、第２給水チューブ５４ｂは、受け部７２０と作用面７１１ａとの間に挟み込まれると、Ｙ３方向に押し潰されて変形し、作用面７１１ａに密着する。以下、第２給水チューブ５４ｂが受け部７２０と作用面７１１ａとの間に挟み込まれて把持された状態を、セット状態という。また、第２給水チューブ５４ｂを受け部７２０と作用面７１１ａとの間に挟み込むことを、以下「第２給水チューブ５４ｂをセットする」或いは単に「セットする」という。

セットするには、受け部７２０と作用面７１１ａとの間に、第２給水チューブ５４ｂを挿入し、受け部７２０の下面７２２に接触させるだけでよい。このため、ヒンジ等の動的な機構を用いてセットする場合に比べ、簡単な作業でセットができ、且つ、第２給水チューブ５４ｂと作用面７１１ａとの接触力が安定する。さらには、作用面７１１ａが基部７３０よりも外側に出っ張っているため、第２給水チューブ５４ｂと作用面７１１ａとの接触力が安定する。なお、セット状態において、第２給水チューブ５４ｂのうち、作用面７１１ａに接触する部位と、当該接触する部位と同じＸ３方向位置の部位とを、被検知部位５４ｂ１と呼ぶ。

また、対向面７２１と作用面７１１ａとが平行であるため、セット作業中において、第２給水チューブ５４ｂをＺ３方向に移動させる際の摩擦力が安定する。このため、第２給水チューブ５４ｂのＺ３方向の移動不足でセットに失敗することが抑制される。

セット状態における第２給水チューブ５４ｂは、被検知部位５４ｂ１内における液体の圧力（以下、チューブ内圧力という）に応じた力Ｆ１で、作用面７１１ａをＹ３方向マイナス側に押す。この押す力は、上記の通り第２給水チューブ５４ｂが作用面７１１ａに密着しているので、作用面７１１ａに対して敏感に作用する。

作用面７１１ａは、図１１に示されるように、Ｚ３方向について、伝達部７１１のマイナス側の端に位置する。伝達部７１１のＺ３方向プラス側の端部付近は、ボルト７５１，７５２によってフォースセンサー７１５のＺ３方向プラス側の端部付近に固定されている。

このため、力Ｆ１は、伝達部７１１を介してフォースセンサー７１５に伝達される。フォースセンサー７１５に伝達する力は、大きさが力Ｆ２であり、Ｙ３方向マイナス側に押す力である。

フォースセンサー７１５のＹ３方向マイナス側の端部付近は、ボルト７６１，７６２によって、基部７３０に固定されている。このため、フォースセンサー７１５は、ボルト７６１，７６２を固定端とした片持ち梁として形成されている。そして、片持ち梁における自由端に該当する部位には、先述したように力Ｆ２が作用する。この結果、フォースセンサー７１５には、力Ｆ２に応じた大きさの曲げが発生する。フォースセンサー７１５は、圧電素子を備えており、曲げの大きさに応じた電圧による電気信号を出力する。出力された電気信号は、信号線７１６を介して、制御部８３０に入力される。

力Ｆ２は力Ｆ１に応じて決まるので、フォースセンサー７１５には、力Ｆ１に応じた大きさの曲げが発生する。力Ｆ１は、先述したように、チューブ内圧力に応じた大きさの力である。この結果、フォースセンサー７１５の出力値は、チューブ内圧力を反映した値になる。

チューブ内圧力は、第２給水チューブ５４ｂ，第３給水チューブ５４ｃ及びハンドピース２００内の流路に閉塞が発生してもなおチューブポンプ６００が駆動していると、閉塞が発生していない場合に比べて、値が大きくなる。よって、フォースセンサー７１５の出力値を用いることで、閉塞を検知できる。具体的には、制御部８３０は、フォースセンサー７１５の出力値が閾値に達したら、閉塞が発生したと見なす。制御部８３０は、閉塞が発生したと見なすと、閉塞が発生した旨を表示パネル８１０に表示する。そして、制御部８３０は、閉塞が発生したと見なすと、フットスイッチ８５が踏まれても、第１駆動信号および第２駆動信号の出力を実施しない。つまり、チューブポンプ６００が停止し、輸液動作が停止する。

本実施形態においては、正常時におけるチューブ内圧力が７０ｋＰａから８０ｋＰａ程度であり、閉塞が発生したと見なすチューブ内圧力を３５０ｋＰａに設定した。

上記の閉塞検知を良好に実施するために、クリアランスＣを５．３ｍｍで設計した。さらに、第２給水チューブ５４ｂの設計値および材質を以下のように定めた。外径Ｄ１は６±０．１ｍｍ、内径は２．５±０．１ｍｍ、材質はシリコーンゴム、硬度は５０以上８０以下（好ましくは７０前後）である。本実施形態における硬度とは、ショアＡ硬度計によって測定される値である。ショアＡ硬度は、デュロメーターＡ硬度ともいう。また、第２給水チューブ５４ｂの壁厚は、外径Ｄ１と内径との設計値から、１．６５ｍｍ以上１．８５ｍｍ以下である。

なお、ポンプチューブ５５は、オレフィン系エラストマー製であり、内径の中央値が０．９５ｍｍ、外径の中央値が４．０ｍｍ、硬度が６９で設計されている。また、第３給水チューブ５４ｃは、上記の第２給水チューブ５４ｂの設計値および材質と同じように設計されている。第１給水チューブ５４ａは、内径の中央値が３．０ｍｍ、外径の中央値が５．０ｍｍで設計されている。フィルター５７のボールサイズは、２μｍで設計されている。

先述したように受け部７２０は、基部７３０に固定されている。一方、作用面７１１ａは、セットする際にＹ３方向マイナス側に動くものの、その変位量は、第２給水チューブ５４ｂの変形量に比べてごく僅かである。このため、セットする際におけるユーザーの力の掛け方などが原因になって作用面７１１ａに作用する力がばらつくことは殆どない。

図１０に示すように、作用面７１１ａは、Ｚ３方向について、チューブポンプ６００の上端と下端との間に位置する。つまり、作用面７１１ａは、Ｚ３方向について、ステーター６１０の上端と、ハウジング６２０の下端との間に位置する。このような配置によって静水圧成分が安定するので、第３コネクター５３ｃ付近における流路内の圧力を基準として、チューブ内圧力が、大きく増大したり低下したりすることがない。このため、閉塞の検知が安定する。

また、図８，図１０に示すように、閉塞検知機構７００とチューブポンプ６００とが近接して設けられているため、ポンプチューブ５５をチューブポンプ６００にセットしたにも関わらず、第２給水チューブ５４ｂをセットし忘れるということが抑制される。

次に、フォースセンサー７１５のキャリブレーション（校正）について説明する。フォースセンサー７１５は、力の変化量の検知を高精度に実施できる特性を有する。一方で、フォースセンサー７１５は、力の絶対値の検知については、個体差が大きく、キャリブレーションを実施しないと精度が低い。このため、手術装置２０の使用を開始する度にキャリブレーションを実施する。

図１３は、キャリブレーションを含む初期設定処理を示すフローチャートである。制御部８３０は、初期設定処理を、操作スイッチ群８２０を通じて、手術装置２０の初期設定が指示されたことを契機に実行する。初期設定処理には、適宜、記憶部８４０が利用される。

図１４は、フォースセンサー７１５の出力値（以下、単に「出力値」という）と、時間との関係を概略的に示すグラフである。以下、図１４を参照して説明する。

まず、チューブポンプ６００を時間Ｔ１（時刻ｔ０〜時刻ｔ１）、駆動させる（Ｓ９１０）。Ｓ９１０は、少なくとも第２給水チューブ５４ｂまで、液体を到達させることを目的として実施される。より詳細には、被検知部位５４ｂ１に液体を到達させることを目的として実施される。

図１４に示すように、液体が第２給水チューブ５４ｂに到達するまで（時刻ｔ０’まで）は、第２給水チューブ５４ｂ内の空気の圧縮によって出力値が緩やかに増大する。そして、第２給水チューブ５４ｂまで液体が到達すると、出力値の増分が大きくなる。図１４に示すように、Ｓ９１０によって、出力値が出力値Ｓ１まで上昇する。

本実施形態においては、上記目的が十分に達成されるように、時間Ｔ１を１５秒に設定した。また、Ｓ９１０においては、チューブポンプ６００による供給流量が１０ｍｌ／ｍｉｎになるように、チューブポンプ６００を駆動する。Ｓ９１０の終了時点では、液体はハンドピース２００には到達していない。

続いて、チューブポンプ６００を停止した後、時間Ｔ２（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）、待機する（Ｓ９２０）。Ｓ９２０の目的は、基準値（ゼロ点）となる出力値が得られる状態を作り出すことである。チューブポンプ６００を停止すると、圧損が発生しなくなるので、チューブ内圧力が急激に低下する。そして、時間Ｔ２、待機することで、チューブ内圧力を安定させる。安定したチューブ内圧力は、静水圧による圧力である。従って、安定したチューブ内圧力は、閉塞検知の基準値として適切である。本実施形態においては、時間Ｔ２を１秒に設定した。このようにして、少なくとも第２給水チューブ５４ｂまで液体が到達すること、及びチューブポンプ６００が停止していることが満たされることを、第１の条件（所定条件）が満たされると表現する。

次に、出力値を複数回、取得して平均値を算出する（Ｓ９３０）。出力値の取得は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までに実施される。Ｓ９３０において得られた平均値を、以下、出力値Ｓ０と呼ぶ。出力値Ｓ０は、先述した基準値としての出力値である。出力値Ｓ０は、第２給水チューブ５４ｂに作用する静水圧を反映した値である。

次に、出力値Ｓ０に所定値Ｒを加算することによって、閾値Ｓ４を決定する（Ｓ９４０）。閾値Ｓ４の決定によって、キャリブレーションが一旦、完了する。なお、本実施形態においては、閾値Ｓ４は、３５０ｋＰａ程度のチューブ内圧力に相当する値である。

続いて、図１３に示すように、チューブポンプ６００を時間Ｔ３（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）、駆動する（Ｓ９５０）。Ｓ９５０では、供給流量が１０ｍｌ／ｍｉｎになるように、チューブポンプ６００を駆動する。Ｓ９５０は、ハンドピース２００に備えられた噴射管２０５の先端（ノズル２０７）まで、液体を到達させることを目的として実施される。噴射管２０５の先端（ノズル２０７）まで液体が到達すると、圧損が増大しなくなるので、チューブ内圧力が安定し、出力値も出力値Ｓ３で安定する。なお、閾値Ｓ４は、出力値Ｓ３よりも大きい値になるように決定される。

図１５は、図１４における時刻ｔ３以降を拡大したグラフである。時刻ｔ３の直後、出力値は、既に液体が到達した部位までにおいて発生する圧損分の値（Ｓ１）まで急激に上昇する。そして、暫く、第３給水チューブ５４ｃによる圧損の増大を反映して、出力値が増大する。

時刻ｔ３ａにおいて、出力値の増大速度が大きくなる。これは、ハンドピース２００の入口流路２４１に液体が到達したことに起因する。入口流路２４１は、第３給水チューブ５４ｃよりも流路径が小さく、圧損が大きいからである。

その後、時刻ｔ３ｂにおいて、液体が液体室２４０に到達することで、出力値の増大速度が緩やかになる。液体室２４０は、Ｙ１方向に広がりがあり、入口流路２４１よりも流路面積が大きいからである。

さらに、時刻ｔ３ｃにおいて、液体が噴射管２０５に到達することで、出力値の増大速度が大きくなる。噴射管２０５は、液体室２４０よりも流路面積が小さいからである。その後、時刻ｔ３ｄ以降は、先述したように、出力値は、出力値Ｓ３で安定する。

なお、Ｓ９５０の最中に、出力値の増大が出力値Ｓ３で留まらず閾値Ｓ４に達すれば、制御部８３０は、チューブポンプ６００を停止して、初期設定処理を中断する。Ｓ９５０の最中に出力値が閾値Ｓ４に達する原因としては、ハンドピース２００の初期不良や、第３給水チューブ５４ｃの折れ曲がり等が挙げられる。

続いて、フラッシングを実施する（Ｓ９６０）。具体的には、供給流量が８ｍｌ／ｍｉｎとなるようにチューブポンプ６００を駆動させるとともに、圧電素子３６０を伸縮させることによって、液体室２４０に滞留している気泡を排出する。Ｓ９６０では、第１駆動信号として、電圧が８０Ｖ、周波数が５０Ｈｚの信号を、圧電素子３６０に入力する。なお、図１４においては、フラッシングによる出力値の変動は省略されている。

その後、チューブポンプ６００を停止して時間Ｔ２、待機し（Ｓ９７０）、出力値を複数回、取得して平均値を算出する（Ｓ９８０）。そして、Ｓ９８０で算出された平均値に所定値Ｒを加えた値であるＳ４ａを、新たな閾値として更新し（Ｓ９９０）、初期設定処理を終える。

なお、上記のように、液体室２４０に液体が到達したこと、及びチューブポンプ６００が停止していることが満たされることを、第２の条件が満たされると表現する。第２の条件が満たされれば、必然的に、第１の条件も満たされる。また、Ｓ９７０では、第２の条件が満たされ、且つ、噴射管２０５の先端（ノズル２０７）まで液体が到達している。

上記のように閾値を更新するのは、噴射管２０５の先端（ノズル２０７）まで液体が到達した状態における出力値を基準値として扱った方が、手術装置２０の使用時に閉塞が発生しているか否かの検知に関して、より適切な閾値を設定できるからである。

初期設定処理後、図１４における時刻ｔ５〜時刻ｔ６に示されるように、ユーザーがフットスイッチ８５を踏むと、チューブポンプ６００が駆動し、出力値は出力値Ｓ２程度になる。出力値Ｓ２は、出力値Ｓ３よりも小さく、７０〜８０ｋＰａ程度のチューブ内圧力に相当する値である。出力値Ｓ２が出力値Ｓ３よりも小さくなるのは、初期設定処理後、チューブポンプ６００による供給流量が４ｍｌ／ｍｉｎに設定されるからである。

図１４における時刻ｔ６以降に示されるように、出力値は、閉塞が発生すると急激に上昇し、閾値Ｓ４ａに達する。出力値が閾値Ｓ４に達すると、制御部８３０がチューブポンプ６００を停止するので、チューブ内圧力の上昇が回避され、図１４に示すように出力値の上昇も止まる。

本実施形態によれば、フォースセンサー７１５の校正を適切に実行することで、閉塞の検知を精度良く実施できる。

本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。

受け部および作用面は、互いの相対的な位置関係が固定されており、液体が満たされている第２給水チューブを挟み込むことによって変形させて把持することができれば、どのような構造によって実現されてもよい。例えば、以下の（ａ），（ｂ），（ｃ）が挙げられる。

（ａ）作用面は、基部の表面よりも外側に出っ張っていなくてもよい。
（ｂ）作用面は、対向面に対して平行でなくてもよい。例えば、対向面が傾いていてもよい。この傾きは、受け部のＺ方向プラス側の端が狭くなるような傾きでもよい。このように傾けば、第２給水チューブがセット状態で安定する。
（ｃ）第２給水チューブに液体が満たされていない場合に、受け部と作用面と間で第２給水チューブを把持するとき、第２給水チューブが変形しないように、第２給水チューブとクリアランスＣとの寸法を決定してもよい。このような寸法であっても、第２給水チューブに液体が満たされている場合に、受け部と作用面と間で第２給水チューブを把持するとき、第２給水チューブが変形すればよい。

第２給水チューブのショアＡ硬度は、５０未満でもよいし、８０より大きくてもよい。
第２給水チューブの壁厚は、１．６５ｍｍ未満でもよいし、１．８５ｍｍより大きくてもよい。
第２給水チューブの材質は、変更してもよい。例えば、塩化ビニル樹脂などでもよい。

給水バッグからハンドピースまでの流路を形成するチューブ類の組み合わせ方を変更してもよい。例えば、第２給水チューブ（閉塞検知用チューブ）と、ポンプチューブとを、１本のチューブで構成してもよい。

制御装置は、チューブポンプを備えなくてもよい。例えば、別の装置として、チューブポンプを用意してもよい。

作用面は、チューブポンプの上端よりも高く配置されていてもよいし、下端よりも低く配置されていてもよい。

液体噴射装置に含まれる液体噴射部は、液体を噴射するために、光メーザーやレーザー等の電磁波を照射したり、ヒーター等により液体を加熱したりすることによって液体を噴射する構成を用いてもよい。

閉塞検知機構は、制御装置とは独立した装置として構成されていてもよい。
閉塞検知機構は、液体噴射装置以外の装置（例えば液体循環装置）に用いられてもよい。

作用面は、ボルト７５１，７５２よりもＺ３方向プラス側に配置されてもよい。このように配置すれば、てこの原理によって、より敏感に力を検知できる。
センサーユニットは、伝達部を備えてなくてもよい。つまり、センサーユニットは、フォースセンサーのみで構成されていてもよい。この場合、フォースセンサーに作用面が設けられてもよい。

センサーユニットは、受け部に対して直接、固定されていてもよい。或いは、受け部が第１の基部に固定され、センサーユニットが第２の基部に固定され、第１の基部と第２の基部とが固定されていてもよい。

ハンドピースに液体を供給するためのポンプは、チューブポンプでなくてもよい。例えば、シリンジポンプでもよい。

閾値の更新は実施しなくてもよい。つまり、ハンドピースに液体が達していない場合に取得された出力値を基準として決定された閾値（実施形態のＳ９４０で決定された閾値）を、液体噴射装置の使用時に継続して用いてもよい。
或いは、ハンドピースに液体が達していない場合には、閾値を決定しなくてもよい。つまり、ハンドピースに液体が達した場合に取得された出力値を基準として決定する閾値（実施形態のＳ９８０で決定された閾値）のみについて決定してもよい。

第２給水チューブに液体を満たすために実施するチューブポンプの駆動は、実施形態のＳ９１０とは異なり、時間で制御しなくてもよい。例えば、フォースセンサーの出力値を監視し、出力値の増大速度が大きくなったことを検知すれば、第２給水チューブに液体が満たされたことが推定できるので、上記検知を契機に、チューブポンプを停止してもよい。

１０…接続部、２０…手術装置、３１…アクチュエーター用ケーブル、３１ａ…第１ケーブル、３１ｂ…第２ケーブル、４０…吸引器、４１…吸引チューブ、５０…液体供給系、５１…給水バッグ、５２…スパイク針、５３ａ…第１コネクター、５３ｂ…第２コネクター、５３ｃ…第３コネクター、５３ｄ…第４コネクター、５３ｅ…第５コネクター、５４ａ…第１給水チューブ、５４ｂ…第２給水チューブ、５４ｂ１…被検知部位、５４ｃ…第３給水チューブ、５５…ポンプチューブ、５７…フィルター、７０…サブアッセンブリー、８０…制御装置、８５…フットスイッチ、８９…筐体、８９ａ…側壁、２００…手術用ハンドピース、２０５…噴射管、２０７…ノズル、２１０…筐体、２１０ａ…第１ハウジング、２１０ｂ…第２ハウジング、２２１…ネジ、２２１ａ…ネジ孔、２２２…ネジ、２２２ａ…ネジ孔、２２３…ネジ、２３０…吸引流路部材、２４０…液体室、２４１…入口流路、２５０…流路接続部材、２５３…雌ネジ、２５５…孔、２６０…ダイヤフラム、２７０…絶縁部材、２８０…リング部材、３００…駆動部、３５１…円筒部材、３５１ａ…雄ネジ、３５１ｂ…雌ネジ、３５３…固定部材、３５３ａ…雄ネジ、３６０…圧電素子、３６２…ピストン、４００…吸引管、４０５…挿入部、４１０…フランジ、５００…吸引力調整機構、５１０…吸引流路部材、５２２…孔、６００…チューブポンプ、６１０…ステーター、６２０…ハウジング、６２１…ローラー、６３０…モーター、７００…閉塞検知機構、７１０…センサーユニット、７１１…伝達部、７１１ａ…作用面、７１５…フォースセンサー、７１６…信号線、７２０…部、７２１…対向面、７２２…下面、７３０…基部、７５１…ボルト、７６１…ボルト、７７０…ボルト、８１０…表示パネル、８２０…操作スイッチ群、８３０…制御部、８４０…記憶部、８５０…駆動波形発生部、８６０…ポンプ制御部

Claims (7)

1. 液体を噴射するための液体噴射部に通じる閉塞検知用チューブの被検知部位が膨らむ力に応じた出力値を出力するフォースセンサーと、
   前記閉塞検知用チューブ内の液体を、前記液体噴射部に向けて送り出すためのポンプと、
   前記出力値が閾値に達した場合、前記ポンプの動作を停止する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記被検知部位に液体が満たされていること、及び前記ポンプが停止していることを含む所定条件が満たされる場合に取得した前記出力値を基準値として、前記閾値を決定する
   液体供給装置。
2. 前記液体噴射部は、前記閉塞検知用チューブの下流に配置された液体室を備え、
   前記制御部は、前記所定条件に加え、前記液体室に液体が満たされていることを含む第２の条件が満たされる場合に、前記基準値を取得する
   請求項１に記載の液体供給装置。
3. 前記液体噴射部は、前記液体室を通過した液体を噴射するための噴射管を備え、
   前記制御部は、前記第２の条件に加え、前記噴射管の先端に液体が到達していることが満たされる場合に、前記基準値を取得する
   請求項２に記載の液体供給装置。
4. 前記制御部は、前記液体室の容積を変動させる圧電素子の駆動を制御するように構成され、初期設定処理の一部として、前記液体室に液体が満たされている場合に前記圧電素子を駆動する
   請求項２から請求項３までの何れか一項に記載の液体供給装置。
5. 前記制御部は、前記基準値の取得前に、前記被検知部位に液体を満たすために前記ポンプを所定時間、駆動する
   請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の液体供給装置。
6. 請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の前記液体供給装置と前記液体噴射部とを備える液体噴射装置。
7. 閉塞検知用チューブの被検知部位が膨らむ力に応じた出力値を出力するフォースセンサーから出力された前記出力値が閾値以上の場合に、前記閉塞検知用チューブ内の液体を送り出すためのポンプの動作を停止する方法であって、
   前記被検知部位に液体が満たされていること、及び前記ポンプが停止している場合に取得した前記出力値を基準値として、閾値を決定する
   ポンプの制御方法。

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