JP2018132364A - 流量異常検知装置、流量異常検知ユニット、流体供給装置および流量異常検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流体に非接触で流量異常を迅速に検知することができる流量異常検知装置、流量異常検知ユニット、流体供給装置および流量異常検知方法を提供する。
【解決手段】圧力センサ２によってチューブ１０の形状変化を測定して血液の流量異常を検知することにより、流量が変化したか否かを応答性良く検出し、流量異常を迅速に検知することができる。また、圧力センサ２によってチューブ１０の形状変化を外側から測定することで、血液に非接触で流量異常を検知することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、流量異常検知装置、流量異常検知ユニット、流体供給装置および流量異常検知方法に関する。

一般に、管状部材によって形成される流路を通過する流体の流量を測定するための流量計として、流体に直接的に接触することで流量を測定する接触式の流量計が知られている。このような流量計を管状部材に設けるためには、管状部材の一部を切り取るような加工が必要となり、配置の自由度が低いという不都合があった。

これに対し、流体に非接触で流量を測定する非接触式の流量計として、流量センサの取り付け姿勢に応じて検出信号をゼロ点補正する熱式流量計が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された熱式流量計では、測定のために管状部材を切り取るような加工が必要なく、配置の自由度が高い。

特開２００４−０９３１７９号公報

ところで、管状部材として可撓性を有するチューブ等が用いられる場合、管状部材に過度な屈曲や折れ等が生じることにより、流体が正常に流れなくなってしまうことがある。このような流量異常を検知するために、特許文献１に記載されたような熱式流量計を用いて流量を測定し、流量変化を検出する方法が考えられる。

しかしながら、熱式流量計等の非接触式の流量計では、流量を直接的に測定せず、測定した温度等のパラメータに基づいて流量を算出するものであるため、換算が必要となる。即ち、流量を取得するための時間が長く（応答性が悪く）、流量変化を迅速に検出することが困難であった。そこで、流体に非接触で流量異常を迅速に検知することが求められていた。

本発明の目的は、流体に非接触で流量異常を迅速に検知することができる流量異常検知装置、流量異常検知ユニット、流体供給装置および流量異常検知方法を提供することにある。

本発明の流量異常検知装置は、可撓性の管状部材を通過する流体の流量異常を検知するための流量異常検知装置であって、前記管状部材の形状変化を外側から測定する測定部を備え、前記測定部によって測定した前記形状変化に基づき、前記流体の流量異常を検知することを特徴とする。

このような本発明によれば、管状部材の形状変化に基づいて流量異常を検知することにより、流量そのものを算出する必要がなく、流量が変化したか否かを応答性良く検出し、流量異常を迅速に検知することができる。このとき、例えば流量と形状との関係を予め測定したりシミュレーションにより求めたりし、この関係を記憶しておけば、測定した形状変化から容易に流量が変化したか否かを検出することができる。また、管状部材の形状変化を外側から測定することで、流体に非接触で流量異常を検知することができる。

この際、本発明の流量異常検知装置では、前記測定部は、前記管状部材の外表面に接触することにより、該管状部材の径方向における形状変化を測定することが好ましい。可撓性の管状部材が折れて流量が減少した場合、折れた位置よりも上流側では管状部材の内圧が上昇して拡径し、下流側では内圧が低下して縮径しようとする。従って、径方向における形状変化を測定することにより、流体の流量異常を精度良く且つ容易に検知することができる。

また、本発明の流量異常検知装置では、前記管状部材と前記測定部とを互いに押し付けることによって該管状部材を径方向内方に予め変形させる変形手段を備えることが好ましい。このような構成によれば、管状部材を径方向内方に予め変形させることにより、流量が正常な値から減少した場合に管状部材が縮径しやすくなり、流量の減少を検出しやすくすることができる。尚、変形手段は、自然状態（流体が流れていない状態）を基準として管状部材を予め変形させてもよいし、所定の流量の流体が流れて拡径した状態を基準として管状部材を予め変形させてもよい。

また、本発明の流量異常検知装置では、前記測定部は、センサ部を備え、前記管状部材によって該センサ部に加えられる圧力を測定することが好ましい。このような構成によれば、管状部材の外表面に接触する測定部のセンサ部に加わる圧力を測定することにより、管状部材の微小な形状変化も検出することができ、流量異常の検出精度を向上させることができる。尚、一般的な圧力センサは、センサ部に圧力（荷重）が加わることによる歪み（微視的な変位量）に基づいて圧力を測定しており、圧力の変化を検出すれば、測定対象である管状部材の形状変化を検出することができる。また、本発明における「管状部材の形状変化」には、肉眼でわかるような形状変化だけでなく、圧力を測定することで検出されるような微視的な形状変化も含む。

一方、本発明の流量異常検知ユニットは、可撓性の管状部材を通過する流体の流量異常を検知する流量異常検知ユニットであって、上記いずれかに記載の流量異常検知装置と、前記管状部材を通過する流体の流量を測定する流量計と、を備えることを特徴とする。このような本発明によれば、流量計によって絶対的な流量を測定しつつ、流量異常検知装置によって形状変化を迅速に検出し、流量異常を検知することができる。尚、流量計は、超音波流量計や熱式流量計等の非接触式のものであってもよいし、接触式のものであってもよい。

この際、本発明の流量異常検知ユニットでは、前記流量異常検知装置及び前記流量計の測定結果に基づいて外部に信号を送信する制御手段を備え、前記制御手段は、前記流量異常検知装置が流量異常を検知した場合に第１信号を送信し、前記流量計が測定した前記流体の流量が流量閾値以下となった場合に第２信号を送信することが好ましい。

このような構成によれば、流量異常検知装置と流量計とがそれぞれの検出結果に応じて信号を外部に送信することで、それぞれの特性を相補的に利用することができる。即ち、流量異常検知装置は、上記のように迅速に流量異常を検知することができ、流量計は、絶対的な流量を測定することから、実際に流量が減少したことを精度良く検出することができ、両者の長所を利用して流量異常を検知することができる。

一方、本発明の流体供給装置は、可撓性の管状部材と、流体を一方側から他方側に供給するためのポンプと、上記いずれかに記載の流量異常検知ユニットと、を備え、前記流量異常検知装置及び前記流量計の測定結果に基づき、前記管状部材を通過する流体の流量異常を検知することを特徴とする。このような本発明によれば、上記のような流量異常検知ユニットを備えることで、迅速に且つ精度良く流量異常を検知することができる。

一方、本発明の流量異常検知方法は、可撓性の管状部材を通過する流体の流量異常を検知する流量異常検知方法であって、前記管状部材の形状変化を外側から測定し、測定した前記形状変化に基づき、前記流体の流量異常を検知することを特徴とする。このような本発明によれば、上記の流量異常検知装置と同様に、流体に非接触で迅速に流量異常を検知することができる。

本発明の流量異常検知装置、流量異常検知ユニット、流体供給装置および流量異常検知方法によれば、外側から測定した管状部材の形状変化に基づいて流体の流量異常を検知することで、流体に非接触で流量異常を迅速に検知することができる。

本発明の実施形態に係る流体供給装置を示すシステム図である。 前記流体供給装置に設けられる流量異常検知装置を示す斜視図である。 前記流量異常検知装置を示す断面図である。 前記流体供給装置が備える流量異常検知ユニットを示すブロック図である。 前記流体供給装置の流量異常検知ユニットが実行する圧力変化検出処理の手順の一例を示すフローチャートである。 前記流量異常検知ユニットが実行する流量測定処理の手順の一例を示すフローチャートである。 前記流体供給装置の管状部材を通過する流体の実際の流量の時間変化、前記流量異常検知装置による測定圧力の時間変化、及び流量計による取得流量の時間変化の一例を示すグラフである。 前記流量異常検知装置による測定圧力の時間変化の他の一例を示すグラフである。 前記流量異常検知装置による測定圧力の時間変化の他の一例を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の流体供給装置１００は、人工透析のために流体としての血液を循環させる流体循環装置であって、動脈側端部１００Ａから静脈側端部１００Ｂにかけて順に、血液を動脈側端部１００Ａ側から静脈側端部１００Ｂ側に供給ためのポンプとしてのローラポンプ１０１と、抗凝固剤を投与するための抗凝固剤投与部１０２と、薬液が投与されるとともに撹拌されるチャンバ１０３と、血液を濾過するフィルタを有した濾過器１０４と、透析装置１０５と、流量計としての超音波流量計１０６と、ローラポンプ１０７によって置換液投与部１０８から送り込まれたＡＦＢＦ専用炭酸水素ナトリウム置換液を撹拌するためのチャンバ１０９と、を備える。動脈側端部１００Ａは患者の動脈に接続され、静脈側端部１００Ｂは静脈に接続される。

流体供給装置１００の各部は、可撓性の管状部材としてのチューブ１０によって形成された経路に設けられている。チューブ１０における複数の測定位置Ｐ１〜Ｐ３のうち少なくとも一箇所には、流量異常検知装置としての圧力センサ２が設けられている（図示の例では、動脈側端部１００Ａ近傍の測定位置Ｐ１に設けられている）。このとき、流体供給装置１００の使用のタイミングに応じて適宜な測定位置Ｐ１〜Ｐ３に圧力センサ２を設ければよく、例えば端部１００Ａ、１００Ｂを患者に接続した直後には、この近傍の測定位置Ｐ１、Ｐ３に設け、接続が正常であることを確認した後に、循環経路の途中の測定位置Ｐ２に設けてもよい。また、測定位置Ｐ１〜Ｐ３以外の適宜な位置を測定位置として圧力センサ２を設けてもよいし、同時に複数の位置に圧力センサ２を設けてもよい。

チューブ１０は、例えば塩化ビニル樹脂やシリコーン樹脂等の軟質な樹脂材料によって構成されることで可撓性を有する。尚、チューブ１０は、ローラポンプ１０１の送液による圧力によって変形可能な程度に可撓性を有する。チューブ１０によって形成された流路を、ローラポンプ１０１によって送液された適宜な流量の血液が循環するようになっている。尚、本実施形態の流体供給装置１００は、流体循環装置であるが、単体で閉回路を形成するものではない。即ち、流体供給装置１００は、両端が同一の対象（人体）に接続され、一端から流体が導入されて他端から流体が導出されるものであり、「循環」にはこのような形態も含むものとする。また、流体を一方側から他方側に供給する際に、この経路を閉回路とすれば、流体は循環する。即ち、流体を循環させる構成は、流体を一方側から他方側に供給する構成の一形態である。

超音波流量計１０６は、チューブ１０の外側から内側に向けて、径方向に対して傾斜して進行する超音波を放射するとともに、血液を伝搬した超音波を測定することにより、チューブ１０を通過する血液の流量を非接触で測定する。具体的には、流体の通過方向に沿った超音波と、逆方向に沿った超音波と、を放射するとともに、これら２種類の超音波について、放射から測定までに要する時間差に基づいて流量を算出する。尚、血液の流量を測定する流量計として、超音波流量計１０６以外に、熱式流量計を用いてもよいし、接触式の流量計を用いてもよい。

圧力センサ２は、図２に示すように、ケース２１と、測定部としてのセンサ本体２２と、を有し、チューブ１０の外側に取り付けられることでチューブ１０の形状変化を測定するように構成されている。

ケース２１は、平面視略正方形の板状のケース本体２１１と、ケース本体２１１の上面を覆うように形成された蓋部２１２と、ケース本体２１１に蓋部２１２を回動可能に支持するヒンジ部２１３と、を有し、例えばチューブ１０よりも硬質な樹脂材料によって構成されている。ケース本体２１１において、ヒンジ部２１３が一辺に設けられ、その対向する辺には、蓋部２１２を係止するための係止部２１４が設けられている。これにより、図２（Ｃ）に示すように蓋部２１２を閉じた状態が維持されるようになっている。

ケース本体２１１の上面には、ヒンジ部２１３が設けられた辺に沿って延びる第１溝２１１Ａが形成されている。尚、図示の例では、第１溝２１１Ａがヒンジ部２１３の近傍に形成されているが、第１溝２１１Ａは、ヒンジ部２１３と係止部２１４との中間部に形成されてもよいし、係止部２１４の近傍に形成されてもよい。

蓋部２１２の下面には、第１溝２１１Ａに対応する位置に、第１溝２１１Ａに沿って延びる第２溝２１２Ａが形成されている。第２溝２１２Ａの溝幅は、第１溝２１１Ａの溝幅と同程度となっている。

ケース本体２１１に対して蓋部２１２を閉じると、図３に示すように、第１溝２１１Ａと第２溝２１２Ａとによって、両端が開口した四角筒状のチューブ収容部２１５が形成される。即ち、図２（Ｂ）に示すように第１溝２１１Ａにチューブ１０を配置した状態で蓋部２１２を閉じることにより、図２（Ｃ）に示すようにチューブ１０に対して圧力センサ２が取り付けられる。

センサ本体２２は、チューブ１０の外表面に接触するセンサ部２２１と、センサ部２２１によって測定した圧力を圧力センサ２外部に出力するための基板部２２２と、を有してケース本体２１１に内蔵される。センサ部２２１は、第１溝２１１Ａの底面に設けられる。基板部２２２は、ケース本体２１１における第１溝２１１Ａよりも係止部２１４側に内蔵され、ケース本体２１１の下面に形成された開口部を通過するように信号線が外部に引き出される。

チューブ収容部２１５は、チューブ１０の長手方向から見て長方形状に形成されており、溝２１１Ａ、２１２Ａの底面同士の間隔（溝の深さの和）が、自然状態（血液が流れていない状態）のチューブ１０の外径（第１溝２１１Ａの底面と図３の破線との間隔）よりも小さい。従って、チューブ収容部２１５に収容されたチューブ１０は、溝２１１Ａ、２１２Ａの底面によって挟み込まれて圧縮される。このとき、第１溝２１１Ａの底面にはセンサ本体２２のセンサ部２２１が設けられていることから、ケース２１は、チューブ１０とセンサ部２２１とを互いに押し付けることによってチューブ１０を径方向内方に予め変形させる変形手段として機能する。

溝２１１Ａ、２１２Ａの溝幅は、チューブ収容部２１５内でチューブ１０が動かないような大きさに設定されていればよく、自然状態のチューブ１０の外径と同程度であってもよいし、この外径よりも多少小さくてもよい。

尚、ケース本体と蓋部との両方に溝が形成されていなくてもよく、これらのうち少なくとも一方に溝が形成され、溝の底面と、この底面に対向する面と、によってチューブ１０が挟み込まれ、センサ部２２１がチューブ１０に接触すればよい。また、チューブ収容部は、チューブ１０が変形可能なように、チューブ１０の外周面とは異なる断面形状を有することが好ましい。

また、チューブ１０が変形しやすい場合には、溝２１１Ａ、２１２Ａの底面同士の間隔は、自然状態のチューブ１０の外径以上であってもよい。即ち、所定の流量（例えば正常な状態における流量）が流れることでチューブ１０が拡径される場合には、溝２１１Ａ、２１２Ａの底面同士の間隔を、拡径されたチューブ１０の外径よりも小さくすれば、チューブ１０を径方向内方に予め変形させることができる。

チューブ収容部２１５にチューブ１０が収容された状態において、血液の流量が増加するとチューブ１０が拡径し、流量が減少するとチューブ１０が縮径する。センサ本体２２は、センサ部２２１がチューブ１０の外表面に接触していることで、チューブ１０の径方向における形状変化を外側から測定する。

ここで、センサ本体２２による圧力測定および形状変化の測定の詳細について説明する。センサ本体２２は、例えば歪みゲージを有することにより、外部から加わった圧力（荷重）による歪みを電気信号に変換し、圧力を測定する。チューブ収容部２１５にチューブ１０が収容された状態において、チューブ１０の外径が変化しようとすると、センサ部２２１に加わる圧力が変化して測定値が変化する。逆に、圧力センサ２の測定値が変化した場合、センサ部２２１に歪みが生じており、チューブ１０の外径にも何らかの変化が生じている。従って、センサ部２２１に加わる圧力変化を検出することと、チューブ１０の外径の変化（形状変化）を検出することと、は等しい。また、圧力の変化が検出される場合のチューブ１０の外径の変化量は、肉眼ではわからない程度に微量であってもよく、即ち、圧力センサ２はチューブ１０の微視的な形状変化を検出するものであってもよい。

以上のような流体供給装置１００は、図４に示すように、血液の流量を表示するとともにローラポンプ１０１を制御するコンソールユニット３と、圧力センサ２及び超音波流量計１０６の測定結果に基づいてコンソールユニット３に信号を送信する制御手段４と、をさらに備える。圧力センサ２と、超音波流量計１０６と、制御手段４と、が流量異常検知ユニット２００を構成する。流量異常検知ユニット２００が血液の流量異常を検知し、制御手段４によってコンソールユニット３に対して信号を送信する手順の一例について以下に説明する。

制御手段４は、ローラポンプ１０１の駆動開始とともに、図５に示すような圧力変化検出処理を開始する。このとき、例えばコンソールユニット３からローラポンプ１０１に送信される駆動信号を受信することで駆動開始を検知すればよい。制御手段４は、まず血液が正常に循環している場合のチューブ１０の外側の圧力（基準圧力ＰＲ０）を取得する（ステップＳ１）。このとき、ローラポンプ１０１の送液量と圧力との関係を予め記憶しておくとともに送液量に基づいて基準圧力ＰＲ０を取得してもよいし、ローラポンプ１０１が駆動開始してから所定時間が経過し、圧力センサ２による測定値が安定したらこの測定値を基準圧力ＰＲ０としてもよい。

次に、制御手段４は、圧力センサ２によってチューブ１０の外側の圧力ＰＲを測定し（ステップＳ２）、測定した圧力ＰＲと基準圧力ＰＲ０との差の絶対値が、圧力差閾値ΔＰＲ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。尚、圧力差閾値ΔＰＲ１は、測定した圧力ＰＲが基準圧力ＰＲ０よりも大きい場合と小さい場合とで異なる値が設定されていてもよい。また、圧力センサ２は上記のように歪みに基づいて圧力を測定するものであるが、圧力センサ２がチューブ１０の歪み量（外径）を出力することにより、ステップＳ２、Ｓ３において、圧力ではなくチューブ１０の外径を測定および判定してもよい。

測定した圧力ＰＲと基準圧力ＰＲ０との差の絶対値が圧力差閾値ΔＰＲ１よりも小さい場合（ステップＳ３でＮ）、制御手段４は、後述する第１警告信号の送信を停止するとともに圧力変化フラグを０とし（ステップＳ４）、ステップＳ２に戻って圧力ＰＲの測定を繰り返す。一方、測定した圧力ＰＲと基準圧力ＰＲ０との差の絶対値が圧力差閾値ΔＰＲ１以上である場合（ステップＳ３でＹ）、制御手段４はチューブ１０を通過する流体の流量異常を検知し、コンソールユニット３に第１信号としての第１警告信号を送信する（ステップＳ５）。第１警告信号を受信したコンソールユニット３は、例えば警報を発生すればよい。

次に、制御手段４は、チューブ１０の圧力ＰＲの変化速度Ｖｒを算出し（ステップＳ６）、変化速度Ｖｒの絶対値が変化速度閾値Ｖｒ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ７）。尚、チューブ１０の圧力ＰＲが上昇する場合の変化速度Ｖｒを正とし、低下する場合の変化速度Ｖｒを負とする。また、変化速度閾値Ｖｒ０は、変化速度Ｖｒが正の場合と負の場合とで異なる値が設定されていてもよい。圧力センサ２が歪み量を出力することにより、ステップＳ６、Ｓ７において、圧力ではなくチューブ１０の外径の変化速度を算出および判定してもよい。変化速度Ｖｒの絶対値が変化速度閾値Ｖｒ０よりも小さい場合（ステップＳ７でＮ）、圧力変化フラグを１とし（ステップＳ８）、ステップＳ２に戻る。

一方、変化速度Ｖｒの絶対値が変化速度閾値Ｖｒ０以上である場合（ステップＳ７でＹ）、制御手段４は、停止信号をコンソールユニット３に送信し（ステップＳ９）、圧力変化検出処理を終了する。停止信号を受信したコンソールユニット３は、ローラポンプ１０１の動作を停止すればよい。

制御手段４は、上記の圧力変化検出処理と並行して、図６に示すような流量測定処理を実行する。制御手段４は、まず超音波流量計１０６の測定値に基づいて流速を算出し、血液の流量Ｆを算出する（ステップＳ１０）。次に、制御手段４は、圧力変化検出処理における圧力変化フラグが１であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。圧力変化フラグが１でない場合（ステップＳ１１でＮ）、制御手段４は、ステップＳ１０で算出した流量Ｆをコンソールユニット３に送信し（ステップＳ１２）、ステップＳ１０に戻る。このとき、コンソールユニット３は、受信した流量Ｆを表示すればよい。一方、圧力変化フラグが１である場合（ステップＳ１１でＹ）、制御手段４は、ステップＳ１０で算出した流量Ｆが流量閾値Ｆ０以下となるか否かを判定する（ステップＳ１３）。このとき、流量閾値Ｆ０は、例えば０であればよい。

流量Ｆが流量閾値Ｆ０よりも大きい場合（ステップＳ１３でＮ）、制御手段４は、ステップＳ１２に進む。一方、流量Ｆが流量閾値Ｆ０以下となる場合（ステップＳ１３でＹ）、制御手段４は、第２信号として、第２警告信号をコンソールユニット３に送信し（ステップＳ１４）、流量測定処理を終了する。第２警告信号を受信したコンソールユニット３は、例えばローラポンプ１０１を停止させればよい。

流体供給装置１００は、流量異常検知ユニット２００が上記のような圧力変化検出処理および流量測定処理を実行することで、圧力センサ２および超音波流量計１０６の測定結果に基づいて、チューブ１０を通過する血液の流量異常を検知する。

次に、流体供給装置１００の動作について、具体例を挙げて説明する。圧力センサ２が測定位置Ｐ２に設けられた状態において、測定位置Ｐ２よりも下流側においてチューブ１０が折れてしまい血液が流れにくくなった場合における、超音波流量計１０６が設けられた位置での実際の流量の時間変化と、圧力センサ２が測定する測定圧力ＰＲの時間変化と、超音波流量計１０６が取得する流量（取得流量）Ｆの時間変化と、を図７のグラフに示す。

ローラポンプ１０１は、所定の周波数および振幅を有するように流量を増減させつつ（即ち脈動を有するように）血液を循環させる。従って、測定圧力および取得流量も脈動に応じて増減するが、閾値と比較する際には、一周期分の平均値や積分値を用いればよい。チューブ１０が折れた時点をｔ０とすると、時点ｔ０以降において実際の流量が減少して０に近づいていく。

このとき、折れた位置よりも上流側において、時点ｔ０からチューブ１０内の圧力が上昇するため、測定圧力ＰＲが上昇し始める。尚、折れた位置と測定位置Ｐ２とが近い場合には時点ｔ０からすぐに測定圧力ＰＲが上昇し始めるが、これらの位置が離れている場合には、測定圧力ＰＲは時点ｔ０から多少遅れて上昇し始める。一方、取得流量Ｆは、測定値に基づいて流量を算出するための処理時間が必要であることから、時点ｔ０から遅れて減少し始める（時点ｔ１）。

測定圧力ＰＲが、基準圧力ＰＲ０よりも圧力差閾値以上大きくなると（時点ｔ２）、第１警告信号が送信され、コンソールユニット３が警報を発生する。このとき、圧力差閾値として、圧力が高くなる場合の閾値ΔＰＲ１（＋）を用いる。また、時点ｔ２以降において圧力の変化速度ｖｒが変化速度閾値Ｖｒ０以上であるか否かが判定される。このとき、測定圧力ＰＲのグラフの仮想的な傾きが変化速度Ｖｒに対応し、この傾きは、図示の例では変化速度閾値Ｖｒ０の傾き（一点鎖線）よりも小さい。従って、圧力変化フラグは１となるものの、ローラポンプ１０１は停止しない。

時点ｔ２において圧力変化フラグが１となるため、それ以降において取得流量Ｆが流量閾値Ｆ０以下であるか否かが判定される。取得流量Ｆが流量閾値Ｆ０以下となると（時点ｔ３）、第２警告信号が送信され、ローラポンプ１０１が停止する。

また、チューブ１０の折れ方によっては、血液がさらに流れにくくなり、図８に示すように測定圧力が急激に上昇し、変化速度ｖｒが変化速度閾値Ｖｒ０以上となる場合がある。このような場合には、時点ｔ２の直後に（即ち取得流量Ｆが流量閾値Ｆ０以下になるよりも先に）ローラポンプ１０１が停止する。

図７には、測定位置Ｐ２よりも下流側においてチューブ１０が折れた場合の各パラメータの変化を例示したが、測定位置よりも上流側においてチューブ１０が折れることもある。この場合、測定位置においてチューブ１０内の圧力が低下することから、測定圧力ＰＲは図９に示すように時間変化する。

このとき、測定圧力ＰＲが、基準圧力ＰＲ０よりも圧力差閾値以上小さくなると（時点ｔ４）、第１警告信号が送信される。このとき、折れた位置の下流側における圧力低下速度は、上流側における圧力上昇速度よりも遅い場合がある。そこで、図示するように、圧力差閾値として、圧力が低下する場合の閾値ΔＰＲ１（−）を用いればよい。閾値ΔＰＲ１（−）を閾値ΔＰＲ１（＋）よりも小さく設定すれば、短時間で流量変化を検出することができる。また、圧力が上昇する場合も低下する場合も同じ圧力差閾値を用いてもよく、このように閾値を設定すれば、圧力が低下する場合でも精度良く流量変化を検出することができる。

上記の例では、血液が正常に循環している状態から流量異常が生じた場合に、流量異常検知ユニット２００が流量異常を検知するものとしたが、流量異常検知ユニット２００は、ローラポンプ１０１の駆動開始直後における流量異常を検知してもよい。チューブ１０が折れた状態でローラポンプ１０１を駆動させると、流体供給装置１００全体として見た流量はほぼ０となり、折れた位置よりも上流側でチューブ１０の内圧が上昇し、下流側では内圧は変化しない。圧力センサ２よりも下流側でチューブ１０が折れた場合には、上記の例と同様に測定圧力ＰＲが上昇することから、同様に流量異常を検知することができる。一方、圧力センサ２よりも上流側でチューブ１０が折れた場合には、測定圧力ＰＲは変化しないが、例えば、ローラポンプ１０１の駆動を開始してから所定時間経過しても測定圧力ＰＲが変化しなければ流量異常が生じていると判断すればよい。

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、圧力センサ２によってチューブ１０の形状変化を測定して血液の流量異常を検知することにより、流量が変化したか否かを応答性良く検出し、流量異常を迅速に検知することができる。また、圧力センサ２によってチューブ１０の形状変化を外側から測定することで、血液に非接触で流量異常を検知することができる。

また、圧力センサ２が、チューブ１０の径方向における形状変化を測定することから、血液の流量異常を精度良く且つ容易に検知することができる。

また、変形手段としてのケース２１が、チューブ１０を径方向内方に予め変形させることにより、流量が正常な値から減少した場合にチューブ１０が縮径しやすくなり、流量の減少を検出しやすくすることができる。

また、チューブ１０の形状変化を測定する測定部として、圧力センサ２のセンサ本体２２を用いることで、チューブ１０の微小な形状変化も検出することができ、流量異常の検出精度を向上させることができる。

また、流量異常検知ユニット２００が超音波流量計１０６および圧力センサ２を備えることで、超音波流量計１０６によって絶対的な流量を精度良く測定しつつ、圧力センサ２によって形状変化を迅速に検出し、流量異常を検知することができる。

このとき、圧力センサ２と超音波流量計１０６とがそれぞれの閾値に応じて信号を外部に送信することで、それぞれの特性を相補的に利用して流量異常を検知することができる。

また、流体供給装置１００が流量異常検知ユニット２００を備えることで、迅速に且つ精度良くローラポンプ１０１によって循環する血液の流量異常を検知することができ、警報を発生したりローラポンプ１０１を停止したりし、適切に対処することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

例えば、前記実施形態では、圧力センサ２のケース２１が変形手段として機能し、チューブ１０を予め変形させるものとしたが、流量の減少時にチューブ１０内が負圧となり縮径しやすい場合には、予め変形させなくても流量異常を検知することができる。また、圧力センサは、変形手段を備えずに流量の増加時のみ流量異常を検知するものであってもよい。

また、前記実施形態では、チューブ１０の径方向における形状変化を測定するために圧力を測定するものとしたが、例えば、紐状部材や帯状部材をチューブ１０の外周に巻き付けて周長を測定することにより、チューブ１０の径方向における形状変化を測定してもよい。

また、前記実施形態では、流量異常検知装置としての圧力センサ２は、測定部としてのセンサ本体２２をチューブ１０の外表面に接触させることにより、径方向における形状変化を測定するものとしたが、流量異常検知装置は、チューブ１０における径方向以外の形状変化を測定するものであってもよい。

流量異常検知装置は、チューブ１０における軸方向の形状変化（軸方向寸法の変化）を測定してもよい。即ち、チューブ１０内の流量が増加すると、チューブ１０が伸び変形しようとすることから、例えば軸方向に離隔した２つの識別部をチューブ１０に形成しておき、識別部同士の間隔を測定することで流量異常を検知してもよい。また、チューブ１０が多少の捩れや屈曲等を有して自然状態（直線状に伸びた状態）から変形した状態で配索される部分では、内圧が上昇するとチューブ１０が直線状に戻ろうとする。流量異常検知装置は、このようなチューブ１０の性質を利用して形状変化を測定してもよい。

また、流量異常検知装置は、チューブ１０に非接触で形状変化を測定してもよい。例えば、光や音波をチューブ１０に対して放射し、その反射を測定することにより、形状変化を測定してもよい。

また、前記実施形態では、流量異常検知装置としての圧力センサ２が流体供給装置１００において超音波流量計１０６と組み合わせて使用されるものとしたが、流量異常検知装置を単独で用いて流量異常を検知してもよい。

また、前記実施形態では、流体供給装置１００が、流体（血液）を循環させるものとしたが、流体供給装置は、流体を循環させずに単に一方側から他方側に供給するものであってもよい。また、前記実施形態では、人工透析のための流体供給装置１００に流量異常検知装置としての圧力センサ２が用いられるものとしたが、流量異常検知装置が用いられる流体供給装置は、流体が可撓性の管状部材を通過するものであれば医療以外の分野において利用されてもよく、例えば半導体の製造時に洗浄液等を供給するものであってもよいし、農業において液体肥料や水等を供給するものであってもよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、制御方法及び手順、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質、制御方法及び手順などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質、制御方法及び手順などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した記載は、本発明に含まれるものである。

１００ 流体供給装置
１０１ ローラポンプ（ポンプ）
１０６ 超音波流量計（流量計）
２ 圧力センサ（流量異常検知装置）
４ 制御手段
２１ ケース（変形手段）
２２ センサ本体（測定部）
１０ チューブ（管状部材）
２００ 流量異常検知ユニット

Claims (8)

1. 可撓性の管状部材を通過する流体の流量異常を検知するための流量異常検知装置であって、
   前記管状部材の形状変化を外側から測定する測定部を備え、
   前記測定部によって測定した前記形状変化に基づき、前記流体の流量異常を検知することを特徴とする流量異常検知装置。
2. 前記測定部は、前記管状部材の外表面に接触することにより、該管状部材の径方向における形状変化を測定することを特徴とする請求項１に記載の流量異常検知装置。
3. 前記管状部材と前記測定部とを互いに押し付けることによって該管状部材を径方向内方に予め変形させる変形手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の流量異常検知装置。
4. 前記測定部は、センサ部を備え、前記管状部材によって該センサ部に加えられる圧力を測定することを特徴とする請求項２又は３に記載の流量異常検知装置。
5. 可撓性の管状部材を通過する流体の流量異常を検知する流量異常検知ユニットであって、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の流量異常検知装置と、
   前記管状部材を通過する流体の流量を測定する流量計と、を備えることを特徴とする流量異常検知ユニット。
6. 前記流量異常検知装置及び前記流量計の測定結果に基づいて外部に信号を送信する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記流量異常検知装置が流量異常を検知した場合に第１信号を送信し、前記流量計が測定した前記流体の流量が流量閾値以下となった場合に第２信号を送信することを特徴とする請求項５に記載の流量異常検知ユニット。
7. 可撓性の管状部材と、流体を一方側から他方側に供給するためのポンプと、請求項５又は６に記載の流量異常検知ユニットと、を備え、
   前記流量異常検知装置及び前記流量計の測定結果に基づき、前記管状部材を通過する流体の流量異常を検知することを特徴とする流体供給装置。
8. 可撓性の管状部材を通過する流体の流量異常を検知する流量異常検知方法であって、
   前記管状部材の形状変化を外側から測定し、測定した前記形状変化に基づき、前記流体の流量異常を検知することを特徴とする流量異常検知方法。

Images