JP3127377B2 - 高精度のペリスタポンプ - Google Patents

高精度のペリスタポンプ

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、一般にペリスタポンプに関し、特にペリス
タポンプの精度の改善に関する。
発明の背景 患者への静脈注射液の投与は当分野でよく知られてい
る。典型的には、ガラスまたは可撓性容器中の食塩水、
グルコース、または電解質が、ポリ塩化ビニル（PVC）
管の如き可撓性プラスチック管を通じて患者の静脈導入
部位に供給される。流体の流速は、所望の流速が得られ
るまで管流路を制限するよう調節するローラークランプ
により制御される。
容器から患者への流れは、ローラークランプ以外の手
段によっても調節される。電子的に制御されるポンプを
使用することは、益々一般的になっている。静脈注射液
の投与に使用されるポンプの一つの形式はペリスタポン
プである。
ペリスタポンプ動作の適用は、特に医学分野に適して
いる。これは、ペリスタポンプ動作は静脈注射液を通す
管の外部から加えることができるからである。これは、
液体に推進力を伝えつつ管内の静脈注射液の無菌状態を
維持する。また、ペリスタポンプ動作は管の何れの部位
にでも加えることができる。
また、ペリスタポンプは、流体の推進力を付与するた
めにポンプを管の何れの部位にも配置され得る。医学分
野で使用されるペリスタポンプの一般形式では、駆動モ
ーターは互いに離れた角度で配された一揃いのカムに接
続されている。カムは対応する押圧フィンガーに接続さ
れるカム従動部を駆動する。これらの要素は、押圧フィ
ンガーに直線的波運動を伝えるように協働する。押圧プ
レートが押圧フィンガーから離れて並置されて取り付け
られている。押圧プレートは、流体を推進させる管上の
波運動を伝えるように往復運動する押圧フィンガーに抗
して管を保持する。
この形式のペリスタポンプに関する問題は、24時間も
しくはそれ以上の長い注入時間に渡り、管の直径が変化
するということである。もし管の直径が変化するなら
ば、流速も変化する。この変動は、注入される流体温度
の変化、室内の気温の変化、患者の抵抗による下流圧力
の変動、流体源からの上流圧力の変動、およびポンプ動
作を被る管の弾力性の低下に起因する。
流体流速の変化の原因で特に重要なものは管の弾力性
の低下である。これは、ポンプ動作を被る管のへたばり
に帰結する。このへたばりは、流体供給速度の低下につ
ながるポンプ動作を被る流体量の低下に帰結する。これ
はヒステリシスに起因する。
ヒステリシスは、管の向きを手動で変え、それによ
り、ポンプ動作に対して異なる管部分を晒すことにより
解決され得る。この解決法はいくつかの理由により不充
分である。まず、管を移動することは流体の流れを妨害
する。更に、看護婦または他の病院従事者は管を移動す
る時間をとらなければならない。
別の解決法は、あらかじめ定められたスケジュールに
従う注入中のモーター速度を上げることである。これは
供給精度を改善するが、いくつかの理由で完全に充分と
は言えない。先ず、管幅の小さな変動は、管の１部分か
ら他の部分までの異なる注入速度に帰結する。加えて、
管の各部分は異なる弾力性の低下率を示す。更に、もし
管が取り替えられ、または押圧フィンガーの向きが同一
の管で変えられるならば、予め定められた速度増加は実
際上精度の減少につながる可能性がある。最後に、この
システムは直径変動の他の原因を明らかにできない。
従って、必要とされるものは、注入速度を変える種々
の要因を考慮してペリスタポンプの流体流れの精度を改
善する装置である。本発明は、そのような装置を提供す
る。
発明の要約 本発明は、ペリスタポンプにおける流体流れの精度を
改善する方法および装置を提供する。流体を通す管の小
直径の変化の関数として駆動モーターの速度を変える方
法が提供される。この方法は、管の小直径を測定するこ
と、管の小直径の測定値と先の管の小直径の測定値とを
比較すること、並びに経過時間および選択された注入速
度とともに管の直径の変化の関数としてモーター駆動速
度を変えることを含む。
この方法を実施化する装置が提供される。本発明の装
置は、駆動モーターにより駆動される標準のペリスタポ
ンプ作用部も含む。押圧フィンガーとの間に管を保持す
る押圧プレートが、押圧フィンガーに対向して並置され
る。
本装置は、管の直径を測定するための手段を含む。好
適な実施例では、それは押圧フィンガーと並置されるペ
リスタポンプの押圧プレート内に取り付けられる線形可
変差動変圧器（Linear Variable Differential Transfo
rmer,LVDT）である。この測定手段は、マイクロプロセ
ッサーに供給される出力部を含む。このマイクロプロセ
ッサー手段は比較器手段を含む。比較器手段は、種々の
時間間隔で測定された管の小直径と、測定手段から導か
れた管の小直径の先の読み取りとを比較する。マイクロ
プロセッサーは、駆動モーターの速度を調節し、経時時
間および選択された注入速度とともに管の小直径の変化
の関数としてモーター駆動速度を変える。
図面の簡単な説明 図１は、ペリスタポンプ装置を利用する静脈注射セッ
トの斜視図である。
図２は、本発明の原理に従うペリスタポンプ装置の概
略図である。
図３は、ペリスタポンプ装置の電子的操作系のブロッ
ク図である。
図４は、本発明の原理に従う操作方法のフローチャー
トである。
図５は、本発明の原理を利用するペリスタポンプの改
善された流速を示すグラフである。
好適な実施例の詳細な説明 図１は、ポンプと可撓性容器の如き静脈注射液源とを
使用する静脈内注入装置の説明図である。ポンプの操作
機構および電子的操作系（図示せず）を具備するポンプ
20は、静脈注射液容器24の支持体としても機能するI.V.
スタンド22上に付設されている。継続的に注入される食
塩水の如き液体27を収容する容器24は、スタンド22に支
持されている。
注入装置10は、ポンプ20を経由する容器24から患者へ
の流路を備える。装置10は、ポリ塩化ビニル（PVC）管
の如き可撓性プラスチック管26の部分を含む。
管26は、その基部端で、スパイク（図示せず）を介し
て容器24の出口30に取り付けられる適下室28に取り付け
られている。ローラークランプ32の如きクランプ手段
が、管26のポンプ20と容器24の間の一地点に配置され
る。管26は、その末梢端で、カテーテルまたは中空針
（図示せず）如き静脈挿入具に連結されている。
ポンプ20は、ペリスタポンプ（蠕動ポンプ）装置本体
を覆う蝶番式ドア36を含む。ポンプ20を始動する場合に
は、ドア36を開け、下記に詳述するペリスタポンプ装置
に管26を挿入し、ドア36を閉め、ポンプ20を始動させ
る。ポンプ20は、ドア36の上部もしくは下部の周囲に、
ドア36が閉められたときに管26が通される開口38を形成
される。
図１に描かれた実施例は複式駆動ペリスタポンプを含
んでいるが、本発明は単一のペリスタポンプにおける何
れかの数のポンプ駆動の使用を企図している。
図２を参照すると、ペリスタポンプ装置の概念図が示
されている。駆動モーター42は、駆動シャフト46を介し
て複数のカム44a−ｈに接続されている。第２図に描か
れた実施例では８つのカムが使用されているが、本発明
では何れの数のカムも企図されている。各カムは隣接す
るカムに対し角度を成して配置される。角度を成して配
置された複数のカム44a−ｈは、駆動シャフト46と共に
回転することを可能とするハウジング48に軸支される。
往復運動をする複数の押圧フィンガー50a−ｈが具備
され、その数はカム44a−ｈの数に対応する。各押圧フ
ィンガー50は、カム従動部として動くことにより、押圧
フィンガー50を往復駆動させる対応するカム44と協働す
る。よって、駆動シャフト46の回転運動は、往復運動す
る複数の押圧フィンガー50a−ｈの線形波形運動に変換
される。
押圧プレート54が押圧フィンガー50a−ｈに対し並置
され、カムの軸に対して平行に配置されている。管26
は、押圧フィンガー50と押圧プレート54との間に配置さ
れている。液体の推進力は、押圧フィンガー50a−ｈが
カム44a−ｈの角度方向により伝達される線形波形運動
で管６を押圧することにより達成される。
更に、本装置は押圧フィンガー50に対し並置された管
26の直径を測定する手段を含んでいる。好ましい実施例
では、この測定手段は従来技術で知られているような線
形可変差動変圧器（LVDT）54である。このような線形可
変差動変圧器（LVDT）装置54は、線形変位をアナログ信
号に変換する。しかしながら、他の形式の測定手段、例
えば光学式、超音波式、水圧式、機械式、または電気式
の測定手段も、本発明により企図されている。
第３図を参照すると、本発明の原理と一致する装置の
制御回路の概略ブロック図が示されている。従来技術で
知られているような標準入力キーボード100が具備さ
れ、使用者の注入制御変数、例えば注入の流速、注入時
間をマイクロプロセッサー110に入力するのに使用され
る。使用者の制御変数は、マイクロプロセッサー110に
備えられるランダム・アクセス・メモリー（RAM）内に
記憶されている。使用者の選択した変数を表示する従来
知られた如き標準ディスプレー120が備えられる。駆動
モーター42は、マイクロプロセッサー110により発生す
る駆動信号を介して制御される。電源130は種々の構成
要素に電力を供給する。
ペリスタポンプ注入装置の流速を補正するときの高度
な正確さは、３つの変数：時間、流速および管直径の変
化を利用することにより達成されることが見いだされ
た。このように、好適な実施例では、式： Ａ＝ｆ（ｔ）＋ｆ（△Ｄ）＋ｆ（Ｒ） で示されるように注入時間（ｔ）、注入速度（Ｒ）、お
よび管直径の変化（△Ｄ）の関数で、駆動モーターの調
節が成される。
注入の速度は、使用者により予め選択されるか、また
はキーボードを通じてマイクロプロセッサーに入力され
る。注入の速度はマイクロプロセッサーに備えられる手
段により測定される。管直径の変化は、管の外径を測定
する為の手段により測定されながらマイクロプロセッサ
ーに供給される。好適な実施例では、管の外径を測定す
るための手段は、前述したように、線形可変差動変圧器
（LVDT）54である。線形可変差動変圧器（LVDT）からの
アナログ信号は、マイクロプロセッサー110のランダム
・アクセス・メモリー（RAM）に入り、後述するよう
に、駆動信号を発生するのに利用される。
図４を参照すると、本発明に従う注入方法の流れ図が
示されている。マイクロプロセッサーへの電源210が使
用者により入力キーボードを通じてオンされた後、初期
遅延時間カウンターDLCTRが所定数に初期化され（214）
ながら、時間変数Ｔとともに変数RTDC、RBDCがゼロに設
定される（212）。初期遅延は、管の弾性挙動における
と同様にモーター駆動システムにおける初期経過が排除
されるように与えられる。好適な実施例では、遅延時間
は５分である。
使用者によるキーボード入力を通じて注入が開始され
る（216）と、遅延カウンター218が秒読みし始める。次
いで、遅延カウンターは設定変数であるゼロと比較され
る（220）。遅延時間が経過するか、またはDLCTRが０に
なると、管の初期径の読み取りが線形可変差動変圧器
（LVDT）によりなされる。
初期径の読み取りを決定するために、ポンプサイクル
の上死点で測定がなされて変数RTDCと定められ（22
2）、同様にポンプサイクルの下死点で測定されて変数R
BDCと定められる（224）。上死点は、押圧フィンガーが
管に接触しないときの蠕動運動が加えられる管部分の外
部直径を指示する。下死点は、管が閉塞されるときの蠕
動運動が加えられる管部分の外部直径を指示する。液体
の流速を生じさせるのは管の内径であり、実際には管の
外部直径が測定されているが、時間中の管の厚さの変化
は無視できる。従って、上死点および下死点における管
の外部直径の差は、内部的および外部的な管のより小さ
な方の直径（小直径）における変化を与える。加えて、
管の弾性が低下するにつれて、当初円形の管が円形から
楕円形ないし卵形にゆっくり変形する。円形の管は円形
から楕円形ないし卵型にゆっくり変形するので、管の小
直径が管の最小の直径として測定される。これらの読み
取り間の差Dtが決定され（226）、マイクロプロセッサ
ーのランダム・アクセス・メモリー（RAM）に記憶され
る。
管の小直径の読み取りDtが決定された後、秒読みされ
る変数HRCTRが所定時間で初期化され（228）、その時間
後、管の小直径の新たな測定がなされる。好適な実施例
では、この秒読み変数は１時間に設定される。加えて、
時間変数Ｔは１カウント増加し（230）、経過した時間
数が勘定される。
秒読み変数HRCTRの初期化の際直ちにマイクロプロセ
ッサーは秒読みを始める（232）。次いで、秒読み変数H
RCTRは設定された変数０と比較される（234）。秒読み
変数HRCTRが０に等しくなるとき、第２の管直径の読み
取りが線形可変差動変圧器（LVDT）によりなされる。再
び、上死点（236）および下死点（238）において読み取
りされる。下死点の読み取り値RBDCが上死点の読み取り
値から差し引かれて第２の小直径の読み取り値Dt+1を決
定する（240）。前述したように、駆動モーターの調節
は注入時間、注入速度、および直径の変化の関数として
なされる。従って、使用者により予め選択される如き注
入速度はランダム・アクセス・メモリー（RAM）から読
み込まれ（242）、一方時間変数Ｔは注入時間に利用さ
れる。
管直径の変化△Ｄは、初期の管直径測定値Dtと第２の
管直径測定値Dt+1との差をとることにより決定される
（246）。この変化△Ｄは、比較的一定の注入速度を維
持するのに必要とされるペリスタポンプ駆動モーターの
調節率を決定するために、マイクロプロセッサーによっ
て利用される。好適な実施例では、この調節率は下記の
式に従い決定される（248）。
A/100＝−9.7−0.0844（Ｔ） ＋12.3（△Ｄ）＋0.0322（Ｒ） 上記式中 Ａ＝調節率（％変化） Ｔ＝時間変数（時間） △Ｄ＝管直径の変化（インチ） Ｒ＝流速（ml/時間） この式を利用することが、比較的小さな量のマイクロプ
ロセッサーメモリーを使用しながら高精度を与えること
を見いだした。
次いで、変数Ａは駆動モーターの速度を調節するのに
使用される（250）。
モーター速度の調節がなされた後、時間変数Ｔは管が
取り替えられるべき時間として決定される上限時間と比
較される（252）。好適な実施例では、上限時間は約72
時間である。もし時間変数Ｔがこの上限時間を超過する
と、警告がIV装置を取り替えるように使用者に指示する
ポンプ表示内に表示される（254）。もし上限時間が経
過しないのならば、秒読み変数HRCTRは再び初期化され
（228）、時間変数Ｔは更なる管直径測定Dt+2の為に１
カウント増加する（230）。
もう一度、秒読み変数HRCTRの初期化の際直ちにマイ
クロプロセッサーは秒読みを始める（232）。秒読み変
数HRCTRが再び０に等しくなるとき（234）、新たな管直
径の読み取りが線形可変差動変圧器（LVDT）によりなさ
れる（236、238）。この読み取りは、再び上死点RTDCと
下死点RBDCの差となる（240）。
流速Ｒが再び読み込まれる（242）。管直径の変化
（△Ｄ）は、先の管直径の読み取りDt+1と新たな管直径
の読み取りDt+2との間の差をとることにより決定される
（246）。一般的には、何れかの時刻ｔにおける管直径
の変化△Ｄは、次式で計算される。
△Ｄ＝Dt+1−Dt 再び変化はマイクロプロセッサーによって決定され
（248）、駆動モーターの速度が、好適な式に従い一定
の注入速度を維持するように調節される（250）。この
工程は、時間変数Ｔが上限時間を超過し（252）警告がI
V装置を取り替えるよう警告する（254）まで繰り返され
る。
図５を参照すると、本発明に従うペリスタポンプの精
度の向上を示すグラフが示されている。このグラフは、
注入時間（時間）の関数としてペリスタポンプの流速に
おける誤差（％）を表している。60015イリノイ州ディ
アフィールドのバクスター ヘルスケア コーポレーシ
ョンからセットで市販される標準IV管のＡ線は、従来技
術のポンプを使用して70ml/時間の流速で100時間追跡さ
れた。Ｂ線は、本発明の好適な式に従い計算されるよう
な注入速度を示す。示される通り、この具体例における
精度減少の改善は、結果的に約１％の精度低下で示され
ている。
ここで述べられた好適な実施例に対する種々の変形・
修正が当業者にとって明かであることが理解されるべき
である。例えば、本発明の原理はロータリー型のペリス
タポンプにも適用可能である。そのような変形・修正
は、本発明に付随する利点を減じることなく本発明の思
想および範囲から逸脱せずになされ得る。故に、このよ
うな変形・修正は添付の請求の範囲により保護されるこ
とが意図されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61M 5/142

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】管を通じて流体源から患者へ流体を注入す
    る装置において、 （１）管に外部的なポンプ作用を加える手段と、 （２）一定時間の通液の後ポンプ作用を被る管の直径を
    測定する手段と、 （３）一定時間の通液の後の管直径と先の管直径とを比
    較する手段と、 （４）ほぼ一定の注入速度を維持するため菅直径の変位
    を補償するようにポンプ作用の速度を調節する手段とを
    有する装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の装置において、さらに、
    前記一定時間の通液の後ポンプ作用を被る管の直径を測
    定する手段、一定時間の通液の後の管直径と先の管直径
    とを比較する手段及びほぼ一定の注入速度を維持するた
    め菅直径の変位を補償するようにポンプ作用の速度を調
    節する手段を反復継続して作動させる手段を有する装
    置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の装置において、前記一定
    時間の通液の後ポンプ作用を被る管の直径を測定する手
    段が前記管の外部直径を測定する装置。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の装置において、前記管に
    外部的なポンプ作用を加える手段のポンプ作用が蠕動的
    である装置。
  5. 【請求項５】請求項１に記載の装置において、前記ほぼ
    一定の注入速度を維持するため菅直径の変位を補償する
    ようにポンプ作用の速度を調節する手段がポンプ作用速
    度の調節を注入時間と注入速度の関数としてなす装置。
  6. 【請求項６】請求項５に記載の装置において、前記ポン
    プ作用の速度を調節する手段によるポンプ作用速度の調
    節が、次式： A/100＝−9.7−0.0844（Ｔ）＋12.3（△Ｄ）＋0.0322
    （Ｒ）［式中、Ａはモーター速度の調節百分率、Ｔは注
    入時間（時間）、ADは管直径の変化（インチ）、Ｒは注
    入速度（ml/時間）］に従ってなされる装置。
  7. 【請求項７】管を通じて流体源から患者へ流体を注入す
    る装置において、 流体の推進力を与えるために管の外部にポンプ作用を加
    える手段と、 ポンプ作用を被る管の直径を測定する手段と、 複数の管直径の測定値を記憶する手段と、 管直径の変化を決定するために管直径の測定値を比較す
    る手段と、 管直径の変化の関数として管の外部へのポンプ作用を調
    節する手段とを有する注入装置。
  8. 【請求項８】ポンプ作用を加える手段が蠕動的ポンプで
    ある請求項７の注入装置。
  9. 【請求項９】管直径を測定する手段が線形可変差動変圧
    器である請求項７の注入装置。
  10. 【請求項１０】記憶する手段と比較する手段がマイクロ
    ブロセッサーである請求項７の注入装置。
  11. 【請求項１１】調節する手段がポンプ作用の速度を変え
    る手段を含む請求項７の注入装置。
  12. 【請求項１２】管を通じて患者へ流体を注入するポンプ
    において、 管を外部から押圧するベリスタポンプ作用部と、 所定速度でペリスタポンプ作用部を駆動する駆動モータ
    ーと、 ペリスタポンプ作用部に対して並置される押圧プレート
    と、 ペリスタポンプ作用部が押圧する管の直径を測定するた
    めに押圧プレート内に備えられる手段と、 管直径の変化を決定するために管直径の測定値を比較す
    る手段と、 管直径の変化の関数として駆動モーターの速度を調節す
    る手段とを有し、 管が押圧プレートとペリスタボンブ作用部の間に係合さ
    れるポンプ。
  13. 【請求項１３】前記比較する手段がマイクロプロセッサ
    ーである請求項12のポンプ。
  14. 【請求項１４】前記調節する手段がマイクロプロセッサ
    ーである請求項12のポンプ。
  15. 【請求項１５】ペリスタポンプ作用部が駆動モーターに
    固定された一揃えのカムを含み、 該カムが複数の協働する押圧フィンガーを駆動する請求
    項12のポンプ。
  16. 【請求項１６】測定する手段が線形可変差動変圧器であ
    る請求項12のポンプ。
JP02507799A 1989-12-14 1990-04-30 高精度のペリスタポンプ Expired - Fee Related JP3127377B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

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