JP3582216B2 - Monitoring equipment for medical equipment drives - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば大動脈内バルーンポンプ(IABP)あるいは人工心臓(AH)などの医療機器を駆動する医療機器用駆動装置の監視装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
IABPやAHなどの医療機器では、駆動流体としてガスを用いて、患者に挿入された医療機器を駆動している。
このような医療機器では、医療機器に生じたピンホールなどによってガスが患者の血液に入ることを極力防止し、患者の血管をガス閉塞することを防止することが必要である。そのための手段として、たとえば特開昭60−106464号公報に示すように、圧力源に連通する一次配管系と駆動用の二次配管系とを圧力伝達隔壁装置(一般的には、容量制限装置(VLD)またはアイソレータと称する)により隔離し、駆動用ガスが封入される二次配管系を閉鎖系とした駆動装置が提案されている。このような駆動装置では、駆動用の二次配管系が閉鎖系であるので、仮にピンホールなどによりガスが漏れたとしても、圧力源に医療機器が直接接続される場合に比較して、その漏れ量を制限することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、IABPなどのように、薄い高分子膜から成るバルーンが被駆動機器として用いられる場合には、このバルーンを構成する高分子膜から拡散によりガスが系外へ逃げて行く。そのために、駆動用の二次配管系(閉鎖系)の圧力を監視し、ガス量が減少した場合には、閉鎖系である二次配管系内に適宜ガスを補充する必要がある。この拡散によるガス損失をそのまま放置すると、駆動するためのガス量が減少し過ぎて、IABPやAHなどの本来の機能が失われるおそれがあるからである。
【0004】
そこで、閉鎖系である二次配管系の圧力を監視するが、このように拡散により自然に系外へ逃げて行くことによる圧力の低下と、医療機器に生じたピンホールなどの異常により系外へ逃げて行くことによる圧力の低下とを判別することは必ずしも容易ではない。
【0005】
なお、駆動流体配管系にセンサを設けて体液の混入を検出することも考えられるが、その検出は容易ではない。
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、医療機器に生じたピンホールなどの異常を早期且つ正確に検出することができる医療機器用駆動装置の監視装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る医療機器用駆動装置の監視装置は、
駆動ガスにより被駆動機器を駆動するためのホースまたはチューブで構成された駆動ガス配管系の途中に、当該配管系に混入した体液を検出するセンサが装着してあり、
前記配管系が、駆動ガスを減圧排気するために主ラインから分岐した排気ラインを有し、当該排気ラインに前記センサが装着してある。
【0007】
前記センサは、前記配管系を流れる駆動流体に光を照射する発光手段と、前記発光手段から前記駆動流体を通過した光を受光する受光手段とを有し、前記駆動配管系を流れる駆動流体に体液が含まれない場合には、前記受光手段での検出が高レベルとなり、前記駆動配管系を流れる流体に体液が含まれる場合には、前記受光手段での検出が低レベルとなるように、前記発光手段および受光手段が設定してあることが好ましい。この場合、発光手段としては、青色または緑色系の光を発するフィルター付またはフィルター無しの発光ダイオード(LED)、レーザダイオードなどが好ましく用いられる。受光手段としては、フォトセンサダイオード、CCDなどが好ましく用いられる。これら発光手段および受光手段は、駆動配管系のラインの長手方向に対して略垂直方向に約180度の位置で向き合うように配置されることが好ましい。
【0008】
前記センサは、前記配管系を流れる流体に光を照射する発光手段と、前記発光手段から前記駆動流体に照射されて乱反射した光を受光することが可能な受光手段とを有し、前記駆動配管系を流れる駆動流体に体液が含まれない場合には、前記受光手段での検出が低レベルとなり、前記駆動配管系を流れる流体に体液が含まれる場合には、前記受光手段での検出が高レベルとなるように、前記発光手段および受光手段が設定してあることが好ましい。この場合、発光手段としては、赤色または黄色系の光を発するフィルター付またはフィルター無しの発光ダイオード(LED)、レーザダイオードなどが好ましく用いられる。受光手段としては、フォトセンサダイオード、CCDなどが好ましく用いられる。これら発光手段および受光手段は、駆動配管系のラインの長手方向に対して略垂直方向の位置であって、相互に略90度の角度の位置と成るように配置されることが好ましい。
【0009】
また、本発明では、血液などの体液を検出するセンサとして、上記のような光学式のセンサに限らず、体液を検出することができる化学センサなどであってもよい。ただし、光学式のセンサが、もっとも簡便かつ安価であり、好ましい。
本発明に係る医療機器用駆動装置の監視装置では、患者の体内に配置される医療機器に仮にピンホールあるいはその他の異常が形成された場合に、それを検出するために、駆動流体の圧力を監視するのではなく、駆動流体の駆動配管系に体液が混入しているか否かを直接検出する。これは、バルーンなどの医療機器にピンホールなどが生じた場合に、ピンホールから漏れたガス分に相当する体液(たとえば血液)が、駆動配管系に入り込むことを利用している。本発明では、駆動配管系に入り込んだ血液などの体液を、センサにより検出しているので、医療機器に生じたピンホールなどの異常を早期に検出することができる。
【0010】
ピンホールによる駆動流体の異常漏れと、医療機器を構成する膜などを通しての拡散による駆動流体の逃げ(拡散漏洩)とを、駆動流体のガス圧で判別することは困難であり、ピンホールによる駆動流体の異常漏れを拡散漏洩と誤認し易い。誤認を早期に発見しないと、ピンホールから駆動配管系に血液などの体液が入り込み、そこで凝固するおそれがある。患者の体内に医療機器が挿入された状態で、駆動配管系の内部で血液などの凝固が生じる事態は極力避けなければならない。特に、長期間の間に少しづつ駆動配管系の内部に血液などが蓄積する事態を避ける必要がある。
【0011】
本発明では、駆動配管系に入り込んだ血液などの体液を、直接センサにより検出しているので、医療機器に生じたピンホールなどの異常を早期に検出することができ、医療用機器を含む駆動配管系の内部で血液の凝固が生じるなどの事態を良好に防止することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る医療機器用駆動装置の監視装置を、図面に示す実施形態に基づき、詳細に説明する。
第1実施形態
図1は本発明の一実施形態に係る医療機器用駆動装置の監視装置の概略構成図、図2は監視装置の回路図、図3は監視装置が用いられる駆動装置の概略構成図である。
【0013】
図1に示す実施形態に係る医療機器用駆動装置の監視装置80は、たとえば図3に示すIABP用バルーンカテーテル20のバルーン22を膨張および収縮させるための駆動装置9に組み込まれて用いられる。
本実施形態に係る監視装置について説明するに先立ち、まずIABP用バルーンカテーテル20(図3,7,8)について説明する。
【0014】
図7に示すように、IABP用バルーンカテーテル20は、心臓の拍動に合わせて拡張および収縮するバルーン22を有する。バルーン22は、膜厚約100〜150μm程度の筒状のバルーン膜で構成される。本実施形態では、拡張状態のバルーン膜の形状は円筒形状であるが、これに限定されず、多角筒形状であっても良い。
【0015】
IABP用バルーン22は耐屈曲疲労特性に優れた材質で構成される。バルーン22の外径および長さは、心機能の補助効果に大きく影響するバルーン22の内容積と、動脈血管の内径などに応じて決定される。バルーン22は、通常、その内容積が30〜50ccであり、外径が拡張時14〜16mmであり、長さが210〜270mmである。
【0016】
このバルーン22の遠位端は、短チューブ25を介してまたは直接に内管30の遠位端外周に熱融着または接着などの手段で取り付けてある。
バルーン22の近位端には、金属チューブ27などの造影マーカーを介してまたは直接に、カテーテル管24の遠位端に接合してある。このカテーテル管24の内部に形成された第1のルーメンを通じて、バルーン22内に、駆動ガス体が導入または導出され、バルーン22が拡張または収縮するようになっている。バルーン22とカテーテル管24との接合は、熱融着あるいは紫外線硬化樹脂などの接着剤による接着により行われる。
【0017】
内管30の遠位端はカテーテル管24の遠位端より遠方へ突き出ている。内管30は、バルーン22およびカテーテル管24の内部を軸方向に挿通されている。内管30の近位端は、分岐部26の第2ポート32に連通するようになっている。内管30の内部には、バルーン22の内部およびカテーテル管24内に形成された第1のルーメンとは連通しない第2のルーメンが形成してある。内管30は、遠位端の開口端23で取り入れた血圧を分岐部26の第2ポート32へ送り、そこから血圧変動の測定を行うようになっている。
【0018】
バルーンカテーテル20を動脈内に挿入する際に、バルーン22内に位置する内管30の第2ルーメンは、バルーン22を都合良く動脈内に差し込むためのガイドワイヤー挿通管腔としても用いられる。バルーンカテーテルを血管などの体腔内に差し込む際には、バルーン22は内管30の外周に折り畳んで巻回される。図7に示す内管30は、たとえばカテーテル管24と同様な材質で構成される。内管30の内径は、ガイドワイヤを挿通できる径であれば特に限定されず、たとえば0.15〜1.5mm、好ましくは0.5〜1mmである。この内管30の肉厚は、0.1〜0.4mmが好ましい。内管30の全長は、血管内に挿入されるバルーンカテーテル20の軸方向長さなどに応じて決定され、特に限定されないが、たとえば500〜1200mm、好ましくは700〜1000mm程度である。
【0019】
カテーテル管24は、ある程度の可撓性を有する材質で構成されることが好ましい。カテーテル管24の内径は、好ましくは1.5〜4.0mmであり、カテーテル管24の肉厚は、好ましくは0.05〜0.4mmである。カテーテル管24の長さは、好ましくは300〜800mm程度である。
【0020】
カテーテル管24の近位端には患者の体外に設置される分岐部26が連結してある。分岐部26はカテーテル管24と別体に成形され、熱融着あるいは接着などの手段で固着される。分岐部26にはカテーテル管24内の第1のルーメンおよびバルーン22内に圧力流体を導入または導出するための第1ポート28と、内管30の第2ルーメン内に連通する第2ポート32とが形成してある。
【0021】
第1ポート28は、たとえば図8に示す駆動装置9に接続され、この駆動装置9により流体圧がバルーン22内に導入または導出されるようになっている。導入される流体は特に限定されないが、ポンプ装置9の駆動に応じて素早くバルーン22が拡張または収縮するように、質量の小さいヘリウムガスなどが用いられる。
【0022】
駆動装置9の詳細については、図3を参照にして後述する。
第2ポート32は図8に示す血圧変動測定装置29に接続され、バルーン22の遠位端の開口端23から取り入れた動脈内の血圧の変動を測定可能になっている。この血圧測定装置29で測定した血圧の変動に基づき、図8に示す心臓1の拍動に応じて駆動装置9を制御し、0.4〜1秒の短周期でバルーン22を拡張および収縮させるようになっている。
【0023】
IABP用バルーンカテーテル20では、前述したように、バルーン22内に導入および導出する流体として、応答性などを考慮して、質量の小さいヘリウムガスなどが用いられる。このヘリウムガスの陽圧および陰圧を直接ポンプやコンプレッサなどで作り出すことは、ガス消費量が大きく経済性に難があり又、容量の制御が困難なことから、図3に示すような構造を採用している。すなわち、バルーン22内に連通する二次配管系18と、圧力発生手段としてのポンプ4a,4bに連通する一次配管系17とを、圧力伝達隔壁装置40により分離している。圧力伝達隔壁装置40は、たとえば図4に示すように、ダイヤフラム52およびプレート50により気密に仕切られた第1室46と第2室48とを有する。なお、プレート50は必ずしもなくても良く、ダイヤフラム52のみで第1室46と第2室とに仕切っても良い。
【0024】
図4に示す装置40の第1室46は、ポート42を通じて図3に示す一次配管系17に連通している。第2室48は、ポート44を通じて二次配管系18に連通している。また、第2室48は、ポート72を通じて、水分除去ライン71に連通している。水分除去ライン71の詳細な説明に関しては、後述する。
【0025】
第1室46と第2室48とは、流体の連通は遮断されているが、第1室46の圧力変化(容積変化)が、ダイヤフラム52の変位により、第2室48の圧力変化(容積変化)として伝達するようになっている。このような構造を採用することにより、一次配管系17と二次配管系18とを連通させることなく、一次配管系17の圧力変動を二次配管系18に伝達することができる。また、二次配管系18に封入されるガスの容量(化学当量)を一定に制御し易い。さらに、仮にバルーン22に異常が生じてガスが漏れたとしても、その漏れ量が過大になることを防止することができる。
【0026】
本実施形態では、一次配管系17の内部流体を空気とし、二次配管系18の内部流体をヘリウムガスとしている。二次配管系18の内部流体をヘリウムガスとしたのは、質量が小さいガスを用いることで、バルーン22の膨張・収縮の応答性を高めるためである。
【0027】
図3に示すように、一次配管系17には、圧力発生手段として、二つのポンプ4a,4bが配置してある。一方の第1ポンプ4aは、陽圧発生用ポンプ(コンプレッサとも言う;以下同様)であり、他方の第2ポンプ4bは、陰圧発生用ポンプである。第1ポンプ4aの陽圧出力口には、減圧弁7を介して、陽圧タンクとしての第1圧力タンク2が接続してある。また、第2ポンプ4bの陰圧出力口には、逆止弁8を介して陰圧タンクとしての第2圧力タンク3が接続してある。
【0028】
第1圧力タンク2および第2圧力タンク3には、それぞれの内部圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ5,6が装着してある。各圧力タンク2,3には、それぞれ第1電磁弁11および第2電磁弁12の入力端に接続してある。これら電磁弁11,12の開閉は、図示省略してある制御手段により制御され、たとえば患者の心臓の拍動に対応して制御される。これら電磁弁11,12の出力端は、二次圧力発生手段としての圧力伝達隔壁装置40の入力ポート42(図4参照)に接続してある。
【0029】
図4に示す圧力伝達隔壁装置40の出力ポート44が図3に示す二次配管系18に接続してある。二次配管系18は、バルーン22の内部に連通しており、ヘリウムガスが封入された密閉系となっている。この二次配管系18は、ホースまたはチューブなどで構成される。この二次配管系18には、その内部圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ15が装着してある。この圧力センサ15の出力は、制御手段へ入力するようになっている。
【0030】
また、この二次配管系18には、主ライン18aから分岐して、排気ライン18bが接続してある。この排気ライン18bには、電磁弁81を介して、図示省力してある排気用ポンプが接続してある。排気ライン18bに設けられた電磁弁81および排気用ポンプは、使用前に、二次配管系18の内部を、ヘリウムガスに置換するために、配管系18内を真空引きするためのものであり、通常使用状態では、電磁弁81は閉じられ、ポンプは駆動しない。なお、排気用ポンプは、第2ポンプ4bを兼ねても良い。また、駆動配管系である二次配管系18内を定期的に減圧排気して、定期的にヘリウムガスを補充するシステムでは、バルーン22の使用中でも、排気ポンプを作動させることがある。
【0031】
さらに、この二次配管系18には、二次配管系18内部に常時ガスの化学当量が一定に保たれるように所定量のヘリウムガスを補充するための補充装置60が接続してある。補充装置60は、一次ヘリウムガスタンク61を有する。ヘリウムガスタンク61には、減圧弁62,63を介して、二次ヘリウムガスタンク64が接続してある。二次ヘリウムガスタンク64には、圧力センサ65が装着してあり、タンク64内の圧力を検出し、タンク64内の圧力が一定に保たれるように制御される。たとえばタンク64内の圧力は、100mmHg以下程度に制御される。
【0032】
二次ヘリウムタンク64には、絞り弁67を介して補充用電磁弁66が接続してあると共に、その補充用電磁弁66と並列に初期充填用電磁弁68が接続してある。これら電磁弁66,68は、制御手段により制御される。初期充填用電磁弁68は、真空引き用ポンプに連動して開き、負圧にされた二次配管系18内に最初にヘリウムガスを充填する際に用いられる。通常使用状態では、この電磁弁68は作動しない。
【0033】
本実施形態では、二次配管系18内を負圧にし、ヘリウムガス充填(置換)時に、圧力センサ15により系内の圧力をモニタリングし、バルーン22の容量により決定される圧力となるまでヘリウムガスを封入する。たとえば40ccの容量のバルーンカテーテル20を用いる場合には、その二次配管系18の充填時のガス圧を+10±4mmHg(ゲージ圧)とし、30ccの容量のバルーンカテーテル20を用いる場合には、その二次配管系18の充填時のガス圧を−30±4mmHg(ゲージ圧)とする。
【0034】
図3,4に示すように、本実施形態の駆動装置では、駆動用配管系としての二次配管系18に、水分除去ライン71が、圧力伝達隔壁装置40のポート72を介して接続してある。この水分除去ライン71は、隔壁装置40の第2室48を介して、二次配管系18の主ライン18aと連通している。
【0035】
水分除去ライン71は、図4に示すように、隔壁装置40の第2室48と、水分除去手段としての水分凝縮装置70の内部とを連絡するように構成してある。水分凝縮装置70は、断熱性を得るため、例えばジュラコンで作られた配管接続部74を持つ。冷却部76は、アルミ又は、ステンレス部材にて作られ、内面は水滴が重力によって落ち易いように平滑にしてある。又、冷却部76の外側面の一部は、ペルチェ効果により熱移動を行えるペルチェ素子の通電により冷却される面と密着させておく。同素子としては、例えば、小松エレクトロニクス製サーモモジュールKSM−04017Aなどが用いられる。同素子の反対面は、熱移動により加熱されるので放熱のための冷却フィンを密着させる。このペルチェ素子及び冷却フィンと接する部分を除いて冷却部76の周辺は、断熱材75で覆う。これにより、少ない電力にて、冷却材の内表面が低い温度に保た1る。なお、冷却温度は、特に限定されないが、室温よりも5°C以上低いことが好ましい。ただし、0°C以下の冷却では氷結に注意する必要がある。
【0036】
又、凝集した水が、流れ落ちる下方の出口は、入口の配管接続部74と全く同様に、断熱材で作られた配管接続部78を設ける。これらの接続部は、接続した配管等からの伝導伝熱により、冷却部76が暖められてしまうことを防げる。配管接続部78の下方には、排出用配管79がつながれる。
【0037】
図3に示すように、排水用配管79は、水溜部100に接続してある。水溜部100には、たとえば特開平3−63,068号公報に示すような水位センサが装着してあることが好ましい。この水位センサにより水溜部100の水位を検出し、十分な水位である場合にのみ、電磁弁102を開き、外部へ排水を行う。また、電磁弁102を開くタイミングは、二次配管系18に陽圧が印加されたタイミングで行うことが好ましい。その陽圧が、水溜部100の水面に作用し、その水を強制的に外部へ排出できるからである。水溜部100の水位が十分な場合に、このようなタイミングで排水を行うことにより、二次配管系18に封入されているヘリウムガスなどの駆動ガス(シャトルガス)が外部へ漏出することを有効に防止することができる。
【0038】
このような水分凝縮装置70を二次配管系18に装着するのは、血液中からバルーン22を透過して、二次配管系18内のヘリウムガスに、水蒸気が混入するため、この水分を二次配管系18内から外部に排出するためである。なお、水分除去ライン71は、二次配管系18の主ライン18aに直接分岐するように構成しても良いが、このように主ライン18aと別ラインにする方が、水分除去効率に優れ、駆動ガスが高速で往復する主ライン18aに水滴が飛び散ることを防止できる。
【0039】
次に、本実施形態の監視装置80について、図1,2を参照として詳細に説明する。
監視装置80は、二次配管系18に混入した血液を検出するためのものであり、発光手段としての発光ダイオード84と、受光手段としてのフォトセンサダイオード86とを有する。これらダイオード84,86は、二次配管系18を構成する透明チューブの長手方向に対して略垂直位置となるように、ケーシング82により保持され、二次配管系18を構成する透明チューブを中心として、略180度対称位置に配置してある。ケーシング82は、周囲から光が入り込まないような材質で構成することが好ましい。
【0040】
これらダイオード84,86は、配管系18を構成するチューブの外側に配置しても良いが、チューブの内部に配置しても良い。発光ダイオード84からは、青色または緑色系の光が照射され、チューブ内部に透明な流体が流通している状態では、その光がフォトセンサダイオード86で高レベルに受光されるようになっている。また、チューブ内部に血液などの赤色の流体が流通した状態では、発光ダイオードからの光は、フォトセンサダイオード86での光検出が低レベルとなる。
【0041】
フォトセンサダイオード86は、図2に示すように、接地と定電圧との間に、抵抗87と共に直列に接続してある。これらダイオード86と抵抗87と並列に、抵抗88,89が接続してある。ダイオード86と抵抗87との接続点が、コンパレータ92の正相入力端子に接続してある。また、抵抗88,89の接続点が、基準電圧として、逆相入力端子に接続してある。ヒステリシスを設けるためコンパレータ92の出力端子は、高抵抗90を介して、正相入力端子に接続してある。また、コンパレータの出力端子は、抵抗91を介して定電圧に接続してある。
【0042】
フォトセンサダイオード86に光が当たっている状態では、フォトセンサダイオード86はオン状態となり、コンパレータ92の正相入力端子は、逆相入力端子に比較して、高レベルであり、コンパレータ92の出力端子の出力は、高レベルとなる。また、フォトセンサダイオード86に照射される光が低レベルになると、フォトセンサダイオード86はオフ状態になり、コンパレータ92の正相入力端子は、逆相入力端子に比較して、低レベルとなり、コンパレータ92の出力端子の出力は、低レベルとなる。
【0043】
したがって、出力端子の出力が低レベルになることを検出すれば、図1に示す発光ダイオード84からフォトセンサダイオード86へ至る青色または緑色系の光が遮られている状態、すなわち配管系18に血液などが混入している状態を検出することができる。
【0044】
本実施形態では、図1に示す監視装置80が、図3に示す二次配管系18の主ライン18aの何れかの位置、あるいは主ライン18aから分岐した排気ライン18b(二次配管系18の一部である)の何れかの位置、あるいは水分除去ライン71(水分凝縮装置70、排出用配管79および水溜部100を含み、二次配管系18の一部である)の何れかの位置に装着してある。なお、監視装置80は、複数位置に設置しても良い。特に、排気ライン18bに監視装置を設けることが好ましい。なぜなら、駆動配管系である二次配管系18内を定期的に減圧排気して、定期的にヘリウムガスを補充するシステムでは、バルーン22にピンホールが生じている場合には、このライン18bに、血液を巻き込むことが多いからである。また、水溜部100に監視装置80を設置すれば、除々に二次配管系18内に混入した血液が、水溜部100に貯留してある水分と混和するので、その状態を監視装置80により検出できる。また前記したバルーンカテーテルにおいてはカテーテル部分に本監視装置80を設置してもよい。
【0045】
次に、本実施形態に係る医療機器用駆動装置の動作例について説明する。
本実施形態では、図3に示すポンプ4aを駆動することにより、第1圧力タンク2内の圧力PT1が約300mmHg(ゲージ圧)に設定され、ポンプ4bを駆動することにより、第2圧力タンク3内の圧力PT2が約−150mmHg(ゲージ圧)に設定される。そして、図3に示す圧力伝達隔壁装置40の入力端に加わる圧力を、電磁弁11,12を交互に駆動することで、第1圧力タンク2および第2圧力タンク3の圧力に切り換える。この切り替えのタイミングは、患者の心臓の拍動に合わせて行われるように、制御手段が制御する。
【0046】
圧力センサ5,6により検出される圧力変動を図5(A)に示す。また、電磁弁11,12による圧力切り替え駆動の結果、図3に示す二次配管系18内の圧力変動を、圧力センサ15で検出した結果を図5(B)に示す。二次配管系18内の圧力変動の最大値が、たとえば289mmHg(ケージ圧)であり、最小値が−114mmHg(ゲージ圧)である。二次配管系18内が、図5(B)に示す圧力変動を生じる結果、バルーン22では、図5(C)に示すような容積変化が生じ、心臓の鼓動に合わせたバルーン22の膨張および収縮が可能になり、心臓の補助治療を行うことができる。
【0047】
本実施形態では、図6(D)に示すタイミング*2(図6(A),(B)におけるバルーンの収縮状態から膨張状態に切り換えるタイミング)で、図3に示す圧力センサ15による検出圧力を検出し、その検出圧力P3(図6(A))が、所定値となるように、図3に示す電磁弁66を開き、二次配管系18にガスを補充する。電磁弁66の開度制御は、特に限定されないが、たとえば8msec×n回のタイミングで弁66を開ける制御である。n回は、たとえば2〜10回である。検出圧力P3の所定値は、本実施形態では、バルーン22の容積により異なる値であり、たとえば40ccの容量の場合には、+10±4mmHg(ゲージ圧)とし、30ccの容量の場合には、−30±4mmHg(ゲージ圧)とする。検出圧力P3が、これらの値を下回ったときに、制御手段により、電磁弁66を駆動し、二次ヘリウムガスタンク64から二次配管系18内にヘリウムガスを補充し、図6(A)に示す検出圧力P3が所定値となるように制御する。
【0048】
本実施形態では、バルーン22が萎んだ状態で、このバルーン22に接続される閉鎖配管系18に一定容量(一定モル数:化学当量比)のガスを入れる。その後、バルーン22などからの透過により減少するガスの低減を、必ず、バルーン22が萎んだ状態で監視する。
【0049】
このため本実施形態では、外力により変形し得るバルーン22部分のガス圧への影響を排除し、任意の駆動配管系18(チューブやホースを含む)とバルーンの容量に応じたガスの化学当量が一定に保たれるようにすることが可能となる。このように制御すれば、図6(C)に示すタイミングでプラトー圧(バルーンが膨らんだ状態での圧力)P4をも観測することにより、バルーン22が曲折されてるなどの不測の事態によりバルーン22の容積が変化したことを検出することができる。たとえば、プラトー圧力P4が、通常よりも高くなった場合には、バルーン22が曲折されているなどの判断ができる。また、プラトー圧力P4が、通常よりも小さくなった場合には、ガスが透過以外の不測の事態で漏れていると判断することができる。
【0050】
しかも本実施形態では、このような圧力監視以外に、図1,2に示す監視装置80を用いて、駆動配管系としての二次配管系18に入り込んだ血液を、フォトセンサダイオード86により検出しているので、バルーン22に生じたピンホールなどの異常を早期に検出することができる。したがって、バルーンカテーテル20を含む二次配管系18の内部で血液の凝固が生じるなどの事態を良好に防止することができる。
【0051】
第2実施形態
本実施形態では、監視装置の構成を図9,10に示す構成とした以外は、前記実施形態と同様なので、共通する部分の説明は省略し、その相違点のみに関して説明する。
【0052】
図9に示すように、本実施形態の監視装置80aは、二次配管系18に混入した血液を検出するためのものであり、発光手段としての発光ダイオード84aと、受光手段としてのフォトセンサダイオード86aとを有する。これらダイオード84a,86aは、二次配管系18を構成する透明チューブの長手方向に対して略垂直位置となるように、ケーシング82aにより保持され、二次配管系18を構成する透明チューブを中心として、略90度位置に配置してある。ケーシング82aは、周囲から光が入り込まないような材質で構成することが好ましい。
【0053】
これらダイオード84a,86aは、配管系18を構成するチューブの外側に配置しても良いが、チューブの内部に配置しても良い。発光ダイオード84aからは、赤色または黄色系の光が照射され、チューブ内部に透明な流体が流通している状態では、その光がフォトセンサダイオード86aでほとんど受光されないようになっている。また、チューブ内部に血液などの赤色の流体が流通した状態では、発光ダイオード84aからの光は、赤色の流体で乱反射し、フォトセンサダイオード86aへも入射し、そのダイオード86aでの光検出が高レベルとなる。
【0054】
フォトセンサダイオード86aは、図10に示すように、接地と定電圧との間に、抵抗87と共に直列に接続してある。これらダイオード86aと抵抗87と並列に、抵抗88,89が接続してある。ダイオード86aと抵抗87との接続点が、コンパレータ92の逆相入力端子に接続してある。また、抵抗88,89の接続点が、基準電圧として、正相入力端子に接続してある。ヒステリシスを設けるためコンパレータ92の出力端子は、高抵抗90を介して、正相入力端子に接続してある。また、コンパレータの出力端子は、抵抗91を介して定電圧に接続してある。
【0055】
フォトセンサダイオード86aに光が照射されない状態(低レベル)では、フォトセンサダイオード86aはオフ状態となり、コンパレータ92の逆相入力端子は、正相入力端子に比較して、低レベルであり、コンパレータ92の出力端子の出力は、高レベルとなる。また、フォトセンサダイオード86aに光が照射されると、フォトセンサダイオード86aはオン状態になり、コンパレータ92の逆相入力端子は、正相入力端子に比較して、高レベルとなり、コンパレータ92の出力端子の出力は、低レベルとなる。
【0056】
したがって、出力端子の出力が低レベルになることを検出すれば、図10に示す発光ダイオード86aからの赤色また黄色系の光が配管系18の内部の赤色系の流体で乱反射している状態、すなわち配管系18に血液などが混入している状態を検出することができる。
【0057】
図9に示す監視装置80aは、前記第1実施形態の場合と同様な位置に設置することができ、同様な作用効果を奏する。
第3実施形態
前記第1実施形態では、図3に示す水溜り部100に装着する水位センサとしては、光学式の水位センサが用いられたが、本発明では、光学式のセンサに限らず、静電容量式水位センサあるいは超音波式水位センサを用いても良い。むしろこのような静電容量式水位センサあるいは超音波式水位センサの方が好ましい。
【0058】
静電容量式の水位センサの一例を図11に示す。
図11に示す水位センサでは、半円筒状の電極板104,106が、図3に示す水溜部100の外周に配置され、一方の電極板104には交流発振器105が接続してある。他方の電極板106は、オペアンプ108の正相入力端子に接続してある。オペアンプの逆相入力端子は、アンプ108の出力端子に接続してある。オペアンプ108の出力端子は、抵抗110およびコンデンサ112から成るローパスフィルターを介して別のオペアンプ114の正相入力端子に接続してある。このオペアンプ114の逆相入力端子には、可変抵抗116と直流電源118とから成る基準電圧設定手段が接続してある。この可変抵抗116の抵抗値を調節することで、基準電圧(しきい値電圧)が変化し、オペアンプ114の出力端子が高レベルとなる正相入力端子の最小電圧が決定される。
【0059】
オペアンプ114の出力端子はトランジスタ120のベース電極に接続され、出力端子の出力が高レベルとなった場合に、トランジスタ120がオン状態となり、電磁弁102の駆動コイルが駆動され、図3に示す電磁弁102が開き排水するようになっている。すなわち、図11に示す電極104,106間に存在する水(水溜部100の水)の水位が高い場合に、電極104,106間の容量が変化し、トランジスタ120がオン状態となり、電磁弁102の駆動コイルが駆動され、図3に示す電磁弁102が開き排水するようになっている。トランジスタ120がオン状態となる水位は、可変抵抗116により調節する。
【0060】
本実施形態の水位センサによれば、光学式水位センサに比較し、図3に示す水貯留部100の水位を正確に検出することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【0061】
たとえば、上述した実施形態では、図3に示すように、圧力発生手段として、二つのポンプ4a,4bを用いたが、本発明では、単一のポンプを用い、その陽圧出力端に陽圧タンクとしての第1圧力タンク2を接続し、また、ポンプの陰圧出力端に陰圧タンクとしての第2圧力タンク3を接続しても良い。その場合には、ポンプの台数を削減でき、装置の軽量化および省エネルギー化に寄与する。
【0062】
また、上記実施形態では、圧力切替え手段として、図3に示す第3電磁弁11と第4電磁弁12との二つの電磁弁を用いたが、本発明は、これに限定されず、単一の三方弁を用いて、圧力伝達隔壁40の入力端に加わる圧力を切り換えるようにしても良い。
【0063】
また、一次配管系17のガス種は、空気に限定されず、その他の流体であっても良い。また、二次配管系18のガス種もヘリウムガスに限定されず、その他の流体であっても良い。
さらに本発明では、一次配管系17および圧力伝達隔壁装置40を用いることなく、図12に示すように、駆動配管系18’内に直接に所定容量のガスを往復させる圧力発生手段を用いることもできる。その圧力手段としては、たとえばベローズ40aおよびベローズ40aを軸方向に伸縮駆動する駆動手段(たとえばモータ40b)から成り、ベローズ40aの内部または外部を直接二次配管系18内に連通させる。このベローズ40aをモータ40bなどで軸方向に往復移動させることで、所定のタイミングで二次配管系18内に直接ガスを往復させ、バルーン22の膨張および収縮を行う。その他の構成は、図1に示す実施形態と同様である。
【0064】
本実施形態1及び2では、発光素子としてLEDを、又、受光素子としてフォトダイオードを用いたが、様々な受光素子を用いてよい。一例を上げるならば、レーザーダイオード,フィルター付蛍光管,白熱球,及びフォトトランジスター,Cdsセル,太陽電池等がある。
【0065】
また、上述した実施形態では、被駆動機器として、バルーンカテーテルを用いたが、本発明に係る駆動装置は、陽圧および陰圧により駆動される医療機器であれば、その他の医療機器の駆動用に用いることもできる。その他の医療機器としては、たとえば人工心臓を例示することができる。
【0066】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、駆動配管系に入り込んだ血液などの体液を、直接センサにより検出しているので、医療機器に生じたピンホールなどの異常を早期に検出することができる。そのため、医療用機器を含む駆動配管系の内部で血液などの凝固が生じる事態を良好に防止することができる。
また、本発明では、排気ラインにセンサを設けるため、駆動配管系に入り込んだ血液などの体液を、早期且つ正確に検出することができる。なぜなら、駆動配管系である二次配管系内を定期的に減圧排気して、定期的にヘリウムガスを補充するシステムでは、バルーンにピンホールが生じている場合には、この排気ラインに、血液を巻き込むことが多いからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施形態に係る医療機器用駆動装置の監視装置の概略構成図である。
【図2】図2は監視装置の回路図である。
【図3】図3は監視装置が用いられる駆動装置の概略構成図である。
【図4】図4は圧力伝達隔壁装置の一例を示す要部断面図である。
【図5】図5(A)は各圧力タンクの内圧変化を示すグラフ、同図(B)はバルーン側の圧力変化を示すグラフ、同図(C)はバルーンの容積変化を示すグラフである。
【図6】図6は圧力検出のタイミングを示すチャート図である。
【図7】図7はバルーンカテーテルの一例を示す概略断面図である。
【図8】図8はバルーンカテーテルの使用例を示す概略図である。
【図9】図9は本発明の他の実施形態に係る監視装置の概略構成図である。
【図10】図10は監視装置の回路図である。
【図11】図11は水位センサの一例を示す回路図である。
【図12】図12は本発明の実施形態に係る監視装置が設置される他の駆動装置の概略構成図である。
【符号の説明】
2… 第1圧力タンク
3… 第2圧力タンク
4a,4b… ポンプ
5,6,15… 圧力センサ
11,12,,16,19,66,68,81… 電磁弁
17… 一次配管系
18… 二次配管系(駆動用配管系)
18’… 駆動配管系
20… バルーンカテーテル
22… バルーン
40… 圧力伝達隔壁
40a… ベローズ
60… 補充装置
70… 水分凝縮装置(水分除去装置)
71… 水分除去ライン
80,80a… 監視装置
82,82a… ケーシング
84,84a… 発光ダイオード
86,86a… フォトセンサダイオード
100… 水溜り部
102… 電磁弁[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a monitoring device for a medical device driving device that drives a medical device such as an intra-aortic balloon pump (IABP) or an artificial heart (AH).
[0002]
[Prior art]
In medical devices such as IABP and AH, a medical device inserted into a patient is driven using gas as a driving fluid.
In such a medical device, it is necessary to prevent gas from entering the patient's blood by pinholes or the like generated in the medical device as much as possible, and to prevent gas occlusion of a patient's blood vessel. As means for that purpose, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-106464, a primary piping system communicating with a pressure source and a secondary piping system for driving are connected to a pressure transmission partition device (generally, a capacity limiting device). (Referred to as a VLD or an isolator), and a driving device in which a secondary piping system in which a driving gas is sealed is closed. In such a driving device, since the driving secondary piping system is a closed system, even if gas leaks due to a pinhole or the like, compared to a case where a medical device is directly connected to a pressure source, the gas is leaked. The amount of leakage can be limited.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a balloon made of a thin polymer film is used as a driven device, such as IABP, gas escapes from the polymer film constituting the balloon by diffusion. Therefore, it is necessary to monitor the pressure of the driving secondary piping system (closed system) and, when the amount of gas decreases, to appropriately replenish the gas in the closed secondary piping system. This is because if the gas loss due to the diffusion is left as it is, the amount of gas for driving becomes too small, and the original functions such as IABP and AH may be lost.
[0004]
Therefore, the pressure in the secondary piping system, which is a closed system, is monitored.However, the pressure drops due to the natural escape to the outside of the system due to the diffusion, and the abnormalities such as pinholes in the medical equipment cause abnormalities outside the system. It is not always easy to determine that the pressure has decreased due to escaping.
[0005]
In addition, it is conceivable to provide a sensor in the drive fluid piping system to detect mixing of body fluid, but the detection is not easy.
The present invention has been made in view of such circumstances, and has been developed to prevent abnormalities such as pinholes occurring in medical devices.Early andAn object of the present invention is to provide a monitoring device for a medical device drive device that can accurately detect the drive device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a monitoring device for a medical device drive device according to the present invention,
Driving gas composed of hose or tube for driving driven equipment by driving gasIn the middle of the piping system, a sensor that detects body fluid mixed in the piping system is mounted,
The piping system has an exhaust line branched from a main line to exhaust the driving gas under reduced pressure, and the sensor is mounted on the exhaust line..
[0007]
The sensor has a light emitting unit that irradiates light to the driving fluid flowing through the piping system, and a light receiving unit that receives light passing through the driving fluid from the light emitting unit. When the body fluid is not included, the detection by the light receiving unit is at a high level, and when the fluid flowing through the drive piping system includes the body fluid, the detection by the light receiving unit is at a low level, Preferably, the light emitting means and the light receiving means are set. In this case, a light emitting diode (LED) with or without a filter that emits blue or green light, a laser diode, or the like is preferably used as the light emitting means. As the light receiving means, a photo sensor diode, a CCD or the like is preferably used. It is preferable that the light emitting means and the light receiving means are arranged so as to face each other at a position of about 180 degrees in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the line of the drive piping system.
[0008]
The sensor has a light emitting unit that irradiates light to a fluid flowing through the piping system, and a light receiving unit that can receive light that is radiated from the light emitting unit to the driving fluid and diffusely reflected, and the driving pipe When the body fluid is not contained in the driving fluid flowing through the system, the detection by the light receiving means is at a low level, and when the body fluid is contained in the fluid flowing through the driving piping system, the detection by the light receiving means is at a high level. It is preferable that the light emitting means and the light receiving means are set so as to be at a level. In this case, as the light emitting means, a light emitting diode (LED) with or without a filter that emits red or yellow light, a laser diode, or the like is preferably used. As the light receiving means, a photo sensor diode, a CCD or the like is preferably used. It is preferable that the light emitting means and the light receiving means are arranged at positions substantially perpendicular to the longitudinal direction of the line of the drive piping system and at positions substantially at 90 degrees to each other.
[0009]
In the present invention, the sensor for detecting a body fluid such as blood is not limited to the optical sensor as described above, but may be a chemical sensor or the like capable of detecting a body fluid. However, an optical sensor is the simplest and cheapest and is preferred.
In the monitoring device of the medical device drive device according to the present invention, if a pinhole or other abnormality is formed in the medical device disposed in the patient's body, the pressure of the drive fluid is detected in order to detect the pinhole or other abnormalities. Instead of monitoring, it directly detects whether or not bodily fluids are mixed in the drive piping system of the drive fluid. This utilizes that when a pinhole or the like occurs in a medical device such as a balloon, a bodily fluid (for example, blood) corresponding to the gas leaked from the pinhole enters the drive piping system. In the present invention, since the body fluid such as blood that has entered the drive piping system is detected by the sensor, an abnormality such as a pinhole generated in the medical device can be detected at an early stage.
[0010]
It is difficult to determine the abnormal leakage of the driving fluid due to the pinhole and the escape (diffusion leakage) of the driving fluid due to diffusion through a membrane or the like constituting a medical device based on the gas pressure of the driving fluid. Abnormal leakage of fluid is easily mistaken for diffusion leakage. Unless misidentification is detected early, body fluids such as blood may enter the drive piping system from the pinhole and coagulate there. When a medical device is inserted into the body of a patient, coagulation of blood or the like in the drive piping system must be avoided as much as possible. In particular, it is necessary to avoid a situation in which blood or the like accumulates gradually inside the drive piping system over a long period of time.
[0011]
In the present invention, since the body fluid such as blood which has entered the drive piping system is directly detected by the sensor, an abnormality such as a pinhole generated in the medical device can be detected at an early stage, and the drive including the medical device can be detected. A situation such as blood coagulation occurring inside the piping system can be favorably prevented.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a monitoring device for a medical device drive device according to the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings.
First embodiment
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a monitoring device of a medical device driving device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of the monitoring device, and FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a driving device using the monitoring device.
[0013]
The
Prior to describing the monitoring device according to the present embodiment, the IABP balloon catheter 20 (FIGS. 3, 7, and 8) will be described first.
[0014]
As shown in FIG. 7, the IABP
[0015]
The
[0016]
The distal end of the
The proximal end of
[0017]
The distal end of the
[0018]
When the
[0019]
The
[0020]
Connected to the proximal end of the
[0021]
The first port 28 is connected to, for example, a driving device 9 shown in FIG. 8, and fluid pressure is introduced or led out into the
[0022]
Details of the driving device 9 will be described later with reference to FIG.
The
[0023]
In the
[0024]
The
[0025]
The fluid communication between the
[0026]
In the present embodiment, the internal fluid of the primary piping system 17 is air, and the internal fluid of the
[0027]
As shown in FIG. 3, in the primary piping system 17, two
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
Further, a replenishing
[0032]
A replenishing
[0033]
In the present embodiment, the inside of the
[0034]
As shown in FIGS. 3 and 4, in the driving device of the present embodiment, the
[0035]
As shown in FIG. 4, the
[0036]
The lower outlet where the condensed water flows down is provided with a
[0037]
As shown in FIG. 3, the
[0038]
Such a
[0039]
Next, the
The
[0040]
These
[0041]
As shown in FIG. 2, the
[0042]
When light is incident on the
[0043]
Therefore, if it is detected that the output of the output terminal becomes low level, the blue or green light from the
[0044]
In the present embodiment, the
[0045]
Next, an operation example of the medical device drive device according to the present embodiment will be described.
In this embodiment, the pressure PT1 in the
[0046]
FIG. 5A shows the pressure fluctuation detected by the
[0047]
In the present embodiment, the pressure detected by the
[0048]
In the present embodiment, with the
[0049]
For this reason, in the present embodiment, the influence on the gas pressure of the
[0050]
Moreover, in the present embodiment, in addition to such pressure monitoring, the blood flowing into the
[0051]
Second embodiment
The present embodiment is the same as the above embodiment except that the configuration of the monitoring device is the configuration shown in FIGS. 9 and 10, so that the description of the common parts is omitted and only the differences are described.
[0052]
As shown in FIG. 9, a
[0053]
These
[0054]
As shown in FIG. 10, the
[0055]
In a state where the
[0056]
Therefore, if it is detected that the output of the output terminal becomes low, the red or yellow light from the
[0057]
The
Third embodiment
In the first embodiment, an optical water level sensor is used as the water level sensor attached to the
[0058]
FIG. 11 shows an example of a capacitance type water level sensor.
In the water level sensor shown in FIG. 11,
[0059]
The output terminal of the
[0060]
According to the water level sensor of this embodiment, the water level of the
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified within the scope of the present invention.
[0061]
For example, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 3, two
[0062]
Further, in the above-described embodiment, the two solenoid valves of the
[0063]
Further, the gas type of the primary piping system 17 is not limited to air, and may be another fluid. Further, the gas type of the
Further, in the present invention, as shown in FIG. 12, a pressure generating means for directly reciprocating a predetermined volume of gas into the drive piping system 18 'may be used without using the primary piping system 17 and the pressure
[0064]
In the first and second embodiments, the LED is used as the light emitting element and the photodiode is used as the light receiving element. However, various light receiving elements may be used. Examples include laser diodes, fluorescent tubes with filters, incandescent bulbs, phototransistors, Cds cells, solar cells, and the like.
[0065]
In the above-described embodiment, the balloon catheter is used as the driven device. However, the driving device according to the present invention may be used for driving other medical devices as long as the medical device is driven by positive pressure and negative pressure. Can also be used. As another medical device, for example, an artificial heart can be exemplified.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the body fluid such as blood that has entered the drive piping system is directly detected by the sensor, it is possible to early detect an abnormality such as a pinhole occurring in a medical device. Can be. For this reason, it is possible to favorably prevent coagulation of blood or the like from occurring inside the drive piping system including the medical device.
Further, in the present invention, since the sensor is provided in the exhaust line, the body fluid such as blood which has entered the drive piping system can be detected early and accurately. This is because in a system in which the secondary piping system, which is the driving piping system, is periodically depressurized and evacuated, and helium gas is periodically replenished, when a pinhole is formed in the balloon, blood is supplied to this exhaust line. Is often involved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a monitoring device for a medical device drive device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a monitoring device.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a driving device in which the monitoring device is used.
FIG. 4 is a sectional view of a main part showing an example of a pressure transmission partition device.
5 (A) is a graph showing a change in internal pressure of each pressure tank, FIG. 5 (B) is a graph showing a change in pressure on the balloon side, and FIG. 5 (C) is a graph showing a change in volume of the balloon. .
FIG. 6 is a chart showing the timing of pressure detection.
FIG. 7 is a schematic sectional view showing an example of a balloon catheter.
FIG. 8 is a schematic view showing an example of use of a balloon catheter.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a monitoring device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram of a monitoring device.
FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a water level sensor.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of another drive device in which the monitoring device according to the embodiment of the present invention is installed.
[Explanation of symbols]
2 ... 1st pressure tank
3. Second pressure tank
4a, 4b ... Pump
5,6,15 ... Pressure sensor
11, 12, 16, 16, 19, 66, 68, 81 ... Solenoid valve
17 ... Primary piping system
18 Secondary piping system (driving piping system)
18 '... Drive piping system
20 ... Balloon catheter
22 ... Balloon
40 ... Pressure transmission partition
40a ... Bellows
60 ... Refilling device
70 ... Moisture condensing device (moisture removing device)
71 ... Water removal line
80, 80a ... Monitoring device
82, 82a ... Casing
84, 84a ... Light emitting diode
86, 86a ... Photosensor diode
100 ... pool
102 ... Solenoid valve
Claims (2)
前記配管系が、駆動ガスを減圧排気するために主ラインから分岐した排気ラインを有し、当該排気ラインに前記センサが装着してある医療機器用駆動装置の監視装置。During the driving gas driving the gas piping system composed of a hose or tube for driving a driven device, Ri tare sensor for detecting a body fluid mixed in the pipe system is mounted,
A monitoring device for a medical device drive device, wherein the piping system has an exhaust line branched from a main line to exhaust the drive gas under reduced pressure, and the sensor is attached to the exhaust line .
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