JP4237884B2 - 輸液用ポンプの流量制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば薬液や血液等の液体を輸液する際等に用いられ、該液体が流れる可撓性のチューブをローラ等の可動圧搾部材により圧搾しつつこの可動圧搾部材を移動させることで、チューブ内の液体を定量移送させる輸液用ポンプに係り、該輸液用ポンプの流量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば医療の分野で静脈注射により薬液を定量投与する場合には、単位時間当たりの投与量が少ないため、薬液バッグと注射針との間に介設した点滴筒を用いるのが一般的であるが、人工透析器における血液循環等の輸液量が多い液体の定量移送の場合には、点滴筒レベルでは当然流量が追いつかないので、従来からローラポンプが多用されている。
【０００３】
このローラポンプは、モータにより回転される円板の周縁部に等間隔で立設した枢軸にフリーローラを枢支させ、このフリーローラの周面を円板の外方に突出させると共に、フリーローラの周面に対向して押え部材を配置して形成されており、フリーローラと押え部材との間に液体移送用のフレキシブルチューブを挟み付けて円板を回転させることで、フレキシブルチューブ内の液体を、単位時間当たりの円板の回転数に応じた値で定量移送できるように構成されている。
【０００４】
そして、モータの回転数と実測した流量から、モータの基準回転数当たりの液体の流量に相当する基準流量のデータ（チューブデータと称する）を求めておき、この基準流量のデータから、移送すべき液体の設定流量に対応する設定回転数を求め、モータの回転数がこの設定回転数になるように、モータを駆動制御するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した医療の分野においては、特に、薬液や血液等の輸液に際して、目的の薬効を得たり、患者に負担がかからないようにする上で、液体の単位時間当たりの流量を高精度に保つことが非常に重要となる。
【０００６】
しかし、上記のような従来の流量制御によれば、移送すべき液体の設定流量が基準流量近辺であるような限られた範囲の設定流量に対しては精度良く流量を制御できるが、モータの回転能力のおよぶ設定流量の広いレンジにわたっての精度良い流量制御が困難であった。
【０００７】
本発明は、設定流量の広いレンジにわたっての精度よい流量制御を可能とする輸液用ポンプの流量制御装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の輸液用ポンプの流量制御装置は、可撓性のチューブを可動圧搾部材により圧搾しつつ、モータにより該可動圧搾部材を前記チューブに沿って移動させることで該チューブ内の液体を移送させる輸液用ポンプに対して、前記モータの回転数を制御することにより前記液体の流量を制御する輸液用ポンプの流量制御装置において、前記輸液用ポンプはローラポンプ式であり、パネルスイッチによりデジタル入力される移送すべき液体の設定流量についての複数のレンジがコントローラに予め設定されるとともに、各レンジ毎に該レンジに対応する回転数設定情報がＲＯＭに記憶されており、前記複数のレンジが示す設定流量の範囲は２０ｍＬ／ｍｉｎ〜６００ｍＬ／ｍｉｎの範囲であり、前記ＲＯＭに記憶された回転数設定情報が、前記モータの予め決められた基準回転数当たりの液体の流量に相当する基準流量を補正する補正式の情報と、前記各レンジに対応する補正式係数とを含み、前記パネルスイッチにより入力設定された設定流量に対応するレンジの前記回転数設定情報から、ＣＰＵにより前記補正式と前記補正式係数に基づいて設定流量に対応するレンジの該レンジ内及びレンジ境界において連続する補正基準流量を求め、さらに前記ＣＰＵにより該補正基準流量と前記基準流量とから設定回転数を求め、前記モータを該設定回転数となるように制御することを特徴とする。
【００１０】
なお、後述の実施形態では、この請求項１に対応して、「基本チューブデータ」が「基準流量」に相当し、「補正したチューブデータ」が「補正基準流量」に相当する。
【００１１】
請求項２の輸液用ポンプの流量制御装置は、請求項１の構成を備え、前記補正式と前記補正式係数が、各レンジ毎に前記設定流量と前記補正基準流量との線形関係を規定していることを特徴とする。
【００１２】
請求項１の輸液用ポンプの流量制御装置によれば、設定流量について複数のレンジが予め設定されるとともに、該レンジ毎に該レンジに対応する回転数設定情報が記憶されている。そして、移送すべき液体の設定流量が入力設定されると、この設定流量に対応するレンジの回転数設定情報から、該設定流量に対応する設定回転数が求められ、モータが該設定回転数となるように制御される。すなわち、設定流量に応じた各レンジ毎にモータが制御されるので、各レンジに応じた精度で流量を制御できる。
【００１３】
また、各レンジ毎にそのレンジ内で設定流量に応じた補正基準流量が求められるのでさらに精度良く流量を制御できる。
【００１４】
また、請求項２の輸液用ポンプの流量制御装置によれば、請求項１と同様な作用効果が得られるとともに、補正基準流量を求める演算が簡単になる。
【００１５】
なお、回転数設定情報は、請求項１のように補正基準流量を求めるためのものに限らず、各レンジに対応する設定回転数を直接求めるような情報でもよい。例えば、設定流量と前記基準流量に対応する基準回転数から、補正式と補正式係数により補正された基準回転数を各レンジ毎に直接求めるようにしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による輸液用ポンプの流量制御装置の一実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１７】
図２は本発明が適用される輸液システムの一実施形態を示す概略構成図であり、図２中引用符号１で示す輸液システムは、一端に輸液バッグ（図示せず）が接続され他端に輸液針（図示せず）が接続されたフレキシブルチューブ２（可撓性のチューブに相当）と、このフレキシブルチューブ２内の液体（図示せず）を定量移送させるローラポンプ３（輸液用ポンプに相当）と、このローラポンプ３のコントローラ４（流量制御装置に相当）等を備えている。
【００１８】
前記ローラポンプ３は、図３に拡大正面図で示すとおり、内蔵されているモータ３１（図１参照）により回転される駆動軸３１ａの先端に円板３２を連結し、この円板３２の周縁部であって円板３２の周方向に等しい間隔をおいた複数の周縁部箇所に、各々枢軸３３を立設して、各枢軸３３にフリーローラ３４（可動圧搾部材に相当）を、その周面が円板３２の外方に若干突出するように枢支させると共に、複数のフリーローラ３４の周面に跨って対向するように、円板３２と同心円上に位置する円弧状の押え板３５を配設して形成されている。
【００１９】
このような構成のローラポンプ３は、円板３２の回転方向における上流側にフレキシブルチューブ２の一端側を配置し、円板３２の回転方向における下流側に、フレキシブルチューブ２の他端側を配置して、押え板３５の内周面と、この押え板３５に臨む円板３２の複数のフリーローラ３４の周面との間に、前記フレキシブルチューブ２を挟みつけた状態で使用される。
【００２０】
そして、ローラポンプ３は、従来公知のものと同様に、上述した使用状態においてモータ３１を駆動し円板３２を回転させることで、押え板３５に臨む隣り合う２つのフリーローラ３４の間のフレキシブルチューブ２部分の内部の液体が、円板３２の回転方向における上流側から下流側に移動し、これにより、フレキシブルチューブ２内の液体が一端側から他端側に向けて、単位時間当たりの円板３２の回転数に応じた値で定量移送されるように構成されている。
【００２１】
尚、前記モータ３１により回転される駆動軸３１ａの回転数は、モータ３１と同じく内蔵されているエンコーダ３６（図１参照）から駆動軸３１ａの回転数に応じた間隔で出力されるエンコーダパルスの形で、コントローラ４に通知される。
【００２２】
前記コントローラ４は、図２に示すように、その前面に、テンキー等からなるパネルスイッチ４１と、このパネルスイッチ４１により入力設定された設定流量やローラポンプ３の動作状態等が表示される液晶ディスプレイからなる表示部４２を備えている。
【００２３】
図１はコントローラ４の要部を示すブロック図である。コントローラ４は、ＣＰＵ４３、ＲＯＭ４４、ＲＡＭ４５、バス４６からなるマイクロコンピュータを備えており、バス４６に対して、図示しないインタフェースを介してパネルスイッチ４１、表示部４２およびドライバ４７が接続されている。ＣＰＵ４３は、ＲＯＭ４４に格納された制御プログラムに基づいてＲＡＭ４５のワーキングエリアを使用してコントローラ全体の制御を行う。そして、パネルスイッチ４１による設定流量の入力処理、表示部４２に対する設定流量の表示処理、およびドライバ４７を介してモータ３１の駆動制御の処理、判定および演算等の各種の処理を行う。
【００２４】
ここで、輸液システム１は、フレキシブルチューブ２、ローラポンプ３およびモータ３１の性能に応じて決まる移送可能な単位時間当たりの流量の範囲が決まっている。また、モータ３１の予め決められた基準回転数当たりの液体の流量に相当する基準流量としての基本チューブデータが求められており、この実施形態では基本チューブデータは８９．５［ｍＬ／１０回転］である。
【００２５】
コントローラ４には、輸液システム１の上記流量の範囲を複数の流量範囲に分割したレンジが設定されている。また、ＲＯＭ４４内には、前記基本チューブデータ（Ｔｓ）が記憶されるとともに、各レンジに対応する補正式係数（Ａ、Ｂ、Ｃ）のデータがテーブルとして記憶されている。そして、コントローラ４は、パネルスイッチ４１から入力設定された設定流量（Ｆ）に対応するレンジを判定し、そのレンジの補正式係数（Ａ、Ｂ、Ｃ）のデータをテーブルから読み出し、基本チューブデータ（Ｔｓ）と共に次の補正式から、補正基準流量としての補正したチューブデータ（Ｔｉ）を求める。
【００２６】
【数１】

【００２７】
次表は、設定流量のレンジと補正式係数および補正したチューブデータの演算結果の対応表である。
【００２８】
【表１】

【００２９】
前掲の補正式および上表から判るように、この実施形態では、２０〜１００［ｍＬ／ｍｉｎ］未満のレンジではその基本チューブデータが補正基準流量となり、また、１００〜１５０［ｍＬ／ｍｉｎ］未満のレンジでは、実質的に一つの補正したチューブデータ「８９．６［ｍＬ／１０回転］」が補正基準流量となっている。しかし、その他のレンジでは、式（１）により設定流量（Ｆ）と線形な関係となる所定の範囲を持つ補正したチューブデータ（例えば、８９．６〜８９．７［ｍＬ／１０回転］）が設定流量に応じた補正基準流量となっている。
【００３０】
なお、補正したチューブデータおよび設定回転数の計算の具体例は以下のとおりである。例えば、流量を３２５［ｍＬ／ｍｉｎ］に設定した場合、３００〜３５０［ｍＬ／ｍｉｎ］未満のレンジに対応して、Ａ＝０．１４、Ｂ＝−２４［ｍＬ／ｍｉｎ］、Ｃ＝２５［ｍｉｎ／ｍＬ］の補正式係数が読み出され、９０．２［ｍＬ／１０回］（小数二位以下切り捨て）の補正したチューブデータが計算される。また、３２５［ｍＬ／ｍｉｎ］／９０．２［ｍＬ／１０回］により、３６．０３［回／ｍｉｎ］の設定回転数が求められる。
【００３１】
以上のように、ＣＰＵ４３は、設定流量に対応するレンジについて基準流量を求めると、この基準流量に基づいて設定回転数を求め、モータ制御処理により、エンコーダ３６の出力のフィードバックに基づいてモータ３１の回転数を設定回転数となるように制御する。
【００３２】
図４はＣＰＵ４３が実行する制御プログラムの要部のフローチャートである。以下、同フローチャートに基づいて実施形態の動作を説明する。電源の投入により処理が開始されると、まず、ステップＳ１で各種の初期設定を行い、次に、ステップＳ２でパネルスイッチ４１の操作の有無を判定し、操作がなければステップＳ８に進み、操作があればステップＳ３に進んで操作されたスイッチに応じた処理を行う。パネルスイッチ４１の操作が、設定流量入力の操作であれば、ステップＳ４で、パネルスイッチ４１のテンキーおよびセットキー等による数値入力の処理を制御して設定流量値の入力処理を行い、ステップＳ５で、入力された設定流量値に対応するレンジを判定するとともにそのレンジの補正式係数を読み出す。そして、ステップＳ６で前掲の補正式に基づいて、補正したチューブデータを計算し、ステップＳ８に進む。
【００３３】
一方、ステップＳ３で、パネルスイッチ４１の操作が、その他の操作であれば、ステップＳ７で各種操作に応じたその他の処理を行ってステップＳ８に進む。なお、このステップＳ７のその他の処理では、例えばモータのスタートの操作であれば、補正したチューブデータと現在設定されている設定流量から設定回転数を求めて、モータ３１をスタートさせてモータ制御処理を開始する処理を行う。あるいは、モータのストップの操作であればモータ制御処理を終了（モータ停止）する処理などの処理を行う。なお、モータのスタートの操作時に設定流量が確定（設定入力）されていなければ、流量入力の操作を促す等の処理を行って、モータはスタートさせないで処理を終了する。
【００３４】
ステップＳ８では、電源オフ等による終了指令が有るか否かを判定し、終了指令がなければステップＳ２に戻り、終了指令があれば、処理を終了する。
【００３５】
以上の処理により、モータ制御処理を開始する前に、設定流量のレンジに応じた補正式係数に基づく補正したチューブデータにより、その設定流量に適した設定回転数が求められ、この設定回転数に応じてモータ３１が制御される。したがって、設定流量に応じて適正な流量制御が行われる。
【００３６】
なお、本実施形態では、補正式および補正式係数により基本チューブデータを補正して、一旦、補正したチューブデータを求め、この補正したチューブデータから設定回転数を求めるようにしている。しかし、これに限らず、例えば、設定流量値と回転数の関係を示す所定の補正式、およびこれに対応する補正式係数を各レンジ毎に記憶しておき、設定流量に対応するレンジに応じて、設定流量値に対応する設定回転数を直接求めるようにしてもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、コントローラ４がローラポンプ３のエンコーダ３６からのエンコーダパルスを基に、モータ３１の回転数をフィードバック制御するものとしたが、そのようなフィードバック制御系を用いずモータを回転させるローラポンプの流量調整を行う場合にも、本発明は適用可能である。
【００３８】
また、本実施形態では、円板３２の周縁部に枢軸３３を介して枢支させた複数のフリーローラ３４を、モータ３１による円板３２の回転により、押え板３５との間に挟み込んだフレキシブルチューブ３の内部の液体を移送させる構成について説明したが、輸液用ポンプの構成は、上述したローラポンプ３のようなものに限らず、例えば、フリーローラ３４でなく棒状部材をフレキシブルチューブ２と直交させてリニア移動させる形式のもの等、任意である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の輸液用ポンプの流量制御装置によれば、設定流量について複数のレンジが予め設定されるとともに、該レンジ毎に該レンジに対応する回転数設定情報が記憶されている。そして、移送すべき液体の設定流量が入力設定されると、この設定流量に対応するレンジの回転数設定情報から、該設定流量に対応する設定回転数が求められ、モータが該設定回転数となるように制御される。すなわち、設定流量に応じた各レンジ毎にモータが制御されるので、各レンジに応じた精度で流量を制御でき、設定流量の広いレンジにわたっての精度よい流量制御が可能となる。
【００４０】
また、各レンジ毎にそのレンジ内で設定流量に応じた補正基準流量が求められるのでさらに精度良く流量を制御できる。
【００４１】
さらに、請求項２の輸液用ポンプの流量制御装置によれば、請求項１と同様な効果が得られるとともに、補正基準流量を求める演算が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるコントローラの要部を示すブロック図である。
【図２】本発明が適用される輸液システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【図３】実施形態におけるローラポンプの拡大正面図である。
【図４】実施形態における制御プログラムの要部のフローチャートである。
【符号の説明】
２ フレキシブルチューブ（チューブ）
３ ローラポンプ（輸液用ポンプ）
３１ モータ
３４ フリーローラ（可動圧搾部材）
４ コントローラ
４３ ＣＰＵ
４４ ＲＯＭ
４５ ＲＡＭ
４６ バス
４７ ドライバ

Claims (2)

1. 可撓性のチューブを可動圧搾部材により圧搾しつつ、モータにより該可動圧搾部材を前記チューブに沿って移動させることで該チューブ内の液体を移送させる輸液用ポンプに対して、前記モータの回転数を制御することにより前記液体の流量を制御する輸液用ポンプの流量制御装置において、
   前記輸液用ポンプはローラポンプ式であり、
   パネルスイッチによりデジタル入力される移送すべき液体の設定流量についての複数のレンジがコントローラに予め設定されるとともに、各レンジ毎に該レンジに対応する回転数設定情報がＲＯＭに記憶されており、
   前記複数のレンジが示す設定流量の範囲は２０ｍＬ／ｍｉｎ〜６００ｍＬ／ｍｉｎの範囲であり、
   前記ＲＯＭに記憶された回転数設定情報が、前記モータの予め決められた基準回転数当たりの液体の流量に相当する基準流量を補正する補正式の情報と、前記各レンジに対応する補正式係数とを含み、
   前記パネルスイッチにより入力設定された設定流量に対応するレンジの前記回転数設定情報から、ＣＰＵにより前記補正式と前記補正式係数に基づいて設定流量に対応するレンジの該レンジ内及びレンジ境界において連続する補正基準流量を求め、さらに前記ＣＰＵにより該補正基準流量と前記基準流量とから設定回転数を求め、前記モータを該設定回転数となるように制御することを特徴とする輸液用ポンプの流量制御装置。
2. 前記補正式と前記補正式係数が、各レンジ毎に前記設定流量と前記補正基準流量との線形関係を規定していることを特徴とする請求項１記載の輸液用ポンプの流量制御装置。

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