JP4268334B2 - 送給路中の空気検出のための装置及び方法 - Google Patents

送給路中の空気検出のための装置及び方法 Download PDF

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Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、液体送給システムに関する。より詳細には、本発明は患者に液体を注入する液体送給システム中の空気や他の作用物を検出することに関する。
【０００２】
(関連技術の説明)
液体が患者に注入されるさまざまな事態がある。液体送給システムの応用には、（しかし、決してこれに限られるわけではない）静脈内の輸液、動脈内の輸液、溶腸性の輸液、硬膜上腔への薬剤の注入、そして動脈や泌尿器やリンパ腺または脳脊髄系の血管特性を求めるための診断用の注射などを含む。
【０００３】
液体を患者に注入するための液体送給システムは、投与される液体の供給品、注入用の針またはカニューレ、液体の供給品をカニューレにつなぐ投与セットと正圧の吐出注入ポンプのような流量調節装置を含むのが一般的である。投与セットは、通常１本の可撓性の管を備えるか。カニューレは、輸液を患者に送給するために患者の血管または他の身体の場所に挿入するために、可撓性の管の末端に取り付けられる。
【０００４】
注入処置の間には、様々な作用物が、そのうちで最も代表的なのは空気であるが、液体供給品が流出し枯渇してしまうことを含む数多くの出来事により液体送給装置に混入する可能性がある。過剰な空気が患者の血液系統に入ることは合併症を引き起こす可能性があるので、相当な量の空気が患者に注入される前に液体送給装置へ空気が入るのを感知することが望ましい。液体送給装置中に相当な量の空気が感知されたときには、医療従事者が液体供給品を補充するかまたは交換することにより、潜在的な問題を解決することができるまで、液体送給を中止することができる。
【０００５】
時々、溶液に浮遊する空気の放出から生ずる少量の空気が蓄積するような一時的な出来事で、ごくわずかの空気の気泡がシステムに入る可能性がある。空気の量が全く少ない場合には、患者はその少ない空気量を安全に吸収できるので、ポンプの運転を止める必要はない。従って、液体送給システム内の空気を感知するだけでなく存在する空気の量を測定することも望ましい。
【０００６】
１本の静脈注入管のような液体送給システム内の空気量を求めるための技術は、光かまたは超音波センサなどのセンサを用いることにより行われる。このような技術においては、光のような電磁気エネルギーまたは超音波パルスのような音エネルギーが静脈注入管を通して送られ、センサが受信したエネルギーの変化を監視する。空気は吸収及び／又は屈折度などの伝導特性が異なり、一般に光及び／又は音エネルギーを静脈用溶液とは異なった具合に伝えるので、溶液中を通る光または音の特性の変化を監視することで、空気が液体送給路に存在することをほとんど正確に判断することができる。
【０００７】
より難しい問題は、もっぱらどれだけ多くの空気が液体送給路に存在し、どれだけ多くの空気が患者に送られるかを求めることである。例えば、ある特定のポイントでその時の管の非常に短い部分だけを見ているセンサは、送給路内の空気だけしか見てなくて静脈用の溶液がないのに気づかない可能性がある。液体供給品が完全に空になっている場合、液体送給システムは遮断されるべきである。しかしながら、わずか１つの小さな気泡も同じセンサ測定値をもたらす可能性があり、わずか１つの気泡のために液体送給システムを遮断することは適当でない。
【０００８】
センサ部分の上流または下流のどちらかの送給システムにかなりの量の空気が存在しない場合には、少量の空気は全く取るに足りないものであるかもしれない。しかしながら、少量の空気が、管内の少量の気泡の連続的な流れの一部である場合、少量の気泡の総和がかなりの量の空気に達する可能性があるので、潜在的な問題を解決するまで液体供給システムは遮断されるべきである。
【０００９】
管の短い部分のみを監視するという限界を償う方法は、管の全長に沿っていくつかのセンサを設置することであり、それによって管のもっとずっと長い部分を監視することになる。しかしながら、多数のセンサとその関連の電子機器を追加することは、液体送給システムのコストと複雑さをかなり増す可能性がある。さらに、このような多数センサの利用は長い時間にわたって、あるいはそれを通して大量の液体が流れるので、送給路内の空気量がそれでも正確に求められない可能性がある。
【００１０】
別の方法は、管部分を通る空気の連続する合計を出す方法である。合計の空気があるしきい値に達すると、液体送給システムは適当な職員による潜在的な問題解決を待つために遮断される。しかしながら、このような簡単な連続的な合計は、安全に空気を吸収できる患者の実際の身体能力を、適切に反映していない可能性がある。
【００１１】
従って、当業者は、液体中の空気を感知でき、大量の輸液の間に、安全にいくらかの空気を吸収する患者の身体能力などの他の要因を考慮するだけでなく、ある期間にわたるあるいは液体の量中の合計の空気を考慮に入れることもできる液体送給監視システムの必要性を認識してきた。本発明はこれらのニーズや他のニーズをも満たすのである。
【００１２】
(発明の概要)
簡単にしかも一般的な言葉で言えば、本発明は、液体供給システム中に混入された望ましくない不純物などの空気または他の作用物の濃度を監視するための装置と方法に向けられたものである。本発明は液体供給システムにおける空気を感知するのに特別なアプリケーションを備えている。
【００１３】
本発明は、液体導管中に感知される作用物に対応して信号を出す液体導管に連結された作用物センサを含む。プロセッサが、作用物センサからの作用物信号を受けて、それぞれの作用物信号が受信されてから、送られる量に基づく１つまたはそれ以上の作用物信号に加重値を適用することにより、１つまたはそれ以上の加重された作用物信号を求め、そして前記の加重された信号値から作用物濃度値を求める。プロセッサは、作用物濃度値を警報しきい値と比較し、警報しきい値を超える作用物濃度値に対応して警報器を作動させる警報信号を出す。
【００１４】
本装置はさらに、液体導管を通して流れる液体の流れを調整するために液体導管の一部に作用する蠕動に似た動きをするポンプなどの液体調整装置を含み、プロセッサが液体調整装置を制御することができる。警報しきい値を超える作用物濃度値に対応して、プロセッサは、液体調整装置に、液体導管を通して流れる液体を止めさせる。
【００１５】
作用物センサは、システム中の空気を検知するための、超音波空気検出器または光などの電磁エネルギーを用いる空気検出器のような、液体中の作用物を検知する能力があるいかなるタイプのセンサでもよい。好ましい実施態様では、作用物センサは空気センサである。
【００１６】
本装置は、患者に液体を注入するための全体的な液体送給システムの一部でも良く、液体源と、液体源の下流にあって液体源と液体的に接続された液体導管と、液体源と液体的に接続され、患者の身体に液体を提供するように構成されたカニューレと、液体導管中で感知される作用物に対応して信号を出すための液体導管に連結された作用物センサと、作用物センサから作用物信号を受信し、その信号および信号が受信されてからの送給量に基づき、それぞれの作用物信号の加重された作用物信号値を求め、そして第1の作用物濃度値を求めるためにいくつかの加重された作用物信号を処理するプロセッサとを含んでいる。第1の作用物濃度値は警報しきい値と比較されて、しきい値を超えている場合に警報器が作動する。
【００１７】
作用物濃度値は、加重値を別個の計算としてそれぞれの作用物信号に適用することによって求められる。それぞれの作用物信号値に適用される加重値は、作用物信号の「年齢(期間、age)」に基づいて変化する。例えば、加重値は、「より古い」（つまり、受信されたのがそれほど最近ではない）作用物信号値に対しては小さくなる。作用物信号の「年齢」は、特定の作用物信号が受信されて及び／又は発生されて以来、通過した液体量として規定されても良い「年齢」は、また作用物信号値の受信及び／又は発生から経過した実時間として求めても良い。
【００１８】
加重値は数多くのパラメータを考慮に入れることができる。例えば、加重値はそれ自体が、それぞれのサンプルのなかで流動する液体の量、および体積ウィンドウの大きさの関数である。
【００１９】
作用物濃度値はまた、加重係数を過去の作用物濃度値に適用し、それによってその加重係数をより古い作用物信号値に適用することによって求められることができる。このような実施態様においては、より古い作用物信号値は、より最近の信号値よりしばしば効果的に加重係数を適用される。もし加重係数が１より小さいなら、加重係数のこれらの繰り返し適用は、より古い信号値に作用物濃度値への影響を減少させることになる。
【００２０】
本発明はさらに、ある期間にわたって、及び／又はある量の液体を注入する間に、第2の一連の作用物信号値を供給するステップと、２次の作用物濃度値を求めるステップとを含むことができる。ある１つの実施態様においては、２次の作用物濃度値は、加重値を含むことができ、それは第1の作用物濃度値を求めるのに用いられる加重値と同じかまたは異なっている。もう一つ選択肢として、前記２次の作用物濃度値は加重値を全く使用しなくてもよい。第2の作用物濃度値は２次のしきい値と比較でき、それは単一の気泡しきい値であってもよく、警報器は第2の作用物濃度値を超える２次のしきい値に対応して作動する。
本発明の他の特徴と利点は、添付の図面と共に考慮されるとき、本発明の次の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
【００２１】
（好適な実施態様の詳細な説明）
より詳細に図面に言及しながら説明すると、その中で別々の図中の類似の参照用数表示が、類似または対応する構成要素を示し、図１ａには本発明の態様を取り入れた液体送給システム10のブロック図が示されている。液体送給システムは、液体導管16及びカニューレ18により患者14に液体を供給する液体源12を含む。図１の実施態様では、流量調節装置20が導管を通る液体の流れを調節する。流量調節装置は、ポンプの機械装置24を動かすポンプモータ22を含んでおり、図示された実施態様中ではポンプモータ22に連結されて一連の蠕動運動構成部品28を動かす回転カムシャフトを有する。蠕動運動構成部品28は、液体を液体源12から導管16を通してカニューレ18により患者内に移送するために、導管16に作用する。
【００２２】
図１の実施態様では、キーパッドのような利用者入力装置30が、流量選択などの操作指示をプロセッサ32に出す。プロセッサ32は、ポンプの機械装置24を動かすポンプモータ22の運転を制御する。モータ位置センサ（図示せず）がポンプモータ22とポンプの機械装置24の位置を求め、位置信号をプロセッサ32に出す。
【００２３】
液体導管の特定の部分36中の作用物を感知するために、導管16に連結されているセンサ34が液体導管の部分36に沿って取付けられている。図示された前記実施態様では、センサ34は導管部分36中の空気を検出する空気センサである。アナログディジタル変換器38（「Ａ／Ｄ」）はセンサ34から出力信号を受け、その信号をプロセッサ32により制御された特定のサンプル速度でディジタル形式に変換する。出力信号は前記の系統中のある特定の点での空気量を遅れずに示す。体積累算器40のような年齢を求める装置が、出力ディジタル信号のための年齢値を出し、液体送給路を通して送入された量の関数として年齢値を出す。（クロックも出力ディジタル信号が発生されるかあるいは受信される時間に基づく年齢値を出すが、特定のシステムによってそれは変わる。）プロセッサ32はディジタル信号を受けて、それらの信号を、詳細に下述するように処理し、液体送給システム10を通過する空気を表す空気濃度値を求める。ディスプレイ42は空気濃度値の表示を提供する。１またはそれ以上の警報器44が、不満足な空気濃度値を示すために設けられている。
【００２４】
空気信号はメモリ46に記憶され、それがまたプロセッサ32に様々なしきい値を供給する。ある１つの実施態様では、プロセッサ32が、加重値を出力空気信号の年齢の関数として、加重値をそれぞれの空気信号に適用する。年齢は、経過した時間に基づきあるいはその事象が起こってから通過した液体量に基づいて求められるということに注目されたい。例えば、ある出力空気信号の年齢は、特定の空気信号が受け取られてから前記液体送給路に入った液体量として、求められる。
【００２５】
図２に示されているように、ここでＫは空気信号の年齢を表し、１つの実施態様では、加重値が最も最近の空気信号に対しては最大であり、より古い出力空気信号に対しては減少する。（最大値1.0を含む図２と３に示される加重値は、例示するためだけのものである。）図 2に示される実施態様では、打ち切り年齢Ｖcutoffより古い空気信号は捨てられるが、これは限られた数のメモリレジスタが超過となりより古い値がより若い値にとって代わられる場合に起こる。示されている実施態様においては、空気信号の年齢はＩＶシステムにポンプで送入された分量として求められ、それで体積ウィンドウQwindowは現在時間0と打ち切り年齢Ｖcutoffの間の期間にＩＶシステムにポンプで送りこまれる液体量である。
【００２６】
図３は別の実施態様を示すが、その中には打ち切り年齢Ｖcutoffは全くない。代わりに、より古い空気信号には、ゼロにほぼ等しいがそこまでは達しない加重値が与えられる。より古い出力空気信号はたとえ捨てられても、その加重値は最終的には取るに足ら無いほど非常に小さくなり、それで体積ウィンドウのQwindowは、空気信号がかなりの加重を与えられる期間にポンプで送られる液量を効果的に表わすものとなる。
【００２７】
そのような実施態様では、空気濃度値(AirConcentration)は下記のような数式によって求められうる。
Figure 0004268334
Figure 0004268334
ここで、AirSignal(0)は現在の（つまり、最も最近の）空気信号で、AirSignal(1)は最も最近の次のもの、などである。Ｎは空気濃度値を求めるために使われる空気信号の総計で、ｂとａは加重係数である。もし加重係数aがゼロより小さければ、ここでＫ≫0のような「より古い」空気信号値は、上記数式の数値ａkの減少により、より少ない加重値を次第に与えられることになるであろう。上記の方程式は単にそのような数式の1つの例に過ぎない・・・その趣旨は異なった加重値を異なった空気信号に与えることであるので、数多くの他の数式も本発明の範囲内に十分入っている。方程式1に示される実施態様では、加重係数ａ（「過去の加重値」）が、値Ｋで表される空気信号値の年齢に従って空気信号加重値を変化させるのに用いられ、一方加重係数ｂ（「現在の加重値」）は空気信号値の年齢には影響されない。
【００２８】
加重係数は、ポンプ運転の間に変化する可能性のある液体速度や所望の感度などのようなシステムの運転特性を考慮した変数になる可能性がある。例えば、加重係数は、空気信号値が対応する（ポンプの流速やそのポンプのステップ及び／又は一連のステップに従って変わる可能性がある）期間にわたってポンプによって押し出される液量(Qsample)や、空気信号値が妥当な加重値を与えられる所望の液量（Qwindow）などの様々なパラメータの関数である。ある一つ実施態様では、加重係数ａ（過去の加重値）は、次の通りQwindowとQsampleの関数である。
Figure 0004268334
Figure 0004268334
従って、現在の空気サンプル、AirSignal(0)、はｂ (e0 = 1だから)という加重値が与えられる。次の最も最近の空気サンプル、AirSignal(1),は次の数式により加重されている。
Figure 0004268334
Figure 0004268334
方程式２はそのような数式の１つの簡略化された例にすぎない。他の数式もまた本発明の範囲内にある。例えば、加重係数ｂはQwindowとQsample及び／又は加重係数aの関数であってもよい。例えば、eが方程式２に示されたように規定され、値ｂは数式 ｂ =１−a によって規定することもできる。
【００２９】
方程式２において、Ｋ は0からＮ−1まで達し、数Ｎの空気信号は空気濃度値を求めるのに使われる。Ｎは図3に示されたように、非常に大きいかまたは無限大である可能性がある。しかしながら、個々の空気信号値を記憶させるために限られた数のメモリレジスタしか利用できない場合など、数Ｎははるかに小さいかもしれない。実用性において、長期にわたって受け取られた空気信号値の数はかなり大きくなる可能性があり、図2に示すように、そのことからより古い空気信号値を捨てる必要があるかもしれない。
【００３０】
長期間にわたって受け取られた多数の空気信号値を処理するための１つの選択は、「送給された量」または出力空気信号値の年齢を示す時間符号を含む図1に示されるメモリ46にそれらを記憶させることである。より新しい空気信号値は、より古い値をレジスタの下位にシフトさせて、記憶される。最も古い空気信号値はレジスタがいっぱいになるので捨てられ、そのようにしてより新しい値のために場所を譲ることになる。
【００３１】
図４は、本発明の１つの実施態様に従って液体送給路における空気濃度を求めるための過程を示す簡易なフローチャートである。システム始動52（またはユーザーの始動手動リセットなどのリセット）の後、ステップ54では、新しい空気信号値を受け取り、それがステップ56においてメモリレジスタの上位に加えられる。ステップ56は、最も古い空気信号値を捨てて、メモリレジスタの下位に現存する空気信号値をメモリレジスタの下位にシフトする。ステップ58で、空気信号は、その年齢に従って加重され、加重空気信号値を生成する。ステップ60では、プロセッサが、加重された空気信号値を合計して、空気濃度値を求める。ステップ62では、空気濃度値は、空気濃度しきい値としても知られる1次のしきい値と比較される。空気濃度値が前記１次のしきい値を超える場合には、警報が鳴らされる(ステップ64)。システムはまた、空気濃度しきい値を超えると導管を通る液体の送給をさらにストップするよう作動する。もししきい値を超えないなら、システムはその循環過程を繰り返す準備をする。システムはそれからステップ54に戻り新しい空気信号値を受け取る。
【００３２】
ある１つの実施態様においては、システムは算出された空気濃度値を連続的に更新する。たとえば、図４に示されている実施態様では、新しい空気信号値が前記プロセッサに受け取られる度に、システムは新しい空気濃度値を求めてそれを１次のしきい値と比較する。もし空気濃度値が前記１次のしきい値を超えれば警報器が鳴らされる。
【００３３】
前記１次のしきい値は様々な技術によって設定されることができる。しきい値はシステムにプログラムされて組み込まれている単一の一定値であってもよい。１次のしきい値はまた利用者に選ばれてもよい。１次のしきい値は、特定の液体や(体重などの)患者の特性または前記液体導管を通る流速のような１またはそれ以上のパラメータの関数として変化する可能性がある。１次のしきい値は、１またはそれ以上の変数を有する数式から求められてもよく、あるいはいくつかの１次しきい値のテーブルから選ばれてもよい。
【００３４】
空気濃度値を１次のしきい値と比較することは、間違いの警報を防ぐと同時に液体導管内の過剰な空気を速やかに検出するのに役立つ。しかしながら、１次のしきい値と空気濃度値を比較することは、すべての液体の流れの異常を検出するための最も望ましい方法ではないかもしれない。例えば、ほとんど空気を含んでいない液体送給システムが、液体を突然使い果たす場合には、普通システムには大きなエアポケットが混入されるだろう。そのような事態には、空気濃度値を１次のしきい値と比較することが、普通患者にかなりの量の空気が給入されるより前に、警報を鳴らさせるだろうが、かなりの量の空気が、警報作動の前にＩＶシステムそのもの（しかし患者のかなり手前で）に混入する可能性がある。ＩＶシステムに混入する空気量を最小限度にし、システムの動作不能時間を短縮するために、できるだけ速やかに警報器が鳴らされれば、看護人が迅速に液体供給品を補充するか交換することができて望ましい。
【００３５】
様々な状況の中で速やかに警報を鳴らすように前記システムの能力を増大させるために、システムは、第２の空気濃度値と比較される２次のしきい値を含むことができる。第２の空気濃度値は、第１の平均濃度値と平行してあるいは前後して求めることができる。第２の空気濃度値は、第１の空気濃度値のために用いられる加重方式と異なる加重方式で求められ、１次のしきい値とは異なる２次のしきい値と比較されてもよい。
【００３６】
図５aは、比較的に大きい窓体積Qwindowprimary（第１）に対応する第1の加重値曲線66aを表す。第1の加重曲線66aは、「より古い」値に減少された加重を行っていることに注目されたい。このような第1の加重値は第1の空気濃度値を求めるために用いることができ、そしてそれは１次のしきい値と比較されるだろう。図５ｂはより小さな窓体積Qwindowsecondary（第２）に対応する第２の加重値曲線66bを示し、それは２次のしきい値との比較のための第２の空気濃度値を求めるために用いることができる。より小さなQwindow値は、空気値が空気濃度値を求める際に妥当な加重値を与えられるより短い期間に対応していることに注目されたい。
【００３７】
図５aに示されるようにより大きいQwindow値を有することによって、第1の空気濃度値は、比較的に 長い期間にわたってかつ／または流速に依存した液体量によってＩＶシステムに混入する液体中の空気量を表わす。このような大きいQwindow値は、少量の空気が長い期間にわたってシステムに取り入れられて、もしかしたら受け入れがたい段階にまで増加するかもしれない場合に、ある液の流れの異常を検出するのに役立つ。例えば、一連の非常に小さい泡が長期間にわたってＩＶシステムに取り入れられるような状況が、ＩＶシステムに発生するかもしれない。その個々の泡が非常に小さくて、わずかな期間または量のみを観察する警報器を作動させない可能性があるが、このような一連の泡は、ある期間にわたってまたは送給される液体量によってかなりの空気量をシステムに取り入れる可能性がある。比較的に低いしきい値と組み合わせて大きなQwindowを使うことによって、本発明はそのような一連の泡が発生するときに警報器を作動させることができる。
【００３８】
大きなQwindowを比較的に低いしきい値と共に使うことは、大量の液体中及び／又は長い期間にわたってＩＶシステムに取り入れられる少量の空気を伴う液体の流れの異常を検出するのに役立つ。しかしながら、低いしきい値と大きなQwindowはそれ自体で、必ずしも液体の流れの異常を検出するための最良の方法ではないかもしれない。例えば、非常に少量の液体に関してかつ／または短い期間にわたって、大量の空気がシステムに取り入れられるがシステムに以前にはほとんど空気が取り入れられていないかまたは全く取り入れられていない場合には、大きなQwindowで計算された空気濃度値は、加重値が原因で小さなしきい値でさえも超えない可能性がある。しかしながら、同じ状況であるがより小さいQwindowを用いて計算された空気濃度値は、一般的にもっとずっと大きなしきい値を超えるだろう。したがって比較的に高いしきい値を有する小さなQwindowを用いることは、非常に小さい液体量でかつ／または短い期間に前記システムに大量の空気が取り入れられることを引き起こす液体の流れの異常を速やかに検出するのに役立つ。
【００３９】
大きなQwindowと低いしきい値の第１の空気濃度値を、小さなQwindowと高いしきい値の第２の空気濃度値と組み合わせて用いることによって、システムは、長期の異常（例えば、小さな気泡の連なり）と、短期の異常（例えば、システムに突然取り入れられた大きな気泡）とを素早くしかも効果的に検出することができるようになる。（ゆるやかな量の空気が前記システムに混入される場合のような）中期の異常を素早く検出することでシステムの有効性を増すために、中型のQwindowと中程度のしきい値を有する第３の空気濃度値を用いることができる。特定のＩＶシステムと所望の感度次第で、追加の空気濃度値(例えば、第４、第５などの空気濃度値)を設けてもよく、その場合、異なったしきい値とQwindowを有することになる。前記のさまざまな空気濃度計算としきい値比較は、お互いに平行してあるいは前後して実施され得る。
【００４０】
上で検討したように、第２の空気濃度値は、短い期間であるいは少量の液体中で、大量の空気がシステムに取り入れられたことを検出するために、小さなQwindowと比較的に高いしきい値を用いて求めることができる。Qwindowが非常に小さくなる場合には、加重値は前記空気濃度値を求めるのにたいした役割は果たしてはいない。液体供給リザーバが空になるときに起こる可能性があるような、ＩＶシステムに入る単一気泡を検出するためには、変化する加重値を用いることは、そのシステムの特性によっては最も効果的な手法ではないかもしれない。図5ｃは、小さなQwindow上の空気値の選ばれた集合に適用できる一定の加重値66cを示す。
【００４１】
本発明の一つの実施態様では、第２の空気濃度値は、（図５ｃに示されたとおり）一定の加重値に決定されて、第２の空気濃度値は、大きい単一気泡を検出するために単一気泡のしきい値と比較される。図６に示されるように、最も新しい空気信号値がステップ56でレジスタに加えられた後、単一気泡値としても知られている２次の空気濃度値を求めるために、プロセッサが限られた数の最も最近の空気信号値を取り入れる。前記の最も最近の空気信号値は、普通第1の空気濃度値を求めるために用いられる空気信号値の部分集合になるだろう。図６の実施態様では、単一気泡の値は、（ステップ68で）ただ単に最も最近の空気信号値を加えることによって、どの加重値をも使わずに求められる。ステップ70では、単一気泡値は、単一気泡のしきい値と比較される。もししきい値を超えておれば、次には警報器が鳴らされる(ステップ64)。そうでなければ、システムは、新しい空気信号値が受け取られるにつれてそのサイクルを繰り返す。
【００４２】
大量の空気信号値を記憶することは、比較的に大量のメモリレジスタを必要とする可能性があり、そのことは状況によっては望ましくないかもしれない。その上に、大量の空気信号値に異なった加重値を独立して乗じることは、プロセッサ集約的になることを意味する。本発明のある１つの実施態様では、システムは加重された過去の空気濃度値を用いるから、乗算や記憶装置のための必要条件を減らすことになる。このような実施態様では、現在の空気濃度値は、現在の空気信号AirSignal(0)と、最も最近に計算された空気濃度値（つまり、加重された過去の空気濃度値）の加重されたもの関数として求められる。
【００４３】
加重された過去の空気濃度値を用いることにより現在の空気濃度値を求める際に、下記のような数式が用いられる可能性がある。
FilterOut(0) = ｂ × AirSignal(0) ＋ ａ × FilterOut(1) ( 4 )
ここで、
AirSignal(0) 最も最近の空気信号値
FilterOut(0) 警報しきい値と比較されるであろう現在の空気濃度値
FilterOut(1) 以前に計算された空気濃度値
ａ 加重係数（「PastWeight（過去加重値）」）
ｂ 加重係数(「CurrentWeight（現在加重値）」)
値(ａ × FilterOut(1)) は加重された過去の空気濃度値であることに注目されたい。
【００４４】
このような数式の効果は、より古い空気信号は現在空気濃度値FilterOut(0)への影響力はより小さいということである。つまり、より古い空気信号値には効果的により小さい加重が与えられているということである。例えば、上述の数式を使うこと、つまり、最も最近の空気信号値AirSignal(0) は、それに加重係数CurrentWeight(b)を乗じることによってその全体の値の小部分が与えられていることである。FilterOut(1)を求めるのに用いられてきた AirSignal(1) は、PastWeight × CurrentWeightに等しい加重値が効果的にあたえられるであろう。FilterOut(2)を求めるのに用いられてきて、したがってFilterOut(1)を計算する際の係数でもあったAirSignal(2)は、(PastWeight)2 × CurrentWeightの加重値を効果的に与えられるであろう。AirSignal(3) は (PastWeight)3 × CurrentWeightの加重値を効果的に与えられるであろう。
【００４５】
１つの望ましい実施態様において、加重係数 PastWeight (a) は１より小さいので、より古い前記の空気信号値はそれらが古くなるにつれて次第により少ない加重値が与えられるであろう。空気濃度値FilterOut(0)は従って全ての空気信号値の関数として計算されるので、FilterOut(0)を計算するのに用いられる空気信号値の数はメモリレジスタの決まった数に制限されない。
【００４６】
別々の空気信号値と加重値を別々に乗じる代わりに、図７は、前記システムが加重された過去の空気濃度値を用いる方法を示す簡略フロートチャートである。図７の実施態様では、システムの最初の起動72（または手動リセット）後に、最初の警報しきい値未満のFilterOut(1) 値は、最初の出力値として提供される（ステップ74において）かまたは、液体量、送給速度、警報しきい値、選択された感度などの様々な要因の関数としてコンピュータ処理されるかのどちらかである。システムが作動するとき、現在の空気信号値AirSignal(0)が受信される（ステップ76）。ステップ78で、前記プロセッサが新しい空気濃度値FilterOut(0)を求め、それはAirSignal(0)とFilterOut(1) の関数として計算される。ステップ80で、前記の新しい空気濃度値のFilterOut(0) が１次のしきい値と比較される。もし１次のしきい値を超えていれば、警報器が鳴る（ステップ82）。もし前記の新しい空気濃度値がしきい値の限度内であれば、現在のFilterOut(0)値がFilterOut(1) になり（ステップ84）、この循環過程が新しい空気信号値（ステップ76）の受信とともに繰り返される。
【００４７】
図７は、本発明の一つの実施態様を簡略化して図示したものであることに注目されたい。この実施態様では、数多くの追加のステップが含まれている。例えば、１次のしきい値は、利用者から直接に入力された値として、または液体の流速、患者の特性（体重、年齢など）、含まれる液体の種類などのような様々なパラメータから求められた計算値として、設定することができる。さらに、１次のしきい値は、前に述べたように、追加の空気濃度値と比較される追加のしきい値とともに用いることができる。
【００４８】
無限インパルス応答（ＩＩＲ）方法と呼ばれる再帰的実現である加重された過去の空気濃度値を使用することの有効性は、図８に示されていて、その図はそのようなシステムの実施態様のための信号の流れ図を示す。値AirSignal(0) 、FilterOut(1), ａ, とｂ はそれぞれの新しいFilterOut(0)値を引き出すのに用いられる。わずか１つの記憶レジスタ85だけが必要とされ、それが前に濾波された空気濃度値FilterOut(1) を記憶するのに用いられる。システムは再帰的、つまり現在の結果をコンピュータで算出するのに過去の結果を用いるので、それは今までに受け取った全ての空気信号値に効果的に加重を適用し、ＩＶシステムでは注入の最初に適用することになる可能性がある。しかしながら、より古い空気信号に対しては、一般的に加重は多分に取るに足りないほどゼロに近くなるまで落ちるであろう。
【００４９】
本発明の別の実施態様においては、前記システムは、最近の空気信号値の直接加重と加重された過去の空気濃度値とを組み合わせて用いる。例えば、次の数式に示されるように、本発明は、第1の加重係数を２つの最も最近の空気信号値に適用することができ、それがメモリレジスタに記憶され、一方第２の加重係数は最も最近に計算された空気濃度値FilterOut( n-1) に適用される。
Figure 0004268334
Figure 0004268334
ここで、
AirSignal ( 0 ) 現在の空気信号値
AirSignal ( 1 ) 最も最近の次の空気信号値
FilterOut ( 0 ) 警報しきい値と比較されるであろう現在の空気濃度値
FilterOut ( 1 ) 最も最近に計算された空気濃度値
Qsample サンプル中で移動した液体量と、
Qwindow 体積ウィンドウの大きさ
【００５０】
方程式５に示されるその実施態様では、前記の現在の空気信号値(AirSignal (0)) に対する加重係数または乗数と直前の空気信号値(AirSignal(1))は、それぞれのサンプル(Qsample) 中で動く液体量と体積ウィンドウ(Qwindow) の大きさの関数である。体積ウィンドウQwindow の大きさが増大されるにつれて、加重係数が普通減少し、それによってそれぞれの個々の空気信号値にはより小さい加重値を与えることになる。前記のサンプル体積Qsampleが増大するにつれて、加重は普通増加して、現在の空気信号値はより大きい体積の増加分を表しているという事実を反映することになる。
【００５１】
方程式5において、現在計算される空気濃度値 FilterOut(0)は、従って直前の過去の空気濃度値 FilterOut(n)を用いて求められ、それに対してそれ自体がQwindowとQsampleの関数である加重項が適用される。FilterOut(0)も、加重係数を直接最も最近の空気信号値 AirSignal(0)と AirSignal(1)に適用することによって求められる。
【００５２】
本発明の特別の実施態様が図９に示されており、その中で簡単なセンサ34aが液体導管16の特定部分36a中の空気の有無を示す２進信号を提供する。センサ34aが、ポンプ装置24がステップを踏む度に、サンプルを採取するので、結果として生じる２進数の空気値が、空気のあるステップか空気の無いステップかのどちらか一方を表す。クロックサンプル回路84が各２進数の空気値がどちらのポンプモータステップに対応するかを表す値を提供する。
【００５３】
段階制御モータにより駆動される多くの蠕動機構で、液体の流れはステップによって大幅に変化し、ステップによっては負の流れを発生する可能性すらある。従って、様々なステップに対する２進数値は、そのステップの間に実際に流れた液体を考慮して処理されなければならない。
【００５４】
示された前記実施態様においては、モータ制御86はステップをポンプサイクル毎にまとめていくつかのパケットにし、それで各パケットはいくつかのポンプステップを含む。そのパケットで送給される液体量(Qsample) は、他のパケットで送給される液体量と同じ程度の大きさになる。この結果を実現するために、パケットは、その中で異なった数のステップを有するかもしれない。２進数値は、パケット累算器88に供給され、空気があるステップと空気無しのステップを表す値に分類される。
【００５５】
パケットが完成されると、つまり、モータがパケットの全てのステップを実行し通したとき、90で示されるように、空気があるステップの数はステップの合計数によって割られる。結果として得られる値はパケットのポンプステップの間に静脈系に取りこまれる空気量を表す少量部分である。この空気の少量部分は、第1の空気濃度値を求めるための空気信号値として92で用いられる。このシステムは、上に示される方程式5を用いることによるような、第1の空気濃度値( FilterOut(0)) を計算するために、メモリ94によって供給される体積ウィンドウの大きさ（Qwindow）も用いる。出力の第1の空気濃度値は、96でメモリ94により供給される１次しきい値と比較される。示されている前記実施態様において、１次しきい値は気泡濃度しきい値である。１次しきい値は、キーボードまたは類似の操作盤などの入力装置98でユーザによって選ばれることもでき、装置はまた所望の液体の流速などのようなポンプモータ制御86に対するコマンドを入力するのにも用いることができる。１次のしきい値はまた、選択された流速の関数として及び／又は体積ウィンドウQwindowの関数として求めることができる。
【００５６】
１次しきい値を超えているときには、警報器100が作動される。警報器作動は、ポンプモータ制御装置86によってポンプモータ24を停止させることも含むことができる。
【００５７】
メモリ94はまた２次のしきい値を提供することができ、それは示されるように単一気泡しきい値であり、２次の空気濃度値がそれと比較される。もし２次のしきい値を超えているならば、警報器100が作動されるであろう。
【００５８】
図２及び３に示される実施態様においては、より古い空気信号値には減少する加重値が与えられ、次第にしかも指数関数的に減少し比較的になめらかな曲線をたどるように、加重値が空気信号値に適用される。しかしながら、本発明の他の実施態様において、非指数関数的な曲線をたどる加重値が用いられてもよい。例えば、簡単な線形の減衰を用いことができる。なおまた、比較的に複雑な非指数関数的な曲線が、係数ａとｂを変ずることによって創り出され得る。従って、空気信号値に適用される加重値の「曲線」は、古くなるにつれて変化する状況に適合させるために、所望されるようにつくることができる。図10はそのような非指数関数的な曲線102を示す。
【００５９】
図11は、空気信号値が古くなるにつれて、値aとbが変化される場合の信号の流れ図を示す。数Jのレジスタを有する「Ｂ」メモリレジスタは、ｂ 値をｂ0 からｂJ-1まで記憶する。同様に、数Ｌのレジスタを有する「Ａ」メモリレジスタは、ａ 値を ａ1 から ａL-1 まで記憶する。現在のAirSignal(0)から最も古いAirSignal (Ｌ−１) までの空気信号値が、数Ｊ−１のレジスタを有する空気信号メモリに記憶される。同様に、以前の空気濃度値が、前記の最も最近( AirConcentraion(1))から最も古い( AirConcentration(Ｌ−１))まで数Ｌ−１のレジスタを有する空気濃度メモリに記憶される。
【００６０】
現在の空気信号値AirSignal(0)が受け取られるにつれて、それはJ-1レジスタを有する空気信号メモリの(現在の)最上位のレジスタに置かれ、一方以前の空気信号値AirSignal(1) からAirSignal(Ｌ−１)までがレジスタ中でシフトダウンされる。加重係数ｂ0はAirSignal(0) に適用され、係数ｂ1はAirSignal(1)に適用されるなどして、その結果はAirConcentration(0)の計算に用いられる。AirConcentrationのより早い値も更新されたAirConcentration値を求めるのに用いられる。前記加重係数ａ1はAirConcentration(1) に適用され、係数ａ2はAirConcentration(2)に適用されるなどする。上で検討された解決版の方程式１のようなAirConcentration(0)の最終計算のための所望の数式は、特別の応用や状況に合うように選択されることができる。従って、AirConcentration(0)の最終的な濾波された出力値は、多くの異なった加重係数ａ1 ,ａ2 , ・・・・、ｂ1 , ｂ2 などが適用されてきた数多い過去のAirSignal値とAirConcentration値の関数になり得る。
【００６１】
本発明の好ましいおよび代替の実施態様が今まで記述され、実例で示されてきたが、本発明は、当業者の能力の範囲内で発明の才能の発揮なしに、変更や改造の余地がある。例えば、上の実施例が、前記ライン内の空気の即時測定を提供するために、一般的に光または音の使用に関係してきたのに比べて、圧力に敏感な装置などのように送給路内の空気の即時測定を求める他の方法もまた本発明に適合する。さらに、数多くの方程式や数式を、本発明の範囲内で空気濃度値を求めるのに用いることができる。空気を検出することに加えて、本発明は、液体送給システムに取り入れられるかもしれない他の作用物の検出にも応用することができる。従って、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、形や細目や使用法などの点で様々な変更がなされる可能性があるということが理解されるべきである。従って、前記付属請求項によるものを除いて、本発明を制限することは意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 血管内の輸液システムに適用されるように本発明の原理を組み入れた液体送給路中の作用物を検出するためのシステムの簡易ブロック図である。
【図２】 様々な空気信号の年齢の関数としての加重値を示すグラフである。
【図３】 様々な空気信号の年齢の関数としての加重値を示すグラフである。
【図４】 本発明の1つの実施態様による液体送給路中の空気濃度を求めるためのステップを示す簡易フローチャートである。
【図５ａ】 様々な空気信号の年齢の関数としての変化する加重値を示すグラフである。
【図５ｂ】 様々な空気信号の年齢の関数としての変化する加重値を示すグラフである。
【図５ｃ】 様々な空気信号に適用されるような一定の加重値を示すグラフである。
【図６】 本発明の別の実施態様による液体送給路中の空気濃度を求めるためのステップを示す簡易フローチャートである。
【図７】 本発明の別の実施態様による液体送給路中の空気濃度を求めるためのステップを示す簡易フローチャートである。
【図８】 加重された過去の空気濃度値の使用を示す信号の流れ図である。
【図９】 本発明の別の実施態様による液体送給路中の空気を検出するためのシステムの簡易ブロック図である。
【図１０】 様々な空気信号の年齢の関数として変化する加重値曲線を示すグラフである。
【図１１】 加重係数aとbを変化させる場合の実施態様の信号の流れ図である。

Claims (23)

  1. 液体が液体導管を通って流れる液体送給システムにおける作用物を検出するための装置であって、該システムが、
    前記導管中で感知される作用物に対応し、年齢を有する作用物信号を提供するために、前記導管に連結され、作用物の量を検出する作用物センサと、
    前記作用物信号を受信し、それぞれの作用物信号の年齢に基づき異なった作用物信号に異なる加重を与える加重値を前記作用物信号に対して適用することにより、加重された作用物信号を求め、そして前記加重された作用物信号から作用物濃度値を求めるプロセッサとを有し、
    前記作用物信号の前記年齢は、特定の作用物信号が受信されて以来通過した液体量、または前記作用物信号の受信から経過した実時間として規定されることを特徴とする装置。
  2. さらに、前記プロセッサは、前記作用物濃度値を警報しきい値と比較し、前記警報しきい値を超える前記作用物濃度値に対応して警報信号を発し、かつ前記装置はさらに、
    前記警報信号により作動する警報器を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. さらに、前記作用物濃度値の表示を提供するためのディスプレイを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. さらに、前記液体導管を通る液体の流れを制御するため、前記液体導管の一部分に作用する液体制御装置を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
  5. 前記プロセッサは前記液体制御装置を制御することを特徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 前記プロセッサは、前記作用物濃度値を警報しきい値と比較し、前記警報しきい値を超える前記作用物濃度値に対応して、前記液体制御装置に前記液体導管を通して液体を流すのを止めさせることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  7. 前記作用物濃度値は、前記加重値をそれぞれの作用物信号に別個に適用して計算することによって求められることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  8. 前記作用物濃度値は、前記加重値を過去の作用物濃度値に適用することによって求められることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  9. 液体を液体供給源から患者に注入するための液体送給システムであって、
    前記液体供給源の下流にあり、かつ液体的に接続している液体導管と、
    前記液体供給源と前記液体導管の下流にあり、かつ液体的に接続されており、そして、液体を患者へ供給するため患者の身体へ挿入されるよう構成されているカニューレと、
    前記液体導管中で感知される作用物に対応して、それぞれ年齢を有している信号を提供するために、前記液体導管に連結されたセンサと、
    前記作用物信号を受け取り、前記作用物信号の前記年齢に基づきそれぞれの作用物信号に加重された値を適用することによって加重されたセンサ信号を求め、そして前記の加重されたセンサ信号を処理することによって作用物濃度値を求めるプロセッサとを有し、
    前記作用物信号の前記年齢は、特定の作用物信号が受信されて以来通過した液体量、または前記作用物信号の受信から経過した実時間として規定されることを特徴とするシステム。
  10. さらに、前記液体導管を通しての液体の流れを制御するために前記液体導管の一部分に作用する液体制御装置を有することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
  11. 前記プロセッサが前記液体制御装置を制御することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記プロセッサは、前記作用物濃度値を警報しきい値と比較し、前記警報しきい値を超える前記作用物濃度値に対応して、前記液体制御装置に前記液体導管を通して液体を流すのを止めさせることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
  13. さらに、前記プロセッサは、前記作用物濃度値を警報しきい値と比較し、前記警報しきい値を超える前記作用物濃度値に対応して警報信号を発し、かつ前記装置は、
    さらに、前記警報信号により作動される警報器を有することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
  14. 前記作用物濃度値は、前記加重値をそれぞれの作用物信号に別個に適用して計算することによって求められることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
  15. 前記作用物濃度値は以前の作用物濃度値に前記加重値を適用することによって求められることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
  16. 液体が液体導管を通って流れる液体送給システムの中で作用物を検出する方法であって、
    （ａ）各々が液体導管中のその瞬間の作用物の量を示すものであり、かつ年齢を有する最初の一連の作用物信号値を提供するステップと、
    （ｂ）それぞれの作用物信号値の前記年齢に基づき、前記作用物信号値のうちの１またはそれ以上に異なる加重値を適用することで、１またはそれ以上の加重された作用物信号値を求めるステップと、
    （ｃ）前記加重された作用物信号値を処理することによって第１の作用物濃度値を求めるステップと、
    を有し、
    前記作用物信号の前記年齢は、特定の作用物信号が受信されて以来通過した液体量、または前記作用物信号の受信から経過した実時間として規定されることを特徴とする方法。
  17. ステップ（ｃ）は、別個の計算としてそれぞれの作用物信号に前記異なる加重値を適用するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  18. ステップ（ｃ）は過去の作用物濃度値に前記加重値を適用するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  19. さらに、（ｄ）前記第１の作用物濃度値を１次の警報しきい値と比較するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  20. さらに、（ｅ）前記１次の警報しきい値を超える前記第１の作用物濃度値に対応して、液体導管を通しての液体の流れを止めるステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  21. さらに、（ｆ）液体導管中のその瞬間の作用物の量を示す第２の一連の作用物信号値を提供するステップと、
    （ｇ）第２の作用物濃度値を求めるために前記第２の一連の作用物信号値を処理するステップと
    を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
  22. 前記第２の一連の作用物信号値は前記第１の一連の作用物信号値の部分集合であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  23. さらに、（ｈ）前記第２の作用物濃度値を２次の警報しきい値と比較することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
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