JP4685816B2 - 蠕動ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、概ね蠕動ポンプに関するものであり、より詳しくは眼科用手術機器において使用される蠕動ポンプに関するものである。

大部分の先行技術の蠕動ポンプは、可撓性チューブのある長さを（ときには固定された軌道の間で）回転ローラーヘッドを使って圧縮または圧搾することによって作動する。前記ローラーヘッドが回転するとき、ローラーは、管の部分を締め付けてローラーの間の管内に閉じ込められた流体を回転の方向に押す。蠕動ポンプは、その予測可能で一定の流れの特性の故に医療用途で広く使用されている。しかしながら、この先行技術のシステムは、回転ローラーヘッド周りのポンプチューブ部を手動で連結させることを通常は必要とする。

また、回転ローラーヘッドを使用する先行技術の蠕動ポンプは、典型的には不必要な圧力脈動も与える。この問題に対処するためにいくつかの脈動減衰装置が開発されてきた（特許文献１参照）。

ベンチュリタイプ吸引ポンプを有する手術装置で使用されるカセットに関して、カセットが効果的な貯槽として機能するために、カセット内の流体のレベル（及び従って空体積）は、カセットが完全に満たされたり空になったりすることがないように制御されなければならない。吸引装置において流体がカセットを満たすと、流体はベンチュリの中へ引き込まれ、これは手術機器における真空レベルに容認できない妨害を与える。吸引装置における空のカセットは、ドレインバッグ内に送り込まれる空気という結果となり、前記空気は前記バッグ内の貴重な貯槽スペースを浪費する。更に、吸引装置におけるカセット内の一定の体積は、手術機器内の真空レベルのより精密な制御を可能にする。

更に、カセット内の貯槽の大きさは、カセットの応答時間に影響を及ぼす。より大きな貯槽はより大きな貯蔵容量を提供するが、システムの応答時間を遅くする。より小さな貯槽はシステムの応答時間を短縮するが、十分な貯蔵容量をもたないことがある。このジレンマは二つの内部貯槽を有するカセットによって対処されてきた。そのようなカセットが、特許文献２に記載されている。小さな貯槽が外科手術ハンドピースと直接的な流体連通をする一方で、大きな貯槽が小さな貯槽と真空源との間に配置されている。これは、より短い応答時間とより大きな貯蔵容量を可能にする。しかしながら、小さな貯槽は、それがいっぱいになる前に大きな貯槽の中に周期的に流体を移して空にされなければならない。これは、小さな貯槽への真空ラインが、大きな貯槽へのドレインを開ける前に閉じられなければならないことを要求する。小さな貯槽への真空ラインを閉じることは、手術の手順を小さな貯槽の流体の排出の間に停止させることを必要とする。

特許文献３に記載された別のシステムは、吸引真空を提供するためのベンチュリポンプと、大きい貯槽と小さい貯槽との間に分かれて配置された蠕動ポンプとを使用する。蠕動ポンプは、小さい貯槽が満たされたとき流体を小さい貯槽から大きい貯槽へ能動的に送り込むために使用される。そのようなシステムは、小さな貯槽の流体排出の間のシステムの作動の継続を可能にする。

別の先行技術のポンプが特許文献４で開示されており、前記特許文献４は、剛性基板に固着された又は機械的に取り付けられたエラストマシートに含まれる成形流路を有する蠕動ポンプを記載している。ポンプヘッドローラは、ポンプモータの回転軸線に対して放射状に取り付けられており、またエラストマ流路を剛性基板に押し付ける。この特許文献４に記載された発明の市販された実施態様は、テキサス州フォートワースのアルコンラボラトリーズインク（Alcon Laboratories, Inc.）からインフィニティビジョンシステム（INFINITI（登録商標） Vision System）として販売されている。この手術コンソールは、流体管理システム又はカセットを使用しており、前記流体管理システム又はカセットでは、エラストマシートは、どんな接着剤も使用することなく剛性基板の中に摩擦嵌合されている。そのような構築手法は非常に信頼度が高いことが分かっているが、この市販のシステムは、主に白内障の手術を意図しており、蠕動ポンプ以外の真空源をもたない。従って、流体システムは、主として負圧又は真空に曝され、主要な真空源としてベンチュリポンプを用いる後眼部の手術における逆流動作の間に遭遇されるような一時的な正の高圧力を受けることはない。正の高圧力は、摩擦嵌合構造技法が用いられる場合、エラストマと基板との界面における破損を引き起こす可能性を有する。

米国特許第４９２１４７７号明細書 米国特許第４７５８２３８号明細書 米国特許第５８９９６７４号明細書 米国特許第６２９３９２６号明細書

従って、一時的な正圧力を受けてカセットが破損する可能性を低減させる、蠕動ポンプの作動方法に対する必要性が存在し続けている。

本発明は、剛性基板に固着された又は機械的に取り付けられたエラストマシートに含まれる成形流路を有する蠕動ポンプを作動させる方法を提供することによって、先行技術の蠕動ポンプを改良する。ポンプヘッドローラは、ポンプモータの回転軸線に対して放射状に取り付けられるとともに、エラストマ流路を剛性基板に対して押し付ける。逆流の間に、ポンプヘッドは、ローラの少なくとも一つが蠕動ポンプの入力端においてエラストマ流路を締め付けるように位置決めされる。そのような作動は、一時的な高圧力を受けるエラストマシートの量を最小限に抑える。

本発明のこれら及び他の利点及び目的は、詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

図１、２、及び３で最良に見られるように、本発明で用いられる蠕動ポンプ１０は、ポンプモータ１２と、一つ以上のローラ１６を含むローラヘッド１４と、比較的剛性の本体又は基板２２の外側に付着されたエラストマシート２０を有するカセット１８とを含んでいる。ポンプモータ１２は、好適には、ステップモータ又は直流サーボモータである。ローラヘッド１４は、モータ１２がシャフト２４の軸線にほぼ垂直な平面内でローラヘッド１４を回転させるように、及びローラ１６の縦軸線がシャフト２４の軸線に対してほぼ放射状にあるように、モータ１２のシャフト２４に取り付けられている。モータ１２はエンコーダ１３を含んでおり、前記エンコーダ１３は、シャフト２４上に配置されてシャフト２４の回転位置情報を提供する。ローラ１６の位置はシャフト２４に対して固定されているので、シャフト２４の回転情報に関する情報はローラ１６の位置も突き止める。ポンプモータ１２、ローラヘッド１４、ローラ１６、及びエンコーダ１３は通常は、図４で概略的に示される手術コンソール２００の中に配置される。手術コンソール２００は、エンコーダ１３及び制御モータ１２からの信号を処理するのに十分なハードウエア及びソフトウエアを収容している。適切なハードウエア及びソフトウエアは本技術分野に知識を有する者にはよく知られており、一つの適切なコンソールは、テキサス州フォートワースのアルコンラボラトリーズインク（Alcon Laboratories, Inc.）から入手可能なアキュラス（ACCURUS（登録商標））手術システムである。

シート２０は型成形された流路２６（以下、成形流路と呼ぶ）を含んでおり、前記成形流路２６は概ね平面的であって、（平面内で）アーチ形をしており、及びシャフト２４を中心にしたローラ１６の半径にほぼ等しい半径を有している。流路２６はポート２８と３０を流体的に接続している。シート２０は、シリコンゴム又は熱可塑性エラストマのような適切に可撓性があって容易に成形可能な材料から作られている。シート２０は、接着、熱融着、又は機械的なクリンプ加工のような任意の適切な技法によって基板２２に取り付け又は結合される。基板２２は、好適には、シート２０より剛性の例えば剛性の熱可塑性プラスチックのような材料から作られ、また機械加工又は射出成形のような適切な方法によって作られる。カセット１８は、通常はコンソール２００とは別個に形成されて、本技術分野でよく知られた流体接続及び掛け金機構によってコンソール２００と作動可能に連携した状態で保持される。

使用の際、ローラヘッド１４が回転するときローラ１６が流路２６を基板２２に押し付けるように、カセット１８は、ローラヘッド１４に極めて近接して保持される。ローラの縦軸線は、ローラ１６の流路２６への接触が流路２６の平面に概ね平行になるように配列されている。そのような配列は、可撓性チューブのある長さをポンプローラヘッドの上で環状に巻きつける必要性を取り除き、従ってポンプ流路２６のポンプローラヘッド１４に対する装填を単純にする。ローラヘッド１４が回転するときローラ１６の内側及び外側部分が移動する路程の差を吸収するために、ローラ１６は、それらの軸方向長さに沿ってテーパが付けられている。ゼロから流路２６の最大断面積まで徐々に変化する内部断面を有する流路移行領域４６及び４７を設けることによって望まれない圧力脈動を最小限に抑えることができる。これらの領域は、ローラ１６と流路２６との接触と離間とに伴う吐出量の急激な変化を最小限に抑える。

図４で最良に見られるように、カセット１８は貯槽１００とドレインバッグ１１０を更に含んでいる。貯槽１００は、吸引ライン１１２を通して手術ハンドピース１１４に接続されると共に、ポンプ吸入ライン１１６を通して蠕動ポンプ１０に接続されている。真空ライン１１８が、貯槽１００の頂部１２０の近くで貯槽１００に進入しており、またコンソール２００内に収容された例えばベンチュリポンプ（非図示）のような真空源に接続されている。真空ライン１１８に真空が適用されたとき、そのような真空は貯槽１００に伝えられ、そのことにより吸引ライン１１２を介してハンドピース１１４を通して流体が吸い出される。貯槽１００が流体で充分満たされたとき、蠕動ポンプ１０は作動されて、ポンプ吸入ライン１１６及びポート２８を通して貯槽１００の底部１２２の流体を抜き出し、過剰な流体をポート３０及び吐出ライン１２４を通してドレインバッグ１１０の中に排出する。

使用中に、真空ライン１１８に適用される真空の代わりに、一時的な正の高圧力が作用することがある。例えば逆流動作の間に、この正の圧力はポンプ吸入ライン１１６を通して蠕動ポンプ１０に伝えられる。充分な正の圧力が蠕動ポンプ１０に伝えられると、シート２０は基板２２から無理に移動させられ、その結果カセット１８の流体的完全性が破壊される。高圧力のスパイクが流路２６に侵入するのを回避するために、前記圧力がライン１１８に作用したとき、コンソール２００は、図１及び３に示されるように一つのローラ１６が、ポート２８の近くの流路２６を締め付けて閉じるように、モータ１２を指示してローラ１６を停止させて留置する。ローラ１６の位置は位置センサー１３によって正確に予測される。そのような位置でローラ１６を留置することは、基本的には締切り弁のように作用して、一時的な圧力のスパイクが流路２６に侵入することを防ぐ。

この記載は、実例及び解説のためになされたものである。本発明の範囲又は精神から逸脱することなく本明細書に記載された本発明に対して変更を加えることができることは、本技術分野に知識を有する者には明らかであろう。

図１は、明瞭にするためにモータ及びローラヘッドを除いた、本発明で使用され得る蠕動ポンプの概略平面図である。 図２は、明瞭にするためにモータ及びローラヘッドを除いた、本発明で使用され得る蠕動ポンプの概略側面図である。 図３は、本発明で使用され得る蠕動ポンプの、図１の切断線３〜３により得られた横断面図である。 図４は、本発明で使用され得るカセットの概略図である。

１０ 蠕動ポンプ
１２ モータ
１４ ローラヘッド
１６ ローラ
１８ カセット
２０ シート
２２ 基板
２６ 流路
２８ ポート
３０ ポート

Claims (3)

1. 複数のローラ（１６）を保持するローラヘッド（１４）と、基板（２２）及び該基板（２２）に取り付けられた柔軟なシート（２０）にして少なくとも一つの成形流路（２６）を含むシート（２０）を有するカセット（１８）とを備える蠕動ポンプ（１０）を作動させる方法であって、
   ａ）前記複数のローラ（１６）が前記成形流路（２６）を前記基板（２２）に押し付けるように、前記ローラヘッド（１４）を前記カセット（１８）に作動可能に接続する段階、
   ｂ）前記複数のローラ（１６）が前記成形流路（２６）を通る流体の流れを引き起こすように前記ローラヘッド（１４）を回転させる段階、
   ｃ）前記ローラ（１６）の位置を連続的に測定する段階、及び
   ｄ）連続的に測定された前記ローラ（１６）の位置に基づいて、前記ローラ（１６）を所定の位置に停止させる段階、を含み、
   前記成形流路（２６）を締め付けて閉じて締切り弁のように作用させることにより、流体が前記成形流路（２６）へ侵入することを防ぐために、又は前記成形流路（２６）を一時的な高圧力から切り離して一時的な圧力のスパイクが前記成形流路（２６）に侵入することを防ぐために、前記ローラ（１６）を停止させる前記段階が、少なくとも一つのローラ（１６）を前記成形流路（２６）の入口ポート（２８）の近傍の留置位置に留置させる段階を含むことを特徴とする、蠕動ポンプ（１０）を作動させる方法。
2. 前記蠕動ポンプ（１０）が、流体貯槽（１００）とドレインバッグ（１１０）との間に間隔を空けて配置されて、前記流体貯槽（１００）と前記ドレインバッグ（１１０）とにそれぞれ流体的に接続されている、請求項１に記載の方法。
3. 前記流体貯槽（１００）に一時的な正の高圧力を作用させる段階を更に含む、請求項２に記載の方法。

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