JP5062862B2 - 低入力電力を有する注射器 - Google Patents

Description

（発明の分野）
本発明は、概して、医療用流体を注射するための電動注射器に関し、より具体的には、その出力電力レベルに対して低い入力電力レベルを有する電動注射器に関する。

本節は、以下に説明および／または請求される本発明の種々の側面に関連し得る、技術の種々の側面を読み手に紹介することを目的としている。本考察は、本発明の種々の側面のよりよい理解を促すための背景情報を、読み手に提供するのに有用であると考えられる。したがって、当然のことながら、これらの記述は、従来技術の承認としてではなく、この観点から読まれるものとする。

概して、電動注射器は、調合薬または造影剤等の医療用流体を患者に注射するために使用される。典型的には、電動注射器内のモータは、そこから医療用流体を注射するために、シリンジのプランジャを前進させるために利用される。電力供給装置は、概して、モータにエネルギーを提供する。電力供給装置からの電磁放射線が、医療用画像装置等の他の医療用装置を妨害する可能性を低減するために、電力供給装置は、電動注射器から離れている場合が多い。

残念ながら、モータへの電力供給は、電動注射器の製造者に設計上の課題を示す場合が多い。モータは、シリンジのプランジャを移動させる間、高速でエネルギーを消費する場合が多い。電力供給装置とモータとの間のワイヤは、典型的には、モータに十分な電力を供給するために、大電流および／または大電圧を搬送するために利用される。この電力を送達するに十分な容量を有するワイヤは、高価である場合が多い。この費用は、ワイヤの厚さ、および／またはそのようなワイヤを作製するために利用される高コスト材料に起因し得る。例えば、高電圧に好適なワイヤは、高価な絶縁材を含む場合が多い。さらに、電力供給装置は、電動注射器から離れている場合が多いため、２つを接続するワイヤは、非常に長い場合が多い。したがって、電動注射器に高電力を送達するためのワイヤは、設計のコストを著しく増大させ得る。

本発明の特定の例示的側面が、以下に記載される。当然のことながら、これらの側面は、本発明がとり得る特定の形態の発明の開示を読み手に提供するためだけに示され、これらの側面は、本発明の範囲を制限することを目的としていない。実際には、本発明は、以下に記載されない場合がある種々の側面を包含し得る。

特定の側面において、本発明は、概して、不使用時においては、低速で（例えば、低電力で）エネルギーを徐々に蓄積し、次いで、操作中（例えば、注射処置中）に高速で（例えば、高電力で）エネルギーを迅速に送達する、電動注射器に関する。エネルギーは、モータへの迅速な電力送達のために、キャパシタ等の高い応答性のエネルギー蓄積装置内に蓄積され得る。特定の実施形態において、ワイヤにかけられる電流および電圧の負荷が低いため（注射器と電力供給との間の従来のワイヤの相互接続と比較して）、電動注射器を電力供給装置に接続するワイヤは、寸法が小さく、かつ安価であり得る（この場合もやはり、注射器と電力供給との間の従来のワイヤの相互接続との比較において）。

本発明の第１の側面は、電力入力部と電力出力部とを有するエネルギー蓄積装置と、エネルギー蓄積装置の電力出力部に連結されたモータと、モータに連結され、シリンジプランジャインタフェースを有するラムとを含む、電動注射器に関する。エネルギー蓄積装置の電力出力部の通電容量は、エネルギー蓄積装置の電力入力部の通電容量よりも大きい（ある場合には、実質的に大きい）。

本発明の第２の側面は、その中に医療用流体（例えば、造影剤、放射性医薬品、生理食塩水等）を有するシリンジとの使用のための電気注射器に関する。この注射器は、直列に互いに連結された複数のスーパーキャパシタと、複数のスーパーキャパシタに並列に連結されたモータと、モータに連結されたシリンジインタフェースとを含む。

さらに、本発明の第３の側面は、医療用流体注射器の操作方法に関する。この方法において、入力電力は、入力ワット数で電力供給装置から注射器により受容される。入力電力は、注射器により蓄積される。続いて、放出電力は、入力ワット数の少なくとも２倍である出力ワット数で、注射器によって出力される。

本発明の種々の例示的側面に関して上述される特徴の種々の変形例が存在する。また、さらなる特徴は、これらの種々の側面にも組み込まれ得る。これらの変形例および付加的特徴は、個々に、または任意の組み合わせで存在し得る。例えば、図示される実施形態の１つ以上に関して以下に考察される種々の特徴は、単独で、または任意の組み合わせで、本発明の上述の側面のいずれかに組み込まれ得る。この場合もやはり、上述の発明の開示は、請求される対象の制限なしで、本発明の特定の側面および背景を読み手に把握させることだけを目的としている。

以下の発明を実施するための最良の形態が、図面を通して同様の記号が同様の部分を表す添付図面を参照して読まれる場合、本発明のこれら、および他の特徴、側面、および利点は、よりよく理解される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
医療用流体を注射するための電動注射器であって、該電動注射器は、
エネルギー蓄積装置であって、
入力通電容量を有する電力入力部と、
出力通電容量を有する電力出力部であって、該出力通電容量は該入力通電容量よりも大きい、電力出力部と
を備える、エネルギー蓄積装置と、
該エネルギー蓄積装置の該電力出力部に連結されたモータと、
該モータに連結され、シリンジプランジャインタフェースを有するラムと
を備える、電動注射器。
（項目２）
上記エネルギー蓄積装置は、１つ以上のキャパシタを備える、項目１に記載の電動注射器。
（項目３）
上記１つ以上のキャパシタは、約３０ファラッドよりも大きい直列容量を有する、項目２に記載の電動注射器。
（項目４）
上記１つ以上のキャパシタは、一連の直列に接続されたスーパーキャパシタを備え、該一連のスーパーキャパシタの一つの端部は、上記エネルギー蓄積装置の上記入力部に連結され、該一連のスーパーキャパシタの別の端部は、該エネルギー蓄積装置の上記出力部に連結される、項目２または３に記載の電動注射器。
（項目５）
上記エネルギー蓄積装置の上記入力部に接続される電源ケーブルと、該電源ケーブルを介して該エネルギー蓄積装置の該入力部に接続される電源とをさらに備える、項目１〜４のいずれか１項に記載の電動注射器。
（項目６）
上記電源ケーブルの長さの実質的な部分は、約２．６×１０ ^−３ 平方インチ未満の断面積の導電性部を有する絶縁線から本質的に成る、項目５に記載の電動注射器。
（項目７）
上記エネルギー蓄積装置は、上記電源ケーブルと保護回路との両方を介して上記電源に連結される、項目５または６に記載の電動注射器。
（項目８）
上記電源は、約５００ワット未満の電力である、項目５〜７のいずれか1項に記載の
電動注射器。
（項目９）
上記エネルギー蓄積装置は、該エネルギー蓄積装置が励起状態にあるときに、約１０００ワット超の電力を出力するように構成される、項目１〜８のいずれか１項に記載の電動注射器。
（項目１０）
その中に医療用流体を有するシリンジをさらに含み、該シリンジは、上記ラムの上記シリンジプランジャインタフェースに連結される、項目１〜９のいずれか１項に記載の電動注射器。
（項目１１）
その中に医療用流体を有するシリンジとの使用のための電気注射器であって、該注射器は、
互いに直列に連結された複数のスーパーキャパシタと、
該複数のスーパーキャパシタに並列に連結されたモータと、
該モータに連結されたシリンジインタフェースと
を備える、注射器。
（項目１２）
上記複数のスーパーキャパシタは、約１０００ファラッドよりも大きい複合キャパシタンスを有する、項目１１に記載の注射器。
（項目１３）
上記複数のスーパーキャパシタは、４つを超えるスーパーキャパシタを備える、項目１１または１２に記載の注射器。
（項目１４）
約１０アンペアよりも大きい通電容量を有する導体をさらに備え、上記モータは、上記導体を介して上記複数のスーパーキャパシタに接続される、項目１１〜１３のいずれか１項に記載の注射器。
（項目１５）
閉状態にあるときに、約８００ワット超の電力を伝送するように構成されるスイッチを有する制御装置をさらに備え、該スイッチは、上記複数のスーパーキャパシタと上記モータとの間に直列に配置される、項目１１〜１４のいずれか１項に記載の注射器。
（項目１６）
医療用流体注射器の操作方法であって、
入力ワット数で、電力供給装置からエネルギーを受容することと、
該エネルギーを蓄積することと、
出力ワット数で、該エネルギーの少なくとも一部をモータに出力することであって、該出力ワット数は、該入力ワット数の少なくとも２倍である、ことと
を含む、方法。
（項目１７）
上記電力供給装置は、遠隔の電力供給装置である、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
上記蓄積することは、約１ファラッドよりも大きいキャパシタンスを有する、キャパシタの並びを充電することを含む、項目１６または１７に記載の方法。
（項目１９）
上記出力ワット数は、約５００ワットよりも大きい、項目１６〜１８のいずれか１項に記載の方法。
（項目２０）
上記出力することは、上記注射器のラムを移動させることを含む、項目１６〜１９のいずれか１項に記載の方法。

図１は、例示的な注射システムの概略図である。 図２は、図１の注射システムにおける電動注射器の概略図である。 図３は、図１の電動注射器の立面図である。 図４は、例示的な注射プロセスを表現するフローチャートである。 図５は、別の例示的な注射プロセスを表現するフローチャートである。 図６は、例示的な電動注射器の断面図である。 図７は、例示的なデュアルシリンジ注射器の断面図である。 図８は、電動注射器のための例示的なモータおよびラムの断面図である。

本発明の１つ以上の具体的な実施形態が、以下に説明される。これらの実施形態の簡潔な説明を提供する目的で、実際の実装のすべての特徴は、本明細書に説明されない場合がある。当然のことながら、任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおけるような、そのような任意の実際の実装の開発において、それぞれの実装により異なり得る、システム関連および事業関連の制約への準拠性等の開発者の具体的な目標を達成するために、多数の実装特有の決定をしなければならないことを理解されたい。さらに、当然のことながら、そのような開発努力は、複雑で時間がかかる可能性があるが、それでもなお、本開示の利益を得る当業者に対して、設計、製作、および製造の通常の取り組みとなるであろうことを理解されたい。

本発明の種々の実施形態の要素を紹介する際、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」という冠詞は、要素が１つ以上あることを意味するよう意図されている。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、包含的であり、かつ記載された要素以外の付加的要素があり得ることを意味するように意図されている。さらに、「頂部」、「底部」、「上」、「下」、およびこれらの用語の変化形は、便宜上使用されるが、構成要素のいかなる特定の方向も必要としない。さらに、ここで使用されるように、「高電力」および「低電力」という用語は、絶対閾値よりも上または下であるよりもむしろ、互いと比較して高いか、または低い電力レベルを意味する。「連結した」という用語は、２つ以上の対象物が、直接接触しているか、または相互接続した（すなわち、直接的あるいは間接的に接続した）状態を意味する。「流体的に連結した」というフレーズは、２つ以上の対象物が、流体が１つの対象物から別の対象物へと流動し得る方法で連結される状態を意味する。

図１は、電源ケーブル１６により電力供給装置１４に連結した電動注射器１２を有する、例示的な注射システム１０を図示する。有利には、特定の実施形態は、比較的低コストの電源ケーブル１６を含み得る。以下にさらに説明されるように、図１の例示的な電動注射器１２は、比較的低い入力電力レベルで送達されるエネルギーを蓄積し、それにより、電源ケーブル１６により搬送されるピーク電力を削減する可能性がある。続いて、電動注射器１２は、注射中、高い出力電力レベルで、蓄積されたエネルギーを使用する。特定の実施形態は、電動注射器に電力を搬送する、比較的小さく、安価であり、かつ／または長いケーブルを含み得る。これらの実施形態のいくつかは、電源に対する電動注射器の遠隔配置を容易にし得る。電動注射器１２について詳細に述べる前に、電力供給装置１４の特徴を説明する。

図１の電力供給装置１４は、電力調整器１８と整流器２０とを含む。電力調整器１８は、電流制限器、変圧器、または電源制御装置を含み得るか、またはそう呼ばれ得て、整流器２０は、交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）変換器と呼ばれ得るか、またはそれを含み得る。電力調整器１８は、シリコン制御整流器および制御回路等のＡＣ電力調整器、ならびに／もしくはスイッチングレギュレータ等のＤＣ電力調整器、または電流もしくは電圧分配器を有し得る。特定の実施形態において、整流器２０は、ローパスフィルタ、および半波整流器または全波整流器を有し得る。さらに、いくつかの実施形態は、高および低周波電磁信号が電動注射器１２に達する可能性を減少させるために、バンドパスフィルタを含み得る。電力供給装置１４は、電力網２２等の電力源に連結し得る。

図示された実施形態において、電動注射器１２は、保護回路２４と、エネルギー蓄積装置２６と、制御装置２８と、モータ３０と、ラム３２と、シリンジ３４とを含む。保護回路２４は、ヒューズ、回路遮断器、または電流分配器等、エネルギー蓄積装置２６に流入する電流の大きさを制限するように適合された装置を含み得る。

エネルギー蓄積装置２６は、局所エネルギー源、局所エネルギー蓄積、オンボード電力供給装置、および／または統合電源を含み得るか、またはそう呼ばれ得る。エネルギー蓄積装置２６は、エネルギーを受容、蓄積、および供給するように構成される種々の装置を含み得る。例えば、エネルギー蓄積装置２６は、スーパーキャパシタ等のキャパシタを含み得る（例えば、Ｍａｘｗｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから入手可能）。ここで使用されるように、「スーパーキャパシタ」という用語は、０．４ジュール毎グラムよりも大きい重量エネルギー密度を有するキャパシタを意味する。いくつかの実施形態において、エネルギー蓄積装置２６は、１ファラッド、１０ファラッド、３０ファラッド、１００ファラッド、２００ファラッド、３００ファラッド、３５０ファラッド、５００ファラッド、１０００ファラッド、１５００ファラッド、２０００ファラッド、またはそれ以上よりも大きい、またはそれに等しいキャパシタンスを示すキャパシタを含み得る。あるいは、またはさらに、エネルギー蓄積装置２６は、鉛酸蓄電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル鉄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、ナトリウム金属塩化物電池、またはニッケル亜鉛電池等の電池を含み得る。

制御装置２８は、注射器１２のエネルギー蓄積装置２６からモータ３０へのエネルギーの流動を制御するように適合された、電気回路および／またはコードを含み得る。いくつかの実施形態において、制御装置２８は、中央プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、特定用途向けの集積回路、マイクロコントローラ等の論理回路を含み得る。制御装置２８は、論理回路からの信号に応答して、エネルギー蓄積装置２６からの電流の流動を防止または調節することが可能なスイッチを備え得る。例えば、特定の実施形態は、集積ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、バイポーラ接合トランジスタ、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、メカニカルリレー、ソレノイド、またはソリッドステートリレーを含み得る。制御装置２８は、使用者が、注射を開始するために、それを介して制御装置２８に信号を送り得るユーザーインタフェースを含み得るか、それに連結し得る。例えば、ユーザーインタフェースは、グラフィカルユーザーインタフェースを含み得る。

図示された実施形態において、モータ３０およびラム３２は、電気エネルギーを望ましい形態の機械的エネルギーに変換するための種々の装置を含み得る。例えば、モータは、ステッピングモータ、ブラシＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、リニアモータ、または圧電ドライブ等の種々の種類の電気モータを含み得る。ラム３２は、シリンジインタフェースとトランスミッションとを含み得る。シリンジインタフェースは、プランジャ接触面、押し面、および／または圧力アプリケータを含み得るか、またはそう呼ばれ得る。トランスミッションは、ドライブ、ギアボックス、回転直線運動トランスミッション、および／またはモータ―シリンジの機械的インタフェースを含み得るか、またはそう呼ばれ得る。

図示される実施形態のシリンジ３４は、プランジャと、バレルと、バレル内に配置された医療用流体とを含み得る。シリンジ内の医療用流体は、生理食塩水、造影剤、調合薬、放射性医薬品、またはそれらの組み合わせ等であるが、それらに限定されない、任意の適切な医療用流体であり得る。本実施形態において、プランジャは、バレル内に配置され、プランジャとバレルとが共に、医療用流体を収納する。プランジャの背面は、ラム３２のシリンジインタフェースと連動するように設計／構成される、表面および／または構造を含み得る。

保護回路２４は、エネルギー蓄積装置２６と電力供給装置１４との間に電気的に配置される（すわなち、電気の流れに関連して位置決定される）と示され、制御装置２８は、エネルギー蓄積装置２６とモータ３０との間に電気的に配置されるように示されている。保護回路２４は、電源ケーブル１６とエネルギー蓄積装置２６とに直列に連結し得る。エネルギー蓄積装置２６は、制御装置２８を介してモータ３０に直列に連結され得る。また、制御装置２８は、保護回路２４に連結し得る。モータ３０は、ラム３２のトランスミッションに機械的に接続し得て、ラム３２は、シリンジインタフェースを介してシリンジ３４のプランジャと連動する（例えば、機械的に連結される）ように設計され得る。

図１の電動注射器１２は、導管および中空の皮下注射針を介して、患者３６または他の生物に流体的に連結し得る。特定の実施形態において、画像装置３８は、患者３６への医療用流体の注射中および／または注射後、患者３６を撮像するために利用され得る。画像装置３８は、投影ラジオグラフィシステム（例えば、Ｘ線システム）、蛍光透視システム、断層撮影システム（例えば、コンピュータ軸方向断層撮影システム）、磁気共鳴画像診断（ＭＲＩ）システム、および／または超音波システム等の種々の画像システムを意味し得るか、またはそれらを含み得る。

いくつかの実施形態において、電動注射器１２と、患者３６と、画像装置３８とは、電力供給装置１４から離間し得る。例えば、図１の注射システム１０において、それらは別個の室にあり、電力供給装置１４は、設備室４０内に配置され、他のコンポーネントは、画像処理室４２に配置される。特定の実施形態において、これらの室４０、４２の間に延在するために、電源ケーブル１６は、１メートル、２メートル、３メートル、６メートル、１０メートル、２０メートル、５０メートル、またはそれ以上よりも長くあり得る。画像処理室４２は、いくつかの干渉源から画像装置３８を隔離させるために、電磁シールド等の種々の形態のシールドを含み得る。いくつかの実施形態において、画像処理室４２は、磁気に誘引される可能性、および／またはＭＲＩ機械において画像アーチファクトを引き起こす可能性のある鉄鋼材を実質的に有していない場合がある。有利なことには、電動注射器１２から離れて電力供給装置１４を配置することにより、注射システム１０は、電力供給装置１４からの画像装置３８の妨害を減少させる傾向を有し得る。

図２を参照すると、例示的なエネルギー蓄積装置２６が、より詳細に図示されている。図示されたエネルギー蓄積装置２６は、直列に連結したスーパーキャパシタ４４の並びを含む。本実施形態は、１５のスーパーキャパシタ４４を含むが、他の実施形態は、任意の適切な、および／または望ましい数のスーパーキャパシタを含み得る。例えば、いくつかの実施形態は、１つを超えるスーパーキャパシタ、２つを超える、３つを超える、４つを超える、５つを超える、１０を超える、２０を超える、５０を超える、または１００をも超えるスーパーキャパシタを含む。直列に接続されたスーパーキャパシタ４４は、フル充電した場合、約３８ボルトの総電圧で、約４０アンペアの電流を出力する。換言すれば、エネルギー蓄積装置２６は、約１５００ワットの電力を出力する。エネルギー蓄積装置２６の他の実施形態は、他の適切なワット数の出力を提供する。例えば、いくつかの実施形態において、エネルギー蓄積装置２６は、５００ワット超、７００ワット超、１０００ワット超、１２００ワット超、１５００ワット超、１７００ワット超、２０００ワット超、２５００ワット超、またはそれ以上を出力し得る。

この電力を搬送するために、いくつかの実施形態において、エネルギー蓄積装置２６の電力出力部４６は、高電流（または電圧）容量導体４８に連結し得る。特定の実施形態において、導体４８は、比較的短い長さの低ゲージワイヤであり得る（例えば、長さ約２フィート未満の１０〜１４ＡＷＧゲージワイヤ）。つまり、導体４８は、約３．３×１０^−３平方インチ以上、約５．２×１０^−３平方インチ以上、約８．２×１０^−３平方インチ以上、または約１．３×１０^−２平方インチ以上の断面積の導電性部を有し得る。

対照的に、電源ケーブル１６を含む、エネルギー蓄積装置２６と電力システム１４とを接続するワイヤは、導体４８よりもはるかに低い通電容量を有し得る。例えば、電源ケーブル１６は、Ｄ−シェルピンコネクタと２２ゲージワイヤ（約２．５×１０^−２直径を有するワイヤ）とを有する２５ピンケーブルにより、具現化され得る。特定の実施形態において、電源ケーブル１６は、約２．６×１０^−３平方インチ以下、約１．２×１０^−３平方インチ以下、約８．０×１０^−４平方インチ以下、約５．０×１０^−４平方インチ以下、約２．５×１０^−４平方インチ以下、または約１．６×１０^−４平方インチ以下の断面積の導電性部を有する、１つのワイヤもしくは複数のワイヤを含み得るか、またはそれから本質的に成り得る。電源ケーブル１６は、エネルギー蓄積装置１６の電力入力部５０に連結し得る。いくつかの実施形態において、ケーブル１６の５つのワイヤは、接地電圧を搬送し得て、５つのワイヤは、電力入力部５０を通じて４２ボルト未満のＤＣ電圧により駆動される電流を伝導し得る。有利には、電源ケーブル１６と電力供給装置１４内の電子装置とは、電力供給装置１４からモータ３０への全距離に、１５００ワットの電力を送達するように適合されたコンポーネントよりも、安価であり得る。

図３は、例示的な電動注射器１２の立面図である。図３により図示されるように、電動注射器１２は、スタンドアセンブリ５２と、支持アーム５４と、動力ヘッド５６とを含む。図示されたスタンドアセンブリ５２は、４組の車輪５８と、シャーシ６０と、垂直支持部６２と、ハンドル６４と、ディスプレイ６６とを含む。垂直支持部６２は、シャーシ６０の上に、ハンドル６４と、ディスプレイ６６と、支持アーム５４とを持ち上げ得て、特定の実施形態において、そこを通って電源ケーブル１６が送達される凹部を有し得る。ディスプレイ６６は、液晶ディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイ、表面放出ディスプレイ、または他の適切なディスプレイを含み得て、制御装置２８に連結され得る。

図３に示される注射器１２の支持アーム５４は、多軸連結部材６８、７０を含む。図示された連結部材６８は、２つの垂直回転軸７２、７４により、シャーシ６０に対して２自由度を有する。同様に、例示的な連結部材７０は、２つの垂直回転軸７６、７８により、連結部材６８に対して２自由度を有する。電源ケーブル１６は、連結部材６８、７０に沿って動力ヘッド５６に送達されるように示される。

図３の動力ヘッド５６は、連結部材７０に対して２自由度を提供する継ぎ手を介して、連結部材７０に連結する。結果として、本実施形態において、動力ヘッド５６は、軸８０、８２周囲を回転し得る。全体として、図示された動力ヘッド５６は、シャーシ６０に対して６自由度を有する。他の実施形態は、より多くの、またはより少ない自由度を含み得る。

動力ヘッド５６は、ディスプレイ８４と、流体制御バー８６と、空気検出器８８とを含む。流体制御バー８６は、シリンジ３４内のプランジャの手動操作を容易にし、空気検出器８８は、空気がシリンジ３４から出ていることが検出されると、制御装置２８に信号を送る。

本実施形態において、動力ヘッド５６は、保護回路２４と、エネルギー蓄積装置２６と、制御装置２８と、モータ３０と、ラム３２と、シリンジ３４の一部とを収納する。他の実施形態において、これらのコンポーネントの多く、またはこれらのコンポーネントの一部は、電動注射器１２上の他の部分、または注射システム１０（図１）における他の部分に分布され得る。

電動注射器１２は、図４により図示される例示的な注射プロセス９０に従い作動し得る。エネルギー蓄積装置２６は、ブロック９２により図示されるように、低電力でエネルギーを受容する。いくつかの実施形態において、エネルギー蓄積装置２６は、電力供給装置１４から電源ケーブル１６を介して、このエネルギーを受容し得る。このステップ９２の間、充電電流は、エネルギー蓄積装置２６の電力入力部５０を通って流れ得る。充電電流は、５００ワット未満、４００ワット未満、３００ワット未満、２００ワット未満、１００ワット未満、５０ワット未満、１０ワット未満、またはそれ以下等の低電力で送達され得る。エネルギーが電源ケーブル１６により送達されると、ブロック９４により図示されるように、エネルギー蓄積装置２６に蓄積され得る。例えば、電荷は、キャパシタ４４の板上に蓄積され得る。いくつかの実施形態において、エネルギー蓄積装置２６は、誘導を介して充電され得る（例えば、コードレスの実施形態において）。

次いで、例示的な注射プロセス９０において、エネルギー蓄積装置２６は、ブロック９６により図示されるように、高電力でモータ３０にエネルギーを送達する。例えば、制御装置２８は、半導体スイッチング装置のゲートを励起することにより、導体４８を通る電流路を閉じ得て、キャパシタ４４は、電力出力部４６と導体４８とを通って放電し得る。特定の実施形態において、エネルギー蓄積装置２６は、７００ワット超、８００ワット超、１０００ワット超、１２００ワット超、１４００ワット超、１５００ワット超、１７００ワット超、２０００ワット超、３０００ワット超、５０００ワット超、またはそれ以上の速度で、エネルギーを送達し得る。

ブロック９８により図示されるように、注射プロセス９０は、医療用流体の注射ステップを含む。図１〜３の電動注射器１２において、エネルギー蓄積装置２６からの電流は、モータ３０に電力供給し、モータ３０は、ラム３２を駆動する。次に、ラム３２は、シリンジ３４のバレルを介してシリンジのプランジャを押し、患者３６へとシリンジから医療用流体を押し出す。医療用流体は、造影剤、調合薬、放射性医薬品、生理食塩水、またはそれらの組み合わせ等の、任意の適切な医療用流体を含み得る。

図５は、図１〜３の注射システム１０により実行され得る、別の例示的な注射プロセス１００を図示する。注射プロセス１００は、ブロック１０２により図示されるように、電力網２２から電力を受容するステップから始まり、次いで、ブロック１０４により図示されるように、グリッド２２からの電力を整流する。一実施例として、図１の実施形態における整流器２０は、グリッド２２からの電力を整流し得る。次いで、本実施形態において、電力調整器１８は、ブロック１０６により図示されるように、低レベル電力を産生するために、整流された電力を調整する。電源ケーブル１６は、ブロック１０８により図示されるように、室４０、４２の間等の、離れた場所にわたって低レベル電力を伝導する。

電動注射器１２は、電源ケーブル１６を介して送達されるエネルギーを蓄積および消費し得る。本実施形態において、低レベル電力は、図５のブロック１１０により図示されるように、エネルギー蓄積装置２６の入力部５０を介して伝導され得て、キャパシタ４４は、図５のブロック１１２により図示されるように、低レベル電力を搬送する電流により充電され得る。次いで、本実施形態の制御装置２８は、図５のロック１１４により図示されるように、流体を注射するという信号を受信し得る。例えば、使用者は、注射を開始するためにボタンを押し得て、ボタンは、制御装置２８に信号を伝送し得る。この時点において、いくつかの実施形態において、制御装置２８は、エネルギー蓄積装置２６が、注射を開始するのに十分なエネルギーを蓄積していることを確認し得る。エネルギー蓄積装置２６がある程度充電されるか、閾値よりも多く充電されるか、またはフル充電された後に、制御装置２８は、図５のブロック１１６により図示されるように、エネルギー蓄積装置２６の出力部４６を介して、高レベルの電力を伝導するために、導体４８を通る経路を閉じ得る。モータ３０は、高レベルの電力を受容し得て、図５のブロック１１８により図示されるように、ラム３２を介してシリンジ３４のプランジャを駆動し得る。結果として、医療用流体は、図５のブロック１２０により図示されるように、シリンジ３４から放出される（例えば、患者３６に注射される）。最後に、いくつかの実施形態において、患者３６は、図５のブロック１２２により図示されるように、例えば、図１において画像装置３８に関して論じられた画像システムの１つを用いて、撮像され得る。

図６は、ドッキングステーション３００に連結されることが可能なエネルギー蓄積装置３０２を有する、例示的なコードレス注射器３０６を図示する。ここで使用されるように、「コードレス」という用語は、電力源との外部接続なしで作動する能力を意味する。注射器３０６は、前述の電動注射器１２の特徴の１つ以上を含み得る。注射器３０６は、シールドシリンジアセンブリ３０８と、シールド３１０と、シリンジドライブ３１２と、ドッキングステーション電気インタフェース３１４と、ドッキングステーション機械インタフェース３１５とを特徴とする。ドッキングステーション電気インタフェース３１４は、複数のリード線３３２、３３３、３３４、３３５を含む。これらのリード線および／または他のリード線は、注射器３０６の充電に、ならびに／または注射器がドッキングステーション３００に、および／もしくはそこを介してデータを通信することを可能にするための通信リンクとして利用され得る。いくつかの実施形態において、注射器３０６は、ワイヤレス通信（例えば、無線周波数）を介して、ドッキングステーション３００に、および／もしくはそこを介してデータを通信することが可能であり得る（例えば、画像システムおよび／または病院情報システムに伝達されるために）。

本実施形態において、シリンジアセンブリ３０８は、シリンジ３１６とシールド３１８とを含む。図示されたシリンジ３１６は、針３２０と、バレル３２２と、プランジャ３２４と、外端部３２８を有するプッシュロッド３２６とを含む。１つ以上の流体３３０は、シリンジ３１６のバレル３２２内に配置され得る。例えば、流体３３０は、放射性医薬品、造影剤、生理食塩水、調合薬、またはそれらの組み合わせを含み得る。シリンジ３１６は、多くの適切な設計／構成のいずれかを示し得る。例えば、いくつかの実施形態において、シリンジ３１６は、１段階シリンジ、各段階において異なる流体を有する２段階シリンジ、多バレルシリンジ、または２つを超える段階および／または２つを超える流体を有するシリンジであり得る。

注射器３０６のシールド３１０、３１８は、電磁シールド、放射線シールド、熱シールド、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態において、シールド３１０、３１８は、リード線、劣化ウラン、タングステン、タングステン含浸プラスチック等の放射線シールド材料を特徴とし得る。あるいは、またはさらに、シールド３１０、３１８は、レイヤ、メッシュ、もしくは他の形態の銅、スチール、導電性プラスチック、または他の導電性材料等の電磁シールド材料を含み得る。特定の実施形態において、シールド３１０、３１８は、実質的に、または完全に非鉄であり得る。シールド３１０は、シリンジ３１６、シリンジドライブ３１２、および／またはエネルギー蓄積装置３０２を完全に被覆し得るか、これらのコンポーネント３１６、３１２、３０２のうちの１つ以上を実質的に被覆し得るか、またはこれらのコンポーネント３１６、３１２、３０２のうちの１つ以上を部分的に被覆し得る。同様に、シールド３１８は、シリンジ３１６を完全に、実質的に、または部分的に被覆し得る。注射器３０２のいくつかの実施形態は、シールド３１０および／または３１８を含まない場合があるが、それは、本明細書に考察される他のすべての特徴が、同様に省略されない場合があると示唆するものではない。

注射器３０６のシリンジドライブ３１２は、圧電ドライブ、リニアモータ、形状記憶合金、ラックアンドピニオンシステム、ウォームギアアンドホイールアセンブリ、遊星ギアアセンブリ、ベルトドライブ、ギアドライブ、手動ドライブ、油圧式ドライブ、および／または空気圧ドライブを含み得る。例えば、以下に考察される図８の実施形態において、シリンジドライブ３１２は、電気モータとスクリュードライブとを含み得る。いくつかの実施形態において、シリンジドライブ３１２は、完全に、実質的に、または部分的に非鉄であり得る。

注射器３０６用のドッキングステーション３００は、補助電気インタフェース３３６と、補助機械インタフェース３３８と、電源ケーブル３４０とを含む。補助電気インタフェース３３６は、複数のメスコネクタ３４２、３４３、３４４、３４５を含む。電源ケーブル３４０は、低ワット数のＤＣ電源等の電源から電力を受容するように適合され得る。さらに、ドッキングステーション３００は、可動スタンド、回転アーム、車両（例えば、救急車）、画像装置、患者治療台、壁取り付け具、または他の好適な取り付け具に取り付けられ得る。

操作において、コードレス注射器３０６は、ドッキングステーション３００と係合するように補助的に設計される。具体的には、注射器３０６のドッキングステーション機械インタフェース３１５は、ドッキングステーション３００の補助機械インタフェース３３８と係合するように設計され、注射器３０６のドッキングステーション電気インタフェース３１４は、ドッキングステーション３００の補助電気インタフェース３３６と係合するように設計される。エネルギーは、低電力で、電源ケーブル３４０を通って、メスコネクタ３４２、３４３、３４４、３４５を通って、オスコネクタ３３２、３３３、３３４、３３５に流入する。低電力エネルギーは、エネルギー蓄積装置３０２に流入する。いくつかの実施形態において、注射器が、シリンジ充填手順に使用されている間、エネルギー蓄積装置３０２は、充電され得る。例えば、エネルギー蓄積装置３０２が充電されている間に、シリンジドライブ３１２は、バレル３２２内の針３２０からプランジャ３２４を引き離す力３３１を付与し得て、それにより、バレル３２２内に流体を引き入れることに向かう。充填中、充填速度および／または充填容積に対して、現場内または現場外のフィードフォワード制御またはフィードバック制御が行われ得る。

エネルギー蓄積装置３０２が充電または励起されると、コードレス注射器３０６は、ドッキングステーション３００から取り外され得て、電源ケーブルが処置を妨害することなく、放射性医薬品３３０または他の適切な医療用流体を注射するために使用され得る。注射は、コードレス注射器３０６が充填および充電される場所と同一の場所において実行され得るか、またはコードレス注射器３０６は、別の場所での使用のために、充電および充填状態で輸送され得る。注射中において、エネルギーは、エネルギー蓄積装置３０２からシリンジドライブ３１２に高速で流動し得て、プッシュロッド３２６の外端部３２８に力３３１を付与する。プッシュロッド３２６は、バレル３３２を通って針３２０に向かってプランジャ３２４を駆動し、それで、流体３３０をシリンジ３１６から放出させる。流体３３０の放出（例えば、注射）中、注射速度および／または注射容積に対して、現場内または現場外のフィードフォワード制御またはフィードバック制御が行われ得る。

図７は、複数の（ここでは２つの）シリンジを収容することが可能な、例示的なコードレス注射器３４８を図示する。コードレス注射器３４８は、第二のシリンジ３５０と第二のシリンジドライブ３５２とを含む。第二のシリンジ３５０は、シールドされ得て、本明細書に記載される医療用流体の１つ以上であり得る流体３５４を含み得る。第二のシリンジ３５０は、シールド３１０内にあり得るが、他の実施形態において、第二のシリンジ３５０は、部分的に、または完全にシールド３１０の外部にあり得る。図７に示されるシリンジが、互いから分離し、互いと異なると図示される一方で、注射器３４８の他の実施形態は、多バレルシリンジアセンブリ（例えば、実質的に一体の２バレルシリンジアセンブリ）を収容することが可能である。

操作において、注射器３４８のシリンジドライブ３５２は、第二のシリンジ３５０のプランジャに力３５４を付与し得て、流体３５４を第二のシリンジ３５０に引き入れるか、そこから押し出す。いくつかの実施形態において、シリンジドライブ３１２と第二のシリンジドライブ３５２とは、単一のシリンジドライブに部分的に、または完全に統合され得る。あるいは、シリンジドライブ３１２と第二のシリンジドライブ３５２とは、独立したシリンジドライブであり得る。注射および／または充填中、コードレス注射器３４８により注射または充填される流体３３０および／または３５４の流速および／または容積に対して、独立した、現場内または現場外のフィードフォワード制御またはフィードバック制御が行われ得る。

図８は、コードレス注射器３０６内の例示的なシリンジドライブ３１２を図示する。図示されたシリンジドライブ３１２は、電気モータ３５６と、トランスミッション３５８と、リニアドライブ３６０とを含む。電気モータ３５６は、ステッピングモータ等のＤＣ電気モータまたはＡＣ電気モータであり得る。図示されたトランスミッション３５８は、第一のプーリー３６２と、第二のプーリー３６４と、ベルト３６６とを含む。本リニアドライブ３６０は、外ネジ付きシャフト、ウォーム、またはスクリュー３６８と、ブッシング３７０と、外側シャフト３７２と、シリンジインタフェース３７４とを有する。トランスミッション３５８は、０．５：１よりも大きい、１．０：１よりも大きい、１．５：１よりも大きい、２：１よりも大きい、３：１よりも大きい、４：１よりも大きい、５：１よりも大きい、８：１よりも大きい、２０：１よりも大きい、またはそれ以上の、第一のプーリー３６２の直径に対する第二のプーリー３６４の直径の比率を有し得る。シリンジインタフェース３７４は、より幅の広い外端レセプタクル３７６と、シャフトスロット３７８とを含む。いくつかの実施形態において、モータ３５６と、トランスミッション３５８と、ドライブ３６０とのうちの１つ以上は、実質的に、または完全に非鉄であり得る。いくつかの実施形態において、モータ３５６と、トランスミッション３５８と、ドライブ３６０とのうちの１つ以上は、部分的に、実質的に、または完全にシールド３１０によりシールドされ得る。

操作において、注射器３０６の電気モータ３５６は、第一のプーリー３６２を駆動する。第一のプーリー３６２が回転すると、ベルト３６６は、第二のプーリー３６４を回転させる。第二のプーリー３６４の回転は、スクリュー３６８を駆動し、それは、ブッシング３７０内で回転する。ブッシング３７０は、スクリュー３６８の回転が、ブッシング３７０に直線的な力を付与するように、ネジが付けられる。リニアスライド機構は、ブッシング３７０が、スクリュー３６８を上下に平行移動することを可能にする一方で、ブッシング３７０の回転を防止し得る。スクリュー３６８が回転すると、外側シャフト３７２は、ブッシング３７０により、スクリュー３６８の下方に押され得るか、またはスクリュー３６８の上方に押され得る。外側シャフト３７２は、スクリュー３６８に対して直線的に平行移動し得て、シリンジインタフェース３７４を介してシリンジ３１６のプランジャを移動させ得る。

本発明が、種々の変形例および代替形態を受け得る一方で、具体的な実施形態が、図面において一実施例として示され、本明細書に具体的に説明されてきた。しかしながら、当然のことながら、本発明は、開示される特定の形態に制限されることを目的としていない。むしろ、本発明は、以下の添付の特許請求の範囲により定義されるような、本発明の精神および範囲内にある、すべての変形例、同等物、および代替物を対象とするものとする。

Claims (19)

1. 医療用流体を注射するための電動注射器であって、該電動注射器は、
   単一のオンボードエネルギー蓄積装置であって、
   入力通電容量を有する電力入力部と、
   出力通電容量を有する電力出力部であって、該出力通電容量は、該入力通電容量よりも大きい、電力出力部と
   を含む単一のオンボードエネルギー蓄積装置と、
   該単一のオンボードエネルギー蓄積装置の該電力出力部に結合されたモータと、
   該モータに結合されたラムであって、シリンジプランジャインタフェースを有するラムと
   を含み、
   該単一のオンボードエネルギー蓄積装置に提供される入力電流のワット数は、該電力入力部によって特定のレベルに制限され、該電力出力部は、該入力電流よりも高いワット数を有する出力電流を出力するように構成されている、電動注射器。
2. 前記単一のオンボードエネルギー蓄積装置は、１つ以上のキャパシタを含む、請求項１に記載の電動注射器。
3. 前記１つ以上のキャパシタは、約３０ファラッドよりも大きい直列容量を有する、請求項２に記載の電動注射器。
4. 前記１つ以上のキャパシタは、一連の直列に接続されたスーパーキャパシタを含み、該一連のスーパーキャパシタの一つの端部は、前記単一のオンボードエネルギー蓄積装置の前記入力部に結合されており、該一連のスーパーキャパシタの別の端部は、該単一のオンボードエネルギー蓄積装置の前記出力部に結合されている、請求項２または３に記載の電動注射器。
5. 前記単一のオンボードエネルギー蓄積装置の前記入力部に接続されている電源ケーブルと、
   該電源ケーブルを介して該単一のオンボードエネルギー蓄積装置の該入力部に接続されている電源と
   をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動注射器。
6. 前記電源ケーブルの長さの実質的な部分は、約２．６×１０^−３平方インチ未満の断面積の導電性部を有する絶縁線から本質的に成る、請求項５に記載の電動注射器。
7. 前記単一のオンボードエネルギー蓄積装置は、前記電源ケーブルおよび保護回路の両方を介して前記電源に結合されている、請求項５または６に記載の電動注射器。
8. 前記電源は、約５００ワット未満の電源である、請求項５〜７のいずれか1項に記載の
   電動注射器。
9. 前記単一のオンボードエネルギー蓄積装置は、該単一のオンボードエネルギー蓄積装置が励起状態にあるときに、約１０００ワット超の電力を出力するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動注射器。
10. その中に医療用流体を有するシリンジをさらに含み、該シリンジは、前記ラムの前記シリンジプランジャインタフェースに結合されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電動注射器。
11. 前記１つ以上のキャパシタは、約１０００ファラッドよりも大きい複合キャパシタンスを有する、請求項２に記載の電動注射器。
12. 前記１つ以上のキャパシタは、４つを超えるキャパシタを含む、請求項２または１１に記載の電動注射器。
13. 約１０アンペアよりも大きい通電容量を有する導体をさらに含み、前記モータは、該導体を介して前記１つ以上のキャパシタに接続されている、請求項２または１１〜１２のいずれか１項に記載の電動注射器。
14. 閉状態にあるときに、約８００ワット超の電力を伝送するように構成されているスイッチを有する制御装置をさらに含み、該スイッチは、前記１つ以上のキャパシタと前記モータとの間に直列に配置されている、請求項２または１１〜１３のいずれか１項に記載の電動注射器。
15. 医療用流体の注射のためのシステムであって、
    該システムは、単一のオンボードエネルギー蓄積装置を含み、
    該単一のオンボードエネルギー蓄積装置は、
    入力ワット数で、外部の電力供給装置からエネルギーを受容する手段であって、該入力ワット数は、特定のレベルに制限される、手段と、
    該エネルギーを蓄積する手段と、
    出力ワット数で、該エネルギーの少なくとも一部をモータに出力する手段であって、該出力ワット数は、該入力ワット数の少なくとも２倍である、手段と
    を含む、システム。
16. 前記外部の電力供給装置は、遠隔の電力供給装置である、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記蓄積する手段は、約１ファラッドよりも大きいキャパシタンスを有する、キャパシタの並びを充電する手段を含む、請求項１５または１６に記載のシステム。
18. 前記出力ワット数は、約５００ワットよりも大きい、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のシステム。
19. 前記出力する手段は、注射器のラムを移動させるように構成されている、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のシステム。

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