JP5097705B2

JP5097705B2 - 薬液注入装置

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Publication number: JP5097705B2
Application number: JP2008522644A
Authority: JP
Inventors: 正博榊原
Original assignee: Nemoto Kyorindo Co Ltd
Current assignee: Nemoto Kyorindo Co Ltd
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-06-29
Also published as: WO2008001881A1; JPWO2008001881A1

Description

本発明は、薬液が充填された薬液シリンジから被験者へ薬液を注入する薬液注入装置に関する。

医療用の画像診断装置としては、ＣＴ（Computed Tomography）スキャナ、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、ＰＥＴ（Positron
Emission Tomography）装置、アンギオ装置、およびＭＲＡ（MR Angio）装置などがある。これらの装置を使用する際は、被験者に造影剤や生理食塩水などの薬液を注入する必要がある。そこで、薬液の注入を自動で行う種々の薬液注入システムが提案され、実用化されている。

従来の薬液注入システムの一例について説明する。薬液注入システムは、薬液シリンジが着脱自在に装着される注入ヘッドを備えた薬液注入装置と、ＭＲＩ装置といった画像診断装置と、を有する。

薬液シリンジは、一端が開放されているとともに他端に導管部が形成されたシリンダ部材と、シリンダ部材の開放された一端からシリンダ部材内にスライド自在に挿入されているピストン部材と、を有する。シリンダ部材およびピストン部材の一端部にはそれぞれフランジが形成されている。

注入ヘッドは、薬液シリンジのシリンダ部材が着脱自在に装着されるシリンジ装着部と、保持された薬液シリンジを動作させるシリンジ駆動機構と、を有する。シリンジ駆動機構は、モータ駆動によって前進および後退するロッドを有し、その先端部には、ピストン部材のフランジを保持してピストン部材を押圧するピストン押圧部が設けられている。

薬液シリンジは、シリンジ装着部にシリンダ部材が装着されることによって、注入ヘッドに保持される。一方、ピストン部材のフランジはピストン押圧部に保持される。シリンダ部材の導管部には、延長チューブを介して注入針が連結される。注入針を被験者の血管に刺入した状態でロッドを前進させ、ピストン部材をシリンダ部材内に押し込むことにより、シリンダ部材内に充填された薬液が被験者の血管に注入される。

被験者へ薬液を注入する際、過剰な圧力が薬液シリンジに加わることによる薬液シリンジの破損を防止するために、所望の圧力で薬液を注入することが重要である。そのため、従来の薬液注入装置はロードセルを内蔵しており、このロードセルによって、ピストン部材に作用する圧力を検出している（特許文献１、２参照）。
特許文献１：特開２００３−２９０３４３号公報
特許文献２：特開２００５−７４０６５号公報

しかしながら、ロードセルは抵抗値の変化に基づいてリアルタイムに圧力を検出することができるものであり、その検出回路も複雑なものとなる。また、実際の薬液注入動作においては、過剰な圧力が作用することによる薬液シリンジの破損を防止できればよく、リアルタイムでの詳細な圧力データまでは必要としない場合も多い。また、薬液シリンジが正常に装着されていない状態でシリンジ駆動機構を動作させた場合も、薬液シリンジを破損させる原因となる。

本発明は、薬液注入時における薬液シリンジの破損をより簡易な構成で防止できる薬液注入装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の薬液注入装置は、薬液が充填されているシリンダ部材と、シリンダ部材にスライド自在に挿入されているピストン部材と、を有する薬液シリンジを操作して薬液を注入対象へ注入する薬液注入装置であって、シリンダ部材を着脱自在に保持することによって薬液シリンジが装着されるシリンジ装着部と、シリンジ装着部に装着された薬液シリンジのピストン部材を押圧することによって、ピストン部材をシリンダ部材内に押し込むピストン押圧部と、を備えている。ピストン押圧部は、ピストン部材の端部に設けられているフランジを保持するフランジ保持部と、フランジ保持部に保持されたフランジと接触するように突出しており、フランジが保持されることによって変位し、かつ、ピストン押圧部がピストン部材を押し込むことによって、フランジから受ける力でさらに変位することができるように設けられたピストン接触部材と、ピストン接触部材の変位に応じて、フランジを保持する前と保持した後、およびフランジから受ける力が予め決められた力に達する前と達した後で、それぞれ開閉状態が切り替わるスイッチ機構と、一端に設けられた開口部からピストン接触部材を突出させてピストン接触部材を変位可能に収容する中空構造の筐体と、を有している。そして、スイッチ機構は、ピストン接触部材の変位に応じて作動されるアクチュエータおよびアクチュエータを付勢するばねを備えた、筐体の内部に固定された１つまたは２つのスイッチを有する。

上記のとおり構成された本発明の薬液注入装置では、フランジ保持部に保持されたフランジと接触するように、変位可能なピストン接触部材がフランジ押圧部に設けられており、スイッチ機構は、このピストン接触部材の変位に応じて上記のように開閉状態が切り替わる。このことにより、スイッチ機構の開閉状態から、ピストン部材のフランジがピストン押圧部のフランジ保持部に保持されたこと、およびピストン押圧部がピストン部材を押圧している間に、ピストン接触部材がフランジから受ける力が予め決められた力に達したことが検出される。ここで、スイッチ機構によって検出される、ピストン接触部材がフランジから受ける予め決められた力を、薬液シリンジによる薬液の注入圧力が薬液シリンジを破損させるおそれのある注入圧力に対応する力に設定すれば、注入圧力が薬液シリンジを破損させるおそれのある注入圧力に達したか否かが検出される。

本発明の薬液注入装置において、ピストン押圧部は、筐体の内部に、ピストン接触部材が接触した状態でピストン接触部材がフランジから力を受けて変位することによって、ピストン接触部材と一緒に変位可能に設けられた可動部材と、可動部材をピストン接触部材に向けて付勢する付勢部材と、フランジ保持部にフランジが保持されていないときに、可動部材が付勢部材の付勢力でピストン接触部材と接触しないように、可動部材の位置を規制するストッパと、をさらに有する構成とすることができる。これによれば、ピストン接触部材を上記のように変位するように設けることができる。

スイッチ機構は、ピストン接触部材の変位によって作動されるアクチュエータを備えた双投形の１つのスイッチを有していてもよいし、それぞれピストン接触部材の変位によって作動するアクチュエータを備えた単投形の２つのスイッチを有していてもよい。

本発明によれば、ロードセルを用いることなく、薬液注入時に薬液シリンジに作用する力が予め決められた力に達したか否かを検出することができる。さらに、薬液シリンジが正常に装着されたか否かも検出することができる。したがって、薬液注入時における薬液シリンジの破損を、簡単な構成でかつ効果的に防止することができる。

本発明の一実施形態による薬液注入システムの斜視図である。図１に示す薬液注入装置の斜視図である。図２に示す薬液注入装置の注入ヘッドを、薬液シリンジとともに示す斜視図である。図３に示すピストン押圧部の断面図である。図４に示す検出スイッチがショーティングタイプである場合の、アクチュエータがＦＰにあるときの各接点の接触状態を模式的に示す図である。図４に示す検出スイッチがショーティングタイプである場合の、アクチュエータがＯＰ１にあるときの各接点の接触状態を模式的に示す図である。図４に示す検出スイッチがショーティングタイプである場合の、アクチュエータがＯＰ２にあるときの各接点の接触状態を模式的に示す図である。図４に示す検出スイッチがショーティングタイプである場合の、アクチュエータがＴＴＰにあるときの各接点の接触状態を模式的に示す図である。図４に示す検出スイッチがショーティングタイプである場合の、切り替えタイミングを示す図である。図４に示すピストン押圧部の動作を説明する図である。図４に示すピストン押圧部の動作を説明する図である。図４に示すピストン押圧部における圧縮ばねの、作用する応力とたわみとの関係を示すグラフである。図４に示す検出スイッチがノンショーティング形である場合の、アクチュエータがＯＰ１とＯＰ２の間にある場合の各接点の接触状態を模式的に示す図である。図４に示す検出スイッチがノンショーティング形である場合の、切り替えタイミングを示す図である。２つの検出スイッチを内蔵したピストン押圧部の一例の断面図である。図１１に示すピストン押圧部の動作を説明する図である。図１１に示すピストン押圧部の動作を説明する図である。本発明の他の実施形態によるピストン押圧部の斜視図である。

符号の説明

１００薬液注入装置
１１０注入ヘッド
１１８ピストン押圧部
１２１押圧部本体
１２４ピストン接触部材
１２５可動板
１２６コイルばね
１３０、１４０、１５０検出スイッチ
２００Ｃ、２００Ｐ薬液シリンジ
２１０シリンダ部材
２２０ピストン部材
３００ＭＲＩ装置
１０００薬液注入システム

図１を参照すると、薬液注入システム１０００は、薬液注入装置１００と、撮像装置であるＭＲＩ装置３００と、を有している。ＭＲＩ装置３００は、被験者から透視画像を撮像する撮像実行機構である撮像ユニット３０１と、撮像ユニット３０１の動作を制御する撮像制御ユニット３０２と、を有している。

薬液注入装置１００は、図２に示すように、注入ヘッド１１０と、注入ヘッド１１０と、ケーブル１０２で電気的に接続された注入制御ユニット１０１と、を有している。注入制御ユニット１０１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭ等を内蔵した、所定のプログラムにしたがって注入ヘッド１１０の動作を制御するコンピュータとして構成されている。注入ヘッド１１０は、キャスタスタンド１１１の上端部に、可動アーム１１２を介して支持されている。

注入制御ユニット１０１は、操作パネル１０３、タッチパネル１０４、スピーカユニット１０５、等がハウジング１０６の前面に配置されている。また、注入制御ユニット１０１には、コントローラユニット１０７がケーブル１０８を介して電気的に接続されている。

図３に示すように、注入ヘッド１１０は、２本の薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃを着脱自在に装着し、装着された薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃを操作して被験者に薬液を注入する。注入ヘッド１１０は、薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃが着脱自在に装着されるシリンジ装着部１１３と、装着された薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃを動作させるシリンジ駆動機構を内蔵した注入ヘッド本体部１１６と、を有する。さらに、本実施形態の薬液注入装置は、基本的には注入制御ユニット１０１（図２参照）への入力操作で注入ヘッド１１０の動作が制御されるが、簡単な入力操作を受ける操作パネル１１９が、注入ヘッド本体部１１６の上面にも設けられている。

薬液シリンジ２００Ｃ、２００Ｐは、先端部に導管部２１２が形成されたシリンダ部材２１０と、シリンダ部材２１０内にスライド自在に挿入されるピストン部材２２０と、を有している。シリンダ部材２１０およびピストン部材２２０の後端部には、それぞれフランジ２１３、２２１が形成されている。本実施形態では、一方の薬液シリンジ２００Ｃには薬液として造影剤が充填され、他方の薬液シリンジ２００Ｐには、薬液として生理食塩水が充填される。

薬液シリンジ２００Ｃ、２００Ｐには、分岐管２３０を接続することができる。分岐管２３０は、２つに分岐した末端部分と、１つに集約した先端部分と、を有している。分岐管２３０の先端部分には延長チューブを介してカテーテルが連結される。

注入ヘッド本体部１１６からは、シリンジ駆動機構によって互いに独立して駆動される２つの駆動ロッド１１７が突出している。各駆動ロッド１１７はそれぞれ、作動時にも磁界を発生しない超音波モータ（不図示）を駆動源として駆動される。超音波モータの回転は、ネジ機構（不図示）といった運動伝達機構によって、駆動ロッド１１７の軸方向に沿った直線運動に変換される。駆動ロッド１１７の先端部には、ピストン部材２２０の端面（詳しくはフランジ２２１）を押圧することによって、ピストン部材２２０をシリンダ部材２１０内に押し込むピストン押圧部１１８が取り付けられている。また、ピストン押圧部１１８は、ピストン部材２２０のフランジ２２１を着脱自在に保持することのできるように構成されている。

シリンジ装着部１１３は、それぞれ駆動ロッド１１７に対応して配され、駆動ロッド１１７の移動方向に沿って延びているＵ字溝状の２つの凹部１１４を有する。各凹部１１４は、薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃのシリンダ部材２１０を着脱自在に保持する第１の部分１１４ａと、ピストン押圧部１１８がスライドする第２の部分１１４ｂを、を有する。

第１の部分１１４ａと第２の部分１１４ｂとの境界部には、シリンダ部材２１０のフランジ２１３が嵌め込まれることによってシリンダ部材２１０をシリンジ装着部１１３の所定の位置に固定するフランジ係合機構１１５が設けられている。

シリンジ装着部１１３に薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃを装着し、かつピストン押圧部１１８でピストン部材２２０のフランジ２２１を保持した状態で駆動ロッド１１７を動作させると、ピストン部材２２０はシリンダ部材２１０に対して進退移動する。これによって、シリンダ部材２１０内に薬液を充填したり、充填された薬液を吐出させたりすることができる。

注入ヘッド１１０の各構成部材は、非磁性体で構成可能な部分は非磁性体で構成され、かつ、非磁性体で構成できない部分は防磁されている。例えば、超音波モータなど金属製の部品は、燐青銅合金、チタン合金、マグネシウム合金などの非磁性金属で形成される。また、注入ヘッド１１０の筐体などは、非磁性体の樹脂で形成されている。

ここで、ピストン押圧部１１８について、その移動方向に沿った断面図である図４を参照して説明する。

ピストン押圧部１１８は、駆動ロッド１１７（図３参照）による移動方向である矢印Ｍ方向における一端面に開口部１２１ａが形成された押圧部本体１２１を有している。押圧部本体１２１は、他端面側が開放され、全体として筒状に構成されている。押圧部本体１２１の開放した他端面は蓋部材１２２によって塞がれており、これら押圧部本体１２１と蓋部材１２２とによって、ピストン押圧部１１８の、中空構造を有する筐体が構成されている。

押圧部本体１２１の外周面には、ピストン部材２２０のフランジ２２１（図３参照）と係合するための、互いに対向して配置された一対のフランジ保持部材１２３が、ピストン押圧部１１８の一端側から突出して設けられている。フランジ保持部材１２３の先端部には楔形のフランジ受け爪１２３ａが一体に形成されており、このフランジ受け爪１２３ａがフランジ２２１に係合する。

ピストン押圧部２２０の中空部には、ピストン接触部材１２４と、可動板１２５と、コイルばね１２６と、検出スイッチ１３０と、が配置されている。

ピストン接触部材１２４は、平板部とその中央領域に設けられた凸部とを有しており、平板部がピストン押圧部１１８の中空部内に位置し、かつ凸部が開口部１２１ａを介して押圧部本体１２１から突出する向きで、矢印Ｍ方向に移動自在に設けられている。ピストン押圧部１１８がピストン部材２２０を押圧するとき、凸部の先端面が、ピストン部材２２０の端面すなわちフランジ２２１を押圧する。

平板部の直径は開口部１２１ａの直径よりも大きい。したがって、ピストン接触部材１２４の平板部の凸部を有する面が押圧部本体１２１の内面に当接することによって、押圧部本体１２１からのピストン接触部材１２４の最大突出量が規定される。ピストン接触部材１２４の凸部の高さは、ピストン接触部材１２４が押圧部本体１２１から最も突出した状態で、矢印Ｍ方向での凸部の先端面からフランジ受け爪１２３ａまでの距離ｄ１がピストン部材２２０のフランジ２２１の厚さよりも小さくなるように設定されている。

可動板１２５は、ピストン接触部材１２４と接触可能に設けられたリング状の部材であり、ピストン接触部材１２４が接触した状態でピストン接触部材１２４が可動板１２５側へ変位することによって、ピストン接触部材１２４と一緒に変位する。また、可動板１２５は、可動板１２５と蓋部材１２２との間に設けられたコイルばね１２６によって、ピストン接触部材１２４に向けて付勢されている。

ただし、少なくともピストン接触部材１２４が押圧部本体１２１から最も突出した状態では可動板１２５がピストン接触部材１２４に接触しないように、押圧部本体１２１の内周面は、ピストン接触部材１２４が設けられた側の端部に、可動板１２５が当接する段差部を有している。この段差部は、ピストン押圧部１１８にフランジ２２１が支持されていないときに、可動板１２５がコイルばね１２６の付勢力でピストン接触部材１２４と接触しないように可動板１２５の位置を規制するストッパとして機能する。本実施形態では、段差部は、コイルばね１２６が最大たわみに達しない範囲で圧縮した状態で支持されるように設けられている。したがって、この状態でコイルばね１２６に作用している応力よりも大きい応力がコイルばね１２６に作用することによってコイルばね１２６をさらに圧縮させることが可能である。コイルばね１２６をさらに圧縮させることのできるような応力がピストン接触部材１２４に作用すると、ピストン接触部材１２６はさらに変位することができる。

検出スイッチ１３０は、ＤＴ（双投）形のマイクロスイッチであり、開閉動作する複数の接点（不図示）を収容したケース１３１と、接点機構を開閉動作させるためのアクチュエータ１３２と、を有する。ケース１３１は、不図示の取り付け部材によって押圧部本体１２１内の定位置に固定されている。

アクチュエータ１３２は、本実施形態ではレバー状の部材であり、不図示のばねによって先端部がピストン接触部材１２４に接触するように付勢されつつ、ケース１３１に対して回動可能に設けられている。したがって、アクチュエータ１３２はピストン接触部材１２４をその凸部が押圧部本体１２１から突出する向きに付勢している。これによって、ピストン部材２２０のフランジ２２１がフランジ保持部材１２３によって保持された状態では、ピストン接触部材１２４はピストン部材２２０のフランジ２２１と接触している。アクチュエータ１３２の形態は、レバーに限らず、押しボタンやスライド部材など、スイッチのアクチュエータとして用いられる任意の形態を適用することができる。

次に、本実施形態で用いた検出スイッチ１３０について図５Ａ〜図５Ｄおよび図６を参照して説明する。

図５Ａに示すように、検出スイッチ１３０は、互いに電気的に独立して設けられた第１〜第３の固定接点１３３〜１３５と、各固定接点１３３〜１３５のうち少なくとも第２の固定接点１３４と電気的に接続するように各固定接点１３３〜１３５に対して移動可能に設けられた可動接点１３６と、をケース１３１内に有する。可動接点１３６は、不図示の動作機構を介してアクチュエータ１３２と連結されており、アクチュエータ１３２の回動に伴って、図５Ａ〜図５Ｄに示した各状態をとる。

さらに、検出スイッチ１３０は、外部端子として、ＮＯ端子（常時開路端子）１３７、ＣＯＭ端子（共通端子）１３８、およびＮＣ端子（常時閉路端子）１３９を有している。ＮＯ端子１３７は第１の固定接点１３３と電気的に接続されている。ＣＯＭ端子１３８は、第２の固定接点１３４と電気的に接続されている。ＮＣ端子１３９は、第３の固定接点１３５と電気的に接続されている。

本実施形態では、検出スイッチ１３０として、切り替えタイミングがショーティングタイプであるものを用いている。ショーティングタイプとは、切り替え前の接点とこれから切り替えようとする接点が、可動接点によって切り替え途中に短絡されるタイプをいう。以下に、検出スイッチ１３０の動作を説明する。

図５Ａは、アクチュエータ１３２がＦＰ（自由位置）にある状態を示している。この状態では、可動接点１３６は第２の固定接点１３４および第３の固定接点１３５と接触しているが、第１の固定接点１３３とは接触していない。したがって、ＮＯ端子１３７からの出力はオフ、ＮＣ端子１３９からの出力はオンとなっている。

アクチュエータ１３２に外力が加えられることによってアクチュエータ１３２が回動すると、図５Ｂに示すように、可動接点１３６は矢印方向へ移動し、第３の固定接点１３５と接触した状態を維持しつつ、第１の固定接点１３３と接触する。つまり、可動接点１３６は、すべての固定接点１３３〜１３５と接触する。可動接点１３６が第１の固定接点１３５と接触したときのアクチュエータ１３２の位置を、ＯＰ１（第１動作位置）という。この状態では、ＮＯ端子１３７からの出力およびＮＣ端子１３９からの出力はどちらもオンとなっている。

アクチュエータ１３２がさらに回動すると、図５Ｃに示すように、可動接点１３６もさらに矢印方向へ移動し、第３の固定接点１３５から離れるようになる。可動接点１３６が第３の固定接点１３５から離れる直前のアクチュエータ１３２の位置を、ＯＰ２（第２動作位置）という。可動接点１３６が第３の固定接点１３５から離れると、ＮＣ端子１３９からの出力はオフになる。可動接点１３６が第３の固定接点１３５から離れた後も、可動接点１３６は第１および第２の固定接点１３３，１３４との接触状態を維持しており、ＮＯ端子１３７からの出力はオンとなっている。

アクチュエータ１３２がさらに回動し、ＴＴＰ（動作限度位置）まで移動した状態を図５Ｄに示す。この状態では、可動接点１３６は第１および第２の固定接点１３３，１３４とのみ接触し、第３の固定接点１３５とは接触していない。したがって、ＮＯ端子１３７からの出力はオンであるが、ＮＣ端子１３９からの出力はオフとなっている。

上述した一連の動作におけるＮＯ端子１３７からの出力およびＮＣ端子１３９からの出力を、アクチュエータ１３２の位置を横軸にとって表したのが図６である。図６を参照すると、アクチュエータ１３２がＦＰからＯＰ１およびＯＰ２を経てＴＴＰへ移動する間、ＮＣ端子１３９からの出力はＦＰからＯＰ２までの間でオンであり、ＮＯ端子１３７からの出力はＯＰ１からＴＴＰまでの間でオンであることがわかる。したがって、ＯＰ１からＯＰ２までの間では、ＮＣ端子１３９からの出力およびＮＯ端子１３７からの出力はいずれもオンである。ＮＯ端子１３７およびＮＣ端子１３９からの出力は注入制御ユニット１０１（図２参照）へ入力される。

なお、アクチュエータ１３２に加わる外力が取り除かれると、不図示のばねの付勢力によってＦＰへ戻る。

次に、上述した検出スイッチ１３０を利用した検出動作について説明する。

まず、図４に示すように、ピストン押圧部１１８にピストン部材２２０が装着される前は、検出スイッチ１３０のアクチュエータ１３２は、ピストン接触部材１２４をその凸部が押圧部本体１２１の開口部１２１ａから突出する向きに付勢し、これによって、ピストン接触部材１２４は押圧部本体１２１の内面に押しつけられている。アクチュエータ１３２は、ＯＰ１には達しておらず、検出スイッチ１３０はＮＣ端子１３９のみがオンになっている。

仮に、この段階でＮＯ端子１３７およびＮＣ端子１３９からの出力がいずれもオフであると、注入制御ユニット１０１（図２参照）は、検出スイッチ１３０等に異常が発生したと判断し、エラーが発生した旨をタッチパネル１０４（図２参照）に表示させる。また、ＮＯ端子１３７およびＮＣ端子１３９からの出力がいずれもＯＮである場合も、注入制御ユニット１０１（図２参照）は、検出スイッチ１３０等に異常が発生したと判断し、エラーが発生した旨をタッチパネル１０４に表示させる。

この段階では、ＮＣ端子１３９のみがオンとなっていればよいため、アクチュエータ１３２がＦＰにあるように、アクチュエータ１３２とピストン接触部材１２４との位置関係が設定されていてもよい。

次いで、図３に示すように、注入ヘッド１１０に、薬液が充填された薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃを装着する。具体的には、凹部１１４の第２の部分１１４ａに薬液シリンジ２００Ｐ（２００Ｃ）のシリンダ部材２１０を保持させるとともに、図７Ａに示すように、ピストン部材２２０のフランジ２２１をピストン押圧部１１８のフランジ保持部材１２３に係合させる。ピストン押圧部１１８にピストン部材２２０が装着されると、ピストン接触部材１２４は、フランジ２２１によってピストン押圧部１１８内に押し込まれる。ピストン接触部材１２４が押し込まれることによって、アクチュエータ１３２は、ＯＰ１を超えるがＯＰ２へは達しない位置まで矢印方向に回動する。

これによって、検出スイッチ１３０は、ＮＣ端子１３９だけでなくＮＯ端子１３７からの出力もオンになる。ＮＯ端子１３７からの出力がオンになったとき、注入制御ユニット１０１は、薬液シリンジ２００Ｐ（２００Ｃ）が正常に装着されたと判断し、その後の、操作者からの入力操作等にしたがって注入ヘッド１１０の動作を制御する。一方、ＮＣ端子１３７からの出力がオフのままであれば、注入制御ユニット１０１は、薬液シリンジ２００Ｐ（２００Ｃ）が装着されていないと判断し、その旨をタッチパネル１０４に表示させる。

この状態では、ピストン接触部材１２４は、可動板１２５に接触していてもよいし、可動板１２５から離れていてもよい。ただし、ピストン接触部材１２４の凸部は押圧部本体１２１の開口部１２１ａから突出した位置にある。

ピストン押圧部１１８にピストン部材２２０が装着された状態で、駆動ロッド１１７（図３参照）を前進させると、ピストン部材２２０にはピストン押圧部１１８による圧力が作用する。この圧力によって、ピストン部材２２０がシリンダ部材２１０内に押し込まれ、シリンダ部材２１０内に充填されている薬液がシリンダ部材２１０から押し出される。

ピストン押圧部１１８がピストン部材２２０をシリンダ部材２１０内に押し込むことによって、ピストン接触部材１２４は、押圧部本体１２１内に押し込まれる向きの反力をピストン部材２２０から受ける。この反力によって、ピストン接触部材１２４は、コイルばね１２６を圧縮させる向きに可動板１２５を押圧する。コイルばね１２６は、前述したように、押圧部本体１２１に設けられた段差部をストッパとして支持されているので、図８のグラフに示すように、ある一定の応力が作用するまでは、コイルばね１２６のたわみは一定である。コイルばね１２６に作用する応力が、ある一定の応力を超えると、図７Ｂに示すように、ピストン接触部材１２４は、可動板１２５を介してコイルばね１２６をさらに圧縮しながら、押圧部本体１２１内に押し込まれる。ピストン接触部材１２４が押し込まれることによって、その押し込み量に応じてアクチュエータ１３２は矢印方向にさらに回動する。

ピストン接触部材１２４の押し込み量は、ピストン部材２２０からの反力の大きさ、すなわちピストン部材２２０に作用する応力の大きさに依存し、その応力が大きいほどピストン接触部材１２４の押し込み量は大きくなる。ピストン部材２２０からの反力は、薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃに作用する注入圧力に対応する。ここで、ピストン接触部材１２４の、押圧部本体１２１の端面からの突出量は、ピストン接触部材１２４の先端面が押圧部本体１２１の端面と同一平面上に位置するまでピストン接触部材１２４がピストン部材２２０によって押し込まれる間に、アクチュエータ１３２がＯＰ２に達するように設定されている。

また、コイルばね１２６のばね特性は、ピストン接触部材１２４がピストン部材２２０に加える応力が、予め決められた所定の応力となったとき、すなわち注入圧力が予め決められた注入圧力となったときに、アクチュエータ１３２がＯＰ２に達するように設定されている。本実施形態では、注入圧力が、薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃを破損に至らせるおそれのある注入圧力である、１．１８×１０⁵Ｐａ（１．２ｋｇ／ｃｍ²）となるときに、アクチュエータ１３２がＯＰ２に達するように、コイルばね１２６のばね特性を設定している。

アクチュエータ１３２がＯＰ２に達すると、ＮＣ端子１３９からの出力はオフになる。ＮＣ端子１３９からの出力がオフになったとき、注入制御ユニット１０１は、注入圧力が限界圧力に達したと判断し、注入ヘッド１１０の動作を停止するとともに、タッチパネル１０４に、圧力異常が発生した旨を表示する。

以上のように、本実施形態では、ピストン部材２２０に圧力を加えることによって変位することのできるピストン接触部材１２４と、このピストン接触部材１２４の変位に基づいて、ピストン接触部材１２４がフランジ２２１から受ける力が予め決められた力に達する前と達した後で、開閉状態が切り替わる検出スイッチ１３０をピストン押圧部１１８に内蔵している。これにより、ロードセルを用いることなく、薬液注入時に薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃに作用する圧力異常を検出することができる。その結果、簡易な構成で安価な薬液注入装置１００が提供される。しかも、ピストン押圧部１１８にピストン部材２２０が保持された後、ピストン接触部材１２４は、ピストン部材２２０から受ける力がある一定の力に達する前の初期段階では変位しないので、検出スイッチ１３０による圧力異常の検出を安定して行うことができる。

さらに、ピストン接触部材１２４は、ピストン押圧部１１８がピストン部材２２０のフランジ２２１を保持する前と保持した後でも変位し、検出スイッチ１３０は、ピストン部材２２０に加える圧力に応じたピストン接触部材１２４の変位とは別に、ピストン部材２２０の着脱によるピストン接触部材１２４の変位によっても、開閉状態が切り替わる。したがって、本実施形態の薬液注入装置１００は、圧力異常だけでなく薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃが正常に着脱されたか否かも検出することができる。その結果、薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃが不完全に装着された状態で薬液注入動作を実施することによる、薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃの破損をも防止することができる。

本実施形態では、押圧部本体１２１に段差部を設け、これによって圧縮ばね１２６を圧縮させた状態で支持した例を示したが、段差部を設けず、外力が作用しない状態で圧縮ばね１２６を支持してもよい。この場合は、コイルばね１２６の付勢力に抗してピストン接触部材１２４を押し込みながら、ピストン押圧部１１８にピストン部材２２０を保持させることができるように、コイルばね１２６のばね定数を設定する。あるいは、スペース的に余裕がある場合は、ピストン部材２２０を保持したときにピストン接触部材１２４が変位してもコイルばね１２６が圧縮しないように、ピストン接触部材１２４、可動板１２５およびコイルばね１２６の寸法を設定する。

また、本実施形態では、検出スイッチ１３０としてショーティングタイプのものを用いたが、ノンショーティングタイプのものを用いることもできる。ノンショーティングタイプの検出スイッチは、図９に示すように、アクチュエータ１３２の位置がＯＰ１とＯＰ２の間にあるとき、可動接点１３６は第１の固定接点１３３および第３の固定接点１３５のいずれとも接触しない。その切り替えタイミングは図１０に示すとおりであり、ショーティングタイプとの違いは、ＯＰ１とＯＰ２との間でＮＣ端子１３９からの出力およびＮＯ端子１３７からの出力がいずれもオフとなることである。

ノンショーティングタイプの検出スイッチを用いた場合、薬液シリンジ２００Ｐ（２００Ｃ）が装着されたか否かの検出は、ＮＣ端子１３９からの出力がオンからオフになったことによって行われる。また、圧力異常の検出は、ＮＯ端子１３７からの出力がオンになったことによって行われる。

また、本実施形態では、双投形の１つの検出スイッチ１３０を用いて、薬液シリンジ２００Ｐ（２００Ｃ）の着脱、および薬液注入時の圧力異常を検出したが、図１１に示すように、単投形の２つの検出スイッチ１４０、１５０を用いることもできる。これら検出スイッチ１４０、１５０は、図４に示した検出スイッチ１３０に置き換えられて、前述したピストン押圧部１１８内に設置される。

単投形の検出スイッチ１４０、１５０では、そのアクチュエータは１つのＯＰを有している。また、単投形の検出スイッチ１４０、１５０はさらに、接触形式がＮＯ（常時開路）形とＮＣ（常時閉路）形とに分けられる。

例えば、一方の検出スイッチ１４０をＮＯ形とするとともに、他方の検出スイッチ１５０をＮＣ形とした場合、各検出スイッチ１４０、１５０を次のように設置する。ＮＯ形の検出スイッチ１４０は、図１２Ａに示すようにピストン部材２２０が装着されたときにピストン接触部材１２４の変位によってアクチュエータがＯＰを超える位置まで移動するように設置する。ＮＣ形の検出スイッチ１５０は、ピストン部材２２０が装着されただけではアクチュエータがＯＰに達しないが、図１２Ｂに示すように、検出すべき圧力異常が発生したときのピストン接触部材１２４の変位によってアクチュエータがＯＰに達する位置に設置する。このように各検出スイッチ１４０、１５０を設置することで、前述したショーティング形の検出スイッチ１３０を用いた場合と同じシーケンスで、薬液シリンジの着脱、および薬液注入時の圧力異常を検出することができる。

あるいは、上記のＮＯ形の検出スイッチ１４０の位置とＮＣ形の検出スイッチ１５０の位置を入れ替えれば、前述したノンショーティング形の検出スイッチを用いた場合と同様のシーケンスで、薬液シリンジの着脱、および薬液注入時の圧力異常を検出することができる。

各検出スイッチ１４０、１５０は、どちらもＮＯ形であってもよいし、ＮＣ形であってもよい。いずれの場合も、上記のようにＮＯ形とＮＣ形を組み合わせた場合と同様に各検出スイッチ１４０、１５０を設置し、それに応じて検出のためのシーケンスを適宜変更することで、薬液シリンジの着脱、および薬液注入時の圧力異常を検出することができる。

図１３に、本発明の他の実施形態によるピストン押圧部の斜視図を示す。

図１３に示すピストン押圧部１６０の、前述した実施形態と相違する点は、フランジ保持部材１６３の構造、およびピストン押圧部１６０を進退移動させるための駆動ロッド１６５に対する、薬液シリンジのピストン部材の保持位置である。

前述した実施形態では、本発明におけるフランジ保持部は、ピストン押圧部の両側部に設けられたピストン保持部材を有していたが、本実施形態では、ピストン部材のフランジが設けられた部分が載せられることによって下方から支持する受け部材としてフランジ保持部材１６３が構成されている。このように、フランジ保持部は、ピストン押圧部１６０が進退移動するのと一緒にピストン部材を進退移動させることができる構成であれば任意の構成を有するものとすることができる。

また、前述した実施形態では、ピストン押圧部は、駆動ロッド１６５と同軸上でピストン部材を保持するものであったが、本実施形態では、ピストン押圧部１６０は、ピストン駆動ロッド１６５の軸心と異なる位置でピストン部材を保持する。

その他、ピストン押圧部１６０が中空構造の筐体１６１を有していること、その筐体１６１内に、ピストン接触部材１６２が先端部を突出させて変位可能に設けられていること、および前述した実施形態で説明したようなスイッチ機構が筐体１６１内に設けられていること等は、前述した実施形態と同様である。

本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。例えば、注入ヘッドに装着できる薬液シリンジの数は、２本に限らず、１本でもよいし３本以上であってもよい。凹部１１４、および駆動ロッド１１７等は、装着される薬液シリンジの数に応じた数だけ設けられる。また、注入ヘッド１１０に装着できる薬液シリンジのサイズも任意であり、凹部１１４のサイズや駆動ロッド１１７のストローク等は、装着すべき薬液シリンジのサイズに適合するように設定される。複数の薬液シリンジを装着する場合、各薬液シリンジのサイズは互いに異なるものであってもよい。

さらに、上述した実施形態では、ＭＲＩ装置に適用したものとして説明したが、本発明は、透視撮像装置がＣＴスキャナ装置、ＰＥＴ装置、アンギオ装置、あるいはＭＲＡ装置であっても適用することができる。

Claims

薬液が充填されているシリンダ部材と、該シリンダ部材にスライド自在に挿入されているピストン部材と、を有する薬液シリンジを操作して薬液を注入対象へ注入する薬液注入装置であって、
前記シリンダ部材を着脱自在に保持することによって前記薬液シリンジが装着されるシリンジ装着部と、
前記シリンジ装着部に装着された薬液シリンジの前記ピストン部材を押圧することによって、前記ピストン部材を前記シリンダ部材内に押し込むピストン押圧部と、
を備え、
前記ピストン押圧部は、
前記ピストン部材の端部に設けられているフランジを保持するフランジ保持部と、
前記フランジ保持部に保持されたフランジと接触するように突出しており、前記フランジが保持されることによって変位し、かつ、前記ピストン押圧部が前記ピストン部材を押し込むことによって、前記フランジから受ける力でさらに変位することができるように設けられたピストン接触部材と、
前記ピストン接触部材の変位に応じて、前記フランジを保持する前と保持した後、および前記フランジから受ける力が予め決められた力に達する前と達した後で、それぞれ開閉状態が切り替わるスイッチ機構と、
一端に設けられた開口部から前記ピストン接触部材を突出させて前記ピストン接触部材を変位可能に収容する中空構造の筐体と、
を有し、
前記スイッチ機構は、前記ピストン接触部材の変位に応じて作動されるアクチュエータおよび前記アクチュエータを付勢するばねを備えた、前記筐体の内部に固定された１つまたは２つのスイッチを有する薬液注入装置。
前記ピストン押圧部は、
前記筐体の内部に、前記ピストン接触部材が接触した状態で前記ピストン接触部材が前記フランジから力を受けて変位することによって、前記ピストン接触部材と一緒に変位可能に設けられた可動部材と、
前記可動部材を前記ピストン接触部材に向けて付勢する付勢部材と、
前記フランジ保持部に前記フランジが保持されていないときに、前記可動部材が前記付勢部材の付勢力で前記ピストン接触部材と接触しないように、前記可動部材の位置を規制するストッパと、
をさらに有する、請求項１に記載の薬液注入装置。
前記スイッチ機構は、前記ピストン接触部材の変位によって第１作動位置および第２作動位置をとる前記アクチュエータを備えた、双投形の１つのスイッチを有し、該スイッチは、前記フランジ保持部に前記フランジが保持されることによって前記アクチュエータが前記第１作動位置へ達し、かつ、前記フランジから受ける力が予め決められた力に達したときに前記アクチュエータが前記第２作動位置へ達するように設置されている、請求項１または２に記載の薬液注入装置。
前記スイッチは切り替えタイミングがショーティングタイプのスイッチである、請求項３に記載の薬液注入装置。
前記スイッチは切り替えタイミングがノンショーティングタイプのスイッチである、請求項３に記載の薬液注入装置。
前記スイッチ機構は、それぞれピストン接触部材の変位によって作動される前記アクチュエータを備えた単投形の２つのスイッチを有し、該２つのスイッチは、一方が、前記フランジ保持部に前記フランジが保持されていることによって前記アクチュエータが作動位置へ達するように設置され、他方が、前記フランジから受ける力が予め決められた力に達したときに前記アクチュエータが作動位置へ達するように設置されている、請求項１または２に記載の薬液注入装置。
前記シリンジをさらに有する請求項１から６のいずれか１項に記載の薬液注入装置。