JP6006311B2

JP6006311B2 - 独立に制御可能なバルブを有し低電力で動作する注入ポンプとその方法

Info

Publication number: JP6006311B2
Application number: JP2014523416A
Authority: JP
Inventors: ハンガーフォード，ロジャー，エル; ブイ，ツアン
Original assignee: Baxter Healthcare SA; Baxter International Inc
Current assignee: Baxter Healthcare SA; Baxter International Inc
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2032-09-17
Also published as: CN108261580B; HK1198144A1; JP2014526629A; ES2598282T3; US10006454B2; AU2012291788A1; MX359295B; US20130035659A1; US9144644B2; EP2753379A2; US20180274532A1; WO2013017949A3; CO6890078A2; AU2012291788B2; US20180283369A1; US20150361974A1; US10851773B2; MX2014001336A; CN103857425B; CN108261580A

Description

本開示は、独立して制御可能なインレットバルブを有する注入ポンプに関する。本開示は又、ドリップチャンバからの流れを制御するためのインレットバルブを有する注入ポンプに関する。本開示は更に、重力送り作動と能動ポンピング作動との切換えが可能な注入ポンプに関する。

図９は従来技術のペリスタポンプ（蠕動ポンプ：ｐｅｒｉｓｔａｌｔｉｃｐｕｍｐ）１０の概略図である。ポンプは、流体の供給源１４に連結されたドリップチャンバ１２、ドリップチャンバに連結されたチュービング１６、ドリップチャンバからチュービングへの流体の流れをブロックしたり通したりする上流側バルブ１８、チュービングに沿って移動する閉塞区域を作り、流体を下流側に送って下流側バルブ２２を通過させる複数のフィンガー２０を備える。下流側バルブは流体をブロックしたり、送出可能とするために用いられ、例えば、上流側バルブが開いているときに、流体の送出をブロックする。上流側バルブ、フィンガー、及び下流側バルブは、典型的には、カムシャフト２６上のカムローブ（ｃａｍｌｏｂｅ）２４と係合し、モーターと関連づけられたギア２８により回転される。カムローブの異なる形状が、上流側バルブ及び下流側バルブの開閉タイミングとフィンガーの蠕動機能を決定する。一般には、ポンプのポンピングサイクルは次のとおりである。第一カムローブが上流側バルブを全開にして一定量の流体を通すように上流側バルブを作動させ、一方、第２カムローブは、下流側バルブを閉じるようにアウトレットバルブを作動させる。第一カムローブはインレットバルブを閉じるように作動し、第２カムローブは下流側バルブを全開にするように作動する。フィンガーが流体を下流側バルブを通過させて送出させるように、一組のカムローブがフィンガーに作動する。第２カムローブが、下流側バルブを閉じるように、下流側バルブに作動する。以上のシーケンスが繰り返される。

上流側バルブと下流側バルブの間のチュービングの典型的な最大容量は、０．１６０ミリリットルである。フィンガーがチュービングを部分的に圧迫することでこの最大容量がしばしば減少され、例えば、最大容量は０．０８０ミリリットルに減少される。上流側バルブ及び下流側バルブとフィンガーはすべて単一のカムシャフトに取付けられているので、フィンガーの動きと独立に、チュービングに入る流体の量を制御することはできない。ドリップチャンバからチュービングに入る流体の量は上流側バルブの開閉によって制御され、したがって、フィンガーの動きと独立に、チャンバに入る流体の量を制御することはできない。すなわち、個々のポンプサイクルにおいて、上流側バルブは全開され、最大容量に等しい流体の量がドリップチャンバからチュービングに流れる。それゆえに、個々のポンピングサイクルでポンピングチャンバに入る流体の最少量は、この場合、０．０８０ミリリットルである。

ある注入レジメン（ｉｎｆｕｓｉｏｎｒｅｇｉｍｅｎｓ）では、非常に低い流率（流速、フロー率、ｆｌｏｗｒａｔｅ）、例えば、０．１マイクロリットル／時が必要とされる。ポンプ１０では、そのような低い流率での流れを、継続的に維持することは困難である。

カムシャフト２６はその両端に隣接した部分においてそれぞれベアリング３０により支持されている。ベアリングは固定された位置でシャフトを保持するが、シャフトの回転は可能である。この固定位置は、カムローブ２４がフィンガー１４を作動させることができ、上流側バルブ及び下流側バルブの開閉をすることができるような位置である。一般には、このカムローブは、上流側バルブまたは下流側バルブの一つが、常に閉じられているように配置される。ポンプ１０の可能性ある故障モードは、ベアリング３０のいくつか或いは全てが故障することである。例えばベアリングは、シャフトがもはや前述の固定位置に保持されず、シャフトの一端または両端が本体からさらに遠くに位置されるように故障し得る。この場合、カムローブは、カムローブがもはや上流側バルブ及び／又は下流側バルブを閉じることができないように、フィンガー及び／又は上流側バルブもしくは下流側バルブから十分離れることがあり得る。したがって、ベアリングのいずれか或いは全てが故障すると、ポンプ１０は、ドリップチャンバからの流れを制御することができない。例えば前述のシーケンスにおいては、上流側バルブが開かれるとき、下流側バルブは閉じられると推定される。しかしながら、ベアリングが故障したためカムシャフトが下流側バルブを閉じることができなくなる場合は、上流側バルブが開かれているとき、ドリップチャンバからの制御できない流れが生じる。流れを制御できないという状態は、ポンプ１０を介して注入を受けている患者にとってきわめて危険な状態となり得、例えば、危険なほど高い投与量の薬が、ポンプ１０により注入されることが生じる。

図１０は、従来技術の重力送り注入装置の概略図である。臨床応用によっては、図１０に示されるような重力による流体送出は許容される。重力による送出のためには、重力は、ポール３４に掛けられたコンテナ３２からチュービング３６を通って患者へと流体を流すようにするには十分強力である。しかしながら、コンテナ３２からの流率を自動的に制御することはできず、流率を正確に制御するのは難しい。例えば、流れ（フロー、ｆｌｏｗ）を手動で制御するために、ローラクランプ３８が用いられる。手で回転することができ、チュービング１４を収縮させて、コンテナ３２からチュービングを通る流れを制御するようにチュービングを圧迫するローラー４０が、クランプに備えられる。このような手動制御は正確さに欠け、ヒューマンエラーの影響を受けやすい。

本明細書中の態様によると、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと、流体の供給源と送出用チュービング（ｏｕｔｐｕｔｔｕｂｉｎｇ）へと連結されたドリップチャンバと、シーケンシャルに（連続的に、ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ）複数のフィンガーを移動（ｄｉｓｐｌａｃｅ）させ、送出用チュービングの第１の部分を圧迫して流体をドリップチャンバから送出用チュービングを通過させて送出するために、マイクロプロセッサを使用して制御可能な複数のフィンガーと第１のアクチュエータとを有するポンピング部と、ドリップチャンバとポンピング部の間に設けられ、送出用チュービングを圧迫して送出用チュービングを通過する流れを制限またはブロックするように配列されたインレットバルブと、複数のフィンガーの移動とは独立にインレットバルブの開放または閉鎖をおこなうために、またはドリップチャンバから送出用チュービングの部分への流体の流率（流速、フロー率：ｒａｔｅｏｆｆｌｏｗ）を制御するためのインレットバルブを作動させるために、マイクロプロセッサを使用して制御可能な、第２のアクチュエータと、を有する注入ポンプが提供される。

本明細書中に示した態様によると、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと、流体の供給源と送出用チュービングとを連結するためのドリップチャンバと、流れ（流速、フロー、ｆｌｏｗ）を測定するためのフローセンサと、複数のフィンガーと、アウトレットバルブと、シーケンシャルに複数のフィンガーを移動させ、送出用チュービングを通過させて流体を送出する第１のアクチュエータとを有するポンピング部と、ポンピング部とドリップチャンバとの間に設けられたインレットバルブと、第２のアクチュエータと、を有する注入ポンプが提供される。フローセンサによって所定の水準（予め決定された水準、ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｌｅｖｅｌ）を超える流れを検出するために、マイクロプロセッサは、第１のアクチュエータを使用してインレットバルブとは独立してアウトレットバルブを閉鎖するためのものであり、第２のアクチュエータを使用してアウトレットバルブとは独立してインレットバルブ閉鎖するためのものである。

本明細書中の態様によると、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと、流体の供給源と送出用チュービングとを連結するためのドリップチャンバと、フローセンサと、複数のフィンガーと、アウトレットバルブと、複数のフィンガーとアウトレットバルブとの作動を制御する第１のアクチュエータと、を有するポンピング部と、ポンピング部とドリップチャンバとの間に設けられたインレットバルブと、インレットバルブを作動させるための第２のアクチュエータと、を有する注入ポンプが提供される。重力送りモードにおいて、マイクロプロセッサは、ドリップチャンバからアウトレットバルブを通過する送出用チュービングに通路が形成されるように、第１のアクチュエータを制御して、複数のフィンガーをそれぞれの固定された位置において維持し、少なくとも部分的にアウトレットバルブを開放し、フローセンサにより測定された流れを含むフローセンサからのデータを使用して第２のアクチュエータを制御し、所望の流率（流速、フロー率、ｆｌｏｗｒａｔｅ）でドリップチャンバから送出用チュービングへの流れを確立するようインレットバルブを作動させる。能動ポンピングモードにおいて、マイクロプロセッサは、前記第２のアクチュエータを制御してインレットバルブの開放と閉鎖を行い、前記第１のアクチュエータを制御して所望の流率で送出用チュービングを通り流体を送出するように複数のフィンガーを作動させる。

本明細書中の態様によると、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと、流体の供給源と送出用チュービングとを連結するためのドリップチャンバと、流体の供給源からドリップチャンバを通過する流れを測定するためのフローセンサと、ドリップチャンバの後に設けられたインレットバルブと、インレットバルブを作動させるアクチュエータと、を有する注入ポンプが提供される。重力送りモードにおいて、マイクロプロセッサが、フローセンサによって測定された流れを含むフローセンサからのデータを使用してアクチュエータを制御し、所望の流率でドリップチャンバから送出用チュービングへの流れを確立するようインレットバルブを作動させる。

本明細書中の態様によると、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと、流体の供給源と送出用チュービングとを連結するためのドリップチャンバと、流体の供給源からドリップチャンバを通過する流れを測定するためのフローセンサと、流体の供給源から流体を流れ出させる要素と、ドリップチャンバの後に設けられたインレットバルブと、インレットバルブを作動させるアクチュエータと、を有する注入ポンプが提供される。重力送りモードにおいて、マイクロプロセッサが、フローセンサによって測定された流れを含むフローセンサからのデータを使用してアクチュエータを制御し、所望の流率でドリップチャンバから送出用チュービングへの流れを確立するようインレットバルブを作動させる。

本明細書中の態様によると、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと、流体の供給源と送出用チュービングとを連結するためのドリップチャンバと、複数のフィンガーと第１のアクチュエータとを有するポンピング部と、ドリップチャンバとポンピング部の間に設けられたインレットバルブと、マイクロプロセッサを使用して制御可能な第２のアクチュエータと、を有する注入ポンプを使用して流体を注入する方法であって、マイクロプロセッサを使用して第１のアクチュエータを制御し、シーケンシャルに複数のフィンガーを移動させ、送出用チュービングの第１の部分を圧迫して流体をドリップチャンバから送出用チュービングを通過させて送出するステップと、マイクロプロセッサを使用して第２のアクチュエータを制御し、複数のフィンガーの移動とは独立にインレットバルブの開放または閉鎖をおこなうか、または、ドリップチャンバから送出用チュービングの第１の部分への流体の流率（流速、フロー率：ｒａｔｅｏｆｆｌｏｗ）を制御するためにインレットバルブを作動させるステップと、を有する注入ポンプを使用して流体を注入する方法が提供される。

本明細書中の態様によると、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと、流体の供給源と送出用チュービングとを連結するためのドリップチャンバと、フローセンサと、複数のフィンガーとアウトレットバルブと第１のアクチュエータとを有するポンピング部と、ドリップチャンバとポンピング部の間に設けられたインレットバルブと、マイクロプロセッサを使用して制御可能な第２のアクチュエータと、を有する注入ポンプを使用して流体を注入する方法であって、フローセンサを使用して流体の供給源からドリップチャンバを通過する流速を測定するステップと、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと第１のアクチュエータを使用して、シーケンシャルに複数のフィンガーを移動させ、送出用チュービングを通過させて流体を送出するステップと、フローセンサによって所定の水準を超える流速を検出するために、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと第１のアクチュエータを使用して、インレットバルブとは独立にアウトレットバルブを閉鎖するステップと、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと第２のアクチュエータを使用して、アウトレットバルブとは独立にインレットバルブを閉鎖するステップと、を有する流体を注入する方法が提供される。

本明細書中の態様によると、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと、流体の供給源と送出用チュービングとを連結するためのドリップチャンバと、フローセンサと、複数のフィンガーとアウトレットバルブと複数のフィンガーの作動を制御する第１のアクチュエータとを有するポンピング部と、ポンピング部の上流側に設けられたインレットバルブと、インレットバルブを作動させるための第２のアクチュエータと、を有する注入ポンプを使用して流体を注入する方法であって、フローセンサを使用して流体の供給源からドリップチャンバを通過する流速を測定するステップを有する流体を注入する方法が提供される。重力送りモードにおいて、前記方法は、ドリップチャンバからアウトレットバルブを通過する送出用チュービングに通路が形成されるように、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサを使用して、第１のアクチュエータを制御し複数のフィンガーをそれぞれの固定された位置において維持し、少なくとも部分的にアウトレットバルブを開放するステップと、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサとフローセンサによって測定された流速を含むフローセンサからのデータとを使用して、前記第２のアクチュエータを制御し、所望の流率でドリップチャンバから送出用チュービングへの流れを確立するようインレットバルブを作動させるステップと、を有する。能動ポンピングモードにおいて、前記方法は、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサを使用して、第２のアクチュエータを制御してインレットバルブの開放と閉鎖をおこなうステップと、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサを使用して、前記第１のアクチュエータを制御して所望の流率で送出用チュービングを通り流体を送出するように複数のフィンガーを作動させるステップと、を有する。

本明細書中の態様によると、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと、流体の供給源と送出用チュービングとを連結するためのドリップチャンバと、流率を測定するためのフローセンサと、ドリップチャンバの後に設けられたインレットバルブと、インレットバルブを作動させるアクチュエータと、を有する注入ポンプを使用して流体を注入する方法が提供される。前記方法は、マイクロプロセッサを使用して、フローセンサにより測定された流率を含むフローセンサからのデータを受け付けるステップと、重力送りモードにおいて、マイクロプロセッサとデータを使用してアクチュエータを制御し、所望の流率でドリップチャンバから送出用チュービングへの流れを確立するようにインレットバルブを作動させるステップと、を有する。

本明細書中の態様によると、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサと、流体の供給源と送出用チュービングとを連結するためのドリップチャンバと、流体の供給源からの流率を測定するためのフローセンサと、流体の供給源から流体を流れ出させるための要素と、ドリップチャンバの後に設けられたインレットバルブと、インレットバルブを作動させるためのアクチュエータとを有する注入ポンプを使用して流体を注入する方法が提供される。前記方法は、マイクロプロセッサを使用して、フローセンサにより測定された流率を含むフローセンサからのデータを受け付けるステップと、重力送りモードにおいて、マイクロプロセッサとデータを使用してアクチュエータを制御し、所望の流率でドリップチャンバから送出用チュービングへの流れを確立するようにインレットバルブを作動させるステップとを有する。

様々な実施形態が、単に例として、添付の概略図を参照して開示されており、ここで対応する参照番号は対応する部材を示す。
インレットバルブとアウトレットバルブを独立に制御する注入ポンプの概略図である。図２Ａ乃至図２Ｇは、図１に示したポンプのポンピングサイクルを説明する概略図である。図１に示したポンプのフローパルスを示すグラフである。流率が０．１マイクロリットル／時のフローパルスと流体体積を例示的に示す表である。図１に示したポンプの一部分の図示で、カムシャフトベアリングを示す。インレットバルブとアウトレットバルブを独立に制御し、低電力（ｌｏｗｐｏｗｅｒ）で作動する注入ポンプの、例示的な実施形態の斜視図である。図６に示したポンプの一部分の詳細図である。重力送りモードで使用するための注入ポンプの概略図である。従来技術の蠕動ポンプの概略図である。従来技術の重力送り注入装置の概略図である。

まず初めに、異なる図面上の同様の参照番号は、本開示の同一又は機能的に類似した構造的要素を示すものであることを理解されたい。特許請求の範囲の開示は、開示された態様に限定されるものではないことは理解さるべきである。

さらに、本開示は、記載された特定の方法、材料、変形例などに限定されるものではなく、そのようなものとして当然ながら変化し得ることは理解さるべきである。また、本明細書で使用された用語は、単に特定の態様を記述するためのものであり、本開示の範囲を限定することを意図していないことは理解されるべきである。

特に別に定義されていなければ、本明細書で使用される技術及び科学用語の全ては、本開示が属する技術に係る当業者において通常理解される意味と同じ意味を有する。本明細書に記載の方法、装置、または材料と類似又は同等のあらゆる方法、装置、または材料が、本開示の実施または試験において使用され得ることは理解されるべきである。

図１は、インレットバルブとアウトレットバルブを独立に制御する注入ポンプ１００の概略図である。ポンプ１００は、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサ１０２と、流体の供給源１０６と送出用チュービング１０８へと連結されたドリップチャンバ１０４とを備える。ポンプは、ドリップチャンバを通過する流れを測定するためのフローセンサまたはフローメーター（ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ）１１０と、複数のフィンガー１１４、アウトレットバルブまたは下流側バルブ１１６、アクチュエータ１１８を有するポンピング部１１２とを有する。ポンピング部は、フィンガー１１４の数が特定数に限定されるものではない。アクチュエータ１１８はマイクロプロセッサを使用して制御することができ、カムローブが複数のフィンガーと接触して、支持プラテン（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐｌａｔｅｎ）１２２のような支持構造に対して送出用チュービングの部分１２１を圧迫する複数のフィンガーを順次移動させ、ドリップチャンバからの流体を送出用チュービングを通して、アウトレットバルブを通過させて送出するように、カムシャフト１１９とカムローブ１２０を回転させる。部分１２１はまた、インレットバルブとアウトレットバルブの間のチュービング（ｔｕｂｉｎｇ）の部分であると考えることができる。シャフト１１９とカムローブ１２０は、当該技術分野で周知の方法でフィンガーを移動させることができる。シャフト１１９とカムローブ１２０の回転はまた、バルブ１１６の開閉を制御する。

ポンプはまた、ドリップチャンバとポンピング部の間に配置されたインレットバルブまたは上流側バルブ１２４と、マイクロプロセッサを使用して制御可能なアクチュエータ１２６とを有する。アクチュエータ１２６は、さらに後述するように、例えば複数のフィンガーの移動とは独立に、インレットバルブの開閉を行い、或いはインレットバルブを開位置と閉位置の間に位置させるように、インレットバルブを作動させ、或いは例えば、インレットバルブを開位置または閉位置の間に位置させ、ドリップチャンバから送出用チュービングへの流体の流率（フロー率、ｒａｔｅｏｆｆｌｏｗ）を制御するように、インレットバルブを作動させるように配置されている。

図２Ａ乃至図２Ｇは、図１に示されたポンプ１００のポンピングサイクルを説明する概略図である。以下の記述は図１乃至図２Ｇに照らし合わせて見られるべきである。ポンプ１００は、きわめて低い定常流率（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｆｌｏｗｒａｔｅ）を可能とする。例えばポンプ１００は、注入レジメン（注入投与計画、ｉｎｆｕｓｉｏｎｒｅｇｉｍｅｎ）におけるフローなしの期間（ｎｏｎ−ｆｌｏｗｐｅｒｉｏｄ）が２０秒未満であることが必要とされる、低流率におけるフロー継続性（ｆｌｏｗｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ）のための、ＥＣＲＩ研究所が設けたエクセレントレーティング（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｒａｔｉｎｇ）に準拠する。例示する実施形態において、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサは、低流率レジメンでありうる、下記の例示的な注入計画を実施するためである。図２Ａに示されるように、注入レジメンのためのポンプサイクルの開始時に、マイクロプロセッサは、アクチュエータ１２６を制御してインレットバルブを閉じ、アクチュエータ１１８を制御してアウトレットバルブを閉じ、フィンガーがチュービングを最大限圧迫するようにフィンガーを動かす。図２Ｂに示されるように、アクチュエータ１１８はフィンガーを後退させ、一方バルブは閉じたままで、送出用チュービングの部分１２１において、すなわち部分１２１により形成された通路において、真空を作る。

図２Ｃに示されるように、マイクロプロセッサはアクチュエータ１２６を制御し、インレットバルブを切換えさせて、ドリップチャンバから送出用チュービングの部分１２１へ、センサ１１０で測定された所定量の流体を流す。所定量とは、マイクロプロセッサに入力されるか、或いはマイクロプロセッサのメモリー１２８に格納されるか、或いはマイクロプロセッサによって計算される特定の容量を意味する。一般には、特定容量は、注入計画の所望の結果を得るための所望の流体の流れに関連づけられる。センサ１１０は、ドリップチャンバを通りチュービングの部分１２１に向かう流れをモニターする。例示する実施形態において、インレットバルブは、全閉位置と全開位置との間で連続的に位置決め可能である。例えば、インレットバルブの位置は、アクチュエータ１２６がステップモータ（ｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒ）である場合にそうであるような、一連のステップ状のポジションに限定されるわけではない。このような連続的な位置決めは、インレットバルブを使用して実行可能とされ、ドリップチャンバから部分１２１への流率の精度と範囲を著しく増加させる。

図２Ｄに示されるように、流体の所定量がドリップチャンバを通りチュービングの部分１２１へと流れた後で、例えばセンサ１１０による測定に従い、マイクロプロセッサはアクチュエータ１２６を制御し、インレットバルブを閉じる。図２Ｅに示されるように、次いでマイクロプロセッサはアクチュエータ１１８を制御し、例えばアウトレットバルブを全開するようにアウトレットバルブを作動させる。図２Ｆに示されるように、マイクロプロセッサはアクチュエータ１１８を制御し、複数のフィンガーを移動させて、第１の所定期間内に所定量の流体をアウトレットバルブを通過させて送出させる。所定期間とは、マイクロプロセッサに入力されるか、或いはマイクロプロセッサのメモリーに格納されるか、或いはマイクロプロセッサによって計算される特定の期間を意味する。一般には、所定期間は、注入計画の所望の結果と或いはポンプの必要な動作と関連づけられる。例えば所定期間は、低流率におけるフロー継続性のための、ＥＣＲＩ研究所が設けたエクセレントレーティングに関連づけられ得る。当該技術分野においてよく知られているように、所定量を注入するための期間は通常その所定量と関連づけられており、この期間は前述の第１の所定期間であり得る。図２Ｇに示されるように、第１の所定期間の終了時において、マイクロプロセッサはアクチュエータ１１８を制御し、アウトレットバルブを閉じてポンピングサイクルを完了する。

以下に述べるように、前述のサイクルは典型的には、より長い期間にわたって所望の流率を得るために特定の頻度で繰り返される。

例示する実施形態において、チュービング１０８がフィンガーと支持プラテンとの間で圧迫され、そのためチュービングが部分的に圧迫されて前述の最大量を減少させ、これによりインレットバルブが開かれるたびに部分１２１に入る流体の容量を減少させる。例示する実施形態において、チュービング１０８は約０．１インチの内径を有する。（インレットバルブとアウトレットバルブの間の）チュービングの部分１２２の長さＬは約１．２５インチである。この構成によって、部分１２１の最大容量は約０．１６０ミリリットルとなる。後に続く例においては、この最大容量は約０．０８０ミリリットルへと減少される。

図３は、図１に示されたポンプ１００の例示的なフローパルス（ｆｌｏｗｐｕｌｓｅ）を示すグラフである。

図４は、流率が０．１マイクロリットル／時のフローパルスと流体体積を例示的に示す表である。以下の記述は図１乃至図４に照らし合わせて見られるべきである。グラフのｘ軸の測定単位は秒であり、ｙ軸の測定単位は、供給源１０６からの流体のマイクロリットルである。低流率におけるフロー継続性のための、ＥＣＲＩ研究所が設けたエクセレントランキング（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｒａｎｋｉｎｇ）は、フローなしの期間が２０秒未満であることを必要とする。例えば、図２Ａと図２Ｆの間の期間は２０秒未満でなければならない。マイクロプロセッサはアクチュエータ１２６を制御し、インレットバルブを切換えさせ、フローパルス１３０を発生させる。すなわちドリップチャンバから送出用チュービングの部分１２１へ所定量の流体を流す。フローパルス１３０Ａと１３０Ｂが図３において示される。一例として、図２Ｃに示されるポンピングサイクルの部分でそのようなパルスが発生される。図３では、０．１マイクロリットル／時の流れを実施するように、パルスのサイズが決められ間隔が空けられている。例えば図４に示されるように、異なったフローパルスが可能であることは理解されるべきである。

図３及び図４に示されるように、図２Ａ乃至図２Ｇに示されるポンピングサイクルを実施することで、様々なパルス１２８を生成し得る。例えば、パルス１３０Ａは長さが約２秒で、その後の部分１２１からの流体の送出は約１８秒でおこなわれる。別の例としては、パルス１３０Ｂの長さは約１０秒で、その後の部分１２１からの流体の送出は約１０秒でおこなわれる。したがって、パルス１３０Ａで、０．１マイクロリットル／時の流率を生成するためには、ポンプ１００はパルス１３０Ａを１時間当たり約１６４回送り（図２Ｆ及び図２Ｇ）、それぞれのパルスは、流体約０．６１マイクロリットルを送る。パルス１３０Ｂで、０．１マイクロリットル／時の流率を生成するためには、ポンプ１００はパルス１３０Ｂを１時間当たり約１２０回送り（図２Ｆ及び図２Ｇ）、それぞれのパルスは、約０．８３マイクロリットルの流体を送る。異なるパルス幅の組合せ、例えば、図４に示されるパルスの組合せが、注入レジメンの間、使用され得ることは理解さるべきである。パルスの数とフローパルスの別の組合せもまた、所望の流率と２０秒未満というフローなしの期間（ｎｏｎ−ｆｌｏｗｐｅｒｉｏｄ）を達成するために可能である。例えば、０．１ミリリットル／時すなわち１００マイクロリットル／時の流率を得るために、１時間当たり１０のフローパルスを有することが可能であり、それぞれのフローパルスは流体１０マイクロリットルを有し、２０秒未満で部分１２１に送られる。次いで流体は、５分４０秒で排出され得る。

低流率においてより良好な定常流率（フロー継続性）を提供するために、チュービングの部分１２１に入る流体の量は、部分１２１で利用可能な全体量より少なくされる。例えば利用可能な全体量が０．０８０ミリリットルのとき、部分１２１に入る流体の量、例えばパルス１３０は、図４に示されるように、利用可能な量よりずっと少ない。このように比較的少量の流体を流すことは、上述のとおり、また図２Ａ乃至図２Ｇに示されるように、部分１２１への流れが、ポンピングチャンバのフィンガーの動きとは独立して制御される場合にのみ、可能となる。シャフト１１９は、図２Ａ乃至図２Ｇに示されるポンピングサイクルの間、１回、回転する。例えば０．１マイクロリットル／時の注入レジメンを実施するために、シャフト１１９は、約６分に１回、回転する。

パルス１３０Ａを使用し、０．８０ミリリットルに等しい部分１２１の利用可能な最大容量により、それぞれのポンピングサイクルにおいて、部分１２１に入る流体の量は、部分１２１の最大容量の０．７％以下である。パルス１３０Ａを使用し、０．８０ミリリットルに等しい部分１２１の利用可能な最大容量により、パルス１２８Ａのフローなしの期間は約２秒、すなわち低流率における定常流率（フロー継続性）についてのＥＣＲＩ研究所が設けたエクセレントランキングに準拠するために必要な２０秒未満の最大のフローなしの期間の約１０％である。ポンプ１００は、部分１２１に入る流体と部分１２１の最大容量のこの比率に限定されるものではなく、例えば、図４に示されるように、別の比率も可能であることは、理解されるべきである。

対照的に、上述したように、典型的な従来技術のペリスタポンプでは、バルブとフィンガーは全て単一のカムシャフトに取り付けられているため、チャンバに入る流体の量を、フィンガーの動きとは独立に制御することはできない。ゆえに、送出用チュービングのための０．０８０ミリリットルという減少された容量により、０．１マイクロリットル／時生成するためには、従来技術のポンプの送出用チュービングは、１サイクル４８分の期間にわたってポンプアウトされなければならず、前述の問題がつきまとう。

図２Ａ乃至図２Ｇに示されるような注入計画のためのポンピングシーケンスは周期的シーケンスにおいて実施され得るもので、例えば図２Ａ乃至図２Ｇに示されるポンピングシーケンスを繰り返して、ドリップチャンバを通過する流れを制御する。例えば０．１マイクロリットル／時のような特定の流率は、図２Ａ乃至図２Ｇに示されるポンピングシーケンスを繰り返すことにより実施され得る。

アクチュエータ１１８及び１２６と連動するフローセンサ１１０は、例えば高フロー現象の事故（イベント、ｅｖｅｎｔ）においては、ドリップチャンバからのフロー遮断の冗長化を可能としている。１つの実施形態では、センサ１１０により検出されたフロー閾値１３２は、メモリ要素１２８に格納される。この閾値は固定、または、ポンプにより実施される特定の注入レジメンのための流率に依存しており、例えば、値１３２は流率のパーセンテージでありうる。マイクロプロセッサは、高フロー現象が起こっているかどうかを決定するために値１３２を使用し、現象に応じて対処する。例えばフローセンサによって、所定の水準、例えば値１３２を超える流れを検出するために、マイクロプロセッサは、アクチュエータ１１８を使用してインレットバルブとは独立にアウトレットバルブを閉じ、及び／またはアクチュエータ１２６を使用してアウトレットバルブとは独立にインレットバルブを閉じるためのものである。したがってアクチュエータ１１８または１２６のいずれか一方が故障したとしても、ドリップチャンバと部分１２１からの流れはブロックされ得る。値１３２は、マイクロプロセッサによって入力として受信され得るし、或いはマイクロプロセッサによって計算され得る。

図５は、図１に示されたポンプ１００を図示したもので、カムシャフトベアリング１３４を示す。以下の記述は図１乃至図５に照らし合わせて見られるべきである。カムシャフト１１９はその両端に隣接した部分においてベアリングによりそれぞれ支持されており、例えばシャフトの下流側端部で、ベアリング１３４により支持される。ベアリングは固定された位置でシャフトを保持するが、シャフトの回転は可能である。すなわち、ベアリングはシャフトを固定するが、一方シャフトの回転を可能とし、例えばカムローブ１２０Ａと１２０Ｂの位置決めをして、アウトレットバルブ１１６とフィンガー１１４をそれぞれ作動させる。

前述のように、カムシャフトを有するポンプの可能性ある故障モードは、カムシャフトのベアリングが故障することである。例えば図５に示されるように、ベアリング１３４が故障すると、端部１３６はＤ方向に移動でき、ポンプの主要部分から離れ得る。端部１３６のシフトの結果として、カムローブ１２０は、カムローブがもはやアウトレットバルブを閉じることができないように、或いはフィンガーがもはやチュービングの部分１２１を十分圧迫することができないように、フィンガーとアウトレットバルブから十分離れるように移動させ得る。しかしながら、バルブ１２４はアクチュエータ１２６を介してカムシャフト１１９とは独立して制御されるので、カムシャフトの状態にかかわらずチュービングをブロックするようにバルブ１２４は作動され得る。したがって、一方または両方のベアリングの故障によって、フィンガー１１４とバルブ１１６が、チュービングを通過する流れを制御またはブロックすることができなくなったとしても、独立に作動されるバルブ１２４がなお、流れをブロックすることができ、流れが危険な制御されない状態にならないようにすることができる。

ポンプ１００はまたエネルギーを節約する。例示する実施形態において、ポンプ１００は重力送りモードと能動ポンピングモードで切り替え可能である。例えば、デフォルトの動作モードを重力送りモードとし、以下に記述するような不適正な流れが検出されなければ、ポンプ１００はこのモードで作動する。マイクロプロセッサはアクチュエータ１１８を作動させて、インレットバルブとアウトレットバルブの間で送出用チュービングに通路が形成されるように、複数のフィンガーにそれぞれの固定された位置を維持させ、アウトレットバルブを開く。例えばフィンガーは、ある所定の程度だけチュービングを圧迫するように移動され（部分１２１を通過する通路を部分的に閉じる）、または通路が全開するように移動される。フィンガーの実際の位置とその結果生じる通路の容量は、ポンプ１００によって実施される注入レジメンに従って決定され得る。

マイクロプロセッサは例えばフローセンサからのフィードバックを利用してアクチュエータ１２６を制御し、所望の流率でドリップチャンバから送出用チュービングへのフロー（流れ）を確立するようインレットバルブを作動させる。所望の流率とは、マイクロプロセッサに入力されるか、或いはマイクロプロセッサのメモリー１２８に格納されるか、或いはマイクロプロセッサによって計算される特定の流率を意味する。一般には、所望の流率は、注入計画（注入スキーム、ｉｎｆｕｓｉｏｎｓｃｈｅｍｅ）の所望の結果に関連づけられる。一例として、注入計画によって注入される特定の薬剤にとって、所望の治療効果を達成するために特定の流率が必要とされる。

例示する実施形態において、重力が所望の流率を供給するのに十分であるかぎり、重力送りモードが使用される。例えば、インプットバルブを長く作動させると所望の流率を供給できるような場合に、重力送りモードでポンプが作動する。重力送りモードでの作動で所望の流率を供給できない場合は、ポンプは自動的に能動ポンピングモードに切り替わる。例えばインレットバルブが全開で、所望の流率に関連した閾値より少ない流率、例えば流率の所定のパーセンテージを、フローセンサが測定した場合、マイクロプロセッサは能動ポンピングモードに切り替える。一般には、能動ポンピングモードは、インレットバルブ及びアウトレットバルブと、部分１２１に流体を導入しアウトレットバルブを通過して流体を送出するフィンガーとの、連携動作を含む。図２Ａ乃至図２Ｇに示されるポンピングサイクルは、能動ポンピングモードにおける作動の一例である。能動ポンピングモードは、図２Ａ乃至図２Ｇに示されるポンピングサイクルに限定されるものではないことは理解されるべきである。

図６は、インレットバルブとアウトレットバルブを独立に制御し、低電力で作動する注入ポンプ１００の、例示的な実施形態の斜視図である。

図７は、図６に示されるポンプ１００の一部分の詳細図である。以下の記述は図６乃び図７に照らし合わせて見られるべきである。図６乃び図７は、前述の、インレットバルブとアウトレットバルブを独立に制御でき、他の機能を備えたポンプの、少なくとも一部分の例示的な構成を表している。前述のインレットバルブとアウトレットバルブを独立に制御でき、他の機能を備えたポンプは、図６乃び図７に示された構成に限定されないことは理解されるべきである。

図８は、重力送りモードで使用するための注入ポンプ２００の概略図である。ポンプ２００は、特別にプログラムがなされたマイクロプロセッサ１０２と、流体の供給源１０６と送出用チュービング１０８へと連結されたドリップチャンバ１０４とを備える。１つの実施形態では、流体の供給源は投薬用のバッグである。１つの実施形態では、流体を流れ出させるために要素１０７が使用され、例えば投薬用バッグを圧迫して供給源１０６からドリップチャンバへと流体を流れ出させる。例えばチュービングが連結される患者が原因で、例えば万一供給源１０６の流体にかかる重力がチュービング１０８内の背圧に打ち勝つために十分でない場合は、背圧に打ち勝つために必要とされる外力を供給するために、要素１０７が使用され得る。この技術分野で公知の装置は、要素１０７のために使用され得る。

ポンプは、ドリップチャンバを通過する流れ（フロー、ｆｌｏｗ）を測定するためのフローセンサまたはフローメータ１１０と、ドリップチャンバの下流側に配置されたインレットバルブ１２４とを有する。アクチュエータ１２６は、チュービング１０８を通る流れを調整するために、マイクロプロセッサを使用して制御可能である。アクチュエータ１２６は、例えばインレットバルブの開閉を行い、或いはインレットバルブを開位置と閉位置の間に位置決めして、ドリップチャンバから送出用チュービングへの流体の流率を制御するように、インレットバルブを作動させるように配置される。したがって、ポンプ２００は重力送りモードで作動するように構成され、例えばポンプ２００は、図１のポンプ１００のポンピング部１１２のような、供給源１０６からチュービング１０８を通って流体を能動的に移送（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）するポンピング部を有さない。重力送りモードにおいては、フローは重力のみによって、または重力と要素１０７によって加えられる力との組合せにより生じ得る。

重力送りモードにおいて、マイクロプロセッサは、フローセンサにより測定された流れを含むフローセンサからのデータを利用して、所望の流率でドリップチャンバから送出用チュービングへの流れを確立するようインレットバルブを作動させるように、アクチュエータを制御するようになっている。すなわち、マイクロプロセッサは、フローセンサにより測定された流率を含むフローセンサからのデータ２０２を受け付け、そのデータを利用して、所望の流率でドリップチャンバから送出用チュービングを通る流れを確立するようにインレットバルブを作動させるよう、アクチュエータを制御する。所望の流率に関するポンプ１００のための議論は、図８及びポンプ２００にもあてはまる。ポンプ２００は、緊急条件または警報条件に対応して、バルブ１２４によって、チュービングを閉ざすようになっている。

ポンプ１００とポンプ２００は、特定の部品構成により示されているが、ポンプ１００とポンプ２００は、示される特定の部品構成に限定されるものではなく、別の部品構成が可能であることは理解されるべきである。

上記開示の様々な変形例や他の特徴及び機能、それらを代替する特徴・機能が、多くの他の異なるシステムや応用例と好ましくは結合され得ることは、理解されよう。様々な現在予期できない、或いは予想外の本開示にかかる代替手段、変形例、変更形態、改良例などは引き続いて当業者によってなされ得るであろうし、それらは以下の請求の範囲に含まれることも意図されている。

Claims

流体供給源の流れの状態を制御し、前記流体供給源を、送出用チュービングを通過してユーザーに供給するための注入ポンプであって、
該注入ポンプは、
マイクロプロセッサと、
前記流体供給源をドリップチャンバからユーザーに供給するために、前記送出用チュービングの第１の部分を圧迫する少なくとも１つのフィンガーを移動させるように構成された第１のアクチュエータと、
前記流体供給源の前記ドリップチャンバから前記送出用チュービングの第１の部分への流動の状態を制御する注入ポンプのインレットバルブを選択的に作動させるように構成された第２のアクチュエータと、
前記送出用チュービングの第１の部分の下流に設けられ、前記送出用チュービングは前記インレットバルブとアウトレットバルブとの間に第２の部分を有し、前記第１のアクチュエータによって制御されるアウトレットバルブと、
を含み、
前記マイクロプロセッサを使用して、前記第１のアクチュエータに、前記インレットバルブから独立した、前記少なくとも１つのフィンガーの移動及び前記アウトレットバルブの作動を制御させ、前記第２のアクチュエータに、前記少なくとも１つのフィンガーから独立したインレットバルブの作動を制御させ、前記マイクロプロセッサに、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとの操作を調整させて、前記インレットバルブ、前記少なくとも１つのフィンガー、及び前記アウトレットバルブに、前記送出用チュービングの第１部分に流体の流れと真空とを選択的に形成する操作を制御させることを特徴とする注入ポンプ。
前記流体供給源はドリップチャンバに連結されており、前記インレットバルブは、前記ドリップチャンバと前記送出用チュービングの第１の部分との間に設けられ、前記送出用チュービングを通過する前記流体供給源からの流動状態を制御するために前記送出用チュービングを圧迫するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の注入ポンプ。
前記フィンガーは、前記送出用チュービングの第１の部分を圧迫することによってポンピングアクションを生成するように構成され配置されることを特徴とする、請求項１に記載の注入ポンプ。
前記流体供給源は、前記ドリップチャンバに連結されており、前記第１のアクチュエータが、前記アウトレットバルブを閉鎖し前記少なくとも１つのフィンガーをそれぞれの固定位置に維持している間に、前記ドリップチャンバから前記送出用チュービングの第２の部分へ、所定量の前記流体供給源の流れを可能とするように、前記第２のアクチュエータが、前記インレットバルブを作動させることを特徴とする請求項１に記載の注入ポンプ。
前記流体供給源は前記ドリップチャンバに連結されており、所定量の前記流体供給源が前記送出用チュービングの第２の部分へ流動した後、前記流体供給源の前記ドリップチャンバから前記送出用チュービングの第２の部分への流動が起こらないように、前記第２のアクチュエータが前記インレットバルブを作動させることを特徴とする請求項１に記載の注入ポンプ。
前記第１のアクチュエータは、前記少なくとも１つのフィンガーを移動させて、前記アウトレットバルブを通過する所定量の前記流体供給源を第１の指定された期間内に送出し、終了時に、前記アウトレットバルブを閉鎖するように前記アウトレットバルブを操作することを特徴とする請求項１に記載の注入ポンプ。
前記流体供給源の流率を測定するために構成されたフローセンサと、前記流率の閾値を格納するために構成されたメモリと、を更に含んでなり、前記インレットバルブが前記閾値に基づいて作動されることを特徴とする請求項１に記載の注入ポンプ。
前記インレットバルブは、前記アウトレットバルブから独立して前記流体供給源の流率に基づいて作動され、前記アウトレットバルブは、前記インレットバルブから独立して前記流率に基づいて作動されることを特徴とする請求項７に記載の注入ポンプ。
前記注入ポンプは、前記流体供給源の流率に基づいて、重力送りモードと能動ポンピングモードとのうちの少なくとも１つのモードで操作されることを特徴とする請求項１に記載の注入ポンプ。
前記注入ポンプのポンピング部は、アウトレットバルブを有し、少なくとも１つのフィンガーを有する前記ポンピング部は、一般的なリンク装置を使用して前記少なくとも１つのフィンガーと前記アウトレットバルブとを制御するために、インレットバルブとアウトレットバルブとの間に配置された送出用チュービングの第１の部分に作用するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の注入ポンプ。
流体供給源の流動状態を制御し、送出用チュービングを通過してユーザーに供給するためのマイクロプロセッサにより実施される方法であって、
該方法は、
ユーザーに前記流体供給源を供給するために、第１のアクチュエータを使用して送出用チュービングの第１の部分を圧迫するために少なくとも１つのフィンガーを移動させるステップと、
第２のアクチュエータを使用して注入ポンプのインレットバルブを選択的に作動させ、前記送出用チュービングの第１の部分への前記流体供給源の流動状態を制御させるステップと、
アウトレットバルブを前記送出用チュービングの第１の部分の下流に設け、前記インレットバルブと前記アウトレットバルブの間に、送出用チュービングの第２の部分を具備させるステップと、
前記マイクロプロセッサを使用して、前記第１のアクチュエータに、前記インレットバルブから独立した前記少なくとも１つのフィンガーの移動及び前記アウトレットバルブの作動を制御させるステップと、
前記マイクロプロセッサを使用して、前記第２のアクチュエータに、前記少なくとも１つのフィンガーと前記アウトレットバルブから独立した前記インレットレットバルブの作動制御させるステップと、
前記マイクロプロセッサの、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとの操作を調整して、前記インレットバルブ、前記少なくとも１つのフィンガー、及び前記アウトレットバルブに、前記送出用チュービングの第１部分に流体の流れと真空とを選択的に形成する操作を制御させるステップと、
を含んでなることを特徴とするマイクロプロセッサにより実施される方法。
前記インレットレットバルブを、前記流体供給源に連結されたドリップチャンバと、前記送出用チュービングの第１の部分と、の間に設け、前記送出用チュービングを通過する前記流体供給源の流動状態を制御するために前記送出用チュービングを圧迫する前記インレットレットバルブを配置するステップを更に含んでなることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロプロセッサにより実施される方法。
前記マイクロプロセッサの制御の下で、前記送出用チュービングの第１の部分を部分的に圧迫することによってポンピングアクションを生成するようにフィンガーを作動させるステップと、前記送出用チュービングの第１の部分を周期的にブロックするように前記インレットバルブとアウトレットバルブとを作動させるステップと、を更に含んでなることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロプロセッサにより実施される方法。
前記第１のアクチュエータが、前記アウトレットバルブを閉鎖し前記少なくとも１つのフィンガーをそれぞれの固定された位置に維持している間に、前記流体供給源に連結されたドリップチャンバから前記送出用チュービングの第２の部分への所定量の前記流体供給源の流れを可能とするために、前記第２のアクチュエータを使用して前記インレットバルブを作動させるステップを更に含んでなることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロプロセッサにより実施される方法。
所定量の前記流体供給源が前記送出用チュービングの第２の部分へ流動した後、前記流体供給源に連結されたドリップチャンバから前記送出用チュービングの第２の部分への前記流体供給源の流動が起こらないように、前記第２のアクチュエータを使用して前記インレットバルブを作動させるステップを更に含んでなることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロプロセッサにより実施される方法。
前記第１のアクチュエータを使用して、前記少なくとも１つのフィンガーを移動させて、第１の指定された期間内に前記アウトレットバルブを通過する所定量の前記流体供給源を送出し、終了時に前記アウトレットバルブを閉鎖するように前記アウトレットバルブを操作するステップを更に含んでなることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロプロセッサにより実施される方法。
フローセンサを使用して前記流体供給源の流率を測定し、前記流率のフロー閾値をメモリに格納し、前記閾値に基づいて前記インレットバルブを作動させるステップを更に含んでなることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロプロセッサにより実施される方法。
前記アウトレットバルブと独立に、流体供給源の流率に基づいて前記インレットバルブを作動し、前記インレットバルブと独立に、前記流率に基づいて前記アウトレットバルブを作動させるステップを更に含んでなることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロプロセッサにより実施される方法。
流体供給源の流率に基づいて、前記注入ポンプを、重力送りモードと能動ポンピングモードとのうちの少なくとも１つのモードで作動させるステップを更に含んでなることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロプロセッサにより実施される方法。
前記アウトレットバルブを有するポンピング部を備え、少なくとも１つのフィンガーを有する前記ポンピング部は、前記インレットバルブとアウトレットバルブの間に配置された前記送出用チュービングの第１の部分に作用するように構成されることを特徴とする、請求項１１に記載のマイクロプロセッサにより実施される方法。