JP6483874B1 - 圧力検出器の調整装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】膜部材の初期位置を任意に調整することができる圧力検出器の調整装置を提供する。
【解決手段】電磁弁Bの閉止により第1区域K1を閉塞しつつポンプDを駆動させて第1区域K1を所定の調整圧力とする第1工程と、電磁弁Bの閉止を解除して気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2を閉塞する第2工程とを順次実行する制御部Eと、第1工程時の第1区域K1における圧力及び容積と第2工程時の気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2における圧力及び容積との関係に基づき、第1工程における調整圧力を取得する調整圧力取得部Nとを備え、制御部Eは、第1工程として、調整圧力取得部Nで取得した調整圧力となるようにポンプDを駆動させた後、第2工程を実行することにより膜部材Mを調整圧力に応じた位置とする圧力検出器Sの調整装置である。
【選択図】図1

Description

本発明は、気相部の圧力を検出することにより流路における液体の圧力を検出し得る圧力検出器の調整装置に関するものである。
一般に、透析治療時においては、採取した患者の血液を体外循環させて再び体内に戻すための血液回路が用いられており、かかる血液回路は、例えば中空糸膜を具備したダイアライザ(血液浄化器)と接続し得る動脈側血液回路及び静脈側血液回路から主に構成されている。これら動脈側血液回路及び静脈側血液回路の各先端には、動脈側穿刺針及び静脈側穿刺針が取り付けられ、それぞれが患者に穿刺されて透析治療における血液の体外循環が行われることとなる。
従来、血液回路を体外循環する血液の圧力を検出するため、例えば特許文献1にて開示されているように、血液回路に接続可能なケースと、ケース内に取り付けられ、血液回路の血液を充填し得る液相部と、空気を充填し得る気相部とを区画するとともに、液相部に充填された血液の圧力に応じて変位可能なダイヤフラム(膜部材)とを具備し、気相部の圧力を圧力センサにて検出することにより血液の圧力を検出し得る圧力検出器が提案されている。かかる従来の圧力検出器によれば、液相部と気相部とが膜部材にて区画されているため、血液が気相部内の空気に触れてしまうのを回避しつつ血液回路内の血液の圧力を精度よく検出することができる。
特表2017−504389号公報
しかしながら、上記従来の圧力検出器においては、以下のような問題があった。
ケース内にて気相部と液相部とを区画するための膜部材は、液相部の液体の圧力(液圧)に応じて変位する必要があることから柔軟な部材から成るので、使用前の液相部に空気が充填された状態において初期位置が定まらない。したがって、使用前において、膜部材がケースの中央に位置せず、例えば液相部側の壁面に近接していると、測定し得る陰圧(負圧)の幅(測定レンジ)が狭くなってしまい、気相部側の壁面に近接していると、測定し得る陽圧(正圧)の幅(測定レンジ)が狭くなってしまうという問題がある。
また、主に陰圧を測定したい部位に取り付けられる圧力検出器においては、膜部材の初期位置を気相部側の壁面に近接させることにより、陰圧側の測定レンジを広げることができるとともに、陽圧を測定したい部位に取り付けられる圧力検出器においては、膜部材の初期位置を液相部側の壁面に近接させることにより、陽圧側の測定レンジを広げることができるので、圧力検出器を取り付ける部位に応じて膜部材の初期位置を任意に調整したいという要求がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、膜部材の初期位置を任意に調整することができる圧力検出器の調整装置を提供することにある。
請求項1記載の発明は、液体の流路に接続可能なケースと、該ケース内に取り付けられ、前記流路の液体を充填し得る液相部と、気体を充填し得る気相部とを区画するとともに、前記液相部に充填された液体の圧力に応じて変位可能な膜部材とを具備し、前記気相部の圧力を検出することにより前記流路における液体の圧力を検出する圧力検出器の調整装置であって、前記気相部と接続可能な接続部が一端に形成されるとともに、他端から気体を導入又は導出可能な配管部と、前記接続部を介して接続された前記配管部及び気相部における流路に対して当該配管部の他端を介して気体を導入又は導出させるポンプと、前記配管部の流路における所定位置を閉止可能であり、当該閉止によって前記他端側の第1区域と、前記一端側の第2区域とに前記配管部の流路を区画可能な閉止部と、前記ポンプ及び閉止部を制御可能であり、前記閉止部の閉止により前記第1区域を閉塞しつつ前記ポンプを駆動させて当該第1区域を所定の調整圧力とする第1工程と、前記閉止部の閉止を解除して前記気相部、第1区域及び第2区域を閉塞する第2工程とを順次実行する制御部と、前記第1工程時の前記第1区域における圧力及び容積と前記第2工程時の前記気相部、第1区域及び第2区域における圧力及び容積との関係に基づき、前記第1工程における前記調整圧力を取得する調整圧力取得部とを備え、前記制御部は、前記第1工程として、前記調整圧力取得部で取得した前記調整圧力となるように前記ポンプを駆動させた後、前記第2工程を実行することにより前記膜部材を前記調整圧力に応じた位置とすることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の圧力検出器の調整装置において、前記圧力及び容積の関係は、ボイルシャルルの法則であることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2記載の圧力検出器の調整装置において、前記制御部は、前記ポンプを駆動させて前記気相部に対して気体を導入又は導出することにより前記膜部材を当該気相部の内周壁面、又は前記液相部の内周壁面に密着させる密着工程を実行した後、前記第1工程及び第2工程を順次実行することを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れか1つに記載の圧力検出器の調整装置において、前記第1区域の圧力を検出する第1圧力検出部を有することを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項4記載の圧力検出器の調整装置において、前記第1圧力検出部に加え、前記第2区域の圧力を検出する第2圧力検出部を有することを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項1〜5の何れか1つに記載の圧力検出器の調整装置において、前記ポンプは、前記配管部をその長手方向に扱いて気体を送り出し可能なしごき型ポンプであることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項1〜6の何れか1つに記載の圧力検出器の調整装置において、前記調整圧力取得部は、前記第1工程時の前記第1区域における圧力及び容積と前記第2工程時の前記気相部、第1区域及び第2区域における圧力及び容積との関係に基づいて前記調整圧力を算出することを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項1〜7の何れか1つに記載の圧力検出器の調整装置において、前記調整圧力取得部は、前記第1工程時の前記第1区域における圧力及び容積と前記第2工程時の前記気相部、第1区域及び第2区域における圧力及び容積との関係に基づき、前記第1区域又は第2区域の実際の容量を算出することを特徴とする。
請求項1の発明によれば、ポンプ及び閉止部を制御可能であり、閉止部の閉止により第1区域を閉塞しつつポンプを駆動させて当該第1区域を所定の調整圧力とする第1工程と、閉止部の閉止を解除して気相部、第1区域及び第2区域を閉塞する第2工程とを順次実行する制御部と、第1工程時の第1区域における圧力及び容積と第2工程時の気相部、第1区域及び第2区域における圧力及び容積との関係に基づき、第1工程における調整圧力を取得する調整圧力取得部とを備え、制御部は、第1工程として、調整圧力取得部で取得した調整圧力となるようにポンプを駆動させた後、第2工程を実行することにより膜部材を調整圧力に応じた位置とするので、膜部材の初期位置を任意に調整することができる。
請求項2の発明によれば、圧力及び容積の関係は、ボイルシャルルの法則であるので、比較的平易な演算式にて調整圧力を算出させることができる。
請求項3の発明によれば、制御部は、ポンプを駆動させて気相部に対して気体を導入又は導出することにより膜部材を当該気相部の内周壁面、又は液相部の内周壁面に密着させる密着工程を実行した後、第1工程及び第2工程を順次実行するので、密着工程により膜部材を内周壁面に固定させることができ、その後の第1工程において膜部材が変位してしまうのを防止することができる。
請求項4の発明によれば、第1区域の圧力を検出する第1圧力検出部を有するので、第1圧力検出部にて検出される圧力に基づいて、第1工程時において第1区域を精度よく調整圧力とすることができる。
請求項5の発明によれば、第1圧力検出部に加え、第2区域の圧力を検出する第2圧力検出部を有するので、膜部材の初期位置調整時において第1圧力検出部にて圧力を検出させた後、液体の圧力の検出時において第2圧力検出部にて圧力を検出させることができる。
これにより、閉止部にて配管部を閉止することにより、気相部に連通した空間を第2区域に限定させることができるとともに、その第2区域の圧力を第2圧力検出部で検出することができるので、液体の圧力の検出時、膜部材の変位に応じて素早く圧力変化を検出することができ、応答性を向上させることができる。また、第2区域を閉塞して第2圧力検出部にて液体の圧力を検出することができるので、膜部材の初期位置調整時、第1区域を複数の圧力検出器に亘って共用させることができる。
請求項6の発明によれば、ポンプは、配管部をその長手方向に扱いて気体を送り出し可能なしごき型ポンプであるので、ポンプの停止時に配管部を閉止することができ、第1工程時において第1区域を閉塞する際に別個の閉止部を必要としない。
請求項7の発明によれば、調整圧力取得部は、第1工程時の第1区域における圧力及び容積と第2工程時の気相部、第1区域及び第2区域における圧力及び容積との関係に基づいて調整圧力を算出するので、予めテーブル等を用意する必要がなく、膜部材の初期位置を容易に調整することができる。
請求項8の発明によれば、調整圧力取得部は、第1工程時の第1区域における圧力及び容積と第2工程時の気相部、第1区域及び第2区域における圧力及び容積との関係に基づき、第1区域又は第2区域の実際の容量を算出するので、膜部材を任意の初期位置とする際、第1区域又は第2区域の寸法誤差による影響を軽減することができ、精度を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る圧力検出器の調整装置が適用される透析装置(血液浄化装置)を示す模式図 同圧力検出器を示す平面図及び側面図 図2におけるIII−III線断面図 同圧力検出器の調整装置の概要を示す模式図 本発明の第1の実施形態に係る圧力検出器の調整装置における制御を示すフローチャート 同圧力検出器の調整装置における密着工程時の状態を示す模式図 同密着工程時の膜部材の状態を示す断面模式図 同圧力検出器の調整装置における密着工程後及び第1工程前の状態を示す模式図 同圧力検出器の調整装置における第1工程時の状態を示す模式図 同圧力検出器の調整装置における第2工程時の状態を示す模式図 本発明の第2の実施形態に係る圧力検出器の調整装置における制御を示すフローチャート 同圧力検出器の調整装置における密着工程時の状態を示す模式図 同密着工程時の膜部材の状態を示す断面模式図 同圧力検出器の調整装置における密着工程後及び第1工程前の状態を示す模式図 同圧力検出器の調整装置における第1工程時の状態を示す模式図 同圧力検出器の調整装置における第2工程時の状態を示す模式図 本発明の他の実施形態に係る圧力検出器の調整装置における制御を示すフローチャート 同圧力検出器の調整装置における制御で用いられるグラフ
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
第1の実施形態に適用される血液浄化装置は、透析治療を行うための透析装置から成り、図1に示すように、動脈側血液回路1及び静脈側血液回路2から成る血液回路と、動脈側血液回路1の基端及び静脈側血液回路2の基端に接続され、血液回路を流れる血液を浄化するダイアライザ3(血液浄化器)と、血液ポンプ4と、複式ポンプ5と、除水ポンプ6と、圧力検出器Sと、配管部Kと、ポンプDと、電磁弁B(閉止部)と、制御部Eと、調整圧力取得部Nとを有して構成されている。なお、配管部K、ポンプD、電磁弁B(閉止部)、制御部E及び調整圧力取得部Nは、本実施形態に係る圧力検出器Sの調整装置を構成している。
動脈側血液回路1には、その先端にコネクタcを介して動脈側穿刺針aが接続されるとともに、途中にしごき型ポンプから成る血液ポンプ4が配設されている。一方、静脈側血液回路2には、その先端にコネクタdを介して静脈側穿刺針bが接続されており、動脈側穿刺針a及び静脈側穿刺針bを患者に穿刺した状態で、血液ポンプ4を駆動させると、患者の血液は、動脈側血液回路1を通ってダイアライザ3に至った後、該ダイアライザ3によって血液浄化が施され、静脈側血液回路2を通って患者の体内に戻るようになっている。
すなわち、患者の血液を血液回路の動脈側血液回路1の先端から静脈側血液回路2の先端まで体外循環させつつダイアライザ3にて浄化することにより血液浄化治療が行われるのである。なお、本明細書においては、血液を脱血(採血)する穿刺針の側を「動脈側」と称し、血液を返血する穿刺針の側を「静脈側」と称しており、「動脈側」及び「静脈側」とは、穿刺の対象となる血管が動脈及び静脈の何れかによって定義されるものではない。
ダイアライザ3は、その筐体部に、血液導入口3a(血液導入ポート)、血液導出口3b(血液導出ポート)、透析液導入口3c(透析液流路入口:透析液導入ポート)及び透析液導出口3d(透析液流路出口:透析液導出ポート)が形成されており、このうち血液導入口3aには動脈側血液回路1の基端が、血液導出口3bには静脈側血液回路2の基端がそれぞれ接続されている。また、透析液導入口3c及び透析液導出口3dは、透析装置本体から延設された透析液導入ラインLa及び透析液排出ラインLbにそれぞれ接続されている。
ダイアライザ3内には、複数の中空糸(不図示)が収容されており、この中空糸が血液を浄化するための血液浄化膜を構成している。而して、ダイアライザ3内には、血液浄化膜を介して患者の血液が流れる血液流路(血液導入口3aと血液導出口3bとの間の流路)及び透析液が流れる透析液流路(透析液導入口3cと透析液導出口3dとの間の流路)が形成されている。そして、血液浄化膜を構成する中空糸には、その外周面と内周面とを貫通した微小な孔(ポア)が多数形成されて中空糸膜を形成しており、該膜を介して血液中の不純物等が透析液内に透過し得るよう構成されている。
複式ポンプ5は、透析装置本体内で透析液導入ラインLa及び透析液排出ラインLbに跨って配設されているとともに、透析液排出ラインLbにおける複式ポンプ5をバイパスするバイパスラインLcには、ダイアライザ3中を流れる患者の血液から水分を除去するための除水ポンプ6が配設されている。なお、透析液導入ラインLaの一端は、ダイアライザ3(透析液導入口3c)に接続されるとともに、他端が所定濃度の透析液を調製する透析液供給装置(不図示)に接続されている。また、透析液排出ラインLbの一端は、ダイアライザ3(透析液導出口3d)に接続されるとともに、他端が図示しない排液手段と接続されており、透析液供給装置から供給された透析液が透析液導入ラインLaを通ってダイアライザ3に至った後、透析液排出ラインLbを通って排液手段に送られるようになっている。
ここで、本実施形態に適用される血液回路には、圧力検出器Sが接続されている。かかる圧力検出器Sは、動脈側血液回路1における先端(コネクタc)と血液ポンプ4との配設部位との間の位置、血液ポンプ4とダイアライザ3との間の位置、静脈側血液回路2における先端(コネクタd)とダイアライザ3の配設位置との間の位置にそれぞれ接続され、当該動脈側血液回路1及び静脈側血液回路2を流れる血液の圧力を検出し得るよう構成されている。
具体的には、圧力検出器Sは、図2、3に示すように、液体の流路R(本実施形態においては、動脈側血液回路1又は静脈側血液回路2に相当)に接続可能なケースCと、ケースC内に取り付けられ、流路の液体(本実施形態においては、動脈側血液回路1又は静脈側血液回路2の血液)を充填し得る液相部S1と、空気を充填し得る気相部S2とを区画するとともに、液相部S1に充填された液体(血液)の圧力に応じて変位可能な膜部材Mとを具備し、気相部S2の圧力を圧力検出部(第1圧力検出部P1又は第2圧力検出部P2)で検出することにより流路R(動脈側血液回路1又は静脈側血液回路2)における液体の圧力を検出し得るようになっている。
ケースCは、所定の樹脂材等を成形して得られた中空状成形部品から成り、液体の流路Rと接続可能とされて液相部S1と連通させ得る接続ポートC1、C2が一体形成されるとともに、後述する配管部Kの一端Ka(図4参照)と接続可能とされて気相部S2と連通させ得る接続ポートC3が一体形成されている。かかるケースCの内部形成された空間は、膜部材Mによって液相部S1及び気相部S2に区画(画成)されている。膜部材Mは、ケースC内に取り付けられたダイヤフラムから成り、液相部S1又は気相部S2の圧力変化に追従して変位又は変形可能な柔軟な材料にて形成されている。
しかるに、本実施形態においては、血液回路の所望位置に接続されたそれぞれの圧力検出器Sにおける膜部材Mの初期位置を調整するための調整装置を有している。かかる圧力検出器Sの調整装置は、配管部Kと、ポンプDと、閉止部としての電磁弁Bと、第1圧力検出部P1(または第2圧力検出部P2)と、制御部Eと、調整圧力取得部Nとを有して構成されている。
配管部Kは、空気の流通が可能なチューブ等の流路から成り、図4に示すように、ケースCの気相部S2と接続して連通可能な接続部Kaが一端に形成されるとともに、大気開放された大気開放部Kbが他端に形成されている。本実施形態で用いられる配管部Kは、内部の圧力変化によって変形し難い硬質樹脂等から成るものが好ましい。ポンプDは、配管部Kをその長手方向に扱くことによって空気を送り出し可能なしごき型ポンプから成り、配管部Kの大気開放部Kbに近接した位置に配設されるとともに、駆動によって配管部K及び気相部S2に対して大気開放部Kb(他端)を介して空気を導入又は導出させ得るよう構成されている。
また、配管部Kにおける接続部KaとポンプDの配設部位との間には、閉止部としての電磁弁Bが取り付けられている。かかる電磁弁B(閉止部)は、配管部Kの流路における所定位置を任意に閉止可能とされ、当該閉止によって大気開放部Kb側(他端側)の第1区域K1と、接続部Ka側(一端側)の第2区域K2とに配管部Kの流路を区画(画成)可能なものである。すなわち、ポンプDが停止してその部位を閉止した状態において、電磁弁Bを駆動させて流路を閉止させると、第1区域K1と気相部S2及び第2区域K2とを区画してそれぞれを閉塞(密閉状態)することができるのである。なお、配管部KにおけるポンプDの配設部位と大気開放部Kbとの間には、電磁弁等の他の閉止部Aが取り付けられているが、かかる閉止部Aが配設されないものとしてもよい。また、電磁弁Bに代えて他の閉止手段(クランプ手段等)としてもよい。
第1圧力検出部P1は、第1区域K1の所定位置に取り付けられて、少なくとも当該第1区域K1の圧力(第1区域K1及びそれと連通した空間の圧力)を検出し得る圧力センサから成るとともに、第2圧力検出部P2は、第2区域K2の所定位置に取り付けられて、少なくとも当該第2区域K2(第2区域K2及びそれと連通した空間の圧力)の圧力を検出し得る圧力センサから成る。
制御部Eは、ポンプD及び電磁弁B(閉止部)を制御可能なマイコン等から成り、電磁弁Bの閉止により第1区域K1を閉塞状態としつつポンプDを逆回転駆動(図9のβ方向の回転駆動)させて当該第1区域K1を所定の調整圧力とする第1工程(図9参照)と、ポンプDを停止させつつ電磁弁Bの閉止を解除して気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2を閉塞状態とする第2工程(図10参照)とを順次実行するものである。
調整圧力取得部Nは、第1工程時の第1区域K1における圧力及び容積と第2工程時の気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2における圧力及び容積との関係に基づき、膜部材Mを任意の初期位置とするための第1工程における調整圧力を取得するもので、例えばマイコン等の演算部から成る。また、本実施形態に係る調整圧力取得部Nにおいては、圧力及び容積の関係として、ボイルシャルルの法則(combined gas law)(理想気体の体積、圧力及び温度に関する法則)、特にボイルの法則(温度一定の条件下では圧力と体積が反比例する)に基づく関係が用いられる。
ここで、本実施形態に係る制御部Eは、第1工程として、調整圧力取得部Nで取得(算出)された調整圧力となるようにポンプDを駆動させ、第2工程を行わせることにより膜部材Mを任意の初期位置とし得るようになっている。すなわち、第1工程時、電磁弁Bの閉止により第1区域K1を閉塞状態としつつポンプDを逆回転駆動(図9のβ方向の回転駆動)させる際、当該第1区域K1を調整圧力取得部Nで取得(算出)された調整圧力に達するまで蓄圧を行わせ、その後、第2工程にてポンプDを停止させつつ電磁弁Bの閉止を解除して気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2を閉塞状態とすることにより、膜部材Mを任意の位置(初期位置)とすることができるのである。
また、本実施形態に係る制御部Eは、図6に示すように、ポンプDを正回転駆動(同図のα方向の回転駆動)させて気相部S2に対して空気を導出(すなわち、気相部S2を含む空間の空気を大気開放部Kbから排出)することにより膜部材Mを当該気相部S2の内周壁面に密着(図7参照)させる密着工程を実行した後、第1工程及び第2工程を順次実行するようになっている。
次に、第1の実施形態に係る圧力検出器Sの調整装置における制御部Eの制御について、図5のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、血液回路の所望位置に接続されたそれぞれの圧力検出器Sの接続ポートC3に配管部Kの一端(接続部Ka)を接続させる。なお、本実施形態においては、閉止部Aを開状態にて維持するとともに、動脈側血液回路1の先端(コネクタc)及び静脈側血液回路2の先端(コネクタd)は、穿刺針(a、b)が取り付けられておらず、大気開放状態とされている。よって、圧力検出器Sの調整時においては、気相部S2と同様、液相部S1に空気が充填されている。
そして、図6に示すように、電磁弁Bを開状態として(S1)、ポンプDを正回転駆動(α方向の回転駆動)させる(S2)ことにより、図7に示すように、気相部S2に対して空気を導出して膜部材Mを当該気相部S2の内周壁面に密着させる(密着工程)。かかるポンプDの駆動により、第1圧力検出部P1(又は第2圧力検出部P2)で検出される値が所定圧力(この場合、真空に近い所定の陰圧)に達したか否か判定され(S3)、所定圧力に達したと判定されると、S4に進む。
S4においては、図8に示すように、ポンプDを停止させるとともに、電磁弁Bを閉状態として流路を閉止することにより、気相部S2及び第2区域K2が成す空間と、第1区域K1の空間とをそれぞれ閉塞状態とする。その後、調整圧力取得部Nにより調整圧力が算出される(S5)。この調整圧力は、その後行われる予定の第1工程(S6、S7)及び第2工程(S8)を順次行ったとき、第1工程時の第1区域K1における圧力及び容積と第2工程時の気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2における圧力及び容積との関係(ボイルシャルルの法則に基づく関係)に基づき、膜部材Mを任意の初期位置とするための値である。
すなわち、調整圧力は、ボイルシャルルの法則(但し、温度Tは一定である故、ボイルの法則となる)により、以下の演算式により求めることができる。
(演算式1)
Pt=((V+V+V)/V)×P
(但し、Ptは第1工程における目標圧力である調整圧力、Pは膜部材Mが任意の初期位置にあるときの液相部S1の圧力(本実施形態においては血液回路の先端が大気開放のため1気圧(760mmHg))、Vは膜部材Mが初期位置にあるときの気相部S2の容積、Vは第2区域K2の容積、Vは第1区域K1の容積を示す。)
なお、本実施形態においては、動脈側血液回路1の先端(コネクタc)及び静脈側血液回路2の先端(コネクタd)が大気開放されているため、上述の如く、Pに1気圧(760mmHg)が入力されている。この大気圧は、本調整装置の設置環境(例えば海抜高度、気象等)に応じて変動するため、固定値(760mmHg)ではなく、設置環境に応じた値をPとして入力することによって、膜部材Mの初期位置をより正確に調整することができる。
その後、図9で示すように、電磁弁Bの閉状態を維持しつつポンプDを逆回転駆動(β方向の回転駆動)させる(S6)ことにより、閉塞状態の第1区域K1に空気を外部から導入させる(第1工程)。かかるポンプDの駆動により、第1区域K1に対する蓄圧が行われるとともに、第1圧力検出部P1で検出される値が調整圧力取得部Nで予め算出された調整圧力に達したか否か判定され(S7)、調整圧力に達したと判定されると、S8(第2工程)に進む。
S8においては、図10に示すように、ポンプDを停止させるとともに、電磁弁Bを開状態として流路の閉止を解除することにより、気相部S2、第2区域K2及び第1区域K1が成す空間を閉塞状態とする(第2工程)。これにより、第1工程で第1区域K1に蓄圧された空気が気相部S2に送られることとなり、膜部材Mを任意の初期位置(演算式1にて目標とされた位置)とすることができる。
以上により、圧力検出器Sの膜部材Mを任意の初期位置とすることができるので、動脈側血液回路1の先端及び静脈側血液回路2の先端にそれぞれ穿刺針(a、b)を取り付けて患者に穿刺した後、血液ポンプ4を駆動させることにより、血液回路による体外循環(脱血)が行われて所望の血液浄化治療が行われることとなる。かかる血液の体外循環時、電磁弁B(閉止部)を閉状態として第2区域K2を第1区域K1に対して閉止させることにより、第2圧力検出部P2によって血液回路の血液の圧力を検出させることができる。
次に、本発明に係る第2の実施形態について説明する。
本実施形態に適用される血液浄化装置は、第1の実施形態と同様、透析治療を行うための透析装置から成り、図1に示すように、動脈側血液回路1及び静脈側血液回路2から成る血液回路と、動脈側血液回路1の基端及び静脈側血液回路2の基端に接続され、血液回路を流れる血液を浄化するダイアライザ3(血液浄化器)と、血液ポンプ4と、複式ポンプ5と、除水ポンプ6と、圧力検出器Sと、配管部Kと、ポンプDと、電磁弁B(閉止部)と、制御部Eと、調整圧力取得部Nとを有して構成されている。なお、配管部K、ポンプD、電磁弁B(閉止部)、制御部E及び調整圧力取得部Nは、本実施形態に係る圧力検出器Sの調整装置を構成するもので、第1の実施形態と同様の構成である。しかるに、第1の実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する。
本実施形態に係る制御部Eは、ポンプD及び電磁弁B(閉止部)を制御可能なマイコン等から成り、電磁弁Bの閉止により第1区域K1を閉塞状態としつつポンプDを正回転駆動(図15のα方向の回転駆動)させて当該第1区域K1を所定の調整圧力とする第1工程(図15参照)と、ポンプDを停止させつつ電磁弁Bの閉止を解除して気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2を閉塞状態とする第2工程(図16参照)とを順次実行するものである。
本実施形態に係る調整圧力取得部Nは、第1工程時の第1区域K1における圧力及び容積と第2工程時の気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2における圧力及び容積との関係に基づき、膜部材Mを任意の初期位置とするための第1工程における調整圧力を取得(算出)し得るもので、例えばマイコン等の演算部から成る。また、本実施形態に係る調整圧力取得部Nにおいては、圧力及び容積の関係として、ボイルシャルルの法則(combined gas law)(理想気体の体積、圧力及び温度に関する法則)、特にボイルの法則(温度一定の条件下では圧力と体積が反比例する)に基づく関係が用いられる。
ここで、本実施形態に係る制御部Eは、第1工程として、調整圧力取得部Nで算出された調整圧力となるようにポンプDを駆動させ、第2工程を行わせることにより膜部材Mを任意の初期位置とし得るようになっている。すなわち、第1工程時、電磁弁Bの閉止により第1区域K1を閉塞状態としつつポンプDを正回転駆動(図15のα方向の回転駆動)させる際、当該第1区域K1を調整圧力取得部Nで算出された調整圧力に達するまで減圧を行わせ、その後、第2工程にてポンプDを停止させつつ電磁弁Bの閉止を解除して気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2を閉塞状態とすることにより、膜部材Mを任意の位置(初期位置)とすることができるのである。
また、本実施形態に係る制御部Eは、図12に示すように、ポンプDを逆回転駆動(同図のβ方向の回転駆動)させて気相部S2に対して空気を導入(すなわち、気相部S2を含む空間に大気開放部Kbから空気を吸入)することにより膜部材Mを液相部S1の内周壁面に密着(図13参照)させる密着工程を実行した後、第1工程及び第2工程を順次実行するようになっている。
次に、第2の実施形態に係る圧力検出器Sの調整装置における制御部Eの制御について、図11のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、血液回路の所望位置に接続されたそれぞれの圧力検出器Sの接続ポートC3に配管部Kの一端(接続部Ka)を接続させる。なお、本実施形態においては、閉止部Aを開状態にて維持するとともに、動脈側血液回路1の先端(コネクタc)及び静脈側血液回路2の先端(コネクタd)は、穿刺針(a、b)が取り付けられておらず、大気開放状態とされている。よって、圧力検出器Sの調整時においては、気相部S2と同様、液相部S1に空気が充填されている。
そして、図12に示すように、電磁弁Bを開状態として(S1)、ポンプDを逆回転駆動(β方向の回転駆動)させる(S2)ことにより、図13に示すように、気相部S2に対して空気を導入して膜部材Mを液相部S1の内周壁面に密着させる(密着工程)。かかるポンプDの駆動により、第1圧力検出部P1(または第2圧力検出部P2)で検出される値が所定圧力(この場合、所定の陽圧)に達したか否か判定され(S3)、所定圧力に達したと判定されると、S4に進む。
S4においては、図14に示すように、ポンプDを停止させるとともに、電磁弁Bを閉状態として流路を閉止することにより、気相部S2及び第2区域K2が成す空間と、第1区域K1の空間とをそれぞれ閉塞状態とする。その後、調整圧力取得部Nにより調整圧力が算出される(S5)。この調整圧力は、その後行われる予定の第1工程(S6、S7)及び第2工程(S8)を順次行ったとき、第1工程時の第1区域K1における圧力及び容積と第2工程時の気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2における圧力及び容積との関係(ボイルシャルルの法則に基づく関係)に基づき、膜部材Mを任意の初期位置とするための値である。
すなわち、調整圧力は、ボイルシャルルの法則(但し、温度Tは一定である故、ボイルの法則となる)により、以下の演算式により求めることができる。
(演算式2)
Pt=((V+V+V)×P−(VPOD+V)×P)/V
(但し、Ptは第1工程における目標圧力である調整圧力、Pは膜部材Mが任意の初期位置にあるときの液相部S1の圧力(本実施形態においては血液回路の先端が大気開放のため1気圧(760mmHg))、Vは膜部材Mが初期位置にあるときの気相部S2の容積、Vは第2区域K2の容積、Vは第1区域K1の容積、VPODは気相部及び液相部の合計容量、Pは、膜部材Mを液相部S1の内周壁面に密着させたときの第1圧力検出部P1で検出された圧力(S3の所定圧力)を示す。)
その後、図15で示すように、電磁弁Bの閉状態を維持しつつポンプDを正回転駆動(α方向の回転駆動)させる(S6)ことにより、閉塞状態の第1区域K1の空気を外部に導出させる(第1工程)。かかるポンプDの駆動により、第1区域K1に対する減圧が行われるとともに、第1圧力検出部P1で検出される値が調整圧力取得部Nで予め算出された調整圧力に達したか否か判定され(S7)、調整圧力に達したと判定されると、S8(第2工程)に進む。
S8においては、図16に示すように、ポンプDを停止させるとともに、電磁弁Bを開状態として流路の閉止を解除することにより、気相部S2、第2区域K2及び第1区域K1が成す空間を閉塞状態とする(第2工程)。これにより、第1工程で減圧された第1区域K1に気相部S2及び第2区域K2の空気が送られることとなり、膜部材Mを任意の初期位置(演算式2にて目標とされた位置)とすることができる。
以上により、圧力検出器Sの膜部材Mを任意の初期位置とすることができるので、動脈側血液回路1の先端及び静脈側血液回路2の先端にそれぞれ穿刺針(a、b)を取り付けて患者に穿刺した後、血液ポンプ4を駆動させることにより、血液回路による体外循環(脱血)が行われて所望の血液浄化治療が行われることとなる。かかる血液の体外循環時、電磁弁B(閉止部)を閉状態として第2区域K2を第1区域K1に対して閉止させることにより、第2圧力検出部P2によって血液回路の血液の圧力を検出させることができる。
上記第1の実施形態及び第2の実施形態によれば、ポンプD及び電磁弁B(閉止部)を制御可能であり、電磁弁Bの閉止により第1区域K1を閉塞しつつポンプDを駆動させて当該第1区域K1を所定の調整圧力とする第1工程と、電磁弁Bの閉止を解除して気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2を閉塞する第2工程とを順次実行する制御部Eと、第1工程時の第1区域K1における圧力及び容積と第2工程時の気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2における圧力及び容積との関係に基づき、膜部材Mを任意の初期位置とするための第1工程における調整圧力を取得する調整圧力取得部Nとを具備するとともに、制御部Eは、第1工程として、調整圧力取得部Eで算出された調整圧力となるようにポンプDを駆動させた後、第2工程を実行することにより膜部材Mを任意の初期位置とし得るので、膜部材Mの初期位置を任意に調整することができる。
特に、圧力及び容積の関係は、ボイルシャルルの法則(ボイルの法則)に基づく関係であるので、比較的平易な演算式にて調整圧力を算出させることができる。なお、温度変化が激しい環境下で膜部材Mの初期位置を調整する場合、温度Tを演算式のパラメータとするのが好ましい。さらに、本実施形態に係る制御部Eは、ポンプDを駆動させて気相部S2に対して空気を導入又は導出することにより膜部材Mを当該気相部S2の内周壁面、又は液相部S1の内周壁面に密着させる密着工程を実行した後、第1工程及び第2工程を順次実行するので、密着工程により膜部材Mを内周壁面に固定させることができ、その後の第1工程において膜部材Mが変位してしまうのを防止することができる。
加えて、本実施形態においては、調整圧力取得部Nは、第1工程時の第1区域K1における圧力及び容積と第2工程時の気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2における圧力及び容積との関係に基づいて調整圧力を算出するので、予めテーブル等を用意する必要がなく、膜部材Mの初期位置を容易に調整することができる。なお、本実施形態に係る調整圧力取得部Nは、第1区域K1及び第2区域K2における圧力及び容積との関係に基づいて調整圧力を算出しているが、予め用意したテーブル等を参照して調整圧力を取得するようにしてもよい。
また、第1区域K1の圧力を検出する第1圧力検出部P1を有するので、第1圧力検出部P1にて検出される圧力に基づいて、第1工程時において第1区域K1を精度よく調整圧力とすることができる。またさらに、本実施形態においては、第1区域K1の圧力を検出し得る第1圧力検出部P1に加え、第2区域K2の圧力を検出し得る第2圧力検出部P2を有するので、膜部材Mの初期位置調整時において第1圧力検出部P1にて圧力を検出させた後、血液(液体)の圧力の検出時において第2圧力検出部P2にて圧力を検出させることができる。
これにより、電磁弁Bにて配管部Kを閉止することにより、気相部S2に連通した空間を第2区域K2に限定させることができるとともに、その第2区域K2の圧力を第2圧力検出部P2で検出することができるので、血液(液体)の圧力の検出時、膜部材Mの変位に応じて素早く圧力変化を検出することができ、応答性を向上させることができる。また、第2区域K2を閉塞状態として第2圧力検出部P2にて血液(液体)の圧力を検出することができるので、膜部材Mの初期位置調整時、第1区域K1を複数の圧力検出器Sに亘って共用させることができる。
しかるに、第1圧力検出部P1により、膜部材Mの初期位置調整時における第1区域K1の圧力検出と、治療時における第1区域K1の血液の圧力検出との両方を行わせるようにしてもよい。この場合、第1圧力検出部P1によって初期位置調整時の圧力検出及び血液の圧力検出を共用できるので、第2圧力検出部P2を不要とすることができ、部品点数の削減及びコストの低減を図ることができる。
また、本実施形態に係るポンプDは、配管部Kをその長手方向に扱いて空気を送り出し可能なしごき型ポンプから成るので、ポンプDの停止時に配管部Kを閉止することができ、第1工程時において第1区域K1を閉塞状態とする際に別個の閉止部を必要としない。なお、しごき型ポンプから成るポンプDに代えて他のポンプ(例えば、シリンジポンプ等)とすることができ、その場合、大気開放部Kbに近接した位置に設けられた別個の閉止(本実施形態においては、閉止部A)を用いることができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
本実施形態は、上記第1の実施形態又は第2の実施形態における膜部材Mの初期位置設定より前に行われるものであり、当該初期位置設定(密着工程、第1工程、第2工程等)が実行されることを前提としている。すなわち、本実施形態に係る調整圧力取得部Nは、第1工程時の第1区域K1における圧力及び容積と第2工程時の気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2における圧力及び容積との関係に基づき、第1区域K1又は第2区域K2の実際の容量を算出し得るようになっている。
本実施形態における具体的な制御について、図17のフローチャートに基づいて説明する。なお、必要に応じて、第1の実施形態等で用いられた図面を流用する。
先ず、血液回路の所望位置に接続されたそれぞれの圧力検出器Sの接続ポートC3に配管部Kの一端(接続部Ka)を接続させる。なお、本実施形態においては、閉止部Aを開状態にて維持するとともに、動脈側血液回路1の先端(コネクタc)及び静脈側血液回路2の先端(コネクタd)は、穿刺針(a、b)が取り付けられておらず、大気開放状態とされている。
そして、図6に示すように、電磁弁Bを開状態として(S1)、ポンプDを正回転駆動(α方向の回転駆動)させる(S2)ことにより、図7に示すように、気相部S2に対して空気を導出して膜部材Mを当該気相部S2の内周壁面に密着させる。かかるポンプDの駆動により、第1圧力検出部P1(または第2圧力検出部P2)で検出される値が所定圧力(この場合、真空に近い所定の陰圧)に達したか否か判定され(S3)、所定圧力に達したと判定されると、S4に進む。
S4においては、図8に示すように、ポンプDを停止させるとともに、電磁弁Bを閉状態として流路を閉止することにより、気相部S2及び第2区域K2が成す空間と、第1区域K1の空間とをそれぞれ閉塞状態とする。その後、図9で示すように、電磁弁Bの閉状態を維持しつつポンプDを逆回転駆動(β方向の回転駆動)させる(S5)ことにより、閉塞状態の第1区域K1に空気を外部から導入させる。かかるポンプDの駆動により、第1区域K1に対する蓄圧が行われるとともに、第1圧力検出部P1で検出される値が所定圧力に達したか否か判定され(S6)、所定圧力に達したと判定されると、S7に進む。
S7においては、図10に示すように、ポンプDを停止させるとともに、電磁弁Bを開状態として流路の閉止を解除することにより、気相部S2、第2区域K2及び第1区域K1が成す空間を閉塞状態とする。これにより、第1工程で第1区域K1に蓄圧された空気が気相部S2に送られることとなる。そして、電磁弁Bを閉状態とさせた後、液相部S1に対して任意の圧力を付与することにより、測定可能な圧力の幅(圧力レンジ)を検出し(S8)、その圧力レンジに基づいて膜部材Mが初期位置にあるときの気相部S2の容量を求める(S9)。
すなわち、圧力レンジ(mmHg)と膜部材Mが初期位置にあるときの気相部S2の容量(mL)とは、図18に示すような関係が認められることから、この関係を用いることにより、気相部S2の容量を求めることができるのである。そして、S5、S6の空気の蓄圧状態と、S7の蓄圧した空気の解放状態との間の関係であるボイルシャルルの法則(但し、温度Tは一定である故、ボイルの法則となる)により、以下の演算式が成り立つので、当該演算式に基づいて第1区域K1の実際の容量を求めることができるのである。
Vpump=Patm/(Paccum−Patm)×(Vpod+Vair)
(但し、Vpumpは第1区域K1の実際の容量、Vairは圧力レンジから求められた気相部S2の容量、Vpodは第2区域K2の容量(設計値)、PaccumはS6で蓄圧された空気の圧力(所定圧力)、Patmは大気圧(760mmHg)を示している。)
また、上記演算式においては、第2区域K2の容量(Vpod)が設計値であると仮定して第1区域K1の実際の容量(Vpump)を求めているが、第1区域K1の容量(Vpump)が設計値であると仮定して第2区域K2の実際の容量(Vpod)を求めるようにしてもよい。なお、本実施形態においては、第1区域K1の容量が、第2区域K2の容量に比べて極めて大きく設定されており、その誤差の影響が大きいことから、第2区域K2の容量(Vpod)が設計値であると仮定して第1区域K1の実際の容量(Vpump)を求めるのが好ましい。
上記実施形態によれば、調整圧力取得部Eは、第1工程時の第1区域K1における圧力及び容積と第2工程時の気相部、第1区域及び第2区域における圧力及び容積との関係に基づき、第1区域K1又は第2区域K2の実際の容量を算出し得るので、膜部材Mを任意の初期位置とする際、第1区域K1又は第2区域K2の寸法誤差による影響を軽減することができ、精度を向上させることができる。
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば動脈側血液回路1の先端及び静脈側血液回路2の先端を大気開放させた状態に限らず、それぞれを閉止又は先端同士を連結した状態で第1工程及び第2工程を行うようにしてもよい。その場合、演算式1及び演算式2のPは液相部S1の所定の圧力値(使用時に予想される圧力)を入力する必要がある。
また、本実施形態においては、密着工程を経ることにより膜部材Mを固定して第1工程を行わせるよう構成しているが、膜部材Mを他の方法で固定させて密着工程を経ないものとしてもよい。さらに、本実施形態においては、調整圧力取得部Nで用いられる圧力及び容積の関係としてボイルシャルルの法則(ボイルの法則)に基づく関係とされているが、第1工程及び第2工程を経ることにより成り立つ他の関係を用いるようにしてもよい。
また、本実施形態にかかる配管部Kは、他端が大気開放されているが、気体を導入又は導出可能とされていれば、所定の気体(空気以外のガス含む)を収容したガス室等に接続されたものであってもよい。この場合、気相部S2、第1区域K1及び第2区域K2に対して導入又は導出する空気に代えて、他の所定の気体となる。さらに、本実施形態においては、第1圧力検出部P1にて第1区域K1の流路の圧力を検出して所定の調整圧力としているが、所定の調整圧力とするために必要なポンプDの駆動量(ロータの回転やショット数等)を予め記憶しておき、第1工程時にポンプDを当該駆動量にて実行させるようにしてもよい。なお、本実施形態においては、血液浄化装置における血液回路の血液の圧力を測定対象としているが、他の液体を測定対象とした圧力検出器Sの調整装置としてもよい。
ポンプ及び閉止部を制御可能であり、閉止部の閉止により第1区域を閉塞しつつポンプを駆動させて当該第1区域を所定の調整圧力とする第1工程と、閉止部の閉止を解除して気相部、第1区域及び第2区域を閉塞する第2工程とを順次実行する制御部と、第1工程時の第1区域における圧力及び容積と第2工程時の気相部、第1区域及び第2区域における圧力及び容積との関係に基づき、第1工程における調整圧力を取得する調整圧力取得部とを備え、制御部は、第1工程として、調整圧力取得部で算出された調整圧力となるようにポンプを駆動させた後、第2工程を実行することにより膜部材を任意の初期位置とし得る圧力検出器の調整装置であれば、他の形態及び用途のものにも適用することができる。
1 動脈側血液回路
2 静脈側血液回路
3 ダイアライザ(血液浄化器)
4 血液ポンプ
5 複式ポンプ
6 除水ポンプ
La 透析液導入ライン
Lb 透析液排出ライン
C ケース
M 膜部材
S 圧力検出器
S1 液相部
S2 気相部
K 配管部
K1 第1区域(配管部)
K2 第2区域(配管部)
Ka 接続部(一端)
Kb 大気開放部(他端)
D ポンプ
B 電磁弁(閉止部)
P1 第1圧力検出部
P2 第2圧力検出部
E 制御部
N 調整圧力取得部

Claims (8)

  1. 液体の流路に接続可能なケースと、
    該ケース内に取り付けられ、前記流路の液体を充填し得る液相部と、気体を充填し得る気相部とを区画するとともに、前記液相部に充填された液体の圧力に応じて変位可能な膜部材と、
    を具備し、前記気相部の圧力を検出することにより前記流路における液体の圧力を検出する圧力検出器の調整装置であって、
    前記気相部と接続可能な接続部が一端に形成されるとともに、他端から気体を導入又は導出可能な配管部と、
    前記接続部を介して接続された前記配管部及び気相部における流路に対して当該配管部の他端を介して気体を導入又は導出させるポンプと、
    前記配管部の流路における所定位置を閉止可能であり、当該閉止によって前記他端側の第1区域と、前記一端側の第2区域とに前記配管部の流路を区画可能な閉止部と、
    前記ポンプ及び閉止部を制御可能であり、前記閉止部の閉止により前記第1区域を閉塞しつつ前記ポンプを駆動させて当該第1区域を所定の調整圧力とする第1工程と、前記閉止部の閉止を解除して前記気相部、第1区域及び第2区域を閉塞する第2工程とを順次実行する制御部と、
    前記第1工程時の前記第1区域における圧力及び容積と前記第2工程時の前記気相部、第1区域及び第2区域における圧力及び容積との関係に基づき、前記第1工程における前記調整圧力を取得する調整圧力取得部と、
    を備え、前記制御部は、前記第1工程として、前記調整圧力取得部で取得した前記調整圧力となるように前記ポンプを駆動させた後、前記第2工程を実行することにより前記膜部材を前記調整圧力に応じた位置とすることを特徴とする圧力検出器の調整装置。
  2. 前記圧力及び容積の関係は、ボイルシャルルの法則であることを特徴とする請求項1記載の圧力検出器の調整装置。
  3. 前記制御部は、前記ポンプを駆動させて前記気相部に対して気体を導入又は導出することにより前記膜部材を当該気相部の内周壁面、又は前記液相部の内周壁面に密着させる密着工程を実行した後、前記第1工程及び第2工程を順次実行することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の圧力検出器の調整装置。
  4. 前記第1区域の圧力を検出する第1圧力検出部を有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1つに記載の圧力検出器の調整装置。
  5. 前記第1圧力検出部に加え、前記第2区域の圧力を検出する第2圧力検出部を有することを特徴とする請求項4記載の圧力検出器の調整装置。
  6. 前記ポンプは、前記配管部をその長手方向に扱いて気体を送り出し可能なしごき型ポンプであることを特徴とする請求項1〜5の何れか1つに記載の圧力検出器の調整装置。
  7. 前記調整圧力取得部は、前記第1工程時の前記第1区域における圧力及び容積と前記第2工程時の前記気相部、第1区域及び第2区域における圧力及び容積との関係に基づいて前記調整圧力を算出することを特徴とする請求項1〜6の何れか1つに記載の圧力検出器の調整装置。
  8. 前記調整圧力取得部は、前記第1工程時の前記第1区域における圧力及び容積と前記第2工程時の前記気相部、第1区域及び第2区域における圧力及び容積との関係に基づき、前記第1区域又は第2区域の実際の容量を算出することを特徴とする請求項1〜7の何れか1つに記載の圧力検出器の調整装置。
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