JP6968156B2 - 弾性バッグ内の液体の量を測定するためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、弾性バッグ内の液体の量を測定するためのシステムであって、弾性バッグは、液体によって形成された液相に加えて気相を有し、弾性バッグの作動位置において、弾性バッグから液体を回収するための液体開口部が弾性バッグの下方領域に形成されている、システムであって、弾性バッグの対向する壁に当接し、互いから離間されている少なくとも２つの押し要素と、少なくとも１つの押し要素を駆動するように構成されている少なくとも１つの駆動ユニットであって、少なくとも１つの押し要素を駆動させることによって前記少なくとも２つの押し要素を互いに向かって移動させることができる少なくとも１つの駆動ユニットと、少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つのセンサおよび少なくとも１つの駆動ユニットと通信するように構成された制御ユニットと、を有するシステムに関する。

米国特許第６，４９１，６６１号明細書は、弾性バッグと、２つのプレート形態の押し要素と、２つのばねと、１つの弁と、１つの圧力センサと、２つの駆動ユニットとを含む注入装置用の圧力調整システムを開示している。弾性バッグは、可撓性のホースを介する弾性バッグの液体開口部への取り付けを介して弁に接続されている。一方のプレートは可動式に取り付けられ、他方のプレートは、詳細には説明されていない追加の要素を使用して固定されており、この場合、２つの駆動ユニットは可動式に取り付けられたプレートを駆動するように構成されている。プレートは互いに平行に配置され、弾性バッグの対向する壁に当接し、これにより弾性バッグはプレートの間で締め付けられている。可動式に取り付けられたプレートを２つの駆動ユニットを利用して駆動させることによってプレート間の距離を縮小させることによって、バッグ内の圧力、したがって液体が弾性バッグから排出されるときの液圧が増大されてよく、この場合圧力センサと、一体式のコントローラとを利用して所定の圧力が弾性バッグ内で維持されてよい。圧力調整システムは、弾性バッグからの液体の排出量を測定する体積流量センサをさらに有し、それによって弾性バッグからすでに排出された液体の量を計算することができる。

同様の圧力調整システムは、米国特許出願公開第２０１４／０１１４２３６号明細書からも知られている。

米国特許第６，４９１，６６１号明細書および米国特許出願公開第２０１４／０１１４２３６号明細書から知られている圧力調整システムでは、弾性バッグからの液体の排出速度を測定するために、液体が体積流量センサを通って流れなければならないという点が不利であることが分かっている。その結果、これは、液体の種類の変更後、および体積流量センサ内の残留物による液体の汚染を防止するために毎回の使用後に洗浄または交換しなければならない。

この欠点を克服するために、弾性バッグ内の液面を測定するように構成されたセンサをバッグの外側に取り付ける試みが最初になされており、これにより弾性バッグの容積が分かっているとき、弾性バッグ内の液体の量をそれに基づいて計算することができる。したがって、液面の表示の正確さは、バッグに付けられているセンサの数に左右される。しかしながら、多数のセンサの場合には、個々のセンサの故障がすぐに検出されず、それによってそれ以上弾性バッグ内の液体レベルを正確に決定することができない可能性が高い。そのようなシステムはさらに、センサの数が多いために高価である。

本発明の課題は、従来技術の欠点を克服し、液体と直接接触せずに少ない数のセンサによって弾性バッグ内の液体量を判定することができる、弾性バッグ内の液体量を測定するためのシステムを提供することである。

本発明によれば、この課題は、気相内に延びるガス開口部を有する弾性バッグと、弾性バッグ内の液体の液面を測定するように構成された少なくとも１つのセンサとによって解決され、この場合、制御ユニットは、液面、および少なくとも２つの押し要素の間の距離に基づいて弾性バッグ内の液体の量を計算するように構成されており、弾性バッグ内の液体の液面は、少なくとも１つの駆動ユニットによって少なくとも２つの押し要素の間の距離を縮小させることによって変更されてよい。

この方法において、十分な精度で弾性バッグ内の液面を判定するために、少数のセンサ、より具体的には少なくとも１つのセンサしか必要としないという利点が得られる。少なくとも１つのセンサは、押し要素内で、または弾性バッグの壁の上に直接のいずれかで、弾性バッグの特定の高さに有利に適用される。少なくとも１つのセンサが、例えば、弾性バッグの壁の半分の高さに取り付けられている場合、それは、液体レベルが半分に低下し、弾性バッグが半分空になったときに信号を送る。その場合、制御ユニットによって、少なくとも２つの要素の間の距離が縮小され、それによって弾性バッグが圧縮され、それによりたとえ弾性バッグ内の液体の量が少なくなっていたとしても、このとき弾性バッグ内の液面が再び持ち上げられることになる。その結果、システムの進歩的な実施形態により、液体の量の測定がより正確になり、少なくとも２つの押し要素の間の距離はより縮小される。

少なくとも１つのセンサは、容量センサまたは光学センサによって有効に形成されている。少なくとも１つの静電容量センサが使用される場合、そのセンサ素子は弾性バッグの反対側の壁に有利に適用されるであろう。別の一実施形態では、センサ素子はまた、押し要素の中にそれぞれ配置されてもよい。

複数のセンサが存在する場合、センサは、作動位置において本質的に垂直軸に沿って互いに等間隔で少なくとも１つの押し要素上に有利に配置される。複数のセンサが使用される場合、システムの精度はさらに向上する可能性があり、この場合、システムは、従来技術から知られているシステムと比べて、同数のセンサで常により正確に機能することになる。

弾性バッグは、好ましくは本質的に平面形状を有する。とりわけ好ましくは、弾性バッグはプラスチックフィルムから形成され、それは折り畳まれ、その縁部でシールされている。この方法において、有利には同様に平面形状を有し、好ましくはプレートによって形成される押し要素が、弾性バッグの壁に平面的に当接するという利点が得られる。プレートが弾性バッグの壁に当接するプレートの面積は、壁の面積と同じかそれより大きいことが有効である。プレートは、互いに平行にかつ弾性バッグと平行に配置されるのが好ましい。この方法において、プレートが互いに向かって移動する場合、このとき弾性バッグ全体が圧縮され、弾性バッグの膨らみが大幅に防止され得るという利点が得られる。弾性バッグは、いくつかの小さな残留物は別にして完全に空にすることができ、それによって不必要な液体の浪費を防ぐという利点がさらに与えられる。

ガス開口部は、弾性バッグの作動位置において弾性バッグの上側から気相内に突出する第１の管によって形成されているか、または弾性バッグの作動位置において弾性バッグの下側から気相内に突出する第１の管によって形成されていることが好ましい。液体開口部は有利には第２の管によって形成されている。ガス開口部および液体開口部が管として形成されていることによって、これらは、折り畳まれ縁部でシールされたプラスチックフィルムから形成された弾性バッグの場合、非常にたやすく折り畳まれたプラスチックフィルムの間に置かれ、製造時にそれと共にシールされる。第１の管が弾性バッグの下側から気相内に突出する場合、ガス開口部と液体開口部が一方の側、すなわち弾性バッグの作動位置において弾性バッグの下側に配置され、これにより弾性バッグの取り扱いが容易になるという利点が得られる。

このシステムは、通信のために制御ユニットに接続され、弾性バッグのガス開口部に接続される通気ユニットを有効に有する。この方法において、弾性バッグ内の液圧が、押し要素の動きとは無関係に制御ユニットによって制御される通気ユニットによって調節され得るという利点が得られる。

本発明によるシステムの別の有利な実施形態は、図面を用いて以下により詳細に説明される。

図１は、本発明によるシステムの第１の実施形態を概略側面図で示す図である。 図２は、本発明によるシステムの第１の実施形態を概略側面図で示す図である。 図３は、図１による本発明によるシステムの第１の実施形態を概略側面図で示す図である。 図４は、本発明によるシステムの別の実施形態を概略側面図で示す図である。 図５は、本発明によるシステムの別の実施形態を概略側面図で示す図である。 図６は、眼科手術装置に使用されるときの本発明によるシステムの別の実施形態を概略図で示す図である。

図１および図２は、それぞれ、本発明によるシステム１の第１の実施形態を概略側面図で示している。システム１は、プレート２によって形成された２つの押し要素と、弾性バッグ３と、駆動ユニット４と、制御ユニット５と、通気ユニット６と、１０個のセンサ７とを備えている。弾性バッグ３は、液相８と、気相９とを有し、その作動位置ではそれは垂直に配向されている。液相８の液体は、例えば注入液、特に食塩水、または灌注液によって形成することができる。気相９のガスは有利には空気によって形成されている。弾性バッグ３は、下方領域に注入開口部と、液体開口部とを有し、この液体開口部は第２の管１０によって形成され、そこを通して液体を弾性バッグ３の液相８から排出することができる。注入開口部は図３に示されており、例えば外科的介入の開始前に弾性バッグ３内の液体に添加すべき液体または添加剤を注入するのに役立つ。注入開口部は第３の管１４によって形成されている。弾性バッグ３の上方領域にはガス開口部が形成され、このガス開口部は第１の管１１によって形成されている。第１の管１１は、弾性バッグ３の気相９の中に延びており、通気ユニット６に接続されている。プレートは、弾性バッグ３の対向する壁にそれぞれ当接するように、互いに平行にかつ互いに距離を置いて配置されている。その結果、弾性バッグ３はプレート２の間で締め付けられて配置される。一方のプレート２は固定され、他方のプレート２は可動式に取り付けられており、可動式に取り付けられたプレート２は、プレート２が互いに向かって移動されてよく、これによりプレート２の間の距離２１が縮小され得るように駆動ユニット４によって駆動されてよい。駆動ユニット４は、電気モーターによって駆動されるラックアンドピニオン駆動装置、電気モーターによって駆動されるねじ付きバーの駆動装置、空気圧駆動式シリンダーまたは油圧駆動式シリンダーによって有利に形成される。

センサ７ならびに通気ユニット６および駆動ユニット４は通信のために制御ユニット５に接続されている。明確にするために、図１および図２では、１０個すべてのセンサ７が制御ユニット５に接続されているわけではない。センサ７は光学センサによって形成され、この場合、そのプローブ先端が液相８の領域でバッグ３に当接した場合、これらはセンサ信号を発して液体の検出を示す。そのような光学センサは当業者に知られている。センサ７は、システム１の作動位置における垂直軸に沿って互いに等間隔でプレート２上に配置されている。その結果、弾性バッグ３内の液面１３を、センサ７を用いて制御ユニット５によって検出することができる。

通気ユニット６は、比例圧力弁と、周囲空気を圧縮するための圧縮機ユニットとを備える。

第１の管１１にも第２の管１０および第３の管１４にも、それぞれ破損防止手段１２が形成されており、この場合、管１０、１１および１４は、破損防止手段１２が座屈した場合のみ、外科的介入での使用が許可されることになる。

以下では、本発明によるシステム１の機能モードがより詳細に説明されており、この場合、液体で完全に満たされた弾性バッグ３が想定されている。この目的のために、プレート２の間に新たに充填された弾性バッグ３を配置するか、またはプレート２の間にすでに配置されている弾性バッグ３に第３の管１４を介して補助装置によって液体を再充填する。

通気ユニット６の比例圧力弁を利用して、弾性バッグ３内の圧力は、制御ユニット５によって制御される弾性バッグ３内へのガスの供給および／または弾性バッグ３からのガスの排出によって調整される。弾性バッグ３内の圧力はこれにより、制御ユニット５において直接調節されることが有利である。第２の管１０の中の液圧は、液体の重量のために、弾性バッグ３内の比例圧力弁によって調整された圧力よりもわずかに高く、この場合、第２の管１０からの望ましくない漏れを防ぐために、通気ユニット６によって一時的に、周囲圧力より低い圧力が弾性バッグ３に対して加えられてもよい。第２の管１０に接続された追加の弁を設けることによって、この機能は省略される場合もある。システム１では、液体の排出は通気ユニット６によってのみ制御され、この場合、弾性バッグ３内の液体の量に応じて、すでに周囲圧力よりわずかに高い圧力または周囲圧力に等しい圧力が、弾性バッグ３から液体を排出するのに十分であろう。センサ７は、第２の管１０からの液体の排出中に液面１３を連続的に検出し、それが所定の液面１３を下回った場合、制御ユニット５は、プレート２の間の距離２１を縮小するために、駆動ユニット４を制御してプレート２を互いに向かって移動させる。プレート２を互いに向かって移動させることによって、弾性バッグ３の容積が低下し、その結果、気相９の体積も低下する。

図１に示された本発明によるシステム１では、液面１３はその半分まで降下しており、弾性バッグ３は半分しか充填されていない。図２に示す本発明によるシステム１では、図１による距離２１に対してプレート２間の距離２１が半分に縮小され、それによって液面１３は再び弾性バッグ３の頂部まで上昇している。液面１３がその後再びその半分に降下した場合、弾性バッグ３は依然として元の液体の量の４分の１の液体で満たされることになる。このプロセスは、弾性バッグ３が空になるまで、または弾性バッグ３が所定量まで空けられるまで続けられる。

制御ユニット５は、プレート２の間の距離２１と、センサ７によって測定された液面１３の位置とを知ることによって、弾性バッグ３内に存在する液体の量を検出するように構成されており、この場合、存在する液体の量の測定精度は、距離２１が縮小するのに伴って高まることになる。プレート２を互いに向かって移動させ、その結果としてプレート２の間の距離２１を縮小させることは、気相９の体積を減少させ、それによって圧力が変化した場合のシステム１の慣性が阻止されるだけでなく、一定の数のセンサ７による、弾性バッグ３内にまだ存在している液体の量の測定精度も高まることになる。

別の一実施形態では、センサ７は静電容量センサによって形成され、この場合それぞれ１つの静電容量センサが２つのセンサ素子を有し、それらはそれぞれプレート２において互いに反対側に取り付けられている。

図３は、図１による本発明によるシステム１の第１の実施形態を概略断面図で示している。弾性バッグ３は、折り畳まれプラスチックフィルムの縁部１５でシールされた一体型のプラスチックフィルムからなる。

図４は、本発明によるシステム１６の別の一実施形態を概略正面図で示す。システム１６は、ばね１８の形態の伸張要素を有するという点で、図１〜図３に示されているシステム１とは異なる。弾性バッグ３は、プレート２が互いに向かって移動される際、ばね１８によって、可動式に取り付けられたプレート２の動きに対して横方向に伸張され、それによって弾性バッグ３がつぶれたり、折り畳まれたりすることがそれぞれ防止され、これにより本質的にその形状を保持する。

システム１６では、ガス開口部を形成する第１の管１７が弾性バッグ３の下側から気相９内にさらに延びている。この方法において、すべての接続部が弾性バッグ３の一方の側に配置されるという利点が得られる。

図５は、本発明によるシステム１９の別の実施形態を概略正面図で示す。システム１９は側壁２０を有するという点で図１に示すシステムと異なる。側壁２０はそれぞれ、補助要素、特にフレームに固定されており、それらは別のプレートによって形成されており、この場合駆動されるプレート２は別のプレートに対して移動することができる。これは、高圧の場合にも弾性バッグ３の横方向の撓みまたは弾性バッグ３の膨らみが防止されるという利点をもたらし、この場合、高圧の場合に液圧もまた十分に調整することができ、弾性バッグ３の膨張によるシステム１９の慣性を生じさせることがない。

図６は、眼科手術装置２２に使用されるときの本発明によるシステム２８の別の一実施形態を概略図で示す。システム２８は、システム２８において通気ユニットが単純なフィルタ２７によって形成されているという点で、図１〜図３に示されているシステム１とは異なる。

眼科手術装置２２は、システム２８に加えて手術器具ホルダ２３を備え、手術器具ホルダ２３はホース２５を介して第２の管１０に直接接続されており、図示しない制御弁を有する。制御弁は、例えば、電磁弁によって形成することができ、眼球２６内に吐出される液体の量は制御弁によって調整される。眼球２６内への液体の放出中、周囲空気がフィルタ２７を介して弾性バッグ３に流入し、距離２１が縮小されると、空気はフィルタ２７を介して弾性バッグ３から周囲に放出される。外科的介入に必要な洗浄圧力は、弾性バッグ３と、手術器具ホルダ２３との間の高さの差によって得られる。弾性バッグ３内の液体の量は、制御ユニット５によって、センサ７およびプレート２間の距離２１を介して連続的に検出され、それが弾性バッグ３内の所定の液体量を下回ると、制御ユニット５は警告信号を発することになる。

別の一実施形態では、通気ユニット６は、制御ユニット５によって制御され得る弁によって形成されている。

液体の量を測定するための本発明による装置は、最も多様な技術分野の複数の装置において充填レベルインジケータとして使用され得ることに留意されたい。そのような充填レベルインジケータは、例えば、自動車内のフロントガラス洗浄液の充填レベルを測定するために、またはソーダ機械内のソフトドリンクの充填レベルを測定するために使用することができる。搾乳機の場合には、すでに搾乳されているミルクの量を測定することができ、そして尿バッグの場合には、患者によってすでに排泄されている尿の量を測定することができる。

制御ユニットはまた、互いに異なる間隔で配置されているセンサのセンサ信号を処理することもでき、測定の分解能は、互いにより近づけて配置されているセンサによって特定の液面に対してさらに高めることができる。例えば、バッグの中間の高さにおいてのみ互いに近接して複数のセンサを配置することができ、この場合、押し要素の位置は、液面がこれらのセンサの測定領域内に常に維持されることを確実にする。この方法において、より少ないセンサを用いて非常に高い測定分解能を達成することができるという利点が得られる。

Claims (9)

1. 弾性バッグ（３）内の液体の量を測定するためのシステム（１、１６、１９、２８）であって、前記弾性バッグ（３）は、前記液体によって形成された液相（８）に加えて気相（９）を有しており、前記弾性バッグ（３）の作動位置において、前記弾性バッグ（３）から液体を回収するための液体開口部（１０）が前記弾性バッグ（３）の下方領域に形成されている、システム（１、１６、１９、２８）であって、
   前記弾性バッグ（３）の対向する壁に当接し、互いから離間されている少なくとも２つの押し要素と、
   少なくとも１つの押し要素を駆動させるように構成された少なくとも１つの駆動ユニット（４）であって、少なくとも１つの押し要素を駆動させることによって前記少なくとも２つの押し要素を互いに向かって移動させることができる少なくとも１つの駆動ユニット（４）と、
   少なくとも１つのセンサ（７）と、
   前記少なくとも１つのセンサ（７）および前記少なくとも１つの駆動ユニット（４）と通信するように構成されている制御ユニット（５）と、を有し、
   前記弾性バッグ（３）は前記気相（９）内に延びるガス開口部を有し、前記少なくとも１つのセンサ（７）は、前記弾性バッグ内の液面（１３）を測定するように構成されており、前記制御ユニット（５）は、前記液面（１３）と、前記少なくとも２つの押し要素の間の距離（２１）とに基づいて前記弾性バッグ（３）内の液体の量を計算するように構成されており、前記弾性バッグ（３）内の前記液体の前記液面（１３）は、前記少なくとも１つの駆動ユニット（４）によって前記少なくとも２つの押し要素の間の前記距離（２１）を縮小させることによって変更可能であることを特徴とする、システム（１、１６、１９、２８）。
2. 前記少なくとも１つのセンサ（７）は、容量センサまたは光学センサによって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１、１６、１９、２８）。
3. 複数のセンサ（７）が存在する場合、前記センサ（７）は、前記システム（１、１６、１９、２８）の作動位置における本質的な垂直軸に沿って互いに等間隔で、少なくとも１つの押し要素上に配置されているか、または前記弾性バッグ（３）上に適用されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のシステム（１、１６、１９、２８）。
4. 前記弾性バッグ（３）は、本質的に平面形状を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のシステム（１、１６、１９、２８）。
5. 前記弾性バッグ（３）は、折り畳まれ、その縁部（１５）でシールされたプラスチックフィルムから形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のシステム（１、１６、１９、２８）。
6. 前記ガス開口部は、前記弾性バッグ（３）の作動位置において、前記弾性バッグ（３）の上側から前記気相（９）内に突出する、または前記弾性バッグ（３）の作動位置において前記弾性バッグ（３）の下側から前記気相（９）内に突出する第１の管（１１、１７）によって形成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のシステム（１、１６、１９、２８）。
7. 前記少なくとも２つの押し要素は、互いに平行に配置されたプレート（２）によって形成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のシステム（１、１６、１９、２８）。
8. システム（１、１６、１９）は、通信のために前記制御ユニット（５）に接続され、前記弾性バッグ（３）の前記ガス開口部に接続する通気ユニット（６）を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載のシステム（１、１６、１９）。
9. 請求項１から８のいずれかに記載のシステム（１、１６、１９、２８）を有する、気相（９）を有する弾性バッグ（３）内の液体の量を測定するための方法であって、それが前記弾性バッグ（３）内の所定の液面（１３）を下回るまで下がった場合、前記少なくとも１つの駆動ユニット（４）は、前記少なくとも２つの押し要素の間の前記距離（２１）を縮小するように制御されることを特徴とする、方法。

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