JPH01297076A - 薬剤注入システムのための流体供給制御／モニタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［関連米国特許出願］ 本願は９件の米国特許出願に関連した出願である。それ
らの特許出願の出願番号と発明の名称とは以下のとおり
である。

米国特願第１２７，３３３号、［薬剤注入システムの使
い捨て式カセット（Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅ　Ｃａ５ｓｅ
ｔ−ｔｅ　ｆｏｒ　ａ　ＩＪｅｄｉｃａｔｉｏｎ　Ｉｎ
ｆｕｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　）　Ｊ、米国特願第１２
７，３５０号、「薬剤注入システムのピストン・キャッ
プ及びブーツ・シール（Ｐｉｓｔｏｎ　Ｃａｐ　ａｎｄ
　Ｂｏｏｔ　５ｅａｌ　ｆｏｒ　ａ　Ｍｅｄｉｃａｔｉ
ｏｎＩｎｆｕｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）　Ｊ、米国特別
箇１２８．１２２号、「薬剤注入システムの圧力ダイア
フラム（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｄｉａｐｈｒａｇｍｆｏｒ
　ａ　Ｍｅｄｉｃａｔｉｏｎ　Ｉｎｆｕｓｉｏｎ　Ｓｙ
ｓｔｅｍ　）　Ｊ、米国特別箇１２８．００９号、［薬
剤注入システムのカセット光学識別装ｆｉｔ　（Ｃａｓ
ｓｅｔｔｅ　０ｐｔｊｃａｔＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉ
ｏｎ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　ａ　Ｍｅｄｉｃａ
ｔｉｏｎＩｎｆｕｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）　Ｊ、米国
特願第１２８，１２１号、「薬剤注入システムの管路内
空爪検出器（Ａｉｒ−Ｉｎ−Ｌｉｎｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏ
ｃｆｏｒ　ａ　Ｍｅｄｉｃａｔｉｏｎ　Ｉｎｆｕｓｉｏ
ｎ　５ｙｓｔｅ１１Ｉ）　Ｊ、米国特願第１２７，３５
９号、「薬剤注入システムのカセット・ローディング／
ラッチング装置（Ｃａｓｓｅｔｔｅ　Ｌｏａｄｉｎｇ　
ａｎｄ　Ｌａｔｃｈｉｎｇ　Ａｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒ
　ａ　Ｍｅｄｉｃａｔｉｏｎ　Ｉｎｆｕｓｉｏｎ　Ｓｙ
ｓｔｅｍ）　　Ｊ　、米国特別箇１２７．１３３号、「
薬剤注入システムの機械式駆動システム（Ｍｅｃｈａｎ
ｉｃａｌ　ＤｒｉｖｅＳｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ａ　Ｍｅ
ｄｉｃａｔｉｏｎ　Ｉｎｆｕｓｉｏｎ　Ｓｙｓ−ｔｅｍ
）　Ｊ、 以上７件の米国特許出願の出願臼は、いずれも１９８７
年１２月１日である。

米国特願第１２８，９６６号、［マルチモード薬剤注入
システムの臨床構成（Ｃ：１ｉｎｉｃａｌ　Ｃｏｎｆｉ
ｇ−ｕｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ　Ｍｅ
ｄｉｃａｔｉｏｎ　ＩｎｆｕｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ　）
　Ｊ　− 米国特別箇１２８．９７８号、「マルチモード薬剤注入
システムのためのユーザ・インタフェース（Ｕｓｅｒ　
Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｆｏｒ　鷺ｕｌｔｉｍｏｄｅ　Ｍ
ｅｄｉｃａｔｉｏｎｌｎｆｕｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）
　Ｊ　。

以上２件の米国特許出願の出願臼は、いずれも本願の優
先権基礎出願である米国特許出願の出願臼と同一日であ
る。

以上９件の米国特許出願は、いずれも本願の譲受は人に
対して譲渡されている。

［産業上の利用分野］ 本発明は、概括的には、患者の体内へ薬剤を連続的に注
入するためのエレクトロメカニカルなシステムに関する
も９であり、より詳しくは、その種の薬剤注入システム
において用いられる流体供給制御／モニタリング装置に
関する。

［従来の技術］ 近年まで、患者に薬剤を経口投与することが不可能な場
合に採用される薬剤の投与方法には、２つの主要な方法
があった。第１の方法は、注射器と注射針とを用いて薬
剤を患者へ注射し、それによって、明確な分量の薬剤を
あまり頻繁ではない投与間隔で患者に投与するという方
法である。

この方法はいかなる場合にも満足できる方法ではなく、
特に、注射される薬剤が死に至らしめる可能性のある薬
剤である場合や、大量に投与したときに望ましくない副
作用を生じる可能性のある場合、または、所望の治療効
果を得るためには多少なりとも連続的に投与しなければ
ならない場合等においては、不十分な方法である。この
方法は改善すべき多くの問題点を残している。投薬量過
剰や有害副作用の危険性は、より少ない注射量をより頻
繁な間隔で投与することによって低減することができる
が、それは不便な方法であり、完全に満足の行く代替案
ではない。

多少なりとも連続的に薬剤を投与することによって望ま
しい治療効果を得るということが必要となるにつれて、
患者への薬剤の連続供給を伴なう第２の方法が行なわれ
るようになってきた。この連続供給は、典型的な一例と
しては静脈点滴法等により行なわれる。更には、薬剤を
静脈系を利用して、複雑で取り扱いの容易でない静脈チ
ューブやホース等の要素の接続構造へ注入することによ
って投与することもある。供給される流体の量を計量す
るために薬滴カウンタが用いられ、また、薬剤はしばし
ば静脈管路への注入によって大量に供給され、その際、
薬剤は体液によって幾分希釈される。

以上の２つの患者への薬剤投与法に替る比較的最近の代
替法として、薬剤注入ポンプという方法がある０価値の
有る、そして大いに必要な進歩の結果であるこの薬剤注
入ポンプは、これを用いることによって、少量の、慎重
に計量された分量の薬剤を頻繁な間隔で患者に投与する
ことができ、或いはまたある種の装置においては、薬剤
を僅かづつしかも間断無く投与することができるように
なっている。注入ポンプを使用した治療管理は、電子的
に制御することができ、それによって精密に計量された
量の薬剤が精密に計画された間隔で投与され、患者の体
内への緩やかな薬剤の注入が行なわれる。注入ポンプは
、体内の生化学的な平衡状態の本来の維持作用を、礪め
て近い形で模倣することを可能にしており、それができ
るのは、注入ポンプが小分量の薬剤を頻繁に投与する動
作モードで動作するためである。

使い捨て可能という性質は、薬剤注入システムを設計す
る上での重要な考慮事項である。システムの構成要素の
うち、その内部を薬剤がボンピングされて流通するもの
については滅菌状態とじておかなければならず、それゆ
え多くの使用環境においては、構成機器のうちのあるも
のは使用の後に廃棄されるようになっている。使い捨て
の要素は、典型的には定期的に交換されており、例えば
１日毎に交換されている。注入装置の流体ポンプの部分
が使い捨て式とされているということは、非常に望まし
い特徴である。流体ポンプを、安価な構造の取付は自在
なカセットの形にして、しかもメイン・ボンピング・ユ
ニットに容易に装着できるように設計しておけば、纒め
て好都合である。部品点数が少なく大量生産が容易で液
状薬剤等の治療用流体を高い精度をもって投与すること
のできるカセットが、発明の名称を「薬剤注入システム
の使い捨て式カセット（Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅ　Ｃａ５
−ｓｅｔｔｅ　ｆｏｒ　ａ　Ｍｅｄｉｃａｔｉｏｎ　Ｉ
ｎｆｕｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）　Ｊとした米国特許出
別箇１２７，３３３号に記載されている。この米国特許
出願の内容はここに引用したことにより本開示に包含さ
れるものである。

上に引用した使い捨て式カセットは流体の供給を高い精
度で行なう流体ポンプを含み、この精度はこの製品が寿
命を完うするまで維持される。このカセットは更に、ポ
ンプを簡便に且つ容易にブライミングするための手段を
提供しており、またバブル・トラップを含んでいる。こ
のバブル・トラップは、現在入手可能なポンプに付随す
る問題である頻繁なシャットダウンとアラームとの発生
を防止するものである。このカセットは更に圧力検知手
段やバブル検出手段等の付加的な装置を含んでおり、そ
れらの装置は従来の一般的な薬剤注入システムにおいて
は別体のアセンブリを構成したものである。

治療用流体の正確且つ安全な供給を確保するためには、
流体モニタリング／制御システムを使い捨て式カセット
と共に用いる必要がある。その種のシステムの設計に際
しては、流体の供給の精度に関連するファクタに対して
細心の注意を払う必要があり、また、そのシステムの安
全な作動を確保するために装置のモニタリング機能が必
要とされる。

病院における患者の治療と家庭用ヘルス・ケアの両方の
用途に用いることのできる薬剤注入管理システムを開発
することの必要性は、これまで長い間痛感されつつも満
たされることがなかった。

望ましいシステムがいかなるものかと言えば、それは、
現在の用途に適合した信頼性の高い改良された製品を提
供することによって新たな治療法の採用を促進し、また
、治療法を改良し人手と常備品質用とを低減することに
よって入院費用を軽減し、更に、動脈内注入と皮下注入
とを可能とするに充分な多用途性を備えたものであろう
、そのようなシステムに要求される主な要件は、薬剤分
量の精度、従来技術なみの安全性機能、それに患者に接
続された別々の管路を各々が備えている２つ以上のボン
ピング・チャネルを、夫々独立して制御できる能力であ
ろう。

理想を述べれば、斯かる改良された薬剤注入システムの
ポンプは、現在の病院用のポンプと比較してかなり小型
軽量のものであって、しかもそれと同時に複数のボンピ
ング・チャネルが組み込まれているものであろう、長時
間のバッテリ電源による動作を可能とする能力と併せて
、これらの特徴は、移動治療用、集中治療用、救急輸送
用、救急治療用または手術室での用途に特に適合した装
置の中に、必要に応じて組み込むことができる。

複数のボンピング・チャネルに適合する能力を有し、種
々の使い捨て式の機構を装備し、そして一連のソフトウ
ェア機能を備えたシステムであれば、現在入手可能な幾
つかの装置の能力を１つの装置の中に兼ね備えることも
可能であろう、−例を挙げれば、病院において、注射用
ポンプ、ＰＣＡポンプ、新生児用ポンプ、汎用ポンプ、
及びコンピュータ接続式ポンプを別々に備える必要は、
これらの全ての装置の要件を選択的な方法で満足するこ
とのできる１つのシステムを用いることによって除去さ
れるであろう。

ヘルス・ケアの業界においてはコスト抑制の必要が認識
されている。コストは３つのカテゴリに分類することが
できる。即ち、材料費、人件費、そして維持費である。

静脈注入システムに関しては、主に考慮せねばならない
事項は使い捨て品のコストであり、その理由は、年間の
必要個数が大きいからである。使い捨て品のコストを低
額に抑え、設定が容易で、使い方が簡単で、しかも信頼
性の高い薬剤注入システムは、ヘルス・ケアの分野への
大いなる貢献となることであろう。

［発明の構成］ 以上に掲げた望ましい特質を備えた、薬剤注入システム
に用いられる流体供給モニタリング／制御装置が提供さ
れる。この装置は、マルチ・チャネル形式のポンピング
要素とセンサ・インタフェースとを含む滅菌カセットが
組込まれた使い捨て式の流体通路と共に使用するものと
して構成されている。この装置は、マルチ駆動機構と、
コントローラと、モニタリング・システムとを含んで成
る。マルチ・チャネルのための流体のボンピングは、駆
動機構内の複数の直流モータを個々に制御することによ
って行なわれ、それらの直流モータの各々は、カセット
内の個々のボンピング・チャネルのための２つのバルブ
と往復動するピストンとに連結されている。モータはギ
アで減速されて適切な最大速度とトルクとを発生する。

カムが、カセット内の流入バルブ、ピストン、及び吐出
バルブを順次駆動する。初期状態においては、カムは「
ホーム」ポジション（１８０度）にあり、流入バルブは
開放され、吐出バルブは閉塞されており、ポンプ・シリ
ンダは充填できる状態にある。

このホーム・ポジションからスタートして、モータはカ
ムを最大速度で回転させ、ピストンをそのストロークの
最上部まで引き戻し、これによってシリンダを急速に充
填する０次に流入バルブが閉塞されて吐出バルブが開放
される。このようにして常に一方のバルブを閉塞してお
くことによって、自由な流れ（フリー・フロー）が生じ
ないようにしている。モータへ周期的にパルスを送出す
ることによって、ある範囲内の種々の流体供給速度が得
られる。ピストンの供給ストロークの終了点においては
、モータは最大速度の動作を行なって吐出バルブを閉塞
すると共に流入バルブを開放し、これによってボンピン
グ・サイクルが完了する。

ポンプの平均吐出量は、閉ループ・フィードバック制御
を利用して正確な制御を行なうデジタル・フィードバッ
ク・コントローラによって、設定点流量の近傍に維持さ
れる。これが必要とされている理由は、諸々の負荷パラ
メータにばらつきがあるからであり、それらのばらつき
は、駆動機構並びにカセットの摩擦、慣性、及び流体背
圧によって生じるものである。コントローラは定期的に
、エンコーダからのフィードバック情報に基づいてモー
タの電圧パルスのパルス巾の算出を行なう、、２つの互
いに異なったパルス振幅レベルを用いて、　０．１　ｍ
ｌ／ｈｒ　（ミリリットル／時）から９９９　ｍｌ／ｈ
ｒまでの範囲内の種々の平均流量が提供され、行程容積
の値としては８０マイクロリツトルが採用されている。

モータの駆動速度は流体の流量と相関しており、これに
よって流量のキャリブレーションが行なわれる。流量の
誤差は、モータの回転速度を正確に制御することによっ
てできる限り小さく抑えられる。

ドライブ・シャフト・エンコーダが、１）ホーム・ポジ
ション、２）供給ストローク・マーカ、３）インクリメ
ント式供給マーカ、並びに４）再充填サイクルの終了時
の制動マーカ、以上の４つに関して、ポンプを動作させ
るために必要な情報を供給する。流量が非常に小さいと
きには再充填サイクルの終了時にモータを停止させる必
要がある。これは、制動期間にモータの巻線を短絡させ
ることによって行なわれる。

流体供給モニタリング・システムが、患者に危険をもた
らす可能性のある状況を検出する。そのような状況は例
えば、１）システム内のいずれかの箇所で起きた閉塞を
原因とする、流体の流れ損失、２）特定の量を超える、
供給流体の量の不正確さ、３）かなりの量の空気の患者
の体内への注入、４）カセットが所定の位置に適切にラ
ッチ（固定）されていないこと、それに、５）装置の故
障、等である。

好適実施例においては、３つのボンピング・チャネルが
個々に運転される。ボンピング機構はモジュラ形式とさ
れており、これによって構造が簡単に、また試験と修理
が容易になっており、更には、共通部品を使用してチャ
ネルを１つとした形式の装置や、チャネルを２つとした
形式の装置を作れる可能性をもたらしている。各ポンプ
・モジュールは底部支持構造と、駆動機構と、モータと
、逆転防止クラッチ（ブレーキ）と、エンコーダとを含
んでいる。

［実施例］ 以下の詳細な説明を添付図面と共に参照することにより
、本発明のより明瞭な理解が得られよう。

第１図は、使い捨て式の流体流路付きカセット１２を用
いる薬剤注入システムに使用される、本発明に係る流体
供給モニタリング／制御装置１０を図示している。この
流体供給モニタリング／制御装置１０は、３つの主要な
機能ブロックから成っている。即ち、駆動手段１４と、
モニタリング手段１６と、制御手段１８とである。使い
捨て式の流体流路付きカセット１２は、発明の名称を「
薬剤注入システムの使い捨て式カセット（Ｄｉｓｐｏｓ
ａｂｌｅ　Ｃａ５ｓｅｔｔｅ　ｆｏｒ　ａ　Ｍｅｄｉｃ
ａｔｉｏｎＩｎｆｕｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）　Ｊとし
た、米国特許出別箇１２７．３３３号に詳しく記載され
ている。

簡単に述べるならば、この使い捨て式カセットは７個だ
けの部品から構成されており、また、纒めて精度と信頼
性の高いピストン式の流体ポンプを採用しており、この
流体ポンプは、構造が単純であるにも拘らず非常に正確
度と精密度の高いアクティブ・バルブ機構を採用してい
る。カセットには、流体供給装置によってシステム内に
送り込まれる可能性のある気泡を除去するための、バブ
ル・トラップが含まれている。カセットは流入チューブ
と吐出チューブとに、標準的なルアー取付具（Ｌｕｅｒ
　ｆｉｔｔｉｎｇｓ　）を備えている。好適実施例にお
いては、カセットは更に、吐出管路の圧力の検出を可能
にする圧力ダイアフラムと、患者へ供給される流体の中
の許容寸法を超える大きさの気泡を検出するための気泡
検出器との、両方を含んでいる。

駆動手段１４は、流体を患者へ供給する機能を果たす、
使い捨て式の流体流路付きカセット１２に収容されてい
る１つ或いは２つ以上のポンプを駆動する。カセット１
２内のカセット・センサの出力は、接続路１９を介して
モニタリング手段１６へ送出される。駆動手段１４内の
駆動センサからの情報は、接続路２０を介してモニタリ
ング手段１６へ伝達される。ポジション・フィードバッ
ク情報は、接続路２２を介して、駆動手段１４から制御
手段１８へ送出される。制御手段１８は入力線２４上の
種々のコマンドに従って駆動手段を作動させる。制御手
段１８は更に、モニタリング手段１６にも応動する。

駆動手段１４と制御手段１８の、更なる詳細が第２図に
示されている。使い捨て式の流体流路付きカセット１２
は、第２図には、ポンプ・チャネルを１つだけ備えたも
のが示されているが、一般的には２つ以上の互いに独立
したポンプ・チャネルを備えることになる。第２図に示
された１つだけのポンプ・チャネルは、流体流入流路２
６及びそれに続く流入バルブ２８と、シリンダとピスト
ンとキャップとからなる構造部３０と、吐出バルブ３２
と、流体吐出流路３４とから成っている。

駆動手段１４は、直流モータと複数のギアとから成る機
構３６を含んで成り、ギアで減速された出力軸上にはカ
ム３８が備えられている。カム３８は流入バルブ・アク
チュエータ４０と、ピストン・アクチュエータ４２と、
吐出バルブ・アクチュエータ４４とを駆動する。これら
のアクチュエータは夫々、流入バルブ２８と、構造部３
０内のピストンと、吐出バルブ３２とに、いずれも機械
的に結合されており、また、これらのバルブとピストン
とは全てカセット１２の内部にある。

機構３６には無鉄コア（ｉｒｏｎｌｅｓｓ　ｃｏｒｅ　
）直流モータが用いられている。このモータは、典型的
な一例としては、組込式ギア減速ユニットを備え、それ
によって出力軸の速度を減速しているものである。

発明の名称な「薬剤注入システムの使い捨て式％式％ ｔｉｏｎ　Ｉｎｆｕｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　）　Ｊと
した、米国特許出別箇１２７．３３３号に記載されてい
るように、モータの出力軸を備えている側の端部が、駆
動モジュールのシャシ−の−側の頂部に取付けられてお
り、この出力軸は駆動モジュールのシャシ−を貫通して
延伸している。駆動ブーりがこの出力軸上に取付けられ
ており、この駆動プーリはモータによって駆動される。

一方向ベアリングが駆動モジュールのシャシ−の反対側
の頂部に載置されている。この一方向ベアリングは、そ
の内部に駆動軸を回転自在に支持している。駆動軸の両
端は一方向ベアリングから外部へ延出している。一方向
ベアリングは、駆動軸が一方向へのみ回転できるように
している。好適実施例においては、この回転は上方から
見て時計回りとされている。一方向ベアリングから延出
しているこの駆動軸の下端には、パワー・モジュール・
カム３８が取付けられている。駆動ベルトが、駆動ブー
りの周囲とパワー・モジュール・カム３８の溝の内部と
に架装されている６以上により、モータはパワー・モジ
ュール・カム３８並びに駆動軸を駆動することになる。

エンコーダ４６は、第３図に示されているように、カセ
ット１２内のポンプの作動に必要な４種類の情報を提供
する０種々のボンピング・サイクルのセグメント（扇形
）が図示されているが、それらは、「ホーム」・ポジシ
ョンと、供給ストローク・セグメントと、吐出バルブ閉
塞セグメントと、流入バルブ開放セグメントと、充填ス
トローク・セグメントと、流入バルブ閉塞セグメントと
、吐出バルブ開放セグメントとから成っている。

第４図は、ポジション・センサによって検出される複数
の基準マークを有するエンコーダ・ディスク４８の上面
図である。エンコーダ・ディスク４８はモータの駆動軸
の上端に固定載置されており、駆動軸及びカム３８と共
に回転する。ポジション・センサはギア減速ユニットの
出力軸が延出している一方向ベアリングの上方に、固定
載置されている、ポジション・センサは、第２図に示す
ように、ポジション・フィードバック情報をポジション
検出回路５０へ供給する。好適実施例においては、ポジ
ション・センサは更に方向を検出する能力も持っている
。

第４図に関し、ポジション・センサによって検出される
基準マーク、例えば供給ストローク・マーカ、インクリ
メント式供給マーカ、それに制動マーカ等は、種々の電
子信号に変換される。エンコーダ・ディスク４８とカム
３８とは、「ホーム」ポジションが正しい位置に来るよ
うに、互いの位置を揃えられている。ホーム・ポジショ
ンは、カセット１２の安全且つ容易な装填が確実に行な
えるようにするために、カセットのピストン・ラッチを
予め定められている位置に位置決めするために用いられ
る。供給マーカ５２は、システムが流体の供給を実行し
ているか、それとも再充填を実行しているか（再充填は
、充填のためのバルブ操作と、充填と、供給のためのバ
ルブ操作とを含む）を表示するものである。この情報が
必要とされる理由は、ピストンは供給サイクルの間は制
御された速度でシリンダ内を移動させられねばならず、
一方、再充填は、流体の供給の中断をできる限り短くす
るために、できるだけ速やかに完了されなければならな
いからである。インクリメント式供給マーカ５４は、エ
ンコーダ・ディスク４８の周辺部のトラックに沿って、
緻密な間隔で設けられている。このインクリメント式供
給マーカ５４は流体の吐出量を正確且つ精密に制御する
ためのフィードバック信号に変換される。供給を行なう
ために少量のインクリメントが必要な場合には、再充填
サイクルの終了点においてモータを停止させる必要があ
る。これは、制動マーカ５６の期間にモータの巻線を短
絡させることによって実現される。

再び第２図に関し、制御手段１８は、モータ駆動操作回
路５８、ポジション検出回路５０、及びフィードバック
・コントローラ６０を含んで成ることが見て取れる。フ
ィードバック・コントローラ６０へは、ポジション検出
入力６２、コマンド入力６４、カセット識別入力６６、
及びアラーム入力６８がある。フィードバック・コント
ローラ６０はソフトウェアによって実現されている。

第５図に示すように、マイクロプロセッサ７０は、流量
評価部７２、非線形コントローラ７４、及びモータ供給
電圧ユニット７６を含んで成るものである。

モータ駆動操作回路５８は、パルス・ジェネレータ７８
、モータ駆動回路８０、及びコントロール・ロジック・
ユニット８２を含んで成る。パルス・ジェネレータ７８
へは、データバスを介してマイクロプロセッサ７０から
適切なパルス中の値が入力される。パルス中の値をロー
ドしたならば、マイクロプロセッサ７０は入力信号線８
３を介して、パルス・ジェネレータ７８をスタートさせ
る。パルス・ジェネレータ７８の出力は、パルス中の持
続期間中は論理状態が「ハイ（高レベル）」になってお
り、そうでないときには論理状態が「ゼロ」になってい
る、パルス・ジェネレータ７８は、ゲート入力線８４を
介して、コントロール・ロジック・ユニット８２により
ゲート制御されている。

供給標識信号、ホーム標識信号、及び制動標識信号が、
エンコーダ４６からコントロール・ロジック・ユニット
８２へ送出される。マイクロプロセッサ７０からコント
ロール・ロジック・ユニット８２への入力信号線には、
カウンタ・リセット８５、カウンタ・イネーブル８６、
パルス・スタート８８、及び制動イネーブル９０の、各
信号線がある。コントロール・ロジック・ユニット８２
は、リセット入力線９４、イネーブル入力線９６、及び
ゲート入力線９８を介して、ポジション・カウンタ９２
へ接続されている。エンコーダ４６は、インクリメント
式ポジション・パルスを、入力線１００を介してポジシ
ョン・カウンタ９２へ送出する。

マイクロプロセッサ７０は、所定の間隔（例えば３秒間
隔）でポジション・カウンタ９２の出力のサンプリング
を行なうことによって、供給流体の量を判定する。カセ
ットの行程容積の値が、流量評価部７２へ入力され、こ
の値がポジション・カウンタ９２からのデータと共に使
用されて、評価流量信号ｒｅが決定される。評価流量信
号ｒｅは比較器１０２へ入力される。比較器１０２への
もう一方の入力は、流量コマンド信号１０４である。流
量コマンド信号１０４は更に、並行接続線１０６を介し
てモータ供給電圧ユニット７６へも入力する。非線形コ
ントローラ７４への入力信号はサンプリングされた誤差
信号ｅであり、この誤差信号ｅは流量コマンド信号ｒｃ
と評価流量信号ｒｅとの差である。この非線形コントロ
ーラ７４は、誤差信号に基づいてパルス巾の調節を行な
うアルゴリズムである。その算出されたパルス巾カウン
トは次にモータ・パルス巾ジェネレータ７８へ転送され
る。

第６図は、３つの互いに独立したボンピング・チャネル
を備えた実施例のためのモータ制御アルゴリズム構造を
構成する複数のソフトウェア・プロシージャの、模式的
なブロック図である。３組の、モータとそれに組合わさ
れたギア構造とから成る組３６ａ、３６ｂ、３６ｃが、
３つの異なったソフトウェア要素によって制御され、こ
れらのソフトウェア要素は互いに協働して、３つのポン
プに、制御された流体の供給を行なわせる。これら３つ
のソフトウェア・プロシージャは、注入制御タスク１０
８、モータ制御タスク１１２、及びポンプ制御タイマ１
１０である。これら３つのソフトウェア要素は、以後、
ＩＣＴ、ＭＣＴ、及びＰＣＴと略称し、これらについて
は以下に更に詳細に説明する。

装填とラッチの手順を行なうことによりカセットが装置
に止着され、これによってシステムは流体供給の準備が
整う、流体の供給及びモニタリングを正確に確実に行な
うためには、カセットは装置の表面にしっかりと保持さ
れなけらばならず、また、ピストンはピストン・アクチ
ュエータによってしっかりと保持されなければならない
。カセットのスライド・クランプがカセットを装置にラ
ッチ（固定）する、装填が行なわれる間に、ピストン・
アクチュエータのラッチ（固定具）がピストンをクラン
プする。カセットの装着状態とピストンのラッチ状態と
をモニタする夫々のセンサ入力に基づいて、装置は注入
に先立ち、オペレータに対して準備状態に関するプロン
プトを提示する。カセットを装置する方法は１つだけで
あり、取外しと再装着も容易である。

この装填及びラッチのプロセスは、流体の患者への不測
の供給を許容するものではない、装填に先立ってカセッ
トのスライド・クランプが閉じられることによって管路
が閉塞され、更にそれと共にカセットな押圧保持するラ
ッチが開かれる。カセットがラッチされるときにカセッ
トのスライド・クランプは開かれるが、その前に流体流
路は吐出バルブによって必ず閉塞される。ピストン・ア
クチュエータは、カセットの装填に先立って、充填サイ
クルの開始点（即ちホーム・ポジション）に位置を定め
られる。ピストンのいかなる動きもシリンダを充填する
ように作用し、流体を患者へ向けて排出することはない
、マイクロプロセッサは、適切なカセットの装着状態と
ピストンのラッチ状態との検出を行ない、もし不備が発
生していれば、注入は停止されオーディオ・アラーム信
号とビジュアル・アラーム信号とが発生される。

なカセット　　　、の 装置は、カセットが適切に装填且つラッチされているか
否かを電子的に検出する。２組のセンサがこれを行なう
、即ち、カセット識別センサとピストン・ラッチ装置セ
ンサとである。有効な識別コードが検出され、またピス
トン・ラッチが所定の位置にあれば、カセットが適切に
装着されているものと見なされる。

カセット識別センサは、例えば行程容積等のカセットの
特性を識別すると共に、カセットが装着されているか否
かの検出を行なう、装置のセンサ室の内部に備えられた
、３組の発光器と検出器との組が、カセットのボディに
型成形で形成されている識別コードを読み取る。３ビツ
トの冗長性コードを用いてそのカセットの流量範囲が明
記されている。

ピストン・ラッチ装着センサ（ｐｉｓｔｏｎ　１ａｔｃ
ｈ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ　５ｅｎｓｏｒ、以下ＬＩＰセン
サと略す）は、センサ・モジュールの底部の内部に取付
けられている発光器と検出器との組から成る。このセン
サはピストン・アクチュエータのラッチが閉じているか
否かの検出を行なう。このＬＩＰセンサは、Ｉ１０ボー
トのポーリングによってマイクロプロセッサへインタフ
ェースされる。検出器の出力は比較器によってデジタル
の論理レベルに変換され、また、アラームの反応に知覚
できる程の遅れが生じない程度の最も遅い反復速度で、
ボートに対するポーリングが行なわれる。マイクロプロ
セッサは周期的に複数のラッチ・センサのチエツクを実
行し、もしあるセンサが機能不全を生じていることが発
見されたならば、ハードウェア・フォールト・アラーム
を発生する。カセット識別コードは、１）ＬＩＰセンサ
の状態に変化が生じた直後、２）電源が投入された直後
、並びに３）［始動（ＳＴＡＲＴ　）　Ｊキーが押下さ
れた直後に、マイクロプロセッサによって読み取られる
。

複数の識別センサはそれらが適切に動作していることを
確かめるために、読み取りの前にチエツクされる。カセ
ットが適切に装着されたならば、ユーザに対してオーデ
ィオ・フィードバック信号が発生される。

敷ｚ１亙】 ポンプの動作のうちの幾つかの点は、カセット識別セン
サ並びにピストン・ラッチ・センサからの入力によって
制御される。カセットが１つも装着されていない場合に
は、即座に機構のホーミング（ホーム・ポジションへの
復帰）が行なわれる。カセットが装着され、ないしは部
分的に装着されている場合には、ホーミングは実行され
ない、その理由は、ホーミングが結果的に流体の患者へ
の不測の供給を引き起こす可能性があるからである。カ
セットが適切に装着されている場合には、システムは注
入開始の準備が整っている。カセットが装着されておら
ず、ないしはラッチされていない場合には、注入を開始
しようとしたときにプロンプトが発生される。

ポンプが注入を実行しているときにピストン・ラッチが
開いた場合には、注入は停止されオーディオ・アラーム
とビジュアル・アラームとが発生される。このラッチが
再び閉じて「開始」キーが押下されたならば、注入が開
始される。カセットが検出されない場合には、カセット
が外れたものと見なされ、この状態がクリアされるまで
アラームが（変更されたメツセージと共に）継続し、そ
してクリアされるとピストン・アクチュエータのホーミ
ングが行なわれる。

“Ｉ、のボンピングのｔ 流量の範囲は０．１１／ｈｒから９９９　ｍｌ／ｈｒま
でである。静脈開放維持流Ｉｔ　（ｋｅｅｐ−ｖｅｉｎ
−ｏｐｅｎ　ｒａｔｅ以下に、　Ｖ　Ｏ流量と略す）は
、少量の流体を、カテーテルの先端に凝血塊が形成され
て管路の閉塞が生じることを防止するのに充分な頻度の
、時間間隔で供給するものである。最小流量における、
パルスとパルスとの間の最小間隔は１５秒ないし２０秒
である。ステップ入力コマンドに応答する注入流量の９
０％セトリング・タイムは３０秒ないしそれ以下である
。仕様外の流体供給が１２０秒間続いた場合には、それ
がいかなる流体供給であっても、システムによって検出
され、更にシステムがユーザに対して警告を発する。ポ
ンプが注入を行なうべき旨のコマンドを受けていないと
きには、流体の供給が行なわれたならば即座にアラーム
が発生される。システムは、結果的に誤った流体供給の
モニタリングと制御が行なわれることになりかねない、
あらゆる局所的なセンサ故障を検出する。システムはセ
ンサの故障時には、フェイル・セーフとなる。

ヱｊコムＬ２Ｊｌえ止 エンコーダ４６は、駆動機構とカセットとを制御するた
めのポジション・フィードバック信号を発生する。この
エンコーダは上死点から　１８０度の位置に、カセット
の装填のためのホーム・ポジション・マーカを備えてい
る。このマーカは充填サイクルの開始点に位置している
。供給サイクル及び再充填サイクルの指標となるロジッ
ク信号ＤＥＬがこのエンコーダから送出される。ＤＥＬ
信号は、供給サイクルの間は論理状態が「１」となって
おり、この供給サイクルは上死点を基準として０度から
　１２０度までの範囲である。再充填サイクルの間は、
このサイクルは１２０度から３６０度までであるが、Ｄ
ＥＬ信号は論理状態が「０」となっている、インクリメ
ント式ポジション・マーカは、流体の供給流量を精密に
フィードバック制御することを目的として、供給サイク
ル（０度〜１２０度）の部分に設けられている。

Ｌ可立烹且 駆動機構の方向の検出は５安全性と正確度についての理
由により必要とされている。駆動機構は機械式ブレーキ
を含んでおり、このブレーキは逆回転を防止するが、機
械的負荷とパル°ス動作とに起因する僅かな逆回転だけ
は防止することができない、この逆回転防止ブレーキの
機能不全はシステムによって検出される。供給サイクル
の部分に設けられている２列の直角インクリメンタル・
ポジション・トラックが、方向の検出のために用いられ
ている。僅かな逆回転は常に生じ得るものであり、それ
によって結果的に、カウントしている体積、即ち供給さ
れる流体の量が不正確なものになる可能性がある。

象！玉皇１ パルスとパルスとの間の最大時間間隔は１８秒ないし　
１０秒である。このことは、少量づつ確実に流すことに
よって血管との接続箇所を流通可能な状態に保持するた
めに重要である。カセットのポンプのストローク１回分
を供給するのに必要な時間は［３，６ＸＱ／流量］であ
り、ここで流量はｍｌ／ｈｒを単位としたものであり、
Ｑはマイクロリットルを単位とした行程容積である。パ
ルス間の最大時間として要求されている値で割る除算を
行なうことによって、１回の供給サイクル毎に必要とさ
れるパルスの個数が得られる。−例を挙げれば、行程容
積が８０マイクロリツトルのカセットにおいて、流量を
０．１　ｍｌ／ｈｒとし、パルス間の最大時間が１８秒
であったとすれば、１回の供給サイクルに必要な個数は
１６０個である。

丑　サイクルのインクリメント　ポジション・カウンタ 直角カウント回路が、供給サイクルの間のエンコーダ・
パルスをカウントするために含まれている。このカウン
タは、マイクロプロセッサにより所定の間隔でその内容
が読み込まれた後にリセットされる。その出力はカムの
角度位置の変化を表わし、これは流体の供給量と相関し
ている。このカウンタは、カウントを開始できる状態と
なるためには、その前にマイクロプロセッサによってイ
ネーブルされる必要がある。このカウンタは、供給サイ
クルの間だけパルスのカウントが行なわれるように、供
給サイクル標識信号ＤＥＬによってゲート制御されてい
る。

計肱ヱニ１ 少量の流体のインクリメントが必要とされている低流量
時には、過注入を防止するために、再充填サイクルの終
了点においてモータを停止する必要がある。モータの停
止はモータの巻線を短絡させることによって、より急速
に行なわれる。この種の電子的な制動は、モータによっ
て発生される逆起電力を利用したものである。制動は高
流量に対しては使用されず、その理由は、オーバーシュ
ートが大した問題ではないからである。エンコーダは、
供給サイクルの開始点の手前の所定の角度位置に、制動
に利用されるマーカを備えている。

モー　　　　　ロ 駆動機構とカセットの動き（更にはそれらの結果として
生じる流体の遅き）は、モータ駆動操作回路により制御
される。モータ駆動操作回路は、モータへ入力される電
圧入力を発生すると共に必要に応じて制動を加える０発
生されるこの電圧パルスは、流量コマンド、フィードバ
ック・コントローラからの出力、並びにポジション検出
回路によって決定される。

低流量時には、供給サイクルの間のモータ駆動電圧は一
連のパルス列から成っている。このパルス列の周期は一
定の間隔とされており、この間隔は３秒に設定され、マ
イクロプロセッサによって制御されている。高流量時に
は、パルス中が１回のサイクルの長さより大きく、即ち
、１つのパルス中の中で複数回の回転が行なわれる。こ
のパルスの巾と振幅とは、適切なモータの回転速度が得
られるようにマイクロプロセッサにより調節されている
。ポンプによって発生される流量は、モータの回転速度
をパルス周期に亙って平均した平均値に比例する。

適切なパルス中は、マイクロプロセッサによって決定さ
れ、更にデータバスを介してパルス・ジェネレータ回路
内ヘロードされる。パルス巾をロードしたならば、マイ
クロプロセッサはパルス・ジェネレータをスタートさせ
る。パルス・ジェネレータの出力は、パルス中の持続期
間中は論理状態が「ハイ（高レベル）」になっており、
それ以外の期間は論理状態が「０」になっている、パル
ス中は供給サイクルの間だけ測定される。従ってパルス
・ジェネレータは供給信号ＤＥＬによってゲート制御さ
れている。

パルス中の変動範囲は１ミリ秒から１秒までの間である
。最大は３秒ではなく１秒であり、それは供給サイクル
が３分の１回転だからである。従って、３秒間の制御周
期の３分の１が、供給サイクルのパルス中である。

定常状態におけるモータの回転速度は駆動電圧の振幅に
比例する。駆動回路を単純化するために２つのパルス振
幅（５ボルトと１３ボルト）だけが使用されている。５
ボルトの方は２００　ｍｌ／ｈｒ以下の流量コマンドに
対して用いられ、それ以外には１３ボルトが用いられる
。

１及１エヱｌ五 再充填は、流体が患者へ供給されていない期間をできる
だけ短縮するために、できる限り迅速に実行されなけれ
ばならない、再充填はパルス中の値をパルス・ジェネレ
ータ内にロードしてモータを始動することによって実行
される。パルス・ジェネレータは、再充填サイクルの間
にカウントが行なわれることがないように、ＤＥＬ信号
によってゲート制御されている。再充填は、その時点に
おいて選択されている駆動電圧（５ボルトまたは１３ボ
ルト）を用いて行なわれる。ある設定量以下の流量に対
しては電子的制動が利用される。マイクロプロセッサに
よって制動がイネーブルされたときには、コントロール
・ロジックがこの機能を実行する。

ホーミン　　ホーム・ポジションへの　　）マイクロプ
ロセッサによって、ホーミングを命令するコマンドが発
生されたときには、モータ電圧が１３ボルトに設定され
る。エンコーダ上のホーム・ポジション・マーカが検出
されると、電子的制動が加えられる。流体が患者へ供給
されることのないようにするために、カムはホーム・ポ
ジションに充分近接した位置になければならない。

マルチチャネル動作においては、過大なピーク電流が電
源から流れ出るのを防止するために、複数のモータへ供
給される夫々のパルスの前縁に時間差が設けられる。電
圧がステップ状に増加されるときには、モータ回路内に
過渡的な電流の増加が生じる。このピーク電流は供給電
圧をアーマチュア抵抗で割った商に略々等しく、この電
流が電圧の印加時に発生する。電流は１０ないし２０ミ
リ秒の時定数で、その値から指数関数的に減衰する。４
０ないし８０ミリ秒に相当する、その時定数の４倍の時
間の内に、この過渡電流はその９８％が減衰することに
なる。

仕　１　のフィードバック モータ回転速度の（従って流体供給量の）閉ループ・フ
ィードバック制御が、モータ並びに負荷の特性の変動を
補償している。制御システムへの入力は流量コマンドで
ある。このシステムの出力は流体流量であるが、この流
体流量は直接的に観察することはできないため、間接的
な方法を用いてフィードバック信号を得ている。流量は
マイクロプロセッサの内部において駆動機構の平均回転
速度に基づいて評価され、この平均回転速度は、供給サ
イクルのインクリメンタル・ポジションに関する、エン
コーダからのデータを用いて算出される。流量コマンド
と評価流量との間の差が誤差信号である。フィードバッ
ク・コントローラは、非線形・比例・積分・微分（ｎｏ
ｎｌｉｎｅａｒ　ｐｒｏｐｏｒ−ｔｉｏｎａｌ−ｐｌｕ
ｓ−ｉｎｔｅｇｒａｌ−ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ、　ｎ　
Ｐ　Ｉ　Ｄ　）アルゴリズムを用いてパルス巾を調節す
ることによって、この誤差信号をＯに近付けようとして
いる。

隨１」と１価 平均流体供給流量は、供給サイクルの間にポジション・
カウンタから得られるデータを用いて評価される。マイ
クロプロセッサは周期的にこのカウンタのサンプリング
を行なって、供給された流体の量を判定“する、サンプ
リングの周期には３秒という値が選択されているが、こ
れは、要求されるセトリング・タイム、流量精度とＫＶ
Ｏ要件とを満足するための頻繁なパルス発生の必要性、
必要な計算回数の可及的減少くこれによって電力が低減
される）、並びにモータの始動と停止の回数の可及的減
少（始動と停止はモータの寿命に悪影響を及ぼす）に基
づいて選択された値である。あらゆる流量において単一
のサンプリング周期が用いられているため、ソフトウェ
アも簡明になっている。８０マイクロリツトルを供給す
る１回の供給ストロークの間に１６０個のエンコーダ・
パルスが発生されるため、各々のエンコーダ・パルスは
０．５マイクロリツトルの流体の供給を表わしている。

フ　−ドパック・コントローラ デジタル・フィードバック・コントローラが、評価流量
を流量コマンドの値に維持するために必要なモータのパ
ルス巾を決定する。このコントローラへの入力はサンプ
リングされた誤差信号ｅであり、この誤差信号ｅは流量
コマンドｒｃと評価流ａｒｅとの差である。所定の時間
間隔で、このコントローラ（デジタル・コンピュータ・
プログラムである）が誤差信号に基づいてパルス中の調
節を行なう、算出されたパルス中の値は、モータ・パル
ス巾ジェネレータへ送られる。パルス中の初期値は開ル
ープ・データによって決定され、これはセトリング・タ
イムを短縮するために行なわれている。

ヱユ」≦仁乙１丑 閉ループの安定度と正確度とを確保するためには、コン
トローラの内部において諸動作が適切な順序で行なわれ
る必要がある。各々のボンピング・チャネル毎に、３秒
の時間間隔（コントローラのサンプリング周期）で実行
される手順を下記に示す、この手順は、注入が開始され
おりしかも機能不全が全く検出されていない場合にのみ
、実行されるものである。

Ｃ０ＮＴＲ０ＬＬＥＲ 評価流ｆｉｒｅ（ｋＴ）を算出する インクリメント式ポジション・カウンタを読取る インクリメント式ポジション・カウンタをｒＯＪにリセ
ットする 誤差信号ｅ　（ｋＴ）を算出する パルス中出力の変動分Δｕ（ｋＴ）を算出する 変動分と直前の出力との合計 Δｕ　（ｋＴ）　＋ｕ　（（ｋ　−１）　Ｔ）を算出す
る パルス中出力を制限する 次回の反復のために値を記憶する、即ち例えば、ｋＴ　
−−（ｋ−１）　Ｔ フィードフォワードの補償増分を加えるパルス巾コマン
ドをジェネレータへ転送する モータを始動する ＥＮＤ　　Ｃ０ＮＴＯＲＯＬＬＥＲ モー　　　のソフトウェア　゛ 第６図に示すように、３つの異なったソフトウェア部分
、即ち注入制御タスク１０８と、ポンプ制御タイマー１
０と、モータ制御タスク１１２とが、図示の実施例にお
ける３個のモータに、制御された流体の供給を行なわせ
ている。

注入制御タスク（ＩＣＴ）は、３個のポンプへの流体の
供給に関するあらゆる点を秩序立てている。このソフト
ウェア・ブロックは注入を開始ないし停止する際に有効
とされ、それに応じて機能を発揮する。このソフトウェ
ア・ブロックは更に、注入の推移をモニタリングして、
アラーム（管路内空気アラーム、閉塞アラーム、等々）
又は注入が完了した時をシステムに知らせる。

ＩＣＴはモータを直接制御するものではなく、単に、各
々のモータがどの時点で流体の注入を開始及び終了すべ
きか、ないしは注入流量をどの時点で変更すべきかを決
定するだけである。注入を開始すべき時、停止すべき時
、或いは注入の流量を変更すべき時には、ＩＣＴがポン
プ制御タイマとモータ制御タスクとのいずれかへ、実際
の細かな動作を実行するようにとのメツセージを送出す
る。ＩＣＴは、状態変数を保存することによって各々の
ポンプの状態の軌跡を保持する。状態変数は、「準備完
了（ＲＥＡＤＹ　）　Ｊ、「ホーミング実行中（ＨＯＭ
ＩＮＧ）　Ｊ、「注入実行中（ＩＮＦＵＳＩＮＧ）　Ｊ
等の値を取ることができる。

ポンプ制御タイマ（ＰＣＴ）は、ＩＣＴとＭＣＴをモニ
タリングするための種々のモニタリング機能を、定期的
に実行するプロシージャである。ＰＣＴは更に、各々の
ポンプの閉ループ制御を実行させるメツセージをモータ
制御タスクへ３秒間隔で送出する。ＰＣＴは６０ミリ秒
毎に実行状態となる。この６０ミリ秒の間隔は、全ての
モータ制御のタイミングを制御する基本的クロックとな
っている。６０ミリ秒という値の選択は幾つかの考慮事
項に基づいたものである。ＰＣＴのジョブの一部に、エ
ンコーダからのＤＥＬ信号をモニタリングすることがあ
る。モータの最大回転速度が毎秒５回転であるとすれば
、１回の供給サイクルを６７ミリ秒以内で実行すること
ができる。従って、タイマは少なくともこの反復速度で
ＤＥＬ信号をサンプリングしなければならない。

モータの閉ループ制御の制御間隔は、３秒になるように
選択されている。ＰＣＴはモータ制御タスクのための基
本的なタイミングを提供しているのであるから、ＰＣＴ
は３秒の整数分の１の反復時間で実行状態とならねばな
らない、即ち、このポンプ・タイマのタイミング反復時
間の整数倍が、３０００ミリ秒とならなければならない
、必要ピーク電流を低減させるためには、各々のモータ
の始動に時間差を設けて、２つのモータを始動させるコ
マンドが互いに２５ミリ秒より接近しないようにする必
要がある。オペレーティング・システムのクロックは２
０ミリ秒の間隔で動作しており、そのため全てのタイマ
・ルーチンは必ず２０ミリ秒の整数倍となる。尚、タイ
マはできる限り低い反復速度で動作するようにして、マ
イクロプロセッサの仕事負荷を減少させ、それによって
電力消費が低減するようにしなければならない。

装置のオペレーティング・システムは６０秒毎にＰＣＴ
を実行状態にする。ＰＣＴルーチンは以下の２つの種類
の機能を実行する。１）一般的な、モータのポジション
に従って行なう、３個のポンプの全てのモニタリング、
これは、各ポンプについてのＤＥＬ信号をチエツクして
各ポンプが充填サイクルにあるかそれとも供給サイクル
にあるかを判定することを必要とする。２）該当する（
ただしモータの制御タイミングとは無関係な）諸機能で
あって、例えばエンコーダのチエツクやＶ　Ｒ／Ｖ　Ｉ
　／ＴＶ　Ｉの更新が次に実行される。タイマは次に、
いずれのポンプが更なる処理を必要としているのかを判
定する。６０ミリ秒の実行の各々毎に、タイマ・ルーチ
ンは５つの部分からなるサイクルのうちの、次のステッ
プへと入る。第１ステツプから第３ステツプまでは、ポ
ンプａ、ｂ、及びＣに対し専用の処理を行なわせる。第
４ステツプと第５ステツプはノーオペレーションである
（ＰＣＴによる処理は最早性なわれない）、第７図はＰ
ＣＴのタイミングを示している。

各ポンプのためのその専用処理は５回のポンプ制御の実
行のうちの１回だけで行なわれるため、各ポンプの処理
は３００ミリ秒の間隔で行なわれており、ポンプとポン
プとの間の処理は少なくとも６０ミリ秒である。ポンプ
処理の間のこの６０ミリ秒のギャップが、複数のポンプ
が同時に始動することを防止している。各ポンプのため
に３００ミリ秒毎に実行される前記専用処理は、当該ボ
ンブの状態変数をチエツクすることと、関連する信号を
モニタリングすることと、そして必要な場合にはＩＣＴ
及び／またはＭＣＴへメツセージを送出することとから
成る。

モータ制御タスク（ＭＣＴ）は、流体が指定された流量
で供給されるようにモータの運転を行なうジョブを扱う
ものである。ＭＣＴに対しては、以下のメツセージを受
取ったならば様々な機能を実行するように５命令してお
くことができる。

ａ）「ポンプＸの開ループ制御を実行せよ」−一この命
令に対しては、ＭＣＴは「最良と推定される」電圧とパ
ルス巾のパルスを１つモータへ送出することによって応
答し、これによりポンプＸは続く３秒の間、指定された
流量に略々等しい流量で流体を供給することになる。こ
のメツセージはポンプＸに関する流体の供給の開始、な
いし流量の変更を行なうために用いられる。ｂ）「ポン
プＸの開ループ制御を実行せよＪ−−ＭＣＴは、それま
での３秒間にモータがどれ程の速さで運転されていたか
についての評価を受取る。ＭＣＴはこの情報を用いて、
指定流量を維持するのにモータへ送出すべき次のパルス
の大きさを決定する。指定流量を維持する。Ｃ）「ポン
プＸを停止せよ」−−ＭＣＴはモータ制御ソフトウェア
を用意し、モータは停止される。ｄ）「ポンプＸをホー
ムせよＪ　−−ＰＣＴはモータをホーム・ポジションへ
移動させるのに必要な信号を発生する。

軌ｊ」仁二乞之ノ。

種々の注入副書コマンドに応動して以下の諸動作のシー
ケンスが実行される。

ポンプＸの注入を開始せよｍ−第８図参照、ＩＣＴはモ
ータの状態を「運転開始（ＳＴＡＲＴ　ＲＵＮ）　Ｊに
セットする。ポンプＸのポンプ制御処理が実行される、
ＰＣＴの次の動作時に、「ポンプＸの開ループ制御を実
行せよ」のメツセージがＭＣＴへ送出される。状態変数
は「運転中（ＲＵＮＮＩＮＧ　）　Ｊにセットされる。

ＰＣＴは３秒毎にポンプＸのモータの評価流量が算出さ
れるようにカウンタをセットし、また「ポンプＸの閉ル
ープ制御を実行せよ」のメツセージがＭＣＴへ送出され
る。

ポンプＸの注入を停止せよ一−ＩＣＴは「ポンプＸを停
止せよ」のメツセージをＭＣＴへ送出する。ＩＣＴはポ
ンプＸの状態を「停止中（ＳＴＯＰ−ＰＩＮＧ）　Ｊに
セットすることにより、ＰＣＴが以後「ポンプＸの閉ル
ープ制御を実行せよ」のメツセージを発生しないように
する。

ポンプＸの流量を変更せよｍ−第９図参照、ＩＣＴは「
ポンプＸの開ループ制御を実行せよ」のメツセージを直
接ＭＣＴへ送出する。ＭＣＴが開ループ制御のプロシー
ジャを実行した後には、ポンプＸのモータは開ループ運
転を行ない、この開ループ運転は、閉ループ制御の実行
をＭＣＴに指示する次のメツセージをＭＣＴがＰＣＴか
ら受取るまで、継続する。

ポンプＸをホームせよ−−ＩＣＴは「ポンプＸをホーム
せよ」のメツセージを直接ＭＣＴへ送出し、また、ポン
プＸの状態を「ホーミング実行中（ＨＯＭＩＮＧ）　Ｊ
にセットする。ＭＣＴはホーミングのシーケンスを開始
する。ＰＣＴは、ポンプＸの状態が「ホーミング実行中
」であることを知り、モータのポジションを監視する。

モータがホーム・ポジションに到達したときに、ポンプ
の状態変数が「非装着（ＮＯ５ＥＴ）　Ｊにセットされ
る（ホーミングはカセットが装着されていないときにの
み、実行される）。

以上、本発明を有利に用いる態様を説明することを目的
として、薬剤注入システムのための流体供給制Ｗ／モニ
タリング装置の具体例を詳述したが、本発明はこの具体
例に限定されるものではないことが理解されよう、従っ
て、当業者が想到し得る変更構成例、別構成例、ないし
同様の構成例のそのいずれもが、本発明の範囲に含まれ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、流体供給モニタリング／制御装置の構成の模
式的なブロック図、 第２図は、流体供給システムの構成の模式的なブロック
図、 第３図は、ボンピング・サイクルの種々の位相を説明す
る図、 第４図は、エンコーダ・ディスクの上面図であり、該エ
ンコーダ・ディスク上の基準マークの説明を付した図、 第５図は、供給流量制御システムの模式的なブロック図
、 第６図は、流体供給制御ソフトウェア・プロシージャの
模式的なブロック図、 第７図は、ポンプ・コントローラのためのタイミング・
ダイアグラム、 第８図は、注入開始のためのタイミング・ダイアグラム
、そして、 第９図は、ボンピング流量変更のためのタイミング・ダ
イアグラムである。 尚、図中、 １０−流体供給モニタリング／制御装置、１２−使い捨
て式流体流路付きカセット、１４−駆動手段、 １６−モニタリング手段、 １８−制御手段、 ２０−接続路、 ２２−接続路、 ２４−入力線、 ２６−流体流入流路、 ２８−流入バルブ、 ３０−ポンプのシリンダとピストンを含む構造部、 ３２−吐出バルブ、 ３４−流体吐出流路、 ３６−モータ／ギア機構、 ３８−カム、 ４０−流入バルブ・アクチュエータ、 ４２−ピストン・アクチュエータ、 ４４−吐出バルブ・アクチュエータ、 ４６−エンコーダ、 ４８−エンコーダ・ディスク、 ５０−ポジション検出回路、 ５２−供給マーカ、 ５４−インクリメント式供給マーカ、 ５６−制動マーカ、 ５８−モータ駆動操作回路、 ６０−フィードバック・コントローラ、６２−ポジショ
ン検出入力、 ６４−コマンド入力、 ６ローカセツト識別入力、 ６８−アラーム入力、 ７０−マイクロプロセッサ、 ７２−流量評価部、 ７４−非線形コントローラ、 ７ローモータ供給電圧ユニツト、 ７８−パルス・ジェネレータ、 ８０−モータ駆動回路、 ８２・−コントロール・ロジック・ユニット、８３−入
力信号線、 ８４−ゲート入力線、 ８５−カウンタ・リセット信号線、 ８６−カウンタ・イネーブル信号線、 ８８−パルス・スタート信号線、 ９０−制動イネーブル信号線、 ９２−ポジション・カウンタ、 ９４−リセット入力線、 ９６−イネーブル入力線、 ９８−ゲート入力線、 １００−入力線、 １０２−比較器、 １０４−流量コマンド入力、 １０６−並行接続線、 １０８−注入制御タスク（ＩＣＴ）、 １１０−ポンプ制御タイマ（ＰＣＴ）、１１２−モータ
制御タスク（ＭＣＴ）。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）使い捨て式の流体流路付きカセットを用いる薬剤
   注入システムにおける、流体供給モニタリング／制御装
   置であって、 前記流体流路付きカセット内のピストンとバルブとを駆
   動操作するための、該カセットに作用的に接続された駆
   動手段と、 前記カセット内のセンサからの入力と前記駆動手段内の
   センサからの入力とを有するモニタリング手段と、 前記モニタリング手段からの入力と、前記駆動手段から
   の入力と、コマンド信号からの入力と、前記駆動手段を
   制御するように接続された出力とを有する制御手段と、 から成る装置。
2. （２）前記駆動手段が少なくとも１つの駆動機構を含み
   、該駆動機構の各々が、 底部支持構造と、 前記支持構造に載置されたモータであって、該モータの
   駆動軸には複数のギアが取付けられ、それらのギアの１
   つには出力軸が備えられている、モータと、 前記出力軸により駆動されるように連結されたカムと、 前記カセット内のポンプの一部を形成する流入バルブに
   機械的に連結された流入バルブ・アクチュエータであっ
   て、前記カムによって駆動される流入バルブ・アクチュ
   エータと、 前記カセット内のポンプの一部を形成するピストンに機
   械的に連結されたピストン・アクチュエータであって、
   前記カムによって駆動されるピストン・アクチュエータ
   と、 前記カセット内のポンプの一部を形成する吐出バルブに
   機械的に連結された吐出バルブ・アクチュエータであっ
   て、前記カムによって駆動される吐出バルブ・アクチュ
   エータと、 前記支持構造上のエンコーダ手段であって、前記出力軸
   に連結され、前記カムの向きを表わす信号を発生するエ
   ンコーダ手段と、 から成る、請求項１記載の装置。
3. （３）前記制御手段が１つないし２つ以上のモータ制御
   手段を含み、該モータ制御手段の各々が、入力コマンド
   とアラーム信号とに応動し、ポジション検出入力と制御
   出力とを有する、フィードバック・コントローラと、 前記フィードバック・コントローラの前記出力により制
   御されるモータ駆動操作回路と、 前記エンコーダ手段からの入力と、前記フィードバック
   ・コントローラに接続された出力とを有する、ポジショ
   ン検出回路と、 から成る、請求項２記載の装置。
4. （４）前記フィードバック・コントローラの各々がマイ
   クロプロセッサであり、該マイクロプロセッサが、 誤差信号入力と、出力とを有する、非線形コントローラ
   と、 ポジション・カウント入力と、カセット行程容積入力と
   、評価流量出力とを有する、流量評価部と、 前記流量評価部の前記出力に接続された第１入力と、第
   ２入力である流量コマンド入力と、前記非線形コントロ
   ーラの前記入力に接続された誤差出力とを有する、減算
   器と、 前記流量コマンド入力と並列に接続された入力によって
   決定されるモータ電圧出力を有する、モータ供給電圧回
   路と、 カウンタ・リセット信号、カウンタ・イネーブル信号、
   パルス・スタート信号、及び制動イネーブル信号を送出
   する、コントロール・ロジック入力信号発生器と、 から成る、請求項３記載の装置。
5. （５）前記モータ駆動操作回路が、 前記非線形コントローラからの入力と、出力とを有する
   、パルス・ジェネレータと、 前記モータ電圧供給回路からの第１入力と、前記パルス
   ・ジェネレータからの第２入力と、前記モータに制動作
   用を及ぼす第３入力とを有する、モータ駆動回路と、 前記パルス・ジェネレータへスタート信号とゲート信号
   とを供給し、前記ポジション・カウンタへリセット信号
   とイネーブル信号とゲート信号とを供給し、前記モータ
   駆動回路へ制動信号を供給し、且つ、前記エンコーダ手
   段からの入力線と、前記コントロール・ロジック信号発
   生器からの入力線とを有する、コントロール・ロジック
   ・ユニットと、 から成る、請求項４記載の装置。
6. （６）前記ポジション検出回路が、前記エンコーダ手段
   からの入力と前記流量評価部への出力とを有するポジシ
   ョン・カウンタから成る、請求項４記載の装置。
7. （７）前記マイクロプロセッサが、 前記複数のポンプによる流体の供給を秩序立てる、流入
   制御タスク（ＩＣＴ）ソフトウェア・プログラムと、 前記複数のモータを運転して流体を指定された流量で供
   給する、モータ制御タスク（ＭＣＴ）ソフトウェア・プ
   ログラムと、 前記ＩＣＴ及び前記ＭＣＴの機能をモニタリングすると
   共に、前記複数のポンプの閉ループ制御を実行させるた
   めのメッセージを前記ＭＣＴへ送出する、ポンプ制御タ
   イマ（ＰＣＴ）ソフトウェア・プログラムと、 を走らせる、請求項４記載の装置。
8. （８）前記モータの各々が、更に、制動のための逆回転
   防止クラッチ機構を含んでいる、請求項２記載の装置。
9. （９）前記エンコーダ手段が、 前記出力軸上に載置されたエンコーダ・ディスクであっ
   て、「ホーム」ポジションと、供給サイクルと、充填用
   バルブ操作サイクルと、充填サイクルと、供給用バルブ
   操作サイクルと、制動を行なうために使われる前記供給
   サイクルの開始以前の所定時刻とに、夫々対応する複数
   の基準マークをその表面に有する、エンコーダ・ディス
   クと、前記エンコーダ・ディスクが回転する際に、前記
   マークに基づいて電気信号を発生する、電気信号発生手
   段と、 から成る、請求項２記載の装置。
10. （１０）前記電気信号発生手段が、前記エンコーダ・デ
    ィスクの前記表面からの光を検出して、前記エンコーダ
    ・ディスクの前記表面上の前記マークの位置と相関する
    電気信号を送出するために用いられる光電式検出器から
    成る、請求項９記載の装置。
11. （１１）前記非線形コントローラが、前記誤差入力へ入
    力する誤差信号に基づいて、前記パルス・ジェネレータ
    の前記出力のパルス巾を調節するデジタル・コンピュー
    タ・プログラムから成り、該プログラムが、サンプリン
    グされたデータの非線形・比例・積分・微分アルゴリズ
    ムから成る、請求項５の装置。