JPH05502096A - 高圧流体測定制御装置 - 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】 高圧流体測定制御装置 出願に関する関連説明 これは、１９８７年９月３日出願の出願番号第０９２．４８１号の一部継続出願 であり、それは１９８７年５月４日付けの米国特許第４．８０８．１６１号とし て発行された、１９８７年３月５日出願の出願番号第０２２．１６７号の一部継 続出願であり、また１９８６年３月４日出願の出願番号第８３６．０２３号の一 部継続出願である。ここによる関連出願は参考として本明細書に含まれる。

発明の背景 １　発明の分野 本発明は一般に流体の流れを制御する装置に関し、また特に医学的な注入技術に 関するが、他の用途にも用いることができる。

２　関連技術の説明 流体の流れの正確かつ厳密な調整は多くの面で要求される。正確度および厳正度 は、生命に関する医学的な注入速度には特に必要である。例えば、化学療法にお いては、患者に対して注入速度が遅すぎても効力のないことが立証され、一方速 度が速すぎても害になることが立証されている。

しかし、医学的な注入装置における各種固有な要素は、正確な流体を送出するこ とを問題にする。第一の要因は流体を送出するために用いられる管に関する。ラ インの開閉は一般にクランプによって行われるが、それは管壁を変形させ不規則 な流体速度にさせる。第二の要因は、注入の際、薬剤を投与されている患者が流 体柱の高さを変化させるように動くことは、流体の流れに影響を及ぼす。第三に 、流体が、点滴用バッグまたはボルトのような徐々に空になる定量レザバから送 出されるような要因も注入速度に影響を与える。

これらの要因を補うために、多くの手段が技術的に知られている。ある従来技術 では滴下のカウントを目測に依っている。強化された滴下カウント装置は、滴下 サイズおよびはね返りを補うために滴下カウント・データを更新する。他の手段 としては、流れを調整する重量式およびポンプ式バッグを備える。しかし、装置 の誤差は、全てではないが、それらの設定の大部分では避けられない。

発明の要約 本発明は、ラインを通る流体の流れを測定する装置を提供する。その装置は硬質 容器にあるライン内の流体部分を隔離するので、容器内の流体はラインの残圧に よる影響を受けない。流体で占められない容器部分を測定する装置が提供される 。以下（発明の要約および独特な実施例の説明の中で）詳細に説明する通り、こ の容積測定装置は測定ガスを用いる。容器の容積がわかれば、そのときに容器内 の流体の容量は簡単に定められる。しかし、流れの制御に関して、容器の容積を 知る必要はない。その実施例の装置は、ラインに投与される前後の空洞部分を測 定するだけであり、それは、もちろん二つの容積差が投与された流体量である。

投薬サイクル中、容器の容量を変えないことが重要であり、従って、「硬質」容 器が用いられる。

流体を容器に対して人出を促すために、一般に周囲圧より高い正圧源、また一般 に周囲圧より低い負圧源が供給される。正圧源は容器に測定ガスを供給する。つ まり、正圧は容器から流体を送出するように用いることができる。負圧源は容器 から測定ガスを移動させ、すなわち、容器に吸引を加える。こうして負圧は流体 を容器内に収容するように用いることができる。

この装置を用いる一般的なサイクルは、まず負圧源を用いて容器に流体を流し込 み、次に測定装置が、容器に流体が満たされていない量を測定するように容器を 隔離させ、測定後正圧源を用いて容器から流体を送出し、流体が投与されてから 容器に流体が満たされていない量を再度測定するように容器を再隔離し、また最 後に二つの測定値を減じて投与された流体量が定められる。ひのサイクルは流体 の所望量が投与されるまで反復することができる。別法として、流体が容器に流 れ込む前後の量を測定して、流体が容器に満たされない量を定め、すなわちそれ は、単に二つの測定値を減じて流体が容器内に流れ込んだ量を定めることができ る。つまり、容器に漏れ穴がなく、他の誤差がないことは、数サイクルの周期に わたって容器に入る流体の量が同じ周期にわたってほとんど同量の流体がライン に出ることを確認することて保証できる。

容器が流体で占められない容積を測定する上記の測定装置は、実施例の多様性を 有することができ、すべての実施例は、容器の空間部分を満たされる測定ガスを 用いるので、容器内の流体と関連している。

測定装置の第一実施例では、測定ガスの一定された周知（Ｄ　容Ｉ　Ｖ　ｒを保 持するレザバ、レザバおよび容器を接続するバルブ、レザバ内の圧力を測定する 圧力変換器（トランスデユーサ）およびレザバ内の圧力を変化させる装置を備え る。

測定装置の第二実施例では、測定ガスの一定された周知の容量を保持するレザバ 、容器およびレザバ（バルブおよびレザバ内の圧力を変化させる隔置された装置 に代わる）、ならびに一つは容器用、一つはレザバ用の二つの圧力変換器を備え る。

第三実施例では、周知の増加によって容器の容量を変化させ、容器用変換器によ ってこの前後の圧力変化を測定する。

制御装置、普通はマイクロロセッサは、圧力測定値を読み取り、また多種のバル ブおよび使用されるポンプを制御するために、本発明の様々な実施例のすべてに 用いられることが理解されると思う。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の好適な実施例の概略図を示す。

第２図は、本発明の別な実施例の概略図を示す。

第３図は、第１および第２図に示す実施例の特性を結合する、本発明の更に別の 実施例の概略図を示す。

第４図は、第１−第３図に示す測定装置の代わりに、本発明で用いることができ る測定装置の概略図を示す。

第５図は、第１−第４図に示す測定装置の代わりに、本発明で用いることができ る他の測定装置の概略図を示す。

第６Ａ−第６Ｂ図は、本発明で用いることができる二つのタイプのバルブを示す 。

第７図は、本発明で用いることができる使い捨て可能なカートリッジまたはカセ ットの横断面図を示す。

第８図は、第７図の使い捨て可能なカセットとその内部配管の底部平面図を示す 。

第９図は、第７図の使い捨て可能なカセットの端部側面図を示す。

第１０図は、第７図の使い捨て可能なカセットが対向して置かれる、対向する中 実装置ユニット表面の平面図を示す。

第１Ｉ図は、別の使い捨て可能なカートリッジとその内部配管の頂部平面図を示 す。

第１２図は、中央ユニットに接触するもう一つ別の使い捨て可能なカートリッジ の縦断面図を示す。

第１図は本発明の好適な実施例を示す。斜線で示された流体は、一般的に用いら れている供給源、例えば、滴バッグから患者まで通る点滴ラインであるライン１ 内にある。流体は入力バルブＡと出力バルブＢを持つ硬質容器２のラインに配列 される。バルブＡとＢは、容器２がライン１の残圧作用で隔離されるように閉じ ることができる。好適な実施例における容器２は膜３によって分割されるが、そ れは、流体で満たされた容器の部分と普通は空気である測定ガスで満たされた残 りの部分とを分離する。膜３は、測定ガスの圧力が流体への圧力となるように十 分に柔軟性があり、その結果容器内の液体の量が変化するのにともない膜は動く ことができる。

点滴および他の医学的応用に対して、容器、バルブＡおよびＢは特に使い捨て可 能なカートリッジとして作られているので、流体に直接接触する区域を取外して 処分し、またいつでも別の患者に使用するときには他のカートリッジを取り付け ることができる。使い捨て可能なカートリッジの容器、バルブＡおよびＢを取り 付けることにより、流体と接触する装置のこれらの区域を清潔にしかつ殺菌する という問題は回避される。容器は、たまたま使い捨て可能なカートリッジ内にあ るので「使い捨て」と呼ばれることがある。

第１図は、容器（すなわち、使い捨て）内の圧力Ｐｄを測定する圧力変換器４を 示す。下記のサイクルで見られるように、多くの応用では分離した圧力変換器４ を必要としないが、その理由は、レザバ内の圧力Ｐ＋を測定する圧力変換器５が 、バルブＤを開いてレザバと容器とが同圧になるときに、容器の圧力を測定でき るからである。

それにも拘らず、容器の圧力Ｐｄをモニタすることは、バルブＤが閉じられてい るときに時々必要であり好ましいからである。

第１図は、周知の容量を一定にするレザバも示す。ライン１を通して流体の流れ を測定したり制御したりする測定の多くのサイクルでは、レザバの第一目的は容 器が流体で満たされない容積を測定することである。（Ｖｕは容器の「非占有容 積」を示す）第１図に示す実施例では、Ｖｕを測定するレザバに加えて正圧タン ク８または負圧タンク９が用いられている。

正、負圧タンクは、容器内の正、負圧に対してそれぞれ正圧源および負圧源とし て稼働する。第１図は、バルブＧによって正圧タンク８に、またバルブＨによっ て負圧タンク９に接続されたポンプを示している。このポンプは測定ガスを負圧 タンク９から正圧タンク８に移動するように用いられ、それによって正圧タンク ８に一段と高い圧力を、また負圧タンク９に一段と低い圧力を作り出す。正圧タ ンクから負圧タンクに測定ガスが戻るのを防止するために、バルブＧおよびバル ブＨは所望の正、負圧が得られると閉しられ、かつその時ポンプを停止する。圧 力変換器６と７はそれぞれ正、負圧タンクの測定をモニタするように用いられる 。第１図の正、負圧力（すなわち、正、負圧タンクからの）はそれぞれバルブＪ とバルブＫによって直接供給することができる。

第１図に示す実施例で用いるＶｕ　（容器２の流体で満たされない部分の容積） を測定するために、下記の段階のサイクルはレザバの容積が判るならば遂行する ことがで段階１−容器の隔離、バルブＡを閉じる。

段階２−容器とレザバとの同圧化：バルブＤを開く。

段階３−容器内の圧力Ｐ１の測定：変換器５からＰｒを読み取る。

段階４−レザバからの容器の隔離：バルブＤを閉じる。

段階５−レザバ内の圧力変更・正圧源からのより高い正圧力に対してレザバを開 放するためにバルブＪを開く（あるいは代わりに負圧源からのより低い負圧力を 開放するためにバルブを開く）。

段階６−レザバ内の圧力Ｐ２の測定：変換器５からＰ＋を読み取る。

段階７−容器とレザバとの同圧化：バルブＤを開く。

段階８−容器内の圧力Ｐ３の測定：変換器５からＰ＋を読み取る。

段階９−４’ｃ（７）計算：解法　Ｖｏ＝−（（Ｐ３−Ｐ２）Ｖｒ）／（Ｐ３− ＰＩ）但し■［はレザバの容積である。

段階９の方程式は理想的なガスのボイルの法則を用いて導き出される。このサイ クルが終了してから、容器２内の流体の容器は、容器２の容積が周知であるなら ば、決定することができる。すなわち、それは単に容器２の全容積（占有および 非占有部分）から非占有容積Ｖｕを減したものである。

分離圧力変換器４が容器２に設けられて、上記の段階２と７で行うように容器２ とレザバとの間を同圧にさせる必要がないのならば、代わりに容器２とレザバと を段階７を除いた全ての段階を通して隔離することができる。

こうして、段階２は省略される。すなわち、容器内の初期圧力Ｐｄｌは、容器２ に対して変換器４によらず段階３において依然と測定される。段階４は、レザバ と容器とが既に隔離されている場合に省略することができる。段階５は、レザバ の圧力Ｐ＋Ｉが容器の圧力と異なるように変更される。上記サイクルのように、 段階６はレザバの圧力Ｐｒｌの測定を含む。段階７は、レザバと容器との間に若 干の測定ガスを単に通過させるように変更することができるが、容器とレザバと を同圧にする必要はない。

段階８は、容器内の新しい圧力Ｐｄ２とレザバのＰｒ２を測定するように変更さ れる。段階９は別の方程式Ｖｕ＝−（（？２−Ｐｉ）　Ｖ＋）／（Ｐｄ２−Ｐｄ ｌ）を用いる。この変更されたサイクルは以下に説明される。

第１図の実施例の別な容積（Ｖｏ）計算サイクル段階１−容器の分離・バルブＡ 、ＢおよびＤを閉じる。

段階２−（省略） 段階３−容器内の圧力Ｌｄｌの測定：変換器４からＰｄｌを読み取る。

段階４−（省略） 段階５−容器内の圧力Ｌｄｌと同圧時のレザバ内の圧力変更：変換器５からＰ「 を読み取り、必要ならばバルブＪまたはバルブにのどちらかを開く。

段階６−レザバ内の圧力？Ｉの測定：変換器５からＰｒＩを読み取る。

段階７−レザバと容器との間を流れる若干の測定ガスに対する許容・バルブＤを 開閉する。

段階８−容器内の圧力Ｐｄ２とレザバ内の圧力Ｐｒ２の測定：変換器４と５を読 み取る。

段階９−ＶＤの計算：解法　Ｖｕ＝−ＮＰ＋２−Ｐｎ）Ｖ＋）／（Ｐｄ２−Ｐｄ ｌｌによる。

このサイクルは、レザバと容器と同圧になるまで待てない場合に有用である。す なわち、２者の間が長くて細い通路であると、このような場合になるので同圧に するためにバルブＤが開かれてから若干の時間を与える。

上記の両サイクルに対して、レザバの容積ＶＴは選択性なので、容器の満たされ ていない部分の容積Ｖｕとほぼ同じ（または同程度の大きさ）にすることが望ま しい。そのように容器とレザバのいずれかの圧力はほぼ同時に変更されることが 好ましく、またこうして圧力測定の誤差または容積計算の遂行が最小化される。

一方、正圧タンク８と負圧タンク９は、レザバおよび容器２の満たされていない 部分よりも一層大きいことが好ましい。この好ましい理由は、容器内の圧力Ｐｐ およびＰｎは（変換器６と７をモニタしかつポンプが適切に活動していることで ）所望のレベルに保持されることが望ましく、いずれかのタンクが（バルブＪま たはＫのいずれかを開くことにより）レザバに対して解放されるときにレザバは タンクの圧力レベルまで加圧されるが、タンクの圧力レベルは際立つ変化をしな い。タンク内のガス量に比較されて、少量のガスが移動される。こうしてタンク 内の圧力は多きく変化しない。この配列は、それが望まれるか、正または負の、 ある圧力までレザバに速やかに加圧する必要があるときに所望される。

上記の通り、正、負圧源（この実施例のタンクにおいて）容器２の膜３に吸引お よび加圧を別に付加させて、ラインを通して流体を送るように用いることができ る。

制御された速度でラインを通して流体を送る第１図の実施例に用いるサイクルを 以下に説明する。

第１図の実施例の流体測定（ポンプ）サイクル段階１−開始：正圧タンクに正圧 を作り出し、負圧タンクに負圧を作り出す。

段階２−容器への充満：バルブＢとＪを閉じ、バルブＡＳＤおよびＫを開く。

段階３−容器の隔離・バルブＡとＫを閉じる。

段階４−サブサイクルによる容量計算の実行＝（ｉ）　容器内の圧力を読み取る （レザバ用圧力変換器５を用いる。

注・　このサイクルで、使い捨てはそれ自体の圧力変換器を必要としない。更に 、測定誤差を最小にするため、全ての圧力測定用に同じ変換器を用いることが好 ましい）。

■　バルブＤを閉じてレザバから容器を隔離する。

□□□　バルブＪまたはＫのいずれかを開き、それから閉じることによりレザバ 内の圧力変更をする。

０の　レザバ内の圧力を読み取る。

■　バルブＤを開いてレザバに対して容器を解放する。

位０　容器内の新しい圧力を読み取る。

（ハ）容器の容積が周知ならば、容器内の流体の初期容量を計算する（それ以外 に、非占有容積Ｖｕを計算する）。

段階５−流体の送出、バルブＢとＪを開く（生：バルブＤは開いている）。

段階６−容器の隔離・バルブＢとＪを閉じる。

段階７−サブサイクルによる容量計算の反復：段階４の副段階（ｉ）−〜Ｄを実 行し、また容器内の流体の最終容量（または最終Ｖｕ）を計算する。

段階８−送出された容量計算（段階５における）二段階４で計算された初期容量 から段階７で計算された最終容量を減じる（または段階７の最終Ｖａから段階４ の初期Ｖｕを減じる）。

第２図は、本発明による別の実施例を示す。第１図に示された実施例と著しく類 似しているが、正、負圧源８と９はレザバを通らずに容器に直接加えることがで きる点が異なる。また、レザバはバルブＦを開くことで周囲の圧力に対して放出 することができる。レザバからの枚方Ｐｔを変換することができる。放出バルブ は第１図の実施例でも用いられた。

第２図の実施例で用いられる制御された速度で流体を送るサイクルを以下に説明 する。

第２図の実施例の流体測定（ポンプ）サイクル段階１−開始：正圧タンクに正圧 を作り出し、負圧タンクに負圧を作り出し、バルブＦを閉じる。

段階２−容器への充満、バルブＢとＣを閉じ、バルブＡ、Ｅを開く。

段階３−容器の隔離：バルブＡとＫを閉じる。

段階４−サブサイクルによる容量計算の実行：（１）バルブＤを開く。

■　容器内の圧力を読み取る（レザバ用圧力変換器５を用いる。

注：　このサイクルで、使い捨てはそれ自体の圧力変換器を必要とせず、上記の 通り、レザバの圧力変換器を用いることができ、また用いるべきである）。

ＧｉＤ　バルブＤを閉じてレザバから容器を隔離する。

１１０　バルブＦを開いてレザバを放出する。

（イ）　レザバ内の圧力を読み取る（周囲と同圧にさせる）。

（ＶＤ　バルブを閉じてレザバを隔離する。

（ハ）バルブＤを開いてレザバに容器を解放する。

に）　容器内の新しい圧力を読み取る。

＠　容器内の流体の初期容量を計算する（または容器の鳩たされていない部分の 初期容積）。

段階５−流体の送出：バルブＢとＣを開く。

段階６−容器の隔離：バルブＢとＣを閉じる。

段階７−サブサイクルによる容量計算の反復二段階４の副段階（ｉ）−に）を実 行し、また容器内の流体の最終容量（または最終Ｖｕ）を計算する。

段階８−送出された容量計算（段階５における）　段階４で計算された初期容量 から段階７で計算された最終容量を減じる（また段階７で計算された最終Ｖｕか ら段階４で計算された初期ＶＵを減じる）。

−見して、第１および第２図の流体測定（ポンプ）サイクルは著しく類似してい る。ひとつ異なる点は、容積Ｖｕを測定することができ、第２図の実施例におい てレザバ内の圧力？がレザバから大気に放出されて交換される。

第３図は、本発明の第３の実施例を示し、第１および第２図で示した実施例の特 性を合成したものである。第３図の実施例では、正、負圧タンク８と９を加減圧 するために２台の別々なポンプも用いられている。つまり、この実施例において ２基のタンク内の圧力は別々に制御することができる。注目すべき点は、正、負 圧力の供給は、タンク８と９のようなタンクを必ずしも必要としないが、正、負 圧力源をより良好に調整するために、大きなタンクを用いることが好ましい点で ある。上記実施例のどれをとっても、正、負圧力は２台の別々なポンプによって 供給することができ、１台のポンプは装置に測定ガスを加え、段階のポンプは装 置から測定を減じる。それらのポンプはバルブＣとＥによって容器２に接続され 、バルブＪとＫによってレザバに接続される。実際、一方向に交互に送ることが できる単独ポンプおよび他のポンプは、正、負圧力のいずれも供給するように用 いることができる。すなわち、単独ポンプはそれからの測定ガスを加えかつ移動 させるように用いることができる。

ライン１を通る流体の流れを制御する第３図の実施例で用いるサイクルを以下に 説明する（この特殊なサイクルはライン１を通る流体を送り込まないことに注目 されたい。むしろ先頭の圧力、または容器２のポンプの上流と下流のいずれかま たは双方のような外力がライン１を通る流体を移動させるために必要となる。こ のサイクル　。

は単に流速を測定し、また流速が速すぎると、制御装置は流速を遅くするために バルブＡとＢを開閉して調整することができる）。

第３図の実施例の流体測定（ポンプ不用）サイクル段階１−開始・バルブＣＳＥ 、ＦＳＪおよびＫを閉じる。

段階２−容器の充満：バルブＢを閉じ、バルブＡを開く（注：バルブＡを越える 十分な圧力は、このポンプ不用サイクルにおいて容器内に流体を入れるように力 を要求する。）。

段階３−サブサイクルによる容量計算の実行８（ｉ）　バルブＤを開いて容器と レザバとの間を同圧にする。

■　容器内の圧力を読み取る。

０　バルブＤを閉じてレザバから容器を隔離する。

■　バルブＦ、ＪまたはＫを開き、次に閉じることでレザバ内の圧力変更をする 。

（７）　レザバ内の圧力を読み取る。

（ＶＬＩ　バルブＤを開いて容器とレザバとの間を同圧にする。

（ハ）　容器内の圧力を読み取る。

佇め　容器内の流体の初期容量（または初期Ｖｕ）を計算する。

段階５−流体の送出：バルブＢを閉じる（注：バルブＢを下回る十分な圧力は、 このサイクルにおいて容器から流体を出す力を要求する）。

段階６−容器の隔離：バルブＢを閉じる。

段階７−サブサイクルによる容量計算の反復二段階４の副段階（＋）−に）を実 行し、また容器内の流体の最終容量（または最終Ｖｕ）を計算する。

段階８−送出された容量計算（段階５における）二段階４で計算された初期容量 から段階７で計算された最終容量を減じる（または段階７で計算された最終Ｖｕ から段階４で計算された初期Ｖｕを減じる）。

このサイクルにおける段階３の副段階Ｇノ、また上記第１図の実施例の２種の別 々な容積（Ｖｕ）計算サイクルで見られる通り、第１〜第３図に示す構成は、容 器２の占有されていない容積（Ｖｕ）を測定する様々な手段において用いること ができる。Ｖｕを測定するために他の構成を用いることがある。例えば、第２図 のＶｕを測定する測定装置１０は、レザバ、バルブＤとＦｌおよび圧力変換器５ を備え、第４、第５図に示す２種の別々な測定装置と交換することができる。こ の明細書で検討された全ての測定装置は、第４、第５図に示す装置を備えて、Ｖ ｕを測定するために測定ガスおよびボイルの法則を用いる。他種の測定装置を利 用することもできるが、ここに開示されたものは、より正確かつ安価である。第 ４図に示す測定装置１０は、容器から隔離することができるレザバを持たない。

本来、第４図の実施例で実行されることは、容器を隔離してから、容器の初期圧 力Ｐｄｌを測定し、次に容器の容積は周知の量’／Ｘによって変更させ、最終圧 力Ｐｄ２を測定し、さらに■υは下記の方程式により定めることである。

Ｖｕ＝−Ｐｄ２（Ｖｘ）／（Ｐｄ２−Ｐｄｌ）容積は、モニタ１２で操作される ピストン１１によって交換される。圧力測定は圧力変換器４によって行われる。

この装置は、本発明に対して発行された米国特許第４、８０８．１６１号（前記 関連説明された）の中で一段と詳細に説明されている（正、負圧力源までのライ ンは容器本体に直接接続されることに注目されたい。もちろん、これらの接続と 第２図で示す正、負圧タンクへの接続とは実際に差異はない。）。

第５図に示す測定装置１０は第１、第２および第３図に示す測定装置と同様な手 段で遂行する。レザバの容積Ｖｒは周知され定められる必要があり、また第２図 のバルブＤの位置に設けられるポンプ１３は、レザバ（および容器２）内の圧力 変更、またレザバと容器２との間の測定ガスのバルブとしても用いられる（ポン プが離脱され、ガスが漏れるならば、次にもちろん、容器２とレザバとの間に流 体がなされることを防止するように閉鎖できるバルブをプンプと直列に設ける必 要がある）。第５図の実施例で実行されることは、容器２とレサバを隔離してか ら各々の圧力Ｐｄｌ　とＰＨＩを測定し、それから若干の測定ガスが容器からレ ザバに、またはその逆に送られ、容器およびレザバ内の新しい圧力Ｐｄ２とＰｔ ２が測定され、更に容器の満たされていない部分の容積Ｖｕは次の方程式によっ て定められる。

Ｖｕ＝　−（（Ｐｒ２−ＰＨＩ）　Ｖｒ）／（Ｐｄ２−Ｐｄｌ）ひとつ注意する 点は、２台の隔置された変換器４．５が容器およびレザバ内の圧力を測定するた めに必要となる点である。また、バルブＦがこの実施例に含まれたが必ずしも必 要ではなく、その理由はサイクルの間に大気にレザバを放出するからである。こ の装置は、本発明者に発行された同時継続出願第０９２．４８１号（上記関連説 明され、米国特許第４．８０８．１６１号の一部継続出願である）の中で一段と 詳細に説明されている。

−見して第４および第５図の装置が、正、負圧力源に関係なく容器２の中の流体 を減少させ、つまり容器から流体を送出するように用いられる方法と１２では、 第４図の実施例ではその電動機（モータ）駆動のピストン１１を用い、また第５ 図の実施例ではそのポンプ１３を用いる。

特殊バルブ装置は、上記使い捨てカートリッジの実施例にも用いられるように設 計された。特に、このバルブ装置は上記実施例のバルブＡとＢを用いることがで きるが、それらのバルブは点滴用流体に接触するので、使い捨てカートリッジの 一部とすべきである。そのバルブ装置は、空気のような第２制御流体を用いるこ とで特徴付けられる（制御流体は測定ガスと別なものにできるが、いずれも空気 であることが好ましい。）。この制御流体が、受圧表面に対する柔軟性の膜を押 しつけることは、密閉されかつラインを閉止させる。流体ライン、柔軟性の膜、 また受圧表面は、制御ラインの比較的低い流体圧力が主要ラインの比較的高い圧 力による流体を閉止するように要求される機械的に便利な手段で配列される。

本発明で提供された単独バルブのひとつの簡単な実施例を第６Ａ図に示す。流体 ラインの入力６１と６２は流体と密着したバルブ用チャンバ６３に取り付けられ る。

このバルブ用チャンバ６３を鋳型製の硬質プラスチックのような強固な材料で作 ることが考慮されている。バルブ用チャンバは入出カライン用のフィルタ機能を 備えている。バルブ用チャンバは流体人力６１に接続された入力口６４を備える が、本実施例では有効な閉止を容易にするため斜角をつけた形状を表している。

しかし、本発明の主旨の中ではチャンバの壁と平らな入力口６４を有することも 可能である。

バルブ用チャンバの一つの壁面には柔軟で不透過性の膜６５が設けられ、それは 制御流体供給ライン６６に伝達している。膜６５は、制御流体供給ライン６６と 入力口６４に関して設けられるが、それにより制御流体圧力が、制御流体供給ラ イン６６の中で増加されるとき、柔軟な膜６５０入カロ６４に押しつけられる。

膜６５の材料は選択性なので、膜は入力口６４を「つかみ」、それにより閉止度 を高める。流体ラインを開きたいとき、制御流体圧力は、主要ラインの流体圧力 が入力口から膜６５を押し放つまで減少され、こうして閉止は解除される。

本発明のこの実施例は機械的な利点を含む。制御流体は膜の全表面にわたって力 を分布する傾向がある。小さな内径であるために流体人力６１の流体は膜６５の 狭い面積のみに作用する。つまり、制御流体ラインの圧力バルブ、流体入力の圧 力より大きな力（力は圧力と面積との積に等しい）を膜に加える必要がある。第 ６Ｂ図は、このバルブのもう１つの実施例を示し、その中には２箇所の傾斜をつ けた入出力口を用い、１箇所は入力６４用、もう１箇所は出力６７用である。こ の実施例は、出力流体に高い圧力が加えられるならば、有用となる。

制御流体ラインの圧力が、稼働に際してカム作動のピストンまたは他の周知の装 置に使用するステッパ電動機を用いて制御することを検討している。ピストン構 造の実施例において、ピストンはライン内の空気を圧縮するように用いられ、そ れにより制御流体圧力は増加され、バルブが閉じられる。ピストンは制御流体圧 力を減少し、バルブを開くように引き戻される。

別の実施例では、空気が制御流体として働く。空気はそれから流体ラインに伝達 している気密レザバに収納される。圧縮機はライン内の空気圧を増加するために 用いられ、またソレノイド作動式バルブは、レザバと制御ラインとの間の伝達通 路を開くために用いられ、それにより制御ライン内の圧力は増加される（上記の ことはマイクロプロセッサによって制御することができる。）。バルブを開く必 要があるときに、伝達通路は閉じられ、制御ラインは周囲の大気に放出される。

代わりに、レザバは手動ポンプを用いて与圧することがでる。

制御流体圧力発生装置に対する特定の実施例のみならず、本発明が提供する数多 くの利点が見られる。それらの利点の第一は、安価でかつ製造の容易性と機械的 な信頼性との紹合せである。

第６Ａおよび第６Ｂ図のバルブ装置が機械的に信頼性をもつのは、活動部分が少 ない理由である。バルブ・チャンバは、ライン流体入力、ライン流体出力、およ び制御流体ラインを付けたまま、固定される。活動する部分は、制御流体圧力発 生装置と柔軟性膜だけである。上記の通り、制御流体圧力発生装置はステッパ電 動機およびピストンを用いて実行することができる。ピストン組立体は、限定さ れた範囲内作動するので、機械的にも信頼される。更に上記の通り、制御流体圧 力発生装置は与圧された空気レザバを用いて実行することもできる。その実施例 において唯一活動する部分は、レザバが制御流体ラインに接続するバルブ、およ びレザバの与圧に用いられる装置である。更に、その与圧されたレザバは、第１ 〜第３図に示された正圧タンク８のように、流体制御装置に利用することができ る（負圧タンクは入出力口から膜６５を引き離すために用いられる。）。

柔軟な膜は、多種の容易に利用できて安価な材料、例えば点滴バッグを作る柔軟 性プラスチックで作ることができる。この材料は極めてざらつきが有り、加えて 比較的安価であることが知られている。更に、このプラスチックは優れた「つか む」特性を有する。

膜構造の装置を用いるもう１つの利点は、点滴管を圧搾するバルブ装置構造にお ける周知の固有な欠点がないことである。圧搾装置の第一の欠点は、ラインを完 全に閉止することは困難である。挟まれた管の端部を「折りたたむ」難しさのた めに、点滴ラインを挟んで閉止するには比較的大きなエネルギを費やさなければ ならない。

更に流体を冷やす欠点がある。点滴管は、開閉を反復した後に、挟まれた位置の 回りが変形しやすい。これは、点滴送出装置の機械的な正確性を順次失う。それ らの欠点は膜構造の装置には存在しない。上記の通り、この装置の固有な利点の ため、バルブを閉止するには比較的少ないエネルギで済む。理由としては管を挟 むことはなく、冷える流体に関しても考慮する問題は存在しないことである。

更に、ディバイスは精密な鋳造物を必要としない。バルブは広い範囲の製造欠陥 を許容する。例えば、たとえバルブ・チャンバの口が完全に配列されな（とも、 膜はなお口を封止する。入出カラインを含むバルブ・チャンバに漏れがなく、ま た制御流体ラインが気密性であることが厳しく要求されるだけである。

更に、用いられる製造法によってはこのバルブ装置の実用性を増すことができる 。例えは、全て単独な使い捨てユニット内にある入力ライン、バルブ・チャンバ （口を含む）、出力ラインおよび膜を造ることができ、ユニットは第１〜第５図 に示す容器２（液体で満たされる容器の半分は一層精密である）も含む。膜は、 中央フロー制御装置ユニットにぴったりと密着できる大きさにされた強固なプラ スチック構造体に取り付けられる。上記各種のどのフロー制御装置も使い捨てと 共に稼働させられる。

フロー制御装置のどの実施例においても、全てプラスチックの同しブロックから 出る入出力通路および膜構造のバルブ用チャンバと共に点滴流体（第１〜第５図 の容器２の左半分）を収納する圧力・容積測定ノ＼ウシノグ部分を鋳造型にする ように考慮されている。同一シートの嘆を、バルブ内の膜６５すなわち点滴流体 と測定ガスとの間のインターフェイス（第１図の符号３）として用いることがで きる。２つの当該ハウジング・ユニットが第７〜第９図および第１１図に示され ている。

ハウジング・ユニットには第１０図に示された物か収納ブロックに張り付けられ 、第７〜第９図に示すハウジング・ユニットと共に使用される。ハウジング・ユ ニットは、保持用クランプまたは技術的に周知の他の装置によって定位置に保持 される。封止リングは、制御流体通路、また測定ガスの密閉度を持続するように 供給される。

この実施例において、ハウジング・ユニットは使い捨てで、収納ブロックは中央 フロー制御装置ユニットの必要な部分であると考えられる。これは望ましい配列 であと見うれる。ハウジング・ユニットは点滴流体の輸送に用いられるので、無 菌状態でなければならない。そのようなユニットを幾度も使用するように清潔に かつ殺菌することは不可能である。一方、収納ブロックは、正しい封止および正 しいバルブ作動を保証するために頑強でなければならない。

制御装置（すなわち、マイクロプロセッサ）は、全てのシール（封止）が密着さ れているかを検査するディバイスが測定する間も完全なプロトコルを実行するよ うにプロクラムされることが考慮される。そのようなプロトコルの間、変化した バルブ・チャンバに対して制御流体圧力は巧みに操作され、圧力変化の結果は、 装置内に常時備えられている圧力変換器を用いてモニタされる。異常な条件は、 中に入ることに対して警報状態を起こす。

全ての通路は制御装置ユニットを全て適用するように要求しない。様々な形状に 対して全て可能な通路構造を統合する「共通な」ハウジングを設計し、製造する ことができる。収納ブロックは、それから限られた制御装置の適用に順応できる 。代わりに、マイクロプロセッサは、要求通りに、通路からバルブまでプログラ ムされる。

第７図は使い捨てハウジング・ユニット（または「カートリッジ」、か「カセッ ト」）の一実施例を示す。

この特殊ユニットは使い捨て部分の容器用に２箇所の凹面状の窪み７１を有する ので、２台の流体制御装置は同時に機能することができる。好適な実施例におい て、２台の流体制御装置は、流体を滑らかに流すために患者に点滴流体を送出す ように用いられる。一つの容器７１が放出中、片方は流体で満たされている。こ うして、流体はより接近した間隔とより小さなパルスで送出し、不規則でその間 に長時間を費やす、より大きなパルスは用いない。

第７図に示す使い捨てカートリッジは、示される入力６１と出力６２と共に、第 ６Ａ図で示された型の１０個のバルブ７２も有する。このユニットの側部にはそ れに横切って伸ばされて取り付けられた膜を有し、バルブ７２の膜（第６Ａ図の ６５）すなわち容器７１の膜（第１図の３）として働く　（第９図の符号９１を 参照のこと）。

第８図は、内部配管または通路８１を表す使い捨てカートリッジの底部平面を示 し、それらは使い捨てカートリッジの内部にあり、また多数のバルブ７２、容器 の窪みおよび多数の入出力８２〜８６を接続する。入出力は様々な方法で配列す ることができ、例えば上部２箇所のボート８２と８３はいずれも二種類の供給さ れる流体からの入力（すなわち、第１〜第５図のバルブＡ）であり、下部２箇所 のボート８５と８６は出力（すなわち、第１〜第５図のバルブＢ）である。ボー ト８４は、試験または分析用に容器から流体のサンプルを採取するように用いら れる。第９図は、陰に見える容器７１の流体側にある、それらのボート８２〜８ ６の端部面を示す。バルブ７２および容器７１用の膜９１は、使い捨てカートリ ッジの（９１）で表された側の上に取り付けられる。

膜９１は容器内の流体量によっては内外に膨れる。

第１０図はフロー装置ユニットの表面を表し、それに対する第７〜第９図に示す 使い捨てはクランプ用ディバイスによって定置され保持される。使い捨ての窪み ７１−に合うように装置ユニット上に２つの大きな窪み１０１がある。装置ユニ ット上のそれらの窪みは基本的には容器の測定ガス部分である。各窪みは孔１０ ３を有し、それを通って測定ガスが通過する。以上広範囲に説明した通り、測定 ガスは、（容器が隔離されているときに）流体によって容器を完全に占有してい ない容量を測定するように用いられ、それにより容器内の流体を減じたり、また 容器の流体に力を加える。

第１０図はバルブ７２および孔６６用の容器１０２も示し、それを通ってバルブ 制御流体が通過する。容器の窪み１０１とバルブの容器１０２はそれぞれ１０５ と１０６で周囲を封止され、その結果使い捨てが装置ユニットに対してクランプ されるときに気密封止は形成される。

第１１図は別の使い捨てハウジング・ユニットを示し、第７〜第９図の使い捨て ハウジングに類似する点は容器の窪み７１、流体通路８１および入出力ボート８ ２〜８６を有することである。しかし、第１１図の使い捨ては第６Ｂ図に示すバ ルブ１１１を用いている。この違いおよび異なる管の配置にも拘らず、第１１図 の使い捨ては第７〜第９図の使い捨てと同様に機能する。

第１２図は、この使い捨て１２４用に設計された中央フロー制御ユニット１２５ の面に対してクランプされた使い捨てハウジング・ユニット１２４の簡潔な実施 例を示す。この使い捨て１２４は１つの容器２および２つのバルブＡとＢのみを 有するので、第１〜第５図に示すどの実施例にも用いることができる。バルブＡ の入力６１Ａは突出部１２１で点滴ラインに接続されるが、それは点滴チューブ の中に挿入することができる。バルブＡとＢは第５Ｂ図に示すものであり、２箇 所の傾斜角を持っ口５４ａ１５７ａがバルブＡ内に見られる。バルブＡの出力６ ２ａは容器２の左半分に導き入れ、使い捨て１２４内の窪み７１により形成され る。膜シート９１は使い捨て１２４に取り付けられ、使い捨ての全側面を覆う。

この膜シート９１の部分はバルブＡの膜６５ａ１容器２の膜３、またバルブＢの 膜６５ａとして機能する。

バルブＡは中央ユニット１２５内の容器１０２ａに対して配置され、１０２ａは 空気供給口６６ａに接続され、それを通って空気はポンプにより出入りし、それ によってバルブＡの開閉は、それぞれ口６４ａと６７ａから模６５ａを引き戻す ことにより、また口６４ａと６７ａに対して押し込むことにより行われる。この 場合、空気がバルブ制御流体として機能される。

チャネル１０３は容器２からその他の装置（例えば、レザバを含む）までの測定 ガス（空気にすることができる）用通路を備える。上記の通り柔軟シート９１の 部分である膜３は、容器２の中にある流体の容量によって前後に動く。容器がそ れ自体の圧力変換器（第１図の符号４にあたる）を有するならば、この変換器チ ャネル１０３を通して容器２に流体を伝達するように設けることができる。

容器２はバルブＢの入力６１ｂに接続され、／くルブＢは容器１０２ｂに対して 配置され、また空気供給口６６ｂによってバルブ八と同様に機能する。出力６２ ｂは患者まで接続された点滴ラインに流出する。突起部１２２は使い捨て１２４ にチューブを取り付けるように用いられる。

使い捨ての素子間の適切な封止を確実にするために、ガスケット状の封止材、１ ０５と１０６を容器およびバルブの周囲に配置する。

ＦＩＧ、５Ａ　ＦＩＧ、６Ｂ ＦＩＧ、９ ＦＩＧ、ｉ。

補正書の写しく翻訳文）提出帯（特許法第１８４条の８）平成３年１０月ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　流体で部分的に満たされて、隔離された強固な容器において、非占有部分と 称される、流体によって占有されない容器部分の容積Ｖｕを測定する装置であり 、測定ガスの周知の容積Ｖｉを一定に保持するレザバ装置と、 （ｉ）容器の非占有部分に測定ガスを満たし、その結果測定ガスは容器内の流体 に伝達された流体であり、（ｉｉ）第１バルブ部分において、容器とレザバ装置 との間に測定ガスを流し、また第２バルブ部分において、容器とレザバ装置との 間を流れるガスを抑制し、また、（ｉｉｉ）活性化によって、レザバ装置内の測 定ガスの量を変更させることによってレザバ装置内の圧力を変更させるための圧 力装置と、 レザバ装置内の圧力を測定する変換器（トランスデユーサ）装置と、 （ｉ）変換器装置ら測定圧力を読み取り、（ｉｉ）第１または第２バルブ位置に 圧力装置を設け、（ｉｉｉ）レザバ装置内の圧力が変化するように圧力装置を活 性化し、また（ｉｖ）測定圧力すなわちレザバ装置の容積Ｖｉに基づいて、液体 で占有されていない容器の部分的に満たされた容積Ｖｕを計算する制御装置とか ら成ることを特徴とする装置。 ２　更に容器内の圧力測定用の容器の変換装置を備え、圧力装置は、活性化によ ってレザバ装置と容器との間に測定ガスを移動させるポンプ装置を備え、制御装 置は、ポンプ装置を活性化し、容器の変換器装置から測定圧力を読み取る装置を 備えることを特徴とする請求項１記載のディバイス。 ３　圧力装置は、　（ｉ）容器とレザバ装置との間に配置され、（ｉｉ）圧力装 置が第１バルブ位置にあるときに開かれ、圧力装置が第２バルブ位置にあるとき に閉じられるバルブを備え、更に、 制御装置はバルブを開閉する装置を備えることを特徴とする請求項１記載のディ バイス。 ４　圧力装置は、第１放出装置において、レザバ装置を周囲の圧力（大気）に解 放し、また第２放出位置において、周囲の圧力からレザバ装置を隔離する放出装 置を備え、更に 制御装置は第１または第２放出位置に放出装置を引き入れる装置を備えることを 特徴とする請求項３記載のディバイス。 ５制御装置は、 圧力装置のバルブを開く段階と、 レザバ装置の圧力Ｐ１を読み取る段階と、圧力装置のバルブを閉じる段階と、 レザバ内の圧力を変化させる圧力装置を活性化させる段階と、 レザバ装置の圧力Ｐ２を読み取る段階と、圧力装置のバルブを開く段階と、 レザバ装置の圧力Ｐ３を読み取る段階と、解法　Ｖｕ＝−（（Ｐ３−Ｐ１）Ｖｒ ）／（Ｐ３−Ｐ２）により計算する段階と、のサイクルを遂行する装置を備える ことを特徴とする請求項３記載のディバイス。 ６　ラインを通る流体の流れを制御する装置であり、（ｉ）強固な容器内のライ ンにある流体の領域を保持し、その強固な容器は流体の領域より大きな容積を有 し、また（ｉｉ）第１フロー位置において、流体を容器に流し込んだり、送出さ せたり、第２フロー位置において領域の外側のライン内にある圧力の作用からラ イン内の流体の領域を隔離する隔離装置と、流体で占有されていない容器の部分 である容積Ｖｕを、領域内の流体と流体伝導している測定ガスにより測定する測 定装置と、 活性化により、隔離装置に測定ガスを供給する正圧装置と、 活性化により、隔離装置から測定ガスを除去する負圧装置と、 （ｉ）第１または第２フロー位置に隔離装置を引き入れ、（ｉｉ）正圧装置およ び負圧装置を活性化させ、また（ｉｉｉ）測定ガス装置を制御する装置とから成 ることを特徴とする装置。 ７　測定装置は、 測定ガスの周知の容積Ｖｒを一定に保持するレザバ装置と、 第１バルブ位置において、隔離装置とレザバ装置との間に測定ガスを流させ、隔 離装置とレザバ装置との間を流れる測定ガスを抑制するバルブ装置と、活性化に よって、レザバ装置内の測定ガスの量を変更させることによってレザバ装置内の 圧力を変更させるための圧力装置と、 レザバ装置内の圧力を測定する変換器（トランスデューサ）装置とから成り、更 に、 制御装置は変換器装置からの圧力測定ガスを収納し、第１または第２バルブ位置 にバルブ装置を設け、圧力装置を活性化させ、測定圧力およびレザバ装置の容積 Ｖｒに基づいてＶｕを計算する装置とから成ることを特徴とする請求項６記載の 装置。 ８　隔離装置は流体を隔離装置に流入させる入力バルブと、流体を隔離装置から 流出させる出力バルブを備え、更に 制御装置は、 出力バルブを閉じる段階と、 入力バルブを開く段階と、 負圧装置を活性化および非活性化させる段階と、入力バルブを閉じる段階と、 流体で占用されていない部分の初期容積Ｖｕ１を定める測定を活性化する段階と 、 出力バルブを開く段階と、 正圧装置を活性化および非活性化させる段階と、出力バルブを閉じる段階と、 流体で占用されていない部分の最終容積Ｖｕ２を定める測定を活性化する段階と 、出力バルブが開かれた間に隔離装置に残された流体の量を定めるためにＶｕ１ からＶｕ２を減じる段階と、のサイクルを遂行させる装置を備えることを特徴と する請求項６記載の装置。