JPH06510918A - 高精度のペリスタポンプ - 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】 高精度のペリスタポンプ 凡五二立立 本発明は、一般にペリスタポンプに関し、特にペリスタポンプの精度の改善に関 する。

発明の背景 患者への静脈注射液の投与は当分野でよく知られている。典型的には、ガラスま たは可撓性容器中の食塩水、グルコース、または電解質が、ポリ塩化ビニル（Ｐ ＶＣ）管の如き可撓性プラスチック管を通じて患者の静脈導入部位に供給される 。流体の流速は、所望の流速が得られるまで管流路を制限するよう調節するロー ラークランプにより制御される。

容器から患者への流れは、ローラークランプ以外の手段によっても調節される。

電子的に制御されるポンプを使用することは、替々一般的になっている。静脈注 射液の投与に使用されるポンプの一つの形式はべりスタポンプである。

ペリスタポンプ動作の適用は、特に医学分野に適している。これは、ペリスタポ ンプ動作は静脈注射液を通す管の外部から加えることができるからである。これ は、液体に推進力を伝えつつ１内の静脈注射液の無菌状態を維持する。また、ペ リスタポンプ動作は管の何れの部位にでも加えることができる。

また、ペリスタポンプは、流体の推進力を付与するためにポンプを管の何れの部 位にも配置され得る。医学分野で使用されるペリスタポンプの一般形式では、駆 動モーターは互いに離れた角度で配された−揃いのカムに接続されている。カム は対応する押圧フィンガーに接続されるカム従動部を駆動する。これらの要素は 、押圧フィンガーに直線的波運動を伝えるように協働する。押圧プレートが押圧 フィンガーから離れて並置されて取り付けられている。押圧プレートは、流体を 推進させる管上の波運動を伝えるように往復運動する押圧フィンガーに抗して實 を保持する。

この形式のペリスタポンプに関する問題は、２４時間もしくはそれ以上の長い注 入時間に渡り、萱の直径が変化するということである。もし萱の直径が変化する ならば、流速も変化する。この変動は、注入される流体温度の変化、家内の気温 の変化、患者の抵抗による下流圧力の変動、流体源からの上流圧力の変動、およ びポンプ動作を被る萱の弾力性の低下に起因する。

流体流速の変化の原因で特に重要なものは管の弾力性の低下である。これは、ポ ンプ動作を被る管のへたばりに帰結する。このへたばりは、流体供給速度の低下 につながるポンプ動作を被る流体量の低下に帰結する。これはヒステリシスに起 因する。

ヒステリシスは、萱の向きを手動で変え、それにより、ポンプ動作に対して異な る管部分を晒すことにより解決され得る。この解決法はいくつかの理由により不 充分である。まず、管を移動することは流体の流れを妨害する。更に、看護婦ま たは他の病院従事者は管を移動する時間をとらなければならない。

別の解決法は、あらかじめ定められたスケジュールに従う注入中のモーター速度 を上げることである。これは供給精度を改善するが、いくっがの理由で完全に充 分とは言えない。先ず、管輻の小さな変動は、萱の１部分から他の部分までの異 なる注入速度に帰結する。加えて、管の各部分は異なる弾力性の低下率を示す。

更に、もし萱が取り替えられ、または押圧フィンガーの向きが同一の管で変えら れるならば、予め定められた速度増加は実際上精度の減少につながる可能性があ る。最後に、このシステムは直径変動の他の原因を明らかにできない。

従って、必要とされるものは、注入速度を変える種々の要因を考慮してペリスタ ポンプの流体流れの精度を改善する装置である。本発明は、そのような装置を提 供する。

ｘ五二！ム 本発明は、ペリスタポンプにおける流体流れの精度を改善する方法および装置を 提供する。流体を通す萱の小直径の変化の関数として駆動モーターの速度を変え る方法が提供される。この方法は、管の小直径を測定すること、管の小直径の測 定値と先の管の小直径の測定値とを比較すること、並びに経過時間および選択さ れた注入速度とともに管の直径の変化の関数としてモーター駆動速度を変えるこ とを含む。

この方法を実施化する装置が提供される。本発明の装置は、駆動モーターにより 駆動される標準のペリスタポンプ作用部を含む。押圧フィンガーとの間に管を保 持する押圧プレートが、押圧フィンガーに対向して並置される。

本装置は、管の直径を測定するための手段を含む。好適な実施例では、それは押 圧フィンガーと並置されるペリスタポンプの押圧プレート内に取り付けられる線 形可変差動変圧器（Ｌｌｎｅａｒ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｄｌｆｆｅｒｅｎｔｉａ ｌτｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、Ｌ　Ｖ　Ｄ　Ｔ　）である。この測定手段は、マイ クロプロセッサ−に供給される出力部を含む。このマイクロプロセッサ一手段は 比較器手段を含む。比較器手段は、種々の時間間隔で測定された管の小直径と、 測定手段から導かれた管の小直径の先の読み取りとを比較する。マイクロプロセ ッサ−は、駆動モーターの速度を調節し、経過時間および選択された注入速度と ともに管の小直径の変化の関数としてモーター駆動速度を変える。

皿匡二１１主晟１ 図１は、ペリスタポンプ装置を利用する静脈注射セットの斜視図である。

図２は、本発明の原理に従うペリスタポンプ装置の概略図である。

図３は、ペリスタポンプ装置の電子的操作系のブロック図である。

図４は、本発明の原理に従う操作方法のフローチャートである。

図５は、本発明の原理を利用するペリスタポンプの改善された流速を示すグラフ である。

好　な実施例の詳細な説明 図１は、ポンプと可撓性容器の如き静脈注射液源とを使用する静脈内注入装置の 説明図である。ポンプの操作機構および電子的操作系（図示せず）を具備するポ ンプ２０は、静脈注射液容器２４の支持体としても機能する１、Ｖ、スタンド２ ２上に付般されている。継続的に注入される食塩水の如き液体２７を収容する容 器２４は、スタンド２２に支持されている。

注入装置１０は、ポンプ２０を経由する容器２４から患者への流路を備える。

装置１０は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）簀の如き可撓性プラスチ４７り管２６の 部分を含む。

管２６は、その基Ｂ端で、スパイク（図示せず）を介して容器２４の出口３０に 取り付けられる適下室２８に取り付けられている。ローラークランプ３２の如き クランプ手段が、管２６のポンプ２０と容器２４の間の一地点に配置される。

Ｗ２Ｂは、その末梢端で、カテーテルまたは中空針（図示せず）如き静脈挿入具 に連結されている。

ポンプ２０は、ペリスタポンプ（駆動ポンプ）装置本体を覆う蝶誉式ドア３６を 含む。ポンプ２０を始動する場合には、ドア３６を開け、下記に詳述するペリス タポンプ装置に管２６を挿入し、ドア３６を閉め、ポンプ２０を始動させる。

ポンプ２０は、ドア３６の上部もしくは下部の周囲に、ドア３６が閉められたと きに萱２６が通される開口３８を形成される。

図１に描かれた実施例は複式駆動ペリスタポンプを含んでいるが、本発明は単一 のペリスタポンプにおける何れかの数のポンプ駆動の使用を企図している。

図２を参照すると、ペリスタポンプ装置の概念図が示されている。駆動モーター ４２は、駆動シャフト４６を介して複数のカム４４ａ−ｈに接続されている。

第２図に描かれた実施例では８つのカムが使用されているが、本発明では何れの 数のカムも企図されている。各カムは１１４１するカムに対し角度を成して配置 される。角度を成して配置された複数のカム４４ａ−ｈは、駆動シャフト４６と 共に回転することを可能とするハウジング４８に軸支される。

往復運動をする複数の押圧フィンガー５０ａ−ｈが具備され、その数はカム４４ ａ−ｈの数に対応する。各押圧フィンガー５０は、カム従動部として動くことに より、押圧フィンガー５０を往復駆動させる対応するカム４４と協働する。よっ て、駆動シャフト４６の回転運動は、往復運動する複数の押圧フィンガー５０ａ −ｈの線形波形運動に変換される。

押圧プレート５４が押圧フィンガー５０ａ−ｈに対し並置され、カムの軸に対し て平行に配置されている。管２６は、押圧フィンガー５０と押圧プレート５４と の間に配置されている。液体の推進力は、押圧フィンガー５０ａ−ｈがカム４４ ａ−ｈの角度方向により伝達される線形波形運動で管６を押圧することにより達 成される。

更に、本装置は押圧フィンガー５０に対し並置された管２６の直径を測定する手 段を含んでいる。好ましい実施例では、この測定手段は従来技術で知られている ような線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）５４である。このような線形可変差動変 圧器（ＬＶＤＴ）装置５４は、線形変位をアナログ信号に変換する。しがしなが ら、他の形式の測定手段、例えば光学式、超音波式、水圧式、機械式、または電 気式の測定手段も、本発明により企図されている。

第３図を参照すると、本発明の原理と一致する装置の制御回路の概略ブロック図 が示されている。従来技術で知られているような標準入力キーボード１００が具 備され、使用者の注入！ｌｌｌＩｍ変数、例えば注入の流速、注入時間をマイク ロプロセッサ−１１０に入力するのに使用される。使用者の制御１ｆ数は、マイ クロプロセッサ−１１０に備えられるランダム・アクセス・メモリー（ＲＡＭ） 内に記憶されている。使用者の選択した変数を表示する従来知られた如き標準デ ィスプレー１２０が備えられる。駆動モーター４２は、マイクロプロセッサ−１ １０により発生する駆動信号を介して制御される。電［１３０は種々の構成要素 に電力を供給する。

ペリスタポンプ注入装置の流速を補正するときの高度な正確さは、３つの変数時 間、流速および管直径の変化を利用することにより達成されることが見いだされ た。このように、好適な実施例では、式Ａコｆ　（ｔ）＋ｆ　（ΔＤ）＋ｆ　（ Ｒ）で示されるように注入時間（ｔ）、注入速度（Ｒ）、および管直径の変化（ ΔＤ）のｌ′ｌｌｌ数で、駆動モーターの調節が成される。

注入の速度は、使用者により予め選択されるか、またはキーボードを通じてマイ クロプロセッサ−に入力される。注入の速度はマイクロプロセッサ−に備えられ る手段により測定される。管直径の変化は、管の外径を測定する潟の手段により 測定されながらマイクロプロセッサ−に供給される。好適な実施例では、管の外 径を測定するための手段は、前述したように、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ） ５４である。線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）からのアナログ信号は、マイクロ プロセッサ−１１０のランダム・アクセス・メモリー（ＲＡＭ）に入り、後述す るように、駆動信号を発生するのに利用される。

図４を参照すると、本発明に従う注入方法の流れ図が示されている。マイクロプ ロセッサ−への電ｉｉ［２１０が使用者により入力キーボードを通じてオンされ た後、初期遅延時間カウンターＤＬＣＴＲが所定数に初期化され（２１４）なが ら、時間変数Ｔとともに変数ＲＴＤＣ，ＲＢＤＣがゼロに設定される（２１２） 。初期遅延は、管の弾性挙動におけると同様にモーター駆動システムにおける初 期経過が排除されるように与えられる。好適な実施例では、遅延時間は５分であ る。

使用者によるキーボード入力を通じて注入が開始される（２１６）と、遅延カウ ンター２１８が秒読みし始める。次いで、遅延カウンターは設定変数であるゼロ と比較される（２２０）。遅延時間が経過するか、またはＤＬＣＴＲが０になる と、管の初期径の読み取りが線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）によりなされる。

初期径の読み取りを決定するために、ポンプサイクルの上死点で測定がなされて 変数ＲＴＤＣと定められ（２２２）、同様にポンプサイクルの下死点で測定され て変数ＲＢＤＣと定められる（２２４）。上死点は、押圧フィンガーが管に接触 しないときの駆動運動が加えられる管部分の外部直径を指示する。下死点は、管 が閉塞されるときの駆動運動が加えられる管部分の外部直径を指示する。液体の 流速を生じさせるのは管の内径であり、実際には管の外部直径が測定されている が、時間中の萱の厚さの変化は無視できる。従って、上死点および下死点におけ る管の外部直径の差は、内部的および外部的な管のより小さな方の直径（小直径 ）における変化を与える。加えて、管の弾性が低下するにつれて、当初円形の管 が円形から楕円形ないし卵形にゆっくり変形する。円形の管は円形がら楕円形な いし鎧型にゆっくり変形するので、管の小直径が管の最小の直径として測定され る。これらの読み取り間の差Ｄｔが決定され（２２６Ｌマイクロプロセッサ−の ランダム・アクセス・メモリー（ＲＡＭ）に記憶される。

簀の小直径の読み取りＤｔが決定された後、秒読みされる変数ＨＲＣＴＲが所定 時間で初期化され（ＺＺＳ）、その時間後、萱の小直径の新たな測定がなされる 。

好適な実施例では、この秒読み変数は１時間に設定される。加えて、時間変数Ｔ は１カウント増加しく２３０）、経過した時間数が勘定される。

秒読み変数ＨＲＣＴＨの初期化の際直ちにマイクロプロセッサ−は秒読みを始め る（２３２）。次いで、秒読み変数ＨＲＣＴＲは設定された変数Ｏと比較される （２３４）。秒読み変数ＨＲＣＴＲが０に等しくなるとき、第２の管直径の読み 取りが線形可変差動変圧ａ１ｉＩ（ＬＶＤＴ）によりなされる。再び、上死点（ ２３６）および下死点（２３８）において読み取りされる。下死点の読み取り値 ＲＢＤＣが上死点の読み取り値から差し引かれて第２の小直径の読み取り値Ｄｔ ＋１を決定する（２４０）。前述したように、駆動モーターの調節は注入時間、 注入速度、および直径の変化の関数としてなされる。従って、使用者により予め 選択される如き注入速度はランダム・アクセス・メモリー（ＲＡＭ）から読み込 まれ（２４２）、一方陣間変数Ｔは注入時間に利用される。

管直径の変化ΔＤは、初期の管直径測定値Ｄｔと第２の管直径測定値Ｄｔ＋１と の差をとることにより決定される（２４６）。この変化ΔＤは、比較的一定の注 入速度を維持するのに必要とされるペリスタポンプ駆動モーターの調節率を決定 するために、マイクロプロセッサ−によって利用される。好適な実施例では、こ の調節率は下記の式に従い決定される（２４８）。

Ａ／１００謹−９，７−０，０８４４（Ｔ）＋１２．３　（ΔＤ）＋０．０３２ ２（Ｒ） 上記式中　Ａ〜調節率（％変化） Ｔ−一時間変数（時間） ΔＤ−萱直径の変化（インチ） Ｒ関流速（ｍｌ／時間） この式を利用することが、比較的小さな量のマイクロプロセッサ−メモリーを使 用しながら高精度を与えることを見いだした。

次いで、変数Ａは駆動モーターの速度を調節するのに使用される（２５０）。

モーター速度の調節がなされた後、時間変数Ｔは管が取り替えられるべき時間と して決定される上限時間と比較される（ＺＳＺ）。好適な実施例では、上限時間 は約７２時間である。もし時間変数Ｔがこの上限時間を超過すると、警告がＩＶ 装置を取り替えるように使用者に指示するポンプ表示内に表示される（２５４） 。

もし上限時間が超過しないのならば、秒読み変数ＨＲＣＴＲは再び初期化され（ ２２８）、時間変数Ｔは更なる管直径測定Ｄ　Ｉ＋’２の為に１カウント増加す る（２３０）。

もう一度、秒読み変数ＨＲＣＴＨの初期化の際直ちにマイクロプロセッサ−は秒 読みを始める（２３２）。秒読み変数ＨＲＣＴＲが再び０に等しくなるとき（２ ３４）、新たな管直径の読み取りが線形可蜜差動変圧器（ＬＶＤＴ）によりなさ れる（２３６．２３８）。この読み取りは、再び上死点ＲＴＤＣと下死点ＲＢＤ Ｃの差となる（２４０）。

流速Ｒが再び読み込まれる（２４２）。管直径の変化（ΔＤ）は、先の管直径の 読み取りＤ　ｔ＋＋と新たな管直径の読み取りＤｔ＋２との間の差をとることに より決定される（２４６）。一般的には、何れかの時刻ｔにおける管直径の変化 ΔＤは、次式で計算される。

△Ｄ＝Ｄｔ＋＋−Ｄｔ 再び変化はマイクロプロセッサ−によって決定され（２４８）、駆動モーターの 速度が、好適な式に従い一定の注入速度を維持するように調節される（ＺＳＯ） 。

この工程は、時間変数Ｔが上限時間を超過しく２５２）警告がＩＶ装置を取り替 えるよう警告する（２５４）まで繰り返される。

図５を参照すると、本発明に従うペリスタポンプの精度の向上を示すグラフが示 されている。このグラフは、注入時間（時間）の関数としてペリスタポンプの流 速における誤差（％）を表している。６００１５イリノイ州デイアフイールドの バクスター　へルスケア　コーポレーションからセットで重版される標準ＩＶ管 のＡ線は、従来技術のポンプを使用して７０ｍ１／時間の流速で１００時間追跡 された。Ｂ線は、本発明の好適な式に従い計算されるような注入速度を示す。

示される通り、この具体例における精度減少の改善は、結果的に約１％の精度低 下で示されている。

ここで述べられた好適な実施例に対する種々の変形・修正が当業者にとって明か であることが理解されるべきである。例えば、本発明の原理はロータリー型のペ リスタポンプにも適用可能である。そのような変形・修正は、本発明に付随する 利点を減じることなく本発明の思想および範囲がら逸脱せずになされ得る。故に 、このような変形・修正は添付の請求の範囲により保護されることが意図されて いる。

ＦＩＧ、　３ 国際調査報告

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．管を通じて流体源から患者へ流体を注入する方法において、（１）管に外部 的なポンプ作用を加え、（２）一定時間の通液の後ポンプ作用を被る管の直径を 測定し、（３）一定時間の通液の後の管直径と先の管直径とを比較し、（４）ほ ぼ一定の注入速度を維持するため管直径の変位を補償するようにポンプ作用の速 度を調節する注入方法。
2. ２．さらに、多数時間内に（２）、（３）及び（４）の工程を繰り返す請求項１ の注入方法。
3. ３．管の外部直径が測定される請求項１の注入方法。
4. ４．ポンプ作用が蠕動的である請求項１の注入方法。
5. ５．ポンプ作用速度の調節が注入時間と注入速度の関数としてなされる請求項１ の注入方法。
6. ６．ポンプ作用速度の調節が、次式： Ａ／１００＝−９．７−０．０８４４（Ｔ）＋１２．３（ΔＤ）＋０．０３２２ （Ｒ）［式中、Ａはモーター速度の調節百分率、Ｔは注入時間（時間）、ΔＤは 管直径の変化（インチ）、Ｒは注入速度（ｍｌ／時間）］に従ってなされる請求 項５の注入方法。
7. ７．管を通じて流体源から患者へ流体を注入する装置において、流体の推進力を 与えるために管の外部にポンプ作用を加える手段と、ポンプ作用を被る管の直径 を測定する手段と、複数の管直径の測定値を記憶する手段と、管直径の変化を決 定するために管直径の測定値を比較する手段と、管直径の変化の関数として管の 外部へのポンプ作用を調節する手段から成る注入装置。
8. ８．ポンプ作用を加える手段が蠕動的ポンプである請求項７の注入装置。
9. ９．管直径を測定する手段が線形可変差動変圧器である請求項７の注入装置。
10. １０．記憶する手段と比較する手段がマイクロプロセッサーである請求項７の注 入装置。
11. １１．調節する手段がポンプ作用の速度を変える手段を含む請求項７の注入装置 。
12. １２．管を通じて患者へ流体を注入するポンプにおいて、管を外部から押圧する ペリスタポンプ作用部と、所定速度でペリスタポンプ作用部を駆動する駆動モー ターと、ペリスタポンプ作用部に対して並置される押圧プレートと、ペリスタポ ンプ作用部が押圧する管の直径を測定するために押圧プレート内に備えられる手 段と、 管直径の変化を決定するために管直径の測定値を比較する手段と、管直径の変化 の関数として駆動モーターの速度を調節する手段から成り、管が押圧プレートと ペリスタポンプ作用部の間に係合されるポンプ。
13. １３．比較する手段がマイクロプロセッサーである請求項１２のポンプ。
14. １４．調節する手段がマイクロプロセッサーである請求項１２のポンプ。
15. １５．ペリスタポンプ作用部が駆動モーターに固定された一揃えのカムを含み、 該カムが複数の協働する押圧フィンガーを駆動する請求項１２のポンプ。
16. １６．測定する手段が線形可変差動変圧器である請求項１２のポンプ。