JPH07289638A - 注射器ポンプにおける圧力の決定と閉塞の検出を行う方法と装置 - Google Patents

注射器ポンプにおける圧力の決定と閉塞の検出を行う方法と装置

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JPH07289638A
JPH07289638A JP5236740A JP23674093A JPH07289638A JP H07289638 A JPH07289638 A JP H07289638A JP 5236740 A JP5236740 A JP 5236740A JP 23674093 A JP23674093 A JP 23674093A JP H07289638 A JPH07289638 A JP H07289638A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 注射器のプランジャに加えられる力を検出す
るためのトランスジューサを有し、注射器の圧力がモニ
タされる注射器ポンプを提供する。 【構成】 注射器ポンプ８は注射器のプランジャ１８に
対する力を検出する力トランスジューサ３６を含む。注
射器のプランジャに対する力は注射器の断面積には左右
されないアルゴリズムにより圧力に変換される。アルゴ
リズムは測定された力から所定の摩擦力を差し引き、そ
の結果を、較正力と所定の摩擦力との間の差により除算
した較正圧力で乗算することにより圧力を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に、注射器ポンプ
の注入ラインにおける閉塞を検出することに関するもの
である。特に、本発明は、注入ラインに閉塞が存在して
いるか否かを決定するために新規のアルゴリズムを利用
したプログラム可能の注射器ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】注射器ポンプは注射器から患者へ流体を
汲出する装置である。注射器はポンプに位置され、注入
ラインを介して患者に接続される。患者への注入投薬過
程の間、注入ラインに閉塞が発生する可能性がある。そ
のような状況は気が付かなければ患者に傷害を加える可
能がある。
【０００３】注入ラインの閉塞は、注射器ポンプのプッ
シャと注射器プランジャとの間の力を、注射器中の圧力
の増加により増大させる。従来技術においては、注入ラ
インの閉塞は、注射器ポンプのプッシャとプランジャと
の間の力がばねの所定の力を上廻ると崩れる予負荷のば
ねによって検出されてきた。このような状態になるとス
イッチを起動させ、使用者に注意を喚起するか、あるい
は注射器ポンプを遮断する。
【０００４】さらに複雑な注射器ポンプでは力トランス
ジューサによってプッシャとプランジャとの間の力をモ
ニタする。応急処置を要する閉塞に対応する注射器にお
ける力の増加量は注射器によって変動する。このため、
力が圧力に変換される。この変換は以下の式を使用する
ことにより注射器の摩擦力と断面積とを考慮している。
【０００５】
【数１】Ｐ＝（Ｆ−Ｆｆ）／Ａ 但し、Ｐ＝注射器中の流体の圧力 Ｆ＝トランスジューサによって測定される押圧力 Ｆｆ＝注射器内の摩擦力 Ａ＝注射器の断面積 注射器内の摩擦力と注射器の断面積は一定と想定する。
しかしながら実際には、（１）注射器内の摩擦力は一定
でなく圧力と共に変動する。（２）注射器の断面積も圧
力と共に変動しうる。従って、従来技術による力から圧
力への変換は極めて正確とはいえない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は注射器のプラ
ンジャに加えられる力を検出するためにトランスジュー
サを有する注射器ポンプを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】検出された力は、注射器
内の摩擦力を補正し、経験的に導出したスケール係数に
より、検出された力ををスケールするアルゴリズムによ
り注射器内の圧力を計算するために用いられる。スケー
ル係数は注射器内の圧力が所定値にあるときのプランジ
ャに対する力を測定することにより決められる。スケー
ル係数が力と圧力とを測定することから得られるため、
注射器の断面積と注射器内の実際の（そして変動する）
摩擦力を考慮する必要はない。
【０００８】計算された圧力は次いで所定の閉塞圧力と
比較すればよい。もしも計算された圧力が所定の閉塞圧
力を上廻るのであれば応急処置をとればよい。
【０００９】スケール係数は使用される注射器の形式に
よって変わる。本発明はメモリに注射器の形式によって
変わるパラメータを記憶し、かつ注射器内の圧力を計算
することにより種々形式の注射器を注射器ポンプにおい
て用いることができるようにする。また、本発明は断面
積と実際の摩擦力とがアルゴリズムにおいて用いられて
いないので従来技術を用いて得られるものよりはるかに
正確な圧力を読み取ることができる。
【００１０】
【実施例】本発明を実施した注射器ポンプ８が図１に示
されている。ハウジング１０は注射器１２と、プッシャ
１４と、注射器クランプ１６とを支持している。注射器
クランプ１６は注射器１２をハウジング１０上の適所に
保持する。注射器１２のプランジャ１８が、リードねじ
２２２（図２を参照）を介して電動モータにより駆動さ
れるプッシャ１４により押圧されている。
【００１１】プッシャ１４には、プランジャ１８のフラ
ンジ１８ａと係合し、プランジャ１８がプッシャ１４と
は独立して運動するのを阻止するアンチサイフォン・キ
ャッチ（ａｎｔｉｓｉｐｈｏｎ ｃａｔｃｈ）２０が設
けられている。プッシャ１４にはまた、フランジ１８ａ
に対して直接押圧して流体を注射器１２から汲み出す圧
力プレート２２が設けられている。
【００１２】図２は、ポンプ８のシャーシと機械的要素
とを示す。シャーシ２２６はモータ２３０とリードねじ
２２２とを担持している。モータ２３０は歯車組立体２
３２を介してリードねじ２２２を駆動する。プッシャ１
４はプッシャブロック２２８がリードねじ２２２と協働
することにより駆動される。プッシャブロック２２８は
リードねじ２２２と相互作用する半ナット３２２，３２
４を含む（図３参照）。
【００１３】図５は本発明の主要な電気要素を示すブロ
ック図である。パネル２４に表示される、注射器ポンプ
の種々パラメータを検出するためにトランスジューサが
設けられている。前記トランスジューサは、力トランス
ジューサ３６、アンチサイフォン・キャッチ検出器３
８、取外し検出器４０、および注射クランプ検出器４２
である。これらのトランスジューサの出力６０，６２，
６４および６６はそれぞれ各種の信号処理モジュールを
介して中央処理装置４４へ送り込まれる。各種の電子モ
ジュールの線図を図６に示す。前記要素の値や形式が前
記図に示されている。
【００１４】中央処理装置４４は、ランダムアクセスメ
モリ５３（図６）、ウオッチドッグ４８（図７）、ＥＰ
ＲＯＭ５０（図６）、およびＥＥＰＲＯＭ５２（図８）
を有するマイクロプロセッサ４６（図６）を含む。ウオ
ッチドッグ４８はマイクロプロセッサ４６をモニタしそ
の適正動作を確実に行わせる。ＥＥＰＲＯＭ５２はポン
プにおいて使用されている注射器のパラメータに関する
データを保有している。ＥＰＲＯＭ５０は注射器ポンプ
の動作を制御するソフトウエアプログラムを保有してい
る。
【００１５】力トランスジューサ３６の出力は信号条件
付け回路５４（図９）によって条件付けされ、前記信号
条件付け回路５４は力トランスジューサ３６の出力をア
ナログ／デジタル変換器５６（図１０）に入力するに適
した形態に変換する。アナログ／デジタル変換器５６は
アナログ出力をデジタル化し、シリアル出力５８を発生
させ、当該シリアル出力５８はマイクロプロセッサ４６
の入力ポートへ入力される。
【００１６】図４は力トランスジューサ３６を詳細に示
す。力トランスジューサ３６はホィートストーン・ブリ
ッジ形態の４個の歪みゲージから構成されている。当該
ホィートストーン・ブリッジは±１５％の公差で３５０
オームあるいは１キロオームのインピーダンズを有して
いる。力の測定範囲は０から１５０Ｎまでである。ブリ
ッジの感度は２０℃において１５０Ｎの負荷の下で１．
７ｍＶ／Ｖ〜２．４ｍＶ／Ｖである。ブリッジはエネル
ギを節約するためマイクロプロセッサ４６（図６および
図７におけるラインＣＤＡＮＡ）により制御され間欠的
に給電される。
【００１７】図３および図４から判るように、歪みゲー
ジ１１２はビーム１１３に接着されている。圧力プレー
ト２２に力が加えられると、ビーム１１３が撓み、歪み
ゲージ１１２を歪ませ出力６０を発生させる。
【００１８】力トランスジューサ３６の出力６０は条件
付けモジュール５４（図９）に送られ、その後、アナロ
グ／デジタル変換器５６に送られ、当該アナログ／デジ
タル変換器５６は力トランスジューサ３６の条件付けさ
れた出力をシリアル出力５８に変換する。次に、シリア
ル出力５８はマイクロプロセッサ４６の入力に送り込ま
れる。
【００１９】ＥＰＲＯＭ５０にはマイクロプロセッサ４
６用のソフトウエアプログラムが常駐し、当該ソフトウ
エアプログラムは、プランジャ１８に対する力が力トラ
ンスジューサ３６によって測定されるにつれて注射器１
２内の圧力を連続的に計算する。注射器１２内の圧力を
計算するために前記プログラムが使用する或るパラメー
タがＥＥＰＲＯＭ５２に記憶されている。注射器ポンプ
８は種々形式の注射器に対応するようプログラム可能で
あるので、各形式の注射器に対して１組のパラメータが
ＥＥＰＲＯＭ５２に記憶されている。
【００２０】ＥＥＰＲＯＭ５２に記憶されているパラメ
ータは以下のものを含む。
【００２１】Ｅｆ＝ヌル（大気）圧力における注射器プ
ランジャと注射器バレルとの間の平均摩擦力 Ｐｃ＝プランジャに較正力が加えられたときの注射器に
おける圧力。当該較正力は典型的に５ｋｇＦであり、通
常の圧力スレショルドである約０．７バールのＰｃの値
をもたらす。
【００２２】Ｆｃ＝注射器においてＰｃの圧力を得るた
めにプランジャが負荷される力。
【００２３】ＥＰＲＯＭ５０におけるプログラムは注射
器における圧力を計算するためにマイクロプロセッサ４
６が使用する。次に、マイクロプロセッサ４６は、計算
された圧力を、当該注射器に対してＥＥＰＲＯＭ５２に
記憶されている圧力値と比較する。もしも計算された圧
力が記憶されている圧力を上廻るとすれば、マイクロプ
ロセッサ４６によって閉塞アラームが発生する。
【００２４】注射器中の圧力を計算するアルゴリズムは
次の通りである。
【００２５】
【数２】Ｐ＝（（Ｆ−Ｆｆ）／（Ｆｃ−Ｆｆ））・Ｐｃ 但しＦは力トランスジューサ３６によって測定される力
で、Ｆｃ、ＦｆおよびＰｃは前述のように定義したパラ
メータである。
【００２６】本明細書の従来技術の項で述べた従来の式
に対する前述の式の主な利点は、（１）圧力と共に変動
することが知られている注射器中の摩擦力に高度に左右
されないこと、（２）注射器の断面積を決定する必要の
ないことである。むしろ注射器内の圧力は経験的に決定
し易いパラメータを用いて計算される。
【００２７】前記式は従来技術による式から得た圧力の
計算においてエラーがより小さいことが数学的に実証さ
れた。
【００２８】従来技術においてはＥｆは一定と想定さ
れ、圧力を加えることなくプランジャを動かすに要する
力は式Ｐ＝（Ｅ−Ｅｆ）／Ａを適用すると
【数３】 測定された圧力、即ちＰm＝（Ｆ−Ｆｆｏ）／Ａ・・・・（１） 但し、Ｆｆｏは差圧が零（ヌル）のとき測定した注射器
内の摩擦力である。
【００２９】しかしながら、摩擦は圧力の関数であり以
下のように表わすことができる。
【００３０】
【数４】Ｅｆ（Ｐ）＝Ｆｆｏ＋ｋＰ・・・・（２） 但し、ｋは注射器の形状と材料によって変わる特定の注
射器の定数である。
【００３１】断面積が既知であると想定すれば、注射器
内の実際の圧力は式Ｐ＝（Ｅ−Ｅｆ）／Ａに式（２）を
用いることにより正確に提供される。
【００３２】
【数５】 実際の圧力、即ちＰａ＝（Ｆ−Ｆｆｏ−ｋｐ）／Ａ・・・・（３） 式（３）からの実際の圧力と、式（１）からの予測され
た圧力との差はΔｐ＝ｋｐ／Ａである。
【００３３】従来の式を用いると圧力の単位当たりのエ
ラーは、
【数６】Δｐ／ｐ＝ｋ／Ａ・・・・（４） 本発明の式を適用すれば、
【数７】 測定された圧力、即ちＰｍ＝（（Ｆ−Ｆｆｏ）／（Ｆｃ−Ｆｆｏ）） ・Ｐｃ ・・・・・・・・（５） 式（５）を使用することから起因するエラーを評価する
ために、実際の圧力を適当に表しうる。
【００３４】式（３）はＦ＝Ｆｃの場合は依然として有
効である。この場合、Ｐ＝Ｐｃであり、そのため以下の
式を導き出す。
【００３５】
【数８】 Ｐｃ＝（Ｆｃ−Ｆｐｏ−Ｐｃｐ）／Ａ・・・・（６） 式（３）および（６）においてＡを排除すると次式を提
供する。
【００３６】
【数９】 そうすれば
【数１０】 ｋｐ／（Ｆ−Ｆｐｏ）及びｋｐ／Ｆｐｏは１と比較すれ
ば極めて小さいので、式（８）は以下により近似化でき
る。
【００３７】
【数１１】 測定された値と実際の値との間の差は
【数１２】 Δｐ＝Ｐmｋｐ［１／（Ｆｃ−Ｆｐ）−１／（Ｆ−Ｆｐ）］・・・・（１０） となり、圧力単位のエラーは、
【数１３】 Δｐ＝Ｐmｋ［１／（Ｆｃ−Ｆｐ）−１／（Ｆ−Ｆｐ）］・・・・・（１１） ６０ｃｃの注射の典型的な値を式（４）（従来技術）と
式（１１）（本発明）とに代入すると、従来技術は Δｐ／ｐ＝ｋ／５．５５であり、 本発明は Δｐ／ｐ＝ｋ／１３．５である。
【００３８】但し、Ｆｆ０＝１０Ｎ Ｆｃ＝５０Ｎ Ａ＝５．５５ｃｍ２ Ｐm＝０．４バール Ｆ≒３３Ｎである。
【００３９】本発明を用いた圧力測定におけるエラーは
従来技術のそれと比較すると著しく低減することが判
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した注射器ポンプの斜視図。
【図２】注射器ポンプの駆動機構の斜視図。
【図３】本発明のプッシャ機構の断面図。
【図４】プッシャディスクと力トランスジューサとの斜
視図。
【図５】本発明の主要要素のブロック図。
【図６】本発明による電子装置の一部を示す図。
【図７】本発明による電子装置の一部を示す図。
【図８】本発明による電子装置の一部を示す図。
【図９】本発明による電子装置の一部を示す図。
【図１０】本発明による電子装置の一部を示す図。
【符号の説明】
８：注射器ポンプ １０：ハウジング １２：注射器 １４：プッシャ １８：プランジャ ２０：アンチサイフォン・キャッチ ２２：圧力プレート ２７：圧力ディスプレイ ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ：セグメント ２８：ポインタ ３５：スイッチ ３６：力トランスジューサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン−クロード・ロドレー フランス共和国38690 サンテティエー ヌ・ドゥ・クロセイ，ル・ペラン，レ・テ ラッス（番地なし)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 注射器ポンプに使用される注射器内の圧
    力を決定する方法において、 前記注射器のプランジャに対する力を測定するステップ
    と、 測定された力から注射器の所定の摩擦力（Ｆｆ）を差し
    引いてスケールされた力を提供するステップと、 スケールされた力を、所定の較正圧力（Ｐｃ）と、所定
    の摩擦力（Ｆｆ）と、所定の較正力（Ｆｃ）とに依存す
    る補正係数で乗算するステップとを備えることを特徴と
    する注射器内の圧力を決定する方法。
  2. 【請求項２】 Ｆｆ、ＦｃおよびＰｃが経験的に導き出
    されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記補正係数がＦｃとＦｆとの差でＰｃ
    を除算することにより得られることを特徴とする請求項
    １に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記注射器内に圧力Ｐｃがあるとき前記
    注射器のプランジャに対する力を測定することによりＦ
    ｃが決定されることを特徴とする請求項２に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 前記注射器のプランジャにＦｃの力が加
    えられたとき前記注射器内の圧力を測定することにより
    Ｐｃが決定されることを特徴とする請求項２に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 前記注射器内の圧力が大気圧と同じであ
    るときＦｆは前記注射器の壁と前記注射器のストッパと
    の間の摩擦力であることを特徴とする請求項２に記載の
    方法。
  7. 【請求項７】 前記注射器ポンプにおいて閉塞が発生し
    たか否かを決定するために圧力を圧力しきい値と比較す
    るステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 プランジャと、ストッパと、壁とを有す
    る注射器から流体を汲出する注射器ポンプにおいて、 前記プランジャに対する力を検出する手段と、 前記力をアルゴリズムを用いて計算された圧力に変換す
    る手段と、 所定の圧力値を記憶する手段と、 計算された圧力を所定の圧力値と比較する手段と、 計算された圧力が、それが比較される所定値を上廻る場
    合を使用者に知らせる手段とを備え、 前記アルゴリズムが、検出された力から摩擦力を差し引
    き、その結果を、較正力と摩擦力との差で除算した較正
    圧力で乗算することにより前記計算された圧力を計算す
    ることを特徴とする注射器ポンプ。
JP5236740A 1992-09-23 1993-09-22 注射器ポンプにおける圧力の決定と閉塞の検出を行う方法と装置 Expired - Lifetime JP2527527B2 (ja)

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US07/950,377 US5242408A (en) 1992-09-23 1992-09-23 Method and apparatus for determining pressure and detecting occlusions in a syringe pump
US950377 1997-10-14

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JPH07289638A true JPH07289638A (ja) 1995-11-07
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