JPH0731092B2 - 圧力測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、血漿分離装置、人工透析器、人工肺、血液浄
化装置などの体外循環血液回路中の圧力検出に用いられ
る圧力測定装置に関する。

具体的には、体外循環血液回路に使用されている軟質の
血液回路チューブより間接的にチューブ内部の圧力を検
出する圧力測定装置に関する。

［従来の技術］ 従来、血漿分離装置、人工透析器、人工肺、血液浄化装
置などの体外循環血液回路中の圧力を検出する場合は、
第12図に示すように、血液回路31中の点滴筒に血液32を
溜め、点滴筒30内の圧力を点滴筒に取り付けた圧力チュ
ーブ33より圧力トランスデューサー35に導き検出してい
る。なお、圧力チューブ33には、血液の液面が上昇した
とき、圧力トランスデューサーに血液が到達しないよう
に、血液を通さないフィルター34が取り付けられてい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のような圧力測定装置には、下記の
ような問題があった。

（１）点滴筒30を使用するために、点滴筒30部分の血液
充填量が増加し、いわゆるプライミングボリュームが増
加する。

（２）圧力検出用の圧力チューブ33に血液を透過しない
GLフィルター34を取り付け、さらに、この上に圧力トラ
ンスデューサー35を接続しなければならず、操作上の煩
わしさがある。

さらに、圧力検出箇所は、複数箇所あるのが通常であ
り、特に血漿分離装置用の血液回路では、数箇所もあ
り、上記のプライミングボリュームの増加および操作上
の煩わしさがより大きな問題となっていた。

そこで、本発明の目的は、このような従来の圧力測定装
置の問題点を解決し、本来必要な血液回路のプライミン
グボリュームを増加させることなく、また、取り付け操
作も容易であり、さらに、血液回路に使用されるチュー
ブのバラツキによる圧力測定誤差を改善した圧力測定装
置を提供ものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するものは、チューブ内圧を測定する圧
力測定装置において、測定対象のチューブを押圧しなが
ら圧力を検知する圧力検知部と、該圧力検知部により押
圧されるチューブ位置のチューブの軸方向に見て前後部
分を前記圧力検知部の押圧より若干少なく押圧するチュ
ーブ押圧部とを有する圧力測定装置である。

そして、前記圧力検知部によるチューブの押圧は、チュ
ーブの外径が押圧する前の82〜90％となるように押圧す
るものであり、さらに、前記チューブ押圧部による押圧
は、チューブの外径が押圧する前の90〜95％となるよう
に押圧するものであることが好ましい。さらに、前記チ
ューブ押圧部によるチューブの押圧は、圧力検知部によ
るチューブの押圧の0.85〜0.96倍であることが好まし
い。

そこで、本発明の圧力測定装置を図面に示した実施例を
参照して具体的に説明する。

本発明の圧力測定装置１は、チューブ内圧を測定する圧
力測定装置において、測定対象のチューブ８を押圧しな
がら圧力を検知する圧力検知部４と、圧力検知部４によ
り押圧されるチューブ位置のチューブの軸方向に見て前
後部分を圧力検知部４の押圧より若干少なく押圧するチ
ューブ押圧部５とを有している。

そこで、本発明の圧力測定装置を第１図ないし第５図に
示した実施例を用いて説明する。

第１図は、本発明の圧力測定装置の一実施例の基本構成
を示す概略図であり、第２図は、第１図に示した実施例
の圧力測定装置の圧力検出部の正面図であり、第３図な
いし第５図は、第２図の示した圧力検出部の断面図であ
る。

この実施例の圧力測定装置１は、第２図に示すように、
圧力検出部２と圧力検出部２より出力される電気信号に
基づいて圧力測定値を表示する圧力測定値表示部３とか
ら構成されている。そして、圧力検出部２では、第２図
に示すように、測定対象のチューブ８を押圧する圧力検
知部４と、その前後の位置のチューブ８を押圧するチュ
ーブ押圧部５とを有しており、チューブ押圧部５はハウ
ジング内に収納されており、圧力検知部４はハウジング
の一端よりその内部に挿入されている。そして、ハウジ
ングには蓋体７が設けられており、この蓋体７と、上記
の圧力検知部４、チューブ押圧部５との間により、測定
対象のチューブ８が押圧され、押圧された部分のチュー
ブの断面積が減少している。

圧力検出部２の構造を第２図ないし第５図を用いて説明
する。第２図は、測定対象のチューブ８に取り付けた状
態の圧力検出部２を蓋体７側からみた正面図であり、第
３図は、第２図のＩ−Ｉ線断面図である。また、第４図
は、第２図のII−II線断面図である。第５図は、測定対
象のチューブに取り付ける前の圧力検出部２の断面図で
ある。

第２図に示すように、蓋体７は正方形平面をしており、
この蓋体７は、第５図に示すように、ハウジング６に、
部材10により、開閉自在に取り付けられている。また、
蓋体７は、止め具12により、ハウジング６に開閉自在に
固定されている。そして、第５図に示すように、止め具
12a,12bの係合を解除することにより、蓋体７はハウジ
ング６に対し開いた状態となる。また、ハウジング６
も、蓋体７と同様に、断面が略正方形をしている。そし
て、第２図、第４図および第５図に示すように、ハウジ
ング６は、向かい合う位置に２つのチューブ挿通部6a,6
aを有している。この挿通部6a,6aは、チューブ８が圧力
検知部４のほぼ中央にくるように位置決めをする。圧力
検知部４は、ハウジング６の底部中央より、ハウジング
６の内部に突出するよう挿入され、固定されている。そ
して、この圧力検知部４を囲繞するように、チューブ押
圧部５がハウジング６内に設けられている。このチュー
ブ押圧部５は、ハウジング６と一体に形成してもよい。
そして、第３図に示すように、チューブ押圧部５の先端
より若干圧力検知部４が突出するように形成されてい
る。圧力検知部４と蓋体７との距離（蓋体７が閉塞した
ときの距離）は、測定対象のチューブ８の外径より小さ
く設定されている。同様に、チューブ押圧部５と蓋体７
との距離も、チューブ８の外径より小さく設定されてい
る。このため、第３図および第４図に示すように、測定
対象のチューブ８は圧力検知部４部分で押圧され、さら
に、その前後部分（チューブの軸方向に見た前後部分）
がチューブ押圧部５により押圧され、内部の横断面積が
減少している。さらに、第３図に示すように、チューブ
８の押圧は、圧力検知部４での押圧が強く、チューブ押
圧部５での押圧の方が若干弱くなっている。これによ
り、チューブによる測定値のばらつきを減少させること
ができ、正確な圧力測定を可能とする。そして、圧力検
知部４によるチューブ８の押圧は、チューブ８の外径が
押圧する前の82〜90％となるように押圧するものであ
り、チューブ押圧部５による押圧は、チューブ８の外径
が押圧する前の90〜95％となるように押圧するものであ
ることが好ましい。より好ましくは、上記の範囲内であ
ってかつ、チューブ押圧部５による押圧が圧力検知部４
の押圧の0.85〜0.96％であることである。

そして、圧力検知部４としては、圧力センサおよびロー
ドセルなどが好適に使用できる。ロードセルは、荷重ま
たは力を直接電気信号に変換する素子であり、ストレン
ゲージ型、磁歪型、差動変圧器型、静電容量型、音叉
型、体抵抗変化型などがあり、特に好ましくはストレン
ゲージ型である。また、ストレンゲージ型には、ビーム
型、圧縮型、引張型があり、好ましくはビーム型であ
る。

また、圧力センサとしては、拡散型半導体圧力センサが
好ましい。拡散型半導体センサは、圧力を受けると大き
く抵抗が変化する半導体のピエゾ抵抗効果を利用するも
のであり、シリコン単結晶上に不純物が４箇所熱拡散さ
れている。これが圧力を受けると抵抗変化する歪抵抗の
働きをし、この４本の歪抵抗は、ホイーストンブリッジ
回路として接続されており、４本の抵抗の増減により測
定圧力に応じた電気信号を出力する。さらに、拡散型半
導体圧力センサのうち、ステンレス式圧力センサまたは
ダイアフラム式圧力センサと呼ばれるものがより好適に
使用できる。

このダイアフラム式圧力センサは、第７図に示すよう
に、内部に拡散型半導体圧力センサチップ11があり、こ
のセンサチップ11の上部をシリコンオイル12等の流体で
充填して、ステンレスのダイアフラム13で密閉した構造
を有している。そして、ダイヤフラム13に加わる圧力
は、シリコンオイル12を介してセンサチップ13に伝達さ
れるように構成されている。

［作用］ 次に、本発明の圧力測定装置１の作用を、第１図ないし
第５図に示した実施例を用いて説明する。

まず、測定対象のチューブ８の内圧がゼロの状態の時
に、圧力検出部２のハウジング６に形成されているチュ
ーブ挿通部6a,6aにチューブ８をセットする。このと
き、チューブ８は、圧力検知部４の中央に位置する。そ
して、蓋体７を閉じ、止め具12a,12bを係合させ、蓋体
７を閉塞状態に固定する。圧力検知部４は、蓋体７を閉
じたときに、わずかに力を受けるため、圧力検知部４
は、わずかのオフセット電圧を発生する。そして、チュ
ーブ８内に正の圧力が加わると、圧力センサの出力はオ
フセット電圧から（＋）の電圧が、負の圧力が加わる
と、オフセット電圧から（−）の電圧が発生する。ある
圧力Ｐの時の電圧からオフセット電圧を差し引けば、こ
の圧力に対する出力電圧が得られる。

出力電圧＝（測定電圧）Ｐ−（オフセット電圧） そして、この出力電圧に基づいて、圧力測定値表示部３
に測定圧力が表示される。

［実施例］ 次に、本発明の圧力測定装置の実施例について説明す
る。

（実施例） 圧力検出部として、ハウジングは、第２図ないし第５図
に示すような形状のものとし、横が70mm、縦70mm、厚さ
50mm、深さ23mmのものを用いた。

そして、底部中央より圧力検知部が突出するように固定
した。固定は、圧力センサーの後端部の環状突起を、固
定用ブランケットを用いて、ハウジングの底面に固定す
ることにより行った。圧力検知部としては、第７図に示
すような構造を有するダイヤフラム式圧力センサ（コパ
ル電子株式会社製Ｐ−8100 102G）を用いた。圧力セン
サの先端部の外径は約18mmであった。また、ハウジング
には、圧力センサを取り囲むようにチューブ押圧部を設
けた。ハウジングと蓋体は、蝶番部材およびこの蝶番部
材と向かい合う位置に、先端に蓋体の固定用爪を有し、
中間部が軸固定用ブランケットにより回動自在に固定さ
れ、後端部に圧縮スプリングを取り付けた固定部材によ
り開閉自在に固定した。この固定部材は、固定用爪より
若干後端側に突起が設けられており、この突起を押すこ
とにより、固定部材が回動し、固定用爪と蓋体との係合
が解除されるようになっている。また、圧力測定値表示
器としては、圧力センサーの出力を増幅する直流増幅器
と、この増幅器の出力電圧を読み取るデジタルボルトメ
ターにより構成したものを用いた。また、圧力センサと
蓋体との距離Ａおよびチューブ押圧部と蓋体との距離Ｂ
は、下記第１表および第２表に示す組み合わせのものを
作成した。

かっこ内は、チューブの外径を6mmとしたときの、外径
との比を百分率で表したものである。

A/Bは、圧力センサによる押圧を１としたときのチュー
ブ押圧部による押圧度を示している。

かっこ内は、チューブの外径を5.1mmとしたときの、外
径との比を百分率で表したものである。

A/Bは、圧力センサによる押圧を１としたときのチュー
ブ押圧部による押圧度を示している。

（比較例） 第６図に示すように、ハウジング内に設けられたチュー
ブ押圧部がチューブを押圧しないようにした以外は、実
施例と同様のものとした。また、圧力センサと蓋体との
距離Ａが、下記第３表に示すものを作成した。

［実験］ （実験１） 実施例１ないし４および比較例１ないし６の圧力測定装
置を用いて圧力測定実験を行った。測定対象のチューブ
としては、外径6.0mm、内径5.0mm（肉厚0.5mm）のもの
を使用して、異なるチューブ３本について行い、さら
に、１本のチューブについては、装着のバラツキを見る
ために各３回の測定を行った。そして、測定値よりチュ
ーブの相違による圧力測定誤差を算出した。誤差圧力△
Ｐは以下のようにして求めた。

圧力300mmHgのときの圧力センサの出力電圧をV300とし
て、圧力Ｐにおける出力電圧をVoutとすると、この圧力
における圧力センサの読みPoutは、 Pout＝Vout/V300×300（mmHg）であり、誤差△Ｐは △Ｐ＝Pout−Ｐ（mmHg）となる。

比較例１ないし４の圧力測定装置による圧力測定誤差は
第８図に示す通りであった。

第８図に示すように、距離Ａが5.3mmのときに誤差△Ｐ
は最小となっている。しかし、チューブ装着による誤差
はあまり大きくないが、異なるチューブ間での誤差が大
きかった。

本発明の圧力測定装置の実施例１ないし４による圧力測
定誤差は第９図に示す通りであった。第９図に示される
ように、第８図に示されたものに比べて異なるチューブ
間での誤差が少なく、距離Ａが5.3mmのときが最小であ
った。また、圧力センサによる押圧とチューブ押圧部に
よる押圧とが同じときは、チューブの内圧がダイアフラ
ムに伝わりにくいため、出力電圧／圧力の係数が小さ
く、この点より、圧力センサによる押圧の方が若干強い
ことが好ましいことがわかった。

なお、この実験では、チューブとして、上述のように肉
厚が0.5mmのものを使用し、陽圧検出を主体とした。圧
力としては＋300〜−100mmHg程度まで検出できた。ま
た、チューブの肉厚が薄いほど、出力電圧／圧力の係数
が大きくなるが、チューブ製作上の限界と、チューブの
強度、耐圧の問題が生ずる。したがって、陽圧検出を主
体とした場合には、測定対象のチューブの肉厚は0.4〜
0.6mmが望ましい。また、陰圧（−300mmHg程度）を検出
するためには、チューブ肉厚を0.7〜0.9mmとすることに
より達成される。

（実験２） 上記の実施例５ないし10ないし比較例４ないし７の圧力
測定装置を用いて、測定対象のチューブとして、外径5.
1mm、内径3.5mm（肉厚0.8mm）のものを使用して、実験
１と同様に、異なる３本のチューブについて、圧力測定
を行い、圧力測定誤差を算出した。比較例の圧力測定装
置による圧力誤差は、第10図に示すとおりであった。ま
た、本発明の圧力測定装置の実施例による圧力誤差は、
第11図に示すとおりであった。チューブの肉厚を増した
ことで、出力電圧／圧力の係数は小さくなっているが、
−300mmHg〜＋300mmHgの範囲が測定可能であった。な
お、圧力センサと蓋体との距離Ａが4.3mmのときが圧力
誤差が最も少ないことがわかった。また、圧力センサと
蓋体との距離Ａと、チューブ押圧部と蓋体との距離Ｂの
組み合わせが、Ａ＝4.3mm、Ｂ＝4.7mm（実施例６）のと
きが圧力誤差が最も少なく、比較例７（距離Ａが4.3m
m）より圧力誤差が少ないことがわかった。しかし、チ
ューブ肉厚を厚くすると、カバーを閉じた後のセンサの
出力電圧（圧力測定のゼロ点）のドリフトが４倍程大き
くなることもわかった。

実験１および２より、圧力センサによるチューブの押圧
をチューブの外径の78〜92％、好ましくは82〜90％に押
圧し、この圧力センサと接する前後の部分のチューブを
チューブ外径の88〜96％、好ましくは90〜96％に押圧す
るチューブ押圧部を設けることにより、回路チューブの
バラツキによる圧力測定誤差を改善することができるこ
とがわかった。

また、チューブ押圧部による押圧は、圧力センサによる
押圧の0.85〜0.96であること、より好ましくは0.89〜0.
96であることがわかった。

［発明の効果］ 本発明の圧力測定装置は、チューブ内圧を測定する圧力
測定装置において、測定対象のチューブを押圧しながら
圧力を検知する圧力検知部と、該圧力検知部により押圧
されるチューブ位置のチューブの軸方向に見て前後部分
を前記圧力検知部の押圧より若干少なく押圧するチュー
ブ押圧部とを有している。このため、測定対象となる回
路中に点滴筒などの圧力測定のための液体チャンバーを
設ける必要がないので、回路のプライミングボリューム
を増加させることがない。また、回路の外側より取り付
ければよいので、取り付け操作も容易である。さらに、
チューブ押圧部を有することにより、測定対象となる回
路に使用されるチューブのバラツキによる圧力測定誤差
が少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の圧力測定装置の一実施例の基本構成
を示す概略図、第２図は、測定対象のチューブに本発明
の圧力測定装置の圧力検出部を取り付けた状態の正面
図、第３図は、第２図のＩ−Ｉ線断面図、第４図は、第
２図のII−II線断面図、第５図は、測定対象のチューブ
に取り付ける前の本発明の圧力測定装置の圧力検出部の
断面図、第６図は、比較例の圧力測定装置の圧力検出部
の断面図、第７図は、本発明の圧力測定装置に使用され
る圧力センサの一例を示す部分破断断面図、第８図およ
び第10図は、比較例の圧力測定装置を用いた圧力測定実
験による圧力測定誤差を示す図、第９図および第11図
は、本発明の実施例の圧力測定装置を用いた圧力測定実
験による圧力測定誤差を示す図、第12図は、従来の圧力
測定装置を示す図である。 １……圧力測定装置、２……圧力検出部 ３……圧力測定値表示部 ４……圧力検知部、５……チューブ押圧部 ６……ハウジング、6a……チューブ挿通部 ７……蓋体、８……チューブ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チューブ内圧を測定する圧力測定装置にお
   いて、測定対象のチューブを押圧しながら圧力を検知す
   る圧力検知部と、該圧力検知部により押圧されるチュー
   ブ位置のチューブの軸方向に見て前後部分を前記圧力検
   知部の押圧より若干少なく押圧するチューブ押圧部とを
   有することを特徴とする圧力測定装置。
2. 【請求項２】前記圧力検知部によるチューブの押圧は、
   チューブの外径が押圧する前の82〜90％となるように押
   圧するものであり、さらに、前記チューブ押圧部による
   押圧は、チューブの外径が押圧する前の90〜95％となる
   ように押圧するものである請求項１に記載の圧力測定装
   置。
3. 【請求項３】前記チューブ押圧部によるチューブの押圧
   は、圧力検知部によるチューブの押圧の0.85〜0.96倍で
   ある請求項１または２に記載の圧力測定装置。