JPH10503688A - インピーダンス監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液体給送間路内の液体の流れに対するインピーダンスが測定される。選択される流量率に応じて２通りの技術が用いられる。流量率が高い場合は、流量率が変化するようにポンプ（１８）が制御され、圧力の変化が流量の変化での変化で除算されて、抵抗を直接判定する。流量率が低い場合は、プロセッサ（１４）がポンプ（１８）を制御して、疑似ランダム２進コードに従って流量を注入するようにする。導管（２２）で検知された圧力信号は前記コードに従ってデコードされる。流れがないコード期間中に受信された圧力は流れがあるコード期間中に受信された圧力から減算される。圧力オフセットも除去され、インピーダンスを判定するために線形予測モデルとともに最小二乗評価方式が採用される。モデル内で算定された係数はシステムの液体の流れに対する抵抗を計算するために利用される。特質スーパバイザーは抵抗判定プロセスを監視し、判定された特質に応じて抵抗の表示（２８）を制御する。抵抗の表示装置（２８）はシステムの抵抗を継続的に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】 インピーダンス監視システム 発明の背景 本発明は一般に導管を経た液体給送の監視に関し、特に液体給送システムでの 液体の流れのインピーダンスの監視に関する。 患者に液体を注入するための液体給送システムは投与される液体の給送装置と 、注入針、すなわちカニュールと、液体供給装置をカニュールに接続する投与セ ットと、容量型注入ポンプのような流量制御装置とを含んでいる。カニュールは 患者に液体注入剤を給送するため、患者の欠陥、またはその他の部位に挿入する ための投与セットの可撓チューブの末端に取付けられる。一般に使用されている 流量制御装置の一つは、ポンプ注入ゾーンに沿って可撓チューブの一部を順次閉 塞して移動閉塞ゾーンを生ずる、幾つかのカムおよびカム作動フィンガを有する 線形蠕動式ポンプである。蠕動作用によって液体は投与セットのチューブを通っ てカニュールへと、ひいては患者の体内に押し込まれる。 注入手順の間、投与管の詰まりのような、患者に対する注入剤の適切な投与を 妨害する事態が生ずることがある。このような状態は修復するためにできるだけ 速やかに検知することが望ましい。このような状態を検知し、かつ液体給送シス テムを評価するために一般に採用されている医療技術は液体給送導管内の圧力を 監視することである。 下流側の圧力だけを監視することによって液体給送システムの状態を判定する ことが困難である理由は、システムが低い流量率で動作している場合に圧力が発 生する速度が遅いことにある。流量率が低い場合、流れ経路内に生ずる時間単位 当たりのエネルギは極めて小さい。それによって圧力応答に基づいて流体管の欠 陥を検知することが困難になるが、その理由は、しきい値を越え、閉塞状態を表 示するのに充分な圧力が生ずるには相当の時間を要するからである。欠陥が表示 される圧力のしきい値レベルを低くすることによって、欠陥はより早期に検知さ れよう。しかしながら、この方法は誤報率が高まるという作用が伴うことが判明 している。圧力のしきい値を相対的に低くすると、咳、くしゃみ、および立ち上 がりのような患者の運動によって圧力がそのしきい値を瞬間的に超え、液体給送 システムの欠陥であると誤認されることがある。 液体の流れの欠陥を検知するために液体給送導管内に存在する圧力を分析する ために多くの開発がなされてきている。例えば、流れの振動に対する圧力応答に 基づいて液体給送システムの状態を判定するために、流れの摂動が利用されてき た。液体管路の状態を判定するためにより大きい圧力応答を生じさせる目的で、 その他の流れパターンも適用されてきた。しかし、これらの技術が流れの均質性 に悪影響を及ぼすとともに、低い流量率に対するオフセット圧力(offset pressu re)、および応答時間が遅いという問題は依然として存在する。 フィリップの米国特許明細書第4,898,576 号に記載されているように、液体管 路の状態を監視するために、液体管路のインピーダンスの抵抗部を測定する方法 を利用できる。圧力が発生することを単に待つのではなく、抵抗を能動的に監視 するための技術の一つは、流量率を変更することである。各々の流量率で圧力が 平衡状態に達するまでの適宜な時間があれば、流量率の変化による圧力の変化は システムの流体インピーダンスの抵抗部を正確に示すことが判明している。この 技術はより高い圧力を伴うより高い流量率で有効であることが判明している。こ のような高い流量率の変化には、急激で測定可能な圧力変化が伴う。流量率の変 化に対して急激な圧力応答が生ずることにより、流れの均一性に重大な医療上の 影響を及ぼすことなく選択された流量率を起点として流量率を変化させることが できる。 しかし、流量率が低い場合は、流量が均一であるという医療上の要求によって 、液体管路に加えられる摂動の大きさは制約される。このように、抵抗を判定す るための異なる圧力応答を得るために異なる流量率に変更することは、流量の変 化によって流れの均一性に悪影響を生じ、かつ上記のような圧力応答を得るため に比較的長時間が必要であるので、望ましくない。 抵抗を判定するために圧力が利用されるので、未確認のオフセット圧力が抵抗 の正確な見積もりを得ることを困難にするという不都合な影響をもたらすことが ある。更に、流れを増強する別のポンプに起因するようなその他の要因、また、 その結果として液体管路に対する圧力応答のような要因によっても抵抗の測定が 不正確な結果になることがある。このような別の要因に対する免疫を強化するこ とが、プリッシャーリターンの補償とともに必要である。 液体管路の状態を監視するための別の要因は提示された情報の更新速度である 。圧力データを処理する際に平均値算出、またはその他の技術が用いられる場合 は、流量率が低ければ更新速度は比較的遅い。しかし、液体管路内の欠陥を検知 するためにより最新のデータが得られるように、遅延を短縮することが望ましい 。 従って、流量率が低い場合に従来型のシステムよりも迅速に液体供給の欠陥状 態を検知することができ、かつ医療上許容できる流れのパターンを保持しつつ、 オフセット圧力の存在を補償することができる液体供給監視システムが必要であ ることが専門家によって認識されてきた。加えて、同じ液体管路上の別のポンプ に起因するような導管内の圧力変化の別の原因に対して感度が高くないシステム の必要があることも認識されてきた。更に、注入される薬剤に対する患者の生理 学的な応答よりも迅速に、不都合な状態を検知することを補助することができる ようなデータ更新速度を有することも望ましい。本発明は上記の、およびその他 の必要性を満たすものである。 発明の大要 簡略かつ概略的にのべると、本発明は液体給送システムの流れに対するインピ ーダンスを監視するシステムに関するものである。導管を流れる液体の運動を制 御するために流量制御装置が液体導管に作用し、流れを流量波形を有している液 体給送システムでは、流れに対するインピーダンスを監視するシステムは、導管 に結合され、導管内で検知された圧力に応答して圧力信号を供給する圧力センサ と、圧力信号を受信し、この圧力信号を流量波形と共に処理し、かつこの処理に 基づいて流れに対するインピーダンスを判定するプロセッサ、とを備えている。 別の側面では、プロセッサは判定されたインピーダンスから抵抗を抽出し、抵 抗を示す表示信号を表示装置に伝送し、システムはこの抵抗を表示する。このよ うなインピーダンスの測定、抵抗の抽出、および抵抗の表示は同時に行うことが できる。 更に詳細な側面では、プロセッサはインピーダンスを判定するための予測モデ ルに従って、圧力信号と流量波形にパラメタ評価技術を適用する。一側面ではイ ンピーダンスを判定するために予測モデルに適合する最小二乗評価方式が採用さ れる。次に、システム内の流れに対する抵抗を判定するため、モデルの一部を形 成する係数が用いられる。別の側面では、測定された圧力信号を流量波形ととも に処理する（deconvolve）ことによってインピーダンスを判定できる。更に詳細 な側面では、線形予測モデルが用いられる。 別の側面では、信号処理を改良するためプロセッサは、所定の時間枠内での所 定の変化パターンに従って、選択された流量率を基点として流れを変化させるよ うに流量制御装置を制御する。次にプロセッサは無作為の流れパターンに基づい て受信された圧力信号をデコードし、デコードされた圧力信号を流量波形ととも に処理して流れに対するインピーダンスを判定する。 更に別の側面では、プロセッサは判定されたインピーダンスから圧力信号を再 構成し、再構成された圧力信号を実際に受信された圧力信号と比較し、２つの値 の差を測定する。２つの値の差が所定のしきい値を超えている場合は、プロセッ サは性能不良標識を発する。抵抗の表示の代わりに性能不良標識が出され、オペ レータに警報が発せられてもよい。極端な場合は、ポンプ注入動作を停止しても よい。 判定されたインピーダンス評価の質に関する更に詳細な側面では、インピーダ ンスを判定する際に使用されたモデルから導出された係数が所定の範囲と比較さ れる。このような係数が上記の範囲内にあるか、範囲外にあるかに応じて、性能 標識が指定される。性能標識が性能不良を表示すべき場合は、これが抵抗の表示 に代わり、警報が発せられこともできる。 更に別の側面では、プロセッサは選択された流量率に応じて異なるインピーダ ンス測定技術を採用する。選択された流量率がしきい値を超える場合は、プロセ ッサは流量制御装置を制御して、複数の異なる流量が導管内に流れるようにする 。各々の流量は流量波形を有している。次にプロセッサは流れに対するインピー ダンスを判定するために圧力の差と、流量率の差を処理する。しかし、オペレー タが選択した流量がしきい値に等しいか、しきい値以下である場合は、プロセッ サはこれらの圧力信号を流量波形とともに処理し、この処理結果に基づいて流れ に対するインピーダンスを判定する。 更に詳細な側面では、プロセッサは圧力信号を受信するが、流量制御装置の導 管での動作サイクルの所定部分から生じたいずれかの圧力信号を破棄し、破棄さ れた圧力信号を制御装置のサイクルの異なる部分から生じた別の圧力信号と置換 える。別の側面での置換された圧力信号は以前の圧力信号である。 別の側面では、所定パターンの流れの変化が利用される場合は、複数個の圧力 信号デコーダを使用することによってインピーダンス計算の更新速度が高められ る。有効に高められたデータ速度で新たな圧力波形データを供給するために、多 重デコーダは時間シフトされる。 本発明のその他の側面と利点は以下の詳細な説明、および本発明の特徴の例を 示した添付図面から明らかにされる。 図面の簡単な説明 図１は本発明の特徴を実施した液体給送および監視システムの概略構成図であ る。 図２は低い流量率でインピーダンスを検知し、抵抗を判定するための本発明の 別の特徴を実施した液体給送および監視システムのより詳細な構成図である。 図３、図４、および図５は７ビットのコード長で液体の流れをエンコードした グラフと、エンコードした液体の流れに対する圧力応答と、圧力応答を合成信号 にデコードしたグラフとを示している。 図６および図７は１とゼロの圧力波形を合成波形にデコードしたグラフを示し ている。 図８および図９はオフセット圧力を減算可能である、切り捨てされ(decimate) 、シフトされた復号圧力波形のグラフを示している。 図１０および図１１は圧力データ更新速度を高めるために３個のデコーダが用 いられる実施例を示している。 図１２、図１３、および図１４は液体給送システムに出現する流れに対する抵 抗を表するために利用できる表示の例を示している。 実施例の詳細な説明 ここで別個の図中、同様の参照番号は対応する素子を示した図面をより詳細に 参照すると、図１には本発明の側面を組入れたインピーダンス監視システム１０ の構成図が示されている。インピーダンス監視システムは液体給送システムの導 管２２と連結され、導管内では液体を導管２２を経て流すために、モータ１６が 導管２２にて動作するポンプ機構１８を駆動する。 キーパッドのようなユーザーによる入力装置１２は、流量率の選択のようなオ ペレータからの命令をプロセッサ１４に送る。プロセッサ１４はポンプ機構１８ を駆動するモータ１６の動作を制御し、前記ポンプ機構はこの例では、直線的な 関係で配列され、モータ１６の出力軸と連結された回転カム軸によって移動され る一連の蠕動フィンガからなっている。モーターセンサ２０はモータ１６とポン プ機構１８の位置を判定し、プロセッサ１４に位置信号を送る。ポンプ機構の下 流側には導管内の圧力を検知するために導管２２と連結された圧力センサ２４が 配設されている。アナログ−ディジタル変換器２６（“Ａ−Ｄ”）がセンサ２４ から圧力の圧力アナログ信号を受信し、これらの信号をプロセッサ１４が制御す る特定の抜取り率でディジタル様式に変換する。プロセッサ１４は圧力ディジタ ル信号を受信し、後に詳述するようにこれらの信号を処理し、システム内の流れ に対するインピーダンスを計算する。このインピーダンスから流れに対する抵抗 が判定される。表示装置２８が抵抗を表示する。抵抗レベルが満足し得ない場合 は警報２９が発せられる。 流量率の選択はキーパッド１２で行われ、プロセッサ１４によって受信されて 、選択の結果が“高い”流量率であるか“低い”流量率であるかを判定するため にしきい値と比較３０される。或る場合は毎時５０ミリリットルのようなしきい 値が用いられる。選択された流量がこの率を超えた場合は流量率は高いものと見 なされ、この率、またはそれ未満の場合は低いと見なされる。 図１に示したインピーダンス測定システムの一側面として、液体給送システム によって広範囲の流量率において連続的で精密なインピーダンス判定がなされる ように、液体給送システムのインピーダンスを判定するために２つの異なる方法 が採用される。流量率が高い場合は、流量率が変化され、応答する圧力信号が監 視される“複率”(bi-rate)方式が採用される。この方式では、抵抗を直接判定 するために圧力と流量の変化が利用される。 流量率が低い場合は、流量は同様に変化されるが、それは選択された率を基点 にした所定の変化パターンに従って行われる。圧力信号は所定の変化パターンに 従ってデコードされ、その結果生じた復号圧力信号が流量波形とともに処理され て、インピーダンスが判定される。次に、インピーダンスから抵抗が判定され、 一実施例ではパーセントで表示される。 高い流量率が選択された場合は、プロセッサ１４はモータを制御３２して、２ 通り、またはそれ以上の異なる流量率で動作させる。モータ制御装置３４に流量 率命令が送られ、そこで制御装置はモータ１６が機構１８を介して導管２２に作 用して、前記の別個の率で液体を導管２２を通してポンプ注入するようにさせる 。一実施例では流れの均一性を保持する目的で、流量率は選択された流量率の平 均値になるように選択される。 流量が比較的高い流量率で変化すると、前述のように急激な圧力応答が生じ、 システムの液体の流れに対する抵抗を下記の方程式に従って比較的迅速に判定す ることができる。 但し、Ｒ＝抵抗 Ｆ₁＝第１流量率 Ｆ₂＝第２流量率 Ｐ₁＝第１流量率での圧力 Ｐ₂＝第２流量率での圧力 抵抗百分率を判定するために用いることができ、抜き取り率を考慮に入れた別 の関係式は下記のとおりである。 但し、Ｒ％＝１００％の抵抗百分率は１５００オームの流れ抵抗に等しい Ｐ＝mm Hg 単位の圧力 Ｆ＝毎時リットル単位の流量 Ｍ＝高い流量率での一回転でのサンプル Ｎ＝低い流量率での一回転でのサンプル 導管２２内の流量波形に対する圧力応答はＡ−Ｄ変換器２６によってプロセッ サ１４に送られる圧力ディジタル信号とともに圧力センサ２４によって監視され る。これらの圧力信号は濾波され、またはその他の処理が施された後（３２）、 上記に示したように抵抗を判定するために流量によって除算される（３８）。選 択された２通りの流量率３２は流量表メモリ４０に送られ、これによって各圧力 サンプル毎にポンプ機構によってポンプ注入される特定の流量がえられるように される。２通りの流量率での圧力の差は（上記の第１方程式によって）２通りの 流量率での流量の差で除算される。その結果の商はプロセッサ１４によって抵抗 を計算するために利用される（４２）。この抵抗百分率は表示される。（２８） 従って、流量率のしきい値、この例では毎時５０ミリリットル以上では、液体 導管に多重の流量率が適用され、これらの流量率から生ずる圧力の変化は抵抗を 直接計算するために利用される。選択された流量率、およびその各々が適用され る時間の長さは選択された流量率の平均値に基づいているので、流量率を変更し ても医療上重要な影響はない。 しかし、選択された流量率が例えば毎時1.0ミリリットルのように“低い”と みなされる場合、導管圧力の顕著で急激な変化を達成するために、選択された流 量を基点として流量を変更することは前述のように一般的には可能ではない。こ の場合は、液体流動システムのインピーダンスを判定するには別の方式が採用さ れる。 受信された圧力信号はこの圧力に及ぼす給送システムの流動インピーダンスの 作用を反映する。このインピーダンスは実際の構成要素、すなわち抵抗とともに システムのコンプライアンおよびイナータンスのような別の要素を含んでいる。 従ってこの場合は、インピーダンスは流れと圧力との伝達関数である。システム の抵抗を正確に計測するには、流動および圧力波形から伝達係数、すなわちイン ピーダンスを判定できる。以下に説明し、添付図面に示されたシステムは検知さ れた圧力信号から上記インピーダンスを判定するシステムを提示している。 選択された流量率が“低い”率である場合は（３０）、プロセッサ１４はエン コーダ４４に“低流量率”信号を出力する。エンコーダ４４は選択された流量率 を基点に変化する導管２２を通る流れパターンを確立するために、モータ制御装 置３４にコード化されたモータ駆動信号を送る。このようなパターンは一実施例 では疑似ランダム２進法シーケンス（“PRBS”）の形式を呈し、それによって時 間枠内で複数の時限を有する所定の時間枠に亘って所定の変化パターンの流れが 生ずる。しかし、パターンは後続の時間枠で反復される。 Ａ−Ｄ変換器２６からのディジタル圧力サンプルはエンコーダ４４によって得 られる流れの所定の変化パターンに従って抽出されデコードされる。（３６）後 述するように、ここで濾波、切り捨て、およびその他の処理技術を適用できる。 デコードされた圧力信号は次に対するシステムのインピーダンスを判定するため に流量波形とともに処理される。（３８）選択された流量率に対応する流量波形 は流量表４０から検索され、システムの流れと圧力の所定の関係、もしくはモデ ルに基づいてインピーダンスを判定するために圧力とともに処理される。その結 果算出されたインピーダンスは次に、前述の流量率が高い場合のように、流れに 対するシステムの抵抗を計算するために利用され（４２）、かつ表示される。（ ２８）このプロセスについては以下により説明する。 性能プロセッサ４３はインピーダンスの判定を監視し、かつ性能が悪いと見な される場合には抵抗の表示と警報とを制御する。 ここで図２および図３を参照すると、“低い”流量率で動作する場合のシステ ム４６のより詳細な実施例が示されている。この場合はＰＲＢＳエンコーダであ るエンコーダ４４が流量率の選択結果４８を受ける。入力信号４８に応答し、Ｐ ＲＢＳエンコーダ４４はＰＲＢＳコードをモータ制御装置３４に出力して、コー ド、もしくはパターンに従って流れを変化させる。この実施例では、ＰＲＢＳコ ードはＭ＝２ⁿ−１の長さの１と０の所定のシーケンス（流動と非流動信号）か らなり、但しこの実施例では“ｎ”は３、４または５である。 ３１の時限のデータを受けるには、７つの時限のデータを受けるよりも長い時 間を要する。基本的な目標として、全ての流量率についてほぼ同一の測定期間を 有することが望ましい。従って、コード長は流量率が低い場合は短縮され、流量 率が高い場合は延長される。加えて、この目標を達成するため、各ビットのコー ドに応じて流れる流量を変更することができる。このように、目標を達成するた めに単独、または組合わせの２通りの方法を利用できる。すなわち、流量率が低 い場合、更新時間が長いのでコード長が長いよりもコード長が短い方が望ましい 。従ってコード長は基本的に選択された流量率と正比例し、この場合、１の数は ０の数よりも１だけ大きい。このように、流量率が高いほど、コード長は長くな り、逆に、流量率が低いほどコード長は短くなる。 単一の７のコード長（ｍ＝７、ｎ＝３）が図３に示されている。コードの各ビ ットは１または０の値のいずれかに割当てられている。コード長は、コード長を 構成するビットに対応する複数の時限を伴う時間枠５０内で生ずることが図示さ れている。図３の例に示すように、疑似ランダム・パターンで縦の長方形で示さ れた４つの“１”と、３つの“０”が生ずる。一実施例では、1.05から5.04ml／ 時の範囲の流量率にはコード長７（ｍ＝７、ｎ＝３）が用いられ、5.05−16.04m l／時の範囲の流量率にはコード長１５（ｍ＝15、ｎ＝４）が用いられ、16.05ml −50.00ml／時の範囲の流量率にはコード長３１（ｍ＝31、ｎ＝５）が用いられ る。その他のコード長を用いてもよい。 導管に対するポンプ注入動作を制御するために疑似ランダム２進コードを利用 することによって、ある種のノイズ圧力信号が拒絶され、ひいては管路内のイン ピーダンスの判定精度が高まることが判明している。例えば、患者が歩行するこ とで導管が上下するために導管内の圧力変化が生ずることがある。別のポンプ機 構から導管に液体の流れが加えられると、圧力センサにノイズ圧力レベルが生ず ることがある。ＰＲＢＳ方式を採用することによって、デコードされた信号の上 記のような外部のノイズ圧力信号の低減が補助される。 図２に示したシステムでは、注入ポンプは多重カム５６が実装されているカム 軸に連結された出力軸を有するステップモータ１６を備えている。各々のカムは それぞれのポンプフィンガ５８を移動し、これがそれぞれのカム５６の回転運動 を直線運動へと転換する。各フィンガ５８は導管２２を押圧して、液体が導管を 通って下流方向に移動するようにさせる。 ステップモータ１６、ひいてはこれに実装されたカム５６は階段的に移動、す なわち“増分”する。位置表示ディスク６８もモータ１６の出力軸に実装され、 光センサ２０と連結されると、カム軸の位置を示す位置信号を発生する。 モータ１６の出力軸の各々の増分運動と、その結果として生ずるポンプフィン ガ５８の増分運動により或る容積の液体が導管２２を通って注入される。この容 積は例えば、重量測定法のような専門家には公知の手段によって測定できる。ま た、これらの容積はモータの出力軸の各々の位置と相関し、メモリ５４に記憶さ れる。 導管は液体タンク６０と、患者６４に挿入された針６２との間に接続されてい るものとして図示されている。導管は可撓性の性質を備え、チューブの形式、ま たは専用のポンプ・セグメントの一部であってもよい。 圧力センサ２４は導管２２と連結され、注入フィンガ５８と患者の欠陥との間 の導管２２内の圧力を監視し、検出された圧力を表す圧力信号を発生する。この 圧力信号はアナログ信号であり、アナログ−ディジタル変換器２６に送られる前 に増幅され、かつ例えば２０Hzの低域フィルタ６６によって濾波される。このよ うな増幅、濾波、およびディジタル信号への変換は多くの方法で行うことができ 、これらの素子の全てを異なる実施例でセンサ２４自体に組入れることができる 。 ＰＲＢＳコードに応答して、モータ制御装置３４によって制御信号がモータ１ ６に送られ、コードに従ってモータが導管に作用するようにされる。ＰＲＢＳコ ード・ビットから生ずる流量波形は専門家には公知の手段によって評価てされ、 流量波形表４０に記憶されることが可能である。図２ではステップ毎の容積表５ ４と、流量波形表４０とが別個のブロックとして示されているが、実際にはプロ セッサ１４が利用できる同じメモリ内にあってもよい。（図１） ディジタル化された圧力信号は次にＰＲＢＳ信号に従ってデコードされる。図 ２から図５に示した実施例に従って、コード長／時間枠５０（図４）全体に亘る 圧力波形は、０のＭ−１時限が後に続く時間枠５０（図５）内の単一の時限と長 さが等しい単一の時限、すなわちビット７０へとデコードされる。図示のとおり 、圧力波形の振幅は大幅に増大しているが、長さは時間枠５０内の単一のどの圧 力波形とも同一に留まっている。このように図３−図５に示した場合では、時間 枠は７つの時限からなり、従って単一の複合圧力波形は時間枠５０内の各波形の ４倍の振幅を有している。各圧力波形が３ユニットの振幅を有している場合は、 図 ５に示した複合波形は図示のとおり１２ユニットの振幅を有している。 ここで図６および図７を参照すると、一つのコード長の圧力波形を複合圧力波 形にデコードするプロセス７８が示されている。図３の時間枠５０のうち３つの 時限だけが示されている。最初の２つの時限７２および７４では、モータには“ １”のＰＲＢＳコードが伝送され、第３の時限７６ではモータに“０”が伝送さ れている。しかし、圧力は３つの時限７２−７６の全てに存在し、第２の時限７ ４では第１の時限からの圧力が重複している。これらの各時限７２−７６での圧 力は図６に概略的に示すように、“１”の時限にある圧力が加算され、一方、“ ０”の時限にある圧力が減算されるように複合される。このように、最初の２つ の時限７２および７４内の圧力は互いに加算され、一方、第３の時限７６内の圧 力は他方の圧力から減算される。この結果は図７に示される合成波形のようにな る。このようにして、“０”の時限内にある圧力は複合圧力から減算されて、順 序付けされた圧力応答が重複し、全コード期間５０で間隔を隔てた１と等価の応 答波形が発生する可能性を減少させる。 加えて、この実施例では圧力信号は、“接合”される。（８０）専門家には公 知であるように、線形蠕動ポンプ周期は、引っ込んで下流の液体管路を露出させ る最も下流のフィンガから生ずる流れを、上記の引っ込んだフィンガと既にチュ ーブを閉塞する位置にあるより上流側のフィンガとの間の圧力と均圧にする部分 を含んでいる。その結果生じた均圧化された流れは或る負の流れと圧力を含むこ とがあり、別の時点では含まないことがある。更に、この期間にモータは加速さ れて前記の周期部分をできるだけ迅速に通過するようにされる。(“加速周期”) 負の流れの可能性が上記のように不確実であるので、圧力波形の上記部分を含む ポンプ周期の加速部分は液体導管内の圧力を判定する際に、極めて複雑な処理技 術を採用しない限りは判定結果にひずみが生ずることがある。 しかし、蠕動ポンプの液体の流動周期の上記部分は位置検知センサ２０によっ て特定することができ、従ってこの周期部分に起因すると思われる圧力応答をも 同様に特定することができる。本発明に従った接合機能では、圧力波形の上記部 分は破棄され、最後の非ゼロ圧力応答波形を含む時限内の圧力サンプルと置換え られる。このようにして、加速周期の波形は誤謬適示されて破棄（editer out） され、一方、最後の波形は接合される。残りの圧力波形は補償されて、接合され た波形の最後のサンプルの連続性が保持される。その結果、処理のための必要時 間が短縮され、ポンプ周期の通常の液体流動部分の間のシステムの実際の圧力応 答をより正確に観察できることが判明している。 次に、デコードされ、接合された波形が濾波され、かつ切り捨てされる。(８０) 圧力波形は例えば４Hzで低域濾波される。この補足的な濾波によって、インピー ダンスを判定するために必要なモデルの複雑さが軽減される。 加えて、頭の高さ、またはその他の要因に起因するオフセット圧力を除去する ために、圧力波形は図８および図９に示したようにシフトされる。図７には圧力 が０の値まで減衰するように示されているが、図８に示すように実際には或るオ フセット圧力７７が残ることがある。圧力波形は０から出発し、１９９まで続く ２００のサンプルからなっている。しかし、第１のサンプルでの波形の振幅はゼ ロではない。図示した実施例では、圧力波形は先行する波形からの或る数のサン プルを含めるようにシフトされる。図９は先行のサンプルから２０のサンプルを 現行のサンプルに含めた例を示している。２０のサンプルの平均圧力はオフセッ ト圧力であるものと見なされる。低域濾波と切り捨て（８０）の前に、この圧力 量は減算される。 加えて、オフセットが減算され、濾波された現行の波形は平均化され、４：１ の比率で切り捨てされている。すなわち、４つ目のサンプル毎に一つのサンプル に合計されている。このように、２００のサンプルのうちの５０のサンプルだけ が圧力波形を示すものとして残される。この切り捨てプロセスによって、抵抗を 判定するために必要な処理時間が短縮されることに加えて、低域濾波が限定され るという利点が得られる。切り捨ては必ずしも必要ではないが、処理速度を高め るために有効な手段であることが判明している。 次に、システム内のインピーダンスを判定するために濾波され、切り捨てされ た圧力波形がモデルに適用される。一実施例では、インピーダンスを判定するた めに下記の通り流れと圧力との関係の予測モデルが使用された。 Ｐ(k)＝ａ₁Ｐ(K-1)＋ａ₂Ｐ(K-2)＋ｂ₁Ｆ(K-1) (1) 但し、Ｋ＝サンプル指数 Ｐ＝圧力サンプル Ｆ＝流量サンプル ａ，ｂ＝係数 上記のモデルには３つの指数があり、その２つは圧力に関連し、後の一つは流 量に関するものである。係数を決定する際に、最小二乗評価装置８２が使用され た。専門家には公知の技術によって、評価装置８２は受信された圧力波形を最も 厳密に評伝するため実際の圧力波形の解析からａ₁およびａ₂を決定し、記憶され た流量波形からｂ₁を決定する。 係数ａ₁、ａ₂およびｂ₁を決定した後、伝達関数、すなわち流量信号と圧力信 号との間のインピーダンス計が判定された。そこでシステムの種々の特性を判定 するためにインピーダンスを解析することができる。 係数ａ₁、ａ₂およびｂ₁は抵抗を実際に計算するために抵抗計算ブロック４２ に送られる。方程式(1)の項を再構成することによって次が得られる。 Ｐ(k)−ａ₁Ｐ(K-1)−ａ₂Ｐ(K-2)＝ｂ₁Ｆ(K) (2) 上記の方程式を簡略化すると次になる。 但しｊ＝抵抗指数である。 計算された抵抗値は次に抵抗百分率を算定するために最大抵抗（現在は1500液 体オームと規定されている）で除算される。この場合、表示される最大抵抗百分 率は１００パーセントである。このパーセンテージは表示装置２８に送られる。 より複雑なモデルを利用することもできることを付記しておく。しかし、伝達 関数を算定するには追加の計算時間が必要である。上記に示したモデルによって プロセッサの要求基準を縮小しつつ、正確なインピーダンス測定が得られること が判明している。更に、別のパラメタ評価技術を用いることもできる。また、流 量波形はここでは記憶されているものとして説明し、図示されている。別の実施 例では、これらは実際にリアルタイムで測定され、前述のように圧力信号ととも に処理されることもできる。 加えて、図２は抵抗値測定の特質を判定するシステムを開示している。場合に よっては、導管２２から受けた圧力波形の特質は、濾波され、デコードされ、か つ接合されたとしても抵抗を精密に測定するには低すぎることがある。スプリア ス抵抗測定が特定され、極端な場合には装置のオペレータに提示されないように 、このような低い特質の波形の特定は下記の特質評価システムによって行われる 。 図示した実施例では、濾波され、切り捨てされた圧力波形は最小二乗評価装置 ８２によって発生された係数ａおよびｂから合成された圧力波形、および流量波 形４０と比較される。波形評価装置８４は係数を受け、圧力波形を合成する。こ のように合成された波形は誤差評価装置８６によってサンプル毎のベースで実際 の圧力波形と比較される。双方の差の絶対値が加算される。この合計値が範囲と 比較され、質番が割当てられる。この実施例では、差がない場合は質番“０”が 生ずる。１９を超える差の合計値には質番“２”が割当てられ、合計値が５と13 の間にある場合は質番“１”が割当てられる。 特質評価システムの第２の部分には係数自体を検討することが含まれる。パラ メータ特質評価装置８８は係数ａ₁、ａ₂、およびｂ₁を所定の範囲とそれぞれ比 較する。係数が第１の範囲内にある場合には質番“０”が割当てられる。特質評 価システムの第１部分と同様に、異なる範囲内の係数には質番“１”および“２ ”が割当てられ、質がどんどん悪化していることを示す。 波形の質番はパラメタの質番の双方が特質スーパバイザー９０に伝送され、質 が低すぎる場合はこのスーパバイザー９０が表示装置２８に制御装置を出力する 。３つの連続する抵抗の評価の２つの質番の整数平均が“２”である場合は、特 質制御スーパバイザー９０が数値とバーチャートによる抵抗表示２８を空白にし 、精密な抵抗の表示が不可能である状態であることを表示する。整数平均が“０ ”または“１”である場合は、特質スーパバイザーは表示された抵抗値を変更し ない。 このモジュール内には更に１００％以上またはこれに等しい抵抗百分率の検出 が含まれている。これが最初に検出されると、抵抗表示は“抵抗警戒”を示す。 抵抗百分率が連続して３回１００％以上またはこれに等しい場合は、ポンプは閉 塞警報モードに入る。 場合によっては、特に流量率が低い場合は、抵抗値計算の更新速度が望み通り に迅速ではないことがある。図１０および図１１に示した実施例では、抵抗値計 算の更新速度を高めるためのシステムが開示されている。図１０に示した実施例 では、デコードされた圧力波形をより頻繁に更新するために時間シフトされた３ 個のＰＲＢＳデコーダが使用されている。これらのデコーダはスイッチ１０１に よってフィルタおよび切り捨てブロック８０に順次切換えられる。一実施例では 、抵抗値の評価は毎秒毎に必要とされた。流量率が低い場合は、デコードされた 圧力波形はより低い頻度で、例えば３０秒に１度しか更新できないであろう。各 デコーダ１００、１０２、１０４は１０秒ずつシフトされた。従って、各デコー ダでは２０秒間の入力圧力データが他のデコーダと重複するが、３個のデコーダ は１０秒毎にした新たなデコードされた圧力データを有しない。この作用は図１ １に示されている。最上部のデコーダ１００は第１の圧力波形を供給し、１０秒 後に、中間のデコーダ１０２が第２の圧力データを供給し、また１０秒後に最低 部のデコーダ１０４が第３の波形を供給する。全てのデコーダ１００、１０１、 および１０２は同じデータで動作し、それらの出力はフィルタ８０に順次切換え られる。 ここで図１２および図１３を参照すると、抵抗表示の例が示されている。本発 明に従ってシステムは抵抗百分率の計算と表示の双方を同時に行う。抵抗の表示 は注入システムの条件に応じて変更できるが、或る抵抗状態の表示はポンプの可 動中に常に表示される。例えば、図１２は、注入が正常に進展している場合の代 表的な表示を示している。表示装置２８は抵抗のグラフィック表示１１０並びに テキスト表示１１２を含んでいる。現行の注入状態の下で、抵抗測定の表示は連 続的に行われる。しかし、抵抗計算の質が低いものと特質スーパバイザー９０（ 図２）が判定した場合は、“−−”のテキスト表示が現れる。この警報テキスト は状態が変化して抵抗の計算が再び表示されるようになるまで、またはプロセッ サが注入を終了するまで持続する。前述のように、抵抗が１００％に等しいか、 それ以上である場合は、表示装置は図１３に示すように“抵抗警戒”のテキスト を表示する。所定数の、例えば３回の警戒表示の後、ポンプは閉塞警報に入る。 加えて、注入システムのオペレータに情報を通信するため、可聴信号を使用して もよい。抵抗が或るレベルを超えた場合に、第１トーンのような可聴信号を発す ることができる。信号の質が低く、正確な測定結果を提示し得ない場合に、異な るトーンの可聴信号を発することができる。システムの抵抗測定結果に関する情 報を通信するために別の種類の可聴および視覚信号を使用してもよい。 図１４は別の種類の抵抗表示を示している。この場合は、抵抗の傾向が提示さ れる。別の種類の表示も可能である。 これまで本発明の特定の実施例を説明し、図示してきたが、専門家の能力の範 囲で、発明的な能力がなくても多くの修正と応用が可能であることが明らかであ る。従って、本発明の趣旨と範囲から離れることなく本発明の形式、細部および 用途を多様に変更できることが理解されよう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バターフィールド ロバート ディー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92064 ポーウェイ ポーウェイ ヴァリ ー ロード 13980 (72)発明者 ボーラ ゲイル ディー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92107 サンディエゴ バーミューダ ア ベニュー 4547 (72)発明者 バーネス キャスパー ダブリュー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92562 ムーリエッタ ヴィスタ デル ボスケ 39100

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．導管を通る液体の動きを制御するために流量制御装置が液体導管に作用し、 流れが流量波形を有している形式の液体給送システムの流れに対するインピーダ ンスを監視するシステムにおいて、 導管と連結され、導管内で検知された圧力に応答して圧力信号を供給する圧 力センサと、 圧力信号を受信し、該圧力信号を流量波形とともに処理し、この処理に基づ いて流れに対するインピーダンスを判定するプロセッサ、とを備えたことを特徴 とするシステム。 ２．プロセッサが判定されたインピーダンスから抵抗値を抽出するとともに、抽 出された抵抗値を表示する表示装置を更に備えたことを特徴とする請求の範囲第 １項に記載のシステム。 ３．インピーダンスを判定するために、プロセッサが圧力信号を流量波形と共に 処理することを特徴とする請求の範囲第１項に記載システム。 ４．プロセッサが流量と圧力との関係性のモデルを備え、 プロセッサがインピーダンスを判定するためにモールに従ってパラメタ評価 技術を適用することを特徴とする請求の範囲第１項に記載システム。 ５．パラメタ評価技術が圧力信号と容積波形とに適用される線形最小二乗評価技 術であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載システム。 ６．パラメタ評価技術が圧力波形と容積波形とに適用されるコンピュータ神経開 路からなることを特徴とする請求の範囲第４項に記載システム。 ７．モデルが線形予測モデルであることを特徴とする請求の範囲第４項に記載シ ステム。 ８．導管を通る液体の運動を制御するためオペレータが選択した流量率に応答し て流量制御装置が液体導管に作用し、流れが流量波形を有している形式の液体給 送システムの流れに対するインピーダンスを監視するシステムにおいて、 導管と連結され、導管内で検知された圧力に応答して圧力信号を供給するた めの圧力センサと、 選択された流量率を解析し、その率がしきい値以上である場合は制御装置を 制御して、複数の異なる流量率が導管内に存在するようにし、その際に各流量率 は流量波形を有しており、 各流量率から生じた圧力信号を受信し、 圧力の変化と流量の変化を共に処理することによってインピーダンスを判定 し、 選択された流量率を解析し、その率がしきい値と等しいかそれ未満である場 合は圧力信号を受信し、これらの圧力信号を流量波形とともに処理し、かつこの 処理に基づいて流れに対するインピーダンスを判定するプロセッサ、 とを備えたことを特徴とするシステム。 ９．導管を通る液体の運動を制御するため流量制御装置が液体導管に作用し、流 れが流量波形を有している形式の液体給送システムの流れに対するインピーダン スを監視するシステムにおいて、 導管と連結され、導管内で検知された圧力に応答して圧力信号を供給するた めの圧力センサと、 流量制御装置を制御して、所定の時間枠内で選択された流量率を基点にした 流れの所定の変化パターンに従って流れるようにし、 圧力信号を受信し、 流れの所定の変化パターンに基づいて受信された圧力信号をデコードし、 デコードされた信号を流量波形と共に処理し、この処理に基づいて流れに対 するインピーダンスを判定するプロセッサ、 とを備えたことを特徴とするシステム。 10．流れの所定の変化パターンが疑似ランダム２進コードであることを特徴とす る請求の範囲第第９項に記載システム。 11．プロセッサが複数の時限に分割された所定の時間枠内で疑似ランダム２進コ ード信号を供給し、疑似ランダム２進コード信号が時限と同期化されたとともに 、 プロセッサが所定の時間枠の各時限内で受信された圧力信号をデコードして 、所定の時間枠全体に亘る信号圧力波形を生成することを特徴とする請求の範囲 第10項に記載システム。 12．プロセッサが、疑似ランダム２進コードがポンプ信号を発した時限内の圧力 波形を加算し、疑似ランダム２進コードがポンプ信号を発しなかった時限内の圧 力波形を減算して、単一の圧力波形を生成することを特徴とする請求の範囲第11 項に記載のシステム。 13．プロセッサが先行する時間枠から受信した圧力信号と現行の時間枠からの圧 力信号の少なくとも幾つかとを結合して、単一の圧力波形を生成することを特徴 とする請求の範囲第12項に記載のシステム。 14．導管を通る液体の運動を制御するため流量制御装置が液体導管に作用し、流 れが流量波形を有している形式の液体給送システムの流れに対するインピーダン スを継続的に監視するシステムにおいて、 表示装置と、 導管と連結され、導管内で検知された圧力に応答して継続的に圧力信号を供 給するための圧力センサと、 圧力信号を受信し、 上記圧力信号を流量波形とともに継続的に処理し、かつこの処理に基づいて 流れに対するインピーダンスを継続的に判定し、 判定されたインピーダンスから抵抗を抽出し、 抵抗の測定値を示す表示信号を表示装置に継続的に供給するプロセッサ、 とを備え、 表示装置が測定された抵抗を表示することを特徴とするシステム。 15．導管を通る液体の運動を制御するため流量制御装置が液体導管に作用し、流 れが流量波形を有している形式の液体給送システムの流れに対するインピーダン スを監視するシステムにおいて、 導管と連結され、導管内で検知された圧力に応答して圧力信号を供給するた めの圧力センサと、 圧力信号を受信し、この圧力信号を流量波形とともに処理し、この処理に基 づいて流れに対するインピーダンスを判定し、 判定されたインピーダンスから圧力信号を再構成し、 再構成された圧力信号と受信された圧力信号とを比較し、双方の差を測定し 、 再構成された圧力信号と受信された圧力信号との差が所定のしきい値を超え た場合は低特質指標を供給するプロセッサ、 とを備えたことを特徴とするシステム。 16．導管を通る液体の運動を制御するため流量制御装置が液体導管に作用し、流 量制御装置が第１部分を有する運動周期を有し、流れが流量波形を有している形 式の液体給送システムの流れに対するインピーダンスを監視するシステムにおい て、 導管と連結され、導管内で検知された圧力に応答して圧力信号を供給するた めの圧力センサと、 圧力信号を受信し、 流量制御装置の周期の第１部分に応答して発生する圧力信号を破棄し、 破棄された圧力信号の代わりに別の圧力信号を置換え、 残りの圧力信号を流量波形とともに処理し、この処理に基づいて流れに対す るインピーダンスを判定するプロセッサ、 とを備えたことを特徴とするシステム。 17．プロセッサが破棄された信号の代わりに以前受信した信号を置換えることを 特徴とする請求の範囲第16項に記載システム。