JPWO2008117747A1 - 薬液注入装置および該薬液注入装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

薬液注入装置は、シリンジのピストンをシリンダ内に押し込むことによってシリンジ内に充填されている薬液を被験者に注入するための、モータを駆動源としたピストン駆動機構を有し、注入圧力をリアルタイムで検出しながら薬液を注入する。薬液の注入中、注入圧力がリミット圧力ＰLに達したら、リミット圧力ＰLを基準にモータのオン／オフ切り替え制御を行う。その間、注入圧力が安定範囲ＲS内で安定したら、それ以降は安定した注入圧力となる一定の注入速度で薬液が注入されるようにピストン駆動機構の動作が制御される。

Description

本発明は、シリンジ内に充填された薬液をシリンジのピストンをシリンダに押し込むことによって被験者の血管に注入する薬液注入装置、およびその制御方法に関する。

医療用の画像診断装置としては、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）スキャナ、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置、ＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置、アンギオ装置、およびＭＲＡ（ＭＲ Ａｎｇｉｏ）装置などがある。これらの装置を使用する際は、被験者に造影剤や生理食塩水などの薬液を注入することが多い。

通常、薬液はシリンジに充填されている。シリンジは一般に、薬液を収容したシリンダと、シリンダ内にその軸方向に移動可能に挿入されたピストンとを有する。シリンダには延長チューブを介して注入針が接続される。この注入針を被験者の血管に穿刺し、その状態でピストンをシリンダに押し込むことで、シリンジ内の薬液を被験者に注入することができる。

画像診断に用いられる薬液は粘度が高い場合が多く、そのような高粘度の薬液の注入には高い圧力が必要とされる。そのため、被験者への薬液の注入は、薬液注入装置を用いて自動的に行うのが一般的である。薬液注入装置は、シリンジが着脱自在に装着される注入ヘッドを有している。注入ヘッドは、ピストン駆動機構を備えており、このピストン駆動機構によってシリンジのピストンをシリンダ内に押し込む。

シリンジ、延長チューブおよび注入針にはそれぞれ許容圧力があり、その許容圧力を超える圧力がシリンジ、延長チューブまたは注入針に加わると、シリンジ、延長チューブまたは注入針が破損するおそれがある。したがって、これらの許容圧力を超えないように薬液を注入する必要がある。

そこで、特許文献１には、ピストンを押圧する荷重を検出するロードセルをピストン駆動機構に設けた薬液注入装置が開示されている。薬液注入装置は、ロードセルによって検出された荷重に基づいて薬液の注入圧力をリアルタイムに測定し、モニタする。

注入圧力をリアルタイムにモニタできる薬液注入装置では、許容圧力よりも低い圧力を設定圧力として予め設定しておき、薬液注入装置は被験者の身体情報や撮像部位などに基づいて決められた所定の注入速度で薬液を注入する。薬液の注入動作中、ロードセルの出力に基づいて注入圧力が検出されており、検出された注入圧力が設定圧力を超えたら、ピストン駆動機構の動作が停止される。

ピストン駆動機構の動作が停止してもシリンジの内圧は依然として高く、その圧力によってシリンジ内の薬液は被験者に注入される。薬液が被験者に注入されていくとシリンジの内圧は徐々に低下し、これに伴って注入圧力も低下していく。注入圧力が設定圧力よりも低下すると、ピストン駆動機構は動作を再開し、これによってピストンがシリンダ内にさらに押し込まれる。

薬液注入装置は、以上の一連の動作を繰り返し行うことで、許容圧力を超えることなく薬液を被験者に注入することができる。
特許文献１：特開２００３−２９０３４３号公報

しかしながら、注入圧力を検出する従来の薬液注入装置では、注入圧力が設定圧力に達した場合、それ以降はピストン駆動機構の動作と停止が繰り返される。ピストン駆動機構はモータを駆動源としているので、ピストン駆動機構の動作および停止は、モータのオン／オフの切り替えによって行われる。モータのオン／オフの切り替えを繰り返すことによって、注入ヘッドに騒音や振動が発生する。注入ヘッドの騒音や振動は、その程度によっては被験者に不安感を抱かせる。また特に、注入ヘッドの振動は、注入ヘッドの各構成要素の機能に悪影響を及ぼすおそれもある。

本発明は、注入圧力が所定の圧力を超えないようにピストン駆動機構のモータをオン／オフ制御する場合において、モータのオン／オフの切り替えを抑制する薬液注入装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の薬液注入装置は、シリンダとピストンとを有するシリンジが装着され、ピストンをシリンダ内に押し込むことによってシリンジ内に充填されている薬液を注入する薬液注入装置であって、ピストンをシリンダに押し込むための、駆動源としてモータを備えたピストン駆動機構と、薬液の注入圧力をリアルタイムで検出する注入圧力検出手段と、を有し、注入圧力検出手段によって検出された注入圧力が予め設定されたリミット値を超えた場合にリミット値を基準に前記モータのオン／オフが切り替え制御される。このようなモータの切り替え制御を行う薬液注入装置において、本発明では特に、切り替え制御によって注入圧力が安定したら、それ以降は安定した注入圧力となる一定の注入速度で薬液が注入されるようにピストン駆動機構の動作を制御する。

上記モータの切り替え制御中、最後にモータのオン／オフを切り替えた時間と、その少なくとも１回前にモータのオン／オフを切り替えた時間との間の期間中に、予め決められた圧力範囲から外れた注入圧力が前記注入圧力検出手段によって検出されていなければ、前記注入圧力が安定したと判断することが好ましい。

この場合、予め決められた圧力範囲は、リミット値を中心に定めることができる。また、モータのオン／オフの切り替え制御によってモータが停止しているときに注入圧力が安定したかどうかの判断を行ってもよい。さらに、一定の注入速度は上記期間中の平均注入速度であることが好ましい。

さらに本発明は、シリンダとピストンとを有するシリンジが装着され、駆動源としてモータを備えたピストン駆動機構で前記ピストンをシリンダ内に押し込むことによってシリンジ内に充填されている薬液を注入する薬液注入装置の制御方法を提供する。本発明の制御方法は、薬液の注入圧力のリミット値を予め設定するステップと、注入圧力をリアルタイムで検出し、注入圧力がリミット値を超えた場合に、リミット値を基準にモータのオン／オフの切り替え制御を行うステップと、切り替え制御中、注入圧力が安定したかどうかを判断するステップと、注入圧力が安定したと判断されたら、それ以降は安定した注入圧力となる一定の注入速度で薬液が注入されるようにピストン駆動機構の動作を制御するステップと、を有する。

本発明の薬液注入装置の制御方法において、注入圧力が安定したかどうかを判断するステップは、最後にモータのオン／オフを切り替えた時間と、その少なくとも１回前にモータのオン／オフを切り替えた時間との間の期間中に、予め決められた圧力範囲から外れた注入圧力が検出されていなければ、注入圧力が安定したと判断することを含んでいることが好ましい。

この場合、予め決められた圧力範囲はリミット値を中心に定められていてもよい。また、注入圧力が安定したかどうかを判断するステップを、モータのオン／オフの切り替え制御によってモータが停止しているときに行ってもよい。さらにピストン駆動機構の動作を制御するステップは、一定の注入速度として上記期間中の平均注入速度を求めることを含むことが好ましい。

本発明によれば、ピストン駆動機構のモータのオン／オフ切り替えによって薬液の注入圧力が所定の圧力を超えないように制御される。その際、注入圧力が安定したら、それ以降は安定した注入圧力となる一定の注入速度で薬液が注入されるようにピストン駆動機構の動作を制御するので、モータのオン／オフ切り替え回数を抑制することができる。そのことによって、注入圧力が安定するまでの初期の期間を除いて、モータのオン／オフ切り替えに伴う騒音や振動が発生しなくなる。

本発明が適用される薬液注入システムの一例の斜視図である。 図１に示す薬液注入装置の斜視図である。 図２に示す注入ヘッドを、それに装着されるシリンジとともに示す斜視図である。 図３に示す注入ヘッドの電気系統のブロック図である。 薬液注入装置による薬液注入動作の一例を示すフローチャートである。 図５に示すフローに従って薬液を注入したときの、薬液の注入時間と注入圧力との関係の例を示すグラフである。 薬液注入装置による薬液注入動作の他の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 薬液注入装置
１０１ 注入制御ユニット
１１０ 注入ヘッド
１３０ ピストン駆動機構
１４１ 制御部
１４２ モータ制御回路
１４３ モータドライバ
１４４ モータ
１４５ ロータリーエンコーダ
１４６ ロードセル
２００Ｃ、２００Ｐ シリンジ
２１０ シリンダ
２２０ ピストン
３００ ＣＴ装置
１０００ 薬液注入システム

図１を参照すると、薬液注入装置１００と、透視撮像装置であるＣＴ装置３００とを有する、本発明の一実施形態による薬液注入システム１０００が示される。ＣＴ装置３００と薬液注入装置１００とは、相互間で情報の送受信を行えるように、互いに接続されている。

ＣＴ装置３００は、撮像動作を実行するスキャナ３０１と、スキャナ３０１の動作を制御する撮像制御ユニット３０２とを有している。なお、図１では、薬液注入システム１０００の全ての構成要素が同じ室内に配されているように示されているが、実際に被験者の透視画像を撮像する際は、撮像制御ユニット３０２はスキャナ３０１および薬液注入装置１００とは別室に配される。

薬液注入装置１００は、例えば図２に示すように、スタンド１１１の上部にアーム１１２を介して装着された注入ヘッド１１０と、注入ヘッド１１０とケーブル１０２で接続された注入制御ユニット１０１と、を有している。注入制御ユニット１０１は、メイン操作パネル１０３、表示手段と入力手段とを兼ねたタッチパネル１０４、およびケーブル１０８で接続された、補助的な入力手段であるハンドユニット１０７等を備えている。

注入ヘッド１１０は、図３に示すように、ヘッド本体１１３の上面にシリンジ保持部として２つの凹部１１４が形成されており、この凹部１１４に２つのシリンジ２００Ｃおよび２００Ｐが保持される。シリンジ２００Ｃ、２００Ｐは、シリンダ２１０とピストン２２０を有している。例えば、一方のシリンジ２００Ｃには、薬液として造影剤が充填され、もう一方のシリンジ２００Ｐには生理食塩水が充填されている。ヘッド本体１１３に装着された２つのシリンジ２００Ｃ、２００Ｐの先端は、中間部で１本に合流し先端に注入針が接続される連結チューブ２３０によって接続される。

注入ヘッド１１０には、凹部１１４に保持されたシリンジ２００Ｃ、２００Ｐを操作するために互いに独立して駆動される２つのピストン駆動機構１３０が、各凹部１１４に対応して設けられている。

ピストン駆動機構１３０は、凹部１１４の長手方向に沿って進退移動可能に設けられたロッド１３１と、ロッド１３１の先端に設けられた、ピストン２２０のフランジを把持するためのグリッパ１３２と、ロッド１３１を進退移動させる駆動源であるモータと、モータの回転を直線運動に変換してロッド１３１に伝達する動力伝達装置と、グリッパ１３２に設けられたロードセルと、を有する。動力伝達装置としては、例えば、ボールねじ機構を用いることができる。ロードセルは、薬液の注入圧力を検出する圧力検出手段の一部を構成する。

ピストン駆動機構１３０は、グリッパ１３２でピストンのフランジを把持した状態で、ロッド１３１を前進させるようにモータが駆動される。これによって、凹部１１４にそれぞれ装着されたシリンジ２００Ｃ、２００Ｐは、ピストン２２０がシリンダ２１０内に押し込まれるように動作される。このようにシリンジ２００Ｃ、２００Ｐを操作することよって、シリンジ２００Ｐ、２００Ｃに充填されている造影剤および生理食塩水を、別々に、または同時に被験者へ注入することができる。

また、注入ヘッド１１０による薬液の注入動作中、グリッパ１３２に設けられた圧力センサによって、ピストン２２０に対する押圧力が検出される。この押圧力から、薬液の注入圧力を求めることができる。

注入ヘッド１１０の、シリンジ２００Ｐ、２００Ｃを保持するための機構、およびピストン駆動機構１３０については、この種の注入装置に一般に用いられる公知の機構を採用することができる。

以上、注入ヘッド１１０について機械的な構成を中心に説明した。次に、注入ヘッド１１０の電気的な構成を説明する。

図４に、注入ヘッド１１０電気系統のブロック図を示す。なお、図３には補助的な表示ディスプレイおよび操作ボタンが示されているが、これらは図４では省略する。また、図４に示す各ブロックは、ハードウェアとして構成されていてもよいし、論理回路として構成されていてもよい。

図４において、制御部１４１は、注入ヘッド１１０全体の動作を制御する。制御部１４１は、薬液の注入速度およびリミット圧力を示す信号を注入制御ユニット１０１（図２参照）から受信する。注入速度は、注入制御ユニット１０１に直接入力されるか、あるいは被験者の体重および撮像部位などに基づいて注入制御ユニット１０１で求められる。リミット圧力は、注入に用いる用具（シリンジ、延長チューブおよび注入針）にその許容圧力を超える圧力が加わらないように注入圧力を制限する基準であり、用いる用具の許容圧力よりも小さな値として注入制御ユニット１０１から与えられる。

モータ制御回路１４２は、制御部１４１から送られた注入速度に従って、モータドライバ１４３を介してモータ１４４を制御する。モータ１４４の回転は、前述した動力伝達装置を介してロッド１３１（図３参照）を直進移動させる。ロッド１３１の移動速度はモータ１４４の回転速度と比例関係にあり、また、シリンジからの薬液の注入速度はロッド１３１の移動速度と比例関係にある。よって、モータ１４４の回転速度と薬液の注入速度とは互いに比例関係にある。

モータ１４４のロータにはロータリーエンコーダ１４５が装着されている。ロータリーエンコーダ１４５は、モータ１４４の回転速度に対応した周波数でパルス信号を出力し、このパルス信号からモータ１４４の回転速度が分る。ロータリーエンコーダ１４５から出力されたパルス信号は、制御部１４１およびモータ制御回路１４２に入力され、これによって薬液の注入速度がフィードバック制御される。

ロードセル１４６は、前述したグリッパ１３２（図３参照）に設けられているものであり、グリッパ１３２がピストン２２０（図３参照）を押圧したときにピストン２２０から受ける応力に応じた電気信号を出力する。ロードセル１４６から出力された電気信号は増幅器１４７で増幅されて制御部１４１に入力される。制御部１４１は、入力された電気信号に基づいて薬液の注入圧力を求める。

次に、本形態の薬液注入装置１００による薬液の注入手順を説明する。

まず、注入準備として、操作者は、被験者に穿刺された注入針に延長チューブ２３０を介してシリンジ２００Ｃ、２００Ｐを連結する。その状態で、シリンダ２１０を注入ヘッド１１０の凹部１１４に保持させるとともにピストン２２０をグリッパ１３２に把持させることによって、それらシリンジ２００Ｃ、２００Ｐを注入ヘッド１１０に装着する。

次いで、操作者は、注入制御ユニット１０１のメイン操作パネル１０３等を介して、薬液の注入に必要なデータを入力する。薬液の注入に必要なデータとは、被験者の体重、性別、撮像部位、薬液の注入量、注入する薬液の種類、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐの型式、薬液の注入速度、および前述したリミット圧力などである。薬液の注入に必要なデータは、その全てが操作者によって入力されてもよいし、一部のデータのみが入力され、残りのデータは入力されたデータに基づいて注入制御ユニット１０１によって求められてもよい。

薬液の注入に必要なデータが得られたら、注入制御ユニット１０１は、得られた注入速度およびリミット圧力をデータとして注入ヘッド１１０に送る。注入ヘッド１１０は、注入制御ユニット１０１から送られた注入速度およびリミット圧力に従って、２つのピストン駆動機構１３０の動作を制御し、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐから被験者へ薬液を注入させる。

以下に、注入ヘッド１１０の動作について、図５のフローチャートに従って説明する。なお、ここでは、説明を簡単にするため、一方のシリンジについての薬液注入動作を説明するが、他方のシリンジについても同様である。

注入速度およびリミット圧力がデータとして注入ヘッド１１０に送られると、注入ヘッド１１０の制御部１４１は、まず、注入速度をモータ制御回路１４２に設定し（ステップＳ１１）、リミット圧力を、注入圧力の制御基準値として制御部１４１内に設定する（ステップＳ１２）。

次いで、制御部１４１はモータ制御回路１４２に動作指令を発する。モータ制御回路１４２は、設定された注入速度で薬液が注入されるように、ロータリーエンコーダ１４５からの検出結果がフィードバックされながら、その注入速度に対応した回転速度でモータ１４４を回転させる。これによって薬液の注入が開始される（ステップＳ１３）。注入開始と同時に、ロードセル１４６による、グリッパ１３２がピストン２２０を押圧する荷重の検出が開始される。ロードセル１４６での検出結果は、リアルタイムで制御部１４１へ送られ、制御部１４１で注入圧力のデータに変換される。

次いで、制御部１４１は、設定されているリミット圧力とロードセル１４６で検出された注入圧力との大小関係を比較する（ステップＳ１４）。

検出された注入圧力がリミット圧力以下であれば、注入動作を継続する。具体的には、モータ１４４が停止しているか否かを判断し（ステップＳ１５）、停止していればモータ１４４を回転させ（ステップＳ１６）、回転していれば次のステップへ進む。モータ１４４の回転は、制御部１４１からモータ制御回路１４２へ回転指令が送られることによって行われる。

一方、検出された注入圧力がリミット圧力よりも大きければ、注入動作を中断する。具体的には、モータ１４４が停止しているか否かを判断し（ステップＳ１７）、動作していればモータ１４４を停止させ（ステップＳ１８）、停止していれば次のステップへ進む。モータ１４４の停止は、制御部１４１からモータ制御回路１４２へ停止指令が送られることによって行われる。

次いで、制御部１４１は、現在の薬液注入動作が、注入圧力が制限された状態であるか否かを判断する（ステップＳ１９）。本形態では、一度、検出された注入圧力がリミット圧力を超えると、それ以降は注入圧力を安定させるべくモータ１４４のオン／オフの切り替え制御を行う（ステップＳ１４〜Ｓ１８）。注入圧力が制限された状態とは、このモータ１４４のオン／オフが切り替え制御されている状態である。言い換えれば、一度、検出された注入圧力がリミット圧力を超えれば、それ以降は注入圧力が制限された状態である。

注入圧力が制限された状態でない場合、制御部１４１は、薬液の注入が完了したか否かを判断する（ステップＳ２０）。薬液の注入量は、ピストン２２０の移動量、すなわちモータ１４４の回転数に依存する。したがって、薬液の注入が完了したか否かは、モータ１４４の回転数が、目的とする薬液の注入量に対応する回転数に達したか否かで判断することができる。モータ１４４の回転数は、ロータリーエンコーダ１４５で検出することができる。

薬液の注入が完了していない場合は、ステップＳ１４に戻って再び注入圧力とリミット圧力との大小を比較し、その結果に応じて以降のステップへ移行する。薬液の注入が完了した場合は、モータ１４４を停止させ（ステップＳ２４）、薬液の注入動作を終了する。

ステップＳ１９において、注入圧力が制限された状態である場合には、制御部１４１は、注入圧力が安定した状態であるか否かを判断する（ステップＳ２１）。注入圧力が安定していなければ、ステップＳ１４に戻って再び注入圧力とリミット圧力との大小を比較し、その結果に応じて以降のステップへ移行する。つまり、注入圧力が制限された状態では、検出した注入圧力とリミット圧力との大小関係に応じてモータ１４４のオン／オフが切り替えられ、これによって、注入圧力が次第に安定してくる。

一方、注入圧力が安定していれば、薬液の注入速度を、安定した注入圧力となるような一定の注入速度に変更し（ステップＳ２２）、それ以降は、薬液の注入が完了するまで変更された注入速度で薬液を注入し（ステップＳ２３、Ｓ２４）、薬液の注入動作を終了する。

ここで、薬液の注入圧力が安定した状態であるかどうかの判断、および注入速度の変更について、注入開始からの時間と注入圧力との関係のグラフの一例を示す図６を参照しつつ、より詳しく説明する。

図６のグラフにおいて、横軸は注入開始からの時間を示し、縦軸は注入圧力を示す。また、「Ｐ_L」は、上述したリミット圧力であり、許容圧力Ｐ_Aよりも小さい値として設定されている。例えば、リミット圧力Ｐ_L±５ｐｓｉといった、リミット圧力Ｐ_Lを中心にした所定の範囲に、安定範囲Ｒ_Sが定められている。

安定範囲Ｒ_Sは、制御された注入圧力が安定した状態であるかどうかの判断基準となるものであり、検出された注入圧力が、後述する条件でこの安定範囲Ｒ_S内に入っていれば、注入圧力が安定したと判断される。安定範囲Ｒ_Sは、リミット圧力Ｐ_Lに応じて制御部１４１によって自動的に設定されてもよいし、操作者によって任意に設定されてもよい。

図６の曲線４１０は、注入圧力がリミット圧力Ｐ_Lに達することなく薬液の注入が行われる場合の、注入圧力の推移の一例を示している。この場合は、注入圧力が制限されずに、最初に設定された注入速度で最後まで薬液が注入される。

図６の曲線４００は、注入圧力がリミット圧力Ｐ_Lを超える場合の、注入圧力の推移の一例を示している。

曲線４００においては、注入開始から時間Ｔ１までは、注入圧力はリミット圧力ＰL以下であるので、最初に設定された注入速度で薬液が注入される。時間Ｔ１を過ぎると、注入圧力はリミット圧力Ｐ_Lを超える。その時点で制御部１４１からモータ制御回路１４２へ停止指令が送られ、それによってモータ１４４が停止され、注入圧力が制限された状態となる。

モータ１４４が停止されるとピストン２２０の移動も停止するので、注入圧力は低下してくる。しかし、モータ１４４のロータのイナーシャなどによって、制御部１４１から停止指令が送られてもモータ１４４の回転速度は直ちにはゼロにはならない。そのため、注入圧力は時間Ｔ１以降もわずかに上昇した後、低下し始める。

モータ１４４の停止によって注入圧力がリミット圧力Ｐ_Lまで低下すると、その時点（時間Ｔ２）で制御部１４１からモータ制御回路１４２へ回転指令が送られ、モータ１４４は再び回転を始める。モータ１４４が回転するとピストン２２０が移動し、注入圧力は再び上昇してくる。この場合もモータ１４４を停止させた場合と同様、ロータのイナーシャなどによって、制御部１４１から回転指令が送られてもモータ１４４は直ちには回転を始めない。そのため、注入圧力は時間Ｔ２以降もわずかに低下した後、上昇し始める。

モータ１４４の回転によって上昇した注入圧力がリミット圧力Ｐ_Lを超えると、その時点（時間Ｔ３）で、制御部１４１は再びモータ制御部１４２へ停止指令を送り、モータ１４４を停止させる。

それ以降は、上述したモータ１４４のオン／オフの切り替えが繰り返される。このようにしてモータ１４４のオン／オフの切り替えが繰り返されることによって、注入圧力は、リミット圧力Ｐ_Lを基準にして上昇と低下を繰り返す。各モータ停止期間中および各モータ回転期間中の、リミット圧力Ｐ_Lに対する注入圧力の上昇幅および低下幅は、当初は比較的大きいが、モータ１４４のオン／オフが切り替えられるごとに小さくなり、上記の安定範囲Ｒ_S内に含まれるようになる。

制御部１４１は、検出した注入圧力をその時間とともに記憶している。また、モータ１４４のオン／オフが切り替えられると、制御部１４１は、モータ１４４のオン／オフが切り替えられた時間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・）を記憶する。そして制御部１４１は、注入圧力が安定した状態か否かを判断するステップにおいて、最後にモータ１４４のオン／オフを切り替えた時間と、その時間の少なくとも１回前にオン／オフを切り替えた時間との間の期間中に、安定範囲Ｒ_Sから外れた注入圧力が検出されている場合は、注入圧力が安定した状態にないと判断する。それ以外の場合は、注入圧力が安定した状態にあると判断する。

例えば、図６の曲線４００において時間Ｔ４が経過した直後に、図５のフローチャートにおけるステップＳ１４を実行する場合を考える。

この時点では、検出した注入圧力はリミット圧力Ｐ_Lよりも小さいので、ステップＳ１４からステップＳ１５へ進み、モータ１４４が回転していればそれを継続し、停止していれば回転させる（ステップＳ１６）。

その次のステップＳ１９では、注入圧力は既に制限されている状態であるのでステップＳ２１に進み、注入圧力が安定した状態であるか否かの判断が行われる。ここで、最後にモータ１４４のオン／オフを切り替えた時間はＴ４であり、その１回前に切り替えた時間はＴ３である。最後に切り替えた時間Ｔ４とその１回前に切り替えた時間Ｔ３との間の期間（Ｔ４−Ｔ３）中は、グラフより、安定範囲Ｒ_Sから外れた注入圧力が検出されていることがわかる。

よって、この段階では、ステップＳ２１において、注入圧力が安定した状態でないと判断され、ステップＳ１４に戻って注入圧力とリミット圧力との比較が行われる。それ以降は、一旦低下した注入圧力が再び上昇し、次にモータ１４４のオン／オフが切り替えられる時間Ｔ５が経過するまで同様の処理が繰り返される。

時間Ｔ５を経過すると、検出された注入圧力はリミット圧力よりも大きくなる。よって、ステップＳ１４の判断ではステップＳ１７へ進んでモータ１４４が停止され、ステップＳ１９を経て注入圧力が安定した状態であるかどうかの判断がなされる（ステップＳ２１）。この時点で最後にモータ１４４のオン／オフを切り替えたのは時間Ｔ５である。この時間Ｔ５とその１回前に切り替えた時間Ｔ４との間の期間（Ｔ５−Ｔ４）中は、グラフより、安定範囲Ｒ_Sから外れた注入圧力が検出されていないことがわかる。

よって、ステップＳ２１では、判断の基準となる期間が、最後にモータ１４４のオン／オフを切り替えた時間と、その時間の１回前にオン／オフを切り替えた時間との間の期間であれば、注入圧力が安定した状態にあると判断される。

一方、判断の基準となる期間が、最後にモータ１４４のオン／オフを切り替えた時間と、その時間の２回前にオン／オフを切り替えた時間との間の期間であれば、前述のように、時間Ｔ４と時間Ｔ３との間の期間中に、安定範囲Ｒ_Sから外れた注入圧力が検出されているので、注入圧力は安定した状態にないと判断される。なお、この場合は、さらにその次の時間Ｔ６が経過した後において、時間Ｔ６と時間Ｔ４との間の期間（Ｔ６−Ｔ４）中は安定範囲Ｒ_Sから外れた注入圧力が検出されていないので、この段階で、注入圧力が安定した状態にあると判断される。

ここでは、注入圧力が安定した状態にあるかどうかを判断するために注入圧力が安定範囲Ｒ_Sから外れていないかどうかを参照する期間を、モータのオン／オフを最後に切り替えた時間から１回前または２回前までの期間とした例を示したが、３回前まで、またはそれ以上の回数前までの期間としてもよい。

ステップＳ２１において注入圧力が安定した状態にあると判断されたら、次に、制御部１４１は注入速度を変更する（ステップＳ２２）。このステップでは、制御部１４１は、注入圧力が安定した状態であると判断した上記期間中での薬液の平均注入速度を求める。

前述したように、モータ１４４の実際の回転数はロータリーエンコーダ１４５で検出することができる。モータ１４４の回転数はピストン２２０の移動距離に比例し、ピストン２２０の移動距離は薬液の注入量に比例する。よって、モータ１４４の回転数とピストン２２０の移動距離との関係、およびピストン２２０の移動距離と薬液の注入量との関係を予め求めておけば、モータ１４４の回転数から薬液の注入量を求めることができる。薬液の注入量が求められれば、時間との関係から薬液の平均注入速度を求めることができる。

例えば、時間Ｔ５と時間Ｔ４との間の期間（Ｔ５−Ｔ４）で注入圧力が安定した状態であると判断した場合は、制御部１４１は、この期間（Ｔ５−Ｔ４）中でのモータ１４４の実際の回転数から薬液の注入量を求め、求められた注入量を期間（Ｔ５−Ｔ４）で除すことによって、その期間（Ｔ５−Ｔ４）での平均注入速度を求める。また、時間Ｔ６と時間Ｔ４との間の期間（Ｔ６−Ｔ４）で注入圧力が安定した状態であると判断した場合は、制御部１４１は、この期間（Ｔ６−Ｔ４）中でのモータ１４４の実際の回転数から薬液の注入量を求め、求められた注入量を期間（Ｔ６−Ｔ４）で除すことによって、その期間（Ｔ６−Ｔ４）での平均注入速度を求める。

ステップＳ２２では、薬液の注入速度を以上のようにして求めた平均注入速度に変更する。すなわち、制御部１４１は、求められた平均注入速度を新たな注入速度としてモータ制御回路１４２に設定し、その設定に従って、モータ制御回路１４２はモータ１４４の回転速度を制御する。それ以降は、前述したように、薬液の注入が完了するまでその注入速度で薬液が注入され（ステップＳ２３）、薬液の注入が完了したらモータが停止される（ステップＳ２４）。

以上説明したように、本形態では、注入圧力が圧力リミットＰ_Lを超えた場合、第１段階ＰＨ１および第２段階ＰＨ２の２つの段階で薬液の注入を制御する。すなわち、第１段階ＰＨ１は、薬液の注入開始から、薬液の注入圧力が安定範囲Ｒ_Sに入るまでの、圧力リミットＰ_Lを基準としてモータ１４４のオン／オフ切り替えを繰り返す注入圧力制御段階であり、第２段階ＰＨ２は、薬液の注入圧力が安定範囲Ｒ_Sに入った以降の、定速度注入段階である。

このように、薬液の注入圧力が安定範囲Ｒ_Sに入った以降は一定の注入速度で薬液を注入するように制御することで、モータ１４４のオン／オフの回数を低減することができる。そして、第２段階ＰＨ２では薬液の注入が完了するまで一定の速度でモータ１４４が回転されるので、その間は注入ヘッド１１０に、モータ１４４のオン／オフ切り替えに伴う騒音や振動は発生しない。

しかも、第２段階ＰＨ２での薬液の注入速度は、薬液の注入圧力が安定範囲Ｒ_S内にある状態での平均注入速度であるので、第２段階ＰＨ２において薬液の注入圧力が安定範囲Ｒ_Sを超えることはない。よって、注入圧力は許容圧力Ｐ_A未満に保たれるので、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐ、延長チューブ２３０および注入針が薬液の圧力で損傷することもなくなる。

以上、本発明について代表的な実施形態を例に挙げて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることができる。

例えば、上述した実施形態では、「注入圧力が制限された状態」において、注入圧力が安定した状態であるかどうかを判断していた。「注入圧力が制限された状態」は、モータが回転している場合と停止している場合の両方を含むが、モータが停止していれば、注入圧力が制限された状態であるといえる。そこで、例えば図７に示すように、モータが停止している場合にのみ、注入圧力が安定した状態にあるかどうかの判断を行い（ステップＳ２１）、モータが回転している場合には薬液の注入が完了したかどうかの判断を行う（ステップＳ２０）ようにすれば、注入圧力が制限された状態であるかどうかの判断を省略することができる。

また、上述した実施形態では、注入ヘッド１１０に２本の薬液シリンジ２００Ｐ、２００Ｃが装着される例を示したが、注入ヘッド１１０に装着できる薬液シリンジの数は、１本でもよいし３本以上であってもよい。その場合、凹部１１４、およびピストン駆動機構１３０等は、装着される薬液シリンジの数に応じた数だけ設けられる。また、注入ヘッド１１０に装着できる薬液シリンジのサイズも任意であり、凹部１１４のサイズやロッド１３１のストローク等は、装着すべき薬液シリンジのサイズに適合するように設定される。複数の薬液シリンジを装着する場合、各薬液シリンジのサイズは互いに異なるものであってもよい。

さらに、上述した実施形態では、ＣＴ装置２００に適用した薬液注入装置１００について説明したが、本発明は、透視撮像装置がＭＲＩ装置、ＰＥＴ装置、アンギオ装置、あるいはＭＲＡ装置であっても適用することができる。

Claims (10)

1. シリンダとピストンとを有するシリンジが装着され、前記ピストンを前記シリンダ内に押し込むことによって前記シリンジ内に充填されている薬液を注入する薬液注入装置であって、
   前記ピストンを前記シリンダに押し込むための、駆動源としてモータを備えたピストン駆動機構と、
   薬液の注入圧力をリアルタイムで検出する注入圧力検出手段と、
   を有し、
   前記注入圧力検出手段によって検出された注入圧力が予め設定されたリミット値を超えた場合に前記リミット値を基準に前記モータのオン／オフが切り替え制御され、該切り替え制御によって前記注入圧力が安定したら、それ以降は安定した注入圧力となる一定の注入速度で薬液が注入されるように前記ピストン駆動機構の動作が制御される薬液注入装置。
2. 前記モータの切り替え制御中、最後に前記モータのオン／オフを切り替えた時間と、その少なくとも１回前に前記モータのオン／オフを切り替えた時間との間の期間中に、予め決められた圧力範囲から外れた注入圧力が前記注入圧力検出手段によって検出されていなければ、前記注入圧力が安定したと判断する、請求項１に記載の薬液注入装置。
3. 前記予め決められた圧力範囲は前記リミット値を中心に定められている、請求項２に記載の薬液注入装置。
4. 前記モータのオン／オフの切り替え制御によって前記モータが停止しているときに前記注入圧力が安定したかどうかの判断を行う、請求項２または３に記載の薬液注入装置。
5. 前記一定の注入速度は前記期間中の平均注入速度である、請求項２から４のいずれか１項に記載の薬液注入装置。
6. シリンダとピストンとを有するシリンジが装着され、駆動源としてモータを備えたピストン駆動機構で前記ピストンを前記シリンダ内に押し込むことによって前記シリンジ内に充填されている薬液を注入する薬液注入装置の制御方法であって、
   薬液の注入圧力のリミット値を予め設定するステップと、
   前記注入圧力をリアルタイムで検出し、前記注入圧力が前記リミット値を超えた場合に、前記リミット値を基準に前記モータのオン／オフの切り替え制御を行うステップと、
   前記切り替え制御中、前記注入圧力が安定したかどうかを判断するステップと、
   前記注入圧力が安定したと判断されたら、それ以降は安定した注入圧力となる一定の注入速度で薬液が注入されるように前記ピストン駆動機構の動作を制御するステップと、
   を有する薬液注入装置の制御方法。
7. 前記注入圧力が安定したかどうかを判断するステップは、最後に前記モータのオン／オフを切り替えた時間と、その少なくとも１回前に前記モータのオン／オフを切り替えた時間との間の期間中に、予め決められた圧力範囲から外れた注入圧力が検出されていなければ、前記注入圧力が安定したと判断することを含む、請求項６に記載の薬液注入装置の制御方法。
8. 前記予め決められた圧力範囲は前記リミット値を中心に定められている、請求項７に記載の薬液注入装置の制御方法。
9. 前記注入圧力が安定したかどうかを判断するステップを、前記モータのオン／オフの切り替え制御によって前記モータが停止しているときに行う、請求項７または８に記載の薬液注入装置の制御方法。
10. 前記ピストン駆動機構の動作を制御するステップは、前記一定の注入速度として前記期間中の平均注入速度を求めることを含む、請求項７から９のいずれか１項に記載の薬液注入装置の制御方法。

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