JPWO2019013089A1 - 圧力検知装置および体外循環装置 - Google Patents

圧力検知装置および体外循環装置 Download PDF

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Abstract

【課題】チューブ内における媒体の圧力の誤検知を抑えることができる圧力検知装置を提供すること。【解決手段】圧力検知装置３０は、媒体ＢＬを移送するチューブ１１に設置可能とされチューブ１１内における媒体ＢＬの圧力を検知する圧力検知装置３０であって、チューブ１１に装着可能とされた本体部３１と、本体部３１に設けられ、チューブ１１内における媒体ＢＬの圧力を受けて変形する受圧部の画像情報を取得する画像取得部３２と、画像取得部により取得された画像情報を圧力に関する圧力情報に変換する制御部１００と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、血液等の媒体を通すチューブに装着され、チューブ内における媒体の圧力を検知する圧力検知装置および体外循環装置に関する。
例えば患者の心臓外科手術が行われる場合には、体外循環装置が使用される。体外循環装置では、ポンプが作動して患者の静脈よりチューブを介して脱血し、人工肺により血液中のガス交換や体温調整が行われた後に、患者の動脈もしくは静脈にチューブを介して血液を再び戻す体外血液循環や補助循環等が行われる。体外血液循環や補助循環が適切に行われるために、圧力検知装置を用いて体外循環装置のチューブの回路内の圧力を測定することが必要である。
特許文献１には、体外循環回路の圧力センサが開示されている。特許文献１の図１に示されている圧力センサは、液体室６と、圧力測定手段７と、液体流路８と、を有する。液体流路８は、体外循環回路のチューブの一部から分岐した分岐部として形成され、液体室６の液体流入口４０に液密に接続されている。チューブ内を通る液体が、液体流路８から液体室６内に導入され、液体室６の第１の接続面１１の側面内周に沿って流入する。液体室６は、液体流路内圧力によって少なくとも一部が変形する変形面２０を有している。圧力測定手段７は、変形面２０の変形量を測定することで、液体室６内の圧力を測定する。
特許文献１に記載された液体室６は、体外循環回路内の圧力によっては変形しない基準面１０と、基準面１０に対して離隔配置されて体外循環回路内の圧力によって少なくとも一部が変形する変形面２０と、を有する。液体室６は、基準面１０と変形面２０とを連結していることで、内部には閉鎖された液密な空間を形成している。これにより、液体室６内に液体が流入すると、圧力測定手段７として設けられたロードセル４５またはひずみゲージ４６は、変形面２０の変形より、体外循環回路内の液体の圧力を検知する。
国際公開第２００７／１２３１５６号
ところが、特許文献１に記載の体外循環回路の圧力センサでは、操作者は、体外循環や補助循環を行っている際に、体外循環回路のチューブの途中において、分岐部である液体流路８を形成して液体室６を接続する。そして、操作者は、液体流路８内と液体室６内とに、液体（血液）を充填する作業が必要である。このように、チューブを通る液体（血液）の回路内の圧力を測定するには、操作者は、治療現場や手術現場において、液体流路８内と液体室６内とに液体を充填する作業を必要とする。そのため、体外循環や補助循環を行っている際に、チューブを通る液体（血液）の回路内の圧力を従来の圧力センサを用いて測定する作業は、容易ではない。また、操作者は、上述したように分岐部である液体流路８をチューブの途中に形成する必要がある。そのため、チューブや液体流路８において、血液の梗塞部分や血栓が生ずるおそれがある。
これに対して、血液等の媒体を移送するチューブの途中に着脱可能に装着される着脱式圧力検知装置が検討されている。このような着脱式圧力検知装置は、例えば、本体部と、本体部に配置された荷重検知素子と、を備える。本体部は、チューブの途中に着脱可能に装着され、チューブを弾性変形させて平坦な面を形成する。荷重検知素子の検知先端部は、チューブに形成された平坦な面に当てられる。これにより、荷重検知素子は、チューブが検知先端部を押し返す力（反発力）を測定することで、媒体が循環される際の回路内圧を媒体に触れることなく測定することができる。
しかし、チューブと接触しチューブの反発力を測定する荷重検知素子を有する圧力検知装置は、故障することがある。圧力検知装置が故障すると、回路内の圧力を誤検知するおそれがある。すなわち、圧力検知装置が故障すると、圧力検知装置により測定された回路内の圧力が、実際の回路内の圧力とは異なることがある。
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、チューブ内における媒体の圧力の誤検知を抑えることができる圧力検知装置および体外循環装置を提供することを目的とする。
前記課題は、本発明によれば、媒体を移送するチューブに設置可能とされ前記チューブ内における前記媒体の圧力を検知する圧力検知装置であって、前記チューブに装着可能とされた本体部と、前記本体部に設けられ、前記圧力を受けて変形する受圧部の画像情報を取得する画像取得部と、前記画像取得部により取得された前記画像情報を前記圧力に関する圧力情報に変換する制御部と、を備えたことを特徴とする圧力検知装置により解決される。
前記構成によれば、圧力検知装置は、圧力を受けて変形する受圧部の画像情報を取得する画像取得部を備える。そして、制御部は、画像取得部により取得された画像情報をチューブ内における媒体の圧力に関する圧力情報に変換する。つまり、圧力検知装置は、チューブと接触しチューブの反発力を測定する荷重検知素子ではなく、圧力を受けて変形する受圧部の画像情報を取得し圧力情報に変換することにより、チューブ内における媒体の圧力を検知する。そのため、圧力検知装置が故障した場合には、画像の取得エラーや読み取りエラーが発生し、チューブ内における媒体の圧力は表示されない。すなわち、実際の媒体の圧力とは異なる誤った圧力が表示されることを抑えることができる。これにより、チューブ内における媒体の圧力の誤検知を抑えることができる。
また、圧力検知装置は、チューブ内を流れる媒体に接触することなくチューブ内における媒体の圧力を検知する。これにより、例えば血液の梗塞部分や血栓がチューブ内に生ずることを抑えることができる。また、チューブ内から気泡を除去する作業（気泡抜き作業）が簡潔になる。
好ましくは、前記制御部は、前記画像情報と前記圧力情報との関係を示す基準画像情報を格納した記憶部を有し、前記記憶部に格納された前記基準画像情報に基づいて前記画像情報を前記圧力情報に変換することを特徴とする。
前記構成によれば、制御部は、画像情報と圧力情報との関係を示す基準画像情報に基づいて画像情報を圧力情報に変換する。そのため、圧力検知装置は、チューブ内における媒体の圧力を算出する処理を簡易化することができ、チューブ内における媒体の圧力をより短時間で正確に検知することができる。
好ましくは、前記受圧部は、前記チューブの外径部であり、前記制御部は、前記画像取得部の軸に対して交差した平面に投影された前記外径部の面積の変動に応じて前記圧力情報を算出することを特徴とする。
前記構成によれば、制御部は、画像取得部の軸に対して交差した平面に投影されたチューブの外径部の面積の変動に応じて圧力情報を算出する。そのため、圧力検知装置は、チューブの外径部の形状変化を捉えるという比較的簡易的な方法によりチューブ内における媒体の圧力を検知することができる。
好ましくは、前記受圧部は、前記チューブの表面に設けられた所定の模様を有する模様部であり、前記制御部は、前記模様を認識し前記模様の変形に応じて前記圧力情報を算出することを特徴とする。
前記構成によれば、制御部は、チューブの表面に設けられた模様部の模様を認識し模様の変形に応じて圧力情報を算出する。そのため、圧力検知装置は、模様部の模様の変形を捉えるという比較的簡易的な方法によりチューブ内における媒体の圧力を検知することができる。
好ましくは、本発明に係る圧力検知装置は、前記本体部と前記チューブとに接続され、前記チューブの変形に基づく外力を受けて変形する前記受圧部としての感圧媒介をさらに備え、前記制御部は、前記画像取得部の軸に対して交差した平面に投影された前記感圧媒介の面積の変動に応じて前記圧力情報を算出することを特徴とする。
前記構成によれば、圧力検知装置は、チューブの変形に基づく外力を受けて変形する受圧部としての感圧媒介をさらに備える。そして、制御部は、画像取得部の軸に対して交差した平面に投影された感圧媒介の面積の変動に応じて圧力情報を算出する。そのため、圧力検知装置は、本体部とチューブとに接続された感圧媒介の形状変化を捉えるという比較的簡易的な方法によりチューブ内における媒体の圧力を検知することができる。
好ましくは、前記本体部は、前記本体部に装着された前記チューブの部分が前記チューブの軸方向に伸びることを抑制する滑り止めを有することを特徴とする。
前記構成によれば、チューブ内における媒体の圧力が変動した場合であっても、本体部が有する滑り止めは、本体部に装着されたチューブの部分がチューブの軸方向に伸びたり移動したりすることを抑制する。そのため、圧力検知装置は、回路を循環中の媒体のチューブ内における圧力をより正確に、より安定的に検知することができる。
前記課題は、本発明によれば、媒体を体外循環させる際に用いられる体外循環装置であって、前記媒体を移送するチューブと、前記チューブに設けられ前記チューブ内における前記媒体の圧力を検知する上記いずれかの圧力検知装置と、を備えたことを特徴とする体外循環装置により解決される。
前記構成によれば、体外循環装置が備える圧力検知装置は、圧力を受けて変形する受圧部の画像情報を取得する画像取得部を有する。そして、制御部は、画像取得部により取得された画像情報をチューブ内における媒体の圧力に関する圧力情報に変換する。つまり、圧力検知装置は、チューブと接触しチューブの反発力を測定する荷重検知素子ではなく、圧力を受けて変形する受圧部の画像情報を取得し圧力情報に変換することにより、チューブ内における媒体の圧力を検知する。そのため、圧力検知装置が故障した場合には、画像の取得エラーや読み取りエラーが発生し、チューブ内における媒体の圧力は表示されない。すなわち、実際の媒体の圧力とは異なる誤った圧力が表示されることを抑えることができる。これにより、チューブ内における媒体の圧力の誤検知を抑えることができる。
また、体外循環装置が備える圧力検知装置は、チューブ内を流れる媒体に接触することなくチューブ内における媒体の圧力を検知する。これにより、例えば血液の梗塞部分や血栓がチューブ内に生ずることを抑えることができる。また、チューブ内から気泡を除去する作業（気泡抜き作業）が簡潔になる。
本発明によれば、回路を循環中の媒体のチューブ内における圧力の誤検知を抑えることができる圧力検知装置および体外循環装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る体外循環装置を表す系統図である。 本発明の第１実施形態に係る圧力検知装置を表す断面図である。 コントローラと圧力検知装置との電気的な接続を表すブロック図である。 本実施形態の画像取得部が取得した画像情報を表す図である。 本実施形態の画像取得部が取得した画像情報を表す図である。 本実施形態の変形例において、画像取得部が取得した画像情報を表す図である。 本実施形態の変形例において、画像取得部が取得した画像情報を表す図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力検知装置を表す断面図である。 チューブ内の圧力が陽圧であるときの二値画像の一例を例示する図である。 チューブ内の圧力が陰圧であるときの二値画像の一例を例示する図である。
以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の実施形態に係る体外循環装置を表す系統図である。
図１に示す体外循環装置１が行う「体外循環」には、「体外循環動作」と、「補助循環動作」と、が含まれる。体外循環装置１は、「体外循環動作」と「補助循環動作」とのいずれも行うことができる。
「体外循環動作」とは、例えば心臓外科手術によって一時的に心臓における血液循環が停止されるような場合に、血液の循環動作と、血液に対するガス交換動作（酸素付加および／または二酸化炭素除去）と、が体外循環装置１により行われることをいう。
また、「補助循環動作」とは、体外循環装置１の適用対象である患者Ｐの心臓が十分な機能を果たせない場合や、肺によるガス交換が十分に行えないような状態において、血液の循環動作と、血液に対するガス交換動作と、が体外循環装置１によっても行われることをいう。
図１に示す体外循環装置１は、例えば患者の心臓外科手術を行う場合において、体外循環装置１のポンプを作動して患者の静脈から脱血して、人工肺により血液中のガス交換を行って血液の酸素化を行った後に、酸素化が行われた血液を再び患者の動脈もしくは静脈に戻す人工肺体外血液循環を行うことができる。体外循環装置１は、心臓と肺の代行を行う装置である。
図１に示すように、体外循環装置１は、血液を循環させる循環回路１Ｒを有している。循環回路１Ｒは、人工肺２と、遠心ポンプ３と、遠心ポンプ３を駆動するドライブモータ（駆動手段）４と、静脈側カテーテル（脱血側カテーテル）５と、動脈側カテーテル（送血側カテーテル）６と、制御部１００を有するコントローラ１０と、を有している。また、体外循環装置１は、圧力検知装置３０を備える。圧力検知装置３０は、本発明の第１実施形態に係る圧力検知装置に相当する。
図１に示すように、静脈側カテーテル（脱血側カテーテル）５は、大腿静脈より挿入され、静脈側カテーテル５の先端が右心房に留置される。動脈側カテーテル（送血側カテーテル）６は、大腿動脈より挿入される。静脈側カテーテル５は、脱血チューブ（脱血ラインともいう）１１を介して遠心ポンプ３に接続されている。脱血チューブ１１は、血液を送る管路である。
ドライブモータ４がコントローラ１０の指令ＳＧに基づいて遠心ポンプ３の動作を開始すると、遠心ポンプ３は、脱血チューブ１１から脱血して血液を人工肺２に通した後に、送血チューブ１２（送血ラインともいう）を介して患者Ｐに血液を戻すことができる。
人工肺２は、遠心ポンプ３と送血チューブ１２との間に配置されている。人工肺２は、血液に対するガス交換動作（酸素付加および／または二酸化炭素除去）を行う。人工肺２は、例えば膜型人工肺であるが、特に好ましくは中空糸膜型人工肺である。人工肺２には、酸素ガスが酸素ガス供給部１３からチューブ１４を通じて供給される。送血チューブ１２は、人工肺２と動脈側カテーテル６とを接続している管路である。脱血チューブ１１および送血チューブ１２としては、例えば塩化ビニル樹脂やシリコーンゴム等の透明性の高い、弾性変形可能な可撓性を有する合成樹脂製の管路が使用される。液体である血液は、脱血チューブ１１内ではＶ方向に流れ、送血チューブ１２内ではＷ方向に流れる。
図１に示す循環回路１Ｒの例では、超音波気泡検出センサ２０が、脱血チューブ１１の途中において脱血チューブ１１の外側に配置されている。また、ファストクランプ１７が、送血チューブ１２の途中において送血チューブ１２の外側に配置されている。超音波気泡検出センサ２０は、脱血チューブ１１内に送られている血液中に気泡が存在することを検出した場合には、コントローラ１０に気泡を検出した検出信号を送る。これにより、ファストクランプ１７は、コントローラ１０の指令に基づいて、血液が患者Ｐ側に送られることを阻止するために送血チューブ１２を緊急に閉塞する。
超音波気泡検出センサ２０は、血液循環動作中に三方活栓１８の誤操作や三方活栓１８に接続されたチューブ１９の破損等により回路内に気泡が混入された場合に、混入された気泡を検出することができる。超音波気泡検出センサ２０が気泡を検出すると、図１のコントローラ１０は、アラームによる警報を報知したり、遠心ポンプ３の回転数を低くしたり、あるいは遠心ポンプ３を停止するとともにファストクランプ１７に指令を送信しファストクランプ１７により送血チューブ１２を直ちに閉塞したりして、気泡が患者Ｐの体内に送られることを阻止する。これにより、コントローラ１０は、体外循環装置１の循環回路１Ｒにおける血液の循環動作の一時停止を行って、気泡が患者Ｐの人体に混入することを防止する。
本実施形態に係る圧力検知装置３０は、図１に示す体外循環装置１の循環回路１Ｒのチューブ１１（１２，１５）の任意の箇所に装着可能とされている。これにより、体外循環装置１が患者Ｐに対して体外循環動作や補助循環動作を行う際に、圧力検知装置３０は、チューブ１１（１２，１５）内を通る血液等の媒体の循環中の回路内圧を媒体に触れることなく測定することができる。
本実施形態に係る圧力検知装置３０が装着される循環回路１Ｒのチューブの任意の箇所は、例えば次の通りである。
図１に例示するように、圧力検知装置３０は、循環回路１Ｒの脱血チューブ１１の途中における装着位置Ｗ１、循環回路１Ｒの送血チューブ１２の途中における装着位置Ｗ２、および、遠心ポンプ３と人工肺２とを接続する接続チューブ１５の途中における装着位置Ｗ３の少なくともいずれかに装着可能とされている。
圧力検知装置３０は、循環回路１Ｒの脱血チューブ１１の途中における装着位置Ｗ１に装着されると、体外循環動作や補助循環動作の際に、脱血チューブ１１内を通る血液の循環中の脱血回路内圧を血液に触れることなく測定可能である。これにより、コントローラ１０は、脱血チューブ１１を介して患者Ｐから脱血している際に、脱血チューブ１１における患者Ｐの脱血状態の変化のトレンド（圧力の変化の傾向）を把握できる。
また、圧力検知装置３０は、循環回路１Ｒの送血チューブ１２の途中における装着位置Ｗ２に装着されると、体外循環動作や補助循環動作の際に、送血チューブ１２内を通る血液の循環中の送血回路内圧を血液に触れることなく測定可能である。これにより、コントローラ１０は、送血チューブ１２を介して患者Ｐへ送血している際に、人工肺２の不調や、送血チューブ１２における患者Ｐの送血状態の変化のトレンド（圧力の変化の傾向）を把握できる。
さらに、圧力検知装置３０は、接続チューブ１５の途中における装着位置Ｗ３に装着されると、体外循環動作や補助循環動作の際に、接続チューブ１５を介して遠心ポンプ３により送血されているときの接続チューブ１５内を通る血液の循環中の送血回路内圧を血液に触れることなく測定可能である。これにより、コントローラ１０は、循環回路１Ｒにおける遠心ポンプ３の動作の変化のトレンド（圧力の変化の傾向）を検知することができる。
このように、圧力検知装置３０は、循環回路１Ｒの装着位置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３等の任意の位置に対して装着可能とされている。コントローラ１０の制御部１００は、圧力検知装置３０により取得された画像情報に関する信号ＳＳを圧力検知装置３０から受信することにより、循環回路１Ｒを構成している脱血チューブ１１（送血チューブ１２、接続チューブ１５）における血液等の媒体の回路内圧力の変化のトレンド（圧力の変化の傾向）を検知できる。
本実施形態に係る圧力検知装置３０は、例えば図１に示す循環回路１Ｒの脱血チューブ１１の途中における装着位置Ｗ１、循環回路１Ｒの送血チューブ１２の途中における装着位置Ｗ２、および遠心ポンプ３と人工肺２とを接続する接続チューブ１５の途中における装着位置Ｗ３のいずれの位置においても、同じ要領でチューブ１１（１２，１５）に装着可能な構造を有する。以下の説明では、本実施形態に係る圧力検知装置３０が循環回路１Ｒの脱血チューブ１１の途中における装着位置Ｗ１に設けられた場合を例に挙げる。また、説明の便宜上、脱血チューブ１１を単に「チューブ１１」と称することがある。
図２は、本発明の第１実施形態に係る圧力検知装置を表す断面図である。
図３は、コントローラと圧力検知装置との電気的な接続を表すブロック図である。
図２に表したように、本実施形態に係る圧力検知装置３０は、ハウジングとしての本体部３１と、画像取得部３２と、コントローラ１０に設けられた制御部１００と、を有する。なお、制御部１００は、コントローラ１０ではなく本体部３１に設けられていてもよい。
本体部３１は、例えば直方体や円筒などの形状を呈し、チューブ１１（１２，１５）が内部を貫通可能な構造を有する。本体部３１の材料は、脱血チューブ１１、送血チューブ１２、および接続チューブ１５を保持したり、嵌め込んだ状態で弾性変形させたりすることができる剛性を有する材料であればよく、特には限定されない。本体部３１の材料としては、例えば金属あるいはプラスチックなどが挙げられる。具体的には、本体部３１の材料は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属を含む。あるいは、本体部３１の材料は、ポリアセタール（ＰＯＭ）や、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチックを含む。なお、本体部３１の材料が透明なプラスチックである場合には、脱血チューブ１１、送血チューブ１２、および接続チューブ１５が本体部３１に保持された状態あるいは嵌め込まれた状態を、操作者は、本体部３１を通して目視で確認できる。
本体部３１は、例えばゴムにより形成されたＯリングなどの滑り止め３９を有する。滑り止め３９は、チューブ１１が通る本体部３１の挿入孔の内側に固定され、本体部３１に装着されたチューブ１１の部分がチューブ１１の軸１１４方向に伸びたり移動したりすることを抑制する。これにより、圧力検知装置３０は、チューブ１１内における血液等の媒体ＢＬの圧力が変動した場合であっても、回路を循環中の媒体ＢＬのチューブ１１内における圧力をより正確に、より安定的に検知することができる。
画像取得部３２は、本体部３１に設けられている。図２に表した例では、画像取得部３２は、画像取得部３２の軸３２１がチューブ１１の軸１１４と交差（具体的には直交）する状態で本体部３１に固定されている。画像取得部３２は、チューブ１１内における媒体ＢＬの圧力を受けて変形する受圧部の画像情報を取得する。受圧部の詳細については、後述する。画像取得部３２としては、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどが用いられたカメラが挙げられる。
図３に表したように、画像取得部３２は、信号線４２を介してコントローラ１０の制御部１００に電気的に接続されている。画像取得部３２が取得（撮像）した画像情報に関する信号ＳＳは、信号線４２を介して制御部１００に送信される。コントローラ１０は、液晶表示装置等の表示部１０Ｓを有する。表示部１０Ｓは、回路内圧表示部１０Ｇを有する。回路内圧は、コントローラ１０の回路内圧表示部１０Ｇに表示される。
制御部１００は、記憶部１０１を有する。記憶部１０１は、基準画像情報１０２を記憶（格納）している。基準画像情報１０２は、画像取得部３２により取得された画像情報をチューブ１１内における媒体ＢＬの圧力に関する圧力情報に変換するための情報である。すなわち、基準画像情報１０２は、画像取得部３２により取得された画像情報と、チューブ１１内における媒体ＢＬの圧力に関する圧力情報と、の関係を示す相関データである。例えば、基準画像情報１０２は、画像情報を圧力情報に変換するテーブルであってもよい。あるいは、基準画像情報１０２は、画像情報と圧力情報との関係を示すグラフに基づいた数式であってもよい。
制御部１００は、画像取得部３２により取得された画像情報をチューブ１１内における媒体ＢＬの圧力に関する圧力情報に変換する。つまり、制御部１００は、画像取得部３２により取得された画像情報に基づいてチューブ１１内における媒体ＢＬの圧力を算出する。具体的には、制御部１００は、記憶部１０１に格納された基準画像情報１０２に基づいて、画像取得部３２により取得された画像情報をチューブ１１内における媒体ＢＬの圧力に関する圧力情報に変換する。制御部１００の変換処理について、図面を参照してさらに説明する。
図４および図５は、本実施形態の画像取得部が取得した画像情報を表す図である。
なお、図４（ａ）は、チューブ内の圧力が陽圧である場合において、本実施形態の画像取得部が取得した画像情報を表す平面図である。図４（ｂ）は、本実施形態の制御部が図４（ａ）に表した画像情報に基づいて実行した二値化処理により得られた二値画像の一例を例示する図である。図５（ａ）は、チューブ内の圧力が陰圧である場合において、本実施形態の画像取得部が取得した画像情報を表す平面図である。図５（ｂ）は、本実施形態の制御部が図５（ａ）に表した画像情報に基づいて実行した二値化処理により得られた二値画像の一例を例示する図である。
図４（ａ）に表したように、媒体ＢＬがチューブ１１内を流れていないときのチューブ１１内の圧力を基準圧力（ゼロ圧力）とした場合において、チューブ１１を通る媒体ＢＬの回路内の圧力が陽圧になると、チューブ１１の外径は、回路内の圧力が基準圧力のときの外径よりも大きくなる。一方で、図５（ａ）に表したように、チューブ１１を通る媒体ＢＬの回路内の圧力が陰圧になると、チューブ１１の外径は、回路内の圧力が基準圧力のときの外径よりも小さくなる。本実施形態に係る圧力検知装置３０は、このようなチューブ１１の外径部１１１の形状変化を捉え圧力情報を算出する。つまり、図４（ａ）〜図５（ｂ）に表した例では、チューブ１１の外径部１１１は、本発明の「受圧部」に相当する。
具体的に説明すると、制御部１００は、画像取得部３２により取得された画像情報の二値化処理を実行する。つまり、制御部１００は、画像取得部３２から信号線４２を介して受信した画像情報に関する信号ＳＳに基づいて、画像情報の二値化処理を実行する。図４（ａ）に表した画像情報の二値化処理により得られた二値画像は、図４（ｂ）に表した通りである。図５（ａ）に表した画像情報の二値化処理により得られた二値画像は、図５（ｂ）に表した通りである。
続いて、制御部１００は、画像取得部３２の軸３２１に対して交差（具体的には直交）した平面に投影されたチューブ１１の外径部１１１の面積を算出する。言い換えれば、図４（ｂ）および図５（ｂ）に表した二値画像において、制御部１００は、画像取得部３２が取得した画像情報の二値化処理により得られた二値画像の黒色部分の面積を算出する。
一方で、記憶部１０１に記憶された基準画像情報１０２は、回路内の圧力が基準圧力（ゼロ圧力）のときの画像情報の二値化処理により得られた二値画像の黒色部分の面積を含む。そこで、制御部１００は、回路内の圧力が陽圧および陰圧の少なくともいずれかのときの画像情報の二値化処理により得られた二値画像の黒色部分の面積と、回路内の圧力が基準圧力のときの画像情報の二値化処理により得られた二値画像の黒色部分の面積と、を比較する。そして、制御部１００は、画像取得部３２が取得した画像情報の二値化処理により得られた二値画像の黒色部分の面積の変動値と、チューブ１１内における媒体ＢＬの圧力に関する圧力情報と、の関係を示す相関データとしての基準画像情報１０２に基づいて圧力情報を算出する。つまり、制御部１００は、画像取得部３２の軸３２１に対して交差した平面に投影されたチューブ１１の外径部１１１の面積の変動に応じて圧力情報を算出する。
本実施形態に係る圧力検知装置３０によれば、制御部１００は、画像取得部３２により取得された画像情報をチューブ１１内における媒体ＢＬの圧力に関する圧力情報に変換する。つまり、圧力検知装置３０は、チューブと接触しチューブの反発力を測定する荷重検知素子ではなく、圧力を受けて変形する受圧部（本実施形態ではチューブ１１の外径部１１１）の画像情報を取得し圧力情報に変換することにより、チューブ１１内における媒体ＢＬの圧力を検知する。そのため、圧力検知装置３０が故障した場合には、画像の取得エラーや読み取りエラーが発生し、チューブ１１内における媒体ＢＬの圧力は、回路内圧表示部１０Ｇには表示されない。すなわち、実際の媒体ＢＬの圧力とは異なる誤った圧力が回路内圧表示部１０Ｇに表示されることを抑えることができる。これにより、チューブ１１内における媒体ＢＬの圧力の誤検知を抑えることができる。
また、圧力検知装置３０は、チューブ１１内を流れる媒体ＢＬに接触することなくチューブ１１内における媒体ＢＬの圧力を検知する。これにより、例えば血液の梗塞部分や血栓がチューブ１１内に生ずることを抑えることができる。また、チューブ１１内から気泡を除去する作業（気泡抜き作業）が簡潔になる。
また、制御部１００は、画像情報と圧力情報との関係を示す基準画像情報１０２に基づいて画像情報を圧力情報に変換する。そのため、圧力検知装置３０は、チューブ１１内における媒体ＢＬの圧力を算出する処理を簡易化することができ、チューブ１１内における媒体ＢＬの圧力をより短時間で正確に検知することができる。
さらに、制御部１００は、画像取得部３２の軸３２１に対して交差した平面に投影されたチューブ１１の外径部１１１の面積の変動に応じて圧力情報を算出する。そのため、圧力検知装置３０は、チューブ１１の外径部１１１の形状変化を捉えるという比較的簡易的な方法によりチューブ１１内における媒体ＢＬの圧力を検知することができる。
次に、本実施形態の受圧部の変形例を、図面を参照して説明する。
図６および図７は、本実施形態の変形例において、画像取得部が取得した画像情報を表す図である。
なお、図６は、チューブ内の圧力が陽圧である場合において、画像取得部が取得した画像情報を表す平面図である。図７は、チューブ内の圧力が陰圧である場合において、画像取得部が取得した画像情報を表す平面図である。
本変形例のチューブ１１Ａは、チューブ１１Ａの表面に所定の模様１１３が設けられた模様部１１２を有する。回路内の圧力が基準圧力のときに画像取得部３２により取得された画像情報では、模様１１３は、例えば円形である。但し、模様１１３の形状は、円形だけには限定されず、例えば四角形や三角形などであってもよい。図４（ａ）〜図５（ｂ）に関して前述したように、チューブ１１を通る媒体ＢＬの回路内の圧力が陽圧になると、チューブ１１の外径は、回路内の圧力が基準圧力のときの外径よりも大きくなる。そのため、図６に表したように、回路内の圧力が陽圧のときの模様１１３の径Ｄ１、Ｄ２は、回路内の圧力が基準圧力のときの模様１１３の径よりも大きい。例えば、径Ｄ１、Ｄ２は、チューブ１１Ａの軸１１４に対して直交する方向の模様１１３の径である。一方で、チューブ１１を通る媒体ＢＬの回路内の圧力が陰圧になると、チューブ１１の外径は、回路内の圧力が基準圧力のときの外径よりも小さくなる。そのため、図７に表したように、回路内の圧力が陰圧のときの模様１１３の径Ｄ３、Ｄ４は、回路内の圧力が基準圧力のときの模様１１３の径よりも小さい。例えば、径Ｄ３、Ｄ４は、チューブ１１Ａの軸１１４に対して直交する方向の模様１１３の径である。本変形例では、圧力検知装置３０は、このような模様部１１２の模様１１３の変形を捉え圧力情報を算出する。つまり、本変形例では、チューブ１１Ａの模様部１１２は、本発明の「受圧部」に相当する。
具体的に説明すると、制御部１００は、画像取得部３２により取得された画像情報に基づいて、チューブ１１Ａの軸１１４に対して直交する方向の模様１１３の径を算出する。一方で、記憶部１０１に記憶された基準画像情報１０２は、回路内の圧力が基準圧力（ゼロ圧力）のときのチューブ１１Ａの軸１１４に対して直交する方向の模様１１３の径を含む。制御部１００は、回路内の圧力が陽圧および陰圧の少なくともいずれかのときの模様１１３の径と、回路内の圧力が基準圧力のときの模様１１３の径と、を比較する。そして、制御部１００は、画像取得部３２が取得した画像情報に基づいて算出した模様１１３の径の変動値と、チューブ１１内における媒体ＢＬの圧力に関する圧力情報と、の関係を示す相関データとしての基準画像情報１０２に基づいて圧力情報を算出する。つまり、制御部１００は、模様部１１２の模様１１３を認識し、模様１１３の変形に応じて圧力情報を算出する。
なお、制御部１００は、必ずしも、模様１１３の外側の径Ｄ１、Ｄ３および模様１１３の内側の径Ｄ２、Ｄ４の両方を算出しなくともよく、模様１１３の外側の径Ｄ１、Ｄ３および模様１１３の内側の径Ｄ２、Ｄ４のいずれか一方を算出してもよい。あるいは、制御部１００は、模様部１１２の模様１１３の径ではなく、模様部１１２の模様１１３で囲まれた領域の面積を算出してもよい。そして、制御部１００は、画像取得部３２が取得した画像情報に基づいて算出した模様１１３の面積の変動値と、チューブ１１内における媒体ＢＬの圧力に関する圧力情報と、の関係を示す相関データとしての基準画像情報１０２に基づいて圧力情報を算出してもよい。
本変形例によれば、制御部１００は、模様部１１２の模様１１３を認識し、模様１１３の変形に応じて圧力情報を算出する。そのため、圧力検知装置３０は、模様部１１２の模様１１３の変形を捉えるという比較的簡易的な方法によりチューブ１１Ａ内における媒体ＢＬの圧力を検知することができる。また、図１〜図５（ｂ）に関して前述した効果と同様の効果が得られる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、第２実施形態に係る圧力検知装置３０Ａの構成要素が、図１〜図７に関して前述した第１実施形態に係る圧力検知装置３０の構成要素と同様である場合には、重複する説明は適宜省略し、以下、相違点を中心に説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る圧力検知装置を表す断面図である。
図９は、チューブ内の圧力が陽圧であるときの二値画像の一例を例示する図である。
図１０は、チューブ内の圧力が陰圧であるときの二値画像の一例を例示する図である。
図８に表したように、本実施形態に係る圧力検知装置３０Ａは、ハウジングとしての本体部３１と、画像取得部３２と、感圧媒介（受圧部）３３と、コントローラ１０に設けられた制御部１００と、を有する。本実施形態の感圧媒介３３は、本発明の「受圧部」に相当する。画像取得部３２は、画像取得部３２の軸３２１がチューブ１１の軸１１４と平行な状態で本体部３１に固定されている。圧力検知装置３０Ａが感圧媒介３３を備える点、および画像取得部３２の軸３２１がチューブ１１の軸１１４と平行である点において、本実施形態に係る圧力検知装置３０Ａは、第１実施形態に係る圧力検知装置３０とは異なる。その他の構造は、第１実施形態に係る圧力検知装置３０の構造と同様である。
感圧媒介３３は、本体部３１とチューブ１１とに接続されている。例えば、感圧媒介３３は、本体部３１に接着されたり、融着されたり、嵌合されたりすることで、本体部３１に固定されている。また、感圧媒介３３は、チューブ１１に接着されたり、融着されたりすることで、チューブ１１に固定されている。感圧媒介３３は、チューブ１１の変形に基づく外力を受けて変形する。感圧媒介３３の材料は、感圧媒介３３がチューブ１１の変形に基づく外力を受けて変形する限りにおいて特には限定されない。感圧媒介３３の材料としては、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）や、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチックが挙げられる。あるいは、感圧媒介３３の材料は、チューブ１１と同様の弾性変形可能な可撓性を有する合成樹脂（例えば塩化ビニル樹脂やシリコーンゴム等）であってもよい。
図４（ａ）〜図５（ｂ）に関して前述したように、チューブ１１を通る媒体ＢＬの回路内の圧力が陽圧になると、チューブ１１の外径は、回路内の圧力が基準圧力のときの外径よりも大きくなる。そうすると、本体部３１とチューブ１１との間の空間は、回路内の圧力が基準圧力のときの空間よりも狭くなる。そのため、感圧媒介３３は、チューブ１１の膨張変形に基づく外力を受けて圧縮変形する。そして、制御部１００は、画像取得部３２から信号線４２を介して受信した画像情報に関する信号ＳＳに基づいて、画像情報の二値化処理を実行する。このときに画像情報の二値化処理により得られた二値画像は、図９に表した通りである。
一方で、チューブ１１を通る媒体ＢＬの回路内の圧力が陰圧になると、チューブ１１の外径は、回路内の圧力が基準圧力のときの外径よりも小さくなる。そうすると、本体部３１とチューブ１１との間の空間は、回路内の圧力が基準圧力のときの空間よりも広くなる。そのため、感圧媒介３３は、チューブ１１の収縮変形に基づく外力を受けて伸張変形する。そして、制御部１００は、画像取得部３２から信号線４２を介して受信した画像情報に関する信号ＳＳに基づいて、画像情報の二値化処理を実行する。このときに画像情報の二値化処理により得られた二値画像は、図１０に表した通りである。
続いて、制御部１００は、画像取得部３２の軸３２１に対して交差（具体的には直交）した平面に投影された感圧媒介３３の面積を算出する。言い換えれば、図９および図１０に表した二値画像において、制御部１００は、画像取得部３２が取得した画像情報の二値化処理により得られた二値画像の黒色部分の面積を算出する。
一方で、記憶部１０１に記憶された基準画像情報１０２は、回路内の圧力が基準圧力（ゼロ圧力）のときの画像情報の二値化処理により得られた二値画像の黒色部分の面積を含む。そこで、制御部１００は、回路内の圧力が陽圧および陰圧の少なくともいずれかのときの画像情報の二値化処理により得られた二値画像の黒色部分の面積と、回路内の圧力が基準圧力のときの画像情報の二値化処理により得られた二値画像の黒色部分の面積と、を比較する。そして、制御部１００は、画像取得部３２が取得した画像情報の二値化処理により得られた二値画像の黒色部分の面積の変動値と、チューブ１１内における媒体ＢＬの圧力に関する圧力情報と、の関係を示す相関データとしての基準画像情報１０２に基づいて圧力情報を算出する。つまり、制御部１００は、画像取得部３２の軸３２１に対して交差した平面に投影された感圧媒介３３の面積の変動に応じて圧力情報を算出する。
本実施形態によれば、圧力検知装置３０Ａは、本体部３１とチューブ１１とに接続された感圧媒介３３の形状変化を捉えるという比較的簡易的な方法によりチューブ１１内における媒体ＢＬの圧力を検知することができる。
以上説明したように、第１実施形態に係る圧力検知装置３０および第２実施形態に係る圧力検知装置３０Ａにおいて、制御部１００は、画像取得部３２により取得された画像情報をチューブ１１、１１Ａ内における媒体ＢＬの圧力に関する圧力情報に変換する。そのため、圧力検知装置３０、３０Ａが故障した場合には、画像の取得エラーや読み取りエラーが発生し、チューブ１１、１１Ａ内における媒体ＢＬの圧力は、回路内圧表示部１０Ｇには表示されない。すなわち、実際の媒体ＢＬの圧力とは異なる誤った圧力が回路内圧表示部１０Ｇに表示されることを抑えることができる。これにより、チューブ１１、１１Ａ内における媒体ＢＬの圧力の誤検知を抑えることができる。
また、本実施形態に係る体外循環装置１は、媒体ＢＬを移送するチューブ１１（１２、１５）と、チューブ１１（１２、１５）に設けられチューブ１１（１２、１５）内における媒体ＢＬの圧力を検知する圧力検知装置３０（３０Ａ）と、を備える。これにより、本実施形態に係る圧力検知装置３０（３０Ａ）に関して前述した効果と同様の効果が得られる。
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。本実施形態では、圧力検知装置３０、３０Ａが循環回路１Ｒの脱血チューブ１１の途中における装着位置Ｗ１に設けられた場合を例に挙げた。本実施形態に関して前述した効果は、圧力検知装置３０、３０Ａが循環回路１Ｒの送血チューブ１２の途中における装着位置Ｗ２、および遠心ポンプ３と人工肺２とを接続する接続チューブ１５の途中における装着位置Ｗ３のいずれの位置に設けられた場合であっても、同様に得られる。
１・・・体外循環装置、 １Ｒ・・・循環回路、 ２・・・人工肺、 ３・・・遠心ポンプ、 ４・・・ドライブモータ、 ５・・・静脈側カテーテル、 ６・・・動脈側カテーテル、 １０・・・コントローラ、 １０Ｇ・・・回路内圧表示部、 １０Ｓ・・・表示部、 １１、１１Ａ・・・脱血チューブ、 １２・・・送血チューブ、 １３・・・酸素ガス供給部、 １４・・・チューブ、 １５・・・接続チューブ、 １７・・・ファストクランプ、 １８・・・三方活栓、 １９・・・チューブ、 ２０・・・超音波気泡検出センサ、 ３０、３０Ａ・・・圧力検知装置、 ３１・・・本体部、 ３２・・・画像取得部、 ３３・・・感圧媒介、 ３９・・・滑り止め、 ４２・・・信号線、 １００・・・制御部、 １０１・・・記憶部、 １０２・・・基準画像情報、 １１１・・・外径部、 １１２・・・模様部、 １１３・・・模様、 １１４、３２１・・・軸、 ＢＬ・・・媒体、 Ｐ・・・患者、 ＳＧ・・・指令、 ＳＳ・・・信号、 Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３・・・装着位置

Claims (7)

  1. 媒体を移送するチューブに設置可能とされ前記チューブ内における前記媒体の圧力を検知する圧力検知装置であって、
    前記チューブに装着可能とされた本体部と、
    前記本体部に設けられ、前記圧力を受けて変形する受圧部の画像情報を取得する画像取得部と、
    前記画像取得部により取得された前記画像情報を前記圧力に関する圧力情報に変換する制御部と、
    を備えたことを特徴とする圧力検知装置。
  2. 前記制御部は、前記画像情報と前記圧力情報との関係を示す基準画像情報を格納した記憶部を有し、前記記憶部に格納された前記基準画像情報に基づいて前記画像情報を前記圧力情報に変換することを特徴とする請求項１に記載の圧力検知装置。
  3. 前記受圧部は、前記チューブの外径部であり、
    前記制御部は、前記画像取得部の軸に対して交差した平面に投影された前記外径部の面積の変動に応じて前記圧力情報を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の圧力検知装置。
  4. 前記受圧部は、前記チューブの表面に設けられた所定の模様を有する模様部であり、
    前記制御部は、前記模様を認識し前記模様の変形に応じて前記圧力情報を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の圧力検知装置。
  5. 前記本体部と前記チューブとに接続され、前記チューブの変形に基づく外力を受けて変形する前記受圧部としての感圧媒介をさらに備え、
    前記制御部は、前記画像取得部の軸に対して交差した平面に投影された前記感圧媒介の面積の変動に応じて前記圧力情報を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の圧力検知装置。
  6. 前記本体部は、前記本体部に装着された前記チューブの部分が前記チューブの軸方向に伸びることを抑制する滑り止めを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧力検知装置。
  7. 媒体を体外循環させる際に用いられる体外循環装置であって、
    前記媒体を移送するチューブと、
    前記チューブに設けられ前記チューブ内における前記媒体の圧力を検知する請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧力検知装置と、
    を備えたことを特徴とする体外循環装置。
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