JP4880166B2 - 注入ポンプのための注入力センサ組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、大まかに言えば、薬物注入ポンプで使用するための注入力センサ組立体に関する。一層詳しくは、本発明は、薬物注入ポンプの注入力センサ組立体上に静脈チューブを置いたときにそれに対するロードセルの感度を低減する組立体に関する。
【０００２】
（発明の背景）
患者に静脈（ＩＶ）液を投与する種々の装置が開発されている。その１つは、蠕動式薬物注入ポンプであり、これは、チューブの長さに沿って複数の部位で順次に弾力的に変形可能な静脈点滴チューブを変形、閉塞する一連のフィンガまたはローラを作動させる。この閉塞で、チューブに沿って正圧力の下に静脈液を圧送する波形運動を生じさせる。連続した閉塞後毎に、チューブは、その本来の直径に弾力的に戻る。しかしながら、チューブの反復変形は、究極的に、チューブ材料の弾力性を衰弱させる。長期にわたる使用の後には、チューブが、その以前の形状に完全に戻ることができず、流路に沿った部位でチューブを部分的あるいは完全に閉塞してしまうことがある。それに加えて、静脈点滴セットがクランプを含んでいることが多く、不注意によりクランプを閉じたままにしてしまうことがあり、これもチューブを部分的あるいは完全に閉塞してしまう可能性がある。
【０００３】
静脈液投与を効果的に制御するためには、注入システムが、流体が実際に患者に投与されているかどうかを常に判断することが必須である。流体流の中断は、多くの理由で生じる可能性がある。たとえば、チューブの閉塞またはカテーテルの閉塞がある。チューブ閉塞時にポンプ機構が停止しない場合、ポンプが停止したり、流体を給送することなく運転し続けたり、あるいは、チューブ内の流体圧力が増大し、最終的に閉塞が急激になくなり、患者に傷害を与えたりする可能性がある。
【０００４】
したがって、多くの薬物注入ポンプ・システムは、チューブ内圧力が増大したか喪失したかを判断する注入力センサあるいは圧力センサを包含する。このセンサは、チューブ内の流体の流れが中断してしまったかどうか判断し、ポンプ機構を停止させるかおよび／または医療作業員に知らせることができる。このような中断の潜在的な有害結果のために、これらのセンサは、できるだけ正確かつ信頼性が高いことが重要である。また、薬物注入ポンプの携帯性および厳しい作動条件を考慮すると、これらのセンサが小型で堅牢であることが望ましい。
【０００５】
薬物注入ポンプにおいて使用する注入力センサあるいは圧力センサは、代表的には、プランジャを包含し、このプランジャは、或る種の方法、たとえば、穴に入れたピンで拘束するか、あるいは、自由浮動式となっている。拘束プランジャ式注入力センサ組立体は、センサ・ハウジングの穴内に位置し、案内されるピンに連結した駆動プランジャからなる。プランジャの中心軸線に沿って、静脈点滴チューブから離れた側にはトランスデューサまたはロードセルが設置してある。静脈点滴チューブがプランジの中心軸線上に直接位置しているときには、静脈点滴チューブの内圧によって生じる力は、プランジャおよびピンを経てロードセルに加わり、ロードセルがこの加えられた力を測定する。この場合、測定された力は、普通は摩擦による伝送力損失がほんの少しであるために、比較的正確となる。
【０００６】
しかしながら、静脈点滴チューブがプランジャの中心軸線から外れて位置するときには、プランジャは回転しがちとなり、穴内にプランジャ・ピンを拘束する可能性のあるセンサ・ハウジングによってプランジャ・ピンに側荷重を加える傾向がある。この側荷重は、プランジャ・ピンとセンサ・ハウジングの間に摩擦力を生じさせ、ロードセルに加えられている力の喪失という結果となる。この摩擦力は、最終的には、不正確で信頼性のない注入力測定結果の原因となる。たとえば、静脈チューブが注入力センサ組立体上に誤って設置された場合や、使用時にチューブがプランジャ面に沿ってふらふら動く場合にも上記の望ましくない結果が生じる可能性がある。
【０００７】
自由浮動プランジャ式注入力センサは、センサ・ハウジングの穴内に、駆動プランジャが自由に浮動できる間隙を持って設置した駆動プランジャからなる。プランジャは、力伝達用ゲルの溜めを覆って設置してある。プランジャは、静脈チューブによって加えられる力をゲルに伝え、このゲルが、その中に設置したトランスデューサあるいはロードセルに力を伝える。ゲル式センサの一例が、米国特許第５，６６１，２４５号に開示されている。プランジャは、代表的には、静脈チューブによって力がオフセンタ軸線に沿ってプランジャに加えられたときに傾斜することができる。傾斜したプランジャがゲルに力を伝える効率は低く、そのため、ゲル内に設置したトランスデューサあるいはロードセルに伝わる力が小さくなる。この力が小さいということは、究極的に、注入力測定結果の不正確さの原因となる。また、プランジャ縁、センサ・ハウジング間の摩擦性反作用力による不正確さも加わる可能性がある。
したがって、注入力センサ組立体上に静脈チューブを設置したかどうかにかかわらず、正確で信頼性の高い結果を与える小型、安価な注入力センサ組立体の必要性がある。
【０００８】
（発明の概要）
本発明によれば、ロードセルの駆動プランジャ上に静脈チューブの置いたときにそれに対するロードセルの感度を低減するようになっている注入力センサ組立体を得ることができる。この注入力センサ組立体は、ハウジングと、このハウジング内に少なくとも部分的に配置したロードセルと、軸線まわりに回動可能なプランジャとを包含する。このプランジャは、ハウジングにヒンジ止めしてもよいし、あるいはハウジングに近接した別の固定部位にヒンジ止めしてもよく、また、たとえば、一体ヒンジもしくは小ピン・ピボット・ヒンジであってもよい。プランジャは、さらに、上面を包含し、この上面が、プランジャの上面における静脈チューブの可能性のある不整合によって生じる測定力の変動を補正する形状となっていてもよい。プランジャは、また、上面から遠位方向にある下面も包含する。
【０００９】
使用時、静脈チューブは、プランジャの上面に置く。静脈チューブ内の圧力は、プランジャの上面に力を加え、プランジャを軸線まわりに回動させる。回動するプランジャの下面は、ロードセルと接触し、それによって、加えられた力を測定用のセンサへ完全に伝える。
本発明の本質および目的をより良く理解するためには、添付図面と関連して行う以下の詳細な説明を参照されたい。
【００１０】
（発明の実施形態の詳細な説明）
図１は、薬物注入ポンプ内に閉じ込めた静脈チューブの、ロードセルでの断面図である。静脈チューブ１００は、クランプ部材１０２と注入力センサ組立体１０４との間で圧縮されている。理想的には、静脈チューブ１００は、中心線１０６に心合わせして注入力センサ組立体１０４上に直接設置してある。その結果、注入力センサ組立体のところで測定された力および静脈チューブ１００の内圧によって生じた力が同じ平面に沿って位置することになる。この理想的な状態は確実に力測定精度を高くするが、通常の作動状態の下でそれを保証することは困難である。
【００１１】
図２は、本発明の一実施形態の展開斜視図である。センサ組立体２００は、貫通する穴２０４を有するハウジング構造２０２を包含する。圧力セルまたはロードセル２０６が、ハウジング２０２内に配置してある。ロードセル２０６は、上述の穴２０４の直ぐ下に設置してあると好ましく、任意の代表的な構造（すなわち、ゲルまたは油を充填した微小機械加工シリコン・ダイ、ダイレクト・ダイ・コンタクト、ひずみゲージなど）のものである。ロードセルは、その力伝達機構（図示せず）における機械的な摩擦をその検知要素（図示せず）に少ししか与えないか、あるいは全く与えない特別な構造を有するように選択する。適当なセンサとしては、参考資料としてここに援用する米国特許第５，７６０，３１３号に開示されたセンサに類似したものである。
【００１２】
駆動プランジャ２１６が、ネジ２１０などによって、低機械摩擦ヒンジ２０８に止めてあり、このヒンジは、あらゆる方向における支えとなるが、作動方向への回転は許すようになっている。このようなヒンジとしては、たとえば、図１１において参照符号１１０２で示すような一体ヒンジあるいは小ピン・ピボット・ヒンジがある。一体ヒンジは、たとえば、この技術分野では公知のように、弾力性のある金属ストリップまたはプラスチック・ストリップであってもよい。ヒンジ２０８は、別のネジ２１２によってハウジング２０２に固定してある。ここで、ネジ２１０、２１２の代わりに他の固定手段、たとえば、接着剤またはリベットを使用し得ることは了解されたい。
【００１３】
プランジャの上面２１４の形状およびプランジャの下面２１８の形状は、共に、最適結果を得るように変更可能である。この実施形態では、円形の上面２１４および面取りした下面２１８を利用している。ヒンジ止めしたプランジャ２１６の下面２１８は、好ましくは、ただ１つの接触点でロードセル２０６と接触するような形状となっている。他の形状（たとえば、半円形の下面）も利用し得る。基部２２０が、穴２０４から遠位側でハウジング２０２をシールしている。基部２２０は、さらに、ハウジング２０２内にセンサ２０６を固定しており、その上に接点２２２が配置してあり、これらの接点は、センサ２０６からの出力を他の測定回路（図示せず）に接続する。
【００１４】
図３は、第１の向きに静脈チューブを置いた状態を示す本発明の斜視図である。この好ましい実施形態において、静脈点滴チューブ３０２は、センサ組立体３００を横切って、ヒンジ軸線に対して直角に設置してある。この向きは、注入力センサ組立体３００が後述するモーメント・アーム効果を受けないので、好ましい。図４は、図３のセンサ組立体の概略側面図である。静脈チューブがプランジャ４０２の中心を外れて交差しおり、プランジャ４０２に力４００を加える場合、ヒンジ軸線４０４まわりに回転可能なヒンジは、プランジャ４０２の傾斜を最小限にするかあるいは阻止する反作用力を与える。センサ組立体のこの実施形態では、したがって、チューブがロードセル４０８上方で心合わせされているかどうかに関わりなく、より正確な読み取りを行える。したがって、静脈チューブがロードセルの中心から外れて位置している場合、静脈チューブからプランジャを介してロードセルに伝えられる力の減少は、少ないかあるいはまったくない。
【００１５】
図５は、本発明の一実施形態の斜視図である。センサ組立体３００は、プランジャの形状変更した上面５００を包含する。正方形の上面５００は、図３、図４に関して説明した実施形態と一緒に利用すると好ましい。この場合、チューブは、ヒンジ軸線に対して直角の向きとなる。正方形の上面５００は、ヒンジ軸線に沿って一定の面積を維持する。
【００１６】
図６は、上面６００の別の実施形態の斜視図である。プランジャの上面は、チューブ接触面積が、ロードセルの中心部位からの静脈チューブの距離と共に変化するような形状となっている。チューブ接触面積の変化は、チューブ内圧による、プランジャに伝えられる力の変化を生じさせ、したがって、ロードセルとの力関係における変化を生じさせる。砂時計形の上面６００も、図３、図４に関して説明した実施形態と一緒に利用すると好ましい。砂時計形状は、ヒンジ軸線に対して適切な向きで搭載したときに、ロードセルの中心線からの距離の増大と共にチューブ接触面積を増大させることができる。これは、ヒンジ要素の側荷重によるロードセルへの力の任意損失を防ぎ、したがって、中心から外れた静脈チューブの任意の影響を最小化することができる。
【００１７】
図７は、第２の向きに静脈チューブを置いた本発明の別の実施形態の斜視図である。本実施形態においては、静脈点滴チューブ７００は、ヒンジ軸線と平行に、センサ組立体７０２を横切って設置してある。
【００１８】
図８は、図７に示すセンサ組立体の概略側面図である。プランジャ８０２は、ライン８００まわりに回動可能にヒンジ止めしてあり、プランジャがロードセル８０４と一点接触することができる。静脈チューブ内の圧力によって生じた力８０６がロードセル８０４の直ぐ上方で加わったとき、ロードセルは、加えられた力８０６とほぼ同じ反作用力８０８を測定する。しかしながら、図９に示すように、ロードセル８０４の中心を外れて力９００が加えられたときには、ロードセル８０４で測定される反作用力９０２は、モーメント・アーム効果のために加えられた力９００よりも大きくなる。ヒンジ・ライン８００からの加えられた力９００の距離を正確に決定する方法はまったくないので、センサ組立体上の静脈チューブのこの向きは好ましくない。
【００１９】
この問題を解決するために、プランジャの上面の形状は、ここで再び、静脈チューブの不整合を補正するように変えるとよい。図２、図３、図７に示すようなプランジャの丸い上面の代わりに、または、図６に示すような砂時計形の上面の代わりに、プランジャの上面は、静脈チューブのヒンジ軸線８００の位置からの距離に応じてチューブ接触面積が変化するような形状とするとよい。チューブ接触面積の変化は、チューブ内圧による伝達力の変化、したがって、ロードセルとの力関係の変化を生じさせる。したがって、プランジャの上面上へチューブを誤って設置したことで生じる測定力の変動は、プランジャ上面の形状を合わせることによって防ぐことができる。図１０に示すように、三角形あるいは涙滴形の上面１０００（ヒンジ軸線から離れるにつれて狭くなる）を、図７〜図９に関して先に説明した実施形態と一緒に利用すると好ましい。この場合、チューブは、ヒンジ軸線に対して平行な向きとなる。
【００２０】
図１１は、本発明の別の実施形態の展開斜視図である。図２の一体ヒンジ２０８の代わりに、小ヒンジ・ピン１１０２によってハウジング２０２にヒンジ止めしたプランジャ１１００を使用する。別個にヒンジ止めした駆動プランジャ１１００は、安定性および低い機械摩擦を与え、中心を外れて位置した静脈チューブの位置に対する感度を低くすることになる。
【００２１】
本発明の他の実施形態は次のような注入力センサ組立体を含んでもよい。すなわち、この実施形態では、個別の部品の代わりに、ヒンジおよび駆動プランジャをヒンジ支持ハウジングと一体に形成する（すなわち、すべての部品を一体部材として一緒に成形する）。図１２は、静脈機構のハウジングに一体に組み込んだプラスチック一体ヒンジ１２００を備える本発明の実施形態を示している。駆動プランジャもまた、その周縁まわりのいくつかの部位で可撓性支持体によって保持されており、チューブ中心外れ位置によるモーメント・アーム変化を最小化することができる。さらに、ヒンジは、センサ組立体ハウジングに近接した静脈ポンプの任意他の構造に取り付けてもよい。
【００２２】
本発明の特定の実施形態について前述の説明は、ほんの説明の目的で行ったものであり、本発明を開示した形態そのものに限定する意図はなく、明らかに、上記の教示に鑑みて多くの修正、変更が可能である。実施形態は、発明の原理およびその実際の用途を最も良く説明するために選び、説明したものであり、当業者であれば、特定の意図した用途に合わせて種々の修正を行って発明および種々の実施形態を最も良く利用できる。発明の範囲は、本願の特許請求の範囲およびその均等物によって定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 薬物注入ポンプ内に収容された静脈チューブの断面図である。
【図２】 本発明の一実施形態の展開斜視図である。
【図３】 静脈チューブを第１の向きに置いて示す本発明の斜視図である。
【図４】 図３のセンサ組立体の概略側面図である。
【図５】 本発明の別の実施形態の斜視図である。
【図６】 本発明のまた別の実施形態の斜視図である。
【図７】 静脈チューブを第２の向きに置いて示す本発明の実施形態の斜視図である。
【図８】 図７のセンサ組立体の概略側面図である。
【図９】 図８と同様の概略側面図である。
【図１０】 本発明の別の実施形態の斜視図である。
【図１１】 本発明のさらにまた別の実施形態の展開斜視図である。
【図１２】 本発明のさらにまた別の実施形態の斜視図である。

Claims (24)

1. 蠕動ポンプに用いる注入力センサ組立体であって、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に少なくとも部分的に配置したロードセルと、
   軸線まわりに回動可能なプランジャとを包含し、前記プランジャが、上面と、前記上面から遠位方向にある下面とを包含し、前記下面が、前記ロードセルと協働し、
   更に、前記上面に加えられる力の位置に対する前記ロードセルの感度を低減する手段を設けた、
   ことを特徴とする注入力センサ組立体。
2. 請求項１に記載の注入力センサ組立体において、前記ロードセルの感度を低減する前記手段が、前記軸線に対して直角に静脈チューブを受け入れる上面を包含することを特徴とする注入力センサ組立体。
3. 請求項２に記載の注入力センサ組立体において、前記上面が、前記加えられた力の不整合によって生じる測定力変動を補正するような形状となっていることを特徴とする注入力センサ組立体。
4. 請求項３に記載の注入力センサ組立体において、前記上面形状が、円形、正方形または砂時計の形からなるグループから選択したものであることを特徴とする注入力センサ組立体。
5. 請求項１に記載の注入力センサ組立体において、前記ロードセルの感度を低減する前記手段が、前記軸線に対して平行に静脈チューブを受け入れる上面を包含することを特徴とする注入力センサ組立体。
6. 請求項５に記載の注入力センサ組立体において、前記上面が、前記加えられる力の不整合によって生じる測定力の変動を補正するような形状となっていることを特徴とする注入力センサ組立体。
7. 請求項６に記載の注入力センサ組立体において、前記上面形状が、円形、涙滴、三角形の形状からなるグループから選択したものであることを特徴とする注入力センサ組立体。
8. 請求項１に記載の注入力センサ組立体において、前記プランジャが、さらに、自由端と、前記軸線に位置するピボット端とを包含することを特徴とする注入力センサ組立体。
9. 請求項８に記載の注入力センサ組立体において、前記ピボット端が、前記ハウジングに回転可能に連結してあることを特徴とする注入力センサ組立体。
10. 請求項８に記載の注入力センサ組立体において、前記ピボット端が、前記ハウジングに近接したボデーに回転可能に連結してあることを特徴とする注入力センサ組立体。
11. 請求項８に記載の注入力センサ組立体において、前記ピボット端が、ヒンジによって前記ハウジングに回転可能に連結してあることを特徴とする注入力センサ組立体。
12. 請求項１１に記載の注入力センサ組立体において、前記ヒンジが一体ヒンジであることを特徴とする注入力センサ組立体。
13. 請求項１２に記載の注入力センサ組立体において、前記一体ヒンジが、弾力性のある金属ストリップであることを特徴とする注入力センサ組立体。
14. 請求項１２に記載の注入力センサ組立体において、前記一体ヒンジが、弾力性のあるプラスチック・ストリップであることを特徴とする注入力センサ組立体。
15. 請求項１１に記載の注入力センサ組立体において、前記ヒンジが、小ピン・ピボット・ヒンジであることを特徴とする注入力センサ組立体。
16. 請求項１５に記載の注入力センサ組立体において、前記ヒンジが、機械的に低い摩擦を有することを特徴とする注入力センサ組立体。
17. 請求項１に記載の注入力センサ組立体において、前記ロードセルが、圧力トランスデューサであることを特徴とする注入力センサ組立体。
18. 請求項１に記載の注入力センサ組立体において、前記ロードセルが、機械的に低い内部摩擦を有することを特徴とする注入力センサ組立体。
19. 請求項１に記載の注入力センサ組立体において、前記ロードセルそれ自体が、前記上面上の加えられた力の位置に対して低い感度を有することを特徴とする注入力センサ組立体。
20. 請求項１に記載の注入力センサ組立体において、前記プランジャの前記下面が、ただ１つの接触点で前記ロードセルと接触するような形状となっていることを特徴とする注入力センサ組立体。
21. 請求項１に記載の注入力センサ組立体において、前記プランジャが、前記ロードセルから離れる方向へ付勢されることを特徴とする注入力センサ組立体。
22. 加えられる力の位置に対するロードセルの感度を低減するようになっている注入力センサ組立体であって、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内に少なくとも部分的に配置したロードセルと、
    ヒンジによって前記ハウジングに回転可能に連結したプランジャとを包含し、前記プランジャが、前記加えられる力の不整合によって生じる測定力の変動を補正するような形状の上面と、前記上面から遠位方向にある下面とを包含し、
    使用時に、前記プランジャの前記上面に加えられる力が、前記プランジャの前記下面が前記ロードセルと接触するように回動したときに、前記ロードセルに伝えられる、
    ことを特徴とする注入力センサ組立体。
23. 請求項２２に記載の注入力センサ組立体において、前記ヒンジが、一体ヒンジであることを特徴とする注入力センサ組立体。
24. 請求項２２に記載の注入力センサ組立体において、前記ヒンジが、小ピン・ピボット・ヒンジであることを特徴とする注入力センサ組立体。

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