JP7586904B2 - 低減された脈動を有する蠕動ポンプ - Google Patents

Description

本開示は、例えば、眼科手術中に使用される蠕動ポンプに関連するシステム及び方法に関する。

眼科手術処置では、多くの場合、手術中に眼から流体が吸引される。例えば、硝子体網膜手術では、眼から硝子体物質を吸引するために装置が使用され得る。別の例として、白内障手術では、レンズを細分化又は乳化させ、且つ破壊又は乳化されたレンズを眼から吸引するために装置が使用され得る。

加えて、いくつかの眼科手術処置では、眼内に流体を注入することが望ましい場合がある。例えば、硝子体網膜手術、白内障手術又は他の処置では、平衡塩類溶液（ＢＳＳ）又は他の灌注液が眼内に導入され得る。流体は、吸引された流体の一部として処置中に除去される場合がある。

そのような眼科手術処置では、蠕動ポンプは、流体の吸引及び／又は注入のために使用され得る。蠕動ポンプは、ポンプと流体との間の接触が制限されているため、医療装置において多くの場合に使用される容積式ポンプの一種である。典型的な設計では、ポンプで送られる流体は、ポンプシステムの簡単に取り外し可能な構成要素のみと接触する。フローを達成するために、流体は、フローを遮断する点まで局所的につぶれる柔軟な導管内に存在する。シール点は、導管に沿ってフローの方向に移動される。無制限のフローを達成するために、導管のこの変形は、ローラに隣接して配置された可撓性導管を有する回転ハブに取り付けられたローラのセットを使用することなどにより、導管に沿った複数の場所において繰り返し生成される。

いくつかの従来のシステムでは、蠕動ポンプは、剛性カセット本体に接合されたエラストマーシートを含み、１つ以上の流体チャネルがエラストマーシートとカセット本体との間の空間に形成される。回転ハブに取り付けられたローラは、エラストマーシートを押してポンプ作用をもたらす。

蠕動ポンプを使用する、流体吸引及び／又は注入のための従来のシステムは、米国特許第６，２６１，２８３号明細書、米国特許第６，２９３，９２６号明細書、米国特許第６，５７２，３４９号明細書、米国特許第６，６３２，２１４号明細書、米国特許第６，７４０，０７４号明細書、米国特許第６，９０２，５４２号明細書、米国特許第６，９６２，４８８号明細書、米国特許第７，３９３，１８９号明細書、米国特許第７，７７５，７８０号明細書、米国特許第８，０１１，９０５号明細書、米国特許第８，５４５，１９８号明細書、米国特許第８，７９０，０９６号明細書、米国特許第９，４８２，２１６号明細書及び米国特許第９，９３１，４４７号明細書で開示されており、これらの開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

典型的には、蠕動ポンプでは、フローは、周期的なフローで一定ではない。例えば、各ローラの通過に伴って繰り返されるフロープロファイルが一般的である。より安定した流量を達成するために、蠕動ポンプにおける脈動を低減するための試みがこれまでなされてきた。例えば、米国特許第６，２９３，９２６号明細書は、先細のチャネル遷移領域を有するエラストマーシートを開示しており、このエラストマーシートのチャネル遷移領域は、チャネルのゼロ断面から全断面まで先細になっている内部断面を有する。米国特許第７，７７５，７８０号明細書は、カセットとシートとの間に比較的一定の断面を有する遷移チャネル領域を提供するために、カセット内のチャネル遷移領域の底面がエラストマーシートに向かって先細になって、エラストマーシートの先細のチャネル遷移領域の形状に対応する、カセット本体を開示している。米国特許第８，７９０，０９６号明細書は、一方のポンプ導管セグメントに作用するローラが、他方のポンプ導管セグメントに作用するローラと位相がずれている２つのポンプ導管セグメントを有する蠕動ポンプなど、脈動を低減することを意図する他の設計を開示している。

これらの従来の設計は、蠕動ポンプにおける脈動を低減することにおいていくらかの成功を収めてきたが、蠕動ポンプにおける脈動を低減するための改良された設計が引き続き必要とされている。

本開示は、蠕動ポンプにおける脈動を低減するための改善されたシステム及び方法に関する。

いくつかの例示的な実施形態では、眼科手術システムの蠕動ポンプのためのカセットは、カセット本体及びカセット本体に接合された可撓性シートを含み、可撓性シートの遷移領域は、少なくとも１つの隆起部であって、カセット本体遷移チャネルの中心線からオフセットされる位置においてその最大高さを有する少なくとも１つの隆起部を含む。可撓性シートの遷移領域は、カセット本体遷移チャネルの中心線の上の位置においてくぼみを含み得る。隆起部におけるシート厚さは、くぼみにおけるシート厚さよりも大きいことができる。

いくつかの例示的な実施形態では、可撓性シートの遷移領域は、複数の隆起部であって、カセット本体遷移チャネルの中心線からオフセットされる位置においてその最大高さを有する複数の隆起部を含み得る。可撓性シートの遷移領域は、２つの隆起部を含み得、２つの隆起部の各々は、カセット本体遷移チャネルの中心線からオフセットされる位置においてその最大高さを有する。２つの隆起部の一方は、くぼみの一方の側部上にあり得、及び２つの隆起部の他方は、くぼみの反対の側部上にあり得る。可撓性シートの遷移領域の２つの隆起部は、可撓性シートのアクティブ領域において単一の隆起部に合流し得る。

いくつかの例示的な実施形態では、眼科手術システムの蠕動ポンプのためのカセットは、カセット本体及びカセット本体に接合された可撓性シートを含み、カセット本体流体経路遷移チャネルは、ポートに隣接する第１の端部、アクティブ領域に隣接する第２の端部及び側壁を含み、側壁間の距離は、第２の端部に向かって先細になっている。いくつかの例示的な実施形態では、側壁間の距離は、カセット本体流体経路遷移チャネルの底部に向かって先細になっている。

いくつかの例示的な実施形態では、蠕動ポンプを動作させる方法は、ローラのセットが公称速度で動作された場合、平均よりも低い流体流量をもたらすであろうローラのセットの回転の一部分中、公称速度よりも高い速度でローラのセットを動作させることと、ローラのセットが公称速度で動作された場合、平均よりも高い流体流量をもたらすであろうローラのセットの回転の一部分中、公称速度よりも低い速度でローラのセットを動作させることとを含む。ローラのセットは、複数の補償サイクルで動作され得、各補償サイクルは、公称速度よりも高い速度になり、次いで公称速度よりも低い速度になる。ローラのセットは、ローラのセットの回転ごとに複数の補償サイクルで動作され得る。いくつかの例示的な実施形態では、ローラのセットの回転ごとの補償サイクルの数は、蠕動ポンプのローラの数に蠕動ポンプのポンプセグメントの数を乗算したものに等しいことができる。

いくつかの例示的な実施形態では、ローラのセットは、ローラのセットの速度を判定する補償プロファイルに従って動作される。補正プロファイルは、固定プロファイル又は変動プロファイルであり得る。例えば、補正プロファイルは、ローラのセットの速度に応じて変動し得る。補償プロファイルは、蠕動ポンプの動作中又は蠕動ポンプの動作前に判定され得る。補償プロファイルは、蠕動ポンプの取り外し可能な部分上に配置された指標に関連付けられ得る。

これら及び他の例は、当業者により本開示に基づいて理解されるであろう。

添付の図面は、本明細書に開示されるシステム及び方法の複数の例を示し、記載と共に本開示の原理を説明する役割を果たす。

図１ａは、米国特許第８，７９０，０９６号明細書に開示されている、２つのポンプ導管セグメントを有するエラストマーシートの正面図を示す。 図１ｂは、米国特許第８，７９０，０９６号明細書に開示されている、図１ａのエラストマーシートの背面図を示す。 図１ｃは、米国特許第８，７９０，０９６号明細書に開示されている、２つのポンプ導管セグメントを有するカセット本体の正面図を示す。 図１ｄは、米国特許第８，７９０，０９６号明細書に開示されている、図１ｃのカセット本体の背面図を示す。 図２は、図１ｃの線２－－２に沿った断面を示し、図１ｃ～ｄのカセット本体上に組み立てられた、図１ａ～ｂのエラストマーシートを有する、その平面における断面図を示す。 図３は、本開示による蠕動ポンプの第１の例の一部の断面図を示す。 図４は、本開示による蠕動ポンプの第２の例の一部の上面図を示す。 図５は、図４のカセット本体流体経路遷移チャネルの拡大図を示す。 図６は、一定速度で動作される従来の蠕動ポンプシステムを、本開示に従って変動速度で動作される蠕動ポンプと比較するグラフを示す。 図７は、本開示に従って変動速度で蠕動ポンプを動作させるための補償プロファイルのグラフを示す。

以下の詳細な記述を参照することにより、添付の図面がよりよく理解され得る。

本開示の原理を説明することを目的として、図面を参照し、特定の言語を使用して図面を説明する。それにもかかわらず、本開示の範囲の限定を意図するものではないことを理解されたい。説明するシステム、装置、機器、方法に対するあらゆる変更形態及び更なる修正形態並びに本開示の原理の任意の更なる応用は、本開示に関連する当業者であれば通常想起されるものと十分に考えられる。特に、本開示のある例に関して説明される特徴、構成要素及び／又は工程は、本開示の他の例に関して説明される特徴、構成要素及び／又は工程と組み合わされ得る。簡素化のために、場合により、同じ参照番号が、同じ又は同様の部品を参照するために図面全体で用いられる。

図１ａ～１ｄは、米国特許第８，７９０，０９６号明細書の図１ａ～１ｄに示されている可撓性シート１０７及び剛性カセット本体１０５を示す。可撓性シート１０７及びカセット本体１０５は、眼科手術システムの蠕動ポンプのためのカセットの一部、例えば眼科手術用コンソールで使用され得るカセットの一部を構成し得る。本明細書で使用される「カセット」という用語は、ポンプ作用のための流体経路を含む蠕動ポンプの構成要素を指し、カセットは、眼科手術用コンソールから取り外し可能であっても又はなくてもよい。眼科手術用コンソールは、米国特許第９，９３１，４４７号明細書に示され、記載されているように、眼科手術用コンソールと同様であり得る。眼科手術用コンソールは、Ａｌｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｆｏｒｔ Ｗｏｒｔｈ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能なＣＯＮＳＴＥＬＬＡＴＩＯＮ（登録商標）Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ若しくはＡｌｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｆｏｒｔ Ｗｏｒｔｈ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能なＣＥＮＴＵＲＩＯＮ（登録商標）Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ又は本明細書に記載される原理と共に使用するのに好適な任意の他の眼科手術用コンソールなど、既知であり、使用されている眼科手術用コンソールに類似し得る。

眼科手術用コンソールは、典型的には、眼科手術処置を実施する際に使用され得る１つ以上のシステムを含む。例えば、コンソールは、典型的には、眼から流体を吸引するための吸引システム及び／又は眼に流体を注入するための注入システムを含み得る流体システムを含む。流体システムは、米国特許第９，９３１，４４７号明細書に示され、記載されている流体システムに類似し得るか、又はＣＯＮＳＴＥＬＬＡＴＩＯＮ（登録商標）Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ若しくはＣＥＮＴＵＲＩＯＮ（登録商標）Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍなど、既知であり、使用されている流体システムに類似し得るか、又は本明細書に記載される原理と共に使用するのに好適な任意の他の流体システムに類似し得る。

図１ａ～１ｄに示されるようなシート１０７及びカセット本体１０５は、眼科手術用コンソールの流体工学システムで使用され得るカセットの一部を構成することができる。カセットは、米国特許第９，９３１，４４７号明細書に示され、記載されているカセットに類似し得るかく、又はＣＯＮＳＴＥＬＬＡＴＩＯＮ（登録商標）Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ若しくはＣＥＮＴＵＲＩＯＮ（登録商標）Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍなど、既知であり、使用されているカセットに類似し得るか、又は本明細書に記載される原理と共に使用するのに好適な任意の他のカセットに類似し得る。コンソールは、回転ハブ上で回転するように取り付けられているローラのセットを有し得る。ハブ及びローラ及びカセット（又はカセットの一部）は、一緒に蠕動ポンプを形成することができる（蠕動ポンプモータなどの他の構成要素も含まれ得る）。

シート１０７は、シリコーンゴム又は熱可塑性エラストマーなどの可撓性材料で作製され得る。他の可撓性材料が使用され得る。本明細書に記載のシートに関して使用される場合の「可撓性」という用語は、シートが、ポンプ作用のために変形することができるように十分な可撓性を有することを意味する。シート１０７は、１つ又は複数であり得る。シートは、成形又は他の任意の適切な方法によって作製され得る。

カセット本体１０５は、剛性及び構造体を提供するために、剛性の熱可塑性材料、例えばポリカーボネート及び／又はポリスルホンなどの剛性材料で作製され得る。カセット本体１０５は、１つの部品又は複数の部品であり得る。カセット本体は、射出成形、機械加工又は他の任意の適切な方法によって作製され得る。カセット本体１０５は、ポンプ流体経路を形成するために、エラストマーシート１０７によって係合され得るポンプインターフェース部分を有し得、シートのポンプセグメントは、ポンプローラによって係合される。吸引流体経路及び／又は注入流体経路の一部分は、カセット本体１０５内のチャネル及び／又はチューブとして延び得る。

カセット本体１０５は、カセットがコンソール内にロードされるときにカセットをコンソールと整列するための穴及び／又はノッチを設けられ得る。いくつかの例では、カセットは、単一の患者の処置に使用することができる取り外し可能で使い捨て可能又は消耗可能なアイテムであり得る。新しいカセットは、新しい処置のために使用され得る。

米国特許第８，７９０，０９６号明細書に記載されているように、シート１０７は、カセット本体１０５に結合されて、シートポンプセグメント１０３ａ、１０３ｂ（総称してポンプセグメント１０３）として指定された領域において、接合されたシート１０７及びカセット本体１０５の２つ以上のポンプ流体経路を画定するように適合される。いくつかの例では、シート１０７は、カセット本体１０５に接合されるか、又は機械的に（例えば、接着剤、熱融着、機械的圧着、リベットなどを介して）取り付けられ得る。いくつかの例では、シート１０７の外周上及び／又は内部の１５１ａ～ｎとラベル付けされた突出部などの突出部は、カセット本体１０５上における１５３ａ～ｎとラベル付けされた凹部などの対応する凹部に係合して、シート１０７をカセット本体１０５に接続し、ローラが作用する際のシート１０７の回転を防ぐことを促進し得る。

図１ｃ及び１ｄに見られ得るように、カセット本体１０５は、前面１２１及び背面１２３を有する。前面１２１は、カセット本体流体経路１２５ａ、１２５ｂを含むポンプインターフェース部分１０９を有する。カセット流体経路１２５ａは、入口ポート１１２ａ及び出口ポート１１２ｂ、カセット本体流体経路アクティブ領域１６３、入口ポート１１２ａとカセット本体流体経路アクティブ領域１６３との間のカセット本体流体経路遷移領域１２７ａ並びに出口ポート１１２ｂとカセット本体流体経路アクティブ領域１６３との間のカセット本体流体経路遷移領域１２７ｂを含む。カセット流体経路１２５ｂは、入口ポート１１２ｃ及び出口ポート１１２ｄ、カセット本体流体経路アクティブ領域１６５、入口ポート１１２ｃとカセット本体流体経路アクティブ領域１６５との間のカセット本体流体経路遷移領域１２７ｃ並びに出口ポート１１２ｄとカセット本体流体経路アクティブ領域１６５との間のカセット本体流体経路遷移領域１２７ｄを含む。カセット本体流体経路遷移領域１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃ、１２７ｄのそれぞれは、それぞれ隣接するカセット本体流体経路アクティブ領域１６３又は１６５に対して凹んでいるカセット本体流体経路遷移チャネル１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ、１５７ｄを含む。

図１ａ及び１ｂに見られ得るように、可撓性シート１０７は、前面１３１及び背面１３３を有する。可撓性シート１０７は、シートポンプセグメント１０３ａ、１０３ｂを含む。各シートポンプセグメント１０３ａ、１０３ｂの背面は、それぞれシート流体経路１３５ａ、１３５ｂを画定する。各シートポンプセグメント１０３ａ、１０３ｂの前面は、それぞれローラ係合面１３７ａ、１３７ｂを含む。シートポンプセグメント１０３ａは、カセット本体流体経路アクティブ領域１６３の上に配置されるように適合されたシートポンプセグメントアクティブ領域１４３、カセット本体流体経路遷移領域１２７ａの上に配置されるように適合されたシートポンプセグメント遷移領域１４７ａ及びカセット本体流体経路遷移領域１２７ｂの上に配置されるように適合されたシートポンプセグメント遷移領域１４７ｂを含む。シートポンプセグメント１０３ｂは、カセット本体流体経路アクティブ領域１６５の上に配置されるように適合されたシートポンプセグメントアクティブ領域１４５、カセット本体流体経路遷移領域１２７ｃの上に配置されるように適合されたシートポンプセグメント遷移領域１４７ｃ及びカセット本体流体経路遷移領域１２７ｄの上に配置されるように適合されたシートポンプセグメント遷移領域１４７ｄを含む。

図１ａ～ｄの例では、（それぞれのシート流体経路１３５ａ、１３５ｂの概要を示し得る）シート１０７上の突出部１１７ａ、１１７ｂは、（それぞれのカセット本体流体経路１２５ａ、１２５ｂの概要を示し得る）カセット本体１０５内の対応する凹部１１９ａ、１１９ｂ内にフィットし得る。可撓性シート１０７がカセット本体１０５に接合されると、シート流体経路１３５ａは、カセット本体流体経路１２５ａと接続されて第１のポンプ流体経路を形成し、シート流体経路１３５ｂは、カセット本体流体経路１２５ｂと接続されて第２のポンプ流体経路を形成する。

突出部１１７ａ、１１７ｂは、それぞれの凹部１１９ａ、１１９ｂに固定されて、シート１０７をカセット本体１０５に保持することができる。いくつかの例では、突出部１５１ａ～ｎ及び／又は突出部１１７ａ、１１７ｂは、機械的／摩擦嵌合、接着剤、熱融着などを介してそれぞれの凹部１５３ａ～ｎ及び／又は凹部１１９ａ、１１９ｂに固定され得る。いくつかの例では、突出部１１７ａ、１１７ｂは、ポンプ流体経路からのポンプ流体の漏れを防ぐためのシールを形成するように、それぞれの凹部１１９ａ、１１９ｂに固定され得る。

米国特許第８，７９０，０９６号明細書に記載されているように、一連のローラが２つ以上のポンプセグメント１０３ａ、１０３ｂに係合すると、流体は、カセットを介してポンプで送られ得る。ローラは、蠕動ポンプモータ（例えば、ステッパ若しくは直流（ＤＣ）サーボモータ又は他のモータ（交流（ＡＣ）モータなど））の回転軸から放射状に取り付けられ得、シート１０７のポンプセグメント１０３を、下にあるカセット本体１０５に対して圧縮するように構成され得る。第１及び第２のポンプ流体経路（１２５ａ及び１３５ａ、１２５ｂ及び１３５ｂ）は、カセット本体１０５内のポート、例えばポート１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ（総称して、ポート１１２）を流体接続することができる。ポート１１２ａ～ｄは、ポンプ流体経路を介してポンプで送られる流体のためのそれぞれの入口及び出口を提供することができる。ローラが回転して入口ポート（例えば、入口ポート１１２ａ、１１２ｃ）から離れると、対応する流体ボーラスは、（ローラが流体を入口から押し出すことによって作成される真空のため）入口ポートを介してそれぞれのポンプ流体経路（１２５ａ及び１３５ａ、１２５ｂ及び１３５ｂ）内に引き込まれ得る。ローラが出口ポート（例えば、出口ポート１１２ｂ、１１２ｄ）に接近して回転すると、対応する流体ボーラスは、出口ポートを介して移動することができる。

シート１０７内の２つ（以上）のアクティブポンプセグメント１０３は、単一のハブローラアセンブリによって作用され得る。ローラがポンプセグメント１０３と係合すると、各ローラは、最初に、下にある遷移チャネル（例えば、遷移チャネル１５７ａ、１５７ｃ）を有する遷移領域（例えば、遷移領域１４７ａ、１４７ｃ）の上を回転することができる。いくつかの例では、シート１０７は、遷移領域１４７ａ～ｄを含まなくてもよく、カセット本体１０５は、遷移チャネル１５７ａ～ｄを含まなくてもよい。ローラが遷移領域１４７ａ、１４７ｃから転がり落ちる（且つそれに対応して遷移チャネル１５７ａ、１５７ｃから転がり落ちる）と、ローラは、シール点においてシート１０７をカセット本体１０５に対して完全に押し付けることにより、（例えば、ポンプセグメント１０３ａ上の破線で示されている点１６１において又はポンプセグメント１０３ｂ上の点１６９において）ポンプセグメント１０３内に内部シールを形成することができる（遷移領域及び遷移チャネルがない場合、ローラは、シート１０７とのローラの係合の開始時にシールを形成することができる）。内部シールは、ローラが「アクティブ」領域１６３又は１６５を通して回転するときに動き得る。ローラが動くと、ローラの動きの前の流体がポンプセグメント１０３を通して押し出され、その結果、ローラの動きの後ろの流体が入口（例えば、入口１１２ａ、１１２ｃ）から引き出され得る。ローラヘッド上の次のローラが、現在内部シールを形成するローラの後ろの遷移領域１４７ａ、１４７ｃ（遷移チャネル１５７ａ、１５７ｃの上）に近づくと、次のローラは、シールされていないローラの下にあるシート１０７とカセット本体１０５との間の断面積を減少させ始め得る。遷移領域１４７ａ、１４７ｃ及び下にある遷移チャネル１５７ａ、１５７ｃの形状のため、遷移領域１４７ａ、１４７ｃ上のシールされていないローラは、ローラの下（例えば、遷移チャネル１５７ａ、１５７ｃ内）に流体を有してシールを妨げ得る。断面積が減少するにつれて（例えば、シールされていないローラがアクティブ領域１６３、１６５のシール点又は開始点に近づくにつれて）、シールされたローラによって引き出されている流体は、ゆっくりと拘束され得る。シールされたアクティブローラの結果としての入口からの流体フローは、遷移ローラがシール点１６１（又は１６９）において新しいシールを形成し、且つ（以前にシールされたローラを効果的に分離し得る）新しいアクティブローラになるまで、遷移ローラによってゆっくりと減少され得る。次いで、このシーケンスは、ローラヘッド上の次のローラが遷移領域１４７ａ、１４７ｃ（遷移チャネル１５７ａ、１５７ｃの上）の開始点に係合するときに繰り返され得る。

遷移領域１４７ａ、１４７ｃ（遷移チャネル１５７ａ、１５７ｃの上）に係合し、次いで移動する（後続のローラがシールを形成するまで、後続のローラが流体フローをゆっくりと減少させる）内部シールを形成する一連のローラは、入口（例えば、入口１１２ａ、１１２ｃ）から引き出され、且つ／又は出口若しくは排出口（例えば、出口若しくは排出口１１２ｂ、１１２ｄ）に押し出される流体の流体フロー／圧力プロファイルに周期的な変動（又は「パルス」）をもたらし得る。

図２は、図１ｃの線２－－２に沿った断面を示し、図１ｃ～ｄのカセット本体１０５上に組み立てられた、図１ａ～ｂのシート１０７を有する、その平面における断面図を示す。シート１０７の突出部１１７ａは、カセット本体１０５の凹部１１９ａ内に見られ得る。図２の線１５９は、カセット本体流体経路遷移チャネル１５７ａの中心線を記している。図２に見られ得るように、シート１０７のポンプセグメント１０３ａは、カセット本体１０５のカセット本体流体経路遷移チャネル１５７ａの中心にわたって隆起している隆起した中央部分１７１を有する。シート１０７のポンプセグメント１０３ａがカセット本体流体経路遷移チャネル１５７ａの始点からアクティブ領域１６３の始点まで続くにつれて、隆起した中央部分１７１は、アクティブ領域１６３の上方の全高さの単一の隆起部まで高さが徐々に増大する。隆起した中央部分１７１は、アクティブ領域１６３を通してカセット本体流体経路遷移チャネル１５７ｂまでの全高さの単一の隆起部として続く。シート１０７のポンプセグメント１０３ａがカセット本体流体経路遷移チャネル１５７ｂの始点から出口１１２ｂまで続くにつれて、隆起した中央部分は、高さが徐々に減少する。出口１１２ｂの上方において、エラストマーシート１０７は、図２で入口１１２ａの上方に示されているものとプロファイルが類似している。ポンプセグメント１０３ｂの形状は、ポンプセグメント１０３ａの形状と同じである。

図３は、本開示による蠕動ポンプの第１の例の一部の断面図を示す。図３は、カセット本体２０５上にシート２０７を有する、図２のものと同様の図を示す。カセット本体２０５は、カセット本体１０５と同様であり、その全ての特徴を有し得る。シート２０７のポンプセグメントのシートポンプセグメント遷移領域が、シート１０７のポンプセグメント１０３ａ、１０３ｂのシートポンプセグメント遷移領域１４７ａ～ｄと異なるプロファイルを有することを除いて、シート２０７は、シート１０７の全ての機能に類似しており且つそれらを有し得る。

図３に見られ得るように、入口２１２ａの上方の領域において、シート２０７のポンプセグメント２０３ａは、シート２０７の中央部分２０８のいずれかの側部上で隆起している２つの隆起した側部隆起部２０９を有するシートポンプセグメント遷移領域２４７ａを有し、シート２０７の中央部分２０８は、カセット本体流体経路遷移チャネル２５７ａの上にあるシート２０７の一部分である。シート２０７の中央部分２０８は、中央部分２０８のいずれかの側部上の２つの隆起した側部隆起部２０９に対して凹んでいる。中央部分２０８は、カセット本体流体経路遷移チャネル２５７ａの中心線２５９の上の位置においてくぼみを含む。

図３に見られ得るように、シートポンプセグメント遷移領域２４７ａは、少なくとも１つの隆起部２０９、この例では２つの隆起部２０９を含み、カセット本体流体経路遷移チャネル２５７ａの中心線２５９からオフセットされる位置においてその最大高さ２０９Ｈを有する。この例では、シート２０７上の点の高さは、カセット本体流体経路アクティブ領域のレベルにあるカセット本体２０５の表面から測定された、各隆起部２０９の高さ２０９Ｈをもたらすシート２０７の前面の高さを表す。

シートポンプセグメント遷移領域２４７ａは、中央部分２０８のくぼみにおけるその厚さよりも大きい、各隆起部２０９における厚さを有する。示されている例では、各隆起部２０９において、シート２０７の厚さは、隆起部２０９の高さ２０９Ｈの全範囲に対して延びている。他の例では、シート２０７の背面は、カセット本体流体経路アクティブ領域のレベルの上方に隆起され得、それにより、隆起部の厚さは、カセット本体流体経路アクティブ領域のレベルから測定された隆起部の高さよりも低くなり得る。

可撓性シート２０７の遷移領域は、複数の隆起部であって、カセット本体２０５の遷移チャネルの中心線からオフセットされる位置においてその最大高さを有する複数の隆起部を含み得る。図示された例では、２つの隆起部２０９の一方は、くぼみ２０８の一方の側部上にあり、及び２つの隆起部２０９の他方は、くぼみ２０８の反対の側部上にある。他の例では、隆起部の他の数及び配置が可能である。

シート２０７のポンプセグメント２０３ａが入口２１２ａにおけるカセット本体流体経路遷移チャネル２５７ａの始点から（図１ｃのアクティブ領域１６３に対応する）カセット本体流体経路アクティブ領域の始点まで続くと、隆起した側部隆起部２０９は、それらがアクティブ領域において隆起した側部隆起としてもはや存在しなくなるまで、高さが徐々に減少する。同様に、シート２０７のポンプセグメント２０３ａが（図１ｃのアクティブ領域１６３に対応する）カセット本体流体経路アクティブ領域の始点に近づくにつれて、凹んでいる中央部分２０８は、それがカセット本体流体経路アクティブ領域の上の全サイズの中央領域になるまで、高さが徐々に増大する。（図１ｃのアクティブ領域１６３に対応するカセット本体流体経路アクティブ領域の上に位置する）ポンプセグメント２０３ａのシートポンプセグメントアクティブ領域は、カセット本体流体経路のアクティブ領域の中心上に整列された単一の隆起した中心部分と共に、ポンプセグメント１０３ａのシートポンプセグメントアクティブ領域１４３と同様のプロファイルを有する。シート２０７のポンプセグメント２０３ａが入口２１２ａにおけるカセット本体流体経路遷移チャネル２５７ａの始点からカセット本体流体経路アクティブ領域の始点まで続くと、シートポンプセグメント遷移領域２４７ａの２つの隆起部２０９は、シートポンプセグメントアクティブ領域の単一の隆起部に合流する。

アクティブ領域から出口までのポンプセグメント２０３ａの後続遷移領域は、入口からアクティブ領域までのポンプセグメント２０３ａの遷移領域と同様である。アクティブ領域から出口まで、隆起した中央部分は、図３の入口２１２ａの上方の凹んでいる中央部分２０８と同様に、出口の上方の凹んでいる中央部分２０８になるまで、高さが徐々に減少する。同様に、アクティブ領域から出口まで、側部隆起部が形成され、図３に見られ得るように、それらが２つの隆起した側部隆起部２０９の全高さになるまで高さが増大する。

シート２０７は、ポンプセグメント２０３ａがポンプセグメント１０３ａから有するのと同じ差異をポンプセグメント１０３ｂから有することを除いて、ポンプセグメント１０３ｂと同様である第２のポンプセグメント２０３ｂを有する。ポンプセグメント２０３ｂの形状は、ポンプセグメント２０３ａの形状と同じである。

図３のエラストマーシート２０７のプロファイルは、蠕動ポンプにおける脈動を低減するのに役立つ。図２の例では、ローラが入口１１２ａ、１１２ｃ及び遷移領域の上を転がるとき、ローラは、隆起した中央部分１７１を下向きにカセット本体流体経路遷移チャネル１５７ａ、１５７ｃ内に押して、脈動流を引き起こすか又はそれに寄与し得る。同様に、図２の例では、ローラが遷移領域及び出口１１２ｂ、１１２ｄ上を転がるとき、ローラは、隆起した中央部分１７１を再び下向きにカセット本体流体経路遷移チャネル１５７ｂ、１５７ｄ内に押して、脈動流を引き起こすか又はそれに寄与し得る。対照的に、図３の実施形態では、ローラが入口及び遷移領域の上を転がると、ローラは、主に隆起した側部隆起部２０９に対して作用する。隆起した側部隆起部２０９及び対応して凹んでいる中央領域２０８は、ローラが入口及び流体経路遷移チャネルを通過するとき、中央領域の突出部を下向きに低減又は排除するのに役立ち、それによりフローの脈動を低減する。同様に、図３の実施形態では、ローラは、遷移領域及び出口にわたってアクティブ領域から転がり、ローラは、再び、主に隆起した側部隆起部２０９に対して作用する。隆起した側部隆起部２０９及び対応して凹んでいる中央領域２０８は、ローラが流体経路遷移チャネル及び入口を通過するとき、中央領域の突出部を下向きに低減又は排除するのに役立ち、それによりフローの脈動を低減する。隆起した側部隆起部２０９は、中央領域から圧力を取り除き、中央領域が流体経路遷移チャネル内に押し下げられることを防ぎ、したがって流量の脈動を低減するのに役立つ。

代替の実施形態（図示せず）として、カセット本体２０５自体が、遷移領域の領域内における１つ以上の隆起した肩部又は傾斜部を設けられ得る。これらの隆起した肩部又は傾斜部は、ローラが可撓性シートの中央領域上を押さないように保つのに役立つ。図３の実施形態と同様に、これは、可撓性シートの遷移領域の中央領域から圧力を取り除き、可撓性シートの中央領域が流体経路遷移チャネル内に押し下げられることを防ぎ、したがって流量の脈動を低減するのに役立つであろう。

図４は、本開示による蠕動ポンプの第２の例の一部の上面図を示す。図４は、図１ｃでのカセット本体１０５のものと同様の図でカセット本体３０５を示す。カセット本体３０５は、以下に示され、説明されるように、カセット本体流体経路遷移チャネルの形状に関することを除いて、カセット本体１０５の全ての特徴に類似しており且つそれらを有し得る。カセット本体３０５は、シート１０７又はシート２０７などの任意の適切な可撓性シートと共に使用され得る。

カセット本体３０５は、エラストマーシート（例えば、エラストマーシート１０７又は２０７）が結合され得るポンプインターフェース部分３０９を有する。ポンプインターフェース部分３０９は、エラストマーシートの対応する突出部（例えば、突出部１１７ａ、１１７ｂ）を受容するように適合された凹部３１９ａ、３１９ｂを有する。これらの凹部３１９ａ、３１９ｂによって境界が定められた領域及びエラストマーシートの対応する突出部は、カセット本体流体経路３２５ａ、３２５ｂによって部分的に画定された流体経路内の流体フローのための領域を構成する。流体は、第１の流体経路において入口３１２ａから出口３１２ｂまで流れ、第２の流体経路において入口３１２ｃから出口３１２ｄまで流れる。

カセット本体流体経路３２５ａ、３２５ｂは、図１ｂのアクティブ領域１６３、１６５と同様のアクティブ領域３６３、３６５を含む。ポンプセグメントは、流体フローにおける脈動を低減するように設計されたカセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａ、３５７ｂ、３５７ｃ、３５７ｄを含む。

図５は、カセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａの拡大図を示す。遷移セクション３５７ａは、底面３８１、側壁３８２、３８３、側壁上端３８４、３８５、第１の端部３８６及び第２の端部３８７を含む。第１の端部３８６は、入口３１２ａに隣接するカセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａの端部を表し、第２の端部３８７は、アクティブ領域３６３に隣接するカセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａの端部を表す。カセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａの形状は、他のカセット本体流体経路遷移チャネル３５７ｂ～ｄの形状を表す。カセット本体流体経路遷移チャネル３５７ｂ及び３５７ｄなど、ポンプセグメントの端部にあるカセット本体流体経路遷移チャネルの場合、第１の端部３８６は、それぞれ出口３１２ｂ、３１２ｄに隣接するカセット本体流体経路遷移チャネル３５７ｂ、３５７ｄの端部を表す。

図４及び５に見られ得るように、側壁３８２、３８３及び側壁上端３８４、３８５は、それらがカセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａの第１の端部３８６から第２の端部３８７に向かって移動するにつれて、徐々に共に接近する。したがって、カセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａの幅は、第２の端部３８７に向かって徐々に狭くなる（幅は、ポンプインターフェース部分の半径に沿った方向でカセット本体流体経路遷移チャネルにわたる寸法である）。図４及び５に見られ得るように、２つの側壁３８２、３８３間の距離は、第２の端部３８７に向かって先細になっている。加えて、側壁３８２、３８３は、側壁３８２、３８３が側壁上端３８４、３８５と遭遇する上面ではなく、底面３８１において共に接近するように傾斜している。図４及び５に見られ得るように、２つの側壁３８２、３８３間の距離は、カセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａの底部３８１に向かって先細になっている。底面３８１も第２の端部３８７に向かって上向きに傾斜している。他のカセット本体流体経路遷移チャネル３５７ｂ～ｄは、カセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａと同じ形状を有する。

図１ｃのカセット本体などの従来の設計では、カセット本体流体経路遷移チャネル１５７ａ～ｄの端部に向かって上向きに傾斜している底面（例えば、図１ｃの傾斜面１５８ａ～ｄを参照されたい）を有する一方、カセット本体流体経路遷移チャネル１５７ａ～ｄは、カセット本体流体経路遷移チャネルにわたる全ての場所において一定の幅を有する。対照的に、図４～５の設計では、カセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａ～ｄの幅が徐々に変化し、すなわち側壁３８２、３８３（及び側壁上端３８４、３８５）が端部３８７に向かって共に接近するために端部３８７に向かって狭くなる。加えて、側壁３８２、３８３の傾斜のため、カセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａ～ｄの幅は、カセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａ～ｄの上部よりも底部においてより狭くなる。

図４～５に示されるような形状のため、アクティブ領域に出入りする流体フローは、より滑らかでより緩やかになる。カセット本体流体経路遷移チャネル３５７ａ～ｄの端部３８７及び底部３８１の両方に向かう側壁３８２、３８３の先細りは、アクティブ領域に出入りするより滑らかでより緩やかなフローを作り出す。このより滑らかでより緩やかなフローにより、以前の形状に存在し得るフローの脈動を低減する。

図６は、一定速度での従来の蠕動ポンプシステムを、本開示に従って変動速度で動作される蠕動ポンプと比較するグラフを示す。図６のグラフにおける（「一定速度」とラベル付けされた）例示的な従来の蠕動ポンプシステムは、米国特許第８，７９０，０９６号明細書に記載されているものと同様に、２つのポンプセグメント及び７つのローラを有する。ローラは、ステッピングモータによって動作され、この例ではローラのセットの回転ごとに２００ステップを有する。ローラのセットが１回転するたびに、各ローラは、２つのポンプセグメントの各々の上を２回通過する。図６に見られ得るように、この例示的な以前のシステムは、約９．５ｍｌ／分の低位から約１３．８ｍｌ／分の最大までの範囲のパルスフローをもたらした。フローは、サイクルで進み、１４個の高点及び１４個の低点を有し、ポンプセグメント上のローラの１４回の通過を表している（７個のローラがそれぞれ２つのポンプセグメントを通過している）。図６に見られ得るように、全ての他の低点は、異なって現れ、低点の一方のセットは、約９．５ｍｌ／分～約９．８ｍｌ／分の範囲にあり、低点の他方のセットは、約１０．５ｍｌ／分～約１０．８ｍｌ／分の範囲にあり、２つのポンプセグメント間の差異を示唆している。

本開示に従い、蠕動ポンプシステムのモータの速度は、測定された流量出力に基づいて調整された。モータは、測定された低流量の領域でより速く動作され、測定された高流量の領域でより遅く動作された。図７は、本開示に従って変動速度で動作された蠕動ポンプの速度調整倍数のグラフを示す。測定された流量出力に基づいて、モータ速度は、公称動作速度の約０．７５倍～公称動作速度の１．１５倍の速度に連続的に調整された。図７に見られ得るように、補償は、パルスフローを反映するサイクルごとにあり、公称速度を上回る１４の調整値及び公称速度を下回る１４の調整値を伴い、ポンプセグメント上のローラの１４回の通過を表した（７つのローラがそれぞれ２つのポンプセグメント上を通過している）。

図６に見られ得るように、（図６において「変動速度」とラベル付けされた）図６の補償プロファイルに従って変動速度で動作された場合、結果としての流体フローは、脈動が低減したはるかに滑らかなものであった。このシステムでは、約１２ｍｌ／分＋／－０．２ｍｌ／分の狭い範囲のフローが結果として生じた。

本開示による蠕動ポンプを動作させる方法は、ローラのセットの各回転中、各ローラがポンプセグメントの周りで１回転するように回転方式でローラのセットを動作させることと、ローラのセットが公称速度で動作された場合、平均よりも低い流体流量をもたらすであろうローラのセットの回転の一部分中、公称速度よりも高い速度でローラのセットを動作させることと、ローラのセットが公称速度で動作された場合、平均よりも高い流体流量をもたらすであろうローラのセットの回転の一部分中、公称速度よりも低い速度でローラのセットを動作させることとを含む。その間にローラのセットが公称速度よりも高い速度で動作される回転の一部分は、ローラのセットが公称速度で動作された場合、平均よりも低い流体流量をもたらすであろう回転の全ての部分である必要はない。同様に、ローラのセットが公称速度よりも低い速度で動作される回転の一部分は、ローラのセットが公称速度で動作された場合、平均よりも高い流体流量をもたらすであろう回転の全ての部分である必要はない。

ローラのセットの動作は、複数の補償サイクルで実行され得、各補償サイクルは、公称速度よりも高い速度になり、次いで公称速度よりも低い速度になる。ローラのセットは、ローラのセットの回転ごとに複数の補償サイクルで動作され得る。いくつかの実施形態では、ローラのセットの回転ごとの補償サイクルの数は、蠕動ポンプのローラの数に蠕動ポンプのポンプセグメントの数を乗算したものに等しい。例えば、図６及び７の例では、蠕動ポンプは、７つのローラ及び２つのポンプセグメントを有し、図７に見られ得るように、ローラのセットの回転ごとの補償サイクルは、１４である。

ローラのセットの動作は、図７に示される補償プロファイルなど、ローラのセットの速度を判定する補償プロファイルに従って実行され得る。補償プロファイルは、ポンプの動作中に固定プロファイルであり得るか、又はローラのセットの速度に応じて変動し得る。

いくつかの実施形態では、補償プロファイルは、蠕動ポンプの動作中に判定され得る。例えば、流量を測定し、ローラの速度をリアルタイムで調整することができる。別の例として、流量を測定し、ローラの速度を１つ以上の最近のポンプサイクルに基づいて調整することができる。他の実施形態では、補償プロファイルは、蠕動ポンプの動作前に判定され得る。例えば、補償プロファイルは、蠕動ポンプのテスト中又は同様の蠕動ポンプのテスト中に判定され得る。

補償プロファイルは、蠕動ポンプの取り外し可能な部分に配置された指標に関連付けられ得る。例えば、カセットは、補償プロファイルをコンソールに通知するバーコード又は他の機械可読指標を含み得る。

当業者であれば、本開示に包含される実装形態が、上述した特定の例示的な実装形態に限定されないことを理解するであろう。この点に関して、例示的な実装形態を図示及び説明してきたが、前述した本開示に対する広範囲の修正形態、変更形態及び置換形態が考えられる。本開示の範囲から逸脱しない限り、前述のものに対するこのような変形形態がなされ得ることが理解される。したがって、添付の特許請求の範囲は、広く且つ本開示と整合するように解釈されることが適切である。

Claims (8)

1. 眼科手術システムの蠕動ポンプのためのカセットであって、
   前面及び背面を有するカセット本体であって、前記カセット本体の前記前面は、カセット本体流体経路を含み、前記カセット本体流体経路は、複数のポート、カセット本体流体経路アクティブ領域及び前記ポートの１つと前記カセット本体流体経路アクティブ領域との間のカセット本体流体経路遷移領域を含み、前記カセット本体流体経路遷移領域は、前記カセット本体流体経路アクティブ領域に対して凹んでいるカセット本体流体経路遷移チャネルを含む、カセット本体と、
   前記カセット本体に接合された可撓性シートであって、シート流体経路を含む背面及びローラ係合面を含む前面を有するシートポンプセグメントを含み、前記可撓性シートが前記カセット本体に接合されると、前記シート流体経路は、前記カセット本体流体経路と接続されてポンプ流体経路を形成し、前記シートポンプセグメントは、前記カセット本体流体経路アクティブ領域の上に配置されたシートポンプセグメントアクティブ領域と、前記カセット本体流体経路遷移領域の上に配置されたシートポンプセグメント遷移領域とを含む、可撓性シートと
   を含み、前記シートポンプセグメント遷移領域は、少なくとも１つの隆起部であって、前記カセット本体流体経路遷移チャネルの中心線からオフセットされる位置においてその最大高さを有する少なくとも１つの隆起部を含み、少なくとも前記中心線の位置に凹部を含み、
   前記蠕動ポンプはローラのセットを含み、前記ローラは、前記隆起部に対して作用し、
   前記シートポンプセグメント遷移領域における前記隆起部の高さが、前記シートポンプセグメントアクティブ領域に向かって減少し、及び、前記シートポンプセグメント遷移領域における前記凹部の高さが、前記シートポンプセグメントアクティブ領域に向かって増加している、カセット。
2. 前記シートポンプセグメント遷移領域は、前記カセット本体流体経路遷移チャネルの前記中心線の上の位置においてくぼみを含む、請求項１に記載の眼科手術システムの蠕動ポンプのためのカセット。
3. 前記シートポンプセグメント遷移領域は、前記くぼみにおける厚さよりも大きい、前記少なくとも１つの隆起部における厚さを有する、請求項２に記載の眼科手術システムの蠕動ポンプのためのカセット。
4. 前記シートポンプセグメント遷移領域は、２つの隆起部を含み、前記２つの隆起部の各々は、前記カセット本体流体経路遷移チャネルの前記中心線からオフセットされる位置においてその最大高さを有する、請求項１に記載の眼科手術システムの蠕動ポンプのためのカセット。
5. 前記シートポンプセグメント遷移領域は、前記カセット本体流体経路遷移チャネルの前記中心線の上の位置においてくぼみを含む、請求項４に記載の眼科手術システムの蠕動ポンプのためのカセット。
6. 前記２つの隆起部の一方は、前記くぼみの一方の側部上にあり、及び前記２つの隆起部の他方は、前記くぼみの反対の側部上にある、請求項５に記載の眼科手術システムの蠕動ポンプのためのカセット。
7. 前記シートポンプセグメント遷移領域は、前記くぼみにおける厚さよりも大きい、各隆起部における厚さを有する、請求項６に記載の眼科手術システムの蠕動ポンプのためのカセット。
8. 前記シートポンプセグメント遷移領域の前記２つの隆起部は、前記シートポンプセグメントアクティブ領域の単一の隆起部に合流する、請求項６に記載の眼科手術システムの蠕動ポンプのためのカセット。

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