(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある量の流体を部分的に可動要素より拘束した状態で収容するリザーバと、このリザーバに収容される流体の量を測定する線形容量型変位変換器との組み合わせであって、前記変位変換器は、
第１および第２のコンデンサ極板を含む固定構造と、
前記第１と第２のコンデンサ極板の間の空間内で長手方向に可動である誘電体構造と、
を備え、前記可動誘電体構造は、作用可能に前記可動要素に連結される前記組み合わせ。
【請求項２】
前記第１および第２のコンデンサ極板は、円柱形コンデンサ極板であり、
前記第２の円柱形コンデンサ極板は、前記第１の円柱形コンデンサ極板の周りに配置されて、これにより、前記第１と第２の円柱形コンデンサ極板の間に前記空間が形成される、請求項１に記載の組み合わせ。
【請求項３】
前記円柱は同軸状に配置される、請求項２に記載の組み合わせ。
【請求項４】
前記第１および第２の円柱は電気的に絶縁される、請求項２または３に記載の組み合わせ。
【請求項５】
前記第１および第２の円柱はプリント回路基板に対して電気的に接続される、請求項４に記載の組み合わせ。
【請求項６】
前記第１および第２の円柱は、それらの隣接する端部において、支持構造に物理的に接続される、請求項２〜５のいずれかに記載の組み合わせ。
【請求項７】
前記支持構造はプリント回路基板である、請求項６に記載の組み合わせ。
【請求項８】
前記プリント回路基板は、静電容量信号のインピーダンス信号への変換を実行するように構成された回路を有する、請求項５〜７のいずれかに記載の組み合わせ。
【請求項９】
前記回路は、さらに前記静電容量信号のアナログ・デジタル変換を実行するように構成される、請求項８に記載の組み合わせ。
【請求項１０】
前記可動誘電体構造は誘電体により構成された円柱である、請求項１〜９のいずれかに記載の組み合わせ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の、リザーバと線形容量型変位変換器との組み合わせを含む、液体治療薬の注入のための注入システム。
【請求項１２】
ポンプをさらに含む、請求項１１に記載の注入システム。
【請求項１３】
前記ポンプは、入口弁と出口弁とを備えるポンピング・チェンバを有し、前記ポンピング・チェンバの容積はアクチュエータの作動によって変化し、前記出口弁の駆動圧力は前記入口弁のそれよりも高い、請求項１２に記載の注入システム。
【請求項１４】
前記ポンプは使い捨て可能である、請求項１２または１３に記載の注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
人間や動物の体に治療薬をプログラム投与する装置においては、一般的に治療薬の加圧リザーバが提供されて、これがポンピング・チェンバおよび弁手段と連携して作動する。治療薬は、一般的に、当該装置によりチューブを通じて送り出されて、患者の皮膚に貫通するカニューレに達する。この装置によると、何日間かに渡って患者に治療薬を可変注入速度で投与することができる。本発明は、加圧リザーバのための改良された変位センサを目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、変位センサの基礎として多くの異なる測定技術が用いられてきた。
【０００３】
１つのタイプの変位センサにおいては、ポテンショメータの摺動子を直線または回転変位させる動作が電圧信号や電流信号に変換される。このような電位差センサは、機械的摩耗、摺動子の動作における摩擦抵抗、巻線ユニットにおける分解能の限界、および高い電子ノイズといった問題にしばしば悩まされる。
【０００４】
線形可変変位変換器（ＬＶＤＴ：
Ｌｉｎｅａｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）は、一般的に入手が可能である。典型的なＬＶＤＴは、中空型の上に３つの巻線コイルを有する。透水性材料のコアが型の中心を自由にスライドする。内側の１次コイルが交流電源により励磁される。１次コイルにより生成される磁束が外側の２つの２次コイルに鎖交して、コアの位置に応じた交流電圧が各コイルに誘導される。２つの２次コイルが逆極直列に接続される場合は、２つの電圧は引き算される。つまり、差分電圧が生成される。コアが中央に位置する場合、正味電圧はゼロである。コアが一方に動くと正味電圧の振幅は大きくなる。また、コアが一方あるいは他方に動くときに、電源に対して位相が変化する。加えて、これらの装置は、低ノイズ変換器を構成するためには、測定コイルの両端に静電遮蔽を提供する別のコイルが必要である。これらの製造要件によって、このような変換器は製造コストが高くなり、また、それらが測定可能な距離の少なくとも２倍の長さ寸法となる。
【０００５】
光学エンコーダのような光学的測定システムに基づいて記述された装置も多くある。超音波技術に基づく装置も記述される。これらの装置は、製造コストが高い傾向があり、また、これらを採用することができる応用例の種類が限られる。
【０００６】
直線変位を測定または検出するための、静電容量による様々な変位センサが記述される。１つのタイプの静電容量型変位センサは、２つの対向する極板を有し、変位を計測するときには２つの極板の重なり面積が変化するか、あるいは極板間の間隙の誘電特性が変化する、という原理に基づくものである。このタイプの変位センサの例を以下に提示する。
【０００７】
英国特許第１２７５０６０号は、コンデンサの第１の極板を成す被案内ロッドと、コンデンサの第２の極板を成すと共にその中で上記ロッドが出たり入ったりする方向に動くレセプタチューブとを備える変位センサを開示する。
【０００８】
米国特許第４，９６１，０５５号は、英国特許第１２７５０６０号のものに類似した変位センサを開示しており、さらに、コンデンサの検知板を信号ノイズの原因となる帯電から保護するように機能する第３のチューブを開示する。
【０００９】
その他の可動極板コンデンサ型センサで、平坦あるいは管状のいずれかの極板に形成した電極パターンを利用するものも多く記述される。そのような例は、特開平８‐１５９７０４および英国特許出願公開第２２７３５６７号により提供される。これらの装置の構成は、やはり、低コストで装置を製造するという場合に大きな難題を示すものである。
【００１０】
静電容量型変位センサを用いる様々な応用例が記述されており、それには欧州特許出願公開第０５２０２０１号に開示されるようなリザーバの液位を監視するものが含まれる。
【００１１】
米国特許第５，１３５，４８５号は、薬剤リザーバに静電容量測定を採用して、リザーバが空であることを検出したり、あるいはリザーバの液位の測定値を提供したりすることを開示する。リザーバの液位を監視するセンサとして記載されるものは、コンデンサの２つの極板を備え、これらの間で液体が誘電体を形成するようになっている。リザーバの中にある液体の量が多くなるほど、両極板間の間隙がより多くの液体で満たされることになり、このことがセンサにより測定される静電容量に反映される。
【００１２】
米国特許第６，２１０，３６８号は、リザーバにおける液位を監視するコンデンサ型センサを開示する。１つの実施形態では、リザーバの体積が変化するに連れて、コンデンサの２つの極板の重なりの大きさが変化する。もう１つの実施形態では、リザーバの体積に応じて、コンデンサの誘導体に吸収される液相推進剤の量が変化し、これによりコンデンサの誘電特性が変化する。
【００１３】
米国特許第６，３５２，５２３号は、シリンジのバレルとプランジャとが同軸コンデンサの２つの極板となるように構成することで、投与後のシリンジに残っているインスリンの量を測定する方法を開示する。この装置は、さらに、変位情報を生成するためには、シリンジを読取機にかける必要がある。
【００１４】
リザーバの薬剤の量を監視する別の方法では、光学エンコーダを用いる。米国特許第４，４９８，８４３号および国際公開第２００４／００９１６３号は、両方とも、注入システムの一部であるシリンジバレルの位置を監視するために光学エンコーダを用いる直線変位測定システムを記載する。
当技術分野では、シリンジ型薬剤リザーバにおける液位を十分な感度で監視して薬剤の誤投与の検出を可能とする変位センサが必要である。さらに、そのセンサは、低コストでの製造が可能であり、また、ロバストな設計により信頼性の高い性能を提供するものでなければならない。
【発明の概要】
【００１５】
本発明の第１の態様によると、線形容量型変位変換器が提供され、これは、第１の円柱形コンデンサ極板と、この第１の円柱形コンデンサ極板の周りに配置される第２の円柱形コンデンサ極板であって、第１と第２の円柱形コンデンサ極板の間に空間が形成され、第１と第２の円柱形コンデンサ極板は互いに対して空間的に略固定される、第２の円柱形コンデンサ極板と、上記空間内を長手方向に可動である誘電体で構成された第３の円柱であって、使用中に第１と第２の円柱形コンデンサ極板の間に固定電場が生成されるのに対して、上記空間が誘電体により満たされる割合は誘導体が可動であることにより変化する、第３の円柱と、を備える。
【００１６】
本発明の第２の態様によると、ある量の流体を部分的に可動要素より拘束した状態で収容するリザーバと、このリザーバに収容される流体の量を測定する線形容量型変位変換器との組み合わせが提供され、上記変位変換器は、第１および第２のコンデンサ極板を含む固定構造と、第１と第２の極板の間の空間内で長手方向に可動である誘電体構造とを備え、この可動誘電体構造は作用可能に上記可動要素に連結される。
【００１７】
本発明の第３の態様によると、第１の態様による線形容量型変位変換器、あるいは第２の態様による線形容量型変位変換器とリザーバとの組み合わせを含む、液体治療薬の注入のための注入システムが提供される。
【００１８】
この線形容量型変位変換器においては、使用中に第１と第２のコンデンサ極板間に生成される電場が不変である一方で、これらの極板間の空間が高誘電性材料で満たされる割合は誘電体構造が動くことによって変化する。この構成が効果的であるのは、第１と第２のコンデンサ極板が互いに対して空間的に略固定されるので、これらに対する電気的接続は動く必要がないということであり、これによって、変換器を簡単なものにすると共に、よりロバストなものとすることができ、また、変換器により出力される信号の信頼性が向上する。さらには、使用中に生成される電場に対して第２のコンデンサ極板が空間的に略固定されるので、この第２の極板が、外部からの悪い電気的影響に対する効果的な遮蔽体として機能する。
【００１９】
本発明の好適な実施形態では、線形容量型変位変換器の固定構造を耐久部分とし、一方、リザーバおよび線形容量型変位変換器の可動構造を注入システムの使い捨て部分とする。このようにすると、最初に液体治療薬を収容する使い捨て可能なリザーバを、変換器の誘導体部分と一体に構成することができ、これは、変換器の電気的部分を含む注入システムの耐久部分に対して取り付けられる。これによって、注入システムの使い捨て部分の製造コストを低く維持しながら、変換器による高い精度での測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
以下、添付の図面を参照して、本発明の例について詳細な説明を行う。
【図１】本発明による線形容量型変位変換器が伸張位置にある実施形態を示す概略図である。
【図２】退縮位置にある図１の変換器を示す概略図である。
【図３】リザーバと、本発明の実施形態による変換器とを含む注入システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず、図１を参照して、線形容量型変位変換器１は第１のコンデンサ極板２と第２のコンデンサ極板３とを備え、この第１と第２のコンデンサ極板２，３の間に空間４を画成する。変位変換器１は、さらに、空間４内で長手方向すなわち矢印Ｘの方向に可動である誘電体構造５を備える。第１および第２のコンデンサ極板２，３は、ＡＤ７７４６といった半導体集積回路７が実装されるプリント回路基板あるいはそれに類する層６に対して、電気的および物理的に接続される。誘導体構造５は、作用可能に可動要素８に連結される。可動要素８は、プリント回路基板６から延出する案内手段１０と協働する案内手段９に接続される。
【００２２】
図１に示す好適な実施形態においては、第１のコンデンサ極板２は中実な直円柱であり、これは、中空の直円柱である第２のコンデンサ極板３と同軸状かつ同心状に配置される。第１および第２のコンデンサ極板２，３が必ずしも円柱である必要はなく、代わりに、例えば平板であってもよいことは、当業者であれば分かるであろう。円柱形コンデンサ極板が好ましいのは、使用中に第１と第２の円柱形コンデンサ極板２，３の間に生成される固定電場を、外側の第２の円柱形コンデンサ極板３が効果的に遮蔽するからである。第１および第２のコンデンサ極板２，３が直円柱である必要はなく、代わりに、中実または中空の、六角形、八角形、あるいはその他の多角形や、不規則な形であってもよいことは、やはり当業者であれば分かるであろう。第１および第２の円柱２，３は同心状に配置される必要はないが、そのように配置すると、生成される電場が変換器１の断面において略均一となるので、好ましい。
【００２３】
図１に示す好適な実施形態において、第１および第２のコンデンサ極板２，３は略同じ長さである。しかし、他の実施形態においては、第１および第２のコンデンサ極板２，３は異なる長さでもよく、特に、第２の円柱３を第１の円柱２よりも長くすることで、静電気干渉をより効果的に遮断することが考えられる。
【００２４】
案内手段１０は、第２の円柱形コンデンサ極板３の周りに配置される第４の円柱としての機能をさらに持つものとして、これにより、静電気干渉の遮断をより強化して、変換器１の信号品質をさらに向上させることができる。
【００２５】
第１および第２のコンデンサ極板２，３は、プリント回路基板６に物理的に接続されており、このプリント回路基板６は、第１および第２のコンデンサ極板２，３の隣接する端部を支持する支持構造として機能する。プリント回路基板６以外の支持構造を、第１および第２のコンデンサ極板２，３のそのような端部に物理的に接続して、分離しているプリント回路基板への配線が提供されていてもよいことは、当業者であれば分かるであろう。しかし、プリント回路基板６が第１および第２のコンデンサ極板２，３の物理的支持構造として機能することで、スペースを節約し、製造コストを引き下げることができる。
【００２６】
第１と第２のコンデンサ極板２，３は、電気的に絶縁されており、また、第１と第２のコンデンサ極板２，３により出力される静電容量信号の変換を実行する集積回路７を備えたプリント回路基板に接続される。集積回路７は、第１と第２のコンデンサ極板２，３により出力される生の静電容量信号のアナログ・デジタル変換も実行する。ＡＤ７７４６集積回路は単なる例示として提供される集積回路であり、代わりに他の回路を用いてもよいことは、当業者であれば分かるであろう。
【００２７】
コンデンサ極板２，３の有効表面積を増加させるため、これらを波形表面とすることもできる。誘電体構造５が第１と第２のコンデンサ極板２，３の間に確実に保持されるようにするため、誘電体構造５も波形表面をもつようにしてもよい。誘電体構造は、コンデンサ極板２，３との間で、遊びを残す場合でも少ししか残さずに、これらに隙間嵌めとなっていることにより、空間４内をスライドして動くことができる。
【００２８】
一部の好適な応用例では、誘導体構造は、長手方向に沿って空間４に入る方向あるいはそこから出る方向に付勢される。このような付勢は、バネあるいはその他のそのような手段によって提供することができ、特に、誘電体構造５の末端に接続される可動部材８がリザーバなどの一部を成し、それのプランジャが変位し、この変位を変換器１により測定するような場合に適する。
【００２９】
退縮位置にある線形容量型変位変換器１を図２に示し、この場合、第１と第２のコンデンサ極板２，３の間の空間４の略全体を誘電体構造５が占める。誘電体構造５が、図１と２にそれぞれ示す完全伸張位置と退縮位置との間で動くと、第１と第２のコンデンサ極板２，３の間の空間４が誘電体５で満たされる割合が最小と最大の間で変化する。第１と第２のコンデンサ極板２，３により出力される静電容量信号は、可動要素８が完全伸張位置と完全退縮位置との間で動くときの静電容量の変化に基づいて、可動部材８の直線変位に較正することができる。このようにして、静電容量信号を調べることにより、可動要素８の位置および相対変位を測定することができる。
【００３０】
本発明の線形容量型変位変換器１は、広く様々な装置に応用することができる。これには、シリンダ内でのピストンの変位、ボーデンケーブルの変位、リニアスイッチの変位などが含まれる。その応用範囲は無限であり、その他の多くの用途を当業者であれば容易に理解できるであろう。
【００３１】
一方、本発明による線形容量型変位変換器の特定の応用例は、ある量の流体を、部分的にプランジャなどの可動要素より拘束した状態で収容するリザーバとの組み合わせによるものである。プランジャは、図１および２の線形容量型変位変換器１を参照して記述した可動要素８であるか、あるいは可動要素８に取り付けられたものとすることができる。
【００３２】
リザーバと変換器１とを組み合わせて一定の構造を構成することができ、これは、第１および第２のコンデンサ極板２，３と、この第１と第２のコンデンサ極板２，３の間の空間４内で長手方向に可動である誘電体構造５とを含んでいる。可動誘導体構造５は、前述のように、作用可能に可動要素８に連結される。変換器の固定構造を耐久部分とし、リザーバおよび変換器の可動構造を使い捨て部分とすることができ、リザーバの可動要素は可動構造と一体に構成される。このような組み合わせは、特に、液体治療薬の注入のための注入システムにおいて用いるのに適する。
【００３３】
図３に示す注入システムは、治療薬１０２の加圧リザーバ１０１を含んでいる。治療薬１０２は、リザーバ内において、リザーバ・キャビティ内で可動であるプランジャ１０４上に１０３で示す力が加えられることによって、加圧される。リザーバのアウトレットは、マイクロポンプ１０６のインレットに接続される。治療薬が投与される人間または動物の体にマイクロポンプ１０６を流体接続するための手段が、その一端は患者に、他端はマイクロポンプ１０６のアウトレット１０７に接続される。この手段は、カニューレあるいはこれに類する他のデバイスとすることができる。
【００３４】
マイクロポンプ１０６において、その流体インレット１０５は入口弁１０８に通じる。ギアアセンブリを有するアクチュエータ１０９が作動することにより、ポンピング・チェンバ１１０の容積が変化する。ギア付アクチュエータ１０９の作動によりポンピング・チェンバ１１０の容積が増加すると、入口弁１０８が開いて、流体がインレット１０５から入口弁１０８を通って流れ、ポンピング・チェンバ１１０を満たす。一旦、ポンピング・チェンバ１１０が満杯になると、ギア付アクチュエータ１０９がポンピング・チェンバ１１０の容積を作り出そうと作動することにより、流体は管路１１１に沿って出口弁１１２に押し出される。管路１１１を通る流体はギア付アクチュエータ１０９からの圧力を受けているので、出口弁１１２が開いて、流体はアウトレット１０７を通じてポンプ１０６から出て行く。
【００３５】
入口および出口の弁１０８，１１２は、参照することによりその内容が本書に組み込まれる、本出願人の同時係属中の英国特許出願ＧＢ０６２１３４３．３に記載されるような、一方向弁である。アクチュエータは、参照することによりその内容が本書に組み込まれる、本出願人の同時係属中の英国特許出願ＧＢ０６２１３４４．１に記載されるような、ギア付アクチュエータ１０９とすることができる。
【００３６】
一方向弁１０８，１１２は、ポンピング・チェンバ１１０の容積が減少したときに、その中の流体が入口弁１０８を通じてインレット１０５に流れることなく、管路１１１に沿ってのみ流れるようにするものである。管路１１１内の流体の圧力が減少して所定値を下回ると、出口弁１１２も閉じる。ギア付アクチュエータ１０９が繰り返し作動することにより、流体がインレット１０５からアウトレット１０７に送り出される。
【００３７】
アクチュエータ１０９は、少なくとも１つの流量計と連携して動作する電子モジュール（図示せず）により制御されることが好ましく、これによって、高い精度での治療薬のプログラム投与が確実なものとなる。上記の少なくとも１つの流量計は、本発明の線形容量型変位変換器１の出力から引き出すことができる。
【００３８】
本発明は、当業者には分かるように、添付の請求項により規定される発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形が考えられる。
【図１】
0005600320.tif 000002
【図２】
0005600320.tif 000003
【図３】
0005600320.tif 000004