(57)【要約】【課題】  本発明は、医師が正確かつ再現性をもって注入液を患者の所望の組織部位に投与する（又は患者の所望の組織部位への注入を管理する）ことを可能とする方法及び装置を提供する。【解決手段】  自動注入装置は、駆動機構と、注入時に生成される力又は内圧等の内部特性を測定するために使用されるセンサーと、を含む。マイクロプロセッサ又はコントローラが上記特性を制御パラメータとして使用し、装置に注入される流体の注入圧力を決定する。注入圧力は、注入が行われている組織の種類を特定するために使用される。
2009504316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体貯留器と、
注入流体と、
前記注入流体を所定の流速で注入することができるポンプ機構と、
患者の身体に挿入され、前記流体貯留器と流体接触した端部と、
測定値を測定するように設けられたセンサーと、
前記測定値を受信し、前記注入流体の注入圧力を算出し、前記流速を調節することができるコントローラと、
を含む装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記コントローラは、ユーザー入力パラメータを受信することができる装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記ユーザー入力パラメータは、最大注入圧力値を含む装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記コントローラは、前記注入圧力測定値が前記最大注入圧力値を超えた場合に、前記流速をゼロに減少させるようにプログラムされている装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記最大注入圧力値は、約５０ｍｍ／Ｈｇ〜約３００ｍｍ／Ｈｇである装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記最大注入圧力値は、約１５０ｍｍ／Ｈｇ〜約２５０ｍｍ／Ｈｇである装置。
【請求項７】
請求項２において、
前記ユーザー入力パラメータは、注入管の長さ、注入管の径、注入流体粘度、注入液体組成、注入流体温度からなる群から選択される少なくとも１つのパラメータである装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記センサーは、前記ポンプ機構と前記端部との間に配置されたインライン圧力センサーであり、前記測定値が前記注入流体の流体圧である装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記センサーは、前記ポンプ機構に取り付けられている装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記端部は、硬膜外腔に挿入される装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記端部は、針又はカテーテルである装置。
【請求項１２】
請求項１において、
前記注入流体は、麻酔薬を含む装置。
【請求項１３】
請求項４において、
前記コントローラの制御による視覚信号を更に含み、前記視覚信号が前記流速の開始又は停止を示す装置。
【請求項１４】
請求項４において、
前記コントローラの制御による聴覚信号を更に含み、前記聴覚信号が前記流速の開始又は停止を示す装置。
【請求項１５】
注入液を患者に投与するための方法であって、
流体貯留器と、注入流体と、ポンプ機構と、前記患者の身体に挿入される端部と、を用意すること、
前記流体を前記患者に注入すること、
前記端部と前記患者の組織との界面における前記流体の注入圧力を算出すること、
前記注入圧力が予め設定された最大注入圧力を超えないように前記注入流体の流速を制御すること、
を含む方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
センサーを使用して測定値を得、前記測定値を使用して前記注入圧力を算出する方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記センサーは、前記ポンプ機構の間に配置されたインライン圧力センサーである方法。
【請求項１８】
請求項１６において、
前記センサーは、前記ポンプ機構に機能的に取り付けられている方法。
【請求項１９】
請求項１５において、
前記測定された注入圧力が前記予め設定された最大注入圧力値以上の場合に、前記流速が実質的にゼロとなる方法。
【請求項２０】
請求項１５において、
前記流量は、予め設定された最大値流量を超えない方法。
【請求項２１】
請求項１５において、
前記流量は、前記注入圧力の関数である方法。
【請求項２２】
請求項１５において、
前記注入液を硬膜外腔に導入する方法。
【請求項２３】
請求項１５において、
前記予め設定された最大注入圧力は、約５０ｍｍ／Ｈｇ〜約３００ｍｍ／Ｈｇである方法。
【請求項２４】
請求項２３において、
前記予め設定された最大注入圧力は、約１５０ｍｍ／Ｈｇ〜約２５０ｍｍ／Ｈｇである方法。
【請求項２５】
請求項１５において、
前記注入流体は、麻酔薬を含む方法。
【請求項２６】
請求項２２において、
前記硬膜外腔を特定するために、前記注入流体を注入する前に、吸引によって前記注入圧力をテストする工程を更に含む方法。
【請求項２７】
請求項２２において、
第２の注入液を前記患者に投与する工程と、
第２の注入時に前記端部と前記患者の組織との界面における前記流体の注入圧力を算出する工程と、
前記注入圧力が前記予め設定された最大注入圧力を超えないように前記注入流体の流速を第２の注入時に制御する工程と、
を更に含む方法。
【請求項２８】
硬膜外腔に硬膜外注入液を投与するための方法であって、
試験流体と、注入流体と、ポンプ機構と、前記患者の身体に挿入される端部と、を用意すること、
前記試験流体を前記患者に注入すること、
前記端部と前記患者の組織との界面における前記試験流体の注入圧力を算出すること、
前記注入圧力が予め設定された最大注入圧力を超えないように前記注入流体の流速を制御すること、
前記端部の前記硬膜外腔への進入による圧力消失を特定すること、
前記注入流体を前記硬膜外腔に注入すること、
を含む方法。
【請求項２９】
請求項２８において、
前記試験流体は、生理的食塩水、リン酸緩衝食塩水、人工脳脊髄液、リンゲル、５％ブドウ糖、除菌空気からなる群から選択される方法。
【請求項３０】
請求項２８において、
前記注入流体は医薬を含む方法。
【請求項３１】
請求項３０において、
前記医薬は、麻酔薬である方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医薬の供給手段の改良に関し、特に皮下注射／吸引装置に関する。より詳細には、本発明は、圧力を測定して特定の組織の種類（又は軟組織の密度の種類）を特定するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
硬膜外腔の局所麻酔ブロックは、身体の下肢に対して一時的に麻酔を施す効果的な麻酔であることが知られている。例えば、出産や人工股関節置換、様々な外科処置等の身体に関する膨大な数の侵襲的処置に対して硬膜外腔の局所麻酔ブロックが効果的に使用されている。また、硬膜外腔の局所麻酔ブロックは、例えば、背痛、椎骨の疾病、脊柱コロンの副神経の圧迫等の慢性及び急性疼痛処理の治療にも効果的に使用されている。効果的な局所麻酔及び中枢神経系への神経伝播をブロックするためには、硬膜外腔として知られる解剖学的部位内の脊柱の特定レベルに位置する脊椎に極めて近接して局所麻酔薬溶液を適切な量で注入しなければならない。解剖学的部位は中空の腔ではなく、実際には静脈叢や傍脊柱腔内の脂肪と連続する脂肪組織を含む解剖学的部位である。
【０００３】
硬膜外腔は、硬膜及びその内容物によって占められていない脊柱管の一部である。硬膜外腔は、硬膜と脊柱管の内面を覆う骨膜との間に位置する潜在腔（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｓｐａｃｅ）である。硬膜外腔は大後頭孔から仙骨裂孔まで延びている。硬膜内の前方及び後方神経根は潜在腔を通り抜け、椎体及び椎間板内において結合する。硬膜外腔は、側部では脊椎茎の骨膜及び椎間孔と接している。後方では、単層、関節突起及び接続靭帯の前面の骨膜、脊柱根の骨膜、黄色靱帯で満たされた層間腔と接触している。硬膜外腔は静脈叢や傍脊柱腔内の脂肪と連続する脂肪組織を含む。
【０００４】
硬膜外腔（後硬膜外腔（ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ  ｅｐｉｄｕｒａｌ  ｓｐａｃｅ））は、椎骨と脊柱の断面に対して数平方ミリメートルの大きさの不規則形状を有する限定された解剖学的な領域である。硬膜と黄色靱帯が通常は密着しているため、硬膜外腔は非常に狭く、潜在腔と呼ばれることがある。そのため、針が進入するとすぐに硬膜に達するため、針が黄色靱帯から離れるときに腔を特定しなければならない。硬膜外腔の位置を判断する標準的な方法として、抵抗消失（ｌｏｓｓ−ｏｆ−ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）法として知られている方法を通常は使用する。この方法では、硬膜外用Ｔｏｕｈｌｙ針（１６〜１８ゲージ）に接続されたプラスチック又はガラス製の低摩擦注射器を使用する。注射器には食塩水又は空気を装入する。
【０００５】
局所麻酔ブロックは、患者を座位又は側臥位の状態にして行うことができる。棘突起の間の腔を開き、椎間腔を容易に識別するために、患者に対して体を丸めた位置にするように求めなければならない。硬膜外は腰骨及び胸骨に沿った任意のレベルに位置しているため、胸部手術から手足の処置まで使用することができる。
【０００６】
臨床医は、椎骨の間の脊柱の適切なレベルにおける脊柱を触診する。局所麻酔は表面組織内に注入する。隣接する２つの椎骨の間の中点に皮下注射する。次に、Ｔｏｕｈｌｙ針を使用して真皮に穴をあけ、臨床医は注射器のプランジャーに圧力をかけながら針をさらに進入させる。プランジャーに圧力を印加することによって、針から連続的に注入される流体が自然に組織内に注入される。
【０００７】
針が頭部方向に向けられた状態で、硬膜外針は棘上靱帯を抜けて挿入され続け、さらに前進する。棘間靱帯内を針が進入するにつれて主観的に抵抗の増加を感じるまで針を黄色靱帯内に進行させる（２〜３ｃｍの深さまで）。臨床医が主観的に抵抗を感じて、プランジャーに異なる背圧が生じるまで、針を進行させる。臨床医は、黄色靱帯の解剖学的構造を特定するための背圧又は抵抗を主観的に識別しなければならない。黄色靱帯を通過した後に、針の先端が硬膜外腔に進入する。
【０００８】
この技術の欠点の一つは、針の先端が棘間靱帯に進入した際に、組織が特に高密度でないために流体の一部が組織内に奪われることである。
【０００９】
真皮への進入から黄色靱帯の識別までのＴｏｕｈｌｙ針の移動は、患者の体格によって深さが大きく異なる場合がある。この方法が主観的な性質によるものであるために、太り過ぎの患者に対して使用するには非常に問題があり、この方法の主観的な性質には限界があるため、病的な肥満体の患者にこの技法を用いることは適切でない場合がある。硬膜外腔の大きさが減少するために現在の主観的な方法には問題があるため、年齢は評価を困難とする別の複雑な要素であると思われる。そのため、この方法の主観的な性質が不適切である場合に、小児には危険を伴う全身麻酔処置を施すことになる。
【００１０】
硬膜上腔を見つけた後に注射器の除去又は患者あるいは医師の手の不注意な動作によってＴｏｕｈｌｙ針が移動すると、Ｔｏｕｈｌｙ針は知らずに硬膜外腔の外部に移動したり、最悪の場合には脊椎の硬膜に前進し（ｗｅｔ−ｔａｐ）、患者に長期的な危険をもたらすことになる。硬膜上腔を適切に見つけたとしても、麻酔液を注入する段階において針が脊椎に向かって前進して脊椎に麻酔液が注入され、患者に対する一時的又は永久的なダメージとなる。
【００１１】
医薬を患者に与えるために使用する注入ポンプ装置が医療分野で知られており、これらの装置を硬膜外注入の管理に使用する試みがなされている。
【００１２】
圧力変換器を利用して注射器内の圧力を測定する方法が知られている（例えば、米国特許第５，２９５，９６７号を参照）。これらの装置の主要な欠点は、装置内の抵抗や注入圧力の変化を補償するために流体の流速及び／又は圧力を調節することができないことである（注入圧力は患者の体内における針の先端のすぐ下流における流体圧力をいう）。また、従来技術は注入圧力を測定する手段を提供していない。
【００１３】
米国特許出願公開第２００４／０２１５０８０号（米国特許出願第１０／４８１，５２７号）と欧州特許出願公開第０  ５３８  ２５９号は、アラーム（聴覚的又は視覚的アラーム信号）を使用する解剖学的腔を特定するための装置を開示しているが、操作者は注入時に手動で医薬供給装置を調節する必要がある。これらの装置は、操作者が応答する必要がある事象の主観的な解釈を必要とする。また、これらの装置は注入流体を連続的に供給し、自動注射ポンプ装置によって十分な圧力を生成している。しかし、使用時に流体の供給又は医薬の吸引のために自動的に注入圧力を制御する手段は設けられていない。そのため、注入圧力が過剰な場合でも注入流速は維持され、痛み及び／又は組織の損傷が生じる可能性がある。
【００１４】
安全で有効な硬膜外注入（ｅｘｔｒａｄｕｒａｌ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ又はｅｐｉｄｕｒａｌ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）を行うために圧力を使用するアイデアは、医学文献に多く開示されている。圧力は硬膜外腔を特定するために使用されており、硬膜外腔内の圧力の重要性は、各種の実験に基づいて様々な研究者によって説明されている。Ｕｓｕｂｉａｇａらは、硬膜外腔及び組織への注入を行うことにより、圧力と硬膜外腔の関係について記載している（Ａｎｅｓｔｈ．Ａｎａｌｇ，４６：４４０〜４４６，１９６７）。Ｈｕｓｅｎｍｅｙｅｒ及びＷｈｉｔｅは、硬膜外注入法と注入時の妊娠患者における圧力の関係について記載している（Ｂｒ．Ｊ．Ａｎａｅｓｔｈ．，５２：５５〜５９，１９８０）。また、Ｐａｕｌ及びＷｉｌｄｓｍｉｔｈ（Ｂｒ．Ｊ．Ａｎａｅｓｔｈ．，  ６２：３６８〜３７２，１９８９）及びＨｉｒａｂａｙａｓｈｉら（Ｂｒ．Ｊ．Ａｎａｅｓｔｈ．，１９９０  ６５：５０８〜５１３）は、硬膜外注入の管理に対する影響に関して圧力と抵抗の関係を評価している。Ｌａｋｓｈｍｉ  Ｖａｓらは、これらの原理を小児科の領域に拡大している（Ｐｅｄｉａｔｒｉｃ．Ａｎｅｓｔｈ．１１：５７５〜５８３，２００１）。
【００１５】
Ｌｅｃｈｎｅｒらは硬膜外注入装置について説明している（Ａｎｅｓｔｈｅｓｉａ，５７：７６８〜７７２，２００２；Ａｎｅｓｔｈ．Ａｎａｌｇ．９６：１１８３〜１１８７，２００２；Ｅｕｒｏ．Ｊ．Ａｎａｅｓｔｈｅｏｌ．２１：６９４〜６９９，２００４）。この装置は、硬膜外腔への針の進入に関連した抵抗消失を検出した場合に聴覚的及び／又は視覚的信号を供給することによって硬膜外注入管理の信頼性を向上させている。
【００１６】
本願の親出願である米国特許第６，２００，２８９号（米国特許第６，２００，２８９号の開示内容はこの参照により本願の開示内容に組み込まれるものとする）は、カートリッジホルダによって保持されたカートリッジから治療液を流出させる駆動機構と、チューブと、注射針を備えたハンドルとを含む自動注入装置を開示している。駆動機構は、電動モーターと、モーターの出力に配置され、モーターによって駆動機構に印加される力を測定するセンサーに接続されている。測定された力は、注入時に生成される力又は内圧等の内部特性を決定するために使用される。マイクロプロセッサ又はコントローラが上記特性を制御パラメータとして使用し、対応するコマンドを駆動機構に対して生成する。特に有利な実施形態では、細長いチューブを介して流体が装置から排出される注入圧力を算出するために上記特性を使用する。次に、注入圧力が所定のレベルに維持されるように電動モーターを作動させ、患者の痛み及び／又は組織への損傷を防止する。
【特許文献１】米国特許第５，２９５，９６７号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０２１５０８０号
【特許文献３】欧州特許出願公開第０  ５３８  ２５９号
【特許文献４】米国特許第６，２００，２８９号
【非特許文献１】Ａｎｅｓｔｈ．Ａｎａｌｇ，４６：４４０〜４４６，１９６７
【非特許文献２】Ｂｒ．Ｊ．Ａｎａｅｓｔｈ．，５２：５５〜５９，１９８０
【非特許文献３】Ｂｒ．Ｊ．Ａｎａｅｓｔｈ．，  ６２：３６８〜３７２，１９８９
【非特許文献４】Ｂｒ．Ｊ．Ａｎａｅｓｔｈ．，１９９０  ６５：５０８〜５１３
【非特許文献５】Ｐｅｄｉａｔｒｉｃ．Ａｎｅｓｔｈ．１１：５７５〜５８３，２００１
【非特許文献６】Ａｎｅｓｔｈｅｓｉａ，５７：７６８〜７７２，２００２；Ａｎｅｓｔｈ．Ａｎａｌｇ．９６：１１８３〜１１８７，２００２；Ｅｕｒｏ．Ｊ．Ａｎａｅｓｔｈｅｏｌ．２１：６９４〜６９９，２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、医師が正確かつ再現性をもって注入液を患者の所望の組織部位に投与する（又は患者の所望の組織部位への注入を管理する）ことを可能とする方法及び装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の装置及び方法は、注入に関連する痛みと組織損傷及び誤った部位への注入による合併症の危険を制限し、対象ではない組織に投与される注入流体の量を減少させる。本発明の装置は、固有の組織密度又は組織内の流体圧力（注入圧力）の抵抗を利用し、特定の組織における針の配置精度を特定する。各組織は、所与の組織種類内で得ることができる測定可能な圧力として表される固有の圧力密度特性を有する。組織の密度又は抵抗は、注入時における圧力抵抗を検出することができるコンピュータ制御医薬供給装置から注入される流体の注入圧力を使用して測定する。注入対象組織と周囲の非対象組織の既知の組織密度に基づき、医師は最大注入圧力値を選択し、予め設定することができる。注入時には、装置は、予め設定された最大注入圧力を超えないように自動的に注入流体の流速を制限する。そのため、注入圧力測定値が予め設定された最大注入圧力を超える注入条件では、注入液体の流速をゼロに減少させる。本発明の注入装置は、流体貯留器（流体貯留装置）と、注入流体と、ポンプ機構と、患者の身体に挿入され、流体貯留器と流体接触した端部と、注入流体の抵抗測定値を決定するように設けられたセンサーと、抵抗測定値をセンサーから受信し、注入圧力を算出し、注入流体の流速を調節することができるコントローラと、を含む。センサーはポンプ機構と端部との間、好ましくはポンプ機構と注入流体の圧力を測定する管の端部との間に配置されたインライン圧力センサーであってもよい。または、センサーはメカニカルアーム内に設けられていてもよい。
【００１９】
変換器等のセンサーは、モーターで生成され、流体貯留装置内のプランジャーによって印加される力又は圧力を検出するために使用される。本発明の一態様では、変換器はカープルアダプターと装置のハウジングの残りの部分との間の力を測定する。本発明の別の態様では、変換器は装置の要素の寸法変化を検出するサイズ検出装置を含み、前記変化は装置内での医薬の力又は圧力及びと注入圧力を示す。例えば、管の大きさの変化を力又は圧力を示すものとして使用することができる。別の実施形態では、管の内部の圧力を外部から測定し、注入圧力を決定する手段として使用する。
【００２０】
コントローラは、例えば、予め設定された最大注入圧力と予め設定された設定最大流速、管の材料、長さ、径、注入流体の温度、粘度、組成物等の注入装置に関する情報を含むユーザー入力パラメータを受診することができる。コントローラは、流速を実質的にゼロに減少させるなど、流速を調節することができ、最大注入圧力を予め設定された最大注入圧力未満の値に維持する。流速は二元的な方法で制御するか（測定された注入圧力が予め設定された最大注入圧力未満の場合には予め設定された流速に設定し、測定された注入圧力が予め設定された最大注入圧力未満の場合にはオフにする）、流速は注入圧力の関数であってもよい（測定された注入圧力が予め設定された最大注入圧力よりもさらに低い場合に流速は高くなる）。後者の場合には、流量を最大許容流速に予め設定することができる。同様に、測定注入圧力に対する流速に関連する関数もユーザーが定義することができる。有用な実施形態では、予め設定された最大注入圧力が約５０ｍｍ／Ｈｇ〜約３００ｍｍ／Ｈｇ又は約１５０ｍｍ／Ｈｇ〜約２５０ｍｍ／Ｈｇである。
【００２１】
圧力抵抗の測定値は、任意に視覚及び聴覚信号に連続的に変換される。次に、測定値を医師に提示し、医師は注入液が正しい組織に供給されているか否かを決定又は確認することができる。また、その後に行う臨床の見直しと文書化のために測定値を記録することができる。圧力の上限と流速の制御は、過度の圧力及び／又は流速がプロセスに使用されないように事前に定義することができる。
【００２２】
従って、本発明は、注入液を患者に投与するための方法であって、流体貯留器と、注入流体と、ポンプ機構と、前記患者の身体に挿入される端部と、を用意すること、前記流体を前記患者に注入すること、前記端部と前記患者の組織との界面における前記流体の注入圧力を算出すること、前記注入圧力が予め設定された最大注入圧力を超えないように前記注入流体の流速を制御すること、を含む方法を提供する。
【００２３】
一実施形態では、本発明の装置と方法は硬膜外注入液を投与するために使用される。この実施形態では、注入流体は例えば麻酔薬を含み、端部は硬膜外腔に挿入される。硬膜外処置の針配置段階において硬膜外腔を特定するために医薬含有流体又は医薬を含まない（試験）流体を使用することができる。好適な医薬を含まない流体としては、例えば、生理的食塩水、リン酸緩衝食塩水、人工脳脊髄液、リンゲル、５％ブドウ糖、除菌空気が挙げられる。抵抗消失法を使用して硬膜外腔を特定すると、注入流体を医薬含有流体に変更する（複数の流体貯留器を必要とする）。針配置段階で医薬を含まない流体を使用することにより、医薬を対象ではない組織に供給することを最小化又は防止することができる。
【００２４】
麻酔薬の硬膜外注入を必要とする処置は時間がかかる場合が多く、初期（負荷）投与に加えて、１以上の追加（維持）投与を必要とする。通常、複数回の投与を行うために留置カテーテルを使用する。別の実施形態では、本発明は、複数回の注入を必要とする硬膜外注入を管理するための方法であって、第２の（維持）投与の管理時に、前記端部と前記患者の組織との界面における前記流体の注入圧力を算出し、前記注入圧力が前記予め設定された最大注入圧力を超えないように前記注入流体の流速を第２の注入時に制御する方法を提供する。同様に、この方法は、追加注入が必要か否かにかかわらず、（カテーテルが硬膜外腔等の目標組織に残っているか否かを決定するために）留置カテーテルのメンテナンスに使用することができる。
【００２５】
また、注入装置は硬膜外処置時に吸引に使用することができる。吸引は、組織又は細胞外液（脳脊髄液）のサンプルを得るために使用することができ、注射針の正しい配置を決定するために使用することもできる。吸引時には、抵抗消失によって特徴付けられる硬膜外腔を使用して注入圧力を注入圧力と同様に測定する。同様に、吸引により抵抗消失誤検出を特定することができる。すなわち、内部組織構造（嚢）の内容物が急速に注入され、注入圧力が閾値注入圧力を超えて上昇するためである。
【００２６】
また、本発明は、自動注入装置内の力又は圧力を決定する代替手段を提供する。一実施形態では、モーターが使用する電気エネルギー又は電力を力を示すパラメータとして使用する。別の実施形態では、流体供給装置の様々な要素の寸法変化をパラメータとして使用する。上記寸法変化は内力／圧力を示した信号に変換される。例えば、内力又は圧力の上昇に応じて寸法変化を示す要素としては、カートリッジ又は貯留器貯槽ホルダ（翼を含む）、カートリッジからハンドピースまで医薬を供給する管、針ハブ及び／又はその要素が挙げられる。例えば、寸法変動を測定するためのセンサーは光センサーであってもよい。
【００２７】
別の方法は、モーターハウジング及び／又は駆動装置の支持部材の応力又は歪みを測定することである。標準的な電子歪みゲージを測定に使用することができる。
【００２８】
後述するモーター、モーターに接続された継ぎ手、電子コントローラは保護のために少なくとも部分的にハウジング内に配置される。
【００２９】
流体貯留装置に流体を充填し、セットアップ工程を開始し、様々な動作パラメータを演算し、検索し、臨床医から受信する。また、臨床医は流体の流速、最大注入圧力、供給される流体の全量を特定する。次に、臨床医はフットペダル等の空気制御装置を作動させ、流体の流れを生じさせる。または、臨床医は電子的又は音声命令によってコマンドを開始させる。供給時には、変換器の出力を現在の注入流体圧力を演算するために使用する。注入圧力が閾値に近づくと、液体の流速を自動的に減少させ、過度の注入圧力を防止し、患者は過度の痛みに苦しむことはなく、組織も損傷を受けない。また、吸引、パージ、媒体への空気の充填を含む選択肢もある。
【００３０】
処置時にわたって、現在の流速、注入又は吸引された全容積、注入又は注入圧力、その他のパラメータを含む進行中の処置に関する現在の情報が視覚的又は聴覚的に臨床医に提供される。スレーブマイクロプロセッサはマスターマイクロプロセッサからコマンドを受信し、モーターを作動させるために必要な駆動信号を生成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、患者の組織に麻酔薬などの医薬を圧力下で供給するための装置に関する。重要なことは、注入した流体が様々な要因のために異なる速度で組織内に分散し、流体注入圧力が変化することである。本発明者は、注入圧力（又は注入圧力に関連する内圧）が複数の種類の組織を示し、複数の種類の組織を特定するために使用することができることを見出した。
【００３２】
本発明は、医師が中枢又は末梢神経組織及び関連構造（硬膜外腔）を正確に特定し、診断及び治療を行うことを可能とする方法及び装置を提供する。本発明の装置は、組織内に針／カテーテル（「注入器」）を配置した後に針／カテーテルからの流体の注入圧力を利用して針／カテーテルの配置精度を適切に特定し、注入又は吸引時の（正しい）配置を監視する。具体的には、本発明の装置は、注入圧力を利用し、処置の挿入、注入、維持段階にわたって正確な針／カテーテルの配置を特定する。最初に、針／カテーテルの挿入時に注入圧力を使用して皮下解剖学的構造を特定し、臨床医は注入器の管腔が硬膜外腔内に配置された時を正しく決定することができる。また、維持段階でも注入圧力を使用して注入器を硬膜外腔に確実に配置することができる。硬膜外注入（負荷投与）を行い、所望の麻酔レベルを維持するために定期的な維持投与を必要とする医療処置には危険が伴う。通常は、留置カテーテルを硬膜外腔に挿入し、処置時にわたって注入装置に取り付けた状態に維持する。患者は、負荷投与と１回以上の維持投与との間に身体を動かす場合が多い。そのような動きにより、正しく配置されたカテーテルが硬膜外腔から対象外の組織内に移動してしまう場合がある。本発明の装置は、周期的な投与（負荷投与とその後の維持投与）時に注入圧力を監視する。そのため、維持段階、カテーテル挿入後の処置、麻酔薬の初期負荷投与時に、最後の投与の前にカテーテルが移動した場合には臨床医に警告を与える。また、本発明の装置は注入圧力を利用して留置カテーテルの正確な配置を適切に特定する。
【００３３】
本発明の装置の従来技術に対する利点としては、（ｉ）少量の医薬含有溶液を利用して硬膜外腔を特定する手段、（ｉｉ）「誤検出」（嚢胞、腔又は硬膜外腔ではない低抵抗領域）を特定する手段、（ｉｉｉ）硬膜外注入時に硬膜外腔内をカテーテル又は針を前進させることにより脊椎に穴を空けてしまうリスクを軽減する手段、（ｉｖ）カテーテル法を行う間にわたってカテーテルの配置を監視する手段が挙げられる。
【００３４】
本発明の原理によれば、注入時の圧力抵抗を検出することができるコンピュータ制御医薬供給装置から注射／注入される流体の圧力／力を使用して注入圧力を測定する。圧力抵抗の測定値は、視覚及び聴覚信号に連続的に変換される。コンピュータ制御医薬供給装置は、生成された注入圧力に基づいて連続的に調節される。そのため、装置の注入圧力に応じて流量を変化させることができる。注入圧力は装置の一次制御変数であると考えることができる。従って、流量は所望の注入圧力を維持するために所定の範囲内に調節される二次変数となる。一実施形態では、注入圧力が所定の閾値（最大注入圧力）を超えると流体の流れを停止させる。二次変数としての流量は、低圧下で流体が過度に急速に注入されないように制限することができる。注入圧力と流体の流れとの関係は二元的（ｂｉｎａｒｙ）又は連続的であってもよい。注入装置が予め設定された最大値未満の注入圧力に対して所定の流量で流体を供給するように構成されている場合には二元的な関係が存在する。そのため、注入圧力が閾値を超えているか否かに基づいて流体の流れをオン又はオフとする。あるいは、注入圧力の関数として流量を調節することができる。この場合、最大注入圧力に近づくに従って流量を減少させ、注入圧力が低下するに従って流量を増加させる。あるいは、流量を予め設定された最大値に制限することができる。この構成は、高い抵抗を有する組織に注入し、液体パルシングが望ましくない場合に好ましい。
【００３５】
また、注入装置は、例えば、瞬間流速、注入圧力、注入量を含む関連注入データを記録及び／又は表示するための手段を含むことができる。全ての測定値と情報はリアルタイムで臨床医に示すことができ、臨床医は対象部位及び／又は組織に流体が注入されているか否かを判断し、注入方法を変更することができる。また、その後に行う臨床のレビューと文書化のために測定値を記録することができる。
【００３６】
（注入圧力制御注入装置）
図１及び図２は、本実施の形態の装置に使用する機械的アセンブリを示し、図３Ａは装置に使用する電子コントローラ１５０を示す。
【００３７】
本実施の形態に係る医薬供給装置１０は、駆動機構１２と、供給管１４と、端部に針１７を有するハンドル１６と、を含む。より詳細には、注射器９０（又はその他の流体貯留装置）は、管１４の一端が注射器９０に接続された状態で駆動機構に設けられている。駆動機構１２は、管１４、ハンドル１６、針１７を介して流体を選択的に注入又は吸引するようにプランジャー９４を作動させる。駆動機構１２には、以下に詳述する各種動作パラメータを選択するための外部コントローラが接続されている。外部コントローラは駆動機構のハウジング上に設けるか、ケーブル２０によって駆動機構１２に接続された個別のコントローラ１８として設けることができる。コントローラ１８は、例えばＰＣ又はラップトップコンピュータであってもよい。あるいは、コントローラ１８は内蔵されていてもよい。
【００３８】
駆動機構１２の詳細を図２に示す。駆動機構１２は、上面２４と、上面２４の下方に配置された中間面２６と、を有するハウジング２２を含む。中間面２６には、ハウジング２２の長手軸に沿って延びるレール２８が設けられている。以下に詳述するように、レール２８上に配置されたプラットホーム３０は長手軸と平行に前後に往復移動させることができる。
【００３９】
上面２４には締め金４０が設けられている。締め金４０はほぼＣ字型の本体を有する。頭部４８を有するねじが締め金４０の本体のねじ穴（図示せず）内を延びている。プラットホーム３０はスロット５６を有する。
【００４０】
ハウジング２２の内部にはモーター６６（図３Ａ）が設けられている。モーター６６内にはウォームねじ７２が設けられている。ウォームねじ７２は、モーター６６を作動させた時に、ハウジング２２の長手補助手段（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ａｉｄｓ）と平行に回転方向に応じて一方向又は他方向に移動するように設けられている。ウォームねじ７２の一端は、プラットホーム７６に接続されたパッド７４に回転できないように取り付けられている。２つの短いロッド８０を使用してパッド７４をプラットホーム７６に接続し、モーター６６が発生した回転力がプラットホーム７６に伝達されることを防止している。
【００４１】
２つの円柱体（ロッド）８２，８４がプラットホーム３０，７６の間に延在しており、プラットホーム３０，７６を固定している。ロッド８２，８４は、ハウジング２２上の二組のブシュ６８，７０によって摺動可能に支持されている。プラットホーム７６，３０は、ハウジング内のブシュの内側及び外側を遊動する。ロッド８２，８４は、穴（図示せず）を介して面２４，２６間に延在する壁８６を貫通している。レール２８は中空であり、ウォームねじ７２と位置合わせされているため、ウォームねじ７２はウォームねじ７２の軸に沿ってハウジング２２内を長手方向に移動することができる。
【００４２】
通常、注射器９０は上面２４上に胴体９２を有する。胴体９２は、上面２４に形成されたスロット内に位置するフィンガータブを有する。説明の便宜上、フィンガータブ及びスロットは図示していない。また、注射器９０は、軸９３によって胴体９２内を往復移動するプランジャー９４を含む。軸は、プラットホーム３０のスロット５６内に位置するフィンガーパッド内で終端している。注射器９０は、締め金４０及びねじ４８によってハウジング２２に固定されている。注射器は、注射器を管１４に接続するために使用するルアロック（Ｌｕｅｒ  ｌｏｃｋ）９５で終端している。
【００４３】
以下に説明するように、モーター６６を作動させるとウォームねじ７２が一方向又は他方向に移動する。次に、ウォームねじによってプラットホーム３０，７６及びロッド８２，８４を同時に移動させ、プランジャー９４を胴体９２内で往復移動させる。ハウジングの内部と外部を移動する部材はロッド８２，８４のみである。そのため、装置の重要な部材のほとんどはハウジング内において改造又は流出流体から保護されている。また、駆動機構１２は、様々な直径及び長さの注射器を収容・作動するように構成されている。同様に、供給管１４、ハンドル１６、針１７は所望の大きさを有することができる。注射器及びモーター駆動に関するその他の詳細、すなわち、ウォームねじ及びウォームねじのプラットホーム３０への接続については米国特許第６，２００，２８９号に開示されている。また、米国特許第６，２００，２８９号は、プラットホーム７６とパッド７４との間に配置され、パッド７４とプラットホーム７６との間の力を伝達・測定するように設けられたロードセル７８も開示している。ロードセル７８は双方向であるため、ウォームねじ７２が図３Ａにおいて左又は右のいずれに移動するかに応じて応力及び歪みを測定することができる。本実施の形態では、ロードセルの代わりの手段を開示する。
【００４４】
一実施形態では、装置は、フィンガーパッド９６とスロット５６の壁との間に配置された一対の圧力センサー７８Ａを含む。圧力センサー７８Ａは、プラットホーム３０とフィンガーパッド９６との間に印加される力を測定するように設けられている。
【００４５】
別の実施形態では、ブシュ６８とハウジング２２の側壁との間にセンサー７８Ｂが設けられる。このようにして、センサー７８Ｂはモーターによって注射器のプランジャー９４に印加された力により生じた力（応力）を測定することができる。あるいは、注射器タブとハウジング２２との間に同様なロードセルを配置することができる。センサーとしては、例えば、ＳＭＤ社（コネチカット州メリディアン）製Ｍｏｄｅｌ  Ｓ４００ロードセルを使用することができる。
【００４６】
別の実施形態では、注射器（流体貯留器）９０と管１４との間又は管１４と針１７との間にインライン流体圧力センサー７８Ｃを設ける。図１１は、本実施の形態の原理に係る注入装置の構成を示す。インライン流体圧力センサー７８Ｃは注射器９０と管１４との間に配置されている。図１１では、流体圧力センサー７８Ｃと外部コントローラとの間のケーブルインタフェースは省略している。
【００４７】
別の実施形態では、図１に示すように、管１４はサイズゲージ５４内の穴を通過している。管１４に圧力が印加されると、管１４が拡張し、管の大きさはプランジャーによって印加された圧力を示す。サイズゲージ５４は管１４の大きさ（例えば、断面の大きさ又は直径）を監視し、マスターコントローラ１８にパラメータを供給する。例えば、ゲージ５４は、１又は複数のＬＥＤと、管が間に配置された光センサーアレイと、を含むことができる。管により塞がれる光センサーの数及び／又は位置によって管の大きさを決定する。
【００４８】
図８は、ゲージ５４の代わりに使用することができる別のゲージ５４Ａの断面を示す。ゲージ５４Ａは、管Ｔを保持するスロットＳを有する基材Ｂを含む。ヒンジで連結されたカバーＣによって管Ｔを適所に保持する。力センサーＦＳが穴Ｈを介して挿入され、管Ｔに当接する。圧力変化により管が伸縮すると、力センサーに力が印加される。実験データは、ゲージ５４Ａはほぼ直線的な出力を有し、様々な圧力に応じて容易に較正することができることを示している。
【００４９】
図９は、ゲージ５４の代わりに使用することができる別のゲージ５４Ｂを示す。ゲージ５４Ｂは、カバーＣに溝が設けられ、力センサーの上方に配置された遊動プラットホームＰ上に管が位置すること以外は図８に示すゲージと同様である。管内の圧力により発生した力は、遊動プラットホームＰによって力センサーＦＳに伝達される。この場合も、ゲージの応答は直線的であって、容易に較正することができる。
【００５０】
図３Ｂは電子コントローラ１５０のブロック図を示す。コントローラ１５０は、マスターマイクロプロセッサ１５２及びスレーブマイクロプロセッサ１５４を含む。スレーブマイクロプロセッサ１５４は、モーター６６を作動させる信号を導出し、プラットホーム３０，７６の位置に関する情報を収集するために使用される。
【００５１】
マスターマイクロプロセッサ１５２は、注射器９０、注射器９０の内容物、管１４、ハンドル１６等の装置の残りの部分に関する情報を収集し、スレーブマイクロプロセッサ１５４がモーター６６を作動させて注射器９０の内容物を輸送するために必要な制御信号を生成するために使用される。
【００５２】
物理的には、スレーブマイクロプロセッサ１５４及びその関連回路はハウジング２２内に配置されている。マスターマイクロプロセッサ１５２は、図１に示すように、ケーブル２０によってハウジング２２に接続されたコントローラ１８に内蔵されている。マイクロプロセッサ１５２は、メモリ１６０と、入力装置１６２と、表示装置１６４と、インターフェース１６６とに接続されている。
【００５３】
メモリ１６０は、マスターマイクロプロセッサ１５２のためのプログラム及びデータを保存するために使用される。具体的には、メモリ１６０は６以上のデータバンクを保存するために使用され、各データバンクは、（ａ）注射器、（ｂ）管、（ｃ）針、（ｄ）流体、（ｅ）調節パラメータ、（ｆ）実施される特定の処置のための複数のパラメータを含むプロファイルのために設けられている。各パラメータは、スレーブマイクロプロセッサ１５４のために生成される制御信号を決定するために使用される。各データバンクは、様々な市販製品のための適切なパラメータ又は特定のアルゴリズムを使用して導出されたパラメータデータを含む。特定の構成のための各種部材に関する情報は、入力装置１０２を介して入力され、表示装置１６４上で確認する。入力装置としては、キーボード、タッチスクリーン、マウス、マイクを挙げることができる。マイクが含まれる場合には、音声コマンドを音声認識回路１６２Ａによって解釈する。
【００５４】
また、表示装置１６４は、装置１０の操作に関する表示及び指示を与えるために使用される。モーター６６の作動のためのコマンドはマスターマイクロプロセッサ１５２で生成され、インターフェース１６６に送信される。また、マスターマイクロプロセッサ１５２には、予め録音又は合成された話し言葉、（音声合成回路１６５Ａによって生成された）チャイム等の様々な音声メッセージを出力し、臨床医に指示を与え、臨床医が絶えず表示を見なくとも装置全体及び部材の現在の状態に関するその他の情報を出力するために使用されるスピーカー１６５が設けられている。
【００５５】
スレーブマイクロプロセッサ１５４は、ケーブル２０又はその他の接続手段及びインターフェース１７０を介してコマンドを受け取る。
【００５６】
また、スレーブマイクロプロセッサ１５４には１又は複数の位置センサー１７２及びチョッパー駆動回路１７４が接続されている。上述したように、装置内に生じた力又は圧力はセンサー７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃ，５４，５４Ａ，５４Ｂによって測定される。
【００５７】
また、スレーブマイクロプロセッサ１５４にはフットスイッチ又はペダル１７６が接続されている。好ましくは、フットペダル１７６は柔軟な側壁を有する空気室を含み、側壁はオペレータによる作動に応じて空気室内の空気の体積及び圧力を変更するように構成されている。圧力センサー（図示せず）はフットペダルの一部を構成し、対応するＡ／Ｄ変換器１９０を介してスレーブマイクロプロセッサ１５４に圧力に関する情報を供給するように構成されている。このようなフットペダルは従来技術において公知であるため、詳細は省略する。
【００５８】
装置１０の操作手順は米国特許第６，２００，２８９号（この参照により本願の開示内容に組み込まれるものとする）に開示されている手順と同様であるため、詳細は省略する。また、米国特許第６，２００，２８９号に開示されているアルゴリズムを、センサー７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃ又は５４から得られたパラメータを対応する注入圧力に変換するために適用することができる。
【００５９】
別の実施形態では、モーター６６を駆動するために必要な電力を監視する。例えば、印加電圧及び電流を測定することによって電力を監視する電力計Ｐをマスターコントローラ１５０に設けることができる。電力はモーターによって印加された力を示し、センサー７８Ａ，７８Ｂ又は５４の出力と同様な方法で使用される。
【００６０】
以上、注入を行う場合を例にとって装置について説明した。ただし、脊椎穿刺又はその他の嫌気性処置を行う生検を実施するために装置を効果的に使用することができることは当業者には明らかであると思われる。実質的に、多少の変更を加えることにより同じパラメータを上記プロセスに使用することができる。例えば、注入圧力（ｅｘｉｔ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の代わりに、注入圧力（ｅｎｔｒｙ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を定義することができる。
【００６１】
上述した実施形態では、流体を注射器９０から供給するため、注射器９０にはメーカが予め流体を充填するか、臨床医又はアシスタントが手術の開始前に流体を充填しなければならない。しかし、多くの処置においては供給する流体をカートリッジに入れることが望ましい。米国特許第６，１５２，７３４号は、モーター駆動軸を備えたハウジングを含む注入装置を開示している。ハウジングの上部には、カートリッジホルダを収容するためのレセプタクルが設けられる。カートリッジホルダは麻酔薬を充填したカートリッジを収容する。ホルダは、管の近位端に接続された上部壁を有する。管の遠位端は麻酔薬を供給するために使用される。本実施の形態によれば、センサーモジュールがハウジングの上部に設けられる。図４、図５、図６に示すように、ハウジング３００は上面３０２と前面３０４とを有する。複数の表示灯と１以上の制御ボタン３０８が前面３０４に配置されている。本実施の形態によれば、センサーモジュール３１０が上面３０２に設けられている。センサーモジュール３１０は上面３１２と前面３１４とを有する。前面３１４にはＬＣＤディスプレー３１６が設けられている。
【００６２】
上面３１２には、レセプタクル３１８と、米国特許第６，１５２，７３４号に開示されたハウジング３００の上部の対応する部材と同じ形状及び大きさを有する穴３２０とが設けられている。図７に示すように、管３２４の近位端に接続されたカートリッジ３２２がセンサーモジュール３１０に取り付けられている  管の遠位端は注射器、カテーテルまたはその他の同様な注入手段（図示せず）に接続されている。使用しない場合には、注入手段を穴３２０に収容することができる。カートリッジホルダ３２２の底部３２６は、迅速かつ容易にレセプタクル３１８に挿入することができ、レセプタクル３１８は締りばめすることができる形状を有する。米国特許第６，１５２，７３４号に開示されているように、好ましくは高速接続継ぎ手が底部３２８とレセプタクル３１８との間で設けられ、カートリッジホルダ３２２を迅速かつ容易にレセプタクルに設置し、レセプタクルから取り除くことができる。カートリッジホルダ３２２は麻酔薬又はその他の薬剤（図示せず）を充填したカートリッジを保持する。
【００６３】
本実施の形態によれば、１以上のセンサー３２８がカートリッジホルダの底部３２６とレセプタクル３１８の壁との間に配置されていることである。これらのセンサーは、管３２４を介して注入される液体に印加される力を監視する圧力センサ又はその他の同様なセンサーであってもよい。
【００６４】
上述したように、ハウジング３００内にはプランジャー３３２が配置されている。モジュール３１０は、プランジャー３３２に近接又は接触して配置されたプランジャーセンサー３３０を必要に応じて保持している。プランジャーが上方向に移動すると、プランジャーの先端がカートリッジホルダ３２２内のカートリッジに入り込み、内容物を管３２４を介して注入させる。プランジャー３３２を下方向に移動させることにより吸引することができる。プランジャーセンサー３３０は、プランジャー３３２の移動の方向と必要に応じて速度を測定する。
【００６５】
プランジャー３３２はモーター３３４によって垂直方向に往復移動する。モーター３３４はコントローラ３３６によって制御される。センサー３２８，３３０はインターフェース３３８に接続されている。インターフェースは、センサー３４８，３３０からの情報をコントローラ３３６に送信する。コントローラは、モーターを作動させて図１〜図４に示すプランジャー９４と同じアルゴリズムを使用してプランジャー３３２を移動させる。上記動作に関連する情報及びその他の情報が表示装置３１６に表示される。
【００６６】
この構成では、プランジャーのパージ又は自動後退などの装置の基本操作を検出するためにもセンサーを使用することができる。カートリッジホルダを駆動装置の受け口に挿入すると、圧力センサーはそれらの配置を検出し、管ラインから空気を自動的に注入させ、装置を使用することができる。カートリッジホルダを装置から取り除くと、圧力センサーはカートリッジホルダが取り除かれたことを検出し、プランジャーはホーム位置に自動的に後退することができる。そのため、圧力センサーは注入圧力と駆動装置の基本動作を検出する多目的な役割を果たす。
【００６７】
重要なことは、装置によって流体が注入されている組織を決定するための基準として圧力を使用することができることである。従来技術では、注入時の間質圧（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の臨床的意味について調査している。本発明者は、本明細書に記載した装置を使用して皮下間質圧を正確に測定し、リアルタイムに記録することができることを見出した。また、装置によって得られる所与の範囲を圧力を容易に特定し、特定の種類の組織に関連付けることができることを見出した。生成される間質圧は特定の解剖学的部位の組織密度と相関付けることができた。歯周靭帯と歯茎の硬口蓋などの口腔組織で見られる非常に器質化された緻密なコラーゲン線維は、注入流体の拡散能力を減少させる（流体が小面積内に収容される）。拡散能力の減少により、緻密な組織が医薬を迅速に再分散させ、注入時に高い内圧が生じる。一方、組織間質液が充填されたコラーゲンマトリックスからなる結合間質を有する緩く器質化された組織及び頬粘膜襞及び側頭下窩で見られる脂肪組織の場合には、大きな組織面積にわたって医薬が拡散するために間質圧が低下する。
【００６８】
この観察から、組織密度と注入との間には相関があると推測した。具体的には、以下の種類の注入について試験を行った。
グループ１：靭帯内注入（ｉｎｔｒａｌｉｇａｍｅｎｔａｒｙ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）（ＰＤＬ）（歯周靭帯注入）、グループ２：前方中央歯槽口蓋側注入（ａｎｔｅｒｉｏｒ  ｍｉｄｄｌｅ  ｓｕｐｅｒｉｏｒ  ａｌｖｅｏｌａｒ  ｐａｌａｔａｌ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）（ＰＩ）、グループ３：上骨膜バッカル剤潤滑（ｓｕｐｒａ−ｐｅｒｉｏｓｔｅａｌ  ｂｕｃｃａｌ  ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）（ＳＢＩ）、グループ４：下歯槽神経ブロック（ｉｎｆｅｒｉｏｒ  ａｌｖｅｏｌａｒ  ｎｅｒｖｅ  ｂｌｏｃｋ）（ＩＡＮＢ）。図１０は、上記注入時に得られる様々な圧力を示し、圧力を組織特定手段として使用するコンセプト（好ましくは注入圧力）を明確に示している。
【００６９】
通常、組織は以下の種類に分類することができる。
タイプ１：脂肪組織、組織間液、少量の器質化されたコラーゲン線維が充填された緩く器質化された結合組織からなる低密度組織。この種の組織の例としては、上顎口腔粘膜及び側頭下窩の結合組織が挙げられる。この種の組織に対して行われる注入の例としては、バッカル剤潤滑と下歯槽神経ブロックが挙げられる。
タイプ２：少量の腺組織及び／又は脂肪組織が充填された緻密なコラーゲン線維束の組み合わせからなる中密度組織。これらの組織では比較的少量の組織間液が見られる。また、中密度組織は口腔筋組織によって代表される。この種の組織では中等度のコラーゲン器質化が見られる。この種の組織は、付着口蓋骨歯肉、付着歯肉組織又は口腔の筋肉組織によって代表される。この種の組織に対して行われる注入の例としては、口蓋注入又は付着歯肉への注入が挙げられる。
タイプ３：主に高密度の非常に器質化されたコラーゲン線維マトリックスからなる高密度組織。この種の組織の例としては、歯周靭帯及び筋肉腱付着物が挙げられ、この種の組織に対して行われる注入の例としてはＰＤＬ注入が挙げられる。
【００７０】
また、これらの技術は、以下の鉱物化組織、非鉱物化組織、流体に使用することができる。
非鉱物化組織：
軟組織、結合組織、真皮（皮膚）
靭帯
脂肪組織（脂肪）
筋肉
腱
脳組織
導管
鉱物化組織：
皮質骨
髄様骨
軟骨
歯
新生物：
硬軟病巣
流体充填病巣
血腫
嚢
流体：
細胞外及び細胞内流体
関節の嚢内流体
頭蓋内流体
脳脊髄流体
リンパ液
硬膜外腔の適切な識別は効率的で安全な硬膜外麻酔にとって重要である。そのため、注射針を通過させなければならない周辺組織について注入圧力に関して特徴付けることが必要である。黄色靱帯に関連する注入圧力を２０人の産科患者について測定した。
【００７１】
Ｔｕｏｈｙ硬膜外針を本実施の形態に開示した原理に従って構成した注入装置に取り付け、針を深さ３ｃｍまで挿入して基線注入圧力を測定し、次に黄色靱帯まで前進させ、硬膜外腔に再び前進させた。硬膜外腔は抵抗がなくなったことによって特定した。圧力測定値は各位置において５分間毎に記録した。図１２は、硬膜外腔（三角形）について算出した注入圧力のグラフであり、硬膜外腔の注入圧力は靭帯外組織（四角形）の注入圧力よりも非常に小さく、靭帯外組織の注入圧力は黄色靱帯（菱形）よりも非常に小さい。
【００７２】
上述したように、注入装置は絶え間なく圧力（好ましくは注入時の流体注入圧力）を監視する。メモリに保存されたテーブルに基づき、装置は注入されている組織の種類を決定することができる。この情報は医師（又は他の臨床医）に表示する。そして、医師は所望の組織に流体を注入していると確認することができる。また、各種類の組織について、予め選択された最高許容圧力及び／又は流速を保存し、患者が通常耐えることができる最大推奨圧力又は評価基準を定義する。パラメータはメモリ１６０に保存される。圧力が限界に近づくと、臨床医に対して視覚及び／又は聴覚的な警告を生成する。また、注入工程全体を示すデータを将来の分析のために保存する。
【００７３】
（硬膜外注入の管理方法）
硬膜外注入を管理する方法の例について以下に説明する。なお、正確な設定と許容誤差は臨床医によって変更することができる。これらの原理と方法は、硬膜外腔以外の組織及び解剖学的領域への注入に容易に適応させることができる。
【００７４】
最大注入圧力は臨床医が決定する。通常、最大注入圧力は１００ｍｍ／Ｈｇ以下である。そのような設定を使用すれば、硬膜外腔内の圧力は約＋１５ｍｍ／Ｈｇ〜−１５ｍｍ／Ｈｇであると考えられるため、針が硬膜外腔に適切に配置されない限り、注入装置は非常に少量の医薬しか投与しない。一方、黄色靱帯に関連する注入圧力は２００ｍｍ／Ｈｇを超える。靱帯外組織内の注入圧力測定値は通常約１００〜２００ｍｍ／Ｈｇである。１００ｍｍ／Ｈｇ以下の設定最大注入圧力を有する注入装置では、注入圧力が迅速に上昇し、針が皮下組織（靱帯外組織）の中にある限りは維持されるため、針が皮下組織に入ると流体の流れはほとんど生じない。臨床的な従来の硬膜外注入法では、Ｔｏｕｈｌｙ針を黄色靱帯まで前進させる。この場合、上述したように黄色靱帯は１００ｍｍ／Ｈｇを超える注入圧力を生じさせるため、流体の流れは生じない。黄色靱帯を貫通すると（硬膜外腔に針が進入すると）、注入圧力は１００ｍｍ／Ｈｇ未満まで急激に低下し、任意の視覚表示及び／又は可聴音を発生させ、医薬含有流体が流れ始める。
【００７５】
注入装置の圧力センサーは、（例えば、臨床医のミス又は患者の動作によって）注射針が硬膜外腔から出たり、開通が損なわれた場合に自動安全機能を提供する。黄色靱帯内を後退させるか、硬膜に接触することによって針が硬膜外腔から出ると、注入圧力はすぐに上昇し、１００ｍｍ／Ｈｇを超える注入圧力において流体の流れが減少し、最終的に停止する。これは、約２秒以内に生じる（図１３を参照）。＜１００ｍｍ／Ｈｇ〜＞１００ｍｍ／Ｈｇの注入圧力の変動により、視覚及び／又は音声による警告が生成され、不正確な針の配置について臨床医に警告する。針が硬膜外腔に再び入ると流れが自動的に再開する。注入装置の自動安全機能により、脊椎に麻酔液が注入されることを防止することができる。
【００７６】
本実施の形態の注入装置及び方法の特徴は、抵抗消失誤検出（通常は２〜４秒以内）を高速かつ正確に特定する性能である。抵抗消失誤検出は従来の抵抗検出式手動注射器法を使用する場合に生じる場合が多く、抵抗の減少は硬膜外針が硬膜外腔の外部の嚢又はより密度の低い空間に入ったときに生じる。この領域では靱帯は密度が低く、抵抗消失誤検出は珍しくない。このような解剖学的部位の性質により、臨床医は硬膜外腔を特定していると考える場合が多い。注入圧力制御を行うコンピュータ制御医薬供給装置を使用する場合には、針が空間に進入すると、空間は流体によって迅速に満たされるか、密度の低い組織が流体によって加圧され、記録された注入圧力は１００ｍｍ／Ｈｇを再び超え、抵抗消失誤検出を示す。これは、従来の手動による注射器法を使用する場合に生じる。すなわち、初期抵抗消失が生じると、注射器は除去され、操作者は流体を供給して抵抗消失についてはテストせず、意図する硬膜外腔の外部の解剖学的部位に麻酔液を注入することになる。図１２は、硬膜外注入時に測定した、靱帯組織に関連して生じることが多い、抵抗消失誤検出（２５０秒）を示す線グラフである。不正確な組織構造を高速に加圧され、測定注入圧力が＞２００ｍｍ／Ｈｇに戻る。硬膜外腔にカテーテルを挿入し、流体を注入しても、注入圧力の有意かつ急速な上昇は生じず、カテーテルが正しく配置されていることを示している。
【００７７】
硬膜外処置の針配置段階において硬膜外腔を特定するために医薬を含まない流体を使用することができる。好適な医薬を含まない流体としては、例えば、無菌塩水、人工脳脊髄液、リンゲル、５％ブドウ糖、除菌空気が挙げられる。抵抗消失法を使用して硬膜外腔を特定すると、注入流体を医薬含有流体に変更する。針配置段階で医薬を含まない流体を使用することにより、医薬を対象ではない組織に供給することを最小化又は防止することができる。
【００７８】
本実施の形態の装置及び方法の別の特徴は、注入時の全ての段階で絶え間なく監視されるコンピュータ制御医薬供給装置によって測定される注入圧力の客観的な性質である。従って、臨床医は感覚による主観的な性質に依存せず、絶対値の客観的な情報を得ることができ、方法の各段階を行うことができる。方法の各段階は絶え間なく注入圧力を監視する能力によって改良され、注入の安全性と効力を向上させる調整を行うことができる。
【００７９】
別の例では、針が硬膜外腔に進入し、注入を開始すると、臨床医は最大許容注入圧力をリセットすることができる。上述したように、硬膜外腔に針が進入する前に流体注入圧力は１００ｍｍ／Ｈｇを超えており、流体はほとんど供給されない。硬膜外腔に針が進入すると、注入圧力はゼロ未満となり、次第に約１〜１０ｍｍ／Ｈｇに上昇する。注入圧力の低下により、注入装置から流体が流れ始める。この時、予め設定された最大注入圧力をより低い値に変更することができる。例えば、最大注入圧力を２５ｍｍ／Ｈｇに低下させることができ、注射針が硬膜に接触又は硬膜を貫通し、硬膜外腔から後退した場合に患者の安全を守ることができる。最大注入圧力を低下させると、予め設定された値よりも低い異所注入量で流体の流れが迅速に捕らえられる。最大注入圧力は、臨床医が手動で変更するか、注入装置の制御要素によって自動的に変更することができる。後者の場合には、特定の注入圧力（例えば、１０ｍｍ／Ｈｇ）を得た後にパラメータを変化させるように制御要素をプログラムすることができる。
【００８０】
本実施の形態の開示の原理に係る注入装置と方法によれば、例えば、注射器のサイズ、管の径及び長さ、針の径及び長さ、溶液粘度の変更を含む医薬供給装置の構成要素の変更に正確に対処することができる。本実施の形態の装置は、変化を入力し、注入圧力の絶対値測定に与える影響を再計算する手段を提供する。これは、装置の精度と柔軟性に重要な要素である。例えば、臨床医は、所定の長さと測定抵抗特性を有する管から一部を切りとることによって留置カテーテル管などの管要素の長さを減少させる場合がある。管の一部を測定し、注入圧力を演算する注入装置ソフトウェアシステムに管の一部を削除した長さを入力する。変更した情報を使用して、ソフトウェアシステムは変更した管における実際の注入圧力を再計算することができる。同様に、ソフトウェアシステムは、変更することができ、演算された注入圧力に影響を与え得る注入流体の粘度と温度を含む変数に対処することができる。
【００８１】
なお、予め設定された最大注入圧力（１００ｍｍ／Ｈｇ）は一例であり、臨床医の裁量でより低い又は高い注入圧力を選択することができる。また、硬膜外注入も一例に過ぎない。本実施の形態の原理と方法はあらゆる解剖学的部位への注入に使用することができる。上記実施形態の方法及び装置における特に重要な点は、装置と方法を利用する際に注入圧力の絶対値を定義し、選択することができることである。
【００８２】
本明細書に開示した技術は人間及び動物の組織に同様に適用することができる。
【００８３】
本発明を実施形態を参照して説明したが、上記実施形態は本発明の原理の単なる例示である。従って、上記実施形態は請求項に記載する本発明の範囲を限定するものではない
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本実施の形態に係る注入装置の主要な構成要素を示す図である。
【図２】図１に示す駆動機構の直交図である。
【図３Ａ】図１に示す駆動機構の内部の詳細を示す。
【図３Ｂ】図１に示す電子コントローラのブロック図である。
【図４】圧力検出用アダプターを有し互いに異なる種類の注入装置のハウジングの側面図である。
【図５】図４に示すハウジングの端面図である。
【図６】図４に示すアダプターの拡大図である。
【図７】図４に示すハウジングの概略断面図である。
【図８】管の大きさを使用する圧力計の別の実施形態を示す。
【図９】管の大きさを使用する圧力計の別の実施形態を示す。
【図１０】４つの異なる種類の組織内に注入した場合の典型的な圧力範囲のグラフである。
【図１１】本実施の形態の原理に係る注入装置の写真（画像）である。
【図１２】硬膜外注入の投与時に通常生じる組織内の注入圧力（ｍｍ／Ｈｇ）を示すグラフである。
【図１３】カテーテルを皮膚に挿入する前においてｔ＝０である場合の硬膜外注入時における注入圧力（ｍｍ／Ｈｇ）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８５】
１０…医薬供給装置
１２…駆動機構
１４…供給管
１６…ハンドル
１７…針
１８…マスターコントローラ
２０…ケーブル
２２…ハウジング
２４…上面
２６…中間面
２８…レール
３０…プラットホーム
４０…締め金
４８…ねじ
５４…サイズゲージ
５４Ａ…サイズゲージ
５４Ｂ…サイズゲージ
５６…スロット
６６…モーター
６８…ブシュ
７０…ブシュ
７２…ウォームねじ
７４…パッド
７６…プラットホーム
７８Ａ…圧力センサー
７８Ｂ…センサー
７８Ｃ…流体圧力センサー
８０…ロッド
８２…ロッド
８４…ロッド
８６…壁
９０…注射器
９２…胴体
９３…軸
９４…プランジャー
９５…ルアロック
９６…フィンガーパッド
１５０…電子コントローラ
１５２…マスターマイクロプロセッサ
１５４…スレーブマイクロプロセッサ
１６０…メモリ
１６２…入力装置
１６２Ａ…音声認識回路
１６４…表示装置
１６５…スピーカー
１６６…インターフェース
１７０…インターフェース
１７２Ａ…位置センサー
１７４…チョッパー駆動回路
１７６…フットペダル
１９０…Ａ／Ｄ変換器
３００…ハウジング
３０２…上面
３０４…前面
３０８…制御ボタン
３１０…センサーモジュール
３１２…上面
３１４…前面
３１６…表示装置
３１８…レセプタクル
３２０…穴
３２２…カートリッジホルダ
３２４…管
３２６…底部
３２８…底部
３３０…プランジャーセンサー
３３２…プランジャー
３３４…モーター
３３６…コントローラ
３３８…インターフェース
Ｃ…カバー
ＦＳ…力センサー
Ｈ…穴
Ｐ…遊動プラットホーム
Ｓ…スロット
Ｔ…管
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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