(57)【要約】【課題】コンソールの種類を選ばずに接続することができる回路内圧センサユニットの提供。【解決手段】液体回路２００内の圧力を測定し、供給電圧Ｖ１の異なる３以上の種類のコンソール３００から選ばれた一つに接続されて測定結果を送信する回路内圧センサユニット１００であって、液体回路２００内の圧力を測定信号Ｓ１に変換するセンサ１１１と、コンソール３００から供給される供給電圧Ｖ１に基づき基準電圧Ｖ２を発生させる基準電圧発生回路１２１と、基準電圧Ｖ２とコンソール３００からの供給電圧Ｖ１とを比較することにより供給電圧Ｖ１がいずれの電圧であるかを判別する判別回路１２２と、判別結果に応じて切り替えて選択される３以上の増幅モードを有し、測定信号Ｓ１を出力信号Ｓ２に増幅する増幅回路１２３とを備える。【選択図】図３
2015188648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が流通する液体回路内の圧力を測定し、供給電圧の異なる３以上の種類のコンソールから選ばれた一つに接続されて測定結果を送信する回路内圧センサユニットであって、
液体回路内の圧力を測定信号に変換するセンサと、
前記コンソールから供給される供給電圧に基づき基準電圧を発生させる基準電圧発生回路と、
前記基準電圧と前記コンソールからの供給電圧とを比較することにより前記供給電圧がいずれの電圧であるかを判別する判別回路と、
前記判別回路の判別結果に応じて切り替えて選択される３以上の増幅モードを有し、前記測定信号を出力信号に増幅する増幅回路と
を備える回路内圧センサユニット。
【請求項２】
前記判別回路は、３以上のコンパレータを備え、
前記コンパレータは、相互に抵抗値の異なる抵抗を介して印加される前記供給電圧と前記基準電圧とを比較する
請求項１に記載の回路内圧センサユニット。
【請求項３】
前記増幅回路は、
一つの主増幅部と、
前記主増幅部の増幅モードを設定する３以上のモード設定部と、
前記判別回路に判別された結果に基づき前記モード設定部を選択する選択部とを備える
請求項１または２に記載の回路内圧センサユニット。
【請求項４】
前記増幅回路は、
前記主増幅部の零点を変更する３以上の零点設定部を備え、
前記選択部は、前記判別回路に判別された結果に基づき前記零点設定部を選択する
請求項３に記載の回路内圧センサユニット。
【請求項５】
前記センサは、前記基準電圧発生回路により発生した基準電圧に基づき動作する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路内圧センサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、人体から導出された血液等の液体が流通する人工心肺装置や血液浄化装置などに用いられる液体回路内の圧力を測定する回路内圧センサユニットに関し、特に液体回路内の液体の流通を制御し、また、モニタリングするコンソールから供給される電圧に基づき測定された信号を増幅してコンソールに送信する回路内圧センサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工心肺や血液浄化装置などに用いられる液体回路内の圧力は種々の制御をするために重要な情報となり、また、異常を報知するための情報となる。そして、液体回路内の圧力を測定する方法としては、従来次のような方法が採用されている。液体回路から分岐する液体回路を別途設け、当該分岐した液体回路の終端部に取り付けられた圧トランスデューサにより液体回路内の圧力を測定する方法である。
【０００３】
しかし、圧トランスデューサを用いる場合、液体回路内に持続的に発生する陰圧を測定することはできなかった。
【０００４】
そこで、ダイアフラムを液体回路中に備え、ダイアフラムの出没状態から液体回路内の陽圧および陰圧を直接測定する方法なども提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１４７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、ダイアフラムの出没状態を電気的な信号に変換するには歪みケージなどのセンサが用いられるが、これらのセンサから得られる測定信号は圧トランスデューサからの信号に比べ微弱であるため、測定信号を増幅してコンソールに送信する必要がある。
【０００７】
一方、測定信号を増幅するための電力は、コンソールから供給されるノイズの少ない電力が適しているが、コンソールの種類によっては供給される供給電圧が異なる場合がある。しかし、測定信号を増幅する増幅回路は供給される供給電圧が異なると増幅回路の増幅度が異なるものとなるため、測定信号が同じであっても接続されるコンソールの種類によって、増幅された出力信号が異なるものとなる。従って当該出力信号を受信したコンソールは実際の回路内の圧力よりも高い圧力として認識したり、低い圧力として認識したりすることになる。
【０００８】
本願発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、コンソールから供給される電圧が異なる場合でも、液体回路内の圧力をコンソールに正確に反映させるための出力信号を送信することができる回路内圧センサユニットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本願発明にかかる回路内圧センサユニットは、液体が流通する液体回路内の圧力を測定し、供給電圧の異なる３以上の種類のコンソールから選ばれた一つに接続されて測定結果を送信する回路内圧センサユニットであって、液体回路内の圧力を測定信号に変換するセンサと、前記コンソールから供給される供給電圧に基づき基準電圧を発生させる基準電圧発生回路と、前記基準電圧と前記コンソールからの供給電圧とを比較することにより前記供給電圧がいずれの電圧であるかを判別する判別回路と、前記判別回路の判別結果に応じて切り替えて選択される３以上の増幅モードを有し、前記測定信号を出力信号に増幅する増幅回路とを備えることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、コンソールから供給される供給電圧を基準電圧と比較することにより判別し、判別結果に基づいて増幅回路の増幅モードを自動的に選択することができるため、種類の異なるコンソールにも液体回路内の圧力を正しく増幅して正確に出力信号を送信することが可能となる。
【００１１】
また、前記判別回路は、３以上のコンパレータを備え、前記コンパレータは、相互に抵抗値の異なる抵抗を介して印加される前記供給電圧と前記基準電圧とを比較してもかまわない。
【００１２】
これによれば、アナログである供給電圧の判断結果をデジタルで出力することができ、その後の制御を容易にすることが可能となる。
【００１３】
また、前記増幅回路は、一つの主増幅部と、前記主増幅部の増幅モードを設定する３以上のモード設定部と、前記判別回路に判別された結果に基づき前記モード設定部を選択する選択部とを備えてもかまわない。
【００１４】
これによれば、簡単な構成で３以上の異なる増幅モードを実現することのできる増幅回路とすることが可能となる。
【００１５】
また、前記増幅回路は、前記主増幅部の零点を変更する３以上の零点設定部を備え、前記選択部は、前記判別回路に判別された結果に基づき前記零点設定部を選択するものでもよい。
【００１６】
また、前記センサは、前記基準電圧発生回路により発生した基準電圧に基づき動作させてもよい。
【００１７】
これによれば、センサを動作させるための電圧を基準電圧と共用することができ、回路構成を単純化することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本願発明によれば、供給電圧の異なるコンソールのいずれに接続された場合でも増幅モードを自動的に選択することで対応でき、液体回路内の圧力の測定結果である測定信号を正確な出力信号に増幅してコンソールに送信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、回路内圧センサユニットを液体回路の一部と共に示す斜視図である。
【図２】図２は、液体回路に測定部が取り付けられた状態を示す断面図である。
【図３】図３は、増幅部の機能構成を測定部、および、コンソールと共に示すブロック図である。
【図４】図４は、判別回路の判別結果を示す出力状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本願発明に係る回路内圧センサユニットの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る回路内圧センサユニットの一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００２１】
図１は、回路内圧センサユニットを液体回路の一部と共に示す斜視図である。
【００２２】
同図に示すように、回路内圧センサユニット１００は、液体が流通する液体回路２００内の液体の圧力を測定し、測定結果に対応する測定信号Ｓ１を増幅してコンソール３００に出力信号Ｓ２を送信する装置である。本実施の形態の場合、回路内圧センサユニット１００は、測定部１０１と増幅部１０２とを備え、測定部１０１と増幅部１０２とは第一ケーブル１０３で電気的に接続されている。また、増幅部１０２は、コンソール３００と電気的に接続する第二ケーブル１０４が接続されている。
【００２３】
コンソール３００は、液体回路２００に流れる液体の循環などを制御し、また、液体回路２００内の液体の流通状態（例えば、圧力や流速など）をモニタリングする装置である。コンソール３００としては、例えば人工心肺装置や透析装置を挙示することができる。
【００２４】
また、コンソール３００は、増幅部１０２に電力を供給する機能を備えている。ただし、コンソール３００の種類が異なる場合、増幅部１０２に供給される供給電圧Ｖ１は異なる場合がある。なお、コンソール３００から供給される供給電圧Ｖ１は、事前に把握可能である。本実施の形態の場合、コンソール３００の種類の違いにより、供給電圧Ｖ１はＨ、Ｍ、Ｌの３種類の電圧の中から選択されるものであるとして説明する。
【００２５】
図２は、液体回路に測定部が取り付けられた状態を示す断面図である。
【００２６】
本実施の形態の場合、液体回路２００の途中には液体の流通方向と交差する方向に中央部分が変位するダイアフラム２０１が設けられている。具体的にダイアフラム２０１は、液体回路２００内に流通する液体の圧力が大気圧よりも大きいとき（陽圧）は大気側に向かって凸状に膨張して突出し、液体回路２００内に流通する液体の圧力が大気圧よりも小さいとき（陰圧）は液体側に向かって凹状に陥没する部材である。
【００２７】
また、ダイアフラム２０１の中心部分には、大気側に向かって突出するように接続体２０２が設けられている。接続体２０２は、磁性体からなる部材などであり、ダイアフラム２０１とともに変位する部材である。接続体２０２は、後述のセンサと磁力によって接続されることで、ダイアフラム２０１の膨張すなわち液体回路２００内の圧力が陽圧になる場合ばかりでなく、ダイアフラム２０１の陥没すなわち液体回路２００内の圧力が陰圧になる場合の両方の状態をセンサに伝達することができるものとなっている。従って、回路内圧センサユニット１００は、零点を挟んで液体回路２００内の陽圧および陰圧を測定することが可能なユニットとなっている。
【００２８】
センサ１１１は、液体回路２００内の圧力を信号に変換する電子機器であり測定部１０１に備えられている。本実施の形態の場合、センサ１１１は、液体回路２００に設けられたダイアフラム２０１の変位を電気的な信号に変換するロードセル（歪みゲージ）である。
【００２９】
センサ１１１としてのロードセルは、永久磁石１１４およびバネ１１２により付勢されたステム１１３などを介して接続体２０２と接続されている。これによりダイアフラム２０１に陽圧（ロードセルに向かう力）が印加されるばかりでなく、ダイアフラム２０１に陰圧（ロードセルから離れる力）が印加された場合にも当該陰圧を荷重値として電気信号に変換することができる。
【００３０】
なお、測定部１０１は、液体回路２００のダイアフラム２０１が設けられている部分に対しワンタッチで着脱することができるものとなっている。これによれば、使い捨てされるような液体回路２００であったとしても、測定部１０１が血液等とは一切接触しないため回路内圧センサユニット１００を使い回しすることができる。
【００３１】
図３は、増幅部の機能構成を測定部、および、コンソールと共に示すブロック図である。
【００３２】
同図に示すように、増幅部１０２は、測定部１０１から送信された電気的な信号である測定信号Ｓ１を増幅して出力信号Ｓ２とし、コンソール３００に出力信号Ｓ２を送信する装置である。また、増幅部１０２は、コンソール３００から供給される電力Ｐ１により全体が動作するものとなっている。本実施の形態の場合、増幅部１０２は、コンソール３００から電力Ｐ１を受電し、測定部１０１に電力Ｐ２を供給することも行っている。増幅部１０２は、基準電圧発生回路１２１と、判別回路１２２と、増幅回路１２３とを備えている。本実施の形態の場合、増幅回路１２３は、一つの筐体１２０（図１参照）内部に収容されている。
【００３３】
基準電圧発生回路１２１は、コンソール３００から供給される供給電圧Ｖ１に基づき供給電圧Ｖ１よりも低い電圧の基準電圧Ｖ２を発生させる電気回路である。基準電圧発生回路１２１は、回路内圧センサユニット１００と接続されるコンソール３００の種類により供給される供給電圧Ｖ１がいずれの電圧であったとしても一定の基準電圧Ｖ２を発生させることが可能な回路となっている。本実施の形態の場合、コンソール３００からの供給電圧Ｖ１は最も高い電圧であるＨ、中間の電圧であるＭ、最も低い電圧であるＬのいずれかであるが、Ｈ、Ｍ、Ｌのいずれの電圧が供給されたとしても基準電圧発生回路１２１が発生させる基準電圧Ｖ２は一定である。
【００３４】
基準電圧Ｖ２は、判別回路１２２においてコンソール３００から供給される供給電圧Ｖ１を判別するための基準の電圧となるものである。本実施の形態の場合、基準電圧発生回路１２１により発生した基準電圧Ｖ２は、測定部１０１に配置されるセンサ１１１の動作用の電圧（電力）としても用いられている。従って、基準電圧Ｖ２は、センサ１１１を動作させることのできる動作電圧となっている。
【００３５】
判別回路１２２は、基準電圧Ｖ２とコンソール３００からの供給電圧Ｖ１とを比較することにより供給電圧Ｖ１が既知の電圧（Ｍ、Ｈ、Ｌ）のいずれであるかを判別する電気回路である。
【００３６】
判別回路１２２は、供給電圧Ｖ１の値を正確に測定するものではなく、実際に供給されている供給電圧Ｖ１が複数の既知の電圧（Ｍ、Ｈ、Ｌ）のいずれであるかを判別するものであればよい。本実施の形態の場合、コンソール３００から供給される供給電圧Ｖ１がＨ、Ｍ、Ｌのいずれかであるとしているため、判別回路１２２は、ＨとＭの電圧を判別するための第一閾値と、ＭとＬの電圧を判別するための第二閾値とＬと電圧が供給されていない状態（例えば供給電圧Ｖ１が基準電圧Ｖ２以下）を判別するための第三閾値を備え、閾値判断により供給電圧Ｖ１を判別している。
【００３７】
本実施の形態の場合、具体的に判別回路１２２は、３以上（本実施の形態では３個）のコンパレータ（ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３）を備えている。コンパレータ（ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３）は、二つの電圧を比較し、どちらが大きいかで異なる２種類の出力電圧が切り替わる素子である。いずれのコンパレータ（ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３）の比較対象の一方は基準電圧Ｖ２であり、他方は相互に抵抗値の異なる抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）を介して印加される供給電圧Ｖ１である。つまり、判別回路１２２は、異なる抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）により異なる複数の閾値を実現している。
【００３８】
具体的には、図４の表に示すように、供給電圧Ｖ１が最も高い電圧Ｈであった場合、抵抗Ｒ１（第一閾値）を介して供給されるコンパレータＣＰ１は、Ｈｉの値を出力する。一方、電圧Ｍおよび電圧Ｌのいずれかの供給電圧Ｖ１が抵抗Ｒ１を介して供給されるとコンパレータＣＰ１は、Ｌｏの値を出力する。また、供給電圧Ｖ１が電圧Ｈおよび電圧Ｍのいずれかであった場合、抵抗Ｒ２（第二閾値）を介して供給されるコンパレータＣＰ２は、Ｈｉの値を出力する。一方、電圧Ｌの供給電圧Ｖ１が抵抗Ｒ２を介して供給されるとコンパレータＣＰ２は、Ｌｏの値を出力する。また、供給電圧Ｖ１が電圧Ｈおよび電圧Ｍおよび電圧Ｌのいずれかであった場合、抵抗Ｒ３（第三閾値）を介して供給されるコンパレータＣＰ３は、いずれもＨｉの値を出力する。なお、供給電圧Ｖ１が基準電圧Ｖ２以下であった場合、コンパレータＣＰ３はＬｏの値を出力する。
【００３９】
以上から、判別回路１２２の判別結果として、回路内圧センサユニット１００に電圧Ｈの供給電圧Ｖ１が供給されている場合、判別結果がＨｉ、Ｈｉ、Ｈｉと出力され、回路内圧センサユニット１００に電圧Ｍの供給電圧Ｖ１が供給されている場合、判別結果がＬｏ、Ｈｉ、Ｈｉと出力され、回路内圧センサユニット１００に電圧Ｌの供給電圧Ｖ１が供給されている場合、判別結果がＬｏ、Ｌｏ、Ｈｉと出力される。なお、回路内圧センサユニット１００に供給電圧Ｖ１が供給されていない場合などは、判別結果がＬｏ、Ｌｏ、Ｌｏとして出力される。
【００４０】
増幅回路１２３は、３以上の異なる供給電圧Ｖ１に対応する３以上の相互に異なる増幅モードを選択的に実現することのできる回路である。つまり、いずれの供給電圧Ｖ１が供給されたとしても、適切な増幅モードが選択されることにより、センサ１１１から測定信号Ｓ１を同じ増幅度で増幅して出力信号Ｓ２を送信することができる回路である。
【００４１】
増幅回路１２３は、供給電圧Ｖ１に基づきセンサ１１１からの測定信号Ｓ１を出力信号Ｓ２となるように増幅するが、一般的に供給電圧Ｖ１が異なると増幅度が異なることとなる。このため、本願発明では増幅回路１２３は、当該供給電圧Ｖ１の違いによる増幅度の相違を相殺して一定の増幅度としうるモード設定部１２４を備え、供給電圧Ｖ１の相違に寄らず測定信号Ｓ１と出力信号Ｓ２との関係を一定にしている。
【００４２】
これにより、供給電圧Ｖ１が異なるコンソール３００のいずれかに回路内圧センサユニット１００が接続されたとしても、コンソール３００は液体回路２００内の正確な圧力を読み取ることが可能となる。
【００４３】
本実施の形態の場合、増幅回路１２３は主増幅部１２５（例えばオペアンプ）を備え、主増幅部１２５の増幅モードを変更する３以上のモード設定部１２４と、判別回路１２２に判別された結果に基づき３以上のモード設定部１２４のいずれか一つを選択する選択部１２６とを備えている。
【００４４】
本実施の形態の場合、選択部１２６は判別回路１２２から出力される３ビットの信号に基づき三つのモード設定部のいずれかを選択するビットに変換するデコーダ回路である。
【００４５】
また、増幅回路１２３は、主増幅部１２５の零点を変更する３以上の零点設定部１２７を備えており、選択部１２６は、判別回路１２２に判別された結果に基づき零点設定部１２７を選択する。
【００４６】
本実施の形態の場合、センサ１１１は、液体回路２００内の陽圧を正の値（負の値でも可）とし、陰圧を負の値（正の値でも可）とし、陰圧から陽圧に至るまで連続的に圧力を測定することができるものとなっている。従って、モード設定部１２４の選択により増幅度を一定にしたとしても零点の相違により測定信号Ｓ１と出力信号Ｓ２との間の関係に差異が生じることになる。従って、供給電圧Ｖ１により零点を選択することは出力信号Ｓ２の精度の向上に寄与する。
【００４７】
また、モード設定部１２４はそれぞれトランジスタＴｒに接続されており、選択部１２６は、トランジスタＴｒのいずれかを動作させることによりモード設定部１２４を選択するものとなっている。さらに、零点設定部１２７もそれぞれトランジスタＴｒに接続されており、選択部１２６は、トランジスタＴｒのいずれかを動作させることにより零点設定部１２７を選択する。
【００４８】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。
【００４９】
例えば、センサ１１１の一例としてロードセルを例示したが、センサ１１１は、ダイアフラム２０１の変位を信号に変換することができるものであれば特に限定されるものでは無く、例えば、レーザー光線を用いた変位センサなどもセンサ１１１として採用することができる。
【００５０】
また、第一ケーブル１０３や第二ケーブル１０４を信号線と電力供給線とが一体となった１本のケーブルとして説明しているが、信号線と電力供給線とを別体としてもかまわない。
【００５１】
また、トランジスタＴｒに変えて、モード設定部１２４はそれぞれフォトカップラに接続され、選択部１２６は、フォトカップラのいずれかを動作させることによりモード設定部１２４を選択するものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本願発明は、人工心肺装置や、血液浄化装置などに用いられる液体回路、および、コンソールを接続する回路内圧センサユニットに適用できる。
【符号の説明】
【００５３】
ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３  コンパレータ
Ｐ１、Ｐ２  電力
Ｔｒ  トランジスタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  抵抗
Ｓ１  測定信号
Ｓ２  出力信号
Ｖ１  供給電圧
Ｖ２  基準電圧
１００  回路内圧センサユニット
１０１  測定部
１０２  増幅部
１０３  第一ケーブル
１０４  第二ケーブル
１１１  センサ
１２０  筐体
１２１  基準電圧発生回路
１２２  判別回路
１２３  増幅回路
１２４  モード設定部
１２５  主増幅部
１２６  選択部
１２７  零点設定部
２００  液体回路
２０１  ダイアフラム
２０２  接続体
３００  コンソール
【図１】
2015188648.tif 000003
【図２】
2015188648.tif 000004
【図３】
2015188648.tif 000005
【図４】
2015188648.tif 000006