(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導管を通る流体の流れの均一性を増大させるシステムであって、
マイクロステップ単位で運動する駆動装置と、
駆動装置に連結されて、駆動装置のマイクロステップに応じて量増分単位で導管を通して流体を圧送するポンプ機構とを有しており、各量増分が駆動装置のそれぞれの運動に対応しており、少なくとも或る量増分は他の量増分と異なっており、前記システムはプロセッサ及びマイクロステップ当たりの量に関する情報を格納するメモリを備え、
該プロセッサは、
それぞれのマイクロステップに対応する量増分に応じて、マイクロステップをパケットにグループ化するように構成されており、各パケットがそのパケットのマイクロステップの組み合わされた量増分に等しい全流れ量を有しており、全てのパケットの全流れ量はほぼ等しく、プロセッサが
パケット期間を各パケットに割り当てるように更に構成されており、全パケットのパケット期間は等しく、プロセッサが
パケット期間のそれぞれに関し、メモリに格納された上記情報に基づいて、そのパケット期間内の各マイクロステップについてパケット期間を決定するように更に構成されており、マイクロステップ期間は、１つのパケット期間内では同じである一方、パケット期間ごとでは異なるものであり、１パケットにおける全マイクロステップの組み合わされたマイクロステップ期間が、そのパケットについてのパケット期間と概ね等しくなり、プロセッサが
マイクロステップ単位で駆動装置が運動するように更に構成されており、マイクロステップが割り当てられたマイクロステップ期間で発生する、システム。
【請求項２】
増分グループ内の各マイクロステップのマイクロステップ期間をマイクロステップの流体の流れの量増分に比例させるように、前記駆動装置を制御するように前記プロセッサが構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
増分グループ内の全マイクロステップのマイクロステップ期間を等しくさせるように、前記駆動装置を制御するように前記プロセッサが構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
流量値の入力を受け付ける入力装置を更に有しており、この入力装置は、流量値をプロセッサに提供するようになっており、
前記プロセッサは、その提供された所望の流量値を受け、所望の流量値に応じて各パケット期間の長さを決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
流量値の入力を受け付ける入力装置を更に有しており、
入力装置からの所望の流量値を受信し、入力装置からの所望の流量値に応じてマイクロステップをパケットにグループ化するように、前記プロセッサが構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
非経口流体の搬送システムであって、
流体搬送導管と、
蠕動ポンプとを有しており、ポンプが導管と係合状態になったり係合解除状態になったりするように可動で、導管を通る流体の流れを制御するための複数の蠕動要素を有しており、搬送システムが
駆動装置を更に有しており、駆動装置は、装置自体がマイクロステップ単位で運動する複数の位置を有しており、駆動装置がポンプの蠕動要素に連結され、蠕動要素が駆動装置のマイクロステップに応じて量増分単位で導管を通して流体を圧送し、各量増分は駆動装置のそれぞれのマイクロステップに対応しており、搬送システムが、
駆動装置の位置を監視する位置センサーと、
駆動装置の各マイクロステップに対応する流体の流れの量増分を表しているデータを記憶するように構成されたメモリと、
メモリと連絡状態にあるプロセッサとを更に有しており、プロセッサが、
駆動装置位置信号と流体の流れの量増分データとを受信し、
増分パケットに対する駆動モータのマイクロステップを各パケットについての流体の流れの量増分データに応じて割り当てるように構成されて、１パケット内の全マイクロステップの組み合わされた流体の流れの量増分が、他のパケットの組み合わされた流体の流れの量増分に概ね等しくなり、プロセッサが
各増分パケットについて時間スロットを割り当てるように構成され、全時間スロットが等しい期間を有しており、プロセッサが
各パケットにおけるマイクロステップをそのパケットについての時間スロット期間にわたって長引かせるように駆動装置を制御するように構成されており、各マイクロステップが或る期間を有しており、１パケットにおける全マイクロステップ期間の総和がパケット期間に等しくなり、
前記駆動装置がステップモータにより回転されるカムシャフトを有しており、ステップモータが一連のモータステップ単位で運動し、モータステップが複数のマイクロステップに更に分割されている、流体の搬送システム。
【請求項７】
１増分グループ内の各マイクロステップのマイクロステップ期間をそのマイクロステップの流体の流れの量増分に比例させるように前記駆動装置を制御するように、前記プロセッサが構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
１増分グループ内の全マイクロステップのマイクロステップ期間を等しくするように前記駆動装置を制御するように、前記プロセッサが構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
ポンプ機構による作用を受ける導管を通して流体のより均一な流れを提供する方法であって、ポンプ機構がマイクロステップ単位で運動し、各マイクロステップが導管を通る流体の流れの特定の量増分を生じ、この方法が
ユーザの入力に基づいて、プロセッサによって所望の流体搬送流量を判定する工程と、
プロセッサによって、メモリに格納されたマイクロステップ当たりの量に関する情報を用いて、各マイクロステップの流体の流れの量増分に応じて、マイクロステップをパケットに割り当てる工程とを含み、１運動グループにおける全マイクロステップの組み合わされた流体の流れの量増分が、他の運動グループにおける全マイクロステップの組み合わされた流体の流れの量増分に概ね等しくなり、該方法が
プロセッサによって各増分パケットについての時間スロットを所望の流体搬送流量に応じて割り当てる工程を更に含み、全時間スロットが等しい期間を有しており、該方法が
プロセッサによって各パケットにおけるマイクロステップをそのパケットについての時間スロット期間にわたって引き伸ばすようにポンプ機構を制御する工程を更に含み、各マイクロステップがマイクロステップ期間を有しており、1パケットにおける全マイクロステップ期間の総和がパケット期間に等しく、
前記ポンプ機構がステップモータにより駆動される蠕動機構を有しており、ステップモータが一連のステップ単位で運動し、前記方法が
各モータステップを複数のマイクロステップに分割する工程を更に含んでいる、
方法。
【請求項１０】
プロセッサによってポンプ機構を制御する前記工程が、
プロセッサによって、１パケット内の各マイクロステップのマイクロステップ期間をそのマイクロステップの流体の流れの量増分に比例させるようにポンプ機構を制御する工程を含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ポンプ機構を制御する前記工程が、１パケット内の全マイクロステップのマイクロステップ期間を等しくするようにポンプ機構を制御する工程を含んでいる、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、導管を通る流体の流れを制御するためのシステムおよび方法に関するものであり、詳細には、導管を通る流体の流れの均一性を増加させることを目的として導管に作用するポンプを制御することに関連している。
【０００２】
【従来の技術】
血管内で非経口流体を患者に注入するために使用されるシステムでは、可撓性のある薬剤投与セットの或る長さの導管または管にポンプ機構を接続して、選択した流量で非経口流体を患者に圧送する。蠕動ポンプは、広く使用されているタイプのポンプ機構の１つであり、薬剤投与セットの管を、順次、閉塞させていくことにより、管を経由して流体を患者に送る。
【０００３】
線型式蠕動ポンプは、典型的には、一列の互いに隣接する往復運動式ポンプフィンガーを有しており、これらフィンガーが流体薬剤投与セットの管に順次に作用して、波状動作で管の隣接する部分を閉塞させ、管を通して流体を移動させる。フィンガーのこの往復順次運動は、駆動モータにより回動させられるカムシャフトによる、１つの構成で達成される。或る長さのカムシャフトに沿って複数の互いに隣接するカムが配置され、これらのカムは略対称の突出部の幾何学的形状を有し、１個のカムが１つのフィンガーを作動させる。カムはカムシャフトに沿って配置されて、互いに隣接する突出部がカムシャフトに相対的な異なる角度位置で突出している。これらフィンガーが、順番に、それぞれのカム突出部の角度位置およびカムシャフトの回転に従って、順次、前進および後退を行う。
【０００４】
駆動モータは、典型的には、電機子の完全な１回転につき或る数のモータステップを有しているステップモータを備えており、例えばこの数は、３６０度の回転につき２００ステップである。典型的には、ポンプサイクルはポンプ機構の完全なサイクルと定義される。例えば、１２フィンガーの線型蠕動ポンプの場合は、１２フィンガー全てが流体導管と係合し、サイクルの開始時の位置に戻ると、ポンプサイクルが完了する。多くのこのようなシステムで、ポンプ機構がフルサイクルを完了した時には、ステップモータも３６０度の回転にわたって移動を完了しており、それにより、その１回転のうちに、モータにすべてのステップを通過完了させるようにしている。
【０００５】
モータが増分運動を行う毎に、カムおよびフィンガーのこれに対応する増分運動を引き起こし、非連続的な量の流体すなわち「ステップボリューム」が導管を通して圧送される。線型蠕動ポンプの固有の特性は、ステップボリュームがステップごとに異なっているという点であり、ポンプ周期を越えた或る時点で、ステップボリュームは負の値となりさえすることがある（すなわち、逆流）ことである。線型蠕動ポンプの出口側フィンガーが管から後退し、ポンプ部分と下流側部分との間の圧力差によって、逆流サージが管のポンプ部分を埋め戻すときに、この逆流が発生する。
【０００６】
蠕動ポンプサイクルの範囲内で流れの均一性を増大させるための試みとして、ポンプ機構の設計が調整された。たとえば、この目的のために作られた非対称カム突出部は、これらが管の部分に係合および離脱するとき、ポンプフィンガーの前進を加速し、減速し、或いは、制限するように改良されてきた。これらの設計の或るものの結果として、特殊設計した流量における単位モータステップあたりの汲み出し量の均一性が増大する。しかし、設計流量とはわずかに異なる流量では、このような設計の有効性が低下することが分かっている。
【０００７】
流れの均一性を増大させる別な取り組みが、「流れの均一性を増大させるためのシステム（System for Increasing Flow Uniformity）」という名称の、バターフィールドに付与された米国特許第５,７１６,１９４号に記載されており、その内容を本明細書中に援用する。米国特許第５,７１６,１９４号では、流れの均一性は、幾つかの互いに隣り合うステップをより大規模な「スーパーステップ」へとグループ化し、１つのスーパーステップが１群のステップから構成されるようにすることにより、向上させられる。多数ステップを慎重にまとめることにより、各スーパーステップが本質的に他のスーパーステップと同一量の流体を有しているようになる態様で設けることができる。例えば、１つのスーパーステップは７つの比較的低容量のモータステップから構成することが可能であるが、他のスーパーステップは３つのより容量の大きいモータステップから構成することができる。第１のスーパーステップに、より多くの低容量のモータステップを付随させることにより、第１のスーパーステップの合計容量は第２のスーパーステップの合計容量に概ね等しくなる。概ね均等な容量および概ね均等な期間の複数のスーパーステップを利用すれば、流れの均一性が向上される。
【０００８】
より低い流量では、このようなスーパーステップの利用は、ステップとステップの間のポンプ動作に長い休止を必要とすることがある。例えば、１つのモータステップは大量の流体を生成することができるが、これは、所望の流量で流れを生成するためには、次のモータステップが発生する前にかなりの時間が経過することが必要である。更に、場合によっては、ステップとステップの間に長い休止を置いても、特定の大容量のステップによりシステムは所望の流量を一時的に超過してしまうことがある。かかる大容量ステップの問題は、１ステップ以上から構成されているスーパーステップを利用することにより大きくなる可能性があった。
【０００９】
流体ポンプ駆動システムについて、ギア列を追加すること、および／または、１回転あたりより多数のステップを有するポンプの開発などの、種々の改良を行った結果、低い流量における均一性に対処することができる。しかし、かかる改良は、一般に、完全に新規なポンプ機構の開発を必要とするので、高額につく。
【００１０】
低い流量における問題に対処することを目的の一部として、「マイクロステッピング」として公知のモータ駆動技術が開発されており、この技術では、各モータステップが一連の小規模なマイクロステップへと細分化されていた。例えば、各モータステップは８個までの異なるマイクロステップへと細分化することができた。これらのマイクロステップをマイクロステップの「パケット」へと更にグループ化することが可能で、この時、各パケットは他のパケットと本質的に同一容量を有し得る。
【００１１】
マイクロステッピングは流れの均一性を増大させるとともに、モータノイズをかなり減少させることが分かってきた。マイクロステッピングは、１ステップを通してステップモータを駆動しながら、場のベクトル位置のわずかな角変位を生じる一連の流れの大きさの状態に影響を及ぼす。これらの変位量の総和は１ステップの変位量に等しい。瞬間トルクがモータの回転子位置からのモータの場のベクトル位置の角変位量の正弦関数に近似するので、より小さい角変位はより低い瞬間トルクを生じる結果となる。より低い瞬間トルクが「マイクロステップ」ごとの起点で発生する角加速は、「フルステップ」駆動モードのステップごとの起点で発生する角加速よりも小さい。この効果は、一連の少量の加速として全ステップにわたってステップの開始時に発生するのが普通である大きな加速を長引かせることである。従って、全ステップにわたって近即時的態様に転換する代わりに、モータはむしろ、一連の非連続な増分マイクロステップにより運動し、このマイクロステップの各々が全ステップの運動転換の一部のみに関与している。
【００１２】
幾つかの既存のシステムが、流体ポンプモータなどの多様な駆動モータについてマイクロステップを利用している。例えば、本明細書に援用する「開ループステップモータ制御システム（Open-Loop Step Motor Control System）」という名称の、ホルダウエイに付与された米国特許出願第08/526,468号は、注入ポンプステップモータを駆動させる際のマイクロステップの利用について記載している。
【００１３】
既存の導入例では、各マイクロステップの持続期間が、２．３６ミリ秒のような名目値に固定されているのが典型的であった。マイクロステップの全パケットは比較的速い速度で連続した後、モータ運動が発生しない「ノンフロータイム」が続く状態に作成されることが多い。平均流量は、パケットの容量を低下または増加させることにより（すなわち、各パケットのマイクロステップの数を調節することにより）、また、ノンフロータイム（すなわち、モータが運動していない、マイクロステップとマイクロステップの間の時間）を調節することにより、調整された。
【００１４】
ノンフロー期間は、平均流量を変更するためばかりか、他のシステム機能を増大させるためにも、能動的に変更させることが可能であった。例えば、本明細書に援用する「流体の流れ抵抗監視システム（Fluid Flow Resistance Monitoring System）」という名称の、バターフィールドに付与された米国特許出願第08/688,698号は、擬似ランダムコードを利用して、ノンフロー期間を含めて、流体の吐き出し率を変更させるシステムを記載している。極めて低い流量については、ノンフロー時間が比較的大きくなることがある。例えば、毎時０．１ｍｌの所望の流量は、約２００秒のノンフロー期間を必要とすることがある。
【００１５】
流体駆動システムでは、最大流れ均一性が望ましい状況が存在する。例えば、或る即効性（すなわち、半減期の短い）薬物のような、極めて低い流量を必要とする流体によっては、それを非経口注入する際に、瞬間的な流量を最小変動に維持するのが望ましいことがある。このような流量の最小変動の必要性は、商業用蠕動注入装置が典型的に発生させる低い範囲、例えば毎時０．１ｍｌから１．０ｍｌの範囲では、最も深刻となることがある。
【００１６】
緊急治療調査研究所（ECRI)のような或る機関は、達成された最低流量における「フローステップ」と「フローステップ」の間の間隔に基づいた、流れ均一性の公開定格を設けている。このような定格は、幾分は不明確であるのが典型的であるが、有用なガイドラインを提供することができる。例えば、ECRIは、「プログラミングし得る最低量」において「フローステップ」と「フローステップ」との間に２０秒より短い時間が経過する場合には、注入ポンプの流れの均一性を「優良」と評価している。ECRI定格が均等容量のステップを有していることを基準としていると仮定すると、現在の多くの商業用装置がこのような基準を全く満たしていない。
【００１７】
このため、特に低い流量における流れの均一性の向上の必要性を、当業者は認識していた。本発明はこのようなニーズなどを満たしている。
【００１８】
【発明の概要】
簡単かつ一般的には、本発明は、ポンプ機構の運動を制御することにより、ポンプ機構が作用する導管における流体の流れを制御し、流れの均一性を増大させるためのシステムおよび方法を提供する。一態様では、より均一な流れを提供するための、選択された流量に応じて導管を通る流体の流れを制御するためのシステムが提供されており、このシステムは、導管に作用して、導管を通る流体の流れを制御するためのポンプ機構を備えており、このポンプ機構は、所定のポンプ動作パタ−ンで導管を圧縮して、導管を通る流体の運動を発生させる複数のポンプ装置を有しており、このポンプ機構は、完全な１ポンプサイクルを通して、連続する段階的なポンプ装置の運動で動く。ポンプ機構の各運動ステップに対応して導管を通って流れる流体の量を記憶しているメモリが含まれており、プロセッサはパケット中のポンプ装置の運動の連続するステップを選択および分類して、複数ステップから成る各パケットにおいて可能な限り目標の流れの量に近い量を圧送するようにされ、更にプロセッサは、ステップをマイクロステップに分割し、ポンプモータをマイクロステップを通して駆動させて、各パケットの範囲内に、そのパケットにおける他のマイクロステップの期間に等しい期間を有するマイクロステップを有しているようにする。
【００１９】
別な態様では、ポンプ機構は全ての又は略全てのパケット期間中に各パケットに割り当てられたマイクロステップを通して運動し、その結果、ポンプ機構が運動していない待機期間が最小限に抑えられる、或いは、除去される。
【００２０】
より詳細な態様では、ポンプ機構は、ポンプ装置を駆動して所定のパターンで流体の導管と接触状態にしたり接触解除したりすることにより、導管を通して流体を流動させるステップモータを有しており、メモリが、ステップモータの各ステップに対応する、導管を通る流体の流れの量を記憶し、プロセッサは、マイクロステップ期間の流れの量の関数として決められるマイクロステップを有している運動マイクロステップ単位で運動するように、また、特定パケット単位で運動するようにステップモータを制御する。
【００２１】
また別な態様では、プロセッサは流量に基づいてマイクロステップ期間を選択するが、この時、選択されたマイクロステップ期間の長さが選択された流量に反比例している。
【００２２】
別な態様では、ポンプ機構は、全流れの総量が本質的にゼロである一連のポンプステップを、高速で、または、最大速度で行う。
【００２３】
本発明の他の特徴および他の利点は、本発明の特徴を具体例として例示している添付の図面に関連づけて理解すれば、下記の詳細な説明から明らかとなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
別個の図の同一参照番号は同一要素または対応要素を示している、図面をより詳細に参照すると、図１および図２には、典型的な線型蠕動ポンプについてのポンプサイクル流れパターンが、ポンプが２００ステップからなるモータサイクルを有している状態で示されている。図１はポンプサイクル流れパターンの極線グラフであり、図２は同一パターンの線型グラフである。
【００２５】
図１では、個々のモータステップ１０が基準点０で始まり、全２００ステップの回転にわたって時計方向に均等な角増分で連続的に移動し、基準点０まで戻るのを示している。ポンプサイクル流れパターン１２が結果として生じる。流れゼロは円１４により表示され、正の流れ１６は円の外側に表示され、負の流れ１８は円の内側に表示される。正味の逆流期間すなわち負の流れの期間が円弧２０により示されており、正味のゼロの流れ期間は円弧２１により例示されている。特定のモータステップに対応するパターンの一部を参照することにより、そのステップにより圧送される量（ステップ容量）を判定することができる。ステップ容量は、重量測定による手段のような、当業者に周知の手段により判定することができる。
【００２６】
図２は、線型グラフ様式であることを除き、図１と同一データを示している。個々のモータステップ１０は、X軸およびY軸の交点に規定された基準点０で始まっているのが示されており、各後続モータステップはX軸に沿って表示されている。回転される各モータステップに対応して圧送される個々のステップ容量の結果として生じるポンプサイクル流れパターン１２が示されている。流れゼロはX軸２２により表されており、正の流れは正のY軸２４により表されており、負の流れは負のY軸２６により表されている。正味の逆流期間すなわち負の流れの期間２８も示されている。図１および図２の両方を観察すれば明白であるが、ポンプサイクル３０の期間に単位ステップあたり、異なる量が圧送される。
【００２７】
モータステップをマイクロステップに分割してから、図３に明示されているように、等しい期間TPおよび略等しい流体量QPを有している「パケット」へとマイクロステップを分類することにより、流れの均一性の向上が達成される。図３に示された実施形態では、３つの互いに隣接するパケットはそれぞれに、４つ、５つ、および、２つのマイクロステップ３２から構成されている。各マイクロステップの下にある領域は、そのマイクロステップについての流体流の体積QMSに一致し、各パケット内の流体流の体積の総和（すなわちQP)は他のパケットについての全体積と概ね同一である。
【００２８】
グループ化または「パケット化」は現実にはステップレベルで実行され、それにより、異なるステップがパケットに指定されて、ステップはパケット内でより小さいマイクロステップに分割されることに注目しなければならない。異なるステップおよびマイクロステップは異なる体積QSおよびQMSを有していることができるので、ステップとマイクロステップの数はパケットごとに異なって、略等しいパケット流体量QPを維持することができる。従って、特定のパケットについてのパケット容量QPは、そのパケットにおける全てのステップ容量および／またはマイクロステップ容量の総和であるとして、以下のように定義される。
0004647784.tif 000002
または
0004647784.tif 000003
ステップ容量とマイクロステップ容量の変動のために、パケット容量は通常は、どのパケットも厳密に等しいわけではない。しかし、ステップ容量QSとマイクロステップ容量QMSが大きく変動する場合でさえ、パケット容量QPはどのパケットも比較的一定に保つことが可能である。
【００２９】
本発明の一実施形態では、パケットはステップレベルで指定され、ステップはマイクロステップへと分割される。別な実施形態では、異なるステップを異なる数のマイクロステップに分割することができる。例えば、或るパケットにおける第１のステップは最初の多数のマイクロステップに分割し、第２のステップはその半分のマイクロステップに分割し、第３のステップはその４分の１のマイクロステップに分割し、以下同様に分割することが可能であり、単位ステップあたりの１つのマイクロステップが利用されるまで、単位ステップあたりのマイクロステップの数が減少してゆく。パケットの最後では、プロセスは逆になり、最後から３番目のステップが第３のステップと同一数のマイクロステップへと分割され、最後から２番目のステップが第２のステップと同一数のマイクロステップへと分割され、最後のステップが第１のステップと同じ最初の多数のマイクロステップへと分割される。かかる実施形態の具体例として、９つのステップからなる１パケットでは、ステップが表Aに示されるようなマイクロステップへと分割される。
表  A
0004647784.tif 000004
表Aに示された特定の実施形態は、どのステップも分割することのできるマイクロステップの数について８の設定限度があることに留意しなければならない。
【００３０】
別な実施形態では、各ステップは同一数のマイクロステップに分割することができる。例えば、全てのステップは４つのマイクロステップに分割することができる。
【００３１】
典型的な注入システムでは、ポンプモータは各マイクロステップを通って迅速に先へ進み、マイクロステップ３２が各々、図３に具体例として示されているような、固定され、概ね同一の（比較的小さい）期間TMSを有しているようにする。典型的なポンプのマイクロステップ期間は丁度数ミリ秒程度である。従って、所望の流量を達成すると同時に、略一定のパケット期間TPを維持するためには、比較的長いポンプ非作動状態の待機期間TWを採用して、所望の値までパケット期間TPを延長することができる。かかるシステムでは、パケット中のマイクロステップの数次第で、待機時間TWはパケットごとに異なる。先に述べたように、低い流量については、マイクロステップTMSが短いと、待機時間TWは極めて長くなることがある。例えば、毎時０．１ｍｌの流量については、約２００秒の待機時間TW（すなわち、ノンフロー期間）が関与する。
【００３２】
図４に示されているように、本発明は、個々のマイクロステップ期間TMSを拡大することにより、待機時間TWを除去し、或いは、最小限に抑える。マイクロステップを非常にゆっくりと通過させるように実行するポンプモータを制御することにより、マイクロステップ期間TMSが延長され、１パケット内の合計で、マイクロステップ期間が全てのパケット期間TPまたは実質的に全てのパケット期間TPを含むようにして、それにより、待機期間TWを除去するか、或いは、少なくとも最小限に抑える。各マイクロステップ期間TMSの全体にわたってモータが現実に動いている必要はないことに留意するべきである。機械的特長および電気的特長と、モータの振る舞いのせいで、マイクロステップ運動はマイクロステップ期間TMSの全体を通して一貫しているわけではないのが普通である。例えば、図４ａに描かれているように、マイクロステップ期間ＴMSの極めて初期には、マイクロステップは実質的なモータ運動に関与し得るが、その運動は後で減速し、マイクロステップ期間ＴMSの終わりに向かうにつれて、実際には、モータの運動はほとんど無い、或いは、全く無い。しかし、運動の無いこの時間は一般に短く、実質的なノンフロー時間を生じることはない。
【００３３】
本発明の実施形態では、各パケットの終わりの待機期間ＴWは完全には除去されないで、代わりに、極めて低い値に落とされる。別な実施形態では、待機期間ＴWは、パケットから次のパケットへ移行しても、好ましくは非常に低い値に概ね一定に保持される。これは、ステップ期間またはマイクロステップ期間ＴMSを一定に保持し、かつ、その代わりに待機期間ＴWを変動させて、所望の流量を達成しているシステムとは対照的である。
【００３４】
図４の特定の実施形態では、待機期間ＴWはほとんど無視できるほどに小さい。マイクロステップ期間ＴMSは各特定パケット内では一般に一定であるが、１パケットにおけるマイクロステップ期間ＴMSはその期間のマイクロステップ数により除算されたパケット期間ＴPの商に概ね等しい。例えば、図４からパケット１では、４つのマイクロステップが存在し、各マイクロステップ期間ＴMS1が全パケット期間ＴPの４分の１に等しいか、或いは、約４分の１である。パケット２については、５つのマイクロステップが在るが、マイクロステップ期間ＴMS2は全パケット期間ＴPの約５分の１に等しい。従って、マイクロステップ期間は一般に以下のように定義される。
0004647784.tif 000005
ここで、ＮMSはそのパケット中のマイクロステップの数である。
【００３５】
代替の実施形態では、特定のマイクロステップにおいて搬送される体積を考慮に入れることが可能ならば、マイクロステップ期間は各マイクロステップごとに個別に決定することができる。具体例として、マイクロステップ期間ＴMSは、全パケット期間ＴP、そのパケットで搬送される総量ＱP、および、特定マイクロステップにより輸送される量ＱMSの関数となり得る。以下のような等式を採用することが可能である。
0004647784.tif 000006
量ＱMSおよび／またはＱPに関する情報は、多様なステップおよびマイクロステップについてシステムプロセッサが問い合わせを行うテーブルに保持することができる。
【００３６】
流量を増大させるために、システムは各パケットにおけるマイクロステップの数を増大させることが可能である（それにより、パケット量ＱPを増大させることができる）。その代わりに（または、それに加えて）、システムはパケット期間ＴPを減じることにより流量を増すことができる。流量を減じるためには、システムはパケットあたりのマイクロステップ数を減じることができ、かつ／または、パケット期間ＴPを増大させることができる。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態では、各パケットにおけるパケット量ＱP（それ故、マイクロステップ数）は特定範囲における全ての流量について略一定の値に保持される。より特定の実施形態では、パケット量ＱPは毎時５０ｍｌより低い流量については、５μｌから６μｌのレベルに維持される。パケット量ＱPを略一定に維持することにより、システムは、流量が変化するたびごとに、各パケットについての適正マイクロステップ数を再決定する必要がない。
【００３８】
１回転あたり２００ステップを有している典型的なポンプ機構では、ポンプ機構の１回転が約１６５マイクロリットルから２００マイクロリットルの範囲で搬送するのが普通である。従って、１ミリリットルの流体を搬送するのに、ポンプ機構の完全な約５回転程度を要する。これら５周程度の完全な回転は１０００を超えるステップを含んで、１ミリリットルの流体の搬送が１０００を越えるステップにわたる。しかし、大半の蠕動装置の物理的特性および動作のせいで、各回転ごとにおける相当数の連続ステップが、合計では、相当な流体の流れを生じるわけではない。例えば、図１に描かれたステップサイクルの流れパターンでは、２１と示された円弧は、合計で、本質的にゼロの流体の流れを生じる。いくつかのパケットにわたって上記連続する低い流れのステップまたは負の流れのステップを分配しようと試みるよりはむしろ、円弧２１における連続するステップを通して、単に最大速度で、または、比較的高速でモータを作動させることが有効であるのが分かっている。例えば、ゼロ量の流体の流れの円弧における連続するステップは、約１００ミリ秒という非常に短い時間で、ポンプにより実行され得る。円弧２１における連続するステップの流れの総和がゼロであるので、これらのステップにわたる急速な前進が流れの均一性を向上させるのに役立つ。
【００３９】
図５は、本発明の態様を組み入れた流体搬送システム４０のブロック図である。流体搬送システムは、ポンプモータ４４により駆動されるポンプ機構４６の作用を受ける流体搬送導管４２を有している。図示の実施形態では、ポンプ機構４６は、ポンプモータ４４に連結されて一連の蠕動要素５０を動かしている回転カムシャフト４８を有している。蠕動要素５０は導管４２に作用して、流体源５２から導管４２を通して、カニューレ５６を介して患者５４の体内へと流体を移動させる。
【００４０】
キーパッドのようなユーザ入力装置５８は流量選択のようなオペレータの指示をプロセッサに与える。プロセッサ６０はポンプ機構４６を駆動しているポンプモータ４４の動作を制御している。モータ位置センサー６２はモータ４４とポンプ機構４６の位置を決定し、プロセッサ６０に位置信号を供与する。メモリ６４は、ステップおよび／またはマイクロステップあたりの量に関係する情報のテーブルのような適正情報を記憶し、提供するように設けることができる。
【００４１】
システムは、係属中の米国特許出願第08/688,698号および第08/526,468号に示されたもののようなシステムパラメータを監視するための多様な要素を有している。例えば、システムは、導管４２に連結されて導管内の圧力を検知する圧力センサー６６を有し得る。アナログからディジタルへの変換装置６８（Ａ／Ｄ）はセンサー６６からアナログ圧力出力信号を受信して、これらの信号をプロセッサ６０により制御された特定のサンプル率でディジタル形式に変換する。プロセッサ６０はディジタル圧力信号を受信し、以下により詳細に説明されるように圧力信号を処理し、流れに対する抵抗を算出する。表示装置７０は抵抗または流量のようなシステム情報を提示するために含むことができ、また、１個以上のアラーム７２を不十分な動作パラメータを指示するために設けることができる。
【００４２】
図５に示された実施形態では、流量の選択はキーパッド５８で行われ、プロセッサ６０により受信される。ユーザは、可変圧力モード（高い流れの均一性が重要である低い流れについて）や抵抗監視モード（係属中の米国特許出願第08/688,698号に記載されている抵抗監視モードのような）などの動作モードの中からキーパッド５８で選択することができる。
【００４３】
本発明に従った流体搬送システムは１種以上の動作のモードを含むことが可能であるが、向上した流れの均一性要素と増数した均一性方法ステップとの利用は、動作モードの或る期間にのみ可能となる。例えば、流体搬送システムは抵抗監視モードのような第１のモードを有し得るが、この期間中は、抵抗のようなシステムパラメータ監視作業は均一性要素および均一性方法による干渉を受ける。従って、システムは第１モードの作動期間中は、向上した流れの均一性要素とその方法の利用を禁じることが可能である。このような流体搬送システムは、可変圧力モードのような第２のモードを有していることがあり、この期間中は、システムは均一性の要素および均一性の方法の作動を禁止する。
【００４４】
好ましい実施形態では、システムは流量および作動モードの矛盾した組み合わせをユーザに選択させることはない。例えば、特定の実施形態では、向上した流れの均一性の利用は毎時５０ｍｌより低い流量まで制約されることがある。従って、向上した流れの均一性モードを毎時５０ｍｌを越える流量と組み合わせてシステムがユーザに選択させることはない。
【００４５】
本発明を或る好ましい実施形態に関して例示および説明してきたが、本発明が当業者の能力の範囲内で、無数の修正および調節を行うことが可能であるのは明白である。従って、本発明の思想および範囲から逸脱せずに、本発明の形態、詳細、および、用途を多様に変更することができるものと理解するべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  共通の線型蠕動ポンプの１ポンプサイクルにわたる、単位モータステップあたりに汲み出される量の極線グラフである。
【図２】  図１に示されたポンプサイクルを表示する線型グラフである。
【図３】  実質的な待機期間がパケット期間に重畳された流体の流れを表示するグラフである。
【図４】  待機期間が比較的短いパケット期間に重畳された流体の流れを表示するグラフである。
【図５】  本発明の特徴を具体化し、かつ、プロセッサ制御下にあって流体貯蔵器から患者まで非経口性流体を移動させるための位置センサーおよびステップモータを採用している、線型蠕動流体搬送システムの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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