(57)【要約】圧送室を有するカセットで使用する医用ポンプは、圧送サイクル中に圧送室を断続的に加圧し、その間に１つの圧力センサが配置された状態で、本体に接続されたピストンヘッドを有するピストンスライダアセンブリがある圧送要素を含む。カムシャフトは、圧送室が加圧されている場合、流れに対して圧送室を閉鎖するために、圧送要素、入口制御要素、および出口制御要素と関連する。処理ユニットは、圧送要素に関連する圧力センサおよび位置センサから圧力および位置データを受信し、このデータを処理して、ポンプの動作状態を判断する。判断される動作状態は、遮断された流体の流れ、ライン内に流体がないこと、ポンプに関連するカセットがないこと、適切なポンプのプライミング、または適切な弁の密封を含む。
2006514856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧送室を有するカセットで使用する医用ポンプであって、
圧送サイクル中に圧送室を断続的に加圧するように構成された圧送要素と、
圧送室が圧送要素によって加圧されている場合、ポンプサイクルの少なくとも一部の間に、流れに対して圧送室を閉鎖する手段と、
圧送要素が圧送室に加える圧力を検出するように、動作可能な状態で圧送要素に接続された１つの圧力センサとを備える医用ポンプ。
【請求項２】
前記手段が、圧送室が圧送要素によって加圧されている場合、ポンプサイクルの少なくとも一部の間に、流れに対して圧送室を閉鎖するように構成された入口制御要素と出口制御要素と、圧送室が圧送要素によって加圧されている場合、ポンプサイクルの少なくとも一部の間に、流れに対して圧送室を閉鎖するように、圧送要素、入口制御要素、および出口制御要素に関連するカムシャフトとを含む請求項１に記載の医用ポンプ。
【請求項３】
さらに、圧力センサと電子的に通信する処理ユニットを含み、処理ユニットが、圧力センサからの圧力データを処理して、ポンプの動作状態を判断する請求項１に記載の医用ポンプ。
【請求項４】
判断される動作状態が、遮断された流体の流れ、ライン内に流体がないこと、ポンプに関連するカセットがないこと、適切なポンプのプライミング、または適切な弁の密封である請求項３に記載の医用ポンプ。
【請求項５】
さらに、処理ユニットと電子的に通信し、動作可能な状態で圧送要素と関連して、圧送要素の位置を検出する位置センサを含み、処理ユニットが、位置センサからの位置データを処理して、入り圧力データをポンプサイクルの特定の部分に関連させる請求項３に記載の医用ポンプ。
【請求項６】
圧送要素が、本体に接続されたピストンヘッドを有するピストンスライダアセンブリを含み、ピストンヘッドが、圧送室と接触するような構成であり、１つの圧力センサが、ピストンヘッドと本体との間で圧送要素に接続される請求項１に記載の医用ポンプ。
【請求項７】
圧送室を有するカセットで使用する医用ポンプであって、
圧送サイクル中に圧送室を断続的に加圧するように構成されたピストンスライダアセンブリを含む圧送要素を備え、ピストンスライダアセンブリが、本体に接続されたピストンヘッドを有し、ピストンヘッドが、圧送室に接触するような構成であり、
圧力センサがピストンヘッドと本体の間で圧送要素に接続されて、圧送要素が圧送室に加える圧力を検出する医用ポンプ。
【請求項８】
ピストンスライダアセンブリが、本体を貫通するボアを含み、力をポンプモータから圧送要素へと伝達する表面を提供する請求項７に記載の医用ポンプ。
【請求項９】
ピストンスライダアセンブリが、ピストンスライダアセンブリをポンプハウジングと滑動自在に結合できるようにするスライダ要素を含む請求項７に記載の医用ポンプ。
【請求項１０】
さらに、圧力センサと電子的に通信する処理ユニットを含み、処理ユニットが、圧力センサからの圧力データを処理して、ポンプの動作状態を判断する請求項７に記載の医用ポンプ。
【請求項１１】
判断される動作状態が、遮断された流体の流れ、ライン内に流体がないこと、ポンプに関連するカセットがないこと、適切なポンプのプライミング、または適切な弁の密封である請求項１０に記載の医用ポンプ。
【請求項１２】
さらに、処理ユニットと電子的に通信し、動作可能な状態で圧送要素と関連して、圧送要素の位置を検出する位置センサを含み、処理ユニットが、位置センサからの位置データを処理して、入り圧力データをポンプサイクルの特定の部分に関連させる請求項１０に記載の医用ポンプ。
【請求項１３】
さらに、圧送室が圧送要素によって加圧されている場合、ポンプサイクルの少なくとも一部の間で、流れに対して圧送室を閉鎖する手段を含む請求項７に記載の医用ポンプ。
【請求項１４】
さらに、圧送室が圧送要素によって加圧されている場合、ポンプサイクルの少なくとも一部の間に、流れに対して圧送室を閉鎖するように構成された入口制御要素と出口制御要素と、圧送室が圧送要素によって加圧されている場合、ポンプサイクルの少なくとも一部の間に、流れに対して圧送室を閉鎖するように、圧送要素、入口制御要素、および出口制御要素に関連するカムシャフトとを含む請求項７に記載の医用ポンプ。
【請求項１５】
圧力センサが力センサであり、医用ポンプに含まれる唯一の圧力センサである請求項７に記載の医用ポンプ。
【請求項１６】
圧送室を有するカセットで使用する医用ポンプであって、
圧送サイクル中に圧送室を断続的に加圧するように構成された圧送要素と、
流れに対して圧送室を閉鎖するように構成された入口制御要素および出口制御要素と、
圧送室が圧送要素によって加圧されている場合、ポンプサイクルの少なくとも一部の間に、流れに対して圧送室を閉鎖するように、圧送要素、入口制御要素、および出口制御要素に関連するカムシャフトと、
動作可能な状態で圧送要素に接続されて、圧送要素が圧送室に加える圧力を検出する圧力センサとを備える医用ポンプ。
【請求項１７】
さらに、圧力センサと電子的に通信する処理ユニットを含み、処理ユニットが、圧力センサからの圧力データを処理して、ポンプの動作状態を判断する請求項１６に記載の医用ポンプ。
【請求項１８】
判断される動作状態が、遮断された流体の流れ、ライン内に流体がないこと、ポンプに関連するカセットがないこと、適切なポンプのプライミング、または適切な弁の密封である請求項１７に記載の医用ポンプ。
【請求項１９】
さらに、処理ユニットと電子的に通信し、動作可能な状態で圧送要素と関連して、圧送要素の位置を検出する位置センサを含み、処理ユニットが、位置センサからの位置データを処理して、入り圧力データをポンプサイクルの特定の部分に関連させる請求項１７に記載の医用ポンプ。
【請求項２０】
圧送要素が、本体に接続されたピストンヘッドを有するピストンスライダアセンブリを含み、ピストンヘッドが、圧送室と接触するような構成であり、１つの圧力センサが、ピストンヘッドと本体との間で圧送要素に接続される請求項１６に記載の医用ポンプ。
【請求項２１】
圧力センサが、医用ポンプに含まれる唯一の圧力センサである請求項１６に記載の医用ポンプ。
【請求項２２】
圧力センサが力センサである請求項２１に記載の医用ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用ポンプの動作状態を判断する手段に関する。特に、本発明は、患者に流体を送出する容積式流体圧送装置で流体状態を判断する手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の医療はしばしば、流体および／または流体薬品を患者に送出するために医用ポンプ装置の使用を伴う。医用ポンプによって患者への流体の制御された送出が可能になり、このようなポンプは、主にポンプの送出量および投与量における精度がはるかに高いことにより、また柔軟であるが制御された送出スケジュールの可能性により、概して重力流システムに取って代わっている。現代の医用ポンプのうち、ダイアフラムまたはポンプカセットを組み込んだポンプは、他のタイプのポンプより正確な、制御された流量および体積を提供するので、しばしば好ましい。
【０００３】
典型的な容積式ポンプシステムは、ポンプ装置ドライバおよび使い捨てカセットを含む。使い捨てカセットは、１人の患者および１流体送出サイクルにのみ使用するように構成され、通常は、流体供給容器および流体を受ける患者に可撓管を介してそれぞれ接続された入口および出口を有する小型のプラスチックユニットである。カセットは圧送室を含み、室を通る流体の流れは、装置ドライバによって制御された方法で作動するプランジャまたは圧送要素３８によって制御される。
【０００４】
例えば、カセット室は、流体を流すためにプランジャおよびドライバによって往復運動する可撓性ダイアフラムによって形成された１つの壁を有してよい。ポンプドライバ装置は、カセットの圧送室に出入りする流体の流れを制御するプランジャまたは圧送要素３８を含み、流体が患者に予め設定された流量で、所定の形で、特定の予め選択された時間または合計投与量でのみ送出されることを保証する制御機構も含む。
【０００５】
流体は、入口を通ってカセットに入り、圧力下で強制的に出口を通される。流体は、ポンププランジャが膜を圧送室に押し込んで、流体を変位させると、出口に送出される。吸入ストローク中に、ポンププランジャは戻り、圧送室を覆う膜が以前の十分に変位した構成から引き戻され、次に流体は開いた入口を通って圧送室に引き込まれる。圧送ストロークでは、ポンププランジャが膜を圧送室に押し戻し、それに含まれる流体を出口に通す。したがって、流体は、連続流ではなく一連の離隔されたパルス状でカセットから流れる。
【０００６】
医用ポンプの要件の１つは、特定の異常状態で作動している場合は、それを検出し、それらの問題を使用者に警告することができることである。特に、ポンプは、流体の流れが遮断された場合、ラインに流体がない場合、ポンプにカセットがない場合、ポンプが適正にプライミングされているか、およびポンプ内の弁が適切に密封されているかを検出しなければならない。
【０００７】
この情報を全て供給することができた以前のポンプは、制御システムへ流体の状態に関する入力を提供するために、圧送室または管に関連する少なくとも２つのセンサを使用した。複数のセンサを使用することは、ポンプ上にさらに物理的空間を必要とし、その結果、潜在的にユニット製造コストがより高くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、医用ポンプの動作状態を識別するために１つの圧力センサを使用する方法を提供することが、本発明の主要な目的である。
【０００９】
以上および他の目的は当業者にとって明白である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
圧送室を有するカセットとともに使用するための医用ポンプが開示される。ポンプは、圧送サイクル中に圧送室を断続的に加圧するピストンスライダアセンブリがある圧送要素を含む。ピストンスライダアセンブリは、本体に接続されたピストンヘッドを有し、その間に１つの圧力センサが配置される。圧送室が加圧されている場合に、流れに対して圧送室を閉鎖するためにカムシャフトは圧送要素、入口制御要素、および出口制御要素が付随する。位置センサが、圧送要素の位置を検出する。処理ユニットが、圧力および位置センサから圧力および位置データを受信する。処理ユニットは、このデータを処理して、ポンプの動作状態を判断する。判断される動作状態は、閉塞した流体の流れ、ライン内に流体がないこと、ポンプに付随するカセットがないこと、適切なポンプのプライミング、または適切な弁の密封を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、患者に流体を送出するために、使い捨てカセット１２との関連で使用される医用ポンプ１０の機能構成要素を示す略図である。本明細書で使用する医用ポンプという用語は、腸内ポンプ、非経口注入ポンプ、歩行用ポンプ、または流体を患者に送出する任意の容積式流体圧送装置を含むが、それに制限されないことを、当業者は理解する。
【００１２】
医用ポンプ１０およびカセット１２は、本発明を実現するための幾つかの構成要素とともに図示されている。ポンプ１０およびカセット１２は、図１で図示したものより多くの構成要素を含むことを、当業者は理解する。しかし、本発明を実施する例示的な実施形態を開示するために、これらの構成要素を全て図示する必要はない。ＰＵＭＰ  ＣＡＳＳＥＴＴＥという名称の、本願譲受人に譲渡された同時係属の正式な米国特許出願第２９／１６６，３８９号明細書は、以下で説明する特定のカセット１２を開示している。ポンプカセットおよびカセットポンプは一般的に、医用流体送出の技術分野でよく知られており、これは本願譲受人に譲渡された米国特許第４，８１８，１８６号明細書、第４，８４２，５８４号明細書および第５，０００，６６４号明細書によって明白であり、その開示全体および図面は、参照により本明細書に明確に組み込まれる。
【００１３】
カセット１２はハウジング１４を含み、その上には、ＩＶバッグまたは他の流体容器（図示せず）から流れる流体を受け入れる入口孔１６が配置される。同様に、流体ライン（図示せず）は、ハウジング１４上の出口孔１８を患者の身体に結合する。
【００１４】
圧送室２０は、流体の流れの連絡で入口孔１６と出口孔１８との間に接続される。圧送室２０は、カセット１２を通る流体を計量するように動作する。
【００１５】
入口弁２２は、入口孔１６と圧送室２０との間に存在する。入口弁２２は、入口孔１６と圧送室２０との間の流体連絡を物理的に開閉するように動作する。
【００１６】
同様に、出口弁２４は圧送室２０と出口孔１８との間に存在する。出口弁２４は、圧送室２０と出口孔１８との間の流体連絡を物理的に開閉するように動作する。圧送室２０、入口弁２２、および出口弁２４は全て、ポンプ１０と動作可能な状態で関連し、カセット１２を通る流体の流れを制御する。
【００１７】
図２および図３を参照すると、カセット１２の１つの実施形態が図示されている。本発明から逸脱することなく、図２から図３で示したものとは異なる設計を有するカセットを、ポンプ１０とともに使用してよいことが、当業者には理解される。
【００１８】
図１を参照すると、処理ユニット２６がポンプ１０に含まれ、以下でさらに詳細に記載される様々な動作を実行する。表示／入力装置２８が、処理ユニット２６と連絡し、使用者が処理ユニット２６からの出力および／または処理ユニット２６への入力を受け取ることができるようにする。表示／入力装置２８は、別個の表示装置と別個の入力装置として設けてもよいことを、当業者は理解する。
【００１９】
メモリ３０は、処理ユニット２６と通信し、処理ユニット２６がポンプ１０の動作状態を計算し出力するために必要なコードおよびデータを記憶する。より具体的には、メモリ３０は、データを処理して、ポンプ１０の動作状態を決定するために、本発明に従って形成されたアルゴリズムコード３２を記憶する。
【００２０】
これらのアルゴリズム、性能指数（ｆｉｇｕｒｅ  ｏｆ  ｍｅｒｉｔ）の計算、およびポンプ１０の動作状態を判断するために圧力および位置データを使用するが、本明細書で検討されていない方法の他の詳細は、ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＩＳＣＲＩＭＩＮＡＴＩＮＧ  ＢＥＴＷＥＥＮ  ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ  ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＳ  ＩＮ  ＭＥＤＩＣＡＬ  ＰＵＭＰという名称の本願譲受人に譲渡された同時係属の正式な特許出願を参照することによって決定することができ、これは、米国仮特許出願第６０／４１８，９１４号および第６０／４１８，９８６号に対する優先権を主張し、その開示および図面は、参照によりその全体が本明細書に明確に組み込まれる。米国仮特許出願第６０／４１８，９８６号明細書および第６０，４１８，９１４号明細書の開示および図面も、参照によりその全体が本明細書に特に組み込まれる。
【００２１】
電気モータ３４は、処理ユニット２６によって制御され、電源（図示せず）によって付勢されて、シャフト３６を回転駆動する原動力として働く。モータ３４は６ボルトの永久磁石の直流歯車モータで、モータシャフト３６の出力側には２４９：１の歯車（図示せず）がある。このモータ３４は、流量に応じて異なる速度で作動する。ストロークの下りストロークまたは送出部分は、電源（図示せず）から直接作動するモータ３４を有する。ストロークの上りストローク、後退または充填部分は、処理ユニット２６によって設定された電圧で作動され、したがって後退時間は約１．３秒、１．４秒、１．６秒または２．０秒であり、流量が高いほど速い後退速度が必要である。
【００２２】
圧送要素３８は、動作可能な状態でシャフト３６に関連する。付勢されると、圧送要素３８は前後に往復運動して、周期的に下りストロークにし、それによって圧送要素３８が圧送室２０のダイアフラム２１を圧迫して、流体をカセット１２に通す。上りストロークでは、圧送要素３８が圧送室２０から圧力を解放し、それによって流体を入口孔１６から圧送室２０に引き込む。
【００２３】
図４および図５を参照すると、圧送要素３８は、ピストンスライダアセンブリ４０として形成される。ピストンスライダアセンブリ４０は、本体４４に接続された圧送室２０に接触するピストンヘッド４２を含む。スライダ４６によって、ピストンスライダアセンブリ４０は滑動自在にポンプハウジング４８内のレール（図示せず）と結合することができる。ボア５０が本体４４を貫通し、力をモータ３４から圧送要素３８に伝達するための表面を提供する。
【００２４】
図１を参照すると、入口制御要素５２は、動作可能な状態でシャフト３６に関連する。付勢されると、入口制御要素５２は前後に往復運動して、周期的に下りストロークになり、それによって入口制御要素５２が入口弁２２を圧迫し、流体の流入に対して圧送室２０を閉鎖する。上りストロークでは、入口制御要素５２が入口弁２２から圧力を解放し、それによって流体が入口孔１６から圧送室２０内に流入することができる。
【００２５】
図４および図６Ａを参照すると、入口制御要素５２は、入口スライダアセンブリ５４として形成される。入口スライダアセンブリ５４は、入口弁２２と接触するために入口ピン５６を含み、本体５８に接続され、それに対してばねバイアスを受ける。スライダ６０によって、入口スライダアセンブリ５４は、滑動自在にポンプハウジング４８内のレール（図示せず）と結合することができる。切り欠き６２が本体５８上に配置されて、力をモータ３４から入口制御要素５２に伝達するための表面を提供する。
【００２６】
図１を参照すると、出口制御要素６４は、動作可能な状態でシャフト３６に関連する。付勢されると、出口制御要素６４は前後に往復運動して、周期的に下りストロークになり、これによって出口制御要素６４が出口弁２４を圧迫し、流体の流出に対して圧送室２０を閉鎖する。上りストロークでは、出口制御要素６４が出口弁２４から圧力を解放し、それによって流体が圧送室２０から出口孔１８に流れることができる。したがって、圧送室２０の開閉状態は、入口および出口制御要素５２および６４の位置および動作によって制御される。
【００２７】
図４および図６Ｂを参照すると、出口制御要素６４は、出口スライダアセンブリ６６として形成される。出口スライダアセンブリ６６は、出口弁２４と接触するために出口ピン６８を含み、本体７０と接続され、それに対してばねバイアスを受ける。スライダ７２によって、出口スライダアセンブリ６６は、滑動自在にポンプハウジング４８内のレール（図示せず）と結合することができる。切り欠き７４が本体７０上に配置されて、力をモータ３４から出口制御要素６４に伝達するための表面を提供する。
【００２８】
図１および図７から図１０を参照すると、一体カムシャフト７６がシャフト３６に接続され、そのためモータ３４によって駆動される。カムシャフト７６は３つのローブを有し、１つのローブが圧送要素３８，入口制御要素５２、および出口制御要素６４を駆動する。カムシャフト７６は、入口および出口弁２２および２４が常に、適正なポンプ１０の動作を達成するために、圧送要素３８のストロークに対して適切な時間で開閉することを保証する。
【００２９】
カムシャフト７６のピストンローブ７８は、ピストンスライダアセンブリ４０のボア５０内で受け取られる。カムシャフト７６の回転中、ピストンローブ７８はボア５０を押し、ポンプハウジング４８内でピストンスライダアセンブリ４０を前後に駆動する。これらの運動の結果、ピストンヘッド４２が圧送室２０を断続的に内側に押し、カセット１２に流体を通す。
【００３０】
カムシャフト７６の入口ローブ８０は、入口スライダアセンブリ５４の切り欠き６２と接触する。カムシャフト７６の回転中、入口ローブ８０は切り欠き６２を押して、入口スライダアセンブリ５４をポンプハウジング４８内で前方に駆動する。これらの運動の結果、入口ピン５６が断続的に入口弁２２に対して圧迫され、圧送室２０を流入から遮断する。入口ローブ８０が、入口ピン５６にかかったこの圧力を解放すると、ばねバイアスを受けた入口ピン５６内の圧縮力が、本体５８に対して解放され、これによって本体５８が入口弁２２から後退する。
【００３１】
カムシャフト７６の出口ローブ８２は、出口スライダアセンブリ６６の切り欠き７４と接触する。カムシャフト７６の回転中、出口ローブ８２は切り欠き７４を押して、出口スライダアセンブリ６６をポンプハウジング４８内で前方に駆動する。これらの運動の結果、入口ピン６８が断続的に入口弁２４に対して圧迫され、圧送室２０を放出用流出から遮断する。出口ローブ８２が、出口ピン６８にかかったこの圧力を解放すると、ばねバイアスを受けた出口ピン６８内の圧縮力が、本体７０に対して解放され、これによって本体７０が入口弁２４から後退する。
【００３２】
切り欠き６２および７４およびそれに関連する入口および出口ローブ８０および８２は、ばねバイアスされたピン５６および６８の補助がない状態で、入口および出口ローブ８０および８２が入口および出口スライダアセンブリ５４および５６をカセット１２から後退するように配向および配置してよい。
【００３３】
入口および出口ローブ８０および８２は、カセット１２を通る供給液体の一方向の流れがあることを保証するために、適切な時間に入口および出口弁２２および２４を開閉するように動作する。入口および出口スライダアセンブリ５４および６６の一方または他方が、圧送要素３８のストロークにおける任意のポイントで閉位置になるので、これは、カセット１２を通る液体の自由な流れも防止する。自由な流れを防止することに加えて、入口および出口ローブ８０および８２は、圧送サイクルの最初の３５°の間に、入口および出口スライダアセンブリ５４および６６の両方を同時に閉位置に維持するように設計され、これによって関連する圧力データを取得することができる。
【００３４】
図１を参照すると、圧力センサ８４は、動作可能な状態で圧送要素３８に関連する。圧力センサ８４は、圧送室３８にかかる力を感知し、この力に基づいて圧力信号を生成する。圧力センサ８４は処理ユニット２６と連絡し、ポンプ１０の動作状態の判断に使用するために、圧力信号を処理ユニット２６に送信する。
【００３５】
圧力センサ８４は力変換器、または圧送要素３８によって圧送室２０にかけられた圧力を動作可能な状態で感知することができる任意の他の装置でよいことを、当業者は理解する。センサ８４は、圧送要素３８がダイアフラム２１を圧迫する力を測定する。この力は、２つの主要な成分で構成される。つまり、ダイアフラム２１を変位するのに必要な力、および圧送室２０内の流体の圧力である。
【００３６】
図１、図４および図５を参照すると、圧力センサ８４はピストンスライダアセンブリ４０に取り付けられる。圧力センサ８４は、ピストンヘッド４２と本体４４との間に直接接続される。ピストンスライダアセンブリ４０が圧送室２０を押すにつれて、ピストンヘッド４２が圧力センサ８４を押圧する。圧力センサ８４はこの力を感知し、処理ユニット２６への圧力信号を生成する。
【００３７】
図１を参照すると、位置センサ８６は、圧送要素３８の位置を求めることによって、ポンプ１０の圧送サイクルを追跡する。位置センサ８６は、シャフト３６に動作可能な状態で結合するように図示されている。位置センサ８６は、圧送要素３８の位置を直接的または間接的に検出することによって、位置信号を生成する。位置信号は処理ユニット２６へと送信される。処理ユニット２６は、この情報を使用して、入り圧力データをポンプサイクルの特定の部分に関連づける。本明細書で使用するような位置センサ８６は、旋回するダイアルインジケータなどの機械的インジケータ、電子スイッチ、ホール効果センサ、および光学系の位置検出器を含むが、それに制限されないことを、当業者は理解する。
【００３８】
図１、図４および図１１を参照すると、位置センサ８６は、シャフト３６と関連して接触する磁石８８を有するホール効果センサである。ホール効果センサ８６は、磁石８８を監視して、シャフト３６の回転位置を判断する。シャフト３６の回転位置は、圧送要素３８の位置を間接的に検出するために使用される。位置センサ８６は処理ユニット２６と連絡して、ポンプ１０の動作状態を判断する際に使用するために、位置信号を処理ユニット２６に送信する。位置センサ８６はシャフト３６、シャフト３６に取り付けられたカムシャフト７６、または圧送要素３８自体を追跡できることを、当業者は理解する。
【００３９】
図１を参照すると、使用時には、圧送サイクルの開始時に出口制御要素６４が動作して、出口弁２４を閉鎖し、したがって圧送室２０と出口孔１８との間に流体連絡がない。入口弁２２が開放されて、圧送室２０が入口孔１６と流体連絡できるようにする。圧送サイクルの次の段階では、入口制御要素５２が動作して、入口弁２２を閉鎖し、これによって入口孔１６と圧送室２０との間の流体連絡を閉鎖する。出口弁２４は、閉鎖されたままである。次に、圧送要素３８は、下りストローク動作を開始し、それは圧送要素３８を圧送室２０に押し当て、それによって圧送室２０を圧縮させ、圧送室２０内の圧力を上昇させる。圧力センサ８４は、この圧力データを読み取り、処理ユニット２６に送信する。正常な状態では、圧送室２０は十分に圧縮され、所望の圧力プロファイルが生成される。シャフト３６の任意の位置、出口制御要素６４が動作して、出口弁２４を開放し、したがって流体が圧送室２０から出口孔１８へと流れる。次にポンプサイクルが繰り返される。
【００４０】
処理ユニット２６は、メモリ３０から動作状態アルゴリズム３２を取り出し、これをこのポンプサイクルから受信した圧力および位置データに適用する。ポンプ圧力データおよびポンプ位置データが処理される。圧送室２０が圧送要素３８に加える力を感知し、その力を、サイクルのそのポイントで感知することが予想される力と比較すると、以下の動作状態を全て判断することができる。つまり、流体の流れがいつ遮断（閉塞）されるか、ライン内に流体がない、ポンプにカセットがない、ポンプが適正にプライミングされているか、およびポンプ内の弁が適切に密封されているか、である。動作状態が判断されると、処理ユニット２６がディスプレイ２８に動作状態を出力するか、判断された動作状態を使用して、ポンプ１０の動作を調節するか、またはその両方を実行する。
【００４１】
図１２を参照すると、例示的な力の曲線が図示され、ここで圧送要素３８が基本的に一定周期（正弦波）動作で運動して、圧送要素３８は常に使用可能な十分な力を有し、したがってその速度は基本的に、圧送要素３８に加えられる力に依存せず、圧送室２０からの出口流は制限されない。この曲線は、米国コネチカット州ＭｅｒｉｄｅｎのＳｔｒａｉｎ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．（ＳＭＤ）から部品番号２５０８−０２０  Ｓ４２０で入手可能な市販の力センサを使用して生成された。現在、部品番号ＢＡＴ２６５６でＳＭＤから入手可能な特注力センサが、この比較的小さいサイズおよび過負荷保護にとって好ましい。しかし、特定の力センサの選択または設計は、サイズの制約および所望の機能センサの特性に基づいた日常的な設計の選択の問題であることを、当業者は理解する。曲線は、下死点（ＢＤＣ）で開始し、圧送要素３８が、この点で圧送室２０を約０．１０インチ（２．５４ｍｍ）屈曲させる。圧送要素３８がカセット１２に入るにつれ（下りストローク、または流体がカセット１２から流出するので、出力ストロークと呼ばれる）、力が上死点（ＴＤＣ）で最大値まで蓄積し、これは曲線に沿って途中の約１／３に図示される。次に、圧送要素３８は、カセット１２から出て（上りストローク、または流体がカセット１２に流入するので、入口ストロークと呼ばれる）、再びＢＤＣ（曲線に沿って途中の約２／３）で最小値になるまで、力が低下する。次に、この曲線は曲線の最後の１／３で、もう１つのＢＤＣからＴＤＣのストロークを示す（圧送要素３８の運動の１．５完全サイクルを示す）。位置センサ８６によって、ポンプ１０は、圧送要素３８がいつＢＤＣ、ＴＤＣ、またはＢＤＣを約３５°過ぎた箇所になるか感知することができる。
【００４２】
先行技術のダイヤフラムポンプでは、ＢＤＣで入口弁が閉鎖し、出口弁が開放して、出力ストローク中にシリンダから流体が流出することができる。しかし、本発明のポンプ１０は、圧送要素３８が（ＢＤＣを約３５°過ぎて）その出力ストロークの一部を終了するまで、出口弁２４が開放しないように変更される。カセット１２が出力ストローク中に液体でいっぱいになると、入口および出口弁２２および２４の両方が閉鎖した状態で、圧送要素３８がカセット１２に入る結果、液体の圧力が十分に上昇し、したがって圧送要素３８にその結果の力がかかる。カセット１２の圧送室２０が部分的に空気でいっぱいになると、圧力上昇が非常に低くなる。空気が液体よりはるかに圧縮可能だからである。図１２は、圧送室２０内に空気がある状態で作成した力の曲線を示す。
【００４３】
図１３を参照すると、カセット１２が液体でいっぱいの状態で作成した力の曲線（ここでは、ＢＤＣがわずかに右側にシフトし、力の軌跡の最左縁で発生していないことに留意されたい）が図示されている。大きいスパイクは、カセット１２内の圧力蓄積が、圧送要素３８に多大な力を加えている結果である。出口弁２４が（この曲線に沿って途中の約１／４で）開くと、圧力が即座に低下し、圧送要素３８に加えられた力が、ここでは圧送室２０の部分的に伸張したダイアフラム２１のみによる結果となる。圧力は、ＢＤＣをちょうど約３５°過ぎると上昇し始め、その位置での磁石８８が信号を供給し、ポンプ１０がデータ収集を開始できるようにする。力の曲線を検証することによって、カセット１２が液体でいっぱいであったか（つまり図１３で例示されたような流体ストローク）、またはカセット１２が有意の量の空気を含んでいたか（空気ストロークと呼ばれ、図１２で例示される）を推定することができる。
【００４４】
処理ユニット２６は、アルゴリズム３２を実行して、力の曲線を電子的に検証し、流体か空気ストロークであるかを判断する。このアルゴリズム３２の結果は、性能指数と呼ばれる数字を生成する。性能指数が４５０という閾値より上である場合、ポンプは、これを流体ストロークと解釈し、４５０より下である場合、空気ストロークと解釈する。これらの閾値は、実験データから経験的に予め決定され、ポンプモデルごとに変動することを、当業者は理解する。
【００４５】
ポンプ１０は、ポンプ１０が自動的に適正にプライミングされているか、またはそれに失敗したかを判断するために、自動プライミング機構も有する。カセット１２がポンプ１０に設置されると、ポンプ１０が、カセット１２に取り付けられた供給管セット（図示せず）をプライミングする。プライミング中のポンプ１０の初期ストロークは、空気ストロークとして記録される。供給管セット（図示せず）からの液体がまだ、カセット１２内の圧送室２０に到達していないからである。流体ストロークが感知される前に、記録されるこれらの空気ストロークが多すぎる場合、これは処理ユニット２６によって、ポンプ１０が適切にプライミングできなかったと解釈され、適切な警報がディスプレイ２８またはその他に提供される。ポンプ１０が、特定のストローク数内で流体ストロークを記録すると、処理ユニット２６は、カセット１２が成功裏にプライミングされたことを知る。
【００４６】
図１４を参照すると、ポンプ１０は、ポンプ１０内にカセット１２がないかも判断する。ポンプ１０に設置されたカセット１２のポンプ室２０のダイアフラム２１は、圧送要素３８にかかる特定量の力を生成する。図１４は、力対偏向特性を求めるために４つのカセットを試験した結果を示す。カセット１２がポンプ１０に設置されている場合、約０．１０インチ（２．５４ｍｍ）のダイアフラム２１の変位が予想される。力の曲線が検査されて、ストローク中に、何らかの最少量の力が圧力センサ８４に登録されることを確認する。この条件が満たされない場合、処理ユニット２６はこれを、ポンプ１０にカセット１２が設置されなかったという意味に解釈し、適切な警報がディスプレイ２８またはその他に提供される。カセットがないという警報は、圧力センサ８４が出力電圧を生成できない場合にも提供されることがある。
【００４７】
図１５を参照すると、ＴＤＣ付近の力の曲線を検証することによって、処理ユニット２６は、患者への流体の流れが遮断されているか、判断することができる。圧送要素３８にかかる圧力は、ダイアフラム２１によって圧送要素３８に加えられる力（図１４参照）と、圧力負荷のせいで圧送要素３８にかかる力との合計である。正常な動作では、カセット１２を出る流れが妨げられないので、圧力が非常に低い。しかし、出口１８の下流の大幅な制約によって出口流が妨げられている場合、図１５の点線で示すように、圧力はＴＤＣ付近で大幅に増加する。その圧力が十分に大きい場合、処理ユニット２６は、流遮断（閉塞）状態が存在していることを示す信号または警報をディスプレイ２８またはその他へと生成する。多少の流体の流れが継続していても、遮断流警報が鳴るか、表示される、またはその両方であることに留意されたい。
【００４８】
ポンプ１０が正常な動作になり（つまり流体を圧送する）、圧力センサ８４が４つの連続する空気ストロークを登録すると、処理ユニット２６は、この状態を袋が空の状態と解釈する。処理ユニット２６は、袋が空である警報をディスプレイ２８またはその他へ生成する。
【００４９】
入口および出口スライダアセンブリ５４および６６の一方または両方が、適切な密封を引き起こすような方法でカセット１２を押下していない場合は、圧力スパイクが抑制される。抑制された圧力スパイクは、性能指数計算値の低下をもたらす。処理ユニット２６は、この状態を不適切な弁密封状態と解釈し、警報をディスプレイ２８へと生成するか、その他の方法でポンプ１０の使用者に通知する。この状態を検出することは重要である。入口および出口スライダアセンブリ５４および６６が適切な密封を生成しない場合、ポンプ１０が、特定の状態で過剰に送出することがあるからである。
【００５０】
図１６を参照すると、広範囲のカセットおよび４つの異なるポンプで収集した試験データが図示されている。このデータは、ポンプ１０が、処理ユニット２６によって流体ストロークであると解釈された性能指数を生成している限り、ポンプ１０が較正値の約１０％以内の流量を生成することを示す。したがって、ポンプ１０は、処理ユニット２６が流体ストローク条件を満たしていると判断している限り、有意の量の流体を過剰または過小送出しない。
【００５１】
本発明について、その実施形態に関して図示し、説明したが、特許請求の範囲に意図された広義の範囲に入る多くの修正、代替および追加を行うことができることが理解される。以上から、本発明は少なくとも言及された目的を全て達成することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】ポンプおよびカセットの機能構成要素を示すカセットポンプの略図である。
【図２】本発明のポンプで使用するカセットを示す斜視図である。
【図３】本発明のポンプで使用するカセットを示す斜視図である。
【図４】本発明のポンプを示す内部側面図である。
【図５】本発明の圧送要素を示す斜視図である。
【図６Ａ】本発明の入口制御要素を示す斜視図である。
【図６Ｂ】本発明の出口制御要素を示す斜視図である。
【図７】本発明のカムシャフトを示す側面図である。
【図８】本発明のカムシャフトのピストンローブを示す、図７の線Ａ−Ａに沿って切り取った断面図である。
【図９】本発明のカムシャフトの入口ローブを示す、図７の線Ｂ−Ｂに沿って切り取った断面図である。
【図１０】本発明のカムシャフトの出口ローブを示す、図７の線Ｃ−Ｃに沿って切り取った断面図である。
【図１１】本発明のポンプのカムシャフト上に配置されたセンサ磁石を示す端面図である。
【図１２】異常な空気ストロークを示すポンプサイクルからの力データを示すグラフである。
【図１３】正常な流体ストロークを示すポンプサイクルからの力データを示すグラフである。
【図１４】ポンプ内のカセットの有無を示す力データを示すグラフである。
【図１５】妨げられた出口流を示すポンプサイクルからの力データを示すグラフである。
【図１６】本発明を使用する広範囲のカセットおよびポンプで採取した流量試験データを示すグラフである。
【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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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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