(57)【要約】【要約書】  流体送出装置は、コントローラハードウェア、ダイアフラムポンプ、容積式ポンプ、及び、ダイアフラムポンプと容積式ポンプとの間に延在する流体導管を含む。動作、及び、下流のレシピエントに流体を送出する間、コントローラハードウェアは、流体源コンテナからダイアフラムポンプのチャンバ内に流体を引き込む。コントローラハードウェアは、ダイアフラムポンプのチャンバに圧力を印加して、ダイアフラムポンプのチャンバにおける流体を下流に、流体導管を介して容積式ポンプに出力する。チャンバへの圧力の印加、及び、ダイアフラムポンプのチャンバにおける流体を下流に出力する間、コントローラハードウェアは、容積式ポンプから下流のレシピエントに流体を注入するように、容積式ポンプを作動させる。【選択図】図１
2020511612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
流体をダイアフラムポンプのチャンバ内に引き込むことと、
前記ダイアフラムポンプの前記チャンバにおける前記流体を、下流に、流体導管を介して容積式ポンプに出力するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに正圧を印加することと、
前記ダイアフラムポンプの前記チャンバへの前記圧力の印加、及び、前記チャンバにおける前記流体を、下流に、前記容積式ポンプに出力する間、前記容積式ポンプで受け取られた前記流体をレシピエントに注入するために、前記容積式ポンプの動作を作動させること、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記容積式ポンプがぜん動流体ポンプであり、前記ぜん動流体ポンプが、前記流体導管の或るセグメントとのスイーピング物理的接触するぜん動ポンプ要素を含み、前記セグメントが、前記ぜん動流体ポンプによって駆動される導管の弾性的に変形可能な部分であり、前記ぜん動ポンプ要素が、前記ダイアフラムポンプから前記セグメントを介して、下流に、前記レシピエントに受け取られる前記流体の流れの通過を制限する、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記ぜん動ポンプ要素と前記ダイアフラムポンプとの間の、前記ぜん動ポンプ要素の上流の前記流体導管の第１の部分における前記流体の圧力が、前記ぜん動ポンプ要素と前記レシピエントとの間の、前記ぜん動ポンプ要素の下流の前記流体導管の第２の部分における前記流体の圧力とは異なる、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、さらに、
前記ダイアフラムポンプの前記チャンバから、下流に、流体導管の前記セグメントに放出される流体のレートを測定することと、
前記流体を前記レシピエントに所望の流量率で送出するために、前記ぜん動ポンプ要素を動かすレートを制御すること、
を含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記流体を前記ダイアフラムポンプの前記チャンバ内に引き込むことが、前記流体の或る量を、流体コンテナから前記ダイアフラムポンプの前記チャンバ内に周期的に受け取ることを含み、前記流体コンテナが、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに対して共通点なく位置される、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記ダイアフラムポンプの前記チャンバから、下流に、前記容積式ポンプに放出されている前記流体のレートを測定することと、
流量率設定によって特定されたように、前記容積式ポンプから前記レシピエントへの流体の送出を制御するために、流体の前記測定されたレートを利用すること、
を含み、
前記容積式ポンプが、前記ダイアフラムポンプから受け取られる前記流体の流れをブロックする、
方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記流体を、前記チャンバから、下流に、前記容積式ポンプに送出するレートを測定するために、前記チャンバにおける前記圧力を一時的に変化させること、
を含む、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
時間ウィンドーにおいて、前記セグメントから前記レシピエントへの流体の連続的な流れを提供するために、前記容積式ポンプを制御することと、
前記時間ウィンドー内で生じる複数の測定ウィンドーの各々の間、前記ダイアフラムポンプに残っている流体のそれぞれの部分を測定するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに印加される前記圧力の大きさを一時的に調整すること、
を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記圧力の前記大きさを一時的に調整することが、前記ダイアフラムポンプから気体を放出することを含み、前記気体が、前記チャンバに印加される前記圧力をつくる、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、さらに、
前記容積式ポンプによって前記レシピエントに送出される流体のレートを計算するために、前記複数の測定ウィンドーの間、測定される前記ダイアフラムポンプに残っている流体の前記それぞれの測定された部分を利用すること、
を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記容積式ポンプは、弾性的に変形可能な導管のセグメントと物理的に接触する、対応するぜん動ポンプ要素を含み、前記ポンプ要素が、前記ダイアフラムポンプから前記セグメントを介して受け取られる前記流体の流れを制限する、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
流体導管の弾性的に変形可能なセグメントと物理的に接触する前記容積式ポンプのぜん動ポンプ要素が、前記ダイアフラムポンプから前記弾性的に変形可能なセグメントを介して受け取られる前記流体の流れをブロックする状況の間、流体源から前記ダイアフラムポンプの前記チャンバ内に前記流体を引き込むこと、
を含む、方法。
【請求項１３】
流体送出装置であって、
ダイアフラムポンプと、
容積式ポンプと、
前記ダイアフラムポンプと前記容積式ポンプとの間を延在する流体導管と、
コントローラハードウェアと、
を含み、
前記コントローラハードウェアが、
前記ダイアフラムポンプのチャンバ内に流体を引き込むように、
前記ダイアフラムポンプの前記チャンバにおける前記流体を、下流に、前記流体導管を介して前記容積式ポンプに出力するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに圧力を印加するように、及び、
前記チャンバへの前記圧力の印加、及び、前記チャンバにおける前記流体を出力する間、前記容積式ポンプからレシピエントに前記流体を注入するために、前記容積式ポンプを作動させるように、
動作可能である、流体送出装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の流体送出装置であって、前記容積式ポンプがぜん動流体ポンプであり、前記ぜん動流体ポンプが、前記流体導管の弾性的に変形可能なセグメントとスイーピング物理的接触するぜん動ポンプ要素を含み、前記ぜん動ポンプ要素が、前記ダイアフラムポンプから前記弾性的に変形可能なセグメントを介して、下流に、前記レシピエントに受け取られる前記流体の流れを制限するように動作可能である、流体送出装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の流体送出装置であって、前記ぜん動ポンプ要素と前記ダイアフラムポンプとの間の、前記ぜん動ポンプ要素の上流の前記流体導管の第１の部分における前記流体の圧力が、前記ぜん動ポンプ要素と前記レシピエントとの間の、前記ぜん動ポンプ要素の下流の前記流体導管の第２の部分における前記流体の圧力とは異なる、流体送出装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、
前記ダイアフラムポンプの前記チャンバから、下流に、流体導管の前記セグメントに放出される流体のレートを測定するように、及び
前記流体を、所望の流量率で、前記容積式ポンプから前記レシピエントに送出するために、前記ぜん動ポンプ要素を動かすレートを制御するように、
動作可能である、流体送出装置。
【請求項１７】
請求項１３に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、
複数の充填時間の各々において、前記流体の或る量を、流体コンテナから前記ダイアフラムポンプの前記チャンバ内に周期的に受け取るように動作可能であり、前記流体コンテナが、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに対して共通点なく位置される、
流体送出装置。
【請求項１８】
請求項１３に記載の流体送出装置であって、前記コントローラがさらに、
前記ダイアフラムポンプの前記チャンバから、下流に、前記容積式ポンプに放出されている前記流体の流量率を測定するように、及び
流量率設定によって特定されたように、前記容積式ポンプから前記レシピエントへの流体の送出を制御するために、前記流体の前記測定された流量率を利用するように、
動作可能であり、
前記容積式ポンプの機械ポンプ要素が、前記ダイアフラムポンプから前記レシピエントに受け取られる前記流体の流れをブロックする、
流体送出装置。
【請求項１９】
請求項１３に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、
流体源から前記チャンバ内に前記流体を引き込む、前記チャンバの第１の充填と後続の時間との間の複数の時間の各々において、前記チャンバから、下流に、前記容積式ポンプに前記流体を送出するレートを測定するために、前記チャンバへの前記圧力の印加を一時的に調整するように動作可能である、
流体送出装置。
【請求項２０】
請求項１３に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、
時間ウィンドーにおいて、容積式ポンプから前記レシピエントへの流体の連続的な流れを提供するために、前記容積式ポンプの機械ポンプ要素を制御するように、及び、
前記時間ウィンドー内で生じる複数の測定ウィンドーの各々の間、前記ダイアフラムポンプに残っている流体のそれぞれの部分を測定するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに印加される前記圧力の大きさを一時的に調整するように、
動作可能である、
流体送出装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、流体の流れの測定のそれぞれの一時的な調整の間、前記チャンバに印加される前記圧力を解放するように動作可能である、流体送出装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、前記容積式ポンプによって前記レシピエントに送出される流体のレートを計算するために、前記複数の測定ウィンドーの間に測定される、前記ダイアフラムポンプに残っている流体の前記それぞれの測定された部分を利用するように動作可能である、流体送出装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の流体送出装置であって、前記容積式ポンプが、流体導管の弾性的に変形可能なセグメントと物理的に接触する、対応するぜん動ポンプ要素を含むぜん動流体ポンプであり、前記ポンプ要素が、前記ダイアフラムポンプから前記弾性的に変形可能なセグメントを介して受け取られる前記流体の流れを制限する、流体送出装置。
【請求項２４】
請求項１３に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、
前記容積式ポンプが、前記ダイアフラムポンプから前記レシピエントに受け取られる前記流体の流れをブロックする状況の間、流体源から前記ダイアフラムポンプの前記チャンバ内に前記流体を引き込むように動作可能である、流体送出装置。
【請求項２５】
そこに記憶された命令を有するコンピュータ読出し可能ストレージハードウェアであって、前記命令が、コンピュータプロセッサハードウェアによって実行されるとき、前記コンピュータプロセッサハードウェアに、
ダイアフラムポンプのチャンバ内に流体を引き込ませ、
前記ダイアフラムポンプの前記チャンバにおける前記流体を、下流に、前記流体導管を介して容積式ポンプに出力するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに圧力を印加させ、及び、
前記チャンバへの前記圧力の印加、及び、前記チャンバ内における前記流体を下流に出力する間、前記容積式ポンプからレシピエントに前記流体を注入するために、前記容積式ポンプを作動させる、
コンピュータ読出し可能ストレージハードウェア
【請求項２６】
請求項１に記載の方法であって、さらに、流体測定ウィンドーの間、
前記容積式ポンプのポンプ要素の動きを終わらせることと、
前記ダイアフラムポンプに残っている流体のそれぞれの部分を測定するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに印加される前記圧力を一時的に調整すること、
を含む、方法。
【請求項２７】
請求項１３に記載の流体送出装置であって、前記コントローラハードウェアがさらに、
前記容積式ポンプのポンプ要素の動きを停止するように、及び、
前記ポンプ要素が停止される一方で、前記ダイアフラムポンプに残っている流体のそれぞれの部分を測定するために、前記ダイアフラムポンプの前記チャンバに印加される前記圧力を一時的に調整するように、
動作可能である、流体送出装置。
【請求項２８】
請求項２に記載の方法であって、前記容積式ポンプと前記ダイアフラムポンプとの間の、前記容積式ポンプの上流の前記流体導管の第１の部分における前記流体の圧力が、前記容積式ポンプと前記レシピエントとの間の、前記容積式ポンプの下流の前記流体導管の第２の部分における前記流体の圧力より小さい、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
ダイアフラムポンプを用いてレシピエント（病院又はその他の患者ケア環境における患者など）に流体を送出する従来の技法は、流体を、負圧の印加を介して流体源からダイアフラムポンプのチャンバ内に引き込むことを含むことがある。チャンバが充填された後、それぞれの流体送出システムが正圧をチャンバに印加し、チャンバにおける流体を、対応する患者に送出させる。流体をレシピエントに送出するレートは、チャンバに印加される正圧の大きさに依存して変動し得る。充分な量の時間にわたり正圧をチャンバに印加した後、最後には、チャンバにおける流体は空にされ、チャンバは、再び負圧を用いて再充填される。
【０００２】
たいていの応用例において、ダイアフラムポンプのチャンバ内に引き込まれる流体の量は、患者に送出されるように意図された流体の全量よりも実質的に少ない。経時的に適切な量の流体を患者に送出するために、予め充填されたチャンバを空にした後、流体送出システムは、流体を流体源からチャンバ内に引き込み、その後、正圧をチャンバに印加して流体をレシピエントに送出するサイクルを繰り返す。
【０００３】
ダイアフラムポンプの従来の使用によれば、流体をチャンバ内に引き込むことと、流体をダイアフラムポンプにおけるチャンバから完全に放出することとの時間的に連続した動作間の経過時間の量に基づいて、流体送出システムは、対応する患者に流体を送出するレートを決定することができる。
【０００４】
前述したように、流体ポンプの１つのタイプは、従来のダイアフラムポンプである。典型的に、使用中、負圧が従来のダイアフラムポンプに印加されて、流体をそれぞれの流体チャンバ内に引き込む。その後、正圧が従来のダイアフラムポンプに印加されて、流体を流体チャンバから放出する。
【０００５】
流体ポンプの別のタイプは、従来のぜん動ポンプである。ぜん動ポンプは、種々の流体を注入するために用いられる容積式ポンプのタイプである。流体は、円形のポンプ筐体の内部に適合する可撓性のチューブ内に収容される（とは言え、線形ぜん動ポンプがつくられてきた）。ロータが可撓性のチューブを圧縮する。ロータは、ロータの外部円周に取り付けられるいくつかの「ローラー」、「シュー」、「ワイパー」、又は「ローブ」を備える。ロータが回転すると、圧縮された状態のチューブの一部が、挟まれて閉じられ（又は「閉塞し」）、それゆえ、流体をレシピエントに注入させる。また、チューブが、カムの通過の後、その自然な状態まで開くと（「回復」又は「復元」）、流体の流れはポンプに誘導される。
【０００６】
注入ポンプや透析マシンなど、医療において用いられる現在入手可能なたいていのポンプは、開ループの、容積式スタイルのポンプである。これらの従来のタイプのポンプは、固定の既知の状況においてキャリブレートされる。使用の実際の状況がキャリブレート状況と異なる場合、実際の流体送出レートは、所望の流量率から著しく逸脱することがある。そのようなシステムでは、流体の流れを測定する方法がないので、流体流量率に関して問題があるかどうかを使用者が知る方法がない。これらのタイプの従来のポンプの流量率は、インレット圧力（例えば、ポンプの上方の流体源の高さ）、アウトレット圧力又は背圧（例えば、小径カテーテルからの下流の流れの制限）、流体粘度（例えば、バッグ入りの赤血球は、塩水の１６倍の粘度である）の変化に影響されることがある。これら及びその他の環境的要因が、容積式ポンプの動作に劇的に影響を及ぼし得る。
【発明の概要】
【０００７】
幾つかの従来の流体ポンプの重大な欠点は、患者に送出されている流体の実際の流量率を監視及び／又は測定する方法がないことである。
【０００８】
レシピエントに対する流体の流量率を測定する１つの方法は、従来の流量率センサを用いることである。流れを測定するために流量率センサを実装する主な難点は、異なるレートでの流体の送出を正確に検出するために必要とされる、非常に大きな必須のダイナミックレンジである。例えば、幾つかの例において、静脈ポンプは、最低０．１ｍｌ／時間から最大１２００ｍｌ／時間又はそれ以上で動作することが望ましい。これは、少なくとも１０，０００から１のダイナミックレンジであり、たいていの従来のセンサ及び測定技術の能力をはるかに超えている。
【０００９】
流体の送出に用いられる従来の流れセンサ技術の別の要件は、送出される流体が、無菌の使い捨てアセンブリ内に完全に収容されなければならないことである。流体がセンサに直接接触することはできず、又は、流体がセンサに接触すると、そのセンサは、使用後、汚染に起因して処分されなければならない。それゆえ、所望の動作範囲にわたって流量率を正確に測定することのできる使い捨てセンサの実装は、コストが非常に高くなり得る。
【００１０】
従来の流れセンサ技術の別の制限は、静脈流体及び薬剤が、絶えず変化し、時と共に進化していることである。使用者には、それゆえ送出システムには、送出されている流体の固有の流体特性について知識がない。それゆえ、流れ測定システムは、分配される流体のタイプの熱的、光学的、又は密度（粘度）特徴を事実上使用できず、又は、それらに基づくことができない。
【００１１】
本願における実施形態は、従来の技法に勝る、新規且つ改善された流体送出を提供する。
【００１２】
より具体的には、１つ又は複数の実施形態によれば、流体送出装置が、コントローラハードウェア、ニューマチックに（気体）駆動されるダイアフラムポンプ、ポンプ、下流ポンプ（容積式ポンプなど）、及び、ダイアフラムポンプから容積式ポンプを介してレシピエントまで延在する流体導管（流体を運ぶための流体密封の経路）を含む。ダイアフラムポンプは、遠隔に位置される流体源から流体を受け取るように構成され得る。従って、本願における実施形態は、可変容積式ポンプ（回転ぜん動ポンプ、線形ぜん動ポンプ、回転ローブポンプ、プログレッシブキャビティポンプ、回転ギアポンプ、ピストンポンプ、ダイアフラムポンプ、スクリューポンプ、ギアポンプ、油圧ポンプ、回転羽根ポンプ等など）に供給する、圧力制御される可変容量ポンプ（ダイアフラムポンプなど）を含む。
【００１３】
流体をレシピエントに送出する動作の間、コントローラハードウェアは、初期的に、負圧の印加を介して、ダイアフラムポンプのチャンバ内に流体を引き込む。チャンバを充填することに続いて、コントローラハードウェアは、（ダイアフラムポンプの）チャンバにおける流体を、下流に、流体導管を介して容積式ポンプに出力するように、ダイアフラムポンプのチャンバに正圧を印加する。容積式ポンプは、ダイアフラムポンプから受け取られる流体をレシピエントに送出する。
【００１４】
更なる実施形態によれば、容積式ポンプ（これは、例えば、流体の流れを挟み、閉塞し、制御する）とダイアフラムポンプとの間の、容積式ポンプの上流の流体導管の第１の部分における流体の圧力は、容積式ポンプの下流の流体導管の第２の部分における流体の圧力より大きい。
【００１５】
更なる実施形態によれば、容積式ポンプ（これは、流体の流れを挟む）とダイアフラムポンプとの間の、容積式ポンプの上流の流体導管の第１の部分における流体の圧力は、容積式ポンプの下流の流体導管の第２の部分における流体の圧力より小さい。
【００１６】
別の実施形態によれば、本願において説明されるような流体送出装置のコントローラハードウェアは、さらに、ダイアフラムポンプのチャンバから、下流に、容積式ポンプに放出される流体のレートを測定するように動作可能である。一実施形態において、コントローラハードウェアは、容積式ポンプからレシピエントに流体を送出するレートを制御するように、チャンバから放出された流体の測定されたレートを用いる。
【００１７】
ダイアフラムポンプを介する流体の流量率は、任意の適切な方式で測定され得る。例えば、一実施形態において、コントローラハードウェアはさらに、複数のサイクルのそれぞれにわたって、複数の充填時間の各々において、共通点なく位置される流体源コンテナからダイアフラムポンプのチャンバ内へ或る量の流体を周期的に受け取る（引き込む）ように動作可能である。
【００１８】
一実施形態において、コントローラハードウェアは、流体源コンテナから流体を引き込むように、ダイアフラムポンプのチャンバに負圧を印加する。所望であれば、ダイアフラムポンプから容積式ポンプを介してレシピエントへと受け取られる流体の流れを容積式ポンプがブロックする状況の間、コントローラハードウェアは、流体源コンテナからダイアフラムポンプのチャンバ内に流体を引き込むように構成されてもよい。このように、容積式ポンプから或る方向に流体を引き込むのではなく、容積式ポンプが流体の流れをブロックするので、ダイアフラムポンプは、上流の流体源コンテナから流体を引き込む。
【００１９】
更なる実施形態によれば、重力の力が、ダイアフラムポンプのチャンバを充填するための方法として用いられてよい。例えば、流体のコンテナは、ダイアフラムポンプの上方に配置され得る。従って、流体をチャンバ内に引き込むために、負圧を必要としなくてもよい。
【００２０】
前述したように、ダイアフラムポンプのチャンバ内に流体を引き込むことに続いて、コントローラハードウェアは、チャンバにおける流体を、下流に、容積式ポンプに送出するように、ダイアフラムポンプのチャンバに圧力を印加する。
【００２１】
別の更なる実施形態において、精密な流体の流れの制御を、大きな可能な範囲にわたって提供するために、コントローラハードウェアは、チャンバにおける流体の残りの部分を経時的に測定することに基づいて、レシピエントに送出される流体の流量率を測定する。例えば、一実施形態において、コントローラハードウェアは、ダイアフラムポンプのチャンバから、下流に、容積式ポンプに放出される流体の流量率を測定するように動作可能である。前述したように、容積式ポンプは、ダイアフラムポンプからレシピエントに受け取られる流体の流れを制御可能にブロックする。コントローラハードウェアは、容積式ポンプからレシピエントに流体を送出するレートを制御するように、流体の測定された流量率（ダイアフラムポンプのチャンバにおける流体のそれぞれの残りの部分を測定することから検出される）を利用する。
【００２２】
ダイアフラムポンプを介した流体の流れの測定が、所望の流量率設定より高い場合、コントローラハードウェアは、容積式ポンプからレシピエントに流体を送出するレートを低減させる。逆に、コントローラハードウェアによって検出される、ダイアフラムポンプを介した流体の流れの測定が、所望の流量率設定より低い場合、コントローラハードウェアは、容積式ポンプからレシピエントに流体を送出するレートを増加させる。従って、一実施形態において、ダイアフラムポンプを介した流体の流れの測定されたレートは、下流の容積式ポンプを制御して正確な流体の流れを提供するための基礎として用いられ得る。
【００２３】
別の更なる実施形態によれば、コントローラハードウェアは、チャンバを充填する第１の時間と、流体源からチャンバ内に流体を充填する次の連続する時間との間の複数の測定時間の各々で、チャンバから下流にセグメントに流体を送出するレートを測定するように、ダイアフラムポンプのチャンバへの複数のサンプルウィンドーの各々で、圧力の大きさを一時的に変化させる。より具体的には、一実施形態によれば、容積式ポンプへの流体の送出レートを測定するために、ダイアフラムポンプにおける圧力の大きさが一時的に修正される或る時間ウィンドーにおいて、コントローラハードウェアはさらに容積式ポンプを制御して、容積式ポンプからレシピエントに流体の対応する連続的な流れを提供する。時間ウィンドーにおける複数の測定ウィンドーの各々の間、コントローラハードウェアは、ダイアフラムポンプに残っている流体のそれぞれの部分を測定して、それぞれの流体流量率を判定する。
【００２４】
コントローラハードウェアは、複数の測定ウィンドーの間測定された、ダイアフラムポンプに残っている流体のそれぞれの測定された部分を利用して、容積式ポンプによってレシピエントに送出される流体のレートを計算する。前述したように、一実施形態において、容積式ポンプは、容積式ポンプによってレシピエントに送出される流体の量を制御する、対応する機械ポンプ要素を含むように構成され得る。
【００２５】
本願における実施形態（例えば、流体送出レートを測定するためのダイアフラムポンプと、レシピエントへの流体の物理的移送を制御するための容積式ポンプとの組み合わせ）は、従来の技法に勝って有利である。例えば、本願における実施形態によれば、ダイアフラムポンプを含むことが、ｉ）流体の流量率を測定する方法を提供し、ｉｉ）ポンプの上方又は下方のソースから流体を引き込む方法（負圧を用いる）を提供し、ｉｉｉ）容積式ポンプのインレットに対して、流体の一定且つ信頼できる圧力を提供する。また、本願において説明されるような流体送出装置及び対応する方法は、従来の技法に勝る以下の利点の１つ又は複数を提供する。すなわち、ｉ）所望の送出流量率設定ポイントに達するための迅速な開始及び終了時間、ｉｉ）０．１又はそれ以下から１２００又はそれ以上までの流量率を制御するための広いダイナミックレンジ、ｉｉｉ）インレット又はアウトレット圧力変化に影響されない流量率制御、ｉｖ）流体特性（例えば、粘度）の大きな変動に影響されない流量率制御、安全性を改善するためのリアルタイムの流れ測定等、である。
【００２６】
これら及びその他の一層具体的な実施形態が、以下でより詳細に開示される。
【００２７】
本願で説明される手段のいずれかは、本願で開示される方法動作のいずれか又は全てを実行及び／又はサポートするために、１つ又は複数のコンピュータ化されたデバイス、流体送出システム、サーバ、基地局、ワイヤレス通信機器、通信管理システム、ワークステーション、ハンドヘルド又はラップトップコンピュータ等を含んでよいことに留意されたい。言い換えれば、１つ又は複数のコンピュータ化されたデバイス又はプロセッサが、本発明の様々な実施形態を実行するために、本願で説明されるように動作するようにプログラム及び／又は構成され得る。
【００２８】
本願における更に他の実施形態は、上記で概説され、以下でより詳細に開示されるステップ及び動作を行うためのソフトウェアプログラムを含む。１つのそのような実施形態は、非一時的コンピュータ読出し可能記憶媒体（すなわち、任意の物理的コンピュータ読出し可能ハードウェア記憶媒体）を含むコンピュータプログラム製品を含み、その記憶媒体上で、ソフトウェア命令が、後続の実行のために符号化されている。命令は、プロセッサを有するコンピュータ化されたデバイス（例えば、コンピュータ処理ハードウェア）において実行される場合、本願で開示される動作を行うようにプログラムし、及び／又は、プロセッサに、本願で開示される動作を行わせる。そのような構成は、典型的に、光学媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、メモリスティック等などの非一時的コンピュータ読出し可能記憶媒体、又は、１つ又は複数のＲＯＭ、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ等におけるファームウェア又はショートコードなどの他の媒体上に構成又は符号化された、ソフトウェア、符号、命令、及び／又はその他のデータ（例えば、データ構造）として、或いは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等として提供される。ソフトウェアもしくはファームウェア又はその他のそのような構成は、コンピュータ化されたデバイス上にインストールされて、そうしたコンピュータ化されたデバイスに、本願で説明される技法を行わせてよい。
【００２９】
従って、本願における実施形態は、本願で説明されるような動作をサポートする方法、システム、コンピュータプログラム製品等を対象とする。
【００３０】
本願における一実施形態は、そこに記憶された命令を有するコンピュータ読出し可能記憶媒体及び／又はシステムを含む。命令は、コンピュータプロセッサハードウェアによって実行される場合、コンピュータプロセッサハードウェアに、ダイアフラムポンプのチャンバ内に流体を引き込ませ、ダイアフラムポンプのチャンバにおける流体を、下流に、流体導管を介して容積式ポンプに出力するように、ダイアフラムポンプのチャンバに圧力を印加させ、チャンバへの圧力の印加及びチャンバにおける流体を下流に出力する間、容積式ポンプからレシピエントに流体を注入するように容積式ポンプを作動させる。
【００３１】
上記の動作の順番は、理解しやすいように付けられている。本願で説明される処理ステップは任意の適切な順番で行われてよいことに留意されたい。
【００３２】
本開示の他の実施形態が、上記で概説され以下でより詳細に開示される動作のいずれかを行うように、ソフトウェアプログラム及び／又はそれぞれのハードウェアを含む。
【００３３】
また、本願で説明されるようなシステム、方法、装置、コンピュータ読出し可能記憶媒体上の命令等が、ソフトウェアプログラム、ファームウェアとして、ソフトウェア、ハードウェア及び／又はファームウェアの混成物として、又は、プロセッサ内もしくはオペレーティングシステム内もしくはソフトウェアアプリケーション内などのハードウェア単体として厳密に具現化され得ることを理解すべきである。
【００３４】
本願で説明されるように、本願における技法は、任意の適切な対象のレシピエントに対する流体の送出における使用に良好に適している。しかし、本願における実施形態がそのような応用例における使用に限定されないこと、及び、本願で説明される技法が他の応用例にも良好に適していることに留意すべきである。
【００３５】
また、本願における様々な特徴、技法、構成等の各々が、本開示の様々な場所で説明されるであろうが、適切であれば、概念の各々が、任意選択で、互いとは別個に、又は、互いと組み合わせて実行されてよいことに留意されたい。従って、本願において説明される１つ又は複数の本発明は、多くの様々な方法で具現化及び理解され得る。
【００３６】
また、本願における実施形態のこの前置きの説明は、本開示又は特許請求の範囲の発明の一つ一つの実施形態を、及び／又は、斬新的な新規的側面を、目的をもって具体化するものではないことに留意されたい。むしろ、この簡潔な説明は、単に、一般的な実施形態及び従来の技法に勝る新規性の対応する点を表す。本発明の付加的な詳細及び／又は可能な観点（置換）に関して、読み手は、以下でさらに説明される、本開示の詳細な説明部分及び対応する図面に導かれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本願における実施形態に従った流体送出システムを図示する例示の図である。
【図２】本願における実施形態に従った、それぞれのレシピエントに流体を送出するためのダイアフラムポンプ及び容積式ポンプを実装する例示の図である。
【図３】本願における実施形態に従った、それぞれの流体源からダイアフラムポンプのチャンバ内に流体を引き込むことを図示する例示の図である。
【図４】本願における実施形態に従った、それぞれの下流の容積式ポンプに流体を運ぶため、ダイアフラムポンプのチャンバへの正圧の印加を図示する例示の図である。
【図５】本願における実施形態に従った、流体（ダイアフラムポンプから受け取られる）を、下流のレシピエントに送出するための、機械ポンプ要素の動きを図示する例示の図である。
【図６】本願における実施形態に従った、複数のポンプサイクルと関連するタイミングウィンドー及び各サイクル内の複数の測定ウィンドーを図示する例示のタイミング図である。
【図７】本願における実施形態に従った、それぞれのダイアフラムポンプによって送出される流体の計算された流体流量率に基づくそれぞれの容積式ポンプの制御を図示する例示の図である。
【図８】本願における実施形態に従った、ダイアフラムポンプと容積式ポンプとの組み合わせを用いて、それぞれのレシピエントに流体を送出する方法を図示する例示の図である。
【図９】本願における実施形態に従った、流体測定サイクルの間、推定される気体温度の変化を図示する例示の図である。
【図１０Ａ】本願における実施形態に従った、対象のレシピエントに流体を送出するための、経時的な、ダイアフラムポンプへの異なる圧力の印加を図示する例示のタイミング図である。
【図１０Ｂ】本願における実施形態に従った、対象のレシピエントに流体を送出するために、経時的な、ダイアフラムポンプへの異なる圧力の印加を図示する例示のタイミング図である。
【図１１】本願における実施形態に従った、ダイアフラムポンプへの正圧の印加の一時的終了又は低減、及び、気体温度の推定を図示する例示的タイミング図である。
【図１２】本願における実施形態に従った、機能性の任意のものを実行する例示のコンピュータアーキテクチャを図示する図である。
【図１３】本願における実施形態に従った、流れ制御測定及び管理を促進する方法を図示する例示の図である。
【図１４】本願における実施形態に従った、流れ制御測定及び管理を促進する方法を図示する例示の図である。
【図１５】本願における実施形態に従った、流れ制御測定及び管理を促進する方法を図示する例示の図である。
【００３８】
本発明の前述及びその他の目的、特徴、及び利点が、添付の図面に示されるような、本願における好ましい実施形態についての以下のより詳細な説明から明らかとなろう。添付の図面において、同様の参照文字は、異なる図面を通して同じ部分を指す。図面は必ずしも等倍ではなく、実施形態、原則、概念等を図示することに重きが置かれている。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
前述したように、一実施形態において、流体送出装置が、コントローラハードウェア、ダイアフラムポンプ、容積式ポンプ、及び、ダイアフラムポンプと容積式ポンプとの間に延在する流体導管を含む。動作、及び、下流のレシピエントに流体を送出する間、コントローラハードウェアは、ダイアフラムポンプのチャンバ内に流体を引き込む。コントローラハードウェアは、ダイアフラムポンプのチャンバにおける流体を、下流に、流体導管を介して容積式ポンプに出力するように、ダイアフラムポンプのチャンバに圧力を印加する。チャンバへの圧力の印加、及び、チャンバにおける流体を下流に容積式ポンプに出力する間、コントローラハードウェアは、セグメントにおける流体を、容積式ポンプから下流のレシピエントに注入するように、容積式ポンプを作動させる。
【００４０】
次に、より具体的には、図１は、本願における実施形態に従った流体送出システムを図示する例示の図である。
【００４１】
図示されるように、流体送出環境９１は、流体送出システム１００を含む。流体送出システム１００は、レシピエント１０８への送出のための流体を溜める流体源１２０−１を含む。
【００４２】
一実施形態において、カセット１０４は、流体送出システム１００に関連する流体送出デバイス１０１のハウジングのキャビティ内に挿入される使い捨てカートリッジである。送出の間、流体源１２０−１からの流体は、カセット１０４、チューブ１０３、及び以下で更に説明されるようなその対応する構成要素を含む使い捨てチューブセットに接触することを制限される。異なる患者に流体を送出するとき、介護者は、新しいカセットを流体送出システム１００のキャビティ内に挿入する。この新しいカセットは、新しい（無菌の）チューブの対応するセットを含む。
【００４３】
このように、流体送出システム１００は、洗浄される必要なく多くの患者に用いることができ、送出される各流体のために新しいカセットが用いられる。
【００４４】
上述のように、動作の間、流体送出システム１００のコントローラ１４０は、源１２０−１からレシピエント１０８（患者又はその他の適切な対象など）への流体の送出を制御する。チューブ１０５−１（流体導管）は、流体源１２０−１からカセット１０４に流体を運ぶ。チューブ１０５−３は、カセット１０４からレシピエント１０８に流体を運ぶ。
【００４５】
コントローラ１４０は、流体源１２０−１から受け取られる流体を、チューブ１０５−３を介してレシピエント１０８に送出するように、カセット１０４における１つ又は複数の構成要素を制御する。
【００４６】
図２は、本願における実施形態に従った、それぞれのレシピエントに流体を送出するためにダイアフラムポンプ及び容積式ポンプを実装する例示の図である。
【００４７】
より具体的には、１つ又は複数の実施形態によれば、流体送出システム（装置、デバイス等）は、コントローラ１４０（ハードウェア及び／又はソフトウェア）、ダイアフラムポンプチャンバ１３０、容積式ポンプ１８４（例えば、回転ぜん動ポンプ、線形ぜん動ポンプ、回転ローブポンプ、プログレッシブキャビティポンプ、回転ギアポンプ、ピストンポンプ、ダイアフラムポンプ、スクリューポンプ、ギアポンプ、油圧ポンプ、回転羽根ポンプ、ロープポンプ、可撓性の渦巻きポンプ等）、及び、ダイアフラムポンプ１３０と、容積式ポンプ１８４を介してレシピエント１０８との間を延在する流体導管を含む。下流のレシピエント１０８に流体を送出する動作の間、コントローラ１４０は、初期的に、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１内に、（例えば、チャンバ１３０−２に印加される負の気体圧力を介して）流体を引き込む。
【００４８】
一実施形態において、容積式ポンプは、非ニューマチック制御ポンプ（例えば、回転ぜん動流体ポンプ、線形ぜん動ポンプ、回転ローブポンプ、プログレッシブキャビティポンプ、回転ギアポンプ、ピストンポンプ、スクリューポンプ、ギアポンプ、回転羽根ポンプ、ロープポンプ、可撓性の渦巻きポンプ等）である。ダイアフラムポンプ１３０は、ニューマチックに駆動され、コントローラが、本願で説明されるような流量率を計算するのを可能にする。
【００４９】
更なる実施形態によれば、容積式ポンプ１８４は、別のダイアフラムポンプ（すなわち、ニューマチックに駆動されるポンプ）であってよい。本願でさらに説明されるように、流体源１２０−１からの流体でチャンバ１３０−１を充填することに続いて、コントローラ１４０は、（ダイアフラムポンプ１３０の）チャンバ１３０−１における流体を、下流に、流体導管を介して容積式ポンプ１８４に出力するように、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１に（例えば、チャンバ１３０−２に印加される負の気体圧力を介して）圧力を印加する。
【００５０】
一実施形態において、容積式ポンプ１８４はぜん動流体ポンプである。図示されるように、流体送出システム１００の流体導管のセグメント１１１０は、容積式ポンプ１８４によって駆動される弾性的に変形可能な導管（例えば、ゴム、プラスチック等の任意の適切な材料製）である。（チャンバ１３０−２を経時的により多くの気体で充填することを介した）チャンバ１３０−１への正の（気体）圧力の印加、及び、チャンバ１３０−１における流体を、下流に、容積式ポンプ１８４に出力する間、コントローラ１４０は、機械ポンプ要素１８６−１（例えば、ローラーぜん動ポンプ要素、非ニューマチックポンプ要素、又は、流体で充填されたセグメント１１１０を移動可能に圧縮するためのその他の適切な要素）の下流に、セグメント１１１０の部分に配置される流体を、下流のレシピエント１０８に向かう流体導管に沿って注入するように、容積式ポンプ１８４を作動させる。
【００５１】
従って、一実施形態において、ダイアフラムポンプ１３０は、弾性的に変形可能な導管（セグメント１１１０）に流体を送出し、コントローラ１４０は、レシピエント１０８に向かう下流方向に、セグメント１１１０における流体を送出するように、（図２において下流方向の）スイープ（ｓｗｅｅｐ、なでるように動くまたは掃引）の動きにおいて容積式ポンプ１８４及び対応する機械ポンプ要素１８６−１を制御する。
【００５２】
より具体的には、図示されるように、一実施形態において、機械ポンプ要素１８６−１は、位置＃１で、弾性的に変形可能な導管と接触し、当該導管を挟む（及び／又はふさぐ）。挟むことによって、機械ポンプ要素１８６−１は、ダイアフラムポンプ１３０から、位置＃１のさらに下流に、機械ポンプ要素１８６−１の下流のセグメント１１１０の部分への流体の流れをブロックする。
【００５３】
弾性的に変形可能な導管に対する機械ポンプ要素１８６−１のスイーピングする物理的接触（ｓｗｅｅｐｉｎｇ  ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ）は、弾性的に変形可能な導管における流体を、さらに下流に、レシピエント１０８に、制御可能に運ぶ。従って、一実施形態において、機械ポンプ要素１８６−１は複数の動作を行い、こうした動作には、ｉ）ダイアフラムポンプ１３０からセグメント１１１０（弾性的に変形可能な導管）への、機械ポンプ要素１８６−１の上流で受け取られる流体の流れを制限すること（又は、抑制すること）、及び、ｉｉ）容積式ポンプ１８４を介して、レシピエント１０８（例えば、人、動物、機械等）に対する、機械ポンプ要素１８６−１の下流のセグメント（弾性的に変形可能な導管）における流体の送出を制御することが含まれる。
【００５４】
更なる実施形態によれば、機械ポンプ要素１８６−１の上流の流体の圧力（圧力＃１）は、機械ポンプ要素１８６−１の下流の流体の圧力（圧力＃２）とは異なる。より具体的には、一実施形態において、流体を下流にダイアフラムポンプ１３０から容積式ポンプ１８４に注入する間、機械ポンプ要素１８６−１（これは、流体を運ぶ流体導管を挟むこと／ふさぐことを介して、流体の流れをブロックする）の上流の流体導管の第１の部分における流体の圧力＃１は、機械ポンプ要素１８６−１の下流の流体導管の第２の部分における流体の圧力（圧力＃２）より大きい。
【００５５】
逆に、注入する幾つかの例において、レシピエント１０８はチューブ１０５−３を介して送出される流体に背圧を印加し得る。そのような例において、機械ポンプ要素１８６−１（これは、流体を運ぶ流体導管を挟むこと／ふさぐことを介して、流体の流れをブロックする）の上流の流体導管のそれぞれの部分における流体の圧力＃１は、機械ポンプ要素１８６‐１の下流の流体導管の第２の部分における流体の圧力（圧力＃２）より小さい。例えば、容積式ポンプ１８４が流体を注入する一方で、レシピエント１０８は、チューブ１０５−３を介して流体経路のそれぞれのアウトレットから流体を受け取るように背圧を提供し得る。
【００５６】
別の実施形態によれば、本願において説明されるような流体送出装置のコントローラ１４０は、さらに、後続の図９〜図１５及び文章において説明されるような技法を用いて、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１から、下流に、流体導管のセグメントに放出される流体のレートを（任意の適切なやり方で）測定するように動作可能である。そのような例において、コントローラ１４０は、複数の測定ウィンドーの各々（図１０Ａにおける測定Ｄ、測定Ｅ、測定Ｆ、測定Ｇ、及び測定Ｈとして示す）にわたって、チャンバ１３０−１から放出された流体の測定されたレートを用いる。機械ポンプ要素１８６−１を動かすレートを制御して所望の流量率でレシピエントに流体を送出するために、それぞれの測定ウィンドーの例が図１１に示される。そのような実施形態において、ダイアフラムポンプ１３０は、容積式ポンプ１８４によってそれぞれのレシピエント１０８に送出される流体を測定する正確な方法として機能する。
【００５７】
容積式ポンプ１８４が、セグメント１１１０における流体を、下流に、レシピエント１０８に送出するのと実質的に同様のレートで、ダイアフラムポンプ１３０が流体をセグメント１１１０に送出するように、ダイアフラムポンプ１３０（ニューマチックポンプ）及び容積式ポンプ１８４を動作させるレートが同期され得ることに留意されたい。
【００５８】
以下で更に説明されるように、ダイアフラムポンプ１３０を介する流体の流体流量率が、理想気体の法則に基づいた、当業者に知られた従来のアルゴリズムを用いて測定され得ることに留意されたい。例えば、一実施形態において、コントローラ１４０はさらに、複数の充填サイクルの各々にわたって、共通点なく位置される流体源コンテナ（流体源１２０−１など）から、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１内に、複数の充填時間の各々において、或る量の流体を周期的に受け取る（引き込む）ように動作可能である。各充填の後、前述したように、コントローラ１４０は、チャンバ１３０−２を気体で充填し、これが、正圧をチャンバ１３０‐１に印加する。前述したように、メンブレン１３０−１は、チャンバ１３０‐１における流体を、チャンバ１３０−２における気体から隔離する。
【００５９】
一実施形態において、流体送出システム１００は、バルブ１２５−２を含む。バルブ１２５−２の開閉設定は、コントローラ１４０により生成される信号Ｖ９によって制御される。バルブ１２５−２は任意選択であることに留意されたい。すなわち、容積式ポンプ１８４の機械ポンプ要素１８６の少なくとも１つは、セグメント１１１０を挟み又はふさぎ、任意又は全ての時間で、セグメント１１１０を介する流体の流れを妨げるように構成され得る。
【００６０】
図３は、本願における実施形態に従った、それぞれの流体源からダイアフラムポンプのチャンバ内への流体の引き込みを図示する例示の図である。
【００６１】
前述したように、コントローラ１４０は、バルブの状態を、開いた位置又は閉じた位置のいずれかに制御するために、それぞれの制御信号を生成する。一実施形態において、バルブ１２５−３（本実施形態において、制御可能な完全に開いた又は完全に閉じたバルブ）が開いている一方で、バルブ１６０−５は開いており、バルブ１６０−１が開いている一方、バルブ１６０−４及び１６０−３は閉じており、コントローラ１４０は、負圧を、（負のタンク１７０−２を介して）ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−２に印加する。これが、チャンバ１３０−２から気体を排気させ、メンブレン１２７に、流体源１２０−１（流体コンテナ）からバルブ１２５−３を介してチャンバ１３０−１内に流体を引き込ませる。
【００６２】
所望であれば、任意の下流の流体の流れがチャンバ１３０−１内へ逆方向に押されることを、容積式ポンプ１８４の機械ポンプ要素１８６−１（又は一般に容積式ポンプ１８４それ自体）がブロックする状況の間、コントローラ１４０は、流体源１２０−１からダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１内に流体を引き込む。言い換えれば、容積式ポンプ１８４の機械ポンプ要素１８６−１は、図３に示されるような閉じた位置におけるバルブとして働く。このように、弾性的に変形可能な導管の更なる下流からチャンバ１３０−１内に流体を引き込むのではなく、チャンバ１３０−２に対する負圧の印加によって、ダイアフラムポンプ１３０が、上流の流体源１２０−１からチャンバ１３０−１内に流体のみを引き込む。前述したように、図２におけるバルブ１２５−２は任意選択である。
【００６３】
図４は、本願における実施形態に従った、それぞれの下流の容積式ポンプに流体を運ぶために、ダイアフラムポンプのチャンバへの正圧の印加を図示する例示の図である。
【００６４】
前述したように、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１内に流体を引き込むことに続いて、コントローラ１４０は、バルブ１２５−３及びバルブ１６０−１を（それぞれの制御信号Ｖ８及びＶ１の生成を介して）閉じる。コントローラ１４０は、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−２に正の気体圧力を印加して、チャンバ１３０−１における流体を、下流に、容積式ポンプ１８４に送出するように、バルブ１６０−５及びバルブ１６０−４を（それぞれの制御信号Ｖ５及びＶ４の生成を介して）開く。
【００６５】
図示されるように、チャンバ１３０−１における流体に正圧を印加する間、容積式ポンプ１８４の機械ポンプ要素１８６−１は、ダイアフラムポンプ１３０からの流体が、下流に、セグメント１１１０内に流れることを可能するレートを制御する。前述したように、機械ポンプ要素１８６−１の上流のセグメント１１１０において受け取られる流体の量を制御することに加えて、（下流方向の）機械ポンプ要素１８６−１の動きが、セグメント１１１０におけるそれぞれの流体をレシピエント１０８に送出するレートを制御する。
【００６６】
前述したように、容積式ポンプ１８４が、セグメント１１１０における流体を、下流に、レシピエント１０８に送出するのと実質的に同じレートで、ダイアフラムポンプ１３０が流体をセグメント１１１０に送出するように、コントローラ１４０は、ダイアフラムポンプの流体流量率及び容積式ポンプ１８４の流体流量率を同期的に動作させるように構成され得ることに留意されたい。
【００６７】
図５は、本願における実施形態に従った、ダイアフラムポンプから流体を受け取る間、機械ポンプ要素の連続した動きを図示する例示の図である。
【００６８】
図示されるように、機械ポンプ要素１８６−１がセグメント１１１０の端部に達するとき、次の機械ポンプ要素１８６−２が、セグメント１１１０を挟む又はふさぐためにセグメント１１１０の開始位置に接触するように、容積式ポンプ１８４（ぜん動流体ポンプなど）は、それぞれの軸（機械ポンプ要素１８６の中心）の周りを経時的に回転し続けるように構成され得る。これが、容積式ポンプ１８４の機械ポンプ要素１８６−１を、セグメント１１１０の開始位置に設定する。これによって、セグメント１１１０に沿って機械ポンプ要素１８６−２をスイープする新しいサイクルが開始し、それぞれのレシピエント１０８に流体が送出される。
【００６９】
前述したように、一実施形態において、機械ポンプ要素１８６の少なくとも１つは、セグメント１１１０からダイアフラムポンプ１３０への流体の逆流を防止するように、セグメント１１１０を常に、例えば、挟み、閉塞し、圧縮し、又は、ふさぐ。そのため、バルブ１２５−２を必要としなくてよい。
【００７０】
下流ポンプセグメント１１１０が、決して開かれず、ダイアフラムポンプ１３０からレシピエント１０８への流体の自由な流れを可能にしないのであれば、容積式ポンプ１８４は、任意のタイプのぜん動メカニズム（回転、線形、ピストン等）であってよいことに留意されたい。言い換えれば、一実施形態において、容積式ポンプ又はその対応する要素（例えば、機械ポンプ要素１８６−１、１８６−２等）は、ダイアフラムポンプ１３０から、下流に、レシピエント１０８への流体の流れを常に閉塞するように構成され得る。そのような例において、容積式ポンプ１８４は、常に、レシピエント１０８に対する流体の流れを制御する。
【００７１】
チャンバ１３０−１内に引き込まれる流体の体積の比率は、セグメント１１１０における流体の体積と実質的に同じであってよく、又は、異なってもよいことに留意されたい。従って、チャンバ１３０−１に溜められた流体の全てを空にするためには、ｉ）セグメント１１１０に沿って機械ポンプ要素１８６−１をスイープする単一サイクル、ｉｉ）セグメント１１１０に沿って機械ポンプ要素１８６−１をスイープする単一サイクルより少ないサイクル、又は、ｉｉｉ）セグメント１１１０に沿って機械ポンプ要素をスイープする複数のサイクルが、必要とされ得る。
【００７２】
さらに、所望であれば、機械ポンプ要素１８６の連続的な流れ及び動きの間、コントローラ１４０が、チャンバ１３０−１の再充填を不定期又は周期的に開始しても、流体の連続的な流れをそれぞれのレシピエント１０８に提供する連続的なやり方で容積式ポンプ１８４が動作され得ることに留意されたい。あるいは、所望であれば、コントローラ１４０は、チャンバ１３０−１が流体源１２０−１からの流体で再充填される状況の間、容積式ポンプ１８４の動作を中断するように構成されてもよい。
【００７３】
更なる実施形態によれば、コントローラ１４０は、容積式ポンプ１８４と、セグメント１１１０と接触した及び対応する１つ又は複数のポンプ要素（ぜん動ポンプ要素など）との動きを停止する（終わらせる）ように構成され得る。ポンプ要素が停止される一方で、コントローラ１４０は、前述したようなやり方で、ダイアフラムポンプに残っている流体のそれぞれの部分を測定するように、ダイアフラムポンプのチャンバに印加される圧力を一時的に調整する。このように、所望であれば、本願における実施形態は、チャンバ１３０−１に残っている流体の量が、それぞれのサンプルウィンドーにおいて測定されている間、容積式ポンプ１８４からレシピエント１０８への流体の流れを中断するように、容積式ポンプメカニズムを休止することを含み得る。
【００７４】
図６は、本願における実施形態に従った各ポンプサイクル内の複数の測定ウィンドーを示す例示のタイミング図である。
【００７５】
本願における実施形態によれば、時間Ｔ５１における充填＃１の間、前述したようなやり方で、コントローラ１４０は、チャンバ１３０−２及びチャンバ１３０−１に負圧を印加し、一方で、バルブ１２５−３は開いており、機械ポンプ要素１８６−１は流体の流れをふさいで、チャンバ１３０−１に対するセグメント１１１０における流体の逆流を防止する。充填＃２の、チャンバ１３０−１を充填する次の連続した時間の間、コントローラ１４０は、チャンバ１３０−２に再び負圧を印加し、一方で、バルブＶ８は開いており、機械ポンプ要素１８６−１は、チャンバ１３０−１に対するセグメント１１１０における流体の逆流を防止する。
【００７６】
充填＃１を充填する第１の時間と、次の充填する充填＃２との間の複数の測定時間の各々において、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１における流体を測定するために、コントローラ１４０は、ウィンドー（流体駆動ウィンドーＦＤＷ１、ＦＤＷ２、ＦＤＷ３、ＦＤＷ４等）間で、チャンバ１３０−２に対する正圧の印加、及び、印加される正圧の大きさを一時的に調整する。これは、充填＃１と充填＃２の充填時間の間で生じる。
【００７７】
チャンバ１３０−２に対する圧力の印加を遮ることは（一方で、信号Ｖ８によって制御されるバルブ１２５−３は閉じられる）、それぞれの時間Ｔ６１、Ｔ６２、Ｔ６３、Ｔ６４、Ｔ６５等で、チャンバ１３０−１に残っている流体の量を測定するために、複数のウィンドー（Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１等）の各々において、チャンバ１３０−２からの気体圧力を一時的に変化させることを含み得る。
【００７８】
コントローラ１４０は、チャンバ１３０−１から、下流に、セグメント１１１０に流体を送出するレートを導き出すように、複数のサンプル時間で、チャンバ１３０−１の流体の測定された量を用いる。例えば、チャンバは、０．５ｍｌ（ミリリットル）の流体の流れである充填＃１を維持し得る。時間Ｔ６１の近辺のウィンドーＤ１における測定が、チャンバにおいて０．５ｍｌを示し、時間Ｔ６２近辺のウィンドーＤ２における測定が、チャンバにおいて０．４ｍｌを示し、時間Ｔ６３近辺のウィンドーＤ３における測定が、チャンバにおいて０．３ｍｌを示し、時間Ｔ６４近辺のウィンドーＤ４における測定が、チャンバにおいて０．２ｍｌを示す等と想定されたい。測定ウィンドーが４秒離間される場合、コントローラ１４０は、ダイアフラムポンプ１８４を介する流れのレートを、０．３ｍｌ／１２秒＝毎時９０ミリリットルであると判定する。
【００７９】
より具体的な実施形態によれば、コントローラ１４０はさらに、容積式ポンプ１８４と、流体導管のセグメント１１１０と接触した機械ポンプ要素１８６−１とを、（例えば、充填＃１、充填＃２等の間でさえ）セグメント１１１０の長さに沿って継続的に動くように制御して、それぞれの送出ウィンドーにおいて、セグメント１１１０からレシピエント１０８への流体の対応する連続的な流れを提供する。
【００８０】
前述したように、送出ウィンドー内の圧力の印加を遮る複数の測定ウィンドー（サイクル＃１のためのＤ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、サイクル＃２のためのＤ２、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２等）の各々の間、コントローラ１４０は、ダイアフラムポンプ１３０に残っている流体のそれぞれの部分を測定する。チャンバ１３０−１における流体の量を測定することについての詳細は、図１０Ａにおいて及び本明細書全体の別の箇所で説明されることに、やはり留意されたい。
【００８１】
容積式ポンプ１８４によってレシピエント１０８に送出される流体のレートを計算するために、コントローラ１４０は、複数の測定ウィンドー（サイクル＃１のためのＤ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、サイクル＃２のためのＤ２、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２等）の間に測定される、ダイアフラムポンプ１３０に残っている流体のそれぞれの測定された部分を利用する。上記の例において、前述したように、コントローラ１４０は、ダイアフラムポンプ１８４を介する流れのレートを、０．３ｍｌ／１２秒＝毎時９０ミリリットルであると判定する。これは、容積式ポンプ１８４によって送出される流体のレートが毎時９０ミリリットルであることを示す。従って、コントローラ１４０は、容積式ポンプ１８４によってレシピエント１０８に送出される流体のレートを計算するために、複数の測定ウィンドーの間に測定される、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１に残っている流体のそれぞれの測定された部分を利用する。
【００８２】
以下で更に説明されるように、容積式ポンプ１８４が、所望のレートでレシピエントに流体を送出するように、コントローラ１４０は、測定された流量率を用いて容積式ポンプ１８４の動作を制御するように構成され得る。例えば、以下で更に説明されるように、経時的なチャンバ１３０−１の測定によって示される、流体を送出する流量率が、所望のレートより低い場合、コントローラ１４０は、レシピエントに流体を送出する容積式ポンプ１８４のレートを増加させる。一実施形態において、コントローラ１４０は、レシピエント１０８に対する流体の流れのレートを増加させるために、セグメント１１１０に沿って機械ポンプ要素１８６−１を動かすレートを増加させる。逆に、経時的なチャンバ１３０−１の測定によって示される、流体を送出する流量率が、所望のレートより高い場合、コントローラ１４０は、レシピエント１０８に流体を送出する容積式ポンプ１８４のレートを低減させる。一実施形態において、コントローラ１４０は、レシピエント１０８に対する流体の流れのレートを低減させるように、セグメント１１１０に沿って機械ポンプ要素１８６−１を動かすレートを低減させる。
【００８３】
図７は、本願における実施形態に従った、それぞれのダイアフラムポンプによって送出される流体の計算された流体流量率に基づくそれぞれの容積式ポンプの制御を図示する例示の図である。
【００８４】
前述したように、大きな可能な範囲にわたって精密な流体の流れ制御を提供するために、コントローラ１４０は、複数のサンプル時間（例えば、サイクル＃１のための測定ウィンドーＤ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、サイクル＃２のための測定ウィンドーＤ２、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２等）の各々にわたって、チャンバ１３０−１における流体のそれぞれの残りの部分の測定に基づいて、レシピエント１０８に送出される流体の流量率を測定する。
【００８５】
一実施形態において、図示されるように、コントローラ１４０は、ダイアフラムポンプインターフェース１６４０を含む。前述したようなやり方（例えば、時間ウィンドー内の複数の測定ウィンドーを用いる）で、ダイアフラムポンプインターフェース１６４０は、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１から、下流に、流体導管のセグメント１１１に放出される流体の流量率を測定するように動作可能である。上述のように、流量率を測定する技法は、図９〜図１５において説明される。動作の間、ダイアフラムポンプインターフェース１６４０は、ダイアフラムポンプ１３０から、下流に、容積式ポンプ１８４までの計算された流体流量率を示す信号１６３０を生成する。ダイアフラムポンプ１３０を介する流体の流量率は、概ね、（経時的にわずかなばらつきはあるが）容積式ポンプ１８４が、下流に、レシピエント１０８に流体を送出するのと同じ流量率である。
【００８６】
更なる実施形態によれば、コントローラ１４０は、流体の測定された流量率（複数のサンプル時間Ｔ６１、Ｔ６２、Ｔ６３、Ｔ６４等にわたって、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１におけるそれぞれの流体の残りの部分を測定することから検出される）を利用して、流体導管のセグメント１１１０に沿って機械ポンプ要素１８６を動かすスイープレートを制御（調整）し、所望の流量率設定（例えば、使用者が選択したレート）によって特定される、容積式ポンプ（及び対応する弾性的に変形可能な導管）からレシピエント１０８までの流体の送出を提供する。
【００８７】
例えば、差異論理１６２０は、信号１６３０によって示される計算された流体流量率（ダイアフラムポンプ１３０から測定される）と、ターゲット流量率１６１０との間の差を示す、それぞれの流れ誤差信号１６６０を生成する。
【００８８】
ダイアフラムポンプ１３０を介して流れる流体の測定（経時的に測定される）が、所望の流量率設定より高い場合、正の流れ誤差信号１６６０となり、コントローラ１４０の容積式ポンプ速度コントローラ１６５０は、セグメント１１１０に沿って機械ポンプ要素１８６−１をスイープするレートを低減することによって、流体を送出する容積式ポンプ１８４の現在のレートを低減させる。逆に、コントローラ１４０によって検出される、ダイアフラムポンプ１３０を介して流れる流体の測定が所望の流量率設定より低い場合、負の流れ誤差信号１６６０となり、コントローラ１４０のポンプ速度コントローラ１６５０は、機械ポンプ要素１８６−１をスイープするレート増加させることによって、レシピエントに流体を送出する容積式ポンプ１８４のレートを増加させる。
【００８９】
このように、コントローラ１４０は、流体の流れをターゲット流量率１６１０に制御するように、流れ誤差信号１６６０を用いる。従って、一実施形態において、ダイアフラムポンプ１３０を介する流体の流れの測定されたレートは、大きな範囲にわたって非常に正確な流体の流れを提供するように下流のぜん動ポンプ１８４を制御するための基礎として用いられ得る。
【００９０】
更なる例として、時間Ｔ６１と時間Ｔ６４との間、コントローラ１４０が、機械ポンプ要素１８６−１を、上記のように毎時９０ミリリットルの流量率となる、毎秒２．０ミリメートルの線形レートでセグメント１１１０に沿って動くように制御していると想定されたい。ターゲット流量率が毎時１０８ミリリットルの場合、誤差信号１６６０は毎時−１８ミリリットルを示す。毎時１０８ミリリットルの適切なレートで流体を送出するために、コントローラ１４０は、機械ポンプ要素１８６−１を動かすレートを、セグメント１１１０に沿って、毎秒２．４ミリメートルのレートに増加させる。
【００９１】
前述したように、（流体送出レートを測定するための）ダイアフラムポンプ１３０と、（レシピエント１０８に対する流体の物理的なポンピングを制御するための）容積式ポンプ１８４とを含む固有の流体送出装置は、従来の技法と比較して、流体の有利な送出を提供する。例えば、本願において説明されるような流体送出装置及び対応する方法は、従来の技法に勝る以下の利点、すなわち、ｉ）所望の送出流量率設定ポイントに達するための迅速な開始及び終了時間、ｉｉ）毎時０．１ミリリットル又はそれ以下から、毎時１２００ミリリットル又はそれ以上までの流量率を制御するための広いダイナミックレンジ、ｉｉｉ）インレット又はアウトレット圧力変化に影響されない流量率制御、ｉｖ）流体特性（例えば粘度）の大きな変動に影響されない流量率制御等の、１つ又は複数を提供する。
【００９２】
また、本願で説明されるようなダイアフラムポンプへの正圧の印加は、容積式ポンプに流体を与え、結果として、流れの連続性が良好になる。また、ダイアフラムポンプは、負圧を用いて流体を引き込むように動作可能である。そのような例において、ダイアフラムポンプは、ダイアフラムポンプよりも低い高さに配置されるコンテナ源から流体を引き込むことができる。
【００９３】
図８は、本願における実施形態に従った、ダイアフラムポンプとぜん動ポンプとの組み合わせを用いて、それぞれのレシピエントに流体を送出する方法を図示する例示の図である。
【００９４】
フローチャート８００の処理動作８１０において、コントローラ１４０（ハードウェア及び／又はソフトウェアの実行される命令）は、流体源１２０−１からダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１内に流体を引き込む。
【００９５】
処理動作８２０において、コントローラ１４０は、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１における流体を、下流に、流体導管を介して容積式ポンプ１８４に出力するように、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１に圧力を印加する。
【００９６】
処理動作８３０において、チャンバ１３０−１における流体に圧力を印加し、及び、チャンバから、下流に、容積式ポンプ１８４に流体を出力する間、コントローラ１４０は、容積式ポンプ１８４からレシピエント１０８に流体を注入するように、容積式ポンプ１８４の動作を作動させる。
【００９７】
制御システム
一実施形態において、既知の参照体積Ｃ１（チャンバ１５０）を用いて、既知でない体積Ｃ２（ポンプチャンバ１３０−２）の体積が、理想気体の法則を用いて測定され得、
ＰＶ＝ｎＲＴ
であり、ここで、
Ｐ＝圧力
Ｖ＝体積
ｎ＝分子の数
Ｒ＝気体定数
Ｔ＝温度
である。
【００９８】
基本的な流体の流れ測定は、複数の地点で適時に、Ｃ２の瞬間の体積を計算することを含む。経時的な体積の変化は、そのような時間にわたる平均の流量率であり、
2020511612.tif 000003
である。ここで、
Ｑ＝流量率
ｔ＝それぞれの体積測定が要する時間
Ｃ２＝ポンプチャンバ１３０−２の体積
である。
【００９９】
体積測定は、Ｃ１（チャンバ１５０）及び隔離バルブ１６０−５を利用する。体積測定サイクルは以下の通りである。
１．流体バルブ１２５−３及び１２５−２（任意選択）が閉じられ、チャンバ内への又はチャンバの外への流体の流れを終わらせ、一時的に、チャンバ１３０−１の体積を一定に保つ。その結果、チャンバ１３０−２（Ｃ２）における空気量も測定の間一定となる。
２．空気バルブ１６０−５は閉じられ、チャンバ１３０−２（Ｃ２）及びチャンバ１５０（Ｃ１）を隔離する。また、バルブ１６０−４及び１６０−１も閉じられ、さらにこれらのチャンバを隔離する。
３．空気バルブ１６０−３が開かれ、チャンバ１５０を大気圧に対して通気する。
４．空気バルブ１６０−３が再び閉じられ、チャンバ１５０を隔離する。
５．この地点で適時に、センサ１３５−５の圧力読み取り値（リーディング）が記録され（Ｐ２）、センサ１３５−３の圧力読み取り値が記録される（Ｐ１）。これらの２つの圧力値が、グラフ６１０の時間ｔ１で示される。
６．次に、バルブ１６０−５が開かれ、チャンバ１３０−２（Ｃ２）とチャンバ１５０（Ｃ１）を接続する。
７．グラフ６１０の時間ｔ２として示した時間のこの地点で、統合された圧力（Ｐｍｅｒｇｅ）が、圧力センサ１３５−５及び１３５−３によって記録される。チャンバはこの時点で接続されているので、センサ１３５−５及び１３５−３の各々による圧力は同じである。
【０１００】
このサイクルの間記録される圧力測定は、チャンバ１３０−２（Ｃ２）の既知でない体積を計算するために、以下の式において用いられる。
Ｐ１＝チャンバ１５０（Ｃ２）の圧力
Ｐ２＝チャンバ１３０−２（Ｃ１）の圧力
Ｖ１＝チャンバ１５０（Ｃ２）の体積
Ｖ２＝チャンバ１３０−２（Ｃ１）の体積
Ｔ１＝チャンバ１５０（Ｃ２）の温度
Ｔ２＝チャンバ１３０−２（Ｃ１）の温度
チャンバ１５０（Ｃ２）に関して、
2020511612.tif 000004
であり、
チャンバ１３０−２（Ｃ１）に関して、
2020511612.tif 000005
である。
チャンバが隔離される時間ｔ１で、
2020511612.tif 000006
である。
【０１０１】
既に述べたように、Ｖ２によって示されるチャンバ１３０−２（Ｃ２）の体積は、既知でない。Ｖ２を測定するために、チャンバはバルブ１６０−５を介して接続され、気体の分子が、一方のチャンバから他方に移動される。
【０１０２】
チャンバが接続され、圧力が同じである時間ｔ２で、
2020511612.tif 000007
である。
【０１０３】
ここで、この場合のＰｍは、組み合わされたチャンバの統合された圧力であり、Ｐ１及びＰ２の圧力読み取り値は実質的に等しい。質量が保存され、この測定サイクルの間、両方のチャンバにおける気体の分子の総数は変化しないので、
2020511612.tif 000008
として式が記され得る。
【０１０４】
この地点で、ボイルの法則を利用することによって式を簡略化することは一般的であり、システムの温度は、測定サイクルの間一定であると想定する。この想定に従って、式は、
ＰｍＶ１＋ＰｍＶ２＝Ｐ１Ｖ１＋Ｐ２Ｖ２
に変形（ｒｅｄｕｃｅ）される。
【０１０５】
チャンバ１３０−２（Ｃ２）の既知でない体積（Ｖ２）を解くために、
2020511612.tif 000009
として式が記され得る。
【０１０６】
システムが一定温度であるという想定は、式を大幅に簡略化するが、既に説明したように、システムダイナミクスは過渡温度変化を引き起こし得、こうした温度変化は、体積計算誤差をもたらし得る誤った圧力読み取り値となることがある。より迅速な測定速度又は改善された正確性が必要とされる場合、一定温度の推定は適切でないことがある。所望であれば、推定された温度が、以下で更に説明されるような、より正確な流れ測定読み取り値を提供するために用いられ得る。
【０１０７】
気体が非常に低い質量を有するという理由で、例えば、熱電対、ＲＴＤ等の容易に利用可能な温度センサ技術を用いて気体温度を素早く且つ正確に測定することは、不可能でないにしても、困難である。温度を用いて体積計算の正確性を改善するための唯一の実際的なやり方は、システム状態と、制御バルブ１６０−１〜１６０−５及び流体バルブ１２５−３、１２５−２の操作によって誘発される動的変化との知識を用いて、気体の温度変化を推定することである。
【０１０８】
不連続な流体の流れを実装する測定アルゴリズム、及び／又は、流体の流れを計算するための推定された温度
レシピエント１０８への流体の流れを測定するために、従来の技法を用いることに対する代替策として、さらなる非限定的な例示の実施形態によって、コントローラ１４０は、理想気体の法則及び質量保存を考慮に入れるために、質量流体の流れをベースとした測定アルゴリズムを実装するように構成され得ることに留意されたい。式は、閉システムに対して成り立つ。
Ｍａ１＋Ｍｂ１＝Ｍａ２＋Ｍｂ２          （式１）
2020511612.tif 000010
Ｒは一定であり、そのため、式は以下に因数分解（ｆａｃｔｏｒ  ｄｏｗｎ）される。
2020511612.tif 000011
【０１０９】
本願で開示されるような温度の推定によって、流体の流れの素早い測定が可能となり、流体送出システム１００（デバイス、ハードウェア等）及びコントローラ１４０が、システム状態がサイクルを通して一定であることを想定するのではなく、全面的なシステム状態（温度など）を考慮することによって、流体の流れ測定の間、流体の流れを停止することなく動作できる。
【０１１０】
より具体的には、一実施形態において、ダイアフラムポンプ１３０の流体チャンバ側（チャンバ１３０−１）における流体を、対象のレシピエント１０８に送出するために、適切な駆動圧力が、ダイアフラムポンプ１３０の駆動チャンバ側（チャンバ１３０−２など）に印加され得る。本願におけるさらなる実施形態は、体積確認を実施して、どれ程の流体が経時的にダイアフラムポンプ１３０の流体チャンバ１３０−１内にあるかを識別するために、送出サイクルの間、１つ又は複数の時間で、チャンバ１３０−２に印加される気体圧力の大きさを一時的に修正することを含み得る。
【０１１１】
一実施形態において、対象のレシピエントに注入される流体の流量率は、経時的な、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−２における流体の体積の変化と等しい。
【０１１２】
チャンバ１３０−２に対する圧力の印加を修正する時間の間、本願における実施形態は、ダイアフラムポンプ１３０を介して、下流に、容積式ポンプ１８４に向かう流体の流量率を計算するとき、１つ又は複数のチャンバの急速な圧力変化に起因した断熱（ａｄｉａｂａｔｉｃ）加熱及び冷却によって引き起こされる気体の温度の推定される変化を考慮に入れることを含み得る。
【０１１３】
一実施形態において、質量バランス測定は、動いている（ｗｏｒｋｉｎｇ）流体の温度に依存する。上述の必要とされる測定速度を仮定すると、気体は、測定サイクルの間、断熱加熱及び冷却を経験する。必要とされる時間枠において直接的に気体温度を（温度センサによって）測定することは、不可能でないにしても、実際的でない。それゆえ、温度推定器が、気体温度を予測するために用いられる。言い換えれば、本願で説明されるような１つ又は複数の体積における気体の温度は、素早く変化することがあるので、物理的温度センサは、温度のそれぞれの変化を検出することができない。
【０１１４】
図９は、本願における実施形態に従った、送出サイクルの間、異なるリソースにおける気体の温度を示す１つの例示の図である。本願において説明されるように、１つ又は複数の温度は、以下でより詳細に説明されるような既知のシステム情報に基づいて推定され得る。
【０１１５】
注入システムの別の要件は、連続的な流れを維持することであろう。一実施形態において、本願で説明されるような流体送出システムは、流量率測定の間、ポンピング（例えば、容積式ポンプ１８４を介して流体を注入すること）を停止しない。このように、本願における実施形態は、流体送出の連続的又は実質的に連続的な流れを、それぞれの対象のレシピエントに提供することを含み得る。
【０１１６】
測定誤差を生じさせないために、体積測定サイクルは、例えばミリ秒台など、極めて迅速に行われ得る。本願における実施形態によれば、或る測定サイクルは、２００ミリ秒より少ないものであり得る。また、ダイアフラムポンプのチャンバを流体で充填するなど、充填サイクルが、流れのばらつきを最小化するように、非常に迅速に行われ得る。
【０１１７】
気体が、上記の理由の全てのため、こうした高速で移動されるとき、理想気体の法則及びボイルの法則を簡略化するために典型的に用いられる等温推定は無効となる。
【０１１８】
具体的には、測定サイクルの間、気体が１つの一定温度であるという推定は、もはや当てはまらない。
【０１１９】
気体が、測定サイクルの間、断熱加熱及び冷却を経験することが観測される。前述したように、本願における実施形態は、これらの誤差を補償するために気体温度を推定することを含む。
【０１２０】
気体の断熱加熱及び冷却に起因した温度効果を説明するために、圧力と体積の関係が、
2020511612.tif 000012
をもたらす。
【０１２１】
非限定的な例として、温度は、制御ループの各時間ステップで、システム状態変数を追跡することによって推定され得る。体積、流体導管のサイズ（流体導管において、流体は空気である）、及び、測定された圧力と組み合わされる熱伝達係数など、送出システムの物理的パラメータによって、システムは、次のエネルギー平衡式を用いて、ポンプサイクルの間、任意の地点で、気体体積の各々の推定された温度を計算することができる。
2020511612.tif 000013
ここで、
Ｖ＝体積
Ｃｖ＝一定の体積での比熱
Ｃｐ＝一定の圧力での比熱
Ｔ＝温度
Ｑ＝質量の流れ
Ｈ＝熱伝達係数
である。
【０１２２】
実施形態のより詳細な説明
１つの非限定的な例示の実施形態において、本願において説明されるような流体ポンピングシステムは、ニューマチックに駆動されるダイアフラム（例えば、ダイアフラムポンプ１３０）を中心とした、中間ポンピングチャンバ（「ＩＰＣ、Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｐｕｍｐｉｎｇ  Ｃｈａｎｂｅｒ」）であり、このＩＰＣは、可撓性のダイアフラム（メンブレン１２７）によって二又に分岐される体積から構成される。ＩＰＣの一方の側は、流体システムのニューマチック部分に接続される。ＩＰＣの他方の側は、流体システムの油圧部分に接続される。前述したように、油圧ポンピングは、正圧及び負圧を、ＩＰＣのニューマチック側（チャンバ１３０−２）に交互に印加することによって達成され、それゆえ、ダイアフラム（メンブレン１２７）を前後に（又は内外に）動かす。
【０１２３】
図２を参照すると、前述したように、流体送出システム１００のコントローラ１４０は、流体源１２０−１などの１つ又は複数の流体源から、下流に、容積式ポンプ１８４に、流体を精密に送出するように、使い捨てカセット１０４におけるダイアフラムポンプ１３０の動作を制御する。容積式ポンプ１８４は、流体を、それぞれのレシピエント１０８に注入する。
【０１２４】
一実施形態において、システムを介した液体の流れが、正のタンク１７０−１からの駆動圧力に対する調整によって制御される。この例示の実施形態において、流量率は、以下に示される周期的な体積計算を用いて測定され、それに応じて制御パラメータが調整されて、測定される流量率とターゲット流量率との間の誤差をゼロにする。
【０１２５】
ポンプサイクル概略
以下の実施形態において、流体源１２０−１からダイアフラムポンプ１３０内に流体を引き込み、ダイアフラムポンプ１３０に圧力を印加して、流体を、下流に、容積式ポンプ１８４のセグメント１１１０に送出する動きとして、ポンプサイクルが規定されることに留意されたい。具体的な非限定的な例示の実施形態によれば、或るポンプサイクルは、一つの極端な状態（例えば、「充填」）から別の極端な状態（例えば、「空（カラ）」）への、ダイアフラムポンプ１３０におけるメンブレン１２７の少なくとも部分的な動きとして規定され得る。
【０１２６】
図２に示されるように、また、図３においてより具体的に示されるように、メンブレン１２７は、チャンバ１３０−１及びチャンバ１３０−２を含むように、ダイアフラムポンプ１３０を分割する。メンブレン１２７は、チャンバ１３０−１における流体がチャンバ１３０−２を通過すること、及びその逆を防止する。
【０１２７】
ダイアフラムポンプ１３０を、チャンバ１３０−１及びチャンバ１３０−２に分割するメンブレン１２７は、可撓性（弾性的に変形可能）である。負の（気体）圧力が、チャンバ１３０−２に印加されるとき、チャンバ１３０−１の体積は膨張し、流体を、流体源１２０−１から、開いたバルブ１２５−３を介して、チャンバ１３０−１内に引き込む。
【０１２８】
逆に、正圧がチャンバ１３０−２に印加されるとき（一方で、バルブ１２５−３は閉じられ、任意選択のバルブ１２５−２は開かれている）、チャンバ１３０−１の体積は低減し、流体を、チャンバ１３０−１から、下流に、容積式ポンプ１８４に排出する。
【０１２９】
容積式ポンプ１８４は、任意の適切なタイプのポンプデバイスであってよいことに再び留意されたい。
【０１３０】
チャンバ１３０−１及びチャンバ１３０−２の全体の体積又は容量は、メンブレン１２７の位置に関わらず実質的に一定である。チャンバ１３０−２における流体の体積を知ることに基づいて、チャンバ１３０−１の対応する体積を決定することできる。例えば、ダイアフラムポンプ１３０の全体の体積がＶｔｏｔａｌであり、チャンバ１３０−２の体積がＶ２である場合、流体送出システム１００は、概して、ＶｔｏｔａｌからＶ２を減算することによって、チャンバ１３０−１の体積を決定し得る。
【０１３１】
この例示の実施形態において、図２において示されるように、温度センサ１５２は、チャンバ１５０（共通タンク）の温度（例えば、Ｔｃｔ）を測定し、以下のリソース（ｒｅｓｏｕｒｃｅ）、すなわち、チャンバ１５０、ポンプチャンバ１３０‐２、正のタンク１７０−１、負のタンク１７０−２等の１つ又は複数における気体の温度を推定するためのベースラインを提供する。
【０１３２】
以下で更に説明されるように、温度の推定は、ポンプチャンバ１３０−１におけるどれ程の流体が、導管経路１３８（例えば、ダイアフラムポンプ１３０から、バルブ１２５−２（任意選択）、流体導管セグメント１１１０、気体検出リソース１１０の組み合わせを介した、レシピエント１０８までの経路）を通じて、対象のレシピエント１０８に向かう方向に注入されたかについて、より正確な評価を可能にする。
【０１３３】
初期的に、流体源１２０−１からの流体でチャンバ１３０−１を充填するために、流体送出システム１００のコントローラ１４０は、負圧又は陰圧をチャンバ１３０−２に印加する（一方で、バルブ１２５−２は閉じられており、及び／又は、容積式ポンプ１８４は、流体がダイアフラムポンプ１３０に逆流しないようにセグメント１１１０をふさぐ）。そのような時間において、ポンプチャンバ１３０−２は体積が減り、チャンバ１３０−１を、流体源１２０−１から、開いたバルブ１２５−３（例えば、コントローラ１４０からの制御入力Ｖ８によって制御されるアクティブバルブ）を介して受け取られる流体で充填させる。
【０１３４】
充填の前に、チャンバ１３０−１には実質的に流体が無いと想定されたい。一実施形態において、上述のように、タンク１７０−２からの負圧を用いてチャンバ１３０−１内に流体を引き込むために、コントローラ１４０−１は、対応するバルブ１６０−１、１６０−５、及びバルブ１２５−３を開いて（一方で、全ての他のバルブは閉じられる）、流体源１２０−１から、開いたバルブ１２５−３を介してチャンバ１３０−１内に流体を引き込むように、それぞれの制御信号Ｖ１、Ｖ５、及びＶ８を生成する。
【０１３５】
チャンバ１３０−１が流体で充填されることに続いて、コントローラ１４０は、タンク１７０−１からの正圧を、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−２に印加するように、バルブ１６０の設定を制御する。例えば、制御信号Ｖ４、Ｖ５、及びＶ９の生成を介して、コントローラ１４０は、バルブ１６０−４、１６０−５、及びバルブ１２５−２を開き、全ての他のバルブを閉じる。正のタンク１７０−１からポンプチャンバ１３０−２への気体の流れは、チャンバ１３０−１からバルブ１２５−２を介して、流体導管に沿って、容積式ポンプ１８４及び対応するセグメント１１１０への、流体のポンピングを生じさせる。前述したように、チャンバ１３０−２に正圧を印加する間、バルブ１２５−３を閉じることによって、チャンバ１３０−１内の流体が、流体源１２０−１内に逆流することが防止される。
【０１３６】
また、導管経路１３８が、気体検出器リソース１１０を含み得ることに留意されたい。気体検出器リソース１１０は、導管経路１３８を介して対象のレシピエント１０８に注入されている流体における空気（又はその他の気体）の存在を検出するように構成され得る。コントローラ１４０によって監視される、気体検出器リソース１１０からのフィードバックに基づいて、コントローラ１４０は、対象のレシピエント１０８に注入される流体における気体の存在を検出した場合、流れを停止し、アラームを鳴らすように構成され得る。
【０１３７】
前述したように、送出フェーズの間、コントローラ１４０は、主に、タンク１７０−１又はタンク１５０からの気体でチャンバ１３０−２に圧力を印加して、チャンバ１３０−１における流体を、下流に、容積式ポンプ１８４に対して流すように構成され得る。容積式ポンプ１８４から導管経路１３８を介して対象のレシピエント１０８までの流体の送出は、本願で説明されるように（図７における例を参照）、予め選択された流体送出レートに従って、コントローラ１４０によって制御され得る。以下で更に説明されるように、本願における実施形態は、チャンバ１３０−１に残っている流体のそれぞれの測定を行うために、（複数の測定ウィンドーの各々における）チャンバ１３０−２に対する圧力の印加を少なくとも一時的に中断することを含み得る。図示及び説明されるように、ダイアフラムポンプ１３０から、下流に、容積式ポンプ１８４に対する、先の流体の流れを測定するために、本願で説明されるようなやり方でチャンバ１３０−２に対する圧力の印加を調整することは、チャンバ１３０−１から容積式ポンプ１８４への流体の流れを一時的に低減又は停止する。
【０１３８】
流体送出フェーズの間、コントローラ１４０は、チャンバ１３０−２に対して実質的に一定の圧力を供給する。メンブレン１２７が可撓性なので、チャンバ１３０−２における圧力は、チャンバ１３０−１における流体に力を作用させる。一般に、チャンバ１３０−２への適切な圧力の印加を介して、コントローラ１４０は、実質的に一定のレートで、下流に、（不定期に遮られるが）容積式ポンプ１８４に流体を与えることが可能である。送出システム１００は乱されることがあり、その結果、流量率の誤差となることに留意されたい。例えば、既に言及したように、流体源１２０−１は、圧搾され得、流体源１２０−１の高さは変更されることがある。これらの状況のいずれも、所望の流体送出レートの正確性に影響することがある。
【０１３９】
流体送出フェーズの間、ポンプチャンバ１３０−２に正圧を印加することに加えて、本願における実施形態は、チャンバ１３０−１内に引き込まれる流体のうちのどれ程が、流体導管経路を介して対象のレシピエント１０８に向かって注入されたかを不定期に確認することを含み得る。これにより、システム状況が乱されている時間の間であっても、コントローラ１４０は、流体の実際の流量率を正確に判定することが可能となる。
【０１４０】
より具体的には、それぞれの送出フェーズの間、流体送出レートを測定するための１つの方法は、送出フェーズの間、１つ又は複数の測定時間で、チャンバ１３０−１における流体のどれ程が、導管経路１３８上で、対象のレシピエント１０８に向かって注入されたかを繰り返し測定することである。例えば、コントローラ１４０は、正圧送出サイクルの複数のサンプル時間にわたって、チャンバ１３０−２における気体の体積を確認し始めてよい。送出フェーズの始めに、どれ程の気体が、初期的に、チャンバ１３０−２内にあるかが知られているので、また、異なる時間において、どれ程の気体がチャンバ１３０−２にあるかを計算すること等に基づいて、コントローラは、チャンバ１３０−２を充填する時間の合間に、流体源１２０−１から導管経路１３８をわたって対象のレシピエント１０８に流体を注入又は送出するレートを正確に測定することができる。このように、コントローラ１４０は、付加的な流体でチャンバ１３０−１を再充填する連続したサイクル間の非常に小さな時間刻みで、流体送出を正確に測定することができる。
【０１４１】
本願における一実施形態は、チャンバ１３０−２の体積を知ることに基づいて、どれ程の流体がチャンバ１３０−１に残っているかを計算することを含む。すなわち、チャンバ１３０−１の体積は、ダイアフラムポンプ１３０における両方のチャンバの（既知の）総容量から、チャンバ１３０−１の体積を減算することによって計算され得る。後述するように、チャンバ１３０−２の体積は、初期的に既知でない量であるが、圧力及び推定された温度に基づいて計算される。
【０１４２】
図１０Ａは、本願における実施形態に従った、流体送出の間の流体測定を図示する例示の図である。図示されるように、グラフ５１０−１は、送出サイクルのうちの９５％以上にわたっての圧力の印加を示す。信号ＰＣは、チャンバ１３０−２における気体の圧力を示し、信号ＣＯＭは、チャンバ１５０における気体の圧力を表す。
【０１４３】
チャンバ１３０−２に圧力を印加する時間（例えば、「流体送出」と標示される時間）の合間において、流体送出システム１００のコントローラ１４０は、周期的又は不定期に、複数の時間において、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−２に残された流体の体積を判定するために、測定を行う（「測定」と標示される）。非限定的な例示の実施形態として、コントローラ１４０は、流体送出サイクルの「流体送出」部分の間、おおよそ一定の圧力の印加を開始し、一方で、チャンバ１３０−２に印加される圧力は、前述したように、各それぞれの「測定」ウィンドーＤ、Ｅ、Ｆ等の間、一時的に低減される。
【０１４４】
この例示の実施形態において、グラフ５２０−１は、測定の各々の間生じるそれぞれの気体の温度の変化を表す。例えば、信号Ｔｃｏｍは、チャンバ１５０における気体の推定された温度を示し、信号Ｔｐｃは、チャンバ１３０−２における気体の温度を表す。
【０１４５】
一般に、１つの非限定的な例示の実施形態において、測定の実施対流体の送出のデューティサイクルは、比較的小さい。すなわち、１つの非限定的な例示の実施形態において、流体送出サイクル（送出フェーズ）のほとんどが、ポンプ１３０のチャンバ１３０−１における対応する流体を、レシピエント１０８に送出するために用いられ得る。送出サイクルのわずかな部分にわたって、チャンバ１３０−１における体積確認の間、コントローラ１４０は、図示されるように、チャンバ１３０−２の対応する体積「測定」を行うように、それぞれのリソースを動作させる。チャンバ１３０−１及びチャンバ１３０−２の全体の可能容量が既知であるので、チャンバ１３０−２の体積が既知となった後、チャンバ１３０−１の体積が容易に決定され得ることを思い起こされたい。
【０１４６】
図１０Ｂは、本願における実施形態に従った、流体送出サイクルのより特定の詳細を図示する例示の図である。
【０１４７】
グラフ５１０−２は、流体送出サイクルの間、システムにおいて測定される圧力を示す。グラフ５２０−２は、流体送出サイクルの間、システムにおいて測定される推定された温度を示す。
【０１４８】
図１０Ｂにおける時間［Ａ］において、又はその近辺で、正のタンク１７０−１及び負のタンク１７０−２における圧力を再設定することによって、送出サイクルが開始する。コントローラ１４０は、ソレノイドバルブ１６０−１、１６０−４、１６０−５、及び１６０−３を（制御信号Ｖ１、Ｖ４、Ｖ５、及びＶ３の生成を介して）閉じた位置に設定する。コントローラ１４０は、タンク１７０を所望の動作圧力にさせるように、エアポンプ１８０を作動させる（オンにする）。
【０１４９】
時間［Ｂ］において、バルブ１２５−２及び１６０−３が閉じており、バルブ１２５−３が開いている一方で、バルブ１６０−１（Ｖ１）及び１６０−５（Ｖ５）が、負のタンク１７０−２における負の気体圧力をチャンバ１３０−２に印加するように、開かれる。前述したように、負圧は、ダイアフラムメンブレン１２７を、タンク１５０に向かって引き込み、チャンバ１３０−１を、流体源１２０−１からの流体で、バルブ１２５−３を介して充填する。流体源１２０−１からの液体などの流体は、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１内に引き込まれる。チャンバ１３０−１が充填された後、コントローラ１４０は、バルブ１２５−３及びバルブ１６０−１を閉じる。
【０１５０】
時間［Ｃ］において、正のタンク１７０−１における圧力を、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−２に印加するように、バルブ１６０−４が（信号Ｖ４の生成を介して）、及び、バルブ１６０−５が（信号Ｖ５の生成を介して）開かれる。これにより、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−２における液体が、導管経路上で、下流に、容積式ポンプ１８４に流れ、最終的に、対象のレシピエント１０８に流れる。
【０１５１】
一実施形態において、チャンバ１３０−１における流体を、下流に、セグメント１１１０に注入するように、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−２が正圧にされた後のどこかで、コントローラ１４０は、例えば、時間［Ｄ］、［Ｅ］、［Ｆ］等において体積計算を行う。体積計算の態様が、以下でより詳細に説明される。前述したように、１つ又は複数の体積計算は、チャンバ１３０−１が空である時間の間（例えば、時間［Ｃ］から［Ｉ］の間）、周期的に行われ得る。
【０１５２】
時間［Ｉ］における最後の体積測定の後、又は、送出フェーズの間の任意の時間において、コントローラ１４０は、体積測定から流量率を計算する。計算された流量率に基づいて、コントローラ１４０は、流れ制御パラメータ、すなわち、ぜん動ポンプ速度などの容積式ポンプ１８４の送出レートに対して調整が必要かどうかを判定し得る。
【０１５３】
正のタンク１７０−１及び負のタンク１７０−２における圧力を再び再設定するように、時間［Ｊ］においてエアポンプ１８０がオンにされるとき、流体送出サイクルが再開することに留意されたい。
【０１５４】
特定の測定サイクルの詳細な考察
図１１は、本願における実施形態に従った、流体送出サイクルの間、（時間ＣからＩのいずれかにおける）例示の測定サイクルを図示する例示の図である。本図は、本願における実施形態に従った流体流量率測定を行うことについてのより具体的な図である。
【０１５５】
グラフ６１０は、複数の体積の各々における気体圧力を示す。この例示の実施形態において、グラフ６１０においてＰＣと標示される圧力信号は、圧力センサ１３５−５（これは、圧力信号Ｐ５を生成する）によって測定される、チャンバ１３０−２における気体の圧力を表す。グラフ６１０においてＣＯＭと標示される圧力信号は、（圧力信号Ｐ５を生成する）圧力センサ１３５−３によって測定される、チャンバ１５０における気体の圧力を表す。
【０１５６】
グラフ６２０は、チャンバ１５０及びチャンバ１３０−２におけるそれぞれの気体の推定された温度（Ｔｃｏｍ及びＴｐｃ）を示す。
【０１５７】
それぞれの流体送出サイクルの開始において、チャンバ１５０（共通タンク又は参照チャンバ）、正のタンク１７０−１、及びダイアフラムポンプ１３０が全て、システムの駆動圧力など、同じ圧力である。駆動圧力は、時間Ｔ１の前、流体がダイアフラムポンプ１３０から、下流に、容積式ポンプ１８４に送出される間の、チャンバ１３０−２に印加される気体の圧力を表す。
【０１５８】
グラフ６１０における地点［１］で、コントローラ１４０は、気体体積を隔離するためにバルブ１６０の全てを閉じるように、適切な制御信号を生成する。コントローラ１４０は、周囲圧力に対してチャンバ１５０（共通タンク）を通気するために、バルブ１６０−３を（信号Ｖ３を介して）開いた状態に制御する。
【０１５９】
チャンバ１５０における圧力が、おおよそ地点［２］で周囲圧力に達するとき、コントローラ１４０は、気体体積の全てが再び隔離されるように、バルブ１６０−３を（信号Ｖ３の生成を介して）再び閉じた位置に制御する。
【０１６０】
バルブ１２５−３及びバルブ１２５−２が閉じられるおおよそ時間Ｔ１で（地点［３］及び［４］として示される）、チャンバ１３０−２における気体を、チャンバ１５０における気体と統合（素早く等化）するように、コントローラ１４０は、バルブ１６０−５を（信号Ｖ５の生成を介して）開いた状態に制御する。図示されるように、チャンバ１３０−２及びタンク１５０における気体圧力は、グラフ６１０における地点［５］において、又はその付近で、等化される。
【０１６１】
一実施形態において、チャンバ１３０−２及びチャンバ１５０の体積はおおよそ同じである。
【０１６２】
グラフ６１０に示したこの例示の測定サイクルにおいて、前述したような方法でバルブ１６０−５を開くことによって、チャンバ１３０−２における圧力が、おおよそ５０％低減されると想定されたい。チャンバ１３０−２に印加される圧力の低減の量は、チャンバ１３０−２の体積及びチャンバ１５０の体積に依存して変化する。
【０１６３】
別の短い安定化期間の後、又は地点［６］において、チャンバ１３０−２の圧力によって、チャンバ１３０−１が、それぞれの流体を対象のレシピエント１０８に注入する間、チャンバ１３０−２（ＩＰＣ）及びチャンバ１５０を、気体経路を介して正のタンク１７０−１に接続して、全ての３つの気体体積を再び駆動圧力にさせるように、コントローラ１４０は、バルブ１６０−４を（信号Ｖ４の生成を介して）再び開いた状態に制御する。それゆえ、本願における実施形態は、異なる時間における圧力測定を得るために、下流のバルブ１２５−２を閉じること又は容積式ポンプ１８４の動きを休止することによって、流体の流れを少なくとも一時的に停止すること又は低減することを含む。
【０１６４】
一実施形態において、コントローラ１４０によって生成される実際の体積計算は、地点［３］、［４］、及び［５］において、又はそれらの近辺で、コントローラ１４０によって得られる圧力の測定に基づいて生じる。
【０１６５】
実質的に時間Ｔ１又は地点［４］において、コントローラ１４０は、チャンバ１３０−２に印加される気体の圧力Ｐｐｃを判定するために、圧力センサ１３５−５によって生成される信号Ｐ５を受け取る。
【０１６６】
実質的に時間Ｔ１又は地点［３］において、コントローラ１４０は、チャンバ１５０における気体の圧力Ｐｃｏｍを判定するために、圧力センサ１３５−３によって生成される信号Ｐ３を受け取る。
【０１６７】
実質的に時間Ｔ２又は地点［５］において、コントローラ１４０は、チャンバ１５０における気体の圧力Ｐｍｅｒｇｅを判定するために、圧力センサ１３５−３及び／又は圧力センサ１３５−５によって生成される信号Ｐ３又はＰ５を受け取る。
【０１６８】
一実施形態によれば、コントローラ１４０は、理想気体の法則と、測定の間システムが等温である（温度変化を無視する）という推定とを用いて、次のように、チャンバ１３０−２における気体の体積を判定する。
Ｐ１Ｖ１＝Ｐ２Ｖ２          （式６）
【０１６９】
Ｖｐｃ＝ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−２の既知でない体積
Ｖｃｏｍ＝チャンバ１５０（共通タンク）の既知の体積
Ｐｐｃ＝地点［４］におけるチャンバ１３０−２の圧力
Ｐｃｏｍ＝地点［３］におけるチャンバ１５０（共通タンク）の圧力
Ｐｍｅｒｇｅ＝Ｐｐｃ＝Ｐｃｏｍ  地点［５］において２つのチャンバ（１３０−２及び１５０）が等化されるときの圧力
ＶｐｃＰｐｃ＋ＶｃｏｍＰｃｏｍ＝ＶｐｃＰｍｅｒｇｅ＋ＶｃｏｍＰｍｅｒｇｅ          （式７）
．
．
．
2020511612.tif 000014
【０１７０】
等温計算は、考慮中のシステムが、観察時間期間の間、一定温度のままであることを想定する。システムの詳細に依って、気体のこうした等化（及び／又は安定化）は、生じるのに数秒を要することがある。システムが熱平衡に戻る前に体積計算が行われる場合、残留温度差は、体積計算の誤差を生じさせ、これが、結果として生じる流量率計算の誤差を引き起こす。
【０１７１】
一実施形態によれば、注入ポンプシステムにおいて必要とされる流量率の範囲を達成するために、及び、測定サイクルの間の体積変化に起因する誤差を最小化するために、本実施形態は、過渡的熱効果が等化される前に、対象のレシピエント１０８に注入される流体の体積を計算するように構成され得る。体積計算の正確性を維持するために、本願における実施形態は、より正確な流体送出レートを生成するように熱効果を考慮に入れる。
【０１７２】
一実施形態において、気体の温度変化は、標準的な温度センサによって測定できない程速く生じる。言い換えれば、温度センサは、グラフ６００に示されるそれぞれの圧力変化の間、タンク１５０、チャンバ１３０−２等における、迅速に変化する気体の温度を正確に測定することができないであろう。この問題に対処するために、本願における一実施形態は、実際の流体送出レートを計算するために、対象の体積の温度を推定することを含む。上述のように、一実施形態において、温度センサ１５２は、共通タンク１５０における気体の平均温度を測定する。しかし、その熱質量に起因して、温度センサ１５２は、チャンバ１５０における気体の実際の温度に対する素早い変化を正確に検出することができないであろう。
【０１７３】
異なる体積（例えば、タンク１５０、チャンバ１３０−２等）における気体の温度に経時的に影響を及ぼすいくつかのパラメータがある。例えば、熱変化は、主に、ニューマチックシステムにおける３つの原因に由来する。
１．チャンバにおける圧力変化に起因する断熱加熱又は冷却
２．気体とチャンバ壁との間の熱伝達
３．ＩＰＣチャンバからの量流率に起因する体積変化
【０１７４】
本願における一実施形態は、対象のチャンバの温度を正確に推定するために、流体送出システム１００をモデリングすることを含む。例えば、上述のように、図１１に関して示され及び説明されるようなチャンバ（ポンプチャンバ１３０−２及びチャンバ１５０など）の圧力の変化は、ポンプチャンバ１３０−２及び共通タンク１５０の温度を変化させる。より具体的には、図６における地点１と地点２との間で、共通タンク１５０の圧力は著しく降下し、チャンバ１５０（共通タンク）における気体の温度Ｔｃｏｍを降下させる。前述したように、それぞれのチャンバにおける気体の圧力（例えば、Ｐ５、Ｐ３等）は、それぞれの圧力センサ１３５−５、１３５−３等を用いて継続的及び正確に測定される。
【０１７５】
一実施形態において、第１のモデルが、断熱加熱及び／又は冷却に起因するチャンバの温度変化を推定するために用いられる。言い換えれば、任意の適切な式が、圧力変化の結果として、チャンバにおける気体の温度の変化を判定するために用いられ得る。気体の圧力の増加は、温度の上昇を引き起こし、気体の圧力の低減は、温度の低下を引き起こす。
【０１７６】
チャンバにおける気体の温度に影響を及ぼす別のパラメータは、チャンバそれ自体と、その間の導管との熱的特徴である。図２における太線は、流体送出システム１００における異なる構成要素を相互接続する流体導管（チューブ、チャンネル等）を表す。例えば、ダイアフラムポンプ１３０とバルブ１６０−５との間に延在する太線は導管を表し、チャンバ１５０とバルブ１６０−５との間の太線は導管を表す。それぞれの導管を介して、流体送出システム１００における構成要素（バルブ１２５−３、ダイアフラムポンプ１３０、バルブ１６０−５等など）の各々が相互接続される。
【０１７７】
本願における実施形態によれば、チャンバ（例えば、共通タンク１５０、ポンプチャンバ１３０−２等）の熱特性が特徴付け及びモデリングされて、圧力の変化によって引き起こされる温度の変化があるとき、チャンバが熱をどれ程素早くシンク又はソースするかを識別し得る。一例として、説明されるように、タンクの圧力の低減が、タンクにおける気体の温度を低下させ得る。タンクそれ自体の温度は、気体の温度より大きさが一層高いことがあり、その結果、タンク又はチャンバからその中の気体への熱の流れとなる。熱流が、チャンバにおける気体の温度を、経時的にそれぞれのタンク内の温度と、最後には実質的に同じにさせる。逆に、タンクの圧力の増加が温度を上昇させ得る。気体からタンク又はチャンバへの熱の流れが、気体の温度を低減させる。
【０１７８】
本願における一実施形態は、気体の温度を推定すること、及び、それぞれの熱モデルを用いて温度の熱の流れ（ｔｈｅｒｍａｌ  ｈｅａｔ  ｆｌｏｗ）を考慮に入れることを含む。熱モデルは、気体からそれぞれのチャンバ又はタンクへの熱の伝達、及び／又は、それぞれのチャンバ又はタンクから気体への熱の伝達を考慮する。熱伝達は、タンク及びそれぞれの相互接続をつくるために用いられる材料のタイプに因り変動し得る。金属などの一定の材料は、熱伝導が一層良好であり、プラスチックなどの材料は、熱伝導率が劣る。
【０１７９】
上述のように、圧力の変化に起因する気体の温度の変化は確定的なものであり、それゆえ、正確に推定され得る。しかし、タンクから気体又は気体からタンクへの力の流れは、温度に影響する。本願における実施形態は、熱モデリングに基づき異なる時間における力のこれらの流れを考慮に入れることによって、温度のより正確な推定をもたらすことを含む。
【０１８０】
チャンバにおける気体の温度に影響を及ぼす別の要因は、ポンプチャンバ１３０−２の体積であり、且つ、ダイアフラムポンプチャンバにおける流体を容積式ポンプ１８４及び対象のレシピエントに注入することに起因して、そうした体積が経時的にどれほど素早く変化するか、である。例えば、ポンプチャンバ１３０−２における流体が、非常に遅いレートで対象のレシピエント１０８に注入される場合、体積変化効果はわずかであり、場合によっては無視してもよい。逆に、ポンプチャンバ１３０−１における流体が、比較的高いレートで容積式ポンプ１８４及び対象のレシピエント１０８に注入される場合、体積変化効果は一層著しいものとなる。本願で説明されるように、本願における実施形態は体積変化を考慮に入れる。
【０１８１】
一実施形態において、コントローラ１４０は、１秒と１ナノ秒との間など、時間における別個の地点での温度の推定を生成する。制御システムの各時間ステップ（すなわち、温度の推定を成す各別個の時間）の間、これらの３つの原因に起因する温度の変化が、測定された圧力を入力として用いて、各ニューマチック体積に対して計算される。構成要素（例えば、断熱効果、熱伝達効果、体積変化効果）は、それぞれの推定された温度を生成するために、個別に及び／又は組み合わせて測定され得る。
【０１８２】
以下の式において、下付き文字「ｉ」及び「ｊ」は、ニューマチック体積１３０−２、１５０、１７０−１、１７０−２の各々を示すために用いられる。下付き文字「ｉ」は、温度が推定されているチャンバを表し、下付き文字「ｊ」は、温度が推定されているチャンバに接続されるチャンバを表す。例えば、ポンプチャンバ１３０−２の温度を推定するとき、下付き文字「ｉ」はポンプチャンバ１３０−２を表し、下付き文字「ｊ」は共通タンク１５０を表す。共通タンク１５０の温度を推定するとき、下付き文字「ｉ」は共通タンク１５０を表し、下付き文字「ｊ」はポンプチャンバ１３０−２を示す。
【０１８３】
非限定的な例として、時間（ｎ＋１）における温度は、そうした変化レートに基づいて計算される。
2020511612.tif 000015
2020511612.tif 000016
【０１８４】
熱伝達効果は、チャンバにおける気体の温度、チャンバ壁の温度、及びこれらの２つの間の熱伝達係数に基づく。例えば、一実施形態において、
熱伝達効果  Ｈ（Ｔｗａｌｌ−Ｔｉ）          （式１１）
であり、
Ｔｉ＝チャンバｉに対する温度の最新の推定
Ｈ＝熱伝達係数
Ｔｗａｌｌ＝温度センサ１５２によって感知される周囲温度Ｔｔｃ
である。圧力変化効果は、２つのチャンバの圧力差に起因する、１つのチャンバから別のチャンバへの質量の流れに基づく。
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2020511612.tif 000020
ここで、
Ｍｉ＝チャンバｉにおける気体の質量
Ｑｉｊ＝チャンバｉからチャンバｊへの質量流量率
Ｃｉｊ＝チャンバｉとｊとの間のバルブの流量係数（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）
Ａｉｊ＝チャンバｉとｊとの間のバルブのオリフィスの領域
ｐｉ＝チャンバｉにおける気体の密度
Ｃｖ＝一定の体積での比熱
Ｃｐ＝一定の圧力での比熱
である。
【０１８５】
体積変化効果は、問題となっているチャンバの実際の体積のどんな変化にも基づく。一実施形態において、この効果はチャンバ１３０−２にのみ適用され、これが、メンブレン１２７の動きに起因してサイズを変化させ得る。
2020511612.tif 000021
ここで、
Ｖ＝体積
Ｃｖ＝一定の体積での比熱
Ｃｐ＝一定の圧力での比熱
である。
【０１８６】
ポンプピング（注入）及び測定サイクルを通して、推定された温度曲線は、図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１１において示され得る。
【０１８７】
この方法で、制御システムは、温度を考慮に入れた、修正された理想気体の法則体積計算において用いられ得る、各気体チャンバに対する推定された温度を有する。
2020511612.tif 000022
ここで、
Ｖｐｃ＝ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−２の既知でない体積（例えば、左ＩＰＣ）
Ｖｃｏｍ＝チャンバ１５０の既知の体積
Ｐｃｏｍ１＝地点［３］におけるチャンバ１５０の圧力センサ１３５−３からの圧力Ｐ３
Ｐｃｏｍ２＝地点［５］におけるチャンバ１５０の圧力センサ１３５−３からの圧力Ｐ３
Ｐｐｃ１＝地点［４］におけるチャンバ１３０−２の圧力センサ１３５−５からの圧力Ｐ５
Ｐｐｃ２＝地点［５］におけるチャンバ１３０−２の圧力センサ１３５−５からの圧力Ｐ５
Ｔｃｏｍ１＝地点［３Ａ］におけるチャンバ１５０の推定された温度
Ｔｃｏｍ２＝地点［５Ａ１］におけるチャンバ１５０の推定された温度
Ｔｐｃ１＝地点［４Ａ］におけるチャンバ１３０−２の推定された温度
Ｔｐｃ２＝地点［５Ａ２］におけるチャンバ１３０−２の推定された温度
である。
【０１８８】
前述したように、チャンバ１３０−１の体積は、ダイアフラムポンプ１３０の総体積から、計算されたＶＰＣ（例えば、ポンピングチャンバ１３０−２の体積）を減算することによって計算され得る。ダイアフラムポンプ１３０の総体積は、チャンバ１３０−１の体積＋チャンバ１３０−２の体積に等しく、既知の量である。
【０１８９】
更なる実施形態において、チャンバ１３０−１の体積は計算されず、流量率は、単に、チャンバ１３０−２の体積の後続の計算間の体積の差を取ることによって計算される。言い換えれば、経時的なポンプチャンバ１３０−２の体積の変化は、ポンピング流量率を示し、流量率を計算するための基礎として用いられ得る。コントローラ１４０は、図１０Ｂにおける時間Ｃ、Ｄ、Ｅ等で成される複数の測定に基づいて、ダイアフラムポンプ１３０のチャンバ１３０−１から流体を送出するそれぞれの流量率を精密に判定するように構成され得る。流量率＝（チャンバ１３０−２における体積の変化）／（体積測定間の経過時間）である。
【０１９０】
温度補正された体積計算（本願において説明されるような気体温度の推定に基づく）を用いることにより、システムは、秒オーダーではなく、８０ミリ秒オーダーで生じる測定シーケンスを有することができ、一方で、計算正確性を保つことができる。
【０１９１】
図１２は、本願における実施形態に従った、本願で説明されるような動作のいずれかを実施するためのコンピュータデバイスの例示のブロック図である。
【０１９２】
一実施形態において、流体送出システム１００は、コントローラ１４０を実行するためのコンピュータシステム７５０（ハードウェア）を含む。
【０１９３】
図示されるように、本例のコンピュータシステム７５０は、相互接続７１１、プロセッサ７１３（例えば、１つ又は複数のプロセッサデバイス、コンピュータプロセッサハードウェア等）、コンピュータ読出し可能記憶媒体７１２（例えば、データを記憶するためのハードウェアストレージ）、Ｉ／Ｏインターフェース７１４、及び通信インターフェース７１７を含む。
【０１９４】
相互接続７１１は、プロセッサ７１３、コンピュータ読出し可能記憶媒体７１２、Ｉ／Ｏインターフェース７１４、及び通信インターフェース７１７間の接続を提供する。
【０１９５】
Ｉ／Ｏインターフェース７１４は、リポジトリ７８０への接続を提供し、もしあれば、再生デバイス、表示スクリーン、入力リソース７９２、コンピュータマウス等など、他のデバイスへの接続を提供する。
【０１９６】
コンピュータ読出し可能記憶媒体７１２（例えば、非一時的ハードウェア媒体）は、メモリ、光学ストレージ、ハードドライブ、回転ディスク等などの任意のハードウェアストレージリソース又はデバイスであり得る。一実施形態において、コンピュータ読出し可能記憶媒体７１２は、プロセッサ７１３によって実行される命令を記憶する。
【０１９７】
通信インターフェース７１７は、コンピュータシステム７５０及びプロセッサ７１３が、１９０などのリソースを介して通信して、遠隔ソースから情報を取り出すこと及び他のコンピュータと通信することを可能にする。Ｉ／Ｏインターフェース７１４は、プロセッサ７１３がリポジトリ７８０から、記憶された情報を取り出すことを可能にする。
【０１９８】
図示されるように、コンピュータ読出し可能記憶媒体７１２は、プロセッサ７１３によって実行されるコントローラアプリケーション１４０−１（例えば、ソフトウェア、ファームウェア等）で暗号化される。コントローラアプリケーション１４０−１は、本願で説明される動作のいずれかを実施するための命令を含むように構成され得る。
【０１９９】
一実施形態の動作の間、プロセッサ７１３（例えば、コンピュータプロセッサハードウェア）は、コンピュータ読出し可能記憶媒体７１２に記憶された、コントローラアプリケーション１４０−１における命令を、開始、進行、実行、解析又は実施するために、相互接続７１１の使用を介して、コンピュータ読出し可能記憶媒体７１２にアクセスする。
【０２００】
コントローラアプリケーション１４０−１の実行が、プロセッサ７１３におけるコントローラプロセス１４０−２などの処理機能性をもたらす。言い換えれば、プロセッサ７１３に関連するコントローラプロセス１４０−２は、コンピュータシステム７５０におけるプロセッサ７１３により又はプロセッサ７１３上でコントローラアプリケーション１４０−１を実行する１つ又は複数の態様を表す。
【０２０１】
コンピュータシステム７５０が、コントローラアプリケーション１４０−１を実行するためにハードウェアリソースの割当て及び使用を制御するオペレーティングシステムなど、他のプロセス及び／又はソフトウェア及びハードウェア構成要素を含み得ることを、当業者は、理解するであろう。
【０２０２】
異なる実施形態によれば、コンピュータシステムが、種々のタイプのデバイスの任意のものであり得、これには、以下に限定されないが、ワイヤレスアクセスポイント、モバルコンピュータ、パーソナルコンピュータシステム、ワイヤレスデバイス、基地局、電話機、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、ノートブック、コンピュータ、メーンフレームコンピュータシステム、ハンドヘルドコンピュータ、ワークステーション、ネットワークコンピュータ、アプリケーションサーバ、ストレージデバイスや、カメラ、カムコーダ、セットトップボックス、モバイルデバイス、ビデオゲーム機、ハンドヘルドビデオゲーム機などの家電デバイスや、スイッチ、モデム、ルータなどの周辺機器、又は、一般に任意のタイプのコンピュータデバイス又は電子デバイスが含まれることに留意されたい。１つの非限定的な例示の実施形態において、コンピュータシステム８５０は、流体送出システム１００にある。しかし、コンピュータシステム８５０が、任意のロケーションにあってもよく、又は、本願で説明されるような機能性を実施するために、ネットワーク環境１００における任意の適切なリソース内に含まれてもよいことに留意されたい。
【０２０３】
次に、異なるリソースによってサポートされる機能性が、図１３、図１４、及び図１５におけるフローチャートを用いて説明される。以下のフローチャートにおけるステップが、任意の適切な順で実行されてよいことに留意されたい。
【０２０４】
図１３は、実施形態に従った例示の方法を示すフローチャート１３００である。上述の概念に関していくつかの重複があることに留意されたい。
【０２０５】
処理ブロック１３１０において、コントローラ１４０は、第１の体積（例えば、チャンバ１５０）及び第２の体積（例えば、チャンバ１３０−２）における圧力の大きさを制御する。第１の体積は、既知の大きさ（すなわち、サイズ、容量等）から成り、第２の体積は、既知でない大きさ（すなわち、サイズ）から成る。
【０２０６】
処理ブロック１３２０において、コントローラ１４０は、第１の体積における圧力の測定及び第２の体積における圧力の測定に基づいて、第１の体積における気体の温度及び第２の体積における気体の温度を推定する。
【０２０７】
処理ブロック１３３０において、コントローラ１４０は、第１の体積及び第２の体積における気体の測定された圧力及び推定された温度に基づいて、第２の体積の大きさを計算する。
【０２０８】
図１４は、実施形態に従った例示の方法を示すフローチャート１４００である。上述の概念に関していくつかの重複があることに留意されたい。
【０２０９】
処理ブロック１４１０において、コントローラ１４０は、ダイアフラムポンプのチャンバ１３０内に流体を引き込む。
【０２１０】
処理ブロック１４２０において、送出フェーズの間、コントローラ１４０は、チャンバ１３０−１に圧力を印加する。印加される圧力は、チャンバ１３０−１における流体を、下流に、容積式ポンプ１８４及び対応するセグメント１１１０に注入する。
【０２１１】
処理ブロック１４３０において、容積式ポンプ１８４に流体を送出する送出フェーズの間の複数の異なる時間において、コントローラ１４０は、チャンバ１３０−２に印加される圧力の大きさを一時的に修正して、（ダイアフラムポンプ１３０を介した容積式ポンプ１８４への流体の流れのレートを中断又は低減し、）チャンバ１３０−１における流体のどれ程が、それぞれのサンプルウィンドーにおいて、容積式ポンプ１８４及び対応する対象のレシピエント１０８に注入されたかを計算する。
【０２１２】
図１５は、本願における実施形態に従った例示の方法を示すフローチャート１５００である。上述の概念に関していくつかの重複があることに留意されたい。
【０２１３】
処理ブロック１５１０において、コントローラ１４０は、第１の体積（例えば、チャンバ１５０）及び第２の体積（例えば、チャンバ１３０−２）における圧力の大きさが異なるように制御する。第１の体積は既知の大きさから成る。第２の体積は既知でない大きさから成る。
【０２１４】
処理ブロック１５２０において、コントローラ１４０は、第１の体積及び第２の体積における圧力を等化するように、第１の体積と第２の体積との間のバルブ１６０−５を開き始める（一方で、他のバルブは閉じられる）。
【０２１５】
処理ブロック１５３０において、コントローラ１４０は、第１の体積における測定された圧力及び第２の体積における測定された圧力に基づいて、第１の体積における気体の温度及び第２の体積における気体の温度を推定する。
【０２１６】
処理ブロック１５４０において、コントローラ１４０は、第１の体積及び第２の体積における気体の測定された圧力及び気体の推定された温度に基づいて、第２の体積の大きさを計算する。
【０２１７】
本願における技法が、流体送出システムにおける使用に良好に適していることに再び留意されたい。しかし、本願における実施形態がそのような応用例における使用に限定されず、本願で説明される技法が、他の応用例にも良好に適していることに留意すべきである。
【０２１８】
本願で述べた説明に基づいて、多くの具体的な詳細を、特許請求の範囲の主題の完全な理解を提供するために説明してきた。しかし、特許請求の範囲の主題が、これらの具体的な詳細を伴わずに実施され得ることが、当業者によって理解されよう。他の例において、当業者に知られた方法、装置、システム等は、特許請求の範囲の主題を不明瞭にしないように、詳細に述べられていない。詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリなどのコンピューティングシステムメモリ内に記憶された、データビット又は二値デジタル信号上の動作のアルゴリズム又は象徴的表現という観点で表されている。これらのアルゴリズムの説明又は表現は、データ処理分野おける当業者によって、別の分野の当業者に研究の趣旨を伝えるために用いられる技法の例である。本願において説明されるような、及び一般的なアルゴリズムが、所望の結果を導く動作の自己矛盾の無いシーケンス又は同様の処理であると考えられる。この文脈において、動作又はプロセスは、物理的量の物理的操作を含む。典型的に、必ずしもそうではないが、そのような量は、記憶、転送、結合、比較、又は操作可能な電気又は磁気信号の形態をとり得る。主に共通仕様の理由から、ビット、データ、値、要素、シンボル、文字、言語、数、数字等などの信号に言及することが、ときに好都合であった。しかし、これら及び類似の用語の全てが、適切な物理的量に関連し得、好都合な標示に過ぎないことを理解すべきである。そうではないと具体的に述べられる場合を除いて、以下の説明から明らかなように、明細書全体を通して、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「決定（判定）」等などの用語を用いた説明が、コンピュータ又は類似の電子コンピューティングデバイスなどのコンピューティングプラットフォームの動作又はプロセスに言及し、そうしたコンピュータプラットフォームは、コンピューティングプラットフォームのメモリ、レジスタ、又は他の情報ストレージデバイス、伝達デバイス、又は表示デバイスの物理的電子量又は磁気量として表されるデータを操作又は変換することが認められる。
【０２１９】
本発明が、その好ましい実施形態に関連して具体的に図示及び説明されたが、形態及び詳細の様々な変更が、添付の特許請求の範囲によって規定される本願の精神及び範囲から逸脱することなく成されてもよいことが、当業者によって理解されよう。そのような変形形態は、本願の範囲によってカバーされることが意図される。このように、本願の実施形態の前述の説明は限定的であることを意図しない。むしろ、発明に対するいかなる限定も、以下の特許請求の範囲に表される。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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