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JP2952037B2 - 高圧流体測定制御装置 - Google Patents

高圧流体測定制御装置

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Publication number
JP2952037B2
JP2952037B2 JP2507536A JP50753690A JP2952037B2 JP 2952037 B2 JP2952037 B2 JP 2952037B2 JP 2507536 A JP2507536 A JP 2507536A JP 50753690 A JP50753690 A JP 50753690A JP 2952037 B2 JP2952037 B2 JP 2952037B2
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JP
Japan
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container
fluid
valve
reservoir
pressure
Prior art date
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Application number
JP2507536A
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English (en)
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JPH05502096A (ja
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カメン、ディーン・エル
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Deka Products LP
Original Assignee
Deka Products LP
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Filing date
Publication date
Application filed by Deka Products LP filed Critical Deka Products LP
Publication of JPH05502096A publication Critical patent/JPH05502096A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2952037B2 publication Critical patent/JP2952037B2/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/168—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
    • A61M5/16804—Flow controllers
    • A61M5/16809—Flow controllers by repeated filling and emptying of an intermediate volume
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
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    • F04B43/043—Micropumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
    • F16K31/005—Piezoelectric benders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F17/00—Methods or apparatus for determining the capacity of containers or cavities, or the volume of solid bodies
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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  • Flow Control (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 出願に関する関連説明 これは、1987年９月３日出願の出願番号第092,481号
の一部継続出願であり、それは1987年５月４日付けの米
国特許第4,808,161号として発行された、1987年３月５
日出願の出願番号第022,167号の一部継続出願であり、
また1986年３月４日出願の出願番号第836,023号の一部
継続出願である。ここによる関連出願は参考として本明
細書に含まれる。
発明の背景 １ 発明の分野 本発明は一般に流体の流れを制御する装置に関し、ま
た特に医学的な注入技術に関するが、他の用途にも用い
ることができる。
２ 関連技術の説明 流体の流れの正確かつ厳密な調整は多くの面で要求さ
れる。正確度および厳正度は、生命に関する医学的な注
入速度には特に必要である。例えば、化学療法において
は、患者に対して注入速度が遅すぎても効力のないこと
が立証され、一方速度が速すぎても害になることが立証
されている。
しかし、医学的な注入装置における各種固有な要素
は、正確な流体を送出することを問題にする。第一の要
因は流体を送出するために用いられる管に関する。ライ
ンの開閉は一般にクランプによって行われるが、それは
管壁を変形させ不規則な流体速度にさせる。第二の要因
は、注入の際、薬剤を投与されている患者が流体柱の高
さを変化させるように動くことは、流体の流れに影響を
及ぼす。第三に、流体が、点滴用バッグまたはボルトの
ような徐々に空になる定量レザバから送出されるような
要因も注入速度に影響を与える。
これらの要因を補うために、多くの手段が技術的に知
られている。ある従来技術では滴下のカウントを目測に
依っている。強化された滴下カウント装置は、滴下サイ
ズおよびはね返りを補うために滴下カウント・データを
更新する。他の手段としては、流れを調整する重量式お
よびポンプ式バッグを備える。しかし、装置の誤差は、
全てではないが、それらの設定の大部分では避けられな
い。
発明の要約 本発明は、ラインを通る流体の流れを測定する装置を
提供する。その装置は硬質容器にあるライン内の流体部
分を隔離するので、容器内の流体はラインの残圧による
影響を受けない。流体で占められない容器部分を測定す
る装置が提供される。以下（発明の要約および独特な実
施例の説明の中で）詳細に説明する通り、この容積測定
装置は測定ガスを用いる。容器の容積がわかれば、その
ときに容器内の流体の容量は簡単に定められる。しか
し、流れの制御に関して、容器の容積を知る必要なな
い。その実施例の装置は、ラインに投与される前後の空
洞部分を測定するだけであり、それは、もちろん二つの
容積差が投与さた流体量である。投薬サイクル中、容器
の容量を変えないことがっ重要であり、従って、「硬
質」容器が用いられる。
流体を容器に対して入出を促するために、一般に周囲
圧より高い正圧源、または一般に周囲圧より低い負圧源
が供給される。正圧源は容器に測定ガスを供給する。つ
まり、正圧は容器から流体を送出するように用いること
ができる。負圧源は容器から測定ガスを移動させ、すな
わち、容器に吸引を加える。こうして負圧は流体を容器
内に収容するように用いることができる。
この装置を用いる一般的なサイクルは、まず負圧源を
用いて容器に流体を流し込み、次に測定装置が、容器に
流体が満たされていない量を測定するように容器を隔離
させ、測定後正圧源を用いて容器から流体を送出し、流
体が投与されてから容器に流体が満たされていない量を
再度測定するように容器を再隔離し、また最後に二つの
測定値を減じて投与された流体量が定められる。ひのサ
イクルは流体の所望量が投与されるまで反復することが
できる。別法として、流体が容器に流れ込む前後の量を
測定して、流体が容器に満たされない量を定め、すなわ
ちそれは、単に二つの測定値を減じて流体が容器内に流
れ込んだ量を定めることができる。つまり、容器に漏れ
穴がなく、他の誤差がないことは、数サイクルの周期に
わたって容器に入る流体の量が同じ周期にわたってほと
んど同量の流体がラインに出ることを確認することで保
証できる。
容器が流体で占められない容積を測定する上記の測定
装置は、実施例の多様性を有することができ、すべての
実施例は、容器の空間部分を満たされる測定ガスを用い
るので、容器内の流体と関連している。
測定装置の第一実施例では、測定ガスの一定された周
知の容量Vrを保持するレザバ、レザバおよび容器を接続
するバルブ、レザバ内の圧力を測定する圧力変換器（ト
ランスデューサ）およびレザバ内の圧力を変化させる装
置を備える。
測定装置の第二実施例では、測定ガスの一定された周
知の容量を保持するレザバ、容器およびレザバ（バルブ
およびレザバ内の圧力を変化させる隔置された装置に代
わる）、ならびに一つは容器用、一つはレザバ用の二つ
の圧力変換器を備える。
第三実施例では、周知の増加によって容器の容量を変
化させ、容器用変換器によってこの前後の圧力変化を測
定する。
制御装置、普通はマイクロロセッサは、圧力測定値を
読み取り、また多種のバルブおよび使用されるポンプを
制御するために、本発明の様々な実施例のすべてに用い
られることが理解されると思う。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明の好適な実施例の概略図を示す。
第２図は、本発明の別な実施例の概略図を示す。
第３図は、第１および第２図に示す実施例の特性を結
合する、本発明の更に別の実施例の概略図を示す。
第４図は、第１−第３図に示す測定装置の代わりに、
本発明で用いることができる測定装置の概略図を示す。
第５図は、第１−第４図に示す測定装置の代わりに、
本発明で用いることができる他の測定装置の概略図を示
す。
第6A−第6B図は、本発明で用いることができる二つの
タイプのバルブを示す。
第７図は、本発明で用いることができる使い捨て可能
なカートリッジまたはカセットの横断面図を示す。
第８図は、第７図の使い捨て可能なカセットとその内
部配管の底部平面図を示す。
第９図は、第７図の使い捨て可能なカセットの端部側
面図を示す。
第10図は、第７図の使い捨て可能なカセットが対向し
て置かれる、対向する中央装置ユニット表面の平面図を
示す。
第11図は、別の使い捨て可能なカートリッジとその内
部配管の頂部平面図を示す。
第12図は、中央ユニットに接触するもう一つ別の使い
捨て可能なカートリッジの縦断面図を示す。
実施例の説明 第１図は本発明の好適な実施例を示す。斜線で示され
な流体は、一般的に用いられている供給源、例えば、滴
バッグから患者まで通る点滴ラインであるライン１内に
ある。流体は入力バルブＡと出力バルブＢを持つ硬質容
器２のラインに配列される。バルブＡとＢは、容器２が
ライン１の残圧作用で隔離されるように閉じることがで
きる。好適な実施例における容器２は膜３によって分割
されるが、それは、流体で満たされた容器の部分と普通
は空気である測定ガスで満たされた残りの部分とを分離
する。膜３は、測定ガスの圧力が流体への圧力となるよ
うに十分に柔軟性があり、その結果容器内の液体の量が
変化するのにともない膜は動くことができる。
点滴および他の医学的応用に対して、容器、バルブＡ
およびＢは特に使い捨て可能なカートリッジとして作ら
れているので、流体に直接接触する区域を取外して処分
し、またいつでも別の患者に使用するときには他のカー
トリッジを取り付けることができる。使い捨て可能なカ
ートリッジの容器、バルブＡおよびＢを取り付けること
により、流体と接触する装置のこれらの区域を清潔にし
かつ殺菌するという問題は回避される。容器は、たまた
ま使い捨て可能なカートリッジ内にあるので［使い捨
て」と呼ばれることがある。
第１図は、容器（すなわち、使い捨て）内の圧力Pdを
測定する圧力変換器４を示す。下記のサイクルで見られ
るように、多くの応用では分離した圧力変換器４を必要
としないが、その理由は、レザバ内の圧力Prを測定する
圧力変換器５が、バルブＤを開いてレザバと容器とが同
圧になるときに、容器の圧力を測定できるからである。
それにも拘らず、容器の圧力Pdをモニタすることは、バ
ルブＤが閉じられているときに時々必要であり好ましい
からである。
第１図は、周知の容量を一定にするレザバ、すなわち
共通レザバも示す。ライン１を通して流体の流れを測定
したり制御したりする測定の多くのサイクルでは、レザ
バの第一目的は容器が流体で満たされない容積を測定す
ることである。（Vuは容器の「非占有容積」を示す）第
１図に示す実施例では、Vuを測定するレザバに加えて正
圧タンク８、すなわち正圧レザバまたは負圧タンク９、
すなわち負圧レザバが用いられている。
正、負圧タンクは、容器内の正、負圧に対してそれぞ
れ正圧源および負圧源として稼働する。第１図は、バル
ブＧによって正圧タンク８に、またバルブＨによって負
圧タンク９に接続されたポンプを示している。このポン
プは測定ガスを負圧タンク９から正圧タンク８に移動す
るように用いられ、それによって正圧タンク８に一段と
高い圧力を、また負圧タンク９に一段と低い圧力を作り
出す。正圧タンクから負圧タンクに測定ガスが戻るのを
防止するために、バルブＧおよびバルブＨは所望の正、
負圧が得られると閉じられ、かつその時ポンプを停止す
る。圧力変換器６と７はそれぞれ正、負圧タンクの測定
をモニタするように用いられる。第１図の正、負圧力
（すなわち、正、負圧タンクからの）はそれぞれバルブ
ＪとバルブＫによって直接供給することができる。
第１図に示す実施例で用いるVu（容器２の流体で満た
されない部分の容積）を測定するために、下記の段階の
サイクルはレザバの容積が判るならば遂行することがで
きる。
第１図の実施例の容積（Vu）計算サイクル 段階１−容器の隔離：バルブＡを閉じる。
段階２−容器とレザバとの同圧化：バルブＤを開く。
段階３−容器内の圧力P1の測定：変換器５からPrを読
み取る。
段階４−レザバからの容器の隔離：バルブｄを閉じ
る。
段階５−レザバ内の圧力変更：正圧源からのより高い
正圧力に対してレザバを開放するためにバルブＪを開く
（あるいは代わりに負圧源からのより低い負圧力を開放
するためにバルブを開く）。
段階６−レザバ内の圧力P2の測定：変換器５からPrを
読み取る。
段階７−容器とレザバとの同圧化：バルブＤを開く。
段階８−容器内の圧力P3の測定：変換器５からPrを読
み取る。
段階９−Vuの計算：解法 Vu＝−（（P3−P2）Vr）／
（P3−P1）但しVrはレザバの容積である。
段階９の方程式は理想的なガスのボイルの法則を用い
て導き出される。このサイクルが終了してから、容器２
内の流体の容器は、容器２の容積が周知であるならば、
決定することができる。すなわち、それは単に容器２の
全容積（占有および非占有部分）から非占有容積Vuを減
じたものである。
分離圧力変換器４が容器２に設けられて、上記の段階
２と７で行うように容器２とレザバとの間を同圧にさせ
る必要がないのならば、代わりに容器２とレザバとを段
階７を除いた全ての段階を通して隔離することができ
る。こうして、段階２は省略される。すなわち、容器内
の初期圧力P1は、容器２に対して変換器４によらず段階
３において依然と測定される。段階４は、レザバの容器
とが既に隔離されている場合に省略することができる。
段階５は、レバザの圧力Pr1が容器の圧力と異なるよう
に変更される。上記サイクルのように、段階６はレザバ
の圧力Pr1の測定を含む。段階７は、レザバと容器との
間に若干の測定ガスを単に通過させるように変更するこ
とができるが、容器とレザバとを同圧にする必要はな
い。段階８は、容器内の新しい圧力Pd2とレザバのPr2を
測定するように変更される。段階９は別の方程式 Vu＝−（（Pr2−Pr1）Vr）／（Pd2−Pd1）を用いる。
この変更されたサイクルは以下に説明される。
第１図の実施例の別な容積（Vu）計算サイクル 段階１−容器の分離：バルブＡ、ＢおよびＤを閉じ
る。
段階２−（省略） 段階３−容器内の圧力Pd1の測定：変換器４からPd1を
読み取る。
段階４−（省略） 段階５−容器内の圧力Pd1と同圧時のレザバ内の圧力
変更：変換器５からPrを読み取り、必要ならばバルブＪ
またはバルブＫのどちらかを開く。
段階６−レザバ内の圧力Pr1の測定：変換器５からPr1
を読み取る。
段階７−レザバと容器との間を流れる若干の測定ガス
に対する許容：バルブＤを開閉する。
段階８−容器内の圧力Pd2とレザバ内の圧力Pr2の測
定：変換器４と５を読み取る。
段階９−Vuの計算：解法 Vu＝−（（Pr2−Pr1）Vr）
／（Pd2−Pd1）による。
このサイクルは、レザバと容器と同圧になるまで待て
ない場合に有用である。すなわち、二者の間が長くて細
い通路であると、このような場合になるので同圧にする
ためにバルブＤが開かれてから若干の時間を与える。
上記の両サイクルに対して、レザバの容積Vrは選択性
なので、容器の満たされていない部分の容積Vuとほぼ同
じ（または同程度の大きさ）にすることが望ましい。そ
のように容器とレザバのいずれかの圧力はほぼ同時に変
更されることが好ましく、またこうして圧力測定の誤差
または容積計算の遂行が最小化される。
一方、正圧タンク８と負圧タンク９は、レザバおよび
容器２の満たされていない部分よりも一層大きいことが
好ましい。この好ましい理由は、容器内の圧力Ppおよび
Pnは（変換器６と７をモニタしかつポンプが適切に活動
していることで）所望のレベルに保持されることが望ま
しく、いずれかのタンクが（バルブＪまたはＫのいずれ
かを開くことにより）レザバに対して解放されるときに
レザバはタンクの圧力レベルまで加圧されるが、タンク
の圧力レベルは際立つ変化をしない。タンク内のガス量
に比較されて、少量のガスが移動される。こうしてタン
ク内の圧力は多きく変化しない。この配列は、それが望
まれるか、正または負の、ある圧力までレザバに速やか
に加圧する必要があるときに所望される。
上記の通り、正、負圧源（この実施例のタンクにおい
て）容器２の膜３に吸引および加圧を別に付加させて、
ラインを通して流体を送るように用いることができる。
制御された速度でラインを通して流体を送る第１図の実
施例に用いるサイクルを以下に説明する。
第１図の実施例の流体測定（ポンプ）サイクル 段階１−開始：正圧タンクに正圧を作り出し、負圧タ
ンクに負圧を作り出す。
段階２−容器への充満：バルブＢとＪを閉じ、バルブ
Ａ、ＤおよびＫを開く。
段階３−容器の隔離：バルブＡとＫを閉じる。
段階４−サブサイクルによる容量計算の実行： （ｉ） 容器内の圧力を読み取る（レザバ用圧力変換器
５を用いる。
注：このサイクルで、使い捨てはそれ自体の圧力変
換器を必要としない。更に、測定誤差を最小にするた
め、全ての圧力測定用に同じ変換器を用いることが好ま
しい）。
（ii） バルブＤを閉じてレザバから容器を隔離する。
（iii） バルブＪまたはＫのいずれかを開き、それか
ら閉じることによりレザバ内の圧力変更をする。
（iv） レザバ内の圧力を読み取る。
（Ｖ） バルブＤを開いてレザバに対して容器を解放す
る。
（vi） 容器内の新しい圧力を読み取る。
（vii） 容器の容積が周知ならば、容器内の流体の初
期容量を計算する（それ以外に、非占有容積Vuを計算す
る）。
段階５−流体の送出：バルブＢとＪを開く（注：バル
ブＤは開いている）。
段階６−容器の隔離：バルブＢとＪを閉じる。
段階７−サブサイクルによる容量計算の反復：段階４
の副段階（ｉ）−（vi）を実行し、また容器内の流体の
最終容量（または最終Vu）を計算する。
段階８−送出された容量計算（段階５における）：段
階４で計算された初期容量から段階７で計算された最終
容量を減じる（また段階７の最終Vuから段階４の初期Vu
を減じる）。
第２図は、本発明による別の実施例を示す。第１図に
示された実施例と著しく類似しているが、正、負圧源８
と９はレザバを通らずに容器に直接加えることができる
点が異なる。また、レザバはバルブＦを開くことで周囲
の圧力に対して放出することができる。レザバからの放
出によって、正、負圧源８と９を用いずにレザバ内の圧
力Prを変換することができる。放出バルブは第１図の実
施例でも用いられた。
第２図の実施例で用いられる制御された速度で流体を
送るサイクルを以下に説明する。
第２図の実施例の流体測定（ポンプ）サイクル 段階１−開始：正圧タンクに正圧を作り出し、負圧タ
ンクに負圧を作り出し、バルブＦを閉じる。
段階２−容器への充満：バルブＢとＣを閉じ、バルブ
Ａ、Ｅを開く。
段階３−容器の隔離：バルブＡとＫを閉じる。
段階４−サブサイクルによる容量計算の実行： （ｉ） バルブＤを開く。
（ii） 容器内の圧力を読み取る（レザバ用圧力変換器
５を用いる。
注 このサイクルで、使い捨てはそれ自体の圧力
変換器を必要とせず、上記の通り、レザバの圧力変換器
を用いることができ、また用いるべきである）。
（iii） バルブＤを閉じてレザバから容器を隔離す
る。
（iv） バルブＦを開いてレザバを放出する。
（Ｖ） レザバ内の圧力を読み取る（周囲と同圧にさせ
る）。
（vi） バルブを閉じてレザバを隔離する。
（vii） バルブＤを開いてレザバに容器を解放する。
（viii） 容器内の新しい圧力を読み取る。
（ix） 容器内の流体の初期容量を計算する（または容
器の満たされていない部分の初期容積）。
段階５−流体の送出：バルブＢとＣを開く。
段階６−容器の隔離：バルブＢとＣを閉じる。
段階７−サブサイクルによる容量計算の反復：段階４
の副段階（ｉ）−（viii）を実行し、また容器内の流体
の最終容量（または最終Vu）を計算する。
段階８−送出された容量計算（段階５における）：段
階４で計算された初期容量から段階７で計算された最終
容量を減じる（また段階７で計算された最終Vuから段階
４で計算された初期Vuを減じる）。
一見して、第１および第２図の流体測定（ポンプ）サ
イクルは著しく類似している。ひとつ異なる点は、容積
Vuを測定することができ、第２図の実施例においてレザ
バ内の圧力Prがレザバから大気に放出されて交換され
る。
第３図は、本発明の第３の実施例を示し、第１および
第２図に示した実施例の特性を合成したものである。第
３図の実施例では、正、負圧タンク８と９を加減圧する
ために２台の別々なポンプも用いられている。つまり、
この実施例において２基のタンク内の圧力は別々に制御
することができる。注目すべき点は、正、負圧力の供給
は、タンク８と９のようなタンクを必ずしも必要としな
いが、正、負圧力源をより良好に調整するために、大き
なタンクを用いることが好ましい点である。上記実施例
のどれをとっても、正、負圧力は２台の別々なポンプに
よって供給することができ、１台のポンプは装置に測定
ガスを加え、段階のポンプは装置から測定を減じる。そ
れらのポンプはバルブＣとＥによって容器２に接続さ
れ、バルブＪとＫによってレザバに接続される。実際、
一方向に交互に送ることができる単独ポンプおよび他の
ポンプは、正、負圧力のいずれも供給するように用いる
ことができる。すなわち、単独ポンプはそれからの測定
ガスを加えかつ移動させるように用いることができる。
ライン１を通る流体の流れを制御する第３図の実施例
で用いるサイクルを以下に説明する（この特殊なサイク
ルはライン１を通る流体を送り込まないことに注目され
たい。むしろ先頭の圧力、または容器２のポンプの上流
と下流といずれかまたは双方のような外力がライン１を
通る流体を移動させるために必要となる。このサイクル
は単に流速を測定し、また流速が速すぎると、制御装置
は流速を遅くするためにバルブＡとＢを開閉して調整す
ることができる）。
第３図の実施例の流体測定（ポンプ不用）サイクル 段階１−開始：バルブＣ、Ｅ、Ｆ、ＪおよびＫを閉じ
る。
段階２−容器の充満：バルブＢを閉じ、バルブＡを開
く（注：バルブＡを越える十分な圧力は、このポンプ不
用サイクルにおいて容器内に流体を入れるように力を要
求する。）。
段階３−サブサイクルによる容量計算の実行： （ｉ） バルブＤを開いて容器とレザバとの間を同圧に
する。
（ii） 容器内の圧力を読み取る。
（iii） バルブＤを閉じてレザバから容器を隔離す
る。
（iv） バルブＦ、ＪまたはＫを開き、次に閉じること
でレザバ内の圧力変更をする。
（Ｖ） レザバ内の圧力を読み取る。
（vi） バルブＤを開いて容器とレザバとの間を同圧に
する。
（vii） 容器内の圧力を読み取る。
（viii） 容器内の流体の初期容量（または初期Vu）を
計算する。
段階５−流体の送出：バルブＢを閉じる（注：バルブ
Ｂを下回る十分な圧力は、このサイクルにおいて容器か
ら流体を出す力を要求する）。
段階６−容器の隔離：バルブＢを閉じる。
段階７−サブサイクルによる容量計算の反復：段階４
の副段階（ｉ）−（vii）を実行し、また容器内の流体
の最終容量（または最終Vu）を計算する。
段階８−送出された容量計算（段階５における）：段
階４で計算された初期容量から段階７で計算された最終
容量を減じる（または段階７で計算された最終Vuから段
階４で計算された初期Vuを減じる）。
このサイクルにおける段階３の副段階（iv）、また上
記第１図の実施例の２種の別々な容積（Vu）計算サイク
ルで見られる通り、第１〜第３図に示す構成は、容器２
の占有されていない容積（Vu）を測定する様々な手段に
おいて用いることができる。Vuを測定するために他の構
成を用いることがある。例えば、第２図のVuを測定する
測定装置10は、レザバ、バルブＤとＦ、および圧力変換
器５を備え、第４、第５図に示す２種の別々な測定装置
と交換することがてきる。この明細書で検討された全て
の測定装置は、第４、第５図に示す装置を備えて、Vuを
測定するために測定ガスおよびボイルの法則を用いる。
他種の測定装置を利用することもできるが、ここに開示
されたものは、より正確かつ安価である。第４図に示す
測定装置10は、容器から隔離することができるレザバを
持たない。本来、第４図の実施例で実行されることは、
容器を隔離してから、容器の初期圧力Pd1を測定し、次
に容器の容積は周知の量Vxによって変更させ、最終圧力
Pd2を測定し、さらにVuは下記の方程式により定めるこ
とである。
Vu＝−Pd2（Vx）／（Pd2−Pd1） 容積は、モニタ12で操作されるピストン11によって交
換される。圧力測定は圧力変換器４によって行われる。
この装置は、本発明に対して発行された米国特許第4,80
8,161号（前記関連説明された）の中で一段と詳細に説
明されている（正、負圧力源までのラインは容器本体に
直接接続されることに注目されたい。もちろん、これら
の接続と第２図で示す正、負圧タンクへの接続とは実際
に差異はない。）。
第５図に示す測定装置10は第１、第２および第３図に
示す測定装置と同様な手段で遂行する。レザバの容積Vr
は周知され定められる必要があり、また第２図のバルブ
Ｄの位置に設けられるポンプ13は、レザバ（および容器
２）内の圧力変更、またレザバの容器２との間の測定ガ
スのバルブとしても用いられる（ポンプが離脱され、ガ
スが漏れるならば、次にもちろん、容器２とレザバとの
間に流体がなされることを防止するように閉鎖できるバ
ルブをプンプと直列に設ける必要がある）。第５図の実
施例で実行されることは、容器２とレザバを隔離してか
ら各々の圧力Pd1とPr1を測定し、それから若干の測定ガ
スが容器からレザバに、またはその逆に送られ、容器お
よびレザバ内の新しい圧力Pd2とPr2が測定され、更に容
器の満たされていない部分の容積Vuは次の方程式によっ
て定められる。
Vu＝−（（Pr2−Pr1）Vr）／（Pd2−Pd1） ひとつ注意する点は、２台の隔置された変換器４、５
が容器およびレザバ内の圧力を測定するために必要とな
る点である。また、バルブＦがこの実施例に含まれたが
必ずしも必要ではなく、その理由はサイクルの間に大気
にレザバを放出するからである。この装置は、本発明者
に発行された同時継続出願第092,481号（上記関連説明
され、米国特許第4,808,161号の一部継続出願である）
の中で一段と詳細に説明されている。
一見して第４および第５図の装置が、正、負圧力源に
関係なく容器２の中の流体を減少させ、つまり容器から
流体を送出するように用いられる方法としては、第４図
の実施例ではその電動機（モータ）駆動のピストン11を
用い、また第５図の実施例ではそのポンプ13を用いる。
特殊バルブ装置は、上記使い捨てカートリッジの実施
例にも用いられるように設計された。特に、このバルブ
装置は上記実施例のバルブＡとＢを用いることができる
が、それらのバルブは点滴用流体に接触するので、使い
捨てカートリッジの一部とすべきである。そのバルブ装
置は、空気のような第２制御流体を用いることで特徴付
けられる（制御流体は測定ガスと別なものにできるが、
いずれも空気であることが好ましい。）。この制御流体
が、受圧表面に対する柔軟性の膜を押しつけることは、
密閉されかつラインを閉止させる。流体ライン、柔軟性
の膜、また受圧表面は、制御ラインの比較的低い流体圧
力が主要ラインの比較的高い圧力による流体を閉止する
ように要求される機械的に便利な手段で配列される。
本発明で提供された単独バルブのひとつの簡単な実施
例を第6A図に示す。流体ラインの入力61と62は流体と密
着したバルブ用チャンバ63に取り付けられる。このバル
ブ用チャンバ63を鋳型製の硬質プラスチックのような強
固な材料で作ることが考慮されている。バルブ用チャン
バは入出力ライン用のフィルタ機能を備えている。バル
ブ用チャンバは流体入力61に接続された入力口64を備え
るが、本実施例では有効な閉止を容易にするため斜角を
つけた形状を表している。しかし、本発明の主旨の中で
はチャンバの壁と平らな入力口64を有することも可能で
ある。
バルブ用チャンバの一つの壁面には柔軟で不透過性の
膜65が設けられ、それは制御流体供給ライン66に伝達し
ている。膜65は、制御流体供給ライン66と入力口64に関
して設けられるが、それにより制御流体圧力が、制御流
体供給ライン66の中で増加されるとき、柔軟な膜65の入
力口64に押しつけられる。膜65の材料は選択性なので、
膜は入力口64を「つかみ」、それにより閉止度を高め
る。流体ラインを開きたいとき、制御流体圧力は、主要
ラインの流体圧力が入力口から膜65を押し放つまで減少
され、こうして閉止は解除される。
本発明のこの実施例は機械的な利点を含む。制御流体
は膜の全表面にわたって力を分布する傾向がある。小さ
な内径であるために流体入力61の流体は膜65の狭い面積
のみに作用する。つまり、制御流体ラインと圧力バル
ブ、流体入力の圧力より大きな力（力は圧力と面積との
積に等しい）を膜に加える必要がある。第6B図は、この
バルブのもう１つの実施例を示し、その中には２箇所の
傾斜をつけた入出力口を用い、１箇所は入力64用、もう
１箇所は出力67用である。この実施例は、出力流体に高
い圧力が加えられるならば、有用となる。
制御流体ラインの圧力が、稼働に際してカム作動のピ
ストンまたは他の周知の装置に使用するステッパ電動機
を用いて制御することを検討している。ピストン構造の
実施例において、ピストンはライン内の空気を圧縮する
ように用いられ、それにより制御流体圧力は増加され、
バルブが閉じられる。ピストンは制御流体圧力を減少
し、バルブを開くように引き戻される。
別の実施例では、空気が制御流体として働く。空気は
それから流体ラインに伝達している気密レザバに収納さ
れる。圧縮機はライン内の空気圧を増加するために用い
られ、またソレノイド作動式バルブは、レザバと制御ラ
インとの間の伝達通路を開くために用いられ、それによ
り制御ライン内の圧力は増加される（上記のことはマイ
クロプロセッサによって制御することができる。）。バ
ルブを開く必要があるときに、伝達通路は閉じられ、制
御ラインは周囲の大気に放出される。代わりに、レザバ
は手動ポンプを用いて与圧することができる。
制御流体圧力発生装置に対する特定の実施例のみなら
ず、本発明が提供する数多くの利点が見られる。それら
の利点の第一は、安価でかつ製造の容易性と機械的な信
頼性との組合せである。
第6A図および第6B図のバルブ装置が機械的に信頼性を
もつのは、活動部分が少ない理由である。バルブ・チャ
ンバは、ライン流体入力、ライン流体出力、および制御
流体ラインを付けたまま、固定される。活動する部分
は、制御流体圧力発生装置と柔軟性膜だけである。上記
の通り、制御流体圧力発生装置はステッパ電動機および
ピストンを用いて実行することができる。ピストン組立
体は、限定された範囲内作動するので、機械的にも信頼
される。更に上記の通り、制御流体圧力発生装置は与圧
された空気レザバを用いて実行することもできる。その
実施例において唯一活動する部分は、レザバが制御流体
ラインに接続するバルブ、およびレザバの与圧に用いら
れる装置である。更に、その与圧されたレザバは、第１
〜第３図に示された正圧タンク８のように、流体制御装
置に利用することができる（負圧タンクは入出力口から
膜65を引き離すために用いられる。）。
柔軟な膜は、多種の容易に利用できて安価な材料、例
えば点滴バッグを作る柔軟性プラスチックで作ることが
できる。この材料は極めてざらつきが有り、加えて比較
的安価であることが知られている。更に、このプラスチ
ックは優れた「つかむ」特性を有する。
膜構造の装置を用いるもう１つの利点は、点滴管を圧
搾するバルブ装置構造における周知の固有な欠点がない
ことである。圧搾装置の第一の欠点は、ラインを完全に
閉止することは困難である。挟まれた管の端部を「折り
たたむ」難しさのために、点滴ラインを挟んで閉止する
には比較的大きなエネルギを費やさなければならない。
更に流体を冷やす欠点がある。点滴管は、開閉を反復し
た後に、挟まれた位置の回りが変形しやすい。これは、
点滴送出装置の機械的な正確性を順次失う。それらの欠
点は膜構造の装置には存在しない。上記の通り、この装
置の固有な利点のため、バルブを閉止するには比較的少
ないエネルギで済む。理由としては管を挟むことはな
く、冷える流体に関しても考慮する問題は存在しないこ
とである。
更に、ディバイスは精密な鋳造物を必要としない。バ
ルブは広い範囲の製造欠陥を許容する。例えば、たとえ
バルブ・チャンバの口が完全に配列されなくとも、膜は
なお口を封止する。入出力ラインを含むバルブ・チャン
バに漏れがなく、また制御流体ラインが気密性であるこ
とが厳しく要求されるだけである。
更に、用いられる製造法によってはこのバルブ装置の
実用性を増やすことができる。例えは、全て単独な使い
捨てユニット内にある入力ライン、バルブ・チャンバ
（口を含む）、出力ラインおよび膜を造ることができ、
ユニットは第１〜第５図に示す容器２（液体で満たされ
る容器の半分は一層精密である）も含む。膜は、中央フ
ロー制御装置ユニットにぴったりと密着できる大きさに
された強固なプラスチック構造体に取り付けられる。上
記各種のどのフロー制御装置も使い捨てと共に稼働させ
られる。
フロー制御装置のどの実施例においても、全てプラス
チックの同じブロックから出る入出力通路および膜構造
のバルブ用チャンバと共に点滴流体（第１〜第５図の容
器２の左半分）を収納する圧力・容積測定ハウジング部
分を鋳造製にするように考慮されている。同一シートの
膜を、バルブ内の膜65すなわち点滴流体と測定ガスとの
間のインターフェイス（第１図の符号３）として用いる
ことができる。２つの当該ハウジング・ユニットが第７
〜第９図および第11図に示されている。
ハウジング・ユニットには第10図に示された物が収納
ブロックに張り付けられ、第７〜第９図に示すハウジン
グ・ユニットと共に使用される。ハウジング・ユニット
は、保持用クランプまたは技術的に周知の他の装置によ
って定位置に保持される。封止リングは、制御流体通
路、また測定ガスの密閉度を維持するように供給され
る。この実施例において、ハウジング・ユニットは使い
捨てで、収納ブロックは中央フロー制御装置ユニットの
必要な部分であると考えられる。これは望ましい配列で
あと見られる。ハウジング・ユニットは点滴流体の輸送
に用いられるので、無菌状態でなければならない。その
ようなユニットを幾度も使用するように清潔にかつ殺菌
することは不可能である。一方、収納ブロックは、正し
い封止および正しいバルブ作動を保証するために頑固で
なければならない。
制御装置（すなわち、マイクロプロセッサ）は、全て
のシール（封止）が密着されているかを検査するディバ
イスが測定する間も完全なプロトコルを実行するように
プロクラムされることが考慮される。そのようなプロト
コルの間、変化したバルブ・チャンバに対して制御流体
圧力は巧みに操作され、圧力変化の結果は、装置内に常
時備えられている圧力変換器を用いてモニタされる。異
常な条件は、中に入ることに対して警報状態を起こす。
全ての通路は制御装置ユニットを全て適用するように
要求しない。様々な形状に対して全て可能な通路構造を
統合する「共通な」ハウジングを設計し、製造すること
ができる。収納ブロックは、それから限られた制御装置
の適用に順応できる。代わりに、マイクロプロセッサ
は、要求通りに、通路からバルブまでプログラムされ
る。
第７図は使い捨てハウジング・ユニット（または「カ
ートリッジ」、か「カセット」）の一実施例を示す。こ
の特殊ユニットな使い捨て部分の容器用に２箇所の凹面
状の窪み71を有するので、２台の流体制御装置は同時に
機能することができる。好適な実施例において、２台の
流体制御装置は、流体を滑らかに流すために患者に点滴
流体を送出するように用いられる。一つの容器71が放出
中、片方は流体で満たされている。こうして、流体はよ
り接近した間隔とより小さなパルスで送出し、不規則で
その間に長時間を費やす、より大きなパルスは用いな
い。
第７図に示す使い捨てカートリッジは、示される入力
61と出力62と共に、第6A図で示された型の10個のバルブ
72も有する。このユニットの側部にはそれに横切って伸
ばされて取り付けられた膜を有し、バルブ72の膜（第6A
図の65）すなわち容器71の膜（第１図の３）として働く
（第９図の符号91を参照のこと）。
第８図は、内部配管または通路81を表す使い捨てカー
トリッジの底部平面を示し、それらは使い捨てカートリ
ッジの内部にあり、また多数のバルブ72、容器の窪みお
よび多数の入出力82〜86を接続する。入出力は様々な方
法で配列することができ、例えば上部２箇所のボート82
と83はいずれも二種類の供給される流体からの入力（す
なわち、第１〜第５図のバルブＡ）であり、下部２箇所
のポート85と86は出力（すなわち、第１〜第５図のバル
ブＢ）である。ポート84は、試験または分析用に容器か
ら流体のサンプルを採取するように用いられる。第９図
は、陰に見える容器71の流体側にある、それらのポート
82〜86の端部面を示す。バルブ72および容器71用の膜91
は、使い捨てカートリッジの（91）で表された側の上に
取り付けられる。膜91は容器内の流体量によっては内外
に膨れる。
第10図はフロー装置ユニットの表面を表し、それに対
する第７〜第９図に示す使い捨てはクランプ用ディバイ
スによって定置され保持される。使い捨ての窪み71に合
うように装置ユニット上に２つの大きな窪み101があ
る。装置ユニット上のそれらの窪みは基本的には容器の
測定ガス部分である。各窪みは孔103を有し、それを通
って測定ガスが通過する。以上広範囲に説明した通り、
測定ガスは、（容器が隔離されているときに）流体によ
って容器を完全に占有していない容量を測定するように
用いられ、それにより容器内の流体を減じたり、また容
器の流体に力を加える。
第10図はバルブ72および孔66用の容器102も示し、そ
れを通ってバルブ制御流体が通過する。容器の窪み101
とバルブの容器102はそれぞれ105と106で周囲を封止さ
れ、その結果使い捨てが装置ユニットに対してクランプ
されるときに気密封止は形成される。
第11図は別の使い捨てハウジング・ユニットを示し、
第７〜第９図の使い捨てハウジングに類似する点は容器
の窪み71、流体通路81および入出力ポート82〜86を有す
ることである。しかし、第11図の使い捨ては第6B図に示
すバルブ111を用いている。この違いおよび異なる管の
配置にも拘らず、第11図の使い捨ては第７〜第９図の使
い捨ての同様に機能する。
第12図は、この使い捨て124用に設計された中央フロ
ー制御ユニット125の面に対してクランプされた使い捨
てハウジング・ユニット124の簡潔な実施例を示す。こ
の使い捨て124は１つの容器２および２つのバルブＡと
Ｂのみを有するので、第１〜第５図に示すどの実施例に
も用いることができる。バルブＡの入力61Aは突出部121
で点滴ラインに接続されるが、それは点滴チューブの中
に挿入することができる。バルブＡとＢは第5B図に示す
ものであり、２箇所の傾斜角を持つ口64a、67aがバルブ
Ａ内に見られる。バルブＡの出力62aは容器２の左半分
に導き入れ、使い捨て124内の窪み71により形成され
る。膜シート91は使い捨て124に取り付けられ、使い捨
ての全側面を覆う。この膜シート91の部分はバルブＡの
膜65a、容器２の膜３、またバルブＢの膜65aとして機能
する。バルブＡは中央ユニット125内の容器102aに対し
て配置され、102aは空気供給口66aに接続され、それを
通って空気はポンプにより出入りし、それによってバル
ブＡの開閉は、それぞれ口64aと67aから膜65aを引き戻
すことにより、また口64aと67aに対して押し込むことに
より行われる。この場合、空気がバルブ制御流体として
機能される。
チャネル103は容器２からその他の装置（例えば、レ
ザバを含む）までの測定ガス（空気にすることができ
る）用通路を備える。上記の通り柔軟シート91の部分で
ある膜３は、容器２の中にある流体の容量によって前後
に動く。容器がそれ自体の圧力変換器（第１図の符号４
にあたる）を有するならば、この変換器チャネル103を
通して容器２に流体を伝達するように設けることができ
る。
容器２はバルブＢの入力61bに接続され、バルブＢは
容器102bに対して配置され、また空気供給口66bによっ
てバルブＡと同様に機能する。出力62bは患者まで接続
された点滴ラインに流出する。突起部122は使い捨て124
にチューブを取り付けるように用いられる。
使い捨ての素子間の適切な封止を確実にするために、
ガスケット状の封止材、105と106を容器およびバルブの
周囲に配置する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01F 22/02 G01F 17/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ラインを通る流体の流れを制御するための
    装置にして、該装置は 前記ライン中の前記流体の領域を保持する硬い容器にし
    て、該容器は前記流体の領域より大きい容積を有し、前
    記容器の、前記流体によって占有されない部分を測定ガ
    スで満たして該測定ガスが前記容器中の前記流体と圧力
    連通する、前記容器と、 開放時に前記ラインから前記容器に流体を流すための入
    力バルブと、 開放時に前記容器から前記ラインに流体を流すための出
    力バルブにして、前記入力バルブと前記出力バルブの両
    者の閉鎖時に前記容器中の前記流体の領域が該領域の外
    側の前記ラインの圧力の影響から分離される、前記出力
    バルブと、 正圧レザバと、 作動時に前記正圧レザバから測定ガスを前記容器へ流す
    ための正圧バルブと、 負圧レザバと、 作動時に前記容器から測定ガスを前記負圧レザバへ流す
    ための負圧バルブと、 前記入力バルブ、前記出力バルブ、前記正圧バルブ、及
    び前記負圧バルブを制御するための制御装置と、 固定の既知容積の前記測定ガスを保持するための共通レ
    ザバと、 前記容器と前記共通レザバの間に位置して、第１バルブ
    位置において前記測定ガスを前記容器と前記レザバの間
    に流すためのレザババルブと、 前記共通レザバ中の圧力を測定するためのレザバ変換器
    と、及び 前記測定ガスを前記共通レザバと大気間に流すための放
    出バルブと、 を含み、 前記制御装置は、前記レザバ変換器からの圧力測定値を
    読み、前記レザババルブと前記放出バルブを制御し、前
    記圧力測定値と前記共通レザバの容積Vrに基づき前記容
    器の、前記流体により占有されない部分の容積Vuを計算
    する装置を含む、ことを特徴とするラインを通る流体の
    流れを制御するための装置。
  2. 【請求項２】前記容器は本装置の残部から迅速に分離す
    ることができる使い捨て部分を含み、該使い捨て部分は
    前記容器の全ての該当部分、及び前記流体に接触する前
    記入力バルブと前記出力バルブを含む請求項１の装置。
  3. 【請求項３】前記正圧レザバと前記負圧レザバはポンプ
    装置をさらに含み、前記制御装置は前記ポンプ装置を作
    動させる装置をさらに含む請求項１又は２の装置。
  4. 【請求項４】前記出力バルブを閉鎖させる段階、前記入
    力バルブを開放する段階、前記負圧レザバを作動させ及
    び作動を停止させる段階、前記入力バルブを閉鎖させる
    段階、前記容器の、前記流体で占有されない部分の最初
    の容積Vu1を決定する段階、前記出力バルブを開放する
    段階、前記正圧レザバを作動させ及び作動を停止させる
    段階、前記出力バルブを閉鎖する段階、前記容器の、前
    記流体で占有されない部分の最後の容積Vu2を決定する
    段階、及び前記容積Vu2から前記容積Vu1を差し引き、前
    記出力バルブが開放されたとき前記容器に残る前記流体
    の量を決定する段階、から成るサイクルを達成するため
    の装置をさらに含む請求項１、２、又は３の装置。
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