JP2000046609A - 熱式流量計とこれを用いた薬液注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用環境温度に対して数％程度となってしま
うスポット温度上昇信号の対雑音比を改善することで、
より正確な熱式流量計測を行う。 【解決手段】 流体の流速を測定するために流体に対し
てスポット温度上昇を行うために流路２５の上流側に配
設されるヒータ２６ｈと、複数のサーミスタ２６ｔ−
１、２を既知の距離Ｌで互いに離間して配設し、これら
とは別に環境温度を測定するサーミスタ２６ｅを流路の
近くに配置して、差動入力流量信号の増幅器１４により
サーミスタ２６ｔ−１、２とサーミスタ２６ｅの差分を
増幅することにより、スポット温度上昇分のみの信号成
分を取り出し、この信号に基づいて、検知時間差Δｔを
演算し、距離Ｌを時間差Δｔで割ることで、求める流速
を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱式流量計及びこ
れを用いた薬液注入装置に関するものである。

【従来の技術】従来より、連続する既知の所定横断面積
を有するチューブ状の流路内を上流から下流に向けて流
れる流体の流速を測定するために上流側でスポット温度
上昇させ、下流側においてスポット温度上昇を検出する
までの経過時間を測定することで流速を得てから、横断
面積を乗ずることで流体の流量を測定するようにした熱
式流量計が知られている。

【０００２】一方で、疼痛緩和の目的で塩酸モルヒネを
含む麻薬や、癌治療のための抗癌剤や抗生物質等の連続
微量注入やインシュリンなどの定期的投与を行うための
薬液注入装置が提案されている。

【０００３】これらの薬液注入装置によれば、バッテリ
ーで駆動される小型のシリンジポンプやペリスタリック
ポンプなどのように電気をエネルギー源としてモータ等
の動力源を用いた電動式の加圧手段を用いている。ま
た、このような電動式の加圧手段によれば、電気回路や
マイクロプロセッサによる制御手段を用いて任意の注入
量を得ることが可能となることから、患者の様態に応じ
たきめ細かな薬液の注入管理が実現可能になるという利
点がある。

【０００４】更に、本願出願人は特開平９−２６２２９
２公報において、流量制御を単一のオリフィス（微細孔
を有する流体抵抗体）で行う流量制限手段を備え、これ
にさらに熱式流量計を組み合わせることにより、上記の
オリフィスの下流において熱式流量測定を行い、この測
定結果を用いて注入の流量を断続制御することで、一機
種で複数のパターンの流量設定ができるようにして、患
者の状態に応じて、よりきめ細かな薬液の注入を行うこ
とができるようにした薬液注入装置を提案している。

【０００５】この種の薬液注入装置は、通常、患者が携
帯して使用されるため、さまざまな使用環境下でも十分
に機能することが求められることになる。特に、使用可
能な環境温度範囲は、患者が身に付けた状態で10〜40℃
の範囲となるように広く設定する必要がある。したがっ
て、当然ながら、上述したように流量を測定する熱式流
量計の測定温度範囲についても、薬液注入装置の環境温
度範囲と同じに設定する必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱式流
量計の測定温度範囲を広げるということは、計測信号の
信号対雑音比の面でかなり不利となる。この理由は、例
えば熱式流量計が薬液注入装置に組み込まれる場合にお
いて、装置の電子回路の能力とその消費電力と、流速が
測定される薬液に対してスポット温度上昇を行うための
加熱ヒータを内蔵する必要を考慮すると、熱式流量計に
おける温度検出部におけるスポット上昇温度はせいぜい
1℃どまりとなるが、この上昇温度は上記の環境温度範
囲である10〜40℃のわずか数％程度に過ぎない。このた
めに、このスポット温度上昇分を増幅する増幅回路で
は、大部分が環境温度成分である信号を増幅することに
なってしまう。

【０００７】このために、十分な増幅率を得ることがで
きず、流量測定方法において必要な情報は、温度変化分
のみであるが、温度上昇検出結果を十分に取り出すこと
ができなくなるので、正確な流量測定ができなくなる問
題がある。

【０００８】したがって、本発明は上述した問題点に鑑
みてなされたものであり、熱式流量計において、温度検
出手段により検出した温度と環境温度の差分信号を取出
すことにより、流量計測信号の信号対雑音比を向上させ
ることで、環境温度変化に左右されず正確な流量の測定
を行なうことができる熱式流量計とこれを用いた薬液注
入装置の提供を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明によれば、流路内を流れる
流体の流速に対して前記流路の横断面積を乗ずることで
前記流体の流量を測定するめに、前記流路の上流側に配
設されることで前記流体に対してスポット温度上昇を行
う加熱手段と、前記加熱手段の下流側に所定距離離間し
て配設され、前記スポット温度上昇による上昇温度まで
の経過時間を検出して前記流速を求めるための少なくと
も１つの温度検出手段とを備えた熱式流量計において、
前記流路の近傍に配設される前記温度検出手段と、前記
スポット温度上昇の影響を受けない部位において配設さ
れることで環境温度を測定する環境温度測定手段とを備
え、前記温度検出手段による前記検出の出力と、前記環
境温度測定手段による環境温度の測定結果の出力間の差
分信号に基づいて、前記経過時間を求め、前記距離を前
記経過時間で割ることにより求める流速を演算する制御
手段とを具備し、環境温度変化の影響を最小にすること
を特徴としている。

【００１０】また、好ましくは、前記温度検出手段と、
前記環境温度測定手段は作動出力を得るブリッジ回路を
構成して、前記差分信号を求めることを特徴としてい
る。

【００１１】また、好ましくは、前記温度検出手段を、
既知の距離で互いに離間して一対分配設することを特徴
としている。

【００１２】また、好ましくは、前記制御手段は、前記
流路の既知の横断面積に対して求めた流速を乗ずること
で、前記流体の流量を演算し、演算結果を外部にデジタ
ルデータとして出力することを特徴としている。

【００１３】そして、好ましくは、上記の熱式流量計を
用いた薬液注入装置であって、前記流体である薬液を充
填した薬液バッグを収納するとともに、加圧手段に接続
される加圧室を一体または別に設けた薬液カートリッジ
と、前記薬液バッグに接続される前記流路の途中部位に
おいて接続されることで前記加圧手段により送られる流
量を制限する流体抵抗手段と、前記流路内における薬液
の流量を断続するために前記流体抵抗手段の下流側に設
けられる流量制御手段と、前記流路における流量を求め
るための前記熱式流量計と、前記流量制御手段と前記熱
式流量計とに接続される主制御手段とを具備することを
特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明における好適な一実
施形態につき、添付図面を参照して詳細に述べる。先
ず、図１は患者Ｐへの装着状態とともに示した薬液注入
装置１の全体構成を示す外観斜視図である。また、図２
は図１の薬液注入装置１の要部を破断して示したブロッ
ク図を兼ねる断面図である。

【００１５】両図において、薬液注入装置１は、図示の
ように患者Ｐの衣類の胸ポケットなどに入れることがで
きる形状を有している。また図示のように表示部１５が
上に向くようにして、患者Ｐが随時見ることができると
ともに、一対のスイッチ１８が前面に位置するように構
成された制御ユニット１１と、この制御ユニット１１に
対して後述するように着脱される流体制御デバイス２１
と、この流体制御デバイス２１に対して着脱される薬液
カートリッジ３１とから構成されている。

【００１６】また、この制御ユニット１１には光通信を
行う送受信部６３とリードスイッチ６４が内蔵されてお
り、コネクタＣ１に対してインターフェースケーブル２
０（例えば、シリアルインターフェース用ＲＳ２３２Ｃ
ケーブル）を介してノートパソコン等の外部プログラミ
ング装置４１に接続された通信用アダプター６０に対し
て薬液注入装置１を所定位置にセットすることで、リー
ドスイッチ６４がアダプター６０に内蔵のアクチエータ
である永久磁石６２により作動する一方で、アダプター
６０に内蔵された送受信部６１と薬液注入装置１の送受
信部６３とが対向する位置にセットされることで、後述
の所定データの送受信を行えるように構成されている。

【００１７】また、制御ユニット１１と流体制御デバイ
ス２１と薬液カートリッジ３１の夫々は図中の矢印Ｄ
１、Ｄ２方向に互いに着脱自在に構成されており、流体
制御デバイス２１と薬液カートリッジ３１との接続につ
いては、例えばパチン嵌合により一体的となる状態にセ
ットした後には、外力の作用により簡単に外れることが
ないように構成されている。

【００１８】また、図示のように一体的にセットすると
きに、流体制御デバイス２１のコネクタＣ２が制御ユニ
ット１１に接続する状態になる一方で、薬液カートリッ
ジ３１の上部に配設された加圧孔３４が制御ユニット１
１側に設けられた圧力発生部に対して自動接続できるよ
うに構成されている。

【００１９】一方、薬液Ｍは薬液カートリッジ３１内に
収納された薬液バッグ３２に充填されている。この薬液
カートリッジ３１は薬液の消費状況を外から見えるよう
にするために、透明もしくは半透明であって所定の機械
的強度を有する硬質の高分子材料から形成されており、
その内面において薬液バッグ３２と薬液カートリッジ３
１との間の仕切り部材として作用すると共に、薬液カー
トリッジ３１の内壁との間において、後述するように導
入気体を漏れなく封入できるようにした弾性体からなる
隔壁３３が設けられている。

【００２０】この隔壁３３は加圧孔３４を介して内部に
気体を導入することにより隔壁３３で遮蔽された空間部
位が膨張し、薬液バッグ３２側に移動して加圧するよう
に構成されており、この移動動作により薬液バッグ３２
が薬液カートリッジ３１内において収縮されることで、
内部の薬液Ｍを流体制御デバイス２１に送ることを基本
動作原理としている。

【００２１】ここで、この薬液カートリッジ３１の素材
としては、機械的強度及び光透過性に優れるポリカーボ
ネート、アクリル、ポリスチレンなどの高分子樹脂材料
が挙げられる。また、薬液バッグ３２の素材にはポリエ
チレン、ポリウレタン、塩化ビニル、ポリプロピレンの
ように可撓性及びに光透過性に優れる樹脂材料が挙げら
れる。さらに隔壁３３の材料としては、ポリエチレン、
ポリウレタン、ポリプロピレン、塩化ビニル、シリコン
ゴム、ウレタンゴム、フッソ系ゴム、イソプレンゴム、
ブタジエンゴム、天然ゴム等のように、柔軟性と耐久性
に富む素材が挙げられる。また、隔壁３３とカートリッ
ジ３１は一体成形される場合には、同種の材料が使用さ
れるが、隔壁のみ異なる樹脂材料を用いて所謂２色成形
技術から成形するようにしても良い。

【００２２】一方、ノートパソコン等の外部プログラミ
ング装置４１は、メインコンピュータであり、外部記憶
媒体のフロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭをドライバー
装置に装填することで、内蔵のオペレーティングシステ
ムが自動起動して、読み取るように構成されており、マ
ウス４２の操作で表示部４１ａに表示されたアイコンを
クリックすることで、各種の設定ができるように構成さ
れている。

【００２３】続いて、隔壁３３を移動するための加圧
は、制御ユニット１１内に設けられたガスボンベまたは
電動ポンプの加圧手段を含む圧力発生部５１によって薬
液カートリッジ３１内の隔壁３３で囲まれた空間内の圧
力が一定になるように行われる。ここで、この圧力発生
部５１としては、小型で消費電力が少ない電動注入装置
が使用可能である。また、近年になりパンク修理用とし
て一般向けに販売が許可されるようになった液化炭酸ガ
スを充填した超小型ガスボンベを用いることで、非常に
小型に構成できるようになる。

【００２４】この圧力発生部５１には、圧力調整弁５２
が設けられており、この圧力調整弁５２により発生圧力
を一定に調整して、薬液カートリッジ３１内の隔壁３３
で囲まれた空間内に対して、上記のように自動接続され
る加圧孔３４を介して圧力気体を導入するように構成さ
れている。このようなガスボンベ中に充填される気体と
しては、上記の二酸化炭素の他に、ヘリウム、窒素、代
替フロンガス等があり、また発生圧力は、２６〜６６ｋ
Ｐａ（約２００〜約５００ｍｍＨｇ）の範囲に調整する
ことが望ましい。

【００２５】また、図２に図示のように一体的にセット
するときに、流体制御デバイス２１のコネクタＣ２が制
御ユニット１１に接続する状態になる一方で、薬液カー
トリッジ３１の上部に配設された加圧孔３４が制御ユニ
ット１１側に設けられた圧力発生部５１に対して自動接
続されるとともに、接続された状態において自動弁３４
ａが開かれることで圧力発生部５１からの気体圧が薬液
カートリッジ３１に対して自動供給されるように構成さ
れている。

【００２６】一方、薬液カートリッジ３１内の薬液バッ
グ３２には流体制御デバイス２１に設けられた注射針状
の接続管２２が、図１に示す矢印Ｄ２方向に移動するこ
とで自動的に刺入されて連通状態となる。この接続管２
２を通過した薬液Ｍは、微細孔２３ａ（オリフィス）を
有する流体抵抗体２３を通過する。この微細孔２３ａの
内径は１０〜５００μｍ程度が好ましく、目的とする流
量の範囲で任意に選択されることになる。

【００２７】こうして流体抵抗体２３のオリフィス２３
ａを通過した薬液Ｍは、流路を開閉する作用を有する流
体制御弁２４によってオン／オフ状態にされて略一定の
流量になるように制御される。このためにこの流体制御
弁２４は、流路である軟性チューブ２５を制御ユニット
１１内に設けられた弁駆動機構１２のソレノイド可動軸
１２ａによる押圧作用により、軟性チューブ２５自体を
図示のように直接押し潰すことで流路を閉塞させる方式
であるが、他の周知の弁機構も使用できることは勿論で
ある。

【００２８】したがって、この弁駆動機構１２がオフ状
態であり、流体制御弁２４が開放状態の時には、薬液バ
ック３２に対して印加された気体圧力と、主に流路抵抗
体２３による流体抵抗で定められた一定流量の薬液Ｍが
患者に対して注入されることになる。また、この流体制
御弁２４を用いて流量を時分割制御することにより、流
路開放時の時間流量値を最大値とした任意の時間流量値
が得られることになるので、後述する各注入モードに適
合した流量制御が可能となる。

【００２９】一方、流体制御デバイス２１には上記の流
体制御弁２４の下流部位に薬液の流量を測定するための
流量センサ２６がさらに組み込まれており、コネクタＣ
２を介して制御ユニット１１に対して着脱可能に接続さ
れている。

【００３０】即ち、図１に示した装置アセンブリの状態
で制御ユニット１１とコネクタＣ２により接続され、ス
ポット温度上昇を検出できるように構成されており、ヒ
ータドライバ１３と差動入力流量信号増幅器１４を介し
てＣＰＵ１９に対して接続されている。この流量センサ
２６にはヒータとサーミスタとから構成される後述の熱
式流量計が使用される。

【００３１】また、制御ユニット１１は実装基板上に実
装されているＣＰＵ１９に対して図示の各素子が接続さ
れている。具体的にはゲートアレイやドライバ素子他１
０５を介して動作する弁駆動機構１２と、薬液注入装置
１の動作状態を表示する液晶表示素子等からなる表示部
１５と、電源オフ状態でも記憶内容の保持が可能なEPRO
M素子等からなる一時記憶素子であるメモリ１６と、動
作スイッチ１７と両方を同時に押圧した時にオンされる
ようにアンド回路接続される後述の要事手動注入用スイ
ッチ１８ａ、１８ｂと、上記のリードスイッチ６４と外
部プログラミング装置４１であるパソコンにコネクタＣ
１を介して接続される通信用アダプター６０の送受信部
６１との間で光通信をおこなう送受信部６３と接続され
た外部インターフェース素子１０１と、警報ブザー１０
２と、交換自在のリチウム乾電池１０３とから構成され
ている。

【００３２】以上のように構成される薬液注入装置１の
全体の動作は、外部プログラミング装置４１に組み込ま
れたソフトウェアを用いて制御され、薬液の注入量、注
入時刻、要事手動注入と呼ばれるPCA（Patient Control
led Anesthesia)量等の装置動作に必要な情報が、医師
または有資格者により外部プログラミング装置４１の外
部インタフェースを用いて制御ユニット１１の外部イン
タフェース１０１を通して情報が入力される。プライミ
ング動作の後に外部プログラミング装置４１と制御ユニ
ット１１は切り離される。

【００３３】制御ユニット１１は、流体制御デバイス２
１と薬液カートリッジ３１と組み合わされることで、薬
液注入装置１として機能することになるので、これらが
組み合わされた時点で、外部プログラミング装置４１か
ら動作に必要な設定等を行い、制御ユニット１１の動作
スイッチ１７を入れると、入力された薬液注入スケジュ
ールに従って、薬液注入が開始されることになる。

【００３４】流量制御は、前述したように流量制御のた
めの弁駆動機構１２にＣＰＵ１９から信号を送って行わ
れる。又、流量センサ２６からの流量信号は、流量信号
増幅器１４を通りＣＰＵ１９に送られてモニタされる。
この流量信号により算出した流量と微細孔２３ａで規定
される流量との差に基づき流体制御弁２４の開閉時間に
フィードバックをかけ、弁駆動機構１２のオン／オフ制
御を実行することで、後述の夫々の注入モードに基づき
流量制御を行うようにしている。また、流量計測が実行
できないような異常および気泡の混入を検出した場合に
は、ブザー１０２から警報を発生させるが、このために
流量センサ２６からの流量信号が用いられる。また、薬
液注入装置１を使用する患者Ｐが例えば末期癌患者であ
り、激しい疼痛にどうしても耐えることができない場合
には、薬液の塩酸モルヒネ等を任意に注入する上記のPC
A注入を実現するために、注入スイッチ１８ａ、１８ｂ
の両方を同時に押圧する。すると、あらかじめ設定され
たPCA量の塩酸モルヒネ等が患者体内に注入され、患者
の苦痛を緩和するように配慮されている。このような使
用状況は、薬液注入装置１に内蔵されたメモリ１６に随
意記憶されて、アダプター６０を介して外部プログラミ
ング装置４１と接続することで、送受信部６１、６３を
介して所定データをやり取りして、使用情報を読み出す
ことができるようにして、表示部４１ａに適宜表示し
て、次の注入スケジュールの作成に役立て、次の処方箋
作成の参考にできるするように構成されている。

【００３５】図３は、上記の実使用状態を示したフロー
チャートであって、初回の設定時におけるプログラムを
示したものである。

【００３６】まず、予め流体制御デバイス２１の接続管
２２を薬液バッグ３２に穿通するようにして薬液カート
リッジ３１にセットした後に、制御ユニット１１に対し
てセットして、弁機構１２が動作可能な状態にする。

【００３７】以上の準備の後、ステップＳ１において医
師または有資格者がノートパソコン等の外部プログラミ
ング装置４１の電源投入後に、注入設定プログラムのロ
ードまたは呼び出しを行う。これに前後して、ステップ
Ｓ２において、インターフェースケーブル２０（例え
ば、シリアルインターフェース用ＲＳ２３２Ｃケーブ
ル）をコネクタＣ１を介してアダプタ６０に接続し、制
御ユニット１１との光通信の準備をする。

【００３８】続いて、ステップＳ３において、予め薬液
カートリッジのセットされている薬液注入装置１をアダ
プタ６０にセットする。以上の操作で、薬液注入装置１
と外部プログラミング装置４１の間で通信が行われて異
常がなければ、ステップＳ４において患者カルテに合致
する内容の情報を外部プログラミング装置４１から入力
する。さらに、ステップＳ５において、薬液の種類、注
入モード、注入量、注入時刻、PCA注入のための設定等
を入力し、薬液注入スケジュールを決定する。

【００３９】以上で、薬液注入のための制御条件が決定
したので、薬液注入スケジュールを外部プログラミング
装置４１より制御ユニット１１に転送することで、制御
ユニット１１の記憶部であるメモリ１６にスケジュール
が記憶される。

【００４０】このステップＳ５、６の動作に前後して、
ステップＳ７に進みプライミングと各部の機能をチェッ
クする機能チェックプログラムを実行して、弁駆動機構
１２及び流量センサ２６の機能チェックを行う。また、
このとき、何等かの異常発生があるとエラーメッセージ
が表示されて、それ以降の処理を強制停止する。

【００４１】以上で外部プログラミング装置４１を接続
した状態の操作が終了し、ステップＳ８で、通信用アダ
プタ６０から薬液注入装置１を取り外すとともに、チュ
ーブ２５ａの先端に接続された注射針２５ａを患者側に
予め埋設されたキャップＰＣに穿す状態にする。この
後、ステップＳ９において、動作スイッチ１７を入れる
と、ステップＳ５、６で設定された薬液注入スケジュー
ルに基づく自動注入プログラムが起動される。また、薬
液が疼痛緩和のための塩酸モルヒネである場合には、上
記のPCA注入も可能な自動注入プログラムが起動され
る。

【００４２】以上で、患者は薬液注入による治療と疼痛
緩和を受けることができるようになり、所定期間の薬液
注入経過途中においてステップＳ１０で、薬液注入装置
１の注入履歴が上記のメモリ１６に記憶されて、ステッ
プＳ１１において薬液注入スケジュールの変更が必要に
なるか、あるいは薬液残量が少なくなるまで薬液の注入
が継続される。薬液の残量が残り少なくなるとアラーム
音を発生し、患者に医師の受診を促し、残量がなくなる
と終了する。

【００４３】図４は、図３のステップＳ５における薬液
注入スケジュール設定の具体例を示した、フローチャー
トである。本図において、ステップＳ２０において、医
師は患者の病状、病歴の確認を行い、ステップＳ２１に
おいて（ａ）持続注入のみ、（ｂ）間欠注入のみ、
（ｃ）持続／間欠注入の設定および注入量の設定を行う
ことができようにしている。またPCA注入量、不応期、
一日当りの許可回数の入力を適宜行ない、薬液注入スケ
ジュールの設定を終了するようにしている。

【００４４】図５は、図３のステップＳ７における初回
動作プログラムの具体例を示した動作フローチャートで
ある。このプログラムが起動されると、本図のステップ
Ｓ３０において薬液バッグ３２の加圧を開始し、ステッ
プ３１において流体制御弁２４を開放することで加圧さ
れた状態になっている薬液バッグ３２から薬液が吐出さ
れて、ステップＳ３２において、流量センサ２６におい
て所定の流量が検出されたか否かの判定がされて、流量
検出がない場合には、何らかの異常発生があったと判断
して、ステップＳ３６に進み「異常発生フラグ」を立て
ることでこのステップに続く処理を禁止して、ステップ
Ｓ３７においてブザー１０２の連続鳴動により異常状態
を知らせて、ステップＳ３８で強制終了する。

【００４５】一方、ステップＳ３２で所定の流量検出が
行われると、ステップＳ３３において注射針２５ａから
の薬液吐出を医師が目視にて確認して、ステップＳ３４
において流体制御弁２４が閉じられて、吐出を禁止し
て、ステップＳ３５で送液準備が終了するようにしてい
る。

【００４６】図６は、２回目以降の薬液注入プログラム
の動作フローチャートであり、図３に示したフローチャ
ートによる薬液注入スケジュールを変更するときの場合
を示したものである。２回目以降においてスケジュール
を変更する必要がある場合において、ステップＳ４０に
おいて医師または有資格者がノートパソコン等の外部プ
ログラミング装置４１の電源投入後に、薬液の注入設定
プログラムのロードまたは呼び出しを行う。

【００４７】続いて、ステップＳ４１において、インタ
ーフェースケーブル２０によりコネクタＣ１を介して接
続された通信用アダプタ６０との接続を行い、続いて、
ステップＳ４２において、薬液注入装置１を通信用アダ
プタ６０にセットする。すると上記の識別コードが合致
するかどうかの確認が自動的に行われる。

【００４８】この次に、ステップＳ４３において、制御
ユニット１１側のメモリ１６に記憶された注入履歴が外
部プログラミング装置４１側に転送される。そこで、ス
テップＳ４４において、医師が表示された薬液注入結果
を見て、薬液注入スケジュールを再度検討し、最適な注
入パターンを決定し、再度、薬液種類、注入量、注入時
刻、PCA注入のために必要な設定を入力する（ステップ
Ｓ４５）。この後に、ステップＳ４６において制御ユニ
ット１１の電源がオンされて、所望の薬液を充填した薬
液カートリッジ３１からの薬液注入が実行される。

【００４９】続いて、熱式流量計の測定原理について、
図７（ａ）の熱式流量計の概略構成図と図７（ｂ）の検
出波形図により述べる。

【００５０】先ず、図７（ａ）において、流路を形成す
る軟性チューブ２５は長手方向に連続する略円形の同じ
横断面積Ｓを有しており、薬液Ｍの流路となる上流側に
おいてサーミスタからなるヒータ２６ｈを設けており、
このヒータ２６ｈをヒータドライバ１３を介してＣＰＵ
１９に対して接続している。また、このヒータ２６ｈか
ら距離Ｌ分離れた下流側において温度検出のためのサー
ミスタ２６ｔが配設されている。更に、薬液Ｍの流路２
５の近くの環境温度を測定するサーミスタ２６ｅが若干
離間して配置されている。

【００５１】以上の配置において、サーミスタ２６ｔか
らの出力信号ラインは、差動入力流量信号を増幅する増
幅器１４の（＋）端子側へ接続される一方で、環境温度
を測定するサーミスタ２６ｅからの出力信号ラインは、
差動入力流量信号増幅器１４の（−）端子側に接続され
ている。この増幅器１４の出力は、上記の装置１のＣＰ
Ｕ１９に接続されている。

【００５２】また、図９はサーミスタ２６ｔとサーミス
タ２６ｅとの接続状態を示した一例であって、図示のよ
うなブリッジ接続によりサーミスタ２６ｔからの出力信
号ラインは、差動入力流量信号を増幅する増幅器１４の
（＋）端子へ接続されており、環境温度を測定するサー
ミスタ２６ｅからの出力信号ラインは、差動入力流量信
号増幅器１４の（−）端子へ接続されるとともに、所定
抵抗値を有する抵抗器Ｒ１、Ｒ２がグランドと電源供給
ラインの間でブリッジ接続されている。

【００５３】以上の構成において、図７（ｂ）を参照し
て、求めるべき流速で矢印方向に流れている薬液Ｍに対
して時間ｔ１において、波形図の図７（ｂ）に示したよ
うなヒータ加熱信号Ｈを印加してヒータ２６ｈへの通電
を行い、薬液Ｍに対するスポット温度上昇を行う。この
ようにしてスポット温度上昇（ヒートスポット加熱）さ
れた状態を距離Ｌ分下流において配設されたサーミスタ
２６ｔで検出する。このサーミスタ２６ｔで検出された
信号と環境温度を測定するサーミスタ２６ｅで測定され
た信号は、それぞれ差動入力流量信号の増幅器１４の
（＋）端子および（−）端子へ入力される。このため、
増幅器１４によりサーミスタ２６ｔにおいて検出された
信号から、環境温度による成分が取り除かれ、残りのス
ポット温度上昇分による信号成分を増幅するようにな
る。この増幅後の信号を解析することにより、温度上昇
のピーク値を検出して、温度上昇がピーク値となる時間
ｔ２を得るようにしている。

【００５４】以上のようにして求められた時間ｔ１とｔ
２より、時間差Δｔ＝ｔ１−ｔ２をＣＰＵ１９により求
め、その後に、上記の既知の距離Ｌを、求められた時間
差Δｔで割ることで薬液の流速を得ることができる。そ
こて、この流速に対して既知の流路の横断面積Ｓを乗ず
ることで求める流量Ｖを得ることができる。このように
して求めた流量Ｖに基づき、例えば薬液注入装置１にお
ける注入量の管理を行うことができる。

【００５５】上記のような熱式流量計により環境温度変
化の影響を最小にした測定が可能となるが、さらに精度
をより向上させるために、以下に説明する熱式流量測定
を行うようにしている。

【００５６】先ず、図８（ａ）は流量センサ２６の概略
構成を示したブロック図であり、また図８（ｂ）はその
波形図である。先ず、図８（ａ）において、流路となる
チューブ２５は長手方向に連続する既知の横断面積Ｓを
有している。また、薬液の流路となる軟性チューブ２５
の上流側にはヒータ２６ｈが設けられており、このヒー
タ２６ｈはヒータドライバ１３を介してＣＰＵ１９に接
続されている。

【００５７】また、このヒータ２６ｈの下流側には互い
に既知の距離Ｌ分離れるようにして、温度検出のための
第１サーミスタ２６ｔ−１と、第２サーミスタ２６ｔ−
２とが夫々配置されている。更に、薬液Ｍの流路の近く
には環境温度を測定するサーミスタ２６ｅが配置されて
いる。サーミスタ２６ｔ−１と２６ｔ−２からの出力信
号ラインは、それぞれ各々の差動入力流量信号を増幅す
る増幅器１４の（＋）端子へ接続されており、環境温度
を測定するサーミスタ２６ｅからの出力信号ラインは、
各々の差動入力流量信号増幅器１４の（−）端子へ接続
されている。

【００５８】以上の構成において、図８（ｂ）を参照し
て、求めるべき流速Ｖで矢印方向に流れている薬液Ｍに
対して時間ｔ０において、図８（ｂ）に示したようなヒ
ータ加熱信号Ｈを印加してヒータ２６ｈへの通電を行
い、薬液Ｍに対するスポット温度上昇を行う。このよう
にしてスポット温度上昇された状態を下流に配設された
第１サーミスタ２６ｔ−１によりまず検出する。この第
１ サーミスタ２６ｔ−１において検出された信号と、
環境温度を測定するサーミスタ２６ｅにおいて測定され
た信号は、それぞれ差動入力流量信号の増幅器１４の
（＋）端子および（−）端子へ入力されているので、増
幅器１４により第１サーミスタ２６ｔ−１において検出
された信号から、環境温度による成分が除かれ、残りの
スポット温度上昇分による信号成分を増幅し、第１サー
ミスタ２６ｔ−１により検出された図示の波形のスポッ
ト温度上昇信号波形Ｔ１を得る。この増幅後の信号を解
析することにより、温度上昇のピーク値を検出して、第
１サーミスタ２６ｔ−１における温度上昇がピーク値と
なる時間ｔ１を得る。

【００５９】これに引き続いて、第１サーミスタ２６ｔ
−１よりも距離Ｌ分下流側に位置している第２サーミス
タ２６ｔ−２により、同様に温度検出を行い、第２サー
ミスタ２６ｔ−２における温度上昇がピーク値となる時
間ｔ２をスポット温度上昇信号波形Ｔ２から得る。

【００６０】以上のようにして求められた時間ｔ１とｔ
２とから、時間差Δｔ＝ｔ１−ｔ２をＣＰＵ１９により
求めた後に、既知の距離Ｌを、求めらた時間差Δｔで割
ることで薬液の流速を得る。そして、この得られた流速
に既知の横断面積Ｓを乗じて求める流量Ｖを得るように
する。このようにして求められた流量Ｖに基づき、例え
ば薬液注入装置１における注入量の管理をより正確に行
うことで、ヒータ加熱の時点とヒートスポットが生成ま
でに要する時点との間における時間遅れ発生の影響を一
切受けることなく、さらに環境温度変化があってもこれ
に影響されずに流量測定を行うことができるようにな
る。

【００６１】続いて、図１０は図８に示した動作をまと
めた動作説明のフローチャートである。本図において、
先ず、ステップＳ５０においてヒータ２６ｈへの通電を
行い薬液Ｍに対するスポット温度上昇を行う。次に、ス
テップＳ５１において、スポット温度上昇された状態を
下流に配設された第１サーミスタ２６ｔ−１により温度
検出を行い、差動入力流量信号増幅器１４を介して増幅
して、第１サーミスタ出力信号波形Ｔ１を得てから、温
度上昇のピーク値を検出して、温度上昇がピーク値とな
る時間ｔ１を得る。

【００６２】この後に、ステップＳ５２に進み、第１サ
ーミスタ２６ｔ−１から既知の距離Ｌ分下流に位置して
いる第２サーミスタ２６ｔ−２により同様に温度検出を
行い、第２サーミスタ２６ｔ−２において、温度上昇が
ピーク値となる時間ｔ２をサーミスタ２の出力信号波形
Ｔ２から得る。

【００６３】次に、ステップＳ５３において、時間差Δ
ｔ＝ｔ１−ｔ２を求めた後に、上記のように既知の距離
Ｌを求めらた時間差Δｔで割ることで薬液の流速を得て
から既知の断面積Ｓを乗じて求める流量Ｖを得る。この
ようにして求められた流量ＶをステップＳ５４におい
て、流量データとして出力して流量測定を終了して、リ
ターンする。

【００６４】上記のような熱式流量測定によれば、ヒー
タへの通電を開始する時点と、ヒータ加熱によりスポッ
ト温度上昇が流体に生成までに要する時点との間におい
て発生する時間遅れの影響を全く受けることがなくな
り、また特性のバラツキがあるヒータとサーミスタによ
り構成された場合において、従来行われていた熱式流量
計の完成後における調整作業に多くの工程を省略できる
ようになる。

【００６５】次に、図１１は、流体制御デバイス２１を
薬液カートリッジ側から見た外観図である。本図におい
て、接続管２２に連通する流路２５は横断面積が小さい
小流路２５ａと、横断面積が大きい大流路２５ｂに分岐
しており、下流側において合流するようにデバイス２１
を構成する透明樹脂により形成されている。また、上記
の各ヒータ２６ｈとサーミスタ２６ｔ−１、２６ｔ−２
とを各大小流路２５ａ、２５ｂに対して夫々沿うように
配設するとともに上記のコネクタＣ２に対して不図示の
配線リードを接続するために破線図示の基板９０上に夫
々が実装されており、この基板９０をデバイス２１中に
封印するように構成して、上記の制御ユニット１１に電
気的な接続ができるようにしている。また、流体弁機構
２４は図示のように合流点の近くに設けられている。以
上のように、横断面積が小さい小流路２５ａと、横断面
積が大きい大流路２５ｂとを設けることで、大流量が必
要なときと微量が必要な場合に対して適宜対応できるよ
うになる。すなわち、小流路２５ａと大流路２５ｂのい
ずれかを流体弁機構２４の作用により用いる場合と、同
時に用いることで短時間に大量の注入を行なうようにで
きる。

【００６６】さらに、図１２は、別構成の薬液注入装置
の外観斜視図であり、既に説明済みの構成には同一符号
を付して説明を割愛すると、薬液Ｍは薬液カートリッジ
１３１内の弾性バルーン１３２内において充填されてい
る。この薬液カートッリジ１３１は透明乃至半透明な硬
質の高分子材料で形成されており、弾性バルーン１３２
自体の有する収縮力による収縮状態が外部から分かるよ
うになっている。この薬液カートリッジ１３１の材質
は、ポリカーボネート、アクリル、ポリスチレンなどの
高分子材料が挙げられる。また、弾性バルーン１３２の
材質は、シリコンゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、イ
ソプレンゴム等が挙げられる。

【００６７】薬液Ｍは弾性バルーン１３２の収縮力によ
り一定圧力を加えられて制御ユニット１１内の流体制御
デバイス２１に対して接続孔１３３を介して送られる。
この制御ユニット１１は、前述の制御ユニット１１から
加圧部５１を除いた構成にすることができ、流体制御デ
バイス２１との協働作用により前述したような薬液注入
を行うことができる。尚、このような弾性バルーン１３
２に代えて、金属ベローズと金属ベローズを覆うケース
内に封入されたガスの蒸気圧を利用したものであっても
もちろん良い。

【００６８】以上説明した構成によれば、薬液を充填し
た軟性バッグに圧力を加えるか、弾性を有するバルーン
に薬液を充填してバルーンの収縮力を利用して、これら
容器より薬液を吐出させ患者に注入する機構を有してい
る。したがって、従来の電動注入装置に比較して小型で
軽量かつ安価な装置を実現することができる。さらにま
た、注入薬液の流量はこれら薬液容器に接続される流体
制御デバイス２１によって行われ、また流体制御デバイ
ス２１は微細孔を持つ流体抵抗器と流路弁機構で構成さ
れるとともに、あらかじめ外部プログラミング装置４１
により設定された薬液注入スケジュースに基づき動作さ
れることによって、従来のような携帯型のバルーン方式
の注入装置では到底実現できない任意の設定量、設定時
刻での薬剤注入が実現できるようになる。

【００６９】尚、上記の各実施形態によれば薬液バッグ
を収納した薬液カートリッジを加圧して所定流量で薬液
を注入する場合について述べたが、これに限定されず、
他の形式のペリスタリック式またはローラポンプ式薬液
注入装置における流量測定にも実施可能であることは言
うまでのない。また、最大で２つの温度検出部を設ける
場合に限定したが、これに限定されず２個以上設けても
良く、また回路構成は上記のブリッジ回路以外でも可能
であることは言うまでもない。

【００７０】以上説明したように、熱式流量計を具備し
た薬液注入装置において、信号対雑音比を改善したスポ
ット温度上昇の検知を行うことにより、より正確な熱式
流量測定ができるようになり、患者の状態に応じたきめ
細かな薬液注入ができるようになる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱式流量計において、温度検出手段により検出した温度
と環境温度の差分信号を取出すことことにより、流量計
測信号の信号対雑音比を向上させることで、環境温度に
左右されず正確な流量の測定を行なうことができる熱式
流量計とこれを用いた薬液注入装置を提供することがで
きる。

【００７２】

【図面の簡単な説明】

【図１】患者Ｐへの装着状態とともに示した薬液注入装
置１の全体構成を示す外観斜視図である。

【図２】制御ユニット１１と流体制御デバイス２１と薬
液カートリッジの接続後の様子を示したブロック図であ
る。

【図３】薬液注入スケジュール設定のためのフローチャ
ートである。

【図４】図３のステップＳ５の具体例を示したフローチ
ャートである。

【図５】初回動作のフローチャートである。

【図６】２回目以降の薬液注入スケジュール設定のため
のフローチャートである。

【図７】熱式流量計測の動作原理の説明図であって、
（ａ）は熱式流量計の概略構成図であり、また（ｂ）は
その波形図である。

【図８】熱式流量計測のために２つのサーミスタを用い
た場合の動作原理図であって、（ａ）は概略構成図、ま
た（ｂ）はその波形図である。

【図９】サーミスタの接続の回路図である。

【図１０】図８に示した２つのサーミスタを用いた熱式
流量計測の動作説明のフローチャートである。

【図１１】流体制御デバイス２１の外観斜視図である。

【図１２】薬液注入装置の別実施形態を示す外観斜視図
である。

【符号の説明】

１ 薬液注入装置 １１ 制御ユニット １２ 弁機構 １３ ヒータドライバ １４ 差動入力流量信号の増幅器 １５ 表示部 １６ 記憶部 １７ 動作スイッチ １８ 薬液注入スイッチ １９ ＣＰＵ（制御手段） ２０ インターフェースケーブル ２１ 制御デバイス ２２ 接続管 ２３ 流体抵抗体 ２４ 流体制御弁 ２５ 軟性チューブ（流路） ２６ｈヒータ（加熱手段） ２６ｔ−１ 第１サーミスタ（温度検出手段） ２６ｔ−２ 第２サーミスタ（温度検出手段） ２６ｅ環境温度測定用サーミスタ（環境温度測定手段） ３１ 薬液カートリッジ ３２ 薬液バッグ ３３ 隔壁 ３４ 加圧孔 ４１ 外部プログラミング装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路内を流れる流体の流速に対して前記
   流路の横断面積を乗ずることで前記流体の流量を測定す
   るめに、前記流路の上流側に配設されることで前記流体
   に対してスポット温度上昇を行う加熱手段と、前記加熱
   手段の下流側に所定距離離間して配設され、前記スポッ
   ト温度上昇による上昇温度までの経過時間を検出して前
   記流速を求めるための少なくとも１つの温度検出手段と
   を備えた熱式流量計において、 前記流路の近傍に配設される前記温度検出手段と、 前記スポット温度上昇の影響を受けない部位において配
   設されることで環境温度を測定する環境温度測定手段と
   を備え、 前記温度検出手段による前記検出の出力と、前記環境温
   度測定手段による環境温度の測定結果の出力間の差分信
   号に基づいて、前記経過時間を求め、前記距離を前記経
   過時間で割ることにより求める流速を演算する制御手段
   とを具備し、 環境温度変化の影響を最小にすることを特徴とする熱式
   流量計。
2. 【請求項２】 前記温度検出手段と、前記環境温度測定
   手段は作動出力を得るブリッジ回路を構成して、前記差
   分信号を求めることを特徴とする請求項１に記載の熱式
   流量計。
3. 【請求項３】 前記温度検出手段を、既知の距離で互い
   に離間して一対分配設することを特徴とする請求項１に
   記載の熱式流量計。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記流路の既知の横断
   面積に対して求めた流速を乗ずることで、前記流体の流
   量を演算し、演算結果を外部にデジタルデータとして出
   力することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
   かに記載の熱式流量計。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   の熱式流量計を用いた薬液注入装置であって、 前記流体である薬液を充填した薬液バッグを収納すると
   ともに、加圧手段に接続される加圧室を一体または別に
   設けた薬液カートリッジと、 前記薬液バッグに接続される前記流路の途中部位におい
   て接続されることで前記加圧手段により送られる流量を
   制限する流体抵抗手段と、 前記流路内における薬液の流量を断続するために前記流
   体抵抗手段の下流側に設けられる流量制御手段と、 前記流路における流量を求めるための前記熱式流量計
   と、 前記流量制御手段と前記熱式流量計とに接続される主制
   御手段とを具備することを特徴とする熱式流量計を用い
   た薬液注入装置。