JP2595985B2 - 薬液注入用流量コントロール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、生体への薬液の注入速度をコントロールす
るための装置に関する。

＜従来の技術＞ 生体に薬液を注入するには、一般に、点滴装置または
薬液注入ポンプが用いられる。従来の点滴装置は、薬液
を収容した容器にチューブの一端を接続して、チューブ
の他端に装着された注射針を介して生体内に薬液を注入
するとともに、このチューブの途中には点滴筒およびク
ランプを設けて、点滴筒内における薬液の滴下状況を見
ながらクランプを操作することによって、また注入ポン
プについては、回転数を制御する機構をもったモータに
より注射筒が駆動されたり、あるいは一定速度でチュー
ブを押圧してゆくしごきポンプによって、注入速度の調
整を行うよう構成されている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 上述した薬液の生体への注入速度は、速すぎても遅す
ぎても副作用の発現や、薬物の効果に影響が生じ、ある
定められた時間内に定められた量だけ注入することが重
要な要件となる。

従来の点滴装置における注入速度の設定は、看護婦等
が点滴筒内での液滴の大きさと単位時間当りの滴下数を
目視によって確認して行なうため、経験と勘に依存する
ところが大きく、常に最適な速度に設定されているとは
云えないのが実情である。すなわち、薬液の粘性、密
度、表面張力によって液滴の大きさが異なり、しかも、
このうち粘性および表面張力は温度による変化が大きい
ので、同じ薬液でも温度によって液滴の大きさが変化す
ることになり、この液滴の大きさを目視によって正確に
把握することは困難である。同様に、点滴中に温度が変
化すると注入速度も変化するから、これを一定に維持す
るためには点滴中にたえずクランプにより速度の修正を
行なう必要がある。また注入ポンプについても同様に温
度・薬物の種類によって粘度・表面張力・密度などがか
わるため初期速度の設定、一定速度の維持は極めてむつ
かしいのが現状である。

そこで、本発明者らは、生体に注入すべき薬液を収容
した容器を重量検出機構に保持し、薬液の残存重量を刻
々と測定し、その測定値の経時的変化に基づいて、定め
られた時間内に定められた量の薬液が注入されるよう、
容器からの薬液流出速度を刻々と制御する装置を既に提
案している（特願昭62−46217号）。この提案により、
経験や勘によることなく、また、注入途中において温度
をはじめとするファクタの変化があっても、常に最適な
注入速度の維持が可能となった。

ところで、以上の基本発明の実施によっても、次のよ
うな事態が発生した場合には、正確な薬液注入が不能と
なる。

すなわち、薬液注入中に注射針が生体から抜けたり、
薬液流路のどこかがはずれてしまったりした場合、薬液
は生体に注入されずに異常な流量で流出してしま。ま
た、輸血時にありがちな凝固や、他の原因による輸液の
つまり、あるいはチューブの折れ曲がり等によって、流
量制御のためのアクチュエータの駆動にも拘らず、薬液
の流出が止まったり、異常に少量となる場合も予想され
る。

本発明は上記した基本発明を発展させ、上述のような
異常事態の発生をも自動的に確実かつ速やかに検知し、
異常状態での制御を継続させることのない装置の提供を
目的としている。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための構成を、第１図に示す基
本概念図を参照しつつ説明すると、本発明は、生体に注
入すべき薬液Ｌを収容した容器Ｂを保持して薬液Ｌを含
む当該容器Ｂの重量を検出する重量検出機構ａと、駆動
制御信号に基づいて容器Ｂからの薬液Ｌの流出速度を変
化させ得る流量制御機構ｂと、重量検出機構ａからのデ
ータを採り込んで、その経時的変化に基づいてあらかじ
め設定された注入条件が満たされるよう流量制御機構ｂ
に供給すべき駆動制御信号を決定する演算制御手段ｃ
と、その演算制御手段ｃによる、上記データの経時的変
化に基づいて算出される薬液流量、および、同経時的変
化に基づいて算出される目標所要時間経過時点における
薬液注入推定量の、いずれか一方もしくは両方からなる
薬液Ｌの流出状況に係る情報が、あらかじめ設定された
許容範囲内にあるか否かを刻々と判別する流出状況判定
手段ｄと、その判別結果に応じて作動する警報発生手段
ｅを備え、上記薬液Ｌの流出状況に係る情報のいずれか
一方もしくは両方が許容範囲外にあると判別されたと
き、容器Ｂからの薬液流出を停止させるとともに警報を
発し、リセット信号が入力されるまで演算制御手段ｃに
よる流量制御動作を中止するよう構成したことによっ
て、特徴づけられる。

＜作用＞ 前述したような注射針の抜けや凝固等による異常事態
は、重量検出機構ａによる重量データの経時的変化に基
づいて算出される薬液Ｌの実際の流量、および、同経時
的変化に基づいて算出される目標所要時間経過時点にお
ける薬液注入推定量の、いずれか一方または双方が異常
値を示すことを捕らえることによって、迅速かつ正確に
検知することができる。すなわち、これらの実際の流量
および目標所要時間経過時点における薬液注入推定量
は、それまでの流量制御動作において例え誤差が累積し
ていたとしても、それとは無関係に前記したような異常
事態の発生を検知する情報となり得る。従って、この検
知と同時に薬液Ｌの流出を停止し、かつ、警報を発生す
ることによって医師や看護婦に報知すれば、異常事態に
対して迅速で適切な処置の施策が可能となり、医師や看
護婦による判断に基づいて注入を再スタートする場合に
限り、リセット信号の入力によってこれを可能としてい
る。

＜実施例＞ 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第２図は本発明実施例の外観図で、第３図はその流量
制御用クランプ装置の拡大縦断面図である。

装置本体１は支柱２により所定の高さに支持されてい
る。この装置本体１は、後述する懸吊型の重量検出機構
11や演算制御部12等をその内部に収容するとともに、そ
の前面にはキーボード13と、重量検出機構11による重量
検出値を表示するための表示器14と、後述する警報表示
灯19、ブザー20、ブザーON・OFF用スイッチ21、および
リセット22が配設されている。また、装置本体１の底部
からは、重量検出機構11の懸吊用フック11aが外部に突
出している。

懸吊用フック11aに、バッグ、びんあるいはプラスチ
ックボトル製の薬液容器Ｂが吊り下げられる。この薬液
容器Ｂに液針等を介して接続される可撓性の薬液流出用
チューブＦは、適当に弛みを持たせた状態で支柱２に装
着された保持具３により保持され、続いて流量制御用ク
ランプ装置４内を経て、先端に装着された注射針を介し
て例えば人体にさし込まれる。この流出用チューブＦを
含む注射針までは、特別なものでなく、市販されている
輸液（血）セットを使用できる。

流量制御用クランプ装置４は、支柱２に固着され、鉛
直方向に溝41aが形成された支持体41と、この支持体41
に軸42aを介して回動自在に支承された偏芯カム42、お
よび軸42aを回転駆動するためのパルスモータ43によっ
て構成されており、薬液流出用チューブＦは支持体41の
溝41aの底面と偏芯カム42との間に挿入される。そし
て、パルスモータ43の駆動による偏芯カム42の回動位置
に応じて、この偏芯カム42の外周面と溝41aの底面によ
る薬液流出用チューブＦの押圧量が変化し、その内部を
流れる薬液の流量を制御し得るよう構成されている。

なお、薬液流出用チューブＦの薬液容器Ｂの直下近傍
には、確認用の点滴筒Ｄが配設されている。

第４図は本発明実施例の一システム構成を示すブロッ
ク図である。

重量検出機構11は、重量センサとして例えばロードセ
ルが用いられ、このロードセルと懸吊用フック11aを接
続するはかり機構と、ロードセル出力の増幅用のアン
プ、およびそのアンプの出力をデジタル化するためのＡ
−Ｄ変換器等によって構成され、懸吊用フック11aへの
負荷重量に比例したデジタルデータを出力することがで
きる。この重量検出機構11からのデータは、演算制御部
12に刻々と採り込まれる。

演算制御部12はマイクロコンピュータによって構成さ
れており、演算処理を含むプログラムの実行や各周辺機
器の制御を行なうCPU12a、後述するプログラムが書き込
まれたROM12b、および重量検出機構11からのデータを格
納するエリアやキーボード13からの入力データ等を格納
するエリアが設定されたRAM12cを備えている。

この演算制御部12には重量検出機構11のほかに、テン
キーを主体とする前述のキーボード13、重量検出機構11
による重量検出値を表示するための表示器14、および入
出力インターフェース15が接続されている。入出力イン
ターフェース15には、前述した流量制御用クランプ装置
４のパルスモータ43を駆動するためのドライバ16、警報
表示灯19およびブザー20を駆動し、かつ、ナースセンタ
等の遠隔地に警報信号を供給する警報装置ドライバ18、
およびリセットキー22が接続されている。なお、ブザー
20は、ブザー用ON・OFFスイッチ21がONの状態であると
きに限って駆動されるよう構成されている。

第５図はROM12bに書き込まれたプログラムを示すフロ
ーチャートで、この図を参照しつつ各部の動作および作
用を説明する。

薬液容器Ｂを懸吊用フック11aに吊り下げ、薬液流出
用チューブＦを接続して流量制御用クランプ装置４に挿
入した状態で、キーボード13の操作により、薬液容器Ｂ
内の当初の薬液重量、すなわち薬液の注入目標重量w
₀と、その重量w₀を注入するための目標所要時間T₀を入
力する。この入力データw₀,T₀はRAM12c内に格納される
（ST1）。

一方、重量検出機構11からの重量データは刻々とRAM1
2c内に格納れさるが、この重量データの複数個を平均化
する等により、注入開始前の重量検出機構11への負荷重
量、つまり初期重量W_Sが決定され、RAM12c内に格納され
る（ST2）。

注入を開始すると同時に、マイクロコンピュータのタ
イマ機能による計時を開始する（ST3）。そして、注入
開始後の重量データW_iは、このタイマデータT_iとともに
採り込まれ、刻々とRAM12c内に格納されてゆく（ST
5）。RAM12cには、例えば最大ｎ個のデータ対を格納す
るエリアを有しており、新しいデータ対を採り込むごと
に既に格納しているデータ群をシフトし、常に最新のｎ
個のデータ対を格納している（ST6）。また、注入開始
時にカウンタＰを１にセットするとともに（ST4）、新
しいデータ対を採り込むごとにカウンタＰを１カウント
づつアップしてゆく（ST10）。

この間、RAM12c内のデータ群のうち、重量データW_iの
最新の所定個数を平均化することによって計量値W_Gが決
定され（ST7）、表示器14に表示される（ST8）。

カウンタＰがあらかじめ設定されたｍに達するごと
に、RAM12c内の最新のｍ個のデータ対（T_i,W_i），（T
_i-1,W_i-1）・・・を用いて、以下に示す手法によって、
現時点における薬液流出状況から将来の薬液注入量を測
定する（ST11）。

定められた時間T₀で定められた重量w₀だけ薬液を注入
するということは、第６図に破線で示すように、注入量
をｗ、注入開始時点t_Sからの経過時間をｔとすると、理
想的には、 ｗ＝α（ｔ−T₀）＋w₀ ……（１） で表される１次式に沿って薬液を注入することである。
ここで、t_Sから時間T_iが経過した時点における重量検出
機構11からの重量データをW_iとしたとき、t_Sにおける重
量をW_Sとすると、t_SからT_iだけ経過したときの注入量w_i
は、 w_i＝W_S−W_i ……（２） で一意的に示される。

そこで、第６図に実線で示すように、t_SからT_iだけ経
過した時点においてRAM12cに記憶されている最新ｍ個の
データ対、（T_i,W_i），（T_i-1,W_i-1）・・・を用いれ
ば、最小２乗法により現時点（T_i）における注入状態を
維持したときにおける将来の注入量を、 によって推定できる。この（３）式において_０は、注
入開始後T₀経過時点における推定注入量で、 は現時点における薬液流量に相当する。従って、注射針
の抜け等による薬液の異常過大流出や、凝固等による薬
液の流出停止や異常過小流出のような異常事態が生じた
ときには、 の双方もしくは一方が異常値を示すことになる。

そこで、続くST12およびST13において、これらが
（１）式に示す理想状態におけるw₀,αに対してあらか
じめ設定された範囲内、例えば0.5w₀〜1.5w₀および0.5
α〜1.5αの範囲内に収まっているか否かを判別し、 の双方がいずれもこれらの範囲内に収まっている場合を
除いて、異常事態が発生していると判断する。

異常事態が発生していなければ、推定注入量_０を注
入目標量w₀と比較し（ST14）、互いに等しければ流量制
御用クランプ装置４によるチューブＦの現状のクランプ
状態を維持し、_０がw₀よりも大きければ、チューブＦ
を締める側にパルスモータ43を所定量だけ駆動すべくド
ライバ16に指令を与え（ST15）、逆に_０がw₀よりも小
さければ、チューブＦの締めつけを弛める側にパルスモ
ータ43を所定量駆動すべくドライバ16に指令を与える
（ST16）。

異常事態が発生していると判断すると、直ちに流量制
御用クランプ装置４のパルスモータ43を駆動してチュー
ブＦを全閉し、薬液の流出を停止するとともに（ST1
7）、警報信号を発生して（ST18）警報表示灯19を点灯
し、ブザー20を鳴奏し、更にナースセンター等に警報信
号を送信する。

このように自動的に異常事態の発生を検知し、薬液の
流出を停止した後は、リセットキー22が操作されるまで
薬液流出の停止と警報信号の発生を継続する（ST19）。
すなわち、警報により医師や看護婦が点検して所定の処
置を施した後、注入再開すべきと判断した場合にリセッ
トキー22を操作することにより、ST4以下の流量制御ル
ーチンの実行を再開する。

ここで、ブザー20の鳴奏によって患者に精神的影響を
与えることが予想される場合には、ブザーON・OFF用ス
イッチ21をOFFにしておけばよい。

なお、以上の実施例では異常事態発生の判別用情報と
して、推定注入量 の双方を採用したが、これらのいずれか一方のみを採用
してもよい。また、流量αについては、上述の実施例の
ようにデータ対（T_i,W_i）をｍ個採取するごとに求めた
ものを採用するほか、_０の推定とは別個に、重量デー
タの経時的変化に基づいてより頻繁に求めて異常発生の
判別用情報とすることもできる。

また、流量制御の演算手法は上述の実施例の手法に限
定されず、他の任意の手法を採用することができ、更
に、流量制御機構としてもクランプ装置によるもののほ
か、注入用しごきポンプ等の他の機構を採用し得ること
は勿論である。

＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば、生体に注入す
べき薬液の重量の経時的変化に基づいて薬液の流量を制
御する装置において、重量データの経時的変化に基づい
て算出される薬液の流量、および、同じく重量データの
経時的変化に基づいて算出される目標所要時間経過時に
おける薬液注入推定量の、いずれか一方または双方があ
らかじめ設定された許容範囲内にあるか否かを刻々と判
別し、許容範囲内になければ異常事態発生と判断して自
動的に薬液の流出を停止するとともに警報を発し、リセ
ット指令が与えられるまでその状態を維持するよう構成
したから、注入途中において薬液もれ、つまり、凝固等
の事態が発生しても、さし当って直ちに薬液の流出が止
まり、警報に基づく医師や看護婦の点検による適切な処
置と、注入再開するか否かの適切な判断を持つことがで
き、より安全な薬液注入を行なうことが可能となる。し
かも、異常事態の判定に当たっては、重量データの経時
的変化に基づいてそれぞれ算出される、その時点におけ
る実際の薬液流量と、目標所定時間経過時点における薬
液注入推定量のいずれか一方または双方が用いられるか
ら、薬液の流量制御動作に誤差が累積していたとして
も、その制御動作とは無関係に異常事態の発生を正確か
つ速やかに判定することが可能となり、警報動作自体の
誤動作が生じる恐れがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す基本概念図、 第２図は本発明実施例の外観図、 第３図はその流量制御用クランプ装置４の拡大縦断面
図、 第４図は本発明実施例の一システム構成例を示すブロッ
ク図、 第５図はそのROM12bに書き込まれたプログラムを示すフ
ローチャート、 第６図は本発明実施例の流量制御動作の説明図である。 １……装置本体 ２……支柱 ４……流量制御用クランプ装置 11……重量検出機構 12……演算制御部 12a……CPU 12b……ROM 12c……RAM 13……キーボード 14……表示器 18……警報装置ドライバ 19……警報表示灯 20……パルスモータ 22……リセットキー 43……パルスモータ Ｂ……容器 Ｆ……チューブ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】生体に注入すべき薬液を収容した容器を保
   持して薬液を含む当該容器の重量を検出する重量検出機
   構と、駆動制御信号に基づいて上記容器からの薬液流出
   速度を変化させ得る流量制御機構と、上記重量検出機構
   からのデータを採り込んで、その経時的変化に基づいて
   あらかじめ設定された注入条件が満たされるように上記
   流量制御機構に供給すべき駆動制御信号を決定する演算
   制御手段と、その演算制御手段による、上記データの経
   時的変化に基づいて算出される薬液流量、および、同経
   時的変化に基づいて算出される目標所要時間経過時点に
   おける薬液注入推定量の、いずれか一方もしくは両方か
   らなる薬液の流出状況に係る情報が、あらかじめ設定さ
   れた許容範囲内にあるか否かを刻々と判別する流出状況
   判定手段と、その判別結果に応じて作動する警報発生手
   段を備え、上記薬液の流出状況に係る情報のいずれか一
   方もしくは両方が上記許容範囲外になると判別されたと
   き、上記容器からの薬液流出を停止させるとともに警報
   を発し、リセット信号が入力されるまで上記演算制御手
   段による流量制御動作を中止するよう構成された薬液注
   入用流量コントロール装置。