以下、本発明を実施の形態により具体的に説明する。
(第1実施形態例)
図1は、本例におけるバルーンポンプシステムの回路構成である。バルーンポンプシステム200は、バルーンカテーテル90とバルーンポンプ駆動装置10とから構成されている。
バルーンカテーテル90は、カテーテル管91及びバルーン92を備えて構成されている。カテーテル管91は、ある程度の可撓性を有する材質で構成された長尺状の中空管である。
カテーテル管91の遠位端(後述のバルーンポンプ駆動装置10から遠い側の端部)91aには、バルーン92が装着されている。カテーテル管91の近位端(前記遠位端91aとは反対側の端部)91bには、バルーンポンプ駆動装置10が接続されている。
バルーンポンプ駆動装置10は、装置ハウジング11によって外殻が形成され、該装置ハウジング11内には、オイルリザーバ20、オイルポンプ30及びアイソレータ40が配設されている。
オイルポンプ30は、第1入出力ポート31a及び第2入出力ポート31bが形成されたポンプハウジング31を備えている。ポンプハウジング31内には、インペラ(図示せず)が配設されたポンプ室(図示せず)が形成されているとともに、このインペラに連結された正逆回転可能なモータ等の駆動源(図示せず)が配設されている。また、第1入出力ポート31aにはオイルリザーバ20が、第2入出力ポート31bにはアイソレータ40がそれぞれ接続されている。
オイルリザーバ20は、リザーバハウジング21と該リザーバハウジング21内に配設されたリザーバダイヤフラム22とを備えて構成されている。リザーバダイヤフラム22によって、リザーバハウジング21内の空間が2つの室に分画され、一方の室がオイル室23、他方の室が大気開放室24とされている。図に示すように、オイル室23はオイルポンプ31の第1入出力ポート31aに連通し、大気開放室24は、大気開放されて内部の圧力が常に大気圧となるようにされている。
アイソレータ40は、容量制限装置(VLD)とも称され、本発明における蓄圧装置に相当するものである。このアイソレータ40は、アイソレータハウジング41と該アイソレータハウジング41内に配設されたアイソレータダイヤフラム42とを備えて構成されている。アイソレータダイヤフラム42によって、アイソレータハウジング41内の空間が2つの室に分画され、一方の室が入力室43、他方の室が出力室44とされている。図に示すように、入力室43はオイルポンプ30の第2入出力ポート31bに連通し、出力室44は出力導管51の一方端51aに連通している。
出力導管51は、上述のようにその一方端51aがアイソレータ40の出力室44に連通しているとともに、その他方端51bが装置ハウジング11の表面に形成された出力ポート12に連通している。この出力ポート12には、バルーンカテーテル90のカテーテル管91の近位端91bが接続される。この接続によって、バルーンカテーテル90が出力導管51と連通される。
出力導管51の途中には、コモンバルブと称される圧力制御弁52が介装されている。この圧力制御弁52は、開成時の流路面積が通常の開閉弁よりも大きくなるように設計されており、このため、開成時における圧力損失が極力抑えられるようになっている。
図に示すように、アイソレータ40の出力室44には、ヘリウムガス給排管53が連通している。このヘリウムガス給排管53は、途中で分岐しており、一方が排出管54となり、他方が供給管55となっている。排出管54は、その途中に排出用開閉弁56が介装されているとともに、その先端が大気開放されている。一方、供給管55は、その途中に供給用開閉弁57が介装されているとともに、その先端がヘリウムガスタンク58に連絡している。なお、本例では、排出管54と供給管55とが途中で合流して出力室44に連通している例を示したが、これらが別々に出力室44に連通している態様でも良い。
アイソレータ40の出力室44内には、該出力室44内の圧力を検出する第1圧力センサー61が取り付けられている。また、出力導管51の圧力制御弁52よりも下流側(バルーンカテーテル90に近い側)には、第2圧力センサー62が取り付けられている。なお、この第2圧力センサー62が取り付けられている出力導管51の部分は、出力ポート12にバルーンカテーテル90が接続された状態でバルーンカテーテル90に常に連通しているため、この第2圧力センサー62はバルーン92に印加する圧力を検出していることになる。
出力導管51の途中には、第1補助導管112及び第2補助導管113の一端がそれぞれ連通している。第1補助導管112は、圧力制御弁52と出力ポート12との間の出力導管51の部分に、一方、第2補助導管113は、アイソレータ40の出力室44と圧力制御弁52との間の出力導管51の部分に、それぞれ連通している。また、第1補助導管112の他端及び第2補助導管113の他端は、それぞれ補助リザーバタンク111に連通している。第1補助導管112の途中には第1補助開閉弁114が、第2補助導管113の途中には第2補助開閉弁115が、それぞれ介装されている。補助リザーバタンク111の内部には、ヘリウムガスが充填されており、その内部圧力が、第3圧力センサー63によって検出されている。
また、バルーンポンプ駆動装置10は、制御装置70を有する。この制御装置70は、オイルポンプ30の駆動手段、供給用開閉弁57、排出用開閉弁56、圧力制御弁52、第1補助開閉弁114、第2補助開閉弁115、第1圧力センサー61、第2圧力センサー62、第3圧力センサー63と電気的に接続されている。さらに、制御装置70は、心電図信号(ECG)及び/又は血圧信号(Aop)を出力する生体信号出力装置81及び表示・操作パネル82にも電気的に接続されている。制御装置70は、生体信号出力装置81から出力される心電図信号(ECG)及び/又は血圧信号(Aop)、第1圧力センサー61、第2圧力センサー62及び第3圧力センサー63で検出される圧力情報その他の必要な情報が入力され、かかる入力情報に基づいて、オイルポンプ30の駆動手段に駆動制御信号を、供給用開閉弁57、排出用開閉弁56、圧力制御弁52、第1補助開閉弁114、第2補助開閉弁115に開閉信号を出力する。また、制御装置70は、通常の交流電源に接続されたAC/DCアダプター83及び補助電源用のバッテリー84にも接続されている。
オイルリザーバ20のオイル室23には、オイルが充填されている。このオイルは、オイルポンプ30によってアイソレータ40の入力室43に流入出される。したがって、オイルリザーバ20のオイル室23、オイルポンプ30のポンプ室及びアイソレータ40の入力室43内の空間、即ち一次側の空間は、オイルで充満される。使用オイルとしては種々のオイルが使用できるが、安全性や応答性等を考慮すると、シリコンオイルを用いるのが好ましい。
また、アイソレータ40の出力室44には、ヘリウムガスが充満している。出力室44へのヘリウムガスの供給は、供給用開閉弁57を開くことによって、ヘリウムガスタンク58から供給される。また、バルーンポンプ駆動装置10の定常動作中に所定タイミングで検出された第1圧力センサー61の圧力値から、出力室44に充填されたヘリウムガスの量を判断し、ヘリウムガスの量が少ないと判断された場合には、供給用開閉弁57を開いてヘリウムガスを出力室44内に供給する。
上記構成のバルーンポンプシステム200において、以下、その運転動作について説明する。図2は、本例におけるバルーンポンプシステム200を運転させた場合のバルーン92の膨張・収縮時期及び膨張・収縮状態、オイルポンプ30の回転方向、圧力制御弁(バルーン制御開閉弁)52、第1補助開閉弁114、第2補助開閉弁115の開閉タイミング、第1圧力センサー61で検出される出力室44内の圧力Pi(実線で示した折れ線グラフ)の推移、第2圧力センサー62で検出される圧力Pb(点線で示した折れ線グラフ)の推移並びに第3圧力センサー63で検出される補助リザーバ111内の圧力Prの推移(一点鎖線で示した折れ線グラフ)を併記したタイミングチャートである。図3は、本例におけるバルーンポンプシステム200を運転させる際の制御装置70のメインフローチャートである。なお、本システム200の運転動作はバルーン92の膨張及び収縮を繰り返す反復動作であり、始点が明確でないため、便宜上、図2のQの点、即ち、圧力制御弁52、第1補助開閉弁114、第2補助開閉弁115が閉じており、バルーン92内の圧力が第2収縮圧力P4で収縮しており、補助リザーバタンク111内の圧力が膨張時補助圧力P5となっている状態からの運転動作を説明する。
まず、ステップS201が実行される。図2のQ点では、ステップS201にてオイルポンプ30が正方向に回転駆動されている。このためオイルリザーバ20内のオイルが第1入出力ポート31aからオイルポンプ30に吸入されるとともに、オイルポンプ30の第2入出力ポート31bからオイルがアイソレータ40の入力室43に排出される。これにより、アイソレータ40の入力室43にはオイルが流入し、かかるオイルの流入によってアイソレータダイヤフラム42が図1において右方向に偏移する。このステップS201の操作により、図2に示すように、第1圧力センサー61で検出される出力室44内の圧力Piが上昇する。そして、出力室44内の圧力Piが第1膨張圧力P1となると、それ以上の圧力上昇を起こさないように、オイルポンプ30の正回転方向の回転速度を落とし、オイルポンプ30からアイソレータ40側へ吐出されるオイル量とアイソレータ40側からオイルポンプ30へと逆流するオイル量とをつりあわせる。この操作によって、アイソレータ40はその出力室44に第1膨張圧力P1を蓄圧する(第1膨張圧力制御)。なお、この第1膨張圧力P1は、バルーンを膨張させるために必要な圧力よりもはるかに高い圧力である。
次いで、ステップS202において、バルーン92の膨張信号の発生の有無を判断する(膨張判断制御)。この膨張信号が発生していないと判断される場合には、ステップS201に戻る。膨張信号が発生していると判断される場合は、ステップS203に進む。
ステップS202にて膨張信号を検出した場合には、膨張期(バルーンを収縮状態から膨張状態へ状態変化させる時期)であると認識し、ステップS203で、制御装置70から圧力制御弁52を開成作動する指令が出力される。この指令によって圧力制御弁52が開成作動する(膨張時開弁制御)。この開成作動によってアイソレータ40の出力室44とバルーン92とが連通し、出力室内44内で蓄圧された第1膨張圧力P1がバルーン92に作用して、圧力Pbが第2収縮圧力P4から急激に上昇する。この場合において、圧力制御弁52が開く直前までは、アイソレータ40の出力室44内は、バルーン92を膨張させるのに必要な圧力よりも高い第1膨張圧力P1とされているため、圧力制御弁52を開くと、一気に出力室44内のヘリウムガスがバルーン92内に流入する。よって、バルーン92の膨張を従来のものよりも急峻に行うことが可能である。
ステップS203で圧力制御弁52が開成作動した後、ステップS204に進む。ステップS204においては、圧力制御弁52の開時間T1が設定時間T1setに達しているか否かが判断される(T1判断制御)。達していないと判断された場合にはステップS203に戻る。一方、達していると判断された場合には、ステップS205に進む。
ステップS204で圧力制御弁52の開時間が設定時間T1setに達したと判断されたときには、次のステップS205において圧力制御弁52を閉成作動させる(膨張時中間閉弁制御)。圧力制御弁52を閉じることにより、アイソレータ40の出力室44とバルーン92との連通が遮断される。次いで、ステップS206に進む。
ステップS206では、オイルポンプ30を逆回転方向に駆動させる。すると、アイソレータ40の入力室43内のオイルが第2入出力ポート31bからオイルポンプ30に吸入されるとともに、オイルポンプ30内のオイルが第1入出力ポート31aからオイルリザーバ20のオイル室23に排出される。これにより、アイソレータダイヤフラム42が図1において左方向に偏移する。
なお、このステップS206の操作により、図2に示すように出力室44内の圧力Piは下降する。これは、アイソレータダイヤフラム42が図1において左方向に偏移することによって出力室44内の容積が増加するため、この容積増加に伴って圧力が下降するのである(圧力降下制御)。
その後、ステップS207を実行する。ステップS207では、第2圧力センサー62から入力される印加圧力値Pbの圧力変化勾配ΔPbが0又は所定範囲εb内であるか否かが判断される。
ステップS207において、ΔPbが0又はεbに入っていない場合には、未だバルーン92が完全に膨張しきれていないと認識し、ステップS206に戻る。ΔPbが0又はεbに入っていると判断した場合には、ステップS208に進む。なお、図2に示すように、膨張期において印加圧力Pbの変化勾配がほぼ0となったときの圧力P1'は、バルーン92の膨張状態が維持できる最低圧力よりも高く、かつ、膨張状態が維持できる最高圧力より低い圧力とされる。従来のバルーンポンプ駆動装置では、バルーンが完全膨張するときには、バルーン内圧を膨張状態が維持できる最低圧力付近に設定する。したがって、本例は、従来技術と異なり、バルーンが完全膨張したときでも、従来の圧力よりも高い圧力をバルーンに印加しており、それ故、バルーンの膨張をより急峻に行うことができる。この圧力P1'は、膨張状態が維持できる最高圧力に近いものであるのが好ましい。即ち、許容範囲でできるだけ高い圧力とすることが好ましい。このように高い圧力とすることにより、バルーンの膨張をより一層急峻とすることができる。
ステップS207においてΔPbが0又はεbに入っていると判断されると、次のステップS208において、第1補助開閉弁114が開成作動される(膨張時中間開弁制御)。この開成作動により、補助リザーバタンク111とバルーン92とが連通する。この場合において、第1補助開閉弁114が開く直前の補助リザーバタンク111内の圧力Prは、予め膨張時補助圧力P5にされている。この圧力P5は、図2からわかるように、このときの印加圧力Pbの圧力P1'よりも低い圧力である。したがって、第1補助開閉弁114が開くと、より高圧であるバルーン92内のヘリウムガスが補助リザーバタンク111側に流れ込む。このため圧力Pbが急激に降下する。
ステップS208で第1補助開閉弁114を開成作動させた後、ステップS209に進む。ステップS209では、第1補助開閉弁114の開時間T2が設定時間T2setに達しているか否かについて判断する。第1補助開閉弁114の開時間T2が設定時間T2setに達していないと判断されたときは、ステップS208に戻る。一方、第1補助開閉弁114の開時間T2が設定時間T2setに達していると判断されたときは、ステップS210に進む。
ステップS209で第1補助開閉弁114の開時間が設定時間T2setに達したと判断されたときには、次のステップS210で第1補助開閉弁114を閉成作動させる(膨張時閉弁制御)。これにより、補助リザーバタンク111とバルーン92との連通が遮断される。従って、バルーン92は、膨張状態でそのときの圧力P2'を維持する。その後、ステップS211に進む。
ステップS207、S208、S209によって、バルーン92に印加する圧力Pbが、図2に示すようにP2'とされる。この圧力はこのときにおけるバルーン92内の圧力と推定できる。したがって、バルーン92は、圧力P2'で膨張状態を維持する。圧力P2'は、膨張状態が維持できる最低圧力に近いものであるのが好ましい。即ち、許容範囲でできるだけ低い圧力とすることが好ましい。このように低い圧力とすることにより、次にバルーンが収縮する際に、圧力差を最小とすることができる。
ステップS211では、第2補助開閉弁115を開く。これにより、補助リザーバタンク111とアイソレータ40の出力室44内とが連通する。この時点において、オイルポンプ30は逆回転駆動しているため、アイソレータ40の出力室44は圧力降下しており、補助リザーバタンク111の圧力(このときの圧力はP2')よりも低くなっている。したがって、第2補助開閉弁115の開成作動により補助リザーバタンク111と出力室44とが連通すると、補助リザーバタンク111内のヘリウムガスが出力室44内に引き込まれ、補助リザーバタンク111内の圧力Prが降下する。
ステップS211で第2補助開閉弁115を開いた後は、ステップS212に進む。ステップS212では、第3圧力センサー63によって検出される補助リザーバタンク111内の圧力Prが所定の圧力P6にまで降下したか否かが判断される。圧力Prが所定圧力P6まで降下していないと判断された場合には、ステップS212に戻る。一方、圧力Prが所定圧力P6まで降下したと判断された場合には、ステップS213に進む。
ステップS212で圧力Prが所定圧力P6まで降下したと判断されると、次のステップS213で第2補助開閉弁115が閉成作動する。この閉成作動によって、補助リザーバタンク111と出力室44との連通が遮断される。
なお、ステップS211、ステップS212、ステップS213の制御及びこれに伴う作動によって、補助リザーバタンク111内の圧力がほぼ所定圧力P6に設定される(補助リザーバ圧設定制御)。この所定圧力P6は、後述するバルーンの収縮時において、バルーン92内の圧力を第2収縮圧力P4にするために必要となる圧力である。
ステップS206でオイルポンプが逆回転駆動しているが、これはステップS210にて第2補助開閉弁115を閉成した後も続いており、アイソレータ40のアイソレータダイヤフラム42は図示左方向に変位し続けるため、出力室44の容積が拡大されて圧力Piがさらに降下する。そして、出力室44内の圧力Piが第1収縮圧力P3になると、それ以下の圧力降下を起こさないように、オイルポンプ30の逆回転方向の回転速度を落とし、アイソレータ40側からオイルポンプ30へ引き込まれるオイル量とオイルポンプ30側からアイソレータ40側へと逆流するオイル量とをつりあわせる。この操作によって、圧力Piは第1収縮圧力P3を維持できる(第1収縮圧力制御)。なお、この第1収縮圧力P3は、バルーンを収縮させるために発生させる圧力よりも小さい圧力とされている。
ステップS213によって補助リザーバタンク111内の圧力がP6にされた後は、ステップS214に進む。ステップS214では、バルーン92の収縮信号の発生の有無を判断する(収縮判断手段)。膨張信号の発生の有無を判断する場合と同様に、制御装置70は、生体信号出力装置81から制御装置70に入力される心電図信号(ECG)及び/又は血圧信号(Aop)に基づき、生体の状態に適切な収縮タイミングを演算するとともに、この収縮タイミングに従って収縮信号を発生する。この収縮信号が発生していないと判断される場合には、ステップS212に戻る。収縮信号が発生していると判断される場合は、ステップS215に進む。
ステップS214において収縮信号を検出すると、収縮期(バルーンを膨張状態から収縮状態へ状態変化させる時期)であると認識し、次のステップS215において、圧力制御弁52が開成作動する(収縮時開弁制御)。この開成作動によってアイソレータ40の出力室44とバルーン92とが連通し、出力室44内で蓄圧された第1収縮圧力P3がバルーン92に作用し、圧力Pbが第2膨張圧力P2'から急激に下降する。この場合において、圧力制御弁52が開く直前までは、アイソレータ40の出力室44内の圧力Piは、通常の収縮圧力よりも低い第1収縮圧力P3にされているため、圧力制御弁52を開くと、一気にヘリウムガスがバルーン92内から流出する。よって、バルーン92の収縮を従来のものよりも急峻に行うことが可能である。
ステップS215で圧力制御弁52が開成作動した後、ステップS216に進む。ステップS216においては、第2圧力センサー62によって検出される圧力Pbの圧力変化勾配が0又は所定範囲εb内であるか否かが判断される(完全収縮推定制御)。この判断は、バルーン92が完全収縮したか否かの判断をしていることと同じである。すなわち、ステップ215において圧力制御弁52を開いた直後は未だバルーン92は収縮しきれていないため、その後もバルーン92は収縮し続け、この収縮に伴ってバルーン92側から出力室44側にヘリウムガスが流入するため、印加圧力Pbは上昇する。しかし、バルーン92が完全に収縮する状態に近づくと、バルーン92から流入するヘリウムガスが減少するため、圧力Pbの上昇量は少なくなる(圧力の上昇勾配がゆるやかになる)。そして、バルーン92が完全に収縮すると、それ以上のヘリウムガスの流入が起こらなくなるため、圧力Pbの圧力上昇は停止し、ほぼフラットな圧力となる。従って、圧力値Pbの変化勾配が0又は所定値以下であるか否かを判断することにより、バルーン92が完全に収縮したか否かを判別することができる。
ステップS216において、ΔPbが0又はεbに入っていない場合には、ステップS216に戻る。ΔPbが0又はεbに入っていると判断した場合には、ステップS217に進む。なお、図2に示すように、収縮期において印加圧力Pbの変化勾配がほぼ0となったときの圧力P3'は、バルーン92の収縮状態が維持できる最高圧力よりも低く、かつ、収縮状態が維持できる最低圧力より高い圧力とされる。この点、従来のバルーンポンプ駆動装置では、バルーンが完全収縮するときには、バルーン内圧を収縮状態が維持できる最高圧力付近に設定する。したがって、本例は、従来技術と異なり、バルーンが完全収縮したときでも、従来の圧力よりも低い圧力をバルーンに印加しており、それ故、バルーンの収縮をより急峻に行うことができる。また、この圧力P3'は、収縮状態が維持できる最低圧力に近いものであるのが好ましい。このように低い圧力とすることにより、バルーンの収縮をより一層急峻とすることができる。
ステップS216において、圧力Pbの圧力変化勾配が0又は所定範囲内であると判断された場合、次のステップS217において、第1補助開閉弁114を開く(収縮時中間開弁制御)。この開成作動により、補助リザーバタンク111とバルーン92とが連通する。この場合において、第1補助開閉弁114が開く直前の補助リザーバタンク111内の圧力Prは、予め収縮時補助圧力P6にされている。この圧力P6は、図2からわかるように、このときの印加圧力Pbの圧力P3'よりも高い圧力である。したがって、第1補助開閉弁114が開くと、より高圧である補助リザーバタンク111内のヘリウムガスがバルーン92側に流れ込む。このため圧力Pbが急激に上昇する。
ステップS217において第1補助開閉弁114が開成作動した後、ステップS218に進む。ステップS218では、第2圧力センサー62により検出されるバルーン92内の圧力Pbが設定圧P4となったか否かについて判断される。圧力Pbが設定圧P4にはなっていない場合には、ステップS217に戻る。圧力Pbが設定圧P4となったと判断される場合には、ステップS219に進む。
ステップS219では、圧力制御弁52を閉じる(収縮時閉弁制御)。この閉成作動により、アイソレータ40の出力室44とバルーン92及び補助リザーバ111との連通が遮断され、印加圧力Pbが圧力P4に維持される。なお、このステップS217、S218及びステップS219によって、バルーン92が収縮している際の印加圧力PbがP4とされる。この圧力はこのときにおけるバルーン92内の圧力と推定することができる。したがって、バルーン92は、圧力P4で収縮状態を維持する。圧力P4は、収縮状態が維持できる最高圧力に近いものであるのが好ましい。このように高い圧力とすることにより、次にバルーンが膨張する際に、圧力差を最小とすることができる。
ステップS219によって圧力制御弁52が閉成作動すると同時に又はその後に、ステップS220において第1補助開閉弁114が閉成作動される(収縮時中間閉弁制御)。これにより、バルーン92と補助リザーバタンク111との連通が遮断される。次いで、ステップS221に進む。
ステップS221では、オイルポンプ30を正回転方向に駆動させる。すると、オイルリザーバ20内のオイルがオイルポンプ30に吸入されるとともに、オイルポンプ30からオイルがアイソレータ40の入力室43に排出される。これにより、アイソレータ40の入力室43にはオイルが流入し、かかるオイルの流入によってアイソレータダイヤフラム42が図1において右方向に変位する。このため出力室44の圧力が上昇する(圧力上昇制御)。
ステップS221でオイルポンプ30を正回転方向に駆動させた後は、ステップS222に進む。ステップS222では、第2補助開閉弁115を開く。これにより、補助リザーバタンク111とアイソレータ40の出力室44内とが連通する。ステップS220でオイルポンプ30を正回転方向に駆動したため、アイソレータ40の出力室44は容積が減少され、それに伴い圧力が上昇している。したがって、このステップで出力室44と補助リザーバタンク111とが連通されると、出力室44の圧力上昇に伴って、補助リザーバタンク111の圧力Prも上昇する。
ステップS221で第2補助開閉弁115を開いた後、ステップS223に進む。ステップS223では、第3圧力センサー63によって検出される補助リザーバタンク111内の圧力Prが所定の圧力P5に達したか否かが判断される。圧力Prが所定圧力P5に達していないと判断された場合には、ステップS222に戻る。一方、圧力Prが所定圧力P5に達したと判断された場合には、ステップS224に進む。
ステップS223で圧力Prが所定圧力P5にまで上昇したと判断されると、次のステップS224では、第2補助開閉弁115を閉じる(膨張時補助リザーバ圧設定終了制御)。この閉成作動によって、補助リザーバタンク111と出力室44との連通が遮断される。
なお、ステップS222、ステップS223、ステップS224の制御及びこれに伴う作動によって、補助リザーバタンク111内の圧力がほぼ所定圧力P5となる(補助リザーバ圧設定制御)。この所定圧力P5は、次回のバルーンの膨張時において、バルーン92内の圧力を第2膨張圧力P2にするために必要となる圧力である。その後、ステップS202に戻って次の膨張信号の検出を待つ。
上記のステップを繰り返すことにより、バルーンを所定タイミングで膨張及び収縮させる。
以上の説明のように、本例のバルーンポンピング方法は、バルーンを収縮状態から膨張状態とする際に、バルーン92内の圧力を、膨張状態が維持できる最低圧力よりも高く、かつ、膨張状態が維持できる最高圧力以下である圧力P1'とする工程と、バルーン92内の圧力が圧力P1'で完全膨張したと推定された後に、バルーン92内の圧力を膨張状態が維持できる最低圧力以上でありかつ前記圧力P1'よりも低い圧力である圧力P2'に圧力降下させる工程とを含む。これらの工程を実施することにより、バルーン92を、膨張が維持できる最低圧力よりも高い圧力P1'で完全膨張させることができるため、その分バルーン92の膨張をさらに急峻にすることができる。また、バルーン92が圧力P1'で完全膨張したと推定された後に、バルーン92内の圧力を、膨張状態が維持できる最低圧力以上でありかつ圧力P1'よりも低い圧力である圧力P2'に圧力降下させているため、次回の収縮時における圧力差が減少し、次回の収縮時に急峻な収縮動作ができるようにしている。したがって、膨張時により急峻な膨張応答性を確保しつつ、次回の収縮に急峻な収縮応答を可能とし、バルーンの圧力応答性をより向上させたバルーンポンピング方法を提供することができる。
また、本例のバルーンポンピング方法は、バルーンを膨張状態から収縮状態とする際に、バルーン92内の圧力を、収縮状態が維持できる最高圧力よりも低く、かつ、収縮状態が維持できる最低圧力以上である圧力P3'とする工程と、バルーン92内の圧力が前記圧力P3'で完全収縮したと推定された後に、バルーン92内の圧力を、収縮状態を維持できる最高圧力以下でありかつ前記圧力P3'よりも高い圧力である圧力P4に圧力に上昇させる工程とを含む。これらの工程を実施することにより、バルーン92を、収縮が維持できる最高圧力よりも低い圧力P3'で完全収縮させることができるため、その分バルーン92の収縮をさらに急峻にすることができる。また、バルーン92が圧力P3'で完全収縮したと推定された後に、バルーン92内の圧力を、収縮状態が維持できる最高圧力以下でありかつ圧力P3'よりも高い圧力である圧力P4に圧力上昇させているため、次回の膨張時における圧力差が減少し、時間の膨張時により急峻な収縮動作ができるようにしている。したがって、収縮時により急峻な収縮応答性を確保しつつ、次回の膨張に急峻な膨張応答を可能とし、バルーンの圧力応答性をより向上させたバルーンポンピング方法を提供することができる。
また、本例のバルーンポンプ駆動装置は、生体信号が入力されるとともに入力された生体信号からバルーンを膨張させる必要があるか否かを判断する膨張判断手段(ステップS202)と、該膨張判断手段がバルーンを膨張させる必要があると判断した際に、バルーンの膨張状態が維持できる最低圧力よりも高い圧力をバルーンに印加させる第1膨張圧力印加手段(ステップS203、アイソレータ40、圧力制御弁52)と、第1膨張圧力印加手段による圧力の印加によりバルーンが完全膨張したか否かを推定する完全膨張推定手段(ステップS207)と、完全膨張推定手段でバルーンが完全膨張したと推定した際に、バルーンの膨張状態が維持できる最低圧力以上でありかつ前記第1膨張圧力印加手段により印加した圧力よりも低い圧力をバルーンに印加させてバルーン内の圧力を降下させる第2膨張圧力印加手段(ステップS208、アイソレータ40、第1補助開閉弁114)とを有する。このため、膨張時により急峻な膨張応答性を確保しつつ、次回の収縮に急峻な収縮応答を可能とし、バルーンの圧力応答性をより向上させたバルーンポンプ駆動装置を提供することができる。
また、本例のバルーンポンプ駆動装置は、生体信号が入力されるとともに入力された生体信号からバルーンを収縮させる必要があるか否かを判断する収縮判断手段(ステップS214)と、収縮判断手段がバルーンを収縮させる必要があると判断した際に、バルーンの収縮状態が維持できる最高圧力よりも低い圧力をバルーンに印加させる第1収縮圧力印加手段(ステップS215、アイソレータ40、圧力制御弁52)と、第1収縮圧力印加手段による圧力の印加によりバルーンが完全収縮したか否かを推定する完全収縮推定手段(ステップS216)と、完全収縮推定手段でバルーンが完全収縮したと推定した際に、バルーンの収縮状態が維持できる最高圧力以下でありかつ第1収縮圧力印加手段により印加した圧力よりも高い圧力をバルーンに印加させてバルーン内の圧力を上昇させる第2収縮圧力印加手段(ステップS217、アイソレータ40、第1補助開閉弁114)とを有する。したがって、収縮時により急峻な収縮応答性を確保しつつ、次回の膨張に急峻な膨張応答を可能とし、バルーンの圧力応答性をより向上させたバルーンポンプ駆動装置を提供することができる。
また、バルーン膨張工程では、第1補助開閉弁114を閉成作動させた(ステップS210)後に第2補助開閉弁115を開成作動させて補助リザータタンク111とアイソレータ40とを連通させ、これによって補助リザーバタンク111内の圧力を収縮工程で利用する所定の圧力P6に設定している(ステップS211,S212,S213)。さらに、バルーン収縮工程で、第1補助開閉弁114を閉成作動させた(ステップS220)後に第2補助開閉弁115を開成作動させて(ステップS222)補助リザータタンク111とアイソレータ40とを連通させ、これによって補助リザーバタンク111内の圧力を膨張行程で利用する所定圧力P5に設定している(ステップS222,S223,S224)。つまり、膨張行程において補助リザーバタンク111内の圧力を収縮工程時に使用する圧力P6に設定し、一方、収縮工程において補助リザーバタンク111内の圧力を膨張行程時に使用する圧力P5に設定している。このように、駆動装置200の流体回路内で補助リザーバタンク111の調圧を実現しているので、補助リザーバタンク111の圧力を調圧する装置を別途設ける必要がない。よって、コンパクト化に一層寄与し得る。
また、本例では、バルーンを膨張及び収縮させるための圧力装置として、アイソレータ40からの系統と、補助リザーバタンク111からの系統との2系統の圧力供給を行っている。このように、2系統以上の圧力供給経路を装置内に設けておくことにより、不整脈等によって期外収縮が行われる場合にも迅速に対応できるシステムを構成することができる。即ち、例えば図3のステップS203の制御によって圧力制御弁52が開き、バルーンが膨張をしているときに期外収縮信号が割り込んだ場合に、即座に圧力制御弁52を閉じるとともに第2補助開閉弁114を開いてバルーン92と補助リザーバタンク111とを連通させることによって、膨張を抑制すること又は膨張から収縮動作に転ずることができ、その後に適正な処置によって通常よりもすばやくバルーン92を収縮させることができる。
(第2実施形態例)
次に、本発明の第2実施形態例について説明する。なお、本例は、バルーンポンプ駆動装置の装置構成自体は上記第1実施形態例で説明した図1と同一であるので、その具体的説明を省略する。
本例の制御方式を簡単に言うと、バルーンを膨張させる際には、アイソレータ40の圧力制御と圧力制御弁52の開閉制御とにより行い、一方、バルーンを収縮させる際には、アイソレータ40及び補助リザーバタンク111の圧力制御、圧力制御弁52及び第1補助開閉弁114の開閉制御により行うものである。
図4は、本例におけるバルーンポンプ駆動装置を運転させた場合のバルーン92の膨張・収縮時期及び膨張・収縮状態、オイルポンプ30の回転方向、圧力制御弁(バルーン制御開閉弁)52、第1補助開閉弁114、第2補助開閉弁115の開閉タイミング、第1圧力センサー61で検出される出力室44内の圧力Pi(実線で示した折れ線グラフ)の推移、第2圧力センサー62で検出される圧力Pb(点線で示した折れ線グラフ)の推移並びに第3圧力センサー63で検出される補助リザーバタンク111内の圧力Prの推移(一点鎖線で示した折れ線グラフ)を併記したタイミングチャートである。図5は、本例におけるバルーンポンプ駆動装置の制御フローチャートである。
まず、図4の点Qの時点において、圧力制御弁52が閉じられた状態で、オイルポンプ30が正回転方向に駆動しており(ステップS301)、これによって出力室44の圧力Piが高められる。圧力Piは、第1膨張圧力P1まで上昇させられる。
次いで、バルーンの膨張信号が検出されているか否かを判断し(ステップS302)、検出されている場合には、圧力制御弁52を開成作動させる(ステップS303)。この圧力制御弁52の開成作動により、アイソレータ40の出力室44とバルーン92とが連通し、バルーン92に出力室44の第1膨張圧力P1が作用してバルーン92が膨張する。
所定時間経過したか否かを判断し(ステップS304)、所定時間経過後に圧力制御弁52を閉成作動させる(ステップS305)とともに、オイルポンプ30を逆回転駆動させ(ステップS306)、アイソレータ40の出力室44内の圧力を圧力降下させる。ここで、圧力制御弁52を閉じるときには未だバルーン92は完全に膨張しきれていないが、時間がたつにつれてバルーン92が膨張し、やがて完全膨張する。バルーン92が完全膨張した状態に近づくと、バルーン92内へのヘリウムの流入が少なくなるため、印加圧力Pbがほぼ一定となる。このPbの圧力変化勾配に基づいてバルーン92が完全膨張したか否かを推定する(ステップS307)。なお、図4において、圧力Pbがほぼ一定となるときの圧力P1'は、通常バルーン92が膨張しているときの圧力(本例ではP2')よりも大きい。このように、本例ではバルーン92が完全膨張するときまでも、従来よりも高い圧力で印加しているため、バルーン92をすばやく膨張させることができる。そして、完全膨張したと推定された際に、再度圧力制御弁52を開く(ステップS308)。
圧力制御弁52が再度開かれたときには、出力室44内の圧力Piは圧力降下して圧力P2となっているので、この開成作動によりバルーン92側からヘリウムガスが出力室44内に引き込まれ、そのためバルーン92への印加圧力Pbは下降する。そして所定時間が経過したかを判断し(ステップS309)、所定時間経過後に圧力制御弁52を閉成作動する(ステップS310)。これにより、バルーン92は圧力P2'を維持し、この圧力で膨張を続ける。
上記の制御により、バルーン92の膨張時において、最初はバルーン92に高い圧力P1が印加されるため、すばやくバルーン92を膨張させることができる。また、バルーン92が完全膨張したときに印加圧力をP2'に下げているため、バルーン92に高い圧力を印加させる時間を短縮させ、バルーン92の寿命を延ばすことができるとともに、次回の収縮時におけるバルーン内圧の圧力差を少なくできるため、次回の収縮時の収縮応答性を向上させることもできる。
ステップS310で圧力制御弁52を閉じた後、印加圧力Pbの値と目標とする設定圧との差ΔPが所定範囲ε内であるか否かを判断し(ステップS311)、その判断結果に応じてステップS309における所定時間を修正する(ステップS312)。
その後、収縮信号が検出されているか否かを判断し(ステップS313)、検出されている場合には、第1補助開閉弁114を開閉作動する(ステップS314)。第1補助開閉弁114を開くと、補助リザーバタンク111とバルーン92とが連通する。補助リザーバタンク111は、予め圧力P5に設定されており、この圧力P5は、ステップS314で圧力制御弁52を開く直前におけるバルーン92への印加圧力Pb(=P2')よりも低いため、バルーン92側からヘリウムガスが補助リザーバタンク111に引き込まれ、このためバルーン92への印加圧力Pbが降下する。
その後、第1補助開閉弁114が開いている時間が所定時間経過しているか否かを判断し(ステップS315)、経過している場合には、第1補助開閉弁114を閉成作動させる(ステップS316)。なお、このステップS315及びステップS316により、補助リザーバタンク111内の圧力Prが所定圧力P6に設定される。
その後、圧力制御弁52を開成作動させる(ステップS317)。すると、アイソレータ40の出力室44とバルーン92とが連通する。ステップS317で圧力制御弁52が開く直前では、出力室44内の圧力Piは、オイルポンプ30の逆回転駆動により圧力降下され、通常の収縮圧力よりも低い第1収縮圧力P3に維持されている。したがって、ステップS317で圧力制御弁52を開くと、バルーン92内のヘリウムガスが出力室44内に引き込まれ、バルーン92に印加する印加圧力Pbが急激に降下する。ここで、圧力制御弁52が開いた直後は未だバルーン92は完全に収縮しきれていないが、時間がたつにつれてバルーン92が収縮し、やがて完全収縮する。バルーン92が完全収縮した状態に近づくと、バルーン92内からのヘリウムの流出が少なくなるため、印加圧力Pbがほぼ一定となる。このPbの圧力変化勾配に基づいて(圧力勾配ΔPbが所定範囲εb内であるか否かに基づいて)バルーン92が完全収縮したか否かを推定する(ステップS318)。なお、図4において、圧力Pbがほぼ一定となるときの圧力P3'は、通常バルーン92が収縮しているときの圧力(本例ではP4)よりも大きい。このように、本例ではバルーン92が完全収縮するときまでも、従来よりも低い圧力で印加しているため、バルーン92をすばやく収縮させることができる。そして、完全収縮したと推定された際に、第2補助開閉弁115を開く(ステップS319)。この制御により補助リザーバタンク111とアイソレータ40の出力室44とが連通される。
次に、印加圧力Pbが所定圧力P5に達しているか否かについて判断され(ステップS320)、達していると判断された場合には、第2補助開閉弁115を閉じる(ステップS321)。これにより、補助リザーバタンク111は出力室44との連通が遮断され、補助リザーバタンク111内の圧力Prは所定圧力P5に設定される。
第2補助開閉弁115を閉じた後、オイルポンプ30を正回転駆動させる(ステップS322)。これにより、アイソレータダイヤフラム42が偏移し、これによる出力室44内の圧力上昇が行われる。また、このときは未だ圧力制御弁52が開いている状態であるので、出力室44内の上昇に伴ってバルーン92への印加圧力Pbも上昇する。
その後、印加圧力Pbが第2収縮圧力P4に達しているか否かについて判断され(ステップS323)、達していると判断された場合には、圧力制御弁52を閉成作動させる(ステップS323)。その後ステップS302に戻る。
上記の制御により、バルーン92の収縮時において、まず最初に補助リザーバタンク111をバルーン92に連通させることによってバルーン圧を下げ、次にアイソレータ40の出力室44とバルーン92とを連通させることによってバルーン92により低い圧力P3を印加させてバルーン圧を下げている。このためより急峻にバルーン92を収縮させることができる。また、補助リザーバタンク111とアイソレータ40の出力室44とを連通させて、補助リザーバタンク111内のガスを出力室44に引き戻すことにより補助リザーバタンク111の内圧を次の収縮期に必要とされる圧力に戻すことができる。また、バルーン圧を第2収縮圧力である圧力P4とし、次の膨張に備えることができる。
(第3実施形態例)
次に、本発明の第3実施形態例について説明する。なお、本例は、バルーンポンプ駆動装置の装置構成自体は図6に示すごときであるが、図6は、上記第1実施形態例で説明した図1と類似しており、異なるところは、補助リザーバタンク111とアイソレータ40の出力室44とを連通する導管113及びその導管に介装されている第2補助開閉弁115が無い構成である。その他の構成は同一であるので、その具体的説明を省略する。
本例の制御方式の特徴を簡単に言うと、バルーンの膨張時(収縮時)の最初に高い(低い)圧力を印加して、その後に補助リザーバタンク111を利用して圧力を降下(上昇)させている点では上記第1実施形態例と同じであるが、膨張時にバルーンに作用させる補助リザーバタンク111内の圧力をバルーン92の収縮圧力と等しくし、また収縮時にバルーンに作用させる補助リザーバタンク111内の圧力をバルーン92の膨張圧力と等しくすることにより、補助リザーバタンク111内の圧力Prを調圧する工程を省略したことに特徴がある。
図7は、本例のバルーンポンプ駆動装置を運転させた場合のバルーン92の膨張・収縮時期及び膨張・収縮状態、オイルポンプ30の回転方向、圧力制御弁(バルーン制御開閉弁)52、第1補助開閉弁114の開閉タイミング、第1圧力センサー61で検出される出力室44内の圧力Pi(実線で示した折れ線グラフ)の推移、第2圧力センサー62で検出される圧力Pb(点線で示した折れ線グラフ)の推移並びに第3圧力センサー63で検出される補助リザーバタンク111内の圧力Prの推移(一点鎖線で示した折れ線グラフ)を併記したタイミングチャートである。図8は、本例におけるバルーンポンプ駆動装置の制御フローチャートである。
まず、図7のQの時点において、圧力制御弁52が閉じられた状態で、オイルポンプ30が正回転方向に駆動しており(ステップS401)、これによって出力室44の圧力Piが高められる。圧力Piは、第1膨張圧力P1まで上昇させられる。
次いで、バルーンの膨張信号が検出されているか否かを判断し(ステップS402)、検出されている場合には、圧力制御弁52を開成作動させる(ステップS403)。この圧力制御弁52の開成作動により、アイソレータ40の出力室44とバルーン92とが連通し、バルーン92に出力室44の第1膨張圧力P1が作用してバルーン92が膨張する。
所定時間が経過したか否かを判断し(ステップS404)、所定時間経過後に圧力制御弁52を閉成作動させる(ステップS405)とともに、オイルポンプ30を逆回転駆動させ(ステップS406)、アイソレータ40の出力室44内の圧力を圧力降下させる。ここで、圧力制御弁52を閉じるときには未だバルーン92は完全に膨張しきれていないが、時間がたつにつれてバルーン92が膨張し、やがて完全膨張する。バルーン92が完全膨張した状態に近づくと、バルーン92内へのヘリウムの流入が少なくなるため、印加圧力Pbがほぼ一定となる。このPbの圧力変化勾配ΔPbに基づいて(例えばΔPbが所定範囲εb内に入っているか否かに基づいて)バルーン92が完全膨張したか否かを推定する(ステップS407)。なお、図7において、圧力Pbがほぼ一定となるときの圧力P1'は、通常バルーン92が膨張しているときの圧力(本例ではP2')よりも大きい。このように、本例ではバルーン92が完全膨張するときまでも、従来よりも高い圧力を印加しているため、バルーン92をすばやく膨張させることができる。
ステップS407でバルーン92が完全膨張したと推定された際に、第1補助開閉弁114を開く(ステップS408)。これにより、補助リザーバタンク111とバルーン92とが連通する。補助リザーバタンク111内の圧力は、ステップS408で第1補助開閉弁114が開く直前までは、圧力P4に設定されている。なお、この圧力P4は、後述する第2収縮圧力P4に等しい。また、この圧力P4は、バルーン92のそのときの圧力よりも低いので、第1補助開閉弁114が開くことにより、バルーン92側から補助リザーバタンク111内にヘリウムガスが引き込まれ、バルーン92に印加する印加圧力Pbが急激に減少する。そして圧力Pbが第2膨張圧力P2'に達したか否かを判断し(ステップS409)、達していると判断された場合に第1補助開閉弁114を閉じる(ステップS410)。これにより、バルーン92は圧力P2'を維持し、この圧力で膨張を続けるとともに、補助リザーバタンク111内の圧力が圧力P2'に設定される。
上記の制御により、バルーン92の膨張時において、最初はバルーン92に高い圧力P1が印加されるため、すばやくバルーン92を膨張させることができる。また、バルーン92が完全膨張したときに印加圧力をP2'に下げているため、バルーン92に高い圧力を印加させる時間を短縮させ、バルーン92の寿命を延ばすことができるとともに、次回の収縮時におけるバルーン内圧の圧力差を少なくできるため、次回の収縮時の収縮応答性を向上させることもできる。
ステップS410で第1補助開閉弁114を閉じた後、収縮信号が検出されているか否かを判断し(ステップS411)、検出されている場合には、圧力制御弁52を開閉作動して(ステップS412)、バルーン92と出力室44とを連通させる。ステップS412で圧力制御弁52が開くまでは、出力室44内の圧力はオイルポンプの逆回転駆動により十分圧力が降下され、十分低い圧力である第1収縮圧力P3となっている。したがって、この圧力制御弁52の開成作動により、バルーン92側のヘリウムガスが出力室44に引き込まれ、このためバルーン92への印加圧力Pbが降下する。
その後、印加圧力Pbの圧力変化の勾配ΔPが所定範囲εbの範囲内であるか否かを判断することによりバルーン92が完全収縮しているか否かを判断し(ステップS413)、完全収縮していると判断されると、第1補助開閉弁114を開く(ステップS414)。これにより、補助リザーバタンク111とバルーン92とが連通する。補助リザーバタンク111内の圧力は、ステップS414で第1補助開閉弁114が開く直前までは、圧力P2'に設定されている。なお、この圧力P2'は、前述した第2膨張圧力P2'に等しい。また、この圧力P2'は、バルーン92の圧力よりも高いので、第1補助開閉弁114が開くことにより、補助リザーバタンク111側からバルーン92側にヘリウムガスが流れ、バルーン92に印加する印加圧力Pbが急激に上昇する。そして圧力Pbが第2収縮圧力P4に達したか否かを判断し(ステップS415)、達していると判断された場合に圧力制御弁52を閉じる(ステップS416)とともに、第1補助開閉弁114を閉じる(ステップS417)。これにより、バルーン92は圧力P4を維持し、この圧力で膨張を続けるとともに、補助リザーバタンク111内の圧力Prも圧力P4に設定される。そして、オイルポンプ30を正回転方向に駆動し(ステップS418)、ステップS402に戻る。
上記の制御により、バルーン92の膨張時において、最初はバルーン92に高い圧力P1が印加されるため、すばやくバルーン92を膨張させることができる。また、バルーン92が完全膨張したときに印加圧力をP1'に下げているため、バルーン92に高い圧力を印加させる時間を短縮させ、バルーン92の寿命を延ばすことができるとともに、次回の収縮時におけるバルーン内圧の圧力差を少なくできるため、次回の収縮時の収縮応答性を向上させることもできる。