JP5468456B2

JP5468456B2 - 薬液注入装置

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Publication number: JP5468456B2
Application number: JP2010106318A
Authority: JP
Inventors: 茂根本; 隆司蜂谷
Original assignee: Nemoto Kyorindo Co Ltd
Current assignee: Nemoto Kyorindo Co Ltd
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2030-05-06
Also published as: JP2011234774A

Description

本発明は、シリンジ内に充填された薬液を被験者に注入するための薬液注入装置に関する。

医療用の画像診断装置としては、ＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）スキャナ、ＭＲＩ（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ）装置、ＰＥＴ（ＰｏｓｉｔｒｏｎＥｍｉｓｓｉｏｎＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置、アンギオ装置、およびＭＲＡ（ＭＲＡｎｇｉｏ）装置などがある。これらの装置を使用して被験者の透視画像を撮像する際は、被験者に造影剤や生理食塩水などの薬液を注入することが多い。

被験者への薬液の注入は、薬液注入装置を用いて自動的に行なうのが一般的である。薬液注入装置は、シリンジが着脱自在に装着される注入ヘッドと、注入ヘッドの動作を制御する注入制御ユニットとを有している。シリンジは、シリンダと、シリンダ内に前進および後退移動可能に挿入されたピストンとを有しており、薬液はシリンダ内に充填されている。

注入ヘッドは、シリンジを着脱自在に固定するシリンジ固定機構と、シリンダが注入ヘッドに固定された状態でピストンを移動させるピストン駆動機構とを備えている。シリンダの先端部に延長チューブを介して注入針またはカテーテルを接続し、注入針またはカテーテルを被験者の血管に穿刺または挿入した後、ピストン駆動機構によってピストンをシリンダ内に押し込むことで、シリンジに充填されている薬液を被験者に注入することができる。

薬液の注入では、例えば造影剤の注入後にチューブおよび／またはカテーテルに逆流した血液の凝固を防止するために、チューブおよび／またはカテーテルを生理食塩水でフラッシュすることが行なわれる。また、造影剤を生理食塩水で希釈しながら注入したり、造影剤の注入後に生理食塩水を注入し、生理食塩水によって造影剤を後押ししたりすることもある。そこで、薬液注入装置の中には、このように複数種類の薬液の注入を１台の薬液注入装置で実行できるようにするために、複数のシリンジを搭載するものがある。

複数のシリンジを搭載する薬液注入装置に複数のシリンジを搭載して複数種類の薬液を注入する場合、末端側が複数に分岐し、分岐したそれぞれが各シリンジに接続されるチューブユニットが用いられる。そのため、粘度の高い造影剤を１つのシリンジから注入すると、その圧力がチューブを介して他のシリンジに伝わってピストンを後退させ、それによって他のシリンジに造影剤が吸引されてしまうことがある。

そこで、特許文献１には、複数のシリンジが搭載可能な薬液注入装置において、少なくとも１つのシリンジから薬液が注入され、かつ、残りのシリンジからの薬液の注入が停止されるとき、注入が停止されるシリンジのピストン駆動機構は、電磁ブレーキ、ディスクブレーキ、あるいはラチェット機構などの制動装置によって後退が禁止されるように構成された薬液注入装置が開示されている。この薬液注入装置によれば、薬液の好ましくない混合や、注入量が不正確になることを防止することができる。

また、このような制動装置を備えていない薬液注入装置では、一方弁付きチューブをシリンジに取り付け、この一方弁付きチューブの先端を上記のチューブまたはカテーテルに接続することによって、薬液がチューブ側からシリンジに逆流しないようにすることも行なわれている。

特開２００２−１０２３４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された薬液注入装置では、造影剤といった高い注入圧力で注入することの多い薬液を注入するため、薬液の注入中に他のシリンジに伝わる注入圧力も比較的高圧となり、制動装置はその高圧に対抗するのに十分な力を発生する必要がある。大きな力を発生できる制動装置は、通常、大型で重量もある。よって、ピストン駆動機構は制動装置の分だけ注入ヘッドの重量が増えることになり、制動装置の重量によっては、注入ヘッドを移動させたり注入ヘッドの姿勢を変化させたりする際の注入ヘッドの取り扱い性が低下する場合があった。特に電磁ブレーキは重量が重く、注入ヘッドの取り扱い性に与える影響も大きい。また、制動装置を有することは、薬液注入装置のコストアップにもつながる。

一方弁付きチューブを用いてシリンジへの薬液の流入を防止する場合は、制動装置が不要なので上記のような問題は生じない。しかし、薬液の注入に際しては、注入針またはカテーテルが被験者の血管内に挿入されているか否かの確認である刺入位置確認を行なうために、注射針またはカテーテルの刺入後にピストンを後退させて意図的に血液を逆流させることがしばしば行われている。しかし、一方弁付きチューブがシリンジに接続された状態では、血液を逆流させることができない。

そのため、従来は、一方弁付きチューブではない通常のチューブが接続された小容量のシリンジを薬液の注入用とは別に用意しておき、この小容量のシリンジに接続された通常のチューブを注入針が接続された注入用チューブまたはカテーテルに接続して、上記の刺入位置確認を行っていた。そして、刺入位置確認後、小容量のシリンジを上記の通常のチューブから取り外し、その後、一方弁付きチューブが接続されてエア抜きされた、注入用の薬液が充填されたシリンジを、刺入位置確認用の小容量のシリンジが外されたチューブに接続して、薬液の注入を行っていた。このように、一方弁付きチューブを用いた場合は、上記の刺入位置確認を行なう際にシリンジの交換作業が必要となる。その結果、薬液の注入準備にその分だけ時間を要し、また、シリンジの装着ミスやチューブの接続ミスを発生させる要因にもなる。

本発明は、制動装置や一方弁付きチューブを用いることなく、薬液の好ましくない混合や、注入量が不正確になることを防止できる薬液注入装置を提供することを目的とする。

本発明の薬液注入装置は、それぞれシリンダおよびピストンを有する複数のシリンジを装着し、装着された前記シリンジのピストンを前進させることで前記シリンジ内の薬液を注入する薬液注入装置において、装着された複数のシリンジのピストンを前進させるために互いに独立して駆動される複数のピストン駆動機構と、ピストン駆動機構の動作を制御する制御部と、を備える。ピストン駆動機構の各々は、前進動作によってピストンを前進させることができるように前進および後退可能に支持されたピストン押圧部材と、ピストン押圧部材を前進および後退させるために回転される駆動モータと、駆動モータの回転を検出する回転検出器と、を有する。制御部は、複数のピストン駆動機構のうち駆動していないピストン駆動機構について、回転検出器からの出力に基づいてピストン押圧部材が後退しているか否かを判断し、後退したと判断した場合に、後退した分だけピストン押圧部材を前進させるように駆動モータを回転させる後退判断部を有する。

上記本発明の薬液注入装置において、制御部は、少なくとも１つのピストン駆動機構によるピストンの前進動作から、残りの少なくとも１つのピストン駆動機構によるピストンの前進動作へ切り換えるとき、少なくとも１つのピストン駆動機構の安定動作状態と残りの少なくとも１つのピストン駆動機構の安定動作状態とが時間的に重ならないように、少なくとも１つのピストン駆動機構の駆動を停止する前または後に所定の時間差を与えて残りの少なくとも１つのピストン駆動機構の駆動を開始させる時間差駆動部をさらに有することが好ましい。

駆動モータは、好ましくは直流ブラシレスモータである。この場合、直流ブラシレスモータは、複数のマグネットが配設された回転子と、複数の回転子の位置を検出する磁気センサとを有し、この磁気センサを回転検出器として利用することが好ましい。

あるいは、回転検出器はロータリーエンコーダとすることもできる。

本発明によれば、後退判断部を有することにより、制動装置を用いることなく、駆動モータの動作制御のみによって、薬液の注入中にその薬液が他のシリンジに流入するのを防止することができる。その結果、薬液注入装置の軽量化を達成しつつ、薬液の好ましくない混合や、注入量が不正確になることを防止することができる。

本発明の一実施形態による透視撮像システムの斜視図である。図１に示す薬液注入装置の斜視図である。図２に示す注入ヘッドを、それに装着されるシリンジとともに示す斜視図である。図３に示す注入ヘッドに内蔵されたピストン駆動機構の側面図である。薬液注入装置の電気的構成を示すブロック図である。

図１を参照すると、透視撮像装置であるＸ線ＣＴ装置３００と薬液注入システムとを有する、本発明の一実施形態による透視撮像システム１０００が示される。薬液注入システムは、薬液注入装置１００と、薬液注入装置１００に装着されるシリンジアセンブリ２００（図３参照）とを有している。Ｘ線ＣＴ装置３００は、撮像動作を実行する撮像ユニット３０１と、撮像ユニット３０１の動作を制御する撮像制御ユニット３０２とを有しており、これらは通信ネットワークを介して接続されている。

薬液注入装置１００は、例えば図２に示すように、スタンド１１１の上部に旋回可能に取り付けられた注入ヘッド１１０と、ケーブル１０２で注入ヘッド１１０と電気的に接続された注入制御ユニット１０１とを有している。注入制御ユニット１０１は、メイン操作パネル１０３、表示手段と入力手段を兼ねたタッチパネル１０４を有している。注入制御ユニット１０１は、不図示のケーブルで注入制御ユニット１０１の本体に電気的に接続された、補助的な入力手段であるハンドユニット（不図示）等をさらに備えていてもよい。

注入ヘッド１１０は、図３に示すように、２つのシリンジ２００Ｃ、２００Ｐを並列に着脱自在に装着する。シリンジ２００Ｃ、２００Ｐは、末端にシリンダフランジ２２１ａが形成されるとともに先端にノズル部２２１ｂが形成されたシリンダ２２１と、シリンダ２２１内に進退移動可能に挿入されたピストン２２２とを有している。

ピストン２２２がシリンダ２２１の先端へ向けて前進することで、充填されている薬液が、ノズル部２２１ｂを介してシリンジ２００Ｃ、２００Ｐから押し出される。各シリンジ２００Ｃ、２００Ｐのノズル部２２１ｂには、先端に注入針またはカテーテルが接続されて中間で二股に分岐した延長チューブ２３０の２つの末端部が連結される。これにより、注入針またはカテーテルを被験者の血管に穿刺または挿入して、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐに充填されている薬液を被験者に注入することができる。シリンジ２００Ｃ、２００Ｐに充填される薬液としては、造影剤、生理食塩水および抗ガン剤などが挙げられ、例えば、一方のシリンジ２００Ｃに造影剤を充填し、もう一方のシリンジ２００Ｐに生理食塩水を充填することができる。あるいは、両方のシリンジ２００Ｃ、２００Ｐに抗ガン剤を充填することもできる。

薬液注入システムにおいては、上記の造影剤のように粘度の高い薬液を用いることが多い。粘度の高い薬液を注入する場合は、高い注入圧力が必要である。また、細長いカテーテルを用いて薬液を注入する場合も高い注入圧力が必要になる。

注入ヘッド１１０の先端部には、２つのシリンジ２００Ｃ、２００Ｐが載せられるシリンジ載置部を構成するシリンジ受け１２０が備えられている。シリンジ受け１２０は、シリンダ２２１の外周面を受け入れるように形成された２つの凹部１２０ａを有する。また、シリンジ受け１２０には、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐのシリンダフランジ２２１ａを保持するシリンジアダプタ１２１、１２２が着脱自在に装着される。

シリンジ受け１２０に載せられたシリンジ２００Ｃ、２００Ｐは、ノズル部２２１ｂを先端側に向けた状態でシリンダ２２１を凹部１２１内に位置させ、シリンダフランジ２２１ａが保持されることで、注入ヘッド１１０に固定された状態で装着される。ただし、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐには種々のサイズおよび／形状のものが存在し、それら全ての種類のシリンジ２００Ｃ、２００Ｐのシリンダフランジ２２１ａを共通の保持構造で保持するのは困難である。そこで、本形態では、装着されるシリンジ２００Ｃ、２００Ｐの形状ごとに、それぞれシリンダフランジ２２１ａを保持するのに適した保持構造を有してシリンジ受け１２０に着脱自在に装着される複数種類のシリンジアダプタ１２１、１２２を用意し、使用するシリンジアダプタ１２１、１２２をシリンジ２００Ｃ、２００Ｐの種類に応じて交換することで、種々のサイズおよび／またはシリンジ２００Ｃ、２００Ｐを注入ヘッド１１０に装着できるようにしている。

注入ヘッド１１０には、装着されたシリンジ２００Ｃ、２００Ｐのピストン２２２を別々にまたは同時に前進／後退させるために互いに独立して駆動される２つのピストン駆動機構１３０が、各シリンジ２００Ｃ、２００Ｐが装着される位置に対応して設けられている。以下、ピストン駆動機構１３０について図４を参照して説明する。

ピストン駆動機構１３０は、駆動モータ１３４と、駆動モータ１３４の回転出力を直線運動に変換する運動変換機構と、ピストン２２２（図３参照）の末端部を係脱自在に保持するピストン保持機構１３３とを有する。駆動モータ１３４および運動変換機構は、注入ヘッド１１０（図３参照）のフレーム１１１に支持されている。

運動変換機構は、フレーム１１１に回転自在かつ軸方向に移動不能に支持されたボールねじ１３１と、ボールねじ１３１に螺合し、ボールねじ１３１の回転に伴ってボールねじ１３１に沿って直線運動するボールナットユニット１３２とを有している。ピストン保持機構１３３は、本発明におけるピストン押圧部材を構成しており、前進動作によってピストン２２２を押圧することができるように、前進および後退可能に、ボールナットユニット１３２の先端部にロッドを介して支持されている。ピストン保持機構１３３によるピストン２２２の保持は、この種の装置において通常用いることのできる公知の手段によって行なうことができる。ここではピストン押圧部材として、ピストン２２２を保持するピストン保持機構１３３を示したが、ピストン押圧部材は、少なくともピストン２２２を前進方向に押圧できるように構成されていればよい。

駆動モータ１３４の出力軸は、ボールねじ１３１に連結されている。駆動モータ１３４の出力軸に直接、ボールねじ１３１を連結させることもできるが、本実施形態では動力伝達機構を介して連結している。動力伝達機構は、駆動モータ１３４の出力軸に固定されたプーリ１３６ｂと、ボールねじ１３１の末端に固定されたプーリ１３６ａと、これら２つのプーリ１３６ａ、１３６ｂに掛け回されたベルト１３７とを有する。動力伝達機構としては、このようなベルト伝達機構の代わりに、歯車装置を用いることもできる。

以上のように構成されたピストン駆動機構１３０では、駆動モータ１３４を駆動すると、その回転が動力伝達機構を介してボールねじ１３１に伝達され、それによってボールねじ１３１は駆動モータ１３４の回転方向に応じて正転方向または逆転方向に回転する。ボールねじ１３１が回転すると、その回転方向に応じてボールナットユニット１３２がボールねじ１３１に沿って前進または後退する。

よって、ボールナットユニット１３２にロッドを介して取り付けられているピストン保持機構１３３でピストン２２２を保持した状態で駆動モータ１３４を駆動すれば、注入ヘッド１１０に装着されたシリンジ２００Ｃ、２００Ｐ（図３参照）のピストン２２２をシリンダ２２１に対して相対的に移動させることができる。

図５に、本形態の薬液注入装置の主要な電気的構成のブロック図を示す。なお、図５に示す各ブロックは、図１〜４で説明した構成の少なくとも一部、または少なくとも一部の組み合わせとして存在しており、ハードウェアとして構成されていてもよいし、論理回路として構成されていてもよい。

図５に示すように、駆動モータ１３４は、ロータまたは出力軸の回転を検出する回転検出器１３５を有している。回転検出器１３５は、例えばロータリーエンコーダであってよく、このような回転検出器１３５を有する駆動モータ１３４として、サーボモータを用いることができる。駆動モータ１３４は、使用する電源に応じて交流モータおよび直流モータのいずれも使用可能であるが、薬液注入装置１００においては直流モータが一般に用いられる。

また、モータの種類にはブラシモータおよびブラシレスモータがあり、駆動モータ１３４としてはそれらの何れも使用することができるが、本発明においては、特に、直流ブラシレスモータを駆動モータ１３４として好ましく使用することができる。ブラシレスモータは、ブラシが無いことにより、音が静かで耐久性に優れるという利点を有している。また、ブラシレスモータは、より高速回転が可能であるため、外部ギア比を高くしてモータにかかるトルクを小さくすれば、所望の注入圧力で薬液を注入するのに必要な電流値をブラシモータに比べて小さくすることができる。このことにより、より細いケーブルを使用できるため、注入ヘッド１１０の軽量化を達成することができる。

さらに、ブラシレスモータは、一般に、複数のマグネットが周方向に配設された回転子と、これらマグネットの位置を検出するための、ホールセンサなどの磁気センサを一般的に有している。そこで、この磁気センサを回転検出器１３５として利用すれば、ロータリーエンコーダは不要である。また、磁気センサからの出力を利用してモータの回転量および回転速度を知ることができる。モータの回転量および回転速度はピストン保持機構１３３の位置および移動速度に対応するので、結果的に、モータ内の磁気センサを利用して薬液の注入量、注入速度、残量などを検出することができる。これにより、注入ヘッド１１０は薬液の注入量などを検出するためのセンサが不要になり、注入ヘッド１１０の構成を簡略化することができる。

一方、注入制御ユニット１０１は、制御部１６１、入力部１６２、表示部１６３およびインターフェース（Ｉ／Ｆ）１６４を有している。

入力部１６２は、図２に示したメイン操作パネル１０３およびタッチパネル１０４に相当し、操作者による薬液注入装置１００の様々な設定および薬液の注入条件の決定に必要なデータなどの入力を受け付ける。表示部１６３は、図２に示したタッチパネル１０４に相当し、薬液注入装置１００の動作状態を表す画面およびデータ入力用の画面などを表示する。以上のように本形態では、タッチパネル１０４は、入力部１６２の一部としての機能および表示部１６３の機能を併せ持っている。

制御部１６１は、入力部１６２からの入力に基づいて薬液の注入条件を算出したり、必要な情報を表示部１６３に表示させたり、入力または算出された、注入時間、注入量、注入速度等の注入条件や、予め定められた所定の手順に従ってピストン駆動機構１３０の動作を制御するなど、薬液注入装置１００の動作全般を制御する。

本発明においては、制御部１６１は、上記の機能の他に、後退判断部１６１ａおよび時間差駆動部１６１ｂを有している。後退判断部１６１ａは、駆動していないピストン駆動機構１３０、言い換えればピストン保持機構１３３（図４参照）を前進または後退させるための制御信号が発せられておらず停止した状態にあるピストン駆動機構１３０について、それが備える回転検出器１３５からの出力に基づいてピストン保持機構１３３（図４参照）が後退しているか否かを判断し、ピストン保持機構１３３が後退したと判断した場合には、後退した分だけピストン保持機構１３３を前進させるように駆動モータ１３４を回転させる。時間差駆動部１６１ｂは、一方の薬液の注入後に連続して他方の薬液を注入するために、一方のピストン駆動機構１３０によるピストン２２２の前進動作から他方のピストン駆動機構１３０によるピストン駆動機構２２２の前進動作へ切り換えるとき、一方のピストン駆動機構１３０の駆動を停止した後に所定の時間差を与えて他方のピストン駆動機構１３０を駆動する。制御部１６１は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含むコンピュータユニットで構成することができ、後退判断部１６１ａは、その中の１つの機能として制御部１６１が有している。

制御部１６１から発せられるピストン駆動機構１３０の動作開始信号や、制御部１６１で算出された薬液の注入条件の一部などは、インターフェース１６４を介してＸ線ＣＴ装置３００へ送られ、これによって、薬液注入装置１００とＸ線ＣＴ装置３００とを連動させることができる。

次に、本形態の薬液注入装置１００の動作について説明する。

まず、操作者は、被験者に注入すべき薬液が充填されたシリンジ２００Ｃ、２００Ｐを注入ヘッド１１０に装着する。または、薬液が充填されていない空のシリンジ２００Ｃ、２００Ｐを注入ヘッド１１０に装着した後、従来行われている適宜の方法により各シリンジ２００Ｃ、２００Ｐにそれぞれ所定の薬液容器（不図示）を接続し、その状態で各シリンジ２００Ｃ、２００Ｐのピストン２２２を別々に後退させてシリンジアセンブリ２００に所定の薬液を充填することによって、薬液が充填されたシリンジ２００Ｃ、２００Ｐが注入ヘッドに装着された状態としてもよい。

なお、薬液の充填形態から見たシリンジ２００の種類には、上記のように、薬液が予め充填されたシリンジ（プレフィルドシリンジ）および現場で薬液が充填されるシリンジがあり、本発明においてはこれらのいずれも使用できる。プレフィルドシリンジの場合、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐが注入ヘッド１１０に装着される前、または装着された後、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐに、延長チューブ２３０を介して注入針またはカテーテルが接続される。

さらに、種々のデータを記録したＲＦＩＤタグが装着されたシリンジも、本発明においては使用可能である。この場合、注入ヘッド１１０は、シリンジアセンブリ２００が装着された状態でＲＦＩＤタグからデータを読み出すリーダ／ライタを備え、シリンジアセンブリ２００が装着されることによって、ＲＦＩＤタグに記録されたデータを読み出したり、データの書き換えを行ったりできるように構成されることが好ましい。

操作者は、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐが注入ヘッドに装着され、かつシリ２００Ｃ、２００Ｐに延長チューブ２３０を介して注入針またはカテーテルが接続されていることを確認すると、確認したことを意味する所定の入力操作を入力部１６２により行なう。

この入力操作がなされると、制御部１６１はピストン駆動機構１３０のイニシャライズ動作を行なう。イニシャライズ動作では、両方のピストン駆動機構１３０を駆動してピストン保持機構１３３を前進させ、ピストン保持機構１３３によってシリンジ２００Ｃ、２００Ｐのピストン２２２を保持する。

制御部１６１は、ピストン駆動機構１３０のイニシャライズ動作後、操作者による所定の操作に従って、延長チューブ２３０などのエア抜きを行なう。エア抜きでは、両方のピストン駆動機構１３０を同時に駆動してピストン保持機構１３３をさらに前進させ、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐ内の薬液を押し出すことによって、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐに接続された延長チューブ２３０とそれに接続された注入針またはカテーテルを薬液で満たす。このように、両方のピストン駆動機構１３０を同時に駆動して両方のシリンジ２００Ｃ、２００Ｐのエア抜きを同時に行なうことにより、一方のシリンジ側から押し出されたエアが他方のシリンジ側に流入するのを防止することができる。延長チューブ２３０の長さなどにより、エア抜きに必要なピストン保持機構１３３の移動量は異なるので、薬液の無駄な使用を防ぐために、エア抜きのためのピストン保持機構１３３の移動量は任意に設定できるようにすることが好ましい。

このエア抜きによってエアが確実に除去されたかどうかを確認できるようにするために、薬液注入装置は、延長チューブ２３０等に存在する気泡を検出する気泡センサ（不図示）を備えることが好ましい。気泡センサとしては、超音波式センサ、光学式センサおよび静電容量式センサなど、チューブ内の気泡検出に利用可能な公知のセンサを用いることができる。気泡センサによる気泡の検出は、エア抜きのときだけでなく薬液の注入動作中にも行なうことができる。気泡センサを用いることによって、気泡が検出されたときにランプや音で操作者に警報を発したり、ピストン駆動機構１３０の動作を停止させたりして、気泡が混入した薬液が被験者に注入されるのを防止できる。

また、上記のように薬液容器からシリンジ２００Ｃ、２００Ｐに薬液を充填し、充填した薬液を被験者に注入するシステムの場合、薬液容器内の液面位置を検出する液面センサ（不図示）を設置し、薬液容器内の薬液の有無を検出できるようにすることも好ましい。この場合も、液面センサによる検出結果に基づいて操作者に警報を発したり薬液の充填動作を停止させたりすることによって、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐ内にエアが吸引されるのを防止することができる。

エア抜きの終了後、操作者は、延長チューブ２３０の先端に接続された注入針またはカテーテルを被験者の血管に穿刺または挿入する。以上により、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐに充填されている薬液を被験者に注入する準備が完了する。

一方、制御部１６１は、表示部１６３に薬液注入装置１００の動作モード選択用の画面および／または注入条件設定用の画面を表示させるとともに、入力部１６２に対して動作モードの選択および／または注入条件設定のための入力操作を可能にさせる。

表示部１６３に動作モード選択用の画面および／または注入条件設定用の画面が表示されたら、操作者は、必要に応じて動作モードを選択したりデータを入力したりする。制御部１６１は、この入力に基づいて、必要な処理を行ない、ピストン駆動機構１３０を制御してシリンジアセンブリ２００から被験者に薬液を注入する。

ここで、薬液として造影剤および生理食塩水を用いる場合、薬液の注入手順として、始めに造影剤を注入し、造影剤の注入後、連続して生理食塩水を注入することによって、生理食塩水で造影剤を後押しすることがある。この注入手順によれば、造影剤の注入量を少なくすることができる。また、造影剤の注入後、延長チューブ２３０に逆流した血液が凝固するのを防ぐために、生理食塩水によって延長チューブ２３０内をフラッシュすることも行なわれる。

このように、各シリンジアセンブリ２００から造影剤および生理食塩水を順番に連続して注入する場合、本形態では、制御部１６１は２つのピストン駆動機構１３０を以下のように制御する。以下の説明では、２組あるピストン駆動機構１３０のどちらについて述べているかを明確にするため、各ピストン駆動機構１３０およびそれを構成する各要素には、操作の対象となるシリンジ２００Ｃ、２００Ｐの最後の文字Ｃ、Ｐをそれぞれ添字として付して説明する。また、一方のシリンジ２００Ｃには造影剤が充填され、もう一方のシリンジ２００Ｐには生理食塩水が充填されているものとする。

まず、造影剤の注入中は、制御部１６１は造影剤側のピストン駆動機構１３０Ｃの駆動モータ１３０Ｃの駆動を開始してピストン保持機構１３３Ｃを前進させる。これによってピストン２２２Ｃがシリンダ２２１Ｃ内に押し込まれてシリンジ２００Ｃから延長チューブ２３０などを介して被験者に造影剤が注入される。造影剤が注入されている間、その注入圧力は延長チューブ２３０を介して生理食塩水が充填されているシリンジ２００Ｐに伝わり、シリンジ２００Ｐにはピストン２２２Ｐを後退させる力が作用する。ピストン保持機構１３３Ｐはピストン２２２Ｐの末端を保持しているので、ピストン２２２Ｐを後退させる力は、そのままピストン保持機構１３３Ｐを後退させる力としてピストン駆動機構１３０に作用する。

一方、造影剤の注入動作中、生理食塩水が充填されているシリンジ２００Ｐを操作するピストン駆動機構１３０Ｐは駆動されていない。すなわち、駆動モータ１３４Ｐには制御部１６１からの制御信号は発せられておらず、駆動モータ１３４Ｐは駆動されていない。駆動モータ１３４Ｐが駆動されていない間は、ピストン保持機構１３３Ｐは自由に前進および後退することができる。よって、ピストン駆動機構１３０Ｐが駆動されていない状態では、シリンジ２００Ｐに造影剤の注入圧力が作用することによってピストン２２２Ｐが大きく後退し、シリンジ２００Ｐ内に造影剤が流入してしまうことが生じ得る。

このように、シリンジ２００Ｐに作用した造影剤の注入圧力によってピストン２２２Ｐが後退すると、それによってピストン保持機構１３３Ｐも後退し、このピストン保持機構１３３Ｐの運動は、ボールねじ機構および動力伝達機構を介して駆動モータ１３４Ｐに伝わり、駆動モータ１３４Ｐを回転させる。駆動モータ１３４Ｐの回転は回転検出器１３５Ｐで検出され、駆動モータ１３４Ｐの回転角度に応じた検出信号が、回転検出器１３５Ｐから制御部１６１の後退判断部１６１ａへ送られる。

後退判断部１６１ａは、回転検出器１３５Ｐからの検出信号を受信すると、ピストン保持機構１３３Ｐが後退したと判断する。また、回転検出器１３５Ｐからの検出信号によって駆動モータ１３４Ｐの回転角度がわかるので、後退判断部１６１ａは、駆動モータ１３４Ｐの回転角度分だけ駆動モータ１３４Ｐを逆回転させる。これによって、ピストン保持機構１３３Ｐは後退した分だけ前進し、ピストン２２２Ｐがピストン保持機構１３３Ｐによって押し戻されるので、造影剤の注入動作中にシリンジ２００Ｐに造影剤が流入するのを防止することができる。造影剤の流入が防止されることにより、薬液の好ましくない混合や、注入量が不正確になることを防止できる。

また、上記のような、生理食塩水のシリンジ２００Ｐへの造影剤の流入防止は、駆動モータ１３４Ｐの動作制御のみによって達成できるため、従来用いていた制動装置は不要となり、その分だけ注入ヘッド１１０を軽量化することができる。その結果、注入ヘッド１１０の取り扱い性を向上させることができる。

後退判断部１６１ａによるピストン保持機構１３３Ｐの後退の判断は、常時行なうこともできるし、一定の時間間隔で行なうこともできる。判断を常時行なう場合は、駆動モータ１３４Ｐの最小回転角度単位で駆動モータ１３４Ｐを制御でき、シリンジ２００Ｐへの造影剤の流入をより確実に防止することができる。

駆動モータ１３４Ｃの駆動によるピストン保持機構１３３Ｃの前進距離が、予定された造影剤の注入量に応じた所定距離に達したら、制御部１６１は、造影剤用のピストン駆動機構１３０Ｃの駆動モータ１３４Ｃの駆動を停止する。それと前後して、制御部１６１は、注入する薬液を切り換えるために駆動モータ１３４Ｐの駆動を開始してピストン保持機構１３３Ｐを前進させる。これにより、造影剤の注入後、引き続いて生理食塩水が注入される。

この際、制御部１６１は、造影剤用のピストン駆動機構１３０Ｃによるピストン２２２Ｃの前進から、生理食塩水用のピストン駆動機構１３０Ｐによるピストン２２２Ｐの前進へ切り換えるとき、時間差駆動手段１６１ｂによりピストン駆動機構１３０Ｐの駆動タイミングを、ピストン駆動機構１３０Ｃを停止した後、所定時間だけ遅延させ、その所定時間経過後に、生理食塩水用のピストン駆動機構１３０Ｐの駆動モータ１３４Ｐを駆動してピストン２２２Ｐを前進させる。

高い注入圧力で造影剤を注入する場合、造影剤が注入されている間、シリンジ２００Ｃは内圧が極めて高い状態となっており、ピストン２２２Ｃの前進を停止しても高い内圧は直ちに元に戻らず、残圧として存在している。また、この残圧は、延長チューブ２３０を介して生理食塩水用のシリンジ２００Ｐにも作用する。造影剤を注入している間、上述した後退判断部１６１ａによる駆動モータ１３５Ｐの制御によりピストン２２２Ｐは実質的には後退できないため、造影剤の注入によって、シリンジ２００Ｐも内圧が高い状態となっている。このシリンジ２００Ｐの内圧も、ピストン２２２Ｃの前進の停止によっても直ちには元に戻らず、残圧として存在する。

このような状態で、造影剤の注入が終了すると同時に生理食塩水用の駆動モータ１３４Ｐを駆動してピストン２２２Ｐを前進させると、各シリンジ２００Ｃ、２００Ｐには、造影剤の注入によって生じた残圧に、さらに生理食塩水の注入による圧力が加わるため、シリンジアセンブリ２００Ｃ、２００Ｐの内圧が著しく、かつ急激に上昇する。

シリンジアセンブリ２００Ｃ、２００Ｐの上昇した内圧は、その内圧によって造影剤および生理食塩水が延長チューブを介してシリンジアセンブリ２００Ｃ、２００Ｐから流出することで低下する。

そこで、上記のように生理食塩水用のピストン駆動機構１３０Ｐの駆動タイミングを遅らせることで、その間に、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐの残圧を低下させることができる。これにより、シリンジ２００Ｃ、２００Ｐの内圧の急激な上昇を防止し、上昇した内圧によってシリンジ２００Ｃ、２００Ｐが破損するのを防ぐことができる。また、造影剤の注入後、所定時間経過して生理食塩水用のピストン駆動機構１３０Ｐが駆動されるまでの間は、両方のピストン駆動機構１３０Ｃ、１３０Ｐは駆動されていないため、後退判断部１６１ａは、結果的に両方のピストン駆動機構１３０Ｃ、１３０Ｐに対して前述した制御を行なう。そのため、この両方のピストン駆動機構１３０Ｃ、１３０Ｐが駆動されていない間も、ピストン２２２Ｃ、２２２Ｐは実質的には後退しない。

ピストン駆動機構１３０Ｐの駆動を遅延する所定時間は、問題にならない程度まで残圧が低下するのに十分な時間であればよく、例えば１ミリ秒以上、好ましくは５ミリ秒以上、より好ましくは２５ミリ秒以上とすることができる。また、この遅延する所定時間は、造影剤および生理食塩水の連続的な注入が妨げられない範囲でできるだけ短いことが好ましく、例えば１秒以下、好ましくは１００ミリ秒以下とすることができる。

また、シリンジアセンブリ２００Ｃ、２００Ｐの内圧の急激な上昇をより良好に抑制するため、薬液の注入動作によってピストン保持機構１３３Ｃ、１３３Ｐに作用する力を検出し、その検出結果に基づいて薬液の注入圧力値が所定の値を超えないようにピストン駆動機構１３０Ｃ、１３０Ｐの動作（具体的には駆動モータ１３４Ｃ、１３４Ｐの回転）を制御することもできる。この場合、ピストン駆動機構１３０Ｃ、１３０Ｐは、ピストン保持機構１３３Ｃ、１３３Ｐに作用する力を検出する検出手段を有し、また、制御部１６１は、上記のようにピストン駆動機構１３０Ｃ、１３０Ｐの動作を制御する注入圧力制御部を有する。ピストン保持機構１３３Ｃ、１３３Ｐに作用する力は、例えば、駆動モータ１３４Ｃ、１３４Ｐに流れる電流値を検出することによって求めることができる。あるいはピストン保持機構１３３Ｃ、１３３Ｐにロードセル（不図示）を設置し、そのロードセルによる検出結果から求めることもできる。

ここでは、造影剤の注入後に生理食塩水を注入する場合を説明したが、生理食塩水の注入後に造影剤を注入する場合も、上記の説明において造影剤用のピストン駆動機構１３０Ｃの動作と生理食塩水用のピストン駆動機構１３０Ｐの動作が置き換わるだけで、実質的には同じである。

以上のようにして造影剤および生理食塩水の一連の注入が完了すると、最後に注入された薬液のシリンジアセンブリ２００は注入によって上昇した内圧が、注入の完了後も残圧として存在している。この残圧によって、ピストン駆動機構１３０の駆動が停止された後もさらにシリンジアセンブリ２００から薬液が押し出され、被験者に注入されてしまうことがある。このことを防止するために、すべての薬液の注入完了後は、すべてのピストン２２２が同時に後退するようにすべてのピストン駆動機構１３０を駆動することが好ましい。このときのピストン２２２の後退距離は、シリンジアセンブリ２００から薬液が流出しなくなる程度まで残圧を低下させる距離であればよい。

以上、好ましい実施形態によって本発明を説明した。本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、時間差駆動手段１６１ｂは、一方のピストン駆動機構１３０の駆動が停止して所定時間経過後に、もう一方のピストン駆動機構１３０の駆動を開始する例を示した。しかし、時間差駆動手段１６１ｂは、一方のピストン駆動機構１３０の駆動を停止する所定時間前に、もう一方のピストン駆動機構１３０の駆動を開始してもよい。

ピストン駆動機構１３０を駆動したとき、駆動源である駆動モータ１３４へ動作指令を発してから実際に駆動モータ１３４が所定の回転数に達するまでの間に、タイムラグが生じることがある。この時間は、駆動モータ１３４の性能によって異なる。また、駆動モータ１３４の回転出力をピストン保持機構１３３の直線運動に変換する運動変換機構、および駆動モータ１３４の回転出力を運動変換機構へ伝達する動力伝達機構における各部品同士の遊びやギアのバックラッシュなどにより、駆動モータ１３４の回転が開始してからピストン保持機構１３３が動作するまでの間にもタイムラグが生じることがある。

ピストン駆動機構１３０は、これらのタイムラグの経過後に安定動作状態となる。ピストン駆動機構１３０の駆動が開始されてから安定動作状態となるまでの間は、シリンジアセンブリ２００の内圧上昇はそれほど大きくない。よって、一方のピストン駆動機構１３０の安定動作状態と他方のピストン駆動機構１３０の安定動作状態が時間的に重ならなければ、一方のピストン駆動機構１３０の駆動が停止する前に他方のピストン駆動機構の駆動を開始しても、ピストン駆動機構１３０やシリンジアセンブリ２００に悪影響を与えるような、シリンジアセンブリ２００の内圧の急激な上昇を抑制できる。また、この場合は、注入する薬液の切り換え時間を短縮することができる。

このように、一方のピストン駆動機構１３０の駆動を停止する前に他方のピストン駆動機構の駆動を開始させる場合も、時間差駆動手段１６１ａによって与えられる時間差は、例えば１秒以下、好ましくは１００ミリ秒以下とすることができる。

また、上述した実施形態では、２つのピストン駆動機構１３０を有する薬液注入装置を説明したが、ピストン駆動機構の数は３つ以上であってもよい。その場合、後退判定部は、複数のピストン駆動機構のうち駆動していないピストン駆動機構について、その回転検出器からの出力に基づいてピストン保持機構が後退しているか否かを判断し、後退したと判断した場合に、後退した分だけピストン保持機構を前進させるように駆動モータを回転させる。時間差駆動手段は、少なくとも１つのピストン駆動機構によるピストンの前進動作から、残りの少なくとも１つのピストン駆動機構によるピストンの前進動作へ切り換えるとき、少なくとも１つのピストン駆動機構の安定動作状態と残りの少なくとも１つのピストン駆動機構の安定動作状態とが時間的に重ならないように、少なくとも１つのピストン駆動機構の駆動を停止する前または後に所定の時間差を与えて残りの少なくとも１つのピストン駆動機構の駆動を開始させる。

さらに、上述した実施形態では全てのピストン駆動機構が制動装置を有していない例を示したが、一部のピストン駆動機構が制動装置を有していても、少なくとも１つのピストン駆動機構が制動装置を有していなければ本発明の目的はある程度達成できる。

１００薬液注入装置
１０１注入制御ユニット
１１０注入ヘッド
１２０シリンジ受け
１３０ピストン駆動機構
１３１ボールねじ
１３２ボールナットユニット
１３３ピストン保持機構
１３４駆動モータ
１３５回転検出器
１６１制御部
１６１ａ後退判断部
１６１ｂ時間差駆動部
１６２入力部
１６３表示部
２００Ｃ、２００Ｐシリンジ
２２１シリンダ
２２２ピストン
３００Ｘ線ＣＴ装置

Claims

それぞれシリンダおよびピストンを有する複数のシリンジを装着し、装着された前記シリンジのピストンを前進させることで前記シリンジ内の薬液を注入する薬液注入装置において、
装着された複数のシリンジのピストンを前進させるために互いに独立して駆動される複数のピストン駆動機構と、
前記ピストン駆動機構の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記ピストン駆動機構の各々は、前進動作によって前記ピストンを前進させることができるように前進および後退可能に支持されたピストン押圧部材と、前記ピストン押圧部材を前進および後退させるために回転される駆動モータと、前記駆動モータの回転を検出する回転検出器と、を有し、
前記制御部は、
複数の前記ピストン駆動機構のうち駆動していないピストン駆動機構について、前記回転検出器からの出力に基づいて前記ピストン押圧部材が後退しているか否かを判断し、後退したと判断した場合に、後退した分だけ前記ピストン押圧部材を前進させるように前記駆動モータを回転させる後退判断部を有する
ことを特徴とする薬液注入装置。
前記制御部は、少なくとも１つのピストン駆動機構によるピストンの前進動作から、残りの少なくとも１つのピストン駆動機構によるピストンの前進動作へ切り換えるとき、前記少なくとも１つのピストン駆動機構の安定動作状態と前記残りの少なくとも１つのピストン駆動機構の安定動作状態とが時間的に重ならないように、前記少なくとも１つのピストン駆動機構の駆動を停止する前または後に所定の時間差を与えて前記残りの少なくとも１つのピストン駆動機構の駆動を開始させる時間差駆動部をさらに有する請求項１に記載の薬液注入装置。
前記駆動モータは直流ブラシレスモータである請求項１または２に記載の薬液注入装置。
前記直流ブラシレスモータは、複数のマグネットが配設された回転子と、前記複数の回転子の位置を検出する磁気センサとを有し、
前記回転検出器は前記磁気センサである請求項３に記載の薬液注入装置。
前記回転検出器はロータリーエンコーダである請求項１または２に記載の薬液注入装置。