JP5914769B2 - 蠕動ポンプを動作させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の蠕動ポンプを動作させる方法、及び蠕動ポンプに関する。

そのような方法によって動作する蠕動ポンプは、液体をポンプに導く可撓性チューブと、可撓性チューブを圧迫するのに作動可能な圧迫機構と、圧迫機構に対して上流方向に配置されるとともに、圧迫機構の上流で可撓性チューブを選択的に開閉するように作動可能な上流側弁機構と、圧迫機構に対して下流方向に配置されるとともに、圧迫機構の下流で可撓性チューブを選択的に開閉するように作動可能な下流側弁機構とを備える。

可撓性チューブは、上流側弁機構及び下流側弁機構によって２つの場所において選択的に開閉し、液体が可撓性チューブを通過するようにすることができる。可撓性チューブは、圧迫機構によって上流側弁機構と下流側弁機構との間の区間において圧迫され、圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構との連続作動により、可撓性チューブ内を下流方向に沿って液体を移送することができる。

圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構とを作動させるために、蠕動ポンプは、圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構とに作用する駆動機構（例えば、複数のカムを保持する駆動シャフトの形状である）を備える。ここでは駆動機構は、圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構とを周期的に作動させ、液体が周期的な圧送動作で可撓性チューブを通って圧送されるようになっている。

この種の蠕動ポンプは、例えば米国特許第５，８０７，３２２号から既知である。

米国特許第５，８０７，３２２号の蠕動ポンプでは、圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構との作動中に駆動シャフトの回転位置を検出する位置センサーが設けられ、この位置センサーは、上流側弁機構と下流側弁機構との間に配置されている圧力センサーと連係している。また、蠕動ポンプの動作を制御するコントローラーが、蠕動ポンプの動作中の故障状態を検出するのに用いられる。故障状態は、例えば、上流側弁機構の上流又は下流側弁機構の下流の可撓性チューブの閉塞を原因とするか、可撓性チューブに液体を供給する袋が空であることを示す、いわゆる空袋状態（empty-bag condition）を原因とする。

米国特許第５，８０７，３２２号は、故障状態を検出するために、周期的な圧送動作中、或る特定の期間において圧力センサーによって出力される圧力信号を観測することを提案している。例えば、上流側弁機構が開放し、下流側弁機構が閉鎖している間の、圧送動作中の期間において圧力信号が測定される場合、測定された圧力信号は上流側圧力を示している。その反対に、上流側弁機構が閉鎖し、下流側弁機構が開放している間に圧力信号が測定される場合、測定された圧力信号は下流側圧力を示している。このように、上流側圧力及び／又は下流側圧力の変化を検出することによって、正常な圧送動作を妨げる可撓性チューブの閉塞が存在するか否かを判断することができる。

米国特許第５，８０７，３２２号は、測定された圧力信号と規定の閾値とを関連させて、例えば、上流側閉塞又は下流側閉塞を検出することを提案している。上流側閉塞又は下流側閉塞とは、液体を導くチューブが蠕動ポンプの上流又は下流で閉塞していることを示している。

しかし、このような閾値を設定することは困難である可能性がある。なぜなら、蠕動ポンプの圧送動作の状態は、例えば、可撓性チューブの機械的な摩耗及び断裂、チューブの老朽化、及び／又は圧送動作中の温度変化を原因として経時的に変化する場合があるからである。さらに、蠕動ポンプの可撓性チューブの設定は、例えば、可撓性チューブを蠕動ポンプに保持する、例えば蠕動ポンプの保持プレートとドアとの間の圧迫保持力に応じて、ポンプごとに、またチューブごとに変わる場合がある。

圧力信号が圧力センサーによって測定される場合、信号は可撓性チューブ内部の圧力を示すが、この信号は、圧力センサーの出力を可撓性チューブ内部の実際の物理的圧力に関連付ける取得チェーン（acquisition chain）によって修正されている。例えば、取得チェーンは、可撓性チューブに当接する圧力センサーの表面積の大きさ、蠕動ポンプの保持機構において可撓性チューブを締め付ける力、及び（例えば増幅回路も組み込んでいる）圧力センサー回路の伝達関数によって影響を受ける。したがって、圧力センサーによって出力される圧力信号から可撓性チューブ内部の圧力を求めることを可能にするには、このシステムは、例えば、可撓性チューブ内部の既知の圧力において圧力信号を測定することによって較正されなければならない。較正のためには、例えば、圧力信号を、例えば圧力計によって制御される２つの既知の圧力（例えば、可撓性チューブ内部の０バール及び１バールの圧力）で計算することができる。次に、このような較正測定値から、測定された圧力信号が可撓性チューブ内部の実際の圧力とどのように関連しているかを求めることができ、それにより、チューブ内部の実際の圧力値は、圧力センサーによって出力される圧力信号から求めることができる。次に、このような較正を用いて、例えば上流側閉塞又は下流側閉塞を検出する閾値を、バール単位で、ひいてはチューブ内部の実際の圧力に関して設定することができる。

通常、この種の較正は、使用者の現場にこのシステムを設置する前に一度だけ行われる。例えば病院現場に一度設置されると、通常、較正は繰り返されず、初期較正がポンプの動作の間中用いられる。ポンプ及びポンプの部品の動作状態は自身の寿命の間変化するため、また、ポンプの設定は（例えば、蠕動ポンプのドアを取り替えることにより）設置後に変化する場合があるため、そのようなシステムは、自身の寿命にわたってかなりのばらつきを示し、初期較正を著しく不正確にしてしまう場合がある。（チューブ内部の実際の圧力に関して）閾値がバール単位で表される場合、ひいては圧力センサーによって出力された測定された圧力信号をチューブ内部の実際の圧力値に変換する必要がある場合、測定された圧力信号及び閾値から導出される実際の圧力の比較も不正確になり、誤警報、又は警報が起動されるべき場合に警報が起動しないことにつながる可能性がある。

特許文献１から既知の蠕動ポンプでは、圧迫機構が複数の蠕動ポンプフィンガーの形状で設けられ、これらの複数の蠕動ポンプフィンガーは、可撓性チューブに作用するとともに、下流側弁機構を構成する最下流蠕動フィンガーと、上流側弁機構を構成する最上流蠕動フィンガーとの間に配置される。圧力センサーは下流側弁機構の下流の場所に配置され、下流側圧力信号の最大値と最小値との間の圧力差を測定する。このような圧力差は、一次閾値と二次閾値と関連付けられ、下流側閉塞又は上流側閉塞が存在するか否かを判断する。

特許文献２からも同様のシステムが既知である。

米国特許第５，８２７，２２３号 米国特許第５，１０３，２１１号

本発明の目的は、上流側閉塞又は下流側閉塞等の故障状態の安全かつ確実な検出を可能にする、蠕動ポンプを動作させる方法及び蠕動ポンプを提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する、蠕動ポンプを動作させる方法によって達成される。

したがって、故障状態を検出するには、下流側弁機構の下流の圧力値を示す第１の信号値と、上流側弁機構の上流の圧力値を示す第２の信号値とを、測定された圧力信号から計算する。第１の信号値及び第２の信号値から閾値を計算し、測定された圧力信号又は測定された圧力信号から導出される少なくとも１つの信号パラメーターをこの閾値と比較して、故障状態を検出する。

本発明は、測定された圧力信号自体から閾値を求めるという構想に基づいている。この手法を用いれば、例えば、チューブ内部の実際の圧力（バール単位）に関して上流側閉塞又は下流側閉塞を判断するのに、閾値を設定する必要がもはやなくなり、そのため、測定された圧力信号の可撓性チューブ内部の実際の圧力への変換を決定するシステムの較正が原則的に必要なくなる。閾値はシステムの動作中に求められる信号値から計算され、閾値の計算は、蠕動ポンプの周期的な作動の各サイクルに関して連続的に繰り返すことができるか、少なくとも或る特定の期間において繰り返すことができる。

閾値を求めるには、下流側弁機構の下流の圧力値を示す第１の信号値と、上流側弁機構の上流の圧力値を示す第２の信号値とを、測定された圧力信号から計算する。次に、第１の信号値及び第２の信号値から閾値を導出し、測定された圧力信号又は測定された圧力信号から導出される信号パラメーターを閾値と比較して、故障状態を検出する。これに関して測定された圧力信号は、圧力センサーによって出力された信号を表すとともに、圧力センサーが可撓性チューブ内部の圧力を検知するのに用いる取得チェーンによって修正された可撓性チューブ内部の圧力を示す。取得チェーンは、例えば、圧力センサーが可撓性チューブに当接する表面積と、例えば蠕動ポンプのドアによる可撓性チューブの締付けに起因する付勢力と、（例えば測定された圧力信号の増幅も組み込んでいる）圧力センサーの伝達関数とを考慮に入れる。

第１の信号値及び第２の信号値を（可撓性チューブ内部の実際の圧力に変換することなく）測定された圧力信号から直接導出することにより、検知システムの初期較正が原則的に不要になる。したがって、不正確な較正の影響を回避することができる。さらに、例えば、機械的な摩耗及び断裂、温度変化、又は、（例えば、蠕動ポンプのドアを取り替えることによる）システムの設定の変更に起因する、システムの寿命にわたるばらつきの影響が低減される。なぜなら、閾値は測定された圧力信号自体から繰り返し計算され、そのため、閾値はシステムのばらつきを考慮に入れるからである。

提案された手法によって、下流側閉塞又は上流側閉塞を有益に検出することができる。下流側閉塞の場合、通常、下流側弁機構の下流の圧力を示す第１の信号値は増加するが、上流側閉塞の場合、上流側弁機構の上流の圧力を示す第２の信号値は減少する。故障状態が存在しない通常の圧送動作中、第１の信号値と第２の信号値との差は通常小さく、すなわち、略ゼロである。一方、下流側閉塞又は上流側閉塞の場合、この差は増加する。そのため、信号パラメーターとして、第１の信号値と第２の信号値との間の差を求め、閾値と比較して、故障状態を検出することができる。したがって、ポンプの動作中、第１の信号値と第２の信号値との間の差が求められ、（差が閾値よりも大きくなっていることが発見される場合）故障状態の存在を示す警報が起動される。

これに関して、第１の信号値と第２の信号値との差を閾値と比較することにより、単に上流側閉塞又は下流側閉塞が存在するかどうかを判断することができる。上流側閉塞と下流側閉塞とを識別するためには、その後、ポンプの更なる動作中に下流側弁機構の下流の圧力を示す第１の信号値が上昇するか否かを観測すればよい。上昇する場合、下流側閉塞が存在する。上昇しない場合、故障状態は上流側閉塞が原因である。

閾値は、補正係数を乗算した第１の信号値及び第２の信号値の平均値として計算されることが有利である。これに関して、閾値は、補正係数を乗算した第１の信号値及び第２の信号値の平均値に等しくなるように設定することができ、そのため閾値は平均値とともに線形に変化する。しかし、第１の信号値及び第２の信号値の平均値が所定の飽和閾値を超える場合、閾値を所定の飽和閾値に等しくなるように設定することにより、閾値は所定の最大閾値を超えて飽和することが仮定されることも想定可能である。

閾値は蠕動ポンプの周期的な作動の各サイクルに関して新たに計算されることが有益である。ここでは、下流側弁機構の下流の圧力を示す第１の信号値と、上流側弁機構の上流の圧力を示す第２の信号値とが、サイクルの完了後に、測定された圧力信号から計算されることが有利であり、そのサイクルに関して、測定された圧力信号又は測定された圧力信号から導出される信号パラメーター（例えば、第１の信号値と第２の信号値との間の差）を、計算されたそのサイクルの閾値と比較して、故障状態を検出する。したがって、この計算及び比較は、以前の完了したサイクルに関して行われ、この場合、閾値の計算は、各サイクルに関して新たに実行することができる。

下流側弁機構の下流の圧力値を示す第１の信号値は、上流側弁機構が閉鎖し、下流側弁機構が開放している間の、駆動機構の作動の期間中の圧力信号の平均値から求められることが有利である。このような期間において、（上流側弁機構と下流側弁機構との間に位置する）圧力センサーの場所におけるチューブ内部の圧力は、下流側弁機構の下流の圧力に略等しく、そのため、測定された圧力信号は下流側弁機構の下流の圧力を示す。上流側弁機構の上流の圧力値を示す第２の信号値は、今度は、上流側弁機構が開放し、下流側弁機構が閉鎖している間の、駆動機構の作動の期間における圧力信号の平均値から求められる。この期間中、圧力センサーの場所におけるチューブ内部の圧力は、上流側圧力に略等しく、そのため、測定された圧力信号は上流側圧力を示す。

さらに、本目的は以下の蠕動ポンプによって達成される。この蠕動ポンプは、
液体を圧送するように導く可撓性チューブと、
前記可撓性チューブを圧迫するように作動可能な圧迫機構と、
前記圧迫機構に対して上流方向に配置されるとともに、前記圧迫機構の上流で前記可撓性チューブを選択的に開閉するように作動可能な上流側弁機構と、
前記圧迫機構に対して下流方向に配置されるとともに、前記圧迫機構の下流で前記可撓性チューブを選択的に開閉するように作動可能な下流側弁機構と、
前記圧迫機構と前記上流側弁機構と前記下流側弁機構とを周期的に作動させる駆動機構と、
前記上流側弁機構と前記下流側弁機構との間の場所における前記可撓性チューブ内の圧力を示す圧力信号を測定する圧力センサーと、
前記蠕動ポンプの前記動作を制御するコントローラーであって、前記測定された圧力信号から、該蠕動ポンプの前記動作中の故障状態を検出するように動作する、コントローラーと、
を備える。
故障状態を検出するには、前記コントローラーは、
前記測定された圧力信号から、前記下流側弁機構の下流の圧力値を示す第１の信号値と、前記上流側弁機構の上流の圧力値を示す第２の信号値とを計算し、
前記第１の信号値及び前記第２の信号値から閾値を計算し、
前記測定された圧力信号又は該測定された圧力信号から導出される少なくとも１つの信号値を前記閾値と比較して、前記故障状態を検出する、
ように動作する。

本方法に関する上述の利点及び有利な実施形態は、上述の蠕動ポンプにも同様に適用可能であり、上記の説明が参照される。

可撓性ポンプの圧迫機構は、上流側弁機構と下流側弁機構との間の場所において可撓性チューブに作用する単一のポンプフィンガーによって構成することができる。しかし、圧迫機構は、可撓性チューブに作用し、上流側弁機構と下流側弁機構との間で可撓性チューブを圧迫し、可撓性チューブを通して下流へと液体を圧送する、複数の蠕動フィンガー又は他の圧迫手段によって構成されることも想定可能である。

駆動機構は、圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構とに周期的に作用し、可撓性チューブを通る下流への液体の圧送動作を好適に引き起こす、任意の好適な手段によって構成することができる。有利な一実施形態において、駆動機構は、例えば、圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構とに作用する複数のカムを保持する回転可能な駆動シャフトによって構成される。圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構との作動のために、駆動シャフトは回転軸の回りに回転し、それにより、上流側弁機構と下流側弁機構と圧迫機構とは周期的に作動される。周期的な作動のサイクルは、ここでは、例えば、駆動シャフトの回転軸回りの１回転に等しい時間に相当する。

さらに、蠕動ポンプは、圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構との作動中の駆動シャフトの回転位置を検出する位置センサーを含むことができる。ここでは、位置センサーは、作動の期間を示す駆動シャフトの回転中の位置信号を発行する。圧送動作は周期的であるため、このような期間は、圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構との繰返しの作動中、繰り返し発生する。位置センサーは、例えば、駆動シャフトに配置された光ディスクとともに作用する光学センサーとして構成することができる。光ディスクは、蠕動ポンプの動作中、駆動シャフトとともに回転し、また、黒色（非反射）面及び白色（反射）面を有し、それにより、駆動シャフトの回転中、光信号を選択的に反射するか又は反射しないようにし、位置センサーによって周期的な位置信号が生成及び出力されるようになっている。周期的な波形の形状であるこのような位置信号は、駆動シャフトの回転中の期間を示し、圧力センサーによって発行された圧力信号を、圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構との作動中の駆動シャフトの位置と相関させる。

本発明の根底にある構想は、図に示されている実施形態を参照して以下により詳細に記載される。

蠕動ポンプの概略図である。 蠕動ポンプの圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構とを作動させるカムを保持する駆動シャフトの概略斜視図である。 第１の状態の蠕動ポンプの図である。 第２の状態の蠕動ポンプの図である。 第２の状態に関する圧力信号の図である。 第３の状態の蠕動ポンプの図である。 第３の状態に関する圧力信号の図である。 第４の状態の蠕動ポンプの図である。 第４の状態に関する圧力信号の図である。 第５の状態の蠕動ポンプの図である。 第５の状態に関する圧力信号の図である。 第６の状態の蠕動ポンプの図である。 第６の状態に関する圧力信号の図である。 第７の状態の蠕動ポンプの図である。 第７の状態に関する圧力信号の図である。 第８の状態の蠕動ポンプの図である。 第８の状態に関する圧力信号の図である。 駆動シャフトの複数回の回転にわたる、圧力センサーによって測定された圧力信号と位置センサーによって測定された位置信号とを示す図である。 位置信号を別個の線図で示す図である。 チューブ内部の実際の圧力を、圧力センサーによって出力された測定された圧力信号に関連付ける取得チェーンの概略図である。

図１は、可撓性チューブ２と、チューブ２に収容されている液体を流れ方向Ｆに移送するように相互作用する圧迫機構５、上流側弁機構３、及び下流側弁機構４とを備える蠕動ポンプ１を概略図で示している。

可撓性チューブ２は、例えば、ＰＶＣ材料から製造することができ、したがって、流れ方向Ｆに対して垂直な方向において、簡単に、また弾力的に圧迫可能である。上流側弁機構３及び下流側弁機構４はそれぞれ、フィンガーヘッド３０、４０によって可撓性チューブ２に作用し、可撓性チューブ２を選択的に開閉する。それにより、液体は可撓性チューブ２を通過するか、通過しないことができる。圧迫機構５は、流れ方向Ｆに沿って見る場合、上流側弁機構３と下流側弁機構４との間に配置され、フィンガーヘッド５０によってチューブ２に作用し、上流側弁機構３と下流側弁機構４との間に位置する区間において可撓性チューブ２を圧迫する。

チューブ２を通して液体を流れ方向Ｆに移送するように、圧迫機構５と上流側弁機構３と下流側弁機構４とを連続して周期的に作動させるために、駆動シャフト６が設けられる。駆動シャフト６は、回転方向Ｒに回転可能であり、上流側弁機構３と圧迫機構５と下流側弁機構４とにそれぞれ作用する３つのカム６０、６１、６２を保持する。

カム６０、６１、６２が取り付けられている駆動シャフト６の概略斜視図が図２に示されており、この概略斜視図は例えば米国特許第５，８０７，３２２号から本質的に既知である。

蠕動ポンプ１を動作させる場合、圧迫機構５と上流側弁機構３と下流側弁機構４とは、駆動シャフト６を回転させることによって連続的に作動され、可撓性チューブ２に収容されている液体を流れ方向Ｆに移送させる。これに関して可撓性チューブ２は、（蠕動ポンプのハウジングのドアに配置することが可能である）支持プレート１０に当接して保持される。支持プレート１０は支持体として機能し、可撓性チューブ２を圧迫する圧迫機構５と、可撓性チューブ２を選択的に開閉する上流側弁機構３及び下流側弁機構４とをこの支持体に対して動かすことができる。

上流側弁機構３と下流側弁機構４との間には、圧力センサー７が可撓性チューブ２と接触して位置し、可撓性チューブ２において可撓性チューブ２内の圧力を示す圧力信号を測定する。

光ディスク６３が駆動シャフト６に取り付けられ、位置センサー８に対する信号源として機能する。光ディスク６３は、例えば、複数の黒色（非反射）面及び白色（反射）面を有することができ、これらの面により光信号を選択的に反射し、それにより、位置センサー８は、駆動シャフト６の回転位置を示す位置信号を出力する。

さらに、コントローラー９（例えば、プロセッサ又はマイクロプロセッサを含む制御ユニットの形状である）が設けられ、コントローラー９は、駆動シャフト６の動作を制御し、さらに、圧力センサー７によって出力された圧力信号及び位置センサー８によって出力された位置信号を評価して、例えば、蠕動ポンプ１の動作中に故障状態を検出する。

この種の一般的な設定は、例えば米国特許第５，８０７，３２２号から既知である。この米国特許は引用することによって本明細書に含まれる。

ここで図３〜図１０Ａ、図１０Ｂを参照して、蠕動ポンプ１の主要動作が以下に記載される。ここでは、蠕動ポンプ１の様々な状態（図３、図４Ａ〜図１０Ａ）と、圧力センサー７によって出力された圧力信号Ｐ（ボルト単位）、及び蠕動ポンプ１のそのような様々な状態に関連する位置信号Ｏ（図４Ｂ〜図１０Ｂ）とが示されている。蠕動ポンプ１の状態の変化は、圧力センサー７によって出力された圧力信号Ｐの変更を常に伴う。

各場合において、圧力信号Ｐ（ボルト単位）及び位置信号Ｏは、時間（秒単位）に関する線図で示されている。蠕動ポンプ１の特定の状態に関連する圧力信号Ｐは太線を用いて強調されている。

図３に示されている蠕動ポンプ１の第１の状態において、上流側弁機構３及び下流側弁機構４の双方は閉鎖位置にあり、したがって、可撓性チューブ２を閉鎖し、可撓性チューブ２を通る流れを妨げる。この第１の状態では、圧迫機構５は可撓性チューブ２に作用せず、したがって可撓性チューブ２を圧迫しない。

図４Ａに示されている第２の状態において、上流側弁機構３及び下流側弁機構４は閉鎖位置にあるままであり、一方、圧迫機構２は方向Ｘ１に移動しており、可撓性チューブ２に作用し、上流側弁機構３と下流側弁機構４との間の区間において可撓性チューブ２を圧迫する。図４Ｂに示されているように、可撓性チューブ２の圧迫に起因して、圧力信号ＰはピークＰ１まで上昇する。

図５Ａに示されている蠕動ポンプ１の第３の状態において、上流側弁機構３及び圧迫機構５はその位置にあるままであり、一方、下流側弁機構４は、フィンガーヘッド４０を方向Ｘ２に移動させることによって開放され、上流側弁機構３と下流側弁機構４との間で可撓性チューブ２に収容されている液体が、流れ方向Ｆに下流へと流される。図５Ｂに見られるように、これは圧力信号Ｐの下降につながる。

図６Ａに示されている蠕動ポンプ１の第４の状態において、圧迫機構５は方向Ｘ３に移動しており、可撓性チューブ２を更に圧迫し、流れ方向Ｆへの液体の移送を助ける。圧迫機構５のこの動作の間、圧力信号Ｐは僅かだけ下降する（図６Ｂを参照）。

図７Ａに示されている第５の状態において、下流側弁機構４は閉鎖され、このために方向Ｘ４に移動している。これは圧力信号Ｐの小さな上昇につながる（図７Ｂを参照）。

図８Ａに示されている第６の状態において、上流側弁機構３は開放され、このためにフィンガーヘッド３０とともに方向Ｘ５に移動しており、上流側弁機構３と下流側弁機構４との間の可撓性チューブ２の区間に液体を通す。一方、圧迫機構５及び下流側弁機構４は、前回とった位置にあるままである。図８Ｂに示されているように、上流側弁機構３の開放により、圧力信号Ｐは僅かに減少する。

図９Ａに示されている第７の状態において、圧迫機構５は方向Ｘ６に移動して可撓性チューブ２を解放しており、それにより、可撓性チューブ２はその弾力性に起因して圧迫が解かれ、元の非圧迫形状をとる。図９Ｂに示されているように、可撓性チューブ２の圧迫が解かれることに起因して、圧力信号Ｐの僅かな上昇が生じる。

最後に、図１０Ａに示されている第８の状態において、上流側弁機構３は、上流側弁機構３を方向Ｘ７に移動させることにより再び閉鎖され、可撓性チューブ２を締め切り、圧迫機構５は、方向Ｘ８に更に移動して可撓性チューブ２を完全に解放する。これにより、図１０Ｂに示されているように圧力信号Ｐは僅かに減少する。

図１０Ａに係る第８の状態に続いて周期的サイクルが新たに始まる。それにより、図３に係る第１の状態から開始し、圧迫機構５と上流側弁機構３と下流側弁機構４とが、駆動シャフト６及び駆動シャフト６に取り付けられているカム６０、６１、６２によって周期的に作動され、したがって、可撓性チューブ２を通して流れ方向Ｆに液体を圧送する。

図４Ｂ〜図１０Ｂにおいて、圧力信号Ｐ及び位置信号Ｏの双方が示されており、位置信号Ｏは、光ディスク６３による駆動シャフト６の回転位置の検出に起因する、位置センサー８によって出力された波形を表している。

図１１は、別の線図において、蠕動ポンプ１の複数回の動作サイクルにわたる圧力信号Ｐ及び位置信号Ｏを示している。圧力信号Ｐ及び位置信号Ｏの双方は周期的であり、駆動シャフト６の１回転に相当する周期Ｔを有する。

図１２は、別個の線図において、１周期Ｔにわたる位置信号Ｏを示している。図１２から見られるように、位置信号Ｏは、駆動シャフト６の１回転に相当する１周期Ｔ全体にわたって、位置信号Ｏの立ち上りエッジ及び立ち下がりエッジＯ１０、Ｏ２０、Ｏ２１、Ｏ３０、Ｏ３１によって規定及び区別される６つの期間Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩを示す波形によって示されている。したがって、位置信号Ｏによって、駆動シャフト６の１回転中の周期Ｔの断片に対応する６つの期間Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩが規定され、６つの期間Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩを用いて圧力信号Ｐを分析し、例えば、可撓性チューブ２の上流側閉塞又は下流側閉塞等の故障状態、又は可撓性チューブ２に液体を供給する袋が空である場合に起こる空袋状態を検出することができる。

期間ＩＩは、例えば、図４Ａ、図４Ｂ、及び図５Ａ、図５Ｂに従って上述したような第２の状態及び第３の状態に対応する。期間ＩＩ中、可撓性チューブ２は圧迫され、その後下流方向が開放される。これはピークＰ１の形成につながる。

期間ＩＩＩ（図６Ａ、図６Ｂに従って上述した第４の状態に対応する）では、下流側弁機構４は開放される。そのため、圧力信号Ｐは下流側弁機構４の下流の可撓性チューブ２における圧力をおおよそ示す。

また、期間Ｖ（図９Ａ、図９Ｂに従って上述した第７の状態に対応する）では、下流側弁機構４は閉鎖され、上流側弁機構３は開放される。そのため、圧力信号Ｐは上流側弁機構３の上流の上流側圧力をおおよそ示す。

所定の期間において圧力信号Ｐを評価することによって、蠕動ポンプ１の動作中の故障状態を判断することができる。

図１３は、チューブ２内部の実際の圧力Ｐ_ｉを、圧力センサー７によって出力された測定された圧力信号Ｐに関連付ける取得チェーンＡの概略図を示している。チューブ２内部の実際の圧力Ｐ_ｉはここではバール単位で与えられているが、圧力センサー７によって出力された測定された圧力信号Ｐは、電圧信号をボルト単位又はミリボルト単位で表している。

チューブ２内部に存在する所与の圧力Ｐ_ｉに関して、圧力センサー７によって出力された、結果として得られる圧力信号Ｐ（電圧信号）は以下のとおりである。

ここで、Ｈは、センサー自体と可能な増幅とを含む、圧力センサーのシステムの伝達関数を表す。Ｆ_０は、例えば蠕動ポンプ１の支持プレート１０におけるチューブ２の配置、及び／又は蠕動ポンプ１のドアによるチューブ２の締付けに起因する、チューブ２に作用する力を表す。したがって、力Ｆ_０は、蠕動ポンプ１に配置されている場合のチューブ２の圧迫に起因する、チューブ２の歪みを示す。項（term）Ｓは、圧力センサー７がチューブ２に接触している表面積を示す。また、項１０．２は、チューブ２内部の圧力Ｐ_ｉを、バールから１ミリメートル四方あたりの重量グラム（重量グラム／ｍｍ^２）に変換する変換係数を示す。

取得チェーンＡ内では、チューブ２内部の圧力Ｐ_ｉは、チューブ２内部の圧力に起因する力Ｆ_ｉに変換され、力Ｆ_ｉは、蠕動ポンプ１に配置されることで生じるチューブ２の歪みに起因する力Ｆ_０に加算される。結果として得られる力Ｆ_Ｓは、伝達関数Ｈによって修正されて、出力される圧力信号Ｐ（ｍＶ単位）になる。

Ｆ_０、Ｈ、Ｓが既知の場合、チューブ２内部の圧力Ｐ_ｉの実際の値は、測定された圧力信号Ｐから導出することができる。通常、このような項は未知であるため、従来どおりでは、チューブ２内部の２つの既知の圧力値Ｐ_ｉに対する圧力信号Ｐを測定することによって較正が実行される。このために、チューブ２内部の圧力Ｐ_ｉは圧力計によって制御することができ、例えば０バール及び１バールの圧力値に対する測定値を得ることができ、
が得られる。

チューブ２内部の実際の圧力Ｐ_ｉは、このような較正測定値を用いて、測定された任意の圧力信号Ｐから求めることができ、実際の圧力Ｐ_ｉは以下のとおりである。

このような較正を用いて、下流側閉塞又は上流側閉塞等の故障状態が存在するか否かを判断する警報閾値を、バール単位で、ひいてはチューブ２内部の圧力Ｐ_ｉに関して直接設定することができる。

しかし、較正は通常、蠕動ポンプ１の通常運転の前にのみ行われ得るため、また、蠕動ポンプ１及び蠕動ポンプ１の部品は、例えば、機械的な摩耗及び断裂、温度変化、又は、例えばシステムのドアを取り替えることによるシステム設定の変更に起因するばらつきに左右されるため、このような較正は不正確となる場合があり、測定された圧力Ｐから求められた実際の圧力Ｐ_ｉをシステムの構成内で設定された閾値と比較する場合、不確かな結果が得られる。

較正の必要性を回避するため、測定された圧力信号Ｐから閾値を直接計算するという構想に基づく新たな手法が提案される。これに関して、下流側弁機構４の下流の圧力値を示す第１の信号値と、上流側弁機構３の上流の圧力値を示す第２の信号値とから閾値が計算される。第１の信号値及び第２の信号値は、測定された圧力信号Ｐをチューブ２内部の実際の圧力Ｐ_ｉに変換することなく、測定された圧力信号Ｐから直接得られる。そのため、取得チェーンＡのＨ、Ｆ_０、及びＳの項が既知である必要はない。

本発明の一実施形態によると、下流側弁機構４の下流の圧力を示す第１の信号値は以下のとおりである。

上流側弁機構３の上流の圧力を示す第２の信号値は以下のとおりである。

ここで、下流側弁機構４の下流の実際の圧力値Ｐ_{ｉ，ｄｏｗｎ}を示す第１の信号値Ｐ_ｄｏｗｎは、例えば、図１１の上述の期間ＩＩＩ中の圧力信号Ｐの平均値から求められる。上流側弁機構３の上流の実際の圧力値Ｐ_ｉ，ｕｐを示す第２の信号値Ｐ_ｕｐは、期間Ｖにおける圧力信号Ｐの平均値から求められる。

次に、閾値は、１よりも小さい補正係数ｋを乗算した第１の信号値及び第２の信号値の平均値として求められ、
が得られる。

閾値は、蠕動ポンプ１の動作中、サイクルＴごとに新たに計算される。ここでは、所与のサイクルＴ（例えば図１１を参照）に対する閾値は、サイクルＴの完了後に計算される。

蠕動ポンプ１の動作中、第１の信号値（下流側圧力信号）と第２の信号値（上流側圧力信号）との間の差は測定された圧力信号Ｐから導出され、この差は各サイクルＴに対する閾値と比較される。この差が閾値を超える場合、閉塞状況が検出される。

第１の信号と第２の信号との差を閾値と比較することによって、単に閉塞状況が存在するか否かを検出することはできるが、下流側閉塞と上流側閉塞とを（すぐさま）識別することはできない。閉塞状況の検出に続いて下流側閉塞と上流側閉塞とを識別するには、例えば、後続のサイクルＴ中、第１の信号値（下流側圧力値）が上昇するか否かを観測すればよい。上昇する場合、下流側閉塞が存在する。上昇しない場合、上流側閉塞が存在する。

通常の圧送動作中、第１の信号値と第２の信号値との差は非常に小さく、略０に等しい。したがって、通常の圧送動作中（閉塞が存在しない場合）、閾値はおおよそ
になる。

ここで、所与のポンプに関して、Ｈ及びＦ_０は未知であるが、通常、全てのポンプに関してＨ及びＦ_０の最小値及び最大値は既知である。これに関してＨのばらつきは重要ではない。なぜなら、閾値及び測定された圧力信号ＰはＨに比例し、そのため、測定された圧力信号Ｐと閾値との比はＨとは独立であるからである。項Ｆ_０は、例えば、蠕動ポンプ１に使用されている種々のドア等に対する機械的なばらつきに起因する蠕動ポンプ１のドアの変化によってチューブ２を締め付ける力を示す。しかし、このようなばらつきの影響は、較正の正確度に対するばらつきの影響と比較して低減されている。

閉塞の場合、閾値は通常の圧送動作と比較して変化する。下流側閉塞の場合、下流側圧力Ｐ_{ｉ，ｄｏｗｎ}は増加し、それにより閾値がより大きくなる。上流側閉塞の場合、上流側圧力Ｐ_ｉ，ｕｐは負になり（すなわち、大気圧を下回る）、したがって閾値は減少する。上流側閉塞は通常、検出するのがより困難であり、そのため、上流側閉塞に対する閾値は下流側閉塞に対する閾値と比較してより低く設定するべきであるので、これは興味深いことである。

第１の信号値と第２の信号値との間の差は、
として表すことができる。

このような差はＦ_０とは独立である。閾値を設定するには、特に、補正係数ｋに対する妥当な値を決定するには、閉塞の場合には差が閾値を超えるという仮定から始めることができる。

したがって、閾値と差との比は２つの項を含み、そのうちの第１の項は、圧力センサー７に対して締め付けられるときにチューブ２にかかる均等な圧力の関数Ｆ_０／（１０．２Ｓ）である。補正係数ｋを設定するには、その最小値及び最大値は、蠕動ポンプ１の可能性のある全てのばらつきに基づいて査定しなければならない。第２の項は、−ｋ／２（上流側閉塞の場合）とｋ／２（下流側閉塞の場合）との間で変動する。蠕動ポンプ１に対するＦ_０／（１０．２Ｓ）の変動を知ることにより、また、第２の項ｋ／２（Ｐ_{ｉ，ｄｏｗｎ}＋Ｐ_ｉ，ｕｐ）／（Ｐ_{ｉ，ｄｏｗｎ}−Ｐ_ｉ，ｕｐ）を考慮に入れることにより、下流側閉塞及び上流側閉塞を検出するための信頼性のある閾値を求めるために、補正係数ｋの適正値を選択することができる。

上流側閉塞又は下流側閉塞のどちらが存在するか判断するには、異なる２つの閾値を用いることも想定可能である。その場合、２つの閾値、すなわち、上流側閉塞の閾値及び下流側閉塞の閾値を設定するために、実際に補正係数ｋに対する異なる値が用いられる。

補正係数ｋに対する適正値を選択するには、例えば、項Ｆ_０／（１０．２Ｓ）に対して２バールの最大値を仮定することができる。下流側閉塞の警報が起動された場合、下流側圧力Ｐ_{ｉ，ｄｏｗｎ}が１．５バールを超えて上昇すると、上述の関係式（１０）から
が得られる。ここでは、下流側閉塞の場合、Ｐ_ｉ，ｕｐ＝０（大気圧に対して測定された相対圧力）と仮定する。したがって、補正係数は、１／２に等しくなるように選択し、下流側閉塞の閾値を設定することができる。

上流側閉塞の警報が起動される場合、上流側圧力Ｐ_ｉ，ｕｐが−０．２５バール（相対圧力）を下回ると、上述の関係式（１０）から
が得られる。

したがって、補正係数ｋは、１／８に等しくなるように選択し、上流側閉塞の閾値を設定することができる。したがって、上流側閉塞の閾値は下流側閉塞の閾値よりも小さくなる。

上流側閉塞の閾値及び下流側閉塞の閾値を設定しておくと、動作時、第１の信号値（下流側圧力信号）と第２の信号値（上流側圧力信号）との間の差が、測定された圧力信号Ｐから導出され、上流側閉塞の閾値と比較される。サイクルＴ中に上流側閉塞の閾値に達する場合、後続のサイクルＴ中、第１の信号値（下流側圧力信号）が上昇するか否か、また、２つの信号値の差も下流側閉塞の閾値に達するか否かが観測される。もしそうなら、下流側閉塞が存在し、対応する警報が起動される。もしそうではなく、後続のサイクルＴ中、第２の信号値（上流側圧力信号）が減少したら（その間、第２の信号値は略一定に留まる）、上流側閉塞が存在していると結論づけられる。

本発明の根底にある構想は、上述の実施形態に限定されない。

特に、上述の実施形態で使用されているものとは異なる圧迫機構を使用することができる。例えば、圧迫機構は、可撓性チューブに作用する複数の蠕動フィンガーを備える。

駆動機構は、回転可能な駆動シャフトから必ずしも構成される必要はなく、圧迫機構と上流側弁機構と下流側弁機構とを作動させる任意の好適な手段を用いることができる。

本明細書に記載されているこの種の蠕動ポンプは、特に、病院環境における患者の経腸栄養法（enteral feeding）に用いる液体栄養剤の送達に用いることができる。しかし、上述の種の蠕動ポンプの用途はこの特定の目的に限定されず、この蠕動ポンプは、血液又は他の医療用溶液等の任意の他の液体の送達にも用いることができる。

１ 蠕動ポンプ
１０ 支持プレート（ドア）
２ チューブ
３、４ 弁機構（クランプフィンガー）
３０、４０ フィンガーヘッド
５ 圧迫機構（ポンプフィンガー）
５０ フィンガーヘッド
６ 駆動シャフト
６０〜６２ カム
６３ 光ディスク
７ 圧力センサー
８ 位置センサー
９ コントローラー
Ａ 取得チェーン（正：Acquisition chain）
Ｆ 流れ方向
Ｆ_ｉ 力
Ｆ_Ｓ 力
Ｆ_０ 力
Ｈ 伝達関数
Ｏ 位置信号
Ｏ１０、Ｏ１１、Ｏ２０、Ｏ２１、Ｏ３０、Ｏ３１ エッジ
Ｐ 測定された圧力信号
Ｐ１ ピーク
Ｐ_ｉ 実際の圧力
Ｒ 回転方向
Ｓ センサーの表面積
Ｔ 周期
Ｘ１〜Ｘ８ 移動方向
Ｉ〜ＶＩ 期間

Claims (12)

1. 蠕動ポンプ（１）を動作させる方法であって、該蠕動ポンプ（１）は、
   液体を圧送するように導く可撓性チューブ（２）と、
   前記可撓性チューブ（２）を圧迫するのに作動可能な圧迫機構（５）と、
   前記圧迫機構（５）に対して上流方向に配置されるとともに、前記圧迫機構（５）の上流で前記可撓性チューブ（２）を選択的に開閉するように作動可能な上流側弁機構（３）と、
   前記圧迫機構（５）に対して下流方向に配置されるとともに、前記圧迫機構（５）の下流で前記可撓性チューブ（２）を選択的に開閉するように作動可能な下流側弁機構（４）と、
   を備え、
   駆動機構（６）が、前記圧迫機構（５）と前記上流側弁機構（３）と前記下流側弁機構（４）とを周期的に作動させ、圧力センサー（７）が、前記上流側弁機構（３）と前記下流側弁機構（４）との間の場所における、前記可撓性チューブ（２）内の圧力を示す圧力信号（Ｐ）を測定し、
   故障状態を検出するには、
   前記下流側弁機構（４）の下流の圧力値を示す第１の信号値と、前記上流側弁機構（３）の上流の圧力値を示す第２の信号値とを、前記測定された圧力信号（Ｐ）から計算し、
   前記第１の信号値及び前記第２の信号値から閾値を計算し、
   前記測定された圧力信号（Ｐ）又は該測定された圧力信号（Ｐ）から導出される少なくとも１つの信号パラメーターを前記閾値と比較して、前記故障状態を検出する、
   ことを特徴とする、方法。
2. 前記故障状態は下流側閉塞又は上流側閉塞であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 下流側閉塞の場合、前記第１の信号値は増加することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 上流側閉塞の場合、前記第２の信号値は減少することを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
5. 信号パラメーターとして、前記第１の信号値と前記第２の信号値との間の差を求め、前記閾値と比較して、前記故障状態を検出することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記閾値は、補正係数を乗算した前記第１の信号値及び前記第２の信号値の前記平均値として計算することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記第１の信号値及び前記第２の信号値の前記平均値が所定の飽和閾値を超える場合、前記閾値を前記所定の飽和閾値に等しくなるように設定することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記駆動機構（６）による前記周期的な作動のサイクル（Ｔ）に対する前記閾値は、前記サイクル（Ｔ）が終了した後に計算し、前記サイクル（Ｔ）中の前記測定された圧力信号（Ｐ）又は該測定された圧力信号（Ｐ）から導出される少なくとも１つの信号パラメーターを前記計算された閾値と比較して、前記サイクル（Ｔ）中の前記故障状態を検出することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記下流側弁機構（４）の下流の圧力値を示す前記第１の信号値を、前記上流側弁機構（３）が閉鎖し、前記下流側弁機構（４）が開放している間の、前記駆動シャフト（６）の回転の期間（ＩＩＩ）中の前記圧力信号（Ｐ）の平均値から求め、
   前記上流側弁機構（３）の上流の圧力値を示す前記第２の信号値を、前記上流側弁機構（３）が開放し、前記下流側弁機構（４）が閉鎖している間の、前記駆動機構（６）の前記作動の期間（Ｖ）中の前記圧力信号（Ｐ）の平均値から求める、
   ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 蠕動ポンプ（１）であって、
    液体を圧送するように導く可撓性チューブ（２）と、
    前記可撓性チューブ（２）を圧迫するように作動可能な圧迫機構（５）と、
    前記圧迫機構（５）に対して上流方向に配置されるとともに、前記圧迫機構（５）の上流で前記可撓性チューブ（２）を選択的に開閉するように作動可能な上流側弁機構（３）と、
    前記圧迫機構（５）に対して下流方向に配置されるとともに、前記圧迫機構（５）の下流で前記可撓性チューブ（２）を選択的に開閉するように作動可能な下流側弁機構（４）と、
    前記圧迫機構（５）と前記上流側弁機構（３）と前記下流側弁機構（４）とを周期的に作動させる駆動機構（６）と、
    前記上流側弁機構（３）と前記下流側弁機構（４）との間の場所における前記可撓性チューブ（２）内の圧力を示す圧力信号（Ｐ）を測定する圧力センサー（７）と、
    該蠕動ポンプ（１）の前記動作を制御するコントローラー（９）であって、前記測定された圧力信号（Ｐ）から、該蠕動ポンプ（１）の前記動作中の故障状態を検出するように動作する、コントローラー（９）と、
    を備え、
    故障状態を検出するには、前記コントローラー（９）は、
    前記測定された圧力信号（Ｐ）から、前記下流側弁機構（４）の下流の圧力値を示す第１の信号値と、前記上流側弁機構（３）の上流の圧力値を示す第２の信号値とを計算し、
    前記第１の信号値及び前記第２の信号値から閾値を計算し、
    前記測定された圧力信号（Ｐ）又は該測定された圧力信号（Ｐ）から導出される少なくとも１つの信号値を前記閾値と比較して、前記故障状態を検出する、
    ように動作することを特徴とする、蠕動ポンプ。
11. 前記駆動機構は回転可能な駆動シャフト（６）によって構成されることを特徴とする、請求項１０に記載の蠕動ポンプ。
12. 請求項１１に記載の蠕動ポンプ（１）であって、該蠕動ポンプ（１）は、前記圧迫機構（５）と前記上流側弁機構（３）と前記下流側弁機構（４）との作動中の前記駆動シャフト（６）の前記回転位置を検出する位置センサー（８）を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の蠕動ポンプ。