JP7431424B2 - シリンダーポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、シリンダーポンプに関し、より詳しくは、医薬品注入ポンプであるシリンジポンプとインフュージョンポンプとを区別して使用せずに、薬液容器や血液パックの位置に関係なく患者に薬液又は血液を安定的に、高精度で注入可能なシリンダーポンプに関する。
疾病または事故や手術時に過剰な出血が発生したり、感染や免疫力低下などで疾病が発生したり、体内の水分、電解質または栄養が不足したりした場合には、その治療のために、補充療法、欠乏補正、治療療法の一種として、患者の体内に血液やリンゲル液、アミノ酸液、ブドウ糖液、または医薬品を注入することが一般的である。
従来、輸液容器又は血液パックから薬液又は血液を高精度かつ必要量を一定に制御しながら患者に注入するために、シリンジポンプ（Ｓｙｒｉｎｇｅ ｐｕｍｐ）又はインフュージョンポンプ（Ｉｎｆｕｓｉｏｎ ｐｕｍｐ）や機械式が主に用いられてきた。
このとき、シリンジポンプは、注射器のプランジャーを押して薬液又は血液を注入する方式のものであり、インフュージョンポンプは、患者に投与される薬液又は血液の量を精密に調節するために薬液容器を一定の高さに吊り下げ、重力を用いてポンプ内の端子を連動で押さえて輸液セットのチューブを絞り出す方式のものであって、機器を同じ位置に固定設置した状態で使用してこそ精度を保ちながら注入できるという問題があった。
特に、インフュージョンポンプは、機械の端子がチューブを押したり絞ったりして患者に薬液又は血液を注入する方式のものであり、機械の端子が押したり絞ったりするＰＶＣチューブは、製造会社ごとに弾性が異なり，外部温度からの影響を多く受け、精密な制御ができないため、性能を一定に保つことが難しいという問題があった。
また、シリンジポンプを使用する場合、投入される薬液又は血液の容量を精密に制御することはできるが、シリンジで注入する量を調節しているので、大量の薬液又は血液を注入するには限界があり、このため、大量の薬液又は血液を注入する場合は、シリンジを頻繁に交換しなければならないという問題があり、微量注入が不可能なため注入前に多数の薬剤を混合しなければならず、ポンプ駆動を繰り返す過程で感染と汚染の問題があった。
多量のシリンジは、医療用廃棄物処理と焼却過程で発がん物質であるダイオキシンが噴出するため、使用後も徹底した管理が必要であり、シリンジポンプの場合、機械を動作させて薬液が注入されるまでにかかる時間が長く、閉塞などの医療事故や副作用が発生するおそれがあるという問題があった。
とりわけ、従来のシリンジポンプ又はインフュージョンポンプは、血液又は薬液を患者に注入する際に機械的連動方式やプランジャーを用いる間接制御方式をとるため、不注意や偶発的な医療事故や故障が発生する可能性が高く、且つ、管理のために人員（看護師など）を周期的に投入しなければならないという問題があるため、上記のようなシリンジポンプ又はインフュージョンポンプを使用する際に起こりうる問題を解決できる、新たな直接制御方式の医薬品注入装置が求められているのが現状である。
韓国登録特許第１０－０９４８６３２号公報
本発明は、従来の、シリンジポンプ又はインフュージョンポンプを用いて患者に血液又は薬液を注入する際に生じた問題を解決するためになされたものであり、シリンダーカートリッジを活用したシリンダー方式のポンプを用いて、薬液容器や血液パックの位置や大きさにかかわらず、血液又は薬液を患者にリアルタイムで一定に精密注入することができ、別途の装置を設けることなく、１つのポンプのみで薬液容器又はシリンジに保存された薬液や血液パック内に保存された血液を奔注させなくても患者に注入できるポンプを提供することを目的とする。
本発明が成し遂げようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に限定されるものではなく、言及していない他の技術的課題は、以下の記載から、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
上記課題を解決するための本発明の一態様によるシリンダーポンプは、
カートリッジを着脱するための結合溝を有するメインボディ、及び前記メインボディにヒンジ結合された前面ボディを含むボディ部と、前記メインボディ内に位置して前記カートリッジを駆動させる駆動部と、前記前面ボディに位置してシリンダーポンプの駆動に必要なインタフェースを提供するディスプレイ部と、前記駆動部の駆動を制御する制御部と、前記制御部に使用者の操作信号又は入力情報を伝達する操作部と、を備えることを特徴とする。
前記カートリッジは、内部に上部回転部材が挿入される上部ハウジングと、前記上部ハウジングに結合され、内部に下部回転部材が挿入される下部ハウジングと、を備え、前記上部回転部材には上部回転部材穴が形成され、前記下部回転部材には下部回転部材穴が形成され、前記上部ハウジング及び前記下部ハウジングの内周面と、前記上部回転部材及び前記下部回転部材の外周面とによってチューブ状のシリンダーが形成され、前記シリンダーには、薬液又は血液が流入する流入管と、前記シリンダー内の薬液又は血液が外部に流出する流出管とが形成され、前記シリンダーには、前記シリンダー内を回転する第１ピストン及び第２ピストンが設けられてもよい。
前記駆動部は、駆動部ボディと、前記駆動部ボディに位置する第１駆動モータ及び第２駆動モータと、前記第１駆動モータ及び前記第２駆動モータによりそれぞれ駆動される第１ウォーム及び第２ウォームと、前記第１ウォーム及び第２ウォームにそれぞれ噛み合って回転する第１ウォームギア及び第２ウォームギアと、前記第１ウォームギアにより回転する内側駆動ギアと、前記第２ウォームギアにより回転する外側駆動ギアと、を備えていてもよい。
前記上部回転部材穴は、幅の異なる十字状であり、前記下部回転部材穴は、Ｔ字状であることが好ましい。
前記外側駆動ギアは、幅の異なる十字状に構成されて前記上部回転部材に結合され、前記内側駆動ギアは、Ｔ字状に構成されて前記下部回転部材に結合されることが好ましい。
前記制御部は、前記カートリッジの内部に位置している前記第１ピストン及び前記第２ピストンの座標を取得し、前記座標を前記ディスプレイ部に表示し得る。
前記制御部は、薬液又は血液を前記カートリッジにおいてフリーフローさせるために、前記カートリッジ内の前記第１ピストンと前記第２ピストンが前記流入管の外側と前記流出管の外側に位置するように前記駆動部を制御し得る。
前記制御部は、薬液又は血液を前記カートリッジにおいてフリーフローさせないために、前記カートリッジ内の前記第１ピストンが前記流入管と前記流出管との間に位置するように前記駆動部を制御し得る。
前記流入管及び前記流出管の少なくとも一方には、薬液から空気を除去するためのメンブレンフィルターが取り付けられることが好ましい。
前記メンブレンフィルターは、薬液を通過させ空気を通過させない親水性メンブレンフィルターと、前記親水性メンブレンフィルターを通過していない空気を外部に排出する疎水性メンブレンフィルターと、を備えてなってもよい。
本発明のシリンダーポンプは、輸液容器や血液パックの設置位置に関係なく患者に薬液又は血液を注入することができるので、シリンダーポンプの配置位置を自由に設定することができる。
また、本発明のシリンダーポンプは、輸液容器（血液パック）に保存されている薬液と、シリンジに保存されている薬液を、別の装備を用意することなく１つの装備のみで患者に注入することができるので、従来の様々な種類の薬液注入装置を代替することができる。
本発明の効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及していない他の効果は、以下の記載から通常の技術者に明確に理解されるであろう。
本発明の一実施形態によるシリンダーポンプを示す斜視図である。 本発明のシリンダーポンプの開放されたボディ部を示す斜視図である。 本発明のシリンダーポンプのメインボディと、メインボディに結合されたカートリッジとを示す図である。 本発明のシリンダーポンプに結合されたカートリッジを示す分解斜視図である。 本発明のカートリッジを構成する上部ケースの底面図である。 本発明のカートリッジを構成する下部ケースの平面図である。 本発明のカートリッジを駆動させる駆動部を示す斜視図である。 本発明のカートリッジを駆動させる駆動部を示す分解図である。 本発明のシリンダーポンプにカートリッジが結合されるときに自動ロックされる過程を示す図である。 本発明のシリンダーポンプがクランプに結合された状態を示す斜視図である。 本発明のシリンダーポンプにシリンジホルダーとシリンジが結合された状態を示す斜視図である。 本発明のカートリッジ内部の第１ピストン、第２ピストンの駆動過程を示す図である。 本発明のシリンダーポンプがシリンジモードで駆動する際に薬液又は血液をプライミングするために第１ピストンと第２ピストンが駆動される過程を示す図である。 本発明のメンブレンフィルターを示す平面図である。
以下、図面に基づき、本発明についてさらに詳しく説明する。各図面における同一の構成要素に対しては、可能な限り同じ符号を付してある。なお、本発明の要旨を不必要に曖昧にする可能性がある公知の機能及び構成についての詳細な説明は省略する。
ある構成要素が他の構成要素に「連結されている」か、または「接続されている」と言及されている場合は、その他の構成要素に直接的に連結または接続され得るが、その間に他の構成要素が存在し得ると理解されるべきであろう。また、本明細書全体にわたって、ある部材が他の部材「上に」位置しているという場合、これは、ある部材が他の部材に接している場合だけでなく、二つの部材の間に他の部材が存在する場合も含む。
本明細書において、「含む／備える」または「有する」などの用語は、明細書上に記載されている特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しない。
まず、図１ないし図３を参照して、本発明の一実施形態によるシリンダーポンプについて説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるシリンダーポンプを示す斜視図であり、図２は、本発明のシリンダーポンプの開放されたボディ部を示す斜視図であり、図３は、本発明のシリンダーポンプのメインボディと、メインボディに結合されたカートリッジとを示す図である。
従来、患者への薬液又は血液の注入には、インフュージョンポンプ又はシリンジポンプが主に使用されていたが、インフュージョンポンプやシリンジポンプは、チューブを絞り出す機械やプランジャーを水平移動させる装置が故障する可能性が高いという問題があり、輸液容器に保存された薬液を患者に注入するためにはインフュージョンポンプを使用しなければならず、シリンジに保存された薬液を患者に注入するためにはシリンジポンプを使用しなければならないため、薬液又は血液が保存された形態に応じて（輸液容器に保存されているか、またはシリンジに保存されているかに応じて）それぞれ異なる薬液注入装置を用意しなければならないという問題があった。
したがって、本発明は、一実施形態による従来とは異なるシリンダー型ポンプを提供することにより、従来のシリンジポンプ又はインフュージョンポンプが有する問題を解決しようとするものである。
本発明の一実施形態によるシリンダーポンプは、メインボディ１１０と前面ボディ１２０とからなるボディ部１００と、ボディ部１００内に着脱自在なカートリッジ２００と、カートリッジ２００を駆動させて薬液又は血液をカートリッジ２００内に流入させたり、カートリッジ２００内の薬液又は血液をカートリッジ２００の外部に排出させたりする駆動部３００と、駆動部３００の駆動を制御する制御部（図示せず）とを備えることを特徴とする。
本発明の一実施形態によるシリンダーポンプの構成要素について具体的に説明すると、まず、ボディ部１００は、カートリッジ２００が着脱可能な結合溝１１１を有するメインボディ１１０と、メインボディ１１０にヒンジ結合されて、図２のようにドアとして機能する前面ボディ１２０と、を備えてなる。
メインボディ１１０の内部には後述の駆動部３００が配置され、駆動部３００の一部の構成要素が、メインボディ１１０の前面に形成された結合溝１１１を通じてメインボディ１１０の外部に露出され、カートリッジ２００が、図３に示すように結合溝１１１に着脱でき、上記のようにメインボディ１１０に結合溝１１１が形成されることにより、カートリッジ２００が前面ボディ１２０及びメインボディ１１０によって保護される。
このとき、メインボディ１１０には、医師や看護師などの使用者が把持可能なハンドル部１１２が形成され、使用者は、ハンドル部１１２を介して本発明のシリンダーポンプを便利に移動させることができる。
また、ハンドル部１１２にシリンジを固定することができ、本発明のシリンダーポンプは、シリンジ内に保存された薬液又は血液を患者に注入することもできるが、具体的な説明は後述する。
このとき、図１ないし図３は、ハンドル部１１２がメインボディ１１０の上面に設けられていることを示しているが、これに限定されず、ハンドル部１１２はメインボディ１１０の左側面又は右側面に設けられても構わない。
また、前面ボディ１２０には、シリンダーポンプの駆動に必要なインタフェースを提供するディスプレイ部４００と、駆動部３００の駆動を制御する制御部に使用者の操作信号や入力情報を伝達する操作部５００とが形成され、使用者は、ディスプレイ部４００を介して提供されるインタフェースを見て操作部５００を操作して駆動部３００の駆動を制御することができる。
例えば、操作部５００は、パージ機能を実行するパージキー（Ｐｕｒｇｅ ｋｅｙ）と、ボーラス機能を実行するボーラスキー（Ｂｏｌｕｓ ｋｅｙ）とを含み、使用者がパージキーを押すと、制御部は、カートリッジ２００内に薬液又は血液が急激に流入するように駆動部３００を制御して、カートリッジ２００に接続されたチューブ内に形成された気泡を除去し、使用者がボーラスキーを押すと、薬液又は血液を所定の注入速度及び注入量で患者に注入する。
上述では、操作部５００がパージキーとボーラスキーとを含むと説明したが、これに限定されず、操作部５００は、注入容量、注入時間、注入速度調整のための数字キー、ポンプリセットキー、操作キーなどをさらに含み得る。
次に、図４ないし図６と再び図３を参照して、ボディ部１００（具体的にはメインボディ）に着脱され、輸液容器、血液パック、又はシリンジ内に保存された薬液又は輸液を内部に流入させ、内部に流入した薬液又は輸液を再び外部に流出させて、患者に薬液又は輸液を注入するカートリッジ２００について説明する。
ここで、図４は、本発明のシリンダーポンプに結合されるカートリッジを示す分解斜視図であり、図５は、本発明のカートリッジを構成する上部ケースの底面図であり、図６は、本発明のカートリッジを構成する下部ケースの平面図である。
カートリッジ２００は、図４ないし図６に示すように、内部に上部回転部材２１１が挿入される上部ハウジング２１０と、上部ハウジング２１０に結合され、内部に下部回転部材２２１が挿入される下部ハウジング２２０とを含み、上部ハウジング２１０及び下部ハウジング２２０の内周面と、上部回転部材２１１及び下部回転部材２２１の外周面とによってチューブ又はドーナツ形状のシリンダー２３０が形成される。
また、シリンダー２３０には、薬液又は血液がシリンダー２３０内に流入可能な流入管２４０と、シリンダー２３０内の薬液又は血液が外部に流出可能な流出管２５０とが形成され、流入管２４０及び流出管２５０にはチューブが結合されて、薬液又は血液がチューブに沿って移動することができる。
また、シリンダー２３０は、駆動部３００によってシリンダー２３０内を回転する第１ピストン２６０と第２ピストン２７０とをさらに含み、第１ピストン２６０、第２ピストン２７０の駆動によって、薬液又は血液を、流入管２４０を介してシリンダー２３０内に流入させたり、シリンダー２３０内の薬液又は血液を、流出管２５０を介して外部に流出させたりする。
より具体的には、上部回転部材２１１には上部プッシング部材２１３が一体に形成され、下部回転部材２２１には下部プッシング部材２２３が一体に形成されていて、上部回転部材２１１の回転により上部回転部材２１１の上部プッシング部材２１３に当接した第１ピストン２６０が回転し、下部回転部材２２１の回転により下部回転部材２２１の下部プッシング部材２２３に当接した第２ピストン２７０が回転する。
このとき、図４に示すように、上部ハウジング２１０には上部ハウジング穴２０９が形成され、上部回転部材２１１には上部回転部材穴２１２が形成され、下部回転部材２２１には下部回転部材穴２２２が形成されていて、カートリッジ２００と駆動部３００とが結合され、駆動部３００に結合されたカートリッジ２００の第１ピストン２６０と第２ピストン２７０は、駆動部３００内の構成要素の駆動によって、シリンダー２３０の内部を時計回り又は反時計回りに回転するが、これについての具体的な説明は後述する。
再び図２及び図３を参照して説明すると、カートリッジ２００は、メインボディ１１０に形成された結合溝１１１に着脱可能であり、カートリッジ２００の流入管２４０と流出管２５０にはチューブが結合されるため、血液又は薬液がチューブ内を流れる過程でチューブが動かないように、メインボディ１１０に、チューブが設置される少なくとも１つのガイド部１１３を配置してもよい。
一方、カートリッジ２００の流入管２４０及び流出管２５０の少なくともいずれか一方には、薬液から空気（ａｉｒ）を除去するためのメンブレンフィルター８００を装着してもよい。
薬液は、保管中に自然に空気が発生したり注入中に人為的に空気が発生したりする可能性があり、このような薬液を患者の人体に注入するためには、事前に空気が必ず除去されなければならない。従来は看護師が手作業で薬液から空気を除去していたため、看護師の業務負担が過重であったが、本発明ではカートリッジ２００の流入管２４０及び流出管２５０の少なくともいずれか一方にメンブレンフィルター８００を装着して薬液から空気を自動で除去することにより、看護師の業務負担を軽減することができる。
具体的には、カートリッジ２００の流入管２４０及び流出管２５０の少なくともいずれか一方に装着されるメンブレンフィルター８００は、薬液を通過させ空気を通過させない親水性メンブレンフィルターと、親水性メンブレンフィルターを通過していない空気を外部に排出する疎水性メンブレンフィルターとで構成され得る。
このとき、メンブレンフィルター８００が流入管２４０に装着されると、カートリッジ２００に流入する薬液から空気を除去することができる。
一方、メンブレンフィルター８００が流出管２５０に装着されると、チューブが押圧されて生じる圧力によって押し出される空気を、疎水性メンブレンフィルターにより除去することができる。すなわち、後述のバブル感知センサ１１５で気泡の有無を感知するためにチューブが部分的に押圧され、流出管２５０に装着されたメンブレンフィルター８００は、このようなチューブの押圧により生じる圧力によって押し出される空気を、疎水性メンブレンフィルターにより容易に除去することができる。
図１４は、本発明のメンブレンフィルターを示す平面図である。図１４を参照すると、本発明によるメンブレンフィルター８００は、フィルターボディ８１０と、フィルターカバー８２０とを含んでなる。
フィルターボディ８１０には、薬液が流動可能なボディ溝８１１が形成され、フィルターボディ８１０の中間部には薬液のみが通過できる親水性メンブレンフィルターが融着される。
また、フィルターカバー８２０には、疎水性メンブレンフィルターが融着されたカバー穴８２１が形成される。すなわち、フィルターカバー８２０はフィルターボディ８１０の親水性メンブレンフィルターを通過していない空気を、カバー穴８２１を介して外部に排出することができる。フィルターカバー８２０のカバー穴８２１は、薬液から空気を円滑に除去するために適切な数で少なくとも１つ形成される。
結果として、本発明によるメンブレンフィルター８００は、フィルターボディ８１０とフィルターカバー８２０とが結合され、フィルターボディ８１０の親水性メンブレンフィルターを通過していない空気を、フィルターカバー８２０の疎水性メンブレンフィルターを介して外部に排出することによって、薬液から空気を除去することができる。
一方、メインボディ１１０には、カートリッジ２００の流出管２５０に結合されたチューブ内に気泡が発生したか否かを感知するバブル感知センサ１１５が設けられてもよい。
バブル感知センサ１１５は、超音波センサ又は赤外線センサで構成されており、チューブ内に空気が発生したときに超音波又は赤外線の透過率が変化することを感知することにより、チューブ内の空気の発生の有無を感知することができる。
したがって、本発明は、カートリッジ２００の流入管２４０に装着されたメンブレンフィルターにより薬液又は血液から空気を一次的に除去した後、バブル感知センサ１１５により空気が完全に除去されたか否かを二次的に確認することができる。
一方、メインボディ１１０には、カートリッジ２００内の輸液又は血液の詰まりが発生したか否かを感知する閉塞感知センサ１１４が設けられてもよい。
このとき、閉塞感知センサ１１４は、圧力センサの一種であり、カートリッジ２００に結合されたチューブ内の圧力変化を感知することができ、チューブ内の圧力が急激に上昇すると詰まりが発生したことを感知する。
次に、図７ないし図８を参照して、メインボディ１１０の内部に位置し、カートリッジ２００内の第１ピストン２６０と第２ピストン２７０とを別々に駆動させる駆動部３００について説明する。
ここで、図７は、本発明のカートリッジを駆動させる駆動部を示す斜視図であり、図８は、本発明のカートリッジを駆動させる駆動部を示す分解図である。
本発明の駆動部３００は、駆動部ボディ３０１と、駆動部ボディ３０１に結合されて動力を発生させる、第１駆動モータ３１０と第２駆動モータ３２０とを備える。
また、本発明の駆動部３００は、駆動部ボディ３０１に結合される第１ウォーム３１１、第２ウォーム３２１、第１ウォームギア３１２、及び第２ウォームギア３２２をさらに含み、第１駆動モータ３１０の回転軸には第１ウォーム３１１が結合されて、第１駆動モータ３１０の回転により第１ウォーム３１１が回転し、第１ウォーム３１１の回転により、第１ウォーム３１１と噛み合っている第１ウォームギア３１２が回転する。
同様に、第２駆動モータ３２０の回転軸には第２ウォーム３２１が結合されて、第２駆動モータ３２０の回転により第２ウォーム３２１が回転し、第２ウォーム３２１の回転により、第２ウォーム３２１と噛み合っている第２ウォームギア３２２が回転する。このとき、第１ウォームギア３１２が結合された回転軸には内側駆動ギア３３０が結合されて、第１ウォームギア３１２の回転により内側駆動ギア３３０が回転し、第２ウォームギア３２２が結合された回転軸には外側駆動ギア３４０が結合されて、第２ウォームギア３２２の回転により外側駆動ギア３４０が回転する。
上記のような構成により、本発明の駆動部３００は、第１駆動モータ３１０により内側駆動ギア３３０を回転させ、第２駆動モータ３２０により外側駆動ギア３４０を回転させ、外側駆動ギア３４０は、カートリッジ２００の上部回転部材穴２１２を介して上部回転部材２１１に結合され、第１駆動モータ３１０の回転により上部回転部材２１１を回転させ、内側駆動ギア３３０は、下部回転部材穴２２２を介して下部回転部材２２１に結合され、第２駆動モータ３２０の回転により下部回転部材２２１を回転させる。
また、上部回転部材２１１が回転すると、上部プッシング部材２１３により第１ピストン２６０が時計回り又は反時計回りに回転し、下部回転部材２２１が回転すると、下部プッシング部材２２３により第２ピストン２７０が時計回り又は反時計回りに回転することになり、結果として、駆動部３００の第１駆動モータ３１０、第２駆動モータ３２０の駆動によりカートリッジ２００内の第１ピストン２６０と第２ピストン２７０とが別々に駆動される。
このとき、本発明の駆動部ボディ３０１は、図８に示すように、１駆動モータ３１０と第２駆動モータ３２０によって回転する第１ウォーム３１１と第２ウォーム３２１の損傷を防止するために、少なくとも１つの軸受３０２をさらに含んでいてもよい。
一方、カートリッジ２００は、後述する最初の駆動時の注入サイクル（Ｉｎｆｕｓｉｏｎ Ｃｙｃｌｅ）制御のために製造段階で第１ピストン２６０及び第２ピストン２７０の位置が固定されて製造される。ところで、従来のカートリッジ２００の上部回転部材穴２１２及び下部回転部材穴２２２はいずれも十字状であったため、カートリッジを結合溝１１１に誤装着する可能性があった。
カートリッジを結合溝１１１に誤装着した場合、第１ピストン２６０及び第２ピストン２７０が制御部の最初の駆動方式とは一致しない位置に位置するため、シリンダーポンプの誤作動によるピストンの衝突及び破損が発生する問題があった。
これを解決するために、本発明によるシリンダーポンプでは、下部回転部材穴２２２をＴ字状に構成してカートリッジ２００の誤装着の可能性を一次的に低減し、これに加えて上部回転部材穴２１２を幅の異なる十字状に構成してカートリッジ２００の誤装着の可能性を二次的に低減した。
一方、下部回転部材２２１に結合される内側駆動ギア３３０も下部回転部材穴２２２と同様にＴ字状に構成し、上部回転部材２１１に結合される外側駆動ギア３４０も上部回転部材穴２１２と同様に幅の異なる十字状に構成する。
駆動部３００の内側駆動ギア３３０と外側駆動ギア３４０が、カートリッジ２００に結合される（具体的には、下部回転部材と上部回転部材にそれぞれ結合される）ので、内側駆動ギア３３０と外側駆動ギア３４０の回転により、上部回転部材２１１と下部回転部材２２１だけでなくカートリッジ２００全体が時計回り又は反時計回りに回転する。特にメインボディ１１０の結合溝１１１に結合されたカートリッジ２００は、薬液又は血液をカートリッジ２００内に流入させるか、カートリッジ２００内の薬液又は血液を外部に排出する過程で回転する。
特に、カートリッジ２００が回転している間に遠心力によって駆動部３００から脱落してしまう可能性があるので、本発明のシリンダーポンプは、カートリッジ２００が結合溝１１１に結合されるとき、カートリッジ２００をメインボディ１１０に自動的にロックすることにより、カートリッジ２００の脱落を防止できることが特徴である。
図９を参照して、ロッキング工程についてより具体的に説明すると、結合溝１１１は、カートリッジ２００が結合できるようにカートリッジ２００よりも大きな外周面を有し、カートリッジ２００が結合溝１１１に最初に結合するときは、図９の（ａ）に示すようにカートリッジ２００が結合溝１１１の内壁に接触しないので、このようにカートリッジ２００が結合溝１１１の内壁に接触しないと、カートリッジ２００が回転する過程で遠心力によってメインボディ１１０から脱落してしまうおそれがある。
上記問題を解決するために、本発明のシリンダーポンプは、カートリッジ２００が結合溝１１１に最初に結合するとき、図９の（ｂ）に示すようにカートリッジ２００と結合溝１１１の内壁とが当接するように駆動部３００の駆動によりカートリッジ２００を時計回り又は反時計回りに回転させるが、このようにカートリッジ２００が結合溝１１１の内壁に当接する過程を本発明では「自動ロック」と呼ぶ。
自動ロックによりカートリッジ２００が結合溝１１１の内壁に当接すると、結合溝１１１の内壁とカートリッジ２００との間に生じる摩擦力により、回転過程での遠心力によるカートリッジ２００の脱落を防止できるので、結果として、本発明のシリンダーポンプは、駆動中にカートリッジ２００がメインボディ１１０から脱落して損傷することを防止することができる。
カートリッジ２００が自動ロックされた後は、カートリッジ２００自体は回転しないが、カートリッジ２００内の上部回転部材２１１、下部回転部材２２１などが回転し続けるのは当然である。カートリッジ２００の内部構成要素の回転によって薬液又は血液がカートリッジ２００に出入りする過程についての具体的な説明は後述する。
さらに、メインボディ１１０は、図９の（ａ）及び図９の（ｂ）に示すように係止段１１６をさらに含み、カートリッジ２００が結合溝１１１に結合されて自動的にロックされたとしても、モータ駆動による回転過程で遠心力によって脱落したり、使用者によって任意に脱落したりするが、係止段１１６は、図９の（ｂ）に示すようにこのカートリッジ２００の一部を覆うことにより、カートリッジ２００が結合溝１１１から脱落することを防止する。
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明のシリンダーポンプの各種薬液又は血液を注入する実施形態について説明する。
図１０は、本発明のシリンダーポンプがクランプに結合された状態を示す斜視図であり、図１１は、本発明のシリンダーポンプにシリンジが結合された状態を示す斜視図である。
本発明のシリンダーポンプは、薬液又は血液を保存する容器に応じてインフュージョンモード（Ｉｎｆｕｓｉｏｎ ｍｏｄｅ）とシリンジモード（Ｓｙｒｉｎｇｅ ｍｏｄｅ）に分けて作動する。薬液又は血液が輸液容器や血液パックなどに保存される場合には、本発明のシリンダーポンプはインフュージョンモードで駆動され、薬液又は血液がシリンジ内に保存される場合には、本発明のシリンダーポンプはシリンジモードで駆動される。
上述したように、従来技術では、輸液容器や血液パックに保存された薬液又は血液を患者に注入するためにインフュージョンポンプを使用しなければならず、シリンジに保存された薬液又は血液を注入するためにシリンジポンプを使用しなければならないなど、薬液又は血液を保存する形態に応じてそれぞれ異なる装置を用意しなければならないという問題があった。
しかし、本発明のシリンダーポンプは、輸液容器や血液パックに保存された薬液又は血液、シリンジに保存された薬液又は血液を区別することなく、一つの装置で高い精度を維持しつつ、患者に薬液又は血液を注入することができるという点で従来の薬液注入装置との差別性を有する。
具体的には、本発明のシリンダーポンプは、一実施形態では、図１０の（ａ）に示すように、ボディ部１００の下端に結合されてシリンダーポンプをスタンドに固定可能なクランプ６００をさらに含み、クランプ６００によって図１０の（ｂ）の如くスタンドに固定されたシリンダーポンプでは、スタンドの上端に取り付けられた輸液容器又は血液パック内の薬液又は血液を患者に注入することができる。
本発明のシリンダーポンプは、他の実施形態では、図１１の（ａ）に示すように、固定板７１０とバンド７２０とで構成され、メインボディ１１０のハンドル部１１２の上端にシリンジを固定するシリンジホルダー７００をさらに含み、図１１の（ｂ）に示すように、バンド７２０によりハンドル部１１２の上端にシリンジを固設した後、シリンジ内の薬液又は血液を患者に注入することができる。
このとき、制御部は、操作部５００から薬剤情報、薬剤注入速度、薬剤注入時間、薬剤注入量、患者の体重、及び駆動モードのうちの少なくとも１つの情報を収集し、収集された情報に基づいて駆動部３００を駆動してカートリッジ２００を駆動させるが、特に、制御部は、操作部５００から伝達される駆動モード情報に応じて、駆動部３００をインフュージョンモード又はシリンジモードに分類して制御する。
具体的には、シリンダーポンプがクランプ６００によりスタンドに固定されている場合には、使用者の操作部５００の操作により、シリンダーポンプが現在インフュージョンモードで駆動するという情報が入力され、制御部は、インフュージョンモードで駆動部３００を駆動させて、輸液容器又は血液パック内に保存されていた血液又は薬液をカートリッジ２００内に流入させたり、カートリッジ２００内の血液又は薬液をカートリッジ２００の外部に流出させたりする。
また、シリンジホルダー７００によりシリンジをシリンダーポンプの上端に固設した場合には、使用者の操作部５００の操作により、シリンダーポンプが現在シリンジモードで駆動するという情報が入力され、制御部は、シリンジモードで駆動部３００を駆動させて、シリンジ内に保存されていた血液又は薬液をカートリッジ２００内に流入させたり、カートリッジ２００内の血液又は薬液をカートリッジ２００の外部に流出させたりする。
このとき、制御部の駆動部３００の駆動制御により、血液又は薬液がカートリッジ２００の内部に流入したり、カートリッジ２００内の血液又は薬液がカートリッジ２００の外部に流出したりする過程については、図１２及び図１３を参照して具体的に説明する。
図１２は、本発明のカートリッジ内部の第１ピストン、第２ピストンの駆動過程を示す図であり、図１３は、本発明のシリンダーポンプがシリンジモードで駆動する際に薬液又は血液をプライミングするために第１ピストンと第２ピストンが駆動される過程を示す図である。
特に、図１２及び図１３は、説明の便宜上、下部ハウジング２２０を基準として第１ピストン２６０及び第２ピストン２７０の駆動を示すものに過ぎず、下部ハウジング２２０が上部ハウジング２１０と組み合わせてカートリッジ２００を形成することは言うまでもない。
本発明のシリンダーポンプは、駆動部３００によりカートリッジ２００の第１ピストン２６０と第２ピストン２７０を回転させて、血液又は薬液をカートリッジ２００内に流入させたり、カートリッジ２００内部の血液又は薬液を外部に流出させたりすることができ、このような過程は注入サイクル（Ｉｎｆｕｓｉｏｎ Ｃｙｃｌｅ）と交互サイクル（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ Ｃｙｃｌｅ）とからなる。
例えば、シリンダーポンプの最初の駆動時には、制御部は、注入サイクル制御のために、図１２の（ａ）の如く、流入管２４０と流出管２５０との間に第２ピストン２７０を静止状態に固定し、流入管２４０の方に位置していた第１ピストン２６０を反時計回りに回転させて、第１ピストン２６０と第２ピストン２７０との間のシリンダー２３０の空間に負圧を形成させることで、血液又は薬液を、流入管２４０を介してカートリッジ２００の内部に流入させる。
また、第１ピストン２６０が図１２の（ｂ）及び（ｃ）のように連続的に反時計回りに回転することにより、血液又は薬液が流入管２４０を介してシリンダー２３０の内部に流入し、シリンダー２３０内の血液又は薬液が流出管２５０を介してカートリッジ２００の外部に流出する血液又は薬液の移動（流入及び流出）が起こる。
このとき、第１ピストン２６０が回転して図１２の（ｄ）のように流出管２５０に位置すると、シリンダー２３０内の血液又は薬液が外部に流出しなくなり、この場合、制御部は、第１ピストン２６０と第２ピストン２７０を同時に駆動させて、図１２の（ｅ）のように第１ピストン２６０を、既存の第２ピストン２７０が位置していた流入管２４０と流出管２５０との間に位置させ、第２ピストン２７０を反時計回りに回転させることで、第１ピストン２６０と第２ピストン２７０の役割を変える交互サイクル制御を行う。
上記のような交互サイクル制御を行った後、制御部は、第１ピストン２６０が固定された状態で第２ピストン２７０を図１２の（ｆ）及び（ｇ）のように反時計回りに回転させる注入サイクル制御を行い、第２ピストン２７０が反時計回りに回転することにより、血液又は薬液が流入管２４０を介してシリンダー２３０の内部に流入し、シリンダー２３０内の血液又は薬液が流出管２５０を介してカートリッジ２００の外部に流出する。
また、制御部は、図１２の（ｈ）のように第２ピストン２７０が流出管２５０まで回転すると、再び交互サイクル制御を行い、第１ピストン２６０と第２ピストン２７０を同時に回転させて、図１２の（ａ）のように第１ピストン２６０を反時計回りに回転させ、第２ピストン２７０を既存の第１ピストン２６０が位置していた流入管２４０と流出管２５０との間に位置するように制御することで、血液又は薬液の移動を繰り返すことができる。
特に、制御部は、薬剤情報、薬剤注入速度、薬剤注入時間、薬剤注入量などの情報に基づいて注入サイクル制御と交互サイクル制御を行うが、注入サイクル制御の際には、第１駆動モータ３１０、第２駆動モータ３２０の回転速度を調節して使用者が所望する薬液又は血液の注入量、注入速度を満たすことができ、注入サイクルが完全に完了していなくても目標の薬液又は血液注入量に達した場合には、第１駆動モータ３１０、第２駆動モータ３２０の駆動を停止して注入サイクルを終了させる。
また、制御部は、交互サイクル制御の際には、第１駆動モータ３１０と第２駆動モータ３２０を同時に回転させて、第１ピストン２６０と第２ピストン２７０を目標位置に位置させる。
このとき、図１２に示す第１ピストン２６０、第２ピストン２７０、流入管２４０、流出管２５０の位置は本発明の一実施形態に過ぎないもので、実施形態によって、第１ピストン２６０と第２ピストン２７０の位置が変わってもよいし、流入管２４０と流出管２５０の位置が変わってもよく、第１ピストン２６０または第２ピストン２７０が反時計回りではなく時計回りに回転しても構わない。
本発明のシリンダーポンプがシリンジモードで駆動される場合には、上記のような第１ピストン２６０と第２ピストン２７０の駆動によりカートリッジ２００内部のシリンダー２３０に負圧が発生し、負圧により、シリンジプランジャーを水平に移動させることなく、シリンジ内部の血液又は薬液をカートリッジ２００の内部に投入することができる。
ただし、本発明のシリンダーポンプがインフュージョンモードで駆動される場合には、輸液容器又は血液パックの設置位置に関係なく患者に血液又は薬液を注入させるため、上記のような注入サイクル、交互サイクルを行う前に、血液又は薬液を予め充填するプライミング過程を先に行う。
プライミング過程は、流入管２４０と流出管２５０に接続されたチューブに血液又は薬液を予め充填する過程を意味し、チューブに血液又は薬液を予め充填するために、制御部は、第１駆動モータ３１０と第２駆動モータ３２０をそれぞれ駆動させて、図１３の（ａ）に示すように、カートリッジ２００内の第１ピストン２６０を流入管２４０の外側に位置させ、第２ピストン２７０を流出管２５０の外側に位置させて、流入管２４０と流出管２５０との間にピストンが位置しないように制御する。
上記のように第１ピストン２６０と第２ピストン２７０がそれぞれ流入管２４０の外側と流出管２５０の外側に位置すると、シリンダー２３０内部に負圧が形成され、図１３の（ｂ）のように血液又は薬液が流入管２４０を介してシリンダー２３０の内部に流入することになり、上述した交互サイクル制御時とは異なり、流入管２４０と流出管２５０との間にピストンが固定されていないので、流入管２４０を介して流入した血液又は薬液は、図１３の（ｃ）のように直ちに流出管２５０を介してカートリッジ２００の外部に流出し、流出管２５０に接続されたチューブ内の空気を除去するとともに血液又は薬液を充填することができる。
また、上記の過程を経てチューブ内に血液又は薬液が充填されると、第１駆動モータ３１０は、第１ピストン２６０が流入管２４０と流出管２５０との間に位置するまでのみ駆動された後停止するので、従来のインフュージョンポンプやシリンジポンプを使用時に発生していた不注意による医療事故を防止することもできる。
上記のようにカートリッジ２００の流入管２４０と流出管２５０とに接続されたチューブに血液又は薬液を予め充填しておくと、本発明のシリンダーポンプがインフュージョンモードで駆動されている間に、輸液容器又は血液パックの設置位置が変わっても、チューブに充填された血液又は薬液を患者に注入することができる。
一方、上述したプライミング過程において制御部がカートリッジ２００内の第１ピストン２６０を流入管２４０の外側に位置させ、第２ピストン２７０を流出管２５０の外側に位置させて、流入管２４０と流出管２５０との間にピストンが位置しないように制御する過程は、制御部が、薬液又は血液がカートリッジ２００においてフリーフロー（ｆｒｅｅ ｆｌｏｗ）できるように制御する過程である。
制御部による薬液又は血液のカートリッジ２００におけるフリーフローは、上述したプライミング過程はもとよりカートリッジ２００の他の用途にも利用され得る。
まず、本発明は、フリーフローを利用することにより、本発明によるシリンダーポンプだけでなく、他の機種のインフュージョンポンプに対するカートリッジ２００の互換性を確保することができる。すなわち、インフュージョンポンプの場合、チューブを圧搾することによって薬液又は血液の注入を制御する方式を採用しているため、チューブが接続されたカートリッジ２００がフリーフロー状態であれば、他の機種のインフュージョンポンプに対するカートリッジ２００の互換性を確保することができる。
また、本発明のシリンダーポンプを用いて薬液又は血液を注入されている患者が、本発明のシリンダーポンプを含むあらゆる種類の電子機器の搬入が禁止されるＭＲＩまたはＣＴを撮影しなければならない場合が発生することがある。このとき、本発明のシリンダーポンプでは、薬液又は血液がカートリッジ２００においてフリーフローできるようにピストンを位置させることができる。患者は、フリーフロー状態のカートリッジ２００をシリンダーポンプから取り外し、チューブにレギュレータを取り付けることにより、ＭＲＩまたはＣＴを撮影する場合でも薬液又は血液注入の連続性を確保することができる。
一方、使用者は、操作部５００を操作して制御部により第１駆動モータ３１０を駆動させて、第１ピストン２６０が流入管２４０と流出管２５０との間に位置するように制御することにより、薬液又は血液をフリーフローしないようにすることもできる。すなわち、本発明では、メインボディ１１０と前面ボディ１２０との間の結合が解除された場合（すなわち、前面ボディが開いた場合）に患者に薬液又は血液が偶発的に注入されることを防止し、患者の安全を確保することができる。
すなわち、上述した薬液又は血液のカートリッジ２００におけるフリーフローの場合、ややもすると患者に薬液又は血液が偶発的に注入されて患者の安全を損なうおそれがあるので、使用者の操作部５００の操作によって選択的に行われる過程であることを理解しなければならない。
最後に、以上おいて本発明は、フリーフローを利用して、他の機種のインフュージョンポンプに対してもカートリッジ２００の互換性を確保できることを説明したが、本発明は、ピストンの座標を用いて、本発明と同一機種のシリンダーポンプに対してもカートリッジ２００の互換性を確保することができる。
すなわち、本発明のシリンダーポンプを用いて血液又は薬液を注入されている患者が、同一機種の他のシリンダーポンプを用いて血液又は薬液を注入されなければならない場合が生じることがある。
例えば、大規模病院では、各病棟に医療機器を個別に具備・管理することが一般的であるため、病棟を移動する患者は、既存の病棟で使用していたシリンダーポンプをそのまま使用することはできず、新しい病棟に所属する同一機種の他のシリンダーポンプを使用する必要がある場合がある。
このとき、患者は、カートリッジ２００を新しいカートリッジ２００に交換することなく、使用していたカートリッジ２００を同一機種の他のシリンダーポンプにそのまま使用することができる。
同一機種のシリンダーポンプに対するカートリッジ２００の互換性は、シリンダーポンプ間のピストンの座標を共有することによって達成することができる。
シリンダーポンプ間の座標の共有過程は以下の通りである。まず、シリンダーポンプの制御部は、血液又は薬液の注入のために注入サイクル制御または交互サイクル制御中であるカートリッジ２００内部の第１ピストン及び第２ピストンの座標を、駆動部を介して入力し、入力された座標をディスプレイ部４００に表示する。次に、使用者は、カートリッジ２００をシリンダーポンプから取り外した後、ディスプレイ部４００に表示されたピストンの座標を確認し、カートリッジ２００を新たに取り付ける他のシリンダーポンプに上記座標を入力する。カートリッジ２００が新たに取り付けられるシリンダーポンプの制御部は、使用者から入力されたピストンの座標に応じて、結合溝１１１の位置を、取り外されたカートリッジ２００の上部回転部材穴２１２と下部回転部材穴２１２の位置と同様に調整する。
使用者は、取り外されたカートリッジ２００の上部回転部材穴２１２と下部回転部材穴２１２の位置と同様に調整された、新しいシリンダーポンプの結合溝１１１にカートリッジ２００を取り付けることにより、従前に使用していたシリンダーポンプで中断された薬液又は血液の注入過程を、新しいシリンダーポンプで続けて行うことができる。
以上、本発明の好適な実施形態及び応用例について図示及び説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態及び応用例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により様々な変形実施が可能なのはいうまでもなく、このような変形実施は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならない。
また、本明細書で使用した用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定する意図はない。単数の表現は、文脈上明らかに異なるものを意味しない限り、複数の表現を含む。
本発明の技術範囲は、特許請求の範囲によって解釈されなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明の技術範囲に含まれると解釈されなければならない。
１００ ボディ部
１１０ メインボディ
１１１ 結合溝
１１２ ハンドル部
１１３ ガイド部
１１４ 閉塞感知センサ
１１５ バブル感知センサ
１１６ 係止段
１２０ 前面ボディ
２００ カートリッジ
２０９ 上部ハウジング穴
２１０ 上部ハウジング
２１１ 上部回転部材
２１２ 上部回転部材穴
２１３ 上部プッシング部材
２２０ 下部ハウジング
２２１ 下部回転部材
２２２ 下部回転部材穴
２２３ 下部プッシング部材
２３０ シリンダー
２４０ 流入管
２５０ 流出管
２６０ 第１ピストン
２７０ 第２ピストン
３００ 駆動部
３０１ 駆動部ボディ
３０２ 軸受
３１０ 第１駆動モータ
３１１ 第１ウォーム
３１２ 第１ウォームギア
３２０ 第２駆動モータ
３２１ 第２ウォーム
３２２ 第２ウォームギア
３３０ 内側駆動ギア
３４０ 外側駆動ギア
４００ ディスプレイ部
５００ 操作部
６００ クランプ
７００ シリンジホルダー
７１０ 固定板
７２０ バンド
８００ メンブレンフィルター
８１０ フィルターボディ
８２０ フィルターカバー
８１１ ボディ溝
８２１ カバー穴

Claims (9)

  1. カートリッジを着脱するための結合溝を有するメインボディ、及び前記メインボディにヒンジ結合された前面ボディを含むボディ部と、
    前記メインボディ内に位置して前記カートリッジを駆動させる駆動部と、
    前記前面ボディに位置してシリンダーポンプの駆動に必要なインタフェースを提供するディスプレイ部と、
    前記駆動部の駆動を制御する制御部と、
    前記制御部に使用者の操作信号又は入力情報を伝達する操作部と、
    を備え、
    前記カートリッジは、内部に上部回転部材が挿入される上部ハウジングと、
    前記上部ハウジングに結合され、内部に下部回転部材が挿入される下部ハウジングと、を備え、前記上部回転部材には上部回転部材穴が形成され、前記下部回転部材には下部回転部材穴が形成され、前記上部ハウジング及び前記下部ハウジングの内周面と、前記上部回転部材及び前記下部回転部材の外周面とによってチューブ状のシリンダーが形成され、
    前記シリンダーには、薬液又は血液が流入する流入管と、前記シリンダー内の薬液又は血液が外部に流出する流出管とが形成され、前記シリンダーには、前記シリンダー内を回転する第１ピストン及び第２ピストンが設けられていることを特徴とするシリンダーポンプ。
  2. 前記駆動部は、
    駆動部ボディと、
    前記駆動部ボディに位置する第１駆動モータ及び第２駆動モータと、
    前記第１駆動モータ及び前記第２駆動モータによりそれぞれ駆動される第１ウォーム及び第２ウォームと、
    前記第１ウォーム及び第２ウォームにそれぞれ噛み合って回転する第１ウォームギア及び第２ウォームギアと、
    前記第１ウォームギアにより回転する内側駆動ギアと、
    前記第２ウォームギアにより回転する外側駆動ギアと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のシリンダーポンプ。
  3. 前記上部回転部材穴は、幅の異なる十字状であり、
    前記下部回転部材穴は、Ｔ字状であることを特徴とする請求項２に記載のシリンダーポンプ。
  4. 前記外側駆動ギアは、
    幅の異なる十字状に構成されて前記上部回転部材に結合され、
    前記内側駆動ギアは、
    Ｔ字状に構成されて前記下部回転部材に結合されることを特徴とする請求項３に記載のシリンダーポンプ。
  5. 前記制御部は、
    前記カートリッジの内部に位置している前記第１ピストン及び前記第２ピストンの座標を取得し、前記座標を前記ディスプレイ部に表示することを特徴とする請求項１に記載のシリンダーポンプ。
  6. 前記制御部は、
    薬液又は血液を前記カートリッジにおいてフリーフローさせるために、
    前記カートリッジ内の前記第１ピストンと前記第２ピストンが前記流入管の外側と前記流出管の外側に位置するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載のシリンダーポンプ。
  7. 前記制御部は、
    薬液又は血液を前記カートリッジにおいてフリーフローさせないために、
    前記カートリッジ内の前記第１ピストンが前記流入管と前記流出管との間に位置するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載のシリンダーポンプ。
  8. 前記流入管及び前記流出管の少なくとも一方には、
    薬液から空気を除去するためのメンブレンフィルターが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダーポンプ。
  9. 前記メンブレンフィルターは、
    薬液を通過させ空気を通過させない親水性メンブレンフィルターと、前記親水性メンブレンフィルターを通過していない空気を外部に排出する疎水性メンブレンフィルターと、を備えてなることを特徴とする請求項８に記載のシリンダーポンプ。
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