医療用膨張・収縮駆動装置
【課題】 駆動装置の応答性の低下要因を検知し、駆動装置の応答性を良好に保つことができる医療用膨張・収縮駆動装置を提供する。
【解決手段】
駆動流体の流動によって被駆動機器が膨張および収縮を繰り返すように、当該被駆動機器に連通する配管系（２８）に、陽圧と陰圧とを交互に印加する圧力発生手段（１２，１３，２１，２２）と、第１制御弁（８２）を介して前記配管系に接続されるガスタンク（１８）と、前記ガスタンクにガスを補充するガス補充手段（６０）と、前記ガスタンクの排気を行う排気手段（８３，８４）と、前記配管系の前記駆動流体における前記ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段（７２）と、前記圧力発生手段、前記第１制御弁、前記ガス濃度検出手段及び前記排気手段を制御する制御手段（２０，７９）と、を有する医療用膨張・収縮駆動装置。
【解決手段】
駆動流体の流動によって被駆動機器が膨張および収縮を繰り返すように、当該被駆動機器に連通する配管系（２８）に、陽圧と陰圧とを交互に印加する圧力発生手段（１２，１３，２１，２２）と、第１制御弁（８２）を介して前記配管系に接続されるガスタンク（１８）と、前記ガスタンクにガスを補充するガス補充手段（６０）と、前記ガスタンクの排気を行う排気手段（８３，８４）と、前記配管系の前記駆動流体における前記ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段（７２）と、前記圧力発生手段、前記第１制御弁、前記ガス濃度検出手段及び前記排気手段を制御する制御手段（２０，７９）と、を有する医療用膨張・収縮駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＡＢＰ（大動脈バルーンポンピング）等において被駆動機器を駆動するために用いられる医療用膨張・収縮駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＡＢＰなどにおいてバルーンカテーテルを駆動するために用いられる駆動装置では、駆動流体としてヘリウムガス等を用いるものが提案されている。また、バルーンの応答性向上や破損時における体内へのガス流出抑制の観点から、バルーンカテーテルとの間で直接流体を流動させる二次配管系と、二次配管系に対して圧力変動のみを伝える一次配管系とを有する駆動装置も提案されている。
【０００３】
ここで、バルーンカテーテル及び二次配管系等に充填されるガスは、たとえピンホール等の損傷が生じていない正常駆動時においても、バルーン膜や配管系を構成するチューブの壁を透過して拡散する。特に、質量が小さく応答性に優れていることなどから、バルーンカテーテルの駆動に好適に用いられるヘリウムガスは、その分子量が小さいために、バルーン膜や配管等から外部へ拡散しやすいという性質を有している。
【０００４】
そのため、バルーンカテーテル及び二次配管系の内部圧力が低下した場合に、これらにヘリウムガスを補充する手段を有する駆動装置が提案されている。また、駆動装置によるガス補充量を監視することにより、正常駆動時におけるガス補充動作と、ピンホール等が生じている異常駆動時におけるガス補充動作とを判別可能な駆動装置も提案されている（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１７３４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、バルーンカテーテル及びこれを駆動する駆動装置では、正常駆動時において、内部の駆動流体が外部に拡散するだけでなく、バルーンカテーテル及び二次配管系の内部へ、外部の空気や水蒸気等が流入する現象が発生する。バルーンカテーテル及び二次配管系の内部の駆動流体に、外部からの空気や水蒸気が混ざると、駆動装置の応答性が低下するなどの問題が発生する。
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、駆動装置の応答性の低下要因を検知し、駆動装置の応答性を良好に保つことができる医療用膨張・収縮駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、
駆動流体の流動によって被駆動機器が膨張および収縮を繰り返すように、当該被駆動機器に連通する配管系に、陽圧と陰圧とを交互に印加する圧力発生手段と、
第１制御弁を介して前記配管系に接続されるガスタンクと、
前記ガスタンクにガスを補充するガス補充手段と、
前記ガスタンクの排気を行う排気手段と、
前記配管系の前記駆動流体における前記ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段と、
前記圧力発生手段、前記第１制御弁、前記ガス濃度検出手段及び前記排気手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記圧力発生手段が前記陰圧の印加から前記陽圧の印加へ切り換わった後に前記第１制御弁を開き、次の切り換えの前に前記第１制御弁を閉じ、前記配管系から前記ガスタンクへ、前記駆動流体の少なくとも一部が流入するように前記第１制御弁を制御し、
前記制御手段は、前記第１制御弁を閉じている状態において、前記ガスタンクに流入した前記駆動流体の少なくとも一部を前記ガスタンクから排出するように前記排気手段を制御した後に、前記ガスタンクに前記ガスを補充するように前記ガス補充手段を制御するタンク置換制御を行うことができ、
前記制御手段は、前記圧力発生手段が前記陽圧の印加から前記陰圧の印加へ切り換わった後に前記第１制御弁を開き、次の切り換えの前に前記第１制御弁を閉じ、前記ガスタンクから前記配管系へ、前記ガスタンクの流体の少なくとも一部が流入するように前記第１制御弁を制御し、
前記制御手段は、前記ガス濃度検出手段による検出結果に応じて、前記タンク置換制御を実施することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、配管系に存在する駆動流体におけるガスの濃度を検出することができる。駆動流体におけるガスの濃度低下は、駆動装置の応答性の低下要因となるため、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、配管系の駆動流体におけるガスの濃度を検出することにより、駆動装置の応答性の低下要因を検知できる。
【００１０】
さらに、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、第１制御弁によって配管系に対する連通及び遮断を切り換え可能なガスタンクを有する。制御手段は、第１制御弁の開閉を制御し、配管系の圧力変化に応じて、配管系とガスタンクの間で、流体の移動を発生させる。また、制御手段は、第１制御弁を閉じた状態でガス補充手段と排気手段を制御し、ガスタンクに流入した流体を、ガスに置換するタンク置換制御を行うことができる。したがって、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、ガスの濃度低下を検出したような場合には、第１制御弁の開閉動作の間にタンク置換制御を行うことにより、被駆動機器の膨張・収縮動作を継続しながら、配管系のガス濃度を上昇させることが可能である。また、このような医療用膨張・収縮駆動装置は、ガスの消費を抑制できるとともに、駆動流体の置換に伴う装置の停止時間を抑制することが可能である。
【００１１】
また、例えば、前記制御手段は、前記駆動流体における前記ガスの前記濃度が第１の範囲である場合、前記タンク置換制御を所定の回数実施しても良い。
【００１２】
制御手段は、ガスの濃度に応じて、タンク置換制御を所定の回数実施することにより、配管系のガス濃度を適切なレベルまで引き上げ、駆動装置の応答性を良好に維持することが可能である。また、ガス濃度の範囲と、タンク置換制御の回数を対応づけることにより、このような医療用膨張・収縮装置は、ガスの濃度を維持するために要するガスの量を抑制することができる。
【００１３】
また、例えば、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、前記制御手段からの制御を受けて前記配管系から前記駆動流体を排出する配管排出手段と、
前記制御手段からの制御を受けて前記配管系へ前記ガスを補充する配管補充手段と、を有しても良く、
前記制御手段は、前記駆動流体における前記ガスの前記濃度が前記第１の範囲より低い場合、前記配管系から前記駆動流体を排出するように前記配管排出手段を制御した後、前記配管系に前記ガスを補充するように前記配管補充手段を制御しても良い。
【００１４】
このような制御手段は、ガスの濃度が第１の範囲である場合は、ガスタンクを介したタンク置換制御を行うが、ガスの濃度が第１の範囲より低い場合には、配管排出手段と配管補充手段とを制御して、より直接的に配管系の駆動流体をガスに置換する。このような制御手段を有する医療用膨張・収縮駆動装置は、ガス濃度の低下幅が小さい場合には被駆動機器の膨張・収縮動作を継続しながら徐々に配管系のガス濃度を上昇させることができ、他方、ガス濃度の低下幅が大きい場合には素早く大幅に駆動流体のガス濃度を回復させることができる。また、所定の時間で駆動流体の置換を行うような技術に比べて、被駆動機器の膨張・収縮動作を停止して行う置換の実施頻度を、抑制することが可能である。
【００１５】
また、例えば、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、内部の圧力を調整する圧力調整手段を有し、前記配管系に第２制御弁を介して接続されるチャンバーをさらに有しても良く、
前記ガス濃度検出手段は、前記チャンバー内に流入した前記駆動流体における前記ガスの前記濃度を検出しても良い。
【００１６】
圧力調整手段による圧力調整が可能なチャンバー内において、駆動流体のガス濃度を検出する医療用膨張・収縮駆動装置は、容易かつ正確な濃度の検出が可能である。
【００１７】
また、例えば、前記圧力調整手段は、前記チャンバーの容積を変えるように移動する可動壁を有しても良く、
前記圧力発生手段は、前記陽圧を発生する陽圧発生部と、前記陰圧を発生する陰圧発生部とを有しても良く、
前記チャンバーは、第３制御弁を介して前記陰圧発生部と接続されても良く、
前記可動壁は、前記チャンバーが前記陰圧発生部と連通した際に、前記チャンバーの前記容積が減少するように移動しても良い。
【００１８】
このようなチャンバーを有する医療用膨張・収縮駆動装置は、シンプルな構造でありながら、高い精度で駆動流体のガス濃度を検出することが可能である。また、圧力調整手段が有する可動壁は、チャンバー内の圧力を調整する際に移動するだけでなく、チャンバーから駆動流体を排出する際にも移動するため、チャンバーの効率的な排出にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る医療用膨張・収縮駆動装置の概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す医療用膨張・収縮装置に接続されるバルーンカテーテルの一例を表す断面図である。
【図３】図３は、図２に示すバルーンカテーテルの使用例を表す概念図である。
【図４】図４は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われる圧力検出及び電磁弁の開閉のタイミングを示すチャート図である。
【図５】図５は、二次配管系から三次ヘリウムガスタンクへの流体の移動を説明した模式図である。
【図６】図６は、三次ヘリウムガスタンクから二次配管系への流体の移動を説明した模式図である。
【図７】図７は、図１に示す電磁弁８２を閉状態に維持した場合における二次配管系の圧力変化を示すグラフである。
【図８】図８は、図１に示す電磁弁８２を、二次配管系の圧力印加状態に対応させて開閉させた場合における二次配管系の圧力変化を示すグラフである。
【図９】図９は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われる半パージにおける処理の一例を表すフローチャートである。
【図１０】図１０は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われる全パージにおける処理の一例を表すフローチャートである。
【図１１】図１１は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われるガス濃度検出の第１の段階を表す概念図である。
【図１２】図１２は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われるガス濃度検出の第２の段階を表す概念図である。
【図１３】図１３は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われるガス濃度検出の第３の段階を表す概念図である。
【図１４】図１４は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われるガス濃度管理動作を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置を、図面に示す実施形態に基づき、詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る医療用膨張・収縮駆動装置の概略構成図である。本実施形態では、ＩＡＢＰ用バルーンカテーテル３０のバルーン３２を膨張及び収縮させるために用いられる駆動装置を例に挙げて説明を行うが、本発明に係る駆動装置によって膨張及び収縮させられる医療用器具はこれに限定されない。
【００２２】
図２に示すように、ＩＡＢＰ用バルーンカテーテル３０は、心臓の拍動に合わせて拡張及び収縮するバルーン３２を有する。バルーン３２は、膜厚約１００〜１５０μｍ程度の筒状のバルーン膜で構成される。図２に示すバルーンカテーテル３０において、拡張状態のバルーン膜の形状は円筒形状であるが、これに限定されず、多角筒形状であっても良い。
【００２３】
ＩＡＢＰ用バルーン３２は耐屈曲疲労特性に優れた材質で構成される。バルーン３２の外径および長さは、心機能の補助効果に大きく影響するバルーン３２の内容積と、動脈血管の内径などに応じて決定される。バルーン３２は、通常、その内容積が３０〜５０ｃｃであり、外径が拡張時１４〜１６ｍｍであり、長さが２１０〜２７０ｍｍである。
【００２４】
このバルーン３２の遠位端は、短チューブ３５を介してまたは直接に内管４０の遠位端外周に熱融着または接着などの手段で取り付けてある。バルーン３２の近位端には、金属チューブ３７などの造影マーカーを介してまたは直接に、カテーテル管３４の遠位端に接合してある。このカテーテル管３４の内部に形成された第１のルーメンを通じて、バルーン３２内に、駆動流体が導入または導出され、バルーン３２が拡張または収縮するようになっている。バルーン３２とカテーテル管３４との接合は、熱融着あるいは紫外線硬化樹脂などの接着剤による接着により行われる。
【００２５】
内管４０の遠位端はカテーテル管３４の遠位端より遠方へ突き出ている。内管４０は、バルーン３２およびカテーテル管３４の内部を軸方向に挿通されている。内管４０の近位端は、分岐部３６の第２ポート４２に連通するようになっている。内管４０の内部には、第２ルーメンが形成してある。第２ルーメンは、バルーン３２の内部に形成される膨張・収縮空間や、カテーテル管３４内に形成された第１のルーメンとは連通しない。内管４０は、遠位端の開口端４３で取り入れた血圧を分岐部３６の第２ポート４２へ送り、そこから血圧変動の測定を行うようになっている。
【００２６】
バルーン３２内に位置する内管４０の第２ルーメンは、バルーンカテーテル３０を動脈内に挿入する際に、バルーン３２を都合良く動脈内に差し込むためのガイドワイヤ挿通管腔としても用いられる。バルーンカテーテル３０を血管などの体腔内に差し込む際には、バルーン３２は、内管４０の外周に折り畳んで巻回される。図２に示す内管４０は、たとえばカテーテル管３４と同様な材質で構成される。内管４０の内径は、ガイドワイヤを挿通できる径であれば特に限定されず、たとえば０．１５〜１．５mm、好ましくは０．５〜１mmである。この内管４０の肉厚は、０．１〜０．４mmが好ましい。内管４０の全長は、血管内に挿入されるバルーンカテーテル３０の軸方向長さなどに応じて決定され、特に限定されないが、たとえば５００〜１２００mm、好ましくは７００〜１０００mm程度である。
【００２７】
カテーテル管３４は、ある程度の可撓性を有する材質で構成されることが好ましい。カテーテル管３４の内径は、好ましくは１．５〜４．０mmであり、カテーテル管３４の肉厚は、好ましくは０．０５〜０．４mmである。カテーテル管３４の長さは、好ましくは３００〜８００mm程度である。
【００２８】
カテーテル管３４の近位端には患者の体外に設置される分岐部３６が連結してある。分岐部３６はカテーテル管３４と別体に成形され、熱融着あるいは接着などにより、カテーテル管３４と固着される。分岐部３６にはカテーテル管３４内の第１のルーメンおよびバルーン３２内に駆動流体を導入または導出するための第１ポート３８と、内管４０の第２ルーメン内に連通する第２ポート４２とが形成してある。
【００２９】
第１ポート３８は、たとえば図３に示す駆動装置２９に接続され、この駆動装置２９により流体圧がバルーン３２内に導入または導出されるようになっている。バルーン３２への充填に使用する補充ガスは特に限定されないが、駆動装置２９の駆動に応じて素早くバルーン３２が拡張または収縮するように、質量の小さいヘリウムガスなどを主成分とする流体が用いられる。
【００３０】
図３に示すように、第２ポート４２は、血圧変動測定装置４９に接続される。血圧変動測定装置４９は、バルーン３２の遠位端に位置する内管４０の開口端４３及び第２ルーメンを介して、動脈内の血圧の変動を測定することができる。血圧変動測定装置４９は、測定した血圧の変動等を駆動装置２９に出力する。駆動装置２９は、血圧の変動等から心臓の拍動を認識し、これに合わせてバルーン３２を膨張及び収縮させる。駆動装置２９は、通常０．４〜１秒程度の短周期でバルーン３２を拡張および収縮させる。
【００３１】
ＩＡＢＰ用バルーンカテーテル３０では、前述したように、バルーン３２を駆動するためにバルーン３２内に導入される補充ガスとして、応答性が良好であるなどの観点から、質量の小さいヘリウムガスなどを用いる。しかし、ヘリウムガスの陽圧および陰圧を、直接ポンプやコンプレッサなどで作り出すことは、ガス消費量が大きく経済性に難があり又、容量の制御が困難である。したがって、本実施形態に係る駆動装置２９では、図１に示すような構造を採用している。すなわち、バルーン３２内に連通する二次配管系２８と、圧力発生手段としての第１ポンプ１４ａ及び第２ポンプ１４ｂに連通する一次配管系２７とを、圧力伝達隔壁装置５０により分離している。圧力伝達隔壁装置５０は、ダイヤフラムおよびプレートを有する隔壁５５により気密に仕切られた第１室５６と第２室５８とを有する。なお、隔壁５５は、ダイヤフラムのみで構成されていても良い。
【００３２】
圧力伝達隔壁装置５０の第１室５６は、入力ポート５２を通じて図１に示す一次配管系２７に連通している。第２室５８は、出力ポート５４を通じて二次配管系２８に連通している。
【００３３】
第１室５６と第２室５８とは、流体の連通は遮断されているが、第１室５６の圧力変化（容積変化）が、隔壁５５の変位により、第２室５８の圧力変化（容積変化）として伝達するようになっている。このような構造を採用することにより、一次配管系２７と二次配管系２８とを連通させることなく、一次配管系２７の圧力変動を二次配管系２８に伝達することができる。また、駆動装置２９は、二次配管系２８に封入される駆動流体の容量（化学当量）を一定に制御し易い。さらに、駆動装置２９は、仮にバルーン３２に異常が生じて駆動流体が漏れたとしても、その漏れ量が過大になることを防止することができる。
【００３４】
本実施形態では、一次配管系２７の内部流体を空気とし、二次配管系２８にヘリウムガスを充填及び補充する。二次配管系２８へ供給する流体をヘリウムガスとしたのは、質量（分子量）が小さいガスを用いることで、バルーン３２の膨張・収縮の応答性を高めるためである。
【００３５】
図１に示すように、一次配管系２７には、圧力発生手段として、二つのポンプ１４ａ，１４ｂが配置してある。一方の第１ポンプ１４ａは、陽圧発生用ポンプ（コンプレッサとも言う；以下同様）であり、他方の第２ポンプ１４ｂは、陰圧発生用ポンプである。第１ポンプ１４ａの陽圧出力口には、減圧弁１７を介して、陽圧タンクとしての第１圧力タンク１２が接続してある。また、第２ポンプ１４ｂの陰圧出力口には、逆止弁１８を介して陰圧タンクとしての第２圧力タンク１３が接続してある。
【００３６】
第１圧力タンク１２および第２圧力タンク１３には、それぞれの内部圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ１５，１６が装着してある。各圧力タンク１２，１３には、それぞれ電磁弁２１および電磁弁２２が接続してある。これら電磁弁２１，２２の開閉は、図示省略してある中央制御手段により制御され、たとえば患者の心臓の拍動に対応して制御される。これら電磁弁２１，２２の出力端は、二次圧力発生手段としての圧力伝達隔壁装置５０の入力ポート５２に接続してある。
【００３７】
圧力伝達隔壁装置５０の出力ポート５４は、二次配管系２８に接続してある。二次配管系２８は、バルーン３２の内部に連通しており、ヘリウムガスを主成分とする駆動流体が封入された密閉系となっている。この二次配管系２８は、ホースまたはチューブなどで構成される。この二次配管系２８には、その内部圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ２５が装着してある。この圧力センサ２５の出力は、補充制御手段２０へ入力するようになっている。
【００３８】
また、この二次配管系２８には、主ライン２８ａから分岐して、排気ライン２８ｂが接続してある。この排気ライン２８ｂには、電磁弁１９を介して、図示省力してある排気用ポンプが接続してある。排気ライン２８ｂに設けられた電磁弁１９および排気用ポンプは、二次配管系２８の内部を真空引きするためのものである。例えば、使用前において、二次配管系２８及びこれに繋がる第１ルーメン及びバルーン３２内は、排気ライン２８ｂを介して排気された後、後述の補充ライン２８ｃからヘリウムガスを供給されることによって、ヘリウムガスへの置換が実施される。
【００３９】
また、排気ライン２８ｂは、二次配管系２８内に存在する駆動流体のヘリウムガス濃度が大きく低下し、二次配管系２８内の駆動流体全体を、置換用の電磁弁６９を介して供給されるヘリウムガスに置換（全パージ）する際にも使用される。この場合も、使用前と同様に、電磁弁１９を開いて排気ライン２８ｂから二次配管系２８を排気したのち電磁弁１９を閉じ、さらに電磁弁６９を開くことによって新たなヘリウムガスを二次配管系２８に充填する。この際、電磁弁１９及び排気用ポンプは、中央制御手段または補充制御手段２０からの制御を受けて二次配管系２８から駆動流体を排出する排出手段として機能する。また、電磁弁６９及び補充装置６０は、中央制御手段または補充制御手段２０からの制御を受けて二次配管系２８へ直接ヘリウムガスを補充する配管補充手段として機能する。
【００４０】
バルーン３２を短周期で膨張及び収縮させる通常駆動状態においては、電磁弁１９は閉じられている。なお、排気用ポンプは、第２ポンプ１４ｂを兼ねても良い。
【００４１】
この二次配管系２８には、補充ライン２８ｃを介して補充装置６０、補助装置８０及び電磁弁６９が接続してある。補充装置６０と電磁弁６９は、先述したように、排気後に二次配管系２８へヘリウムガスを充填する場合に用いる。
【００４２】
これに対して、補充装置６０と補助装置８０は、補充制御手段２０からの制御を受けて、バルーン３２を短周期で膨張及び収縮させる通常駆動状態において、二次配管系２８にヘリウムガスを補充する。補充装置６０及び補助装置８０は、二次配管系２８（第１ルーメン及びバルーン３２の内部を含む）内部に存在する駆動流体の化学当量又は二次配管系２８の圧力が一定に保たれるように、二次配管系２８に対してヘリウムガスを補充する。さらに、補充装置６０及び補助装置８０は、二次配管系２８の圧力を維持しつつ、三次ヘリウムガスタンク８１を用いて駆動流体の一部をヘリウムガスに置換し、駆動流体のヘリウムガス濃度を上昇させる動作（半パージ）を実施することができる。
【００４３】
補充装置６０は、電磁弁６９を介して二次配管系２８に直接ヘリウムガスを補充できるとともに、補助装置８０の三次ヘリウムガスタンク８１にヘリウムガスを補充することができる。補充装置６０は、一次ガスタンクとしての一次ヘリウムガスタンク６１を有する。一次ヘリウムガスタンク６１の出力側には、減圧弁６２を介して、電磁弁６３が接続してある。この電磁弁６３の開閉は、補充制御手段２０により制御される。この電磁弁６３の出力側には、二次ヘリウムガスタンク６４が接続してあり、電磁弁６３の開閉により、一次ヘリウムガスタンク６１と二次ヘリウムガスタンク６４が連通するようになっている。
【００４４】
二次ヘリウムガスタンク６４には、圧力センサ６５が装着してあり、圧力センサ６５は、二次ヘリウムガスタンク６４内の圧力を検出し、補充制御手段２０へ検出結果を出力する。補充制御手段２０は、電磁弁６３の開閉を制御することにより、二次ヘリウムガスタンク６４内の圧力を略一定に保つ。たとえば二次ヘリウムガスタンク６４内の圧力は、１００mmＨｇ程度に制御される。
【００４５】
二次ヘリウムガスタンク６４には、電磁弁６８が接続してある。電磁弁６８は、補充制御手段２０により制御される。補充制御手段２０は、圧力センサ２５を介して二次配管系２８内部の圧力を検知し、バルーン３２などからの透過により二次配管系２８内部の圧力が低下した場合には、電磁弁６８を開いて一定容量のヘリウムガスを三次ヘリウムガスタンク８１へ補充する。後述するように、三次ヘリウムガスタンク８１と二次配管系２８の間にある電磁弁８２は、バルーン３２の駆動に併せて開閉するため、三次ヘリウムガスタンク８１へ補充されたヘリウムガスは、二次配管系２８の圧力を上昇させる作用を奏する。
【００４６】
補充制御手段２０は、バルーン３２の膨張及び収縮における所定のタイミングで二次配管系２８の圧力を検知し、電磁弁６８の開閉を行う。これにより、駆動装置２９は、バルーン３２を膨張及び収縮させる動作を続けながら、バルーン３２の膨張及び収縮動作を阻害することなく、ヘリウムガスの補充を行うことができる。なお、補充制御手段２０は、二次ヘリウムガスタンク６４の圧力変化を圧力センサ６５から読み取り、これを記憶しておくことができる。これによって、補充制御手段２０は、補充装置６０から二次配管系２８へ補充されたヘリウムガスの量及びその時間変化を認識することができる。
【００４７】
補助装置８０は、三次ヘリウムガスタンク８１と、第１制御弁としての電磁弁８２と、電磁弁８３と、負圧タンク８４とを有する。三次ヘリウムガスタンク８１は、電磁弁８２を介して二次配管系２８に接続されている。電磁弁８２は、三次ヘリウムガスタンク８１と二次配管系２８との間の連通を選択的に開閉する電磁弁である。補充制御手段２０は、二次配管系２８に対する陽圧の印加と陰圧の印加に対応させて電磁弁８２を開閉する。これにより、三次ヘリウムガスタンク８１は、二次配管系２８との圧力差に応じて、二次配管系２８内の駆動流体の一部を吸入し、または二次配管系２８にその内部のヘリウムガスの少なくとも一部を排出する。
【００４８】
三次ヘリウムガスタンク８１には、補充装置６０の電磁弁６８を介して二次ヘリウムタンク６４が接続されているとともに、電磁弁８３を介して負圧タンク８４が接続されている。電磁弁８３及び負圧タンク８４は、三次ヘリウムガスタンク８１の排気を行う排気手段として機能する。補充制御手段２０は、三次ヘリウムガスタンク８１へ駆動流体を流入させた後に、電磁弁８３を開き、三次ヘリウムガスタンク８１内の流体の少なくとも一部を負圧タンク８４へ排出する。さらに、補充制御手段２０は、電磁弁８３を閉じた後に電磁弁６８を開き、二次ヘリウムガスタンク６４から三次ヘリウムガスタンク８１へ、ヘリウムガスを流入させる（タンク置換制御）。この場合、タンク置換制御前後における三次ヘリウムガスタンク８１の圧力は、略同等となるように制御される。三次ヘリウムガスタンク８１へ流入したヘリウムガスの少なくとも一部は、電磁弁８２が開いた際に二次配管系２８へ流入する。
【００４９】
これにより、駆動装置２９は、バルーン３２を膨張及び収縮させる動作を続けながら、バルーン３２の膨張及び収縮動作を阻害することなく、駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を上昇させることができる。なお、補助装置８０の構成としては図１に示す例に限定されず、例えば負圧タンク８４を設けずに、電磁弁８３を第２圧力タンク１３に接続するようにしてもよい。
【００５０】
補充制御手段２０が、タンク置換制御を含む半パージを行うタイミングは、特に限定されず、所定の時間間隔で半パージが実施されても良い。また例えば、補充制御手段２０は、後述する測定子７２等によるヘリウムガス濃度の測定結果に応じて、半パージの実施の有無又は半パージの実施回数等を決定することができる。なお、本実施形態において、補充制御手段２０は、中央制御手段と相互に通信可能であるが、これに限定されず、補充制御手段２０は、中央制御手段の一部であっても良い。
【００５１】
二次配管系２８には、排気ライン２８ｂ及び補充ライン２８ｃの他に、主ライン２８ａから分岐した測定ライン２８ｄが接続してある。測定ライン２８ｄには、第２制御弁としての電磁弁７３を介して、測定チャンバー７４が接続してある。測定チャンバー７４の内部には、電磁弁７３を介して、二次配管系２８に存在する駆動流体の一部が導入される。測定チャンバー７４には測定子７２が取り付けられており、測定子７２は、測定チャンバー内に流入した駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を検出する。
【００５２】
測定チャンバー７４は、第３制御弁としての電磁弁７５を介して、第２ポンプ１４ｂ及び第２圧力タンク１３に接続されている。第２ポンプ１４ｂは陰圧発生用ポンプであり、第２圧力タンク１３は負圧に保たれている。そのため、測定チャンバー７４の内部に導入された駆動流体は、電磁弁７５を介して排出される。電磁弁７３及び電磁弁７５の開閉は、中央制御手段によって制御される。
【００５３】
測定チャンバー７４は、測定チャンバー７４の圧力を調整する圧力調整手段を有する。圧力調整手段は、ピストン７６、アクチュエータ７７、圧力センサ７８及び測定制御手段７９によって構成される。ピストン７６は、アクチュエータ７７により駆動され、測定チャンバー７４の容積を変更するように移動する。
【００５４】
圧力センサ７８は、測定チャンバー７４内部の圧力を測定し、測定結果を測定制御手段７９に出力する。測定制御手段７９は、圧力センサ７８による測定結果に基づき、アクチュエータ７７を制御してピストン７６を移動させる。これにより、測定制御手段７９は、測定チャンバー７４内部の圧力を、所定の圧力になるように調整することができる。本実施形態において、測定制御手段７９は、中央制御手段と相互に通信可能であるが、これに限定されず、測定制御手段７９は、中央制御手段から独立していても良いし、あるいは中央制御手段の一部であっても良い。
【００５５】
ピストン７６等によって構成される圧力調整手段は、測定子７２による濃度測定時における測定チャンバー７４内部の圧力を、所定の値に調整することができる。圧力調整手段は、例えば測定チャンバー７４の圧力を大気圧とすることができるが、測定チャンバー７４内の圧力は、測定子７２等に応じて決定される。しかし、圧力調整手段は、測定子７２による濃度測定が実施されていない間は、測定チャンバー７４の圧力調整を停止しても良い。例えば、測定制御手段７９は、電磁弁７５を開いて測定チャンバー７４から駆動流体を排気する際には、ピストン７６が外力に従って移動できるように、アクチュエータ７７を制御しても良い。
【００５６】
測定チャンバー７４には、測定子７２が取り付けられている。測定子７２は、測定チャンバー７４内に流入した駆動流体に含まれるヘリウムガスの濃度を測定し、不図示の中央制御手段に出力する。測定子７２は、補充装置６０によって補充されるガス（本実施形態においてはヘリウムガス）が、測定チャンバー７４内に導入された駆動流体中に、どの程度の割合で存在するのかを検出できるものであれば、特に限定されない。例えば、補充装置６０によって補充されるガスがヘリウムガスである場合には、測定子７２としてピラニーゲージを好適に用いることができる。測定子７２としてピラニーゲージを使用し、圧力調整手段を有する測定チャンバー７４を用いることにより、駆動装置２９は、駆動流体に含まれるヘリウムガスの濃度を、容易かつ高精度に検出することができる。
【００５７】
測定子７２によるガス濃度の検出結果を用いて、駆動装置２９は、様々な動作を行うことが可能である。例えば、駆動装置２９は、測定子７２によるガス濃度の検出結果を、表示装置等を用いて表示しても良い。また、駆動流体に含まれるヘリウムガスの濃度が所定の値以下になったことが検出された場合、駆動装置２９は、警告音の発生や警告灯の点灯などの警告動作を行っても良い。なお、駆動装置２９が警告動作を行うヘリウムガス濃度の所定値は、特に限定されないが、例えば７０％以上〜１００％未満とすることにより、ガスの濃度低下による応答性の低下を効果的に防止できる。
【００５８】
さらに、駆動装置２９の中央制御手段は、駆動流体に含まれるヘリウムガスの濃度が所定の値以下になった場合、二次配管系２８、第１ルーメン及びバルーン３２内の駆動流体を、補充装置６０から新たに補充されるヘリウムガスに置換しても良い。この場合、中央制御手段は、補充制御手段２０に指示信号を送信し、二次配管系２８内の駆動流体全体を置換する全パージを行っても良く、三次ヘリウムガスタンク８１のタンク置換制御を介して駆動流体を部分的に置換する半パージを行っても良い。
【００５９】
なお、駆動装置２９が半パージや全パージを行うヘリウムガス濃度の所定値は、特に限定されないが、例えばヘリウムガス濃度が５０％超〜７０％以下で半パージを行い、ヘリウムガス濃度が５０％以下になった場合に全パージを行うことができる。これにより、駆動装置２９は、ガス濃度の低下幅が小さい場合には、バルーン３２の膨張・収縮動作を継続しながら徐々に二次配管系２８のガス濃度を上昇させる半パージを行うことができる。また、駆動装置２９は、ヘリウムガス濃度の低下幅が大きい場合には、素早く大幅に駆動流体のヘリウムガス濃度を回復させる全パージを行うことができる。
【００６０】
（基本動作）
次に、本実施形態に係る医療機器用駆動装置の動作例について説明する。本実施形態では、図１に示す第１ポンプ１４ａを駆動することにより、第１圧力タンク１２内の圧力が約３００mmＨｇ（ゲージ圧）に設定され、第２ポンプ１４ｂを駆動することにより、第２圧力タンク１３内の圧力が約−１５０mmＨｇ（ゲージ圧）に設定される。そして、図１に示す圧力伝達隔壁装置５０の入力端に加わる圧力を、電磁弁２１，２２を交互に駆動することで、第１圧力タンク１２および第２圧力タンク１３の圧力に切り換える。この切り替えのタイミングは、患者の心臓の拍動に合わせて行われるように、中央制御手段が制御する。
【００６１】
図４は、二次配管系２８内部の圧力変動と、電磁弁２１，２２，６８，８２，８３の開閉タイミングを表したグラフである。図４のライン（Ａ）は、図１に示す二次配管系２８内で起こる圧力変動を示すものであり、圧力センサ２５の検出出力を、電磁弁の開閉タイミングと合わせて表示したものである。また、図４のライン（Ｂ）は、バルーン３２の状態が、膨張状態にあるか、収縮状態にあるかを示したものである。
【００６２】
ライン（Ａ）に示される二次配管系２８の圧力変動及びライン（Ｂ）で示されるバルーン３２の膨張・収縮は、主として電磁弁２１，２２の開閉を切り換えることにより発生する。図４のライン（Ｃ）は、電磁弁２１の開閉状態を表しており、ライン（Ｄ）は電磁弁２２の開閉状態を表している。ライン（Ａ），（Ｃ），（Ｄ）の比較から認められるように、電磁弁２１を所定の時間開くことにより、隔壁５５を介して二次配管系２８には陽圧が印加され、二次配管系２８の圧力が上昇する。ライン（Ａ）に示されるように、二次配管系２８の圧力は、オーバーシュートした後、プラトー圧Ｐ４となる。プラトー圧Ｐ４は、バルーン３２が膨張した状態における圧力を示している。
【００６３】
これに対して、ライン（Ｄ）で示される電磁弁２１を所定時間開くと、隔壁５５を介して二次配管系２８に陰圧が印加され、二次配管系２８の圧力が低下する。この場合、ライン（Ａ）で示されるように、二次配管系２８の圧力は、アンダーシュートした後、検出圧力Ｐ３となる。検出圧力Ｐ３は、バルーン３２が縮んだ状態における圧力を示している。
【００６４】
ライン（Ａ）で示される二次配管系２８の圧力変動の最大値は、例えば２８９ｍｍＨｇ（ゲージ圧）であり、最小値は、例えば−１１４ｍｍＨｇ（ゲージ圧）である。図４に示すように、電磁弁２１と電磁弁２２を交互に開き、二次配管系２８に陰圧と陽圧を交互に印加することにより、バルーン３２は、圧力変動に応じた膨張及び収縮を繰り返す。これにより駆動装置２９及びこれによって駆動されるバルーンカテーテル３０は、心臓の補助治療を行うことができる。
【００６５】
本実施形態に係る駆動装置２９では、圧力伝達隔壁装置５０を介した二次配管系２８への陽圧及び陰圧の印加にあわせて、補助装置８０の電磁弁８２が開閉する。図４のライン（Ｅ）は、電磁弁８２の開閉状態を表したものである。例えば、補充制御手段２０は、中央制御手段から電磁弁２１，２２の開閉タイミングを受信し、電磁弁８２の開閉タイミングを制御する。補充制御手段２０は、電磁弁２１を開いて二次配管系２８内に陽圧の印加を開始した時点（陰圧から陽圧に切り換えた時点）から、所定時間経過後に、電磁弁８２を開き、次の切り換え（電磁弁２２を開いて陽圧から陰圧に切り換える時点）の前に、電磁弁８２を閉じる。
【００６６】
図５は、二次配管系２８に印加される圧力が、陰圧から陽圧に切り換わった後であって次の切り換えの前に、電磁弁８２を開いた場合における駆動流体の流れを表したものである。図５に示すように、陽圧が印加され、二次配管系２８の圧力が上昇した状態で電磁弁８２が開かれると、二次配管系２８内の駆動流体の一部が、二次配管系２８と三次ヘリウムガスタンク８１との圧力差に応じて、図中に矢印で示すように、三次ヘリウムガスタンク８１に流入する。この場合、電磁弁８２の開放は、二次配管系２８内の圧力を低下させるように作用する。
【００６７】
また、図４に示すように、補充制御手段２０は、電磁弁２２を開いて二次配管系２８内に陰圧の印加を開始した時点（陽圧から陰圧に切り換えた時点）から、所定時間経過後に、電磁弁８２を開き、次の切り換え（電磁弁２１を開いて陰圧から陽圧に切り換える時点）の前に、電磁弁８２を閉じる。
【００６８】
図６は、二次配管系２８に印加される圧力が、陽圧から陰圧に切り換わった後であって次の切り換えの前に、電磁弁８２を開いた場合における駆動流体の流れを表したものである。図６に示すように、陰圧が印加され、二次配管系２８の圧力が低下した状態で電磁弁８２が開かれると、三次ヘリウムガスタンク８１内の流体の一部が、二次配管系２８と三次ヘリウムガスタンク８１との圧力差に応じて、図中に矢印で示すように、二次配管系２８に流入する。この場合、電磁弁８２の開放は、二次配管系２８内の圧力を上昇させるように作用する。
【００６９】
図７及び図８は、電磁弁８２の開閉動作の有無により、二次配管系２８の圧力変動状態がどのように異なるかを表したグラフである。図７は、電磁弁８２を常に閉じて駆動した場合における二次配管系２８内の圧力変化を示すグラフである。これに対して、図８は、電磁弁８２を図４のライン（Ｅ）に示すように動作させて駆動した場合における二次配管系２８内の圧力変化を示すグラフである。図７および図８において、横軸は時間、縦軸は圧力または容積を示し、符号（Ａ）で示す線は二次配管系２８内の圧力変化を、符号（Ｂ）で示す線はバルーン３２の容積変化を示している。
【００７０】
図７に示すように、二次配管系２８の圧力は、二次配管系２８に対する圧力の印加が切り換わった時点（電磁弁２１又は２２を開いた時点）から、オーバーシュートやアンダーシュートを経て、プラトー圧Ｐ４や検出圧力Ｐ３に到達する。ここで、圧力センサ２５によって検出されるプラトー圧Ｐ４や検出圧力Ｐ３は、中央制御手段や補充制御手段２０による電磁弁の制御に用いられる。したがって、二次配管系２８に対する圧力の印加が切り換わった時点からプラトー圧Ｐ４や検出圧力Ｐ３に到達するまでの時間が短い方が、高い周期での駆動や、正確な制御を実現する観点から好ましい。しかし、電磁弁８２を常に閉じて駆動する場合は、プラトー圧Ｐ４や検出圧力Ｐ３に到達するまでの時間をコントロールすることは難しい。
【００７１】
図７において、二次配管系２８の圧力がオーバーシュートしている期間の最後の方は、バルーン３２はほぼ膨らみきっていることが解る。そこで、このようなタイミングに合わせて電磁弁８２を開くことにより、図８に示すように、オーバーシュートした状態からプラトー圧Ｐ４まで圧力が低下する作用を、アシストすることができる。
【００７２】
また、図７において、二次配管系２８の圧力がアンダーシュートしている期間の最後の方は、バルーン３２はほぼ萎みきっていることが解る。そこで、このようなタイミングに合わせて電磁弁８２を開くことにより、図８に示すように、アンダーシュートした状態から検出圧力Ｐ３まで圧力が上昇する作用を、アシストすることができる。このように、図４のライン（Ｅ）で示すように電磁弁８２を開閉させることにより、陽圧・陰圧が切り換わった時点から、プラトー圧Ｐ４や検出圧力Ｐ３に到達するまでの時間を短縮することができる。
【００７３】
（補充動作）
図１に示す補充制御手段２０は、電磁弁８２の開閉に加えて、電磁弁６８の開閉を制御することによって、バルーン３２を膨張及び収縮させる動作を続けながら、二次配管系２８に対するヘリウムガスの補充を行うことができる。具体的には、まず補充制御手段２０が、バルーン３２などからの透過による駆動流体の低減を、バルーン３２が萎んだ状態における検出圧力Ｐ３（図４参照）を用いて監視する。そして、検出圧力Ｐ３の低下が検出されると、補充制御手段２０は、電磁弁６８を所定時間開き、二次ヘリウムガスタンク６４から三次ヘリウムガスタンク８１に一定容量（一定モル数：化学当量比）のヘリウムガスを入れる。電磁弁６８の開放は、三次ヘリウムガスタンク８１と二次配管系２８の間にある電磁弁８２が閉じている状態で実施される。
【００７４】
二次ヘリウムガスタンク６４からのヘリウムガスの流入により、三次ヘリウムガスタンク８１の圧力は一時的に上昇する。しかし、図４のライン（Ｅ）に示すように、三次ヘリウムガスタンク８１と二次配管系２８との間にある電磁弁８２は、断続的に開かれる。特に、図６に示すように、二次配管系２８の圧力が低下した状態で電磁弁８２が開かれた際には、三次ヘリウムガスタンク８１に補充されたヘリウムガスが、二次配管系２８に流入する。したがって、二次ヘリウムガスタンク６４からの三次ヘリウムガスタンク８１へのヘリウムガスの補充は、電磁弁８２の開閉動作を経て、二次配管系２８へのヘリウムガスの補充に繋がる。
【００７５】
なお、補充制御手段２０が監視する圧力は、プラトー圧Ｐ４より検出圧力Ｐ３の方が好ましい。検出圧力Ｐ３を用いてヘリウムガスの補充の要否を判断することにより、駆動装置２９は、外力により変形し得るバルーン３２部分の検出圧力への影響を低減することが可能である。したがって、駆動装置２９は、任意の駆動（二次）配管系２８（チューブやホースを含む）とバルーン３２の容量に応じて調整される駆動流体の化学当量を、駆動中において一定に保つことが可能となる。
【００７６】
また、検出圧力Ｐ３を一定にするように制御すれば、図４に示すプラトー圧Ｐ４（バルーンが膨らんだ状態での圧力）をも観測することにより、バルーン３２が曲折されるなどの不測の事態によりバルーン３２の容積が変化したことを検出することができる。たとえば、プラトー圧力Ｐ４が、通常よりも高くなった場合には、バルーン３２が曲折されているなどの判断ができる。また、プラトー圧力Ｐ４が、通常よりも小さくなった場合には、駆動流体が透過以外の不測の事態で漏れていると判断することができる。
【００７７】
（半パージ）
図１に示す補充制御手段２０は、電磁弁８２の開閉に加えて、電磁弁６８及び電磁弁８３の開閉を制御することによって、バルーン３２を膨張及び収縮させる動作を続けながら、二次配管系２８の駆動流体を部分的にヘリウムガスに置換する半パージを行うことができる。図９は、中央制御手段およびこれと通信する補充制御手段２０が、半パージにおいて実施する電磁弁の開閉動作を表すフローチャートである。
【００７８】
バルーン３２の一回の膨張及び収縮を駆動の１サイクルとした場合、半パージにおける電磁弁の制御は、電磁弁８３及び電磁弁６８の開閉動作（図９におけるステップＳ００６及びステップＳ００７）が挿入されることを除き、通常の駆動における１サイクルの制御と同様である。すなわち、図４においてライン（Ｃ）〜（Ｅ）で表される電磁弁２１，２２，８２の動作は、上述の（基本動作）で説明した通常の動作と同様である。これに対して、ライン（Ｆ）で表される電磁弁８３及びライン（Ｇ）で表される電磁弁６８は、バルーン３２を開閉させるのみの通常の動作では閉じられたままであるのに対して、半パージの際には、所定のタイミングで開放される。
【００７９】
図９のステップＳ００１では、中央制御手段及び補充制御手段２０が半パージを開始する。半パージは、例えば後述するガス濃度検出動作によって、駆動流体におけるヘリウムガス濃度の低下が検出されたタイミングで開始される。この際、補充制御手段２０は、駆動流体におけるヘリウムガス濃度に応じて、ステップＳ００６及びステップＳ００７の制御に相当する置換制御の実施回数Ｎを決定する。なお、図９の左側のフローチャートは、中央制御手段による電磁弁２１及び電磁弁２２の制御を表しており、図９の右側のフローチャートは、補充制御手段２０による制御を表している。
【００８０】
ステップＳ００２では、補充制御手段２０が、実施回数Ｎを管理するための変数ｎを「０」にセットする。さらに、ステップＳ００３では、変数ｎをインクリメントする。ステップＳ００４では、中央制御手段が、電磁弁２１を開き、所定時間経過後に閉じる。図４のライン（Ａ）とライン（Ｃ）の比較から解るように、電磁弁２１の開閉により、圧力伝達隔壁装置５０が陰圧の印加から陽圧の印加へ切り換わり、二次配管系２８の圧力が上昇する。
【００８１】
図９におけるステップＳ００５では、補充制御手段２０が、ステップＳ００４が開始された旨の通信を中央制御手段より受けた後に電磁弁８２を開き、所定時間経過後に電磁弁８２を閉じる。図４のライン（Ａ）とライン（Ｅ）の比較から解るように、このタイミングで、二次配管系２８の圧力がプラトー圧Ｐ４と略等しくなる。また、図５に示すように、ステップＳ００５において電磁弁８２を開いた際に、二次配管系２８から三次ヘリウムガスタンク８１へ、駆動流体の一部が流入する。
【００８２】
図９におけるステップＳ００６では、補充制御手段２０が、電磁弁８３を開き、所定時間経過後に電磁弁８３を閉じる。ステップＳ００６では、電磁弁８２を閉じている状態において、三次ヘリウムガスタンク８１と負圧タンク８４の間にある電磁弁８３が開かれる（図４のライン（Ｆ）参照）。これにより、三次ヘリウムガスタンク８１に流入した駆動流体の少なくとも一部が、三次ヘリウムガスタンクから負圧タンク８４へ排出される。
【００８３】
図９におけるステップＳ００７では、補充制御手段２０が、電磁弁６８を開き、所定時間経過後に電磁弁６８を閉じる。ステップＳ００７では、電磁弁８２を閉じている状態において、二次ヘリウムガスタンク６４と三次ヘリウムガスタンク８１の間にある電磁弁６８が開かれる（図４のライン（Ｇ）参照）。これにより、二次ヘリウムガスタンク６４から三次ヘリウムガスタンク８１へヘリウムガスが補充される。すなわち、ステップＳ００６及びステップＳ００７で行われる処理は、三次ヘリウムガスタンク８１内の流体を、駆動流体からヘリウムガスに置換するガス置換処理に相当する。
【００８４】
なお、補充制御手段２０は、ステップＳ００６で排出される駆動流体の化学当量と、ステップＳ００７で補充されるヘリウムガスの化学当量が略等しくなるように、三次ヘリウムガスタンク８１へのヘリウムガスの補充量を調整することが好ましい。なお、ステップＳ００６で排出される駆動流体の化学当量を認識する方法は、圧力センサ２５の値から算出する方法や、三次ヘリウムガスタンク８１に圧力センサを設けてその検出値から算出する方法等が挙げられるが、特に限定されない。
【００８５】
図９におけるステップＳ００８は、少なくともステップＳ００９の前に開始され、例えばステップＳ００６及びステップＳ００７と並行して実施される。ステップＳ００８では、中央制御手段が、電磁弁２２を開き、所定時間経過後に閉じる。図４のライン（Ａ）とライン（Ｄ）の比較から解るように、電磁弁２２の開閉により、圧力伝達隔壁装置５０が陽圧を印加する状態から陰圧を印加する状態へ切り換わり、二次配管系２８の圧力が低下する。また、ライン（Ｄ）とライン（Ｆ）及びライン（Ｇ）との比較から、電磁弁２２の開閉（ステップＳ００８）と並行して、電磁弁８３及び電磁弁６８の開閉（ステップＳ００６及びステップＳ００７）が実施されることが解る。
【００８６】
図９におけるステップＳ００９では、補充制御手段２０が、ステップＳ００８が開始された旨の通信を中央制御手段より受けた後に電磁弁８２を開き、所定時間経過後に電磁弁８２を閉じる。図４のライン（Ａ）とライン（Ｅ）の比較から解るように、このタイミングで、二次配管系２８の圧力が検出圧力Ｐ３と略等しくなる。また、図６に示すように、ステップＳ００９において電磁弁８２を開いた際に、三次ヘリウムガスタンク８１から二次配管系２８へ、補充されたヘリウムガスの少なくとも一部が流入する。
【００８７】
ステップＳ０１０では、変数ｎと実施回数Ｎを比較し、変数ｎが実施回数より小さい場合は、ステップＳ００３へ戻り、再度ガス置換処理を実施する。また、変数ｎと実施回数Ｎが実施回数より小さくない場合には、ステップＳ０１１へ進み半パージを終了する。
【００８８】
このように、駆動装置２９は、半パージを行うことにより、バルーン３２を膨張及び収縮させる動作を続けながら、バルーン３２の膨張及び収縮動作を阻害することなく、駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を上昇させることができる。なお、半パージにおけるガス置換処理（ステップＳ００６及びステップＳ００７）は、図９に示すように毎サイクル連続して実施してもよく、数サイクルおきに実施しても良い。
【００８９】
（全パージ）
図１０は、駆動装置２９の全パージで行われる処理の一例を表すフローチャートである。図１０に示すステップＳ１０１では、中央制御手段及び補充制御手段２０が、全パージを開始する。全パージは、例えば後述するガス濃度検出動作によって、駆動流体中におけるヘリウムガス濃度の大幅な低下が検出されたタイミングで開始される。
【００９０】
ステップＳ１０２では、中央制御手段が、電磁弁２１、２２の開閉動作を停止する。これにより、圧力伝達隔壁装置５０によって二次配管系２８に陽圧と陰圧を交互に印加する動作が止まり、バルーン３２の膨張・収縮動作が停止する。この際、中央制御手段は、電磁弁８２の開閉による補助動作及びヘリウムガスの補充動作についても、一次的に停止するように、補充制御手段２０へ指示信号を送る。
【００９１】
ステップＳ１０３では、補充制御手段２０が電磁弁１９を開き、排気ライン２８ｂから二次配管系２８を排気したのち、電磁弁１９を閉じる。ステップＳ１０４では、補充制御手段２０が電磁弁６９を開き、新たなヘリウムガスを二次配管系２８に充填した後、電磁弁６９を閉じる。ステップＳ１０５では、全パージを終了する。
【００９２】
なお、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４で行われる排気及び充填処理の際には、電磁弁８２を開いておいても良い。これにより、三次ヘリウムガスタンク８１も、二次配管系２８と同時に、補充装置６０からの新たなヘリウムガスに置換される。
【００９３】
（ヘリウムガス濃度検出）
駆動装置２９は、図４に示すようなバルーン３２の膨張及び収縮動作と並行して、二次配管系２８に導入されている駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を検出することができる。図１１〜図１３は、駆動流体におけるヘリウムガスの検出工程を表す概念図である。
【００９４】
図１１は、駆動装置２９において行われるヘリウムガス濃度検出の第１の段階を表す概念図である。図１１（ａ）は、ヘリウムガス濃度検出の第１の段階における測定チャンバー７４周辺の概略図であり、図１１（ｂ）は、第１の段階における電磁弁２１，２２，６８，７３，７５の開閉状態と、アクチュエータ７７によるピストン７６の移動状態を表している。
【００９５】
図１１に示す第１の段階では、駆動装置２９は、測定チャンバー７４内の流体（例えば直前にヘリウムガス濃度を測定した駆動流体）を排出する。図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の段階では、中央制御手段が第３制御弁としての電磁弁７５を開き、測定チャンバー７４と第２圧力タンク１３及び第２ポンプ１４ｂとを連結する（図１参照）。第２ポンプ１４ｂは陰圧発生用ポンプであり、第２圧力タンク１３は負圧になるように制御されているため、これと接続された測定チャンバー７４の圧力も減少する。
【００９６】
図１１（ｂ）に示すように、第１の段階において、アクチュエータ７７は、測定チャンバー７４の容積を減少させるように、ピストン７６を移動させる。測定制御手段７９（図１参照）は、測定チャンバー７４内が大気圧になるようにアクチュエータ７７を制御しようとする。しかし、第１の段階では、測定チャンバー７４は負圧に調整される第２圧力タンク１３と連結されるため、測定チャンバー７４内の流体は、時間の経過とともに排出される。そのため、アクチュエータ７７によって制御されるピストン７６は、図１１（ａ）に示すように、測定チャンバー７４の容積を最小にする位置まで移動し、そこで停止する。第１の段階により、測定チャンバー７４内に存在していた流体はほぼ完全に排出することが可能であり、測定チャンバー７４内に残存する流体が、第２の段階で導入される駆動流体に混入することを防止できる。
【００９７】
また、第１の段階においては、第２制御弁としての電磁弁７３は閉じられており、測定チャンバー７４と二次配管系２８は遮断されている。なお、中央制御手段は、ヘリウムガス濃度検出における第１の段階においても、電磁弁２１と電磁弁２２とを交互に開き、圧力伝達隔壁装置５０を介してバルーン３２に圧力変化を伝える。すなわち、中央制御手段は、ヘリウムガス濃度検出の第１の段階と並行して、バルーン３２を膨張及び収縮させる通常の制御を続けている。
【００９８】
図１２は、駆動装置２９において行われるヘリウムガス濃度検出の第２の段階を表す概念図である。図１２（ａ）は、第２の段階における測定チャンバー７４周辺の概略図であり、図１２（ｂ）は、第２の段階における電磁弁２１，２２，６８，７３，７５の開閉状態と、アクチュエータ７７によるピストン７６の移動状態を表している。
【００９９】
図１２に示す第２の段階では、駆動装置２９は、二次配管系２８の駆動流体を測定チャンバー７４の内部に導入する。図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の段階では、中央制御手段は、電磁弁７５を閉じた状態に保ちつつ、電磁弁７３を断続的に開き、測定チャンバー７４と二次配管系２８とを連結する。ここで、中央制御手段は、二次配管系２８を加圧するように電磁弁２１を開いている時に、電磁弁７３を開く。また、中央制御手段は、二次配管系２８の圧力を検出する圧力センサ２５の出力に基づき、電磁弁７３を開くタイミングを調整しても良い。例えば、中央制御手段は、圧力センサ２５によりプラトー圧Ｐ４（図４参照）が検出されるタイミングで、電磁弁７３を開くことが好ましい。
【０１００】
一回当たりの電磁弁７３の開放時間は、例えば１０〜１００ｍｓとすることができる。第２の段階における電磁弁７３の開放回数は、濃度測定のために測定チャンバー７４内に導入すべき駆動流体の所定量によって決定される。測定チャンバー７４に導入する駆動流体の所定量は、特に限定されないが、例えば測定子７２がピラニーゲージの場合、３〜５０ｍＬ程度とすることができる。
【０１０１】
図１２（ｂ）に示すように、第２の段階において、アクチュエータ７７は、測定チャンバー７４の容積を増加させるように、ピストン７６を移動させる。測定制御手段７９（図１参照）は、第１の段階と同様に、測定チャンバー７４内が大気圧になるようにアクチュエータ７７を制御しようとする。第２の段階では、中央制御手段は、二次配管系２８が大気圧以上に加圧されているタイミング（例えば図４におけるプラトー圧Ｐ４のタイミング）で電磁弁７３を開くため、電磁弁７３が開かれている間、測定チャンバー７４内に二次配管系２８の駆動流体が流入する。そのため、アクチュエータ７７によって制御されるピストン７６は、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、流入した駆動流体の量に応じて移動し、測定チャンバー７４内の圧力増加を解消する。これにより、測定チャンバー７４内の圧力は大気圧に保たれる。
【０１０２】
また、第２の段階においては、二次配管系２８から測定チャンバー７４へ駆動流体が流出するため、電磁弁７３の開閉動作直後においては、二次配管系２８及びバルーン３２内に存在する駆動流体の量が不足する。しかし、図１に示す補充制御手段２０は、圧力センサ２５の出力値から駆動流体の減少を検知し、図１２（ｂ）に示すように、電磁弁６８を開くことによって、三次ヘリウムガスタンク８１を介して二次配管系２８へヘリウムガスを補充する。このように、二次配管系２８には、補充装置６０及び補助装置８０から適宜ヘリウムガスが補充されるため、第２の段階においても、二次配管系２８に存在する駆動流体の量はほぼ一定に維持される。なお、中央制御手段は、第２の段階においても、第１の段階と同様に、電磁弁２１と電磁弁２２とを交互に開き、ヘリウムガス濃度検出と並行して、バルーン３２を膨張及び収縮させる通常の制御を続けている。
【０１０３】
図１３は、駆動装置２９において行われるヘリウムガス濃度検出の第３の段階を表す概念図である。図１３（ａ）は、第３の段階における測定チャンバー７４周辺の概略図であり、図１３（ｂ）は、第３の段階における電磁弁２１，２２，６８，７３，７５の開閉状態と、アクチュエータ７７によるピストン７６の移動状態を表している。
【０１０４】
図１３に示す第３の段階では、駆動装置２９は、測定チャンバー７４を密閉した状態とし、測定チャンバー７４に導入された駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を、測定子７２によって検出する。図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第３の段階では、中央制御手段は、電磁弁７３と電磁弁７５の両方を閉じた状態に保ち、測定チャンバー７４を密閉状態とする。
【０１０５】
図１３（ｂ）に示すように、第３の段階において、アクチュエータ７７は、ピストン７６を静止した状態に保つ。第３の段階では、測定チャンバー７４内に対する流体の流入及び流出が無いため、ピストン７６を静止させることにより、測定チャンバー７４内が大気圧に保たれる。
【０１０６】
第３の段階において、中央制御手段は、測定子７２であるピラニーゲージの検出値を読み出すことにより、駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を認識することができる。なお、中央制御手段は、第３の段階においても、第１及び第２の段階と同様に、電磁弁２１と電磁弁２２とを交互に開き、ヘリウムガス濃度検出と並行して、バルーン３２を膨張及び収縮させる通常の制御を続けている。
【０１０７】
駆動装置２９は、第３の段階において検出されたヘリウムガス濃度が所定の値を上回る場合は、第１の段階の制御へ戻り、次回の測定の準備を行う。それに対して、第３の段階において検出されたヘリウムガス濃度が所定の値以下である場合には、駆動装置２９は、二次配管系２８及びバルーン３２内の駆動流体を、補充装置６０から新たに補充されるヘリウムガスに置換する。駆動装置２９は、二次配管系２８の駆動流体をヘリウムガスに置換し、駆動流体のヘリウムガス濃度を上昇させる方法として、全パージと半パージの２通りの方法を実施することが可能である。
【０１０８】
（ヘリウムガス濃度維持動作）
駆動装置２９は、上述した半パージ、全パージ及びヘリウムガス濃度検出を組み合わせることによって、駆動流体のヘリウムガス濃度を所定の高いレベルに維持するヘリウムガス濃度維持動作を行うことができる。図１４は、駆動装置２９の中央制御手段及び補充制御手段２０が、ヘリウムガス濃度維持動作として実施する処理を表したフローチャートである。
【０１０９】
図１４のステップＳ２０１では、中央制御手段が、図１に示す電磁弁２１，２２の開閉によってバルーン３２を膨張・収縮させる通常駆動を開始する。バルーン３２の駆動については、上述の（基本動作）で説明したとおりである。
【０１１０】
図１４のステップＳ２０２では、中央制御手段及び測定制御手段（図１参照）が、駆動流体中のヘリウムガス濃度の測定を実施する。ヘリウムガス濃度の測定方法については、上述の（ヘリウムガス濃度検出）で説明したとおりである。ステップＳ２０２におけるヘリウムガス濃度の測定処理は、例えば、駆動が開始（ステップＳ２０１）されてから所定時間が経過した後、または、前回のヘリウムガス濃度測定（前回のステップＳ２０２）から所定時間が経過した後に、行うことができる。
【０１１１】
図１４のステップＳ２０３では、補充制御手段２０が、ステップＳ２０２で検出されたヘリウムガス濃度の検出値Ｓが５０％より大きいか否かを判断する。検出値Ｓが５０％より大きくない（５０％以下である）場合は、ステップＳ２０４へ進み全パージを実施する。このように、検出値が５０％以下である場合、駆動流体のヘリウムガス濃度が、半パージで回復させる範囲（５０％より大きく７０％以下）を下回っており、全パージが必要であると判断する。全パージの実施方向については、上述の（全パージ）で説明したとおりである。全パージを実施した後は、ステップＳ２０２へ戻り、ヘリウムガス濃度の測定を実施する。
【０１１２】
ステップＳ２０３で検出値Ｓが５０％より大きいと認められた場合、ステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０５では、補充制御手段２０が、ステップＳ２０２で検出されたヘリウムガス濃度の検出値Ｓが７０％より大きいか否かを判断する。検出値Ｓが７０％より大きくない（７０％以下である）場合は、ステップＳ２０６へ進み半パージを実施する。このように、検出値が５０％より大きく７０％以下である場合、バルーン３２を膨張及び収縮させる動作を続けながら、半パージを行うことが有効であると判断する。半パージの実施方向については、上述の（半パージ）で説明したとおりである。なお、ステップＳ２０６で実施される半パージにおける実施回数Ｎ（図９参照）は、ステップＳ２０２で検出されたヘリウムガス濃度の検出値Ｓに応じて決定される。全パージを実施した後は、ステップＳ２０２へ戻り、ヘリウムガス濃度の測定を実施する。
【０１１３】
ステップＳ２０５で検出値Ｓが７０％より大きいと認められた場合、ステップＳ２０７へ進む。ステップＳ２０７では、中央制御手段や補充制御手段２０が、バルーン３２を膨張・収縮させる通常駆動の停止が指示されているか否かを判断する。駆動の停止が指示されていない場合は、ステップＳ２０２へ戻り、ヘリウムガス濃度の測定を実施する。また、駆動の停止が指示されている場合は、ステップＳ２０８へ進み、バルーン３２の駆動を終了する。
【０１１４】
このように、本実施形態に係る駆動装置２９は、二次配管系２８に存在しておりバルーン３２を膨張・収縮させる駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を検出することができる。ヘリウムガスの濃度低下は、駆動装置２９の応答性の低下要因となるため、駆動装置２９は、駆動流体のヘリウムガス濃度を検出することにより、駆動装置２９の応答性の低下要因を早期に発見することができる。なお、ピンホールの発生等の異常発生時にも、駆動流体におけるヘリウムガスの濃度低下が起こるため、駆動装置２９は、ヘリウムガスの濃度を測定することにより、バルーン３２に発生した異常を検知することもできる。
【０１１５】
また、駆動装置２９は、第１制御弁としての電磁弁８２を介して二次配管系２８に接続される三次ヘリウムガスタンク８１を有する。中央制御手段及び補充制御手段２０は、電磁弁８２の開閉を、圧力伝達隔壁装置５０による陽圧及び陰圧の印加にあわせて制御し、二次配管系２８と三次ヘリウムガスタンク８１の間で、流体の移動を発生させる。また、三次ヘリウムガスタンク８１は、電磁弁６８を介して二次ヘリウムガスタンク６４からヘリウムガスの補充を受けることが可能であり、また、電磁弁８３を開くことにより、内部の流体を排出させることも可能である。
【０１１６】
さらに、補充制御手段２０は、駆動流体のヘリウムガス濃度が低下した場合に、三次ヘリウムガスタンク８１を排気したのちヘリウムガスを補充するタンク置換制御を、電磁弁８２が閉じているタイミングで行うことができる。三次ヘリウムガスタンク８１と二次配管系２８の間では流体の移動が起こるため、このようなタンク置換制御は、二次配管系２８における駆動流体のヘリウムガス濃度を上昇させる。したがって、このような三次ヘリウムガスタンク８１を有する駆動装置２９は、駆動流体のヘリウムガス濃度を上昇させる処理（半パージ）を、バルーン３２の駆動を継続しながら実施することが可能である。
【０１１７】
補充制御手段２０が図９に示すような半パージを行う場合、タンク置換制御の実施回数（図９の実施回数Ｎ）は、検出された駆動流体のヘリウムガス濃度に応じて決定することができる。これにより、駆動装置２９は、所定の時間でガスの置換を行うような技術に比べて、ヘリウムガスの消費量を抑制しつつ、駆動流体のヘリウムガス濃度を高いレベルに維持することができる。また、図１４に示すように、半パージと全パージを、検出された駆動流体のヘリウムガス濃度に応じて選択することにより、駆動装置２９は、ヘリウムガス濃度低下に伴うバルーンの応答性低下などの問題を、より効果的に抑制することができる。
【０１１８】
また、駆動装置２９は、ヘリウムガス濃度の検出動作において、圧力調整手段によって圧力調整が可能な測定チャンバー７４内の内部に駆動流体を導入し、圧力が一定に保たれた測定チャンバー７４の内部で濃度の検出を行うことができる。このため、駆動装置２９は、バルーン３２を膨張・収縮させる通常の駆動を停止することなく、高精度に、駆動流体のヘリウムガス濃度を検出することができる。
【０１１９】
さらに、駆動装置２９は、圧力調整手段がピストン７６を有し、ピストン７６が、測定チャンバー７４から流体を排出する際に測定チャンバー７４の容積を減少させるように移動するため、測定前に測定チャンバー７４内の流体を効率的に排出できる。そのため、駆動装置２９は、測定チャンバー７４内に、測定対象である駆動流体以外の流体が混入することを防止し、高い精度でガスの濃度を検出することが可能である。また、測定チャンバー７４が電磁弁７５を介して第２圧力タンク１３に接続されていることにより、測定チャンバー７４は、シンプルな構造で効果的な排気が可能である。
【０１２０】
その他の実施形態
上述の駆動装置２９では、測定子７２は、測定チャンバー７４に取り付けられるが、測定子７２の配置はこれに限定されない。例えば、駆動流体におけるガス（補充装置６０から供給されるガス）の濃度を測定する測定子は、図１に示す圧力伝達隔壁装置５０の第２室５８に取り付けられても良い。
【０１２１】
また、補充装置６０から補充され、測定子７２によって駆動流体における濃度を測定されるガスとしては、ヘリウムガスに限定されず、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス等、その他のガスであっても良い。圧力調整装置は、本実施形態のように、圧力センサ７８及びアクチュエータ７７を有していても良いが、これに限定されない。例えば、圧力調整装置は、圧力センサ７８等を用いず、測定チャンバー７４内の圧力と大気圧などの外力とのバランスにより、ピストン７６を移動させるものであっても良い。
【０１２２】
また、上述の実施形態では、三次ヘリウムガスタンク８１と二次配管系２８の間にある電磁弁８２は、二次配管系２８への圧力印加の切り換えに応じて常に開閉動作が行われるものとして説明したが（図４参照）、電磁弁８２の制御はこれに限定されない。たとえば、電磁弁８２は、上述の（補充動作）の間や、図９に示す半パージ動作の間だけ、図４のライン（Ｅ）で示すような開閉動作が実施され、その他の期間は閉状態であっても良い。
【符号の説明】
【０１２３】
１２…第１圧力タンク
１３…第２圧力タンク
１４ａ…第１ポンプ
１４ｂ…第２ポンプ
１８…逆止弁
２０…補充制御手段
２７…一次配管系
２８…二次配管系
２８ａ…主ライン
２８ｂ…排気ライン
２８ｃ…補充ライン
２８ｄ…測定ライン
２９…駆動装置
３２…バルーン
３０…バルーンカテーテル
３４…カテーテル管
３５…短チューブ
３６…分岐部
３７…金属チューブ
４０…内管
４３…開口端
４９…血圧変動測定装置
５０…圧力伝達隔壁装置
５５…隔壁
５６…第１室
５８…第２室
６０…補充装置
６１…一次ヘリウムガスタンク
６４…二次ヘリウムガスタンク
７２…測定子
７４…測定チャンバー
７６…ピストン
７７…アクチュエータ
７９…測定制御手段
８０…補助装置
８１…三次ヘリウムガスタンク
８４…負圧タンク
１５，１６，２５，６５，７８…圧力センサ
１９，２１，２２，６３，６８，６９，７３，７５，８２，８３…電磁弁
１７，６２…減圧弁
３８，４２，５２，５４…ポート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＡＢＰ（大動脈バルーンポンピング）等において被駆動機器を駆動するために用いられる医療用膨張・収縮駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＡＢＰなどにおいてバルーンカテーテルを駆動するために用いられる駆動装置では、駆動流体としてヘリウムガス等を用いるものが提案されている。また、バルーンの応答性向上や破損時における体内へのガス流出抑制の観点から、バルーンカテーテルとの間で直接流体を流動させる二次配管系と、二次配管系に対して圧力変動のみを伝える一次配管系とを有する駆動装置も提案されている。
【０００３】
ここで、バルーンカテーテル及び二次配管系等に充填されるガスは、たとえピンホール等の損傷が生じていない正常駆動時においても、バルーン膜や配管系を構成するチューブの壁を透過して拡散する。特に、質量が小さく応答性に優れていることなどから、バルーンカテーテルの駆動に好適に用いられるヘリウムガスは、その分子量が小さいために、バルーン膜や配管等から外部へ拡散しやすいという性質を有している。
【０００４】
そのため、バルーンカテーテル及び二次配管系の内部圧力が低下した場合に、これらにヘリウムガスを補充する手段を有する駆動装置が提案されている。また、駆動装置によるガス補充量を監視することにより、正常駆動時におけるガス補充動作と、ピンホール等が生じている異常駆動時におけるガス補充動作とを判別可能な駆動装置も提案されている（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１７３４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、バルーンカテーテル及びこれを駆動する駆動装置では、正常駆動時において、内部の駆動流体が外部に拡散するだけでなく、バルーンカテーテル及び二次配管系の内部へ、外部の空気や水蒸気等が流入する現象が発生する。バルーンカテーテル及び二次配管系の内部の駆動流体に、外部からの空気や水蒸気が混ざると、駆動装置の応答性が低下するなどの問題が発生する。
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、駆動装置の応答性の低下要因を検知し、駆動装置の応答性を良好に保つことができる医療用膨張・収縮駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、
駆動流体の流動によって被駆動機器が膨張および収縮を繰り返すように、当該被駆動機器に連通する配管系に、陽圧と陰圧とを交互に印加する圧力発生手段と、
第１制御弁を介して前記配管系に接続されるガスタンクと、
前記ガスタンクにガスを補充するガス補充手段と、
前記ガスタンクの排気を行う排気手段と、
前記配管系の前記駆動流体における前記ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段と、
前記圧力発生手段、前記第１制御弁、前記ガス濃度検出手段及び前記排気手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記圧力発生手段が前記陰圧の印加から前記陽圧の印加へ切り換わった後に前記第１制御弁を開き、次の切り換えの前に前記第１制御弁を閉じ、前記配管系から前記ガスタンクへ、前記駆動流体の少なくとも一部が流入するように前記第１制御弁を制御し、
前記制御手段は、前記第１制御弁を閉じている状態において、前記ガスタンクに流入した前記駆動流体の少なくとも一部を前記ガスタンクから排出するように前記排気手段を制御した後に、前記ガスタンクに前記ガスを補充するように前記ガス補充手段を制御するタンク置換制御を行うことができ、
前記制御手段は、前記圧力発生手段が前記陽圧の印加から前記陰圧の印加へ切り換わった後に前記第１制御弁を開き、次の切り換えの前に前記第１制御弁を閉じ、前記ガスタンクから前記配管系へ、前記ガスタンクの流体の少なくとも一部が流入するように前記第１制御弁を制御し、
前記制御手段は、前記ガス濃度検出手段による検出結果に応じて、前記タンク置換制御を実施することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、配管系に存在する駆動流体におけるガスの濃度を検出することができる。駆動流体におけるガスの濃度低下は、駆動装置の応答性の低下要因となるため、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、配管系の駆動流体におけるガスの濃度を検出することにより、駆動装置の応答性の低下要因を検知できる。
【００１０】
さらに、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、第１制御弁によって配管系に対する連通及び遮断を切り換え可能なガスタンクを有する。制御手段は、第１制御弁の開閉を制御し、配管系の圧力変化に応じて、配管系とガスタンクの間で、流体の移動を発生させる。また、制御手段は、第１制御弁を閉じた状態でガス補充手段と排気手段を制御し、ガスタンクに流入した流体を、ガスに置換するタンク置換制御を行うことができる。したがって、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、ガスの濃度低下を検出したような場合には、第１制御弁の開閉動作の間にタンク置換制御を行うことにより、被駆動機器の膨張・収縮動作を継続しながら、配管系のガス濃度を上昇させることが可能である。また、このような医療用膨張・収縮駆動装置は、ガスの消費を抑制できるとともに、駆動流体の置換に伴う装置の停止時間を抑制することが可能である。
【００１１】
また、例えば、前記制御手段は、前記駆動流体における前記ガスの前記濃度が第１の範囲である場合、前記タンク置換制御を所定の回数実施しても良い。
【００１２】
制御手段は、ガスの濃度に応じて、タンク置換制御を所定の回数実施することにより、配管系のガス濃度を適切なレベルまで引き上げ、駆動装置の応答性を良好に維持することが可能である。また、ガス濃度の範囲と、タンク置換制御の回数を対応づけることにより、このような医療用膨張・収縮装置は、ガスの濃度を維持するために要するガスの量を抑制することができる。
【００１３】
また、例えば、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、前記制御手段からの制御を受けて前記配管系から前記駆動流体を排出する配管排出手段と、
前記制御手段からの制御を受けて前記配管系へ前記ガスを補充する配管補充手段と、を有しても良く、
前記制御手段は、前記駆動流体における前記ガスの前記濃度が前記第１の範囲より低い場合、前記配管系から前記駆動流体を排出するように前記配管排出手段を制御した後、前記配管系に前記ガスを補充するように前記配管補充手段を制御しても良い。
【００１４】
このような制御手段は、ガスの濃度が第１の範囲である場合は、ガスタンクを介したタンク置換制御を行うが、ガスの濃度が第１の範囲より低い場合には、配管排出手段と配管補充手段とを制御して、より直接的に配管系の駆動流体をガスに置換する。このような制御手段を有する医療用膨張・収縮駆動装置は、ガス濃度の低下幅が小さい場合には被駆動機器の膨張・収縮動作を継続しながら徐々に配管系のガス濃度を上昇させることができ、他方、ガス濃度の低下幅が大きい場合には素早く大幅に駆動流体のガス濃度を回復させることができる。また、所定の時間で駆動流体の置換を行うような技術に比べて、被駆動機器の膨張・収縮動作を停止して行う置換の実施頻度を、抑制することが可能である。
【００１５】
また、例えば、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置は、内部の圧力を調整する圧力調整手段を有し、前記配管系に第２制御弁を介して接続されるチャンバーをさらに有しても良く、
前記ガス濃度検出手段は、前記チャンバー内に流入した前記駆動流体における前記ガスの前記濃度を検出しても良い。
【００１６】
圧力調整手段による圧力調整が可能なチャンバー内において、駆動流体のガス濃度を検出する医療用膨張・収縮駆動装置は、容易かつ正確な濃度の検出が可能である。
【００１７】
また、例えば、前記圧力調整手段は、前記チャンバーの容積を変えるように移動する可動壁を有しても良く、
前記圧力発生手段は、前記陽圧を発生する陽圧発生部と、前記陰圧を発生する陰圧発生部とを有しても良く、
前記チャンバーは、第３制御弁を介して前記陰圧発生部と接続されても良く、
前記可動壁は、前記チャンバーが前記陰圧発生部と連通した際に、前記チャンバーの前記容積が減少するように移動しても良い。
【００１８】
このようなチャンバーを有する医療用膨張・収縮駆動装置は、シンプルな構造でありながら、高い精度で駆動流体のガス濃度を検出することが可能である。また、圧力調整手段が有する可動壁は、チャンバー内の圧力を調整する際に移動するだけでなく、チャンバーから駆動流体を排出する際にも移動するため、チャンバーの効率的な排出にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る医療用膨張・収縮駆動装置の概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す医療用膨張・収縮装置に接続されるバルーンカテーテルの一例を表す断面図である。
【図３】図３は、図２に示すバルーンカテーテルの使用例を表す概念図である。
【図４】図４は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われる圧力検出及び電磁弁の開閉のタイミングを示すチャート図である。
【図５】図５は、二次配管系から三次ヘリウムガスタンクへの流体の移動を説明した模式図である。
【図６】図６は、三次ヘリウムガスタンクから二次配管系への流体の移動を説明した模式図である。
【図７】図７は、図１に示す電磁弁８２を閉状態に維持した場合における二次配管系の圧力変化を示すグラフである。
【図８】図８は、図１に示す電磁弁８２を、二次配管系の圧力印加状態に対応させて開閉させた場合における二次配管系の圧力変化を示すグラフである。
【図９】図９は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われる半パージにおける処理の一例を表すフローチャートである。
【図１０】図１０は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われる全パージにおける処理の一例を表すフローチャートである。
【図１１】図１１は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われるガス濃度検出の第１の段階を表す概念図である。
【図１２】図１２は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われるガス濃度検出の第２の段階を表す概念図である。
【図１３】図１３は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われるガス濃度検出の第３の段階を表す概念図である。
【図１４】図１４は、図１に示す医療用膨張・収縮駆動装置において行われるガス濃度管理動作を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る医療用膨張・収縮駆動装置を、図面に示す実施形態に基づき、詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る医療用膨張・収縮駆動装置の概略構成図である。本実施形態では、ＩＡＢＰ用バルーンカテーテル３０のバルーン３２を膨張及び収縮させるために用いられる駆動装置を例に挙げて説明を行うが、本発明に係る駆動装置によって膨張及び収縮させられる医療用器具はこれに限定されない。
【００２２】
図２に示すように、ＩＡＢＰ用バルーンカテーテル３０は、心臓の拍動に合わせて拡張及び収縮するバルーン３２を有する。バルーン３２は、膜厚約１００〜１５０μｍ程度の筒状のバルーン膜で構成される。図２に示すバルーンカテーテル３０において、拡張状態のバルーン膜の形状は円筒形状であるが、これに限定されず、多角筒形状であっても良い。
【００２３】
ＩＡＢＰ用バルーン３２は耐屈曲疲労特性に優れた材質で構成される。バルーン３２の外径および長さは、心機能の補助効果に大きく影響するバルーン３２の内容積と、動脈血管の内径などに応じて決定される。バルーン３２は、通常、その内容積が３０〜５０ｃｃであり、外径が拡張時１４〜１６ｍｍであり、長さが２１０〜２７０ｍｍである。
【００２４】
このバルーン３２の遠位端は、短チューブ３５を介してまたは直接に内管４０の遠位端外周に熱融着または接着などの手段で取り付けてある。バルーン３２の近位端には、金属チューブ３７などの造影マーカーを介してまたは直接に、カテーテル管３４の遠位端に接合してある。このカテーテル管３４の内部に形成された第１のルーメンを通じて、バルーン３２内に、駆動流体が導入または導出され、バルーン３２が拡張または収縮するようになっている。バルーン３２とカテーテル管３４との接合は、熱融着あるいは紫外線硬化樹脂などの接着剤による接着により行われる。
【００２５】
内管４０の遠位端はカテーテル管３４の遠位端より遠方へ突き出ている。内管４０は、バルーン３２およびカテーテル管３４の内部を軸方向に挿通されている。内管４０の近位端は、分岐部３６の第２ポート４２に連通するようになっている。内管４０の内部には、第２ルーメンが形成してある。第２ルーメンは、バルーン３２の内部に形成される膨張・収縮空間や、カテーテル管３４内に形成された第１のルーメンとは連通しない。内管４０は、遠位端の開口端４３で取り入れた血圧を分岐部３６の第２ポート４２へ送り、そこから血圧変動の測定を行うようになっている。
【００２６】
バルーン３２内に位置する内管４０の第２ルーメンは、バルーンカテーテル３０を動脈内に挿入する際に、バルーン３２を都合良く動脈内に差し込むためのガイドワイヤ挿通管腔としても用いられる。バルーンカテーテル３０を血管などの体腔内に差し込む際には、バルーン３２は、内管４０の外周に折り畳んで巻回される。図２に示す内管４０は、たとえばカテーテル管３４と同様な材質で構成される。内管４０の内径は、ガイドワイヤを挿通できる径であれば特に限定されず、たとえば０．１５〜１．５mm、好ましくは０．５〜１mmである。この内管４０の肉厚は、０．１〜０．４mmが好ましい。内管４０の全長は、血管内に挿入されるバルーンカテーテル３０の軸方向長さなどに応じて決定され、特に限定されないが、たとえば５００〜１２００mm、好ましくは７００〜１０００mm程度である。
【００２７】
カテーテル管３４は、ある程度の可撓性を有する材質で構成されることが好ましい。カテーテル管３４の内径は、好ましくは１．５〜４．０mmであり、カテーテル管３４の肉厚は、好ましくは０．０５〜０．４mmである。カテーテル管３４の長さは、好ましくは３００〜８００mm程度である。
【００２８】
カテーテル管３４の近位端には患者の体外に設置される分岐部３６が連結してある。分岐部３６はカテーテル管３４と別体に成形され、熱融着あるいは接着などにより、カテーテル管３４と固着される。分岐部３６にはカテーテル管３４内の第１のルーメンおよびバルーン３２内に駆動流体を導入または導出するための第１ポート３８と、内管４０の第２ルーメン内に連通する第２ポート４２とが形成してある。
【００２９】
第１ポート３８は、たとえば図３に示す駆動装置２９に接続され、この駆動装置２９により流体圧がバルーン３２内に導入または導出されるようになっている。バルーン３２への充填に使用する補充ガスは特に限定されないが、駆動装置２９の駆動に応じて素早くバルーン３２が拡張または収縮するように、質量の小さいヘリウムガスなどを主成分とする流体が用いられる。
【００３０】
図３に示すように、第２ポート４２は、血圧変動測定装置４９に接続される。血圧変動測定装置４９は、バルーン３２の遠位端に位置する内管４０の開口端４３及び第２ルーメンを介して、動脈内の血圧の変動を測定することができる。血圧変動測定装置４９は、測定した血圧の変動等を駆動装置２９に出力する。駆動装置２９は、血圧の変動等から心臓の拍動を認識し、これに合わせてバルーン３２を膨張及び収縮させる。駆動装置２９は、通常０．４〜１秒程度の短周期でバルーン３２を拡張および収縮させる。
【００３１】
ＩＡＢＰ用バルーンカテーテル３０では、前述したように、バルーン３２を駆動するためにバルーン３２内に導入される補充ガスとして、応答性が良好であるなどの観点から、質量の小さいヘリウムガスなどを用いる。しかし、ヘリウムガスの陽圧および陰圧を、直接ポンプやコンプレッサなどで作り出すことは、ガス消費量が大きく経済性に難があり又、容量の制御が困難である。したがって、本実施形態に係る駆動装置２９では、図１に示すような構造を採用している。すなわち、バルーン３２内に連通する二次配管系２８と、圧力発生手段としての第１ポンプ１４ａ及び第２ポンプ１４ｂに連通する一次配管系２７とを、圧力伝達隔壁装置５０により分離している。圧力伝達隔壁装置５０は、ダイヤフラムおよびプレートを有する隔壁５５により気密に仕切られた第１室５６と第２室５８とを有する。なお、隔壁５５は、ダイヤフラムのみで構成されていても良い。
【００３２】
圧力伝達隔壁装置５０の第１室５６は、入力ポート５２を通じて図１に示す一次配管系２７に連通している。第２室５８は、出力ポート５４を通じて二次配管系２８に連通している。
【００３３】
第１室５６と第２室５８とは、流体の連通は遮断されているが、第１室５６の圧力変化（容積変化）が、隔壁５５の変位により、第２室５８の圧力変化（容積変化）として伝達するようになっている。このような構造を採用することにより、一次配管系２７と二次配管系２８とを連通させることなく、一次配管系２７の圧力変動を二次配管系２８に伝達することができる。また、駆動装置２９は、二次配管系２８に封入される駆動流体の容量（化学当量）を一定に制御し易い。さらに、駆動装置２９は、仮にバルーン３２に異常が生じて駆動流体が漏れたとしても、その漏れ量が過大になることを防止することができる。
【００３４】
本実施形態では、一次配管系２７の内部流体を空気とし、二次配管系２８にヘリウムガスを充填及び補充する。二次配管系２８へ供給する流体をヘリウムガスとしたのは、質量（分子量）が小さいガスを用いることで、バルーン３２の膨張・収縮の応答性を高めるためである。
【００３５】
図１に示すように、一次配管系２７には、圧力発生手段として、二つのポンプ１４ａ，１４ｂが配置してある。一方の第１ポンプ１４ａは、陽圧発生用ポンプ（コンプレッサとも言う；以下同様）であり、他方の第２ポンプ１４ｂは、陰圧発生用ポンプである。第１ポンプ１４ａの陽圧出力口には、減圧弁１７を介して、陽圧タンクとしての第１圧力タンク１２が接続してある。また、第２ポンプ１４ｂの陰圧出力口には、逆止弁１８を介して陰圧タンクとしての第２圧力タンク１３が接続してある。
【００３６】
第１圧力タンク１２および第２圧力タンク１３には、それぞれの内部圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ１５，１６が装着してある。各圧力タンク１２，１３には、それぞれ電磁弁２１および電磁弁２２が接続してある。これら電磁弁２１，２２の開閉は、図示省略してある中央制御手段により制御され、たとえば患者の心臓の拍動に対応して制御される。これら電磁弁２１，２２の出力端は、二次圧力発生手段としての圧力伝達隔壁装置５０の入力ポート５２に接続してある。
【００３７】
圧力伝達隔壁装置５０の出力ポート５４は、二次配管系２８に接続してある。二次配管系２８は、バルーン３２の内部に連通しており、ヘリウムガスを主成分とする駆動流体が封入された密閉系となっている。この二次配管系２８は、ホースまたはチューブなどで構成される。この二次配管系２８には、その内部圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ２５が装着してある。この圧力センサ２５の出力は、補充制御手段２０へ入力するようになっている。
【００３８】
また、この二次配管系２８には、主ライン２８ａから分岐して、排気ライン２８ｂが接続してある。この排気ライン２８ｂには、電磁弁１９を介して、図示省力してある排気用ポンプが接続してある。排気ライン２８ｂに設けられた電磁弁１９および排気用ポンプは、二次配管系２８の内部を真空引きするためのものである。例えば、使用前において、二次配管系２８及びこれに繋がる第１ルーメン及びバルーン３２内は、排気ライン２８ｂを介して排気された後、後述の補充ライン２８ｃからヘリウムガスを供給されることによって、ヘリウムガスへの置換が実施される。
【００３９】
また、排気ライン２８ｂは、二次配管系２８内に存在する駆動流体のヘリウムガス濃度が大きく低下し、二次配管系２８内の駆動流体全体を、置換用の電磁弁６９を介して供給されるヘリウムガスに置換（全パージ）する際にも使用される。この場合も、使用前と同様に、電磁弁１９を開いて排気ライン２８ｂから二次配管系２８を排気したのち電磁弁１９を閉じ、さらに電磁弁６９を開くことによって新たなヘリウムガスを二次配管系２８に充填する。この際、電磁弁１９及び排気用ポンプは、中央制御手段または補充制御手段２０からの制御を受けて二次配管系２８から駆動流体を排出する排出手段として機能する。また、電磁弁６９及び補充装置６０は、中央制御手段または補充制御手段２０からの制御を受けて二次配管系２８へ直接ヘリウムガスを補充する配管補充手段として機能する。
【００４０】
バルーン３２を短周期で膨張及び収縮させる通常駆動状態においては、電磁弁１９は閉じられている。なお、排気用ポンプは、第２ポンプ１４ｂを兼ねても良い。
【００４１】
この二次配管系２８には、補充ライン２８ｃを介して補充装置６０、補助装置８０及び電磁弁６９が接続してある。補充装置６０と電磁弁６９は、先述したように、排気後に二次配管系２８へヘリウムガスを充填する場合に用いる。
【００４２】
これに対して、補充装置６０と補助装置８０は、補充制御手段２０からの制御を受けて、バルーン３２を短周期で膨張及び収縮させる通常駆動状態において、二次配管系２８にヘリウムガスを補充する。補充装置６０及び補助装置８０は、二次配管系２８（第１ルーメン及びバルーン３２の内部を含む）内部に存在する駆動流体の化学当量又は二次配管系２８の圧力が一定に保たれるように、二次配管系２８に対してヘリウムガスを補充する。さらに、補充装置６０及び補助装置８０は、二次配管系２８の圧力を維持しつつ、三次ヘリウムガスタンク８１を用いて駆動流体の一部をヘリウムガスに置換し、駆動流体のヘリウムガス濃度を上昇させる動作（半パージ）を実施することができる。
【００４３】
補充装置６０は、電磁弁６９を介して二次配管系２８に直接ヘリウムガスを補充できるとともに、補助装置８０の三次ヘリウムガスタンク８１にヘリウムガスを補充することができる。補充装置６０は、一次ガスタンクとしての一次ヘリウムガスタンク６１を有する。一次ヘリウムガスタンク６１の出力側には、減圧弁６２を介して、電磁弁６３が接続してある。この電磁弁６３の開閉は、補充制御手段２０により制御される。この電磁弁６３の出力側には、二次ヘリウムガスタンク６４が接続してあり、電磁弁６３の開閉により、一次ヘリウムガスタンク６１と二次ヘリウムガスタンク６４が連通するようになっている。
【００４４】
二次ヘリウムガスタンク６４には、圧力センサ６５が装着してあり、圧力センサ６５は、二次ヘリウムガスタンク６４内の圧力を検出し、補充制御手段２０へ検出結果を出力する。補充制御手段２０は、電磁弁６３の開閉を制御することにより、二次ヘリウムガスタンク６４内の圧力を略一定に保つ。たとえば二次ヘリウムガスタンク６４内の圧力は、１００mmＨｇ程度に制御される。
【００４５】
二次ヘリウムガスタンク６４には、電磁弁６８が接続してある。電磁弁６８は、補充制御手段２０により制御される。補充制御手段２０は、圧力センサ２５を介して二次配管系２８内部の圧力を検知し、バルーン３２などからの透過により二次配管系２８内部の圧力が低下した場合には、電磁弁６８を開いて一定容量のヘリウムガスを三次ヘリウムガスタンク８１へ補充する。後述するように、三次ヘリウムガスタンク８１と二次配管系２８の間にある電磁弁８２は、バルーン３２の駆動に併せて開閉するため、三次ヘリウムガスタンク８１へ補充されたヘリウムガスは、二次配管系２８の圧力を上昇させる作用を奏する。
【００４６】
補充制御手段２０は、バルーン３２の膨張及び収縮における所定のタイミングで二次配管系２８の圧力を検知し、電磁弁６８の開閉を行う。これにより、駆動装置２９は、バルーン３２を膨張及び収縮させる動作を続けながら、バルーン３２の膨張及び収縮動作を阻害することなく、ヘリウムガスの補充を行うことができる。なお、補充制御手段２０は、二次ヘリウムガスタンク６４の圧力変化を圧力センサ６５から読み取り、これを記憶しておくことができる。これによって、補充制御手段２０は、補充装置６０から二次配管系２８へ補充されたヘリウムガスの量及びその時間変化を認識することができる。
【００４７】
補助装置８０は、三次ヘリウムガスタンク８１と、第１制御弁としての電磁弁８２と、電磁弁８３と、負圧タンク８４とを有する。三次ヘリウムガスタンク８１は、電磁弁８２を介して二次配管系２８に接続されている。電磁弁８２は、三次ヘリウムガスタンク８１と二次配管系２８との間の連通を選択的に開閉する電磁弁である。補充制御手段２０は、二次配管系２８に対する陽圧の印加と陰圧の印加に対応させて電磁弁８２を開閉する。これにより、三次ヘリウムガスタンク８１は、二次配管系２８との圧力差に応じて、二次配管系２８内の駆動流体の一部を吸入し、または二次配管系２８にその内部のヘリウムガスの少なくとも一部を排出する。
【００４８】
三次ヘリウムガスタンク８１には、補充装置６０の電磁弁６８を介して二次ヘリウムタンク６４が接続されているとともに、電磁弁８３を介して負圧タンク８４が接続されている。電磁弁８３及び負圧タンク８４は、三次ヘリウムガスタンク８１の排気を行う排気手段として機能する。補充制御手段２０は、三次ヘリウムガスタンク８１へ駆動流体を流入させた後に、電磁弁８３を開き、三次ヘリウムガスタンク８１内の流体の少なくとも一部を負圧タンク８４へ排出する。さらに、補充制御手段２０は、電磁弁８３を閉じた後に電磁弁６８を開き、二次ヘリウムガスタンク６４から三次ヘリウムガスタンク８１へ、ヘリウムガスを流入させる（タンク置換制御）。この場合、タンク置換制御前後における三次ヘリウムガスタンク８１の圧力は、略同等となるように制御される。三次ヘリウムガスタンク８１へ流入したヘリウムガスの少なくとも一部は、電磁弁８２が開いた際に二次配管系２８へ流入する。
【００４９】
これにより、駆動装置２９は、バルーン３２を膨張及び収縮させる動作を続けながら、バルーン３２の膨張及び収縮動作を阻害することなく、駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を上昇させることができる。なお、補助装置８０の構成としては図１に示す例に限定されず、例えば負圧タンク８４を設けずに、電磁弁８３を第２圧力タンク１３に接続するようにしてもよい。
【００５０】
補充制御手段２０が、タンク置換制御を含む半パージを行うタイミングは、特に限定されず、所定の時間間隔で半パージが実施されても良い。また例えば、補充制御手段２０は、後述する測定子７２等によるヘリウムガス濃度の測定結果に応じて、半パージの実施の有無又は半パージの実施回数等を決定することができる。なお、本実施形態において、補充制御手段２０は、中央制御手段と相互に通信可能であるが、これに限定されず、補充制御手段２０は、中央制御手段の一部であっても良い。
【００５１】
二次配管系２８には、排気ライン２８ｂ及び補充ライン２８ｃの他に、主ライン２８ａから分岐した測定ライン２８ｄが接続してある。測定ライン２８ｄには、第２制御弁としての電磁弁７３を介して、測定チャンバー７４が接続してある。測定チャンバー７４の内部には、電磁弁７３を介して、二次配管系２８に存在する駆動流体の一部が導入される。測定チャンバー７４には測定子７２が取り付けられており、測定子７２は、測定チャンバー内に流入した駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を検出する。
【００５２】
測定チャンバー７４は、第３制御弁としての電磁弁７５を介して、第２ポンプ１４ｂ及び第２圧力タンク１３に接続されている。第２ポンプ１４ｂは陰圧発生用ポンプであり、第２圧力タンク１３は負圧に保たれている。そのため、測定チャンバー７４の内部に導入された駆動流体は、電磁弁７５を介して排出される。電磁弁７３及び電磁弁７５の開閉は、中央制御手段によって制御される。
【００５３】
測定チャンバー７４は、測定チャンバー７４の圧力を調整する圧力調整手段を有する。圧力調整手段は、ピストン７６、アクチュエータ７７、圧力センサ７８及び測定制御手段７９によって構成される。ピストン７６は、アクチュエータ７７により駆動され、測定チャンバー７４の容積を変更するように移動する。
【００５４】
圧力センサ７８は、測定チャンバー７４内部の圧力を測定し、測定結果を測定制御手段７９に出力する。測定制御手段７９は、圧力センサ７８による測定結果に基づき、アクチュエータ７７を制御してピストン７６を移動させる。これにより、測定制御手段７９は、測定チャンバー７４内部の圧力を、所定の圧力になるように調整することができる。本実施形態において、測定制御手段７９は、中央制御手段と相互に通信可能であるが、これに限定されず、測定制御手段７９は、中央制御手段から独立していても良いし、あるいは中央制御手段の一部であっても良い。
【００５５】
ピストン７６等によって構成される圧力調整手段は、測定子７２による濃度測定時における測定チャンバー７４内部の圧力を、所定の値に調整することができる。圧力調整手段は、例えば測定チャンバー７４の圧力を大気圧とすることができるが、測定チャンバー７４内の圧力は、測定子７２等に応じて決定される。しかし、圧力調整手段は、測定子７２による濃度測定が実施されていない間は、測定チャンバー７４の圧力調整を停止しても良い。例えば、測定制御手段７９は、電磁弁７５を開いて測定チャンバー７４から駆動流体を排気する際には、ピストン７６が外力に従って移動できるように、アクチュエータ７７を制御しても良い。
【００５６】
測定チャンバー７４には、測定子７２が取り付けられている。測定子７２は、測定チャンバー７４内に流入した駆動流体に含まれるヘリウムガスの濃度を測定し、不図示の中央制御手段に出力する。測定子７２は、補充装置６０によって補充されるガス（本実施形態においてはヘリウムガス）が、測定チャンバー７４内に導入された駆動流体中に、どの程度の割合で存在するのかを検出できるものであれば、特に限定されない。例えば、補充装置６０によって補充されるガスがヘリウムガスである場合には、測定子７２としてピラニーゲージを好適に用いることができる。測定子７２としてピラニーゲージを使用し、圧力調整手段を有する測定チャンバー７４を用いることにより、駆動装置２９は、駆動流体に含まれるヘリウムガスの濃度を、容易かつ高精度に検出することができる。
【００５７】
測定子７２によるガス濃度の検出結果を用いて、駆動装置２９は、様々な動作を行うことが可能である。例えば、駆動装置２９は、測定子７２によるガス濃度の検出結果を、表示装置等を用いて表示しても良い。また、駆動流体に含まれるヘリウムガスの濃度が所定の値以下になったことが検出された場合、駆動装置２９は、警告音の発生や警告灯の点灯などの警告動作を行っても良い。なお、駆動装置２９が警告動作を行うヘリウムガス濃度の所定値は、特に限定されないが、例えば７０％以上〜１００％未満とすることにより、ガスの濃度低下による応答性の低下を効果的に防止できる。
【００５８】
さらに、駆動装置２９の中央制御手段は、駆動流体に含まれるヘリウムガスの濃度が所定の値以下になった場合、二次配管系２８、第１ルーメン及びバルーン３２内の駆動流体を、補充装置６０から新たに補充されるヘリウムガスに置換しても良い。この場合、中央制御手段は、補充制御手段２０に指示信号を送信し、二次配管系２８内の駆動流体全体を置換する全パージを行っても良く、三次ヘリウムガスタンク８１のタンク置換制御を介して駆動流体を部分的に置換する半パージを行っても良い。
【００５９】
なお、駆動装置２９が半パージや全パージを行うヘリウムガス濃度の所定値は、特に限定されないが、例えばヘリウムガス濃度が５０％超〜７０％以下で半パージを行い、ヘリウムガス濃度が５０％以下になった場合に全パージを行うことができる。これにより、駆動装置２９は、ガス濃度の低下幅が小さい場合には、バルーン３２の膨張・収縮動作を継続しながら徐々に二次配管系２８のガス濃度を上昇させる半パージを行うことができる。また、駆動装置２９は、ヘリウムガス濃度の低下幅が大きい場合には、素早く大幅に駆動流体のヘリウムガス濃度を回復させる全パージを行うことができる。
【００６０】
（基本動作）
次に、本実施形態に係る医療機器用駆動装置の動作例について説明する。本実施形態では、図１に示す第１ポンプ１４ａを駆動することにより、第１圧力タンク１２内の圧力が約３００mmＨｇ（ゲージ圧）に設定され、第２ポンプ１４ｂを駆動することにより、第２圧力タンク１３内の圧力が約−１５０mmＨｇ（ゲージ圧）に設定される。そして、図１に示す圧力伝達隔壁装置５０の入力端に加わる圧力を、電磁弁２１，２２を交互に駆動することで、第１圧力タンク１２および第２圧力タンク１３の圧力に切り換える。この切り替えのタイミングは、患者の心臓の拍動に合わせて行われるように、中央制御手段が制御する。
【００６１】
図４は、二次配管系２８内部の圧力変動と、電磁弁２１，２２，６８，８２，８３の開閉タイミングを表したグラフである。図４のライン（Ａ）は、図１に示す二次配管系２８内で起こる圧力変動を示すものであり、圧力センサ２５の検出出力を、電磁弁の開閉タイミングと合わせて表示したものである。また、図４のライン（Ｂ）は、バルーン３２の状態が、膨張状態にあるか、収縮状態にあるかを示したものである。
【００６２】
ライン（Ａ）に示される二次配管系２８の圧力変動及びライン（Ｂ）で示されるバルーン３２の膨張・収縮は、主として電磁弁２１，２２の開閉を切り換えることにより発生する。図４のライン（Ｃ）は、電磁弁２１の開閉状態を表しており、ライン（Ｄ）は電磁弁２２の開閉状態を表している。ライン（Ａ），（Ｃ），（Ｄ）の比較から認められるように、電磁弁２１を所定の時間開くことにより、隔壁５５を介して二次配管系２８には陽圧が印加され、二次配管系２８の圧力が上昇する。ライン（Ａ）に示されるように、二次配管系２８の圧力は、オーバーシュートした後、プラトー圧Ｐ４となる。プラトー圧Ｐ４は、バルーン３２が膨張した状態における圧力を示している。
【００６３】
これに対して、ライン（Ｄ）で示される電磁弁２１を所定時間開くと、隔壁５５を介して二次配管系２８に陰圧が印加され、二次配管系２８の圧力が低下する。この場合、ライン（Ａ）で示されるように、二次配管系２８の圧力は、アンダーシュートした後、検出圧力Ｐ３となる。検出圧力Ｐ３は、バルーン３２が縮んだ状態における圧力を示している。
【００６４】
ライン（Ａ）で示される二次配管系２８の圧力変動の最大値は、例えば２８９ｍｍＨｇ（ゲージ圧）であり、最小値は、例えば−１１４ｍｍＨｇ（ゲージ圧）である。図４に示すように、電磁弁２１と電磁弁２２を交互に開き、二次配管系２８に陰圧と陽圧を交互に印加することにより、バルーン３２は、圧力変動に応じた膨張及び収縮を繰り返す。これにより駆動装置２９及びこれによって駆動されるバルーンカテーテル３０は、心臓の補助治療を行うことができる。
【００６５】
本実施形態に係る駆動装置２９では、圧力伝達隔壁装置５０を介した二次配管系２８への陽圧及び陰圧の印加にあわせて、補助装置８０の電磁弁８２が開閉する。図４のライン（Ｅ）は、電磁弁８２の開閉状態を表したものである。例えば、補充制御手段２０は、中央制御手段から電磁弁２１，２２の開閉タイミングを受信し、電磁弁８２の開閉タイミングを制御する。補充制御手段２０は、電磁弁２１を開いて二次配管系２８内に陽圧の印加を開始した時点（陰圧から陽圧に切り換えた時点）から、所定時間経過後に、電磁弁８２を開き、次の切り換え（電磁弁２２を開いて陽圧から陰圧に切り換える時点）の前に、電磁弁８２を閉じる。
【００６６】
図５は、二次配管系２８に印加される圧力が、陰圧から陽圧に切り換わった後であって次の切り換えの前に、電磁弁８２を開いた場合における駆動流体の流れを表したものである。図５に示すように、陽圧が印加され、二次配管系２８の圧力が上昇した状態で電磁弁８２が開かれると、二次配管系２８内の駆動流体の一部が、二次配管系２８と三次ヘリウムガスタンク８１との圧力差に応じて、図中に矢印で示すように、三次ヘリウムガスタンク８１に流入する。この場合、電磁弁８２の開放は、二次配管系２８内の圧力を低下させるように作用する。
【００６７】
また、図４に示すように、補充制御手段２０は、電磁弁２２を開いて二次配管系２８内に陰圧の印加を開始した時点（陽圧から陰圧に切り換えた時点）から、所定時間経過後に、電磁弁８２を開き、次の切り換え（電磁弁２１を開いて陰圧から陽圧に切り換える時点）の前に、電磁弁８２を閉じる。
【００６８】
図６は、二次配管系２８に印加される圧力が、陽圧から陰圧に切り換わった後であって次の切り換えの前に、電磁弁８２を開いた場合における駆動流体の流れを表したものである。図６に示すように、陰圧が印加され、二次配管系２８の圧力が低下した状態で電磁弁８２が開かれると、三次ヘリウムガスタンク８１内の流体の一部が、二次配管系２８と三次ヘリウムガスタンク８１との圧力差に応じて、図中に矢印で示すように、二次配管系２８に流入する。この場合、電磁弁８２の開放は、二次配管系２８内の圧力を上昇させるように作用する。
【００６９】
図７及び図８は、電磁弁８２の開閉動作の有無により、二次配管系２８の圧力変動状態がどのように異なるかを表したグラフである。図７は、電磁弁８２を常に閉じて駆動した場合における二次配管系２８内の圧力変化を示すグラフである。これに対して、図８は、電磁弁８２を図４のライン（Ｅ）に示すように動作させて駆動した場合における二次配管系２８内の圧力変化を示すグラフである。図７および図８において、横軸は時間、縦軸は圧力または容積を示し、符号（Ａ）で示す線は二次配管系２８内の圧力変化を、符号（Ｂ）で示す線はバルーン３２の容積変化を示している。
【００７０】
図７に示すように、二次配管系２８の圧力は、二次配管系２８に対する圧力の印加が切り換わった時点（電磁弁２１又は２２を開いた時点）から、オーバーシュートやアンダーシュートを経て、プラトー圧Ｐ４や検出圧力Ｐ３に到達する。ここで、圧力センサ２５によって検出されるプラトー圧Ｐ４や検出圧力Ｐ３は、中央制御手段や補充制御手段２０による電磁弁の制御に用いられる。したがって、二次配管系２８に対する圧力の印加が切り換わった時点からプラトー圧Ｐ４や検出圧力Ｐ３に到達するまでの時間が短い方が、高い周期での駆動や、正確な制御を実現する観点から好ましい。しかし、電磁弁８２を常に閉じて駆動する場合は、プラトー圧Ｐ４や検出圧力Ｐ３に到達するまでの時間をコントロールすることは難しい。
【００７１】
図７において、二次配管系２８の圧力がオーバーシュートしている期間の最後の方は、バルーン３２はほぼ膨らみきっていることが解る。そこで、このようなタイミングに合わせて電磁弁８２を開くことにより、図８に示すように、オーバーシュートした状態からプラトー圧Ｐ４まで圧力が低下する作用を、アシストすることができる。
【００７２】
また、図７において、二次配管系２８の圧力がアンダーシュートしている期間の最後の方は、バルーン３２はほぼ萎みきっていることが解る。そこで、このようなタイミングに合わせて電磁弁８２を開くことにより、図８に示すように、アンダーシュートした状態から検出圧力Ｐ３まで圧力が上昇する作用を、アシストすることができる。このように、図４のライン（Ｅ）で示すように電磁弁８２を開閉させることにより、陽圧・陰圧が切り換わった時点から、プラトー圧Ｐ４や検出圧力Ｐ３に到達するまでの時間を短縮することができる。
【００７３】
（補充動作）
図１に示す補充制御手段２０は、電磁弁８２の開閉に加えて、電磁弁６８の開閉を制御することによって、バルーン３２を膨張及び収縮させる動作を続けながら、二次配管系２８に対するヘリウムガスの補充を行うことができる。具体的には、まず補充制御手段２０が、バルーン３２などからの透過による駆動流体の低減を、バルーン３２が萎んだ状態における検出圧力Ｐ３（図４参照）を用いて監視する。そして、検出圧力Ｐ３の低下が検出されると、補充制御手段２０は、電磁弁６８を所定時間開き、二次ヘリウムガスタンク６４から三次ヘリウムガスタンク８１に一定容量（一定モル数：化学当量比）のヘリウムガスを入れる。電磁弁６８の開放は、三次ヘリウムガスタンク８１と二次配管系２８の間にある電磁弁８２が閉じている状態で実施される。
【００７４】
二次ヘリウムガスタンク６４からのヘリウムガスの流入により、三次ヘリウムガスタンク８１の圧力は一時的に上昇する。しかし、図４のライン（Ｅ）に示すように、三次ヘリウムガスタンク８１と二次配管系２８との間にある電磁弁８２は、断続的に開かれる。特に、図６に示すように、二次配管系２８の圧力が低下した状態で電磁弁８２が開かれた際には、三次ヘリウムガスタンク８１に補充されたヘリウムガスが、二次配管系２８に流入する。したがって、二次ヘリウムガスタンク６４からの三次ヘリウムガスタンク８１へのヘリウムガスの補充は、電磁弁８２の開閉動作を経て、二次配管系２８へのヘリウムガスの補充に繋がる。
【００７５】
なお、補充制御手段２０が監視する圧力は、プラトー圧Ｐ４より検出圧力Ｐ３の方が好ましい。検出圧力Ｐ３を用いてヘリウムガスの補充の要否を判断することにより、駆動装置２９は、外力により変形し得るバルーン３２部分の検出圧力への影響を低減することが可能である。したがって、駆動装置２９は、任意の駆動（二次）配管系２８（チューブやホースを含む）とバルーン３２の容量に応じて調整される駆動流体の化学当量を、駆動中において一定に保つことが可能となる。
【００７６】
また、検出圧力Ｐ３を一定にするように制御すれば、図４に示すプラトー圧Ｐ４（バルーンが膨らんだ状態での圧力）をも観測することにより、バルーン３２が曲折されるなどの不測の事態によりバルーン３２の容積が変化したことを検出することができる。たとえば、プラトー圧力Ｐ４が、通常よりも高くなった場合には、バルーン３２が曲折されているなどの判断ができる。また、プラトー圧力Ｐ４が、通常よりも小さくなった場合には、駆動流体が透過以外の不測の事態で漏れていると判断することができる。
【００７７】
（半パージ）
図１に示す補充制御手段２０は、電磁弁８２の開閉に加えて、電磁弁６８及び電磁弁８３の開閉を制御することによって、バルーン３２を膨張及び収縮させる動作を続けながら、二次配管系２８の駆動流体を部分的にヘリウムガスに置換する半パージを行うことができる。図９は、中央制御手段およびこれと通信する補充制御手段２０が、半パージにおいて実施する電磁弁の開閉動作を表すフローチャートである。
【００７８】
バルーン３２の一回の膨張及び収縮を駆動の１サイクルとした場合、半パージにおける電磁弁の制御は、電磁弁８３及び電磁弁６８の開閉動作（図９におけるステップＳ００６及びステップＳ００７）が挿入されることを除き、通常の駆動における１サイクルの制御と同様である。すなわち、図４においてライン（Ｃ）〜（Ｅ）で表される電磁弁２１，２２，８２の動作は、上述の（基本動作）で説明した通常の動作と同様である。これに対して、ライン（Ｆ）で表される電磁弁８３及びライン（Ｇ）で表される電磁弁６８は、バルーン３２を開閉させるのみの通常の動作では閉じられたままであるのに対して、半パージの際には、所定のタイミングで開放される。
【００７９】
図９のステップＳ００１では、中央制御手段及び補充制御手段２０が半パージを開始する。半パージは、例えば後述するガス濃度検出動作によって、駆動流体におけるヘリウムガス濃度の低下が検出されたタイミングで開始される。この際、補充制御手段２０は、駆動流体におけるヘリウムガス濃度に応じて、ステップＳ００６及びステップＳ００７の制御に相当する置換制御の実施回数Ｎを決定する。なお、図９の左側のフローチャートは、中央制御手段による電磁弁２１及び電磁弁２２の制御を表しており、図９の右側のフローチャートは、補充制御手段２０による制御を表している。
【００８０】
ステップＳ００２では、補充制御手段２０が、実施回数Ｎを管理するための変数ｎを「０」にセットする。さらに、ステップＳ００３では、変数ｎをインクリメントする。ステップＳ００４では、中央制御手段が、電磁弁２１を開き、所定時間経過後に閉じる。図４のライン（Ａ）とライン（Ｃ）の比較から解るように、電磁弁２１の開閉により、圧力伝達隔壁装置５０が陰圧の印加から陽圧の印加へ切り換わり、二次配管系２８の圧力が上昇する。
【００８１】
図９におけるステップＳ００５では、補充制御手段２０が、ステップＳ００４が開始された旨の通信を中央制御手段より受けた後に電磁弁８２を開き、所定時間経過後に電磁弁８２を閉じる。図４のライン（Ａ）とライン（Ｅ）の比較から解るように、このタイミングで、二次配管系２８の圧力がプラトー圧Ｐ４と略等しくなる。また、図５に示すように、ステップＳ００５において電磁弁８２を開いた際に、二次配管系２８から三次ヘリウムガスタンク８１へ、駆動流体の一部が流入する。
【００８２】
図９におけるステップＳ００６では、補充制御手段２０が、電磁弁８３を開き、所定時間経過後に電磁弁８３を閉じる。ステップＳ００６では、電磁弁８２を閉じている状態において、三次ヘリウムガスタンク８１と負圧タンク８４の間にある電磁弁８３が開かれる（図４のライン（Ｆ）参照）。これにより、三次ヘリウムガスタンク８１に流入した駆動流体の少なくとも一部が、三次ヘリウムガスタンクから負圧タンク８４へ排出される。
【００８３】
図９におけるステップＳ００７では、補充制御手段２０が、電磁弁６８を開き、所定時間経過後に電磁弁６８を閉じる。ステップＳ００７では、電磁弁８２を閉じている状態において、二次ヘリウムガスタンク６４と三次ヘリウムガスタンク８１の間にある電磁弁６８が開かれる（図４のライン（Ｇ）参照）。これにより、二次ヘリウムガスタンク６４から三次ヘリウムガスタンク８１へヘリウムガスが補充される。すなわち、ステップＳ００６及びステップＳ００７で行われる処理は、三次ヘリウムガスタンク８１内の流体を、駆動流体からヘリウムガスに置換するガス置換処理に相当する。
【００８４】
なお、補充制御手段２０は、ステップＳ００６で排出される駆動流体の化学当量と、ステップＳ００７で補充されるヘリウムガスの化学当量が略等しくなるように、三次ヘリウムガスタンク８１へのヘリウムガスの補充量を調整することが好ましい。なお、ステップＳ００６で排出される駆動流体の化学当量を認識する方法は、圧力センサ２５の値から算出する方法や、三次ヘリウムガスタンク８１に圧力センサを設けてその検出値から算出する方法等が挙げられるが、特に限定されない。
【００８５】
図９におけるステップＳ００８は、少なくともステップＳ００９の前に開始され、例えばステップＳ００６及びステップＳ００７と並行して実施される。ステップＳ００８では、中央制御手段が、電磁弁２２を開き、所定時間経過後に閉じる。図４のライン（Ａ）とライン（Ｄ）の比較から解るように、電磁弁２２の開閉により、圧力伝達隔壁装置５０が陽圧を印加する状態から陰圧を印加する状態へ切り換わり、二次配管系２８の圧力が低下する。また、ライン（Ｄ）とライン（Ｆ）及びライン（Ｇ）との比較から、電磁弁２２の開閉（ステップＳ００８）と並行して、電磁弁８３及び電磁弁６８の開閉（ステップＳ００６及びステップＳ００７）が実施されることが解る。
【００８６】
図９におけるステップＳ００９では、補充制御手段２０が、ステップＳ００８が開始された旨の通信を中央制御手段より受けた後に電磁弁８２を開き、所定時間経過後に電磁弁８２を閉じる。図４のライン（Ａ）とライン（Ｅ）の比較から解るように、このタイミングで、二次配管系２８の圧力が検出圧力Ｐ３と略等しくなる。また、図６に示すように、ステップＳ００９において電磁弁８２を開いた際に、三次ヘリウムガスタンク８１から二次配管系２８へ、補充されたヘリウムガスの少なくとも一部が流入する。
【００８７】
ステップＳ０１０では、変数ｎと実施回数Ｎを比較し、変数ｎが実施回数より小さい場合は、ステップＳ００３へ戻り、再度ガス置換処理を実施する。また、変数ｎと実施回数Ｎが実施回数より小さくない場合には、ステップＳ０１１へ進み半パージを終了する。
【００８８】
このように、駆動装置２９は、半パージを行うことにより、バルーン３２を膨張及び収縮させる動作を続けながら、バルーン３２の膨張及び収縮動作を阻害することなく、駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を上昇させることができる。なお、半パージにおけるガス置換処理（ステップＳ００６及びステップＳ００７）は、図９に示すように毎サイクル連続して実施してもよく、数サイクルおきに実施しても良い。
【００８９】
（全パージ）
図１０は、駆動装置２９の全パージで行われる処理の一例を表すフローチャートである。図１０に示すステップＳ１０１では、中央制御手段及び補充制御手段２０が、全パージを開始する。全パージは、例えば後述するガス濃度検出動作によって、駆動流体中におけるヘリウムガス濃度の大幅な低下が検出されたタイミングで開始される。
【００９０】
ステップＳ１０２では、中央制御手段が、電磁弁２１、２２の開閉動作を停止する。これにより、圧力伝達隔壁装置５０によって二次配管系２８に陽圧と陰圧を交互に印加する動作が止まり、バルーン３２の膨張・収縮動作が停止する。この際、中央制御手段は、電磁弁８２の開閉による補助動作及びヘリウムガスの補充動作についても、一次的に停止するように、補充制御手段２０へ指示信号を送る。
【００９１】
ステップＳ１０３では、補充制御手段２０が電磁弁１９を開き、排気ライン２８ｂから二次配管系２８を排気したのち、電磁弁１９を閉じる。ステップＳ１０４では、補充制御手段２０が電磁弁６９を開き、新たなヘリウムガスを二次配管系２８に充填した後、電磁弁６９を閉じる。ステップＳ１０５では、全パージを終了する。
【００９２】
なお、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４で行われる排気及び充填処理の際には、電磁弁８２を開いておいても良い。これにより、三次ヘリウムガスタンク８１も、二次配管系２８と同時に、補充装置６０からの新たなヘリウムガスに置換される。
【００９３】
（ヘリウムガス濃度検出）
駆動装置２９は、図４に示すようなバルーン３２の膨張及び収縮動作と並行して、二次配管系２８に導入されている駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を検出することができる。図１１〜図１３は、駆動流体におけるヘリウムガスの検出工程を表す概念図である。
【００９４】
図１１は、駆動装置２９において行われるヘリウムガス濃度検出の第１の段階を表す概念図である。図１１（ａ）は、ヘリウムガス濃度検出の第１の段階における測定チャンバー７４周辺の概略図であり、図１１（ｂ）は、第１の段階における電磁弁２１，２２，６８，７３，７５の開閉状態と、アクチュエータ７７によるピストン７６の移動状態を表している。
【００９５】
図１１に示す第１の段階では、駆動装置２９は、測定チャンバー７４内の流体（例えば直前にヘリウムガス濃度を測定した駆動流体）を排出する。図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の段階では、中央制御手段が第３制御弁としての電磁弁７５を開き、測定チャンバー７４と第２圧力タンク１３及び第２ポンプ１４ｂとを連結する（図１参照）。第２ポンプ１４ｂは陰圧発生用ポンプであり、第２圧力タンク１３は負圧になるように制御されているため、これと接続された測定チャンバー７４の圧力も減少する。
【００９６】
図１１（ｂ）に示すように、第１の段階において、アクチュエータ７７は、測定チャンバー７４の容積を減少させるように、ピストン７６を移動させる。測定制御手段７９（図１参照）は、測定チャンバー７４内が大気圧になるようにアクチュエータ７７を制御しようとする。しかし、第１の段階では、測定チャンバー７４は負圧に調整される第２圧力タンク１３と連結されるため、測定チャンバー７４内の流体は、時間の経過とともに排出される。そのため、アクチュエータ７７によって制御されるピストン７６は、図１１（ａ）に示すように、測定チャンバー７４の容積を最小にする位置まで移動し、そこで停止する。第１の段階により、測定チャンバー７４内に存在していた流体はほぼ完全に排出することが可能であり、測定チャンバー７４内に残存する流体が、第２の段階で導入される駆動流体に混入することを防止できる。
【００９７】
また、第１の段階においては、第２制御弁としての電磁弁７３は閉じられており、測定チャンバー７４と二次配管系２８は遮断されている。なお、中央制御手段は、ヘリウムガス濃度検出における第１の段階においても、電磁弁２１と電磁弁２２とを交互に開き、圧力伝達隔壁装置５０を介してバルーン３２に圧力変化を伝える。すなわち、中央制御手段は、ヘリウムガス濃度検出の第１の段階と並行して、バルーン３２を膨張及び収縮させる通常の制御を続けている。
【００９８】
図１２は、駆動装置２９において行われるヘリウムガス濃度検出の第２の段階を表す概念図である。図１２（ａ）は、第２の段階における測定チャンバー７４周辺の概略図であり、図１２（ｂ）は、第２の段階における電磁弁２１，２２，６８，７３，７５の開閉状態と、アクチュエータ７７によるピストン７６の移動状態を表している。
【００９９】
図１２に示す第２の段階では、駆動装置２９は、二次配管系２８の駆動流体を測定チャンバー７４の内部に導入する。図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の段階では、中央制御手段は、電磁弁７５を閉じた状態に保ちつつ、電磁弁７３を断続的に開き、測定チャンバー７４と二次配管系２８とを連結する。ここで、中央制御手段は、二次配管系２８を加圧するように電磁弁２１を開いている時に、電磁弁７３を開く。また、中央制御手段は、二次配管系２８の圧力を検出する圧力センサ２５の出力に基づき、電磁弁７３を開くタイミングを調整しても良い。例えば、中央制御手段は、圧力センサ２５によりプラトー圧Ｐ４（図４参照）が検出されるタイミングで、電磁弁７３を開くことが好ましい。
【０１００】
一回当たりの電磁弁７３の開放時間は、例えば１０〜１００ｍｓとすることができる。第２の段階における電磁弁７３の開放回数は、濃度測定のために測定チャンバー７４内に導入すべき駆動流体の所定量によって決定される。測定チャンバー７４に導入する駆動流体の所定量は、特に限定されないが、例えば測定子７２がピラニーゲージの場合、３〜５０ｍＬ程度とすることができる。
【０１０１】
図１２（ｂ）に示すように、第２の段階において、アクチュエータ７７は、測定チャンバー７４の容積を増加させるように、ピストン７６を移動させる。測定制御手段７９（図１参照）は、第１の段階と同様に、測定チャンバー７４内が大気圧になるようにアクチュエータ７７を制御しようとする。第２の段階では、中央制御手段は、二次配管系２８が大気圧以上に加圧されているタイミング（例えば図４におけるプラトー圧Ｐ４のタイミング）で電磁弁７３を開くため、電磁弁７３が開かれている間、測定チャンバー７４内に二次配管系２８の駆動流体が流入する。そのため、アクチュエータ７７によって制御されるピストン７６は、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、流入した駆動流体の量に応じて移動し、測定チャンバー７４内の圧力増加を解消する。これにより、測定チャンバー７４内の圧力は大気圧に保たれる。
【０１０２】
また、第２の段階においては、二次配管系２８から測定チャンバー７４へ駆動流体が流出するため、電磁弁７３の開閉動作直後においては、二次配管系２８及びバルーン３２内に存在する駆動流体の量が不足する。しかし、図１に示す補充制御手段２０は、圧力センサ２５の出力値から駆動流体の減少を検知し、図１２（ｂ）に示すように、電磁弁６８を開くことによって、三次ヘリウムガスタンク８１を介して二次配管系２８へヘリウムガスを補充する。このように、二次配管系２８には、補充装置６０及び補助装置８０から適宜ヘリウムガスが補充されるため、第２の段階においても、二次配管系２８に存在する駆動流体の量はほぼ一定に維持される。なお、中央制御手段は、第２の段階においても、第１の段階と同様に、電磁弁２１と電磁弁２２とを交互に開き、ヘリウムガス濃度検出と並行して、バルーン３２を膨張及び収縮させる通常の制御を続けている。
【０１０３】
図１３は、駆動装置２９において行われるヘリウムガス濃度検出の第３の段階を表す概念図である。図１３（ａ）は、第３の段階における測定チャンバー７４周辺の概略図であり、図１３（ｂ）は、第３の段階における電磁弁２１，２２，６８，７３，７５の開閉状態と、アクチュエータ７７によるピストン７６の移動状態を表している。
【０１０４】
図１３に示す第３の段階では、駆動装置２９は、測定チャンバー７４を密閉した状態とし、測定チャンバー７４に導入された駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を、測定子７２によって検出する。図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第３の段階では、中央制御手段は、電磁弁７３と電磁弁７５の両方を閉じた状態に保ち、測定チャンバー７４を密閉状態とする。
【０１０５】
図１３（ｂ）に示すように、第３の段階において、アクチュエータ７７は、ピストン７６を静止した状態に保つ。第３の段階では、測定チャンバー７４内に対する流体の流入及び流出が無いため、ピストン７６を静止させることにより、測定チャンバー７４内が大気圧に保たれる。
【０１０６】
第３の段階において、中央制御手段は、測定子７２であるピラニーゲージの検出値を読み出すことにより、駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を認識することができる。なお、中央制御手段は、第３の段階においても、第１及び第２の段階と同様に、電磁弁２１と電磁弁２２とを交互に開き、ヘリウムガス濃度検出と並行して、バルーン３２を膨張及び収縮させる通常の制御を続けている。
【０１０７】
駆動装置２９は、第３の段階において検出されたヘリウムガス濃度が所定の値を上回る場合は、第１の段階の制御へ戻り、次回の測定の準備を行う。それに対して、第３の段階において検出されたヘリウムガス濃度が所定の値以下である場合には、駆動装置２９は、二次配管系２８及びバルーン３２内の駆動流体を、補充装置６０から新たに補充されるヘリウムガスに置換する。駆動装置２９は、二次配管系２８の駆動流体をヘリウムガスに置換し、駆動流体のヘリウムガス濃度を上昇させる方法として、全パージと半パージの２通りの方法を実施することが可能である。
【０１０８】
（ヘリウムガス濃度維持動作）
駆動装置２９は、上述した半パージ、全パージ及びヘリウムガス濃度検出を組み合わせることによって、駆動流体のヘリウムガス濃度を所定の高いレベルに維持するヘリウムガス濃度維持動作を行うことができる。図１４は、駆動装置２９の中央制御手段及び補充制御手段２０が、ヘリウムガス濃度維持動作として実施する処理を表したフローチャートである。
【０１０９】
図１４のステップＳ２０１では、中央制御手段が、図１に示す電磁弁２１，２２の開閉によってバルーン３２を膨張・収縮させる通常駆動を開始する。バルーン３２の駆動については、上述の（基本動作）で説明したとおりである。
【０１１０】
図１４のステップＳ２０２では、中央制御手段及び測定制御手段（図１参照）が、駆動流体中のヘリウムガス濃度の測定を実施する。ヘリウムガス濃度の測定方法については、上述の（ヘリウムガス濃度検出）で説明したとおりである。ステップＳ２０２におけるヘリウムガス濃度の測定処理は、例えば、駆動が開始（ステップＳ２０１）されてから所定時間が経過した後、または、前回のヘリウムガス濃度測定（前回のステップＳ２０２）から所定時間が経過した後に、行うことができる。
【０１１１】
図１４のステップＳ２０３では、補充制御手段２０が、ステップＳ２０２で検出されたヘリウムガス濃度の検出値Ｓが５０％より大きいか否かを判断する。検出値Ｓが５０％より大きくない（５０％以下である）場合は、ステップＳ２０４へ進み全パージを実施する。このように、検出値が５０％以下である場合、駆動流体のヘリウムガス濃度が、半パージで回復させる範囲（５０％より大きく７０％以下）を下回っており、全パージが必要であると判断する。全パージの実施方向については、上述の（全パージ）で説明したとおりである。全パージを実施した後は、ステップＳ２０２へ戻り、ヘリウムガス濃度の測定を実施する。
【０１１２】
ステップＳ２０３で検出値Ｓが５０％より大きいと認められた場合、ステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０５では、補充制御手段２０が、ステップＳ２０２で検出されたヘリウムガス濃度の検出値Ｓが７０％より大きいか否かを判断する。検出値Ｓが７０％より大きくない（７０％以下である）場合は、ステップＳ２０６へ進み半パージを実施する。このように、検出値が５０％より大きく７０％以下である場合、バルーン３２を膨張及び収縮させる動作を続けながら、半パージを行うことが有効であると判断する。半パージの実施方向については、上述の（半パージ）で説明したとおりである。なお、ステップＳ２０６で実施される半パージにおける実施回数Ｎ（図９参照）は、ステップＳ２０２で検出されたヘリウムガス濃度の検出値Ｓに応じて決定される。全パージを実施した後は、ステップＳ２０２へ戻り、ヘリウムガス濃度の測定を実施する。
【０１１３】
ステップＳ２０５で検出値Ｓが７０％より大きいと認められた場合、ステップＳ２０７へ進む。ステップＳ２０７では、中央制御手段や補充制御手段２０が、バルーン３２を膨張・収縮させる通常駆動の停止が指示されているか否かを判断する。駆動の停止が指示されていない場合は、ステップＳ２０２へ戻り、ヘリウムガス濃度の測定を実施する。また、駆動の停止が指示されている場合は、ステップＳ２０８へ進み、バルーン３２の駆動を終了する。
【０１１４】
このように、本実施形態に係る駆動装置２９は、二次配管系２８に存在しておりバルーン３２を膨張・収縮させる駆動流体におけるヘリウムガスの濃度を検出することができる。ヘリウムガスの濃度低下は、駆動装置２９の応答性の低下要因となるため、駆動装置２９は、駆動流体のヘリウムガス濃度を検出することにより、駆動装置２９の応答性の低下要因を早期に発見することができる。なお、ピンホールの発生等の異常発生時にも、駆動流体におけるヘリウムガスの濃度低下が起こるため、駆動装置２９は、ヘリウムガスの濃度を測定することにより、バルーン３２に発生した異常を検知することもできる。
【０１１５】
また、駆動装置２９は、第１制御弁としての電磁弁８２を介して二次配管系２８に接続される三次ヘリウムガスタンク８１を有する。中央制御手段及び補充制御手段２０は、電磁弁８２の開閉を、圧力伝達隔壁装置５０による陽圧及び陰圧の印加にあわせて制御し、二次配管系２８と三次ヘリウムガスタンク８１の間で、流体の移動を発生させる。また、三次ヘリウムガスタンク８１は、電磁弁６８を介して二次ヘリウムガスタンク６４からヘリウムガスの補充を受けることが可能であり、また、電磁弁８３を開くことにより、内部の流体を排出させることも可能である。
【０１１６】
さらに、補充制御手段２０は、駆動流体のヘリウムガス濃度が低下した場合に、三次ヘリウムガスタンク８１を排気したのちヘリウムガスを補充するタンク置換制御を、電磁弁８２が閉じているタイミングで行うことができる。三次ヘリウムガスタンク８１と二次配管系２８の間では流体の移動が起こるため、このようなタンク置換制御は、二次配管系２８における駆動流体のヘリウムガス濃度を上昇させる。したがって、このような三次ヘリウムガスタンク８１を有する駆動装置２９は、駆動流体のヘリウムガス濃度を上昇させる処理（半パージ）を、バルーン３２の駆動を継続しながら実施することが可能である。
【０１１７】
補充制御手段２０が図９に示すような半パージを行う場合、タンク置換制御の実施回数（図９の実施回数Ｎ）は、検出された駆動流体のヘリウムガス濃度に応じて決定することができる。これにより、駆動装置２９は、所定の時間でガスの置換を行うような技術に比べて、ヘリウムガスの消費量を抑制しつつ、駆動流体のヘリウムガス濃度を高いレベルに維持することができる。また、図１４に示すように、半パージと全パージを、検出された駆動流体のヘリウムガス濃度に応じて選択することにより、駆動装置２９は、ヘリウムガス濃度低下に伴うバルーンの応答性低下などの問題を、より効果的に抑制することができる。
【０１１８】
また、駆動装置２９は、ヘリウムガス濃度の検出動作において、圧力調整手段によって圧力調整が可能な測定チャンバー７４内の内部に駆動流体を導入し、圧力が一定に保たれた測定チャンバー７４の内部で濃度の検出を行うことができる。このため、駆動装置２９は、バルーン３２を膨張・収縮させる通常の駆動を停止することなく、高精度に、駆動流体のヘリウムガス濃度を検出することができる。
【０１１９】
さらに、駆動装置２９は、圧力調整手段がピストン７６を有し、ピストン７６が、測定チャンバー７４から流体を排出する際に測定チャンバー７４の容積を減少させるように移動するため、測定前に測定チャンバー７４内の流体を効率的に排出できる。そのため、駆動装置２９は、測定チャンバー７４内に、測定対象である駆動流体以外の流体が混入することを防止し、高い精度でガスの濃度を検出することが可能である。また、測定チャンバー７４が電磁弁７５を介して第２圧力タンク１３に接続されていることにより、測定チャンバー７４は、シンプルな構造で効果的な排気が可能である。
【０１２０】
その他の実施形態
上述の駆動装置２９では、測定子７２は、測定チャンバー７４に取り付けられるが、測定子７２の配置はこれに限定されない。例えば、駆動流体におけるガス（補充装置６０から供給されるガス）の濃度を測定する測定子は、図１に示す圧力伝達隔壁装置５０の第２室５８に取り付けられても良い。
【０１２１】
また、補充装置６０から補充され、測定子７２によって駆動流体における濃度を測定されるガスとしては、ヘリウムガスに限定されず、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス等、その他のガスであっても良い。圧力調整装置は、本実施形態のように、圧力センサ７８及びアクチュエータ７７を有していても良いが、これに限定されない。例えば、圧力調整装置は、圧力センサ７８等を用いず、測定チャンバー７４内の圧力と大気圧などの外力とのバランスにより、ピストン７６を移動させるものであっても良い。
【０１２２】
また、上述の実施形態では、三次ヘリウムガスタンク８１と二次配管系２８の間にある電磁弁８２は、二次配管系２８への圧力印加の切り換えに応じて常に開閉動作が行われるものとして説明したが（図４参照）、電磁弁８２の制御はこれに限定されない。たとえば、電磁弁８２は、上述の（補充動作）の間や、図９に示す半パージ動作の間だけ、図４のライン（Ｅ）で示すような開閉動作が実施され、その他の期間は閉状態であっても良い。
【符号の説明】
【０１２３】
１２…第１圧力タンク
１３…第２圧力タンク
１４ａ…第１ポンプ
１４ｂ…第２ポンプ
１８…逆止弁
２０…補充制御手段
２７…一次配管系
２８…二次配管系
２８ａ…主ライン
２８ｂ…排気ライン
２８ｃ…補充ライン
２８ｄ…測定ライン
２９…駆動装置
３２…バルーン
３０…バルーンカテーテル
３４…カテーテル管
３５…短チューブ
３６…分岐部
３７…金属チューブ
４０…内管
４３…開口端
４９…血圧変動測定装置
５０…圧力伝達隔壁装置
５５…隔壁
５６…第１室
５８…第２室
６０…補充装置
６１…一次ヘリウムガスタンク
６４…二次ヘリウムガスタンク
７２…測定子
７４…測定チャンバー
７６…ピストン
７７…アクチュエータ
７９…測定制御手段
８０…補助装置
８１…三次ヘリウムガスタンク
８４…負圧タンク
１５，１６，２５，６５，７８…圧力センサ
１９，２１，２２，６３，６８，６９，７３，７５，８２，８３…電磁弁
１７，６２…減圧弁
３８，４２，５２，５４…ポート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動流体の流動によって被駆動機器が膨張および収縮を繰り返すように、当該被駆動機器に連通する配管系に、陽圧と陰圧とを交互に印加する圧力発生手段と、
第１制御弁を介して前記配管系に接続されるガスタンクと、
前記ガスタンクにガスを補充するガス補充手段と、
前記ガスタンクの排気を行う排気手段と、
前記配管系の前記駆動流体における前記ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段と、
前記圧力発生手段、前記第１制御弁、前記ガス濃度検出手段及び前記排気手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記圧力発生手段が前記陰圧の印加から前記陽圧の印加へ切り換わった後に前記第１制御弁を開き、次の切り換えの前に前記第１制御弁を閉じ、前記配管系から前記ガスタンクへ、前記駆動流体の少なくとも一部が流入するように前記第１制御弁を制御し、
前記制御手段は、前記第１制御弁を閉じている状態において、前記ガスタンクに流入した前記駆動流体の少なくとも一部を前記ガスタンクから排出するように前記排気手段を制御した後に、前記ガスタンクに前記ガスを補充するように前記ガス補充手段を制御するタンク置換制御を行うことができ、
前記制御手段は、前記圧力発生手段が前記陽圧の印加から前記陰圧の印加へ切り換わった後に前記第１制御弁を開き、次の切り換えの前に前記第１制御弁を閉じ、前記ガスタンクから前記配管系へ、前記ガスタンクの流体の少なくとも一部が流入するように前記第１制御弁を制御し、
前記制御手段は、前記ガス濃度検出手段による検出結果に応じて、前記タンク置換制御を実施することを特徴とする医療用膨張・収縮駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記駆動流体における前記ガスの前記濃度が第１の範囲である場合、前記タンク置換制御を所定の回数実施することを特徴とする請求項１に記載の医療用膨張・収縮駆動装置。
【請求項３】
前記制御手段からの制御を受けて前記配管系から前記駆動流体を排出する配管排出手段と、
前記制御手段からの制御を受けて前記配管系へ前記ガスを補充する配管補充手段と、を有し、
前記制御手段は、前記駆動流体における前記ガスの前記濃度が前記第１の範囲より低い場合、前記配管系から前記駆動流体を排出するように前記配管排出手段を制御した後、前記配管系に前記ガスを補充するように前記配管補充手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の医療用膨張・収縮駆動装置。
【請求項４】
内部の圧力を調整する圧力調整手段を備えており、前記配管系に第２制御弁を介して接続されるチャンバーを有し、
前記ガス濃度検出手段は、前記チャンバーに流入した前記駆動流体における前記ガスの前記濃度を検出することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の医療用膨張・収縮駆動装置。
【請求項５】
前記圧力調整手段は、前記チャンバーの容積を変えるように移動する可動壁を有し、
前記圧力発生手段は、前記陽圧を発生する陽圧発生部と、前記陰圧を発生する陰圧発生部とを有し、
前記チャンバーは、第３制御弁を介して前記陰圧発生部と接続されており、
前記可動壁は、前記チャンバーが前記陰圧発生部と連通した際に、前記チャンバーの前記容積が減少するように移動することを特徴とする請求項４に記載の医療用膨張・収縮駆動装置。
【請求項１】
駆動流体の流動によって被駆動機器が膨張および収縮を繰り返すように、当該被駆動機器に連通する配管系に、陽圧と陰圧とを交互に印加する圧力発生手段と、
第１制御弁を介して前記配管系に接続されるガスタンクと、
前記ガスタンクにガスを補充するガス補充手段と、
前記ガスタンクの排気を行う排気手段と、
前記配管系の前記駆動流体における前記ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段と、
前記圧力発生手段、前記第１制御弁、前記ガス濃度検出手段及び前記排気手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記圧力発生手段が前記陰圧の印加から前記陽圧の印加へ切り換わった後に前記第１制御弁を開き、次の切り換えの前に前記第１制御弁を閉じ、前記配管系から前記ガスタンクへ、前記駆動流体の少なくとも一部が流入するように前記第１制御弁を制御し、
前記制御手段は、前記第１制御弁を閉じている状態において、前記ガスタンクに流入した前記駆動流体の少なくとも一部を前記ガスタンクから排出するように前記排気手段を制御した後に、前記ガスタンクに前記ガスを補充するように前記ガス補充手段を制御するタンク置換制御を行うことができ、
前記制御手段は、前記圧力発生手段が前記陽圧の印加から前記陰圧の印加へ切り換わった後に前記第１制御弁を開き、次の切り換えの前に前記第１制御弁を閉じ、前記ガスタンクから前記配管系へ、前記ガスタンクの流体の少なくとも一部が流入するように前記第１制御弁を制御し、
前記制御手段は、前記ガス濃度検出手段による検出結果に応じて、前記タンク置換制御を実施することを特徴とする医療用膨張・収縮駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記駆動流体における前記ガスの前記濃度が第１の範囲である場合、前記タンク置換制御を所定の回数実施することを特徴とする請求項１に記載の医療用膨張・収縮駆動装置。
【請求項３】
前記制御手段からの制御を受けて前記配管系から前記駆動流体を排出する配管排出手段と、
前記制御手段からの制御を受けて前記配管系へ前記ガスを補充する配管補充手段と、を有し、
前記制御手段は、前記駆動流体における前記ガスの前記濃度が前記第１の範囲より低い場合、前記配管系から前記駆動流体を排出するように前記配管排出手段を制御した後、前記配管系に前記ガスを補充するように前記配管補充手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の医療用膨張・収縮駆動装置。
【請求項４】
内部の圧力を調整する圧力調整手段を備えており、前記配管系に第２制御弁を介して接続されるチャンバーを有し、
前記ガス濃度検出手段は、前記チャンバーに流入した前記駆動流体における前記ガスの前記濃度を検出することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の医療用膨張・収縮駆動装置。
【請求項５】
前記圧力調整手段は、前記チャンバーの容積を変えるように移動する可動壁を有し、
前記圧力発生手段は、前記陽圧を発生する陽圧発生部と、前記陰圧を発生する陰圧発生部とを有し、
前記チャンバーは、第３制御弁を介して前記陰圧発生部と接続されており、
前記可動壁は、前記チャンバーが前記陰圧発生部と連通した際に、前記チャンバーの前記容積が減少するように移動することを特徴とする請求項４に記載の医療用膨張・収縮駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−４２９１２（Ｐ２０１３−４２９１２Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８２４５４（Ｐ２０１１−１８２４５４）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００２２９１１７）日本ゼオン株式会社 (1,870)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００２２９１１７）日本ゼオン株式会社 (1,870)
【Ｆターム（参考）】
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