高精度投薬装置、システム及び方法
【課題】システムの故障の際に惰性回転を除去してオーバーランを防止する、低コスト且つ高信頼性の標準モータ用液投与制御システムを提供する。
【課題を解決するための手段】液を移送するための蠕動ポンプ１０４と、移送される液を制御するように構成され、モータを動作するコントローラ１３４を含む心拍信号１４０を発生する手段とを含む。コントローラは、規則的な拍を発生する心拍信号を生成し、心拍信号をモニタし、心拍信号の拍を検出し、検出された拍が所定の時間範囲に無いならばポンピングモータをディスエーブルするウオッチドッグ回路１３６をさらに含み、電力スイッチ１２２および接地スイッチ１２４が共に導電状態にある時に電力がポンピングモータに供給され、電力スイッチおよび接地スイッチを制御するために個別の信号が使用されて、ウオッチドッグ回路はイネーブル信号を接地スイッチに供給しそしてコントローラは電力スイッチに停止信号を与える。
【課題を解決するための手段】液を移送するための蠕動ポンプ１０４と、移送される液を制御するように構成され、モータを動作するコントローラ１３４を含む心拍信号１４０を発生する手段とを含む。コントローラは、規則的な拍を発生する心拍信号を生成し、心拍信号をモニタし、心拍信号の拍を検出し、検出された拍が所定の時間範囲に無いならばポンピングモータをディスエーブルするウオッチドッグ回路１３６をさらに含み、電力スイッチ１２２および接地スイッチ１２４が共に導電状態にある時に電力がポンピングモータに供給され、電力スイッチおよび接地スイッチを制御するために個別の信号が使用されて、ウオッチドッグ回路はイネーブル信号を接地スイッチに供給しそしてコントローラは電力スイッチに停止信号を与える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンピング制御システムに関するものである。詳細には、本発明は薬物の投与制御、特に投与の高精度制御を行うシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療では、様々な状況において患者に液を投与する必要がある。この種の液には、簡単な静脈内投与溶液、眼の手術において眼に圧力を与えるための生理用食塩水、撮像能力を増強するために投与される造影剤、輸血中に与えられる血液、栄養液、薬物、化学療法溶液等の、経静脈法又は経腸法により投与される液が含まれる。以上のほとんど全てのアプリケーションにおいて、確実に、かつ高精度で液の投与を行うことが患者の治療を成功させる上で重要である。アプリケーションによっては、オーバーランのような不適切な液投与により患者の生命が脅かされる危険性がある。
【０００３】
信頼でき、精度のよいシステムは設計、製造、試験のコストが高くなりやすい。事実、治療の相対コストは、少なからず、医療技術の増大するコストが原因で増加し続けている。したがって、有効かつ高信頼の低複雑度技術が医療産業界において強く要望されている。
【０００４】
医療応用においてオーバーランは極めて危険であり、過剰投与を検出できたとしても元に戻せないことが多い。たとえば、オーバーランは電子スイッチが一定の状態から抜け出せなくなる等のハードウェアの故障により引き起こされる。また、プロセッサは温度やスタティク等の環境因子に対する感度が著しく高いので、コントローラの故障も問題になる。コントローラのファームウェアには論理エラーやメモリセルの不良が含まれることがあり、それによって「クラッシュ」する暴走プログラムになるおそれがある。暴走又はクラッシュプログラムは、たとえば、液を高速で投与するポンピング状態のような一定の状態から抜け出せなくなった制御回路をそのままに放置する。
【０００５】
液投与システムには、構成要素の故障による過剰投与やその他の誤動作を防止して信頼性を高めるだけでなく、精度を上げることが求められる。薬用量を患者の治療に最適な速度及びレベルに調整することが高精度投与機能により容易になる。また、高精度投与により時間に対する整合性や、様々な装置、システム間の整合性を容易にとることができるので、投薬システムにおいて極めて望ましい機能になる。
【０００６】
精度が要求されるアプリケーションで多用されるモータはステッピングモータである。残念ながら、ステッピングモータを進めるのに適切な位相をもつ複雑な制御信号が必要である。また、ステッピングモータは高価で試験が容易でない。
【０００７】
誘導モータのような標準的なモータは代表的に低コストであるが、電力を遮断した後でも惰性回転するため精度に欠ける問題がある。惰性回転により液の過剰投与の問題が生じ、また、惰性回転の時間や速度は温度やモータ速度などの環境因子、使用因子に左右されるため、過剰投与量に変動が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、求められていることは、システムの故障の際に惰性回転を除去してオーバーランを防止する、低コスト且つ高信頼性の標準モータ用液投与制御システムである。
本発明の装置は、技術の現状に鑑み、特に、未だ現在の液投与システムでは満足に解決されていない問題及びニーズに鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の全体的目的は上述した従来技術の欠点の多く又は全部を克服した液投与の改良方法、装置及びシステムを提供することである。
【０００９】
特に、本発明の１つの目的は低コスト、信頼性のある、惰性回転を無くし又は減らし、システムの故障の際にオーバーランを実質的に防止する液投与制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記及びその他の目的を達成するため、液投与システム用制御システムは、電子ブレーキによりモータの惰性回転を停止し、電力スイッチ及び接地スイッチによりモータを信頼性良く制御し、ウオッチドッグ回路によりコントローラをモニタしてシステムの故障の際にモータをディスエーブルにする。
【００１１】
本発明の第１の側面に基づいて、電子ブレーキは停止信号に応じてモータの電力端子を接地する。電力端子を接地すると、機械的慣性による運動エネルギーはモータ巻線内で電磁エネルギーに変換されるので制動効果が発生する。すなわち、ブレーキは電磁エネルギーを吸収し、これにより惰性回転は減り、又は無くなる。本質的に、モータは一時的に発電機として動作し、投薬システム内に残る運動エネルギーをブレーキで速やかに吸収して停止する。
【００１２】
本発明の第２の側面に基づいて、冗長スイッチ、すなわち一方は電源に接続され、他方はグラウンドに接続される２個のスイッチにより、１つのスイッチが故障してもモータが運転状態から確実に抜け出せるようにする。
【００１３】
本発明の第３の側面に基づいて、ウオッチドッグ回路はコントローラの心拍信号をモニタリングし、コントローラが間違いなく許容速度で有効な鼓動を発生しているか確認する。そうであれば、ウオッチドッグ回路はイネーブル信号を有効にアサートし、これによりモータへの電力を制御するスイッチの一方をアクティブにする。この要求される条件が満たされなければ、ウオッチドッグ回路はイネーブル信号をアサート解除してスイッチを非導通状態にし、これによりモータをディスエーブルしてオーバーランの可能性を取り除く。
【００１４】
本発明の第４の側面に基づいて、コントローラは各投与サイクルを起動又は終了させ、各投与サイクルのなかで行われる診断において液投与システムが正常に運転可能かを決定する。正常でなければ、コントローラはたとえばモータをディスエーブルにするとともにエラー動作表示として警報音を鳴らし、警報メッセージを表示することにより、停止動作を行ってよい。
【００１５】
上記目的を達成するともに好ましい実施形態において具体化し、詳しく説明する本発明に基づいて、高信頼性、高精度かつ低コストの液投与装置、方法及びシステムを説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の利点及び目的がどのようにして達成されるかについて分かりやすくするために、上で概要を述べた本発明を図面に示す特定の実施形態について詳しく説明する。図面は本発明の代表的な実施形態を示すのみであり、したがって本発明の範囲を制限するものでないことを踏まえた上で、添付図面を参照して付加的な特徴及び詳細とともに本発明を説明する。
【００１７】
以下、本発明の様々な要素について番号が付された図面を参照して本発明を当業者が実施できるように説明する。ただし、以下の説明は本発明の諸原理の例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。また、本発明の特徴に基づいてなされた全ての実施形態が本発明の全ての目的を達成するとは限らない。
【００１８】
図１に本発明の投薬システム１００を示す。図示の実施形態において、投薬システム１００はモータ１０２、ポンプ１０４、及びブレーキ１０６を備える。モータ１０２はカプラ１０８を介してポンプ１０４に機械的に結合される。一実施形態において、カプラ１０８はポンプ１０４の偏心歯車に対して接線方向のねじ型駆動軸である。好ましい具体例において、モータ１０２は直流モータであり、ポンプ１０４は蠕動ポンプであり、カプラ１０８は精度を上げるために非常に低い歯車比を与える。蠕動ポンプは低コストで液の高精度投与が容易にできる点で好ましい。
【００１９】
モータ１０２に駆動されてポンプ１０４は貯槽１１０から投与装置１１２に液を移送する。液１０９は供給チューブ１１４を通ってポンプ１０４に入り、さらに投与チューブ１１６を通って投与装置１１２に入る。実施形態にもよるが、たとえば蠕動ポンプの場合、供給チューブ１１４と投与チューブ１１６は同一のチューブであってよい。
【００２０】
図示の実施形態において、モータ１０２は電力端子１１８と接地端子１２０に電気接続される。電力端子１１８と接地端子１２０は電力スイッチ１２２と接地スイッチ１２４により制御されてモータ１０２に電力を供給する。電力スイッチ１２２と接地スイッチ１２４がともに導通状態のときに、直流電力が電力バス１２６とグラウンドバス１２８からモータ１０２に供給される。これによりモータ１０２はポンプ１０４を駆動する。いずれかのスイッチが非導通状態になると、モータ１０２に電力は供給されない。両スイッチが導通状態であることを供給条件にしているので、１つのスイッチが故障した際にポンプ運転が止まらなく可能性は取り除かれる。
【００２１】
様々な要因で、モータ１０２への電力供給を遮断しても直ちにポンプ１０４は停止せず、結果的に液１０９が過剰に投与される。たとえば、モータ１０２は巻線内に誘導エネルギーを蓄積する。モータ１０２、ポンプ１０４、及びカプラ１０８には機械的な慣性がある。また、過剰量は、一定ではなく、システム毎に異なる様々な、電気、機械、環境の諸因子に依存し、かつ使用形態に大きく依存するものである。
【００２２】
過剰投与と一定しない過剰の問題を解決するために、本発明のブレーキ１０６は速やかにモータ１０２を停止して投与量の精度を確保する。図示の実施形態において、ブレーキ１０６により電力端子１１８は接地される。電力端子１１８を接地することによりモータ１０２の巻線内にある電磁エネルギーは取り除かれる。すなわち、電力端子１１８を接地すると、慣性による機械的運動エネルギーはモータ１０２の巻線内で電磁エネルギーに変換され、これがブレーキ１０６で吸収されることにより、制動効果が発生する。本質的に、モータ１０２は一時的に発電機として動作し、投薬システム１００内の運動エネルギーは速やかに吸収されて停止する。
【００２３】
図示の実施形態において、ブレーキ１０６には停止信号１３０及びイネーブル信号１３２が入力される。図面において、停止信号１３０に相当する”ＳＴＯＰ！”の記号は感嘆符付きであり、この符号は高電圧ではなく低電圧で停止信号がアサートされることを示す。停止信号１３０はブレーキ１０６だけでなく電力スイッチ１２２にも入力され、イネーブル信号１３２の方は接地スイッチ１２４にも入力される。別個の信号により電力スイッチ１２２と接地スイッチ１２４を制御することで本発明の信頼性が高められる。図示の実施形態において、停止信号１３０はコントローラ１３４から供給され、イネーブル信号１３２の方はウオッチドッグ回路１３６から与えられる。
【００２４】
図１に示すように、コントローラ１３４は心拍信号１４０をウオッチドッグ回路１３６に供給する。心拍信号１４０はコントローラ１３４が正常な動作状態にあることを示すものである。ウオッチドッグ回路１３６は心拍信号１４０をモニタリングしてコントローラ１３４が許容速度で有効な拍信号を間違いなく発生しているかを確認する。そうであれば、ウオッチドッグ回路１３６はイネーブル信号１３２をアサートする。この条件が成立しなければ、ウオッチドッグ回路１３６はイネーブル信号１３２をアサート解除して接地スイッチ１２４を非導通状態にし、これによりモータ１０２及びポンプ１０４をディスエーブルにする。
【００２５】
コントローラ１３４は、停止信号１３０と心拍信号１４０を供給する一方で、複数のセンサ１４２から検出信号を受け取る。センサ１４２は例えば、圧力センサ、温度センサ、モータセンサ等を含む。センサ１４２は投薬システム１００が確実かつ正確に動作していることを確認するのに有効かつ必要な情報をコントローラ１３４に伝える。好ましい実施形態において、センサ１４２の中にモータ１０２又はポンプ１０４の回転動作に関する情報を検出する薬薬用量センサが含まれる。薬薬用量センサは例えば回転面上に形成した明暗の交番コード領域に対して垂直に配置されるエミッタ検出器対であっても良い。
【００２６】
コントローラ１３４はたとえばＬＣＤ表示装置のような可視表示器１４３や、たとえばスピーカのような可聴表示器１４４を制御するための信号も出力してよい。可視表示器１４３及び可聴表示器１４４によりバッテリレベル、液体レベル、流量、エラー状態、警報等の情報管理が容易になる。
【００２７】
図２ａから図２ｄはモータ１０２の制御回路について幾つかの回路図を示したものである。図２ａに示すように、ブレーキ１０６は基本的に接地をするスイッチであり、停止信号１３０及びイネーブル信号１３２の制御の下に起動される。また、停止信号１３０及びイネーブル信号１３２は電力スイッチ１２２及び接地スイッチ１２４も制御する。好ましい実施形態において、ブレーキ１０６が起動されるのはイネーブル信号１３２のアサート（これにより、モータ１０２は潜在的にオン可能な状態になる）後に停止信号１３０がアサートされた場合に限られる。この場合、停止信号をアサートすることで電力スイッチ１２２は非導通状態になり、それによりモータ１０２への電力供給が遮断される。また、ブレーキ１０６が導通状態になるので、上述したように機械部品の運動エネルギーがブレーキ１０６により吸収される。
【００２８】
図２ｂ、図２ｃ、及び図２ｄにイネーブル信号１３２と停止信号１３０の双方がアサートされたときに導通状態になるブレーキ１０６の各実施形態を示す。図２ｂにおいて、２つの分離抵抗２０２ａと２０２ｂによりイネーブル信号１３２及び停止信号１３０をブレーキ１０６の内部回路から分離する。分離抵抗２０２ａを介して与えられる有効なイネーブル信号１３２により、電流が停止信号１３０の状態に応じてＡＮＤトランジスタ２０４あるいはダーリントン対２０６に供給される。停止信号１３０がアサートされていないときは、ＡＮＤトランジスタ２０４が有効なイネーブル信号１３２により与えられる電流を吸収するため、ダーリントン対２０６はオフになり、ブレーキ１０６は非導通状態に置かれる。
【００２９】
イネーブル信号１３２がアサートされていない（すなわち低電圧）ときは、分離抵抗２０２ａを通る電流によりトランジスタ２０６ａの入力はグラウンドに下がるので電力端子１１８からの電流はほとんどあるいは全く流れない。同様に、停止信号１３０がアサートされていない（すなわち高電圧）ときは、ＡＮＤトランジスタ２０４がオンになるため、同じくトランジスタ２０６ａの入力はグラウンドに下がる。ＡＮＤトランジスタ２０４と分離用抵抗２０２ａの組合せにより”ＡＮＤ”ゲートが形成される。すなわち、イネーブル信号１３２と停止信号１３０の双方が同時にアサートされることによって初めて、ブレーキ１０６は図２ａに示すように電力端子１１８からの電流（洩れ電流でない電流）を吸収する。
【００３０】
ダーリントン対２０６を構成するトランジスタ２０６ａと２０６ｂは電力端子１１８からの大きな電流を引き込む能力がある。大電流の引き込み能力によりブレーキ１０６は電力端子１１８からの、したがってモータ１０２からの相当なエネルギーを吸収できる。なお、洩れ抵抗２０８はトランジスタ２０６ａからの洩れ電流を吸収する。
【００３１】
図２ｃと図２ｄはブレーキ１０６の代替実施形態であり、ダーリントン対２０６及び洩れ抵抗２０８を一個のトランジスタ２１０あるいはＦＥＴ２１２で置換したものである。これ以外について、図２ｃと図２ｄの実施形態は図２ｂに示す実施形態と同一である。単一のトランジスタ２１０を使用する構成は電力端子１１８、モータ１０２から吸収すべき電流が少なくてよい場合に適している。ＦＥＴ２１２は、非導通状態下で高い分離機能（すなわち洩れ電流を極めて少なくする機能）がブレーキ１０６に要求されるアプリケーションに適している。図３ａから図３ｃに電力スイッチ１２２と接地スイッチ１２４に焦点を合わせた回路ブロック図を示す。図３ａにおいて、電力スイッチ１２２の一実施形態は分離用抵抗３０２、反転トランジスタ３０４、プルアップ抵抗３０６、及びＦＥＴ３０８により構成される。電力スイッチ１２２の各要素は相俟って動作し、停止信号１３０がアサートされているか否かにより電力スイッチ１２２は導通又は非導通状態になる。
【００３２】
停止信号１３０がアサートされている（すなわち低電圧の）とき、分離用抵抗３０２はグラウンドに引き込まれるので反転トランジスタ３０４はオフになる。この状態で、プルアップ抵抗３０６はＦＥＴ３０８のゲート電圧を引き上げる。好ましい実施形態において、ＦＥＴ３０８はｐチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、高電圧によりＦＥＴ３０８は非導通状態になり、これにより電力端子１１８への電力供給が遮断され、モータ１０２は無効（disabled）になる。
【００３３】
停止信号１３０がアサートされていない（すなわち高電圧）場合、分離用抵抗３０２は反転トランジスタ３０４のゲートを反転トランジスタ３０４はオンにする電力に引き上げる。この条件において、反転トランジスタ３０４はＦＥＴトランジスタ３０８のゲート電圧をグラウンドに引き下げる。好ましい実施形態において、ＦＥＴ３０８はｐチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、低電圧によりＦＥＴ３０８は導通状態になり、電力バス１２６から電力端子１１８に、従ってモータ１０２に電力が供給される。
【００３４】
図３ｂにおいて、接地スイッチ１２４の第１の実施形態はｎチャンネルＭＯＳＦＥＴであるのが好ましいＦＥＴ３１０のみで構成される。イネーブル信号１３２がアサートされている（すなわち高電圧）とき、ＦＥＴ３１０は導通状態になる。導通状態において、接地端子１２０とグラウンドバス１２８は電気的に接続されるので、モータ１０２電流の戻り経路、すなわちグラウンド経路が形成される。一方、イネーブル信号がアサートされていない（すなわち低電圧）とき、ＦＥＴ３１０は非導通状態になり、接地端子１２０とグラウンドバス１２８は電気的に分離されるため、モータ１０２電流の戻り経路、すなわちグラウンド経路はなんら形成されない。図１に示す投薬システム１００で使用される通り、イネーブル信号をアサートしないことで、モータ１０２は確実にディスエーブルになる。
【００３５】
図３ｃにおいて、接地スイッチ１２４の第２の実施形態は図３ｂに似ていて、トランジスタ３１２と分離抵抗３１３から成る。イネーブル信号１３２がアサートされている（すなわち高電圧の）とき、トランジスタ３１２はオンになり、電流が接地端子１２０からグラウンドバス１２８に流れる。イネーブル信号１３２がアサートされていない（すなわち低電圧）ときは、トランジスタ３１２はオフになるので接地端子１２０とグラウンドバス１２８は電気的に切り離される。
【００３６】
図４において、ウオッチドッグ回路１３６は２個のタイマ４０２ａ及び４０２ｂを有する。タイマ４０２ａ、４０２ｂは心拍信号が許容速度で有効な「拍」信号を確実に発生しているかを否か検出する。図示のように、タイマ４０２ａ、４０２ｂは基本的にＲＳフリップフロップであり、スレッシュホールド入力の電圧がスレッシュホールド電圧４０３ａを超えるとリセットされ、トリガー入力電圧がトリガー電圧４０３ｂより下がるとセットされる。一実施形態において、タイマ４０２ａ、４０２ｂは５５５タイマであり、スレッシュホールド電圧４０３ａは電源電圧の２／３、トリガー電圧４０３ｂは電源電圧の１／３である。タイマ４０２ａが心拍信号１４０から有効な拍を検出するのに対し、タイマ４０２ｂは検出した拍が許容速度で発生しているかを確認する。タイミングはタイマ４０２ａ、４０２ｂの外付けＲＣ回路により制御される。
【００３７】
心拍信号１４０の立ち上がりエッジはハイパスコンデンサ４０４と放電用抵抗４０６から成るハイパスフィルタを通る。立ち上がりエッジにより入力４０８にはタイマ４０２ａの出力をリセットするのに十分な電圧が発生し、これから拍検出信号４１０（拍検出信号４１０のアサート状態は低電圧である）が得られる。放電用抵抗４０６により入力４０８は放電されていくので、そのうち拍検出信号４１０はアサート解除状態になる。なお、ダイオード４１２はタイマ４０２ａの入力保護用である。
【００３８】
拍検出信号４１０はタイマ４０２ｂのトリガー入力に与えられる。拍検出信号４１０のアサートによりタイマ４０２ｂの出力はセットされ、これによりイネーブル信号１３２がアサートされる。イネーブル信号１３２をアサートするとともに、タイマ４０２ｂはタイミング用コンデンサ４１６の充電を不継続にする。そして、充電用抵抗４１４からの電流によりタイミング信号４１８が充電されて一定のスレッシュホールド値、たとえば一実施形態では電源電圧の２／３を超えるまで、イネーブル信号１３２はセットを保つ。
【００３９】
図４の説明を続けると、タイミング用コンデンサ４１６と充電用抵抗４１４により心拍ウインドウ４２０の長さが決まる。心拍検出信号４１０がこの心拍ウインドウ４２０内に収まっている限り、イネーブル信号１３２はアサートされ続ける。イネーブル信号１３２は図１に示す投薬システム１００においてモータ１０２の機能を接地スイッチ１２４により作動又は不作動にするのに使用される。図１に示すようにイネーブル信号１３２はブレーキ１０６を動作する。
【００４０】
図５ａに、投薬システム１００とともに実施される本発明の液投与方法５００を示す。液投与方法５００は５０２から開始して、直ちに診断５０４に進む。一実施形態において、診断５０４では投薬システム１００の機能が正常であるか否かを確認する。正常でなければ方法は停止５０６に進む。
【００４１】
停止５０６を実行する際に、液投与方法５００はモータ１０２をディスエーブルにする等の遮断処理を行うとともに可聴警報器１４４により警報音を鳴らしたり可視表示器１４３により警報メッセージを表示する等のエラー表示処理を行う。システムが正常に機能していることが確認されれば液投与方法５００は起動５０８に進む。
【００４２】
起動５０８では液投与を起動する。一実施形態において、液投与の起動には停止信号１３０のアサート解除、心拍信号１４０の有効な拍の発生、及びモータ１０２がアクティブであることの検知が含まれる。起動５０８の次に待機５１０に進む。待機５１０では適正な量の液投与が完了するまで停止５１２の実行を遅らせる。待機５１０は様々な方法で実施でき、制限する意味でないが、タイマ割込みのスケジューリング、タイマのポーリング、投与メータのポーリング、あるいはハードウェア信号の待機等で行われる。好ましい実施形態において、待機５１０には液投与量の情報を提供する薬薬用量センサをモニタリングする処理が含まれる。一実施形態において、待機５１０にはさらに規則的な間隔で心拍信号１４０の拍を発生する処理が含まれる。
【００４３】
停止５１２では起動５０８において開始した全ての活動、動作を停止する。すなわち、停止５１２により液１０９の投与を中断する。一実施形態では、停止５１２において停止信号１３０のアサート及び心拍信号１４０の拍の中断を行う。好ましい実施形態において、停止信号１３０をアサートすることでブレーキ１０６により電力端子１１８が接地され、ポンプ１０４が電磁的に制動される。停止５１２の後、液投与方法５００はスリープ５１４に進む。
【００４４】
スリープ５１４では次に液投与が必要になるまで液投与方法５００の処理を遅らせる。一実施形態において、スリープ５１４にはコントローラ１３４を低電力待機モードにする処理、タイマ割込みのスケジューリング、及びタイマ割込みに対する通常プロセスへの回復処理が含まれる。スリープ５１４が完了した後、液投与方法５００は診断５０４に戻る。診断５０４が上述したように肯定的な結果を出すとすれば、液投与方法５００はループを限りなく繰り返す。
【００４５】
図５ｂにおいて、診断方法５２０は投薬システム１００及び液投与方法５００に基づいて実行される。一実施形態において、診断方法５２０は液投与方法５００の診断５０４として実行される。診断方法５２０は投薬システム１００の重要な構成要素のテストを実施する。好ましい実施形態において、診断方法５２０はモータ１０２を制御する回路をテストする。
【００４６】
診断方法５２０は開始５２２から始まり、電力スイッチのイネーブル５２４に進む。好ましい実施形態において電力スイッチのイネーブル５２４は心拍信号１４０の有効な拍を中断し、停止信号１３０をアサート解除にすることで行われる。停止信号１３０をアサート解除にすると電力スイッチ１２２が導通状態になり、これによりモータ１０２に電力が供給されるはずである。しかしながら、心拍信号１４０の有効な拍を中断することによりイネーブル信号１３２はアサート解除になり、その結果、接地スイッチ１２４が非導通状態になり、モータ１２４は不作動にされる。
【００４７】
診断方法５２０は電力スイッチのイネーブル５２４後、第１のモータテスト５２６に進み、ここでモータ１０２が実際には運転されているかを確認する。事実であれば、モータ１０２の制御回路に問題があるので診断方法５２０はエラー５２８に進んで終了する。一実施形態において、エラー５２８では音警報器１４４により警報音を鳴らしたり可視表示器１４３により警報メッセージを表示する等の誤動作（エラー）表示処理を行う。
【００４８】
図５ｂに示すように、診断方法５２０は第１のモータテスト５２６の後、接地スイッチのイネーブル５３０に進む。好ましい実施形態において、接地スイッチのイネーブル５３０は停止信号１３０をアサートし、心拍信号１４０に有効な拍を発生させることにより行われる。心拍信号１４０に有効な拍を発生させると接地スイッチ１２４が導通状態になり、それによりモータ１０２への供給電力の戻り経路が出来るはずである。しかしながら、停止信号１３０をアサートしているので電力スイッチ１２２が非導通状態になってモータ１０２は運転されないはずである。
【００４９】
接地スイッチのイネーブル５３０の次に行われる第２のモータテスト５３２は一実施形態において第１のモータテスト５２６と同一であり、モータ１０２が運転されているかを確認する。事実であれば、モータ１０２の制御回路に問題があるので診断方法５２０はエラー５２８に進んで終了する。そうでなければ、診断方法５２０は終了５３４に進んで終了する。
【００５０】
図５ｃは投薬システム１００及び液投与方法５００に基づいた停止方法５４０の一実施形態を示したものである。一実施形態において、停止方法５４０は液投与方法５００の停止５１２ステップとして実施される。好ましい実施形態において、停止方法５４０はモータ１０２の停止を速やかに行うために、運動エネルギーをモータ１０２の電磁エネルギーに変換し、この電磁エネルギーをブレーキ１０６で吸収する。
【００５１】
停止方法５４０は開始５４２から始まり、モータの制動５４４とモータのディスエーブル５４６の両方に進む。モータの制動５４４とモータのディスエーブル５４６は同時に行われる必要はない。好ましい実施形態において、モータの制動５４４とモータのディスエーブル５４６はモータ１０２が停止するとき最小変動になるように調整される。
【００５２】
好ましい実施形態において、モータの制動５４４ではブレーキ１０６を掛けてモータ１０２巻線の電磁エネルギーを吸収させる。一実施形態において、ブレーキ１０６を掛けるのに電力端子１１８を接地する。同じ一実施形態において、モータの無効化５４６では電力スイッチ１２２を非導通状態にして電力バス１２６を電力端子１１８から切り離すことによりモータ１０２への電力供給を遮断する。モータの制動５４４及びモータのディスエーブル５４６が完了すると停止方法５４０は終了５４８に進み、終了する。
【００５３】
停止方法５４０、液投与方法５００及び投薬システム１００に関して、電力を遮断し、モータ１０２巻線の電磁エネルギーを吸収することの利点について触れる価値がある。電力を遮断してモータ１０２巻線の電磁エネルギーを吸収することにより、投薬システム１００の運動エネルギーは消費され、モータ１０２は効率よく停止する。ブレーキ１０６による制動動作とモータ１０２のディスエーブルの相対的なタイミングを調整することで液１０９の過剰投与を容易に減らすことができる。さらに、これらの方法で達成される高速停止機能によりシステムや使用法に依存する過剰投与の変動を最小化できる。その結果、投薬システム１００の精度が上がる。
【００５４】
本発明はその趣旨、あるいは基本的な特徴から逸脱することなくその他の形態で具体化することができる。記載した実施形態はいかなる意味においても例示にすぎず、限定するものではない。したがって、本発明の範囲は上記記載ではなく特許請求の範囲により定められる。特許請求の範囲と均等な意味及び範囲内に入る全ての変更は本発明の範囲に含まれると解される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に基づいた投薬システムのブロック図である。
【図２ａ】本発明に基づいて、モータに関連する制御回路を強調したブロック図である。
【図２ｂ】本発明に基づいて、ブレーキの第１の実施形態を示す回路図である。
【図２ｃ】本発明に基づいて、ブレーキの第２の実施形態を示す回路図である。
【図２ｄ】本発明に基づいて、ブレーキの第３の実施形態を示す回路図である。
【図３ａ】本発明に基づいて、電力スイッチの一実施形態を示す回路図である。
【図３ｂ】本発明に基づいて、接地スイッチの第１の実施形態を示す回路図である。
【図３ｃ】本発明に基づいて、接地スイッチの第２の実施形態を示す回路図である。
【図４】本発明に基づいて、ウオッチドッグ回路の一実施形態を示す回路図及びタイミング図である。
【図５ａ】本発明の投薬システムに基づいた液投与方法のフローチャートである。
【図５ｂ】本発明の投薬システムに基づいた診断方法のフローチャートである。
【図５ｃ】本発明の投薬システムに基づいた停止方法のフローチャートである。
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンピング制御システムに関するものである。詳細には、本発明は薬物の投与制御、特に投与の高精度制御を行うシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療では、様々な状況において患者に液を投与する必要がある。この種の液には、簡単な静脈内投与溶液、眼の手術において眼に圧力を与えるための生理用食塩水、撮像能力を増強するために投与される造影剤、輸血中に与えられる血液、栄養液、薬物、化学療法溶液等の、経静脈法又は経腸法により投与される液が含まれる。以上のほとんど全てのアプリケーションにおいて、確実に、かつ高精度で液の投与を行うことが患者の治療を成功させる上で重要である。アプリケーションによっては、オーバーランのような不適切な液投与により患者の生命が脅かされる危険性がある。
【０００３】
信頼でき、精度のよいシステムは設計、製造、試験のコストが高くなりやすい。事実、治療の相対コストは、少なからず、医療技術の増大するコストが原因で増加し続けている。したがって、有効かつ高信頼の低複雑度技術が医療産業界において強く要望されている。
【０００４】
医療応用においてオーバーランは極めて危険であり、過剰投与を検出できたとしても元に戻せないことが多い。たとえば、オーバーランは電子スイッチが一定の状態から抜け出せなくなる等のハードウェアの故障により引き起こされる。また、プロセッサは温度やスタティク等の環境因子に対する感度が著しく高いので、コントローラの故障も問題になる。コントローラのファームウェアには論理エラーやメモリセルの不良が含まれることがあり、それによって「クラッシュ」する暴走プログラムになるおそれがある。暴走又はクラッシュプログラムは、たとえば、液を高速で投与するポンピング状態のような一定の状態から抜け出せなくなった制御回路をそのままに放置する。
【０００５】
液投与システムには、構成要素の故障による過剰投与やその他の誤動作を防止して信頼性を高めるだけでなく、精度を上げることが求められる。薬用量を患者の治療に最適な速度及びレベルに調整することが高精度投与機能により容易になる。また、高精度投与により時間に対する整合性や、様々な装置、システム間の整合性を容易にとることができるので、投薬システムにおいて極めて望ましい機能になる。
【０００６】
精度が要求されるアプリケーションで多用されるモータはステッピングモータである。残念ながら、ステッピングモータを進めるのに適切な位相をもつ複雑な制御信号が必要である。また、ステッピングモータは高価で試験が容易でない。
【０００７】
誘導モータのような標準的なモータは代表的に低コストであるが、電力を遮断した後でも惰性回転するため精度に欠ける問題がある。惰性回転により液の過剰投与の問題が生じ、また、惰性回転の時間や速度は温度やモータ速度などの環境因子、使用因子に左右されるため、過剰投与量に変動が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、求められていることは、システムの故障の際に惰性回転を除去してオーバーランを防止する、低コスト且つ高信頼性の標準モータ用液投与制御システムである。
本発明の装置は、技術の現状に鑑み、特に、未だ現在の液投与システムでは満足に解決されていない問題及びニーズに鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の全体的目的は上述した従来技術の欠点の多く又は全部を克服した液投与の改良方法、装置及びシステムを提供することである。
【０００９】
特に、本発明の１つの目的は低コスト、信頼性のある、惰性回転を無くし又は減らし、システムの故障の際にオーバーランを実質的に防止する液投与制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記及びその他の目的を達成するため、液投与システム用制御システムは、電子ブレーキによりモータの惰性回転を停止し、電力スイッチ及び接地スイッチによりモータを信頼性良く制御し、ウオッチドッグ回路によりコントローラをモニタしてシステムの故障の際にモータをディスエーブルにする。
【００１１】
本発明の第１の側面に基づいて、電子ブレーキは停止信号に応じてモータの電力端子を接地する。電力端子を接地すると、機械的慣性による運動エネルギーはモータ巻線内で電磁エネルギーに変換されるので制動効果が発生する。すなわち、ブレーキは電磁エネルギーを吸収し、これにより惰性回転は減り、又は無くなる。本質的に、モータは一時的に発電機として動作し、投薬システム内に残る運動エネルギーをブレーキで速やかに吸収して停止する。
【００１２】
本発明の第２の側面に基づいて、冗長スイッチ、すなわち一方は電源に接続され、他方はグラウンドに接続される２個のスイッチにより、１つのスイッチが故障してもモータが運転状態から確実に抜け出せるようにする。
【００１３】
本発明の第３の側面に基づいて、ウオッチドッグ回路はコントローラの心拍信号をモニタリングし、コントローラが間違いなく許容速度で有効な鼓動を発生しているか確認する。そうであれば、ウオッチドッグ回路はイネーブル信号を有効にアサートし、これによりモータへの電力を制御するスイッチの一方をアクティブにする。この要求される条件が満たされなければ、ウオッチドッグ回路はイネーブル信号をアサート解除してスイッチを非導通状態にし、これによりモータをディスエーブルしてオーバーランの可能性を取り除く。
【００１４】
本発明の第４の側面に基づいて、コントローラは各投与サイクルを起動又は終了させ、各投与サイクルのなかで行われる診断において液投与システムが正常に運転可能かを決定する。正常でなければ、コントローラはたとえばモータをディスエーブルにするとともにエラー動作表示として警報音を鳴らし、警報メッセージを表示することにより、停止動作を行ってよい。
【００１５】
上記目的を達成するともに好ましい実施形態において具体化し、詳しく説明する本発明に基づいて、高信頼性、高精度かつ低コストの液投与装置、方法及びシステムを説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の利点及び目的がどのようにして達成されるかについて分かりやすくするために、上で概要を述べた本発明を図面に示す特定の実施形態について詳しく説明する。図面は本発明の代表的な実施形態を示すのみであり、したがって本発明の範囲を制限するものでないことを踏まえた上で、添付図面を参照して付加的な特徴及び詳細とともに本発明を説明する。
【００１７】
以下、本発明の様々な要素について番号が付された図面を参照して本発明を当業者が実施できるように説明する。ただし、以下の説明は本発明の諸原理の例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。また、本発明の特徴に基づいてなされた全ての実施形態が本発明の全ての目的を達成するとは限らない。
【００１８】
図１に本発明の投薬システム１００を示す。図示の実施形態において、投薬システム１００はモータ１０２、ポンプ１０４、及びブレーキ１０６を備える。モータ１０２はカプラ１０８を介してポンプ１０４に機械的に結合される。一実施形態において、カプラ１０８はポンプ１０４の偏心歯車に対して接線方向のねじ型駆動軸である。好ましい具体例において、モータ１０２は直流モータであり、ポンプ１０４は蠕動ポンプであり、カプラ１０８は精度を上げるために非常に低い歯車比を与える。蠕動ポンプは低コストで液の高精度投与が容易にできる点で好ましい。
【００１９】
モータ１０２に駆動されてポンプ１０４は貯槽１１０から投与装置１１２に液を移送する。液１０９は供給チューブ１１４を通ってポンプ１０４に入り、さらに投与チューブ１１６を通って投与装置１１２に入る。実施形態にもよるが、たとえば蠕動ポンプの場合、供給チューブ１１４と投与チューブ１１６は同一のチューブであってよい。
【００２０】
図示の実施形態において、モータ１０２は電力端子１１８と接地端子１２０に電気接続される。電力端子１１８と接地端子１２０は電力スイッチ１２２と接地スイッチ１２４により制御されてモータ１０２に電力を供給する。電力スイッチ１２２と接地スイッチ１２４がともに導通状態のときに、直流電力が電力バス１２６とグラウンドバス１２８からモータ１０２に供給される。これによりモータ１０２はポンプ１０４を駆動する。いずれかのスイッチが非導通状態になると、モータ１０２に電力は供給されない。両スイッチが導通状態であることを供給条件にしているので、１つのスイッチが故障した際にポンプ運転が止まらなく可能性は取り除かれる。
【００２１】
様々な要因で、モータ１０２への電力供給を遮断しても直ちにポンプ１０４は停止せず、結果的に液１０９が過剰に投与される。たとえば、モータ１０２は巻線内に誘導エネルギーを蓄積する。モータ１０２、ポンプ１０４、及びカプラ１０８には機械的な慣性がある。また、過剰量は、一定ではなく、システム毎に異なる様々な、電気、機械、環境の諸因子に依存し、かつ使用形態に大きく依存するものである。
【００２２】
過剰投与と一定しない過剰の問題を解決するために、本発明のブレーキ１０６は速やかにモータ１０２を停止して投与量の精度を確保する。図示の実施形態において、ブレーキ１０６により電力端子１１８は接地される。電力端子１１８を接地することによりモータ１０２の巻線内にある電磁エネルギーは取り除かれる。すなわち、電力端子１１８を接地すると、慣性による機械的運動エネルギーはモータ１０２の巻線内で電磁エネルギーに変換され、これがブレーキ１０６で吸収されることにより、制動効果が発生する。本質的に、モータ１０２は一時的に発電機として動作し、投薬システム１００内の運動エネルギーは速やかに吸収されて停止する。
【００２３】
図示の実施形態において、ブレーキ１０６には停止信号１３０及びイネーブル信号１３２が入力される。図面において、停止信号１３０に相当する”ＳＴＯＰ！”の記号は感嘆符付きであり、この符号は高電圧ではなく低電圧で停止信号がアサートされることを示す。停止信号１３０はブレーキ１０６だけでなく電力スイッチ１２２にも入力され、イネーブル信号１３２の方は接地スイッチ１２４にも入力される。別個の信号により電力スイッチ１２２と接地スイッチ１２４を制御することで本発明の信頼性が高められる。図示の実施形態において、停止信号１３０はコントローラ１３４から供給され、イネーブル信号１３２の方はウオッチドッグ回路１３６から与えられる。
【００２４】
図１に示すように、コントローラ１３４は心拍信号１４０をウオッチドッグ回路１３６に供給する。心拍信号１４０はコントローラ１３４が正常な動作状態にあることを示すものである。ウオッチドッグ回路１３６は心拍信号１４０をモニタリングしてコントローラ１３４が許容速度で有効な拍信号を間違いなく発生しているかを確認する。そうであれば、ウオッチドッグ回路１３６はイネーブル信号１３２をアサートする。この条件が成立しなければ、ウオッチドッグ回路１３６はイネーブル信号１３２をアサート解除して接地スイッチ１２４を非導通状態にし、これによりモータ１０２及びポンプ１０４をディスエーブルにする。
【００２５】
コントローラ１３４は、停止信号１３０と心拍信号１４０を供給する一方で、複数のセンサ１４２から検出信号を受け取る。センサ１４２は例えば、圧力センサ、温度センサ、モータセンサ等を含む。センサ１４２は投薬システム１００が確実かつ正確に動作していることを確認するのに有効かつ必要な情報をコントローラ１３４に伝える。好ましい実施形態において、センサ１４２の中にモータ１０２又はポンプ１０４の回転動作に関する情報を検出する薬薬用量センサが含まれる。薬薬用量センサは例えば回転面上に形成した明暗の交番コード領域に対して垂直に配置されるエミッタ検出器対であっても良い。
【００２６】
コントローラ１３４はたとえばＬＣＤ表示装置のような可視表示器１４３や、たとえばスピーカのような可聴表示器１４４を制御するための信号も出力してよい。可視表示器１４３及び可聴表示器１４４によりバッテリレベル、液体レベル、流量、エラー状態、警報等の情報管理が容易になる。
【００２７】
図２ａから図２ｄはモータ１０２の制御回路について幾つかの回路図を示したものである。図２ａに示すように、ブレーキ１０６は基本的に接地をするスイッチであり、停止信号１３０及びイネーブル信号１３２の制御の下に起動される。また、停止信号１３０及びイネーブル信号１３２は電力スイッチ１２２及び接地スイッチ１２４も制御する。好ましい実施形態において、ブレーキ１０６が起動されるのはイネーブル信号１３２のアサート（これにより、モータ１０２は潜在的にオン可能な状態になる）後に停止信号１３０がアサートされた場合に限られる。この場合、停止信号をアサートすることで電力スイッチ１２２は非導通状態になり、それによりモータ１０２への電力供給が遮断される。また、ブレーキ１０６が導通状態になるので、上述したように機械部品の運動エネルギーがブレーキ１０６により吸収される。
【００２８】
図２ｂ、図２ｃ、及び図２ｄにイネーブル信号１３２と停止信号１３０の双方がアサートされたときに導通状態になるブレーキ１０６の各実施形態を示す。図２ｂにおいて、２つの分離抵抗２０２ａと２０２ｂによりイネーブル信号１３２及び停止信号１３０をブレーキ１０６の内部回路から分離する。分離抵抗２０２ａを介して与えられる有効なイネーブル信号１３２により、電流が停止信号１３０の状態に応じてＡＮＤトランジスタ２０４あるいはダーリントン対２０６に供給される。停止信号１３０がアサートされていないときは、ＡＮＤトランジスタ２０４が有効なイネーブル信号１３２により与えられる電流を吸収するため、ダーリントン対２０６はオフになり、ブレーキ１０６は非導通状態に置かれる。
【００２９】
イネーブル信号１３２がアサートされていない（すなわち低電圧）ときは、分離抵抗２０２ａを通る電流によりトランジスタ２０６ａの入力はグラウンドに下がるので電力端子１１８からの電流はほとんどあるいは全く流れない。同様に、停止信号１３０がアサートされていない（すなわち高電圧）ときは、ＡＮＤトランジスタ２０４がオンになるため、同じくトランジスタ２０６ａの入力はグラウンドに下がる。ＡＮＤトランジスタ２０４と分離用抵抗２０２ａの組合せにより”ＡＮＤ”ゲートが形成される。すなわち、イネーブル信号１３２と停止信号１３０の双方が同時にアサートされることによって初めて、ブレーキ１０６は図２ａに示すように電力端子１１８からの電流（洩れ電流でない電流）を吸収する。
【００３０】
ダーリントン対２０６を構成するトランジスタ２０６ａと２０６ｂは電力端子１１８からの大きな電流を引き込む能力がある。大電流の引き込み能力によりブレーキ１０６は電力端子１１８からの、したがってモータ１０２からの相当なエネルギーを吸収できる。なお、洩れ抵抗２０８はトランジスタ２０６ａからの洩れ電流を吸収する。
【００３１】
図２ｃと図２ｄはブレーキ１０６の代替実施形態であり、ダーリントン対２０６及び洩れ抵抗２０８を一個のトランジスタ２１０あるいはＦＥＴ２１２で置換したものである。これ以外について、図２ｃと図２ｄの実施形態は図２ｂに示す実施形態と同一である。単一のトランジスタ２１０を使用する構成は電力端子１１８、モータ１０２から吸収すべき電流が少なくてよい場合に適している。ＦＥＴ２１２は、非導通状態下で高い分離機能（すなわち洩れ電流を極めて少なくする機能）がブレーキ１０６に要求されるアプリケーションに適している。図３ａから図３ｃに電力スイッチ１２２と接地スイッチ１２４に焦点を合わせた回路ブロック図を示す。図３ａにおいて、電力スイッチ１２２の一実施形態は分離用抵抗３０２、反転トランジスタ３０４、プルアップ抵抗３０６、及びＦＥＴ３０８により構成される。電力スイッチ１２２の各要素は相俟って動作し、停止信号１３０がアサートされているか否かにより電力スイッチ１２２は導通又は非導通状態になる。
【００３２】
停止信号１３０がアサートされている（すなわち低電圧の）とき、分離用抵抗３０２はグラウンドに引き込まれるので反転トランジスタ３０４はオフになる。この状態で、プルアップ抵抗３０６はＦＥＴ３０８のゲート電圧を引き上げる。好ましい実施形態において、ＦＥＴ３０８はｐチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、高電圧によりＦＥＴ３０８は非導通状態になり、これにより電力端子１１８への電力供給が遮断され、モータ１０２は無効（disabled）になる。
【００３３】
停止信号１３０がアサートされていない（すなわち高電圧）場合、分離用抵抗３０２は反転トランジスタ３０４のゲートを反転トランジスタ３０４はオンにする電力に引き上げる。この条件において、反転トランジスタ３０４はＦＥＴトランジスタ３０８のゲート電圧をグラウンドに引き下げる。好ましい実施形態において、ＦＥＴ３０８はｐチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、低電圧によりＦＥＴ３０８は導通状態になり、電力バス１２６から電力端子１１８に、従ってモータ１０２に電力が供給される。
【００３４】
図３ｂにおいて、接地スイッチ１２４の第１の実施形態はｎチャンネルＭＯＳＦＥＴであるのが好ましいＦＥＴ３１０のみで構成される。イネーブル信号１３２がアサートされている（すなわち高電圧）とき、ＦＥＴ３１０は導通状態になる。導通状態において、接地端子１２０とグラウンドバス１２８は電気的に接続されるので、モータ１０２電流の戻り経路、すなわちグラウンド経路が形成される。一方、イネーブル信号がアサートされていない（すなわち低電圧）とき、ＦＥＴ３１０は非導通状態になり、接地端子１２０とグラウンドバス１２８は電気的に分離されるため、モータ１０２電流の戻り経路、すなわちグラウンド経路はなんら形成されない。図１に示す投薬システム１００で使用される通り、イネーブル信号をアサートしないことで、モータ１０２は確実にディスエーブルになる。
【００３５】
図３ｃにおいて、接地スイッチ１２４の第２の実施形態は図３ｂに似ていて、トランジスタ３１２と分離抵抗３１３から成る。イネーブル信号１３２がアサートされている（すなわち高電圧の）とき、トランジスタ３１２はオンになり、電流が接地端子１２０からグラウンドバス１２８に流れる。イネーブル信号１３２がアサートされていない（すなわち低電圧）ときは、トランジスタ３１２はオフになるので接地端子１２０とグラウンドバス１２８は電気的に切り離される。
【００３６】
図４において、ウオッチドッグ回路１３６は２個のタイマ４０２ａ及び４０２ｂを有する。タイマ４０２ａ、４０２ｂは心拍信号が許容速度で有効な「拍」信号を確実に発生しているかを否か検出する。図示のように、タイマ４０２ａ、４０２ｂは基本的にＲＳフリップフロップであり、スレッシュホールド入力の電圧がスレッシュホールド電圧４０３ａを超えるとリセットされ、トリガー入力電圧がトリガー電圧４０３ｂより下がるとセットされる。一実施形態において、タイマ４０２ａ、４０２ｂは５５５タイマであり、スレッシュホールド電圧４０３ａは電源電圧の２／３、トリガー電圧４０３ｂは電源電圧の１／３である。タイマ４０２ａが心拍信号１４０から有効な拍を検出するのに対し、タイマ４０２ｂは検出した拍が許容速度で発生しているかを確認する。タイミングはタイマ４０２ａ、４０２ｂの外付けＲＣ回路により制御される。
【００３７】
心拍信号１４０の立ち上がりエッジはハイパスコンデンサ４０４と放電用抵抗４０６から成るハイパスフィルタを通る。立ち上がりエッジにより入力４０８にはタイマ４０２ａの出力をリセットするのに十分な電圧が発生し、これから拍検出信号４１０（拍検出信号４１０のアサート状態は低電圧である）が得られる。放電用抵抗４０６により入力４０８は放電されていくので、そのうち拍検出信号４１０はアサート解除状態になる。なお、ダイオード４１２はタイマ４０２ａの入力保護用である。
【００３８】
拍検出信号４１０はタイマ４０２ｂのトリガー入力に与えられる。拍検出信号４１０のアサートによりタイマ４０２ｂの出力はセットされ、これによりイネーブル信号１３２がアサートされる。イネーブル信号１３２をアサートするとともに、タイマ４０２ｂはタイミング用コンデンサ４１６の充電を不継続にする。そして、充電用抵抗４１４からの電流によりタイミング信号４１８が充電されて一定のスレッシュホールド値、たとえば一実施形態では電源電圧の２／３を超えるまで、イネーブル信号１３２はセットを保つ。
【００３９】
図４の説明を続けると、タイミング用コンデンサ４１６と充電用抵抗４１４により心拍ウインドウ４２０の長さが決まる。心拍検出信号４１０がこの心拍ウインドウ４２０内に収まっている限り、イネーブル信号１３２はアサートされ続ける。イネーブル信号１３２は図１に示す投薬システム１００においてモータ１０２の機能を接地スイッチ１２４により作動又は不作動にするのに使用される。図１に示すようにイネーブル信号１３２はブレーキ１０６を動作する。
【００４０】
図５ａに、投薬システム１００とともに実施される本発明の液投与方法５００を示す。液投与方法５００は５０２から開始して、直ちに診断５０４に進む。一実施形態において、診断５０４では投薬システム１００の機能が正常であるか否かを確認する。正常でなければ方法は停止５０６に進む。
【００４１】
停止５０６を実行する際に、液投与方法５００はモータ１０２をディスエーブルにする等の遮断処理を行うとともに可聴警報器１４４により警報音を鳴らしたり可視表示器１４３により警報メッセージを表示する等のエラー表示処理を行う。システムが正常に機能していることが確認されれば液投与方法５００は起動５０８に進む。
【００４２】
起動５０８では液投与を起動する。一実施形態において、液投与の起動には停止信号１３０のアサート解除、心拍信号１４０の有効な拍の発生、及びモータ１０２がアクティブであることの検知が含まれる。起動５０８の次に待機５１０に進む。待機５１０では適正な量の液投与が完了するまで停止５１２の実行を遅らせる。待機５１０は様々な方法で実施でき、制限する意味でないが、タイマ割込みのスケジューリング、タイマのポーリング、投与メータのポーリング、あるいはハードウェア信号の待機等で行われる。好ましい実施形態において、待機５１０には液投与量の情報を提供する薬薬用量センサをモニタリングする処理が含まれる。一実施形態において、待機５１０にはさらに規則的な間隔で心拍信号１４０の拍を発生する処理が含まれる。
【００４３】
停止５１２では起動５０８において開始した全ての活動、動作を停止する。すなわち、停止５１２により液１０９の投与を中断する。一実施形態では、停止５１２において停止信号１３０のアサート及び心拍信号１４０の拍の中断を行う。好ましい実施形態において、停止信号１３０をアサートすることでブレーキ１０６により電力端子１１８が接地され、ポンプ１０４が電磁的に制動される。停止５１２の後、液投与方法５００はスリープ５１４に進む。
【００４４】
スリープ５１４では次に液投与が必要になるまで液投与方法５００の処理を遅らせる。一実施形態において、スリープ５１４にはコントローラ１３４を低電力待機モードにする処理、タイマ割込みのスケジューリング、及びタイマ割込みに対する通常プロセスへの回復処理が含まれる。スリープ５１４が完了した後、液投与方法５００は診断５０４に戻る。診断５０４が上述したように肯定的な結果を出すとすれば、液投与方法５００はループを限りなく繰り返す。
【００４５】
図５ｂにおいて、診断方法５２０は投薬システム１００及び液投与方法５００に基づいて実行される。一実施形態において、診断方法５２０は液投与方法５００の診断５０４として実行される。診断方法５２０は投薬システム１００の重要な構成要素のテストを実施する。好ましい実施形態において、診断方法５２０はモータ１０２を制御する回路をテストする。
【００４６】
診断方法５２０は開始５２２から始まり、電力スイッチのイネーブル５２４に進む。好ましい実施形態において電力スイッチのイネーブル５２４は心拍信号１４０の有効な拍を中断し、停止信号１３０をアサート解除にすることで行われる。停止信号１３０をアサート解除にすると電力スイッチ１２２が導通状態になり、これによりモータ１０２に電力が供給されるはずである。しかしながら、心拍信号１４０の有効な拍を中断することによりイネーブル信号１３２はアサート解除になり、その結果、接地スイッチ１２４が非導通状態になり、モータ１２４は不作動にされる。
【００４７】
診断方法５２０は電力スイッチのイネーブル５２４後、第１のモータテスト５２６に進み、ここでモータ１０２が実際には運転されているかを確認する。事実であれば、モータ１０２の制御回路に問題があるので診断方法５２０はエラー５２８に進んで終了する。一実施形態において、エラー５２８では音警報器１４４により警報音を鳴らしたり可視表示器１４３により警報メッセージを表示する等の誤動作（エラー）表示処理を行う。
【００４８】
図５ｂに示すように、診断方法５２０は第１のモータテスト５２６の後、接地スイッチのイネーブル５３０に進む。好ましい実施形態において、接地スイッチのイネーブル５３０は停止信号１３０をアサートし、心拍信号１４０に有効な拍を発生させることにより行われる。心拍信号１４０に有効な拍を発生させると接地スイッチ１２４が導通状態になり、それによりモータ１０２への供給電力の戻り経路が出来るはずである。しかしながら、停止信号１３０をアサートしているので電力スイッチ１２２が非導通状態になってモータ１０２は運転されないはずである。
【００４９】
接地スイッチのイネーブル５３０の次に行われる第２のモータテスト５３２は一実施形態において第１のモータテスト５２６と同一であり、モータ１０２が運転されているかを確認する。事実であれば、モータ１０２の制御回路に問題があるので診断方法５２０はエラー５２８に進んで終了する。そうでなければ、診断方法５２０は終了５３４に進んで終了する。
【００５０】
図５ｃは投薬システム１００及び液投与方法５００に基づいた停止方法５４０の一実施形態を示したものである。一実施形態において、停止方法５４０は液投与方法５００の停止５１２ステップとして実施される。好ましい実施形態において、停止方法５４０はモータ１０２の停止を速やかに行うために、運動エネルギーをモータ１０２の電磁エネルギーに変換し、この電磁エネルギーをブレーキ１０６で吸収する。
【００５１】
停止方法５４０は開始５４２から始まり、モータの制動５４４とモータのディスエーブル５４６の両方に進む。モータの制動５４４とモータのディスエーブル５４６は同時に行われる必要はない。好ましい実施形態において、モータの制動５４４とモータのディスエーブル５４６はモータ１０２が停止するとき最小変動になるように調整される。
【００５２】
好ましい実施形態において、モータの制動５４４ではブレーキ１０６を掛けてモータ１０２巻線の電磁エネルギーを吸収させる。一実施形態において、ブレーキ１０６を掛けるのに電力端子１１８を接地する。同じ一実施形態において、モータの無効化５４６では電力スイッチ１２２を非導通状態にして電力バス１２６を電力端子１１８から切り離すことによりモータ１０２への電力供給を遮断する。モータの制動５４４及びモータのディスエーブル５４６が完了すると停止方法５４０は終了５４８に進み、終了する。
【００５３】
停止方法５４０、液投与方法５００及び投薬システム１００に関して、電力を遮断し、モータ１０２巻線の電磁エネルギーを吸収することの利点について触れる価値がある。電力を遮断してモータ１０２巻線の電磁エネルギーを吸収することにより、投薬システム１００の運動エネルギーは消費され、モータ１０２は効率よく停止する。ブレーキ１０６による制動動作とモータ１０２のディスエーブルの相対的なタイミングを調整することで液１０９の過剰投与を容易に減らすことができる。さらに、これらの方法で達成される高速停止機能によりシステムや使用法に依存する過剰投与の変動を最小化できる。その結果、投薬システム１００の精度が上がる。
【００５４】
本発明はその趣旨、あるいは基本的な特徴から逸脱することなくその他の形態で具体化することができる。記載した実施形態はいかなる意味においても例示にすぎず、限定するものではない。したがって、本発明の範囲は上記記載ではなく特許請求の範囲により定められる。特許請求の範囲と均等な意味及び範囲内に入る全ての変更は本発明の範囲に含まれると解される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に基づいた投薬システムのブロック図である。
【図２ａ】本発明に基づいて、モータに関連する制御回路を強調したブロック図である。
【図２ｂ】本発明に基づいて、ブレーキの第１の実施形態を示す回路図である。
【図２ｃ】本発明に基づいて、ブレーキの第２の実施形態を示す回路図である。
【図２ｄ】本発明に基づいて、ブレーキの第３の実施形態を示す回路図である。
【図３ａ】本発明に基づいて、電力スイッチの一実施形態を示す回路図である。
【図３ｂ】本発明に基づいて、接地スイッチの第１の実施形態を示す回路図である。
【図３ｃ】本発明に基づいて、接地スイッチの第２の実施形態を示す回路図である。
【図４】本発明に基づいて、ウオッチドッグ回路の一実施形態を示す回路図及びタイミング図である。
【図５ａ】本発明の投薬システムに基づいた液投与方法のフローチャートである。
【図５ｂ】本発明の投薬システムに基づいた診断方法のフローチャートである。
【図５ｃ】本発明の投薬システムに基づいた停止方法のフローチャートである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンピングモータを含み、液を移送するための蠕動ポンプと、
オン位置とオフ位置の間にモータを切り換えて前記ポンプにより移送される液を制御するように構成された、モータを動作するためのコントローラとを含む、液の投薬装置において、
前記コントローラは、規則的な拍を発生する心拍信号を生成して前記ポンピングモータを制御し
前記心拍信号をモニタし、前記心拍信号の拍を検出し、該検出された拍が所定の時間範囲に無いならば前記ポンピングモータをディスエーブルするウオッチドッグ回路をさらに含み、
前記ポンピングモータは電力スイッチおよび接地スイッチにより制御され、該電力スイッチおよび接地スイッチが共に導電状態にある時に電力が前記ポンピングモータに供給され、
前記電力スイッチおよび接地スイッチを制御するために個別の信号が使用されて、前記ウオッチドッグ回路はイネーブル信号を前記接地スイッチに供給しそして前記コントローラは前記電力スイッチに停止信号を与える、
液の投薬装置。
【請求項２】
前記ウオッチドッグ回路は前記接地スイッチを開くことにより、前記ポンピングモータをディスエーブルする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記停止信号は前記コントローラにより与えられそして前記電力スイッチにより受信され、低電圧停止信号をアサートすることは前記電力スイッチを非導通状態にして前記ポンピングモータへの電力を除去し、高電圧停止信号をアサートすることは前記ポンピングモータへ電力を供給する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ウオッチドッグ回路は、前記接地スイッチにより受信されるイネーブル信号を与え、前記イネーブル信号が高い電圧である時には前記接地スイッチは導電状態にあり、前記イネーブル信号が低い電圧である時には前記接地スイッチは非導電状態にある、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記心拍信号の有効な拍を断続することは、前記イネーブル信号をアサート解除し、前記接地スイッチを非導通状態にし、そして前記ポンピングモータをディスエーブルする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラは心拍信号を前記ウオッチドッグ回路に与え、前記ウオッチドッグ回路は前記心拍信号をモニタして前記コントローラが許容可能速度で有効な拍を供給していることを確認する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ウオッチドッグ回路は、前記心拍信号が許容速度であるか否かを検出するために一対のタイマを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記タイマのひとつは前記心拍信号からの有効な拍を検出し、別のタイマは前記検出された拍が許容可能速度であることを確認する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記コントローラに接続された可聴警報をさらに含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１】
ポンピングモータを含み、液を移送するための蠕動ポンプと、
オン位置とオフ位置の間にモータを切り換えて前記ポンプにより移送される液を制御するように構成された、モータを動作するためのコントローラとを含む、液の投薬装置において、
前記コントローラは、規則的な拍を発生する心拍信号を生成して前記ポンピングモータを制御し
前記心拍信号をモニタし、前記心拍信号の拍を検出し、該検出された拍が所定の時間範囲に無いならば前記ポンピングモータをディスエーブルするウオッチドッグ回路をさらに含み、
前記ポンピングモータは電力スイッチおよび接地スイッチにより制御され、該電力スイッチおよび接地スイッチが共に導電状態にある時に電力が前記ポンピングモータに供給され、
前記電力スイッチおよび接地スイッチを制御するために個別の信号が使用されて、前記ウオッチドッグ回路はイネーブル信号を前記接地スイッチに供給しそして前記コントローラは前記電力スイッチに停止信号を与える、
液の投薬装置。
【請求項２】
前記ウオッチドッグ回路は前記接地スイッチを開くことにより、前記ポンピングモータをディスエーブルする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記停止信号は前記コントローラにより与えられそして前記電力スイッチにより受信され、低電圧停止信号をアサートすることは前記電力スイッチを非導通状態にして前記ポンピングモータへの電力を除去し、高電圧停止信号をアサートすることは前記ポンピングモータへ電力を供給する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ウオッチドッグ回路は、前記接地スイッチにより受信されるイネーブル信号を与え、前記イネーブル信号が高い電圧である時には前記接地スイッチは導電状態にあり、前記イネーブル信号が低い電圧である時には前記接地スイッチは非導電状態にある、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記心拍信号の有効な拍を断続することは、前記イネーブル信号をアサート解除し、前記接地スイッチを非導通状態にし、そして前記ポンピングモータをディスエーブルする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラは心拍信号を前記ウオッチドッグ回路に与え、前記ウオッチドッグ回路は前記心拍信号をモニタして前記コントローラが許容可能速度で有効な拍を供給していることを確認する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ウオッチドッグ回路は、前記心拍信号が許容速度であるか否かを検出するために一対のタイマを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記タイマのひとつは前記心拍信号からの有効な拍を検出し、別のタイマは前記検出された拍が許容可能速度であることを確認する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記コントローラに接続された可聴警報をさらに含む、請求項８に記載の装置。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【公開番号】特開２００８−１３５０５９（Ｐ２００８−１３５０５９Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３８３２（Ｐ２００８−２３８３２）
【出願日】平成２０年２月４日（２００８．２．４）
【分割の表示】特願２００３−５３３０５７（Ｐ２００３−５３３０５７）の分割
【原出願日】平成１４年７月８日（２００２．７．８）
【出願人】（５０２３００６５７）ゼヴェクス・インコーポレーテッド (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月４日（２００８．２．４）
【分割の表示】特願２００３−５３３０５７（Ｐ２００３−５３３０５７）の分割
【原出願日】平成１４年７月８日（２００２．７．８）
【出願人】（５０２３００６５７）ゼヴェクス・インコーポレーテッド (9)
【Ｆターム（参考）】
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