JP2008229313A - Injection needle puncturing device - Google Patents

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Meika Ozaki
明加 尾▲崎▼
Naoya Watanabe
直哉 渡邉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an injection needle puncturing device which can be made compact and whose cost is reduced and which can detect puncture of a needle point into a blood vessel with high sensitivity, while preventing wasteful use of liquid chemicals. <P>SOLUTION: The injection needle puncturing device includes: a liquid storage part 10; an injection needle 20 placed on one end side of the liquid storage part 10 to be punctured into a living body; a force detecting part 30 to detect force applied to the injection needle 20 from outside; a piston part 40 in the liquid storage part 10; a movement part 50 to move the piston part 40 along the longitudinal direction of the liquid storage part 10; and a movement control part 60 to stop the movement part 50 on the basis of the fact that the magnitude of detected force reaches a predetermined value after moving the movement part 50 in a direction the injection needle 20 is punctured. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、注射針を静脈の血管内に刺入する注射針刺入装置に関するものである。   The present invention relates to a needle insertion device for inserting a needle into a blood vessel of a vein.

小動物への尾静脈注射技術は、生命科学・薬学・基礎医学・臨床医学分野の研究用途のみならず、医薬品探索段階でのin vivoスクリーニング、前臨床段階の薬物動態試験や安全性試験など、製薬・食品・化学・医療機器・臨床検査ほか、様々な企業で日常的に用いられている技術である。   Tail vein injection technology for small animals is not only used in life science, pharmacy, basic medicine, and clinical medicine research fields, but also in vivo screening at the drug discovery stage, pharmacokinetics and safety tests at the preclinical stage, etc.・ Food, chemistry, medical equipment, clinical testing, and other technologies used daily by various companies.

しかしながら、この技術は熟練を要する属人技術であり、習得には多大な時間を要する。特に難しいのは尾静脈血管の正確な位置認識である。この位置認識ができないと、注射針が血管を貫通する、注射針が血管に刺さらない、といった事態が起こる。   However, this technique is a skilled person technique that requires skill, and it takes a lot of time to learn. Particularly difficult is accurate position recognition of the tail vein. If the position cannot be recognized, a situation occurs in which the injection needle penetrates the blood vessel or the injection needle does not pierce the blood vessel.

従来、尾静脈血管の位置認識は経験により培われた感覚を判断基準としてきた。具体的には、注射針の刺入動作により注射針先がうける圧力の変化推移を、手の感覚で直接とらえることによって判断している。これは尾静脈に限らず、静脈からの注射針を用いた薬液投与および採血操作に共通する、血管の位置認識方法である。昨今その位置認識方法について、自動化技術の開発が望まれている。   Conventionally, position recognition of tail vein blood vessels has been based on a sense cultivated through experience. Specifically, the change of the pressure applied by the injection needle tip by the insertion operation of the injection needle is determined by directly capturing the change with the hand. This is not limited to the tail vein, but is a blood vessel position recognition method common to drug administration and blood collection operations using an injection needle from a vein. Recently, it is desired to develop an automated technique for the position recognition method.

従来技術では、採血装置、特に血管を自動的に探し出す技術について記載されている。この装置では、採血針内の圧力変化により、採血針が正確に血管に穿刺しているか否かを検出する圧力検出装置の組込みを提案している(例えば、特許文献1)。
特開平4−338458号公報
The prior art describes a blood collection device, particularly a technique for automatically searching for blood vessels. In this device, it has been proposed to incorporate a pressure detection device that detects whether or not the blood collection needle accurately punctures a blood vessel based on a pressure change in the blood collection needle (for example, Patent Document 1).
JP-A-4-338458

理論上、採血と薬液投与は逆の手順であるため、上記従来技術における装置を薬液投与に応用させることも可能であると考えられるが、これには以下の問題点がある。   Theoretically, blood collection and drug solution administration are the reverse procedures, and thus it is considered possible to apply the above-described conventional device to drug solution administration, but this has the following problems.

まず、この装置では、血液を採取するために注射針内部および装置内部を陰圧にする真空ポンプが備えられていることに加えて、注射針の周辺には注射針内部の圧力を検出する圧力検出装置を備えなければならず、装置全体が大型化するという問題があった。   First of all, in this apparatus, in addition to the vacuum pump for negative pressure inside the injection needle and inside the apparatus for collecting blood, a pressure for detecting the pressure inside the injection needle is provided around the injection needle. A detection device must be provided, and there is a problem that the entire device becomes large.

また、薬液投与を行う際は、構造上、注射針内部に薬液を満たすだけでなく、注射針と圧力検出装置とを連結する連結管、さらに注射針と真空ポンプとを連結する連結管にも薬液を満たす必要がある。よって、大量の薬液を準備しなくてはならず、正確な量の薬液投与が難しい。   In addition, when administering a drug solution, not only the drug solution is filled inside the injection needle, but also a connection tube that connects the injection needle and the pressure detection device, and also a connection tube that connects the injection needle and the vacuum pump. It is necessary to fill the chemical. Therefore, a large amount of chemical solution must be prepared, and it is difficult to administer an accurate amount of the chemical solution.

さらに、検体への汚染を防ぐため、注射針を交換するには、注射針のみならずに、注射針に接続されている連結管なども交換しなければならず、使い捨て部分が多くなり使い捨て時のコストが高くなっていた。   Furthermore, in order to prevent contamination of the specimen, in order to replace the injection needle, not only the injection needle but also the connecting tube connected to the injection needle must be replaced. The cost of was high.

また、圧力変化を高感度で検出するには、圧力測定対象となる空間(注射針、圧力検出装置、およびそれらを連絡するパイプまたはチューブ等)の内容積の小空間化が必要となる。しかしながら、圧力測定空間の内容積が極めて小さいと、わずかな空気のリーク等の外乱により圧力が変動してノイズが高くなり、安定した圧力変化の検出は不可能となる。   In addition, in order to detect a pressure change with high sensitivity, it is necessary to reduce the internal volume of the space (injection needle, pressure detection device, and a pipe or tube connecting them) that is a pressure measurement target. However, if the internal volume of the pressure measurement space is extremely small, the pressure fluctuates due to disturbance such as slight air leaks, resulting in high noise, making it impossible to detect stable pressure changes.

そこで、本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、装置の小型化・低コスト化をはかり、薬液を無駄にしないようにしつつ、血管内に針先が刺入されたことを高感度に検知することができる注射針刺入装置を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems. The needle tip is inserted into the blood vessel while reducing the size and cost of the apparatus and avoiding waste of the chemical solution. An object of the present invention is to provide an injection needle insertion device that can detect this with high sensitivity.

上記目的を達成するために本発明の装置は、液収容部と、前記液収容部の一端側に配置され、生体に刺入させられる注射針と、前記注射針にかかる力を検出する力検出部と、前記液収容部内に備えられたピストン部と、前記液収容部の長さ方向に沿って前記ピストン部を移動させる移動部と、前記注射針が刺入させられる方向に前記移動部を移動させた後に、検出された前記力の大きさが所定値に到達したことに基づいて、前記移動部を停止させる動作制御部とを備える。   In order to achieve the above object, an apparatus of the present invention includes a liquid storage part, an injection needle disposed on one end side of the liquid storage part and inserted into a living body, and force detection for detecting a force applied to the injection needle. A moving portion that moves the piston portion along a length direction of the liquid storage portion, and a direction in which the injection needle is inserted. And an operation control unit that stops the moving unit based on the fact that the magnitude of the detected force reaches a predetermined value after the movement.

本発明による注射針刺入装置では、注射針内部および装置内部を陰圧にする必要がないため、当該陰圧にするための真空ポンプを備える必要がなくなり、従来よりも装置全体を小型化することができる。また、真空ポンプを備える必要がないため、真空ポンプと液収容部とを連結する連結管内に薬液を注入する必要がなくなり、準備する薬液の量を最小限にすることができ、正確な量の薬液投与をすることができる。さらに、液収容部に連結される連結管、例えば真空ポンプと液収容部とを連結する連結管がないため、使い捨て部分が従来よりも少なくなり、低コスト化を実現することができる。また、注射針が生体に刺入されたか否かを検出するのに、液収容部内の圧力変動を検出するのではなく、力検出部自体に掛かった圧力を検出している。このため、液収容部から漏れ出る空気による圧力変動に左右されることなく、注射針が生体に刺入されたか否かを高精度に検出することができる。   In the needle insertion device according to the present invention, there is no need to make the inside of the injection needle and the inside of the device negative pressure, so there is no need to provide a vacuum pump for making the negative pressure, and the whole device is made smaller than before. be able to. In addition, since there is no need to provide a vacuum pump, it is not necessary to inject a chemical into the connecting pipe that connects the vacuum pump and the liquid container, and the amount of chemical to be prepared can be minimized, and an accurate amount of You can administer medicinal solution. Furthermore, since there is no connection pipe connected to the liquid storage part, for example, a connection pipe connecting the vacuum pump and the liquid storage part, the disposable part is reduced as compared with the conventional case, and the cost can be reduced. Further, in order to detect whether or not the injection needle has been inserted into the living body, the pressure applied to the force detection unit itself is detected, not the pressure fluctuation in the liquid storage unit. For this reason, it is possible to detect with high accuracy whether or not the injection needle has been inserted into the living body without being influenced by the pressure fluctuation caused by the air leaking from the liquid container.

すなわち、本発明によれば、装置の小型化・低コスト化をはかり、薬液を無駄にしないようにしつつ、血管内に針先が刺入されたことを高感度に検知することができる。   That is, according to the present invention, it is possible to detect with high sensitivity that the needle tip has been inserted into the blood vessel while reducing the size and cost of the apparatus and not wasting the chemical solution.

本発明による注射針刺入装置の力検出部は、前記注射針の針表面かつ生体に刺入させられる一端部とは逆の他端部もしくは前記液収容部の表面に配置される。これにより、注射針が刺入された場合に、注射針において変位が最も大きい部分(他端部)に、力検出部が配置されるため、力検出部は注射針の変位をより確実に検出することができる。   The force detection unit of the injection needle insertion device according to the present invention is disposed on the needle surface of the injection needle and the other end opposite to the one end inserted into the living body or the surface of the liquid storage unit. As a result, when the injection needle is inserted, the force detection unit is arranged at the portion (the other end portion) where the displacement is greatest in the injection needle, so the force detection unit more reliably detects the displacement of the injection needle. can do.

本発明の前記力検出部は、前記注射針もしくは前記液収容部が圧入させられる中空部を有し、前記注射針もしくは前記液収容部に対して着脱自在である。これにより、液収容部などを廃棄する場合に、注射針の他端部もしくは前記液収容部から力検出部を取り外すことができるため、力検出部を有効利用することができる。   The force detection unit of the present invention has a hollow part into which the injection needle or the liquid storage part is press-fitted, and is detachable from the injection needle or the liquid storage part. Thereby, when discarding a liquid storage part etc., since a force detection part can be removed from the other end part of an injection needle or the said liquid storage part, a force detection part can be used effectively.

本発明の前記力検出部は、少なくとも2つの微小変位検出部を備え、前記動作制御部は、前記微小変位検出部によって検出された力のいずれかが所定値に到達したことに基づいて、前記移動部を停止させる。   The force detection unit of the present invention includes at least two micro displacement detection units, and the operation control unit is based on the fact that any of the forces detected by the micro displacement detection unit has reached a predetermined value. Stop the moving part.

本発明による注射針刺入装置の前記動作制御部では、前記微小変位検出部のそれぞれによって検出された力の合算値が所定値に到達したことに基づいて、前記移動部を停止させる。本発明によれば、微小変位検出部を2つ以上にすることで、1つの変位検出結果のみに依らない、より正確で確実な変位の検出が可能になる。   In the operation control unit of the needle insertion device according to the present invention, the moving unit is stopped based on the fact that the total value of the forces detected by each of the minute displacement detection units has reached a predetermined value. According to the present invention, by using two or more minute displacement detection units, it is possible to detect displacement more accurately and reliably without depending on only one displacement detection result.

本発明の装置は、液収容部と、前記液収容部の一端側に配置され、生体に刺入させられる注射針と、前記注射針に外部からかかる力を検出する力検出部と、前記液収容部内に備えられたピストン部と、前記液収容部の長さ方向に沿って前記ピストン部を移動させる移動部と、前記注射針が前記刺入させられる方向に前記移動部を移動させた後に、検出された前記力の大きさの時間的変化が検出されたことに基づいて、前記移動部を停止させる動作制御部とを備える。   The apparatus of the present invention includes a liquid container, an injection needle that is disposed on one end side of the liquid container and is inserted into a living body, a force detector that detects an external force applied to the injection needle, and the liquid After moving the moving part in the direction in which the injection needle is inserted, the moving part that moves the piston part along the length direction of the liquid containing part, and the piston part provided in the containing part And an operation control unit that stops the moving unit based on detection of a temporal change in the magnitude of the detected force.

本発明による注射針刺入装置の前記動作制御部では、検出された前記力の大きさが第1所定値に達した後に、前記第1所定値よりも低い第2所定値を基準とする所定許容範囲において前記力が所定期間継続している場合には、前記移動部を介して前記ピストン部を停止させる。   In the operation control unit of the needle insertion device according to the present invention, after the detected magnitude of the force reaches a first predetermined value, a predetermined value based on a second predetermined value lower than the first predetermined value is used. When the force continues for a predetermined period in the allowable range, the piston part is stopped via the moving part.

本発明による注射針刺入装置では、検出された力の時間的変化が所定段階存在したことに基づいて移動部を停止させる。本発明によれば、注射針に掛かる圧力変化が(1)皮膚に刺入される前の段階、(2)皮膚に刺入された段階、(3)血管に刺入された段階に主に対応することとなり、注射針が血管に刺入されるまでの動きを確実に特定することができるため、血管内に針先が刺入されたことを高感度に検知することができる。   In the injection needle insertion device according to the present invention, the moving unit is stopped based on the fact that the temporal change in the detected force is present at a predetermined stage. According to the present invention, the pressure change applied to the injection needle is mainly in (1) the stage before being inserted into the skin, (2) the stage inserted into the skin, and (3) the stage inserted into the blood vessel. Therefore, it is possible to reliably specify the movement until the injection needle is inserted into the blood vessel, so that it is possible to detect with high sensitivity that the needle tip has been inserted into the blood vessel.

本発明により、血管内に針先が刺入されたことを高感度に検知できる注射針刺入装置が提供できる。この技術により、血管内への薬液投与時の漏洩、もしくは血液の採取時の漏洩を防ぐことができると同時に、従来の装置に対して小型化・低コスト化も実現できる。   The present invention can provide an injection needle insertion device that can detect with high sensitivity that a needle tip has been inserted into a blood vessel. This technique can prevent leakage at the time of administration of a drug solution into a blood vessel or leakage at the time of blood collection, and at the same time, can realize downsizing and cost reduction with respect to a conventional device.

発明の実施の形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明に係る注射針刺入装置1の基本的な構成を示したものである。本発明に係る注射針刺入装置1は、液収容部10と、液収容部10の一端側に配置され、生体に刺入させられる注射針20と、注射針20に外部からかかる力を検出する力検出部30と、液収容部内に備えられたピストン部40と、液収容部10の長手方向に沿ってピストン部40を移動させる移動部50と、注射針20が刺入させられる方向に移動部50を移動させた後に、検出された力の大きさが所定値(図6に示すPe)に到達したことに基づいて、移動部50を停止させる動作制御部60と構成される。なお、動作制御部60は、注射針20が刺入させられる方向に移動部50を移動させた後に、検出された力の大きさの時間的変化が検出された(例えば、図6に示すPb−Pc’間、Pc’−Pc間、Pc−Pd間、Pd−Pe間)ことに基づいて、移動部50を停止させてもよい。   FIG. 1 shows a basic configuration of a needle insertion device 1 according to the present invention. An injection needle insertion device 1 according to the present invention detects a liquid storage unit 10, an injection needle 20 that is disposed on one end side of the liquid storage unit 10 and is inserted into a living body, and a force applied to the injection needle 20 from the outside. In the direction in which the injection needle 20 is inserted, the force detection unit 30 that performs, the piston unit 40 provided in the liquid storage unit, the moving unit 50 that moves the piston unit 40 along the longitudinal direction of the liquid storage unit 10 After the moving unit 50 is moved, the operation control unit 60 is configured to stop the moving unit 50 based on the fact that the magnitude of the detected force has reached a predetermined value (Pe shown in FIG. 6). In addition, after the movement control part 60 moved the moving part 50 to the direction in which the injection needle 20 is inserted, the time change of the magnitude | size of the detected force was detected (for example, Pb shown in FIG. 6). -Pc ', Pc'-Pc, Pc-Pd, Pd-Pe), the moving unit 50 may be stopped.

(第一の実施形態)
第一の実施形態として、薬液投与実験を行う際の対照実験をおこなうために、本発明の装置により、8週齢Balb/cマウス尾部の静脈血管に対してPBSを注入する際の一連の動作について述べる。
(First embodiment)
As a first embodiment, a series of operations when injecting PBS into the venous blood vessel of the tail of an 8-week-old Balb / c mouse by the apparatus of the present invention in order to perform a control experiment when conducting a drug administration experiment Is described.

はじめに、注射針刺入装置1の構成を詳述する。注射針20はステンレス製で太さは22−27G、かつ内壁がヘパリン等の抗血液凝固剤によって血液凝固防止処理されたものを用いる。液収容部10には、PBSを内部に収容したプラスチック製のシリンジ201を用いる。力検出部30の検出要素には、圧力センサ102を用いる。   First, the configuration of the needle insertion device 1 will be described in detail. The injection needle 20 is made of stainless steel, has a thickness of 22-27G, and has an inner wall that is anticoagulated with an anticoagulant such as heparin. The liquid container 10 uses a plastic syringe 201 containing PBS inside. A pressure sensor 102 is used as a detection element of the force detection unit 30.

圧力センサ102は、注射針20又はシリンジ201に対して着脱自在である。例えば、図2(a)、(b)に示すように、圧力センサ102は、針元101を介して注射針20と接続される。もしくは図2(c)に示すように、注射針20と連結したシリンジ201と直接接続される。図9に示すように、圧力センサ102は、注射針20とシリンジ201が連結された後に接続され、一連の薬液投与動作完了後は、注射針20とシリンジ201から取り外される構造となっている。以上の着脱に関する動作は、圧力センサ102を介した検体の汚染防止のため、無菌空間中で行うのが好ましい。   The pressure sensor 102 is detachable with respect to the injection needle 20 or the syringe 201. For example, as shown in FIGS. 2A and 2B, the pressure sensor 102 is connected to the injection needle 20 via the needle base 101. Or as shown in FIG.2 (c), it connects directly with the syringe 201 connected with the injection needle 20. FIG. As shown in FIG. 9, the pressure sensor 102 is connected after the injection needle 20 and the syringe 201 are connected, and is configured to be detached from the injection needle 20 and the syringe 201 after a series of drug solution administration operations is completed. The above-described operations related to attachment / detachment are preferably performed in an aseptic space in order to prevent contamination of the specimen via the pressure sensor 102.

次に、各要素間の信号伝達経路の構成について図3で説明し、装置の動作は薬液投与の操作を示すフロー図5により説明する。   Next, the configuration of a signal transmission path between each element will be described with reference to FIG. 3, and the operation of the apparatus will be described with reference to a flow chart 5 showing an operation of drug solution administration.

まず、圧力センサ102の出力信号は、第一の配線301により動作制御部60に送られる。動作制御部60は、力検出部306と演算部307とピストン制御部308とX−Y−Zステージ制御部309により構成され、圧力センサ102の出力信号に基づいて、アクチュエーター203とX−Yステージ207とZステージ208およびZステージ209の動作を制御する。   First, the output signal of the pressure sensor 102 is sent to the operation control unit 60 through the first wiring 301. The operation control unit 60 includes a force detection unit 306, a calculation unit 307, a piston control unit 308, and an XYZ stage control unit 309. Based on the output signal of the pressure sensor 102, the actuator 203 and the XY stage. The operation of 207, the Z stage 208, and the Z stage 209 is controlled.

動作制御部60内のX−Y−Zステージ制御部309から送られる信号は、支持台206と基板210の相対位置を制御するX−Yステージ207と、Zステージ208およびZステージ209に伝えられることで、基板210に対する支持台206の位置および角度を変化させ、注射針20の皮膚および血管に対する入射角度を制御する。支持台206はその上に継ぎ手204および継ぎ手205を有する。継ぎ手204はPBSを内部に収容したシリンジ201およびピストン部40を支持し、継ぎ手205はピストン部40の動作を制御するアクチュエーター203を支持する。   A signal sent from the XYZ stage control unit 309 in the operation control unit 60 is transmitted to the XY stage 207 that controls the relative position between the support base 206 and the substrate 210, and the Z stage 208 and the Z stage 209. Thus, the position and angle of the support 206 with respect to the substrate 210 are changed, and the incident angle of the injection needle 20 with respect to the skin and blood vessels is controlled. The support platform 206 has a joint 204 and a joint 205 thereon. The joint 204 supports the syringe 201 and the piston part 40 in which PBS is housed, and the joint 205 supports the actuator 203 that controls the operation of the piston part 40.

なお、アクチュエーター203、継ぎ手204、継ぎ手205、支持台206、X−Yステージ207、Zステージ208、209は移動部を構成する。   The actuator 203, the joint 204, the joint 205, the support base 206, the XY stage 207, and the Z stages 208 and 209 constitute a moving unit.

本発明において、注射針20にかかる圧力変化をモニターし静脈血管位置を判断することが最も重要であるので、この部分について詳述する。   In the present invention, it is most important to monitor the pressure change applied to the injection needle 20 and determine the venous blood vessel position, so this part will be described in detail.

まず、8週齢Balb/cマウスの足を下にして固定し、予め尾の太さを測っておく。この情報はステップS7において尾部内で注射針20が移動可能な限界距離として設定するために用いる。ここでは限界距離の設定を、注射針20の刺入位置における尾部断面の半径とし、その情報を予め動作制御部60の演算部307に与えておく。   First, the 8-week-old Balb / c mouse is fixed with its legs down, and the thickness of the tail is measured in advance. This information is used in step S7 to set as a limit distance that the injection needle 20 can move within the tail. Here, the limit distance is set to the radius of the tail section at the insertion position of the injection needle 20, and the information is given in advance to the calculation unit 307 of the operation control unit 60.

尾静脈にPBSを投与するために、注射針20が前進を開始する(ステップS1)。装置始動後、圧力センサ102の出力信号は力検出部306に常時送られて測定される(ステップS2)。このとき、注射針20の位置、および注射針20にかかる圧力は、図4のようになることがこれまでの実験で確認されているため、これらの情報を既知の情報として演算部307に予め与えておく。よって、力検出部306から演算部307に入力される情報、およびX−Y−Zステージ制御部309から演算部307に入力されるX−Yステージ207の位置の情報、これらを相互に比較することで、生体内での注射針20の先端の位置を正確に制御することができる。   In order to administer PBS to the tail vein, the injection needle 20 starts to advance (step S1). After the apparatus is started, the output signal of the pressure sensor 102 is constantly sent to the force detection unit 306 and measured (step S2). At this time, since the experiment so far has confirmed that the position of the injection needle 20 and the pressure applied to the injection needle 20 are as shown in FIG. 4, these pieces of information are stored in advance in the calculation unit 307 as known information. Give it. Therefore, the information input from the force detection unit 306 to the calculation unit 307 and the information of the position of the XY stage 207 input from the XYZ stage control unit 309 to the calculation unit 307 are compared with each other. Thus, the position of the tip of the injection needle 20 in the living body can be accurately controlled.

注射針20は、力検出部306における信号がPc’からPcへ不連続に変化するまで(第1所定値)、X−Yステージ207により移動する。注射針20にかかるこの圧力変化は、マウス尾部の皮膚に刺入する際に発生するものである。次に、注射針20はX−Yステージ207によりマウス尾部の皮下組織内を移動する。この区間において力検出部306が測定する圧力は、PcからPdへと一定の変化率を示す。やがて力検出部306が測定する圧力がPdからPeへと不連続に変化する箇所(第2所定値)が検出される(ステップS3)。当該第2所定値を基準とする所定許容範囲において、測定された圧力が所定期間継続していることによって、注射針20が静脈血管壁を越えたと演算部307において判断され、ただちに注射針20を停止する信号が、演算部307からX−Y−Zステージ制御部309を介してX−Yステージ207に送られ、注射針20の移動を停止する(ステップS4)。なお、所定許容範囲は、第2所定値に対して±5%の範囲内であるのが好ましい。   The injection needle 20 is moved by the XY stage 207 until the signal in the force detection unit 306 changes discontinuously from Pc ′ to Pc (first predetermined value). This pressure change applied to the injection needle 20 is generated when the skin of the mouse tail is inserted. Next, the injection needle 20 moves in the subcutaneous tissue of the mouse tail by the XY stage 207. The pressure measured by the force detection unit 306 in this section shows a constant rate of change from Pc to Pd. Eventually, a location (second predetermined value) where the pressure measured by the force detection unit 306 changes discontinuously from Pd to Pe is detected (step S3). In the predetermined permissible range based on the second predetermined value, when the measured pressure continues for a predetermined period, it is determined in the calculation unit 307 that the injection needle 20 has crossed the venous blood vessel wall. A signal to be stopped is sent from the calculation unit 307 to the XY stage 207 via the XYZ stage control unit 309, and the movement of the injection needle 20 is stopped (step S4). The predetermined allowable range is preferably within a range of ± 5% with respect to the second predetermined value.

この位置で薬液投与動作を開始する(ステップS5)。まず、演算部307において、予め設定された投与量の情報をピストン部40の操作量に換算し、その信号をピストン制御部308に送る。ピストン制御部308に送られた信号は、アクチュエーター203を介してピストン部40の動作を長手方向に制御し、シリンジ201内の薬液を静脈血管内に注入する投与量を制御する。ピストン制御部308から演算部307に送りかえされてきた信号により、予め設定された投与量の投与が完了したと判断したら(ステップS6)、演算部307がX−Y−Zステージ制御部309に信号を与え、X−Yステージ207を初期位置まで後退させる(ステップS11)。このようにして、8週齢Balb/cマウス尾部の静脈血管に対してPBSを注入する一連の工程が終了する。   At this position, the chemical solution administration operation is started (step S5). First, in the calculation unit 307, information on a preset dose is converted into an operation amount of the piston unit 40, and the signal is sent to the piston control unit 308. The signal sent to the piston control unit 308 controls the operation of the piston unit 40 in the longitudinal direction via the actuator 203, and controls the dose for injecting the drug solution in the syringe 201 into the venous blood vessel. When it is determined that the administration of the preset dose has been completed based on the signal sent from the piston control unit 308 to the calculation unit 307 (step S6), the calculation unit 307 notifies the XYZ stage control unit 309. A signal is given, and the XY stage 207 is retracted to the initial position (step S11). In this way, a series of steps for injecting PBS into the venous blood vessel of the tail of an 8-week-old Balb / c mouse is completed.

しかし、前述の工程において、注射針20がX−Yステージ207によりマウス尾部の皮下組織内を移動する際に、演算部307がX−Y−Zステージ制御部309を介してX−Yステージ207に与えた、尾部内における注射針20の移動可能な限界距離を過ぎても、力検出部306から演算部307に入力される信号がPcからPdへと一定の変化率を示し続け、本来検出されるべきPdからPeへの不連続な圧力変化(第2所定値)が検出されない場合がある。これは静脈血管近傍で微小な誤差により血管を捕らえられていないことを示している。この場合は、注射針20が限界距離まで移動しているかどうか演算部307において判断する(ステップS7)。   However, when the injection needle 20 is moved in the subcutaneous tissue of the mouse tail by the XY stage 207 in the above-described process, the calculation unit 307 performs the XY stage 207 via the XYZ stage control unit 309. The signal input from the force detection unit 306 to the calculation unit 307 continues to exhibit a constant rate of change from Pc to Pd even after the limit distance to which the injection needle 20 can move within the tail is given to In some cases, a discontinuous pressure change (second predetermined value) from Pd to Pe is not detected. This indicates that the blood vessel is not captured by a minute error in the vicinity of the venous blood vessel. In this case, the calculation unit 307 determines whether or not the injection needle 20 has moved to the limit distance (step S7).

まだ限界に達していないときには、いったんマウス尾部から注射針20を引き抜くために、演算部307からの信号がX−Y−Zステージ制御部309を介してX−Yステージ207を初期位置まで移動させる。そして再度、力検出部306における信号がPc‘からPcへと不連続に変化するまで、注射針20がX−Yステージ207により移動するという一連の動作を実施する。もし限界距離に達しているときには、注射針20をX−Yステージ207により初期位置まで後退させ(ステップS8)、注射針20の皮膚および血管に対する入射角度θ、つまり注射針20が設置されている支持台206と基板210となす角度θを調節する。具体的には演算部307からX−Y−Zステージ制御部309を介して、Zステージ208に縮み、Zステージ209に伸びる動作をさせ、角度θを予め設定した値まで大きくする(ステップS9)。このとき、角度θが限界θmaxよりも小さければ、演算部307からX−Y−Zステージ制御部309を介してX−Yステージ207の移動を開始する(ステップS10)。そして再度、力検出部306において信号がPc‘からPcへと不連続に変化するまで、注射針20がX−Yステージ207により移動するという一連の動作を実施する。角度θが限界θmaxよりも大きければ、演算部307において薬液投与動作を中止する判断をし、X−Y−Zステージ制御部309を介してX−Yステージ207を初期位置まで後退することにより薬液投与動作を終了する(ステップS11)。   When the limit has not yet been reached, the signal from the calculation unit 307 moves the XY stage 207 to the initial position via the XYZ stage control unit 309 in order to withdraw the injection needle 20 from the mouse tail. . Then, a series of operations are performed in which the injection needle 20 is moved by the XY stage 207 until the signal in the force detection unit 306 changes discontinuously from Pc ′ to Pc. If the limit distance is reached, the injection needle 20 is retracted to the initial position by the XY stage 207 (step S8), and the incident angle θ of the injection needle 20 with respect to the skin and blood vessels, that is, the injection needle 20 is installed. An angle θ formed between the support 206 and the substrate 210 is adjusted. Specifically, the operation unit 307 is contracted to the Z stage 208 via the XYZ stage control unit 309, and the Z stage 209 is extended to increase the angle θ to a preset value (step S9). . At this time, if the angle θ is smaller than the limit θmax, the movement of the XY stage 207 is started from the calculation unit 307 via the XYZ stage control unit 309 (step S10). Then, a series of operations in which the injection needle 20 is moved by the XY stage 207 is performed again until the signal is discontinuously changed from Pc ′ to Pc in the force detection unit 306. If the angle θ is larger than the limit θmax, the calculation unit 307 determines to stop the chemical solution administration operation, and moves the XY stage 207 back to the initial position via the XYZ stage control unit 309 to thereby store the chemical solution. The administration operation is terminated (step S11).

本発明による注射針刺入装置1では、注射針20内部および装置内部を陰圧にする必要がないため、当該陰圧にするための真空ポンプを備える必要がなくなり、従来よりも装置全体を小型化することができる。また、真空ポンプを備える必要がないため、真空ポンプと液収容部とを連結する連結管内に薬液を注入する必要がなくなり、準備する薬液の量を最小限にすることができ、正確な量の薬液投与をすることができる。さらに、シリンジ201に連結される連結管、例えば真空ポンプと液収容部とを連結する連結管がないため、使い捨て部分が従来よりも少なくなり、低コスト化を実現することができる。また、注射針20が生体に刺入されたか否かを検出するのに、シリンジ201内の圧力変動を検出するのではなく、圧力センサ102自体に掛かった圧力を検出している。このため、シリンジ201から漏れ出る空気による圧力変動に左右されることなく、注射針20が生体に刺入されたか否かを高精度に検出することができる。   In the injection needle insertion device 1 according to the present invention, it is not necessary to make the negative pressure inside the injection needle 20 and the inside of the device, so it is not necessary to provide a vacuum pump for making the negative pressure, and the entire device is smaller than the conventional device. Can be In addition, since there is no need to provide a vacuum pump, it is not necessary to inject a chemical into the connecting pipe that connects the vacuum pump and the liquid container, and the amount of the chemical to be prepared can be minimized, and an accurate amount can be obtained. You can administer a drug solution. Furthermore, since there is no connecting pipe connected to the syringe 201, for example, a connecting pipe that connects the vacuum pump and the liquid storage portion, the number of disposable parts is smaller than in the conventional case, and the cost can be reduced. Further, in order to detect whether or not the injection needle 20 has been inserted into the living body, the pressure applied to the pressure sensor 102 itself is detected, not the pressure fluctuation in the syringe 201. For this reason, it is possible to detect with high accuracy whether or not the injection needle 20 has been inserted into the living body without being influenced by the pressure fluctuation caused by the air leaking from the syringe 201.

すなわち、本発明によれば、装置の小型化・低コスト化をはかり、薬液を無駄にしないようにしつつ、血管内に針先が刺入されたことを高感度に検知することができる。   That is, according to the present invention, it is possible to detect with high sensitivity that the needle tip has been inserted into the blood vessel while reducing the size and cost of the apparatus and not wasting the chemical solution.

また、注射針20が刺入された場合に、注射針20において変位が最も大きい部分(他端部)に、圧力センサ102が配置されるため、圧力センサ102は注射針20の変位をより確実に検出することができる。さらに、シリンジ201などを廃棄する場合に、注射針20の他端部から圧力センサを取り外すことができるため、圧力センサ102を有効利用することができる。   In addition, when the injection needle 20 is inserted, the pressure sensor 102 is disposed at a portion (the other end portion) where the displacement is the largest in the injection needle 20, so that the pressure sensor 102 more reliably displaces the injection needle 20. Can be detected. Furthermore, since the pressure sensor can be removed from the other end of the injection needle 20 when the syringe 201 or the like is discarded, the pressure sensor 102 can be used effectively.

本発明による注射針刺入装置1では、検出された力の時間的変化が所定段階存在したことに基づいて移動部を停止させる。本発明によれば、注射針20に掛かる圧力変化が(1)皮膚に刺入される前の段階、(2)皮膚に刺入された段階、(3)血管に刺入された段階に主に対応することとなり、注射針20が血管に刺入されるまでの動きを確実に特定することができるため、血管内に針先が刺入されたことを高感度に検知することができる。   In the injection needle insertion device 1 according to the present invention, the moving unit is stopped based on the fact that the detected temporal change in the force exists at a predetermined stage. According to the present invention, the pressure change applied to the injection needle 20 is mainly in the stage (1) before being inserted into the skin, (2) the stage where it is inserted into the skin, and (3) the stage where it is inserted into the blood vessel. Since the movement until the injection needle 20 is inserted into the blood vessel can be reliably identified, it is possible to detect with high sensitivity that the needle tip has been inserted into the blood vessel.

なお、本実施形態による本発明の装置の用途としては、薬液投与だけでなく、採血であってもよい。その際は、ステップS5におけるピストン部40による加圧動作を、逆にピストン部40を引くことによる引圧動作として採血を行う。それにともなって、ステップS6は、採血完了の判断を行うことになる。   The application of the device of the present invention according to the present embodiment may be not only for drug solution administration but also for blood collection. At that time, blood is collected as the pressurizing operation by the piston portion 40 in step S5, on the contrary, by the pulling operation by pulling the piston portion 40. Accordingly, in step S6, the completion of blood collection is determined.

また、本実施形態によれば、注射針刺入装置の使用対象としては、動物に限らず、人間であってもよい。   Moreover, according to this embodiment, the usage target of the needle insertion device is not limited to animals, but may be humans.

(第二の実施形態)
第二の実施形態として、薬液投与実験を行う際の対照実験をおこなうために、本発明の装置により、8週齢Balb/cマウス尾部の静脈血管に対してPBSを注入する際の一連の動作について述べる。
(Second embodiment)
As a second embodiment, a series of operations when injecting PBS into the venous blood vessel of the tail of an 8-week-old Balb / c mouse by the apparatus of the present invention in order to perform a control experiment when conducting a drug administration experiment Is described.

はじめに、装置の構成を詳述する。注射針20はステンレス製で太さは22−27G、かつ内壁がヘパリン等の抗血液凝固剤によって血液凝固防止処理されたものを用いる。液収容部10には、PBSを内部に収容したプラスチック製のシリンジ201を用いる。力検出部30の検出要素には、ひずみセンサ103を用いる。   First, the configuration of the apparatus will be described in detail. The injection needle 20 is made of stainless steel, has a thickness of 22-27G, and has an inner wall that is anticoagulated with an anticoagulant such as heparin. The liquid container 10 uses a plastic syringe 201 containing PBS inside. A strain sensor 103 is used as a detection element of the force detection unit 30.

ひずみセンサ103は、図2(d)、(e)に示すように針元101を介して注射針20と接続される。もしくは図2(f)に示すように、注射針20と連結したシリンジ201と直接接続される。図9に示すように、ひずみセンサ103は、注射針20とシリンジ201が連結された後に接続され、一連の薬液投与動作完了後は、注射針20とシリンジ201から取り外される、着脱自在な構造となっている。以上の着脱に関する動作は、ひずみセンサ103を介した検体の汚染防止のため、無菌空間中で行うものとする。   The strain sensor 103 is connected to the injection needle 20 via the needle base 101 as shown in FIGS. Or as shown in FIG.2 (f), it connects directly with the syringe 201 connected with the injection needle 20. FIG. As shown in FIG. 9, the strain sensor 103 is connected after the injection needle 20 and the syringe 201 are connected, and is detachable from the injection needle 20 and the syringe 201 after a series of chemical solution administration operations is completed. It has become. The above-described operations related to attachment / detachment are performed in a sterile space in order to prevent contamination of the specimen via the strain sensor 103.

ひずみセンサ103は、注射針20の先端が受ける長手方向の力を微小変位として検出可能な微小変位検出部を2つ以上備えている。具体的には、図8に示すように、ひずみセンサ103は、微小変位検出部401、微小変位検出部402、微小変位検出部403、微小変位検出部404、これら4つの微小変位検出部が中空状の面内を4分割した形状で連結される構造をとる。4つの微小変位検出部が連結されたひずみセンサ103は、注射針20もしくは液収容部10に対して圧入し密着させることで、注射針にかかる力を検出できる構造となる。動作制御部60は、これら4つの微小変位検出部で検出された力のいずれかが所定置に到達したことに基づいて、移動部50を停止させる。もしくは、4つの微小変位検出部で検出された力の合算値が所定置に到達したことに基づいて、移動部50を停止させる。   The strain sensor 103 includes two or more micro displacement detectors that can detect a longitudinal force received by the tip of the injection needle 20 as a micro displacement. Specifically, as shown in FIG. 8, the strain sensor 103 includes a minute displacement detector 401, a minute displacement detector 402, a minute displacement detector 403, a minute displacement detector 404, and these four minute displacement detectors are hollow. It takes the structure connected in the shape which divided the in-plane into 4 parts. The strain sensor 103 to which the four minute displacement detection units are connected has a structure capable of detecting the force applied to the injection needle by being press-fitted and brought into close contact with the injection needle 20 or the liquid storage unit 10. The motion control unit 60 stops the moving unit 50 based on the fact that any of the forces detected by the four minute displacement detection units has reached a predetermined position. Alternatively, the moving unit 50 is stopped based on the fact that the sum of the forces detected by the four minute displacement detection units has reached a predetermined position.

また、これらの微小変位検出部は、注射針20にかかる力のノイズ成分検出除去システムも担っている。このノイズ成分除去のシステムについて、図10のフロー図を用いて説明する。まず薬液投与開始のために、注射針20が前進を開始する(ステップS201)。装置始動後、注射針20にかかる力が4つの微小変位検出部で検出され(ステップS202)、力検出部306において、各微小変位検出部からの出力信号が演算される(ステップS203)。ここで各信号の差分をとることにより、注射針20にかかるノイズ成分を除去する(ステップS204)。出力信号の演算結果によって血管が検出された後(ステップS205)、注射針20は停止し薬液投与を完了させる(ステップS206)。   These minute displacement detectors also serve as a noise component detection and removal system for the force applied to the injection needle 20. This noise component removal system will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the injection needle 20 starts to advance in order to start administration of the chemical solution (step S201). After starting the apparatus, the force applied to the injection needle 20 is detected by the four minute displacement detectors (step S202), and the force detector 306 calculates an output signal from each minute displacement detector (step S203). Here, the noise component applied to the injection needle 20 is removed by taking the difference between the signals (step S204). After the blood vessel is detected by the calculation result of the output signal (step S205), the injection needle 20 is stopped and the drug solution administration is completed (step S206).

次に、各要素間の信号伝達経路の構成について図6で説明し、装置の動作は薬液投与の操作を示すフロー図7により説明する。   Next, the configuration of the signal transmission path between each element will be described with reference to FIG.

まず、ひずみセンサ103の出力信号は、第一の配線301により動作制御部60に送られる。動作制御部60は、力検出部306と演算部307とピストン制御部308とX−Y−Zステージ制御部309により構成され、ひずみセンサ103の出力信号に基づいて、アクチュエーター203とX−Yステージ207とZステージ208およびZステージ209の動作を制御する。   First, the output signal of the strain sensor 103 is sent to the operation control unit 60 through the first wiring 301. The motion control unit 60 includes a force detection unit 306, a calculation unit 307, a piston control unit 308, and an XYZ stage control unit 309. Based on the output signal of the strain sensor 103, the actuator 203 and the XY stage. The operation of 207, the Z stage 208, and the Z stage 209 is controlled.

動作制御部60内のX−Y−Zステージ制御部309から送られる信号は、支持台206と基板210の相対位置を制御するX−Yステージ207と、Zステージ208およびZステージ209に伝えられることで、基板210に対する支持台206の位置および角度を変化させ、注射針20の皮膚および血管に対する入射角度を制御する。支持台206はその上に継ぎ手204および継ぎ手205を有する。継ぎ手204はPBSを内部に収容したシリンジ201およびピストン部40を支持し、継ぎ手205はピストン部40の動作を制御するアクチュエーター203を支持する。   A signal sent from the XYZ stage control unit 309 in the operation control unit 60 is transmitted to the XY stage 207 that controls the relative position between the support base 206 and the substrate 210, and the Z stage 208 and the Z stage 209. Thus, the position and angle of the support 206 with respect to the substrate 210 are changed, and the incident angle of the injection needle 20 with respect to the skin and blood vessels is controlled. The support platform 206 has a joint 204 and a joint 205 thereon. The joint 204 supports the syringe 201 and the piston part 40 in which PBS is housed, and the joint 205 supports the actuator 203 that controls the operation of the piston part 40.

本発明において、注射針20にかかるひずみ変化をモニターし静脈血管位置を判断することが最も重要であるので、この部分について詳述する。
まず、8週齢Balb/cマウスの足を下にして固定し、予め尾の太さを測っておく。この情報はステップS7において尾部内で注射針20が移動可能な限界距離として設定するために用いる。ここでは限界距離の設定を、注射針20の刺入位置における尾部断面の半径とし、その情報を予め動作制御部60の演算部307に与えておく。
In the present invention, it is most important to monitor the strain change applied to the injection needle 20 and determine the venous blood vessel position.
First, the 8-week-old Balb / c mouse is fixed with its legs down, and the thickness of the tail is measured in advance. This information is used in step S7 to set as a limit distance that the injection needle 20 can move within the tail. Here, the limit distance is set to the radius of the tail section at the insertion position of the injection needle 20, and the information is given in advance to the calculation unit 307 of the operation control unit 60.

尾静脈にPBSを投与するために、注射針20が前進を開始する(ステップS101)。装置始動後、ひずみセンサ103の出力信号は力検出部306に常時送られて測定される(ステップS102)。このとき注射針20の位置、および注射針20にかかるひずみは、図6のようになることがこれまでの実験で確認されているため、これらの情報を既知の情報として演算部307に予め与えておく。よって、力検出部306から演算部307に入力される情報、およびX−Y−Zステージ制御部309から演算部307に入力されるX−Yステージ207の位置の情報、これらを相互に比較することで、生体内での注射針20の先端の位置を正確に制御することができる。   In order to administer PBS to the tail vein, the injection needle 20 starts to advance (step S101). After the apparatus is started, the output signal of the strain sensor 103 is constantly sent to the force detection unit 306 and measured (step S102). At this time, the position of the injection needle 20 and the strain applied to the injection needle 20 have been confirmed by experiments so far as shown in FIG. 6, and thus these pieces of information are given in advance to the calculation unit 307 as known information. Keep it. Therefore, the information input from the force detection unit 306 to the calculation unit 307 and the information of the position of the XY stage 207 input from the XYZ stage control unit 309 to the calculation unit 307 are compared with each other. Thus, the position of the tip of the injection needle 20 in the living body can be accurately controlled.

注射針20は、力検出部306における信号がPc’からPcへ不連続に変化するまで(第1所定値)、X−Yステージ207により移動する。注射針20にかかるこのひずみ変化は、マウス尾部の皮膚に刺入する際に発生するものである。次に、注射針20はX−Yステージ207によりマウス尾部の皮下組織内を移動する。この区間において力検出部306が測定するひずみは、PcからPdへと一定の変化率を示す。やがて力検出部306が測定するひずみがPdからPeへと不連続に変化する箇所(第2所定値)が検出される(ステップS103)。この変化が所定期間継続していることによって、注射針20が静脈血管壁を越えたと演算部307において判断され、ただちに注射針20を停止する信号が、演算部307からX−Y−Zステージ制御部309を介してX−Yステージ207に送られ、注射針20の移動を停止する(ステップS104)。   The injection needle 20 is moved by the XY stage 207 until the signal in the force detection unit 306 changes discontinuously from Pc ′ to Pc (first predetermined value). This strain change applied to the injection needle 20 is generated when the skin of the mouse tail is inserted. Next, the injection needle 20 moves in the subcutaneous tissue of the mouse tail by the XY stage 207. The strain measured by the force detection unit 306 in this section shows a constant rate of change from Pc to Pd. Eventually, a location (second predetermined value) where the strain measured by the force detection unit 306 changes discontinuously from Pd to Pe is detected (step S103). When this change continues for a predetermined period, the calculation unit 307 determines that the injection needle 20 has crossed the venous blood vessel wall, and a signal for immediately stopping the injection needle 20 is sent from the calculation unit 307 to the XYZ stage control. It is sent to the XY stage 207 via the unit 309, and the movement of the injection needle 20 is stopped (step S104).

この位置で薬液投与動作を開始する(ステップS105)。まず、演算部307において、予め設定された投与量の情報をピストン部40の操作量に換算し、その信号をピストン制御部308に送る。ピストン制御部308に送られた信号は、アクチュエーター203を介してピストン部40の動作を長手方向に制御し、シリンジ201内の薬液を静脈血管内に注入する投与量を制御する。ピストン制御部308から演算部307に送りかえされてきた信号により、予め設定された投与量の投与が完了したと判断したら(ステップS106)、演算部307がX−Y−Zステージ制御部309に信号を与え、X−Yステージ207を初期位置まで後退させる(ステップS111)。このようにして、8週齢Balb/cマウス尾部の静脈血管に対してPBSを注入する一連の工程が終了する。   At this position, the chemical solution administration operation is started (step S105). First, in the calculation unit 307, information on a preset dose is converted into an operation amount of the piston unit 40, and the signal is sent to the piston control unit 308. The signal sent to the piston control unit 308 controls the operation of the piston unit 40 in the longitudinal direction via the actuator 203, and controls the dose for injecting the drug solution in the syringe 201 into the venous blood vessel. When it is determined that the administration of the preset dose has been completed based on the signal sent from the piston control unit 308 to the calculation unit 307 (step S106), the calculation unit 307 notifies the XYZ stage control unit 309. A signal is given, and the XY stage 207 is retracted to the initial position (step S111). In this way, a series of steps for injecting PBS into the venous blood vessel of the tail of an 8-week-old Balb / c mouse is completed.

しかし、前述の工程において、注射針20がX−Yステージ207によりマウス尾部の皮下組織内を移動する際に、演算部307がX−Y−Zステージ制御部309を介してX−Yステージ207に与えた、尾部内における注射針20の移動可能な限界距離を過ぎても、力検出部306から演算部307に入力される信号がPcからPdへと一定の変化率を示し続け、本来検出されるべきPdからPeへの不連続なひずみ変化(第2所定値)が検出されない場合がある。これは静脈血管近傍で微小な誤差により血管を捕らえられていないことを示している。この場合は、注射針20が限界距離まで移動しているかどうか演算部307において判断する(ステップS107)。   However, when the injection needle 20 is moved in the subcutaneous tissue of the mouse tail by the XY stage 207 in the above-described process, the calculation unit 307 performs the XY stage 207 via the XYZ stage control unit 309. The signal input from the force detection unit 306 to the calculation unit 307 continues to exhibit a constant rate of change from Pc to Pd even after the limit distance to which the injection needle 20 can move within the tail is given to In some cases, a discontinuous strain change (second predetermined value) from Pd to Pe is not detected. This indicates that the blood vessel is not captured by a minute error in the vicinity of the venous blood vessel. In this case, the calculation unit 307 determines whether or not the injection needle 20 has moved to the limit distance (step S107).

まだ限界に達していないときには、いったんマウス尾部から注射針20を引き抜くために、演算部307からの信号がX−Y−Zステージ制御部309を介してX−Yステージ207を初期位置まで移動させる。そして再度、力検出部306における信号がPc‘からPcへと不連続に変化するまで、注射針20がX−Yステージ207により移動するという一連の動作を実施する。もし限界距離に達しているときには、注射針20をX−Yステージ207により初期位置まで後退させ(ステップS108)、注射針20の皮膚および血管に対する入射角度θ、つまり注射針20が設置されている支持台206と基板210となす角度θを調節する。具体的には演算部307からX−Y−Zステージ制御部309を介して、Zステージ208に縮み、Zステージ209に伸びる動作をさせ、角度θを予め設定した値まで大きくする(ステップS109)。このとき、角度θが限界θmaxよりも小さければ、演算部307からX−Y−Zステージ制御部309を介してX−Yステージ207の移動を開始する(ステップS110)。そして再度、力検出部306において信号がPc‘からPcへと不連続に変化するまで、注射針20がX−Yステージ207により移動するという一連の動作を実施する。角度θが限界θmaxよりも大きければ、演算部307において薬液投与動作を中止する判断をし、X−Y−Zステージ制御部309を介してX−Yステージ207を初期位置まで後退することにより薬液投与動作を終了する(ステップS111)。   When the limit has not yet been reached, the signal from the calculation unit 307 moves the XY stage 207 to the initial position via the XYZ stage control unit 309 in order to withdraw the injection needle 20 from the mouse tail. . Then, a series of operations are performed in which the injection needle 20 is moved by the XY stage 207 until the signal in the force detection unit 306 changes discontinuously from Pc ′ to Pc. If the limit distance is reached, the injection needle 20 is retracted to the initial position by the XY stage 207 (step S108), and the incident angle θ of the injection needle 20 with respect to the skin and blood vessels, that is, the injection needle 20 is installed. An angle θ formed between the support 206 and the substrate 210 is adjusted. Specifically, the operation unit 307 is contracted to the Z stage 208 via the XYZ stage control unit 309, and the Z stage 209 is extended to increase the angle θ to a preset value (step S109). . At this time, if the angle θ is smaller than the limit θmax, the movement of the XY stage 207 is started from the calculation unit 307 via the XYZ stage control unit 309 (step S110). Then, a series of operations in which the injection needle 20 is moved by the XY stage 207 is performed again until the signal is discontinuously changed from Pc ′ to Pc in the force detection unit 306. If the angle θ is larger than the limit θmax, the calculation unit 307 determines to stop the chemical solution administration operation, and moves the XY stage 207 back to the initial position via the XYZ stage control unit 309 to thereby store the chemical solution. The administration operation is terminated (step S111).

なお、本実施形態による本装置の用途としては、薬液投与だけでなく、採血であってもよい。その際は、ステップS105におけるピストン部40による加圧動作を、逆にピストン部40を引くことによる引圧動作として採血を行う。それにともなって、ステップS106は、採血完了の判断を行うことになる。   In addition, as an application of this apparatus by this embodiment, not only chemical | medical solution administration but blood collection may be sufficient. In that case, blood is collected as the pressurizing operation by pulling the piston portion 40 in the pressurizing operation by the piston portion 40 in step S105. Accordingly, in step S106, it is determined whether blood collection is complete.

以上のように、本実施形態によれば、装置の小型化・低コスト化をはかりながら、第一の実施形態と同様の効果が得られる。   As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained while reducing the size and cost of the apparatus.

(第三の実施形態)
第三実施形態では、圧力センサ102の構成が第一の実施形態及び第二の実施形態の構成とは異なる。以下、第一の実施形態及び第二の実施形態の構成と共通する内容については省略する。
(Third embodiment)
In 3rd embodiment, the structure of the pressure sensor 102 differs from the structure of 1st embodiment and 2nd embodiment. Hereinafter, the contents common to the configurations of the first embodiment and the second embodiment will be omitted.

圧力センサ102は、注射針20の先端が受ける長手方向の力を微小変位として検出可能な微小変位検出部を2つ以上備えている。具体的には、図8に示すように、圧力センサ102は、微小変位検出部401、微小変位検出部402、微小変位検出部403、微小変位検出部404、これら4つの微小変位検出部が中空状の面内を4分割した形状で連結される構造をとる。4つの微小変位検出部が連結された圧力センサ102は、注射針20もしくは液収容部10に対して圧入し密着させることで、注射針にかかる力を検出できる構造となる。動作制御部60は、これら4つの微小変位検出部で検出された力のいずれかが所定置に到達したことに基づいて、移動部50を停止させる。もしくは、4つの微小変位検出部で検出された力の合算値が所定置に到達したことに基づいて、移動部50を停止させる。   The pressure sensor 102 includes two or more micro displacement detectors that can detect a longitudinal force received by the tip of the injection needle 20 as a micro displacement. Specifically, as shown in FIG. 8, the pressure sensor 102 includes a minute displacement detector 401, a minute displacement detector 402, a minute displacement detector 403, a minute displacement detector 404, and these four minute displacement detectors are hollow. It takes the structure connected in the shape which divided the in-plane into 4 parts. The pressure sensor 102 to which the four minute displacement detection units are connected has a structure capable of detecting the force applied to the injection needle by press-fitting and closely contacting the injection needle 20 or the liquid storage unit 10. The motion control unit 60 stops the moving unit 50 based on the fact that any of the forces detected by the four minute displacement detection units has reached a predetermined position. Alternatively, the moving unit 50 is stopped based on the fact that the sum of the forces detected by the four minute displacement detection units has reached a predetermined position.

なお、これらの微小変位検出部は、注射針20にかかる力のノイズ成分検出除去システムも担ってもよい。このノイズ成分除去のシステムについて、図10のフロー図を用いて説明する。まず薬液投与開始のために、注射針20が前進を開始する(ステップS201)。装置始動後、注射針20にかかる力が4つの微小変位検出部で検出され(ステップS202)、力検出部306において、各微小変位検出部からの出力信号が演算される(ステップS203)。ここで各信号の差分をとることにより、注射針20にかかるノイズ成分を除去する(ステップS204)。出力信号の演算結果によって血管が検出された後(ステップS205)、注射針20は停止し薬液投与を完了させる(ステップS206)。   These minute displacement detection units may also serve as a noise component detection / removal system for the force applied to the injection needle 20. This noise component removal system will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the injection needle 20 starts to advance in order to start administration of the chemical solution (step S201). After starting the apparatus, the force applied to the injection needle 20 is detected by the four minute displacement detectors (step S202), and the force detector 306 calculates an output signal from each minute displacement detector (step S203). Here, the noise component applied to the injection needle 20 is removed by taking the difference between the signals (step S204). After the blood vessel is detected by the calculation result of the output signal (step S205), the injection needle 20 is stopped and the drug solution administration is completed (step S206).

なお、本実施形態では、微小変位検出部は4つ備えられているが、これに限定されないのは勿論のことである。具体的には、微小変位検出部は2つ備えられていてもよい。また、微小変位検出部は、他の微小変位検出部と組み合わさればよく、偶数個備えられているのが望ましい。   In the present embodiment, four micro displacement detectors are provided, but the present invention is not limited to this. Specifically, two minute displacement detectors may be provided. The minute displacement detection unit may be combined with other minute displacement detection units, and it is desirable that an even number of minute displacement detection units be provided.

本発明に係る注射針刺入装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a needle insertion device according to the present invention. 本発明に係る力検出部及びその周辺を示す図である。It is a figure which shows the force detection part which concerns on this invention, and its periphery. 本発明に係る注射針刺入装置の内部構成図である。It is an internal block diagram of the injection needle insertion apparatus which concerns on this invention. 注射針位置および注射針にかかる圧力の時間的変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the pressure concerning an injection needle position and an injection needle. 本発明に係る注射針刺入装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the injection needle insertion apparatus which concerns on this invention. 注射針位置および注射針にかかるひずみの時間的変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the distortion concerning an injection needle position and an injection needle. 本発明に係る注射針刺入装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the injection needle insertion apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る力検出部が微小変位検出部から構成されることを示す図である。It is a figure which shows that the force detection part which concerns on this invention is comprised from a micro displacement detection part. 本発明に係る力検出部の着脱操作を示す図である。It is a figure which shows attachment / detachment operation | movement of the force detection part which concerns on this invention. 微小変位検出部によるノイズ成分除去システムのフローチャート図である。It is a flowchart figure of the noise component removal system by a minute displacement detection part.

符号の説明Explanation of symbols

10 液収容部
20 注射針
30 力検出部
40 ピストン部
50 移動部
60 動作制御部
101 針元
102 圧力センサ
103 ひずみセンサ
104 針管
201 シリンジ
202 継ぎ手
203 アクチュエーター
204 継ぎ手
205 継ぎ手
206 支持台
207 X−Yステージ
208 Zステージ
209 Zステージ
210 基板
301 配線
302 配線
303 配線
304 配線
306 力検出部
307 演算部
308 ピストン制御部
309 X−Y−Zステージ制御部
401 微小変位検出部
402 微小変位検出部
403 微小変位検出部
404 微小変位検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Liquid storage part 20 Injection needle 30 Force detection part 40 Piston part 50 Movement part 60 Operation control part 101 Needle base 102 Pressure sensor 103 Strain sensor 104 Needle pipe 201 Syringe 202 Joint 203 Actuator 204 Joint 205 Joint 206 Support stand 207 XY stage 208 Z stage 209 Z stage 210 Substrate 301 Wiring 302 Wiring 303 Wiring 304 Wiring 306 Force detection unit 307 Calculation unit 308 Piston control unit 309 XYZ stage control unit 401 Micro displacement detection unit 402 Micro displacement detection unit 403 Micro displacement detection Section 404 Minute displacement detector

Claims (10)

液収容部と、
前記液収容部の一端側に配置され、生体に刺入させられる注射針と、
前記注射針にかかる力を検出する力検出部と、
前記液収容部内に備えられたピストン部と、
前記液収容部の長さ方向に沿って前記ピストン部を移動させる移動部と、
前記注射針が刺入させられる方向に前記移動部を移動させた後に、検出された前記力の大きさが所定値に到達したことに基づいて、前記移動部を停止させる動作制御部と
を備えることを特徴とする注射針刺入装置。
A liquid container;
An injection needle that is disposed on one end side of the liquid container and is inserted into a living body;
A force detector for detecting a force applied to the injection needle;
A piston part provided in the liquid storage part;
A moving part for moving the piston part along the length direction of the liquid container;
An operation control unit that stops the moving unit based on the fact that the magnitude of the detected force reaches a predetermined value after moving the moving unit in a direction in which the injection needle is inserted. A needle insertion device characterized by that.
前記注射針は、前記生体に刺入させられる一端部とは逆側の他端部を有し、
前記力検出部は、前記他端部に備えられていることを特徴とする請求項1記載の注射針刺入装置。
The injection needle has the other end opposite to the one end inserted into the living body,
The injection needle insertion device according to claim 1, wherein the force detection unit is provided at the other end.
前記力検出部は、前記注射針に対して着脱自在であることを特徴とする請求項2記載の注射針刺入装置。   The injection needle insertion device according to claim 2, wherein the force detection unit is detachable from the injection needle. 前記力検出部は、前記液収容部に備えられていることを特徴とする請求項1記載の注射針刺入装置。   The injection needle insertion device according to claim 1, wherein the force detection unit is provided in the liquid storage unit. 前記力検出部は、前記液収容部に対して着脱自在であることを特徴とする請求項4記載の注射針刺入装置。   The injection needle insertion device according to claim 4, wherein the force detection unit is detachable from the liquid storage unit. 前記力検出部は、前記注射針もしくは前記液収容部が圧入させられる中空部を有することを特徴とする請求項3又は請求項5のいずれかに記載の注射針刺入装置。   6. The injection needle insertion device according to claim 3, wherein the force detection unit includes a hollow part into which the injection needle or the liquid storage unit is press-fitted. 前記力検出部は、少なくとも2つの微小変位検出部を備え、
前記動作制御部は、前記微小変位検出部によって検出された力のいずれかが所定値に到達したことに基づいて、前記移動部を停止させることを特徴とする請求項1に記載の注射針刺入装置。
The force detection unit includes at least two minute displacement detection units,
2. The injection needle stick according to claim 1, wherein the motion control unit stops the moving unit based on a fact that any of the forces detected by the minute displacement detection unit has reached a predetermined value. Input device.
前記力検出部は、少なくとも2つの微小変位検出部を備え、
前記動作制御部は、前記微小変位検出部のそれぞれによって検出された力の合算値が所定値に到達したことに基づいて、前記移動部を停止させることを特徴とする請求項1に記載の注射針刺入装置。
The force detection unit includes at least two minute displacement detection units,
2. The injection according to claim 1, wherein the motion control unit stops the moving unit based on a sum of force values detected by the minute displacement detection units reaching a predetermined value. Needle insertion device.
液収容部と、
前記液収容部の一端側に配置され、生体に刺入させられる注射針と、
前記注射針に対して外部からかかる力を検出する力検出部と、
前記液収容部内に備えられたピストン部と、
前記液収容部の長さ方向に沿って前記ピストン部を移動させる移動部と、
前記注射針が刺入させられる方向に前記移動部を移動させた後に、検出された前記力の大きさの時間的変化が検出されたことに基づいて、前記移動部を停止させる動作制御部と
を備えることを特徴とする注射針刺入装置。
A liquid container;
An injection needle disposed on one end side of the liquid container and inserted into a living body;
A force detection unit for detecting a force applied from the outside to the injection needle;
A piston portion provided in the liquid storage portion;
A moving part for moving the piston part along the length direction of the liquid container;
An operation control unit for stopping the moving unit based on detection of a temporal change in the magnitude of the detected force after moving the moving unit in a direction in which the injection needle is inserted; and A needle insertion device characterized by comprising:
前記動作制御部は、検出された前記力の大きさが第1所定値に達した後に、前記第1所定値よりも低い第2所定値を基準とする所定許容範囲において前記力が所定期間継続している場合には、前記移動部を介して前記ピストン部を停止させることを特徴とする請求項1記載の注射針刺入装置。   The operation control unit continues the force for a predetermined period within a predetermined allowable range based on a second predetermined value lower than the first predetermined value after the detected magnitude of the force reaches a first predetermined value. The injection needle insertion device according to claim 1, wherein when it is, the piston portion is stopped via the moving portion.
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