JP2015502785A - Precision flow control in drug pump device - Google Patents

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Abstract

薬剤ポンプデバイスを用いた薬剤送達の精度は、高い流動抵抗およびポンプ圧力でのポンプ動作、圧力軽減機構、およびポンプ制御のためのセンサベースのフィードバックの組み合わせによって向上させられ得る。本発明は、種々の実施形態では、正確な基底および/またはボーラス送達を促進する制御機構を伴う電解駆動型薬剤ポンプデバイスを提供する。いくつかの実施形態では、電解チャンバの中で生成されるポンプ圧力は、ポンプ圧力および/または液体薬剤の流速の示度値に基づいて電解速度を調整する、フィードバックループによって制御される。The accuracy of drug delivery using a drug pump device can be improved by a combination of pumping at high flow resistance and pump pressure, a pressure relief mechanism, and sensor-based feedback for pump control. The present invention, in various embodiments, provides an electrolysis-driven drug pump device with a control mechanism that facilitates accurate basal and / or bolus delivery. In some embodiments, the pump pressure generated in the electrolysis chamber is controlled by a feedback loop that adjusts the electrolysis rate based on the pump pressure and / or the liquid drug flow rate reading.

Description

(関連出願の引用)
本願は、2011年11月18日に出願された、米国仮特許出願第61/561,565号の優先権およびその利益を主張するものであり、該仮出願の全体は、参照により本明細書中に援用される。
(Citation of related application)
This application claims the priority and benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 561,565, filed Nov. 18, 2011, which is hereby incorporated by reference in its entirety. Incorporated inside.

本発明は、概して、薬剤ポンプデバイスに関し、種々の実施形態では、電解駆動型ピストンポンプデバイスに関する。   The present invention relates generally to drug pump devices, and in various embodiments, to electro-driven piston pump devices.

多くの疾患の治療は、定期的な皮下皮膚注射を必要とする。例えば、糖尿病患者は、毎食後のインスリン注射、加えて、連続的に投与される低「基底」インスリン率を必要とし得る。頻繁または連続的な薬剤送達に現在使用されている主要な技術は、シリンジ、事前充填されたペン型注射器、および患者によって充填される携帯用薬剤ポンプデバイスである。これらの技術のそれぞれには問題がある。例えば、シリンジは、十分に訓練を受けた熟練の個人(例えば、医療専門家)によって充填されない限り、充填プロセス中に容易に気泡を閉じ込め、患者の安全性に危険を及ぼす。さらに、ある治療は、1mlよりも多くの注射量を必要とし、例えば、タンパク質が高濃度で沈殿するため、タンパク質溶液は、多くの場合、高い濃度で製剤化することができず、代わりに、大量の注射を必要とする。しかしながら、シリンジ等を用いて高流速で注射されたときに、1ml以上が疼痛および腫脹を引き起こし得るため、多注射量は、概して、シリンジの使用を不可能にする。事前充填されたペン型注射器は、プライミングプロセスを患者にとって単純にするため、事前充填された気泡を含まないガラスカートリッジを使用して、正確な手動インスリン投与を促進するという点で、有利である。しかしながら、注射が手動で行われるため、不十分な患者コンプライアンス(例えば、不適切な注射タイミングおよび/または投与処方に従うことができない)が、主要な懸案事項である。   The treatment of many diseases requires regular subcutaneous skin injections. For example, diabetic patients may require post-meal insulin injections, as well as a low “basal” insulin rate administered continuously. The main technologies currently used for frequent or continuous drug delivery are syringes, prefilled pen injectors, and portable drug pump devices that are filled by the patient. Each of these technologies has problems. For example, a syringe will easily trap air bubbles during the filling process unless it is filled by a well-trained and skilled individual (eg, a medical professional) and pose a risk to patient safety. In addition, certain treatments require injection volumes greater than 1 ml, for example, protein precipitates at high concentrations, so protein solutions often cannot be formulated at high concentrations, instead Requires large injections. However, multiple injection volumes generally make it impossible to use a syringe, as more than 1 ml can cause pain and swelling when injected at a high flow rate using a syringe or the like. A pre-filled pen syringe is advantageous in that it uses a pre-filled bubble-free glass cartridge to facilitate accurate manual insulin administration to simplify the priming process for the patient. However, poor patient compliance (eg, inability to follow improper injection timing and / or dosing regimens) is a major concern since injections are performed manually.

携帯用薬剤ポンプデバイスは、完全に制御された薬剤送達を提供することができ、したがって、患者コンプライアンスがはるかに向上させられる。注射回数の減少(例えば、3日ごとに1回)およびプログラム可能な投与スケジュールが、患者の生活の質を大幅に増進させ得る。加えて、シャワー、睡眠、および運動等の毎日の活動に干渉することなく、患者の皮膚に取り付けることができる、薄型ポンプ外形を伴うパッチポンプの形態において、多くの携帯用ポンプデバイスが提供される。制御可能なポンプデバイスはさらに、シリンジおよびペン型注射器よりも遅い速度で薬剤を送達し、それによって、局所組織に不快感または損傷を引き起こすことなく、より大量の流体(例えば、1〜10ml)の注射を促進することができ、これは、粘性薬剤溶液(例えば、35cSt以上の粘度を伴う)に特に重要である。しかしながら、これらのポンプは、典型的には、患者によって充填されるため、プライミング手技中に危険が生じる。不適切に準備された貯留部は、大きな気泡を含有し、ポンプに多くの空気を皮下組織へ注射させ得、重篤な安全性の問題となる。また、市販のインスリンポンプを含む、多くの携帯用薬剤ポンプデバイスは、ステッピングモータ(または歯車を回転させるための類似構成要素)によって駆動される。ステッピングモータは、それらの正確な回転ピッチ制御で知られているが、それらの運動は、連続的ではなく、離散的である。したがって、ステッピングモータによって提供される基底送達流も離散的である。例えば、インスリンの典型的な投薬計画である、5〜5000nl/分の範囲内の基底速度は、毎時1回の送達から毎時1000回の送達の間の速度にて離散的な5nl送達で、多くのシステムによって達成される。この不連続薬剤送達は、ステッピングモータ駆動型インスリンポンプの主要な制限である。   The portable drug pump device can provide fully controlled drug delivery, thus greatly improving patient compliance. A reduction in the number of injections (eg, once every 3 days) and a programmable dosing schedule can greatly improve the patient's quality of life. In addition, many portable pump devices are provided in the form of patch pumps with a low profile pump profile that can be attached to a patient's skin without interfering with daily activities such as showering, sleeping, and exercising. . The controllable pump device further delivers a drug at a slower rate than syringes and pen injectors, thereby allowing a larger volume of fluid (eg, 1-10 ml) without causing discomfort or damage to the local tissue. Injection can be facilitated, which is particularly important for viscous drug solutions (eg, with viscosities of 35 cSt or greater). However, these pumps are typically filled by the patient, creating a danger during the priming procedure. Improperly prepared reservoirs contain large bubbles and can cause the pump to inject a lot of air into the subcutaneous tissue, which is a serious safety issue. Also, many portable drug pump devices, including commercially available insulin pumps, are driven by a stepper motor (or similar component for rotating gears). Stepping motors are known for their precise rotational pitch control, but their motion is discrete rather than continuous. Thus, the basal delivery flow provided by the stepper motor is also discrete. For example, a basal rate within the range of 5 to 5000 nl / min, a typical dosing schedule for insulin, is much higher with discrete 5 nl delivery at a rate between 1 delivery per hour and 1000 delivery per hour Achieved by the system. This discontinuous drug delivery is a major limitation of stepper motor driven insulin pumps.

ペン型注射構成の事前充填されたガラス(またはポリマー)バイアルを利用する、最近開発された電解駆動型ピストンポンプデバイスは、従来技術と関連付けられる問題の多くを解決する。それらは、プログラムされた速度で着実な連続薬剤流を促進し、患者コンプライアンスの問題を回避する。加えて、事前充填されたバイアルの使用は、患者が薬剤貯留部を充填する必要性を未然に防ぎ、ポンプをより使いやすくし、不適切な充填による薬剤漏出、および患者の皮下組織への微粒子または異物の導入の危険性を排除する。しかしながら、制御された正確な薬剤送達を提供することが、依然として、薬剤貯留部としてガラスバイアルを利用するポンプの課題のままである。この課題は、大部分がガラスバイアルとバイアルから薬剤を駆出するピストンまたはプランジャとの間の可変静摩擦/摩擦力から生じる。結果として生じる不安定な流動抵抗は、薬剤流を制御し難くする。これは、一定の駆動圧力にもかかわらず、基底薬剤送達に様々な流速を被らせる傾向があり、1つのボーラスから次のボーラスへのボーラス送達を予測不可能にし得る。したがって、基底およびボーラス送達の両方のために一定の正確で予測可能な薬剤投与量を確保するように、改良型流量制御方式および機構の必要性がある。   Recently developed electro-driven piston pump devices that utilize pre-filled glass (or polymer) vials in a pen injection configuration solve many of the problems associated with the prior art. They promote steady continuous drug flow at programmed rates and avoid patient compliance issues. In addition, the use of prefilled vials obviates the need for the patient to fill the drug reservoir, makes the pump easier to use, drug leakage due to improper filling, and particulates into the patient's subcutaneous tissue Or eliminate the risk of introducing foreign matter. However, providing controlled and accurate drug delivery remains a challenge for pumps that utilize glass vials as drug reservoirs. This challenge arises largely from the variable static friction / friction force between the glass vial and the piston or plunger that ejects the drug from the vial. The resulting unstable flow resistance makes it difficult to control drug flow. This tends to subject the basal drug delivery to varying flow rates, despite the constant driving pressure, and can make bolus delivery from one bolus to the next bolus unpredictable. Thus, there is a need for an improved flow control scheme and mechanism to ensure a constant and accurate and predictable drug dosage for both basal and bolus delivery.

本発明は、種々の実施形態では、正確な基底および/またはボーラス送達を促進する制御機構を伴う電解駆動型薬剤ポンプデバイスを提供する。いくつかの実施形態では、電解チャンバの中で生成されるポンプ圧力は、ポンプ圧力および/または液体薬剤の流速の示度値に基づいて電解速度を調整する、フィードバックループによって制御される。送達速度へのポンプ条件(摩擦力の変動等)の突然の変化の影響を低減させるために、本デバイスは、薬剤貯留部から下流に、流動抵抗がデバイスの全体的な流動抵抗を支配する、流量制限器を含んでもよく、例えば、(例えば、50μm未満の)小さい内径を伴うカニューレ、針、または他の出口部材が、流量制限器としての機能を果たしてもよく、または流量制限器は、例えば、出口部材の上流に位置する、別個の構成要素であってもよい。さらに、高い流動抵抗にもかかわらず、所望の流速(例えば、400〜5000nl/分)を達成するために、ポンプは、高駆動圧力(例えば、5psiを超え、200psiほども大きい圧力)で操作されてもよい。有利には、高圧動作計画内において、ポンプ圧力および流速は、広範囲にわたって正比例し、デバイスの流動抵抗の知識と併せてポンプ圧力の示度値に基づいて、流速が正確かつ精密に制御される(例えば、特定の一定値で維持される)ことを可能にする。   The present invention, in various embodiments, provides an electrolysis-driven drug pump device with a control mechanism that facilitates accurate basal and / or bolus delivery. In some embodiments, the pump pressure generated in the electrolysis chamber is controlled by a feedback loop that adjusts the electrolysis rate based on the pump pressure and / or the liquid drug flow rate reading. To reduce the impact of sudden changes in pump conditions (such as fluctuations in frictional force) on the delivery rate, the device has a flow resistance that dominates the overall flow resistance of the device downstream from the drug reservoir, A flow restrictor may be included, for example, a cannula, needle, or other outlet member with a small inner diameter (eg, less than 50 μm) may serve as a flow restrictor, or the flow restrictor may be, for example, May be a separate component located upstream of the outlet member. Further, in order to achieve the desired flow rate (eg, 400-5000 nl / min) despite the high flow resistance, the pump is operated at a high driving pressure (eg, greater than 5 psi and as great as 200 psi). May be. Advantageously, within the high pressure operating plan, the pump pressure and flow rate are directly proportional over a wide range, and the flow rate is accurately and precisely controlled based on the reading value of the pump pressure in conjunction with the knowledge of device flow resistance ( E.g., maintained at a certain constant value).

流速制御のさらに高い精度およびセンサ冗長性を通した増進した安全性のために、流量センサが圧力センサと組み合わせて使用されてもよく、測定された流速と測定された圧力から計算される流速との間の比較を促進する。2つの間の相違の場合、例えば、ポンプ動作を停止するように、安全プロトコルが開始されてもよい。代替として、いくつかの実施形態では、測定された流速は、計算された流速の特定限界内である限り、ポンプ制御に使用され、そうでなければ、測定された流速は、誤っていると考えられ、計算された流速が制御パラメータとして代入される。   For increased accuracy through flow rate control and increased safety through sensor redundancy, flow sensors may be used in combination with pressure sensors, and the flow rate calculated from the measured flow rate and the measured pressure Promote comparison between. In case of a difference between the two, a safety protocol may be initiated, for example, to stop pumping. Alternatively, in some embodiments, the measured flow rate is used for pump control as long as it is within the specified limits of the calculated flow rate; otherwise, the measured flow rate is considered incorrect. And the calculated flow velocity is substituted as a control parameter.

ボーラス送達を達成するために、流出カニューレ、針、または他の出口部材の中の流量センサが、患者に送達される薬剤のリアルタイム流速を監視するために使用されてもよい。このリアルタイム流速信号は、累積的に送達された薬剤量を計算するように、電子的に積分することができる。量が標的ボーラス量に達すると、ポンプの中の制御回路がポンプへの電力を遮断し、電解が瞬時に停止する。しかしながら、さらなる対策がないと、ポンプチャンバの中の蓄積電解ガスが、薬剤送達を駆動する圧力を及ぼし続けるであろう。この圧力を軽減し、不要な追加流動を防止するために、種々のポンプの実施形態は、例えば、電解ガスの再結合を引き起こす、圧力軽減機構を含む。この機構は、連続的に作用してもよく、能動ポンプ動作中に電解に不利に働き、いったんポンプが動作停止させられると、圧力降下を加速する。代替として、圧力軽減機構は、単純にオンおよびオフ状態の間で、あるいは標的レベルまたは連続範囲内において、終末圧力との完全もしくは部分ガス再結合を可変的に達成するように、いずれかで制御可能であり得る。背景基底送達を伴わない単一のボーラス送達のために、圧力軽減機構は、好ましくは、ポンプが動作停止させられたときに、駆動圧力を完全に軽減し、ポンプに送達を停止させるように操作される。一方で、背景基底送達を伴うボーラス送達のために、制御回路は、好ましくは、ポンプ電力を遮断し、背景基底送達のための駆動圧力に達するまで、ポンプチャンバ内の圧力を低減させるように圧力軽減機構を制御する。この送達シナリオでは、流速が迅速に降下し、背景基底速度にとどまる。   To achieve bolus delivery, a flow sensor in the outflow cannula, needle, or other outlet member may be used to monitor the real-time flow rate of the drug delivered to the patient. This real-time flow rate signal can be integrated electronically to calculate the cumulatively delivered drug amount. When the volume reaches the target bolus volume, the control circuit in the pump shuts off the power to the pump and the electrolysis stops instantaneously. However, without further measures, the accumulated electrolytic gas in the pump chamber will continue to exert pressure to drive drug delivery. In order to relieve this pressure and prevent unnecessary additional flow, various pump embodiments include, for example, a pressure relief mechanism that causes recombination of the electrolytic gas. This mechanism may work continuously, disadvantageous to electrolysis during active pump operation, and accelerates the pressure drop once the pump is deactivated. Alternatively, the pressure relief mechanism can be controlled either simply to variably achieve full or partial gas recombination with the end pressure between on and off states, or within a target level or continuous range. It may be possible. For single bolus delivery without background basal delivery, the pressure relief mechanism is preferably operated to completely reduce the drive pressure and cause the pump to stop delivery when the pump is deactivated. Is done. On the other hand, for bolus delivery with background basal delivery, the control circuit preferably shuts off the pump power and reduces the pressure in the pump chamber until the driving pressure for background basal delivery is reached. Control the mitigation mechanism. In this delivery scenario, the flow rate drops rapidly and stays at the background basal rate.

本明細書で使用されるような「流量センサ」は、直接的に、または流速と既知の関係を有する別の物理的分量を介して間接的にのいずれかで流速を測定する任意のセンサである。例えば、圧力センサは、(以下でさらに詳細に説明されるように)流動抵抗が把握されていることを前提として、流速を圧力示度値から計算することができるという点で、流量センサとして機能してもよい。明確にするため、流速を直接測定する流量センサは、本明細書では「直接測定流量センサ」と呼ばれる。   A “flow sensor” as used herein is any sensor that measures flow rate either directly or indirectly through another physical quantity that has a known relationship with the flow rate. is there. For example, the pressure sensor functions as a flow sensor in that the flow velocity can be calculated from the pressure reading value, assuming that the flow resistance is known (as will be explained in more detail below). May be. For clarity, a flow sensor that directly measures the flow rate is referred to herein as a “direct measurement flow sensor”.

したがって、一側面では、本発明は、薬剤貯留部と、貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、出口部材を通る流体流量を制限するための流量制限器と、介在変位部材(例えば、ピストンまたはダイヤフラム)を介して薬剤貯留部と機械的に連通しているポンプチャンバを有する、電解ポンプと、ポンプチャンバ内で圧力を生成して、出口部材に向かって変位部材を駆動し、それによって、貯留部から出口部材を通して流体を押勢するようにポンプを操作するための制御回路とを含む、高圧薬剤ポンプデバイスを提供する。流量抵抗器は、少なくとも10μl−1の流動抵抗係数(流体の粘度で割った流動抵抗として以下でさらに定義される)を有する。電解ポンプは、動作可能であり、制御回路は、ポンプを操作して、少なくとも2psi、好ましくは、少なくとも5psiの圧力を変位部材に及ぼすように構成される。したがって、回路および流量制限器は、約400nl/分から約5μl/分の範囲内の一定の流速で出口部材を通る連続流体流動を引き起こすように協働する。 Thus, in one aspect, the invention comprises a drug reservoir, an outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site, a flow restrictor for limiting the fluid flow rate through the outlet member, and an intervening An electrolytic pump having a pump chamber in mechanical communication with a drug reservoir via a displacement member (e.g., a piston or diaphragm); and generating pressure in the pump chamber to move the displacement member toward the outlet member And a control circuit for operating the pump to drive and thereby force fluid from the reservoir through the outlet member. The flow resistor has a flow resistance coefficient (further defined below as flow resistance divided by fluid viscosity) of at least 10 6 μl −1 . The electrolytic pump is operable and the control circuit is configured to operate the pump to exert a pressure of at least 2 psi, preferably at least 5 psi on the displacement member. Thus, the circuit and flow restrictor cooperate to cause continuous fluid flow through the outlet member at a constant flow rate in the range of about 400 nl / min to about 5 μl / min.

いくつかの実施形態では、ポンプは、少なくとも10psi、少なくとも50psi、少なくとも100psi、または少なくとも200psiの圧力を及ぼすように動作可能である。流量制限器は、100μmを超えない、または好ましくは、50μmを超えない最小内径を有してもよい。その長さは、約1cmから約15cmの範囲内であってもよい。いくつかの実施形態では、出口部材は、流量制限器を含む。他の実施形態では、流量制限器は、(例えば、針またはカニューレであり得る)出口部材に接続される別個の構成要素である。流量制限器の流動抵抗係数は、ポンプ圧力と出口部材を通る流体流速との間に実質的に線形の関係をもたらす範囲内であってもよい。   In some embodiments, the pump is operable to exert a pressure of at least 10 psi, at least 50 psi, at least 100 psi, or at least 200 psi. The flow restrictor may have a minimum inner diameter that does not exceed 100 μm, or preferably does not exceed 50 μm. Its length may be in the range of about 1 cm to about 15 cm. In some embodiments, the outlet member includes a flow restrictor. In other embodiments, the flow restrictor is a separate component connected to the outlet member (which can be, for example, a needle or cannula). The flow restrictor coefficient of the flow restrictor may be within a range that provides a substantially linear relationship between pump pressure and fluid flow rate through the outlet member.

薬剤ポンプデバイスはさらに、その中の圧力を測定するためにポンプチャンバ内に配置される圧力センサ、および/または出口部材内に配置される流量センサを含んでもよい。ポンプを操作するための回路は、一定の特定流速で流体流動を引き起こすように標的流速で流体流動を引き起こすよう、標的圧力または標的流速との測定された圧力または流速の比較に基づいて、電解用電極に供給される電解電流を調整するように構成されてもよい。ある実施形態では、ポンプは、圧力および流量センサの両方を含み、回路は、測定された圧力から流速を計算し、計算された流速を測定された流速と比較し、2つの間の相違に応じて、測定または計算された流速のいずれか一方に基づいて、電極に供給される電解電流を調整するように構成される。例えば、測定された流速が、計算された流速の5%以内であれば、ポンプは、測定された流速に基づいて電解電流を調整してもよく、そうでなければ、計算された流速に基づいて現在の調整を行ってもよい。この調停方式は、標的流速で出口部材を通る連続流体流動を引き起こす圧力を生成するようにポンプを操作する働きをする。   The drug pump device may further include a pressure sensor disposed in the pump chamber to measure pressure therein and / or a flow sensor disposed in the outlet member. The circuit for operating the pump is based on a comparison of the measured pressure or flow rate with the target pressure or target flow rate to cause fluid flow at the target flow rate to cause fluid flow at a constant specific flow rate. It may be configured to adjust the electrolysis current supplied to the electrodes. In certain embodiments, the pump includes both a pressure and a flow sensor, and the circuit calculates a flow rate from the measured pressure, compares the calculated flow rate with the measured flow rate, and responds to the difference between the two. And configured to adjust the electrolysis current supplied to the electrode based on either the measured or calculated flow rate. For example, if the measured flow rate is within 5% of the calculated flow rate, the pump may adjust the electrolysis current based on the measured flow rate, otherwise, based on the calculated flow rate. Current adjustments may be made. This arbitration scheme serves to operate the pump to produce a pressure that causes continuous fluid flow through the outlet member at the target flow rate.

ある実施形態では、本デバイスの薬剤貯留部は、バイアルの内側に形成され、変位部材は、バイアル内に移動可能に配置されるピストンを含む。電解ポンプは、バイアルの端部に搭載され、ピストンと電子機器モジュールとの間にポンプチャンバを形成する、電子機器モジュールを含んでもよい。ポンプチャンバは、バイアルの周縁の上、および電子機器モジュールの円周方向陥凹内に位置するOリングを使用して、電子機器モジュールによって形成される壁において密閉されてもよい。電子機器モジュールは、可撤性であり、かつ別個の薬剤ポンプデバイスの中で再利用可能であり得る。   In certain embodiments, the drug reservoir of the device is formed inside the vial and the displacement member includes a piston movably disposed within the vial. The electrolytic pump may include an electronics module that is mounted at the end of the vial and forms a pump chamber between the piston and the electronics module. The pump chamber may be sealed in the wall formed by the electronics module using an O-ring located on the periphery of the vial and in the circumferential recess of the electronics module. The electronics module may be removable and reusable in a separate drug pump device.

別の側面では、本発明は、薬剤貯留部と、貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、介在変位部材(例えば、ピストンまたはダイヤフラム等)を介して薬剤貯留部と機械的に連通しているポンプチャンバを含む、電解ポンプと、その中の圧力を測定するためにポンプチャンバ内に配置される圧力センサと、それを通る流体流速を測定するために出口部材内に配置される直接測定流量センサと、制御回路とを含む、薬剤ポンプデバイスを対象とする。電解ポンプは、圧力を及ぼして、出口部材に向かって変位部材を駆動し、それによって、薬剤貯留部の中でそれを通して流体を押勢するように動作可能である。制御回路は、センサ示度値に基づいて電解用電極に供給される電解電流を調整し、それは、測定された圧力から流速を計算し、計算された流速を測定された流速と比較し、計算された流速の5%以内であれば測定された流速に基づいて、そうでなければ計算された流速に基づいて、電極に供給される電解電流を調整するように構成される。それによって、ポンプは、標的流速で出口部材を通る連続流体流動を引き起こす圧力を生成するように操作される。   In another aspect, the present invention provides a drug reservoir, an outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site, and a drug reservoir via an intervening displacement member (eg, a piston or a diaphragm). An electrolytic pump, including a pump chamber in mechanical communication, a pressure sensor disposed within the pump chamber for measuring pressure therein, and an outlet member for measuring fluid flow rate therethrough It is directed to a drug pump device that includes a direct measurement flow sensor disposed and a control circuit. The electrolytic pump is operable to exert pressure to drive the displacement member toward the outlet member, thereby urging the fluid therethrough in the drug reservoir. The control circuit adjusts the electrolysis current supplied to the electrode for electrolysis based on the sensor reading, which calculates the flow rate from the measured pressure, compares the calculated flow rate with the measured flow rate, and calculates The electrolysis current supplied to the electrode is configured to be adjusted based on the measured flow rate if within 5% of the measured flow rate, otherwise based on the calculated flow rate. Thereby, the pump is operated to generate a pressure that causes continuous fluid flow through the outlet member at the target flow rate.

さらなる側面では、上記で説明されるような(すなわち、薬剤貯留部と、出口部材と、電解ポンプとを含む)薬剤ポンプデバイスの出口部材を通る流体流動を制御する方法が提供される。本方法は、電解ポンプのポンプチャンバ内の圧力を測定し、その圧力から流速を計算するステップと、出口部材を通る流体流速を測定するステップと、計算された流速を測定された流速と比較するステップと、計算された流速の5%以内であれば測定された流速に基づいて、そうでなければ計算された流速に基づいて、電解電流を調整するステップとを含む。それによって、ポンプは、標的流速で出口部材を通る連続流体流動を引き起こす圧力を生成するように操作される。 In a further aspect, a method is provided for controlling fluid flow through an outlet member of a drug pump device as described above (ie, including a drug reservoir, an outlet member, and an electrolytic pump). The method measures the pressure in the pump chamber of the electrolysis pump, calculates the flow rate from the pressure, measures the fluid flow rate through the outlet member, and compares the calculated flow rate with the measured flow rate. And adjusting the electrolysis current based on the measured flow rate if within 5% of the calculated flow rate, otherwise based on the calculated flow rate. Thereby, the pump is operated to generate a pressure that causes continuous fluid flow through the outlet member at the target flow rate.

さらに別の側面では、本発明は、薬剤貯留部と、貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、介在変位部材を介して薬剤貯留部と機械的に連通しているポンプチャンバを有し、圧力を及ぼして、出口部材に向かって変位部材を駆動し、それによって、薬剤貯留部の中でそれを通して流体を押勢するように動作可能である、電解ポンプとを含む、薬剤ポンプデバイスを対象とする。本デバイスはさらに、電解チャンバ内の圧力を測定するための圧力センサと、出口部材を通る流体流量を測定するための流量センサと、センサからの複数の連続的に得られた示度値を時間的順序で記憶し、少なくとも部分的に、得られた示度値のうちの複数の連続値に基づいて、標的流速を達成するように電解用電極を操作するために、圧力センサおよび前記流量センサに応答する、制御回路とを含む。時間的に整合させられた示度値は、循環バッファに記憶されてもよく、先入れ先出し順序でバッファに出し入れされてもよい。示度値は、ポンプ状態にかかわらず、離散時間間隔で、またはポンプ事象の発生時に得られてもよい。そのようなポンプ事象は、例えば、ポンプ作動であってもよく、ポンプが各ポンプ作動に続いて動作すると、複数の時間的に分離した示度値が得られてもよい。   In yet another aspect, the present invention is in mechanical communication with the drug reservoir via a drug reservoir, an outlet member for fluidly connecting the reservoir to the drug injection site, and an intervening displacement member. An electrolytic pump having a pump chamber and operable to exert pressure and drive a displacement member toward the outlet member, thereby urging fluid therethrough within the drug reservoir. Intended for drug pump devices. The device further includes a pressure sensor for measuring pressure in the electrolysis chamber, a flow sensor for measuring fluid flow through the outlet member, and a plurality of consecutively obtained readings from the sensor over time. Pressure sensor and said flow sensor for manipulating the electrolysis electrode to achieve a target flow rate based at least in part on a plurality of consecutive values of the obtained reading values And a control circuit responsive to The time-aligned reading values may be stored in a circular buffer or may be put in and out of the buffer in a first-in first-out order. The reading value may be obtained at discrete time intervals or at the occurrence of a pump event, regardless of pump status. Such a pump event may be, for example, a pump actuation, and multiple time-separated readings may be obtained as the pump operates following each pump actuation.

さらなる側面では、本発明は、薬剤貯留部と、電解ポンプとを含む、薬剤ポンプデバイスの出口部材を通る流体流速を制御する方法を提供する。本方法は、(i)電解ポンプのポンプチャンバ内の圧力、および(ii)出口部材を通る流速の複数の連続的に得られた示度値を時間的順序で記憶するステップと、少なくとも部分的に、得られた示度値のうちの複数の連続値に基づいて、標的流速を達成するように電解ポンプを操作するステップとを含む。時間的に整合させられた示度値は、循環バッファに記憶されてもよく、先入れ先出し順序で循環バッファに出し入れされてもよい。示度値は、ポンプ状態にかかわらず、離散時間間隔で、またはポンプ事象の発生時に得られてもよい。そのようなポンプ事象は、例えば、ポンプ作動であってもよく、ポンプが各ポンプ作動に続いて動作すると、複数の時間的に分離した示度値が得られてもよい。   In a further aspect, the present invention provides a method of controlling fluid flow rate through an outlet member of a drug pump device that includes a drug reservoir and an electrolytic pump. The method includes: (i) storing a plurality of consecutively obtained readings of a flow rate through the outlet chamber of the electrolytic pump, and (ii) a flow rate through the outlet member in chronological order; and at least partially And operating the electrolytic pump to achieve the target flow rate based on a plurality of consecutive values of the obtained readings. The time-aligned reading values may be stored in a circular buffer or may be moved in and out of the circular buffer in a first-in first-out order. The reading value may be obtained at discrete time intervals or at the occurrence of a pump event, regardless of pump status. Such a pump event may be, for example, a pump actuation, and multiple time-separated readings may be obtained as the pump operates following each pump actuation.

さらなる側面では、本発明は、薬剤貯留部と、貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、介在変位部材を介して薬剤貯留部と機械的に連通しているポンプチャンバを有する、電解ポンプと、その中の圧力を測定するためにポンプチャンバ内に配置される圧力センサと、それを通る流体流速を測定するために出口部材内に配置される直接測定流量センサとを含む、薬剤ポンプデバイスに関する。ポンプは、圧力を及ぼして、出口部材に向かって変位部材を駆動し、それによって、出口部材を通して薬剤貯留の中で流体を押勢するように動作可能である。薬剤ポンプデバイスはさらに、測定された圧力から流速を計算し、計算された流速を測定された流速と比較し、測定された流速が計算された流速の5%以内であれば、(圧力を生成するようにポンプを操作することによって)出口部材を通る流体流動を継続し、そうでなければ安全プロトコルを開始するための制御回路を含む。安全プロトコルは、ポンプ動作を中断するステップと、いくつかの実施形態では、ポンプ動作を再開するステップとを含んでもよい。   In a further aspect, the present invention provides a drug reservoir, an outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site, and a pump chamber in mechanical communication with the drug reservoir via an intervening displacement member. An electrolytic pump, a pressure sensor disposed in the pump chamber for measuring pressure therein, and a direct measurement flow sensor disposed in the outlet member for measuring fluid flow rate therethrough. Including a drug pump device. The pump is operable to exert pressure to drive the displacement member toward the outlet member, thereby urging the fluid in the drug reservoir through the outlet member. The drug pump device further calculates a flow rate from the measured pressure, compares the calculated flow rate with the measured flow rate, and generates a pressure if the measured flow rate is within 5% of the calculated flow rate. Control circuitry for continuing fluid flow through the outlet member (by operating the pump to do so) or otherwise initiating a safety protocol. The safety protocol may include interrupting pump operation and, in some embodiments, resuming pump operation.

別の側面では、本発明は、薬剤貯留部と、電解ポンプとを備える、薬剤ポンプデバイスの出口部材を通る流体流速を制御する方法に関する。本方法は、電解ポンプのポンプチャンバ内の圧力を測定するステップと、出口部材を通る流体流速を測定するステップと、測定された圧力から流速を計算するステップと、計算された流速を測定された流速と比較し、測定された流速が計算された流速の5%以内(または他の実施形態では、必要精度に応じて、3%以内または10%以内)であれば、圧力を生成するようにポンプを操作することによって、出口部材を通る流体流動を継続し、そうでなければ安全プロトコル(例えば、ポンプ動作を中断するステップおよび/またはポンプ動作を再開するステップを伴い得る)を実行するステップとを含む。   In another aspect, the invention relates to a method of controlling fluid flow rate through an outlet member of a drug pump device comprising a drug reservoir and an electrolytic pump. The method includes measuring a pressure in the pump chamber of the electrolytic pump, measuring a fluid flow rate through the outlet member, calculating a flow rate from the measured pressure, and measuring the calculated flow rate. As compared to the flow rate, if the measured flow rate is within 5% of the calculated flow rate (or in other embodiments, within 3% or within 10%, depending on the required accuracy), a pressure is generated. Continuing fluid flow through the outlet member by operating the pump, otherwise performing a safety protocol (e.g., may involve interrupting pump operation and / or resuming pump operation); including.

さらに別の側面では、本発明は、薬剤貯留部と、貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、出口部材を通る流体流量を制限するための薬剤貯留部の下流にある流量制限器と、介在変位部材を介して薬剤貯留部と機械的に連通しているポンプチャンバを有し、圧力を及ぼして、出口部材に向かって変位部材を駆動し、それによって、薬剤チャンバの中でそれを通して流体を押勢するように動作可能である、電解ポンプと、ポンプチャンバ内のポンプ圧力を測定するための圧力センサと、薬剤貯留部と流量制限器との間の貯留部出口圧力を測定するための圧力センサと、ポンプ圧力と貯留部出口圧力との間の差を監視し、それに基づいて、出口部材を通る実質的に一定の流体流速を達成するように電解ポンプを操作するための制御回路とを含む、薬剤ポンプデバイスに関する。   In yet another aspect, the present invention provides a drug reservoir, an outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site, and downstream of the drug reservoir for limiting fluid flow through the outlet member. Having a flow restrictor and a pump chamber in mechanical communication with the drug reservoir via an intervening displacement member to exert pressure and drive the displacement member toward the outlet member, thereby providing a drug chamber An electrolysis pump operable to push fluid therethrough, a pressure sensor for measuring pump pressure in the pump chamber, and a reservoir outlet between the drug reservoir and the flow restrictor Pressure sensor for measuring pressure and monitoring the difference between pump pressure and reservoir outlet pressure, and based on that, operates the electrolytic pump to achieve a substantially constant fluid flow rate through the outlet member in order to And a control circuit, and drug pump devices.

本発明の別の側面は、ポンプチャンバ内のポンプ圧力を測定すること、薬剤貯留部と流量制限器との間の貯留部出口圧力を測定することと、ポンプ圧力と貯留部出口圧力との間の差を監視し、それに基づいて、出口部材を通る実質的に一定の流体流速を達成するように電解ポンプを操作することとによって、上記で説明されるようなポンプの出口部材を通る流体流速を制御する方法を対象とする。   Another aspect of the present invention is to measure the pump pressure in the pump chamber, measure the reservoir outlet pressure between the drug reservoir and the flow restrictor, and between the pump pressure and the reservoir outlet pressure. Fluid flow rate through the outlet member of the pump as described above by operating the electrolytic pump to achieve a substantially constant fluid flow rate through the outlet member It is intended to control the method.

別の側面では、本発明は、ポンプチャンバ、およびチャンバの中に含有される、電極間の電圧の印加時に液体電解質から電解ガスを生成するために電解質と接触している一対の電極、ならびに液体電解質への電解ガスの再結合を引き起こすための圧力軽減機構を含む、電解ポンプを伴うポンプデバイスに関する。本デバイスはさらに、圧力軽減機構を可変的に制御するための制御機構を含む。いくつかの実施形態では、本デバイスは、薬剤ポンプデバイスであり、介在変位部材を介してポンプチャンバと機械的に連通している薬剤貯留部と、貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材とを含み、ポンプチャンバ内で生成されるガスは、出口部材に向かって変位部材を駆動するように圧力を及ぼし、それによって、薬剤貯留部の中でそれを通して流体を押勢する。薬剤ポンプデバイスはさらに、出口部材を通る流体流速を測定するための流量センサと、流体の投与量を判定するように流速を積分し、特定投与量に達すると、電極間の電圧の印加を中断し、および/または圧力軽減機構をトリガするための制御回路とを含んでもよい。制御回路は、圧力解放機構を可変的に制御して、部分的な圧力軽減を促進するように構成されてもよい。   In another aspect, the present invention provides a pump chamber and a pair of electrodes in contact with the electrolyte to generate an electrolytic gas from the liquid electrolyte upon application of a voltage between the electrodes, and the liquid contained in the chamber The present invention relates to a pump device with an electrolytic pump, including a pressure relief mechanism for causing recombination of the electrolytic gas into the electrolyte. The device further includes a control mechanism for variably controlling the pressure relief mechanism. In some embodiments, the device is a drug pump device, a drug reservoir in mechanical communication with the pump chamber via an intervening displacement member, and fluidly connecting the reservoir to the drug injection site. Gas generated in the pump chamber exerts pressure to drive the displacement member toward the outlet member, thereby urging the fluid therethrough in the drug reservoir. . The drug pump device further integrates the flow rate sensor to measure the fluid flow rate through the outlet member and the flow rate to determine the fluid dose, and interrupts the application of voltage between the electrodes when a specific dose is reached And / or a control circuit for triggering the pressure relief mechanism. The control circuit may be configured to variably control the pressure release mechanism to facilitate partial pressure relief.

いくつかの実施形態では、圧力軽減機構は、ポンプチャンバ内に配置される火花間隙を有する、火花点火回路を含み、火花間隙における火花の生成は、電解ガスの少なくとも一部分の再結合を引き起こす。火花点火回路は、電解ガスの再結合が完了する前に、火花を中断することを促進するように構成されてもよい。ポンプチャンバは、第1および第2の区画と、その間のガス透過性分離(例えば、膜、多孔質材料、穴がある固体壁、または弁)とを含んでもよく、火花間隙は、第1の区画の中に配置され、それによって、第1の区画への電解ガスの再結合を制限してもよい。   In some embodiments, the pressure relief mechanism includes a spark ignition circuit having a spark gap disposed within the pump chamber, wherein the creation of a spark in the spark gap causes recombination of at least a portion of the electrolytic gas. The spark ignition circuit may be configured to facilitate interrupting the spark before electrolytic gas recombination is complete. The pump chamber may include first and second compartments and a gas permeable separation therebetween (eg, a membrane, a porous material, a perforated solid wall, or a valve) and the spark gap is a first It may be placed in the compartment, thereby limiting the recombination of the electrolytic gas to the first compartment.

いくつかの実施形態では、圧力軽減機構は、ポンプチャンバ内に配置される導電性フィラメントを含み、そこへの電流の印加時のフィラメントの加熱は、電解ガスの再結合を引き起こす。   In some embodiments, the pressure relief mechanism includes a conductive filament disposed within the pump chamber, and heating of the filament upon application of current thereto causes electrolytic gas recombination.

いくつかの実施形態では、圧力軽減機構は、電解ガスの再結合を連続的に引き起こす触媒(例えば、白金、パラジウム、ニッケル、イリジウム、またはニッケルカドミウム等の材料を含む)を含む。触媒は、例えば、ナノ多孔質材料、ナノワイヤ、またはナノ粒子等のナノ触媒材料を含んでもよい。触媒は、電極間の電圧の印加の停止時にわずか2分以内で電解ガスの少なくとも99体積%の再結合を引き起こしてもよい。   In some embodiments, the pressure relief mechanism includes a catalyst (eg, including a material such as platinum, palladium, nickel, iridium, or nickel cadmium) that continuously causes recombination of the electrolytic gas. The catalyst may comprise a nanocatalytic material such as, for example, a nanoporous material, a nanowire, or a nanoparticle. The catalyst may cause recombination of at least 99% by volume of the electrolysis gas within only 2 minutes when the application of voltage between the electrodes is stopped.

いくつかの実施形態では、圧力軽減機構は、ポンプチャンバの内部をポンプチャンバの外部と流体的に接続する、能動圧力軽減弁を含む。弁は、例えば、ソレノイド弁、ダイヤフラム弁、ボール弁、またはダックビル弁であってもよく、またはそれを含んでもよい。液体電解質は、電極と接触している親水性材料内に吸収され、それによって、弁を通した前記液体電解質の放出を防止してもよい。   In some embodiments, the pressure relief mechanism includes an active pressure relief valve that fluidly connects the interior of the pump chamber with the exterior of the pump chamber. The valve may be or may include, for example, a solenoid valve, a diaphragm valve, a ball valve, or a duckbill valve. The liquid electrolyte may be absorbed into the hydrophilic material that is in contact with the electrode, thereby preventing release of the liquid electrolyte through the valve.

いくつかの実施形態では、圧力軽減機構は、ポンプチャンバのエンクロージャの一部分を形成する、ガス透過性・液体不透過性材料(例えば、多孔質Teflon、多孔質ゾルゲルセラミック、または焼結多孔質金属)を含む。ガス透過性・液体不透過性材料で形成されるエンクロージャ部分は、動作圧力での所定の透過性に対応する、サイズおよび/または多孔性を有する。   In some embodiments, the pressure relief mechanism is a gas permeable, liquid impermeable material (eg, porous Teflon, porous sol-gel ceramic, or sintered porous metal) that forms part of the pump chamber enclosure. including. The enclosure portion formed of a gas permeable and liquid impermeable material has a size and / or porosity that corresponds to a predetermined permeability at operating pressure.

別の側面では、本発明は、薬剤貯留部と、貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、電解ポンプと、出口部材を通る流体流量を測定するための流量センサと、制御回路とを含む、薬剤ポンプデバイスを提供する。電解ポンプは、介在変位部材を介して薬剤貯留部と機械的に連通しているポンプチャンバを含み、電極間の電圧の印加時に液体電解質から電解ガスを生成するために電解質と接触している一対の電極を含有し、ポンプチャンバ内で生成されるガスは、出口部材に向かって変位部材を駆動するように圧力を及ぼし、それによって、出口部材を通して薬剤貯留部の中で流体を押勢する。電解ポンプはさらに、液体電解質への電解ガスの再結合を引き起こすための圧力軽減機構を含む。制御回路は、流体の投与量を判定するように流速を積分し、特定投与量に達すると、電極間の電圧の印加を中断するように構成される。いくつかの実施形態では、圧力軽減機構は、制御可能であり、制御回路は、特定投与量に達すると、圧力軽減機構をトリガするように構成される。いくつかの実施形態では、圧力軽減機構は、連続的である。   In another aspect, the invention provides a drug reservoir, an outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site, an electrolysis pump, and a flow sensor for measuring fluid flow through the outlet member. A drug pump device including a control circuit. The electrolytic pump includes a pump chamber that is in mechanical communication with the drug reservoir via an intervening displacement member and is in contact with the electrolyte to generate an electrolytic gas from the liquid electrolyte when a voltage is applied between the electrodes. The gas generated in the pump chamber exerts pressure to drive the displacement member toward the outlet member, thereby urging the fluid in the drug reservoir through the outlet member. The electrolytic pump further includes a pressure relief mechanism for causing recombination of the electrolytic gas into the liquid electrolyte. The control circuit is configured to integrate the flow rate to determine the fluid dose and to cease the application of voltage between the electrodes when a specific dose is reached. In some embodiments, the pressure relief mechanism is controllable and the control circuit is configured to trigger the pressure relief mechanism when a specific dose is reached. In some embodiments, the pressure relief mechanism is continuous.

さらに別の側面では、本発明は、薬剤貯留部と、貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、電解ポンプと、圧力軽減機構とを含む、薬剤ポンプデバイスを用いて、注射部位に送達される流体の投与量を制御する方法を提供する。本方法は、出口部材を通る流体流量を測定するステップと、流体の投与量を判定するように流速を積分し、特定投与量に達すると、電解ガスの生成を中断する、および/または圧力軽減機構をトリガするステップとを含む。   In yet another aspect, the present invention uses a drug pump device that includes a drug reservoir, an outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site, an electrolytic pump, and a pressure relief mechanism. A method of controlling the dose of fluid delivered to an injection site is provided. The method measures the fluid flow rate through the outlet member, integrates the flow rate to determine the fluid dose, interrupts the generation of electrolytic gas and / or reduces pressure when a specific dose is reached. Triggering the mechanism.

本明細書で使用されるような「実質的に」および「約」という用語は、概して、明示的に、または文脈によって特に指示されない限り、10%以内、または好ましくは、5%以内を意味する。 The terms “substantially” and “about” as used herein generally mean within 10%, or preferably within 5%, unless explicitly or otherwise indicated by context. .

本明細書で説明されるポンプ技術は、制限ではないが、糖尿病の治療のためのインスリン、またはワクチン接種、ならびに肥満、アルツハイマー病、および/または他の疾患の治療のための他の種類のタンパク質(例えば、モノクローナル抗体を含む)の送達を含む、種々の薬物療法に使用することができる。本発明の種々の実施形態および特徴は、ピストンポンプデバイスに特に有利である。しかしながら、一般に、それらはまた、他のポンプデバイス構成にも適用可能である。例えば、いくつかの実施形態では、30分以内に組織の中へ貯留部全体を投与すること、または数日間にわたって流速を計測することが可能なシリンジポンプが使用される。   The pump technology described herein includes, but is not limited to, insulin or vaccination for the treatment of diabetes, and other types of proteins for the treatment of obesity, Alzheimer's disease, and / or other diseases. It can be used for a variety of drug therapies, including delivery (eg, including monoclonal antibodies). Various embodiments and features of the invention are particularly advantageous for piston pump devices. In general, however, they are also applicable to other pump device configurations. For example, in some embodiments, a syringe pump is used that can administer the entire reservoir into the tissue within 30 minutes or that can measure the flow rate over several days.

先述の内容は、特に、図面と併せて解釈されたときに、本発明の以下の発明を実施するための形態から容易に理解されるであろう。
図1は、種々の実施形態による、電解薬剤ポンプデバイスの種々の機能的構成要素を図示する、ブロック図である。 図2Aは、種々の実施形態による、ピストンポンプデバイスの概略側面図である。図2Bは、種々の実施形態による、電解ポンプチャンバの概略等角図である。 図3A−3Cは、それぞれ、種々の実施形態による、ピストンポンプデバイスの等角図、側面図、および分解図である。 図3A−3Cは、それぞれ、種々の実施形態による、ピストンポンプデバイスの等角図、側面図、および分解図である。 図3A−3Cは、それぞれ、種々の実施形態による、ピストンポンプデバイスの等角図、側面図、および分解図である。 図4A−4Dは、種々の実施形態による、電極/電子機器/バッテリモジュール、および図3Aおよび3Bのポンプデバイスの中への組立の概略側面図である。 図4A−4Dは、種々の実施形態による、電極/電子機器/バッテリモジュール、および図3Aおよび3Bのポンプデバイスの中への組立の概略側面図である。 図4A−4Dは、種々の実施形態による、電極/電子機器/バッテリモジュール、および図3Aおよび3Bのポンプデバイスの中への組立の概略側面図である。 図4A−4Dは、種々の実施形態による、電極/電子機器/バッテリモジュール、および図3Aおよび3Bのポンプデバイスの中への組立の概略側面図である。 図5は、種々の実施形態による、別のピストンポンプデバイスの分解図である。 図6Aおよび6Bは、それぞれ、種々の実施形態による、統合ランセット挿入機構を伴うポンプデバイスの等角図および分解図である。 図7A−7Cは、図6Aおよび6Bのデバイスを使用したランセット挿入の異なる段階を図示する側面図である。 図7A−7Cは、図6Aおよび6Bのデバイスを使用したランセット挿入の異なる段階を図示する側面図である。 図7A−7Cは、図6Aおよび6Bのデバイスを使用したランセット挿入の異なる段階を図示する側面図である。 図8は、種々の実施形態による、ダイヤフラムポンプデバイスの概略側面図である。 図9A−9Cは、種々の実施形態による、流量制限器の概略側面図である。 図10Aおよび10Bは、種々の実施形態による、薬剤ポンプデバイスの高流動抵抗および低流動抵抗動作体制を図示する略図である。 図10Aおよび10Bは、種々の実施形態による、薬剤ポンプデバイスの高流動抵抗および低流動抵抗動作体制を図示する略図である。 図11Aは、種々の実施形態による、触媒圧力軽減機構を伴うピストンポンプ電解チャンバの概略側面図である。 図11Bは、種々の実施形態による、半透過性筐体を伴うピストンポンプ電解チャンバの概略側面図である。 図11Cは、種々の実施形態による、火花点火再結合機構を伴うピストンポンプデバイスの概略側面図である。 図11Dは、図11Cの実施形態で使用され得る、火花点火回路の回路図である。 図11Eは、種々の実施形態による、区画分離をさらに含む、図11Cで描写されるようなピストンポンプ電解チャンバの概略側面図である。 図11Fは、種々の実施形態による、能動弁圧力軽減機構を伴うピストンポンプ電解チャンバの概略側面図である。 図12A−12Cは、種々の実施形態による、基底、ボーラス、および基底/ボーラス薬剤送達モードを図示する略図である。 図13Aは、種々の実施形態による、基底送達のための圧力ベースのフィードバックを伴うピストンポンプデバイスの概略側面図である。 図13Bは、種々の実施形態による、圧力ベースの基底送達フィードバックループの制御フロー図である。 図14Aは、種々の実施形態による、基底送達のための流量ベースのフィードバックを伴うピストンポンプデバイスの概略側面図である。 図14Bは、種々の実施形態による、流量ベースの基底送達フィードバックループの制御フロー図である。 図15Aは、種々の実施形態による、基底送達のための二重センサフィードバックを伴うピストンポンプデバイスの概略側面図である。 図15Bは、種々の実施形態による、基底送達二重センサフィードバックの制御フロー図である。 図16Aは、種々の実施形態による、基底/ボーラス送達のための二重センサフィードバックおよび圧力軽減機構を伴うピストンポンプデバイスの概略側面図である。 図16Bは、種々の実施形態による、基底/ボーラス送達二重センサフィードバックの制御フロー図である。 (記載なし) 図17は、種々の実施形態による、薬剤ポンプデバイスを用いた基底およびボーラス送達の24時間周期を図示する略図である。 図18A−18Dは、それぞれ、0.05μl/時間、0.1μl/時間、0.15μl/時間、および0.2μl/時間の低基底流速のための多重ボーラス送達プロトコルを図示する略図である。
The foregoing contents will be easily understood from the following modes for carrying out the present invention, particularly when interpreted in conjunction with the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating various functional components of an electrolytic drug pump device, according to various embodiments. FIG. 2A is a schematic side view of a piston pump device, according to various embodiments. FIG. 2B is a schematic isometric view of an electrolytic pump chamber, according to various embodiments. 3A-3C are an isometric view, a side view, and an exploded view, respectively, of a piston pump device, according to various embodiments. 3A-3C are an isometric view, a side view, and an exploded view, respectively, of a piston pump device, according to various embodiments. 3A-3C are an isometric view, a side view, and an exploded view, respectively, of a piston pump device, according to various embodiments. 4A-4D are schematic side views of assembly into an electrode / electronic / battery module and the pump device of FIGS. 3A and 3B, according to various embodiments. 4A-4D are schematic side views of assembly into an electrode / electronic / battery module and the pump device of FIGS. 3A and 3B, according to various embodiments. 4A-4D are schematic side views of assembly into an electrode / electronic / battery module and the pump device of FIGS. 3A and 3B, according to various embodiments. 4A-4D are schematic side views of assembly into an electrode / electronic / battery module and the pump device of FIGS. 3A and 3B, according to various embodiments. FIG. 5 is an exploded view of another piston pump device, according to various embodiments. 6A and 6B are isometric and exploded views of a pump device with an integrated lancet insertion mechanism, respectively, according to various embodiments. 7A-7C are side views illustrating different stages of lancet insertion using the device of FIGS. 6A and 6B. 7A-7C are side views illustrating different stages of lancet insertion using the device of FIGS. 6A and 6B. 7A-7C are side views illustrating different stages of lancet insertion using the device of FIGS. 6A and 6B. FIG. 8 is a schematic side view of a diaphragm pump device, according to various embodiments. 9A-9C are schematic side views of a flow restrictor, according to various embodiments. 10A and 10B are schematic diagrams illustrating high flow resistance and low flow resistance operating regimes of drug pump devices, according to various embodiments. 10A and 10B are schematic diagrams illustrating high flow resistance and low flow resistance operating regimes of drug pump devices, according to various embodiments. FIG. 11A is a schematic side view of a piston pump electrolysis chamber with a catalyst pressure relief mechanism according to various embodiments. FIG. 11B is a schematic side view of a piston pump electrolysis chamber with a semi-permeable housing, according to various embodiments. FIG. 11C is a schematic side view of a piston pump device with a spark ignition recombination mechanism, according to various embodiments. FIG. 11D is a circuit diagram of a spark ignition circuit that may be used in the embodiment of FIG. 11C. FIG. 11E is a schematic side view of a piston pump electrolysis chamber as depicted in FIG. 11C further including compartment separation, according to various embodiments. FIG. 11F is a schematic side view of a piston pump electrolysis chamber with an active valve pressure relief mechanism, according to various embodiments. 12A-12C are diagrams that illustrate basal, bolus, and basal / bolus drug delivery modes, according to various embodiments. FIG. 13A is a schematic side view of a piston pump device with pressure-based feedback for basal delivery, according to various embodiments. FIG. 13B is a control flow diagram of a pressure-based basal delivery feedback loop, according to various embodiments. FIG. 14A is a schematic side view of a piston pump device with flow-based feedback for basal delivery, according to various embodiments. FIG. 14B is a control flow diagram of a flow-based basal delivery feedback loop according to various embodiments. FIG. 15A is a schematic side view of a piston pump device with dual sensor feedback for basal delivery, according to various embodiments. FIG. 15B is a control flow diagram of basal delivery dual sensor feedback, according to various embodiments. FIG. 16A is a schematic side view of a piston pump device with dual sensor feedback and pressure relief mechanisms for basal / bolus delivery, according to various embodiments. FIG. 16B is a control flow diagram of basal / bolus delivery dual sensor feedback, according to various embodiments. (not listed) FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a 24-hour period of basal and bolus delivery using a drug pump device, according to various embodiments. 18A-18D are schematic diagrams illustrating multiple bolus delivery protocols for low basal flow rates of 0.05 μl / hour, 0.1 μl / hour, 0.15 μl / hour, and 0.2 μl / hour, respectively.

図1は、本発明の種々の実施形態による、薬剤ポンプデバイス100の主要な機能的構成要素をブロック図形態で図示する。一般に、ポンプデバイス100は、変位可能部材106を介して電解ポンプ104と連動する薬剤貯留部102を含む。変位可能部材106は、例えば、ピストン、ダイヤフラム、ブラダ、またはプランジャであってもよい。使用中に、薬剤貯留部102は、液体形態の薬物で充填され、ポンプ104によって生成される圧力は、貯留部102から液体薬剤を押し出すよう、変位可能部材106を移動させるか、または拡張する。薬剤貯留部102の出口に接続されるカニューレ、針、または他の出口部材108は、液体を注入セット109へ伝導する。注入セット109は、薬剤を皮下組織領域に送達するためにカニューレ108に流体的に接続されるカテーテルを含んでもよい。ランセットおよび関連挿入機構が、皮膚を通してカテーテルを駆動するために使用されてもよい。代替として、注入セット109は、別の種類の薬剤送達媒介物、例えば、皮膚表面を通した薬剤吸収を促進するスポンジまたは他の手段を含んでもよい。   FIG. 1 illustrates in block diagram form the major functional components of a drug pump device 100 according to various embodiments of the invention. In general, the pump device 100 includes a drug reservoir 102 that interlocks with the electrolytic pump 104 via a displaceable member 106. The displaceable member 106 may be, for example, a piston, a diaphragm, a bladder, or a plunger. In use, the drug reservoir 102 is filled with a drug in liquid form, and the pressure generated by the pump 104 moves or expands the displaceable member 106 to push the liquid drug out of the reservoir 102. A cannula, needle, or other outlet member 108 connected to the outlet of the drug reservoir 102 conducts liquid to the infusion set 109. Infusion set 109 may include a catheter that is fluidly connected to cannula 108 to deliver the drug to the subcutaneous tissue region. A lancet and associated insertion mechanism may be used to drive the catheter through the skin. Alternatively, infusion set 109 may include another type of drug delivery vehicle, such as a sponge or other means that facilitates drug absorption through the skin surface.

電解ポンプ104は、概して、電解質含有チャンバ(本明細書では「ポンプチャンバ」とも呼ばれる)と、チャンバの中に配置される、電解質をガス状生成物に分解するように直流電源によって駆動される一対以上の電極とを含む。好適な電解質は、水、および塩、酸、またはアルカリの水溶液、ならびに非水性イオン溶液を含む。水の電解は、以下の化学反応で要約される。

Figure 2015502785
これらの反応の正味の結果は、薬剤チャンバ内容物の全体的な体積膨張を引き起こす、酸素および水素ガスの産生である。ガス発生は、加圧環境で(報告によれば、約30,000psiに対応する、最大200MPaの圧力で)さえも起こる。水の代替案として(または水に加えて)、エタノールが電解質として使用されてもよく、二酸化炭素および水素ガスの発生をもたらす。エタノール電解は、水電解と比較して、そのより優れた効率、結果として、より低い電力消費により、有利である。いくつかの実施形態による電解ポンプは、以下でさらに詳細に説明される。 Electrolytic pump 104 is generally an electrolyte-containing chamber (also referred to herein as a “pump chamber”) and a pair of direct-current power supplies disposed within the chamber to decompose the electrolyte into gaseous products. Including the above electrodes. Suitable electrolytes include water and aqueous solutions of salts, acids or alkalis, and non-aqueous ionic solutions. Water electrolysis is summarized by the following chemical reaction.
Figure 2015502785
The net result of these reactions is the production of oxygen and hydrogen gas that causes the overall volume expansion of the drug chamber contents. Gas evolution occurs even in a pressurized environment (according to reports, at pressures up to 200 MPa, corresponding to about 30,000 psi). As an alternative to water (or in addition to water), ethanol may be used as the electrolyte, resulting in the generation of carbon dioxide and hydrogen gas. Ethanol electrolysis is advantageous due to its superior efficiency and consequently lower power consumption compared to water electrolysis. Electrolytic pumps according to some embodiments are described in further detail below.

薬剤ポンプ104によって生成される圧力は、システムコントローラ112(例えば、マイクロコントローラ)によって、ポンプドライバ110を介して調節されてもよい。コントローラ112は、駆動電流を設定し、それによって、電解の速度を制御してもよく、ひいては、圧力を判定する。具体的には、生成されるガスの量は、経時的に積分される駆動電流に比例し、ファラデーの電解の法則を使用して計算することができる。例えば、水から2つの水素および1つの酸素分子を作成することは、4つの電子を必要とし、したがって、水の電解によって生成されるガスの量(モル単位で測定される)は、(3つの分子が4つの電子につき生成されるため)3/4という倍数を乗じ、ファラデーの定数で割られる、全電荷(すなわち、電流×時間)に等しい。   The pressure generated by the drug pump 104 may be adjusted via the pump driver 110 by a system controller 112 (eg, a microcontroller). The controller 112 may set the drive current and thereby control the rate of electrolysis and thus determine the pressure. Specifically, the amount of gas produced is proportional to the drive current integrated over time and can be calculated using Faraday's law of electrolysis. For example, creating two hydrogens and one oxygen molecule from water requires four electrons, so the amount of gas produced by electrolysis of water (measured in moles) is (three Multiply by a factor of 3/4 (since a molecule is generated for every four electrons) and equal to the total charge (ie current x time) divided by the Faraday constant.

システムコントローラ112は、薬剤ポンプデバイス100にプログラムされた薬剤送達プロトコルを実行してもよく、ポンプチャンバ104内の圧力、またはカニューレ108を通る流速(またはカニューレ108の中の圧力)等のデバイス100の動作パラメータを測定する、1つ以上のセンサ113、114に応答してもよい。例えば、コントローラ112は、標的圧力を達成するように、ポンプチャンバの内側の圧力に基づいて電解用電極に供給される電流を調整してもよい。ひいては、標的圧力が、(例えば、較正によって判定されるような)流速と圧力との間の既知の関係を使用して、所望の流速に基づいて計算されてもよい。圧力センサ(例えば、自動車産業で使用されるようなMEMSセンサ等)の低費用により、このオプションは、迅速な薬剤送達のために設計されているポンプに特に有利である。実際に、2つ以上の圧力センサ113が、その中の圧力を同時に監視するようにポンプチャンバの中に配置されてもよく、この冗長性は、付加的なフィードバックをコントローラ112に提供し、情報の精度を向上させ、センサのうちの1つ以上の故障の場合にバックアップとしての機能を果たす。代替として、貯留部102からの薬剤流出の速度は、従来の様式で出口部材108に組み込まれる流量センサ114を使用して、リアルタイムで直接測定されてもよい。全送達用量は、経時的に流速を積分することによって算出することができ、電解電流の制御パラメータとしての機能を果たしてもよい。   The system controller 112 may execute a drug delivery protocol programmed into the drug pump device 100, such as the pressure within the pump chamber 104, or the flow rate through the cannula 108 (or pressure within the cannula 108). It may be responsive to one or more sensors 113, 114 that measure operating parameters. For example, the controller 112 may adjust the current supplied to the electrolysis electrode based on the pressure inside the pump chamber to achieve the target pressure. In turn, the target pressure may be calculated based on the desired flow rate using a known relationship between flow rate and pressure (eg, as determined by calibration). Due to the low cost of pressure sensors (eg MEMS sensors as used in the automotive industry), this option is particularly advantageous for pumps that are designed for rapid drug delivery. Indeed, two or more pressure sensors 113 may be placed in the pump chamber to simultaneously monitor the pressure therein, and this redundancy provides the controller 112 with additional feedback and information. And serves as a backup in case of failure of one or more of the sensors. Alternatively, the rate of drug outflow from the reservoir 102 may be measured directly in real time using a flow sensor 114 that is incorporated into the outlet member 108 in a conventional manner. The total delivered dose can be calculated by integrating the flow rate over time and may serve as a control parameter for the electrolysis current.

いくつかの実施形態では、ポンプチャンバの内側の圧力センサ113は、フィードバック制御ループの精度および精密度を増加させるためにカニューレの中の流量センサ114と組み合わせて使用される。複数のセンサの使用はまた、流量センサ114が故障した場合に、圧力センサ113が、高薬剤送達速度を検出し、患者への過剰摂取の投与またはポンプデバイスへの損傷を回避するようにポンプ104を動作停止させることができるであろうことを確実にする。逆に、流量および圧力センサ114、113の組み合わせはまた、圧力がポンプチャンバの中で測定されるが、いかなる流量もカニューレ108の中で測定されず、潜在的な漏出を示す場合に、薬剤貯留部102における違反を検出することもできる。一般に、種々のポンプパラメータを測定するために使用されるセンサは、当技術分野で公知である流量、熱、飛行時間、圧力、または他のセンサであってもよく、生体適合性薄膜ポリマーであるパリレンから(少なくとも部分的に)製造されてもよい。カニューレ108はまた、偶発的な薬剤送達、および薬剤貯留部112の中への液体の逆流を防止する、逆止弁116を含んでもよく、センサ114のように、逆止弁116は、パリレンで作製されてもよい。他の実施形態では、シリコンまたはガラスが、部分的に流量センサ114および弁116の構築に使用される。   In some embodiments, the pressure sensor 113 inside the pump chamber is used in combination with the flow sensor 114 in the cannula to increase the accuracy and precision of the feedback control loop. The use of multiple sensors also ensures that if the flow sensor 114 fails, the pressure sensor 113 detects a high drug delivery rate and avoids overdose administration to the patient or damage to the pump device. Ensure that it will be possible to stop the operation. Conversely, the combination of flow and pressure sensors 114, 113 also allows drug storage when pressure is measured in the pump chamber, but no flow is measured in the cannula 108, indicating a potential leak. Violations in the unit 102 can also be detected. In general, the sensors used to measure various pump parameters may be flow rate, heat, time of flight, pressure, or other sensors known in the art and are biocompatible thin film polymers. It may be (at least partially) manufactured from parylene. The cannula 108 may also include a check valve 116 that prevents accidental drug delivery and backflow of liquid into the drug reservoir 112, and like the sensor 114, the check valve 116 is parylene. It may be produced. In other embodiments, silicon or glass is used in part in the construction of flow sensor 114 and valve 116.

薬剤ポンプデバイス100は、センサ信号を調節し、さらに処理し、随意に、LED、他の視覚ディスプレイ、振動信号、または音声信号を用いて、ポンプ状態情報をユーザに提供するための電子回路118(システムコントローラ112と統合され得るが、その必要はない)を含んでもよい。薬剤ポンプ104を制御することに加えて、コントローラ112は、薬剤ポンプシステムの他の構成要素を制御するために使用されてもよく、例えば、ランセットおよびカテーテルの挿入をトリガしてもよい。システムコントローラ112は、マイクロコントローラ、すなわち、プロセッサコア、メモリ(例えば、フラッシュメモリ、読取専用メモリ(ROM)、および/またはランダムアクセスメモリ(RAM))、および入出力ポートの形態を含む、集積回路であってもよい。メモリは、薬剤ポンプデバイスの動作を指図するファームウェアを記憶してもよい。加えて、本デバイスは、読み書きシステムメモリ120を含んでもよい。ある代替実施形態では、システムコントローラ112は、システムメモリ120と通信する汎用マイクロプロセッサである。システムメモリ120(またはマイクロコントローラの一部であるメモリ)は、製造時に、あるいは後に、例えば、USB、Ethernet(登録商標)、またはFireWireポートを介して、ハードドライブ、フラッシュドライブ、または他の記憶デバイスからのデータ転送によって、メモリにロードされ得る、コントローラ112によって実行可能な命令の形態で薬剤送達プロトコルを記憶してもよい。代替実施形態では、システムコントローラ112は、意図した機能を果たすように設計されているアナログ回路を備える。 The drug pump device 100 adjusts and further processes the sensor signal, optionally using an LED, other visual display, vibration signal, or audio signal to provide electronic status 118 (pump status information to the user). May be integrated with the system controller 112, but is not required). In addition to controlling the drug pump 104, the controller 112 may be used to control other components of the drug pump system, for example, triggering lancet and catheter insertion. The system controller 112 is an integrated circuit that includes a microcontroller, ie, in the form of a processor core, memory (eg, flash memory, read only memory (ROM), and / or random access memory (RAM)), and input / output ports. There may be. The memory may store firmware that directs the operation of the drug pump device. In addition, the device may include a read / write system memory 120. In one alternative embodiment, the system controller 112 is a general purpose microprocessor that communicates with the system memory 120. The system memory 120 (or memory that is part of the microcontroller) can be hard drive, flash drive, or other storage device at the time of manufacture or later, for example via USB, Ethernet, or FireWire port The drug delivery protocol may be stored in the form of instructions executable by the controller 112 that may be loaded into the memory by data transfer from. In an alternative embodiment, the system controller 112 comprises analog circuitry that is designed to perform the intended function.

ポンプドライバ110、システムコントローラ112、および電子回路118は、好適なバッテリ電子機器を介して、バッテリ122によって電力供給されてもよい。好適なバッテリ122は、腕時計で使用されるバッテリのサイズに近似する非再充電可能リチウムバッテリ、ならびに再充電可能リチウムイオン、リチウムポリマー、薄膜(例えば、Li−PON)、ニッケル水素、およびニッケルカドミウムバッテリを含む。コンデンサ、太陽電池、または運動生成エネルギーシステム等の薬剤ポンプデバイス100に電力供給するための他のデバイスが、バッテリ122の代わりに、またはより小型のバッテリを補完して、いずれかで使用されてもよい。これは、患者が数日以上にわたって薬剤送達デバイス100を装着し続ける必要がある場合に有用であり得る。   Pump driver 110, system controller 112, and electronic circuit 118 may be powered by battery 122 via suitable battery electronics. Suitable batteries 122 include non-rechargeable lithium batteries that approximate the size of the battery used in the watch, as well as rechargeable lithium ion, lithium polymer, thin film (eg, Li-PON), nickel metal hydride, and nickel cadmium batteries. including. Other devices for powering the drug pump device 100 such as a capacitor, solar cell, or motion generated energy system may be used either in place of the battery 122 or complementary to a smaller battery. Good. This can be useful if the patient needs to keep wearing the drug delivery device 100 for several days or more.

ある実施形態では、薬剤ポンプデバイス100は、電子回路118の一部として、または別個の構成要素として、本デバイスが、カスタマイズされたリモートコントロールまたはスマートホン等の無線ハンドヘルドデバイス150によって遠隔で制御および/または再プログラムされることを可能にする、(一方向テレメトリ用の)信号受信機124または(双方向テレメトリ用の)伝送機/受信機124を含む。ある実施形態では、ハンドヘルドデバイス150およびポンプデバイス100は、それぞれ、伝送機および受信機として1つ以上の安価なIR発光ダイオードおよびフォトトランジスタを利用し得る、(一または双方向)赤外線(IR)リンク上で通信する。薬剤ポンプデバイス100とハンドヘルドデバイス150との間の通信はまた、例えば、伝送機/受信機構成要素124として銅コイルアンテナを使用して、無線周波数(RF)で起こってもよい。   In some embodiments, the drug pump device 100 can be controlled and / or remotely controlled by a wireless handheld device 150, such as a customized remote control or smartphone, as part of the electronic circuit 118 or as a separate component. Or a signal receiver 124 (for one-way telemetry) or a transmitter / receiver 124 (for two-way telemetry) that allows it to be reprogrammed. In certain embodiments, the handheld device 150 and the pump device 100 may utilize one or more inexpensive IR light emitting diodes and phototransistors as transmitters and receivers, respectively, (one or bi-directional) infrared (IR) links. Communicate on. Communication between drug pump device 100 and handheld device 150 may also occur at radio frequency (RF) using, for example, a copper coil antenna as transmitter / receiver component 124.

薬剤送達デバイス100は、ポンプ筐体に組み込まれたスイッチを用いて、手動で起動され、例えば、オンおよびオフに切り替えられてもよい。いくつかの実施形態では、トグルスイッチまたは別の機械的解放機構を使用して、患者は、貯留部102とカニューレ108との間の流体接続を確立するように、針に薬剤貯留部102のエンクロージャ(例えば、図2に関して以下で説明されるような薬剤バイアルの隔膜)を穿刺させてもよく、次いで、ポンプのプライミングが始まることができる。貯留部102への針の挿入をポンプデバイスの起動と結び付けることにより、貯留部102の完全性を確保し、したがって、薬剤が注射されるときまで薬剤を保護し、これは、事前充填された薬剤ポンプデバイスに特に重要である。同様に、注入セット109のランセットおよびカテーテルは、機械的解放機構を手動で解放することによって挿入されてもよい。いくつかの実施形態では、ランセットおよびカテーテルの挿入は、例えば、電子回路を閉鎖することによって、ポンプの電子起動を自動的にトリガする。代替として、ポンプおよび/または挿入セットは、無線コマンドによって遠隔で起動されてもよい。   The drug delivery device 100 may be manually activated, for example, switched on and off, using a switch incorporated in the pump housing. In some embodiments, using a toggle switch or another mechanical release mechanism, the patient can enclose the drug reservoir 102 enclosure to the needle so as to establish a fluid connection between the reservoir 102 and the cannula 108. (Eg, a drug vial septum as described below with respect to FIG. 2) may be punctured and then pump priming may begin. By coupling the insertion of the needle into the reservoir 102 with the activation of the pump device, the integrity of the reservoir 102 is ensured and thus protects the drug until it is injected, which is pre-filled drug Of particular importance to pump devices. Similarly, the lancet and catheter of infusion set 109 may be inserted by manually releasing the mechanical release mechanism. In some embodiments, insertion of the lancet and catheter automatically triggers electronic activation of the pump, for example by closing the electronic circuit. Alternatively, the pump and / or insertion set may be remotely activated by a wireless command.

上記で説明されるような薬剤ポンプデバイスの機能的構成要素は、種々の方法でパッケージングおよび構成されてもよい。ある好ましい実施形態では、薬剤ポンプデバイスは、患者の皮膚に接着可能なパッチに組み込まれる。好適な接着パッチは、概して、患者の身体の輪郭に一致し、患者の皮膚に接触する裏面上の接着剤を介して付着する、可撓性材料から製造される。接着剤は、人間の皮膚に適用し、そこから除去するために好適かつ安全な任意の材料であってもよい。そのような接着剤の多くのバージョンが当技術分野で公知であるが、ゲル様性質を伴う接着剤を利用することにより、特に有利な快適性および可撓性を患者に提供し得る。接着剤は、意図された適用前の時期尚早な接着を不可能にするように、可撤性層で覆われてもよい。一般的に利用可能な包帯と同様に、可撤性層は、好ましくは、除去されたときに接着剤の接着性質を低減させない。いくつかの実施形態では、薬剤ポンプデバイスは、埋込に好適な形状およびサイズである。   The functional components of a drug pump device as described above may be packaged and configured in various ways. In certain preferred embodiments, the drug pump device is incorporated into a patch that can adhere to the patient's skin. Suitable adhesive patches are generally manufactured from a flexible material that conforms to the contours of the patient's body and adheres via an adhesive on the back surface that contacts the patient's skin. The adhesive may be any material that is suitable and safe for application to and removal from human skin. Many versions of such adhesives are known in the art, but utilizing adhesives with gel-like properties can provide patients with particularly advantageous comfort and flexibility. The adhesive may be covered with a removable layer so as to make premature adhesion impossible before the intended application. Similar to commonly available bandages, the removable layer preferably does not reduce the adhesive properties of the adhesive when removed. In some embodiments, the drug pump device is of a shape and size suitable for implantation.

薬剤ポンプデバイスの種々の構成要素は、皮膚パッチ上に搭載された筐体内で保持されてもよい。本デバイスは、完全に内蔵型であるか、または離散的な相互接続モジュールとして実装される場合、完全にパッチの周囲内にある(すなわち、いかなる方向にも超えて延在しない)空間的エンベロープ内に存在するかのいずれかであり得る。筐体は、薬剤ポンプデバイス100の構成要素の機械的完全性および保護を提供し、外部環境の変化(例えば、圧力変化等)からのポンプの動作の途絶を防止してもよい。制御システム構成要素110、112、118、120、122は、可撓性であり得る、および/またはポンプ筐体の一体部分であり得る、回路基板上に搭載されてもよい。いくつかの実施形態では、制御システム構成要素は、電解用電極とともに内蔵型ユニットに組み込まれる。   Various components of the drug pump device may be held in a housing mounted on the skin patch. The device is completely self-contained or, when implemented as a discrete interconnect module, is entirely within the perimeter of the patch (ie, does not extend beyond any direction) Can be either present. The housing may provide mechanical integrity and protection of the components of the drug pump device 100 and may prevent disruption of the pump's operation from changes in the external environment (eg, pressure changes, etc.). The control system components 110, 112, 118, 120, 122 may be mounted on a circuit board that may be flexible and / or may be an integral part of the pump housing. In some embodiments, the control system component is incorporated into the self-contained unit with the electrode for electrolysis.

本明細書による薬剤ポンプデバイス100は、単回または反復使用のために設計されてもよい。複数回使用ポンプは、概して、カニューレの中に、上記で説明されるように、一方向逆止弁および流量センサを含む。さらに、複数回使用ポンプの薬剤貯留部は、例えば、標準シリンジを使用して、補充ポートを介して補充可能であり得る。いくつかの実施形態では、薬剤ポンプデバイス100は、補充のために患者の皮膚から除去される。患者は、例えば、家庭用補充システムの中に薬剤ポンプデバイス100および新しい薬剤を含有するカートリッジを配置してもよく、ポンプデバイスおよびカートリッジは、例えば、プレス機械機構を使用して整合させられてもよい。次いで、患者は、電子機器を起動し、ポンプのプライミングを始めるために、カートリッジからカニューレへ液体薬剤を引き込む針の自動挿入をトリガするボタンを押してもよい。   The drug pump device 100 according to the present specification may be designed for single or repeated use. Multi-use pumps generally include a one-way check valve and a flow sensor, as described above, in the cannula. Further, the drug reservoir of the multi-use pump can be refillable via a refill port using, for example, a standard syringe. In some embodiments, the drug pump device 100 is removed from the patient's skin for refilling. The patient may, for example, place the drug pump device 100 and the cartridge containing the new drug in a home refill system, and the pump device and cartridge may be aligned using, for example, a press machine mechanism. Good. The patient may then press a button that triggers automatic insertion of a needle that draws liquid medication from the cartridge into the cannula to activate the electronics and begin priming the pump.

電解ポンプ104および薬剤貯留部102は、異なる方法でデバイス100内に配列されてもよく、2つの最も一般的な方法は、ポンプチャンバおよび貯留部が、細長いバイアル内で形成され、バイアルの軸に沿って移動可能なピストンによって分離される、ピストンポンプ構成、および貯留部が、ポンプチャンバの上に配置され、可撓性ダイヤフラムによってそこから分離される、ダイヤフラムポンプ構成である。両方の構成は、その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、2011年4月20日に出願された米国特許出願第13/091,047号で詳細に説明されている。   The electrolysis pump 104 and drug reservoir 102 may be arranged in the device 100 in different ways, the two most common methods being that the pump chamber and reservoir are formed in an elongated vial and attached to the axis of the vial. A piston pump arrangement, separated by a piston movable along, and a reservoir pump arrangement, which is located above the pump chamber and separated therefrom by a flexible diaphragm. Both configurations are described in detail in US patent application Ser. No. 13 / 091,047 filed Apr. 20, 2011, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

図2Aは、例示的なピストンポンプデバイス200を概略的に図示する。ポンプデバイス200は、その中に移動可能に位置付けられたピストン204を伴う円筒形(またはより一般的には管状)バイアル202と、一方の端部に搭載された電解用電極構造206とを含む。隔膜208は、バイアル202を密閉するように他方の端部に配置されてもよい。ピストン204および隔膜208の両方は、合成または天然ゴム等の弾性ポリマー材料で作製されてもよい。いくつかの実施形態では、シリコンゴム(すなわち、ポリジオルガノシロキサン、例えば、ポリジメチルシロキサン)が使用される。ピストン204は、バイアル202の内部を薬剤貯留部210およびポンプチャンバ212に分離する。使用中、針214は、薬剤貯留部210からの流体進入を可能にするように隔膜208を穿刺し、針214に接続されたカニューレ(図示せず)が、流体を注入セット(図示せず)へ伝導してもよい。ピストンポンプデバイス200は、例えば、硬質プラスチックで作製された保護筐体216に封入される。   FIG. 2A schematically illustrates an example piston pump device 200. Pump device 200 includes a cylindrical (or more generally tubular) vial 202 with a piston 204 movably positioned therein and an electrolysis electrode structure 206 mounted at one end. A septum 208 may be placed at the other end to seal the vial 202. Both piston 204 and diaphragm 208 may be made of an elastic polymer material such as synthetic or natural rubber. In some embodiments, silicone rubber (ie, polydiorganosiloxane, such as polydimethylsiloxane) is used. The piston 204 separates the inside of the vial 202 into a medicine reservoir 210 and a pump chamber 212. In use, the needle 214 punctures the septum 208 to allow fluid entry from the drug reservoir 210, and a cannula (not shown) connected to the needle 214 infuses fluid (not shown). May be conducted. The piston pump device 200 is enclosed in a protective housing 216 made of, for example, hard plastic.

電極206は、例えば、白金、チタン、金、または銅等の任意の好適な金属で作製されてもよく、一対の平行ワイヤまたは板を形成してもよい。代替として、電解効率を向上させるために、電極は、非従来的な形状を有することができる。例えば、それらは、互いに入り込むか、または図2Bで図示されるように、螺旋構成に個別に巻き上げられ(および相互に対面するように配向され)てもよい。さらに、示されるように、電極206は、電解質220との連続接触を確保する、親水性吸収材料218(例えば、綿球)に組み込まれてもよい。これは、電極が単純に液体電解質に浸漬される、従来の電解ポンプで頻繁に遭遇する問題を解決し、ガス状電解生成物が生成されるにつれて、薬剤貯留部の出口端に向かってピストンを押し、それによって、電解チャンバの容積を増加させ、電解質のレベルの減少を引き起こす。本デバイスの配向に応じて、一方または両方の電極は、結果として、電解質から徐々に出現し、ガスによって包囲され、最終的に開回路を形成し、したがって、電解反応を停止させてもよい。この問題は、種々の方法で回避することができ、そのうちの1つは、(制限されないが)ヒドロゲル、綿球、スポンジ、または超吸収性ポリマー等の親水性吸収材料で電極を包囲することである。電解質は、生成されたガスを効率的に排出し、電解質が補給された状態で電極を保つ、親水性吸収材料の内側にとどまる。   The electrode 206 may be made of any suitable metal such as, for example, platinum, titanium, gold, or copper, and may form a pair of parallel wires or plates. Alternatively, the electrode can have a non-conventional shape to improve electrolysis efficiency. For example, they may interpenetrate each other or be individually wound into a helical configuration (and oriented to face each other) as illustrated in FIG. 2B. Further, as shown, the electrode 206 may be incorporated into a hydrophilic absorbent material 218 (eg, a cotton ball) that ensures continuous contact with the electrolyte 220. This solves the problem often encountered with conventional electrolytic pumps where the electrode is simply immersed in a liquid electrolyte, and as the gaseous electrolysis product is produced, the piston is moved toward the outlet end of the drug reservoir. Pushing, thereby increasing the volume of the electrolysis chamber and causing a decrease in the level of electrolyte. Depending on the orientation of the device, one or both electrodes may eventually emerge from the electrolyte and be surrounded by gas, eventually forming an open circuit, thus stopping the electrolysis reaction. This problem can be avoided in a variety of ways, one of which involves (but is not limited to) surrounding the electrode with a hydrophilic absorbent material such as a hydrogel, cotton ball, sponge, or superabsorbent polymer. is there. The electrolyte stays inside the hydrophilic absorbent material, effectively discharging the generated gas and keeping the electrode in a state where the electrolyte is replenished.

バイアル202は、ガラス、ポリマー、または薬剤の安定性に関して不活性であり、好ましくは、生体適合性である他の材料から製造されてもよい。例えば、ポリプロピレンまたはパリレンで作製された、ポリマーバイアルが、タンパク質薬剤等の、ガラスと接触しているときにより速く分解する、ある薬剤に好適である。多くの他の薬剤については、ガラスが好ましい材料である。ガラスは、多くの異なる製造業者からの市販のFDA承認薬剤バイアルおよび容器で一般的に使用されている。結果として、ガラス容器の中の薬剤を保護し、高価な無菌充填製造ラインを再構築する必要性を回避する、薬剤ポンプデバイスの承認プロセスを加速し得る、ガラス容器の中に薬剤を無菌で充填して貯蔵するための確立および承認された手順がある。貯留部にガラスを使用することはさらに、配送中に薬剤が類似材料と接触することを可能にする。バイアルのための好適なガラス材料は、化学抵抗および安定性、ならびに材料の飛散防止性質に基づいて選択されてもよい。例えば、容器の破損の危険性を低減させるために、II型またはIII型ソーダ石灰ガラス、あるいはI型ホウケイ酸塩材料が使用されてもよい。   Vials 202 may be manufactured from glass, polymers, or other materials that are inert with respect to drug stability and are preferably biocompatible. For example, polymer vials made of polypropylene or parylene are suitable for certain drugs that degrade faster when in contact with glass, such as protein drugs. For many other drugs, glass is the preferred material. Glass is commonly used in commercially available FDA approved drug vials and containers from many different manufacturers. As a result, the drug in the glass container can be aseptically filled, which can accelerate the approval process of the drug pump device, protecting the drug in the glass container and avoiding the need to rebuild expensive aseptic filling production lines There are established and approved procedures for storage. Using glass for the reservoir further allows the drug to come into contact with similar materials during delivery. A suitable glass material for the vial may be selected based on chemical resistance and stability, and the anti-scattering properties of the material. For example, type II or type III soda lime glass, or type I borosilicate material may be used to reduce the risk of container breakage.

化学抵抗を増進し、封入薬物調合剤の安定性を維持するために、バイアルの内面は、特殊コーティングを有してもよい。そのようなコーティングの実施例は、二酸化ケイ素または医療グレードのシリコーン乳剤の化学結合した不可視の極薄層を含む。封入薬剤の化学的完全性を保護することに加えて、シリコーン乳剤等のコーティングは、ピストンとバイアルとの間でより低く、より均一な摩擦を提供し得る。   To enhance chemical resistance and maintain the stability of the encapsulated drug formulation, the inner surface of the vial may have a special coating. Examples of such coatings include chemically bonded invisible ultrathin layers of silicon dioxide or medical grade silicone emulsions. In addition to protecting the chemical integrity of the encapsulated drug, a coating such as a silicone emulsion can provide a lower and more uniform friction between the piston and the vial.

ある実施形態では、ピストンポンプデバイス200は、ピストン204および電解ポンプ構成要素とともに、すでに無菌充填について立証済みであり得る、従来の市販のガラスまたはポリマー薬剤バイアルを適合することによって製造される。螺入式針カセットが、隔膜208を覆って配置されてもよく、患者がポンプを使用することを所望するときに、カセット針214が隔膜208を穿孔してカニューレとの接続を確立するように、機械的作動機構が、バイアル202にカセットを螺入する働きをしてもよい。電解ポンプに適応するために、バイアル202は、いくつかの実施形態では、従来の市販のバイアルよりも長いが、立証された充填方法および既存の無菌充填ラインのパラメータが変更される必要がないように、全ての他の性質を維持する。薬剤ポンプデバイスは、事前充填されたバイアルを具備してもよい。ガラスバイアルが使用される場合、薬剤は、薬剤上のラベル付けを変更する必要なく、長期の保管寿命にわたってポンプデバイスの中に貯蔵することができる。   In certain embodiments, the piston pump device 200 is manufactured by fitting a conventional commercially available glass or polymer drug vial, which can already be proven for aseptic filling, along with the piston 204 and electrolytic pump components. A threaded needle cassette may be placed over the diaphragm 208 so that when the patient desires to use the pump, the cassette needle 214 pierces the diaphragm 208 to establish a connection with the cannula. A mechanical actuation mechanism may serve to screw the cassette into the vial 202. To accommodate the electrolysis pump, the vial 202 is longer in some embodiments than conventional commercially available vials, so that proven filling methods and existing aseptic filling line parameters do not need to be changed. And maintain all other properties. The drug pump device may comprise a prefilled vial. When glass vials are used, the drug can be stored in the pump device for a long shelf life without having to change the labeling on the drug.

図3A−3Cは、代表的なピストンポンプ設計を示す。図示した実施形態では、皮膚パッチ302と一体化した、すなわち、例えば、接着剤によって、パッチ302に添着された、または単一の統合構造としてパッチを伴って製造された、ポンプケース300は、ケース300の裏の開口部を通して事前充填された薬剤カートリッジ304を軸方向に受容するように適合される。既製のランセットセット306を、ケース300の前端部に搭載し、カートリッジ304と注射カテーテルとの間に流体接続を確立するために使用することができる。電解用電極、電子機器、およびバッテリは、組立を単純化するように、一方の端で電極が突出するプラスチック筐体310に封入される、単一のモジュール308に組み込まれる。後部ネジ312が、ガラスカートリッジ304の端部に隣接するモジュール筐体310を伴って、ポンプケースの内側に電極/電子機器/バッテリモジュール308を固定するために使用されてもよい。その間に形成される電解チャンバの完全性を確保するために、ガラスカートリッジ304の端部と電極/電子機器/バッテリモジュール308との間に密閉を提供するように、ゴムOリング314を使用することができる。   3A-3C show a typical piston pump design. In the illustrated embodiment, the pump case 300 integrated with the skin patch 302, ie, attached to the patch 302, eg, with an adhesive, or manufactured with the patch as a single integrated structure is It is adapted to axially receive a pre-filled drug cartridge 304 through 300 back openings. A ready-made lancet set 306 can be mounted at the front end of the case 300 and used to establish a fluid connection between the cartridge 304 and the injection catheter. Electrolysis electrodes, electronics, and batteries are incorporated into a single module 308 that is encapsulated in a plastic housing 310 with electrodes protruding at one end to simplify assembly. A rear screw 312 may be used to secure the electrode / electronic / battery module 308 inside the pump case, with the module housing 310 adjacent to the end of the glass cartridge 304. Use a rubber O-ring 314 to provide a seal between the end of the glass cartridge 304 and the electrode / electronic / battery module 308 to ensure the integrity of the electrolysis chamber formed therebetween. Can do.

以下でさらに論議されるように、本明細書による種々のポンプデバイスは、従来の薬剤ポンプデバイスよりも高いポンプ圧力(例えば、5psi、10psi、20psi、50psi、100psi、または200psiを超える圧力)で動作するために設計されている。したがって、これらのデバイスのためのケースおよびポンプ接続は、いかなる漏出も引き起こすことなく、そのような高い内圧に耐えるように構成される。種々の実施形態による高圧ポンプケース設計の主要構成要素は、電極/電子機器/バッテリ筐体310である。図4Aおよび4Bで図示されるように、この筐体310は、薬剤バイアル304と筐体310との間のOリング314に対して密閉する。筐体310の底壁320は、その中にOリング314が配置される円周方向陥凹322を含んでもよく、陥凹322は、筐体310が薬剤バイアル304に噛合されたときに、Oリング314が薬剤バイアル304の周縁324の上に固定して着座されるようにサイズ決定される。この構成では、Oリング314が、内向きに、すなわち、ポンプチャンバの内部の中へ滑動することを妨げられる一方で、後部ネジ312は、組立プロセスにおいて前方に締められる。結果として、漏出を引き起こすことなく、はるかに高い圧力をポンプチャンバ内で生成することができる。筐体310は、種々の従来の係合機構のうちのいずれかを介してバイアル304に固定されてもよい。例えば、筐体310は、バイアル304を覆って延在し、接着剤によって内面の周囲でそれに接続されてもよく、またはバイアル304は、螺合され、またはそれに接着したネジ山付きカラーを有してもよい。   As discussed further below, various pump devices according to the present specification operate at higher pump pressures (eg, pressures above 5 psi, 10 psi, 20 psi, 50 psi, 100 psi, or 200 psi) than conventional drug pump devices. Designed to do. Thus, the case and pump connections for these devices are configured to withstand such high internal pressures without causing any leakage. The main components of the high pressure pump case design according to various embodiments are the electrode / electronic device / battery housing 310. As illustrated in FIGS. 4A and 4B, the housing 310 seals against an O-ring 314 between the drug vial 304 and the housing 310. The bottom wall 320 of the housing 310 may include a circumferential recess 322 in which the O-ring 314 is disposed so that the recess 322 is O when the housing 310 is engaged with the drug vial 304. The ring 314 is sized so that it sits securely on the periphery 324 of the drug vial 304. In this configuration, the O-ring 314 is prevented from sliding inward, i.e., into the interior of the pump chamber, while the rear screw 312 is tightened forward in the assembly process. As a result, a much higher pressure can be generated in the pump chamber without causing leakage. The housing 310 may be secured to the vial 304 via any of a variety of conventional engagement mechanisms. For example, the housing 310 may extend over the vial 304 and may be connected to it around the inner surface by an adhesive, or the vial 304 may have a threaded collar that is threaded or adhered thereto. May be.

図4Cおよび4Dは、圧縮ナット404を使用して、どのようにしてバイアル304および電極モジュール400をポンプケース402内で固定して密閉することができるかを図示する。電極モジュール400は、本明細書では基板上の電極構造として単純に図示されるが、実施形態は、代わりに、図3A−3Cに示されるように電極/電子機器/バッテリモジュール308を含むように簡単に修正することができる。図4Aおよび4Bに示されるように、ポンプチャンバ405は、ピストン204と電極モジュール400との間のバイアル304の後端部に形成され、バイアル304の周縁と電極モジュール400との間に配置されるOリング314(または他のガスケット)によって密閉される。ポンプケース402は、その中にバイアル304および電極モジュール400を完全に収容し、後端部でアセンブリを越えて延在するようサイズ決定される。ポンプケース402の張り出し部分406は、その内面に螺刻され、ポンプチャンバ405を密閉するために圧縮力をOリングに印加するように、圧縮ナット404がポンプケース402に螺入されることを可能にする。   4C and 4D illustrate how the compression nut 404 can be used to secure the vial 304 and the electrode module 400 within the pump case 402 for sealing. Although the electrode module 400 is simply illustrated herein as an electrode structure on a substrate, embodiments instead include an electrode / electronic / battery module 308 as shown in FIGS. 3A-3C. It can be easily corrected. As shown in FIGS. 4A and 4B, the pump chamber 405 is formed at the rear end of the vial 304 between the piston 204 and the electrode module 400 and is disposed between the peripheral edge of the vial 304 and the electrode module 400. Sealed by O-ring 314 (or other gasket). The pump case 402 is sized to fully accommodate the vial 304 and electrode module 400 therein and extend beyond the assembly at the rear end. The overhanging portion 406 of the pump case 402 is threaded into its inner surface, allowing a compression nut 404 to be screwed into the pump case 402 so as to apply a compressive force to the O-ring to seal the pump chamber 405. To.

多くの装着型ポンプ設計では、バッテリおよび電子機器(随意に、Bluetooth(登録商標)またはZigBee等の無線モジュールを含むことができる)は、(使用される材料により)生産することが高価である、および/または環境に危険である構成要素を表すが、これらの欠点は、バッテリおよび電子機器を再充電または再プログラムし、したがって、再利用することができれば改善される。ある実施形態では、薬剤ポンプデバイスのバッテリ(または複数のバッテリ)および電子機器は、複数の注入ポンプに何回も再利用することができる、バッテリおよび電子機器モジュール(BEM)(例えば、モジュール308)にパッケージングすることができる。好ましい実施形態では、BEMは、使用前に患者によってポンプに挿入またはスナップ留めし(電気接続を用いて)、注入の終了時に除去することができる。薬剤ポンプデバイスの使用をより経済的にすることに加えて、この再利用は、埋立地での環境を破壊する材料(例えば、ニッケル水素、liPON、リチウムイオン、またはリチウムポリマーで作製されたバッテリ)の廃棄を遅延または回避する。また、可撤性BEMは、従来の電子機器を損傷するイオンビームまたはガンマ線照射等の方法によってポンプを滅菌し、滅菌後に電子機器を追加することを促進する。いくつかの実施形態では、類似挿入またはスナップ留め機構を伴う充電/再プログラミングステーションが、使用間にBEMを充電/再プログラムするために提供される。充電ステーション内の挿入機構の代替として、BEMは、注入中の誘導充電または無線制御のための付加的なテレメトリコイルを有することができる。標準マイクロまたは通常のUSB接続が利用されてもよく、BEMを保護するために耐水または防水標準パッケージングを採用することができる。   In many wearable pump designs, batteries and electronics (which can optionally include a wireless module such as Bluetooth® or ZigBee) are expensive to produce (depending on the materials used). Although representing components that are dangerous to the environment and / or, these drawbacks are improved if the batteries and electronics can be recharged or reprogrammed and thus reused. In certain embodiments, the battery (or batteries) and electronics of the drug pump device can be reused multiple times for multiple infusion pumps, such as a battery and electronics module (BEM) (eg, module 308). Can be packaged. In a preferred embodiment, the BEM can be inserted or snapped into the pump (using an electrical connection) by the patient prior to use and removed at the end of the infusion. In addition to making the use of drug pump devices more economical, this reuse is a material that destroys the environment in landfills (eg, batteries made of nickel metal hydride, liPON, lithium ion, or lithium polymer). Delay or avoid discarding Removable BEM also facilitates sterilizing the pump by methods such as ion beam or gamma irradiation that damage conventional electronic equipment and adding additional electronic equipment after sterilization. In some embodiments, a charging / reprogramming station with a similar insertion or snap-in mechanism is provided to charge / reprogram the BEM between uses. As an alternative to an insertion mechanism in the charging station, the BEM can have additional telemetry coils for inductive charging during injection or for wireless control. Standard micro or normal USB connections may be utilized and water-resistant or waterproof standard packaging can be employed to protect the BEM.

図5は、高圧ポンプデバイスの別の設計を図示する。ここで、薬剤バイアル500、ポンプアセンブリ502(電極構造および吸収材料を含む)、およびOリング503は、別個の2部筐体504に封入され、電子機器/バッテリモジュール506は、封入バイアル500の側面に配置される。外側ケースは、ポンプ筐体504、電子機器/バッテリモジュール506、および関連管512の周囲で閉鎖される底および最上部分508、510を含む。   FIG. 5 illustrates another design of the high pressure pump device. Here, the drug vial 500, the pump assembly 502 (including the electrode structure and absorbent material), and the O-ring 503 are enclosed in a separate two-part housing 504, and the electronics / battery module 506 is attached to the side of the enclosed vial 500. Placed in. The outer case includes a bottom and top portion 508, 510 that is closed around the pump housing 504, electronics / battery module 506, and associated tube 512.

図6Aおよび6Bは、統合ランセット挿入アセンブリを伴う例示的なピストンポンプデバイス600を描写する。挿入アセンブリは、遮蔽筐体602と、針キャリア604と、針/カテーテル二重バネ挿入機構606とを含み、事前充填されたカートリッジポンプ608(薬剤貯留部および電解ポンプを含む)より上側に配置され、管610を介してそれと流体的に接続される。キャリア612は、カートリッジポンプ608用の基部および挿入アセンブリ用のコネクタ614を提供する。遮蔽筐体602は、針616およびそれに接続する(例えば、Teflonで作製された)カテーテル618、ならびに2つのバネ620(針およびカテーテルの挿入用)、622(針の後続の後退用)を保持し、カテーテルハブ624に接続する。カートリッジポンプ608は、挿入アセンブリとともに、外側デバイスシェル630に封入される、ポンプケーシング626に含有されてもよい。   6A and 6B depict an exemplary piston pump device 600 with an integrated lancet insertion assembly. The insertion assembly includes a shielding housing 602, a needle carrier 604, and a needle / catheter dual spring insertion mechanism 606 and is positioned above a pre-filled cartridge pump 608 (including a drug reservoir and an electrolysis pump). , Fluidly connected to it via a tube 610. The carrier 612 provides a base for the cartridge pump 608 and a connector 614 for the insertion assembly. The shielding housing 602 holds a needle 616 and a catheter 618 connected thereto (eg, made of Teflon), and two springs 620 (for needle and catheter insertion), 622 (for subsequent retraction of the needle). To the catheter hub 624. The cartridge pump 608 may be contained in a pump casing 626 that is enclosed in the outer device shell 630 along with the insertion assembly.

図7A−7Cは、カテーテルを皮下組織に挿入する機構を図示する。最初の位置では、針616およびカテーテル618は、カテーテルハブ624より上側に位置する。トリガボタン700の起動によって、最初に圧縮された挿入バネ620が解放される。これは、針616、針キャリア604、およびカテーテル618(以降では「針キャリアアセンブリ」)を下向きに移動させ、自己密閉式シリコーンプラグ704を通るカテーテル618を伴って、針616を皮下組織に挿入する(図7B)。自己密閉式シリコーンプラグ704は、流体管610の出口が流体的に連通する2つの層の間に開放領域を提供する、2つの隔膜(最上および底層)を有する。挿入中に、針キャリアアセンブリは、バネ620によって下向きに推進され、針キャリア604の前(すなわち、図では下向きの)面がカテーテルハブ624の後(上向きの)面に遭遇するときに停止させられる。カテーテルハブ624は、定位置で(依然として圧縮させられている)後退バネ706を保持する、ラッチの役割を果たす、角度付き側面を有してもよい。後退バネ622は、少なくとも挿入バネ702と同じくらい剛性であり、典型的には、それよりも剛性であり、したがって、解放されたときに、挿入バネ702を圧縮し、その元の位置に針キャリアアセンブリを戻して駆動することができる。ユーザが親指および人差し指でカテーテルハブ624の側面を圧縮すると、後退バネ622が解放される。結果として、針キャリアアセンブリが後退位置に戻って駆動されるにつれて、針616が組織から外へ抽出される(図7C)。針が後退させられたと、シリコーンプラグ704への半径方向および軸方向圧縮は、小穿孔を即時に閉鎖させ、注入セット内の流体経路に緊密な密閉を提供する。カテーテル挿入に続いて、皮膚上にポンプおよび注入セットのみを残して、ランセット挿入アセンブリおよび外側シェルが除去されてもよい。代替的なカテーテル挿入機構は、米国仮出願第61/704,974号で説明されている。   7A-7C illustrate a mechanism for inserting a catheter into subcutaneous tissue. In the initial position, needle 616 and catheter 618 are located above catheter hub 624. Activation of the trigger button 700 releases the initially compressed insertion spring 620. This causes needle 616, needle carrier 604, and catheter 618 (hereinafter “needle carrier assembly”) to move downward, with needle 616 inserted into the subcutaneous tissue with catheter 618 passing through self-sealing silicone plug 704. (FIG. 7B). Self-sealing silicone plug 704 has two diaphragms (top and bottom layers) that provide an open area between the two layers in which the outlet of fluid tube 610 is in fluid communication. During insertion, the needle carrier assembly is propelled downward by a spring 620 and is stopped when the front (ie, downward) surface of the needle carrier 604 encounters the rear (upward) surface of the catheter hub 624. . The catheter hub 624 may have angled sides that act as a latch to hold the retracting spring 706 in place (still compressed). The retraction spring 622 is at least as rigid as the insertion spring 702, and is typically more rigid than that, and therefore, when released, compresses the insertion spring 702 and returns the needle carrier to its original position. The assembly can be driven back. When the user compresses the side of the catheter hub 624 with the thumb and index finger, the retraction spring 622 is released. As a result, as the needle carrier assembly is driven back into the retracted position, the needle 616 is extracted out of the tissue (FIG. 7C). When the needle is retracted, radial and axial compression on the silicone plug 704 immediately closes the small perforations and provides a tight seal to the fluid path in the infusion set. Following catheter insertion, the lancet insertion assembly and outer shell may be removed leaving only the pump and infusion set on the skin. An alternative catheter insertion mechanism is described in US Provisional Application No. 61 / 704,974.

図8で概略的に図示されるダイヤフラムポンプ800では、薬剤貯留部802およびポンプチャンバ804は、薬剤貯留部802が可撓性ダイヤフラム806によってポンプチャンバ804から分離される、二重チャンバ構成で積み重ねられる。典型的には、ポンプチャンバ804は、(皮膚パッチに取り付けられ得る)筐体808の底部分とダイヤフラム806との間に形成され、薬剤貯留部802は、ポンプチャンバ804より上側に配置され、ダイヤフラム806と筐体808の円蓋状部分との間に形成される。ポンプチャンバ804の中で発生させられる電解ガスは、結果として拡張するダイヤフラム806に圧力を及ぼし、貯留部の出口810を通してカニューレ812(または他の出口部材)の中へ液体薬剤を放出する。カニューレ812は、逆止弁814および流量センサ816を装備してもよい。制御回路およびバッテリ(図示せず)は、筐体808の底部分に組み込まれた回路基板上に搭載されてもよい。いくつかの実施形態では、電極818は、費用節約および製造し易さのために、エッチングされ、印刷され、または別様に回路基板上に直接堆積させられる。   In the diaphragm pump 800 schematically illustrated in FIG. 8, the drug reservoir 802 and pump chamber 804 are stacked in a dual chamber configuration where the drug reservoir 802 is separated from the pump chamber 804 by a flexible diaphragm 806. . Typically, the pump chamber 804 is formed between the bottom portion of the housing 808 (which can be attached to the skin patch) and the diaphragm 806, and the drug reservoir 802 is disposed above the pump chamber 804, and the diaphragm It is formed between 806 and the lid-shaped part of the housing 808. The electrolytic gas generated in the pump chamber 804 results in pressure on the expanding diaphragm 806 and releases the liquid drug through the reservoir outlet 810 and into the cannula 812 (or other outlet member). Cannula 812 may be equipped with check valve 814 and flow sensor 816. The control circuit and the battery (not shown) may be mounted on a circuit board incorporated in the bottom portion of the housing 808. In some embodiments, the electrode 818 is etched, printed, or otherwise deposited directly on the circuit board for cost savings and ease of manufacture.

例えば、図2Bおよび8で図示されるもの等の薬剤ポンプデバイスを用いた正確な基底および/またはボーラス薬剤送達を促進するために、本発明の種々の実施形態は、(1)高いポンプ圧力と併せた貯留部の下流にある流量制限、(2)電解の停止時に圧力降下を加速する圧力軽減機構、および(3)電解ポンプ制御のためのセンサベースのフィードバックの組み合わせを利用する。以下の節は、これらの特徴のそれぞれをさらに詳細に説明する。
(流量制限器)
For example, in order to facilitate accurate basal and / or bolus drug delivery using a drug pump device such as that illustrated in FIGS. 2B and 8, various embodiments of the present invention include (1) high pump pressure and Utilizes a combination of flow restriction downstream of the combined reservoir, (2) a pressure relief mechanism that accelerates the pressure drop when electrolysis is stopped, and (3) sensor-based feedback for electrolysis pump control. The following sections describe each of these features in more detail.
(Flow limiter)

摩擦および/または他のポンプ条件の変動にかかわらず、送達流速を安定させるために、流量制限器が貯留部の下流で利用されてもよい。いくつかの実施形態では、出口部材108自体が流量制限器としての機能を果たす。例えば、薬剤貯留部から注射部位またはその一部分へ流体を伝導するカニューレまたは針は、例えば、100μm未満、50μm未満、または25μm未満の直径等の小さい内径を有してもよく、この実施形態は、図9Aで図示されている。代替として、別個の流量制限器要素が、図9Bに示されるように、出口部材と統合されてもよく、これは、内径が、典型的には、100μmから500μmの範囲内である従来の針およびカニューレの使用にもかかわらず、流量制限を可能にする。流量制限器は、単純に、小さい内径を有する流体経路内で一部分910を構成してもよく、または流速を可変的に制限することができる弁または類似構造(制御可能な内径を伴う虹彩様弁等)を含んでもよい。図9Cに示される、さらに別の実施形態では、流量制限器920は、貯留部出口922と、使用中に出口部材が流体的に連結されるアダプタ924との間に接続される。流量制限器920およびアダプタ924は、バイアルの内壁の拡張として、かつそれと一体化して、バイアルの内側に形成されてもよく、バイアルの内側の制限器およびアダプタ構成を包囲する空間は、機械的安定性のために、例えば、エポキシで充填されてもよい。一般に、下流流動抵抗を意図的に増加させる、貯留部と注射部位との間の流体経路内の任意の構成および配列が、本明細書による流量制限器としての機能を果たしてもよい。   A flow restrictor may be utilized downstream of the reservoir to stabilize the delivery flow rate regardless of friction and / or other pump condition variations. In some embodiments, the outlet member 108 itself serves as a flow restrictor. For example, a cannula or needle that conducts fluid from a drug reservoir to an injection site or a portion thereof may have a small inner diameter, such as, for example, a diameter of less than 100 μm, less than 50 μm, or less than 25 μm. Illustrated in FIG. 9A. Alternatively, a separate flow restrictor element may be integrated with the outlet member, as shown in FIG. 9B, which is a conventional needle whose inner diameter is typically in the range of 100 μm to 500 μm. And allows flow restriction despite the use of a cannula. The flow restrictor may simply constitute part 910 in a fluid path having a small inner diameter, or a valve or similar structure that can variably limit the flow rate (an iris-like valve with a controllable inner diameter). Etc.). In yet another embodiment, shown in FIG. 9C, the flow restrictor 920 is connected between a reservoir outlet 922 and an adapter 924 to which the outlet member is fluidly coupled during use. The flow restrictor 920 and adapter 924 may be formed inside the vial as an extension of and integral with the inner wall of the vial, and the space surrounding the restrictor and adapter configuration inside the vial is mechanically stable. For example, it may be filled with epoxy. In general, any configuration and arrangement in the fluid path between the reservoir and the injection site that intentionally increases downstream flow resistance may serve as a flow restrictor according to the present description.

ある実施形態では、流量制限器は、微細機械加工マイクロチャネルデバイスによって実装される。当業者に周知であるような、表面またはバルク微細機械加工技法のいずれか一方によって、明確に画定されたマイクロチャネルを製造することができる。マイクロチャネルの深度、幅、および長さを高精度で機械加工することができ、公差をナノメートルまで制御することができる。さらに、工業用の標準的な完全自動顕微鏡検査システムを使用した目視検査により、製造費の有意な増加を引き起こすことなく、製造されたマイクロチャネル流量制限器を十分に調査することができる。微細機械加工プロセスもまた、大量生産のために非常に好適である。100%手動の流速/流動抵抗較正、スクリーニング、および品質管理を必要とする、従来の高精度突出プロセスによって作製される微小毛管流量制限器と比較して、微細機械加工マイクロチャネルデバイスは、製造および品質検査の両方で費用節約を提供することができる。   In certain embodiments, the flow restrictor is implemented by a micromachined microchannel device. Well-defined microchannels can be produced by either surface or bulk micromachining techniques, as is well known to those skilled in the art. Microchannel depth, width, and length can be machined with high precision, and tolerances can be controlled to nanometers. Furthermore, visual inspection using standard industrial fully automated microscopy systems can fully investigate manufactured microchannel flow restrictors without causing a significant increase in manufacturing costs. Micromachining processes are also very suitable for mass production. Compared to microcapillary flow restrictors made by traditional high-precision protruding processes that require 100% manual flow rate / flow resistance calibration, screening, and quality control, micromachined microchannel devices are manufactured and Cost savings can be provided both in quality inspection.

流量制限器は、好ましくは、薬剤ポンプデバイスの全体的な流動抵抗を支配するように定寸される。結果として、他の部品によって付与される流動抵抗の変動は、流速に有意に低減した影響を及ぼす。例証目的のために、例えば、従来のピストンポンプデバイスの流動抵抗は、等量における、出口部材およびバイアル/ピストン摩擦によるものであると仮定されたい。したがって、その以前の値の半分までのバイアルとピストンとの間の摩擦の急激な降下は、全体的な流動抵抗を25%変化させる。しかしながら、出口部材の流動抵抗が10倍増加させられる場合、摩擦の同一の降下は、約4.5%だけの流動抵抗変化をもたらす。したがって、意図的に導入された高い流動抵抗が、他のデバイス構成要素の流動抵抗の任意の変動の相対的影響を低減させ、それによって、流速を円滑にして安定させることが分かる。当然ながら、駆動圧力のいかなる同等の変化もなければ、増加した流動抵抗は、より低い流速をもたらすであろう。薬剤ポンプデバイスにおける望ましい流速は、通常、医学的考慮によって決定付けられるため、高流動抵抗の実施形態によるデバイスは、概して、高い駆動圧力で駆動される。したがって、ポンプのケースおよび接続は、いかなる漏出も引き起こすことなく、はるかに高い内圧に耐えるように設計されている。   The flow restrictor is preferably sized to dominate the overall flow resistance of the drug pump device. As a result, fluctuations in flow resistance imparted by other components have a significantly reduced effect on flow rate. For illustrative purposes, for example, assume that the flow resistance of a conventional piston pump device is due to the outlet member and vial / piston friction in equal amounts. Thus, a sudden drop in friction between the vial and the piston to half of its previous value changes the overall flow resistance by 25%. However, if the outlet member flow resistance is increased by a factor of 10, the same drop in friction results in a flow resistance change of only about 4.5%. Thus, it can be seen that the intentionally introduced high flow resistance reduces the relative effects of any variation in flow resistance of other device components, thereby smoothing and stabilizing the flow rate. Of course, without any equivalent change in drive pressure, increased flow resistance will result in lower flow rates. Because the desired flow rate in a drug pump device is usually determined by medical considerations, devices with high flow resistance embodiments are generally driven at high drive pressures. The pump case and connections are therefore designed to withstand much higher internal pressures without causing any leakage.

図10Aは、高抵抗出口(例えば、100μm未満の内径を有する出口部材)を使用して達成されるようなインスリン送達の典型的な流動体制を描写する。望ましい基底流速は、約8.3nl/分から約5μl/分の範囲内である。その寸法(すなわち、長さ及び内径)を適正に選択することによって、出口管の流動抵抗を慎重に較正することにより、20psiの駆動圧力下で400nl/分の流速を得ることができる。さらに、出口の固定流動抵抗により、流速は、駆動圧力とともに直線的に増加する。したがって、駆動圧力を12.5倍の250psiまで増加させることによって、送達流速もまた、12.5倍の5000nl/分まで増加させることができる。この送達枠(400〜5000nl/分)内では、送達は、真に連続的である(市販のステッピングモータポンプのように離散的ではない)。より低い流速(8.3〜400nl/分)は、以下でさらに説明されるように、多重ボーラス送達を介して達成することができる。図10Aに示されるような同一の流速はまた、対応してより低い抵抗が出口で使用される場合に(例えば、出口部材が100μmよりも実質的に大きい内径を有する場合に)より低い圧力で達成することができ、図10Bは、例えば、400nl/分から5μl/分の間の流速が2psiから20psiに及ぶ駆動圧力によって生成される、実施形態を示す。しかしながら、一般に、圧力/流動抵抗の組み合わせが低いほど、ピストン/バイアルサブシステムによって付与される抵抗の任意の変動の影響が強くなる。したがって、高流速安定性を確保するために、当然ながら、ポンプデバイスが破損または漏出を伴わずに、そのような圧力に耐えることができるならば、より高い流動抵抗および圧力で稼働することが望ましい。   FIG. 10A depicts a typical flow regime of insulin delivery as achieved using a high resistance outlet (eg, an outlet member having an inner diameter of less than 100 μm). The desired basal flow rate is in the range of about 8.3 nl / min to about 5 μl / min. By properly calibrating the flow resistance of the outlet tube by properly selecting its dimensions (ie, length and inner diameter), a flow rate of 400 nl / min can be obtained under a driving pressure of 20 psi. Furthermore, due to the fixed flow resistance at the outlet, the flow rate increases linearly with the driving pressure. Thus, by increasing the drive pressure by 12.5 times to 250 psi, the delivery flow rate can also be increased by 12.5 times to 5000 nl / min. Within this delivery window (400-5000 nl / min), delivery is truly continuous (not as discrete as a commercially available stepper motor pump). Lower flow rates (8.3-400 nl / min) can be achieved via multiple bolus delivery, as further described below. The same flow rate as shown in FIG. 10A is also at a lower pressure when a correspondingly lower resistance is used at the outlet (eg, when the outlet member has an inner diameter substantially greater than 100 μm). FIG. 10B illustrates an embodiment where a flow rate between 400 nl / min and 5 μl / min is generated by a driving pressure ranging from 2 psi to 20 psi, for example. In general, however, the lower the pressure / flow resistance combination, the stronger the effect of any variation in resistance imparted by the piston / vial subsystem. Thus, to ensure high flow rate stability, it is of course desirable to operate at higher flow resistance and pressure if the pump device can withstand such pressure without breakage or leakage. .

異なる薬物療法に対しては、図10Aおよび10に示されるものとは異なる流速体制が必要とされ得る。流動抵抗および/または駆動圧力は、本明細書による流速を安定させながら、これらの異なる流速を達成するように簡単に調整することができる。さらに、異なるバイアルおよびポンプシステムに対しては、異なる圧力および流動抵抗レベルが、任意の所与の流速に好ましくあり得、必要以上の実験を伴わずに当業者によって判定することができる。 For different drug therapies, a different flow regime may be required than that shown in FIGS. 10A and 10. The flow resistance and / or drive pressure can be easily adjusted to achieve these different flow rates while stabilizing the flow rates according to the present description. Further, for different vials and pump systems, different pressure and flow resistance levels may be preferred for any given flow rate and can be determined by one skilled in the art without undue experimentation.

駆動圧力と送達速度との間の関係は、以下によって求められる。
P=Q×R
式中、Pは、駆動圧力(注射部位におけるいかなる背圧も除くが、これは、概して、無視可能である)であり、Qは、送達速度であり、Rは、デバイスの流動抵抗である。本明細書で考慮されるように、貯留部の下流に高抵抗流量制限器を伴う実施形態では、ピストンおよびバイアル(ならびに貯留部の下流にある流体経路の任意のより低い抵抗の部分)の寄与は、ごくわずかであり、Rは、本質的に、流量制限器の流動抵抗になる。長さlおよび内径Dを伴う管状流量制限器については、流動抵抗は、以下の関係によって表すことができる。

Figure 2015502785
式中、μは、流体の動的粘度であり、
Figure 2015502785
は、流体から独立して流量制限器によって提供される流動抵抗を特徴付けるように、この目的で定義される、流動抵抗係数である。 The relationship between drive pressure and delivery rate is determined by:
P = Q × R
Where P is the driving pressure (excluding any back pressure at the injection site, which is generally negligible), Q is the delivery rate, and R is the flow resistance of the device. As contemplated herein, in embodiments with a high resistance flow restrictor downstream of the reservoir, the contribution of the piston and vial (and any lower resistance portion of the fluid path downstream of the reservoir) Is negligible and R is essentially the flow resistance of the flow restrictor. For a tubular flow restrictor with length l and inner diameter D, the flow resistance can be expressed by the relationship:
Figure 2015502785
Where μ is the dynamic viscosity of the fluid,
Figure 2015502785
Is the flow resistance coefficient defined for this purpose to characterize the flow resistance provided by the flow restrictor independent of the fluid.

種々の実施形態では、流動抵抗は、少なくとも1psi/(μl/分)、少なくとも2psi/(μl/分)、少なくとも4psi/(μl/分)、または少なくとも10psi/(μl/分)であり、ある実施形態では、例えば、50psi/(μl/分)ほども高い。約1cPから約35cP(1cP=1mPa・sは室温での水の近似粘度である)の範囲内である、通常の薬剤流体粘度については、100μm未満、好ましくは、50μm未満の直径を伴う長さ1〜15cmの流量制限器を使用して、そのような高い流動抵抗を達成することができ、10/μlを超え、2・10/μlほども高い流動抵抗係数をもたらす。例えば、長さ10cmであり、50μmの直径を有する流量制限器は、約6.5・10/μlの流動抵抗係数をもたらす。
(圧力軽減機構)
In various embodiments, the flow resistance is at least 1 psi / (μl / min), at least 2 psi / (μl / min), at least 4 psi / (μl / min), or at least 10 psi / (μl / min), In embodiments, for example, as high as 50 psi / (μl / min). For normal drug fluid viscosities in the range of about 1 cP to about 35 cP (1 cP = 1 mPa · s is the approximate viscosity of water at room temperature), a length with a diameter of less than 100 μm, preferably less than 50 μm Such a high flow resistance can be achieved using a flow restrictor of 1-15 cm, resulting in a flow resistance coefficient exceeding 10 6 / μl and as high as 2 · 10 9 / μl. For example, a flow restrictor that is 10 cm long and has a diameter of 50 μm results in a flow resistance coefficient of about 6.5 · 10 8 / μl.
(Pressure reduction mechanism)

正確なボーラス送達を促進するために、ポンプデバイスは、可能な限り速く薬剤流を遮断することができることが重要である。しかしながら、電解をほぼ瞬時に中断することができる一方で、ガス構成物質(例えば、水素および酸素)が徐々に液体電解質(例えば、水)に再結合するにつれて、ポンプチャンバ内の蓄積電解ガス圧力は、はるかに長い周期にわたって低下する。したがって、駆動圧力を低減させ、したがって、より急速に薬剤流を遮断するのに役立つ、効率的な圧力軽減機構を提供することが望ましい。好ましい実施形態では、圧力を、1〜2分以下以内に実質的にゼロまで低減させることができるが、過剰に急速な圧力緩和は、安全上の懸念を引き起こし得る。好適な機構は、確実なボーラス送達を可能にするように、再現可能に、安全に、かつ好ましくは制御可能に、圧力を軽減する。 In order to facilitate accurate bolus delivery, it is important that the pump device be able to block the drug flow as fast as possible. However, while electrolysis can be interrupted almost instantaneously, as the gas constituents (eg, hydrogen and oxygen) gradually recombine with the liquid electrolyte (eg, water), the accumulated electrolytic gas pressure in the pump chamber becomes , Drops over a much longer period. Accordingly, it is desirable to provide an efficient pressure relief mechanism that reduces drive pressure and thus helps to more quickly block drug flow. In preferred embodiments, the pressure can be reduced to substantially zero within 1-2 minutes or less, but excessively rapid pressure relief can cause safety concerns. A suitable mechanism relieves pressure reproducibly, safely, and preferably controllable to allow reliable bolus delivery.

一般に、電解ガスを再結合すること、ポンプチャンバからガスを除去すること、またはガスの形式を変化させることによって、物理的、化学的、機械的、電気的、電気化学的、または熱的に圧力を減少させることができる、任意の機器またはプロセスを圧力軽減に使用することができる。さらに、それらのタイミングおよび持続時間に関して、圧力軽減機構は、概して、2つのカテゴリに該当する。第1の種類の機構は、ポンプチャンバからの電解ガスの連続再結合および/または放出を引き起こし、能動ポンプ動作の周期中に、すなわち、電解ガスを産生するように電力が電解用電極に供給されるときに、電解ポンプに不利に働く。この場合に所望のポンプ圧力を達成するために、電解速度、したがって、電解電流は、圧力軽減機構がない場合よりも大きくなる必要がある。いったん電解が停止すると、機構は、ポンプチャンバ内のガスの量を迅速に低減させるように動作し、換言すると、ガス生成の中断時に圧力降下を加速する。第2の種類の機構は、能動的にトリガされ、機構に固有である持続時間にわたって、または制御機構によって中断されるまでのいずれかで動作する。多くのそのような能動圧力軽減機構は、圧力をゼロまで降下させるよりもむしろ、ポンプチャンバ内の圧力を部分的にのみ軽減するよう制御することができる。例えば、それらは、圧力連続範囲内において、またはいくつかの離散的な終末圧力レベルの間で選択される、所望の終末圧力を達成するように操作されてもよい。可変的に制御可能な圧力軽減機構は、(例えば、500nl/分の)背景基底速度と組み合わせて(例えば、それぞれ10μlの)ボーラス注射の送達を促進する。   Generally, the pressure is physically, chemically, mechanically, electrically, electrochemically, or thermally by recombining the electrolytic gas, removing the gas from the pump chamber, or changing the type of gas. Any device or process that can reduce the pressure can be used for pressure relief. Furthermore, with respect to their timing and duration, pressure relief mechanisms generally fall into two categories. The first type of mechanism causes continuous recombination and / or release of electrolytic gas from the pump chamber, and power is supplied to the electrolysis electrode during the period of active pumping operation, i.e., to produce electrolytic gas. When working, it works against the electrolytic pump. In order to achieve the desired pump pressure in this case, the electrolysis rate, and thus the electrolysis current, needs to be greater than without the pressure relief mechanism. Once the electrolysis is stopped, the mechanism operates to quickly reduce the amount of gas in the pump chamber, in other words, accelerates the pressure drop when the gas production is interrupted. The second type of mechanism is actively triggered and operates either for the duration inherent in the mechanism or until interrupted by the control mechanism. Many such active pressure relief mechanisms can be controlled to only partially reduce the pressure in the pump chamber, rather than reducing the pressure to zero. For example, they may be manipulated to achieve a desired end pressure that is selected within a continuous pressure range or between several discrete end pressure levels. A variably controllable pressure relief mechanism facilitates delivery of bolus injections (eg, 10 μl each) in combination with a background basal rate (eg, 500 nl / min).

連続的に動作する圧力軽減機構の実施例は、図11Aに図示される、ポンプチャンバ内の再結合触媒の使用である。電解ガスの再結合のための好適な触媒材料は、(制限ではないが)白金、パラジウム、ニッケル、およびイリジウム等の金属、およびニッケルカドミウム等の金属合金を含み、その全ては、ガス状水素および酸素からの液体水の形成のための活性化エネルギーを減少させる。水への水素および酸素の再結合が、逆反応によって相殺されない、または超えられないように、電解用電極への電力がオフにされたとき、気相水素および酸素から液相水へのこの位相変化は、約1000倍の縮小である、体積の有意な減少と、ポンプ圧力の対応する大幅な降下とを伴う。触媒材料は、任意の触媒または他の加速機構がない場合に起こる再結合の基底速度と比較して、再結合の速度を約1桁以上増加させることができる。   An example of a continuously operating pressure relief mechanism is the use of a recombination catalyst in the pump chamber, illustrated in FIG. 11A. Suitable catalyst materials for electrolytic gas recombination include (but are not limited to) metals such as platinum, palladium, nickel, and iridium, and metal alloys such as nickel cadmium, all of which contain gaseous hydrogen and Reduce the activation energy for the formation of liquid water from oxygen. This phase from gas phase hydrogen and oxygen to liquid water when the power to the electrolysis electrode is turned off so that the recombination of hydrogen and oxygen to water is not offset or exceeded by the reverse reaction. The change is accompanied by a significant decrease in volume, a reduction of about 1000 times, and a corresponding significant drop in pump pressure. The catalyst material can increase the rate of recombination by about an order of magnitude or more compared to the base rate of recombination that occurs in the absence of any catalyst or other acceleration mechanism.

ナノ多孔質材料、ナノワイヤ、およびナノ粒子等のナノ触媒材料は、通常の縮尺の触媒と比べて、有意に向上した性能を提供する。ナノ構造の高い表面対体積比により、(基準速度と比較して)2桁から3桁を超える再結合速度を得ることができる。好適なナノ材料の実施例は、白金黒、白金ナノワイヤまたはナノ粒子、パラジウムナノワイヤまたはナノ粒子、およびイリジウムナノワイヤまたはナノ粒子を含む(がそれらに限定されない)。図11Aに示されるように、これらのナノ粒子1100は、単純に、製造および組立プロセス中に電解チャンバ内に配置することができ、そこでそのまま機能して、水素および酸素を常に再結合することができる。薬剤のボーラスを注射するために、所望のボーラス量に達するまで、再結合速度よりも高い速度でガスを産生するように電力が印加され、そのときに、電力がオフにされ、ナノ粒子が圧力を軽減して薬剤送達を停止するように、ガスを迅速に再結合する。   Nanocatalytic materials such as nanoporous materials, nanowires, and nanoparticles provide significantly improved performance compared to conventional scale catalysts. Due to the high surface-to-volume ratio of the nanostructure, recombination velocities of 2 to 3 orders of magnitude (compared to the reference speed) can be obtained. Examples of suitable nanomaterials include (but are not limited to) platinum black, platinum nanowires or nanoparticles, palladium nanowires or nanoparticles, and iridium nanowires or nanoparticles. As shown in FIG. 11A, these nanoparticles 1100 can simply be placed in an electrolysis chamber during the manufacturing and assembly process where they function as is to recombine hydrogen and oxygen constantly. it can. To inject a bolus of drug, power is applied to produce gas at a rate higher than the recombination rate until the desired bolus amount is reached, at which time the power is turned off and the nanoparticles are pressured Recombines the gas rapidly to reduce drug delivery and stop drug delivery.

(能動ポンピング周期中にガスが産生されるよりも低い速度での)ポンプチャンバからの電解ガスの連続的な除去に基づく圧力軽減は、図11Bに示されるように、ガスに対して透過性であるが、液体に対して不透過性である、ポンプチャンバケーシングを用いて達成することができる。好適な材料は、例えば、多孔質Teflon、多孔質ゾルゲルセラミック、ならびにステンレス鋼、アルミニウム、およびチタン等の焼結多孔質金属を含む。ガス透過性材料は、ポンプチャンバの周囲のケーシングの全体部分を形成する必要はないが、ガスがチャンバから漏出することを可能にする、チャンバの内部と接触している下位部分に限定されてもよい。いくつかの実施形態では、それを通してチャンバが最初に液体電解質で充填される管の入口は、例えば、ガス透過性膜で閉鎖されてもよい。一般に、ガス透過性ケーシング部分または膜を通したガス透過率は、ガス透過性部分の寸法(例えば、その厚さおよび表面積)および材料の多孔性(例えば、細孔の密度およびサイズ)の慎重な選択によって事前設定することができる。透過率を介して、電力遮断後の圧力減少速度を制御することができ、本デバイスが所与の電解電流について特定の所与のボーラス量を達成するように製造されることを可能にする。   Pressure relief based on continuous removal of electrolytic gas from the pump chamber (at a lower rate than that gas is produced during the active pumping cycle) is permeable to gas, as shown in FIG. 11B. It can be achieved with a pump chamber casing that is but impermeable to liquids. Suitable materials include, for example, porous Teflon, porous sol-gel ceramics, and sintered porous metals such as stainless steel, aluminum, and titanium. The gas permeable material need not form the entire portion of the casing around the pump chamber, but may be limited to the lower portion in contact with the interior of the chamber that allows gas to leak out of the chamber. Good. In some embodiments, the inlet of the tube through which the chamber is first filled with liquid electrolyte may be closed, for example, with a gas permeable membrane. In general, the gas permeability through a gas permeable casing part or membrane is determined carefully by the dimensions of the gas permeable part (eg, its thickness and surface area) and the porosity of the material (eg, pore density and size). Can be preset by selection. Through permeability, the rate of pressure decrease after power interruption can be controlled, allowing the device to be manufactured to achieve a specific given bolus amount for a given electrolysis current.

制御可能な圧力軽減機構の実施例は、急速なガス再結合点火プロセスを誘導する、ポンプチャンバ内の放電火花の作成である。火花点火は、例えば、容量放電点火、誘導放電点火、またはトランジスタ放電点火等の種々の好適なシステムおよびプロセスのうちのいずれかを使用して、達成することができる。例えば、図11Cに示されるように、単純に、チャンバ1124の中に配置される火花プラグ1122の2本のワイヤ1110の間の間隙を横断する高電圧の印加によって、放電アークを作成することができる。(図11Aに関して上記で説明されるような)化学触媒のように、火花は、液相水を形成するように、気相水素および酸素の間の活性化エネルギーを減少させ、事実上瞬時にガスを再結合させる。気相水素および酸素から液相水への位相変化は、(例えば、約1000倍)物質の体積を劇的に減少させることができ、この急激な体積縮小は、圧力軽減を提供する。火花点火によって誘導される再結合は、非常に速く、通常、マイクロ秒からミリ秒の範囲内でほぼ完全な圧力軽減(例えば、元の圧力の1%までの降下)をもたらす。   An example of a controllable pressure relief mechanism is the creation of a discharge spark in the pump chamber that induces a rapid gas recombination ignition process. Spark ignition can be achieved using any of a variety of suitable systems and processes such as, for example, capacitive discharge ignition, inductive discharge ignition, or transistor discharge ignition. For example, as shown in FIG. 11C, a discharge arc can be created simply by applying a high voltage across the gap between the two wires 1110 of the spark plug 1122 disposed in the chamber 1124. it can. Like a chemical catalyst (as described above with respect to FIG. 11A), the spark reduces the activation energy between gas phase hydrogen and oxygen so as to form liquid phase water, and the gas is virtually instantaneous. Recombine. The phase change from gas phase hydrogen and oxygen to liquid phase water can dramatically reduce the volume of the material (eg, about 1000 times), and this rapid volume reduction provides pressure relief. Recombination induced by spark ignition is very fast, usually resulting in almost complete pressure relief (eg, a drop of 1% of the original pressure) in the microsecond to millisecond range.

ガス膨張を引き起こす、燃焼機関内の火花点火と異なり、ガス再結合を誘導する火花点火は、体積減少を引き起こし、結果として、爆発の危険性がない。さらに、プロセス中に最小限の熱のみが産生され、同様に、いかなる安全上の危険も及ぼさない。しかしながら、ある条件下では、非常に速い圧力降下は、ポンプチャンバの内側で衝撃波を誘導し、圧力センサおよび回路等のチャンバの中または周囲に設置された、ある繊細な構成要素を潜在的に損傷し得る。そのような問題を回避するために、したがって、火花点火再結合の速度を低減させることが望ましくあり得る。制御可能かつ調整可能な圧力降下はまた、ボーラス送達間の圧力がゼロ以上である薬剤送達プロトコル、すなわち、背景基底速度を含むプロトコルを実装するために有利である。ボーラス基底送達については、駆動圧力は、好ましくは、高い圧力からゼロに低下し、次いで、低い圧力に戻るよりもむしろ、制御された様式で高いボーラス圧力から低い基底圧力まで減少し、前者は、電力消費を低減させることができる。   Unlike spark ignition in combustion engines, which causes gas expansion, spark ignition, which induces gas recombination, causes volume reduction and consequently no risk of explosion. In addition, only minimal heat is produced during the process and likewise does not pose any safety hazard. However, under certain conditions, a very fast pressure drop induces shock waves inside the pump chamber, potentially damaging certain sensitive components installed in or around the chamber, such as pressure sensors and circuits. Can do. In order to avoid such problems, it may therefore be desirable to reduce the rate of spark ignition recombination. A controllable and adjustable pressure drop is also advantageous for implementing a drug delivery protocol where the pressure during bolus delivery is greater than or equal to zero, ie, a protocol that includes a background basal rate. For bolus basal delivery, the drive pressure is preferably reduced from high pressure to zero and then reduced from high bolus pressure to low basal pressure in a controlled manner, rather than returning to low pressure, Power consumption can be reduced.

制御された低速再結合を達成する1つの方法は、火花の点火時間を短縮することである。図11Dで図示されるように、高速回路1115を用いて、火花を迅速にオンおよびオフにすることができる。回路1115は、基本的に、直流電流源1117、瞬時オン/オフスイッチ1119、および高圧変圧器1121を含む、火花プラグ回路である。動作中に、回路1115は、自動車の点火回路の様式で動作し、電流は、直流電流源1117から変圧器1121の一次コイルの巻線を通って流れ、スイッチ1119を開くことによって電流が途絶されたとき、一次変圧器コイルの磁場が急速に崩壊する。二次コイルは、その中の巻線の数が一次コイル内の巻線の数よりもはるかに多いため、二次コイル内の非常に高い電圧の電流である、電流を変圧器コイル内で誘導する、強力で変化する磁場に囲まれる。この電圧は、絶縁破壊を発生させ、火花間隙を横断して火花の形態で電流を流れさせる。したがって、火花を遮断することによって、全ての水素および酸素ガスが再結合する前に、再結合を意図的に停止させることができる。   One way to achieve controlled slow recombination is to reduce the spark ignition time. As illustrated in FIG. 11D, a high speed circuit 1115 can be used to quickly turn the spark on and off. The circuit 1115 is basically a spark plug circuit including a direct current source 1117, an instantaneous on / off switch 1119, and a high voltage transformer 1121. In operation, the circuit 1115 operates in the manner of an automobile ignition circuit, with current flowing from the DC current source 1117 through the primary coil winding of the transformer 1121 and the current is interrupted by opening the switch 1119. The primary transformer coil's magnetic field rapidly collapses. The secondary coil induces current in the transformer coil, which is a very high voltage current in the secondary coil, because the number of windings in it is much larger than the number of windings in the primary coil Surrounded by a powerful and changing magnetic field. This voltage causes a breakdown and causes the current to flow in the form of a spark across the spark gap. Therefore, by blocking the spark, the recombination can be intentionally stopped before all the hydrogen and oxygen gases recombine.

火花点火再結合を減速させる別の方法は、図11Eに示されるように、ポンプチャンバの内部を2つの区画1132、1134に分割するセパレータ1130を使用することである。セパレータ1130は、例えば、弁、膜、多孔質材料、および/または穴がある固体材料であり得る。火花間隙1110を含む区画1132内のガスのみが、再結合して区画圧力をゼロ(またはほぼゼロ)まで低減させるであろう。ピストンに隣接する、他方の区画1134内のガス混合物は、(火花の持続時間よりもはるかに長い時間的尺度で)区画分離を通して徐々に分散し、圧力平衡に達するまで第1の区画1132を補充するであろう。2つの区画1132、1134の間の体積比を介して、終末圧力を設定することができる。例えば、火花間隙を含有する区画1132は、全ポンプチャンバ容積の4分の1を占め、圧力は、その元の値の約4分の1まで降下するであろう。したがって、増分的に(例えば、実施例では、4倍ずつ)圧力を軽減するために、反復火花点火および圧力平衡を使用することができる。当然ながら、再結合制御を最適化するために、火花タイミングおよび区画分離を組み合わせて使用することもできる。   Another way to slow spark spark recombination is to use a separator 1130 that divides the interior of the pump chamber into two compartments 1132, 1134, as shown in FIG. 11E. Separator 1130 can be, for example, a valve, a membrane, a porous material, and / or a solid material with holes. Only the gas in the compartment 1132 that includes the spark gap 1110 will recombine and reduce the compartment pressure to zero (or nearly zero). The gas mixture in the other compartment 1134 adjacent to the piston gradually disperses through the compartment separation (on a time scale much longer than the duration of the spark) and replenishes the first compartment 1132 until pressure equilibrium is reached. Will do. The end pressure can be set via the volume ratio between the two compartments 1132, 1134. For example, the compartment 1132 containing the spark gap will occupy a quarter of the total pump chamber volume and the pressure will drop to about a quarter of its original value. Thus, repetitive spark ignition and pressure balance can be used to relieve pressure incrementally (eg, by a factor of 4 in the example). Of course, a combination of spark timing and compartment separation can also be used to optimize recombination control.

制御可能な圧力軽減への代替的なアプローチは、電流の印加によって加熱される電気抵抗フィラメントの使用を伴う。この機構は、フィラメントが電気抵抗器の役割を果たし、十分な電力の印加時に、フィラメントの温度が数千℃まで上昇する、白熱灯で使用されるものに類似する。フィラメントの熱エネルギーは、水素および酸素ガスの水への再結合を開始し、それによって、チャンバの圧力を低下させる。フィラメントに印加される電流の大きさおよびタイミングを介して、再結合の速度および持続時間を容易に調整することができるため、この機構は、高度な制御を提供する。   An alternative approach to controllable pressure relief involves the use of electrical resistance filaments that are heated by the application of current. This mechanism is similar to that used in incandescent lamps, where the filament acts as an electrical resistor, and when sufficient power is applied, the filament temperature rises to several thousand degrees Celsius. The thermal energy of the filament initiates recombination of hydrogen and oxygen gas into the water, thereby reducing the chamber pressure. This mechanism provides a high degree of control because the rate and duration of recombination can be easily adjusted through the magnitude and timing of the current applied to the filament.

圧力軽減はまた、図11Fに示されるように、能動放出弁を使用して、ポンプチャンバからガスを制御可能に放出することによって達成することもできる。この弁1140は、通常は、閉鎖することができ(またはチャンバ内の圧力蓄積を防止しない、小さい制御可能な漏出率を有することができ)、チャンバ1144からガスを除去し、それによって、圧力を軽減するために必要に応じて開放されてもよい。典型的には、弁は、(例えば、出口部材の中の流量センサ1146からの示度値によって指示されるように)適正な量の薬剤が送出されるとすぐに弁を起動する、ポンプの制御回路によって制御することができるように、電気機械または圧電である。全てのガスが漏出する前に弁1140を閉鎖することによって、終末圧力を制御することができ、すなわち、薬剤を排出しないが、薬剤送達の次のサイクルに必要な圧力蓄積を低減させる、上昇レベルで保持することができる。弁1140はまた、関連する異なる空気流動抵抗を伴う異なる弁開口部サイズを提供することによって、ガス放出速度の制御を促進してもよい。いくつかの実施形態では、弁開口部を、ポンプコントローラによって連続的に調整することができる一方で、他の実施形態では、弁は、ポンプコントローラが選択する、いくつかの離散サイズ設定(または解放または閉鎖のいずれか一方である単一の設定)を提供する。好適な能動圧力軽減弁は、ソレノイド弁、ダイヤフラム弁、ボール弁、およびダックビル弁を含むが、それらに限定されない。   Pressure relief can also be achieved by controllably releasing gas from the pump chamber using an active release valve, as shown in FIG. 11F. This valve 1140 can normally be closed (or have a small controllable leak rate that does not prevent pressure buildup in the chamber) and removes gas from the chamber 1144, thereby reducing pressure. It may be opened as needed to alleviate. Typically, the valve of the pump activates the valve as soon as the correct amount of drug is delivered (eg, as indicated by the reading value from the flow sensor 1146 in the outlet member). Electromechanical or piezoelectric so that it can be controlled by the control circuit. By closing valve 1140 before all gas leaks, the end pressure can be controlled, i.e., does not drain the drug, but reduces the pressure build-up required for the next cycle of drug delivery. Can be held in. The valve 1140 may also facilitate control of the gas release rate by providing different valve opening sizes with associated different air flow resistances. In some embodiments, the valve opening can be continuously adjusted by the pump controller, while in other embodiments, the valve has several discrete size settings (or releases) that the pump controller selects. Or a single setting that is either closed). Suitable active pressure relief valves include, but are not limited to, solenoid valves, diaphragm valves, ball valves, and duckbill valves.

電解反応がもはや起こることができないように、最終的にポンプに電解質を不足させ得る、圧力軽減段階中の電解質の排出を回避するために、電解質は、例えば、ヒドロゲル、綿繊維、スポンジ、または超吸収性ポリマー等の高度吸収材料に浸漬されてもよい。次いで、電解質は、ガスチャンバの残りの部分に形成されるガス区画から分離して、吸収材料の内側にとどまるであろう。弁は、ガス区画に隣接するチャンバ壁の一部分に組み込まれてもよく、および/または図に示されるように、ガス区画の中へ開放する管に接続されてもよい。
(センサベースのフィードバック制御)
In order to avoid electrolyte drainage during the pressure relief phase, which can ultimately cause the pump to run out of electrolyte so that the electrolytic reaction can no longer take place, the electrolyte can be, for example, hydrogel, cotton fiber, sponge, or super It may be immersed in a highly absorbent material such as an absorbent polymer. The electrolyte will then remain inside the absorbent material, separating from the gas compartment formed in the remainder of the gas chamber. The valve may be incorporated into a portion of the chamber wall adjacent to the gas compartment and / or connected to a tube that opens into the gas compartment, as shown.
(Sensor-based feedback control)

種々の実施形態では、薬剤送達は、異なる送達モードおよびプロトコルを実装するように、電解駆動電流を介して制御することができる。完全機能インスリンポンプは、例えば、(1)一定の流体注射速度での基底送達、(2)ボーラス送達(例えば、患者によって手動で、または測定された血糖値に基づいて、または1日の全体を通してある事前にプログラムされた時間にトリガされる)、および(3)背景基底および(多重)ボーラス送達といった、異なる種類の糖尿病患者の治療のための3つの基底送達モードを可能にする。図12A−12Cは、3つ全てのモードに対応する送達プロファイルを概略的に図示する。例えば、夕食ポンプは、夕食の直後にインスリンの150μl用量を投与し、患者が眠っている間に8時間にわたって基底速度でさらに350μlを分注してもよい。異なる疾患は、付加的なボーラス注射を伴う、または伴わない、可変速度での断続的または連続的薬剤送達を伴う複雑なプロトコルを含む、異なる送達プロトコルを必要とし得る。一般に、薬剤送達プロトコルは、特定の用途に応じて、薬剤送達時間、持続時間、速度、および投与量を特定してもよい。図1を参照すると、ポンプドライバ110は、(例えば、システムメモリ120に記憶された)選択された事前プログラム送達プロトコルに基づいて、または例えば、テレメトリモジュール124を介して受信される、リアルタイムコマンドに基づいて、送達を制御してもよい。臨床医は、患者の症状が変化した場合に、システムメモリ120内のポンププログラミングを変更してもよい。   In various embodiments, drug delivery can be controlled via electrolytically driven current to implement different delivery modes and protocols. Full function insulin pumps, for example, (1) basal delivery at a constant fluid injection rate, (2) bolus delivery (eg, manually by a patient or based on measured blood glucose levels, or throughout the day) Allows three basal delivery modes for the treatment of different types of diabetic patients, such as (3) background basal and (multiple) bolus delivery). 12A-12C schematically illustrate delivery profiles corresponding to all three modes. For example, a supper pump may administer a 150 μl dose of insulin immediately after supper and dispense another 350 μl at a basal rate over 8 hours while the patient is asleep. Different diseases may require different delivery protocols, including complex protocols with intermittent or continuous drug delivery at variable rates, with or without additional bolus injections. In general, a drug delivery protocol may specify the drug delivery time, duration, rate, and dosage depending on the particular application. Referring to FIG. 1, the pump driver 110 may be based on a selected preprogrammed delivery protocol (eg, stored in system memory 120) or based on real-time commands received via, for example, telemetry module 124. And delivery may be controlled. The clinician may change the pump programming in system memory 120 when the patient's symptoms change.

所望の送達モードまたはプロトコルに従った高精度ポンプ制御は、典型的には、センサフィードバックを利用する。異なるセンサ種類およびフィードバックシステムが、異なるモードに好適であり得る。基底、ボーラス、および複合基底/ボーラス送達のためのフィードバック制御方式が、以下で説明される。これらの制御方式は、(例えば、図2Aに関して説明されるような)電解駆動型ピストンポンプデバイスを参照して例証されるであろうが、制御方式の多くの側面および特徴は、他の種類の薬剤ポンプデバイスにも適用可能であると理解されたい。   High precision pump control according to the desired delivery mode or protocol typically utilizes sensor feedback. Different sensor types and feedback systems may be suitable for different modes. Feedback control schemes for basal, bolus, and combined basal / bolus delivery are described below. Although these control schemes will be illustrated with reference to an electrolysis-driven piston pump device (eg, as described with respect to FIG. 2A), many aspects and features of the control scheme are not It should be understood that it is also applicable to drug pump devices.

図13Aおよび13Bは、それぞれ、基底速度送達のための例示的なピストンポンプデバイス1300および関連フィードバックループを図示する。安定した流速を得るために、デバイス1300は、好ましくは、上記で説明されるように、出口に高抵抗流量制限器を装備し、高い駆動圧力で操作される。所与の標的流速を達成するために必要とされる駆動圧力は、既知の流動抵抗に基づいて計算することができる。順に、流動抵抗は、例えば、実験的に、または既知の出口寸法に基づいて計算することによって、デバイス展開前に判定され、メモリに(例えば、システムコントローラ112のメモリに、または別個のシステムメモリ120に)記憶されてもよい。代替として、流動抵抗は、薬剤送達が始まる前に、例えば、プライミング段階中に、較正によって判定されてもよい。流動抵抗がデバイス展開前に把握されている場合、1つ以上の標的流速に対する標的圧力が、同様に、計算され、例えば、参照テーブルの形態でメモリに記憶されてもよい。そうでなければ、標的圧力は、標的流速を示す入力に基づいて、後にシステムコントローラ112によって計算されてもよい。種々の実施形態では、ポンプは、流動抵抗が一定であり、結果として、流速が駆動圧力に正比例する、圧力体制で操作される。しかしながら、図13Bで図示されるフィードバックループは、そのような線形関係を条件としないが、流速と圧力との間の関係が把握されているときはいつでも採用することができる。   13A and 13B illustrate an exemplary piston pump device 1300 and associated feedback loop for basal rate delivery, respectively. In order to obtain a stable flow rate, the device 1300 is preferably operated at a high driving pressure with a high resistance flow restrictor at the outlet as described above. The drive pressure required to achieve a given target flow rate can be calculated based on the known flow resistance. In turn, the flow resistance is determined prior to device deployment, for example, experimentally or by calculation based on known exit dimensions, and is stored in memory (eg, in the memory of system controller 112 or in a separate system memory 120). May be stored. Alternatively, flow resistance may be determined by calibration before drug delivery begins, eg, during the priming phase. If the flow resistance is known prior to device deployment, the target pressure for one or more target flow rates may be similarly calculated and stored in memory, for example in the form of a look-up table. Otherwise, the target pressure may be calculated later by the system controller 112 based on an input indicating the target flow rate. In various embodiments, the pump is operated in a pressure regime where the flow resistance is constant and, as a result, the flow rate is directly proportional to the drive pressure. However, the feedback loop illustrated in FIG. 13B is not subject to such a linear relationship, but can be employed whenever the relationship between flow velocity and pressure is known.

標的圧力でのポンプ動作を確保するために、ポンプデバイス1300は、ポンプチャンバの内側の駆動圧力を連続的に監視する圧力センサ1310(例えば、自動車業界で使用されるような安価であるが正確なMEMSセンサ)を含んでもよい。複数の圧力センサが、増加した精度のために、および/またはセンサ故障を検出するために使用されてもよい。図3Bで図示されるように、圧力センサは、電子回路にフィードバックされる、測定された圧力を示す出力電圧(または他の電気信号)を作成する。信号調節器が、アナログ電圧信号を増幅し、デジタル信号に変換してもよい。次いで、このデジタル圧力信号は、駆動圧力を標的圧力と比較するように制御コードに従って信号を処理する、システムコントローラ112に提供される。それに従って電解ポンプへの電力を調整するためのアナログ制御電力を提供するように、異なる出力デジタル信号がポンプドライバ110に送信されてもよい。   In order to ensure pump operation at the target pressure, the pump device 1300 includes a pressure sensor 1310 that continuously monitors the drive pressure inside the pump chamber (e.g., inexpensive but accurate as used in the automotive industry). A MEMS sensor). Multiple pressure sensors may be used for increased accuracy and / or to detect sensor failure. As illustrated in FIG. 3B, the pressure sensor creates an output voltage (or other electrical signal) indicative of the measured pressure that is fed back to the electronic circuit. A signal conditioner may amplify the analog voltage signal and convert it to a digital signal. This digital pressure signal is then provided to the system controller 112 which processes the signal according to the control code to compare the drive pressure with the target pressure. Different output digital signals may be sent to the pump driver 110 to provide analog control power to adjust power to the electrolysis pump accordingly.

一実施形態では、システムコントローラ112によって実装される制御論理は、測定された圧力が標的圧力の特定限界(「バイアス」と呼ばれる)内であるかどうかを判定し、以下のステップに従って電解電流を調整する。第1に、測定された圧力が、バイアス値を引いた標的圧力を下回るとき、電流がオンにされる。次いで、測定された圧力が、バイアス値を足した/引いた標的圧力の範囲内であるとき、電流は中間レベルまで低減させられる。最終的に、いったん測定された圧力が、バイアスを足した標的圧力よりも大きくなると、印加された電流が遮断される。このプロセスは、圧力を標的圧力で一定に保つよう、電解速度を調整するように連続的に繰り返すことができる。制限ではないが、比例・積分・微分(PID)制御、パルス幅変調(PWM)制御、人工ニューラルネットワーク(ANN)制御、ファジー論理制御、進化的計算制御、モデル予測制御(MPC)、および/または線形象限ガウシアン制御(LQG)を含む、多くの他の制御方法が使用されてもよい。種々の論理方式によって達成される電解電流は、一般に、任意の波形を成してもよく、例えば、方形または三角波であってもよく、あるいはパルス幅変調されてもよい。   In one embodiment, the control logic implemented by the system controller 112 determines whether the measured pressure is within a specified limit of the target pressure (referred to as “bias”) and adjusts the electrolysis current according to the following steps: To do. First, the current is turned on when the measured pressure is below the target pressure minus the bias value. The current is then reduced to an intermediate level when the measured pressure is within the target pressure plus / subtracted bias value. Eventually, once the measured pressure is greater than the biased target pressure, the applied current is interrupted. This process can be repeated continuously to adjust the electrolysis rate to keep the pressure constant at the target pressure. Without limitation, proportional-integral-derivative (PID) control, pulse width modulation (PWM) control, artificial neural network (ANN) control, fuzzy logic control, evolutionary computational control, model predictive control (MPC), and / or Many other control methods may be used, including linear quadrant Gaussian control (LQG). The electrolysis current achieved by the various logic schemes may generally have any waveform, for example a square or triangular wave, or may be pulse width modulated.

ポンプチャンバ内の圧力示度値に基づく、電解速度のフィードバック制御と組み合わせた、高圧密閉ポンプ設計を使用して、基底送達のための正確かつ一定の流速を達成することができる。圧力ベースのフィードバックの代替案として、直接流量制御を実装することができる。これは、図14Aおよび14Bで図示されている。この場合、ポンプデバイス1400は、薬剤出口に、または出口部材の中の他の場所に(貯留部から下流に)流量センサ1410を含む。この流量センサは、出口部材から流出する薬剤の実際の送達速度を監視し、制御システムにフィードバックする電圧信号を出力する。圧力フィードバックで使用される制御方法と同様に、流速電圧信号は、標的送達速度と比較され、電極への供給電流は、標的送達速度と測定された送達速度との間の差に基づいて調整される。   An accurate and constant flow rate for basal delivery can be achieved using a high pressure sealed pump design combined with feedback control of electrolysis rate based on pressure readings in the pump chamber. As an alternative to pressure-based feedback, direct flow control can be implemented. This is illustrated in FIGS. 14A and 14B. In this case, the pump device 1400 includes a flow sensor 1410 at the drug outlet or elsewhere in the outlet member (downstream from the reservoir). The flow sensor monitors the actual delivery rate of the drug flowing out of the outlet member and outputs a voltage signal that feeds back to the control system. Similar to the control method used in pressure feedback, the flow rate voltage signal is compared to the target delivery rate and the supply current to the electrode is adjusted based on the difference between the target delivery rate and the measured delivery rate. The

さらに別の実施形態では、流速測定自体が圧力ベースである。貯留部の薬剤出口に接続される圧力センサ(例えば、自動車業界で使用されるような安価であるが正確なMEMSセンサ)が、圧力を測定するために使用され、流速が、収集された圧力データおよび流量制限器の寸法(または代替として、較正によって判定されるような流動抵抗)から得られる。次いで、そのようにして判定された流速は、図14Bで描写されるのと同様に処理され、一定の速度で安定した薬剤送達を促進する。流速測定のために圧力センサを使用することは、一般に、流量センサを用いた直接流速測定がより高価であるため、後者よりも好ましくあり得る。上記で説明されるような高流動抵抗の実施形態では、ポンプチャンバおよび薬剤出口の中、またはその間のいずれかの場所の(例えば、薬剤貯留部の中の)圧力示度値が、ほぼ同一の値をもたらすように、ピストンおよび薬剤貯留部にわたる圧力降下は、概して、流量制限器にわたる圧力降下と比較してごくわずかである。   In yet another embodiment, the flow rate measurement itself is pressure based. A pressure sensor connected to the drug outlet of the reservoir (eg, an inexpensive but accurate MEMS sensor as used in the automotive industry) is used to measure pressure and the flow rate is collected pressure data. And the flow restrictor dimensions (or alternatively flow resistance as determined by calibration). The flow rate so determined is then processed in the same manner as depicted in FIG. 14B to facilitate stable drug delivery at a constant rate. The use of a pressure sensor for flow rate measurement may generally be preferred over the latter because direct flow rate measurement using a flow sensor is more expensive. In the high flow resistance embodiment as described above, the pressure readings in the pump chamber and drug outlet or anywhere in between (eg, in the drug reservoir) are approximately the same. To provide a value, the pressure drop across the piston and drug reservoir is generally negligible compared to the pressure drop across the flow restrictor.

高い送達速度精度および患者安全性を要求する用途では、送達速度の余剰な制御を提供するために、二重センサ閉ループフィードバックシステムを使用することができる。有利には、たとえセンサのうちの1つが強い変動または故障を被ったとしても、2つのセンサの使用が、安全な制御された薬剤送達を可能にする。二重センサフィードバックシステムでは、図15Aおよび15Bで図示されるように、電解チャンバ内の圧力、および貯留部出口における、またはそこから下流での流速の両方が、測定され、制御信号として使用される。典型的には、プログラミングで実装される、コンパレータ1500が、センサ1310、1410からの信号に基づいて措置を選択してもよい。例えば、測定された圧力値は、対応する計算された流速を見出すように、履歴モジュール1510に記憶された圧力/流速曲線に対して調べられてもよく、曲線は、例えば、プライミング段階中に、事前にロードされ、または得られてもよい。いくつかの実施形態では、許容限度を超える測定および計算された流速の間の任意の相違が、安全プロトコルを開始するためにトリガとして使用される。これは、ポンプを動作停止させること、および警告信号を発すること、または、次いで、新たな示度値が一致しているかどうかを確認するようにポンプを再始動することを伴ってもよい。   For applications requiring high delivery rate accuracy and patient safety, a dual sensor closed loop feedback system can be used to provide redundant control of delivery rate. Advantageously, the use of two sensors allows for safe and controlled drug delivery, even if one of the sensors suffers a strong fluctuation or failure. In a dual sensor feedback system, as illustrated in FIGS. 15A and 15B, both the pressure in the electrolysis chamber and the flow rate at or downstream from the reservoir outlet are measured and used as control signals. . A comparator 1500, typically implemented in programming, may select an action based on signals from sensors 1310, 1410. For example, the measured pressure value may be examined against a pressure / flow rate curve stored in the history module 1510 to find the corresponding calculated flow rate, the curve being, for example, during the priming phase, It may be preloaded or obtained. In some embodiments, any difference between the measured and calculated flow rates that exceed acceptable limits is used as a trigger to initiate the safety protocol. This may involve shutting down the pump and issuing a warning signal, or then restarting the pump to see if the new reading value matches.

代替実施形態では、コンパレータ1500は、一方または他方、あるいは両方に基づいて、電解電流を調整するように、2つの信号の間で区別するか、または調停する。例えば、一実施形態では、測定された流速が、誤差の設定限度内で計算された流速と一致する(例えば、測定された流速が、わずか5%、10%、または別の固定量だけ計算された流速から変動する)場合には、測定された流速が容認され、電流制御は、それに基づく(例えば、PID制御、PWM制御等の圧力ベースの制御について上記で説明されるのと同一の種類の制御機構を使用する)。そうでなければ、計算された流速値は、正しい流速出力値として容認され、通過させられる。この調停方式は、測定された流速が計算された流速よりも正確であるか、または真の値からかけ離れているため、完全に破棄され、計算された流速に代入されるほうが良いかのいずれかの仮定に基づく。該方式は、例えば、出口部材内の気泡に、または突然の痙動に起因し得る、流速の不正確な示度値に対する保護に役立ち、電解ガスおよび圧力生成の時期尚早の活性化または不活性化を防止することができる。   In an alternative embodiment, the comparator 1500 distinguishes or arbitrates between the two signals to adjust the electrolysis current based on one or the other or both. For example, in one embodiment, the measured flow rate matches the calculated flow rate within the error set limits (e.g., the measured flow rate is calculated by only 5%, 10%, or another fixed amount). The measured flow rate is acceptable and current control is based on it (eg, the same type of pressure-based control as described above for PID control, PWM control, etc.) Control mechanism). Otherwise, the calculated flow rate value is accepted and passed as the correct flow rate output value. This mode of arbitration is either more accurate than the calculated flow rate or is far away from the true value, so it is better to discard it completely and substitute it into the calculated flow rate. Based on the assumption of The scheme helps protect against inaccurate readings of the flow rate, which may be due, for example, to bubbles in the outlet member or due to sudden jerking and premature activation or deactivation of the electrolysis gas and pressure generation Can be prevented.

代替として、または加えて、制御システムは、履歴モジュール1510を介して、少なくとも部分的に最近のポンプ動作に基づいてポンプを操作してもよい。ポンプ履歴は、電極が通電させられたときの時点で、連続的に、絶対時間にわたって、または離散的に測定される、(センサ1310、1410によって提供されるような)圧力および流量示度値の形態を成してもよい。典型的には、ポンプが動作するにつれて、各ポンプ作動に続いて連続示度値が記憶されるであろう。示度値は、休止周期中に得られる場合もあり、またはより一般的には得られない場合もある。   Alternatively or additionally, the control system may operate the pump based at least in part on recent pump activity via the history module 1510. The pump history is a measurement of pressure and flow readings (as provided by sensors 1310, 1410) measured continuously, over absolute time, or discretely at the time the electrode is energized. It may form. Typically, as the pump operates, a continuous reading value will be stored following each pump operation. The reading value may be obtained during the rest period, or more generally not.

示度値は、履歴モジュール1510のシフトレジスタまたは循環バッファに記憶され、典型的には、より新しい示度値が、先入れ先出し順序でより古い示度値に取って代わる。履歴モジュール1510は、ポンプのヒステリシス動作を実施してもよく、レジスタまたはバッファの深度は、ヒステリシスの程度を判定する。例えば、圧力と流量との間の関係の最近の履歴が、一過性の事象、例えば、血液が運ぶ破片による出口部材108の瞬時封鎖による、痙動的なポンプ動作を回避するために使用されてもよい。瞬時流量示度値に基づいて圧力を急激に増加させるよりもむしろ、圧力は、例えば、履歴バッファに記憶された以前のいくつかの流量示度値の平均に基づいて増加させられる。(現在のポンピング圧力を判定するために使用される、流量/圧力示度値対の数は、用途に依存し、不要な実験を伴わずに簡単に判定される。さらに、例えば、より小さい変化よりも多くの以前の示度値を使用して、急上昇が円滑にされるように、使用される示度値対の数は、それ自体が、以前の流量示度値からの逸脱の程度に依存し得る。いくつかの実施形態では、3つほどの少ないデータサンプルが記憶され、次を予測するように平均化される。)履歴示度値が、経時的に圧力/流量関係(すなわち、標的流速を達成するために必要な圧力の量)を改正するため、出口部材2410の出口ポートの周囲での生物学的物質の蓄積による封鎖の増加等の流量へのより長期的な影響が考慮される。   The reading value is stored in the shift register or circular buffer of the history module 1510, and typically a newer reading value replaces the older reading value in a first-in first-out order. The history module 1510 may implement a hysteresis operation of the pump, and the depth of the register or buffer determines the degree of hysteresis. For example, a recent history of the relationship between pressure and flow rate is used to avoid spastic pumping due to transient events, e.g., momentary blockage of the outlet member 108 by debris carried by blood May be. Rather than increasing the pressure abruptly based on the instantaneous flow reading value, the pressure is increased based on, for example, an average of several previous flow reading values stored in the history buffer. (The number of flow / pressure reading value pairs used to determine the current pumping pressure depends on the application and can be easily determined without undue experimentation. The number of reading value pairs used is itself in the degree of deviation from the previous flow reading value so that the spike is smoothed using more previous reading values. In some embodiments, as few as three data samples are stored and averaged to predict the next.) The historical reading value is a pressure / flow relationship over time (ie, Considering longer term effects on flow rate such as increased blockage due to accumulation of biological material around the outlet port of outlet member 2410 to revise the amount of pressure required to achieve the target flow rate Is done.

二重センサフィードバックシステムはまた、流量および圧力センサの代わりに、2つの圧力センサを利用してもよい。典型的には、一方の圧力センサは、ポンプチャンバ内に配置され、他方のセンサは、薬剤貯留部の出口に、すなわち、貯留部出口圧力がまだ感知可能に降下していない位置で貯留部の下流に配置される。例えば、図9Bに示されるように、貯留部の下流に流量制限器がある実施形態では、第2の圧力センサ930は、薬剤貯留部と流量制限器910との間の流体経路の中に配置される。貯留部の下流に離散構成要素を有さず、流動抵抗を支配する(例えば、出口部材全体、またはその大部分が流量制限器として機能する)実施形態では、第2の圧力センサは、概して、可能な限り貯留部の近くに配置される。貯留部の中の流動抵抗が高いとき、薬剤バイアルにわたる圧力降下は、通常、ごくわずかである。したがって、両方の圧力センサからの圧力示度値は、同一またはほぼ同一のはずである。したがって、いくつかの実施形態では、2つの圧力示度値の間の任意の感知可能な差(例えば、高いほうの値の5%または10%を超える相対差、または何らかの他の所定の差)が、誤差状態の指示として解釈され、ポンプ動作停止または別の好適な安全プロトコルをトリガするために使用される。   The dual sensor feedback system may also utilize two pressure sensors instead of flow and pressure sensors. Typically, one pressure sensor is placed in the pump chamber and the other sensor is at the outlet of the drug reservoir, i.e., at a location where the reservoir outlet pressure has not yet been appreciably lowered. Arranged downstream. For example, in an embodiment where there is a flow restrictor downstream of the reservoir, as shown in FIG. 9B, the second pressure sensor 930 is disposed in the fluid path between the drug reservoir and the flow restrictor 910. Is done. In embodiments that do not have discrete components downstream of the reservoir and dominate the flow resistance (eg, the entire outlet member or most of it functions as a flow restrictor), the second pressure sensor generally includes: Place as close to the reservoir as possible. When the flow resistance in the reservoir is high, the pressure drop across the drug vial is usually negligible. Thus, the pressure readings from both pressure sensors should be the same or nearly the same. Thus, in some embodiments, any perceptible difference between two pressure readings (eg, a relative difference greater than 5% or 10% of the higher value, or some other predetermined difference) Is interpreted as an indication of an error condition and is used to trigger a pump shutdown or another suitable safety protocol.

代替として、例えば、駆動圧力の関数として、貯留部にわたる圧力を特徴付けるために、薬剤貯留部の上流および下流の2つの圧力示度値を使用することができる。例えば、事前充填された薬剤バイアルを伴うピストンポンプデバイスについては、患者にデバイスを採用する前に、静摩擦/摩擦プロファイルを測定して記録することができる。異なる製造業者からの異なる種類のバイアルは、例えば、内面が摩擦低減層でコーティングされるかどうかに応じて、それらの品質、およびバイアル内壁とピストンとの間で生成される摩擦が多大に異なり得る。いくつかのバイアルでは、初期静摩擦力が克服された後でさえも、摩擦の変動が、ピストン移動を急に停止させ、駆動圧力が薬剤送達を再開するように増加させられると、急に開始させ、患者への過剰摂取の危険性を伴い得る。低摩擦バイアルおよび/または摩擦の影響の正確な演繹的知識を必要とし、それに依存するよりもむしろ、本明細書による2つの圧力センサを伴う薬剤ポンプデバイスが、好適なポンプ駆動圧力を判定し、および/または薬剤送達中の圧力降下の既知の変動に合わせて調整するように、個々のバイアル(および/またはバイアルの種類)について薬剤貯留部にわたって摩擦および圧力降下を較正することができる。好適な駆動圧力は、例えば、異なる駆動圧力について、ある周期にわたってその中の圧力降下および変動を測定し、それを上回ると、圧力降下、結果として、出口における流速が十分に安定している、閾値圧力を確立することによって、判定されてもよい。代替として、または加えて、一定の流速を維持するよう、貯留部にわたる圧力降下の任意の残留変動を補償するために、薬剤送達中に2つのセンサからの圧力示度値を使用することができる。   Alternatively, two pressure readings upstream and downstream of the drug reservoir can be used, for example, to characterize the pressure across the reservoir as a function of drive pressure. For example, for a piston pump device with a prefilled drug vial, the static friction / friction profile can be measured and recorded prior to adoption of the device on the patient. Different types of vials from different manufacturers can vary greatly in their quality and the friction generated between the vial inner wall and the piston, for example depending on whether the inner surface is coated with a friction reducing layer. . In some vials, even after the initial static friction force has been overcome, the friction fluctuations will suddenly start when the piston movement is suddenly stopped and the drive pressure is increased to resume drug delivery. , With the risk of overdose to the patient. Rather than requiring and relying on low friction vials and / or accurate a priori knowledge of the effects of friction, a drug pump device with two pressure sensors according to the present specification determines a suitable pump drive pressure, Friction and pressure drop can be calibrated across drug reservoirs for individual vials (and / or vial types) to adjust for known variations in pressure drop during and / or drug delivery. A suitable drive pressure is, for example, a threshold at which the pressure drop and variation therein are measured over a period for different drive pressures, above which the pressure drop and consequently the flow rate at the outlet is sufficiently stable. It may be determined by establishing a pressure. Alternatively or additionally, the pressure readings from the two sensors can be used during drug delivery to compensate for any residual fluctuations in pressure drop across the reservoir to maintain a constant flow rate. .

ある薬剤ポンプデバイスでは、最大で1ml/分またはさらにそれ以上の流速が確立される。この場合、単一の圧力センサが、適正なポンプ動作を確保するために使用されてもよい。流体経路のよじれまたは閉塞、あるいはポンプチャンバの破裂等の安全上の懸念が、圧力示度値を介して、容易に検出可能となるであろう、そしてポンプの動作停止をトリガするために使用することができる。   In some drug pump devices, flow rates of up to 1 ml / min or even higher are established. In this case, a single pressure sensor may be used to ensure proper pump operation. Safety concerns such as kinking or blockage of the fluid path, or rupture of the pump chamber would be readily detectable via the pressure reading and used to trigger pump shutdown be able to.

電解制御のための閉ループフィードバックが、これまで、一定の基底流速に関して説明されている。しかしながら、当業者であれば、上記で説明される制御システムは、可変標的流速にも容易に適用できることを理解するであろう。例えば、図13B、14B、または15Cで描写される様式で、測定された圧力または流速値を可変時間標的圧力または流速に対して比較することができ、電解速度を調整することができる。   Closed loop feedback for electrolysis control has been described so far for a constant basal flow rate. However, those skilled in the art will appreciate that the control system described above can be readily applied to variable target flow rates. For example, in the manner depicted in FIGS. 13B, 14B, or 15C, measured pressure or flow rate values can be compared against variable time target pressures or flow rates, and electrolysis rates can be adjusted.

図16Aおよび16Bは、正確なボーラス送達のための例示的な薬剤ポンプデバイス1600および関連フィードバックシステムを図示する。ポンプデバイス1600は、流量センサ1410および関連制御回路に加えて、圧力軽減機構1610を含む。弁とともに概念的に図示されているが、圧力軽減機構1610は、上記で説明される機構のうちのいずれか(例えば、再結合点火火花、触媒等)、または電解ポンプが動作停止されたときに圧力を低減するのに役立つ任意の他の好適な機構であってもよい。流量センサ1410は、患者に送達される薬剤のリアルタイム流速を監視するために使用される。プログラミングで実装され得る、送達量モニタ1620は、リアルタイムで送達されたボーラス量を計算するように、このリアルタイム流速を積分し、標的ボーラス投与量に対してその量を比較する。送達された薬剤量が標的ボーラス送達量に達したとき、システムコントローラは、ポンプチャンバ内の圧力が減少し始めるように、ポンプドライバに電解用電極への電流を遮断させる。(連続的に動作するよりもむしろ)能動的に制御可能な圧力軽減機構を利用するポンプの実施形態では、システムコントローラは、同時に機構をトリガする。その後、電解ポンプおよび/または圧力軽減機構の制御は、送達モードに依存する。   FIGS. 16A and 16B illustrate an exemplary drug pump device 1600 and associated feedback system for accurate bolus delivery. The pump device 1600 includes a pressure relief mechanism 1610 in addition to the flow sensor 1410 and associated control circuitry. Although conceptually illustrated with a valve, the pressure relief mechanism 1610 may be any of the mechanisms described above (eg, recombination spark, catalyst, etc.) or when the electrolytic pump is deactivated. Any other suitable mechanism that helps reduce the pressure may be used. The flow sensor 1410 is used to monitor the real-time flow rate of the drug delivered to the patient. A delivered dose monitor 1620, which can be implemented in programming, integrates this real-time flow rate and compares the amount against the target bolus dose to calculate the delivered bolus amount in real time. When the delivered drug amount reaches the target bolus delivery amount, the system controller causes the pump driver to block the current to the electrolysis electrode so that the pressure in the pump chamber begins to decrease. In pump embodiments that utilize an actively controllable pressure relief mechanism (rather than operating continuously), the system controller triggers the mechanism simultaneously. Thereafter, control of the electrolytic pump and / or pressure relief mechanism depends on the delivery mode.

背景基底送達を伴わないボーラス送達については、圧力軽減機構は、ポンプチャンバ内の圧力がゼロまで低下することを可能にするように操作され、ポンプに薬剤送達を完全に停止させる。さらに、電解ポンプは動作停止したままであり、電解は、次のボーラス送達が適用可能な送達プロトコルに従って行われる予定まで再開されない。対照的に、背景基底送達を伴うボーラス送達については、圧力軽減機構は、背景基底速度に対する標的駆動圧力に達するまで、駆動圧力を低減するように制御される。いったんこの圧力が達成されると、圧力軽減機構が動作停止させられ、電解への電力が標的圧力レベルを維持するように復帰させられる。基底速度自体を制御するために、図13Aおよび13Bに関して説明されるような圧力センサ1310およびフィードバックループが採用されてもよい。さらに、ポンプ制御方式の精度および信頼性を増加させるために、流量センサ示度値が使用されてもよい。したがって、(図16Aおよび16Bに示されるような)完全機能ポンプシステムは、連続的な基底送達、ボーラス送達、ならびに背景基底および多重ボーラス送達のための高度に正確な送達モードを実装するために、基底のみおよびボーラスのみの流量制御とともに使用される、フィードバックループを組み合わせてもよい。図17は、二重センサフィードバックおよび能動圧力軽減機構を含む例示的なインスリンポンプシステムを用いて24時間周期にわたって達成されたポンプ圧力および流速を図示し、500nl/分の安定した背景基底送達速度と、それぞれ、朝食、昼食、および夕食を表す、8、12、および18時間の時間での3回の10μLボーラス送達とを示す。   For bolus delivery without background basal delivery, the pressure relief mechanism is operated to allow the pressure in the pump chamber to drop to zero, causing the pump to completely stop drug delivery. Furthermore, the electrolysis pump remains deactivated and electrolysis is not resumed until the next bolus delivery is scheduled to take place according to the applicable delivery protocol. In contrast, for bolus delivery with background basal delivery, the pressure relief mechanism is controlled to reduce the drive pressure until the target drive pressure for background basal velocity is reached. Once this pressure is achieved, the pressure relief mechanism is deactivated and power to the electrolysis is restored to maintain the target pressure level. A pressure sensor 1310 and feedback loop as described with respect to FIGS. 13A and 13B may be employed to control the base velocity itself. In addition, flow sensor readings may be used to increase the accuracy and reliability of the pump control scheme. Thus, a fully functional pump system (as shown in FIGS. 16A and 16B) can implement continuous basal delivery, bolus delivery, and highly accurate delivery modes for background basal and multiple bolus delivery. A feedback loop may be combined that is used with base-only and bolus-only flow control. FIG. 17 illustrates the pump pressure and flow rate achieved over a 24-hour period using an exemplary insulin pump system including dual sensor feedback and an active pressure relief mechanism, with a stable background basal delivery rate of 500 nl / min and 3 shows three 10 μL bolus deliveries at 8, 12, and 18 hours, representing breakfast, lunch, and dinner, respectively.

ボーラス制御方式はまた、関連する低い駆動圧力、およびピストンとバイアルとの間の摩擦の結果として生じる強い衝撃により、連続送達が困難になる、非常に低い基底速度(例えば、400nl/分以下の流速を伴う)にも適用可能である。低い基底速度は、所望の平均速度に調整される、定期的な時間間隔での離散的な固定量(例えば、8.3nl)ボーラス送達によって達成することができる。例えば、図18Aで図示されるように、0.05μl/時間の平均速度を1時間につき単一の8.3nl注射で達成することができる一方で、2μl/時間は、図18Dに示されるように、15分ごとに8.3nl注射を必要とする。   Bolus control schemes also have very low basal speeds (eg, flow rates below 400 nl / min) that make continuous delivery difficult due to the associated low drive pressure and strong impact resulting from friction between the piston and the vial. Can also be applied. A low basal rate can be achieved by discrete fixed volume (eg, 8.3 nl) bolus delivery at regular time intervals adjusted to the desired average rate. For example, as illustrated in FIG. 18A, an average rate of 0.05 μl / hr can be achieved with a single 8.3 nl injection per hour, while 2 μl / hr is as shown in FIG. 18D Requires an 8.3 nl injection every 15 minutes.

上記で説明される種々のフィードバックループは、概して、ハードウェア(アナログおよび/またはデジタル回路を含む)、ソフトウェア、または両方の組み合わせで実装することができる。例えば、センサ1310、1410によって供給される信号電圧は、最初に、デジタル信号に変換されてもよく、次いで、必要電解電流を算出するように、システムメモリ120に記憶された命令に基づいてシステムコントローラ112(例えば、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサであり得る)によって処理される。ポンプドライバ110は、コントローラ112からデジタル電流制御信号を受信し、それをアナログ信号に変換し、駆動電流を電極に提供するようにアナログ信号を増幅してもよい。計算機能を実装する命令は、測定および標的圧力または流速を比較し、異なる制御パラメータの間で調停し、記憶されたポンプ履歴データに基づいて圧力値から流速を算出し、送達された投与量を得るように流速を積分するため等のモジュール等の離散モジュールにグループ化されてもよい(しかし、その必要はない)。モジュールは、概して、制限ではないが、C、C++、C#、Ada、Basic、Cobra、Fortran、またはObject Pascal等の高レベル言語、あるいは低レベルアセンブリ言語を含む、任意の好適なプログラミング言語でプログラムされてもよく、言語の選択は、採用されるシステムコントローラまたはプロセッサの種類に依存し得る。   The various feedback loops described above can generally be implemented in hardware (including analog and / or digital circuitry), software, or a combination of both. For example, the signal voltage supplied by the sensors 1310, 1410 may be first converted to a digital signal and then the system controller based on instructions stored in the system memory 120 to calculate the required electrolysis current. 112 (e.g., could be a microcontroller or a microprocessor). Pump driver 110 may receive the digital current control signal from controller 112, convert it to an analog signal, and amplify the analog signal to provide drive current to the electrodes. The instructions that implement the calculation function compare the measured and target pressure or flow rate, arbitrate between different control parameters, calculate the flow rate from the pressure value based on the stored pump history data, and calculate the delivered dose It may (but need not) be grouped into discrete modules, such as modules to integrate the flow rate to obtain. Modules are generally programmed in any suitable programming language including, but not limited to, a high level language such as C, C ++, C #, Ada, Basic, Cobra, Fortran, or Object Pascal, or a low level assembly language. The language selection may depend on the type of system controller or processor employed.

本明細書で採用される用語および表現は、限定ではなく説明の用語および表現として使用され、そのような用語および表現の使用において、示され、説明される特徴およびそれらの部分のいかなる同等物も除外する意図はない。加えて、本発明のある実施形態を説明すると、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書で開示される概念を組み込む他の実施形態が使用されてもよいことが、当業者に明白となるであろう。例えば、本開示は、特異的に電解ポンプに関するが、高駆動圧力でのポンプ動作またはセンサベースのフィードバック等の本明細書で説明される、ある側面はまた、他の種類のポンプ(例えば、電気化学、浸透圧、圧電、空気圧、またはモータ駆動型ポンプ)で実装されてもよい。さらに、本発明の実施形態は、特徴の全てを含む必要はない、または本明細書で説明される利点の全てを有する必要はないが、特徴および利点の任意の一部または組み合わせを保有してもよい。したがって、説明された実施形態は、あらゆる点で制限的ではないが例証的にすぎないと見なされるものである。   The terms and expressions employed herein are used as descriptive terms and expressions, not as limitations, and in using such terms and expressions, the features shown and described and any equivalents thereof. There is no intention to exclude. In addition, after describing certain embodiments of the present invention, it will be appreciated by those skilled in the art that other embodiments incorporating the concepts disclosed herein may be used without departing from the spirit and scope of the present invention. It will be obvious. For example, although the present disclosure specifically relates to electrolytic pumps, certain aspects described herein, such as pumping at high driving pressures or sensor-based feedback, may also include other types of pumps (eg, electric (Chemical, osmotic, piezoelectric, pneumatic, or motor driven pump). Further, embodiments of the invention need not include all of the features or have all of the advantages described herein, but possess any part or combination of features and advantages. Also good. Accordingly, the described embodiments are to be considered in all respects as illustrative but not restrictive.

Claims (69)

薬剤貯留部と、
前記貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、
前記出口部材を通る流体流量を制限するための流量制限器であって、少なくとも10μl−1の流動抵抗係数を有する流量制限器と、
介在変位部材を介して前記薬剤貯留部と機械的に連通しているポンプチャンバを備える、電解ポンプであって、少なくとも5psiの圧力を及ぼして、前記出口部材に向かって前記変位部材を駆動し、それによって、前記薬剤貯留部の中でそれを通して流体を押勢するように動作可能である、電解ポンプと、
少なくとも5psiの圧力を生成するように前記ポンプを操作するための回路であって、前記回路および前記流量制限器は、約400nl/分から約5μl/分の範囲内の一定の流速で前記出口部材を通る連続流体流動を引き起こすように協働する、回路と
を備える、高圧薬剤ポンプデバイス。
A drug reservoir;
An outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site;
A flow restrictor for restricting fluid flow through the outlet member, the flow restrictor having a flow resistance coefficient of at least 10 6 μl −1 ;
An electrolysis pump comprising a pump chamber in mechanical communication with the drug reservoir via an intervening displacement member, exerting a pressure of at least 5 psi to drive the displacement member toward the outlet member; Thereby, an electrolytic pump operable to urge fluid therethrough in said drug reservoir;
A circuit for operating the pump to produce a pressure of at least 5 psi, the circuit and the flow restrictor configured to move the outlet member at a constant flow rate in the range of about 400 nl / min to about 5 μl / min. A high pressure drug pump device comprising: a circuit cooperating to cause continuous fluid flow therethrough.
前記ポンプは、少なくとも10psiの圧力を及ぼすように動作可能である、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, wherein the pump is operable to exert a pressure of at least 10 psi. 前記ポンプは、少なくとも50psiの圧力を及ぼすように動作可能である、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, wherein the pump is operable to exert a pressure of at least 50 psi. 前記ポンプは、少なくとも100psiの圧力を及ぼすように動作可能である、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, wherein the pump is operable to exert a pressure of at least 100 psi. 前記ポンプは、少なくとも200psiの圧力を及ぼすように動作可能である、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, wherein the pump is operable to exert a pressure of at least 200 psi. 前記流量制限器の最小内径は、100μmを超えない、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, wherein a minimum inner diameter of the flow restrictor does not exceed 100 μm. 前記流量制限器の最小内径は、50μmを超えない、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, wherein a minimum inner diameter of the flow restrictor does not exceed 50 μm. 前記流量制限器は、約1cmから約15cmの範囲内の長さを有する、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, wherein the flow restrictor has a length in a range of about 1 cm to about 15 cm. 前記出口部材は、前記流量制限器を備える、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, wherein the outlet member comprises the flow restrictor. 前記出口部材は、前記流量制限器に接続されるカニューレを備える、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, wherein the outlet member comprises a cannula connected to the flow restrictor. 前記流動抵抗係数は、前記ポンプ圧力と前記出口部材を通る流体流速との間に実質的に線形の関係をもたらす範囲内である、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, wherein the flow resistance coefficient is within a range that provides a substantially linear relationship between the pump pressure and a fluid flow rate through the outlet member. その中の圧力を測定するために前記ポンプチャンバ内に配置される、圧力センサをさらに備える、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, further comprising a pressure sensor disposed in the pump chamber to measure pressure therein. 前記ポンプを操作するための前記回路は、標的流速で流体流動を引き起こすよう、標的圧力との測定された圧力の比較に基づいて、電解用電極に供給される電解電流を調整するように構成される、請求項12に記載のデバイス。   The circuit for operating the pump is configured to adjust the electrolysis current supplied to the electrolysis electrode based on a comparison of the measured pressure with the target pressure to cause fluid flow at the target flow rate. The device of claim 12. 前記出口部材内に配置される流量センサをさらに備える、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, further comprising a flow sensor disposed within the outlet member. 前記電解ポンプはさらに、一定の特定流速で流体流動を引き起こすよう、標的流速との前記流量センサからの流速示度値の比較に基づいて、前記電極に供給される電解電流を調整するための制御回路をさらに備える、請求項14に記載のデバイス。   The electrolytic pump is further controlled to adjust the electrolytic current supplied to the electrode based on a comparison of a flow rate reading from the flow sensor with a target flow rate to cause fluid flow at a constant specific flow rate. The device of claim 14, further comprising a circuit. 前記薬剤貯留部は、バイアルの内側に形成され、前記変位部材は、前記バイアル内に移動可能に配置されるピストンを備える、請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, wherein the drug reservoir is formed inside a vial and the displacement member comprises a piston movably disposed within the vial. 前記電解ポンプは、前記バイアルの端部に搭載され、前記ピストンと電子機器モジュールとの間に前記ポンプチャンバを形成する、電子機器モジュールを備える、請求項16に記載のデバイス。   The device of claim 16, wherein the electrolytic pump comprises an electronics module mounted on an end of the vial and forming the pump chamber between the piston and the electronics module. 前記ポンプチャンバは、前記バイアルの周縁の上、および前記電子機器モジュールの円周方向陥凹内に位置するOリングを使用して、前記電子機器モジュールによって形成される壁において密閉される、請求項17に記載のデバイス。   The pump chamber is sealed in a wall formed by the electronics module using an O-ring located on a peripheral edge of the vial and within a circumferential recess of the electronics module. 18. The device according to 17. 前記電子機器モジュールは、可撤性であり、かつ別個の薬剤ポンプデバイスの中で再利用可能である、請求項17に記載のデバイス。   The device of claim 17, wherein the electronics module is removable and reusable in a separate drug pump device. その中の圧力を測定するために前記ポンプチャンバ内に配置される圧力センサと、前記出口部材内に配置される直接測定流量センサとをさらに備え、前記制御回路はさらに、(i)前記測定された圧力から流速を計算し、(ii)前記計算された流速を測定された流速と比較し、(iii)前記計算された流速の5%以内であれば前記測定された流速に基づいて、そうでなければ前記計算された流速に基づいて、前記電極に供給される電解電流を調整するように構成され、前記ポンプは、標的流速で前記出口部材を通る連続流体流動を引き起こす圧力を生成するように操作される、請求項1に記載のデバイス。   A pressure sensor disposed in the pump chamber for measuring the pressure therein; and a direct measurement flow sensor disposed in the outlet member; and the control circuit further comprises (i) the measured (Ii) compare the calculated flow rate with the measured flow rate, and (iii) based on the measured flow rate if within 5% of the calculated flow rate, so Otherwise configured to adjust the electrolysis current supplied to the electrode based on the calculated flow rate, the pump generating a pressure that causes continuous fluid flow through the outlet member at a target flow rate. The device of claim 1, wherein the device is operated. 薬剤貯留部と、
前記貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、
介在変位部材を介して前記薬剤貯留部と機械的に連通しているポンプチャンバを備える、電解ポンプであって、圧力を及ぼして、前記出口部材に向かって前記変位部材を駆動し、それによって、前記薬剤貯留部の中でそれを通して流体を押勢するように動作可能である、電解ポンプと、
その中の圧力を測定するために前記ポンプチャンバ内に配置される、圧力センサと、
それを通る流体流速を測定するために前記出口部材内に配置される、直接測定流量センサと、
(i)前記測定された圧力から流速を計算し、(ii)前記計算された流速を測定された流速と比較し、(iii)前記計算された流速の5%以内であれば前記測定された流速に基づいて、そうでなければ前記計算された流速に基づいて、前記ポンプチャンバ内で電解用電極に供給される電解電流を調整するための制御回路と
を備え、前記ポンプは、標的流速で前記出口部材を通る連続流体流動を引き起こす圧力を生成するように操作される、
薬剤ポンプデバイス。
A drug reservoir;
An outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site;
An electrolysis pump comprising a pump chamber in mechanical communication with the drug reservoir via an intervening displacement member, exerting pressure to drive the displacement member toward the outlet member, thereby An electrolytic pump operable to urge fluid therethrough in the drug reservoir;
A pressure sensor disposed in the pump chamber for measuring pressure therein;
A direct measurement flow sensor disposed in the outlet member to measure fluid flow velocity therethrough;
(I) calculating a flow rate from the measured pressure; (ii) comparing the calculated flow rate with a measured flow rate; and (iii) measuring the flow rate if within 5% of the calculated flow rate. A control circuit for adjusting an electrolysis current supplied to the electrode for electrolysis in the pump chamber based on the flow rate, otherwise based on the calculated flow rate, the pump at a target flow rate Manipulated to generate a pressure that causes a continuous fluid flow through the outlet member;
Drug pump device.
薬剤貯留部と、前記貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、前記貯留部に圧力を及ぼし、それによって、前記薬剤貯留部から前記出口部材の中へ流体を押勢するように動作可能である、電解ポンプとを備える、薬剤ポンプデバイスにおいて、前記出口部材を通る流体流速を制御する方法であって
前記電解ポンプのポンプチャンバ内の圧力を測定し、そこから流速を計算するステップと、
前記出口部材を通る流体流速を測定するステップと、
前記計算された流速を前記測定された流速と比較するステップと、
前記計算された流速の5%以内であれば前記測定された流速に基づいて、そうでなければ前記計算された流速に基づいて、電解電流を調整するステップと
を含み、前記ポンプは、標的流速で前記出口部材を通る連続流体流動を引き起こす圧力を生成する
ように操作される、
方法。
A drug reservoir, an outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site, and exerting pressure on the reservoir, thereby urging fluid from the drug reservoir into the outlet member A drug pump device comprising an electrolytic pump operable to control a fluid flow rate through the outlet member, wherein the pressure in the pump chamber of the electrolytic pump is measured and the flow rate is determined therefrom. A calculating step;
Measuring a fluid flow rate through the outlet member;
Comparing the calculated flow rate with the measured flow rate;
Adjusting the electrolysis current based on the measured flow rate if within 5% of the calculated flow rate, and otherwise based on the calculated flow rate, the pump comprising: Operated to generate pressure that causes continuous fluid flow through the outlet member,
Method.
薬剤貯留部と、
前記貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、
介在変位部材を介して前記薬剤貯留部と機械的に連通しているポンプチャンバを備える、電解ポンプであって、圧力を及ぼして、前記出口部材に向かって前記変位部材を駆動し、それによって、前記薬剤貯留部の中でそれを通して流体を押勢するように動作可能である、電解ポンプと
電解チャンバ内の圧力を測定するための圧力センサと、
前記出口部材を通る流体流量を測定するための流量センサと、
(i)前記センサからの複数の連続的に得られた示度値を時間的順序で記憶し、(ii)少なくとも部分的に、前記得られた示度値のうちの複数の連続値に基づいて、標的流速を達成するように前記電解ポンプを操作するために、前記圧力センサおよび前記流量センサに応答する、制御回路と
を備える、薬剤ポンプデバイス。
A drug reservoir;
An outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site;
An electrolysis pump comprising a pump chamber in mechanical communication with the drug reservoir via an intervening displacement member, exerting pressure to drive the displacement member toward the outlet member, thereby An electrolysis pump operable to force fluid through the drug reservoir and a pressure sensor for measuring the pressure in the electrolysis chamber;
A flow sensor for measuring a fluid flow rate through the outlet member;
(I) storing a plurality of consecutively obtained readings from the sensor in chronological order; (ii) based at least in part on the plurality of consecutive values of the obtained readings. And a control circuit responsive to the pressure sensor and the flow sensor to operate the electrolytic pump to achieve a target flow rate.
時間的に整合させられた示度値は、循環バッファに記憶される、請求項23に記載のデバイス。   24. The device of claim 23, wherein the time aligned readings are stored in a circular buffer. 前記示度値は、先入れ先出し順序で前記循環バッファに出し入れされる、請求項24に記載のデバイス。   25. The device of claim 24, wherein the reading value is moved in and out of the circular buffer in a first-in first-out order. 前記示度値は、ポンプ状態にかかわらず、離散時間間隔で得られる、請求項23に記載のデバイス。   24. The device of claim 23, wherein the reading value is obtained at discrete time intervals regardless of pump status. 前記示度値は、ポンプ事象の発生時に得られる、請求項23に記載のデバイス。   24. The device of claim 23, wherein the reading value is obtained at the occurrence of a pump event. 前記ポンプ事象は、ポンプ作動であり、前記ポンプが各ポンプ作動に続いて動作すると、複数の時間的に分離した示度値が得られる、請求項27に記載のデバイス。   28. The device of claim 27, wherein the pump event is a pump actuation and a plurality of temporally separated readings are obtained when the pump is operated following each pump actuation. 薬剤貯留部と、前記貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、前記貯留部に圧力を及ぼし、それによって、前記薬剤貯留部から前記出口部材の中へ流体を押勢するように動作可能である、電解ポンプとを備える、薬剤ポンプデバイスにおいて、前記出口部材を通る流体流速を制御する方法であって、
(i)前記電解ポンプのポンプチャンバ内の圧力、および(ii)前記出口部材を通る流速の複数の連続的に得られた測定値を時間的順序で記憶するステップと、
少なくとも部分的に、得られた示度値のうちの複数の連続値に基づいて、標的流速を達成するように前記電解ポンプを操作するステップと
を含む、方法。
A drug reservoir, an outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site, and exerting pressure on the reservoir, thereby urging fluid from the drug reservoir into the outlet member A drug pump device comprising an electrolytic pump operable to control a fluid flow rate through the outlet member, comprising:
(I) storing a plurality of consecutively obtained measurements of the pressure in the pump chamber of the electrolytic pump, and (ii) a flow rate through the outlet member in chronological order;
Manipulating the electrolysis pump to achieve a target flow rate based at least in part on a plurality of consecutive values of the obtained readings.
時間的に整合させられた示度値は、循環バッファに記憶される、請求項29に記載のデバイス。   30. The device of claim 29, wherein the time aligned readings are stored in a circular buffer. 前記示度値は、先入れ先出し順序で前記循環バッファに出し入れされる、請求項30に記載のデバイス。   31. The device of claim 30, wherein the reading value is moved in and out of the circular buffer in a first-in first-out order. 前記示度値は、ポンプ状態にかかわらず、離散時間間隔で得られる、請求項29に記載の方法。   30. The method of claim 29, wherein the reading value is obtained at discrete time intervals regardless of pump status. 前記示度値は、ポンプ事象の発生時に得られる、請求項29に記載の方法。   30. The method of claim 29, wherein the reading value is obtained at the occurrence of a pump event. 前記ポンプ事象は、ポンプ作動であり、前記ポンプが各ポンプ作動に続いて動作すると、複数の時間的に分離した示度値が得られる、請求項33に記載のデバイス。   34. The device of claim 33, wherein the pump event is a pump actuation and a plurality of temporally separated readings are obtained as the pump operates following each pump actuation. 薬剤貯留部と、
前記貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、
介在変位部材を介して前記薬剤貯留部と機械的に連通しているポンプチャンバを備える、電解ポンプであって、圧力を及ぼして、前記出口部材に向かって前記変位部材を駆動し、それによって、薬剤チャンバの中でそれを通して流体を押勢するように動作可能である、電解ポンプと、
その中の圧力を測定するために前記ポンプチャンバ内に配置される、圧力センサと、
それを通る流体流速を測定するために前記出口部材内に配置される、直接測定流量センサと、
(i)前記測定された圧力から流速を計算し、(ii)前記計算された流速を測定された流速と比較し、(iii)前記測定された流速が前記計算された流速の5%以内であれば、圧力を生成するように前記ポンプを操作することによって、前記出口部材を通る流体流動を継続し、そうでなければ安全プロトコルを開始するための制御回路と
を備える、薬剤ポンプデバイス。
A drug reservoir;
An outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site;
An electrolysis pump comprising a pump chamber in mechanical communication with the drug reservoir via an intervening displacement member, exerting pressure to drive the displacement member toward the outlet member, thereby An electrolysis pump operable to force fluid through the drug chamber;
A pressure sensor disposed in the pump chamber for measuring pressure therein;
A direct measurement flow sensor disposed in the outlet member to measure fluid flow velocity therethrough;
(I) calculating a flow rate from the measured pressure; (ii) comparing the calculated flow rate with a measured flow rate; and (iii) the measured flow rate is within 5% of the calculated flow rate. A drug pump device comprising: a control circuit for continuing fluid flow through the outlet member by operating the pump to generate pressure, if any, otherwise initiating a safety protocol.
前記安全プロトコルは、ポンプ動作を中断するステップを含む、請求項35に記載のデバイス。   36. The device of claim 35, wherein the safety protocol includes interrupting pump operation. 前記安全プロトコルは、ポンプ動作を再開するステップを含む、請求項36に記載のデバイス。   40. The device of claim 36, wherein the safety protocol includes resuming pump operation. 薬剤貯留部と、前記貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、前記貯留部に圧力を及ぼし、それによって、前記薬剤貯留部から前記出口部材の中へ流体を押勢するように動作可能である、電解ポンプとを備える、薬剤ポンプデバイスにおいて、前記出口部材を通る流体流速を制御する方法であって、
前記電解ポンプのポンプチャンバ内の圧力を測定するステップと、
前記出口部材を通る流体流速を測定するステップと、
前記測定された圧力から流速を計算するステップと、
前記計算された流速を前記測定された流速と比較し、前記測定された流速が前記計算された流速の5%以内であれば、圧力を生成するように前記ポンプを操作することによって、前記出口部材を通る流体流動を継続し、そうでなければ安全プロトコルを実行するステップと
を含む、方法。
A drug reservoir, an outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site, and exerting pressure on the reservoir, thereby urging fluid from the drug reservoir into the outlet member A drug pump device comprising an electrolytic pump operable to control a fluid flow rate through the outlet member, comprising:
Measuring the pressure in the pump chamber of the electrolytic pump;
Measuring a fluid flow rate through the outlet member;
Calculating a flow rate from the measured pressure;
Comparing the calculated flow rate with the measured flow rate and, if the measured flow rate is within 5% of the calculated flow rate, by operating the pump to generate pressure, the outlet Continuing fluid flow through the member, otherwise performing a safety protocol.
前記安全プロトコルを実行するステップは、ポンプ動作を中断するステップを含む、請求項36に記載の方法。   38. The method of claim 36, wherein executing the safety protocol includes interrupting pump operation. 前記安全プロトコルを実行するステップはさらに、ポンプ動作を再開するステップを含む、請求項39に記載のデバイス。   40. The device of claim 39, wherein performing the safety protocol further comprises resuming pump operation. 薬剤貯留部と、
前記貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、
前記出口部材を通る流体流量を制限するための前記薬剤貯留部の下流にある流量制限器と、
介在変位部材を介して前記薬剤貯留部と機械的に連通しているポンプチャンバを備える、電解ポンプであって、圧力を及ぼして、前記出口部材に向かって前記変位部材を駆動し、それによって、薬剤チャンバの中でそれを通して流体を押勢するように動作可能である、電解ポンプと、
前記ポンプチャンバ内のポンプ圧力を測定するための圧力センサと、
前記薬剤貯留部と前記流量制限器との間の貯留部出口圧力を測定するための圧力センサと、
前記ポンプ圧力と前記貯留部出口圧力との間の差を監視し、それに基づいて、前記出口部材を通る実質的に一定の流体流速を達成するように前記電解ポンプを操作するための制御回路と
を備える、薬剤ポンプデバイス。
A drug reservoir;
An outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site;
A flow restrictor downstream of the drug reservoir for restricting fluid flow through the outlet member;
An electrolysis pump comprising a pump chamber in mechanical communication with the drug reservoir via an intervening displacement member, exerting pressure to drive the displacement member toward the outlet member, thereby An electrolysis pump operable to force fluid through the drug chamber;
A pressure sensor for measuring the pump pressure in the pump chamber;
A pressure sensor for measuring a reservoir outlet pressure between the drug reservoir and the flow restrictor;
A control circuit for operating the electrolytic pump to monitor a difference between the pump pressure and the reservoir outlet pressure and to achieve a substantially constant fluid flow rate through the outlet member based thereon; A drug pump device comprising:
薬剤貯留部と、前記貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、前記貯留部に圧力を及ぼし、それによって、前記薬剤貯留部から前記出口部材の中へ流体を押勢するように動作可能である、電解ポンプとを備える、薬剤ポンプデバイスにおいて、前記出口部材を通る流体流速を制御する方法であって、
ポンプチャンバ内のポンプ圧力を測定するステップと、
前記薬剤貯留部と流量制限器との間の貯留部出口圧力を測定するステップと、
前記ポンプ圧力と前記貯留部出口圧力との間の差を監視し、それに基づいて、前記出口部材を通る実質的に一定の流体流速を達成するように前記電解ポンプを操作するステップと
を含む、方法。
A drug reservoir, an outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site, and exerting pressure on the reservoir, thereby urging fluid from the drug reservoir into the outlet member A drug pump device comprising an electrolytic pump operable to control a fluid flow rate through the outlet member, comprising:
Measuring the pump pressure in the pump chamber;
Measuring a reservoir outlet pressure between the drug reservoir and the flow restrictor;
Monitoring the difference between the pump pressure and the reservoir outlet pressure and operating the electrolytic pump to achieve a substantially constant fluid flow rate through the outlet member based on the difference. Method.
ポンプチャンバ、およびその中に含有される、前記電極間の電圧の印加時に液体電解質から電解ガスを生成するために前記電解質と接触している一対の電極と、
前記液体電解質への前記電解ガスの再結合を引き起こすための圧力軽減機構と
を備える、電解ポンプを備える、
ポンプデバイス。
A pump chamber, and a pair of electrodes in contact with the electrolyte to generate electrolytic gas from the liquid electrolyte upon application of a voltage between the electrodes, contained in the pump chamber;
A pressure relief mechanism for causing recombination of the electrolytic gas to the liquid electrolyte, and comprising an electrolytic pump.
Pump device.
前記圧力軽減機構は、前記ポンプチャンバ内に配置される火花間隙を含む、火花点火回路を備え、前記火花間隙における火花の生成は、前記電解ガスの少なくとも一部分の再結合を引き起こす、請求項43に記載のデバイス。   44. The pressure relief mechanism comprises a spark ignition circuit that includes a spark gap disposed within the pump chamber, wherein spark generation in the spark gap causes recombination of at least a portion of the electrolytic gas. The device described. 前記火花点火回路は、前記電解ガスの再結合が完了する前に、前記火花を中断することを促進するように構成される、請求項44に記載のデバイス。   45. The device of claim 44, wherein the spark ignition circuit is configured to facilitate interrupting the spark before recombination of the electrolytic gas is complete. 前記ポンプチャンバは、第1および第2の区画と、その間のガス透過性分離とを備え、火花プラグが、前記第1の区画の中に配置され、それによって、前記第1の区画への前記電解ガスの再結合を制限する、請求項44に記載のデバイス。   The pump chamber comprises first and second compartments and a gas permeable separation therebetween, and a spark plug is disposed in the first compartment, thereby allowing the first compartment to the first compartment. 45. The device of claim 44, which limits recombination of electrolytic gas. 前記分離は、膜、多孔質材料、穴がある固体壁、または弁のうちの少なくとも1つを備える、請求項46に記載のデバイス。   49. The device of claim 46, wherein the separation comprises at least one of a membrane, a porous material, a solid wall with holes, or a valve. 前記圧力軽減機構は、前記ポンプチャンバ内に配置される導電性フィラメントを備え、そこへの電流の印加時の前記フィラメントの加熱は、前記電解ガスの再結合を引き起こす、請求項43に記載のデバイス。   44. The device of claim 43, wherein the pressure relief mechanism comprises a conductive filament disposed within the pump chamber, and heating of the filament upon application of current thereto causes recombination of the electrolytic gas. . 前記圧力軽減機構は、前記電解ガスの再結合を連続的に引き起こす触媒を備える、請求項43に記載のデバイス。   44. The device of claim 43, wherein the pressure relief mechanism comprises a catalyst that continuously causes recombination of the electrolytic gas. 前記触媒は、白金、パラジウム、ニッケル、イリジウム、またはニッケルカドミウムから成る群より選択される、材料を含む、請求項49に記載のデバイス。   50. The device of claim 49, wherein the catalyst comprises a material selected from the group consisting of platinum, palladium, nickel, iridium, or nickel cadmium. 前記触媒は、ナノ触媒材料を含む、請求項49に記載のデバイス。   50. The device of claim 49, wherein the catalyst comprises a nanocatalytic material. 前記ナノ触媒材料は、ナノ多孔質材料、ナノワイヤ、またはナノ粒子のうちの少なくとも1つを含む、請求項51に記載のデバイス。   52. The device of claim 51, wherein the nanocatalytic material comprises at least one of a nanoporous material, a nanowire, or a nanoparticle. 前記触媒は、前記電極間の電圧の印加の停止時にわずか2分以内で前記電解ガスの少なくとも99体積%の再結合を引き起こす、請求項49に記載のデバイス。   50. The device of claim 49, wherein the catalyst causes at least 99% by volume recombination of the electrolytic gas within as little as 2 minutes upon stopping the application of voltage between the electrodes. 前記圧力軽減機構は、前記ポンプチャンバの内部を前記ポンプチャンバの外部と流体的に接続する、能動圧力軽減弁を備える、請求項43に記載のデバイス。   44. The device of claim 43, wherein the pressure relief mechanism comprises an active pressure relief valve that fluidly connects the interior of the pump chamber with the exterior of the pump chamber. 前記弁は、ソレノイド弁、ダイヤフラム弁、ボール弁、またはダックビル弁のうちの少なくとも1つを備える、請求項54に記載のデバイス。   55. The device of claim 54, wherein the valve comprises at least one of a solenoid valve, a diaphragm valve, a ball valve, or a duckbill valve. 前記液体電解質は、前記電極と接触している親水性材料内に吸収され、それによって、前記弁を通した前記液体電解質の放出を防止する、請求項54に記載のデバイス。   55. The device of claim 54, wherein the liquid electrolyte is absorbed into a hydrophilic material in contact with the electrode, thereby preventing the release of the liquid electrolyte through the valve. 前記圧力軽減機構は、前記ポンプチャンバのエンクロージャの一部分を形成する、ガス透過性・液体不透過性材料を含む、請求項43に記載のデバイス。   44. The device of claim 43, wherein the pressure relief mechanism comprises a gas permeable and liquid impermeable material that forms part of the pump chamber enclosure. 前記ガス透過性・液体不透過性材料は、多孔質Teflon、多孔質ゾルゲルセラミック、または焼結多孔質金属のうちの少なくとも1つを含む、請求項57に記載のデバイス。   58. The device of claim 57, wherein the gas permeable / liquid impermeable material comprises at least one of porous Teflon, porous sol-gel ceramic, or sintered porous metal. 前記ガス透過性・液体不透過性材料で形成される前記エンクロージャの部分は、動作圧力での所定の透過性に対応する、サイズまたは多孔性のうちの少なくとも1つを有する、請求項58に記載のデバイス。   59. The portion of the enclosure formed of the gas permeable and liquid impermeable material has at least one of size or porosity corresponding to a predetermined permeability at operating pressure. Devices. 前記圧力軽減機構を可変的に制御するための制御機構をさらに備える、請求項43に記載のデバイス。   44. The device of claim 43, further comprising a control mechanism for variably controlling the pressure relief mechanism. 介在変位部材を介して前記ポンプチャンバと機械的に連通している薬剤貯留部と、
前記貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と
をさらに備え、前記ポンプチャンバ内で生成されるガスは、前記出口部材に向かって前記変位部材を駆動するように圧力を及ぼし、それによって、前記薬剤貯留部の中でそれを通して流体を押勢する、
請求項43に記載のデバイス。
A drug reservoir in mechanical communication with the pump chamber via an intervening displacement member;
An outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site, and the gas generated in the pump chamber exerts pressure to drive the displacement member toward the outlet member. , Thereby urging the fluid therethrough in the drug reservoir,
44. The device of claim 43.
前記出口部材を通る流体流速を測定するための流量センサと、
(i)流体の投与量を判定するように前記流速を積分し、(ii)特定投与量に達すると、前記電極間の前記電圧の印加を中断するための制御回路と
をさらに備える、請求項61に記載のデバイス。
A flow sensor for measuring a fluid flow rate through the outlet member;
(I) integrating the flow rate to determine a fluid dose, and (ii) a control circuit for interrupting the application of the voltage between the electrodes when a specific dose is reached. 61. The device according to 61.
前記制御回路はさらに、前記特定投与量に達すると、前記圧力軽減機構をトリガするように構成される、請求項62に記載のデバイス。   64. The device of claim 62, wherein the control circuit is further configured to trigger the pressure relief mechanism when the specific dose is reached. 前記制御回路はさらに、前記圧力解放機構を可変的に制御して、部分的な圧力軽減を促進するように構成される、請求項62に記載のデバイス。   64. The device of claim 62, wherein the control circuit is further configured to variably control the pressure release mechanism to facilitate partial pressure relief. 薬剤貯留部と、
前記貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、
電解ポンプであって、
(i)介在変位部材を介して前記薬剤貯留部と機械的に連通しているポンプチャンバであって、電極間の電圧の印加時に液体電解質から電解ガスを生成するために前記電解質と接触している一対の電極を含有する、ポンプチャンバであって、前記ポンプチャンバ内で生成されるガスは、前記出口部材に向かって前記変位部材を駆動するように圧力を及ぼし、それによって、前記薬剤貯留部の中でそれを通して流体を押勢する、ポンプチャンバと、
(ii)前記液体電解質への前記電解ガスの再結合を引き起こすための圧力軽減機構と
を備える、電解ポンプと、
前記出口部材を通る流体流量を測定するための流量センサと、
流体の投与量を判定するように流速を積分し、特定投与量に達すると、電極間の前記電圧の印加を中断するための制御回路と
を備える、薬剤ポンプデバイス。
A drug reservoir;
An outlet member for fluidly connecting the reservoir to a drug injection site;
An electrolytic pump,
(I) a pump chamber in mechanical communication with the drug reservoir via an intervening displacement member in contact with the electrolyte to generate an electrolytic gas from the liquid electrolyte when a voltage is applied between the electrodes A pump chamber containing a pair of electrodes, wherein the gas generated in the pump chamber exerts pressure to drive the displacement member toward the outlet member, thereby causing the drug reservoir A pump chamber, forcing fluid through it, and
(Ii) an electrolytic pump comprising: a pressure relief mechanism for causing recombination of the electrolytic gas to the liquid electrolyte;
A flow sensor for measuring a fluid flow rate through the outlet member;
A drug pump device comprising: a control circuit for integrating the flow rate to determine a fluid dose and interrupting the application of the voltage between the electrodes when a specific dose is reached.
前記圧力軽減機構は、制御可能であり、前記制御回路は、前記特定投与量に達すると、前記圧力軽減機構をトリガするように構成される、請求項65に記載のデバイス。   66. The device of claim 65, wherein the pressure relief mechanism is controllable and the control circuit is configured to trigger the pressure relief mechanism when the specific dose is reached. 前記圧力軽減機構は、連続的である、請求項65に記載のデバイス。   66. The device of claim 65, wherein the pressure relief mechanism is continuous. 薬剤貯留部と、前記貯留部を薬剤注射部位と流体的に接続するための出口部材と、電解ガスを生成して、前記貯留部に圧力を及ぼし、それによって、前記薬剤貯留部から前記出口部材の中へ流体を押勢するように動作可能である、電解ポンプと、前記出口部材内に配置される流量センサと、電解ガスの再結合を引き起こすための圧力軽減機構とを備える、薬剤ポンプデバイスにおいて、注射部位に送達される流体の投与量を制御する方法であって
前記流量センサを使用して、前記出口部材を通る流体流量を測定するステップと、
流体の投与量を判定するように流速を積分し、特定投与量に達すると、前記電解ガスの生成を中断するステップと
を含む、方法。
A drug reservoir, an outlet member for fluidly connecting the reservoir with a drug injection site, and generating an electrolysis gas to exert pressure on the reservoir, thereby from the drug reservoir to the outlet member A drug pump device comprising an electrolytic pump operable to force fluid into the fluid, a flow sensor disposed within the outlet member, and a pressure relief mechanism for causing recombination of the electrolytic gas A method for controlling a dose of fluid delivered to an injection site, wherein the flow sensor is used to measure fluid flow through the outlet member;
Integrating the flow rate to determine a fluid dose and interrupting the generation of the electrolyzed gas when a specific dose is reached.
前記特定投与量に達すると、前記圧力軽減機構をトリガするステップをさらに含む、請求項68に記載のデバイス。   69. The device of claim 68, further comprising triggering the pressure relief mechanism when the specific dose is reached.
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