CN101132821A - 无针透皮传送装置 - Google Patents
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Abstract
用来穿过生物体的表面转移某种物质的无针透皮传送装置包括用来储存该物质的贮液器、与该贮液器流体连通的喷嘴和与该贮液器通信的可控制的电磁型执行机构。该执行机构被称为洛伦兹力执行机构,包括静止的磁体组件和可移动的线圈组件。该线圈组件移动末端部分位于贮液器之内的活塞。该执行机构接受电输入并且在响应中产生对应的作用在所述活塞上并且在贮液器和生物体之间引起所述某种物质的无针传送的力。所述力的大小、方向和持续时间动态地受所述电输入的控制(例如,伺服控制)而且能在激励周期期间改变。有益的是,该执行机构能依照电输入沿着不同的方向移动。
Description
相关申请
这份申请是要求2005年2月11日申请的美国专利临时申请第60/652,83号的利益的2006年2月10日以“ControlledNeedle-Free Transport”为题申请的代理人诉讼案件第0050.2079-001号的继续申请。上述申请的全部教导在此通过引证被并入。
背景技术
把液体(例如,药物)注入病人或家畜体内是以多种方式完成的。最容易的药物递送方法之一是通过作为身体最外面的保护层的皮肤。它由包括角质层、粒状层、棘层和基底层的表皮和其中包含毛细管层的真皮组成。角质层是由死细胞组织构成的坚韧的鳞状层。它从皮肤表面伸出大约10-20微米而且没有血液供应。因为这层细胞的密度,穿过皮肤移动化合物,无论是移进还是移出身体,可能都是非常困难的。
当前用来穿过皮肤递送局部药物的技术包括使用针或其它刺穿皮肤的装置的方法。侵入程序(例如,针或柳叶刀的使用)有效地克服角质层的壁垒功能。然而,这些方法有几个主要的缺点:局部皮肤损害、出血、注射部位感染的危险,以及形成被污染的针或柳叶刀,这些都必须解决。此外,当使用这些装置给家畜注射药物的时候,针时常断掉,留存在动物体内。因此,能够穿过皮肤快速地注射精确的小体积药物而没有把针断在动物体内的潜在危险是有利的。
发明内容
一些人已经建议使用无针装置把药物有效地递送给生物体。举例来说,在一些被提议的装置中,使用增压气体把药物从一间舱室射入身体。在另一种装置中,释放处于准备激发状态的弹簧,对舱室施力把药物射出。然而,在这些类型的装置中,施加给药物的压力在气体膨胀或弹簧伸长的时候逐渐减少。然而,注射压力在注射期间实质上保持不变或者甚至有所增加是令人想要的。无针注射装置的例子是题为“Needleless Injector”的美国专利第6,939,323号和2003年9月8日以“Needleless Drug InjectionDevice”为题申请的美国专利申请第10/657,734号描述的,在此通过引证将两者全部并入。
其它的无针注射装置要么是在非常有限的意义上可控制的(例如,气体释放执行机构或者弹簧执行机构),要么是在前馈意义上可控制的(例如,形状记忆材料,例如被称为Nitinol的镍-钛合金),注射程序图是先验地确定的并且在注射之前前馈给压力执行机构。
依照本发明的一些方面,伺服控制的无针移动装置穿过生物体的表面转移某种物质。该装置包括能够产生既可控制又高度地可预期的高速高压脉冲的执行机构。该装置能与接受来自一个或多个传感器的输入的伺服控制器结合。有益的是,该传送装置能实时地调整或剪裁传送压力分布图。换句话说,该传送装置能在传送期间根据也在传送期间测知的物理性质调整传送压力分布图。
伺服控制的无针注射器提供依照特定动物的需求和/或其它局部的环境因素动态受控的或实时调整的对动物的制剂注射。这样的控制考虑到单一注射装置通过根据皮肤的局部厚度和/或其它环境因素(例如,温度)调整注射压力递送对其它的条件和需求作出响应的受控的制剂注射。
本发明的一个方面,无针的透皮传送装置包括用来储存某种物质的贮液器;与该贮液器流体连通的喷嘴;和与该贮液器通信的可控制的电磁型执行机构。该电磁型执行机构包括提供磁场的静止磁体组件和相对于该磁体组件可滑动的线圈组件。该线圈组件接受电输入而且在响应时产生与收到的输入成比例的力。这个力是电输入在线圈组件中引起的感应电流和磁场的交互作用的结果。这个力能用于某种物质在贮液器和生物体之间的无针传送。因此,洛伦兹力驱动某种物质(例如,液体)穿过身体的表面转移。这种无针传送也是可变的,在动作期间对收到的输入的变化作出响应。
在此描述的无针药物注射装置和无针药物注射方法使用专门配置的电磁型执行机构与一个或多个喷嘴组合,把药物通过动物的皮肤有效地注射到选定的深度而不第一的首先用柳叶刀或针刺穿皮肤。同样的装置也能用来收集来自动物的样品。
可控制的电磁型执行机构是双向的,能够产生对第一电输入作出响应的正向力和对第二电输入作出响应的负向力。该电磁型执行机构强迫某种物质通过喷嘴,产生有足够的速度刺穿生物体的表面的射流。举例来说,在一些实施方案中,该物质是以至少大约每秒100米的注射速度通过喷嘴射出的。所述的力和喷嘴也能受控,为的是注射到预期的深度。电输入信号可以由可充电电源提供。在一些实施方案中,可控制的电磁型执行机构本身就适合给可充电电源再次充电。
该装置还包括与可控制的电磁型执行机构电连通的控制器。该装置可能进一步包括至少一个与控制器电连通的传感器,所述的传感器测知物理性质,而所述的控制器产生对测知的物理性质作出响应的电输入。举例来说,测知的性质可能是一个或多个位置、力、压力、电流和电压。该控制器可能包括对电输入的生成有贡献的处理器。该装置非必选地包括适合分析从身体收集到的样品的分析器。控制器能适应根据被分析的样品提供电输入。
在一些实施方案中,还准备了与控制器电连通的远程通信接口。在这种配置中,控制器能产生对通过远程通信接口收到的通信作出响应的电输入。
该装置能被配置成能够提供若干独立的无针传送的多点注射装置。有益的是,这些无针传送可以迅速地连续发生。这种配置通过管理在整个表面上隔开的多重传送支持相当大的表面区域的治疗。
电磁型执行机构可以包括提供磁场的磁体组件。该磁体组件通常相对于喷嘴固定在适当的位置。该执行机构还包括至少一匝携带与电输入有关的电流的导电线圈组件。该线圈组件相对于磁体组件是可滑动的。在线圈组件里面产生的电流与磁场相互作用,产生对电流和磁场的方向和大小作出响应的力。优选,该磁场相对于线圈是径向的。
机械力被加到一端与喷嘴耦合的贮液器上,从而在贮液器里面产生压力。压力的大小依照该机械力改变并且引起某种物质穿过生物体的表面在该生物体和贮液器之间传送。有益的是,所施加的力是双向的,从而能用同一执行机构产生正压和负压或真空。此外,所施加的机械力能在动作周期期间通过改变电输入改变。
在一些实施方案中,与产生所生成的力相关联的上升时间是大约5毫秒或更少。由此产生的力和由执行机构提供的行程在大小和持续时间两方面都足以传送至少多达大约300微升体积的某种物质。执行机构的紧凑尺寸和功率需求支持包括贮液器、喷嘴、电源和可控制的电执行机构的手提式便携型单元。
使用该装置治疗疾病的方法包括首先用无针透皮传送装置刺穿生物体的表面。然后,该无针装置通过在贮液器里面形成真空从生物体收集样品把来自身体的样品或小而圆的物块吸进贮液器。接下来,根据收集到的样品确定活性化合物的剂量。该无针装置把确定剂量的活性化合物注射到生物体体内。举例来说,血样是病人身上提取的。该样品通过分析确定血糖水平。然后,使用确定的数值为病人计算胰岛素的剂量,该剂量是通过控制给装置的电输入管理的。
收集样品可能包括注射第一某种物质,例如,盐溶液。然后,使用同一无针装置收集和再次注射样品。样品再次注射程序可以被重复多次,为的是获得一堆来自身体的胞间液。
在本发明的另一方面,线性电磁型执行机构包括提供磁场的静止磁体组件和接受电输入的线圈。该线圈是相对于磁体组件可滑动地安排的。该装置还包括至少与一部分线圈可滑动地接合的轴承。对线圈里面的电输入与磁场的相互作用所产生的力作出响应的线圈的直线运动是由轴承促成的。
虽然本发明在此是依照无针传送的思路描述的,但是在此描述的一项或多项概念也能与针结合,以便实现穿过身体的表面传送某种物质,其中所述表面是用针刺穿的。
附图说明
本发明的上述的和其它的目的、特征和利益通过下面关于在相似的参考符号在不同的视图里面表示同一零部件的附图中举例说明的本发明的优选实施方案的更具体的描述将变得显而易见。这些附图不必依比例绘制,而是强调举例说明本发明的原理。
图1是可控制的无针透皮传送装置的一个实施方案的示意方框图;
图2A和2B是能用于图1所示装置的可控制电磁型执行机构的一个实施方案的剖视图,分别展示在伸出配置和缩回配置中;
图3A是描绘给图2A所示可控制的电磁型执行机构的可仿效电输入的电流随时间变化的曲线图;
图3B是描绘在贮液器里面产生的用于某种物质转移的可仿效压力的压力随时间的曲线图,该压力是由可控制的电磁型执行机构响应图3A所示的电输入产生的;
图4是可控制的无针透皮移动装置的实施方案的部分剖开的透视图;
图5是可控制的无针透皮移动装置的替代实施方案的部分剖开的透视图;
图6是在图5所示的装置中提供的与注射器耦合的可控制的电磁型执行机构的更详细的部分剖开的透视图;
图7是在图5所示的装置中提供的与注射器耦合的可控制的电磁型执行机构的实施方案的后透视图;
图8A和8B是提供采样和分析能力的无针透皮传送装置的示意方框图,分别展示在采样配置和注射配置中;
图9A是描绘无针采样、分析和注射程序的实施方案的流程图;
图9B是描绘可仿效的无针收集程序的实施方案的比较详细的流程图;
图10A和1OB是分别描绘在单一和多重采样操作中给图2A、图4、图5、图8A或图8B的可控制电磁型执行机构的可仿效电输入的电流随时间变化的曲线图;
图11是无针透皮移动装置的也提供采样和注射能力的替代实施方案;
图12是展示使用多点注射无针透皮传送装置的表面治疗的透视图;
图13是描绘在多点注射转移中给图2A、图4、图5、图8A或图8B的可控制电磁型执行机构的可仿效电输入的电流随时间变化的曲线图;
图14A和14B是可仿效的手提式无针透皮传送装置的前后透视图;
图15是与可充电的无针透皮传送装置耦合用来给内部的电源充电的机械式充电单元的示意方框图;
图16是适合自动管理对动物的无针传送的自动化无针透皮传输系统的示意方框图;
图17是把某种物质注入动物关节的无针透皮传送装置的示意图;而
图18是包括伸缩管式贮液器的另一种无针透皮传送装置的示意方框图。
具体实施方法
本发明的优选实施方案描述如下。
无针透皮传送装置或注射装置是为了把某种物质注射到动物皮肤之下而配置的。该注射装置包括有一个或多个为在注射某种物质之前刺穿皮肤而配置的针(例如,典型的皮下注射针)的装置。其它的注射装置是为在不首先用针刺穿皮肤(即,无针)的情况下把某种物质注射到皮肤之下而配置的。人们应该注意到在此使用的术语“无针”指的是不首先用针或柳叶刀刺穿皮肤就能注射的装置。因此,无针装置可能包括针,但是针不用来首先刺穿皮肤。一些无针注射装置为了首先刺穿皮肤依靠从该装置喷射出来的先锋射弹。其它的无针注射装置依靠由药物本身提供的压力。
参照图1,该图展示用来穿过生物体150的表面155转移某种物质的可仿效的无针透皮传送装置100的示意方框图。举例来说,装置100能用来把有效成分的液体制剂(例如,药物)注射到生物体(例如,家畜或人类)的体内。作为替代或补充,同一装置100能用来收集来自生物体150的样品,其方法是把被收集的样品通过身体表面155收回到可能在装置100内提供的外部贮液器113。
装置100通常包括在需要时以刺穿表面155(例如,皮肤)所需要的速度和直径通过生物体表面155输送某种物质的喷嘴114。即,从喷嘴114喷出的某种物质形成射流,该射流的力决定渗透深度。喷嘴114通常包含能对着皮肤放置的平坦表面(例如,头部115)和孔口101。控制传递流的直径的是孔口101的内径。另外,定义孔口101的孔或管103的长度也控制传递(例如,注射)压力。
优选的是,生物表面155在某种物质转移之前是绷紧的。首先绷紧表面或皮肤允许以比别的方式将需要的力小的力刺穿皮肤。相似的情况将是松软的气球与坚韧的气球相比。松软的气球通常将更难以刺穿。
绷紧可以通过简单地用喷嘴114对皮肤表面155施压来完成。在一些实施方案中,为了确定在传送之前何时表面155已被充分地绷紧,把独立的表面基准或力传感器包括在内。这样的传感器也能与控制器耦合,以禁止在实现优选的表面性质之前传送。
在一些实施方案中,标准的皮下注射针被切割到预定的长度而且被接到头部115上。针的一端相对于接触皮肤的头部115的表面是齐平的或略微凹陷的,为的是避免在使用期间刺破皮肤。针的内径(例如,100微米)定义孔的直径,而且对于给定的施力器压力,针的长度(例如,5毫米)连同孔尺寸一起控制由此产生的注射压力。在其它的实施方案中,为了减少组装步骤,可以直接在头部115上钻孔。一般地说,孔口的长度是可选择的,举例来说,从500微米变化到5毫米,而它的直径能从50微米变化到200微米。在特定的实施方案中,孔口的直径是大约120微米。
喷嘴114能与注射器112耦合,注射器112定义用来暂时储存被转移某种物质的贮液器113。该注射器112还包括至少其远端可滑动地安排在贮液器113之内的柱塞或活塞126。柱塞126沿着注射器112的纵轴在任一方向的运动都在贮液器113内产生对应的压力。在一些实施方案中,注射器112被集成到装置100上。在另一些实施方案中,注射器112可分开地与装置100连接。举例来说,市场上买得到的无针注射器112能附着到装置100上,例如,从Equidine Systems Inc.of San Diego,California系统公司购买的100100型注射器112。
喷嘴114能这样可释放地与注射器112或装置100的远端耦合,以致能把不同的喷嘴用于注射和采样(即,吮吸),每个不同的喷嘴都是为它的倾向性用途准备的。因此,采样喷嘴可能包括较大的孔口101,逐渐变细到内腔103,借此促进更有效的收集或更大容量的采样。
有益的是,压力被有选择地加到使用可控执行机构的舱室113上。专门设计的电磁型执行机构125是为产生有迅速的上升时间(例如,少于1毫秒)的高压脉冲而配置的。执行机构125能被用于依靠高压执行机构把制剂注射到皮下的无针注射装置。有益的是,该执行机构是可动态控制的,从而考虑到在动作期间调整压力随时间的变化。这种电磁型执行机构超越其它无针装置的至少一个优点是它的操作比较安静。动作包括线圈在缝隙内自由悬浮的运动,而不是突然的释放弹簧或排放气体。线圈以在此描述的方式自由移动的动作导致安静的操作,这种安静的操作是它对减少接受者和可能在附近的其它人在给药期间的痛苦和焦虑贡献的重要特征。
更详细地说,电磁型执行机构125被配置成提供加到柱塞126上的线性力,实现某种物质的透皮传送。力的传递能用力传递构件110(例如,穿过轴承111可滑动地耦合的刚性杆)来完成。杆可以在任一末端这样固定,以致执行机构沿着任一方向运动都将移动柱塞126。轴承限制杆110的径向运动,同时允许轴向运动。
在一些实施方案中,执行机构125包括静止的零部件(例如,磁体组件105)和可移动的零部件(例如,线圈组件104)。在线圈组件104内产生的力能直接地或通过杆110间接地加到柱塞126上,实现某种物质的透皮传送。通常,执行机构125、轴承111和注射器112都与提供支撑和在动作期间维持这些零部件的固定位置的框架或壳体102耦合。
在一些实施方案中,装置100包括提供装置的状态的用户接口120。该用户接口可以提供简单的指示表明该装置已准备好做动作。举例来说,与控制器108耦合的发光二极管(LED)能在注射的充分条件得到满足时发光。为了提供更详细的信息,可以包括更精细的用户接口120,包括液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRD)、电荷耦合器件(CCD)或任何其它能够在用户和装置100之间传达详细信息的适当技术。因此,用户接口120也可能包含诸如触摸屏之类使操作员能提供输入作为用户对一个或多个参数的选择的装备。因此,用户可以识别与剂量、样品有关的参数和与生物体有关的参数(例如,年龄、重量及其它)。
电源106给执行机构125的线圈组件104提供电输入。如同下面将更详细地描述的那样,在有磁体组件105提供的磁场时加给线圈组件104的电流将导致能够移动线圈组件104和对注射器112的柱塞126上作功的机械力的生成。该电磁型执行机构是支持其便携性的有效的力传感器。下面更详细地描述的可仿效的装置为了递送大约200微升的液体将花费大约50焦耳的能量。为了比较,标准的9伏击打器能提供多达大约8500焦耳。
控制器108被这样电连接在电源106和执行机构125之间,以致控制器108能有选择地应用、撤回和以别的方式调整电源106提供给执行机构125的电输入信号。控制器50是能用本地接口操作的简单的开关。举例来说,在壳体102上提供的按钮可以由用户操纵,有选择地施加和取消电源106给执行机构135的电输入。在一些实施方案中,控制器108包括适合有选择地把来自电源106的电力加给执行机构135的控制元素(例如,电路),该电输入是借助选定的应用程序成形的。因此,对于电源106是提供实质上持续不变的或直流(DC)值的简单电池的实施方案,控制器能通过整形,提供不同的或者甚至随时间改变的电值。在一些实施方案中,控制器108包括机载微处理器,或作为替代包括提供多功能能力的互连的处理器或个人计算机。
在一些实施方案中,无针透皮传送装置100包括远程接口118。远程接口118能用来把信息(例如,装置100或装在其中的某种物质的状态)传输给远程资源(例如,医务计算机或药物制造商的数据库)。作为替代或补充,远程接口118与控制器108电通信而且能用来把从远程资源收到的输入转发给控制器108以便影响对执行机构125的控制。远程接口118可以包括网络接口,例如,局域网络接口(例如,乙太网)。因此,使用网络接口插件,装置100能被另一个使用也与该局域网连接的个人计算机的装置或用户远程访问。作为替代或补充,远程接口118可能包括广域网接口。因此,装置100能被在广域网(例如,万维网)上的另一个装置或用户访问。在一些实施方案中,远程接口118包括能够与公用交换电话网上的远程装置/用户接口的调制解调器。在另一些实施方案中,远程接口118包括无线接口以便无线访问远程装置/用户。无线接口118可以使用标准的无线接口,例如,用于以IEEE 802.11规范为基础的无线局域网(WLAN)的Wi-Fi标准);超过802.11规范的新标准,例如,802.16(WiMAX);以及包括一组为使用基于供无线私人区域网(WPAN)使用的IEEE 802.15.4标准的小型低功率数字式无线电通信而设计的高水平通信协议(例如,ZigBee)的其它无线接口。
在一些实施方案中,控制器接受来自一个或多个适合测知相应的物理性质的传感器的输入。举例来说,装置100包括一个传感器,例如,用来指出物体相对于选定的基准的坐标位置(例如,线圈的位置)的位置传感器116B。同样地,位移可以用来指出在特定的距离范围内从一个位置到另一个位置的运动。有益的是,可以使用测知的参数作为柱塞位置的指示和剂量的指示。在一些实施方案中,迫近传感器也可以用来指出该装置的某个部分(例如,线圈)已经达到临界距离。这可以通过测知电磁型执行机构125中柱塞126、力传递构件110或线圈组件104的位置来完成。举例来说,光学传感器(例如,光学编码器)能用来通过数线圈的匝数确定线圈的位置。适合测定位置或位移的其它类型的传感器包括感应式传感器、滑动电阻传感器、光电二极管和线性可变位移传感器(LVDT)。
其它的传感器(例如,力传感器116A)能用来测知执行机构125加给柱塞126的力。如图所示,力传感器116A可以放置在线圈组件的远端和力传递构件110之间,该传感器116A测知执行机构125加到力传递构件110上的力。因为这个构件110是刚性的,所以力被直接传递给柱塞126。这个力倾向于移动柱塞126从而在贮液器113之内产生对应的压力。推动柱塞126进入贮液器113的正向力产生倾向于迫使贮液器113里面的某种物质通过喷嘴114喷出的正压力。拉柱塞126使之逐渐远离喷嘴114的负向力产生倾向于把某种物质从装置外面通过喷嘴114吸进贮液器113的负压力或真空。物质也可能从安瓿获得,负压被用来给贮液器113预先填充某种物质。作为替代或补充,物质可能来自生物体,代表抽取血液、组织和或其它胞间液的样品。在一些实施方案中,压力传感器(未展示)也可以是为直接测知加给舱室里面的某种物质的压力准备的。
电传感器116C也可能是为测知提供给执行机构125的电输入而准备的。该电传感器能一个或多个线圈电压和线圈电流。传感器116A、116B、116C(统称116)与控制器108耦合把测知的性质提供给控制器108。控制器108可以使用一个或多个测知的性质来控制电源106加给执行机构125的电输入,借此控制在注射器112内产生的压力以便产生预期的传送性能。举例来说,位置传感器能用来伺服控制执行机构125把线圈组件104预先放置在预期的位置并且一旦定位就使线圈104稳定下来,然后结束动作周期。因此,线圈组件104从第一位置到第二位置的运动对应于转移对应体积的某种物质。控制器可以包括为给定贮液器的实际尺寸以位置为基础计算体积而编程的处理器。
下面更详细地描述的动作周期通常对应于开始给执行机构125电输入引起物质传送和结束电输入停止物质传送。伺服控制能力与可动态控制的电磁型执行机构125结合准许在动作周期期间调整压力。一个或多个传感器116能用来进一步在传送或循环期间控制动作周期。作为替代或补充,一个或多个本地和远程接口也能用来进一步影响对动作周期的控制。
在一些应用中,控制器108与一个或多个检测生物表面相应的物理性质的其它的传感器(未展示)耦合。这个信息能用来伺服控制执行机构125调整注射压力并因此调整适合特定应用的药物进入皮肤的渗透深度。举例来说,当装置100在婴儿身上使用的时候,传感器检测婴儿皮肤的柔软性,而且控制器108使用婴儿的这个皮肤特性最终减少注射压力。举例来说,通过控制加给执行机构125的电输入信号和/或电流脉冲上升时间和/或持续时间能调整注射压力。当用在皮肤被晒伤的成人或某人身上的时候,控制器可能逐渐增加注射压力。注射压力可以依据该皮肤在身体上的位置(例如,病人的脸和手臂)进行调整。另外,调整注射压力能把药物刚好递送到皮下或递送到肌肉组织之中。此外,可以随着时间的推移改变注射压力。举例来说,在一些落实中,最初为了用药物刺穿皮肤使用大的注射压力,然后使用较低的注射压力来递送药物。较大的注射压力也可能用来破坏密封舱室或针剂瓶的密封。
更详细地说,电源106对于装置100可能是外部的。举例来说,装置100能与独立的电源耦合。然而,优选,电源106是装置100自备的,以有利于装置100的便携性。这样的便携性在现场应用中是特别有益的,例如,给家畜注射或医学管理(例如,给远程区域的人或动物的疫苗)。
电源106可以包括可更换的电池,例如,到处存在的9伏干电池。作为替代,电源106包括可充电的装置,例如,可充电电池(例如,凝胶电池、铅酸电池、镍镉电池、镍金属氢化物电池、锂离子电池和锂聚合体电池)。在一些实施方案中,电源106包括储能电容器。举例来说,一组电容器能通过另一个电源(例如,外部的电源)充电。
更详细地说,电磁型执行机构125包括一个导电线圈组件104,该导电线圈组件相对于磁场是这样安排的,以致线圈里面的感应电流导致生成对应的机械力。该结构至少在原则上类似于在扬声器的音圈组件中发现的那种结构。即,磁场、电流和由此产生的力之间的关系被明确地限定而且通常被称为洛伦兹力定律。
优选,线圈104相对于磁场被这样放置,以致磁场方向实质上垂直于一匝或多匝线圈104的方向。因此,有磁场时线圈104内感生的电流导致产生方向垂直于磁场和线圈的成比例的力(被称为“右手定则”的关系)。
更详细地说,图2A展示电磁脉冲执行机构200的剖视图。装置200包括定义环槽形空腔214的磁体组件201和可滑动地安插在其中的线圈组件203。线圈203的行程受线圈和磁体组件的长度控制。因此,能把电磁型执行机构配置成在单一的持续行程期间转移可观体积的某种物质。举例来说,可以用单一行程转移多达300微升以上的体积。作为替代或补充,可以按照多份较小的剂量转移针剂瓶或注射器的全部内容物。举例来说,300微升针剂瓶的全部内容物实质上可以分成十次注射每次30微升地转移给动物。
该执行机构的可控制性也考虑到精确的转移。举例来说,某种物质可以以大约1%的最小体积增量递送给生物体。因此,对于200微升的体积,该剂量可以被剪裁成按200个毫微升步。因此,装满的注射器能通过控制给线圈的电输入递送各种不同的剂量。这样的执行机构的操作是决定性的进一步致力于精密控制。
磁体组件205包括一列沿着中心轴线203安排的磁体204A、204B。这列磁体可以是一个或多个磁性器件堆积而成的。举例来说,该磁性器件可能是永久磁体。因为磁场越强在相同的线圈中产生的机械力将越大,因此优选较强的磁体。因为便携性和易操纵性对于手持型装置100是重要的特征,所以优选高密度磁体。
一种这样的磁体被称为稀土磁体,也被称为钕铁硼磁体(例如,Nd2Fe14B)。这族中的磁体对它们的质量相比是非常强的。当前可得的器件是按强度分级的从大约N24到大约N54,其中N后面的数字代表示以兆高斯-磁场强度(MGOe)为单位的磁能积。在特定的实施方案中,使用N50磁体。该磁体产生的磁场通常遵循就所示配置而言围绕中心线轴对称的磁力线208。
磁体204A、204B附着在定义空心轴腔而且一端封闭的直立圆筒形壳体201的一端。环形间隙在磁体204A、204B和该壳体的内壁之间形成而且可从该壳体201的另一端出入。在这个实施方案中,磁体204A、204B是圆筒形的,有大约25.4毫米的直径。
壳体201优选用适合促进磁体204A、204B产生的磁场在其中保留的材料制成的。举例来说,壳体201可以用铁磁性材料或铁淦氧制成。这样的铁磁性材料包括被称为碳钢的合金(例如,美国钢铁学会(AISI)1026碳钢)。端盖206也是由附着在磁体204A、204B另一端的类似的铁磁性材料提供的。端盖206的安置起将磁场容纳在其中并促进在端盖206和壳体201的外壁之间的环形间隙中形成径向磁场的作用。端盖通常比壳壁厚,为的是促进保留磁力线进入磁体204A的顶端成环的磁场。就上述的可仿效的壳体201的实施方案而言,端盖206有大约8毫米的轴向厚度。
线圈组件203包括用导电材料制成的线圈212,例如,缠绕在绕线筒210上的铜线。绕线筒210可以是圆筒形的而且定义尺寸适合与线圈212一起装配在环形空腔214里面的轴向空腔。在一些实施方案中,绕线筒210实质上在与环形空腔214并置的末端是封闭的。该封闭末端形成适合推动柱塞214(图1)或承力杆210(图1)的承力表面。
既坚固又重量轻的线圈组件203对于需要迅速产生可观的力的应用(例如,无针传送)是优选的。优选,绕线筒是用坚固重量轻的材料(例如,铝或环氧树脂玻璃纤维复合材料)制成的。一组这样的玻璃增强的环氧树脂是按商标名GAROLITE出售的。选自这组材料的适当的材料包括在潮湿和干燥两种条件下提供极高的机械强度、良好的介电损失特性和良好的耐电强度特性的G10/FR4材料。其它的材料包括所有聚合物增强的暗金色的聚四氟乙烯(PTFE)化合物,该化合物对诸如316不锈钢、铝、低碳钢、黄铜和按照商标名RULON从Professional Plastics of FullertonCalifornia购买的其它塑料之类的软配对表面操作出奇地好。绕线筒210是薄壁的适合装配在环形狭缝里面。绕线筒210还应该把低摩擦系数呈现给可能与壳体201、磁体204A、204B或端盖206接触的那些表面。在一些实施方案中,低摩擦涂料能被涂在绕线筒上。这样的涂料包括诸如PTFE之类的含氟烃。
通常,非导电材料(例如,环氧树脂玻璃纤维复合材料)优于导电材料(例如,铝)。当传导材料通过磁场移动的时候在该传导材料中产生的涡流倾向于产生与绕线筒的运动反向的机械力。这样的反向力将会与线圈的倾向性运动背道而驰,借此导致无效率。介电材料减少或消除这种涡流的产生。
薄壁绕线筒210考虑到较狭窄的环形狭缝214,借此促成较大的磁场强度穿过该缝隙。在线圈212里面流过的可观的电流能导致生成可观的热负荷,后者可能导致结构损坏(例如,熔化)。其它的轻质材料包括可机械加工的聚缩醛,这是一种特别好的适合于高温应用的材料。
继续讲该可仿效的实施方案,绕线筒210有大约27毫米的外径、大约26毫米的内径和大约46毫米的轴向长度。线圈212由六层以每个线圈长度(大约35毫米)大约115圈的比率缠绕在绕线筒210上(从而导致总共大约700匝)的28号铜线组成。将N50磁体与1026碳钢一起使用,端盖206包含介于大约0.63和0.55Tesla之间的磁通量(该数值沿着从端盖206的中心测量的半径向外逐渐减少)。
因此,流过线圈212的电流垂直于在端盖206和壳201的壁之间产生磁场208。这导致在线圈上生成沿着纵轴定向的力,这个力的方向取决于电流的定向流动。就上述的可仿效的装置而言,将大约100伏特的电输入或驱动电压加在线圈两端,持续时间大约1毫秒,这代表动作周期的刺穿阶段。较低的大约-2伏特的电输入被应用于传送阶段。外加输入的极性意味着该传送阶段是从生物体收集样品的采样阶段。
通常,线圈212通过两根电线216接受电输入信号。壳体201包括一个或多个孔218,引线216穿过这些孔接到电源106上(图1)。壳体201的封闭端可能包含一个或多个附加孔,空气可以在线圈移动期间通过这些孔转移。没有这样的孔和在线圈212和环形狭缝214之间提供较紧的间隙允差,将会产生阻碍线圈运动的压力。作为替代或补充,绕线筒210也可能有一个或多个孔220以便进一步禁止在动作期间产生阻尼压力。
图2A展示在线圈被迫从壳体201里面出来推进前面板215的注射阶段之后或期间的线圈组件203。图2B展示在线圈组件203被拖进壳体201的采样阶段之后缩回壳体201的线圈组件203。
在一些实施方案中,传导性线圈被配置成运送幅度比较高的电流产生可观的力,从而导致生成可观的压力。该线圈还提供比较低的电感,支持高频操作,借此促成快速上升时间(即,脉冲)响应。在一些实施方案中,线圈提供不足100毫享利的电感。优选,线圈电感小于大约50毫享利。更优选,线圈电感小于大约10毫享利。举例来说,线圈电感可能介于大约5毫享利和10毫享利之间。提供低电感大电流能力的一种途径是使用大直径导线按低匝数(例如,1到3匝)配置形成的线圈。
结果是能够产生有快速上升时间的高压脉冲的加压执行机构。此外,该执行机构的操作是在给定执行机构的物理性质和输入电流时可控制的和高度可预测的。再者,该执行机构是可逆的,即根据线圈里面的电流方向在相反的方向上提供力。
此外,可控制性考虑到可能包括突破皮肤外层的快速高压脉冲和跟随其后递送制剂的压力较低的延长脉冲的经过调整的注射曲线图。参照图3A,展示可仿效的随时间改变的电输入。该曲线代表加到执行机构125的线圈组件104上的电流的变化。在第一瞬间(时间t0),把电流加到线圈104上。该电流从静止值(例如,零安培)上升到最大值Ip,在这个最大值保持可选择的持续时间,然后在稍后的时间t1转变到不同的电流值IT。电流的幅度可能实质上保持在这个值,或继续随着时间改变直到稍后的时间t2,在这个时刻电流回到静止值。
限定在时间t2和t0之间的整个时间段将被称为动作周期。对于形状与刚刚描述的形状类似的电流输入,限定在时间t1和t0之间的周期将被称为刺穿阶段。如同该名称暗示的那样,高的电流值Ip引起对应的高压,该高压能用来在不用针或柳叶刀的情况下刺穿生物体表面。该动作周期限定在时间t2和t1之间的剩余部分将被称为传送阶段。如同这个名称暗示的那样,相对比较低的电流值IT引起较低的压力,该较低的压力能用来把某种物质从贮液器113(图1)通过在刺穿阶段在表面上形成的穿孔传送给生物体。
响应电输入在贮液器113(图1)里面引起的压力的可仿效的曲线图是在图3B中举例说明的。如图所示,压力在时间t0(也许有起因于电动线圈传输特性的微小延迟Δ)从开始的静止值上升到相对最大值Pp。这个压力值能用来形成前面就图1描述的射流。因为电流在传送阶段被减少,所以压力同样下降到为实现预期的某种物质转移确定的较低的数值PT。传送阶段继续到预期数量的某种物质被转移,然后压力被除去结束该动作周期。
伺服控制注射器包括专门设计的与伺服控制器组合配置的电磁型压力执行机构,以便实时地响应一个或多个物理性质(例如,压力、位置、体积,等等)产生注射压力。在一些实施方案中,该伺服控制注射器是无针装置。电磁型压力执行机构产生有快速上升时间的高压脉冲,把制剂注射到皮肤之下。采样这样的快速上升时间,整个转移过程能在不足大约10毫秒的时间内完成。为了实现预期的结果,该执行机构提供的压力能在单一的注射动作期间改变。举例来说,第一高压一开始就提供给该制剂,以便刺穿动物皮肤的外表面层。一旦皮肤被刺穿,该压力在剩余的注射时间里下降到较低的第二压力。伺服控制器能用来通过测知舱室里面的压力变化确定皮肤何时被穿透和相应地调整注射压力。
伺服控制器108接受来自一个或多个传感器116的输入信号并且依照预定的关系产生输出信号。伺服控制器的输出能用来通过控制驱动可控制的执行机构的电流的大小控制压力。
实时控制能借助伺服控制器108重复地接受来自传感器116的输入、依照预定的关系处理该输入和产生对应的输出来完成。为了在注射期间调整注射压力,整个测知-控制程序必须在注射期间完成很多次。举例来说,伺服控制器108可以包括能够以100仟赫的速率(即,每隔10微秒)处理从传感器收到的信号并且快速地提供对应的输出信号的高速微处理器。这样快速的响应时间为在单一的5到10毫秒注射周期里调整压力提供数百次机会。
因为线圈组件104上的摩擦或阻力代表无效率,所以线圈可以是漂浮在磁体组件105的空腔里面的。换言之,线圈组件104漂浮在缝隙里面而且被允许自由移动。没有电流加到线圈组件104上的时候,将允许它随着装置100的运动来回滑动。这样的运动可能是不受欢迎的,因为它可能导致某种物质从贮液器中无意地溢出和将诸如空气之类的某种物质引进贮液器。使用带位置传感器116B的伺服控制器,线圈104的位置能被这样调整,以致线圈104在有外力(例如,重力)存在的情况下能通过把电输入信号加给线圈组件104引起大小相等方向相反的力被保持在适当的位置。
作为替代或补充,该执行机构能与形成装制剂的舱室的伸缩管耦合。对于任一配置,动作都导致压力在舱室内生成,该舱室迫使制剂通过喷嘴。
图4展示可动态控制的无针注射装置400的可仿效实施方案。装置400包括一端邻接推杆406的可控制的电磁型执行机构402。推杆406的轴与执行机构402的纵轴在同一直线上并且通过轴承408滑动以禁止径向运动。安装适配器412是在装置400的远端提供的用来安装注射器410。注射器的柱塞(未展示)驻留在邻接推杆408的另一端的安装适配器412之内。电源(例如,可充电的电容器412)被安排在临近执行机构402的位置用来在执行机构402内引起电流。装置400还包括开始注射的按钮和控制电源给执行机构402供电的控制器416。壳体(例如,加长的模塑成形的塑料壳418)也被提供,以便将不同的零部件彼此相对固定。
图5展示较小的可动态控制的无针注射装置500的可仿效实施方案。装置500包括有适合邻接注射器508的柱塞506的近端的末梢施力板504的紧凑的电磁型执行机构502。装置500还包括注射器508的近端与之耦合的安装构件512。电源514也被安排在临近执行机构502的位置,不同的零部件在壳体516内彼此相对固定。在一些实施方案中,提供耦合器525以便将柱塞528可拆除地紧固到线圈组件505上。这保证柱塞响应线圈组件505的运动沿着任一方向移动。
更详细地参照图6,紧凑的可控制的电磁型执行机构502包括铁磁性壳体522,该铁磁性壳体包括被铁磁性端盖506盖住的中央磁芯520。线圈组件505可滑动地安排在磁体组件的环形狭缝内,在该狭缝内自由地浮动。壳体522的远端包括从临近壳体522的远端的位置伸出止于末梢安装板512的一个或多个延伸段524。然而,与图1和图4的装置相反,装置502不包括独立的轴承111、408。而是,壳体522包括其延伸段524的内表面为线圈组件505提供轴承,允许轴向运动同时禁止径向运动。第一轴承面550是沿着线圈组件的远端定义的。第一轴承面550在动作期间相对延伸段524的内表面滑动。在一些实施方案中,第二轴承面555是在线圈组件505的近端部分提供的。第二轴承面在动作期间相对壳体522的内表面555滑动。
延伸段524可能包括在相邻的延伸段524之间的开口(如图所示),以便减轻重量和促进空气流动促进线圈运动和用来冷却。这种配置502将末梢部的安装板512刚性地接到壳体522上,借此增加执行机构502的刚性和减少甚至实质上消除由装置的动作在壳体516(图5)上引起的应力/应变载荷。
可仿效的紧凑的洛伦兹力执行机构602的后透视图展示在图7中。装置602包括有外壳622的磁体组件。线圈组件605可滑动地安排在壳体622里面,而且适合轴向平移。多个纵向延伸段624被安排在轴的周围而且适合把壳体622和安装板612连在一起。开口是在相邻的延伸段624之间提供的。注射器608与安装板612在装置602的远端连接。提供一个或多个导向器626以避免线圈旋转,每个导向器626都沿着毗邻延伸段624的内边缘安放。装置602的近端包括允许线圈引线616穿过的孔618和一个或多个在动作期间促进空气流动的附加孔620。在一些应用中,样品瓶在样品收集和注射之间被药瓶换掉。作为替代或补充,样品的分析可能是用独立的分析器完成的。
因为洛伦兹力执行机构是双向的,取决于线圈电流的方向,同一装置既能用来注射某种物质也能用来抽取样品。这是有益的特征,因为它使该装置能够收集样品。参照图8A,举例说明可仿效的采样无针注射器700。采样注射装置700包括一端邻接第一活塞714A的双向电磁型执行机构702。采样喷嘴711A接在注射器710的另一端。执行机构702用电源704(例如,电池或适当充电的储能电容器)供电。第一活塞714A可滑动地安排在采样注射器710里面,以致加到执行机构702上的电输入信号使第一活塞714A缩回远离采样喷嘴711A。当采样喷嘴711A在动作期间对着生物体的表面放置的时候,可以收集来自该生物体的样品。
现在参照图8B,一旦样品已被收集,可移动的注射器底座708可以被重新定位,以致采样注射器710对准分析器706。借助同一动作,有第二活塞714B而且装有药物之类某种物质的第二注射器712对准执行机构702。如图所示,底座708可能是围绕纵轴旋转的旋转底座或如图所示的线性底座。分析器706根据被分析的样品把控制信号提供给电源704。该控制信号引起执行机构702向前推动第二活塞714B,借此排出根据被分析样品确定数量的某种物质。因此,同一装置700能用来收集样品和注射某种物质。
如同已经描述过的那样,该无针装置能用来收集来自身体的样品。收集样品的可仿效方法是用图9A的流程图举例说明的。首先,使用无针注射器刺穿表面(步骤800)。接下来,再一次使用无针装置从生物体收集样品(步骤810)。分析被收集的样品,例如,确定血糖之类的物理性质(步骤820)。许多不同的分析方法之中的任何一种或多种方法可以在这个步骤中完成。举例来说,分析可能包括:检测葡萄糖的电化学技术(例如,葡萄糖氧化酶测试)和光学技术(例如,表面增强的拉曼光谱)。控制器接受分析的结果而且根据被分析样品确定剂量(步骤830)。使用无针装置完成对生物体的定剂量给药(步骤840)。
更详细地说,参照图9B的流程图,无针样品收集步骤(步骤810)包括首先注射某种物质以刺穿皮肤(步骤812)。举例来说,为了刺穿皮肤,可以注射盐水溶液。接下来,使用无针装置通过把来自生物体的样品吸进该装置的贮液器取回样品。如果样品在体积或构成方面是不充份的,则使用该无针装置把抽取的盐水溶液和血、组织和胞间液的样品再次注入生物体(步骤818)。重复步骤814至步骤818直到获得适当的样品或小而圆的物块。在一些实施方案中,样品的充分性判据可能是预先依照规定的循环次数确定的。作为替代或补充,样品的充分性可能是在采样程序期间确定的。
适用于可动态控制的电磁型执行机构的可仿效的驱动电流是用图10A和10B的曲线图举例说明的。首先参照图10A,该图展示采样动作周期,其中包括施加可观的正向电流迫使某种物质进入生物体形成穿孔的初始刺穿阶段。刺穿阶段之后是施加幅度较小的反方向电流收集样品的采样阶段。接下来参照图10B,该图展示多周期采样,其中刺穿阶段之后是就图9B描述的重复的采样阶段和再次注射阶段。
采样注射装置900的替代实施方案是用图11举例说明的。装置900包括两个喷嘴914A、914B,这两个喷嘴在该装置的两端其间安排了可控制的电磁型执行机构925。每个喷嘴914A、914B接在各自的注射器912A、912B的外端,每个注射器定义各自的贮液器913A、913B而且每个注射器有各自的活塞910A、910B可滑动地安排在其中。每个活塞的内端与执行机构925相应的末端耦合,以致在一个方向的动作导致一个柱塞910A朝远侧喷嘴914A推进在贮液器913A里面形成适合注射装在其中的某种物质的压力。同一方向的同一动作导致另一个柱塞910B缩回远离远侧喷嘴914B从而在贮液器913B里面形成把某种物质吸入贮液器813B的真空。
执行机构925包括可移动的线圈组件904而且接收来自也与电源909耦合的控制器908的电输入信号。在一些实施方案中,装置900包括与控制器908耦合用来分析收集在采样贮液器913B中的样品的分析器916。在操作时,该装置的一端能用来作为穿过生物体的表面无针传送的结果收集来自生物体的样品。分析器916可以分析该样品并且把结果提供给控制器908。控制器908可以以被分析的样品为基础确定适合给生物体的某种物质剂量参数。
该装置的另一端能用来完成对生物体的一份剂量某种物质的给药。然后,该控制器把来自电源909的电输入提供给执行机构925,这有可能是在本地操作员或远程操作员的控制下通过输入/输出接口完成的。执行机构925依照收到的输入沿着同一方向移动活塞,从而形成压力和引起通过装置900的注射端注射。
在一些实施方案中,提供能够管理连续的多次注射和/或采样的可控制的无针注射装置1000是有利的。因此,动作周期在相邻的周期之间有相对短暂的时间延迟发生。这样的装置可以被称为多发无针注射装置。多形成注射能在每个周期30毫秒到50毫秒之内发生,动作周期(即,注射周期)10毫秒。一些多发装置有能力完成多达每个药瓶500次注射。
举例来说,参照图12的示意图,多发无针注射装置1000包括附备的贮液器或安瓿1002。装置1000与生物体1004的表面接触,而透皮传送是从放置装置1000的顶端的第一位置1006开始的。该程序能在通常彼此相对接近的其它位置重复,借此对生物体的可观的表面区域1008进行治疗。在其它的应用中,同一多发装置1000能用来对多个不同的生物体之中的每个生物体透皮转移某种物质。这样的应用将包括陆续地给一群动物打预防针。
就多发应用而言,可仿效的线圈驱动电流随时间变化的曲线图是用图13举例说明的。个别动作周期的电流曲线类似于前面就图3、图10A和图10B描述的被用户可选择的发间延迟分开的那些之中的任何一个。虽然相同的普通输入波形是针对每个周期举例说明的,但是该装置能够针对每个周期开始不同的波形。
可仿效的手提式多发注射装置1100是用图14A和14B举例说明的。装置1100包括有可以包括板机1110的手柄段1104的壳体1102。该装置还包括喷嘴1006、贮液器或安瓿112和自备电源1108。在一些实施方案中,装置1100还包括用户接口1114。
更详细地描述电源106,给可充电电源(例如,充电电池或储能电容器)充电是可能的。举例来说,再次充电能用太阳能电池、直流发电机或电感耦合来完成。举例来说,线圈组件104能被用于与外电源电感耦合,该耦合电源在线圈组件104里面产生可用来给电源106充电的电流。
在一些实施方案中,该装置可以使用电磁型执行机构125本身再次充电。换言之,线圈组件104通过磁体组件105提供的磁场的机械运动(这可能是通过摇动或振动装置100完成的)在线圈里面产生电流。线圈组件104可以通过调压器或其它适当的充电电路与电源106耦合。因此,线圈组件104里面由于它通过磁场的运动引起的感应电流能用来给电源106再次充电。
可仿效的机械式充电装置是用图15举例说明的。该机械式充电单元1200包括诸如振动器1204之类使轴1206来回振动的机械式换能器。这根轴一端与振动器1204耦合而另一端与适合与装置1201的强制转移构件110接合的适配器附件1208耦合。充电单元1200还包括适合在再次充电期间保持装置与振动器1204接合的安装法兰1202。如图所示,注射器被首先拆除,以便线圈组件能通过磁场振动,从而在线圈104中产生电流。由此产生的电流可以通过功率调节器1210反馈给电源106。功率调节器1210可以包括一个或多个整流器、电压调节器、滤波器和充电单元。如图所示,磁体组件105通过托板1211与壳体102耦合,以致磁体相对于活动的线圈组件104保持固定。
这样的透皮传送装置的可控性质适用于自动化的或机器人式的注射。首先,强有力的无针注射可能用来通过生物体的皮肤(例如,母牛之类大型哺乳动物比较厚的兽皮)注射。当注射是无针注射时,倘若动物在注射期间移动也没有针断在动物体内的机会。此外,因为强有力的无针注射能在几分之一秒中完成,所以动物必须保持不动的持续时间被大大减少。因此,喷嘴在动物身上的轻微撞击与瞬间释放相结合可能发生在这样短暂的时间里,以致它甚至可能在动物活动时完成。
用来对动物完成受控剂量的某种物质的给药的可仿效的无针注射系统是用图16举例说明的。该系统包括安排在可延伸悬臂1304的远端的无针透皮传送装置1306。悬臂1304的近端可以与诸如立柱或框架1308之类的刚性底座连接。为了在完成透皮传送给药之前识别动物,可能提供传感器1310。举例来说,动物1302能包括识别标志1312,例如,条形码标签或射频确认(RFID)标签。所以,传感器1310可以包括适合读条形码或RFID标签的讯问器。传感器1310和透皮传送装置1306两者都与可能包括处理器的控制器1314耦合。电源1316也通过控制器1314与透皮传送装置1306耦合。
在一些实施方案中,该装置包括另一种动物传感器,例如,适合测知动物的物理性质(例如,它的重量)的测力板1318。导向装置(例如,门1324)可能是为在识别和给药期间使动物1302适当地定位准备的。控制器1314也接受来自传感器1318的输入而且根据动物的标识和重量产生剂量控制。举例来说,生长激素可能是根据特定动物的标识和重量完成对它的给药的。
在一些实施方案中,该系统还包括通信接口1320。通信接口能包括无线接口1322,例如,前面关于图1讨论的无线通信接口。因此,该系统能与远程的用户、处理器和/或数据库通信。
可动态控制的洛伦兹力执行机构提供的操作特征支持很多不同的治疗选项。把强有力的注射能力和可控制性两者结合起来,同一可控制的无针透皮传送装置能用来完成不同的注射。举例来说,该装置能用于完成进入表面层或皮肤或在不同的生物层之间(例如,沿着解理面)的非侵入性皮内递送或完成对皮下组织或直接在真皮和表皮下面的皮肤层的皮下注射给药。非轴向无针注射是在2006年2月10日以“Surface Injection Device”为题申请的美国专利申请(代理人诉讼案件编号0050.2093-000)中描述的,在此通过引证将其全部并入。该装置也可能用来完成某种物质直接进入肌肉的给药的肌肉注射。此外,该装置可能用来完成药物经由血管直接进入血流给药的静脉注射。
用来把某种物质注入解剖学关节的可仿效的应用是用图17举例说明的。人类的膝部1400被展示为分泌滑液的关节1402的例子。分泌滑液的关节1402包括容纳在“分泌滑液的”隔膜1404或“关节囊”里面的粘液1406。在一些治疗中,把某种物质注入粘液1406是令人想要的。这需要也刺穿分泌滑液的隔膜1404的比较深的注射。迄今,这样的注射需要使用规格较大的针以避免针的弯曲或断裂。不幸的是,直径较大的针倾向于增加病人的痛苦和不适。使用可控制的电磁无针装置,完成这样的递送某种物质1414的注射是可能的。这就是说,储存在注射器1408中的某种物质1414通过喷嘴1412排出。喷嘴1412形成狭窄的射流,从而把该物质的射流1416沿着直线路径引向预期的深度。因此,射流1416能指向关节1402的内部区域,从而刺穿分泌滑液的隔膜1404和在没有弯曲的情况下以较少的痛苦递送该物质1418。
图18展示的可控制的无针注射装置1800的替代实施方案包括在其中形成贮液器的伸缩管1802。电磁型执行机构1825要么压缩要么伸展该伸缩管1802,取决于电输入的电流方向。适合无针注射的喷嘴1801与伸缩管式舱室1802流体连通,以致储存在舱室1802里面的制剂在压缩伸缩管1802的时候通过喷嘴1801喷出。喷嘴1801通常相对于执行机构1825的静止部分保持固定关系,所以该伸缩管是在执行机构1825的可动部分和喷嘴1801之间压缩的。
伸缩管式舱室1802是为能在注射装置1800内容易快速地拆除和更换配置的。举例来说,伸缩管式舱室1802能从壳体1810的一侧插入和拆除。壳体1810可以包括把伸缩管式舱室1802固定在线圈组件1804上的机械紧固件。举例来说,该机械紧固件可以包括为与伸缩管式舱室中的互补凹口接合而配置的叶片(未展示)。作为替代或补充,可以使用专门配置的伸缩管,该伸缩管在轴向是可压缩而在非轴方向是刚性的。
虽然已经参照其优选实施方案具体地展示和描述了这项发明,但是熟悉这项技术的人将会理解在形式和细节方面各种不同的改变可以在不脱离本发明用权利要求书囊括的范围的情况下完成。
Claims (28)
1.一种用来穿过生物体表面转移物质的无针透皮传送装置,该装置包括:
用来储存所述物质的贮液器;
与所述贮液器流体连通的喷嘴;以及
与所述贮液器连通的可控制的电磁型执行机构,该执行机构包括:
提供磁场的静止磁体组件;以及
相对于所述磁体组件可滑动安排的线圈组件,该线圈组件接受电输入并且在响应时产生与收到的输入相对应的力,该力起因于线圈组件里面的电流和磁场的相互作用而且引起所述物质在贮液器和生物体之间的无针传送。
2.根据权利要求1的装置,其中所述在线圈组件里面产生的力可依照收到的电输入的变化动态地改变。
3.根据权利要求1的装置,进一步包括与所述可控制的电磁型执行机构电连通的伺服控制器,该伺服控制器提供电输入。
4.根据权利要求3的装置,进一步包括至少一个与所述伺服控制器电连通的传感器,该传感器测知物理性质而所述伺服控制器产生对测知的物理性质作出响应的电输入。
5.根据权利要求4的装置,其中测知的物理性质是下面参数中的一个或多个:位置、力、压力、电流和电压。
6.根据权利要求3的装置,进一步包括与所述控制器电连通的远程通信接口,所述控制器产生对通过该远程通信接口收到的通信作出响应的电输入。
7.根据权利要求3的装置,进一步包括适合分析从生物体收集到的样品的分析器,伺服控制器适合提供对被分析的样品作出响应的电输入。
8.根据权利要求1的装置,其中可控制的电磁型执行机构是双向的,产生对第一电输入作出响应的正向力和对第二电输入作出响应的负向力。
9.根据权利要求1的装置,其中电磁型执行机构迫使物质穿过喷嘴产生其速度足以刺穿生物体表面的射流。
10.根据权利要求1的装置,进一步包括用于产生电输入的可充电电源。
11.根据权利要求10的装置,其中可控制的电磁型执行机构适合给所述可充电电源再次充电。
12.根据权利要求11的装置,进一步包括适合使用可控制的电磁型执行机构给可充电电源再次充电的可释放的机械附件。
13.根据权利要求1的装置,其中所述装置适合提供多种独立的连续的无针传送。
14.根据权利要求1的装置,其中贮液器、喷嘴和可控制的电动执行机构被组合在手提式便携单元中。
15.根据权利要求1的装置,其中所产生的力的上升时间大约少于5毫秒。
16.根据权利要求1的装置,其中贮液器储存大约300微升的体积,所述力在大小和持续时间两方面都足以转移完整的300微升或其中任何部分。
17.一种线性电磁型执行机构,其中包括:
提供磁场的静止磁体组件;
接受电输入的线圈组件,该线圈组件相对于所述磁体组件是可滑动安排的;以及
在邻接所述磁体组件的长度上形成的静止轴承面,
沿着所述线圈组件的远端部分定义的适合相对于所述静止轴承面滑动的第一轴承面。
18.根据权利要求17的线性电磁型执行机构,进一步包括沿着线圈组件的近端部分定义的也适合相对于所述静止轴承面滑动的第二轴承面。
19.一种用来穿过身体表面转移物质的方法,该方法包括下述步骤:
将电输入加给可控制的电磁型执行机构;
用该电磁型执行机构产生与所述电输入相对应的机械力;
将所述机械力加到一端与喷嘴耦合的贮液器上,所述机械力在贮液器里面产生压力,该压力的大小随着所述机械力改变而且引起某种物质穿过身体表面转移;
在物质转移期间测知物理性质;以及
在物质转移期间根据测知的物理性质改变所加的电输入使所施加的机械力产生对应的变化。
20.根据权利要求19的方法,其中所述作用力产生正压力至少将一部分物质从贮液器经过喷嘴喷射出去,被喷射的物质形成有足够的速度刺穿身体表面的射流。
21.根据权利要求20的方法,其中作用力是双向的,取决于所加的电输入究竟是产生对第一电输入作出响应的正压力还是产生对第二输入作出响应的负压力,负压力在贮液器里面形成真空,真空引起物质从身体向贮液器转移。
22.根据权利要求19的方法,其中施加电输入的步骤包括将第一电输入加给可控制的电磁型执行机构,随其产生把一部分物质以足够的速度通过喷嘴喷射出去的正向力。
23.一种治疗疾病的方法,该方法包括:
用第一无针透皮传送装置收集来自身体的样品;
根据收集到的样品确定活性化合物的药量;
用第二无针透皮传送装置把确定药量的活性化合物传送给身体。
24.根据权利要求23的方法,其中所述收集步骤包括:
用无针透皮传送装置把第一物质注入身体;以及
用无针透皮传送装置取回包括至少一部分第一物质和至少一部分身体的样品。
25.根据权利要求24的方法,其中所述第一物质实质上是生物学惰性的物质。
26.根据权利要求24的方法,其中所述活性化合物是胰岛素。
27.一种穿过身体表面转移物质的方法,该方法包括下述步骤:
提供洛伦兹力执行机构;
把电流加给洛伦兹力执行机构,该电流感生穿过身体表面转移物质的力。
28.一种用来穿过生物体的表面转移物质的无针透皮传送装置,该装置包括:
用来把机械力加给一端与喷嘴耦合的贮液器的电磁型执行机构,该机械力在贮液器里面产生压力,该压力的大小随着所述机械力改变并且引起物质穿过身体表面转移;
用来在物质转移期间测知物理性质的装置;以及
用来根据测知的物理性质改变外加的电输入使外加的机械力产生对应的变化的装置。
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