CN102078652A - 适用于胰岛素输注装置的新颖的驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于胰岛素输注装置的新颖的驱动系统。本发明的液体注入装置为分离式，并且易于患者使用，包括：柔性传动带，其具有沿所述传动带的长度基本上线性排列的多个孔，所述多个孔以固定增量间隔开；传动轴，其包括至少一个齿轮，所述齿轮包括与所述柔性传动带中的孔对准且接合的多个齿；压电电机，其用于使所述柔性传动带前进；活塞，其附接或连接到所述柔性传动带的至少一端；和储液器，其盛装液体药品，用于接纳活塞，并且在所述活塞在所述储液器中移动时排出液体药品，其中所述压电电机旋转所述传动轴，从而使所述柔性传动带前进，并且将所述活塞以对应于孔之间的固定增量的增量驱入所述储液器中。

Description

适用于胰岛素输注装置的新颖的驱动系统
背景技术
本发明整体涉及用于患者控制给药式液体注入装置中的改进。更具体地，本发明涉及具有节省空间的驱动系统的改善的药物注入装置。
用于输注药物，例如将胰岛素输注给患者的注入装置在本领域是熟知的。标题为“具有柔性传动活塞的药物注入泵”(Medication infusionpump with flexible drive plunger)的US5637095包括由柔性传动构件连接到滑动活塞的紧凑驱动电机，其用于给患者输注药物。柔性传动构件延伸穿过节省空间的弯曲通道，并且包括由弹簧钢形成的一段弹簧带，以在线性结构中取向时具有弯曲的横截面形状。该弹簧带卷绕或盘卷在泵壳体内的卷带轴上。传动装置可以是支撑在细长导螺杆上的导螺杆螺母，其驱动电机以使导螺杆螺母沿导螺杆前进的方式提供用于驱动导螺杆的旋转输出。导螺杆螺母的线性位移使弹簧带沿其弯曲通道平移。或优选输带辊和相关的压紧辊在泵驱动电机的控制下接合并且推进弹簧带，该弹簧带的一段松散地悬置，并且可引导地容纳在该传动装置的一侧的弯曲通道内。操作中，当装有药品的圆筒装载在泵壳体中时，压紧辊相对于输带辊缩回，以使弹簧带插入这些辊之间的空间内或从这些辊之间的空间移开。
标题为“具有弯曲的活塞杆的药物输注装置”(Medication deliverydevice with bended piston rod)的US6537251描述了柔性活塞杆，其包括两个单独的带状主体，其在一个或多个点处结合在一起，任选地描述了沿横向截面看时处于松弛状态的“眼形”通道。活塞杆的移动由电机致动，该电机的旋转运动通过合适的传动装置转变为活塞杆的线性位移，该传动装置包括传动轮。所述传动轮包括等间距的突出部，该突出部与柔性活塞杆上的接纳构件(任选地相互隔离的通孔或槽)相互作用，以使活塞杆移动。在一个实施例中，活塞杆在第一引导轮上方弯曲来形成180度U型折回，第二引导轮确保活塞杆和该传动轮之间适当接触。在纵向，传动轮的最小直径由活塞杆围绕其可弹性弯曲的最小直径限制。
标题为“用于液体控制注入的移置系统”(Displacement system forcontrolled infusion of a liquid)的US5957889描述了一种液体移置系统，其具有活塞杆，该活塞杆为柔性不可压缩构造，由储液器后端后面的活塞杆导向装置引导偏离该储液器轴线，优选偏离180度。该导向装置包括轨道，该轨道制作成当活塞杆的端部保持平行时活塞杆的弯曲部分自然采用的形状，能够使该装置的长度减小到对应于约储液器和偏转活塞杆导向装置的长度。柔性杆可以是具有窄间距的相邻绕圈并且旋绕比在一定范围内的柔性螺旋状物。该螺旋状物的绕圈提供外部螺纹，其可由内螺纹螺母元件接合，该内螺纹螺母元件旋转时将活塞杆驱入储液器中，该储液器与作用在活塞杆自由端上的压脚结合。
前述和其它现有技术具有很多待克服的问题。例如，距离活塞相对远设置驱动系统通常需要粗活塞杆，粗活塞杆可能需要高功率损耗电机，其可能在活塞移动中引起误差。而且，系统包括若干部件，例如传动轮、卷带轴和用于带的通道同时在储液器外部的其它支撑或导向装置，导致该系统过于复杂，可能更难使用和制造，同时可能在液体注入调控时由于例如机械摩擦或部件磨损引入误差。包括储液器的泵通常需要至少大于储液器长度两倍的尺寸，以提供用于活塞杆在存在新的充满的储液器时完全缩回的足够的空间。本文公开的本发明提供用于液体注入装置的节省空间的驱动系统。
发明内容
本发明提供一种液体注入装置，其为分离式，并且易于患者使用。将压电电机和在纳米尺度水平运行的装接齿轮的传动轴的优点与可重复使用的集成器中的柔性带结合提供一种节省空间的系统和用于患者液体药品给药的方法。
使用构造用于可拆卸地附接到可重复使用集成器的基本上椭圆形几何形状的储液器实现紧凑的外形。该集成器包括由柔性传动带驱动的活塞，该柔性传动带与齿轮传动轴配合，该齿轮传动轴设置在储液器底部处，其由压电电机驱动。柔性传动带的第一端适于固定到该活塞，同时第二端采用节省空间的路径，围绕该传动轴卷绕，以占据该注入装置的储液器和可重复使用的集成器壳体之间的位置。该系统外形具有长度大约等于储液器的长度加该传动带的厚度加该传动轴的直径(大约等于储液器最小直径的一半)。这样的传动结构允许使用对泵系统总体外形的影响最小或无影响的更大容量的储液器。
柔性传动带包含条纹聚合物，其沿纵向柔软，沿轴向刚硬，由沿其边缘的橡胶条支撑，该边缘通过在其最宽直径处紧靠储液器主体内部滑动与储液器的几何形状相互作用。储液器基本上椭圆形的几何形状在其最宽直径处提供一个通道，活塞和传动带通过该通道的移动受限。该传动带中间隔开纳米级距离的的微孔与齿轮传动轴和压电电机的配合提供严格的剂量控制，能够使增量在0.00005到0.0002单位范围内，优选更接近0.0001单位。剂量控制也不受所用储液器的尺寸的影响。
附图说明
本发明的新颖特征特别在所附权利要求书中示出。通过参照下面示出其中利用本发明原理的示例性实施例的具体实施方式，将更好地理解本发明的特征和优点，附图中：
图1是液体注入系统的主部件的简化的示意图；
图2是根据本发明的泵的俯视平面视图；
图3a是图2的可重复使用的集成器壳体的端部剖视图；
图3b是图2和3a的泵的底部平面视图；
图4是图2的泵的分解立体视图；
图5是图2的可重复使用的集成器壳体的俯视平面视图；
图6是图2、3和5的可重复使用的集成器壳体的侧平面视图；
图7是图2和4的可重复使用的集成器部分的简化的侧平面视图；
图8是图2和4的储液器的侧平面视图；
图9是图2到6的泵的立体视图，显示了处于储液器主体内前进位置中的活塞；
图10是图9的储液器的近距离剖视图；
图11a是图2、4、9和10的储液器主体的立体视图；
图11b是穿过图9和10的储液器的剖视图；
图11c是图11a和11b的储液器主体的几何构成的示意图；
图12是图2中所示的泵的驱动系统的立体侧视图。
具体实施方式
虽然本文显示和描述了本发明的优选实施例，但是对本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例仅以举例的方式提供。本领域技术人员现将不偏离本发明而想到多种变化、改变和替代方案。
图1是适用于本发明实施例的液体注入系统100的主部件的简化示意图，所述主部件包括泵20、具有显示器12、按钮14的手持装置10和其之间的无线通讯装置，例如射频装置(RF)30。
泵20可以是任何类型的液体注入装置，例如胰岛素计量泵，其可由患者佩戴，附接到衣服或皮带。或者，泵20可以是特别设计用于附接到患者皮肤来佩戴的小型贴片泵，其中药物通过注入装置提供给患者。泵20可构造用于与手持装置10无线通讯，以确定和任选地将待注入到患者的胰岛素的确定量编程。
本文将参照通过小型贴片泵注入胰岛素的糖尿病的治疗，但是对本领域技术人员显而易见的是，本发明可适用于任何类型的液体注入装置以及除糖尿病之外的病症治疗中，并且不旨在限制到本文描述的实例。
在一个示例性实施例中，患者可使用手持装置10的界面管理其病情，任选地包括指示泵20注入一定量的药物。手持装置10和泵20之间的这样的相互作用可通过无线通讯装置进行，例如RF装置30或蓝牙装置。手持装置10可结合OLED显示界面12，包括多个按钮14，或任选地可利用可替代的方法，例如触摸屏显示器。手持装置10可另外用作被分析物监控装置，例如血糖测量仪。液体注入系统100的大部分可操作特征可能容纳在手持装置10内，这在设计中可提高更大的灵活性，并且允许结合例如软件升级等其它特征。
使用者可指示泵20使用手持装置10立即供给一定剂量的胰岛素，或者其可将泵20编程来在预定时间供给预定体积的胰岛素。糖尿病患者通常每天进行多次血糖测试，特别是在餐前和餐后的预定时间，以确保其血糖水平得到抑制。根据测量结果，患者可选择给他或她自己供给一定剂量的胰岛素。一些患者使用常规的针和注射器或笔式装置将胰岛素注入到其大腿或腹部中。但是由于注入泵可通过注入装置附接到皮肤来连续佩戴，因此注入泵的佩戴者可从必须进行多次单独注射解脱出来。使用者可简单地使用手持装置10将待注入的胰岛素量编程，该手持装置10然后与泵20无线通讯，指示泵20输注适当剂量的胰岛素。
图2是根据本发明的简化的液体注入泵20的示例性实施例的俯视平面视图，该液体注入泵20包括可重复使用的集成器壳体102，其具有开口104和用于容纳储液器108的腔体106。储液器108包括近端110和远端112，并且活塞128在该视图中靠近近端110设置。壳体102还包括用于接纳储液器108的唇缘元件126的凹槽或凹陷部124。根据本发明，注入泵20还包括电机116、齿轮传动轴118、柔性传动带120和盖122。
术语“储液器”用于本文来描述盛装药品液体，例如胰岛素的小瓶，但是其它术语，例如“注射器”、“安瓿”或“卡普耳”也可互换使用。
在一个实施例中，液体注入泵20可包括由例如硬成型塑料件形成的可重复使用的集成器壳体102，集成器壳体102包括特别设计用于容纳储液器108的腔体或凹陷部106。可重复使用的集成器壳体102构造为牢固地附连到可拆除的或可置换的储液器108。储液器108装入集成器壳体102内的腔体或凹陷部106中，直到设置在储液器108近端110处的唇缘126卡扣入设置在集成器壳体102中的配合凹槽124中，从而将储液器108固定到集成器壳体102。当储液器到位时，电机116运行来使柔性传动带120前进，直到塑料盖122卡扣到活塞128的配合塑料板127(图3中所示)内。任选地，小型力传感器(未显示)可设置在盖122上或与盖122结合来感测施加到该122的力，并且因此控制驱动电机116的操作。当正确插入时，储液器108完全填充凹陷部106，并且储液器108的远端112靠近集成器壳体102中的开口104设置，以使分配端头154连接到注入装置。
电机116可由小型电池，例如小型锂离子纽扣或硬币形状的电池，或串联的电池驱动。电池型号的实例包括例如得自Energizer的CR1225、CR2450、CR2032和BSR45L(氧化银)。电池可密封在单独的隔室中，以使使用者便于接触更换废旧电池。
使用过程中，使用者将进入泵来移除用尽的储液器，并且使用新的充满的一个来将其置换。泵将包括特别用于该目的的入口门(未显示)。当打开该入口门时，使用者可抓握该储液器，并且将其提升到腔体106外。当储液器108松开时，唇缘元件126从配合凹陷部124拔出，并且活塞128与盖122分离，盖122永久地附接到柔性传动带120。然后将新的储液器放置到腔体106内，使唇缘126接合或卡扣在凹陷部124内的位置中。在紧接着使用者将储液器108按压在位时，盖122可与活塞128接合，或者盖122可在电机116的作用下驱动来与活塞128接合。因此更换储液器的过程简单直观，并且使用者无需与可重复使用的集成器壳体102的任何部件相互作用。
图3a显示了图2可重复使用的集成器壳体102的示例性实施例的剖视图上的端部，包括用于容纳储液器108的腔体或凹陷部106。图6还包括橡胶密封件109，例如通常使用的O型环式密封件。
图3b显示了图2和3a的泵的仰视平面视图。在一个实施例中，泵20可以是分离地佩戴在使用者皮肤上的小型“贴片”状装置。图3b包括胶带132、塑料外壳134、柔性套管136和针138，该针138在储液器108的分配端头154处刺入硅树脂柱塞156，如关于图4所示和所描述的。图3b还显示了储液器108的远端112的位置的平面A-A′。该平面A-A′的位置还在图5和6中示出。
现在参照图3a和3b，可重复使用的集成器102可形成紧凑的胰岛素分配泵30，例如贴片泵的一部分，并且当前的讨论将集中在该实施例。泵20可使用合适的粘合剂132附接到使用者的皮肤来佩戴。当充满的胰岛素储液器108放置到泵20内时，开口104由下面的注入装置的针138覆盖，药品液体通过所述注入装置138经柔性套管136注入患者体内。塑料外壳134能够使注入装置容易地卡扣到可重复使用的集成器102中的配合插件内，确保贴片泵20的外表面平齐，并且因此不增加泵20的总尺寸。但是，如对本领域技术人员显而易见的，本发明的可重复使用的集成器和新颖的驱动系统可与任何形式的药品液体分配装置一同使用，并且不旨在以任何方式限制到一种特定类型的泵。
图4是图2的胰岛素注入泵20的分解立体视图，显示了可重复使用的集成器102和储液器108的多个部件。储液器108包括储液器主体150、腔体152、凸起的唇缘126、塑料板127、橡胶活塞128和硅树脂柱塞156。该视图中所示的可重复使用的集成器壳体102的部件包括电机116、塑料盖122、具有轮齿119的齿轮传动轴118、包括孔121的柔性聚合物带120和橡胶条123。图4显示了包括根据本发明的泵20的驱动系统的主元件。该分解视图清楚地显示了每一个单独的元件，其相互作用将在本文进行讨论。
橡胶活塞128包裹在塑料板127上方，基本上在一侧围绕塑料板127，保留塑料板127下侧自由，可拆卸地与可重复使用的集成器102的盖122连接。由于橡胶活塞128基本上覆盖塑料板127，因此术语活塞128将贯穿全文用于涵盖塑料板127和橡胶活塞128。在使用过程中，柱塞156可位于储液器主体150的分配端头154处，从而在储液器108的远端112处提供第一密封。橡胶活塞128用于在储液器充满液体时朝向储液器108的近端110形成第二密封。使用过程中，在注入泵内，随着活塞128驱入储液器中，该第二密封沿朝向储液器108的远端112的方向移动，以将液体药品注入患者体内。
图4显示了设置在传动轴118上的齿轮齿119和设置在柔性传动带120上构造用于接纳齿轮齿119的配合孔121。柔性传动带120可在第一端130处永久附接到盖122，同时带120的在第一端130和第二端140之间的区域(图7中图示)围绕齿轮传动轴118卷绕，使所述系列间隔开纳米级间距的孔121与传动轴118上的配合齿轮齿119配合。当由电机116驱动时，齿轮齿119与孔121的相互作用提供给传动带120沿向前和向后方向的推进力。柔性传动带120、齿轮传动轴118和压电电机116的组合一起用于提供根据本发明的可靠的严格控制的液体注入系统。
多种不同的方法可用于以亚微米的分辨率形成例如传动带120上的孔121的图案结构，包括但是不限于例如化学烫印、激光微图案化或平版印刷。
电机116可以是小型步进旋转压电电机，例如得自MiniswysPiezomotors(Biel，Switzerland)的Blé或Sichel。市售的压电电机具有形成非常细小步骤的能力，提供纳米尺度上的精度。电机116驱动齿轮传动轴118，以使柔性传动带120前进和/或缩回，该柔性传动带120继而使活塞在储液器108内前进或缩回。由于传动带120永久附接到盖122，盖122继而在储液器存在时连接到活塞128，因此传动带120的向前和向后移动同时作用在活塞128上，将其驱动到储液器108内或从储液器108驱动出。活塞128向储液器108内的渐进向前移动用于将限定量的胰岛素通过注入装置分配到患者体内。
在一个实施例中，目的是使使用者能够进入注入泵20来在储液器108用尽时移除和置换储液器108。注入装置和储液器可能不可重复使用，但是图3的集成器壳体102及其内部部件可以重复使用。储液器108可简单地在前面描述的盖122和活塞128的部件塑料板127之间的接合处松开卡扣。任选地，使用者可移除整个注入泵或贴片泵20。在一个实施例中，新的充满的储液器108可通过首先插入近端110来插入可重复使用的集成器102内，即首先插入活塞128端部，直到唇缘126卡扣到相应的配合凹槽124内。同时，在活塞128下侧的板127卡扣到塑料盖122中，塑料盖122永久地附接到柔性传动带120的第一端130。在另一个实例中，液体注入系统的全部或部分可以是一次性的。
图5是图2的可重复使用的集成器壳体102的俯视平面视图，显示了适于容纳图2、4、8和9到12的储液器108的凹陷部或腔体106。在一个实施例中，储液器108上凸起的唇缘126装入或卡入相应的凹槽或凹陷部124中。齿轮传动轴118包括小钉或齿119，其与传动带120中相应的孔121(如图4中所示)接合。齿轮传动轴在来自电部件117的指示下由电机116驱动。任选地，泵20可通过遥控装置10操作，遥控装置10例如为与电部件117通讯的手持血糖监控仪。泵20可包括位于齿轮传动轴118和电机116之间的密封件111，以实际上在使用者佩戴时消除例如水等流体进入泵的可能。
图6显示了图2、3和5的可重复使用的集成器壳体的侧平面视图，包括前面描述的很多相同的元件。另外，图6包括凹陷部或腔体115的示例性实施例，该凹陷部或腔体115用于在随着储液器108收缩出时容纳柔性传动带120。图6还包括围绕该传动带设置的任选的密封件113。密封件113用于确保泵不漏水，并且用于最小化物质或颗粒进入泵的工作部件内的风险，同时，特别地，在使用者更换储液器108的过程中能够打开可重复使用的集成器102。
在示例性实施例中，容纳柔性带120和传动轴118的隔室可完全与电机116阻隔，电机116构造成通过密封件111动作来驱动齿轮传动轴118。另外，可能存在又一个密封件113，柔性带120穿过该密封件113移动，以将该柔性带120与储液器108隔离。塑料盖122和配合垫圈用于在无储液器时保持可重复使用的集成器102密封。可任选的是，可重复使用的集成器102可在入口门打开时完全密封来防止任何污染物进入该机构。密封集成器部分102还防止使用者看到或触及对于液体注入系统的操作很重要的部件。密封的可重复使用的集成器102的使用能够使使用者容易地并且直观地移除用尽的储液器，并且插入新的充满的储液器，而不与其它部件相互作用或进行附加步骤，例如将柔性带提供到导向辊之间。
图7是又一个简化的侧平面视图，显示了图2和3的可重复使用的集成器壳体102的主驱动部件，包括电机116、齿轮传动轴118、盖122和柔性传动带120，柔性传动带120具有第一端130和带有止动元件142的第二端140。箭头“X”指示齿轮传动轴118的旋转方向，传动轴118完全缩回传动带120来允许更换用尽的储液器108。
图7显示了具有第一端130和第二端140的柔性传动带120，并且可包含薄柔性聚合物材料，例如聚乙烯，或可以是平直金属合金，例如由EtchLogic，Attleboro，USA生产的金属合金。柔性传动带120可以是条纹聚合物，仅沿其纵轴，即沿平行于柔性传动带120的方向是柔软的，沿其较短轴线，即平行于其宽度不柔软。柔性传动带120的第一端130可永久附接到盖122，并且柔性传动带120的第二端140可以是不受限制的自由端，或者其可固定在某点处。可任选的是，柔性传动带120可包括附加的沿其边缘的橡胶条123(参见图6)，以使该柔性传动带120紧靠储液器108的内壁紧贴安装。橡胶条123给柔性传动带120提供支撑和刚性，并且与储液器主体150的几何形状相互作用，以确保柔性传动带120在储液器108内可靠移动，如将在相关的图11a、11b和11c详细讨论的。柔性传动带120可仅能够前进到储液器108内有限的最大距离，该最大距离由柔性传动带120的第二端140处的止动元件142的动作确定。
常规的储液器或注射器通常通过使用活塞杆将活塞推入储液器中来操作，以将液体注入患者体内。这样的活塞杆可由柔性但是不可压缩材料，例如薄金属或硬塑料制成。一些常规的系统装配有柔性螺旋物，并且依靠精确的尺寸来传递一定的轴向压力而不弯曲，因为弯曲可能会导致不精确的剂量。根据本发明，柔性传动带120、橡胶条123和特定的储液器几何形状的相互作用提供在储液器内的可靠的纵向移动，该纵向移动与齿轮传动轴118和压电电机116配合来提供节省空间并且严格控制剂量的系统，如本文将进一步描述的。柔性传动带120通过牢固地围绕齿轮传动轴118圆周卷绕、紧邻设置在储液器108底部处、使用紧凑的180度弯曲路径和驱动到储液器外部时占据储液器上方或下方位置来运作提供节省空间的优点，如关于图6显示和描述的。传动带120沿储液器108的长度延伸，设置在储液器和可重复使用的集成器壳体102的壁之间。
图2显示了与齿轮传动轴118接合并且卷绕在储液器108后面(视图中被遮挡)的传动带120。图7显示了卷绕在使用过程中将设置储液器的位置下面的传动带120的第二端140，但是对本领域技术人员显而易见的是，储液器可以任何方向使用，并且因此柔性传动带120的第二端可卷绕在储液器上方，或当随储液器收缩出时容纳在集成器壳体102内任何位置处特别设计的凹槽内。
柔性传动带120围绕紧邻储液器108底部处的齿轮传动轴118卷绕的能力与储液器的几何形状结合提供了根据本发明的有利的节省空间的液体输注系统，如将在相关的图11a、11b、11c和图12进一步描述的。
活塞128缩回在储液器108腔体外，如图2中所示，允许移除用尽的储液器，并且置换新的完整的储液器。为了移除和置换储液器108，柔性传动带120必须处于例如图2和7中所示的完全缩回的位置中。当盖122附接到储液器108的活塞128时，缩回传动带120同时沿朝向齿轮传动轴118的图4中由箭头“X”标示的方向拉动盖122和活塞128。盖122靠近齿轮传动轴118略微在储液器108外部停止，以使储液器108的活塞128与盖122分离。
图8是图2的储液器108的侧平面视图，该储液器108包括储液器主体150，其具有近端110、远端112和其中的腔体152。近端110包括模制的唇缘126，远端112包括分配端头154和柱塞156。当储液器108的腔体152由药品液体，例如胰岛素完全充满时，则活塞128朝向储液器近端110设置。
柱塞156可由弹性可变形材料，例如硅树脂形成。除非刺穿，否则柱塞156用于闭合或密封储液器108的分配端头154，胰岛素通过该分配端头154通常由注入装置转移到患者体内。当储液器108充满例如胰岛素等液体时，活塞128在近端110处形成密封。活塞128可能由围绕硬塑料板127(图4中可见)卷绕的弹性可变形橡胶构成，该硬塑料板127与橡胶活塞128的最外表面平齐。在橡胶活塞128在储液器腔体152内向前和向后驱动时，硬塑料板127给橡胶活塞128提供增加的强度和刚度。柱塞156和橡胶活塞128用于提供两个隔板，其中如果使用中空针刺穿硅树脂柱塞156，则仅可进入储液器腔体152。
使用过程中，患者将接受新的已经使用胰岛素充满的储液器，或者患者将在使用泵系统之前使用胰岛素填充新的消毒的储液器。为了填充储液器，患者将需要皮下注射针，通常将该皮下注射针通常卡扣在储液器108的端头154上，然后从端头154取下。在卡扣上时，该针的后端将刺穿硅树脂柱塞156，由此刺破密封，并且打开储液器的端头。另外，还需要长度比储液器主体150略长的硬塑料活塞(未显示)，并且其卡扣在橡胶活塞128底面上的硬塑料板127上。皮下注射针和塑料活塞使得使用者能够将胰岛素填充至储液器就像使用任何其他注射器一样。在储液器填充之后，使用者能够移除并且扔掉皮下注射针和活塞，留下填充好的将要插入泵20内的储液器。
为了使用任何类型的胰岛素泵系统，使用者通常必须首先将注入装置插入其皮肤内。很多不同类型的注入装置可商购获得，并且因此本文不再进一步描述。例如如图3b所示和描述的，由于泵底面上的特别设计的用于接纳注入装置的凹槽，预期泵20与注入装置的配合使泵20呈与皮肤平齐状态而不会不显著增加泵20的尺寸。该注入装置的端部可刺入储液器108，并且还可密封集成器壳体102中留下的开口，卡扣在一起，完全密封该系统，并且将储液器通到患者身体。
图9是图2到8的液体注入泵20的立体视图，该液体注入泵20包括具有分配端头154和柱塞156的储液器主体150、橡胶活塞128、电机116、具有齿轮齿119的齿轮传动轴118、具有孔121和支撑挡边123的柔性传动带120。图7还显示了横截面B-B’，穿过该横截面沿箭头Y图示的方向看时可见图10的视图。箭头“W”标示传动轴118使活塞128前进到储液器108的腔体152内的旋转方向。
图10是图9的储液器穿过线B-B’沿由图9中的箭头Y标示的方向看时的近距离剖视图。横截面200显示了具有储液器主体150、腔体152、分配端154和柱塞156的储液器108的远端112。柔性聚合物带120显示为附接到塑料盖122和橡胶活塞128。
现在参照图9和10，为了使活塞128在其驱动到储液器108的腔体152中时可见，储液器主体150以半透明示出。图9和10都显示出活塞128此时处于储液器主体108中进一步前进的位置中。图9显示了齿轮传动轴118上的齿119，其永久地与传动带120上间隔开纳米级距离的一系列纳米尺度的孔121接合。目的是使齿119在任意点处不与孔121完全分离。按照来自手持装置10的指令，电机116沿由箭头“W”标示的方向旋转齿轮传动轴118，其中齿119和孔121相互作用来将柔性传动带120驱入储液器108中，并且基本上将活塞128以预定增量向前推进，以将适当剂量的胰岛素通过注入装置输注给使用者。
齿119与孔121的配合以及电机116在纳米尺度水平工作的能力由此提供具有严格剂量控制的可靠的输注驱动系统，能够按照由手持装置10发出的指令使小递增量的液体药品从储液器分配，并且通过输注装置转移到患者体内。
线B-B’显示了穿过其的图10的视图的横截面。图10显示了储液器主体150的几何形状和传动带120被限制在其中运动的通道的近距离视图。如前面所述，并且将在相关的图11a、11b和11c进一步详细描述的，储液器主体150的几何形状特别设计用于确保传动带120可仅纵向移动，即向后和向前沿平行于储液器108长度的方向。传动带120基本上抑制了任何轴向移动。图9和10中以半透明显示了储液器主体150，这使得能够看到活塞128在储液器108内的紧密配合。当活塞128在储液器内前进时，其用作可动密封件，紧靠储液器主体150的内壁滑动，从而将所需体积的液体量通过分配端头154头推动出。活塞128、板127和盖122还因此成形为恰好装配在储液器108的腔体152内，如将在相关的图11a、11b和11c进一步详细描述的。
图11a显示了图2、4、9和10的储液器主体150的立体视图，包括长度“l”、第一直径“d1”和第二直径“d2”。
图11a显示了储液器主体150的半透明立体视图，长度“l”在约2到5cm范围内(优选接近3cm)，第一较小直径“d1”在0.5到2cm范围内(优选接近1cm)，并且第二直径“d2”在1到3cm范围内(优选接近1.46cm)。储液器主体150可由例如聚丙烯制成，并且通常以单件制成，壁厚约在1到3mm范围内。在一个实施例中，储液器主体150沿其长轴，平行于其长度“l”包括基本上管状的容器。穿过短轴，平行于其宽度，储液器主体150为近似椭圆形的形状，如关于图11c更详细描述的。
图11b显示了图9和10的储液器主体150穿过线B-B’从箭头“Y”标示的方向看的剖视平面图。图11b显示了如图11a中所示的具有第一直径“d1”和第二直径“d2”的储液器。图11b还包括盖122和厚度为“t”的柔性传动带120。
图11b的剖视俯视平面图显示了从箭头“Y”标示的方向看时穿过图10的储液器108的截面。该剖视图显示了具有橡胶切边123的沿与第二直径“d2”共线的方向恰好装配在储液器主体150的腔体内的柔性传动带120。直径“d2”对应于储液器主体150的基本上椭圆形横截面的最大内径，并且直径“d1”对应于最小直径。直径d1和d2基本上彼此垂直。直径“d2”由此提供尺寸仅足够大来容纳传动带120的单个通道，并且因此将其移动限制到该单方向内。
盖122和活塞128显示了基本上与储液器主体150的横截面相同的椭圆形状，并且因此紧贴装配在其中。使用过程中，盖122与活塞128相互作用，用作紧靠储液器主体150内壁的移动密封件，确保液体可靠地保持在储液器108的腔体152内。橡胶边缘或挡边123在传动带120在储液器中向前和向后驱动时也与储液器主体的内壁接触，从而提供结构刚度，并且确保传动带120在由直径“d2”提供的单通道中的牢固装配。储液器主体150的几何形状特别设计用于限制传动带120的移动，从而将移动限制在纵向内，即平行于储液器108的长度。传动带120沿轴向，即平行于储液器主体150的宽度不允许任何大的弯曲、旋转或移动。
图11c是显示与图11b中所示的穿过储液器主体150的相同截面的示意图，图示了储液器主体150的几何形状构成，包括第一直径“d1”和第二直径“d2”、半径为“r1”的大圆160和每一个半径为“r2”的两个小圆170。
储液器主体150的基本上椭圆形的横截面可从几何学角度描述为包括如前面所述的并且半径为“r1”的直径为“d1”的第一大圆160，和每一个半径为“r2”的两个小圆170。半径“r1”可以在2mm到8mm的范围内(更优选接近5mm)，半径“r2”可在1mm到5mm的范围内(更优选接近2.3mm)。将一个小圆170的中点设置在大圆160的圆周上，并且将第二小圆170设置在大圆160的圆周上的与第一小圆径直相对的相似位置中，于是从大圆160出发拖曳来包围两个小圆的切线形成本发明的储液器主体150的基本上椭圆形的几何形状。
与储液器主体150的独特的几何形状相一致，配合元件，例如橡胶活塞128、塑料板127和盖122也可具有相同的独特几何形状，以能够牢固装配到储液器主体150的内圆周，并且形成密封来确保保持在储液器108内的液体可靠地保存在腔体内，直到被分配。而且，盖122和橡胶活塞128(包括塑料板127)在储液器主体150内的牢固装配还必须允许这些部件在由电机116驱动时在储液器主体150的腔体内前进和缩回。
储液器主体150的该剖视几何形状不仅提供柔性带120可在其中移动的一维通道，而且其还减小注入系统的总体外形。基本上椭圆形的储液器具有比常规的通常圆柱状的形式更苗条的外形。对佩戴任何类型的医药泵的患者来说，不引人注意通常很重要，因此根据本发明的储液器108的几何形状在减小注入系统的外形尺寸方面提供重要的优点。将储液器108和本发明的新颖驱动系统结合在例如贴片泵内允许系统的尺寸由更常规的泵系统(约2.2cm×5cm×8cm)显著减小到接近1.5cm×4cm×4cm的总体外形，该总体外形任选地具有倾斜或锥形侧面，以形成两个基本表面，即与立体尺寸的“盒”形状相对的顶面和底面。这样的贴片泵可由患者佩戴而不引人注意，可最小化使用者可能受到的任何束缚，并且因此增强对该系统的总体的信任，可能导致更好的疾病治疗。
虽然本文描述了具有基本上椭圆形几何形状的储液器，但是对本领域技术人员显而易见的是，根据本发明也可使用具有不同几何形状的储液器，并且因此旨在包括这样的其它几何形状。
图12是图2的胰岛素注入泵20的立体侧视图，包括具有腔体152和小直径“d1”的储液器主体150、电机116、围绕直径为“d3”的齿轮传动轴118卷绕的厚度为“t”的传动带120。图12还显示了系统长度“L2”。
常规的市售储液器(也已知为注射器)通常需要至少为储液器主体长度的至少两倍的总长“L1”，以能够使通常不可压缩的活塞完全缩回，并且使用随后待分配的液体完全填充储液器的腔体。在本发明的实施例中，使活塞128前进和缩回的柔性传动带120能够弯曲和卷绕在储液器108上方或下方(同时在储液器腔体152的外部)，使得储液器的总长“L2”减小到低于描述为“L1”的常规长度。图12显示了卷绕在储液器下面的传动带120，其隐藏在使用者看不到的设置在泵20的储液器108和外部壳体102之间的空间中，如图2中所示。
根据本发明，注入系统的长度“L2”应接近储液器的长度“l”加薄传动带120的厚度“t”加齿轮传动轴118的直径“d3”的总和。在一个实施例中，直径“d3”可约等于储液器108的最小直径“d1”的一半。总长L2可因此描述为：
L 2 = Σ ( l + t + d 1 2 )
通过增加储液器长度“l”，即通过使用更大容量的储液器或注射器，该有利的比率将继续提高。这将允许仍在小型紧凑并且不引人注意的注入系统中支撑更大的储液器容积。通常施加给泵使用者的限制因素是适用于泵的小尺寸的储液器，因此本发明的目的是减小该限制。
本发明的注入系统的又一个优点是其能够提供药品液体的控制注入。根据本发明，最小的注入体积，即驱动系统的最小增量可在大约0.00005到0.0002单位，并且优选更接近0.0001单位。本发明的新颖的驱动系统使用与齿轮传动轴和压电电机配合的柔性传动带来可靠地给使用者注入限定量的液体药品。最小剂量增量的体积可通过传动带120上的一系列孔121、传动轴118上的齿轮齿119和电机116之间的联合相互作用确定。根据本发明，一系列孔121可以纳米范围的间距间隔开，并且压电电机116的使用使得能够在纳米尺度水平操作。因此，例如所用储液器108的尺寸方面的任何增加将不影响最小剂量增量。本发明的注入系统可事实上与任何尺寸的储液器一起使用，同时保持小型紧凑的系统。
可重复使用的集成器为封闭的模块，其中部件密封，并且可任选地对使用者不可见，因此与本领域中已知的需要附加的用户步骤的其它系统相比较，储液器易于置换具有很多优点，所述附加步骤为例如在将传动带重新连接到活塞之前将传动带提供到输带辊和压紧辊之间。本文公开的系统能够使用户通过打开泵的外部壳体，将用尽的储液器非常容易地取出并且使用新的储液器将其置换，确保其装入并且牢固地卡扣在位。然后用户将闭合泵壳体，触发电机来致动该活塞，从而使该系统用于使用。
而且，由于泵的外形可能大约等于储液器的长度加传动带的厚度加齿轮传动轴的直径，因此本文描述的驱动系统特别节省空间。其中齿轮传动轴的直径可能大约等于储液器的最小直径的一半。储液器的基本上椭圆形的几何形状在长度和宽度尺寸方面都提供节省空间的技术方案，而且提供柔性传动带可驱动穿过其来可靠地将所需量的药品分配给患者的单个通道。患者通常显示出对小型紧凑系统的偏好，所述小型紧凑系统能够使其不引人注意地管理其病情。
另外，与本领域已知的注入系统相比较，数量减少的部件确保更紧凑，并且更易于制造系统。围绕具有相对大曲率的小直径传动轴卷绕并且存储在储液器和该装置壳体之间的薄柔性传动带的使用提供了节省空间的技术方案，无需例如卷带轴、辊、导向装置或导螺杆等其它部件。与可能经受增大的摩擦和磨损的完整的机械系统相比较，例如本文公开的电机驱动系统可能是有利的。
本发明的又一个优点是具有基本上椭圆形几何形状的储液器的使用，该储液器在其最大直径处提供单个通道，活塞和传动带通过该通道限制移动。对活塞和传动带的移动的这样的合理限制确保其在储液器内可靠地纵向移动，以实现液体药品的严格控制。本领域已知的一些注入系统依赖例如弯曲弹簧钢的纵向硬度或防止柔性螺旋物在挤压作用下弯曲；这两者都可能在剂量控制的可靠性方面引入不准确度。
本发明的又一个优点是能够使本文描述的注入系统实际上消除目前由市售的注入构造强加给用户的很多限制。这样的限制包括但是不限于患者更愿意隐藏在衣服下面的大而笨重的装置，而且使用时还可能必须取下来。携带多个装置，例如单独的泵和仪表进一步限制用户，增加不便，因此降低其监控其血糖并且管理其病情的积极性。而且，泵可接受的储液器的尺寸限制，例如通常为200U储液器，可能是又一个限制。本发明的目的是减少或实际上消除任何前述问题。本发明提供小型不引人注意的泵，例如贴片泵，其可由患者紧贴其皮肤佩戴在例如腹部区域的位置，腹部可能不引起别人注意，并且舒适和方便。
应理解的是，本文描述的本发明实施例的多种替代形式可用于本发明的实施。下面的权利要求书旨在限定本发明的范围，从而涵盖落在这些权利要求及其等同物范围内的方法和结构。
物料项目列表
  10   手持装置   150   储液器主体
  12   显示器   152   腔体
  14   按钮   154   分配端头
  20   泵   156   硅树脂柱塞
  30   无线通讯   160   大圆
  100   液体注入系统   170   小圆
  102   可重复使用的集成器壳体   200   剖视图
  104   开口   l   储液器长度
  106   腔体   d1   第一直径
  108   储液器   d2   第二直径
  109   橡胶密封件   t   厚度
  110   近端   r1   大圆半径
  112   远端   r2   小圆半径
  116   电机   d3   传动轴118的直径
  118   齿轮传动轴   L2   系统长度
  119   齿轮齿
  120   柔性传动带
  121   孔
  122   盖
  123   橡胶条
  124   凹陷部
  126   唇缘
  127   塑料板
  128   活塞
  130   第一端
  132   胶带
  134   塑料外壳
  136   柔性套管
  138   针
  140   第二端

Claims (1)

1.一种液体注入装置，其包括：
柔性传动带，其具有沿所述传动带的长度基本上线性排列的多个孔，所述多个孔以固定增量间隔开；
传动轴，其包括至少一个齿轮，所述齿轮包括与所述柔性传动带中的孔对准且接合的多个齿；
压电电机，其用于使所述柔性传动带前进；
活塞，其附接或连接到所述柔性传动带的至少一端；和
储液器，其盛装液体药品，用于接纳活塞，并且在所述活塞在所述储液器中移动时排出液体药品，
其中所述压电电机旋转所述传动轴，从而使所述柔性传动带前进，并且将所述活塞以对应于孔之间的固定增量的增量驱入所述储液器中。
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