CN102202707B - 隔膜药泵 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方案提供使用可植入的基于隔膜的药泵输送药物的装置、系统和方法，所述药泵将控制剂量的药物精准地输送到大脑、消化系统、血流心脏或其他选择的部位中的选择的目标组织部位。所述泵的不同实施方案包括可以迅速地将药物输送到选择的目标组织部位的多腔室波纹管或其他基于隔膜的泵。

Description

隔膜药泵

相关申请

本申请要求于2008年9月22日提交的美国临时专利申请第61/099,196号的优先权利益；前述在先申请以引用方式被完全纳入本文。

技术领域

本发明的实施方案涉及药泵，并且更具体地涉及可植入的基于隔膜(diaphragm)的药泵。

背景技术

许多治疗通常使用可植入的药泵将药物输送到病人的具体目标部位，以避免药物中毒或对病人其他组织、器官或各部位造成损伤。然而，在许多情况中，由于例如尺寸和功率(power)的要求，药泵对于颅内药物输送是不可行的。因此需要改进的可植入药泵。

附图说明

图1A示出了根据一个实施方案的非输送状态下的基于隔膜的药泵。

图1B示出了根据一个实施方案的输送状态下的基于隔膜的药泵。

具体实施方案

本发明的实施方案提供使用一个可植入的基于隔膜的药泵将剂量精确受控的药物输送到身体内的目标部位的装置、系统和方法，所述目标部位包括但不限于大脑、消化系统、心脏、血流、脊柱和其他部位。

本发明的实施方案提供使用基于隔膜的药泵输送不同药物的装置、系统和方法，所述药泵可以将剂量精确受控的药物精准地输送到选择的目标组织部位，例如大脑、脊髓、消化系统、肺、心脏或血流。其他目标组织部位——例如全身的不同皮下和肌肉部位——也是可以预期的。不同实施方案包括可以迅速输送药物到目标组织部位的多腔室波纹管(bellows)或其他基于隔膜的泵。

用于输送药物到目标组织部位的基于隔膜的泵的一个实施方案，包括第一腔室、第二腔室和第三腔室。也可以预期其他数目的腔室。第一腔室包括隔膜部分和电阻加热元件。所述隔膜部分被结合进所述腔室的两个相对壁，并通常包括波纹管或其他允许该腔室在压力变化下收缩和膨胀的关节式结构。所述第二腔室和所述第三腔室也是这种情况。所述电阻加热元件可以被联接到一个控制器和功率源，以为该电阻加热元件提供功率信号。所述第一腔室也被惰性气体，例如氦气充满。所述第二腔室被联接到第一腔室并被一个壁分隔。所述第二腔室也包括波纹管或其他隔膜部分，以及被连接到分隔壁的活塞阀。所述第二腔室也通过通道，例如导管或管子，联接到药物容器。所述容器包含可以是液体或固体形式的药物，并包括药物介质，所述药物介质包括所述药物和其他各种液体或固体形式的化合物。对于液体制剂，所述药物可以在药物溶液中熔解。所述溶液可以包括所述药物以及本领域公知的各种制药辅料，例如防腐剂、乳化剂、增溶剂和缓冲剂，以保持溶液所选择的pH值。固体形式的药物可以包括粉末或丸。所述第三腔室也包括波纹管或其他隔膜部分，以及通过轴或其他机械联动装置可以被机械连接到所述活塞阀的单向阀。所述单向阀可以被连接到导管或其他具有远端部分的通道，所述远端部分被定位在所述目标组织部位内或者邻近所述目标组织部位，或者被联接到静脉或动脉，以系统地输送所述药物。

图1A和1B示出了用于输送药物到用户身体的目标组织部位的基于隔膜的泵。在图1A中，泵10被描绘成处于非输送状态，而在图1B中，泵10被描绘成处于药物输送状态。在非输送状态，泵10能够被触发或被给予信号，从而向病人输送药物。进一步参考图1A，一个实施方案规定泵10包括多个被联接的可膨胀腔室，包括第一腔室20、邻近第一腔室设置的第二腔室30和设置在第二腔室30内的第三腔室40。第一腔室20包括隔膜部分25，以及可以被加热源27加热的第一腔室20内的体积。在一个实施方式中，加热源27对应于电阻加热元件。加热源27可以被功率源28控制和加热，功率源28使用功率信号触发将被加热的第一腔室20。可替代地，可以使用其他加热源27，例如RF能源、微波能源、帕尔贴源(peltier source)、光学能源(例如红外)、化学能源和本领域公知的其他加热源。

根据一个或多个实施方案，通过延伸各自腔室的波纹管、折叠的或可延伸的段，每个腔室20、30或40是可膨胀的。在一个实施方案中，第一腔室20的隔膜部分25包括波纹管25或其他关节式或挠性部分26。在操作中，第一腔室20有选择地被惰性气体，例如氦充满，所述气体充分扩张以膨胀或延伸波纹管26，从而增加第一腔室20的长度。

定位第二腔室30以使得其顶部表面邻近并接触第一腔室20。至少部分通过壁31将第二腔室30与第一腔室20分开。第二腔室30也包括隔膜部分35，其由第二腔室30的侧壁的波纹状的或可伸缩的段产生。隔膜部分35形成第二腔室30的顶部表面和底部表面之间的侧壁的一部分。在底部表面，第二腔室30被连接到通道51，该通道51延伸到药物容器50。阀52被定位以控制进入通道51的流动，并进一步阻止回流。

在一个实施方案中，第二腔室30包括活塞阀32，其从第二腔室30的顶部表面向内延伸。活塞阀32被配置为向内移动(即朝向底部表面和通道51)，以和分隔壁31以及第一腔室20的移动一致。取决于实施方式，多于一个的阀可以被定位成随着分隔壁31的相应移动而向内移动。

第三腔室40占据第二腔室30的一部分，其从第二腔室30底部表面开始延伸。第三腔室40的尺寸被设计为在处于膨胀状态时保留某一体积的药物。如示出的，第三腔室40相对于第二腔室30被构造，以使得其膨胀与第二腔室30的膨胀一致(以使得二者在非输送状态时都膨胀)。第三腔室40被用于吸入和排出药物。相应地，第三腔室40包括入口(例如一个开口或多个开口)和药物从中排出的出口。为此，第三腔室40包括作为药物入口的开口41，和药物从中排出的出口阀42。根据一个实施方案，开口41与活塞阀32对准，以使得当活塞阀下降时，通过封闭开口41而有效地密封或封闭第三腔室40。第三腔室40的出口阀42设有管道，药物从所述管道排出。导管43或其他管道可以从出口阀延伸，以携带单向流动的药物到病人的目标部位。

图1B示出了输送状态的泵10。在输送状态，作为气体被源27加热的结果，第一腔室20延伸。第一腔室20从第一长度D1(非输送状态)延伸到第二长度D2(输送状态)。根据一个实施方案，药泵10的顶部和底部边界可以被构造为基本保持药泵在非输送状态和输送状态下的整个长度尺寸。结果，第一腔室20的膨胀与分隔壁31的位移一致，从而以类似方式收缩第二腔室30的长度。活塞阀32和第三腔室的开口41之间的分隔距离可以被设计为小于第二腔室30由于第一腔室膨胀而收缩的量。结果，当第二腔室30收缩时，活塞阀32挤压第三腔室40，导致第三腔室收缩特定尺寸。如下文将解释的，第三腔室40由于收缩而导致的尺寸上的减小可以被选择为对应于期望的药物的输送量，所述药物被迫使从第三腔室40进入阀42，并且经导管43到达病人或目标。

参考图1A和1B，当泵10在操作时，非输送状态规定第一腔室20在非膨胀状态，第二腔室30在膨胀状态，并且第三腔室40在膨胀状态。当在操作时并且在非输送状态时，第二腔室30至少部分被来自容器50的药液填充。在一个实施方案中，作为泵10从输送状态转变到非输送状态的结果(意味着第二腔室30从膨胀到非膨胀状态)，第二腔室30的流体被真空力或吸力抽取。在一个实施方式中，当泵10最初被连接使用时，其处于输送状态，并且自然膨胀被用于收缩第一腔室20以及膨胀第二腔室30。作为替代的或额外的，如下文描述的，形成腔室的材料可以被设计为在被迫使进入输送状态(为了药物的输送)之后偏置并回到非输送状态。在任一种情况中，腔室从非输送状态到输送状态的转变有效地将液体形式的药物从容器50中抽取，以部分填充第二腔室30(以及潜在地第三腔室40)。仍旧可替代的或额外的，容器50可以被设计尺寸并被定位，以提供对阀52的压力，从而当第二腔室延伸(或者转变成延伸状态)时帮助药物从容器50到第二腔室30的流动。

当第一腔室20膨胀时，发生从非输送状态到输送状态的转变。如所描述的，当第一腔室20发生膨胀时，第一腔室的分隔壁31向外移动，以迫使第二腔室30收缩。在壁31的移动下，活塞阀32移动压靠第三腔室的开口41(以密封关闭第三腔室)。同时，第二腔室30的收缩可以将更多的药液(或固体药)经开口41压进或移到第三腔室40。随着第一腔室20膨胀到其最大可操作体积，活塞32压住第三腔室40向下收缩。第三腔室40尺寸的减小导致一定体积的药液被迫使经阀42离开第三腔室40，并且经由导管43(或其他管道)到达病人或目标。在一个实施方案中，第三腔室40可以被设计大小或被配置为收缩某一量，该量基本相当于将被输送的药物的体积或循环用量。在使用中，一些实施方案允许第三腔室40作为计量腔室或元件40，以量出一受控剂量的药物用于输送到选择的目标组织部位。

根据一个实施方案，在药液输送后的一段短暂时间内，第一腔室20的气体冷却，从而第一腔室的波纹管25弹回到未偏置或自然状态。这进而导致分隔壁31向上拉，从而使第二腔室30回到其正常或默认的膨胀状态。这进而又将活塞阀32从第三腔室40的开口41拉回。大约在同一时间，第二腔室30(和/或第三腔室40)的膨胀产生真空压力，该压力将药液从容器50中拉出，并进入第二和/或第三腔室，以用于下一个泵送循环。

使用被控制的加热源，加热元件27可以被配置为在给定持续时间(包括短持续时间)内被循环或重复驱动。在一个实施方案中，循环驱动使得在选择的时间期间内连续剂量或接近连续剂量的药物被输送。占空比(duty cycle)方法也可以被用于容许在选择的时间期间内进行受控的药物输送，同时仍允许每个腔室有足够时间弹回或回到其自然的搁置状态。

根据一个或多个实施方案，可以使用泵10以在极其快的一段时间(例如几十分之一到几百分之一秒，或者更少)内输送药液。这种迅速的响应，容许在收到一个指示生物事件——例如癫痫发作、偏头痛或心脏病发作——发生或即将发生的输入信号后不久就进行药物输送。例如，在癫痫发作的情况下，药物——例如抗癫痫药物——的迅速输送可以被配置为实际阻止或减缓了癫痫发作。合适的抗癫痫药物可以包括但不限于苯妥英钠和呋喃苯胺酸。在其他实施方案中，泵10可以适合于将胰岛素(固体或液体形式)肌内地输送进血流，或者输送到肺部。在这些实施方案中，泵10可以被联接到葡萄糖监测和控制系统，该系统可以是外部的或植入的。对于外部的葡萄糖监测系统，泵可以被配置为从葡萄糖监测和控制系统接收RF或其他无线信号。在其他实施方案中，泵10可以被配置为输送不同止痛药，并且可以被配置为在控制以限制自我给药的剂量的同时由病人激活。

变型和替代

在一个或多个实施方案中，泵10也可以被配置为结合常规的IV药物输送泵使用，例如泵10启动药物(例如抗癫痫药物——例如苯妥英钠或呋喃苯胺酸)的迅速输送，随后由来自常规的IV药物输送泵的输送对其进行补充。在这种实施方案中，泵10和IV输送泵可以被公共控制器——例如微处理器所控制。在另一些实施方案中，多个泵10可以分布在身体的不同位置(例如胃肠系统、血管系统、大脑和肌肉)，从而将一个或多个药物输送到不同位置。在这些实施方案中，泵10可以被公共控制器电子控制，该控制器启动可选择数量的泵10的输送。所述控制器可以包括一个或多个体内传感器，以监测将被控制的生物分析物，例如血糖。所述控制器也可以被编程，以同时或以可选择的顺序使用来自多个泵10的药物输送。这种多个泵输送系统的使用容许药物更迅速、精确和同质地输送到一个或多个目标组织部位或者全身(例如对于胰岛素)。这也容许多个药物的同时输送，以迅速治疗突发医学疾病——例如癫痫发作、心率失常、急性心绞痛、心脏病发作或类似状况。例如在心率失常的情况中，泵10可以被用于迅速将钙通道阻滞剂(例如维拉帕米)或β阻滞剂(例如盐酸普奈洛尔)或者二者的组合直接分配到心脏和/或血流。对于急性心绞痛或心脏病发作，泵10可以被用于迅速将一定剂量的血管舒张药——例如硝化甘油、β阻滞剂——例如普奈洛尔、或钙通道阻滞剂(例如维拉帕米)或者几者的组合直接分配到心脏和/或血流。

虽然为了膨胀第一腔室20，本文描述的各种实施方案提供加热元件的使用，但是其他实施方案可以利用其他机构产生第一腔室足够的膨胀(并导致第二腔室30的收缩)。例如在一个实施方案中，第一腔室20被联接到气体源，该气体源可以被用于膨胀第一腔室20。作为替代或变型，电子操作的微泵可以被连接到第一腔室20，从而导致膨胀或收缩。

在一个实施方案中，为了使得第一腔室20能够在被加热至膨胀状态时被冷却并因此而收缩，可以提供冷却机构，其连同加热元件使用。冷却机构可以是被动设置——例如通过通风，或者是主动设置——通过能够主动冷却的元件。对于被动冷却，冷却机构可以包括不同的传导元件，例如散热片。对于主动冷却，冷却机构可以包括气体注入、焦耳-汤普森(joule Thompson)设备、珀尔帖效应(peltier effect)设备。

作为使用加热元件膨胀第一腔室20的替代，其他实施方案可以利用其他形式的膨胀器，例如使用泵和气体注入的膨胀器。

泵10可以被用于输送任何数量的药物或各种药物的组合。在不同实施方案中，可以被泵10输送的药物包括但不限于：不同的氨基-磺酰-苯甲酸盐化合物和类似物(例如呋喃苯胺酸、布美他尼、托拉塞米和依他尼酸)、苯妥英钠(例如苯妥英(DILATIN))、抗生素(例如青霉素、氨苄青霉素、红霉素、环丙沙星、万古霉素等)、β阻滞剂、钙通道阻滞剂、钾/钠通道阻滞剂、舒张药、抗体、蛋白质、多肽、胰岛素和其他葡萄糖调节化合物、不同的抗腹泻药物(例如氧洛哌丁胺)、不同的化学治疗剂(例如阿霉素)、具有避孕性能的不同激素(例如雌性激素和黄体酮，以及二者的组合)。被输送的药物可以包括不同的前体药物，这些前体药物一旦释放到体内则代谢到活性形式。合适的前体药物可包括抗病毒核苷类似物、他汀类降脂药、用于化学疗法的抗体导向/基因导向的酶前体药物、磷酸依托泊甙、缬更昔洛韦和福沙普利那韦。

结论

本发明不同实施方案的前文描述是为了说明和描述的目的而呈现。前文描述不意在将本发明限制在所公开的精确形式。许多修改、变型和改进对本领域的技术实践人员是显而易见的。例如，本文描述的药泵的实施方案可以被设计大小，并适合于放在身体的许多位置——包括但不限于头颅、脊柱、腹腔、胸腔、四肢和任意数量的皮下或肌肉位置。所述药泵也可以被设计大小并为不同的儿科和新生儿应用所配置。

一个实施方案中的元件、特性和行为可以容易地与其他实施方案的一个或多个元件、特性和行为重新组合或被替代，以形成在本发明范围内的各种额外的实施方案。再者，在不同实施方案中与其他元件组合示出或描述的元件可以作为独立的元件存在。因此，本发明的范围不限于具体描述的实施方案，而是仅由附加权利要求所限制。

Claims (11)

1.一种药泵，包括：

多个可膨胀和可收缩的腔室，至少包含一个第一腔室、一个第二腔室和一个第三腔室，其中所述第一腔室和所述第二腔室被定位，以使得所述第一腔室的膨胀导致所述第二腔室的收缩，并且所述第一腔室的收缩导致所述第二腔室的膨胀；

其中所述第二腔室被构造成连接到一个容器，该容器用于留存药物介质；

其中所述第三腔室利用所述第二腔室形成，并且包括(i)用于所述药物介质的入口，和(ⅱ)排出所述药物介质的出口；以及

设置在所述第二腔室上的构件，其向内延伸并且当所述第二腔室随着所述第一腔室的膨胀而收缩时在所述第三腔室上皱缩，从而导致所述第三腔室收缩并排出所述药物介质，

其中所述构件被设置在所述第二腔室上，以当所述第二腔室膨胀时从所述第三腔室释放并升高远离所述第三腔室，

其中所述第二腔室可连接到所述容器，以当所述第二腔室从收缩转变到膨胀时产生吸入压力，从而将所述药物介质抽入所述第二腔室并使得所述药物介质能够经所述第三腔室的入口进入所述第三腔室。

2.根据权利要求1所述的药泵，其中所述第三腔室的入口对应于当所述第二腔室收缩时被所述构件密封的开口。

3.根据权利要求1所述的药泵，还包括膨胀机构，其被联接到所述第一腔室，以使得所述第一腔室膨胀，并使得所述第二腔室和所述第三腔室收缩。

4.根据权利要求3所述的药泵，其中所述膨胀机构对应于加热元件。

5.根据权利要求1所述的药泵，其中所述第一腔室、所述第二腔室和所述第三腔室中的至少一个，包括至少部分由波纹管结构形成的侧壁，以使得相应的所述第一腔室、所述第二腔室或所述第三腔室能够膨胀和收缩。

6.根据权利要求1所述的药泵，其中所述第一腔室、所述第二腔室和所述第三腔室中的每一个，包括至少部分由波纹管结构形成的侧壁，以使得相应的所述第一腔室、所述第二腔室和所述第三腔室能够膨胀和收缩。

7.根据权利要求1所述的药泵，还包括管道，该管道从所述第二腔室延伸到所述药物容器。

8.根据权利要求7所述的药泵，还包括阀，其被设置在所述管道上以防止至所述容器的回流。

9.根据权利要求1所述的药泵，还包括控制元件，以控制所述第一腔室何时膨胀。

10.根据权利要求4所述的药泵，还包括控制元件，以控制所述第一腔室何时被加热到膨胀。

11.根据权利要求10所述的药泵，其中所述控制元件根据占空比控制所述加热元件将所述第一腔室加热到膨胀。

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