CN102596120A - 眼科流体泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种设备和方法，所述设备和方法提供用于将液体分配到眼中的泵并且在一些实施例中提供连接至眨眼检测机构以将液体即时地施用到眼中的泵。

Description

眼科流体泵
相关专利申请
本专利申请要求提交于2010年10月12日的美国专利申请序列No.12/902,603和提交于2009年10月29日的美国临时专利申请序列No.61/256,111的优先权。
技术领域
本发明描述了用于将液体或薄雾分配到眼中的装置，并且更具体地讲，在一些实施例中，描述了基于眨眼检测的将喷雾或薄雾分配到眼中的装置。
背景技术
使用许多不同的装置将液体或薄雾分配到眼中是已知的。然而，虽然许多装置可使液体进入眼睛，但液体进入眼中的经历通常是不太令人满意的。
用于自行分配液体的装置通常需要使用者保持眼睑打开以克服眨眼反射。这种矛盾关系妨碍了所需液体的顺利施加。一些自动装置拉开一个眼睑，或者包封眼部区域以阻止眼睑闭合。这种接触会破坏化妆，并且可导致装置污染以及液体进入眼中。
来自系统的药剂应在无需使用者较大努力的情况下一致地分配到使用者的眼中，不触及眼睑或使用者面部的其他部分，并且最佳地不应以破坏化妆或污染装置的方式接触面部。
一些分配装置模拟“枪”并且以经计算避开眨眼反射的速率将流体在眼部处射入，然而流体的速度和冲击似乎会引起患者不适。
其他装置通过触及眼睑下面的脸颊以及上眼睑上面的眉毛范围而以不同方式迫使眼睑打开，然后将流体喷入眼中。这种强制打开眼睑是不舒服的，并且装置本身会变得较大和笨重。消费者所化的任何妆在处理期间都会被弄脏，并且有时会污染分配器和/或所分配的液体。
在整个眼部或者甚至面部区域上的雾化流体也是可行的，但不仅会润湿眼睛，而且会润湿不期望的表面，例如眼睑、前额和鼻子。据称，向眼睑施加液体也会通过流入眼中而润湿眼睛，但该方法的结果是混合的，并且眼睑本身的润湿通常是不期望的。
发明内容
因此，本发明包括具有泵的自动装置，其中所述泵响应电信号来将一定剂量的液体施用到眼中。在一些实施例中，使用微控制器来控制泵。一些另外的实施例包括待分配的预定量的液体。可根据容纳待施用的单次剂量的液体的单独容器或者经由具体控制泵周期的持续时间来施用所述预定量，所述泵周期的持续时间对应于泵送的液体的预定量。
在一些实施例中，本发明自动地感测眨眼或其他外部状态并且基于外部状态即时地分配液体。例如，微控制器可接收已发生眨眼的信号并且在眨眼后即时地施用液体以允许液体在可能再次眨眼之前进入眼中。通过使用刚好在眨眼之后的窗口，本发明一致地提供足够的时间来分配到眼中，并且也以足以减缓流体向眼中施加的速率进行分配，以将流体对眼睛的惯性冲击保持在舒适的水平。
附图说明
图1示出了根据本发明的一些实施例的感测闭合的眼睛的分配装置。
图2示出了根据本发明的一些实施例的感测打开的眼睛的分配装置。
图3示出了用于感测眼睛的打开或闭合状态的示例性设备。
图4示出了适于将预定剂量的液体施用至眼睛的泵。
图5示出了可用于实施本发明的一些实施例的微控制器。
具体实施方式
本发明包括用于将预定剂量的液体施用到眼中的自动装置。所述装置包括泵，其中泵响应电信号来将一定剂量的液体施用到眼中。在一些实施例中，使用微控制器来控制泵。可根据通过微控制器控制的命令信号来施用预定量。控制信号可(例如)确定提供至泵的电压，其中所述电压产生下列中的一个或多个：泵送动作期间的具体泵送速率、具体泵送周期和从中吸取的具体容器。
在一些实施例中，可根据容纳待施用的单次剂量的液体的单独容器或者经由具体控制泵周期的持续时间来施用所述预定量，所述泵周期的持续时间对应于泵送的液体的预定量。
在具有眨眼检测器的一些实施例中，用于将液体或薄雾分配到眼中的装置包括用于确定何时已完成眨眼的检测机构。分配以一定的时间间隔进行，所述间隔基于向其中分配液体的眼睛打开和闭合的时间，例如在有意识地引起的眨眼或自然眨眼中确定。利用眨眼来确定眼睛是否将要打开，从而可以在患者闭合眼睛之前分配液体。
微控制器：(有时也称为微控制器单元，MCU或μC)在此所用指由中央处理单元(CPU)结合支持功能电路(例如晶体振荡器、定时器、看门狗定时器、串口和模拟I/O等)组成的集成电路；通常还包括NOR闪存或OTP ROM形式的程序存储器以及某些量的RAM。一些合适的微控制器可在低至4kHZ的时钟频率下操作，并且该频率对于许多典型应用来说是足够的，从而实现低功耗(几毫瓦或几微瓦)。它们将通常具有在等待诸如改变状态控制器或其它中断之类的事件的同时保持功能性的能力。
在一些实施例中，该装置包括在液体施加期间用于最小化面部接触所需的结构。另外的实施例包括用于确保装置到眼睛的正确对准的对准结构。例如，在一些实施例中，分配装置包括凸起，该凸起抵靠在眉毛上并且具有小直径孔，使用者可通过该孔观察。当使用者能够通过孔观察时，则正确对准已实现。
一旦装置与眼睛正确对准，即可通过传感器自动确定眼睛的打开和闭合。与传感器逻辑通信的分配设备被编程为根据眨眼的打开循环计时而向眼中分配液体或薄雾。与眨眼检测相关的对准过程消除了使眼睑保持打开、触摸面部或与正常面部触摸相关的污染的需要。此外，通过基于眼睑的打开运动进行分配，根据本发明的分配器可一致地润湿眼睛，而不润湿眼睑或周围的面部。
以下章节将详细说明本发明的实施例。文中描述的优选实施例和备选实施例均为示例性实施例，并且对于本领域技术人员而言，其变化、修改和更改理应是显而易见的。因此，所述示例性实施例理应不对作为其基础的本发明的范围构成限制。
现在参见图1，在一些实施例中，液体分配装置100能够感测眼睛105的打开状态或闭合状态的传感器101。在一些实施例中，传感器101包括发射器102和检测器103。发射器102发射光束106，光束106从反射点104反射并且返回到检测器103。如图1所示出，反射点104在眼睛的眼睑107上。光束106可包括(例如)下列中的一种或多种：红外光、可见光、超声波长或其他波长。
现在参见图2，打开的眼睛105提供了与眼睑107相对的在眼睛105的打开部分203上的反射点104。眼睛的打开部分203可包括(例如)从巩膜或眼睛的其他部分的反射。在一些实施例中，发射的光束的波长与反射点104的物理特性相关。发射器光束106从眼睑的反射将以第一组反射特性反射回来，并且从眼睛的打开部分203的反射将以第二组反射特性反射回来。反射特性将被检测器103感测。
在本发明的另一方面，眼睛105与液体分配装置100的对准由该液体分配装置促进。根据本发明，将发射器102的焦点与眼睛的预定部分(例如：眼睛的巩膜、虹膜、和瞳孔)对准。对准可以(例如)经由视线201来实现。在一些实施例中，当瞳孔202与视线201对准时，传感器101也正确对准以感测眼睛105的打开状态和闭合状态。例如，在一些实施例中，当患者对准分配装置中的包括视线201的管状切口时，则产生视线和管中心之间的同轴对准。该对准确立瞳孔相对于分配装置100的角度和X-Y位置，其中X-Y与在距眼睛给定距离处的竖直和水平平面位置相关。
在一些实施例中，视线可与定位装置结合，该定位装置包括压贴到面部和/或前额的一个或多个对准腿。
另外，在一些实施例中，传感器测量该装置距眼睛和信号的距离(或许通过滴答声、声音、或振动)，所述距离为位于距眼睛的可接受Z位置范围内的产生最佳剂量的距离，其中所述Z尺寸与距眼睛的深度或距离相关。可以预料，该范围将是相对较宽的(在2-5mm范围内)，以便上述能够检测眨眼的任何传感器也可用来检测从眼睛到分配装置100的距离。
现在参见图3，当传感器101感测到眼睛105处于打开状态时，分配喷嘴301将通过喷雾302或薄雾(未示出)分配液体。打开状态通过检测器103感测到的光束106的性质来确定。优选的实施例基于指示眼睑107参与打开循环的计时来分配液体喷雾302。可实现在眼睛的打开循环期间分配喷雾302，使得患者在分配液体之前不能物理地眨眼以闭合眼睛。喷雾可以是液体流或薄雾。
现在参见图4，示例性的泵送装置显示具有主容器401、定量容器402、电控泵送机构403和眼孔喷嘴404。当致动泵送机构403时，其从主容器401和定量容器402中的一者或两者吸取并且将液体喷雾405或液体薄雾泵送至靠近眼孔喷嘴404的眼中。
主容器401可容纳待分配到眼中的液体。该液体可包括(例如)可用于治疗眼睛的干燥或其他病症的溶液、药剂、营养物质或对眼睛有效的其他物质。
在一些实施例中，包括单次剂量容器402。其他实施例直接从主容器401工作。单次剂量容器402与主容器401液体连通并且可被填充大致等于待施用至眼睛的单次剂量液体的量。
泵从单次剂量容器402和主容器401中的一者或两者吸取。所述泵可包括压电泵、隔膜型泵、正排量型泵或者能够将指定量的液体泵送到眼中的其他装置。在一些优选实施例中，通常用于规则地施用指定量的液体的压电型泵(例如，用于将药物泵送到静脉内输液中的压电泵)可适于从容器401-402中的一者或两者通过眼孔喷嘴泵送液体。通常，药物施用泵将需要适于以较短的持续时间和较高的压力动作来泵送以便提供将液体施用至眼睛所需的脉动递送。这为相对常规低速的变化，但严密控制输送到静脉输液内的量。一些具体实例可包括由Bartels Mikrotechnik GmbH提供的MP5和MP6。微型泵可如何工作的功能图另外包括在406中。
规格可包括(例如)：
泵型压电隔膜泵
致动器的数量2个
不含连接器的尺寸30×15×3.8mm3
重量2g
流体连接管夹(外径1.6mm，长度3.5mm)
电连接器挠性连接器/Molex FCC
1∶25mm间距
功耗＜200mW
自吸是2
泵送介质液体、气体和混合物
工作温度0-70℃3
寿命5000h 3
IP编码IP33 4
接触介质的材料聚亚苯基砜(PPSU)
合适的评价控制器mp-x和mp6-OEM
选定介质的流量和反向压力的典型值
(利用mp-x：250V，SRS定义的值)：
气体要求最大流量
要求最大反向压力
液体水最大流量6ml/min+/-15％(100Hz)
最大反向压力550毫巴+/-15％(100Hz)
泵规格的其他实例可包括：
泵型压电隔膜泵
致动器的数量1个
不含连接器的尺寸14×14×3.5mm3
重量0.8g
流体连接管夹(外径2mm，
长度3mm)
电连接器挠性连接器/耳机插座
功耗＜200mW
自吸是2
泵送介质液体或气体
工作温度0-70℃
寿命5000h 3
IP编码IP44
接触介质的材料聚亚苯基砜(PPSU)、
聚酰亚胺(PI)、丁腈
橡胶(NBR)
合适的评价控制器mp-x和mp5-a
选定介质的流量和反向压力的典型值
(利用mp-x：250V，SRS定义的值)：
气体最大流量15ml/min(300Hz)
线性范围0-5ml/min0-50Hz
最大反向压力30毫巴(300Hz)
液体水最大流量5ml/min(100Hz)
线性范围0-3ml/min0-30Hz
最大反向压力250毫巴(100Hz)
可重复性
(30Hz，250V，SRS)
＜12％
粘度＜～120mPas
1典型值。值可根据应用条件而改变。内容经受未注意的变化。2
条件：吸入压力＜10毫巴，DI水，装置mp-x：100Hz、250V、SRS，可通过手动抽吸达到最大流量。
3条件：DI水，室温，装置mp-x：100Hz、250V、SRS。
在一些优选实施例中，泵将提供足够的压力以从约15毫米(mm)的距离喷入眼中。距离因此可在约5mm和45mm之间。另外，喷雾的量应当可控制在约5微升(在3和30微升之间的量内)并且优选约15微升的精度内。
根据本发明的一些实施例，检测器设置为与自动泵403逻辑连通，所述自动泵403能够通过眼孔喷嘴将预定量的液体分配到眼中。
现在参见图5，其中示出了可用于本发明的一些实施例中的微控制器500。微控制器500包括处理器510和一个或多个处理器部件以及/或者支持功能电路511-514(例如晶体振荡器、定时器、看门狗定时器、串口和模拟I/O等)；通常还包括NOR闪存或OTP ROM形式的程序存储器以及某些量的RAM。
微控制器500还可包括通信装置520。在一些实施例中，微控制器500可用于接收眼睛处于第一状态或第二状态的逻辑指示，并且基于从第一状态到第二状态的转变而在适于向眼中分配液体或薄雾的时间向液体分配器发送能量。其他逻辑器件也可程序设计到微控制器中并且提供功能的灵活性。作为非限制性实例，这种功能可包括监测当前存储在主容器和定量容器中的一者或两者内的流体量；与将一定量的液体施用至眼睛相关的泵致动的持续时间，待吸取的容器；液体分配的周期计时；液体分配的持续时间以及与泵操作相关的几乎任何其他功能。
所述一个或多个处理器可连接至被构造为经由通信通道传送能量的通信装置520。通信装置可用于以电子方式控制(例如)下列中的一者或多者：液体分配的时间；所分配的液体量；分配运动的持续时间；跟踪多个分配动作；跟踪按时间顺序的分配模式或与分配相关的其他动作。
处理器510还与存储装置530连通。存储装置530可包括任何合适的信息存储装置，包括(例如)：半导体存储装置，例如随机存取存储器(RAM)装置和只读存储器(ROM)装置。
存储装置530可存储用于控制处理器510的程序560。处理器510执行程序560的指令，由此根据本发明进行操作。例如，处理器510可接收描述所要分配的液体、分配量、分配模式等等的信息。
另外，本发明可包括能量源550(用作能量存储装置的电化学电池或者电池)，在一些实施例中，将构成能量源的材料密封并隔离于其内设有眼科泵的环境中。能量源550可提供功率以致动所述微控制器。在一些实施例中，在休眠(CPU时钟和大多数外围设备关闭)时微控制器的功耗可为仅几毫微瓦。
结论
如上文所述并且如通过下文的权利要求进一步限定，本发明提供如下设备和方法，所述设备和方法提供用于将液体分配到眼中的泵并且在一些实施例中提供连接至眨眼检测机构以将液体即时地施用到眼中的泵。

Claims (14)

1.一种用于将液体分配到眼中的设备，所述设备包括：
一个或多个容器；
自动泵，所述自动泵能够基于所接收的控制信号进行致动，所述泵与一个或多个容器液体连通；
信号发生器，所述信号发生器用于产生信号以致动所述自动泵；以及
眼孔喷嘴，所述自动泵将基于由所述信号发生器产生的信号通过所述眼孔喷嘴来泵送容纳在所述一个或多个容器中的液体。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括传感器，所述传感器在设置于靠近眼睛的位置时用于检测眼睛的第一状态和眼睛的第二状态并且产生指示所述眼睛处于所述第一状态和所述第二状态中的一者的信号。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述传感器包括以预定波长发射信号的发射器。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述传感器还包括能够检测所述预定波长的信号的检测器。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述传感器产生指示所述眼睛处于所述第一状态还是所述第二状态的所述信号。
6.根据权利要求5所述的设备，还包括微控制器，所述微控制器用于接收指示所述眼睛处于所述第一状态还是所述第二状态的所述信号并且基于指示所述眼睛处于所述第一状态还是所述第二状态的所述信号来产生所述泵的控制信号以操作所述泵。
7.根据权利要求6所述的设备，还包括对准设备，所述对准设备用于将眼睛与所述眼孔喷嘴对准。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述对准设备包括视线。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述对准设备还包括对准夹具。
10.根据权利要求6所述的设备，还包括定量容器，所述定量容器能够存储待施用到眼中的预定量的液体。
11.根据权利要求6所述的设备，其中所述微控制器包括存储可执行代码的存储装置，所述可执行代码用于控制所述泵基于所述眼睛的第一状态或第二状态的所述指示来分配预定剂量。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述微控制器包括存储可执行代码的存储装置，所述可执行代码用于跟踪在时间段期间施用的剂量数。
13.根据权利要求6所述的设备，其中所述微控制器包括存储可执行代码的存储装置，所述可执行代码用于基于指示外部状态的信号来以预定时间段操作所述泵。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述外部状态包括眼睛移动到打开位置。
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