CN103025368A - 气压药物输送装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗装置，特别是一种用于自我注射药物或医护人员给药的药物输送装置。在一个实施方式中，药物输送装置利用气压源推出针头，通过针头输送所需的药量，并缩回针头进行处理。流体流动通道从气压源出发，把气压引至针头以及药物，从而完成这些步骤。在一个实施方式中，安置有阀门来开启和关闭流向针头的气压和药物的流动，这样当使用者准备进行注射时，操作阀门就可以推出针头并通过针头输送药物。也可以操作阀门在给药完毕后缩回针头。

Description

气压药物输送装置

技术领域

本发明涉及医疗装置，特别是一种用于自我注射药物的药物输送装置。

背景技术

在很多情况下，患者在远离医务室或专业医疗机构时，需要或者在医学上有必要自我给药。这类药物可能是液体或可复水为液体的形式，通过皮下或肌内注射给药。现已开发了多种医疗装置可以让患者在不需专业医务人员的辅助下进行自我注射。

美国专利号5,616,132示出了一种注射装置的实施例。该专利示出了一种便携式药物注射装置，装置中的针头在压缩气体释放进外壳中时可以移动。使用者向下按注射装置释放气体，气体向下推动携带着针头的隔板。气压也推动活塞向下迫使药物通过针头。气体逸出之后，隔板返回正常位置，撤回针头。

许多药物输送装置都利用储存的能量使针头插入患者体内并输送药物。这样的能量可以多种形式储存，如材料弹性、压缩弹簧、磁铁、电池、压缩气体或化学反应。可使用这些组件的组合，再加上其他机械组件，如棘轮、杠杆和铰链。这些不同的活动件和能源对患者来说，可能用起来过于复杂。因此，仍需要一种使用简便的药物输送装置，其可以让患者无需专业医务人员辅助安全插入针头，输送所需剂量的药物，并在注射后拔出针头。

发明内容

本发明涉及医疗装置，特别是一种用于自我注射药物或医护人员给药的药物输送装置。在一个实施方式中，药物输送装置利用气压源伸出针头，通过针头输送所需的药量，并收回针头进行处理。流体流动通道从气压源出发，把气压引至针头以及药物，从而完成这些步骤。在另一个实施方式中，设置有阀门来开启和关闭流向针头的压缩气体和药物的流动，这样当使用者准备注射时，操作阀门就可以伸出针头并通过针头输送药物，也可以在给药完毕后操作阀门缩回针头。

附图说明

图1是根据本发明实施方式的药物输送装置的俯视图。

图2是图1中装置去掉外壳的正视图。

图3是图1中装置的后视图，以及图2中的横截面3-3。

图4A根据本发明的实施方式的活塞和针组件的分解透视图。

图4B是图4A中活塞和针组件处于缩回位置的剖视图。

图4C是图4A中活塞和针组件处于伸出位置的剖视图。

图5是按本发明实施方式的阀门的分解图。

图6是根据本发明的实施方式的药物输送装置的俯视图，图中移去了外壳，示出了阀门截面。为清楚起见，处于缩回的位置。

图7是图6中的药物输送装置处于伸出位置的俯视图。

图8是根据本发明的另一个实施方式的药物输送装置的透视图。

具体实施方式

本发明涉及医疗装置，特别是一种用于自我注射药物或医护人员给药的药物输送装置。在一个实施方式中，药物输送装置利用气压源伸出针头，通过针头输送所需的药量，并缩回针头进行处理。流体流动通道从气压源出发，把气压引至针头以及药物，从而完成这些步骤。在一个实施方式中，设置有阀门来开启和关闭流向针头的压缩气体和药物的流动，这样当使用者准备注射时，操作阀门就可以伸出针头并通过针头输送药物，也可以在给药完毕后操作阀门缩回针头。

图1示出了药物输送装置10的实施方式。该装置包括外壳12，可滑动的安装在基座14上。装置中各种可动部分安装在基座上，并被包在外壳下。在所示的实施方式中，外壳12包括三个开口16a、16b、16c。前两个开口16a、16b用作操作阀门18的窗口，将会在后面详细描述。第三个开口16c允许激活按钮20穿过外壳12并向上延伸方便患者使用。

图2示出了移去外壳12的装置10。药物输送装置的主要组件安装在基座14上，该装置包括阀门18、药物容器24、活塞组件26和动力室，例如耐压壳28。药物容器24中装有液态药物，例如液体药物或固体药物的溶液或悬浮液。活塞组件26包括活塞30，可以在活塞壳体32上下滑动。活塞30连接在针头34上（如图3所示）。活塞30上下运动以伸出和缩回针头。耐压壳28包括气压源（后面会进一步详细描述），气压从装置10中流过，伸动针头并输送药物。阀门18控制气压和药物到活塞组件26的流动。

装置10有数条流动通道供流体通过装置，包括气压流和药物流。这里会介绍这些流动通道，并在下文进行详细描述。第一压力流动通道40从耐压壳28延伸到药物容器24，以对液态药物施加压力使其流向针头。药物通道44从药物容器24经阀门18延伸到针头34，从而药物经过针头注入使用者的皮肤内。第二压力流动通道150（参见图6）从耐压壳28延伸到活塞30向下的表面。来自该通道的气压把活塞30推动到缩回的位置，让针头缩回到装置10中。第三压力流动通道152（参见图7）从耐压壳28延伸到活塞30向上的表面。来自该通道的气压把活塞推动到伸出的位置，让针头伸出装置10以插入使用者的皮肤内。移动阀门18在开启第二流动通道并关闭第三流动通道（升起活塞）和开启第三流动通道并关闭第二流动通道（降下活塞）间切换。当第二或第三流动通道关闭时，开启相应的气道，从而让活塞对侧通气。这就让活塞可以在使用者操纵阀门的时候在气压推动下上下运动。

基于上述简介，现在描述装置10的具体组件。如图2所示，耐压壳包括出口38，通过出口38气压可以从耐压壳中流向装置的各个组件。药物容器24包括接受该气压的入口36。第一压力流动通道40连接耐压壳28的出口38和药物容器24的入口36。流动通道40连通耐压壳28和药物容器24，意味着在耐压壳28和药物容器24之间有可供流体流通的通道。在所示的实施方式中，第一压力流动通道40包括管或导管42，其一端连接着耐压壳28的出口38，另一端连着药物容器24的入口36。当使用者按下激活按钮20并在耐压壳24中产生气压（下文中将进一步详细描述）时，气压通过导管42流过第一压力流动通道40，经过入口36进入药物容器24，在药物容器24内，气体对液态药物施加压力，使其流向针头34。

第一压力流动通道40内的气压推动药物容器24中的药物，使其从药物容器24中流出，通过出口46经过药物流动通道44进入针头34（参见图3）。药物流动通道44通过阀门18连通药物容器24和针头34。药物流动通道44经过阀门18的第一侧进入入口48a，并从阀门18另一侧的出口48b流出。阀门自身可以移动以允许或阻止药物流经在入口48a和出口48b之间的阀门。流动通道44包括管或导管，分为第一管部分50a，从药物出口46延伸到阀门入口48a，和第二管部分50b从阀门出口48b延伸到针头34。

现在参见图3，药物容器24包括盖子52，通过紧固件如螺丝54连接在基座14上。盖子52和基座14各自包括相匹配的凹槽56a、56b，当盖子52盖上时，两个凹槽彼此相对，形成空腔58，液态药物就储存在空腔58中。药物可以直接储存在空腔58中，也可以放在空腔58内的密封袋中。两种情况下，药物容器24可包括弯曲放置在空腔58内的柔性薄膜60，并与凹槽56a的形状相吻合。当来自耐压壳28的气压流经第一压力流动通道40，到达药物容器24时，气压推动薄膜60，使其向下弯曲并推动空腔58中的药物。药物流出空腔58时，薄膜60保持向下弯曲，直到薄膜60在空腔58底端沿着凹槽56b成为其镜像形状，如图3中虚线所示。在该位置，薄膜60与凹槽56b吻合，这样容器24中就不会留下剩余的药物（或只留下极少的量）。薄膜60可以用柔性的多层聚合物薄膜制成。

当药物流出空腔58时，通过出口流动通道62抵达出口46。出口流动通道62由容器基座14的凸起部分中的通道构成，连接凹槽56b与出口46。从这里药物沿着药物流动通道44（如图2所示），通过管部分50a，经过阀门18，并通过管部分50b进入针头34，如上所述。

仍如图3所示，药物容器24还包括装药口或隔板64，通过装药口或隔板64，液态药物可以通过针头注入空腔58中。空腔58可以预先装好药物，或者药物可以通过装药口64注入。装药口64也可以用于向空腔58中注入稀释液，以将空腔58中存放的固态药物制成溶液或悬浊液。装药口64由基座14的凸起部分形成，且与凹槽56b以及空腔58连通。

回到耐压壳28，如图3所示，耐压壳28包括用盖子66密封的反应室64。激活按钮20从盖子66向上延伸。反应室64包括气压源68。在所示实施方式中，气压源68包括两个化学组分70、72，两者发生反应时会产生副产物气体。在一个实施方式中，第一组分70是碳酸钙，第二组分72则是柠檬酸。当两组分互相接触时，发生化学反应产生二氧化碳，二氧化碳的生成使得反应室64内气压增加。

两种反应物70、72互相隔离，分别储藏在反应室64内，在盖子66和激活按钮20下方。在使用者准备操作装置之前，反应物保持隔离，没有气压产生。由于没有气压产生或释放，第一压力流动通道40（见图2）从耐压壳28到药物容器24，第二和第三压力流动通道150、152（见图6-7）从耐压壳28到活塞组件26，都没有加压。

为了操作该装置并释放气压，使用者按下激活按钮20。激活按钮20通过易分离连接74与盖子66连接，当按下激活按钮20时，连接74被分离，按钮20向下移动进入反应室64。按钮20的底端20a与第一反应物70接触，破坏密封或让第一反应物70与第二反应物72接触，启动化学反应并产生气压。当反应物是碳酸钙和柠檬酸时，碳酸钙可以作为第一反应物70储存在柠檬酸72上方，这样激活按钮20向下推动碳酸钙70进入装着柠檬酸72的液体容器中。碳酸钙70可以是固体片剂或粉末，或固体片剂和粉末的组合物。这些反应物也可以其他方式封装并储存在耐压壳28中。例如，柠檬酸可以储存在碳酸钙上方，按钮20可以刺破密封让柠檬酸流到碳酸钙上。

在一个实施方式中，通过反应物70、72产生的气压，足以驱动药物持续流动较长时间，从而进行大剂量的皮下注射。利用该装置输送到使用者皮下的药物体积依照情况不同，可以为1mL至300mL。在一个实施方式中，药物体积大约为10mL。气压源输送瞬间增强的气压，注入针头并使得药物流过针头直至给药完成。在一个实施方式中，气压源在激活时输送的压强大约为20psi，给药完成时降低到约12psi。输送时间范围为几秒钟到10分钟。在一个实施方式中，气压源激活后在5秒内可以产生大约24psi的压强，这样通过长度1/2英寸的27G针头输送药物的流速大约为0.5mL/秒。该装置可以设计为以0.5mL/秒到0.5mL/分钟的速度输送药物。

反应室64内气压增强，气压经过与反应室64流体连通的出口通道76流出到压力出口38。从压力出口38，气体经过第一压力流动通道40（见图2）和第二或第三压力流动通道150、152（见图6-7）伸出或升起活塞并促使液态药物流向针头（如下文详细描述）。通道76也连通反应室64与减压阀78。该减压阀78是可以让反应室64中气体在压强过高时排出的安全装置。

如上所述，耐压壳28中包括气压源68，可以由使用者激活使气体流经第一压力通道40抵达药物容器并沿着第二和第三压力通道150、152抵达活塞组件26。活塞组件26如图4A-4C所示。活塞组件26包括相对于活塞壳体32运动的活塞30。活塞30包括衬套80，连接在针头34上。衬套80与活塞30固定连接，使得针头34与活塞30一起运动。衬套80还包括连接着药物流动通道44的流体入口82（如图2所示），允许药物从药物流动通道44中流出，经过入口82进入针头34。针头34本身是中空的针，有尖末端和空腔，通过针药物流动到使用者。针头的末端可以是斜的截面。

活塞壳体32是圆柱形，包括中空的内腔84和内表面32a。内腔84的底端由装置10的基座14封闭，顶端由盖子86封闭（见图4B-4C）。盖子86和活塞壳体32分别包括相匹配的翼部或突出部分88a、88b（分别地），当盖子86放置在活塞壳体32上时两者对齐。螺丝或其他紧固件经过翼部88a进入翼部88b，连接盖子86与活塞壳体32。盖子86包括中央开口90，让活塞30通过，使得活塞30可以上下运动。最后，盖子86包括o型环或其他密封94，当盖子连接在活塞壳体上时，与活塞壳体32的内表面32a接触，如图4B-4C所示。当盖子86通过翼部88a、88b连接在活塞壳体32上时，o型环94可以在内腔84的顶部形成气封。该密封含有气压，流入内腔84，使活塞30上下移动，如下面将会详细描述的。

活塞30包括外壳96，杆102和活塞盘104。活塞盘104有顶端的向上的表面105和底端的向下的表面107。外壳96是圆柱形的，形状和大小都适于通过活塞壳体32。外壳96包括断流器98，与翼部88a、88b对齐并啮合在一起。翼部88a、88b在断流器98内啮合，使外壳96可以沿着活塞壳体32垂直移动并防止外壳96沿着活塞壳体32转动。外壳96还包括单独的断流器100，与活塞壳体32基座的入口91对齐（如下所述）并与盖子86上的入口92对齐，这样外壳96就可以向下移动越过这些入口（见图2的实施例）。

杆102连接外壳96与活塞盘104。杆102从活塞盘104延伸，通过盖子86的开口90，并牢固的固定在外壳96上，比如将杆102粘着到外壳96的下面或者用螺丝等紧固件把杆102固定到外壳96上。外壳96、杆102和活塞盘104一起运动，相对活塞壳体32上下滑动，杆102在滑动时穿过盖子86上的开口90。活塞盘104包括o型环或其他密封108，可以密封住基座32中内腔84的内表面32a。o型环108在活塞壳体32内部气封来自耐压壳中的气压，如下面会进一步描述的。

活塞30在两个位置间移动，如图4B和4C所示。活塞30的运动由通过两个分开的入口进入的气流推动到内腔84内。第一入口91位于活塞壳体32的底部，在盖子86和活塞盘104之下，第二入口位于盖子86的顶部，并与位于活塞盘104的顶面105穿过盖子86进入内腔84的通道92a连接。因此下方入口91通向内腔84在活塞盘104的底面107下的部分，而上方入口92通向空内腔84在活塞盘104上表面105之上的部分。

下方入口91与第二压力流动通道150连通，通向内腔84在活塞盘104下面的部分，这样气压通过通道流入内腔84并推动活塞盘104的底部下表面107，使活塞30上升到回缩的位置，如图4B所示。上方入口92与第三压力流动通道152连通，通向内腔84在活塞盘104之上的部分，这样气压经通道流入内腔84推动活塞盘104顶端的上表面105，推动活塞向下到伸出位置，如图4C所示。

在图4B中的回缩位置，针头34收纳在装置10之内，在基座14之上，外壳12之内。活塞盘104上升到盖子86处。内腔84在活塞盘104下面的部分内的气压使得活塞30保持在回缩位置，气压由活塞盘104上的o型环108密封起来。

在图4C中的伸出位置，针头34穿过基座14上的开口110伸出，伸出装置10插入使用者的皮肤内。内腔84在活塞盘104下面的部分中的气压令活塞30保持在伸出位置。相应地，气压被密封在盖子86和活塞盘104上的o型环94和108之间。活塞盘104靠近活塞壳体32的底部，但是位于下方入口91之上。这样o型环密封108仍在入口91上面，并可以防止任何气体通过入口91泄露。外壳96停留在盖子86上，阻止活塞30继续向下运动。外壳96的高度决定了针头34移动的距离，并因此决定了针头插入使用者皮肤的深度。在一个实施方式中，注射插入深度是6-9mm，活塞的高度略大于此深度，使针头从其在基座14上的回缩位置运动穿过基座14并达到所需的注射深度。关于皮下针头注射的合适深度的附加信息可以参阅美国专利号6,544,238的附图和说明书。

如图4B和4C所示，改变下方入口91和上方入口92之间的气压可以令活塞30上下运动。当对一个入口加压时，另一个入口排气，这样活塞30就可以在内腔84中移动。压力流动通道150、152和排气通道154、156将在下面结合图6-7进一步描述。

通向活塞组件26使活塞30升起和降下的气压流由阀门18控制，如图5所示，阀门18截住了从药物容器到针头的药物流动通道以及从耐压壳28到活塞组件26的第二和第三压力流动通道，以控制针头的插入以及药物通过针头的输送。在所示的实施方式中，阀门18是滑阀，阀瓣112在阀壳体114中往复运动。阀壳体114包括中央通道116，阀瓣112可以从其中延伸。

阀瓣112和阀壳体114包括开口、密封件和在适当位置开的凹槽，这些凹槽可以允许或阻止气压和药物流向活塞组件26。阀瓣112在阀壳体114内两个位置（开始位置与停止位置）间前后运动，以开启或关闭通过阀门的不同流动通道。通过在通道116内向一个或另一个方向滑动滑瓣，凹槽和滑瓣112上的密封件可以与阀壳体114上的开口对齐，从而开启或关闭流向活塞组件26的流动通道。

在图5的实施方式中，阀壳体114的开口包括两个供药物流通过的开口，还有供气压流通过的三个开口和两个排气口。药物流的两个开口是入口48a和出口48b，如图2所述。入口48a和出口48b通过阀壳体114到达通道116。药物从药物容器24中流出经过导管50a进入阀壳体上的入口48a。然后阀瓣112就可以允许或阻止药物继续流入。药物流动通道44继续穿过阀壳体114的另一端的出口48b，通过导管50b进入针头34。

阀壳体114还包括三个开口120、122和124，用来引导从耐压壳28中流出的气压。这些开口穿过阀壳体114到达通道116。开口与第一和第二压力流动通道150、152连通。在阀壳体114的开口120-124的另一侧，有两个排气口126、128（见图2），通过阀壳体114抵达通道116。通过阀瓣112的运动，可以让这些开口120、122、124和排气口126、126交替开启或关闭。

阀瓣112有相对的两端，第一端构成了开始按钮130，第二端构成了停止按钮132。使用者按下阀瓣相对的两端即可控制阀门18。沿着阀瓣纵向分布着4个互相间隔的o型环134a、134b、134c、134d。在o型环134d和停止按钮132之间是较宽的液封140。在o型环134a和134b之间，以及o型环134b和134c之间分别是凹陷136和138，形成压力流动通道。在液封140和o型环134d之间具有凹槽142。

截面图6-7示出的阀瓣112和阀壳体114的这些特点，示出了阀门18的操作以及在阀门18的开始和停止位置，液体和气体通过阀门的流动情况。图6显示阀门18位于停止位置，阀瓣112上的停止按钮132与阀壳体114接触，开始按钮130伸出阀壳体，准备被按下。在这个停止位置，阀门18阻止流体通过药物流动通道44流入针头。阀门18也可以开启通向活塞30底端的第二压力流动通道150并关闭通向活塞30顶端的第三压力流动通道152。除此之外，阀门18会开启从活塞顶端到排气口126的上排气通道154，并关闭从活塞底部到排气口128的下排气道156。每条流动通道都在下文详细描述。图6和7中，为清楚起见省略掉了第一压力流动通道40（从耐压壳28通过管42抵达药物容器24）（如图2所示）。

如图6，当阀门18处于停止位置时，液封140阻断了阀壳体114上入口48a和出口48b之间的药物流动通道44。在这个实施方式中，药物流动通道44的横截面积要比各压力流动通道大，以克服管内的摩擦并使得液态药物顺利流入针头。因此液封140要比o型环134a-d大，以完全密封药物流动通道44。当阀门18处于停止位置时，在使用者使用装置之前，液态药物可以从药物容器通过管50a流入入口48a。然而，当阀门处于所示的停止位置时，液封140阻止药物进一步流动。药物不能通过液封140，也不能抵达通向针头34的导管50b。因此，阀门18可以防止过早向针头输送药物。

仍如图6所示，在停止位置，阀门18开启第二压力流动通道150。这条流动通道150使耐压壳28与活塞组件26连通。具体地说，流动通道150连接着耐压壳一端的出口38和与其相对的活塞壳体32下方入口91。气体通过下方入口91流入内腔84在活塞盘104之下的部分，按压活塞盘104的下表面105，使活塞盘和活塞上升到回缩位置。流动通道150包括从耐压壳28中引出，抵达阀门壳体114的开口122的第一管144，和从阀壳体114抵达入口91的第二导管146。流动通道150通过第一管144，穿过阀壳体114上的开口122，再通过阀瓣122上的凹陷138，穿过阀壳体114上的开口120，并通过第二管146进入入口91。

在停止位置，阀瓣112上的凹陷138与阀壳体114上的两个开口120、122对齐，从而开启第二压力流动通道150，两个管144和146都与阀瓣112上的凹陷138连接。o型环134b和134c在凹陷138的任一侧，限制气体从第一管144中进入第二管146中，o型环134b和134c阻止气体泄漏出阀门18或逃逸进任何其他通道。因此在这个位置，压力被从耐压壳28引导至活塞盘104下的入口91，来升起活塞30。沿着这条压力流动通道150通过的气流如图6中的虚线箭头所示。

仍如图6，在停止位置，阀门18也开启了上方排气通道154。这条通道154与上方入口92（在活塞盘104之上）连通。这条通道154在活塞盘104受到来自第二压力流动通道150所产生的气压的推动向上运动时，使活塞盘104上方的气体排出。上方排气通道154包括第三管148，连接着上方入口92和阀壳体114的开口124。从第三管148，排气通道154穿过凹陷136进入排气口126。排气口126向在外壳12下面的周围的空气开放（见图1）。

在阀门的停止位置，凹陷136与开口124和排气口126对齐，以开启上方排气通道154。开口124和排气口126与阀瓣112上的凹陷136连接。凹陷136任意一侧的o型环134a、134b限制通道内的气体从管148流入排气口126。这些o型环可以防止气体从阀门18泄露出去和逃逸进其他通道。因此在这个位置，内腔84中在活塞盘104上面的气体经过上方排气通道154从排气口126排出。这条通道在图6中用实线箭头表示。

因此，阀门18在图6所示的停止位置时会关闭药物流动通道44（通过液封140），开启第二压力流动通道150（通过凹陷138），并开启上方排气通道154（通过凹陷136）。结果可以阻止药物流向针头，而活塞30则升起到回缩位置。

图7显示阀门18位于开始位置。阀瓣112从开始按钮130向停止按钮132的方向移动（在图7中向下）直到开始按钮130接触到阀壳体114。停止按钮132从阀壳体114的另一端延伸，可供按下来停止装置的运作。在这个位置，阀瓣112开启药物流动通道44，关闭第二压力流动通道150，关闭上方排气通道154，开启第三压力流动通道152，且开启下方排气通道156。这些流动通道会在下文中各自进行详细描述。

如图7所示，在开始位置，阀瓣122上位于液封140和o型环134d之间的凹槽142与在阀壳体114上的入口48a和出口48b之间的药物流动通道44对齐。这样的排列开启了药物流动通道44，因为液封140不再阻挡入口48a和出口48b之间液体的流动。当耐压壳28产生气压时，气压从第一压力流动通道40（见图2）流入药物容器24并推动柔性薄膜60推动液态药物从出口46流入管50a。当阀门18位于开启位置时，液态药物从管50a流入入口48a，通过凹槽142，穿过出口48b，再经过管50b进入针头34。

此外，当阀门18向开始位置移动时，第二压力流动通道150（如图6所示）是关闭的。o型环134b的位置在阀壳体114上的开口122和开口120之间，因此阻断从管144进入管146的气流。o型环134b通过阻止来自耐压壳28的气压从阀门18流入管146进入入口91，截断了流动通道150。处于图6所示的停止位置时，连接两条管144、146和两个开口122、120的凹陷138不再与这些开口对齐。因此从耐压壳28到下方入口91的第二压力流动通道150是关闭的。

此外，在图7中，上方排气通道154是关闭的。o型环134a位于开口124和排气口126之间。该o型环134a阻断了从管148到排气口126的气流，因此关闭了上方排气通道154（如图6所示）。连接开口124和排气口126的凹陷136在阀门处于停止位置时不再与排气口126对齐，所以气体不能经导管146进入排气口126。

图7中的阀门18开启了两条额外的流动通道。当阀瓣112从图6中的停止位置切换到图7中的开始位置时，凹陷136移动到与管144和管148对齐的位置，因此开启第三压力流动通道152。第三压力流动通道把耐压壳28与活塞组件26的上方入口92连通起来。具体来说，气压沿着第三压力流动通道152从耐压壳28上的出口38流出，通过管144，进入阀壳体114上的开口122，通过凹陷136，从阀壳体114上的开口124流出，通过导管148进入上方出口92。该流体通道在图7中用虚线箭头示出。气压沿着这条通道从耐压壳28进入活塞组件26，穿过入口92和通道92a进入内腔84在活塞盘104向上的表面105之上的部分。气体向下推动活塞盘104的该表面105，使得活塞30向下运动到伸出位置（如图4Ｃ所示）。o型环134a、134b位于凹陷136两边，限制气流从管144流向管148，并防止气体从阀门18泄露或通过其他通道逸出。

与此同时，阀门18开启下方排气通道156，来排出内腔84在活塞盘104之下部分中的气体。下方排气通道156将下方入口91和排气口128连通起来。具体来说，下方排气通道156从下方入口91通过管146，进入阀壳体114上的开口120，并通过凹陷138，从排气口128出来。这条通道156在图7中用实线箭头表示。o型环134b和134c限制通过这条通道的气流，密封住凹陷138两端，从而防止气体从阀门18泄露出去。

如图6-7所示，凹陷136和138的尺寸为跨越开口120、122、124和排气口126、128之间的距离，从而可以连接各流动通道。具体来说，凹陷136的尺寸为跨越排气口126和开口124，以及开口124和开口122之间的距离。凹陷138的尺寸则为跨越开口122和开口120，以及开口120和排气口128之间的距离。

图6和图7清楚展现了装置10的运行过程。图6中，药物流动通道44被阀门18上的液封140截住，从而阻止药物流向针头。第二压力流动通道150通向下方入口91是开启的，这样通道内的气压升起活塞30并使其保持在回缩位置，针头34也就安全地收纳在装置10中。上方排气通道154是开启的，允许活塞盘104之上的气体排出，这样气体不会留在活塞上方妨碍活塞向上移动到回缩位置。从耐压壳28到上方入口92的第三压力流动通道152是关闭的，这样就没有气压流入活塞盘104的上表面105令活塞向下运动。下方排气口156是关闭的，所以活塞盘104下方的气压不会排出来使活塞30向下滑动。

在这种状态，活塞30和附带的针头34保持在升起的位置，液态药物也被密封住。装置10可以方便运输、存放和供使用者携带直到准备使用。装置可以任意方向存放，宽液封140可以在装置准备使用前防止液体流向针头。如果在运输过程中活塞30不慎被推下，内腔84在活塞盘104下方的气体会产生压强把活塞推回到回缩的位置。内腔84在活塞盘104下方的气体是密封的（通过一端的密封108以及另一端的耐压壳），所以气体不会泄露出来让活塞滑下来。因为没有供气体通过的排气通道，在运输和存放时，气体可以起到缓冲垫的作用，让活塞30保持在升起的位置。

当使用者准备使用装置10来进行药物注射时，使用者首先从基座14的底面拿掉盖板或衬垫11（见图1），让沿着基座14底面的粘合层露出来。使用者把粘合层按在需要进行注射位置的皮肤上。基座上14的孔110可以精确指示针头伸出以插入皮肤的位置，使用者可以把孔110对准皮肤上需要进行注射的位置。

然后使用者按下激活按钮20，在装置内产生气压。如上文所解释的，按钮20向下移动进入耐压壳28并使两种反应物70、72互相接触，因此启动生成气体的化学反应。此时，阀门18仍处于图6所示的“停止”位置。因此，当耐压壳28中的气压上升时，药物流动通道44保持关闭，而且第三压力流动通道152也是保持关闭的。从耐压壳中流出的气压通过第一压力流动通道40进入药物容器24并推动药物沿着药物流动通道44抵达液封140，液封在此处阻止药物继续流动。而且，来自耐压壳28的压力通过开启的第二压力流动通道150流入下方入口91，并进入内腔84在活塞盘104之下的部分。该压力使得活塞保持在升起的回缩位置。

当使用者准备进行注射时，他或她按下阀瓣112上的开始按钮130。阀瓣上的开始和停止按钮可以通过外壳12上的窗口16a和16b按到（见图1）。所以使用者可以按下按钮让阀门中的阀瓣112滑动。当使用者按下开始按钮130时，阀瓣112在阀壳体114中切换到图7所示的开始位置。如上文所描述的，阀瓣112的移动开启了药物流动通道44（通过凹槽142），还开启了第三压力流动通道152，通向上方入口92，并且开启了下方排气通道156。阀瓣的移动也关闭了第二压力流动通道150，并关闭了上方排气通道154。结果使得来自耐压壳的气压通过第三压力流动通道152流向内腔84，在此处气体按压活塞盘104的向上的表面105。内腔84内在活塞盘104之下的气体通过下方排气通道156排入大气中。活塞盘顶侧105上的气压以及活塞盘104下方开启的排气通道使得活塞盘104穿过内腔84向下运动抵达伸出位置（如图4c4C所示）。针头34随着活塞移动并通过开口110伸出，插入使用者皮肤。与此同时，通过第一压力流动通道40的气压推动药物容器中的柔性薄膜60，药物通过药物流动通道44进入针头并进入使用者体内。

因此，当使用者按下开始按钮时，针头自动插入且药物会自动流过针头进入使用者体内进行皮下注射。气压经过第三压力流动通道152的速度要比药物经过药物流动通道44的流动速度快，因此针头34会在药物抵达针头前插入，从而不会浪费药物。

当药物完全输送后，或在使用者需要的情况下稍早一些，使用者按下停止按钮132。停止按钮132的运动令阀瓣112返回图6所示停止位置。如果药物还没有完全输送，这样的移动会带动阀壳体114上入口48a和出口48b间的液封140，封闭药物流动通道44并阻止药物继续流出。第三压力流动通道152和下方排气通道156关闭，而第二压力流动通道150和上方排气通道154则开启。结果，活塞盘104上方的气压被排出，且气压通过入口91被导入活塞盘104下方，使活塞30升起。所以当按下停止按钮132时，针头34自动收回装置10内。内腔84在活塞盘104下方部分处于加压状态，让针头34保持收纳在装置10中，使得其可以被安全地处置。在一个实施方式中，装置10是一次性使用装置，在药物输送后丢弃，针头安全回缩在装置中。

如前所述的装置10的操作循环中，装置切换活塞30两端的气压通道和排气通道从而让针头伸出或收回。也就是说，当阀门18位于一个位置时，活塞30的第一侧（向上的表面105）气体排出，而另一侧（向下的表面107）则处于加压状态。当阀门移动到第二个位置时，压力流动通道和排气通道颠倒过来，所以活塞的第一侧加压，而另一侧则排气。通过阀门改变压力流动通道和排气通道，让活塞和针头可以交替伸出和缩回。

图8示出了药物输送装置10'的一个实施方式。装置10'操作方式和上文所述相同。装置包括外壳12、激活按钮20、开始按钮130和停止按钮132。使用者按下激活按钮20来激活化学反应或用其他方法在装置的耐压壳内释放出气压。使用者按下开始按钮130让阀门移动到开始位置，让针头伸出并让药物流向针头。使用者按下停止按钮132移动阀门到停止位置，来收回针头并阻止药物继续流动。装置10'紧凑地包装在外壳12内，因此是便携的，方便使用者携带。三个按钮20、130、132都伸出外壳12，容易操作，且给使用者的操作说明也非常清楚。因此病人可以安全简便地进行给药，无需复杂的指导和准备，而且在注射后可以安全拔出针头34。使用者可以按自己想法在任何地点进行给药，无需专业医务人士的辅助。

在一个实施方式中，装置10'高度大约为1英寸，长度2.75英寸，宽度2.65英寸。

虽然本发明已经按照示例性的实施方式进行了描述和说明。但应当理解的是本发明不限于此，其修改和变化都应处纳入本发明的范围内，为下文的权利要求所保护。例如，虽然所示实施方式中螺丝54是药物容器的组件之一，用于将盖子86固定在活塞壳体32上，但也可以使用其他类型的固定零件，包括机械固定和/或粘接或对塑料零件进行超声波焊接，或其他固定方法。药物容器24也可以整合为一个连续的构件而不是两个分开的零件。还有，基座14也可以作为多种零件的一部分，例如装药口64或药物容器的底部，或活塞组件26，但在另外的实施方式中，这些功能部件可以独立于基座14之外，和被安装在基座上。

上文所描述的气压源是通过柠檬酸和碳酸钙反应的释放出的副产物二氧化碳，但也可使用其他气体源。例如，气压可通过其他化学反应物生成，例如其他酸和碳酸盐，例如乙酸和碳酸钠、碳酸镁，或其他酸性溶液和碱金属碳酸盐。额外的酸、碳酸盐和其他反应的例子可以在美国专利号5,700,245中找到，其内容通过引用纳入本文。气体也可以装在预加压的气体罐中，用激活按钮刺穿气罐就可放出气压。

上述阀门18是滑阀，但在其他实施方式中，阀门可以采用其他结构，例如螺旋阀、旋转阀、或其他类型的阀门。

组成药物流动通道44的管50a、50b可以根据要输送的具体药物进行选择，以根据药物的粘性和体积提供所需的流动通道横截面积。导管的长度和内直径可以选择来改变药物沿着导管的流动速度，从而提供所需的皮下给药速度。针头34同样也可以根据药物和注射深度、体积及速率进行选择。

装置10也可以具有此处没有展示的额外特点。例如，额外的安全机制，例如栓塞可以用于在使用前的运输过程中让针头保持在回缩位置。使用者可以在使用前从装置上拔掉栓塞来释放针头。其他的安全机制例如锁存器，可以在使用之后把针头锁定在回缩位置，方便处置。另一个选择是在针头从身上拔出后，覆盖针头的弹簧鞘。外壳12上也可有窗口，供观察药物容器24，这样使用者可以看到容器中的药物何时完全流出且注射完成。也可以提供其他指示注射完成的方法，例如在药物容器空了的时候可以发出咔嗒声音的桨轮。或者也可以采用注射完成时由位置传感器触发的触觉指示器。

上文所描述的一些特点可能在其他实施方式中省略。例如，当药物被装在密封的柔性袋子中放入容器24时，柔性薄膜60可以省略。来自第一压力流动通道40的气压直接挤压袋子使得药物流出，而不是推动薄膜60。

这些只是未脱离本发明范围的众多替代设计和修改的一些实施例。

Claims (21)

1.一种用于注射药物的药物输送装置，包括：

药物容器；

耐压壳；

活塞组件，包括连接针头的活塞，活塞可以从回缩位置移动到伸出位置；和

阀门，连通药物容器与针头，以及耐压壳和活塞组件， 

其中阀门可以从耐压壳与活塞组件经过第一流体流动通道连通的第一位置，移动到耐压壳与活塞组件通过第二流体流动通道连通的第二个位置。

2.根据权利要求1的药物输送装置，其中所述第一流体流动通道与活塞的第一侧连通，第二流体流动通道与活塞的第一侧的对侧连通。

3.根据权利要求2的药物输送装置，其中所述活塞的第一侧包括向下的表面，所述活塞的第二侧包括向上的表面。

4.根据权利要求3的药物输送装置，其中所述活塞包括具备上下表面的活塞盘，其中所述活塞盘可以在活塞壳体内滑动，使活塞从回缩位置移动到伸出位置。

5.根据权利要求1的药物输送装置，还包括从耐压壳到药物容器的第三流体流动通道。

6.根据权利要求5的药物输送装置，还包括从药物容器到针头的药物流动通道。

7.根据权利要求6的药物输送装置，其中阀门包括密封件和通道，当所述阀门处以第一位置时可以阻断药物流动通道，当所述阀门位于第二位置时，所述通道与药物流动通道对齐。

8.根据权利要求6的药物输送装置，还包括与活塞组件和第一排气口连通的第一排气通道，以及与活塞组件和第二排气口连通的第二排气通道。

9.权利要求要求8的药物输送装置，其中所述阀门包括第一凹陷，其在所述阀门的第一位置与第一排气通道对齐，在所述阀门处于第二位置时，与第二排气通道对齐，其中所述阀门包括第二凹陷，其在所述阀门处于第一位置时与第一排气通道对齐，在所述阀门处于第二位置时，与第二排气通道对齐。

10.根据权利要求9的药物输送装置，其中所述阀门还包括第二密封件，其定位为在阀门处于第二位置时阻断第一排气通道，第三密封件，其定位为在阀门处于第一位置时阻断第二流动通道，并在阀门处于第二位置时阻断第一流动通道，和第四密封件，其定位为在阀门处于第一位置时阻断第二排气通道。

11.一种用于注射药物的药物输送装置，包括：

药物容器；

含有气压源的耐压壳；

活塞组件，包括与针头连接的活塞，活塞可以从回缩位置移动到伸出位置；

从耐压壳到活塞组件的第一流动通道；以及

连通耐压壳和活塞组件的阀门，所述阀门能够从第一位置移动到第二位置，在所述第一位置，所述阀门阻断气压流经过第一流动通道，在所述第二位置，所述阀门允许所述气压流使活塞组件从回缩位置移动到伸出位置。

12.根据权利要求11的药物输送装置，还包括从药物容器到针头的药物流动通道，而且其中所述阀门包括在所述阀门位于第一位置时阻断药物流动通道的密封件，其中所述阀门还包括在所述阀门处于第二位置时与药物流动通道对齐。

13.根据权利要求11中的药物输送装置，还包括从耐压壳到活塞组件的第二流动通道，其中当阀门位于第一位置时，允许气压流经过第二流动通道使活塞组件移动到回缩位置，而阀门在第二位置时则会阻断气压流经过第二流动通道。

14.根据权利要求13的药物输送装置，其中第一流动通道与活塞组件向上的表面连通，其中第二流动通道与活塞组件向下的表面连通。

15.根据权利要求13的药物输送装置，还包括从耐压壳到药物容器的第三压力流动通道。

16.根据权利要求11的药物输送装置，还包括连接在耐压壳上的激活按钮，用来从耐压壳中释放出气压。

17.一种用于药物注射的药物输送装置，包括：

药物容器；

气压源；以及

活塞组件，包括连接针头的活塞，其中所述针头与药物容器连通，并且

其中所述活塞能够在来自气压源的气流作用下移动，从针头收纳在药物输送装置内的回缩位置，移动到针头伸出药物输送装置的伸出位置，而且能够在来自气压源的气流作用下移动，从伸出位置移动到回缩位置。

18.根据权利要求17的药物输送装置，还包括连通着气压源和活塞组件的阀门，所述阀门能够从第一位置移动到第二位置，在所述第一位置，所述阀门连接来自气压源的气流与活塞的第一侧，从而使活塞移动到回缩位置，在所述第二位置，所述阀门连接来自气压源的气流连接到与活塞相对的第二侧，从而把活塞从回缩位置移动到伸出位置，并返回第一位置，从而使活塞从伸出位置移动到回缩位置。

19.根据权利要求18的药物输送装置，其中所述阀门包括具有多个通道和多个密封件的阀瓣，从而允许或阻止来自气压源的气流通过。

20.一种注射药物的方法，包括：

提供一种药物输送装置，其包括：

含有药物的药物容器；

含有气压源的耐压壳；以及

活塞组件，其包含连接针头的活塞，所述活塞能够从使针头收纳在药物输送装置中的回缩位置移动到使针头伸出药物输送装置的伸出位置；

通过让来自气压源的气流抵达活塞组件以伸出针头；

通过让来自气压源的气流抵达药物容器将药物输送至针头；和

通过让来自气压源的气流抵达活塞组件以缩回针头。

21.根据权利要求20的方法，其中所述伸出针头的过程包括：

将来自气压源的气流引至活塞向上的表面，其中所述缩回针头的过程包括将来自气压源的气流引到活塞对侧向下的表面。

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