CN105358196A - 用于医疗注入装置的排气式流体料筒 - Google Patents

Abstract

本发明整体涉及用于医疗注入装置的新型流体料筒。所公开的发明描述了一种药物料筒，该药物料筒具有内部排气结构和疏水性排气材料，以允许注入装置的贮存器腔室和外部环境之间的压力平衡，而不需要成本高昂地、困难地维护位于所述注入装置的所述外壳内的排气口。

Description

用于医疗注入装置的排气式流体料筒

相关专利申请

本专利申请要求于2013年6月25日提交的美国序列号61/838,923的优先权，该专利申请以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及医疗装置，具体地，涉及具有与医疗注入装置一起使用的受保护的鲁尔连接的流体料筒。

背景技术

由于药物的自动注入可给患者提供更可靠且更精确的治疗，因此用于多种药物治疗类型的药物递送装置的使用变得更普遍。

由于糖尿病显著妨碍受该疾病折磨的人群的行动自由和生活方式，因此糖尿病是主要的健康问题。通常，较严重形式病症，I型（胰岛素依赖型）糖尿病的治疗需要每天一次或多次胰岛素注射，称为每日多次注射。需要胰岛素来控制血液中的葡萄糖或糖，从而预防高血糖，如果高血糖未正确处理，能够导致酮症。另外，胰岛素疗法的不正确实施可导致低血糖发作，而低血糖则可引起昏迷和死亡。糖尿病中的高血糖与糖尿病的多种长期结果相关联，该长期结果为诸如心脏疾病、动脉粥样硬化、失明、中风、高血压和肾衰竭等。

作为一种避免或至少最小化I型糖尿病并发症的方法，频繁监测血糖值的益处已广为接受。患有II型（非胰岛素依赖型）糖尿病的患者也能够在通过饮食和锻炼来控制其病症时从血糖监测受益。因而，仔细监测血糖水平以及准确方便地将胰岛素以及时的方式注入体内的能力是糖尿病护理和治疗中的重要组成部分。

为了以降低该疾病所强加给受影响人群生活方式的限制的方式更有效地控制糖尿病，已经引入多种装置来促进血糖(BG)监测。通常，此类装置或仪表允许患者仅经历最小量的身体不适而快速地获得他们的血液或间质液的样品，然后由仪表来分析该样品。在多数情况下，该仪表具有向患者显示BG读数的显示屏。然后患者可服用适当量的胰岛素或推注胰岛素。这使得很多糖尿病患者必须接受每日多次胰岛素注射。在很多情况下，这些注射可自己实施。

胰岛素泵一般是指佩戴在患者身体上如衣服外部或衣服内部的装置。因为该泵是佩戴在患者身体上的，因此期望一种小型的且不引人注目的装置。一些装置是防水的，以允许患者在淋浴、浸浴、或者从事可使其注入装置变湿的各种活动诸如游泳时不必移除其药物注入装置，由此使得患者在其日常活动中受到较少约束。在此类装置中，期望具有用于验证装置内的排气系统是否正常工作的结构和方法，因为排气口通常为无源器件，其不具有用于自诊断检查以验证功能已受损（即，排气开口被有意或无意阻塞）的装置。此外，期望能够为使用者警示其装置内可能引起不稳定或无意中的药物递送的异常压差。最后，期望药物注入装置结合用于检测装置所处的高度的装置，以避免与患者可希望从事的空中旅行和体育活动诸如登山运动、跳伞运动等相关的问题，这样患者就不必因担心装置中或周围的快速压力变化所产生的不稳定或无意的药物递送而放弃使用其药物注入装置。

因此期望提供用于递送胰岛素的方法和系统，其以可能的最可靠和有效的方式针对改变中的大气压来平衡注入装置的内部隔室。

附图说明

本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体示出。参考以下具体实施方式和附图，将更好地理解本发明的特征和优点，具体实施方式列出了采用本发明原理的示例性实施例，附图中类似的数字表示类似的要素，其中：

图1A以侧平面视图示出根据现有技术的通常用于医疗注入装置的流体料筒的一个实施例。

图1B以剖视图示出根据现有技术的通常用于医疗注入装置的流体料筒的一个实施例。

图2A以侧平面视图示出根据本发明的流体料筒的一个实施例。

图2B以剖视图示出根据本发明的流体料筒的一个实施例。

具体实施方式

应结合附图来阅读下面的具体实施方式，其中不同附图中类似元件的编号相同。各附图未必按比例绘制，仅出于说明的目的示出示例性实施例，并不旨在限制本发明的范围。具体实施方式以举例的方式而不是限制性方式示出本发明的原理。此具体实施方式将清楚地使得本领域的技术人员能够制备和使用本发明，并且描述了本发明的多个实施例、改型、变型、另选的替代方案和用途，包括目前据信是实施本发明的最佳模式。

如本文所用，针对任何数值或范围的术语“约”或“大约”表示允许组件的集合或部件执行如本文所述的其指定用途的适当的尺寸公差。另外，如本文所用，术语“患者”、“宿主”、“使用者”和“受检者”是指任何人或动物受检者，并不旨在将设备或方法局限于人使用，但是本主题发明在人类患者中的使用代表优选的实施例。

本发明涉及在药物递送装置中使用的料筒，包括但不限于胰岛素泵。为了说明的目的，本说明书将涉及存储一定量的药物并且被插入诸如胰岛素泵等药物递送装置的料筒的结构和用途，使得药物可被注入患者体内。

胰岛素泵是通常佩戴在患者身体上如衣服外部或衣服内部的装置。这些相对小的不引人注意的装置通常在可替换料筒中存储一定量的胰岛素，并且包括处理单元、显示屏和输入功能装置，诸如按钮或键盘。这样的泵可包括运行多个胰岛素递送程序的能力，该递送程序为诸如基础程序和推注程序，通过由注入装置提供药物来消除对使用针和注射器注射胰岛素的需求，该注入装置可由患者长时间佩戴，通常在1-3天范围内。

使用胰岛素泵的患者通常具有将胰岛素递送次数和量编入其泵软件并且通过数据输入系统将其血糖(BG)值输入泵以响应于其活动（诸如运动和用餐）递送胰岛素推注的能力。另选地，BG仪表和泵可通信，以允许仪表将BG读数连同所推荐的推注值传输至所述泵，或允许泵或使用者确定（如果有的话）正确的胰岛素推注。

大多数便携式胰岛素注入泵不具有用于检测药物贮存器或管线组内的空气的装置。此类药物递送系统在药物贮存器中不存在空气的前提下操作。投配控制器假定推进料筒柱塞的驱动机构存在线性位移，从而基于料筒圆筒的恒定区域几何形状使已知体积的药物排出移位。

通常，这些泵系统的产品标签会强调有必要在开始药物递送之前从药物贮存器和管线组中消除所有空气。然而，如果药物贮存器内存在空气，则会固有地在治疗过程的某些时间点导致注入不足。此外，即使在采取了所有预防措施来从药物贮存器中去除空气的情况下，环境因素诸如温度和/或环境压力的变化也会造成空气从溶液中逸出，从而导致在药物贮存器或管线组中形成气泡。

对于便携式注入泵设计者而言，另外一个复杂因素是一些便携式注入泵旨在为防水的，以允许佩戴装置的患者保持积极生活方式并允许泵在正常的日常活动诸如沐浴期间使用。这对于具有受益于连续药物注入的生活方式的人（即，对于患有糖尿病的人注入胰岛素）而言是有吸引力的特征。此类装置必须设计成具有密壳体/外壳，以阻止进水。为了避免在外部环境和容纳药物贮存器的密封隔室之间形成压差，大多数防水泵结合允许空气通过但不允许流体通过的疏水性排气口（处于特定的压差极限内）。

大多数便携式药物注入泵贮存器均由递送药物的最基本方法（标准注射器）开发。因此，贮存器通常由两个主要组件构成；具有整合到用于附接注入管线组的远侧端部中的连接器的圆柱形圆筒、以及具有弹性体密封件的可移动柱塞。将柱塞插入到圆筒的打开的近侧端部中以形成封闭体积。为了递送药物，向前推进机械驱动式活塞，这继而向前推进料筒柱塞，从而减小料筒的内部体积，由此移动流体。通常，活塞（耐用装置的部分）未与料筒柱塞机械性互锁，因为当料筒已填充并且随后安装在泵中时无需回缩柱塞。

如果泵活塞未与料筒柱塞互锁，则在容纳贮存器的腔室和外部环境（注入位点的位置处）之间将产生正压差的情况下，存在药物被无意递送的风险。正压差将在柱塞上施加合力，该合力直接与药物贮存器的内部体积的横截面积成正比例。如果合力超过料筒柱塞的维持力，则其将向前推进柱塞并且由此来递送药物。因此，在药物注入泵的设计和制造中要考虑确保药筒驻留在其中的腔室保持处于或接近外部环境空气压力。迄今为止，这都是通过高昂成本实现的，可替换的排气口直接构建在贮存器腔室内。随时间推移，这些排气口可能由于空气和水中的污染物（粉尘、污垢等）而堵塞，从而需要对它们进行改变。改变这些排气口通常需要将注入装置返回给制造商，由此使患者在一段时间内无法使用装置，而这仅仅是为了改变排气口。

已发现，一种新型料筒设计可消除对成本高昂地、困难地改变在注入装置外壳中的排气口的需要，该新型料筒设计提供整合排气机构，以允许料筒驻留在其中的腔室与外部、周围环境进行平衡。此外，除了将排气口引入流体料筒中，每次改变料筒，它也被随之改变，从而无需将装置返回给制造商进行维修。另外，通过将新的、干净的排气口随着每次改变料筒而引入系统，可靠性增加并且更确保了料筒驻留在其中的腔室将得到充分地排气，以避免非预期的流体递送。

使用胰岛素注入装置的多数糖尿病患者分开购买其胰岛素和他们将料筒插入他们的注入泵的料筒。为了填充料筒，他们将附接到该料筒的针插入胰岛素瓶并且通过提取器拔出。一旦填充，他们将该料筒插入胰岛素泵并且将输液器附接到料筒。附接到该料筒的输液器的部分通常称为鲁尔接口。鲁尔接口连接至称为线组管的管，该管终止于插入患者皮下以允许胰岛素注入的插管中。插管通常通过粘合剂贴片保持在适当的位置，以避免意外变位。

料筒、柱塞、以及提取器通常由可植入级塑料形成，诸如长期可植入塑料，包括但不限于：聚乙烯、聚醚醚酮(PEEK)和可生物吸收聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)以及它们的共聚物。在材料不必为可植入级的情况下，本领域技术人员将很容易识别出许多其它适合使用的塑料，包括各种聚乙烯、聚酯丙烯酸酯以及树脂。该工艺通常采用的制造方法为挤出、注塑、以及浇铸。

一般来讲，便携式外部注入装置，诸如便携式胰岛素泵是为人们所熟知的。使用者，诸如糖尿病患者，将这些装置佩戴在他们的衣服内，例如，佩戴在腰带上或在衣服口袋内。为了允许使用者享受全范围的活动，包括例如游泳和户外活动，装置有必要抵抗水的进入，水的进入可能会损坏装置内部的电子部件。

对此类水气密性的需要是复杂的，因为另外需要确保装置内部和大气环境之间的压力平衡，以避免装置内部的压力梯度，而压力梯度可能会不利地影响液体药物诸如胰岛素的递送。可能需要快速的压力平衡，例如，当使用者在飞机上飞行并且机舱中的压力由于飞机上升或下降而波动的情况。此类机舱压力的波动可能使胰岛素泵壳体内部的压力快速超过机舱压力，这将导致胰岛素突然意料不到地且不期望地注入到使用者。

常规注入泵通常包括限定单个外壳的壳体。外壳在单个外壁内包封药物贮存器、驱动机构、用于控制驱动机构的电子电路、电池、密封电池门和贮存器门的O形环、以及允许空气通过但阻止液体通过的排气口。这些排气口使壳体内的压力与大气压进行平衡。

尽管具有这些特征，但常规单个外壳装置具有至少一个主要缺点，即，因为机械故障或操作人员失误（例如，在改变贮存器或电池后忘记安全地关闭贮存器门或电池门）而引起水进入、胰岛素溢出或任何其它液体进入，使液体到达电子部件和敏感电子电路，这将永久地损坏部件和电路，或至少导致装置故障。

此外，虽然一些已知的注入泵包括带有独立隔室的壳体，但这些隔室并未彼此气密地密封，所以渗漏到一个隔室内的水也会流入其它隔室中，从而对电子部件和电路造成同样的风险。

图1A和1B为当前用于存储药物并且与注入装置一起使用的示例性料筒的现有技术装置。料筒100具有主体110，该主体具有用于存储流体的贮存器190。料筒主体110具有外螺纹120以允许料筒可螺旋地固定在药物递送装置（未示出）内的腔体内。

柱塞170插入贮存器190中，以将流体通过喷嘴118排出该料筒。柱塞170的头部通常配备有一个或多个O形环180, 180’，以最小化柱塞170和贮存器190的内部之间的渗漏。包括鲁尔接口150和线组管160的输液器（部分示出）固定至料筒，以通过将鲁尔接口160旋入具有用于接收鲁尔接口160的内螺纹的鲁尔连接器115而允许流体连通。一旦附接，使用料筒盖140将鲁尔接口固定至料筒。通常包括O形环130来保持料筒100和腔体之间的密封，其中O形环设置在药物注入装置内。

当现有技术装置被插入胰岛素泵的贮存器腔室中时，由于O形环和贮存器腔室的壁之间形成密封，该现有技术装置内可成为“真空锁定的”。本领域当前采用的一种解决方案是在贮存器腔室中包括疏水性排气口，该疏水性排气口能够平衡隔室中的压力同时保持装置的完整性以抵抗水或液体的侵入。

然而，现有技术方案需要定期替换疏水性排气口，因为该疏水性排气口在正常使用期间可变得被正常环境污染物（粉尘、污垢等）堵塞。为了改变排气口，必须将注入装置送至制造商处以替换排气口。被设计成在长时间段内具有最小限度堵塞的疏水性排气口是非常昂贵的。排气口的成本和制造商替换排气口所需的时间与资源，再加上患者有一段时间无法使用他们的注入装置的不便，都表明了强烈需要一种成本更有效和高效的解决方案。

根据图2A和图2B的装置通过提供用于药物注入泵的排气式药筒克服了现有技术解决方案的缺点。设想与本发明一起使用的药物注入泵由宾夕法尼亚州西赤斯特安尼玛斯公司(Animas Corporation, West Chester, Pennsylvania)出售的OneTouch^® Ping^®胰岛素注入泵来举例说明。

图2A和图2B示出本发明的一个实施例，其中用于容纳一定量药物的料筒200具有外壁210，该外壁具有略小于该料筒旨在被插入的胰岛素注入装置的贮存器腔室的直径。料筒200内具有用于存储药物且用于接收柱塞（未示出）的腔体220，该柱塞由驱动机构（未示出）推进到腔体220中以将流体通过出口端口218排出，该出口端口218延伸穿过料筒200的第一端部处的鲁尔连接器215。鲁尔连接器215可为内部有螺纹或外部有螺纹，以接收端盖226从而将输液器的鲁尔接口保持在适当的位置（未示出）。

料筒200的第一端部还可包括邻近或相邻于沟槽230的密封环225，该沟槽230中可放置O形环（未示出）。密封环225和沟槽230中的O形环在注入装置的外部环境和其中插入料筒200以供使用的装置的贮存器腔室之间建立基本上不漏水和不漏气的密封。

料筒200的侧壁210还包括内部排气端口240，该内部排气端口240通过含有疏水性排气材料245的镗孔或通道来与外部排气端口250流体连通。外部排气端口250、疏水性排气材料245和内部排气端口245组合形成通道，通过该通道，注入装置的贮存器腔室中的大气压可与外部环境进行平衡，并且没有水或其它液体侵入到贮存器腔室中。此外，通过将疏水性排气材料245引入料筒中，每当患者或保健提供者改变料筒时就安装一个新的、干净的排气口—对于使用胰岛素泵治疗的典型1型糖尿病，例如，这可能是每3-5天一次。这大大减少了与疏水性排气材料相关的成本，因为该材料仅需要在几天至一周等内保持干净和无阻塞，而相比之下，当前阶段的胰岛素注入装置的排气口维修通常相隔数月至数年。

优选地，将疏水性排气材料245选择为使得疏水性排气材料245的进水压力(WEP)显著超过所选择深度处的流体压力，即，当疏水性排气材料245浸在水中时可合理地期望暴露的深度。例如，在请求5.2psi测试压力的情况下（即，在表面下方12英尺深度处的水压），所选择的约10psi至15psi的WEP提供优选的设计余量。

同样优选的是，一旦选择合适的WEP，则从提供可获得的最高空气流量的那些当中选择疏水性膜，以实现尽可能快速、优选地在几秒内平衡跨过膜的压力的能力，以及期望的抗水性。

存在疏水性排气材料245可由其制造的各种合适的材料。可用的材料包括为多孔塑料以及与灭菌过程诸如ETO、蒸汽灭菌等兼容的那些材料。合适的材料包括聚四氟乙烯(“PTFE”)、聚乙烯、聚偏二氟乙烯(“PVDF”)、超高分子量聚乙烯(“UPE”)等等以及它们的组合。例如，PTFE是在医疗排气和气体过滤中广泛使用的材料。它是提供优异流动特性和高耐化学品性的惰性材料。这种膜类型的切割形状的尺寸不稳定性可在重叠注塑操作中导致机械处理的困难。PTFE与γ灭菌或电子束灭菌不兼容，因为当这种材料暴露于电离辐射时，断链导致完整性损失。

PVDF是提供良好流动特性和广泛耐化学品性的耐用材料。它可以天然形式和超疏水性形式获得。

UPE是最近进入医疗排气和气体过滤市场的。它是提供优异流动特性和广泛耐化学品性的天然疏水性材料。

排气口可为插入料筒筒体的裙壁中的孔中的圆柱形芯棒并且由粘合剂、热熔柱（heat stake）、共注塑等等或它们的组合来保持。芯棒可通过在热量和压力条件下烧结具有受控和一致直径的塑料粉球制成。烧结过程产生一种结构，该结构具有均匀的、刚性的外部几何形状，其中贯穿有已知的、一致的空隙路径。烧结将致使球形颗粒的接触点熔合且固化，由此在球体之间留下开放的但曲折的空间通道。具有低动态粘度(1 × 10^-5Pa*s)的空气可自由流动并且通过所得到的多孔结构排气。具有较高粘度(1 × 10^-3Pa*s)的水将需要更多能量或压力来穿过该结构。

疏水性排气式闭合件平衡泵内部和大气环境之间的气压并且阻止水或污染物的进入。通过控制初始塑料粉末的球体尺寸、所采用的塑料树脂的疏水性、和烧结的程度，能够产生一种多孔结构，以便最大化空气透过且同时限制水通过排气口进入，从而适合料筒注射器在胰岛素泵装置中的使用。

作为另一个替代形式，被处理成疏水性的改性丙烯酸膜是用于排气应用的经济型选择。它是疏油性、疏水性、和化学兼容的。提供的另一个替代形式为：使用GORE^™自粘排气带，以将其施加到料筒筒体裙壁中的孔上以产生受控的多孔结构。

因此，通过提供具有整合的内部排气口的料筒，能够制造出不需要贮存器腔室排气口、但同时仍保持平衡压力和抵抗水侵入的能力的药物注入装置。

虽然本文示出和描述了本发明的优选实施例，但对本领域的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。在不脱离本发明的情况下，本领域的技术人员可以设想出各种变型、更改和替代形式。应当理解，在实践本发明中，可使用本文描述的本发明实施例的多种替代形式。以下权利要求书旨在限定本发明的范围，并覆盖落入这些权利要求的范围内的装置和方法及其等同物。

Claims (10)

1.一种药物料筒，包括：

外壳，所述外壳具有打开的近侧端部、远侧端部、以及其中限定贮存器的腔体；

柱塞，所述柱塞被构造成能够可滑动地插入到所述料筒的所述近侧端部中；

鲁尔连接器，所述鲁尔连接器位于所述料筒的所述远侧端部；

流体出口端口，所述流体出口端口在所述料筒的所述远侧端部处与所述贮存器流体连通；

围绕所述外壳的圆周的至少一个沟槽，所述沟槽被构造成能够接收柔韧的O形环；

密封环，所述密封环位于所述至少一个沟槽和所述外壳的所述远侧端部之间；和

排气端口，所述排气端口包括延伸穿过所述密封环的外部端口和延伸穿过所述外壳的内部端口。

2. 根据权利要求1所述的药物料筒，包括设置在所述排气端口中的排气材料。

3. 根据权利要求2所述的药物料筒，其中所述排气材料是疏水性的。

4. 根据权利要求3所述的药物料筒，其中所述排气材料包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、疏水性处理的改性丙烯酸、或它们的混合物。

5. 根据权利要求4所述的药物料筒，其中所述排气端口具有约10psi至约15psi的WEP。

6. 一种用于在医疗注入装置中抵抗流体侵入的方法，包括：

提供在所述医疗注入装置中的被构造成能够接收药物料筒的贮存器腔室；

提供所述药物料筒，所述药物料筒包括：外壳，所述外壳具有打开的近侧端部、远侧端部、其中限定贮存器的腔体；位于所述料筒的所述远侧端部处的鲁尔连接器；在所述料筒的所述远侧端部处与所述贮存器流体连通的流体出口端口；围绕所述外壳的圆周的被构造成能够接收柔韧的O形环的至少一个沟槽；位于所述至少一个沟槽和所述外壳的所述远侧端部之间的密封环；以及被构造成能够可滑动地插入到所述料筒的所述近侧端部中的柱塞；以及包括延伸穿过所述密封环的外部端口和延伸穿过所述外壳的内部端口的排气端口，其中所述密封环具有小于或等于所述贮存器腔室直径的直径；

将所述药物料筒插入所述贮存器腔室中；

平衡所述贮存器腔室中的大气与所述医疗注入装置外部的大气。

7. 根据权利要求6所述的方法，包括在将所述料筒插入到所述医疗注入装置中前，将排气材料插入到所述排气端口中。

8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述排气材料是疏水性的。

9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述排气材料包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、疏水性处理的改性丙烯酸、或它们的混合物。

10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述排气端口具有约10psi至约15psi的WEP。