CN110732057A - 往复泵 - Google Patents

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Abstract

一种适用于可穿戴医疗设备的泵，例如贴片泵，其包括：能够沿轴向平移的腔室(104，204)，其具有入口(105，205)和出口(106，206)；可旋转地接纳在腔室中的活塞(102)或隔膜(202)；在入口与腔室之间的第一阀(112，212)；在出口与腔室之间的第二阀(111，211)；附接到腔室上的凸轮部(113，213)；随动件(103,203)，其附接到活塞或隔膜上并且与凸轮部接触以使腔室沿轴向平移；以及偏压装置(107，207)，其作用在腔室上，用于在腔室的轴向方向上对腔室施加力以保持这种接触。

Description

往复泵
技术领域
总体而言，本发明涉及一种紧凑、精确、可靠和低成本的泵，其适用于液体药物产品的皮下输送。更具体地说，本发明的实施例涉及一种泵，其具有的活塞或隔膜经历旋转运动。待输送的药物产品可以是用于糖尿病患者的胰岛素。
背景技术
糖尿病是由胰岛素生产、胰岛素作用或上述两者的缺陷导致的高血糖水平的一组疾病。美国有2360万人患有糖尿病，占人口的8％。自2005-2007年期间以来，糖尿病的总患病率增加了13.5％。糖尿病会导致严重的并发症和过早离世，但是有一些众所周知的产品可以帮助糖尿病患者控制疾病和降低并发症的风险。
糖尿病患者的治疗选项包括特殊饮食、口服药物和/或胰岛素疗法。糖尿病治疗的主要目标是控制患者的血糖水平，以增加无并发症生活的机会。然而，在平衡其他生活需求和环境的同时，实现良好的糖尿病管理并不总是容易的。
目前，1型糖尿病治疗的日常胰岛素疗法有两种主要方式。第一种方式包括注射器和胰岛素笔，每次注射都需要针刺，通常每天三到四次，使用简单且成本相对较低。另一种广泛采用的管理糖尿病的有效治疗方法是使用胰岛素泵。胰岛素泵可以通过持续输注胰岛素，帮助使用者根据个人需要将血糖水平保持在目标范围内。通过使用胰岛素泵，使用者可以将胰岛素疗法与生活方式相匹配，而不是将生活方式与胰岛素注射对使用者的作用方式相匹配。
常规胰岛素泵能够通过置于皮肤下的导管一天24小时输送快速或短效胰岛素。胰岛素剂量通常以基础率和大剂量施用。基础胰岛素在24小时内持续输送，使使用者的血糖水平在各次进餐与过夜之间保持一致。一些胰岛素泵能够对胰岛素的基础率进行编程以根据白天和夜晚的不同时间而不同。大剂量通常在使用者进餐时施用，并且通常提供单次额外的胰岛素注射来平衡所消耗的碳水化合物。一些常规的胰岛素泵使得使用者能够根据所消耗的膳食的大小或类型来编程大剂量的体积。常规的胰岛素泵还使得使用者能够摄入校正或补充的胰岛素大剂量，以补偿使用者在计算膳食大剂量时的低血糖水平。
与其他糖尿病治疗方法相比，常规胰岛素泵有许多优势。胰岛素泵随着时间的推移而输送胰岛素，而不是单次注射，因此通常在美国糖尿病协会推荐的血糖范围内产生较小的变化。常规胰岛素泵还减少了患者必须忍受的针刺数量，并使糖尿病管理对使用者来说更加容易和有效，从而显著提高了使用者的生活品质。
现有胰岛素泵的一个主要缺点是，尽管它们具有便携性，但它们包括多个部件，并且使用起来笨重。它们通常也比其他治疗方法更昂贵。从生活方式的角度来看，常规的泵及其相关的管路和输注套件对使用者来说可能是不方便和麻烦的。
与常规输注泵不同，贴片泵是一种集成设备，它将大部分或全部流体部件(包括液体贮存器、泵送机构和用于自动插入套管的机构)组合在单个壳体中，该壳体粘合性地附连于患者皮肤上的输注部位，并且不需要使用单独的输注或管路套件。一些贴片泵与分立的控制器无线通信(如由Insulet Corporation以商标名称
Figure BDA0002135678800000021
销售的一种设备)，而另一些完全独立。当胰岛素供应耗尽时，这种设备被频繁更换，例如每三天更换一次。
由于贴片泵被设计成糖尿病患者佩戴的独立单元，因此优选地尽可能小，以使其不干扰使用者的活动。为了使得使用者的不适被最小化，优选的是使贴片泵的整体尺寸被最小化。然而，为了使贴片泵的整体尺寸最小化，其组成部分的尺寸应尽可能减小。
因此，在本领域中需要一种精确、紧凑且具有成本效益的液体泵，使得其可以作为一次性系统例如贴片泵的一部分来提供。
本发明例示性实施例的目的是提供一种用于可穿戴医疗设备的精确、紧凑、具有成本效益的泵，使得更多糖尿病患者能够受益于这些设备提供的优点。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供一种用于泵送液体的泵，所述泵包括具有入口和出口的能够沿轴向平移的腔室、可旋转地接纳在腔室中的活塞或隔膜、在入口与腔室之间的第一阀、在出口与腔室之间的第二阀、附接在腔室上的凸轮部、附接到活塞并与凸轮部接触以使腔室沿轴向平移的随动件，以及作用在腔室上以在腔室的轴向方向上向腔室施加力以保持这种接触的偏压装置。
根据本发明的一个实施例的泵的优点在于，活塞或隔膜每次回转可以泵送非常少且精确量的液体药物。这使得能够非常精确地注射小剂量的液体，因此，在贮存器中更高的药物浓度成为可能。更高的药物浓度进一步减小了药物贮存器的尺寸，并延长了各个贮存器盒之间的更换间隔。由于根据本发明的一个实施例的泵的紧凑尺寸，它可以用于可佩戴的贴片泵中，或者以其他方式定位在注射点附近。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于操作泵的方法，该泵包括具有入口和出口的能够沿轴向平移的腔室、可旋转地接纳在腔室中的活塞或隔膜、在入口与腔室之间的第一阀以及在出口与腔室之间的第二阀，该方法包括以下步骤：使活塞或隔膜旋转，将活塞或隔膜的旋转转变成腔室的轴向往复运动，以及打开和关闭第一阀和第二阀，以允许液体通过活塞或隔膜被吸入腔室和从腔室排出。
附图说明
当结合附图时，本发明的上述和其他例示性目的、特征和优点将从以下对其某些例示性实施例的描述中变得更为显明，附图中：
图1A和1B分别是根据本发明第一实施例的泵系统的截面和局部上部立体图；
图2A和2B分别是根据本发明第二实施例的泵系统的截面和局部上部立体图；
图3A和3B是根据本发明第三实施例的泵系统的剖视图，示出了泵送循环期间的不同部分；
图3C是图3A和3B的泵系统的局部上部立体图；
图4是图1和2的实施例中入口阀和出口阀相对于旋转活塞的角位移的状态的图示；而
图5是图3A-3C实施例中入口阀和出口阀以及隔膜相对于旋转杆的角位移的状态的图示。
在所有附图中，相似的附图标记将被理解为指代相似的元件、特征和结构。
具体实施方式
本说明书中例示的内容被提供来帮助理解本发明的例示性实施例，并且参考附图进行说明。为了清楚和简明起见，省略了对众所周知的功能和构造的描述。
如图1A和1B所示，根据本发明第一实施例的泵以截面和局部上部立体图示出。泵包括腔室104，活塞102可旋转地接纳在腔室104中。轴或活塞杆101刚性连接到活塞102。柱103刚性连接到轴101，并用作凸轮部随动件，用于接触围绕腔室104的顶边缘延伸的凸轮表面113。在该实施例中，活塞102仅在腔室104内部旋转，而不在腔室104的轴向方向上进行任何运动。相反，当轴101的旋转通过凸轮表面113和柱103转变为腔室104的轴向运动时，腔室104沿轴向做往复运动。这种设计在机械上的复杂程度小于常规设计，因为它不需要能够轴向滑动的旋转联动装置。该设计还能提高可靠性，降低制造成本。这种设计的优点同样适用于下面的图2A-2B和3A-3C的实施例。
腔室104包括入口105、出口106、入口阀112和出口阀111。阀111和112可以是自启动止回阀，或者由合适的机械联动装置或电控制系统(未示出)按顺序操作的从外部控制的外部控制阀。诸如螺旋弹簧的偏压装置107作用在腔室104上，用于在腔室104的轴向方向上在腔室104的底部施加向上的偏压力。偏压装置107保持柱103与凸轮表面113之间的恒定接触，使得腔室104沿着腔室104的轴向方向上下平移。柱103和活塞102的旋转运动被转变成腔室104的直线运动。当柱103旋转时，它推压腔室104的凸轮表面113。
阀111和112的打开和关闭与柱103的旋转同步。入口阀112和出口阀111二者根据柱103与凸轮表面113之间的相对位移而打开和关闭，以允许液体流入和流出腔室104。
偏压装置107保持适当的压力，以在整个泵送循环中保持柱103与凸轮表面113之间的恒定接触。泵送过程自身重复进行，以保持流体通过腔室104的稳定流动。
图2A和2B是根据本发明另一实施例的泵的截面和局部上部立体图。类似于图1A和1B，偏压装置107作用在腔室104上，用于在腔室104的轴向方向上对腔室104施加力，以保持柱103与凸轮表面113之间的恒定接触。柱103与凸轮表面113之间的相互作用导致腔室104沿着腔室104的轴向方向上下平移。
当柱103旋转到某个位置时，凸轮表面113和腔室104被柱103向下推动，夹管阀109被触发以关闭柔性出口管道106。当柱旋转到另一位置时，腔室104被偏压装置107向上推动，夹管阀108被触发以关闭柔性入口管道105。泵送过程自身重复进行，以保持流体通过腔室104的稳定流动。
在图3A-3C中，以截面和局部上部立体图的形式示出了根据本发明第三实施例的泵。泵包括腔室204，柔性隔膜202可旋转地接纳在腔室204中。轴201刚性连接到隔膜202。柱203刚性连接到轴201。类似于前述实施例，隔膜202仅在腔室204内部旋转，并且不参与轴向方向的运动。腔室204包括入口205、出口206、入口阀212和出口阀211。诸如螺旋弹簧的偏压装置207作用在腔室204上，用于在腔室204的轴向方向上对腔室204施加偏压力。偏压装置207保持柱203与凸轮表面213之间的恒定接触。腔室204的轴向平移与入口阀212和出口阀211的打开和关闭相协调。阀211和212可以是自启动止回阀，或者由合适的机械联动装置或电控制系统(未示出)顺序操作的外部控制阀。入口阀212和出口阀211的打开和关闭可以与柱203和凸轮表面213的位移以机械方式同步。
当凸轮表面213被偏压装置207向上推动时，出口阀211打开，以允许流体被泵出腔室204。隔膜处于如图3A所示的向下挠曲位置。当凸轮表面213被柱203向下推动时，入口阀212打开以允许流体被泵入腔室204。隔膜202处于如图3B所示的向上挠曲位置。
图4是在图1A-1B和2A-2B的实施例中入口阀和出口阀相对于柱103的角位移的状态的图示。在第一角位移A中，入口阀打开，出口阀关闭，以允许流体流入腔室。在第二角位移B中，入口阀和出口阀二者都关闭。在第三角位移C中，入口阀关闭，出口阀打开，以允许流体流出腔室。在第四角位移D中，入口阀和出口阀二者都关闭。柱103然后旋转回到第一角位移A，开始新的泵送循环。泵送循环被重复，以允许流体连续泵入和泵出泵的腔室104。
图5是图3A-3C实施例中入口阀和出口阀以及隔膜202相对于柱203的角位移的状态的图示。在第一角位移A中，隔膜202向下挠曲，入口阀212关闭，出口阀211打开，以允许流体流出腔室。在第二角位移B中，入口阀212和出口阀211二者都关闭。在第三角位移C中，隔膜202向上挠曲，入口阀212打开，出口阀211关闭，以允许流体流入腔室。在第四角位移D中，入口阀212和出口阀211二者都关闭。柱203然后旋转回到第一角位移610，开始新的泵送循环。泵送循环被重复，以允许流体连续泵入和泵出泵的腔室204。
虽然已经参照特定的说明性实施例示出和描述了本发明，但是本发明不受例示性实施例的限制，而是仅受所附权利要求及其等同物的限制。应当理解，本领域技术人员可以在不脱离本发明范围的情况下改变或修改例示性实施例。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例的特征可以彼此组合以形成新的实施例。

Claims (15)

1.一种用于泵送液体的泵系统，所述泵系统包括：
能够沿轴向平移的腔室，所述腔室具有入口和出口；
活塞，所述活塞可旋转地接纳在所述腔室中；
第一阀，所述第一阀在所述入口与所述腔室之间；
第二阀，所述第二阀在所述出口与所述腔室之间；
凸轮部，所述凸轮部附接在所述腔室上；
随动件，所述随动件附接到所述活塞并与所述凸轮部接触，以使所述腔室沿轴向平移；以及
偏压装置，所述偏压装置作用在所述腔室上，用于在所述腔室的轴向方向上对所述腔室施加力以保持这种接触。
2.根据权利要求1所述的泵系统，其中，所述第一阀和第二阀包括止回阀。
3.根据权利要求1所述的泵系统，其中，所述第一阀和第二阀包括由机械联动装置操作的外部控制阀。
4.根据权利要求1所述的泵系统，其中，所述第一阀和第二阀包括由电控系统操作的外部控制阀。
5.根据权利要求1所述的泵系统，其中，所述第一阀和第二阀包括夹管阀。
6.根据权利要求1所述的泵系统，其中，所述偏压装置包括弹簧。
7.根据权利要求1所述的泵系统，其中，所述凸轮部在所述腔室的边缘上。
8.一种用于泵送液体的泵系统，所述泵系统包括：
能够沿轴向平移的腔室，所述腔室具有入口和出口；
隔膜，所述隔膜可旋转地接纳在所述腔室中；
第一阀，所述第一阀在所述入口与所述腔室之间；
第二阀，所述第二阀在所述出口与所述腔室之间；
凸轮部，所述凸轮部附接在所述腔室上；
随动件，所述随动件附接到所述隔膜上并与所述凸轮部接触，以使所述腔室沿轴向平移；以及
偏压装置，所述偏压装置作用在所述腔室上，用于在所述腔室的轴向方向上对所述腔室施加力以保持这种接触。
9.根据权利要求8所述的泵系统，其中，所述第一阀和第二阀包括止回阀。
10.根据权利要求8所述的泵系统，其中，所述第一阀和第二阀包括由机械联动装置操作的外部控制阀。
11.根据权利要求8所述的泵系统，其中，所述第一阀和第二阀包括由电控系统操作的外部控制阀。
12.根据权利要求8所述的泵系统，其中，所述第一阀和第二阀包括夹管阀。
13.根据权利要求8所述的泵系统，其中，所述偏压装置包括弹簧。
14.根据权利要求8所述的泵系统，其中，所述凸轮部在所述腔室的边缘上。
15.一种用于操作泵的方法，所述泵包括具有入口和出口的能够沿轴向平移的腔室、可旋转地接纳在所述腔室中的活塞或隔膜、在所述入口与所述腔室之间的第一阀以及在所述出口与所述腔室之间的第二阀，所述方法包括以下步骤：
使所述活塞或隔膜旋转；
将所述活塞或隔膜的旋转转变为所述腔室的轴向往复运动；以及
打开和关闭所述第一阀和第二阀，以允许液体被所述活塞或隔膜吸入所述腔室和从所述腔室排出。
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