CN114450046A - 旋转柱塞泵子系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于泵送流体的旋转子组件。该子组件包括限定具有纵向轴线(201)的空腔(230)的中空主体，该主体包括空腔壁(224)，至少两个端口(226，228)穿过该空腔壁。该空腔的至少一部分具有非圆形横截面，使得从纵向轴线到围绕两个端口的空腔壁的向内偏移部段的恒定或变化的第一径向距离小于从纵向轴线到与两个端口间隔开的空腔壁的第二部段的恒定或变化的第二径向距离。可旋转的柱塞(302)容纳在空腔中。柱塞的尺寸和形状使得柱塞的侧壁能够相对于空腔壁的向内偏移部段建立液密密封，但是不会在该空腔壁的第二部段与两个端口间隔开的情况下建立液密密封。

Description

旋转柱塞泵子系统

技术领域

本公开涉及旋转柱塞泵子系统。更具体地，本公开涉及用于药物输送系统或装置的旋转柱塞泵系统。

背景技术

许多药物输送系统需要从药物容器或储存器向患者输送准确和精确的药物流体的量。输送的药物流体的量可能少于储存在药物容器或储存器中的全部药物量。这种药物输送系统的例子包括但不限于胰岛素注射笔和注射泵、被配置成输送多种固定剂量药物的装置以及在给药时需要患者特异性剂量设定(根据患者具体情况进行剂量设定)的一次性药物输送装置。

发明内容

本公开涉及旋转柱塞泵子系统。更具体地，本公开涉及用于药物输送装置的旋转柱塞泵系统。

本公开中描述了多个方面，包括但不限于以下方面：

1.一种用于在药物输送装置中泵送药物流体的旋转子组件，所述子组件包括：中空主体，该中空主体包括限定空腔的壳体侧壁，该空腔围绕纵向轴线在封闭远端和开口近端之间延伸，该壳体侧壁包括至少两个穿过其中并与空腔流体连通的端口，其中空腔的至少一个工作部分具有沿着垂直于纵向轴线的平面延伸的非圆形横截面，所述工作部分由壳体侧壁的第一向内偏移部段限定，所述第一向内偏移部段由壳体侧壁的第二部段互相连接，所述第一向内偏移部段与纵向轴线间隔开恒定或变化的第一径向距离，所述第二部段与纵向轴线间隔开恒定或变化的第二径向距离，所述第二径向距离大于第一径向距离，其中壳体侧壁的所述第一向内偏移部段沿着围绕两个端口的侧壁区域设置，并且壳体侧壁的所述第二部段与两个端口间隔开；以及容纳在空腔中的柱塞，在柱塞和壳体侧壁之间限定了工作腔室，其中：柱塞被配置成相对于主体旋转，以使工作腔室与两个端口中的至少一个端口、然后是无端口、然后是所述两个端口中的至少另一个端口依次流体流动连通，柱塞还被配置成相对于主体纵向平移，从而使所述工作腔室的容积变化，以从两个端口中的一个端口连续吸入药物流体，然后从两个端口中的另一个端口排出流体，并且柱塞的尺寸和形状被确定为使得当工作腔室与两个端口中的一个端口流体流动连通时，柱塞的侧壁相对于壳体侧壁的围绕两个端口中的另一个端口的第一向内偏移部段建立液密密封，但是不相对于壳体侧壁的第二部段建立液密密封。

2.根据方面1所述的旋转子组件，其中，所述柱塞还包括从所述柱塞径向向外延伸的柱塞销。

3.根据方面2所述的旋转子组件，其中所述主体还包括第一泵送轨道，所述第一泵送轨道被配置成当柱塞相对于主体旋转时可滑动地接触柱塞销的远侧面，其中所述泵送轨道包括沿着垂直于所述纵向轴线的平面延伸的至少一个平坦区段。

4.根据方面3所述的旋转子组件，其中所述泵送轨道包括沿着垂直于纵向轴线的一平面延伸的远侧平坦区段和沿着垂直于纵向轴线的一不同平面延伸的近侧平坦区段。

5.根据方面2所述的旋转子组件，其中所述主体还包括配置成可滑动地接触柱塞销的远侧面的第一泵送轨道，以及配置成可滑动地接触柱塞销的近侧面的第二泵送轨道。

6.根据方面5所述的旋转子组件，其中所述第一泵送轨道和所述第二泵送轨道各自包括沿着垂直于纵向轴线的平面延伸的至少一个平坦区段。

7.根据方面1-6中任一方面所述的旋转子组件，其中：所述空腔的一部分沿着垂直于纵向轴线的平面具有圆形横截面，所述柱塞还包括彼此纵向隔开的近侧环形密封肋和远侧环形密封肋，其中两个环形密封肋都接触所述具有圆形横截面的空腔壁部分，从而建立液密密封，该液密密封使工作腔室相对于空腔的开口近端密封。

8.根据方面7所述的旋转子组件，其中：所述柱塞被配置成相对于主体在近侧柱塞位置和远侧柱塞位置之间纵向平移；并且当柱塞处于其远侧柱塞位置时，柱塞上的两个环形密封肋定位在通向空腔的两个端口的近侧。

9.根据方面8所述的旋转子组件，其中两个环形密封肋之间的纵向距离不小于近侧柱塞位置和远侧柱塞位置之间的纵向距离。

10.根据方面1-9中任一方面所述的旋转子组件，其中所述壳体侧壁的每个第一向内偏移部段包括第一边缘和第二边缘，所述第一边缘平滑地过渡到所述壳体侧壁的所述第二部段的第一相邻边缘，以及所述第二边缘陡峭地/形成拐角地过渡到所述壳体侧壁的所述第二部段的第二相邻边缘。

附图说明

通过结合附图参考本发明实施例的以下描述，本公开的上述和其他特征和优点以及实现它们的方式将变得更加明显，并且将被更好地理解，其中:

图1描绘了根据一些实施例的包括旋转柱塞泵子系统的药物输送系统。

图2描绘了根据一些实施例的旋转柱塞泵子系统。

图3描绘了根据一些实施例的图2所示旋转柱塞泵系统的某些部件的分解图。

图4A、图4B、图4C和图4D提供了根据一些实施例的旋转柱塞泵系统的柱塞部件的侧视图。

图5提供了根据一些实施例的柱塞部件的透视图。

图6提供了根据一些实施例的泵子系统的泵壳体部件的透视图。

图7A和7B提供了根据一些实施例的泵壳体部件的透视剖视图。

图8提供了根据一些实施例的泵壳体的自上而下的剖视图。

图9A、图9B、图9C和图9D提供了根据一些实施例的操作中的泵子系统的侧视剖视图。

图10A、图10B、图10C和图10D提供了根据一些实施例的操作中的泵子系统的自上而下的剖视图。

图11A、图11B、图11C和图11D提供了根据一些实施例的泵壳体内部的向内偏移部分的示意图。

图12提供了根据一些实施例的替代方案的泵壳体部件的透视图。

图13提供了根据一些实施例的替代方案的泵壳体部件的俯视图。

图14、图15、图16和图17提供了根据一些实施例的另一替代方案的泵壳体部件的透视图。

在数个视图中，相应的附图标记表示相应的部分。这里阐述的范例说明了本发明的示例性实施例，并且这些范例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。的范围。

具体实施方式

在一些实施例中，药物输送系统理想地应该是小的，以便使它们更容易携带和/或对使用者不具侵入性。这种系统还应该理想地包括相对少量的简单部件，以使它们更可靠、更容易制造并且制造成本更低。该系统还应该理想地对部件的形状和/或尺寸的微小缺陷具有鲁棒性(即，部件所需的精度应该相对较低)，以使该系统更容易制造。最后，这样的系统应该只需要少量的能量来运行，以便需要使用者使用更少的动力，或者减少对笨重和/或昂贵的马达和电池的需求。因此，需要一种泵子系统，其能够使用相对少量的简单部件以高效率输送准确和精确剂量的药物流体，以实现更高的可靠性和可制造性。

图1描绘了根据一些实施例的药物输送系统情形(context)120。该系统情形120包括储存流体形式的药物的药物储存器150、从储存器150抽取所述药物流体并通过皮下/肌肉注射或通过其他方式将其输送给患者180的泵100。储存器150可以在压力下储存药物流体，或者可以不在压力下储存药物流体(即，在周围环境压力下储存药物流体)。在一些实施例中，药物储存器150和泵100可以集成到单个药物输送装置系统130中。在另一些实施例中，药物储存器150和泵100可以包括或集成到单独的装置中。泵100可以是旋转柱塞泵子系统，例如这里公开的子系统；这种泵子系统可以手动或电子控制。

术语“药物”是指一种或多种治疗剂，包括但不限于胰岛素、胰岛素类似物如赖脯胰岛素或甘精胰岛素、胰岛素衍生物、GLP-1受体激动剂如度拉糖肽或利拉鲁肽、胰高血糖素、胰高血糖素类似物、胰高血糖素衍生物、胃抑制多肽(GIP)、GIP类似物、GIP衍生物、胃泌酸调节素类似物、胃泌酸调节素衍生物、治疗性抗体和能够通过上述装置输送的任何治疗剂。装置中使用的药物可以用一种或多种赋形剂配制。这种药物输送装置可以由患者、护理人员或保健专业人员以本文所述的方式操作，以向人输送一种或多种药物。

使用旋转柱塞泵来输送药物流体会带来一些挑战。例如，先前已知的旋转柱塞泵通常使用刚性部件。虽然这些刚性部件可以为工业应用提供足够的密封，但是用于动态密封的刚性对刚性密封接口通常不足以保持药物输送装置中药物储存器和药物流体路径的无菌性和完整性。此外，使用刚性部件进行动态密封需要高精度零件，这对于一次性医疗装置来说不划算。

因此，这里描述的泵子系统的至少一些实施例使用弹性表面来产生流体密封。例如，旋转柱塞的至少一部分可以包括弹性套管，该弹性套管与泵壳体的刚性内壁相接，以产生动态的、不透流体的密封。然而，使用这种弹性表面会降低泵子系统的效率和/或精度。如本文进一步详细描述的，所公开的泵子系统利用不同的特征和/或配置来提高泵子系统的效率和精度。

仅为了便于解释，图2和所有后续附图将使用箭头101所示的x、y、z方向系统。在说明书和权利要求书中，提及的“近侧”或“向上”方向是指正y方向；“远侧”或“向下”方向指的是负y方向。

图2和图3描绘了根据一些实施例的旋转柱塞泵子系统100。旋转柱塞泵子系统100可用于泵送任何合适的流体。在一些实施例中，子系统100可以用作用于泵送药物流体的药物输送装置的一部分。

子系统100包括安装框架102、旋转驱动轴104、旋转柱塞302、泵壳体202和复位弹簧124。框架102的近端支承旋转驱动轴104，旋转驱动轴104又连接到旋转柱塞302。旋转驱动轴104可以连接到驱动马达、弹簧(例如扭簧或动力/发条弹簧)、用户操作的手动曲柄、旋钮、按钮、杆或其他致动器、或者其他扭矩源，以驱动旋转柱塞302沿箭头205的方向(例如顺时针方向)绕纵向轴线201旋转，如图3所示。

根据一些实施例，图4A-4D和图5更详细地描绘了旋转柱塞302。图4A-4D从四个单独的侧视图描绘了柱塞302，而图5提供了透视图。柱塞302包括大致圆柱形的细长主体，该主体具有由弯曲的圆柱形侧壁320连接的近端312和远端314。在一些实施例中，柱塞302的圆柱形主体可以包括近侧刚性杆306(例如，至少部分由合适的金属或刚性塑料构成)，该近侧刚性杆306联接到相对柔韧/可变形的远侧套管308。由于套管308被配置成与药物流体接触，套管308可以由药物相容的柔性密封材料构成，例如弹性体(例如溴丁基橡胶、氯丁基橡胶，或者两者中的任何一种与其它橡胶如聚异戊二烯或苯乙烯-丁二烯的混合物)、惰性软塑料(例如聚四氟乙烯、乙烯四氟乙烯、聚乙烯或氟化乙烯丙烯)、或者涂有惰性塑料薄膜或涂层的橡胶。刚性杆306可以具有狭缝形、十字形、丁字形或其他形状的横截面，其插入套管308中的相应开口中，以防止套管308相对于杆306绕纵向轴线201过度扭曲。套管308可以使用压力配合、过盈配合、粘合剂、超声波焊接或热焊接或者其他合适的联接方法联接到杆306。在另一些实施例中，柱塞302的圆柱形主体可以被构造成单个整体件。柱塞302的圆柱体还可以包括至少两个密封元件：远侧环形密封肋332和近侧环形密封肋334，它们围绕柱塞302的横向圆周。在一些实施例中，两个肋也可以包括适于形成抵靠刚性表面的动态流体密封的弹性材料。两个肋332、334可以间隔开纵向距离236。在一些实施例中，在肋332、334之间也可以设置第三“中间”肋(未示出)，以用作额外的结构支承，并在工作腔室602(下面参照图9A-9B描述)和外部大气之间提供额外的(可能冗余的)密封。

柱塞销304从柱塞302的侧壁320径向向外突出，并且可以刚性地固定到其上。在一些实施例中，销304和杆306可以由一个整体件形成；在另一些实施例中，销304可以是粘附、连结、插入或模制到杆306中的独立部分。如图所示，销304可以邻近柱塞302的近端312设置。然而，销可以设置在沿着柱塞302长度的任何点。如图5最佳所示，柱塞302可包括横截面积减小的远端部分，该远端部分可由邻近远端314设置的切口部310限定。切口部310由凹入侧壁320下方的基本平坦的纵向部分316限定，并连接到从柱塞302的圆柱形侧壁320向内伸入的唇形部318。纵向部分316和唇形部318可以以横切方式相交。在一个实施例中，切口部310的平坦部分316面向第一径向方向，并且销304在垂直于切口部放置的第一径向方向的第二径向方向上延伸。

柱塞302容纳在泵壳体202内。在图6、图7A、图7B和图8中更详细地描述了壳体202的一个示例性实施例。图6提供了壳体202的透视图，图7A和图7B提供了壳体202沿线1-1的剖视图，图8提供了壳体202沿线2-2的剖视俯视图(例如，从正y方向看)。壳体202可以由任何合适且相对刚性的材料构成，例如烯烃塑料(例如，环烯烃共聚物、环烯烃共聚物和/或聚丙烯)。壳体202和柱塞302之间的接口可以用适当的药物容器润滑剂来润滑，例如硅油。

如图6中最佳所示，壳体202包括三个区段：近侧区段208、中间区段210和远侧区段212，每个区段沿着公共轴线201设置。近侧区段208包括侧壁222，侧壁222限定了倾斜的销轨道218。销轨道218是倾斜的，使得由轨道218限定的平面不垂直于纵向轴线218，而是成角度地偏斜，使得轨道218的近端254高于轨道218的相对远端250(即，更靠近近侧)。远端250通过向上的斜面部分252和向下的斜面部分256连接到轨道218的近端254。近侧区段208还包括接收和支承柱塞302的两个凸耳210a、210b。

中间部分210包括侧壁224和一个或多个从侧壁224径向向外突出的轴向脊214。一个或多个脊214具有朝着壳体202远端的、径向向内(伸入)的阶形部216。如图7A和图7B最佳所示，侧壁224沿着轴线201在内部限定了空腔230，该空腔230具有开口的近端260和封闭的远端262。侧壁224还限定了进入端口226和输出端口228，如图所示由径向延伸的臂限定。在一个实施例中，端口226、228定向在不同的径向方向。在一个实施例中，端口226、228被定向成沿着垂直于纵向轴线201延伸的横向轴线203在相反的方向上延伸(例如，彼此成角度地间隔180度)。进入端口226和输出端口228穿过侧壁224并与空腔230流体连通。图中所示的导管以不透流体密封的方式设置在臂上。进入端口226与进入导管204流体连接，而输出端口228与输出导管206流体连接。在泵子系统的操作过程中，流体通过进入端口226/进入导管204被吸入并进入空腔230，并通过输出端口228/输出导管206被排出。

面向空腔230的侧壁224的内表面也可以包括两个向内偏移部232和234(图7A和图7B中阴影实心黑色)。向内偏移部设置在侧壁224的部分上，分别邻近和/或围绕进入端口226和输出端口228。在一些实施例中，向内偏移部232、234向下(向远侧)一直延伸到空腔230的封闭的远端262，如图所示——这可以使用注入模制/注塑成型来提高壳体202的可制造性。在另一些实施例中，向内偏移部232、234并不一直向远侧延伸到封闭的远端262。向内偏移部232、234也分别沿近侧方向在端口226、228上方短距离处终止于向上的唇形部/上唇形部242、244处。空腔230的位于上唇形部242、244上方(即，接近上唇形部242、244)的区段具有大致圆形的横截面。然而，如图8中最佳所示，向内偏移部232和234使得空腔230的沿着由横向轴线203限定并垂直于纵向轴线201的横向平面具有非圆形横截面。具体而言，限定空腔230的壳体侧壁224包括第一向内偏移部段232、234，它们由第二部段246、248相互连接。第一向内偏移部段232、234与纵向轴线201间隔开恒定或变化的第一径向距离“a”。第二部段246、248与纵向轴线201间隔开恒定或变化的第二径向距离“b”，该第二径向距离“b”大于第一径向距离“a”。第一向内偏移部段232、234沿着侧壁224的围绕两个端口226、228的区域设置，而侧壁224的第二部段246、248与两个端口间隔开。由于向内偏移部段232、234向下延伸到空腔230的封闭的远端，因此空腔230的垂直于纵向轴线201并在横向轴线203下方(即，在横向轴线203的远侧)截取的横截面形状类似地是非圆形的。

回到图6，壳体202的远端部分212包括大致圆柱形的主体，与近侧区段208和中间部分210相比，该主体具有较小的横截面积。远端部分212也可以采取其他形状的形式。复位弹簧124可以缠绕在远端部分212周围，使得弹簧124的近端邻接一个或多个脊214的向内的阶形部216(见图6)，并且弹簧124的远端邻接和/或容纳在安装框架102上的容纳座内(见图2)。如此安装后，复位弹簧124提供对壳体202的向上偏压。

当柱塞302容纳在壳体202内时，柱塞304的远侧套管308容纳在空腔230内。套管308和空腔230的尺寸被确定为使得套管308紧密贴合向内偏移部段232、234，但是仅松散地和/或间歇地接触(或根本不接触)空腔230内壁的其它部分(非向内偏移的部分)(例如，第二部段246、248)。例如，套管308和空腔230的尺寸可以设定为使得套管308的弹性表面与向内偏移部段232、234接触的部分经历相对较大的压缩和/或变形——相比之下，套管308的弹性表面与空腔230的内壁的其他部分(例如，第二部段246、248)接触的部分可能经历相对较小的压缩/变形，或者没有压缩/变形。在一些实施例或情况下，套管308可以不接触或仅间歇地接触空腔230内壁的这些其他部分。

柱塞302被配置成在空腔230内绕纵向轴线201旋转。柱塞302还配置成在空腔230内沿纵向轴线201纵向平移。当柱塞302在空腔230内旋转时，复位弹簧124的向上偏压力使得销轨道218始终紧靠和/或靠接于柱塞销304的远侧面(即，柱塞销304的下侧面)。当柱塞302被容纳在空腔230内时，限定切口部310的表面(即，表面316、318)和空腔230的内壁(即，侧壁224的内表面)一起限定了工作腔室602(见图9A-9D)，当柱塞在空腔内移动时，该工作腔室602与无端口、然后是进入端口、然后是无端口、然后是输出端口形成重复且连续的流体流动连通。

在操作中，马达、储能装置(例如弹簧)和/或使用者向驱动轴104提供旋转力。旋转力导致轴104和柱塞302沿箭头205的方向绕纵向轴线201旋转(见图3，图9A-9D)。当柱塞302在空腔302内旋转时，柱塞302和壳体202相继通过图9A-9D和10A-10D所示的一系列结构中移动。当从正z方向观察时，图9A-9D中的每一个附图示出了泵子系统100沿线1-1的侧视剖视图。当从正y方向观察时，图10A-10D中的每一个附图示出了泵子系统100沿线2-2的自上而下的横截面视图。为了清楚起见，柱塞销304的位置在图10A-10D中以虚线示出。

在图9A和图10A中，柱塞302被旋转，使得柱塞销304指向负x方向(即，在图9A和图10A中向左)。当柱塞销304指向该方向时，弹簧124导致销304靠接于销轨道218的最低部分(即远端250)，从而导致柱塞302纵向平移到其在空腔230内相对于壳体202的最远侧位置。当柱塞302处于该最远侧位置时，远侧肋332和近侧肋334都位于内部偏置段232、234的上唇形部242、244的上方(即，接近上唇形部242、244)，其中空腔230的横截面为圆形形状。同样，当柱塞302处于这个最远侧位置时，近侧肋334沿着空腔230的内壁位于起始位置238。远侧肋332和近侧肋334被确定尺寸并被构造成在内部偏移部段232、234上方紧密地压靠在空腔230的内壁上，以便在工作腔室602和外部大气之间建立不透流体的密封。以这样的方式，肋332、334保持工作腔室602和从中通过的流体的无菌性。

此外，当柱塞302处于该最远侧位置时，柱塞302的远端314可与空腔230的封闭的远端262接触(或位于空腔230的远端附近)，使得工作腔室602具有图9A-9D和图10A-10D所示的四种构造中的任何一种的最小容积。在一些实施例中，当柱塞302处于这个最远侧位置时，工作腔室602的体积应该被配置成相对较小，以便减少药物流体的浪费。此外，切口部310朝向正z方向(即，在图9A中朝页面之外，在图10A中向下)。如前所述，切口部310和空腔230的内壁(即侧壁224的内表面)限定了工作腔室602。当切口部310朝向正z方向时，柱塞302的弯曲侧壁320分别紧密地压靠在围绕进入端口226和输出端口228的向内偏移部段232、234上，从而建立阻塞两个端口的流体密封。结果，在这种构造中，工作腔室602不与任一端口流体连通。然而，如前所述，柱塞302的弯曲侧壁320可以仅松散地接触或根本不接触空腔230内壁的与两个端口间隔开的其它部分，例如图8所示的第二部段246、248。最小接触或无接触减少了柱塞302和壳体202之间的旋转摩擦，因此减少了转动柱塞302所需的旋转力的大小。

在图9B和图10B中，柱塞302被旋转，使得柱塞销304指向负z方向(即，进入图9B中的页面，并且在图10B中向上)。当柱塞销304指向该方向时，弹簧124使销304靠接于销轨道218的向上的斜面部分252。这使得当柱塞302旋转时，柱塞302相对于壳体202朝近侧/在近侧方向上纵向平移，从而增加工作腔室602的容积。同样在该构造中，切口部310朝向负x方向(即，在图9B和图10B中向左)，从而打开工作腔室602和进入端口226之间的流体连通。随着销304旋转，打开的流体连通和工作腔室602的体积增加导致流体从进入端口226被吸入工作腔室602(或者，如果流体在压力下储存在药物储存器中，则允许流体进入工作腔室602)。在这种构造中，柱塞302的弯曲侧壁320继续紧密地压靠在向内偏移部段234上，从而保持阻塞输出端口228的流体密封。如前所述，弯曲侧壁320仅松散地接触或根本不接触空腔230内壁的与两个端口间隔开的其它部分，例如图8所示的第二部段246、248。

在图9C和图10C中，柱塞302被旋转，使得柱塞销304指向正x方向(即，在图9C和图10C中向右)。当柱塞销304指向该方向时，弹簧124使销304靠接于销轨道218的最高部分(即，近侧部分254)，从而允许柱塞302纵向平移到其在空腔230内相对于壳体202的最近侧位置。当处于这种构造时，柱塞302的远端314位于其在空腔230内的最近侧位置，使得工作腔室602处于图9A-9D和图10A-10D所示的四种构造中的任何一种的最大容积。此外，肋332、334继续在工作腔室602和外部大气之间提供不透流体的密封，以便保持工作腔室602和流过其中的流体的无菌性。在一些实施例中，远侧肋332位于柱塞302上，使得当柱塞302占据其最近位置时，远侧肋332保持在起始位置238处或下方(即，在起始位置238的远侧)。换句话说，肋332、334可以设置在柱塞302上，使得两个肋之间的纵向距离236等于或大于泵冲程，即柱塞302在其最远侧位置和最近侧位置之间平移时的纵向位置差。这有助于即便柱塞302位于其最近侧位置也确保远侧肋332保持在起始位置238的远侧。这有助于确保没有非无菌区域通过两个肋，从而在每个泵循环之前、期间和之后保持工作腔室602内的无菌性。

此外，当柱塞302处于其最近侧位置时，切口部310朝向负z方向(即，进入图9C中的页面，或在图10C中向上)。当切口部302如此定向时，柱塞302的弯曲侧壁320再次建立对进入端口226和输出端口228的流体密封，这意味着工作腔室602不与任一端口流体连通。再次，弯曲侧壁320仅松散地接触或根本不接触空腔230内壁的与两个端口间隔开的其他部分，例如图8中所示的第二部段246、248。

在图9D和图10D中，柱塞302被旋转，使得柱塞销304指向正z方向(即，在图9D中朝页面之外，或者在图10D中向下)。当柱塞销304指向该方向时，弹簧124使销304靠接于销轨道218的向下的斜面部分256。这使得当柱塞302旋转时，柱塞302相对于壳体202朝远侧/在远侧方向上纵向平移，从而减小工作腔室602的容积。同样在该构造中，切口部310朝向正x方向(即，在图9D和图10D中向右)，从而打开工作腔室602和输出端口228之间的流体连通。随着销304旋转，打开的流体连通和工作腔室602的容积减小导致流体从工作腔室602排出并通过输出端口228流出。在这种构造中，柱塞302的弯曲侧壁320继续紧密地压靠在向内偏移部段232上，从而保持阻塞进入端口226的流体密封。如前所述，弯曲侧壁320仅松散地接触或根本不接触空腔230内壁的与两个端口间隔开的其它部分，例如图8所示的第二部段246、248。

一个完整的泵循环包括上面在图9A-9D和图10A-10D中描述的四种配置。在泵循环期间，当柱塞302相对于壳体202旋转时，柱塞302的侧壁320仅在几个关键点处紧密地压靠在空腔230的内壁上。具体而言，柱塞302紧密地压靠在向内偏移部段232、234上，肋332、334紧密地压靠在空腔230的内壁上。这些接触点提供了对于吸入和排出流体以及对于将工作腔室602与外部大气和污染物隔离所必需的流体密封。虽然柱塞302的其他部分可以松散地或间歇地与内部壳体的其他部分接触，但是柱塞302和/或壳体202可以被配置成最小化或完全避免这种额外的、无关的接触，以便减少柱塞302和壳体202之间的旋转摩擦，从而提高泵子系统的效率。

向内偏移部段232、234可以采取不同形状的形式。例如，图11A-11D描绘了几个说明性的偏移部，每个偏移部具有不同的形状。当从正y方向观察时，图11A-11D中的每一个附图描绘了沿着线2-2截取的壳体202的简化的、自上而下的横截面视图。为了便于说明，这些图没有按比例绘制，但是偏移的大小被夸大了。箭头205示出了柱塞302的旋转方向。

图11A示出了一个实施例，其中向内偏移部段232、234采取弯曲偏移部的形式，其中每个偏移部的前缘和后缘随着其过渡到空腔230的内壁的相邻区段而平滑地逐渐变细。图11B示出了一个实施例，其中向内偏移部段232、234采取弯曲偏移部的形式，在每个偏移部的前缘和后缘都具有陡峭/突显/形成拐角的径向阶形部。图11C示出了一个实施例，其中向内偏移部段232、234采取直线偏移部的形式。图11D示出了一个实施例，其中每个向内偏移部段的前缘平滑地逐渐变细，但是每个向内偏移部段的后缘采取陡峭的径向阶形部的形式。在每个实施例中，壳体202的横截面是非圆形的，使得从纵向轴线201到向内偏移部段232、234中的一者或两者的恒定或变化的第一径向距离“a”小于从纵向轴线201到侧壁224的与进入端口和输出端口间隔开的部分(例如，第二部段246、248)的恒定或变化的第二径向距离“b”。

具有陡峭的径向阶形部的向内偏移部段可能更容易制造和组装。然而，陡峭的径向阶形部可能是不希望的，因为当弹性柱塞旋转时，需要克服阶形部的力会突然增加。该阶形部可能导致柱塞表面起伏、卷曲、起皱或被切割到产生颗粒的程度，所有这些对于装置的完整性和密封都是不希望的结果。具有逐渐变细的前缘的向内偏移部段(例如，如图11A和图11D所示)允许弹性体在柱塞302上逐渐压缩，这可以减轻至少一些上面列出的负面影响。后缘逐渐变细可能不太重要，因为它们不太可能导致柱塞表面起伏、卷曲、起皱或被切割。

图12和图13描绘了根据一些实施例的替代泵壳体402。泵壳体402在许多方面类似于壳体202，并且这里没有具体提到的元件可以类似地配置在两个壳体之间。正如壳体202一样，泵壳体402容纳柱塞302，柱塞302具有径向向外突出的柱塞销304。柱塞302沿箭头405的方向(例如，顺时针方向)绕纵向轴线401旋转。壳体402的近侧区段408也包括类似于壳体202的倾斜的销轨道218的倾斜的销轨道418。然而，轨道418的形状可以不同于轨道218。在一些实施例中，壳体202的轨道218可以成形为一个平滑连续的曲线(例如，椭圆)，使得当柱塞销304围绕销轨道218旋转时，柱塞302不断地改变高度(即，不断地朝近侧或朝远侧纵向平移)。相比之下，轨道418包括基本平坦的远端部分450和近端区段454(用散列标记表示)。远端部分450沿着垂直于纵向轴线401的平面449(用虚线示出)延伸；类似地，近端区段454沿着垂直于纵向轴线401并且靠近平面449的平面453(用虚线示出)延伸。结果，当柱塞销304围绕轴线401旋转时横越远端区段450和近端区段454时，柱塞销304不会改变高度，即不会朝近侧或朝远侧纵向平移。相反，柱塞销304仅在靠接于销轨道418的向上的斜面部分452或向下的斜面部分456时改变高度。

图13提供了当从正y方向观察时壳体402和柱塞302的俯视图。如图所示，平坦的远端区段450允许柱塞302绕轴线401旋转角度α1，而不改变高度。类似地，平坦的近端区段454允许柱塞302绕轴线401旋转角度α2，而不改变高度。在一些实施例中，角度α1和α2彼此相等；在另一些实施例中，角度α1和α2彼此不同。在一些实施例中，角度α1和α2都小于或等于40°。在一些实施例中，角度α1和α2都小于或等于30°。在一些实施例中，角度α1和α2都小于或等于20°。在另一些实施例中，角度α1和α2都小于或等于10°。

平坦区段450、454允许泵子系统在每个泵循环中泵送的液体体积上实现更好的一致性。如前所述，销304应该理想地精确垂直于切口部310的方向定位。然而，在制造过程中，单独的泵子系统可能在销304相对于切口部310的方向上表现出轻微的变化，使得两个部件可能不会彼此精确垂直地定向。方位上的这些微小差异可能会在各个泵子系统之间引起每冲程循环所泵送的液体体积的变化。这是因为销304相对于切口部310的方位变化可导致工作腔室602打开和/或关闭，以在泵循环的不同点与端口226、228流体连通。

作为说明性的示例：假设销轨道218被成形为一条连续的曲线(销轨道218可能是这种情况)，并且柱塞302的销304被精确地定位成垂直于切口部310。在这种情况下，当柱塞302已经从其最远侧位置向其最近侧位置平移10％的路程时，工作腔室602可以向进入端口226打开；并且当柱塞302已经向其最近侧位置平移90％的路程时，关闭进入端口226。类似地，当柱塞302已经从其最近侧位置向其最远侧位置平移10％的路程时，工作腔室602可以向输出端口228打开；并且当柱塞302已经向其最远侧位置平移90％的路程时，关闭输出端口228。

在该说明性示例中描述的情况意味着，当柱塞302的平移在10％至90％之间时，泵仅泵送流体，这意味着20％的冲程循环被浪费。此外，与保持与输出端口228的流体连通直到柱塞302已经向其最远侧位置平移100％的路程的情况相比，当柱塞302向其最远侧位置仅平移90％的路程时工作腔室602对输出端口228关闭这一事实导致剩余药物流体的更大浪费。这是因为当输出端口228关闭时，当柱塞302从其最近侧位置平移到其最远侧位置时，任何残留在工作腔室602中的药物通常不被泵送，而是被泵保持。

此外，制造中的微小变化可能导致一些泵子系统具有不完全垂直于切口部310定位的销304。例如，销304可以在垂直方向的±5°之间变化。在这种情况下，当柱塞302已经从其最近侧位置平移到在路程的0到25％之间的任何位置时，工作腔室602可以向进入端口226打开；并且当柱塞302已经向其最近侧位置平移到在路程的75％到100％之间的任何位置时，关闭进入端口226。类似地，当柱塞302已经从其最近侧位置向其最远侧位置平移到在路程的0到25％之间的任何位置时，工作腔室602可以向输出端口228打开；并且当柱塞302已经向其最远侧位置平移到在路程的75％到100％之间的任何位置时，关闭输出端口228。这些范围仅是说明性的示例范围。

当与端口226、228的流体连通打开或关闭时，柱塞302的纵向位置的这些变化会导致泵冲程长度的变化。当比较不同的泵子系统时，泵冲程长度的这些变化又会导致每个泵循环泵送的流体量的变化。这种体积变化在某些应用中是不希望的，例如在药物流体的输送中，剂量的准确性很重要。

壳体402的平坦区段450、454减轻了这些体积变化。具体地，平坦区段450有助于确保在柱塞302开始从其最远侧位置到其最近侧位置的向上平移之前，工作腔室602和进入端口226之间的流体连通被打开。随着柱塞302继续旋转，平坦区段454有助于确保柱塞302在工作腔室602和进入端口226之间的流体连通关闭之前完成其到其最近侧位置的向上平移。此外，在泵循环中，平坦区段454也有助于确保在柱塞302开始从其最近侧位置到其最远侧位置的向下平移之前，工作腔室602和输出端口228之间的流体连通被打开。最后，平坦区段450有助于确保柱塞302在工作腔室602和输出端口228之间的流体连通关闭之前完成从其最近侧位置到其最远侧位置的向下平移。平坦区段450、454有助于在即使柱塞302的销304没有精确地垂直于切口部310定位、而是稍微偏离垂直方向几度的情况下仍确保上述事件的定时。这样，当比较不同的泵子系统时，平坦区段450、454有助于确保泵送的流体体积更加一致。

尽管图12-13示出轨道418具有两个平坦区段450、454，但是壳体408的一些实施例可以仅包括一个平坦区段。例如，壳体408可以仅包括平坦的远端区段450，而不包括平坦的近端区段454，反之亦然。

根据一些实施例，图14、图15、图16和图17描绘了另一替代泵壳体602。泵壳体602在许多方面类似于壳体202和壳体402，并且这里没有具体提到的元件可以类似地配置在这些壳体之间。泵壳体602包括类似于壳体402的近侧区段408的近侧区段608：泵壳体602容纳柱塞302，柱塞302具有径向向外突出的柱塞销304。柱塞302围绕纵向轴线601沿箭头605的方向旋转，即沿如图所示的逆时针方向旋转。然而，尽管壳体402包括单个倾斜的销轨道418，但是壳体602包括两个销轨道：类似于销轨道418的面朝上的倾斜的销轨道618和面朝下的倾斜的销轨道628。类似于销轨道218和418，面朝上的倾斜的销轨道618被配置成接触柱塞销304的远侧面。面朝下的倾斜的销轨道628被配置成接触柱塞销304的近侧面。

面朝上的倾斜的销轨道618包括平坦远端区段650(类似于平坦的远端区段450)和平坦的近端区段654(类似于平坦近端区段454)。两个平坦区段650、654通过向上的斜面区段652和向下的斜面区段656连接。面朝下的倾斜的销轨道628包括平坦远端区段660和平坦近端区段664(见图16和图17)。两个平坦区段660、664通过向上的斜面区段662和向下的斜面区段666连接。

在柱塞302在壳体602内旋转期间，面朝上的轨道618和面朝下的轨道628协作以确保柱塞302沿着纵向轴线601轴向向上及向下平移。在一些实施例中，这两个轨道的使用允许柱塞302在没有复位弹簧124的帮助下实现正确的上下纵向平移。这允许泵子系统仅通过旋转输入起作用，并简化了泵子系统的构造和组装。

在销304完成其横越平坦远端区段650之后，销304遇到面朝上的轨道618的向上的斜面部分652。当销304旋转时，向上的斜面部分652导致销304(并且因此导致柱塞302)向上平移，即朝近侧平移。这种向上的平移一直持续到销304到达平坦近端区段654，此时销304停止其向上的平移。当销304完成其横越平坦近端区段654时，它遇到面朝下的轨道628的向下的斜面部分666。当销304旋转时，向下的斜面部分666导致销304(并且因此导致柱塞302)向下平移，即朝远侧平移。这种向下的平移一直持续到销304再次到达远端区段654，此时销304停止其向下的平移。

另外，壳体602包括形成在壳体侧壁中的垂直插入狭槽638。插入狭槽638被定位成使面朝下的轨道628的向上的斜面区段662中断。插入狭槽638允许柱塞销304在组装过程中在壳体602内插槽就位。在操作中，由于在泵循环的这一点上，销304始终位于面朝上的轨道618的向上的斜面区段652上，所以在正常操作期间通过开口狭槽638拆解的风险减小。然而，在一些实施例中，垂直狭槽638可以使用可移动的门或构件来关闭或阻挡，该门或构件防止销304在组装后从其中退出。在一些实施例中，销304可以是可折叠的/可压缩的，或者可以在柱塞302组装到壳体602中之后组装到柱塞302中；在这样的实施例中，可能根本不需要垂直狭槽638，并且向上的斜面区段662可以是镜像向上的斜面部分652的连续表面。

尽管图14-17描绘了具有平坦端部的面朝上轨道618和面朝下轨道628，但是一些实施例可以包括没有平坦端部的面朝上轨道和面朝下轨道，或者每个轨道都只有一个平坦端部。

术语“第一”、“第二”、“第三”以及诸如此类，无论是在说明书中还是在权利要求书中使用，都是为了区分相似的元件，而不一定是为了描述顺序或时间顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的(除非另外明确公开)，并且这里描述的本公开的实施例能够以不同于这里描述或示出的其他顺序和/或布置进行操作。

虽然本发明已经被描述为具有示例性设计，但是本发明可以在本公开的精神和范围内进一步修改。因此，本申请旨在覆盖使用其一般原理的本发明的任何变化、使用或修改。此外，本申请旨在涵盖在本发明所属领域的已知或习惯实践范围内的对本公开的偏离。

Claims (11)

1.一种用于在药物输送装置中泵送药物流体的旋转子组件，所述子组件包括:

中空主体，其包括限定空腔的壳体侧壁，所述空腔围绕纵向轴线在封闭远端和开口近端之间延伸，壳体侧壁包括至少两个穿过其中并与空腔流体连通的端口，其中空腔的至少一个工作部分具有沿着垂直于纵向轴线的平面延伸的非圆形横截面，所述工作部分由壳体侧壁的第一向内偏移部段限定，所述第一向内偏移部段由壳体侧壁的第二部段相互连接，所述第一向内偏移部段与纵向轴线间隔开恒定或变化的第一径向距离，所述第二部段与纵向轴线间隔开恒定或变化的第二径向距离，所述第二径向距离大于第一径向距离，其中壳体侧壁的所述第一向内偏移部段沿着侧壁的围绕两个端口的区域设置，并且壳体侧壁的所述第二部段与两个端口间隔开；和容纳在空腔中的柱塞，在柱塞和壳体侧壁之间限定工作腔室，其中：

柱塞被配置成相对于主体旋转，以使工作腔室与两个端口中的至少一个端口、然后是无端口、然后是所述两个端口中的至少另一个端口依次流体流动连通，

柱塞还被配置成相对于主体纵向平移，从而使所述工作腔室的容积变化，以从两个端口中的一个端口连续吸入药物流体，然后从两个端口中的另一个端口排出流体，并且

柱塞的尺寸和形状被确定为使得当工作腔室与两个端口中的一个端口流体流动连通时，柱塞的侧壁相对于壳体侧壁的围绕两个端口中的另一个端口的第一向内偏移部段建立液密密封，但是不相对于壳体侧壁的第二部段建立液密密封。

2.根据权利要求1所述的旋转子组件，其中，所述柱塞还包括从所述柱塞径向向外延伸的柱塞销。

3.根据权利要求2所述的旋转子组件，其中，所述主体还包括第一泵送轨道，所述第一泵送轨道配置成当柱塞相对于主体旋转时可滑动地接触柱塞销的远侧面，其中泵送轨道包括沿着垂直于纵向轴线的平面延伸的至少一个平坦区段。

4.根据权利要求3所述的旋转子组件，其中，所述泵送轨道包括沿着垂直于纵向轴线的一平面延伸的远侧平坦区段和沿着垂直于纵向轴线的一不同平面延伸的近侧平坦区段。

5.根据权利要求2所述的旋转子组件，其中，所述主体还包括第一泵送轨道和第二泵送轨道，所述第一泵送轨道配置成可滑动地接触柱塞销的远侧面，所述第二泵送轨道配置成可滑动地接触柱塞销的近侧面。

6.根据权利要求5所述的旋转子组件，其中，所述第一泵送轨道和所述第二泵送轨道各自包括沿着垂直于纵向轴线的平面延伸的至少一个平坦区段。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的旋转子组件，其中:

空腔的一部分沿着垂直于纵向轴线的平面具有圆形横截面，

柱塞还包括彼此纵向隔开的近侧环形密封肋和远侧环形密封肋，其中两个环形密封肋都接触空腔壁的具有圆形横截面的所述一部分，以便建立液密密封，该液密密封使工作腔室相对于空腔的开口近端密封。

8.根据权利要求7所述的旋转子组件，其中:

柱塞被配置成相对于主体在近侧柱塞位置和远侧柱塞位置之间纵向平移；和

当柱塞处于其远侧柱塞位置时，柱塞上的两个环形密封肋定位在通向空腔的两个端口的近侧。

9.根据权利要求8所述的旋转子组件，其中，两个环形密封肋之间的纵向距离不小于近侧柱塞位置和远侧柱塞位置之间的纵向距离。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的旋转子组件，其中，壳体侧壁的每个第一向内偏移部段包括第一边缘和第二边缘，所述第一边缘平滑地过渡到壳体侧壁的所述第二部段的第一相邻边缘，所述第二边缘形成拐角地过渡到壳体侧壁的所述第二部段的第二相邻边缘。

11.一种药物输送装置，包括:

储存药物流体的药物储存器；和

根据权利要求1-10中任一项所述的旋转子组件，用于从药物储存器泵送药物流体以输送给患者。

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