CN116747375A - 一种储液仓、药物缓释输注装置及药物缓释输注方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种药液存储装置，尤其是一种储液仓、药物缓释输注装置及药物缓释输注方法。一种储液仓，包括若干螺旋储液槽和出液孔，所述出液孔位于所述螺旋储液槽的中心处，所述出液孔与所述螺旋储液槽一一对应，所述螺旋储液槽的螺旋为等距螺旋，所述螺旋储液槽用于储液，所述出液孔用于排出液体。本发明提供的一种储液仓通过螺旋设置的螺旋储液槽存储液体，极大地减小了横截面的面积，从而降低了对驱动精度的要求，是体积小、成本低、控制更加简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种药液存储装置，尤其是一种储液仓、药物缓释输注装置及药物缓释输注方法。
背景技术
目前很多疾病需要持续的、缓慢的、微量的给药，比如广泛使用胰岛素缓释输注给药的糖尿病治疗，缓释输注化疗药物的肿瘤治疗等。通过药物缓释输注泵的使用，相对于单次药物注射，可以实现连续、稳定的药物治疗，实现生理指标的平稳控制。同时极大降低单次给药所承受的短期内较大剂量的副作用。此外还可以避免多次给药所给用户生活带来的影响。
具体举例来说，在糖尿病的治疗中，特别是针对I型糖尿病患者，或是需要持续药物介入治疗的II型糖尿病患者，持续佩戴胰岛素泵来进行治疗，已经是目前很成熟的临床治疗手段。其原理是通过胰岛素泵持续进行皮下输注胰岛素的方式，模拟胰岛素的生理性分泌,来满足生理需求，从而控制体内的血糖水平保持在一个合适的范围内，进而避免高血糖的出现以及由于糖尿病所带来的众多并发症。
药物输注的速度和精度对于治疗效果、不良反应及用户体验等都有着决定性的影响。由于药物输注系统的精度影响所造成的给药剂量误差可能带来疗效不足、生理参数失常，甚至可能出现由于药物过量所导致的严重不良反应，造成医疗事故。因此此类药物缓释输注设备的液体输注控制和给药精度是核心中的核心，要实现以特定速度缓慢释放特定量的药物，特别是在小剂量下，往往是极大的设计挑战。通常需要十分复杂精密的系统设计，以及精密的机械结构和驱动器件，无疑会增加设备的复杂度、开发成本和用户的使用成本。
以胰岛素泵为例，此类药物缓释输注系统，通常主要包括药物液体的储液仓、药物输注驱动装置、药物输注管路、电子控制模块、电源、用户交互模块等。当前的储液仓常常被设计为注射器型结构(圆柱形)，包括一个圆柱形的中空外壳，往往是以用塑料材质，里面被预置有目标药物，比如胰岛素等；其中安装有一个推杆，推杆在储液仓里面的末端上安装有塑胶头，可以在封闭储药仓中的药物的同时在受到推动时可以挤压药物从而把药物挤出储液仓；推杆的另一端往往设计有螺纹结构，可以直接或通过齿轮组等和驱动装置连接；驱动装置的核心往往是个微型、精密电机，可以实现高精度的运动控制，进而转化为药物液体的精密输注。目前还有无电机的驱动装置，其常采用弹簧、卷簧等弹性体，或记忆金属的形变来驱动此轮组进而推动推杆来实现药物挤出。当药物被缓慢挤出储液仓后会经药物输注管路进而注入到皮下目标部位。在整个过程中，电子控制模块会根据软件设定和算法，来计算药物输注的速率和药物量，进而控制药物缓释驱动装置。而用户交互模块往往用于用户基本信息的输入，以及系统信息对用户的展示。
可见控制药物输注精度的核心是储液仓及驱动装置。目前常用的有U100和U40两种浓度的胰岛素制剂，以胰岛素泵常使用的是U100的胰岛素制剂举例，即每1毫升胰岛素溶液含100单位胰岛素。胰岛素泵的输注速率至少为0.1u/hr或者0.05u/hr，后者往往具有更高的价格。以0.1u/hr的速率来看，整个输注系统就需要支持1uL/hr，即实现每小时1微升的精准控制，且均匀分布在1个小时内进行连续输注，且误差要控制在3％以内。如果以0.05u/hr的速率来看，整个输注系统就需要支持0.5uL/hr，实现每小时0.5微升的精准控制。如果按照传统注射器式储液仓来计算(圆柱形储液仓)，药物的输出量可以通过下面公式来计算：
V＝πr2*l
其中V是药物输出的容量，r是圆柱形储液仓的内部半径，l是推杆所前进的距离。通过公式转换可以得到推杆前进距离的公式：
假设内径为12mm，如果要实现每小时1微升的输注，则驱动装置需要实现在1小时内，推动推杆前进约8.84微米的运动精度。这往往是非常大的挑战，因此胰岛素泵一般采用高精度的直流电机或步进电机，还需要配合精密的减速器和编码器。比如很多厂家采用如瑞士电机，价格不菲，很大程度上提高了胰岛素泵的成本，限制了胰岛素泵疗法的推广和使用。
此外目前的胰岛素泵都是单激素输注的，如果要实现多激素控制输注，则会极大增加设备的体积，以及需要两倍的精密输注驱动装置，在成本上又会大幅度的提升。
目前技术存在的问题：
目前的药物缓释输注泵往往采用注射器式的储液仓(圆柱形)，因此在需要满足药物缓释速度和控制精度式，需要实现精密的驱动控制，运动控制精度要满足几个微米每小时，这往往是很大的设计挑战；
要实现上述的控制精度，往往需要精密的驱动装置，比如高精度的电机、精密齿轮组、编码器等，这样往往会增加驱动装置的结构复杂度和体积；
由于要满足很高的运动控制精度，因此对所使用的器件有着很高的要求，比如电机。而这也带来了极高的器件成本，推高了产品的生产成本和用户使用成本；
目前传统缓释输注泵的驱动装置中往往需要采用一个或多个螺旋推杆，而该推杆往往需要长于储液仓的长度，在泵的结构内需要给该推杆预留空间，这样就会增加整体驱动装置的体积；
高复杂度、高精度的驱动装置也意味着高故障率和高维修难度，这往往会大大增加用户的使用难度和使用成本。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种体积小、横截面小、降低了控制精度的一种储液仓，具体技术方案为：
一种储液仓，包括若干螺旋储液槽和出液孔，所述出液孔位于所述螺旋储液槽的中心处，所述出液孔与所述螺旋储液槽一一对应，所述螺旋储液槽的螺旋为等距螺旋，所述螺旋储液槽用于储液，所述出液孔用于排出液体。
一种药物缓释输注装置，包括：上述一种储液仓；底座，所述储液仓固定在所述底座上；密封活塞，所述密封活塞活动插在所述螺旋储液槽内；柔性推杆，所述柔性推杆的一端与所述密封活塞连接；卷轴，所述卷轴转动安装在所述底座上，所述柔性推杆的另一端卷绕在所述卷轴上；驱动轮，所述驱动轮与所述柔性推杆连接，用于推动所述柔性推杆移动，所述柔性推杆推动所述密封活塞向所述出液孔移动；及驱动装置，所述驱动装置安装在所述底座上，且与所述驱动轮连接，所述驱动装置用于驱动所述驱动轮转动。
优选的，所述柔性推杆上阵列设有若干驱动孔，所述驱动轮上环形阵列设有若干驱动齿，所述驱动齿与所述驱动孔相匹配，所述驱动齿活动插在所述驱动孔内，所述驱动齿用于通过所述驱动孔推动所述柔性推杆移动。
进一步的，所述柔性推杆由金属板或塑料板制成。
其中，所述柔性推杆包括若干推杆块和推杆轴，若干所述推杆块通过若干所述推杆轴依次铰接，所述推杆块上设有与所述驱动齿相匹配的驱动孔，所述推杆块的一端设有转动槽，所述转动槽使所述推杆块只能向一个方向弯曲。
优选的，还包括连接块，所述连接块固定在所述柔性推杆的一端，所述连接块上设有连接卡扣或连接卡槽，所述密封活塞上设有连接卡槽或连接卡扣，所述连接卡扣插在所述连接卡槽内。
进一步的，还包括磁铁，所述磁铁分别固定在所述连接卡槽和所述连接卡扣的底部，且相对设置，用于使连接卡扣插到所述连接卡槽上。
优选的，所述螺旋储液槽设有两个时，所述密封活塞、柔性推杆、驱动轮和驱动装置均设有两个，且所述螺旋储液槽、密封活塞、柔性推杆、驱动轮和驱动装置一一对应。
优选的，所述螺旋储液槽设有两个时，所述密封活塞和所述柔性推杆均设有两个，且所述螺旋储液槽、柔性推杆和密封活塞一一对应，所述驱动轮滑动安装在所述底座上，用于分别与两个所述柔性推杆连接。
一种药物缓释输注方法，使用横截面小的螺旋储液槽存储液体，通过柔性推杆推动活动插在螺旋储液槽内的密封活塞定量输出液体，所述柔性推杆通过驱动轮和驱动装置驱动。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种储液仓通过螺旋设置的螺旋储液槽存储液体，极大地减小了横截面的面积，从而降低了对驱动精度的要求，是体积小、成本低、控制更加简单。
附图说明
图1是一种储液仓的结构示意图；
图2是一种储液仓的剖视图；
图3是一种储液仓设有两个螺旋储液槽的结构示意图；
图4是一种储液仓设有两个螺旋储液槽的剖视图；
图5是一种药物缓释输注装置的结构示意图；
图6是柔性推杆的结构示意图；
图7是柔性推杆弯曲的结构示意图；
图8是柔性推杆通过连接块与密封活塞连接的爆炸示意图；
图9是柔性推杆通过连接块与密封活塞连接的示意图；
图10是实施例三的结构示意图；
图11是实施例四的结构示意图，且驱动轮位于其中一个柔性推杆处；
图12是实施例四中驱动轮位于另一个柔性推杆处的示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一
储液仓1具有螺旋回转形的储液槽，可以在充分利用储液仓1容积的同时，极大的降低了储液槽的截面积，进而显著降低了对液体缓释输注泵驱动装置运动精度的要求。此外其回转型结构可以极大缩短传统泵驱动装置中推杆所占用的体积，进而缩小整体驱动装置的体积，更适用于现代微型化泵的需求。
具体的，如图1和图2所示，一种储液仓，包括螺旋储液槽11和出液孔12，出液孔12位于螺旋储液槽11的中心处，出液孔12与螺旋储液槽11一一对应，螺旋储液槽11的螺旋为等距螺旋，螺旋储液槽11用于存储药液，出液孔12用于排出液体。
相比于传统注射器式的储液腔，本实施例极大的减小了储液腔和推杆的截面积。比如相对于目前尝试用的内部直径为12mm的圆柱形储液腔，储液腔的截面积约为113.1mm2，而本实施例的截面可以为椭圆形或内圆角矩形，这里简化为矩形，高为5mm，宽为1.2mm，螺旋储液槽11的截面积为6mm2，螺旋储液槽11截面积只有现有储液腔截面积的5.3％，极大的减小了截面积，实现同样体积的药物输注推杆需要前进的距离是现有的18.85倍，对于驱动的螺杆和电机，本实施例的运动精度可以降低到以前精度需求的1/18.85。通过调整截面的形状、尺寸，可以进一步缩小截面积，进而进一步降低对驱动装置的精度要求。这是一个很大的差异，更多、性价比更高的电机可以被考虑和使用，可以极大的降低成本。同时运动精度的降低也可以极大的降低驱动装置的复杂度和器件数量，进而降低成本和提高系统的稳定性。
出液孔12可通过螺纹接头或鲁尔接头14或直接套接等方式连接到药物缓释管路13中。
储液仓1可以采用医疗器械上常用的医用级塑料来实现，如PP、PVC等材料，通过开模注塑、超声焊接、胶粘等工艺制造出等距的螺旋储液槽11，螺旋储液槽11用于存储药物、激素等液体。
实施例二
储液仓1可以拓展为双药物或多药物存储，如图3和图4所示，采用了双螺旋回转结构，得到两个螺旋储液槽11，实现了双药物的隔离存储，出液孔12也设有两个，分别位于两个螺旋储液槽11的中心处，螺旋储液槽11与出液孔12一一对应。
还可以根据需要设置更多的螺旋储液槽11。
实施例三
在上述实施例一的基础上，如图5和图6所示，一种药物缓释输注装置，包括一种储液仓、底座、密封活塞2、柔性推杆3、卷轴5、驱动轮4和驱动装置。储液仓1固定在底座上，卷轴5转动安装在底座上，且位于储液仓1的一侧；密封活塞2活动插在螺旋储液槽11内；柔性推杆3的一端与密封活塞2连接，柔性推杆3的另一端卷绕在卷轴5上；驱动轮4与柔性推杆3连接，用于推动柔性推杆3移动，柔性推杆3推动密封活塞2向出液孔12移动；驱动装置安装在底座上，驱动装置与驱动轮4连接，用于驱动驱动轮4转动。
密封活塞2从螺旋储液槽11的开口处插入，密封活塞2可以采用无毒无害的医用橡胶制成。
柔性推杆3挤压并推着密封活塞2沿螺旋储液槽11移动，进而挤压螺旋储液槽11的液体，使液体从出液孔12挤出。未使用到的柔性推杆3处于卷绕状态，随着药物的缓释输注，卷绕的柔性推杆3被驱动轮4拉伸出来，并推动进入到螺旋储液槽11中，进而推动密封活塞2前进，并挤出药物。
柔性推杆3可以由金属板或塑料板制成，如不锈钢板、钛合金板、镍合金板等，板材的厚度小于螺旋储液槽11的宽度，并且具有一定的柔性和刚性，既能沿螺旋储液槽11弯曲，同时能够推动密封活塞2移动。如图6和图7所示，柔性推杆3在X轴方向和Y轴方向具有良好的机械强度和刚性，在Z轴方向具有良好的韧性和柔性，在一定受力条件下，向Z轴方向进行一定程度的偏转、弯曲。柔性推杆3上阵列设有若干驱动孔31，驱动轮4上环形阵列设有若干驱动齿41，驱动齿41与驱动孔31相匹配，驱动齿41活动插在驱动孔31内。驱动齿41与驱动孔31啮合，柔性推杆3通过驱动齿41和驱动孔31沿X轴方向前进或后退。
柔性推杆3在驱动轮4的驱动下，会由预置的卷曲形状展开，并进入螺旋储液槽11推动密封活塞2向出液孔12移动，柔性推杆3会随着螺旋储液槽11进行弯曲Z轴方向，随着逐渐深入，柔性推杆3在螺旋储液槽11内卷曲。由于柔性推杆3的两端均是处于卷绕状态，因此极大减小了所占用的体积。
如图6所示，柔性推杆3一端朝Z轴方向按一定半径卷曲180°的示意图。
实施例四
如图7和图8所示，为了方便与密封活塞2连接，还包括连接块7和磁铁73，连接块7固定在柔性推杆3的一端，连接块7上设有连接卡扣71，连接块7固定在柔性推杆3的一端，密封活塞2上设有连接卡槽72，连接卡槽72插在连接卡槽72内。磁铁73分别固定在连接卡槽72和连接卡扣71的底部，且相对设置，用于使连接卡扣71插到连接卡槽72上。
当连接块7接近密封活塞2时，连接块7会在两个磁铁73的吸附力下吸合在一起，使得连接卡扣71插到连接卡槽72内，实现位置对齐且稳固的连接。
实施例五
本实施例与实施例三的不同之处在于，如图9所示，柔性推杆3包括若干推杆块32和推杆轴33，若干推杆块32通过若干推杆轴33依次铰接，推杆块32上设有驱动孔31，推杆块32的一端设有转动槽34，转动槽34使推杆块32只能向一个方向弯曲。
推杆块32和推杆轴33使柔性推杆3形成链条结构，并且只能向一个方向弯曲，使Z轴向具有一定的钢度，能够被驱动轮4推动。
为了保证可靠的推动，柔性推杆3的两侧还可以装有导向板，导向板与螺旋储液槽11的进口相邻，从而实现柔性推杆3始终位于槽内，使柔性推杆3能够推动密封活塞2移动，避免链条式的柔性推杆3在工作时发生弯曲不能工作。
实施例六
在上述任一项实施例的基础上，如图10所示，可以拓展为独立的双药物缓释输注，储液仓1上设有两个螺旋储液槽11，两个螺旋储液槽11内分别装有密封活塞2，柔性推杆3、驱动轮4和驱动装置均设有两个。螺旋储液槽11、密封活塞2、柔性推杆3、驱动轮4和驱动装置一一对应。
实施例七
本实施例与实施例六的不同之处在于仅设置了一个驱动轮4，如图11和图12所示，螺旋储液槽11设有两个时，密封活塞2和柔性推杆3均设有两个，且螺旋储液槽11、柔性推杆3和密封活塞2一一对应，驱动轮4滑动安装在底座上，用于分别与两个柔性推杆3连接。两个柔性推杆3之间的距离大于驱动轮4的外径，通过移动驱动轮4使驱动轮4只能与其中一个柔性推杆3接触，从而实现分别控制两个柔性推杆3。
实施例八
一种药物缓释输注方法，使用横截面小的螺旋储液槽11存储液体，通过柔性推杆3推动活动插在螺旋储液槽11内的密封活塞2定量输出液体，柔性推杆3通过驱动轮4和驱动装置驱动。
具有若干个螺旋储液槽11的一种储液仓可以在充分利用储液仓1容积的同时，极大的降低了储液仓1的截面积，进而降低了对液体缓释输进行驱动的驱动装置的精度要求，进而降低驱动装置的复杂度和器件数量，避免使用精密的驱动装置，比如高精度的电机、精密齿轮组、编码器等，不仅缩小了整体的体积、提高了系统的稳定性、降低了设备维护难度。
螺旋储液槽11的回转型结构可以极大缩短传统泵驱动装置中推杆所占用的体积，进而缩小整体驱动装置的体积，更适用于现代微型化泵的需求。
容易拓展为双药物或多药物存储和驱动。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种储液仓，其特征在于，包括若干螺旋储液槽(11)和出液孔(12)，所述出液孔(12)位于所述螺旋储液槽(11)的中心处，所述出液孔(12)与所述螺旋储液槽(11)一一对应，所述螺旋储液槽(11)的螺旋为等距螺旋，所述螺旋储液槽(11)用于储液，所述出液孔(12)用于排出液体。
2.一种药物缓释输注装置，其特征在于，包括：
权利要求1所述的一种储液仓；
底座，所述储液仓(1)固定在所述底座上；
密封活塞(2)，所述密封活塞(2)活动插在所述螺旋储液槽(11)内；
柔性推杆(3)，所述柔性推杆(3)的一端与所述密封活塞(2)连接；
卷轴(5)，所述卷轴(5)转动安装在所述底座上，所述柔性推杆(3)的另一端卷绕在所述卷轴(5)上；
驱动轮(4)，所述驱动轮(4)与所述柔性推杆(3)连接，用于推动所述柔性推杆(3)移动，所述柔性推杆(3)推动所述密封活塞(2)向所述出液孔(12)移动；及
驱动装置，所述驱动装置安装在所述底座上，且与所述驱动轮(4)连接，所述驱动装置用于驱动所述驱动轮(4)转动。
3.根据权利要求2所述的一种药物缓释输注装置，其特征在于，所述柔性推杆(3)上阵列设有若干驱动孔(31)，所述驱动轮(4)上环形阵列设有若干驱动齿(41)，所述驱动齿(41)与所述驱动孔(31)相匹配，所述驱动齿(41)活动插在所述驱动孔(31)内，所述驱动齿(41)用于通过所述驱动孔(31)推动所述柔性推杆(3)移动。
4.根据权利要求3所述的一种药物缓释输注装置，其特征在于，所述柔性推杆(3)由金属板或塑料板制成。
5.根据权利要求3所述的一种药物缓释输注装置，其特征在于，所述柔性推杆(3)包括若干推杆块(32)和推杆轴(33)，若干所述推杆块(32)通过若干所述推杆轴(33)依次铰接，所述推杆块(32)上设有驱动孔(31)，所述推杆块(32)的一端设有转动槽(34)，所述转动槽(34)使所述推杆块(32)只能向一个方向弯曲。
6.根据权利要求2所述的一种药物缓释输注装置，其特征在于，还包括连接块(7)，所述连接块(7)固定在所述柔性推杆(3)的一端，所述连接块(7)上设有连接卡扣(71)或连接卡槽(72)，所述密封活塞(2)上设有连接卡槽(72)或连接卡扣(71)，所述连接卡扣(71)插在所述连接卡槽(72)内。
7.根据权利要求6所述的一种药物缓释输注装置，其特征在于，还包括磁铁(73)，所述磁铁(73)分别固定在所述连接卡槽(72)和所述连接卡扣(71)的底部，且相对设置，用于使连接卡扣(71)插到所述连接卡槽(72)上。
8.根据权利要求2至7任一项所述的一种药物缓释输注装置，其特征在于，所述螺旋储液槽(11)设有两个时，所述密封活塞(2)、柔性推杆(3)、驱动轮(4)和驱动装置均设有两个，且所述螺旋储液槽(11)、密封活塞(2)、柔性推杆(3)、驱动轮(4)和驱动装置一一对应。
9.根据权利要求2至7任一项所述的一种药物缓释输注装置，其特征在于，所述螺旋储液槽(11)设有两个时，所述密封活塞(2)和所述柔性推杆(3)均设有两个，且所述螺旋储液槽(11)、柔性推杆(3)和密封活塞(2)一一对应，所述驱动轮(4)滑动安装在所述底座上，用于分别与两个所述柔性推杆(3)连接。
10.一种药物缓释输注方法，其特征在于，使用横截面小的螺旋储液槽(11)存储液体，通过柔性推杆(3)推动活动插在螺旋储液槽(11)内的密封活塞(2)定量输出液体，所述柔性推杆(3)通过驱动轮(4)和驱动装置驱动。
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