CN1315544C - 气动自动注射器 - Google Patents

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Abstract

一种气动注射器，其包括加压气体源、致动装置、驱动装置和分配装置。注射的分配装置包括用于容纳期望剂量的选择出的药剂和针，比如选择出的药剂的真皮注射用的针、适于皮下用的、肌肉的、关节内的传送。致动装置致动加压气体从加压气体源传输至驱动装置，并且当加压气体源传输至驱动装置时，驱动装置至少施加一个注射力。注射力要足够的大以在期望的时间通过分配装置的针排出选择出的药剂。方便地，将本发明的注射器设计的极为灵活，允许设计的注射器传送较宽范围的药剂到实质上的人或兽医领域，从而获得皮下用的、肌肉的、关节内的注射药剂的注射。

Description

气动自动注射器
相关申请
该非临时申请要求于2001年11月9日提交的美国临时申请60/337,753的按照35U.S.C§119规定的优先权。
技术领域
本发明涉及用于注射药剂到人或动物体的装置。具体地，本发明涉及能够传送药剂到动物体和人体的注射器和传送药剂给人或动物体的方法。
背景技术
自动注射器(在下文中参照作为“自动注射器”)在医学和兽医行业中被熟知，其能够自动注射期望剂量的药剂给动物或人体。通常基于一个或两个传送机构设计自动注射器：这些都使用针(下文“有针”自动注射器)传送药剂；和那些没有针的注射器(下文“无针”自动注射器)，无论那种设计，其相对于普通皮下注射器都能显示出一定的优点。比如，因为可以设计自动注射器以自动和可靠的按要求传送期望剂量的药剂，它们有利于快速、简便和精确的传送药剂。特别的，自动注射器适用于进行自我治疗的人。此外，当把自动注射器的针设计成隐藏式的，在注射之前，过程中和注射之后均隐藏，从而减小或消除将针刺入患者的组织产生的忧虑，在美国专利3797489、5176645、5527287、5300030和美国专利申请20020005781以及国际申请WO94/133342和WO95/31235中给出了各种不同的注射器装置。
尽管不考虑它们提供的优点，本技术中的自动注射器的设计中不能传送粘性药剂。因为若要使用无针自动注射器进行有效的注射，其中的药剂就要加速到非常高的速度(800英尺/秒(fps)到1200英尺/秒)，无针自动注射器不适于传送粘性药剂或结合直径大于几微米的微粒的药剂。此外，自动注射器包括有针注射机构，通常设计成传递具有非常小的粘性的水溶液。比如胰岛素或肾上腺素，并且因此当通过有针注射机构试图传送粘性药剂时，不会存在典型的附加性能的障碍。
产生足够大的注射力以使粘性药剂在合适的时间内通过规定的针头，这是用针注射粘性药剂所要克服的第一个困难。为了确保安全和患者的舒适，用于有针注射装置的针典型的规格是从大约21号规格到大约3 1号规格的范围。此外，现有的设计及应用的皮下、肌肉或关节内注射的药剂，药剂的表观粘性范围达到或超过10Poise、100Poise、1000Poise和甚至10000Poise。通过参考Hagen-Poiseuille定律可以理解，F＝8QuL(R2/r4)，其中“F”代表需要的注射力，“Q”代表注射物质的流动速率，“u”代表注射物质的粘性，“L”代表使用的针的长度，“R”代表容纳被注射的物质的存储装置的内部直径，以及“r”代表使用的针的内部直径，通过合适规格的针注射这种药剂需要达到或超过100磅的注射力。例如，Hagen-Poiseuille定律显示出为了通过具有4.5mm的内部直径的注射器和0.5英寸长，0.012英寸(24号规格针)的内部直径的针在10秒中内传递具有粘性为200Poise的0.5cc的药剂，将需要大约100磅的注射力。然而在目前有针自动注射器提供的注射机构不能设计成产生这样高的组注射力。
能够传送粘性药剂的有针自动注射器面临的第二个障碍是患者的不适。比如，用于通过合适规格的针传送粘性药剂的合适的压力的突然操作惊吓患者，特别是在这种压力的操作引起明显的反作用力或冲击力的时候。这样，能够传送粘性药剂的注射器将理想的结合驱动装置，该驱动装置可以不产生突然的、潜在的令人烦恼的噪音或对患者产生明显的反作用力或冲击力。此外，用相同的压力通过理想规格线规的针驱动粘性药剂进入患者会引起患者不必要的身体不适。例如，当针的规格范围在大约21到31号规格时，最舒适的注射力的范围应该在大约1到7磅。一些学者甚至建议当以至少必需的压力插入针时，人患者至少会感到一定量的疼痛。因此，为了最小化或减小患者的不适，能够注射粘性药剂的注射器运作平稳，注射器能够以特定的插入力插入针以将患者的不适减小到最小。理想的，这样的注射器不但产生足够的注射力而且产生足够的插入力以适用单级驱动装置通过理想规格的针在合适的时间之内传送粘性药剂。
发明内容
根据本发明，提供一种用于注射粘性药剂的装置，它包括：分配装置，其包括用于容纳药剂的存储装置和用于注射药剂的针，以及用于驱动药剂使之通过针的活塞，该存储装置和针可移动地设置在壳体内，针的规格等于或大于21号规格；由加压气体致动的驱动装置，该驱动装置构造成对活塞施加力，足以驱动粘药剂通过针。
本发明提供一种有针注射器，可以使用该注射器注射显示粘性范围较宽的药剂给人或动物体，在本发明的内容中，术语“粘度”涉及在1.0sec-1的剪切速率或25℃时利用Haake Rheometer测量的对原材料施加剪切的阻力，当在1.0sec-1的剪切速率和25℃时，利用Haake Rheometer测量时，使用“粘性”一词限定具有的粘度大约为1Poise或更大的药剂，并且使用术语“药剂”限制任何有益的媒介物，通过注射给人或动物体可以安排所述媒介物。例如，可以使用本发明的注射器传送的药剂包括液体、悬浮液、凝胶体、溶液、浆状物和包括任何生理学或医药性的活性物质的粘糊物，或者任何其它的物质，所述物质有益于治疗或照料人或动物体。
在每个它的实施例中，本发明的注射器可以设计成产生足够大的注射力，以通过合适规格的针在选择出的时间内传送粘性药剂。理想的，本发明的注射器可以设计成驱动注射器的针以合适的插入力进入患者的组织，从而最小化患者的不适。有利地，本发明的注射器的操作是简单的、平静的和不会导致明显的反作用力和冲击力。此外，注射器的设计极其灵活，以允许注射器用于在一些皮下、肌肉、关节中注射药剂，因此不但将本发明的注射器设计得可以传送较宽范围的药剂甚至是粘性药剂，而且本发明的注射器运作平稳，从而将患者感到的不适减少到最小。
附图说明
图1给出了依照本发明包括多级驱动装置和包括阀机构的致动装置的注射器；
图2给出了密封的微型气缸；
图3给出了剖开的微型气缸；
图4给出了依照本发明包括单级驱动装置和包括刺穿机构的致动装置的注射器；
图5给出了依照本发明包括多级驱动装置和包括活塞机构的致动装置的注射器；
图6给出了依照本发明包括多级驱动装置和包括活塞机构的致动装置的注射器；
图7和图8给出了帽盖，其用于本发明的注射器中，帽盖与活塞机构结合；
图9给出了依照本发明结合了限流装置的注射器；
图10a给出了依照本发明结合了压力调节装置的注射器；
图10b给出了依照本发明结合了限流装置和压力调节装置的注射器；
图11到图13给出了在图10a和图10b中提供的压力调节装置；
图14到图15给出了注射器管筒，其用于作为本发明的注射器的分配装置；
图16到图22给出了可伸缩的注射器管筒，其作为本发明的注射器的分配装置；
图23给出了本发明的注射器，其包括集成的驱动装置和包括多级活塞的分配装置；
图24给出了本发明的注射器，其包括集成的驱动装置和包括单级活塞的分配装置；
图25提供了曲线图，其给出了通过增大或减小在注射器的驱动装置的气动气缸内产生的压力或通过增大或减小位于驱动装置内的活塞的表面面积而增大或减小通过本发明的注射器施加的压力；以及
图26到图29给出了本发明的方法的一个实施例。
具体实施方式
本发明的注射器10包括加压气体源50、致动装置100、传动装置150和分配装置200。注射器10的分配装置200包括用以容纳理想数量选择出的药剂220的存储装置210和针头250，比如皮下注射用针头，其适合皮下的、肌肉的或关节内选择出的药剂220的传送。致动装置100致动加压气体源50中的加压气体传送至传动装置150，并且当加压气体传送至传动装置150时，传动装置150施加至少一个注射力。该注射力足够的大，以在理想数量的时间之内通过分配装置200的针头250排出药剂220。方便的，将本发明的注射器10设计的极其柔韧，以允许使设计的注射器10可以传送较宽范围的药剂，该药剂实质上是人类或兽医领域中要求的皮下的、肌肉的或关节内的注射用的注射药剂。图1中给出了依照本发明的作为示例性注射器10。
虽然可以使用加压气体的任何合适来源作为本发明的注射器10的加压气体源50。目前优选的加压气体源50包括压缩气体的微型气缸52。微型气缸52是经济的、小型的，并能够在高压下存储变动数量的气体。比如，市场上销售的微型气缸可以在大约每平方英寸(“psi”)200磅到大约3,000psi以及在其之上的压力范围上，可靠和廉价的充满大约1克到大约30克的合适气体，比如二氧化碳、氦气、氢气、氧气、氮气或空气。微型气缸体积十分小巧，其长度为1英寸或更小，直径为1/2英寸或更小。因此，加压气体的微型气缸52提供了加压气体的强大的、经济的来源，从而允许注射器的操作非常轻便和容易实施。
当利用微型气缸与本发明的注射器结合时，两个通常的微型气缸设计目前是优选的。在图2中给出了第一通常设计54(在下文中参照作为“密封的微型气缸”)，并通过具有气缸主体56和密封结构58的微型气缸示例出。微型气缸是新泽西州，South Plainfield的Leland有限公司生产的。为了释放保持在密封的微型气缸中的压缩气体，密封结构58必须是可破坏的(比如破了的、穿通的、刺透的)。第二通常微型气缸设计60(在下文中参照作为“脱离微型气缸”)在图3中给出，并通过包括从气缸主体56延伸离开的拉长的颈状结构62的微型气缸给与示例。设计拉长的颈状结构62，使其可在施加预定的压力下脱离。这种微型气缸在U.S.专利6047865和U.S.专利5845811中给出并通过BOCLimited ofLondon，U.K.制造出。容易理解，当打破微型气缸拉长的颈状结构62时，可以释放存储在脱离微型气缸中的压缩气体。虽然每个实施例描述和讨论了在这里使用的密封的微型气缸或脱离微型气缸，可将本发明的注射器10设计成利用了任何合适设计的微型气缸。
在使用微型气缸52作为本发明的注射器10加压气体源50情况下，微型气缸52优选设置在帽盖64中。当微型气缸52没有连接在注射器10的主体12上时，帽盖64有效的增大了微型气缸52的尺寸并因此使微型气缸52的操作更加容易。这里，帽盖64是用来容纳预定外形尺寸的微型气缸52，并通过合适的手段，使微型气缸52在帽盖64内部保持稳固。比如，设置如在图1、图4到图10以及图25和图26中给出的帽盖64的尺寸和大小，通过微型气缸52与帽盖64内壁66接触产生的摩擦配合，使在这里设置的微型气缸52保持在帽盖的内部。虽然将在图1、图4到图10以及图25和图26中给出的帽盖64设置成可容纳和保持密封的微型气缸或脱离微型气缸，但是使用在本发明的注射器10中的帽盖64设置成可容纳和保持任何合适设计的微型气缸52。
帽盖64也有利于安装微型气缸52到本发明的注射器10的主体上。比如，帽盖64构造成利用任何连接或粘合处理可以将帽盖64安装到注射器10的主体12上，所述连接或粘合处理提供了帽盖64和注射器10的主体12的可靠连接。此外，帽盖64与注射器10的主体12还可以选择使用机械连接。比如，帽盖64可以具有第一螺纹区域，其与形成在注射器10的主体12上的第二螺纹区域协调配合。另外还有一种选择是帽盖64与注射器10的主体12通过咬合配合来连接。进一步说明机械连接机构，为将微型气缸52方便地安装到注射器上，帽盖64与注射器10的主体12可以通过栓接装置和阳/阴连接装置来连接。此外，可以理解，帽盖64可以结合任何能够将帽盖64可靠固定到注射器10的主体12上的固定结构。
为了使从本发明的注射器10出来的加压气体的不必要泄漏减至最小，可在帽盖64或微型气缸52与注射器10的主体12相接触的地方安装一个或多个密封件18。这种密封件18可以包括O型密封环或任何其它合适的密封装置，其能够减少或消除加压气体的泄漏。在图1中给出的注射器包括已经安装好的密封件18，以使当微型气缸52安装在注射器的主体12上时，在损坏微型气缸52的密封结构58之前，在注射器10的主体12和微型气缸52之间起密封作用。图5和图6给出的本发明的注射器10包括定位在帽盖64和注射器10的主体12之间的密封件18。密封件18设置在帽盖64内部形成的座70内，并产生可以减少或消除从注射器10来的加压气体的泄漏。虽然本发明的注射器给出的各种结构描述了在微型气缸52、帽盖64和注射器10的主体12之间特定位置处的密封件18，密封件18的设置并不受限制在所示的精确位置。
本发明的注射器10的致动装置100可以包括一些合适的机构，其能够致动加压气体源50产生的加压气体流向注射器10的传动装置150。比如，当本发明的注射器10包括压缩气体的微型气缸52时，致动装置100可以包括或者触发装置、刺穿装置、活塞或其它压力传送装置，从而使在致动下，损坏微型气缸52(比如穿通、打破或刺透密封结构58或破坏微型气缸52的延长的颈部结构62)，并允许加压气体逃逸到注射器10的传动装置150。可选择的，当注射器10的设计不需要致动装置100损坏加压气体源50时，致动装置100可以包括阀门，其用于致动加压气体源50产生的加压气体流向注射器10的传动装置150。为了阻止传动装置150的意外启动，或“击发”，也通过安全机构连接或保护致动装置100，其用于阻止致动装置100的触发，直到作为准备执行一个用于注射器10的预定操作。
图1给出了依照本发明的注射器10，其包括致动装置100，该致动装置包括阀门装置102，其允许使用者致动加压气体源50产生的加压气体，并经过第一流动路径流16向注射器10的传动装置150。阀门装置102包括阀门座104、阀门本体106、按钮108和偏置部件110，其可以包括弹簧、橡胶缓冲器、聚合物缓冲器或其它任何合适的弹性件。偏置部件110位于阀门座104内部并相对于阀门本体106动作，以保持阀门本体106在通常的关闭位置。在关闭位置，阀门本体106阻塞第一流动路径16并阻止气体流向传动装置150。然而，当足够的压力施加到按钮108上时，阀门座104相对于偏置部件110移动进入开启位置(在图1中给出)。当阀门本体106位于开启位置，设置在阀门本体106中的压下结构112形成第二流动路径114，其允许由第一流动路径16而来的加压气体流向传动装置150。阀门本体106也包括一个或多个密封结构18，比如一个或多个O型密封环。具体的，当阀门本体106位于开启状态时，密封结构18工作，以将由阀门装置102泄漏的气体减少到最小。
通过参考图1可以理解，依照本发明的注射器10包括致动装置100，该致动装置包括阀门装置102，当加压气体源50安装到注射器10上时，注射器10有一个机械装置用以损坏加压气体源。当装有微型气缸52的帽盖64拧到注射器10的主体12上时，在图1中给出的该机械装置包括中空的刺透针头14，穿透密封结构58，形成第一气流通路。为了将从系统中期望泄漏的加压气体减少到最小，可将比如O型密封环的密封件18安置在微型气缸52和注射器10的主体12(在图1中给出)之间或帽盖64和注射器10的主体12之间。当微型气缸52固定到注射器10上时，在中空的刺透针头14完全破坏微型气缸52的密封结构58之前，密封件18在微型气缸52和注射器10的主体12之间形成了密封。一旦微型气缸52固定到注射器10上并且破坏了微型气缸52的密封结构58，通过致动致动装置100的阀门装置102，可以简单的致动由微型气缸52产生的加压气体流向传动装置150。
代替阀门装置，致动装置100可以仅包括如在图4中给出的穿刺装置。仅通过将容纳微型气缸52的帽盖64安装到注射器10的主体上，致动如在图4中给出的在加压气体源50和注射器10的传动装置150之间流动的加压气体。当容纳微型气缸52的帽盖64安装到注射器10上时，中空的刺透针头14损坏微型气缸52的密封结构58并通过第一流动路径16将加压气体从微型气缸52传送至传动装置150。
在使用脱离微型气缸52作为依照本发明的注射器10的加压气体源50情况下，注射器10的致动装置100可以包括如在图6中给出的活塞装置124。可将活塞装置124整合入注射器的主体(没有给出)中，或者可将活塞装置124结合入容纳微型气缸52的帽盖64(在图6中给出)中。不管是哪家公司提供这些装置，活塞装置124包括设置于活塞128内部的通道126。活塞装置124可以进一步包括一个或多个密封结构18，其在活塞128和通道126之间形成密封，并在使用注射器10的过程中将通过活塞装置124加压气体的泄漏减少到最小。仅通过摩擦配合或其它合适的手段，活塞128可在通道126内部来回移动并可以保持在致动装置活塞结构的通道126内部。不管它是否包括在注射器10的主体12或容纳了微型气缸52的帽盖64中，活塞装置124的作用是用足够的力，压下具有活塞128，可破坏脱离微型气缸52的拉长的颈状结构62。虽然将在图6中给出的活塞装置124的活塞通常安置在与容纳在帽盖64内部的微型气缸52的纵向轴垂直的位置，但如在图7和图8中给出的，并不需要这样的结构。
在图6中给出的注射器包括安全机构20，其用于将注射器10的意外触发减小到最少。安全机构20包括第一部分22、第二部分24和弹簧26。第一部分22通常是圆柱形的并包括终止于结构31的停止结构32和狭槽30。安全机构20的第二部分24通常也是圆柱形的。在它的远端34，第二部分24包括预定尺寸的唇缘36，以允许分配装置200的可调节的末端230通过，同时唇缘36也作为机械的停止结构起作用，以阻止注射器10的主体12通过第二部分24的远端34。弹簧26安装在形成在注射器10的主体12中的座38的内部，并在将弹簧26定位在座38的内部之后，通过合适的装置将安全机构的第一和第二部分22、24固定在一起。比如，可将第一和第二部分22、24连接、焊接、粘合、螺纹连接或咬合在一起，弹簧26相对于第一部分22的远端40作用，以将安全机构偏置于“安全”位置。在安全位置，包括在第一部分22上的停止部件32阻止了包括在注射器10中的致动装置100的动作。
通过相对于弹簧26滑动第一和第二部分22和24，安全机构移出在图6中给出的安全位置，从而使停止部件32再也不会接触致动装置100。这可以通过相对于将要注射的组织通常垂直定位注射器10，并通过施加向下的足够的压力以克服安全机构20的弹簧26施加的偏置力来实现。在图7给出的例子中，当第一和第二部分22和24相对于弹簧26滑动时，活塞128的颈状结构129经过狭槽30。可是，优选的，当从微型气缸52释放加压气体时，设计狭槽30的尺寸，使其阻止活塞128的主体130从通道126中脱出。
也可以将本发明的传动装置150设计作为单级驱动装置152或多级传动装置154。图4和图5给出了依照本发明的注射器10，其包括单级驱动装置152，而图1、图5、图6、图9、图10和图23则给出了依照本发明的包括多级传动装置154的注射器10。
当本发明的传动装置150是单级驱动装置152时，单级驱动装置152包括单级活塞156，其设置于具有至少一个气缸160的气压缸158的内部。位于单级驱动装置152中的单级活塞156包括注射段162并可以包括密封结构，比如O型密封环或杯型密封结构(没有在图4中给出)，从而在注射段162和气压缸158的气缸160的壁164之间形成密封。当通过在气压缸158内部的它的冲程驱动单级活塞156时，单级活塞156可选择地包括活塞166，其向外延伸并远离注射段162，并将其安置于此，使其相对于分配装置200起作用。
当加压气体到达单级驱动装置152的气压缸158时，加压气体相对于注射段162起作用，并推动单级活塞，产生一个注射力。通过单级活塞156施加的注射力的大小与通过气压缸158的气缸160内部产生的压强与注射段162的表面面积相乘的结果等同(压力＝压强×面积)。因此，当在气压缸158的气压室160内部产生预定的压强或压强轮廓时，可以通过增大或减小注射段162的表面面积来调节通过单级活塞156施加的注射力的大小，。设计单级活塞154的注射段162的大小，以确保单级活塞156施加足够大的注射力，从而在预期数量的时间内传送预期剂量的选定的药剂。
本发明的注射器10中的多级传动装置154包括具有至少两个气缸167、168的气压缸158和具有至少一个插入段172和一个注射段162的多级活塞170。多级活塞170的插入段172的特征在于第一表面面积，并可以包括第一密封结构174，比如O型密封环。可选择的，第一密封结构174可以安置于在第一气缸167的内壁178上的座176中。多级活塞170的插入段162的特征在于第二表面面积，其比插入段172的第一表面面积大。插入段162可以包括第二密封结构180，比如O型密封环或杯型密封结构，当多级活塞170产生运动时，其在第二气缸168的壁182和注射段162之间产生密封。多级活塞170也可以是由插入段162延伸出的活塞166，将其安置于此的作用是相对于注射器10的分配装置200起作用。设计气压缸158和多级活塞170，使到达气压缸158的加压气体依次相对于插入段172和插入段162起作用，从而使多级活塞170依次施加至少一个插入力和注射力。
到达本发明的的注射器中的多级传动装置154的加压气体依次相对于每个阶段起作用。比如，到达在图1、图5、图6、图9、图10、图23给出的多级传动装置154的加压气体首先相对于插入段172起作用，其次相对于多级活塞170的注射段162起作用。当加压气体相对于插入段172起作用时，多级活塞170施加插入力。插入力的大小与通过插入阶段172的表面面积(压力＝压强×面积)和气压缸158的第一气缸167内部产生的压强的乘积相等。因此，当在第一气缸167内部产生预定的压强或压强轮廓时，可仅通过增大或减小插入阶段172的表面面积增大或减小由多级活塞170施加的插入力。方便的，设计多级活塞170的插入阶段172的尺寸，使多级活塞170施加插入力，将患者的不适减小到最少。
一旦通过预定的冲击驱动多级活塞170的插入阶段172，到达气压缸158的第二气压室168的加压气体相对于插入段162起作用，使多级活塞170施加注射力。通过多级活塞170施加的注射力的大小与通过注射阶段162的表面面积(压力＝压强×面积)和第二气压室168内部产生的压强的乘积相等。因此，当在第二气压室168内部产生预定的压强或压强轮廓时，理想的，通过增大或减小注射阶段162的表面面积，可以增大或减小由多级活塞170施加的注射力的大小。此外，设计插入阶段162的尺寸，确保产生足够大的注射力，以在规定的时间内传送预定剂量的选择出的药剂。
通过改变一个或多个几个预设变量实现在本发明的注射器的传送装置内部获得预期的压强或压强轮廓。比如，如果本发明的注射器不包括压强调节装置或限流装置，在传送装置内部产生的压强将依赖于加压气体源内部容纳的压缩气体的压强和体积、气压缸的容积以及包括在气压缸中的活塞的冲击。如果注射器包括限流装置，传送装置内部产生的压强将依赖于加压气体源内部容纳的压缩气体的压强和体积，由限流装置决定了气体的最大流动速率，一旦产生合适的注射力，该速率就是由分配装置流出的药剂的速率。最后，当本发明的注射器包括压强调节装置时，可分别由气压缸的容积、活塞的冲击或由分配装置流出的药剂的速率独立的控制传送装置内部产生的压强，因此，为了产生理想的压强，可以调节或增加本发明的传送装置内部的一系列压强或压强轮廓、几个结构中的任何一个。
图1、图2、图5、图6、图23、图24给出了本发明的注射器10，其中不包括或者限流装置或者压强调节装置。使用理想的气体规则P1V1＝P2V2可以精确的预知和调节这种注射器10的传送装置150的气压缸158内部产生的压强。如果将加压气体源50的体积和压强分别设为P1和V1，并将气压缸158的容积设为V2，然后气压缸158内部产生的压强(P2)就与P1和V1的乘积除以V2的结果相等。因此，气压缸158内部产生的压强与加压气体源50内部容纳器体的体积和压强成正比，并与气压缸158的容积成反比。利用这种关系，可以仅通过修改加压气体源50内部包括的气体的压强，或通过修改加压气体源50或气压缸158的容积，将不具有限流装置和压强调节装置的注射器10的气压缸158内部产生的压强的大小调节到理想的状态。
容易理解，依照本发明的注射器不包括限流装置或压强调节装置时，在活塞156、170通过它的冲击移动时，在气压缸158的一个或多个气室160、167、168中产生的压强将至少会轻微减小。这是由于气压缸158内部产生的压强(P2)反比于加压气体充满的体积(V2)，而且当活塞156、170在它的一个冲程中移动时，通过加压气体充满的体积(V2)必然会增大。可是，可以通过改变加压气体源50内部包括的气体的压强(P1)和体积(V1)或通过增大或减少活塞156、170的冲程至少部分控制气压缸158的一个或多个气缸160、167、168内部压强(P2)减小的程度。当通过气压缸158驱动活塞156、170时，这将增大或减小体积(V2)的变化。比如对于给出容积的气压缸158，当增大通过加压气体源50传送的气体的体积或压强时，将会削弱压强的减小。相反，当减小通过加压气体源50传送的气体的体积或压强时，将会增强给定容积的气压缸158内部压强的减小。因此，即使本发明的注射器10不包括限流装置或压强调节装置时，通过控制气压缸158的容积、活塞156、170的每一段162、172的尺寸和存储在加压气体源52内部的加压气体的体积和压强，可以控制由注射器10的传送装置150产生的插入或注射力的范围。
如果想要更好的控制传送装置150内部产生压强，也可以使本发明的注射器10具有限流装置300和压强调节装置400。图9给出了依照本发明包括限流装置300的注射器10，而图10给出了依照本发明包括压强调节装置400的注射器10。通过为本发明的注射器10安装限流装置300或压强调节装置400，在气压缸158的传送装置150内部可以产生基本上恒定的气体压强，因此产生了基本恒定的插入或注射力。
通过参考图9可以理解，当限流装置300包括在本发明的注射器10中时，限流装置300可仅包括具有预定尺寸的孔304的限流盘302，以限制气体的最大额定流速。通过增大或减小包括在限流盘302中的孔304的尺寸，可以容易的增大或减小通过这样的限流装置300限定的流动速率。可选择的，注射器10可以包括可调节的限流装置(未给出)，以允许使用者在给出的范围中选择出理想的气体流动速率。比如，可调节的限流装置可以包括位于流动通道中的螺旋装置，其可在气流通道中旋进或旋出。当在流动通道中旋进螺旋装置时，气流通道缩小，气体最大流速减小；旋出螺旋装置时，气流通道扩大，气体最大流速增大。可是当限制螺旋装置时，就扩大流动通道，从而允许相对较大的最大气体流动。虽然在图9中给出的限流装置300位于致动装置100和注射器10的加压气体源50之间，可将本发明的注射器10的限流装置300安置在任何合适的位置，比如在致动装置100和传送装置150的气压缸158之间。
通过调节由限流装置300限定的气体最大流动，本发明的注射器10，可以设定一个基本上恒定的注射力。一旦在传送装置150的气压缸158内部产生注射力，通过使用限流装置300为了获得基本上恒定的注射力，由限流装置300限定的气体流动的最大额定值就要调节到与从分配装置200排出的药剂的速率相匹配。如果由限流装置300限定的气体流动的最大额定值调节到与从分配装置200排出的药剂的速率相匹配，在传送药剂220给患者时，气压缸158内部的压强可以基本上保持恒定。因此，本发明的注射器10，通过安装合适的调谐限流装置300，使该注射器10可以施加基本上恒定的注射力。
图10a到图13给出了示范性的压力调节装置400，其允许不依赖包括在传送装置150中的气压缸158的容积、活塞170的冲程或由分配装置200排出的药剂220的速率，产生恒定的插入和注射力。在这些图中给出的压强调节装置400包括底座402和从底座402向外延伸的圆柱形突起404。圆柱形突起404包括用于连接第一密封结构408的第一座406，用于连接第二密封结构412的第二座410和第一流动路径414。第一流动路径414帮助压缩气体从加压气体源50流向致动装置100。底座402包括用于连接第三密封结构418的第三座416并作为第一弹簧件420、第二弹簧件422和隔离垫圈424的平台。在底座402之上和圆柱形突起404周围安装有第一和第二弹簧件420、422，在第一和第二弹簧件420、422上面安装隔离垫圈424。包括在压强调节装置中的密封结构408、412、418可以包括一些合适的密封结构，比如垫圈或O型环密封结构。虽然可以使用合适的结构都可以用作本发明的注射器中的压强调节装置400，但在图10a到图13给出的压力调节装置400提供了结实密封的装置，其能够将传送装置150内部压强保持在或低于预定的水平。
在使用中，从加压气体源50产生的加压气体通过压强调节装置400的第一流动路径414，并到达传送装置150。当它流到传送装置150并聚集时，加压气体相对于压强调节装置400的底座402施加压力。相对于底座402作用的压强使底座402相对于第一和第二弹簧件420、422施加压力，并且当系统内部的压强到达预定的阈值时，通过底座402施加施加的压力开始压缩第一和第二弹簧件420、422。这推动第一密封结构408接近缝隙426，因此限制了由加压气体源产生的产生的流动的加压气体通过缝隙426。如果相对于底座402作用的压力到达或超过预定的阈值，通过底座402施加的压力克服第一和第二弹簧件420、422，而且压强调节装置402的第一密封结构408密封缝隙426，终止由加压气体源50产生的气体流动。当压强减小低于预定的阈值时，通过底座402施加的压力减小，第一和第二弹簧件420、422拉拽第一密封结构408，使其远离缝隙426，允许了从加压气体源50再次流出加压气体。
可以容易的将在图10a到图13中给出的压强调节装置400的阈值压强设定为任何期望的数值。通过底座402的表面面积和通过第一和第二弹簧件420、422施加的结合在一起的偏置压力确定由压强调节装置400允许的最大压强。比如，设计压强调节装置，使其将传送装置内部的压强保持在或低于大约100psi，可通过使用具有大约0.5英寸直径的底座402和以及第一、二弹簧件提供20磅的合力来实现。当传送装置150内部的压强到达或超过大约100psi时，通过底座402相对于第一和第二弹簧件420、422施加的压力将达到或超过20lbs(压力＝压强×面积)。导致了第一密封结构408密封缝隙426并终止气体流进传送装置150。通过增大或减小或者底座402的表面面积或者第一和第二弹簧件420、422施加的偏置合力，可以设计压强调节装置400，使其有效的保持传送装置150内部理想的最大压强。
从图10b中可以看出，本发明的注射器10不受仅具有压强调节装置400或仅具有限流装置300的限制，如果期望或必须，本发明的注射器10既可以包括压强调节装置400也可以包括限流装置300。进一步的，通过参考图10a到图10b可以理解，当本发明的注射器10具有压强调节装置400时，压强调节装置400可以包括在壳体430中。一般将这样的壳体430设计在注射器10的主体12的内部，并且可以利用任何合适的手段将其装配到主体12上。比如，壳体430可以包括与位于注射器10的主体12上的第二螺纹区域配合的第一螺纹区域。可选择的，可以使用任何合适的粘合或连接方法将壳体430装配到主体12上。虽然压强调节装置400不必位于与注射器10的主体12分离的壳体430中，提供的用于压强调节装置的壳体430可以使主体12的制造容易，而且可以简化本发明的注射器10的压强调节装置400中的内部零件。
在仅使用用于压强调节装置400的壳体430时，可以简化本发明的注射器10的压强调节装置400中的内部零件。将本发明的注射器10不完全分解成几个大块，这样制造起来比较容易。比如，在图5和图6中给出的注射器10的主体12由近端40和远端42构成。在接触面44处，近端40和远端42接合，例如，通过螺纹装置、合适的粘合、连接或焊接处理或其它任何熟知的手段提供固定连接。可以在近端40和远端42的接触面44处安装密封结构18，比如O型密封环，以减小或消除注射器10产生的加压气体的不必要泄漏。将近端40和远端42设计成具有各种可以有助于注射器10的组装和合适功能的特征，并且通过制造近端和远端40、42作为不同的块，就可以简便每端的各种特征的设计和产生。比如，如果将在图5和图6中给出的注射器的主体12的近端和远端40、42集合成一块主体，用于第一密封结构174的座176的产生就相对困难，很可能需要定制加工，并很可能增加本发明的注射器10的制作成本。可是，制作在图5和图6中给出的注射器10的近端40，相对于远端42是单独制造的话，在近端40和远端42接合在一起形成注射器10的主体12之前，可以容易和廉价的在远端40中制作用于第一密封结构174的座176。因此，虽然不需要，也可将本发明的注射器10的主体12制成多级结构，以便于制造和生产注射器10。
已经讨论了各种实际结构，本发明的注射器10的分配装置200的设计是灵活的。注射器10的分配装置200仅需要包括存储装置210，比如注射管211、其适合容纳规定的粘性药剂220，合适规格的针头250用以注射规定的药剂220给患者，以及活塞270用以从存储装置210驱动药剂通过针头250。虽然在这里给出的注射器10包括分配装置200，该分配装置包括分离单级或多级活塞156、170的活塞270，所述单级或多级活塞包括在这些注射器10的传送装置150中，也可以将分配装置200的活塞270整合在包括在传送装置150中的活塞156、170的活塞166。
通常包括在分配装置200中的针250的规格选择如实际情况一样小。尽管针250的直径减小时，通过针250传递给定药剂220需要的压力和时间通常会增加，但当针250的直径减小时，通常增加了患者的舒适。结果，特别是针对的患者是人时，包括在分配装置200中的针250的优选规格范围是从21号规格到23号规格。更优选的，包括在分配装置200中的针250的具有的线规范围在24号规格到31号规格之间，最优选的，针250具有落入27号规格到31号规格之内的范围。虽然越小口径的针通常优于较大口径的针，当规格的不同不会明显改变患者的舒适时，可以选择较大线规的针以减小需要传送给定药剂注射力或注射时间，进一步的，尽管21号规格到31号规格的针目前是优选的，期望或必须时，本发明的注射器所选用的针也可以是目前优选范围之外的规格。
为了尽可能的达到这种程度，选择存储装置210的内部直径DR以接近针250的规格。这是因为远离针250的内部直径DN，存储装置210的内部直径DR增加时，从存储装置210通过针250驱动粘性药剂需要的注射力以指数增加。当然，使存储装置210的内部直径DR接近针250的内部直径DN所体现出的优势不利于其它设计要素的平衡，比如分配装置200的理想尺寸和被传送的药剂200的体积。
分配装置200可以包括偏置机构280，由此，分配装置200的针250和存储装置210位于可缩回的位置，直到由驱动装置150产生的插入或注射力作用于分配装置200。注射器10的驱动装置150包括单级活塞156时，偏置机构280将存储装置210和针250保持于可缩回的位置，直到相对于分配装置的活塞270施加注射力。可是，注射器10的驱动装置150包括多级活塞170时，偏置机构280将针250和存储装置210保持于缩回的位置，直到相对于分配装置的活塞270施加插入力。此外，不管注射器10是否包括多级驱动装置154或是单级驱动装置152，当在一个注射周期之后，在注射器10内部产生压强时，偏置机构280自动缩回分配装置200内部的存储装置210和针250。
偏置机构280可以包括将存储装置210和针250偏置于缩回位置的一些合适的装置。例如，偏置机构280可以包括支撑分配装置200内部的存储装置210和针250的螺旋弹簧282。可选择的，偏置机构280也可以包括其它任何合适的偏置结构，比如固体或泡沫橡胶或聚合体缓冲器，或充满液体的弹性囊，可以改变需要压缩偏置机构280的弹簧力或压力，理想的，应用这样足够的弹簧力或压力，至少足以使其将存储装置210和针250偏置于缩回位置。
当本发明的注射器10包括单级驱动装置152和偏置机构280时，可以调节通过单级驱动装置152施加的注射力和通过偏置机构280施加的偏置压力，以提供期望大小的有效注射力。有效注射力驱使针250从分配装置的外壳219延伸，而且当本发明的注射器10包括单级驱动装置150和偏置机构280时，有效注射力等同于由单级驱动装置152产生的注射力减去由偏置机构280施加的偏置压力。通过调节由单级驱动装置152施加的注射力或由偏置机构280施加的偏置压力，可以获得理想的有效注射力。例如，当需要10lbs.的注射力时，通过提供偏置机构280使其施加大约9lbs.到3lbs.可以获得大约1lbs.到7lbs.的有效插入力。即使必需更高的注射力，通过提供能够施加更大偏置压力的偏置机构280仍可以获得大约1lbs.到7lbs.的有效插入力。因此，即使本发明的注射器10包括单级驱动装置152，也可以设计注射器10，使其产生适宜的有效插入力，用以将患者的不适减少到最小，此时在期望的时间内同时产生足够的注射力以传送选择出的药剂。
也可以依据期望来调节包括多级驱动装置154和偏置机构280的注射器10的有效插入力。当本发明的注射器10包括多级驱动装置154和偏置机构280时，有效注射力等同于由多级驱动装置154产生的注射力减去由偏置机构280施加的偏置压力。因此，通过改变由多级驱动装置154施加的注射力或由偏置机构280施加的偏置压力，可以容易的调节包括多级驱动装置154和偏置机构280的注射器10的有效插入力。例如，期望得到1lbs.到7lbs.的有效插入力，并且偏置机构280施加大约1lbs的偏置压力，可以设计加压气体源50和注射器10的多级驱动装置154，使其施加大约2lbs.到8lbs.的插入力。可选择的，如果设计加压气体源50和注射器10的多级驱动装置154，期望使其施加大约5lbs.的插入力和大约1lbs.到4lbs.的有效插入力，可以对注射器10的分配装置200提供可以施加大约1lbs.到4lbs.的偏置压力的偏置机构280。这样，当本发明的注射器10既包括偏置机构280又包括多级驱动装置154时，可以设计本发明的注射器10提供期望的适宜有效插入力，以将患者的不适减少到最小。
在大约1lbs.到大约7lbs.的范围中具体讨论涉及的包括单级驱动和多级驱动装置152、154的注射器10，这是因为考虑到当使用具有从21号规格到31号规格的线规范围的针时，在大约1lbs.到大约7lbs.之间的有效插入力可以将患者的不适减少到最小。然而，本发明的注射器10不受只提供从大约1lbs.到大约7lbs.的范围的有效插入力的设计的限制。本发明的注射器10的设计是高度灵活的，并且可以设计本发明的注射器10，以任何有效的期望压力插入包括在分配装置200中的针250。
图14到图15给出了第一注射器管筒204，可以使用其作为依照本发明的注射器10中的分配装置200(见图1、图9和图10)。如在图14中给出的，分配装置200包括套管202和注射器管筒204。套管202与注射器10的主体12连接，其作用是容纳和保持注射器管筒204。可以使用任何合适的连接机构将套管202连接到注射器10的主体12。例如，通过粘结处理、焊接处理或通过其他任合适的用于永久连接的手段可以将套管202永久连接到注射器10的主体12。可选择的，使用比如螺纹机构、咬合连接机构、公/母连接机构或其他任合适的用于非永久连接的机构可将套管202可拆卸的连接到注射器10的主体12。当移动注射器管筒204时，套管202有助于注射器管筒204的可移动连接，并可用于保护气压缸158。
图14提供了套管202、注射器管筒204和促进套管202内部的的注射器管筒204的可拆卸安装的结构的分解图，如在图14中给出的，套管202包括隔离垫圈206和锁紧环208。一旦套管安装到注射器10的主体12上，通过比如脊型结构或其它任何合适的结构或装置的保持结构212可将锁紧环208和隔离垫圈206保持在套管202的内部。注射器管筒204通过套管202推进，直到位于注射器管筒204的近端的密封结构216毗邻注射器10的主体12。一旦注射器管筒204完全推进，通过第一扭矩可锁定它的位置，这使位于注射器管筒204的外壳219上的锁定结构223，接合位于锁紧环208中的偏置锁定突起222。在这之后，通过施加第二扭矩可将注射器管筒204移出注射器10，该扭矩使锁定结构222脱离注射器管筒204的锁定结构223。然而，可以理解，不需包括套管202和注射器管筒204的注射器10的第一实施例的分配装置200可以永久的与注射器10连接，特别是设计注射器10使其用于单独的作用时。
图15给出了注射器管筒204的横截面图。如在图15种参照给出的，注射器管筒204的外壳219容纳了偏置机构280和具有活塞270的注射器211和针250，比如皮下注射用的针，以传送药剂220。偏置机构280支撑外壳219内部的注射器211并将存储装置210和针250偏置于可缩回位置。偏置机构280优选的包括螺旋弹簧282，通过螺旋弹簧可以设置注射器211和针250。
在图14到图15中给出的注射器管筒204也包括可调节顶端230，其可以以任何方式接合外壳219的远端221，以允许通过调节可调节顶端230来控制外壳219的远端221的伸出与缩回。比如，可调节顶端230可以包括第一螺旋区域，外壳219的远端221可包括与第一螺旋区域配合的第二螺旋区域，以允许沿着外壳219的远端221推进或缩回可调节顶端230。然而，可通过任何合适的机构装配可调节顶端230，比如咬合机构或棘齿配合机构，以允许沿着外壳219的远端221推进或缩回可调节顶端230。虽然注射器管筒204不需包括可调节顶端230，但对注射器管筒提供可调节顶端230，可以有利于针250插入深度的简单调节。
图16到图22给出了用于依照本发明的注射器10中的可伸缩注射器管筒240。可伸缩注射器管筒240包括具有伸缩部分290的外壳219和固定部分292。注射器211作为存储装置210。注射器211终止于理想规格的针250，其中包括活塞270。可伸缩注射器管筒240进一步包括包括螺旋弹簧282的偏置机构280，其保持注射器211和针250在外壳219内部的通常处于缩回位置。方便地，外壳219的可伸缩部分290允许使用驱动装置150内部的较短的活塞156、170，并因此便利于构造较短的注射器10。
如在图5、图6和图16到图22中给出的，设计可伸缩注射器筒240的外壳219，使其便于在注射器10的主体12的内部装配可伸缩注射器管筒240。不但设计可伸缩注射器管筒240的外壳219的形状和尺寸使其配合位于注射器10的主体12中的装配区域，而且外壳219也提供了合适的机构，通过该机构，可伸缩注射器管筒240可装配到本发明的注射器10上。例如，如在图5、图6和图16到图22中给出的，外壳219可以包括与形成在注射器10的主体12内部的第二螺旋区域配合的第一螺旋区域。可选择的，注射器管筒240的外壳219可包括与形成在注射器10的主体12内部的一个或多个凹槽(未给出)配合的一个或多个锁定突起246(在图20到图22中给出)。虽然图5、图6和图16到图22给出了具有两个具体的装配机构的可伸缩注射器管筒240，但用于本发明的注射器10的可伸缩注射器管筒240可以结合任何合适的装配机构。
外壳219的可伸缩部分290尺寸确定成使其可以放入外壳219的固定部分292或从中取出。为了有助于确保可伸缩部分290不会完全的从固定部分292移出，可对可伸缩部分290的远端293提供第一唇缘294，并对固定部分292的近端295提供第二唇缘296。当可伸缩部分290将要延伸出固定部分292时，第一唇缘294接合第二唇缘296，这抑制了从固定部分292可伸缩部分290的进一步的扩展。也设计可伸缩部分290的形状和尺寸，使其接受作为偏置机构280的螺旋弹簧。螺旋弹簧保持可伸缩部分290相对于注射器211和针250的缩回位置，通常处于伸出位置，其对应于。
可伸缩部分290的近端297包括孔298，设计该孔的尺寸使其允许定位可伸缩注射器管筒240内部的注射器212。然而，当定位注射器211，使其通过孔298时，也要设计孔298的尺寸，使其卡住注射器211的近端213。这样，当对位于注射器211中的活塞施加注射或插入力，注射器211相对于螺旋弹簧282移位时，可伸缩部分290随着注射器211进入外壳219(在图19中给出)的固定部分292。值得注意的，因为可伸缩部分290移位进入外壳219的固定部分292内部，位于驱动装置中的多级或单级活塞156、170的活塞仅需要足以从注射器211中排出期望剂量的药剂220的长度即可。相反，当注射器管筒不包括可伸缩部分290时，比如在图14和图15中给出的注射器管筒204，活塞156、170的活塞166必须足够的长，使其不但将注射器211推进注射器管筒204，而且还要排出期望剂量的药剂220。
如果理想的，可对可伸缩的注射器管筒240提供锁定机构，在将可伸缩的注射器管筒240装配于注射器10之前，其用于将注射器211的意外压缩减少至最小。比如，如在图20到图22中给出的，可伸缩部分可以包括一个或多个耳状件272，其突起于可伸缩部分290的外部表面。当可伸缩部分290处于锁定位置，一个或多个耳状件272不能通过外壳219的固定部分292的近端295，从而阻止可伸缩部分290移位进入固定部分292。在未锁定位置，一个或多个耳状件272与位于外壳219的固定部分292的近端295的一个或多个相应的通道276配合。一个或多个相应的通道276允许一个或多个耳状件272通过外壳219的固定部分292的近端295，从而允许可伸缩部分290移位进入固定部分292。优选的，设计注射器10的主体12和可伸缩注射器管筒240，使一个或多个耳状件272对应一个或多个相应的通道276，将可伸缩注射器管筒240装配到注射器10上，同时使一个或多个耳状件272离开一个或多个相应的通道276，以从注射器10移走可伸缩注射器管筒240。
如果理想的，可伸缩注射器管简240也可以包括可调节顶端230，其可以任何合适的方式接合外壳219的远端221，从而允许相应外壳219的远端221推进或缩回可调节顶端230。再次，可调节顶端230可包括与位于外壳219的远端221的第二螺旋区域配合的第一螺旋区域。然而，可通过任何合适的机构装配可调节顶端230，比如咬合机构或棘齿配合机构，以允许沿着外壳219的远端221推进或缩回可调节顶端230。
本发明的注射器10也可以包括减压机构，其用于散逸在气压缸158内部逐步增加的气体压强。比如，可以设计本发明的注射器10，使一旦活塞170到达气压缸158内部的预定位置，允许排出加压气体。如在图5中给出的，驱动装置150的气压缸158可以终止于放气腔室500。设计放气腔室500的尺寸，使在活塞170到达预定冲程的末端时，打破在活塞170和气压缸158之间产生的密封。一旦打破活塞170和气压缸158之间产生的密封，加压气体就从气压缸158泄漏并进入放气腔室500。设计在图5中给出的注射器，使通过在分配装置200的孔219周围或通过分配装置200的孔219，加压气体可以自由的移动进入放气腔室500以泄漏出注射器10。可是如果理想的，放气腔室500可另外包括从放气腔室500开始延伸、通过注射器10的主体12，到达主体12的外部表面的流动路径(未给出)。当期望更快速的排出加压气体或注射器10的设计不允许加压气体通过分配装置200或周围而流进放气腔室500时，时，这样的流动路径就是理想和必须的。
图6给出了又一个减压机构，可将其整合入用作本发明的注射器10的致动装置100的活塞装置124中。这样的减压机构包括设置在活塞装置124的活塞128的主体130内部的流动路径510。流动路径510包括形成在活塞128旁边的放气孔512。当放气孔512位于活塞装置124的密封结构18的内部侧面上时，保持在注射器10内部的密封环境。然而，如果移走活塞128，使放气孔512位于密封结构的外部侧面上，就允许了在注射器的内部和外部之间的流动联系。当压下活塞128并损坏微气缸52时，加压气体就从微气缸52逃逸到达流动路径510并相对于活塞128起作用，产生足够的移位压力移走活塞128，从而将放气孔512定位于密封结构18的外部侧面上。然而，只要以等于或大于加压气体产生的移位压力的压力就可以压下活塞128，活塞128将不会移位并且会阻止注射器10和外部环境之间的流动联系。然而一旦释放活塞128，比如在传送周期的末端，活塞128将不会移位，这样定位于密封结构18的外部侧面上的放气孔512和保持在注射器10内部的加压气体将通过活塞129离开注射器10。
此处，注射器10包括包括安全机构20，可以设计安全机构20使其帮助确保在图8中给出的减压机构的合适的功能。比如，如在图6中给出的，位于安全机构20中的第一部分22中的狭槽30的宽度小于活塞128的主体130的宽度。这样，当安全机构20移出安全位置时，活塞128不会移位如此的程度，使位于活塞128中的放气孔512位于密封结构18的外部侧面上。当安全机构20再次移动进入安全位置时，狭槽30通向端口31，设计端口31的尺寸，使其允许移位活塞128的主体，从而将放气孔512定位于密封结构18的外部侧面上。此外，安全机构20的停止结构32也包括唇缘33，其阻止从活塞机构124的通道126完全排出活塞128。这样，本发明的注射器10也包括安全机构20，其不仅将注射器10的意外触发的可能性减少到最小，而且与放气机构合作，以确保加压气体完全的从注射装置10排出。
值得注意，本发明的注射器10的驱动装置150和分配装置200不必是分开的装置。如在图23和图24中给出的，分配装置200可以结合驱动装置以简化注射器10的结构。在这样的例子中，存储装置210，比如分配装置200的注射器211作为分配装置的至少一部分气压缸，并且可以设计分配装置200的活塞270作为单级活塞156或多级活塞170，使之直接相对于保持在存储装置210中的药剂220动作。如果减小注射器10的尺寸并减小用于制作注射器10的原材料的数量，这种在分配装置200内部整合的驱动装置提供了更加的经济和轻便的设计。可是当把驱动装置和分配装置200集合在一起时，活塞156、170的横截面直径将限制存储装置210的最大内部直径。虽然在图23和图24中给出的注射器10不包括压力调节装置或限流装置，如果理想的，可对具有集成的驱动装置和分配装置200的注射器提供压力调节装置或限流装置，比如已经描述的那些结构。
此外，也可以设计本发明的注射器作为一次性用品或可以反复使用。当设计注射器用作一次性用品时，使用之后注射器就要全部销毁，所以将其所有部件全都永久的整合为一体。然而当设计本发明的注射器作为多次使用注射器时，该计注射器的至少一个结构用于重复使用。依照本发明的加压气体源和多次使用的注射器的分配装置都优选的作为模块化设计。这样的设计有利于将加压气体源和分配装置从致动装置和注射器的驱动装置容易接合和分离。
因为注射器的设计是灵活的，本发明的注射器在设计上允许注射表观粘性范围较大的各种药剂。更具体的，本发明的注射器适于粘性药剂的注射，并设计得可以传送具有1Poise粘度或更大粘度、10Poise粘度或更大粘度、20Poise粘度或更大粘度、50Poise粘度或更大粘度或甚至100Poise粘度或更大粘度的粘性药剂。通常，设置本发明的注射器，使其施加范围从大约5lbs.到大约200lbs.的注射力。可是，本发明的注射器的设计不受提供的注射力范围落入在大约5lbs.到大约200lbs.之间的注射器的限制。可以构造本发明的注射器使其施加期望的注射力，以确保在期望时间内的期望剂量的选择出药剂的传送。
可以使用Hagen-Poisuille定律来决定在预定时间之内传递期望剂量的选择出的药剂需要的注射力。比如，为了通过具有4.5mm的内部直径的注射器和具有0.012英寸(24号规格的针)的内部直径，0.5英寸长的针在10秒之内传递具有200Poise粘度的05cc的药剂，Hagen-Poisuille定律显示出需要大约100磅的注射力。这样的压力确保可用于通过选择出的注射器和针传递得任何剂量的任何药剂。容易理解，即使药剂的粘性保持恒定，调节一个或多个在Hagen-Poisuille规则中给出的变量将导致不同需要的注射力。因此，即使当传递的药剂的流变性质保持一致，所需的注射力也会大于或小于必须的注射力，这一切取决于，期望的传送时间、使用的针的长度和口径以及所用于存储药剂的注射器或容器的直径。
一旦决定了期望的注射力，本发明的注射器的各种成分可适于产生期望的压力、力量、压力轮廓。从上面的描述可以理解，可以构造本发明的注射器的加压气体源和驱动装置，以获得期望的压力、力量、压力轮廓。比如，通过对本发明的注射器可选用的市场上销售的微型气缸，该气缸具有0.35英寸内径，1.5英寸长，所存气体压强为1750psi；还有一种是0.75英寸内径，2.5英寸长，所存气体压强为197psi。当气压缸的内部直径等于0.75英寸，位于驱动装置内部的单级活塞或多级活塞的注射阶段也可以测量0.75英寸，最终可以产生87lbs.的注射力。此外，如果加压气压缸内部产生197lbs的注射力，对驱动装置提供多级活塞，该多级活塞的注射阶段具有0.20英寸的直径，会产生6lbs.的注射力。如果需要或期望基本上恒定的注射或插入力，可以构造本发明的注射器，使其包括如上文所述的压力调节装置或限流装置。虽然本发明的注射器的优选注射力范围在大约5psi.到大约20psi.之间的注射力，而且理想的，为了提供范围在大约1lbs.到大约7lbs.之间的注射力或有效注射力，本发明的注射器不受这种设置的限制，并可以对其设计，使其产生在这些优选范围之外的期望注射力或插入力。
此外，因为注射器的驱动机构相对简单而且工作起来相对安静，而不会有明显碰撞或反作用力，所以本发明的注射器是比较理想的。当本发明的注射器包括多级驱动装置时，使用单独的驱动机构，本发明的注射器能够产生注射或插入力。此外，可以容易地调节本发明的注射器的加压气体源和驱动装置以提供的注射力，从将患者的不适减少到最小，同时提供注射力以最佳化甚至是高粘性药剂的传送效率。即使在本发明的注射器包括单级驱动装置时，可以设计本发明的注射器，使其产生用于传送期望剂量的选定的的药剂的合适的注射力，同时提供有效的注射力以将患者的不适减少到最小。由于简化用于本发明的注射器的气动驱动装置，注射器内部移动的结构受到限制而且工作起来相对不明显，使得本发明的注射器工作起来不会产生过量噪声或传输明显的碰撞或反作用压力。
可以使用任何合适的原材料和已知的制造方法制作本发明的注射器的结构。比如，可使用已知的金属、金属合金、合成物、或天然或合成橡胶或聚合物原材料制作分配装置、驱动装置、致动装置，以及包括在加压气体源中的帽盖。然而，也可以使用玻璃材料制作分配装置的一个或多个结构。通过其他合适的制造处理可对这样的原材料铸造、机械加工、浇铸或成形以产生期望形状和尺寸的结构。可以使用特殊的原材料制作本发明的一个或多个不同结构和亚元件，特殊的原材料包括比如铝和铝合金、不锈钢，诸如304或316的不锈钢、玻璃增强尼龙、液晶聚合物(LCP)、PEEK聚合物和Delyn聚合物。用于制作本发明的注射器的存储装置和分配装置的外壳的原材料是304不锈钢、316的不锈钢、LCP和PEEK聚合物。然而可以理解，对于本领域的技术人员，使用任何原材料和制造处理方法可以制作本发明的注射器，得到的注射器能够抵抗依照本发明设计的注射器的预期工作压力。
本发明也包括注射粘性药剂的方法，在每个它的实施例中，本发明的方法包括提供药剂、提供期望线规的针、将针插入患者的组织中，并产生足够的注射力以通过针将粘性药剂传送至患者的组织中。优选的，在本发明的方法中提供的药剂是粘性药剂(比如具有的粘性大于1Poise)。甚至更优选的，本发明的方法包括使用具有10Poise或更大、20Poise或更大、50Poise或更大、100Poise或更大的粘性的药剂。虽然在本发明的方法中选用的药剂优选是粘性药剂、但本发明的方法不受这样的限制，其也可以用于注射表观粘性小于1Poise的药剂。
由于当针的规格减小(比如减小针的内部直径)时，通常会增加患者的不适，在本发明的方法中提供的优选的针具有在21号规格到31号规格之间的线规范围。甚至更优选的，本发明的方法中提供的针具有在24号规格到31号规格之间的规格范围，本发明的方法中提供的针具有在27号规格到31号规格之间的规格范围。然而，这样的针的规格是目前简单的优选范围。将基于比如注射的药剂的粘性、患者的状况、实施注射的患者的组织、产生的注射力和用于注射的期望时间改变用于本发明的方法中的针的规格。因此，根据期望的操作可以改变用于本发明的方法中的针的口径和长度。
进一步的，在本发明的方法中产生的注射力要足以在合适的时间之内传送提供的理想剂量的药剂。优选的，在10秒之内注射力要足以传送提供的期望剂量的药剂。甚至更优选的，在5秒之内在本发明的方法中产生注射力要足以传送提供的期望剂量的药剂。为了在目前优选的时间里实现传送提供的期望剂量的药剂，在本发明的方法中产生注射力通常的范围在大约5lbs.到大约200lbs.之间。然而，对于本发明的方法的每个其它的真实方面，在本发明的方法中产生注射力的大小是可变的，并将依赖于比如所用的分配装置、所用的药剂和传送的药剂的剂量。在本发明的方法中产生注射力仅需要足够的大以在合适的时间之内传送的期望剂量的药剂。这样，基于实际操作，在本发明的方法中产生注射力可以小于5lbs.或大于200lbs。此外，本发明的方法不受在目前优选的时间之内产生足够的压力，以传递理想剂量的药剂的限制。
在另一个实施例中，本发明的方法进一步包括提供注射力或有效注射力，其小于注射力，在针插入患者的组织中时，其适于将患者的不适减小到最少。比如，在患者是人并且针的规格设置于从21号规格到31号规格的范围，在大约1磅到大约7镑之间的注射力目前是优选的，在大约1磅到大约4镑之间的注射力甚至是更优选的。然而，依照几种因素可以改变在本发明的方法中产生的注射力的大小，比如预期的患者、插入患者的组织中的针的规格和注射的期望途径(比如皮下注射的、肌肉注射的或关节内注射的)。进一步的，在本发明的方法包括提供注射力时，优选产生注射力和插入力的装置是单独驱动装置。
在每一个实施例中，本发明的方法可以进一步包括提供本发明的注射器。比如，图26到图29给出了用本发明注射器10实施本发明方法的一个实施例，。图26给出了针250和相对于患者的组织放置药剂220的注射器10。如在图27中给出的，致动装置100的致动使微型气缸52产生的加压气体流向驱动装置150，而且加压气体相对于多级活塞170的注射级172起作用产生注射力，其相对于偏置机构280驱动注射器211和针250进入患者的组织中(未示出)。一旦打破在注射级172和气动气缸158的第一腔室167的壁之间形成的密封，加压气体就相对于多级活塞170的注射级162起作用产生注射力。注射力大于插入力并推进注射器211的活塞270。当以注射力通过气动气缸158的第二腔室168驱动多级活塞170时，活塞270驱动注射器211中的期望剂量的药剂进入患者的组织(未示出)(如在图28中给出的)。优选的，一旦传送了理想剂量的药剂，多级活塞170的向前推进将终止并散逸气动气缸158内部的压强。当气动气缸152内部的压强散逸时，通过多级活塞170传输至活塞270的压力也散逸，并变得不能克服由偏置机构280施加的偏置压力。当通过多级活塞170施加的压力不再等于或大于由偏置机构280施加的偏置压力时，通过偏置机构280，注射器211和针250自动缩回进入分配装置200的外壳219中(在图29中给处)。
在图26到图29中给出了本发明的方法的实施例，然而其仅仅是示范性的，并不会限制本发明的方法的范围，更具体的，本发明的方法不受在图26到图29中给出的注射器10的限制。可以使用本发明的任何注射器以完成本发明的方法的一个或多个实施例。
实施例1
图25提供了曲线图，其给出了通过改变在注射器的驱动装置的气动气缸内部产生的压力或通过改变位于驱动装置内部的活塞的表面面积可以简单地调节通过本发明的注射器施加的压力。参考曲线图可以理解，当产生给定的压力时，在增大活塞的直径时，活塞增大其产生的压力；在减小活塞的直径时，活塞减小其产生的压力。此外，当使用给定直径的活塞时，在增大气动气缸内部的压强时，活塞增大其产生的压力；在减小气动气缸内部的压强时，活塞减小其产生的压力。因此在图25中的曲线信息给出了通过本发明的注射器的驱动装置施加的压力、力量、压力曲线，仅通过改变在驱动装置的气动气缸内部产生的压强或通过改变位于多级或单级活塞中的插入或注射阶段的表面面积，使其适于一个或多个期望的操作，所述多级或单级活塞位于气动活塞内部。
实施例2
测试本发明的注射器以确定通过具有不同规格的针传送选择出的粘性原材料需要的注射时间。利用市场上销售的的12gram的密封微型气缸加压气体源测试使用的注射器，所述密封微型气缸在1，750psi下充满了0.2gram的氮气。本发明的致动装置包括刺穿机构，并且将容纳了密封微型气缸的帽盖螺旋到注射器的主体上，从而通过刺穿机构致动注射器打破密封微型气缸的密封。注射器包括由限流盘形成的限流装置，限流盘具有直径为0.0015英寸的孔，限流装置位于致动装置的刺穿机构和注射器的驱动装置之间。本发明的驱动装置是多级驱动装置，其包括具有第一和第二腔室的多级驱动装置和具有注射级和插入级的多级活塞。气动气缸具有2.50英寸的长度并具有0.75英寸的最大内部直径。多级活塞的插入级具有0.2英寸的直径，多级活塞的注射级具有0.75英寸的直径。在注射器的致动下，多级驱动装置产生了大约6lbs.的插入力和大约84lbs.的注射力。
在具有分配装置的注射器的每次测试中，所述分配装置具有如在图14和图15中给出的套管和注射器管筒。在每次测试中，对注射器管筒的注射器预先充满0.5cc的配料，利用Haake Rheometer测得，其在1.0sec-1剪切速率和25度下具有大约1,000Poise的固定粘性和大约200Poise的动态粘性。然而在第一次测试中提供的注射器管筒包括0.5英寸长，24号规格的针，同时，在第二次测试中提供的注射器管筒包括0.5英寸长，27号规格的针，在每次测试之前，对配料加热到大约41度和48度之间。
测试结果表明，针的规格直接影响注射选择出的配料需要的时间，所有的其它都是相同的。然而，在每次测试中，在10秒之内都可以很好的传送期望剂量的选择出的配料。此外，在每次测试中，注射器产生非常小的噪音并不会传输显著的碰撞或反作用压力。

Claims (16)

1、一种用于注射粘性药剂的装置，它包括：
分配装置，其包括用于容纳药剂的存储装置和用于注射药剂的针，以及用于驱动药剂使之通过针的活塞，该存储装置和针可移动地设置在壳体内，针的规格等于或大于21号规格；
由加压气体致动的驱动装置，该驱动装置构造成对活塞施加力，足以驱动粘性药剂通过针。
2、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，其还包括加压气体源和致动装置，该致动装置促动来自加压气体源的加压气体流动至驱动装置。
3、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，粘性药剂具有大于5poise的粘性。
4、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，粘性药剂具有大于10poise的粘性。
5、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，粘性药剂具有大于50poise的粘性。
6、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，粘性药剂具有大于100poise的粘性。
7、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，驱动装置包括多级活塞，其构造成相对于分配装置施加至少第一压力和第二压力。
8、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，驱动装置包括多级活塞，其相对于分配装置施加第一压力和第二压力，第二压力大于第一压力。
9、按照权利要求8所述的装置，其特征在于，多级活塞施加的第一压力小于或等于71bs且第二压力足以通过针注射粘性药剂。
10、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，针的规格范围从27号规格到31号规格。
11、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置构造成在10秒钟内通过针注射达到0.5cc的粘性药剂。
12、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置构造成在5秒钟内通过针注射达到0.5cc的粘性药剂。
13、按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加压气体源、驱动装置及分配装置构造成在10秒钟内通过针注射达到0.5cc的粘性药剂。
14、按照权利要求13所述的装置，其特征在于，所述加压气体源、所述驱动装置和所述分配装置构造成在5秒钟内通过针注射达到0.5cc的粘性药剂。
15、按照权利要求8所述的装置，其特征在于，该装置的多级活塞构造成在施加第二压力之前施加第一压力。
16、按照权利要求8所述的装置，其特征在于，多级活塞的每一级的特征是具有不同的表面面积。
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