CN204995910U - 用于通过注射来输送药物的微型泵 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于通过注射来输送药物的微型泵，其特征在于，所述微型泵包括：储器；套管；马达；齿轮；驱动齿条；管状泵外壳，所述管状泵外壳具有与所述储器进行流体连通的第一孔口和与所述套管进行流体连通的第二孔口；在所述泵外壳内轴向地取向的浮动活塞和驱动活塞；所述驱动活塞和所述浮动活塞被定位成用以在所述泵外壳内在所述驱动活塞和所述浮动活塞的第一轴向位置和第二轴向位置处分别关闭所述第一孔口和所述第二孔口；其中所述马达接合到所述齿轮并且所述齿轮接合到所述驱动齿条，以便使所述驱动活塞相对于所述浮动活塞轴向地平移，其中，所述驱动活塞相对于所述浮动活塞的平移限定出在所述泵外壳内的泵容积空间。

Description

用于通过注射来输送药物的微型泵
技术领域
本实用新型涉及一种微型泵，该微型泵适合于通过注射来连续输送液体药物，诸如可以用于输送胰岛素以便治疗糖尿病。
背景技术
例如从美国专利第7726955号和第8282366号已知用于皮下输送药物的微型泵。该现有技术在各种实施例中描述了一种泵，该泵具有转子，该转子被安装在定子或外壳中。以一定角度位于转子上的轴向延伸部上的密封环与形成在转子与定子之间的通道协作以使精确量的液体穿过转子外壳。然而，这些实施例是相对复杂的，并且不是节省成本的。使用者一直携带该泵，数周后更换注射贴片。在现有技术继续向着完全一次性泵发展时，对紧凑且经济型微型泵设计的需求仍旧迫切。
现有技术中已知的另一种注射泵包括具有引导螺杆的刚性储器，该引导螺杆接合在储器中，以在引导螺杆前进时通过套管分配药物。在这种布置中，用于输送药物的致动器直接连接到引导螺杆并且配量精度(诸如马达的精度)取决于难以控制的变量。此外，该装置需要刚性储器来提供被校准的剂量。因此，不可能使用柔性储器并且用于泵的可能设计数量因此受限制。
实用新型内容
根据本实用新型的微型泵被提供用来通过注射输送药物。虽然结合胰岛素的输送进行描述，但该微型泵可以用于注射其它药物。该微型泵包括：储器；套管；马达；齿轮；驱动齿条；和管状泵外壳，所述管状泵外壳具有与所述储器进行流体连通的第一孔口和与所述套管进行流体连通的第二孔口。驱动活塞和浮动活塞在泵外壳内沿轴向取向并且被定位成用以在泵外壳内在第一和第二轴向位置处关闭第一和第二孔口。所述马达接合到所述齿轮并且所述齿轮接合到所述驱动齿条以使得所述驱动活塞相对于所述浮动活塞轴向地平移，所述驱动活塞相对于所述浮动活塞的平移限定出在所述泵外壳内的泵容积空间。
优选地，该微型泵包括在所述浮动活塞上的一对径向布置的O型环密封件，所述O型环密封件与所述泵外壳的内部表面摩擦地接合，防止所述浮动活塞因所述泵容积空间内的正负压力而运动。
在第一实施例中，所述驱动活塞联接到所述浮动活塞，并且所述驱动齿条相对于所述泵外壳沿轴向取向并且联接到所述驱动活塞以使得所述驱动活塞在所述泵外壳中平移。
在第二实施例中，所述驱动活塞在固定位置中，所述浮动活塞不联接到所述驱动活塞，所述驱动齿条位于所述泵外壳上，并且所述泵外壳通过马达和齿轮平移以获得驱动活塞和浮动活塞的第一和第二轴向位置。
优选地，该微型泵包括支架，所述支架具有：第一键控肋，所述第一键控肋接纳所述驱动活塞并且将所述驱动活塞维持在所述固定位置中；和第二键控肋，所述第二键控肋接纳所述浮动活塞，所述浮动活塞具有接触所述第二键控肋的凹槽，其中，所述凹槽的轴向端部限定出所述浮动活塞相对于所述第二键控肋的轴向运动的极限。
优选地，该微型泵还包括：在所述浮动活塞上的第一钩部；在所述驱动活塞的第一端部上的第二钩部，所述第二钩部联接到在所述浮动活塞上的所述第一钩部；在所述驱动活塞的与所述驱动活塞的所述第一端部轴向相对的第二端部上的第三钩部；和在所述驱动齿条上的第四钩部，所述第四钩部联接到在所述驱动活塞上的所述第三钩部；在所述第一钩部与所述第二钩部之间的间隙允许所述浮动活塞相对于所述驱动活塞的受限的轴向运动；并且在所述第三钩部和所述第四钩部之间的间隙允许所述驱动齿条相对于所述驱动活塞的受限的轴向运动。在第三实施例中，浮动活塞(在这个实施例中，该浮动活塞也被称为“滑柱”)设有轴向孔，该轴向孔接纳驱动活塞的一部分以限定出在该孔中的泵容积空间。设在浮动活塞上的通孔对该孔开放并且对浮动活塞的外表面开放，并且被定位成用以提供在第一位置中经由第一孔口通向储器的通路和在第二位置中经由第二孔口通向套管的通路。
该微型泵包括在所述驱动活塞上的径向布置的O型环密封件，所述O型环密封件被径向地压缩在所述浮动活塞中的所述孔的内部表面上。根据一个实施例，一种用于通过注射来输送药物的微型泵，其特征在于，所述微型泵包括：储器；套管；马达；齿轮；管状泵外壳，所述管状泵外壳具有与所述储器进行流体连通的第一孔口和与所述套管进行流体连通的第二孔口；驱动齿条，所述驱动齿条被定位在所述泵外壳的表面上并且操作性地连接到所述齿轮以使所述泵外壳沿轴向方向平移；在所述泵外壳内沿轴向取向的驱动活塞和浮动活塞，其中，所述驱动活塞和所述浮动活塞没有彼此联接；在所述浮动活塞上的径向密封件，所述径向密封件与所述泵外壳的内部表面摩擦接合；其中所述驱动活塞是静止不动的；所述驱动活塞和所述浮动活塞被定位成用以在所述泵外壳内在所述驱动活塞和所述浮动活塞的不同轴向位置处关闭所述第一孔口和所述第二孔口；其中所述浮动活塞相对于所述驱动活塞的平移限定出在所述泵外壳内的在所述浮动活塞与所述驱动活塞之间的泵容积空间。
优选地，所述泵外壳被接收在支架中，并且所述驱动活塞附接到所述支架上的第一键控肋，维持固定的位置。
所述浮动活塞中的凹槽被接纳在所述支架中的第二键控肋中，使得所述凹槽的长度确定所述浮动活塞的运动自由度。
根据一个实施例，一种用于通过注射来输送药物的微型泵，其特征在于，所述微型泵包括：储器；套管；马达；齿轮；管状泵外壳，所述管状泵外壳具有与所述储器进行流体连通的第一孔口和与所述套管进行流体连通的第二孔口；操作性地连接到所述齿轮的驱动齿条；在所述泵外壳中的驱动活塞；浮动活塞，所述浮动活塞与所述驱动活塞轴向地对准并且联接到所述驱动活塞；在所述浮动活塞上的与所述泵外壳的内部表面摩擦接合的至少一个径向密封件，和在所述驱动活塞上的与所述泵外壳的内部表面摩擦接合的至少一个径向密封件；其中所述马达接合到所述齿轮，所述齿轮接合到所述驱动齿条并且所述驱动齿条接合到所述驱动活塞，以便使得所述驱动活塞和所述浮动活塞在所述泵外壳内轴向地平移；其中所述驱动活塞相对于所述浮动活塞的平移限定出在所述泵外壳内的泵容积空间；并且其中在所述驱动活塞和所述浮动活塞位于所述泵外壳内的不同轴向位置处，所述浮动活塞关闭所述第一孔口并且所述驱动活塞关闭所述第二孔口。
优选地，该微型泵还包括：在所述浮动活塞上的第一钩部；在所述驱动活塞的第一端部上的第二钩部，所述第二钩部联接到在所述浮动活塞上的所述第一钩部；在所述驱动活塞的与所述驱动活塞的所述第一端部轴向相对的第二端部上的第三钩部；和在所述驱动齿条上的第四钩部，所述第四钩部联接到在所述驱动活塞上的所述第三钩部；在所述第一钩部与所述第二钩部之间的间隙允许所述浮动活塞相对于所述驱动活塞的受限的轴向运动；并且在所述第三钩部与所述第四钩部之间的间隙允许所述驱动齿条相对于所述驱动活塞的受限的轴向运动。
优选地，该微型泵包括行进极限传感器，当所述驱动齿条朝向所述泵外壳完全延伸和从所述泵外壳完全缩回时，所述行进极限传感器与所述齿轮操作性地通信。
根据一个实施例，一种用于通过注射来输送药物的微型泵，其特征在于，所述微型泵包括：储器；套管；马达；齿轮；驱动齿条；管状泵外壳，所述管状泵外壳具有与所述储器进行流体连通的第一孔口和与所述套管进行流体连通的第二孔口；驱动活塞，所述驱动活塞联接到所述驱动齿条并且被接纳在浮动活塞中，所述浮动活塞被轴向地布置在所述管状泵外壳中，所述驱动活塞具有被接纳在所述浮动活塞中的孔中的一部分，限定出在所述孔与所述驱动活塞之间的泵容积空间；在所述浮动活塞上的通孔，所述通孔对所述孔开放且对所述浮动活塞的外表面开放，所述通孔被定位成用以提供在第一位置中经由所述第一孔口从所述储器通向所述泵容积空间的通路和在第二位置中经由所述第二孔口从所述泵容积空间通向所述套管的通路。
优选地，该微型泵还包括联接销，所述联接销被接纳穿过所述浮动活塞中的缝槽并被接纳到所述驱动活塞中，其中，所述浮动活塞中的所述缝槽是沿所述轴向方向呈长形的并且具有相对的轴向端部，所述相对的轴向端部限定出所述驱动活塞在所述浮动活塞的所述孔中的轴向运动的范围。
优选地，该微型泵还包括：在述驱动活塞上的径向密封件，所述径向密封件与所述浮动活塞的所述孔的内部表面摩擦接合；在所述浮动活塞上的两对径向布置的密封件，所述密封件与所述管状泵外壳的内部表面摩擦接合。
优选地，所述驱动齿条和所述驱动活塞被一体地形成为一个元件并且不能相对彼此运动。
优选地，所述驱动齿条和所述驱动活塞被一体地形成为一个元件并且不能相对彼此运动；并且所述浮动活塞设有长形开口，所述长形开口允许通过所述齿轮经长形开口通向所述驱动齿条。
优选地，所述驱动齿条通过在所述驱动齿条上的第一钩部接合在所述驱动活塞上的第二钩部而联接到所述驱动活塞，其中，所述第一钩部和所述第二钩部之间的间隙允许在所述驱动齿条接合所述驱动活塞之前使所述驱动齿条相对于所述驱动活塞轴向地运动。
优选地，在整个泵循环期间，所述驱动活塞被完全接纳在所述浮动活塞的所述孔内。
在是第三实施例的变型的第四实施例中，该齿轮通过泵外壳中的开口接合驱动齿条，这允许活塞布置的更短轴向长度和更小的总尺寸。
在是第三实施例的另一变型的第五实施例中，驱动活塞设有比驱动活塞的主体部分窄的轴向延伸部，该轴向延伸部被接纳在浮动活塞中的孔的一个端部处的凹陷部中。泵容积空间被限定在驱动活塞上的轴向延伸部与浮动活塞孔中的凹陷部的端部之间。
另外变型在下面的详细描述中被描述。在这些实施例和变型中的每一个中，泵容积空间由轴向地布置在管状泵外壳中的活塞的相对位置限定。在这些实施例和变型中的每一个中，驱动活塞和/或浮动活塞上的径向密封件与管状泵外壳的内部表面的摩擦接合确定泵外壳中的孔口的打开和关闭以在泵循环期间在不同时间提供通向储器和套管的通路。
附图说明
图1是包括流控技术子系统和流体计量子系统的根据本实用新型的注射泵的示意性概况。
图2是流体计量子系统的分解视图。
图3是根据本实用新型的第一示例性实施例的被组装的注射泵的视图。
图4是被组装的流体计量系统的透视图。
图5是图4的被组装的流体计量系统的侧剖视图。
图6A是在泵循环开始之前处于最初状态中的图4的被组装的流体计量系统的俯视图。
图6B是处于图6A的最初状态中的被组装的流体计量系统的侧剖视图。
图7A是在泵循环的吸入行程期间的图4的被组装的流体计量系统的俯视图。
图7B是处于图7A的状态中的被组装的流体计量系统的侧剖视图。
图8A是在泵循环的阀状态改变期间的图4的被组装的流体计量系统的俯视图。
图8B是处于图8A的状态中的被组装的流体计量系统的侧剖视图。
图9A是图4的被组装的流体计量系统的俯视图，其中泵容积处于完全膨胀的状态中。
图9B是处于图9A的状态中的被组装的流体计量系统的侧剖视图。
图10A是在泵循环的排出行程期间的图4的被组装的流体计量系统的俯视图。
图10B是处于图10A的状态中的被组装的流体计量系统的侧剖视图。
图11A是在泵循环的排出行程之后的图4的被组装的流体计量系统的俯视图，其中泵容积完全塌缩并且阀改变状态。
图11B是处于图11A的状态中的被组装的流体计量系统的侧剖视图。
图12A、以及图12B的对应剖视图示出了返回到循环开始点的机构。
图13是根据本实用新型的第二示例性实施例的流体计量子系统的分解视图。
图13A是根据图13的实施例的流体计量子系统的组装视图。
图14是在泵循环启动之前的图13的流体计量系统的侧剖视图。
图15、图16、图17、图18、图19和图20描绘了根据图13的实施例的流体计量系统的泵循环的数个阶段。
图21是根据本实用新型的第三示例性实施例的流体计量子系统的分解视图。
图22是图21的实施例的组装视图。
图23是图21的实施例的侧剖视图。
图24A和图24B的对应剖视图描绘出根据本实用新型实施例的泵循环的开始位置。
图25A、图25B、图26A、图26B、图27A、图27B、图28A、图28B、图29A和图29B描绘根据图21的实施例的流体计量系统的泵循环的数个阶段。
图30是根据本实用新型的第四示例性实施例的流体计量子系统的分解视图。
图31描绘图30的被组装的实施例。
图32是图30的实施例的侧剖视图。
图33A、图33B、图34A、图34B、图35A、图35B、图36A、图36B、图37A、图37B、图38A、图38B、图39A和图39B描绘出根据图3的实施例的流体计量系统的泵循环的数个阶段。
图40是根据本实用新型的第五示例性实施例的流体计量子系统的分解视图。
图41是根据图40的实施例的被组装的流体计量系统的剖视图。
图42A、图42B、图43A、图43B、图44A、图44B、图45A、图45B、图46A、图46B、图47A和图47B描绘根据图40的实施例的流体计量系统的泵循环的数个阶段。
这些附图不按比例绘制，并且一些构件在不同的视图中为了清楚起见而被省略。
具体实施方式
在下面描述的每一个本实用新型实施例中，驱动活塞和浮动活塞在泵外壳中轴向地取向，并且活塞的相对位置限定出泵容积V。“轴向方向”意指沿着泵外壳和/或一个活塞的纵向轴线。泵容积交替地膨胀、压缩，膨胀产生负压力以将流体从储器经第一孔口吸到泵容积中并压缩，以将流体经第二孔口输送给套管线路。泵容积可以根据该泵要输送的剂量而定尺寸，例如在0.1μl到50μl的范围中。在示例性实施例中，泵容积大约为5.0μl，其被设计成使得两个完整的泵循环可以输送掉具有惯常美国浓度的一个单位胰岛素。在许多实施例中，排出行程清空全部的泵容积内容物。也可以增加排出行程以提供更小的剂量增量。
图1提供了关于流体输送系统100的示意性概况，该流体输送系统包括：储器120，该储器与计量子系统200处于流体连通，该计量子系统用来从储器抽取出精确量的流体；和套管机构122，该套管机构用来输送药物给使用者101。计量子系统(泵)优选地是重量轻且耐磨损的。套管机构122可以通过注射套件连接到注射部位，该注射套件包括管件和贴片，或者套管插入机构可以合并入计量子系统200内的外壳中。虽然本实用新型不限于任何特定的储器实施例，但储器120优选地是柔性的且不与柱塞和引导螺杆接合(如许多现有技术胰岛素泵那样)。该柔性储器不具有用来输送流体的内部致动器机构，这允许整个泵更小且设计更加紧凑。储器例如可以由注射器121经填充端口123填充，或者可以使用预填充好的储器或储筒(cartridge)。
微控制器10被设置成具有印刷电路板(PCB)的形式，该印刷电路板与传感器和电路11、12、13、14、15、17以及与致动器16和18交互以控制泵和套管。由外壳中的一个或更多个电池19供电。听觉反馈和视觉显示以及使用者可操作的控制件(未示出)可以设置在该单元上，其操作性地连接到PCB，或者可以设置在远程编程单元上，以便设定剂量、部署套管、启动注射和输送小团剂量(如现有技术中已知的)。
根据本实用新型一个实施例的计量子系统200的部件在图2的分解视图和图3的组装视图中被描绘。计量子系统200包括用来驱动容积式泵的马达224和齿轮226。该泵包括管状泵外壳228，以及在泵外壳内轴向地对准的多部段活塞。在图2和图3的实施例中，驱动活塞232和浮动活塞234在泵外壳内轴向地取向并且彼此联接。驱动活塞232和浮动活塞234各具有一对径向布置的密封件231、233和235、237，这些密封件与管状泵外壳228的内表面摩擦地接合。
泵行程在流体路径内产生正压力梯度和负压力梯度以引起流动。因此，密封件必须与管状泵外壳228的内表面摩擦地接合，并且密封件的尺寸能够维持泵容积中的正负压力，还保证正负压力不会移动活塞直到活塞在泵行程中被接合。在示出的实施例中，密封件231、233、235和237是沿径向定位的弹性体O型环。然而，密封件可以被直接模制到活塞上，或者可以采用备选的密封系统来执行相同功能，诸如方形环或聚四氟乙烯或聚乙烯唇形密封件。通常，计量子系统的部件由刚性的医用级塑料(诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS))制成，并且密封件用具有介于20和50之间的肖氏A硬度的液体硅橡胶(LSR)。如果希望，LSR密封件可以直接模制到硬质塑料基底上，在这种情况中，基底部分应当由具有较高软化温度的塑料材料(诸如聚醚酰亚胺(PEI)或聚砜(PS))制成。
本实用新型在各种实施例中提及到“浮动活塞”。这个术语仅仅为了使用方便。“浮动”在这种情况中仅意味着该元件不是直接联接到该马达，而是由于径向密封件与管状泵外壳内表面的摩擦接合而具有某种独立的运动。术语“活塞”仅仅指的是管状泵外壳中的活塞状装置，并且不意味着液体如何在泵容积空间中被压缩。同样，活塞无需运动以相对于另一活塞或元件平移。
在示出的实施例中，数对密封件231、233和235、237产生流体控制阀，流体控制阀在位于泵行程的每一个终点处的储器端口241与套管端口242之间主动地穿梭，以交替地挡住和打开端口，从而保证流体流动是单向的(从储器120到患者101)而不会从患者流到储器。
如在图5的剖视图中见到的，活塞组件包括彼此联接的驱动齿条238、驱动活塞232和浮动活塞234。可以有多个变型方案来联接活塞部段，但在示出的实施例中，活塞部段通过一系列钩部附接，该一系列钩部包括位于浮动活塞的第一端部上的第一钩部205，该第一钩部联接到与浮动活塞234的第一端部轴向地相对的驱动活塞的端部上的第二钩部204。第一钩部205和第二钩部204之间的间隙允许浮动活塞234相对于驱动活塞232作受限的轴向运动。位于驱动活塞232的相对端部上的第三钩部203联接到位于驱动齿条上的第四钩部201。第三钩部203和第四钩部201之间的间隙允许驱动齿条228和驱动活塞232之间的受限的轴向运动，该轴向运动可以用于在泵循环期间提供对马达上载荷的逐步增加(如下文描述)。
在示出的实施例中，泵送容积位于驱动活塞232与浮动活塞234之间的在密封件233与235之间的界面中，并且泵容积空间由驱动活塞232和浮动活塞234的相对位置限定。在启动吸入行程之前，储器端口241位于驱动活塞和浮动活塞的相应联接端部上的径向密封件233和235之间，并且钩部205和204之间的间隙区域对储器端口241开放。在另一方面，套管端口242在最初状态中由驱动活塞232封闭。
在启动泵循环之前的泵最初状态在图6A中被描绘。马达224接合到齿轮226并且该齿轮接合到驱动齿条238以使浮动活塞234相对于驱动活塞232轴向地平移。驱动齿条238上的L形钩部201与驱动活塞上的L形钩部203的接合留下联接间隙243，该联接间隙允许马达以轻载荷启动，在接合驱动活塞232之前关闭该间隙。驱动活塞232上的钩部204与浮动活塞234上的钩部205之间的间隙允许泵容积膨胀且允许套管端口242和储器端口241在泵循环的不同阶段通向泵容积。
取决于管状泵外壳228内直径和活塞232和234的钩部构件的可容易测量的尺寸，根据本实用新型的管状容积式泵提供了关于剂量精度的短公差循环(toerlanceloop)。该剂量不直接根据马达224的转动而校准，使得活塞可以在泵外壳内超越行程而不影响剂量精度。虽然在图3中描绘的是由电池19提供电的直流齿轮马达224，但其它马达系统可以适合用于本实用新型，诸如螺线管、镍钛诺(镍-钛合金)线马达、音圈致动器马达、压电马达、以及蜡马达。
在图6A和图6B中描述的最初状态中，驱动齿条238完全延伸到泵外壳228中使得从动活塞232阻挡套管端口242。如在图6B的剖视图中见到的，从动活塞232的密封件233与浮动活塞的密封件235之间的泵容积空间完全塌缩并且对储器端口241开放。
图7A、以及对应的图7B的剖视图示出吸入行程期间的计量系统200。吸入行程被设计成使得逐步增加的载荷被施加到马达，这有利于马达效率和电池寿命。联接间隙243(在图6B中示出)允许马达在轻载荷下启动，从而使不利地影响电池寿命的启动电流最小化。在吸入行程的最初阶段中，由于齿轮226的顺时针转动，驱动齿条238轴向地平移以关闭驱动齿条238与驱动活塞232之间的间隙。当驱动齿条和活塞之间的间隙关闭时，驱动齿条238直接接合驱动活塞232。在吸入行程的这个阶段中，浮动活塞234在泵容积膨胀时是静止不动的，将流体通过储器端口241吸入泵容积中。在吸入行程期间，浮动活塞234上的密封件235、237与泵外壳228的内部直径之间的摩擦力必须足够地高，以保证作用在浮动活塞234的面上的负吸入压力不会在吸入行程完成之前移动这个活塞。
图8A和图8B描绘了在吸入行程之后、当泵容积完全膨胀时的计量系统200。驱动齿条238、驱动活塞232和浮动活塞234的运动通过箭头描绘。在泵循环的这个阶段期间，浮动活塞234在马达224的驱策以及齿轮226的持续顺时针旋转作用下开始运动。在浮动活塞234上的密封件235越过用于储器端口的入口孔时储器入口241被挡住以改变阀状态。储器端口和套管端口的挡住和打开遵循特定的顺序。在吸入行程之后在阀改变状态期间，储器端口首先被挡住。在这之后是中间状态，在该中间状态中，两个端口都被挡住。然后，两个活塞的进一步轴向运动打开套管端口。该系统被设计成具有中间状态以保证两个密封件不在同一时间越过侧孔。当以高的背压注射时，随着密封件离开端口，按顺序的阀变换使得回流(backflow)的可能性最小化。
图9A和图9B示出处于其完全缩回状态的计量系统200，驱动齿条238从管状泵外壳228完全缩回，并且套管端口242对密封件233和235之间的膨胀的泵容积开放。在这个位置中，储器端口241被浮动活塞234挡住。
在图10A和图10B中描绘的排出行程的最初阶段期间，马达224和齿轮226沿箭头指示的相反方向(逆时针)旋转，使得驱动齿条238将驱动活塞232推向浮动活塞234(该浮动活塞在泵容积V塌缩时初始地维持静止不动)，并且将流体从泵容积推过套管端口242。在排出行程期间，浮动活塞234上的密封件与泵外壳228的内部表面之间的摩擦力必须足够地高，以保证作用在浮动活塞234的面上的正压力不在排出行程完成之前移动这个活塞。与吸入行程的情况一样，排出行程被设计成使得逐步增加的载荷被施加到马达。
图11A和图11B描绘在排出行程之后且在阀状态改变期间的计量系统200。泵容积完全塌缩，并且马达224的力用于沿着由图11B中箭头指示的方向移动浮动活塞234。在驱动活塞233上的密封件越过套管端口242的入口孔口时，套管端口242首先被挡住。储器端口241与塌缩的泵容积对准，使活塞部段返回到如图12A和图12B中所示的开始位置。
在本实用新型的第二替代实施例中，活塞部段是独立的，并不彼此联接。驱动活塞的位置固定(在这个实施例中称为“固定活塞”)，并且活塞部段的相对轴向位置通过平移泵外壳而实现。在图13中以分解视图且在图13A中以组装视图示出的这个实施例中，直流马达324和小齿轮326使得泵外壳314在支架316中来回驱动。为了这个目的，驱动齿条328被结合在泵外壳314的顶部上。固定活塞332通过第一键控肋320刚性地固定到支架316并且在泵送循环期间不移动。由于浮动活塞上的凹槽330与支架316上的第二键控肋322之间的轴向空隙，浮动活塞334相对于固定活塞来回平移。泵容积形成在固定活塞332和浮动活塞334的相面对的表面之间。
在图13A中示出的位置中，浮动活塞334的第一轴向端部接近固定活塞332的端面。在浮动活塞的与第一轴向端部相对的端部上，浮动活塞334中的凹槽330被接纳在支架316的第二键控肋322中，使得凹槽330的端部抵接键控肋322的外侧面。图13A示出马达324被接纳在外壳325中的组件，在示出的实施例中，外壳与支架316一体地形成，并且定位成使得齿轮326相对于外壳大约居中地定位。浮动活塞332和固定活塞334的相对移动确定泵行程。在泵循环的最初阶段期间，当马达324经由齿轮326和驱动齿条328驱动泵外壳314时，泵外壳314的内表面与浮动活塞334上的密封件335、337之间的摩擦力引起浮动活塞随着泵外壳314行进。在图13中示出的位置中，储器端口352的孔口对准在浮动活塞334和静止不动的驱动活塞332之间。
图14以横截面示出根据第二备选实施例的泵循环的开始位置。行进极限传感器347被接合并且活塞彼此接近。如在图15中由箭头指示的，齿轮326的逆时针旋转(沿着轴朝向马达观察)接合驱动齿条328并且使得泵外壳314沿着朝向浮动活塞334的方向平移。在吸入行程的最初阶段中，由于密封件与泵外壳的内表面之间的摩擦力，浮动活塞334随着泵外壳314移动，并且泵容积V形成在浮动活塞332和固定活塞334的相面对的端部之间。由于泵容积V中产生的负压力，流体从储器被抽吸经过储器端口352。
在图16中示出的位置中，在吸入行程之后，浮动活塞334上的凹槽330的相对侧抵靠支架316的键控肋322停止。在这种状态中，泵容积V完全膨胀，并且泵外壳314继续移动，使得浮动活塞334上密封件335越过储器端口352。然后，如图17中所示，套管端口351越过固定活塞332的密封件333，通过套管端口351提供通向两个活塞332、334之间的膨胀的泵容积V的通路。行进极限传感器347被触发，从而为排出行程逆转马达的方向。
图18示出根据本实用新型的这个实施例的在排出行程期间的泵。如在图18中由箭头示出的，在示出的实施例中，马达轴沿相反的(顺时针)方向旋转，使泵外壳314和浮动活塞334朝向固定活塞332平移。泵容积V塌缩，驱动流体沿套管线路通过套管端口351。在排出行程期间，浮动活塞334上的密封件与泵外壳314的内部直径之间的摩擦力必须足够地高，以保证在泵循环的这个部分期间在浮动活塞334和泵外壳之间不存在相对运动。在图19中，泵循环完成，浮动活塞上的凹槽330的端部达到键止动件322以防止进一步移动。在图20的位置中，行程传感器347被激活，并且该装置处于为另一泵循环做好准备的开始位置。
在图21到图39B中描绘的本实用新型的第三和第四实施例中，泵容积形成在被接纳在浮动活塞的孔内的驱动活塞之间(该浮动活塞在这些实施例中也被称为“滑柱”)。如在前述实施例中，驱动活塞经由齿轮和驱动齿条由马达驱动以膨胀和压缩泵容积，该泵容积在这种情况中形成在滑柱的孔内。与前述实施例不同，仅仅滑柱上的密封件与泵外壳的内部摩擦地接合。泵容积空间中的正负压力由与该孔的内表面摩擦地接合的驱动活塞上的密封件维持。
根据第三实施例，如在图21的分解视图中见到的，马达424被接纳在外壳425中，该外壳可以与管状泵外壳438一体地形成。如在前述实施例中，小齿轮426接合驱动齿条428，该驱动齿条联接到驱动活塞432。驱动齿条428到驱动活塞432的联接以及驱动活塞432在滑柱434中的的接合可以具有各种形式。在图21的特定实施例中，驱动活塞432在泵循环期间维持在滑柱434的孔内，并且驱动齿条428包括轴向延伸部408，该轴向延伸部使用协作的钩部401、402联接到驱动活塞432，该钩部还被接纳在泵外壳438中。驱动活塞432使用被接纳在滑柱434中的缝槽405内并且穿过驱动活塞中的孔404的联接销403联接到滑柱434。缝槽405的轴向长度和联接销403的直径确定驱动活塞432在泵循环期间在滑柱434的孔内的运动自由度。
图24A和对应的图24B的横截面描绘泵循环的开始位置。驱动齿条428的轴向延伸部408完全延伸到滑柱434中并且联接销403抵接长形缝槽405的轴向端部，限定出驱动活塞432到滑柱434中的最远延伸度。滑柱上的密封件433和431挡住套管端口452，留下储器端口451对滑柱的中间部段开放。
图25A和对应的图25B的横截面描绘根据本实用新型的这个实施例的吸入行程。在吸入行程期间，驱动活塞432以在整个泵循环期间完全保持在浮动活塞孔409内的状态下在孔409内沿箭头指示的方向轴向地移动，同时浮动活塞434由于浮动活塞434上的密封件431、433、435和437与泵外壳438的内表面的摩擦接合而最初保持静止不动。流体从储器通过储器端口451和浮动活塞434中的开口407被吸入孔409中的泵容积空间V中。在吸入行程期间，滑柱上的密封件和泵外壳的内部直径之间的摩擦力必须足够地高，以保证作用在浮动活塞的面上的负吸入压力在吸入行程完成之前不移动滑柱。吸入行程被设计成使得逐步增加的载荷被施加到该马达，这有利于马达效率和电池寿命。分别在驱动齿条和驱动活塞上的钩部401和402之间的联接允许马达在轻的载荷下启动，使得不利地影响电池寿命的启动电流最小化。驱动齿条428不接合，并且开始移动驱动活塞432直到该间隙关闭。驱动活塞432具有一个滑动密封件406，该滑动密封件与浮动活塞434的孔409的内部表面摩擦接合。最初，在泵容积V开始膨胀时，由于该孔中的负压力，另外的压力载荷被施加在驱动活塞的端部上，进一步增加马达上的载荷。
如图26A和对应的图26B的横截面中所示，一旦泵容积V完全膨胀并且填充有流体，压力和活塞摩擦载荷便减小，并且如箭头所示地，驱动活塞432开始经由联接销403拉动浮动活塞434，从而由于四个滑动密封件431、433、435和437与泵外壳438的内部表面的摩擦接合而进一步增加马达上的载荷。
在阀状态改变期间，在浮动活塞434上的密封件435越过储器端口451时，储器入口首先被挡住。然后，套管端口452对于浮动活塞434的孔409中的膨胀的泵容积空间V开放。当吸入行程完成时，行进极限传感器441触发马达以改变方向。与任何实施例的情况一样，当达到驱动齿条行进的极限时，行进极限传感器441可以触发，或者可以使用更精确的机构，诸如光学传感器和编码器，该编码器在齿轮旋转时计算齿轮426上的齿。
在图27A和图27B中描绘的排出行程期间，马达424逆时针旋转(沿马达轴朝向马达看)，并且浮动活塞434也由于密封件的摩擦接合而最初静止不动。驱动活塞432压缩泵容积空间V以通过套管端口452逐出流体。在排出行程之后，在图28A和图28B中描绘的状态中，泵容积V完全塌缩并且浮动活塞434开始在管状泵外壳438中移动。在密封件435越过孔口时阀改变状态并且套管端口452被挡住，此后储器端口451对浮动活塞434中的孔口407开放。图29A和图29B描绘泵循环的最后阶段，在泵循环完成时，活塞组件返回到驱动齿条完全延伸的位置。
在图30到图40B中描绘的本实用新型的第四实施例中，驱动齿条和活塞被组合成一个从动活塞501，在整个泵循环期间，该从动活塞完全留在浮动活塞孔内。窗口504切入浮动活塞534的侧部中以允许齿轮526接合被接纳在泵外壳内的从动活塞501并且使其轴向地运动。这种布置允许泵外壳538的更短的轴向长度和更小的总尺寸。
在图31的组装视图中，泵外壳538被示出为形成有用来接收马达524的外壳525和用于小齿轮526的支撑件502，使得该齿轮可以经浮动活塞534中的开口504通向从动活塞501的驱动齿条部分。
用于第四实施例的泵循环类似于用于前述实施例的泵循环。在图33A的延伸位置中，组合的驱动齿条/活塞501完全延伸到浮动活塞534的孔中，并且浮动活塞处于泵外壳538的背离齿轮526的远端部处。套管端口552和储器端口551被布置在泵外壳面向马达的一侧上，虽然这种布置是任意的。在图34A和图34B中描绘的吸入行程期间，组合的驱动齿条/活塞501被沿顺时针方向旋转的齿轮526驱动以膨胀浮动活塞534或者滑柱(浮动活塞在这个实施例中也被称做为滑柱)的孔中的泵容积空间V。流体通过端口551被吸入到泵容积空间V中。图35A和图35B描绘在吸入行程之后在阀状态改变期间的浮动活塞534的位置。一旦泵容积完全膨胀，马达524就克服滑柱与管状泵外壳538的内部表面的摩擦接合，并且滑柱通过马达的作用被拉动。在密封件越过孔口时，储器端口551最初被挡住。如图36A和图36B中所示，在泵循环的这个阶段完成时，滑柱534的孔中的膨胀的泵容积V与套管端口552对准。如在前述实施例中，吸入行程的结束触发行进极限传感器541，并且马达524改变方向。在图37A和图37B中，组合的驱动齿条/活塞部件501压缩滑柱534的孔中的泵容积V，将流体从套管端口552逐出至注射部位。如图38A和图38B中所示，齿轮526的继续旋转将组合的驱动齿条/活塞和滑柱534推回到如图39A和图39B中所示的开始位置。
本实用新型的第五替代实施例是结合第四实施例描述的活塞和滑柱构造的变型。在图40的分解视图中和图41中的横截面中描绘的第五实施例中，浮动活塞(或者如在这个实施例中它也被称为“滑柱”)634联接到驱动活塞632，销603被接纳穿过浮动活塞中的轴向长形缝槽605并穿过驱动活塞632中的孔604。销在管状外壳638中的缝槽601和602中行进。然而，缝槽601、602不限制活塞的轴向行程，并且在缝槽601和602中设有用于销的轴向空隙。为了容易组装而设置这些缝槽。销603在缝槽605中的运动确定泵的行程。驱动活塞的行程取决于缝槽605的长度和销603的直径。在这个实施例中，泵容积空间由被接纳在滑柱的孔609中的轴向延伸部608限定。
在图42A和图42B中描绘的吸入行程期间，滑柱634中的开口610与储器端口651对准，并且滑柱挡住套管端口652。经由齿轮626对驱动齿条628操作的马达使得驱动活塞632在滑柱634中的孔内轴向地移动，因此膨胀泵容积空间使得流体由于负压力而被吸入到该空间中。通过驱动活塞632上的密封件616在滑柱634的内部表面上的摩擦接合，在泵容积空间中的压力被维持。最初，由于径向压缩的密封件631、633、635和637与管状外壳638的摩擦接合，滑柱634不在管状外壳638内运动。
如图43A和图43B中所示，一旦吸入行程完成，驱动活塞632就开始经由支承在缝槽605的端部上的销603将滑柱634拉向驱动齿轮626。滑柱634的运动以类似于结合前述实施例描述的方式的方式改变阀的状态。如图43A和图43B中所示，滑柱634中的开口610从储器端口651到套管端口652。在图44A和44B的完全缩回的状态中，行进极限传感器647被触发并且图45A和45B的排出行程被启动，将流体推出套管端口652。在完成排出行程之后，驱动活塞632开始经由支承在缝槽605的端部上的销603推动滑柱634离开驱动齿轮626。图46A和图46B中示出的滑柱634的运动改变阀的状态。在完成阀状态改变时，计量系统已经返回到泵循环的开始位置，如图47A和图47B中所示。
优选实施例的前述描述将不被认为限制本实用新型，本实用新型由所附权利要求限定。依靠前述公开内容，本领域技术人员可以在不偏离要求保护的本实用新型范围的情况下实现所描述实施例的变型。例如，虽然结合用来治疗糖尿病的胰岛素的连续输送进行描述，但对本领域技术人员来说将显然的是，注射泵可以适合于输送其它药物。结合一个实施例或独立权利要求描述的特征或从属权利要求限制可以适合于与另一实施例或独立权利要求一起使用，而不偏离本实用新型的范围。

Claims (21)

1.一种用于通过注射来输送药物的微型泵，其特征在于，所述微型泵包括：
储器；套管；马达；齿轮；驱动齿条；
管状的泵外壳，所述泵外壳具有与所述储器进行流体连通的第一孔口和与所述套管进行流体连通的第二孔口；
在所述泵外壳内轴向地取向的浮动活塞和驱动活塞；
所述驱动活塞和所述浮动活塞被定位成用以在所述泵外壳内在所述驱动活塞和所述浮动活塞的第一轴向位置和第二轴向位置处分别关闭所述第一孔口和所述第二孔口；其中
所述马达接合到所述齿轮并且所述齿轮接合到所述驱动齿条，以便使所述驱动活塞相对于所述浮动活塞轴向地平移，其中，所述驱动活塞相对于所述浮动活塞的平移限定出在所述泵外壳内的泵容积空间。
2.根据权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该微型泵包括在所述浮动活塞上的一对径向布置的O型环密封件，所述O型环密封件与所述泵外壳的内部表面摩擦地接合，防止所述浮动活塞因所述泵容积空间内的正负压力而运动。
3.根据权利要求1所述的微型泵，其特征在于，所述驱动活塞处于固定位置中，所述浮动活塞不联接到所述驱动活塞，所述驱动齿条位于所述泵外壳上，并且所述泵外壳通过所述马达和所述齿轮平移以获得所述第一轴向位置和所述第二轴向位置。
4.根据权利要求3所述的微型泵，其特征在于，该微型泵包括支架，所述支架具有：第一键控肋，所述第一键控肋接纳所述驱动活塞并且将所述驱动活塞维持在所述固定位置中；和第二键控肋，所述第二键控肋接纳所述浮动活塞，所述浮动活塞具有接触所述第二键控肋的凹槽，其中，所述凹槽的轴向端部限定出所述浮动活塞相对于所述第二键控肋的轴向运动的极限。
5.根据权利要求1所述的微型泵，其特征在于，所述驱动活塞联接到所述浮动活塞，并且所述驱动齿条相对于所述泵外壳轴向地取向并且联接到所述驱动活塞以使得所述驱动活塞在所述泵外壳中平移。
6.根据权利要求5所述的微型泵，其特征在于，该微型泵还包括：
在所述浮动活塞上的第一钩部；
在所述驱动活塞的第一端部上的第二钩部，所述第二钩部联接到在所述浮动活塞上的所述第一钩部；
在所述驱动活塞的与所述驱动活塞的所述第一端部轴向相对的第二端部上的第三钩部；和
在所述驱动齿条上的第四钩部，所述第四钩部联接到在所述驱动活塞上的所述第三钩部；
在所述第一钩部与所述第二钩部之间的间隙允许所述浮动活塞相对于所述驱动活塞的受限的轴向运动；并且
在所述第三钩部和所述第四钩部之间的间隙允许所述驱动齿条相对于所述驱动活塞的受限的轴向运动。
7.根据权利要求1所述的微型泵，其特征在于，所述浮动活塞包括孔，所述孔接收所述驱动活塞的一部分以限定在所述孔中的泵容积空间，并且所述浮动活塞上的通孔对所述孔开放并且对所述浮动活塞的外表面开放，所述通孔被定位成用以提供在第一位置中经由所述第一孔口通向所述储器的通路和在第二位置中经由所述第二孔口通向所述套管的通路。
8.根据权利要求7所述的微型泵，其特征在于，该微型泵包括在所述驱动活塞上的径向布置的O型环密封件，所述O型环密封件被径向地压缩在所述浮动活塞中的所述孔的内部表面上。
9.一种用于通过注射来输送药物的微型泵，其特征在于，所述微型泵包括：
储器；套管；马达；齿轮；
管状泵外壳，所述管状泵外壳具有与所述储器进行流体连通的第一孔口和与所述套管进行流体连通的第二孔口；
驱动齿条，所述驱动齿条被定位在所述泵外壳的表面上并且操作性地连接到所述齿轮以使所述泵外壳沿轴向方向平移；
在所述泵外壳内沿轴向取向的驱动活塞和浮动活塞，其中，所述驱动活塞和所述浮动活塞没有彼此联接；
在所述浮动活塞上的径向密封件，所述径向密封件与所述泵外壳的内部表面摩擦接合；其中
所述驱动活塞是静止不动的；
所述驱动活塞和所述浮动活塞被定位成用以在所述泵外壳内在所述驱动活塞和所述浮动活塞的不同轴向位置处关闭所述第一孔口和所述第二孔口；其中
所述浮动活塞相对于所述驱动活塞的平移限定出在所述泵外壳内的在所述浮动活塞与所述驱动活塞之间的泵容积空间。
10.根据权利要求9所述的微型泵，其特征在于，所述泵外壳被接收在支架中，并且所述驱动活塞附接到所述支架上的第一键控肋，维持固定的位置。
11.根据权利要求10所述的微型泵，其特征在于，所述浮动活塞中的凹槽被接纳在所述支架中的第二键控肋中，使得所述凹槽的长度确定所述浮动活塞的运动自由度。
12.一种用于通过注射来输送药物的微型泵，其特征在于，所述微型泵包括：
储器；套管；马达；齿轮；
管状的泵外壳，所述泵外壳具有与所述储器进行流体连通的第一孔口和与所述套管进行流体连通的第二孔口；
操作性地连接到所述齿轮的驱动齿条；
在所述泵外壳中的驱动活塞；
浮动活塞，所述浮动活塞与所述驱动活塞轴向地对准并且联接到所述驱动活塞；
在所述浮动活塞上的与所述泵外壳的内部表面摩擦接合的至少一个径向密封件，和在所述驱动活塞上的与所述泵外壳的内部表面摩擦接合的至少一个径向密封件；其中
所述马达接合到所述齿轮，所述齿轮接合到所述驱动齿条并且所述驱动齿条接合到所述驱动活塞，以便使得所述驱动活塞和所述浮动活塞在所述泵外壳内轴向地平移；其中
所述驱动活塞相对于所述浮动活塞的平移限定出在所述泵外壳内的泵容积空间；并且其中
在所述驱动活塞和所述浮动活塞位于所述泵外壳内的不同轴向位置处，所述浮动活塞关闭所述第一孔口并且所述驱动活塞关闭所述第二孔口。
13.根据权利要求12所述的微型泵，其特征在于，该微型泵还包括：
在所述浮动活塞上的第一钩部；
在所述驱动活塞的第一端部上的第二钩部，所述第二钩部联接到在所述浮动活塞上的所述第一钩部；
在所述驱动活塞的与所述驱动活塞的所述第一端部轴向相对的第二端部上的第三钩部；和
在所述驱动齿条上的第四钩部，所述第四钩部联接到在所述驱动活塞上的所述第三钩部；
在所述第一钩部与所述第二钩部之间的间隙允许所述浮动活塞相对于所述驱动活塞的受限的轴向运动；并且
在所述第三钩部与所述第四钩部之间的间隙允许所述驱动齿条相对于所述驱动活塞的受限的轴向运动。
14.根据权利要求12所述的微型泵，其特征在于，该微型泵包括行进极限传感器，当所述驱动齿条朝向所述泵外壳完全延伸和从所述泵外壳完全缩回时，所述行进极限传感器与所述齿轮操作性地通信。
15.一种用于通过注射来输送药物的微型泵，其特征在于，所述微型泵包括：
储器；套管；马达；齿轮；驱动齿条；
管状泵外壳，所述管状泵外壳具有与所述储器进行流体连通的第一孔口和与所述套管进行流体连通的第二孔口；
驱动活塞，所述驱动活塞联接到所述驱动齿条并且被接纳在浮动活塞中，所述浮动活塞被轴向地布置在所述管状泵外壳中，所述驱动活塞具有被接纳在所述浮动活塞中的孔中的一部分，限定出在所述孔与所述驱动活塞之间的泵容积空间；
在所述浮动活塞上的通孔，所述通孔对所述孔开放且对所述浮动活塞的外表面开放，
所述通孔被定位成用以提供在第一位置中经由所述第一孔口从所述储器通向所述泵容积空间的通路和在第二位置中经由所述第二孔口从所述泵容积空间通向所述套管的通路。
16.根据权利要求15所述的微型泵，其特征在于，该微型泵还包括联接销，所述联接销被接纳穿过所述浮动活塞中的缝槽并被接纳到所述驱动活塞中，其中，所述浮动活塞中的所述缝槽是沿所述轴向方向呈长形的并且具有相对的轴向端部，所述相对的轴向端部限定出所述驱动活塞在所述浮动活塞的所述孔中的轴向运动的范围。
17.根据权利要求15所述的微型泵，其特征在于，该微型泵还包括：
在述驱动活塞上的径向密封件，所述径向密封件与所述浮动活塞的所述孔的内部表面摩擦接合；
在所述浮动活塞上的两对径向布置的密封件，所述密封件与所述管状泵外壳的内部表面摩擦接合。
18.根据权利要求15所述的微型泵，其特征在于，
所述驱动齿条和所述驱动活塞被一体地形成为一个元件并且不能相对彼此运动。
19.根据权利要求15所述的微型泵，其特征在于，
所述驱动齿条和所述驱动活塞被一体地形成为一个元件并且不能相对彼此运动；并且
所述浮动活塞设有长形开口，所述长形开口允许通过所述齿轮经长形开口通向所述驱动齿条。
20.根据权利要求15所述的微型泵，其特征在于，所述驱动齿条通过在所述驱动齿条上的第一钩部接合在所述驱动活塞上的第二钩部而联接到所述驱动活塞，其中，所述第一钩部和所述第二钩部之间的间隙允许在所述驱动齿条接合所述驱动活塞之前使所述驱动齿条相对于所述驱动活塞轴向地运动。
21.根据权利要求15所述的微型泵，其特征在于，在整个泵循环期间，所述驱动活塞被完全接纳在所述浮动活塞的所述孔内。
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