IT201800007045A1

IT201800007045A1 - Electromechanical device for the infusion of drugs

Info

Publication number: IT201800007045A1
Application number: IT102018000007045A
Authority: IT
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2020-01-09

Description

Dispositivo elettromeccanico per l’infusione di farmaci Electromechanical device for the infusion of drugs

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Settore della Tecnica Technical sector

La presente invenzione concerne un dispositivo elettromeccanico per l’infusione di farmaci. L’invenzione si colloca nel settore delle apparecchiature elettromedicali, destinate all’infusione di farmaci in forma liquida nel corpo di un essere vivente. The present invention relates to an electromechanical device for the infusion of drugs. The invention is located in the field of electro-medical equipment, intended for the infusion of drugs in liquid form into the body of a living being.

Arte Nota Note Art

Nel settore delle apparecchiature elettromedicali sono noti dispositivi elettromeccanici per infusione di farmaci in forma liquida. L’infusione avviene attraverso una siringa collegata meccanicamente al dispositivo e idraulicamente all’essere vivente. Il collegamento idraulico avviene in genere principalmente mediante una cannula ed un ago impiantato nel corpo dell’essere vivente. In the field of electromedical equipment, electromechanical devices for the infusion of drugs in liquid form are known. The infusion takes place through a syringe connected mechanically to the device and hydraulically to the living being. The hydraulic connection generally occurs mainly through a cannula and a needle implanted in the body of the living being.

Un esempio di dispositivo elettromeccanico noto per infusione di farmaci è descritto in EP EP2174679 (A1). Il funzionamento di questo genere di dispositivi si basa su organi meccanici che trasformano il moto di rotazione di un motore elettrico, in moto traslatorio di uno spintore destinato ad esercitare una spinta adeguata contro lo stantuffo della siringa collegata al dispositivo. La trasformazione del moto da rotatorio a traslatorio avviene in genere mediante un accoppiamento vite – madrevite. Quest’ultima riceve il moto dal motore elettrico attraverso una coppia di ingranaggi cilindrici a denti dritti paralleli. Un ingranaggio primario o conduttore della coppia è fissato all’albero primario del motore elettrico, mentre un ingranaggio secondario o condotto è fissato attorno alla madrevite. Un trasduttore di posizione, o encoder ottico, è in genere previsto per stabilire la posizione angolare dell’albero primario e trasmetterla ad un controller elettronico che governa il funzionamento del dispositivo e controlla la velocità di avanzamento dello spintore e, conseguentemente, la quantità di farmaco erogato attraverso la siringa nell’unità di tempo. An example of a known electromechanical device for drug infusion is described in EP EP2174679 (A1). The operation of this type of device is based on mechanical members which transform the rotational motion of an electric motor into the translational motion of a pusher designed to exert an adequate thrust against the plunger of the syringe connected to the device. The transformation of the motion from rotary to translatory generally takes place by means of a screw-nut coupling. The latter receives motion from the electric motor through a pair of cylindrical gears with parallel straight teeth. A primary gear or torque conductor is fixed to the primary shaft of the electric motor, while a secondary or driven gear is fixed around the nut screw. A position transducer, or optical encoder, is generally provided to establish the angular position of the primary shaft and transmit it to an electronic controller that governs the operation of the device and controls the speed of advancement of the pusher and, consequently, the quantity of drug. delivered through the syringe per unit of time.

Un inconveniente dei dispositivi elettromeccanici noti è causato dalla variazione della coppia trasmessa sulla madrevite dalla coppia di ingranaggi. Si è potuto infatti apprezzare che, a seconda della posizione angolare reciproca assunta dalla coppia di ingranaggi, la spinta esercitata dallo spintore contro lo stantuffo varia sensibilmente. Questo fenomeno è determinato dal fatto che il braccio di leva che si stabilisce nell’accoppiamento fra gli ingranaggi cilindrici a denti dritti paralleli non è costante, ma varia a seconda della disposizione angolare reciproca assunta dagli ingranaggi. Pertanto, se ad esempio si desidera arrestare il funzionamento del dispositivo infusore, quando la resistenza opposta all’infusione raggiunge una soglia prefissata, ad esempio a causa di un’occlusione nel condotto che trasporta il farmaco, la variabilità della spinta esercitata sullo spintore causata dal suddetto accoppiamento ad ingranaggi, non consente di stabilire un valore univoco predeterminato, ma richiede per contro di prevedere un intervallo piuttosto ampio di valori, con conseguente incertezza per l’utilizzatore rispetto al livello di occlusione che è necessario si stabilisca affinché il dispositivo cessi di funzionare. Come noto in caso di occlusione, l’arresto del dispositivo è una condizione indispensabile per garantire la salute dell’individuo ed è pertanto necessario conoscere a priori quale sia il livello di occlusione che deve essere raggiunto affinché il dispositivo si arresti. Un’eccessiva incertezza rispetto a questo parametro, ossia una tolleranza eccessivamente ampia rispetto al valore di occlusione che determina l’arresto del dispositivo, rappresenta un inconveniente nelle situazioni in cui sia richiesta un’elevata precisione di tutti i parametri funzionali del dispositivo infusore. A drawback of known electromechanical devices is caused by the variation of the torque transmitted on the nut screw by the pair of gears. It has in fact been appreciated that, depending on the reciprocal angular position assumed by the pair of gears, the thrust exerted by the pusher against the piston varies considerably. This phenomenon is determined by the fact that the lever arm that is established in the coupling between the cylindrical gears with parallel straight teeth is not constant, but varies according to the reciprocal angular arrangement assumed by the gears. Therefore, if, for example, it is desired to stop the operation of the infuser device, when the resistance opposed to the infusion reaches a predetermined threshold, for example due to an occlusion in the duct carrying the drug, the variability of the thrust exerted on the pusher caused by the the aforementioned gear coupling does not allow to establish a predetermined univocal value, but on the other hand requires a rather wide range of values to be provided, with consequent uncertainty for the user with respect to the level of occlusion that must be established for the device to cease to function . As is known in the case of occlusion, stopping the device is an indispensable condition to ensure the health of the individual and it is therefore necessary to know in advance what the level of occlusion must be reached for the device to stop. Excessive uncertainty with respect to this parameter, i.e. an excessively wide tolerance with respect to the occlusion value that causes the device to stop, represents a drawback in situations where high accuracy is required of all the functional parameters of the infuser device.

Una soluzione adottata in passato per tentare di risolvere il problema suddetto è rappresentata dall’adozione di una cella di carico con la quale misurare la resistenza incontrata nel corso dell’infusione. Questa soluzione risulta tuttavia complicata, aumenta i costi di produzione ed introduce un fattore di possibile guasto. A solution adopted in the past to try to solve the aforementioned problem is represented by the adoption of a load cell with which to measure the resistance encountered during the infusion. However, this solution is complicated, increases production costs and introduces a factor of possible failure.

Un altro inconveniente dei dispositivi noti deriva dalla rumorosità provocata dalla trasmissione meccanica con ingranaggi a denti dritti. Poiché i dispositivi infusori noti vengono spesso indossati dagli individui nel corso della normale attività, la rumorosità può risultare un fattore particolarmente fastidioso e indesiderato, che può pregiudicare la diffusione del dispositivo. Another drawback of the known devices derives from the noise caused by the mechanical transmission with straight-toothed gears. Since known infusion devices are often worn by individuals in the course of normal activity, noise can be a particularly annoying and undesirable factor, which can compromise the diffusion of the device.

Un primo scopo della presente invenzione è quello di risolvere gli inconvenienti dell’arte nota, provvedendo un dispositivo elettromeccanico per l’infusione di farmaci, di elevata precisione in tutte le sue funzioni ed anche in particolare in caso di arresto per occlusione. Un altro scopo dell’invenzione è quello di provvedere un dispositivo del tipo suddetto, maggiormente silenzioso e fluido nel funzionamento degli organi meccanici rispetto ai dispositivi elettromeccanici noti e che si presti pertanto ad essere realizzato in formato compatto e portatile, ossia che possa essere indossato dall’utilizzatore anche in quelle situazioni in cui la rumorosità durante il funzionamento potrebbe risultare fastidiosa. Non ultimo scopo dell’invenzione è quello di provvedere un dispositivo per l’infusione di farmaci, che risulti semplice ed economico da realizzare e che si presti pertanto ad una produzione industriale su larga scala. A first purpose of the present invention is to solve the drawbacks of the known art, by providing an electromechanical device for the infusion of drugs, with high precision in all its functions and also in particular in the event of stoppage due to occlusion. Another object of the invention is to provide a device of the aforesaid type, which is more silent and fluid in the operation of the mechanical members than known electromechanical devices and which therefore lends itself to being made in a compact and portable format, i.e. which can be worn by the 'user even in those situations in which the noise during operation could be annoying. Not least purpose of the invention is to provide a device for the infusion of drugs, which is simple and economical to make and which therefore lends itself to large-scale industrial production.

Descrizione dell’Invenzione Description of the Invention

Il dispositivo infusore di farmaci secondo l’invenzione comprendente principalmente un’asta scorrevole, almeno parzialmente filettata esternamente e condotta assialmente da una chiocciola girevole filettata internamente, che si impegna sull’asta filettata. Per poter avanzare assialmente quando la chiocciola ruota, l’asta filettata è impedita di ruotare attorno al proprio asse. Preferibilmente, i mezzi che impediscono la rotazione dell’asta filettata comprendono una canna dotata di almeno una guida longitudinale in cui si impegna un riscontro radiale fissato all’asta filettata. La canna è fissa e consente lo scorrimento dell’asta filettata al suo interno, mentre la rotazione reciproca dell’asta rispetto alla canna è impedita dal riscontro radiale che scorre nella guida longitudinale man mano che l’asta filettata avanza o arretra per effetto della rotazione in un verso o in quello opposto della chiocciola girevole. The drug infuser device according to the invention mainly comprising a sliding rod, at least partially externally threaded and axially driven by an internally threaded rotating nut, which engages on the threaded rod. In order to advance axially when the nut rotates, the threaded rod is prevented from rotating around its own axis. Preferably, the means that prevent rotation of the threaded rod comprise a barrel equipped with at least one longitudinal guide in which a radial abutment fixed to the threaded rod engages. The barrel is fixed and allows the threaded rod to slide inside it, while the reciprocal rotation of the rod with respect to the barrel is prevented by the radial stop that slides in the longitudinal guide as the threaded rod advances or retracts due to the rotation. in one direction or in the opposite direction of the rotating nut.

Preferibilmente l’asta scorrevole filettata e la chiocciola girevole hanno i rispettivi assi longitudinali coassiali e le rispettive filettature in impegno fra loro, in modo tale che la rotazione della chiocciola provochi lo scorrimento assiale dell’asta all’interno della chiocciola e rispetto alla canna avente inoltre, come anzidetto, la funzione di impedire la rotazione dell’asta. Preferably, the threaded sliding rod and the rotating nut have their respective coaxial longitudinal axes and the respective threads in engagement with each other, so that the rotation of the nut causes the axial sliding of the rod inside the nut and with respect to the barrel having moreover, as aforesaid, the function of preventing the rotation of the rod.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, un’estremità anteriore dell’asta porta uno spintore o apposita appendice, suscettibile di entrare in battuta contro lo stantuffo di una siringa per l’infusione di farmaci quando collegata al dispositivo. La siringa per l’infusione di farmaci è preferibilmente collegabile al dispositivo mediante una ghiera dotata di un’apposita sede in cui si innesta la base della siringa. La sede è inoltre dotata di feritoie a mezzaluna diametralmente opposte, suscettibili di ricevere le alette radiali previste alla base della siringa. Secondo questa disposizione, l’innesto della siringa avviene con un movimento tipico di un innesto a baionetta, ossia con la combinazione di un movimento di avvicinamento assiale della base della siringa alla sede e di rotazione di 90° del corpo della siringa per disporre le alette nelle feritoie. In a preferred embodiment of the invention, a front end of the rod carries a pusher or a special appendix, capable of striking against the plunger of a syringe for the infusion of drugs when connected to the device. The syringe for drug infusion is preferably connectable to the device by means of a ring nut with a special seat into which the base of the syringe is inserted. The seat is also equipped with diametrically opposite half-moon slits, capable of receiving the radial fins provided at the base of the syringe. According to this arrangement, the insertion of the syringe takes place with a movement typical of a bayonet coupling, i.e. with the combination of an axial movement of the base of the syringe towards the seat and a 90 ° rotation of the body of the syringe to arrange the wings. in the loopholes.

Altre forme di realizzazione sono possibili in cui la siringa è priva di alette radiali e comprende scanalature anulari per ricevere apposite appendici, sporgenti radialmente nella sede della ghiera del dispositivo infusore. Other embodiments are possible in which the syringe is devoid of radial fins and comprises annular grooves for receiving suitable appendages, projecting radially in the seat of the ring nut of the infuser device.

Il dispositivo comprende inoltre organi di azionamento, configurati per provocare lo scorrimento assiale dell’asta scorrevole filettata. Gli organi di azionamento comprendono preferibilmente un motore elettrico dotato di albero primario o conduttore, un pignone fissato all’albero conduttore, preferibilmente in testa, ed una ruota dentata fissata esternamente attorno alla chiocciola. The device also includes actuation members, configured to cause the axial sliding of the threaded sliding rod. The drive members preferably include an electric motor equipped with a primary or driving shaft, a pinion fixed to the driving shaft, preferably at the head, and a toothed wheel fixed externally around the nut.

Secondo l’invenzione, il pignone e la ruota dentata comprendono vantaggiosamente ingranaggi cilindrici a denti elicoidali. According to the invention, the pinion and the toothed wheel advantageously comprise cylindrical gears with helical teeth.

Una delle condizioni essenziali affinché vi sia continuità di trasmissione nella coppia di ruote dentate, è che due denti in presa non si lascino completamente prima che altri due denti abbiano iniziato l'ingranamento. One of the essential conditions for there to be continuity of transmission in the pair of sprockets is that two teeth in engagement are not completely released before the other two teeth have begun meshing.

Nelle ruote dentate a denti dritti, succede che la coppia di denti in presa, abbandona il contatto su tutta la lunghezza assiale della corona, mentre, simultaneamente, la coppia successiva di denti che sta entrando in presa, inizia il contatto su tutta la lunghezza assiale e questo dà origine a vibrazioni e rumori nocivi. In sprockets with straight teeth, it happens that the couple of teeth in engagement, abandons the contact along the entire axial length of the crown, while, simultaneously, the next couple of teeth that is engaging, initiates the contact along the entire axial length and this gives rise to harmful vibrations and noises.

Per ridurre questi inconvenienti, secondo l’invenzione, sono stati introdotti ingranaggi a denti elicoidali. To reduce these drawbacks, according to the invention, helical tooth gears have been introduced.

Nella coppia di ingranaggi, ossia pignone e ruota dentata, secondo l’invenzione, i denti in presa si lasciano gradualmente, e allo stesso modo i denti successivi iniziano l'ingranamento in modo progressivo e in questo modo la trasmissione del moto risulta silenziosa, regolare, senza urti o vibrazioni. In the pair of gears, that is pinion and toothed wheel, according to the invention, the teeth in engagement are gradually released, and in the same way the following teeth start the meshing progressively and in this way the transmission of the motion is silent, regular , without shocks or vibrations.

Secondo l’invenzione i denti degli ingranaggi non sono paralleli all'asse della ruota, ma si presentano inclinati di un angolo costante β di circa 20° e preferibilmente compreso fra 15° e 25° e i fianchi dei denti assumono conseguentemente un andamento a elica cilindrica. According to the invention, the teeth of the gears are not parallel to the axis of the wheel, but are inclined by a constant angle β of about 20 ° and preferably between 15 ° and 25 ° and the flanks of the teeth consequently assume a cylindrical helical shape .

Una delle conseguenze di questa configurazione è che l'ingranamento non avviene più in contemporanea su tutta la lunghezza del dente, bensì su una porzione che trasla assialmente lungo la superfice del dente da un'estremità all'altra. One of the consequences of this configuration is that the meshing no longer occurs simultaneously along the entire length of the tooth, but on a portion that moves axially along the surface of the tooth from one end to the other.

Vantaggiosamente, secondo l’invenzione, il pignone e la ruota dentata comprendono ingranaggi a denti elicoidali, preferibilmente paralleli elicoidali, in impegno reciproco e cooperanti fra loro. Advantageously, according to the invention, the pinion and the toothed wheel comprise gears with helical teeth, preferably parallel helical, in mutual engagement and cooperating with each other.

Vantaggiosamente, l’accoppiamento a denti elicoidali permette di ottenere un funzionamento regolare e silenzioso del dispositivo. Inoltre, grazie a questa disposizione, la coppia trasmessa dal pignone alla ruota dentata è sostanzialmente indipendente dalla configurazione angolare reciproca che si stabilisce fra il pignone e la ruota dentata quando l’albero primario è posto in rotazione dal motore elettrico. Advantageously, the coupling with helical teeth allows to obtain a smooth and silent operation of the device. Furthermore, thanks to this arrangement, the torque transmitted from the pinion to the toothed wheel is substantially independent of the reciprocal angular configuration that is established between the pinion and the toothed wheel when the primary shaft is rotated by the electric motor.

Grazie alla conformazione elicoidale della dentatura del pignone e corona dentata, la spinta esercitata sull’asta filettata e, conseguentemente, sullo stantuffo della siringa collegata al dispositivo per il tramite dello spintore posto in testa all’asta filettata, risulta sostanzialmente costante in qualsiasi posizione angolare reciproca assunta dalla coppia pignone-ruota dentata. Vantaggiosamente, pertanto, durante il funzionamento della pompa e, in particolare, quando si verifica un’occlusione che si oppone o impedisce il regolare flusso di farmaco, la forza applicata dal dispositivo sullo stantuffo della siringa risulta indipendente dalla posizione angolare reciproca dei denti degli ingranaggi pignone e corona dentata ed è pertanto possibile caratterizzare la pompa in fase di collaudo in modo preciso e uniforme. Thanks to the helical shape of the pinion and crown gear teeth, the thrust exerted on the threaded rod and, consequently, on the plunger of the syringe connected to the device by means of the pusher placed at the head of the threaded rod, is substantially constant in any angular position reciprocal assumed by the pinion-toothed wheel couple. Advantageously, therefore, during the operation of the pump and, in particular, when an occlusion occurs that opposes or prevents the regular flow of drug, the force applied by the device on the syringe plunger is independent of the reciprocal angular position of the gear teeth. pinion and crown gear and it is therefore possible to characterize the pump in the testing phase in a precise and uniform way.

Preferibilmente il pignone e la ruota dentata sono ruote cilindriche a denti elicoidali in cui i denti elicoidali del pignone e della ruota dentata sono inclinati di un angolo compreso fra 15° e 25° rispetto al rispettivo asse di rotazione del pignone e ruota dentata. Ancor più preferibilmente l’angolo di inclinazione dei denti è di circa 20° rispetto a detti assi, essendo questa l’angolazione che si è rivelata maggiormente vantaggiosa per ottenere una trasmissione del moto fluida e per non accentuare le spinte assiali che inevitabilmente si verificano con un accoppiamento a denti elicoidali. In una forma ulteriore di realizzazione dell’invenzione è anche possibile prevedere ruote dentate, preferibilmente cilindriche, bielicoidali, per evitare la formazione di spinte assiali in entrambi i versi di rotazione degli ingranaggi. Preferably the pinion and the toothed wheel are cylindrical wheels with helical teeth in which the helical teeth of the pinion and of the toothed wheel are inclined by an angle comprised between 15 ° and 25 ° with respect to the respective axis of rotation of the pinion and toothed wheel. Even more preferably, the angle of inclination of the teeth is about 20 ° with respect to said axes, this being the angle that has proved most advantageous for obtaining a fluid motion transmission and for not accentuating the axial thrusts that inevitably occur with a helical tooth coupling. In a further embodiment of the invention it is also possible to provide toothed wheels, preferably cylindrical, bi-helical, to avoid the formation of axial thrusts in both directions of rotation of the gears.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, i denti elicoidali del pignone e della ruota dentata sono inclinati rispetto al rispettivo asse di rotazione in modo che la componente assiale delle forze applicate al pignone e alla ruota dentata, durante la trasmissione del moto di rotazione impresso dal motore elettrico per determinare l’avanzamento dell’asta filettata in fase di infusione del farmaco, ossia quando lo spintore si muove in direzione distale rispetto alla chiocciola, siano dirette, rispettivamente, in opposizione e concordi con l’avanzamento dell’asta filettata. Il pignone e la ruota dentata hanno inoltre preferibilmente diametro tale da determinare un rapporto di riduzione adeguato, fra il pignone e la ruota dentata, così da ottenere la velocità di avanzamento desiderata e la coppia in grado di vincere la resistenza opposta all’avanzamento dello spintore che promuove l’infusione del farmaco nel corpo di un individuo. In a preferred embodiment of the invention, the helical teeth of the pinion and of the toothed wheel are inclined with respect to the respective axis of rotation so that the axial component of the forces applied to the pinion and to the toothed wheel, during the transmission of the rotational motion impressed by the electric motor to determine the advancement of the threaded rod in the drug infusion phase, i.e. when the pusher moves in a distal direction with respect to the nut, are directed, respectively, in opposition and in agreement with the advancement of the threaded rod . The pinion and the toothed wheel also preferably have a diameter such as to determine an adequate reduction ratio, between the pinion and the toothed wheel, so as to obtain the desired speed of advancement and the torque capable of overcoming the resistance opposed to the advancement of the pusher. which promotes the infusion of the drug into an individual's body.

La lunghezza assiale del pignone è inoltre preferibilmente almeno il 30% maggiore della lunghezza assiale della ruota dentata, così da rendere sicuro l’accoppiamento fra pignone e ruota dentata a vantaggio dell’affidabilità e della sicurezza. Il pignone e la ruota dentata sono inoltre preferibilmente disposti con assi di rotazione paralleli. Preferibilmente, il pignone e la ruota dentata sono disposti in modo tale che un piano mediano immaginario, che attraversa la ruota dentata perpendicolarmente all’asse di rotazione ed un piano mediano immaginario, che attraversa il pignone perpendicolarmente all’asse di rotazione risultino sostanzialmente coincidenti. The axial length of the pinion is also preferably at least 30% greater than the axial length of the toothed wheel, so as to make the coupling between pinion and toothed wheel safe for the benefit of reliability and safety. The pinion and the toothed wheel are also preferably arranged with parallel axes of rotation. Preferably, the pinion and the toothed wheel are arranged in such a way that an imaginary median plane, which crosses the toothed wheel perpendicular to the axis of rotation and an imaginary median plane, which crosses the pinion perpendicular to the axis of rotation are substantially coincident.

Preferibilmente, lo spintore ed il motore elettrico sono collocati dalla parte opposta rispetto ad una piastra di supporto collocata trasversalmente rispetto all’asse di rotazione dell’asta filettata e dell’albero primario e attraversata, in corrispondenti fori, da detta asta filettata ed albero primario. Preferably, the pusher and the electric motor are located on the opposite side with respect to a support plate located transversely with respect to the rotation axis of the threaded rod and the primary shaft and crossed, in corresponding holes, by said threaded rod and primary shaft. .

Descrizione Sintetica delle Figure Brief Description of the Figures

Alcune forme preferite di realizzazione dell’invenzione saranno descritte nel seguito a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento alle figure annesse in cui: Some preferred embodiments of the invention will be described below by way of non-limiting example with reference to the attached figures in which:

la Fig.1 è una vista schematica in pianta dei principali componenti del dispositivo secondo l’invenzione; Fig.1 is a schematic plan view of the main components of the device according to the invention;

la Fig.2 è una vista ingrandita di un particolare della Fig.1; Fig.2 is an enlarged view of a detail of Fig.1;

la Fig.3 è un grafico che illustra la geometria dei denti degli ingranaggi; Fig.3 is a graph illustrating the geometry of the gear teeth;

la Fig.4 è un grafico che illustra le forze che si generano sugli ingranaggi. Fig.4 is a graph illustrating the forces generated on the gears.

Descrizione di alcune forme preferite di realizzazione Description of some preferred embodiments

Riferendoci alle Figg. 1 e 2 è illustrato un dispositivo infusore di farmaci 11, comprendente un’asta scorrevole 13, filettata esternamente. L’asta 13 è condotta assialmente da una madrevite o chiocciola girevole 15 filettata internamente. Nella forma di realizzazione illustrata, l’asta 13 è inoltre impedita di ruotare grazie alla previsione di una canna 17 dotata di almeno una guida longitudinale, ad esempio rappresentata da una feritoia longitudinale nella canna 17, in cui si impegna un riscontro radiale, ad esempio un piolo radiale, fissato all’asta 13 e libero di scorrere rispetto alla canna 17. Asta 13 e chiocciola 15 hanno gli assi longitudinali coassiali e le rispettive filettature in impegno fra loro in modo tale che la rotazione della chiocciola 15 provochi lo scorrimento assiale dell’asta 13 all’interno della chiocciola 15 e rispetto alla canna 17 che ha inoltre la funzione di impedire la rotazione dell’asta 13. Referring to Figs. 1 and 2 illustrate a drug infuser device 11, comprising a sliding rod 13, externally threaded. The rod 13 is axially driven by an internally threaded rotating nut or nut 15. In the illustrated embodiment, the rod 13 is also prevented from rotating thanks to the provision of a barrel 17 equipped with at least one longitudinal guide, for example represented by a longitudinal slot in the barrel 17, in which a radial abutment engages, for example a radial pin, fixed to the rod 13 and free to slide with respect to the barrel 17. Rod 13 and nut 15 have their longitudinal axes coaxial and their respective threads in engagement with each other in such a way that the rotation of the nut 15 causes the axial sliding of the rod 13 inside the nut 15 and with respect to the barrel 17 which also has the function of preventing rotation of the rod 13.

Un’estremità anteriore dell’asta 13 porta uno spintore 19 suscettibile di entrare in battuta contro lo stantuffo di una siringa per l’infusione di farmaci collegabile al dispositivo 11. Nella forma di realizzazione illustrata, la siringa per l’infusione di farmaci è collegabile al dispositivo 11 mediante una ghiera 21 dotata di un’apposita sede 23 sostanzialmente circolare in cui si innesta la base di una siringa contenente il farmaco che deve essere infuso. La sede 23 è inoltre dotata di feritoie a mezzaluna diametralmente opposte 25 suscettibili di ricevere le alette radiali previste alla base della siringa. Secondo questa disposizione, che essendo nota non verrà descritta ulteriormente, l’innesto della siringa avviene con un movimento tipico di un innesto a baionetta, ossia con la combinazione di un movimento di avvicinamento assiale della base della siringa alla sede 23 e di rotazione di 90° del corpo della siringa per disporre le alette nelle feritoie 25. A front end of the rod 13 carries a pusher 19 capable of abutting against the plunger of a syringe for the infusion of drugs connectable to the device 11. In the illustrated embodiment, the syringe for the infusion of drugs is connectable to the device 11 by means of a ring nut 21 provided with a suitable substantially circular seat 23 into which the base of a syringe containing the drug to be infused is inserted. The seat 23 is also provided with diametrically opposite half-moon slits 25 capable of receiving the radial fins provided at the base of the syringe. According to this arrangement, which being known will not be described further, the syringe is engaged with a movement typical of a bayonet coupling, i.e. with the combination of an axial approaching movement of the base of the syringe to the seat 23 and a rotation of 90 ° of the body of the syringe to arrange the wings in the slots 25.

Il dispositivo 11 comprende inoltre organi di azionamento 27, configurati per provocare lo scorrimento assiale dell’asta scorrevole filettata 13 rispetto alla chiocciola 15 ed alla canna 17. Gli organi di azionamento 27 comprendono principalmente un motore elettrico 29, dotato di riduttore 29a, un albero primario o conduttore 31, un pignone 33 fissato all’albero conduttore 31 ed una ruota dentata 35 fissata esternamente alla chiocciola 15. Nella forma di realizzazione illustrata il pignone 33 comprende 12 denti e la ruota dentata 60 denti. Vantaggiosamente, secondo l’invenzione, il pignone 33 e la ruota dentata 35 comprendono ingranaggi a denti, rispettivamente 37,39, elicoidali in impegno reciproco e cooperanti fra loro. Vantaggiosamente, l’accoppiamento a denti elicoidali permette di ottenere un funzionamento regolare e silenzioso del dispositivo 11. Inoltre, grazie a questa disposizione, la coppia trasmessa dal pignone 33 alla ruota dentata 35 è sostanzialmente indipendente dalla configurazione angolare reciproca che si stabilisce fra il pignone 33 e la ruota dentata 35 quando l’albero primario 31 è posto in rotazione dal motore elettrico 29. The device 11 also comprises drive members 27, configured to cause the axial sliding of the threaded sliding rod 13 with respect to the nut 15 and the barrel 17. The drive members 27 mainly comprise an electric motor 29, equipped with a reducer 29a, a shaft primary or conductor 31, a pinion 33 fixed to the driving shaft 31 and a toothed wheel 35 fixed externally to the nut 15. In the illustrated embodiment the pinion 33 comprises 12 teeth and the toothed wheel 60 teeth. Advantageously, according to the invention, the pinion 33 and the toothed wheel 35 comprise toothed gears, respectively 37,39, helical in mutual engagement and cooperating with each other. Advantageously, the coupling with helical teeth allows to obtain a regular and silent operation of the device 11. Moreover, thanks to this arrangement, the torque transmitted by the pinion 33 to the toothed wheel 35 is substantially independent of the reciprocal angular configuration that is established between the pinion 33 and the toothed wheel 35 when the primary shaft 31 is rotated by the electric motor 29.

Nella forma di realizzazione illustrata, il pignone 33 e la ruota dentata 35 sono ruote cilindriche a denti elicoidali in cui i denti elicoidali 37 del pignone 33 e 39 della ruota dentata 35 sono inclinati di un angolo compreso fra 15° e 25° rispetto al rispettivo asse di rotazione del pignone 33 e ruota dentata 35. Sempre con riferimento alla forma di realizzazione illustrata nella figura, l’angolo di inclinazione dei denti 37,39 è di circa 20° rispetto a detti assi. In the illustrated embodiment, the pinion 33 and the toothed wheel 35 are cylindrical wheels with helical teeth in which the helical teeth 37 of the pinion 33 and 39 of the toothed wheel 35 are inclined at an angle comprised between 15 ° and 25 ° with respect to the respective axis of rotation of the pinion 33 and toothed wheel 35. Again with reference to the embodiment illustrated in the figure, the angle of inclination of the teeth 37,39 is approximately 20 ° with respect to said axes.

I denti elicoidali 37,39 del pignone 33 e della ruota dentata 35 sono inclinati rispetto al rispettivo asse di rotazione in modo che la componente assiale delle forze applicate al pignone 33 e alla ruota dentata 35, durante la trasmissione del moto di rotazione impresso dal motore elettrico 29 per determinare l’avanzamento dell’asta filettata 13 in fase di infusione del farmaco, ossia quando lo spintore 19 si muove in direzione distale rispetto alla chiocciola 35, siano dirette, rispettivamente, in opposizione, freccia F1, e concordi, freccia F2, rispetto al verso di avanzamento dell’asta filettata 13. The helical teeth 37,39 of the pinion 33 and of the toothed wheel 35 are inclined with respect to the respective axis of rotation so that the axial component of the forces applied to the pinion 33 and to the toothed wheel 35, during the transmission of the rotational motion imparted by the motor 29 to determine the advancement of the threaded rod 13 in the drug infusion phase, i.e. when the pusher 19 moves in a distal direction with respect to the nut 35, are directed, respectively, in opposition, arrow F1, and in agreement, arrow F2 , with respect to the direction of advancement of the threaded rod 13.

Nella forma di realizzazione illustrata in figura, l’avanzamento dello spintore 19 in direzione distale rispetto alla ghiera 21, freccia F2, avviene quando la chiocciola o madrevite 15 e la ruota dentata 35 ruotano in verso orario osservando la chiocciola 15 dal lato della ghiera 21, ossia dall’alto in Fig.1 e 2. Per provocare questo movimento, il pignone 33 deve ruotare in verso opposto, ossia antiorario e così pure l’albero primario 31 del motore 29. In the embodiment illustrated in the figure, the advancement of the pusher 19 in a distal direction with respect to the ring nut 21, arrow F2, occurs when the nut or nut screw 15 and the toothed wheel 35 rotate clockwise by observing the nut 15 from the side of the ring nut 21 , that is from above in Fig.1 and 2. To cause this movement, the pinion 33 must rotate in the opposite direction, that is counterclockwise, and so does the primary shaft 31 of the motor 29.

L’inclinazione attribuita ai denti 37,39, è rispettivamente destrorsa e sinistrorsa, osservando pignone 33 e ruota dentata 35 dall’alto, così da determinare una componente assiale delle forze lungo gli assi dell’albero primario 31 e dell’asta filettata 13, in direzioni divergenti durante l’erogazione del farmaco, frecce F1 e F2, con la forza diretta lungo l’asta 13 concorde con il verso di erogazione del farmaco. Per la stessa ragione, durante la fase di rientro dell’asta 13, in cui il motore 29 è fatto ruotare in verso opposto per riportare lo spintore 19 in posizione prossimale rispetto alla ghiera 21, la componente assiale della forza diretta lungo l’asta 13 risulta di verso opposto, freccia F3. The inclination attributed to the teeth 37,39 is respectively right and left, observing pinion 33 and toothed wheel 35 from above, so as to determine an axial component of the forces along the axes of the primary shaft 31 and of the threaded rod 13, in diverging directions during drug delivery, arrows F1 and F2, with the force directed along the rod 13 in accordance with the direction of drug delivery. For the same reason, during the retraction phase of the rod 13, in which the motor 29 is made to rotate in the opposite direction to bring the pusher 19 back to a proximal position with respect to the ring nut 21, the axial component of the force directed along the rod 13 is in the opposite direction, arrow F3.

Il pignone 33 e la ruota dentata 35 hanno inoltre diametro tale determinare un rapporto di riduzione adeguato, così da disporre di velocità e coppia adeguate sulla chiocciola 15 per vincere la resistenza opposta all’avanzamento dello spintore 19 che promuove l’infusione del farmaco nel corpo di un individuo. The pinion 33 and the toothed wheel 35 also have a diameter such as to determine an adequate reduction ratio, so as to have adequate speed and torque on the nut 15 to overcome the resistance opposed to the advancement of the pusher 19 which promotes the infusion of the drug into the body. of an individual.

Sempre riferendoci alla Figg.1 e 2, la lunghezza assiale del pignone 33 è almeno il 30% maggiore della lunghezza assiale della ruota dentata 35, così da rendere affidabile e sicuro l’accoppiamento fra pignone 33 e ruota dentata 35. Il pignone 33 e la ruota dentata 35 sono inoltre preferibilmente disposti con assi di rotazione paralleli. Sempre con riferimento alla forma di realizzazione preferita illustrata, il pignone 33 e la ruota dentata 35 sono disposti in modo tale che un piano mediano immaginario P1, che attraversa la ruota dentata 35 perpendicolarmente al corrispondente asse di rotazione ed un piano mediano immaginario P2, che attraversa il pignone 33 perpendicolarmente al corrispondente asse di rotazione risultino sostanzialmente coincidenti. Still referring to Figs. 1 and 2, the axial length of the pinion 33 is at least 30% greater than the axial length of the toothed wheel 35, so as to make the coupling between pinion 33 and toothed wheel 35 reliable and safe. the toothed wheel 35 are also preferably arranged with parallel rotation axes. Again with reference to the preferred embodiment illustrated, the pinion 33 and the toothed wheel 35 are arranged in such a way that an imaginary median plane P1, which crosses the toothed wheel 35 perpendicular to the corresponding axis of rotation, and an imaginary median plane P2, which crosses the pinion 33 perpendicularly to the corresponding axis of rotation are substantially coincident.

Nella forma di realizzazione illustrata, lo spintore 19 ed il motore elettrico 29 sono collocati dalla parte opposta rispetto ad una piastra di supporto 41 collocata trasversalmente rispetto all’asse di rotazione dell’asta filettata 13 e dell’albero primario 31 e attraversata in corrispondenti fori 43,45 da detta asta filettata 13 ed albero primario 31. In the illustrated embodiment, the pusher 19 and the electric motor 29 are located on the opposite side with respect to a support plate 41 located transversely with respect to the rotation axis of the threaded rod 13 and the primary shaft 31 and passed through in corresponding holes 43,45 from said threaded rod 13 and primary shaft 31.

Fra la piastra 41 e la chiocciola 15 è inoltre interposto un cuscinetto reggispinta 47 nel quale la chiocciola 15 è inoltre parzialmente ospitata. La funzione del cuscinetto 47 è quella di assorbire le spinte assiali che di generano sull’asta 13 durante l’infusione del farmaco. Tali spinte assiali sono dirette nel verso della freccia F3 e sono causate principalmente dall’attrito che lo stantuffo della siringa incontra durante lo scorrimento rispetto alla canna della siringa, dall’attrito incontrato dal liquido nella fuoriuscita del farmaco dalla siringa attraverso i vari condotti e dalla resistenza opposta dai tessuti del corpo dell’individuo nel ricevere nuovo farmaco. Inoltre, fra la chiocciola 15 e la ghiera 21 è interposta una rondella in acciaio 49 che riduce l’attrito durante la rotazione della chiocciola 15. A thrust bearing 47 is also interposed between the plate 41 and the nut 15 in which the nut 15 is also partially housed. The function of bearing 47 is to absorb the axial thrusts that are generated on the rod 13 during the infusion of the drug. These axial thrusts are directed in the direction of the arrow F3 and are mainly caused by the friction that the syringe plunger encounters while sliding with respect to the syringe barrel, by the friction encountered by the liquid in the drug coming out of the syringe through the various ducts and by the resistance from the individual's body tissues to receive new drug. Furthermore, between the nut 15 and the ring nut 21 there is a steel washer 49 which reduces friction during the rotation of the nut 15.

Il dispositivo 11 comprende inoltre un trasduttore di posizione o encoder ottico dotato di disco 51 per stabilire la posizione angolare dell’albero primario 31 e trasmetterla ad un controller elettronico che governa il funzionamento del dispositivo 11 e controlla la velocità di avanzamento dello spintore 19 e, conseguentemente, la quantità di farmaco erogato attraverso la siringa nell’unità di tempo. Il controller elettronico è programmato per elaborare il segnale proveniente dall’encoder per stabilire la velocità di avanzamento dello spintore 19 e pertanto eventuali rallentamenti o arresti forzati dovuti ad un’occlusione ed intervenire di conseguenza arrestando l’alimentazione al motore 29. The device 11 also comprises a position transducer or optical encoder equipped with a disk 51 for establishing the angular position of the primary shaft 31 and transmitting it to an electronic controller which governs the operation of the device 11 and controls the speed of advancement of the pusher 19 and, consequently, the quantity of drug delivered through the syringe in the unit of time. The electronic controller is programmed to process the signal from the encoder to establish the speed of advancement of the pusher 19 and therefore any slowdowns or forced stops due to an occlusion and consequently intervene by stopping the power supply to the motor 29.

Riferendoci ora alla Fig. 3 è illustrata in maggior dettaglio la geometria dei denti elicoidali 37,39 degli ingranaggi 33,35 in accordo con una forma preferita di realizzazione dell’invenzione. Un qualsiasi dente 37,39 degli ingranaggi 33,35 è rappresentato per semplicità da un segmento TX. Si avrà pertanto che la traccia TX di un generico dente 37,39 è inclinata dell'angolo β rispetto all'asse di rotazione dell’ingranaggio 33,35. Durante il funzionamento del dispositivo 11 e l'ingranamento con la ruota compagna, l'accesso ha inizio nel punto X per poi estendersi al resto del dente, fino a impegnare per ultimo il punto T. In questo intervallo, il cerchio primitivo percorre una rotazione rappresentata dall'arco T'X' denominato arco di ricoprimento eβ. L'arco di ricoprimento eβ può essere posto come cateto verticale di un triangolo rettangolo, che ha come secondo cateto la larghezza della fascia dentata (b), ossia la lunghezza assiale del corrispondente ingranaggio 33,35 e come ipotenusa il segmento TX. Referring now to Fig. 3, the geometry of the helical teeth 37,39 of the gears 33,35 is illustrated in greater detail in accordance with a preferred embodiment of the invention. Any tooth 37,39 of the gears 33,35 is represented for simplicity by a segment TX. Therefore, the TX trace of a generic tooth 37.39 will be inclined by the angle β with respect to the rotation axis of the gear 33.35. During the operation of the device 11 and the meshing with the companion wheel, the access begins at the point X and then extends to the rest of the tooth, until it finally engages the point T. In this interval, the primitive circle runs through a rotation represented by the arc T'X 'called the covering arc eβ. The covering arc eβ can be placed as the vertical side of a right triangle, which has the width of the toothed band (b) as its second side, i.e. the axial length of the corresponding gear 33.35 and the segment TX as hypotenuse.

Riferendoci alla Fig.3B, dato che i denti elicoidali 37,39 sono inclinati dell'angolo β, preferibilmente compreso fra 15 e 25°, rispetto all'asse di rotazione della corrispondente ruota cilindrica dentata 33,35, lo sforzo periferico F che questa deve trasmettere, si decompone nelle componenti: Fn=spinta normale corrispondente alla pressione che si esercita fra i denti durante l'ingranamento ed Fa=spinta assiale parallela all'asse della ruota. Vi è poi la componente Ft=forza tangenziale trasmessa che può essere ottenuta tramite la coppia trasmessa o tramite la potenza trasmessa. Referring to Fig.3B, since the helical teeth 37,39 are inclined by the angle β, preferably between 15 and 25 °, with respect to the axis of rotation of the corresponding spur wheel 33,35, the peripheral stress F that this must transmit, decomposes into the components: Fn = normal thrust corresponding to the pressure exerted between the teeth during meshing and Fa = axial thrust parallel to the wheel axis. Then there is the component Ft = transmitted tangential force which can be obtained through the transmitted torque or through the transmitted power.

Vantaggiosamente, secondo l’invenzione, durante l’infusione, ossia durante l’avanzamento dello spintore 19, la spinta assiale Fa si scarica sulla rondella 49, alleggerendo la spinta sul cuscinetto reggispinta 47. Ciò è ottenuto grazie al fatto che l’inclinazione dei denti elicoidali 37,39 è scelta in modo tale che durante l’infusione, la spinta assiale Fa risulti diretta nel verso della freccia F2 indicata in Fig.2. Advantageously, according to the invention, during the infusion, i.e. during the advancement of the pusher 19, the axial thrust Fa is discharged on the washer 49, relieving the thrust on the thrust bearing 47. This is obtained thanks to the fact that the inclination of the helical teeth 37,39 is chosen in such a way that during the infusion, the axial thrust Fa is directed in the direction of the arrow F2 indicated in Fig. 2.

Prendendo come riferimento il cuscinetto reggispinta 47 e supponendo che l’albero primario 31 del motore 29 ruoti, durante l’infusione, in verso antiorario osservandolo dal lato della ghiera 21, i denti sono inclinati in modo da risultare divergenti in direzione distale rispetto al cuscinetto reggispinta 47. Ossia, osservande le Figg.1 e 2, i denti 37 del pignone 33 risulteranno inclinati verso destra ed i denti 39 della corona dentata 35 verso sinistra. Taking the thrust bearing 47 as reference and assuming that the primary shaft 31 of the motor 29 rotates, during the infusion, counterclockwise when viewed from the side of the ring nut 21, the teeth are inclined so as to diverge in a distal direction with respect to the bearing thrust bearing 47. That is, observing Figs.1 and 2, the teeth 37 of the pinion 33 will be inclined to the right and the teeth 39 of the toothed crown 35 to the left.

L’invenzione così come descritta ed illustrata è suscettibile di numerose varianti e modificazioni, rientranti nello stesso principio inventivo. The invention as described and illustrated is susceptible of numerous variations and modifications, falling within the same inventive principle.

Claims

CLAIMS 1. Electromechanical device (11) for drug infusion comprising a sliding rod (13) at least partially externally threaded and axially driven by an internally threaded rotating nut (15), a pusher (19) associated with a front end of the 'sliding rod (13) and capable of striking against the plunger of a syringe for the infusion of drugs connected to the device (11), actuation members (27), configured to cause the axial sliding of the sliding rod (13 ) threaded and comprising an electric motor (29) equipped with a primary shaft (31), a pinion (33) fixed to the driving shaft (29), a toothed wheel (35) fixed externally to the nut (15), characterized in that the pinion (33) and the toothed wheel (35) comprise corresponding gears with helical teeth (37,39) in mutual engagement and cooperating with each other.

2. Device according to claim 1, wherein the pinion (33) and the toothed wheel (35) are cylindrical wheels with helical teeth.

3. Device according to claim 1 or 2, in which the helical teeth (37,39) of the pinion (33) and of the toothed wheel (35) are inclined by an angle (β) comprised between 15 ° and 25 ° with respect to the respective axis of rotation.

4. Device according to claim 3, wherein said angle is 20 °.

5. Device according to any one of claims 1 to 4, in which the helical teeth (37,39) of the pinion (33) and of the toothed wheel (35) are inclined with respect to the respective axis of rotation so that the component axial (Fa) of the forces applied to the pinion (33) and to the toothed wheel (35) during the transmission of the rotation motion imparted by the electric motor (29) to determine the advancement of the threaded rod (13) during the infusion of the drug, are directed, respectively, in opposition and in agreement with the advancement of the threaded rod (13).

6. Device according to any one of the preceding claims, in which the pinion (33) and the toothed wheel (35) have a diameter such as to determine a reduction ratio between the pinion (33) and the toothed wheel (35).

7. Device according to claim 6, wherein the axial length of the pinion (33) is at least 30% greater than the axial length of the toothed wheel (35).

8. Device according to claim 7, wherein the pinion (33) and the toothed wheel (35) are arranged with parallel axes of rotation.

9. Device according to claim e 8, wherein the pinion (33) and the toothed wheel (35) are arranged in such a way that an imaginary median plane (P1), which crosses the toothed wheel (35) perpendicular to the axis of rotation of said toothed wheel, and an imaginary median plane (P2), which crosses the pinion (33) perpendicular to the axis of rotation of said pinion coincide.

10. Device according to any one of the preceding claims, in which the pusher (19) and the electric motor (29) are located on the opposite side with respect to a support plate (41) located transversely with respect to the axis of rotation of the threaded rod (13) and of the primary shaft (31) and crossed in corresponding holes (43,45) by said threaded rod (13) and primary shaft (31).