JP2005510305A - 汲み出された液体により加圧された、携帯型投与装置及びそのための使い捨てカートリッジ - Google Patents

Abstract

本発明は、携帯型ポンプ機器及びそのためのカートリッジに関する。カートリッジは、ポンプ液を含む第２の貯蔵器と組み合わせて提供される流動性の薬剤のための第１の貯蔵器と、第１の貯蔵器に付属し、ポンプ液を受け取って第１の貯蔵器から薬剤を放出するポンプチャンバを備える。第１の態様において、本システムの貯蔵器は、さらなるユニットと組み合わされて投与装置を形成する使い捨てカートリッジユニットとして提供される。この投与装置は、全体として、第２の貯蔵器からポンプチャンバへポンプ液を汲み出すためのポンプ手段と、ポンプ手段の動作を制御するための制御手段と、制御手段とポンプ手段とにエネルギを与えるためのエネルギ貯蔵器とを備えるが、これら構成部品の１つ以上は使い捨てのカートリッジに組み込まれてもよい。

Description

本発明は、インシュリン等の活性成分の流動性の製剤を皮下投与又は皮内投与するための携帯型投与装置、そのためのカートリッジ及びシステムに関する。

発明の背景
薬剤を患者に投与するための薬剤投与装置は、一般に、薬剤の貯蔵器と、患者に薬剤を投与するための駆動手段とを備える。予め貯蔵器に薬剤を充填できるか、又は該装置に貯蔵器を充填するための手段を設けることができる。貯蔵器には、様々な構成が可能である；しかし、貯蔵器の一般的な種類を特定することができる。

１型又は２型糖尿病のインシュリン治療等、異なる病状の治療のための注射装置に最もよく知られ、かつ大部分に用いられる種類は、「ペン」形状をなす装置である。この場合、ペンは、カートリッジに収容されている薬剤の投与手段として用いられる手動ポンプと考えることができ、カートリッジは通常取り外し可能なピストンを備えた変形不可能な円筒状又は円柱状の注射器の形状である。元来ペン型の装置用に設計されたものであるが、この種類の貯蔵器は、薬剤を制御された方法で貯蔵器から放出することを可能にする駆動手段を備えた投与ポンプ装置でも用いられている。従来の薬剤カートリッジは比較的安価であるが、薬剤投与装置におけるそれらの使用には、これまで、一般的な円筒形状を変更することが困難であること、又はピストンを駆動するための機械的なプランジャ手段が、高価且つ大型で、投与装置のコスト及びサイズを増大させるという問題等、多くの欠点を伴っていた。機械的に前進するプランジャによりピストンを駆動させる手段とは異なるほかの手段が提案されており、以下に説明する。

貯蔵器の別の種類は、ハウジング部材内に配置される拡張可能な収縮性チャンバの形態である。ハウジングの内部は柔軟な液体不浸透性の膜を含み、該膜は、チャンバとハウジングの第１の非変形セクションとの間に第１の拡張可能な収縮性チャンバと、チャンバとハウジングの第２の非変形セクションとの間に第２の拡張可能な収縮性のチャンバとを規定している。第１のチャンバは、投与される薬剤を受け取るための貯蔵器として用いられ、一方、第２のチャンバは、通常、貯蔵器からの薬剤の投与を制御するためのガスポンピングチャンバとして用いられる。そのような貯蔵器の一例は、米国特許第５５２７２８８号に開示されている。

貯蔵器の更なる種類は、柔軟なバッグの形態である。多くの静脈内注入薬剤がそのような容器で供給されるが、それらはこれまで携帯型投与ポンプ装置における貯蔵器として広範囲に使用されなかった。

容器から薬剤を移動するための駆動手段に関して、原則として、２つの異なる駆動方法を使用する、すなわち「押す」か、又は下流へ「吸引する」ことができる。
この点で、「押す」ことは、貯蔵器の内部の容積を減らすことによって、その中に収容されていた薬剤を追い出すあらゆる動作を含む。押す手段は、機械的手段、例えば、上述のようなシリンダ型貯蔵器内のピストンに作用するモータ駆動式プランジャロッドの形態であってよい。あるいは、ガス発生手段の形態であってもよく、その場合、ガスは、米国特許第５５２７２８８号に関して上述したような拡張可能な収縮性チャンバに作用してもよいし、又は、ガスは、ＷＯ９８／５７６８３で開示されているように、シリンダ貯蔵器内のピストンに直接作用してもよい。

ガス発生手段に基づく更なる施薬装置は、容量可変の薬剤貯蔵器及び小型水貯蔵器を備えているディスペンサを開示している米国特許第５９３８６４０号に公知である。水はガス発生ポンプに導入されて所定量のガスを発生するために用いられ、次いで該ガスは薬剤貯蔵器から薬剤を放出するために用いられる。薬剤及び水貯蔵器は、１つの貯蔵器モジュールに設けられ、ガス発生ポンプはポンプモジュールに設けられる。
開示内容から明らかなように、ガス発生手段、及びガスが貯蔵器に作用することを可能にする付属の接続手段は、比較的柔軟に設計されており、特定の投与装置の実施の仕様に適合するように異なる部品の実際の形状及び構成を定めることができる。しかしながら、ガスに基づく駆動手段に関する主な欠点は、使用する周囲環境の圧力変化に影響されやすいことである。より具体的には、ガスポンピングチャンバの外側の圧力低下により、チャンバ内に収容されたガスが拡張し、必然的に、貯蔵器からの薬剤の放出を制御することができなくなる。明らかに、そのような状況は単なる仮説ではなく、例えば、与圧室のない航空機での飛行中、又は山歩きや登山などで実際に起こる。通常の低気圧も、装置の機能に影響するオーダとなり得る。反対に、圧力が上昇すると、ガス駆動チャンバ内のガスがそれに応じて圧縮し、その結果患者に供給される薬剤の量が減少する。明らかに、ガスの発生を止めてガスポンピングチャンバを密閉すること等により外圧変動によるそのような望ましくない結果を防止することが可能であるが、バルブ手段、圧力感知手段及び制御手段を設けることは、ちょうど、閉鎖したシステムが「通常」の圧力状態が再び確立されるまで機能しないように、投与装置の複雑さとコストをかなり上げることになる。実際は、変化する外圧状態の下でそのようなシステムを動作させることは可能であるが、これには、実際の出力フローを制御することが必要となり、さらに複雑さを増大させる。

別の原理は、ベッドサイド注入設備を開示している独国特許出願公開第３７３９６５７号に公知である。従来式のポンプの必要性を避けるために、注射器プランジャロッドを油圧で駆動する。より具体的には、駆動液を収容している柔軟なバッグを注射器上に懸架し、重力によって、プランジャを移動させるチャンバに供給される。これは、単純なポンプ手段を提供する。

これに関し「吸引する」ことは、負の圧力（貯蔵器の圧力と比較して）を貯蔵器の出口開口部に作用させることによって薬剤が貯蔵器から引き出されるあらゆる動作を含む。患者に薬剤又は液体を投与する場面で用いられる従来の種類のポンプは、柔軟なチューブ部に作用する蠕動ポンプである。この構成は、（チューブを除いて）ポンプ手段が薬剤と接触するのを防止する。仏国特許出願公開第２７５３１０３号は、そのような蠕動ポンプを組み込んでいる医療ポンプ機器を開示している。

この場面で用いられる別の種類のポンプは、吸気弁及び排気弁と協働している移動構造（例えば、ピストン又はポンプ膜）を備える従来のバルブポンプである。そのようなポンプは、バルブを駆動する分離した作動手段、及び使い捨ての貯蔵器とそれに付属のチューブに一体形成された移動構造で形成されていてもよいし、あるいは、薬剤と直接接触するマイクロポンプの形態であってもよい。後者の種類のポンプは、ポンプの洗浄が必要であることは望ましいと思われないので、主に使い捨てのユニットとして適切である。

使用する吸引ポンプの種類ごとに、多くの欠点がある。使用する貯蔵器の種類によって、例えば従来の注射器ピストンカートリッジから薬剤を引き出すとき、非常に高い（相対的な）負の圧力を印加することが必要な場合がある。実際、多くのこのような標準カートリッジは、（ゴム）ピストンと（ガラス）シリンダ壁との間に、ポンプによって形成された絶対真空によってさえ克服できない摩擦抵抗を持っている。薬剤と接触している使い捨ての部分と耐久ポンプ駆動手段とに依存しているポンプが通常高価且つ大型であるのに対し、集積化された使い捨てのマイクロポンプは、このように使い捨てのカートリッジのコストを上げることになる。

吸引ポンプを用いる場合の更なる問題は、圧力の影響を受けやすい薬剤がポンプに吸引される際に損傷を受ける危険であり、特に薬剤が狭い通路を通らざるを得ないマイクロポンプを用いる場合に問題となる。別の問題は、薬剤が接触する構造、例えば、移動構造及びバルブからの物質で薬剤が汚染される危険である。反対に、薬剤も、これらの構造に有害であるかもしれない。

既知の機器とシステムに関する上記の議論を考慮すると、高い安全性、使いやすさ、小型性を実現し、さらに投与装置とその異なる部品の実質的な再設計の必要なく様々な種貯蔵器の使用に関して高度な適応性を有する新規の改良型投与装置及びシステムが必要とされている。装置は、大部分の外圧状態下での使用において安全性及び信頼性を有しなければならず、また、注入される薬剤に対する影響が小さく、使用が容易で、小型であり、且つ製造費が安価でなければならない。更に、一般概念として、生産者は費用効果が高く効率的な方法で高度な適応性を提供することができるべきである。

よって、上記の欠点の１つ以上を克服し、上記の必要性の１つ以上を解決するポンプを提供することが本発明の目的である。

発明の要約
本発明は、流動性の薬剤のための第１貯蔵器がポンプ液を含む第２貯蔵器と組み合わせて提供されて、第１貯蔵器に取り付けられたポンプチャンバがポンプ液を受けることにより第１貯蔵器から薬剤が放出されるという原理に基づいている。

具体的には、本発明の第１の態様では、投与装置のためのカートリッジは、出口手段を有し、流動性の薬剤の所定の容積を収容する容量可変の薬剤貯蔵器と、一定量のポンプ液を収容し、ポンプ液出口手段を備えたポンプ液貯蔵器と、薬剤貯蔵器に取り付けられ、ポンプ液入口手段を備えた可変容積ポンプチャンバとを備えており、ポンプチャンバは、ポンプチャンバが拡大するとポンプ液を受けて薬剤貯蔵器から薬剤を放出する。薬剤貯蔵器に収容されている薬剤の実質的にすべてを放出するために、ポンプ液の容積は、少なくとも薬剤貯蔵器の容積に対応する。貯蔵器内に薬剤の一定量（少量）を残すことが望ましい場合、あるいは薬剤貯蔵器を完全に空にすることが構造上の理由で不可能なとき、ポンプ液の容量が少なくとも薬剤貯蔵器の容積に対応するという定義は、ポンプ液の容量が薬剤貯蔵器の体積よりいくぶん小さい（例えば３０％小さい）状況を含んでいると解釈されるべきである。ポンプ液は、それが接触する材料に有害ではない任意の適当な液体であってよい。

薬剤貯蔵器は、注入される液体を予め充填し、ゆえに使用可能な状態にしてもよく、あるいは、使用に先立って外部のソースから液体を充填するようにしてもよく、予め貯蔵器を充填する場合は収容される液体の保管期限が短縮することになる。

発明の第２の態様では、上記の「基本的な」部品がカートリッジユニットとして提供され、１つ以上のユニットと組み合わされてシステムを形成する。全体としてのシステムは、第２の貯蔵器からポンプチャンバへポンプ液を汲み出すためのポンプ手段、ポンプ手段の動作を制御するための制御手段、及び制御手段とポンプ手段にエネルギを供給するためのエネルギ貯蔵器を備える。しかし、これらの部品の１つ以上がカートリッジに組み込まれてもよい。カートリッジは、（予め充填されるか、使用前に充填可能で）１回分の使用を意図したものであっても、複数回充填できるものでもよい。後者の場合、ポンプ液貯蔵器は複数の貯蔵器を空にするのに十分な量のポンプ液で予め充填されてもよいが、ポンプ液貯蔵器もまた充填及び補充可能であってよい。カートリッジには、エネルギ源、ポンプ手段、制御手段又はその何れかの組合せが提供されてよく、また、１回の使用及び複数回の使用のいずれを意図したものでもよい。これらの部品のすべてが使い捨てユニットに設けられる場合、システムの更なるユニットを、ユーザが特定の設定値を入力することができるディスプレイ及び／又はプログラミング手段か、ディプレイ及び／又は制御手段を備えるリモートユニットとの無線通信のための手段等を有するユーザインターフェースを備えるプラットフォームとして主に機能させてもよい。該ユニットは、一方向あるいは双方向の無線通信に適合させることができる。ポンプは、（一定、又は可変プロフィールを有する）基本的注入速度を実現するために連続的に、所定の注入計画に従って一部連続的に、ユーザによる作動又はその他の指示に従って大量瞬時投与を実現するために非連続的に、あるいは、基本速度及び大量瞬時投与の双方を実現して連続的に、作動することができる。

第３の態様では、システムは単一の内蔵式使い捨て投与装置として提供され、システム固有の適応性により、製造者が費用効果の高い方法でシステムを変更することができる。内蔵式ではあるが、そのような使い捨てユニットには、ユニットが随意で使用できるリモートユニットと通信することを可能にする通信手段（例えば、ワイヤレス通信手段）を具備することができる。このとき２つのユニットは、一方向又は双方向の（無線）通信ができる。

ポンプは任意の適切な種類でよいが、例示的実施形態では、上述のように、ポンプの動作を単に制御（例えば、ピストン又はポンプ膜のような移動構造の動作の制御、又はガス発生の制御）するだけで、下流に流量センサと対応するフィードバック制御を必要とすることなく、注入される薬剤の量の制御を可能にする「計量」型である。しかしながら、流量センサ及び対応する制御手段と組み合せた非計量ポンプもまた用いられてもよい。適切な膜ポンプの例は、参考文献として本明細書に含む、米国特許第６２８０１４８号、及びD. Maillefer等による論文「A high-performance silicon micropump for disposable drug delivery systems」(Debiotec SA、スイス)に開示され、説明されている。これらのマイクロポンプは、シリコンから製造されるポンプ膜に基づいているが、ポンプ膜は重合体（例えば、プラスチック及びゴム材料）から製造されてもよい。

薬剤を収容する貯蔵器は、始めに議論された種類のいずれかとして提供されてよい。しかしながら、ポンプチャンバは、それに対応するものでなければならない。例えば、ピストンを備えた円柱型の貯蔵器に対して、ポンプチャンバは、ピストンと注入器の閉じた後部との間に設置することができる。貯蔵器がハウジング部材の中に配置された拡張可能な収縮性のチャンバ型である場合には、上述した第２のチャンバを、（ガスの代わりに）ポンプ液を受け取るポンプチャンバとして用いることができる。貯蔵器が柔軟なバッグの形態である場合、バッグは、ハウジングの中に完全に収容されなければならず、バッグの外面とハウジングの間の空間がポンプチャンバを規定する。実際は、いずれの場合も、放出される薬剤のための出口手段が貯蔵器に設けられているように、ポンプ液のための入口手段がポンプチャンバに設けられる。

入口手段及び出口手段という用語は、単に、使用の際に液体に所望の流れを可能にする適切な構造が設けられていることを示す。これらの手段は、任意の種類の開口部、又は開口部を有する導水管によって提供されてよく、同様に、使用の際に、開口部と、ポンプ及び例えばカテーテル又は中空針などの付属の投与手段のような外部手段との所望の液体伝達が可能になるように、開口部には、適切に、バルブ手段を設けても、閉じる又はシールしてもよい。非変形という用語は、実用的及び機能的な態様から必然的であるが最小の変形は無視できるということを示すために用いられる。

ポンプ液を備える第２の貯蔵器は、原則として、上述した貯蔵器のいずれの種類が提供されてもよいが、摩擦の問題と貯蔵器を排出する必要性を避けるため、実質的にポンピング抵抗なしにポンプ液を外へ汲み出す（吸引する）ことができる収縮性又は折り畳み可能な種類であることが望ましい。

貯蔵器の出口手段は、注入手段（例えば、カテーテル管又は注入針、柔軟性の注入カニューレ、複数のマイクロペネトレータのような経皮性アクセス手段）と流体を連通するか、又はそれらを備えることができる。後者の場合、流体連通は、薬剤投与装置がユーザに配置される前又は後の、使用直前に設置されてよい。

カートリッジが使い捨てユニットとして供給される（又は内蔵式の使い捨て投与装置が提供される）場合、カートリッジは対象者の皮膚に取り付けるための取付面を備えていてよく、該取付面は、有利には、カートリッジ又は装置を対象者であるユーザの皮膚に固定できる感圧性接着剤を備えている。カートリッジに接着手段が設けられている場合、カートリッジだけがユーザの皮膚に接触するように、連動する制御ユニットの取付台をカートリッジが提供することが好ましい。カートリッジ又は投与装置の出口手段は、使用の際に薬剤貯蔵器の内部に通じる中空注入針を備えていてもよく、該注入針の先鋭端は、対象者の皮膚を貫通するのに適している。注入針は、針の先鋭端が取付面から引き込まれた位置に配置される第１の位置と、針の先鋭端が取付面から突出する第２の位置との間を移動可能であってもよい。針挿入の適切な配置の例は、例えば、参照文献として本明細書に包含する、米国特許第４８８６４９９号及び同第６０７４３６９号に開示されている。

本発明の更なる態様において、生きている対象者に流動性の薬剤を注入する方法が提供される。本方法は、流動性の薬剤を含み、出口手段を備えた容量可変の薬剤貯蔵器、ポンプ液とポンプ液出口手段を備えたポンプ液貯蔵器、及び、薬剤貯蔵器に取り付けられ、ポンプ液入口手段を備えた容量可変のポンプチャンバを有し、ポンプチャンバが拡大するとポンプチャンバがポンプ液を受けて薬剤貯蔵器から薬剤を放出するカートリッジ又は投与装置を提供するステップを含み、さらに、出口手段と対象者との間に流体の連通を確立するステップ、及び、ポンプ液貯蔵器からポンプチャンバへポンプ液を汲み出し、それにより薬剤貯蔵器から、対象者へ薬剤を放出するステップを含む。例示的な実施形態では、ここに説明したようなカートリッジ及び／又は投与装置が用いられる。

本明細書で使用する「薬剤」という用語は、液体、溶液、ゲル又は微細懸濁液のような、制御された方法で中空針のような供給手段を通過することができる、薬剤を含む任意の流動性医療薬を包含する。薬剤の例には、固体及び液体の形態の、調製物（ペプチド、たんぱく質及びホルモンを含む）、生物学的に誘導された薬剤又は活性剤、ホルモン薬及び遺伝子に基づく薬剤、栄養的な製剤及び他の物質を含む。例示的な実施形態の説明では、インシュリンの注入による糖尿病の治療に言及するが、これは、本発明の例示的な用途に過ぎない。同様に、用語「皮下投与、又は皮内投与」は、対象者への非経口供給のあらゆる方法を包含するものとする。
以下、図面を参照して本発明を更に説明する。

図１は、本発明による使い捨てカートリッジユニット１００及び該カートリッジと組み合せて使用するのに適した対応ポンプユニット２００の実施形態の概略図である。カートリッジは、薬剤出口１１１を有する第１薬剤貯蔵器１１０、ポンプ液出口１２１を有する第２ポンプ液貯蔵器１２０、及び第１の貯蔵器に取り付けられ、ポンプ液入口１３１を有するポンプチャンバ１３０を伴うハウジング１０１を備える。ポンプチャンバは、最初は「実態を伴わない」ものでよく、すなわち以下に説明するように完全に折り畳まれてよい。

薬剤を収容する内部を規定している薬剤貯蔵器は、柔軟性の又は可動性の部分を備えている容量可変種類であって、その内部へ向かう運動により容積が減少することによって、収容されている薬剤が放出される。同様に、ポンプ液を収容するための内部を規定しているポンプチャンバも、薬剤貯蔵器の柔軟性の又は可動性の部分と連通する柔軟性の又は可動性の部分を備えた容量可変型であるため、その外部へ向かう運動により薬剤容器の容積が減少する。柔軟性の又は可動性の部分は、薬剤貯蔵器及びポンプチャンバそれぞれの内部と向かい合う対向面を有する共通の構成要素によって実現されてもよい。

ポンプ液貯蔵器は、実質的にポンピング抵抗を受けることなく、また貯蔵器を排出する必要なく、ポンプ液を外へ汲み出す（又は吸引する）ことが可能な収縮性又は折り畳み式であることが望ましい。

複数の入口及び出口の各々は、対応する液体導入手段に接続されると連通する外部開口部を備える。開口部は、好ましくは、接続されていないとき開口部を密閉する閉鎖手段を備え、該閉鎖手段は、入口及び出口が対応する液体導入手段に接続されると、その間に液体の連通を確立させる。

ポンプユニット２００は、それぞれ外部開口部を伴う入口２１１及び出口２１２を有するポンプ２１０、ポンプを制御するためにポンプに接続された制御手段２２０、及びポンプ及び制御手段にエネルギを供給するためのエネルギ源２３０を有するハウジング２０１を備える。ポンプユニットには、さらに、ユーザによるアクセスが可能プログラミング手段、ディスプレイ手段、メモリ手段、並びに有線又は無線（図示略）によりポンプユニットが外部ユニットと通信することを可能にする通信手段が設けられている。

カートリッジユニット及びポンプユニットは、互いに対して固定されるのを可能にするため、図示された互いに嵌合しあう結合手段（１４０、２４０）をさらに含み（図２ないし図４のカートリッジに対する対応する結合手段は示されない）、これにより、ポンプ液の出口１２１とポンプ入口２１１との間、並びにポンプ出口２１２とポンプ液入口１３１と間に、液体の連通を確立する。

図２は、本発明によるカートリッジユニット３００の第２の実施形態を示す。カートリッジは、出口３１１を有する薬剤貯蔵器３１０、ポンプ液出口３２１を有するポンプ液貯蔵器３２０、及びポンプ液入口３３１を有するポンプチャンバ３３０を伴うハウジング３０１を備える。

薬剤貯蔵器は、本質的に、周辺壁と、出口に通じる前面部３１２とを備えた円筒形の注射器状の部材であり、軸方向に移動可能なピストン３１３が円筒部の内部に配置されて壁の内面に接して滑動かつシールし、それにより、薬剤を収容するための可変容量の内部を規定している。円筒形の部材は、さらに、出口３３１に通じる後端部３１５を備え、これにより、後端部とピストンの間にポンプチャンバが確立され、ポンプチャンバが拡張するとピストンが前進する。図示された状態のポンプチャンバはポンプ液で完全に充填されており、任意の封入されたガスにより所定量の薬剤が放出されることに注意されたい。薬剤貯蔵器は、伝統的なペン形状の注入機器のために標準的ガラス製カートリッジを改良した形態であってもよく、前面部が壁と一体に形成され、出口と、対応する針で貫通可能な柔軟な膜形状の閉鎖手段を有し、ピストンは、通常プランジャにより駆動される種類である。変更箇所は、例えば開口部内に閉鎖部をシールするように結合させることによって、実質的に後方閉鎖部がシリンダの後方開口部に対応するように配置されていることである。好ましくは、入口３３１及び対応する閉鎖手段には、一体形成された閉鎖部、例えば貫通可能な柔軟な膜が設けられている。伝統的なガラス製カートリッジの利点は、カートリッジに保存される薬剤の保存期間が長いこととであり、これは、多くの薬剤がガラス表面に「不活性」であるためである。一方、重合体表面の殆どは薬剤と反応し、これにより、保存期間は短縮される。

ポンプ液貯蔵器３２０は、柔軟なシートを対向させて周縁部で互いにシールするように接着し、それによりポンプ液を収容する内部を規定した柔軟なバッグの形態であり、バッグの柔軟性により、上述したような同種の手段によって閉じることのできる出口３２１を通して、実質的にポンピング抵抗なしに、ポンプ液を排出することが可能である。

上記から明らかなように、入口及び出口、並びにそれらに対応する閉鎖手段は、貯蔵器及びチャンバと一体に形成されることが好ましい。これは、図示された「導管」３１１、３２１、３３１は、説明の目的で示されているに過ぎず、実際にはこれは、カートリッジユニットのパッケージにも当てはまる。特に、ポンプ液貯蔵器が柔軟性であることにより、カートリッジをコンパクトに梱包することができ、また所望の形状構成に合うように構成可能である。

図３は、本発明によるカートリッジユニット４００の第３の実施形態を示す。カートリッジは、出口４１１を有する薬剤貯蔵器４１０、ポンプ液出口４２１を有するポンプ液貯蔵器４２０、及びポンプ液入口３３１を有するポンプチャンバ４３０を伴うハウジング４０１を備える。

薬剤貯蔵器４１０は、柔軟なシートを対向させて周縁部で互いにシールするように接着し、それによりポンプ液を収容する内部を規定した柔軟なバッグの形態である。薬剤貯蔵器は、非変形チャンバハウジング４３５内に完全に封入され、これにより、ポンプチャンバ４３０は、薬剤貯蔵器の外面と周囲のハウジングの内壁との間に規定される。薬剤貯蔵器が最初に完全にチャンバハウジングを占有しない状態からポンプチャンバの容積をほぼゼロに減少させた場合、（図示されるような）ポンプ液を予め充填した「初期」チャンバが得られる。

図２について説明したように、ポンプ液貯蔵器４２０は、柔軟なバッグの形態である。同様に、入口と出口、並びにそれらに対応する閉鎖手段は、貯蔵器及びチャンバに内蔵されることが好ましい。

図４は、本発明によるカートリッジユニット５００の第４の実施形態を示す。カートリッジは、出口５１１を有する薬剤貯蔵器５１０、ポンプ液出口５２１を有するポンプ液貯蔵器５２０、及びポンプ液入口５３１を有するポンプチャンバを有するハウジング５０１を備える。

薬剤貯蔵器は、共通のハウジング部材５１２内に配置された拡張可能な収縮性チャンバを組み合わせたものとして、ポンプチャンバと一体形成されている。ハウジングの内部は第一の柔軟な液体不浸透性膜５１３を含み、この膜は、ハウジングの第１の非変形部５１４との間に（薬剤貯蔵器として用いられる）第１の拡張可能な収縮性チャンバを、ハウジングの第２の非変形部５１５との間に（ポンプチャンバとして用いられる）第２の拡張可能な収縮性チャンバを規定する。好ましくは、ポンプチャンバが完全に空である初期位置と、薬剤貯蔵器が完全に空である最終位置との間を膜が移動することができるように、２つのチャンバ及び柔軟な膜が形成される。

同じように、ポンプ液貯蔵器５２０は、非変形ハウジング部５２４と第２の柔軟な液体不浸透性膜５２３との間に形成される。ポンプ液がポンプ手段により外に吸引されると、膜が自由にしぼむように、膜の背面は外部に排出される（図示せず）。

図２ないし図４を参照して、薬剤貯蔵器及びポンプ液貯蔵器それぞれについて異なる構成を有する実施形態を説明したが、必要に応じてそれとは異なる貯蔵器及びチャンバを組み合わせることが可能であることは明らかである。

上述のように、ガス（空気）が実質的に全くポンプチャンバに汲み出されない、又は保持されないようにすることが、適切なポンプ機能の制御に重要である。これを避けるために、ポンプ及びそれに付属するポンプ入口及び出口には、ポンプ液が予め満たさなければならない。これは製造過程で行われ、ポンプユニットは、ポンプ液が充填された状態でエンドユーザに供給されてよい。このポンプ液は、カートリッジユニットに供給されたものと同じでも異なってもよい。ポンプユニットは、また、ポンプを始めに充填した後で適当なカートリッジユニットを取り付けることができるように、カートリッジユニットに類似の特別な準備ユニット（すなわち、少なくとも小型のポンプ液貯蔵器を備えている）により供給されてもよい。

また、ポンプチャンバと、それに付属する入口及び出口は、ガスを含んではならない。これは、（製造の間、又はエンドユーザによって実行される）多少複雑な準備／排出手順によって達成されてもよく、あるいは、より効果的に、「ゼロデッドスペース」のカートリッジユニット、すなわち、ポンプチャンバとそれに付属するポンプ液の入口と出口が完全にしぼんだ状態で提供されるカートリッジユニットにより回避してもよい。この例示的な実施形態は、図７Ａ及び図７Ｂに示されている。

具体的には、図７に、薬剤出口（図示略）を有する薬剤貯蔵器１０、可動ピストン１１、及び体積がゼロになる貫通孔１３を持つ第１のエンドプラグ１２を備えたカートリッジ１（部分図）であって、ピストンとプラグが互いに対して図のように配置されたとき、体積が可変のポンプチャンバ１５がピストンとプラグとの間にできるように、ピストンとプラグは互いに対向する対応面を有し、上記孔は、ポンプチャンバに対するポンプ液入口１６として機能するカートリッジを示す。薬剤貯蔵器が使用前に外部のソースから充填される場合、この状況は充填済みの薬剤貯蔵器に対応する。カートリッジは、さらに、体積がゼロになる貫通孔２３を持つ第２のエンドプラグ２２を有するポンプ液貯蔵器２０を備え、該孔は、ポンプ液貯蔵器からのポンプ液出口２６として機能する。ポンプユニット２（部分図）は、ポンプユニットから突出し、対応するポンプ液入口及び出口と契合する接続管部材３０、４０を備えた入口及び出口手段を有するポンプ（図示略）を備える。さらに具体的には、各管部材は、対応する体積が可変の孔に完全に挿入され、それにより、ポンプ液の出口とポンプの入口、及びポンプ液の入口とポンプの出口それぞれの間に液体の流通を確立させる。管部材とポンプが挿入に先立って充填されて（そのために毛管作用により液体がチューブ部材から出ることが防止される）いるので、くみ上げた液体でポンプチャンバが部分的に満たされている状態をさらに示す図７Ｂに示すように、完全に充填された状態の液体の流通が２つの貯蔵器１０、２０の間に確立される。

上述した実施形態では、平滑な管部材が容積可変の孔に挿入されるが、例えば中空針が自己密封式の貫通可能な膜を通して挿入されるなど、他の適切な構成を考慮することもできる。

図５は、対応する制御ユニット７００と組み合せた本発明によるカートリッジユニット６００の更なる実施形態を示す。カートリッジは、出口６１１を有する薬剤貯蔵器６１０、ポンプ液出口６２１を有するポンプ液貯蔵器６２０、及びポン液入口６３１を有するポンプチャンバ６３０を有するハウジング６０１を備える。各部品は、図１ないし図４を参照して上述したように構成することができる。しかしながら、これらの実施形態と対照的に、カートリッジユニット６００は、さらに、ポンプ液出口に通じるポンプ入口、及びポンプ液入口に通じる出口を有するポンプ６４０、及び、ポンプと制御手段（後述する）にエネルギを供給するためのエネルギ源６５０を備える。

例示的な実施形態において、ポンプは、膜ポンプである。そのようなポンプは、非常に小型に作ることができ、例えば、わずか１６０ナノリットルの一回拍出量で直線状に正確にポンピングすることができる。これらのポンプは、使い捨て使用に適しているが、非使い捨て制御ユニットにおけるもっと持続的な使用に適合させることもできる。

制御ユニット７００は、ポンプの動作を制御するための制御手段７６０を備え、２つのユニットは、さらに、制御ユニットをカートリッジユニットに固定できるような互いに嵌合する結合手段を備える。結合手段は、制御手段とポンプとの連絡を可能にする通信手段６４１、７６１、並びに、制御ユニットへエネルギを転送するための電気的接点６５１、７６２を含んでいる。制御ユニットは、さらに、ユーザアクセス可能なプログラミング手段、ディスプレイ手段、並びにメモリ（図示せず）を備えていてもよい。制御手段を「高」レベル及び「低」レベルの制御手段に分割することが可能であり、この場合低レベル制御手段をポンプに組み込み、高レベル制御手段を、例えばプログラム化及びユーザとの通信が可能なものにすることができる。

薬剤と、対応するポンプ液が単一の、一体式「二重容積」ユニットとして提供されるので、第１のカートリッジを後で再度据え付けるために、第１のカートリッジを（例えば異なる種類の薬剤を含んでいる）第２の種類のカートリッジに置き換えることが可能である。これに関連して、カートリッジユニットは、さらに、貯蔵器内に残った液量の記録を保持するメモリを備えることができる。液体貯蔵器を収容しているカートリッジユニット内にそのようなメモリを包含することによって、このメモリは貯蔵器にしっかりと接続される。メモリが貯蔵器内に残った液量の記録を保持するものである場合、これは適切である。メモリ内のデータは制御ユニットによって読み出し、ディスプレイに表示することができる。そのようなメモリは、ポンプ及び／又はエネルギ源の有無にかかわらずカートリッジに設けられてもよいが、バッテリバックアップは必要である。

実際の薬剤供給が単に汲み出された容量に基づくとき、注入された薬剤の容量を例えばインシュリンの単位に「変換する」のが望ましく、それを基にポンプを制御することができる。しかしながら、これには、実際のカートリッジ内に収容されている薬剤に関する情報を制御手段に伝達することが必要である。ゆえに、カートリッジは、制御ユニットによって「読む」ことができる証印を備えることが好ましく、そのような証印は、メモリ手段に含まれた電子的に表示されるデータであるか、又は制御ユニットが検出可能な機械的な手段によって表示されるデータである。機械的証印手段は、制御ユニット内の任意の適切な種類の接触手段、例えば電気的接点又は光電気手段と協働できる。

図６は、図５で説明したシステムの様々な部品が内蔵式の投与装置８００に組み込まれた、本発明の更なる実施形態を示す。具体的には、注入機器は、薬剤貯蔵器８１０、ポンプ液貯蔵器８２０、ポンプチャンバ８３０、ポンプ液出口に通じるポンプ入口とポンプ液入口に通じる出口とを有するポンプ８４０、ポンプと制御手段にエネルギを供給するエネルギ源８５０、及びポンプの動作を制御する制御手段８６０を有するハウジング８０１を備える。エンドユーザにとってそのような内蔵式使い捨てユニットは柔軟性がないように思われるかもしれないが、システムに固有の柔軟性により、製造業者が安価にシステムを変更することができ、例えば、多種多様な薬剤、薬剤容器、容器サイズなどを、システムを再設計せずに使用することができる。この性能は、単一のポンプ配置を、（取り替え可能、又は内蔵可能な）複数の異なるカートリッジと組み合せて使用することが可能な「二重貯蔵器」の原理に基づいている。

上述した複数の異なる実施形態において、薬剤貯蔵器の出口手段は、注入カテーテル又は中空注入針を結合手段に取り付けられるようにするために、結合手段を備えた出口を備えてもよいし、あるいは、一体形成された針又はカテーテルを有するカートリッジが供給されてもよい。そのようなコネクタは、最初又は補充中に貯蔵器を充填するための引き込み口として用いてもよいが、補充は、複雑な排出／充填動作のために、カートリッジの構成をかなり複雑にする。

本発明を様々な図に示した例示的実施形態を参照して説明したが、本発明による投与装置には、向上した機能、制御及び使いやすさを提供する更なる特性を付与することもできる。

例えば、ポンプの出口内の圧力を連続的に測定するセンサを設けてもよく、これをユーザに問題を知らせる警報を起動するために使用することができ、故障の検出が可能になる。

しかしながら、さらに高度なセンサを装置に組み込むこともできる。例えば、対象者が必要とする場合のみ、患者による起動により、あるいはクローズドループフィードバック機構などにより受動的に、自動的に特定の薬剤を投与できることが望ましい。そのような場合、装置は、さらに、対象者の身体状態を検出し、それに応じて薬剤の投与を制御するセンサを含むことができる。センサは、例えば、温度センサ、脈拍数センサ、血糖値センサ、血圧センサ又はｐＨセンサとすることができる。センサは、使い捨てユニットに一体形成されてもよいし、別に取り付けられてもよい。センサは、皮膚に取り付けても、皮膚を通して挿入されても、あるいは装置内にあって皮膚から離れていてもよい。

使い捨てユニットは、また、複数の薬剤貯蔵器及び対応するポンプ液貯蔵器を含んでもよく、各貯蔵器は、独立して制御可能であり、単一の注入針にも通じる出口部の空洞と連通している。そのような複数の薬剤貯蔵器のために、カートリッジユニットと一体形成されたポンプ手段が用いられてもよい。複数の薬剤貯蔵器を含むことにより、供給できる薬剤の量、薬剤を供給できる速度、及び、同じ装置が供給できる薬剤数にかなりの変化を持たせることができる。カートリッジユニットは、較正液を必要とするセンサを具備する場合、そのような較正液のための貯蔵器をさらに備えることができる。

制御ユニットには、遠隔通信を可能にする手段が設けられてもよい。例えば、制御ユニットは、注入された薬剤、又は貯蔵器に残った薬剤の量及びプロフィールを示す信号を送信することができ、信号は、データへの容易なアクセスを可能にするユーザ携帯型のリモートユニットによって受信される。データは、ユーザの治療に対して責任を担う人に配信されてもよい。

例示的実施形態の上記説明において、機械的、電気的、及び流体接触、異なる部品間の連絡を実現する様々な構造、並びに異なる部品（すなわち、ポンプ、貯蔵器、エネルギ源、メモリ、制御、ディスプレイなど）に開示された機能を実現する手段について、本発明の理念が当業者に明白となるまで十分説明した。異なる部品の詳細な構成及び仕様は、本明細書で提示された方針に沿って、当業者が実行する通常の設計手順の目的と考えられる。

本発明によるカートリッジユニット及び対応するポンプユニットの第１の実施形態の概略図である。 カートリッジユニットの第２の実施形態を示す。 カートリッジユニットの第３の実施形態を示す。 カートリッジユニットの第４の実施形態を示す。 対になる制御ユニットと組み合せた本発明に対応するカートリッジユニットの更なる実施形態を示す。 統合された内蔵型投与装置を示す。 カートリッジと、カートリッジと対になるポンプユニットとを示す図であり、初期状態において、ポンプチャンバ、及びそれに付属するポンプ液入口と出口手段の容積が実質的にゼロである状態を示す。

Claims (15)

1. 投与装置のカートリッジ（１００）であって、
   − 出口手段（１１１）を備え、所定量の流動性の薬剤を収容する容量可変の薬剤貯蔵器（１１０）、
   − 一定量のポンプ液とポンプ液出口手段（１２１）とを備えたポンプ液貯蔵器（１２０）、及び
   − 薬剤貯蔵器に付属し、ポンプ液入口手段（１３１）を備えた容量可変のポンプチャンバ（１３０）であって、拡大するとポンプ液を受けて薬剤貯蔵器から薬剤を放出するポンプチャンバ
   を備え、
   − ポンプ液の容積は、少なくとも薬剤貯蔵器の容積に相当する
   カートリッジ。
2. ポンプ液出口及び入口手段は、それぞれ、ポンプ手段（２１０）の入口及び出口手段（２１１、２１２）に接続される請求項１に記載のカートリッジ。
3. ポンプ手段を作動させるためのエネルギ源（６５０）を備えた請求項２に記載のカートリッジ。
4. ポンプ液出口手段（６２１）と液体を連通する入口、及びポンプ液入口手段（６３１）と液体を連通する出口を有するポンプ手段（６４０）を備え、ポンプ手段はポンプの動作を制御する制御手段（７６０）に接続され、カートリッジは好適にはポンプ手段及び／又は制御手段を作動するためのエネルギ源（６５０）を備えている請求項１に記載のカートリッジ。
5. 薬剤貯蔵器が、内部に軸方向に移動可能なピストン（３１３）を有する略円筒形の本体（３１０）の形態であり、ピストン及びポンプチャンバ（３３０）は、ポンプチャンバの拡張によりピストンが軸方向に移動するように構成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載のカートリッジ。
6. 薬剤貯蔵器が柔軟なバッグ（４１０）の形態であり、薬剤貯蔵器が非変形チャンバハウジング（４３５）内に封入されており、ポンプチャンバ（４３０）がバッグ状の貯蔵器の外面と周囲のチャンバハウジングの内壁との間に規定される、請求項１ないし４のいずれかに記載のカートリッジ。
7. 第１及び第２の非変形部（５１４、５１５）及び柔軟な液体不浸透性膜（５１３）を有するハウジング部材を備え、膜と第１の非変形部との間に薬剤貯蔵器（５１０）を規定し、膜と第２の非変形部との間にポンプチャンバ（５３０）を規定し、これにより、ポンプチャンバが拡張すると薬剤貯蔵器の容積が減少する、請求項１ないし４のいずれかに記載のカートリッジ。
8. ポンプ液貯蔵器が柔軟なバッグ（４２０）の形態であるか、非変形ハウジング部（５２４）と第２の柔軟な液体不浸透性膜（５２３）との間に形成される、請求項１ないし７のいずれかに記載のカートリッジ。
9. ポンプチャンバ（１５）及びそれに付属するポンプ液入口及び出口手段（１３、２３）は、初期状態において潰れており、容積が実質的にゼロである、請求項１ないし８のいずれかに記載のカートリッジ。
10. 入口及び出口の少なくとも１つは、貫通可能な自己密封式の膜によって閉じられる開口部を備える、請求項１ないし９のいずれかに記載のカートリッジ。
11. 薬剤貯蔵器は一定量の流動性薬剤を収容し、ポンプ液の容積は少なくとも流動性薬剤の容積に相当する、請求項１ないし１０のいずれかに記載のカートリッジ。
12. カートリッジ（１００、６００）及び制御ユニット（２００、７００）を備えた連結式携帯投与装置であって、カートリッジ及び制御ユニットが互いに嵌合する結合手段（１４０、２４０）を含むことにより使い捨てユニットを制御ユニットに取り付けることができ、
    − 出口手段を備え、流動性薬剤を収容する容積が可変の薬剤貯蔵器（１１０、６１０）、
    − ポンプ液を収容し、ポンプ液出口手段を備えるポンプ液貯蔵器（１２０、６２０）、及び
    − 薬剤貯蔵器と結合され、ポンプ液入口手段を備える容積が可変のポンプチャンバ（１３０、６３０）、であって、拡張するとポンプ液を受けて薬剤貯蔵器から薬剤を放出するポンプチャンバ、
    を備え、
    − 薬剤貯蔵器、ポンプ液貯蔵器及びポンプチャンバはカートリッジ（１００、６００）に具備されており、
    − ポンプ液貯蔵器からポンプチャンバへポンプ液をポンピングするためのポンプ手段（２１０、６４０）を備え、
    − ポンプの動作を制御するために制御ユニット（２００、７００）に制御手段（２２０、７６０）が具備され、
    − ポンプ手段及び／又は制御手段を動作させるためのエネルギ源（２３０、６５０）を具備し、及び
    − ポンプ手段、ポンプ液出口、及び入口手段の間、又は制御手段とポンプ手段の間を連通させるための、互いに嵌合する結合手段（１３、２３、３０、４０、６４１、７６１）を備える
    連結式携帯投与装置。
13. 請求項１ないし１１のいずれかに記載のカートリッジを備える請求項１２に記載の投与装置。
14. − 出口手段を備え、流動性薬剤を収容するのに適合した容積が可変の薬剤貯蔵器（８１０）、
    − ポンプ液を収容し、ポンプ液出口手段を備えるポンプ液貯蔵器（８２０）、
    − 薬剤貯蔵器と結合され、ポンプ液入口手段を備える容積が可変のポンプチャンバ（８３０）であって、拡張するとポンプ液を受けて薬剤貯蔵器から薬剤を放出するポンプチャンバ、
    − ポンプ液貯蔵器からポンプチャンバへポンプ液を汲み出すために配置されたポンプ手段（８４０）、
    − ポンプの動作を制御する制御手段（８６０）、及び
    − ポンプ手段及び制御手段を動作させるためのエネルギ源（８５０）
    を備える内蔵式携帯投与装置（８００）。
15. 投与装置から分離可能であるか、又は投与装置と無線通信できるディスプレイ及び／又はメモリ手段を組み合せた請求項１４に記載の投与装置。

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