JP2012502774A - ダイアフラム式薬剤ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明の実施の形態は、脳、消化器官、心臓、または血管内の選択された目標組織部位またはその他の選択された部位に対し精密に管理された投薬量の薬剤を配送することができる埋込み可能なダイアフラム式薬剤ポンプを用いて、薬剤を配送するための装置、システムおよび方法を提供する。上記ポンプの種々の実施の形態は、目標組織部位に対し迅速に薬剤を配送することができる多室ベローズ式またはダイアフラム式薬剤ポンプを含む。

Description

関連出願の説明

本願は、２００８年９月２２日付けで提出された米国仮特許出願第６１／０９９,１９６号に優先権を主張した出願であり、この優先権出願の内容の全てが引用されて本明細書に組み入れられる。

本発明の実施の形態は薬剤ポンプに関し、より詳細には、埋込み可能なダイアフラム式薬剤ポンプに関するものである。

多くの診療において、患者の他の組織、臓器、または局部に対する薬剤の毒性または障害を避けるために、患者の特定の患部へ薬剤を供給する埋込み可能な薬剤ポンプが通常的に用いられている。

しかしながら、多くの場合に、例えば頭蓋内への薬剤配送に関し、薬剤ポンプは、サイズおよび所要電力のために実用的でない。それ故に、改良された埋込み可能な薬剤ポンプを必要とする。

本発明の複数の実施の形態は、脳、消化器官、心臓、血管、背柱およびその他の部位を含むがこれらに限定されない身体内の目標部位に対し、投薬量を精密に管理された薬剤を配送するために埋込み可能なダイアフラム式薬剤ポンプを用いるための装置、システムおよび方法を提供するものである。

本発明の複数の実施の形態は、脳、背柱、消化器官、肺、心臓または血管等の選択された目標組織部位に対し、投薬量を精密に管理された薬剤を配送することができるダイアフラム式薬剤ポンプを用いて種々の薬剤を配送するための装置、システムおよび方法を提供するものである。また、身体全体に亘る種々の皮下および筋肉内部等の他の目標組織部位も考えられる。種々の実施の形態は、目標組織部位に対し薬剤を迅速に配送することができる多室ベローズ式その他のダイアフラム式ポンプを含む。

目標組織部位へ薬剤を配送するためのダイアフラム式ポンプの一つの実施の形態は、第１室、第２室および第３室を備えている。これとは異なる室数も考えられる。上記第１室は、ダイアフラム部分および抵抗加熱素子を備えている。上記ダイアフラム部分は、室の対向する二つの壁に組み込まれ、一般にこの室が圧力変化に伴って収縮しかつ膨張するのを可能にするベローズまたはその他の関節で繋がった構造を備えている。これは第２および第３室の場合についても同様である。上記抵抗加熱素子は、コントローラと、この素子に出力信号を提供する電源とに接続されている。上記第１室はまた、ヘリウム等の不活性ガスで満たされている。上記第２室は上記第１室に連結され、かつ壁によって隔離されている。上記第２室もまた、ベローズその他のダイアフラム部分を備えているのみでなく、上記隔壁に結合されたピストンバルブを備えている。この第２室はまた、カテーテルまたは配管等のチャネルによって薬剤タンクに結合されている。このタンクは、液体または固形物であり得る薬剤と、薬剤および固体または液体の形態であり得る種々の他の複合物を含む薬剤媒体を含む薬剤を収容している。液体形態に関しては、薬剤は薬剤溶液中に溶解されている。この溶液は、薬剤のみでなく、選択された溶液のｐＨを維持するための防腐剤、乳化剤、可溶化剤および緩衝剤等の当業者に知られている医薬品添加物を含んでいてもよい。薬剤の固体形態は粉末またはペレットを含むことができる。上記第３室もベローズその他のダイアフラム部分を備え、かつシャフトその他の機械的連結機構によって上記ピストンバルブに機械的に連結された一方向バルブを備えている。この一方向バルブは、先端部が目標組織部位内またはその近傍に配置されたカテーテルまたは他のチャネルに接続され、または系統的に薬剤を配送するために血管または動脈に連結されることが可能である。

非配送状態にある本発明の実施の形態によるダイアフラム式薬剤ポンプを示す。 配送状態にある本発明の実施の形態によるダイアフラム式薬剤ポンプを示す。

図１Ａおよび図１Ｂは、ユーザーの体内の目標組織部分に薬剤を配送するためのダイアフラム式ポンプを示す。図１Ａにおいては、ポンプ１０が非配送状態にあるものとして示され、図１Ｂにおいては、ポンプ１０が配送状態にあるものとして示されている。非配送状態においては、ポンプ１０が、薬剤を患者の体内へ配送するために起動されることが可能な、すなわち信号を受信することが可能な状態にある。さらに図１Ａを参照すると、本発明の実施の形態は、第１室２０、この第１室に隣接して設けられた第２室３０、およびこの第２室内に設けられた第３室４０を含む結合された複数の膨張可能な室を備えている。第１室２０は、ダイアフラム部分２５と、熱源２７によって加熱され得る第１室２０内の容積とを備えている。一つの実施例において、上記熱源２７は抵抗加熱素子に相当する。この熱源２７は、出力信号を用いて第１室２０をそれが加熱されるように起動する電源２８によって制御されかつ加熱される。高周波エネルギー源、マイクロウェーブエネルギー源、ペルティエ効果熱源、光学的エネルギー源（例えば赤外線）、化学的エネルギー源およびその他の当業者間で知られている熱源等の他の熱源２７が代わりに用いられてもよい。

一つまたは複数の実施の形態によれば、各室２０，３０または４０は、各室のベローズ、すなわち折り畳まれまたは伸長可能な区間によって膨張可能である。一つの実施の形態において、第１室２０のダイアフラム部分２５は、ベローズ２６またはその他の関節で繋がった部分を備えている。動作時には、第１室２０には、第１室２０の長さを増大させるようにベローズ２６を膨張または伸長させるために十分に膨張性を有するヘリウム等の不活性ガスが満たされる。

第２室３０は、その頂面が第１室２０に隣接しかつ接触するように配置されている。この第２室は、その少なくとも一部分が壁３１によって第１室２０から隔離されている。第２室３０も、この第２室３０の両側壁のベローズ部分すなわち変形可能部分によって形成されているダイアフラム部分３５を備えている。このダイアフラム部分３５は、第２室３０の頂面と底面との間の両側壁に形成されている。上記底面において、第２室３０は、薬剤貯蔵タンク５０へ延びているチャネル５１に連結されている。チャネル５１への流量を制御しかつ逆流を阻止するバルブ５２が配置されている。

一つの実施の形態において、第２室３０は、この第２室３０の頂面から内方へ延びるピストンバルブ３２を備えている。このピストンバルブ３２は、第１室２０が備えている隔壁３１の動きと一致して内方へ（すなわち底面およびチャネル５１に向かって）移動するように構成されている。実施例によっては、隔壁３１の動きに応じて内方へ移動する１個以上のバルブが配置される。

第３室４０は、第２室３０の底面から延びて第２室３０の一部を占めている。この第３室４０は、膨張状態にある場合において所定量の薬剤を保持する寸法を有する。図示のように、第３室４０は、第２室３０の膨張と一致して膨張するように（非配送状態で双方が膨張するように）第２室３０に関連して構成されている。この第３室４０は、薬剤を取り込み、かつ吐出するのに用いられる。したがって、第３室４０は取入れ口（例えば開口部）と、薬剤がそこを通って吐出される出口とを備えている。このため、この第３室４０は、薬剤取入れ口として機能する開口部４１と、薬剤がそこから吐出される出力バルブ４２とを備えている。一つの実施の形態によれば、ピストンバルブ３２が降下したとき、ピストンバルブ３２が開口部４１を塞ぐことによって第３室４０が効果的に密閉すなわち閉塞されるように、開口部４１がピストンバルブ３２と整列されている。第３室４０の出力バルブ４２は、薬剤がそこを通って吐出される導管４３を備えている。患者の目標部分へ間接的な薬剤流を導くためのカテーテル４３または他の導管が出力バルブ４２から延びていてもよい。

図１Ｂは、配送状態にあるポンプ１０を示す。この配送状態においては、熱源２７によってガスが加熱された結果、第１室２０が膨張せしめられる。この第１室２０は、第１の長さＤ_１（非配送状態）から第２の長さＤ_２（配送状態）まで伸長される。一つの実施の形態によれば、薬剤ポンプ１０の頂部および底部の境界は、非配送状態と配送状態との双方において薬剤ポンプの全長寸法が実質的に保てるように構成されている。その結果、第１室２０の膨張は、隔壁３１の変位と一致して、第２室３０を同じ量だけ収縮させる。ピストンバルブ３２と第３室４０の開口部４１との間の離間距離は、第１室２０の膨張の結果としての第２室３０の収縮量よりも短く設計されている。その結果、第２室３０が収縮せしめられるときにピストンバルブ３２が第３室４０を押圧して、第３室４０を或る距離だけ収縮させる。さらに説明されているように、第３室４０の収縮の結果としての寸法の縮小量は、第３室４０からバルブ４２内へ、さらにカテーテル４３を通じた患部への所望の薬剤の配送量に対応するように選択されている。

図１および図２の双方を参照すると、ポンプ１０が動作しているとき、非配送状態においては、第１室２０が非膨張状態にあり、第２室３０が膨張状態にあり、かつ第３室が膨張状態にある。動作時でかつ非配送状態においては、第２室３０は、薬剤タンク５０からの薬剤で少なくとも或る程度満たされている。一つの実施の形態において、ポンプ１０が配送状態から非配送状態に移行する（第２室３０が非配送状態へ膨張せしめられることを意味する）結果としての減圧すなわち吸引力によって、第２室３０内に薬剤が満たされる。一つの実施例において、ポンプ１０が使用のために最初に連結されたときには、ポンプは配送状態にあって、かつ第１室２０を収縮させ、かつ第２室３０を膨張させるのに自然膨張が用いられる。これに代わり、またはこれに加えて、かつ後述されているように、上記複数の室を形成している材料は、配送状態にされた（薬剤の配送のために）後は、非配送状態に向かって付勢されかつ戻るように構成されている。何れの場合においても、室が配送状態から非配送状態への移行は、液状の薬剤をタンクから効果的に吸引して、第２室３０に（そして最終的に第３室４０に）或る程度薬剤が満たされる。さらにこれに代わり、またはこれに加えて、第２室３０が伸長される（または伸長状態へ移行する）ときのタンク５０から第２室３０への薬剤の流れを容易にするために、タンク５０がバルブ５２に対して圧力を提供するように、タンク５０の大きさが設定されかつ位置決めされる。

第１室２０が膨張せしめられたときに非配送状態から配送状態への移行が生じる。上述のように、第１室２０が膨張すると、第１室の隔壁３１が外方へ移動して、第２室３０を強制的に収縮させる。隔壁３１の移動に伴って、ピストンバルブ３２が移動して第３室の開口部４１に押し付ける（第３室を密閉するために）。同時に、第２室３０の収縮により、より多くの薬液（または固形物）が開口部４１を通じて第３室４０内へ押し込まれる。第１室２０が最大動作容積まで膨張するのにつれて、ピストンバルブ３２が第３室４０を押圧して下方へ収縮させる。第３室４０の寸法の縮小により、薬液がバルブ４２を通って第３室４０の外へ強制的に押し出され、かつカテーテル４３（または他の導管）を通じて患部すなわち目標部位へ押し出される。一つの実施の形態において、第３室４０は、配送されるべき薬剤の量すなわち各回の投薬量に相当する容積だけ収縮するように構成されていればよい。使用時に、いくつかの実施の形態は、第３室４０が、選択された目標組織部分に配送される薬剤の管理された投薬量を計量する計量室または計量素子として機能することを可能にする。

一つの実施の形態によれば、薬液の配送後の短い時間内に、第１室２０のガスが冷え、その結果、第１室のベローズ２６は非付勢状態すなわち自然状態に弾性的に復帰する。このことが今度は隔壁３１を上方へ押し上げ、第２室３０を自然状態、すなわち非膨張状態に復帰させる。このことが今度はピストンバルブ３２を第３室４０の開口部４１から引き上げる。ほぼ同時に、第２室３０（および／または第３室４０）の膨張が減圧を生じさせ、この減圧により、次のポンピング・サイクルに使用するための薬剤がタンク５０から第２室および／または第３室内へ吸引される。

制御された熱源に用いるために、加熱素子２７は所定の持続時間（短い持続時間を含む）に亘って周期的に、または反復的に作動されるように構成されている。一つの実施の形態において、周期的動作は、配送されるべき薬剤の選択された期間に亘る持続的なまたは近持続的な投薬を可能にする。通電率の制御は、各室がその自然な休止状態に跳ね返るまたは戻るのに十分な時間を許容しながら、選択された期間に亘る薬剤の管理された配送を可能にするのに用いることができる。

一つまたは複数の実施の形態によれば、ポンプ１０は、例えば十分の一秒または百分の一秒以下の極めて短い時間内に薬液を配送することを保証することができる。この迅速な応答は、癲癇発作、片頭痛、または心臓麻痺の発作等の生体事象の発生または切迫した発生を示す入力信号の直後に薬剤を配送することを可能にする。例えば癲癇発作の場合には、抗癲癇薬等の薬剤の迅速な配送が、癲癇発作を現実に防止または緩和することができる。適当的な抗癲癇薬は、フェニトインナトリウムおよびフロセミドを含むが、これらに限定されない。別の実施の形態においては、ポンプ１０は、血流内への、筋肉注射での、または肺内へのインスリン（液状または固形状）の配送に適したものとすることができる。このような実施の形態においては、ポンプ１０を、外部のまたは埋込み式のブドウ糖監視・制御システムに結合することが可能である。外部のブドウ糖監視・制御システムに関しては、ポンプ１０を、上記ブドウ糖監視・制御システムからの高周波信号またはその他の無線信号を受信するように構成することができる。別の複数の実施の形態においては、ポンプ１０を、種々の鎮痛剤を配送するように構成することができ、かつ自己管理された投与の数を制限するための制御を患者が作動させるように構成することができる。

変形および代替
一つ以上の実施の形態において、例えば、後に従来型のスケジュールＩＶの薬剤の配送ポンプからの配送によって補給される薬剤（例えば、フェニトインナトリウムまたはフロセミド等の抗癲癇薬）の迅速な配送をポンプ１０が開始するように、ポンプ１０は、スケジュールＩＶの薬剤の配送ポンプと共に使用されるようにも構成することができる。このような実施の形態においては、ポンプ１０およびスケジュールＩＶの薬剤の配送ポンプは、マイクロプロセッサ等の共通のコントローラによって制御することができる。さらに別の実施の形態においては、一種類以上の薬剤を多数の場所に配送するために、多数のポンプを身体の多数の場所（例えば、胃腸系、血管系、脳または筋肉）に配置することができる。これらの実施の形態においては、選択された数の複数のポンプ１０からの配送を開始させる共通のコントローラによって複数のポンプを電子的に制御することができる。このコントローラは、多数のポンプ１０からの薬剤の同時の、または選択可能な順序での配送に用いられるように制御することができる。このよう多ポンプ配送システムは、１か所以上の目標組織部位への、または身体全体に亘るより迅速、精密および一様な薬剤（例えばインスリン）の配送を可能にする。これはまた、癲癇発作、不整脈、急性狭心症、心臓麻痺または類似の状態等の急性の症状の発症を迅速に処置する多数の薬剤を同時に配送することをも可能にする。例えば、不整脈の場合、カルシウムチャネル遮断薬（例えばベラパミル）またはβ遮断薬（例えばプロパノール塩酸塩）またはそれらの組合せを心臓および／または血流内に直接的に迅速に供給するのにポンプ１０を用いることができる。急性狭心症または心臓麻痺に対しては、ニトログリセリン等の血管拡張薬、プロパノール等のβ遮断薬またはベラパミル等のカルシウムチャネル遮断薬、またはこれらの組合せを心臓および／または血流内に直接的に迅速に供給するのにポンプ１０を用いることができるであろう。

上記第１室２０を膨張させるために、加熱素子を使用する多くの実施の形態がここに説明されたが、上記室を十分に膨張させる（その結果第２室３０を収縮させる）ためには他の機構を利用することができる。例えば、一つの実施の形態において、第１室２０を膨らませるために用いられるガスの供給源に第１室２０が連結される。これに代わる、またはこれとは異なるものとして、電気的に作動されるマイクロポンプが第１室２０に接続されて、膨張または収縮を生じさせるようにしてもよい。

一つの実施の形態においては、第１室２０を冷却するために、したがって、加熱されて膨張したときに収縮させることを可能にするために、加熱素子とともに冷却機構が使用される。この冷却機構は、換気による等の受動的なものでも、能動的に冷却することができる素子による能動的なものでもよい。受動的な冷却に関しては、冷却機構が冷却フィン等の種々の熱伝導素子を備えることができる。能動的な冷却に関しては、冷却機構が気体の注入、ジュール・トムソン素子、ペルティエ効果素子を含むことができる。

第１室２０を膨張させるのに加熱素子を用いる代わりに、ポンプまたはガスの注入等の他の形式の膨張手段を用いてもよい。

ポンプ１０は、如何なる数の薬剤または薬剤の組合せの配送にも用いることができる。種々の実施の形態において、ポンプ１０によって配送されることが可能な薬剤は、種々のアミノスルフォニル安息香酸塩化合物および類似物質（例えば、フロセミド、ブメタニド、トルセミド、およびエタクリン酸）、フェニトインナトリウム（例えば、ＤＩＬＡＴＩＮ）、抗生物質（例えば、ペニシリン、アンピシリン、エリスロマイシン、シプロフロキサシン、バンコマイシン等）、β遮断薬、カルシウムチャネル遮断薬、カリウム／ナトリウム・チャネル遮断薬、血管拡張薬、免疫薬、蛋白質、ポリペプチド、インスリン、およびその他のグルコース調節化合物、下痢止め薬（例えば、ロペラミド酸化物）、化学療法薬（例えばドキソルビシン）、受胎調節特性を有する種々のホルモン（例えば、エストロゲンおよびプロゲストロン、ならびにそれらの組合せ）を含むが、それらに限定されない。配送される薬剤は、一旦体内に放出されると活性形態に代謝される種々のプロドラッグを含む。適当なプロドラッグは、抗ウイルス・ヌクレオシド類似物質、脂質低下スタチン、化学療法のための抗体監督酵素プロドラッグ、燐酸エトポシド、バルガンシクロビルおよびホスアンプレナビルを含む。

結論
以上、図解および説明を目的として、本発明の種々の実施の形態について説明がなされた。これは、本発明を、開示された明確な形態に限定することを意図ものではない。多くの変形、変更および洗練が当業者には明らかであろう。例えば、本明細書に説明されている薬剤ポンプは、頭蓋、背柱、腹腔、胸腔、心臓、手足ならびに多くの皮下または筋肉内の部位を含むがそれらに限定されない。

一つの実施の形態からの要素、特性または動作は、他の複数の実施の形態からの要素、特性または動作と容易に再結合または置換されて、本発明の範囲内で数々のさらなる実施の形態を形成することができる。さらに、他の要素と組み合わされるものとして示されまたは説明されている要素は、種々の実施の形態において独立した要素として存在することができる。したがって、本発明の範囲は、記載されている実施の形態の仕様に限定されるものではなく、添付の請求項によってのみ限定されるものである。

１０ ポンプ
２０ 第１室
２５，３５，４５ ダイアフラム部分
２６ ベローズ
２７ 熱源
２８ 電源
３０ 第２室
３１ 隔壁
３２ ピストンバルブ
４０ 第３室
４１ 第３室の開口部
４２ 出力バルブ
４３ 導管、カテーテル

Claims (13)

1. 少なくとも第１室、第２室および第３室を備えた多数の膨張・収縮可能な室を備え、前記第１室および前記第２室は、前記第１室の膨張が前記第２室の収縮を生じさせ、かつ前記第１室の収縮が前記第２室の膨張を生じさせるように配置され、
   前記第２室は、薬剤媒体を貯留するためのタンクに接続するように構成され、
   前記第３室は、前記第２室とともに形成され、かつ（１）前記薬剤媒体のための取入れ口と、（２）前記薬剤媒体を吐出するための出口とを備え、
   前記第３室を収縮させて前記薬剤媒体を吐出させるために、前記第１室の膨張に伴って前記第２室が収縮せしめられるときに、内方へ延出して前記第３室上へ倒れ込むように前記第２室に備えられた部材を備えていることを特徴とする薬剤ポンプ。
2. 前記部材は、前記第２室が膨張せしめられるときに、前記第３室から解放されて上方へ離れるように前記第２室に備えられていることを特徴とする請求項１記載の薬剤ポンプ。
3. 前記薬剤媒体を前記第２室内へ引き込み、かつ前記薬剤媒体が前記第３室の前記取入れ口を通じて前記第３室内へ流入するのを可能にするために、前記第２室は、該第２室が収縮状態から膨張状態へ移動せしめられるときに吸引負圧を発生させるように前記タンクに接続可能であることを特徴とする請求項２記載の薬剤ポンプ。
4. 前記第３室の前記取入れ口は、前記第２室が収縮せしめられるときに、前記部材によって密閉される開口部に相当することを特徴とする請求項３記載の薬剤ポンプ。
5. 前記第１室を膨張させ、かつ前記第２および第３室を収縮させるために、前記第１室に結合された膨張機構をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の薬剤ポンプ。
6. 前記膨張機構が、加熱素子に相当することを特徴とする請求項５記載の薬剤ポンプ。
7. 前記第１室、第２室または第３室の少なくとも一つは、少なくとも一部分がベローズ構造によって形成された側壁を備えて、第１、第２または第３室のそれぞれが膨張・収縮することを可能にしていることを特徴とする請求項１記載の薬剤ポンプ。
8. 前記第１室、第２室および第３室のそれぞれは、少なくとも一部分がベローズ構造によって形成された側壁を備えて、第１、第２および第３室のそれぞれが膨張・収縮することを可能にしていることを特徴とする請求項１記載の薬剤ポンプ。
9. 前記第２室から前記薬剤タンクまで延びる導管をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の薬剤ポンプ。
10. 前記タンク内への逆流を防止するために、前記導管上に設けられたバルブをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の薬剤ポンプ。
11. 前記第１室が膨張せしめられるときを制御する制御素子をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の薬剤ポンプ。
12. 前記第１室が加熱されて膨張するときを制御する制御素子をさらに備えていることを特徴とする請求項６記載の薬剤ポンプ。
13. 前記制御素子は、前記第１室を加熱して膨張させる加熱素子を通電率に従って制御することを特徴とする請求項１２記載の薬剤ポンプ。

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