JP2012511392A - 高圧注射用薬物送達器材のための多行程送達ポンピング機構 - Google Patents

高圧注射用薬物送達器材のための多行程送達ポンピング機構 Download PDF

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Abstract

２室型薬物送達器材（２０１）は、薬剤を貯蔵するための第一のチャンバ（２１２）を有するカートリッジ（２１１）と、第一のチャンバ（２１２）と流体連通する第二のチャンバ（２２１）とを含む。投与量設定部材（２４１）が、注射部位に注射されるべき薬剤投与量を設定するために使用される。ピストン（２８１）が、第二のチャンバ（２２１）の中に設置される。ピストン（２８１）の上方行程により、薬物投与量の一部分が第二のチャンバ（２２１）へと引き込まれ、ピストン（２８１）の下方行程により、薬剤投与量のその部分が押し出される。針（２０５）は第二のチャンバ（２２１）と連通し、薬剤投与量のその部分を注射部位に連続的に注射する。

Description

関連出願との相互参照
本願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づき、２００８年１２月９日出願の米国仮出願第６１／１９３，５９４号の利益を主張するものであり、同仮出願の全体を引用によって本願に援用する。
本発明は一般に、高圧薬剤注射を容易にする薬物送達器材に関する。より具体的には、本発明は、当初の薬物容器から高い圧力を逸らせて、薬剤が漏れたり、投与量の精度が低下したりするのを防止する薬物送達器材に関する。さらにより具体的には、本発明は、薬剤を少量ずつ、またはパルス状に連続的に注射して、分量薬剤を皮内注射するのに必要な力を軽減させることに関する。
インシュリンおよびその他の注射可能な薬剤は一般的に、シリンジを使って皮膚の皮内層およびその他の緻密組織へと投与される。皮内薬剤注射によれば、薬剤の吸収がより速く、その結果、治療効果が改善される。このような注射には２００ｐｓｉ以上と、従来の皮下注射より高い注射圧が必要となる。
皮膚の皮内領域内への注射を行うための技術や器材が知られている。一般的にマントー方式と呼ばれる１つの方法は、「標準的な」針とシリンジ、すなわち、筋肉内または皮下注射に通常使用されるシリンジを用いる。注射を行う医療従事者が踏む具体的な手順では、注射を行う際に患者の皮膚に関してシリンジをある程度正確に方向付ける必要がある。医療従事者はまた、患者の皮膚への針の穿刺深さを正確に管理して、皮内領域を突き破らないようにしなければならない。このような方式は複雑で、行いにくく、経験豊富な医療専門家でなければ実施できないことも多い。
従来のシリンジ１０１を図１に示す。針１０３は、薬物を皮膚の皮下組織に送達するのに十分な長さである。しかしながら、前述のように、使用者が薬物を皮膚の皮内領域に送達することは容易ではないであろう。
既存の薬物送達ペンには、インシュリンを皮下に送達するためのシリンジ式システムと比較して、いくつかの利点がある。再使用可能な薬物送達ペンには、２０回分またはそれ以上の投与量が収容され、薬物カートリッジを再充填する必要がない。投与量の設定は、ダイヤルを使うだけで行われる。しかしながら、このような注射システムは、低圧皮下注射用に設計されている。インシュリンおよびその他の薬剤の皮内注射によれば、薬物の吸収がより速く、その結果、治療効果が改善される。既存の薬物送達ペンについては、皮内薬物送達に関していくつかの限界がある。第一に、ペンによって提供される機械的利点は非常に小さく、使用者は、十分な圧力を発生させるために、２０ポンド以上の力を加える必要がある。第二に、この強い力によってペンの構成要素が損傷を受ける可能性があり、その結果、高圧がかかると漏れが生じ、精度が損なわれる。
図２と図３に示される、一例としての薬物送達ペン１００のような薬物送達ペンは、皮内注射用に設計され、一般的には、投与量設定ノブ／ボタン２４、外側スリーブ１３、およびキャップ２１からなる。投与量設定ノブ／ボタン２４により、使用者は注射されるべき薬剤の投与量を設定できる。外側スリーブ１３は、使用者が薬剤を注射する際に握る。キャップ２１は、使用者が薬物送達ペン１００をシャツのポケット、バッグまたはその他適当な場所に安全に保持するために使用され、また、不慮の針刺しによる怪我を防止するカバー／保護手段となる。
図３は、図２の薬物送達ペン１００の分解図である。投与量設定ノブ／ボタン２４には２つの目的があり、これは、注射されるべき薬剤の投与量を設定するため、および下側ハウジング１７内を通るよう薬物送達ペンに取り付けられた薬剤カートリッジ１２内を通る、送りネジ７とストッパ１５を介して、投与量が設定された薬剤を注射するための両方に用いられる。標準的な薬物送達ペンの場合、投与量設定および送達機構はすべて、外スリーブ１３の中にあり、これらは当業者によって理解されているため、本明細書では詳細に説明しない。薬剤カートリッジ１２の中でプランジャまたはストッパ１５を遠位方向に移動させることによって、薬剤がハブ２０の針１１の中に送り込まれる。薬剤カートリッジ１２は隔壁１６によって密閉され、隔壁１６は、ハブ２０の中に位置付けられた隔壁穿刺針カニューレ１８によって穿刺される。ハブ２０は、好ましくは、下側ハウジング１７と螺合されるが、その他の取付手段、たとえばカートリッジに取り付ける方法を用いることもできる。使用者または、ペン型注射器１００を取り扱うすべての人を保護するために、ハブ２０に取り付けられる外カバー６９によってハブが覆われる。中シールド５９によって、外カバー６９の中の患者用針１１が覆われる。中シールド５９は、あらゆる好適な手段、たとえば締り嵌めまたはスナップ嵌合によってハブ２０に固定され、患者針を覆うようにすることができる。外カバー６９と中シールド５９は、使用前に取り外される。キャップ２１は外スリーブ１３にぴったりと嵌り、これによって使用者は薬物送達ペン１００を安全に持ち運ぶことができる。
薬剤カートリッジ１２は通常、一端が隔壁１６によって密閉され、反対の端がストッパ１５によって密閉されるガラス管である。隔壁１６は、ハブ２０の中の隔壁穿刺カニューレ１８によって穿刺可能であるが、薬剤カートリッジ１２に対して移動しない。ストッパ１５は、液密状態を保持しながら、薬剤カートリッジ１２の中で軸方向に移動可能なものである。
皮下注射の背圧はそれほど高くないが、皮内注射に伴う背圧は、皮下注射のそれの何倍も大きいことがあり得る。既存の薬物送達ペンでは、薬剤を皮内層に注射するために大きな力が必要であり、そのため、皮内薬剤注射は難しい。たとえば、背圧は皮内注射の場合に２００ｐｓｉを超えることが多く、これに対し、皮下注射の背圧は一般に、３０−５０ｐｓｉの範囲である。それゆえ、分量薬剤の皮内注射を容易にするための機械的利点を提供する薬物送達ペンが求められている。さらに、薬物送達ペンの構成要素は、皮内注射に伴う高い圧力によって損傷を受け、それによって薬剤が漏れたり、投与量の精度が低下したりする可能性がある。
本発明の１つの態様によれば、高圧でのインシュリンまたはその他の薬剤の注射を容易にする薬物送達器材が提供される。
本発明の別の態様によれば、薬物送達器材は、注射力を増大させる第二のチャンバを有し、それによって皮内薬剤注射が容易となる。
本発明のさらに別の態様によれば、皮内注射に伴う高い圧力が当初の薬剤容器から逸らされ、薬剤の漏れと投与量の精度の低下が防止される。
本発明のまた別の態様によれば、薬物送達器材は小型であり、これによってさらに使いやすく、持ち運びやすいものとなる。
本発明の他の態様によれば、薬物送達器材は少量ずつ、またはパルス状に連続的に薬剤を注射することにより、皮内空間への注射に必要な圧力を軽減させる。
本発明の実施形態の一例において、薬物送達器材は、インシュリン等の薬剤の１回分投与量を高圧で注射する。薬物送達器材は、使用者が決定するボーラス投与量の薬剤を一次容器（またはカートリッジ）から二次チャンバへと輸送し、このとき、流路および、カートリッジストッパに力を加えてカートリッジと二次チャンバとの間に正圧差を生じさせる圧縮バネが使用される。この正圧により、二次チャンバの充填が確実に行われ、その結果、ポンピングシステムが適正に動作することができる。ポンピング動作中、二次チャンバを真空にする必要がないため、分量薬剤中の気泡の発生が防止される。ボーラス投与量は、使用者がダイヤルを使って所望の薬剤投与量を選択することによって設定される。ダイヤルによって送りネジが前進し、送りネジを手で押して注射を作動させると、この送りネジがポンピングシステムを作動させる。ポンピングシステムは、約１０μＬ（インシュリン１単位）の所定の分割量で流体を二次チャンバに移動させ、その後、その流体（薬剤）が患者に注射される。これは、ネジ、ネット、歯車およびカムのセットを使って実現される。ポンピング動作は、設定されたボーラス投与量が完全に注射されるまで、一定量ずつ間隔をあけて繰り返される。二次チャンバは、一次（当初の）薬剤容器より小さな断面積を用いて、同じ大きさの入力での注射圧が大きくなるようになっている。
本発明の目的、利点および顕著な特徴は、添付の図面を併用して例示としての実施形態を示している以下の詳細な説明から明らかとなる。
本発明の各種の実施形態の上記の利益およびその他の利点は、本発明の例示としての実施形態の以下の詳細な説明と、添付の図面から、より明らかとなる。
シリンジの前方立面図である。 薬物送達ペンの斜視図である。 図２の薬物送達ペンの分解斜視図である。 本発明の例としての第一の実施形態による薬物送達器材の斜視図である。 図４の薬物送達器材の断面斜視図である。 図４の薬物送達器材の部分前方断面図である。 本発明の例としての第二の実施形態による薬物送達器材の断面斜視図である。 図７の薬物送達器材の断面斜視図である。 図７の薬物送達器材の、フレキシブルラックを示す部分断面斜視図である。 薬物送達器材の第二のチャンバのための弁システムの概略図である。 薬物送達器材の第二のチャンバのための弁システムの概略図である。 本発明の例としての第三の実施形態による薬物送達器材の斜視図である。 本発明の例としての第三の実施形態による薬物送達器材の斜視図である。 本発明の例としての第三の実施形態による薬物送達器材の斜視図である。 本発明の例としての第三の実施形態による薬物送達器材の斜視図である。 本発明の例としての第三の実施形態による薬物送達器材の斜視図である。 図１０の薬物送達器材のカートリッジのプライミングと加圧を示す図である。 図１０の薬物送達器材のカートリッジのプライミングと加圧を示す図である。 図１０の薬物送達器材のカートリッジのプライミングと加圧を示す図である。 図１０の薬物送達器材のカートリッジのプライミングと加圧を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量設定動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量設定動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量設定動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量設定動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量設定動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量設定動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量設定動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量設定動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材を用いた投与量の送達を示す図である。 図１０の薬物送達器材を用いた投与量の送達を示す図である。 図１０の薬物送達器材を用いた投与量の送達を示す図である。 図１０の薬物送達器材を用いた投与量の送達を示す図である。 図１０の薬物送達器材を用いた投与量の送達を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。 図１０の薬物送達器材の投与量追跡動作を示す図である。
図面全体を通して、同様の参照番号は、同様の部品、構成要素および構造を指すものとする。
本発明の例示としての実施形態による薬物送達器材によれば、使用者は、一次（当初の）薬剤容器の第一のチャンバとその断面領域を注射構造部から切り離すことによって、より小さな入力で高圧の、分量薬剤の注射を行うことができる。
より大きな容量ではなく、たとえば１０μＬ等の少量単位でないしパルス的に、連続的に薬剤投与量を注射すれば、皮内注射に必要な圧力の量を低減させることができる。圧力を下げると、組織の損傷と患者への苦痛が軽減される。圧力の低下により、使用者が薬剤を皮内注射するのに必要な力も少なくてすむ。加えて、少ない投与量または量で分量薬剤を注射することによって、既存の薬物送達ペンと比較して、特に少量の投与量範囲において、投与量の精度を改善できる。
本願で開示する薬物送達器材は、皮内注射に伴う高い圧力を、当初の薬物容器、特に主要カートリッジのストッパから逸らせることによって、既存の薬物送達ペンと比較して、投与量の精度と薬剤の漏れの点で有利である。圧力が高いと、一次薬物容器のストッパが変形することがあり、その結果、送達量が変化し、投与量が不正確となる可能性がある。加えて、針が皮下空間から抜かれ、背圧が解放された後にストッパが平衡状態となり、その当初の容量に戻ると、好ましくない薬物の排出が起こることがある。
図４から図６に示される本発明の例としての実施形態において、薬物送達器材２０１は、インシュリン等の薬剤を高圧で注射する。針ハブ２０３は、ハウジング２０２に螺合接続される。針２０５は、針ハブ２０３の中に剛体的に固定され、第二のチャンバ２２１と連通する。好ましくは、針２０５は皮内針である。あるいは、針は皮下針であってもよい。好ましくは、針は、たとえば３４ゲージ針等の小ゲージ針である。本発明の例としての実施形態による薬物送達器材は、インシュリン、高粘度の薬剤またはその他の薬剤を高圧で注射する。
薬物送達器材２０１は、使用者が決定するボーラス投与量の薬剤を一次コンテナ（すなわちカートリッジ２１２）の第一のチャンバ２１１から第二のチャンバ２２１へ輸送し、このとき、流路２３１と、カートリッジストッパに力を加えて、第一のチャンバ２１１と第二のチャンバ２２１の間に正圧差を生じさせる圧縮バネ２１３とが用いられる。この正圧により、第二のチャンバ２２１が確実に充填され、その結果、ポンピングシステムが適正に動作できる。ポンピング動作中、第二のチャンバ２２１には真空が不要で、好ましいことに真空とならないため、分量薬剤において気泡の発生が防止される。ボーラス投与量は、使用者がダイヤル２４１を使って所望の投与量を選択することによって設定される。ダイヤル２４１は送りネジを前進させ、送りネジを手で押すことによって注射が作動されると、送りネジがポンピングシステムを作動させる。ポンピングシステムは、約１０μＬ（インシュリン１単位）の小さな所定量ずつ流体を第二のチャンバ２２１に移動させ、その後、その流体（分量薬剤）が患者に注射される。これは、ネジ、ナット、歯車およびカムのセットを使って実現される。ポンピング動作は、設定されたボーラス投与量の全量が注射されるまで、一定単位の量で間隔をあけて繰り返される。第二のチャンバ２２１は、カートリッジの第一のチャンバ２１１より小さな断面積を利用して、同じ力を加えたときの注射圧を上昇させている。
図４から図６に示されるように、流体を、ポンピングカムシステムを介して第二のチャンバ２２１へと移動させることによって、注射圧がカートリッジ２１２の第一のチャンバ２１１から切り離される。第二のチャンバ２２１は、カートリッジ２１２の第一のチャンバ２１１より断面積が小さく、それによって、使用者が同じ力を加えたときの圧力がより高くなる。圧力と力と面積の関係、Ｐ＝Ｆ／Ａによれば、チャンバの断面積が半分になると、同じ入力での注射圧は２倍になる。
薬剤投与量は、投与量設定部材である図４の投与量設定ホイール２４１を回転させることによって設定され、投与量設定ホイール２４１は駆動ネジ２５１に連結されている。薬剤投与量の設定のために投与量設定ホイール２４１を回転させると、駆動ネジ２５１はハウジング２０２から上方に向けて、第一の位置（図５）から第二の位置へと移動する。投与量追跡ナット２６９が駆動ネジ２５１に設置され、投与量設定中に駆動ネジがハウジング２０２から上方に向けて移動しているときも、駆動ネジ上で静止したままである。薬剤投与量が設定されている間、駆動ネジ２５１は投与量追跡ハウジング２６７の中でスライドし、投与量追跡ナットは駆動ネジの上で上方に移動する。投与量追跡ナット２６９が投与量追跡ハウジング２６７の上端２６５と接触すると、駆動ネジ２５１は、投与量追跡ハウジング２６７の上端２６５によって、ハウジング２０２から上方に向けて移動できず、その結果、それ以上、薬剤投与量は設定できない。
傘歯車２６１が投与量設定ホイール２４１と回転可能に係合する。クラッチ２７１によって、投与量設定中に傘歯車２６１から投与量設定ホイール２４１が分離される。傘歯車２６１は、ピストン２８１に連結されたカムシャフト２６３を有する。傘歯車２６１の回転によって、ピストン２８１は、カムシャフト２６３の回転に伴って上下に往復運動する。ピストン２８１が上方に移動すると、薬剤投与量の少量の一部分ないし分割量が第一のチャンバ２１１から第二のチャンバ２２１へと引き込まれる。ピストン２８１が下方に移動すると、第二のチャンバ２２１の中の薬剤投与量の分割量が、針２０５から押し出される。
薬剤投与量が設定されると、使用者は駆動ネジ２５１の一端にあるボタン２５３を押し下げて、分量薬剤を注射する。駆動ネジ２５１がハウジングの中で下方に移動されると、クラッチ２７１によって投与量設定ホイール２４１は傘歯車２６１と係合し、それによって傘歯車が回転する。傘歯車２６１が回転すると、カムシャフト２６３はピストン２８１を上下に往復運動させ、それによって、薬剤投与量はいくつかのより少量の分割量の連続的な分量薬剤注射によって注射される。駆動ネジ２５１の移動距離は、注射されるべき連続分割量の所定の数に対応する。注射される連続薬剤投与量分割量の総数は、設定された薬剤投与量に対応し、これは、駆動ネジ２５１が第二の位置から第一の位置まで１回移動することによって実現される。
予備的な動物実験では、注射ボーラス投与量の大きさは、皮内空間に注射されるとき、発生する注射背圧に影響を与えることがわかっている。投与量が少ないと、ボーラス投与量が多い場合と比較して、皮内注射中の背圧が低下する。１単位（１０μＬ）のパルスを用いて薬剤を注射するとき、皮内注射のピーク背圧（ひいては加えなければならないピーク注射圧）は、どの場合でも、注射中に表皮によって押し戻される量を低減することによって、下げてることができる。
皮内注射に伴う高い注射圧をカートリッジ２１２の第一のチャンバ２１１から切り離すことによって、高圧下でのカートリッジストッパの効果に関する投与量の精度も改善され、また「ドルーリング」の問題も軽減される。
注射の前に注射液を第二のチャンバ２２１へと移動させることによって、第一のチャンバ２１１の中がより低い圧力に維持される。これによって、カートリッジ２１２の第一のチャンバ２１１の中を高圧にすることなく、高圧注射を行うことができる。ほとんどの既存の薬物送達ペンにおいて、分量薬剤の送達は、ダイヤルによって設定されるボーラス投与量に応じた、ある長さだけ移動する、駆動ネジ７（図３）の線形移動によって行われる。ダイヤルにより設定されるボーラス投与量により、注射の行程の長さが決まる。使用者は、注射ボタンに力を加え、注射の行程全長を移動させるようにする。注射の運動の力と行程は、トルクに変換される。トルクはその後、駆動ネジ７（図３）を線形に前進させるために使用される。このようなタイプのシステムでは、当初の行程と最終的な駆動ネジの運動との間の関係として、投与量範囲の下限において、薬剤投与量が不正確になることがある。
代わりの形態として、図７から図９に示されるように、本発明の例としての第二の実施形態による薬物送達器材３０１は、フルラック３５１を利用してカムホイール３３１を駆動する。フルラック３５１は、連続する、エンドレスのラックである。第二の実施形態の例による薬物送達器材３０１の基本的な機能および根本的な技術的原理は、第一の実施形態の例による薬物送達器材２０１と略同様である。
カートリッジ３１１は、薬剤を貯蔵するための第一のチャンバを有する。カートリッジ３１１をハウジング３０７の中に挿入した最初では、カートリッジ３１１は、図７に示される第一の位置に位置付けられる。針ハブ３０５がハウジング３０７に連結され、それによって針ハブ３０５に剛体的に固定された針３０３は第二のチャンバ３２１と連通する。
第一の位置では、カートリッジ３１１は隔壁穿刺針３１４から分離されている。プライミングボタン３１５は、カートリッジ３１１が第一の位置にあるとき、ハウジング３０７から外側に延びている。使用者がプライミングボタン３１５を内側に押すと、それによってバネハウジング３１６が障害物から横にずれて、圧縮バネ３１２が解放される。圧縮バネ３１２が伸び、カートリッジ３１１の中に配置されたストッパと係合する。圧縮バネ３１２によってカートリッジ３１１に加わる力によって、カートリッジは第二の位置に移動し、この位置で、隔壁穿刺針３１４がカートリッジ３１１の隔壁を穿刺する。カートリッジ３１１を第二の位置に移動させることによって、カートリッジ３１１は加圧される。
投与量設定ホイール３２２を回転させて薬剤投薬量を設定する。投与量設定ホイール３２２を回転させると、注射ロッド３２３が、設定された薬剤投与量に対応する距離だけ上方に移動する。注射中、使用者はロッド３２３を押し続け、それによってクラッチが係合し、カムホイール３３１が回転する。カムホイール３３１の回転によって、ピストン３４１は往復（ポンピング）運動するように駆動され、下方行程で流体が押し出され、上方行程で第二のチャンバ３２１は加圧されたカートリッジ３１１の第一のチャンバ３１３から充填される。
カムホイール３３１は、ラック３５１と係合するカム軸歯車３４３を有する。注射ロッド３２３が下方に移動すると、図７から図９に示されるように、ラック３５１は時計回り方向に移動する。ラック３５１が時計回り方向に回転すると、カム軸歯車３４３は時計回り方向に回転し、これによってカムホイール３３１が時計回り方向に回転する。カムホイール３３１の上に配置されたカムカーブ（ｃａｍ ｃｕｒｖｅ）３４５はピストンと係合し、それによってピストン３４１が往復運動する。
ピストンの下方行程の力により、注射中、第一の弁、Ｖ1、３９１（第二のチャンバ３２１への流体入口に配置されている）が閉じ、これは、弁の肩部を変形させる力が、ストッパの摩擦より小さいからであり、その後、第二のチャンバ３２１を充填させるための上方行程中に、第一の弁、Ｖ1、３９１は開く。適当であればどのような弁を用いてもよい。弁システムの概略図を図９Ａと図９Ｂに示す。
第二の弁、Ｖ2、３９３（第二のチャンバ３２１の流体出口に配置されている）は、注射中のみ、第二のチャンバ３２１の中の圧力が第二の弁３９３を圧縮するのに十分なときだけ開き、これによって、密閉部が開き、流体が針３０３へと移動する。
図４から図９に示される第一と第二の例としての実施形態による薬物送達器材は、一体型の投与量追跡システムを有し、このシステムによって、薬剤量が限られると、投与量設定ができなくなる。図７から図９に示されるように、フルラックの実施形態は、その３回目の回転中に機械的にトリガされて、投薬量を有効に追跡し、カートリッジ３１１の第一のチャンバ３１３が空になると、投与量設定ができなくなるようにする、再使用可能なラック３５１を特徴とする。
第二のチャンバ３２１は、断面積がカートリッジ３１１より小さく、その結果、使用者による入力が同じ場合に、より高い圧力が供給される。標準的な３．０ｍＬのインシュリンカートリッジは直径が約９．７ｍｍであるため、断面積はＡ＝πｒ2＝４．８５2*３．１４１５９＝７３．９ｍｍ2となる。好ましい実施形態において、薬物送達器材３０１の第二のチャンバ３２１は直径が３．５ｍｍであるため、断面積は１．７５2*３．１４１５９＝９．６２ｍｍ2となる。ある圧力、Ｐ、について、力増幅は次の関係を使って行われる。Ｐ＝Ｆ1／Ａ1、Ｐ＝Ｆ2／Ａ2。したがって、Ｆ1／Ａ1＝Ｆ2／Ａ2となる。力乗数Ｍf，Ｆ1／Ｆ2は、効率、η、を１００％として、面積比、Ａ1／Ａ2，Ｍf＝７３．９／９．６２＝７．７となる。
したがって、システムの摩擦を考慮しないと（η＝１００％）、薬物送達器材のこの好ましい実施形態では、一次インシュリンコンテナ（カートリッジ）に直接力を加える器材と同じ注射圧を得るための力が約７分の１でよい。
しかしながら、摩擦を考慮すると、力乗数は若干小さくなる。第一の例としての実施形態による薬物送達器材（図４から図６の、ナット／ネジ駆動方式を用いるもの）は、効率が約５０−６０％であることを特徴とし、これにより、好ましい実施形態の場合の注射圧は約１００−１２０ｐｓｉ（Ｍf＝３−３．５）となる。第二の例としての実施形態による薬物送達器材（図７から図９の、フルラックを備えるもの）は、第一の例としての実施形態より効率がよく、好ましい実施形態の場合の注射圧は約１５０−１８０Ｐｓｉ（Ｍf＝５−６）となる。このような効率の改善は、ラック（図７から図９）の摩擦がナット／ネジ駆動方式（図４から図６）より小さいことによる。
本発明の第三の例としての実施形態による２室型薬物送達器材４０１を図１０から図３６に示す。薬物送達器材４０１は、図７から図９に示されている第二の例としての実施形態による薬物送達器材３０１と略同様に動作する。薬物送達器材４０１により、カートリッジのプライミングと加圧、薬剤投与量の設定、分量薬剤の送達および投与量の追跡を行うことができる。針ハブ４０７は、器材のハウジング４０３に連結される。針４０８は針ハブ４０７に剛体的に固定され、第二のチャンバ４２１と連通して、分量薬物を送達する。
図１１から図１４は、カートリッジのプライミングと加圧の動作を示す。薬物送達器材４０１の出荷時には、圧縮バネハウジングは、図１１と図１２に示されるように、器材ハウジング４０３の突起４１４の上に乗っている。圧縮バネ４１３の一端は圧縮バネハウジングと係合する。圧縮バネ４１３の反対の端は、器材ハウジング４０３の内面と係合して、圧縮バネ４１３は圧縮された状態にある。プライミングボタン４１５を内側に押すと、図１３と図１４に示されるように、バネハウジングが突起部４１４から外れる。圧縮バネ４１３が伸びて、圧縮バネハウジングがカートリッジ４１１内の中のストッパ４０４と係合する。圧縮バネ４１３がカートリッジストッパ４０４にかける力によって、カートリッジ４１１は、図１１と図１２に示されるような、カートリッジ隔壁４１９が隔壁穿刺針４１７から離れている第一の位置から、図１３と図１４に示されるような、隔壁穿刺針４１７がカートリッジ隔壁４１９を穿刺する第二の位置へと移動する。
圧縮バネ４１３がカートリッジストッパ４０４と係合し、隔壁穿刺針４１７がカートリッジ隔壁４１９を穿刺しているとき、カートリッジ４１１のプライミングと加圧が行われる。カートリッジ４１１の第一のチャンバ４０６の中に貯蔵されている薬剤は、この状態になると、流体コンジット４３１に入ることができる。カートリッジ４１１が空になり、ハウジング４０３から取り出されると、交換用カートリッジ４１１を挿入することによって、プライミングボタン４１５は、図１１と図１２に示されるようにハウジングの外側に延びる位置に戻る。
図１５から図２０は、薬物送達器材４０１による薬剤投与量の設定を示している。投与量設定ホイール４４１は、図１５と図１６に示されるように、ハウジング４０３の歯４０４と係合する歯車４４２を有する。投与量設定ホイールで設定投与量を増やすと（図１５に示すように、投与量設定ホイールを時計回り方向に回転させると）、図１７と図１８に示されるように、ラチェット歯４４３とおよび４４４がラック歯４４５にカチカチと噛み合い、それによって投与量設定ホイール４４１がハウジングの溝４４０とラックの溝４３９の中で上方に移動する。投与量設定ホイール４４１が上方に移動すると、ラチェット４５３が図１５に示される第一の位置から上方へ、図２１に示される第二の位置まで移動し、使用者はハウジング４０３の外で、ラチェットの一端のボタン４５１を操作できるようになる。
薬剤投与量を修正するには、投与量設定ホイール４４１を、図１５において反時計回り方向に回転させる。投与量修正によって、ラチェット歯４４３および４４４は外側に曲がり、ラチェット歯４４３および４４４がラック歯４４５から外れ、それによって、投与量設定ホイール４４１とラチェット４５３は、図１９と図２０に示されるように、下方に移動し、その際、ラック４４６は移動しない。ラチェット４５３は投与量設定ホイール４４１に固定されており、ラチェット４５３と投与量設定ホイール４４１は一緒に移動する。
図２１から図２５は、分量薬剤を送達する動作を示す。注射ボタン４５１はラチェット４５３に連結されており、ラチェット４５３のラチェット歯４４３および４４４はラック歯４４５と係合し、注射ボタン４５１が下方に移動すると、ラック４４６が下方に移動するようになっている。ラック４４６が下方に移動すると（図２１において、ラック４４６は時計回り方向に回転する）、カム軸歯車４４７が回転し、これがポンプカム４６１を回転させる。カム軸歯車４４７はカムホイール４６１に固定され、カムホイールは、図２５に示されるように、カム溝４６３を有する。カムシャフト４７１の第一の端はカム溝４６３と係合し、カムシャフト４７１の第二の端はピストンに連結されている。カムシャフト４７１がカム溝４６３に沿って移動すると、ピストンは上下に往復移動する。カムホイール４６１が回転すると、図２４および図２５に示されるように、カムシャフト４７１が往復運動し、それによって第二のチャンバ４２１の中の分量薬剤が送達される。カムシャフト４７１の上方行程中、分量薬剤の一部分または分割量が第一のチャンバ４０６から第二のチャンバ４２１に引き込まれる。カムシャフトの下方行程中に、分量薬剤の分割量は、第二のチャンバ４２１から針４０８を通って注射部位の皮膚へと送達される。ラチェット４５３が図１０に示されるように再びハウジング４０３の中に完全に挿入されたときに、分量薬剤は、カムシャフト４７１の下方行程１回ごとに分量薬剤の分割量が注射されることの連続を通じて、全量が注射されたことになる。
図２６から図３４は、薬物送達器材４０１の投与量追跡動作を示している。移動式ラック４４６には、キャリッジ４４８が設置されている。ラック４４６が移動すると、キャリッジ４４８は移動して、図２６に示されるように、ラチェット歯４４３および４４４に近づく。好ましくは、ラック４４６は略楕円形の形状を有する。カートリッジ４１１の第一のチャンバ４０６が空になると、ラチェット歯４４３および４４４がキャリッジ４４８を妨害する。キャリッジ４４８がラチェット歯４４３および４４４と接触すると、それ以上、薬剤投与量の設定を行うことはできない。たとえば、ラックを約２．５回転させると（カートリッジの容量）、キャリッジ４４８によって、薬剤投与量の設定はそれ以上できない。
図２７と図２８に示されるように、薬剤投与を行うことができる状態にある（ラチェット４５３がハウジング４０３の外へと移動されている）。キャリッジ４４８がこの位置にあると、第一のチャンバ４０６は薬剤で満たされている。移動可能ラック部材４８１は当初、図２７と図２８に示されるような第一の位置にあり、この位置は、下側位置で、ラック４４６の残りの部材と同じ位置である。ラック４４６が１回目に完全に回転すると、移動可能ラック部材４８１は、図２９と図３０に示されるように、ハウジング４０３の上の傾斜４４９を上昇する。すると、移動可能ラック部材４８１は第二の、上側位置にあり、これはラック４４６の残りの部材より上にある。ラック４４６が２回目に完全に回転すると、移動可能ラック部材４８１は、図３１と図３２に示されるように、キャリッジ４４８と係合する。すると、移動可能ラック部材４８１はキャリッジ４４８をラック４４６とともに押し、ラック４４６がさらに移動する。さらに約半回転すると、キャリッジ４４８は、図３３と図３４に示されるように、ラチェット歯４４３と４４４と係合し、それによって、それ以上、投与量設定ができなくなる。
あるいは、本発明の例としての実施形態による薬物送達器材は、再溶解型薬物送達システムとして使用することができる。第一のチャンバには希釈剤が収容される。取り外し可能／交換可能な第二のチャンバには、固形薬物が収容される。したがって、この薬物送達器材により、再溶解または再懸濁システムが実現される。第一のチャンバには、多くの回数の注射を行うのに十分な希釈剤を貯蔵することができ、第二のチャンバは、それより少ない回数の注射、たとえば１回または２回分の固形薬物を貯蔵することができる。したがって、本発明の例としての実施形態による薬物送達器材は、高圧注射用再溶解システムを含めた再溶解システムとして使用することができる。
上記の実施形態と利点は単に例にすぎず、本発明の範囲を限定するものとは解釈されないものとする。本発明の実施例の説明は、例示のためであり、本発明の範囲を限定しない。当業者にとっては、各種の改変、変更および変形が明らかであり、これらは、付属の特許請求の範囲およびそれらと同等のものにおいて定義される発明の範囲に含まれるものとする。

Claims (20)

  1. ２室型薬物送達器材であって、
    薬剤を貯蔵する第一のチャンバを有するカートリッジと、
    前記第一のチャンバと流体連通する第二のチャンバと、
    注射部位に注射されるべき薬剤投与量を設定する投与量設定部材と、
    前記第二のチャンバの中に設置されたピストンであって、前記ピストンの上方行程によって前記薬剤投与量の一部分が前記第二のチャンバ内に引き込まれ、前記ピストンの下方行程によって前記薬剤投与量の前記部分が押し出されるようなピストンと、
    前記第二のチャンバと連通し、前記薬剤投与量の複数の部分を前記注射部位に連続して注射する針と、
    を備えることを特徴とする２室型薬物送達器材。
  2. 駆動ネジが前記投与量設定部材に移動可能に連結されて、前記投与量設定部材の回転によって前記駆動ネジが上方に移動することを特徴とする請求項１に記載の２室型薬物送達器材。
  3. 傘歯車が前記投与量設定部材に回転可能に連結されて、前記駆動ネジが下方に移動すると、前記投与量設定部材が回転し、これによって前記傘歯車が回転し、
    ピストンが前記傘歯車に移動可能に連結されることを特徴とする請求項２に記載の２室型薬物送達器材。
  4. クラッチが前記投与量設定部材に連結され、前記クラッチは、前記薬剤投与量が設定されているときには、前記投与量設定部材を前記傘歯車から分離し、前記薬剤投与量が送達されているときには、前記投与量設定部材と前記傘歯車を係合させることを特徴とする請求項３に記載の２室型薬物送達器材。
  5. 前記駆動ネジに投与量追跡ナットが配置され、前記第一のチャンバ内の残りの薬剤が所定の量より少なくなったときに、それ以上、薬剤投与量の設定ができないようになっていることを特徴とする請求項２に記載の２室型薬物送達器材。
  6. ラックが前記駆動ネジに移動可能に連結され、前記薬剤投与量の注射中に前記駆動ネジが下方に移動すると、前記ラックが回転することを特徴とする請求項２に記載の２室型薬物送達器材。
  7. 前記ラックは円形であることを特徴とする請求項６に記載の２室型薬物送達器材。
  8. カム軸歯車が前記ラックに回転可能に連結されて、前記ラックが回転すると、前記カム軸歯車が回転し、前記カム軸歯車はカムホイールに固定され、
    ピストンが前記カムホイールに移動可能に連結されて、前記カムホイールが回転すると、前記ピストンが往復運動することを特徴とする請求項６に記載の２室型薬物送達器材。
  9. 前記駆動ネジに投与量追跡ナットが配置され、前記第一のチャンバ内の残りの薬剤が所定の量より少なくなったときに、それ以上、薬剤投与量の設定ができないようになっていることを特徴とする請求項６に記載の２室型薬物送達器材。
  10. ２室型薬物送達器材であって、
    薬剤を貯蔵する第一のチャンバを有するカートリッジと、
    前記第一のチャンバと流体連通する第二のチャンバと、
    注射部位に注射されるべき薬剤投与量を設定する投与量設定部材と、
    前記第二のチャンバと連通し、前記薬剤投与量の複数の部分を前記注射部位に連続して注射する針と、
    前記投与量設定部材の回転によって、第一の位置と第二の位置の間で移動可能なラチェットであって、前記第二の位置は設定された薬剤投与量に対応するようなラチェットと、
    前記ラチェットが前記第二の位置から前記第一の位置に移動されると、前記ラチェットによって移動可能なラックと、
    を備えることを特徴とする２室型薬物送達器材。
  11. 前記ラックは、移動可能ラック部材とキャリッジを有し、前記移動可能ラック部材は第一の位置と第二の位置を有し、前記移動可能ラック部材は、前記移動可能ラック部材が前記第二の位置にあるときに、前記キャリッジを移動させることを特徴とする請求項１０に記載の２室型薬物送達器材。
  12. 前記移動可能ラック部材は傾斜を上り、前記第一の位置から前記第二の位置に移動することを特徴とする請求項１１に記載の２室型薬物送達器材。
  13. 前記キャリッジが前記ラチェットに連結された歯と係合すると、それ以上、薬剤投与量が設定できなくなることを特徴とする請求項１２に記載の２室型薬物送達器材。
  14. 前記ラックはカムホイールに連結されて、前記ラックが移動すると、前記カムホイールが回転することを特徴とする請求項１２に記載の２室型薬物送達器材。
  15. 前記カムホイールはピストンに連結され、前記カムホイールが回転すると前記ピストンが移動し、前記ピストンの上方行程によって前記薬剤投与量の一部分が前記第一のチャンバから前記第二のチャンバに引き込まれ、前記ピストンの下方行程によって、前記薬剤投与量の前記部分が押し出されることを特徴とする請求項１４に記載の２室型薬物送達器材。
  16. 前記キャリッジは、圧縮バネが前記キャリッジ内に配置されたストッパと係合することを特徴とする請求項１２に記載の２室型薬物送達器材。
  17. ２室型薬物送達器材を用いて薬剤を注射する方法であって、
    第一のチャンバに薬剤を貯蔵するステップと、
    薬剤投与量を設定するステップと、
    前記薬剤投与量の一部分を前記第一のチャンバから第二のチャンバに輸送するステップと、
    前記薬剤投与量の前記部分を前記第二のチャンバから注射部位に注射するステップと、
    前記薬剤投与量全量が注射されるまで、前記薬剤投与量の部分を注射する前記ステップを繰り返すステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  18. 請求項１７に記載の、２室型薬物送達器材を用いて薬剤を注射する方法であって、
    前記薬剤投与量の一部分を注射する前記ステップとそれを繰り返す前記ステップは、注射ロッドの１回の行程で実現されることを特徴とする方法。
  19. 請求項１７に記載の、２室型薬物送達器材を用いて薬剤を注射する方法であって、
    前記第一のチャンバ内に貯蔵された前記薬剤の量を追跡するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
  20. 請求項１９に記載の、２室型薬物送達器材を用いて薬剤を注射する方法であって、
    追跡されている前記貯蔵された薬剤が所定の量より少なくなったときに、前記薬剤投与量を設定できないようにするステップをさらに含むことを特徴とする方法。
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