JP2018535007A - 無針経皮注射装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年11月25日に出願された米国出願第14/952,056号に基づく優先権を主張し、その開示全体は参照により本明細書に組み入れられる。
本発明は、無針経皮注射装置に関する。
図1を参照すると、患者の皮膚を通して注入物(例えば、液状、粉状等の様々な状態のいずれかにおける薬剤またはワクチン)を輸送するための制御可能な無針経皮注射装置100は、筐体102から延びる無針経皮注入ヘッド104を備える。注入ヘッド104は、注入物を保持するチャンバ106と、チャンバ102の末端110に配置されたノズル108とを備える。ノズル108は、ヘッド112と、チャンバ106から注入物が噴出される開口114とを備える。操作中、注入物が放出されるとき、開口114は、皮膚115の近くにまたは皮膚115に接触して配置される。開口114の内径を含むノズルの寸法は、注入物の輸送(例えば、噴出)圧力において重要な要素である。いくつかの例において、開口の内径は、50μmから300μmの範囲にある。いくつかの例において、ノズルの長さは、500μmから5mmの範囲にある。いくつかの例において、ノズル108のヘッド112の外径は、開口114に向かって狭まっている。他の例では、様々な異なるノズル形状のいずれかが用いられてもよい(例えば、ノズル108のヘッド112の外径が一定であってもよいし、ノズル112のヘッドが曲線形状であってもよい。)。
注射装置100は、能動制御の力生成装置126(図1の実施形態では、電磁モータ)と受動力生成装置128(図1の実施形態では、ばね)を備える力生成機構124を備え、能動制御の力生成装置126および受動力生成装置128は両方とも、リンク機構130を介してプランジャ120に力を加え、皮膚を通してチャンバ106の注入物を注入する。いくつかの実施形態において、リンク機構は、ボールねじアクチュエータ130である。しかし、注射装置は、ボールねじアクチュエータをリンク機構として用いることに限定されないことは、理解されるべきである。実際のところ、リードスクリュー、直動軸受、ウォーム装置等の様々な種類のリンク機構が、ボールねじの代わりに用いられてもよい。いくつかの例において、リンク機構は、それぞれのリンク機構の費用と重さに応じて選択される。
図1を参照すると、いくつかの例において、経皮注射装置100は、変位センサ140およびコントローラ142も備える。一般的に、変位センサ140は、ボールねじアクチュエータ130のねじ322および/またはプランジャ120の変位x(t)を測定する。いくつかの例において、変位センサ140は、初期変位値(即ち、x(0))を記憶し、経時的に開始値からのずれを監視することによって、ねじ332の変位増分を測定する。他の例においては、変位センサ140は、ねじ332の絶対変位を測定する。
図3を参照すると、図1のシステムの模式図は、ボールねじ130に付与される正味トルクτN344を示している。上記の通り、任意の時点t1における正味トルクτN(t1)344は、制御されたモータ126が供給する、時点t1におけるトルクτM(t1)と受動蓄積エネルギー装置346(例えば、図1のばね128)が供給する、時点t1におけるトルクτS(t1)との合計である。正味トルクτN(t1)344がボールねじ130に付与されると、合力FN(t1)345がボールねじ130のねじ332に加えられて、ねじ332の変位x(t1)348を生じさせる。
図5から図7を参照すると、3つの典型的な目標力プロファイルが、プランジャ120の目標速度(即ち、VT)に比例する目標合力(即ち、FT)を達成するための、モータ126およびばね128からのそれぞれの力成分(即ち、FM,FS)を示している。説明を分かり易くするために、図5から図7の目標プロファイルは、目標力プロファイルとして示されているが、本明細書に記載されている装置において、目標プロファイルは、(図4に示すように)速度プロファイルとしてもよい。
図8を参照すると、制御可能な無針経皮注射装置800は、代替的な力生成機構824を備える。代替的な機構824は、第1端部が筐体102の一部に固定され、第2端部がボールねじ130のねじ332に固定された、ばね828(例えば、螺旋コイル型のばね)を備える。経皮注射装置800の作動前、ばね828は、力学的エネルギーを蓄えている圧縮状態にある。ばね828は、作動すると、静止状態に戻るまで復元することにより、力学的エネルギーを徐々に解放する。いくつかの例において、ばね828から力学的エネルギーを解放すると、FS(t)=−kxの力が、長手軸122に沿う方向において、ボールねじ130のねじ332に加えられる。上記の例の場合のように、FS(t)がねじ332に加えられると、次の方程式に従って、ねじ332にトルクτSが付与される。
いくつかの例において、無針経皮注射装置は、再利用可能である。そのような例において、注射を行った後、受動蓄積エネルギー装置は、蓄積エネルギーの一部または全てを解放し、リセットされる(例えば、再度圧縮される、再度伸ばされる、または、再度ねじられる)必要がある。多くの様々な技術が、力学的、手動、または、電気的エネルギーを加えて、受動蓄積エネルギー装置をリセットするために、用いることができる。
いくつかの例において、ばね以外の蓄積エネルギー装置を、受動蓄積エネルギー装置として用いることができる。例えば、圧縮ガスまたは弾性材料(例えば、ゴムバンド)が、力学的エネルギーを蓄積、解放するために用いられてもよい。いくつかの例において、C形状の炭素繊維部材のような湾曲部(例えば、ビームばね)が用いられる。例えば、装置は、装置の2つ以上の側に配置された複数の(例えば、2つの)ビームばねを備え、ボールねじ(または、他の適切な力伝達装置)に力を加えるように構成されていてもよい。いくつかの例において、ガススプリングまたはガスピストンが、受動蓄積エネルギー装置として用いられてもよい。そのような例においては、全体を加圧することができ、チャンバにおける圧力がガススプリングを加圧するのに用いられてもよい。
Claims (21)
- 注入物の輸送に用いられる装置であって、
リンク機構と、前記リンク機構に機械的に連結された力生成機構と、前記力生成機構に連結されたコントローラとを備えるアクチュエータを備え、
前記力生成機構は、受動力生成装置と能動力生成装置とを備え、
前記コントローラは、作動中、制御信号に基づき、前記力生成機構を制御することで、前記受動力生成装置によって供給される第1力と前記能動力生成装置によって供給される第2力との組み合わせである、前記リンク機構への入力フォースを供給するように構成されていることを特徴とする装置。 - 前記コントローラは、前記能動力生成装置によって供給される前記第2力を制御することも含んで、前記リンク機構に供給される入力フォースを制御することで、目標速度で前記アクチュエータを動作させるように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記能動力生成装置によって生成されるトルクを制御することで、前記能動力生成装置によって供給される前記第2力を間接的に制御するように構成され、
前記トルクは、前記第2力に比例する、請求項2に記載の装置。 - 前記コントローラは更に、前記アクチュエータの速度が前記装置の作動サイクルに亘る目標速度プロファイルを達成するように、前記リンク機構に供給される前記入力フォースを制御するように構成されている、請求項2に記載の装置。
- 参照位置からの前記アクチュエータの変位を測定する変位センサを更に備え、
前記コントローラは、前記変位センサからの前記アクチュエータの変位測定値を受信する入力を含み、受信された前記変位測定値に基づき、前記アクチュエータの速度の推定値を決定するように構成されている、請求項2に記載の装置。 - 前記コントローラは、受信された前記変位測定値と1つまたはそれ以上の以前に受信された変位測定値とに基づき、前記アクチュエータの前記速度の前記推定値を決定するように構成されている、請求項5に記載の装置。
- 前記能動力生成装置は、電磁モータを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記電磁モータは、電磁回転モータを含む、請求項7に記載の装置。
- 前記電磁モータは、電磁リニアモータを含む、請求項7に記載の装置。
- 前記受動力生成装置は、力学的エネルギーを蓄えるエネルギー蓄積素子を含み、
前記エネルギー蓄積素子は、前記受動力生成装置に、前記リンク機構に対して前記第1力を供給するように構成されている、請求項1に記載の装置。 - 前記エネルギー蓄積素子は、力学的エネルギーを圧縮空気として蓄えるように構成されている、請求項10に記載の装置。
- 前記エネルギー蓄積素子は、前記力学的エネルギーを蓄えるばねを含む、請求項10に記載の装置。
- 前記ばねは、前記リンク機構に直接連結された螺旋ばねを含む、請求項12に記載の装置。
- 前記螺旋ばねは、前記螺旋ばねが力学的エネルギーを蓄えない静止状態と、前記螺旋ばねが力学的エネルギーを蓄える圧縮状態とに構成可能である、請求項13に記載の装置。
- 前記螺旋ばねは、前記螺旋ばねが力学的エネルギーを蓄えない静止状態と、前記螺旋ばねが力学的エネルギーを蓄える伸長状態とに構成可能である、請求項13に記載の装置。
- 前記ばねは、前記モータに直接連結され、前記モータを介して前記リンク機構に間接的に連結されたねじりばねを含む、請求項12に記載の装置。
- 前記ばねは、前記リンク機構に直接連結されたねじりばねを含む、請求項12に記載の装置。
- 前記ばねは、ビームばねを含む、請求項12に記載の装置。
- 注入物を保持するチャンバを更に備え、
前記アクチュエータは、前記チャンバ内に配置され、作動中、前記リンク機構を介して前記チャンバ内の前記注入物に、前記入力フォースに比例する合力を加えるように構成されている、請求項1に記載の装置。 - 前記リンク機構は、ボールねじを含む、請求項1に記載の装置。
- チャンバ内に保持された液体を患者に輸送する装置であって、
作動中、前記チャンバ内の前記液体に力を加えるアクチュエータ素子と、
前記アクチュエータ素子を駆動する電磁モータであって、液体輸送サイクル中に、前記アクチュエータ素子に、前記チャンバ内の前記液体に対して第1力成分を加えさせるモータと、
力学的エネルギーを蓄えるエネルギー蓄積素子(ばね、圧縮空気)であって、前記液体輸送サイクル中に、前記アクチュエータ素子に、前記チャンバ内の前記液体に対して第2力成分を加えさせ、前記液体輸送サイクル中に前記アクチュエータ素子によって前記チャンバ内の前記液体に対して加えられる合力は、前記第1力成分および前記第2成分の合計である、エネルギー蓄積素子と、
液体輸送サイクル中に亘り、前記第1力成分を動的に変化させるように電磁モータを制御するコントローラと
を備える装置。
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