KR101852695B1 - 밸브 제어를 위한 스텝 전환 기구를 포함한 이동식 주입 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 이동식 주입 시스템용 도우징 유닛 (100) 에 관한 것으로, 상기 도우징 유닛은: - 계량 펌프 유닛 (110) 으로서, 상기 펌프 유닛은 도우징 실린더 (112) 및 피스톤 (111) 을 포함하고, 상기 피스톤 (111) 은 상기 도우징 실린더 (112) 내부에 밀봉 슬라이딩 맞물림되게 배치되는, 상기 계량 펌프 유닛 (110); - 밸브 유닛 (120) 으로서, 상기 밸브 유닛 (120) 은 충전 포트 (127b), 배출 포트 (127c) 및 차단체 (126) 를 가지고, 상기 충전 포트는 액체 약물 리저버 (300) 와 유동 커플링하도록 설계되고, 상기 배출 포트 (127c) 는 주입 부위 인터페이스 (890) 와 유동 커플링하도록 설계되고, 상기 차단체 (126) 는, 상기 충전 포트 (127b) 를 상기 도우징 실린더 (112) 와 유동 커플링하는 충전 위치와 상기 도우징 실린더 (112) 를 상기 배출 포트 (127c) 와 유동 커플링하는 대안적인 배출 위치 사이에서 이동가능한, 상기 밸브 유닛 (120); - 밸브 구동자 커플러 (125) 로서, 상기 밸브 구동자 커플러 (125) 는 상기 차단체에 커플링되거나 일체형이고 스텝 전환 기구의 출력 요소인, 상기 밸브 구동자 커플러 (125) 를 포함한다. 본 개시는 또한 개시된 도우징 유닛과 조합하여 사용될 수도 있는 구동 유닛, 이동식 주입 시스템, 및 도우징 유닛과 구동 유닛을 커플링하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

밸브 제어를 위한 스텝 전환 기구를 포함한 이동식 주입 시스템{AMBULATORY INFUSION SYSTEM INCLUDING A STEP SWITCHING MECHANISM FOR VALVE CONTROL}
본 개시는 이동식 (ambulatory) 주입 시스템용 도우징 유닛들의 분야에 관한 것이다. 본 개시는 또한 도우징 유닛과 조합하여 사용하기 위한 구동 유닛들의 분야 뿐만 아니라 장기간에 걸쳐 환자의 몸으로 액체 약물을 주입하기 위한 이동식 주입 시스템들의 분야에 관한 것이다. 더욱이, 본 개시는 도우징 유닛과 구동 유닛을 커플링하기 위한 방법들의 분야에 관한 것이다.
이동식 주입 기기들은, 예를 들어 연속 피하 인슐린 주입 (CSII) 에 의한 진성 당뇨병 치료 뿐만 아니라 통증 치료 또는 암 치료에서 본 기술분야에 잘 알려져 있고 다수의 공급자들, 예로 독일의 Roche Diagnostics GmbH 또는 미국, 캘리포니아주의 Medtronic MiniMed Inc. 로부터 이용가능하다.
전형적인 잘 확립된 설계에 따르면, 그런 이동식 주입 기기들 또는 시스템들은 전형적으로 주사기-구동자 유형을 갖는다. 이러한 기기들의 다수의 단점들이 본 기술분야에 공지되어 있다. 특히, 이들은 밀리리터 범위의 전체 약물 체적을 가지는 카트리지에서, 약물 카트리지에서, 전형적으로 나노리터 범위의 매우 작은 약물량을 이송하는 것을 포함하기 때문에 제한된 정밀도를 갖는다. 따라서, 예컨대, 마이크로 멤브레인 펌프 또는 마이크로 피스톤 펌프를 포함하는, 약물 리저버로부터 하류에 전용 도우징 유닛을 사용하고 약물 리저버에 커플링하도록 되어있고 특히 작은 체적을 정확히 계량하도록 설계되는 부가적인 개념들과 아키텍처들 (architectures) 이 제안되었다. 이러한 도우징 유닛들에 대한 여러 가지 설계들이 본 기술분야에 공지되어 있지만, 이들은 다소 복잡하고, 이 설계들 중 대부분은 고가이고 그리고/또는 큰 규모가 필수적이다.
EP 1970677A1 은 도우징 실린더를 갖는 소형 계량 피스톤 펌프를 구비한 시스템을 개시하고, 상기 도우징 실린더는 반복적으로 더 큰 리저버에 커플링되고 리저버로부터 충전된 후, 도우징 실린더를 주입 부위에 커플링하고 장기간에 걸쳐 점증 스텝들로 도우징 실린더에서 액체 약물을 주입한다. 대안적으로 도우징 실린더를 리저버 및 주입 부위에 커플링하기 위해, 밸브 시스템이 제안된다.
EP2163273A1 은 EP 1970677A1 에 의해 확립된 원리에 따른 도우징 유닛을 개시한다. 이 개시에 따르면, 도우징 유닛은, 플런저 위치에 의존하여 피스톤 운동과 밸브 전환에 모두 사용되는 단일 구동 유닛에 - 전형적으로 해제가능하게 - 커플링된다. 밸브 전환은, 고정 밸브 부재에 대해 도우징 유닛의 도우징 실린더를 이동시켜서, 예컨대 회전시켜서, 입구 또는 출구 중 어느 하나와 도우징 실린더의 대안적인 유동 연통을 설정함으로써 달성된다.
본 개시의 전반적인 목적은 이동식 주입 시스템들, 및 피스톤 변위 및 밸브 전환을 위한 별개의 구동부들을 구비한 구성요소들에 대안적인 설계를 제공하는 것이다. 상기 목적은 독립항들의 주제에 의해 달성된다. 특정한 예시적인 실시형태들은 대응하는 종속항들 뿐만 아니라 이 상세한 설명과 도면들에 나타낸 실시형태들에 의해 규정된다.
본 개시에 따르면, 이동식 주입 시스템용 도우징 유닛은 계량 펌프 유닛 및 밸브 유닛을 포함할 수도 있다. 밸브 유닛은 충전 포트를 가질 수도 있고, 상기 충전 포트는 액체 약물 리저버와 유동 커플링하도록 설계되고, 밸브 유닛은 배출 포트를 가지고, 상기 배출 포트는 주입 부위 인터페이스와 유동 커플링하도록 설계된다. 밸브 유닛은 차단체를 추가로 포함할 수도 있고, 상기 차단체는, 상기 충전 포트를 펌프 유닛의 도우징 실린더와 유동 커플링하는 충전 위치와 펌프 유닛의 상기 도우징 실린더를 상기 배출 포트와 유동 커플링하는 대안적인 배출 위치 사이에서 이동가능하다. 도우징 유닛은 밸브 구동자 커플러를 추가로 포함할 수도 있고, 상기 밸브 구동자 커플러는 상기 차단체에 커플링되거나 일체형이고 스텝 전환 기구의 출력 요소이다.
도우징 유닛의 작동을 위해, 밸브 구동자는 밸브 구동자 커플러를 통하여 밸브 액추에이터에 작동 커플링되고, 밸브 구동자와 밸브 구동자 커플러는, 조합하여, 스텝 전환 기구를 형성한다. 예시적인 실시형태들과 관련하여 이하 더 상세히 검토되는 것처럼, 스텝 전환 기구를 통하여 밸브 유닛을 밸브 액추에이터와 커플링하는 것은 다수의 장점들을 입증하였다. 특히, 그것은 밸브 구동부가 비교적 낮은 정밀도 요건으로 작동할 수 있도록 허용한다. 더욱이, 그것은 모듈식 주입 시스템의 간단하고 편리한 조립 및 분해에 대하여 유리하다.
펌프 유닛은, 특히, 도우징 실린더, 및 예컨대 도우징 실린더의 중심 축선을 따라, 즉 실린더 축선과 동축으로 연장되는 보어에서, 도우징 실린더 내부에서 밀봉 슬라이딩 맞물림되게 배치되는 피스톤을 구비한 소형 피스톤 펌프로서 설계될 수도 있다. 용어 "보어" 는 - 여기에서 그리고 하기에서 - 제조 프로세스에 대해 어떠한 제한도 의미하지 않음에 주목해야 한다. 도우징 실린더는, 도우징 유닛의 다른 구성요소들과 같이, 예를 들어, 기계 공작 (tooling), 사출 성형, 3 D-인쇄, 또는 단독으로 또는 조합하여 사용될 수도 있는 다른 제조 기술들에 의해 제조될 수도 있다.
도우징 실린더 및 피스톤은, 조합하여, 주사기와 같은 방식으로 가변 체적의 계량 챔버를 규정하고, 체적은 보어의 단면적 및 피스톤 위치에 의해 규정된다. 유동 커플링은 계량 챔버와 밸브 유닛 사이에 존재하여서, 도우징 실린더 및 액체 약물을 밸브 유닛을 통하여 계량 챔버로 유입하고 대안적으로 계량 챔버 밖으로 액체 약물을 변위시키기 위한 밸브 유닛을 유동 커플링한다. 피스톤은, 계량 챔버의 최대 체적에 대응하는 최원위 위치와 계량 챔버의 최소, 예를 들어 무시해도 될 정도의 체적에 대응하는 최근위 위치 사이에서 이동될 수도 있다. 계량 챔버의 체적은 또한 도우징 실린더의 충전 체적으로도 지칭된다. 예컨대 CSII 의 분야에서 사용될 수도 있는 전형적인 실시형태에서, 최대 충전 체적은, 예컨대 액체 U100 인슐린 제제의 1... 20 유닛들에 대응하는 10 ㎕...200 ㎕ 의 범위에 있을 수도 있다. 특정 실시형태들에서, 최대 충전 체적은 50 ㎕...100 ㎕ 의 범위에 있고, 예컨대 60 ㎕ 이다. 보어의 직경은 몇 밀리미터의 범위에 있을 수도 있어서, 밀리미터 ~ 센티미터의 범위에서 피스톤 변위를 발생시킨다.
이하 부연되는 바와 같이, 피스톤은 점증 또는 거의 무한 스텝들로 왕복 변위하기 위해 펌프 구동부에 커플링될 수도 있어서, 점증 또는 거의 무한 스텝들로 충전 체적의 변화를 허용한다.
차단체는 특정 밸브 설계에 의존하여 다수의 설계들을 가질 수도 있다. 전형적인 실시형태들에서, 차단체는 유동을 제어하기 위해 다수의 반경방향 및/또는 축선 방향 액체 채널들을 구비한 축선 방향으로 대칭인 몸체이다. 유리하게도, 차단체의 적어도 하나의 위치, 특히 충전 위치와 배출 위치 사이 중간 위치가 존재하고, 이 중간 위치에서 펌프 포트는 충전 포트에도 배출 포트에도 커플링되지 않고 계량 챔버는 이에 유동 격리된다.
일부 실시형태들에서, 밸브 구동자 커플러는 스타 휠 또는 스타 휠 섹션, 제네바 (Geneva) 유형 휠 또는 제네바 유형 휠 섹션을 포함한다. 예시적인 실시형태들과 관련하여 이하 검토되는 것처럼, 제네바 유형 휠은 특히 본 용도에 적합한 전환-기구 설계의 출력 요소로서 사용될 수도 있다. 하지만, 다른 유형들의 스텝 전환 기구들이 또한 사용될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 차단체는 일반적으로 실린더형 몸체로서 설계된다. 실린더형 몸체는 예시적으로 3 ㎜ 이하, 예를 들어 1.5 ㎜ 의 직경을 가질 수도 있다. 변형예들에서, 직경은 다수의 스텝들에서 길이를 따라 또는 연속적으로 변할 수도 있고, 연속적으로 변하는 경우 원추형 차단체를 발생시킨다. 밸브 및 특히 차단체의 작은 크기는 많은 이유들, 예로 유동 데드 (dead) 체적 뿐만 아니라 전체 치수들의 최소화를 위해 유리하다.
일부 실시형태들에서, 차단체는 경질 재료, 특히 경질 플라스틱으로 만들어지고, 밸브 하우징의 차단체 접촉면은 연질 재료, 특히 고무 또는 열가소성 엘라스토머로 만들어진다. 다른 연질 플라스틱이 또한 사용될 수도 있다. 이러한 설계는 밀봉에 대해 유리하다.
일부 실시형태들에서, 차단체는 밸브 회전 축선 둘레에서 회전 이동하도록 설계된다. 이 유형의 실시형태에 대해, 밸브 유닛은 회전 밸브로서 설계되고 밸브 상태는 밸브 하우징에 대한 차단체의 회전 위치에 의해 결정된다. 이 유형의 실시형태에 대해, 충전 위치와 배출 위치는 차단체의 회전 위치들이고 회전 위치들에서 차단체의 유동 채널은, 전술한 대로, 밸브 하우징에 보어들로서 구현되는 충전 포트 또는 배출 포트와 각각 정렬된다. 대안적으로, 하지만, 밸브 유닛은 다른 방식으로, 예컨대 선형 슬라이딩 차단체를 구비한 슬라이딩 밸브로서 또는 회전 및 슬라이딩 움직임을 조합하여 구현될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 밸브 회전 축선은 펌프 유닛의 피스톤 변위 축선에 평행하거나 직교한다. 예시적인 실시형태들과 관련하여 더 상세히 이하 부연되는 설계들 중 어느 하나는 특히 콤팩트한 설계와 사용자 친화적인 설계를 허용한다.
일부 실시형태들에서, 밸브 구동자 커플러는 스텝 전환 기구의 구동 요소로서 밸브 구동자의 치합 (meshing) 핀과 치합하기 위한 치합 슬롯을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 도우징 유닛은 구동 유닛과 해제가능하게 커플링되도록 설계된다. 도우징 유닛과 구동 유닛의 해제가능한 커플링은, 예컨대, 구동 유닛을 포함하고 사용자 인터페이스, 제어 회로망 등을 포함할 수도 있는 내구 유닛, 및 예컨대, 단지 며칠의 단일 적용을 위해 설계되고 도우징 유닛 및 액체 약물 리저버를 포함할 수도 있는 일회용 유닛을 구비한 모듈식 이동식 주입 시스템의 설계를 허용한다. 하기에서 상정되는 이러한 모듈식 설계에 대해, 이하 더 상세히 부연되는 것처럼, 스텝 전환 기구를 통한 밸브의 제어는 커플링 및 디커플링에 대해 특히 유리하다. 대안적으로, 하지만, 도우징 유닛은, 완전히 또는 부분적으로, 구동 유닛과 일체로 형성될 수도 있다.
그러므로, 구 "해제가능한 커플링" 은, 실질적으로, 실질적 강성 기계적 커플링의 형태로, 도우징 유닛과 구동 유닛의 기계적 커플링 및 디커플링을 허용하고 또한 추후 디커플링을 가능하게 하는 설계를 지칭하고, 디커플링은 적어도 구동 유닛의 손상을 초래하지 않는다. 이 목적으로, 대응하는 기계적 장착 구조체들은 이하 예시적으로 부연되는 바와 같이 도우징 유닛과 구동 유닛 양자에 제공될 수도 있다. 구동 유닛에 대한 도우징 유닛의 기계적 커플링은 유리하게도 동시에 밸브 유닛, 특히 밸브 구동자 커플러를 도우징 유닛의 밸브 구동부와 커플링하고 피스톤을 도우징 유닛의 피스톤 구동부와 커플링한다.
추가 양태에 따르면, 본 개시는 구동 유닛에 관한 것이다. 구동 유닛은 펌프 구동부를 포함할 수도 있고, 상기 펌프 구동부는 펌프 액추에이터 및 상기 펌프 액추에이터에 커플링되는 펌프 구동자를 포함하고, 상기 펌프 구동자는, 상기 펌프 액추에이터로부터 상기 펌프 유닛의 피스톤까지 펌프 구동력 및/또는 펌프 구동 토크를 전달하기 위해 계량 펌프 유닛의 피스톤에 커플링하도록 설계된다. 구동 유닛은 밸브 구동부를 추가로 포함할 수도 있고, 상기 밸브 구동부는 밸브 액추에이터 및 상기 밸브 액추에이터에 커플링되는 밸브 구동자를 포함하고, 상기 밸브 구동자는 상기 밸브 액추에이터로부터 상기 밸브 유닛으로 밸브 전환력 및/또는 밸브 전환 토크를 전달하기 위해 밸브 유닛의 밸브 구동자 커플러에 커플링하도록 설계되고, 상기 밸브 구동자는 스텝 전환 기구의 구동 요소이다.
일부 실시형태들에서, 밸브 구동자는 밸브 구동자 커플러와 치합하기 위한 치합 핀을 포함한다. 치합 핀은 밸브 구동자 몸체에서 편심되어 있다. 밸브 구동자는 밸브 기어 출력 샤프트와 정렬된 중심 핀을 추가로 포함할 수도 있다. 작동시, 치합 핀은 따라서 중심 핀 둘레의 원형 경로에서 이동한다.
일부 실시형태들에서, 구동 유닛은 도우징 유닛과 해제가능하게 커플링하도록 설계된다. "해제가능한" 은 도우징 유닛과 관련하여 전술한 바와 동일한 의미로 이해되어야 한다.
또다른 양태에 따르면, 본 개시는 장기간에 걸쳐 환자의 몸으로 액체 약물을 주입하기 위한 이동식 주입 시스템에 관한 것이다. 상기 주입 시스템은 예시적인 실시형태들과 관련하여 일반적으로 전술하고 하기에 부연되는 바와 같은 도우징 유닛 및 구동 유닛을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 이동식 주입 시스템 중, 밸브 구동자와 밸브 구동자 커플러는, 도우징 유닛과 구동 유닛을 커플링시 비치합 상태로 있다. 이 유형의 실시형태에 대해, 밸브 구동자와 밸브 구동자 커플러의 치합은, 커플링 운동 후, 구동 유닛과 도우징 유닛 사이 기계적 커플링이 이미 설정된 상태에서만 단지 발생한다. 그리하여, 커플링을 설정하기 위한 정밀도 및 정렬 요건들이 크게 감소된다.
또다른 양태에 따르면, 본 개시는 예시적인 실시형태들과 관련하여 일반적으로 전술하고 하기에 부연되는 바와 같은 도우징 유닛과 구동 유닛을 커플링하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 구동 유닛 및 상기 도우징 유닛을 구조적으로 별개의 유닛들로서 제공하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 방법은 커플링 운동을 실시하는 단계를 추가로 포함할 수도 있고, 상기 커플링 운동은 상기 구동 유닛 및 상기 계량 펌프 유닛을 작동상 상대 위치로 이동시키고, 상기 커플링 운동은 추가로 상기 밸브 구동자 및 상기 밸브 구동자 커플러를 작동상 상대 위치로 이동시키고, 상기 밸브 구동자 및 상기 밸브 구동자 커플러는, 상기 커플링 운동 중, 비치합 구성으로 되어 있다.
하기에서, 예시적인 실시형태들이 도면을 부가적으로 참조하여 더 상세히 검토된다.
하기 설명에서, "좌측", "우측", "상부, 하부", "상단, 바닥" 과 같은 방향, 위치, 또는 배향을 나타내는 용어들은 단지 읽는 사람의 이해를 향상시키기 위한 것으로 전적으로 도면과 관련된다는 점에 주목해야 한다. 그것은 적용을 위한 임의의 특정 방향들 또는 배향들을 의미하지 않는다.
도 1 은 간략화된 기능도로 본 개시에 따른 이동식 주입 시스템의 주요 구성요소들을 도시한다.
도 2 는 구동 유닛의 예시적인 실시형태와 조합하여 도우징 유닛의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 3a 및 도 3b 는 사시도로 부착된 밸브 구동자 커플러와 예시적인 차단체를 도시한다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c 는 스텝 전환 기구의 예시적인 실시형태로서 제네바 유형 기구의 작동을 도시한다.
도 5a 및 도 5b 는 예시적인 밸브 유닛의 내부 구조 뿐만 아니라 예시적인 펌프 유닛의 일부를 도시하고 그것의 작동을 보여준다.
도 6a 및 도 6b 는 예시적인 이동식 주입 시스템을 도시한다.
도 7a 및 도 7b 는 추가 예시적인 밸브 유닛의 내부 구조 뿐만 아니라 추가 예시적인 펌프 유닛의 일부를 도시하고 그것의 작동을 보여준다.
도 8 은 추가 예시적인 제네바 유형 기구를 도시한다.
도 1 은 도우징 유닛 (100), 구동 유닛 (200), 및 액체 약물 리저버 (300) 를 도시한다. 본 개시를 고려하여 특별히 관련있는 구조적, 기능적 유닛들만 도시되어 있음에 주목해야 한다. 전형적으로, 전자 제어 유닛, 전원 공급부, 사용자 인터페이스 등과 같은 다른 유닛들도 또한 존재한다.
도우징 유닛 (100) 은 개관 기술에서 전술한 대로 보어 및 피스톤 (별도로 도면부호가 미기재된 요소들) 을 갖는 도우징 실린더를 구비하는 계량 펌프 유닛 (110) 을 포함한다. 도우징 실린더의 근위 전방 벽에서, 보어는 펌프 포트 (127a) 에 커플링하는 유동 포트로서 배치된다. 도우징 유닛은 대안적으로 충전 상태 (120b) 또는 배출 상태 (120a) 일 수도 있는 밸브 유닛을 추가로 포함한다. 작동 중, 밸브 유닛은 상기 상태들 사이에서 반복적으로 전환된다. 리저버 (300) 는 밸브 유닛의 충전 포트 (127b) 를 통하여 밸브 유닛에 유동 커플링된다. 환자 (900) 는 주입 부위 인터페이스 (890) 와 충전 포트 (127c) 를 통하여 밸브 유닛에 유동 커플링된다 . 주입 부위 인터페이스 (890) 는 주입 라인, 예컨대 카테터와 일체인 것으로 예시적으로 도시되어 있음에 주목한다. 도우징 유닛 (100) 은 충전 위치 (120b) 와 배출 위치 (120a) 사이에서 밸브 유닛을 전환하기 위한 밸브 구동자 커플러 (125) 를 추가로 포함한다. 유사하게, 도우징 유닛 (100) 은 도우징 실린더 내부에서 선형으로 펌프 유닛 (110) 의 피스톤을 이동시키기 위한 펌프 구동자 커플러 (115) 를 포함한다.
밸브 유닛에 대해, 도 1 은 충전 포트 (127b) 또는 배출 포트 (127c) 중 어느 하나가 펌프 포트 (127a) 에 커플링된 상태들 (120a, 120b) 을 단지 도시하고 있음에 또한 주목한다. 하지만, 추가 중간 상태에서는, 3 개 포트들 (127a, 127b, 127c) 전부 폐쇄되어서, 유동 격리를 유발한다.
구동 유닛 (200) 은 펌프 구동자 (215) 에 커플링된 펌프 구동부 (217) 뿐만 아니라 밸브 구동자 (225) 에 커플링된 밸브 구동부 (227) 를 포함한다.
하기에서, 예시적인 도우징 유닛 (100) 과 대응하는 예시적인 구동 유닛 (200) 을 도시하는 도 2 가 부가적으로 참조되고, 도우징 유닛 (100) 과 구동 유닛 (200) 은 도 1 에 따른 이동식 주입 시스템의 부분이다. 구동 유닛 (200) 은 전형적으로 수명이 길거나 내구성이 있는 모듈로서 설계된다. 이동식 주입 시스템의 추가 구성요소들처럼, 예로 사용자 인터페이스와 제어 회로망은 수 개월에서 최대 수 년까지의 수명을 위해 설계될 수도 있다. 도우징 유닛 (100) 은 전형적으로 몇 일, 예컨대 2 주까지의 시간 동안 연속적으로 사용되고 그 후 폐기되는 일회용 모듈로서 전형적으로 설계된다. 다른 적용 시간으로 인하여, 도우징 유닛 (100) 과 구동 유닛 (200) 은 전술한 대로 해제가능한 기계적 작동 커플링을 위해 설계된다. 기계적 커플링 또는 장착을 위해, 도우징 유닛 (100) 과 구동 유닛 (200) 은, 각각, 도우징 유닛 장착 구조체 (195) 및 구동 유닛 장착 구조체 (295) 를 구비한다. 예시적으로, 도우징 유닛 장착 구조체 (195) 는 T-형 단면의 세장형 볼록 구조로서 구현되고 구동 유닛 장착 구조체 (295) 는 대응하는 T-형 단면의 세장형 오목 구조로서 구현된다. 구조체들은 작은 간극 (선택적으로 바이어싱됨) 의 슬라이딩 맞물림을 가지고 설계된다. 부가적 로킹 요소들 (미도시) 이 선택적으로 제공될 수도 있다. 도우징 유닛 (100) 과 구동 유닛 (200) 을 커플링하기 위해, 장착 구조체들 (195, 295) 이 맞물리도록 도우징 유닛 (100) 은 구동 유닛 (200) 에 대해 화살표 A 와 반대 방향으로 선형으로 이동된다. 디커플링은 대응하는 선형 반대 운동에 의해 실시된다. 추가 실시형태들에서, 기계적 커플링은 다른 실시형태에서 이하 설명되는 바와 같은 스냅 클램프를 통하여, 자기 커플링 등을 통하여 지속될 수도 있다.
화살표 A 로 나타낸 방향은 하기에서 "근위" 로 지칭되고, 화살표 A 와 반대 방향은 "원위" 로 지칭된다.
도우징 유닛 (100) 의 펌프 유닛 (110) 및 밸브 유닛 (120) 은, 예시적으로, 피스톤 변위 축선이 화살표 A 와 평행한 밸브 회전 축선과 일치하는 인라인 설계로서 구현되어, 도우징 유닛 (100) 의 세장형 전체 형상을 유발한다. 밸브 유닛 (120) 은 펌프 유닛 (110) 으로부터 근위에 배치된다. 도우징 유닛 (100) 의 작동 뿐만 아니라 내부 구조 모두 추가 도면들을 부가적으로 참조하여 하기에서 추가로 검토된다.
밸브 유닛 (120) 의 근위 단부에서, 밸브 구동자 커플러 (125) 는 밸브 회전 축선을 중심으로 회전가능하게 배치된다. 밸브 구동자 커플러 (125) 는, 예시적으로, 3 개의 섹터들을 갖는 제네바 유형의 휠 단면으로 구현된다.
구동 유닛 (200) 은 펌프 구동부 (217) 및 밸브 구동부 (227) 를 포함한다. 펌프 구동부 (217) 는 펌프 액추에이터 (217a) 와 펌프 기어 (217b) 를 포함하고, 밸브 구동부 (227) 는 밸브 액추에이터 (227a) 와 밸브 기어 (227b) 를 포함한다. 펌프 구동부 (217) 와 밸브 구동부 (227) 양자는 왕복 작동을 위해 설계된다.
펌프 액추에이터 (217a) 와 밸브 액추에이터 (227a) 양자는 예시적으로 종래의 스테퍼 모터들로서 구현된다. 하지만, 양자 중 어느 하나는 또한 상이하게, 예컨대 표준 DC 모터, 무브러시 DC 모터, 또는 특별히 설계된 전자기 구동부들로서 구현될 수도 있다. 선택적 센서들은 제어 및/또는 피드백을 위해 존재할 수도 있지만, 필수적이지는 않다. 예를 들어, 도우징 실린더의 최소 및 최대 충전 체적에 대응하는, 도우징 실린더의 보어 내부에서 피스톤의 근위 및 원위 단부 위치를 검출하기 위한 선택적 센서들, 및/또는 피스톤을 실질적으로 연속적으로 검출하기 위한 선형 위치 센서가 제공될 수도 있다. 유사하게, 밸브 유닛 (110) 의 차단체가 충전 위치 또는 배출 위치에 각각 있는지 검출하기 위해서 접촉 또는 비접촉단 스위치들과 같은 센서들이 존재할 수도 있다.
펌프 기어 (217b) 는 스핀들 구동부 및 플런저 (217c) 와 조합하여 종래의 스퍼 기어 형태의 감속 기어로서 설계되어서, 펌프 액추에이터 (217) 의 출력 샤프트의 회전 운동을 화살표 A 와 평행한 방향으로 플런저 (217c) 의 대응하는 선형 변위 운동으로 변형한다. 도우징 유닛 및 구동 유닛의 커플링된 상태에서, 플런저 (217c) 의 축선은 도우징 실린더의 보어 및 피스톤 변위 축선과 동축을 이룬다. 펌프 유닛 (110) 의 피스톤 (도 2 에 미도시) 에 강성 연결되거나 일체형인 펌프 구동자 커플러와 해제가능한 커플링을 위해 설계된 펌프 구동자 (215; 도 2 에 미도시) 가 플런저 (217c) 또는 그 부분에 부착된다. 펌프 구동자 (215) 및 펌프 구동자 커플러는 푸시-풀-커플링, 예컨대 베이어닛 커플링, 스냅-피트 커플링, 등을 위해 설계된다. 그러므로, 플런저 (217c) 의 왕복 운동은 근위 또는 원위 방향 각각으로 대응하는 왕복 피스톤 운동을 유발한다.
밸브 기어 (277b) 는 종래의 기어로서 구현되는 감속 기어이고, 밸브 구동자 (225) 가 밸브 기어 (227b) 의 출력 샤프트에 커플링되거나 일체형이다. 스텝 전환 기구 및 밸브 유닛의 하기 설명되는 설계에 대해, 밸브 기어는, 예컨대 4 단 스퍼 기어로서 설계될 수도 있다. 하지만, 펌프 기어 (217b) 및 밸브 기어 (227b) 양자에 대해 대안적인 설계들이 또한 사용될 수도 있고, 예컨대 유성 기어들, 웜 기어들, 체인 기어들 또는 다른 유형들의 견인 구동부들이 사용될 수도 있음에 주목해야 한다.
하기에서 도 3 및 도 4 가 각각 부가적으로 참조된다. 도 3a 및 도 3b 는 밸브 구동자 커플러 (125) 와 함께 밸브 유닛 (120) 의 차단체 (126) 의 2 개의 사시도들을 도시하고, 차단체 (126) 와 밸브 구동자 커플러 (125) 가 강성 연결되거나 일체로 형성되어 있다. 차단체 (126) 는 일반적인 실린더형 형상을 가지고 밸브 하우징의 대응하는 보어에 밀봉하여 회전 슬라이딩 수용되도록 설계된다. 차단체 (126) 는, 스터드 홀로서 구현되고 차단체 (126) 의 종방향 축선을 따라 연장되는 중심 유동 채널 (126a) 을 가지고 있다. 중심 유동 채널 (126a) 의 출구는 펌프 포트 (127a) 로서 역할을 한다. 차단체 (126) 는, 중심 채널 (126a) 에 직교하고 유동 연통하는 2 개의 반경방향 채널들 (126b, 126c) 을 추가로 포함한다. 이하 더 상세히 설명되는 것처럼, 반경방향 채널들 (126b, 126c) 은 충전 포트 (127b) 및 배출 포트 (127c) 에 유동적으로 연결된다. 예시적으로, 반경방향 채널들 (126b, 126c) 은 90°의 상대 각도로 배치된다. 또한, 다른 각도들도 사용될 수도 있다.
밸브 구동자 커플러 (125) 는 제네바 유형 휠 단면으로 설계된다. 특정 실시형태에서, 대응하는 완전 제네바 유형 휠은 그것의 원주 둘레에서 동일하게 분배된 8 개의 세그먼트들을 가질 것이고, 밸브 구동자 커플러 (125) 를 위해 3 개의 세그먼트들 (125a) 이 실제로 구현된다. 단일 세그먼트 (125a) 는 오목한 원형 둘레면들 (125b) 및 반경방향 면들 (125d) 을 포함한다. 원형 둘레면들 (125b) 및 반경방향 면들 (125d) 은 작은 중간 둘레면들 (도면부호 없음) 을 통하여 연결된다. 인접한 세그먼트들 (125a) 사이에, 반경방향 면들 (125d) 은 반경방향 치합 슬롯들 (125c) 을 형성한다.
도 4 는 밸브 구동자 (225) 의 설계를 보여주고 밸브 구동자 (225) 및 밸브 구동자 커플러 (125) 와 조합하여 구현되는 스텝 전환 기구 간 상호작용을 도시한다. 밸브 구동자 (225) 는 몸체 (225a), 중심 핀 (225b) 및 편심 치합 핀 (225c) 을 포함하고, 밸브 구동자 (225) 의 단일 구성요소들은 강성 연결되거나 일체로 형성된다. 중심 핀 (225b) 및 출력 샤프트가 동축을 이룬 상태에서 밸브 구동자 (225) 는 밸브 기어 (227b) 의 출력 샤프트에 강성 커플링되어서, 출력 샤프트의 회전시 밸브 구동자 몸체 (225a) 및 치합 핀 (225c) 이 중심 핀 (225b) 을 중심으로 회전하도록 한다. 도 4 에서 볼 수 있는 것처럼, 중심 핀 (225b) 은 사실상 핀 단면이고 치합 핀 (225c) 을 향하는 세그먼트가 절단되어 있다. 중심 핀 (225b) 의 직경은 둘레 원형 면 (125) 의 직경에 대응하고, 치합 핀 (225c) 의 직경은 치합 슬롯들 (125c) 의 폭에 대응하여서, 치합 핀 (225c) 과 치합 슬롯들 (125c) 사이 뿐만 아니라, 중심 핀 (225a) 과 둘레 원형 면들 (125b) 사이에서 실질적으로 무유극 슬라이딩 맞물림을 허용한다.
도 4a 는, 밸브 유닛 (120) 이 충전 위치에 있는 구성을 보여준다. 이 상태에서, 중심 핀 (225b) 은 둘레 원형 면 (225b) 과 슬라이딩 회전 맞물린다. 치합 핀 (225c) 이 치합 슬롯 (125c) 과 치합되지 않는 한, 밸브 구동자 (225) 및 특히 홀딩 샤프트 (225b) 의 임의의 회전은 그에 따라 밸브 구동자 커플러 (125) 의 임의의 운동을 유발하지 않는다. 맞물림을 통하여, 밸브 구동자 (125) 가 그것의 위치에 유지, 로킹된다.
스텝 전환 기구의 작동을 설명하기 위해, 도 4a, 도 4b 및 도 4c 에서 대응하는 화살표들로 나타낸 것처럼 밸브 구동자 (225) 의 시계방향 회전이 상정된다. 도 4a 는 치합 핀 (225c) 이 치합 슬롯 (125c) 과 치합 맞물리게 되는 순간을 보여준다. 밸브 구동자 (225) 의 추가 회전은, 치합 핀 (225c) 이 치합 슬롯 (125c) 에서 반경방향 내측으로 주행하도록 하고, 슬롯 벽들과 슬라이딩 맞물림을 통하여, 반시계 방향으로 차단체 (126) 와 밸브 구동자 커플러 (125) 를 회전시킨다.
도 4b 는, 치합 핀 (225c) 이 치합 슬롯 (125c) 에서 최내측 반경방향 위치에 있는 구성을 보여준다. 결국, 치합 핀 (225c) 이 치합 슬롯 (125c) 을 이탈하여서, 치합 핀 (225c) 과 치합 슬롯 (125c) 사이에 치합 맞물림을 종료할 때까지, 밸브 구동자 (225) 의 추가 시계방향의 회전은 치합 슬롯 (125c) 에서 치합 핀 (225c) 의 반경방향 외향 운동 및 밸브 구동자 커플러 (125) 의 추가 반시계방향 회전을 유발할 것이다. 도 4c 는 치합 핀 (225c) 과 치합 슬롯 (125c) 이 치합 맞물리지 않게 되는 약간 나중의 구성을 보여준다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c 로부터, 밸브 구동자 (125) 의 제네바 유형 휠이, 모든 시점에, 중심 핀 (225b) 또는 치합 핀 (225c) 중 적어도 하나와 맞물리는 것을 볼 수 있다. 치합 핀 (225b) 이 치합 슬롯 (125c) 과 치합 맞물리는 경우에, 밸브 구동자 커플러 (225) 의 회전은 확동 (positive) 가이드를 통하여 치합 핀 (225c) 과 상호작용에 의해 제어된다. 치합 핀 (225c) 이 치합 슬롯 (125c) 과 상호작용하지 않는 경우에, 밸브 구동자 커플러 (125) 는 둘레 원형 면 (125b) 과 중심 핀 (225b) 의 맞물림을 통하여 제자리에 로킹된다.
도 4c 에 도시된 구성은, 밸브 유닛이 충전 위치에도 있지 않고 배출 위치에도 있지 않는 중간 구성이고, 펌프 포트 (127a) 및 충전 포트 (127b) 또는 배출 포트 (127c) 중 임의의 포트 각각 사이에 유동 커플링이 존재하지 않는 가운데쯤 구성이다. 플런저 구동자 (225) 의 추가 시계방향 회전은, 치합 핀 (225c) 이 2 개의 슬롯들 (125c) 중 다른 하나와 치합된다는 유일한 차이점만 가지고 전술한 시퀀스가 반복될 수 있도록 한다. 치합 핀 (225c) 이 이 제 2 치합 슬롯 (125c) 과 치합 맞물리지 않게 될 때, 밸브 유닛 (110) 은 배출 위치에 있게 된다. 밸브 구동자 (225) 의 각각의 완전한 회전은 그에 따라 각각 인접한 제네바 유형 세그먼트들 (125a) 또는 치합 슬롯들 (125c) 사이 각도에 대응하는 밸브 구동자 커플러 (125) 의 회전을 유발한다.
도 3 에 도시된 바와 같은 차단체의 예시적인 설계에 대해, 치합 핀 (225c) 및 양 치합 슬롯들 (125c) 사이 연속 치합 맞물림 및 맞물림 해제 시퀀스는 각각 반경방향 채널들 (126b, 126c) 사이 각도에 대응하는 90°만큼 밸브 구동자 커플러 (125) 및 차단체 (126) 의 전체 회전을 유발한다. 변형예들에서, 밸브 구동자 커플러 (125) 는 더 많거나 더 적은 세그먼트들 (125a) 을 가질 수도 있고, 전체 각도가 차단체 설계에 따라 요구되는 전환 각도에 대응하기만 하면, 충전 위치와 배출 위치 사이 전환은 하나보다 많은 중간 스텝을 통하여 또는 어떠한 중간 스텝도 없이 달성될 수도 있다. 소형 이동식 주입 시스템의 전형적인 설계에 대해, 도시된 예시적인 설계는 마찰력 (그리하여, 에너지 소비 및 밸브 액추에이터 설계), 밸브 기어의 감속률 및 전체 치수들과 같은 인자들을 고려한 양호한 절충안으로서 간주된다.
충전 위치로 밸브 유닛의 상태를 복귀시키는 전환은 밸브 구동자 (225) 의 반시계방향 회전에 의해 유사하게 달성된다.
유리하게도, 차단체가 충전 위치 또는 배출 위치를 각각 취할 때 밸브 구동자 커플러 (125) 및 차단체 (126) 의 추가 운동을 막도록 밸브 하우징에 대해 밸브 구동자 커플러 (125) 와 차단체 (126) 사이 회전 운동을 제한하는 두 쌍의 스톱들 (별도로 도시되지 않음) 이 제공된다. 이에, 회전 운동은 각각 충전 위치와 배출 위치 사이 각도 범위로 제한된다.
스톱들을 포함한 이러한 설계에 대해, 예컨대 스테퍼 모터가 밸브 액추에이터로서 사용될 때 간단하고 효과적인 제어가 달성될 수도 있다. 일단 충전 위치 또는 배출 위치에 도달하면, 밸브 구동자 커플러 (125) 및 차단체 (126) 의 추가 운동이 가능하지 않기 때문에, 스테퍼 모터의 추가 작동은 검출가능한 스텝 손실을 유발할 것이다. 이런 식으로, 부가적 센서들을 요구하지 않으면서 충전 위치와 배출 위치가 검출될 수도 있다.
도 4a 내지 도 4c 및 앞서 제공된 설명으로부터, 밸브 전환을 위한 스텝 전환 기구를 사용하는 주요 장점들이 분명해진다.
전술한 대로, 밸브 구동자 커플러 (125) 및 - 따라서 - 차단체 (126) 의 회전 위치는, 치합 핀 (225c) 이 임의의 치합 슬롯 (125c) 과 맞물리지 않는 밸브 구동자 (225) 의 모든 회전 위치들에 대해 잘 규정되어 있고 로킹되어 있다. 이것은 밸브 구동자 (225) 및 특히 치합 핀 (225c) 의 특정 배향에 관계없이 유효하다. 이것은 약 180°의 회전 각도, 즉 밸브 구동자 (225) 의 전체 회전의 절반에 해당하는 도 4 에서 문자 "B" 로 나타낸 영역에 대한 경우이다. 충전 위치와 배출 위치 각각 사이에서 전환할 때, 치합 핀 (225c) 과 치합 슬롯들 (125) 사이 맞물림 및 맞물림 해제의 전체 시퀀스가 보장되기만 하면, 어떤 정확한 회전 위치에서 밸브 구동자 (225) 가 그것의 운동을 시작하고 최종적으로 전환 후 정지하든지 상관없다. 그리하여, 밸브 구동 및 그것의 제어를 위한 정밀도 요건은 크게 감소된다.
스텝 전환 기구는 도우징 유닛 (100) 과 구동 유닛 (200) 의 커플링에 대해 또한 유리하다. 전술한 대로, 이 프로세스는 사용자, 예컨대 특별한 기계 조작 기술, 많은 경우에 운동 장애 및/또는 시각 장애를 가지지 않는 당뇨병 환자에 의해 정기적으로 실시된다. 치합 핀 (225c) 이 맞물림 해제된 상태로 있기만 하면, 중심 핀 (225b) 과 둘레 원형 면 (125b) 사이 슬라이딩 맞물림에 의해 밸브 구동자 (225) 와 밸브 구동자 커플러 (125) 사이 커플링이 단지 제공된다. 따라서, 도우징 유닛 장착 구조체 (195) 와 구동 유닛 장착 구조체 (295) 사이 커플링 맞물림은, 밸브 구동자 (225) 의 특정 배향 또는 회전 위치를 요구하지 않으면서, 구동 유닛 (200) 에 대한 도우징 유닛 (100) 의 단순 병진 운동에 의해 설정될 수 있다. 이런 식으로 도우징 유닛 (100) 을 구동 유닛 (200) 에 커플링함으로써, 밸브 구동자 (225) 와 밸브 구동자 커플러 (125) 의 정확한 작동상 위치 및 따라서 작동 커플링이 자동으로 설정된다.
스텝 전환 기구의 전술한 장점들은, 각도 유지 커플링을 통하여, 예컨대 밸브 구동자로서 한 쌍의 스퍼 휠들, 밸브 구동자 커플러 및 밸브 구동부를 커플링하는 대안예와 비교로부터 가장 잘 이해된다. 이러한 커플링은 커플링 요소의 정확한 상대 배향을 요구한다. 치형 휠들, 예컨대 스퍼 휠들을 통한 커플링은, 예컨대, 정확한 치합 맞물림을 설정하기 위해 휠들 중 하나의 치형부가 다른 휠의 치형부 간극과 정렬되도록 요구한다.
밸브 운동을 구동하기 위한 스텝 전환 기구의 유리한 특성들은, 구동 또는 입력 요소 (밸브 구동자) 및 피동 또는 출력 요소 (밸브 구동자 커플러) 가 구동 또는 입력 요소의 전체 회전 중 일부를 통하여 전환하기 위해 단지 일시적으로 치합 맞물리고, 그렇지 않으면 맞물림 해제되는 적합한 스텝 전환 기구들의 일반적인 특성과 밀접하게 관련된다. 스퍼 기어들과 같은 전형적인 각도 유지 기어들에 대해서는, 대조적으로, 구동 또는 입력 요소 및 피동 또는 출력 요소가 계속 치합 맞물려 있다. 따라서, 예컨대, 시계 장치들 및 손목 시계들, 영사기들 및 프로젝터들, 화학/의학 분석기들 또는 플로터들의 펜 변화 기구에서 매우 다양하게 사용되는 것과 같은 다른 유형들의 스텝 전환 기구들이 밸브 전환을 위해 또한 적합화될 수도 있다.
스텝 전환 기구의 특성들은, 일반적으로 중요하고 예컨대 제조 및 커플링 공차들, 윤활제들, 및 마찰로 인한, 의도치 않은 마찰 감소로 인해 결함이 발생하기 쉬운, 한 쌍의 마찰 휠들을 통한 마찰 커플링과 같은, 특별한 정렬을 요구하지 않는 대안적인 커플링들과 비교해도 또한 유리하다.
하지만, 전술한 방식으로 도우징 유닛 (100) 과 구동 유닛 (200) 을 커플링하려면, 둘레 원형 면들 (125b) 중 어느 하나가 중심 핀 (225b) 과 동축으로 정렬되는 밸브 구동자 커플러 (125) 의 회전 위치를 요구한다. 도시된 실시형태에 대해, 이런 요구는 충전 위치와 배출 위치 양자에 대해 각각 실현된다 (이들 중 하나는 도 4a 에 도시되고, 중간 위치는 도 4c 에 도시됨). 유리하게도, 차단체는 조립을 위해 충전 위치 또는 배출 위치 중 어느 하나에 있고, 이 위치들은 모두 전술한 대로 스톱들에 의해 잘 규정될 수도 있다. 도우징 유닛은 며칠 동안 연속적으로 사용되고 그 후 폐기되는 전형적으로 살균 일회용품이므로, 각각의 도우징 유닛에 대해 단 한 번 커플링이 실시되어야 한다. 그러므로, 도우징 유닛들은 각각 충전 위치와 배출 위치 중 규정된 위치에서 제조업자에 의해 제공될 수도 있다.
도우징 유닛 (100) 의 내부 구조, 특히 펌프 유닛 (110) 과 밸브 유닛 (120) 뿐만 아니라 그것의 작동은 도 5a 및 도 5b 를 부가적으로 참조하여 하기에서 설명되고, 상기 도면 각각은 도 2 의 상부에서 보았을 때 펌프 (110) 일부의 단면도를 도시하고 교차 평면은 대칭 축선 (피스톤 변위 축선 및 밸브 회전 축선) 을 관통한다. 도 5a 는 충전 상태 (밸브 몸체 (126) 가 충전 위치에 있음) 를 도시하고, 도 5b 는 배출 상태 (밸브 몸체 (126) 가 배출 위치에 있음) 를 도시한다. 하지만, 도우징 유닛 (100) 의 예시적인 설계에 대해, 충전 상태 및 배출 상태는 유동적으로 등가이고 따라서 상호교환될 수도 있음에 주목해야 한다.
도 5a 및 도 5b 에서 볼 수 있듯이, 도우징 실린더 (112) 는 예시적으로 그것의 중심 축선을 따라 변하는 직경의 중심 관통 보어를 가지고, 밸브 하우징 (127) 은 보어의 원위 섹션에 밀봉 배치되고 피스톤 (111) 은 밸브 하우징 (127) 으로부터 근위의 보어에 밀봉 슬라이딩 배치된다. 그러므로, 조립하는 동안, 밸브 유닛은 원위측으로부터 중심 보어에 의해 수용되고 피스톤 (111) 은 도우징 실린더 (112) 의 근위측으로부터 중심 보어에 의해 수용된다. 그러므로, 피스톤 (111) 의 근위 전방면과 밸브 하우징 (127) 의 원위 전방면은, 조합하여, 계량 챔버 (113) 의 원위 및 근위 제한면을 규정하고 펌프 포트 (127a) 는 근위 제한면의 일부이다.
도 5a 에서 볼 수 있듯이, 반경방향 채널 (126b) 은, 충전 상태에서, 충전 포트 (127b) 와 정렬되고, 상기 충전 포트는 배출 포트 (127c) 처럼 밸브 하우징 (127) 에서 반경방향 유동 채널 또는 보어에 의해 형성된다. 이 상태에서, 충전 포트 (127b) 는 그리하여 중심 채널 (126a) 과 유동 커플링된다. 다른 반경방향 채널 (126c) 은 밸브 하우징 (127) 의 대응하는 유동 채널 또는 보어와 정렬되지 않고 그리하여 밸브 하우징 (127) 과 접촉을 통하여 밀봉 폐쇄된다.
충전 상태에서, 도우징 실린더 (112) 는 그리하여 화살표 A 와 반대인 원위 방향으로 피스톤 변위 축선을 따라 피스톤 (111) 을 변위시킴으로써 액체 약물로 충전될 수 있어서, 계량 챔버 (113) 로 액체를 증가시켜 흡입한다. 이 충전 프로세스 중, 밸브 유닛 (120) 은 배출 포트 (127c) 및 그리하여 주입 라인 (890) 의 유동 격리를 보장한다.
도 5b 에 도시된 배출 상태에서, 반경방향 채널 (126c) 은 배출 포트 (127c) 와 정렬된다. 이 상태에서, 배출 포트 (127c) 는 이에 중심 채널 (126a) 과 유동 커플링된다. 다른 반경방향 채널 (126b) 은 밸브 하우징 (127) 의 대응하는 유동 채널과 정렬되지 않고 이에 밸브 하우징 (127) 과 접촉을 통하여 밀봉 폐쇄된다.
배출 상태에서, 계량 챔버 (113) 내 액체는 이에 화살표 A 로 나타낸 근위 방향으로 피스톤 변위 축선을 따라 피스톤 (111) 을 변위시켜서, 계량 챔버 (113) 에서 액체를 감소시켜 방출함으로써 배출될 수 있다. 이 배출 프로세스 중, 밸브는 충전 포트 (127b) 및 따라서 약물 리저버 (300) 의 유동 격리를 보장한다.
도 6a 및 도 6b 는 본 개시에 따른 예시적인 이동식 주입 시스템을 도시한다. 시스템은 내구 유닛 (400) 및 일회용 유닛 (500) 을 포함한다. 양 유닛들 (400, 500) 은, 적용하는 동안 배향에 대응하는 상대 배향으로, 그러나, 예컨대, 커플링 전 존재하는 것처럼 비연결 상태로 도시되어 있다. 재사용 유닛 (400) 과 일회용 유닛 (500) 의 커플링은 화살표 A 로 나타낸 방향으로 일회용 유닛 (500) 에 대한 재사용 유닛 (400) 의 선형 운동에 의해 달성된다. 도 6a 는 외부 하우징 또는 외부 쉘과 두 유닛들 (400, 500) 을 도시하는 반면, 도 6b 에서는 하우징들 없이 유닛들 (400, 500) 이 도시된다는 점에서 도 6a 와 도 6b 는 단지 상이하다.
재사용 유닛 (400) 은 구동 유닛을 포함하고 사용자 인터페이스, 제어 회로망, 통신 인터페이스들 등과 같은 구성요소들을 추가로 포함할 수도 있다. 조립된 상태들에서 수밀성 또는 방수를 보장하도록 일회용 유닛 (500) 에 대한 인터페이스에 원주방향 실링 (403) 이 제공된다. 실링은 대안적으로 또는 부가적으로 일회용 유닛 (500) 에 제공될 수도 있다. 하기 설명에서, 전술한 실시형태의 요소들과 동일하거나 대응하는 요소들에 동일한 도면 부호들이 부여된다.
일회용 유닛 (400) 은 도우징 유닛과 약물 리저버를 포함하고, 약물 리저버는 일반적으로 가요성 백 또는 파우치로서, 예컨대 실린더형 강성 카트리지 또는 강성 및 연성 또는 가요성 요소들을 구비한 반강성 구성으로 구현될 수도 있다. 동일한 유형들의 약물 리저버들이 도 2 에 도시된 대로 도우징 유닛과 조합하여 사용될 수도 있다.
도우징 이동식 주입 시스템과 특히 도우징 유닛 및 구동 유닛의 전체 아키텍처는 도 1 에 도시된 설계와 대응한다. 더욱이, 설계는 일반적으로 도 2 내지 도 5 에 도시된 예시적인 설계와 대응한다. 하지만, 일부 양태들은 이하 검토되는 것처럼 다르게 구현된다.
도 6 의 실시형태에서, 구동 유닛은 단지 회전 구동부로서 구현되고, 펌프 구동자 (215) 는 왕복 회전 샤프트이다. 펌프 구동자 (225) 는, 적어도 그것의 길이 일부에, 비원형 횡단면을 가지고 이 횡단면은 종방향 오목 요소들, 예컨대 슬롯들, 및/또는 종방향 돌출 요소들, 예로 키이들 (keys) 에 의해 구현될 수도 있다. 펌프 유닛의 펌프 구동자 커플러 (미도시) 는, 회전 방향으로 맞물림을 위해 그리고 종방향으로 실질적으로 무마찰 또는 저마찰 슬라이딩 맞물림을 위해 구동 커플러 (225) 의 형상에 대응하는 형상을 가지고 있다. 그리하여, 구동 토크는, 축선 방향 슬라이딩 맞물림과 회전 확동 로킹으로, 펌프 구동자 (225) 로부터 대응하는 횡단면의 펌프 구동자 커플러로 전달될 수도 있다. 펌프 구동자 커플러는, 실링 피스톤으로부터 원위에 배치되고 계량 챔버로부터 이격되게 향하는, 세장형 축선 방향 요소에 의해 형성될 수도 있다. 펌프 구동자 커플러는 피스톤에 강성 커플링되거나 일체형일 수도 있다. 펌프 구동자 (225) 의 회전 운동을 피스톤의 선형 또는 스크류형 운동으로 변형하기 위해서, 도우징 실린더의 원위 섹션은 나사, 특히 암나사를 구비하고, 이 나사의 길이는 적어도 플런저의 전체 변위 거리에 대응한다. 대응하는 수나사는 펌프 구동자 커플러의 섹션 중 적어도 하나에 제공된다.
피스톤 변위 축선이 밸브 회전 축선과 일치하는 도 2 내지 도 5 의 실시형태와 달리, 밸브 회전 축선은 화살표 A' 에 평행하고 피스톤 변위 축선에 직교한다. 그 결과, 밸브 하우징 (127) 은 이에 또한 도우징 실린더의 축선에 직교한다.
재사용 유닛 (400) 과 일회용 유닛 (500) 을 커플링하기 위해, 스냅 클램프 (405) 가 재사용 유닛에 제공된다. 스냅 클램프 (405) 는 근위 개방 링 요소로서 설계되고 이 실시형태에서, 도우징 유닛 장착 구조체로서 동시에 역할을 하는 밸브 하우징 (127) 둘레에 스냅 끼워맞춤되도록 직경을 갖는다. 대안적인 장착 구조체들, 예로 도 2 에 도시된 것과 대응하는 구조체, 자기 커플링 등이 또한 사용될 수도 있음을 이해해야 한다.
이 예시적인 실시형태에 따른 도우징 유닛 (100) 의 내부 구조, 특히 펌프 유닛 (110) 및 밸브 유닛 (120) 뿐만 아니라 그것의 작동은 전술한 실시형태에 대한 도 5a 및 도 5b 에 대응하는 도 7a 및 도 7b 를 부가적으로 참조하여 하기에 설명된다. 도 7 의 실시형태에서, 차단체 (126) 는 단지 2 개의 반경방향 채널들 (126b, 126) 을 가지지만, 중심 채널은 없다. 반경방향 채널들 (126b, 126c) 은 관통홀들로서 설계되고, 차단체 (126) 의 대칭 축선을 따라 축선 방향으로 변위되고 90°의 예시적인 각도로 배치된다. 2 개의 펌프 포트들 (127a) 이 제공되고, 상기 포트들 중 하나는 충전 상태 (도 7a) 에서 반경방향 채널 (126b) 과 정렬되고 다른 하나는 배출 상태 (도 7b) 에서 반경방향 채널 (126c) 과 정렬된다. 비슷하게, 2 개의 대응하는 보어들 (도면부호 미기재) 은 펌프 포트들 (127a) 과 정렬되어 도우징 실린더 (112) 의 일반적으로 폐쇄된 근위 전방면 (112a) 에 제공된다.
충전 포트 (127b) 와 배출 포트 (127c) 는 이 실시형태에서 피스톤 변위 축선과 평행하게 그리고 밸브 회전 축선에 직교하게 배치된다. 이를 위해, 충전 포트 (127b) 또는 배출 포트 (127c) 각각으로부터, 반경방향 채널들 (126b 또는 126c) 각각을 통하여, 계량 챔버 (113) 로 직선 유동 연결부인 설계가 제공된다.
도 8 은 밸브 구동자 (225) 및 밸브 구동자 커플러 (115) 를 구비한 스텝 전환 기구의 배치를 도시하고, 예시적으로 치합 맞물리지 않은 상태를 보여준다.
100 도우징 유닛
110 펌프 유닛
111 피스톤
112 도우징 실린더
112a 근위 전방면
113 계량 챔버
115 펌프 구동자 커플러
120 밸브 유닛
120a 밸브 (배출 위치)
120b 밸브 (충전 위치)
125 밸브 구동자 커플러
125a 제네바 유형 세그먼트
125b 둘레 원형 면
125c 치합 슬롯
125d 반경방향 면
126 차단체
126a 중심 채널
126b, 126c 반경방향 채널들
127a 펌프 포트
127b 충전 포트
127c 배출 포트
195 도우징 유닛 장착 구조체
200 구동 유닛
215 펌프 구동자
217 펌프 구동부
217a 펌프 액추에이터
217b 펌프 기어
217c 플런저
225 밸브 구동자
225a 밸브 구동자 몸체
225b 중심 핀
225c 치합 핀
227 밸브 구동부
227a 밸브 액추에이터
227b 밸브 기어
295 구동 유닛 장착 구조체
300 약물 리저버
400 재사용 유닛
403 실링
405 스냅 클램프
500 일회용 유닛
890 주입 부위 인터페이스를 갖는 주입 라인
900 환자

Claims (14)

  1. 이동식 (ambulatory) 주입 시스템용 도우징 유닛 (100) 으로서,
    - 계량 펌프 유닛 (110) 으로서, 상기 계량 펌프 유닛 (110) 은 도우징 실린더 (112) 및 피스톤 (111) 을 포함하고, 상기 피스톤 (111) 은 상기 도우징 실린더 (112) 내부에 밀봉 슬라이딩 맞물림되게 배치되는, 상기 계량 펌프 유닛 (110);
    - 밸브 유닛 (120) 으로서, 상기 밸브 유닛 (120) 은 충전 포트 (127b), 배출 포트 (127c) 및 차단체 (126) 를 가지고, 상기 충전 포트는 액체 약물 리저버 (300) 와 유동 커플링하도록 설계되고, 상기 배출 포트 (127c) 는 주입 부위 인터페이스 (890) 와 유동 커플링하도록 설계되고, 상기 차단체 (126) 는, 상기 충전 포트 (127b) 를 상기 도우징 실린더 (112) 와 유동 커플링하는 충전 위치와 상기 도우징 실린더 (112) 를 상기 배출 포트 (127c) 와 유동 커플링하는 대안적인 (alternative) 배출 위치 사이에서 이동가능한, 상기 밸브 유닛 (120);
    - 밸브 구동자 커플러 (125) 로서, 상기 밸브 구동자 커플러 (125) 는 상기 차단체에 커플링되거나 일체형이고 스텝 전환 기구의 출력 요소인, 상기 밸브 구동자 커플러 (125) 를 포함하고, 상기 밸브 구동자 커플러 (125) 는, 스텝 전환 기구의 구동 요소로서 밸브 구동자 (225) 의 치합 (meshing) 핀 (225c) 과 치합하기 위한 치합 슬롯 (125c) 을 포함하여, 상기 치합 슬롯 (125c) 과 상기 치합 핀 (225c) 은 구동 요소의 전체 회전 중 일부를 통하여 전환하기 위해 단지 일시적으로 치합 맞물리고, 그렇지 않으면 맞물림 해제되는, 이동식 주입 시스템용 도우징 유닛 (100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 구동자 커플러 (125) 는 스타 휠 또는 스타 휠 섹션 또는 제네바 (Geneva) 유형 휠 또는 제네바 유형 휠 섹션을 포함하는, 이동식 주입 시스템용 도우징 유닛 (100).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단체 (126) 는 실린더형 몸체로서 설계되는, 이동식 주입 시스템용 도우징 유닛 (100).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단체 (126) 는 경질 재료로 만들어지고, 밸브 하우징 (127) 의 차단체 접촉면은 연질 재료로 만들어지는, 이동식 주입 시스템용 도우징 유닛 (100).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단체 (126) 는 밸브 회전 축선 둘레에서 회전 운동하도록 설계되는, 이동식 주입 시스템용 도우징 유닛 (100).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브 회전 축선은 상기 계량 펌프 유닛 (110) 의 피스톤 변위 축선에 평행하거나 직교하는, 이동식 주입 시스템용 도우징 유닛 (100).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도우징 유닛 (100) 은 구동 유닛 (200) 과 해제가능하게 커플링하도록 설계되는, 이동식 주입 시스템용 도우징 유닛 (100).
  8. 구동 유닛 (200) 으로서, 상기 구동 유닛 (200) 은:
    - 펌프 구동부 (217) 로서, 상기 펌프 구동부 (217) 는 펌프 액추에이터 (217a) 및 상기 펌프 액추에이터 (217a) 에 커플링되는 펌프 구동자 (215) 를 포함하고, 상기 펌프 구동자 (215) 는, 상기 펌프 액추에이터 (217a) 로부터 계량 펌프 유닛 (110) 의 피스톤 (111) 까지 펌프 구동력 및/또는 펌프 구동 토크를 전달하기 위해 상기 계량 펌프 유닛 (110) 의 피스톤에 커플링하도록 설계되는, 상기 펌프 구동부 (217);
    - 밸브 구동부 (227) 로서, 상기 밸브 구동부 (227) 는 밸브 액추에이터 (227a) 및 상기 밸브 액추에이터 (227a) 에 커플링되는 밸브 구동자 (225) 를 포함하고, 상기 밸브 구동자 (225) 는 상기 밸브 액추에이터 (227a) 로부터 밸브 유닛 (120) 으로 밸브 전환력 및/또는 밸브 전환 토크를 전달하기 위해 상기 밸브 유닛 (120) 의 밸브 구동자 커플러 (125) 에 커플링하도록 설계되는, 상기 밸브 구동부 (227) 를 포함하고,
    상기 밸브 구동자 (225) 는 스텝 전환 기구의 구동 요소이고, 상기 스텝 전환 기구의 출력 요소로서 밸브 구동자 커플러 (125) 의 치합 슬롯 (125c) 과 치합하기 위한 치합 핀 (225c) 을 포함하여, 상기 치합 슬롯 (125c) 과 상기 치합 핀 (225c) 은 구동 요소의 전체 회전 중 일부를 통하여 전환하기 위해 단지 일시적으로 치합 맞물리고, 그렇지 않으면 맞물림 해제되는, 구동 유닛 (200).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 구동 유닛 (200) 은 도우징 유닛 (100) 과 해제가능하게 커플링하도록 설계되는, 구동 유닛 (200).
  10. 장기간에 걸쳐 환자의 몸으로 액체 약물을 주입하기 위한 이동식 주입 시스템으로서,
    상기 주입 시스템은 제 7 항에 따른 도우징 유닛 (100) 및 제 9 항에 따른 구동 유닛 (200) 을 포함하는, 이동식 주입 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 밸브 구동자 (225) 및 상기 밸브 구동자 커플러 (125) 는, 상기 도우징 유닛 (100) 과 상기 구동 유닛 (200) 을 커플링할 때 비치합 상태로 있는, 이동식 주입 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 도우징 유닛 (100) 및 제 8 항 또는 제 9 항에 따른 구동 유닛 (200) 을 커플링하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    - 상기 구동 유닛 (200) 및 상기 도우징 유닛 (100) 을 구조적으로 별개의 유닛들로서 제공하는 단계;
    - 커플링 운동을 실시하는 단계로서, 상기 커플링 운동은 상기 구동 유닛 (200) 및 계량 펌프 유닛 (110) 을 작동상 상대 위치로 이동시키고, 상기 커플링 운동은 추가로 밸브 구동자 (225) 및 밸브 구동자 커플러 (125) 를 작동상 상대 위치로 이동시키고, 상기 밸브 구동자 (225) 의 치합 핀 (225c) 및 상기 밸브 구동자 커플러 (125) 의 치합 슬롯 (125c) 은, 상기 커플링 운동 중, 비치합 구성으로 되어 있는, 상기 커플링 운동을 실시하는 단계를 포함하는, 도우징 유닛 (100) 및 구동 유닛 (200) 을 커플링하기 위한 방법.

  13. 삭제
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