KR20150063463A - 의료용 주입 장치를 위한 아티큘레이팅 전원 장치 - Google Patents

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Abstract

약물 주입 펌프를 위한 구동 기구가 기술된다. 일 실시예에서, 피스톤과 맞물리도록 구성된 리드 스크류에 작동식으로 결합되는 모터를 포함하는 일렬식 구동 기구가 제공된다. 피스톤은 모터 및 리드 스크류를 수용하는 공동을 포함하여서, 피스톤이 후퇴된 위치에 있을 때 리드 스크류 및 모터의 적어도 일부분이 피스톤 공동 내에 실질적으로 수용된다. 일 실시예에서, 피스톤이 후퇴된 위치에 있든지 또는 연장된 위치에 있든지 무관하게, 모터의 적어도 일부분이 또한 리드 스크류의 공동 내에 실질적으로 수용된다. 피스톤, 리드 스크류 및 모터의 구성은 보다 콤팩트한 약물 전달 장치를 생성한다.

Description

의료용 주입 장치를 위한 아티큘레이팅 전원 장치{ARTICULATING POWER SUPPLY FOR MEDICAL INFUSION DEVICE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2012년 9월 25일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/705,303호에 관련되며, 모든 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 출원은 일반적으로 약물 전달 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 약물 전달 장치 내에 일렬식(in-line) 구동 기구를 사용하기 위한 방법 및 그것의 사용을 위한 방법에 관한 것이다.
다양한 유형의 약물 요법을 위한 약물 전달 장치의 사용이 보다 보편화되고 있는데, 그 이유는 약물의 자동화된 주입이 환자에게 보다 신뢰할 수 있고 보다 정확한 치료를 제공할 수 있기 때문이다.
당뇨병은 주요한 건강 상의 관심사인데, 그 이유는 그것이 이러한 질병으로 고통받는 사람의 생활 방식 및 행동의 자유를 크게 방해할 수 있기 때문이다. 전형적으로, 보다 심각한 형태의 질환인 유형 I(인슐린-의존성) 당뇨병의 치료는 하루에 1회 이상의 인슐린 주사(매일 다수회 주사로 지칭됨)를 필요로 한다. 인슐린은 혈액 내의 포도당 또는 당을 제어함으로써, 고쳐지지 않은 상태로 두면 당뇨병성 케톤증으로 이어질 수 있는 고혈당증을 방지하기 위해 필요하다. 부가적으로, 인슐린 요법의 부적절한 투여는 혼수상태 및 사망을 유발할 수 있는 저혈당증 발현을 야기할 수 있다. 당뇨병에서의 고혈당증은 심장병, 죽상동맥경화증, 실명, 뇌졸중, 고혈압, 및 신부전과 같은, 당뇨병의 몇몇 장기적인 영향과 상호관련된다.
유형 I 당뇨병의 합병증을 회피하거나 적어도 최소화하기 위한 수단으로서의 혈당의 빈번한 모니터링의 값은 잘 확립된다. 유형 II(비-인슐린-의존성) 당뇨병이 있는 환자가 또한 식이요법 및 운동에 의한 그의 질환의 제어 시에 혈당 모니터링으로부터 이익을 얻을 수 있다. 따라서, 혈당 레벨의 세심한 모니터링 및 시기적절한 방식으로 인슐린을 신체 내로 정확하고 편리하게 주입하는 능력은 당뇨병 관리 및 치료에서 중대한 요소이다.
이러한 질병에 의해 병에 걸린 사람의 생활 방식에 부과되는 제약을 감소시키는 방식으로 당뇨병을 보다 효과적으로 제어하기 위해, 혈당(BG) 모니터링을 용이하게 하기 위한 다양한 장치가 소개되었다. 전형적으로, 그러한 장치 또는 계측기는 환자가 그의 혈액 또는 간질액의 샘플(이것은 그 후에 계측기에 의해 분석됨)을 매우 신속하게 그리고 신체적 불편함의 양이 최소인 상태로 획득하는 것을 허용한다. 대부분의 경우에, 계측기는 환자에 대한 BG 측정값을 보여주는 디스플레이 스크린을 갖는다. 이어서 환자는 적절한 양 또는 볼러스(bolus)의 인슐린을 자신에게 투여할 수 있다. 많은 당뇨병의 경우, 이것은 매일 다수회 인슐린의 주사를 받아들여야 하는 결과를 가져온다. 많은 경우에, 이들 주사는 자가-투여된다.
비정상적인 BG 레벨이 환자에게 미칠 수 있는 쇠약화 영향, 즉 고혈당증으로 인해, 당뇨병의 소정 증상을 겪고 있는 사람은 그가 인슐린의 볼러스를 안전하고 정확하게 자가-투여할 수 있는 상황에 있지 않을 수 있다. 더욱이, 활동적인 생활 방식을 갖는 사람은 그의 혈당 레벨을 제어하기 위해 매일 다수회 인슐린의 주사를 사용해야 하는 것이 극히 불편하고 눈길을 끄는 일이라고 여기는데, 그 이유는 이러한 것이 소정 활동에 참여하는 그의 능력을 방해하거나 불가능하게 할 수 있기 때문이다. 당뇨병이 있는 다른 사람의 경우, 매일 다수회 주사는 정말로 그의 BG 레벨을 제어하기 위한 가장 효과적인 수단이 아닐 수 있다. 따라서, 환자를 위한 정확성 및 편리함 둘 모두를 추가로 개선하기 위해, 인슐린 주입 펌프가 개발되었다.
인슐린 펌프는 일반적으로 환자의 신체 상에, 그의 옷 위에 또는 아래에 착용되는 장치이다. 펌프가 환자의 신체 상에 착용되기 때문에, 소형이고 야단스럽지 않은 장치가 바람직하다. 따라서, 환자가 약제를 신뢰할 수 있게 그리고 정확하게 전달하는 보다 콤팩트한 약물 전달 장치를 갖는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 신규한 특징이 특히 첨부된 특허청구범위에 기재된다. 본 발명의 원리가 이용되는 예시적인 실시예를 기재하는 하기의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조함으로써 본 발명의 특징 및 이점의 보다 나은 이해가 얻어질 것이다.
도 1a 및 도 1b는, 각각, 구동 기구가 후퇴된 위치에 있는, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 일렬식 구동 기구의 사시도 및 단면 사시도.
도 2는 약물 저장소(reservoir) 내로 삽입된 플런저(plunger)와 맞물린, 도 1a 및 도 1b에 도시된 일렬식 구동 기구의 단면 사시도.
도 3은 피스톤이 연장된 상태의, 도 1a 및 도 1b에 도시된 일렬식 구동 기구의 단면 사시도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예와 함께 사용하기에 적합한 약물 전달 장치의 단순화된 사시도.
도 5a 내지 도 5c는 피스톤이 각각 후퇴된 위치, 중간 위치 및 연장된 위치에 있는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 일렬식 구동 기구의 단면 사시도.
도 6a 내지 도 6c는 피스톤이 각각 후퇴된 위치, 중간 위치 및 연장된 위치에 있는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 일렬식 구동 기구의 단면 사시도.
도 7은 암나사 형성된 소켓형 리드 스크류(lead screw)를 갖는 본 발명의 실시예를 단면도로 보여주는 도면.
도 1a 내지 도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 주입 펌프의 구동 기구(100)를 도시한다. 형상이 대체로 원통형인 구동 기구(100)는 근위 단부(proximal end)(102), 원위 단부(distal end)(104), 및 피스톤(110)과 맞물리도록 구성된 리드 스크류(108)에 작동식으로 결합되는 조합된 모터 및 기어박스(gearbox)(이하, "모터(106)"로 지칭됨)를 포함한다. 구동 기구(100)의 근위 단부(102)는, 예를 들어 인슐린 펌프와 같은 약물 전달 장치의 하우징의 내부 표면(도시되지 않음)에 컴플라이언스 장착된다(compliance mounted)(즉, "부유형(floating)" 마운트를 갖는다). 컴플라이언스 마운트는 모터 하우징이 모터 시동 동안 높은 모터 토크에 응답하여 약간 회전하는 것을 가능하게 한다. 구동 기구(100)의 원위 단부(104)는 약물 전달 장치의 약물 저장소(112)(또는 카트리지) 내로 활주가능하게 삽입되는 플런저(111)와 맞물리도록 구성된다. 구동 기구(100)는 플런저(111)의 이동 축과 동축으로 정렬되거나 "일렬로" 있다. 본 발명의 예시적인 실시예와 함께 사용될 수 있는 약물 전달 장치의 실시예가 도 4a 및 도 4b에 도시된다.
피스톤(110)은 모터(106) 및 리드 스크류(108)를 수용하는 공동(cavity)(113)을 포함하여서, 피스톤(110)이 후퇴된 위치에 있을 때 리드 스크류(108) 및 모터(106)의 적어도 일부분이 피스톤 공동(113) 내에 실질적으로 수용된다. 피스톤(110)이 후퇴된 위치에 있든지 또는 연장된 위치에 있든지 무관하게, 모터(106)의 적어도 일부분이 또한 리드 스크류(108)의 공동(114) 내에 실질적으로 수용된다. 이러한 실시예에서, 모터(106)의 길이는 모터(106)의 직경보다 크다. 모터(106)의 길이는 약 20 밀리미터 내지 약 30 밀리미터이고, 모터의 직경은 약 5 밀리미터 내지 약 10 밀리미터이다. 피스톤(110), 리드 스크류(108) 및 모터(106)의 이러한 구성은 플런저의 이동 축에 평행한 종래의 모터 구성에서보다 더 콤팩트한 약물 전달 장치를 생성한다.
피스톤(110)의 외측 표면(116)은 약물 전달 장치의 하우징의 내부 표면 내의 슬롯(도시되지 않음)과 정합하는 키잉 특징부(keying feature)(118)를 추가로 포함한다. 키잉 특징부(118)는 피스톤(110)이 축방향(A)으로만 이동하도록 구동 기구(100)의 사용 동안 피스톤(110)의 회전을 방지한다.
모터(106)는 허브를 통해 리드 스크류(108)의 제1 단부(126)의 내측 표면(124)에 결합되는 구동 샤프트(120)에 결합되어 그것을 구동시킨다. 모터(106)는 모터 장착 슬리브(128) 내에 수용되고 적어도 하나의 다월 핀(dowel pin)(130)에 의해 그것에 부착된다. 모터 장착 슬리브(128)는 약물 전달 장치의 내부 표면에 부착되는 베이스 마운트(base mount)(132)에 키잉됨(도시되지 않음)으로써 모터(106)가 회전하는 것을 방지한다. 베이스 마운트(132)는 모터 장착 슬리브(128)의 근위 단부(134) 부근에서 모터 장착 슬리브(128)를 반경방향으로 둘러싼다. 모터 장착 슬리브(128)와 베이스 마운트(132) 사이에 있는 복수의 리니어 베어링(linear bearing)(136)이 모터 장착 슬리브(128)가 축방향으로 "부유(float)"하는 것을 허용하여서, 예를 들어 약물 저장소로부터 약물을 전달하는 주입 라인이 폐색된 경우에 힘 센서(138)가 모터(106) 상의 부하를 감지할 수 있다. 힘 센서(138)는 모터 장착 슬리브(128)의 근위 단부(134)에서 힘 센서 접점(140)에 결합된다.
리드 스크류(108)는 피스톤(110)의 암나사(144)와 정합하는 수나사(142)를 포함한다. 리드 스크류(108)의 회전 운동을 허용하는 레이디얼 베어링(radial bearing)(146)이, 리드 스크류(108)의 제2 단부(150)와 모터 장착 슬리브(128)의 외측 표면(152) 사이의 공간(148) 내에 포함될 수 있다.
사용 시에, 모터(106)로부터 발생되는 토크는 구동 샤프트(120)로 전달되고, 이는 이어서 리드 스크류(108)를 회전시킨다. 리드 스크류(108)가 회전함에 따라, 리드 스크류(108)의 수나사(142)가 피스톤(110)의 암나사(144)와 맞물려, 피스톤(110)이 후퇴된 위치(도 1b 참조)로부터 연장된 위치(도 3 참조)로 축방향(A)으로 이동하게 한다. 피스톤(110)이 후퇴된 위치로부터 연장된 위치로 이동함에 따라, 피스톤(110)의 원위 단부가 플런저(111)(도 2에 도시됨)와 맞물려서, 약물이 약물 저장소 또는 카트리지로부터 전달된다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예와 함께 사용될 수 있는 약물 전달 장치(300, 400)는 각각 하우징(각각, 302, 402), 사용자에게 작동 정보를 제공하기 위한 디스플레이(404)(장치(300)에서는 도시되지 않음), 사용자가 정보를 입력하기 위한 복수의 내비게이션 버튼(navigational button)(306, 406), 약물 전달 장치(300, 400)에 전력을 제공하기 위한 배터리 격실(compartment) 내의 배터리(도시되지 않음), 처리 전자장치(도시되지 않음), 약물 저장소로부터 주입 세트(도시되지 않음)에 연결되는 측부 포트(308, 408)를 통해 그리고 사용자의 신체 내로 약물을 가압하기 위한 구동 기구(100)를 포함한다.
이제 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예가 도시된다. 구동 기구(500)는 형상이 원통형이며, 근위 단부(502), 원위 단부(504), 및 피스톤(510)과 맞물리도록 구성된 리드 스크류(508)에 작동식으로 결합되는 모터(506)를 포함한다. 구동 기구(500)의 근위 단부(502)는 약물 전달 장치의 하우징의 내부 표면(도시되지 않음)에 컴플라이언스 장착된다. 구동 기구(500)의 원위 단부(504)는 약물 전달 장치의 약물 저장소 내로 활주가능하게 삽입되는 플런저(511)와 맞물리도록 구성된다. 구동 기구(500)는 플런저의 이동 축과 동축으로 정렬되거나 "일렬로" 있다.
피스톤(510)은 모터(506) 및 리드 스크류(508)를 수용하는 공동(512)을 포함하여서, 피스톤(510)이 후퇴된 위치에 있을 때 리드 스크류(508) 및 모터(506)가 피스톤 공동(512) 내에 실질적으로 수용된다. 이러한 실시예에서, 피스톤(510) 및 리드 스크류(508)는 하기에 보다 상세히 기술될 바와 같이 "신축식(telescoping)" 구성을 갖는다. 피스톤(510)은 캡(513), 제1 부재(514) 및 제2 부재(516)를 포함한다. 캡(513)은 제1 부재(514)에 부착된다. 제1 부재(514)의 내측 표면(519) 상의 적어도 하나의 스플라인(spline)(517)이 제2 부재(516)의 외측 표면 상의 적어도 하나의 홈(groove)(도시되지 않음)과 정합한다. 적어도 하나의 스플라인(517)은 제1 부재(514)가 축방향(A')으로만 이동하도록 제1 부재(514)의 회전 운동을 방지한다. 제2 부재(516)는 제1 부재(514) 내로 적어도 부분적으로 활주가능하게 삽입되며, 리드 스크류(508) 상의 수나사(542)와 정합하는 암나사(544)를 포함한다. 제2 부재(516)는 약물 전달 장치 하우징의 내측 표면 상의 슬롯(도시되지 않음)과 정합하는, 근위 단부 상의 키잉 특징부(518)(예를 들어, 플랜지)를 포함한다. 키잉 특징부(518)는 제2 부재가 축방향(A')으로만 이동하도록 제2 부재의 회전을 방지한다.
구동 기구(500)의 이러한 실시예에서, 모터(506)는 직경이 길이보다 큰 "평평한" 모터이다. 모터의 길이는 약 2 밀리미터 내지 약 12 밀리미터이고, 모터의 직경은 약 10 밀리미터 내지 약 15 밀리미터이다. 피스톤(510), 리드 스크류(508) 및 모터(506)의 구성은 플런저의 이동 축에 평행한 종래의 모터 구성에서보다 더 콤팩트한 약물 전달 장치를 생성한다.
모터(506)는 구동 너트(522)에 결합되는 구동 샤프트(520)를 구동시킨다. 모터(506)는 모터 장착 슬리브(528) 내에 수용되어 그것에 부착된다. 모터 장착 슬리브(528)는 약물 전달 장치의 내부 표면에 부착되는 베이스 마운트(532)에 키잉됨(도시되지 않음)으로써 모터(506)가 회전하는 것을 방지한다. 베이스 마운트(532)는 모터 장착 슬리브(528)의 근위 단부(534) 부근에서 모터 장착 슬리브(528) 내측에 끼워 넣어진다. 모터 장착 슬리브(528)와 베이스 마운트(532) 사이에 있는 복수의 리니어 베어링(536)이 모터 장착 슬리브(528)가 축방향으로 "부유"하는 것을 허용하여서, 예를 들어 약물 저장소로부터 약물을 전달하는 주입 라인이 폐색된 경우에 힘 센서(538)가 모터(506) 상의 부하를 감지할 수 있다. 힘 센서(538)는 모터(506)의 근위 단부에서 힘 센서 접점(540)에 결합된다.
모터 장착 슬리브(528)의 원위 단부(535)는, 피스톤(510)이 후퇴된 위치에 있을 때, 리드 스크류(508)의 제2 단부(550)에 인접하게 위치된다. 구동 샤프트(520)가 구동 너트(522)에 연결되기 위해, 구동 샤프트(520)는 모터 장착 슬리브(528)의 원위 단부(535) 내의 개구(552)를 통해 돌출한다. 제1 동적 레이디얼 시일(554)이 구동 샤프트(520)와 모터 장착 슬리브(528) 사이에 위치되어 유체가 모터(506)와 접촉하는 것을 방지한다. 제1 동적 레이디얼 시일(554)은 힘 감지를 위해 모터 장착 슬리브(528)의 축방향 이동을 허용한다. 정적 레이디얼 시일(554)은, 예를 들어 테플론(Teflon)과 같은 저마찰 재료로 형성될 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 실시예에서, 구동 너트(522)는 리드 스크류 공동(556) 내측에서 제1 단부(526)로부터 제2 단부(550)까지의 종방향 거리에 걸쳐 있다. 대안적인 실시예에서, 구동 너트(522)는 리드 스크류 공동(556) 내측에서 제1 단부(526)로부터 제2 단부(550)까지의 거리의 일부에 걸쳐 있으며, 구동 샤프트(520)의 길이가 그에 맞춰 증가된다.
동적 레이디얼 시일(558)이 또한 베이스 마운트(532)와 모터 장착 슬리브(528) 사이에 위치되어 유체가 모터(506)에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 동적 레이디얼 시일(558)은 힘 감지를 위해 모터 장착 슬리브(528)의 축방향 이동을 허용한다. 동적 레이디얼 시일(558)은, 예를 들어 테플론과 같은 저마찰 재료로 형성될 수 있다.
구동 너트(522)는 리드 스크류(508)의 암나사(562)와 정합하는 수나사(560)를 포함한다. 리드 스크류(508)가 또한 피스톤(510)의 제2 부재(516)의 암나사(544)와 정합하는 수나사(542)를 포함한다. 리드 스크류(508)의 회전을 허용하기 위해, 레이디얼 베어링(546)이 리드 스크류(508)의 제1 단부(526)와 피스톤(510)의 제1 부재(514)의 내측 표면 사이의 공간(548) 내에 포함될 수 있다.
사용 시에, 모터(506)로부터 발생되는 토크는 구동 샤프트(520)로 전달되고, 이는 이어서 리드 스크류(508)를 회전시킨다. 리드 스크류(508)가 회전함에 따라, 구동 너트(522)의 수나사(560)가 리드 스크류(508)의 암나사(562)와 맞물려서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 구동 너트(522) 상의 제1 정지부(stop)(564)가 리드 스크류(508)의 제2 단부(550)의 내부 표면과 맞물릴 때까지 리드 스크류(508)가 축방향으로 제1 거리(B1)만큼 이동한다. 리드 스크류(508)의 제2 단부(550) 부근의 수나사(542)가 피스톤(510)의 제2 부재(516)의 암나사(544)와 맞물리고 피스톤(510)이 축방향으로만 이동할 수 있기 때문에, 피스톤(510)이 또한 제1 거리(B1)만큼 이동한다. 다음에, 리드 스크류(508)의 수나사(542)가 피스톤(510)의 제2 부재(516)의 암나사(544)와 맞물려서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 리드 스크류(508)의 외부 표면 상의 제2 정지부(566)가 맞물려질 때까지 피스톤(510)이 축방향으로 제2 거리(B2)만큼 이동하게 한다. 따라서, 피스톤(510)은 후퇴된 위치(도 5a 참조)로부터 완전히 연장된(또는 신축된 위치(도 5c 참조)로 이동한다. 피스톤(510)이 후퇴된 위치로부터 연장된 위치로 이동함에 따라, 피스톤(510)의 원위 단부는 플런저(511)와 맞물려서, 약물이 약물 저장소 또는 카트리지로부터 전달된다. 구동 기구(500) 내의 구성요소들의 암나사 및 수나사가 동일 피치를 갖기 때문에, 구성요소들이 축방향으로 이동하는 순서는 구동 기구(500)의 기능에 중대하지 않다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 구동 기구(600)는 형상이 원통형이며, 근위 단부(602), 원위 단부(604), 및 피스톤(610)과 맞물리도록 구성된 리드 스크류(608)에 작동식으로 결합되는 모터(606)를 포함한다. 구동 기구(600)의 근위 단부(602)는 약물 전달 장치의 하우징의 내부 표면(도시되지 않음)에 컴플라이언스 장착된다. 구동 기구(600)의 원위 단부(604)는 약물 전달 장치의 약물 저장소 내로 활주가능하게 삽입되는 플런저(도시되지 않음)와 맞물리도록 구성된다. 구동 기구(600)는 플런저의 이동 축과 동축으로 정렬되거나 "일렬로" 있다.
피스톤(610)은 모터(606) 및 리드 스크류(608)를 수용하는 공동(612)을 포함하여서, 피스톤(610)이 후퇴된 위치에 있을 때 리드 스크류(608) 및 모터(606)가 피스톤 공동(612) 내에 실질적으로 수용된다. 이러한 실시예에서, 피스톤(610) 및 리드 스크류(608)는 하기에 보다 상세히 기술될 바와 같이 "신축식" 구성을 갖는다. 피스톤(610)은 리드 스크류(608) 상의 수나사(642)와 정합하는, 근위 단부 부근의 암나사(644)를 포함한다. 피스톤(610)은 약물 전달 장치 하우징의 내측 표면 상의 슬롯(도시되지 않음)과 정합하는, 근위 단부의 외측 표면 상의 키잉 특징부(도시되지 않음)를 추가로 포함한다. 키잉 특징부는 피스톤(610)이 축방향(A")으로만 이동하도록 피스톤(610)의 회전을 방지한다.
이러한 실시예에서, 모터(606)는 직경이 길이보다 큰 "평평한" 모터이다. 모터(606)의 길이는 약 2 밀리미터 내지 약 12 밀리미터이고, 모터(606)의 직경은 약 10 밀리미터 내지 약 15 밀리미터이다. 피스톤(610), 리드 스크류(608) 및 모터(606)의 구성은 플런저의 이동 축에 평행한 종래의 모터 구성에서보다 더 콤팩트한 약물 전달 장치를 생성한다.
모터(606)는 구동 샤프트(620)에 결합되어 그것을 구동시킨다. 구동 샤프트(620)는 리드 스크류(608)의 제1 단부(626)의 내측 표면(624)에 구동 너트(622)에 결합된다. 모터(606)는 모터 장착 슬리브(628) 내에 수용되며, 이는 약물 전달 장치의 내부 표면에 부착됨(도시되지 않음)으로써 모터(606)가 회전하는 것을 방지한다. 모터(606)와 모터 장착 슬리브(628) 사이에 위치된 복수의 리니어 베어링(636)이 모터(606)가 축방향으로 "부유"하는 것을 허용하여서, 예를 들어 약물 저장소로부터 약물을 전달하는 주입 라인이 폐색된 경우에 힘 센서(638)가 모터(606) 상의 부하를 감지할 수 있다. 힘 센서(638)는 모터(606)의 근위 단부에서 힘 센서 접점(640)에 결합된다. 모터(606)가 힘 센서(638)로부터 멀어지는 쪽으로 편의되도록, 스프링(641)이 선택적으로 모터(606)와 약물 전달 장치 하우징 사이에 위치될 수 있다.
모터 장착 슬리브(628)의 원위 단부(635)는, 피스톤(610)이 후퇴된 위치에 있을 때, 구동 너트(622)의 제2 단부(646)에 인접하게 위치된다. 구동 샤프트(620)가 구동 너트(622)에 연결되기 위해, 구동 샤프트(620)는 모터 장착 슬리브(628)의 원위 단부 내의 개구(652)를 통해 돌출한다. 제1 동적 레이디얼 시일(658)이 구동 샤프트(620)와 모터 장착 슬리브(628) 사이에 위치되어 유체가 모터(606)와 접촉하는 것을 방지한다. 동적 레이디얼 시일(658)은 힘 감지를 위해 모터 장착 슬리브(628)의 축방향 이동을 허용한다. 동적 레이디얼 시일(658)은, 예를 들어 테플론과 같은 저마찰 재료로 형성된다.
구동 너트(622)는 리드 스크류(608)의 암나사(662)와 정합하는 수나사(660)를 포함한다.
사용 시에, 모터(606)로부터 발생되는 토크는 구동 샤프트(620)로 전달되고, 이는 이어서 리드 스크류(608)를 회전시킨다. 리드 스크류(608)가 회전함에 따라, 구동 너트(622)의 수나사(660)가 리드 스크류(608)의 제1 단부(626) 부근의 암나사(662)와 맞물려서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 리드 스크류(608)의 근위 단부 상의 표면(645)이 구동 너트(622)의 제2 단부(646)와 맞물릴 때까지 리드 스크류(608)가 축방향으로 제1 거리(C1)만큼 이동한다. 리드 스크류(608)의 제2 단부(650) 부근의 수나사(642)가 피스톤(610)의 암나사(644)와 맞물리고 피스톤(610)이 축방향으로만 이동할 수 있기 때문에, 피스톤(610)이 또한 축방향으로 제1 거리(C1)만큼 이동한다. 다음에, 리드 스크류(608)의 제2 단부(650) 부근의 수나사(642)가 피스톤(610)의 근위 단부 부근의 암나사(644)와 맞물려서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 리드 스크류(608)의 외부 표면 상의 정지부(666)가 맞물려질 때까지 피스톤(610)이 축방향으로 제2 거리(C2)만큼 이동하게 한다. 따라서, 피스톤(610)은 후퇴된 위치(도 6a 참조)로부터 완전히 연장된(또는 신축된) 위치(도 6c 참조)로 이동한다. 피스톤(610)이 후퇴된 위치로부터 연장된 위치로 이동함에 따라, 피스톤(610)의 원위 단부는 플런저와 맞물려서, 약물이 약물 저장소 또는 카트리지로부터 전달된다. 구동 기구(600) 내의 구성요소들의 암나사 및 수나사가 동일 피치를 갖기 때문에, 구성요소들이 축방향으로 이동하는 순서는 구동 기구(600)의 기능에 중대하지 않다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 신축식 배열의 이점은, 피스톤(610)의 길이가 비-신축식 구성에 비해 약 40%(또는 도 6a에서의 거리(C1))만큼 감소될 수 있어서, 보다 콤팩트한 약물 전달 장치를 생성할 수 있다는 것이다.
도 1 내지 도 6b에 도시된 모터는 선택적으로, 약물 전달 장치의 전자장치와 함께, 모터 회전수를 모니터링할 수 있는 인코더(encoder)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 모터 회전수는 이어서 피스톤의 위치를 정확하게 판정하여, 약물 저장소로부터 분배되는 유체의 양에 관련된 정보를 제공하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 일렬식 구동 기구는 주입 장치(700) 내의 약제 카트리지(705)의 플런저(790)를 직접 작동시키는 소켓형 리드 스크류(760)를 포함한다. 수나사를 갖춘 선형 샤프트를 갖는 리드 스크류(760) 대신에, 도 7에 도시된 바와 같이, 베어링을 넘어서 연장되는 리드 스크류의 부분은 암나사, 나사 형성된 내경(780)을 갖춘 소켓으로 나뉜다.
나사 형성된 암형 소켓은 카트리지 플런저(790)의 후방 단부 상의 2개 이상의 탭(740, 740')과 정합한다. 탭의 외부 에지는 리드 스크류 소켓의 나사 형태, 각도 및 피치와 정합할 것이다. 리드 스크류 소켓이 회전함에 따라, 그것은 카트리지 배럴의 단부 캡 내의 홈(도시되지 않음)으로 인해 플런저를 선형으로 전진시킬 것이다. 이들 홈은 플런저의 샤프트 아래로 연장되는 2개 이상의 등거리 플랜지를 유지한다. 이들 특징부의 개입은 리드 스크류의 회전 운동을 플런저의 선형 운동으로 변환한다. 이것은 리드 스크류(760)가 피스톤 없이 플런저(790)를 직접 구동시키는 것을 허용한다. 리드 스크류(760)가 더 이상 플런저에 대해 내부에 있지 않기 때문에, 도 7에 총망라하는 식이 아니라 예시적으로 도시된 바와 같이, 플런저의 내부 체적(750)은 전원 장치를 수용하는 것과 같은 다른 목적으로 사용될 수 있다.
의료용 주입 장치를 위한 현존하는 구동 시스템의 특징은, 다양한 수준의 약제를 갖고서 카트리지를 장치 내로 로딩하는 것을 허용하는 것이다. 본 발명의 실시예에서, 카트리지가 임의의 체적으로 로딩되는 것을 허용하는 것은, 편향 탭(deflection tab)(740, 740')을 통해 달성될 수 있다. 카트리지(705)가 펌프(700) 내로 삽입될 때, 외팔보 탭(740, 740')과 같은 구조물이, 플런저를 내향으로 편향시키고 플런저가 리드 스크류(760)의 암나사(780)를 지나 이동하는 것을 허용하는 데 사용될 수 있다. 외팔보 탭(740, 740')의 강성은 적절한 힘을 보장하기 위해 길이, 두께 및 재료 특성을 통해 변경될 수 있다. 편향력은 카트리지를 작동시키는 데 요구되는 것보다 작지만 폐색 검출을 위해 힘 센서를 활성화시키는 데 요구되는 것보다 클 것이다. 일단 카트리지(705)가 펌프(700) 내에 로킹되면, 탭(740, 740')은 카트리지의 체적에 따라 적절한 깊이에 위치되고, 이제 리드 스크류의 나사 내에 로킹된다.
마지막으로, 플런저의 선형 위치설정의 작업은 리니어 인코더(광학적, 자기적, 정전용량형, 유도형, 홀 효과 센서 등)와 같은 몇몇 다른 공지된 방법을 통해, 또는 가변 저항기, 전위차계, 가감저항기 또는 선형 전압 차동 변압기를 생성하도록 플런저의 탭 및 리드 스크류를 사용함으로써 달성될 수 있다.
상기에 언급된 바와 같이, 플런저(750)의 내부 공간은 이제 전원 장치를 수용하는 데 사용될 수 있다. 도 7은, AAA 배터리 또는 몇 개의 코인 셀 배터리(coin cell battery)를 수용하는 데 필요한 내경을 갖고, (도시된 바와 같은) 돔형 접점(720) 및 돔형 또는 평평한 접점(730)과, 애노드(anode) 및 캐소드(cathode)를 상기에 기술된 2개의 플런저 플랜지로 이끄는 상호접속된 몰딩을 갖도록 개조된 카트리지(705)를 추가로 도시한다. 이어서, 전력이 펌프(700) 하우징 내의 도선을 거쳐 배럴을 통해 전달될 수 있다. 홈 및 플랜지의 표면들의 기하학적 형상은 플런저가 동력의 손실 없이 아티큘레이팅할 수 있는 것을 보장하는 내부 압력을 생성한다. 전원 장치를 위한 공동은 많은 다양한 배터리 유형을 포함할 수 있다. 카트리지 내의 도선은 흑연을 함유하는 수지와 같은 전도성 재료의 공동 성형을 통해, 도금가능 ABS와 같은 도금될 수 있는 다른 공동 성형된 플라스틱을 통해, 또는 금속 인레이(inlay)와 같은 다른 방법을 통해 매설될 수 있다. 배럴을 통해 전력을 전달하는 대신에, 그것은 또한 리드 스크류 및 브러시를 통해 모터로 전달될 수 있으며, 카트리지를 따라 이동할 필요가 없을 것이다.
등가의 구조체가 본 명세서에 예시되고 기술된 구조체를 대체할 수 있다는 것, 및 본 발명의 기술된 실시예가 청구된 발명을 구현하는 데 채용될 수 있는 유일한 구조체가 아니라는 것이 인식될 것이다. 또한, 상기에 기술된 모든 구조체는 소정의 기능을 갖고 그러한 구조체는 그 기능을 수행하기 위한 수단으로 지칭될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시예가 본 명세서에 도시되고 기술되었지만, 그러한 실시예는 단지 예로서 제공된다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 이제 본 발명으로부터 벗어남이 없이 많은 변형, 변경, 및 대체가 당업자에게 떠오를 것이다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예에 대한 다양한 대안이 본 발명을 실시하는 데 채용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 하기의 특허청구범위는 본 발명의 범주를 한정하며, 이러한 특허청구범위 및 그의 등가물의 범주 내에 있는 방법 및 구성이 그에 의해 포괄되는 것으로 의도된다.

Claims (11)

  1. 의료용 주입 장치(medical infusion device)에 전력을 공급하기 위한 아티큘레이팅 공동(articulating cavity)으로서, 상기 아티큘레이팅 공동은,
    내부에 공동을 적어도 부분적으로 갖는 리드 스크류(lead screw);
    상기 리드 스크류의 내부 표면 상에 배치된 내부 표면 나사(thread)들;
    플런저(plunger)로서, 상기 플런저의 외부 표면의 적어도 일부분 상에 외부 표면 나사들을 갖는, 상기 플런저;
    상기 리드 스크류와 기계적으로 맞물리도록 구성된 구동 샤프트를 갖는 모터;
    상기 리드 스크류 내의 상기 공동 내의 소켓;
    상기 리드 스크류의 상기 공동 내의 상기 소켓 내에 배치된 전원;
    상기 플런저의 외부 표면 상의 적어도 2개의 홈(groove)들, 및 상기 리드 스크류의 표면으로부터 연장되는 적어도 2개의 대응 플랜지들을 포함하며,
    상기 플런저는 약물 전달 장치의 약물 저장소(reservoir)와 맞물리고, 상기 모터 및 상기 리드 스크류는 상기 플런저의 이동 축과 동축으로 정렬되며, 상기 적어도 2개의 플랜지들 및 상기 적어도 2개의 홈들은 상기 소켓의 아티큘레이션(articulation)을 허용하도록 상호작용하도록 구성되는, 의료용 주입 장치에 전력을 공급하기 위한 아티큘레이팅 공동.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 플랜지들은, 상기 소켓 상에 배치되고, 상기 리드 스크류의 상기 내부 표면 상에 배치된 상기 내부 표면 나사들과 맞물리도록 구성된, 2개 이상의 외팔보형 탭(cantilevered tab)들을 포함하는, 구동 기구.
  3. 제2항에 있어서, 상기 외팔보형 탭들의 위치를 판정하도록 구성된 하나 이상의 리니어 인코더(linear encoder)를 포함하는, 구동 기구.
  4. 제3항에 있어서, 상기 리니어 인코더들은 광학적 리니어 인코더들인, 구동 기구.
  5. 제3항에 있어서, 상기 리니어 인코더들은 기계적 리니어 인코더들인, 구동 기구.
  6. 제3항에 있어서, 상기 리니어 인코더들은 자기적 리니어 인코더들인, 구동 기구.
  7. 제3항에 있어서, 상기 리니어 인코더들은 유도형 리니어 인코더들인, 구동 기구.
  8. 제3항에 있어서, 상기 리니어 인코더들은 홀 효과 센서(Hall effect sensor)들을 포함하는, 구동 기구.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전원과 전기적으로 접촉하도록 구성된 애노드 접점(anode contact) 및 캐소드 접점(cathode contact)을 포함하는, 구동 기구.
  10. 제9항에 있어서, 상기 애노드 접점 또는 상기 캐소드 접점 중 적어도 하나는 돔형 접점(domed contact)인, 구동 기구.
  11. 제9항에 있어서, 상기 애노드 접점 및 상기 캐소드 접점 중 하나 또는 둘 모두는, 상기 리드 스크류 내의 상기 공동 내의 상기 소켓 내의 상기 전원의 아티큘레이션 동안 상기 전원에 맞대어 편의된 채로 유지되도록 구성되는, 구동 기구.
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