(57)【要約】  蓄積された位置エネルギーおよび可変流動抵抗器を使用して、流体を注入するためのシステムおよび方法。本開示の一態様において、ある量の流体が中でプランジャーの下流表面と容器との間に収容され得るチャンバーを画定するように、容器内に位置付けられるプランジャーを含む注入装置が提供される。本注入装置は、プランジャーが、そこに作用する力によって変位すると、チャンバー内の流体が通って分注され得る流出路をさらに含む。可変流動抵抗器は、流出路内に位置付けられ、プランジャーに作用する力が減少する際に、容器からの流体の流速が実質的に一定に維持されることを可能にするように構成される。
2013521069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入装置であって、
容器内に位置付けられるプランジャーであって、ある量の流体を中で前記プランジャーの下流表面と前記容器との間に収容できるチャンバーを画定する、プランジャーと、
前記チャンバー内の前記流体を、前記プランジャーがその上に作用する力によって変位する際に、通って分注することができる、流出路と、
前記流出路内に位置付けられ、かつ前記チャンバーからの流体流動抵抗を変化させ、前記プランジャーに作用する前記力が減少する際に、前記容器からの流体流速を実質的に一定に維持するように構成される、可変流動抵抗器と、を備える、注入装置。
【請求項２】
前記プランジャーに作用する前記力が、放出された蓄積位置エネルギーである、請求項１に記載の注入装置。
【請求項３】
前記可変流動抵抗器が、前記プランジャーに作用する前記力が減少する際に、前記流体流動抵抗を低下させるように作用する、請求項１に記載の注入装置。
【請求項４】
前記可変流動抵抗器が、互いに対して移動し合うように設計される、固形部材と透過性部材とを含み、それによって、前記プランジャーに作用する力が減少する際に、前記流出路内の流体が通って流れることができる前記透過性部材上の領域を増大させる、請求項１に記載の注入装置。
【請求項５】
前記固形部材は、前記プランジャーに作用する前記力が減少する際に、前記プランジャーの前記変位が前記固形部材を透過性部材に対して移動させて、前記流出路内の流体が通って流れることができる前記前記透過性部材上の領域を増大させるように作用するように、前記プランジャーに取り付けられる、請求項４に記載の注入装置。
【請求項６】
前記容器からの前記流体の前記流速を事前設定するために、電子制御モジュールをさらに備える、請求項１に記載の注入装置。
【請求項７】
患者についての情報に基づいて、前記容器からの事前設定された流速の前記流体を分注するように構成される、電子制御モジュールをさらに備える、請求項１に記載の注入装置。
【請求項８】
請求項１に記載の一連の注入装置を備える注入システムであって、前記各装置が、電子制御モジュールによって制御され、マルチルーメン管のルーメンと流体連通する、注入システム。
【請求項９】
流体を送達するための方法であって、
チャンバー内に、プランジャーの下流表面と前記プランジャーが中に位置付けられる容器との間に画定される、送達されるある量の流体を提供することと、
前記容器内で前記プランジャーを変位させるように、前記プランジャーに力を作用させ、それによって前記流体が前記チャンバーから分注されるようにすることと、
前記プランジャーへの前記力が減少する際に、実質的に一定の分注速度を維持するように、前記流体が前記チャンバーから分注されている通路内の流動抵抗を変化させることと、を含む、方法。
【請求項１０】
前記力を作用させるステップにおいて、前記プランジャーに作用する前記力は、放出された蓄積位置エネルギーである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
変化させるステップにおいて、前記可変流動抵抗器が、前記プランジャーへの前記力が減少する際に、前記流体流動に対する抵抗を低下させるように作用する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記変化させるステップが、互いに対して移動し合うように設計される、固形部材および透過性部材を備える可変流動抵抗器を提供することを含み、それによって前記プランジャーに作用する前記力が減少する際に、前記流出路内の流体が通って流れることができる、前記透過性部材上の領域を増大させる、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
注入装置であって、
容器内に位置付けられるプランジャーであって、ある量の流体を中で前記プランジャーの下流表面と前記容器との間に収容できるチャンバーを画定する、プランジャーと、
前記チャンバー内の前記流体を、その上に作用する力によって前記プランジャーが変位する際に、通って分注することができる、流出路と、
前記流出路の下流に位置付けられ、かつ前記チャンバーから前記流体を受容するように構成される可変流動抵抗器であって、前記抵抗器が、その中に実質的に一定の圧力を維持するように構成され、それによって、前記プランジャーに作用する前記力が減少する際に、このような圧力が、実質的に一定の速度で前記抵抗器から前記流体を送達するように作用することができる、可変流動抵抗器と、を備える、注入装置。
【請求項１４】
前記可変流動抵抗器が、前記流体が通って前記可変流動抵抗器から分注され得る、所定の開口部を有するバルブと流体連通する、請求項１３に記載の注入装置。
【請求項１５】
患者についての情報に基づいて、前記容器から事前設定された流速の前記流体を分注するように構成される、電子制御モジュールをさらに備える、請求項１３に記載の注入装置。
【請求項１６】
流体を送達するための方法であって、
チャンバー内に、プランジャーの下流表面と前記プランジャーが中に位置付けられる容器とによって画定される、分注されるある量の流体を提供することと、
前記容器内で前記プランジャーを変位させるように、前記プランジャーに力を作用させ、それによって前記流体が前記チャンバーから分注されるようにすることと、
実質的に一定の圧力を維持するように設計される環境において、前記環境から前記流体を分注するように作用する、前記チャンバーから分注される前記流体を受容することと、
前記開口部の上流および下流の圧力に実質的に一定の差異を維持しながら、前記環境から前記流体を分注し、それによって前記プランジャーへの前記力が減少する際に、患者に一定流速の流体を提供することと、を含む、方法。
【請求項１７】
圧力調節器であって、
吸入空洞と、
前記吸入空洞と連通するハウジングと、
前記ハウジング内に可動に配置されるプランジャーと、
前記プランジャーの表面と前記ハウジングとの間で画定される、流出空洞と、
前記吸入空洞と前記流出空洞との間の流体連通のためのチャネルであって、それによって、前記プランジャーの各側面に作用する力の平衡を維持する、チャネルと、
前記流体が、前記流出空洞から通って分注され得る排出口と、を備える、圧力調節器。
【請求項１８】
前記吸入空洞と前記排出空洞との間の流体の前記流動を修正して、前記プランジャーの各側面に作用する力の平衡を維持するための、フィードバックループをさらに備える、請求項１７に記載の圧力調節器。
【請求項１９】
前記プランジャーを平衡位置に実質的に定常して維持するように、前記プランジャーに力を及ぼすように作用する機構をさらに備える、請求項１７に記載の圧力調節器。
【請求項２０】
前記チャネルが、前記吸入空洞と連通する１組の穿孔と、前記流出空洞と連通する第２の組の穿孔とを有するカニューレを含み、前記吸入空洞から前記流出空洞内へ前記流体が流れることを可能にする、請求項１７に記載の圧力調節器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１０年３月４日に出願された、米国特許仮出願第６１／３１０，６０１号に対する優先権を主張し、本出願の全体は、その中における教示のために、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、薬物を注入するためのシステムおよび方法に関し、より具体的には、注入を通じて一定の流速で薬物を注入するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
注入は、医療において遍在し続け、幅広い範囲の病状、物質、投与部位、および場所に広がっている。経口および他の薬物送達法（例えば、経皮的、吸入）の進化にもかかわらず、多くの重篤な治療は、依然として静脈内（ＩＶ）注入を必要とする。米国においては、１日あたり１００万回の注入が行われていると推定される。入院患者の９０％超が、ＩＶ注入を受ける。
【０００４】
注入される物質には、薬物（例えば、抗生物質、化学療法、鎮痛剤、局所麻酔、血管作用薬、生物製剤）、流体（例えば、晶質、コロイド、非経口栄養）、および血液製剤（例えば、赤血球、血漿、血小板）が挙げられる。これらの物質は、典型的に、一定時間（数分から数時間）にわたる単回のボーラス投与量（数ミリリットルから数リットル）、またはより長期間（数時間から数日）にわたる固定速度もしくは滴定速度（典型的範囲１分あたり０．０５ｍｌから５ｍｌ）で送達される連続注入として注入される。
【０００５】
注入は、様々な経路を通じて投与することができ、最も一般的には静脈内であるが、動脈内、皮下、胸膜内、関節内、硬膜外、および髄腔内であってもよい。幅広い範囲のカテーテルおよび移植可能ポートが、これらの様々な経路を通じて注入を容易にするために利用可能である。
【０００６】
注入は、従来的に、入院環境において投与されてきたが、外来注入センターおよび自宅で注入を受ける患者が増えている。これらの後者の環境は、より少数かつ熟練度の低い臨床職員を有するため、静脈内の抗生物質、特定の化学療法剤、術後疼痛管理のための局所麻酔、および特定の麻薬性鎮痛剤を含む、特定の注入のみが、このような非入院環境において投与することが安全であると判断される。
【０００７】
現在の医療的注入技術は、典型的に、重力、能動的変位電動ポンプ、または非電動使い捨てエラストマーポンプの使用を伴う。しかしながら、これらのアプローチには特定の不利点が存在する可能性がある。重力駆動の注入は、資本および処分費用が低いが、看護士による注意深い監視を必要とし、正確ではない場合があり、患者の可動性を制限する可能性があり、患者の安全機能を有しない。電動ポンプは、正確であり（±３％）、論争可能な効果の安全機能が組み込まれているが、高価で、嵩高く、人的要因に影響されやすい可能性があり、可動性が限定される。使い捨てのエラストマーポンプは、便利で極めて安価であるが、しばしば、患者の安全機能に欠け、非常に不正確な可能性があり（±１５〜４０％）、したがって、入院ベースの注入における役割がほとんどないか、またはない。
【０００８】
転機をもたらした１９９９年の米国医学研究所の報告書「Ｔｏ  Ｅｒｒ  ｉｓ  Ｈｕｍａｎ」は、米国で１年あたり４０〜１００，０００の死亡が医療ミスに起因すると考えた。投薬ミスは、その４０％が深刻で、生命に関わるかまたは致命的であり、最も一般的な医療ミスであり、医療システムに、１年あたり何十億ドルの負担をかける。静脈内の投薬ミスは、最も一般的な投薬ミスであり、これらの３５％以上が、注入ポンプに関連する。研究は、革新的に特徴を詰め込んだ「高性能ポンプ」にも関わらず、人的要因、ソフトウェアおよびハードウェアの問題が、深刻なミスを助長していることを示している。ＦＤＡのＭＡＵＤＥ有害事象報告システムは、電動および使い捨て両方の注入ポンプのミスに関連する深刻な負傷および死亡の例を多数有している。過去４年間において、２つの大手製造業者からの６００，０００個を超える電動注入ポンプが、患者の負傷および死亡につながる主要なソフトウェアおよびハードウェア問題のために回収されている。
【０００９】
医療注入の現在の状態は、したがって、以下のように要約することができる。病院、外来センター、および自宅での注入が、現代の医療注入の中心であるとはいえ、注入ポンプのミスは、依然として重大な問題であり、医療ミスの人的および経済的な大きな負担を助長する。電動注入ポンプは、不明瞭な利点の善意の「高性能な」特徴を有する、高価、高性能、かつ複雑な技術的装置となった。使い捨て注入ポンプは、多数の魅力的な特徴を有するが、大半が、依然として不正確であり、基本的な患者の安全機能を欠く可能性があり、ほとんどの静脈内注入に対し、不適切となる。
【発明の概要】
【００１０】
本開示の一態様において、ある量の流体をプランジャーの下流表面と容器との間に収容することができるチャンバーを画定するように、容器内に位置付けられるプランジャーを含む、注入装置が提供される。注入装置は、プランジャーが、そこに作用する力によって変位されると、チャンバー内の流体を、そこを通じて分注することができる、流出路をさらに含む。可変流動抵抗器は、流出路内に位置付けられ、チャンバーからの流体流動抵抗を変化させ、プランジャーに作用する力が減少する際に、容器からの流体流速度を実質的に一定に維持するように構成される。
【００１１】
本開示の別の態様において、プランジャーの下流表面と、プランジャーがその中に位置付けられる容器との間に画定されるチャンバー内に、送達されるある量の流体を提供するステップを含む、流体を送達するための方法が提供される。次に、容器内のプランジャーを変位させるように、プランジャーに力を作用させることができ、そうして流体がチャンバーから分注される。流体が分注される際、流動抵抗は、プランジャーへの力が減少する場合に、流体が通ってチャンバーから分注される通路内で変化することができ、それによって実質的に一定の分注速度を維持する。
【００１２】
本開示のさらに別の態様において、プランジャーの下流表面と容器との間に、ある量の流体を中に収容することができるチャンバーを画定するように、容器内に位置付けられるプランジャーを含む、注入装置が提供される。装置はまた、チャンバー内の流体が、プランジャーがそこ作用する力によって変位されると、通って分注される、流出路を含むことができる。可変流動抵抗器は、流出路の下流に位置付けられ、チャンバーから流体を受容するように構成されてもよく、抵抗器は、その中に実質的に一定の圧力を維持するように構成され、それによって、このような圧力は、プランジャーに作用する力が減少する際に、実質的に一定の速度で、抵抗器から流体を送達するように作用することができる。
【００１３】
本開示のさらなる態様において、プランジャーの下流表面およびプランジャーが中に位置付けられる容器によって画定されるチャンバー内に、分注されるある量の流体を提供することを含む、流体を送達するための方法が提供される。次に、プランジャーに力を作用させて、プランジャーを容器内に変位させ、それによって流体がチャンバーから分注される。その後、環境から流体を分注するように作用可能な圧力を、実質的に一定に維持するように設計される環境で、チャンバーから分注された流体を受容することができる。次のステップにおいて、流体は、開口部の上流および下流に実質的に一定の圧力差異を維持しながら、環境から分注することができ、それによって、プランジャーへの力が減少する際に、一定した流速の流体を患者に提供することができる。
【００１４】
本開示の別の態様において、吸入空洞およびハウジングを含む、圧力調節器が提供される。プランジャーは、プランジャーの下流表面とハウジングとの間の流出空洞を画定するように、ハウジング内に位置付けることができる。装置はまた、吸入空洞と流出空洞との間の流体連通のためのチャネルを含み、それによってプランジャーの各側面上に作用する力の均衡の平衡を維持する。流体は、ハウジング内の排出口からの流出空洞から分注されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示の注入装置の容器の断面描写である。
【図２Ａ】本開示の注入装置の容器のいくつかの実施形態の、（図２Ａに点線によって示されるレベルでの）水平方向の断面を示す。
【図２Ｂ】本開示の注入装置の容器のいくつかの実施形態の、（図２Ａに点線によって示されるレベルでの）水平方向の断面を示す。
【図２Ｃ】本開示の注入装置の容器のいくつかの実施形態の、（図２Ａに点線によって示されるレベルでの）水平方向の断面を示す。
【図２Ｄ】本開示の注入装置の容器のいくつかの実施形態の、（図２Ａに点線によって示されるレベルでの）水平方向の断面を示す。
【図２Ｅ】本開示の注入装置の容器のいくつかの実施形態の、（図２Ａに点線によって示されるレベルでの）水平方向の断面を示す。
【図３Ａ】流体チャンバーが満杯（図３Ａ）、部分的に空（図３Ｂ）、および完全に空（図３Ｃ）、の３つの異なる位置にある、空の容器内のプランジャーシステム２３を示す。
【図３Ｂ】流体チャンバーが満杯（図３Ａ）、部分的に空（図３Ｂ）、および完全に空（図３Ｃ）、の３つの異なる位置にある、空の容器内のプランジャーシステム２３を示す。
【図３Ｃ】流体チャンバーが満杯（図３Ａ）、部分的に空（図３Ｂ）、および完全に空（図３Ｃ）、の３つの異なる位置にある、空の容器内のプランジャーシステム２３を示す。
【図４Ａ】プランジャーを駆動するための機構の様々な実施形態を示す。
【図４Ｂ】プランジャーを駆動するための機構の様々な実施形態を示す。
【図４Ｃ】プランジャーを駆動するための機構の様々な実施形態を示す。
【図４Ｄ】プランジャーを駆動するための機構の様々な実施形態を示す。
【図４Ｅ】プランジャーを駆動するための機構の様々な実施形態を示す。
【図５Ａ】様々な状態での本発明の注入装置の様々な実施形態を示す。
【図５Ｂ】様々な状態での本発明の注入装置の様々な実施形態を示す。
【図５Ｃ】様々な状態での本発明の注入装置の様々な実施形態を示す。
【図５Ｄ】様々な状態での本発明の注入装置の様々な実施形態を示す。
【図６Ａ】本開示の可変流動抵抗器の実施形態を示す。
【図６Ｂ】本開示の可変流動抵抗器の実施形態を示す。
【図６Ｃ】本開示の可変流動抵抗器の実施形態を示す。
【図６Ｄ】本開示の可変流動抵抗器の実施形態を示す。
【図７Ａ】本開示の可変流動抵抗器の実施形態を使用しての、注入のシミュレーション結果を示す。
【図７Ｂ】本開示の可変流動抵抗器の実施形態を使用しての、注入のシミュレーション結果を示す。
【図８Ａ】本開示の可変流動抵抗器の実施形態を示す。
【図８Ｂ】本開示の可変流動抵抗器の実施形態を示す。
【図８Ｃ】本開示の可変流動抵抗器の実施形態を示す。
【図９Ａ】図８Ａ〜８Ｃの可変流動抵抗器において使用可能なカニューレ構成要素の実施形態を示す。
【図９Ｂ】図８Ａ〜８Ｃの可変流動抵抗器において使用可能なカニューレ構成要素の実施形態を示す。
【図９Ｃ】図８Ａ〜８Ｃの可変流動抵抗器において使用可能なカニューレ構成要素の実施形態を示す。
【図１０】ムーディ線図を提示する。
【図１１Ａ】本開示の可変流動抵抗器の実施形態を示す。
【図１１Ｂ】本開示の可変流動抵抗器の実施形態を示す。
【図１１Ｃ】本開示の可変流動抵抗器の実施形態を示す。
【図１２Ａ】本開示の注入装置の様々な実施形態を示す。
【図１２Ｂ】本開示の注入装置の様々な実施形態を示す。
【図１２Ｃ】本開示の注入装置の様々な実施形態を示す。
【図１２Ｄ】本開示の注入装置の様々な実施形態を示す。
【図１３】本開示の一連の注入装置を有する注入システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、薬物および／または流体を患者内に注入するための、本発明の装置１０の実施形態を提示する。
【００１７】
注入される流体には、幅広い範囲の薬物、流体供給、生体療法、他の物質、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【００１８】
注入される流体は、静脈内、腸内、動脈内、心室内へ直接、皮下的、筋肉内、別の非経口経路を通じて、または腹膜腔、胸膜腔、心膜腔、関節腔、硬膜外腔、脊髄腔、もしくは脳室を含むがこれらに限定されない、体腔内へ投与されてもよい。
【００１９】
一実施形態において、装置１０は、１つ以上のチャンバーを有する容器１１を含んでもよい。
【００２０】
もちろん、容器１１は、所望の、任意の形状または寸法であってもよい。
【００２１】
容器１１は、耐久性、使い捨て、または再生利用可能な材料から作製されてもよい。
【００２２】
一実施形態において、容器１１は、中に含まれる、加圧流体、ガス、または他の物質を安全に封入するために、堅い殻の外装を有してもよい。
【００２３】
例えば、容器１１は、携帯性を高めるために、プラスチック（例えば、ポリカーボネート、ポリプロピレン）、金属、ガラス、または任意の他の軽量材料で作製することができる。
【００２４】
一実施形態において、装置１０の容器１１は、主チャンバー１２を含むことができる。
【００２５】
幾何学的に言って、主チャンバー１２は、立方、円筒、または任意の他の三次元構造等の、既定の高さをまたぐ固定断面を有する直角柱であってもよい。
【００２６】
したがって、主チャンバー１２は、上壁１４、底壁１５、および１つ以上の側壁１６を有してもよい。
【００２７】
容器１１の側壁（１つまたは複数）１６は、一実施形態において、主チャンバー１２の上壁１４を超えて延在して、ベイ２２を形成することができる。
【００２８】
ベイ２２は、制御モジュール、管、コネクタ、アダプタ、および注入装置１０の機能性を強化するための他の周辺機器を保持するために提供されてもよい。
【００２９】
さらに、流出路１３の高さに適合するように側壁１６を延在させることによって、装置１０は、実質的に実用的な、人間工学的形状を確保することができる。
【００３０】
前述のように、装置１０の容器１１は、チャンバー１２と流体連通する流出路１３を含むことができる。
【００３１】
一実施形態において、流出路１３は、容器１１の縁部に沿って位置付けることができる。流出路１３は、主チャンバー１２の幅よりも実質的に狭い幅で提供されてもよい。流出路１３は、一実施形態において、主チャンバー１２の上壁１４を越える距離で隆起してもよい。容器１１の一部として図示されるが、流出路１３は、主チャンバー１２から離れていてもよく、例えば、管によって、主チャンバー１２に流動的に接続されていてもよいことに留意されたい。
【００３２】
ここで図２Ａ〜２Ｅを参照して、主チャンバー１２の断面は、上述のように、長方形、円形、楕円形、または他のより複雑な形状を含むが、これらに限定されない任意の形状をとることが可能である。図２Ｂ〜２Ｅは、図２Ａの点線Ａのレベルで、主チャンバー１２の形状が異なる容器のいくつかの実施形態の断面を示す。非限定的な例として、容器１１は、長方形（図２Ｂ）、円形（図２Ｃ）、もしくは曲がった長方形、細長い長方形（図２Ｅ）で提供されてもよく、または容器１１は、弾丸型（図２Ｄ）をしていてもよい。特定の実施形態において、流出路１３の深さは、図２Ｂおよび２Ｃに示されるように、主チャンバー１２の深さよりも短くてもよく、または、図２Ｄおよび２Ｅに示されるように、主チャンバー１２の深さと同じであってもよい。
【００３３】
ここで、図３Ａ〜３Ｃを参照して、本開示の装置１０の実施形態において、プランジャーシステム２３は、容器１１内に存在してもよい。プランジャーシステム２３は、チャンバー１２を、ある量の流体を蓄積するための流体チャンバー２６と、容器１１内でプランジャーシステム２３を変位させるための機構を収納するための圧力チャンバー２７とに分割することができる。図３Ａは、流体チャンバー２６が実質的に満杯の場合に、プランジャーシステム２３が位置され得る、主チャンバー１２内の点にあるプランジャーシステム２３を示す。図３Ｂは、流体チャンバー２６が部分的に空の場合に、プランジャーシステム２３が位置される可能性のある、主チャンバー１２内の点にあるプランジャーシステム２３を示す。図３Ｃは、流体チャンバー２６が実質的に空の場合に、プランジャーシステム２３が位置される可能性のある、主チャンバー１２内の点にあるプランジャーシステム２３を示す。
【００３４】
プランジャーシステム２３は、一実施形態において、主プランジャー２４を含むことができる。主プランジャー２４は、主チャンバー１２内に存在し、標準的シリンジ内のプランジャーに類似の可動壁として機能することができる。プランジャー２３は、その下流表面と容器との間で、流体チャンバーを画定する。主プランジャー２４は、主チャンバー１２内で、軸方向に移動し、流体チャンバー２６および圧力チャンバー２７の相対体積をそれぞれ変更することができる。さらに、それが主チャンバー１２内で移動する際、主プランジャー２４は、主チャンバー１２の壁に、実質的に密封を提供し、流体チャンバー２６と圧力チャンバー２７との間の、ガスまたは流体の漏れを阻止することができる。そのためには、主プランジャー２４は、主チャンバー１２内で自由に摺動することができながらも、主プランジャー２３がこのような密封を提供することを可能にするように、適切な形状および構造をとることができる。一実施形態において、主プランジャー２４は、容器１１の主チャンバー１２と実質的にぴったりとした適合を形成して、主チャンバー１２内で主プランジャー２４を移動させるために十分に低い可能性のある、主プランジャー２４および主チャンバー１２の壁との間の摩擦係数を提供することができる。一実施形態において、主プランジャー２４は、シリコーン、ラテックス、または他のゴム材料等の柔軟な材料で作製されていてもよい。別の実施形態において、主プランジャー２４は、ゴムまたはシリコーン等の柔軟な材料で作製された外部ガスケットを有する、プラスチックまたは金属等の剛体材料で作製されてもよい。一実施形態において、主プランジャー２４は、流体チャンバー２６および圧力チャンバー２７を、互いから分離するようにさらに促進するための、ガスケットを含むことができる。ガスケットは、主プランジャー２４が、主チャンバー１２内で自由に移動することを可能にするように十分に潤滑されていてもよい。主チャンバー１２は、一実施形態において、主プランジャーが主チャンバー１２を横断する際に、主プランジャー２４を安定させるための、１つ以上の誘導機構を含むことができる。このような誘導は、一実施形態において、主チャンバー１２の中心を通る柱、あるいは主チャンバー１２の側壁（１つまたは複数）の内側面の隆起部および／または溝であってもよい。
【００３５】
主プランジャー２４を変位させるために、圧力チャンバー２７は、一実施形態において、位置エネルギーを蓄積し、容器１１内でプランジャーシステム２３を変位させるために位置エネルギーを放出するように構成される、駆動機構を収納することができる。このような駆動機構は、その性質上、いずれの外部電源、ポンプ、または重力をも必要とせずに、患者内に流体を注入するために十分に主プランジャー２４を変位させるのに十分な量の位置エネルギーを蓄積することができる。位置エネルギーは、一実施形態において、所望の流速で、流体チャンバー２６から流出路１３を通じて、患者に流体を投与するために十分な力を、主プランジャー２４に与えることができる。駆動機構に十分な位置エネルギーを提供するために、流体チャンバー２６を流体で満たして、流体チャンバー２６を膨張させることができ、主プランジャー２４を圧力チャンバー２７に向かって駆動させることができる。そのようにして、駆動機構は圧縮され、後の注入のために放出可能な、必要位置エネルギーを駆動機構に蓄積させることができる。
【００３６】
駆動機構は、一実施形態において、図４Ａに示されるように、圧縮性ガス２８の形状をしていてもよい。圧縮ガス２８がその壁に与える力に耐えるために、容器１１は、一実施形態において、プラスチックまたは金属等の、十分に丈夫な材料から作製することができる。さらに、プランジャーシステム２２と容器１１の内部壁との間の密封は、圧縮ガス２８が、圧力チャンバー２７内に留まり、流体チャンバー２６または流出路１３内に漏れないように十分に、しっかりとしている必要がある。一実施形態において、ガス２８は、空気、二酸化炭素、窒素、またはヘリウムを含むがこれらに限定されない、任意の医療用の不燃性ガスであってもよい。さらに、ガス２８は、膨張可能な場合に、ガス２８が適切な力をプランジャーシステム２３上に生成して、それを流体チャンバー２６内に駆動し、流体チャンバー２６内の流体を患者内に注入することができるように、十分に圧縮することが可能であってもよい。
【００３７】
所望の初期駆動圧力を主プランジャー２４にもたらすのに十分なガス２８の量は、ガス２８が理想気体として機能すると仮定して、ボイルの法則（Ｂｏｙｌｅ’ｓ  Ｌａｗ）を使用して決定することができ、
【数１】
2013521069.tif 000003
式中、ｍｇは、ガス容器２９内のガス２８の質量であり、Ｐ０は、初期容器圧力であり、Ｖ０は、注入される流体チャンバー２６内の初期体積であり、ＭＷｇは、ガス２８の分子量であり、Ｒは、理想気体定数であり、ＣＲは、注入開始時のガス２８の圧縮比率であり、Ｔは、絶対温度である。
【００３８】
一実施形態において、図４Ａに描写されるように、ガス２８は、圧力チャンバー２７内の空間を単純に満たすことができる。別の実施形態においては、図４Ｂに示されるように、ガス２８は、圧力チャンバー２７内に配置される不浸透性弾性ガス容器２９内に存在していてもよい。ガス２８をこのような完全に封入されたガス容器２９内に位置付けることによって、容器１１の外側または流体チャンバー２６内へガス２８が漏れる危険性なしに、ガス２８が膨張および収縮することを可能にすることができる。これは、圧力チャンバー２７内で、より高い圧力が生成されることを可能にすることができる。それは、本開示の装置の製造および組み立てもまた促進することができる。一実施形態において、ガス容器２９は、満たされ、大気圧で密封され、次いで外部の機械力で容器１１内に押し込められ、そうして、容器１１への高圧ガスポートの必要性を排除することができる。図４Ｄに示される実施形態において、ガス容器２９は、主プランジャー２４の上部でプランジャーシステム２３に結合することができ、そうしてその連結した全体を、後に単体として容器１１内に設置することができる。
【００３９】
図４Ｃに示されるように、その中立状態（すなわち、非圧縮）において、容器１１の外側が大気圧にある状態で、ガス容器２９は、主チャンバー１２の形状と概ね整合する形状、すなわち上壁３０、底壁３１、および１つ以上の側壁３２を提供される。この中立状態において、ガス容器２９の高さは、ガス容器２９が、注入の継続期間を通じて加圧されたままであってもよいため、主チャンバー１２のものよりも高い可能性がある。一実施形態において、ガス容器２９の断面形状は、主チャンバー１２と同一であってもよいが、主チャンバー１２内で自由に膨張することができるように、わずかに小さい面積を有する。ガス容器２９は、膨張および収縮を容器の軸寸法に限定する、アコーディオンまたは蛇腹様の構造を有する、プラスチック（ポリウレタン、ポリプロピレン、ＰＴＦＥ、ＰＢＡＸ等）等の、非柔順、不透過性、柔軟材料から作製することができる。上壁３０および底壁３１は、単一の軸方向寸法への容器の膨張および収縮をさらに強制するために、プラスチック、ガラス、または金属等の剛体材料で補強することができる。ガス容器２９に弾性または半弾性材料を使用することで、同様の機能性を達成することができるが、側壁（１つまたは複数）３２が外側へ膨張する傾向は、製造および組み立てを、より煩雑にしている。
【００４０】
別の実施形態において、図４Ｅに示されるように、圧力チャンバー２７は、主チャンバー１２の上壁１５と、主プランジャーとの間に位置付けられる、１つ以上のバネ３３等の機械装置内に、その位置エネルギーを蓄積することができる。１つ以上のバネを使用して、プランジャーシステム２３を駆動するための所望の力を提供することができ、その選択は、フックの法則（Ｈｏｏｋｅ’ｓ  Ｌａｗ）に基づいていてもよい。
【００４１】
一実施形態において、圧力チャンバー２７は、圧力チャンバー２７が膨張する際に、空気の吸入口を提供するために、大気と連通する１つ以上の通気口を含むことができる。圧力チャンバー２７の通気は、その存在により圧力チャンバー２７の膨張を妨害する可能性のある真空が、圧力チャンバー２７内で生成されることを阻止することができる。圧力チャンバー２７の通気はまた、プランジャーシステム２３を駆動する機構の過熱を回避することを助けることができる。通気は、ガス容器２９と、主チャンバー１２の内部壁との間に閉じ込められるいずれの空気の除去も、さらに支持することができる。
【００４２】
図５Ａ〜５Ｄを参照して、一実施形態において、本開示の装置は、１つ以上の吸入ポート３４、排出ポート３５、統合管３６、端子コネクタ３７、およびアダプタ３８を含むことができる。これらのポートは、必要な際に開口部を密封するためのキャップ、または流体もしくはガスを追い出される方向に移動させるためのバルブを含むことができる。吸入ポート３４、排出ポート３４、端子コネクタ３７、およびアダプタ３８は、装置１０の操作および／または注入流体４０の分注に有用な、ルアーロック、ねじ式、バヨネット、または他の「即時接続」式の機構等の特定の接続機構を有することができる。例えば、吸入ポート３４を使用して、流体チャンバー２６を満たすか、またはガス容器２９を満たすことができる。排出ポート３５は、脱気中に流体および空気が容器を出、注入中に流体が出ることを可能にすることができる。統合管３６は、患者に到達するのに適切な長さを有することができ、その好ましい実施形態においては、それがより人間工学的になるように、コイル状をしている。端子コネクタ３７は、患者のカテーテル３９またはポートに、直接で、または既にカテーテルもしくはポートに接続済みの整合アダプタ３８を使用して、装置を接続することができる。
【００４３】
図５Ａを参照して、一実施形態において、完全に組み立て、チャージ済みだが空の注入装置１０が、充填の準備ができて示される。容器１１は、ガス２８を有するガス容器２９を含む、部分的にチャージされた圧力チャンバー２７が示される。ガス２８は、主チャンバー１２内で完全に膨張し、それによって流体チャンバー２６の体積は、実質的にゼロになる。示されるように、流出路１３および統合管３６は、空気で満たされており、端子コネクタ３７は、未だカテーテル３９に取り付けられていない。図５Ｂは、注入流体４０で充填済み、脱気済みの、注入開始の準備ができた同一の装置を示す。特に、容器１１は、圧力チャンバー２７内のガス８が圧縮された状態で示される。流体チャンバー２６、流出路１３、および統合管３６は、一方で、実質的に流体で満たされ、空気が欠乏した状態で示される。図５Ｂに示される実施形態において、主プランジャー２４は、その最高位置にあり、内部壁２０の縁部と隣接している。主プランジャー２４のこの位置は、流体チャンバー２６の最大体積、圧力チャンバー２７の最小体積、および全チャンバー内の最大圧力と対応する。図５Ｃおよび５Ｄは、注入流体４０の注入の５０％および１００％が完了した後の、装置を示す。
【００４４】
注入流体４０が主プランジャー２４の変位によって、流体チャンバー２６から分注される際、注入流体は、流出路１３に入ることができる。一実施形態において、図３Ａ〜３Ｃおよび５Ａ〜５Ｄに図示されるように、流出路１３は、容器１１の壁２０ａと２０ｂの間に形成することができる。流出隔膜１７を、流出路１３内に配置することができる。一実施形態において、流出隔膜１７は、容器１１の構造内に完全に統合することができる。一実施形態において、流出隔膜１７は、容器とは別に製造され、組み立ての際に容器内のスロット型チャネル内に挿入されてもよい。これにより、既定寸法の容器が、それぞれがそれ自体の抵抗性質を有する複数の流出隔膜１７のうちの１つに結合することを可能にし、その特定の注入装置に対する所望の流速を達成することができる。
【００４５】
流出路１３は、流出隔膜１７によって、外部流出チャネル１８および内部流出チャネル１９の、２つの並行流出チャネルに分けることができる。流出チャネル１８は、流出隔膜１７と壁２０ａとの間の空間によって画定することができる。流出隔膜１７は、流出路１３の遠位端から下向きに、容器１１の底壁１５までだがやや短く延在して、主チャンバー１２から外部流出チャネル１８内への流路を提供することができる。外部流出チャネル１８は、流出路１３の遠位端で、終端として終結してもよい。内部流出チャネル１９は、流出隔膜１７と壁２０ｂとの間の空間によって画定することができる。壁２０ｂは、主チャンバー１２内へ、その上壁１４からある距離で延在して、内部流出チャネル１９の壁の一部分を形成することができる。内部流出チャネル１９は、流出口２１において、流出路１３の遠位端で終結してもよい。流出隔膜１７の一区分は、透過性であり、外部流出チャネル１８から内部流出チャネル１９内への流動を可能にすることができる。
【００４６】
注入装置１０は、一実施形態において、プランジャー延在部２５をさらに含むことができる。プランジャー延在部２５は、主プランジャー２４の１つの縁部から直角に延在する葦様の突出部であってもよい。主プランジャー２４と同様に、プランジャー延在部２５は、全体的にゴムもしくはシリコーン等の柔軟材料から、またはガスケットを形成するためにゴムもしくはシリコーンの外部層を有するプラスチックもしくは金属等の剛体材料から、作製することができる。プランジャー延在部２５は、流出路１３の内部流出チャネル１９内に存在してもよく、内部流出チャネル１９内でしっかりとした密封を形成し、流体またはガスの、流体チャンバー２６もしくは圧力チャンバー２７内への漏れを阻止することができる。プランジャー延在部２５の長さは、図３Ｃに示されるように、流体チャンバー２６が空の場合に、主プランジャー２４が主チャンバーの底壁１５に突き当たる長さであってもよく、プランジャー延在部２５は、密封を維持するのに十分な重なりを有して、内部流出チャネル１９内に係合したまま留まることができる。流体チャンバー２６が流体で満たされる際、プランジャー延在部２５は、内部流出チャネル１９内高くに延在することができる。一実施形態において、プランジャー延在部２５は、図３Ａに示されるように、流出口２１を閉塞しないように、チャネルの端部よりも短くてもよい。主チャンバー１２の内部壁２０は、プランジャーシステムが浮上して流出口２１を閉塞することを阻止するように、寸法決めすることができる。主プランジャー２４が、主チャンバー１２の底壁１５に向かって移動する際、それは、プランジャー延在部２５をそれと共に引っ張ることができる。プランジャー延在部２５が、内部流出チャネル１９内で近位方向に移動する場合、それは、流出チャネル１９の高さを増加させることができる。プランジャー延在部２５はまた、流出隔膜１７に沿って摺動して、内部および外部流出チャネル１８および１９の両方と連通する隔膜の領域を増大させることができる。
【００４７】
一実施形態において、本発明の注入装置１０は、流出路１３内に配置される可変流動抵抗器を含むことができる。可変流動抵抗器は、高度の正確性を有する注入の際に、一定流速の維持を支持することができる。従来の使い捨て注入ポンプは、典型的に、一般的にポンプと患者との間に配置される口径の狭い管である、固定流動抵抗器を、注入回路内に組み込むことによって、既定の流速を送達するように試みる。典型的にエラストマー膜またはバネの反動によって提供される、これらのポンプの駆動力は、しかしながら、一定ではなく、注入期間を通じて変化する可能性があり、注入の終了に向かって減少する場合がある。流動抵抗が一定であるため、このようなポンプからの流速は、駆動力が変化すると、変化する可能性がある。例えば、いくつかの使い捨て注入ポンプにける瞬間流速偏差は、±４０％程度の高さであることが示されている。流出路１３内に可変流動抵抗器を提供することによって、駆動力が変化する場合でさえも、注入流体を、注入期間の間、実質的に一定の流速で患者内に注入することができる。
【００４８】
図６Ａ〜６Ｄを参照して、一実施形態において、本開示の装置の可変流動抵抗器６０は、流出隔膜１７の透過性部分とプランジャー延在部２５との相互作用によって、形成することができる。一実施形態において、流出隔膜１７は、透過性領域４１および透過性領域４２によって画定される、透過性部分を有することができる。隔膜１７にこのような透過性領域を提供することによって、プランジャー延在部が流出口２１から離れて流出隔膜１７に沿って摺動する際に、流出隔膜１７の透過性区分の増加部分が露出され、内部流出チャネル１８と外部流出チャネル１９との間の流動が、速い速度で生じ、プランジャーによって流体チャンバー２６内の流体に及ぼされる力におけるいずれの減少にも対応することを可能にすることができる。
【００４９】
流出隔膜１７の透過性区分は、一実施形態において、初期透過性領域４１および調整可能透過性領域４２の、２つの領域に分けることができる。注入の開始時において、図６Ａに示されるように、プランジャー延在部２５は、その最高点にあってもよい。そのために、プランジャー延在部２５は、プランジャー延在部２５がその最高点にあり得る場合に、調整可能透過性領域４２を実質的に被覆することができる。初期流動は、流出口２１に正反対の、プランジャー延在部２５の最高点に遠位の流出隔膜１７上に位置付けられる、初期透過性領域４１を通じて進行することができる。透過性領域４１は、示されるように、調整可能透過性領域４２と同一の材料で作製することができ、調整可能透過性領域４２と隣接していてもよい。あるいは、初期透過性領域は、別個であり、異なる材料で作製することができる。この初期透過性領域４１の流動抵抗が、初期流速を決定することができる。
【００５０】
注入が進行するにつれて、図６Ｂに示されるように、プランジャー延在部２５は、排出口２６から内部流出チャネル１９内へ移動して、調整可能透過性領域４２の増大部分を露出することができる。均質の透過性材料を通じて流体流動を統率する、ダルシーの法則（Ｄａｒｃｙ’ｓ  ｌａｗ）によると、調整可能透過性領域４２の流動抵抗は、露出領域に対して反比例する。したがって、注入が進行するにつれて、流体チャンバー２６内の注入流体への力が減少する場合、注入装置からの注入流体の実質的に一定の流速の維持を可能にするためには、透過性領域を増大させて抵抗を下げる必要がある。注入が、実質的に完了する際、図６Ｃに描写されるように、プランジャー延在部２５は、流出隔膜１７上で、その最低点にあってもよく、調整可能透過性領域４２の全てが、露出されていてもよく、流動抵抗は、最低であってもよい。
【００５１】
流出隔膜１７は、容器１１と同様に、プラスチックまたは金属等の剛体の不透過性材料で作製することができる。図６Ｄに描写される実施形態において、透過性領域４１および４２は、流出隔膜１７の壁の切取り部分に埋め込まれた、既定の形状の透過性材料を含むことができる。材料は、本装置の既定の実施形態の流動に所望の抵抗を達成する、適切な透過能力指標を有する、プラスチック、金属、セラミック、または繊維等の、任意の多孔質材料４３であってもよい。別の実施形態において、透過性領域４１および４２は、流出隔膜１７を通して細孔模様を作り出すことによって、作り出すことができる。初期透過性領域４１は、実際、流動に適切な初期抵抗を提供するために、適切な直径の単一の細孔であってもよい。調整可能透過性領域４２は、既定の密度で既定の領域にわたって広がる固定または可変寸法の格子状４４の微細孔を有することができる。微細孔の密度は、固定または可変であってもよい。別の実施形態において、透過性領域４１および４２は、全体が多孔質材料４３または４４から作製される、流出隔膜１７で開始し、透過性領域４１および４２の形状の切り出しを用いて、流出隔膜の各側面に不透過性マスクを適用することによって、作り出すことができる。
【００５２】
可変流動抵抗器６０は、注入が進行するにつれて、プランジャーシステム２３に作用する力の減少を追跡することができ、一定の流動を維持するために、流出路１３内の注入流の流動抵抗を減少させることができる。可変流動抵抗器は、可変流動抵抗器２８の調整可能透過性領域４２の露出部分の高さを増加させることによって、それを行うことができ、それによって、予測可能な様式で、抵抗を減少させる。抵抗と露出された高さとの間の関係は、装置内でガスと流体とを統率する、ボイルの法則（Ｂｏｙｌｅ’ｓ  Ｌａｗ）およびポアズイユの法則（Ｐｏｕｓｅｉｌｌｅ’ｓ  Ｌａｗ）の、２つの法則から導くことができる。この関係が決定されると、透過性領域４１および４２の形状は、ダルシーの法則（Ｄａｒｃｙ’ｓ  Ｌａｗ）を使用して決定することができ、図６Ｂにおいて示されるように、領域の幅と高さとの間の関係が確立される。
【００５３】
ボイルの法則（Ｂｏｙｌｅ’ｓ  Ｌａｗ）は、圧力チャンバー２７内のガス２８の圧力と体積との間の関係を統率する。ガス２８は、理想気体であると仮定することができ、ボイルの法則（Ｂｏｙｌｅ’ｓ  ｌａｗ）によると、圧力の生産およびガスの体積は一定である。流体は、非圧縮性であると仮定され、ガスの圧力は、静止状態下において、容器全体の圧力と同一であってもよい。層流を仮定して、ポアズイユの法則（Ｐｏｕｓｅｉｌｌｅ’ｓ  Ｌａｗ）は、流体への駆動圧力と、流動抵抗および流速との間の関係を統率する。一定の流速において、圧力と抵抗との比率は、一定であってもよい。
【００５４】
これらの２つの法則を使用して、可変流動抵抗器の調整可能領域４２の露出の高さｈと、それに伴う全抵抗Ｒとの間の関係は、次のように決定することができ、
【数２】
2013521069.tif 000004
式中、Ｐ０およびＰ１は、それぞれ初期および最終容器圧であり、Ｖ０は、注入される流体チャンバー２６内の初期体積であり、Ａは、主チャンバー１２の断面積であり、したがって、流体チャンバー２６および圧力チャンバー２７の断面積であり、Ｐｐは、患者に注入される場所での圧力（例えば、静脈内圧）であり、Ｑ０は、初期流速およびしたがって標的流速である。幅広い種類の初期条件、ならびに容器の寸法および形状にわたって、１０，０００回までの反復を使用する、本装置の数値シミュレーションにおいて、この抵抗関数に従って全抵抗を変化させるにより、０．００１％未満の許容誤差内で、一定の流速をもたらすことができる。図７Ａは、典型的なシミュレーションの結果を示す。注入が進行するにつれて、抵抗は着実に下落し、圧力チャンバーは減圧され、一定の流動をもたらす。
【００５５】
流体路全体にわたる全流動抵抗は、複数の異なる抵抗器として表すことができる。１つは、流出チャネル１８および１９、排出ポート３５、統合管３６、端子コネクタ３７、アダプタ３８、および患者のカテーテル３９を含む、流体路の全固定抵抗である。可変流動抵抗器を全固定抵抗と直列に接続してもよい。可変流動抵抗器は、初期透過性領域４１に対応する初期抵抗、および調整可能透過性領域４２の露出部分に対応する可変構成要素の、並列接続される２つの構成要素を有することができる。
【００５６】
図６Ａ〜６Ｃに示される実施形態において、透過性領域４１および４２は、均質の多孔質材料または微細孔模様で満たされた流出隔膜１７の部分であってもよい。初期透過性領域４１は、狭い長方形として示されるが、排出隔膜１７の上部内に適合する任意の形状であってもよい。その領域は、精密な初期抵抗を生成して、装置の初期抵抗を生成するためのものである。領域は、以下のように決定することができる。
【数３】
2013521069.tif 000005
式中、μは、流体粘度であり、ｔは、流出隔膜１７の厚さであり、κは、調整可能透過性領域４２の透過性である。
【００５７】
調整可能透過性領域４２は、台形として図６Ａ〜６Ｃに示されるが、上述の抵抗関数を達成することが要求されるその形状は、より複雑であり、容器の初期条件および性質に依存する。その領域の透過性が、調整可能透過性領域４２全体にわたって、および流出隔膜１７の厚さを通じて均質であると仮定する場合、ダルシーの法則（Ｄａｒｃｙ’ｓ  Ｌａｗ）を使用して、上述の抵抗関数を生成し、注入期間を通じて一定の流速を維持する領域の精密な形状を決定することができる。その形状は、次の通り、調整可能透過性領域４２の幅とその領域の既定の露出高さｈとの間の関係によって表すことができる。
【数４】
2013521069.tif 000006
幅広い種類の開始条件にわたり、１０，０００回までの反復を使用する、多数の装置シミュレーションにおいて、上述の関数は、０．００１％未満の許容誤差内の一定流動をもたらす、抵抗の減少を生成する。図７Ｂは、示される１組の初期条件を使用して、上述の形状関数から導かれる透過性領域４２の形状を示す。
【００５８】
圧力チャンバー２７が、ガスの代わりにバネを使用する実施形態において、同様の抵抗関数および形状関数が導くことができる。この場合において、フックの法則（Ｈｏｏｋｅ’ｓ  Ｌａｗ）は、力がバネ変位に比例する、その線形範囲内で機能すると仮定されるバネの特性を統率する。結果として、抵抗関数は線形である。
【数５】
2013521069.tif 000007
【００５９】
固定透過性領域４１の面積は、ガスのものに対するものと同一である。
【数６】
2013521069.tif 000008
この実施形態の調整可能透過性領域４２の形状は以下である。
【数７】
2013521069.tif 000009
【００６０】
別の実施形態において、図８Ａ〜８Ｃに示されるような機械的可変流動抵抗器が、流出路１３内に提供される。このような実施形態において、流出路は、受動的可変流動抵抗器６０と接続する上述の流出路１３の実施形態とは異なり、単純な通路であってもよい。患者への注入流体４０を一定の流速に維持するために、機械的可変流動抵抗器は、一実施形態において、注入流体４０が、流体チャンバー２６から中に移送され得る流出路１３内に、中間チャンバーを提供することができる。本発明の機械的流動抵抗器は、中間チャンバー内で、所望の圧力差異を維持することができ、注入時に、注入期間を通じて一定の流速で、患者への注入流体４０の注入を可能にする。本発明の機械的流動抵抗器は、フィードバックループ、ならびに中間空洞内の圧力および注入時の圧力の変動を修正することを可能にする機構を提供されてもよく、そうすることで所望の圧力差異が、注入期間を通じて維持されるようになる。注入流体４０は、中間空洞から一定の開口部を通して分注されるため、注入流体４０は、したがって、プランジャーシステム２３への力が減少する場合でさえも、注入期間を通じて一定の流速で患者に投与可能である。
【００６１】
ここで図８Ａ〜８Ｃを参照して、機械的可変流動抵抗器８０の実施形態が示される。抵抗器８０は、装置１０の流体チャンバー２６と流動連通する吸入空洞８１を含み、注入流体４０が流体チャンバー２６から吸入空洞８１へ移送されることを可能にすることができる。注入流体４０は、一実施形態において、主プランジャー２４によって注入流体４０に及ぼされる圧力に対応する圧力で、注入流体４０の移送においてより少ない圧力低下で、吸入空洞８１内に蓄積することができる。
【００６２】
機械的可変流動抵抗器８０は、ハウジング８７をさらに含むことができる。ハウジング８７は、ハウジング８９を、流出空洞９１および駆動空洞９２の、２つの構成要素に分割するように摺動可能に配置される、プランジャー８９を含むことができる。流出空洞９１は、吸入空洞８１から注入流体４０を受容するように構成することができる。駆動空洞９２は、一方で、駆動機構８６を収容するように構成することができる。機構８６は、位置エネルギーを蓄積および放出する能力のある、バネまたは圧縮ガスであってもよく、このようなバネまたは圧縮ガスは、ハウジング８７内でプランジャー８９を変位させるためのものである。
【００６３】
ハウジング８７は、一実施形態において、吸入空洞８１の壁１１１が、流出空洞９１の壁１１３に隣接するように、吸入空洞８１内に一列で位置されてもよい。そのために、流出空洞９１は、注入流体が、吸入空洞８１から中に移送され得る中間チャンバーとして機能することができる。一実施形態において、注入流体４０は、吸入空洞８１と流出空洞９１との間で、カニューレ９７を通じて移送することができる。
【００６４】
一実施形態において、カニューレ９７は、図９Ａに図示されるように、密封された近位端および遠位端１０１および１０３、ならびに側壁内に複数の穿孔を有してもよい。一実施形態において、複数の穿孔は、吸入穿孔１０５が排出穿孔１０７から離れた状態で、吸入穿孔１０５および排出穿孔１０７の群に分けることができる。一実施形態において、図９Ｂ〜９Ｃに示されるように、透過性挿入部９８を、カニューレ９７内に挿入することができる。透過性挿入部９８は、吸入穿孔１０５、排出穿孔１０７、または両方と連携して、カニューレ９７全体の圧力低下を調節するために、カニューレ９７を通る流動に抵抗を提供することができる。
【００６５】
図８Ａに示されるように、カニューレが吸入空洞８１と流出空洞９１との間に位置される場合、吸入穿孔１０５のうちの少なくともいくつかを、吸入空洞８１内に露出することができ、一方で排出穿孔１０７のうちの少なくともいくつかを、流出空洞９１内に露出することができ、それによって注入流体４０が吸入空洞８１から流出空洞９１内へ流れることを可能にする。一実施形態において、注入流体４０は、隔膜９３によって被覆される穿孔を通じて流れない場合がある。一実施形態において、注入流体４０は、吸入空洞８１から吸入穿孔１０５を通じてカニューレ９７内に入り、排出穿孔１０７を通じて流出空洞９１内へ、カニューレ９７から退出してもよい。
【００６６】
実質的に一定の流速を制御または維持するために、カニューレ９７は、プランジャー８９に接続することができ、それによって、プランジャー８９は、ハウジング８７と吸入空洞８１との間でカニューレ９７を移動させて、流出空洞９１内への注入流体４０の流速を変更することができる。図８Ｂに示されるように、カニューレ９７を吸入空洞８１内へ移動させることにより、追加の吸入穿孔１０７を露出させることができ、したがって、吸入空洞８１から流出空洞９１内への注入流体４０の流速が増加することを可能にする。一方で、図８Ｃに示されるように、カニューレ９７を吸入空洞８１の外へ移動させることにより、隔膜９３が、追加の吸入穿孔１０５を被覆することを可能にし、したがって、吸入空洞８１から流出空洞９１内への注入流体４０の流速を減少させることができる。
【００６７】
流体が注入流体４０が吸入空洞８１と流出空洞９１との間でカニューレ９のみを通じて移送され得ることを確実にするために、一実施形態において、隔膜９３を、吸入空洞８１と流出空洞９１との間に提供することができる。隔膜９３は、流体密封であってもよい。カニューレ９７は、隔膜９３を通じて摺動可能であり、このような隔膜９３は、いくつかの吸入終端部を被覆し、被覆された穿孔を通じての注入流体４０の流動を妨害することができる。
【００６８】
注入流体４０は、流出空洞９１から、バルブ１１７を有する管１０９を通して患者に分注することができる。一実施形態において、注入流体４０は、第１の管１１０を通じて、バルブ１１７を通じて、第２の管１１２からｔ−コネクタ１１４へ流動することができる。注入流体４０は、ｔ−コネクタ１１４から、第３の管１１６を通じて、患者に接続される統合管３６内へ流動することができる。一実施形態において、第４の管１１８は、駆動空洞９２に接続し、第３の管１１６を通じて統合されてもよく、それによって、注入流体４０の患者への注入時の圧力は、以下に詳細に記載されるように、プランジャー８９に対する背圧を提供することができる。
【００６９】
一実施形態において、バルブ１１７は、注入流体４０が一定の所定開口部を通じて分注されることを可能にすることができる。ポアズイユの法則（Ｐｏｕｓｅｉｌｌｅ’ｓ  ｌａｗ）によると、一定の流速は、一定の開口部上の一定の圧力差異によって、次のように生成することができ、Ｑ＝ｋＡ（Ｐｄ−Ｐｕ）、式中、Ｑは、患者への注入流体４０の流速であり、ｋは、注入流体４０の動的粘度であり、Ａは、注入流体４０が通って分注されるバルブ１１７の開口部の直径であり、Ｐｄは、開口部の下流圧力であり、Ｐｕは、開口部の上流圧力である。すなわち、患者への注入流体４０の流速は、バルブ１１７の下流圧力とバルブ１１７の上流圧力との間の差異に比例してもよい。注入流体４０の所望の流速が選択されると、手順の詳細に応じて、所望の流速を維持する必要のあるバルブ１１７の下流圧力とバルブ１１７の上流圧力との間の差異は、ポアズイユの法則（Ｐｏｕｓｅｉｌｌｅ’ｓ  ｌａｗ）に従って、決定することができる。
【００７０】
吸入バルブ１１７の下流および上流の圧力は、圧力低下を考慮して、流出チャンバー９１内の圧力および注入時の圧力から、それぞれ決定することができる。一実施形態において、吸入バルブ１１７の下流圧力は、流出チャンバー９１内の圧力Ｐ１と実質的に同等であってもよく、一方で、流動バルブ１１７の上流圧力は、本明細書で患者の圧力、Ｐ２として称される、患者に投与される流体に作用する背圧と実質的に同等であってもよい。流出チャンバー９１内の圧力である圧力Ｐ１は、流体チャンバー２６内の注入流体４０の圧力に対する圧力およびカニューレ９７の設計に依存してもよい。図８Ａを参照して、吸入チャンバー内の圧力Ｐ０は、流体チャンバー２６と吸入空洞８１との間のいずれの圧力低下も度外視して、流体チャンバー２６内の注入流体４０の圧力に対応することができる。さらに、カニューレ９７内の穿孔上の圧力低下は、以下のダルシー−ワイズバッハ（Ｄａｒｃｙ−Ｗｅｉｓｂａｃｈ）の方程式、および図１０に提示されるムーディ線図（Ｍｏｏｄｙ  Ｄｉａｇｒａｍ）から計算することができ、
【数８】
2013521069.tif 000010
式中、ｆは、摩擦係数であり、ρは、流体密度であり、Ｖは、平均流体速度であり、ｌは、カニューレ壁部の厚さであり、ｄは、穿孔直径である。患者の圧力は、実験的に決定されるか、または文献から試算することができる。
【００７１】
注入流体４０を一定の速度で患者に分注するために、実質的に一定の差異を、流出チャンバー９１内の圧力と、患者の圧力との間で維持することができる。本開示の機械的可変流動抵抗器８０は、一実施形態において、フィードバックループを含んで、機械的可変流動抵抗器８０が、流出チャンバー９１内の圧力と患者の圧力との間で実質的に一定の差異を維持することを可能にすることができる。機械的可変流動抵抗器は、流出チャンバー９１内の圧力と、患者の圧力との間で所望の差異が維持される場合に、プランジャー８９を、ハウジング８７内で平衡位置に位置することができるように、設計されてもよい。例えば、平衡位置は、図８Ａに図示されるように、カニューレ９７内の吸入穿孔１０５のうちの全てではなくいくつかが、吸入空洞８１内の隔膜９３の外側に置かれる場合、プランジャーの位置であってもよい。
【００７２】
プランジャー８９が、静止している場合、プランジャー８９に作用する力の均衡は、概して以下のように定義することができ、
【数９】
2013521069.tif 000011
式中、Ｒは、プランジャー８９の外側半径であり、Ｐ１は、流出チャンバー内の圧力であり、Ｐ２は、患者の圧力であり、Ｆｍｅｃｈは、機構８６によってプランジャーに及ぼされる力である。プランジャー８９を駆動するためにバネが利用される実施形態において、バネ８９によってプランジャー８９に及ぼされるＦｍｅｃｈは、フックの法則（Ｈｏｏｋｅ’ｓ  ｌａｗ）に従って計算することができる。圧縮空気を使用してプランジャー８９を駆動する別の実施形態において、空気によってプランジャー８９に及ぼされるＦｍｅｃｈは、ボイルの法則（Ｂｏｙｌｅ’ｓ  Ｌａｗ）に従って計算することができる。プランジャーの右方向への変位、すなわち、流出チャンバーの膨張をもたらすプランジャーの変位をもたらすプランジャーに作用する力は、正数として定義される。上述の方程式は、以下のように再編成することができ、
【数１０】
2013521069.tif 000012
Ｒ、Ｐ１、Ｐ２は、試算されるかまたは既知であるために、Ｐ１とＰ２との間の所望の差異でプランジャー８９を平衡位置に維持することができる好適な機構８６が選択されるか、あるいは逆も可能である。
【００７３】
一実施形態において、好適な機構８６は、プランジャー８９を平衡位置に維持するために必要な場合に、プランジャー８９に作用可能なバネを含んでもよい。バネによってプランジャーに及ぼされる力は、フックの法則（Ｈｏｏｋｅ’ｓ  Ｌａｗ）に従って、以下のように計算することができ、
【数１１】
2013521069.tif 000013
式中、Ｆｓｐｒｉｎｇは、バネがプランジャーに及ぼし得る力であり、ｋは、バネ定数であり、Ｄは、バネが事前圧縮されている量であり、ｘはプランジャーが、プランジャーを平衡位置に保つために移動することのできる量である。一実施形態において、バネは、Ｐ１とＰ２との間の差異が変化する場合等のバネの小さな動きが、バネ力を変化させないように、事前圧縮される。
【００７４】
注入の間に、Ｐ１とＰ２との間に所望の差異が維持される場合、機構８６は、プランジャー８９を平衡位置に実質的に静止して保つことができる。しかしながら、例えば、主プランジャー２５に作用する力の減少のために、Ｐ１とＰ２との間の差異が減少する場合、プランジャー８９およびカニューレ９７は、図８Ｂに示されるように、平衡位置から左方向、すなわち、駆動空洞９２を膨張させる方向に強制移動させられる場合がある。カニューレ９７のこのような変位は、追加の吸入穿孔１０５を吸入流体空洞８１内で露出させ、それによって、吸入空洞８１から流出空洞９１への注入流体４０の流速の増加を可能にすることができる。流出空洞９１への増加した流速は、Ｐ１の増加を可能にし、それによってプランジャー８９を移動させて平衡位置へ戻すことができる。一方で、例えば、患者の圧力の減少のために、Ｐ１とＰ２との間の差異が増加すると、プランジャー８９およびカニューレ９７は、図８Ｃに示されるように、平衡位置から右方向、すなわち、駆動空洞９２を圧縮する方向に、強制移動させられる場合がある。カニューレ９７のこのような変位は、追加の吸入穿孔１０５が、隔膜９３によって妨害され、したがって、吸入空洞８１から流出空洞９１への注入流体４０の流速を減少させる場合がある。流出空洞９１への減少した流速は、Ｐ１を減少させ、それによってプランジャー８９を移動させて、平衡位置へ戻すことができる。この様態において、本開示の機械的可変流動抵抗器８０は、流出空洞９１内の圧力と患者の圧力との間の実質的に一定の差異を維持することができる。
【００７５】
本開示の機械的可変流動抵抗器の別の実施形態は、図１１Ａ〜１１Ｃに示される。一実施形態において、１１Ａに示されるように、機械的可変流動抵抗器１１００は、注入流体４０の流体チャンバー２６から吸入空洞１１０１への移送を可能にするために、流体チャンバー２６と流動接続する吸入チャンバー１１０１を含むことができる。注入流体４０は、吸入空洞１１０１内で、主プランジャー２４によって注入流体４０に及ぼされる圧力に対応する圧力まで、注入流体４０の移送のためにより少ない圧力低下で、加圧されてもよい。
【００７６】
機械的可変流動抵抗器１１００は、ハウジング１１０３をさらに含むことができる。ハウジング１１０３は、ハウジング１１０３の上壁１１０６内の吸入開口部１１０５を通じて、吸入空洞１１０１およびハウジング１１０３の底壁１１１０内の排出開口部１１１１を通じて管１１０９と、流動連通にあってもよい。プランジャー１１０７は、ハウジング１１０３内に可動に配置することができる。ハウジング１１０３はまた、位置エネルギーを蓄積および放出する能力のある、機構１１０４を含むことができ、このようなバネまたは圧縮ガスは、ハウジング１１０３内でプランジャー１１０７を変位させるためである。機構１１０４は、ハウジング１１０３内の駆動空洞１１０８内に配置することができる。
【００７７】
一実施形態において、プランジャー１１０７は、第１の側面１１１２、およびブリッジ１１１５によって第１の側面１１１２に接続される第２の側面１１１３を有するＨ型をしていてもよい。プランジャー１１０７は、第１の側面１１１２と第２の側面１１１３との間の流出空洞１１１７を画定することができる。ブリッジ１１１５は、流出空洞１１１７を、第１の空隙１１１９および第２の空隙１１２１に分割することができる。第１の空隙１１１９は、吸入開口部１１０５を通じて吸入空洞１１０１との流動連通にあってもよく、第２の空隙１１２１は、排出開口部１１１２を通じて管１１０９との流動連通にあってもよい。第１の空隙１１１７および第２の空隙１１２１は、ブリッジ１１１５を通じてチャネル１１２３によって接続することができる。
【００７８】
上述のように、注入流体４０に作用する圧力は、吸入空洞１１０３から第１の空隙１１１７に注入流体を、流動させことができる。注入流体４０は、次いで、チャネル１１２３を介して第２の空隙１１１９内へ、第２の空隙１１２３から出て管１１０９内へ流動することができる。一実施形態において、注入流体４０は、次いで、第１の管１１２５を通じて、バルブ１１２７を通じて、第２の管１１２９を通じて、ｔ−コネクタ１１３１へ流動することができる。注入流体４０は、ｔ−コネクタ１１３１から、第３の管１１３３を通じて統合管３６内へ流動することができる。上述のバルブ１１７と同様に、バルブ１１２７は、注入流体４０が、一定の、所定開口部を通じて分注されることを可能にすることができる。一実施形態において、注入流体４０は、バルブ１１２７の一定の開口部を通じて患者に分注されるため、注入期間にバルブ１１２７の下流圧力Ｐ１と、バルブ１１２７の上流圧力Ｐ２との間に実質的に一定の差異を維持することにより、注入流体４０が、注入期間に実質的に一定の流速で注入されることを可能にする。
【００７９】
所望の圧力差異Ｐ１−Ｐ２を維持することができる場合、プランジャー１１０７は、平衡位置に静止して保つことができる。平衡位置は、一実施形態において、第１の側面１１１１が、吸入開口部１１０５の一部分を中で妨害する、プランジャー１１０７の位置を参照する。例えば、主プランジャー２５に作用する力の減少のために、圧力差異が減少する場合、プランジャー１１０７は、平衡位置から左方向、すなわち、駆動空洞１１０８を膨張させる方向に、強制移動させられる場合がある。プランジャー１１０７のこのような変位は、吸入開口部１１０５の妨害部分を減少させることができ、それによって、図１１Ｂに示されるように、吸入空洞１１０１から流出空洞１１１７内への注入流体４０の流速を増加させる。流出空洞１１７１内への増加した流速は、Ｐ１の増加を可能にし、プランジャー１１０７を移動させて、平衡位置に戻すことができる。一方で、Ｐ１とＰ２との間の差異が、例えば、患者の圧力の減少によって増加する場合、プランジャーは、右方向、すなわち、駆動空洞１１０８を圧縮する方向に強制移動させられる場合がある。プランジャー１１０７のこのような変位は、図１１Ｃに示されるように、吸入開口部１１０５の妨害部分を増加させることができ、それによって、吸入空洞１１０１から流出空洞１１１７への注入流体４０の流速を減少させる。流出空洞１１１７内への減少した流速は、Ｐ１を減少させることができ、プランジャー１１０７が平衡位置へ戻ることを可能にする。この様態において、本開示の機械的可変流動抵抗器１１００は、流出空洞１１１７内の圧力と患者の圧力との間に実質的に一定の差異を維持することができる。
【００８０】
図１２Ａに示される実施形態において、本発明の注入装置は、集積型不揮発性メモリチップ４４、ならびに容器１１に付属し、そのメモリチップ４４と通信する、非使い捨てまたは多目的使い捨ての電子制御モジュール４５を用いて、プログラム可能であってもよい。一実施形態において、メモリチップ４４は、ＳｍａｒｔＣａｒｄリード等の電子リード／コネクタ４６を通じて、または標準的なＵＳＢ型コネクタを通じて、様々な装置と通信する能力があってもよい。メモリチップ４４は、上述のリード／コネクタ４６を介して、デスクトップ／ノート型コンピュータまたは携帯端末によってプログラム可能である。メモリチップ４４内のデータは、適切な整合リード／コネクタを有する様々な装置によって読み取り可能である。
【００８１】
図１２Ｂに概略的に示されるように、一実施形態において、電子制御モジュール４５は、統合管３６の特定の区分４８と相互作用し、容器から物質の流出を制御する、ピンチバルブ等の、（完全に開放、または完全に閉鎖、デフォルトは閉鎖の）バイナリ流動バルブ４７と、バイナリ流動バルブ４７の操作、ならびに使い捨て容器の不揮発性メモリユニットから患者および注入のデータを読み取るためのマイクロプロセッサ回路４９とを含むことができる。電子制御モジュール４５はまた、注入を制御するためのボタン５０（例えば、「実行」、「停止」、「上」、「下」等）、注入の状態を操作者に知らせるための単純な可視指示器５１または音声指示器（例えば、ＬＥＤ、警告音）および／または単純な電子表示５２（例えば、ＬＥＤ、ＬＣＤ）、ならびに流動、空気、周辺温度、大気圧等を検出するための単純な検知器を含むことができる。
【００８２】
一実施形態において、電子制御モジュール４５は、患者を肯定的に識別するためのシステムを含む。このような患者識別システムは、図１２Ｃに示されるように、フラッシュメモリ電子キー４４等の有線技術を使用し、それによって、患者に取り付けられる固有のこのような電子キー４４（例えば、ネックストラップ、リストストラップ）を、キー４４から患者の情報を読み取る電子制御モジュール４５上のコネクタ内に挿入することができる。あるいは、患者識別システムは、図１２Ｄに示されるように、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）技術等の無線技術を使用し、それによって、電子制御モジュール内のＲＦＩＤ読み取り機／受信機４５が、患者の識別タグ（例えば、リストバンド）に組み込まれる固有の受動的ＲＦＩＤ送信機４６、注入カテーテルまたは移植注入ポート上のコネクタから、信号を受信する。組み込み型ＲＦＩＤ送信機および長期注入カテーテルまたは移植ポートを有することは、それが、患者が注入治療を要する期間中、容赦なく、物理的に患者に連結しているため、特に魅力的な場合がある。一実施形態において、長期用カテーテルまたは移植注入ポートは、注入アルゴリズムに組み込むために、カテーテル／ポート特性および患者の静脈圧等の追加のデータを、患者識別と共に電子制御モジュール４５に伝送することができる、圧力センサーを含んでもよい。
【００８３】
速度調整可能のプログラム可能注入装置の流速は、「デジタル注入」アルゴリズムを使用して、制御することができ、それによって固定マイクロボーラス量の物質が、所望の流速を達成するために、既定の頻度で注入される。各マイクロボーラス量は、物質を容器の最大流速で注入することができる、固定期間の間、バイナリバルブ機構を開放することによって送達することができる。マイクロボーラス量ｖは、
【数１２】
2013521069.tif 000014
である。
【００８４】
式中、Ｑｍａｘは、容器の最大流速であり、ｔはマイクロボーラスの期間である。所望の流速Ｑを達成するために、マイクロボーラスは、頻度ｆで投与される。
【数１３】
2013521069.tif 000015
【００８５】
この頻度を達成するために、バイナリ流動バルブ４７は、以下のｔｏｐｅｎおよびｔｃｌｏｓｅｄに対する開放と閉鎖との間で変化することになる。
【数１４】
2013521069.tif 000016
【数１５】
2013521069.tif 000017
【００８６】
別の実施形態において、本開示の装置（示されない）は、従来の注入システム４７（ＩＶバッグを吊るした、電動または使い捨ての注入ポンプ）と共に使用して、本発明の注入装置の患者安全機能のうちのいくつかを提供するように設計された、独立型電子制御モジュール４５を含むことができる。この実施形態において、独立型電子制御モジュール４５の主要目的は、患者を識別し、整合が確認されたかどうかに応じて、従来の注入システムからの流動を許可または阻止することである。本装置は、プログラム可能であってもよいが、注入の流速は従来の注入システム４７によって決定されるため、速度調整可能ではない。本装置は、電子制御モジュール４５のバイナリ流動バルブ４７と相互作用するように設計される接合区分４９を含む、完全な装置における統合管３６に類似の、配置可能な長さの専用管４８を提供されてもよい。管は、従来の注入システム４７から出る従来の静脈内管５１に取り付けるための様々な近位コネクタ５０（例えば、ルアーロック、スパイク）、ならびに患者の注入カテーテルまたはポートに取り付けるための遠位コネクタ５２（例えば、ルアーロック、針、無針ハブ）を提供されてもよい。電子制御モジュール４５のバイナリ流動バルブ４７は、初期状態において閉鎖であり、従来の注入システム４７からの流動を閉塞していてもよい。電子制御モジュール４５は、接続される患者に取り付けられる電子キー４４等の有線患者識別システム、または患者に取り付けられる固有の受動的ＲＦＩＤ送信機４６から信号を受信するＲＦＩＤ読み取り機／受信機４５等の無線患者識別システムを含むことができる。患者識別システムは、患者が、注入の対象の人物であるかどうかを判定することができる。整合が起こる場合、電子制御モジュール４５のバイナリ流動バルブ４７が開放し、従来の注入システム４７がそれ自体の設定に従って進行することを可能にする。整合がない場合は、バイナリ流動バルブ４７は、その初期閉鎖位置に留まり、注入は進行することができない。患者識別機能を、単純、小型、単一目的または多目的の使い捨て独立型電子制御モジュールに提供することによって、本開示の装置は、既存の従来の注入装置の安全性を改善することができる。
【００８７】
別の実施形態において、図１３に示されるように、本開示の注入装置は、複数の、同時の、独立した、調整可能な注入を処理する能力があってもよい。このような注入装置は、上述の容器１１のうちの１つ以上を中にドッキングすることができる、複数のスロット５４を有するドッキングトレイ５３を含むことができる。ドッキングトレイは、それぞれがマルチルーメン統合管５６のうちの１つのルーメンと連通する、複数の（例えば、２〜５個）の別個の流出路５５を有してもよい。一実施形態において、ドッキングトレイ５３は、担体流体（例えば、食塩水、デキストロース）を、全流出路５５内へ、低い一定流速で注入する、１つの専用注入容器を有することができる。
【００８８】
複数注入のドッキングトレイ電子制御モジュール５７は、前述のものに類似し、それぞれがそれ自体のバイナリ流動バルブ、制御回路、メモリチップ読み取り機、スイッチ、指示器、表示部等を有する、連結した一連の個別容器電子制御モジュール４５を含むことができる。中央電子制御モジュール５７は、共通の有線または無線患者識別システム、個別容器モジュールと通信する回路、それ自体のバイナリ流動バルブ（担体流体を制御するため）、スイッチ、指示器、表示部等を含むことができる。中央モジュールは、患者識別システムが整合を確認するかどうかに基づいて、個別容器注入を進行することができるかどうかを決定することができる。
【００８９】
各容器１１からの流体は、既知の薬物適合性データに基づいて、流出路５５のうちの１つに配向することができる。装置は、これを手動または自動で達成することができる。一実施形態において、ドッキングトレイ内の各スロットは、操作者が容器１１から適切な流出路５５へ流体を配向することを可能にするための、手動スイッチを有してもよい。別の実施形態において、このプロセスは、自動で処理することができる。各容器に対する電子制御モジュール４５は、各流出路５５に対して１つのバイナリ流動バルブを有してもよい。一実施形態において、中央電子制御モジュール５７は、各容器の電子制御モジュール４５に、どのバイナリ流動バルブを開放するかを伝え、適合性のある薬物を同一の流出路５５内に送ることができる。
【００９０】
一実施形態において、本開示の注入装置を準備および使用して、患者に薬物および／または流体を送達するための方法が、提供される。一実施形態において、本発明の、固定速度の非プログラム式の装置は、製造業者または商業薬局によって準備することができる。適切な寸法および形状の容器１１を、選択することができる。一般的に、容器１１の底壁１５は、様々な中間構成要素を組み立てることができるように、取り外し可能であってもよい。
【００９１】
既定の注入タイプについては、限定範囲の容器寸法が、一般的に提供される。例えば、静脈内注入装置については、ポートフォリオは、一般的に利用可能な静脈内流体バッグに類似の流体チャンバー２６体積（例えば、５０ｍｌ、１００ｍｌ、２５０ｍｌ、５００ｍｌ、１０００ｍｌ）を有する、一連の容器を含むことができる。既定寸法の容器１１について、最大流速の範囲は、異なる臨床計画の需要に応じるように提供可能である。例えば、外傷蘇生中に数分間にわたる急速注入のために設計される、１０００ｍｌの流体を有する容器１１は、毎分５００ｍｌの最大流速を提供することができるが、数日間にわたる、維持流体注入のために設計される別のものは、毎分０．３ｍｌの最大流速を提供してもよい。
【００９２】
一実施形態において、既定設計（寸法、形状、ガス圧縮率）の容器１１に対する最大流速は、流出隔膜１７内に含まれる可変流動抵抗器２８の特徴（形状、透過性）によって、先ず決定することができる。製造および組み立てを単純化するために、一実施形態において、流出隔膜１７は、別個に作製されて、容器１１内のスロット型、ガスケット型チャネル内に挿入されてもよい。そのようにして、既定寸法の容器１１は、所望の最大流速を達成するように設計される既定の可変流動抵抗器２８を有する特定の流出隔膜１７に結合することができる。上述の実施例を使用して、単一の１０００ｍｌ容器１１は、２つの異なる流出隔膜１７と共に提供することができる。第１の流出隔膜１７は、この容器１１と共に使用される際、外傷蘇生適用に高流速を提供することができる、高い透過性の可変流動抵抗器２８を含むことができる。第２の流出隔膜１７は、同一の容器１１と共に使用される際に、維持流体適用に低い速度を提供することができる、より低い透過性の可変流動抵抗器２８を含むことができる。
【００９３】
一実施形態において、完全に充電された空の注入装置は、図５Ａに示されるように組み立てることができる。適切な容器１１、流出隔膜１７、ガス容器２９、およびプランジャーシステム２３が選択可能である。流出隔膜１７は、容器のそのスロット型、ガスケット型チャネル内に挿入することができる。ガス容器２９は、主チャンバー１２内に、続いてプランジャーシステム２３に挿入可能である。プランジャー延在部２５は、内部流出チャネル１９内に挿入することができる。図４ａに示されるように、ガス容器２９は、主プランジャー２４に結合されて、単体として提供することができる。組み立てを完成させるために、底壁１５をさらに取り付けることができる。
【００９４】
ガス容器２９は、いくつかの手段のうちの１つによって、ガス２８で充填することができる。一実施形態において、ガス容器２９は、ガス２８の最終量（上に示されるように、質量ｍｇ）で事前充填され、密封されて提供することができる。大気圧において、充填済みガス容器２９は、容器１１の主チャンバー１２よりも有意に大きな体積を有してもよい。それが主チャンバー１２内に挿入される際に、圧縮力を、ガス容器２９および取り付けられたプランジャーシステム２３に適用することができる。力の適用は、底壁１５が容器に固定されるまで、継続してもよい。
【００９５】
別の実施形態において、ガス容器２９は、圧縮なしにプランジャーシステム２３と共に主チャンバー１２内へ挿入できるように、空または部分的に充填されて提供されてもよい。底壁１５が取り付けられた後、ガス容器は、吸入ポート３３を通じて残りの量のガス２８で充填することができる。
【００９６】
次に、空であるがチャージされている容器１１を有する注入装置は、実質的に全ての空気を容器および管から除去しながら、適切な担体流体（例えば、食塩水、デキストロース溶液）で充填することができる。これは、流体チャンバー２６と連通する吸入ポート３３を通じて行うことができる。流体はもちろん、プランジャー２２を圧力チャンバー２７内へ駆動させ、ガス容器２９内のガス２８を最終圧力Ｐ０まで圧縮するために、圧力下で注入されてもよい。薬物が注入される場合、商業薬局または院内薬局の薬局職員は、充填済みかつチャージ済みの容器を取り、濃縮薬物の少量アリコートを容器内に注入し、容器内の薬物の最終濃度が医師の指示と一致するようにする。関連する患者、薬物および注入のデータを有する、人的ならびに任意的に機械可読（例えば、バーコード）形式のラベルが、取り外せないように添付されるか、容器の外側に直接印刷されてもよい。
【００９７】
装置は、薬局から、院内、院外施設、または自宅にいる可能性のある患者に送達することができる。患者自身を含む、看護士または他の適切に訓練された人物は、装置を受け取り、それが、その患者に対する正しい注入であることを確認することができる。これは、容器ラベル上の情報を、整合患者識別タグ（例えば、バッジ、リストバンド）上のものと視覚的に比較することによって行うことができる。あるいは、容器ラベル上の機械可読（例えば、バーコード）データおよび患者識別タグを、携帯型読み取り機（例えば、バーコード読み取り機）によって比較することができる。適切な整合が確認されると、操作者は、単純に、統合管３６上の端子コネクタ３７を、注入カテーテルまたは既に患者内にある移植注入ポートに取り付けられた、提供済みの整合コネクタに接続することができる。装置内の薬物／流体が、既に加圧されている実施形態において、注入は、接続がなされるとすぐに開始することができ、容器が空になるか、またはコネクタが係脱されるまで、一定の流速で継続する。
【００９８】
別の実施形態において、本開示の調整可能速度のプログラム可能装置を使用して、薬物および／または流体を患者に送達するための方法が提供される。一実施形態において、容器１１上の不揮発性メモリチップおよび別個の電子制御モジュール４５が提供されてもよい。装置は、上述のものと同一の様式で、製造業者、商業薬局、または中央院内薬局によって、組み立て、加圧し、担体流体で充填し、脱気することができる。指示される場合、濃縮薬物の適切な量が、上述のように、医師の指示に従って、薬局職員によって添加されてもよい。関連する患者、薬物および注入のデータを有するラベルが、上述のように、容器上に置かれてもよい。
【００９９】
容器の不揮発性メモリチップ４４は、その電子リード／コネクタ４６を通じて薬局のコンピュータに接続することができる。コンピュータは、総合的な薬物／流体データベース、完全な注入データ（速度範囲、量、時間等）、ならびに全ての関連する患者の情報（固有の患者識別、病歴、現在の腎臓／肝臓機能、既知の薬物副作用、および現在の投薬を含むがこれらに限定されない）を含むことができる。コンピュータが、特定の様式での特定の薬物／流体の注入が、特定の患者に対して安全であることを確認すると、コンピュータは、容器１１の不揮発性メモリユニット３５内に、適切な患者および注入のデータを記憶することができる。
【０１００】
次に、適切な電子制御モジュール４５を選択して、バイナリ流動バルブ４７が容器の統合管３６の専用区分４８と接触した状態で、容器１１に取り付けることができる。電子制御モジュール４５はまた、不揮発性メモリチップ４４と、そのリード／コネクタ４６を通じて電気的に接触していてもよい。
【０１０１】
充填済み、チャージ済み、脱気済み、ラベル付け済み、プログラム済みの、完成した注入装置は、次いで、また院内、院外施設、または自宅にいる可能性のある患者に、薬局から送達することができる。看護士または他の適切に訓練された人物は、管上の端子コネクタを、注入カテーテルまたは既に患者内にある移植注入ポートに適用される、提供済みの整合コネクタに接続することができる。注入装置と患者との間の整合は、上述のように、まずは操作者によって、容器ラベルと患者の識別タグを視覚的に比較することによって、手動で確認することができる。同時に、電子制御モジュール４５が、その患者識別システムを使用して、自動で整合を確認してもよい。電子制御モジュール４５が、有線システムを使用する場合、患者の固有電子キー４４は、電子制御モジュール４５内に挿入されてもよく、マイクロプロセッサ回路４９が、キーから患者の情報を読み取る。電子制御モジュール４５が、無線システムを使用する場合、患者の識別タグまたは注入カテーテル／ポートにデジタル的に組み込まれた受動的なＲＦＩＤ送信機４６は、患者の識別情報を、電子制御モジュール４５内のＲＦＩＤ読み取り機／受信機４５に送信することができる。
【０１０２】
操作者は、次に、容器１１の統合管３６上の端子コネクタ３７を、注入カテーテルまたは既に患者内にある移植注入ポートに取り付けられた提供済みの整合コネクタに接続することができる。操作者は、次いで、電子制御モジュール４５上の「実行」ボタンを押すことができる。モジュールが、その患者識別システムを通じて、整合を確認すると、モジュール４５は、バイナリ流動バルブ４７を開放し、注入がプログラムされた速度で進行することを可能にすることができる。モジュール４５が、整合を確認しない場合は、バルブは閉鎖したままであり、注入は開始を許可されず、操作者は、ＬＥＤ型指示器の照明、音声エラー信号の生成、またはＬＥＤ／ＬＣＤ表示部５２上にエラーメッセージを表示することによって、エラー通知を受ける。
【０１０３】
注入装置が。薬局によって速度調整可能にプログラムされる場合、操作者は、電子制御モジュール４５上の「上」または「下」を押すことによって、プログラムされた範囲内で、注入速度を増加または減少させることができる。電子制御モジュール４５は、マイクロボーラス量注入の頻度を増加または減少させることによって、デジタル化注入アルゴリズムを使用して、流速を変更することができる。前述のように、各マイクロボーラスの量は、バイナリ流動バルブ４７を一定期間開放することによって、送達されてもよい。流速が操作者によって調整されている場合、電子制御モジュール４５は、ＬＥＤ／ＬＣＤ表示部５２上に、現在の流速を示すことができる。一実施形態において、流速が既にプログラム済みの最高（最低）流速である場合、「上」（「下」）ボタンは、効力を有しない。ＬＥＤ指示器またはＬＥＤ／ＬＣＤ表示部５２は、最高もしくは最低流速に達したことを操作者に通知することができる。装置は、ソフトオーバーライドボタンを含み、操作者が、より広い２次的なプログラム範囲で流速を増加および減少させることを可能にすることができる。一実施形態において、モジュール３７は、しかしながら、薬物／流体の安全性プロファイルに基づいて、操作者が、ある所定のプログラム範囲を超える値に速度を変更することを阻止することができる。注入は、容器が空になるか、コネクタが係脱されるか、または操作者が「停止」ボタンを押すまで、指定の流速で継続することができる。
【０１０４】
別の実施形態において、本開示の独立型電子制御モジュール４５を有する従来の注入システム４７を使用して、患者に薬物および／または流体を送達するための方法を提供する。従来の注入システム４７は、医師の指示に従って、薬局および看護職員によって準備することができる。例えば、単純な重力駆動注入の場合において、適切な量の処方薬は、所望の濃度を達成するために、既定量の適切な担体流体と共に、ＩＶバッグ内に投入することができる。職員は、上述のように、薬局のコンピュータに接続され、適切な患者および注入のデータを用いてプログラムすることができる、適切な独立型電子制御モジュール４５を選択することができる。職員は、次に、正しい近位コネクタ５０（この場合においては、ＩＶバッグのスパイク）および遠位コネクタ５２と共に、適切な配置可能な長さの専用管４８を選択することができる。専用管４８は、ＩＶバッグに接続可能であり、少量の流体が、それを脱気するために、そこを通じて流動することができる。プログラムされた独立型電子制御モジュール４５は、次に、管にラッチし、そうして専用管４８の接合区分４９が、バイナリ流動バルブ４７内に位置することができる。
【０１０５】
次に、組み立て済み注入装置を、患者に送達することができる。操作者は、遠位コネクタ５２を患者の注入カテーテルまたはポート上の整合コネクタに接続し、従来の注入システムを、この例においては、単純にＩＶ袋をポールに吊るすことによって、開始することができる。有線の患者識別システムが使用される場合、患者の固有電子キー４４が、電子制御モジュール４５内に挿入されてもよく、そのマイクロプロセッサ回路４９は、患者の情報をキーから読み取ることができる。電子制御モジュール４５が、無線システムを使用する場合は、患者の識別タグまたは注入カテーテル／ポートにデジタル的に組み込まれる受動的ＲＦＩＤ送信機４６が、電子制御モジュール４５内のＲＦＩＤ読み取り機／受信機４５に患者の識別情報を送信することができる。準備が整うと、操作者は、電子制御モジュール４５上の「実行」ボタンを押すことができる。電子制御モジュール４５が整合を確認すると、それは、バイナリ流動バルブ４７を開放し、注入が従来の注入システム４７によって（この例においては、重力によって）決定される速度で進行することを可能にする。それが整合を確認しない場合、バイナリ流動バルブ４７は、閉鎖に留まることができ、注入は、開始を許可されず、操作者は、ＬＥＤ型指示器の照明、音声エラー音の生成、またはエラーメッセージの表示およびＬＥＤ／ＬＣＤ表示部５２によって、エラーを通知される。
【０１０６】
別の実施形態において、複数注入ドッキングトレイおよび個別の薬物／流体を含有する複数の個別容器を使用して、複数の薬物／流体を同時に患者に注入する方法を提供する。それ専用の担体流体容器を有するドッキングトレイ５３は、容器、複数の流出路５５、およびマルチルーメン統合管５６から実質的に全ての空気を除去しながら、適切な担体流体（例えば、食塩水、デキストロース溶液）で満たされた容器を装填することによって、製造業者、商業薬局、または院内薬局によって準備することができる。薬局職員は、次に、注入される各開始薬物に対する別個の充填済み、脱気済み、チャージ済みの容器１１と共に、適切な充填済み、脱気済み、チャージ済みのドッキングトレイ５３を選択することができる。各濃縮薬物の少量のアリコートを、そのそれぞれの容器内に投入し、各薬物の最終濃度が医師の指示通りになるようにすることができる。
【０１０７】
ドッキングトレイおよび各容器は、次に、総合的な薬物／流体データベース、各薬物の注入データ、および全ての関連する患者情報を有する、薬局のコンピュータに接続することができる。コンピュータが、特定の様式での各薬物／流体の注入が、特定の患者に対して安全であることを確認すると、コンピュータは、適切な患者および注入のデータを、ドッキングトレイ５３および各容器１１の不揮発性メモリユニットに記憶することができる。適切な複数注入ドッキングトレイ電子制御モジュール５７が選択され、複数注入装置は、次に、それを準備済みおよびプログラム済みのドッキングトレイに接続することによって、完成することができる。人的、および任意的には機械可読（例えば、バーコード）型の、関連する患者、薬物および注入のデータを有するラベルは、ドッキングトレイおよび各容器１１の外側上に添付されるか、または印刷することができる。
【０１０８】
その付属電子制御モジュール５７を有する準備済みのドッキングトレイ５３および個々の準備済み容器１１は、次に、患者のベッドサイドまで送達することができる。ベッドサイドの操作者は、まず、マルチルーメン統合管５６を、ドッキングトレイから、既に患者内にある注入カテーテル上のそれぞれのポートへ接続することができる。有線の患者識別が使用される場合、操作者は、固有の患者電子キー４４をドッキングトレイ電子制御モジュール５７上の適切なコネクタ内に挿入することができる。操作者は、ドッキングトレイ電子制御モジュール５７上の「実行」スイッチを押すことができ、有線または無線システムを使用して、肯定的な患者識別が確認されると、その固定速度でのドッキングトレイ担体流体の注入が開始される。操作者は、次に、各容器１１をドッキングトレイの適切なスロット５４にドッキングすることができる。電子制御モジュール５７は、容器１１を検出し、容器のメモリユニット３５から、患者および注入のデータを読み取ることができる。電子制御モジュール５７は、容器の不揮発性メモリユニット３５上の患者の情報を、ドッキングトレイのメモリユニットのものと比較して、肯定的な患者識別を確認することができる。操作者は、ドッキングトレイ電子制御モジュール上のそのスロット５４の「実行」ボタンを押し、そのスロットのバイナリ流動バルブ４７を開放し、その注入の開始を可能にすることができる。
【０１０９】
一実施形態において、操作者は、容器を挿入する各スロットが、ドッキングトレイ５３内の１つの特定の流出路５５と連通する選択肢を提供されてもよい。操作者は、適合性のある薬物のみが、同一の流出路を共有することを確実にするように、スロットを選択することができる。別の実施形態において、制御モジュール５７は、各注入を特定の流出路５５内に送る能力があってもよく、記憶された薬物適合性データに基づいて、それを行う。
【０１１０】
既定の容器からの注入が、調整可能な場合、操作者は、ドッキングトレイ上のスロット５４と対応する制御モジュール５７上の「上」および「下」ボタンを押すことによって、指示／プログラムされた範囲内で、流速を調整することが可能であってもよい。
【０１１１】
容器１１が空の場合、容器１１は除去することができ、その薬物の注入が、継続される場合は、容器１１は、新しい、充填済み、チャージ済み、脱気済み、およびプログラム済み容器１１に置き換えることができる。新しい薬物が処方される場合、その薬物に対する個別の容器１１が、薬局で準備およびプログラムされ、患者のベッドサイドに送達されてもよい。操作者は、単純に、ドッキングトレイ５３上の空のスロットに容器を挿入し、「実行」を押すことができる。ドッキングトレイ電子制御モジュール５７は、新しい容器１１の不揮発性メモリユニット３５上の患者情報を読み込み、以前に有線または無線の患者識別システムを通じて患者と整合されている、ドッキングトレイの不揮発性メモリユニット３５のものと比較することができる。肯定的な識別が確認されたと仮定して、新しい注入が、操作者によってか、または制御モジュールによって自動で決定される、適切な流出路５５内で開始してもよい。システムは、特定の緊急用薬物（例えば、昇圧薬）を含有する、完全に充填済み、チャージ済みで、使用の準備が整っているが、特定の患者情報を有しない容器を、コードカートまたはユニットの投薬室において利用可能にすることができる。ドッキングトレイの制御モジュールは、これらの薬物を含有する容器が、明確な状況下（例えば、操作者オーバーライド）において、限定期間の間、患者情報を要求することなしに、進行することを可能にすることができる。
【０１１２】
別の態様において、機械的可変流動抵抗器を最適化するための方法が、提供される。上述のように、プランジャーに作用する全ての力に対する力の均衡の方程式は、正数が右側に作用するものとして定義され、次の方程式（１）
【数１６】
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にあるように提示することができ、式中、Ｒはプランジャーの半径であり、Ｐ１およびＰ２は、プランジャーの各側面上の圧力である。方程式（１）によると、このシステムを駆動する圧力の減少により、プランジャーは、単調に左側に移動する場合がある。
【０１１３】
さらに、Ｆｓｐｒｉｎｇは、フックの法則（Ｈｏｏｋｅ’ｓ  ｌａｗ）から決定することができ、次のように方程式（２）
【数１７】
2013521069.tif 000019
に提示され、式中、Ｄは、バネが事前圧縮されている量であり、ｘは、プランジャーが吸入圧力を補うために移動しなければならない量である。摩擦力は、方程式（３）から次のように見出すことができ、
【数１８】
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、式中Ｐ０は、最大駆動圧力、ならびにプランジャーと壁との間のコンプライアンス圧力の両方であり、Ｌは、ハウジングの壁部と相互作用するプランジャーの合計長さである。したがって、方程式（１）は、方程式（４）
【数１９】
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に提示されるように、再編成することができる。方程式（４）によってシステムを駆動する圧力差異ΔＰは、方程式（５）で、以下のように提示される。
【数２０】
2013521069.tif 000022
【０１１４】
事前圧縮のバネの量が、Ｄ＞＞ｘであり、ｓｐｒｉｎｇ項が、ｆｒｉｃｔｉｏｎ項よりも大きくなるようなものであると仮定して、方程式（５）は、方程式（６）
【数２１】
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に提示されるとおりの定数として、開口部上に圧力差異を有するように、単純化することができ、方程式（６）は、ここで、システムの性能を試算するために使用することができる。次に、ｆｒｉｃｔｉｏｎ項が、ｓｐｒｉｎｇ項よりも小さいという仮定により、方程式（７）
【数２２】
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が得られる。再編成および数学の数個のステップにより、方程式（７）は、
【数２３】
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に単純化することができる。方程式（８）を使用して、システムの設計を最適化することができる。例えば、小さい半径プランジャー（Ｒ）、小さいコンプライアンス圧力（Ｐ０）、小さいプランジャー相互作用距離（Ｌ）、ならびに大きなバネ定数（ｋ）および大きな圧縮距離（Ｄ）を有するバネを有することが望ましい場合があることが、方程式（８）からわかる。
【０１１５】
本発明は、その特定の実施形態のみに関連して記載されてきたが、さらなる修正が可能であることを理解されたい。例えば、チャンバー２６内の流体およびチャンバー２７内のガスは、それぞれ、各チャンバー内に位置付けられるように設計される、カートリッジ内に蓄積されてもよい。このようにして、流体カートリッジまたはガスカートリッジのうちのいずれかが、実質的に空になると、空のカートリッジは、除去および処分することができ、流体または気体で充填された新しいカートリッジを、それぞれのチャンバー内で置き換えることができる。さらに、本出願は、本発明が属する当該技術分野における既知または慣習的な実践の範囲内にあるような本開示からの展開等を含む、本発明のいずれの変形、使用、または適応にも及ぶように意図される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図７Ａ】
2013521069.tif 000062
【図７Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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