(57)【要約】  本発明は、ポンピング・チャンバ弾性、アクチュエータ緩和、又は、ヒステリシスに関する送達誤差を減らすために、交互に入れ替えられた作動サイクルによる改善を記述する。方法は、最適駆動電圧プロファイルで、ポンピング・デバイスを作動し、ここで、ポンピング・デバイスは、ポンピング膜を含むポンピング・チャンバ、及び、該膜に接続された、電圧コントロールされたアクチュエータを含み；上記膜の動きは、３つの位置、即ち、休止、底部、及び、上部位置によって規定される。方法は、少なくとも２つの異なったサイクル：サイクルＡ：休止−底部−休止−上部−休止、サイクルＢ：休止−上部−休止−底部−休止を含むポンピング・パターンでの膜の作動を含む。発明は、方法を実行するデバイスにも関する。
2014527591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送達精度を改善する、決定されたポンピング・パターンを達成するためのポンピング・デバイスを作動させるための方法であって、ここで、ポンピング・デバイスが、
・ポンピング膜、及び押されてポンピング・チャンバ内に正圧を発生させ、そして引かれてポンピング・チャンバ内に負圧を発生させる該膜に接続されたアクチュエータを含む、ポンピング・チャンバ、
・リザーバに接続される入口チャンネル、
・患者ラインに接続される出口チャンネル、
・Rin と指定された流体抵抗を有する、入口チャンネルに位置するバルブ、
・Routと指定された流体抵抗を有する、出口チャンネルに位置するバルブ
を含み：
ここで、上記膜が、少なくとも３つの位置、即ち休止位置、底部位置及び上部位置を有するように設計され；
ここで、休止位置が、底部と上部との間に含まれ、そしてここで、該上部、休止、及び底部の位置が、それぞれ、ポンピング・チャンバの最小、中間、及び最大の体積に相当し、
ここで、ポンピング・パターンが、Stpush と指定された部分的プッシュによって先行された、休止位置への多数のストップ、及び、Stpullと指定された部分的プルによって先行された、休止位置への多数のストップを含み；
上記方法が、比Rin／Routに依存する比Stpush／Stpull を含む、ポンピング・パターンによって特徴付けられる、
上記方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、ここで、比Stpush／Stpull が：
・比Rin／Routが１に等しい、若しくは不明である場合、１に等しいか；
又は
・比Rin／Routが１より小さい場合、１より小さく、
・比Rin／Routが１より大きい場合、１より大きい；
上記方法。
【請求項３】
なおその上、前記ポンピング・パターンの開始と終了との間に、少なくとも１つの静止期を含んでなり、該静止期が、双方のバルブが閉位置にある事実によって特徴付けられる、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、ここで、前記静止期が、平衡圧力までのポンピング・チャンバ内の圧力の緩和によって特徴付けられ、該緩和は、双方のバルブを通る流れによって誘起される、ポンピング・チャンバ内にある流体の体積の変化によるものであり、該流れは、ポンピング・チャンバと、入口及び出口バルブ双方との間の圧力差、並びに閉位置にある、該バルブの残余流体抵抗によって駆動される、
上記の方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、ここで、決定されたポンピング・パターンが、少なくとも、シーケンスの上部−休止−上部、若しくは底部−休止−底部に対応する膜の動きを含み、又は、該決定されたポンピング・パターンが少なくとも２つの異なったサイクル、
・次のシーケンス：休止−底部−休止−上部−休止によって規定されるサイクルＡ
・次のシーケンス：休止−上部−休止−底部−休止によって規定されるサイクルＢ
を含み：
ここで、決定されたポンピング・パターンが、少なくとも、サイクルＢ（それぞれ、サイクルＡ）に続いてサイクルＡ（それぞれ、サイクルＢ）を含む、
上記方法。
【請求項６】
入口（それぞれ、出口）が漏れる場合、ポンピング・パターンが、好ましくは、より多くのStpull若しくはStpull （それぞれ、Stpush）のみを、又はタイプＡのより多いサイクル若しくはタイプＡ（それぞれ、タイプＢ）のサイクルのみを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、ここで、休止位置が、底部機械的停止部、及び上部機械的停止部の間に含まれ、そして上記休止位置が予め決められ、無作為でなく、そして上部及び底部位置とは異なっていてよく；ここで、該上部位置が、該上部機械的停止部への、ポンピング膜の接触位置に対応し、そして上記底部位置が、上記底部機械的停止部への、ポンピング膜の接触位置に対応する、
上記方法。
【請求項８】
比Rin／Rout が１に等しいか、又は、不明である場合、注入ポンピング・パターンの各サイクルＢ（それぞれ、サイクルＡ）が、サイクルＡ（それぞれ、サイクルＢ）に続く、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
比Rin／Rout が１に等しいか、又は、不明である場合、ポンピング・パターンのサイクルＡ（それぞれ、サイクルＢの）の数Ｙは、サイクルＢ（それぞれ、サイクルＡ）の数Ｙに続き、Ｙは１より大きい整数であり、ここで、数Ｙはプログラムされた、流動率又は流動体積の関数であってもよい、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
各作動間の間隔、及び／又はポンピング・パターンを計算するために使用される公称ストローク体積は、プログラムされた流動率又は流動体積の関数である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法であり、
ここで、ポンピング・デバイスが、なおその上、ポンピング・チャンバ内に圧力センサを含み、該方法が、双方のバルブ・プレテンションの値、及び／又はポンピング・チャンバ内の空気体積の値、及び／又は入口及び出口圧力の値を決定するために、作動中の該圧力センサの信号の解析を含んでなり、該値の全てが、ポンピング・パターンを決定するために使用される、上記方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法であり、ここで、ポンピング・デバイスが、少なくとも：
−）ｎ＝ Vbolus／Sv(bolus)の決定、ここで、Vbolusは注入すべき体積であり、Sv(bolus)は公称ボーラス・ストローク体積であり、
−）ｎに最も近い整数に等しい、送達すべきストローク数Ｎの決定、
を含んでなるアルゴリズムを有する、基礎注入及び／又はボーラス注入を送達するようにプログラムされ、
ここで、上記アルゴリズムが、Vbolusの値に無関係に、Sv(bolus)／2に等しい最大誤差に導く、
上記方法。
【請求項１３】
決定されたポンピング・パターンを実現するためのポンピング・デバイスを作動させるための方法であって、ここで、ポンピング・デバイスが、ポンピング膜、及び該ポンピング膜に接続されたアクチュエータを含む、ポンピング・チャンバを含み；該膜が、少なくとも３つの位置、即ち休止位置、底部位置、及び上部位置を有するように設計され；ここで、休止位置が、底部と上部位置との間に含まれ、そしてここで、該上部、休止、及び底部位置が、ポンピング・チャンバの、それぞれ、最小、中間、及び最大の体積に対応し、
上記方法が、シーケンスの上部−休止−上部、又は底部−休止−底部に対応する、少なくとも膜の動きを含む、決定されたポンピング・パターンを備えた、膜の作動によって特徴付けられている、
上記方法。
【請求項１４】
少なくとも２つの異なったサイクル、
・次のシーケンス：休止−底部−休止−上部−休止、によって規定されるサイクルＡ
・次のシーケンス：休止−上部−休止−底部−休止、によって規定されるサイクルＢ
を含んでなる、
請求項１３に記載の方法であって、
ここで、決定されたポンピング・パターンが、少なくとも、サイクルＢ（それぞれ、サイクルＡ）に続いてサイクルＡ（それぞれ、サイクルＢ）を含む、
上記方法。
【請求項１５】
なおその上、上記ポンピング・パターンの開始と終了との間に、少なくとも１つの静止期を含んでなり、該静止期が、双方のバルブが閉位置にある事実によって特徴付けられる、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、ここで、前記静止期が、平衡圧力までのポンピング・チャンバ内の圧力の緩和によって特徴付けられ、該緩和は、双方のバルブを通る流れによって誘起される、ポンピング・チャンバ内にある流体の体積の変化によるものであり、該流れは、ポンピング・チャンバと、入口及び出口バルブ双方との間の圧力差、並びに閉位置にある該バルブの残余流体抵抗によって駆動される、
上記の方法。
【請求項１７】
ポンピング・チャンバ内の相対圧力が、サイクルＢによって行われたストロークの最後に正であり、及び／又は、サイクルＡによって行われたストロークの最後に負である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法であり、ここで、出口（それぞれ、入口）バルブの残余流体抵抗が、入口（それぞれ、出口）の残余流体抵抗よりも大きいとき、ポンピング・パターンが、タイプＡ（それぞれ、Ｂ）のより多くのサイクルを含み、又は入口（それぞれ、出口）が漏れた場合、ポンピング・パターンが、Ａタイプのより多くのサイクルを、若しくはＡ（それぞれ、Ｂ）タイプのサイクルのみを含む、
上記方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法であって、ここで、休止位置が、予め決められ、無作為でなく、そして上部と底部位置とは異なっていてもよく、そして底部機械的停止部及び上部機械的停止部の間に含まれていてよく、そして、ここで該上部位置が、ポンピング膜の該上部機械的停止部との接触位置に対応し、そして、該底部位置が、ポンピング膜の該底部機械的停止部への接触位置に対応する、上記方法。
【請求項２０】
注入ポンピング・パターンの各サイクルＢ（それぞれ、サイクルＡ）が、サイクルＡ（それぞれ、サイクルＢ）に続く、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法であって、ここで、２つの交互に入れ替えられたサイクルＡとＢ、又はＢとＡの後、ポンピング・チャンバ弾性に起因する平均注入不足は、バルブが閉じられたとき、バルブの残余流体抵抗の比に依存せず、ここで、該平均注入不足はVr／2と概算され、ここで、アクチュエータに電力が供給されていないとき、及び上記ポンピング・チャンバ内部の相対圧力が、ゼロから、入口又は出口バルブ・プレテンションの値へと変化するとき、Vrはポンピング空洞の体積変化である、
上記方法。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法であり、ここで、ポンピング・パターンのサイクルＡ（それぞれ、サイクルＢの）の数Ｙが、サイクルＢ（それぞれ、サイクルＡ）の数Ｙに続き、Ｙが１より大きい整数であり、ここで、数Ｙがプログラムされた流動率又は流動体積の関数であってよい、
上記方法。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法であり、ここで、各作動間の間隔、及び／又はポンピング・パターンを計算するため使用される公称ストローク体積は、プログラムされた流動率又は流動体積の関数である、上記方法。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法であり、ここで、ポンピング・デバイスが、なおその上、ポンピング・チャンバ内に圧力センサを含み、該方法が、双方のバルブ・プレテンションの値、及び／又はポンピング・チャンバ内の空気体積の値、及び／又は入口及び出口圧力の値を決定するため、作動中の該圧力センサの信号の解析を含んでなり、該値の全てが、ポンピング・パターンを決定するために使用される、上記方法。
【請求項２５】
ポンピング・デバイスが、基礎注入を送達するためにプログラムされる、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか１項に記載の方法であって、ここで、方法がボーラス送達アルゴリズムを含み、該アルゴリズムが、少なくとも、
−）ｎ ＝ Vbolus／Sv(bolus)の決定、ここで、Vbolusは、注入すべき体積であり、Sv(bolus)は公称ボーラス・ストローク体積であり、
−）ｎに最も近い整数に等しい、送達すべきストローク数Ｎの決定、
を含んでなり、
上記アルゴリズムが、Vbolusの値に無関係に、Sv(bolus)／2に等しい最大誤差に導く、上記方法。
【請求項２７】
・ポンピング膜、及び該ポンピング膜に接続されたアクチュエータを含むポンピング・チャンバであり、該膜の動きは、３つの位置、即ち休止位置、底部位置、及び上部位置によって規定され；ここで、休止位置は底部及び上部位置との間に含まれ、そして、ここで、該上部、休止及び底部位置は、それぞれ、ポンピング・チャンバの最小、中間、及び最大体積に対応する、該ポンピング・チャンバ、
・シーケンス上部−休止−上部、又は底部−休止−底部に対応する、少なくとも膜の動きを含む、決定されたポンピング・パターンに従って、膜を作動するための手段
を含むポンピング・デバイスであって、
ここで、デバイスは、さらに、基礎注入のためのプログラムされた流動率、又は、プログラムされたボーラス体積に従って、ポンピング・パターンを決定するためのプロセッシング手段を含んでなる、
上記ポンピング・デバイス。
【請求項２８】
請求項２７に記載のポンピング・デバイスであって、ここで、膜を作動するための前記手段が、少なくとも２つの異なったサイクル：
・次のシーケンス：休止−底部−休止−上部−休止、によって規定されるサイクルＡ
・次のシーケンス：休止−上部−休止−底部−休止、によって規定されるサイクルＢ
を行うように設計され、
ここで、決定されたポンピング・パターンが、少なくとも、サイクルＢ（それぞれ、サイクルＡ）に続いてサイクルＡ（それぞれ、サイクルＢ）を含む、
上記ポンピング・デバイス。
【請求項２９】
請求項２７又は２８に記載のポンピング・デバイスであって、ここで、前記プロセッシング手段を、アクチュエータ緩和又はヒステリシス、及び任意のプログラムされた流動率又は流動体積に対する送達精度へのポンピング・チャンバ弾性の影響を補償するために使用し、そして、ここで、アクチュエータに電力を供給したとき、及び／又はポンピング膜が機械的停止部と接触し始めるとき、ポンピング・チャンバの弾性が、少なくとも、係数２だけ減少する、
上記ポンピング・デバイス。
【請求項３０】
１つのバルブがチェック・バルブであって、及びプレテンションを有してよい、入口及び出口バルブを含んでなる、請求項２７に記載のポンピング・デバイスであって；ここで、入口及び出口バルブが同一のプレテンション、又は開口閾値を有してよい、上記ポンピング・デバイス。
【請求項３１】
請求項２７に記載のポンピング・デバイスであって、ここで、休止位置が、予め決められ、無作為でなく、上部及び底部位置とは異なっていてよく、休止位置が、底部機械的停止部と上部機械的停止部との間に含まれ、そして、ここで、該上部位置がポンピング膜と該上部機械的停止部との間の接触位置に対応し、そして、該底部位置がポンピング膜と該底部機械的停止部との間の接触位置に対応する、上記ポンピング・デバイス。
【請求項３２】
さらに、入口及び出口での流体抵抗、又は入口と出口との間の流体抵抗の差を測定し得る圧力センサを含んでなる、請求項２７に記載のポンピング・デバイス。
【請求項３３】
アクチュエータが、決定された電圧プロファイルに従ってコントロールされる圧力のピエゾ・アクチュエータであり、休止位置が、ピエゾ・アクチュエータへの電圧を遮断することにより達成される、請求項２７に記載のポンピング・デバイス。
【請求項３４】
膜の休止位置が、上部と底部の機械的停止部から、実質的に等距離に位置する、請求項１〜３３のいずれか１項に記載のポンピング・デバイス。
【請求項３５】
請求項１〜３４のいずれか１項に記載のポンピング・デバイスであって、ここで、ポンピング・チャンバの体積変化が、ポンピング膜が機械的停止部に当っている（against）とき、印加圧力１バールあたり、０．５ｎｌ〜５０ｎｌの間に、そして、ポンピング膜が機械的停止部に当っていないとき、及びアクチュエータに電力が供給されていないとき、印加圧力１バールあたり、１０ｎｌ〜５００ｎｌの間に含まれる、上記ポンピング・デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンピング・チャンバ、ポンピング膜、並びに、電圧駆動アクチュエータ、及び、２つのバルブを有するインスリン・ポンプに関わる。
【０００２】
より具体的には、本発明は、通常は、インスリンの基礎注入のための、膜マイクロポンプの、精度が高くて、低消費の作動プロファイルのための改良された方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
往復動体積型マイクロポンプが、大きな関心を受けるテーマであった。流体をポンピングするための、マイクロスケールのデバイスの発展に関する包括的レビューが、非特許文献１に発表されている。これらの様々な種類のデバイスの中で、さらに具体的に言うと、本発明は、２つのチェック・バルブ、及び、固定ストロークを有する往復動体積型ポンプに関する。
【０００４】
特許文献１は、ポンプ膜が、第１と第２の壁に向かって、それぞれ、交互に伸ばされる、最大、及び、最小体積の位置に対応する２つの位置の間を、アクチュエータを使用して、周期的に動く、伸縮自在のポリアミド・ポンプ膜を備えた膜ポンプを開示している。
【０００５】
ＭＥＭＳマイクロポンプが、例えば、特許文献２及び特許文献３に開示されている。この公知のＭＥＭＳマイクロポンプ１は、図１に示されるように、高度に小型化された、往復動膜ポンピング機構である。それは、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロメカニカル・システム）と呼ばれる技術を使用して、シリコン、又は、シリコンとガラスで作られる。それは、入口コントロール部材を、ここでは入口バルブ２、ポンピング膜３、システム内の様々な故障を検出が可能な、機能性内部検出器４、及び出口バルブ５を含む。かかるマイクロポンプの原理は、先行技術にて、例えば、その内容が、本出願に組み込まれている特許文献４にて公知である。
【０００６】
図１は、ベースプレート８としてのガラス層、ベースプレート８に固定された第２のプレート９としてのシリコン層、及びシリコン・プレート９に固定されたトップ・プレートとしての第２のグラス層１０のスタック（stack）を備え、これにより、体積を有する、ポンピング・チャンバ１１を画成するマイクロポンプを示す。
【０００７】
メサ（mesa）６に結び付けられたアクチュエータ（ここには示されていない）により、プレート１０と８の間の、より具体的には、上記プレート１０と８のアンチボンディング層（anti-bonding layer）２１と２２（図１及び２上のずらりと並んだ、小さな四角いパッドのアレイ）の上の、ポンピング膜３のコントロールされた変位が可能になる。アンチボンディング層を有している、又は、有していない、これらのプレート１０と８は、それぞれ、ポンピング膜３に対する、底部及び上部の機械的停止部である。チャンネル７は、出口コントロール部材、出口バルブ５を、ここには示されていない外部検出器に、そして、最終的に、ポンプの反対側に置かれた出口ポートに連結するためにも存在する。
【０００８】
図２は、チャンネル７上のカバー１２、外部検出器１３、並びに外部検出器１３及び出口ポート１８の間の流体チャンネル１７を含む、ＭＥＭＳマイクロポンプの別の断面図を示す。
【０００９】
ポンプ１において、ポンピング・チャンバ内の圧力は、作動率、入口及び出口での圧力、気泡体積の潜在的存在、バルブ特性、並びにそれらの漏れ率などの数多くの因子に依存して、ポンピング・サイクル中変動する。
【００１０】
作動サイクル中の圧力プロファイルを解析することにより、機能障害を検出する。
【００１１】
マイクロポンプ１内の内部圧力センサ４、及び、外部圧力センサ１３は、それぞれ、ポンピング・チャンバ１１とポンプ出口５の間、及び、ポンプ出口バルブ５とポンプ出口ポート１８の間に置かれたシリコン膜で作られる。センサは、マイクロポンプ・シリコン層９の表面とそれの上部層１０の間に形成されたチャンネル内に置かれる。さらに、センサは、シリコンの大型のピエゾ抵抗効果を利用している、膜上のホイートストン・ブリッジ構成内の歪検知レジスタ一式を含む。圧力の変化は、膜のねじれを引き起こし、それゆえ、ブリッジはもはや平衡状態ではない。センサを、信号をポンプの代表的圧力範囲内でリニアであるように設計する。流体は、相互接続リード線の表面とピエゾ抵抗器と接触している。ブリッジの良好な電気絶縁を、リード線とピエゾ抵抗器のものと反対の極性の、別の表面ドーピングを使用することにより、確保する。
【００１２】
充てんの間、メサは、底部機械的停止部に向かって膜を引っ張る；ポンピング・チャンバ内の過小圧力が入口バルブのプレテンションに到達する時、出口は閉のままであり、一方、入口は開である。注入の間、アクチュエータはメサを、それゆえ、ポンピング膜を上部機械的停止部に向かって押し、出口バルブを開く過大圧力を引き起こし、入口を閉に維持する。
【００１３】
デバイスは「プッシュ−プル」デバイスと呼ばれる、なぜなら、膜は、上部ストップに到達するように押され、下部ストップに到達するように引かれ、それの休止位置は、ストロークの大体中央に、即ち、２つの機械的停止部から同一の距離に位置するからである。
【００１４】
特許文献３の文書は、結局は静止期がその後に続く、少なくとも１つの吸入相と１つの吐出相を各サイクルが含んでなり、ポンピング・チャンバ体積が、サイクルの終了時点では、初期大きさに戻る膜ポンプの周期的作動のための方法を開示している。特許文献３に記載の標準的単独ポンピング作動プロファイルを図３に示す。ピエゾ作動電極上に高電圧を維持することは、パワー消費の観点から最適ではないので、ストロークを、第１の正のハーフ・ストローク（half stroke）（以降１／２プッシュと呼ばれる）、フルの負のストローク（フル・プル（full pull）、又は、フル充てん）、及び、最終的に、作動サイクルを完成させるために、第２の正のハーフ・プッシュ（half push）に分解する。正の変位は、ポンピング・チャンバから、患者への注入に対応し、一方、負の変位は、リザーバからのポンピング・チャンバの充てんに対応する。公称の単独ポンピング電圧を、通常の、及び、予知可能な使用状況において、ポンピング膜がいつも機械的停止部へ確実に到達するように、構築する。
【００１５】
ポンピング・チャンバは、プレテンションを、それぞれ、入口バルブに対してはPval in、出口バルブに対してはPval out を有する２つのバルブを有する。ポンプが正常に機能している間、ポンピング空洞充てんの最後での圧力は負であり、Pval in に等しく、一方、注入の最後でのこの圧力は正となり、Pval out に等しくなる。
【００１６】
ボーラス（bolus）モードにおいては、送達の精度に関して、ポンピング・チャンバ弾性の僅かな影響がある、なぜならば、ポンピング膜は、連続的に、２つの停止リミッターの間を動き、ポンピング膜は、バルブが閉の間は、動くことが出来ないからである。
【００１７】
それゆえ、ポンピング膜は、動いているか、又は、停止リミッターにぶつかっている（against）。その構成において、最大の体積変化は、圧力がバルブ開の圧力から、ゼロに向かう時、１ｎｌより小さいように、理想的には制限される（検出器、及び、出口バルブ、及び、膜体積変動）。システムの弾性は、解放された膜が「自由」である時、ボーラス注入の最後のハーフ・ストロークの最後でのみ増える、
【００１８】
基本的モードにおいては、送達の精度に関して、ポンピング・チャンバ弾性の影響は作動サイクルによる。
次の項目で出来ている標準的作動サイクルを考えよう：
１．ハーフ「プッシュ」、膜の、それの休止位置（上部、及び、底部機械的停止部の間に位置する）から上部に向かう動き
２．フル「プル」、膜の、上部から底部機械的停止部に向かう動き
３．第２のハーフ「プッシュ」、膜の、底部からそれの休止位置に向かう動き
【００１９】
ステップ１及び２の間、ポンピング・チャンバ弾性の影響は制約されるが、最後のハーフ・プッシュの間、ピエゾには電力は供給されていないので、ポンピング・チャンバの全体的な弾性は、「自由」膜によって著しく増える。
【００２０】
構成３における、１００ｍｂａｒあたりの体積変化は、構成１又は２におけるものより、１又は２桁大きくなる。基本的ストロークの最後で、出口バルブの閉止直後に、膜は、それの休止位置から数ミクロン移動し、公称ストローク体積は、それゆえ、完全には注入されない。それゆえ、正常状態の圧力において、圧力は、圧力Pval out からゼロに向かって解放される（入口圧力＝出口圧力＝０）。圧力が低下していく間、残余体積は、通常は「閉」であるバルブの残余流体抵抗によって、入口と出口の双方の方向に注入される。
【００２１】
もしも、入口の流体抵抗が、出口の流体抵抗よりも大きいなら、精度に関する影響は無視できる：残余体積は、出口を経て注入され、公称ストローク体積が得られる。
【００２２】
しかし、最悪の場合、閉の入口の残余流体抵抗が、出口のものより非常に小さいことを考慮すると、残余体積は、入口の方向に注入され（逆流）、公称ストローク体積の１０％の、又は、それ以上の量となり得る注入不足をもたらす。
【００２３】
閉じたバルブの残余流体抵抗間の比には、全く規則性がないので、上述の影響による注入不足にも、全く規則性はない。
【００２４】
特許文献３の文書に記載の方法によると、代表的作動サイクルは、ポンピング体積が変化しない、最終的な静止期と、吸入と吐出相の繰り返しからなり、これは、ポンピング膜が、上記静止期の間、停止リミッターにぶつかっていることを示している。それゆえ、例えば、ポンピング膜が２つの停止リミッター間にある時は、所定の作動サイクル内には、静止期を有する可能性はない。
【００２５】
特許文献３に記載の方法によると、ポンピング膜は、ポンピング膜が２つの停止リミッター間を交互に動く、ポンピング・サイクルを行わざるを得ない。しかし、作動サイクルは反復的であると想定されるので、サイクルの最後と、第２の停止リミッターへと膜の動きを続ける、次のサイクルの初めのとの間の移行の間、２つの停止リミッター間の交互の動きの原則は保たれる。
【００２６】
これらの全ての方法は、停止リミッターを有する膜ポンプを使用して、初期位置から開始し、交互に、各停止リミッターに到達し、及び、サイクルの最後に、それの最初の位置に戻るという、ポンピング・サイクルを精度高く行う、直感的方法に適合する。
【００２７】
それゆえ、この規則性がない誤差を、デバイスに左右されず、それゆえ、補償することが出来る、系統的誤差にする、新しい作動プロファイルを提供する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】ＥＰ  １４０３５１９  Ａ１
【特許文献２】ＵＳ  ２００６／０２７５２３
【特許文献３】ＷＯ２０１０／０４６７２８  Ａ１
【特許文献４】Ｐａｔ．  Ｎｏ  ＵＳ５，７５９，０１４
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】D.J. Laser and J.G. Santiago, J. Micromech. Microeng. 14 (2004) R35-R64
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明は、最新の方法に対して、いくつかの改善を提示する。それは、請求項にて規定された方法、及び、デバイスを参照する。本発明に記載の目的は、例えば、特許文献２及び３に規定された、ＭＥＭＳマイクロポンプをも含む。これらの文書の内容は、本発明に参照によって組み込まれている。
【００３１】
最先端技術に記載の往復動ポンプを考慮すると、ポンピング・チャンバの弾性による、規則性のない誤差を、補償することが出来る系統的誤差に変換する方法がある。
【００３２】
本発明にて提案された解決方法は、１／２プル（それぞれ１／２プッシュ）に続いて１／２プッシュ（それぞれ１／２プル）を含む、特定のポンピング・パターンを使用することである。このポンピング・パターンは、通常のポンプには当然ではなく、それにより、ポンプの精度を改善することが可能である。
【００３３】
望ましい実施態様において、ポンピング・デバイスは、ポンピング膜を含むポンピング・チャンバ、及び、上記膜に接続されたアクチュエータを含む。上記膜の動きは、３つの位置、即ち、休止位置、底部位置、及び、上部位置によって規定され、ここで、休止位置は底部、及び、上部位置の間に含まれ、ここで、該上部、静止、及び、底部位置は、それぞれ、ポンピング・チャンバの最小、中間、及び、最大体積に対応する。
【００３４】
望ましい実施態様において、前記ポンピング・パターンは、少なくとも、１／２プッシュ／フル・プル／１／２プッシュのサイクルを、１／２プル／フル・プッシュ／１／２プルのサイクルと交互に入れ替えることを含み、ポンピング膜は、部分的吐出相に続いて部分的吸入相からなる、又は、その逆からなる、この相の間、同一の停止リミッターに、２度連続的に到達する。
【００３５】
これにより、基本的ストロークの最後での圧力は、２サイクル毎に、逆流の残余を含んで、交互に、正と負であり、従って、注入不足は系統的となり、補償することが出来る。
【００３６】
別の実施態様において、ポンピング・デバイスは、さらになお、リザーバに連結されている入口チャンネル、患者ラインに連結されている出口チャンネル、Rin と指定された流体抵抗を有する入口チャンネルに位置するバルブ、及び、Routと指定された流体抵抗を有する出口チャンネルに位置するバルブを含む。ポンピング・パターンは、比Rin／Routに依存する、比Stpush／Stpull を有し、ここで、Stpush は、部分的プッシュが先行する、休止位置に対するストップの数であり、Stpull iは、部分的プルが先行する、休止位置の数である。なおその上、もしも、比Rin／Routが１に等しいか、又は、不明であるならば、その時は比Stpush／Stpullは１に等しいに違いない；比Rin／Routが１より小さいならば、その時は比Stpush／Stpullは１より小さいに違いない；比Rin／Routが１より大きいならば、その時は比Stpush／Stpullは１より大きいに違いない。このポンピング・パターンは、もしも、比Rin／Rout、が変化するならば、経時変化してよい。
【００３７】
やはり、特許文献３の低消費概念に基づいている、この方法により（各ストロークの間、ピエゾには電力が供給されていない）、解放されたポンピング膜の弾性による、基本的速度での、送達精度に関しての、規則性がない誤差が回避される。
【００３８】
アクチュエータの緩和、又は、ヒステリシスによる、送達誤差を防止するための、特定のポンピング・パターンも、本発明内に提案されている。
【００３９】
ボーラス公称ストローク体積と、ボーラス体積のための、最小プログラム可能な最小増加量との間の差による、送達誤差を最小にするために、ボーラス・アルゴリズムを最終的に記述する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ＭＥＭＳマイクロポンプの断面図である。
【図２】双方の検出器を含み、流体通路を示す、マイクロポンプの断面図である。
【図３】基本的、及び、ボーラスの双方のモードのための、特許文献３に記載の、標準的単独注射作動プロファイルを示す。
【図４】ボーラス・アルゴリズムによる、相対注入誤差のグラフである。
【図５】異なったポンピング・パターンを示す。
【図６】休止位置へのストップに続いてハーフ・プッシュと同量の、休止位置へのストップに続いてハーフ・プルを有する、ポンピング・パターンを示す。
【図７】休止位置へのストップに続いてハーフ・プッシュよりも、少量の、休止位置へのストップに続いてハーフ・プルを有する、ポンピング・パターンを示す。
【図８】休止位置へのストップに続いてハーフ・プッシュよりも、多量の、休止位置へのストップに続いてハーフ・プルを有する、ポンピング・パターンを示す。
【図９】経時的に変化するポンピング・パターンを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
定義
ストローク
ストロークは、本明細書では、初期位置から始まり、２つの機械的停止部に、反復的に到達し、最終的にそれの初期位置に戻ってくる、ポンピング膜のフル・サイクルに相当する。
【００４２】
ストローク体積
ポンピング膜を、第１の機械的停止部から第２の機械的停止部方向へ変位する時、平衡状態での、ポンピング空洞の体積変化。
このストローク体積は、公称ストローク体積、又は、幾何学的ストローク体積である。ストローク体積は、ゼロに等しい、開の閾値を持つバルブを有するポンプのストロークの間に、注入された体積に等しい。
ストローク体積は、本明細書では、精度良く注入出来る最小体積である。
使用者がプログラムする、体積又は流動率は、必要な間隔を有する公称ストロークのシーケンスに分解される。
【００４３】
基本的、及び、ボーラス・ストローク体積
基本的、及び、ボーラス・モード、それぞれにおいて、ストロークの間に注入された有効体積。バルブはプレテンションを有するので、ポンプの弾性は、有効ストローク体積、又は、１回のストロークの間に注入された体積に影響を与える。この影響は、基本的、及び、ボーラス・モードでは差がある。
【００４４】
単独ポンピング電圧プロファイル
単独のストロークを行うため、アクチュエータに印加される電圧プロファイル。
公称単独ポンピング電圧プロファイルは、標準の基本的、及び、ボーラス・モードの双方に対して、基本のプロファイルである。この公称単独ポンピング電圧プロファイルは、正常な状態の温度と圧力における、サイクル毎に正しいストローク体積を得るために適している。
【００４５】
ポンピング・パターン
ポンピング送達のシーケンス。ポンピング・ユニットは、注射器ポンプのような、一連の単独ポンピングでつくられた、パルス状の流動率を送達する。各ストローク間の間隔は、プロセスグラムされた流動率に合うように調整され、定期的であっても、又は、不定期であってもよい。
【００４６】
逆流
入口と出口間の圧力勾配がない場合でも、各ストローク間の注入不足を引き起こす、ポンプ・ユニットの、少なくとも１つのバルブの漏出。逆流は、通常、１つのバルブ・シート上への大きな粒子の存在によるものであり、ボーラス、及び、基本的精度の双方に影響を与える。
【００４７】
静止期
静止期は、その間中、アクチュエータが実質的に動かない相である。１つ又はそれ以上の静止期は、ポンピング・パターンの開始、及び、終了の間に、行われてよい。この発明にとって、静止期は、双方のチェック・バルブが閉の位置であったとしても、前記バルブの少なくとも１つを通って、流体は流れると言う事実によって特徴付けられる。
【００４８】
静止期は、ポンピング・チャンバ内の圧力の平衡圧力までの緩和を可能にする。該緩和は、双方のバルブを通る流れによって引き起こされた、ポンピング・チャンバ内に存在する流体の体積変化による。ここで、上記流れは、ポンピング・チャンバと入口バルブ、及び、出口バルブの双方との間の圧力差、並びに、閉の位置にある上記バルブの残余流体抵抗によって、駆動される。ある位置への停止は静止期であってよい。
【００４９】
休止位置
休止位置は、ポンピング・チャンバ内の膜の位置である。それは、上部と底部の位置間に位置する。好ましくは、休止位置は、予め決められており、無作為でなく、上部と底部位置とは異なっている。
【００５０】
休止位置と静止期は異なる。ポンピング・パターンが、フル・プッシュ、又は、フル・プルを行う時、膜は動き、上記休止位置を通過する。停止、又は、上記休止位置での静止期は可能であるが、必須ではない。
【００５１】
本発明のために、ポンピング・デバイスは、ポンピング膜、及び、該膜に接続されたアクチュエータを含むポンピング・チャンバ、決定されたポンピング・パターンに従い、膜を作動するための手段、チェック・バルブであってよく、及び、初期プレテンションを有してよい、バルブを含む。
【００５２】
望ましい実施態様において、ポンピング・チャンバの体積変化は、ポンピング膜が機械的停止部にぶつかっている時、印加圧力の１バールあたり、０．５〜５０ｎｌの間に含まれ、ポンピング膜が機械的停止部にぶつかっていない時、及び、アクチュエータに電力が供給されていない時、印加圧力の１バールあたり、１０〜５００ｎｌの間に含まれる。
【００５３】
１つの実施態様において、ポンピング・デバイスは、さらになお、ポンピング・チャンバ内部に圧力センサ、及び／又は、入口、及び、出口での流体抵抗を、若しくは、入口と出口との間の流体抵抗の差を測定するための手段を含む。
【００５４】
１．１  交互に入れ替えたサイクルの方法
基本的モードにおいて、送達精度に関するポンピング・チャンバ弾性の影響は、ポンピング・パターン次第である。
【００５５】
バルブ（チェック・バルブであってよい）が、絶対値で、同一の開の閾値を有するとみなす：
【数１】
2014527591.tif 000003
【００５６】
第１のポンピング・プロファイル（標準的単独ポンピング・プロファイル、又は、サイクルＢ、なぜならば、圧力が、作動の最後で正であるので）が次項からなると考えよう：
１．ハーフ・「プッシュ」、膜の休止位置（上部、及び、底部機械的停止部の間に位置する）から上部に向かっての膜の動き
２．フル・「プル」、上部から底部に向かっての、膜の動き
３．第２のハーフ・「プッシュ」、底部から、膜の休止位置に向かっての、膜の解放
【００５７】
上述のように、ステップ１、及び、２の間に、ポンピング・チャンバ弾性の影響は、充てん（プル）と注入（プッシュ）との間の完全な平衡を持つ、ボーラス・モードと等価である。しかし、最後のハーフ・プッシュの間、ピエゾにはもはや電力が供給されていないので、ポンピング・チャンバの全体弾性は、「自由」膜への貢献によって、著しく増加する。
【００５８】
ここで、次項からなる第２のポンピング・プロファイル（サイクルＡ）を考えよう：
４．ハーフ・「プッシュ」、膜の休止位置（上部、及び、底部機械的停止部の間に位置する）から底部に向かっての膜の動き
５．フル・「プッシュ」、底部から上部機械的停止部に向かっての、膜の動き
６．第２のハーフ・「プル」、底部から、膜の休止位置に向かっての、膜の解放
【００５９】
我々は、圧力勾配に供された、入口、及び、出口バルブの流体抵抗Rin、及び、Rout が、それらの開閾値より低いと考える。圧力のその範囲においては、これらの抵抗は一定であると仮定する。
【００６０】
我々が留意するのは、ポンピング・チャンバから、入口と出口の双方のバルブに向かって、基本的ストロークの最後に注入される、Vr残余体積である。
【００６１】
もしも、基本的ストロークが、「プッシュ」、即ち、ポンピング・チャンバ内の正の圧力を持つサイクルＢ、によって終わるならば、注入不足は、次式に等しい入口逆流による：
【数２】
2014527591.tif 000004
【００６２】
注入不足は、比Rin／Rout次第であることを、この式は明確に示している。
【００６３】
もしも、基本的ストロークが、「プル」、即ち、ポンピング・チャンバ内の負の圧力を持つサイクルＡ、によって終わるならば、注入不足は、次式に等しい出口逆流による：
【数３】
2014527591.tif 000005
【００６４】
２つの交互に入れ替えたポンピング・プロファイル、即ち、サイクルＡに続いてサイクルＢ、又は、サイクルＢに続いてサイクルＡ、を考慮すると、全体の注入不足は、ここでは、Vr,に等しく、ストロークあたりVr／2の平均注入不足につながる。
【００６５】
注入不足は、ここでは、系統的であり、比Rin／Routによらない。
【００６６】
この誤差を、基本的ストロークの間の間隔を計算する間に、簡単に補償することが出来る。
【００６７】
本明細書に提示されたサイクルＡ、及び、Ｂは、限定されない、方法の例である。いくつかの中間位置を含む他のサイクルを使用することが出来る。
【００６８】
１つの実施態様において、ポンピング・パターンは、所定の時間間隔にわたる、サイクルＢの数に等しい、又は、近い、多数のサイクルＡを含む。
【００６９】
ポンピング・チャンバ内の圧力センサの信号を、入口、及び、出口圧力、バルブ・プレテンション、ストローク完了、漏出、空気の存在など、ポンピング・パターンを計算するために必要な、すべての特性を決定するために、作動の間に解析することが出来る。
【００７０】
図６に示す、別の実施態様において、ポンピング・パターンは、各ハーフ・プッシュ、及び、ハーフ・プルから、休止位置への停止を含む。
【００７１】
図６及び６’は、比Rin／Rout が不明、又は、１に等しい時の、ポンピング・パターンを示す。
【００７２】
つまり、もしも、比Rin／Rout が不明、又は、１に等しいならば、ポンピング・パターンは、サイクルＢと同量のサイクルＡを含むに違いなく、又は、言い換えれば、ポンピング・パターンは、休止位置への停止に続いてハーフ・プッシュと同量の、休止位置への停止に続いてハーフ・プルを含むに違いない。もしも、バルブに漏れがあるが、しかし、いずれであるかが我々にはわからないならば、それは同一のポンピング・パターンである。従って、もしも、Rin／Rout ＝ 1であるならば、その時は、Stpush／Stpull ＝ 1である。
【００７３】
図７及び７’は、比Rin／Rout が１より大きい時の、ポンピング・パターンを示す。
【００７４】
つまり、もしも、比Rin／Rout が、１より大きいならば、ポンピング・パターンは、サ
イクルＢより少ないサイクルＡを含むに違いなく、又は、言い換えれば、ポンピング・パターンは、休止位置への停止に続いてハーフ・プッシュよりも少ない、休止位置への停止に続いてハーフ・プルを含むに違いない。もしも、出口バルブに漏れがあるならば、それは同一のポンピング・パターンである。従って、もしも、Rin／Rout ＞ 1であれば、その時は、Stpush／Stpull ＞ 1である。
【００７５】
図８及び８’は、比Rin／Rout が１より小さい時の、ポンピング・パターンを示す。
【００７６】
つまり、もしも、比Rin／Rout が１より小さいならば、ポンピング・パターンは、サイクルＢより多くのサイクルＡを含むに違いなく、又は、言い換えれば、ポンピング・パターンは、休止位置への停止に続いてハーフ・プッシュよりも多くの、休止位置への停止に続いてハーフ・プルを含むに違いない。もしも、入口バルブに漏れがあるならば、それは同一のポンピング・パターンである。従って、もしも、Rin／Rout ＜ 1であれば、その時は Stpush／Stpull ＜ 1である。
【００７７】
一実施態様において、ポンピング・デバイスはリザーバを含む。この場合には、ポンピング・パターンはリザーバ・レベル次第である、なぜならば、流体抵抗は、リザーバ・レベル次第であってよいからである。つまり、図９は、３つの時間Ｔ１、Ｔ２、及び、Ｔ３を示す。リザーバが一杯である時、Rin／Routは１より小さくてよい。従って、この時間Ｔ１の間、ポンピング・パターンは、比Stpush／Stpull ＜ 1、又は、サイクルＢより多くのサイクルＡを含まなければならない。しかし、リザーバがほぼ空である時は、Rin／Routは１より大きくてよい。従って、この時間Ｔ３の間、ポンピング・パターンは、比Stpush／Stpull ＞ 1 、又は、サイクルＡより多くのサイクルＢを含まなければならない。
【００７８】
１．２．  基礎注入の詳細方法
我々は、本明細書に、全ての項目を含む、基本的ストローク体積の完全な計算手順を提供する。
【００７９】
記号：
Pval ＝  絶対値での、バルブ・プレテンション、又は、バルブ開閾値
V0 ＝ ポンピング・チャンバのデッド・ボリューム（dead volume）
dV ＝ 圧力Pvalをかけた後、膜が機械的停止部にぶつかっている時の、ポンピング・チャンバの体積変化
dVr ＝圧力Pvalをかけた後、膜が解放された時の（ピエゾに電力の供給なし）、ポンピング・チャンバの体積変化
dVi ＝ 入口（ｉ＝１）を通じて、及び、出口（ｉ＝２）を通じて放出された体積dVの一部
dVri ＝入口（ｉ＝１）を通じて、及び、出口（ｉ＝２）を通じて放出された体積dVrの一部
【００８０】
dVi ＝、及び、dVri ＝の最大値は次式となる（ポンピング・チャンバ圧力が完全に解放された後）：
【数４】
2014527591.tif 000006
【００８１】
我々は、膜の休止位置は、各機械的停止部から等距離にあるとみなす。
我々は、起こり得る、２つの極端な場合について、ポンピング・プロファイルＢ、及び、ポンピング・プロファイルＡの各ステップでの、入口、ポンピング・チャンバ、及び、出口に対する体積変化を解析する。
・膜の解放の間以外は、圧力の緩和なし（緊密度の極めて高いポンプ）
・膜の各動きの後、圧力の十分な緩和（安全なポンプであるが、緊密度に関して仕様限度にある）
【００８２】
基本的ストロークの各ステップの間に注入された体積が、上述のような、２つの交互に入れ替えるストロークの平均と同様に推定される。
【００８３】
表１及び２に結果をまとめる。
【表１】
2014527591.tif 000007
【００８４】
【表２】
2014527591.tif 000008
【００８５】
作動のもとにあるポンプの略図を、完全な緩和が、各作動ステップの後に起こるサイクルＢについて、表３に提供する。弾性の影響を示すために、ポンピング・チャンバ内正圧（それぞれ、負圧）に対して、下側方向に（それぞれ、上側方向に）曲げられる検出器膜を、本明細書に提供する。流れの方向は、サイクルの各ステップで、大きな黒い矢印で表されている。
【００８６】
【表３】
2014527591.tif 000009
【００８７】
表４に、サイクルＡについて、同一の説明略図を提供する。
【表４】
2014527591.tif 000010
【００８８】
本明細書に上述した方法によると、２つの交互に入れ替えられたサイクルＢとＡに対する平均ストローク体積は、ｄＶとｄＶrのみによるが、比Rin／Routにはよらない。
【００８９】
交互に入れ替えるサイクルを持つ、基本的ストローク体積
基本的ストローク体積は、交互に入れ替えるポンピング・プロファイルを使用して、最終的に次の形となる：
【数５】
2014527591.tif 000011
例：
dV ＝ 0.48 nl
dVr ＝ 8.28 nl
【００９０】
我々は、 +/-0.24 nlの誤差を得る。
【００９１】
我々は、ここで、バルブ・プレテンションに関する許容差による残余誤差を考える。この残余誤差は、３シグマで２０％の許容差に基づいている（目標１０％）。
【００９２】
dV及びdVr は、バルブ・プレテンションに対して直線的に変化するので、我々は最終的に
誤差（交互に入れ替える基本的ストローク）＝±１.２６nl
を得る。
【００９３】
弾性による、+/-1.26 nlの残余誤差を、ポンプが機能している間、精度良くバルブ・プレテンションを測定することによる以外は、補償することが出来ない。
【００９４】
交互に入れ替えるストロークを使用することにより、精度に関する弾性の影響を補償することは、各ストローク間で圧力が完全には緩和されないので、高流動率（Ｕ１００インスリンでは、１０Ｕ／ｈ、又は、０．１ｍｌ／ｈより大きい）では正当ではないということを注記しておくことが大切である。
【００９５】
交互に入れ替えるサイクルのない、基本的ストローク体積（標準的サイクル）
【数６】
2014527591.tif 000012
【００９６】
我々は、+/-4.38 nlの誤差を得る。
【００９７】
バルブ・プレテンションに関する残余誤差は、標準的な、基本的ストローク体積の最終値をもたらす：
誤差（標準的な基本的ストローク）＝±５.３５nl
【００９８】
ポンプの弾性による誤差は、ここでは、+/- 5.35 nlである。
【００９９】
１．３．ピエゾ・ヒステリシスを補償するための、詳細な方法
オープンループにおいて駆動されるピエゾ・アクチュエータは、ヒステリシスと緩和を示す。アクチュエータは、機械的停止部に対してオーバードライブされるので、ヒステリシスと緩和の単独の影響は、アクチュエータの解放の間に、とりわけ、交互に入れ替えられたポンピング・プロファイルＢ、及び、Ａを使用している間に、見られる。
【０１００】
ポンピング・プロファイルが１／２プル（それぞれ、１／２プッシュ）によって終了する時、膜の休止位置は、ピエゾ・ヒステリシスと緩和により、初期の中立位置から、僅かに移動する。この移動は、ストローク間の間隔期間に、強く依存している。簡略化のため、ポンピング・プロファイルＢ、及び、Ａの後の、膜の休止位置間の差を、以降では、ヒステリシスと呼ぶ。
【０１０１】
電極が短絡された時点で、ＰＺＴピエゾ・バイモルフは、通常は、３０秒後に０．８ｕｍの、６０秒後に０．５ｕｍの、及び、５分後に０．１ｕｍだけの、全ヒステリシスを示す。
【０１０２】
０．５Ｕ／ｈ以下では、影響は無視できる。
【０１０３】
より高い、基本的流量で、交互に入れ替えられたポンピング・プロファイルのための、ピエゾのヒステリシスと緩和の影響を補償する２つの方法がある：
１．補償＝基本的ストローク体積の変化
２．特定のポンピング・サイクル＝連続した、交互に入れ替えられるサイクル数の削減
【０１０４】
補償方法
基本的ストロークの各ステップの間に注入された体積が、上述のような、２つの交互に入れ替えられたポンピング・プロファイルの平均と同様に推定される。
【０１０５】
全ヒステリシスとストロークとの間の比ｈを％で記述する。
【０１０６】
表５及び６は結果を要約している。
【０１０７】
【表５】
2014527591.tif 000013
【０１０８】
【表６】
2014527591.tif 000014
【０１０９】
サイクルＡに続いてサイクルＢに対して、又は、サイクルＢに続いてサイクルＡに対して、１．２Ｕ／ｈで、２つの連続したストロークの平均ストローク体積減少は、１％、又は、２ｎｌに等しい。この誤差は系統的であるので、公称ストローク体積を、ヒステリシスの影響を補償するように調整することが出来る。我々は、ピエゾの異なったバッチに対してのヒステリシスの影響に関して、最大２０％の変動を想定する。
【０１１０】
弾性とヒステリシスの双方の補償を備えた、交互に入れ替えられるサイクルを使用する、ストローク体積に関する最終誤差は、１．２Ｕ／ｈで：
誤差（交互に入れ替えられる基本的ストローク）＝±１.６６nl
となる。
【０１１１】
有効ストローク体積は、２ｎｌ減少する。
【０１１２】
０．５Ｕ／ｈより大きい、各基本的流量に対して、補償を計算しなければならない。
【０１１３】
本明細書に示された、流動率及び誤差の推定は、方法の非限定的例である。
【０１１４】
特定のポンピング・サイクル方法
ヒステリシス、又は、緩和によって、中程度の、又は、高い、基本的流量では、２つの連続した、交互に入れ替えられる作動に対してのみ、ストローク体積が変化する。
【０１１５】
ヒステリシス／緩和の影響を減らすため、方法は、毎回、サイクルＢをサイクルＡと入れ替えることなく、ＹサイクルのＡに続いて、ＹサイクルのＢを行うことを含む。ヒステリシスによる、平均的影響は、係数Ｙによって割られる。
【０１１６】
２．４Ｕ／ｈでは、５個のサイクルＡに続いて、５個のサイクルＢからなるポンピング・サイクルを使用して、ヒステリシスの影響は、(0.5*0.8*200.64)／24.75／5＝0.64nl. に等しい、ストローク体積の平均減少に等しい。
【０１１７】
弾性、及び、ピエゾ・ヒステリシスによる精度誤差は：
誤差（交互に入れ替えられる基本的ストローク）＝±１.３９nl
となる。
【０１１８】
サイクルの数Ｙを増やすことにより、ヒステリシス、及び、緩和による相対誤差が減る。
【０１１９】
この作動プロファイルは、弾性の影響を補償し、ヒステリシスの影響を無視できるようにするのに適切である。
【０１２０】
方法は、ピエゾ・アクチュエータの使用に限られているのではなく、ＳＭＡ、電磁気の、容量性の、磁性の、磁気歪の、又は、その他のアクチュエータの使用を含む。
【０１２１】
１．４．  他の方法
数個の中間の位置を含んでいる、その他のサイクルＣ、Ｄ．．．を、これらの全ての方法に使用することが出来る。サイクルｉの数Ｎｉは、ここでｉ＝Ａ，Ｂ，Ｃ．．．であるが、互いの間で異なっていてよい。
【０１２２】
非限定的な例として、サイクルＣは、なんらの作動なしで、単一の時間間隔であってよい。
【０１２３】
サイクルは、膜の休止位置から、上部、及び、底部位置に向かう、単一ハーフ正、及び、負のストロークであってよい。
【０１２４】
サイクルＡ及びＢを考慮すると、非限定的例は以下のとおりである：
【数７】
2014527591.tif 000015
【０１２５】
別のサイクルＣを考慮すると、我々は、以下に従ってポンピング膜を作動することが出来る：
【数８】
2014527591.tif 000016
【０１２６】
時間周期性は必須ではない：ポンピング・パターンの、前述の例のいくつかは、一定ではない、ストローク間の時間間隔を有することが出来る。サイクルのタイプに関する完全な周期性はもはや必須ではない：例えば、ポンピング・パターンを規定するアルゴリズムは、任意の入力、又は、トリガーを使用することが出来、ポンピング・パターンは、例えば、サイクルｉの全体数Ｎｉは、おおよそ、所定の時間間隔についての目標内であるように確実にしなければならない。実際には、そのためには、カウンタ（counter）を使用することが出来る。
【０１２７】
ポンピング・デバイスは、本発明に記述された方法に従って、ポンピング・パターンを計算、及び、決定するために、ハードウェア（プロセッサー）、組み込みソフトウェアなどの任意のプロセッシング手段を含む。
【０１２８】
ポンピング・パターンは、もしも、他方に比べると、１つの特定のバルブが、永続的な開口になる、又は、小片を得る可能性が大きいならば、好ましくは、サイクルＡ、又は、サイクルＢを（又は、サイクルＡ、又は、サイクルＢのみを）含んでよく：流れ方向によっては、入口バルブは、リザーバから来る小片を最初に受ける、より高い可能性を有する可能性がある。後者の場合、既に述べられた方法の替わりとして、ポンピング・パターンは、ポンピング・チャンバの半分の充てんによって終了する、タイプＡのサイクルのみを含んでよく、ポンピング・チャンバ内の相対圧力は、それゆえ、サイクルの完了後、負である。入口バルブが閉じた時点で、圧力を平衡にするために起こる残渣流れが、主として、リザーバとポンピング・チャンバとの間に起き、出口バルブを通る逆流は小さく、従って、有効ストローク体積は、公称ストローク体積に極めて近いことが期待される。
【０１２９】
出口バルブに、小片が付く、又は、持続的開口となる可能性がより高い場合には、好ましくは、サイクルＢからなる、又は、サイクルＢのみからなるポンピング・サイクルが望ましいだろう。
【０１３０】
要約すると、設計の、又は、プロセスの判断により、入口（それぞれ、出口）バルブの残余流体抵抗より大きい、出口（それぞれ、入口）バルブの残余流体抵抗を有する可能性は、高く（１に近い）、ポンピング・パターンは、好ましくは、タイプＡ（それぞれ、Ｂ）のサイクルを（又は、のみを）含まなければならない。言い換えるならば、入口（それぞれ、出口）に漏出があるならば、ポンピング・パターンは、好ましくは、タイプＡ（それぞれ、Ｂ）のサイクルを（又は、のみを）含まなければならない。
【０１３１】
この方法は、上述のような、交互に入れ替えられたサイクルの使用に基づいた完全な方法の近似である。しかし、この代替の方法は、ソフトウェアの作成の観点ではより簡易である、というのは、検出アルゴリズムをサイクルＡ、又は、サイクルＢのいずれかに実施すべきであり、一方、完全な方法では、双方の種類のサイクルＡとＢに、検出アルゴリズムを実施すべきだからである。
【０１３２】
さらにその上、この方法は、単一の種類の作動サイクルＡ又はＢの使用に基づいているので、作動周期を変える、ピエゾ・ヒステリシスを補償する必要はもはやなく、やはりより簡易な送達アルゴリズムにつながる。
【０１３３】
１．５．ボーラス注入の詳細な方法
ポンピング・チャンバ弾性、及び、ボーラス・ストローク体積
我々は、初期位置から、１つの機械的停止部への完全なサイクルを作り、次の２つの極端な場合：
・ボーラスの最後での膜の解放の間を除いて、圧力緩和なし（＝緊密度の極めて高いポンプ）
・膜の各動きの後、圧力の十分な緩和（＝安全なポンプであるが、緊密度に関して仕様限度にある）
を考慮し、ボーラス・ポンピング・プロファイルの各ステップ間の、入口、ポンピング・チャンバ、及び、出口での体積変化を解析する、
【０１３４】
ボーラス・ストロークの各ステップの間に注入された体積が推定される。
【０１３５】
表７及び８に結果を要約する：
【０１３６】
【表７】
2014527591.tif 000017
【０１３７】
【表８】
2014527591.tif 000018
【０１３８】
我々は、
【数９】
2014527591.tif 000019
を得る。
【０１３９】
最終的に、バルブ・プレテンションに関し２０％の公差を考慮し、我々は、弾性による、典型的注入誤差として、次式を得る：
誤差（ボーラス・ストローク）＝±０.３８４nl
【０１４０】
底部から休止位置への膜の解放に相当する、ボーラス注入の最後での、最後のハーフ・ストロークの間、基礎注入に対して議論したように、「自由」膜の弾性による、わずかのｎｌの、時間通りの最大誤差がある。
【０１４１】
ボーラス送達アルゴリズム
ボーラス・モードにおいて、患者が、短期間内に注入すべき、インスリンの体積Vbolus
をプログラムする。体積Vbolus は、標準的に０．０２Ｕのステップで、通常０から２５Ｕに変化する。
【０１４２】
基本的送達についての上述の方法によって、１時間毎にプログラムすることが出来る、注入体積の最小増分の、及び／又は、ボーラス体積の最小増分の倍数に、公称基本的ストローク体積を設計により調整するのは役に立つであろう。
【０１４３】
この後者の場合、ボーラス・ストローク体積は、多分、前記最小プログラム可能な増分（例えば、０．０２Ｕ）の、完全な倍数ではなく、送達されるボーラス・ストロークの数を計算するために、ボーラス送達アルゴリズムを実施しなければならない。
【０１４４】
ポンプ・コントローラによって、Vbolus を公称ボーラス・ストローク体積で割る：
【数１０】
2014527591.tif 000020
【０１４５】
送達されるべきストロークの数Ｎは、単に、ｎに最も近い整数である。
【０１４６】
我々は、ｎの下限（又は、整数部分）
【数１１】
2014527591.tif 000021
に、それぞれｎより大きくない、最大の整数に、留意する。
【０１４７】
【数１２】
2014527591.tif 000022
【０１４８】
任意のプログラムされたVbolusにたいして、最大絶対誤差は、
【数１３】
2014527591.tif 000023
に等しい。累積誤差はない。
【０１４９】
図４によると、プログラムされたボーラス体積の関数としての相対誤差が、この特徴を示す。
【０１５０】
ボーラス・ストローク体積とボーラス体積の増分との間の不一致を補償するために、ボーラス・アルゴリズムを実施し、５Ｕ、又は、それ以上のボーラスに対して、+/-0.2％より小さい最大相対誤差がもたらされる。
【０１５１】
最小ボーラスは、SV(ボーラス)に等しく、それゆえ、任意のボーラス体積に対する最大誤差は、+/- SV(ボーラス)／2 に等しい。
【０１５２】
このボーラス・アルゴリズムは、本発明の非限定的例である。
【０１５３】
その他の公称ストローク体積にたいして、別の端数処理計算を使用する、その他の方法を、ボーラス・アルゴリズムとして使用することが出来る。
【０１５４】
本発明において記述された方法によると、ポンピング・デバイスは、基本的、及び、ボーラス注入にたいして、異なった公称ストローク体積を使用して、ポンピング・パターンを計算するための手段を含まなければならない。
【図１】
2014527591.tif 000024
【図２】
2014527591.tif 000025
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014527591.tif 000029
【図７】
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【図８】
2014527591.tif 000031
【図９】
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【国際調査報告】
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