(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
針を、患者の皮膚の表面よりも上である第１位置から挿入方向へ、前記針が前記患者の皮膚に突き刺さる第２位置まで移動させる針挿入機構と、
前記針の少なくとも一部を覆う第１位置から、前記針を露出させる第２位置まで移動可能な針シールドと、
前記針または前記針シールドと機械的に結合しており、前記針または前記針シールドが移動するときに移動する少なくとも１つの部材と、
実質的に平坦な検出面を含み、前記検出面に映る前記少なくとも１つの部材の像が変化するのに基づいて前記少なくとも１つの部材の動きを検出し、前記像の変化に基づいて信号を出力する少なくとも１つの光検出器と、
出力された前記信号に基づいて前記針または前記針シールドの位置を求めるプロセッサと
を備え、
前記針または前記針シールドが移動するときに、前記少なくとも１つの部材の像が変化する
ことを特徴とする電子注射器。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光検出器は、印刷回路基板の最長の辺と次に長い辺とで定まる平面に実装されており、
その平面は、前記針が第２位置にあるときに前記患者の皮膚の表面に対して垂直に向き付けられている、
請求項１に記載の電子注射器。
【請求項３】
前記プロセッサは前記印刷回路基板に実装されている、請求項２に記載の電子注射器。
【請求項４】
前記少なくとも１つの光検出器が出力する信号は、前記検出面における前記少なくとも１つの部材の像の変化量に比例する、請求項１に記載の電子注射器。
【請求項５】
前記少なくとも１つの部材は、前記少なくとも１つの光検出器から離れた高さに位置しており、その高さは、前記針または前記針シールドが移動する間、一定に保たれている、請求項１に記載の電子注射器。
【請求項６】
前記少なくとも１つの部材は、前記針が移動する際に移動する針部材と、前記針シールドが移動する際に移動する針シールド部材とを含み、
前記少なくとも１つの光検出器は、
実質的に平坦な検出面を含み、その検出面に映る前記針部材の像が変化するのに基づいて前記針部材の動きを検出し、その像の変化に基づいて信号を出力する針光検出器と、
実質的に平坦な検出面を含み、その検出面に映る前記針シールド部材の像が変化するのに基づいて前記針シールド部材の動きを検出し、その像の変化に基づいて信号を出力する針シールド光検出器と
を含み、
前記プロセッサは、前記針光検出器からの出力信号に基づいて前記針の位置を求め、前記針シールド光検出器からの出力信号に基づいて前記針シールドの位置を求め、
前記針が移動するときには前記針部材の像が変化し、前記針シールドが移動するときには前記針シールド部材の像が変化する
請求項１に記載の電子注射器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１７年５月３０日を出願日とする米国特許仮出願第６２／５１２，４９６号に対する優先権主張を伴うものであり、その開示内容の全体がここには参照によって組み込まれている。
【０００２】
本発明は印刷回路基板（ＰＣＢ）に関し、特に、パッチ型電子注射器の中に縦置きにされたＰＣＢに関する。
【背景技術】
【０００３】
パッチ型電子注射器を装着した患者にとって好ましいのは、その注射器ができる限り目立たないことである。このことは、器具を平坦に、かつ低背にすることでそのアスペクト比を最小化するという工業的な傾向に繋がっている。その結果、パッチ型電子注射器の従来の設計では、器具のハウジング内において最大の平面部分を利用して、その器具の内部にあるＰＣＢのサイズを最大にしている。典型的な例では、ＰＣＢが皮膚の接触面に対して平行に向き付けられている。
【０００４】
皮膚の接触面に対して平行なＰＣＢを含む既存の器具の中には、次の条件が存在するものがある。１）針穴を設けるには、ＰＣＢに切り抜きが必要である。２）器具内部の構成要素のほとんどが（すべてではないにしても）ＰＣＢの上に実装されていなければならない。３）器具の設置面積に加えて、ＰＣＢが占める不必要な空間がある。４）針の垂直方向の動きを検知することが難しい。
【０００５】
ＰＣＢが皮膚の表面に平行に向き付けられている場合に典型的なのは、光学式位置センサーが針および／または針シールドの反射材付きアーム（すなわちフラグ）の直下に位置することである。光センサーがビーム光を縦方向へ（ＰＣＢの表面に対して垂直に）出射し、その出射光の一部をアームが反射して光センサー内の検出器へ戻す。その後、検出された光の強度に基づいて針および／または針シールドの位置が計算される。針または針シールドの位置の変化が小さいと、検出される光の強度の変化は更に小さい。したがって、針の位置を正確に検出することが難しい。
【０００６】
出願人は、光学式位置センサーを針および／または針シールドの移動方向に対して垂直に取り付けることにより、それらの位置検出の精度を改善した。ある実施例では、１以上の光学式位置センサーが、縦に（すなわち、皮膚の接触面に対して垂直に）置かれたＰＣＢに実装されている。さらに、ＰＣＢを縦置きにすることによりＰＣＢの設置面積が削減されるので、器具のサイズが最小にされ、器具内部の構成要素の配置の設計がより柔軟になる。その上、ＰＣＢを縦置きにすることは、器具内部の電子部品をリサイクル目的でハウジングから容易に取り外すことも可能にする。これにより、生物学的な汚染要素のいくつか、またはすべてを取り外す必要がなくなる。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の実施例による電子注射器は、針挿入機構と、針シールドと、少なくとも１つの部材と、少なくとも１つの光検出器と、プロセッサとを備えている。針挿入機構は、針を、患者の皮膚の表面よりも上である第１位置から挿入方向へ、針が患者の皮膚に突き刺さる第２位置まで移動させる。針シールドは、針の少なくとも一部を覆う第１位置から、針を露出させる第２位置まで移動可能である。少なくとも１つの部材は針または針シールドと機械的に結合しており、針または針シールドが移動するときに移動する。少なくとも１つの光検出器は実質的に平坦な検出面を含み、その検出面に映る少なくとも１つの部材の像が変化するのに基づいてその部材の動きを検出し、その像の変化に基づいて信号を出力する。プロセッサは、出力された信号に基づいて針または針シールドの位置を求める。針または針シールドが移動するときに、少なくとも１つの部材の像が変化する。
【０００８】
電子注射器のある実施形態では、少なくとも１つの光検出器が、印刷回路基板の最長の辺と次に長い辺とで定まる平面に実装されている。その平面は、針が第２位置にあるときに患者の皮膚の表面に対して垂直に向き付けられている。
【０００９】
電子注射器のある実施形態では、プロセッサが印刷回路基板に実装されている。
【００１０】
電子注射器のある実施形態では、少なくとも１つの光検出器が出力する信号は、検出面における少なくとも１つの部材の像の変化量に比例する。
【００１１】
電子注射器のある実施形態では、少なくとも１つの部材は、少なくとも１つの光検出器から離れた高さに位置しており、その高さは、針または針シールドが移動する間、一定に保たれている。
【００１２】
電子注射器のある実施形態では、少なくとも１つの部材は、針が移動する際に移動する針部材と、針シールドが移動する際に移動する針シールド部材とを含む。少なくとも１つの光検出器は、針光検出器と、針シールド光検出器とを含む。針光検出器は実質的に平坦な検出面を含み、その検出面に映る針部材の像が変化するのに基づいて針部材の動きを検出し、その像の変化に基づいて信号を出力する。針シールド光検出器は実質的に平坦な検出面を含み、その検出面に映る針シールド部材の像が変化するのに基づいて針シールド部材の動きを検出し、その像の変化に基づいて信号を出力する。プロセッサは、針光検出器からの出力信号に基づいて針の位置を求め、針シールド光検出器からの出力信号に基づいて針シールドの位置を求める。針が移動するときには針部材の像が変化し、針シールドが移動するときには針シールド部材の像が変化する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
上記の概要は、後述される発明の好ましい実施形態についての詳細な説明と共に、添付の図面に関連付けて読まれることで、より良く理解されるであろう。発明の説明を目的として、図面は現時点で好ましい実施形態を示している。しかし、示されている配置および手段の詳細に発明が限定されないことは、理解されるべきである。
【００１４】
【図１】パッチ型電子注射器の実施例を示す分解図である。
【図２】図１の示すパッチ型電子注射器の上面、正面、および右側面を示す斜視図である。上側のハウジングは取り除かれている。
【図３】図１の示すパッチ型電子注射器の上面、正面、および右側面を示す断面図である。
【図４】図１の示すパッチ型電子注射器から取り出されたＰＣＢの上面、正面、および右側面を示す斜視図である。
【図５】図１の示すパッチ型電子注射器から取り出されたＰＣＢの上面、背面、および左側面を示す斜視図である。
【図６】図１の示すパッチ型電子注射器から取り出された内部の要素の上面、背面、および左側面を示す斜視図である。
【図７】図１の示すパッチ型電子注射器から取り出された内部の要素の上面、背面、および左側面を示す斜視図である。
【図８】（ａ）−（ｃ）は、針挿入機構の様々な状態を示す、右側面からの斜視図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、光センサーによる横方向に移動する物体の位置検出を示す模式的な斜視図である。（ｃ）は、（ａ）、（ｂ）が示す光学式位置センサーの出力電流の相対値のグラフである。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、光センサーによる縦方向に移動する物体の位置検出を示す模式的な斜視図である。（ｃ）は、（ａ）、（ｂ）が示す光学式位置センサーの出力電流の相対値のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、発明の実施形態を詳細に説明する。これらの実施形態は添付の図面に例示されている。発明の説明に使用される用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とするものであり、発明を限定することを意図するものではない。
【００１６】
以下、本発明によるパッチ型電子注射器の様々な実施形態を説明する。
【００１７】
図面を詳細に参照する場合、一貫して同じ数字は同じ要素を示す。図１−図１０には、柔軟な環の実施形態が示されている。
【００１８】
図１は、本発明の実施例によるパッチ型電子注射器１を示す。このパッチ型電子注射器１は下側ハウジング４０と上側ハウジング４１とを含んでいてもよい。これらは一つに組み合わされてＰＣＢ１０等、内部の構成要素を収納している。内部の構成要素の詳細については後述する。上下のハウジング４０、４１はまた、薬瓶（図示せず。）を入れるための扉４４を含んでいてもよい。下側ハウジング４１の底面には粘着パッド５０が貼り付けられていてもよい。これは、パッチ型電子注射器１を患者の皮膚の表面に取り外し可能に貼り付けるためのものである。（貼り付けられた表面を、以下、接触面と呼ぶ。）
【００１９】
図２は、パッチ型電子注射器１の内部の構成要素を示す。ＰＣＢ１０は粘着パッド５０に対して実質上、縦に置かれていてもよい。したがって、パッチ型電子注射器が皮膚の表面に貼り付けられると、ＰＣＢは接触面に対して垂直になってもよい。ＰＣＢ１０は、装置内部のいくつかの構成要素が電池４２等の電源要素から離れるように位置していてもよい。電源要素はＰＣＢ１０およびその他の構成要素へＰＣＢ１０を通して、または直接、電力を供給する。以下では、ＰＣＢ１０の側面のうち、電池４２に面した方を電源側と呼び、その他の構成要素に面した方を要素側と呼ぶ。図７に示されるとおり、電池４２の端子の１つは第１バネクリップ４７（図６参照。）でＰＣＢ１０と導通している。第１バネクリップ４７は、ＰＣＢ１０の電源側にある第１電源パッド１７（図５参照。）と導通している。第１バネクリップ４７はバネの機械的な力を利用して、ハンダづけなしで、電池４２とＰＣＢ１０との間の導通を維持する。ただし、示されてはいないが別の実施形態では第１バネクリップ４７が電池４２および／または第１電源パッド１７にハンダづけされていてもよい。第１バネクリップ４７は、下側ハウジング４０から垂直に伸びている突起４３の上に取り外し可能に配置されている。電池４２のもう１つの端子は第２バネクリップ４５でＰＣＢ１０と導通している。第２バネクリップ４５は、ＰＣＢ１０の要素側にある第２電源パッド１５と導通している。第２バネクリップ４５はＰＣＢ１０の下の隙間を通して反対側へ伸びており、バネの機械的な力を利用して、ハンダづけなしで、電池４２とＰＣＢ１０との間の導通を維持する。ただし、示されてはいないが別の実施形態では第２バネクリップ４５が電池４２および／または第２電源パッド１５にハンダづけされていてもよい。
【００２０】
ＰＣＢ１０は、第１ＰＣＢ支持部材４８ａ、第２ＰＣＢ支持部材４９ａ、第３ＰＣＢ支持部材４８ｂ、および第４ＰＣＢ支持部材４９ｂによって適所に保持されていてもよい。これらの支持部材は下側ハウジング４０の下面と一体であり、上下のハウジング４０、４１の側面からは離れている。第１ＰＣＢ支持部材４８ａと第３ＰＣＢ支持部材４８ｂとには、直角に曲がった２つの支持面がある。支持面の１つはＰＣＢ１０の要素側に接触し、もう１つはＰＣＢ１０の縦辺に接触している。第２ＰＣＢ支持部材４９ａと第４ＰＣＢ支持部材４９ｂとはＰＣＢ１０の電源側に面しており、ＰＣＢ１０の穴１８ａ、１８ｂに向かって垂直に伸びているピンを含む。図２、図７に示されている配置では、第２ＰＣＢ支持部材４９ａのピンが穴１８ａと結合してＰＣＢを第１ＰＣＢ支持部材４８ａに固定し、第４ＰＣＢ支持部材４９ｂのピンが穴１８ｂと結合してＰＣＢを第３ＰＣＢ支持部材４８ｂに固定している。第２ＰＣＢ支持部材４９ａと第４ＰＣＢ支持部材４９ｂとのピンがＰＣＢ１０の穴１８ａ、１８ｂと結合するまで、ＰＣＢ１０および／または第２ＰＣＢ支持部材４９ａと第４ＰＣＢ支持部材４９ｂとが少し曲げられてもよい。これにより、ＰＣＢ１０はパッチ型電子注射器１の中に取り外し可能に組み込まれる。穴１８ａ、１８ｂ、および第１〜第４ＰＣＢ支持部材は、下側ハウジング４０の下面の上方でＰＣＢ１０を保持するように配置されている。すなわち、ＰＣＢ１０の下辺と下側ハウジング４０との間には隙間がある。上側ハウジング４１が下側ハウジング４０に組み合わされた場合、ＰＣＢ１０と上側ハウジング４１との間にも隙間がある。このように、ＰＣＢ１０の各辺は上下のハウジング４０、４１の外壁から隔離されている。これは、ＰＣＢ１０を、ハウジングに加わる曲げ応力から保護するのに役立ち、上下のハウジング４０、４１を通して伝わる内外の振動から保護する。
【００２１】
パッチ型電子注射器はモータ２０を含んでいてもよい。モータ２０は複数の歯車２３を通して伸縮式スクリュー２４を駆動し、薬瓶から薬（図示せず。）を投与する。モータ２０は第１モータバネクリップ２１ａと第２モータバネクリップ（図示せず。）を通してＰＣＢ１０と導通していてもよい。これらのバネクリップ２１ａはモータ２０にはハンダづけされていてもよいが、ＰＣＢ１０上の第１モータ電源パッド１１ａと第２モータ電源パッド１１ｂとには（図３、図４参照。）バネの機械的な力で支えられており、ＰＣＢ１０と導通している。モータバネクリップ２１ａは、ＰＣＢ１０にハンダづけされる必要がないので、ＰＣＢ１０を取り外し可能に収容することができる。さらに、モータバネクリップ２１ａはモータからＰＣＢ１０へ伝わる振動を和らげるのに役立つので、上下のハウジング４０、４１へ伝わる振動が減る。モータ２０はエンコーダ２２を含んでいてもよい。エンコーダ２２は、歯車２３とは反対側にあるシャフトから伸びている。エンコーダ２２は、ＰＣＢ１０に実装されたモータ位置検出器１２の前で、ＰＣＢ１０の要素側の表面と平行な軸のまわりを回転してもよい。モータ２０が動くと、エンコーダ２２の１以上のアームが回転し、モータ位置検出器１２に接近しては離れる。モータ位置検出器１２は、検出したエンコーダ２２の位置に基づいて信号を出力してもよい。
【００２２】
パッチ型電子注射器１は針挿入機構３０を含んでいてもよい。針挿入機構３０は針３１（図８（ａ）−（ｃ）参照。）を下側ハウジング４０の開口部の中に通し、接触面の中に通す。たとえば、針挿入機構は針３１を、患者の皮膚の表面よりも上である第１位置から挿入方向へ、針３１が患者の皮膚に突き刺さる第２位置まで移動させる。針挿入機構３０は針部材３３（図２参照。）を含む。針部材３３は針３１と機械的に結合しており、針３１が移動すると移動する。針部材３３は針光検出器１３の近くに位置している。針光検出器１３は、針部材３３の動きを検出することで、最終的には針３１の動きを検出する。針光検出器１３には、実質的に平坦な検出面があってもよい。検出面はＰＣＢ１０の要素側に対して平行であってもよい。図２に示されている実施例では、針部材３３は針３１と同じ方向に平行移動し、針光検出器１３の前を通過することにより、針光検出器１３に接近し、そこから離れる。針光検出器１３は、検出した針部材３３の位置に基づいて信号を出力してもよい。
【００２３】
パッチ型電子注射器１は針シールド３２を含んでいてもよい。針シールド３２は、針３１の少なくとも一部を覆う第１位置から、針３１を露出させる第２位置まで回転する。針シールド３２は針シールド部材３４を含む。針シールド部材３４は針シールド３２と機械的に結合しており、針シールド３２が移動すると移動する。針シールド部材３４は、その動きを検出するための針シールド光検出器１４の近くに位置している。針シールド光検出器１４には、実質的に平坦な検出面があってもよい。検出面はＰＣＢ１０の要素側に対して平行であってもよい。図２に示されている実施例では、針シールド部材３４は、ＰＣＢ１０の要素側の表面に対して垂直な軸のまわりを回転して、針シールド光検出器１４の前を通過することにより、針シールド光検出器１４に接近し、そこから離れる。たとえば、針シールド部材３４は針シールド光検出器１４の検出面と平行な平面内で回転する。この平面は、検出面から離れた高さに位置する。針シールド光検出器１４は、検出した針シールド部材３４の位置に基づいて信号を出力してもよい。
【００２４】
図２、図６が示すとおり、パッチ型電子注射器は光ガイド４６を含む。光ガイド４６の一端は上側ハウジング４１の窓の中に位置してもよく、他端は、ＰＣＢ１０に実装されたＬＥＤ等の光源１６（図３参照。）の近くに位置してもよい。光ガイド４６は、光源１６からパッチ型電子注射器１の外側へ光を案内して、患者へ情報を視覚的に伝える。
【００２５】
ＰＣＢ１０はプロセッサ１９を含んでいてもよい。プロセッサ１９は、単一の回路要素であっても、プロセッサ１９と協働する複数の回路要素を含んでいてもよい。プロセッサは、針光検出器１３からの出力信号に基づいて針３１の位置を求めてもよく、針シールド光検出器１４からの出力信号に基づいて針シールド３２の位置を求めてもよく、モータ位置検出器１２からの出力信号に基づいてモータ２２の位置を求めてもよい。
【００２６】
図９の（ａ）−図１０の（ｂ）は、光検出器５２、たとえばＶｉｓｈａｙ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ＶＣＮＴ２０２０の動作例を示す。針光検出器１３、針シールド光検出器１４、およびモータ位置検出器１２はそれぞれ光検出器５２で構成されていてもよい。光検出器５２には、実装面に対向する実質的に平坦な検出面があってもよい。検出面は、赤外線等の光を発する発光素子５３と、受光素子５４とを含んでいてもよい。受光素子５４は発光素子５３からの光を受けて、その光の強度に基づいて電流を出力する。図９の（ａ）、（ｂ）は、光検出器５２の前を通過する反射体５１を示す。反射体５１はＸ軸方向へ平行移動する。反射体５１はたとえば、エンコーダ２２、針部材３３、または針シールド部材３４の反射面であってもよい。図９の（ａ）では反射面がＸ1に位置し、反射体の像は発光素子５３の一部を覆って陰になっている。図９の（ｂ）は、位置Ｘ2へ平行移動した後の反射体５１を示す。反射体５１の像は発光素子５３を完全に覆い、受光素子５４の一部を覆っている。図９の（ｃ）は、反射体５１がＸ軸方向へ平行移動して、その像が光検出器５２の位置を覆わない位置から、Ｘ1、Ｘ2を通って、その像が発光素子５３と受光素子５４とを完全に覆う位置まで移動する際の出力電流をプロットしたものである。図９の（ｃ）からわかるように、出力電流はＸ軸方向の位置の関数として、Ｓ字曲線で表される。さらに、Ｓ字曲線の一部が直線で近似され、Ｘ軸方向の位置が出力電流に比例すると近似されてもよい。図示はされていないが、反射体５１がＹ軸方向へ平行移動するときにも、光検出器５２は同様な出力電流−位置曲線を描く。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向と同じ平面内にあるが、その方向に対して垂直である。このように、光検出器５２に対して平行な平面内での反射体５１の直線的な移動は、出力電流の線形な変化で近似可能である。
【００２７】
図１０の（ａ）は、反射体５１が光検出器５２に対して垂直なＺ軸方向へ移動する際における光検出器５２の動作例を示す。たとえば、反射体５１が位置Ｚ1、Ｚ2のいずれにいるときも、反射体５１の像は発光素子５３と受光素子５４とを完全に覆っている。図１０の（ｂ）は、反射体５１が、光検出器５２に接触する位置から、Ｚ1、Ｚ2を通り、Ｚ2を超える位置まで、Ｚ軸方向へ平行移動したときにおける出力電流をプロットしたグラフである。図１０の（ｂ）からわかるように、出力電流はＺ軸方向の位置の関数として、Ｚ軸方向のある位置で最大値を示し、この位置からＺ軸方向の距離が増えるにつれて指数関数的に減少する。
【００２８】
図８の（ａ）−（ｃ）は針シールド３２の動作を示す。図８の（ｂ）は針シールド３２が針３１を覆っている状態を示す。この状態では、針シールド部材３４が針シールド光検出器１４を覆っている。たとえば、針シールド光検出器１４に映る針シールド部材３４の像が第１位置にある。針シールド３２が下側ハウジング４０に向かって回転するにつれて（図８の（ｃ）参照。）、針シールド部材３４は針シールド光検出器１４から離れる方向へ回転する。たとえば、針シールド光検出器１４に映る針シールド部材３４の像が第２位置へ移動する。針シールド３２が下側ハウジング４０に向かって更に回転し、閉位置（図８の（ａ）参照。）に達すると、針シールド部材３４は回転して、針シールド光検出器１４から更に離れる。たとえば、針シールド部材３４の像がもはや針シールド光検出器１４の上にはない。（ただし、ある実施形態では、針シールド部材の像が尚も針シールド光検出器１４の上に映っていてもよい。）位置と針シールド光検出器１４の出力信号との間の関係が線形で近似可能であるので、針シールド部材３４の回転位置が針シールド３２の回転位置と線形に相関する。図８の（ａ）−図９の（ｃ）には針部材３３が示されていないが、針光検出器１３に映る針部材３３の像は針シールド部材３４と実質的に同様に振る舞ってもよい。たとえば、針３１が挿入方向へ移動するにつれて、針部材３３も同じ方向へ移動する。針部材が移動するにつれて、その像が針光検出器１３を通過する。位置と針光検出器１３の出力信号との間の関係が線形で近似可能であるので、針部材３３の並進位置が針３１の並進位置と線形に相関する。こうして、針３１の位置が針光検出器１３からの出力信号に基づいて計算可能であり、針シールド３２の位置が針シールド光検出器１４からの出力信号に基づいて計算可能である。
【００２９】
以上のとおり、発明の詳細な説明が特定の実施形態を参照して開示された。しかし、この開示は、発明が開示された形式そのものに尽きることも、限られることも意図していない。発明の広い概念から離れることなく、上記の実施形態が変形されてもよいことは、当業者には歓迎されるであろう。それ故、この開示は、添付された特許請求の範囲で定義された本発明の精神と範囲との中で行われる変更を含むことを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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