(57)【要約】  薬剤で充填されたカートリッジ（１０）を受け入れるように適合された薬剤送達装置であって、薬剤送達装置は、吐出すべき薬剤の望ましい用量をユーザが設定できるようにする用量設定手段と、モータ（５１）を制御して駆動部材を移動させ、それにより、受け入れたカートリッジから、設定用量に対応する薬剤の量を吐出するように適合された電子コントローラ（７０、２７０）と、装填されたカートリッジ内の自由空気の量を推定するための手段とを備える。コントローラは、カートリッジ内の自由空気の推定量が、設定用量に対応する薬剤の量の所与のパーセンテージ以上である場合、エラー状態を検出するように適合される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬剤送達装置（１００）であって、
出口（１２）と軸方向に変位可能なピストン（１１）とを備える、薬剤で充填されたカートリッジ、または薬剤で充填されたカートリッジ（１０）を装填位置に受け入れるためのコンパートメントと、
薬剤吐出機構（５０、２５０）であって、
装填されたカートリッジの前記ピストンに係合し、かつ前記ピストンを軸方向に移動させて、それにより、薬剤の量を前記カートリッジから前記出口を介して吐出するように適合された駆動部材（２０、３３２）、および
前記駆動部材を移動させるためのモータ（５１、２５１）
を備える、薬剤吐出機構（５０、２５０）と、
吐出すべき薬剤の望ましい用量をユーザが設定できるようにする用量設定手段と、
前記モータを制御して前記駆動部材を移動させ、それにより、設定用量に対応する薬剤の量を吐出するように適合された電子コントローラ（７０、２７０）と、
装填されたカートリッジ内の自由空気の量を推定するための手段（７０、２７０）と
を備え、
前記電子コントローラは、前記カートリッジ内の自由空気の前記推定量が、設定用量に対応する薬剤の前記量の所与のパーセンテージ以上である場合、エラー状態を検出するようにさらに適合される、薬剤送達装置（１００）。
【請求項２】
ユーザ警告手段をさらに備え、前記電子コントローラは、エラー状態が検出されたとき、前記ユーザ警告手段を作動させるように適合される、請求項１に記載の薬剤送達装置。
【請求項３】
前記電子コントローラは、エラー状態が検出されたとき、薬剤の設定用量が吐出されるのを阻止するように適合される、請求項１または２に記載の薬剤送達装置。
【請求項４】
前記ユーザが前記電子コントローラを無効にできるようにし、それにより、前記モータが前記設定用量に応じて前記駆動部材を移動できるようにするユーザ入力手段（１４２）をさらに備える、請求項３に記載の薬剤送達装置。
【請求項５】
前記薬剤カートリッジの特性値を検出するための手段であって、前記特性値が、前記カートリッジ内に含まれる自由空気の前記量と共に変化する、手段を備え、
前記カートリッジ内の自由空気の前記推定量が、前記検出される特性値に少なくとも部分的に基づいている、請求項１から４のいずれか一項に記載の薬剤送達装置。
【請求項６】
前記検出される特性値は、前記カートリッジ内の圧力に関係している、請求項５に記載の薬剤送達装置。
【請求項７】
前記駆動部材に関連付けられた力センサをさらに備え、前記力センサは、用量吐出中に、前記カートリッジ内の前記圧力に関係する出力を提供する、請求項５に記載の薬剤送達装置。
【請求項８】
前記カートリッジピストンは、弾性的に変形可能であり、前記検出される特性値は、前記ピストンの変形に関係する、請求項５に記載の薬剤送達装置。
【請求項９】
前記検出される特性値は、前記装填されたカートリッジ、または前記装填されたカートリッジの一部の静電容量である、請求項５に記載の薬剤送達装置。
【請求項１０】
前記所与のパーセンテージは設定可能である、請求項１から９のいずれか一項に記載の薬剤送達装置。
【請求項１１】
前記電子コントローラは、前記カートリッジ内の薬剤の前記推定量が、前記設定用量に対応する薬剤の前記用量よりも少ない場合、エラー状態を検出するようにさらに適合され、前記カートリッジ内の薬剤の前記推定量は、推定される前記カートリッジ内の自由空気の前記量を考慮に入れる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の薬剤送達装置。
【請求項１２】
前記用量設定手段は、用量設定データを外部装置から受信できるようにする通信手段を備え、また
前記電子コントローラは、受信された用量設定データを記憶し、かつ前記モータを制御して前記駆動部材を移動させ、それにより、設定用量に対応する薬剤の量を吐出するように適合される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の薬剤送達装置。
【請求項１３】
前記電子コントローラはクロックを備え、また少なくとも２つの予め設定された用量を表す用量設定データを記憶するように適合されており、また予め設定された各用量が、日および／または週の時間期間に関連付けられ、
前記コントローラが、実際の時間に従って、前記モータを制御して前記駆動部材を移動させ、それにより、記憶された投与量を吐出するように適合される、請求項１２に記載の薬剤送達装置。
【請求項１４】
（ｉ）薬剤送達装置を提供するステップであって、前記薬剤送達装置が、
出口と軸方向に変位可能なピストンとを備える、薬剤で充填されたカートリッジと、
薬剤吐出機構であって、
装填されたカートリッジの前記ピストンに係合し、かつ前記ピストンを軸方向に移動させて、それにより、薬剤の量を前記カートリッジから前記出口を介して吐出するように適合された駆動部材、および
前記駆動部材を移動させるためのモータ
を備える薬剤吐出機構と、
吐出すべき薬剤の望ましい用量をユーザが設定できるようにする用量設定手段と、
前記モータを制御して前記駆動部材を移動させ、それにより、設定用量に対応する薬剤の量を吐出するように適合された電子コントローラと、
前記カートリッジ内の自由空気の量を推定するための手段と
を備える、ステップ、
（ｉｉ）前記カートリッジ内の自由空気の前記量を推定するステップ、
（ｉｉｉ）吐出すべき用量を設定するステップ、および
（ｉｖ）前記カートリッジ内の自由空気の前記推定量が、前記設定用量に対応する薬剤の前記量の所与のパーセンテージ以上である場合、エラー状態を検出するステップ
を含む、薬剤送達装置を動作させる方法。
【請求項１５】
エラー状態が検出されたとき、ユーザ警告手段を作動させるステップ、および／または薬剤の設定用量が吐出されるのを阻止するステップをさらに含む、請求項１４に記載の薬剤送達装置を動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、患者が自分の手で使用し、操作するように適合された薬剤送達装置に関する。より詳細には、本発明はモータ駆動式薬剤送達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の開示において、ほとんどの場合、離散的または連続的な皮下薬剤送達による糖尿病の治療に対して参照が行われるが、これは、本発明の例示的な用途に過ぎない。
【０００３】
薬剤で充填されたカートリッジを受け入れ、そこから望ましいサイズの離散的な用量を吐出するように適合された耐久性のある薬剤送達装置の最も一般的なタイプは、手動手段により、または用量設定中に付勢されたばねにより駆動されるものであり、カートリッジは、初期の近位位置を有し、かつピストンロッドにより遠位方向に移動される軸方向に変位可能なピストンを備えるタイプである。皮下薬剤送達は、カートリッジと流体連通して配置される注射針により行われる。装置は、ペン形状のもの、またはより箱型のいわゆるドーザ（ｄｏｓｅｒ）の形態のものとすることができる。簡便さ、ユーザの使いやすさを改良し、また例えば、吐出データの検出および記憶など、さらなる機能を提供するために、薬剤送達装置は、例えば、米国特許第６，５１４，２３０号、および米国特許出願公開第２０１１／３０６９２７号で示されるように、通常、歯車配置を介してピストンロッドを駆動する電子的に制御されるモータの形態の電気的に駆動される手段を備える。
【０００４】
例えば、インスリンなどを離散的に注射することにより糖尿病の治療を行うためには、モータ駆動式薬剤送達装置は、比較的まれにしか使用されないが、連続的な薬剤送達の分野では、可搬型のモータ駆動式薬剤送達装置が数十年間にわたって広く使用されてきている。後者のタイプの装置は、一般に輸液ポンプとして知られており、通常、非常に高い基準に合わせて作られ、したがって、非常に高価である。モータ駆動式薬剤送達装置はまた、薬剤の経路中の空気を検出する手段を備えた輸液システムを開示する、例えば、米国特許第４，２５５，０８８号、およびＷＯ２０１２／１２６７４５などから知られている、より大型の非可搬型輸液システムの形態とすることもできる。
【０００５】
薬剤の離散的な注射を行うためのモータ駆動式薬剤送達装置はまた、非常に高い安全基準を満たす必要があるが、大部分のユーザにとっては、例えば、ペンタイプの比較的安い機械的な薬剤送達装置が受入れ可能な代替形態であるので、コスト問題はより重要である。それに対応して、より高い費用をユーザに受入れ可能にするためには、さらなる利点を提供すべきである。
【０００６】
上記のことを考慮すると、本発明の目的は、費用効果の高い方法で、高度の使いやすさを提供するモータ駆動式薬剤送達装置を提供することである。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の開示においては、上記の目的のうちの１つまたは複数のものに対処する、または以下の開示から、ならびに例示的な実施形態の記述から明らかな目的に対処する実施形態および態様が述べられる。
【０００８】
したがって、本発明の一般的な態様によれば、薬剤で充填されたカートリッジ、または薬剤で充填されたカートリッジを装填位置に受け入れるためのコンパートメントを備える薬剤送達装置であって、カートリッジが、出口と軸方向に変位可能なピストンとを備える、薬剤送達装置が提供される。装置は、装填されたカートリッジのピストンに係合し、かつピストンを軸方向に移動させて、それにより、薬剤の量をカートリッジから出口を介して吐出するように適合された駆動部材と、駆動部材を移動させるためのモータとを備える薬剤吐出機構を備える。装置は、吐出すべき薬剤の望ましい用量をユーザが設定できるようにする用量設定手段をさらに備える。電子コントローラは、モータを制御して駆動部材を移動させ、それにより、設定用量に対応する薬剤の量を吐出するように適合される。装置は、装填されたカートリッジ内の自由空気の量を推定するための手段をさらに備える。コントローラは、カートリッジ内の自由空気の推定量が、設定用量に対応する薬剤の量の所与のパーセンテージ以上である場合、エラー状態を検出するように適合される。
【０００９】
２型糖尿病を治療するとき、所与の用量のインスリンが全く注射されない場合、それは「重大な」障害であると見なされるが、所与の用量のうちの少なくともいくらかのインスリンが注射される場合、それは「軽度の」障害と見なされるだけであり得る。実は、これは１型糖尿病の治療には当てはまらない。
【００１０】
上記の考慮に基づき、装填されたカートリッジ内の空気量を、したがって、それに対応する、例えば、インスリンの単位数など、薬剤の量を推定するように適合された薬剤送達装置が提供される。この情報は、ユーザにより設定された所与の用量と比較することができる。例えば、パーセンテージが１００％に設定され、設定用量が、推定された「空気用量」以上であり、空気だけを注射する潜在的な危険がある場合、これはエラー／警報状態になる。この配置により、薬剤の用量を注射する前に、カートリッジ内に存在し得る空気を除去するためにユーザにより行われる従来の「エアショット」ステップをなくすことができる。
【００１１】
薬剤送達装置は、例えば、可聴の、視覚的な、または触知できるユーザ警告手段を備えることができ、電子コントローラは、エラー状態が検出されたとき、ユーザ警告手段を作動させるように適合される。
【００１２】
例示的な実施形態では、電子コントローラは、エラー状態が検出されたとき、薬剤の設定用量が吐出されないように適合されるが、装置は、ユーザが電子コントローラを無効にし、それにより、モータが設定用量に応じて駆動部材を移動させることが可能になるユーザ入力手段を備えることができる。エラー条件はまた、設定用量を許容できる用量サイズに調整することによって解除することができる。
【００１３】
カートリッジ内の自由空気の量を検出するために、薬剤送達装置は、薬剤カートリッジの特性値、すなわち、カートリッジ内に含まれる自由空気の量と共に変化する特性値を検出するための手段を備えることができ、カートリッジ内の自由空気の推定量は、検出される特性値に少なくとも部分的に基づく。例えば、検出される特性値は、カートリッジ内の圧力に関するものとすることができる。薬剤送達装置は、駆動部材に関連付けられた力センサを備えることができ、力センサは、用量吐出中に、カートリッジ内の圧力に関する出力を提供する。カートリッジピストンが、弾性的に変形可能である場合、検出される特性値は、ピストンの変形に関することができる。代替的に、検出される特性値は、装填されたカートリッジの、または装填されたカートリッジの一部の静電容量とすることができる。さらなる代替形態として、空気の量は、発光体および光センサを用いて推定することもでき、センサによって検出される光の量は、カートリッジ内の自由空気の量により影響される。
【００１４】
所与のパーセンテージは、例えば、２５％、５０％、７５％、または１００％など、１０％〜１００％の範囲とすることができる。所与のパーセンテージは、例えば、ユーザの医師により設定可能にすることができる。
【００１５】
例示的な実施形態では、コントローラは、カートリッジ内の薬剤の推定量が、設定用量に対応する薬剤の量よりも少ない場合、エラー状態を検出するようにさらに適合させることができ、カートリッジ内の薬剤の推定量は、推定されるカートリッジ内の自由空気の量を考慮に入れる。
【００１６】
吐出すべき薬剤の望ましい用量をユーザが設定できるようにする用量設定手段は、例えば、従来のボタン、ダイヤル、タッチスクリーン、または音声制御によるなど、いくつかの方法で提供することができる。用量設定手段は、１つまたは複数の予め設定された用量を記憶するように適合することができる。このような配置では、コントローラは、例えば、装置の向きを変えて、予め設定された用量を吐出する用意ができたとき、カートリッジ内の自由空気の推定量を、予め設定された用量と比較することになる。
【００１７】
例示的な実施形態では、装置は、用量設定データを外部装置から受信できるようにする通信手段と、受信された用量設定データを記憶し、かつモータを制御して駆動部材を移動させ、それにより、設定用量に対応する薬剤の量を吐出するように適合された電子コントローラとを備える。この配置により、吐出すべき薬剤の所与の量が、外部手段によって薬剤送達装置に設定され、かつ記憶することができ、こうすることにより、記憶された値に対応する用量が送達されるとき、使用するのが簡単で容易な薬剤送達装置が提供される。外部手段により用量を設定する概念は、本明細書に参照により組み込まれるＥＰ２０１４／０６０８４０でさらに詳細に述べられている。
【００１８】
コントローラはクロックを備えることができ、また少なくとも２つの予め設定された用量を表す用量設定データを記憶するように適合することができ、予め設定された各用量は、日および／または週の時間期間に関連付けられており、コントローラは、実際の時間に従って、モータを制御して駆動部材を移動させ、それにより、記憶された投与量を吐出するように適合される。
【００１９】
本発明のさらなる態様によれば、薬剤送達装置を動作させる方法が提供される。方法は、（ｉ）薬剤送達装置を提供するステップであって、薬剤送達装置は、出口と軸方向に変位可能なピストンとを備える、薬剤で充填されたカートリッジと、装填されたカートリッジのピストンに係合し、かつピストンを軸方向に移動させて、それにより、薬剤の量をカートリッジから出口を介して吐出するように適合された駆動部材、および駆動部材を移動させるためのモータを備える薬剤吐出機構とを有し、薬剤送達装置はさらに、吐出すべき薬剤の望ましい用量をユーザが設定できるようにする用量設定手段と、モータを制御して駆動部材を移動させ、それにより、設定用量に対応する薬剤の量を吐出するように適合された電子コントローラと、カートリッジ内の自由空気の量を推定するための手段とを有する、ステップ、（ｉｉ）カートリッジ内の自由空気の量を推定するステップ、（ｉｉｉ）吐出すべき用量を設定するステップ、および（ｉｖ）カートリッジ内の自由空気の推定量が、設定用量に対応する薬剤の量の所与のパーセンテージ以上である場合、エラー状態を検出するステップを含む。
【００２０】
本明細書で使用される場合、「薬剤」という用語は、液体、溶液、ゲル、または微細な懸濁液など、制御された方法で、カニューレまたは中空の針などの送達手段を通過できる任意の薬剤を含む流動性のある薬を包含することを意味する。代表的な薬剤は、ペプチド（例えば、インスリン、インスリンを含む薬剤、ＧＬＰ−１を含む薬剤、ならびにそれらの誘導体）、タンパク質、およびホルモンなどの医薬品、生物学的に誘導された、もしくは活性作用物質、ホルモンおよび遺伝子ベースの作用物質、栄養的な製剤、ならびに固体（調合された）もしくは液体の形態の他の物質を含む。例示的な実施形態の記述においては、インスリンを含む薬剤の使用に対して参照が行われる。それに対応して、「皮下」輸液という用語は、被験者に対する経皮送達の任意の方法を含むことを意味する。
【００２１】
以下で、本発明について、図面を参照してさらに述べるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】薬剤送達装置の実施形態を概略的に示す図である。
【図２】モータ駆動式薬剤送達装置のための駆動配置を概略的に示す図である。
【図３Ａ】力センサを用いる第１の設定から得られたデータを示す図である。
【図３Ｂ】力センサを用いる第２の設定から得られたデータを示す図である。
【図４】薬剤送達装置プラットフォームの第１の実施形態を示す図である。
【図５】薬剤送達装置プラットフォームの第２の実施形態を示す図である。
【図６】薬剤送達装置プラットフォームの第２の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図では、同様の構造は、主として同様の参照数字により識別される。
【００２４】
以下で、「上側」および「下側」、「右」および「左」、「水平」および「垂直」などの用語、または同様の相対表現が使用される場合、これらは、添付図を基準とするだけのものであり、必ずしも実際の使用状況を指すものではない。示された図は概略的な表現であり、そのため、様々な構造の形状、ならびにそれらの相対的な寸法は、例示のためだけに提供されるように意図されている。所与の構成要素に対して、部材または要素という用語が使用される場合、それは、概して、述べられた実施形態において、その構成要素は単一の構成要素であるが、例えば、単一の射出成形された部品として製作されるなど、述べられた構成要素の２つ以上のものが一体の構成要素として提供できるのと同様に、同じ部材もしくは要素が、代替的にいくつかの下位の構成要素を備え得ることを示している。「アセンブリ」という用語は、述べられた構成要素が、必ずしも、所与のアセンブリ手順中に組み立てられて、単一の、または機能的なアセンブリを提供できることを示唆するものではなく、単に、機能的により密接に関係するものとして、共にクループ化された構成要素を記述するために使用されるに過ぎない。
【００２５】
図１は、吐出アセンブリが中に配置される主部分１２０と、交換可能な薬剤で充填されたカートリッジを受け入れ、かつ保持するように適合されたカートリッジホルダ部分１１０とを備える一般的なモータ駆動式薬剤送達装置１００を概略図で示している。カートリッジホルダ部分は、遠位の開口部１１２と、カートリッジピストンの実際の位置を観察できるように、装填されたカートリッジの内容物をユーザが視覚的に検査できるようにする窓部１１１とを備える。針アセンブリ１９０は、装填されたカートリッジと流体連通するように取り付けられる。主部分は、ユーザが吐出すべき薬剤の用量を設定し、かつ調整できるようにする１対の用量設定ボタン１４１、１４２、ならびに装置の近位端に配置された用量リリースボタン１４３の形態のユーザ入力手段を備える。ディスプレイ１５０は、現在設定されている用量１５１を示す。ディスプレイは、例えば、用量吐出中に用量の数字をカウントダウンできるなど、ユーザにさらなる情報を提供するように制御することができ、また同様に、ディスプレイは、例えば、電池状態、エラー条件、および時間などに対するインジケータを備えることもできる。
【００２６】
図２は、図１を参照して述べられたタイプのモータ駆動式薬剤送達装置のための駆動配置を概略的に示しており、その配置は、本発明の諸態様を実現するためのプラットフォームを提供する。
【００２７】
より具体的には、モータ駆動式薬剤送達装置１は、吐出アセンブリ５０が中に配置される主部分と、交換可能な薬剤で充填されたカートリッジ１０を受け入れ、かつ保持するように適合されたカートリッジホルダ部分とを備え、カートリッジは、軸方向に変位可能なピストン１１と、針アセンブリを取り付けることができる結合手段に関連付けられた遠位の出口１２とを備える。気泡１３が、カートリッジ内に閉じ込められている。示された実施形態では、吐出アセンブリは、カートリッジピストンに係合して前方に移動させ、それにより、薬剤の量を吐出させるように適合されたピストンロッド２０の形態の駆動部材を備え、ピストンロッドは、歯車アセンブリ５２を介して電子的に制御されたモータ５１により駆動される。ピストンロッドは、例えば、力センサなどのセンサ２３が配置される遠位のピストンロッドワッシャ２２を備える。装置は、ピストンロッドを遠位または近位方向に移動させるために、モータの動作を制御するように適合された電子コントローラ回路７０、ならびにコントローラ回路に関連付けられた再充電可能な電源（「電池」）をさらに備える。電子コントローラ回路は、例えば、ダウンロードされる「アプリ」などのアプリケーションソフトウェアを備えるスマートフォンなどの外部装置により、例えば、予め設定される用量を設定できるようにし、例えば、ＮＦＣもしくはＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどにより無線で薬剤の用量を設定かつ送信できるようにする通信回路を備えることができる。示された実施形態では、例えば、ＵＳＢポートなど、電力およびデータ通信兼用ポートが提供される。コントローラ回路は、ユーザ入力手段（以下を参照のこと）から、ならびに例えば、図示されたピストンロッドセンサなど、１つまたは複数のセンサからの入力を受け取るようにさらに適合され、同様に、コントローラ回路は、検出された動作状態に従って、ディスプレイを制御するように適合される。ピストンロッドセンサは、カートリッジの交換後にピストンロッドを前進させたとき、カートリッジピストンとのピストンロッド係合を検出するために使用することができるが、以下で述べるように、ピストンロッドセンサは本発明の実施形態でも使用することができる。
【００２８】
本発明の態様を参照すると、本発明は、上記で述べた一般的なタイプに対応する薬剤送達装置に基づいているが、装填されたカートリッジ内の自由空気の量を推定する手段を備える。自由空気の推定は、それ自体、本発明の一部ではないが、望ましい情報を提供するために使用できる原理の例を述べるものとする。
【００２９】
より具体的には、図２の薬剤送達装置１は、受け入れたカートリッジ内の薬剤の液圧に関する特性を測定し、かつ取得するための手段を組み込むことにより、カートリッジ内の自由空気の量を求めるように適合することができ、その特性は、カートリッジ内に含まれる自由空気の量に依存する。この特性を測定するための手段は、力センサまたは近接センサの形態の図示されたワッシャセンサ２３とすることができる。電子コントローラ回路７０は、動作中に取得された測定値を処理するための、またカートリッジ内の自由空気の量を推定するためのプロセッサ手段を備えることができる。
【００３０】
動作中、ピストン駆動部材は、薬剤を加圧するために遠位方向に移動され、コントローラは、その軸方向位置を追跡する。空気は圧縮可能であり、また薬剤はほとんど圧縮できないので、ピストン位置と、カートリッジ内の液圧に関連する特性の反応との間の相関から、自由空気の量を求めることが可能である。
【００３１】
簡単な設定では、針アセンブリが取り付けられていない場合など、遠位の出口が閉じられているときに自由空気が推定されるが、より進んだ設定では、自由空気を、針アセンブリが取り付けられている動作中に推定することができる。所与の装置は、例えば、取り付けられた針の存在を検出することにより、２つの状態に対応する１つまたは２つのモードで動作するように適合することができる。
【００３２】
第１のモードでは、空気の量を求めるために簡単な方法を使用することが可能になる。図３Ａは、出口部分が閉じられているとき、ピストン駆動部材の位置の関数として、力センサを用いた測定の出力を概略的に示している。点Ａは、ピストン駆動部材とピストンの間の接触を示しており、その点以降、温度が一定であると仮定すると、液圧とピストン駆動部材の位置との間には線形関係が存在することになる。点Ａの後、ピストン駆動部材のさらなる前進はいずれも液圧の反応を生成することになる。点Ａの圧力および位置、ならびにピストン駆動部材のさらなる前進後の圧力および位置を取得することができるので、圧力を加えない場合の点Ａにおける自由空気の量または容積を求めることができる。
【００３３】
図３Ｂは、出口部分が開いている場合の、力センサを用いた測定値の出力を時間の関数として概略的に示している。ピストン駆動部材と、一定の断面積を備えるピストンとの間の力を測定するセンサは、カートリッジの内側の液圧と容易に関係付けられる。一般的な関係は、圧力が単位面積当たりの力に等しいことである。点Ａは、ピストン駆動部材とピストンの間の接触を示し、さらに加速段階の開始も示しており、ピストン駆動部材は、ピストンを加速し、かつ液を加圧して吐出する。点Ｂは、加速段階の終了と、ピストン駆動部材が一定速度で移動する段階の開始とを示す。点Ｃは、定速段階の終了と減速段階の開始とを示し、液は、液圧が減少するが、なお吐出される。点Ｄは、減速段階の終了と緩和段階の開始を示しており、緩和段階では、ピストン駆動部材は停止するが、薬剤は、例えば、自由空気など、可撓性のある部分の緩和に起因してなお吐出される。カートリッジ内に自由空気が存在する場合、自由空気が、通常、システムの全体の可撓性に対する主要な寄与部分となるが、ピストン、ピストン駆動部材、および隔壁などの他の構成要素もまた、寄与することができる。液圧が周囲圧力に等しくなり、かつこれ以上薬剤が吐出されない場合、緩和段階は終了する。加速段階、定速段階、および減速段階は、ピストン駆動部材がすべての段階を進むので、一般にストローク段階と呼ばれる。
【００３４】
測定された圧力値に基づいて自由空気の量を計算するために、異なる方法を使用することができる。例えば、較正測定値から計算される較正指標をメモリに記憶することができ、処理手段は、１組の動作指標を計算し、かつ１組の動作指標および１組の較正指標を用いて、動作中にカートリッジ内の自由空気の量を推定するように構成される。
【００３５】
薬剤送達装置を用いる場合、例えば、吐出すべき薬剤の選択された量など、いくつかのパラメータをユーザにより変えることができる。選択されたパラメータの情報は、投与前にプロセッサに提供することができる。カートリッジ内の自由空気の量、カートリッジのピストンと本体部分との間の様々な量の摩擦、様々なタイプの流路、すなわち、様々な流れ抵抗を有する様々な針などの他の変数は、通常、投与前には未知の変数である。
【００３６】
したがって、１組の較正指標は、送達すべき薬剤の様々な選択される量に対して、液圧に関係する特性の測定値に基づき、任意選択でさらに、以下のパラメータのグループ、すなわち、用量送達速度、様々なタイプの流路、カートリッジ内の自由空気の量、カートリッジのピストンと本体部分との間の様々な量の摩擦のうち１つまたは複数に基づいて計算される。１組の較正指標は、すべての可能な状態に対する、用量の送達中における液圧変動に対する特徴を記述するために使用される指標である。
【００３７】
ユーザが、薬剤の選択された量の送達を開始するとき、また薬剤送達装置が第２のモードにあるとき、処理手段は、測定され取得された測定値（例えば、液圧に関する特性、ピストン駆動部材の位置、動作中の時間など）の処理を開始し、かつ、現在の送達中における液圧を特徴付けるために使用される指標を含む新しい組の指標、すなわち、動作指標を計算するアルゴリズムを適用する。１組の動作指標は、連続して計算され、かつカートリッジ内の自由空気の量を推定するために１組の較正指標と比較され、また任意選択でさらに、以下のパラメータのグループ、すなわち、異なるタイプの流路、カートリッジのピストンと本体部分との間の様々な量の摩擦のうちの１つまたは複数と比較される。
【００３８】
この配置により、１組の記憶された較正指標は、送達中における液圧の反応を特徴付ける方法を可能にし、また１組の動作指標を抽出してその組を１組の較正指標と比較することにより、動作中のいくつかの未知のパラメータを推定する方法を可能にする。所与の装置は、患者に薬剤の量を送達するために使用できるという意味で、薬剤送達装置が動作可能になる前に、１組の較正指標を備える。１組の較正指標は、例えば、薬剤送達装置が生産を離れる前に提供され得る。
【００３９】
代替的に、処理手段は、物理的なモデルに基づいてカートリッジ内の自由空気の量を推定するように構成することができる。このような配置は、例えば、動作中の時間、カートリッジ内の自由空気の量、吐出すべき選択された薬剤の量、カートリッジのピストンと本体部分との間の摩擦、および用量送達速度などにリンクする物理的なモデルを確立することにより、カートリッジ内の自由空気の量を推定することのできる方法を可能にする。第２のモードにおけるカートリッジ内の自由空気の量を推定するとき、緩和段階からのデータを処理することが特に有用となり得るが、それは、この段階ではピストンは動きを停止しており、その結果、カートリッジのピストンと本体部分との間の動摩擦からの影響が最小になるからである。カートリッジ内の自由空気の量を求めるためのより詳細な概念の記述は、本明細書に参照により組み込まれる特許出願ＥＰ２０１５／０６９８８９で見出すことができる。
【００４０】
本発明それ自体の態様を参照すると、装填される位置に薬剤で充填されたカートリッジを受け入れるためのカートリッジホルダを備える薬剤送達装置が提供され（図１および図２を参照のこと）、カートリッジは、出口、および軸方向に変位可能なピストンを備える。装置は、吐出すべき薬剤の望ましい用量をユーザが設定できるようにする用量設定手段と、装填されたカートリッジのピストンに係合し、かつ軸方向に移動させ、それにより薬剤の量をカートリッジから出口を介して吐出するように適合された駆動部材と、駆動部材を移動させるためのモータとを備える薬剤吐出手段を備える。電子コントローラは、モータを制御して駆動部材を移動させ、それにより、設定用量に対応する薬剤の量を吐出するように適合される。装置は、上記で論じたように、装填されたカートリッジ内の自由空気の量を推定するための手段をさらに備える。コントローラは、カートリッジ内の自由空気の推定量が、設定用量に対応する薬剤の量の所与のパーセンテージ以上である場合、エラー状態を検出するように適合される。薬剤送達装置は、例えば、可聴の、視覚的な、または触知できるものなど、ユーザ警告手段を備えることができ、電子コントローラは、エラー状態が検出されたときにユーザ警告手段を作動させるように適合される。
【００４１】
例示的な実施形態では、電子コントローラは、エラー状態が検出されたとき、薬剤の設定用量が吐出されるのを阻止するように適合されるが、装置は、ユーザが、例えば、所与の時間にわたってボタンを押すことによって電子コントローラを無効にし、それにより、モータが、設定用量に応じて駆動部材を移動させることのできるユーザ入力手段を備えることができる。コントローラを無効にすることは、例えば、推定される自由空気の量が、所与の量に満たない場合など、いくつかのエラー条件だけに限定することができる。エラー条件はまた、設定用量を、許容できる用量サイズへと調整することにより解除することもできる。
【００４２】
２型糖尿病を治療するとき、所与の用量のインスリンが何も注射されない場合、それは「重大な」障害であると見なされるが、所与の用量のうちの少なくともいくらかのインスリンが注射される場合、それは「軽度の」障害と見なされるだけであり得る。実は、これは１型糖尿病の治療には当てはまらない。
【００４３】
この配置により、薬剤の用量を注射する前にカートリッジ内のどんな空気も除去するようにユーザにより実施される従来の「エアショット」ステップをなくすことができる。
【００４４】
カートリッジ内に自由空気が存在することは、投与イベント中に、この空気のいくらか、またはすべてが吐出される危険を表しているが、必ずしもこの自由空気のいくらか、またはすべてが吐出されるわけではないことを強調すべきである。実際に、大部分の場合、自由空気は、投与イベント中に吐出されないものと予想することができる。より具体的には、用量送達中には、大部分の患者が、装置の近位端が上方を向いた傾斜角で、通常、ペン形状の薬剤送達装置を保持することになり、それにより、カートリッジ内の自由空気は、大部分の場合、遠位に配置された出口とは反対のカートリッジの近位端へと流れるものと予想することができる。実際、カートリッジがほとんど空である場合、自由空気は、カートリッジの合計の残容積の比較的大きな部分を占める可能性があり、これは、空気が吐出される可能性を増加させる。このことを考慮すると、エラー条件は、自由空気により占められる合計容積のうちのパーセンテージを考慮して動的なものとすることができる。以下を参照されたい。
【００４５】
上記で述べたように、コントローラは、カートリッジ内の自由空気の推定量が、設定用量に対応する薬剤の量の所与のパーセンテージ以上である場合、エラー状態を検出するように適合される。パーセンテージは、過少量投与の容認されるリスクに従って選択することができる。
【００４６】
例えば、パーセンテージは５０％に設定することができる。これは、１０ＩＵに対応する自由空気の量が推定された場合、少なくとも２０ＩＵの用量が設定されているとエラーが検出されることを意味する。パーセンテージが１００％に設定され、１０ＩＵに対応する自由空気の量が推定された場合、少なくとも１０ＩＵの用量が設定されていると、エラーが検出される。
【００４７】
カートリッジがほとんど空のとき、自由空気の比較的大きな量が存在する状況に対処するために、例えば、設定用量が、カートリッジ内に残された薬剤の推定量よりも大きい場合にエラーを検出できるなど、エラー条件を調整することができる。
【００４８】
例えば、ピストンの位置に対応する残された薬剤の量が３０ＩＵであり、自由空気の推定量が１０ＩＵに相当する場合、残された薬剤の推定量は２０ＩＵであり、これは、少なくとも２０ＩＵの用量が設定されている場合にエラー条件を生ずる。
【００４９】
薬剤送達装置が、針アセンブリを取り付けた状態で、それとも針アセンブリがない状態で自由空気の量を推定するように適合されているかに応じて、装置に対して使用するシナリオは異なる可能性がある。
【００５０】
例えば、薬剤送達装置が、針アセンブリが取り付けられていないときに限って働く簡単な推定機構を備える場合、装置は、針アセンブリが取り付けられているときは、キャップを取り付けることのできないキャップを備えることができ、これは、キャップを再度取り付けられるようにするために、使用後、針アセンブリを取り外すことをユーザに強制する。それに対応して、ユーザがキャップを取り外したとき、コントローラは、自動的に、駆動体を移動してピストンに接触させ（間隙が存在する場合）、かつカートリッジを一定量だけ加圧し、同時に関連するパラメータを測定する。加圧が実施された後、駆動部材は、後退して、カートリッジ内の圧力を減少させる。測定された値に基づいて、自由空気の量が計算されることになる、ユーザが針アセンブリを取り付けたまま残した状況に対処するために、装置は、用量を設定する直前に、自由空気の推定が実施されない限り、用量の設定を阻止するように適合され得る。さらに、ユーザがキャップを取り外した直後であって、圧力測定が完遂される前に、針を取り付ける状況に対処するために、コントローラは、例えば、圧力増加の欠如など、このような状況を検出するように適合することができる。
【００５１】
代替的に、薬剤送達装置が、注入中に働くさらに進んだ推定機構を備える場合、ユーザは、通常の使用手順を変更することなく装置を使用することができ、自由空気の量が注入イベント中に推定され、その後、その推定が使用されて、その後に続く用量設定イベント中に、潜在的なエラー条件を検出することができる。
【００５２】
図４を参照して、本発明の実施形態に対するプラットフォームとして適切な薬剤送達装置の第１の実施形態２００が述べられる。より具体的には、装置は、キャップ部分（図示せず）、および主部分を備え、主部分は、モータ駆動式薬剤吐出アセンブリ２５０、電子コントローラ回路２７０、および電源が中に配置されたハウジング２２１を備えた近位本体もしくは駆動アセンブリ部分２２０と、薬剤で充填されたカートリッジ１０が配置され、かつ定位置に保持されるコンパートメント２１１を備えた遠位のカートリッジホルダ部分２１０とを有する。カートリッジは、軸方向に変位可能なピストン部分１１と、針が貫通可能な隔壁を備える遠位の出口部分１２とを備える概して円筒形の主部分を備える。カートリッジは、示された例では、針アセンブリの対応するハブの内側のねじ山と係合するように適合された外側のねじ山を有する針ハブ取付部１５の形態の遠位の結合手段をさらに備える。カートリッジは、例えば、インスリン、ＧＬＰ−１、または成長ホルモン製剤を含むことができる。装置は、吐出すべき薬剤の用量をユーザが設定できるようにする用量設定手段、ならびに例えば図１で示すものなど、設定用量を示すディスプレイをさらに備える。
【００５３】
示された実施形態では、装置は、カートリッジホルダアセンブリにおける遠位受容開口２１２を介して新しいカートリッジをユーザにより装填されるように設計されており、カートリッジホルダは、カートリッジを挿入する、または取り外すことのできる開放位置と、挿入されたカートリッジが定位置に保持される閉じた位置との間でユーザにより動作可能な閉鎖手段（図示せず）を備える。閉鎖手段は、図５に関して以下で述べられるものと同じタイプとすることができる。カートリッジを軸方向に配置するために、装置は、カートリッジの近位端を受け入れるように適合されたシート部材２６０を備え、シート部材は、ばね２６５により近位方向に付勢され、それにより、カートリッジを閉鎖手段と接触するように強制する。
【００５４】
図５を参照して、本発明の実施形態に対するプラットフォームとして適切な薬剤送達装置の第２の実施形態３００が述べられる。より具体的には、装置は、キャップ部分（図示せず）、および主部分を備え、主部分は、薬剤吐出機構および関連する電子装置３７０が中に配置されたハウジング３２１を備えた近位本体もしくは駆動アセンブリ部分３２０と、薬剤で充填された透明なカートリッジ１０が配置され、かつ定位置に保持され得るコンパートメントを形成する遠位のカートリッジホルダアセンブリ３１０とを有し、カートリッジホルダアセンブリは、１対の対向する検査開口部３１１を備える。ハウジングは、例えば、図１で示すように、ＬＣＤならびにユーザ入力キーが中に取り付けられるディスプレイフレーム部材（図示せず）を受け入れるように適合された開口部３２２を備える。フレーム部材が取り外されると、装置は、概して円筒形の吐出アセンブリが中に取り付けられている（以下を参照のこと）概して管状のシャーシ部材３２５を備えることが分かる。装置は、制御アセンブリ３７０、付勢部材３６０およびばね３６５を備える付勢アセンブリ、ならびに近位のリリースボタン３４３をさらに備える。外部の充電器は、雌コネクタ３７２に受け入れることができる。コネクタは、薬剤送達装置と、例えば、ＰＣなどの外部装置との間でデータを転送できるようにもする、例えばマイクロＵＳＢコネクタとすることができる。１対の用量設定入力キー（図示せず）は、ＬＣＤで示される薬剤の望ましい用量を手動で設定するように働き、次いで、リリースボタン９０が作動されたとき、その用量を吐出することができる。装置には、カートリッジホルダアセンブリにおける遠位受容開口を介して、ユーザが新しいカートリッジを装填するように設計される。
【００５５】
カートリッジ１０は、円筒形の本体部分と、遠位の針で貫通可能な隔壁を備えた遠位の出口部分１２と、吐出機構（以下を参照のこと）の一部を形成するピストン駆動体がピストンに係合できるようにする近位面を有する軸方向に変位可能なピストンとを備える。カートリッジは、例えば、インスリン、ＧＬＰ−１、または成長ホルモン製剤を含むことができる。カートリッジは、図示の例では、それぞれが、針アセンブリの対応するハブの内側のねじ山、またはバヨネット結合手段と係合するように適合された、組み合わされたねじ山およびバヨネット結合手段を有する針ハブ取付部の形態の遠位の結合手段を備える。示された例示的なハブ取付部は、以下でより詳細に述べるように、カートリッジホルダアセンブリに対する結合手段として働く、いくつかの遠位方向を向いた尖った突起部を備えた円周方向フランジをさらに備える。示されたタイプのハブ取付部は、米国特許第５，６９３，０２７号で述べられている。代替的には、針ハブ取付部は、例えば、把持肩部の各側部上に配置された２つの部分を有する「分割された（ｓｐｌｉｔ）」ハブ取付部の形態であるなど、カートリッジホルダの一部として形成することができる。
【００５６】
図示のように、カートリッジホルダアセンブリ３１０は、従来のカートリッジホルダと同じ全体的な外観を有しており、例えば、ねじ込み結合、またはバヨネット結合などにより取外し可能にハウジングに結合され、また新しいカートリッジを近位の開口部を介してその中に受け入れ、ならびに取り外すことができる、すなわち、それは、ユーザが動作させる追加のリリースまたはロック手段を備えていない。それに代えて、それ自体単にカートリッジホルダであるように見えるものは、実際は、内側カートリッジホルダ部材３１７の形態のカートリッジ保持手段の動きを制御し、それにより、カートリッジを把持し、かつ保持するように構成された把持肩部３１８を開閉するように、ユーザによって動作される外側の回転可能な管状作動スリーブ３１６の形態のユーザで動作される結合手段である。より具体的には、各把持肩部は、複数の間隙を設けるように、円周方向に離間された複数の把持歯を備え、各歯は、近位方向に尖った端部を備えた三角形の形状を有し、それにより、遠位方向に尖った形状を有する複数の間隙を生成し、こうすることにより、上記で述べたカートリッジ上の遠位に向いている尖った突起部を歯の間に受け入れられるようにし、それにより、カートリッジ保持手段が移動して、カートリッジと係合したとき、把持手段として働く。このように、使いやすい前面装填の薬剤送達装置が提供されるが、装置は、従来の後方装填の装置と同様に見え、またカートリッジを取り付け、かつ取り外すためにはこれも回転運動により作動され、その類似は、従来タイプの後方装填薬剤送達装置に慣れたユーザ間での受入れやすさ、および適応しやすさを提供する。
【００５７】
新しいカートリッジを取り付けるときは、外側管部材３１６は、例えば、９０度回転され、そのアクションにより、把持肩部３１８は、遠位方向に、かつわずかに外方向に移動され、これにより、取り付けられたカートリッジを取り外すことができる。動作を容易にするために、カートリッジは、例えば、把持肩部を形成するアームと係合することにより、かつ／または付勢する遠位方向力を提供するさらなるばね手段により、肩部が移動すると一定の距離だけ遠位方向に移動することができる（以下を参照のこと）。ロック機構および作動機構の設計に応じて、把持肩部は、開いた位置に留まることができるが、あるいは戻りばね手段により、外側管部材が逆に回転すると、自動的に後退することができる。ばねが提供されるかどうかにかかわらず、カートリッジホルダは、外側管部材を、例えば、回転するスナップロックにより、開いた位置または閉じた位置に固定された状態で留まることを可能にするロック手段を備えることができる。新しいカートリッジが挿入されたとき、駆動吐出手段は、近位方向に位置するピストンを備えた新しいカートリッジを挿入できる状態にある必要がある。この機能を提供する例示的な実施形態が、以下で述べられる。
【００５８】
図６を参照すると、取り付けられたカートリッジ１０、およびピストン管３３０が完全に後退した位置にある（以下を参照のこと）、図５の薬剤送達装置３００の横断面図が示されている。より具体的には、作動スリーブ３１６は、その動作位置へと回転されており、またカートリッジホルダ把持肩部３１８は、その閉じた位置へと後退しており、それにより、カートリッジを、その完全に挿入された位置へと後退させ、さらに、ばね３６５の付勢に抗して、付勢部材３６０を近位方向に移動させている。示された実施形態では、カートリッジスイッチ３７５は、これにより作動されており、これは、２つのアクションが生じたと考えられる、すなわち（ｉ）カートリッジが挿入されたこと、および（ｉｉ）カートリッジホルダが閉じられたことを示す信号を装置コントローラに提供し、これは、駆動ヘッドが遠位方向に移動して、カートリッジピストンとの接触を開始させる。示された実施形態では、駆動ヘッドとピストンの間の接触の検出は、例えば、ＷＯ２０１３／１４４１５２で開示された近接検出を用いるなど、駆動ヘッドに配置された電子的なセンサ手段により検出されることが企図される。
【００５９】
図６はまた、吐出アセンブリをより詳細に示している。より具体的には、吐出アセンブリは、ピストン内モータ（ｍｏｔｏｒ−ｉｎ−ｐｉｓｔｏｎ）アセンブリの形態をしており、シャーシの近位端に軸方向に取り付けられ、かつ回転方向にロックされた内部モータおよびギアボックス駆動アセンブリと、装填されたカートリッジのピストン１１に係合するように適合された遠位の駆動ヘッド３３２を備える外側の軸方向に変位可能なピストン管３３０とを備えており、ピストン管は、シャーシの対応するガイド手段に非回転的に係合するように適合された、いくつかのガイド突起を備える。
【００６０】
モータ／歯車駆動アセンブリは、近位のモータアセンブリ３５１と、回転のｚ軸を画定する回転可能な駆動シャフト３５３を有する遠位のギアボックスアセンブリ３５２とから構成される管状の主部分３１０を備える。アセンブリは、ピストン駆動管の内側のねじ山と係合して配置されるように適合された外側のねじ山を有する遠位の円筒形の駆動部材３５５をさらに備える。近位端には、円板形状のシャーシコネクタ３５６が配置される。示された実施形態では、駆動アセンブリは、駆動シャフトと駆動部材の間に配置される遠位の自在継手３５７、およびモータアセンブリの近位部分と、シャーシ管の近位部分との間に配置される近位の自在継手３５８の形態の可撓性のある継手を備える。対応する駆動アセンブリは、本明細書に参照により組み込まれる特許出願ＥＰ１４１６６８５９．０でより詳細に述べられている。
【００６１】
いくつかのさらなる細部を、図６で見ることができる。リリースボタン３４３は、ハウジングの近位の開口部内に受け入れられ、ばねが、ボタンに対して、近位方向に向けられた付勢力を提供する。複数の導体を備える可撓性のあるリボン３７６が、電子装置部分３７０と、ピストンヘッダに配置されたセンサ（図示せず）との間のＵベンドを備えて配置され、これは、ピストン管およびピストンヘッドを軸方向に移動させ、Ｕベンドがそれに応じて移動することを可能にする。
【００６２】
好ましい実施形態の上記の記述において、様々な構成要素に対して述べられた機能を提供する様々な構造および手段が、当業者である読者に本発明の概念を明らかにする程度に説明されてきた。様々な構成要素に対する詳細な構成および仕様は、本明細書に記載された趣旨に沿って当業者により実施される通常の設計手順の対象であると考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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