БЕЗЫГОЛЬНЫЙ ИНЪЕКТОР С ДВОЙНЫМ ОГРАНИЧИТЕЛЕМ И ПОНИЖЕННЫМИ ПРОФИЛЯМИ ДАВЛЕНИЯ
NEEDLELESS INJECTION DEVICE WITH DOUBLE LIMITER AND REDUCED PRESSURE PROFILES

Изобретение относится к предварительно наполняемым безыгольным инъекторам одноразового использования, работающим совместно с каким-либо источником энергии, например газогенератором, и используемым в медицине или ветеринарии для внутрикожных, подкожных и внутримышечных инъекций жидкого активного вещества терапевтического назначения.
Активное вещество образовано жидкостью большей или меньшей степени вязкости, жидкой смесью или гелем. Оно может также представлять собой твердое вещество, растворенное в специальном предназначенном для инъекций растворителе, или же может быть образовано порошкообразным твердым веществом, суспендированным в некоторой концентрации в соответствующей жидкости. Размер частиц активного вещества должен быть совместимым с диаметром каналов во избежание их закупоривания.
В рамках данной заявки термин «жидкое активное вещество» относится к родовому определению, охватывающему активные вещества, получаемые всеми упомянутыми выше способами.
Разнообразные безыгольные инъекторы, содержащие резервуар трубчатой формы с активным веществом известны и являются объектами патентной защиты. В качестве примера можно привести, в частности, безыгольный инъектор, описанный в заявке FR 2853837. Указанный инъектор имеет инъекционный наконечник и трубку, вмещающую впрыскиваемое жидкое активное вещество, причем указанная трубка крепится к указанному наконечнику с помощью соединительных средств.
Специалисты в данной области традиционно стремятся к минимизации и даже полному устранению опасности повреждения, с одной стороны, трубки с жидким активным веществом и, с другой стороны, нижнего по потоку ограничителя, применяемого в конфигурации «с двойным ограничителем», описанной, в частности, в заявке WO 01/58512. Указанная конфигурация отличается наличием жидкостного столба, ограниченного, с одной стороны, боковой стенкой трубки, а с другой стороны, верхним и нижним по потоку ограничителями, между которыми помещено жидкое активное вещество. Под действием генерации газа указанный столб смещается в трубке до тех пор, пока нижний по потоку ограничитель не придет в соприкосновение с днищем приемника, расположенным в наконечнике, вследствие чего освобождаются инъекционные каналы для выталкивания указанного активного вещества. Однако когда нижний по потоку ограничитель ударяется о днище указанного приемника, создается ударная волна, которая распространяется по трубке, причем интенсивность такой волны оказывается наибольшей на конце указанной трубки, соприкасающемся с наконечником. В конфигурации «с двойным ограничителем» нижний по потоку ограничитель и стеклянная трубка представляют собой два элемента, которые испытывают самые большие нагрузки в процессе работы безыгольного инъектора. Поэтому указанный инъектор должен быть выполнен таким образом, чтобы скорость соударения нижнего по потоку ограничителя с приемником была меньше предельно допустимой скорости, при которой сохраняется механическая стойкость компонентов. Кроме того, известно, что время между раскрытием инъекционных каналов и началом выхода струи из этих каналов должно быть больше времени затухания колебаний давления, возникающих при раскрытии инъекционных каналов.
В литературе, посвященной рассматриваемой области техники, традиционно указывается на необходимость прикладывать к инъецируемому жидкому активному веществу, с одной стороны, высокое давление в пределах от 200 до 500 бар для обеспечения прокалывания кожи, а с другой стороны, постоянное или убывающее к концу впрыскивания давление для обеспечения переноса жидкого активного вещества, при этом конечные значения находятся, как правило, в пределах от 40 до 250 бар.
Однако существует большая заинтересованность в снижении рабочих давлений с целью получения прочных и экономичных безыгольных инъекторов, особенно для устройств одноразового использования или расходных компонентов, например инъекционных наконечников устройств многократного пользования, с обеспечением в то же время гарантированной высокой воспроизводимости инъекций.
Было обнаружено, что объект настоящего изобретения как раз позволяет достичь превосходных результатов безыгольной инъекции с профилями давления, начальные значения которых находятся в пределах от 50 до 150 бар, предпочтительно от 70 до 100 бар, то есть при значениях, заметно меньших, чем традиционно допускаемые в рассматриваемой области техники.
Объектом настоящего изобретения является безыгольный инъектор, содержащий источник энергии, например газогенератор, резервуар, закрытый верхним по потоку ограничителем и нижним по потоку ограничителем, между которыми находится жидкое активное вещество, и инъекционный наконечник, снабженный приемником и по меньшей мере одним инъекционным каналом, причем указанный приемник имеет полость, высота которой равна расстоянию, которое проходит нижний по потоку ограничитель для обеспечения раскрытия каждого инъекционного канала, отличающийся тем, что:
- высота полости, выраженная в миллиметрах, находится в пределах от минимальной высоты до максимальной высоты, определяемых соответственно следующими соотношениями:
минимальная высота = 3,
2
максимальная высота = 15×exp.(-(V/9))+10,
где V - скорость начального подъема профиля давления, выраженная в барах в микросекунду;
- отношение длины каждого канала инъекции к высоте полости находится в пределах от 1 до 2.
Под скоростью начального подъема давления в данном случае понимается значение dP/dt в течение периода времени, находящегося в пределах примерно от 0 до 0,5 миллисекунды.
Кроме этого благодаря использованию предлагаемого безыгольного инъектора можно получить не только плоские или равномерно понижающиеся профили давления, которые в настоящее время широко описаны в литературе.
Даже в том случае, если регулирование глубины инъекции связано с несколькими параметрами, такими как количество и диаметр отверстий каналов инъекции или же количество жидкого активного вещества, существенное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что благодаря широкому разнообразию допустимых форм профилей давления, в зависимости от типа используемого источника энергии, обеспечивается возможность точного и оптимального регулирования глубины инъекции.
Еще одно существенное преимущество предлагаемого безыгольного инъектора заключается в том, что, как было обнаружено, конечное давление перестает оказывать влияние на рабочие характеристики, как только оно становится выше 20 бар, что можно сравнить с конечными значениями 40-250 бар, традиционно отмечаемыми в литературе.
Целесообразно, чтобы минимальная высота полости в миллиметрах определялась следующим соотношением:
2
- минимальная высота=12×exp.(-(V/18))+4.
Целесообразно также, чтобы максимальная высота полости в миллиметрах определялась следующим соотношением:
2
- максимальная высота=14×exp.(-(V/9))+9.
Предпочтительно, чтобы отношение длины каждого канала инъекции к высоте полости находилось в пределах от 1,1 до 1,6.
Предпочтительно также, чтобы безыгольный инъектор согласно изобретению был выполнен таким образом, чтобы время подъема давления до значения 80 бар находилось примерно в пределах от 0,2 до 2,0 миллисекунд.
Целесообразно, чтобы источник энергии представлял собой пиротехнический газогенератор, снабженный пиротехническим зарядом и системой поджигания.
Далее изобретение описано более подробно со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
на фиг.1 схематически показан продольный разрез безыгольного инъектора согласно изобретению;
на фиг.2-5 показаны отдельные примеры кривых профиля давления в зависимости от скорости работы источника энергии.
Предлагаемый безыгольный инъектор 1, показанный на фиг.1, имеет корпус 2, в который помещен резервуар 3 с жидким активным веществом 6.
На нижнем по потоку конце корпуса 2 расположен инъекционный наконечник с приемником 7, причем для обеспечения стерильности инъектора 1 инъекционная система закрыта, как во всех традиционных устройствах, специальным наружным средством защиты (не показано).
Предусмотрен пиротехнический газогенератор 70 с пиротехническим зарядом 72, привинченный к верхнему по потоку концу корпуса 2 посредством соединительного элемента 71, опирающегося на резервуар 3, при этом герметичность обеспечивается специальным кольцевым уплотнением.
Корпус 2 инъектора 1 имеет два диаметрально противоположных окна для наблюдения за жидким активным веществом 6, находящимся в резервуаре 3.
В нижней части корпуса 2 в отверстие особой формы вставлен приемник 7, который ниже описан более детально. Резервуар 3 опирается на приемник 7 и расположен коаксиально корпусу 2 в нижней по потоку его части, при этом вокруг указанного резервуара уложен прозрачный промежуточный материал 9. В верхней по потоку части в корпус 2 введен соединительный элемент 71, который расположен коаксиально резервуару 3. Данный резервуар образован, по существу, стеклянной трубкой, которая закрыта на обоих концах смещаемыми верхним по потоку ограничителем 4 и нижним по потоку ограничителем 5. Эти ограничители представляют собой элементы, традиционно применяемые в безыгольных инъекторах и изготавливаемые посредством формования эластомеров, например хлорбутила или бромбутила, обладающих долговременной совместимостью с жидким активным веществом, для которых твердость по Шору можно регулировать примерно в пределах от 45 до 70. Поверхность этих элементов могут подвергать обработке с целью облегчения их перемещений в трубчатом резервуаре 3. В состоянии покоя диаметр каждого элемента на 10% больше внутреннего диаметра резервуара 3, а высота такого элемента находится в пределах примерно от 0,5 до 0,8 от этого диаметра. После его введения каждый элемент, учитывая испытываемые им деформации, имеет высоту, равную порядка 0,6-0,10 внутреннего диаметра резервуара 3.
В рассматриваемом примере осуществления приемник 7 представляет собой деталь цилиндро-конической формы, имеющую центральную полость 10, в которую входит нижний по потоку ограничитель 5. По периферии приемника 7 предусмотрены три инъекционных канала 8, равномерно разнесенные относительно друг друга. Диаметр центральной полости 10 равен диаметру резервуара 3, а ее свободная высота равна высоте нижнего по потоку ограничителя 5. Когда ограничитель доходит до днища 7а приемника 7 после приведения в действие пиротехнического газогенератора 70, устанавливается сообщение каждого инъекционного канала 8 с жидким активным веществом 6 через входное отверстие 8а, при этом указанное активное вещество вытекает со скоростью, зависящей от давления, передаваемого посредством верхнего по потоку ограничителя 4.
В частности, высоту полости 10 в миллиметрах выбирают таким образом, чтобы она находилась в пределах между некоторой минимальной высотой и некоторой максимальной высотой, которые определяются соответственно следующими соотношениями:
- минимальная высота = 3,
2
- максимальная высота = 15×exp.(-(V/9))+10,
где V - скорость начального подъема профиля давления, выраженная в барах в микросекунду. Под скоростью начального подъема давления в данном случае понимается величина dP/dt в течение периода времени, находящегося примерно в пределах от 0 до 0,5 миллисекунды. Кроме того, каждый инъекционный канал 8 сформирован таким образом, чтобы отношение длины этого канала к высоте полости 10 находилось в пределах от 1 до 2.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления высота полости 10 в миллиметрах находится в пределах от минимальной высоты до максимальной высоты, определяемых соответственно следующими соотношениями:
2
- минимальная высота=12×exp.(-(V/18))+4,
2
- максимальная высота=14×exp.(-(V/9))+9,
а отношение длины каждого инъекционного канала 8 к высоте полости 10 находится в пределах от 1,1 до 1,6.
Даже в том случае, если на регулирование глубины инъекции влияют несколько параметров, такие как количество и диаметр отверстий инъекционных каналов 8 или же количество жидкого активного вещества 6, - следует отчетливо понимать, что в распоряжении пользователя имеется широкое разнообразие форм профилей давления.
И действительно, на фиг.2-5 можно видеть, что во всех случаях - как при использовании пиротехнического заряда 72 с большой скоростью горения, профиль давления которого приведен на фиг.2 и который характеризуется временем подъема давления до значения 80 бар порядка 0,2 миллисекунды, так и при работе с другими пиротехническими зарядами 72 со средней, низкой и очень низкой скоростями горения, профили давления которых приведены соответственно на фиг.3-5 и которые характеризуются величинами времени подъема давления до значения 80 бар порядка соответственно 0,5 миллисекунды, 1,0 миллисекунды и 2,0 миллисекунды, - удается получить разные профили давления для данной скорости горения в зависимости от выбранного типа запала 73 для поджигания пиротехнического заряда 72. В порядке иллюстрации для каждой из конфигураций, приведенных на фиг.2-5, даны по два примера профилей давления. Предпочтительная кривая профиля давления с наименьшим конечным давлением показана сплошной линией, а кривая с наибольшим конечным давлением - пунктиром.
Было обнаружено, что можно, например, осуществлять вполне удовлетворительные подкожные инъекции дозы в 0,5 миллилитра жидкого активного вещества 6 с давлением порядка 80 бар в начале инъекции и 30 бар в конце инъекции в случае работы с инъектором 1, снабженным тремя инъекционными каналами 8 диаметром 250 микрон. Совершенно очевидно, что значения давления и количество/диаметр инъекционных каналов 8 согласованы с количеством впрыскиваемого жидкого активного вещества 6, а также с его вязкостью и нужной глубиной инъекции.
В соответствии с рассматриваемым примером осуществления, пиротехнический газогенератор 70 воздействует на верхний по потоку ограничитель 4 посредством поршня 11 с эффективным поперечным сечением, равным сечению указанного верхнего по потоку ограничителя. Поскольку этот поршень 11 контактирует с верхним по потоку ограничителем 4, в начале работы отсутствуют какие бы то ни было ударные воздействия или явления гидравлического удара. Благодаря наличию специального уплотнения для поршня 11 поршень 11 препятствует контакту газов, генерируемых при сгорании пиротехнического заряда 72, с верхним по потоку ограничителем 4, что позволяет предотвратить его возможные повреждения, а также утечку газов в сторону жидкого активного вещества 6, содержащегося в резервуаре 3. Кроме того, при надлежащем выборе цвета поршня 11 этот последний может служить индикатором функционирования, когда он появляется в смотровых окнах корпуса 2.
Рассмотрим теперь основные компоненты пиротехнического газогенератора 70, расположенные выше пиротехнического заряда 72 и запала 73. В частности, пиротехнический газогенератор 70 содержит соединительный элемент 71, который располагается вокруг поршня 11 и в который помещен, непосредственно над указанным поршнем, пиротехнический заряд 72. Запал 73 устанавливается над пиротехническим зарядом 72, горение которого инициируется в тот момент, когда в запал 73 ударяется боек 74. В исходном положении боек 74 удерживается в своей направляющей 75, ввинченной в соединительный элемент 71, с помощью шариков 77, частично входящих в выемку, выполненную в бойке 74. Предусмотрено также запальное устройство, состоящее из толкателя 78 с расширенной канавкой 79 и внутренней пружиной 76. Толкатель 78 скользит по наружной поверхности направляющей 75 бойка и удерживается специальными лапками, перемещающимися в боковых пазах. В данной конструкции указанный толкатель 78 представляет собой спусковой элемент.
Разумеется, для того чтобы инициировать горение пиротехнического заряда 72, можно, не выходя за пределы объема изобретения, использовать и иные средства, нежели описанное выше запальное устройство. Не углубляясь в детали и не претендуя на то, чтобы дать исчерпывающий перечень, приведем в качестве примеров лишь такие инициаторы горения, как устройства на гальванических элементах или устройства пьезоэлектрического типа.
При желании можно заменить пиротехнический газогенератор 70 на газогенератор, представляющий собой резервуар со сжатым газом, закрываемый быстродействующим клапаном. При этом спусковой элемент будет открывать указанный клапан, в результате чего находящиеся в резервуаре сжатые газы будут расширяться, воздействуя на ударные средства.
В процессе эксплуатации предлагаемого инъектора 1 пользователь, сняв обеспечивающую стерильность крышку и приложив нижнюю по потоку поверхность инъектора к коже пациента, нажимает большим пальцем на толкатель 78, который, погружаясь вниз, сжимает пружину 76. Толкатель 78 совершает поступательное движение до тех пор, пока расширенная канавка 79 бойка 74 не дойдет до уровня высоты шариков 77. При этом шарики входят под действием собственного веса в расширенную канавку 79 и высвобождают боек 74, который с силой ударяет по запалу 73, инициация которого приводит к воспламенению пиротехнического заряда 72. Генерируемые этим зарядом газы воздействуют при этом, как во всех известных системах, на столб, образуемый верхним по потоку ограничителем 4, жидким активным веществом 6 и нижним по потоку ограничителем 5, таким образом, что он начинает скользить вдоль резервуара 3 до тех пор, пока нижний по потоку ограничитель 5 не упрется в днище 7а приемника 7. Испытывая деформирующее воздействие, нижний по потоку ограничитель 5 освобождает входные отверстия 8а инъекционных каналов 8, создавая таким образом возможность впрыскивания жидкого активного вещества 6 с большой скоростью, достаточной для прокола кожи пациента.
Совершенно очевидно, что, хотя изобретение было описано выше применительно к отдельным конкретным примерам осуществления, оно никоим образом не ограничивается ими и охватывает также всевозможные технические эквиваленты рассмотренных здесь средств и их различных комбинаций при условии сохранения объема изобретения.