УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОБЫ ЖИДКОСТИ ТЕЛА И ЕЕ АНАЛИЗА
DEVICE AND SYSTEM FOR SAMPLING BODY FLUID AND ITS ANALYSIS

Изобретение относится к сбору проб жидкости тела для проведения их анализа, то есть определения в них концентрации исследуемого вещества. В частности, оно относится к устройствам и системам для получения небольшой пробы жидкости тела посредством прокалывания кожи субъекта (человека или животного), используя одноразовый элемент для прокалывания, имеющий наконечник для прокалывания кожи, пригодный для создания небольшой ранки, из которой берется проба. В зависимости от используемого места на коже и глубины прокалывания, жидкостью тела является кровь или внутритканевая жидкость или их смесь.
Анализ, основанный на прокалывании кожи, важен в нескольких областях медицинской диагностики и лечения. Особым значением является область контроля диабета. Выяснено, что тяжелого, долгосрочного вреда для здоровья, вызванного сахарным диабетом, можно избежать, если пациент контролирует свой уровень сахара в крови по несколько раз в день, чтобы подогнать необходимые инъекции инсулина как можно ближе к его фактической потребности для поддержания постоянного уровня сахара в крови. Это требует так называемого "домашнего мониторинга" самим пациентом или другими людьми, не прошедшими медицинское обучение.
Другие важные области медицинской диагностики и лечения с подобными требованиями, в том числе, домашний мониторинг, относятся, например, к регулярному контролю уровня холестерина в крови и к контролю параметров коагуляции крови. Изобретение, в частности, пригодно для домашнего мониторинга, но не ограничивается только этим. Схожие требования также существуют, например, при, так называемом, "испытании у пациента".
Прокалывание кожи обычно выполняется системой прокалывания, содержащей, в качестве взаимно согласованных компонент системы, переносное устройство многократного использования и элементы для прокалывания. Движение, требуемое для прокалывания (прокалывающее движение), осуществляется приводом для прокалывания, предусмотренным в корпусе устройства и выполненным с возможностью привода присоединенного к нему элемента для прокалывания. Элементы для прокалывания (ланцеты) могут присоединяться к приводу с возможностью замены и обычно являются одноразовыми изделиями.
После запуска прокалывающего движения ланцет приводится в движение в направлении прокалывания, пока не достигнет точки максимального перемещения и после этого он дополнительно приводится в действие в обратном направлении. Были описаны много подходящих механизмов привода движения ланцета. В большинстве случаев сила привода прикладывается посредством натянутой пружины и привод ланцета дополнительно содержит подходящее механическое средство для преобразования силы пружины в требующееся движение ланцета.
Важным соображением при разработке систем прокалывания является боль, вызванная действием прокалывания. Эта боль и удобство использования являются решающими факторами, определяющими пригодность для пациента, то есть его готовность проводить регулярные исследования, как это требуется для поддержания его здоровья. Выяснено, что надежное получение необходимого количества жидкости пробы с минимальной болью максимально зависит от воспроизводимости оптимальной глубины проникновения в кожу наконечника элемента для прокалывания (см. патент США №5318584).
Для предшествующих систем прокалывания анализ обычно требовал от пользователя выполнения множества этапов. После прокалывания с помощью таких более ранних систем кровь не вытекала с легкостью из места ранки на проколотой коже. Поэтому требовался этап ручного "доения", содержавший сдавливание, сжатие и разминание, когда требуется выжать необходимое количество жидкости пробы. Наконец, жидкость пробы контактировала с аналитическим элементом аналитической системы (которая была отдельной и отличной от системы прокалывания), и, таким образом, выполнялся анализ.
Чтобы улучшить получение жидкости пробы в месте прокола и избежать ручного "доения", было сделано несколько предложений, которые все относились к конструкции области контакта на дистальном конце устройства для прокалывания, имеющего (обычно кольцеобразную) поверхность для контакта с кожей, окружающую отверстие для контакта с кожей. Такие системы прокалывания описываются в следующих публикациях:
WO 99/26539
WO 01/89383 A2
EP 1245187 A1
EP 1586269
EP 1586270
Хотя эти подходы различаются в некоторых отношениях, их общей чертой является то, что отверстие для контакта с кожей имеет относительно большой диаметр, за счет чего кожа выпячивается в отверстие для контакта с кожей, образуя целевое выпуклое место, которое, до некоторой степени, проникает в отверстие, когда устройство для прокалывания нажимается своим дистальным концом (то есть с помощью поверхности контакта с кожей) на кожу. Это действие для создания выпуклости (здесь далее упоминаемой как "целевое выпуклое место") обычно объединяется с дополнительным средством для улучшения получения жидкости пробы, таким как механическое сжатие, действующее в направлении по радиусу внутрь, насосное действие, содержащее осевое движение частей устройства и т.д.
В идеале, эти меры позволяют с высоким показателем успеха (предпочтительно, лучше 90%) выжимать достаточное количество жидкости пробы без ручного "доения". Это, опять же, является требованием для интегральных прокалывающих и аналитических систем, которые в едином устройстве содержат оба средства, а именно, средство прокалывающего типа для получения пробы и средство для анализа. Такие интегральные системы разрабатываются, чтобы производить получение проб и анализ полностью автоматически, то есть без каких-либо этапов обработки со стороны пользователя. Они были предложены во множестве вариантов, которые могут быть разделены на два типа, а именно,
A) "Двухблочные системы", имеющие в едином корпусе устройства два отдельных блока для прокалывания и для анализа. Как правило, блоки перемещаются один за другим к общему отверстию для контакта с кожей (см., например, EP 1669028 A1 и EP 1736100 A1),
B) "Одноблочные системы", работающие с единым блоком для прокалывания и для анализа, пригодным для выполнения обеих функций (прокалывание и анализ). Большинство таких систем работает с интегральным прокалывающим и аналитическим элементом. Два компонента таких объединенных прокалывающего элемента и аналитического элементов обычно изготавливаются отдельно, но собираются изготовителем или, по меньшей мере, перед использованием, то есть перед тем, как запускается прокалывающее движение. В устройстве такие элементы действуют как единое целое. В других одноблочных системах обе функции (прокалывание и анализ) выполняются одним и тем же блоком, но элемент для прокалывания и аналитический элемент обеспечиваются и действуют раздельно во времени, по меньшей мере, в части процедуры анализа. Примеры одноблочных систем описываются в следующих публикациях:
WO 01/72220
WO 03/009759 A1
EP 1342448 A1
EP 1360933 A1
EP 1362551 A1
Даже при том, что некоторые из обсуждаемых систем, в частности интегральные прокалывающие и аналитические системы, обеспечивают улучшенные результаты по сравнению с ранее известными устройствами, они все еще имеют существенные недостатки. Имеется потребность в улучшениях в отношении нескольких частично противоречивых требований, к которым относятся простота использования, минимальная боль и требования минимальности объема, веса и производственных расходов.
С точки зрения достижения этой цели, первый вариант изобретения предлагает устройство и систему для получения пробы жидкости тела посредством прокалывания кожи, содержащие
- корпус,
- привод для прокалывания, расположенный внутри упомянутого корпуса, выполненный с возможностью присоединения к элементу для прокалывания и выполненный с возможностью привода элемента для прокалывания, присоединенного к нему, при прокалывающем движении, при котором элемент для прокалывания после запуска прокалывающего движения движется в направлении прокалывания, пока не достигнет точки максимального смещения, и в обратном направлении после того, как он достигнет точки максимального смещения,
- нажимное кольцо, окружающее отверстие для контакта с кожей и выполненное с возможностью прижатия к коже,
в котором отверстие для контакта с кожей имеет площадь, соответствующую кругу с диаметром, по меньшей мере, 1,5 мм и не более 4 мм. Предпочтительно, площадь отверстия соответствует кругу с диаметром, по меньшей мере, 2 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 2,5 мм. Устройство дополнительно содержит устройство управления силой нажатия для управления силой нажатия между нажимным кольцом и кожей во время запуска прокалывающего движения, которая должна быть равна, по меньшей мере, 3 Н, предпочтительно, по меньшей мере, 4 Н и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 5 Н.
В целом, нажимное кольцо является круглым и в этом случае оно должно иметь указанный внутренний (пустой) диаметр. В случае некруглого отверстия для контакта с кожей площадь отверстия, должна соответствовать (то есть быть такой же) площади круга с упомянутыми значениями диаметра.
В отличие от упомянутых выше известных подходов, изобретение не основано на целевом выпуклом месте для автоматического выжимания достаточного количества жидкости пробы. Скорее, изобретатели обнаружили, что возможно достигнуть необходимой высокой надежности получения пробы с помощью комбинации относительно малого отверстия для контакта с кожей и относительно высокой силы нажатия, которая гарантируется устройством управления силой нажатия. Это было неожиданно, в частности, потому что предполагалось, что такое высокое давление будет "отжимать" кровь, если устройство не будет иметь большого отверстия, позволяющего получить значительную выпуклость кожи. Это предположение основывалось, среди прочего, на опыте, известном даже обывателю, что нажатие тонким предметом на кожу вызывает изменение цвета с красного на белый, указывая на отток крови от соответствующего места.
Изобретение решает проблему, связанную с целевым выпуклым местом, а именно, недостаточную воспроизводимость глубины проникновения, на которую наконечник элемента для прокалывания проникает в кожу. При заданной регулировке продольного положения (то есть положения в направлении прокалывающего движения; здесь далее "z-положение") привода для прокалывания и, следовательно, заданного z-положения точки максимального смещения ланцета, глубина проникновения зависит от точного z-положения поверхности кожи во время прокалывающего движения. Из-за выпуклости это положение кожи является, по существу, неопределенным.
Чтобы преодолеть эту неопределенность, некоторые устройства предшествующего уровня техники имеют средство для определения точного z-положения кожи с помощью устройства для определения положения кожи, введенного в состав устройства для прокалывания. Другие устройства работают с эталонным элементом глубины проникновения, имеющим эталонную поверхность контакта с кожей, которая контактирует с кожей (дополнительно к поверхности контакта с кожей, окружающей отверстие для контакта с кожей устройства), чтобы обеспечить надежный эталон z-положения во время проникновения наконечника элемента для прокалывания в кожу. Хотя эти подходы помогают достигнуть воспроизводимости глубины проникновения, они требуют существенных затрат на конструирование и изготовление устройства, делая систему менее удобной и более дорогостоящей.
Многие системы для прокалывания просто игнорируют неопределенность глубины проникновения. В то же время, индивидуальные изменения от пациента к пациенту могут допускаться, потому что они могут компенсироваться, регулируя установку глубины проникновения, изменения у отдельного пациента (то есть изменения, относящиеся к одному и тому же пациенту) остаются. К ним относятся изменения (упругих и других) свойств кожи, вызванные влиянием таких факторов, как температура, предшествующая обработка кожи (например, мытье с мылом) и выбор конкретного места прокалывания. Эти изменения приводят к намного большей боли, чем необходимо, потому что требуют установки высокого значения глубины проникновения для гарантии, что достаточное количество жидкости пробы будет получено даже при неблагоприятном положении кожи.
Изобретение позволяет получить превосходную воспроизводимость z-положения кожи в месте прокалывания и, таким образом, превосходную воспроизводимость глубины проникновения. Одновременно достигается автоматическое получение пробы (без "доения"), используя простую и недорогую конструкцию системы прокалывания.
Определенная сила нажатия обеспечивается соответствующим устройством управления силой нажатия. Такое устройство может быть механическим, в частности, содержащим пружинное устройство, выполненное таким образом, что усилие его пружины действует между нажимным кольцом и корпусом. Пружинное устройство предпочтительно осуществляется как металлическая пружина. Однако известны и могут использоваться и другие устройства пружинного типа, такие как пневматическая пружина или эластичный элемент из упругого материала. Здесь далее термин "пружина" используется как пример любого такого эластичного устройства. Предпочтительно, она является предварительно напряженной и будет описана ниже более подробно.
Устройства управления силой нажатия, приводимое в действие электрическим средством, может содержать электромагнитный привод, содержащий катушку и магнитный сердечник, в частности привод звуковой катушки. Управление силой нажатия может быть полностью автоматическим или может требовать действий пользователя. В последнем случае, электрическое средство может использоваться для измерения силы, с которой нажимное кольцо прижимается к коже, и эта сила может указываться пользователю соответствующим визуальным, акустическим или осязательным средством, за счет чего пользователь может прикладывать силу нажатия с желаемым значением.
В соответствии со вторым основным вариантом изобретения, который предпочтительно объединяется с первым вариантом, но может также использоваться независимо, изобретение предлагает систему и устройство для получения пробы жидкости тела посредством прокалывания кожи, используя для этого элемент для прокалывания, имеющий наконечник для прокалывания кожи, причем упомянутое устройство имеет
- корпус,
- привод элемента для прокалывания, расположенный внутри упомянутого корпуса, выполненный с возможностью присоединения к элементу для прокалывания и выполненный с возможностью привода элемента для прокалывания, присоединенного к нему, при прокалывающем движении, при котором элемент для прокалывания движется после запуска прокалывающего движения в направлении прокалывания, пока не достигнет точки максимального смещения, и в обратном направлении после того, как достигнет точки максимального смещения,
- нажимное кольцо, окружающее отверстие для контакта с кожей и выполненное с возможностью прижатия к коже,
в котором нажимное кольцо имеет ширину, по меньшей мере, части своей длины окружности не более 1,5 мм, предпочтительно, не более 1,2 мм, и, наиболее предпочтительно, не более 1 мм. В соответствии с наиболее предпочтительным вариантом осуществления, такое узкое нажимное кольцо окружается частью периферической поверхности, которая удалена от нажимного кольца таким образом, что нажимное кольцо выступает в направлении прокалывания от части периферической поверхности. Нажимное кольцо и удаленная периферическая часть поверхности могут быть осуществлены как часть единого элемента, определяющего нажимную деталь. Однако, также возможно, что нажимное кольцо и удаленная периферическая поверхность являются частями двух отдельных элементов.
В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления, нажимное кольцо выступает из периферической поверхности, по меньшей мере, на 0,5 мм, предпочтительно, по меньшей мере, на 0,8 мм, и не более чем на 2,0 мм, предпочтительно, не более чем на 1,5 мм.
В контексте этого основного варианта, особо важно отметить, что термин "нажимное кольцо" используется здесь, по существу, в геометрическом смысле, а именно, относится к узкой области кольцевой формы, окружающей отверстие для контакта с кожей. Силы, действующие между устройством и кожей, прикладываются, по существу, только или, по меньшей мере, предпочтительно, через нажимное кольцо. Таким образом, нажимное кольцо является поверхностной областью в форме узкого кольца, окружающей отверстие для контакта с кожей и передающей во время практического применения устройства, по меньшей мере, 50%, предпочтительно, по меньшей мере, 70% и, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90% сил, действующих между устройством и кожей. Следовательно, в соответствии с этим вариантом изобретения, по меньшей мере, упомянутые проценты полной силы, действующей между кожей и устройством, передаются только небольшой областью в форме кольца с описанными максимальными размерами.
Область в форме кольца, образующая нажимное кольцо, может быть частью кольцевого элемента с круглым поперечным сечением, часто определяемой как "кольцо". Предпочтительно, однако, нажимное кольцо, соответствующее изобретению, осуществляется как часть нажимной детали, как будет объяснено дополнительно со ссылкой на чертежи.
В контексте изобретения было найдено, что признаки второго варианта изобретения помогают надежно и автоматически получать достаточное количество жидкости пробы для анализа.
В соответствии с третьим основным вариантом изобретения, который предпочтительно объединяется с первым и/или вторым вариантом, но может также использоваться независимо, изобретение предлагает систему и устройство для получения пробы жидкости тела посредством прокалывания кожи с помощью элемента для прокалывания, имеющего наконечник для прокалывания кожи, причем упомянутое устройство имеет
- корпус,
- привод для прокалывания, расположенный внутри упомянутого корпуса, выполненный с возможностью присоединения к элементу для прокалывания и выполненный с возможностью привода элемента для прокалывания, присоединенного к нему, при прокалывающем движении, при котором элемент для прокалывания после запуска прокалывающего движения движется в направлении прокалывания, пока не достигнет точки максимального смещения, и в обратном направлении после того, как достигнет точки максимального смещения,
- нажимное кольцо, окружающее отверстие для контакта с кожей и выполненное с возможностью прижатия к коже,
в котором привод для прокалывания и нажимное кольцо располагаются относительно друг друга таким образом, что расстояние выступа, на которое наконечник для прокалывания кожи прокалывающего элемента выступает из плоскости нажимного кольца, когда прокалывающий элемент находится в точке максимального смещения, но не более чем на 0,3 мм, предпочтительно, не более чем на 0,2 мм, и наиболее предпочтительно, не более чем на 0,1 мм. Плоскость нажимного кольца определяется как плоскость, проходящая перпендикулярно к направлению прокалывания через самую переднюю часть нажимного кольца. Таким образом, расстояние выступа является расстоянием в z-направлении между точкой максимального смещения и самой ближней точкой (в z-направлении) нажимного кольца.
В контексте изобретения было найдено, что даже при таких чрезвычайно малых расстояниях выступа удивительно достигается очень надежное получение пробы. В этом контексте важно понять различие между надежностью получения пробы и количеством получаемой пробы. Было неожиданностью, что эти два свойства показывают небольшую корреляцию. Чрезвычайно малые расстояния выступа, соответствующие третьему варианту изобретения, могут создавать только малые количества пробы, но, тем не менее, это происходит с надежностью, достаточной для полностью автоматического устройства прокалывания и анализа.
Второй и третий основные варианты изобретения пригодны для любого размера отверстия для контакта с кожей и для любой силы нажатия. Особенно хорошие результаты, однако, достигаются, если устройство содержит устройство управления силой нажатия для управления силой нажатия в пределах ограничений, установленных выше в отношении первого основного варианта изобретения. Дополнительно, отверстие для контакта с кожей предпочтительно должно иметь площадь отверстия, соответствующую кругу с диаметром, по меньшей мере, 1,5 мм, предпочтительно, по меньшей мере, 2 мм, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 2,5 мм, и не более 8 мм, предпочтительно, не более 5 мм, и, наиболее предпочтительно, не более 3,5 мм.
В отношении всех трех основных вариантов устройство предпочтительно выполнено с возможностью работы с интегральным прокалывающим и аналитическим элементом, когда оба они формируют "одноблочную систему", как определено выше. Дополнительно в этом случае предпочтительно, чтобы ланцет интегрального прокалывающего и аналитического элемента был осуществлен как прямое устройство для взятия проб, имеющее капиллярный канал для транспортирования жидкости пробы, полученной прокалыванием кожи, посредством капиллярного потока к его зоне сбора пробы.
Также, в отношении всех трех основных вариантов изобретения предпочтительно, чтобы минимальный период времени взаимодействия, требующийся для прокалывания и взятия пробы достаточного количества жидкости пробы для анализа, составлял максимально 3 секунды. Предпочтительно минимальный период времени взаимодействия равен не более 2 секунд и более предпочтительно - равен не более 1 секунды.
Это относится конкретно к интегральным прокалывающей и аналитической системам обоих типов, A и B, идентифицированных выше. В таких системах пользователь взаимодействует с системой, устанавливая силу нажатия между кожей и нажимным кольцом устройства. Это с удобством может быть сделано, нажимая на переносное устройство пальцем или другой частью тела. Альтернативно палец или другая часть тела могут прижиматься к устройству, лежащему, например, на столе.
В соответствии с предшествующим уровнем техники, выбор времени обычно касался только "времени испытания", то есть общего времени, требующегося для анализа (от момента прокалывания до момента, когда будет показана концентрация анализируемого вещества). Изобретатели выяснили, что, в отличие от прежнего понимания, для удовлетворения частично противоречивых требований, упомянутых выше, очень важна продолжительность минимального периода времени взаимодействия ("MITP"). Этот период времени определяется как минимальная продолжительность времени, которая при взаимодействии между пользователем и устройством (как определено выше) требуется для прокалывания и для сбора достаточного количества пробы для анализа в устройстве для сбора пробы системы. Функции, выполняемые во время MITP, содержат прокалывание, выжимание жидкости пробы из ткани (предпочтительно, непосредственно в капилляр прокалывающего элемента) и сбор достаточного количества пробы.
MITP является связанной с системой величиной, которая независима от пользователя, то есть определяется только конструкцией устройства и, возможно, другими компонентами системы. Ее не следует путать с фактическим временем взаимодействия, которое в каждом случае зависит от многочисленных аспектов, в том числе, привычки пользователя. Фактическое время взаимодействия обычно изменяется от пользователя к пользователю и даже для конкретного пользователя от анализа к анализу. Изобретение раскрывает конструкцию системы таким образом, чтобы минимальное время, в течение которого, по меньшей мере, каждый пользователь должен взаимодействовать с устройством, находилось ниже указанных очень малых пороговых значений.
Начальной точкой MITP является точка во времени, в которой система "готова к прокалыванию", то есть привод для прокалывания готов запустить прокалывающее движение элемента для прокалывания, присоединенного к нему, и желаемое место для прокалывания кожи должным образом располагается в отверстии устройства для контакта с кожей. В зависимости от конструкции системы может требоваться короткий период времени между установлением состояния "готовности к прокалыванию" и запуском прокалывающего движения. Такой короткий (предварительный) период задержки может потребоваться устройству, например, для того, чтобы обнаружить положение кожи. Предпочтительно, однако, конструкция такова, что никакой подобный предварительный период времени из-за требований устройства не нужен, то есть запуск может иметь место немедленно, когда состоянием системы является "готовность к прокалыванию". В этом случае начальная точка MITP может совпасть с запуском прокалывающего движения.
Очень короткий и четко определенный предварительный период задержки может, однако, быть обеспечен по причинам, не связанным с устройством, в частности, чтобы учесть вязкоупругую деформацию кожи, которая имеет место после установления силы нажатия между кожей и нажимным кольцом.
Окончание MITP обозначается тем фактом, что было взято достаточное количество жидкости тела для пробы, то есть количество, имеющееся в устройстве для сбора пробы для анализа. Термин "устройство для сбора пробы", как он используется здесь, является любой частью системы, находящейся внутри устройства, в которой жидкость пробы, полученная в результате прокола кожи, доступна для анализа. Оно может быть, например, камерой или капилляром и оно может быть пустым или заполненным поглощающим материалом.
Подробности зависят от типа и конструктивных особенностей конкретной системы.
- В случае "двухблочной системы" устройство для сбора пробы принадлежит аналитическому блоку. Оно может быть частью аналитического элемента или специализированного элемента для сбора пробы и собирает пробу после того, как аналитический блок перемещен к отверстию для контакта с кожей.
- В случае "одноблочной системы" устройство для сбора пробы может быть частью элемента для прокалывания, частью аналитического элемента, частью интегрального прокалывающего и аналитического элемента или частью специализированного элемента для сбора пробы.
- Если устройство для сбора пробы является частью аналитического элемента или интегрального прокалывающего и аналитического элемента, оно может, в частности, быть частью его зоны реакции, которая содержит реактивы, реагирующие с жидкостью пробы, создавая, таким образом, некоторое измеримое физическое изменение, характерное для анализа.
- Предпочтительно, устройство для сбора пробы является отделенным от зоны реакции аналитического элемента и содержит резервуар, пригодный для хранения жидкости пробы в течение времени промежуточного хранения, являющегося более длительным, чем MITP. Одним из преимуществ этого варианта осуществления является то, что он позволяет отделять требования выбора времени сбора пробы от требований выбора времени анализа. MITP заканчивается, как только резервуар устройства для сбора пробы содержит достаточное количество жидкости пробы для анализа. Дополнительные этапы, содержащие, например, заполнение зоны реакции, могут иметь место отдельно, без непрерывного взаимодействия с пользователем.
- В последнем упомянутом предпочтительном варианте осуществления передача жидкости пробы из резервуара устройства для сбора пробы в зону реакции аналитического элемента может происходить либо спонтанно, либо при управляемом выборе времени. В первом случае обеспечивается постоянная связь по текучей среде между резервуаром и зоной реакции. В последнем случае связь по текучей среде от резервуара устройства для сбора пробы к аналитическому элементу может "переключаться", то есть первоначально, предпочтительно, по меньшей мере, в течение продолжительности MITP, не существует никакой связи по текучей среде, но такая связь устанавливается управляемым способом в подходящий момент времени. Подходящие средства для такого переключения известны, например, из WO 2005/084546.
Значение силы нажатия в течение всего MITP важно. Предпочтительно оно должно поддерживаться посредством устройства управления силой нажатия, чтобы быть равным, по меньшей мере, 3 Н, предпочтительно, по меньшей мере, 4 Н, и, более предпочтительно, по меньшей мере, 5 Н во время MITP. В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления, в течение того же самого периода времени должны поддерживаться максимальные значения, а именно, самое большее, 10 Н, предпочтительно, самое большее, 8 Н, и, более предпочтительно, самое большее 7 Н.
Эти ограничительные значения силы нажатия предпочтительны в отношении требований к извлечению пробы из кожи. Однако, это не означает, что силе нажатия должно быть дозволено плавать в том диапазоне во время MITP. Скорее было обнаружено, что максимальный диапазон изменения силы нажатия должен быть ограничен до не более чем 15%, предпочтительно, не более чем 10% и, более предпочтительно, не более чем 5%. Выраженный в абсолютных значениях, максимальный диапазон изменения силы нажатия между нажимным кольцом и кожей во время MITP должен быть не более чем ±0,5 Н, предпочтительно, не более чем ±0,3 Н и, более предпочтительно, не более чем ±0,2 Н.
Как отмечено выше, MITP является независимой от пользователя величиной, которая зависит только от конструкции системы. Предпочтительно, однако, устройство содержит устройство регулировки MITP. Этот термин относится к любому устройству, которое помогает удостовериться, что необходимое взаимодействие между пользователем и устройством (то есть главным образом, необходимая сила нажатия между кожей и нажимным кольцом) поддерживается пользователем, по меньшей мере, в течение времени MITP. Другими словами, устройство управления MITP обеспечивает помощь, чтобы удостовериться в том, что фактическое взаимодействие между пользователем и устройством превышает (или, по меньшей мере, совпадает с) MITP.
Устройство управления MITP не нуждается в полностью автоматической работе в том смысле, что не требуются никакие действия пользователя, такие как ручной запуск прокалывающего движения. Скорее, оно может обеспечить помощь пользователю, в частности, сигнализируя пользователю, прямо или косвенно, о начале и конце MITP.
Устройство управления MITP содержит средство обнаружения начальной точки MITP, обнаруживая силу нажатия, действующую между нажимным кольцом и кожей, используя любое подходящее средство (что будет обсуждаться ниже более подробно). Когда давление соответствует заданному минимальному значению или диапазону, это состояние может индицироваться для пользователя с помощью подходящего визуального, звукового или осязательного сигнала. Альтернативно, прокалывающее движение может быть запущено автоматически, когда обнаруживается состояние "готовности к прокалыванию". В этом случае может не быть никакой задержки между состоянием "готовности к прокалыванию" и запуском, то есть MITP начинается с помощью автоматического запуска. Альтернативно, может иметься управляемое устройством время задержки, например, чтобы учесть время, необходимое для вязкоупругой деформации кожи. В таких случаях заданный период задержки между состоянием "готовности к прокалыванию" и запуском составляет, предпочтительно, самое большее, 1 секунду, более предпочтительно, самое большее, 0,7 секунды, и, наиболее предпочтительно, самое большее 0,5 секунды. Предпочтительно, нижний предел составляет 0,2 секунды, более предпочтительно, по меньшей мере, 0,3 секунды, и, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 0,4 секунды.
Конец периода MITP обычно индицируется пользователю соответствующим визуальным, звуковым или осязательным сигналом.
Следует заметить, что специализированное устройство управления MITP не является необходимым для изобретения в его самом общем смысле. В зависимости от конкретной ситуации, может быть достаточным предоставить пользователю косвенную индикацию начала и конца MITP. Например, состояние "готовности к прокалыванию" может "ощущаться" пользователем при нажатии пальцем на поддерживаемое пружиной нажимное кольцо (будет описано ниже более подробно), а продолжительность MITP может быть настолько короткой, что ее может быть достаточно, чтобы положиться на "ощущение" пользователя в отношении конца MITP.
Устройство может иметь некоторого рода управление наполнением (как часть устройства управления MITP), индицирующее достаточное количество жидкости пробы или разрешающее анализ, только если было собрано достаточное количество пробы. Однако, во многих случаях такое управление наполнением не требуется. Скорее, конец MITP вычисляется устройством, используя фиксированное значение MITP (зависящее от конструкции компонент системы).
В контексте изобретения было выявлено, что существенные преимущества достигаются с интегральными прокалывающими и аналитическими системами, если описанная сила нажатия между нажимным кольцом на дистальном конце прокалывающего устройства и кожей поддерживается не только во время прокалывания, но также и в течение короткого периода взаимодействия после этого:
- Для обоих типов A и B, интегральных прокалывающих и аналитических систем поддержание этой силы нажатия в течение MITP помогает получить достаточно большой объем жидкости пробы.
- В случае типа A (двухблочная система), поддержание в течение MITP описанной силы нажатия, кроме того, важно для гарантии того, что положение устройства (то есть его отверстие для контакта с кожей) относительно кожи неизменно до момента времени, пока аналитическое устройство движется к отверстию для контакта с кожей.
- Для систем типа B (одноблочные системы), было выявлено, что поддержание в течение MITP описанной силы нажатия важно, чтобы позволить получить точное z-положение прокалывающего наконечника, улучшая, таким образом, отсасывание достаточного количества жидкости пробы за короткий период времени.
Дополнительно в контексте изобретения было обнаружено, что многие пользователи интегральных прокалывающих и аналитических систем имеют проблемы с поддержанием достаточной силы нажатия в течение достаточного промежутка времени и что соблюдение рекомендуемых правил использования устройства выполняется намного лучше с системой, содержащей признаки, описанные здесь.
Изобретение позволяет использовать простую и недорогую конструкцию устройства регулировки глубины проникновения. Например, чтобы приспособиться к небольшим остающимся изменениям положения кожи, может быть достаточно обеспечить сменные элементы разной длины или нажимные кольца, чтобы позволить индивидуальное приспосабливание систем к нуждам конкретного пользователя.
Устройство и система, соответствующие изобретению, учитывают вязкоупругие свойства кожи оптимизированным способом. Таким образом, обеспечивается не только достаточная подача жидкости пробы, но также и избегается "вытекание" слишком большого количества жидкости пробы. Изобретение позволяет проводить надежный анализ, предпочтительно, с очень небольшими объемами пробы, порядка не более 300 нл, предпочтительно, не более 200 нл, и, наиболее предпочтительно, не более 100 нл.
Здесь далее изобретение описывается более подробно со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, показанные на чертежах. Технические признаки и элементы, показанные на них, могут использоваться индивидуально или в комбинации, чтобы конструировать варианты осуществления изобретения. На показанных чертежах:
Фиг.1 - схематическое изображение кожи, прижимаемой нажимным кольцом;
Фиг.2 - вид в перспективе аналитического устройства;
Фиг.3 - продольное сечение устройства, показанного на фиг.2;
Фиг.4 - вид в перспективе прокалывающего элемента для использования в устройстве, показанном на фиг.3;
Фиг.5 - схематическое изображение, относящееся к аспекту функции устройства, показанного на фиг.3.
На фиг.1 показано нажимное кольцо 1, на которое кончик 2 пальца давит с силой F. Кожа 3 образует в отверстии 4 для контакта с кожей выпуклость, определяемую нажимным кольцом 1. Степень этой выпуклости, то есть расстояние между плоскостью А нажимного кольца 1 и вершиной 6 выпуклости в целевом месте, зависит от силы F нажатия, размеров отверстия 4 для контакта с кожей и упругих свойств кожи, которые изменяются от человека к человеку, а также демонстрируют изменения у одного и того же человека при нескольких использованиях одним и тем же человеком.
На фиг.1 также символически показана точка P максимального смещения, которой наконечник 7 для прокалывания достигает на своем пути движения во время прокалывающего движения. Для большинства устройств для прокалывания z-положения плоскости нажимного кольца 1 и точки Р максимального смещения относительно друг друга (то есть расстояние s выступа, показанное на фиг.1) могут регулироваться, чтобы позволить установку глубины проникновения. На фиг.1 показано, что для данного значения расстояния s выступа фактическая глубина проникновения напрямую зависит от степени выпуклости целевого места.
Предпочтительно, диаметр D отверстия 4 для контакта с кожей является довольно маленьким. В этом случае существует только минимальная выпуклость целевого места, за счет чего воспроизводимость глубины проникновения различных событий прокалывания является превосходной. Получение достаточного количества жидкости пробы поддерживается использованием узкого нажимного кольца, имеющего ширину b не более 1,5 мм. В показанном предпочтительном варианте осуществления нажимное кольцо 1 является частью нажимной детали 42, которая содержит периферическую поверхностную часть 50, окружающую нажимное кольцо 1 и удаленную от нажимного кольца 1. Таким образом, нажимное кольцо 1 выступает на расстояние h выступа из периферической поверхностной части 50.
На фиг.2-5 показана соответствующая система 10 для прокалывания. Она содержит переносное устройство 11 многократного пользования и одноразовый элемент 12 для прокалывания с наконечником 7 для прокалывания. Корпус 13 устройства содержит привод 14 для прокалывания и электронные устройства 15 для измерения и оценки, показанные только символически как блок на фиг.3. Дисплей 16 обеспечивается, чтобы позволить предоставление пользователю визуальной информации (содержащей информацию о состоянии, касающуюся системы, совет об обращении с нею, аналитические результаты и т.д.). Как вариант, устройство также содержит устройство 17 управления MITP, устройство 18 для создания звуковых сигналов (такое, как зуммер) и/или устройство 19 для создания осязательных сигналов (такое, как генератор вибрации).
В предпочтительном варианте осуществления (лучше всего показанном на фиг.4) элемент 12 для прокалывания объединяется с аналитическим элементом 21, образуя, таким образом, интегральный прокалывающий и аналитический элемент 22. В этом интегральном элементе элемент 12 для прокалывания может двигаться относительно аналитического элемента 21 в продольном направлении, что символически показано двойной стрелкой 34. Держатель 20 аналитического элемента обеспечивается для удержания аналитического элемента 22 внутри устройства 11. В показанном варианте осуществления держатель 20 аналитического элемента содержит соединительное углубление 25 в аналитическом элементе 21 и соответствующую соединительную выпуклость 27 устройства. Аналогично, элемент 12 для прокалывания имеет соединительное углубление 24, совпадающее с соединительной выпуклостью 26 устройства. Эти пары углублений 24, 25 и выступов 26, 27, проникающих в соответствующие соединительные углубления, позволяют обращение с интегральным прокалывающим и аналитическим элементом 22, который был вставлен в устройство (фиг.3).
Привод 14 для прокалывания, показанный на фиг.3, содержит ротор 29 привода с кулачком 30, сформированным посредством канавки. Кулачок 30 и соответствующий бегунок 31 кулачка формируют механизм привода кулачка, который управляет поворотным движением стержня 32 привода вокруг оси 33 вращения.
После запуска прокалывающего движения (посредством запуска непоказанного средства) ротор 29 привода вращается с высокой скоростью (приводимый в действие не показанной пружиной привода) вокруг своей оси 35 и это вращательное движение передается посредством кулачковой кривой, сформированной канавкой 30, и переводится бегунком 31 кулачка в соответствующее поворотное движение для вращения 32 привода, которое снова запускает соответствующее движение вверх и вниз элемента 12 для прокалывания, с которым он соединяется своим соединительным выступом 26, попадающим в соединительное углубление 24. Подобные роторные приводы для прокалывающих устройств были описаны в различных местах. Таким образом, более подробное описание не требуется.
В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг.4, элемент 12 для прокалывания является "устройством для взятия проб прямого действия", имеющим внутри своего наконечника 7 для прокалывания капиллярный канал 28, ведущий к зоне 23 сбора пробы элемента 12 для прокалывания. В зоне 23 сбора пробы капиллярный канал 28 расширяется, чтобы образовать камеру 28a резервуара для пробы.
Во время прокалывания элемент 12 для прокалывания выполняет колющее движение, посредством которого наконечник 7 для прокалывания вводится в кожу 3. После этого, предпочтительно во время этапа движения, обратного прокалыванию, после того, как наконечник 7 для прокалывания достиг своей точки максимального смещения (но когда острый наконечник все еще находится ниже поверхности кожи 3), жидкость пробы под действием капиллярных сил проникает в капилляр 28 и в камеру 28a резервуара. Таким образом, в показанном варианте осуществления капилляр 28 и камера 28a резервуара вместе образуют устройство 36 для сбора пробы, пригодное для хранения жидкости пробы, готовой для последующей передачи в аналитическую зону 8 аналитического элемента 21. Объем жидкости пробы, требующийся для анализа, определяется объемом жидкости, взятым устройством, в этом случае, общим объемом капилляра 28 и камеры 28a резервуара.
Как только жидкость пробы достигает зоны 23 сбора пробы, она может передаваться в соседнюю аналитическую зону 8 из аналитического элемента 21 посредством соответствующего устройства транспортирования жидкости. Предпочтительно, конструкция такова, что в первой конфигурации никакая связь по текучей среде между зоной сбора пробы элемента 12 для прокалывания и аналитическим элементом 21 не обеспечивается, тогда как во второй конфигурации, связь по текучей среде имеет место. Переключение между обеими конфигурациями может осуществляться любым подходящим средством, например, зоной 23 нажатия элемента 12 для прокалывания и аналитического элемента 21 вместе. Более подробное описание такой предпочтительной конструкции интегрального прокалывающего и аналитического элемента с переключаемой передачей пробы не требуется, поскольку она описана в другом месте.
Конечно, изобретение может также использоваться с интегральными прокалывающими и аналитическими элементами, имеющими прокалывающую часть и аналитическую часть, прикрепленные друг к другу. Очевидно, что в таком варианте осуществления никакие отдельные крепежные приспособления для этих двух частей не требуются. Достаточно обеспечить только одно крепежное устройство, которое одновременно служит в качестве устройства крепления элемента для прокалывания и в качестве устройства крепления аналитического элемента.
Хотя были описаны предпочтительные устройства крепления и перемещения прокалывающего элемента и аналитического элемента (или интегральный прокалывающий и аналитический элемент) устройства, возможны многочисленные разновидности. Они содержат конструкцию, в которой аналитические элементы и/или элементы для прокалывания крепятся к ленте и транспортируются посредством ленты в течение, по меньшей мере, части времени работы системы.
Характерный признак системы, соответствующей изобретению, относится к устройству 37 управления силой нажатия, предусмотренному в устройстве 11. В показанном варианте осуществления устройство 37 управления силой нажатия содержит пружину 38, которая осуществляется и устанавливается таким образом, что один ее конец воздействует на нажимное кольцо 1, а другой конец воздействует на корпус 13.
"Воздействие" в этом контексте не требует непосредственного контакта. Скорее оно означает, что пружина прикладывает силу к нажимному кольцу и что соответствующую противодействующую силу (прямо или косвенно) принимает на себя корпус.
В устройстве, показанном на фиг.3, один конец пружины 38 находится на стенке корпуса 13, и другой ее конец упирается в элемент 39 конструкции, несущей привод 14 для прокалывания. Сила пружины 38 дополнительно передается от элемента 39 конструкции к нажимному кольцу 1 через опорные элементы 40.
Нажимное кольцо 1 реализуется как часть нажимной детали 42, которая поддерживается опорой 43 нажимного кольца корпуса 13 таким образом, что оно может двигаться в осевом направлении против силы действия пружины 38.
Когда пользователь нажимает концом 2 пальца в направлении стрелки F на нажимную деталь 42 с помощью нажимного кольца 1, последнее движется в направлении вниз против силы пружины 38 (или другого пружинного устройства). Как только контакт между нажимной деталью 42 и корпусом 13 на опоре 43 нажимного кольца прерывается, сила пружины 38 уравновешивается давящей вниз силой пальца. Другими словами, сила, с которой нажимное кольцо 1 прижимается к коже, в этом состоянии управляется устройством 37 управления силой нажатия, реализуемым здесь посредством пружины 38.
Принципы, используемые в этой конструкции, более ясно видны на фиг.5, где показано, что пружина 38 действует между корпусом 13 и нажимной деталью 42 с нажимным кольцом 1. В конкретном показанном варианте осуществления привод 14 соединяется в определенной пространственной конфигурации с нажимным кольцом 1 таким образом, что расстояние между точкой максимального смещения при движении ланцета и нажимным кольцом 1 не зависит от состояния сжатия пружины 38 и соответствующего осевого движения нажимной детали 42. Предпочтительно, пространственная конфигурация и, следовательно, расстояние нажимного кольца от точки максимального смещения может варьироваться (между прокалывающими движениями), чтобы установить глубину проникновения при прокалывании. Она, однако, фиксируется во время взаимодействия пользователя с устройством, то есть с момента времени, когда нажимное кольцо впервые нажимается вниз до тех пор, пока часть тела не выйдет оттуда.
Как известно, сила упругой пружины 38 увеличивается линейно с ее удлинением (то есть сжатием в случае компрессионной пружины, как показано на чертеже). В контексте изобретения силой, с которой нажимное кольцо 1 прижимается к коже, следует внимательно управлять, то есть ее изменение не должно превышать предпочтительные предельные значения, приведенные выше. Чтобы достигнуть этой цели, пружина 38 предпочтительно реализуется и устанавливается таким образом, что она является предварительно напряженной. Это означает, что пружина уже сжата (или, в случае растягивающейся пружины, растянута), даже если никакая сила нажатия не прикладывается к нажимному кольцу 1, то есть нажимное кольцо 1, находится в своем "исходном" положении, опираясь на окружающую стенку (опора 43) корпуса 13. Степень этого предварительного напряжение такова, что сила пружины 38, действующая на нажимное кольцо 1, изменяется не более чем на 20%, предпочтительно, не более чем на 10%, в пределах диапазона нажимного кольца 1, нагруженного пружиной.
В показанном варианте осуществления устройство управления силой нажатия выполнено с возможностью управления не только минимальной силой нажатия, но также и максимальной силой нажатия. Это, в целом, полезно, но не обязательно. Предпочтительно, максимальная сила нажатия во время запуска составляет не более 8 Н, предпочтительно, не более 7 Н.
Если максимальная сила нажатия должна поддерживаться, важно удостовериться, что во всем диапазоне движения сила нажатия, действующая между пальцем 2 (или другой частью тела) и нажимным кольцом 1, управляется только силой пружины 38, уравновешенной силой нажатия пальцем 2 вниз. Это условие может не соблюдаться, если на движение нажимного кольца 1 влияет или оно ограничивается некоторым выступающим элементом или препятствием, действующим в пределах его возможного диапазона движения на кольцо 1. Чтобы выполнить это условие, обеспечивается устройство 44, ограничивающее движение нажимного кольца (фиг.5), с помощью которого максимальное смещение нажимного кольца 1, возможное при нажатии пальцем 2 или другой частью тела, ограничивается в пределах диапазона движения нажимного кольца, полностью нагруженного пружиной.
В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг.5, это достигается с помощью контактной поверхности 46, которая устанавливается вблизи (на внешней стороне, по радиусу) нажимного кольца 1 таким образом, что часть тела, прижатая к нажимному кольцу 1 и, таким образом, перемещающая нажимное кольцо, примыкает к контактной поверхности 46. Благодаря такому примыканию, нажимное кольцо не может перемещаться дальше, то есть возможное смещение нажимного кольца (частью тела, нажимающей на него) ограничивается. В таком варианте осуществления максимальное смещение зависит от расстояния dr, на которое нажимное кольцо выступает из корпуса устройства (контактная поверхность 46). При нажатии нажимной детали 42 с нажимным кольцом 1 в направлении вниз это движение прекращается, когда конец 2 пальца контактирует с поверхностью корпуса 13 вблизи нажимного кольца 1.
В этом контексте также полезно, если конструкция такова, что максимальное смещение нажимного кольца 1 во время практического использования мало. Предпочтительно, оно должно быть меньше 3 мм, более предпочтительно, меньше 2 мм и, еще более предпочтительно, меньше 1 мм. Поэтому расстояние dr от плоскости А нажимного кольца 1 до соседней поверхности корпуса не должно быть слишком большим. Предпочтительные максимальные значения могут вычисляться, добавляя 0,5 мм к упомянутым максимальным значениям перемещения. С другой стороны, расстояние dr не должно быть слишком малым, потому что, помимо прочего, для обращения с устройством удобно, если выпуклость нажимного кольца 1 относительно соседней зоны корпуса упрощает нахождение подходящего положения пальца для пользователя. Поэтому эта выпуклость, то есть расстояние dr, будет составлять, по меньшей мере, 0,2 мм, и, предпочтительно, по меньшей мере, 0,5 мм. Конечно, часть конструкции, в которой обеспечивается нажимное кольцо, может иметь много различных форм и конструкций. В отличие от некоторых более ранних устройств, она должна быть недеформируемой в том смысле, что она не должна визуально деформироваться во время нормального использования системы. Как заявлено ранее, термин "нажимное кольцо" относится к поверхности кольцеобразной формы соответствующей части, которая при практическом использовании (то есть в условиях, преобладающих при использовании конкретного устройства), принимает на себя основную часть силы нажатия, действующей между устройством и кожей. Конечно, эта кольцеобразная контактная поверхность (то есть нажимное кольцо) может иметь различные формы, в том числе, например, немного скругленные края. Подходящая точная форма и ширина нажимного кольца могут быть определены экспериментально на основе содержащейся здесь информации. Кольцо должно выступать из любой смежной поверхности корпуса на достаточное расстояние, чтобы позволить легко осязательно распознавать его пользователем.
Дополнительно термин "нажимное кольцо" не должен пониматься как ограничивающийся непрерывным кольцом. Скорее, поверхность в форме кольца, контактирующая с кожей, может иметь разрывы (например, вырезы), которые должны быть, однако, достаточно малы, чтобы не портить описанную функцию нажимного кольца.
В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг.3, устройство дополнительно содержит устройство 45 обнаружения движения нажимного кольца. В контексте второго основного аспекта изобретения оно является предпочтительной частью устройства управления MITP. Средства обнаружения движения хорошо известны, например, световой барьер 46, как символически показано на чертеже. Такое устройство обнаруживает движение нажимной детали 42 и, следовательно, нажимного кольца 1, при нажатии вниз из его "исходного" положения пальцем 2. Такое обнаружение позволяет иметь несколько полезных функций, в том числе, индикацию пользователю (через дисплей 16 или генераторы 18 и 19 звуковых или осязательных сигналов), что устройство "готово к прокалыванию". Альтернативно или дополнительно сигнал устройства обнаружения движения нажимного кольца может использоваться для автоматического запуска прокалывающего движения, возможно, после времени задержки, как описано выше. На фиг.3 дополнительно показано аналитическое измерительное устройство 47 как часть устройства 11. Оно может быть любым устройством, пригодным для измерения измеряемой величины, относящейся к изменению аналитического элемента 21, когда такое изменение является мерой желаемого аналитического значения. В показанном случае, аналитическое измерительное устройство реализуется для фотометрического измерения области обнаружения в аналитической зоне 8 аналитического элемента 21 и содержит источник 48 света, датчик 49 света и соответствующее направляющее средство света, символизируемое линзой 50. Другие типы аналитических измерительных устройств также могут использоваться, в частности, электрические измерительные устройства, являющиеся распространенными для определения электрохимических аналитических элементов.
В системе, показанной на фиг.2-5, устройство 17 управления MITP, соответствующее второму основному аспекту изобретения, использует устройство 45 обнаружения движения нажимного кольца. Когда устройство 17 управления MITP 17 дает сигнал начала MITP, оно создает сигнал, по меньшей мере, одним из сигнальных генераторов 18 и 19 и/или автоматически запускает прокалывающее движение привода 14 для прокалывания. Конец периода MITP определяется электронным устройством 15 измерения и оценки, например, на основе заданного периода времени, требующегося для создания и передачи достаточного количества жидкости пробы от кончика 2 пальца. Альтернативно, состояние достаточной для передачи пробы может быть определено отдельно соответствующим средством обнаружения передачи пробы, известным в технике, например, посредством фотометрического обнаружения пробы, транспортируемой в интегральном прокалывающем и аналитическом элементе 22, или посредством электрических контактов, обнаруживающих, что жидкость пробы, транспортируемая в нем, достигла определенной точки на своем пути транспортирования. Предпочтительно, как в показанном варианте осуществления, прикладное устройство управления силой подтверждает, что в течение всего MITP сила нажатия находится в пределах диапазона, заданного указанными выше предельными значениями. Предпочтительно, изменение силы нажатия во время MITP должно быть в пределах указанных выше идентифицированных ограничений изменений, которые намного меньше.