ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ АМБУЛАТОРНОЙ ИНФУЗИОННОЙ СИСТЕМЫ
INITIALIZATION OF AMBULATORY INFUSION SYSTEM

Настоящее изобретение относится к области амбулаторных инфузионных устройств и амбулаторных инфузионных систем для инфузии жидкого лекарственного средства в организм пациента в течение длительного периода времени. Типичной областью применения изобретения является лечение сахарного диабета методом непрерывной (длительной) подкожной инфузии инсулина (НПИИ/ДПИИ).
Амбулаторные инфузионные устройства (аппараты, приборы) широко известны в технике как применяемые для введения жидких лекарственных средств, например при лечении сахарного диабета методом непрерывного подкожного введения инсулина (НПВИ), также известным как длительное подкожное введение, а также при лечении болей или рака. Амбулаторные инфузионные устройства поставляются рядом производителей, таких как компании Roche Diabetes Care GmbH, Германия, или Medtronic MiniMed Inc, штат Калифорния, США.
В соответствии с классической и общепринятой конструктивной схемой такие амбулаторные инфузионные устройства или системы обычно выполняют по типу шприцевого насоса. Из уровня техники известен ряд недостатков таких устройств. В частности, таким устройствам свойственна ограниченная точность, поскольку применяют их для подачи лекарственных средств в очень малых количествах, обычно в нанолитровом диапазоне, путем вытеснения лекарственного средства из картриджа, общий полезный объем которого находится в миллилитровом диапазоне. Поэтому были предложены дополнительные идеи и архитектуры, предусматривающие применение отдельного (вынесенного) дозирующего устройства, которое расположено в тракте подачи лекарственного средства после резервуара лекарственного средства. Дозирующее устройство может содержать, например, мембранный или поршневой микронасос и выполнено с возможностью подключения к резервуару лекарственного средства, а также специально приспособлено для точного дозирования малых объемов. Хотя из уровня техники известно несколько конструктивных схем таких дозирующих устройств, они довольно сложны, а большинство из них являются дорогими и/или критичными в отношении крупномасштабного производства.
В публикации ЕР 1970677 А1 раскрыта система с миниатюризированным поршневым насосом, используемым в качестве дозирующего устройства. Это дозирующее устройство имеет дозирующий цилиндр, который периодически подключают к резервуару большего объема (первичному резервуару) и заправляют из него с последующим подключением дозирующего цилиндра к линии инфузии и введением в организм вытесняемого из дозирующего цилиндра жидкого лекарственного средства, выполняемым в пошаговом режиме, т.е. дискретными приращениями хода поршня, в течение длительного периода времени. Для попеременного подключения дозирующего цилиндра к резервуару и линии инфузии предложена система гидрораспределения. Заправка дозирующего цилиндра обеспечивается увеличением его объема.
Амбулаторная инфузионная система, выполненная и действующая по принципам, раскрытым в публикации ЕР 1970677, имеет то преимущество, что дозирование осуществляется из сравнительно небольшого резервуара (дозирующего цилиндра), имеющего значительно меньшую площадь поперечного сечения по сравнению, например, со стандартным шприцевым насосом, упомянутым выше. В зависимости индивидуальных для больного диабетом потребностей в лечении, объем заправки дозирующего цилиндра достаточен для его использования в течение времени, составляющего от нескольких часов до суток или более, прежде чем потребуется повторная заправка дозирующего цилиндра из первичного резервуара.
Поскольку дозирование осуществляется не прямо из первичного резервуара, а из дозирующего цилиндра, действующего в качестве объемного дозирующего насоса, в сочетании с вышеупомянутым дозирующим устройством в принципе могут использоваться различные первичные резервуары, в том числе, в частности, гибкие или полужесткие мешки или пакеты, описываемые, например, в публикации ЕР 2455126 А1.
Однако по ряду практических причин, в частности ввиду распространенности на рынке и простоты в обращении для пользователя, привлекательны картриджи так называемого карандашного типа, имеющие цилиндрический корпус, выход, герметично закрытый прокалываемой перегородкой, и поршень, подвижно и плотно расположенный во внутреннем объеме корпуса картриджа. На рынке доступны такие картриджи карандашного типа, заполненные разного рода жидкими лекарственными средствами, в частности жидкими инсулиновыми препаратами, и имеющие типичный объем заправки, составляющий, например, от 1 до 3 мл. Такие картриджи карандашного типа обычно разрабатываются для применения в портативных инъекторных устройствах карандашного типа (также называемых шприц-ручками), часто используемых, например, при лечении диабета посредством многократных ежедневных инъекций инсулина.
При использовании такого картриджа в комбинации с системой с упомянутым выше вынесенным дозированием каждая заправка и повторная заправка (дозаправка) дозирующего цилиндра предусматривает всасывание жидкого лекарственного средства из картриджа в дозирующий цилиндр за счет разности давлений, возникающей вследствие увеличения заполняемого жидкостью объема дозирующего цилиндра. По мере выхода жидкого лекарственного средства из картриджа поршень картриджа должен компенсировать уменьшение объема жидкости в картридже, совершая соответствующее перемещение. В принципе, поршень картриджа может перемещаться под действием втягивающего усилия, создаваемого при всасывании (несжимаемого) жидкого лекарственного средства в дозирующий цилиндр.
На практике же оказывается, что втягивающее усилие, необходимое для преодоления силы трения покоя, удерживающей поршень на месте, может превышать силу, создаваемую разрежением (пониженным давлением) в дозирующем цилиндре. Кроме того, даже если соответствующую силу можно создать в принципе, желательно работать с как можно меньшими градиентами давления, чтобы предотвращать или, по меньшей мере, ограничивать выделение газа, в частности воздуха, растворенного в жидком лекарственном средстве.
Поэтому было предложено непрерывно прикладывать к поршню картриджа толкающее усилие, вызывая тем самым смещение поршня картриджа в направлении его выдвижения (т.е. в направлении, в котором поршень картриджа перемещается для вытеснения жидкости) и уменьшая втягивающее усилие, которое должно создавать дозирующее устройство. Это толкающее усилие должно быть по существу постоянным на протяжении всего рабочего хода поршня картриджа. Кроме того, весьма желательно обеспечить компактность конструкции. Однако соответствующие поддавливающие поршень устройства имеют сравнительно сложную конструкцию и по-прежнему требуют значительного монтажного пространства. Примеры таких конструкций раскрыты, например, в публикации WO 2013/127428 А1.
Общей задачей настоящего изобретения является улучшение ситуации в отношении применения картриджей с жидким лекарственным средством в комбинации с дозирующим устройством, в частности, что касается перемещения поршня картриджа. Желательно полностью или частично избавиться от недостатков, присущих уровню техники.
В общем случае указанная задача решается в объектах изобретения, охарактеризованных в независимых пунктах его формулы. Частные примеры осуществления изобретения охарактеризованы в соответствующих зависимых пунктах формулы, а также рассматриваются ниже в описании, поясняемом чертежами.
В общем случае в основу решения указанной выше задачи положено осознание того, что проблема преодоления трения покоя особенно актуальна при первом страгивании поршня картриджа с места после возможно долгого периода хранения, которое часто осуществляется в сравнительно неблагоприятных окружающих условиях. С этой ситуацией (первое страгивание поршня картриджа с места) приходится иметь дело каждый раз после замены картриджа с жидким лекарственным средством. После того как начальное трение покоя преодолено, трение покоя, преодолеваемое каждый раз при повторной заправке дозирующего цилиндра, уже значительно меньше, и для его преодоления может быть достаточным создаваемое дозирующим устройством разрежение без необходимости дополнительных мероприятий.
В одном аспекте изобретения указанная выше общая задача решена в способе инициализации амбулаторной инфузионной системы, включающей в себя картридж с жидким лекарственным средством, содержащий корпус и поршень. Поршень картриджа плотно и подвижно (по плотной скользящей посадке) установлен внутри корпуса картриджа. Картридж с жидким лекарственным средством может представлять собой, например, картридж карандашного типа, известный из уровня техники и получивший широкое распространение.
Инициализуемая амбулаторная инфузионная система также включает в себя дозирующее устройство, содержащее дозировочный насос с дозирующим цилиндром и дозирующим поршнем. Дозирующий поршень плотно и подвижно установлен внутри дозирующего цилиндра. Дозирующее устройство также содержит гидрораспределитель с заправочным отверстием и выпускным отверстием. Гидрораспределитель является переключаемым, т.е. выполнен с возможностью переключения, между состоянием заправки, в котором с внутренним объемом дозирующего цилиндра сообщается заправочное отверстие, и альтернативным состоянию заправки состоянием подачи, в котором с внутренним объемом дозирующего цилиндра сообщается выпускное отверстие.
Инициализуемая амбулаторная инфузионная система также включает в себя нажимной элемент, а способ ее инициализации выключает выполнение следующих этапов:
а) прикладывают к поршню картриджа посредством нажимного элемента инициализирующее толкающее усилие, таким образом перемещая поршень картриджа в направлении его выдвижения внутри корпуса картриджа на расстояние инициализации;
б) увеличивают заполняемый жидкостью объем дозирующего цилиндра путем перемещения дозирующего поршня, таким образом обеспечивая всасывание жидкого лекарственного средства из картриджа с жидким лекарственным средством в дозирующий цилиндр и дальнейшее перемещение поршня картриджа в направлении его выдвижения внутри корпуса картриджа без приложения инициализирующего толкающего усилия.
Дозирующий цилиндр образует глухое отверстие, в котором помещается дозирующий поршень. Заполняемым жидкостью объемом дозирующего цилиндра является объем между дозирующим поршнем и (проксимальной) торцевой стенкой канала в дозирующем цилиндре. Заполняемый/заполненный жидкостью объем дозирующего цилиндра изменяется соответственно положению дозирующего цилиндра на пути его перемещения. Этот объем минимальный (как правило, нулевой или близкий к нулю) в крайнем выдвинутом положении дозирующего поршня и максимальный в крайнем отведенном положении дозирующего поршня.
На этапе (а) первоначальное трение покоя преодолевается инициализирующим толкающим усилием, которое создается нажимным элементом. Как подробнее поясняется ниже, этап (а) в основном предусматривает смещение корпуса картриджа в направлении, противоположном направлению выдвижения поршня картриджа. Этот этап в общем случае выполняется вручную как часть процедуры замены картриджа с жидким лекарственным средством, т.е. в рамках подготовки амбулаторной инфузионной системы к применению. В частности, инициализирующее толкающее усилие представляет собой силу реакции на толкающее усилие, прикладываемое к корпусу картриджа при ручном перемещении картриджа с жидким лекарственным средством в направлении, противоположном направлению выдвижения поршня картриджа. На следующем этапе (б) усилие, заставляющее поршень картриджа перемещаться, создается дозирующим устройством как втягивающее усилие и передается на поршень картриджа через жидкое лекарственное средство.
На этапе (а) из картриджа с жидким лекарственным средством в проточный канал, соединяющий картридж с жидким лекарственным средством с заправочным отверстием дозирующего устройства, вытесняется жидкое лекарственное средство и/или газ (в частности воздух), который может присутствовать в картридже, в результате чего проточный канал по меньшей мере частично прокачивается жидким лекарственным средством. В зависимости от количества жидкого лекарственного средства, вытесняемого из картриджа с жидким лекарственным средством на этапе (а), проточный канал также может быть прокачан полностью. Кроме того, жидкое лекарственное средство может вытесняться в дозирующий цилиндр. На этапе (б) жидкое лекарственное средство активно всасывается в дозирующий цилиндр за счет увеличения его объема. В конце этапа (б) проточный канал должен быть полностью прокачан, т.е. заполнен жидким лекарственным средством.
На этапах (а) и (б) гидрораспределитель предпочтительно находится в состоянии заправки. Таким образом, дозирующее устройство может быть снабжено заправочным краном, находящимся в состоянии заправки, или способ может включать, перед выполнением этапа (а), переключение гидрораспределителя в состояние заправки. При необходимости способ также может включать определение состояния гидрораспределителя и переключение гидрораспределителя в состояние заправки, если он находится в состоянии подачи. Целесообразно, чтобы дозирующий поршень находился в крайнем отведенном положении, чтобы на этапе (а) заполняемый жидкостью объем дозирующего цилиндра был максимальным. Такая конфигурация выгодна с точки зрения обеспечения максимального пространства для воздуха, который обычно присутствует в жидкостной системе в исходном состоянии и сжимается на этапе (а), когда поршень картриджа выдвигается. Когда дозирующий поршень находится в крайнем отведенном положении, результирующее сжатие минимально.
Направление, в котором поршень картриджа перемещается для уменьшения объема картриджа, заполненного жидким лекарственным средством, называется направлением выдвижения поршня картриджа и соответствует направлению выдвижения вдоль продольной оси (обычно цилиндрического) картриджа, или его корпуса, от его открытого заднего торца к его открытому переднему концу, где расположен выход картриджа. Аналогичным образом, направление, в котором дозирующий поршень перемещается для уменьшения заполненного жидкостью объема дозирующего цилиндра, называется направлением выдвижения дозирующего поршня. Направление, в котором дозирующий поршень перемещается для увеличения заполняемого жидкостью объема дозирующего цилиндра, называется направлением отвода дозирующего поршня.
Следовательно, на этапе (а) инициализирующее толкающее усилие действует на задний конец поршня картриджа. На этапе (б) перемещение поршня картриджа происходит под действием втягивающего усилия, действующего со стороны жидкого лекарственного средства, находящегося внутри картриджа, на контактирующий с жидкостью передний торец поршня картриджа.
В исходном состоянии, до перемещения поршня картриджа на расстояние инициализации, поршень картриджа обычно находится в крайнем заднем положении, где его задний торец расположен вровень с задней периферийной кромкой корпуса картриджа или слегка смещен относительно нее во внутреннее пространство корпуса картриджа.
В одном аспекте указанная выше общая задача решена в амбулаторной инфузионной системе. Амбулаторная инфузионная система включает в себя картридж с жидким лекарственным средством, содержащий корпус и поршень. Поршень картриджа плотно и подвижно установлен внутри корпуса картриджа.
Амбулаторная инфузионная система также включает в себя дозирующее устройство, содержащее дозировочный насос с дозирующим цилиндром и дозирующим поршнем. Дозирующий поршень плотно и подвижно установлен внутри дозирующего цилиндра. Дозирующее устройство также содержит гидрораспределитель с заправочным отверстием и выпускным отверстием. Гидрораспределитель является переключаемым, т.е. выполнен с возможностью переключения, между состоянием заправки и альтернативным состоянию заправки состоянием подачи. В состоянии заправки с внутренним объемом дозирующего цилиндра сообщается заправочное отверстие, а в состоянии подачи с внутренним объемом дозирующего цилиндра сообщается выпускное отверстие.
Амбулаторная инфузионная система также включает в себя нажимной элемент и опорный элемент. Нажимной элемент выполнен с возможностью создания только толкающего усилия. Это значит, что нажимной элемент не может создавать тянущее или удерживающее усилие.
Амбулаторная инфузионная система также включает в себя электрический привод насоса, функционально соединенный с дозирующим поршнем, и электронный блок управления, функционально соединенный с приводом насоса. Электронный блок управления выполнен с возможностью управления работой привода насоса.
Дозирующее устройство, нажимной элемент и опорный элемент расположены так, что при соединении поршня картриджа с опорным элементом через нажимной элемент нажимным элементом, действующим между поршнем картриджа и опорным элементом, создается инициализирующее толкающее усилие. Этим обеспечивается перемещение поршня картриджа в направлении его выдвижения внутри корпуса картриджа на расстояние инициализации.
Блок управления выполнен с возможностью приведения в действие привода насоса для перемещения дозирующего поршня, обеспечивающего всасывание жидкого лекарственного средства из картриджа с жидким лекарственным средством в дозирующий цилиндр и дальнейшее перемещение поршня картриджа в направлении его выдвижения внутри корпуса картриджа без приложения инициализирующего толкающего усилия.
В некоторых вариантах осуществления изобретения амбулаторная инфузионная система включает в себя корпус устройства, окружающий привод насоса и блок управления. Корпус устройства также может быть выполнен таким образом, чтобы вмещать картридж с жидким лекарственным средством и по меньшей мере частично вмещать дозирующее устройство, причем опорный элемент является частью корпуса устройства или жестко соединен с ним. Компоненты, заключенные в корпус устройства, образуют один цельный узел.
Как правило, амбулаторная инфузионная система также включает в себя электрический привод гидрораспределителя, функционально соединенный с гидрораспределителем для переключения гидрораспределителя между состоянием заправки и состоянием подачи путем приведения в действие привода гидрораспределителя. В некоторых вариантах осуществления изобретения предусмотрен общий привод, который служит приводом насоса и приводом гидрораспределителя. В качестве альтернативы предусмотрены отдельные приводы, управляемые по отдельности. Соединение между приводом насоса и дозирующим поршнем, а также соединение между приводом гидрораспределителя и гидрораспределителем, является разъемным, что обеспечивает возможность замены дозирующего устройства.
Дозирующее устройство и картридж с жидким лекарственным средством обычно представляют собой изделия одноразового использования, рассчитанные на применение в течение значительно более короткого времени по сравнению с амбулаторным инфузионным устройством. Дозирующее устройство может быть предусмотрено отдельным от картриджа с жидким лекарственным средством или легко соединяемым с ним с образованием общего одноразового устройства. Однако такая конструкция не является существенной.
В общем случае предлагаемая в изобретении амбулаторная инфузионная система в том или ином варианте ее выполнения может быть рассчитана на осуществление предлагаемого в изобретении способа в том или ином его варианте. Таким образом, любые компоненты или конструктивные особенности, упоминаемые в контексте способа, следует рассматривать как относящиеся к соответствующему варианту выполнения амбулаторной инфузионной системы, даже в отсутствие прямого указания на то, и наоборот.
В одном варианте осуществления изобретения способ включает, после выполнения этапа (а) и до выполнения этапа (б), выполнение последовательности этапов (a1), (а2), (а3). На этапе (a1) гидрораспределитель переключают из состояния заправки в состояние подачи. На следующем этапе (а2) заполняемый жидкостью объем дозирующего цилиндра уменьшают, перемещая дозирующий поршень и тем самым вытесняя из дозирующего цилиндра воздух и/или жидкость через выпускное отверстие. Этап (а2) обычно выполняют путем соответствующего приведения в действие электрического привода насоса. На следующем этапе (а3) гидрораспределитель переключают из состояния подачи в состояние заправки. После этапа (а3) выполняют описанный выше этап (б). На этапе (а2) заполняемый жидкостью объем дозирующего цилиндра целесообразно уменьшать до минимального объема, который обычно пренебрежимо мал. Блок управления амбулаторного инфузионного устройства может быть выполнен с возможностью управления выполнением этапов (a1, а2, а3).
В одном варианте осуществления изобретения инициализируемая амбулаторная инфузионная система также включает в себя опорный элемент, причем инициализирующее толкающее усилие создают посредством нажимного элемента, действующего между поршнем картриджа и опорным элементом. Опорный элемент может быть частью амбулаторной инфузионной системы, в частности, может быть частью корпуса устройства или может быть соединен с ним. Опорный элемент воспринимает инициализирующее толкающее усилие.
В одном варианте осуществления изобретения нажимной элемент включает в себя жесткий толкатель. Жесткий толкатель может, например, иметь форму удлиненного поршня или плунжера и может быть расположен соосно с картриджем.
В одном варианте осуществления изобретения нажимной элемент включает в себя пружину сжатия. Пружина сжатия в сжатом состоянии создает инициализирующее толкающее усилие и разжимается по мере смещения поршня картриджа вперед, т.е. выдвижения поршня картриджа. Целесообразно, чтобы пружина сжатия была разжата в исходной конфигурации и сжималась или напрягалась при перемещении картриджа с жидким лекарственным средством в направлении, противоположном направлению выдвижения поршня картриджа.
В одном варианте осуществления изобретения нажимной элемент неразъемно соединен с опорным элементом и/или выполнен за одно целое с ним. В частном варианте осуществления изобретения опорный элемент является частью корпуса устройства или неразъемно соединен с корпусом устройства. Этап (а) выполняют при введении картриджа с жидким лекарственным средством в корпус устройства в направлении, противоположном направлению выдвижения поршня картриджа. В таком варианте осуществления изобретения нажимной элемент может, в частности, быть частью амбулаторного инфузионного устройства и может выступать из дна или торца отделения для картриджа в это отделение. Во время происходящего на этапе (б) выдвижения поршня картриджа под действием втягивающего усилия, прикладываемого к нему через жидкость, нажимной элемент отделяется от поршня картриджа, т.е. выходит из контакта с ним, и затем, во время применения дозирующего устройства нажимной элемент остается соединенным с опорным элементом.
В одном варианте осуществления изобретения нажимной элемент неразъемно соединен с поршнем картриджа и/или выполнен за одно целое с ним. Во время происходящего на этапе (б) выдвижения поршня картриджа под действием втягивающего усилия, прикладываемого к нему через жидкость, нажимной элемент остается соединенным с поршнем картриджа и отделяется от опорного элемента, т.е. выходит из контакта с ним, и затем, во время применения дозирующего устройства нажимной элемент перемещается вместе с поршнем картриджа.
В одном варианте осуществления изобретения используют соединительный элемент. Соединительный элемент выполнен с возможностью соединения с корпусом картриджа. Соединительный элемент также выполнен с возможностью соединения с корпусом устройства с обеспечением перемещения корпуса картриджа в направлении, противоположном направлению выдвижения поршня картриджа, и соединения поршня картриджа с опорным элементом через нажимной элемент. В собранном состоянии, в котором соединительный элемент соединен как с корпусом картриджа, так и с корпусом устройства, корпус картриджа зажат в осевом направлении между соединительным элементом с передней стороны картриджа и соответствующим опорным элементом, например дном отделения картриджа, с задней стороны корпуса картриджа. Соединительный элемент, в частности, может иметь опорный элемент для упора в корпус картриджа спереди. Соединительный элемент служит элементом для осевой фиксации корпуса картриджа, т.е. его фиксации от осевого перемещения. В качестве альтернативы или дополнения, для осевой фиксации корпуса картриджа могут быть предусмотрены другие типы соответствующих фиксирующих элементов, например зажимные элементы осевого и/или радиального действия, выполненные как часть амбулаторного инфузионного устройства.
В одном варианте осуществления изобретения соединительный элемент и дозирующее устройство обеспечивают как одно цельное изделие. Такое единое цельное изделие может быть, в частности, одноразовым изделием, соединяемым с амбулаторным инфузионным устройством, как пояснялось выше.
В одном варианте осуществления изобретения при соединении корпуса картриджа с соединительным элементом устанавливается сообщение между выходом картриджа и заправочным отверстием.
В альтернативном варианте осуществления изобретения картридж с жидким лекарственным средством и дозирующее устройство можно обеспечивать в виде предварительно собранного устройства, как правило, одноразового изделия. В таком варианте осуществления изобретения сообщение между выходом картриджа с жидким лекарственным средством и заправочным отверстием имеется изначально. Такое предварительно собранное устройство выполнено с возможностью соединения с корпусом устройства.
В одном варианте осуществления изобретения выход картриджа снабжен прокалываемой перегородкой, изначально герметично закрывающей выход картриджа. Соединительный элемент снабжен прокалывающей канюлей, причем сообщение между выходом картриджа и заправочным отверстием устанавливается путем прокалывания прокалываемой перегородки прокалывающей канюлей.
В одном варианте осуществления изобретения этап (б) выполняют путем приведения в действие электрического привода насоса, функционально соединенного с дозирующим поршнем.
На фиг. 1 схематически представлена предлагаемая в изобретении амбулаторная инфузионная система.
На фиг. 2а, 2б, 2в амбулаторная инфузионная система показана в различных состояниях в процессе инициализации.
На фиг. 3 показан один вариант выполнения снабженного нажимным элементом картриджа с жидким лекарственным средством.
на фиг. 4 показан еще один вариант выполнения снабженного нажимным элементом картриджа с жидким лекарственным средством.
Далее рассматриваются примеры осуществления изобретения, поясняемые чертежами. На всех чертежах одинаковые или аналогичные признаки обозначены одинаковыми ссылочными номерами. Кроме того, для наглядности одни и те же признаки могут быть не обозначены на всех чертежах.
Осуществление изобретения сначала поясняется со ссылкой на фиг. 1. На фиг. 1 схематически показаны функциональные узлы предлагаемой в изобретении амбулаторной инфузионной системы в рабочей конфигурации.
Амбулаторная инфузионная система включает в себя дозирующее устройство 3, привод 2 насоса и привод 1 гидрораспределителя. Амбулаторная инфузионная система также включает в себя электронный блок управления 40. Амбулаторная инфузионная система также включает в себя резервуар жидкого лекарственного средства, выполненный в виде картриджа 5 с жидким лекарственным средством. Следует заметить, что показаны только те конструктивные и функциональные узлы, которые являются особо значимыми с точки зрения осуществления настоящего изобретения. В состав системы также обычно входят другие узлы и устройства, такие как источник питания, пользовательский интерфейс и т.д.
Дозирующее устройство 3 содержит дозировочный насос 30 (также называемый просто насосом) и гидрораспределитель 31. Дозировочный насос 30 содержит дозирующий цилиндр 300 и дозирующий поршень 302, плотно и подвижно (по плотной скользящей посадке) установленный внутри дозирующего цилиндра 300, подобно поршню шприца. В проксимальной (ближней к гидрораспределителю) торцевой стенке дозирующего цилиндра 300 выполнен канал, действующий в качестве насосного отверстия 301 и сообщающий внутренний объем дозирующего цилиндра 300 с гидрораспределителем 31. При перемещении дозирующего поршня 302 вдоль оси дозирующего цилиндра по направлению к насосному отверстию 301 уменьшается заполненный жидкостью объем дозирующего цилиндра 300, вследствие чего жидкое лекарственное средство вытесняется из дозирующего цилиндра 300. Аналогичным образом, при перемещении дозирующего поршня 302 вдоль оси дозирующего цилиндра в противоположном направлении, от насосного отверстия 301, заполняемый жидкостью объем дозирующего цилиндра 300 увеличивается, вследствие чего жидкое лекарственное средство всасывается в дозирующий цилиндр 300.
Гидрораспределитель 31 содержит запорный элемент 315, подвижный между положением 315b заправки и положением 315а подачи. Если запорный элемент находится в положении заправки, гидрораспределитель считается находящимся в состоянии заправки. Аналогичным образом, если запорный элемент 315 находится в положении подачи, гидрораспределитель 31 считается находящимся в состоянии подачи. В процессе эксплуатации гидрораспределитель 31 неоднократно переключается между состоянием заправки и состоянием подачи, как подробнее поясняется ниже. Резервуар 5 сообщается с гидрораспределителем 31 через заправочное отверстие 310. Пациент 900 подключен к гидрораспределителю 31 через выпускное отверстие 311 и интерфейс 890 места инфузии. Следует заметить, что в качестве примера интерфейс 890 места инфузии представлен как неотъемлемая часть инфузионной линии, например катетер. В качестве альтернативы, инфузионный насос может быть выполнен как носимый на теле насос, который непосредственно крепится на теле пациента, например, при помощи пластыря. В этом случае интерфейсом места инфузии может быть непосредственно канюля.
Запорный элемент 315 гидрораспределителя 31 плотно и с возможностью поворота установлен в опоре гидрораспределителя. Запорный элемент 315 имеет проточный канал, который в зависимости от углового положения запорного элемента 315 реализует либо состояние 315b заправки, либо состояние 315а подачи. Гидрораспределитель 31 обычно расположен по линии с насосом 30 проксимально относительно него. В типичной компоновке, также предполагающейся в дальнейшем, ось запорного элемента параллельна оси дозирующего цилиндра (оси, вдоль которой перемещается дозирующий поршень 302), в частности совпадает с ней. Эта компоновка, однако, не является существенной.
Дозирующее устройство 3 также содержит ведомый элемент 312 привода гидрораспределителя, предназначенный для переключения гидрораспределителя 31 между положением 315b заправки и положением 315а подачи и являющийся частью гидрораспределителя 31. Аналогично, дозирующее устройство 3 содержит ведомый элемент 303 привода насоса, предназначенный для перемещения дозирующего поршня 302 внутри дозирующего цилиндра 300, как пояснялось выше, и являющийся частью дозировочного насоса 30. Ведомый элемент 303 привода насоса может быть выполнен полностью или частично за одно целое с дозирующим поршнем 302.
Дозировочный насос 30 и гидрораспределитель 31 работают, в качестве примера, независимо друг от друга. Это значит, что дозирующий поршень 302 можно перемещать внутри дозирующего цилиндра 300, не оказывая влияния на состояние гидрораспределителя 31. Аналогичным образом, состояние гидрораспределителя 31 можно изменять путем соответственного переключения гидрораспределителя, не оказывая влияния на положение дозирующего поршня 302 внутри дозирующего цилиндра 300. Кроме того, переключение гидрораспределителя между состоянием заправки и состоянием подачи не подразумевает перемещения жидкости между заправочным отверстием 310 и выпускным отверстием 311 как следствие движения запорного элемента 315. Следовательно, переключение гидрораспределителя не сопровождается дозированием жидкости в организм пациента. Этот аспект особенно важен, поскольку управляемое и дозированное введение лекарственного средства выполняется исключительно путем управляемого перемещения дозирующего поршня 302. В случае высококонцентрированных лекарственных средств, таких как типичные жидкие инсулиновые препараты, непреднамеренное введение лекарственного средства в организм, вызванное переключением гидрораспределителя, может стать причиной нежелательных и потенциально тяжелых медицинских осложнений.
В типичном компоновочном решении дозирующее устройство 3 с дозировочным насосом 30 и гидрораспределителем 31 выполнено в виде компактного устройства интегральной конструкции. Таким образом, насосное отверстие 301, в отличие от заправочного отверстия 310 и выпускного отверстия 311, является недоступным извне дозирующего устройства 3. В типичном варианте выполнения дозирующий цилиндр имеет внутренний диаметр от 3 до 5 мм, а ход дозирующего поршня 302 составляет от 5 до 15 мм.
Что касается гидрораспределителя 31, также следует заметить, что на фиг. 2 показаны только состояния 315а, 315b, в которых или заправочное отверстие 310, или выпускное отверстие 311 сообщается с насосным отверстием 301. Вместе с тем, гидрораспределитель может находиться и в промежуточном состоянии, в котором все три отверстия 301, 310, 311 перекрыты, в результате чего насос заперт. Однако в типичном варианте выполнения и режиме работы гидрораспределитель принимает такое промежуточное состояние только в процессе переключений, происходящих за пренебрежимо малое время.
Привод 2 насоса содержит ведущий элемент 21 привода насоса, выполненный с возможностью разъемного сопряжения с ведомым элементом 303 привода насоса для перемещения дозирующего поршня внутри дозирующего цилиндра 300, как пояснялось выше, как в направлении выдвижения, так и в направлении отвода. Привод 2 насоса также содержит исполнительный механизм 20 привода насоса, обычно включающий в себя двигатель, в частности стандартный электродвигатель постоянного тока, шаговый электродвигатель или электронно-коммутируемый, или бесщеточный, электродвигатель постоянного тока. Привод 2 насоса также содержит передаточный механизм 20а с понижающей передачей и передачей, преобразующей вращательное движение в линейное, в частности с винтовой передачей, преобразующей вращательное движение двигателя исполнительного механизма в реверсируемое линейное движение ведущего элемента 21 привода насоса, сообщаемое дозирующему поршню 302 посредством ведомого элемента 303 привода насоса. Ведущий элемент 21 привода насоса может быть выполнен в виде толкателя. Ведомый элемент 303 привода насоса может быть прочно прикреплен к дистальному участку дозирующего поршня 302 или встроен в него. Ведущий элемент 21 привода насоса и ведомый элемент 303 привода насоса выполнены с возможностью образования самозапирающегося соединения, способного передавать толкающие и тянущие усилия, например в виде байонетного соединения, защелкивающегося разъема и т.п.Возвратно-поступательное движение ведущего элемента 21 привода насоса приводит к соответствующему возвратно-поступательному движению дозирующего поршня в проксимальном и дистальном направлениях. В качестве альтернативы ведущий элемент 21 привода насоса выполнен в виде приводной гайки или ходового винта, а ведомый элемент привода насоса соответственно в виде ходового винта или приводной гайки.
Привод 1 гидрораспределителя содержит исполнительный механизм 10 привода гидрораспределителя и ведущий элемент 12 привода гидрораспределителя, соединяемый, т.е. выполненный с возможностью соединения, с ведомым элементом 312 привода гидрораспределителя. Примеры выполнения привода 1 гидрораспределителя и ведомого элемента 312 привода гидрораспределителя раскрыты в европейской патентной заявке 16173361.3 и в публикации WO 2015/082305, на содержание которых в этой связи приводится ссылка.
Блок управления 40 управляет, в целом, работой амбулаторного инфузионного устройства и амбулаторной инфузионной системы и, в частности, работой исполнительного механизма 10 привода гидрораспределителя и исполнительного механизма 20 привода насоса. Блок управления 40 обычно включает в себя один или несколько микрокомпьютеров и/или микроконтроллеров с соответствующим компьютерным программным кодом, или встроенным программным обеспечением, для управления работой амбулаторной инфузионной системы. Блок управления 40 обычно также содержит периферийные интегральные схемы, известные из уровня техники.
Картридж 5 с жидким лекарственным средством имеет цилиндрический корпус 51 с обычно закрытым передним торцом и открытым задним торцом. Поршень 52 картриджа плотно и подвижно установлен внутри корпуса 51 картриджа с возможностью перемещения вдоль продольной оси картриджа. Выход картриджа расположен спереди корпуса 51 картриджа в крышке 53 и герметично закрыт прокалываемой перегородкой. Сообщение с заправочным отверстием 310 устанавливается посредством полой прокалывающей канюли (на чертежах отдельно не обозначена). Часть внутреннего объема корпуса 51 картриджа, находящаяся между ее передней стенкой и поршнем 52 картриджа, заполнена жидким лекарственным средством. В исходном состоянии поршень 52 картриджа обычно находится по существу в крайнем заднем положении, и объем жидкого лекарственного средства является максимальным. При перемещении поршня 52 картриджа вдоль продольной оси картриджа в направлении X выдвижения поршня картриджа объем жидкости уменьшается. Корпус 51 картриджа обычно изготовлен из стекла или пластмассы, пригодных для использования в медицине, и может иметь на внутренней поверхности уменьшающее трение покрытие (например покрытие на силиконовой основе). Поршень 52 картриджа обычно изготовлен из резины, пригодной для использования в медицине, или может иметь основу из твердой пластмассы и одно или несколько мягких уплотнений, проходящих вокруг основания.
Картридж 5 в целом может представлять собой, например, картридж так называемого карандашного типа, используемый в инъекторах карандашного типа, в частности в шприц-ручках для инъекции инсулина.
Предусмотрен корпус 60 устройства, который также служит опорным элементом для нажимного элемента 61, расположенного, в рабочей конфигурации, между корпусом 60 устройства и поршнем 52 картриджа.
Привод 2 насоса, привод 1 гидрораспределителя и блок управления 40 (схема управления), как правило, входят в состав амбулаторного инфузионного устройства как единого компактного устройства, причем эти узлы, а при необходимости и другие узлы, такие как пользовательский интерфейс и блок питания, постоянно заключены в корпусе 60 устройства. Амбулаторное инфузионное устройство рассчитано на длительный срок службы, составляющий несколько месяцев, например шесть месяцев, или даже несколько лет, тогда как дозирующее устройство 3 и резервуар 5 являются одноразовыми изделиями, имеющими значительно более короткий срок службы, обычно исчисляемый несколькими днями и ограниченный, например, двумя неделями в зависимости от индивидуальных потребностей пациента в лекарственном средстве. Поэтому ведущий элемент 12 привода гидрораспределителя и ведущий элемент 21 привода насоса, относящиеся к амбулаторному инфузионному устройству, а также ведомый элемент 303 привода насоса и ведомый элемент 312 привода гидрораспределителя, относящиеся к дозирующему устройству 3, выполнены разъемно соединяемыми, т.е. соединяемыми с возможностью их разъединения, в том смысле, что рассмотренное выше соединение между ведущим элементом 21 привода насоса и ведомым элементом 303 привода насоса, а также между ведущим элементом 12 привода гидрораспределителя и ведомым элементом 312 привода гидрораспределителя может быть снято (расцеплено) без повреждения ведущего элемента 21 привода насоса и ведущего элемента 12 привода гидрораспределителя.
В дальнейшем осуществление изобретения рассматривается со ссылкой на фиг. 2а-2в, на которых представлена предлагаемая в изобретении амбулаторная инфузионная система, например показанная на фиг. 1 амбулаторная инфузионная система, в различных ее состояниях в процессе инициализации.
В примере, показанном на фиг. 2а-2в, дозирующее устройство 3 выполнено по интегральной схеме с одноразовым корпусом 70 и, таким образом, представляет собой изделие одноразового применения. Одноразовый корпус 70 содержит соединительные элементы 72, выполненные с возможностью образования разъемного, например защелкивающегося, соединения, с ответными соединительными элементами 62 корпуса 60 устройства, в результате чего создается непостоянное, т.е. разъемное, водонепроницаемое соединение. Это соединение создается путем перемещения одноразового корпуса 70 с дозирующим устройством 3 относительно корпуса 60 устройства в направлении М стыковки.
Одноразовый корпус 70 содержит соединительный элемент для соединения с корпусом картриджа, включающий в себя упругие лапки 73, способные защелкиваться на горлышке корпуса 51 картриджа (на чертежах не обозначенном), в результате чего упругие лапки 73 и одноразовый корпус 70 соединяются с корпусом 51 картриджа. Соединительный элемент также включает в себя передний опорный элемент 74 для картриджа, выполненный таким образом, чтобы в него упирался передний торец корпуса 51 картриджа. Передний опорный элемент 74 для картриджа окружен упругими лапками 73 и, в качестве примера, выполнен за одно целое с одноразовым корпусом 70. Кроме того, предусмотрена прокалывающая канюля 71, выступающая по центру из переднего опорного элемента 74 для картриджа и расположенная по существу параллельно упругим лапкам 73. Посредством проточного канала, расположенного в одноразовом корпусе 70 и/или дозирующем устройстве 3 либо встроенного в него/них, прокалывающая канюля 70 сообщается с впускным (заправочным) отверстием 310. Предполагается, что на следующих этапах гидрораспределитель 31 находится в состоянии заправки. При необходимости может быть предусмотрен подготовительный этап, на котором привод 1 гидрораспределителя приводится в действие для переключения гидрораспределителя 31 в состояние заправки.
На фиг. 2а показана промежуточная ситуация, возникающая в процессе соединения корпуса 60 устройства с одноразовым корпусом 70. На фиг. 2а одноразовый корпус 70 и корпус 60 устройства несколько отстоят друг от друга, а дозирующее устройство 3 частично посажено в соответствующее отделение (на чертежах не обозначенное) корпуса 60 устройства. Картридж 5 с жидким лекарственным средством вставлен в соответствующее отделение (на чертежах не обозначенное) в корпусе 60 устройства, где картридж в показанной на фиг. 2а конфигурации покоится свободно и по существу без силового нагружения.
На фиг. 26 показана ситуация, возникающая чуть позже в конфигурации, имеющей место в процессе соединения корпуса 60 инфузионного устройства и одноразового корпуса 70. На фиг. 2а прокалывающая канюля 71 частично проникла в прокалываемую перегородку, упругие лапки 73 проходят по боковой поверхности крышки 53. Следует отметить, что задний торец 52b поршня 52 картриджа упирается в передний торец (на чертежах не обозначенный) нажимного элемента 61, а задний торец 5 lb (проходящая по окружности задняя кромка) корпуса 51 картриджа не опирается и обладает свободой движения. Усилие, возникающее в результате контакта между прокалывающей канюлей 71 и перегородкой, а также между упругими лапками 73 и крышкой 53, соответственно передается с корпуса 51 картриджа на нажимной элемент 61 за счет фрикционного взаимодействия (трения) между корпусом 51 картриджа и поршнем 52 и в конечном итоге воспринимается опорным элементом, который образован корпусом 60 устройства. Соответственно нажимной элемент 61 прикладывает к поршню 51 картриджа через его задний торец 5 lb инициализирующее толкающее усилие в направлении X выдвижения поршня картриджа.
Пока усилие, передаваемое с корпуса 51 картриджа на поршень 52 картриджа, меньше силы трения покоя между корпусом 51 и поршнем 52 картриджа, корпус 51 и поршень 52 картриджа остаются на месте и не совершают взаимного осевого перемещения. Сила трения покоя может составлять около 10 Ньютонов или даже больше.
В определенный момент передний опорный элемент 74 для картриджа встречается с передним торцом крышки 53. Соответственно при дальнейшем перемещении одноразового корпуса 70 в направлении стыковки одноразовый корпус давит на корпус 51 картриджа, заставляя последний перемещаться вдоль продольной оси картриджа в направлении М стыковки, т.е. в направлении, противоположном направлению X выдвижения поршня картриджа.
Поскольку поршень 52 картриджа упирается в нажимной элемент 61 и поэтому, в отличие от корпуса 51 картриджа, не имеет свободы перемещения в направлении, противоположном направлению X своего выдвижения, усилие, действующее между корпусом 51 и поршнем 52 картриджа, резко нарастает и в конечном итоге преодолевает трение покоя между корпусом и поршнем картриджа. Так что теперь давление на картридж в направлении, противоположном направлению X выдвижения поршня картриджа, приводит к относительному перемещению между поршнем и корпусом картриджа, а именно к перемещению поршня 52 картриджа в направлении его выдвижения внутри корпуса картриджа.
На фиг. 2в показана окончательно состыкованная конфигурация, в которой ответные друг другу соединительные элементы 72 и 62 сцепились друг с другом, упругие лапки защелкнулись вокруг крышки 53, закрепив корпус 51 картриджа за горлышко, а прокалывающая канюля 71 полностью прошла сквозь перегородку, соответственно установив сообщение между внутренним объемом корпуса картриджа и впускным (заправочным) отверстием 310 гидрораспределителя. Теперь задний торец 5 lb корпуса 51 картриджа прилегает к дну отделения для картриджа, расположенному вокруг нажимного элемента 61. Соответственно, корпус 51 картриджа с крышкой 53 зажаты в осевом направлении между корпусом 60 устройства и передним опорным элементом 74 для картриджа.
Расстояние инициализации, на которое поршень 52 картриджа перемещается относительно корпуса 51 картриджа, зависит от взаимного положения переднего торца нажимного элемента 61, заднего торца 52b поршня 52 картриджа и заднего торца 5 lb корпуса 51 картриджа. Типичное расстояние инициализации составляет порядка нескольких десятых долей миллиметра, но в зависимости от общей конструкции также может составлять до 2 мм.
При перемещении поршня 52 картриджа на расстояние инициализации из картриджа 5 в направлении дозирующего устройства 3 вытесняется соответствующее количество жидкого лекарственного средства. Вместе с тем, поскольку в картридже 5 с жидким лекарственным средством вначале может присутствовать некоторое количество воздуха, это также может быть смесь воздуха и жидкости.
После достижения конфигурации, показанной на фиг. 2в, гидрораспределитель переключается в состояние подачи. Затем привод 2 насоса приводится в действие на перемещение дозирующего поршня 302 в направлении его выдвижения, в результате чего заполненный жидкостью объем дозирующего цилиндра 300 сводится к минимуму, а из дозирующего цилиндра удаляется смесь воздуха и жидкости. После этого гидрораспределитель снова переключается в состояние заправки. Затем дозирующий цилиндр заправляется жидким лекарственным средством, например заправляется полностью, за счет перемещения дозирующего поршня в направлении его отвода. Это перемещение дозирующего поршня обычно завершается в крайнем отведенном положении, когда заполненный жидкостью объем дозирующего цилиндра является максимальным.
Механическая связь между нажимным элементом 61 и поршнем 52 картриджа представляет собой соединение, обеспечивающее одностороннюю передачу толкающего усилия. Это значит, что нажимной элемент 61 может прикладывать к поршню 52 картриджа толкающее усилие в направлении выдвижения поршня, но не может удерживать поршень 52 картриджа. Когда заполняемый жидкостью объем дозирующего цилиндра 300 увеличивается, внутри дозирующего цилиндра 300 соответственно возникает разрежение (пониженное давление), и жидкое лекарственное средство всасывается из картриджа 5 в дозирующий цилиндр. Поскольку жидкое лекарственное средство является по существу несжимаемым, к поршню 52 картриджа прикладывается соответствующее втягивающее усилие, под действием которого поршень картриджа совершает перемещение в направлении X своего выдвижения. Как только поршень 52 картриджа начнет это перемещение, его задний торец 52b выйдет из контакта с нажимным элементом. Эта ситуация сохранится в течение дальнейшей работы амбулаторной инфузионной системы до полного опорожнения картриджа с жидким лекарственным средством.
Количество жидкого лекарственного средства, всасываемое в дозирующий цилиндр 300 на описанном выше этапе, предпочтительно соответствует, по меньшей мере, заполняемому жидкостью объему жидкостного тракта от картриджа с жидким лекарственным средством до впускного отверстия 310, чтобы жидкостный тракт между картриджем 5 с жидким лекарственным средством и дозирующим устройством 3 был полностью заполнен жидкостью. Вместе с тем указанный объем жидкости может быть и несколько большим.
Втягивающее усилие, вызывающее перемещение поршня 52 картриджа в направлении X его выдвижения, должно создаваться дозирующим устройством 3. Хотя начальная сила трения покоя, препятствующая страгиванию поршня с места в свежем картридже с жидким лекарственным средством, может быть больше втягивающего усилия, которое удается создать, эта начальная сила трения покоя в соответствии с настоящим изобретением преодолевается нажимным элементом. Как только это (преодоление) произошло, как сила трения покоя, так и сила трения скольжения станут значительно меньше, и небольшое разрежение сможет преодолеть их.
Далее осуществление изобретения рассматривается со ссылкой на фиг. 3. На фиг. 3 схематически показана задняя часть корпуса 51 картриджа, которая в целом может быть выполнена аналогично корпусу картриджа, показанному на фиг. 2а-2в. Однако в показанном на фиг. 3 варианте осуществления изобретения нажимной элемент 61 имеет форму диска или толкателя и выполнен за одно целое с поршнем 52 картриджа либо жестко прикреплен к поршню картриджа и соответственно является частью картриджа 5 с жидким лекарственным средством. Нажимной элемент 61 выступает из заднего торца 52b поршня 52 картриджа в заднем направлении (в направлении, противоположном направлению X выдвижения поршня картриджа). При нахождении поршня 52 картриджа в его исходном положении задний торец 61b нажимного элемента 61 расположен позади заднего торца 51b корпуса 51 картриджа.
При введении картриджа 5 в корпус 60 устройства нажимной элемент 61 взаимодействует с корпусом 60, т.е. с дном имеющегося в нем отделения для картриджа, как опорным элементом по существу тем же образом, как это пояснялось выше в контексте фиг. 2а-2в. Соединение между задним торцом 61b нажимного элемента 61 и опорным элементом представляет собой упомянутое выше соединение, обеспечивающее одностороннюю передачу толкающего усилия. После приложения к поршню 52 картриджа инициализирующего усилия и перемещения поршня 52 картриджа на расстояние инициализации дальнейшее выдвижение поршня 52 картриджа, обусловленное всасыванием жидкого лекарственного средства из картриджа 5, соответственно приводит к утрате соединения между задним торцом 61b нажимного элемента и опорным элементом, т.е. к их разъединению. Следовательно, нажимной элемент движется вместе с поршнем 52 картриджа. Поперечные (измеряемые поперек продольной оси картриджа) размеры нажимного элемента 61 меньше, чем внутренний диаметр корпуса 51 картриджа и диаметр поршня 52, что позволяет нажимному элементу 61 помещаться во внутреннем объеме корпуса 51 картриджа и перемещаться в нем.
Далее осуществление изобретения рассматривается со ссылкой на фиг. 4. Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 4, подобен варианту, показанному на фиг. 3. Однако в показанном на фиг. 4 варианте нажимной элемент 61 выполнен в виде короткой пружины сжатия с высокой жесткостью, причем постоянная пружины составляет, например, от 15 до 25 Н/мм, а расстояние натяжения зависит от объема, который должен заполняться на этапе (а), входящем в последовательность этапов. Максимальная сила натяжения пружины в любом случае превышает силу трения покоя поршня в картридже. Во время хранения картриджа до его введения в корпус 60 устройства, т.е. в соответствующее отделение для картриджа пружина не нагружена, а сжимается только при креплении одноразового корпуса 70, как это пояснялось выше. В одном варианте пружина прикреплена не к поршню 51 картриджа, а к корпусу 60 устройства и выдается из дна отделения для картриджа.