ДЕТЕКТОР ПОТОКА
FLOW DETECTOR

Настоящее изобретение относится к области амбулаторных инфузионных 5 систем и устройств, используемых в некоторых лечебных процедурах, в частности в терапии диабета. Более конкретно, изобретение относится к области детекторов потока и способов регистрации потока.
Одной из самых современных разработок в области терапии сахарного диабета является непрерывная подкожная инфузия инсулина (НПИИ). Она 10 выполняется посредством сложных амбулаторных инфузионных устройств, управляемых компьютером и поставляемых на рынок рядом производителей. Эти амбулаторные инфузионные устройства обычно выглядят как миниатюрные шприцевые помпы и носятся, например, в кармане брюк, прикрепленными зажимом к поясному ремню и т.п. В настоящее время разработаны 15 альтернативные устройства, прикрепляемые непосредственно к коже пациента. Кроме того, предложены (например, в публикации EP 1970677 A1) альтернативные жидкостные устройства, например дозировочные компоненты, размещаемые сзади по потоку и содержащие регулируемый промежуточный дозировочный цилиндр. Хотя терапия диабета является главной областью 20 применения амбулаторных инфузионных устройств, последние могут быть использованы и в других областях, например в онкологии и в целях обезболивания.
Несмотря на то, что по многим аспектам с годами было достигнуто существенное улучшение, контроль за введением лекарственного средства в 25 организм все еще сопряжен с различными проблемами. В частности, жидкие лекарственные средства, такие как инсулин, могут периодически и при неблагоприятных обстоятельствах вызывать засорение инфузионных трубок или канюль, что приводит к окклюзии (закупорке) последних. В системах, соответствующих уровню техники, обнаружение окклюзий осуществляется 30 косвенным образом, например путем измерения и анализа силы реакции в цепи привода, которая значительно и непрерывно возрастает в случае окклюзии. Поскольку, однако, система в целом все же обладает небольшой эластичностью, а типичная скорость введения лекарственного средства в соответствии с - 2 -
базальным режимом может быть очень низкой (в частности, в случае детей и подростков), время задержки до обнаружения окклюзии может быть значительным (что обусловлено, кроме прочего, наличием больших неопределенностей, возникающих, например, вследствие изменяющегося трения поршня в системах шприцевых помп) и составлять от нескольких часов до, 5 возможно, суток и более. Вместе с тем, проблему представляет собой и ложное срабатывание предупредительной сигнализации, которое должно быть исключено в максимально возможной степени.
С учетом вышеизложенного, в настоящем изобретении предлагается осуществлять непосредственные измерения параметров потока жидкого 10 лекарственного средства. Устройства для тепловой регистрации потока, которые могут быть использованы с этой целью, обычно включают нагревательный элемент и два датчика температуры, расположенных по потоку соответственно спереди и сзади нагревательного элемента, причем нагревательный элемент и датчики температуры находятся в тепловой связи с жидкостью. Если жидкость 15 находится в покое (т.е. поток отсутствует), то тепловая энергия, излучаемая нагревательным элементом, передается в жидкости обоим датчикам температуры, которые соответственно регистрируют идентичный нагрев (в предположении их симметричной установки). Если, однако, движение потока жидкости из передней области в заднюю имеет место, то тепловая энергия в 20 значительной степени переносится в заднюю область, что выражается в регистрации датчиком температуры, расположенным сзади по потоку, более высокого значения температуры по сравнению с датчиком температуры, расположенным спереди по потоку, а разность температур представляет собой характеристическую величину для скорости жидкости. 25
Такое устройство для тепловой регистрации потока можно, в принципе, использовать в целях мониторирования работы амбулаторной инфузионной системы, описанной выше. Следует, однако, учесть, что все элементы, контактирующие с жидкостью, должны быть стерильными и, кроме того, предназначенными для одноразового применения в течение ограниченного срока 30 службы, составляющего от нескольких дней до, например, двух недель. В идеальном случае устройство для регистрации потока тоже должно быть стерильным и рассчитанным на одноразовое применение. Однако по ряду причин, связанных с практическим использованием, производством и, в - 3 -
частности, со стоимостью, такой подход является неприемлемым и в значительной степени нереализуемым.
Вместе с тем, оснащение, в качестве составных частей, нагревательным элементом и датчиками температуры амбулаторной инфузионной системы с предусмотренным разъемным соединением с каналом прохождения потока 5 (проточным каналом), например трубкой, не обеспечивает хорошей тепловой связи, например, со стенками трубки.
В публикации WO 2012/059209 описано устройство для тепловой регистрации потока вышеуказанного типа, в котором нагревательный элемент и датчики температуры расположены в качестве стандартных компонентов для 10 накладного монтажа на пружинном подвесе, прижимаемом контактным усилием к стенке трубки. Однако из-за существенной ограниченности пространства в амбулаторных инфузионных устройствах в трубках обычно присутствует определенная степень криволинейности, или изгиба, что имеет следствием по меньшей мере частичную недостаточность тепловой связи. Это делает 15 невозможной регистрацию малых скоростей потока и, соответственно, малых объемов вводимых лекарственных средств.
В публикации US 6813944 описана альтернативная конструкция, в которой нагревательный элемент и датчики температуры выполнены на общей полупроводниковой подложке, с которой непосредственно связан канал 20 прохождения потока. Хотя данная конструкция имеет преимущества с точки зрения теплового режима, в ней предусмотрено разделение частей инфузионной системы, а именно канала прохождения потока (одноразового применения) и устройства для регистрации потока (длительного применения), непосредственно на полупроводниковой подложке, так что эта подложка и ее тонкие 25 соединительные провода оказываются легкодоступными и незащищенными в момент замены одноразового канала прохождения потока. Поэтому такое конструктивное исполнение является нецелесообразным с эксплуатационной точки зрения.
Одной основной задачей настоящего изобретения является улучшение 30 ситуации, касающейся использования устройств для тепловой регистрации потока, или детекторов потока, в целях мониторирования или контроля введения жидких лекарственных средств с помощью амбулаторной инфузионной системы. - 4 -
При этом недостатки, присущие уровню техники, могут быть благоприятным образом сведены к минимуму или устранены.
Другой основной задачей настоящего изобретения является уменьшение числа компонентов устройства для тепловой регистрации потока, предназначенного для вышеуказанного использования. Уменьшение числа 5 компонентов в целом благоприятно сказывается на стоимости и, в частности, обеспечивает преимущества в отношении необходимого конструктивного пространства, что является особенно важным аспектом применительно к амбулаторным инфузионным системам.
Объекты изобретения, обеспечивающие решение этих основных задач, 10 указаны в независимых пунктах формулы изобретения, а предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения и представлены в качестве примеров в его общем описании.
В контексте настоящего описания жидкое лекарственное средство может, в частности, представлять собой жидкий препарат инсулина. Оно может, однако, 15 представлять собой и любое другое жидкое лекарственное средство (например, применяемое в целях обезболивания или в области онкологии), вводимое с помощью амбулаторной инфузионной системы.
Одним объектом изобретения является детектор потока, предназначенный для разъемного соединения с каналом прохождения потока (проточным каналом) 20 в области соединения с каналом и регистрации потока жидкого лекарственного средства в канале прохождения потока. Детектор потока включает передний по потоку термоэлектрический элемент и задний по потоку термоэлектрический элемент. Передний по потоку термоэлектрический элемент и задний по потоку термоэлектрический элемент находятся на расстоянии друг от друга и 25 расположены с возможностью перемещения независимо друг от друга в направлении, поперечном относительно направления простирания канала прохождения потока. В рабочей конфигурации передний по потоку термоэлектрический элемент и задний по потоку термоэлектрический элемент находятся, в частности, на расстоянии друг от друга вдоль направления 30 простирания канала прохождения потока. Направление простирания канала прохождения потока соответствует осевому направлению движения потока жидкого лекарственного средства. Передний по потоку термоэлектрический элемент и задний по потоку термоэлектрический элемент установлены, в - 5 -
частности, с возможностью перемещения в направлении, поперечном относительно направления простирания канала прохождения потока, т.е. могут совершать движение только поперек направления простирания канала прохождения потока, перемещаясь в сторону последнего и обратно. Соответствующими движениями термоэлектрических элементов могут быть 5 качание или изгибание, а также, например, линейное смещение. Термоэлектрические элементы могут перемещаться относительно канала прохождения потока, который в рабочей конфигурации в целом является неподвижным.
Детектор потока может также включать передний по потоку смещающий 10 элемент и задний по потоку смещающий элемент. Передний по потоку смещающий элемент воздействует на передний по потоку термоэлектрический элемент, вызывая смещение последнего в направлении области соединения с каналом. Задний по потоку смещающий элемент воздействует на задний по потоку термоэлектрический элемент, вызывая его смещение в направлении 15 области соединения с каналом независимо от переднего по потоку смещающего элемента. Смещающие усилия соответствуют усилиям контакта между термоэлектрическими элементами и каналом прохождения потока.
Область соединения с каналом представляет собой область, в которой в рабочей конфигурации имеет место контакт первого термоэлектрического 20 элемента и заднего по потоку термоэлектрического элемента с каналом прохождения потока. Область соединения с каналом в целом располагается (в большинстве случаев, но не обязательно) вдоль линии простирания канала прохождения потока. Выражение "рабочая конфигурация" относится к конфигурации, имеющей место во время использования, когда детектор потока 25 соединен, в частности посредством своих термоэлектрических элементов, с каналом прохождения потока в области соединения с последним. В рабочей конфигурации передний по потоку термоэлектрический элемент соединен с каналом прохождения потока в положении, находящемся спереди по потоку, а задний по потоку термоэлектрический элемент соединен с каналом прохождения 30 потока в положении, находящемся сзади по потоку. В рабочей конфигурации смещение термоэлектрического элемента в направлении области соединения с каналом эквивалентно смещению в направлении канала прохождения потока. - 6 -
Смещение заднего по потоку термоэлектрического элемента в направлении области соединения с каналом и, соответственно, в направлении канала прохождения потока независимо от переднего по потоку термоэлектрического элемента также означает, что первый и второй смещающие элементы являются функционально независимыми друг от друга. Соответственно, передний по 5 потоку смещающий элемент оказывает на передний по потоку термоэлектрический элемент смещающее усилие спереди по потоку, а задний по потоку смещающий элемент оказывает на задний по потоку термоэлектрический элемент смещающее усилие сзади по потоку.
Смещающие усилия представляют собой контактные усилия, 10 обусловливающие прижимание к стенке канала прохождения потока и в целом поперечную ориентацию относительно этого канала термоэлектрических элементов, чем обеспечивается требуемая тепловая связь между каналом прохождения потока и термоэлектрическими элементами. Для получения хорошей тепловой связи контактные усилия должны иметь высокие значения. 15 Поскольку, однако, площадь поперечного сечения канала прохождения потока обычно мала, контактные усилия должны быть достаточно низкими, чтобы не вызвать значительную деформацию этого канала. Такая деформация канала прохождения потока, имеющая следствием уменьшение поперечного сечения, может привести к окклюзии и последующему возникновению усилий сдвига, 20 приводящих к ухудшению качества некоторых лекарственных средств, например инсулина.
Независимое смещение термоэлектрических элементов в направлении канала прохождения потока снижает требования к допускам и применимо, в частности, в конструкциях, где у канала прохождения потока присутствует 25 некоторая степень криволинейности в области расположения детектора потока. Эта ситуация является типичной и фактически трудноустранимой в случае амбулаторного инфузионного устройства, которое носится по существу постоянно и круглосуточно и для которого небольшие размеры, т.е. малые толщина и площадь проекции, имеют важное значение. 30
В большинстве случаев желательно расположить термоэлектрические элементы устройства для тепловой регистрации потока, или детектора потока, на расстоянии друг от друга вдоль канала прохождения потока, но как можно ближе друг к другу. Однако размещение раздельно перемещаемых - 7 -
термоэлектрических элементов с предусмотренными отдельными смещающими элементами требует наличия дополнительного пространства и поэтому может рассматриваться как малоэффективное. Тем не менее, установлено, что этот недостаток более чем компенсируется достигаемым улучшением тепловой связи.
Направление движения потока жидкого лекарственного средства 5 применительно к амбулаторной инфузионной системе является в целом известным, что следует из четкого определения понятий "передний по потоку" и "задний по потоку". Для обратного направления движения потока роли переднего по потоку и заднего по потоку элементов (таких как термоэлектрические и смещающие элементы) просто меняются на обратные. В 10 широком смысле термины "передний по потоку" и "задний по потоку" могут трактоваться как "первый" и "второй", и эта формулировка не зависит от направления движения потока.
В контексте настоящего описания термин "канал прохождения потока" означает трубчатый канал, заполняемый во время работы жидким 15 лекарственным средством по всему его поперечному сечению и окруженный стенкой или стеночной конструкцией по всей его окружности. Поэтому связь канала прохождения потока с термоэлектрическими элементами представляет собой тепловую и механическую связь с наружной поверхностью стенок этого канала. Как правило, канал прохождения потока представляет собой трубку, 20 обычно имеющую круглое поперечное сечение. Возможно, однако, и другое конструктивное исполнение канала прохождения потока. Канал прохождения потока может быть, в частности, выполнен в виде канавки или выемки в существенно твердом компоненте, изготовленном, например, методом литья под давлением. С открытой стороны канавка, или канал, покрывается фольгой. 25 Толщина фольги находится, как правило, в диапазоне от 20 до 200 микрон (мкм). В этой конструкции термоэлектрические элементы в рабочей конфигурации находятся в контакте с фольгой канала прохождения потока. Конструкция данного типа является, в частности, подходящей применительно к тепловой регистрации потока или измерению параметров потока, поскольку 30 сопротивление теплопередаче здесь значительно ниже по сравнению с трубкой.
Канал прохождения потока обычно представляет собой часть жидкостного устройства с однонаправленным течением, соединяемого с амбулаторным инфузионным устройством на ограниченный период времени использования - 8 -
(обычно составляющего от нескольких дней до, например, двух недель) посредством соответствующих сопрягаемых соединительных элементов, более подробно описанных ниже. Поэтому в контексте настоящего описания выражение "разъемное соединение" относится к соединению, которое после выполнения его, например, пользователем является самоподдерживающимся и 5 может быть устранено без повреждения детектора потока или амбулаторного инфузионного устройства, частью которого может являться детектор потока. Кроме того, разъемное соединение позволяет последовательно соединить детектор потока с несколькими каналами прохождения потока и, соответственно, амбулаторное инфузионное устройство с несколькими 10 жидкостными устройствами с однонаправленным течением. Эта конструкция предусматривает контактирование термоэлектрических элементов с каналом прохождения потока в области соединения с каналом.
Конструктивные и функциональные характеристики детектора потока, представленного в настоящем описании, могут обеспечивать возможность 15 количественного измерения скорости потока, или скорости подачи, жидкого лекарственного средства в канале прохождения потока. Однако, как более подробно описано ниже, он может выполнять и другую функцию, регистрируя наличие или отсутствие потока жидкости (относительно некоторого заданного порогового уровня и/или диапазона) в конкретный момент времени или в 20 пределах конкретного интервала времени. Поэтому детектор потока, предлагаемый в некоторых вариантах осуществления изобретения, может не обеспечивать достаточную точность в количественных измерениях. Кроме того, сигналы, генерируемые детектором потока, в некоторых вариантах осуществления изобретения могут оцениваться не с количественной, а с 25 качественной или, в ряде случаев, с двоякой точки зрения.
В одном варианте осуществления изобретения передний по потоку и задний по потоку термоэлектрические элементы представляют собой компоненты для поверхностного монтажа.
В одном варианте осуществления изобретения задний по потоку 30 термоэлектрический элемент выполнен с возможностью функционирования в качестве датчика температуры, размещенного и регистрирующего температуру в положении, находящемся сзади по потоку. Передний по потоку термоэлектрический элемент может быть выполнен с возможностью - 9 -
функционирования в качестве нагревательного элемента, нагревающего жидкость в канале прохождения потока в положении, находящемся спереди по потоку, и функционирования в качестве датчика температуры, размещенного и регистрирующего температуру в положении, находящемся спереди по потоку. Этот вариант осуществления изобретения более подробно описан ниже 5 применительно к другому объекту изобретения.
В одном варианте осуществления изобретения детектор потока также включает средний термоэлектрический элемент. Средний термоэлектрический элемент расположен между передним по потоку и задним по потоку термоэлектрическими элементами и на расстоянии от них. Средний 10 термоэлектрический элемент расположен с возможностью перемещения независимо от переднего по потоку и заднего по потоку термоэлектрических элементов. В этом варианте осуществления изобретения детектор потока может также включать средний смещающий элемент. Средний смещающий элемент воздействует на средний термоэлектрический элемент, вызывая его смещение в 15 направлении области соединения с каналом, при этом смещающее усилие среднего смещающего элемента не зависит от переднего по потоку и заднего по потоку смещающих элементов. В рабочей конфигурации средний термоэлектрический элемент соединяется с каналом прохождения потока в некотором среднем положении. 20
Этот вариант осуществления изобретения, предусматривающий использование среднего термоэлектрического элемента, соответствует, в аспекте термоэлектрических элементов, классической конструкции устройства для тепловой регистрации потока, или детектора потока. Средний термоэлектрический элемент в данном случае представляет собой, как правило, 25 нагревательный элемент, обычно выполненный в форме электрического резистора, тогда как передний по потоку и задний по потоку термоэлектрические элементы представляют собой датчики температуры, расположенные соответственно спереди и сзади по потоку. Данная конструкция обладает хорошей симметрией: передний по потоку и задний по потоку 30 термоэлектрические элементы выполнены идентичным образом и находятся на одинаковом расстоянии от среднего термоэлектрического элемента.
Как станет более очевидно из нижеследующего, средний термоэлектрический элемент конструктивно выполнен в целом таким же - 10 -
образом, как и передний по потоку и задний по потоку термоэлектрические элементы. Варианты осуществления и характеристики, более подробно описанные ниже применительно к переднему по потоку и заднему по потоку термоэлектрическим элементам (например, способ размещения на несущем элементе и способ соединения с каналом прохождения потока), аналогичным 5 образом применимы и к среднему термоэлектрическому элементу.
Другим объектом изобретения, обеспечивающим решение его основной задачи, является детектор потока другого типа, предназначенный для разъемного соединения с каналом прохождения потока в области соединения с каналом и регистрации потока жидкого лекарственного средства в канале прохождения 10 потока. Детектор потока включает передний по потоку термоэлектрический элемент и задний по потоку термоэлектрический элемент. Передний по потоку и задний по потоку термоэлектрические элементы находятся на расстоянии друг от друга. Передний по потоку термоэлектрический элемент выполнен с возможностью соединения с каналом прохождения потока в области соединения 15 с каналом в положении, находящемся спереди по потоку, а задний по потоку термоэлектрический элемент выполнен с возможностью соединения с каналом прохождения потока в области соединения с каналом в положении, находящемся сзади по потоку, так что задний по потоку термоэлектрический элемент функционирует в качестве датчика температуры, размещенного и 20 регистрирующего температуру в положении, находящемся сзади по потоку. Детектор потока данного типа может также включать блок управления этим детектором потока. Передний по потоку термоэлектрический элемент в детекторе потока данного типа выполнен с возможностью функционирования в качестве нагревательного элемента, что позволяет ему осуществлять нагрев 25 жидкости внутри канала прохождения потока в положении, находящемся спереди по потоку, и функционирования в качестве датчика температуры, размещенного и регистрирующего температуру в положении, находящемся спереди по потоку.
Работа детектора потока данного типа основана на том же базовом 30 принципе, что и в случае классического детектора потока, т.е. устройства для регистрации потока, содержащего отдельный нагревательный элемент и передний по потоку и задний по потоку датчики температуры. Однако в отличие от классической конструкции передний по потоку термоэлектрический элемент - 11 -
здесь выполняет две функции – нагревательного элемента и датчика температуры, регистрирующего температуру спереди по потоку, благодаря чему отсутствует необходимость в использовании отдельного нагревательного элемента, специально предназначенного для этой цели. Установлено, что такая схема является достаточной и хорошо подходит, в частности, для случаев, когда 5 не требуется высокая точность измерений или достаточно оценки сигнала с двоякой точки зрения как описано выше.
Этот вариант осуществления изобретения может быть реализован таким образом, что режим работы переднего по потоку термоэлектрического элемента и потребление им электроэнергии могут быть одними и теми же при 10 функционировании этого элемента в качестве нагревательного элемента и датчика температуры, регистрирующего температуру спереди по потоку. Передний по потоку термоэлектрический элемент может непрерывно питаться электроэнергией во время нагрева и измерения температуры, благодаря чему нагрев продолжается и во время измерения температуры. В альтернативном 15 варианте осуществления изобретения передний по потоку термоэлектрический элемент может функционировать раздельно в качестве нагревательного элемента и затем – в качестве датчика температуры, регистрирующего температуру спереди по потоку. Передний по потоку термоэлектрический элемент может, в частности, потреблять больше электроэнергии (в частности, напряжение и/или 20 ток питания), функционируя в качестве нагревательного элемента, чем при работе в качестве датчика температуры, регистрирующего температуру спереди по потоку, что позволяет благоприятным образом сократить время нагрева. Питание переднего по потоку термоэлектрического элемента может, например, регулироваться посредством импульсного источника электропитания с широтно-25 импульсной модуляцией (ШИМ).
В одном варианте осуществления изобретения, относящемся к детектору потока данного типа, передний по потоку и задний по потоку термоэлектрические элементы выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга. Детектор потока может также включать передний по 30 потоку смещающий элемент и задний по потоку смещающий элемент. Передний по потоку смещающий элемент воздействует на передний по потоку термоэлектрический элемент, вызывая смещение последнего в направлении области соединения с каналом прохождения потока как описано выше. Задний - 12 -
по потоку смещающий элемент воздействует на задний по потоку термоэлектрический элемент, вызывая его смещение в направлении области соединения с каналом прохождения потока независимо от переднего по потоку смещающего элемента.
В одном варианте осуществления изобретения передний по потоку и задний 5 по потоку термоэлектрические элементы расположены на своих несущих элементах, между которыми предусмотрен некоторый зазор. Этот зазор представляет собой ширину промежутка в направлении простирания канала прохождения потока в рабочей конфигурации.
Данное техническое решение, предусматривающее размещение переднего 10 по потоку и заднего по потоку термоэлектрических элементов на разных несущих элементах, между которыми имеется зазор, не является интуитивно понятным, поскольку этот зазор увеличивает расстояние между термоэлектрическими элементами вдоль канала прохождения потока, что, вообще говоря, нежелательно. Однако обычный несущий элемент, например 15 обычная печатная плата, образует между термоэлектрическими элементами тепловой мостик, благодаря чему теплопередача между этими термоэлектрическими элементами происходит, как и требуется, в значительной степени через несущий элемент, а не через канал прохождения потока и, соответственно, жидкость в этом канале. Зазор же между термоэлектрическими 20 элементами, напротив, улучшает теплоизоляцию вследствие низкой теплопроводности воздуха в нем, благодаря чему улучшается и тепловая связь между термоэлектрическими элементами и каналом прохождения потока. Установлено, что этот благоприятный эффект перевешивает в целом отрицательное влияние увеличения расстояния. 25
В одном варианте осуществления изобретения, предусматривающем использование среднего термоэлектрического элемента, последний может быть расположен на несущем элементе и между несущими элементами переднего по потоку и среднего термоэлектрических элементов, а также между несущими элементами среднего и заднего по потоку термоэлектрических элементов могут 30 быть предусмотрены зазоры вдоль направления простирания канала прохождения потока. Данная конструкция может быть симметричной в случае одинаковой ширины зазоров. - 13 -
В одном варианте осуществления изобретения передний по потоку термоэлектрический элемент расположен на передней по потоку гибкой печатной плате, а задний по потоку термоэлектрический элемент смонтирован на задней по потоку гибкой печатной плате.
В этом варианте осуществления изобретения передняя по потоку и задняя 5 по потоку печатные платы обеспечивают как опору, так и возможность перемещения для термоэлектрических элементов. Гибкие печатные платы могут иметь продолговатую пальцеобразную форму и простираться поперек канала прохождения потока, совершая относительно последнего поперечное изгибание, приводящее к перемещению термоэлектрических элементов в сторону канала 10 прохождения потока и обратно, т.е. поперек направления простирания этого канала. В этой конструкции гибкие печатные платы содержат область изгибания, обеспечивающую качание термоэлектрических элементов в сторону канала прохождения потока и, соответственно, области соединения с этим каналом, и обратно. 15
В одном варианте осуществления изобретения, предусматривающем использование среднего термоэлектрического элемента, последний может быть аналогичным образом расположен на средней гибкой печатной плате.
Гибкие печатные платы в большинстве случаев простираются параллельно друг другу и сохраняют эту параллельную ориентацию во время изгибания. 20 Однако в альтернативном варианте осуществления изобретения гибкие печатные платы могут располагаться под углом друг к другу. Гибкие печатные платы могут быть отделены друг от друга и раздельно крепиться к какому-либо опорному элементу, например к жесткой печатной плате. Тем не менее, в одном специальном варианте осуществления изобретения гибкие печатные платы 25 простираются от общей гибкой печатной основы, которая может быть сформирована как единое целое с ними.
В одном варианте осуществления изобретения передний по потоку термоэлектрический элемент расположен на стороне передней по потоку гибкой печатной платы, обращенной от области соединения с каналом, а задний по 30 потоку термоэлектрический элемент расположен на стороне задней по потоку гибкой печатной платы, обращенной от области соединения с каналом. В варианте осуществления изобретения, предусматривающем использование среднего термоэлектрического элемента, последний может быть расположен на - 14 -
стороне средней гибкой печатной платы, обращенной от области соединения с каналом. Термины "обращенный к области соединения с каналом" и "обращенный от области соединения с каналом", используемые применительно к термоэлектрическим элементам, означают, что в рабочей конфигурации они обращены (глядя от соответствующего несущего элемента, например гибкой 5 печатной платы) к каналу прохождения потока или от этого канала.
В альтернативных вариантах осуществления изобретения каждый из термоэлектрических элементов (передний по потоку, задний по потоку и, по выбору, средний) может быть расположен на стороне соответствующей печатной платы, обращенной к каналу прохождения потока. В этих вариантах 10 осуществления изобретения термоэлектрические элементы соединяются непосредственно с каналом прохождения потока (со стенкой этого канала). Это соответствует классическому конструктивному исполнению устройства для тепловой регистрации потока. Теплообмен между термоэлектрическими элементами и каналом прохождения потока происходит здесь через корпуса 15 термоэлектрических элементов.
В варианте осуществления изобретения, предусматривающем размещение термоэлектрических элементов на сторонах гибких печатных плат, обращенных от канала прохождения потока, в рабочей конфигурации гибкие печатные платы находятся между термоэлектрическими элементами и каналом прохождения 20 потока, так что передний по потоку и задний по потоку термоэлектрические элементы соединяются с каналом прохождения потока опосредованно через соответствующую гибкую печатную плату, а не непосредственно. Данное техническое решение не является интуитивно понятным, поскольку опосредованное соединение ухудшает, в принципе, тепловую связь. Однако 25 основное направление потока тепловой энергии к термоэлектрическим элементам или от них задается направлением, характеризующимся минимальным сопротивлением теплопередаче. В зависимости от конкретного конструктивного исполнения, минимальное сопротивление теплопередаче обычно имеет место между электрическими контактами, или контактными 30 площадками, термоэлектрических элементов и соответствующими токопроводящими дорожками (обычно медными) на гибких печатных платах. Это, в частности, распространяется на устройства или компоненты для поверхностного монтажа в соответствии с технологией поверхностного монтажа - 15 -
устройств (SMD – англ. сокр. от Surface Mounted Devices). Поэтому бόльшая часть тепловой энергии передается через токопроводящие дорожки. В конструкции предлагаемого типа, где термоэлектрические элементы размещены на сторонах гибких печатных плат, обращенных от канала прохождения потока, гибкие печатные платы находятся в контакте с каналом прохождения потока и 5 имеются токопроводящие дорожки, обеспечивающие передачу тепловой энергии. Следовательно, улучшение тепловой связи может быть достигнуто, даже если теплообмен происходит через материал основы гибких печатных плат, обладающий сравнительно высоким сопротивлением теплопередаче.
В одном варианте осуществления изобретения детектор потока содержит 10 элемент позиционирования, предназначенный для позиционирования канала прохождения потока относительно переднего по потоку и заднего по потоку термоэлектрических элементов. В вариантах осуществления изобретения, предусматривающих использование среднего термоэлектрического элемента, элемент позиционирования также предназначен для позиционирования канала 15 прохождения потока относительно среднего термоэлектрического элемента. Позиционирование осуществляется таким образом, что передний по потоку, задний по потоку и, по выбору, средний термоэлектрические элементы в рабочей конфигурации входят в контакт с каналом прохождения потока соответственно в определенных переднем, заднем и среднем положениях. С помощью элемента 20 позиционирования определяется положение и направление простирания канала прохождения потока в области соединения с последним термоэлектрических элементов.
Элемент позиционирования может быть выполнен с возможностью непосредственного вхождения в контакт с каналом прохождения потока и 25 ориентирования последнего. В этом варианте осуществления изобретения элемент позиционирования может представлять собой, например, несущий элемент в виде канавки, выполненный с возможностью размещения в нем канала прохождения потока, имеющего, например, форму трубки. Передний по потоку, задний по потоку и, по выбору, средний термоэлектрические элементы входят в 30 контакт с каналом прохождения потока в области соединения с последним как описано выше.
В варианте осуществления изобретения, предусматривающем исполнение канала прохождения потока в виде части жидкостного устройства с четко - 16 -
определенной геометрической компоновкой, элемент позиционирования может представлять собой или включать сопрягаемую соединительную деталь, в частности соединительную деталь жидкостного устройства, выполненную с возможностью сопряжения с соответствующей ответной сопрягаемой соединительной деталью, в частности соединительной деталью инфузионной 5 системы, чем обеспечивается надлежащее позиционирование канала прохождения потока. В некоторых вариантах осуществления изобретения элемент позиционирования может также служить в качестве связующего звена, воспринимающего смещающие усилия, оказываемые первым, вторым и, по выбору, третьим смещающими элементами. 10
В одном варианте осуществления изобретения передний по потоку и задний по потоку термоэлектрические элементы представляют собой терморезисторы, в частности терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом, или NTC-терморезисторы (от англ. Negative Temperature Coefficient – "отрицательный температурный коэффициент"). NTC-терморезисторы широко 15 представлены на рынке, имеют низкую стоимость и обладают чрезвычайно хорошими характеристиками в смысле применимости в детекторах потока, предлагаемых в изобретении. В альтернативных вариантах осуществления изобретения могут, однако, использоваться термоэлектрические элементы других типов, например полупроводники с p-n-переходом. 20
В одном варианте осуществления изобретения передний по потоку и задний по потоку термоэлектрические элементы представляют собой NTC-терморезисторы с разным электрическим сопротивлением. Это выражается в асимметричности электрической схемы, которая может быть использована сама по себе, но особенно полезна в сочетании со специально предусмотренным 25 блоком оценки, описанным ниже. Однако в альтернативном варианте осуществления изобретения передний по потоку и задний по потоку термоэлектрические элементы могут иметь идентичные характеристики и представлять собой, например, NTC-терморезисторы с одними и теми же номинальным электрическим сопротивлением и температурным коэффициентом. 30
В одном варианте осуществления изобретения детектор потока также включает первый эталонный термоэлектрический элемент и второй эталонный термоэлектрический элемент. Первый и второй эталонные термоэлектрические элементы расположены таким образом, что обеспечивается их теплоизоляция, - 17 -
или тепловая развязка, т.е. отсутствие тепловой связи с каналом прохождения потока в рабочей конфигурации. С этой целью первый и второй эталонные термоэлектрические элементы могут, в частности, располагаться на некотором удалении от переднего по потоку и заднего по потоку термоэлектрических элементов и от области соединения с каналом. 5
Первый и второй эталонные термоэлектрические элементы расположены таким образом, что в отсутствие потока в канале прохождения последнего их взаимная тепловая связь соответствует взаимной тепловой связи между передним по потоку и задним по потоку термоэлектрическими элементами. При этом первый эталонный термоэлектрический элемент с передним по потоку 10 термоэлектрическим элементом, равно как и второй эталонный термоэлектрический элемент с задним по потоку термоэлектрическим элементом, относятся к одному и тому же типу.
В варианте осуществления изобретения, предусматривающем наличие в детекторе потока дополнительного среднего термоэлектрического элемента, 15 может быть предусмотрен третий эталонный термоэлектрический элемент, расположенный между первым и вторым эталонными термоэлектрическими элементами аналогично тому как средний термоэлектрический элемент располагается между передним по потоку и задним по потоку термоэлектрическими элементами. 20
Вариант осуществления изобретения, предусматривающий использование эталонных термоэлектрических элементов, обладает преимуществом применительно к введению как малых, так и больших количеств жидких лекарственных средств. Конструкция, включающая только два термоэлектрических элемента, является особенно чувствительной к быстрым 25 изменениям потока в канале его прохождения. Если эти изменения происходят медленно, то регистрация становится тем более неудовлетворительной, чем меньше скорость изменений. На эталонные термоэлектрические элементы оказывают воздействие те же окружающие условия (в частности, температура и ее изменения), что и на передний по потоку и задний по потоку 30 термоэлектрические элементы.
Блок оценки, более подробно описанный ниже, может выполнять обработку сигналов, поступающих от первого и второго эталонных термоэлектрических элементов, таким же образом, как и сигналов, поступающих соответственно от - 18 -
переднего по потоку и заднего по потоку термоэлектрических элементов. Один из блоков оценки (соединенный, или функционально связанный, с передним по потоку и задним по потоку термоэлектрическими элементами) выдает выходной сигнал, зависящий от потока, тогда как другой блок оценки (соединенный, или функционально связанный, с первым и вторым эталонными 5 термоэлектрическими элементами) выдает выходной сигнал, не зависящий от потока, но, тем не менее, отображающий влияние других воздействующих на него факторов, в частности температуры, таким же образом, что и выходной сигнал, зависящий от потока. Эти два сигнала могут поступать для дальнейшей обработки в блок компенсации, предназначенный для определения и оценки 10 взаимозависимости, в частности разности или отклонения, между выходным сигналом, зависящим от потока, и эталонным выходным сигналом в качестве количественной характеристики потока жидкости в канале его прохождения. Комбинация из двух блоков оценки и блока компенсации также называется блоком оценки и компенсации. Как упоминалось выше, блок компенсации 15 компенсирует нежелательное влияние факторов, вносящих искажения, например изменений температуры.
В одном варианте осуществления изобретения оценка, выполняемая блоком оценки и компенсации в первом режиме работы, сводится лишь к обработке сигнала, поступающего от переднего по потоку термоэлектрического элемента и 20 заднего по потоку термоэлектрического элемента. В первом режиме работы активным может быть только блок оценки, связанный с передним по потоку термоэлектрическим элементом и задним по потоку термоэлектрическим элементом и выдающий выходной сигнал, зависящий от потока. Блок оценки и компенсации этого типа также предназначен для обработки (в альтернативном – 25 втором – режиме работы) сигнала, поступающего от первого эталонного термоэлектрического элемента и второго эталонного термоэлектрического элемента, а также для определения и оценки связи между выходным сигналом, зависящим от потока, и эталонным выходным сигналом, как описано выше. Блок оценки и компенсации предпочтительно выполнен с возможностью работы в 30 первом режиме или, альтернативно, во втором режиме в зависимости от вводимого объема жидкости и/или в зависимости от времени прохождения потока жидкого лекарственного средства по каналу прохождения потока. - 19 -
Блок оценки и компенсации может быть выполнен с возможностью работы в первом режиме для введения малых объемов жидких лекарственных средств, например ниже заданного порогового значения объема, и во втором режиме для введения больших объемов жидких лекарственных средств, например, выше заданного порогового значения объема. В этом случае предпочтительным 5 является дополнительный учет выходного сигнала, не зависящего от потока, поскольку введение большого объема может быть связано со сравнительно медленно нарастающим изменением выходного сигнала, обусловленным возникающей окклюзией, из-за чего регистрация прекращения прохождения потока жидкости будет затруднена. 10
В одном варианте осуществления изобретения детектор потока включает блок оценки, предназначенный для формирования выходного сигнала переменной частоты. Частота зависит от разности между температурой в передней по потоку области, регистрируемой посредством переднего по потоку термоэлектрического элемента, и температурой в задней по потоку области, 15 регистрируемой посредством заднего по потоку термоэлектрического элемента. Как будет более подробно описано ниже в примерах осуществления изобретения, такой блок оценки может быть реализован особенно компактным образом с небольшим количеством компонентов на основе, например, стандартного микроконтроллера, соответствующего уровню техники. Этот 20 вариант осуществления изобретения может быть реализован, в частности, на основе триггера Шмитта, генератора, например резистивно-емкостного (RC) генератора, и источника опорного напряжения, причем верхнее и нижнее пороговые значения триггера Шмитта определяются сопротивлением соответственно переднего по потоку термоэлектрического элемента и заднего по 25 потоку термоэлектрического элемента.
Еще одним объектом изобретения, обеспечивающим решение его основной задачи, является амбулаторное инфузионное устройство. Амбулаторное инфузионное устройство содержит соединительную деталь для жидкостного устройства. Соединительная деталь для жидкостного устройства предназначена 30 для разъемного соединения в рабочей конфигурации с сопрягаемой деталью жидкостного устройства, содержащего канал прохождения потока. Амбулаторное инфузионное устройство также содержит приводной узел насоса, выполненный с возможностью подачи жидкого лекарственного средства из - 20 -
контейнера для лекарственного средства по каналу прохождения потока с целью введения в организм пациента. Амбулаторное инфузионное устройство также содержит блок управления насосом, выполненный с возможностью управления работой насосного узла для непрерывного введения лекарственного средства с изменяющейся во времени скоростью в соответствии с базальным режимом 5 инфузии. Кроме того, амбулаторное инфузионное устройство содержит детектор потока, функционально связанный с блоком управления насосом. Детектор потока представляет собой детектор потока, предлагаемый в настоящем изобретении. В рабочем состоянии амбулаторное инфузионное устройство, жидкостное устройство и контейнер для лекарственного средства образуют 10 единый компактный аппарат.
Приводной узел насоса и блок управления насосом образуют в комбинации с контейнером для лекарственного средства и/или жидкостным устройством дозировочный насос, предназначенный для введения жидких лекарственных средств, в частности инсулина, в точно определенных дозах. 15
В некоторых вариантах осуществления изобретения приводной узел насоса включает шпиндельный привод, предназначенный для соединения с поршнем картриджа с лекарственным средством, обычно (но не обязательно) имеющего цилиндрическую форму и служащего в качестве контейнера для лекарственного средства, так что поршень перемещается внутри картриджа с лекарственным 20 средством точно определенными шагами как в шприце. При этом приводной узел насоса обычно включает двигатель с вращающимся ротором в качестве приводного устройства, редуктор, приводную гайку и ходовой винт, находящийся в зацеплении с приводной гайкой и выполненный с возможностью соединения с поршнем. В альтернативном варианте приводной узел насоса 25 может включать приводную гайку, но не ходовой винт, который может быть постоянно соединен с поршнем. Вместо простого ходового винта можно использовать более современные устройства, такие как телескопическая приводная штанга. Шприцевые насосы (помпы) хорошо известны и нашли широкое применение в самых современных амбулаторных инфузионных 30 системах в различных вариантах исполнения.
В качестве альтернативы приводной узел насоса может быть выполнен с возможностью установления функциональной связи и взаимодействия с насосом другого типа, таким как микромембранный насос или дозатор, расположенный - 21 -
сзади по потоку, как описано, например, в публикациях EP 1970677 A1, EP 1970677 A1, EP 2510962, EP 2510960, EP 2696915, EP 2457602, WO 2012/069308, WO 2013/029999, EP 2753380, EP 2163273 и EP 2361646. Как упоминалось выше, шприцевые насосы и дозаторы, расположенные сзади по потоку, представляют собой примеры дозировочных насосов объемного действия с точно 5 определенной и конструктивно заданной связью между приводом насоса (т.е. движением этого привода) и введением лекарственного средства.
Приводной узел насоса предпочтительно рассчитан на введение разовых доз объемом от 1 микролитра и менее, например 500, 200 или 100 нанолитров. В случае типичной концентрации U-100 жидкого препарата инсулина 1 миллилитр 10 жидкости содержит 100 международных единиц (МЕ) инсулина.
Амбулаторный инфузионный насос предпочтительно выполнен с возможностью дозированного введения лекарственного средства независимо от выходного сигнала, выдаваемого детектором потока, служащим для целей мониторирования и контроля. Данное условие выполняется для объемных, или 15 волюметрических, дозировочных насосов, таких как упомянутые выше шприцевые насосы и дозаторы, расположенные сзади по потоку.
Жидкостное устройство выполнено с возможностью соединения с сообщением по текучей среде с контейнером для лекарственного средства и установления соединения с интерфейсом пациента, таким как инфузионная 20 канюля или инфузионная трубка, непосредственно через соединительный элемент интерфейса пациента, либо может непосредственно включать интерфейс пациента. В некоторых вариантах осуществления изобретения жидкостное устройство выполнено как единое целое с контейнером для лекарственного средства, например картриджем с лекарственным средством. В вариантах 25 осуществления изобретения, предусматривающих наличие в насосной системе в рабочем состоянии дополнительных жидкостных компонентов, таких как упомянутые выше мембранный насос или дозатор, расположенный сзади по потоку, такие жидкостные компоненты могут также входить в состав жидкостного устройства. В любом случае жидкостное устройство включает 30 расположенный между выпускными отверстиями контейнера для лекарственного средства и интерфейса пациента, или соединительного элемента интерфейса пациента, канал прохождения потока, выполненный с возможностью соединения с детектором потока в области соединения с каналом. - 22 -
Жидкостное устройство и амбулаторное инфузионное устройство выполнены с возможностью разъемного соединения посредством сопрягаемых соединительных элементов жидкостного устройства и инфузионного насоса, которые могут быть реализованы в виде защелок, фиксаторов, соединительных элементов байонетного типа и т.п. Амбулаторное инфузионное устройство и 5 жидкостное устройство могут быть также выполнены таким образом, что в рабочей конфигурации жидкостное устройство полностью или частично размещается в предназначенном для него отсеке корпуса амбулаторного инфузионного устройства. В рабочей конфигурации область соединения с каналом обычно находится внутри корпуса амбулаторного инфузионного 10 устройства.
Канал прохождения потока расположен, по меньшей мере в области соединения, вдоль прямой линии, соответствующей направлению его простирания, и выполнен таким образом, что при соединении жидкостного устройства и амбулаторного инфузионного устройства он входит в контакт с 15 термоэлектрическими элементами. В одном варианте осуществления изобретения жидкостное устройство включает опорный элемент в форме пластины, который поддерживает, например, трубчатый канал прохождения потока и поглощает смещающее усилие как упоминалось выше. Канал прохождения потока может быть расположен в канавке, выполненной в опорном 20 элементе, и выступать над поверхностью для обеспечения вступления в контакт. В альтернативном варианте осуществления изобретения могут быть предусмотрены элементы позиционирования, такие как позиционирующие штырьки, штифты и т.п., выступающие наружу из опорного элемента вдоль направления простирания и служащие для позиционирования канала 25 прохождения потока. Как упоминалось выше, в качестве альтернативы трубчатому каналу прохождения потока может быть реализован канал, выполненный непосредственно в виде канавки и т.п. и покрытый фольгой. В вариантах осуществления изобретения, представленных в настоящем описании, надлежащее центрирование и позиционирование, обеспечиваемое между 30 каналом прохождения потока и термоэлектрическими элементами, достигается посредством узла позиционирования, включающего соединительную деталь амбулаторного инфузионного устройства, предназначенную для соединения со жидкостной системой, и соединительную деталь жидкостного устройства, - 23 -
предназначенную для соединения с амбулаторным инфузионным устройством. В альтернативном варианте осуществления изобретения канал прохождения потока может быть расположен в жидкостном устройстве с возможностью перемещения, а узел позиционирования может быть выполнен в виде части амбулаторного инфузионного устройства. 5
В одном варианте осуществления изобретения блок управления насосом выполнен с возможностью управления насосом с целью подачи импульсов инфузии лекарственного средства с заданным объемом дозы и варьирования времени между импульсами инфузии, следующими друг за другом, в зависимости от требуемой базальной скорости введения, а детектор потока 10 выполнен с возможностью работы в прерывистом режиме в процессе подачи импульсов инфузии лекарственного средства. В качестве альтернативы или дополнения, блок управления насосом может быть выполнен с возможностью подачи импульсов инфузии с переменным объемом дозы при постоянном или переменном времени между импульсами инфузии, следующими друг за другом. 15 Кроме того, блок управления может быть выполнен с возможностью управления дополнительным введением, в случае необходимости, болюсов лекарственного средства регулируемого объема.
Еще одним объектом изобретения, обеспечивающим решение его основной задачи, является амбулаторная инфузионная система, включающая амбулаторное 20 инфузионное устройство и жидкостное устройство, описываемые выше и/или ниже.
Другим объектом изобретения, обеспечивающим решение его основной задачи, является медицинский комплект, включающий устройство для регистрации потока и жидкостное устройство или канал прохождения потока, 25 описываемые выше и/или ниже.
Амбулаторное инфузионное устройство и амбулаторная инфузионная система, предлагаемые в изобретении, могут быть предназначены для непрерывного и скрытного ношения пользователем (например, в кармане брюк, прикрепленными зажимом к поясному ремню и т.п.) и работы в течение 30 продолжительного периода времени длительностью от нескольких дней до нескольких недель. В альтернативном варианте амбулаторное инфузионное устройство или амбулаторная инфузионная система может в течение продолжительного периода времени крепиться непосредственно к коже - 24 -
пациента, например с помощью липкой прокладки. Амбулаторное инфузионное устройство и амбулаторная инфузионная система, предлагаемые в изобретении, выполнены с возможностью работы и введения жидкого лекарственного средства независимо от ориентации относительно направления действия силы тяжести. 5
Еще одним объектом изобретения, обеспечивающим решение его основной задачи, является способ выполнения разъемного соединения устройства для регистрации потока с целью регистрации потока жидкого лекарственного средства в канале прохождения потока. Способ включает выполнение разъемного соединения переднего по потоку и заднего по потоку 10 термоэлектрических элементов с каналом прохождения потока. Передний по потоку и задний по потоку термоэлектрические элементы расположены на расстоянии друг от друга вдоль направления простирания канала прохождения потока и выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга. Передний по потоку термоэлектрический элемент и задний по потоку 15 термоэлектрический элемент выполнены, в частности, с возможностью перемещения в направлении, поперечном относительно направления простирания канала прохождения потока. Способ также включает смещение переднего по потоку термоэлектрического элемента в направлении канала прохождения потока и независимое смещение заднего по потоку 20 термоэлектрического элемента в направлении канала прохождения потока.
В некоторых вариантах осуществления изобретения способ может включать выполнение разъемного соединения среднего термоэлектрического элемента с каналом прохождения потока. Средний термоэлектрический элемент расположен между передним по потоку и задним по потоку термоэлектрическими 25 элементами на расстоянии от них и выполнен с возможностью независимого перемещения. Способ может также включать независимое смещение среднего термоэлектрического элемента в направлении канала прохождения потока.
Другим объектом изобретения, обеспечивающим решение его основной задачи, является способ регистрации потока жидкого лекарственного средства в 30 канале прохождения потока. Способ включает выполнение разъемного соединения переднего по потоку термоэлектрического элемента с каналом прохождения потока, причем передний по потоку и задний по потоку термоэлектрические элементы расположены на расстоянии друг от друга вдоль - 25 -
направления простирания канала прохождения потока. Передний по потоку термоэлектрический элемент соединен с каналом прохождения потока в положении, находящемся спереди по потоку, а задний по потоку термоэлектрический элемент соединен со стенкой канала прохождения потока в положении, находящемся сзади по потоку. Способ также включает управление 5 задним по потоку термоэлектрическим элементом с целью обеспечения его работы в качестве заднего по потоку датчика температуры и регистрации температуры в положении, находящемся сзади по потоку. Способ также включает управление передним по потоку термоэлектрическим элементом с целью обеспечения его работы в качестве нагревательного элемента, 10 посредством чего происходит нагрев жидкости внутри канала прохождения потока в положении, находящемся спереди по потоку, и его работы в качестве переднего по потоку датчика температуры и регистрации температуры в положении, находящемся спереди по потоку. Способ, далее, включает обработку сигналов, поступающих от переднего по потоку и заднего по потоку 15 термоэлектрических элементов, посредством чего происходит регистрация потока жидкого лекарственного средства в канале прохождения потока.
Передний по потоку, задний по потоку и, по выбору, средний термоэлектрические элементы соединяются разъемным образом с каналом прохождения потока в области соединения с каналом как описано выше. 20
В одном варианте осуществления изобретения способ включает определение, посредством детектора потока, наличия или отсутствия подачи импульса инфузии лекарственного средства в заданный момент времени или в пределах заданного интервала времени в соответствии с режимом введения.
В другом варианте осуществления изобретения способ включает 25 определение, посредством детектора потока, имело ли место отсутствие подачи ряда импульсов инфузии лекарственного средства, в частности ряда импульсов инфузии лекарственного средства, следующих друг за другом, в ряде заданных моментов времени или в пределах заданных интервалов времени.
В одном варианте осуществления изобретения способ включает 30 генерирование сигнала тревоги в случае отсутствия подачи импульса или ряда следующих друг за другом импульсов инфузии лекарственного средства.
В одном варианте осуществления изобретения способ включает использование первого и второго эталонных термоэлектрических элементов. - 26 -
Первый и второй эталонные термоэлектрические элементы расположены таким образом, что обеспечивается их тепловая изоляция относительно переднего по потоку и заднего по потоку термоэлектрических элементов, а также находятся на расстоянии от области соединения с каналом. В этом варианте осуществления изобретения способ включает определение выходного сигнала, зависящего от 5 потока, путем обработки сигнала, поступающего от переднего по потоку и заднего по потоку термоэлектрических элементов. Способ также включает независимое определение эталонного выходного сигнала, не зависящего от потока, путем обработки сигнала, поступающего от первого и второго эталонных термоэлектрических элементов. Способ, далее, включает оценку связи между 10 выходным сигналом, зависящим от потока, и эталонным выходным сигналом.
В одном варианте осуществления изобретения способ включает определение и обработку только выходного сигнала, зависящего от потока, либо, в качестве альтернативы, определение и обработку как выходного сигнала, зависящего от потока, так и эталонного выходного сигнала, в зависимости от 15 вводимого объема жидкости и/или в зависимости от продолжительности прохождения потока жидкого лекарственного средства по каналу прохождения потока.
Способы, предлагаемые в настоящем изобретении, могут быть реализованы с помощью устройств, в частности детекторов потока и/или амбулаторных 20 инфузионных устройств, соответствующих настоящему изобретению. Конкретные варианты осуществления изобретения, относящиеся к устройствам, в частности к детекторам потока и/или амбулаторным инфузионным устройствам, одновременно относятся и к соответствующим способам. Аналогичным образом, конкретные варианты осуществления изобретения, 25 относящиеся к способам, одновременно относятся и к соответствующим устройствам, в частности к детекторам потока и амбулаторным инфузионным устройствам.
На чертежах показано:
на фиг. 1 – схематическое изображение (вид сбоку) детектора потока, 30 функционально связанного с каналом прохождения потока, в одном из вариантов осуществления изобретения, - 27 -
на фиг. 2 – схематическое изображение (вид сбоку) детектора потока, функционально связанного с каналом прохождения потока, в другом варианте осуществления изобретения,
на фиг. 3 – схематическое трехмерное изображение, соответствующее варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 2, 5
на фиг. 4 – иллюстрация работы детектора потока в одном из вариантов осуществления изобретения,
на фиг. 5 – иллюстрация работы детектора потока в другом варианте осуществления изобретения,
на фиг. 6 – соединение детектора потока с блоком оценки в одном из 10 вариантов осуществления изобретения,
на фиг.7 – соединение детектора потока с блоком оценки в другом варианте осуществления изобретения,
на фиг. 8 – выходной сигнал блока оценки для различных объемов дозы в импульсе инфузии лекарственного средства, 15
на фиг. 9 – функциональная схема амбулаторной инфузионной системы в одном из вариантов осуществления изобретения,
на фиг. 10а, 10б – детектор потока, функционально связанный с дозатором, в еще одном варианте осуществления изобретения,
на фиг. 11 – результирующие кривые (потока и эталонная) для детектора 20 потока в одном из вариантов осуществления изобретения,
на фиг. 12 – функциональная схема детектора потока в одном из вариантов осуществления изобретения.
На фиг. 1 представлен один из примеров осуществления изобретения, где схематически показана конструкция детектора 1 потока и жидкостного 25 устройства 2.
Во избежание разночтений, элементы, показанные на разных чертежах и/или представленные в разных вариантах осуществления изобретения, не обязательно снабжены во всех случаях отдельными ссылочными обозначениями.
Детектор 1 потока включает передний по потоку термоэлектрический 30 элемент 10a, задний по потоку термоэлектрический элемент 10b и предусматриваемый по выбору средний термоэлектрический элемент 10c. В данном примере передний по потоку термоэлектрический элемент 10a и задний по потоку термоэлектрический элемент 10b представляют собой NTC-- 28 -
терморезисторы с идентичными характеристиками, тогда как средний термоэлектрический элемент 10c представляет собой нагревательный элемент (резистор). В варианте осуществления изобретения, не предусматривающем использование среднего термоэлектрического элемента 10c, передний по потоку термоэлектрический элемент 10a и задний по потоку термоэлектрический 5 элемент 10b представляют собой NTC-терморезисторы с предпочтительно разными характеристиками, в частности с разным сопротивлением.
Термоэлектрические элементы 10a, 10b, 10c представляют собой элементы, или устройства, для поверхностного монтажа (SMD-устройства), причем каждое из них смонтировано на соответствующем отдельном несущем элементе 11a, 10 11b, 11c в форме гибкой печатной платы. Термоэлектрические элементы 10a, 10b, 10c смонтированы на соответствующих печатных платах 11a, 11b, 11c и соединены с ними посредством паяных швов 12 (обычно по два паяных шва 12 на каждый из термоэлектрических элементов 10a, 10b, 10c).
На противоположной стороне печатных плат 11a, 11b, 11c расположены 15 соответствующие изоляторы 13a, 13b, 13c. Каждый из изоляторов 13a, 13b, 13c имеет центральное глухое отверстие, в котором расположен концевой участок соответствующего смещающего элемента 15a, 15b, 15c. Смещающий элемент 15a представляет собой передний по потоку смещающий элемент, смещающий элемент 15b – задний по потоку смещающий элемент, смещающий элемент 15c – 20 средний смещающий элемент детектора 1 потока. Противоположные концы смещающих элементов 15a, 15b, 15c поддерживаются опорой (не показана), которая может представлять собой часть корпуса амбулаторного инфузионного устройства. В представленном примере смещающие элементы 15a, 15b, 15c выполнены в виде витых цилиндрических пружин. Каждый из смещающих 25 элементов 15a, 15b, 15c в отдельности оказывает смещающее усилие на соответствующий несущий элемент 11a, 11b, 11c и термоэлектрические элементы 10a, 10b, 10c в направлении B. Передний по потоку несущий элемент 11a и средний несущий элемент 11c, равно как и средний несущий элемент 11c и задний по потоку несущий элемент 11b попарно разделены зазорами 14 30 одинаковой ширины.
Жидкостное устройство 2 включает канал 20 прохождения потока с просветом 22 круглого поперечного сечения, охватываемым по окружности стенкой 21 канала прохождения потока, в целом образующую трубчатый - 29 -
конструктивный элемент. Могут быть также использованы каналы прохождения потока других типов.
На стороне, противоположной детектору 1 потока и, соответственно, термоэлектрическим элементам 10a, 10b, 10c, жидкостное устройство 2 содержит опорный элемент 23 в форме пластины, который поддерживает канал 5 20 прохождения потока и поглощает контактные, или смещающие, усилия. В представленном примере канал прохождения потока простирается вдоль прямой линии, а направление потока показано буквой F. Передний по потоку термоэлектрический элемент 10a входит в контакт с каналом 20 прохождения потока в переднем по потоку положении 16a, в результате чего эластичная 10 стенка 21 канала прохождения потока слегка деформируется под действием контактного, или смещающего, усилия. То же самое относится к заднему по потоку термоэлектрическому элементу 10b, входящему в контакт с каналом 20 прохождения потока в заднем по потоку положении 16b, и к среднему термоэлектрическому элементу 10c, входящему в контакт с каналом 20 15 прохождения потока в среднем положении 16c. Участки, включающие переднее 16a, заднее 16b и среднее 16c положения контакта вместе образуют область соединения с каналом.
На фиг. 2 представлен другой пример осуществления изобретения, где показаны детектор 1 потока и компоненты жидкостного устройства 2. Этот 20 вариант осуществления изобретения в некоторых отношениях идентичен варианту, показанному на фиг. 1. Нижеследующее описание сосредоточено на различиях этих вариантов.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, термоэлектрические элементы 10a, 10b, 10c расположены на стороне несущих 25 элементов (гибких печатных плат 11a, 11b, 11 c), которая обращена к каналу 20 прохождения потока и к области соединения с каналом. Поэтому термоэлектрические элементы 10a, 10b, 10c непосредственно контактируют с каналом 20 прохождения потока, а именно со стенкой 21 этого канала. В отличие от этого, в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2, 30 термоэлектрические элементы 10a, 10b, 10c расположены на стороне соответствующих несущих элементов 11a, 11b, 11c, которая обращена от канала 20 прохождения потока и области соединения с каналом, но обращена к смещающим элементам 15a, 15b, 15c. - 30 -
Поэтому термоэлектрические элементы 10a, 10b, 10c контактируют с каналом 20 прохождения потока не непосредственно, а опосредованно через несущие элементы 11a, 11b, 11c. Это, как было указано выше в общем описании изобретения, еще больше улучшает тепловую связь. Кроме того, видно, что площадь области соединения с каналом 20 прохождения потока у несущих 5 элементов 11a, 11b, 11c больше, чем у термоэлектрических элементов 10a, 10b, 10c. Это позволяет благоприятным образом уменьшить или даже исключить деформацию стенки 21 канала прохождения потока.
Для улучшения необходимой теплоизоляции между термоэлектрическими элементами и смещающими элементами (обычно металлическими) в этом 10 варианте осуществления изобретения предусмотрены дополнительные изолирующие колпачки 17a, 17b, 17c для каждого термоэлектрического элемента и соответствующие изоляторы 13a, 13b, 13c для смещающих элементов 15a, 15b, 15c, чем предотвращается непосредственный контакт между термоэлектрическими элементами 10a, 10b, 10c и изоляторами 13a, 13b, 13c с 15 одной стороны и смещающими элементами 15a, 15b, 15c – с другой. Изолирующие колпачки 17a, 17b, 17c изготовлены из материала, имеющего низкую теплопроводность (обычно из пластмассы), и установлены поверх термоэлектрических элементов 10a, 10b, 10c. Изолирующие колпачки 17a, 17b, 17c могут быть, например, наклеены на несущие элементы 11a, 11b, 11c после 20 припаивания термоэлектрических элементов 10a, 10b, 10c. Изолирующие колпачки 17a, 17b, 17c могут быть, в принципе, выполнены как единое целое с изоляторами 13a, 13b, 13c.
На фиг. 3 представлено перспективное изображение конструкции, показанной на фиг. 2. Видно, что несущие элементы (гибкие печатные платы) 25 11a, 11b, 11c имеют пальцеобразную форму и простираются параллельно общей печатной плате 11d поперек направления простирания канала 20 прохождения потока. Кроме того, видно, что канал 20 прохождения потока частично расположен в канавке 24 опорного элемента 23, позиционирующей канал 20 относительно детектора 1 потока и, следовательно, служащей в качестве 30 элемента позиционирования. Соответствующие конструктивные элементы могут быть также использованы в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1. - 31 -
На фиг. 1-3 показаны варианты осуществления изобретения, в которых предусмотрены три отдельных термоэлектрических элемента, причем средний термоэлектрический элемент 10c, представляющий собой нагревательный элемент, отличается от переднего по потоку и заднего по потоку термоэлектрических элементов 10a, 10b, представляющих собой датчики 5 температуры. Варианты осуществления изобретения, в которых передний по потоку термоэлектрический элемент 10a служит в качестве как нагревательного элемента, так и переднего по потоку датчика температуры, могут быть реализованы аналогичным образом, но в них, однако, исключаются средний термоэлектрический элемент 10c и связанные с ним компоненты. 10
Фиг. 4а, 4б иллюстрируют работу детектора потока, содержащего три термоэлектрических элемента, в одном из вариантов осуществления изобретения. На фиг. 4а показана ситуация незадолго до подачи импульса инфузии лекарственного средства. Передний по потоку термоэлектрический элемент 10a в качестве переднего по потоку датчика температуры и задний по 15 потоку термоэлектрический элемент 10b в качестве заднего по потоку датчика температуры находятся при низкой базовой температуре, соответствующей температуре, которая может быть измерена в статическом положении в отсутствие потока жидкости в просвете 22 канала. Средний термоэлектрический элемент 10c, будучи нагревательным элементом, осуществляет нагрев жидкости 20 в примыкающей к нему области до некоторой более высокой температуры. В отсутствие потока жидкости тепло передается, за счет теплопроводности, одинаковым образом в переднем направлении (против направления F движения потока) и в заднем направлении (в направлении F движения потока), что выражается в по существу одинаковых температурах на участках расположения 25 переднего по потоку термоэлектрического элемента 10a и заднего по потоку термоэлектрического элемента 10b.
На фиг. 4б показана ситуация вскоре после отключения нагрева посредством среднего термоэлектрического элемента 10c и подачи импульса инфузии лекарственного средства. В этом случае тепло переносится 30 лекарственным средством в просвете 22 канала в направлении F потока, вследствие чего задний по потоку термоэлектрический элемент, представляющий собой задний по потоку датчик температуры, находится при более высокой температуре, чем передний по потоку термоэлектрический - 32 -
элемент 10a, представляющий собой передний по потоку датчик температуры. Измеренная разность температур между задним по потоку термоэлектрическим элементом 10b и передним по потоку термоэлектрическим элементом 10a оценивается с целью определения фактического наличия или отсутствия потока жидкости. В некоторых вариантах осуществления изобретения нагрев может 5 продолжаться и во время измерения.
На фиг. 5а, 5б показаны ситуации, соответствующие показанным на фиг. 4а, 4б, но относящиеся к варианту осуществления изобретения, предусматривающему использование только двух термоэлектрических элементов, где передний по потоку термоэлектрический элемент 10a служит в 10 качестве как нагревательного элемента, так и переднего по потоку датчика температуры, а задний по потоку термоэлектрический элемент 10b служит в качестве заднего по потоку датчика температуры. На фиг. 5а передний по потоку термоэлектрический элемент 10a работает в качестве нагревательного элемента и осуществляет нагрев жидкости в примыкающей к нему области до некоторой 15 более высокой температуры, тогда как задний по потоку термоэлектрический элемент 10b находится при более низкой температуре. Как более подробно описано ниже применительно к фиг. 6, передний по потоку термоэлектрический элемент 10a осуществляет нагрев жидкости непрерывно или по существу непрерывно, в результате чего передний по потоку термоэлектрический элемент 20 10a находится при более высокой температуре, чем задний по потоку термоэлектрический элемент 10b. Поскольку, однако, нагретое жидкое лекарственное средство (фиг. 5б) переносится к заднему по потоку термоэлектрическому элементу 10b и замещается более холодной жидкостью из передней по потоку области детектора потока, температура в месте нахождения 25 переднего по потоку термоэлектрического элемента 10a немного понизится, а в месте нахождения заднего по потоку термоэлектрического элемента 10b – немного повысится. Разность температур между передним по потоку термоэлектрическим элементом 10a и задним по потоку термоэлектрическим элементом 10b соответственно уменьшится вследствие наличия потока жидкого 30 лекарственного средства.
На фиг. 6 представлена иллюстрация взаимодействия блока 3 оценки с термоэлектрическими элементами 10a, 10b в одном из вариантов осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения передний по потоку - 33 -
термоэлектрический элемент 10a и задний по потоку термоэлектрический элемент 10b представляют собой NTC-терморезисторы (называемые также NTC1 и NTC2), имеющие в представленном примере идентичные характеристики и включенные последовательно с соответствующими постоянными резисторами R1 и R2 таким образом, что каждая из пар, включающих постоянный резистор 5 R1 и NTC1 и, соответственно, постоянный резистор R2 и NTC2, образует одну из ветвей мостика Уитстона, селективно соединяемую с источником напряжения Vcc через выключатели S1, S2, замкнутые в рабочем режиме и разомкнутые в иных случаях. Дифференциальное напряжение между средними точками M1, M2 обеих ветвей подается на дифференциальный усилитель 30, обычно реализуемый 10 на основе операционного усилителя (ОУ). Выходной сигнал дифференциального усилителя 30 поступает в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 31, выходной сигнал которого (обозначенный на чертеже как "Импульсы счета") соответственно зависит и по существу пропорционален разности температур между NTC1 и NTC2. Передний по потоку термоэлектрический элемент 10a 15 (NTC1) может служить в качестве как нагревательного элемента, так и переднего по потоку датчика температуры при замкнутом выключателе S1. По завершении периода нагрева дополнительно замыкается выключатель S2 и на задний по потоку термоэлектрический элемент 10b (NTC2) дополнительно подается электропитание для измерения разности температур. В течение 20 предшествующего времени нагрева выключатель S2 остается разомкнутым для предотвращения нагрева терморезистором NTC2 жидкости в положении сзади по потоку. Если регистрация потока не производится, то и S1, и S2 предпочтительно находятся в разомкнутом состоянии с целью экономии энергии и предотвращения ненужного и в целом неблагоприятного нагрева жидкости. 25
В описанных выше вариантах осуществления изобретения, где, в частности, предусмотрено, что первый термоэлектрический элемент 10a и второй термоэлектрический элемент 10b имеют идентичные характеристики, а передний по потоку термоэлектрический элемент 10a дополнительно служит в качестве нагревательного элемента, задний по потоку термоэлектрический элемент 10b 30 получает электропитание только на короткое время (обычно в диапазоне нескольких миллисекунд) для измерения температуры и, в частности, не питается энергией в течение предшествующего времени нагрева, поскольку в - 34 -
противном случае он бы нагрел жидкость точно так же, как и передний по потоку термоэлектрический элемент.
В одном варианте осуществления изобретения (не показан) предусмотрена включенная параллельно резистору R1 и выключателю S1 ветвь с дополнительными выключателем и резистором, включенными последовательно 5 (аналогично резистору R1 и выключателю S1), чем обеспечивается альтернативная возможность подачи электропитания на NTC1 через эти дополнительные выключатель и резистор. Дополнительный резистор предпочтительно имеет значительно меньшее сопротивление по сравнению с резистором R1, а NTC1 питается в период нагрева через дополнительные 10 выключатель и резистор, что благоприятным образом сокращает время нагрева. Нагрев можно регулировать посредством дополнительного выключателя с использованием широтно-импульсной модуляции. Для выполнения последующего измерения разности температур дополнительный выключатель размыкается, а выключатели S1, S2 замыкаются как описано выше. 15
В другом варианте осуществления изобретения передний по потоку термоэлектрический элемент 10a (NTC1) и задний по потоку термоэлектрический элемент 10b (NTC2) служат в качестве только датчиков температуры, а в качестве специального нагревательного элемента предусмотрен дополнительный средний термоэлектрический элемент. 20
На фиг. 7 представлена иллюстрация взаимодействия блока 3 оценки с термоэлектрическими элементами 10a, 10b в другом варианте осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения предусмотрено, в частности, что передний по потоку термоэлектрический элемент 10a служит в качестве как переднего по потоку датчика температуры, так и нагревательного 25 элемента, и что передний по потоку термоэлектрический элемент 10a и задний по потоку термоэлектрический элемент 10b представляют собой NTC-терморезисторы, имеющие разные характеристики, в частности разное сопротивление. Сопротивление переднего по потоку термоэлектрического элемента 10a значительно ниже сопротивления заднего по потоку 30 термоэлектрического элемента 10b, благодаря чему предотвращается нагрев жидкости задним по потоку термоэлектрическим элементом 10b аналогично переднему по потоку термоэлектрическому элементу 10a. Соотношение сопротивлений предпочтительно составляет приблизительно 1:10 и более. - 35 -
В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 7, компаратор 32 на основе, например, операционного усилителя образует совместно с термоэлектрическими элементами NTC1, NTC2 триггер Шмитта, два пороговых значения которого определяются сопротивлениями NTC1 и NTC2. Кроме того, предусмотрен генератор сигналов заданной частоты, соединенный с 5 компаратором 32. В представленном примере генератор реализован как простой резистивно-емкостный (RC) генератор с частотой, например, от нескольких килогерц (кГц) до нескольких мегагерц (МГц). В результате компаратор 32 выдает на выходе прямоугольный сигнал, частота которого зависит от разности температур между NTC1 и NTC2 и может быть измерена простым образом. 10
Современные микроконтроллеры обычно включают такие компоненты как компараторы, источники опорного напряжения, таймеры и высокоточные кварцевые генераторы. На основе такого микроконтроллера может быть реализован блок 3 оценки, показанный на фиг. 7 и содержащий очень мало дополнительных компонентов (резистор R, конденсатор C и терморезисторы 15 NTC в качестве термоэлектрических элементов), чем обеспечивается очень компактная и экономичная конструкция.
Блок 3 оценки, показанный в качестве примера на фиг. 6 и фиг. 7, может быть полностью или частично встроен в другие функциональные блоки или схемы, например в блок управления насосом амбулаторного инфузионного 20 устройства.
Нижеследующее описание приведено со ссылками на фиг. 8. В представленном на фиг. 8 примере приведены результаты измерений, полученные в ходе регистрации потока с помощью теплового детектора 1 потока, показанного на фиг. 5, и блока оценки на основе мостика Уитстона, 25 показанного на фиг. 6.
На графике показаны кривые выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 31 (вертикальная ось) как функции времени (горизонтальная ось), где возрастающему абсолютному значению (в данном примере отрицательному) выходного сигнала АЦП соответствует возрастающее 30 значение разности температур.
В процессе регистрации потока передний по потоку термоэлектрический элемент 10a начинал работать в качестве нагревательного элемента в момент времени t = 1 секунда (с) (не показано), а подача импульса инфузии - 36 -
лекарственного средства осуществлялась в момент времени t = 4 с. Эксперимент проводили с использованием объемов V дозы в импульсах инфузии лекарственного средства, равных 100, 200, 300 и 500 нанолитров (нл), а объем 0 нл (т.е. отсутствие подачи импульса инфузии лекарственного средства) дополнительно показан в качестве исходного уровня. Видно, что до подачи 5 импульса инфузии лекарственного средства все кривые по существу совпадают, демонстрируя хорошую воспроизводимость. Разность температур между передним по потоку термоэлектрическим элементом 10a и задним по потоку термоэлектрическим элементом 10b возрастает со временем в указанный период вследствие нагрева, в результате чего сопротивление переднего по потоку 10 термоэлектрического элемента 10a падает вследствие наличия у него отрицательного температурного коэффициента. При этом соответственно падает и потенциал в точке M1 (фиг. 6).
Подача импульса инфузии лекарственного средства приводит к временному и относительно резкому уменьшению разности температур, обусловленному 15 эффектом охлаждения, вызванного замещением нагретой жидкости более холодной жидкостью в месте нахождения переднего по потоку термоэлектрического элемента 10a, и эффектом нагрева, вызванного замещением охлажденной жидкости более теплой жидкостью в месте нахождения заднего по потоку термоэлектрического элемента 10b. Видно, что данный эффект 20 становится более выраженным с ростом объема V дозы в импульсах инфузии лекарственного средства. После подачи импульса инфузии лекарственного средства разность температур снова приближается к исходной кривой. Все кривые для разных объемов V дозы в импульсах инфузии лекарственного средства явным образом отличаются от исходной кривой и различаются между 25 собой (в частности, четко различаются импульсы инфузии с объемом дозы 200 нл и более). Оценка может выполняться путем определения наклона кривой зависимости разности температур от времени.
Следует отметить, что в ходе эксперимента по регистрации потока, представленного на фиг. 8, нагрев производили непрерывно путем подвода 30 электропитания к переднему по потоку термоэлектрическому элементу 10a (NTC1) на всем протяжении эксперимента, тогда как на задний по потоку термоэлектрический элемент 10b (NTC2) питание подавали с помощью выключателя S2 лишь периодически на несколько миллисекунд для измерения - 37 -
температуры при частоте, например, 10 Гц и менее. При практическом применении нагрев в большинстве случаев останавливали бы после подачи импульса инфузии лекарственного средства, например в момент времени t=4,5 с. В этот момент можно также определить разность температур.
На фиг. 9 представлена функциональная схема амбулаторной инфузионной 5 системы, иллюстрирующая ее основные компоненты и функциональные блоки.
В рабочем состоянии амбулаторная инфузионная система включает амбулаторное инфузионное устройство 7, контейнер 5 для лекарственного средства и жидкостное устройство 2. В приведенных примерах контейнер 5 для лекарственного средства представляет собой цилиндрический картридж, 10 вмещающий уплотнительный элемент и поршень, выполненный с возможностью перемещения вдоль продольной оси картриджа, приводящего к соответствующему вытеснению из последнего жидкого лекарственного средства.
Амбулаторное инфузионное устройство 7 включает приводной узел 4 насоса, находящийся в функциональной механической связи с контейнером 5 15 для лекарственного средства. В случае использования контейнера вышеупомянутого типа приводной узел 4 насоса может включать шпиндельный привод, известный из уровня техники, находящийся в разъемном соединении с поршнем и, следовательно, образующий шприцевой приводной компонент.
Кроме того, амбулаторное инфузионное устройство 7 включает 20 электронный блок 6 управления насосом, функционально связанный с приводным узлом 4 насоса и обеспечивающий управление работой последнего. Блок 6 управления насосом предпочтительно выполнен с возможностью управления приводным узлом 4 насоса для введения, в случае необходимости, болюсов лекарственного средства в требуемом объеме, а также для введения 25 лекарственного средства в базальном режиме с соответствующей скоростью инфузии, изменяющейся со временем. В базальном режиме отдельные импульсы инфузии лекарственного средства могут подаваться через фиксированные интервалы времени, например каждые три минуты, а объем дозы в импульсе инфузии лекарственного средства зависит от скорости инфузии. В частности, 30 при малых скоростях инфузии введение лекарственного средства в базальном режиме может осуществляться с фиксированным объемом дозы в импульсе инфузии в диапазоне, например, от 200 нанолитров до 1 микролитра, а интервал времени между импульсами, следующими друг за другом, регулируют в - 38 -
соответствии с требуемой скоростью. В представленном примере блок 3 оценки показан как часть блока 6 управления насосом и может быть выполнен как единое целое с общей электронной схемой амбулаторного инфузионного насоса 7. Блок 3 оценки может быть выполнен, например, в соответствии с фиг. 6 или фиг. 7. 5
Жидкостное устройство 2 содержит соединительную деталь 25 для инфузионного устройства, а амбулаторное инфузионное устройство 7 содержит соединительную деталь 70 для жидкостного устройства, причем эти сопрягаемые детали выполнены с возможностью соединения друг с другом в виде, например, защелок, соединительных элементов байонетного типа и т.п. В соединенном и 10 рабочем состоянии между контейнером 5 для лекарственного средства и каналом 20 прохождения потока обеспечивается как механическое соединение, так и соединение с возможностью сообщения по текучей среде. Кроме того, в соединенном состоянии канал 20 прохождения потока связан с термоэлектрическими элементами 10a, 10b, 10c как описано выше. 15 Термоэлектрические элементы 10a, 10b, 10c являются, как и детектор потока в целом, частью амбулаторного инфузионного устройства 7. Выпуск 26 канала 20 прохождения потока в рабочем состоянии сообщается по текучей среде с областью инфузии в организме пациента. Для этого данный выпуск может разъемным образом соединяться с инфузионной трубкой либо включать такую 20 трубку или непосредственно инфузионную канюлю. Все подобные конструктивные решения в целом известны из уровня техники.
Детектор потока 1 может быть выполнен в соответствии с любым вариантом осуществления изобретения, представленном в настоящем описании, например в соответствии с вариантами осуществления изобретения, 25 показанными на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 9 для ясности показаны только термоэлектрические элементы 10a, 10b, 10c, взаимодействующие с каналом 20 прохождения потока. Следует отметить, что детектор потока 1 может, как указывалось выше, также содержать передний по потоку термоэлектрический элемент 10a и задний по потоку термоэлектрический элемент 10b, не включая 30 средний термоэлектрический элемент 10c.
Контейнер для лекарственного средства показан на фиг. 9 в иллюстративных целях отдельно от амбулаторного инфузионного насоса 7 и жидкостного устройства 2. На практике он может быть, например, размещен в - 39 -
предназначенном для него приемном отсеке корпуса амбулаторного инфузионного насоса 7. Он может быть также выполнен как единое целое с жидкостным устройством 2. Вместо обычного шприцевого приводного компонента могут быть также использованы другие альтернативные конструкции жидкостных устройств. В частности, жидкостное устройство 2 5 может включать расположенный сзади по потоку дозатор или быть реализовано в виде последнего, как упоминалось выше и описано, например, в публикации EP 1970677 A1. Кроме того, контейнер 5 для лекарственного средства не обязательно должен быть выполнен в виде цилиндрического картриджа, а может также представлять собой, например, гибкий или полужесткий пакет, в целом 10 известный из уровня техники. Независимо от конструкции системы и конкретного исполнения жидкостного устройства, амбулаторный инфузионный насос 7, контейнер 5 для лекарственного средства и жидкостное устройство 2 благоприятным образом образуют в процессе применения единый компактный аппарат. 15
В обычном режиме работы передний по потоку термоэлектрический элемент 10a функционирует в качестве нагревательного элемента в течение периода прединфузионного нагрева, диапазон которого составляет несколько секунд, до подачи импульса инфузии лекарственного средства, причем во время подачи этого импульса нагрев предпочтительно продолжается. Нагрев также 20 предпочтительно продолжается в постинфузионный период, следующий за подачей импульса лекарственного средства. Диапазон периода постинфузионного нагрева может составлять, например, 0,5 с.
Далее, время нагрева, в частности продолжительность периода прединфузионного нагрева, может выбираться в зависимости от объема дозы в 25 импульсе инфузии лекарственного средства и может, в частности, увеличиваться при уменьшении объема дозы в импульсе. В нижеследующем списке приведены примерные значения для общего времени нагрева (включающего прединфузионный и постинфузионный периоды):
- 7 с для объема дозы в импульсе инфузии, составляющей от 100 до 299 нл 30
- 6 с для объема дозы в импульсе инфузии, составляющей от 300 до 399 нл
- 5 с для объема дозы в импульсе инфузии, составляющей от 400 до 499 нл
- 4 с для объема дозы в импульсе инфузии, составляющей от 500 до 599 нл
- 3 с для объема дозы в импульсе инфузии, составляющей 600 нл и более. - 40 -
Амбулаторное инфузионное устройство 7 может быть предназначено для ношения в кармане брюк, прикрепленным зажимом к поясному ремню и т.п. и/или может быть выполнено с возможностью непосредственного крепления к коже как в случае так называемых патч-помп (инфузионных насосов, крепящихся с помощью пластыря). Из уровня техники известен ряд подходящих 5 общих конструкций и компоновок.
На фиг. 10а, 10б представлен детектор 1 потока в еще одном варианте осуществления изобретения. В данном примере детектор 1 потока показан в сочетании с дозатором, расположенным сзади по потоку согласно техническому решению, упоминавшемуся выше и описанному, например, в публикациях EP 10 1970677 A1 и EP 2881128 A1. Это, однако, не является существенным фактором, так что детектор 1 потока в этом варианте осуществления изобретения может быть также использован в другой амбулаторной инфузионной системе, что упоминалось, например, применительно к фиг. 9. Изображения на фиг. 10а, 10б являются идентичными за исключением того, что ряд элементов исключен в 15 соответствии с описанным ниже.
На фиг. 10а, 10б ссылочным номером 99 обозначен дозировочный цилиндр дозатора, расположенного сзади по потоку. Платформа 21a выполнена как единое целое с дозировочным цилиндром 99. Платформа 21 содержит канал 20 прохождения потока в виде канавки, которая сообщается по текучей среде с 20 выходным, или выпускным, отверстием клапана (не показан) дозатора, и участком выпуска жидкости (не показан), что в целом описано выше применительно к фиг. 9. Канал 20 прохождения потока покрыт фольгой 21b (удалена на фиг. 10б), имеющей хорошую теплопроводность. Платформа 21a и фольга 22b вместе определяют границы канала 20 прохождения потока. 25
Конструкция, показанная на фиг. 10а, 10б, по существу соответствует конструкции, показанной на фиг. 2, 3, в отношении расположения и функционирования переднего по потоку термоэлектрического элемента 10a и заднего по потоку термоэлектрического элемента 10b.
От гибкой печатной платы 11 простираются отдельные несущие элементы 30 11a, 11b, на которых расположены первый эталонный термоэлектрический элемент 10a' и второй эталонный термоэлектрический элемент 10b'. В отличие от переднего по потоку термоэлектрического элемента 10a и заднего по потоку термоэлектрического элемента 10b, у первого эталонного термоэлектрического - 41 -
элемента 10a' и второго эталонного термоэлектрического элемента 10b' отсутствует тепловая связь с каналом прохождения потока, что обеспечивается пластмассовым изолирующим элементом 93, отделяющим, с одной стороны, первый и второй эталонные термоэлектрические элементы 10a', 10b' друг от друга, а с другой – от канала 20 прохождения потока и, соответственно, фольги 5 21b. Кроме того, предусмотрена изолирующая крышка 92, закрывающая участок гибкой печатной платы 11, на котором расположены первый и второй эталонные термоэлектрические элементы 10a', 10b'. Первый и второй эталонные термоэлектрические элементы 10a', 10b' соответственно размещены между изолирующим элементом 93 и изолирующей крышкой 92. 10
Позиционирование первого и второго эталонных термоэлектрических элементов 10a', 10b' друг относительно друга предпочтительно соответствует позиционированию друг относительно друга переднего по потоку термоэлектрического элемента 10a и заднего по потоку термоэлектрического элемента 10b. В частности, расстояние между первым эталонным 15 термоэлектрическим элементом 10a' и вторым эталонным термоэлектрическим элементом 10b' соответствует расстоянию между передним по потоку термоэлектрическим элементом 10a и задним по потоку термоэлектрическим элементом 10b. Изолирующая крышка 92 выполнена таким образом, что в отсутствие потока в канале прохождения потока взаимная тепловая связь между 20 первым эталонным термоэлектрическим элементом 10a' и вторым эталонным термоэлектрическим элементом 10b' соответствует взаимной тепловой связи между передним по потоку термоэлектрическим элементом 10a и задним по потоку термоэлектрическим элементом 10b.
Следует отметить, что конструкция, показанная на фиг. 10а, 10б, не 25 подразумевает использования среднего термоэлектрического элемента в качестве элемента, специально предназначенного для нагрева. В случае же наличия среднего термоэлектрического элемента (расположенного между передним по потоку термоэлектрическим элементом 10a и задним по потоку термоэлектрическим элементом 10b) также предпочтительно предусматривается 30 третий эталонный термоэлектрический элемент, используемый специально для нагрева и расположенный соответственно между первым и вторым эталонными термоэлектрическими элементами. - 42 -
Нижеследующее описание приведено со ссылками на фиг. 11. В представленном на фиг. 11 примере приведены результаты измерений (аналогично показанным на фиг. 8), полученные с помощью конструкции, дополнительно содержащей первый и второй эталонные термоэлектрические элементы 10a', 10b' как описано выше со ссылками на фиг. 10а, 10б, причем на 5 фиг. 11 сплошная кривая (обозначенная через "Канал NTC" и называемая также "кривой потока") отображает результаты измерений, относящиеся к переднему по потоку термоэлектрическому элементу 10a и заднему по потоку термоэлектрическому элементу 10b. Штриховая кривая (обозначенная через "Контроль NTC" и называемая также "эталонной кривой") отображает 10 результаты измерений, относящиеся к первому и второму эталонным термоэлектрическим элементам 10a', 10b'. Начало прохождения потока жидкости в канале 20 обозначено через "S", а завершение – через "E".
Рассматривая кривую потока в отдельности, можно отметить сложность определения моментов начала и особенно завершения прохождения потока 15 жидкости. Кроме того, видно, что две кривые по существу совпадают до начала прохождения потока жидкости, что указывает на хорошее соответствие. С началом прохождения потока жидкости кривые начинают расходиться, причем наличие потока жидкости не влияет на эталонную кривую в отличие от кривой потока. Далее, с завершением прохождения потока жидкости кривая потока 20 снова сближается с эталонной кривой вплоть до повторного и окончательного совпадения этих кривых. Совместный анализ этих кривых и, в частности, оценка их расхождения позволяет с существенно повышенной точностью и надежностью определить моменты начала и завершения прохождения потока жидкости. Можно отметить, что изменение потока является сравнительно 25 быстрым на участке "S" и медленным ("ползучим") на участке "E". Поскольку события, характеризующиеся кратковременным прохождением потока (например, введение доз объемом менее 1 мкл в базальном режиме при низкой скорости инфузии), всегда сопряжены с быстрым изменением последнего, достаточно оценить такие события, используя только термоэлектрические 30 элементы 10a и 10b, как описано выше. Любые препятствия прохождению потока приведут к замедлению изменения или отсутствию изменения потока, что будет надежно зарегистрировано как "Отсутствие потока", поскольку ожидается быстрое изменение последнего. Введение болюса большего объема представляет - 43 -
собой событие, характеризующееся большей длительностью прохождения потока и возможностью медленного образования препятствия. Поэтому такие длительные события, связанные с потоком, предпочтительно оцениваются обеими парами термоэлектрических элементов 10a, 10b и 10a', 10b'. В то время как медленное уменьшение потока не может быть надежно зарегистрировано с 5 помощью одних лишь переднего по потоку и заднего по потоку термоэлектрических элементов 10a и 10b, ползучее уменьшение потока надежно регистрируется путем сравнения с не зависящими от потока сигналами, генерируемыми эталонными термоэлектрическими элементами 10a', 10b'.
Нижеследующее описание приведено со ссылками на фиг. 12. На этом 10 чертеже схематически показана функциональная схема детектора 1 потока, содержащего эталонные термоэлектрические элементы. Кроме того, в нижеследующем описании даются ссылки на фиг. 9. На чертеже показаны два отдельных блока 3 оценки, конструкция которых может соответствовать любому из описанных выше вариантов осуществления изобретения и основываться, 15 например, на схеме, показанной на фиг. 6 или фиг. 7. Один из двух блоков 3 оценки соединен с передним по потоку термоэлектрическим элементом 10a и задним по потоку термоэлектрическим термоэлементом 10b. Другой блок 3 оценки соединен с первым эталонным термоэлектрическим элементом 10a' и вторым эталонным термоэлектрическим элементом 10b'. Эти два блока оценки 20 не зависят друг от друга. Выходные сигналы двух блоков оценки в целом соответствуют кривой потока, показанной на фиг. 11. Выходные сигналы двух блоков 3 оценки поступают в блок компенсации, который в представленном примере выполнен в виде блока 33 вычисления разности, определяющего разность выходных сигналов, генерируемых двумя блоками 3 оценки. Выходной 25 сигнал блока 33 вычисления разности соответствует, как описано выше, разнице между кривой потока и эталонной кривой, характеризующей фактическое состояние потока жидкости в канале 20. Два блока 3 оценки и блок 33 вычисления разности вместе образуют, как упоминалось выше, блок оценки и компенсации. В некоторых вариантах осуществления изобретения этот блок 30 может быть выполнен, как было сказано выше, с возможностью работы в первом или во втором режиме. - 44 -