JP2011131070A - 薬剤分配装置における気泡確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 気泡が薬剤内に入らないようにした薬剤分配装置を提供する。
【解決手段】 本発明の薬剤分配装置は、流路を経て流出口へ連通する圧力容器を有する。この流路は、通常は閉鎖位置にある２つのバルブと流れ規制部とを有する。圧力測定装置が流路にそった２つのポイントの間の圧力差を測定する。この２つのポイント間に流れ規制部の少なくとも一部が入る。この２つのポイントの一方が２つのバルブの間にある。コントローラが、選択的にバルブを開き、所定量の薬剤を放出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薬剤分配装置に関し、特に、流れ規制部と複数のバルブを介して制御される解放機構を有する加圧された貯蔵室を用いる薬剤分配装置と薬剤分配方法に関する。

外用型移植型の両方の低服用量の注入ポンプが、商業的にかつ医学的に受け入れ可能になるように開発されてきた。ある応用では単純な「定常流れ」装置で十分である。しかし、患者が時間に応じて投薬量の調整を必要とする多くの場合には、定常流れでは不十分である。典型的な例は糖尿病である。インシュリンのような医薬の注入量は、患者の要求によって変動する。変動は、食品の摂取に応じて日毎にあるいは不定期に発生する。その結果、定常流れ装置の欠点を解決する為に、投薬量の極めて大きな自由度を得るために、種々の「移植可能でプログラム可能な」ポンプが開発されてきた。このような移植可能でプログラム可能なポンプを取り扱うシステム要求の定義によれば、広いダイナミックレンジに渡ってプログラム可能な追加分泌流量と基礎分泌流量とを供給する装置が、普遍的なシステムの要件である。この要件は、実際には糖尿病の治療に対する指示書で主に述べられる。一定の時間毎に注入されるべき医薬（例、インシュリン）の量は、ある時間間隔で調整しなければならない。患者の要求は、所定の既知の割合で変動することがある。食品の摂取や他の一時的な状態によっては、不規則に変動することがある。これらの状態は、注入剤の投薬量の追加的投与を必要とする。しかし、日々のインシュリン投与において、患者は、例えば食事の時間などには、追加的分泌投薬に代えて、基礎分泌投薬を必要とする。基礎分泌投薬と追加分泌投薬の間の流量の差は、極めて大きく数倍になりうる。かくして、所望の流速で適切な流量を実現する装置は、極めて低い流量で連続的に注入でき、周期的に十分に増大した流量を供給できなければならない。このように、この種の薬剤投与装置の設計基準は、最初の段階では流量の選択を変更することが調整可能であるよう基礎分泌投薬を連続して分配する能力と、比較的高い流量で追加分泌投薬を分配する能力とを有さなければならない。

プログラム可能であること、広い範囲の流量、とフェールセーフ操作の要求は、プログラム可能な薬剤分配装置の設計を非常に複雑化している。電力消費、全体のシステムの寿命、経済的な実行可能性の限度のような第２の問題は、今日提案されている理論的な解決方法の多くの実現可能性を限定してしまう。

フェールセーフ操作に耐える試みの中で、多くのプログラム可能な薬剤分配装置が、負圧の貯蔵室を用いる。これは、装置の故障時の薬剤漏洩の可能性を効果的に排除するためである。そのような装置の一例は、「負圧ポンプ」と称し、特許文献１と特許文献２に開示されている。これらの先行技術の装置の両方とも、ソレノイドで駆動される負圧ポンプである。隔膜貯蔵室は、通常、フロンのような高圧ガスから、薬剤を隔離するための隔膜を有する室の中に、負圧に維持された状態で、注入すべき薬剤を保持する。ソレノイドはアマチャーとベローズのポンプ部品を駆動するよう、作動する。このアマチャーが変位すると、薬剤を貯蔵室から下流のポンプ室へと吸引するためのチェックバルブが開く。規制部は、この短い時間の間流出口での逆流を防止する。ポンプ室が満杯のときは、チェックバルブは閉じ、ソレノイドはその後通電を停止される。ばね力は、ベローズを室の内側へと変形させる。薬剤が規制部を通って患者の中に薬剤を押し込む。

負圧システムは、安全性の優位を提供するが大きな欠点もある。第１に、負圧要求は装置の充填と操作のための特別な事前注意と道具を必要とする。更に薬剤の全ては、圧力勾配に反して働くポンプによって通常どおり動かなければならないので、装置は高い動力消費となり、大きな動力源と／又は頻繁なバッテリー交換を必要とする。

特許文献３と特許文献４に開示された第２のアプローチは、圧力蓄積ポンプと組み合わせた正圧の貯蔵室を使用する。貯蔵室の正圧は、負圧装置の取扱い上の問題を減少させる。十分な高圧が、追加のポンプ作動なしで薬剤分配装置を駆動するために使用される場合には、動力消費の少なくとも一部は減少するが、それでも多数のバルブ作動部品が、多くの動力を消費してしまう。
米国特許４，４８２，３４６号明細書 米国特許４，４８６，１９０号明細書 米国特許４，２９９，２２０号明細書 米国特許４，４４７，２２４号明細書

実施態様の簡素さとエネルギー効率の利点にもかかわらず、安全性は、正圧装置に関して大きな問題として残っている。薬剤室内の圧力が、人体の圧力以上であるので、流出口につながる一連のバルブが全て同時に誤って開くと、薬剤が過剰投与される僅かな可能性が残る。余分なバルブを備えるようなシステムで、安全性の改善は達成できる。しかし、余分なバルブがあっても、過剰投与を引き起こしうる複数の部品の故障のリスクは残っている。投与されるべき薬剤の種類によっては、薬剤の過剰投与は潜在的に致命的となりうる。

プログラム可能な薬剤分配装置の全てのタイプに関する更なる問題は、繰り返し使用の問題である。医薬剤の分野では、注入セットやそれに類するものの使い捨て部品を使用する傾向が強い。プログラム可能な薬剤分配装置の場合、装置のコストは、１回限りの使用で使い捨てる装置を生産するのが可能でないほど高い。更に使い捨てされる「湿潤」部品と、再使用できる電子的な制御部品との間の部品（ＩＶＡＣ（ＴＭ）システムのような病院の注入制御システムと共通の部品）の分割は、それらの装置から要求される極少量の流量と精緻な制御のために、一般的には非現実的である。

加圧された室を利用する、薬剤の過剰投与の危険を避けるため、故障状況の範囲を高信頼度で確認し適切に処理するような、プログラム可能な薬剤分配装置と関連する薬剤分配の方法のニーズがある。また、装置を再利用可能な電子的な制御部品と、薬剤と接触する使い捨て部品とに分割することが簡単なプログラム可能な薬剤分配装置と関連する方法を提供することは、非常に有利である。最後に、極めて低い動力消費のプログラム可能な薬剤分配装置を提供することも、有利なことである。

本発明は、液状薬剤の計量し分配する装置と方法に関する。

本発明によれば、流路を経て流出口へ液状薬剤を分配する、液状薬剤の圧力源、流れ規制部、第１バルブと第２バルブを含む流路を有する薬剤分配装置において、流路の中の気泡の存在を確認する方法である。本発明の方法は、（ａ）第１バルブと第２バルブの間の圧力が、圧力源の圧力より、著しく低くなることを確実にするよう第１と第２バルブを操作するステップと、（ｂ）圧力蓄積期間の間、第１バルブを開に、第２バルブを閉に維持するステップと、（ｃ）圧力蓄積期間の最後に流路中の気泡の存在又は不存在を、第１と第２バルブの間の圧力測定に基いて確認するステップとを有する方法を提供する。

本発明の更なる特徴によれば、第１と第２バルブの間の圧力の測定が、圧力源とバルブ間の流路中の流体との間の差圧測定によって行われる。

本発明の更なる特徴によれば、第１バルブを圧力蓄積期間の終わりに閉じる。

本発明によれば、液状薬剤の圧力源、流れ規制部を含む流路を有する、流路を経て流出口へ液状薬剤を分配する薬剤分配装置において、流路の中の気泡の存在を確認する方法は、（ａ）流れ規制部をまたいだ圧力低下によって影響される、少なくとも一つのパラメータを監視するステップと、（ｂ）その、少なくとも一つのパラメータが、流れ規制部をまたいだ圧力低下の減少が示す気泡検出状態を満たしたときに、流路中の気泡の存在を表示するステップとからなることからなる方法も提供する。

本発明の更なる特徴によれば、その少なくとも一つのパラメータが、流れ規制部の少なくとも一部分と比較して下流の液体圧力に影響される圧力測定値である。

本発明の更なる特徴によれば、圧力測定は、圧力源と流れ規制部の少なくとも一部分と比較して下流の流路の部分との間の差圧を示す差圧測定である。

本発明の更なる特徴によれば、気泡検出状態が、流れ規制部の少なくとも一部分と比較して下流のしきい値を越える流体圧力を示す圧力測定である。

本発明の更なる特徴によれば、このしきい値が、圧力源の圧力と関連して定義される。

本発明の更なる特徴によれば、気泡検出状態が、流れ規制部で最初に規制された量の液状薬剤の流れの間に、評価される。

本発明の更なる特徴によれば、気泡検出状態が、流れ規制部の下流でのバルブ閉の後の圧力増加の度合いを示す圧力測定を用いて評価される。

本発明の更なる特徴によれば、その圧力測定が、圧力測定位置の上流のバルブの閉の後で行われる。

本発明の更なる特徴によれば、その少なくとも一つのパラメータが、流れ規制部の下流のバルブの閉の後の流体圧の圧力増加の度合いを示す。

本発明の薬剤分配装置の構成を表す図。 図１の薬剤分配装置の動作シーケンスを示すフローチャート Ａは、第１と第２バルブが開状態の時の流れの時の、図１の薬剤分配装置の流路の圧力変化を表すグラフ。Ｂは、流出口への流路に部分的な障害が存在する時の、図１の薬剤分配装置の流路の圧力変化を表すグラフ。Ｃは、第１と第２のバルブが閉の状態時の、図１の薬剤分配装置の流路の圧力変化を表すグラフ。Ｄは、第１バルブが閉で第２バルブが開の時の、図１の薬剤分配装置の流路の圧力変化を表すグラフ。Ｅは、薬剤貯蔵室が空の状態の時の、図１の薬剤分配装置の流路の圧力変化を表すグラフ。Ｆは、注入セットの接続が外れている時の、図１の薬剤分配装置の流路の圧力変化を表すグラフ。 本体と使い捨てのカートリッジを有する図１の薬剤分配装置の一実施例の斜視図。 図４の薬剤分配装置の上面図。 図５のＶＩ−ＶＩのラインに沿った断面図。 図６のＶＩＩで示された部分の拡大図。 図７のカム締め付け部品の斜視図。 図７のピエゾ電子アクチュエータと機械的増幅器の拡大斜視図。 図６のＸで示された部分の拡大図 図５のＸＩ−ＸＩのラインに沿った断面図。 図１１のＸＩＩで示された部分の拡大図。 図６のＸＩＶで示された部分の拡大図 Ａは、着脱可能なカートリッジの液状薬剤の流路の結合ポートを示す側面図。Ｂは、図ＡのラインＳ−Ｓに沿った断面図。Ｃは、図ＡのラインＲ−Ｒに沿った断面図。Ｄは、図ＡのラインＶ−Ｖに沿った断面図。Ｅは、図ＡのラインＱ−Ｑに沿った断面図。Ｆは、図ＡのラインＴ−Ｔに沿った断面図。 第１バルブが流体の流路制限機能も兼ねる本発明の薬剤分配装置の構成を表す図。 外用型の装置に適合する緊急圧力解放機構を追加した本発明の薬剤分配装置の構成を表す図。 外用型の装置と移植型の装置の両方に適合する緊急圧力解放機構を追加した本発明の薬剤分配装置の構成を表す図。 図１７の緊急圧力解放機構の本発明の一実施態様の加圧された貯蔵室の断面図。 図２の一部に対応し、気泡の存在確認試験を行う本発明の他の実施態様を示すフローチャート。 ２０Ａは、図３Ｃに類似し、気泡試験の間の通常状態時の本発明の薬剤分配装置の流路に沿った圧力変化を表すグラフ。 ２０Ｂは、図３Ｃに類似し、気泡試験の間の気泡存在時の本発明の薬剤分配装置の流路に沿った圧力変化を表すグラフ。

本発明は、液体医薬を計測した量だけ分配する薬剤分配装置と分配方法に関する。

本発明の装置と方法の操作は、図面を参照して以下説明する。

本発明の特徴は以下を含む。即ち、バルブ故障を検出する機器と方法。流路の中に気泡が存在するかどうかを検出する機器と方法。完全な閉塞と／又は部分的な閉塞を検出する機器と方法。薬剤貯蔵室の内容物を検出する機器と方法。薬剤分配セットの接続外れ（離脱）を検出する機器と方法。低動力消費のバルブアクチュエータ装置。緊急の貯蔵室圧力解放のための機器と方法。カートリッジ内容物の無菌状態を汚すことなく、使い捨てカートリッジの中の液体圧力を測定する再利用可能な圧力センサーを利用する機器と方法。

図１−１４Ｆは、本発明に従って構成されて動作可能な注入セット（図示せず）に接続される流出口１２への液体医薬剤の計量された薬剤分配装置１０の構造と動作を示す。

図１において、薬剤分配装置１０は、大気圧以上の圧力で液状医薬剤を貯蔵し、供給するように構成された加圧された貯蔵室１２と、貯蔵室１２と流出口１４とを連通する流路とを有する。その流路は、第１バルブ１６と、流路に沿った液体の流れを規制するように構成された流れ規制部１８と、第２バルブ２０とを有する。バルブ１６、２０のそれぞれは、通常閉状態で流れを阻止し、選択的に開状態へと作動可能である。バルブ１６、２０が両方とも開の状態の時、流体医薬剤は、加圧された貯蔵室から流路に沿って出口まで、流れ規制部によって、（図３Ａに示される流圧分布に相応するように）最初に規定された度合いで流れる。

薬剤分配装置１０は、流路に沿って第１ポイント２４と第２ポイント２６との間の液圧の差分を測定するために配置された圧力測定装置２２も有する。流れ規制部１８の少なくとも一部は、圧力測定ポイント２４と２６の間の流路に配置され、圧力測定ポイント２４又は２６の一つは、バルブ１６と２０の間の流路に配置されている。この実施例では、第１の圧力測定ポイント２４は、第１バルブ１６より前で貯蔵室の圧力を測定するように配置され、第２の圧力測定ポイント２６は、バルブの間で流れ規制部より下方に配置されている。しかし、第１の測定ポイントをバルブの間で流れ規制部より上流の位置とし、第２の測定ポイントを第２バルブより下流の位置とすることもできる。

制御部２８は、圧力測定装置２２と第１・第２バルブ１６，２０と連結され、所定量の液体医薬剤を流出口へ分配するために、選択的にバルブを開く。制御部２８は、液体フローパルスが要求された量の分配を提供するために、定常時閉状態と開状態の間で第１と第２バルブ１６、２０のパルス状の開動作をするように構成される。各々のパルスによるバルブ開時間の合計は、フローパルスの間の流れ停止状態で、測定された液体差圧から規定された予測される流れの量を基礎として計算される。この計算は、液体医薬剤の粘度に関する所定の情報に基いており、選択的事項として、温度センサー３０で得られた液体温度データによって補完される。実際の流れの量は、パルスの間に、流れ規制部１８に前後の圧力差を計測することで、監視してもよい。この情報は、現在のパルスのバルブ開時間を修正することに、あるいは次のパルスの存続時間を計算することに、使用できる。

本発明は、特に簡便でエネルギー効率のよい、プログラム可能な、比較的高い貯蔵室保管圧力が薬剤を目標部位まで分配するのに必要なエネルギーの全てを供給する薬剤分配システムを提供する。図２を参照すると、同時に独立して切り替え可能な２つのバルブ１６、２０と圧力測定装置２２の組合わせが、高度に効率的で即時の広い範囲の故障状態を検出し、それによって高レベルの安全性を確保している。

図２は装置１０の動作の順序を示している。最初にステップ３２で、制御部２８は、バルブ１６は閉で、第２バルブ２０を開く。そして圧力差ΔＰを測定する（ステップ３４）。この流れ停止状態で、通常状態での流路に沿った圧力の分布は、図３Ｄに示す。圧力測定システム２２において、最初の圧力測定ポイント２４は貯蔵室の圧力に、第２の圧力測定ポイント２６は通常は患者の皮下の体液の圧力と一致する流出口の圧力である。その結果、ΔＰは、貯蔵室の圧力から、小さい一定値を引いた測定値である。

この状態は、多くの装置の自己試験のために特に有効である。本発明の特徴であるが、加圧された貯蔵室１２は、弾性体の加圧部材（例、ばね駆動のピストン）を内蔵している。その結果、貯蔵室１２内部の液圧は、現在蓄えられている液状薬剤の量に応じて変化する。その結果、測定された圧力差ΔＰは、貯蔵室１２の中に残存している液状薬剤の量を表示する。ステップ３６では、制御部２８は、測定された圧力差から貯蔵室内に残存する液体の量を計算し、ステップ３８では、残存量が最小許容量より小さければ、制御部２８が、低残存量表示を発する。図３Ｅには貯蔵室がほとんど空のときの試験状態で発生する液体圧力分布を示す。

低残存量警告に加えて、残存液体の量の計算を用いて、装置によって分配された液体の量に基いた予想値と比較する。予想残存液体量と、測定された圧力差によって指示された量の差が、所定の基準で、大きいと判断されると、故障表示が発せられる。

最も好ましくは、貯蔵室の最大動作圧力は、４−１０気圧の範囲内である。約４気圧（即ち、大気圧よりも約３気圧高い圧力）を超える動作圧が特に好ましい。その理由は、障害物の背後の圧力上昇により、流路全域で障害物を除去できるからである。流出口の圧力は、大気圧より若干高いので、圧力差ΔＰの値は、大気圧と比較した貯蔵室の圧力の直接測定値として、使用される。

ステップ４０で、制御部２８は、装置の下流の閉塞をチェックする。この閉塞は、閉じたバルブ１６以降の残留圧力上昇によって示される。これはΔＰの読取値の減少をもたらす。このケースは、予想された残存薬剤量（元の量から分配された量を引いたもの）とΔＰの値から計算された残存薬剤量の間の大きな相違による貯蔵室内容の減少の場合とは区別される。ステップ４０で圧力差ΔＰについての予想外の低下が検出されると、警告信号が発せられる（ステップ４２）。

ステップ４４で、制御部２８は、注入セット（カテーテル）又は他の流出口への接続が外れていないかどうかをチェックする。このケースは、図３Ｆに示されるように、測定値ΔＰの増加によって確認できる。接続状態と接続外れ（離脱）状態との間での流出口での圧力の変化は、貯蔵室と流出口との間の圧力差と比べて小さいので、接続外れの確実な検出は、以前の測定値とΔＰ値の比較を必要とする。最も好ましくは、圧力差に統計的に大きな増加があったかどうかを判定するために、直近に採られたΔＰの値を、以前のサイクルからのΔＰの値の統計的な分布と比較する。そのような増加が検出されると、ステップ４６で、警告表示が発せられる。

ステップ４８で、必要とされるバルブ開フローパルス時間が計算され、ステップ５０で第１バルブ１６を開け、フローパルスが開始する。選択的事項として、パルスの持続時間が、圧力分布が安定状態に到達するまで、十分であれぱ、パルスの間の圧力差ΔＰを監視して、現実の流速のさらなる測定を提供すると／又は部分的な閉塞のより早い警告を発することができる。特に、図３Ａは通常状態の安定した流れ状態での圧力分布を示し、図３Ｂは、下流で部分的な障害が存在している状態での圧力分布を示す。後者では、測定値ΔＰは、流体のフローパルスの間に著しく低下するが、ステップ３４での流れ停止状態で測定された時に、満量に戻る。これらの測定値を用いて、修正されたパルス長さを計算し、使用され装置を通る流量が減少しても、必要なドーズ（投薬）量が分配されることを保障する。この装置は、完全な閉塞が起きる前に予防的な修正ができるように、切迫した閉塞をユーザー又は医師に早期に警告できる。

付言すると、多くの低投薬量への応用において、装置の追従性（即ち、流体量の増加に適応するように、システム部品の容量を大きくすること）は、流出口が部分的に閉塞される場合でも、流れ規制部１８の下流での一回の流体フローパルスの総量を受け入れるために、十分である。この場合、一つのパルス量が障害部を通過し、連続するパルスの間に、バルブ下流の圧力が通常の流出口圧に戻ると、各パルスで分配される薬剤の総量は、部分的閉塞には、影響されない。

本発明の更なる特徴は、システムのフローパルスサイクルの間でバルブ機能テストが実行できることである。概念的には、バルブ機能テストは、両方のバルブを閉じることにより行われる。これにより、少なくとも一方のバルブの両端での圧力差を測定し、所定の時間圧力を監視し、バルブをまたいで（バルブ間での）漏洩が発生したかどうかを試験する。最も好ましくは、貯蔵室の圧力と流出口の圧力の間の中間圧力を測定することにより、両方のバルブの両端の圧力差を同時に確保し、それにより、両方のバルブの漏洩も同時にテストできる。

図２を参照すると、バルブテストは次のように行われる。所定のフローパルス時間の最後で、第２バルブ２０を最初に閉じ（ステップ５２）、少し遅れて第１バルブ１６を閉じる（ステップ５４）。これにより、図３Ｃに示すような圧力分布を固定する。その際の圧力差は、両方のバルブ１６、２０の両端にかかった状態である。ステップ５６では、ポイント２４と２６の間の差圧の第１の読取値ΔＰ１を得る。所定の時間後、第２の差圧読取値ΔＰ２を得る（ステップ５８）、それらの値が比較される（ステップ６０）。差圧が低下（ΔＰ２＜ΔＰ１）していると、これは、第１バルブ１６をまたいでの漏洩により、バルブ間の圧力が増加したことを示し、対応する警告表示が発せられる（ステップ６２）。差圧が増加（ΔＰ２＞ΔＰ１）していると、これは、第２バルブ２０をまたいでの漏洩により、バルブ間の圧力が低下したことを示し、対応する警告表示が発せられる（ステップ６４）。何の異常も検出されない（ΔＰ２＝ΔＰ１）と、フローパルスサイクルは、ステップ６６で終了し、全てのサイクルはステップ３２から繰り返される。

本発明は、流路の中の気泡を検出する装置と方法を提供する。流れ規制部と加圧された貯蔵室を共に用いることが、気泡の存在を確認するために、効果的である。具体的には、通常の液体が満たされた動作の間では、流路に沿った流れの速度は、主に、流れ規制部の流体抵抗によって制限される。その結果、バルブが開けられ液体が流れると、圧力源と流出口の間の圧力差の大部分が、流れ規制部の前後で生じる。気泡が流れ規制部に到達したときには、流れの抵抗は非常に低くなる。その結果、流れ規制部を通過する液体の体積流量の突然の増加が生じると共に、流れ規制部の前後の圧力差がこの体積流量の増加に相応して減少する。比較的小さな気泡の場合には、この増加した体積流量は、その大部分は、気泡の存在を埋め合わせる役割をする。その結果、薬剤分配装置によって分配される投薬量には大きな変化が生じない。大きな気泡の場合は、流量の変化及び／又は圧力差の減少は、気泡の存在を確認するのに用いられ、警告が発せられる。

このように、本発明の薬剤分配装置の流路の中の気泡の存在を確認する方法は、（ａ）流れ規制部の前後の圧力低下によって影響される少なくとも一つのパラメータを監視するステップと、（ｂ）前記の少なくとも一つのパラメータが、流れ規制部の前後の圧力差の減少を示すような気泡検出状態を満足させるときに、気泡が流路内に存在することを示すステップとを有する。

一般的に、この方法は、図１の方法と大きく異なるシステム（例えば、バルブが無いあるいは１つしかないシステム）で実施できる。測定されるパラメータは、流れ規制部の少なくとも一部分に対し下流の液体圧力によって影響される絶対圧力又は差圧力、又は圧力の変化率である。差圧測定の場合には、その測定値は、圧力源と、流れ規制部の少なくとも一部分に対し下流の流路の部分との間の圧力差を示す。気泡検出状態は、その時点の流れ規制部の少なくとも一部分に対し下流のしきい値以上の液体圧力を示す圧力測定の値である。これは流れ規制部の前後の圧力差の減少を示す。そのしきい値は圧力源の圧力に対して定義するのが好ましい。

使用される圧力測定装置によっては、測定は、圧力が変動する間に、例えば、圧力変化率を得るようにして行うこともできる。一実施例によれば、圧力増加率は、流れ規制部の下流のバルブを閉じた後で監視することで得られる。気泡が存在する時には、この圧力増加率は、液体の薬剤が存在する時より非常に大きい。

他の実施態様では、流れ規制部の前後の圧力低下は、流れ規制部で主に制限された速度で液状薬剤が流れる間に、即ち薬剤の分配の間に、監視することができる。流れ規制部の前後の圧力差の突然の減少は、流れ規制部を通り抜ける気泡の存在を示す。

図１９、２０に、図１又は図１５の別の特徴を背景に／組み合わせた本発明の気泡検出方法の実施態様を示す。具体的には、図１９は、図２のステップ５２、５４、５６、５８を示す、ただし、本発明のさらなる態様により気泡の試験を含むよう修正している。ステップ５２以前は、液状薬剤のパルス分配の間じゅう、両方のバルブは開いており、流れ規制部の下流の圧力は相対的に低い。ステップ５２で、第２バルブを閉じると、バルブ間の圧力は、流れ規制部によって規制される割合で、上昇し始める。ステップ５４で、第１バルブを閉じ、バルブ間の中間圧力を形成する。ステップ５６で差分圧力を測定する。第２バルブの閉と第１バルブの閉との間の時間間隔は「圧力蓄積期間」と称する。

図２０Ａは、上記のステップでの通常の動作の元での、流路に沿った流体圧力を示している。バルブＶ１とＶ２との間の流路の圧力は、貯蔵室の圧力と流出口の圧力の間の中間値で、貯蔵室の圧力より著しく低い（ΔＰ１だけ低い）。図２０Ｂは、気泡存在時の同様な流体圧力を示す。流れ規制部による気泡に対する流路抵抗が低い為に、流れ規制部間の圧力均等化が急速に引き起こされる。結果として、第２バルブの閉と第１バルブの閉と間の時間間隔と同じ短い時間遅れで、バルブＶ１とＶ２間の流路の圧力は、貯蔵室の圧力により近づき、バルブＶ１とＶ２との間の圧力差ΔＰ１は極めて小さくなる。即ち、図２０ＡのΔＰ１は、図２０Ｂのそれより大きい。

図１９は、追加のステップ２００を示す。このステップ２００では、バルブ間の圧力差ΔＰ１を予想値と比較する。この予想値は、貯蔵室の圧力又は貯蔵室と流出口の間の圧力差と関連して定義される。ΔＰ１が、バルブ間の過度に高い圧力に対応する所定のしきい値よりも小さい場合には、本発明の方法はステップ２０２に進み、そこで気泡発生（存在）の警告が発せられる。そうでない場合は、バルブ試験手順は、図２のステップ５８と後続のステップ６０−６６に進む。

上記したように、気泡検出方法は、選択的事項として、液体が流れている間リアルタイムの圧力測定で実施することもできる。しかし、特に好ましい構成では、流体圧力が二つの閉じたバルブの間に閉じ込められた後の流れが停止した状態のもとでの圧力測定を実行する。これらの流れ停止状態は、精緻な圧力測定が可能となり、図１１、１２の測定装置（測定にタイムラグが入る可能性がある）の使用が可能となる。

図４−１４Ｆは本発明の装置１０の一実施例を示す。この実施例は、図１−３Ｆの構造上の特徴や機能の全てを具備し、再利用可能な本体と使い捨てのカートリッジとの間の部品の分割に関連した特徴と省動力型のアクチュエータ構造とを示す。これに関し以下説明する。

図４−６と図１１は、本体７０と着脱可能なカートリッジ７２からなる装置１０を示す。加圧された貯蔵室１２とバルブ１６、２０と流れ規制部１８とを含む流路全体は、着脱可能なカートリッジ７２の一部として、制御部とそれに関連する電子部品は、本体７０の一部として実現する。このような分割構成は、装置の経済性に関し利点があるが、実現には困難／欠点が伴う。その理由は、全ての電子部品が再利用可能な本体７０の一部であるので、精緻なバルブ動作と圧力測定が困難だからである。本発明によるこれらの欠点を解決する方法を以下説明する。

図４に示されたバルブ構造によれば、第１と第２バルブ１６、２０は、交換可能なカートリッジ７２の一部として実現される。図１０において、各々のバルブは、外部に露出したアクチュエータの表面７４を有する。このアクチュエータの表面７４は、バルブを通して流れる流体の流路から隔離された状態にある。その結果、アクチュエータ表面７４にかかる力は、バルブを開状態にする。この実施例では、バルブは、バルブステム（柄）７８と一体のバルブヘッド７６を有する。バルブヘッド７６は、バルブシート８２に当たって密封するエラストマー製の密封リング８０を有する。この実施例では、バルブステム７８は、エラストマーの隔膜８４によって支持され閉位置に押し付けられる。このエラストマーの隔膜８４はバルブを通る流路の外側の密封を行う。バルブステム７８の後方の隔膜８４の外側の表面は前述のアクチュエータ表面７４を提供する。その結果、表面７４にかかる力がバルブヘッドをその場から動かし、流体の流路を外部からの汚染物質に曝露することなくバルブを開けることができる。アクチュエータ表面７４は、本体７０に内蔵されているアクチュエータ組立体９０の出力部表面に係合している。これに関しては、図７−９で以下説明する。

図６に、バルブ１６、２０の内の一方のバルブのアクチュエータ表面７４に係合するよう配置された一対のアクチュエータ組立体９０が示される。アクチュエータ組立体９０の一つを図７に示す。圧電アクチュエータは低動力消費である。それゆえ、本発明のような電池駆動の薬剤分配装置にとって好ましい装置である。しかし、圧電アクチュエータは変位が小さいため一般には使用されない。更に、圧電アクチュエータにより作動する小変位で高精密なバルブを製作することは可能ではあるが、次のようなアプリケーションでは実用的ではない。即ち、バルブが低コストの使い捨てカートリッジの一部であり、アクチュエータとバルブを別々の部品に配置し、それらを組み合わせた時に相互関係の精緻さが十分でない使用場所では実用的ではない。この問題を解決するため、本発明は、圧電アクチュエータを、機械的な増幅器と整列調整機構との両方と組み合わせる。これにより、動力効率のよい圧電アクチュエータの使用を可能にする。

アクチュエータ組立体９０は、圧電素子９２を有する。この圧電素子９２は最初の変位を発生させる電気的に作動可能な圧電層の積み重ね構成で実現される、具体的には、この実施例では、圧電素子は、「上下」の方向に延伸する構成である。圧電素子９２の周りに機械的な増幅器９４が配置される。増幅器９４は、圧電素子９２の変位を、出力アーム９６のより大きな出力変位に変換し、バルブのアクチュエータ表面７４を変位させる。この出力変位は、圧電部品の延伸方向と直交する。図７、９に示すように、様々な既知の機械的増幅器がこの装置に使用できる。これらの増幅器は、３つの一体型ヒンジと、関連した三角形の幾何学的配置のゆがみに基づく実施例は、その小型性と大きな増幅比の点で優れている。

増幅器９４の使用により得られる大きな変位に加えて、装置の動作の前に、アクチュエータ組立体９０とバルブ駆動表面とを緊密に係合させる整列調整装置を具備することが好ましい。この実施例では、偏心カム１００（図８に詳細を示す）が、調節ノブ１０４で回される回転軸１０２に沿って、２つの位置で搭載される。各々のカム１００は、ばね付加型のボール１０６を基にした乗り上げクラッチ機構を介して、シャフト１０２と回転可能に係合している。このクラッチ機構が、シャフトからカムへ伝達可能な所定の最大の締め付けトルクを規定する。その結果、調整ノブ１０４の回転が両方のカム１００を同時に回転させ、アクチュエータ組立体９０を対応するアクチュエータ表面７４に係合するよう押し込む。各アクチュエータ組立体は、所定の機械的抵抗が起きるまで、前方に押される。この点では、乗り上げクラッチが更なるトルクをカムへ伝達できなくなる。かくして、調整ノブ１０４の単一の回転動作が、両方のアクチュエータ組立体９０に対し独立して、適切な締め付け動作を実現する。

図１１、１２は、圧力測定装置２２の実施例を示す。この圧力測定装置２２は、本体７０内に内蔵された差圧センサー１１０を有する。差圧センサー１１０は、２つのコネクタと連通している。この実施例ではコネクタは中空針１１２である。図１２に示すように、着脱可能なカートリッジ７２には、一対の圧力感知セル１１４が形成されている。各圧力感知セル１１４は、感知空間１１６を有する。この感知空間１１６は、柔軟な薄膜１１８で流路内の流体から隔離されている。各感知セル１１４は、圧力センサーコネクタと結合する相補型のコネクタを有する。中空の針１１２の場合では、相補型コネクタは、エラストマー製のシール１２０である。このシール１２０は、針１１２で穴を開けることができる。着脱可能なカートリッジ７２が本体７０に係合している時には、各センサーコネクタ１１２は、対応する相補型コネクタ１２０に嵌る。その結果、差圧センサーが、第１のポイントと第２のポイントで、流路の液体の差圧を測定する。これは、使い捨て可能なカートリッジ７２で規定された流路内の液状薬剤の無菌状態を汚すことなく行われる。

針１１２とセンサー１１０の間の管路に沿って流体圧力を効果的に伝達するために、圧力感知セル１１４と管路と針１１２を予め液体で満たすのが好ましい。その液体は、曝露されたとしても、毛細管現象の力により、針１１２の中に保持される。

様々な形式の自己密封型のコネクタが、差圧センサー１１０と圧力感知セル１１４を連結するために使用できる。針を利用した連結は、特に好ましい。その理由は、デッドボリュームが小さく、僅かな不整合に対し敏感すぎないからである。

図１３は、加圧された貯蔵室１２用の充填ポート１２６を示す。ポート１２６は、標準の針と注射器を使用して充填される。針による注射のための自己密封ポートは、公知であるが、比較的高圧での充填技術の使用には問題がある。その理由は、ポートから引き抜かれる際に、針の傾斜端部から、薬剤が噴き出す頻度が高いからである。この問題を解決するために、ポート１２６の好ましい実施例は、第１のエラストマー製シール１３０と第２のエラストマー層１２８を有する。第２のエラストマー層１２８は第１のシールから僅かに離間している。第２の層１２８は、針の挿入方向に少しの範囲で自由な動きができるディスクである。充填の間、針を第２の層１２８と第１のシール１３０の両方を貫通して進め、貯蔵室内に必要な量の液状薬剤を注入する。その後、針を引き抜く時に、２つのシーリング部品の間に少しの噴き出しながら、第１のシールを最初に通り抜ける。その結果、針が更に第２の層１２８から引き抜かれる時には、それ以上の薬剤の噴出は発生しない。円筒状の空洞内でディスクが軸方向に動けることにより、針が引き抜かれる時に、シール要素間で僅かな減圧が起きる。それは、シール要素間に噴き出した薬剤が、針が第２層１２８を通りぬける時に、更なる噴き出しを起こすのに十分な圧力ではない。

図１４Ａ−１４Ｆは、使い捨てカートリッジ７２によって規定された、加圧された貯蔵室１２から流出口１４までの流路全体を示している。図１４Ｅに示すように、２本のチャネル１３２が、貯蔵室１２から第１バルブ１６と下部の圧力感知セル１１４までそれぞれ延びる。この実施例では、バルブを通って流路の開始点の内部圧力は、貯蔵室の内部圧力と同じである。この為、貯蔵室の圧力測定は「流路内部のポイント」での圧力測定と同義である。図１４Ｆでは、バルブ１６の流出口１３４は、流れ規制部１８（図１４Ｂ）を形成する毛細管の入り口につながる。毛細管（流れ規制部１８）の上部では、流路は、上部の圧力感知セル１１４と第２バルブ２０とに分かれる（図１４Ｃ）。
バルブ２０の出力１３６は、垂直チャネル１３８（図１４Ｄ）に戻る。垂直チャネル１３８は、出力部１４に接続される。

図４は、使い捨てカートリッジ７２を本体７０に結合する構造を示す。この構造では、スライドするカバー１６０は、一対の内側に張り出した隆起部１６２を有する。この隆起部１６２が、本体７０上のレール１６６とカートリッジ７２上の対応するスロット１６４に係合する。貯蔵室１２を加圧するばね１６８は、カバー１６０に搭載されている。その結果、スライド部品が図５に示すように組み立てられた時には、ピストン１６９にバイアスをかける位置にくる。本体とカートリッジがスライドカバー１６０で結合されると、保持用ナット１７０が、カートリッジの流出口突起１７２に取り付けられる。これにより、カバーがその場所にロックされる。ナット１７０は、流体分配注入セット（図示せず）の取付部品のコネクタとしても機能する。

図１５において、流れ規制部１８の機能は、選択的事項として、バルブの精緻な制御によっても実行できる。この場合には、第１バルブ１６と流れ規制部１８との機能を結合し、単一の連続的に制御可能な複数状態をとるバルブ１６／１８とすることが可能である。その他の点では、この装置の構成と機能は、図１の装置のそれと同一である。

図１６−１８は、追加のオプションとしての特徴を示すが、これらは図１の装置と共に用いることができる。具体的には、本発明の二重バルブ構成と自己試験の特徴は、薬剤の過剰投与に対する非常に有効な安全上の予防措置を提供する。しかし少なくとも理論的には、警告状態を適切に処理できない失敗と／又は複数の部品の故障が原因で、貯蔵室から患者の身体への圧力勾配による薬剤の過剰投与が引き起こされる可能性がある。この問題を解決するために、本発明の実施例は、制御部２８と連動し、貯蔵室１２を減圧するために選択的に作動する貯蔵室圧力解放機構１５０で特徴づけられる。この貯蔵室圧力解放機構１５０で、流出口１４への液状薬剤の分配を停止させる。圧力解放機構１５０の作動は、永続的な警告状態と／又は所定の危険状態によって即座に起動する。永続的な警告状態とは、警告状態が修復されることなく所定の時間継続することを意味する。所定の危険状態とは、例えば圧力センサー装置の故障又は両方のバルブの応答の故障である。

図１６は、外用の薬剤分配装置用の圧力解放機構１５０の実施例を示す。この場合は、ソレノイドで動作する針１５２が、選択的に前進し、貯蔵室と第１バルブの間にあるエラストマー製シール１５４に穴をあける。作動したときに、貯蔵室１２内の加圧された全内容物は、針の開放端を介して解放される。これによって、貯蔵室から患者の身体への圧力勾配が、解消され、薬剤分配の継続が中断される。

図１７は、外用型と移植型の両方の装置に合う類似のシステムを示す。この場合、貯蔵室のアクチュエータのばねの周辺領域が、減圧空洞として、予めシールされている。この場合、圧力解放機構１５０は、ソレノイドで操作されるバルブ又は、壊れやすい仕切りで実現される。作動した時には、貯蔵室の加圧された貯蔵空間とばねの空間の中の減圧された空洞の間を流体が連通する。これにより、液状薬剤が、ばね駆動のピストンを迂回して、ピストン背後の空間を満たす。それによりばね力を解放し、貯蔵室から患者の身体への圧力勾配が解消される。

図１８は、図１７の圧力解放機構の好ましい実施例を示す。この場合、加圧された貯蔵室のピストンは、隔膜シール１５６を有する。ソレノイドアクチュエータ１６０と連動する穴あけピン１５８が、ピストンのステム（柄）に組み込まれている。緊急の圧力解放機構が、制御部２８によって、電気的な結合（図示しない）を介して作動すると、ソレノイドアクチュエータ１６０が、穴あけピン１５８を下方に引く。それによって、隔膜に穴をあけ、ピストンの上部のカートリッジの空間の中の減圧地域に、加圧された液体を逃がす。

図１６−１８に示すような圧力解放機構は、追加のバックアップの安全システムを提供し、これにより加圧された貯蔵室の使用が、安全上の理由からできない状況に適用できるようになる。

上記の記述は、本発明の単なる一実施例である。本発明の多数の他の変形例が、考えられるが、これらはいずれも本発明の特許請求の範囲に含まれる。

Claims (1)

1. 流路を経て流出口へ液状薬剤を分配する液状薬剤の圧力源を有する薬剤分配装置において、前記流路は流れ規制部と第１バルブと第２バルブを有し、前記流路中の気泡の存在を確認する方法において、
   （ａ）第１バルブと第２バルブの間の圧力が、圧力源の圧力より低くなるよう、第１と第２バルブを操作するステップと、
   （ｂ）圧力蓄積期間のあいだ、第１バルブを開に、第２バルブを閉に維持するステップと、
   （ｃ）圧力蓄積期間の最後に、流路中の気泡の存在又は不存在を、第１と第２バルブの間の圧力測定に基いて、確認するステップと
   を有する
   ことを特徴とする気泡確認方法。

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