專利名稱：醫(yī)用自動(dòng)微型注射器和取樣器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合以自動(dòng)方式既用于注射藥物也用于取樣(血 液或其它)的醫(yī)用微型裝置，該醫(yī)用微型裝置以皮膚、皮下、靜脈、 肌肉或皮內(nèi)方式對人或動(dòng)物進(jìn)行注射和取樣。
特別是，本發(fā)明提供適于能夠進(jìn)行一次或多次無痛注射和/或取樣 的醫(yī)用裝置，并且不會使一個(gè)或多個(gè)人自身產(chǎn)生恐懼或在醫(yī)務(wù)監(jiān)督下 進(jìn)行。
背景技術(shù)：
通常，透皮裝置均采用注射管(syringe)或"貼片(patch)"的形 式。作為示例，注射管可以是注射筆、注射輸送器，或者更通常地說 是由使用者手持的注射器裝置。貼片是使用微針進(jìn)行注射的極平的系 統(tǒng)，其借助任何類型的工具，例如粘著工具、維可勞帶(Velcro strips )、 彈性帶等緊固在皮膚上。
采用注射管或貼片形式的透皮裝置具有可見的針，且尤其是其尺 寸足以令使用者能夠瞄準(zhǔn)血管或者更通常地說是眼睛可見的任何注射 目標(biāo)。
對于某些患者，使用注射管有時(shí)會造成心理障礙，或者甚至是精 神創(chuàng)傷。因此，僅看到針就會使他們昏厥，或者會給他們造成心理壓 力。 一些人甚至發(fā)現(xiàn)無法為其自身進(jìn)行注射。這種情況會對被隔離的 患者(例如承受糖尿病痛苦、需要反復(fù)或者在意外或不可預(yù)知地發(fā)作 時(shí)注射胰島素的患者)產(chǎn)生顯著的后果。
皮內(nèi)裝置，也稱作微針植入物，通常采用置于真皮下、肌肉中、 更準(zhǔn)確地說是血管上或軟骨區(qū)附近的微針植入物的形式。利用這種植 入物，在特定的患者身上進(jìn)行反復(fù)的注射和取樣操作也可能是必需的。因而需要有以反復(fù)的方式注射藥物的裝置，它也可以用于反復(fù)取 樣，例如血液。另外，在使用同一裝置時(shí)，能夠在取樣和注射之間進(jìn) 行交替也將是有利的。
專利文獻(xiàn)DE4221312披露了 一種適于執(zhí)行靜脈和肌肉注射的透 皮裝置。利用多普勒效應(yīng)傳感器注射藥物，多普勒效應(yīng)傳感器能夠在 該裝置移動(dòng)時(shí)檢測到血管的方向和深度。于是使用者必須促使時(shí)鐘指 示器與血管的方向相符。該操作復(fù)雜且困難，并且僅能由有資格的醫(yī) 務(wù)人員來執(zhí)行。
因此，使用這種裝置，不可能自動(dòng)執(zhí)行藥物注射和提取血樣。甚 至于患者不太可能能夠自己執(zhí)行這種注射或取樣操作。
專利申請WO2006/120619A披露了 一種用于注射和取樣操作的系 統(tǒng)，它能夠使與貯液器連接的針插入患者體內(nèi)，特別是該系統(tǒng)包括用 于檢測血管方向的檢測器系統(tǒng)、響應(yīng)該檢測結(jié)果致動(dòng)的控制單元。專 利申請US2003/069509A1披露了另 一種能夠確定適當(dāng)?shù)娜狱c(diǎn)的用于 取樣操作的系統(tǒng)，它包括至少一根能夠被致動(dòng)的針和用于檢測血管的 裝置。但是，這兩種系統(tǒng)不能夠使注射和取樣操作容易且連續(xù)地進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
因而本發(fā)明的目標(biāo)是提供能夠以自動(dòng)方式執(zhí)行注射和/或取樣操 作的裝置，以方便醫(yī)務(wù)人員的工作，提高患者的安全性，并且適于由 患者在沒有畏懼的情況下自己使用。
為此，本發(fā)明提供自動(dòng)且微型化的醫(yī)用注射器和取樣器裝置，它 包括外殼和可相對所述外殼移動(dòng)的至少一根針，該裝置的特征在于其 包括
.適于以預(yù)定量檢測血管存在的檢測系統(tǒng)；
.適于促使針根據(jù)所述檢測系統(tǒng)所提供的信息而移動(dòng)的控制單元； -以及容納要注射物質(zhì)或要抽取樣本的至少一個(gè)貯液器。 應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明因而使自動(dòng)執(zhí)行靜脈注射成為可能。通過 檢測血管，還應(yīng)當(dāng)理解的是當(dāng)不存在預(yù)定量的血管時(shí)，傳感器傳送信息到控制單元?？刂茊卧谑菍?shí)時(shí)獲悉沒有預(yù)定量的血管，從而使執(zhí) 行肌肉注射或皮下注射成為可能。
這樣，使用者無需盯著針并且針的大小也不必是令使用者能夠瞄 準(zhǔn)血管的。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方式中，該裝置包括通過噴射使針與麻 藥和/或消毒物質(zhì)接觸的微機(jī)電部件。
在本發(fā)明的另一個(gè)特定實(shí)施方式中，該裝置包括適于將用于注射 的所述物質(zhì)從貯液器中推出以便執(zhí)行注射的部件，該部件可以是氣動(dòng) 部件或微機(jī)電系統(tǒng)。
在本發(fā)明的另一個(gè)特定實(shí)施方式中，該裝置包括下述特征
-適于使針相對外殼移動(dòng)的微機(jī)電系統(tǒng)；
.適于分析樣本的部件；
.適于傳輸代表分析結(jié)果的信號給外部設(shè)備或另一注射器和取樣 器裝置的部件；
'提供聲音和/或視覺信號的發(fā)信號部件，該聲音和/或視覺信號適 于提供代表檢測系統(tǒng)所接收的信號的信息； .粘性表面； -獨(dú)立電源；
-和/或給針消毒的微型激光器、或者微波或超聲槍。 在本發(fā)明的另一個(gè)特定實(shí)施方式中，該裝置包括適于將所述要抽
取的物質(zhì)的樣本吸入貯液器的部件，該部件可以是氣動(dòng)部件或微機(jī)電系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方式中，每個(gè)貯液器在機(jī)電系統(tǒng)所施加 的壓力作用下都是可變形的。
在本發(fā)明的另一個(gè)特定實(shí)施方式中，該裝置包括分別與相應(yīng)的針 和相應(yīng)的泵裝置連接的多個(gè)貯液器，每個(gè)貯液器與相應(yīng)的針和相應(yīng)的 泵裝置一起形成一個(gè)部分，所述各部分以互為整體的方式組合在一起， 以形成相對外殼可移除的注射筒，并且所述控制單元被設(shè)計(jì)成能夠以 單獨(dú)的方式作用于每個(gè)部分。在本發(fā)明的另一個(gè)特定實(shí)施方式中，該單元包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， 該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成使注射筒在外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而利用機(jī)電系統(tǒng) 使每個(gè)部分相繼移動(dòng)到位。
因此，每個(gè)與相應(yīng)的針和相應(yīng)的泵系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的貯液器總體形成 注射筒的獨(dú)立且完備的部分。因而可以理解的是，利用這種裝置，以 自動(dòng)方式接連進(jìn)行一次或多次注射和取樣操作是可能的。


本發(fā)明的自動(dòng)注射器和取樣器裝置的一個(gè)特定實(shí)施方式在下面得 到更詳細(xì)的描述且在附圖中示出。僅僅借助本發(fā)明的指示性和非限制 性的示例給出該描述。
圖1以軸向截面圖示出采用注射管形式的本發(fā)明的裝置。
圖2以軸向截面圖示出圖1的裝置，其中它的各種可分離的元件 分隔開。
圖3是圖1所示本發(fā)明裝置的注射筒的截面的平面圖。 圖4是示出圖1的裝置為注射而進(jìn)行的操作的圖表。 圖5是示出圖1的裝置為取樣而進(jìn)行的操作的圖表。 圖6是本發(fā)明裝置的一個(gè)軸向截面圖，該裝置被執(zhí)行為一個(gè)特別 平的裝置-也被稱為"貼片"。
具體實(shí)施例方式
圖1示出本發(fā)明采用注射管的特殊構(gòu)造的注射和取樣器裝置1。 裝置1大致是圓筒形的并且包括外殼2，外殼2具有位于其中的可移 除的注射筒3。
如圖2所示，外殼2由三個(gè)互相分離的元件構(gòu)成頂蓋4、中心 圓筒主體5和檢測器基部6。中心圓筒主體5具有中空的構(gòu)造，用以 經(jīng)由其端部中一個(gè)端部接納注射筒3。另一個(gè)端部用以接納頂蓋4。
當(dāng)注射筒被插在中心圓筒主體5中時(shí)，它由基部6來保持。采用 注射管形式的注射和取樣器裝置1因而大致是圓筒形的， 一端有頂蓋4而其相對端有檢測器基部6。
具體來講，頂蓋4由控制單元7、放在頂蓋4外側(cè)部分上的顯示 器8和例如在射頻下操作的收發(fā)器模塊9構(gòu)成。顯示器8可以是液晶 顯示器(LCD)屏或發(fā)光二極管(LED)矩陣。或者，顯示器8可以 由適于產(chǎn)生聲音信號的系統(tǒng)替代。
中心主體5大體包括讀取器和分析器系統(tǒng)10、微型機(jī)電系統(tǒng)11 和用于使注射筒3在外殼2內(nèi)繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)21。術(shù)語微 型機(jī)電系統(tǒng)或微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)用于表示通過執(zhí)行為了制成微型 機(jī)構(gòu)而用在電子工業(yè)中的技術(shù)所構(gòu)成的任何系統(tǒng)。在該實(shí)施方式中， ^/L電系統(tǒng)11例如由活塞及其驅(qū)動(dòng)部件一起構(gòu)成。
具體來講，讀取器系統(tǒng)10例如借助條形碼讀取器能夠識別注射筒 的每個(gè)貯液器13的容納物。有利的是， 一旦注射筒3已插在外殼2 中，讀取器系統(tǒng)10能夠使裝置l確定注射筒3是否容納了例如用于靜 脈注射的物質(zhì)。有利的是，讀取器系統(tǒng)IO還為每個(gè)注射筒提供可追蹤 性。
檢測器基部6大體包括檢測器系統(tǒng)12?？梢栽跈z測器系統(tǒng)12中 使用各種類型的傳感器，這依據(jù)于介入類型靜脈內(nèi)的、肌肉的或皮 下的。例如，使用多普勒效應(yīng)傳感器、紅外線或壓力傳感器、或者實(shí) 際上(indeed)基于雷達(dá)原理操作的傳感器、或者光學(xué)傳感器都是可 能的。根據(jù)所用傳感器的類型，所探測的區(qū)域和量(volume)可以是 棱柱形的、圓筒形的或圓錐形的。例如，使用紅外線或超聲傳感器是 可能的。
作為示例，檢測器系統(tǒng)12確定真皮的厚度、脂肪塊的厚度、全部 血管的大小和深度、肌肉塊的密度、或者骨駱或軟骨區(qū)的存在。
圖3示出如圖l和2所示的可移除注射筒3的頂部，根據(jù)本發(fā)明， 注射筒3由以圓形方式繞注射筒3的縱向軸線布置的多個(gè)部分22構(gòu) 成。每個(gè)部分22自身大體由貯液器13、針、泵裝置14與消毒和麻醉 系統(tǒng)20構(gòu)成。多個(gè)部分22例如借助塑料材料壁穩(wěn)固地組合在一起。
具體地講，每個(gè)部分22包括藥物或血樣的貯液器13，貯液器13具有緊固到其底部部分的泵裝置14。針15經(jīng)由形狀記憶錐體16緊固 在泵裝置14的底部部分。該錐體由具有形狀記憶特性的能夠變形、尤 其是當(dāng)在其上施加電或熱激勵(lì)時(shí)能夠膨脹的金屬制成。形狀記憶錐體 16因而能夠被校準(zhǔn)，以在給定的激勵(lì)下膨脹通過一定的精確距離。
對于每種類型的裝置注射管、貼片或植入物，針是特定的。作 為示例，根據(jù)應(yīng)用和裝置，針的大小可在從0.5mm到8mm的范圍內(nèi)。 針由各種材料制成，比如不銹鋼、鋼合金、注塑或合成的塑料材料、 陶瓷、毫微管......。針適于保持物質(zhì)的外層，所述物質(zhì)是消毒劑和/
或麻醉劑和/或愈合劑，保持借助于任何類型的方法比如微槽或孔口 、 物質(zhì)以凝膠體或薄膜形式的沉積、陶資中的氣孔、或者毫微管中的化 合作用來實(shí)現(xiàn)。在某些應(yīng)用中，這些毫微管針保持被植入并且在體內(nèi) 借助化學(xué)反應(yīng)被緩慢地稀釋，以至于使局部化的處理能夠在不使物質(zhì) 遍布整個(gè)人體的情況下執(zhí)行。某些毫微管針具有借助化學(xué)稀釋或熱融 "釋放，，該管的末尾部分的特性，以至于使血液或一些其它流體的流動(dòng) 能夠盡可能靠近治療區(qū)域地輸送(entrain)毫微管的所述部分，并且 一旦與所述區(qū)域或所治療的疾病接觸，能夠產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)且散布治療 物質(zhì)。
有利的是，可移除的注射筒3僅具有那些需要用于對一個(gè)或多個(gè) 患者進(jìn)行重復(fù)取樣和/或注射的元件。因此，注射筒3是需要更新的消 耗品，因而它的成本被保持盡可能地低?？筛碌南钠返氖褂帽苊?了因執(zhí)行拆卸和殺菌所必需的處理而耗費(fèi)時(shí)間。
貯液器13、泵裝置14、針15和錐體16形成能夠在外殼2中相對 注射筒3的固定底部部分18移動(dòng)的整體組件，所述固定底部部分18 承載在基部6上。包括貯液器13、泵裝置14、針15和錐體16的該組 件沿裝置1的縱向軸線平移。
置于注射筒3的固定底部部分18和泵裝置14之間的彈性元件， 例如彈簧19，施加反向力，以維持泵裝置14和固定底部部分18之間 的縫隙，使得針15不從注射筒3凸出。因此，患者不會受到精神創(chuàng)傷， 因?yàn)獒槦o論在注射前或在注射時(shí)都是看不見的。有利的是，注射筒3的每個(gè)部分22也可以設(shè)置有消毒和麻醉系統(tǒng) 20。消毒和麻醉系統(tǒng)20以固定方式繞該移動(dòng)組件布置在固定底部部分 18上。
控制元件7與檢測器系統(tǒng)12連接，以至于能夠接收檢測信息，尤 其是有關(guān)血管位置和深度的信息?？刂茊卧?還與讀取和分析注射筒 3的系統(tǒng)10、機(jī)電系統(tǒng)ll、顯示器8、收發(fā)器模塊9、泵裝置14、形 狀記憶錐體16及消毒和麻醉系統(tǒng)20連接。
有利的是，上述裝置包括可以互相分離的元件，所述元件與可更 換的注射筒系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，用于提供模塊化的裝置，該裝置可適應(yīng)于要 執(zhí)行的治療、注射或取樣行為。
圖4是解釋本發(fā)明的注射管裝置l在進(jìn)行注射時(shí)的操作的圖表。
在步驟31，使用者將注射和取樣器裝置l放在患者皮膚上，同時(shí) 檢測器基部6與皮膚接觸。檢測器系統(tǒng)12檢測血管的位置和深度并且 傳送信息到控制單元7。
讀取器系統(tǒng)10的在先讀取用于識別注射的物質(zhì)和相應(yīng)的注射模 式，例如靜脈注射?；蛘?，使用者可以告知裝置l要執(zhí)行靜脈注射。
在步驟32，單元7控制顯示器8，以產(chǎn)生告知使用者已檢測到血 管的信號?；蛘?，可以利用裝置1外部的顯示器裝置，例如膝上型電 腦，將血管的檢測結(jié)果發(fā)信號給使用者。在這種情況下，信息由收發(fā) 器模塊9傳送。
在步驟33,當(dāng)在步驟32中由單元7觸發(fā)的計(jì)數(shù)器已測量到注射 器裝置1已保持固定一定時(shí)間段(例如2秒)時(shí)，單元7促使顯示器 8產(chǎn)生指示裝置1已固定在被檢測血管之上的信號。指示裝置1已固 定的信息由檢測器基部6產(chǎn)生，并且該信息與占據(jù)相對于血管固定且 適于進(jìn)行注射的位置的裝置1相對應(yīng)。
在步驟34，讀取器系統(tǒng)10識別容納在準(zhǔn)備用于注射的5&液器13 中的藥物，并且該系統(tǒng)10傳送信號給單元7，使得它能夠核實(shí)物質(zhì)確 實(shí)與所需的注射相符。注射所需的物質(zhì)可能已經(jīng)由使用者預(yù)先選擇， 例如利用膝上型電腦和經(jīng)由收發(fā)器模塊9和控制單元7進(jìn)行。在步驟35,單元7操作機(jī)電系統(tǒng)11，使得機(jī)電系統(tǒng)ll能夠施加 壓力到步驟34中所識別的貯液器13上。貯液器13由可變形的材料制 成并且在其頂部部分設(shè)置有剛性蓋。從而，在由機(jī)電系統(tǒng)ll所施加的 壓力下，剛性蓋沿外殼5的內(nèi)壁移動(dòng)。
在步驟36，單元7控制中空剛性管(未示出)，使得它能夠從泵 裝置14向步驟34中所識別的貯液器13凸出，從而具有經(jīng)由膠嚢刺穿 貯液器13的效果，該膠嚢為此目的而設(shè)置。因而完全保持貯液器13 容納物的無菌。
在步驟37,單元7促使泵裝置14例如借助泵(未示出)將藥物 向針15輸送。單元7也可以促使機(jī)電系統(tǒng)11持續(xù)施加受控的壓力， 幫助從l&液器13傳送物質(zhì)，從而使針的充注更容易。
在步驟38，泵裝置14已測量了藥物經(jīng)過該泵裝置時(shí)的流量，因 而泵裝置14知道什么時(shí)候針15充滿物質(zhì)，在這時(shí)，泵裝置14停止泵 送并且將該事件發(fā)送信號給單元7，單元7同樣又促使機(jī)電系統(tǒng)11停 止操作。在步驟38的末尾，容納在泵裝置14和針15中的空氣已被完 全排出并且被藥物替代。
關(guān)閉閥以防止容納在針和泵裝置內(nèi)的物質(zhì)返回到^液器13中。
在步驟39，單元7促使消毒和麻醉系統(tǒng)20通過泵(未示出)的 使用將一滴物質(zhì)施加在針15上。作為示例，泵可以是單缸泵或可逆泵， 或者它可以是單作用或雙作用隔膜泵，或者實(shí)際上它可以是借助使雙 金屬片的刀片變形來操作的泵。
根據(jù)需要施加的消毒和麻醉物質(zhì)的數(shù)量，泵送消毒和/或麻醉物質(zhì) 所需的時(shí)間可以更短或更長。這樣，可以將非常少量的物質(zhì)直接施加 到針的表面，從而使減少所用物質(zhì)的數(shù)量成為可能?；蛘?，可以通過 噴射或通過電離來施加該物質(zhì)。
特別是，消毒和麻醉系統(tǒng)20可以包括類似貯液器13的由中空剛 性管穿孔的物質(zhì)貯液器。該穿孔系統(tǒng)和泵優(yōu)選設(shè)置在檢測器基部6上， 從而能夠降低可移除注射筒3的成本。
自然，步驟37和步驟39不必是連續(xù)的，相反，它們可以同時(shí)進(jìn)行。
在步驟40，單元7促使機(jī)電系統(tǒng)11再次在貯液器13上施加壓力， 同時(shí)閥保持閉合，使得所施加的壓力具有推動(dòng)由貯液器13、泵裝置14、 針15和錐體16構(gòu)成的整體組件的效果，使得該組件在外殼2內(nèi)移動(dòng)， 如上所述，同時(shí)彈簧19則被壓縮。
因而泵裝置14與注射筒3的固定底部部分18抵接，從而具有使 針15到達(dá)皮膚且經(jīng)過該滴消毒和麻醉物質(zhì)的效果。機(jī)電系統(tǒng)11將整 體組件保持就位。
從而針15被消毒，然后該物質(zhì)流過真皮表面，以便能夠麻醉人或 動(dòng)物身體要進(jìn)行注射的部分。
在步驟41，控制單元7刺激形狀記憶錐體16，以致使其變形并且 帶動(dòng)針15移動(dòng)到達(dá)步驟31中所檢測到的血管的深度。
由于強(qiáng)力麻醉劑的作用，針15無痛刺穿真皮直到血管，在針15 經(jīng)過時(shí)，它沿其壁輸送且保持所述麻醉劑。
在步驟42, —旦針15已穿入血管，單元7則促使閥打開并且操 作泵裝置14的泵，從而將容納在貯液器13內(nèi)的藥物注射到血管中。 單元7可以同時(shí)促使機(jī)電系統(tǒng)11以協(xié)助藥物注射的這種方式操作。
泵裝置14還具有監(jiān)測和調(diào)節(jié)物質(zhì)注射速率的血液壓力和流動(dòng)檢 測器。因此，注射的藥物量被即時(shí)測量，并且能夠根據(jù)應(yīng)用在任何時(shí) 間中斷注射。
如果存在血液的流動(dòng)傾向于將藥物推回|&液器13中的任何危險(xiǎn)， 也可以i殳置止回閥。
在步驟43,泵裝置14的流動(dòng)檢測器和讀取器系統(tǒng)IO告知控制單 元7貯液器13是空的。于是單元7促使泵裝置14的泵停止操作，并 且關(guān)閉閥。而且，控制單元7記住當(dāng)前貯液器已用過。
控制單元7使形狀記憶錐體復(fù)原，于是該錐體不再被刺激并且縮 回，從而使針退回到注射器裝置1中。單元7還促使機(jī)電系統(tǒng)ll停止 操作，從而導(dǎo)致包含貯液器13、泵裝置14、針15和錐體16的組件退 回到它在步驟31中所占據(jù)的初始位置中。在步驟44，單元7控制旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)21，使注射筒3繞其軸線轉(zhuǎn) 動(dòng)，以便能夠利用機(jī)電系統(tǒng)11將具有新的注射物質(zhì)或具有用于取樣的 抽空貯液器的新的部分放到適當(dāng)位置中。
自然，可在本發(fā)明中設(shè)置多種機(jī)電系統(tǒng)11,以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)注射。
圖5是解釋本發(fā)明注射管裝置l在取樣時(shí)的操作的圖表。例如， 本發(fā)明的裝置能夠用于抽取血樣或其它物質(zhì)的樣本，用于抽取皮下液 體比如含滑液的、含淋巴的流體等等的樣本。
在步驟51,使用者在患者皮膚上方移動(dòng)裝置1，同時(shí)檢測器基部 6與皮膚接觸。檢測器系統(tǒng)12檢測血管的位置和深度，并且傳送該信 息給控制單元7。
讀取器系統(tǒng)10的在先讀取已用于識別要執(zhí)行的動(dòng)作是否是取血 樣和識別當(dāng)前貯液器13是否是空的。
在步驟52,單元7促使顯示器8產(chǎn)生告知使用者已檢測到血管的 信號。
在步驟53，當(dāng)在步驟52中由單元7觸發(fā)的計(jì)數(shù)器已測量到注射 器裝置1保持固定一定時(shí)間段(例如2秒)時(shí)，單元7促使顯示器8 產(chǎn)生指示裝置1已固定在檢測到的血管之上的信號。指示裝置1已固 定的信息由檢測器基部6產(chǎn)生，并且與相對血管具有固定位置的裝置 l相對應(yīng)，該位置適于注射。
在步驟54，讀取器系統(tǒng)10核實(shí)準(zhǔn)備用于取樣的貯液器13是否真 的是空的。
在步驟55，單元7促使消毒和麻醉系統(tǒng)20利用泵(未示出)將 一滴物質(zhì)施加到針15上。
根據(jù)需要施加的消毒和麻醉物質(zhì)的數(shù)量，泵送消毒和/或麻醉物質(zhì) 所需的時(shí)間可以更短或更長。或者，可以通過噴射或通過電離來施加 該物質(zhì)。
具體地，消毒和麻醉系統(tǒng)20可以包括類似貯液器13的由中空剛 性管穿孔的物質(zhì)貯液器。該穿孔系統(tǒng)和泵優(yōu)選設(shè)置在檢測器基部6上， 以便降低可移除注射筒3的成本。在步驟56，單元7促使機(jī)電系統(tǒng)11施加壓力到步驟54中所識別 的貯液器13上。由于這些閥被關(guān)閉，所施加的壓力具有推動(dòng)由貯液器 13、泵裝置14、針15和錐體16構(gòu)成的整體組件的效果，該組件在外 殼2內(nèi)移動(dòng)，如上所述，并且同時(shí)彈簧19被壓縮。
因而泵裝置14與注射筒3的固定底部部分18抵接，從而具有使 針15經(jīng)過該滴消毒和麻醉物質(zhì)到達(dá)皮膚的效果。機(jī)電系統(tǒng)11保持該 整體組件就位。
因而針15被消毒，然后該物質(zhì)流過真皮表面，以致能夠麻醉人或 動(dòng)物身體要執(zhí)行注射的部分。
在步驟57,控制單元7刺激形狀記憶錐體16，該錐體16變形且 促使針15移動(dòng)到步驟51中所檢測到的血管的深度。
由于強(qiáng)力麻醉劑的作用，針15無痛刺穿真皮直到血管，在針15 經(jīng)過時(shí)，它沿其壁輸送且保持所述麻醉劑。
在步驟58，當(dāng)針15已刺入血管時(shí)，單元7促使中空剛性管從泵 裝置14向步驟54中所識別的貯液器13凸出，使得能夠經(jīng)由膠嚢刺穿 抽空的貯液器13，所述膠嚢是為此目的而設(shè)置的。貯液器13內(nèi)部因 而完全保持無菌。
在步驟59，單元7促使閥打開并促使泵裝置14的泵操作，從而 能夠從血管中抽血并將血輸送到貯液器13中。單元7也能夠促使機(jī)電 系統(tǒng)ll同時(shí)作用，以協(xié)助抽取血樣。
泵裝置14還具有監(jiān)測和控制取血樣的速率的血液壓力和流動(dòng)檢 測器。因此，抽取的血量被即時(shí)測量，并且，取樣可以根據(jù)應(yīng)用被隨 時(shí)中斷。
在步驟60，由于泵裝置14已測量到經(jīng)過它的藥物流量，它得知 貯液器13充滿血液，因此使泵裝置14的泵停止操作，使閥閉合，并 且發(fā)送該事件的信號給單元7，單元7還促使機(jī)電系統(tǒng)11停止操作， 從而促使包括貯液器13、泵裝置14、針15和錐體16的組件退回到外 殼2中。而且，控制單元7記住當(dāng)前貯液器已用于取樣。
或者，讀取器和分析器系統(tǒng)10能夠適用于測量貯液器13的充注程度并且適用于當(dāng)貯液器充滿時(shí)告知單元7，使得單元7隨后停止泵 的操作，停止機(jī)電系統(tǒng)ll的操作，并且使閥閉合。
控制單元7使形狀記憶錐體16復(fù)原，該錐體16于是不再被刺激 并且縮回，從而將針移動(dòng)到注射器裝置1中。單元7還停止機(jī)電系統(tǒng) 11的操作。
在步驟61，單元7促使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)21使注射筒3繞其軸線轉(zhuǎn) 動(dòng)，以便利用機(jī)電系統(tǒng)11將具有用于注射的新物質(zhì)或用于取樣的新抽 空貯液器的新的部分放在適當(dāng)位置中。
因此，本發(fā)明的裝置在使用具有多個(gè)貯液器(部分)的同一裝置 的同時(shí)能夠用于執(zhí)行不同的藥物注射以及用于從多個(gè)患者體內(nèi)重復(fù)取 樣。而且，本發(fā)明的裝置也能夠使用具有多個(gè)貯液器(部分)的單個(gè) 裝置在單一患者身上取樣，然后進(jìn)行注射。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方式中， 一個(gè)或多個(gè)生物芯片集成在J^ 液器13中，以便能夠?qū)θ菁{在貯液器中的樣本在原處執(zhí)行一個(gè)或多個(gè) 分析。然后分析的結(jié)果由讀取器和分析器系統(tǒng)IO來記錄和處理，并利 用有線或無線部件由收發(fā)器模塊9傳送到外部設(shè)備上，例如，手提電 腦或醫(yī)療服務(wù)器，其中所傳送的信號是數(shù)字的或模擬的，并且在某些 安全應(yīng)用中使用編碼。
當(dāng)多個(gè)注射器和取樣器裝置1結(jié)合使用，既用于執(zhí)行取樣操作， 又用于注射操作時(shí)，取樣的裝置可能包括適于傳送代表樣本分析結(jié)果 的信號到另一個(gè)注射器裝置的部件。在這種情況下，這兩個(gè)裝置可以 設(shè)置在共同的外殼內(nèi)，或者可以是獨(dú)立的，使得在分隔開的區(qū)域上執(zhí) 行取樣和注射操作成為可能。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方式中，消毒系統(tǒng)20可由微型激光器裝 置、或者微波或超聲槍替代。微型激光器裝置既適于對針進(jìn)行消毒， 而且適于在不會由此灼傷真皮的情況下對皮膚進(jìn)行消毒。
在圖6所示的不同實(shí)施方式中，本發(fā)明可應(yīng)用于借助針進(jìn)行微注 射的極平裝置，此處這種裝置也稱作"貼片"。在這種情況下，注射器 和取樣器裝置70具有與皮膚72相容的粘性表面71。這樣，該裝置適于重復(fù)執(zhí)行取樣操作，隨后進(jìn)行分析和注射，而不必根據(jù)血管的存在 與否來重新布置貼片。
圖6示出本發(fā)明采用貼片的特定構(gòu)造的注射器和取樣器裝置1， 該貼片可以是相對柔軟的。裝置70在其粘性表面71處大體是扁平形 狀的，而在其頂部部分之上是相對凸出的形狀。貼片裝置70包括三個(gè) 互相分離的元件凸出的外殼73、置于外殼內(nèi)的注射筒74和將注射 筒74保持在外殼73內(nèi)的檢測器基部75。
特別是，外殼73具有放在外殼外部部分上的顯示器76、控制單 元77、例如在射頻下操作的收發(fā)器模塊78、使注射筒70繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng) 的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)89和微型機(jī)電系統(tǒng)86。
作為示例，顯示器76可包括LCD屏或LED矩陣?；蛘?，顯示 器76可由適于產(chǎn)生聲音信號的系統(tǒng)來替代。
在本發(fā)明中，可移除的注射筒74更具體地包括繞注射筒74的縱 向軸線分布的多個(gè)部分。每個(gè)部分都包括例如具有緊固于其底部部分 的泵裝置80的藥物用于容納血樣的J^液器79。
針81經(jīng)由形狀記憶錐體82緊固于泵裝置80的底部部分。該錐體 由能夠變形，尤其能夠在有電或熱激勵(lì)施加其上時(shí)膨脹的形狀記憶金 屬制成。形狀記憶錐體82因此能夠被校準(zhǔn)，以在給定的激勵(lì)下膨脹通 過精確的距離。
貯液器79、泵裝置80、針81和錐體82形成能夠在外殼73內(nèi)相 對注射筒74的固定底部部分83移動(dòng)的整體組件，該固定底部部分承 載在基部75上。包括貯液器79、泵裝置80、針81和錐體82的該組 件能夠在外殼73內(nèi)平移。
位于注射筒74的固定底部部分83和泵裝置80之間的彈性隔膜 84施加用于在泵裝置80和固定底部部分83之間保持縫隙的反向力， 使得針81不會從注射筒74凸出。患者從而不會受到精神傷害，因?yàn)?無論在注射前或注射中，針都是看不到的。
有利的是，注射筒74的每個(gè)部分也可以設(shè)置有消毒和麻醉系統(tǒng) 85。消毒和麻醉系統(tǒng)85繞該移動(dòng)組件固定放置在固定底部部分83上。檢測基部75大體包括用于讀取和分析注射筒74的系統(tǒng)87以及檢 測器系統(tǒng)88。
具體地，讀取器系統(tǒng)87例如借助條形碼讀取器能夠識別注射筒的 每個(gè)貯液器79的容納物。有利的是， 一旦注射筒74已插入外殼73， 讀取器系統(tǒng)87則能夠使裝置70確定注射筒74是否容納了例如用于靜 脈注射的物質(zhì)。
在檢測器系統(tǒng)88中，可以根據(jù)注射類型靜脈、肌肉、或皮下來 使用各種類型的傳感器。作為示例，使用多普勒效應(yīng)傳感器、紅外線 或壓力傳感器、或者實(shí)際上基于雷達(dá)原理操作的傳感器或光學(xué)傳感器 是可能的。根據(jù)所用傳感器的類型，所探測的表面和量可以是棱柱形 的、圓筒形的或圓錐形的。例如，使用紅外線或超聲傳感器是可能的。
例如，檢測器系統(tǒng)88因而檢測真皮厚度、脂肪塊的厚度、任意血 管的大小和深度、肌肉塊的密度、或者骨骼區(qū)或軟骨區(qū)的存在。
控制單元77與檢測器系統(tǒng)88連接，以便能夠接收所檢測的信息， 尤其是關(guān)于血管位置和深度的信息?？刂茊卧?7還與用于讀取和分析 注射筒74的系統(tǒng)87、機(jī)電系統(tǒng)86、顯示器76、收發(fā)器模塊78、泵裝 置80、形狀記憶錐體82以及消毒和麻醉系統(tǒng)85連接。
有利的是，上述裝置包括互相分離的元件，它們與可替代的注射 筒系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，用于獲得模塊化的裝置，該裝置可適用于要執(zhí)行的治 療、注射或取樣操作。
貼片系統(tǒng)70的操作與注射管裝置1的操作相似，如參照圖4用于 注射和參照圖5用于取樣的詳細(xì)描述。
而且，本發(fā)明的注射器和取樣器裝置能夠以對本領(lǐng)域技術(shù)人員而 言顯而易見的方式適用于采用微針植入形式的應(yīng)用。在這種情況下， 植入物例如被置于真皮下、肌肉中、血管上或朝向軟骨區(qū)。
在本發(fā)明的不同實(shí)施方式中，注射筒的各部分能夠以直線方式而 非圓形方式布置，使得不需要為了執(zhí)行注射或取樣操作而轉(zhuǎn)動(dòng)注射筒。 在這種情況下，可在每個(gè)部分之上提供機(jī)電活塞裝置。
在上述實(shí)施方式中，應(yīng)當(dāng)理解的是形狀記憶錐體可由任何合適的微機(jī)電系統(tǒng)替代，而不會由此超出本發(fā)明范圍。
此外，當(dāng)使用微機(jī)電系統(tǒng)時(shí)，本發(fā)明的裝置可包括獨(dú)立
(self-contained)電源。該電源例如可以采用可再充電的電池或光電 池的形式。
從上面的描述可以看出，本發(fā)明的裝置呈現(xiàn)出許多優(yōu)勢 -它能夠使人們以安全的方式自己給自己注射或取血樣； -它使得能夠注射不同藥物；
-它使得能夠利用單一裝置且不改變貯液器，從多個(gè)患者體內(nèi)重復(fù)
取樣；
.它使得能夠利用單一裝置且不改變貯液器，在給定的患者身上取
樣，然后進(jìn)行注射；
.它使得能夠避免一見到針就產(chǎn)生的任何壓力； 它使取樣操作和注射操作幾乎無痛；
-它使顯著減少所需要的消毒、麻醉或治療物質(zhì)的數(shù)量成為可能； -以及它減少在針錯(cuò)誤定位時(shí)所出現(xiàn)的這類注射錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)和微型化的醫(yī)用注射器和取樣器裝置(1；70)，該注射器和取樣器裝置包括外殼(2；73)和相對所述外殼(2；73)能移動(dòng)的至少一根針(15；81)，該裝置的特征在于其包括·適于以預(yù)定量檢測血管的存在的檢測器系統(tǒng)(12；88)；·適于促使所述針根據(jù)所述檢測器系統(tǒng)(12；88)所提供的信息進(jìn)行移動(dòng)的控制單元(7；77)；以及·用于容納要注射的物質(zhì)或要抽取的樣本的至少一個(gè)貯液器(13；79)。
2. 如權(quán)利要求l所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于其包 括用于使所述針與麻醉物質(zhì)接觸的部件(20; 85)。
3. 如權(quán)利要求1所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于其包 括用于使所述針與消毒物質(zhì)接觸的部件(20; 85)。
4. 如權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的注射器和取樣器裝置，其 特征在于用于使所述針與所述物質(zhì)之一接觸的部件(20; 85)包括適 于在所述針上噴射所述麻醉物質(zhì)或所述消毒物質(zhì)的元件。
5. 如權(quán)利要求4所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于所述 適于在所述針上噴射所述物質(zhì)的元件包括微機(jī)電系統(tǒng)。
6. 如權(quán)利要求l所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于其包 括適于將用于注射的所述物質(zhì)從所述貯液器推出以便進(jìn)行注射的部件(11、 14; 80、 86)。
7. 如權(quán)利要求6所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于所述 適于將用于注射的所述物質(zhì)從所述貯液器推出的部件(11、 14; 80、 86)是氣動(dòng)的。
8. 如權(quán)利要求6所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于所述 適于將用于注射的所述物質(zhì)從所述貯液器推出的部件(11、 14; 80、 86)包括微機(jī)電系統(tǒng)。
9. 如權(quán)利要求1所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于該注射器和取樣器裝置包括適于使所述針相對所述外殼移動(dòng)的微機(jī)電系統(tǒng)(11、 16; 86、 82)。
10. 如權(quán)利要求1所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于其包 括適于分析樣本的部件(10; 87)。
11. 如權(quán)利要求IO所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于其包 括適于傳送代表分析結(jié)果的信號到外部設(shè)備的部件(9; 78)。
12. 如權(quán)利要求IO所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于其包 括適于傳送代表分析結(jié)果的信號到另 一個(gè)注射器和取樣器裝置(1; 70 ) 的部件(9; 78)。
13. 如權(quán)利要求1所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于其包 括適于提供代表由所述檢測器系統(tǒng)(12; 88)所接收的信號的信息的 發(fā)信號部件(8; 76)。
14. 如權(quán)利要求13所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于所述 發(fā)信號部件(8; 76)提供聲音和/或視覺信號。
15. 如權(quán)利要求1所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于其包 括粘性表面(71 )。
16. 如權(quán)利要求1所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于其包 括獨(dú)立電源。
17. 如權(quán)利要求l所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于其包 括適于將要抽取的所述物質(zhì)吸入所述貯液器以進(jìn)行取樣的部件(11、 14; 80、 86)。
18. 如權(quán)利要求17所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于所述 適于將要抽取的所述物質(zhì)吸入所述貯液器的部件(11、 14; 80、 86) 是氣動(dòng)部件。
19. 如權(quán)利要求17所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于所述 適于將要抽取的所述物質(zhì)吸入所述貯液器的部件(11、 14; 80、 86) 包括微機(jī)電系統(tǒng)。
20. 如前述任一權(quán)利要求所述的注射器和取樣器裝置，其特征在 于每個(gè)貯液器(13; 79)在由機(jī)電系統(tǒng)(11; 86)所施加的壓力的作用下都是可變形的。
21. 如前述任一權(quán)利要求所述的注射器和取樣器裝置，其特征在 于其包括微型激光器、或微波、或超聲槍，用于對所述針進(jìn)行消毒。
22. 如前述任一權(quán)利要求所述的注射器和取樣器裝置，其特征在 于其包括分別與相應(yīng)的針(15; 81)以及與相應(yīng)的泵裝置(14; 80) 連接的多個(gè)貯液器(13; 79)，每個(gè)貯液器與相應(yīng)的針和相應(yīng)的泵裝置 一起形成一個(gè)部分(22)，所述部分(22)以互為整體的方式組合在一 起，以形成相對所述外殼(2; 73)可移除的注射筒(3; 74)，并且所 述控制單元(7; 77 )被設(shè)計(jì)成以單獨(dú)的方式作用于每個(gè)所述部分(22 )。
23. 如權(quán)利要求22所述的注射器和取樣器裝置，其特征在于其包 括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(21; 89)，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(21; 89)被設(shè)計(jì)成使所 述注射筒(3; 74)在所述外殼(2; 73)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而利用所述機(jī)電 系統(tǒng)(11; 86)使每個(gè)所述部分(22)相繼就位。
全文摘要
一種自動(dòng)和微型化的醫(yī)用注射器和取樣器裝置(1)，包括外殼(2)和相對所述外殼(2)能移動(dòng)的至少一根針(15)。該注射器和取樣器裝置包括適于以預(yù)定量檢測血管的存在的檢測器系統(tǒng)(12)；適于根據(jù)所述檢測器系統(tǒng)(12)提供的信息來控制針的移位的控制單元(7)；以及用于容納注射的物質(zhì)或要抽取的物質(zhì)的至少一個(gè)貯液器(13)。
文檔編號A61B5/157GK101553266SQ200780043424
公開日2009年10月7日 申請日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
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