(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-15
(45)【発行日】2022-04-25
(54)【発明の名称】自動流体注入装置
(51)【国際特許分類】
A61M 5/20 20060101AFI20220418BHJP
A61M 5/168 20060101ALI20220418BHJP
A61M 5/32 20060101ALI20220418BHJP
【FI】
A61M5/20
A61M5/168
A61M5/32 510H
(21)【出願番号】P 2020504451
(86)(22)【出願日】2018-04-06
(86)【国際出願番号】 FR2018050863
(87)【国際公開番号】W WO2018189462
(87)【国際公開日】2018-10-18
【審査請求日】2021-03-04
(32)【優先日】2017-04-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(73)【特許権者】
【識別番号】502343252
【氏名又は名称】アプター フランス エスアーエス
【氏名又は名称原語表記】APTAR FRANCE SAS
【住所又は居所原語表記】Lieu-dit Le Prieure,27110 Le Neubourg,France
(74)【代理人】
【識別番号】110001900
【氏名又は名称】特許業務法人 ナカジマ知的財産綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】リーブス サム
【審査官】竹下 晋司
(56)【参考文献】
【文献】特表2002-537028(JP,A)
【文献】特表2006-526446(JP,A)
【文献】特表2013-533069(JP,A)
【文献】特表2005-530565(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
A61M 5/00 - 5/52
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
自動流体注入装置であって、
注射部位に接触するための支持体(2)に固定された本体(1)と、
前記注射部位を突き刺すための注射針(40)および形状記憶合金からなる穿刺アクチュエータ(49)を含む針アセンブリ(4)と、
注射機構(7,8,9,10,11)と
を備え、
前記本体(1)は流体が入れられた1以上の容器(5)を含み、
前記容器(5)はその内部に注射ピストン(6)を有し、
前記
針アセンブリ(4)は、
退避リング(42)と、
針支持部(44)と、
前記穿刺アクチュエータ(49)の一端が固定された穿刺リング(45)と、
退避バネ(46)と、
アクチュエータリング(47)と、
穿刺バネ(48)と
を含み、
前記穿刺アクチュエータ(49)は、通電によるジュール熱で収縮するものであり、
前記針支持部(44)は、前記穿刺リング(45)内を前記注射部位に向かう注射方向に移動可能であり、前記穿刺リング(45)は、前記退避リング(42)に対して前記注射方向とは反対の退避方向に移動可能であり、前記アクチュエータリング(47)は、前記穿刺リング(45)に対して前記注射方向に移動可能であり、
休止時
において、第1阻止手段により
前記針支持部(44)の前記注射方向への移動が阻止されるとともに前記針支持部(44)を前記注射方向に付勢する前記穿刺バネ(48)が圧縮された状態で保持され
、かつ、第2阻止手段により前記退避リング(42)に対する前記穿刺リング(45)の前記退避方向への移動が阻止されるとともに前記穿刺リング(45)を前記退避方向に付勢する前記退避バネ(46)が圧縮された状態で保持されており、
前記穿刺アクチュエータ(49)を、その収縮が最大収縮の50%に到達するまで
ジュール熱により作動させると、
前記アクチュエータリング(47)が前記穿刺リング(45)に対して移動することによって、
前記第1阻止手段による阻止が解除されて前記穿刺バネ(48)が伸張して、
前記針支持部(44)が前記注射方向に移動することで、前記注射針(40)が前記注射部位に挿入し、
前記穿刺アクチュエータ(49)を、その収縮が最大収縮の100%に到達するまで
ジュール熱により作動させると、
前記アクチュエータリング(47)が
前記穿刺リング(45)に対して
さらに移動することによって、
前記第2阻止手段による阻止が解除されて前記退避バネ(46)が伸張して、前記退避リング(42)に対して、前記穿刺リング(45)と、前記針支持部(44)および前記注射針(40)が相互に連結したアセンブリとが
前記退避方向に移動することで、前記注射針(40)を前記注射部位から退避させる
ことを特徴とする自動流体注入装置。
【請求項2】
前記穿刺アクチュエータ(49)は、ワイヤであり、好ましくはニッケル・チタン合金(ニチノール)からなるワイヤである
ことを特徴とする請求項1に記載の自動流体注入装置。
【請求項3】
前記ワイヤ(49)は、加熱によりマルテンサイト相に変態して、その物理的寸法、具体的には長さが変化する
ことを特徴とする請求項2に記載の自動流体注入装置。
【請求項4】
前記注射機構は、
膨張性材料を含むアクチュエータキャップ(7)と、
前記膨張性材料を加熱して膨張させて、前記注射ピストン(6)を前記容器(5)の内部で移動させることにより、前記注射針(40)から前記流体を前記注射部位に注入させる加熱手段(9)と
を含む
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の自動流体注入装置。
【請求項5】
前記膨張性材料は、熱膨張性微小球体を含む
ことを特徴とする請求項4に記載の自動流体注入装置。
【請求項6】
前記熱膨張性微小球体は、炭化水素を封入した中空の熱可塑性微小球体を含む
ことを特徴とする請求項5に記載の自動流体注入装置。
【請求項7】
前記熱可塑性微小球体
に封入された前記炭化水素が60℃~90℃の温度範囲に加熱されて膨張して気相に変態することにより、前記熱膨張性微小球体は元の体積の5倍~70倍に膨張する
ことを特徴とする請求項6に記載の自動流体注入装置。
【請求項8】
前記支持体(2)は、前記注射部位に固定するためのステッカーを有する
ことを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の自動流体注入装置。
【請求項9】
前記容器(5)それぞれに入れられた流体の量は、1mL~10mLの範囲であり、好ましくは約3mLである
ことを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の自動流体注入装置。
【請求項10】
前記容器(5)の数は、複数であり、好ましくは3つである
ことを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の自動流体注入装置。
【請求項11】
さらに、電源手段、好ましくは任意の充電池を備える
ことを特徴とする請求項1~10のいずれか1項に記載の自動流体注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動流体注入装置に関する。
【背景技術】
【0002】
自動流体注入装置は公知技術であり、特に自己注射器が含まれる。自己注射器では、一般的にはシリンジである容器に入れられた流体が、アクチュエータシステムによって自動的に注射される。このアクチュエータシステムは、通常は負荷バネを含み、起動するとピストンを容器の内部で移動させることにより流体が注射される。
【0003】
そのような従来の装置には、問題が生じることがある。具体的には、投与流体が多量であったり比較的粘性であったり、複数種類の流体を組み合わせて1回で投与する必要があったりする場合である。
【0004】
特許文献1~4は、従来の装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】国際公開第WO2008/024814号
【文献】国際公開第WO2004/056411号
【文献】欧州特許出願公開第0462508号明細書
【文献】米国特許出願公開第2010/021311号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、上述の問題が生じない自動流体注入装置を提供することである。
【0007】
本発明の別の目的は、流体が多量および/または高粘性であっても自動注入が可能な自動流体注入装置を提供することである。
【0008】
本発明のさらに別の目的は、製造および組立が容易で安価な自動流体注入装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
よって本発明は、自動流体注入装置であって、注射部位に接触するための支持体に固定された本体と、前記注射部位を突き刺すための注射針および形状記憶合金からなる穿刺アクチュエータを含む針アセンブリと、注射機構とを備える自動流体注入装置を提供する。前記本体は流体が入れられた1以上の容器を含む。前記容器はその内部に注射ピストンを有する。前記注射機構は、退避リングと、針支持部と、前記穿刺アクチュエータの一端が固定された穿刺リングと、退避バネと、アクチュエータリングと、穿刺バネとを含む。前記穿刺バネおよび退避バネは、休止時はそれぞれに対応する阻止手段により圧縮された状態で保持されている。前記穿刺アクチュエータを、その収縮が最大収縮の50%に到達するまで加熱により作動させると、前記アクチュエータリングが前記穿刺リングに対して移動することによって、前記針支持部が解放されて前記穿刺バネが伸張して、前記注射針が前記注射部位に挿入する。前記穿刺アクチュエータを、その収縮が最大収縮の100%に到達するまで加熱により作動させると、前記アクチュエータリングが前記退避リングに対して移動することによって、前記穿刺リングと、前記針支持部および前記注射針が相互に連結したアセンブリとが解放されて、前記退避バネが前記注射針を前記注射部位から退避させる。
【0010】
有利には、前記穿刺アクチュエータは、ワイヤであり、好ましくはニッケル・チタン合金(ニチノール)からなるワイヤである。
【0011】
有利には、前記ワイヤは、加熱によりマルテンサイト相に変態して、その物理的寸法、具体的には長さが変化する。
【0012】
有利には、前記注射機構は、膨張性材料を含むアクチュエータキャップと、前記膨張性材料を加熱して膨張させて、前記注射ピストンを前記容器の内部で移動させることにより、前記注射針から前記流体を前記注射部位に注入させる加熱手段とを含む。
【0013】
有利には、前記膨張性材料は、熱膨張性微小球体を含む。
【0014】
有利には、前記熱膨張性微小球体は、炭化水素を封入した中空の熱可塑性微小球体を含む。
【0015】
有利には、前記熱可塑性微小球体が60℃~90℃の温度範囲に加熱されて膨張して気相に変態することにより、前記熱膨張性微小球体は元の体積の5倍~70倍に膨張する。
【0016】
有利には、前記支持体は、前記注射部位に固定するためのステッカーを有する。
【0017】
有利には、前記容器それぞれに入れられた流体の量は、1ミリリットル(mL)~10mLの範囲であり、好ましくは約3mLである。
【0018】
有利には、前記容器の数は、複数であり、好ましくは3つである。
【0019】
有利には、前記自動流体注入装置は、さらに、電源手段、好ましくは任意の充電池を備える。
【図面の簡単な説明】
【0020】
以下に示す詳細な説明および添付図面は、非限定的な例に基づいて本発明の特徴や利点を明確にするものである。
【
図1】好適な実施形態に係る自動流体注入装置を示す分解斜視図である。
【
図2】プライミング前の
図1の装置を示す側面図である。
【
図3】プライミング後の
図1の装置を示す側面図である。
【
図4】好適な実施形態に係る針アセンブリの分解斜視図である。
【
図5】
図4の針アセンブリの作動シーケンスを示す側面図である。
【
図6】
図4の針アセンブリの作動シーケンスを示す側面図である。
【
図7】
図4の針アセンブリの作動シーケンスを示す側面図である。
【
図8】
図4の針アセンブリの作動シーケンスを示す側面図である。
【
図9】
図1の装置の作動シーケンスを示す側面図である。
【
図10】
図1の装置の作動シーケンスを示す側面図である。
【
図11】
図1の装置の作動シーケンスを示す側面図である。
【
図12】炭化水素を封入した微小球体の動作を説明する図である。
【
図13】炭化水素を封入した微小球体の体積膨張を温度の関数として示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明は、比較的多量の流体の投与に特に適した自動流体注入装置に関する。投与流体は、典型的には1mL~10mLの範囲である約数mLであり、例えば3mLである。また本発明の自動流体注入装置は、比較的粘性の流体の投与にも適している。
【0022】
本発明の装置は、使い捨て式であることが好ましく、以下の手順により操作可能である。
【0023】
1)装置を包装から取り出して、注射部位に例えば専用のステッカーで固定する。
【0024】
2)アクチュエータボタン200を押下して装置を作動させる。具体的には、プライミング、注射針の注射部位への挿入、流体の投与、および注射針の退避を行う。
【0025】
3)注射処置が終了するとその旨が通知されるので、装置を体から離して処分する。
【0026】
図1は、好適な実施形態に係る自動流体注入装置を示す。
【0027】
装置は、本体1と、プライミングアセンブリ3と、針アセンブリ4と、注射機構7~11と、電源手段(図示せず)とを備える。本体1は、注射部位に接触するための支持体2に固定されており、流体が入れられた1以上の容器5を含む。容器5はその内部に注射ピストン6を有する。プライミングアセンブリ3は、プライミングアクチュエータと、容器5を突き刺すための1以上のプライミング針31とを含む。針アセンブリ4は、注射部位を突き刺すための注射針40(
図1には図示せず)を含む。
【0028】
一例として、電源手段は任意の充電池でもよい。
【0029】
本実施形態に係る注射機構は熱式である。
【0030】
本実施形態に係るシステムは、3つの容器5に、プライミングアセンブリ3および針アセンブリ4を組み合わせている。
【0031】
装置を作動させると、以下に示す一連の内部制御プロセスが生じる。
【0032】
1)プライミングアセンブリ3が作動して、プライミングコントローラに膜体または容器への突き刺しの完了を通知する。なお、プライミングアセンブリ3にマイクロスイッチのような通知機構を含めてもよい。
【0033】
2)注射針が電子制御式機構により挿入する。このシステムにも、注射コントローラに穿刺の完了を通知する通知部を含めてもよい。
【0034】
3)注射機構が作動する。
【0035】
4)注射針が電子制御式機構により退避する。マイクロスイッチやオープンループタイマーなどの通知機構により(例えばダイオードを用いて視覚的におよび/または例えば音声信号を用いて聴覚的に)、ユーザに装置を体から離してもよいことを通知する。
【0036】
上述のシーケンスでは、プライミングアセンブリおよび注射アセンブリに、具体的にはプライミング針および注射針に、少量の空気が含まれることがある。このような状態で装置が使用されると、針に空気が含まれたまま、皮下組織に流体が注入されることになる。
【0037】
空気の含有を微量でも許容できない場合は、装置の作動シーケンスに以下の追加ステップ1.1を含めてもよい。
【0038】
1.1)プライミングが完了してから注射針が注射部位に挿入するまでの間に、早めに注射機構を作動させて、容器から少量の流体を吐出してプライミングアセンブリおよび注射アセンブリの空気を抜く。
【0039】
有利には、
図2および
図3から分かるように、作動するまでは容器5はセプタムからなる膜体35で塞がれており、作動が開始すると各容器に対応するプライミング針31が突き刺ささる。
【0040】
プライミングアセンブリ3は、線形プライミングアクチュエータ(図示せず)に制御される単一の運動軸上を移動することが好ましい。
【0041】
プライミングアクチュエータとしては、適切な方式のものが考えられる。具体的には、形状記憶合金(SMA)アクチュエータ、電磁ソレノイド式アクチュエータおよび電磁ウォームギア式アクチュエータである。
【0042】
装置を作動させると、プライミングアセンブリ3は以下の動作を実行する。
【0043】
1)プライミング針31は、休止時において作動開始までは、例えばエラストマーからなるマスク32でそれぞれ塞がれているので、滅菌状態が維持される。
【0044】
2)プライミングアクチュエータが作動すると、
図3の矢印Fが示すように、プライミングアセンブリ3は容器5の膜体35に向かって進む。
【0045】
3)針マスク32が容器5に押し付けられて変形するので、プライミング針31は膜体35を連続的に進行して、容器5に突き刺さる。
【0046】
4)薬剤が適切に投与される間、プライミングアクチュエータはプライミング針31の位置がずれないようにする。
【0047】
上記実施形態により得られる利点を以下に詳述する。
【0048】
1)プライミング針31は、休止時は無菌環境で保護されている。
【0049】
2)プライミングアセンブリ3は、容器5が1つでもあれば機能する。よって、プライミング針31のうち、未使用のままであったり容器に突き刺さらなかったりする針があれば、システムは、そのような針に対しては機能せず、残りの針のために機能する。
【0050】
プライミングが完了すると、穿刺アクチュエータにより針アセンブリ4の注射針40が患者の注射部位に挿入する。
【0051】
図1~
図3に例示するように容器5を複数用いる場合、容器5それぞれに対応して突き刺さるプライミング針31は、いずれも単一の注射針40に連結している。
【0052】
有利には、針アセンブリ4は、注射針40の他に、任意の針スリーブ41と、退避リング42と、針支持部44と、穿刺リング45と、退避バネ46と、アクチュエータリング47と、穿刺バネ48と、形状記憶合金(SMA)からなる穿刺アクチュエータとを備える。本実施形態では、穿刺アクチュエータはワイヤ49である。
【0053】
ニッケル・チタン合金(ニチノール)のようなSMA材料は、加熱によりマルテンサイト相に変態する。有利には、この加熱にジュール効果を利用できる。SMA材料が相変態すると、その物理的寸法が変化する。言い換えれば、本実施形態に係るワイヤ49の長さが収縮する。
【0054】
SMAワイヤで発生し得る最大歪みは一般的には約10%である。有利には、本実施形態ではループによって構成要素に必要な動きをとらせる。
【0055】
SMAワイヤ49は、冷却されると、本実施形態では活性化電流が遮断された後の自然対流によって、元の物理的状態に戻る。ここでは、ワイヤが初期形状に戻るためのバネ要素は、アクチュエータリング47に組み込まれた湾曲した一連のタブ470である。
【0056】
針に対する穿刺バネ48および退避バネ46は、いずれも圧縮された状態であり、それぞれに対応する阻止手段により保持されている。
【0057】
SMAアクチュエータ49を、その収縮が最大収縮の50%に到達するまでジュール加熱により作動させると、アクチュエータリング47が穿刺リング45の肩部451に向かって移動する。なお、肩部451には、SMAアクチュエータ49の一端が固定されている。
【0058】
図示の実施形態では、この動きにより針支持部44のスナップ留めタブ440が変形して、針支持部44が解放されて穿刺バネ48が伸張する。
【0059】
穿刺バネ48が伸張すると、針支持部44および注射針40が穿刺リング45の中央穴を通過する。
【0060】
穿刺バネ48の伸張により、注射針40が患者の注射部位に挿入する。
【0061】
図示の実施形態では、穿刺リング45の本体に設けられた切り欠き450に、スナップ留めタブ440が係合して、針支持部44の動きが停止する。
【0062】
【0063】
図7の断面図は、退避リング42のスナップ留めタブ420の機能を示すために、
図6に対して45°回転させている。
【0064】
SMAアクチュエータ49(
図7には図示せず)を、その収縮が最大収縮の100%に到達するまでジュール加熱により作動させると、アクチュエータリング47が退避リング42のスナップ留めタブ420に向かって移動する。
【0065】
図示の実施形態では、この動きにより退避リング42のスナップ留めタブ420が変形して穿刺リング45が解放される。
【0066】
スナップ留めタブ420が解放されて退避バネ46が伸張して、穿刺リング45と、針支持部44および注射針40が相互に連結したアセンブリとが作動する。
【0067】
この動作により注射針40はユーザの体から退避する。
【0068】
有利には、アクチュエータワイヤ49の作動が停止したら、機構はそのままの位置に留まる。
【0069】
注射針の挿入が完了したら、注射機構が作動する。
【0070】
図示の実施形態に係る注射機構は、膨張性材料を含むアクチュエータキャップ7と、アクチュエータ本体8と、加熱手段9とを備える。加熱手段9は、具体的には、ジュール効果を利用したワイヤであり、リール10に巻き付けられている。
【0071】
図示の実施形態に係る注射機構は、リール10の変位角を測定するための光学式エンコーダのような装置11をさらに備える。
【0072】
流体投与の主な動力は、アクチュエータキャップ7の材料の体積膨張によって容器5に生じる圧力である。
【0073】
動作モードは以下のように説明できる。
【0074】
1)休止時、アクチュエータキャップ7は、容器5の縁に固定されたアクチュエータ本体8に保持されている。アクチュエータ本体8は、加熱ワイヤ9が部分的に巻き付けられている2つのリール10およびエンコーダ11を支持している。加熱ワイヤ9は、アクチュエータキャップ7を通ってアクチュエータ本体8の内部に伸張して、容器5のピストン6に固定されている。
【0075】
2)電流の供給により加熱ワイヤ9を加熱する。アクチュエータの内部温度が一般的には60℃~90℃の範囲で均一になるように、加熱ワイヤ9は十分に間隔を空けて配置されている。アクチュエータの内部温度がこの範囲に到達すると、アクチュエータキャップ7の材料の体積が著しく膨張する。
【0076】
3)アクチュエータキャップ7の材料の体積膨張により、ピストン6は容器5の長さに沿って移動する。加熱ワイヤ9は、回転自在なリール10から送り出され得るものであるが、ピストン6の移動により張力を受ける。さらにこの機構により、膨張性材料を含むアクチュエータキャップ7の膨張した部分の全体が加熱され続けるので、アクチュエータキャップ7の膨張を保持できる。
【0077】
4)アクチュエータの内部温度およびこれに関連する膨張は、供給電流の制御により調整される。エンコーダ11により測定されたピストン6の動きを監視してこの調整が決定される。容器5から十分な流体が投与されると、供給電流が遮断されて処置が終了する。
【0078】
アクチュエータキャップ7の体積を熱刺激によって膨張させる一つの手段としては、熱膨張性微小球体の使用が挙げられる。熱膨張性微小球体とは、炭化水素を封入した中空の熱可塑性微小球体(直径約12マイクロメートル(μm))である。
【0079】
封入液体は飽和炭化水素であり、60℃~90℃の温度範囲に加熱されて膨張して気相に変態する。封入媒体は、加熱作用により軟化する熱可塑性物質であり、熱可塑性微小球体を熱膨張させて元の体積の5倍~70倍になる(Y.Nishiyama、U.NobuyukiおよびC.Sato、「熱膨張性粒子を含む分解可能な接着剤の分解挙動および強度」、Int.J.Adhesion&Adhesives、2003年、第23巻、第5刷、p.377-382)。ここで、1メガパスカル(MPa)の外部圧力下で総体積が9倍膨張するので、ピストン6は、元の長さが5mmのアクチュエータキャップ7から45mm移動する。
【0080】
アクチュエータのストロークの終わりに加熱が停止される。膨張した微小球体の収縮を防止できるように、炭化水素を封入した熱可塑性材料の係数が上昇する。これは、アクチュエータのストロークを再利用できないことを意味する。
【0081】
炭化水素を封入した微小球体は、例えばアクゾノーベル(スウェーデン)や松本油脂製薬株式会社(日本)などの供給業者から充填剤として入手可能である。
【0082】
図13に、炭化水素を封入した微小球体について、外部圧力を変えて測定した体積膨張比のグラフを示す(出典:Nishiyamaら、2003年)。
【0083】
図12に、アクゾノーベルのエクスパンセル(登録商標)シリーズから入手可能な微小球体の説明を示す(出典:アクゾノーベル、エクスパンセル(登録商標)微小球体概論)。
【0084】
注射処置が終了すると、穿刺アクチュエータ8は注射針を装置に退避させる。例えば駆動機構7が拡張しきったら、機械監視および/またはソフトウェア監視により処置の終了を確認できる。
【0085】
図1に示す実施形態に係る装置は容器5を3つ含む。3つの駆動機構7は、同時に作動して、それぞれに対応する容器5から同時に流体を投与させることができる。このようにすれば、注射針40の上流で容器5それぞれの流体が混合する。変形例として、3つの駆動機構7は連続的に作動して、それぞれに対応する容器5から連続的に流体を投与させてもよい。また、連続的な作動は独立して行ってもよいが、単一の作動で自動的に投与シーケンスを行ってもよい。この2つの変形例を組み合わせることも可能である。例えば、投与を二段階で行うことである。具体的には、まずは1つの容器の流体が投与され、次に残りの2つの容器の流体が混合して同時に投与される。
【0086】
装置に容器を複数含むことにより得られる利点を以下に詳述する。
【0087】
2種類以上の流体を、異なる量であっても、単一の装置で投与できること。
【0088】
2種類以上の流体を併用または混合して投与できること。
【0089】
流体に鎮痛薬(麻酔薬や酸中和薬など)を組み合わせて投与できること。
【0090】
装置の開発コストを削減できること。
【0091】
流体の処方を調節できること。
【0092】
各種の流体を単一の装置に収容できること。
【0093】
注射回数を削減できること。
【0094】
本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、当然ながら当業者は、添付の特許請求の範囲において定義した本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、任意の変形を適用可能である。