专利名称：抽取体液的装置和方法
技术领域：
本发明总地涉及抽取体液的装置和方法，特别是涉及以连续或半连续的方式抽取体液的装置和方法。
背景技术：
近年来，在用于监测体液(例如，血液和间质液)中的分析物(例如，葡萄糖)的浓度的医疗装置中，努力开发允许连续或半连续监测的装置和方法。
在血糖监测的情况下，连续或半连续监测装置和方法是有利的，这是由于它们提供了对血糖浓度趋势，食物和药物对血糖浓度的影响和使用者总体糖血控制的增强洞察力。然而实际上连续或半连续监测装置存在缺点。例如，当通过医疗装置的采样模块从目标位置(例如，使用者皮肤组织目标位置)抽取间质液(ISF)样品时，ISF的流速可能随时间变化和/或衰减。
此外，连续和半连续监测装置可能受到称为“传感器延迟”的不利影响。当在连续监测装置的传感器的分析物浓度和在目标位置实时分析物浓度之间存在明显差异时发生这种传感器延迟效应。
因此，在本领域中还需要一种抽取体液(例如ISF)的装置和相关方法，其便于连续或半连续监测抽取的体液，同时最小化体液流速变化和衰减和/或减少传感器延迟效应。
发明内容
依据本发明实施例的抽取体液装置便于连续或半连续地监测抽取的体液，同时使体液流速的变化和衰减最小化和/或减小传感器延迟。
依据本发明实施例的抽取体液(例如ISF样本)的装置包括带有通道的穿刺件(例如，中空针)和设置在通道内的流体流速调节器(例如，狭孔圆柱体)。穿刺件构成为穿刺目标位置(例如皮肤组织目标位置)，然后保持在目标位置中并从其中抽取体液样本。流体流速调节器适合控制(例如，减少或最小化)通过穿刺件的体液流速变化。另外，穿刺件通道内流体流速调节器的存在用于通过减少穿刺件的无效体积来减少传感器延迟。
一种依据本发明实施例从目标位置抽取体液的方法包括提供抽取体液的装置(与在此描述的本发明一致)。然后，用装置的穿刺件穿刺目标位置，随后，通过穿刺件和装置的流体流速调节器从目标位置抽取体液。
通过参考下面阐明示例性实施例的详细描述，将能够更好地理解本发明的技术特征和优点，该实施例应用本发明的原理，其中附图为图1是简化的框图，该图示出了如可以与本发明实施例结合使用的用于抽取体液样品和监测其中分析物浓度的系统；图2是如可以与本发明实施例结合使用的应用到使用者皮肤组织(肌肤)目标位置的ISF采样模块的简化原理图，虚线箭头指示机构的相互作用，实线箭头指示ISF流，或者指示当与元件28连接时的压力作用；图3是依据本发明的典型实施例的与用于抽取体液的装置结合的抽取装置的简化截面侧视图；图4是依据本发明的典型实施例的用于抽取体液装置的简化透视图；图5是图4的装置沿图4的线5A-5A的简化截面图；图6是依据本发明另一典型实施例的装置的简化截面图；图7是依据本发明另一典型实施例的装置的简化截面图；图8是图表，它示出了使用常规穿刺件和与该常规穿刺件相比外部设置的流速调节器的作为时间函数的流体流速；图9是图表，它示出了使用常规穿刺件和与该常规穿刺件相比外部设置的流速调节器的作为时间函数的收集的流体体积；图10是流程图，它示出了依据本发明的典型实施例的过程的步骤顺序。
具体实施例方式
依据本发明实施例的抽取体液的装置可以容易地与抽取体液样本(例如，ISF样本)和监测其中分析物(例如葡萄糖)浓度的系统，ISF抽取装置和本领域普通技术人员已知的其它合适的医疗装置结合使用。例如，图1示出了抽取ISF样本的系统10，该系统包括一次性药筒12(包括在虚线框内)，局部控制器模块14和遥控器模块16。
在系统10中，一次性药筒12包括从目标位置TS(例如，使用者皮肤组织目标位置)抽取体液样本(例如，ISF样本)的采样模块18和检测体液中分析物(即，葡萄糖)浓度的分析模块20。美国专利申请No.10/653,023中描述了关于系统10的进一步细节，该申请在此作为参考而全部引用。另外，国际申请PCT/GB01/05634(2002年6月27日公开为WO02/49507)中描述了采样和分析模块的例子，该申请也在此作为参考而全部引用。
如图2所示，系统10的采样模块18可以包括穿刺目标位置(TS)和抽取ISF样本的穿刺件22，发射机构24和至少一个压力环28。美国专利申请No.10/653,023描述了一种方式，在该方式中采样模块18适合提供连续或半连续ISF流到分析模块20，以用于监测(例如，浓度检测)ISF样本中的分析物(例如葡萄糖)。
在使用系统10期间，通过发射机构24的操作，穿刺件22插入目标位置(即，穿刺目标位置)。为了从使用者皮肤层抽取ISF样本，穿刺件22可以插到最大插入深度，例如该深度范围为1.5mm到3.0mm。这种常规系统的穿刺件22通常包括带有弯曲尖端的25号(gauge)薄壁不锈钢针，其中尖端弯曲的支点位于针尖和针踵之间。美国专利申请公开号No.2003/0060784A1中描述了这种常规穿刺件的另外的例子，该申请在此作为参考而全部引用。
图3是间质液(ISF)抽取装置300的截面侧视图，该抽取装置可以与本发明的实施例结合使用。ISF抽取装置300包括可振动压力环304，第一偏压元件306(即，第一弹簧)和第二偏压元件308(即，第二弹簧)。图3示出了与依据本发明的典型实施例用于抽取体液的装置400(也示出在图4和5中)一起使用的抽取装置300。
参考图3、4和5，装置400适合抽取体液(例如，ISF)并包括穿刺件402和流体流速调节器404。穿刺件402具有通过其中的通道406并且成形为穿刺目标位置(例如，使用者皮肤组织目标位置)。在这样的穿刺后，穿刺件402位于目标位置内，并通过通道406从目标位置抽取体液样本。
穿刺件402基本是带有远端408和近端410的中空管(例如，中空针)。远端408成形为穿刺目标位置的锋利尖端。本领域普通技术人员将认识到近端410可以例如，连接到系统10的分析模块20(见图1)并与其流体连通。
如上所述，穿刺件402成形为在从目标位置抽取体液样本期间保持在(位于)目标位置中。例如，穿刺件402可以保持在目标位置中一小时以上，从而允许连续或半连续的抽取体液样本，例如ISF。一旦获知本发明的公开，本领域普通技术人员就将认识到穿刺件可以位于目标位置中8小时或更多的延长时间。
穿刺件402的构造适合最优化ISF收集并包括弯曲尖端412。穿刺件402可以由例如，不锈钢或生物相容的高强度聚合物(例如，生物相容的高强度液晶聚合物)形成。典型但非限制性地，穿刺件的尺寸为，外径(OD)在约300μm到约700μm范围内，内径(ID)在约100μm到约500μm范围内，并且长度在约3mm到约30mm范围内。
流体流速调节器404设置在穿刺件402的通道406内，并且适合使流过通道406的体液流速变化最小化。在图3、4和5的实施例中，流体流速调节器404是圆柱体形，并包括狭孔(narrow-bore)通道414。狭孔通道414为流过装置400的体液流提供增加的液压阻力。
预定狭孔通道414的截面尺寸，从而获得流过装置400的稳定体液流。在这点上，依据本发明的装置中的典型ISF流速在例如每分钟20毫微升到200毫微升的范围内。
另外，由于流体流速调节器404设置在通道406内，穿刺件402的“无效体积”有利地减少。穿刺件的无效体积是穿刺件内包含的ISF或其它体液的体积。该无效体积导致了体液样本进入穿刺件的时间点和体液样本流出穿刺件以进行进一步处理(例如，分析物浓度的检测)的时间点之间的延迟。这种无效体积的结果是传感器延迟。例如，如果无效体积是1000毫微升并且体液流速是每分钟100毫微升，那么传感器延迟是10分钟。
由上述讨论可知，无效体积的减少将导致传感器延迟有利地减少是显而易见的。因此，通道406内的流体流速调节器404的设置起到有利地减少无效体积和传感器延迟的作用。
应当指出，将流体流速调节器设置在穿刺件的通道内使穿刺件在远端408具有开口，该开口具有比狭孔通道414相对大的直径，这种方式胜于仅仅给穿刺件提供相对狭窄的通道。这种相对大的开口可以便于通过该装置抽取体液样本。
流体流速调节器404也用于通过收缩体液可以通过其流过的路径(即，穿刺件通道)限制体液流过穿刺件402的流。当没有流体流速调节器时，最初体液将以相对高的流速流过穿刺件的通道，然后当在目标位置(例如，使用者皮肤组织目标位置)的体液减少时流速降低。这个相对高的最初流速可能大于供给相关分析系统(例如，图1的分析模块20)足够体液用于连续检测所需的流速。在一段时期后(例如，约1到3小时)，体液流速可能减少到相关分析系统的操作需要的最小流速以下。
然而，已经确定，在穿刺件的通道内存在流体流速调节器导致更稳定的体液流速，以及保持在符合在延长的时期相关分析系统的正确和精确操作的水平的体液流速。由于如果经过电化学检测系统传感器的流速恒定，电化学检测系统将更准确和更精确，可以期望依据本发明的装置获得的稳定流速导致提高分析物检测的准度和精度。
可以预定狭孔通道414的尺寸符合相关分析系统的最小流速，其中装置400与该分析系统一起使用。然而，狭孔通道414的典型直径在约5μm到150μm范围内。狭孔通道414的截面形状可以是，但不限于圆形、卵形、椭圆形、正方形或矩形。
也可以预定流体流速调节器404的长度符合相关分析系统的最小流速。然而，流体流速调节器404的典型长度是约5毫米到10毫米范围内。
一旦获知本发明的公开，本领域普通技术人员就将认识到给出的流体流速调节器控制流体流过穿刺件的能力是流体流速调节器的流阻R的函数。影响流阻R的主要因素是狭孔通道的半径(r)和长度(L)，直的狭孔通道的流阻R定义如下R＝8Lπr4由将流体流速调节器404设置在通道406中实现的无效体积的减少是在缺少流体流速调节器404时穿刺件402的理论无效体积、通道406的直径和狭孔通道414的直径的函数。装置400的无效体积由下面的方程式表示(该方程式忽略了在装置的远端和近端超出流体流速调节器存在的任何体积)Volumedevice_400＝Volumetheoretical*(Diameterregulato/Diameter)2其中Volumedevice_400＝装置400的无效体积；Volumetheoretical＝缺少流体流速调节器404时穿刺件402的体积；Diameterregulator＝狭孔通道414的内径；Diameter＝通道406的内径。
由上述方程式立即得出，内径的四倍减小导致装置400无效体积的十六倍减少。从而，通过使用流体流速调节器404可以实现无效体积的明显减少。
流体流速调节器404可以由，例如不锈钢或合适的生物相容材料形成，该生物相容材料包括，但不限于生物相容聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙丙烯(FEP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚氨酯和硅树脂。如果需要，流体流速调节器404可以由抗血栓形成的(anti-thrombogenic)材料或非血栓形成的材料形成，通过消除为穿刺件402提供抗血栓形成或非血栓形成的性质的需求，从而潜在地简化了制造。然而，如果需要，流体流速调节器404和穿刺件402可以由整体部件(例如，整体模制部件)形成。
在使用时与体液接触的流体流速调节器的一个或多个表面可以有选择地涂敷非血栓形成的或抗血栓形成的材料，以防止在使用装置时流体流速调节器的堵塞。合适的非血栓形成的或抗血栓形成的材料的例子包括聚氨酯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、肝素苯甲烃铵氯化物、水蛭素、水杨酸(阿斯匹林)或乙二胺四乙酸(EDTA)。一旦获知本发明的公开，本领域普通技术人员也将认识到形成流体流速调节器的聚合材料可以包含一种或多种嵌入其中或与其结合的非血栓形成的或抗血栓形成的材料。
参考图6，依据本发明的另一典型实施例的适合抽取体液的装置600包括穿刺件602和流体流速调节器604。穿刺件602具有通过其中的通道606，并成形为穿刺目标位置(例如使用者皮肤组织的目标位置)。在这样的穿刺后，穿刺件602位于目标位置内，并通过通道606从目标位置抽取体液样本。
流体流速调节器604设置在穿刺件602的通道606内，并适合使体液流过通道606的变化最小化。在图6的实施例中，流体流速调节器604是圆柱形，并包括逐渐减小直径的狭孔通道614。
参考图7，依据本发明的另一典型实施例的适合抽取体液的装置700包括穿刺件702和流体流速调节器704。穿刺件702具有通过其中的通道706，并成形为穿刺目标位置(例如使用者皮肤组织的目标位置)。在这样的穿刺后，穿刺件702位于目标位置内，并通过通道706从目标位置抽取体液样本。
流体流速调节器704设置在穿刺件702的通道706内，并适合使体液流过通道706的变化最小化。在图7的实施例中，流体流速调节器704是圆柱形，并包括以阶梯式逐渐减小直径的狭孔通道714。
一旦获知本发明的公开，本领域普通技术人员就将认识到依据本发明实施例的装置可以与各种系统(例如，图1和2的系统)和ISF抽取装置(例如，图3的ISF抽取装置)结合使用。在这点上，依据本发明的装置可以与包括可振动压力环的抽取装置结合有利地使用。在这样的使用期间，依据本发明实施例的装置可以用于消除由压力环的振动(即，展开和收回)引起的体液流速中的波动，从而将体液流速保持在相关分析系统模块所需的水平。
例子1相对时间的流体流速图8示出了通过25号(310μm标称通道内径、32mm长)穿刺件，在缺少(“x”和空心方块符号)和存在(实心方块符号)外部设置的带有狭孔通道(即，12μm高和15μm宽的狭孔通道，8mm长)的流体流速调节器时相对时间的ISF流速。通过检测ISF的前沿随时间通过的距离确定流速。然后使用25号穿刺件或狭孔通道的尺寸计算ISF流速。虽然流体流速调节器在外部设置，假设但不限定，该研究的结果表示穿刺件内设置流体流速调节器的装置的效果。
缺少流体流速调节器的穿刺件产生由“x”符号表示的数据。一直进行到约90分钟，ISF流速比需要供给典型分析系统足够的ISF以用于分析物连续或半连续检测的流速大得多。约90分钟后，ISF流速减小到约每分钟20毫微升的速度。
缺少流体流速调节器的穿刺件也产生由空心方块表示的数据。缺少流体流速调节器的最初流速约每分钟170毫微升。然后流体流速调节器插入到穿刺件的通道中。随着流体流速调节器的放置，ISF流速减慢，并在延长的时间内(即，图8中从约20分钟直到360分钟的持续时间)相对恒定地保持在约每分钟20毫微升。这些数据由图8中的实心方块表示。然后从穿刺件去除流体流速调节器，并且ISF流速增加到大约与流体流速调节器放置前相同的水平。
例子2相对时间周期收集的ISF体积图9是基于图8的数据计算的在一小时时间周期收集的ISF体积的条形统计图。在缺少流体流速调节器时收集的ISF总体积的大约一半在开始的60分钟收集。存在流体流速调节器的流体收集在流体流速调节器放置的时间中均匀分布。
在图9中，缺少流体流速调节器时收集的ISF总体积约28000毫微升。如果相关分析系统需要每分钟50毫微升的ISF，那么在ISF流速下降到该最小需要前分析系统仅工作90分钟(见图9)。如果具有适当设定尺寸的流体流速调节器，ISF可以以每分钟50毫微升收集，并且分析系统将工作560分钟。图9的数据示出了存在流体流速调节器时收集的总体积是约3500毫微升，相当于以每分钟50毫微升的流速收集700分钟。
参考图10，一种抽取体液的方法1000包括提供上述依据本发明的抽取体液的装置，如步骤1010所述。该装置包括带有通道的穿刺件(例如，中空针)和设置在通道内的流体流速调节器(例如，狭孔圆柱体)。穿刺件成形为穿刺目标位置(例如皮肤组织目标位置)，然后保持在目标位置中并从其中抽取体液样本。流体流速调节器适合控制(例如，减少或最小化变化)通过穿刺件的流体流速。另外，穿刺件通道内流体流速调节器的存在通过减少穿刺件的无效体积减少传感器延迟。
然后在步骤1020，由穿刺件穿刺目标位置。随后，通过穿刺件和流体流速调节器从目标位置抽取体液样本，如步骤1030所述。
应当知道，可以使用本发明所述实施例的各种替换实现本发明。这意味着下面的权利要求限定了本发明的范围，限定在这些权利要求范围内的方法和结构和它们的等同替换也包含在其中。
权利要求
1.一种抽取体液的装置，该装置包括穿刺件，该穿刺件具有通道，并成形为穿刺目标位置，然后保持在目标位置中并从其中抽取体液样本；和设置在穿刺件通道内的流体流速调节器，该流体流速调节器适于减小通过穿刺件的体液流速。
2.根据权利要求1的装置，其中该流体流速调节器还适合使通过穿刺件的体液流速变化最小化。
3.根据权利要求1的装置，其中该流体流速调节器还适合最优化装置的无效体积。
4.根据权利要求1的装置，其中该穿刺件成形为穿刺皮肤组织目标位置并从其中抽取间质液样本。
5.根据权利要求1的装置，其中通道具有在100μm到500μm范围内的内径。
6.根据权利要求1的装置，其中该流体流速调节器包括狭孔通道，并且其中狭孔通道的直径小于通道的直径。
7.根据权利要求6的装置，其中狭孔通道具有在5μm到150μm范围内的直径。
8.根据权利要求6的装置，其中狭孔通道具有逐渐减小的直径。
9.根据权利要求6的装置，其中狭孔通道具有阶梯式减小的直径。
10.根据权利要求6的装置，其中穿刺件通道的直径约为300μm，并且狭孔通道具有12μm宽度和15μm高度。
11.根据权利要求1的装置，还包括从由非血栓形成的涂层和抗血栓形成的涂层组成的涂层组中选择的，在流体流速调节器的至少一个表面上的涂层。
12.根据权利要求1或3的装置，其中该穿刺件和流体流速调节器形成为整体部件。
13.根据权利要求1的装置，其中该穿刺件由不锈钢形成，该流体流速调节器由聚合物形成。
14.根据权利要求13的装置，其中该流体流速调节器由具有非血栓形成的性质的聚合物形成。
15.一种从目标位置抽取体液的方法，该方法包括提供抽取体液的装置，该装置包括穿刺件，该穿刺件具有通道，并成形为穿刺目标位置，然后保持在目标位置中并从其中抽取体液样本；和设置在穿刺件通道内的流体流速调节器，该流体流速调节器适于减小通过穿刺件的体液流速；用穿刺件穿刺目标位置；和从目标位置抽取体液。
16.根据权利要求15的方法，其中抽取步骤从目标位置抽取ISF。
全文摘要
一种抽取体液(例如ISF样本)的装置包括带有通道的穿刺件(例如，中空针)和设置在通道内的流体流速调节器(例如，狭孔圆柱体)。穿刺件成形为穿刺目标位置(例如皮肤组织目标位置)，然后保持在目标位置中并从其中抽取体液样本。流体流速调节器适合控制(例如，减少或最小化变化)通过穿刺件的流体流速。另外，穿刺件通道内流体流速调节器的存在通过减少穿刺件的无效体积减少传感器延迟。一种从目标位置抽取体液的方法包括提供前述装置。然后，用装置的穿刺件穿刺目标位置。随后，通过穿刺件和装置的流体流速调节器从目标位置抽取体液。
文档编号A61B5/157GK1628866SQ20041010380
公开日2005年6月22日 申请日期2004年11月22日 优先权日2003年11月21日
发明者M·斯蒂恩, M·E·希尔格尔斯, T·里奇特 申请人:生命扫描有限公司