药物喷射设备及其控制方法

专利名称：药物喷射设备及其控制方法
技术领域：
本发明涉及药物喷射设备及其控制方法，所述药物喷射设备构造为使用者能够在 携带时使用，并且能够用作使使用者吸入药物等的吸入设备。
背景技术：
已经研发出了利用喷墨系统的喷射原理将药物微滴喷出的吸入设备，其让使用者 在空气流动路径中吸入所述药物微滴，其中经由咬嘴(mouthpiece)吸入的空气在所述空 气流动路径中流动(参考日本专利申请特开2004-290593和2004-283245)。这种吸入设备 的优点在于能够精确喷射具有均勻颗粒直径的预定数量的药物。这种药物喷射设备的基本构造包括其中布置有例如发热元件的喷射能量生成元 件的喷射头、和容纳供应给所述喷射头的药物的药物储器。这里，为了在肺中有效地吸收所 喷入的医用流体，重要的是，液滴直径小至几微米，对于喷射头的孔口直径来说，与之相关 地需要几微米的直径。另外，在喷墨记录设备领域中，公开了通过使用用于生成负压的泵间接地抽吸 柔性墨水储器的外部空间以确保墨水储器中的负压的方法(参见日本专利申请特开平 06-079881)。存在下列情况，首次使用的喷射头没有充满药物储器中的药物至喷射口。另外，同 样在第二次或随后使用时，需要进行更换喷射口附近的药物的复位操作以进行更新。就此 而言，在喷墨记录设备的领域中，通常利用真空泵从喷射口的孔口表面的外部吸气，并且执 行首次填充操作以及第二次和随后的复位操作。另一方面，在喷墨系统中，为了在喷射头填充药物时进行合适的喷射，必须在喷射 头孔口内确保合适的负压。当喷射口利用3 μ m的喷射头进行喷射时，证实可以将喷射头孔 口内的压力保持在基于外部压力-IkPa到_5kPa的范围。孔口内的压力几乎等于与这里的 喷射头相连的药物储器的内部压力。当使用例如传统的抽吸泵执行填充和复位操作或者利用日本专利申请特开平 06-079881中描述的方法确保药物储器中的负压时，将导致设备尺寸增大。这在如吸入设备 一样需要便携性的药物喷射设备中不适宜。

发明内容
本发明的目的在于提供一种药物喷射设备，其可以在执行药物喷射之前执行药物 填充和复位操作，并且以简单的机构和操作执行初始负压保证。本发明涉及一种药物喷射设备，包括药物喷射单元，其具有喷射口和产生将药物从所述喷射口喷出的能量的元件；药物容纳单元，其连接至所述药物喷射单元并且容纳药物；活动壁，其附接到所述药物容纳单元的端部，并且利用所述药物容纳单元内部与 外部的压力差移动；和
控制单元，其使所述活动壁移动，其中，所述药物喷射单元充满药物，所述药物容 纳单元的内部压力在药物喷射之前通过由控制单元使活动壁移动而达到负压状态。药物喷射设备可以包括禁止单元，其在所述药物容纳单元的内部压力通过移动活 动壁而达到负压状态之前禁止药物从所述药物喷射单元喷出。药物喷射设备可以包括存储单元，其存储用于将药物填充到所述药物喷射单元中 的活动壁位移量，以及用于使所述药物容纳单元的内部压力达到负压状态的活动壁位移 量，其中，所述控制单元根据储存在所述存储单元中的位移量使所述活动壁移动。在药物喷射设备中，可以使所述活动壁的位移量能够根据所述药物容纳单元内的 药物剩余量发生变化。药物喷射单元可以利用喷墨系统的喷射原理喷射药物。本发明涉及一种对喷射药物的药物喷射设备进行控制的控制方法，所述药物喷射 设备包括具有喷射口和产生将药物从所述喷射口喷出的能量的元件的药物喷射单元，和连接至所述药物喷射单元并且容纳药物的药物容纳单元，所述方法的特征在于包 括以下步骤 使所述药物喷射单元充满药物；使所述药物容纳单元的内部压力达到负压状态；和从所述药物喷射单元喷出药物。根据本发明的药物喷射设备，它可以通过执行药物到喷射头的填充和复位操作， 并且利用相同的压力调节机构进行药物容器内用于执行喷射的初始负压保证，来利用简单 的机构和操作进行工作。因此，可以实现设备小型化和成本降低，并且可以提供药物喷射设 备，其更加适合用作作为便携式设备的吸入设备。在结合附图阅读下列说明的情况下，本发明的其它特征和优点变得显而易见，在 附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。


图1为示意图，原理性地显示了本发明的药物喷射设备的一部分。图2是透视图，显示了吸入设备的外观，所述吸入设备是本发明的药物喷射设备 的实例并且让使用者吸入药物。图3显示了在图2所示吸入设备中检修盖18打开的状态。图4是透视图，显示了喷射头单元1和药物储器2的外观。图5是图4的主要剖视图，显示了药物储器2连接到喷射头单元1上之前的状态。图6是喷射头单元1和药物储器2相连之后的剖视图。图7是从设备内部观察，去掉图3所示驱动单元保护盖31时的透视图。图8是示意图，显示了主体内的机构，其中，移除了图7所示的所有保护壳体。图9是根据本发明第一实施例的吸入设备的框图。图10是流程图，显示了吸入设备的整个操作的实例。图11是图10所示初始处理程序S006的流程图。图12是图表，显示了在药物储器填充时，药物储器内的压力变化。
图13是图10所示喷射程序S009的流程图。图14是图10所示结束处理程序SOll的流程图。图15是根据第二实施例的吸入设备的框图。图16是图15所示连接单元117附近的原理图。图17是第二实施例中的初始处理程序的流程图。图18是在第二实施例中执行连接单元117和活塞的连接操作的子程序的流程图。图19是在第二实施例中通过指定步骤推送连接单元117的子程序。图20是在第二实施例中执行连接单元117的分步进给的子程序，所述分步进给与 喷射定时同步。
具体实施例方式现在将参考附图对本发明的优选实施例进行详细描述。另外，根本上，相同的附图标记表示相同的部件，并且其描述从略。图1为示意图，原理性地显示了本发明的药物喷射设备的一部分。药物喷射单元 (喷射头单元)1由用于喷射药物的喷射口(喷嘴)Ia和产生用于将所述药物从喷射口 Ia 喷出的能量的元件Ib构成。喷射能量生成元件Ib给经过药物供给口 5的药物施加喷射能 量。从而，药物从喷射口 Ia喷出。容纳被喷射药物的药物容纳单元2与药物喷射单元1相连，并且除了喷射口 Ia之 外与外界空气隔离。因此，药物从喷射口 Ia喷出，当容纳在药物容纳单元2中的药物减少 时，在药物容纳单元2的内部和外部之间出现压差。这里，由从药物容纳单元2的内部和外部施加的压力之差移动的活动壁3附接到 药物容纳单元2的端部上。活动壁3可滑向药物容纳单元2，并且使药物容纳单元2的容 积可变。因此，药物容纳单元2的内部压力保持在预定值。于是在本发明中，可通过控制单 元4积极移动活动壁3来控制药物容纳单元2的内部压力。具体地，当活动壁3沿药物容 纳单元2的容积减小的方向(图1中的方向A)移动时，药物容纳单元2的内部压力增大。 另外，当活动壁3沿所述容积增大的方向(图1中的方向B)移动时，药物容纳单元2的内 部压力降低。可以通过控制单元4进行活动壁3的移动。尽管描述了大致情况，但在下述实施例中将描述药物容纳单元(药物储器)2的特 定结构。在药物储器中，主体可以由两端敞开的玻璃容器制成，其中一端制成具有利用如橡 胶塞的部件(作为活动壁3)塞住的结构。另一端连接至喷射头单元1。如果橡胶塞可朝向 玻璃容器内部滑动移动的话，容器内部压力增大。为了喷射药物，药物容纳单元2内的药物必须充分填充到药物喷射单元1的喷射 口 la。于是，在喷射之前，需要将药物容纳单元2中的药物填充到药物喷射单元中的操作。 在本发明中，控制单元4使活动壁3沿方向A移动预定量。因此，药物容纳单元2的内部变 成正压状态，药物在推出时填充到药物喷射单元1中。这个操作在本说明书中称作填充操作。在本说明书中，“填充”不仅包括在喷射头单元1首次使用时将药物从喷射头单元 1为空的状态填充到药物填充至喷射口 Ia的状态，还包括在药物已经填充时将新药物填充 至喷射口 la。当药物已经填充时，以这种方式更新药物的操作可以称作“复位操作”。
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在填充完成之后，为了在开始喷射时利用元件Ib从喷射口 Ia正确喷射药物，必须 使喷射口 Ia内部的空间达到预定负压。“预定负压”是指低于外界空气的压力，并且其低的 程度达到足以保持需要喷射液体和形成飞溅液滴的弯液面。具体地，预定负压从基于喷射 头的外部压力-IkPa到-5kPa的范围选取。因此，控制单元4使活动壁3沿方向B移动预 定量。结果，药物容纳单元2的内部达到负压状态。由于药物容纳单元2连接至药物喷射 单元1，这个内部压力几乎等于喷射口 Ia的内部空间的压力。因此，可以实现合适的喷射。 这个操作此后在本说明书中称作初始负压保证操作。在使药物容纳单元2的内部压力达到合适的负压状态之后，驱动所述元件Ib并喷 射药物。为了在喷射期间保持预定负压，适合的是根据药物容纳单元2中的药物减少，使 活动壁3b沿方向A移动。为此，可以通过控制单元4的控制，与活动壁3b的位移同步地驱 动元件lb。另外，喷射可以是喷射供使用者吸入的药物的主喷射，或者可以是在主喷射之前 确认喷射状态的“预喷射”。另外，由于在没有进行填充和初始负压保证操作的情况下不适合进行药物喷射， 因此在进行上述操作之前适合提供禁止喷射的禁止装置。具体地，在进行上述操作之前，禁 止喷射的控制流程可结合到控制单元4的固件中。接下来，将描述进行填充操作或初始负压保证操作时活动壁3沿方向A或方向B 的位移量。因为从药物储器2连接到喷射头单元1的连通容器的容积和喷射头单元1的内 部空间的容积之总和已知，同样，填充操作所必需的活动壁3的位移量以一一对应的方式 已知。另外，用于使容器内部压力从填充操作之后的容器内部压力达到预定负压的位移量 也已知。因此，适合具有预先储存所述位移量的存储单元，并根据那个信息利用控制单元4 使活动壁3移动。从而，由于不需要提供现场测量药物储器2的内部压力的压力传感器，可 以实现更简单的结构。当活动壁3为了初始负压保证而沿方向B每次移动相同距离，并且药物储器2的 容积，即药物剩余量彼此不同时，所产生的压力波动也不同。因此，适合通过使活动壁3的 位移量根据药物容纳单元内的药物剩余量每次可变来保证相同的负压状态。具体地，可以 预先储存药物剩余量所必需的位移量，从而根据刚好在初始负压保证操作之前测量的药物 剩余量进行位移。这里，药物喷射单元(喷射头)1具有任意的喷射能量生成元件。例如，给药物施 加热能的热电换能器或用于给药物施加机械能的机电换能器。也就是说，喷射药物的方法 例如为使用热电换能器给药物施加热能并且使其喷出的方法(热力喷墨系统)，以及使用 给药物施加机械能的机电换能器(压电元件)的振动压力来喷射药物的方法(压电喷墨系 统)。就喷射方法而言，可以根据药物类型等进行选择。“喷墨系统”在本说明书中不是指 喷墨，而是指利用所涉及系统的喷射原理喷射药物。当使用热力喷墨系统时，就每个喷射头而言，能改善作为热电换能器的微加热器、 用于喷射的热脉冲的热量、喷射口的孔径的尺寸精度及可重复性。因此，热力喷墨系统可以 实现窄液滴直径分布。另外，喷射头的制造成本低廉，并且对需要频繁更换喷射头的小设备 的适用性也高。因此，当要求药物喷射设备具有便携性或便利性时，特别地，适合采用热力 喷墨型的喷射原理。用于本发明的药物所具有的概念不仅包括显示出药理学和生理学作用的药品化合物，而且除了药品化合物之外，还包括带有诱人味道和诱人气味的成分、染料、色素等。另 外，可以包括任意添加剂。(药物喷射设备)图2是透视图，显示了吸入设备的外观，所述吸入设备是本发明的药物喷射设备 的实例，并且让使用者吸入药物。主体保护壳体由机壳17和检修盖18形成。附图标记40 表示检修盖的解锁按钮。采用如下结构，其中使检修盖18在使用期间不可打开的钩部 19(图4)由钩保持轴卡住，所述钩保持轴与由弹簧供能的解锁按钮40整体操作。这种构造 使得当检修盖18打开时，通过推动解锁按钮40，可以使钩的卡合被释放，并且检修盖18可 以在沿打开方向向其供给能量的弹簧(未示出)的作用力的作用下打开。在检修盖18中 设置用于显示剂量、时间、错误等的显示单元15。另外，设置有供使用者进行设定的菜单切 换按钮11、作为设定按钮的向上按钮12和向下按钮13、以及确定按钮14。图3显示了在图2所示吸入设备中检修盖18打开的状态。当检修盖18打开时，可 以看见作为可从设备主体上拆下的药物喷射单元的喷射头单元1以及作为药物容纳单元 的药物储器2。喷射头单元1朝向空气流动路径7喷射药物。通过从进口(咬嘴)20吸气， 使用者可以吸入喷射到空气流动路径中的药物。在本实施例中，进口 20和空气流动路径7 分开。进口 20在每次吸药之后丢弃，或者在吸药之后进行冲洗并重新使用。喷射头单元1 和药物储器2在药物储器2中的药物量小于一次吸入要吸服的药物量时将进行更换。例如， 由于在主体内准备了计算喷射量的功能并可以利用该喷射量计算功能来计算剩余量，也可 以通知更换时间，以便提醒使用者进行更换，或者在更换完成之前不进行喷射。附图标记31 表示驱动单元保护盖，用来使使用者不能容易地接触吸入设备的内部机构。(喷射头单元和药物储器)图4、5和6显示了用于本发明的药物喷射设备的喷射头单元1和药物储器2的特 定结构的实例。图4是透视图，显示了喷射头单元1和药物储器2的外观。另外，图5是图4的主 要剖视图，显示了药物储器2连接到喷射头单元1上之前的状态。图6是连接之后的剖视 图。喷射头单元1由下列部件构成。也就是说，布置有两个或更多个喷射口的喷射头 8附接到壳体39上并由其支撑，用于从药物储器向喷射头8供应药物的空心针38布置在 壳体内部。将药物32通过空心针38导向喷射头8的医用流体通路42在途中分支通向压 力检测开口 23，从而可以测量在医用流体通路42内产生的内部压力。在压力检测开口 23 中，设置有密封剂22，用于防止在附接主体之后与压力传感器43 (图8)相连时发生压力泄 漏。在连通之后，由于医用流体通路中的压力几乎等于玻璃容器中的压力，在本结构中可以 测量药物储器中的压力。作为喷射能量生成元件的加热器设置在喷射头8中的喷射口附近，加热后的药物 利用起泡能量从喷射口喷出。加热器中还具有用于提供电能的电连接面9a和支撑所述电 连接面9a的电气接线部件9。电能从电池29(图8)通过电连接面9a供给，所述电池可以 作为保持在吸入设备主体中的可充电电池而被充电。为了在喷射头8安装到主体中之前保护该喷射头8，布置有喷射头保护杆21，其具 有医用流体吸收器35以便接触喷射头8的喷射口表面。喷射头保护杆可以退回，使得喷射
7口和空气流动路径在喷射时连通。药物储器2由下列部件构成。也就是说，具有用于储存药物的玻璃容器33，在玻璃 容器33的一端，固定橡胶塞36通过由铝制成的封堵金属接头37保持住。在玻璃容器33 的另一端，作为活动壁的移动橡胶塞34插入容器内部，并且使药物与外界空气隔离。在药 物储器2连接到喷射头单元1上时，除了喷射头8的喷射口之外，玻璃容器内部与外界空气 隔离。利用这种结构保持药物储器的密封性能，并且将药物的变性和浓度变化抑制到最小 程度。如图6所示，药物储器2推入喷射头单元1中，空心针38刺穿固定橡胶塞36，喷射 头单元1和药物储器2连通。通过推动所述移动橡胶塞34将药物32填充到喷射头8中。为了使使用者容易地安装吸入设备主体，在药物储器2连接到喷射头单元1之前， 它们适于作为一体构成药物筒体10。(设备主体内部)图7是从设备内部观察，去掉图2所示驱动单元保护盖31时的透视图。首先，具有用于使药物储器2连接到喷射头单元1上并形成药物通道42的推动单 元50。然后，布置有移动橡胶塞移动单元60，其使移动橡胶塞34在玻璃容器33内向相对 侧移动，同时药物储器2夹在其间，从而使药物储器2的内部容积可变。通过驱动和旋转螺 杆轴马达64(图8)使活塞销移动，所述螺杆轴马达具有所述移动橡胶塞移动单元60的螺 杆轴。存在活塞销旋转单元70，其用于执行移动橡胶塞接头45和活塞销61的挂钩操作以 免在抽拉操作中出来。此外，存在压力传感器连接单元80，其用于首先在药物筒体10 (喷射 头单元1和药物储器2打包成的物品)两侧将压力传感器43连接到压力检测开口 23上。 然后，布置喷射头保护杆退回单元90，其用于使保护喷射头8的喷射头保护杆21移动并打 开喷射表面。沿喷射头的向上方向设置喷射头加盖单元100，其用于在喷射头8安装到主体 中的状态下防止喷射头8变干和灰尘粘附。图8是示意图，显示了主体内的机构，其中，去掉了图7所示的所有保护壳体。推 动单元50由马达51、小齿轮52和推动齿条板53构成，所述马达产生推入药物储器的驱动 力，所述小齿轮压配合到马达51的马达轴中，所述推动齿条板部分地具有与小齿轮52啮合 的齿条形状。齿条板53布置成推动玻璃容器33的后缘。接下来，将对移动橡胶塞移动单元60进行描述。移动橡胶塞移动单元插入活塞销 支承夹62中，所述活塞销支承夹具有内螺纹，在马达主轴上具有螺纹的螺杆轴马达64的螺 杆的螺纹形状与所述内螺纹吻合。导轴63布置在螺杆轴的两侧，执行活塞销支承夹62的 制动和在滑动时进行导向。因此，螺杆轴马达64的旋转驱动力可以执行活塞销61的滑动 运动，并且可以使通过移动橡胶塞接头45连接的移动橡胶塞34移动。活塞销反转单元70构建在活塞销支承夹62中。活塞销反转单元70可以将活塞 销反转马达71的驱动力通过压配合到马达主轴上的反转马达齿轮72传递给活塞齿轮73， 并且可以使活塞销旋转。玻璃管内的药物容积或内部压力可通过利用活塞齿轮73的旋转 使活塞销61和移动橡胶塞接头45接合，并将移动橡胶塞34推拉向玻璃容器33而进行调 节。另外，控制底座28布置在药物筒体10下面，为了执行相应驱动马达的控制、驱动 所述喷射头的主体控制等，可以在控制底座上设置CPU、ROM和RAM作为控制单元4。
此外，因为所述设备具有作为相应驱动马达的驱动源的电池29和用于喷射的能 量源布置在控制底座28下面的结构，并且可以仅利用该主体进行药物喷射和吸入，因此所 述设备可以在任何地方容易地使用。下面将对压力传感器连接单元80进行描述。该单元使压力传感器43运动，以与设 置在壳体39内的压力检测开口 23连通或从该压力检测开口 23释放。它包括齿条形式的连 接齿条84，所述齿条形式可以将压配合到马达主轴上的连接马达齿轮82的回转力转换为 滑动运动，以便在马达81的驱动力作用下滑动。这将驱动力传递给连接齿条84，并且使其 沿离开壳体39的方向滑动，其中该连接齿条84具有压力传感器43的保持单元。因此，马 达81用于释放连接。另外，连接如下执行。也就是说，所述压力传感器43通过构建在连接 齿条导轴85的外周中的压力传感器连接压力弹簧86的弹簧压力压紧连接，所述连接齿条 导轴85在连接齿条84运动时进行导向。这用于保证压力传感器43即使在主体动力供应 中断时也不会释放所述连接，从而，可以在不使用的储存条件下监视药物储器的内部压力。下面将对喷射头保护杆退回单元90进行描述。压配合在马达91的主轴上的小齿 轮92与齿条形式的保护杆齿条93彼此啮合。于是，保护杆齿条93滑动移动，它向上撞击 设置在喷射头保护杆21的端部中用于退回的伸出部21a，喷射头保护杆21旋转，喷射头8 露出。喷射头保护杆退回单元90只在附接药物筒体时被驱动。下面将对喷射头加盖单元100进行描述。利用马达104的驱动力，能够通过压配 合到马达轴上的小齿轮103使加盖板102滑动。所述小齿轮与构建在加盖板102的底面中 的齿条接合，并且使之滑动移动。只在加盖板102退回时使用加盖马达104的驱动。通过 加盖弹簧101的压紧力给喷射头8加盖。所述加盖弹簧即使在主体动力供应关闭时也用于 加盖。因此，只有当从喷射头8进行喷射时，使喷射头加盖单元100被驱动，并且进行加盖 是为了防止除药物喷射时间之外喷射头变干。(吸入设备的框图)图9是根据图2、3、4、5、6、7和8所示的本发明第一实施例的吸入设备的框图。筒体检测传感器113连接到控制单元4上，所述筒体检测传感器检测药物筒体安 装到吸入设备主体上，其中所述药物筒体划分为喷射头单元1和药物储器2。另外，为了进 行喷药，用于给加热器提供驱动信号的喷射头驱动电路110通过电连接面9a(图4)连接到 喷射头单元1上。喷射头驱动电路110由例如ASIC的门阵列构成，并且设计成利用来自控 制单元4的控制数据和启动信号独自进行必要的喷射。测量如上所述的储器内部压力的压力传感器43连接到喷射头单元1上，这里的测 量结果发送至控制单元4。另外，活动壁进给机构(图8中的60和70)中的螺杆轴马达64 由受到控制单元4控制的马达驱动电路111驱动。马达驱动电路111由与喷射头驱动电路 110类似的门阵列构成。此外，检测患者从进口 20进行吸入的吸入检测传感器114连接到控制单元4。另 外，最后连接用于将设备电源接通或断开的电源开关112。(吸入设备的使用实例)图10是流程图，显示了吸入设备的整个操作的实例。当利用电源开关112使电 源接通时，操作从步骤SOOl开始。首先，确定药物筒体是否安装在筒体检测传感器113 中。当药物筒体未安装时，执行无筒体的显示(S013)，当药物筒体安装时，确定药物剩余量(S002)。当药物剩余量不足时，执行剩余量提醒(S014)，当药物剩余量足够时，确定电池剩 余量(S003)。对于确定药物剩余量而言，可以采用类似软件的方法。也就是说，确定第一医 用流体量减去过去所用总剂量获得的液体量是否大于随后喷射中的最大喷射量。如果药物 剩余量在S003中足够，确定电池剩余量，如果电池剩余量不足，执行电池提醒(S015)，如果 剩余量足够，在S005之后转到用于喷射的程序(S004)。因为如果重新安装药物筒体的话，喷射头还未填充药物，有必要执行药物填充处 理。对于确定这里检测到的药物筒体是否为新筒体来说，可以通过在非接触式IC标签上在 药物筒体上记录最近信息并对其进行读取来实现。作为另一种方法，其可以通过光学读取 药物储器的活动壁的位置以及使用位置信息来进行确定。就仍然另一种方法而言，还可以 在初始填充完成时使附接到筒体的壳体的一部分上的棘爪部件折叠。当在S005中确定是已经结束初始填充的药物筒体时，跳转到初始处理程序S006， 确定吸入定时等候(S007)。在初始处理程序S006中，执行将药物初始填充到稍后提及的喷 射头中的初始填充以及用于准备下面的喷射的负压保证操作。然而，即使在确定是已经结 束初始填充的药物筒体时，在每次使用进行复原操作时，也可以执行初始处理程序(S006)。 这里，当在电源接通之后执行初始处理程序S006时，适合在该程序S006完成之前提供禁止 药物喷射的禁止装置。当在S007检测到使用者吸入开始时，确定是否已经设定了喷射所需的预定剂量 (S008)。通过图2所示的向上按钮12、向下按钮13和确定按钮14执行剂量的设定。如果 每次剂量固定的话，过去执行的设定值作为剂量。如果在S008中未进行设定的话，提醒患 者设定剂量(S016)，如果已经执行设定的话，转到喷射程序(S009)。在稍后提及的喷射程序S009中完成喷射之后，确定是否处于断电状态(S010)。这 里，确定断电的条件可以是检测到使用者操作电源开关112，或者可以在每次完成药物治疗 时执行断电。此外，当确定低电量状态时，可以进行断电。当在SOlO中处于断电状态时，转 到结束处理程序(S011)。图11描述了图10中的初始处理程序S006，其是按照步骤顺序的本发明药物喷射 设备的控制方法的特征。驱动所述马达51，使喷射头单元1和药物储器2连通(S102)。形 成药物通路42，药物沿着空心针38流向所述药物通路并且流入喷射头8。接下来，为了使 活塞销61连接到移动橡胶塞34上，使活塞销朝向移动橡胶塞34前进一定量(S103)。一 定量是指与移动橡胶塞接触的活塞销61的端部的移动量。因为螺杆轴马达64使用步进马 达，可以利用从接触距离转换而来的步数控制移动量。接下来，使活塞销反转马达71驱动， 活塞轴末端单元旋转90°，以便与移动橡胶塞接头45接合(S104)。接下来，使马达81驱 动以便使压力传感器43前进(S105)。压力传感器43进入压力检测开口 23中，粘附到密封 剂22上，从而防止压力泄漏。由连接压力弹簧86的回复弹簧力产生密封剂22和压力传感 器43的粘合力。接下来，转到将药物32填充到喷射头8中的步骤。活塞销61前进，移动橡胶塞 34沿使玻璃容器33的内部容积减小的方向移动。然后，玻璃容器33内的药物32通过药 物通路42流入喷射头8的内部，药物通路42中的空气从喷射口排出，喷射头8的内部充满 药物(S106)。然而，由于喷嘴Ia的直径小到3μπι，药物通路和玻璃管中的压力在药物没有 立即漏出的情况下开始升高。测量压力变化，并且将其反馈给移动橡胶塞34的移动控制(5107)。图12显示了填充时药物储器内的压力变化。箭头121是加压过程，122是减压过 程。当活塞销61从时间Tl前进时，内部压力逐渐升高。从实验中可以获知，在Φ3μπι的 喷嘴中，弯液面在2kPa附近破裂并且医用流体漏出。此外，当活塞销61前进时，弯液面在 2kPa附近(时间T2)破裂，当医用流体漏出时，在压力传感器中出现内部压力突然下降(时 间 T3)。这样，当确定初始填充在S107中完成时，接下来开始用于初始负压保证的操作。 螺杆轴马达64旋转，使得橡胶塞34可以沿储器内部容积增大的方向滑动，橡胶塞34退回
(5108)。当橡胶塞退回直到利用压力传感器43检测到合适的负压时，初始处理程序结束
(5109)。图12中显示了这些操作。从时间T3开始执行马达驱动的反转，在时间T5时达到 合适的负压，即-1. OkPa0因为现在完成了初始填充和负压保证，喷射头保护杆21旋转以 进行首次喷射(SllO)。泄漏出的药物被设置在喷射头保护杆内的药物吸收器35抽吸和吸 收。这样，当设置有用于测量药物储器2中的压力的压力传感器43时，可以在足够的准确 度下监视本发明的填充操作和初始负压保证操作。图13详细显示了图10中的喷射程序S009。当进入从S201开始的程序时，首先启 动喷射头喷射(S202)。这里，根据控制单元4执行喷射头驱动的参数，对喷射头驱动电路 110执行喷射开始。参数具体地是喷射操作周期、喷射头驱动频率、脉冲宽度和驱动电压。 喷射操作周期是在一次药物治疗期间从施加给喷射头的驱动元件的第一次脉冲到完全产 生的最后一次脉冲的时间。另外，喷射头驱动频率等于单位时间施加给喷射头的各驱动元 件的脉冲信号的数目。脉冲宽度是施加一次脉冲信号时的施加时间，驱动电压是施加给喷 射能量生成元件的外加电压。这些参数能够确定单位时间的喷射量以及单位时间的剂量。当从压力传感器的检测值确定它不是过负压时(S203)，可以确定是否是与喷射医 用流体量相对应的定时(S204)，并且螺杆轴马达64运转一步(S205)。从S204到S205的 操作重复预定次数N(S206)，在完成之后，在喷射头驱动电路110中的驱动完成的情况下完 成喷射程序(S207)。图14显示了图10中的结束处理程序S011。当从S301转入该程序时，为了使 移动橡胶塞接头45与活塞分开，马达71沿与初始处理程序时相反的方向旋转，释放接合 (S302)。之后，活塞销61返回至初始位置，使得筒体可以利用马达64移除(S303)。之后， 开始控制单元4断开电源电路的操作(S304)。在执行断电时，设备系统下次启动时所必需 的设备状态等数据适当地储存在安装于控制单元4中的非易失存储单元中。(第二实施例)接下来，将描述在不测量药物储器内部压力的情况下执行操作的第二实施例。图15是根据第二实施例的吸入设备的框图。在本实施例中，代替起到调节药物储 器内部压力的功能的移动橡胶塞接头45，可以使用电磁体实现连接。就结构而言，具有与活 动壁进给机构互锁并移动的连接单元117，并且在其内部结合有连接检测传感器116，其检 测将活塞销送至药物储器2内的活塞位置。它检测到连接传感器116接触与其面对的橡胶 塞34。由于这个原因，在橡胶塞34中，作为具有导电性并被磁体吸引的材料(例如铁)的 部件是一体化和结构化的。图16显示了连接单元117的周围结构。在橡胶塞34中，吸附板122构造为一个
11单件，所述吸附板由可被磁体吸附的材料，如金属制成。接触端子埋在连接单元117中，并 且安装在连接单元117接触吸附板122时发生传导的位置处。当连接单元117的端面与吸 附板122接触时，其在控制单元4中通过连接传感器线121被检测到。电磁体115进一步 安装在连接单元117的端面上，并且由电磁体驱动电路118通过电磁体驱动线120提供电 流驱动。图17显示了图10中的初始处理程序S006的流程。在从S401开始之后，用于推 送连接单元117并使其连接到推送活塞的子程序(SUBl)启动(S402)。在这个时候，输入 此时的连接单元位置(CNT)作为自变量。由于连接单元在初始填充时退回到初始位置，使 CNT = 0。当在S402中完成连接时，为了执行用于喷射头初始填充的挤出操作，启动子程 序(SUB2)，并且使喷射头充满药物(S403)。接下来，为了准备首次喷射和确保负压，子程序 (SUB2)启动(S404)。SUB2以希望的步数驱动步进马达，并且将步数(N)和所需要的当前 连接单元位置CNT设置为自变量。在S403中使用为喷射头初始填充所必需的步数(α )， 在S404中使用为负压保证所必需的步数(-α 2)。根据产品的尺寸偏差或者筒体的安装偏 差，这些步数在研发阶段预先确定为可靠地保证操作的数值。根据实验，确认初始填充时间 以50yL进行。假定玻璃容器的内径为10. 5mm，活动壁的移动距离(=步进马达的移动距 离)为d (mm)，下列公式成立50 μ L = π X (10. 5mm/2)2 X d mm因为步进马达移动Imm所需的脉冲数为161，设置α 1 = 91。另外就α 2而言，在 α 2 = 3时可得到合适的负压(-IkPa到_5kPa)。图18显示了用于连接的子程序SUB2的流程。活塞马达在S601(S602)中启动之 后沿正方向FWD相等地推送一步，步进马达位置CNT加1(S603)。操作重复进行，直到连接 传感器116接触吸附板122为止(S604)，并且在连接传感器116检测到电磁体时驱动该电 磁体(S605)。图19显示了用于活塞马达进给的子程序SUB2的流程。在S701中启动之后，根据 指定自变量N，确定为正方向FWD还是为负方向REV(S702)。就自变量N而言，在正方向，即 推送出活塞的方向时指定正整数，在负方向，即拉回活塞的方向时指定负整数。在其为正方 向时活塞马达沿正方向相等地推送一步(S703)，步进马达位置CNT加1(S704)。在其为反 方向时活塞马达沿反方向相等地退回一步(S705)，步进马达位置CNT减1(S706)。程序在 重复该操作达预定次数N之后结束(S707)。步进马达位置CNT作为变量返回。这样，在控制单元4中设置存储单元，其储存预先确定的用于填充操作和初始负 压保证操作的活动壁位移量。通过使活动壁3根据该信息移动，可获得不提供用于内部压 力测量的压力传感器43的简单结构。另外，适于使为了初始负压保证来移动活动壁3时的 位移量根据药物剩余量可变，从而每次确保相当的负压。图20显示了图10中的喷射程序S009的流程。在S501启动之后，从控制单元4 启动遵循喷射头驱动参数的喷射头驱动电路110(S502)。接下来，由于从如上所述的喷射头 驱动参数确定了单位时间的药物喷射容积，必须根据所述容积执行用于进给连接单元的马 达64的同步驱动，并推送连接单元。这是因为通过使单位时间由喷射头喷出的医用流体容 积与连接单元在进行喷射时的递送量相匹配，储器内部的压力保持在适当的限值之内。活 塞销驱动马达64的进给定时可以刚好是喷射头喷射的容积与步进马达一次脉冲的药物挤出量相当时的时间(S503)。活塞马达在该时间过去时沿正方向FWD推送一步(S504)，步 进马达位置CNT加1 (S505)。程序重复进行，直到执行该操作达到必要剂量所对应的M次 (S506)。之后，在S502启动，确认独立工作的喷射头驱动电路中的喷射操作完成，当它完成 时程序结束(S507)。步进马达位置CNT作为变量返回。特定的数值实例将显示如下。这里，实验中使用的药物储器作为实例进行计算。假 定玻璃容器的内径为10. 5mm，喷射量为20 μ L/s，单位时间的活塞移动长度为d mm/s，则从 20 μ L/s = π X (10. 5mm/2)2Xd mm/s 得到 d = 0. 227mm/s。因为实验中所用步进马达移动Imm所需的脉冲数为161，这是指它可以按36. 5脉 冲/秒发送，即，在时间基础上为27毫秒/脉冲。这里，单位时间的剂量为50 μ L，全进给脉 冲数M为91。工业实用性除了药物吸入之外，本发明的药物喷射设备还可以用于多种用途。例如，药物喷射 设备还可用作芳香剂等的雾状喷射设备、奢侈品(如尼古丁)吸入设备等等。这样，本发明 的药物喷射设备可适用于需要可靠和卫生喷射的各种应用。尽管已经参考示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不局限 于所公开的示例性实施例。下列权利要求的范围与最广义的解释一致，从而涵盖所有这类 改进、等同结构和功能。本申请要求于2008年1月25日提交的日本专利申请No. 2008-014458和于2008 年6月17日提交的日本专利申请No. 2008-157987的优先权，上述申请在此全文引入作为参考。
权利要求
一种药物喷射设备，包括药物喷射单元，其具有喷射口和产生将药物从所述喷射口喷出的能量的元件；药物容纳单元，其连接至所述药物喷射单元并且容纳药物；活动壁，其附接到所述药物容纳单元的端部，并且利用所述药物容纳单元内部与外部的压力差移动；和控制单元，其使所述活动壁移动，其中，所述药物喷射单元充满药物，所述药物容纳单元的内部压力在药物喷射之前通过由控制单元使活动壁移动而达到负压状态。
2.如权利要求1所述的药物喷射设备，其中，所述药物喷射设备包括禁止单元，所述禁 止单元在所述药物容纳单元的内部压力通过移动活动壁而达到负压状态之前禁止药物从 所述药物喷射单元喷出。
3.如权利要求1或2所述的药物喷射设备，其中，所述药物喷射设备包括存储单元，所 述存储单元存储用于将药物填充到所述药物喷射单元中的活动壁位移量、以及用于使所述 药物容纳单元的内部压力达到负压状态的活动壁位移量，其中，所述控制单元根据储存在 所述存储单元中的位移量使所述活动壁移动。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的药物喷射设备，其中，使所述活动壁的位移量能 根据所述药物容纳单元内的药物剩余量发生变化。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的药物喷射设备，其特征在于，所述药物喷射单元 利用喷墨系统的喷射原理喷射药物。
6.一种对喷射药物的药物喷射设备进行控制的控制方法，所述药物喷射设备包括药物喷射单元，其具有喷射口和产生将药物从所述喷射口喷出的能量的元件，和连接至所述药物喷射单元并且容纳药物的药物容纳单元，所述方法的特征在于包括以 下步骤使所述药物喷射单元充满药物；使所述药物容纳单元的内部压力达到负压状态；和从所述药物喷射单元喷出药物。
全文摘要
一种药物喷射设备，包括具有喷射口(1a)和产生将药物从所述喷射口喷出的能量的元件(1b)的药物喷射单元；连接至所述药物喷射单元并且容纳药物的药物容纳单元(2)；附接到所述药物容纳单元的端部并且利用所述药物容纳单元内部与外部的压力差移动的活动壁(3)；和使所述活动壁移动的控制单元(4)，其中，所述药物喷射单元充满药物，所述药物容纳单元的内部压力在药物喷射之前通过由控制单元使活动壁移动而达到负压状态。
文档编号A61M16/00GK101918059SQ200980102598
公开日2010年12月15日 申请日期2009年1月20日 优先权日2008年1月25日
发明者今井满, 土屋聪司, 川原敬祐, 武井正弘, 町田稔 申请人:佳能株式会社