用于活塞和注射器接口的真空系统的制作方法
【专利说明】用于活塞和注射器接口的真空系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年7月10日提交的美国临时申请号61/844，570和2014年3月20日提交的美国临时申请号61 /968，097的优先权，这些申请的披露内容通过引用结合在此。
[0003]背景
[0004]披露领域
[0005]本披露涉及医用流体递送应用，并且具体地，涉及流体注入系统，这些流体注入系统包括注射器、流体注入器、以及在该注射器与该流体注入器之间的由可移除的吸力维持的接口。
[0006]相关领域的说明
[0007]在许多医学诊断和治疗过程中，执业医师(诸如内科医师)给患者注入流体。近年来，已经开发了用于流体(诸如造影介质)的加压注入的多种注入器致动的注射器和动力注入器，用于在诸如血管造影术、计算机断层摄影术(CT)、超声检查和磁共振成像的过程中使用。通常，这些动力注入器被设计成使用一次性或适于再装的注射器以预置流率递送预置量的造影剂。
[0008]自动注入机构典型地包括连接到具有线性致动器的动力注入器上的注射器。该线性致动器操作可移动的活塞，该活塞被构造成接合插入注射器的筒体中的柱塞。活塞与柱塞之间的接口或接合一般包括用于建立和维持活塞与柱塞之间的连接的机械锁定结构，诸如鲁尔锁紧头、螺纹、底切、销钉、转环、卡扣配合式连接件以及类似物。
[0009]柱塞/活塞接口应足够牢固，以便在近侧方向上使柱塞缩回通过筒体从而将流体抽吸到注射器中，并且以便在远侧方向上使柱塞推进通过筒体从而排出容纳在其中的流体。更确切地说，柱塞应能够以缓慢且受控的滑动方式被推进通过注射器筒体。然而，具有滑动关系的静止表面常常表现出对移动起始的阻力。对进入相对滑动关系的静止表面的移动和突然分离的这种初始阻力被称为“起动力”或“分离力”。移动阻力意味着一旦达到阈值压力，柱塞的初始前进运动就不是缓慢且受控的，而是突然的前进运动。活塞与柱塞之间的接合必须足够紧密和牢固以便克服分离力，尤其是在柱塞缩回以填充注射器时。如果活塞与柱塞之间的接合并不足够牢固，那么活塞与柱塞之间的接合释放，从而阻止填充注射器。
[0010]除了足够牢固以便在使用过程中维持活塞与柱塞之间的良好连接之外，该接口还应是可移除的，这样使得注射器和柱塞在使用之后能够被处理掉。在机械锁定结构的情况下，为了使活塞与柱塞脱离接合，使用者将活塞和柱塞定向成脱离接合，诸如通过旋转注射器以便与活塞和柱塞上的锁定特征适当对齐，或者凭借足以克服锁定结构的力来拉动活塞远离柱塞。一旦活塞与柱塞脱离接合，就可以将所使用的注射器和柱塞处理掉。
[0011]概述
[0012]尽管自动注入器是众所周知的，但始终需要使得注入过程对于医务人员更简单的改进的流体递送系统。关于本披露，阐述了一种具有活塞与柱塞之间的简化接口的注射器。希望的是，该柱塞/活塞接口足够牢固以抵抗柱塞与注射器筒体之间的摩擦力，但是能够在注入器之后容易地移除，这样使得使用者能够移除并丢弃使用过的注射器和柱塞。另外，还需要这样一种柱塞:该柱塞容易地滑动通过该注射器的筒体，但是被构造成提供抵靠该注射器筒体的良好的有效密封以防止容纳在其中的物质泄漏。
[0013]鉴于上述情况，存在对这样一种注射器的需要:该注射器具有在活塞与柱塞之间的改进的接口，该注射器能够与注入器、诸如动力注入器一起使用。根据本披露的一个方面，一种注射器接口包括被构造成由注入器驱动的活塞和注射器。该注射器包括:注射器筒体，该注射器筒体具有近端和远端；以及柱塞，该柱塞具有近端、远端、和在它们之间延伸的侧壁。该柱塞被可滑动地插入该注射器筒体中，这样使得该柱塞的该侧壁抵靠该注射器筒体的内表面形成可移动密封。该活塞被构造成与该柱塞形成可移除的吸力接合，以便在注入器驱动该活塞时使该柱塞推进或缩回通过该注射器筒体。
[0014]在某些构型中，该柱塞包括在该柱塞的近端上的空腔。那样的话，该活塞包括在其远端上的活塞头，该活塞头被确定大小并且成形为接收在该柱塞的该空腔内。该空腔可以包括近侧开口、在该空腔的远端上的推动表面、以及在该开口与该推动表面之间延伸的渐缩侧壁。该空腔的该推动表面和该活塞头的远端可以是凹的或凸的。该柱塞还可以包括围绕该空腔的该近侧开口的环形肩台。该活塞的一部分可以被构造成接触该环形肩台以便施加力来推进该柱塞通过该注射器筒体。任选地，该柱塞被构造成使得:当该活塞头被插入到该空腔中时，该活塞头到该空腔中的插入致使该柱塞的该侧壁的一部分朝向该注射器筒体径向向外延伸。该柱塞的该侧壁还可以包括环形通道，该环形通道延伸通过该柱塞的该侧壁的一部分以增加该柱塞的径向延展度。
[0015]在某些另外的构型中，该活塞包括释放机构，该释放机构被构造成抵靠该柱塞的一部分施加释放力以释放与该柱塞的吸力接合。例如，该释放机构可以包括可移动销钉，该可移动销钉可从该活塞内的凹陷位置转换到延伸超过该活塞的远端以接触该柱塞的延伸位置。可替代地或另外，该释放结构可以包括:轴向延伸通过该活塞的通道，该通道在该活塞的远端处具有远侧开口；以及栗，该栗用于通过该远侧开口排放空气以便从该柱塞释放该活塞。任选地，该栗被构造成通过该远侧开口将空气抽吸到该通道中，以便在该活塞与该柱塞之间形成吸力接合。
[0016]在某些另外的构型中，该注射器接口包括:轴向延伸通过该活塞的通道，该通道在该活塞的远端处具有远侧开口；以及布置在该通道内的滑动件。该滑动件可在近侧位置与远侧位置之间转换，在该近侧位置中空气通过该远侧开口被抽吸到该通道中以便在该柱塞与该活塞之间形成吸力接合，并且在该远侧位置中空气通过该远侧开口被排出以释放该吸力接合。该滑动件可以包括电气机械阀。
[0017]在某些构型中，该注射器筒体包括宽阔部分和狭窄部分。那样的话，该柱塞包括布置在该注射器筒体的该宽阔部分内的宽件、布置在该注射器筒体的该狭窄部分内的窄件、以及在该柱塞的该宽件与该窄件之间延伸的连接构件。该柱塞的该窄件可以被构造成抵靠该注射器筒体的该狭窄部分的内表面形成可移动密封。在一些实施例中，该连接构件至少与该注射器筒体的该狭窄部分一样长，并且能够被插入该注射器筒体的该狭窄部分中。另夕卜，该柱塞的该宽件可以与该注射器筒体脱离接触。
[0018]在某些构型中，该活塞包括活塞杆和围绕该活塞杆的远端的多个同心的可伸缩环体。该多个同心的可伸缩环体和该活塞杆的该远端被构造成插入在该柱塞的该近端上的空腔中，以便与该柱塞形成可移除的吸力接合。该多个环体中的最外部环体被构造成通过抵靠该注射器筒体的近端的一部分或者抵靠该柱塞的近侧表面按压该最外部环体而与该多个环体中相邻内部环体断开。该多个环体可以通过可断开的机械紧固件、粘合剂、摩擦力、或磁力连接在一起。
[0019]根据另一个实施例，一种注射器接口包括被构造成由注入器和注射器驱动的活塞。该注射器包括:注射器筒体，该注射器筒体具有近端和远端；以及柱塞，该柱塞具有近端、远端、和在它们之间延伸的侧壁。该柱塞被构造成可滑动地插入该注射器筒体中，这样使得该柱塞的该侧壁抵靠该注射器筒体的内表面形成可移动密封。该注射器接口还包括密封结构，该密封结构用于在该活塞的一部分与该注射器筒体之间形成密封，从而在该注射器筒体中、在该柱塞的该近端与该密封结构之间产生真空。那样的话，与该真空空腔相关联的单向止回阀被提供用于从该真空空腔排出空气并且用于阻止空气进入该真空空腔。该接口被构造成使得朝向该柱塞推进该活塞通过该真空空腔将空气从该真空空腔排出，从而在该真空空腔内产生负的真空压力。该柱塞可以被构造成:当在该真空空腔内产生该负的真空压力时，随着该活塞从该注射器筒体缩回而在该近侧方向上跟随该活塞。在某些实施例中，该活塞的外径与该注射器筒体的内径基本上相等。
[0020]根据另一个实施例，一种注射器接口包括具有可移动地插入其中的柱塞的注射器以及用于推进该柱塞通过该注射器的活塞杆。该接口还包括:连接表面结构，该连接表面结构被连接到该活塞杆或该柱塞中的一个上；以及吸碗，该吸碗被连接到该活塞杆或该柱塞中的另一个上。该吸碗可以被安排成接触该连接表面结构以便与其形成吸力接合。任选地，该连接表面结构和该吸碗可从该活塞杆和该柱塞移除，并且能够由不同大小的吸碗和连接表面结构代替。该吸碗和该连接表面结构两者都可以位于该注射器外部。在一些实施例中，该连接表面结构包括拇指凸缘，该拇指凸缘被连接到从该注射器的该柱塞延伸的柱塞杆上。在一些其他实施例中，该活塞杆包括轴向延伸通过该活塞杆的通道以及布置在该通道内的滑动件。该滑动件可以在近侧位置与远侧位置之间转换，在该近侧位置中空气通过该通道的远端被抽吸到该通道中以便将该吸碗接合到该连接表面结构上，并且在该远侧位置中空气从该通道的该远端被排出以便从该连接表面结构释放该吸碗。
[0021 ]根据本披露的另一个方面，披露了一种流体注入系统。该流体注入系统包括流体注入器，该流体注入器包括活塞和注射器。该注射器包括注射器筒体和柱塞。该柱塞包括圆柱形体、近端和远端、以及在该近端与该远端之间延伸的侧壁。该柱塞被可滑动地插入该注射器筒体中，这样使得该柱塞的该侧壁抵靠该注射器筒体的内表面形成可移动密封。该流体注入系统还包括:接口，该接口用于将该活塞连接到该柱塞上，从而在该活塞与该柱塞之间形成吸力接合；以及控制器，该控制器用于基于活塞速度控制算法来控制用于缩回和推进该活塞和该柱塞通过该注射器筒体的活塞速度。该活塞速度控制算法基于该注射器的物理参数和该柱塞与该注射器筒体之间的该可移动密封的摩擦特性来确定足以维持该活塞与该柱塞之间的接触的活塞速度。
[0022]在某些安排中，该注射器的这些物理参数以及这些摩擦特性被存储在与该控制器相关联的查找表中。那样的话，该控制器被配置成从该查找表中检索这些物理参数和摩擦特性。可替代地或者除了该查找表之外，该系统还可以包括用于自动确定该注射器的这些物理参数和摩擦特性的至少一个传感器。任选地，该流体注入系统还可以包括连接到延伸通过该活塞的通道上的栗。该栗被构造成将空气抽吸到该通道