CN105163774A - 用于受控递送治疗剂的输注系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式提供了用于向患者(包括人或哺乳动物)静脉内或以其他方法递送药物和其他治疗剂的输注系统。这些治疗剂可溶解在溶液中或包含治疗剂本身。这些系统的实施方式可利用化学反应以可预测地驱动药物流通过导管或其他流动路径并进入患者。更具体地，该反应可包括酸-碱反应或生成气态物质的其他类型的反应。当酸-碱反应物与液体化合物时，生成气体且气体包含在可扩张驱动气球内。随着气体的生成，驱动气球扩张以在单独含有的药物储器上施加压力，其继而推动药物从储器进入流动路径，其中药物被最终以受控和预定的方式递送给患者。

Description

用于受控递送治疗剂的输注系统

背景技术

相关申请

本申请要求2013年3月13日提交的标题为“用于受控递送治疗剂的输注系统”的美国专利申请号61/779,817(代理人案卷号92643-000600US-867913)的优先权；上述优先权文件全文纳入本文以用于所有目的。本申请还同时涉及标题为“用于受控递送治疗剂的输注系统”的美国专利申请号14/____(代理人案卷号92643-000610US-903402)，其全文纳入本文以用于所有目的。

输注系统(包括流体和药物的静脉内(IV)递送)已使用了接近200年。今天，输注系统保持了患者常规护理的基础和整体部分，特别是那些经历化疗、麻醉、输血、胰岛素治疗和流体或电解质替换的患者。还常规使用控制治疗剂皮下或甚至透皮递送(特别是例如控制慢性疼痛)的系统。然而，不适当的IV治疗是患者生病和死亡的显著病因，最常见原因是给予不正确的体积(例如所需药物剂量的递送过量或不足)和/或给予不正确的流体或药物。使用IV注射将药物非常快地递送至作用位点并通常在给药后少至10秒中起效。因此，如果不正确地计算剂量，存在高风险的剂量过高。如果过快给予药物，还存在升高的有害副作用风险。

给药期间，总是需要以恒定和/或预定的流速给予治疗剂。除了给予基础输注速率(即维持IV流体)外，还需要通过连续IV流使这些药物进入插管的静脉。给予过量IV流体是浪费的、不需要的且通常是对患者有害的，导致诸如水肿的病症。除上述以外，需要混合治疗剂与IV溶液还会引入人为误差，包括可能向患者提供不正确的药物混合物和/或不正确的药物剂量。在多种手术和/或紧急医疗过程期间尤其如此，其中通常需要快速给予多种药物和/或IV流体。

最通常使用的IV输注系统由充满流体的袋、滴注器、用于控制流动的辊夹(rollerclamp)(即可变阻力控制器(variableresistancecontroller))和连接至IV导管的管道组成。抬高的IV袋在该系统中用作压力源，辊夹用作用户控制的阻力器(resistor)，且IV导管用作固定阻力器。

最常见地，通过观察液滴通过滴注器下落的速度来测定IV流体流速。错误计算流速可导致许多问题，包括外渗、输液性静脉炎、渗透甚至死亡。通过将溶液容器悬挂在患者上方数英尺并将溶液容器通过一次性静脉给药套装(其包含滴注器和挠性递送管)连接至静脉穿刺部位来实现胃肠道外溶液的重力输注。

静脉流速通常表示为：1)液滴数目；2)每分钟立方厘米(cc/分钟)；或3)每分钟毫升(ml/分钟)，其通常通过使用辊夹来控制。美国专利号4,175,558描述了一种用于使递送管塌陷来控制流速的辊夹。辊夹是一种简单、不昂贵、两片式塑料装置，其在管上的单个点处逐步压紧静脉给药套装的塑料管，从而使管闭塞以建立跨限制点的压差和相应的流速下降。由于流动的流体或限制点处塑料导管的蠕变，这类辊夹使用期间流速的恒定是不确定的，其导致流速在设置后下降。另一个缺点是辊夹需要电力或电池来发挥功能。

通过输注系统的连续流动通常是确保注射的药物正确递送至患者和避免IV管内重复剂量的累积所必需的。然而，给予过量的IV流体是不需要的且通常是有害的。即使在健康的患者中，非故意地给予大体积IV流体也会导致膀胱膨胀且手术期间需要导尿，或手术后尿路梗阻，其都会导致患者住院时间增加。在患有心脏或肺疾病的患者中，给予过量流体体积通常导致手术后肺或心血管功能失调。这可导致麻醉和手术后难以停止机械通气(即呼吸机)、肺水肿(即肺肿胀)和充血性心力衰竭。

历史上，输注系统难以控制且流速是难处理且不精确的。由于这些系统能够递送高流速，无法使用辊夹频繁评估和调节流速可容易地导致给予过量IV流体。给予大流体体积的风险存在的原因还在于这些系统中固有的缺陷。例如，已发现由于温度、流体组成、喷孔直径和喷孔形状的影响，液滴形成的速率无法精确测量流速。此外，辊夹下导管内的冷流(即“蠕变”)可在45分钟内导致15％过量的流动差异。当静脉塌陷时，出现危险的高流速，导致血管扭曲(由下游压力生成)和IV流的反常增加。

静脉的特征为开启压力和对流动的阻力小。组织作为普通阻力器发挥作用，其阻力高于静脉。组织的开启压力通常不超过静脉，至少在初始时是这样的。在组织中，不存在外渗时也不存在阻碍压力。然而，随着流体的输注，开启组织压上升。为对这些流速变化进行响应，临床医师不得不频繁检查和调节辊夹以适当地调节IV流，从而使流动是连续的，保持静脉开放并确保所给予药物和麻醉剂的递送，但不应过量而导致流体超载或输注不适当的大量IV流体。

用于给予静脉内液体的系统描述于美国专利号3,298,367和5,318,515。这些专利通常描述多种单独的流动路径，各流动路径都具有多种流动特征。在手术或递送IV流体期间，这两项专利都需要耗时地从有限数目的管道和相关流动特征中进行选择。近年来已引入了若干流速调节器(包括美国专利号3,877,428和5,019,055)以尝试克服前述使用常规辊夹或输注方法相关的不利因素。

尝试解决这些或类似问题的信息可参见，例如，美国专利号3,298,367；3,877,428；4,175,558；5,019,055；5,106,374；5,318,515；5,348,539；6,428,505；和8,257,337以及美国专利申请公开号US2010/0076413和US2012/0267275以及外国专利申请号CA1125134；EP0217940；EP0265261；和EP0462213。用于受控递送治疗剂的多种类型的输注系统(包括本发明的一些实施方式)可以减轻或减少甚至利用一些或全部这些潜在问题。

出于至少前述理由，合理需要用于受控递送治疗剂的输注系统。提供改进常规液滴监测技术(如上文所述)的输注系统是有利且需要的，并且将因此被医疗从业人员熟悉并容易接受。提供制造费用不昂贵的用于给予静脉内流体的简单方法也是有利的。此外，提供以下输注系统是特别有帮助的：该输注系统允许用户根据规定疗法快速开始恒定和/或预定流速，而无需混合药物、进行剂量计算或调节流速。特别对于战地医疗、远程医疗、第三世界健康护理和自然灾难环境，提供不依赖电力或电池为递送所输注药物供能的输注系统也是有利的。提供设备齐全、预包装、无菌的含有用于给予药物和/或流体的输注系统的试剂盒也将提供便利的有利条件。

发明内容

本发明的多个实施方式提供了输注系统，包括例如提供静脉内(IV)递送治疗剂(如药物)的系统。这类系统的某些实施方式利用化学反应或其他压力生成手段来可预测地驱动治疗剂流动通过一路径并进入患者。更具体地，本发明的一些实施方式利用基于酸的反应或任何其他反应，其生成气态物质以扩张驱动气球(drivebulloon)并进而在单独包含的药物储器上施加压力进而将含有药物的溶液(后文中称作：“药物溶液”)从储器推入流动路径，该药物最终以受控和预定的方式被递送至患者。

根据一个实施方式，本发明提供了一种用于治疗患者的输注系统，包含外壳、含有治疗剂溶液的治疗剂溶液储器、用于提供驱动压力以递送治疗剂溶液的驱动气球、用于治疗剂溶液的受控流动的流动路径、以及用于将治疗剂溶液递送至体内的递送位点的递送体。该治疗剂溶液包含一种或多种溶解或以其它方式包含在液体(如液态水)中的治疗剂。该外壳含有至少该储器和该驱动气球，且通常是刚性的(即其不会因驱动气球所施加压力而明显扩张)。该外壳可以包含由透明材料制得的观察窗口，用于观察药物储器、驱动气球以及与储器或驱动气球之一或两者连接的标志物或规(针规)中的一种或多种，从而使用户知道储器中还剩余多少治疗剂溶液。该流动路径包含管腔，其具有第一端部和第二端部。第一端部连接储器且第二端部连接递送体。该流动路径可包含导管或本领域中已知的其他中空流体递送元件。可扩张的驱动气球位于刚性外壳之内，其至少部分处于非扩张状态。该驱动气球包含第一部分和第二部分，各部分由可释放的密封件隔开。该第一部分包含液体且该第二部分包含至少一种反应物，该反应物配置为与该液体发生化学反应以生成用于扩张该驱动气球的气体。当密封件被释放时(例如被拔出)，来自第一部分的液体与第二部分中的反应物混合以生成用于扩张该驱动气球的气体从而在储器上施加作用力以将治疗剂溶液推入流动路径。该递送体具有近端部分和远端部分。该近端部分与流动路径的第二端偶联且该远端部分包含组织透过远端且配置为将治疗剂溶液递送给患者。在许多实施方式中，该递送体可对应于蝴蝶针(butterflyneedle)或本领域已知的其他中空针。在这类实施方式中，该蝴蝶针或其他针将通常具有无菌可移除套管或覆盖物，从而维持针的无菌并保护免遭无意的针刺。

这些反应物可包括一定量和比例的酸和碱以生产选定的体积和压力的气体。根据一个或多个实施方式，该酸可以是柠檬酸或乙酸且该碱可以是碳酸氢钠或氢氧化钠，其配置为生成二氧化碳气体。对于这些和相关实施方式，酸碱比例可分别为约1:2。其他实施方式考虑其他比例的其他酸和碱。该液体可以是水及其多种溶液。在许多实施方式中，该气体对应于二氧化碳，但也考虑其他惰性气体。

在多个实施方式中，该治疗剂溶液可以以预定的经选择的范围内的流速被递送给患者。根据一个或多个实施方式，该流速的范围可以是约10cc/分钟至约500cc/分钟。在优选的实施方式中，该流速的范围是约0.5cc/分钟至约20cc/分钟。该治疗剂具有可使用的量且可以一流速被递送给患者，所述流速在递送有用量的治疗剂的整个过程中基本维持在期望的范围内。该递送可以是用于静脉内或皮下给予治疗剂至患者的中空针。该递送体可以是用于向患者透皮(transdermal)给予治疗剂的贴片(patch)且该流动路径可以是管。如上文所述，在一些实施方式中，该外壳可包括用于观察储器和驱动气球的透明窗口以例如评估各自的体积。标志物或规可以可观察地位于储器和驱动气球之间的透明窗口中。该标志物可对应于针或一形状，该形状配置为指示储器中剩余的治疗剂的相对的量。该外壳的高度可等于或高于患者，而可释放的密封件可以是夹管阀、环阀、弱焊接阀、压力密封件、拉带或粘合性密封件。该治疗剂可以是，例如，化疗药物、麻醉剂、镇痛剂、胰岛素、生长激素、生物材料、盐水或类似溶液、流体替代溶液、营养溶液或对比染料。

第二实施方式提供了一种递送系统，用于以预定流速将药物或其他治疗剂从储器静脉内递送至患者。该系统包括储器、包含在储器中的药物或其他治疗剂溶液、用于提供驱动压力以递送治疗剂溶液的可扩张的驱动气球、用于治疗剂溶液流动的导管、用于插入患者中的中空针和用于包含一个或多个系统组件的刚性外壳。该刚性外壳由非顺应性材料制造且通常含有至少储器和驱动气球。其可包括由光学透明材料制得的观察窗口，用于观察与储器或驱动气球之一或两者连接的规(如针规)以使用户知道储器内还存留多少溶液。如上文所述，该储器含有药物或其他治疗剂的溶液(该溶液有时在本文中称作药物或治疗剂溶液)。在一些情况下，该溶液不需要含有药物或治疗剂，但含有例如诸如盐水的化合物以允许溶液被用于补充患者的流体和/或体积。该导管具有第一端部和第二端部，其中第一端部连接储器。可扩张的驱动气球位于刚性外壳之内，其至少部分处于非扩张状态。该驱动气球包含第一部分和第二部分，且各部分可由可释放的阀隔开。该第一部分包含液体且该第二部分包含至少一种反应物，该反应物配置为与该液体发生化学反应以生成用于扩张该驱动气球的气体。在释放阀时，来自第一部分的液体可与第二部分中的反应物混合以生产气体，其扩张该驱动气球以施加从驱动气球至储器的压力以将药物推入导管。中空针具有近端端部和远端顶端。近端端部偶联导管的第二端部且远端顶端配置为插入通过患者皮肤以将药物溶液递送至患者的血管(如静脉或动脉)或组织位点(如肌内组织位点)。该系统可以是自启式的。

第三实施方式提供了一种试剂盒(kit)，用于将药物静脉内递送至患者。该试剂盒可包含上文所述IV药物递送系统的一个或多个实施方式，包括例如刚性外壳，其中含有充满药物或其他治疗剂溶液的储器和可扩张的驱动气球。该气球包括含有液体的第一部分和含有至少一种反应物的第二部分。这些部分由可释放的密封件隔开。当密封件释放时导管接收药物且中空针连接导管以将药物递送至患者的血管。无菌包装持有外壳、导管和针。该试剂盒的多个实施方式特别适用于在无菌环境中包装和储存IV递送系统的多个组件，同时延长该系统的关键组件(如药物溶液、反应物和反应物液体)的保存期。

在使用本发明的示例性方法中，医疗护理提供者将选择具有所需药物或其他治疗剂的本发明所述的输注系统。对于试剂盒实施方式，他或她将打开包装并移出系统的组件(包括外壳、递送导管和蝴蝶针)。该医疗护理提供者随后可将外壳置于悬挂杆上，置于患者床边或连接外壳与患者(该系统的一些实施方式可包括用于将外壳固定在患者手臂、腿或身体其他部分上的带)。该医疗护理提供者随后可拔出可释放的密封件(例如通过拉扯与密封件相连的标签或销钉)以开始药物溶液的流动并在观察到所有气体都从导管中除去后将针插入患者的手臂或其他区域(例如腿等)。在一些实施方式中，其中包括气泡捕捉器或其他除气泡手段，该医疗护理提供者可首先插入该针并拔出可释放的密封件以使药物的流动开始。可使用与驱动气球或储器之一相连并可通过观察窗口观察的标记物或规来监测药物的递送。一些实施方式还可包括电子体积和流动传感器，用于使医疗护理提供者了解治疗剂溶液的流速和储器中剩余治疗剂溶液的体积。在具体实施方式中，这些传感器可无线连接至监测装置(如笔记本电脑、手机或其他相关装置)，允许医疗护理提供者远程监测治疗剂溶液的流速和储器中剩余治疗剂溶液的体积。

应参考下文的发明详述并联合附图来进一步理解本发明的本质和优势。这些附图通过说明代表本发明的实施方式。因此，这些实施方式的附图和说明是说明性而非限制性的。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的系统的透视图。

图2是本发明的一个实施方式的系统的侧视图，显示释放的密封件和随着气体填充而扩张的驱动气球。

图3是本发明的另一个实施方式的系统的透视图。

图4是本发明的另一个实施方式的系统的侧视图。

图5A是本发明的一个实施方式的系统的侧视图，显示表明储器内剩余治疗剂的相对量的透明窗口和标记物。

图5B是侧视图，显示与电子装置无线偶联的传感器。

图6是本发明的一个实施方式的试剂盒。

图7A是本发明的一个实施方式的系统的透视图。

图7B是本发明的一个实施方式的系统的透视图。

具体实施方式

本发明的多个实施方式提供了使用化学反应递送治疗剂的输注系统以可预测地取代治疗剂流通过流动路径并进入患者。某些实施方式利用酸-碱反应或生成气态物质的任何其他反应。当酸-碱反应物与液体化合物时，生成气体且气体包含在可扩张驱动气球内。随着气体的生成，驱动气球扩张以在单独包含的药物储器上施加压力，其继而推动药物从储器进入流动路径，药物最终以预定范围内的流速递送给患者。

图1是本发明的一个实施方式所述系统的透视图。非限制性、示例性系统权利要求见下文。图1的具体系统100包括外壳102，该外壳内含有储器101和可扩张驱动气球106。外壳102可由非顺应性材料或刚性材料制得，包括但不限于塑料或金属。外壳102可含有连接装置如钩114、环214(图2)等以使外壳悬挂或悬浮在选定高度。连接装置114可配置为悬挂于标准IV杆、医院床(如连接的设备)或急救车辆内部中的一种或多种。该实施方式在临床环境中特别有利，例如化疗病房或医院。该储器含有治疗剂，如化疗药物、麻醉剂、镇痛剂、胰岛素、生长激素、生物材料(如血液或血浆)或对比染料。该治疗剂可以是：1)类晶体物质(在溶解于溶液中之前)，如0.9％盐水(即标准盐水)、右旋糖或哈特曼氏溶液(即林格乳酸盐液)或；2)胶体物质，如血液产品、赫他淀粉(hetastarch)、明胶衍生物右旋糖酐等。当然，向患者提供有益治疗和/或疗法的任何其他试剂也被考虑用于该系统。该治疗剂可以预包装在储器中从而无需将试剂混合在一起。

第一部分含有液体116(如水)且第二部分含有一种或多种反应物115。这些反应物还可以预定量进行预包装从而当其在化学反应中合并时生成已知量的气体。本领域技术人员(例如熟悉物理和化学的基本原理)还应理解，还可以计算气态物质生成的压力以及驱动气球的扩张。

驱动气球106被可释放密封件109分为第一和第二部分107、108。密封件109分隔驱动气球的第一和第二部分，使得第一部分107中的液体116在激活前(即释放密封件前)不会接触第二部分108中的反应物115。根据一个或多个实施方式，密封件109可以是夹管阀、环阀、弱焊接阀、压力密封件、拉带或粘合性密封件。然而，可释放地分隔驱动气球106的第一和第二部分107、108的任何机制都被考虑用于该系统。

系统100的储器101通过阀117(例如夹管阀)连接流动路径103的第一端部104。流动路径103的长度可以变化但需要足够长以连接系统与患者而不过度紧张(例如从而避免拉伸)或松弛(例如从而避免缠绕)。优选地，该流动路径是管，例如插管或导管。流动路径103还可具有粘性材料113(即胶带)以将流动路径与患者固定。流动路径的第二端部105连接递送体110的近端部分111。递送体110可以是具有远端部分112的皮下注射(即中空)针，其可插入患者静脉以递送治疗剂。

图2是本发明的一个实施方式所述系统200的一个实施方式的视图，显示释放的密封件209和随着充满气体217而扩张的驱动气球206。还打开了夹管阀。气体217可以是酸和碱反应物化学合并时生成的二氧化碳(CO₂)。酸与碱的比例可分别为约1:2。例如，该酸可包括柠檬酸、盐酸或乙酸，而该碱可包括碳酸氢钠或氢氧化钠。使碳酸盐与酸发生反应是生成二氧化碳的常规方法，如以下示例性化学方程式所示：

Na₂CO₃+2HCl→2NaCl+↑CO₂+H₂O

这些反应物的特定示例是相对不昂贵、常见且易于生产的。可以使用许多其他反应物，其反应以形成气态物质将驱动气球扩张至足以针对非顺应性外壳202并在储器201上施加压力218以驱动(即推动或挤压)治疗剂以方向219进入流动路径。

根据一个或多个实施方式，可以使用流体动力学和其他工程领域已知的多种无量纲数以实现通过流动路径的选定流动特征。例如，雷诺数(Re)提供了一种测量惯性力与粘性力之间比例的方法并因此量化对于给定流动条件而言两种类型力的相对重要性。对于形式为管的流动路径，雷诺数通常定义为：

Re＝pvD_H/μ＝vD_H/v＝QD_H/vA

其中：

D_H定义为管的水力直径；其特征性通过长度L(m)；

Q定义为体积流速(m³/s)；

A定义为管横截面积(m²)；

v定义为治疗剂的平均速度(SI单位：m/s)；

μ定义为治疗剂的动态粘度(Pa·s或N·s/m²或kg/(m·s))；

v定义为运动学粘度(v＝μ/p)(m²/s)；以及

p定义为治疗剂密度(kg/m³)。

对于诸如方形、矩形或环形路径等的流动路径，其中高度和宽度是可比的，则内部流动情况的特征性尺寸为水力直径D_H，其定义为：

D_H＝4A/P

其中，A在这里定义为横截面积且P定义为湿周(wettedperimeter)。

对于圆管型流动路径，包括例如标准18G插管，水力直径与内管径完全相同，如图可用数学显示的那样。

除下文所述流速外，本发明的多个实施方式考虑利用雷诺数作为表征通过流动路径流动的手段。在多个实施方式中，通过流动路径流动的雷诺数的范围可以是约10-4000。在优选的实施方式中，该流动将是层状的且因此该雷诺数将小于2000。在具体的实施方式中，该雷诺数的范围可以是约1-100、100-500、250-500、500-1000、1000-1500、1000-2000和1-1000。这些数字可通过选择一个或多个包括雷诺数的上述参数来实现，包括例如流动路径(如导管603和中空针610)中组分的直径、药物溶液的速度和粘度。将雷诺数维持在前述范围之一中可被用于实现以下一个或多个目的：i)在输注期间维持更恒定和/或精确的流速；ii)降低通过流动路径的流动阻力；iii)降低压力要求以实现所需流速(其对于悬挂应用而言也降低系统悬挂的高度)；iv)最小化气泡形成(例如因为空化)；以及v)降低剪切力，其可导致对输注的血小板或其他胶体物质的损伤。在具体的实施方式中，优选将雷诺数维持在2000以下(例如从层状至湍流流动的转变)且更优选地维持在1000以下，降低压力要求(并从而减少反应物的量)以实现所述通过流动路径的流速(这是由于雷诺数在2000以下时拖曳和流动阻力降低)。这继而允许更长时间的输注。由驱动气球发生的给定压力的流速可使用标准流动动态关系计算，包括下文所示(也称作泊西定律(Poisell’slaw))：

Q(流动)＝ΔP/R_f

其中：

ΔP定义为流动路径起点和终点之间的压力差(起点压力对应于驱动气球中的压力)。

R_f定义为流动路径的流动阻力，且等于流动路径中各元素(包括导管和与导管端部连通的针)的流动阻力R的总和。

流动路径中各元素的流动阻力R如下文方程所示：

$R=\frac{8\mathrm{\η}\mathrm{\Δ}x}{{\mathrm{\πr}}^4}.$

其中：

n定义为治疗剂溶液的粘度；

Δx表示流动路径中组分的长度；且

r流动路径中组分的内半径。

根据一个或多个实施方式，可通过选择驱动气球的压力以及流动路径(如导管和针)的各组分的流动阻力来选择流速。在具体实施方式中，通过选择各组分的内径和长度来选择流动路径的流动阻力。如上述方程所示，由于阻力根据内半径的负四次方变化，针内规的选择对于流动阻力具有显著影响，特别是由于针的内半径通常小于导管。因此，在许多实施方式中，针规的选择可以是测定流速过程中的控制因素。对于一些实施方式，根据针规，针的流动阻力可超过管，有效地允许主要通过选择针规来控制流速。因此，在这些和相关实施方式中，使用小号针(例如18或20号或更高)可允许使用若干种不同尺寸的导管。在其他实施方式中，当使用较大的针时，可通过选择导管内半径和/或选择针和导管内半径的组合来控制流动路径的阻力并继而控制流速。在一个或多个实施方式中，该系统可包括用于针对针规和导管直径和长度的特定组合来确定流速的计算装置。在多个实施方式中，该计算装置可对应于一种或多种软件程序，其可在移动装置AppleiPhone^TM(如或其他智能手机装置)、iPad^TM(或其他平板电脑装置)或计算机装置(如本发明所述系统和/或试剂盒的实施方式中包含的计算器)中的处理器上运行。该计算装置可配置为允许用户选择速率并随后接收针和导管尺寸组合的输出。还可考虑影响流速的本文所述其他因素，包括例如驱动气球中的压力、药物溶液的粘度以及驱动气球和储器置于患者上方或下方的高度。

下文表格中提供了可由本发明的多个实施方式通过经选择的插管(即流动路径)规格递送的流速的一些实施例。然而，应理解，这些流速是示例性的且根据许多变量和条件还可使用多种其他流速和规格。

根据一个或多个实施方式，该治疗剂可以以预定范围内的流速递送给患者。可基于任意数目的标准选择流速范围(包括单个流速值)，包括例如流动路径的规格和长度或驱动气球的压力。在具体实施方式中，可选择范围以在选定的时间段内递送选定体积的待递送治疗剂(例如以包含一种或多种药物或其他治疗剂的治疗剂溶液的形式)。例如，如果需要在10分钟的时间内递送33.3cc的溶液，则流动路径可配置为具有3.33cc/分钟的流速。

根据一个或多个实施方式，还可选择驱动气球的特征以控制流速。这里特征可包括，例如，驱动气球的尺寸、形状、充气压和顺应性/弹性。选择可扩张驱动气球的常数k，使得(密封件和夹管阀释放后)气体施加的力等于治疗剂对驱动气球施加的流体静力。假定外壳位于患者上方5cm的高度，则通常可通过下式预测压力：

P_h＝pgh(10³kg/m³)(10m/秒²)(0.05m)＝500kg/m-秒²

其中，p表示治疗剂的密度且假定与水的密度大致相同，至少对于该实施例而言是这样的。

静水压力P_h和流体静力F_h的关系是：

P_h＝F_h/A

其中，A表示与驱动气球接触的储器面积，且对于该实施例而言等于(3.6cm)²＝13.0cm³。因此：

F_h＝P_hA＝[500kg/m-秒²](0.0013m²)＝6.5N

该力表达为：

F_s＝kx

其中，x表示储器已被扩张的驱动气球压缩的距离。任意选择x为1并设置F_s等于F_h，则：

K＝6.5N/0.01m＝650N/M

影响流速的其他因素(包括，例如，管(即流动路径)的直径、药物(即治疗剂)的粘度、化学反应期间生成气体的速率以及多种其他因素)可单独使用或联用以控制流速。本领域技术人员应理解存在多种公式，其表达和计算治疗剂的代表性流动以可预测地将这类治疗剂以预定范围内的速率递送给患者。因此，上述公式和计算仅是许多实施例中的一些，且同样地，本发明不仅限于任何特定公式或计算。

根据一个或多个实施方式，该流速优选为约10cc/分钟至500cc/分钟，具体实施方式为25、50、100、200、300和400cc/分钟。更优选地，该流速优选为约0.5cc/分钟至20cc/分钟，具体实施方式为1、3、5、10和15cc/分钟。还考虑其他流速范围。与具体流速无关，优选在实际递送的基本整个期间内将治疗剂以所需范围内的流速递送给患者。然而，根据其他实施方式，流速可在递送期间内变化。例如，根据一个实施方式，流速可配置为在递送期间开始时(例如第一分钟或前两分钟)较高随后逐渐减小以递送初始推注剂量的治疗剂并随后递送维持剂量。可通过例如使用控制阀或其他类似装置来实现这类可变流速实施方式。

图3是本发明的另一个实施方式所述系统300的透视图。治疗剂从储器流入流动路径303的第一端部304。简单比较图2和3中所示储器和驱动气球的相对体积，可观察到药物递送的一般进展。图2显示储器201和驱动气球206相对是同一尺寸(例如各自的体积均占据外壳的约50％)。随着化学反应超完成进展，可以预测驱动气球的体积增加而储器的体积预测减小。这描述于图3，其中例如与图2相比，驱动气球306目前比储器301大约66％。该实施例仅用于可比地显示目的，因为图2和3不一定是按比例绘制的。

流动路径305的第二末端连接透皮芯吸海绵或贴片材料310的近端部分311。根据该特定实施方式，海绵上的粘合剂313帮助将海绵固定于患者表皮(即皮肤)或粘膜以促进将试剂透皮递送给患者。海绵的吸收特性通常与流速相称，使得海绵可维持在基本潮湿的条件下以防止海绵变干或变得过湿。

图4是本发明的另一个实施方式所述系统的侧视图。在该实施方式中(也称为“垂直堆叠排列”)，该系统位于患者410的顶上且因此无需将系统悬挂于患者上方。优选地，当患者以仰卧或背卧位置躺下时，该系统可位于患者的胸或胃上。或者，该系统可配置为在患者俯卧时位于患者背上。考虑许多其他相对于患者位置的系统排列位置，包括例如当患者坐下时系统位于患者膝盖上。可释放密封件可朝上或朝向外壳上的容易接近的任意位置。储器401的位置最靠近患者且可扩张驱动气球406的位置与储器401大致相对。在非卧床护理或需要第一应答者服务的其他紧急情况下(例如战地医师、急诊技师(EMT)、消防员等)，垂直堆叠的排列是特别有利的。

图5A显示系统500a的侧视图，包括外壳502a中透明窗口505a，其用于观察储器501a和可扩张驱动气球506a。根据本发明的一个实施方式，标志物510a(即尺或规)在窗口中是可见的以显示储器中剩余治疗剂的相对或实际含量。该标志物位于储器501a和可扩张驱动气球506a之间且随着驱动气球体积的扩张和储器体积的缩小沿刻度518a移动。刻度518a可以是任何数目的递增标志或符号或可简单的包括例如字母“F”以表示储器是“满的”和字母“E”以表示储器是“空的”。

图5B显示系统500b的侧视图，包括与一个或多个电子装置(如智能电话515b或计算机516b)无线偶联的传感器510b和/或511b，以允许医疗护理提供者远程监测系统500b的流速和/或压力。在临床环境中，例如，可由护士站远程测量所递送流体/药物的速率和总量。在紧急情况中，例如，可由急诊室人员远程监测速率，同时将患者通过救护车运输至医院。

图6是根据本发明的一个实施方式用于将药物静脉内递送给患者的独立式无菌试剂盒601。刚性外壳602含有充满药物的储器和可扩张驱动气球。当密封件609被释放(并打开阀617)时，导管603接收药物。中空针610(更优选皮下注射针)、针套管607和粘合材料613包封在无菌包装606中。该试剂盒含有预先测得含量的反应物、液体和药物。

图7A是本发明的一个实施方式所述系统700a的透视图。系统700a可通过带、线束或皮带706a与患者固定以使外壳702a紧贴患者身体。可使用例如皮带扣704a、系带或维可牢(Velcro)将皮带706a牢固地系在患者臂、腿、腰或身体的任何其他区域。该实施方式在紧急情况下中特别有利，其无需将外壳悬挂或挂在患者上方。

图7B是本发明的一个实施方式所述系统700b的透视图。系统700b可配置为在靠近的位置处悬挂在患者上方，例如床边吊架、挂钩或IV杆704b。同样，该系统可包括气泡捕捉器714b(或本发明所述实施方式中任一种)，其配置为清除流动路径中的气泡并因此防止气泡进入患者血管系统。

本发明的前述实施方式可提供多种优势，包括，例如，提供以下输注系统，其以预定范围内的流速向患者IV递送药物或流体。这类实施方式提供了新、有用且非显而易见的有效和高效递送治疗剂的方法。

结论

以上本发明的多种实施方式的描述是为了阐述和说明的目的。其不旨在将本发明限于公开的精确形式。很多替代、变化和改良对于本领域技术人员而言是显而易见的。例如，多种实施方式可调整或适用于多种儿科应用以及多种兽医学应用(例如犬、猫、马、牛等)。

一个实施方式的元素、特征或行为可容易地于其他实施方式的一种或多种元素、特征或行为重组或替换以形成本发明范围内的多种其他实施方式。此外，显示或描述为与其他元素联用的元素可在多个实施方式中以单独元素的形式存在。同样，本发明考虑以下实施方式，其中说明书中描述的一个元素被排除在该实施方式外。因此，本发明的范围不限于特定的所述实施方式，而是经由所附权利要求限制。

Claims (50)

1.一种向患者递送治疗剂的系统，所述系统包含：

配置为含有溶液的储器，所述溶液包含所述治疗剂；

含有所述储器的非顺应性外壳；

具有第一端部和第二端部的流动路径，所述第一端部偶联所述储器；

位于所述刚性外壳内且处于至少部分未扩张状态的可扩张的驱动气球；所述驱动气球包含第一部分和第二部分，各部分由可释放的密封件隔开；

所述第一部分包含液体且所述第二部分包含至少一种反应物，所述反应物配置为与所述液体发生化学反应以生成用于扩张所述驱动气球的气体；

当所述密封件被释放时，来自所述第一部分的所述液体与所述第二部分中的所述反应物混合以生成用于扩张所述驱动气球的所述气体从而在所述储器上施加压力以将所述治疗剂溶液推入所述流动路径；

具有近端部分和远端部分的递送体，所述近端部分偶联所述流动路径的所述第二端且所述远端部分配置为将所述治疗剂递送给所述患者；以及

所述流动路径的流动阻力和施加在所述储器上的压力配置为在使用期间以预定范围内的流速将所述治疗剂递送至所述患者。

2.如权利要求1所述的系统，所述反应物分别包括比例约为1:2的酸和碱。

3.如权利要求2所述的系统，所述酸是柠檬酸或乙酸且所述碱是碳酸氢钠或氢氧化钠。

4.如权利要求1所述的系统，所述液体是水。

5.如权利要求1所述的系统，所述气体是二氧化碳。

6.如权利要求1所述的系统，所述流速为约10cc/分钟至500cc/分钟之间。

7.如权利要求1所述的系统，所述流速为约0.5cc/分钟至20cc/分钟之间。

8.如权利要求1所述的系统，所述治疗剂溶液具有可使用的量且所述治疗剂溶液可以一流速被递送给所述患者，所述流速在递送有用量的所述治疗剂的整个过程中基本维持在预定的范围内。

9.如权利要求1所述的系统，所述递送体是中空针，用于将所述治疗剂静脉内或皮下递送至所述患者。

10.如权利要求9所述的系统，所述中空针的所述流动阻力配置为控制所述治疗剂溶液的流速。

11.如权利要求1所述的系统，所述递送体是贴片，用于将所述治疗剂透皮给予所述患者。

12.如权利要求1所述的系统，所述流动路径是导管。

13.如权利要求1所述的系统，所述外壳是刚性的且所述外壳包含用于观察所述储器和驱动气球的透明窗口。

14.如权利要求13所述的系统，还包含可观察地位于所述储器和所述驱动气球之间的所述透明窗口中的标志物，所述标志物配置为指示所述储器中剩余的治疗剂的相对的量。

15.如权利要求1所述的系统，所述外壳的高度等于或高于所述患者。

16.如权利要求1所述的系统，所述可释放的密封件是夹管阀、环阀、弱焊接阀、压力密封件、拉带或粘合性密封件。

17.如权利要求1所述的系统，还包含所述治疗剂溶液。

18.如权利要求17所述的系统，其中，所述治疗剂溶液包含化疗药物、麻醉剂、镇痛剂、胰岛素、生长激素、生物材料或对比染料。

19.一种用于将药物静脉内递送给患者的系统，所述药物以预定范围内的流速被递送，所述系统包含：

配置为含有溶液的储器，所述溶液包含所述药物；

含有所述储器的刚性外壳；

具有第一端部和第二端部的导管；所述第一端部连接所述储器；

位于所述刚性外壳内且处于至少部分未扩张状态的可扩张的驱动气球；所述驱动气球包含第一部分和第二部分，各部分由可释放的阀隔开；所述第一部分包含液体且所述第二部分包含至少一种反应物，所述反应物配置为与所述液体发生化学反应以生成用于扩张所述驱动气球的气体；当所述阀被释放时，来自所述第一部分的所述液体与所述第二部分中的所述反应物混合以生成用于扩张所述驱动气球的所述气体从而从所述驱动气球向所述储器施加压力以将所述药物溶液推入所述导管；以及

具有近端端部和远端顶端的中空针；所述近端端部偶联所述导管的第二端部且所述远端顶端配置为将所述药物溶液递送至所述患者的血管；以及

施加于所述储器上的压力和所述导管或所述中空针的至少一个的流动阻力配置为将所述药物溶液以预定范围内的流速递送至所述患者。

20.如权利要求19所述的系统，所述系统是自启式的。

21.如权利要求19所述的系统，所述中空针的所述流动阻力配置为控制所述治疗剂溶液的流速。

22.如权利要求19所述的系统，所述流速为约10cc/分钟至500cc/分钟之间。

23.如权利要求19所述的系统，所述流速为约0.5cc/分钟至20cc/分钟之间。

24.一种用于将药物静脉内递送给患者的试剂盒，所述试剂盒包含：

权利要求19所述的系统；以及

位于所述储器内的药物溶液。

25.如权利要求24所述的试剂盒，所述治疗剂溶液包含化疗药物、麻醉剂、镇痛剂、胰岛素、生长激素、生物材料或对比染料。

26.如权利要求24所述的试剂盒，还包含盛放所述外壳、导管和针的无菌包装。

27.如权利要求24所述的试剂盒，还包括用于计算通过所述导管和针的流速的计算装置。

28.一种将治疗剂以预定范围内的流速递送给患者的方法，所述方法包括：

提供用于将治疗剂溶液递送给所述患者的系统，所述系统具有使所述治疗剂溶液流向所述患者的流动路径，所述流动路径具有选定的流动阻力，所述系统配置为生产一压力以驱动所述治疗剂溶液通过所述流动路径，其中，生成的压力和流动阻力配置为将所述治疗剂溶液以所述预定范围内的流速递送给所述患者；以及

使用所述系统将所述治疗剂溶液以所述预定范围内的流速递送给所述患者。

29.如权利要求28所述的方法，所述系统包含与所述流动路径偶联的治疗剂溶液的储器。

30.如权利要求28所述的方法，所述流动路径包括管或导管。

31.如权利要求28所述的方法，所述流动路径包括位于所述流动路径的远端端部处的中空针。

32.如权利要求31所述的方法，所述中空针的所述流动阻力控制所述治疗剂溶液的流速。

33.如权利要求28所述的方法，其中，通过所述系统内的化学反应生成所述压力，所述方法还包括：

使所述系统内的化学反应物发生反应以生产气体，所述气体提供所述压力以驱动所述治疗剂溶液进入所述流动路径。

34.如权利要求33所述的方法，所述化学反应是酸碱反应。

35.如权利要求33所述的方法，所述化学反应和所生成的气体中至少一种位于可扩张的气球内，所述气球在扩张时向治疗剂溶液施加压力。

36.如权利要求35所述的方法，所述可扩张的气球包含由可释放的密封件隔开的第一和第二部分，各部分包含化学反应物，所述方法还包括：

释放所述密封件以混合所述化学反应物；以及

使所述化学反应物发生反应以生成所述气体。

37.如权利要求36所述的方法，通过与所述密封件偶联的可拔除的标签或销钉释放所述密封件。

38.如权利要求28所述的方法，所述流速为约10cc/分钟至500cc/分钟之间。

39.如权利要求28所述的方法，所述流速为约0.5cc/分钟至20cc/分钟之间。

40.如权利要求28所述的方法，所述治疗剂溶液通过静脉内递送给所述患者。

41.如权利要求40所述的方法，所述流动路径的远端部分包含插入所述患者的中空针。

42.如权利要求28所述的方法，所述流速在将所述治疗剂溶液向所述患者递送期间保持基本恒定。

43.如权利要求42所述的方法，在所述递送期中所述系统所含有的基本所有治疗剂溶液量都被递送给所述患者。

44.如权利要求28所述的方法，所述流速在将所述治疗剂溶液向所述患者递送期间发生变化。

45.如权利要求44所述的方法，其中，通过控制阀来改变所述流速。

46.如权利要求44所述的方法，所述递送期包括流速较高的第一部分和流速较低的第二部分。

47.如权利要求46所述的方法，其中，在所述递送期的第一部分中递送推注剂量的治疗剂并在第二部分期间递送维持剂量。

48.如权利要求46所述的方法，所述递送期的第一部分最长持续约2分钟。

49.如权利要求28所述的方法，所述系统包括权利要求0所述的系统。

50.如权利要求28所述的方法，所述系统包括权利要求19所述的系统。