流量传感器系统和药物流量传感器技术方案

本公开提供了一种流量传感器系统和药物流量传感器，以使体积剂量数据能够通过对胰岛素流率进行采样而自动获取，所述胰岛素的流率由暴露于胰岛素流过通过的流动歧管的流量传感器来测量。该流量传感器系统包括耐用部分和半一次性部分。耐用部分包括：外壳；耐用部分电连接器；存储器；电池；和处理器。半一次性部分包括：第一端；与第一端相反的第二端；印刷电路板，其上安装有流量传感器芯片；歧管；和半一次性部分电连接器。流量传感器芯片包括适于接收在流道开口中的传感表面，传感表面具有加热元件和在加热元件下游的传感元件。利用了特殊的几何结构和算法来适应注射事件期间胰岛素流量确定的独特要求。

Flow Sensor System and Drug Flow Sensor

The present disclosure provides a flow sensor system and a drug flow sensor so that volume dose data can be automatically obtained by sampling the insulin flow rate, which is measured by a flow sensor exposed to insulin flowing through the flow manifold. The flow sensor system includes a durable part and a semi-disposable part. Durable parts include: housing; durable parts of electrical connectors; memory; batteries; and processors. The semi-disposable part includes: the first end; the second end opposite to the first end; the printed circuit board, on which the flow sensor chip is installed; the manifold; and the semi-disposable part of the electrical connector. The flow sensor chip includes a sensing surface suitable for receiving in the opening of the runner. The sensing surface has a heating element and a sensing element downstream of the heating element. Special geometric structures and algorithms are used to meet the unique requirements of insulin flow determination during injection events.

【技术实现步骤摘要】
流量传感器系统和药物流量传感器
本技术涉及药物输送装置。特别地，本技术涉及利用流量传感器来测量从注射笔等输送的剂量的系统和方法。
技术介绍
剂量测量是任何药物治疗的重要组成部分，其对于糖尿病患者的胰岛素治疗方案来说尤其重要。为了适当地管理他们的自我治疗并将他们的遵从情况传送至规定疗程，糖尿病患者通常需要手动将胰岛素注射记录到日志中。最近，已经开发了一些注射笔和笔附件(用于测量和自动数据记录所输送的剂量)，例如机动注射笔和附件，该附件位于胰岛素储器内的柱塞的位置附近，以便确定已经输送了多少胰岛素。但是，目前的解决方案没有一个是足够好的。手动记录胰岛素剂量由于人为错误和遗漏而固有地不准确，而柱塞的测量(虽然比手动记录有所改进)对于各个剂量来说仍然不够准确，且其不记录剂量被输送的时间。热飞行时间(TTOF)传感器用来检测在运动流体行进通过已知截面的通道一已知距离时引入到运动流体中的热脉冲的飞行时间，以便测量流体的体积流量。但是，现有的TTOF传感器通常用于稳态流动的场景中，且目前为止不要求测量流率的快速和较大变化，如从胰岛素笔等进行胰岛素注射所预期的那样。热流量传感器有三种工作模式：测风，量热以及热飞行时间(TTOF)。最简单的热流量传感器是所谓的热线风速仪。L.V.King于1914年首次对热线风速仪进行了系统的研究，得出了金氏定律，其描述从无限长的圆柱体的传热。热线风速仪只是使用恒定电流或恒温工作模式而插入到流体流中的铂丝。基于恒温热线风速仪的商用热分散质量流量计出现于20世纪60年代，其用于测量管和管道中气体的工业质量流量。同样在20世纪60年代，毛细管质量流量计(作为质量流量控制器的一部分)出现，以便为半导体工业中的气体在较低流率下提供质量流量控制。该装置使用毛细管传感器管和旁路，通过在毛细管周围放置两个铂RTD(电阻温度检测器)绕组而以量热模式运行，每个铂RTD绕组均用作传感器和加热器。量热流量感测具有电压输出与流率之间的线性关系，但仅在低流速下如此，这是对基于毛细管的质量流量控制器进行旁路配置的原因。所有三种热流量感测模式也可应用于基于MEMS的流体流量传感器，在基于MEMS的流体流量传感器中，使用微加工以便以低成本使传感器小型化并可能大规模生产。在本文所述的本技术的示例性实施例中，薄膜结构用作加热元件和传感器。MEMS传感器还使得能够显著减少所需的功率输入。测风流量传感器在较低的流率下并不展现出良好的精度，因此它不是基于MEMS的传感器的优选模式。第一台MEMS热流量传感器(测风)出现在20世纪70年代中期，截至20世纪80年代，它已经成为一个活跃的学术研究领域，第一个商业的热(量热模式)MEMS气流传感器在接近20世纪80年代末出现。MEMS流量传感器也代替传统的毛细管配置而被用于质量流量控制器。量热MEMS传感器芯片的设计通常是在衬底上的对称布局，其上游和下游传感器元件位于加热元件的两侧，分离范围为数十到数百微米。相同的布局还可用于TTOF传感器，尽管不需要使用上游传感器，除非流动是双向的。商业的MEMS热流量传感器通常是量热的，因此为了测量更高的流率，它们必须被配置为用旁路操作或增加内部流管的直径以降低流速。后者对传感器的精度和有效响应时间产生负面影响。量热MEMS传感器就较低的稳态流动条件(例如液体流量感测的输液)而言工作良好，但不具有准确测量胰岛素注射的高度瞬时流动条件的体积所需的准确度、灵敏度、动态范围和响应时间。使用膜作为衬底的常规量热(和TTOF)MEMS传感器无法承受胰岛素注射的高压。TTOF感测则直接测量流动流体的速度，因此直接测量流体的体积而不是量热(和测风)感测测量的质量流量。微加工使得TTOF传感器能够获得更高的精度，因为它能够使加热元件与传感元件之间的分离达到亚微米级的精度。体积测量对于某些应用是有利的，因为不需要针对特定流体标定传感器。TTOF感测也可在胰岛素注射的高得多的瞬态速度下准确测量流量，而不像量热感测那样。但是，TTOF感测由于流体中的热扩散性而在非常低的流率下容易出错，并在零流量下检测出大量噪声。因此，传统的TTOF感测无法用于检测流动的开始，检测流动的开始对于在胰岛素注射的相对较短的持续时间内的流量感测来说是非常重要的。因此，用于胰岛素注射的理想热流量传感器是基于MEMS的装置，其被设计为在流动开始时以量热模式操作，然后在预先选择的流量下立即切换到TTOF模式。这种类型的传感器可被描述为混合式TTOF传感器。如将在下面进一步详细描述的那样，本技术的示例性实施例被设计为利用MEMS制造技术和混合式TTOF模式操作的优点；这导致了定制的液体体积传感器，其满足在胰岛素注射期间的流量感测的独特要求。现有的TTOF传感器不足以用于感测输送的胰岛素注射剂量，因为它们缺乏测量典型胰岛素注射的全范围流率以便在给药事件开始时立即应答的能力，且缺乏测量高度可变的流率的能力。此外，传统的TTOF传感器不能处理与流体注射装置(如注射器和笔针)相关联的压力。因此，需要一种具有快速传感器响应时间的流量传感器，以便检测从零流量状态到最小可检测速度的过渡。此外，需要一种这样的流量传感器，其在从接近零流量条件到处于注射期间所期望的整个流速范围内精确地执行测量，因为注射期间的流体流速在大部分注射周期期间是瞬态的。还需要一种TTOF传感器，其不会对流动的胰岛素产生太多的热量，因为过量的热量可能改变胰岛素的性质或以其他方式不利地影响胰岛素的疗效。本说明书自始至终指的是胰岛素流。但是，本领域普通技术人员应当理解，本文所述的本技术的实施例可用于许多药物或其它流体，胰岛素应被理解为示例性的。
技术实现思路
如本领域普通技术人员将会理解的那样，通过本技术的实施例克服了上述缺点并且实现了其它优点。示例性实施例提供了一种用于胰岛素给药的精确和可靠的TTOF传感器。本文描述了独特的感测芯片结构，以及定制的电子驱动和测量电路、剂量体积计算算法、以及流路和歧管几何结构。特别地，本技术的实施例利用在加热元件的上游和下游的传感元件处接收的幅度和相位信号来识别流体流的开始，并周期性地测量流率。其结果是一种响应时间、动态范围和准确度符合胰岛素输送要求并超过了市售流量传感器的典型标准的传感系统。在本公开的第一方面，提供了一种流量传感器系统。流量传感器系统包括：耐用部分，所述耐用部分包括：外壳，所述外壳具有用于接收注射装置的第一开口、和在相反端部的用于接收半一次性部分的第二开口；耐用部分电连接器；存储器；电池；处理器，所述处理器用于接收和处理从所述半一次性部分接收的信号，并用于驱动无线收发器以便发送和接收来自远程设备的通信信号。流量传感器系统还包括半一次性部分，所述半一次性部分包括：第一端，所述第一端具有适于刺穿所述注射装置的隔膜的插管和适于接合所述注射装置的外螺纹特征部的内螺纹；与所述第一端相反的第二端，所述第二端具有适于接收笔针的外笔针螺纹和隔膜；印刷电路板，所述印刷电路板上安装有流量传感器芯片；歧管，所述歧管与所述插管和所述隔膜流体连通，所述歧管包括从所述第一端的插管延伸到邻近所述第二端的隔膜的腔室的连续流道，所述流道包括用于接收传感器的开口；和半一次性部分电连接器，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流量传感器系统，其特征在于，所述流量传感器系统包括：耐用部分，所述耐用部分包括：外壳，所述外壳具有用于接收注射装置的第一开口、和在相反端部处的用于接收半一次性部分的第二开口；耐用部分电连接器；存储器；电池；处理器，所述处理器用于接收和处理从所述半一次性部分接收的信号，并用于驱动无线收发器以便发送和接收来自远程设备的通信信号；所述半一次性部分，所述半一次性部分包括：第一端，所述第一端具有适于刺穿所述注射装置的隔膜的插管和适于接合所述注射装置的外螺纹特征部的内螺纹；与所述第一端相反的第二端，所述第二端具有适于接收笔针的外笔针螺纹和隔膜；印刷电路板，所述印刷电路板上安装有流量传感器芯片；歧管，所述歧管与所述插管和所述隔膜流体连通，所述歧管包括从所述第一端的插管延伸到邻近所述第二端的隔膜的腔室的连续流道，所述流道包括用于接收传感器的开口；和半一次性部分电连接器，所述半一次性部分电连接器用于电连接到所述耐用部分电连接器；其中，所述流量传感器芯片包括适于被接收在所述流道的开口中并被暴露在所述流道内的传感表面；所述传感表面具有加热元件和在所述加热元件下游的至少一个第一传感元件。

【技术特征摘要】
2016.08.02 US 15/226,6381.一种流量传感器系统，其特征在于，所述流量传感器系统包括：耐用部分，所述耐用部分包括：外壳，所述外壳具有用于接收注射装置的第一开口、和在相反端部处的用于接收半一次性部分的第二开口；耐用部分电连接器；存储器；电池；处理器，所述处理器用于接收和处理从所述半一次性部分接收的信号，并用于驱动无线收发器以便发送和接收来自远程设备的通信信号；所述半一次性部分，所述半一次性部分包括：第一端，所述第一端具有适于刺穿所述注射装置的隔膜的插管和适于接合所述注射装置的外螺纹特征部的内螺纹；与所述第一端相反的第二端，所述第二端具有适于接收笔针的外笔针螺纹和隔膜；印刷电路板，所述印刷电路板上安装有流量传感器芯片；歧管，所述歧管与所述插管和所述隔膜流体连通，所述歧管包括从所述第一端的插管延伸到邻近所述第二端的隔膜的腔室的连续流道，所述流道包括用于接收传感器的开口；和半一次性部分电连接器，所述半一次性部分电连接器用于电连接到所述耐用部分电连接器；其中，所述流量传感器芯片包括适于被接收在所述流道的开口中并被暴露在所述流道内的传感表面；所述传感表面具有加热元件和在所述加热元件下游的至少一个第一传感元件。2.如权利要求1所述的流量传感器系统，其特征在于，所述半一次部分还包括可变形的锁定元件，所述可变形的锁定元件变形以便使得所述半一次性部分能够被安装到所述耐用部分中，并在完全安装好之后将所述半一次性部分锁定到所述耐用部分中。3.如权利要求1所述的流量传感器系统，其特征在于，所述半一次性部分还包括对准特征，以使所述半一次性部分与所述耐用部分对准。4.如权利要求1所述的流量传感器系统，其特征在于，所述流量传感器芯片还包括在所述加热元件上游的第二传感元件。5.如权利要求4所述的流量传感器系统，其特征在于，所述第一传感元件和所述第二传感元件与所述加热元件等距。6.如权利要求1所述的流量传感器系统，其特征在于，所述半一次性部分包括使所述半一次性部分与所述耐用部分对准的对准特征以及在所述半一次性部分插入所述耐用部分之后将所述半一次性部分锁定在所述耐用部分中的卡扣挠曲部。7.如权利要求1所述的流量传感器系统，其特征在于，所述歧管包括具有第一截面面积的第一部分和具有第二截面面积的第二部分，并且其中，所述流量传感器芯片暴露于所述歧管的第一部分，而一第二传感器芯片暴露于所述歧管的第二部分。8.如权利要求4所述的流量传感器系统，其特征在于，所述流量传感器芯片还包括在所述加热元件的上游和下游以第二距离与所述加热元件等距离地间隔开的第二对传感元件，所述第二距离不同于从所述加热元件到所述至少一个第一传感元件和所述第二传感元件的距...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·瑟尔，A·伯克，P·科斯特洛，K·福赫特，F·L·罗斯，
申请(专利权)人：贝克顿·迪金森公司，
类型：新型
国别省市：美国,US