專利名稱：抽取體液的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明總地涉及抽取體液的裝置和方法，特別是涉及以連續(xù)或半連續(xù)的方式抽取體液的裝置和方法。
背景技術：
近年來，在用于監(jiān)測體液(例如，血液和間質(zhì)液)中的分析物(例如，葡萄糖)的濃度的醫(yī)療裝置中，努力開發(fā)允許連續(xù)或半連續(xù)監(jiān)測的裝置和方法。
在血糖監(jiān)測的情況下，連續(xù)或半連續(xù)監(jiān)測裝置和方法是有利的，這是由于它們提供了對血糖濃度趨勢，食物和藥物對血糖濃度的影響和使用者總體糖血控制的增強洞察力。然而實際上連續(xù)或半連續(xù)監(jiān)測裝置存在缺點。例如，當通過醫(yī)療裝置的采樣模塊從目標位置(例如，使用者皮膚組織目標位置)抽取間質(zhì)液(ISF)樣品時，ISF的流速可能隨時間變化和/或衰減。
此外，連續(xù)和半連續(xù)監(jiān)測裝置可能受到稱為“傳感器延遲”的不利影響。當在連續(xù)監(jiān)測裝置的傳感器的分析物濃度和在目標位置實時分析物濃度之間存在明顯差異時發(fā)生這種傳感器延遲效應。
因此，在本領域中還需要一種抽取體液(例如ISF)的裝置和相關方法，其便于連續(xù)或半連續(xù)監(jiān)測抽取的體液，同時最小化體液流速變化和衰減和/或減少傳感器延遲效應。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明實施例的抽取體液裝置便于連續(xù)或半連續(xù)地監(jiān)測抽取的體液，同時使體液流速的變化和衰減最小化和/或減小傳感器延遲。
依據(jù)本發(fā)明實施例的抽取體液(例如ISF樣本)的裝置包括帶有通道的穿刺件(例如，中空針)和設置在通道內(nèi)的流體流速調(diào)節(jié)器(例如，狹孔圓柱體)。穿刺件構(gòu)成為穿刺目標位置(例如皮膚組織目標位置)，然后保持在目標位置中并從其中抽取體液樣本。流體流速調(diào)節(jié)器適合控制(例如，減少或最小化)通過穿刺件的體液流速變化。另外，穿刺件通道內(nèi)流體流速調(diào)節(jié)器的存在用于通過減少穿刺件的無效體積來減少傳感器延遲。
一種依據(jù)本發(fā)明實施例從目標位置抽取體液的方法包括提供抽取體液的裝置(與在此描述的本發(fā)明一致)。然后，用裝置的穿刺件穿刺目標位置，隨后，通過穿刺件和裝置的流體流速調(diào)節(jié)器從目標位置抽取體液。


通過參考下面闡明示例性實施例的詳細描述，將能夠更好地理解本發(fā)明的技術特征和優(yōu)點，該實施例應用本發(fā)明的原理，其中附圖為圖1是簡化的框圖，該圖示出了如可以與本發(fā)明實施例結(jié)合使用的用于抽取體液樣品和監(jiān)測其中分析物濃度的系統(tǒng)；圖2是如可以與本發(fā)明實施例結(jié)合使用的應用到使用者皮膚組織(肌膚)目標位置的ISF采樣模塊的簡化原理圖，虛線箭頭指示機構(gòu)的相互作用，實線箭頭指示ISF流，或者指示當與元件28連接時的壓力作用；圖3是依據(jù)本發(fā)明的典型實施例的與用于抽取體液的裝置結(jié)合的抽取裝置的簡化截面?zhèn)纫晥D；圖4是依據(jù)本發(fā)明的典型實施例的用于抽取體液裝置的簡化透視圖；圖5是圖4的裝置沿圖4的線5A-5A的簡化截面圖；圖6是依據(jù)本發(fā)明另一典型實施例的裝置的簡化截面圖；圖7是依據(jù)本發(fā)明另一典型實施例的裝置的簡化截面圖；圖8是圖表，它示出了使用常規(guī)穿刺件和與該常規(guī)穿刺件相比外部設置的流速調(diào)節(jié)器的作為時間函數(shù)的流體流速；圖9是圖表，它示出了使用常規(guī)穿刺件和與該常規(guī)穿刺件相比外部設置的流速調(diào)節(jié)器的作為時間函數(shù)的收集的流體體積；圖10是流程圖，它示出了依據(jù)本發(fā)明的典型實施例的過程的步驟順序。
具體實施例方式
依據(jù)本發(fā)明實施例的抽取體液的裝置可以容易地與抽取體液樣本(例如，ISF樣本)和監(jiān)測其中分析物(例如葡萄糖)濃度的系統(tǒng)，ISF抽取裝置和本領域普通技術人員已知的其它合適的醫(yī)療裝置結(jié)合使用。例如，圖1示出了抽取ISF樣本的系統(tǒng)10，該系統(tǒng)包括一次性藥筒12(包括在虛線框內(nèi))，局部控制器模塊14和遙控器模塊16。
在系統(tǒng)10中，一次性藥筒12包括從目標位置TS(例如，使用者皮膚組織目標位置)抽取體液樣本(例如，ISF樣本)的采樣模塊18和檢測體液中分析物(即，葡萄糖)濃度的分析模塊20。美國專利申請No.10/653,023中描述了關于系統(tǒng)10的進一步細節(jié)，該申請在此作為參考而全部引用。另外，國際申請PCT/GB01/05634(2002年6月27日公開為WO02/49507)中描述了采樣和分析模塊的例子，該申請也在此作為參考而全部引用。
如圖2所示，系統(tǒng)10的采樣模塊18可以包括穿刺目標位置(TS)和抽取ISF樣本的穿刺件22，發(fā)射機構(gòu)24和至少一個壓力環(huán)28。美國專利申請No.10/653,023描述了一種方式，在該方式中采樣模塊18適合提供連續(xù)或半連續(xù)ISF流到分析模塊20，以用于監(jiān)測(例如，濃度檢測)ISF樣本中的分析物(例如葡萄糖)。
在使用系統(tǒng)10期間，通過發(fā)射機構(gòu)24的操作，穿刺件22插入目標位置(即，穿刺目標位置)。為了從使用者皮膚層抽取ISF樣本，穿刺件22可以插到最大插入深度，例如該深度范圍為1.5mm到3.0mm。這種常規(guī)系統(tǒng)的穿刺件22通常包括帶有彎曲尖端的25號(gauge)薄壁不銹鋼針，其中尖端彎曲的支點位于針尖和針踵之間。美國專利申請公開號No.2003/0060784A1中描述了這種常規(guī)穿刺件的另外的例子，該申請在此作為參考而全部引用。
圖3是間質(zhì)液(ISF)抽取裝置300的截面?zhèn)纫晥D，該抽取裝置可以與本發(fā)明的實施例結(jié)合使用。ISF抽取裝置300包括可振動壓力環(huán)304，第一偏壓元件306(即，第一彈簧)和第二偏壓元件308(即，第二彈簧)。圖3示出了與依據(jù)本發(fā)明的典型實施例用于抽取體液的裝置400(也示出在圖4和5中)一起使用的抽取裝置300。
參考圖3、4和5，裝置400適合抽取體液(例如，ISF)并包括穿刺件402和流體流速調(diào)節(jié)器404。穿刺件402具有通過其中的通道406并且成形為穿刺目標位置(例如，使用者皮膚組織目標位置)。在這樣的穿刺后，穿刺件402位于目標位置內(nèi)，并通過通道406從目標位置抽取體液樣本。
穿刺件402基本是帶有遠端408和近端410的中空管(例如，中空針)。遠端408成形為穿刺目標位置的鋒利尖端。本領域普通技術人員將認識到近端410可以例如，連接到系統(tǒng)10的分析模塊20(見圖1)并與其流體連通。
如上所述，穿刺件402成形為在從目標位置抽取體液樣本期間保持在(位于)目標位置中。例如，穿刺件402可以保持在目標位置中一小時以上，從而允許連續(xù)或半連續(xù)的抽取體液樣本，例如ISF。一旦獲知本發(fā)明的公開，本領域普通技術人員就將認識到穿刺件可以位于目標位置中8小時或更多的延長時間。
穿刺件402的構(gòu)造適合最優(yōu)化ISF收集并包括彎曲尖端412。穿刺件402可以由例如，不銹鋼或生物相容的高強度聚合物(例如，生物相容的高強度液晶聚合物)形成。典型但非限制性地，穿刺件的尺寸為，外徑(OD)在約300μm到約700μm范圍內(nèi)，內(nèi)徑(ID)在約100μm到約500μm范圍內(nèi)，并且長度在約3mm到約30mm范圍內(nèi)。
流體流速調(diào)節(jié)器404設置在穿刺件402的通道406內(nèi)，并且適合使流過通道406的體液流速變化最小化。在圖3、4和5的實施例中，流體流速調(diào)節(jié)器404是圓柱體形，并包括狹孔(narrow-bore)通道414。狹孔通道414為流過裝置400的體液流提供增加的液壓阻力。
預定狹孔通道414的截面尺寸，從而獲得流過裝置400的穩(wěn)定體液流。在這點上，依據(jù)本發(fā)明的裝置中的典型ISF流速在例如每分鐘20毫微升到200毫微升的范圍內(nèi)。
另外，由于流體流速調(diào)節(jié)器404設置在通道406內(nèi)，穿刺件402的“無效體積”有利地減少。穿刺件的無效體積是穿刺件內(nèi)包含的ISF或其它體液的體積。該無效體積導致了體液樣本進入穿刺件的時間點和體液樣本流出穿刺件以進行進一步處理(例如，分析物濃度的檢測)的時間點之間的延遲。這種無效體積的結(jié)果是傳感器延遲。例如，如果無效體積是1000毫微升并且體液流速是每分鐘100毫微升，那么傳感器延遲是10分鐘。
由上述討論可知，無效體積的減少將導致傳感器延遲有利地減少是顯而易見的。因此，通道406內(nèi)的流體流速調(diào)節(jié)器404的設置起到有利地減少無效體積和傳感器延遲的作用。
應當指出，將流體流速調(diào)節(jié)器設置在穿刺件的通道內(nèi)使穿刺件在遠端408具有開口，該開口具有比狹孔通道414相對大的直徑，這種方式勝于僅僅給穿刺件提供相對狹窄的通道。這種相對大的開口可以便于通過該裝置抽取體液樣本。
流體流速調(diào)節(jié)器404也用于通過收縮體液可以通過其流過的路徑(即，穿刺件通道)限制體液流過穿刺件402的流。當沒有流體流速調(diào)節(jié)器時，最初體液將以相對高的流速流過穿刺件的通道，然后當在目標位置(例如，使用者皮膚組織目標位置)的體液減少時流速降低。這個相對高的最初流速可能大于供給相關分析系統(tǒng)(例如，圖1的分析模塊20)足夠體液用于連續(xù)檢測所需的流速。在一段時期后(例如，約1到3小時)，體液流速可能減少到相關分析系統(tǒng)的操作需要的最小流速以下。
然而，已經(jīng)確定，在穿刺件的通道內(nèi)存在流體流速調(diào)節(jié)器導致更穩(wěn)定的體液流速，以及保持在符合在延長的時期相關分析系統(tǒng)的正確和精確操作的水平的體液流速。由于如果經(jīng)過電化學檢測系統(tǒng)傳感器的流速恒定，電化學檢測系統(tǒng)將更準確和更精確，可以期望依據(jù)本發(fā)明的裝置獲得的穩(wěn)定流速導致提高分析物檢測的準度和精度。
可以預定狹孔通道414的尺寸符合相關分析系統(tǒng)的最小流速，其中裝置400與該分析系統(tǒng)一起使用。然而，狹孔通道414的典型直徑在約5μm到150μm范圍內(nèi)。狹孔通道414的截面形狀可以是，但不限于圓形、卵形、橢圓形、正方形或矩形。
也可以預定流體流速調(diào)節(jié)器404的長度符合相關分析系統(tǒng)的最小流速。然而，流體流速調(diào)節(jié)器404的典型長度是約5毫米到10毫米范圍內(nèi)。
一旦獲知本發(fā)明的公開，本領域普通技術人員就將認識到給出的流體流速調(diào)節(jié)器控制流體流過穿刺件的能力是流體流速調(diào)節(jié)器的流阻R的函數(shù)。影響流阻R的主要因素是狹孔通道的半徑(r)和長度(L)，直的狹孔通道的流阻R定義如下R＝8Lπr4由將流體流速調(diào)節(jié)器404設置在通道406中實現(xiàn)的無效體積的減少是在缺少流體流速調(diào)節(jié)器404時穿刺件402的理論無效體積、通道406的直徑和狹孔通道414的直徑的函數(shù)。裝置400的無效體積由下面的方程式表示(該方程式忽略了在裝置的遠端和近端超出流體流速調(diào)節(jié)器存在的任何體積)Volumedevice_400＝Volumetheoretical*(Diameterregulato/Diameter)2其中Volumedevice_400＝裝置400的無效體積；Volumetheoretical＝缺少流體流速調(diào)節(jié)器404時穿刺件402的體積；Diameterregulator＝狹孔通道414的內(nèi)徑；Diameter＝通道406的內(nèi)徑。
由上述方程式立即得出，內(nèi)徑的四倍減小導致裝置400無效體積的十六倍減少。從而，通過使用流體流速調(diào)節(jié)器404可以實現(xiàn)無效體積的明顯減少。
流體流速調(diào)節(jié)器404可以由，例如不銹鋼或合適的生物相容材料形成，該生物相容材料包括，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)、聚氨酯和硅樹脂。如果需要，流體流速調(diào)節(jié)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，通過消除為穿刺件402提供抗血栓形成或非血栓形成的性質(zhì)的需求，從而潛在地簡化了制造。然而，如果需要，流體流速調(diào)節(jié)器404和穿刺件402可以由整體部件(例如，整體模制部件)形成。
在使用時與體液接觸的流體流速調(diào)節(jié)器的一個或多個表面可以有選擇地涂敷非血栓形成的或抗血栓形成的材料，以防止在使用裝置時流體流速調(diào)節(jié)器的堵塞。合適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)、肝素苯甲烴銨氯化物、水蛭素、水楊酸(阿斯匹林)或乙二胺四乙酸(EDTA)。一旦獲知本發(fā)明的公開，本領域普通技術人員也將認識到形成流體流速調(diào)節(jié)器的聚合材料可以包含一種或多種嵌入其中或與其結(jié)合的非血栓形成的或抗血栓形成的材料。
參考圖6，依據(jù)本發(fā)明的另一典型實施例的適合抽取體液的裝置600包括穿刺件602和流體流速調(diào)節(jié)器604。穿刺件602具有通過其中的通道606，并成形為穿刺目標位置(例如使用者皮膚組織的目標位置)。在這樣的穿刺后，穿刺件602位于目標位置內(nèi)，并通過通道606從目標位置抽取體液樣本。
流體流速調(diào)節(jié)器604設置在穿刺件602的通道606內(nèi)，并適合使體液流過通道606的變化最小化。在圖6的實施例中，流體流速調(diào)節(jié)器604是圓柱形，并包括逐漸減小直徑的狹孔通道614。
參考圖7，依據(jù)本發(fā)明的另一典型實施例的適合抽取體液的裝置700包括穿刺件702和流體流速調(diào)節(jié)器704。穿刺件702具有通過其中的通道706，并成形為穿刺目標位置(例如使用者皮膚組織的目標位置)。在這樣的穿刺后，穿刺件702位于目標位置內(nèi)，并通過通道706從目標位置抽取體液樣本。
流體流速調(diào)節(jié)器704設置在穿刺件702的通道706內(nèi)，并適合使體液流過通道706的變化最小化。在圖7的實施例中，流體流速調(diào)節(jié)器704是圓柱形，并包括以階梯式逐漸減小直徑的狹孔通道714。
一旦獲知本發(fā)明的公開，本領域普通技術人員就將認識到依據(jù)本發(fā)明實施例的裝置可以與各種系統(tǒng)(例如，圖1和2的系統(tǒng))和ISF抽取裝置(例如，圖3的ISF抽取裝置)結(jié)合使用。在這點上，依據(jù)本發(fā)明的裝置可以與包括可振動壓力環(huán)的抽取裝置結(jié)合有利地使用。在這樣的使用期間，依據(jù)本發(fā)明實施例的裝置可以用于消除由壓力環(huán)的振動(即，展開和收回)引起的體液流速中的波動，從而將體液流速保持在相關分析系統(tǒng)模塊所需的水平。
例子1相對時間的流體流速圖8示出了通過25號(310μm標稱通道內(nèi)徑、32mm長)穿刺件，在缺少(“x”和空心方塊符號)和存在(實心方塊符號)外部設置的帶有狹孔通道(即，12μm高和15μm寬的狹孔通道，8mm長)的流體流速調(diào)節(jié)器時相對時間的ISF流速。通過檢測ISF的前沿隨時間通過的距離確定流速。然后使用25號穿刺件或狹孔通道的尺寸計算ISF流速。雖然流體流速調(diào)節(jié)器在外部設置，假設但不限定，該研究的結(jié)果表示穿刺件內(nèi)設置流體流速調(diào)節(jié)器的裝置的效果。
缺少流體流速調(diào)節(jié)器的穿刺件產(chǎn)生由“x”符號表示的數(shù)據(jù)。一直進行到約90分鐘，ISF流速比需要供給典型分析系統(tǒng)足夠的ISF以用于分析物連續(xù)或半連續(xù)檢測的流速大得多。約90分鐘后，ISF流速減小到約每分鐘20毫微升的速度。
缺少流體流速調(diào)節(jié)器的穿刺件也產(chǎn)生由空心方塊表示的數(shù)據(jù)。缺少流體流速調(diào)節(jié)器的最初流速約每分鐘170毫微升。然后流體流速調(diào)節(jié)器插入到穿刺件的通道中。隨著流體流速調(diào)節(jié)器的放置，ISF流速減慢，并在延長的時間內(nèi)(即，圖8中從約20分鐘直到360分鐘的持續(xù)時間)相對恒定地保持在約每分鐘20毫微升。這些數(shù)據(jù)由圖8中的實心方塊表示。然后從穿刺件去除流體流速調(diào)節(jié)器，并且ISF流速增加到大約與流體流速調(diào)節(jié)器放置前相同的水平。
例子2相對時間周期收集的ISF體積圖9是基于圖8的數(shù)據(jù)計算的在一小時時間周期收集的ISF體積的條形統(tǒng)計圖。在缺少流體流速調(diào)節(jié)器時收集的ISF總體積的大約一半在開始的60分鐘收集。存在流體流速調(diào)節(jié)器的流體收集在流體流速調(diào)節(jié)器放置的時間中均勻分布。
在圖9中，缺少流體流速調(diào)節(jié)器時收集的ISF總體積約28000毫微升。如果相關分析系統(tǒng)需要每分鐘50毫微升的ISF，那么在ISF流速下降到該最小需要前分析系統(tǒng)僅工作90分鐘(見圖9)。如果具有適當設定尺寸的流體流速調(diào)節(jié)器，ISF可以以每分鐘50毫微升收集，并且分析系統(tǒng)將工作560分鐘。圖9的數(shù)據(jù)示出了存在流體流速調(diào)節(jié)器時收集的總體積是約3500毫微升，相當于以每分鐘50毫微升的流速收集700分鐘。
參考圖10，一種抽取體液的方法1000包括提供上述依據(jù)本發(fā)明的抽取體液的裝置，如步驟1010所述。該裝置包括帶有通道的穿刺件(例如，中空針)和設置在通道內(nèi)的流體流速調(diào)節(jié)器(例如，狹孔圓柱體)。穿刺件成形為穿刺目標位置(例如皮膚組織目標位置)，然后保持在目標位置中并從其中抽取體液樣本。流體流速調(diào)節(jié)器適合控制(例如，減少或最小化變化)通過穿刺件的流體流速。另外，穿刺件通道內(nèi)流體流速調(diào)節(jié)器的存在通過減少穿刺件的無效體積減少傳感器延遲。
然后在步驟1020，由穿刺件穿刺目標位置。隨后，通過穿刺件和流體流速調(diào)節(jié)器從目標位置抽取體液樣本，如步驟1030所述。
應當知道，可以使用本發(fā)明所述實施例的各種替換實現(xiàn)本發(fā)明。這意味著下面的權利要求限定了本發(fā)明的范圍，限定在這些權利要求范圍內(nèi)的方法和結(jié)構(gòu)和它們的等同替換也包含在其中。
權利要求
1.一種抽取體液的裝置，該裝置包括穿刺件，該穿刺件具有通道，并成形為穿刺目標位置，然后保持在目標位置中并從其中抽取體液樣本；和設置在穿刺件通道內(nèi)的流體流速調(diào)節(jié)器，該流體流速調(diào)節(jié)器適于減小通過穿刺件的體液流速。
2.根據(jù)權利要求1的裝置，其中該流體流速調(diào)節(jié)器還適合使通過穿刺件的體液流速變化最小化。
3.根據(jù)權利要求1的裝置，其中該流體流速調(diào)節(jié)器還適合最優(yōu)化裝置的無效體積。
4.根據(jù)權利要求1的裝置，其中該穿刺件成形為穿刺皮膚組織目標位置并從其中抽取間質(zhì)液樣本。
5.根據(jù)權利要求1的裝置，其中通道具有在100μm到500μm范圍內(nèi)的內(nèi)徑。
6.根據(jù)權利要求1的裝置，其中該流體流速調(diào)節(jié)器包括狹孔通道，并且其中狹孔通道的直徑小于通道的直徑。
7.根據(jù)權利要求6的裝置，其中狹孔通道具有在5μm到150μm范圍內(nèi)的直徑。
8.根據(jù)權利要求6的裝置，其中狹孔通道具有逐漸減小的直徑。
9.根據(jù)權利要求6的裝置，其中狹孔通道具有階梯式減小的直徑。
10.根據(jù)權利要求6的裝置，其中穿刺件通道的直徑約為300μm，并且狹孔通道具有12μm寬度和15μm高度。
11.根據(jù)權利要求1的裝置，還包括從由非血栓形成的涂層和抗血栓形成的涂層組成的涂層組中選擇的，在流體流速調(diào)節(jié)器的至少一個表面上的涂層。
12.根據(jù)權利要求1或3的裝置，其中該穿刺件和流體流速調(diào)節(jié)器形成為整體部件。
13.根據(jù)權利要求1的裝置，其中該穿刺件由不銹鋼形成，該流體流速調(diào)節(jié)器由聚合物形成。
14.根據(jù)權利要求13的裝置，其中該流體流速調(diào)節(jié)器由具有非血栓形成的性質(zhì)的聚合物形成。
15.一種從目標位置抽取體液的方法，該方法包括提供抽取體液的裝置，該裝置包括穿刺件，該穿刺件具有通道，并成形為穿刺目標位置，然后保持在目標位置中并從其中抽取體液樣本；和設置在穿刺件通道內(nèi)的流體流速調(diào)節(jié)器，該流體流速調(diào)節(jié)器適于減小通過穿刺件的體液流速；用穿刺件穿刺目標位置；和從目標位置抽取體液。
16.根據(jù)權利要求15的方法，其中抽取步驟從目標位置抽取ISF。
全文摘要
一種抽取體液(例如ISF樣本)的裝置包括帶有通道的穿刺件(例如，中空針)和設置在通道內(nèi)的流體流速調(diào)節(jié)器(例如，狹孔圓柱體)。穿刺件成形為穿刺目標位置(例如皮膚組織目標位置)，然后保持在目標位置中并從其中抽取體液樣本。流體流速調(diào)節(jié)器適合控制(例如，減少或最小化變化)通過穿刺件的流體流速。另外，穿刺件通道內(nèi)流體流速調(diào)節(jié)器的存在通過減少穿刺件的無效體積減少傳感器延遲。一種從目標位置抽取體液的方法包括提供前述裝置。然后，用裝置的穿刺件穿刺目標位置。隨后，通過穿刺件和裝置的流體流速調(diào)節(jié)器從目標位置抽取體液。
文檔編號A61B5/157GK1628866SQ20041010380
公開日2005年6月22日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權日2003年11月21日
發(fā)明者M·斯蒂恩, M·E·希爾格爾斯, T·里奇特 申請人:生命掃描有限公司