减少注射器和小口径设备中的无效腔的方法和装

本发明涉及一种用于通过单独地或组合地用于诸如血管内、肠内喂养、椎管内或呼吸系统等医疗设备的一个或多个小口径设备、连接器、接头、分配器或适配器输送或分配流体或气体的方法和装置。背景技术：1、医疗设备，诸如注射器、导管、端口、阀、接头、管件套组和iv流体袋，在本领域中众所周知地用于输送流体、药物、对比剂、稀释剂、麻醉剂、营养物和气体等。现有的输送设备可包括独特的设计，以减少流体路径或内部贯通通道(诸如永久结合的针/注射器组合和缩回针注射器)中的无效腔。这些设备不符合针对皮下和血管内应用的iso 10369-7鲁尔标准(luer standard)，因此它们的临床使用受到限制并且与医学上普遍使用的大多数基于鲁尔的设备、接头和适配器不兼容。制定了附加iso 80369标准，包括椎管内鲁尔标准(iso80369-6)和肠内鲁尔标准(iso 80369-3)，以指定用于各种临床应用的因不同而导致会导致有害甚至致命错误的管件误接的小口径连接器、适配器和管件的设计。2、需要使医疗连接器标准化的示例在德国的1988年美国拉姆施泰因空军基地空展灾难中显而易见，当时美国军方与德国护理人员之间的沟通不畅导致无法放置iv导管并为伤员输液，因为急救人员所使用的两种不同静脉连接器不兼容。3、注射器在医学中普遍使用并且是以可填充或预填充构造无菌提供的。针可以一体地附接到注射器，或者注射器可包括鲁尔接头(luer fitting)，该鲁尔接头包括用于附接针或其他基于鲁尔的装置的按压或滑动接头或螺纹鲁尔锁接头。一些肠内鲁尔注射器以可重复使用的不锈钢构造出售。4、皮下注射针包括在针轴上的诸如医用级硅酮等润滑剂，以减少穿透阻力并在施用药物时使患者不适减到最小。当使用同一根针来填充注射器(刺穿医药小瓶的弹性塞子)并施用注射剂时，润滑剂和针的斜边受损。低成本填充针可用于将药物或稀释剂抽吸到可填充针/注射器装置中，并且然后将其移除并用新的无菌针或鲁尔连接器替换以施用注射剂或输注液。一些可填充注射器包括一体形成的针，或者可包括配合到注射器的分离的基于鲁尔的针，以便用规定剂量的药物或稀释剂填充注射器。在将流体施用到组织、端口、无针阀或输注流或其他基于鲁尔的设备中之前，必须排出可填充注射器和针或预填充注射器内的药物或流体中截留的任何空气。为了从注射器/针装置中的流体去除空气，使已填充注射器处于直立位置，其中针或鲁尔接头位于顶部。在将柱塞杆推进到规定剂量时，在侧面反复敲击注射器，以从注射器和毂中的流体释放或清除任何空气穴或气泡，从而使空气穴或气泡上升并向上迁移通过注射器和鲁尔毂的流体路径或内部贯通通道并且自可包括皮下注射针的装置的远端离开。然后可施用注射剂或输注液。5、鲁尔连接器的优点是它们在公喷嘴与母毂之间的互操作性，从而跨越广范围的医疗设备、领域和程序。具有内部空腔的公鲁尔注射器或公鲁尔连接器的远侧渐缩、截头或截头圆锥形锥体或喷嘴被插入母鲁尔毂的内部空腔内，两者从而形成组合无效腔内部空腔，其内侧直径超过皮下注射针或输注管线的贯通通道或内腔的内侧直径。当将注射器的柱塞杆/活塞推进到注射器筒的远端时，绝大多数药物或流体移动通过中空鲁尔喷嘴并通过母鲁尔毂，但是在鲁尔接头之间形成的组合内部空腔在鲁尔装置内留下0.5毫升(ml)剂量的近7％至10％且未施用的无效腔。6、若干美国专利和公开的申请描述了具有减少流体路径中的无效腔的装置的医用针。这些专利和申请有美国公开号2011/0282298(agian等人)、美国专利号5,964,737(caizza)、美国公开号2003/004720(steube)、美国专利号5,902,269(jentzen)、美国专利号5.902,277(jentzen)、美国专利号6,010,486(carter等人)、美国专利号6,955,660(fisher)和美国专利号9,295,788(green)。7、这些教导中没有一个设法解决在施用注射剂或输注液之前从皮下注射装置的内部通道内的流体去除空气或气体气泡的空气动力学。当从注射器注射药品或药品丸剂时，安全的临床实践是在施用之前从注射器或输注设备中的流体去除所有空气。在输液护理协会(infusion nurses society)发表的2012年意外静脉空气输注(accidentalintravenous infusion of air)研究中，wilkins和unverdorben观察到，小至0.2mm的球形气泡可能导致可检测到的脑缺血。国际机电委员会(international electromechanicalcommission,iec)发布了标准：1998-02(e):41第2:24部分，施用输注液的安全。iec标准没有提出普遍的空气输注安全水平，因此不存在空气输注的最大安全剂量。临床空气注射或输注很少见，但可能促成不良或致命事件。8、液体中的空气气泡具有强烈的组合和聚结的倾向，并且自然地倾向于扩大并呈球形形状。当气泡穿过较小的受限孔口或沟槽(像小口径连接器或针中的一样)时，一个或多个气泡压缩并形成椭圆形形状，从而增加表面张力，表面张力充当附着力并倾向于依附到表面。可感受到挤压和拥抱充满空气的沙滩球时球体表面张力的增加。9、agian等人的‘298教导了一种耦接器，其包括定位在鲁尔注射器尖端内的实心剂量节省型插入件，该鲁尔注射器尖端附接到母毂，母毂带有微针以用于施用皮内注射剂。带有封闭端的实心插入件被以直径方式形成在插入件的实心外部与公注射器尖端的喷嘴的内壁的表面之间的开放流动路径环绕，并且包括位于带有空气气泡可附着的表面的流动路径外侧的母毂内的尽头端(dead-end)内部空腔。流动路径在实心插入件的远端与母鲁尔毂的内空腔的远端之间变窄，从而形成瓶颈，不仅限制流体流动而且压缩存在于流体中的任何气泡，并且在流体移动通过耦接器时，增加表面张力和任何气泡到插入件和母毂的表面的附着力。一个或多个空气气泡可在抽吸期间附着到这些表面并在注射或输注期间释放。agian等人的插入件教导中不存在对从药物排出任何空气的需要，因为注射剂是在皮肤的表面上施用的。10、在向患者施用或输注药物、溶液、麻醉剂等之前必须清除一个或多个空气气泡的小口径设备的设计中，必须考虑到气泡形成和生长以及在流体路径中与表面的附着或脱离的界面现象。如果一个或多个空气气泡没有从设备清除并无意中进入静脉系统，则当血液到达肺部时，这些空气气泡被过滤掉。空气穿过肺部中血流与空气之间的屏障扩散，从而自血液排出并安全地离开我们的系统。但如果一个或多个空气气泡无意中进入动脉系统，则它们在到达心脏时可能导致不良事件，在心脏处，它们可堵塞心室并使泵送动作失速或切断大脑中的血液流动并导致中风。因此，小口径设备或连接器的流体路径中的任何限制性、阶梯式或减小特征必须最小化或消除任何面向后的界面表面，该界面表面在从注射器或输注设备填充或分配流体时形成用于一个或多个空气气泡依附的死点(dead spot)。11、以平滑或规则路径为特征的层流流体路径优选在一个或多个小口径设备中减少界面气泡附着的可能性并减少或消除任何湍流。12、球形气泡的半径与孔口的表面张力成正比，因此当气泡在移动通过受限空间时受到挤压而变得细长时，倾向于附着到表面。流动在通道的流体路径内失速的不规则性和死点也会产生不期望的湍流穴和环电流以用于一个或多个气泡附着到表面。13、jentzen的‘269和‘277教导限于一种注射器/针装置，其具有独特的注射器活塞塞子以用于排出公鲁尔喷嘴的内部空腔内的药物，但在母毂的内部空腔内留下药物。caizza的‘737教导了一种弹性构件或套管，其带有内侧贯通通道，从而置换当公鲁尔喷嘴被定位在母毂内时形成的母毂的远端的内部空腔的一部分。carter的‘486教导限于一种注射器/针装置，其具有独特注射器塞子以在施用注射剂之后排出药物并将注射器筒内的针缩回。实践‘486教导需要附接到内毂的可缩回的针，该内毂包括易碎部分和刺穿构件。此外，缩回针众所周知地在针和毂缩回到注射器筒中时使流体从针回流，并且在之后将流体从远侧尖端渗出。14、steube的‘720教导了一种附接到具有母鲁尔毂的针的注射器，该母鲁尔毂被设计成利用形成在细长筒尖端(鲁尔喷嘴)内的内部腔室来使流体浪费降到最低，该注射器包括附接到针的针毂，该针具有附接到细长针支撑件的针空腔或内腔，该细长针支撑件向近侧延伸通过细长筒尖端的内部腔室的长度并且超出针毂的开放近端。细长针支撑件包括近端，该近端的长度被构造成当流体已从注射器筒分配时接合柱塞的弹性体尖端。当‘720的针毂附接到注射器尖端时，在细长筒尖端(鲁尔喷嘴)的内侧壁与针支撑件的外侧壁之间形成了尽头端内部空腔，从而当注射器和附接的针毂在使用者在使用之前正试图从流体去除任何空气时被定位成针指向上时，将空气或空气气泡截留在尽头端内部空腔内的流体中。当针不再指向上的情况下且特别是当针正指向下时改变注射器位置时，截留在环绕针支撑件的内部空腔内的空气或空气气泡可释放并迁移到流体中，并且潜在地通过针分配到患者体内或端口中。英国vernacare公司基于steube的教导生产低无效腔针。15、fisher的‘660教导限于一种包括三个同心构造的密封的适配器，该适配器连接到注射器，其包括膨胀套管，该膨胀套管带有通过可变形近侧鼻部形成的中心中空内腔、具有外侧表面，当被定位在鲁尔注射器喷嘴内时，该膨胀套管膨胀以接合鲁尔喷嘴的内侧壁，从而形成第一密封，当带有第二中心内腔和外侧壁的分离的中空轴或管道插入膨胀套管的第一内腔中时，从而在管道的外侧壁与可变形鼻部的内侧壁之间形成第二同心密封。为了实践‘660教导，膨胀套管包括围绕可变形鼻部的周边设置的外侧锥形套环，该外侧锥形套环带有内侧壁，从而形成围绕鲁尔喷嘴的外侧壁同心地设置的第三密封。‘660的适配器教导的外侧锥形套环与根据第7部分的母鲁尔毂不兼容，因此无法启用并从任何工业或商业使用中消除，并且无法得到实践。16、美国专利号5,858,000(novacek)教导了一种多件式鲁尔注射器，其具有与分离的可移动适配器可协作的可缩回的针，该适配器具有细长的、远侧形成的鼻部，该鼻部适于配合在定位在注射器筒的远端内的母鲁尔毂的内部空腔内侧。具有限定中心轴向通道的开口近端和开口远端的该适配器形成在位于定位在注射器筒内的开口近端中的近侧突出部内，从而延伸到形成在定位在母鲁尔毂的内部空腔内的鼻部内的远端，以用于接合中空针的近端。具有带有凹槽的近侧面的该适配器被定位在注射器筒的内部空腔内，从而从远侧突出部横向地延伸到外侧直径并与中心通道连通以用于从注射器筒的内部排放空气。该适配器可旋转地可附接到活塞并附接到易碎柱塞，并且在施用注射剂之后通过将柱塞-活塞接合并旋转到该适配器中可缩回到注射器筒中。实践该教导需要在可移动适配器的外侧壁与注射器筒的内侧壁之间的附加密封。17、美国专利号8,006,953(bennett)教导了一种母鲁尔毂中的单向阀。美国专利号9,616214(stout等人)教导了一种冲洗增强鲁尔连接器，其带有流动扩张通道和流动转向器，该流动转向器被构造成在冲洗程序期间使流体流动转向到连接母鲁尔空间的周边，以增加混合以及由公鲁尔尖端产生的无效腔中的湍流。美国专利号6,267,154(felicelli等人)教导了一种可移除塞，其包括公鲁尔喷嘴塞，该公鲁尔喷嘴塞紧密地配合在母鲁尔锁喷嘴的内侧表面内。美国专利号7,140,592(phillips)教导了一种鲁尔连接器中的自密封阀。18、2021年，一家大型医疗设备制造商召回了近2.67亿支冲水预填充盐水注射器，因为柱塞潜在地将空气重新引入注射器中并导致严重不良后果。19、桩式胰岛素针/注射器组合设备是利用带有非常小的内腔的短针制造的，该内腔尺寸范围在31g×5/16英寸与29g×1/2英寸长之间，该设备包括低无效腔或“剂量节省”特征并服务于生产基础设施有限的利基市场。肌肉内注射剂被施用以用于预防(免疫)和治疗目的并且通常是利用鲁尔针/注射器施用的，范围在25g×1英寸与21g×1.5英寸之间的该鲁尔针/注射器足以在由医生或药物师规定的深度处将剂量输送到肌肉中。20、据彭博社(bloomberg)报道，截至本文件提交时，全球已施用近127亿剂covid-19疫苗。世界卫生组织估计，covid-19之前的全球注射器市场每年为160亿单位，并且市场报告估计，至2027年cagr为10.5％，因此估计全球注射器市场需求增长并随着covid-19的出现，5年内将增至每年近300亿单位。由于莫德纳公司(moderna)和辉瑞公司(pfizer)开发的二价疫苗(由原始配方和针对冠状病毒omnicron ba.4和ba.5亚变种的新疫苗组成)已满足美国fda功效标准，全球注射器需求将继续。技术实现思路1、本发明总体上涉及小口径医疗设备、适配器和连接器，其具有由容积置换构件形成的减少的容积或低无效腔内部空腔，该容积置换构件定位在一个或多个小口径设备的单独或组合的内部空腔内并置换该单独或组合的内部空腔的一部分。液密和气密连接或密封是利用一个或多个匹配部件形成的，或者是在一个或多个配合部件内形成的，其中需要多种医疗设备之间的通用互操作性来向患者提供临床护理。可包括通气口，以在注射、输注或冲洗之前从流体去除空气或空气气泡。流线型流动路径可被构造在该设备、适配器和连接器的内部空腔或组合空腔内。2、本文中的本发明的一些具体实现公开于以iso 80369-7:2021(e)医疗保健中用于液体和气体的小口径连接器，第7部分：用于血管内或皮下应用的连接器的格式(在整个本技术中被注明为第7部分)构造的鲁尔连接器中，该鲁尔连接器具有延伸超出鲁尔锁套环的远端的公鲁尔喷嘴尖端。本文公开的另一种具体实现被构造成与用于椎管内应用的iso80369-6连接器的格式(在整个本技术中被注明为第6部分)的椎管内或连接器和适配器可一起操作，以用于将药物施用到包括黄色色标的蛛网膜下腔或硬膜外腔中。本文公开的另一种具体实现被构造成与用于肠内应用的iso 80369-3连接器的格式(在整个本技术中被注明为第3部分)的肠内或enfit连接器和适配器可一起操作，以用于施用包括紫色色标的营养物和气体。3、本发明的附加具体实现被构造成与其他小口径连接器、接头和适配器一起使用，诸如但不限于用于单个医疗设备或者两个或更多个医疗设备的组合以向患者或者从患者施用、注射、泵送、混合、抽取或输注流体、药物、疫苗、稀释剂、气体、营养物、骨空隙填充剂等的鲁尔格式和非鲁尔格式两者的连接器和适配器，以及用于通过设备或管向患者或者从患者转移或输注流体或气体的连接器、接头和适配器，并且更特别地，包括容积置换构件的连接器、接头和适配器，从而形成基本上更均匀构造的低无效腔内部流体或气体流动路径。容积置换构件可被构造有具有贯通通道或孔的主体，该贯通通道或孔带有形成为通气口的渐缩壁，以在施用流体之前从一个或多个设备或装置内的流体汇集或去除空气或空气气泡。容积置换构件减少了一个或多个连接器、适配器、接头或设备的内部空腔内的流体、气体或空气容积保留，并且可过滤、调节或监测在一个或多个连接器、适配器、接头或设备的流动路径内并通过它的流体或气体流动。4、本发明的一种具体实现包括容积置换构件，其被构造成减少在向患者施用注射剂或输注液或将其转移到另一设备(诸如注射器或泵、输注管线、iv流体袋)以用于iv推注、初次iv流体施用或二次iv流体施用之前、期间或之后残留在鲁尔注射器或公连接器喷嘴和母鲁尔毂的流动路径、内部空腔或无效腔内的药物或稀释剂的量。本发明的一种具体实现包括容积置换构件，其定位在公鲁尔喷嘴或母鲁尔毂的组合内部无效腔空腔内，其被构造成减少组合内部空腔内的药物或流体的量，并且包括带有内部贯通通道的主体，该内部贯通通道带有形成以用于在施用注射剂或输注液之前排出或去除内部空腔内的药物或流体内的空气或空气气泡的通气口或孔。本发明的一种具体实现包括容积置换构件，其被定位在公喷嘴和母毂母鲁尔毂的组合内部空腔内，该母鲁尔毂被构造有与形成在母毂内的远侧内部无效腔空腔完全分离的内侧贯通通道。本发明的一种具体实现被构造成优化从小瓶中抽取、从填充装置分配到注射器中、或添加到预填充注射器至规定剂量的药物或流体的体积，从而在小瓶、填充装置或分配器中留下更多的药物用于后续剂量。5、本发明的一种具体实现在容积置换构件上提供了止动件或唇部，以限制并使注射器喷嘴可被定位在母毂内的深度标准化。本发明的容积置换构件的一些具体实现单独地或组合地置换注射器喷嘴和母毂的组合内部无效腔空腔内的大量立方体积容量。此外，本发明的容积置换构件的一些具体实现被构造有鲁尔构造的装置或设备的流动路径或内部贯通通道，从而使预期流体或气体剂量的输送最大化。6、本发明的一种具体实现可还包括封闭盖，该封闭盖被构造成减少预填充注射器中的药物或流体的量。本发明的一种具体实现被构造成减少公鲁尔喷嘴的流体路径或内部空腔贯通通道内的药物或流体的量。本发明的一种具体实现被构造成减少母鲁尔毂的流体路径或内部空腔内的药物或流体的量。此外，本发明被构造成减少在施用注射剂、输注液或气体之前、期间或之后残留在具有至少两种不同内侧直径的一个或多个鲁尔连接器或适配器的流动路径或内部空腔内的药物、稀释剂或气体的量。7、本发明的一种具体实现包括单个鲁尔装置，其中注射器盖包括延伸到已预填充注射器的鲁尔喷嘴的内部空腔中的容积置换构件。当需要置换常规芯时，简单地通过升级芯以在公鲁尔喷嘴或母鲁尔毂内形成容积置换构件，本发明的容积置换公鲁尔注射器或母鲁尔毂具体实现可容易地并入现有多空腔鲁尔工具中。将新的芯改装到现有工具中消除了对昂贵的新鲁尔注射器、鲁尔连接器或鲁尔毂工具的需要。8、通过将本发明的单独的容积置换构件添加到母鲁尔毂或公鲁尔喷嘴的分离或组合内部空腔内或者在鲁尔注射器的喷嘴的远端处，可实现甚至更具成本效益和节省时间的改进。9、本发明的一种具体实现包括容积置换构件，其被定位在设备或连接器的内部空腔内，其被构造成减少在向患者施用麻醉剂之前、期间或之后残留在内部空腔内的麻药的量。本发明的一种具体实现包括容积置换构件，其被定位在设备或连接器的内部空腔内，其被构造成形成至少一个连续内部密封以降低易燃气体麻醉泄漏到手术环境中的风险。本发明的一种具体实现包括容积置换构件，其被定位在enfit设备或连接器的内部空腔内，该容积置换构件被够造成减少在向患者施用液体营养物之前、期间或之后残留在内部空腔内的液体营养物的量。本发明的容积置换构件的一种具体实现具有贯通通道，该贯通通道带有具有内侧直径的内侧壁，该内侧直径被构造成测量通过设备或装置的流体或气体的流速，并且包括区分每个流速参数的颜色编码系统。10、如本文所公开的容积置换构件的使用将显着减少用于注射胰岛素的鲁尔针/注射器内的胰岛素浪费。据估计，2018年全球2型糖尿病患者人数为4.05亿，并且预计增至2030的5.1亿，这相当于对1,000个iu胰岛素小瓶的需求从2018年的5.16亿小瓶增至2030年的6.33亿小瓶。通过采用本发明的鲁尔针/注射器，有可能可实现胰岛素浪费的10％的减少，这相当于基于5.16亿小瓶，每年近51,600升或13,631加仑的胰岛素可被利用和注射，而不是现在被处置和放入医疗废物流中。11、根据本发明的一些具体实现，提供了一种组件，其中容积置换构件占据根据第6部分的一个椎管内注射器、毂、连接器、接头、分配器或适配器内或者或两个或更多个椎管内注射器、毂、连接器、接头、分配器或适配器之间的无效腔。12、根据本发明的一些具体实现，提供了一种组件，其中容积置换构件占据根据第3部分的一个肠内注射器、毂、连接器、接头、分配器或适配器内或者两个或更多个肠内注射器、毂、连接器、接头、分配器或适配器之间的无效腔。13、根据本发明的一些具体实现，提供了一种组件，其中容积置换构件占据根据第7部分的一个血管内鲁尔注射器、毂、连接器、接头、分配器或适配器内或者两个或更多个血管内鲁尔注射器、毂、连接器、接头、分配器或适配器之间的无效腔。14、根据本发明的一些具体实现，提供了一种鲁尔装置，其带有具有改进的层流流动态的流动路径或内部贯通通道，不带脊、台阶、尽头端或尖点，从而促进并优化带有减少的湍流并且不带横向混合、漩涡、涡流或潜流的流体或气体在一个或多个鲁尔连接器的流动路径或内部空腔内的平滑、有序移动。15、根据一些具体实现，提供了一种装置，其包括母鲁尔毂和公鲁尔注射器，该公鲁尔注射器包括具有内部空腔的连接器、适配器、接头或设备，该内部空腔带有容积置换构件，该容积置换构件利用符合第7部分第3.7节的具有弯曲或拉伸时大于3,433mpa的弹性模量的刚性材料形成以用于血管内使用、利用符合第6部分第4.2节的具有弯曲或拉伸时大于950mpa的标称弹性模量的刚性材料形成以用于椎管内使用、以及利用符合第3部分第4.2节的具有弯曲或拉伸时大于700mpa的标称弹性模量的刚性材料形成以用于肠内使用。16、鉴于以下结合附图的详细描述，本发明的这些和其他目的、特征和优点将变得显而易见。