[实用新型]流量传感器系统和药物流量传感器

说明书

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。

技术领域

本实用新型涉及药物输送装置。特别地，本实用新型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。

背景技术

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。在本文所述的本实用新型的示例性实施例中，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，本实用新型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。