CH688224A5 - Implanted dosing unit for e.g. controlled, long term delivery of insulin - Google Patents

Implanted dosing unit for e.g. controlled, long term delivery of insulin Download PDF

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CH688224A5 CH175494A CH175494A CH688224A5 CH 688224 A5 CH688224 A5 CH 688224A5 CH 175494 A CH175494 A CH 175494A CH 175494 A CH175494 A CH 175494A CH 688224 A5 CH688224 A5 CH 688224A5
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Abstract

This implanted unit doses pharmaceutical fluids into the human- or animal body. The new design includes a known, edge-controlled, valveless axial piston pump (2). The piston (3) is driven (6) under control, in rotation and axial translation. A fluid reservoir (5) is connected to the suction side of the pump. The pump preferably has a ceramic cylinder (4) and piston (3). A refilling connection (7) for the reservoir is re-sealable. The integral rotary drive has a separate control unit (8). Pump, reservoir and drive are coaxial in a cylindrical casing (9). Alternatively the drive is external, a non-contact coupling transmitting rotary motion to the piston. The end face of the cylinder has a cam profile (15). To the piston is attached an eccentric cam follower peg (16) which produces the axial motion.

Description

1 1

CH 688 224 A5 CH 688 224 A5

2 2nd

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft eine implantierbare Vorrichtung für die dosierte Abgabe pharmazeutischer Flüssigkeiten im menschlichen oder tierischen Körper. The invention relates to an implantable device for the metered delivery of pharmaceutical liquids in the human or animal body.

Autark arbeitende und implantierbare technische Vorrichtungen, wie z.B. Herzschrittmacher, für die medizinische Versorgung des Körpers, welche nur in grösseren Zeitintervallen gewartet werden müssen, sind bereits seit langem bekannt. Problematisch wird ein autarker Betrieb jedoch dann, wenn die Vorrichtung bewegliche Teile aufweist, wie dies beispielsweise bei Mikrodosierpumpen erforderlich ist. So ist es beispielsweise bei Diabetespatienten erforderlich, in regelmässigen Abständen dosierte Mengen von Insulin an den Körper abzugeben. Entsprechende Dosierpumpen mussten jedoch bisher ausserhalb des Körpers getragen werden. Autonomous and implantable technical devices, such as Pacemakers, for the medical care of the body, which only need to be serviced at longer intervals, have been known for a long time. However, autonomous operation becomes problematic when the device has moving parts, as is required, for example, in the case of microdosing pumps. For example, in diabetes patients it is necessary to deliver dosed amounts of insulin to the body at regular intervals. Corresponding metering pumps have, however, previously had to be worn outside the body.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Dosierpumpe zu schaffen, welche vollständig implantierbar und bioakzeptabel ist und welche autark arbeitet. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale im Anspruch 1 aufweist. It is therefore an object of the invention to provide a metering pump which is completely implantable and bioacceptable and which works independently. This object is achieved with a device which has the features in claim 1.

Eine kantengesteuerte, ventillose Axialkolbenpumpe mit einem drehantreibbaren und axial verschiebbaren Kolben, weist ein Minimum an mechanisch beweglichen Teilen auf. Ausser dem sich drehenden und oszillierenden Kolben sind keine weiteren beweglichen Teile, insbesondere keine Ventile vorhanden, welche die Störanfälligkeit erhöhen könnten. Das unmittelbar in die Einheit integrierte Reservoir gewährleistet eine Versorgung während längerer Zeit. Der für die Pumpe erforderliche Drehantrieb kann ebenfalls in der Einheit untergebracht sein. An edge-controlled, valveless axial piston pump with a rotatably drivable and axially displaceable piston has a minimum of mechanically moving parts. In addition to the rotating and oscillating piston, there are no other moving parts, in particular no valves, which could increase the susceptibility to faults. The reservoir, which is directly integrated in the unit, ensures a supply for a longer period. The rotary drive required for the pump can also be accommodated in the unit.

Vorzugsweise weist die Axialkolbenpumpe einen Zylinder und einen Kolben aus Keramik auf. Die Pumpenteile werden damit praktisch wartungsfrei und sie sind verschleissfest. The axial piston pump preferably has a cylinder and a piston made of ceramic. This makes the pump parts practically maintenance-free and they are wear-resistant.

Wenn das Reservoir mit einem verschliessbaren Nachfüllstutzen verbunden ist, kann es ohne Entfernung des Implantats bzw. ohne ärztlichen Eingriff am Körper nachgefüllt werden. Es wäre auch ohne weiteres denkbar, dass das Reservoir über den Nachfüllstutzen mit einem ausserhalb des Körpers mitgetragenen grösseren Reservoir verbunden ist, das jedoch bei Bedarf für bestimmte Tätigkeiten, wie z.B. bei sportlicher Betätigung und dergleichen, abgekoppelt werden kann. If the reservoir is connected to a lockable refill nozzle, it can be refilled without removing the implant or without medical intervention on the body. It would also be readily conceivable for the reservoir to be connected via the refill to a larger reservoir carried outside the body, which, however, can be used for certain activities, such as e.g. during exercise and the like, can be disconnected.

Der zur Einheit gehörende Drehantrieb ist vorzugsweise über eine von der Einheit getrennte Steuervorrichtung ansteuerbar. Die technischen Mittel für eine z.B. drahtlose Steuerung eines elektrischen Drehantriebs sind dem Fachmann bekannt. The rotary drive belonging to the unit can preferably be controlled via a control device separate from the unit. The technical means for e.g. Wireless control of an electric rotary drive is known to the person skilled in the art.

Eine besonders kompakte Einheit ergibt sich, wenn die Axialkolbenpumpe, das Flüssigkeitsreservoir und der Drehantrieb koaxial in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet sind. Andere Bauformen sind jedoch denkbar. So könnte z.B. das Reservoir als Hohlzylindermantel ausgebildet sein, der die Axialkolbenpumpe umgibt. A particularly compact unit results if the axial piston pump, the liquid reservoir and the rotary drive are arranged coaxially in a cylindrical housing. However, other designs are conceivable. For example, the reservoir can be designed as a hollow cylinder jacket which surrounds the axial piston pump.

Alternativ kann der Drehantrieb aber auch ausserhalb der Einheit angeordnet sein, wobei die Alternatively, the rotary drive can also be arranged outside the unit, the

Übertragung der Drehbewegung auf den Kolben über eine berührungslose Kupplung erfolgt. Ein derartiger Antrieb hat den Vorteil, dass die Kolbensteuerung sehr präzise und ohne das Risiko von Störsignalen oder dergleichen von aussen erfolgen kann. Geeignete Induktionskupplungen oder Magnetkupplungen sind dem Fachmann bekannt, welche einen schlupffreien Antrieb gewährleisten. Die ausserhalb des Körpers angeordnete Antriebsvorrichtung vereinfacht auch das Problem der Energieversorgung des Drehantriebs. The rotary motion is transmitted to the piston via a contactless coupling. Such a drive has the advantage that the piston control can be carried out from the outside very precisely and without the risk of interference signals or the like. Suitable induction clutches or magnetic clutches are known to the person skilled in the art, which ensure a slip-free drive. The drive device arranged outside the body also simplifies the problem of supplying energy to the rotary drive.

Besonders vorteilhaft ist unmittelbar eine Stirnseite des Zylinders als Kurventräger ausgebildet, auf dem ein dem Kolben zugeordnetes Eingriffsglied zum Ausführen der periodischen axialen Bewegung rotiert. Da der Zylinder ohnehin aus verschleissfe-stem Werkstoff gefertigt wird, kann unmittelbar eine Steuerkurve in den Zylinder integriert werden. Diese Steuerkurve wird im Verlaufe einer Drehbewegung des Kolbens abgetastet. Der Kurventräger könnte aber ohne weiteres auch als separates Bauteil, z.B. als Taumelscheibe oder dergleichen ausgebildet sein. An end face of the cylinder is particularly advantageously formed as a cam carrier, on which an engagement member assigned to the piston rotates to carry out the periodic axial movement. Since the cylinder is made of wear-resistant material anyway, a control curve can be integrated directly into the cylinder. This control curve is scanned in the course of a rotary movement of the piston. The curve carrier could, however, also be used as a separate component, e.g. be designed as a swash plate or the like.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend genauer beschrieben. Es zeigen: Embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below. Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsge-mässe Vorrichtung, 1 shows a cross section through a device according to the invention,

Fig. 2 die Vorrichtung gemäss Fig. 1 bei der Abgabe von Flüssigkeit an den Körper, und Fig. 2 shows the device of FIG. 1 when dispensing liquid to the body, and

Fig. 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel, mit einem ausserhalb des Körpers angeordneten Drehantrieb. Fig. 3 shows an alternative embodiment, with a rotary drive arranged outside the body.

Gemäss den Fig. 1 und 2 besteht die Vorrichtung aus einer Einheit 1, die durch ein zylindrisches Gehäuse 9 von beispielsweise 10 mm Durchmesser und 40 mm Länge begrenzt wird. Die Einheit besteht aus einer Axialkolbenpumpe 2 mit einem drehantreibbaren und in einem Zylinder 4 axial verschiebbaren Kolben 3, aus einem Flüssigkeitsreservoir 5 und aus einem Drehantrieb 6. Gattungsmäs-sig vergleichbare, kantengesteuerte und ventillose Axialkolbenpumpen sind bereits in der CH 679 172 beschrieben. Die Funktion derartiger Pumpen wird hier nur ansatzweise beschrieben, da sie dem Fachmann bereits bekannt ist. Der Zylinder 4 ist auf einer Seite mit einem Zylinderdeckel 23 dicht verschlossen. Am entgegengesetzten Ende weist der Zylinder an seiner Stirnseite einen Kurventräger 15 auf, wobei der Zylinder einfach um einen bestimmten Winkel angeschrägt ist. Am unteren Ende des Zylinders 4 ist je eine Saugöffnung 10 und eine Drucköffnung 11 angeordnet, wobei die beiden Öffnungen sich diametral gegenüberliegen und gleich-achsig verlaufen. Die Saugöffnung 10 ist mit einer Ansaugleitung 12 verbunden, welche in das Flüssigkeitsreservoir 5 mündet. Die Drucköffnung 11 ist an eine Abgabeleitung 13 angeschlossen, welche zu einer Körperstelle führt, an welcher die Flüssigkeit abgegeben werden soll. 1 and 2, the device consists of a unit 1, which is delimited by a cylindrical housing 9, for example 10 mm in diameter and 40 mm in length. The unit consists of an axial piston pump 2 with a piston 3 that can be driven in rotation and axially displaceable in a cylinder 4, a liquid reservoir 5 and a rotary drive 6. Edge-controlled and valve-less axial piston pumps that are comparable in terms of type are already described in CH 679 172. The function of such pumps is only partially described here, since it is already known to the person skilled in the art. The cylinder 4 is sealed on one side with a cylinder cover 23. At the opposite end, the cylinder has a curve carrier 15 on its end face, the cylinder being simply beveled at a certain angle. At the lower end of the cylinder 4, a suction opening 10 and a pressure opening 11 are arranged, the two openings lying diametrically opposite one another and running in the same axis. The suction opening 10 is connected to a suction line 12, which opens into the liquid reservoir 5. The pressure opening 11 is connected to a discharge line 13, which leads to a body part at which the liquid is to be discharged.

Der Kolben 3 ist an seinem unteren Ende einseitig mit einer Ausnehmung 14 versehen, deren Länge so dimensioniert ist, dass sie in jeder axialen The piston 3 is provided on one side with a recess 14 at its lower end, the length of which is dimensioned such that it is in each axial

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

2 2nd

3 3rd

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4 4th

Kolbenposition die Ebene der beiden Öffnungen 10 und 11 schneidet. Die Seitenkanten dieser Ausnehmung öffnen und schliessen dabei wechselweise die Offnungen 10 und 11, weshalb von einer Kantensteuerung gesprochen wird. Der Kolben ist mit einer Scheibe 17 versehen, an dem ein Eingriffsglied 16 derart befestigt ist, dass es im Verlaufe einer Drehbewegung den Kurventräger 15 abtastet. Piston position intersects the plane of the two openings 10 and 11. The side edges of this recess alternately open and close openings 10 and 11, which is why we speak of edge control. The piston is provided with a disc 17, on which an engagement member 16 is fastened in such a way that it scans the cam carrier 15 in the course of a rotary movement.

Die Drehbewegung des Kolbens 3 erfolgt über den Drehantrieb 6, wobei als Kupplungselement eine Druckfeder 18 verwendet wird, welche den Kolben 3 gleichzeitig gegen den Zylinderdeckel 23 vorspannt. Beim Drehantrieb 6 handelt es sich um einen elektrischen Mikromotor, der mit einer Langzeitbatterie ausgerüstet ist. Eine Stromversorgung von aussen wäre denkbar. Der Drehantrieb 6 ist mit einer Steuerelektronik 22 versehen, welche von einer mobilen Steuervorrichtung 8 drahtlos beeinflusst werden kann. Auch hier wäre selbstverständlich die Steuerung über elektrische Anschlussdrähte denkbar. The rotary movement of the piston 3 takes place via the rotary drive 6, a compression spring 18 being used as the coupling element, which biases the piston 3 against the cylinder cover 23 at the same time. The rotary drive 6 is an electric micromotor that is equipped with a long-life battery. An external power supply would be conceivable. The rotary drive 6 is provided with control electronics 22, which can be influenced wirelessly by a mobile control device 8. Of course, control via electrical connecting wires would also be conceivable here.

Das Reservoir 5 ist mit einem Nachfüllstutzen 7 z.B. in der Form einer flexiblen Kanüle versehen. Dieser Nachfüllstutzen hat an seinem äusseren Ende einen Verschluss 19. The reservoir 5 is with a refill 7 e.g. provided in the form of a flexible cannula. This refill nozzle has a closure 19 at its outer end.

Die Einheit 1 ist vollständig unter der Haut 20 in einen Körper 21 implantiert. Das Reservoir 5 kann beispielsweise Insulin oder einen anderen Wirkstoff in flüssiger Form enthalten, der vom Körper in bestimmten Intervallen benötigt wird. Je nach der medizinischen Indikation wird die Elektronik 22 über die Steuervorrichtung 8 programmiert. Die Förderleistung der Pumpe wird dabei durch die Drehzahl des Drehantriebs 6 definiert. The unit 1 is implanted completely under the skin 20 in a body 21. The reservoir 5 can contain, for example, insulin or another active substance in liquid form, which the body needs at certain intervals. Depending on the medical indication, the electronics 22 are programmed via the control device 8. The delivery rate of the pump is defined by the speed of the rotary drive 6.

Fig. 1 zeigt den Kolben 3 während eines Saughubes, wobei er sich in Pfeilrichtung a unter der Einwirkung des Kurvengetriebes gegen die Kraft der Druckfeder 18 nach oben bewegt. Die Drucköffnung 11 ist verschlossen, während die Ausnehmung 14 mit der Saugöffnung 10 kommuniziert, so dass ersichtlicherweise Flüssigkeit aus dem Reservoir 5 angesaugt wird. Fig. 1 shows the piston 3 during a suction stroke, wherein it moves in the direction of arrow a under the action of the cam mechanism against the force of the compression spring 18 upwards. The pressure opening 11 is closed while the recess 14 communicates with the suction opening 10, so that it is evident that liquid is sucked in from the reservoir 5.

Nach dem Erreichen des oberen Umkehrpunktes, bei welchem die Saugöffnung 10 und die Drucköffnung 11 verschlossen sind, führt der Kolben 3 einen Druckhub nach unten in Pfeilrichtung b aus. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kommuniziert beim Druckhub die Ausnehmung 14 mit der Drucköffnung 11, während die Saugöffnung 10 verschlossen ist. Die in der Pumpenkammer 24 während des Saughubes eingesaugte Flüssigkeit wird dabei über die Abgabeleitung 13 ausgestossen. Bei einer weiteren Drehung des Kolbens erreicht dieser den unteren Umlenkpunkt, bei dem wiederum beide Öffnungen 10 und 11 verschlossen sind, um dann erneut einen Saughub zu beginnen. After reaching the upper reversal point at which the suction opening 10 and the pressure opening 11 are closed, the piston 3 executes a pressure stroke downward in the direction of arrow b. As can be seen from FIG. 2, the recess 14 communicates with the pressure opening 11 during the pressure stroke, while the suction opening 10 is closed. The liquid sucked into the pump chamber 24 during the suction stroke is expelled via the discharge line 13. When the piston rotates further, it reaches the lower deflection point, at which both openings 10 and 11 are closed in order to start a suction stroke again.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 ist die Axialkolbenpumpe 2 gleich aufgebaut, wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Der Drehantrieb 26 ist hier jedoch nicht der Einheit 1 im Gehäuse 9 zugeordnet, sondern als separate Einheit ausgebildet, welche ausserhalb des Körpers angeordnet ist. Die Drehmomentübertragung erfolgt dabei beispielsweise über die magnetischen Kupplungsscheiben 25 und 27. Auf diese Weise kann der Kolben der Axialkolbenpumpe vollständig berührungslos angetrieben werden, wobei der konstruktive Aufbau der Einheit 1 weiter vereinfacht wird. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the axial piston pump 2 is constructed in the same way as in the previous exemplary embodiment. However, the rotary drive 26 is not assigned to the unit 1 in the housing 9 here, but rather is designed as a separate unit which is arranged outside the body. The torque is transmitted, for example, via the magnetic clutch disks 25 and 27. In this way, the piston of the axial piston pump can be driven in a completely contactless manner, the construction of the unit 1 being further simplified.

Claims (8)

PatentansprücheClaims 1. Implantierbare Vorrichtung für die dosierte Abgabe pharmazeutischer Flüssigkeiten im menschlichen oder tierischen Körper, gekennzeichnet durch eine implantierbare Einheit (1) bestehend aus einer kantengesteuerten, ventillosen Axialkolbenpumpe (2) mit einem drehantreibbaren und axial verschiebbaren Kolben (3), und aus einem mit der Saugseite der Pumpe verbundenen Flüssigkeitsreservoir (5), sowie durch einen steuerbaren Drehantrieb (6) zum Drehen des Kolbens.1. Implantable device for the metered delivery of pharmaceutical liquids in the human or animal body, characterized by an implantable unit (1) consisting of an edge-controlled, valve-less axial piston pump (2) with a rotatably drivable and axially displaceable piston (3), and from one with the Liquid reservoir (5) connected to the suction side of the pump, as well as a controllable rotary drive (6) for rotating the piston. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkolbenpumpe (2) einen Zylinder (4) und einen Kolben (3) aus Keramik aufweist.2. Device according to claim 1, characterized in that the axial piston pump (2) has a cylinder (4) and a piston (3) made of ceramic. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (5) mit einem verschliessbaren Nachfüllstutzen (7) verbunden ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the reservoir (5) with a closable refill nozzle (7) is connected. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis4. Device according to one of claims 1 to 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (6) in der Einheit (1) angeordnet ist.3, characterized in that the rotary drive (6) is arranged in the unit (1). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis5. Device according to one of claims 1 to 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (6) über eine von der Einheit (1) getrennte Steuervorrichtung (8) ansteuerbar ist.4, characterized in that the rotary drive (6) can be controlled via a control device (8) separate from the unit (1). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis6. Device according to one of claims 1 to 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkolbenpumpe (2), das Flüssigkeitsreservoir (5) und der Drehantrieb (6) gleichachsig in einem zylindrischen Gehäuse (9) angeordnet sind.5, characterized in that the axial piston pump (2), the liquid reservoir (5) and the rotary drive (6) are arranged coaxially in a cylindrical housing (9). 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (6) ausserhalb der Einheit (1) angeordnet ist und dass die Übertragung der Drehbewegung auf den Kolben (3) über eine berührungslose Kupplung erfolgt.7. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotary drive (6) is arranged outside the unit (1) and that the transmission of the rotary movement to the piston (3) takes place via a contactless coupling. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (4) auf einer Stirnseite als Kurventräger (15) ausgebildet ist, auf dem ein dem Kolben (3) zugeordnetes Eingriffsglied (16) zum Ausführen der periodischen axialen Bewegung rotiert.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cylinder (4) is formed on one end face as a cam carrier (15) on which an engaging member (16) assigned to the piston (3) for performing the periodic axial movement rotates. 55 1010th 1515 2020th 2525th 3030th 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 33rd
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