CH702075A1

CH702075A1 - Okklusionserkennung in einem Verabreichungsgerät.

Info

Publication number: CH702075A1
Application number: CH01590/09A
Authority: CH
Inventors: Thomas Buri; Michael Rufer
Original assignee: Tecpharma Licensing Ag
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-04-29
Also published as: EP2488230A1; CN102573952A; WO2011044706A1; US20120265127A1; CN102573952B; EP2488230B1

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Verabreichungsgeräts offenbart. Ein elektrischer Motor des medizinischen Verabreichungsgeräts wird während definierter Ausschüttvorgänge aktiviert. Dabei wird der Motor gemäss einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil mit mehreren Bereichen (P i ) gesteuert. Ein Lastsensor ermittelt Lastsignale (I mot ), die ein Mass für die elektrische Last darstellen, die durch den Motor gebildet wird, z.B. Lastsignale, die den Motorstrom repräsentieren. Eine Überwachungseinrichtung vergleicht eine aus den Lastsignalen abgeleitete Grösse mit mindestens einer vorbestimmten Bedingung und gibt ein Okklusionssignal ab, wenn die Bedingung erfüllt ist. Um Beschleunigungseffekte zu kompensieren, werden die Lastsignale in Abhängigkeit vom aktuellen Bereich des Geschwindigkeitsprofils um einen zugeordneten Korrekturwert (I 1 ; I 2 ; I 3 ) korrigiert. Dies ermöglicht eine zuverlässige Erkennung von Okklusionen selbst bei kurzen Ausschüttvorgängen.

Description

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Verabreichungsgeräts, das eine verbesserte Erkennung von Okklusionen ermöglicht. Bei dem Verabreichungsgerät kann es sich z.B. um ein Infusionsgerät handeln, das dazu dient, ein fluides Medikament über einen längeren Zeitraum hinweg an einen Patienten zu verabreichen.

STAND DER TECHNIK

[0002] Bei verschiedenen Krankheiten kann es erforderlich sein, einem Patienten ein in flüssiger Form vorliegendes Medikament, z.B. ein Insulinpräparat oder ein blutverdünnendes Medikament wie Heparin, über einen längeren Zeitraum hinweg zu verabreichen. Hierfür sind kompakte, tragbare, körperexterne Verabreichungsgeräte bekannt, die vom Patienten ständig in Körpernähe mitgeführt werden. Ein derartiges Verabreichungsgerät ist z.B. in der WO 2008/106 806 angegeben.

[0003] In derartigen Verabreichungsgeräten liegt das Medikament häufig in einem karpulenartigen Reservoir vor, in dem ein Kolben vorgeschoben wird, um das Medikament aus dem Reservoir auszuschütten. Der Vortrieb des Kolbens erfolgt mit Hilfe eines elektrischen Antriebsmotors, dessen Drehbewegung über ein Getriebe und weitere Antriebskomponenten in eine axiale Vorschubbewegung des Kolbens umgewandelt wird. Die Verabreichung erfolgt intermittierend, wobei verhältnismässig kurze Ausschüttvorgänge, in denen der Motor aktiviert wird und somit eine Verabreichung erfolgt, von verhältnismässig langen Pausen unterbrochen sind. Ein vollständiger Verabreichungszyklus umfasst dabei einen typischerweise nur wenige Sekunden dauernden Ausschüttvorgang und eine nachfolgende, typischerweise einige Minuten andauernde Pause.

[0004] Für eine zuverlässige Versorgung des Patienten mit dem Medikament ist es wesentlich, dass Funktionsstörungen, die zu einer Unter- oder Überversorgung mit dem Medikament führen können, wirksam und sicher erkannt werden und zur Auslösung eines Alarms und/oder zum Abschalten des Geräts führen. Eine derartige Fehlfunktion kann insbesondere dadurch entstehen, dass eine Okklusion einer flüssigkeitsführenden Leitung eintritt, z.B. indem das Infusionsset verstopft oder abgeknickt ist. Wenn der Antriebsmotor aktiviert wird, während eine Okklusion vorliegt, führt dies in der Regel zu einem Druckanstieg im Reservoir. Wenn die Okklusion wieder beseitigt wird, baut sich der Druck im Reservoir wieder ab, indem das Medikament aus dem Reservoir ausströmt. Dadurch kann eine Okklusion somit zunächst zu einer Unterversorgung mit dem Medikament führen, während nach einer Beseitigung einer länger andauernden Okklusion unter Umständen eine unerwünscht grosse Menge des Medikaments ausströmt. Wenn es sich bei dem Medikament z.B. um Insulin handelt, kann dies im Extremfall zu einer lebensbedrohenden Hypoglykämie führen. Es ist daher von äusserster Wichtigkeit, dass Okklusionen frühzeitig erkannt werden, so dass der Patient frühzeitig gewarnt ist und geeignete Massnahmen ergreifen kann.

[0005] Zur Erkennung von Okklusionen wurden im Stand der Technik verschiedene Massnahmen vorgeschlagen, darunter auch Verfahren, die auf einer Messung von Parametern des Antriebsmotors, insbesondere des durch den Antriebsmotor fliessenden elektrischen Stroms, basieren. Dem liegt die Überlegung zu Grunde, dass für viele Arten von Elektromotoren, insbesondere handelsübliche DC-Motoren, das abgegebene Drehmoment im Wesentlichen proportional zum durch den Motor fliessenden elektrischen Strom ist oder zumindest stetig und monoton mit dem Strom ansteigt. Wenn der Fluiddruck im Reservoir ansteigt, steigt damit auch die Kraft, die für einen weiteren Vorschub des Kolbens aufzuwenden ist. Es wird also für einen weiteren Vorschub ein höheres Drehmoment benötigt, welches sich wiederum in einem Anstieg des durch den Motor fliessenden Stroms äussert. Dadurch wird eine Okklusion erkennbar.

[0006] Ein Verfahren zur Erkennung von Okklusionen, das auf diesem Prinzip basiert, ist z.B. in US 2007/0 191 770 angegeben. Der Motorstrom wird überwacht. Wenn der Motorstrom einen normalen Basislinienwert um eine bestimmte Schwelle überschreitet, wird ein Okklusionsalarm ausgelöst.

[0007] Das dort angegebene Verfahren setzt allerdings voraus, dass der Motor einen Zustand von nahezu konstanter Drehzahl (einen stationären Zustand) erreicht hat. Während der Motor beschleunigt oder verlangsamt wird, erzeugt die Massenträgheit im System ein zusätzliches Drehmoment, welches die Messung verfälscht. Dies kann zu Fehlalarmen führen, insbesondere bei kurzen Ausschüttvorgängen, in denen der Motor über einen erheblichen Teil des Ausschüttvorgangs beschleunigt und wieder verlangsamt wird.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0008] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung eines medizinischen Verabreichungsgeräts anzugeben, die eine zuverlässige Erkennung von Okklusionen ermöglicht, insbesondere auch bei kurzen Ausschüttvorgängen, in denen der Motor über einen erheblichen Anteil des Ausschüttvorgangs beschleunigt bzw. wieder verlangsamt wird. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0009] Die vorliegende Erfindung stellt ausserdem ein mit einer solchen Vorrichtung ausgestattetes Verabreichungsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 14 zur Verfügung.

[0010] Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Verabreichungsgeräts anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.

[0011] Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0012] Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung wird also eine Vorrichtung zur Steuerung eines medizinischen Verabreichungsgeräts angegeben, welche die folgenden Merkmale aufweist: eine Motorsteuerungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Motor des medizinischen Verabreichungsgeräts während definierter Ausschüttvorgänge zu aktivieren, wobei der elektrische Motor eine (variable) elektrische Last für die Motorsteuerungseinrichtung bildet; einen Lastsensor zur Ermittlung von Lastsignalen, die ein Mass für die vom Motor gebildete elektrische Last darstellen; eine Überwachungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine aus den Lastsignalen abgeleitete Grösse mit mindestens einer vorbestimmten Bedingung zu vergleichen und ein Okklusionssignal abzugeben, wenn die Bedingung erfüllt ist.

[0013] Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Motorsteuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, den Motor gemäss einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil anzusteuern, d.h. den Motor derart anzusteuern, dass die vom Motor erzeugte Motorgeschwindigkeit (genauer: die Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle) im Wesentlichen dem Geschwindigkeitsprofil folgt. Die Überwachungseinrichtung weist ein Korrekturmodul auf, um die Lastsignale in Abhängigkeit vom Bereich des Geschwindigkeitsprofils, in dem sich die Motorsteuerungseinrichtung befindet, um zugeordnete bereichsabhängige Korrekturwerte zu korrigieren. Dies kann vor oder nach einer weiteren Verarbeitung der Lastsignale erfolgen.

[0014] Dadurch wird es möglich, den Einfluss der Massenträgheit während der Beschleunigung bzw. der Verlangsamung des Motors auf die Lastsignale zu berücksichtigen. Während der Motor beschleunigt, benötigt er mehr Leistung, als wenn er sich in einem stationären Zustand konstanter Drehzahl befindet. Dies führt zu vergrösserten Lastsignalen. Umgekehrt sind die Lastsignale beim Abbremsen bzw. Verlangsamen des Motors (d.h. bei einer negativen Beschleunigung) kleiner als im stationären Zustand. Der Betrag, um den die Lastsignale bei vorgegebener Beschleunigung bzw. Verlangsamung des Motors (allgemeiner ausgedrückt, in einem vorgegebenen Bereich des Geschwindigkeitsprofils) zu korrigieren sind, lässt sich experimentell ermitteln, indem die Lastsignale für die unterschiedlichen Bereiche des Geschwindigkeitsprofils gemessen werden, während bekanntermassen keine Okklusion vorliegt. Diese Beträge können für jedes Verabreichungsgerät z.B. einmalig werksseitig, bei erstmaliger Inbetriebnahme oder z.B. automatisch nach jedem Reservoirwechsel ermittelt und als Korrekturwerte in einem Speicher der Vorrichtung abgelegt werden. Die Korrekturwerte können auch für eine ganze Geräteserie gleich sein, einmalig für die ganze Serie ermittelt werden und in die Geräte einer ganzen Serie eingespeichert werden.

[0015] Die Lastsignale können insbesondere ein Mass für den durch den Motor fliessenden elektrischen Strom darstellen. Alternativ oder zusätzlich können die Lastsignale aber auch die vom Motor aufgenommene elektrische Leistung repräsentieren. Auch andere Grössen sind als Lastsignale denkbar, z.B. die elektrische Spannung über den Motor, die bei vorgegebener Drehzahl am Motor abfällt, usw. Allgemein ausgedrückt eignet sich jede elektrische Grösse des Motors als Lastsignal, die es erlaubt, Rückschlüsse auf das vom Motor abgegebene Drehmoment zu ziehen.

[0016] Insbesondere kann die Vorrichtung einen Speicher aufweisen, um das Geschwindigkeitsprofil und für jeden Bereich des Geschwindigkeitsprofils jeweils mindestens einen zugeordneten Korrekturwert zu speichern. Die Motorsteuerungseinrichtung ist dann dazu ausgebildet, das Geschwindigkeitsprofil aus dem Speicher auszulesen und den Motor gemäss dem Geschwindigkeitsprofil anzusteuern. Das Korrekturmodul ist dazu ausgebildet, die Korrekturwerte aus dem Speicher auszulesen und die Lastsignale entsprechend zu korrigieren.

[0017] Im einfachsten Fall weist das Geschwindigkeitsprofil mindestens die folgenden Bereiche auf: einen Beschleunigungsbereich, in welchem die Motorgeschwindigkeit im Wesentlichen ansteigt, bevorzugt linear mit der Zeit (konstante Beschleunigung); und einen Verlangsamungsbereich, in welchem die Motorgeschwindigkeit im Wesentlichen absinkt, bevorzugt ebenfalls linear mit der Zeit (konstante Verzögerung).

[0018] Dazwischen kann sich ein stationärer Bereich befinden, in dem die Motorgeschwindigkeit im Wesentlichen konstant ist; dieser stationäre Bereich kann allerdings z.B. bei sehr kurzen Ausschüttvorgängen entfallen.

[0019] Dem Beschleunigungsbereich ist dann ein erster (konstanter) Korrekturwert und dem Verlangsamungsbereich ein zweiter (konstanter) Korrekturwert für die Lastsignale zugeordnet. Jeder dieser Korrekturwerte ist eine Konstante, die z.B. einmalig schon im Werk, bei der ersten Inbetriebnahme des Verabreichungsgeräts oder nach jedem Reservoirwechsel ermittelt und im Speicher abgelegt wird. Indem die Lastsignale des Beschleunigungsbereichs um einen ersten Korrekturwert und die Lastsignale des Verlangsamungsbereichs um einen zweiten Korrekturwert korrigiert werden, wird es möglich, selbst dann zuverlässig einen möglicherweise durch Okklusion bedingten Lastanstieg zu detektieren, wenn die Verabreichungsvorgänge sehr kurz sind, so dass der Motor während des Verabreichungsvorgangs gar keinen stationären Zustand erreicht.

[0020] Selbstverständlich kann das Geschwindigkeitsprofil jedoch noch weitere Bereiche enthalten. Es kann insbesondere auch quasi-kontinuierlich sein, d.h. durch eine Vielzahl aufeinanderfolgender kurzer Bereiche angenähert sein, z.B. indem jeder dieser Bereiche durch einen Zeitpunkt und einen zugeordneten Geschwindigkeitswert definiert ist und zwischen diesen Geschwindigkeitswerten eine Interpolation erfolgt (Sampling). Dabei braucht das Profil nicht notwendig einen stationären Bereich zu enthalten. Auch für ein solches allgemeines Profil ermöglicht die Korrektur der Lastsignale eine zuverlässigere Detektion einer erhöhten Last am Motor, die auf eine Okklusion hindeuten könnte.

[0021] Bevorzugt weist die Vorrichtung zudem einen Positionssensor zur Ermittlung einer Ist-Position des Motors oder einer damit verbundenen Antriebskomponente, z.B. eines vom Motor angetriebenen Getriebeelements, und/oder einen Geschwindigkeitssensor zur Ermittlung der Motorgeschwindigkeit auf. Beim Sensor kann es sich z.B. um einen Encoder, z.B. um einen an sich bekannten optischen, magnetischen oder andersartigen Encoder handeln, der es ermöglicht, sowohl die Ist-Position als auch die Motorgeschwindigkeit zu messen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, als Sensor einen Spannungssensor einzusetzen, um die am Motor rückinduzierte Spannung («Back EMF») zu messen, die ebenfalls Rückschlüsse auf die Motorposition und/oder Motorgeschwindigkeit erlaubt.

[0022] Hierdurch wird es einerseits möglich, die Motorgeschwindigkeit aktiv durch einen rückgekoppelten Regelkreis zu regeln. In diesem Fall weist also die Steuerungseinrichtung einen Geschwindigkeitsregler auf, der die ermittelte Motorgeschwindigkeit als Regelgrösse und Geschwindigkeitssollwerte gemäss dem Geschwindigkeitsprofil als Führungsgrösse empfängt und der eine Stellgrösse für den Motor abgibt, um die Motorgeschwindigkeit gemäss dem Geschwindigkeitsprofil zu regeln.

[0023] Andererseits wird es möglich, die (gegebenenfalls durch den Geschwindigkeitsregler geregelte) Motorgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Motorposition zu verändern (statt z.B. in Abhängigkeit von der Zeit). Dabei kann es insbesondere von Vorteil sein, wenn das Geschwindigkeitsprofil zumindest teilweise dadurch definiert ist, dass Geschwindigkeitssollwerte in Abhängigkeit von einer Positionsabweichung der Ist-Position von einer Sollposition vorgegeben sind. Die Sollposition kann insbesondere die Zielposition sein, die der Motor am Ende eines Ausschüttvorgangs erreichen soll. Dies ermöglicht eine gezielte Reduktion der Motorgeschwindigkeit am Ende des Ausschüttvorgangs, um ein Nachlaufen des Motors nach Abschalten des Motors zu vermeiden, ohne den Motor aktiv zu bremsen (insbesondere ohne Kurzschlussbremsung). Die Definition des Geschwindigkeitsprofils kann insbesondere dadurch erfolgen, dass das Geschwindigkeitsprofil eine Liste umfasst, die eine Mehrzahl von Positionsabweichungen zwischen der Ist-Position und einer Sollposition und zugeordnete Geschwindigkeitssollwerte enthält.

[0024] Um Rauschen zu vermindern und die Zuverlässigkeit der Okklusionserkennung zu verbessern, können unabhängig oder kumulativ mehrere Massnahmen getroffen werden. Zum einen ist es möglich, einen Tiefpassfilter für die Lastsignale vorzusehen, um schnelle Änderungen der Lastsignale auszufiltern. Zum anderen umfasst die Überwachungseinrichtung vorzugsweise ein Mittelwertbildungsmodul, um aus den Lastsignalen Mittelwerte zu bilden. Der Begriff «Mittelwert» ist hierbei breit auszulegen und soll auch die (gewichtete oder ungewichtete) Summe mehrerer Lastsignale zu unterschiedlichen Zeitpunkten umfassen. Die Mittelwertbildung kann z.B. dadurch erfolgen, dass die Lastsignale durch Sampling erfasst werden, z.B. zu vorbestimmten Zeitpunkten oder Positionen des Motors, insbesondere nach jedem Encoderschritt, und die gesampelten Lastsignale über einen bestimmten Bereich von Samples aufsummiert werden. Diese Summe entspricht bis auf einen konstanten Faktor (der Zahl der Samples) dem arithmetischen Mittelwert der Samples. Bei einer gewichteten Mittelwertbildung werden die Samples der Lastsignale ausserdem vor der Summation mit unterschiedlichen Gewichtsfaktoren multipliziert.

[0025] Das Mittelwertbildungsmodul kann insbesondere dazu ausgebildet sein, die Mittelwerte in einem zweistufigen Verfahren zu generieren. In einem ersten Schritt wird in einem ersten Submodul für aufeinanderfolgende diskrete Bewegungsbereiche des Motors (z.B. für eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen des Motors) jeweils ein erster Mittelwert gebildet. In einem zweiten Schritt werden in einem zweiten Submodul aus den ersten Mittelwerten zweite Mittelwerte mittels einer laufenden Mittelwertbildung («Running Average»-Bildung) ermittelt.

[0026] Der Lastsensor ist bevorzugt ein Stromsensor zur Ermittlung von Lastsignalen, die einen durch den Motor fliessenden Strom repräsentieren. Der Stromsensor kann insbesondere als ein mit dem Motor in Serie geschalteter Widerstand mit einem Verstärker für eine über dem Widerstand abfallende Spannung realisiert sein. Der Stromsensor kann alternativ oder zusätzlich einen Hallsensor zur Messung eines durch den Strom erzeugten Magnetfelds umfassen. Alternativ oder zusätzlich ist es aber z.B. auch denkbar, andere elektrische Parameter des Motors zu messen, z.B. die über dem Motor abfallende Spannung oder die vom Motor aufgenommene elektrische Leistung.

[0027] Die Vorrichtung kann ausserdem eine Alarmeinrichtung aufweisen, welche in Abhängigkeit von den Okklusionssignalen eines oder mehrere der folgenden Signale abgibt: ein optisches Alarmsignal; ein akustisches Alarmsignal; oder ein taktiles Alarmsignal.

[0028] Die Vorrichtung kann zur Erhöhung der Betriebssicherheit redundant ausgelegt sein und dazu insbesondere eine zweite unabhängige Überwachungseinrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, eine aus den Lastsignalen abgeleitete Grösse mit mindestens einer vorbestimmten Bedingung zu vergleichen und ein Okklusionssignal abzugeben, wenn die Bedingung erfüllt ist. Diese zweite Überwachungseinrichtung kann im Wesentlichen wie die erste Überwachungseinrichtung aufgebaut sein und dazu ebenfalls ein Korrekturmodul aufweisen, um Korrekturwerte aus demselben oder aus einem zweiten unabhängigen Speicher auszulesen und die Lastsignale in Abhängigkeit vom Bereich des Geschwindigkeitsprofils, in dem sich die Motorsteuerungseinrichtung befindet, um den zugeordneten Korrekturwert zu korrigieren.

[0029] Die Überwachungseinrichtungen, die Steuerungseinrichtung und die zugehörigen Module können in analoger oder digitaler Hardware oder in Software bzw. Firmware realisiert sein. Dazu kann insbesondere ein Analog-Digital-Wandler (ADC) für die Lastsignale vorhanden sein, und der Motor kann am Ausgang der Motorsteuerungseinrichtung digital z.B. über einen an sich bekannten Pulsweitenmodulator angesteuert sein.

[0030] Gemäss einem zweiten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein medizinisches Verabreichungsgerät, insbesondere ein Infusionsgerät, zur Verabreichung eines fluiden Medikaments aus einem Reservoir, das mit einer Vorrichtung zur Steuerung der vorstehend angegebenen Art ausgestattet ist. Ausserdem umfasst ein solches Verabreichungsgerät einen mit der Steuerungsvorrichtung zusammenwirkenden elektrischen Motor zur Erzeugung einer Antriebsbewegung und eine oder mehrere Antriebskomponenten, die mit dem Motor gekoppelt sind, um die Antriebsbewegung auf das Reservoir zu übertragen, um das Medikament aus dem Reservoir auszustossen. Bei dem Motor handelt es sich bevorzugt um einen DC-Motor.

[0031] Gemäss einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Verabreichungsgeräts zur Verfügung. Das Verabreichungsgerät umfasst ein Reservoir für ein fluides Medikament, einen elektrischen Motor zur Erzeugung einer Antriebsbewegung, wobei der Motor eine elektrische Last bildet, und eine oder mehrere Antriebskomponenten, die mit dem Motor gekoppelt sind, um die Antriebsbewegung auf das Reservoir zu übertragen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Aktivieren des elektrischen Motors während definierten, durch Pausen getrennten Ausschüttvorgängen derart, dass die vom Motor erzeugte Antriebsbewegung eine Motorgeschwindigkeit aufweist, die im Wesentlichen einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil mit einer Mehrzahl von Bereichen folgt; Ermitteln von Lastsignalen während der Ausschüttvorgänge, wobei die Lastsignale ein Mass für die vom Motor gebildete elektrische Last darstellen; Korrigieren der Lastsignale um Korrekturwerte, die vom Bereich des Geschwindigkeitsprofils, in dem sich der Motor befindet, abhängig sind; Vergleichen einer aus den Lastsignalen abgeleiteten Grösse mit mindestens einer vorbestimmten Bedingung; und Abgeben eines Okklusionssignals, wenn die Bedingung erfüllt ist.

[0032] Für das Verfahren gelten sinngemäss die gleichen Überlegungen wie die vorstehenden Überlegungen zur Vorrichtung zur Steuerung eines Verabreichungsgeräts. Insbesondere kann das Geschwindigkeitsprofil wie vorstehend beschrieben mindestens einen Beschleunigungsbereich, einen Verlangsamungsbereich und optional einen stationären Bereich aufweisen, wobei dem Beschleunigungsbereich und dem Verlangsamungsbereich entsprechende Korrekturwerte zugeordnet sind. Das Geschwindigkeitsprofil kann aber auch komplizierter sein, mit weiteren Bereichen.

[0033] Das Geschwindigkeitsprofil kann, wie vorstehend schon beschrieben, zumindest teilweise durch Geschwindigkeitssollwerte in Abhängigkeit von einer Positionsabweichung der Ist-Position von einer Sollposition vorgegeben sein. Dann umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: Ermitteln der Ist-Position des Motors, und Festlegen von Geschwindigkeitssollwerten gemäss dem Geschwindigkeitsprofil in Abhängigkeit von einer Positionsabweichung der Ist-Position von einer Sollposition.

[0034] Die Motorgeschwindigkeit kann, wie vorstehend schon beschrieben wurde, aktiv, rückgekoppelt geregelt werden. Dazu werden die folgenden Schritte durchgeführt: Ermitteln der Motorgeschwindigkeit; und Regeln der Motorgeschwindigkeit gemäss dem Geschwindigkeitsprofil mittels eines rückgekoppelten Regelkreises, der die ermittelte Motorgeschwindigkeit als Regelgrösse und Geschwindigkeitssollwerte gemäss dem Geschwindigkeitsprofil als Führungsgrösse empfängt und der eine Stellgrösse für den Motor abgibt.

[0035] Die Lastsignale repräsentieren vorzugsweise den durch den Motor fliessenden elektrischen Strom.

[0036] Aus den Lastsignalen können Mittelwerte bzw. Summen über eine bestimmte Zahl von Samples, wie oben beschrieben, gebildet werden, insbesondere in der vorstehend angegebenen zweistufigen Art, mit den folgenden Schritten: Bilden eines ersten Mittelwertes über jeweils einen diskreten Bewegungsbereich des Motors; und Bilden von zweiten Mittelwerten aus den ersten Mittelwerten mittels einer laufenden Mittelwertbildung.

[0037] Ein Okklusionssignal kann insbesondere abgegeben werden, wenn mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Überschreiten eines vorbestimmten Absolutwerts durch eine aus den Lastsignalen abgeleitete Grösse; und Überschreiten eines vorbestimmten Differenzwerts durch die Differenz zweier aus den Lastsignalen zu unterschiedlichen Zeiten abgeleiteter Grössen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0038] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine wiederverwendbare Basiseinheit eines medizinischen Verabreichungsgeräts in einer stark schematischen Schnittdarstellung; <tb>Fig. 2<sep>eine wegwerfbare Kartusche, die mit der Basiseinheit der Fig. 1 verbindbar ist, <tb>Fig. 3<sep>ein schematisches Funktionsdiagramm eines erfindungsgemässen Verabreichungsgeräts; <tb>Fig. 4<sep>eine schematische Darstellung eines Geschwindigkeitsprofils mit drei Bereichen; <tb>Fig. 5<sep>ein Diagramm, welches die Definition eines Endbereichs eines Geschwindigkeitsprofils in Abhängigkeit von einer Positionsabweichung illustriert; <tb>Fig. 6<sep>ein Funktionsdiagramm einer Überwachungseinrichtung; und <tb>Fig. 7<sep>ein Diagramm, das gemessene Geschwindigkeits- und Stromwerte darstellt.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0039] In der Fig. 1 ist beispielhaft und schematisch eine Basiseinheit («Reusable-Modul») eines modularen Verabreichungsgerätes («Semi-Disposable-Gerät») zur Verabreichung eines flüssigen Medikaments dargestellt. Eine grundsätzlich sehr ähnlich ausgestaltete Basiseinheit ist in der schon erwähnten internationalen Anmeldung WO 2008/106 806 beschrieben, auf welche hinsichtlich weiterer Details der Ausgestaltung der Basiseinheit und der Kraftübertragung zwischen Basiseinheit und einer dazugehörigen Kartusche verwiesen wird.

[0040] Die Basiseinheit 100 weist ein Gehäuse 110 auf, in bzw. an dem unter anderem eine Energiequelle in Form einer Batterie 120, eine hier nur angedeutete elektronische Steuerungsvorrichtung 121, ein elektrischer Antriebsmotor 122 in Form eines handelsüblichen DC-Motors sowie weitere Antriebskomponenten, darunter ein Getriebe 123 und ein Mitnehmer 124, vorgesehen sind. Ein Encoder 125 dient zur Erfassung der Ist-Position des Antriebsmotors in Form des von der Welle des Antriebsmotors zurückgelegten Drehwinkels und, hieraus abgeleitet, der Motorgeschwindigkeit. Auf der Aussenseite des Gehäuses 110 sind Bedienelemente 111 angeordnet, die hier nur sehr schematisch angedeutet sind. Solche Bedienelemente können z.B. ein an sich bekanntes Display, z.B. ein LCD-Display, und eine oder mehrere Bedientasten umfassen. Über diese Bedienelemente lässt sich die Steuereinrichtung 121 in Hinblick auf die individuellen Bedürfnisse eines Patienten bedienen.

[0041] Der Motor 122, das Getriebe 123 und der Mitnehmer 124 sind Teile einer fingerartigen Struktur 112 von im Wesentlichen kreiszylindrischer Grundform, wobei der Mitnehmer im Bereich des freien Endes dieser fingerartigen Struktur angeordnet ist. Der Motor 122 treibt den Mitnehmer 124 über das Getriebe 123 zu einer Antriebsdrehbewegung an. Der Mitnehmer 124 besteht im Wesentlichen aus einem Rad, an dessen Umfangsfläche eine Mehrzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Mitnehmerrippen angeordnet ist. Das dabei vom Stator des Motors aufgenommene reaktive Drehmoment wird über eine in der Fig. 1 nur schematisch angedeutete Aufhängung 126 auf das Gehäuse übergeleitet.

[0042] In der Fig. 2 ist eine auswechselbare Kartusche («Disposable-Modul») dargestellt, welche mit der Basiseinheit der Fig. 1und mit einem nicht dargestellten Nadeladapter zu einer vollständigen Verabreichungsvorrichtung verbindbar ist.

[0043] Zur Angabe der Richtungen innerhalb der Kartusche werden Richtungsbezeichnungen wie folgt verwendet. Unter der distalen Richtung ist jeweils diejenige Richtung zu verstehen, in die sich ein betreffendes bewegliches Element im Verlaufe der Verabreichung des Produkts bewegt. In der Kartusche erfolgt im Inneren des Verabreichungsgeräts eine Umlenkung einer Vorschubbewegung um 180°. Die distale Richtung ist daher nur lokal definiert und kann für verschiedene Teile des Verabreichungsgeräts unterschiedlichen absoluten Raumrichtungen entsprechen. Die proximale Richtung ist jeweils als die der distalen Richtung entgegengesetzte Richtung definiert. Eine laterale Richtung ist eine hierzu senkrechte Richtung.

[0044] Die Kartusche 200 umfasst ein Gehäuse 210, in dessen in der Fig. 2 unten dargestelltem Bereich ein Produktbehälter 220 in Form einer Karpule mit zylindrischem Seitenwandbereich und darin verschiebbarem Produktstopfen 221 untergebracht ist. An seinem distalen Ende ist der Produktbehälter 220 durch eine Verschlusskappe 222 mit einem Septum verschlossen und bildet so ein Produktreservoir mit Volumen V1. An seinem proximalen Ende ist der Produktbehälter in einem Dichtring 242 gehalten. Antiparallel zum Behälter 220 ist ein Hydraulikreservoir 230 ausgebildet. In der proximalen Richtung ist das Hydraulikreservoir 230 durch einen Hydraulikstopfen 231 begrenzt, der axial bewegbar und dichtend in einem Seitenwandbereich des Gehäuses geführt ist. Das Hydraulikreservoir 230 ist über einen Fluidkanal 241, welcher durch ein Abschlusselement 240 begrenzt wird, mit einem Verschiebereservoir 223 verbunden. Dieses ist in der distalen Richtung durch den Produktstopfen 221 begrenzt. Im Hydraulikreservoir 230, im Verschiebereservoir 223 sowie im Fluidkanal 241 ist ein geeignetes Hydraulikfluid, zum Beispiel angefärbtes, deionisiertes Wasser, ein geeignetes Öl oder eine andere inkompressible Flüssigkeit, eingefüllt. Das Hydraulikfluid nimmt insgesamt ein Volumen V2ein.

[0045] Der Hydraulikstopfen 231 umfasst einen starren Träger 232, auf welchem eine ringförmige Dichtung 233 angeordnet ist, welche den Hydraulikstopfen 231 gegenüber der Seitenwand des Gehäuses abdichtet. Der Träger 232 geht in eine Übertragungshülse 234 über. Die Übertragungshülse 234 weist einerseits ein Aussengewinde auf, welches mit dem Innengewinde einer ortsfest im Gehäuse angeordneten Führungsmutter 250 in Eingriff steht. An ihrer inneren Mantelfläche weist die Übertragungshülse 234 andererseits eine Mehrzahl von Längsnuten 236 auf, die parallel zur Längsrichtung der Übertragungshülse verlaufen und komplementär zu den entsprechenden Längsrippen auf dem Mitnehmer 124 der Basiseinheit 100 ausgebildet sind. Während hier die Übertragungshülse 234 einstückig mit dem Hydraulikstopfen 231 ausgebildet ist, können diese Teile auch getrennt ausgebildet und insbesondere gegeneinander drehbar sein.

[0046] Zur Inbetriebnahme der Verabreichungsvorrichtung und anschliessenden Verabreichung des Medikaments wird zunächst auf die Kartusche 200 ein Nadeladapter aufgesetzt, an den sich ein Katheter eines Infusionssets anschliesst. Das Infusionsset endet in einer Kanüle zum Einstechen in die Haut eines Patienten. Der Nadeladapter umfasst eine Hohlnadel, die das Septum der Verschlusskappe 222 des Produktbehälters 220 durchsticht und auf diese Weise das Innere des Produktbehälters mit dem Katheter verbindet. Sodann wird die Kartusche 200 mit der Basiseinheit 100 verbunden. Dabei wird die fingerartige Struktur 112 in das Innere der Übertragungshülse 234 eingeschoben, wobei die Längsrippen auf der Aussenseite des Mitnehmers 124 in Eingriff mit den Längsnuten 236 in der inneren Mantelfläche der Übertragungshülse 234 gelangen. Anschliessend werden die Kartusche 200 und die Basiseinheit 100 durch einen Riegel 114 oder eine andere geeignete Verriegelung miteinander verriegelt. Durch einen Schalter 113 wird in der Steuereinrichtung festgestellt, ob die Kartusche 200 korrekt mit der Basiseinheit 100 verbunden ist. Falls dies nicht der Fall ist, kann keine Inbetriebnahme erfolgen.

[0047] Im normalen Betrieb wird nun in vorbestimmten Abständen eine bestimmte Produktmenge aus dem Produktbehälter abgegeben. Hierzu steuert die Steuerungsvorrichtung 121 den Motor 122 an, so dass der Motor 122 über das Getriebe 123 den Mitnehmer 124 in eine Drehbewegung versetzt. Diese Drehbewegung wird aufgrund des Eingriffs des Mitnehmers 124 mit den Längsnuten der Übertragungshülse 234 auf diese übertragen. Da die Übertragungshülse 234 über eine Gewindeverbindung mit der Führungsmutter 250 in Eingriff steht, bewirkt die Drehbewegung gleichzeitig eine Vorschubbewegung der Übertragungshülse 234 (insgesamt also eine Schraubenbewegung in distaler Richtung) und damit einen Vorschub des gesamten Hydraulikstopfens 231 in die distale Richtung.

[0048] Hierdurch verkleinert sich das Volumen des Hydraulikreservoirs 230, so dass das Hydraulikfluid durch den Fluidkanal 241 in das Verschiebereservoir 223 gepresst wird und hier zu einem Vorschub des Produktstopfens 221 in distaler Richtung führt.

[0049] Im Folgenden soll unter Bezugnahme auf die Fig. 3 die Steuerung eines solchen Verabreichungsgeräts näher erläutert werden. Gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie in den Fig. 1 und 2versehen. Die im Folgenden erläuterte Art der Steuerung ist jedoch nicht auf ein Verabreichungsgerät gemäss den Fig. 1 und 2 beschränkt, sondern kann auch in beliebigen anderen Verabreichungsgeräten, insbesondere Infusionsgeräten, eingesetzt werden, bei denen mit Hilfe eines Elektromotors ein Fluid aus einem Reservoir ausgestossen und an einen Patienten verabreicht wird.

[0050] Die Steuerungsvorrichtung 121 umfasst einen digitalen Hauptprozessor 130 und einen digitalen Supervisor-Prozessor 140, die beide von der Batterie 120 über einen DC/DC-Wandler mit Spannung versorgt werden. Der Supervisor-Prozessor 140 weist eine erste Überwachungseinrichtung 145 und eine Motorregelungseinrichtung 146 auf, die beide mit einer ersten Zustandsmaschine 141 zusammenwirken. Die Zustandsmaschine 141 kommuniziert über eine erste Schnittstelle 142 mit dem Hauptprozessor 130. Dieser weist eine zweite Überwachungseinrichtung 135 auf, die wiederum mit einer zweiten Zustandsmaschine 131 zusammenwirkt. Die zweite Zustandsmaschine kommuniziert über eine zweite Schnittstelle 132 mit der ersten Schnittstelle 142 und damit mit dem Supervisor-Prozessor 140. Beide Überwachungseinrichtungen 135, 145 kommunizieren mit einem Speicher 147. Die zweite Zustandsmaschine 131 schreibt zudem Daten in einen weiteren Speicher 133, der als Ereignis-Logbuch dient, und wirkt mit einem Alarmmodul 134 zusammen, welches über einen Vibrator 151 ein taktiles Alarmsignal, über einen Summer 152 ein akustisches Alarmsignal und über ein Display 150 ein visuelles (optisches) Alarmsignal abgeben kann.

[0051] Die Motorregelungseinrichtung 146 steuert einen Motortreiber 161 an, der z.B. eine MOSFET-Schaltung aufweisen kann, die über Pulsweitenmodulation digital angesteuert wird. Der Motor 122 und der Motortreiber 161 sind mit einem Shuntwiderstand 162 in Serie geschaltet, über dem eine Spannung abfällt, die gemäss dem ohmschen Gesetz direkt proportional zum durch den Motor 122 fliessenden Strom ist. Diese Spannung wird von einem Spannungsdetektor 163 detektiert, verstärkt, tiefpassgefiltert und durch einen Analog-Digital-Wandler digitalisiert. Der Shuntwiderstand 162 und der Spannungsdetektor 163 bilden einen Lastsensor. Die Überwachungseinrichtungen 135, 145 empfangen diesem Lastsensor digitale Lastsignale, die den Motorstrom repräsentieren.

[0052] Der Motor 122 wirkt über das Getriebe 123 und den Mitnehmer 124 auf die Kartusche 200 ein, um das Medikament aus dem in der Fig. 3 nicht dargestellte Produktbehälter 220 auszustossen. Dabei wirkt auf die Aufhängung 126 ein reaktives Drehmoment (allgemein ausgedrückt, eine verallgemeinerte Reaktionskraft), das durch einen optionalen Kraftsensor 170, z.B. einen Dehnungsmessstreifen, erfasst werden kann. Die Signale des Kraftsensors 170 werden optional ebenfalls an die Überwachungseinrichtungen 135, 145 geleitet, was in der Fig. 3durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

[0053] Der Encoder 125 liefert Positionssignale an die Überwachungseinrichtungen 135, 145, aus denen die Ist-Position des Motors und die Motorgeschwindigkeit bestimmbar sind.

[0054] Im Betrieb aktiviert die Motorsteuerungseinrichtung 146 intermittierend in regelmässigen Abständen den Motor 122 für jeweils einen Ausschüttvorgang. Zwischen aufeinanderfolgenden Ausschüttvorgängen liegen Pausen von mehreren Minuten, z.B. 5-30 Minuten, während jeder Ausschüttvorgang in der Regel nur einige Sekunden oder einige zehn Sekunden dauert. Während jedes Ausschüttvorgangs wird eine zuvor festgelegte Menge des Medikaments ausgeschüttet. Dazu wird der Motor so lange aktiviert, dass er einen zuvor festgelegten Sollwert an Umdrehungen ausführt, um dementsprechend eine zuvor festgelegte Endposition zu erreichen. Die tatsächlich zurückgelegte Anzahl an Umdrehungen während des Ausschüttvorgangs wird durch den Encoder 125 erfasst und mit dem Sollwert verglichen. Eine etwaige Abweichung vom Sollwert wird im darauffolgenden Ausschüttvorgang kompensiert (Integralregelung der ausgeschütteten Menge über aufeinanderfolgende Ausschüttvorgänge). Wenn in einem Ausschüttvorgang eine minimale Ausschüttmenge unterschritten würde, wird die betreffende Ausschüttung ausgelassen, und die nicht ausgeschüttete Menge wird beim nächsten Ausschüttvorgang ebenfalls kompensiert.

[0055] In jedem Ausschüttvorgang wird der Motor wie folgt gesteuert. Im Speicher 147 ist ein Geschwindigkeitsprofil gespeichert. Die Motorsteuerungseinrichtung 146 liest aus dem Speicher 147 das Geschwindigkeitsprofil aus. Ein einfaches derartiges Profil ist in der Fig. 4schematisch illustriert. Es umfasst drei Phasen oder Bereiche P1, P2 und P3. Im Bereich P1 steigt die Motorgeschwindigkeit v linear mit der Zeit an (Bereich konstanter Beschleunigung; Anfahrrampe). Im Bereich P2 ist die Motorgeschwindigkeit konstant (stationärer Bereich). Im Bereich P3 schliesslich sinkt die Motorgeschwindigkeit wieder linear mit der Zeit auf null ab (Bereich konstanter Verzögerung oder Verlangsamung, d.h. konstanter negativer Beschleunigung; Auslauframpe).

[0056] Die Motorsteuerungseinrichtung 146 steuert den Motor gemäss diesem Profil an, so dass die Motorgeschwindigkeit diesem Profil im Wesentlichen folgt. Dazu regelt die Motorsteuerungseinrichtung 146 die Motorgeschwindigkeit aktiv, indem sie die tatsächliche Geschwindigkeit aus den Signalen des Encoders 125 oder einer vom Motor rückinduzierten Spannung (Back EMF) ermittelt und mittels eines Reglers an die durch das Geschwindigkeitsprofil vorgegebene Sollgeschwindigkeit anpasst.

[0057] Insbesondere während der Auslauframpe (Bereich P3) erfolgt die Steuerung der Motorgeschwindigkeit dabei positionsgesteuert. Dies ist in der Fig. 5illustriert, die eine typische Auslauframpe in Form von Sollgeschwindigkeitswerten v als Funktion einer Abweichung Δx von der gewünschten Endposition zeigt. Dabei ist die Verknüpfung zwischen Sollgeschwindigkeit v und Positionsabweichung Δx nichtlinear und folgt im Wesentlichen einer Quadratwurzelfunktion, um eine im Wesentlichen konstante Verzögerung (konstante Ableitung der Geschwindigkeit über die Zeit) zu erreichen. Im Speicher 147 ist hierzu eine Tabelle abgelegt, die einerseits eine Mehrzahl von Positionsabweichungen, andererseits zugeordnete Sollgeschwindigkeitswerte enthält. Diese Tabelle wird bei Annäherung an die Endposition von der Motorsteuerungseinrichtung als Teil des Geschwindigkeitsprofils abgefragt und gemäss der tatsächlichen Motorposition abgearbeitet. Am Ende des Ausschüttvorgangs beträgt die Motorgeschwindigkeit nahezu Null. Ein weiteres aktives Abbremsen des Motors, z.B. durch Kurzschliessen, erübrigt sich daher.

[0058] In der Fig. 6 ist die Funktionsweise der ersten Überwachungseinrichtung 145 illustriert. Die zweite Überwachungseinrichtung weist denselben grundsätzlichen Aufbau auf.

[0059] Ein Auswahlmodul 601 stellt anhand von Signalen P1, die es von der Motorsteuerungseinrichtung 146 empfängt, fest, in welchem Bereich (P1, P2, P3) des Geschwindigkeitsprofils sich der Motor 122 befindet. Im Speicher 147 ist für jeden der Bereiche ein Stromkorrekturwert eingespeichert, der werksseitig vor der Auslieferung des Verabreichungsgeräts ermittelt und im Gerät gespeichert wurde. Entsprechend dem Bereich liest das Auswahlmodul den zugeordneten Stromkorrekturwert I1, I2= 0 oder I3 aus und überträgt diesen an ein Summenbildungsmodul 602. Dieses empfängt vom Spannungsdetektor 163 die von diesem abgegebenen Lastsignale, die den Strom Imot durch den Motor 122 repräsentieren. Im Summenbildungsmodul 602 wird von diesen Lastsignalen der ausgewählte Stromkorrekturwert Ii (i = 1, 2, 3) abgezogen, um Beschleunigungseinflüsse auf die Lastsignale zu kompensieren. Die Differenz Imot–Iistellt ein gutes Mass für das vom Motor erzeugte Drehmoment dar. Das Auswahlmodul 601 und das Summenbildungsmodul 602 bilden gemeinsam ein Korrekturmodul.

[0060] Die von diesem Korrekturmodul ermittelte Differenz wird nun in einem zweistufigen Verfahren gemittelt. Dazu wird in einem ersten Submodul 603 eine erste Mittelwertbildung (lmot–Ii)Nüber eine festgelegte Anzahl von Encodercounts Nenc, also über eine festgelegte (möglicherweise nicht ganzzahlige) Anzahl von Motorumdrehungen durchgeführt, z.B. über diejenige Anzahl von Umdrehungen, die einer Ausschüttmenge von 0.1 I.U. entspricht. In einem zweiten Submodul 604 werden diese Mittelwerte durch einen Moving-Average-Filter laufend nochmals gemittelt (laufende Mittelwertbildung). Die beiden Submodule 603, 604 bilden gemeinsam ein Mittelwertbildungsmodul. Der Moving-Average-Filter liefert einen Mittelwert pro Anzahl Nencvon Encodercounts, im vorliegenden Beispiel also pro 0.1 I.U. Eine vorgegebene Anzahl dieser Mittelwerte wird laufend in einer Ergebnistabelle gespeichert, z.B. die jeweils letzten 50 Mittelwerte. Der jeweils neueste Mittelwert wird einerseits in einem ersten Vergleichsmodul 607 mit einem vorgegebenen maximalen Absolutwert avgmax für den Motorstrom verglichen. Wenn der Mittelwert den maximalen Absolutwert übersteigt, gibt das erste Vergleichsmodul 607 ein Okklusionssignal 608 ab, da dies auf eine nicht normale Belastung des Motors hindeutet. Andererseits wird in einem Differenzbildungsmodul 605 eine Differenz zwischen dem neuesten Mittelwert und dem ältesten Mittelwert in der Tabelle gebildet, also der Anstieg des korrigierten und gemittelten Motorstroms über ein bestimmtes Fenster ermittelt. Im vorliegenden Beispiel (je ein Mittelwert pro 0.1 I.U., 50 gespeicherte Mittelwerte in der Tabelle) wird also der Anstieg des Motorstroms über eine verabreichte Menge von 50 × 0.1 I.U. = 5 I.U. ermittelt. Wenn diese Differenz einen bestimmte maximalen Differenzwert diffmax überschreitet, wird durch ein zweites Vergleichsmodul 606 ebenfalls ein Okklusionssignal 608 abgegeben, da dies auf einen starken Anstieg des vom Motor erzeugten Drehmoments und damit auf einen Druckanstieg im Behälter 210 oder auf eine sonstige Blockade hindeutet. Dabei kann vorgesehen sein, dass dieses Okklusionssignal nur dann abgegeben wird, wenn zusätzlich die Bedingung erfüllt ist, dass durch den neuesten Mittelwert ein bestimmter minimaler Absolutwert überschritten wird, um Fehlalarme zu verhindern.

[0061] Zusätzlich können weitere, nicht dargestellte Module für weitere Überwachungsfunktionen vorhanden sein, z.B. ein Messmodul, um das vom Kraftsensor 170 ermittelte reaktive Drehmoment auszuwerten. Dies kann ebenfalls dadurch geschehen, dass einerseits bei Überschreiten eines maximalen Absolutwerts durch das reaktive Drehmoment, andererseits bei Überschreiten eines maximalen Differenzwerts durch Drehmomente zu verschiedenen Zeitpunkten ein Okklusionssignal abgegeben wird.

[0062] Die Fig. 7 illustriert den Verlauf der Motorgeschwindigkeit und des Motorstroms vor der Korrektur und Mittelwertbildung, wie sie für ein Verabreichungsgerät der in den Fig. 1und 2dargestellten Art gemessen wurden. Die gemessene Motorgeschwindigkeit v (in beliebigen Einheiten a.u.) folgt erkennbar sehr gut dem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil. Für den Motorstrom ist klar erkennbar, dass dieser während der Beschleunigungsphase P1 im Mittel höher, während der Verlangsamungsphase P3 dagegen im Mittel niedriger ist als während der stationären Phase P2. Die Strommittelwerte in den drei Phasen des Geschwindigkeitsprofils sind in der Fig. 7 durch horizontale Linien dargestellt. Die Differenzen der Strommittelwerte in den Phasen P1 bzw. P3zum Strommittelwert in der stationären Phase P2 stellen die im oben dargestellten Verfahren verwendeten Korrekturwerte I1 und I3 dar, sofern für I2= 0 angenommen wird. Die Korrekturwerte I1, I2 und I3 sind insbesondere konstant, bzw. null, wenn die Geschwindigkeitsänderungen in den zugehörigen Phasen linear verlaufen. Dies ermöglicht eine einfache Korrektur des dynamischen Fehlers, welcher von der Massenträgheit herrührt.

[0063] Die hier dargestellte Steuerung des Verabreichungsgeräts ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Erkennung von Fehlfunktionen, die zu einem Drehmomentenanstieg am Motor führen, insbesondere von Okklusionen oder anderen Blockaden, die zu einer Unterbrechung der Verabreichung führen können. Zusätzlich können optional weitere Massnahmen zur Okklusionserkennung vorgesehen sein, wie sie an sich bekannt sind.

[0064] Eine Vielzahl von Abwandlungen ist möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So ist insbesondere die dargestellte Steuerung nicht auf das spezifische Verabreichungsgerät der Fig. 1 und 2 beschränkt. Die Steuerung braucht nicht digital implementiert zu sein, sondern kann auch ganz oder teilweise durch analoge Schaltkreise realisiert sein. Bei digitaler Implementierung kann das Verfahren zur Steuerung in Software, d.h. einem Computerprogrammprodukt realisiert sein, das Computercode enthält, der bei Ausführung auf einem Prozessor die Schritte des Verfahrens durchführt. Die Steuerung der Motorgeschwindigkeit über ein Geschwindigkeitsprofil mit mindestens einem Beschleunigungsbereich und einem Verlangsamungsbereich ist auch unabhängig von der vorstehend angegebenen Überwachungseinrichtung zur Okklusionserkennung vorteilhaft einsetzbar. Die Okklusionserkennung ist selbst dann einsetzbar, wenn die Motorgeschwindigkeit zwar gemäss einem Geschwindigkeitsprofil gesteuert, dabei aber nicht aktiv über einen rückgekoppelten Regelkreis geregelt wird. Insbesondere ist es auch möglich, die Motorgeschwindigkeit im Profil in Abhängigkeit von der Zeit statt von einer Positionsdifferenz zu definieren. Eine Vielzahl weitere Abwandlungen ist möglich.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0065] <tb>100<sep>Basiseinheit <tb>110<sep>Gehäuse <tb>111<sep>Bedienelement <tb>112<sep>fingerartige Struktur <tb>113<sep>Schalter <tb>114<sep>Riegel <tb>120<sep>Batterie <tb>121<sep>Steuerungsvorrichtung <tb>122<sep>Antriebsmotor <tb>123<sep>Getriebe <tb>124<sep>Mitnehmer <tb>125<sep>Encoder <tb>126<sep>Aufhängung <tb>130<sep>Hauptprozessor <tb>131<sep>Zustandsmaschine <tb>132<sep>Schnittstelle <tb>133<sep>Ereignis-Logbuch <tb>134<sep>Alarmmodul <tb>135<sep>Überwachungseinrichtung <tb>140<sep>Supervisor-Prozessor <tb>141<sep>Zustandsmaschine <tb>142<sep>Schnittstelle <tb>145<sep>Überwachungseinrichtung <tb>146<sep>Motorsteuerungseinrichtung <tb>147<sep>Speicher <tb>150<sep>Display <tb>151<sep>Vibrator <tb>152<sep>Summer <tb>161<sep>Motortreiber <tb>162<sep>Shuntwiderstand <tb>163<sep>Spannungsdetektor <tb>170<sep>Kraftsensor <tb>200<sep>Kartusche <tb>210<sep>Gehäuse <tb>220<sep>Produktbehälter <tb>221<sep>Produktstopfen <tb>222<sep>Verschlusskappe <tb>223<sep>Verschiebereservoir <tb>230<sep>Hydraulikreservoir <tb>231<sep>Hydraulikstopfen <tb>232<sep>Träger <tb>233<sep>Dichtung <tb>234<sep>Übertragungshülse <tb>236<sep>Längsnut <tb>240<sep>Abschlusselement <tb>241<sep>Fluidkanal <tb>242<sep>Dichtring <tb>250<sep>Führungsmutter <tb>601<sep>Auswahlmodul <tb>602<sep>Summenbildungsmodul <tb>603<sep>erstes Submodul <tb>604<sep>zweites Submodul <tb>605<sep>Differenzbildungsmodul <tb>606<sep>zweites Vergleichsmodul <tb>607<sep>erstes Vergleichsmodul <tb>608<sep>Okklusionssignal

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung eines medizinischen Verabreichungsgeräts, ausweisend: eine Motorsteuerungseinrichtung (146), die dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Motor (122) des medizinischen Verabreichungsgeräts während definierter Ausschüttvorgänge zu aktivieren, wobei der Motor eine elektrische Last bildet; einen Lastsensor (162, 163) zur Ermittlung von Lastsignalen, die ein Mass für die vom Motor (122) gebildete elektrische Last darstellen; eine Überwachungseinrichtung (145), welche dazu ausgebildet ist, eine aus den Lastsignalen abgeleitete Grösse mit mindestens einer vorbestimmten Bedingung zu vergleichen und ein Okklusionssignal abzugeben, wenn die Bedingung erfüllt ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerungseinrichtung (146) dazu ausgebildet ist, den Motor (122) mit einer Motorgeschwindigkeit (v) gemäss einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil mit mehreren Bereichen (P1, P2, P3) zu steuern; und dass die Überwachungseinrichtung (145) ein Korrekturmodul (601, 602) aufweist, um die Lastsignale in Abhängigkeit vom Bereich (P1; P2; P3) des Geschwindigkeitsprofils, in dem sich die Motorsteuerungseinrichtung (146) befindet, um einen zugeordneten Korrekturwert (I1; I2; I3) zu korrigieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung einen Speicher (147) aufweist, um das Geschwindigkeitsprofil und für jeden Bereich des Geschwindigkeitsprofils jeweils mindestens einen zugeordneten Korrekturwert (I1; I2; I3) zu speichern, wobei die Motorsteuerungseinrichtung (146) dazu ausgebildet ist, das Geschwindigkeitsprofil aus dem Speicher (147) auszulesen und den Motor (122) gemäss dem Geschwindigkeitsprofil anzusteuern, und wobei das Korrekturmodul (601, 602) dazu ausgebildet ist, die Korrekturwerte (I1, I2, I3) aus dem Speicher (147) auszulesen und die Lastsignale entsprechend zu korrigieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Geschwindigkeitsprofil mindestens die folgenden Bereiche aufweist: einen Beschleunigungsbereich (P1), in welchem die Motorgeschwindigkeit (v) im Wesentlichen ansteigt; und einen Verlangsamungsbereich (P3), in welchem die Motorgeschwindigkeit (v) im Wesentlichen absinkt, und wobei dem Beschleunigungsbereich (P1) ein erster Korrekturwert (I1) und dem Verlangsamungsbereich (P3) ein zweiter Korrekturwert (I3) zugeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche einen Positionssensor (125) zur Ermittlung einer Ist-Position des Motors (122) oder einer damit verbundenen Antriebskomponente (123, 124) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Geschwindigkeitsprofil zumindest teilweise dadurch definiert ist, dass Geschwindigkeitssollwerte (v) in Abhängigkeit von einer Positionsabweichung (Δx) der Ist-Position von einer Sollposition vorgegeben sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine Einrichtung zur Ermittlung der Motorgeschwindigkeit (v) umfasst, wobei die Steuerungseinrichtung (146) einen Geschwindigkeitsregler aufweist, der die ermittelte Motorgeschwindigkeit (v) als Regelgrosse und Geschwindigkeitssollwerte gemäss dem Geschwindigkeitsprofil als Führungsgrösse empfängt und der eine Stellgrösse für den Motor (122) abgibt, um die Motorgeschwindigkeit (v) gemäss dem Geschwindigkeitsprofil zu regeln.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überwachungseinrichtung (145) ein Mittelwertbildungsmodul umfasst, um aus den Lastsignalen Mittelwerte oder Summen zu bilden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Mittelwertbildungsmodul ein erstes Submodul (603) umfasst, um für aufeinanderfolgende diskrete Bewegungsbereiche des Motors jeweils ein ersten Mittelwert zu bilden, und wobei das Mittelwertbildungsmodul ein zweites Submodul (604) umfasst, um aus den ersten Mittelwerten zweite Mittelwerte mittels einer laufenden Mittelwertbildung zu bilden.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lastsensor (162, 163) einen Stromsensor zur Ermittlung von Lastsignalen umfasst, die einen durch den Motor (122) fliessenden Strom repräsentieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Stromsensor einen mit dem Motor (122) in Serie geschalteten Widerstand (162) und einen Verstärker für eine über dem Widerstand abfallende Spannung oder einen Hallsensor zur Messung eines durch den Strom erzeugten Magnetfelds umfasst.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überwachungseinrichtung ein erstes Vergleichsmodul (607) umfasst, um beim Überschreiten eines vorbestimmten Absolutwerts (avgmax) durch eine aus den Lastsignalen abgeleitete Grösse ein Okklusionssignal abzugeben, wobei die Überwachungseinrichtung ein Differenzbildungsmodul (605) umfasst, um Differenzen aus jeweils zwei aus den Lastsignalen zu unterschiedlichen Zeiten abgeleiteten Grössen zu bilden, und wobei die Überwachungseinrichtung ein zweites Vergleichsmodul (606) umfasst, um beim Überschreiten eines vorbestimmten Differenzwerts (diffmax) durch die Differenz ein Okklusionssignal abzugeben.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ausserdem eine Alarmeinrichtung (150, 151, 152) aufweist, um in Abhängigkeit von den Okklusionssignalen eines oder mehrere der folgenden Signale abzugeben: ein optisches Alarmsignal; ein akustisches Alarmsignal; oder ein taktiles Alarmsignal.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine zweite unabhängige Überwachungseinrichtung (135) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, eine aus den Lastsignalen abgeleitete Grösse mit mindestens einer vorbestimmten Bedingung zu vergleichen und ein Okklusionssignal abzugeben, wenn die Bedingung erfüllt ist.

14. Medizinisches Verabreichungsgerät zur Verabreichung eines fluiden Medikaments aus einem Reservoir (220), aufweisend eine Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche; einen hiermit zusammenwirkenden elektrischen Motor (122) zur Erzeugung einer Antriebsbewegung; und eine oder mehrere Antriebskomponenten (123, 124), die mit dem Motor (122) gekoppelt sind, um die Antriebsbewegung auf das Reservoir (220) zu übertragen, um das Medikament aus dem Reservoir (220) auszustossen.

15. Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Verabreichungsgeräts mit einem Reservoir (220) für ein fluides Medikament, mit einem eine elektrische Last bildenden elektrischen Motor (122) zur Erzeugung einer Antriebsbewegung, und mit einer oder mehreren Antriebskomponenten (123,124), die mit dem Motor (122) gekoppelt sind, um die Antriebsbewegung auf das Reservoir (220) zu übertragen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Aktivieren des elektrischen Motors (122) während definierten, durch Pausen getrennten Ausschüttvorgängen derart, dass die vom Motor (122) erzeugte Antriebsbewegung eine Motorgeschwindigkeit aufweist, die im Wesentlichen einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil mit einer Mehrzahl von Bereichen (P1, P2, P3) folgt; Ermitteln von Lastsignalen während der Ausschüttvorgänge, wobei die Lastsignale ein Mass für die vom Motor (122) gebildete elektrische Last darstellen; Korrigieren der Lastsignale um Korrekturwerte (I1, I2, I3), die vom Bereich des Geschwindigkeitsprofils, in dem sich der Motor (122) befindet, abhängig sind; Vergleichen einer aus den Lastsignalen abgeleiteten Grösse mit mindestens einer vorbestimmten Bedingung; und Abgeben eines Okklusionssignals, wenn die Bedingung erfüllt ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Geschwindigkeitsprofil mindestens die folgenden Bereiche aufweist: einen Beschleunigungsbereich (P1), in welchem die Motorgeschwindigkeit (v) im Wesentlichen ansteigt; und einen Verlangsamungsbereich (P3), in welchem die Motorgeschwindigkeit (v) im Wesentlichen absinkt, und wobei dem Beschleunigungsbereich (P1) ein erster Korrekturwert (I1) und dem Verlangsamungsbereich (P3) ein zweiter Korrekturwert (I3) zugeordnet ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Korrekturwerte (I1, I2, 13) bei einer erstmaligen Inbetriebnahme des Verabreichungsgeräts und/oder nach einem Wechsel des Reservoirs automatisch ermittelt und in einem Speicher (147) des Verabreichungsgeräts abgespeichert werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, welches umfasst: Ermitteln einer Ist-Position des Motors (122), und Festlegen von Geschwindigkeitssollwerten (v) gemäss dem Geschwindigkeitsprofil in Abhängigkeit von einer Positionsabweichung (Δx) der Ist-Position von einer Sollposition.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, welches umfasst: Ermitteln der Motorgeschwindigkeit (v); Regeln der Motorgeschwindigkeit (v) mittels eines rückgekoppelten Regelkreises, der die ermittelte Motorgeschwindigkeit (v) als Regelgrösse und Geschwindigkeitssollwerte gemäss dem Geschwindigkeitsprofil als Führungsgrösse empfängt und der eine Stellgrösse für den Motor (122) abgibt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, welches umfasst: Bilden von Mittelwerten oder Summen aus den Lastsignalen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Bildung von Mittelwerten umfasst: Bilden jeweils eines ersten Mittelwertes über jeweils einen diskreten Bewegungsbereich des Motors; und Bilden von zweiten Mittelwerten aus den ersten Mittelwerten mittels einer laufenden Mittelwertbildung.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei ein Okklusionssignal abgegeben wird, wenn mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Überschreiten eines vorbestimmten Absolutwerts (avgmax) durch eine aus den Lastsignalen abgeleitete Grösse; und Überschreiten eines vorbestimmten Differenzwerts (diffmax) durch die Differenz zweier aus den Lastsignalen zu unterschiedlichen Zeiten abgeleiteter Grössen.