DE10025027A1

DE10025027A1 - Iontophoretische Medikamentenzuführvorrichtung

Info

Publication number: DE10025027A1
Application number: DE10025027A
Authority: DE
Inventors: Ronald J Flower; Steven D Walter; Kenneth E Garde
Original assignee: Becton Dickinson and Co
Current assignee: Vyteris Inc
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 2000-05-20
Publication date: 2001-02-15
Also published as: JP2001025509A; FR2799655B1; FR2799655A1; FR2793695A1; US20030067358A1; US6385488B1; FR2799656B1; FR2799656A1; US6678555B2; FR2793695B1

Abstract

Es werden Schaltungen zum Erhöhen der Zuverlässigkeit einer iontophoretischen Medikamentenzuführvorrichtung (70) bereitgestellt. Solche Schaltungen detektieren den Ausfall eines Kristalloszillators der Vorrichtung (70), den Ausfall einer Spannungsreferenz (200) der Vorrichtung (70) oder den bevorstehenden Ausfall einer als Leistungsquelle der Vorrichtung (70) dienenden Batterie.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Iontophorese. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Schaltungen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit einer iontophoretischen Medikamentenzuführvor richtung.

Iontophorese ist die Migration von Ionen, die stattfindet, wenn ein elektrischer Strom eine ionisierte Spezies enthaltende Lösung durch läuft, normalerweise die ionisierte Form eines Medikaments oder eines anderen therapeutischen Mittels (nachstehend als "Medikament" be zeichnet). Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Iontophorese ist die nichtinvasive perkutane Zuführung ionisierter Medikamente zu dem Körper eines Patienten mittels Stroms mit niedrigem Pegel. Eine ion tophoretische Medikamentenzuführung bietet ein alternatives und ef fektives Verfahren zur Medikamentenzuführung verglichen mit anderen Verfahren, wie passive perkutane Pflaster oder andere auf der Haut zu befestigende Einrichtungen, Nadelinjektion und orale Einnahme, und ist ein besonders effektives Verfahren zur Anwendung bei Kindern sowie bettlägerigen und älteren Menschen. Bekannte Vorteile der perkutanen Zuführung umfassen das Vermeiden der Risiken und Unannehmlichkei ten der intravenösen Zuführung. Ferner werden Probleme im Zusam menhang mit oraler Medikamenteneinnahme, z. B. Verlust der Medika mente durch Verdauung und beim ersten Durchgang des Leberstoff wechsels, vermieden, da der gastrointestinale Trakt und die Leber (im ersten Durchgang) umgangen werden.

Eine perkutane Zuführung bietet in vorteilhafter Weise eine kontinuier liche Medikamentenzuführung, einfaches Absetzen und angenehmere Einnahme.

Eine iontophoretische perkutane Medikamentenzuführvorrichtung um fasst normalerweise ein Pflaster mit mehreren Reservoirs, von denen eines, das sogenannte aktive Reservoir, positiv oder negativ geladene Medikamentenionen enthält, und ein anderes, das sogenannte Rück laufreservoir, eine elektrolytische Lösung, z. B. eine Kochsalzlösung, enthält. Innerhalb der Reservoirs befinden sich Elektroden zum Anlegen von Strom an das Pflaster. Die iontophoretische Vorrichtung umfasst ferner eine Steuereinrichtung, die elektrisch und mechanisch mit dem Pflaster verbunden ist. Die Steuereinrichtung weist normalerweise eine Leistungsquelle, wie eine Batterie, sowie eine elektrische Schaltanord nung zum Erzeugen und Regeln des an die Pflasterelektroden angeleg ten Stroms auf.

Ein mögliche Konfiguration einer iontophoretischen Zuführvorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Steuereinrichtung mit einer Batterie ist über die elektrischen Verbindungselemente und jeweils an eine Anode und eine Kathode in dem Pflaster angeschlossen. Die Anode ist in dem aktiven Reservoir mit dem positiv geladenen Medikament angeordnet, während die Kathode in dem Rücklaufreservoir mit der elektrolytischen (oder Kochsalz-) Lösung angeordnet ist. Wenn das Medikament negativ geladen ist, wird die Anordnung der Anode und der Kathode in den Re servoirs umgekehrt, so dass die Medikamentenionen vom Reservoir mit gleicher Polarität abgestoßen werden, wenn Strom an die Elektroden angelegt wird. Wenn das Pflaster auf der Haut eines Anwenders plat ziert wird und die Steuereinrichtung Strom an das Pflaster anlegt, ge langt das aufgeladene Medikament in die Haut des Patienten. Andere Ionen kehren in das Rücklaufreservoir zurück, wenn der Körper den Io nenkreislauf beendet hat. Wenn das Medikament z. B. negativ geladen ist, werden diese von einer AgCl-Kathode durch die Haut abgestoßen, während positiv geladene Natriumionen von der Kathode angezogen werden. Gleichzeitig wandern negativ geladene Chlorione von der Haut zu einem Kochsalzlösung enthaltenen Rücklaufreservoir in Richtung auf die Anode.

Die Steuereinrichtung umfasst normalerweise einen Mikroprozessor oder eine Zustandsmaschine zum Ausführen zahlreicher Steuerfunktio nen. Ein Mikroprozessor führt z. B. Softwareprogramme aus, die unter anderem Anweisungen hinsichtlich der Stromerzeugung und der Regel schaltanordnung zum Bereitstellen der erforderlichen Menge an Strom über einen bestimmten Zeitraum erteilen. Da die Menge an dem Patien ten zugeführtem Medikament zu der Menge an zugeführtem Strom di rekt proportional ist, kann die Medikamentendosierung durch Regeln der Menge an dem Pflaster zugeführtem Strom gesteuert werden.

Der Mikroprozessor oder die Zustandsmaschine wird extern durch einen von einem Kristalloszillator mit einer Frequenz von z. B. 32,768 kHz (d. h. einem Uhrkristall) betriebenen Zähler getaktet. Dies ermöglicht es dem Mikroprozessor oder der Zustandsmaschine und somit der Vor richtung, Stromzuführzustände zu durchlaufen, wobei jeder Zustand den über einen vorbestimmten Zeitraum zuzuführenden Strom festlegt. Kurve A aus Fig. 2 zeigt z. B. ein Soll-Stromzuführprofil. Bei diesem Profil beginnt der Strom mit Null Ampere. Nach Ablauf einer ersten Zeit t₁ steigt der Strom auf einen ersten Strompegel, nach Ablauf einer zweiten Zeit t₂ steigt er auf einen zweiten, höheren Strompegel, nach Ablauf einer dritten Zeit t₃ fällt zurück er auf den ersten Strompegel und nach einer vierten Zeit t₄ fällt er zurück auf Null Ampere. Wenn der Kristalloszillator ordnungsgemäß arbeitet, durchläuft der Mikroprozes sor im Laufe des Zuführzyklus jeden dieser Stromzuführpegel, wodurch die Stromschaltanordnung angewiesen wird, die korrekte Menge an Strom gemäß dem jeweiligen Strompegel zu erzeugen und dem Pflaster zuzuführen.

Wenn jedoch der Oszillator während eines Medikamentenzuführzyklus funktionsuntüchtig wird, kann es zu einer Medikamentenüberdosierung oder -unterdosierung kommen. In Kurve B aus Fig. 2 ist der Oszillator z. B. zum Zeitpunkt t_b ausgefallen. Zu diesem Zeitpunkt bleibt der Mik roprozessor (oder die Zustandsmaschine) bei der letzten Programmin struktion (oder beim letzten Schritt) hängen, d. h., bei der Instruktion, aufgrund derer die Stromschaltanordnung den zweiten, höheren Strompegel erzeugt und zuführt. Entsprechend erzeugt die Vorrichtung weiterhin den höheren Strompegel über die Zeit t₃ hinaus, wenn der Oszillator zum Zeitpunkt t_b ausfällt, da der Mikroprozessor (oder die Zustandsmaschine) die nächste Programminstruktion (oder den nächs ten Schritt) und somit den nächsten Stromzustand nicht erreichen kann. Dies kann zur Zuführung einer ungenauen Medikamentenmenge führen. In dem von Kurve B dargestellten Fall wäre das eine Medika mentenüberdosierung. Im Gegensatz dazu ist der Oszillator gemäß Kurve C zum Zeitpunkt t_a ausgefallen. Dieser Ausfall führt dazu, dass der Mikroprozessor (oder die Zustandsmaschine) nicht die Instruk tion (oder den Schritt) entsprechend dem Zeitpunkt des höheren Strompegels erreicht. Statt dessen wird weiterhin Strom mit dem nied rigeren Strompegel zugeführt, wodurch es zu einer Medikamentenun terdosierung oder -überdosierung kommen kann, je nachdem, wann der Strom unterbrochen wird.

Ferner kann die iontophoretische Vorrichtung eine Spannungsreferenz zum Anlegen einer sehr genauen Ausgangsspannung von z. B. 1,203 Volt an kritische Komponenten innerhalb der Stromschaltanordnung verwenden. Eine Art der Stromerzeugung für das Pflaster ist insbeson dere die Ausgabe eines Digitalwerts vom Mikroprozessor (oder der Zu standsmaschine) an einen D/A-Wandler. Der D/A-Wandler wiederum wandelt den Digitalwert in eine Analogspannung basierend auf der Spannungsreferenz-Ausgangsspannung um. Diese Analogspannung wird dann von einem Spannungs-Stromwandler in den Pflasterstrom umgewandelt. Eine ungenaue Spannungsreferenz-Ausgangsspannung führt jedoch sowohl zu einer ungenauen Analogspannung als auch zu einem ungenauen Pflasterstrom. Ein ungenauer Pflasterstrom kann zu einer Medikamentenüberdosierung führen, wenn der Pflasterstrom zu hoch ist, oder zu einer Medikamentenunterdosierung, wenn der Pflas terstrom zu niedrig ist.

Ferner kann es zu einer Medikamentenunterdosierung kommen, wenn die als Leistungsquelle fungierende Batterie der Vorrichtung während des Medikamentenzuführzyklus immer schwächer wird. Das Überentla den der Batterie verursacht zunächst die Erzeugung eines zu geringen Pflasterstroms und führt schließlich zum Ausfall der Schaltanordnung für die Vorrichtung und des Pflasterstroms.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltungen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit einer iontophoretischen Medikamentenzuführvor richtung zwecks Minimierung möglicher Medikamentenüberdosierung oder -unterdosierung zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 4, 7, 8, 9 bzw. 10.

Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Schaltungen be reitgestellt, mit denen der Ausfall eines Kristalloszillators der Vorrich tung detektiert wird.

Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Schal tungen bereitgestellt, mit denen der Ausfall einer Spannungsreferenz der Vorrichtung detektiert wird.

Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schal tung bereitgestellt, mit der der bevorstehende Ausfall der als Leistungs quelle fungierenden Batterie der Vorrichtung detektiert wird.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzug ten Ausführungsformen und der Zeichnungen genauer erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer iontophoretischen Vor richtung mit einem Pflaster und einer Steuereinrichtung;

Fig. 2 ein Beispiel für ein Stromprofil (A), bei dem der Kristalloszil lator während des Medikamentenzuführzyklus funktions tüchtig war, und für Stromprofile (B und C), bei denen der Kristalloszillator zu verschiedenen Zeitpunkten während des Medikamentenzuführzyklus ausgefallen ist;

Fig. 3 einen Überblick über eine iontophoretische Vorrichtung und ihrer Steuereinrichtungs-Schaltanordnung;

Fig. 4 eine Schaltung zum Detektieren des Kristalloszillatorausfalls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5A-5F Signale entsprechend der Schaltung aus Fig. 4;

Fig. 6 eine Schaltung zum Detektieren eines Kristalloszillatoraus falls gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegen den Erfindung;

Fig. 7A und 7B Schaltungen zum Detektieren eines Spannungsreferenzaus falls gemäß zwei weiteren Ausführungsformen der vorlie genden Erfindung;

Fig. 8 ein Diagramm der Eingänge in einen Mikroprozessor (Soft ware-Implementierung) zum Detektieren der Batterieleis tung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegen den Erfindung;

Fig. 9 eine Batteriespannungsentladung, wenn sich die Anzahl von abgeschlossenen iontophoretischen Zuführungen erhöht.

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine iontophoretische Vorrichtung 70 mit einem Pflaster 60 und einer Steuereinrichtung 80, wie in Fig. 1 und 3 dargestellt. Gemäß Fig. 1 weist die Steuereinrichtung 80 ein Außengehäuse 81 auf, das die Leis tungsquelle (wie eine Batterie, auf die die Leistungsquelle jedoch nicht beschränkt ist) und die für das Anlegen von Strom an das Pflaster 60 erforderliche Stromerzeugungs- und -regelschaltanordnung aufnimmt. Das Gehäuse der Steuereinrichtung 80 kann aus Kunststoff, Metall oder einem anderen für das Ummanteln und Schützen der Stromregelschalt anordnung geeigneten Material bestehen. Die Pflasterelektroden 61 und 62 sind über elektrische Verbindungselemente 11 und 12 elektrisch mit der Stromsteuereinrichtung 80 verbunden.

Wie in Fig. 3 genauer dargestellt, weist die Steuereinrichtung 80 einen Mikroprozessor 20 auf, der bei Ausführung der Software Befehle zum Steuern der verschiedenen Funktionen der Steuereinrichtung erzeugt, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, das Erzeugen und Regeln des an das Pflaster angelegten Stroms gemäß einem vorbestimmten Stromzuführprofil. Zum Ausführen dieser Funktionen ist der Mikropro zessor 20 mit der Stromerzeugungs- und -regelschaltanordnung ver bunden, wobei letztere eine Digital-Intertace- und Steuerschaltung 30, eine Analogstromsteuerschaltung 50 und eine Peripheriestromsteuer schaltung 40 aufweist. Die Peripheriestromsteuerschaltung 40 legt Strom an das Pflaster 60 an. Der Mikroprozessor 20, das Digital-Inter face 30 und die Analogsteuerschaltung 50 bilden zusammen mit einem nachstehend genauer beschriebenen Speicher 10 eine anwendungsspe zifische integrierte Schaltung (ASIC). Die Peripheriestromsteuerschal tung 40 wird als "peripher" bezeichnet, weil sich außerhalb der ASIC befindet. Natürlich wird berücksichtigt, dass die Stromerzeugungs- und -regelschaltanordnung andere Konfigurationen haben kann und nicht von einer ASIC implementiert zu werden braucht.

Der Mikroprozessor 20 ist ferner mit mindestens einem Speicher 10, wie einem Direktzugriffsspeicher (RAM) oder einem Festspeicher (ROM) verbunden, in dem die Stromzuführprofile gespeichert sind. Die Soft ware der Steuereinrichtung kann ebenfalls in diesem Speicher oder in einem (nicht gezeigten) separaten Speicher gespeichert werden. Der Speicher 10 kann z. B. jedes Stromzuführprofil als Stromänderungsrate oder Stromstufen sowie die Zeit nach dem Start, zu der diese Strom stufen auftreten sollen, speichern. Der Mikroprozessor liest die Strom zuführprofilinformationen zwecks zeitlich angemessener Erzeugung der Befehle, die dafür sorgen, dass die Stromerzeugungs- und -regelschalt anordnung die von den Profilinformationen geforderte Strommenge zu führt. Im wesentlichen kann der Mikroprozessor die Stromprofilinforma tionen durchlaufen, bis der Zeitpunkt nach dem Start mit einer der ge speicherten Zeiten übereinstimmt. Zu diesem Zeitpunkt gibt der Mikro prozessor den dieser Zeit zugeordneten gewünschten Strompegel als Digitalwert an das Digital-Interface der Stromschaltanordnung aus. Das Digital-Interface, das einen Digital-Analog-Wandler aufweist, wandelt den Digitalwert in eine Analogspannung um, die die zum Erzeugen des Strompegels zu diesem Zeitpunkt im Stromzuführprofil erforderliche Spannung ist. Der D/A-Wandler gibt die Analogspannung an eine Span nungs-Strom-Umwandlungsschaltung aus, welche den erforderlichen Pflasterstrom erzeugt. Ein Rückführsignal von einem Strommesswider stand kann zum genaueren Steuern dieses Pflasterstroms verwendet werden.

Wie oben beschrieben, können der Kristalloszillator, die Spannungsrefe renz oder die Batterie während des Betriebs der Medikamentenzuführ vorrichtung ausfallen, und diese Ausfälle können in unerwünschter Wei se zu einer Medikamentenüberdosierung oder -unterdosierung führen.

Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen das Detektieren dieser Ausfälle, wodurch mögli che unerwünschte Fehldosierungen minimiert werden.

Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 4 ist eine zweite, unabhängige Zeitablenkeinrichtung mit einer anderen Technik als die der Kristalloszillator-Zeitablenkeinrichtung zum Detek tieren eines Kristalloszillatorausfalls vorgesehen. Der Ausfall kann darin bestehen, dass der Kristalloszillator nicht mehr hundertprozentig funk tioniert oder dass der Kristall auf inakzeptable Weise zu langsam oder zu schnell läuft. Die zweite unabhängige Zeitablenkeinrichtung kann jedoch ebenfalls ausfallen, und somit detektiert die Schaltung aus Fig. 4 auch den Ausfall der zweiten Zeitablenkeinrichtung, wie nachstehend genauer beschrieben.

In Fig. 4 ist ein Kristall 100 mit einer Frequenz von ungefähr 32 kHz zur Bildung eines Kristalloszillators mit einem Inverter 102 verbunden, wo bei das Ausgangssignal des Kristalloszillators eine 32 kHz-Rechteck welle ist. Das Kristalloszillatorausgangssignal wird in einen Zähleingang eines Zählers 110 und in einen Zähleingang eines Zählers 112 eingege ben. Die Schaltung aus Fig. 4 benutzt ferner eine Widerstands-Konden sator- (RC-) Oszillatorschaltung 104 mit einer Frequenz von ungefähr 64 kHz, die von der Teilerschaltung 106 durch 4 in 16 kHz geteilt wird und von der Tellerschaltung 108 weiter durch 4 in 4 kHz geteilt wird. Die Implementierung einer RC-Oszillatorschaltung 104 ist Fachleuten auf dem Gebiet bekannt.

Der Zähler 110 wird von dem in Fig. 5A gezeigten 64 kHz-RC-Oszilla torausgangssignal getaktet, und somit inkrementiert der Zähler 110 bei jedem Zyklus des 32 kHz-Kristalloszillatorausgangssignals um Eins, wie in Fig. 5B und 5E dargestellt. Inzwischen wird der Zähler 112 von dem in Fig. 5B gezeigten 32 kHz-Kristalloszillatorausgangssignal getaktet, und somit inkrementiert der Zähler 112 bei jedem Zyklus des 32 kHz- Kristalloszillatorausgangssignals um Eins, wie in Fig. 5F dargestellt. Das in Fig. 5D gezeigte 4 kHz-RC-Taktsignal aktiviert den Rücksetzeingang des Zählers 110, während das in Fig. 5C dargestellte 16 kHz-RC-Takt signal den Rücksetzeingang des Zählers 112 aktiviert. Somit zählt der Zähler 110 vor dem Rücksetzen bis acht, während der Zähler 112 vor dem Rücksetzen nur bis zwei zählt, wenn die Kristall- und RC-Oszil latoren normal arbeiten, wie jeweils in Fig. 5E und 5F gezeigt. Das vom Zähler 110 ausgegebene Zählsignal wird in die Primärlogikschal tung 114 eingegeben, damit festgestellt wird, ob der Kristall ausgefal len ist, und das vom Zähler 112 ausgegebene Zählsignal wird in die Se kundärlogikschaltung 116 eingegeben, damit festgestellt wird, ob der RC-Oszillator ausgefallen ist. Die Primärlogikschaltung 114 wird eben falls vom 64 kHz-RC-Oszillator getaktet, während die Sekundärlogik schaltung vom 32 kHz-Kristalloszillator getaktet wird.

Wenn der Kristalloszillator nicht mehr läuft, geschieht folgendes. Zu nächst werden der Zähler 112 und die Sekundärlogikschaltung 116 nicht mehr getaktet und sind somit funktionsunfähig. Der Zähler 110 wird jedoch vom RC-Oszillator getaktet und ist somit weiterhin funkti onstüchtig, zählt jedoch nicht mehr, da der Kristall nicht mehr ar beitet. Die Primärlogikschaltung 114 ist ebenfalls funktionstüchtig, da auch sie vom RC-Oszillator getaktet wird. Der Zähler 110 stellt sich schließlich auf der ansteigenden Flanke des 4 kHz-Taktsignals auf Null zurück und bleibt während des Ausfalls des Kristalls auf Null. Diese Be dingung "bleibt auf Null" des Zählers 110 kann leicht von der Primärlo gikschaltung detektiert werden (wie nachstehend beschrieben). Die Primärlogikschaltung 114 setzt dann ein Kristallfehler-Flag von "Eins", wodurch angezeigt wird, dass der Kristalloszillator ausgefallen ist.

Ferner kann der Kristall selbst dann, wenn er nicht vollständig ausgefal len ist, viel zu schnell oder zu langsam, d. h. über eine vorbestimmte akzeptable Frequenz hinaus, arbeiten. In diesem Fall zählt der Zähler 110 weiter, der Zählimpuls weicht jedoch von dem normalerweise er warteten Zählimpuls ab. Die Primärlogikschaltung stellt fest, ob der Zählimpuls des Zählers 110 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rück setzvorgängen des Zählers 110 innerhalb eines akzeptablen Zählfens ters liegt. Wenn der Zählimpuls z. B. zwischen 3 und 14 liegt (norma lerweise würde ein Zählimpuls von 8 erwartet), gilt die Frequenz des Kristalloszillators als akzeptabel. Die Größe des Zählfensters ermöglicht Ungenauigkeiten in der Frequenz des RC-Oszillators, der normalerweise weniger genau ist als der Kristalloszillator. Natürlich kann die Größe des Zählfensters kleiner sein, z. B. von 7 bis einschließlich 9, oder kann so gar ein einzelner Zählimpuls von 8 sein. Wenn festgestellt wird, dass der Zählimpuls des Zählers 110 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rücksetzvorgängen außerhalb des Zählfensters liegt, z. B. kleiner als drei oder größer als 14 ist, setzt die Primärlogikschaltung 114 ein Kris tallfehler-Flag von Eins, wodurch angezeigt wird, dass der Kristall aus gefallen ist. Wie oben gesagt, beträgt der Zählimpuls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rücksetzvorgängen Null, d. h. er liegt außerhalb des Zählfensters (von z. B. 3 bis 14) wenn der Kristall vollständig aus gefallen ist, und in diesem Fall setzt die Primärlogikschaltung 114 ein Kristallfehler-Flag von Eins.

Der RC-Oszillator kann ebenfalls ausfallen. Auch diese Bedingung muss detektiert werden, da mit einem ausgefallenen RC-Oszillator nicht fest gestellt werden kann, ob der Kristalloszillator ordnungsgemäß arbeitet. In diesem Fall arbeiten der Zähler 110 und die Primärlogikschaltung 114, die beide von der RC-Oszillatorschaltung 104 getaktet werden, nicht mehr, während der Zähler 112 und die Sekundärlogikschaltung 116, die beide vom 32 kHz-Kristalloszillator getaktet werden, weiter arbeiten. Ferner stellt sich der Zähler 112 nicht zurück, da das vom (funktionsuntüchtigen) RC-Oszillator abgeleitete 16 kHz-Rücksetzsignal nicht geliefert wird. Entsprechend sorgt der 32 kHz-Kristalloszillator da für, dass der Zähler 112 weiter über 2 Zählimpulse hinaus zählt. Wenn die Sekundärlogikschaltung 116 detektiert, dass der Zählimpuls des Zählers 112 größer ist als eine Detektierschwelle von 2 Zählimpulsen, setzt sie ein RC-Fehler-Flag von "Eins", wodurch angezeigt wird, dass der RC-Oszillator 104 ausgefallen ist. Da der RC-Oszillator 104 weniger genau sein kann als der Kristalloszillator, kann eine Detektierschwelle von 3 oder mehr Zählimpulsen statt 2 Zählimpulsen verwendet werden.

Wenn entweder das Kristallfehler-Flag oder das RC-Fehler-Flag detek tiert und, wenn gewünscht, zwischengespeichert wird, kann die ion tophoretische Vorrichtung die Stromschaltanordnung abschalten und/oder mittels eines anderen Alarms den Anwender darauf aufmerk sam machen, dass ein Ausfall der Vorrichtung eingetreten ist. Wenn z. B. eine der beiden Flags auf "Eins" gesetzt ist, kann mit dem Flag eine Ausgangsstromsteuerung FET durch Ziehen ihres Gates auf L- Pegel abgeschaltet werden. Dadurch wird verhindert, dass dem Pflaster Strom zugeführt wird. Alternativ oder gleichzeitig kann der Anwender durch ein Licht-, Ton- oder Summsignal aufmerksam gemacht werden. Der Anwender kann dann eine alternative Medikamentenzuführung wählen, wie Ersetzen der ausgefallenen Steuereinrichtung durch eine funktionierende Steuereinrichtung.

Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 6 verursacht der vollständige Ausfall des Kristalloszillators 601 eine Abschaltung des Pflasterstroms. Für diese besondere iontophoretische Vorrichtung wird ein Mikroprozessor 602 gewählt, dessen Eingangs-/ Ausgangs- (I/O-) Leitungen beim Einschalten einen hochohmigen (Ein gangs-) Zustand vorgeben. Die Leistung (von einer Batterie oder einer anderen nicht gezeigten Leistungsquelle) wird der Steuereinrichtung über eine Leistungs-Latchschaltung 607 zugeführt, die einen Über gangseingang (wie von einem Knopf 608 mit Arbeitskontakt oder NO- Knopf 608 oder einem anderen Auslösemechanismus) zum Festhalten des Einschaltzustands benutzt, wodurch die restliche Schaltanordnung mit Spannung V_cc versorgt wird.

Beim Betrieb mit voller Leistung wird Leitung 605 des Eingangs mit Ar beitskontakt (NOI) mittels V_cc vom Pull-up-Widerstand 609 auf H-Pegel gezogen. Wenn die NOI-Leitung 605 auf H-Pegel ist, ist n-Kanal- MOSFET 601 eingeschaltet und das Gate zur Stromsteuerung FET 611 auf L-Pegel. Daher ist die Stromsteuerung FET 611 AUS, und es exis tiert kein Pfad für die Stromzuführung durch die Anode und die Katho de.

Der Kristalloszillator 601 ermöglicht es dem Mikroprozessor, mit der Ausführung der vorprogrammierten Software-Instruktionen, einschließ lich dem Liefern von Stromzuführinstruktionen an die Stromsteuer schaltung 603 zu beginnen. Während der Stromzuführung, d. h. im Be triebszustand, ändert der Mikroprozessor seine digitalen I/O-Leitungen von einem hochohmigen (Eingangs-) Zustand in digitale Ausgangslei tungen und setzt die NOI-Leitung 605 auf L-Pegel. Dadurch wird MOSFET 610 abgeschaltet, wodurch wiederum die Stromsteuerschal tung 603 den Strom von der Pflasteranode 61 zur Kathode 62 über die Stromsteuerung FET 611 regeln kann. Die Strompegelinformationen werden über die Verbindung der Stromsteuerschaltanordnung 603 mit dem Strommesswiderstand 612 an die Stromsteuerschaltanordnung 603 zurückgeführt.

Wenn der Kristall vollständig ausfällt, können keine weiteren Mikropro zessorinstruktionen erteilt werden. Dies führt dazu, dass ein von einem unabhängigen Oszillator getakteter interner Überwachungszeitgeber im Mikroprozessor diesen bei der Zeitüberwachung zurücksetzt, d. h. den Mikroprozessor in den Rücksetzzustand schaltet. Da der Mikroprozessor zurückgesetzt ist, befindet sich die NOI-Leitung wieder im hochohmigen Eingangszustand. Wegen des Pull-up-Widerstands 609 ist MOSFET 610 eingeschaltet, ist die Stromsteuerung FET 611 AUS und wird die Strom zuführung gestoppt. Ferner schaltet der Überwachungszeitgeber den Mikroprozessor vom Betriebszustand in den Rücksetzzustand, wenn die vorprogrammierten Software-Instruktionen ausfallen, wodurch die Stromzuführung gestoppt wird. Beispiele für Software-Ausfälle umfas sen, sind jedoch nicht beschränkt auf, eine Ereignisfolge, die über die in den vorprogrammierten Software-Instruktionen vorgesehenen hinaus geht, einen Fehler in den Software-Instruktionen, der zu einer Endlos schleife führt, und ähnliches.

Bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 7A wird eine Spannungsreferenz 200 von einer Batterie B mit Leis tung versorgt. Die Spannungsreferenz 200 ist zur Lieferung einer kon stanten Ausgangsspannung über einen Batteriespannungsbereich vor gesehen. Die Spannungsreferenz 200 kann z. B. zur Lieferung einer konstanten festen Ausgangsspannung von 1,2 V dienen, wenn die Bat terieleistung zwischen 1,5 Volt und 3,0 Volt liegt. Das Implementieren einer Spannungsreferenz ist auf dem Gebiet bekannt, und die internen Komponenten einer solchen Spannungsreferenz sind nicht dargestellt. Unterhalb einer bestimmten Batteriespannung, z. B. 1,5 Volt, kann die Referenzspannung ungenau werden, wodurch es, wie oben beschrie ben, zu ungenauer Ausgangsstrom- und Medikamentendosierung kommen kann. Damit verhindert wird, dass die Spannungsreferenz die sen Ungenauigkeitspunkt erreicht, wenn die Batterieleistung schwächer wird, muss die Batteriespannung detektiert werden, bevor sie unter die akzeptable Mindest-Batteriespannung für die Spannungsreferenzschal tung fällt.

Die Batterie B versorgt auch eine Spannungsteilerschaltung der beiden Widerstände R1 und R2 mit Leistung. Die jeweiligen Werte der Wider stände R1 und R2 werden derart gewählt, dass eine Spannung oberhalb der Referenzspannung geliefert wird, wenn die Batterie mit voller Be triebsspannung arbeitet. Es kann z. B. ein Verhältnis von R2 : R1 von 2 : 1 gewählt werden, so dass eine Spannung von 2 Volt, die über der Referenzspannung von 1,2 Volt liegt, an R2 zur Verfügung steht, wenn die volle Batteriespannung 3 Volt beträgt. Die Spannung an R2 wird an der negativen Klemme eines Spannungskomparators, dem ebenfalls von der Batterie B mit Leistung versorgten Operationsverstärker 202, eingegeben, und die Ausgangsspannung der Spannungsreferenz 200 wird an der positiven Klemme des Operationsverstärkers 202 eingeben. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 202 hat ungefähr 0 Volt, wenn die Batterie mit voller Spannung arbeitet, da die Spannung von 2 Volt an R2 größer ist als die Referenzspannung von 1,2 Volt.

Wenn jedoch die Spannung an R2 unter die Referenzspannung fällt, geht das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 202 fast auf Batte riespannung (die Batteriespannung beträgt in etwa weniger als einige Zehntel Volt). Diese Spannungsbewegung des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 202 ist leicht zu detektieren und kann zum Ab schalten der Stromerzeugungsschaltung oder zum Auslösen eines Alarms benutzt werden, wie in Zusammenhang mit der ersten Ausfüh rungsform beschrieben. Wenn z. B. die Batteriespannung von 3,0 Volt auf 1,7 Volt fällt, beträgt die Spannung an R2 ungefähr zwei Drittel von 1,7 Volt oder ungefähr 1,13 Volt, d. h. weniger als die Referenzspan nung von 1,2 Volt. Die vom Spannungskomparator ausgegebene Span nung bewegt sich dann von 0 Volt auf ungefähr 1,6 Volt, was von einer anderen (nicht gezeigten) Logikschaltung detektiert wird. Somit wird der Abfall der Batteriespannung auf 1,7 Volt detektiert, und es wird darauf reagiert, bevor die Spannungsreferenzschaltung unterhalb der akzeptablen Mindest-Batteriespannung (z. B. 1,5 Volt) arbeiten und somit eine ungenaue Referenzspannung erzeugen kann.

Bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 7B wird der Operationsverstärker 202 aus Fig. 7A durch einen Ana log-Digital-(A/D-) Wandler 302 und einen Mikroprozessor 304, die bei de von der Batterie B mit Leistung versorgt werden, ersetzt. Bei dieser Ausführungsform werden die Referenzspannung und die Spannung an R2 in einen im Zeitmultiplexbetrieb arbeitenden A/D-Wandler oder zwei separate A/D-Wandler eingegeben, deren Ausgangssignale in beiden Fällen die die jeweiligen Spannungen darstellenden Digitalwerte sind. Diese Digitalwerte werden in den Mikroprozessor 304 eingegeben, der sie vergleicht um festzustellen, ob die Batteriespannung auf einen Punkt gefallen ist, an dem der Spannungsreferenzausgang inakzeptabel ist. Durch Einsatz des Mikroprozessors kann ein präziser Vergleich zwi schen der Referenzspannung und der Spannung an R2 erfolgen, und die Detektierschwelle kann leicht durch Neuprogrammieren des Mikro prozessors angepasst werden.

Bei einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Mikroprozessor 801 gewählt, der eine der beiden Spannungsquellen als Referenz für die Analog-Digital-Umwandlung zum Umwandeln von Ana logsignalen 805 (Strom und Spannung) benutzen kann. Der Mikropro zessor kann die Versorgungsspannung V_cc 803 als Referenz verwenden oder eine von der unabhängigen Spannungsreferenzschaltanordnung 802 erzeugte Spannung Vref 804 benutzen. Die Wahl der Referenz V_cc oder V_ref obliegt unter Software-Steuerung.

Der Mikroprozessor kann z. B. Vref 804 als A/D-Referenzspannung bei der Stromzuführung benutzen. In diesem Fall erzeugen die Werte 0 Volt bis Vref Volt auf einer Analogleitung 805 jeweils Digitalwerte von 0 bis 255 (Zählimpulsen). Wenn andererseits V_cc vom Mikroprozessor als A/D-Referenzspannung gewählt wird, erzeugen die Werte 0 Volt bis V_cc Volt auf einer Analogleitung 805 jeweils Digitalwerte von 0 bis 255 (Zählimpulsen).

Im letzteren Fall kann der Mikroprozessor die V_ref-Leitung 804 als Ana logeingang abtasten. Die daraus resultierende Umwandlung durch die A/D-Wandlerschaltanordnung innerhalb des Mikroprozessors ergibt ei nen Wert von 255 (Zählimpulsen) * (V_ref/V_cc). Diese Formel ermöglicht es dem Mikroprozessor, die Batteriespannung indirekt zu bestimmen. Es ist vorteilhaft, vor Beginn der Zuführung sicherzustellen, dass eine ausreichende Batterieleistung für den iontophoretischen Medikamen tenzuführzyklus vorhanden ist. Wenn sich z. B. beim Einsatz der Vor richtung V_cc von 6 Volt auf 3,5 Volt ändert, kann ein Punkt A auf der Batterieentladekurve (Fig. 9) derart gewählt werden (z. B. 4,0 Volt), dass der Mikroprozessor keinen Medikamentenzuführzyklus einleitet, da die Batterie möglicherweise nicht genügend Leistung hat, um den Medi kamentenzuführzyklus zu beenden.

Fig. 8 zeigt, dass, wenn z. B. V_ref 3,5 Volt beträgt, der Mikroprozessor die V_cc-Leitung 804 abtastet, wenn die Batterien frisch sind (V_cc = 6 Volt). Der mit der obigen Formel erhaltene Wert lautet:

255 Zählimpulse * (3,5 Volt/6,0 Volt) = 148 Zählimpulse

Tabelle 1 unten zeigt den A/D-Wert, wenn der Mikroprozessor bei Ab sinken von V_cc von 6,0 Volt auf 3,9 Volt die V_ref-Leitung 804 abtastet.

Tabelle 1

Die willkürliche Schwelle von 4,0 Volt wird z. B. als diejenige Spannung V_cc gewählt, unterhalb derer eine zu geringe Batterieleistung verbleibt, als dass ein letzter Zuführzyklus durchgeführt werden könnte. Die Software liest Vref als ein Analogeingangssignal und vergleicht dessen A/D-Wert mit 223 Zählimpulsen entsprechend einer 4,0 Volt-Schwelle. Wenn der A/D-Wert oberhalb 223 liegt, ist die Spannung V_cc zu niedrig. Wenn der Wert gleich oder kleiner als 223 ist, ist eine ausreichende Batterieleistung für einen weiteren iontophoretischen Zuführzyklus vor handen. Auf diese Weise kann die Software teilweises Zuführen von Medikamenten aufgrund einer unzureichenden Batterieleistung verhin dern.

Natürlich wird berücksichtigt, dass die Erfindung andere Formen als die beschriebenen haben kann. Ferner sind die für die verschiedenen Kom ponenten und Verhältnisse genannten Werte nur repräsentativ, und diese Komponenten und Verhältnisse können andere Werte haben, wie in der Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt. Der Umfang der Erfindung wird jedoch ausschließlich durch die folgenden Ansprüche festgelegt.

Claims

1. Iontophoretische Medikamentenzuführvorrichtung (70) mit einer Steuereinrichtung (80), einer Hochspannungsversorgungseinrich tung und einem dazwischen elektrisch angeschlossenen Pflaster (60) zur Medikamentenzuführung, wobei die Steuereinrichtung (80) eine Schaltung aufweist mit:
einem Mikroprozessor (20), der zum Steuern der Stromzuführung zu dem Pflaster (60) gemäß vorbestimmter Software-Instruktio nen im Betriebszustand wahlweise zwischen einem Betriebszu stand und einem Rücksetzzustand schaltbar ist, wobei der Mikro prozessor (20) eine Ausgangsleitung aufweist, die im Betriebszu stand auf L-Pegel und im Rücksetzzustand auf H-Pegel gesetzt ist;
einem mit dem Mikroprozessor (20) verbundenen Kristalloszillator zum Takten des Mikroprozessors (20);
einem Transistor, bei dem ein Gate mit der Ausgangsleitung ver bunden ist, wobei eine Stromzuführung zum Pflaster (60) erfol gen kann, wenn die Ausgangsleitung auf L-Pegel und der Transis tor abgeschaltet ist, und die Stromzuführung gestoppt wird, wenn die Ausgangsleitung auf H-Pegel und der Transistor eingeschaltet ist, wobei
der Mikroprozessor (20) einen Überwachungszeitgeber aufweist, der den Mikroprozessor (20) vom Betriebszustand in den Rück setzzustand schaltet, wodurch der Transistor die Stromzuführung gestoppt.

2. Iontophoretische Zuführvorrichtung (70) nach Anspruch 1, bei der der Überwachungszeitgeber den Mikroprozessor (20) bei Aus fall des Kristalloszillators vom Betriebszustand in den Rücksetzzu stand schaltet.

3. Iontophoretische Zuführvorrichtung (70) nach Anspruch 1, bei der der Überwachungszeitgeber den Mikroprozessor (20) bei Aus fall der vorprogrammierten Software-Instruktionen vom Betriebs zustand in den Rücksetzzustand schaltet.

4. Schaltung zum Deaktivieren der Stromzuführung zu einem Pflas ter (60) einer iontophoretischen Vorrichtung (70), mit:
einem von einem Kristalloszillator getakteten Mikroprozessor (20) zum Steuern einer dem Pflaster (60) zuzuführenden Strommen ge, wobei eine Eingangs-/Ausgangsleitung des Mikroprozessors (20) bei der anfänglichen Leistungszufuhr zum Mikroprozessor (20) in einen hochohmigen Zustand versetzt wird; und
erstem und zweitem Transistor, wobei der erste Transistor ein mit der Eingangs-/Ausgangsleitung verbundenes Gate und eine mit einem Gate des zweiten Transistors verbundene Source aufweist, und der zweite Transistor eine Source und einen Drain im Strom zuführpfad des Pflasters (60) aufweist,
wobei die Eingangs-/Ausgangsleitung im hochohmigen Zustand ist und der erste Transistor eingeschaltet wird, wenn Leistung an fänglich dem Mikroprozessor (20) zugeführt wird, wodurch der zweite Transistor abgeschaltet und der Stromzuführpfad in einen offenen deaktivierten Zuführzustand gesetzt wird.

5. Schaltung nach Anspruch 4, bei der die Eingangs-/Ausgangslei tung in einem niederohmigen Zustand ist, wenn der Kristall in Be trieb ist und der Mikroprozessor (20) Stromsteuerinstruktionen verarbeitet, wodurch der erste Transistor abgeschaltet und der zweite Transistor eingeschaltet wird, so dass der Stromzuführpfad in einem geschlossenen aktivierten Zuführzustand ist.

6. Schaltung nach Anspruch 4, bei der nach Ausfall des Kristalls ein Überwachungszeitgeber im Mikroprozessor (20) eine Zeitüberwa chung durchführt, wodurch der Mikroprozessor (20) die Rückset zung einschaltet und die Eingangs-/Ausgangsleitung in einen hochohmigen Zustand gesetzt wird, so dass der Stromzuführpfad in einem offenen deaktivierten Zuführzustand ist.

7. Schaltung mit:
einer eine Spannung V_B liefernden Leistungsquelle;
einer an der Leistungsquelle angeschlossenen Spannungsreferenz (200), die eine Referenzspannung V_r liefert, wobei die Span nungsreferenz (200) zuverlässig oberhalb eines akzeptablen Min dest-Spannungspegels V_min der Leistungsquelle arbeitet;
einer Spannungsteilerschaltung mit einem ersten Widerstand und einem zweiten Widerstand, die in Reihe an der Leistungsquelle angeschlossen sind, wobei der zweite Widerstand eine Spannung V_R2 liefert;
einem an der Leistungsquelle angeschlossenen Operationsver stärker, wobei V_r an eine positive Klemme eines Spannungskom parators und V_R2 an eine negative Klemme des Spannungskompa rators angelegt wird; und
einer Detektierschaltung zum Detektieren einer Änderung im Spannungsausgangssignal vom Operationsverstärker von unge fähr Null Volt auf ungefähr V_B, wobei der Wert des ersten Wider stands und der Wert des zweiten Widerstands derart gewählt sind, dass die Änderung in der Ausgangsspannung auftritt, wenn V_B auf einen Pegel gerade oberhalb V_min fällt.

8. Schaltung mit:
einer eine Spannung V_B liefernden Leistungsquelle;
einer an der Leistungsquelle angeschlossenen Spannungsreferenz (200), die eine Referenzspannung V_r liefert, wobei die Span nungsreferenz (200) zuverlässig oberhalb eines akzeptablen Min dest-Spannungspegels V_min der Leistungsquelle arbeitet;
einer Spannungsteilerschaltung mit einem ersten Widerstand und einem zweiten Widerstand, die in Reihe an der Leistungsquelle angeschlossen sind, wobei der zweite Widerstand eine Spannung V_R2 liefert;
einem an der Leistungsquelle angeschlossenen im Zeitmultiplex betrieb arbeitenden Analog-Digital- (A/D-) Wandler, wobei V_f und V_R2 sequentiell in den A/D-Wandler eingegeben und jeweils in Di gitalwerte umgewandelt werden; und
einem Mikroprozessor (20), in den die Digitalwerte von V_r und V_R2 eingegeben werden, damit diese zum Bestimmen eines Zustands V_r < V_R2 verglichen werden, wobei der Wert des ersten Wider stands und der Wert des zweiten Widerstands derart gewählt werden, dass der Zustand V_r < V_R2 eintritt, wenn V_B auf einen Pe gel gerade oberhalb V_min fällt.

9. Schaltung mit:
einer eine Spannung V_B liefernden Leistungsquelle;
einer an der Leistungsquelle angeschlossenen Spannungsreferenz (200), die eine Referenzspannung V_r liefert, wobei die Span nungsreferenz (200) zuverlässig oberhalb eines akzeptablen Min dest-Spannungspegels V_min der Leistungsquelle arbeitet;
einer Spannungsteilerschaltung mit einem ersten Widerstand und einem zweiten Widerstand, die in Reihe an der Leistungsquelle angeschlossen sind, wobei der zweite Widerstand eine Spannung V_R2 liefert;
einem an die Spannungsreferenz (200) angeschlossenen ersten Analog-Digital- (A/D-) Wandler, wobei V_r in den ersten A/D- Wandler eingegeben und in einen ersten Digitalwert umgewandelt wird;
einem an den zweiten Widerstand angeschlossenen zweiten Ana log-Digital- (A/D-) Wandler, wobei V_R2 in den zweiten A/D-Wand ler eingegeben und in einen zweiten Digitalwert umgewandelt wird; und
einem Mikroprozessor (20), in den die Digitalwerte von V_r und V_R2 eingegeben werden, damit diese zum Bestimmen eines Zustands V_r < V_R2 verglichen werden, wobei der Wert des ersten Wider stands und der Wert des zweiten Widerstands derart gewählt werden, dass der Zustand V_r < V_R2 eintritt, wenn V_B auf einen Pe gel gerade oberhalb V_min fällt.

10. Schaltung zum Detektieren eines bevorstehenden Ausfalls einer Batterie in einer iontophoretischen Vorrichtung, mit:
einem Mikroprozessor (20) mit einem Analog-Digital- (A/D-) Wandler zum Umwandeln eines Analogeingangssignals in ein Digi talausgangssignal, wobei der Mikroprozessor (20) zwischen einer Spannungsreferenzspannung V_ref und einer Batteriespannung V_cc als Referenz für den A/D-Wandler wählen kann, wobei V_ref vom A/D-Wandler des Mikroprozessors (20) als Analogeingangssignal gelesen wird, wenn V_cc als A/D-Referenz gewählt ist und der A/D- Wandler ein zum Verhältnis (V_ref/V_cc) proportionales Digitalzähl signal ausgibt,
wobei der bevorstehende Ausfall der Batterie festgestellt wird, wenn das Digitalzählsignal größer ist als eine vorbestimmte Schwelle.