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Die
Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zur kontrollierten Freisetzung
einer Substanz. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System aus
einer Dosiervorrichtung und einem externen Gerät sowie ein Verfahren zum Betreiben
einer Dosiervorrichtung.
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Insbesondere
im medizinischen Bereich sind bereits Dosiervorrichtungen in unterschiedlichen Ausführungsformen
bekannt, die jeweils für
eine Implantation in den Körper
eines Patienten vorgesehen sind. Eine derartige Dosiervorrichtung
dient dazu, an einer gewünschten
Stelle im Körper
des Patienten ein Medikament in einer gewünschten Dosierung freizusetzen.
Hierzu weist die Dosiervorrichtung einen Vorratsbehälter zur
Bevorratung des Medikaments und eine Pumpeinrichtung zum Fördern des
Medikaments vom Vorratsbehälter
zu einer Austrittsöffnung auf,
durch die das Medikament aus der Dosiervorrichtung austritt und
dadurch im Körper
des Patienten freigesetzt wird. Probleme bei der technischen Realisierung
von Dosiervorrichtungen bestehen insbesondere hinsichtlich der Energieversorgung
der Pumpeinrichtung und eines Schutzes vor einer Fehlbedienung der
Dosiervorrichtung. Die Energieversorgung kann beispielsweise durch
Batterien erfolgen, die zusammen mit der Dosiervorrichtung in den
Körper
des Patienten implantiert werden. Dies hat allerdings den Nachteil,
dass eine relativ großvolumige
Anordnung zu implantieren ist und für einen Batteriewechsel ein operativer
Eingriff erforderlich ist.
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Alternativ
dazu ist es aus der
DE
19718 963 C1 bekannt, eine unter die Haut implantierte
Dosierpumpe mit einem Permanentmagneten auszustatten. Zur Förderung
eines Medikaments aus einem Medikamentenreservoir wird ein Elektromagnet
auf die Haut aufgesetzt, der ein Magnetfeld zur Betätigung der
Dosierpumpe erzeugt. Wenn keine weitere Förderung erfolgen soll, wird
der Elektromagnet wieder entfernt. Auf diese Weise kann zwar auf
das Im plantieren von Batterien verzichtet werden. Allerdings wirkt
während
des Betriebs der Dosierpumpe ein relativ starkes Magnetfeld auf
den Körper
des Patienten ein.
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Aus
der
EP 0 741587 B1 ist
eine implantierbare Dosiervorrichtung ohne Batterien oder elektronische
Bauteile bekannt, die rein passiv arbeitet. Die Förderung
des Medikaments erfolgt dabei manuell durch einen Fingerdruck des
Patienten im Bereich einer dafür
vorgesehenen Stelle der Dosiervorrichtung. Eine automatische Dosierung
ist bei dieser Bauart nicht möglich.
Außerdem
besteht kein Schutz gegen eine Fehlbedienung.
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Weiterhin
sind bereits implantierbare Messeinrichtungen bekannt, die in der
Lage sind, Messwerte zu speichern und drahtlos zu übertragen.
So offenbart die
DE
197 28 069 C1 eine Vorrichtung zur Messung des Augeninnendrucks
mit einer in ein Auge implantierbaren Fernmesseinrichtung. Die Fernmesseinrichtung
weist einen Datalogger auf, in welchen die Messdaten eines Drucksensors speicherbar
sind. Während
eines Sende-Empfangsbetriebs sind die Messdaten aus dem Datalogger zeitlich
begrenzt abfragbar. Aus der
DE 199 45 879 A1 ist eine Ausführung der
Fernmesseinrichtung als ein faltbares Implantat bekannt. Dabei ist
eine Spule auf einer faltbaren Trägerfolie angeordnet. Mit der Spule
ist wenigstens ein die Elektronik der Fernmesseinrichtung enthaltender
elektronischer Baustein elektrisch kontaktiert. Die so gebildete
Anordnung ist in ein faltbares biokompatibles Implantatmaterial
eingegossen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung so
auszubilden, dass diese zuverlässig
arbeitet und gegen Fehlbedienung geschützt ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Dosiervorrichtung zur
kontrollierten Freisetzung einer Substanz weist einen Vorratsbehälter zur
Bevorratung der Substanz, eine Austrittsöffnung zur Ausgabe der Substanz
und eine steuerbare Aktuatoreinrichtung zur Durchführung der
Freisetzung auf. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung
besteht dabei darin, dass eine Schaltungsanordnung zur kontaktlosen Kommunikation
mit einem externen Gerät
vorgesehen ist.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass eine zuverlässige Funktion der Dosiervorrichtung
gewährleistet
ist und ein guter Schutz gegen eine Fehlbedienung besteht.
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Die
kontaktlose Kommunikation kann über Nahfelder,
vorzugsweise über
magnetische Felder erfolgen, so dass eine vielfach erprobte und
kostengünstige
Technik eingesetzt werden kann. Insbesondere kann die Schaltungsanordnung
eine Transponderschaltung, vorzugsweise eine RFID-Transponderschaltung,
aufweisen.
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Die
Aktuatoreinrichtung ist beispielsweise als eine Fördereinrichtung
zum Fördern
der Substanz vom Vorratsbehälter
zur Austrittsöffnung
oder als eine Ventileinrichtung zum Öffnen und Verschließen eines
Zugangs vom Vorratsbehälter
zur Austrittsöffnung
ausgebildet. Dabei ist die Förderein richtung insbesondere
als eine thermopneumatische Pumpe ausgebildet. Dies hat den Vorteil,
dass für
die Betätigung
der thermopneumatischen Pumpe keine allzu hohen Spannungen erforderlich
sind und dass diese robust und kostengünstig ist.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung
als ein Implantat ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung
einen nichtflüchtigen
Datenspeicher aufweist. Im Datenspeicher können Angaben zu der im Vorratsbehälter enthaltenen
Substanz gespeichert sein, so dass eine schnelle und zuverlässige Identifizierung
dieser Substanz beispielsweise in einem medizinischen Notfall möglich ist.
In einer Weiterbildung weist die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung einen
Sensor zur Erfassung von Betriebsparametern und/oder Umgebungsparametern
auf. Dadurch ist ohne großen
Zusatzaufwand beispielsweise eine Überwachung der Körpertemperatur
eines Patienten möglich,
dem die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung
implantiert wurde.
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Das
erfindungsgemäße System
besteht aus der erfindungsgemäß ausgebildeten
Dosiervorrichtung und einem externen Gerät.
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Die
Dosiervorrichtung weist dabei vorzugsweise einen Energiespeicher
zur Zwischenspeicherung von Energie auf, die kontaktlos vom externen Gerät an die
Dosiervorrichtung übertragen
wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass jeweils eine ausreichende
Energiemenge zur Freisetzung der Substanz vorhanden ist. Dennoch
kann die Übertragung
mit relativ niedrigen Feldstärken
durchgeführt werden.
Außerdem
ist lediglich ein Energiespeicher mit einer geringen Kapazität erforderlich,
der sehr kompakt ausgeführt
sein kann. Ein Auswechseln des Energiespeichers ist infolge der
kontaktlo sen Nachlademöglichkeit
nicht erforderlich. Die Übertragung
der Energie kann auf gleichem Weg wie die kontaktlose Kommunikation
erfolgen, insbesondere mit Feldern, die für die Durchführung der
kontaktlosen Kommunikation moduliert werden. Dies hat den Vorteil,
dass für
die Übertragung
der Energie kein Zusatzaufwand erforderlich ist. Besonders vorteilhaft
ist eine Ausgestaltung, bei welcher der Energiespeicher wahlweise mit
einer Ladeschaltung zum Aufladen des Energiespeichers oder mit der
Aktuatoreinrichtung verbindbar ist.
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Das
externe Gerät
kann eine Einrichtung zur Anzeige der Restmenge der Substanz im
Vorratsbehälter
und/oder zur Ausgabe einer Warnmeldung bei Unterschreitung einer
Mindestmenge aufweisen, so dass eine Entleerung des Vorratsbehälters rechtzeitig
erkannt wird. Insbesondere kann das externe Gerät als ein Mobilfunktelefon
ausgebildet sein, das über
eine Schnittstelle zur kontaktlosen Kommunikation mit der Dosiervorrichtung
verfügt.
Dadurch wird beispielsweise die Möglichkeit geschaffen, eine
Online-Verbindung
aufzubauen und Daten über
große Entfernungen
zu übertragen.
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Die
Freisetzung der Substanz durch die Dosiervorrichtung erfolgt bevorzugt
auf Veranlassung des externen Geräts. Um beispielsweise eine
unerwünschte
Freisetzung durch Störeinflüsse oder
eine Fehlbedienung zu verhindern, kann die Freisetzung der Substanz
einer Steuerung durch die Dosiervorrichtung unterliegen. Dabei kann
ein besonders zuverlässiger
Schutz dadurch erreicht werden, dass für die Freisetzung der Substanz
eine erfolgreiche Authentisierung des externen Geräts durch
die Dosiervorrichtung erforderlich ist. Ein noch höheres Sicherheitsniveau
wird erreicht, wenn für
die Freisetzung der Substanz eine Freigabe durch eine dazu autorisierte
Instanz erforderlich ist.
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In
der Dosiervorrichtung und/oder im externen Gerät können Informationen zur Freisetzung
der Substanz gespeichert werden. Die Informationen können sich
auf eine kumulierte Anzahl von Freisetzungen seit dem letzten Befüllen des
Vorratsbehälters
beziehen. Ebenso ist es möglich,
dass sich die Informationen auf wenigstens einige der Freisetzungszeitpunkte
beziehen. Beispielsweise um eine Fehlbedienung zu verhindern, kann
vorgesehen sein, dass die Durchführung
der Freisetzung der Substanz jeweils von den gespeicherten Informationen
abhängt.
Außerdem
können
die gespeicherten Informationen für eine Ermittlung der jeweils
aktuell vorhandenen Restmenge an Substanz im Vorratsbehälter herangezogen
werden.
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In
einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems werden vom Sensor
erfasste Messdaten von der Dosiervorrichtung zum externen Gerät übertragen
und stehen dadurch beispielsweise für Diagnosezwecke zu Verfügung.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben
einer Dosiervorrichtung zur kontrollierten Freisetzung einer Substanz,
wobei die Dosiervorrichtung einen Vorratsbehälter zur Bevorratung der Substanz,
eine Austrittsöffnung
zur Ausgabe der Substanz und eine steuerbare Aktuatoreinrichtung
zur Durchführung
der Freisetzung aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich
dadurch aus, dass eine kontaktlose Kommunikation zwischen der Dosiervorrichtung
und einem externen Gerät durchgeführt wird.
Die Substanz wird insbesondere auf Veranlassung des externen Geräts freigesetzt.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels sowie
zugehöriger
Weiterbildungen und Abwandlungen erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Systems
in einer schematischen Blockdarstellung und
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2 ein
Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
für die
Schaltungsanordnung.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Systems
in einer schematischen Blockdarstellung. Das erfindungsgemäße System weist
eine Dosiervorrichtung 1 auf, die in den Körper eines
Patienten implantiert ist. Sämtliche
Komponenten der Dosiervorrichtung 1 sind in einer biokompatiblen
Umhüllung
angeordnet und/oder aus einem biokompatiblen Material hergestellt.
Die Dosiervorrichtung 1 weist einen Vorratsbehälter 2 auf,
in dem eine Substanz, beispielsweise ein Medikament, in flüssiger Form
bevorratet wird. Der Vorratsbehälter 2 ist über ein
erstes Schlauchstück 3 mit
einer Mikropumpe 4 verbunden. Anstelle der Mikropumpe 4 oder
zusätzlich
zur Mikropumpe 4 kann auch ein Mikroventil vorgesehen sein.
Die Mikropumpe 4 ist vorzugsweise als eine thermopneumatische
Pumpe ausgeführt,
die mit einer relativ geringen Betriebsspannung von typischerweise
4 bis 25 V betrieben werden kann und eine geringe Leistungsaufnahme
besitzt. Das Funktionsprinzip der thermopneumatischen Pumpe beruht darauf,
dass das Volumen einer Kammer, die mit der zu fördernden Flüssigkeit gefüllt ist,
thermisch beeinflussbar ist und dadurch eine Pumpwirkung erzeugbar
ist. Die benötigte
Wärmeenergie
wird in der Regel durch ein elektrisches Heizelement erzeugt..
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Alternativ
zur thermopneumatischen Pumpe kann die Mikropumpe 4 beispielsweise
als piezoelektrische Pumpe ausgebildet sein. In diesem Fall werden
Maßnahmen
zur Bereitstellung einer ausreichend hohen Betriebsspannung für die piezoelektrische
Pumpe getroffen. Beispielsweise wird ein Spannungswandler vorgesehen. Über ein
zweites Schlauchstück 5 ist
die Mikropumpe 4 mit einer Kanüle 6 verbunden, die
eine Austrittsöffnung 7 aufweist.
Die Kanüle 6 ist
so im Körper
des Patienten angeordnet, dass die Substanz über die Austrittsöffnung 7 an
einer gewünschten
Stelle freigesetzt wird.
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Die
Dosiervorrichtung 1 weist weiterhin eine Schaltungsanordnung 8 auf,
an welche die Mikropumpe 4 über Anschlusskabel 9 angeschlossen
ist. Weiterhin sind eine Antennenspule 10, über welche die
Schaltungsanordnung 8 eine kontaktlose Kommunikation durchführen kann
und ein Sensor 11 an die Schaltungsanordnung 8 angeschlossen.
Vom inneren Aufbau der Schaltungsanordnung 8 ist in 1 lediglich
ein nichtflüchtiger
Speicher 12 dargestellt. Die weiteren Komponenten der Schaltungsanordnung 8 sind
in 2 abgebildet.
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Wie
durch eine in 1 eingezeichnete Hautoberfläche 13 kenntlich
gemacht wird, ist außerhalb
des Körpers
des Patienten ein Lesegerät 14 angeordnet,
das einen nichtflüchtigen
Speicher 15 und eine Anzeigevorrichtung 16 aufweist.
An das Lesegerät 14 ist
eine Antennenspule 17 angeschlossen, die der kontaktlosen
Kommunikation des Lesegeräts 14, insbesondere
mit der Schaltungsanordnung 8 der Dosiervorrichtung 1,
dient.
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Mit
der Dosiervorrichtung 1 kann eine gezielte Freisetzung
einer gewünschten
Menge der im Vorratsbehälter 2 bevorrateten
Substanz im Körper
des Patienten durchgeführt
werden. Die Freisetzung kann beispielsweise da durch veranlasst werden, dass
das Lesegerät 14 in Übertragungsreichweite zur
Schaltungsanordnung 8 gebracht wird und vom Lesegerät 14 ein
entsprechendes Kommando an die Dosiervorrichtung 1 übertragen
wird. Auf das Kommando hin steuert die Schaltungsanordnung 8 die
Mikropumpe 4 an, so dass diese eine kleine Menge der Substanz
aus dem Vorratsbehälter 2 zur
Austrittsöffnung 7 der
Kanüle 6 fördert. Dabei
ist es insbesondere möglich,
dass das Kommando eine Dosieranweisung enthält, die beispielsweise die
Anzahl von Pumpenbetätigungen
angibt und dadurch die freigesetzte Menge der Substanz festlegt.
Um eine unerwünschte Betätigung der
Mikropumpe 4 zu verhindern, ist das erfindungsgemäße System
vorzugsweise so ausgebildet, dass eine Authentisierung zwischen
der Dosiervorrichtung 1 und dem Lesegerät 14 durchgeführt wird.
In diesem Fall führt
die Dosiervorrichtung 1 das vom Lesegerät 14 übermittelte
Kommando nur nach einer erfolgreichen Authentisierung des Lesegeräts 14 gegenüber der
Dosiervorrichtung 1 aus.
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Die
Gesamtzahl an Betätigungen
der Mikropumpe 4 seit dem letzten Befüllen des Vorratsbehälters 2 wird
im Speicher 12 der Dosiervorrichtung 1 und/oder
im Speicher 15 des Lesegeräts 14 gespeichert.
Bei jeder Betätigung
der Mikropumpe 4 wird der bislang gespeicherte Wert entsprechend
inkrementiert, so dass der gespeicherte Wert ein Maß für die Restmenge
der Substanz im Vorratsbehälter 2 darstellt.
Bei bekannter Fördermenge
pro Betätigung der
Mikropumpe 4 und bekannter Füllmenge des Vorratsbehälters 2 kann
die jeweils aktuell vorhandene Restmenge mit Hilfe des gespeicherten
Werts für
die Anzahl der Betätigungen
der Mikropumpe 4 näherungsweise
ermittelt werden. Die jeweils ermittelte Restmenge an Substanz im
Vorratsbehälter 2 kann durch
die Anzeigevorrichtung 16 angezeigt werden. Weiterhin kann
mit Hilfe der Anzeigevorrichtung 16 eine Warnmeldung ausgegeben
werden, wenn ein vorgegebener Mindestwert für die Restmenge unter schritten
wird. Dadurch kann erreicht werden, dass der Vorratsbehälter 2 rechtzeitig
nachgefüllt
wird, beispielsweise durch eine Injektion. Beim Nachfüllen wird
der gespeicherte Wert für
die Anzahl der Betätigungen
zurückgesetzt,
beispielsweise auf den Wert Null.
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Zusätzlich zur
Anzahl der Betätigungen
der Mikropumpe 4 kann auch eine Übersicht der zuletzt ausgeführten Betätigungen
gespeichert werden, bei der auch jeweils der Zeitpunkt der Betätigung vermerkt
ist. Dadurch ist eine Kontrolle bezüglich der durchgeführten Dosierung
der Substanz möglich. Dies
ist beispielsweise dann von Nutzen, wenn die erwartete Wirkung nicht
eintritt, wenn Nebenwirkungen auftreten, wenn der Verdacht einer
Fehlbedienung oder gar missbräuchlichen
Verwendung der Dosiervorrichtung 1 besteht usw. Letzteres
kann insbesondere bei süchtig
machenden Substanzen vorkommen. Die protokollierten Daten können nicht
nur zum Nachweis einer unzulässigen
Freisetzung der Substanz herangezogen werden, sondern es kann mit
Hilfe dieser Daten auch verhindert werden, dass die Substanz in
unzulässiger
Weise freigesetzt wird. Hierzu wird anhand der gespeicherten Daten
geprüft, ob
eine Freisetzung der Substanz aktuell zulässig ist. Beispielsweise kann
geprüft
werden, ob eine maximale Anzahl von Freisetzungen pro Tag noch nicht überschritten
ist oder ob ein Mindestabstand zwischen aufeinander folgenden Freisetzungen
eingehalten ist. Nur bei einem positiven Ergebnis der Prüfung wird
die Mikropumpe 4 betätigt.
Die Prüfung kann
im Lesegerät 14 und/oder
in der Dosiervorrichtung 1 stattfinden. Bei einer Prüfung im
Lesegerät 14 wird
nur im Falle eines positiven Ergebnisses ein Kommando zur Freisetzung
der Substanz an die Dosiervorrichtung 1 übermittelt.
Bei einer Prüfung
in der Dosiervorrichtung 1 wird das Kommando des Lesegeräts 14 nur
bei einem positiven Ergebnis ausgeführt.
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Weiterhin
ist es möglich,
im Speicher 12 der Dosiereinrichtung 1 Informationen über die
im Vorratsbehälter 2 enthaltene
Substanz zu speichern. Diese Informationen können mit einem dazu autorisierten
Lesegerät 14 ausgelesen
und zur Anzeige gebracht werden. Beispielsweise bei einem medizinischen
Notfall ist die Zugänglichkeit
von Informationen über
die im Vorratsbehälter 2 enthaltene
Substanz von Interesse.
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Die
kontaktlose Kommunikation zwischen der Dosiervorrichtung 1 und
dem Lesegerät 14 kann auch
dazu genutzt werden, vom Sensor 11 erzeugte Messdaten von
der Dosiervorrichtung 1 an das Lesegerät 14 zu übermitteln.
Falls der Sensor 11 beispielsweise als ein Temperatursensor
ausgebildet ist, kann auf diese Weise die aktuelle Körpertemperatur des
Patienten an das Lesegerät 14 übermittelt
werden. Ebenso kann der Sensor 11 auch als ein Durchflusssensor
ausgebildet sein, der an der Kanüle 6 angeordnet
ist und den Durchfluss durch die Kanüle 6 überwacht.
Dadurch kann festgestellt werden, ob ein ausreichender Durchfluss
durch die Kanüle 6 vorliegt oder
ob die Kanüle 6 verstopft
ist. Auf Basis der dann im Lesegerät 14 vorliegenden
Information kann beispielsweise ein Warnhinweis ausgeben werden,
so dass der Patient rechtzeitig einen Arzt aufsuchen kann.
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In
einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems werden die an das
Lesegerät 14 übermittelten
Messdaten zur Auswertung online an einen behandelnden Arzt übertragen.
Hierzu wird als Lesegerät 14 ein
Mobilfunktelefon eingesetzt, das z.B. mit einer NFC-Schnittstelle
oder einem Lesemodul zum Lesen von RFID-Datenträgern, wie es z.B. von der Firma
NOKIA unter der Bezeichnung NOKIA MOBILE RFID KIT vorgestellt wurde,
ausgestattet ist.
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NFC
steht für
Near Field Communication und bezeichnet eine kontaktlose Datenübertragung
im Nahfeldbereich. Über
die NFC-Schnittstelle werden die Messdaten von der Dosiervorrichtung 1 an
das Mobilfunktelefon übermittelt,
das diese dann über das
Mobilfunknetz an einen gewünschten
Mobilfunkteilnehmer, beispielsweise den behandelnden Arzt, weiterleitet.
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Die
Verwendung eines Mobilfunktelefons als Lesegerät 14 eröffnet auch
die Möglichkeit,
die Betätigung
der Mikropumpe 4 jeweils von einer Freigabe durch den behandelnden
Arzt anhängig
zu machen. Diese Freigabe kann durch eine über das Mobilfunktelefon übertragene
Authentisierung des Arztes erfolgen. Dabei kann die Authentisierung
dem Mobilfunkgerät
oder der Dosiervorrichtung 1 gegenüber erfolgen. Im ersten Fall
wird die Übermittlung
des Kommandos vom Mobilfunktelefon an die Dosiervorrichtung 1,
im zweiten Fall die Ansteuerung der Mikropumpe 4 von der
erfolgreichen Authentisierung des Arztes abhängig gemacht.
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Durch
die geschilderten Authentisierungsmaßnahmen kann eine unzulässige Freisetzung
der Substanz mit hoher Zuverlässigkeit
verhindert werden. Ebenso wichtig ist es, sicherzustellen, dass
eine gewünschte
Freisetzung der Substanz tatsächlich durchgeführt wird.
Eine wesentliche Voraussetzung hierfür besteht darin, dass jeweils
eine ausreichende Energiemenge zur Betätigung der Mikropumpe 4 verfügbar ist.
Dies wird im Rahmen der Erfindung dadurch gewährleistet, dass die benötigte Energie
jeweils vom Lesegerät 14 an
die Dosiervorrichtung 1 übermittelt wird. Diese Übermittlung
erfolgt in entsprechender Weise wie die Übertragung der Kommandos vom
Lesegerät 14 zur
Dosiervorrichtung 1 und wird im Einzelnen anhand von 2 erläutert.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
für die
Schaltungsanordnung 8. Die Schaltungsanordnung 8 weist
einen Gleichrichter 18 auf, der auf seiner Wechselspannungsseite
mit der Antennenspule 10 verbunden ist. Dem Gleichrichter 18 ist
auf seiner Gleichspannungsseite eine Ladeschaltung 19 nachgeschaltet,
die ausgangsseitig über
einen Schalter 20 mit einem Kondensator 21 verbunden
werden kann. Alternativ zur Ladeschaltung 19 kann der Kondensator 21 über den
Schalter 20 mit der Mikropumpe 4 verbunden werden.
Der Schaltzustand des Schalters 20 wird von einer Transponderschaltung 22 gesteuert,
die der Ladeschaltung 19 parallel geschaltet ist. Die Transponderschaltung 22 kann
als eine fest programmierte State-Machine oder als ein Mikroprozessor
mit einer entsprechenden Software ausgebildet sein, wobei der Speicher 12 jeweils
einen Bestandteil der Transponderschaltung 22 darstellt.
Insbesondere kann die Transponderschaltung 22 als eine
RFID-Transponderschaltung ausgeführt
sein. RFID steht dabei für
Radio Frequency Identification. RFID-Transponderschaltungen werden
beispielsweise bei kontaktlosen Chipkarten eingesetzt.
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Die
Ladeschaltung 19 weist eine Regelschaltung 23 auf,
die an die Gleichspannungsseite des Gleichrichters 18 angeschlossen
ist und einen ersten regelbaren Widerstand 24 sowie einen
zweiten regelbaren Widerstand 25 steuert. Die beiden regelbaren Widerstände 24 und 25 können beispielsweise
jeweils als Transistoren ausgeführt
sein. Der erste regelbare Widerstand 24 ist der Gleichspannungsseite des
Gleichrichters 18 parallel geschaltet. Der zweite regelbare
Widerstand 25 verbindet einen der Anschlüsse der
Gleichspannungsseite des Gleichrichters 18 über eine
Diode 26 mit dem Schalter 20.
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Die
Transponderschaltung 22 kommuniziert mit Hilfe der Antennenspule 10 mit
dem Lesegerät 14 und
empfängt
dabei beispielsweise ein Kommando zur Betätigung der Mikropumpe 4.
Daraufhin steuert die Transponderschaltung 22 den Schalter 20 so
an, dass dieser den Kondensator 21 mit den Anschlusskabeln 9 der
Mikropumpe 4 verbindet, so dass die im Kondensator 21 gespeicherte
elektrische Energie der Mikropumpe 4 zugeführt wird.
Hierzu ist es allerdings erforderlich, dass der Kondensator 21 zuvor
entsprechend aufgeladen wurde. Die dafür benötigte Energie wird über ein
magnetisches Wechselfeld, mit dessen Hilfe auch die kontaktlose
Kommunikation abgewickelt wird, von der Antennenspule 17 des
Lesegeräts 14 an
die Antennenspule 10 der Dosiervorrichtung 1 übertragen.
Durch das magnetische Wechselfeld, das beispielsweise im Frequenzbereich
bei 13,56 MHz ausgebildet werden kann, wird in der Antennenspule 10 der
Dosiervorrichtung 1 eine Spannung induziert, die vom Gleichrichter 18 gleichgerichtet
wird. Da die Feldstärke
des magnetischen Wechselfelds von der Entfernung der beiden Antennenspulen 10 und 17 voneinander
abhängt,
variieren auch die induzierte Spannung und die daraus hergestellte
gleichgerichtete Spannung, die der Aufladung des Kondensators 21 und
der Versorgung der Transponderschaltung 22 dient. Um eine
konstante Versorgungsspannung für
die Transponderschaltung 22 zu erhalten, wird die gleichgerichtete
Spannung von der Regelschaltung 23 auf einen konstanten
Vorgabewert geregelt. Hierzu steuert die Regelschaltung 23 die
beiden regelbaren Widerstände 24 und 25 so
an, dass die gleichgerichtete Spannung den gewünschten Vorgabewert annimmt.
Dabei fließt
durch die beiden regelbaren Widerstände 24 und 25 insgesamt ein
Strom Is, der sich bei dem in 1 gezeigten
ersten Schaltzustand, bei dem der Schalter 20 die Diode 26 mit
dem Kondensator 21 verbindet, aus einem ersten Teilstrom
I1 durch den ersten regelbaren Widerstand 24 und einem
zweiten Teilstrom I2 durch den zweiten regelbaren Widerstand 25 zusammensetzt.
Der Strom Is wird von der Regelschaltung 23 jeweils auf
einen Wert geregelt, der zum Einstellen der gleichgerichteten Spannung
auf den gewünschten
Vorgabewert erforderlich ist. Folglich ist der Strom Is zwangsbestimmt
und kann nicht frei gewählt werden.
Aller dings kann die Aufteilung des Stroms Is in die Teilströme I1 und
I2 frei gewählt
werden.
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Im
Rahmen der Erfindung wird die Aufteilung des Stroms Is in die Teilströme I1 und
I2 so vorgenommen, dass der zweite Teilstrom I2 möglichst
groß ist,
um den Kondensator 21 möglichst
schnell aufzuladen. Hierzu kann der erste regelbare Widerstand 24 zunächst auf
einen unendlich hohen Wert eingestellt werden und der zweite regelbare
Widerstand 25 so angesteuert werden, dass der zweite Teilstrom
I2 dem für
die Einregelung des Vorgabewerts für die gleichgerichtete Spannung
erforderlichen Strom Is entspricht. Mit zunehmender Aufladung des
Kondensators 21 wird der zweite regelbare Widerstand 25 auf
einen immer kleineren Wert eingestellt. Sobald der zweite regelbare
Widerstand 25 seinen Minimalwert erreicht hat, ist es erforderlich,
auch den Wert des ersten regelbaren Widerstands 24 zu reduzieren, um
die gleichgerichtete Spannung auch weiterhin konstant beim Vorgabewert
zu halten. Entsprechend nimmt der zweite Teilstrom I2 ab und der
erste Teilstrom I1 zu. Auf diese Weise kann die zum Aufladen des
Kondensators 21 benötigte
Zeit jeweils auf ein unter den gegebenen Bedingungen mögliches
Minimum reduziert werden. Wie lange diese Zeit tatsächlich ist,
hängt entscheidend
von der Feldstärke
des magnetischen Wechselfelds im Bereich der Antennenspule 10 ab,
da dadurch die induzierte Spannung und somit auch der Strom Is festgelegt
wird, der zur Einregelung des Vorgabewerts für die gleichgerichtete Spannung
benötigt
wird. Der Strom Is steht wiederum maximal als zweiter Teilstrom
I2 zum Laden des Kondensators 21 zur Verfügung. Bei
einer hohen Feldstärke
wird nur eine kurze Ladezeit benötigt.
Bei einer niedrigen Feldstärke
dauert der Ladevorgang entsprechend länger.
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Wenn
der Kondensator 21 einen ausreichenden Ladezustand aufweist,
kann der Schalter 20 von der Transponderschaltung 22 in
einen zweiten Schaltzustand umgeschaltet werden und dadurch der
Kondensator 21 über
die Mikropumpe 4 entladen werden. Dabei kann ein erheblicher
Teil der dem Kondensator 21 langsam zugeführten Ladung in relativ kurzer
Zeit freigesetzt werden und durch diese Energiezufuhr die Mikropumpe 4 betätigt werden,
was letztendlich zu einer Freisetzung einer kleinen Menge der Substanz über die
Austrittsöffnung 7 der
Kanüle 6 führt. Durch
die indirekte Energieübertragung
vom Lesegerät 14 zur
Mikropumpe 4 über
den Kondensator 21 kann die Feldstärke des magnetischen Wechselfelds
relativ niedrig gehalten werden und ist somit gesundheitlich unbedenklich.
Dennoch ist für
eine kurze Zeit ein relativ starker Stromfluss möglich, so dass die Mikropumpe 4 zuverlässig betätigt werden kann.
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Zur
Abwicklung der Kommunikation zwischen dem Lesegerät 14 und
der Dosiervorrichtung 1 wird das magnetische Wechselfeld
entsprechend moduliert, beispielsweise mittels einer ASK-Modulation.
ASK stellt eine Abkürzung
für Amplitude
Shift Keying dar und bedeutet, dass die Amplitude des magnetischen
Wechselfelds im Takt der zu übertragenden
Daten zwischen zwei Werten umgetastet wird. In entsprechender Weise
variiert auch die in der Antennenspule 10 induzierte Spannung.
Um zu verhindern, dass der Kondensator 21 eine Spannung
in die Transponderschaltung 22 einspeist und dadurch das von
der Transponderschaltung 22 empfangene modulierte Signal
verfälscht,
ist die Diode 26 vorgesehen. Die Funktionsweise der Transponderschaltung 22 wird
durch die erfindungsgemäße Verwendung der überschüssigen aus
dem magnetischen Wechselfeld entnommenen Energie zum Aufladen des Kondensators 21 nicht
beeinträchtigt,
so dass beispielsweise zu jedem Zeitpunkt eine uneingeschränkte Kommunikation
mit der Transponderschaltung 22 möglich ist.
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Die
Erfindung kann nicht nur im medizinischen Bereich, sondern auch
bei industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise
können
Schmierstoffe oder chemische Reaktionsstoffe mit der Dosiervorrichtung 1 dosiert
werden.