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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Zur Behandlung von Krankheiten, wie beispielsweise Diabetes mellitus, kann ein Patient ein Medikament, wie beispielsweise Insulin, eigenständig injizieren. Dazu kann der Patient ein Injektionsgerät verwenden, welches eine Vorwahl der abzugebenden Dosis ermöglicht.
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Die
WO 2015/074979 A2 zeigt ein federunterstütztes Medikamentenabgabegerät.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines eine Dosis eines Dosiergeräts repräsentierenden Werts ein Dosiergerät, weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Die abzugebende Dosis kann über einen Drehknopf am Gerät eingestellt werden. Durch Drücken des Drehknopfs kann die Abgabe der Dosis gestartet werden. Die Dosis ist proportional zu einem Drehwinkel zwischen einer ersten Winkelstellung des Drehknopfs vor Beginn des Einstellens und einer zweiten Winkelstellung nach dem Ende des Einstellens. Daher kann ein Rückschluss auf die Dosis gezogen werden, indem der Drehwinkel erfasst wird.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird der Drehwinkel über einen kapazitiven Drehwinkelsensor erfasst. Dieser ist robust, berührungslos und kann den Drehwinkel mit einer hohen Genauigkeit abbilden.
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Es wird eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines eine Dosis eines Dosiergeräts repräsentierenden Werts vorgestellt, wobei die Erfassungseinrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
einen mit einem drehbaren Dosierknopf des Dosiergeräts koppelbaren kapazitiven Drehwinkelsensor, der dazu ausgebildet ist, einen die Dosis repräsentierenden Drehwinkel des Dosierknopfs in einem Drehwinkelsignal abzubilden; und
eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Wert der Dosis unter Verwendung des Drehwinkelsignals zu bestimmen.
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Unter einem Dosiergerät kann ein Medikamentenabgabegerät, insbesondere ein Insulininjektionsgerät verstanden werden. Eine Dosis kann ein Flüssigkeitsvolumen oder eine Fluidmenge, beispielsweise ein flüssiges Medikament wie Insulin sein, welches von dem Dosiergerät abgegeben werden soll oder abgegeben wird. Ein Dosierknopf kann ein Bedienelement des Dosiergeräts sein. Der Dosierknopf kann ferner drückbar sein. Der Drehwinkel kann ein Winkelschritt zwischen einer Startposition und einer Endposition des Dosisknopfs sein. Ein Drehwinkelsignal kann ein elektrisches Signal sein.
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Der Drehwinkelsensor kann eine Elektrodeneinheit und eine relativ dazu beabstandet drehbar angeordnete elektrisch leitende Störflächeneinheit aufweisen. Die Elektrodeneinheit und die Störflächeneinheit können eine relative Drehbewegung zueinander ausführen. Dabei kann die Störflächeneinheit eine Kapazität der Elektrodeneinheit lokal beeinflussen, sodass über die Kapazität beziehungsweise Kapazitätsänderung auf eine Relativposition geschlossen werden kann.
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Die Elektrodeneinheit kann eine Anzahl von Elektroden aufweisen, die sich von einer Anzahl von Störflächen der Störflächeneinheit unterscheidet, insbesondere wobei die Anzahl der Elektroden größer ist, als die Anzahl der Störflächen der Störflächeneinheit. Damit können zumindest zwei Elektroden von einer Störfläche abhängig von einer Position der Störfläche beeinflusst werden.
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Die Störflächeneinheit kann zumindest eine Störfläche aufweisen und/oder die Elektrodeneinheit kann zumindest zwei Elektroden aufweisen. Insbesondere kann die Störflächeneinheit eine Mittenelektrode und eine damit elektrisch leitend verbundene Störfläche aufweisen. Die Elektrodeneinheit kann eine Mittenelektrode, eine erste und eine zweite Elektrode aufweisen. Durch die Mittenelektroden kann eine Referenzkapazität bereitgestellt werden.
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Die Erfassungseinrichtung kann eine Anzeigeeinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, den Wert oder einen den Wert repräsentierenden Parameter anzuzeigen. Durch eine Anzeigeeinrichtung kann der Wert direkt bereitgestellt werden.
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Die Erfassungseinrichtung kann eine Kommunikationseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, den Wert oder einen den Wert repräsentierenden Parameter bereitzustellen. Durch eine Kommunikationseinrichtung kann der Wert in einem anderen Gerät weiterverwendet werden.
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Der Drehwinkelsensor kann dazu ausgebildet sein, bei Abgabe der Dosis ein Abgabesignal bereitzustellen. Durch das Abgabesignal kann ein weiterer Prozess ausgelöst werden.
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Weiterhin wird ein Dosiergerät mit folgenden Merkmalen vorgestellt:
einem Dosierknopf zum Einstellen einer Dosis, wobei die Dosis über einen Drehwinkel des Dosierknopfs einstellbar ist; und
einer Erfassungseinrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei der Drehwinkelsensor mit dem Dosierknopf gekoppelt ist, um den Drehwinkel zu erfassen.
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Die Auswerteeinrichtung kann in dem Dosierknopf angeordnet sein.
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Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Dosis eines Dosiergeräts vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen eines Drehwinkelsignals eines mit einem drehbaren Dosierknopf des Dosiergeräts gekoppelten kapazitiven Drehwinkelsensors der Erfassungseinrichtung, wobei das Drehwinkelsignal einen die Dosis repräsentierenden Drehwinkel des Dosierknopfs abbildet; und
Bestimmen eines Werts der Dosis unter Verwendung des Drehwinkelsignals.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 ein Blockschaltbild einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 eine Darstellung eines Dosierknopfs mit einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 eine Darstellung einer Elektrodeneinheit und einer Störflächeneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 ein Schaltbild einer Auswerteschaltung zum Auswerten eines Drehwinkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5 Darstellungen von Drehwinkelsensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Erfassungseinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Erfassungseinrichtung 100 ist Bestandteil eines Dosiergeräts 102 mit einem Dosierknopf 104 zum Einstellen einer abzugebenden Dosis. Der Dosierknopf 104 ist gegenüber einem Griff 106 des Dosiergeräts 102 drehbar. Die Dosis ist über einen Drehwinkel des Dosierknopfs 104 zu dem Griff 106 einstellbar. Das Dosiergerät 102 kann beispielsweise eine Medikamentenabgabeeinrichtung, wie ein Insulinpen sein. Über den Dosierknopf 104 kann dann die abzugebende Menge beziehungsweise Einzeldosis des Medikaments beziehungsweise Insulins eingestellt werden.
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Beispielsweise ist der Dosierknopf 104 mit einem Gewinde innerhalb des Griffs 106 gekoppelt, über das durch Drehen des Dosierknopfs 104 ein Hub eines Kolbens voreingestellt wird. Der Hub bestimmt die Dosis. Der Hub kann durch ein axiales Drücken auf den Dosierknopf ausgelöst werden, um das Fluid zu dosieren.
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Die Erfassungseinrichtung 100 ist dazu ausgebildet, einen die abzugebende Dosis repräsentierenden Wert zu erfassen. Dazu weist die Erfassungseinrichtung 100 einen mit dem Dosierknopf 104 gekoppelten Drehwinkelsensor 108 und eine Auswerteeinrichtung 110 auf. Der Drehwinkelsensor 108 stellt ein den Drehwinkel abbildendes Drehwinkelsignal 112 bereit. Die Auswerteeinrichtung 110 bestimmt den Wert 114 der Dosis unter Verwendung des Drehwinkelsignals 112.
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Der Drehwinkelsensor 108 weist eine Elektrodeneinheit 116 und eine elektrisch leitende Störflächeneinheit 118 auf. Die Elektrodeneinheit 116 ist hier mit dem Griff 106 verbunden. Die Störflächeneinheit 118 ist relativ dazu beabstandet angeordnet und mit dem Dosierknopf 104 verbunden. Die Störflächeneinheit 118 dreht sich mit dem Dosierknopf 104 relativ zu der Elektrodeneinheit 116. Die Elektrodeneinheit 116 und die Störflächeneinheit 118 sind quer zu einer Drehachse des Dosierknopfs 104 ausgerichtet. Die Elektrodeneinheit 116 weist eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine Mittenelektrode auf.
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Die Elektroden der Elektrodeneinheit 116 sind mit einer Sensorelektronikeinheit 120 verbunden und werden von dieser mit Wechselspannung 122 beaufschlagt. Dadurch wird ein elektrisches Feld 124 an den Elektroden erzeugt. Eine Kapazität 126 der Elektroden ändert sich in Abhängigkeit von einer Relativposition der Störflächeneinheit 118 zu der Elektrodeneinheit 116. Die Relativposition ist abhängig von dem Drehwinkel. Da eine Geometrie der Elektrodeneinheit 116 und der Störflächeneinheit 118 bekannt ist, kann die Sensorelektronikeinheit 120 das Drehwinkelsignal 112 bereitstellen.
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Die Auswerteeinrichtung 110 liest das Drehwinkelsignal 112 ein und stellt den Wert 114 der Dosis unter Verwendung eines Zusammenhangs zwischen dem Hub des Kolbens und dem Drehwinkel des Dosierknopfs 104 bereit.
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Der Mangel an körpereigenem Insulin bei einer Diabetes mellitus Erkrankung kann durch Injektion eines Insulinpräparates therapiert werden. Die Injektion kann durch Einwegspritzen, permanent vorhandene Insulinpumpen sowie Einweg- und Mehrwegpens ausgeführt werden. Ein Injektionspen 102 kann einem sehr dicken Kugelschreiber ähneln und wird mit Insulinkarpulen bestückt. Eine Karpule ist eine Zylinderampulle, die auf einer Seite eine durchstechbare Membran aufweist. Die andere Seite ist mit einem verschiebbaren Stopfen verschlossen.
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Mit einem Dosisknopf 104 wird die benötigte Insulinmenge durch Drehen eingestellt. Dabei kann der Dosisknopf 104 neben der Drehbewegung auch eine Translationsbewegung ausführen. Je größer der eingestellte Drehwinkel ist, desto weiter wird der Dosisknopf 104 über ein Gewinde aus dem Gehäuse 106 herausgedreht. Der Abstand zwischen Dosisknopf 104 und Gehäuse 106 entspricht dann der Weglänge, um die die Insulinpatrone beim Druck auf den Dosisknopf 104 entleert wird. Die Weglänge kann mit einem Übersetzungsfaktor skaliert sein. Dazu drückt ein Stempel auf die Patrone beziehungsweise Karpule. Dieser Stempel ist am Ende einer weiteren Gewindestange angeordnet, die sich über eine Arretiermechanik nur in eine Richtung drehen lässt. Durch eine weitere Mechanikkomponente beziehungsweise einen Mitnehmer wird sichergestellt, dass der Dosisknopf 104 maximal so weit herausgedreht werden kann, wie der verbleibende Füllstand in der Ampulle ist.
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Der Dosisknopf 104 kann auch nur eine Drehbewegung ausführen. Ebenso kann der Dosisknopf 104 drehbar ausgeführt sein, wobei sein Abstand zum Gehäuse 106 nicht verändert wird. Durch die Drehung wird beispielsweise eine Feder gespannt, deren potenzielle Energie durch eine Mechanik bei der Injektion in eine Translationsbewegung des Stempels überführt wird.
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Bei dem hier vorgestellten Insulinpen 102 wird die letzte Insulindosis mit entsprechendem Injektionszeitpunkt kontinuierlich erfasst.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz wird beispielsweise ein Injektionsgerät 102, insbesondere ein Insulinpen 102 bereitgestellt, welcher eine integrierte Dosissensorik 100 auf Basis eines kapazitiven Drehwinkelsensors 108 enthält. Über den der Drehwinkel des Dosisrads 104 beziehungsweise Dosisknopfs 104 kann damit die injizierte Insulinmenge bestimmt werden. Das Injektionsgerät 102 umfasst neben dem Drehwinkelsensor 108 einen Mikrocontroller 110 zur Messdatenerfassung. Weiterhin kann das Injektionsgerät 102 Elektronikkomponenten zur Kommunikation mit externen Geräten, wie beispielsweise einem Smartphone aufweisen.
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Ein Aspekt des hier vorgestellten Ansatzes ist beispielsweise die Schaffung einer Sensoranordnung 100 zur Erfassung der aktuell injizierten Insulinmenge als abzugebender Fluidmenge in Form eines kapazitiven Drehwinkelsensors 108, der die Position des Dosisknopfs 104 bestimmt, über die sich auf die Dosis zurückschließen lässt. Der Wert 114 wird gespeichert und auf einem integrierten Display angezeigt und/oder auf ein externes Gerät übertragen.
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Dadurch ergibt sich eine Erhöhung der Nutzer-Sicherheit. Durch die automatische Erfassung der Insulinmenge ergibt sich ein verringerter Verwaltungsaufwand, da eine händische Protokollführung für den Arzt entfallen kann und stattdessen der automatisch erfasste Dosiswert 114 beispielsweise in einer Smartphone App elektronisch dokumentiert wird und elektronisch versendet werden kann. Die äußere Form des Insulinpens 102 kann im Wesentlichen gleich bleiben oder es sind nur geringfügige Veränderungen erforderlich. Da bereits vorhandene Komponenten verwendet werden können, ist die hier vorgeschlagene Lösung kostengünstig. Kapazitive Signale können präzise ausgewertet werden.
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Das Messprinzip basiert auf der kapazitiven Kopplung zwischen Elektroden und einer Struktur auf einem beabstandet angeordneten Target 118.
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2 zeigt eine Darstellung eines Dosierknopfs 104 mit einer Erfassungseinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Erfassungseinrichtung 100 entspricht im Wesentlichen der Erfassungseinrichtung in 1. Sämtliche Elektronikkomponenten zur Erfassung der kapazitiven Kopplung, zum Berechnen der Dosis und zur Übermittlung der Daten sind auf einer Leiterplatte 200 innerhalb des Dosisknopfs 104 angeordnet.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Elektronikkomponenten in einem Gehäuse angeordnet. Dabei sind jedoch größere Modifikationen gegenüber dem herkömmlichen Design erforderlich.
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Schematisch dargestellt ist die Leiterplatte 200, welche die Elektroden 202, passive Bauelemente, wie Widerstände oder Kondensatoren für den festen Zweig der Halbbrücke, eine Energieversorgung 204, wie eine Knopfzelle sowie weitere Komponenten 206 trägt. Diese umfassen mindestens einen ASIC zur Anregung der Brücke und zur Messung der Brückenspannung und zur Berechnung der Dosis sowie einen Baustein zur drahtlosen Übermittlung des Wertes, beispielsweise via Bluetooth oder NFC. Die Leiterplatte ist in den Dosisknopf integriert, welcher gegenüber einer feststehenden Baugruppe 208 des Insulinpens drehbar gelagert ist. Diese Baugruppe trägt die Targetstrukturen 118.
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Zusätzlich zur Messung der Drehung kann in einem Ausführungsbeispiel die Aktivierung des Insulinpens beziehungsweise das Einleiten der Injektion durch Drücken des Dosisknopfs 104 diskriminiert werden. Beispielsweise ist die Aktivierung durch Integration einer Feder 210 zwischen dem Dosisknopf 104 und der feststehenden Baugruppe 208 detektierbar. Durch eine Vorspannung von beispielsweise mit einem Newton realisiert die Feder 210 einen definierten Abstand zwischen dem Dosisknopf 104 und der feststehenden Baugruppe 208. Durch Aufbringen einer Kraft in Längsrichtung kann die Vorspannung überwunden werden. Die Verkürzung der Feder 210 führt zur Zunahme der Induktivität der Feder 208. Diese kann beispielsweise durch Verschaltung in einem Schwingkreis indirekt über die Resonanzfrequenzänderung detektiert werden.
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Alternativ können auch weitere Elektroden aufgebracht werden, deren kapazitive Kopplung durch die Abstandsänderung des Dosisknopfs 104 mit der elektrisch leitfähigen Unterseite vergrößert wird. In einem Ausführungsbeispiel wird die Aktivierung durch einen in den Knopf 104 integrierten Taster beziehungsweise Schalter erfasst.
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Alternativ oder zusätzlich zur drahtlosen Übertragung kann der Wert der Dosis nach der Berechnung aus dem Drehwinkel auch auf einem Display 212 dargestellt werden. Dieses ist in einem Ausführungsbeispiel auf der oberen Seite des Dosisknopfs 104 angeordnet sein. Vorteilhaft wird hier beispielsweise ein E-Ink Display 212 eingesetzt, welches eine sehr energiearme dauerhafte Anzeige ermöglicht. Soll eine Anzeige direkt am Gerät möglich sein, kann die Elektronik eine Möglichkeit zur Erfassung der Zeit aufweisen. Diese kann beispielsweise Bestandteil des Mikrocontrollers sein und bei einem ersten Funkkontakt initialisiert werden.
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3 zeigt eine Darstellung einer Elektrodeneinheit 116 und einer Störflächeneinheit 118 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es ist ein Elektrodendesign gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Draufsicht dargestellt. Die Statorseite 116 weist drei Elektroden 300, 302, 304 auf. Davon sind zwei ringsegmentförmig um eine kreisförmige Mittenelektrode 304 angeordnet. Die Störflächeneinheit 118 beziehungsweise das Target 118 besteht aus einem Halbkreis und einem Kreis, welcher deckungsgleich mit der kreisförmigen Elektrode 304 des Stators 116 ist. Es tritt eine drehwinkelabhängige kapazitive Kopplung zwischen der linken ringsegmentförmigen Elektrode 300 und dem Target 118 und der rechten ringsegmentförmigen Elektrode 302 und dem Target 118 auf. Die Kopplung zwischen dem Target 118 und der kreisförmigen Elektrode 304 ist drehwinkelunabhängig.
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4 zeigt ein Schaltbild einer Auswerteschaltung 120 zum Auswerten eines Drehwinkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Schaltung kann beispielsweise in der in 1 dargestellten Sensorelektronikeinheit 120 realisiert sein. Dabei ist ein Ersatzschaltbild des kapazitiven Drehwinkelsensors zur Integration in einem Smartpen dargestellt. Die dargestellte Elektrodenform dient der Zuordnung zu der Sensorstruktur in 3. Die drehwinkelabhängigen Elektroden 300, 302 repräsentieren die variablen Elemente eines Differenzialkondensators. Die winkelunabhängige Kapazität 304 stellt den Mittenabgriff dar. Die Auswertung der Kapazitätsdifferenzen beziehungsweise der Winkelinformation kann durch die dargestellte Halbbrückenschaltung realisiert werden. Das Ausgangssignal 112 ist Uout. Die Brücke wird mit einem Wechselsignal 122 gespeist. Die geeignete Frequenz hängt von den Kapazitätswerten ab und liegt im Bereich von 50 kHz–10 MHz.
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5 zeigt Darstellungen von Drehwinkelsensoren 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel in verschiedenen Winkelstellungen. Die Drehwinkelsensoren 108 bestehen dabei wie in 3 aus der Elektrodeneinheit 116 mit den drei Elektroden 300, 302, 304 und der Störflächeneinheit 118. In der linken Darstellung ist eine Targetverdrehung für eine identische kapazitive Kopplung bei der linken Elektrode 300 und der rechten Elektrode 302 dargestellt. In der rechten Darstellung ist eine maximale kapazitive Kopplung der rechten Elektrode 302 bei minimaler kapazitiver Kopplung der linken Elektrode 300 dargestellt.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 600 kann zum Erfassen einer Dosis eines Dosiergeräts auf einer Auswerteeinrichtung, wie sie beispielsweise in 1 dargestellt ist, ausgeführt werden. Das Verfahren 600 weist einen Schritt 602 des Einlesens und einen Schritt 604 des Bestimmens auf. Im Schritt 602 des Einlesens wird ein Drehwinkelsignal eines mit einem drehbaren Dosierknopf des Dosiergeräts gekoppelten Drehwinkelsensors der Erfassungseinrichtung eingelesen. Dabei bildet das Drehwinkelsignal einen die Dosis repräsentierenden Drehwinkel des Dosierknopfs ab. Im Schritt 604 des Bestimmens wird ein Wert der Dosis unter Verwendung des Drehwinkelsignals bestimmt.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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