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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 wirbelstrombasierten 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 wirbelstrombasierten 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 eine Fluidmenge oder ein Flüssigkeitsvolumen, 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 Spuleneinheit und eine relativ dazu beabstandet drehbar angeordnete elektrisch leitende Störflächeneinheit aufweisen. Eine Spuleneinheit kann zumindest eine elektrische Spule umfassen.
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Eine Störflächeneinheit kann zumindest eine elektrisch leitfähige Störfläche umfassen. Die Spuleneinheit kann ein mit Strom beaufschlagbares Bauteil sein. Die Störflächeneinheit kann ein passives Bauteil ohne elektrischen Anschluss sein. Die Spuleneinheit kann mit einer elektrischen Schaltung zum Bereitstellen des Drehwinkelsignals verbunden sein. Die elektrische Schaltung kann ein elektrisches Signal für die Spuleneinheit bereitstellen, das ein elektromagnetisches Wechselfeld pro Spule ausbildet. Das Wechselfeld wird durch die Störfläche beeinflusst. Je nach einer Relativposition zwischen der Spule und der Störfläche stellt sich eine positionsabhängige Induktivität der Spule ein. Die Induktivität kann in der elektrischen Schaltung ausgewertet werden und ein Rückschluss auf die Relativposition gezogen werden.
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Die Spuleneinheit kann eine Anzahl von Spulen aufweisen, die sich von einer Anzahl von Störflächen der Störflächeneinheit unterscheidet. Insbesondere kann die Anzahl der Spulen größer sein, als die Anzahl der Störflächen der Störflächeneinheit. Durch die unterschiedlichen Anzahlen ergeben sich Signalverläufe an den Spulen, die einen Phasenversatz aufweisen. Der Phasenversatz ermöglicht eine eindeutige Erfassung der aktuellen Winkelposition und/oder der Drehrichtung.
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Die Störflächeneinheit kann zumindest zwei Störflächen aufweisen. Die Spuleneinheit kann zumindest drei Spulen aufweisen. Drei Spulen ermöglichen drei Signale, die ausgewertet werden können. Bei drei Signalen ergibt sich optional eine Redundanz, da die Winkelposition, je nach Spulendesign und Verschaltung auch aus zwei Signalen ermittelt werden kann.
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Die Spulen der Spuleneinheit können als Leiterbahnen auf einer orthogonal zu einer Rotationsachse des Dosierknopfs ausgerichteten Leiterplatte ausgebildet sein. Leiterbahnen können einfach in Leiterplatten eingebracht werden. Eine Form der Leiterbahnen kann frei gewählt werden.
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Die Erfassungseinrichtung kann eine Anzeigeeinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, den Wert oder einen den Wert repräsentierenden Parameter anzuzeigen. Die Anzeigeeinrichtung kann als Display bezeichnet werden. Die Anzeigeeinrichtung kann den Wert, einen den Wert repräsentierenden Parameter und/oder andere Informationen anzeigen. Durch die Anzeigeeinrichtung kann die Dosis leicht abgelesen werden.
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Die Erfassungseinrichtung kann eine Kommunikationseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, den Wert oder einen den Wert repräsentierenden Parameter bereitzustellen. Eine Kommunikationseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine drahtlose Verbindung zu einem Auswertegerät herstellen. Durch die Kommunikation kann eine Überwachung von einer Mehrzahl an Dosen über einen längeren Zeitraum erfolgen.
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Der Drehwinkelsensor kann dazu ausgebildet sein, bei Abgabe der Dosis ein Abgabesignal bereitzustellen. Dadurch kann zusätzlich zu dem Drehwinkel auch eine lineare Bewegung beim Auslösen der Abgabe erfasst werden. Beispielsweise kann der Drehwinkelsensor einen Schalter umfassen, der ansprechend auf die lineare Bewegung das Abgabesignal bereitstellt. Ebenso kann eine Änderung eines Abstands zwischen der Spuleneinheit und der Störflächeneinheit durch die lineare Bewegung erfasst werden und in dem Abgabesignal abgebildet 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. Dadurch kann ein bisher ungenutzter Platz genutzt werden und die äußere Form des Dosiergeräts bleibt unverändert.
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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 wirbelstrombasierten 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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Der Drehwinkelsensor kann mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden, um das Drehwinkelsignal zu bestimmen. Durch die Wechselspannung kann an zumindest einer Spule ein elektromagnetisches Wechselfeld aufgebaut werden. Eine Induktivität der Spule kann ausgewertet werden, um das Drehwinkelsignal zu erhalten.
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Unter Verwendung einer eine Mehrzahl von Dosen repräsentierenden Werten kann ein Sammelwert bestimmt werden. Der Sammelwert kann beispielsweise eine Gesamtdosis innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums repräsentieren. Beispielsweise kann so eine dosierte Tagesdosis bestimmt werden.
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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 Schnittdarstellung einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 eine Schnittdarstellung einer Erfassungseinrichtung mit einer Anzeigeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 eine Darstellung eines Schwingkreises gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5 eine Darstellung einer Spuleneinheit mit drei Spulen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6 eine Darstellung von Drehwinkelsignalen einer dreispuligen Spuleneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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7 eine Darstellung einer Spuleneinheit mit sechs Spulen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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8 eine Darstellung von Drehwinkelsignalen einer sechsspuligen Spuleneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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9 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 Dosis repräsentierenden Wert zu erfassen. Dazu weist die Erfassungseinrichtung 100 einen mit dem Dosierknopf 104 gekoppelten wirbelstrombasierten 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 Spuleneinheit 116 und eine Störflächeneinheit 118 auf. Die Spuleneinheit 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 Spuleneinheit 116. Die Störflächeneinheit 118 weist zumindest eine elektrisch leitende Störfläche auf. Die Spuleneinheit 116 weist zumindest eine elektrisch leitende Spule auf. Die Spuleneinheit 116 ist mit einer Sensorelektronikeinheit 120 verbunden und wird von dieser mit Wechselspannung 122 beaufschlagt. Dadurch wird an der Spule ein elektromagnetisches Wechselfeld 124 aufgebaut. Wenn zumindest eine Störfläche der Störflächeneinheit 118 in einem Einflussbereich des Wechselfelds 124 angeordnet ist, wird das Wechselfeld 124 beeinflusst und eine Induktivität 126 der Spule ändert sich.
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Die Spule ist Bestandteil eines Schwingkreises der Sensorelektronikeinheit 120. Eine Resonanzfrequenz des Schwingkreises ist abhängig von der Induktivität 126. Um den Schwingkreis in Resonanz zu betreiben, passt die Sensorelektronikeinheit 120 eine Frequenz der Wechselspannung 122 an die Resonanzfrequenz an. Die Frequenz der Wechselspannung 122 ist damit abhängig von einer Relativposition von Spule und Störfläche. Die Relativposition ist abhängig von dem Drehwinkel. Da eine Geometrie der Spuleneinheit 116 und der Störflächeneinheit 118 bekannt ist, kann die Sensorelektronikeinheit 120 das Drehwinkelsignal 112 unter Verwendung eines Zusammenhangs zwischen der Resonanzfrequenz und dem Drehwinkel bereitstellen.
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Mit anderen Worten ist die Spulenanordnung 116 des Drehwinkelsensors 108 Bestandteil einer Schwingkreisanordnung des Drehwinkelsensors 108. Die Induktivität 126 von Spulen der Spulenanordnung 116 wird durch die drehbar zu der Spulenanordnung 116 angeordnete Störflächenanordnung 118 des Drehwinkelsensors 108 beeinflusst. Das Drehwinkelsignal 114 wird unter Verwendung von durch die Induktivität 126 beeinflussten Resonanzfrequenzen von Schwingkreisen der Schwingkreisanordnung bestimmt.
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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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Es wird ein Injektionsgerät 102, insbesondere ein Insulinpen 102, mit einer Dosissensorik 100 auf Basis eines Wirbelstrom-Drehwinkelsensors 108 vorgestellt.
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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 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 ein Injektionsgerät 102, insbesondere ein Insulinpen 102 bereitgestellt, welcher einen integrierten Drehwinkelsensor 108 auf Wirbelstrombasis enthält, über den der Drehwinkel des Dosisrads 104 beziehungsweise Dosisknopfs 104 und damit die injizierte Insulinmenge bestimmt werden kann. 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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Der Kern ist eine Sensoranordnung 100 zur Erfassung der aktuell injizierten Insulinmenge in Form eines Drehwinkelsensors 108 auf Wirbelstrombasis, 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 unverändert bleiben. Da bereits vorhandene Komponenten verwendet werden können, ist die hier vorgeschlagene Lösung kostengünstig. Induktive Signale können präzise ausgewertet werden.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Erfassungseinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Erfassungseinrichtung 100 entspricht im Wesentlichen der Erfassungseinrichtung in 1. Die Erfassungseinrichtung 100 ist hier in dem Dosisknopf 104 angeordnet. Dabei ist eine Leiterplatte 200 mit der Spuleneinheit 116 in einem Hohlraum des Dosisknopfs 104 angeordnet. Die Auswerteeinrichtung 110 und der Drehwinkelsensor 108 werden über eine in dem Dosisknopf 104 angeordnete Knopfzelle oder einen anderen Energiespeicher (z.B. Kondensator) 202 mit elektrischer Energie versorgt.
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Die Störflächeneinheit 118 ist mit einem Teil 204 des Dosiergeräts verbunden, an dem der Dosisknopf 104 drehbar gelagert ist.
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Es ist die Integration in den Injektionspen dargestellt. Sämtliche Elektronikkomponenten 100 zur Erfassung der Induktivität, zum Berechnen der Dosis und zum Übermitteln der Daten sind auf einer Leiterplatte 200 innerhalb des Dosisknopfs 104 angeordnet. Alternativ ist eine Unterbringung im Gehäuse möglich. Dies erfordert jedoch größere Modifikationen gegenüber dem herkömmlichen Design.
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Schematisch dargestellt ist die Leiterplatte 200, welche die Sensorspulen 116, die Resonanzkondensatoren zur bevorzugten Messung der Induktivität über die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, eine Energieversorgung 202, beispielsweise eine Knopfzelle sowie weitere Komponenten trägt. Diese umfassen mindestens einen Mikrocontroller zur Messung der Resonanzfrequenzen und zur Berechnung der Dosis sowie einen Baustein zur drahtlosen Übermittlung des Wertes, beispielsweise via Bluetooth oder NFC. Die Leiterplatte 200 ist in den Dosisknopf 104 integriert, welcher gegenüber einer feststehenden Baugruppe 204 des Insulinpens drehbar gelagert ist. Diese Baugruppe 204 trägt die Targetstrukturen 118. Der Abstand zwischen Target 118 und Sensorleiterplatte 200 kann über eine nicht dargestellte Feder konstant gehalten werden.
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Die Messung der Drehung ist die zentrale Aufgabe des Drehwinkelsensors 100. In einem Ausführungsbeispiel wird die Aktivierung des Insulinpens beziehungsweise das Einleiten der Injektion durch Drücken des Dosisknopfs 104 diskriminiert. Durch Integration einer Feder zwischen dem Dosisknopf 104 und der feststehenden Baugruppe 204 ist die Aktivierung detektierbar. Durch die Vorspannung beispielsweise mit einem Newton [N] bewirkt die Feder einen definierten Abstand zwischen den Sensorspulen 116 auf der Leiterplatte 200 und den Targetelementen 118 auf der feststehenden Baugruppe 204. Durch Aufbringen einer die Vorspannung übersteigenden Kraft in Längsrichtung kann die Vorspannung überwunden werden. Der Abstand zwischen Sensorspule 116 und Target 118 wird entsprechend reduziert. Die Reduzierung des Abstands bewirkt eine Erhöhung der Frequenzverschiebung der Schwingkreise. Beispielsweise erhöht sich der obere Wert eines z. B. dreiphasigen Sinussystems auf 32 MHz anstelle von 29 MHz. Nach Anwendung der Clarke-Transformation entsteht ein idealerweise offsetfreies sin/cos-System. Durch Berechnung der Amplitude via a = sin^2 + cos^2 kann auf den Abstand zwischen den Sensorspulen 116 und dem Target 118 geschlossen werden. Alternativ ist auch ein Kontaktschalter im Dosisknopf 106 möglich, der durch den Druck des Benutzers während der Injektion geschlossen wird.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung einer Erfassungseinrichtung 100 mit einer Anzeigeeinrichtung 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Erfassungseinrichtung 100 ist wie in 2 innerhalb des Dosisknopfs 104 angeordnet. Die Anzeigeeinrichtung 300 ist an einer Außenseite des Dosisknopfs 104 angeordnet. Zusätzlich sind hier diskrete Bauelemente auf der Leiterplatte 200 angeordnet. Neben Durchkontaktierungen 302 zu der nicht dargestellten Spuleneinheit ist ein Kondensator 304 als Bestandteil eines Schwingkreises angeordnet. Daneben sind Elektronikkomponenten 306 mit integrierten Schaltkreisen zur Messung der Frequenz des Schwingkreises angeordnet.
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Alternativ zur drahtlosen Übertragung oder zusätzlich kann der Wert der Dosis nach der Berechnung aus dem Drehwinkel auch auf einem Display 300 dargestellt werden. Dieses kann sich auf der oberen Seite des Dosisknopfs 104 befinden. In einem Ausführungsbeispiel wird ein E-Ink Display 300 verwendet, welches eine sehr energiearme dauerhafte Anzeige ermöglicht.
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In einem Ausführungsbeispiel ist eine Erfassung der Zeit Bestandteil des Mikrocontrollers und kann beispielsweise bei einem ersten Funkkontakt initialisiert werden. Weiterhin ist ein Kondensator 304 Bestandteil des Schwingkreises mit den beiden Spulenkontakten 302. Die Elektronikkomponenten 306 sind zur Messung der Frequenz, zur Berechnung des Drehwinkels und der Dosis sowie zur drahtlosen Kommunikation ausgebildet. Alle Komponenten sind auf einer Leiterplatte 200 integriert.
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4 zeigt eine Darstellung eines Schwingkreises 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Schwingkreis 400 entspricht im Wesentlichen einem der Schwingkreise in 3. Der Schwingkreis weist eine veränderbare Induktivität 402 beziehungsweise eine Spule 402 mit variabler Induktivität und einen dazu parallel geschalteten Kondensator 304 auf. Die Induktivität 402 entspricht einer der Spulen einer Spuleneinheit, wie sie in den 1 und 2 dargestellt sind. Die Induktivität 402 wird durch die Position der Störflächen der Störflächeneinheit beeinflusst.
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Der zugrunde liegende Messeffekt des Drehwinkelsensors ist die Induktivitätsänderung einer Planarspule
402, wenn sich über dieser ein Target aus elektrisch leitfähigem Material befindet. Wird an die Spule
402 eine Wechselspannung angelegt, so entsteht ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches in dem Target einen Wirbelstrom induziert. Dieser erzeugt ein zum ersten Feld entgegengesetztes Feld, was zu einer reduzierten Induktivität der Sensorspule
402 führt. Wird die Spule
402 in einem elektrischen Schwingkreis
400 verschaltet, ändert sich dadurch die Resonanzfrequenz desselben gemäß
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Je mehr die Sensorspule 402 vom Target überdeckt wird oder je näher das Target der Sensorspule 402 kommt, desto größer wird die Frequenz des Schwingkreises 400. Bei konstantem Abstand zwischen Sensorspule 402 und Target ergibt sich eine Frequenzänderung durch Überstreichen der Sensorspule 402 durch das Target. Dazu ist das Target entlang seines Umfangs strukturiert. Eine Messung der Frequenz, beispielsweise durch Zählen der Perioden innerhalb eines definierten Zeitfensters erlaubt demnach einen Rückschluss auf die Targetposition. Damit eignet sich die gesamte Anordnung als Drehwinkelsensor. Die verwendeten Kondensatoren 304 werden so gewählt, dass eine Frequenz im Bereich einiger zehn MHz erreicht wird.
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Prinzipiell sind verschiedene Ausführungsformen der Spulen 402 und des Targets möglich. In den nachfolgenden 5 bis 8 sind einige Ausführungsbeispiele mit Beispielsignalen dargestellt.
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5 zeigt eine Darstellung einer Spuleneinheit 118 mit drei Spulen 500, 502, 504 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Spuleneinheit 118 ist als kreisringförmige Leiterplatte 200 ausgebildet. Die Spulen 500, 502, 504 sind auf einer Seite der Leiterplatte 200 als planare Spulen aus je einer spiralförmig angeordneten Leiterbahn ausgebildet. Jede Spule weist die Form eines Kreisringsegments auf und deckt näherungsweise 120 Grad ab.
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6 zeigt eine Darstellung von Resonanzverläufen 600, 602, 604 einer dreispuligen Spuleneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Spuleneinheit entspricht im Wesentlichen der Spuleneinheit in 5. Die Signale 600, 602, 604 repräsentieren die Resonanzfrequenzen von drei Schwingkreisen in Abhängigkeit eines Drehwinkels 606 einer Störflächeneinheit 118. Die drei Schwingkreise entsprechen dabei im Wesentlichen je einem Schwingkreis, wie er in 4 dargestellt ist. Die Spulen der Schwingkreise entsprechen im Wesentlichen den Spulen in 5. Die Resonanzverläufe 600, 602, 604 sind in einem Diagramm aufgetragen, das auf der Abszisse den Drehwinkel der Störflächeneinheit 118 in Grad über eine halbe Umdrehung aufgetragen hat. Auf der Ordinate ist die Resonanzfrequenz angetragen. Die Resonanzverläufe 600, 602, 604 sind sinusförmige Kurven mit einer Phasenverschiebung von 60 Grad zueinander.
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In einem Ausführungsbeispiel werden drei Spulen 500, 502, 504 von zwei Targets 118 überstrichen. Es ist ein Spulendesign bestehend aus drei Sensorspulen 500, 502, 504 dargestellt. Die Spulensegmente haben einen Öffnungswinkel von 100°. Durch Überdeckung mit zwei Targetelementen 118, welche einen Öffnungswinkel von 120° aufweisen, kann ein annähernd sinusförmiger Signalverlauf 600, 602, 604 erreicht werden. Das dreiphasige Sinussignal 600, 602, 604 kann mittels Clarke-Transformation in ein sin/cos-Signal überführt werden. Die Berechnung des Drehwinkels 606 erfolgt durch Anwendung der arcTan-Funktion. Vorteilhaft ist das Target 118 als Stanzteil oder als Leiterplatte ausgeführt und in einem Abstand zwischen 0,5 mm und 1,5 mm zu der Sensorleiterplatte 200 angeordnet. Die Eineindeutigkeit beziehungsweise ein Messbereich der Anordnung von 120° kann durch Zählen der Perioden beliebig erweitert werden, sodass auch Winkel größer als 120° messbar sind.
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7 zeigt eine Darstellung einer Spuleneinheit 118 mit sechs Spulen 500, 502, 504, 700, 702, 704 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Spuleneinheit 118 entspricht im Wesentlichen der Spuleneinheit in 6. Im Gegensatz dazu deckt eine kreisringsegmentförmige Flachspule einen Winkel von 60 Grad ab.
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8 zeigt eine Darstellung von Resonanzverläufen 600, 602, 604, 800, 802, 804 einer sechsspuligen Spuleneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Darstellung entspricht im Wesentlichen der Darstellung in 6. Im Gegensatz dazu ist hier auf der Abszisse der Drehwinkel 606 über eine viertel Umdrehung aufgetragen. Der erste Resonanzverlauf 600 und der vierte Resonanzverlauf 800 stimmen überein. Der zweite Resonanzverlauf 602 und der fünfte Resonanzverlauf 802 stimmen überein und weisen eine Phasenverschiebung von 30 Grad gegenüber dem ersten Resonanzverlauf 600 und den vierten Resonanzverlauf 800 auf. Der dritte Resonanzverlauf 604 und der sechste Resonanzverlauf 804 stimmen überein und weisen eine Phasenverschiebung von 30 Grad gegenüber dem zweiten Resonanzverlauf 602 und den fünften Resonanzverlauf 802 auf.
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In einem Ausführungsbeispiel werden sechs Spulen 500, 502, 504, 700, 702, 704 von vier Targets 118 überstrichen. Es ist ein Spulendesign bestehend aus sechs Sensorspulen 500, 502, 504, 700, 702, 704 dargestellt. Die Spulensegmente haben einen Öffnungswinkel von 50°. Durch Überdeckung mit vier Targetelementen 118, welche einen Öffnungswinkel von 60° aufweisen, kann ein annähernd sinusförmiger Signalverlauf 600, 602, 604, 800, 802, 804 erreicht werden. Das dreiphasige Sinussignal 600, 602, 604, 800, 802, 804 kann mittels Clarke-Transformation in ein sin/cos-Signal überführt werden. Die Berechnung des Drehwinkels erfolgt durch Anwendung der arcTan-Funktion.
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Die Signale der ersten und der vierten Spule, der zweiten und der fünften Spule sowie der dritten und der sechsten Spule sind idealerweise identisch. Es ist möglich, diese Identität für Redundanzzwecke zu verwenden. Somit bilden idealerweise die erste, dritte und fünfte Spule und die zweite, vierte und sechste Spule ein unabhängiges System. Weiterhin können auch gegenüberliegende Spulen in Reihe verschaltet werden. Generell sind auch andere Spulen- und Targetgeometrien sowie deren Kombination denkbar.
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Es ist ebenso möglich, die Spulen auf unterschiedlichen Frequenzen abzugleichen und auf diese Weise die EMV-Eigenschaften zu verbessern.
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9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900 zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 900 kann auf einer Erfassungseinrichtung, wie sie beispielsweise in 1 dargestellt ist ausgeführt werden. Das Verfahren ist dazu geeignet, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Dosis eines Dosiergeräts zu betreiben. Das Verfahren 900 weist einen Schritt 902 des Einlesens und einen Schritt 904 des Bestimmens auf. Im Schritt 902 des Einlesens wird ein Drehwinkelsignal eines mit einem drehbaren Dosierknopf des Dosiergeräts gekoppelten wirbelstrombasierten Drehwinkelsensors der Erfassungseinrichtung eingelesen. Das Drehwinkelsignal bildet einen die Dosis repräsentierenden Drehwinkel des Dosierknopfs ab. Im Schritt 904 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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