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Die Erfindung betrifft ein implantierbares Blutzuckermessgerät für die klinische
Kontrolle, bzw. die Selbstkontrolle des Diabetes-Patienten. Das
Gerät erlaubt
eine sehr häufige
quasi kontinuierliche Bestimmung des Blutzuckers. Es kann gegebenenfalls für die Steuerung
einer Insulinpumpe eingesetzt werden. Dieses Meßinstrument benutzt optische,
photochemische, photoelektronische oder elektronische Sensor zur
Bestimmung der Glucosekonzentration im Blut, bzw. in der ISF des
Patienten. Das Gerät
exponiert ein verkapseltes Reaktionsmedium, beispielweise das Enzym
Glucoseoxidase, welches mit einem Farbstoff versetzt ist, gegenüber dem
Blut und/oder ISF des Patienten. Das Reaktionsgemisch wird anschließend über einen
optischen, photochemischen oder elektronischen Sensor ausgewertet. Die
Reaktionskapseln sind äußerst klein,
der Durchmesser beträgt
beispielsweise nur 20 bis 100 Micrometern, die Anzahl der Kapseln
beträgt
beispielsweise 500.000 pro Gerät
und erlaubt damit eine Messfrequenz von jeweils 3 Minuten über einen
Zeitraum von drei Jahren. Jede Kapsel bzw. jedes Reaktionsmedium
kann nur einmal für
eine Messung verwendet werden.
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Die hohe Anzahl der Kapseln bzw.
Reaktionsmedien erlaubt eine sehr häufige, quasi kontinuierliche
Messung, beispielsweise im Minutentakt. Die Meßergebnisse werden mit Hilfe
eines Induktions-Verfahrens und/oder über Funksignale drahtlos zu
einer außerhalb
des Körpers
befindlichen Gegenstation übertragen.
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Das Implantat besteht aus fünf unterschiedlichen
Modulen:
Im ersten Modul werden das Reaktionsmedium, welches
mit den in den Körperflüssigkeiten
enthaltenen Glucosemolekülen
reagiert und einen Farbumschlag erzeugt, gelagert. Das zweite Module
sorgen für
die Zuführung
des Mediums in die Reaktionskammer und die Exposition gegenüber der
Körperflüssigkeit des
Patienten (ISF oder Blut). Die Reaktionskammer als drittes Modul
ist mit Sensoren ausgestattet, die eine optische und/oder elektrochemische
Messung des Farbumschlags vornehmen und diese an das vierte Modul
drahtlos übermittelt,
welches als Gegenstation außerhalb
des Körpers
die analogen Meswerte in Blutzuckerwerte umrechnet. Alternativ kann
die Verarbeitung der Messwerte auch innerhalb des Körpers vorgenommen
werden. Im fünften
Modul werden die „verbrauchten" Reaktionsmedien
entsorgt und gesammelt. Das fünften
Modul ist über
eine „kommunizierende
Röhre" mit dem ersten Modul
verbunden. Diese sorgt dafür,
daß die
Raumforderung der entsorgten Medien in dem Entsorgungsbehälter exakt
der Raumfreigabe durch die Entnahme von Medien in dem Verratsbehälter entspricht.
In einer vorteilhaften Ausführung
werden neue und verbrauchte Reaktionsmedien durch ein drehbar gelagertes
Trennelement in der Art eines Uhrzeigers voneinander seperiert.
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Nachfolgend ein Ausführungsbeispiel:
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Modul 1: Vorratsbehälter für Reaktionsmedien
(z.B. Mikro-Kapseln)
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Im Vorratsbehälter sind die Reaktionsmedien gespeichert.
Eine vorteilhafte Ausführung
wären Mikrokapseln
bestehend aus Alginat, welche als Reaktionsmedium das Enzym Glucoseoxidase
enthalten, das wiederum mit einem autoflureszierenden Farbstoff
markiert ist. In dem Vorratsbehälter
sind beispielsweise etwa 500.000 Mikrokapseln mit einem Durchmesser
von ca. 20 bis 100 Mikrometern enthalten. Zur gezielten Entleerung
wird der verbleibende Teil des Vorratsbehälters mit verbrauchten Medien wieder
gefüllt.
In einer vorteilhaften Ausführung
sind neue und verbrauchte Reaktionsmedien durch ein drehbar gelagertes
Trenn element in der Art eines Uhrzeigers voneinander getrennt. Das
neue unverbrauchte Reaktionsmedium kann beispielsweise von einem
flüssigen
Konservierungsmittel umgeben sein.
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Modul 2: Mikro-Fördereinheit
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Die Fördereinheit bewegt das Reaktionsmedium
aus dem Vorratsbehälter
in die Reaktionskammer. In einer vorteilhaften Ausführung bewegt
ein Mikro-Stempel die verkapselten Enzyme jeweils einzeln in die
Kammer und in einem zweiten Schritt weiter in den Entsorgungsbehälter. Hierzu
wird der Förderstempel
von einem Mikro-Elektromagneten in seiner Führung im Ruhezustand fixiert
und jeweils vor- und zurückbewegt.
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Modul 3: Reaktionskammer
mit Meßsystem
bzw. Auswerte-Einheit
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In der Reaktionskammer, welche von
Körperflüssigkeit
(Blut oder ISF) durchströmt
wird reagiert die in der Körperflüssigkeit
enthaltene Glucose mit dem Reaktionsmedium, beispielsweise Glucoseoxidase.
In dem hier geschilderten Beispiel setzt das Reaktionsenzym im Laufe
der Reaktion einen Farbstoff frei, der zuvor chemisch an das Enzym
gebunden wurde. Die Menge der in der Körperflüssigkeit enthaltenen Glucose
definiert den Farbumschlag in dem Reaktionsmedium bzw. der Mikrokapsel,
welcher durch den an das Reaktionsenzym gebundenen Farbindikator
erzeugt wird. Alternativ können
auch synthetisch erzeugte Glucose-Imprints oder andere geeignete
Reaktionsmedien verwendet werden.
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Die Reaktionskammer ist mit ein oder
mehreren optischen und/oder elektrochemischen und ein entsprechender
optischer Sensor zugeordnet. Die Messung des Farbumschlags in der
Reaktionskammer kann sowohl im Bereich des sichtbaren Lichts, wie
auch im Bereich des Infrarot-Lichtes erfolgen. Die optischen Messwerte
werden mittels einer Bibliothek einem Blutzuckerwert zugeordnet
und über
ein T/R-Modul drahtlos an eine Gegenstation außerhalb des Körpers übermittelt.
Ein vorteilhafte Ausführung nutzt
beispielsweise einen Sender mit einer Arbeitsfrequenz von 433 MHz,
da diese Frequenz die Körperflüssigkeit
gut durchdringt, nur sehr geringe Sendeenergie aufweist und daher äußerst sparsam
in der Stromaufnahme ist. Der beschriebene Sender kann als ASIC
in Größe eines
Fingernagels ausgeführt werden.
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Alternativ können die analogen Messwerte auch
außerhalb
des Körpers
im Modul 4 in Blutzuckerwerte umgerechnet werden.
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Modul 4: Auswerte-Einheit/T/R-Modul
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In Modul 4 werden die Blutzuckermeßwert emfangen
und verarbeitet und dann dem Patienten bzw. Arzt angezeigt bzw.
gespeichert. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Emfangs- bzw. Anzeigeeinheit
in Form einer Armbanduhr, eines Weckers oder eines Personal Organizers
ausgestaltet.
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Modul 5: Entsorgungs-Behälter
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Wenn ein Reaktionsmedium „verbraucht" ist., d.h. es mit
der Körperflüssigkeit
reagiert hat und für
keine weiteren Messungen mehr benutzt werden kann, so wird es von
der Fördereinheit
mittels Stempelbewegung in die Entsorgungs-Kammer bewegt, wo es
bis zur Entnahme des Implantats verbleibt. Entsorgungs- und Vorratsbehälter sind über eine „kommunizierende
Röhre" miteinander verbunden, so
daß sich
Raumforderung und Raumfreigabe der Reaktionsmedien immer gegenseitig
ausgleichen. Verbrauchte und neue Medien sind in einer vorteilhaften
Ausführung
durch ein drehbar gelagertes Trennelement in der Art eines Uhrzeigers
voneinander separiert.
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Die äußere Gehäuseform des Implantats ist vorteilhafterweise
als „Münze" mit allseits abgeflachten
und verwundeten Kanten auszuführen,
da die biologische Verträglichkeit
dieser Implantatsgeometrie nachgewiesen ist. Das Implantat kann
zur Verminderung einer gewebemäßigen Einkapselung
mit geeigneten Beschichtungen versehen werden.
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Blutzuckermeßgeräte zur Selbstkontrolle sind
aus einer Vielzahl von Patentanmeldungen bekannt.
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Bei den Geräten der genannten Art wird
versucht, aus einem Tropfen Vollblut, der auf einen Teststreifen
aufgetragen wird, eine Bestimmung der Glucosekonzentration vorzunehmen.
Hierzu sticht sich der Patient mit Hilfe einer feinen Lanzette und
gewinnt so einen Tropfen Kapillarblut. Die Blutgewinnung erfolgt
zumeist aus der Fingerkuppe. Der Blutstropfen wird auf einen Teststreifen
aufgetragen, auf dem ein Reaktionsenzym, in diesem Fall Glucoseoxidase,
enthalten ist. Die Reaktion zwischen Blutglucose und Enzym kann
photochemisch, bzw. optisch durch den Farbumschlag eines beigefügten Indiktors gemessen
werden.
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Alternativ kann ein Zerfallsprodukt
dieser Reaktion, in diesem Fall Wasserstoffperoxid, welches an einer
Elektrode einen definierten Stromfluß erzeugt, elektronisch gemessen
werden. Die Höhe des
Stromflusses erlaubt dann eine Bestimmung des Glucosewertes.
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Unabhängig vom gewählten Verfahren
liegt der Meßbereich
dieser Geräte
gewöhnlich
bei 20 bis 600 mg/dl, bzw. 1,1 bis 33,3 mmol/l. Die erzielbare Genauigkeit
dieser portablen Geräte
gegenüber
einer Labormessung, die zumeist mit Hilfe der Hexokinase-Methode
erfolgt, liegt bei ca. 10 bis 15 Prozent.
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Die heute verwendeten Geräte sind
für den Patienten
aus mehreren Gründen
nachteilig: Der Blutzuckerspiegel eines Diabetes-Patienten unterliegt
im Tagesverlauf starken Schwankungen. Die wenigen im Tagesverlauf
durchgeführten
Messungen (normalerweise zwischen 2 und 7 Messungen pro Tag) liefern
viel zu wenig Datenpunkte um eine Einschätzung des Verlaufs der hyper-
und hypoglykämischen
Phasen zu erhalten. Die Folge sind langanhaltende Überzuckerungen
oder versehentliche Unterzuckerungen durch falsche Dosierung der
Insulinmenge.
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Häufige Überzuckerungen
führen
zu Langzeitschäden
wie Sehstörungen,
Gefäßerkrankungen und
Nekrosen, sowie einem erheblich gesteigerten Herzinfarkt- und Schlaganfallsrisiko.
Bei starker Unterzuckerungen fällt
der Patient in ein lebensbedrohliches Koma.
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Darüber hinaus ist die mehrfache
Messung am Tag für
den Patienten schmerzhaft und umständlich. Für jede Messung muß ein Blutstropfen
durch Einstich in die Fingerkuppe oder das Ohrläppchen gewonnen werden. Der
Patient muß ständig ein
Etui mit vielen verschiedenen Utensilien mit sich führen. Hierzu
zählen
das Meßgerät, eine
Dose mit Teststreifen, ein Vorrat an Glucoseflüssigkeit zur Kalibrierung und Überprüfung der
Meßgenauigkeit,
Stechlanzetten und ein Stechhilfegerät. Darüber hinaus müssen nahezu
alle heute erhältlichen
Geräte
zunächst
auf die jeweilige Produktionscharge der Teststreifen durch Eingabe
eines Codes eingestellt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
angesprochenen Probleme zu lösen.
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Dies geschieht dadurch, daß dem Patienten ein
Implantat in das Fettgewebe unter die Haut oder unmittelbar in den
Blutkreislauf eingesetzt wird. Das Implantat würde vorteilhafterweise in der
Leistengegend durch einen ca. 1,5 bis 2 cm langen Schnitt am Rande
der Schambehaarung in das Fettgewebe eingeschoben werden. Dieser
Eingriff kann ambulant unter örtlicher
Betäubung
durchgeführt
werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung würde Vorratskammer,
Reaktionskammer, Meßsystem,
Prozessor, Sender und Stromversorgung und Entsorgungskammer so miniaturisieren,
daß das
Gerät etwa
die Größe und Form
moderner Herzschrittmacher erreichen würde oder in Form einer Geldmünze auszuführen wäre.
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Beispielsweise könnte das Gerät zusätzlich mit
einem Anticoagulant oder einer anderen geeigneten Oberfläche beschichtet
werden, um eine Kapselbildung im Fettgewebe, bzw. eine Stehnosenbildung im
Blutkreislauf zu vermeiden.
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Der Gerät erlaubt eine quasi kontinuierliche Bestimmung
den Glucosegehalt des Blutes, bzw. der ISF und erlaubt eine unmittelbare
Warnung bei Entgleisung des Blutzuckerspiegels. Durch die miniaturisierte
Ausführung
der Reaktionsmedien (z.B. Mikrokapseln) und des dazugehörigen Sensors
kann eine hohe Anzahl der Reaktionsmedien in dem Gerät untergebracht
werden. Da jedes Reaktionsmedium nur einmal für eine Messung verwendet werden
kann, ist die Anzahl der Medien (z.B. Mikrokapseln) ausschlaggebend
für Langlebigkeit
des Implantats und Häufigkeit
der Messungen. So ist bei entsprechender baulicher Ausführung eine
Messung im Abstand weniger Minuten bei gleichzeitiger mehrjähriger Verweildauer
des Implantats im Körper
des Patienten möglich.
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Dies stellt eine dramatisch verbesserte
Diagnostik und damit eine wesentlich wirksamere Diabetes-Therapie
als in der Vergangenheit dar. Langzeitschäden wie Lähmungen, Amputationen Nierenversagen
Wundheilungsstörungen
und Erblindung werden vermieden.
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Das Implantat wird durch vorteilhafterweise durch
eine Batterie versorgt. Alternativ kann Energie auch mittels eines
Induktionsfeldes von außerhalb des
Körpers
in das Gerät
gespeist werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des
Implantats regelt die Häufigkeit
der Messungen in Abhängigkeit
von dem gemessenen Blutzuckerwert. So sollte bei Unterschreiten
der Normwerte eine deutlich häufigere
Messung erfolgen (beispielsweise im Minutentakt) um eine eventuell
lebensbedrohende Hypoglykämie
rechtzeitig zu erkennen. Dasselbe gilt für sehr hohe Blutzuckerwerte,
wie sie typischerweise als postprandiale Spitzen auftreten, d.h.
unmittelbar nach den Mahlzeiten. Bewegt sich der Blutzucker im Normbereich
so wäre
eine seltenere Messung, beispielsweise im Takt von 10 oder 15 Minuten
ausreichend. Mit dieser Regelung ist eine möglichst lange Verweildauer
des Implantats im Körper
zu erreichen.
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Das Implantat übertragt die ermittelten Blutzuckerwerte
mittels eines Funksignals oder eines anderen geeigneten Verfahrens
an eine außerhalb
des Körpers
befindliche Gegenstation, welche die Meßdaten quittiert, vorteilhafterweise
speichert, Warnsignale bei Überschreiten
von Grenzwerten gibt und Kurvenverläufe anzeigt. Für den Fall
einer vorübergehenden
Trennung des Funkkontaktes, d.h. ein Fehlen des Quittungssignals
von der Gegenstation laufen die Meßwerte in einen Überlaufspeicher
im Implantat und werden bei Wiederherstellung des Funkkontaktes
en bloc übermittelt.
Der Überlaufspeicher ist vorteilhafterweise
so dimensioniert, daß zumindest
ein Tagesverlauf zwischengespeichert werden kann.
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Die Gegenstation ist portabel ausgeführt, so daß der Patient
sie immer mit sich führen
kann. Sie kann über
eine geeignete Schnittstelle ihre Daten an einen PC weitergeben
um längerfristige
Beobachtungen und Analysen des Blutzuckerverlaufs durch den behandelnden
Arzt zu ermöglichen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
Implantats erläutert.
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1 stellt
eine schematische Darstellung des Implantats gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
dar. Das Gerät
beinhaltet beispielsweise folgende Komponenten/Merkmale:
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- – Gehäuse (a)
- – Vorratsbehälter mit
drehbar gelagertem Trennelement zum Entsorgungsbehälter (b)
- – Fördereinheit
mit Magnet und Stempel (c)
- – Reaktionsmedium
(Mikrokapsel) (d)
- – Reaktionskammer
(e)
- – Optischer
Emitter/Sensor (f)
- – Entsorgungsbehälter mit
drehbar gelagertem Trennelement zum Vorratsbehälter (g)
- – Prozessor
und T/R-Modul als ASIC ausgeführt (h)
- – Batterie
(i)
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für die Auslegung
der Fördereinheit
mit Elektromagnet sowie dem Förderstempel
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für die Auslegung
der Reaktionskammer und des optischen Emitters und des Sensors.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung des Entsorgungsbehälters mit dem drehbar gelagerten
Trennelement in der An eines Uhrzeigers zwischen Vorrats- und Entsorgungsbehälter
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5 zeigt
eine schematische Darstellung möglicher
Implantationsstellen und des Zusammenwirkens von Implantat (a) und
Gegengerät
(b).