DE19853035A1 - Tragbares Mikrodosiersystem zur zeitverzögerten Abgabe von Flüssigkeiten - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Weiterentwicklungen zu DE 19756775.4: Tragbarer Medikamentenspender zur zeitverzögerten Verabreichung von Injektions- oder Infusionspräparaten. Eine Weiterentwicklung betrifft eine pneumatische Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur automatisierten zeitverzögerten Flüssigkeitsabgabe vor, wobei selektivpermeable Materialien verwendet werden, welche die Flüssigkeit passieren lassen, ein treibendes Medium jedoch zurückhalten. Bei einer alternativen Weiterentwicklung wird die Abgabe einer Flüssigkeit elektronisch gesteuert veranlaßt bzw. die Flüssigkeitsmenge elektronisch dosiert, wobei zur Bestimmung der Dosis und des Zeitpunkts der Abgabe die individuelle zirkadiane Rhythmik zugrunde gelegt wird, die vor und während der Applikation mittels geeigneter Sensoren über einen hinreichend langen Zeitraum hinweg aufgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Ober­ begriff eines der Ansprüche 1 und 2 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff eines der Ansprüche 24 und 25. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise als trag­ bare Medikamentenspender eingesetzt, um kleinere Medi­ kamentenmengen zeitverzögert einmalig, in mehreren Do­ sen oder auch über einen gewissen Zeitraum kontinuier­ lich abzugeben. DE 197 56 775.4¹ (bzw. DE 197 33 196.3²) beschreibt einen tragbaren Medikamentenspender zur zeitverzögerten Verabreichung von Injektions- oder In­ fusionspräparaten, der ein Reservoir zur Aufnahme min­ destens einer Flüssigkeit, beispielsweise eines flüssi­ gen Medikaments, ein zur Abgabe der Flüssigkeit dienen­ des Austrittselement sowie eine die Abgabe der Flüs­ sigkeit veranlassende und/oder bewirkende Abgabeeinheit aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vor­ richtung derart geformt ist, daß bei einem jeden Füllpegel der Flüssigkeit eine Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und einem bereits entleerten bzw. zur Abga­ be der Flüssigkeit mit einer anderen Substanz befüllten Volumen des Reservoirs klein ist (Ausnutzung von Kapil­ larkräften) , wobei das Reservoir direkt in den Körper einführbar sein kann.

In DE 197 56 775.4 ist weiterhin ein Sensor, insbeson­ dere ein Glukosesensor vorgesehen. DE 43 42 105 A1 und US 5,795,305 beschreiben ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur nicht-invasiven Bestimmung der Konzentra­ tion der Glucose in Teilen des menschlichen Körpers, insbesondere im menschlichen Blut, unter Durchführung höchstgenauer Temperaturmessungen des menschlichen Kör­ pers. Hierbei werden die Temperaturmeßdaten der Vor­ richtung mittels eines mathematischen Auswertealgoryth­ mus mit einer Kalibrierfunktion verglichen und den Meß­ werten entsprechende Konzentrationswerte zugeordnet.

Profilmessungen der Blutglukosekonzentration während des Tages und der Nacht zeigen Gemeinsamkeiten mit der zirkadianen Rhythmik im menschlichen Körper, die auch bei Variation unterschiedlicher Paktoren wie z. B. der Ernährung oder dem Alter erkennbar bleiben. Unter dem zirkadianen Rhythmus versteht man eine endogen gesteu­ erte etwa 24-stündige Rhythmizität, die sämtliche bio­ logische Funktionen, die durch die Tagesschwankungen geophysikalischer Umweltfaktoren im Sinne von Zeitge­ berwirkungen synchronisiert werden, umfaßt. Der zirka­ diane Rhythmus steuert unter anderem auch die Periodik der Körpertemperatur.

Die vorliegende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 sowie das Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25 weisen gegenüber DE 197 56 775.4 Weiterentwick­ lungen hinsichtlich einer pneumatischen Steuerung und Verabreichung der Flüssigkeit, sowie im Hinblick auf eine Überwachung und Steuerung der Dosierung durch ei­ nen Flußsensor auf. Weiterhin weist die Vorrichtung als Weiterentwicklung Mittel zur Temperatur- oder Wärmemes­ sung auf, die, wie weitreichende spezifische Forschun­ gen des Anmelders inzwischen gezeigt haben, über die in DE 43 42 105 A1 und in US 5,795,305 genannten Anwendun­ gen hinaus, geeignet sind durch häufige Messungen an einem Individuum über einen hinreichenden Zeitraum hin­ weg (beispielsweise mehrere Tage, Wochen oder Monate) den individuellen zirkadianen Rhythmus zu ermitteln. Gleichzeitig werden erganzende Parameter wie Pulsfre­ quenz und/oder Blutdruck, etc. gemessen. Diese Daten werden elektronisch ausgewertet. Mittels dieser Auswer­ tung lassen sich aktuelle ungewöhnliche Veränderungen vegetativer Punktionen bzw. Zustände, die sich in ei­ ner Veränderung des individuellen zirkadianen Rhythmus manifestieren, erfassen und gegebenenfalls automatisch durch Verabreichung entsprechender Medikamente mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung behandeln. Das Ver­ fahren kann unter anderem auch zur Bestimmung der fruchtbaren Tage bei Frauen und zur Erkennung von Schwankungen der Blutglukosekonzentration angewendet werden.

Gemäß Anspruch 1 wird der Zeitpunkt zu dem die Flüssig­ keit abgegeben wird durch eine Zeitsteuerung erreicht, die darauf beruht, daß pro Zeiteinheit eine begrenzte Menge eines Puffermediums durch einen Durchlaß tritt. Die Abgabe der Flüssigkeit erfolgt dann mittels der gleichen Kraft, die verwendet wird, um das Puffermedium durch den Durchlaß treten zu lassen. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann diese Kraft durch komprimierte Luft aufgebracht werden, also pneumatischer Natur sein.

Nach den Kennzeichen des Anspruchs 2 erfolgt eine Steuerung der Dosierung einerseits mittels eines Sen­ sors, der den Fluß der abgegebenen Flüssigkeit oder ei­ nes treibenden Pumpmediums mißt und zur Steuerung der Flüssigkeitsabgabe verwendet. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann dies beispielsweise ein Differenz­ drucksensor sein, der den Druckabfall besagter Flüssig­ keit oder eines Fördermediums über eine Kapillare oder sonstige geeignete Engstelle mißt. Andererseits wird durch mindestens einen Temperatur und/oder Wärmesensor der Verlauf der individuellen Körpertemperatur über ei­ nen hinreichend langen Zeitraum hinweg aufgenommen, so daß der zirkadiane Rhythmus eines Individuums erfaßt wird, und Abweichungen von diesem Rhythmus festgestellt werden können. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann der Temperatursensor beispielsweise ein Halbleiter (et­ wa ein PTC oder NTC), ein Thermoelement bzw. ein Wider­ standsthermometer sein. Der oder die Sensor(en) kann/können intern sein oder extern mit der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung signaltechnisch direkt, beispiels­ weise über Kabel, oder indirekt, d. h. drahtlos bei­ spielsweise per Funk, Infrarot, Ultraschall, etc., verbunden sein.

Eine erste Ausführungsart sieht vor, daß eine Zeitsteuerung der Flüssigkeitsabgabe durch die Bewegung eines Kolbens in einem Zylinder erreicht wird. Auf den Kolben wirkt eine Antriebkraft, beispielsweise durch komprimierte Luft, dergestalt, daß der Kolben auf ein in dem Zylinder befindlichen Puffermedium, beispiels­ weise Luft einwirkt und diese durch einen Durchlaß am gegenüberliegenden Ende des Zylinders nach außen drückt. Der Durchlaß ist so gestaltet, das pro Zeitein­ heit eine begrenzte Menge des Puffermediums austritt. Dieser Durchlaß besteht aus einer oder mehreren Öffnun­ gen, wie Düsen, Blenden, oder Membranfiltern, insbeson­ dere aus Mikro- bzw. Nanodüsen, oder aus für Diffusion geeigneten Materialien oder aus aktiven Biomembranen bzw. entsprechenden anderen aktiven Membranen. Der Kol­ ben besteht aus festem Material.

Eine Version dieser Ausführungsart sieht vor, daß der Kolben aus einer sol- oder gelartigen Substanz oder ei­ ner Flüssigkeit besteht. In diesem Fall ist besagter Zylinder eine, gegebenenfalls gewickelte, Kapillare.

Eine Weiterbildung dieser Ausführungsart sieht vor, daß der Kolben anfangs eine Verbindung zwischen dem Zylin­ der und dem Reservoir verschlossen hält und diese durch seine Bewegung in besagtem Zylinder nach Ablauf einer bestimmten Zeit freigibt und es der treibenden Kraft ermöglicht, die Flüssigkeit zu verabreichen. In diesem Fall verhindert eine geeignete selektivpermeable Mem­ bran, daß die Kolbensubstanz aus dem Zylinder austritt und insbesondere, daß die Kolbensubstanz in das Reser­ voir gelangt.

In einer anderen Weiterbildung dieser Ausführungsart besteht der Kolben aus der zu verabreichenden Flüssig­ keit selbst, wodurch ein separates Reservoir überflüs­ sig wird. Hierbei ist besagter Durchlaß für besagtes Puffermedium mittels einer geeigneten selektivpermea­ blen Membran gegen den Durchtritt der Flüssigkeit ge­ schützt, während eine andere selektivpermeable Membran in unmittelbarer Nähe der vorgenannten Membran die Flüssigkeit passieren läßt, das Puffermedium jedoch zu­ rückhält. Die Flüssigkeit gelangt dann direkt durch ei­ ne geeignete Vorrichtung, beispielsweise eine Injekti­ onsnadel, in den Körper.

Eine andere Ausführungsart sieht vor, daß die Flüssig­ keit elektronisch gesteuert mittels einer Abgabeein­ heit, beispielsweise durch eine Mikromembranpumpe, ver­ abreicht wird. Die geförderte Menge des Pumpmediums bzw. die verabreichte Flüssigkeitsmenge wird mittels eines Flußsensors gemessen, dessen Meßwerte zur Steue­ rung der abgegebenen Dosis mittels einer geeigneten Elektronik weiterverarbeitet werden. Insbesondere sieht diese Ausführungsart vor, daß sowohl besagte Elektronik als auch besagter Flußsensor und gegebenenfalls besagte Abgabeeinheit auf einem geeigneten Substrat unter An­ wendung der Hybridtechnologie zu einem Einheit zusam­ mengefaßt sind.

Eine weitere Ausführungsart verfügt über externe Senso­ ren, welche die Körpertemperatur oder -wärme und die Pulsfrequenz, gegebenenfalls auch die Durchblutung und den Blutdruck eines Individuums erfassen, über einen hinreichend langen Zeitraum hinweg aufnehmen, und den individuellen zirkadianen Rhythmus mittels eines pro­ grammierbaren elektronischen Bauteils, beispielsweise einem Mikrokontroller, bestimmen. Bestimmte Abweichun­ gen vom Langzeitverhalten des zirkadianen Rhythmus, können auf diese Weise erkannt und durch Verabreichung eines entsprechenden flüssigen Medikaments ausgeglichen werden. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit können die besagten bestimmten Abweichungen Schwankungen der Blut­ glukosekonzentration sein.

Eine Weiterbildung dieser Ausführungsart sieht vor, daß der gesamte sensorische Teil der Vorrichtung intern, d. h. in die Vorrichtung selbst integriert ist.

Eine weitere Weiterbildung dieser Ausführungsart sieht vor, daß das Reservoir ausgangsseitig (d. h. an der dem Körper zugewandten Seite) eine selektivpermeable Mem­ bran besitzt, welche die Flüssigkeit passieren läßt, ein Pump- oder sonstiges Fördermedium jedoch zurück­ hält.

Eine Weiterbildung der zuvor genannten Ausführungsarten sieht vor, daß das Reservoir eingangsseitig (d. h. an der, der einwirkenden Kraft zugewandten Seite) eine se­ lektivpermeable Membran besitzt, die ein Pump- oder sonstiges Fördermedium passieren läßt, die Flüssigkeit jedoch zurückhält.

Claims (25)

1. Tragbare Vorrichtung zur zeitverzögerten Verabrei­ chung von Flüssigkeiten, die ein Reservoir zur Aufnahme mindestens einer Flüssigkeit, ein zur Verabreichung der Flüssigkeit in einen Körper einzuführendes Einführele­ ment sowie eine die Verabreichung der Flüssigkeit ver­ anlassende und/oder bewirkende Abgabeeinheit aufweist, wobei das Reservoir direkt in den Körper einführbar sein kann und derart geformt ist, daß bei einem jeden Füllpegel der Flüssigkeit eine Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und einem bereits entleerten Volumen des Reservoirs klein ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgabeeinheit ein Puffermedium und ein Durchlaß vorhanden sind, wobei der Durchlaß pro Zeiteinheit eine begrenzte Menge an Puffermedium austreten läßt.

2. Tragbare Vorrichtung zur zeitverzögerten Verabrei­ chung von Flüssigkeiten, die zur Aufnahme mindestens einer Flüssigkeit ein Reservoir aufweist, das zur Ver­ abreichung an einen Körper anbringbar ist, und die fer­ ner eine die Verabreichung der Flüssigkeit veranlassen­ de und/oder bewirkende Abgabeeinheit aufweist, wobei das Reservoir direkt in den Körper einführbar sein kann und derart geformt ist, daß bei einem jeden Füllpegel der Flüssigkeit eine Grenzfläche zwischen der Flüssig­ keit und einem bereits entleerten Volumen des Reser­ voirs klein ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzdrucksensor den Druckabfall besagter Flüssigkeit oder eines Förder­ mediums über eine Kapillare oder sonstige geeignete Engstelle mißt, und/oder daß mindestens ein Temperatur- und/oder Wärmesensor existiert, der den individuellen zirkadianen Rhythmus durch häufige Messungen der Kör­ pertemperatur an einem Individuum über einen hinrei­ chend langen Zeitraum hinweg ermittelt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß besagter Durchlaß aus einer oder mehreren Öffnun­ gen, wie Düsen, Blenden, oder Membranfiltern, insbeson­ dere aus Mikro- bzw. Nanodüsen, oder aus für Diffusion geeigneten Materialien oder aus aktiven Biomembranen bzw. entsprechenden anderen aktiven Membranen besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Puffermedium mittels Über- bzw. Unterdruck di­ rekt oder indirekt mittels eines Mediums transportiert, beispielsweise gepumpt oder verdrängt, wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4 da­ durch gekennzeichnet, daß ein Kolben oder eine ahnliche geeignete mechanische Vorrichtung vorhanden ist, des­ sen/deren Bewegung das Puffermedium transportiert, beispielsweise pumpt oder verdrängt.

6. Vorrichtung einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch ge­ kennzeichnet, daß besagter Kolben bei Erreichen einer bestimmten Position eine zuvor verschlossene Verbindung zu dem Flüssigkeitsreservoir freigibt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß besagter Kolben mittels mechani­ scher Kraft, durch Über- oder Unterdruck, durch elek­ trische oder magnetische Kraft oder durch ein bzw. meh­ rere chemische Reaktionen bewegt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus festem, gelartigem, solartigem oder flüssigen Material, insbesondere z. B. auch aus der besagten zu verabreichenden Flüssigkeit selbst, bestehen kann, und daß der erwähnte Durchlaß durch geeignete selektivpermeable Vorrichtungen derart ausgelegt ist, daß das Kolbenmaterial den Durchlaß nicht oder fast nicht passieren kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß im Falle, daß besagter Kolben aus besagter Flüssig­ keit selbst besteht, ein oder mehrere selektivpermeable Vorrichtungen am Ende des Kolbenhubs in bzw. an die Wandung des Kolbengehäuses derart ein- bzw. angebracht ist/sind, daß die besagte Flüssigkeit die besagte Vor­ richtung passieren kann, das Puffermedium jedoch voll­ ständig oder größtenteils zurückgehalten wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekenn­ zeichnet, daß besagte selektivpermeable Vorrichtungen aus Membranfiltern oder aus für Diffusion geeigneten Materialien oder aus aktiven Biomembranen bzw. entspre­ chenden anderen aktiven Membranen bestehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß eine einzelne Baugruppe sowohl als besagtes Reservoir, als auch als besagte Ab­ gabeeinheit fungiert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß besagter Temperatur- und/oder Wärmesensor mit min­ destens einem Pulssensor verbunden ist, der geeignet ist die individuelle Pulsfrequenz zu messen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeich­ net, daß besagter Pulssensor aus einem oder mehreren Mikrofon(en) besteht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeich­ net, daß besagter Pulssensor aus Elektroden zur Messung der Aktionsströme des Herzens oder sonstiger geeigneter Ströme besteht.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 12 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß besagter Temperatursen­ sor aus einem oder mehreren Halbleiter(n), beispiels­ weise NTC und/oder PTC, aus einem oder mehreren Thermo­ element(en), aus einem oder mehreren Widerstandsthermo­ meter(n) oder aus einer Kombination aus diesen Meßele­ menten besteht.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 12 bis 15 gekennzeichnet durch mindestens einen Blutdrucksen­ sor, beispielsweise eine Manschette mit Mikrofon und/oder einen Durchblutungssensor, beispielsweise einen Induktionsstrom- bzw. Induktionsspannungssensor oder einen thermischen Sensor.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 12 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß besagte Sensoren für Temperatur, Pulsfrequenz, Blutdruck, bzw. Durchblutung intern, d. h. in die erfindungsgemäße Vorrichtung inte­ griert sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 12 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß besagte Sensoren für Temperatur, Pulsfrequenz, Blutdruck, bzw. Durchblutung extern sind und mit der Abgabeeinheit signaltechnisch direkt, beispielsweise über Kabel, oder indirekt, d. h. drahtlos beispielsweise per Funk, Infrarot, Ultra­ schall, etc., verbunden sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 12 bis 18 gekennzeichnet durch ein geeignetes elektronisches Bauteil, beispielsweise einen Mikrokontroller, zur Er­ mittlung des individuellen zirkadianen Rhythmus aus den Meßwerten der Temperatursensoren unter Berücksichtigung der Pulsfrequenz und/oder des Blutdrucks und/oder zur Ermittlung der abgegebenen Flüssigkeitsinenge pro Zeit, bzw. der abgegebenen Gesamtflüssigkeitsmenge aus dem gemessenen Differenzdruck und zur automatischen Steue­ rung oder Beendigung der Abgabe der besagten Flüssig­ keit und/oder durch ein geeignetes Speichermedium, bei­ spielsweise ein RAM, zur Speicherung der Meßwerte bzw. der ermittelten Werte des individuellen zirkadianen Rhythmus.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 12 bis 19 dadurch gekennzeichnet, daß besagter Differenzdruck­ sensor und/oder besagte Abgabeeinheit und/oder besagtes elektronisches flauteil und/oder besagtes Speichermedium auf einem geeigneten Substrat in Hybridtechnologie zu­ sammengefaßt sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder 12 bis 20 dadurch gekennzeichnet, daß am auslaßseitigen Ende dem Reservoirs ein geeigneter Membranfilter ange­ bracht ist, der die Flüssigkeit passieren läßt, nach­ folgendes besagtes Medium, d. h. das Pump- bzw. Förder­ medium, jedoch vollständig oder größtenteils zurück­ hält

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder 12 bis 21 dadurch gekennzeichnet, daß am eingangsseiti­ gen Ende des Reservoirs, an welchem besagtes Medium eintritt, ein geeigneter Membranfilter angebracht ist, der besagtes eintretendes Medium, d. h. das Pump- bzw. Fördermedium, passieren läßt, besagte Flüssigkeit je­ doch vollständig oder größtenteils zurückhält.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22 da­ durch gekennzeichnet, daß ein Sperrmedium vorhanden ist, das sich zwischen besagter Flüssigkeit und besag­ tem Pump- bzw. Fördermedium befindet und ungeeignet ist, den ausgangsseitigen Membranfilter zu passieren.

24. Verfahren zur mobilen Verabreichung von Flüssigkei­ ten, bei dem mindestens eine Flüssigkeit bevorratet und zeitverzögert verabreicht wird, wobei die Flüssigkeit in einem Reservoir mit einem bei einem jeden Füllpegel kleinen Querschnitt bevorratet wird und ohne wesentli­ che Volumen- oder Formveränderung des Reservoirs durch direkte Einwirkung auf den Füllpegel gefördert wird da­ durch gekennzeichnet, daß eine Zeitverzögerte Abgabe besagter Flüssigkeit/Flüssigkeiten dadurch erfolgt, daß bin Puffermedium derart durch einen Durchlaß tritt, daß pro Zeiteinheit nur eine bestimmte Menge des Pufferme­ diums den Durchlaß passiert.

25. Verfahren zur mobilen Verabreichung von Flüssigkei­ ten, bei dem mindestens eine Flüssigkeit bevorratet und zeitverzögert verabreicht wird, wobei die Flüssigkeit in einem Reservoir mit einem bei einem jeden Füllpegel kleinen Querschnitt bevorratet wird und ohne wesentli­ che Volumen- oder Formveränderung des Reservoirs durch direkte Einwirkung auf den Füllpegel gefördert wird da­ durch gekennzeichnet, daß der Fluß der Flüssigkeit bzw. der Fluß eines Fördermediums gemessen und zur Steuerung der Dosierung verwendet wird, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß über einen oder mehrere Sensor(en) die Körpertemperatur, die Pulsfre­ quenz und/oder der Blutdruck eines Individuums über ei­ nen Zeitraum aufgenommen wird, der es ermöglicht Abwei­ chungen vom individuellen zirkadianen Rhythmus zu be­ stimmen und gegebenenfalls die Abgabeeinheit veranlaßt, ein entsprechendes Medikament automatisch zu dosieren.