DE3501534A1 - Verfahren und vorrichtung zum dosieren von insulin oder aehnlichen langzeitmedikamenten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum dosieren von insulin oder aehnlichen langzeitmedikamenten

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DE3501534A1 DE19853501534 DE3501534A DE3501534A1 DE 3501534 A1 DE3501534 A1 DE 3501534A1 DE 19853501534 DE19853501534 DE 19853501534 DE 3501534 A DE3501534 A DE 3501534A DE 3501534 A1 DE3501534 A1 DE 3501534A1
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Description

-A-
Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren von Insulin oder ähnlichen Langzeitmedikamenten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren von Insulin oder anderen Langzeitmedikamenten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise mit dem · Gegenstand der AT-PS 367 292 bekannt geworden.
Gleichartig wirkende Vorrichtungen sind beispielsweise auch mit der US-PS 3 84o oo9 , der US-PS 3 786 813 oder der US-PS 3 788 322 und 3 797 492 bekannt geworden.
Allen bekannten Anordnungen haftet der Nachteil an, daß die mit Treibgas gefüllte Kammer des Vorratsbehälters nur in Abhängigkeit von der Körpertemperatur des mit dem Langzeitmedikament zu versorgenden Körpers beaufschlagt wird . Damit besteht der Nachteil, daß nur vor dosierte Mengen des Medikaments zugeführt werden können; eine Zuführung zusätzlicher Mengen im Bedarfsfall ist nicht möglich.
Die Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine Zuführung zusätzlicher Mengen des Langzeitmedikamentes bei Bedarf möglich ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß von außen die Temperatur des Treibgases und damit der Dampfdruck und die injizierte Menge, zumindest zeitweise, erhöht wird.
Das Verfahren der Temperaturerhöhung durch induktive oder kapazitive Einkoppelung wird hierbei bevorzugt.
Um die Temperaturerhöhung und damit die zusätzliche Dosierung des Medikaments den jeweiligen Erfordernissen 5 optimal anzupassen, wird eine dosierte Energiezufuhr empfohlen. Diese Dosierung kann entweder durch Veränderung der Dauer der Energiezufuhr, aber auch über eine Veränderung der Intensität, z.B. durch Änderung der Amplituden, oder auch kombiniert erfolgen.
Die Einfachheit dieses Verfahrens ist offensichtlich, insbesondere, wenn man die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens betrachtet: Es wird vorge schlagen, eine kurzgeschlossene Induktionsspule im thermischen Einflußbereich des Treibgases, bzw. der dazugehörigen, restlichen, noch nicht verdampften, Treibgasflüssigkeit anzuordnen. Diese Anordnung ermöglicht in einfachster ■ Weise die Zuführung von Energie von außen,um die Temperatur des Systems zu erhöhen.
Um eine unbeabsichtigte überhöhung der Temperatur und damit eine versehentliche überdosierung zu vermeiden, wird die Anordnung eines temperaturbegrenzenden Bauelements, z.B. eines Thermistors vorgesehen. Ein solches Bauelement besitzt einen temperaturabhängigen Widerstand, dessen Kennlinie so gewählt werden kann, daß bei einer bestimmten oberen Grenztemperatur der Widerstand stark ansteigt und einen weiteren Stromfluß praktisch sperrt. Diese Bauelemente sind seit Jahren in vielen Industrieprodukten eingesetzt, absolut zuverlässig und wartungsfrei.
Die Beeinflussung der Dosierung von außen erfolgt erfindungsgemäss mittels eines Kommandogeräts, welches eine mit der Induktionsspule koppelbare Primärspule enthält. Wird diese Primärspule durch einen Wechselstrom erregt- und in den Bereich der Induktionsspule qobracht,
so wird in dieser, wie bei einem Transformator, eine Sekundärspannung induziert.
Da die Dosierung den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden muss, wird weiterhin vorgeschlagen, in dem Kommandogerät einstellbare und/oder programmierbare Regelelemente vorzusehen, welche entweder die Dauer oder die Amplitude der induzierten Spannung beeinflussen. Selbstverständlich können auch sowohl Dauer als Amplitude gleichzeitig verändert werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, die Veränderung der Temperatur des Treibgases in Abhängigkeit vom Glucosespiegel des zu behandelnden Körpers zu steuern. Der Glucosespiegel wird hierbei mit hinlänglich bekannten Meßmethoden erfasst.
Beispielsweise ist in der Druckschrift "Medical & Biological Engineering & Computing,September 1984, Seite 385 ff., Seite 397" beschrieben. Eine derartige implantierbare Sonde zur Erfassung des Glucosespiegels im Blut ist für den Einsatzweck der vorliegenden Erfindung geeignet.
Neben einer direkten Erfassung des Glucosespiegels über eine derartige Sonde können jedoch auch indirekte Verfahren zur Bestimmung des Glucosespiegels verwendet werden, z.B. die Heranziehung bestimmter physiologischer Parameter (Schweißausbruch, Pulsfrequenz, Hauttemperatur) als Maßstab für einen gefährlich abgesunkenen Glucosespiegel.
Mit der selbstätigen und fortlaufenden Erfassung des Glucosespiegels wird demzufolge eine automatische und dem genauen Bedarf angepasste Zuführung des Langzeitmedikamentes in den zu behandelnden Körper im Sinne der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen.
Bei der vorliegenden Erfindung werden zwei grundsätzlich unterschiedliche Anordnungen zum Dosieren eines Langzeitmedikamentes vorgeschlagen. Eine erste Anordnung sieht vor, daß lediglich der Sekundärkreis zusammen mit dem Vorratsbehälter, welcher in die besagten zwei Kammern eingeteilt ist, im Körper implantiert ist, während der Sekundärkreis von außerhalb über einen außerhalb des Körpers angeordneten Primärkreis induktiv anaesteuert wird. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie wegen der geringen Anzahl von Bauelementen nur wenig Platz einnimmt und daher leicht und einfach zu implantieren ist.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß der Sekundärkreis autonom ist, d.h.
er verfügt über eine eigene Energiequelle, so daß die eingangs genannte induktive Kopplung zur Energieübertragung entfallen kann. In diesem autonomen Sekundärkreis ist dann lediglich eine Regeleinrichtung angeordnet, in der beispielsweise ein Mikroprozessor eingebaut ist.
In diesem Mikroprozessor sind die täglichen Grundbedarfsmengen fest eingespeichert und diese Regeleinrichtung steuert dementsprechend ein Erhitzungselement an, welches entsprechend der Vorgabe des Regelelementes die Treibgasflüssigkeit mehr oder weniger erwärmt.
Bei zusätzlichem Bedarf des Langzeitmedikamentes wird der Mikroprozessor von außen her angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt hierbei in Abhängigkeit von einer den Glucosespiegel erfassenden Sonde, die drahtgebunden oder drahtlos die Regeleinrichtung im Sekundärkreis ansteuern kann.
Die beiden vorgenannten Ausführungsformen unterscheiden sich also dadurch, daß bei der erstgenannten Ausführungsform ein passiver Sekundärkreis vorhanden ist, dem die notwendige Energie auf induktivem oder kapazitivem Wege zugeführt werden muß, während im zweitgenannten
Ausführungsbeispiel der Sekundärkreis energie-autark ist und daher eine induktive Zuführung von Energie entfallen kann. Die' Steuerbefehle für die im Sekundärkreis angeordnete Regeleinrichtung können jedoch auf induktivem oder kapazitivem oder auch auf drahtgebundenem Wege zugeführt werden.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung( werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellende Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Vorteile und Merkmale der Erfindung hervor.
Es zeigen:
Figur 1: schematisiert gezeichneter Schnitt durch ein Dosiergerät nach der Erfindung,
Figur 2: Längsschnitt durch die die Treibflüssigkeit enthaltene Kammer des Dosiergerätes,
Figur 3: schematisiert gezeichnete Seitenansicht eines außerhalb des Körpers zu tragenden Kommandogerätes,
Figur 4: über die Zeitachse aufgetragene unterschiedliche Dosierkurven,
Figur 5: schematisiert gezeichnete Ausführungsform einer glucoseabhängigen Steuerung des Dosiergerätes,
Figur 6: schematisiert gezeichnetes Blockschaltbild eines energie-autarken Sekundärkreises.
Der Vorratsbehälter 1 wird durch die Membrane 2 in zwei Kammern 3 und 4 geteilt. In der Kammer 3 befindet sich das Medikament, z.B. Insulin, welches durch die AuslaufÖffnung 5,in diesem Falle als Kapillarrohr dargestellt, in eine Vene oder in das Gewebe injiziert wird.
In der Kammer 4 befindet sich hermetisch abgeschlossen und von dem Medikament durch die Membrane 2 getrennt, das Treibgas mit einer Restmenge der Treibgasflüssigkeit 7. Der Dampfdruck des Treibgases wird nur von der umgebenden Körpertemperatur des Patienten bestimmt . Bei implantierten Geräten ist eine enge und zuverlässige, thermische Koppelung gesichert.
Der Dampfdruck des Treibgases wird durch die elastische Membrane 2 dauernd auf das Medikament in der Kammer 3 übertragen und bestimmt damit die Menge der durch die AuslaufÖffnung 5 austretenden Flüssigkeit. Obwohl dadurch das Volumen in der Kammer 3 laufend abnimmt, verändert sich der gleichmässige Druck nicht, da gleichzeitig ein entsprechendes Volumen an Treibgas durch Verdampfen von Treibgasflüssigkeit gebildet wird. Zunächst ist das gesamte System, dank der gleichbleibenden Körpertemperatur in einem stationären, dem Dampfdruck entsprechenden Zustand.
Die Möglichkeit, die Dosiermenge zu erhöhen, besteht erfindungsgemäss darin, den Dampfdruck des Systems zu erhöhen. Dazu dient die in Fig. 1 und Fig. 2 schematisch dargestellte Induktionsspule 6, die unmittelbar im Bereich des Treibgases bzw. der Treibgasflüssigkeit 7 angeordnet ist.
Wesentlich ist, daß einer solchen Induktionsspule 6 in einfachster Weise von außen Energie zugeführt werden kann, so daß diese in kurzgeschlossenem Zustand direkt als Heizspirale wirkt. Demzufolge kann dadurch die Temperatur des Treibgases, damit der Dampfdruck und als Folge die injizierte Flüssigkeitsmenge, erhöht werden.
Aus Sicherheitsgründen muß dafür gesorgt werden, daß durch eine unsachgemässe Bedienung oder Störung keine tiberdosierung erfolgt. Diesem Zweck dient der Thermistor 8, welcher im Stromkreis der Induktionsspule 6 angebracht wird. Selbstverständlich sind auch andere Lösungen möglich, z.B. ein Thermostatkontakt, der bei einer vorgesehenen Grenζtemperatur den Stromfluß unterbricht.
Die Energiezuführung erfolgt vorteilhafterweise über ein ortsbewegliches Kommandogerät 9, welches, wie bei einem Transformator, eine Primärspule 10 enthält. Diese Primärspule 10 kann entweder an das Netz angeschlossen werden, oder, um es netzunabhängig auszuführen, aus Batterien 20 mit einem Wechselstromerzeuger 21 bestehen. Dies gibt auch die Möglichkeit{ mit Wechselströmen höherer Frequenz zu arbeiten, um eine bessere Koppelung mit der Induktionsspule 6 zu erreichen.
Fig. 3 zeigt auch die beispielsweise Anordnung von Regel elementen 11, die eine Einstellung der Dauer und/oder der Amplitude der induzierten Spannung gestatten. Je nach der gewünschten Dosierung, kann die eine oder andere Variante günstiger sein.
Fig. 4 zeigt in einem Mengen/Zeit-Diagramm die jeweils induzierte Insulinmenge in Nanolitern über der Zeit 't1. 0 Ohne Beeinflussung wird eine gleichbleibende Menge 13 injiziert. Wird im Zeitpunkt 12 , z.B. um 12 tyhr, eine zusätzliche Dosierung gewünscht, so kann durch eine Erhöhung der Temperatur, die Dosiermenge auf 14 gesteigert werden. Je nach Ausführung der Dosiervorrichtung ergibt
sich dann eine kürzere oder längere Abkühldauer, der wieder eine zugeordnete Dosierkurve 15 bzw. 16 entspricht.
Einer größeren Amplitude oder induzierten Spannung, oder einer längeren Dauer, entspricht eine größere, zugeführte Heizleistung und beispielsweise einer zusätzlichen Dosiermenge 17, wie in Dosierkurve 18 dargestellt.
Eine entsprechend verlaufende, zusätzliche Dosierung wäre auch beispielsweise, wie in Fig. 4 gezeigt, zum Zeitpunkt 19, z.B. 19 Uhr,entsprechend möglich. Eine solche zusätzliche Dosierung könnte sowohl beliebig von Hand eingegeben werden, es kann bei der erfindungsgemässen Ausführung der Dosiervorrichtung und des Kommandogerätes auch eine vom Arzt programmierte Folge, bei dauernd angelegtem Kommandogerät, vorgesehen werden.
Die angeführten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise als Beschränkung anzusehen. Die Hinweise auf die zahlreichen Variationen durch Änderung der einzelnen Parameter, gestatten eine optimale Anpassung an die jeweils gegebenen Erfordernisse.
Als Beispiel seien angeführt:
- Anpassung der Wicklungen, sowohl der Primärspule 10, als auch der Induktionsspule 6.
- Regelung der Dauer und/oder der Amplitude.
- Dimensionierung des Wärmeübergangs von der Treibgaskammer 4 zum umgebenden Gewebe.
- Begrenzung der maximalen Heiztemperatur und andere Parameter.
In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform eines er-
— Ί 2.
findungsgemässen Dosiergerätes gezeichnet. Das Dosiergerät ist im Körper 30 implantiert und zur Erfassung des Glucosespiegels des Körpers 30 ist ein Sensor 23 vorgesehen, der über eine Leitung 24 mit einem Kommandogerät 9a verbunden ist.
Das Kommandogerät kann fest programmiert sein oder in einer weiteren Ausführungsform kann über die Eingabetastatur 22 eine Veränderung der Parameter vorgenommen werden.
Das Kommandogerät 9a wirkt über die Leitung 25 auf einen Wechselstromerzeuger 21, der von dem Kommandogerät 9a wahlweise amplitudengesteuert oder impulsgesteuert angesteuert wird. Der Wechselstromerzeuger 21 bildet zusammen mit der Primärspule 10a den Primärkreis 29, der über die induktive Kopplung 26 mit dem im Dosiergerät angeordneten Sekundärkreis 6,8 gekoppelt ist.
Auf die beschriebene Weise ist eine selbstätige Anpassung der Dosierung des Langzeitmedikamentes in Abhängigkeit vom Glucosespiegel des Körpers 3 0 gegeben.
In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, welche einen energie-autarken Sekundärkreis darstellt, der Teil des im Körper implantierten Dosiergerätes ist. Es bedarf daher keiner Induktionsspule mehr, sondern die im Kurzschlußkreis verwendete Spule ist als Wärmeerzeuger 6a ausgebildet, der zusammen mit einer Regeleinrichtung 27, einer Batterie 28 und dem Thermistor 8 Teil des Sekundärkreises ist.
Die Regeleinrichtung 27 ist drahtlos oder drahtgebunden von außerhalb des Körpers her über einen entsprechenden Sensor 23 ansteuerbar, wobei dieser Sensor wiederum den Glucosespielgel des Körpers 30 erfasst. Auf diese Weise ist eine interkorporale oder extrakorporale Programmierung der Regeleinrichtung 27 über den den Glucosespiegel
erfassenden Sensor 23 möglich. Wie ausgeführt- kann die Leitung 31 - hierbei als induktive Kopplung oder als elektrischer Leiter ausgebildet sein.
In Figur 5 ist mit der Verbindung 32 der Glucose-Sonde 23 zum Dosiergerät 1,3,4 noch eine weitere Variante einer Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Variante entfällt die Leitung 24 zum Kommandogerät 9a. Die Glucose-Sonde 23 wirkt hierbei auf eine - gemäss Figur 4 - im Heizkreis 6,8 angebrachte Regeleinrichtung 27 so ein, daß stets nur die physiologisch sinnvolle und notwendige Menge des Langzeit-Medikaments in den Körper 30 abgegeben wird, auch wenn von außen über den Primärkreis 29 und das Kommandogerät 9a die Abgabe einer größeren Medikamenten-Menge gefordert wird.
Mit dieser internen Regelung findet also eine selbstätige Beschränkung der Abgabe des Langzeit-Medikaments auf einen physiologisch unschädlichen Wert statt.
In Figur 6 ist als Ausführungsvariante noch möglich, daß in den Sekundärkreis 33 von außerhalb des Körpers induktiv Energie (z.B. über die induktive Kopplung 26 gem. 5) eingestrahlt wird, um die Batterie 28 aufzuladen oder auch um die Regeleinrichtung 27 kontaktlos zu programmieren.
ZEICHNUNGS-LEGENDE
1 Vorratsbehälter 31 Leitung
2 Membrane 32 Verbindung
3 Kammer 33 Sekundärkreis
4 Kammer
5 Auslauföffnung
6 Induktionsspule 6a Wärmeerzeuger
7 Treibgasflüssigkeit
8 Thermistor
9 Kommandogerät 9a Kommandogerät
10 Primärspule 10a Primärspule
11 programm.Regelelement
12 Zeitpunkt
13 Menge
14 Dosiermenge
15 Dosierkurve
17 Dosiermenge
18 Dosierkurve
19 Zeitpunkt
20 Batterie
21 Wechselstromerzeuger
22 Eingabetastatur
23 Sensor ♦
24 Leitung
25 Leitung
26 induktive Kopplung
27 Regeleinrichtung
28 Batterie
29 Primärkreis
30 Körper
- Leerseite -

Claims (5)

Betreff: Anmelder: Herr Senator h.c. Ing. Walter Hölzer, Postfach 134o, 7758 Meersburg Drosteweg;_1_9 Patentansprüche 10 15
1. Verfahren zum Dosieren von Insulin oder anderen Langzeitmedikamenten, unter Verwendung eines, von einem elastischen Element, z.B. einer Membran (2), in zwei Kammern geteilten,Vorratsbehälters (1), wobei das Medikament in der einen Kammer (3) und ein Treibgas mit temperaturabhängigem Dampfdruck sowie die restliche Treibgasflüssigkeit (7), in der anderen Kammer (4) eingebracht werden, so daß über die Membrane (2) das Medikament dauernd unter dem Druck des Treibgases steht, wodurch das Medikament stetig über eine Aaslauföffnung (5), z.B. eine Kanüle oder einen Kapillarschlauch, in den Körper injiziert wird, dadurch gekennzeichnet , daß von außen die Temperatur des Treibgases und damit der Dampfdruck und die injizierte Menge, zumindest zeitweise, erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Temperatur des Treibgases in Abhängigkeit vom Glucosespie-
ORIGINAL INSPECTED
Telephon: Telex:
ι Lindau (0 83 82i 54374{pat-d) 25 Telegramm-Adresse
patri-lindau
Facsimile /Telecopier Post Lindau ■■ (08382)24222 Group 1 &
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PosKr.horkkonlo MiHH.hoti 29f. ?5 SO'
_2_
gel des zu behandelnden Körpers (30) erfolgt, (Fig. 5).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die vom Glucosespiegel abhängige elektronische Regelung in einem extrakorpo'ra Len Primärkreis (29) angeordnet ist, welcher die induktive oder kapazitive Leistungszuführung zum die Temperatur des Treibgases beeinflussenden,interkorporalen Sekundärkreis (6,8) mehr oder weniger sperrt, (Fig. 1, 3; 5).
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß im implantierten
Gerät (1,3,4) eine Batterie (28) und eine die Leistungsabgabe der Batterie (28) regelnde , den Glucosespiegel des Körpers (30) erfassende,Regeleinrichtung (27)enthalten ist, die in Abhängigkeit vom Glucosegehalt dem Sekundärkreis (6,8) Leistung dosiert zuführt, (Fig. 6).
* 5. Verfahren nach Anspruch 1 ,dadurch
gekennzeichnet , daß die Insulinzuführung, die durch die elektronische Regeleinrichtung (9,9a,27) dosiert wird, von außen , z.B. durch digitale Steuerimpulse (Eingabetastatur 22) programmierbar ist.
6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei das im Körper implantierte Dosiergerät aus einem durch eine Membran (2) in zwei Kammern (3,4) geteilten Vorratsbehälter (1) besteht, und das Medikament in der einen Kammer (3) und ein Treibgas mit temperaturabhängigem Dampfdruck sowie die restliche Treibgasflüssigkeit (7) in der anderen Kammer (4) angeordnet sind, wobei die das Medikament enthaltende Kammer (3) eine Auslauföffnung (5) aufweist, welche in den zu behandelnden Körper mündet, dadurch gekennzeichnet, daß in der
das Treibgas (7) enthaltenden Kammer (4) eine die Temperatur des Treibgases (7) verändernde , elektrische Einrich- ^ tung (6; 6,8; 6,8,27,28) angeordnet ist, (Fig. 1,Fig, 5).
-s-
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß im Sekundärkreis ein temperaturbegrenzendes Bauelement (Thermistor 8) angeordnet ist, (Fig. 2, Fig. 6).
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , daß im Körper (30) ein den Glucosespiegel des Körpers (3 0) erfassender Sensor (23) angeordnet ist, der ein außerhalb des Körpers (30) befindliches Kommandogerät (9a) ansteuert, welches einen wechselstromgespeisten Primärkreis (29) steuert, dessen Primärspule (10a) über eine induktive Kopplung (26) den im Körper (30) implantierten Sekundärkreis (6,8) ansteuert, (Fig.
5).
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreis (6,8) eine Batterie (28) und eine Regeleinrichtung (27) aufweist, ' welche von einem im Körper (30) angeordneten, den Glucose- v Spiegel erfassenden.Sensor (23) ansteuerbar ist, (Fig. 6).
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