JP2001025509A - イオン導入システムの信頼性を高めるための回路 - Google Patents

イオン導入システムの信頼性を高めるための回路

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JP2001025509A
JP2001025509A JP2000147822A JP2000147822A JP2001025509A JP 2001025509 A JP2001025509 A JP 2001025509A JP 2000147822 A JP2000147822 A JP 2000147822A JP 2000147822 A JP2000147822 A JP 2000147822A JP 2001025509 A JP2001025509 A JP 2001025509A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン導入法による薬剤投入システムの信頼
性を高める回路を提供すること。 【解決手段】 このような回路は、システムの水晶発振
器の故障、システムの電圧基準の故障、またはシステム
の電池電源の近い将来に起こる故障を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン導入法（io
ntophoresis）に関し、より詳細には、イオン導入法に
よる薬剤投入（drug delivery）システムの信頼性を高
めるための回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオン導入法とは、イオン化された種
類、通常はイオン形態の薬剤その他の治療剤（以下では
「薬剤」と呼ぶ）を含む溶液に電流が流れたときのイオ
ンの移動である。イオン導入法の特に有利な１つの応用
例は、低レベルの電流を使用した、患者へのイオン化薬
剤の非侵襲性の経皮投入である。イオン導入法による薬
剤投入は、受動的な経皮パッチや針による注射、経口摂
取などのその他の方法に優る、代替の効果的な薬剤投入
方法をもたらし、子供、寝たきりの患者、および老人に
対しては特に効果的な方法である。既知の経皮投入の利
点としては、静脈内投入の危険および不都合が回避され
ることがある。また、消化および肝臓のファーストパス
の（first pass）代謝によって引き起こされる薬剤の喪
失など薬剤の経口摂取に伴う諸問題も、胃腸系および肝
臓（ファーストパス上）が迂回されるので回避される。
経皮投入は、連続的な薬剤投入を実現し、容易に終了す
ることができ、より便利であるので有利である。
【０００３】イオン導入法による薬剤経皮投入システム
は、通常は複数のリザーバを有するパッチを含み、その
うちのアクティブリザーバと呼ばれる１つには、正また
は負に帯電した薬剤イオンが入っており、リターンリザ
ーバと呼ばれる別の１つには、食塩水などの電解液が入
っている。これらのリザーバ内には、パッチに電流を印
加するための電極がある。イオン導入システムは、電気
的かつ機械的にパッチに接続された制御装置デバイスも
含む。制御装置は、通常は、電池などの電源、ならびに
パッチの電極に印加される電流を生成および調節するた
めに必要な電気回路を含んでいる。
【０００４】イオン導入法による投入装置の１つの可能
な構成を図１に示す。電池を含む制御装置８０は、電気
的相互接続１１および１２を介してそれぞれ陽極６１お
よび陰極６２に接続される。陽極６１は、正に帯電した
薬剤が入っているアクティブリザーバ中に配列され、陰
極６２は、電解液（または食塩水）が入っているリター
ンリザーバ中に配列される。薬剤が負に帯電している場
合には、リザーバ中の陽極および陰極の配列を逆にし、
電極に電流が印加されたときに、薬剤イオンが同じ極性
のリザーバからはじかれるようにする。パッチ６０がユ
ーザの皮膚上に配置され、制御装置がパッチ６０に電流
を印加すると、帯電した薬剤は患者の皮膚中に押しやら
れる。その他のイオンは、人体がイオン化回路（ionic
circuit）を完全なものにするので、リターンリザーバ
に戻る。例えば、薬剤が負に帯電している場合には、Ａ
ｇＣｌ陰極は皮膚を介してそれらをはじき、正に帯電し
たナトリウムイオンは陰極に引き付けられる。同時に、
負に帯電した塩素イオンは、陽極に向かって皮膚から食
塩の入ったリターンリザーバ中に流れる。
【０００５】制御装置は、通常は、多数の制御機能を実
施するためのマイクロプロセッサまたはステートマシン
（state machine）を含んでいる。例えば、マイクロプ
ロセッサは、特に電流生成および調節回路にある期間に
わたって必要量の電流を供給するよう命令するソフトウ
ェアプログラムを実行する。患者に投入される薬剤の量
は電流の量に正比例するので、パッチに投入される電流
の量を調節することによって、薬剤の投与量を制御する
ことができる。
【０００６】マイクロプロセッサまたはステートマシン
は、例えば３２．７６８ｋＨｚの周波数を有する水晶発
振器（すなわちウォッチクリスタル（watch crysta
l））によって駆動されるカウンタによって外部からク
ロッキングされる。これにより、マイクロプロセッサま
たはステートマシン、したがってこのシステムは、所定
の時間間隔にわたって投入される電流をそれぞれ規定す
る、複数の電流投入状態を繰り返すことができる。例え
ば、図２の曲線Ａは、望ましい電流投入プロフィルを示
している。このプロフィルでは、電流は０アンペアから
開始する。第１の時間ｔ1の後で、電流は第１の電流レ
ベルまで上昇し、第２の時間ｔ2の後で、さらに高い第
２の電流レベルまで上昇し、第３の時間ｔ3の後で、第
１の電流レベルまで降下し、第４の時間ｔ4の後で、０
アンペアまで降下する。水晶発振器が正しく動作してい
るときには、マイクロプロセッサは、投入サイクルの進
行とともにこれらの各電流投入レベルを繰り返し、それ
により、各電流レベルに従って適切な量の電流を生成し
てパッチに投入するよう電流回路に指示する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、薬剤投
入サイクルの進行中に発振器が動作不能になった場合に
は、薬剤の過量状態または過少量（underdosage）状態
が生じることがある。例えば、図２の曲線Ｂでは、時間
ｔbで発振器が故障する。このとき、マイクロプロセッ
サ（またはステートマシン）は、その最後のプログラム
命令（またはステップ）、すなわち電流回路により高レ
ベルな第２の電流を生成および投入させる命令から離れ
なくなる。したがって、時間ｔbで発振器が故障したと
きに、マイクロプロセッサ（またはステートマシン）が
次のプログラム命令（またはステップ）に到達すること
ができず、したがって次の電流状態に到達することがで
きないので、システムは、時間ｔ3を超えてもより高レ
ベルの電流を供給し続けることになる。これにより、投
入される薬剤の量が不正確になることがある。曲線Ｂの
場合には、これは薬剤の過量となる。これに対して、曲
線Ｃに示す例では、発振器は時間ｔaで停止する。この
故障により、マイクロプロセッサ（またはステートマシ
ン）は、より高い電流レベルの時間間隔に対応する命令
（またはステップ）に到達しなくなる。その代わりに、
電流はより低い電流レベルで投入され続けることにな
り、これは、いつ電流が停止したかによって薬剤の過少
量または過量を招くことがある。
【０００８】さらに、このイオン導入システムは、電圧
基準を利用して、より確度の高い出力電圧、例えば１．
２０３ボルトを電流回路内の重要な構成部品に供給する
ことができる。詳細には、パッチ電流を生成する１つの
方法は、マイクロプロセッサ（またはステートマシン）
からＤ／Ａ変換器にデジタル値を出力するものである。
Ｄ／Ａ変換器は、電圧基準の出力電圧に基づいて、デジ
タル値をアナログ電圧に変換する。次いで、このアナロ
グ電圧が、電圧−電流変換器を使用してパッチ電流に変
換される。ただし、電圧基準の出力電圧が不正確である
と、アナログ電圧およびパッチ電流がともに不正確とな
ることになる。不正確なパッチ電流は、パッチ電流が大
きすぎる場合には薬剤の過量投入状態を招き、パッチ電
流が小さすぎる場合には薬剤の過少量投入状態を招くこ
とがある。
【０００９】さらに、薬剤の過少量投入状態は、薬剤投
入サイクル中にシステムの電池電源が消耗した場合に生
じることもある。電池のエネルギーが消耗すると、まず
最初に生成されるパッチ電流が小さくなり過ぎ、最終的
に装置の回路が故障し、パッチ電流が流れなくなる。
【００１０】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、イオン導入法によ
る薬剤投入システムの信頼性を高め、薬剤の過量投入状
態または過少量投入状態が起こる可能性を最小限に抑え
るための回路を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の実施の形態で
は、システムの水晶発振器の故障を検出する回路が設け
られる。
【００１２】本発明の他の実施の形態では、システムの
電圧基準の故障を検出する回路が設けられる。
【００１３】本発明のさらに他の実施の形態では、シス
テムの電池電源の近い将来に起こる故障を検出する回路
が設けられる。
【００１４】本発明の以上その他の特徴および利点は、
添付の図面に関連して以下に記載した好ましい実施の形
態の詳細な説明を参照することにより、最も良く理解す
ることができるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、図１およ
び図３に示すようにパッチ６０および制御装置８０を含
むイオン導入システム７０に関する。図１に示すよう
に、制御装置８０は、電源（電池など。ただしこれに限
定されない）と、パッチ６０中に電流を流すために必要
な電流生成および調節回路とを収容した外部ケーシング
８１を含んでいる。制御装置８０のケーシングは、プラ
スチック、金属、またはその他の電流調節回路を封入し
て保護するのに適した材料で作成することができる。パ
ッチ電極６１および６２は、電気的相互接続１１および
１２を介して電流制御装置８０に接続される。
【００１６】図３にさらに詳細に示すように、制御装置
８０はマイクロプロセッサ２０を含み、このマイクロプ
ロセッサは、ソフトウェア実行時に、所定の電流投入プ
ロフィルによって指示されたパッチに印加される電流を
生成および調節する機能も含めた（ただしこれに限定さ
れない）、その制御装置の様々な機能を制御するための
コマンドを生成する。これらの機能を実施するために、
マイクロプロセッサ２０は、デジタルインタフェースお
よび制御回路３０、アナログ電流制御回路５０、および
周辺電流制御回路４０を含む電流生成および調節回路に
接続される。周辺電流制御回路４０は、パッチ６０に電
流を印加する。マイクロプロセッサ２０、デジタルイン
タフェース３０、およびアナログ制御回路５０は、以下
で詳述するメモリ１０とともに、特定用途向け集積回路
（ＡＳＩＣ）を構成する。周辺電流制御回路４０を「周
辺」と呼ぶのは、それがＡＳＩＣの外部にあるからであ
る。言うまでもなく、電流生成および調節回路はその他
の構成をとることもでき、ＡＳＩＣで実装する必要はな
いことを理解されたい。
【００１７】マイクロプロセッサ２０は、ランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）や読取り専用メモリ（ＲＯＭ）な
ど、電流投入プロフィルを記憶するための少なくとも１
つのメモリ１０にも接続される。制御装置ソフトウェア
は、同じメモリに記憶することも、他のメモリ（図示せ
ず）に記憶することもできる。メモリ１０は、例えば、
各電流投入プロフィルを電流の変化率または電流ステッ
プとして記憶し、また始動後のそれらの電流ステップが
起こる時点を記憶することができる。マイクロプロセッ
サは、電流投入プロフィル情報を読み取り、そのプロフ
ィル情報によって指示された量の電流を電流生成および
調節回路に投入させるのに必要な、適当にタイミングを
とられたコマンドを生成する。本質的に、マイクロプロ
セッサは、始動後の時間が記憶された時間の１つの合致
するまで、電流プロフィル情報を繰り返すことができ
る。合致した時点で、マイクロプロセッサは、その時点
に関連する所望の電流レベルを、デジタル値として電流
回路のデジタルインタフェースに出力する。デジタル−
アナログ変換器を含むデジタルインタフェースは、この
デジタル値を、電流投入プロフィルのその時点での電流
レベルを生成するのに必要な電圧であるアナログ電圧に
変換する。デジタル−アナログ変換器は、アナログ電圧
を、必要なパッチ電流を生成する電圧−電流変換回路に
出力する。電流感知抵抗器からのフィードバックを使用
して、より精密にこのパッチ電流を制御することもでき
る。
【００１８】上述したように、水晶発振器、電圧基準、
または電池が薬剤投入装置の動作中に故障することもあ
り、こうした故障は薬剤の過量投入状態または過少量投
入状態を招くことがあり、望ましくない。以下に述べる
本発明の実施形態では、これらの故障の検出を可能に
し、それにより望ましくない投与量の誤りが起こる可能
性を最小限に抑える。
【００１９】本発明の第１の実施形態では、図４に示す
ように、水晶発振器の故障を検出するために、水晶発振
器タイムベースとは異なる技術を使用した第２の独立タ
イムベースが設けられる。この故障としては、水晶発振
器が完全に動作を停止すること、あるいは水晶が許容で
きないほど速く、または遅く動作することがある。ただ
し、第２の独立タイムベースも故障することがあり、し
たがって、図４の回路は、以下でさらに詳細に述べるよ
うに、第２のタイムベースの故障も検出する。
【００２０】図４では、約３２ｋＨｚの周波数を有する
水晶１００がインバータ１０２に接続されて水晶発振器
を形成し、その出力は３２ｋＨｚの方形波である。水晶
発振器の出力はカウンタ１１０のカウント入力およびカ
ウンタ１１２のカウント入力に入力される。図４の回路
では、約６４ｋＨｚの周波数を有する抵抗コンデンサ
（ＲＣ）発振器回路１０４も利用し、この周波数は分周
器回路１０６によって４で分周されて１６ｋＨｚとな
り、分周器回路１０８によってさらに４で分周されて４
ｋＨｚとなる。ＲＣ発振器回路１０４の実装は、当業者
には周知である。
【００２１】カウンタ１１０は、図５に示す６４ｋＨｚ
のＲＣ発振器出力によってクロッキングされ、したがっ
てカウンタ１１０は、図６および図９に示すように、３
２ｋＨｚの水晶発振器出力のあらゆるサイクルごとに１
だけ増分される。一方、カウンタ１１２は、図６に示す
３２ｋＨｚの水晶発振器出力によってクロッキングさ
れ、したがってカウンタ１１２は、図１０に示すよう
に、３２ｋＨｚの水晶発振器のあらゆるサイクルごとに
１だけ増分される。図８に示す４ｋＨｚのＲＣクロック
信号は、カウンタ１１０のリセット入力を駆動し、図７
に示す１６ｋＨｚのＲＣクロック信号は、カウンタ１１
２のリセット入力を駆動する。したがって、水晶発振器
およびＲＣ発振器が正常に動作しているときには、図９
および図１０にそれぞれ示すように、カウンタ１１０は
リセットされる前に８までカウントし、カウンタ１１２
はリセットされる前に２までしかカウントしない。カウ
ンタ１１０の出力カウントは、１次論理回路１１４に入
力され、水晶が故障しているかどうかが判定され、カウ
ンタ１１２の出力カウントは２次論理回路１１６に入力
され、ＲＣ発振器が故障しているかどうかが判定され
る。１次論理回路１１４も、６４ｋＨｚのＲＣ発振器に
よってクロッキングされ、２次論理回路は、３２ｋＨｚ
の水晶発振器によってクロッキングされる。
【００２２】水晶発振器が動作を停止した場合には、以
下のことが行われる。最初に、カウンタ１１２および２
次論理回路１１６がクロッキングされなくなり、したが
って非動作状態となる。しかし、カウンタ１１０はＲＣ
発振器によってクロッキングされており、したがって依
然として動作状態であるが、水晶が停止しているのでカ
ウントを停止することになる。１次論理回路１１４も、
ＲＣ発振器によってクロッキングされるので動作状態で
ある。カウンタ１１０は、最終的に４ｋＨｚのクロック
の立上り縁部で０にリセットされ、水晶の故障により、
０のまま留まることになる。このカウンタ１１０の「０
のまま留まる」状態は、１次論理回路によって容易に検
出することができる（後述）。次いで、１次論理回路１
１４は、水晶発振器が故障していることを示す水晶エラ
ーフラグ「１」を出力する。
【００２３】さらに、水晶が完全には故障していない場
合でも、動作が速すぎる、または遅すぎる、すなわちあ
る所定の許容できる周波数の範囲を超えていることがあ
る。この場合には、カウンタ１１０は引き続きカウント
することになるが、そのカウントは通常予想されるカウ
ントから外れることになる。１次論理回路は、カウンタ
１１０の連続した２回のリセットの間で、カウンタ１１
０のカウントが許容できるカウントウィンドウ内である
かどうかを判定する。例えば、カウントが３から１４の
間である場合（通常ならカウント８が予想される）に、
水晶発振器の周波数が許容可能であると考えることがで
きる。カウントウィンドウのサイズは、水晶発振器より
確度が低くなる傾向があるＲＣ発振器の周波数の不正確
さを見込んでいる。言うまでもなく、カウントウィンド
ウのサイズは、７から９まで（９も含む）などこれより
小さくすることも、単一のカウント８にすることもでき
る。連続する２回のリセットの間のカウンタ１１０のカ
ウントがカウントウィンドウの外側である、例えば３未
満または１４超であると判定された場合には、１次論理
回路１１４は、水晶が故障していることを示す水晶エラ
ーフラグ１を出力する。上述のように、水晶が完全に故
障している場合には、連続する２回のリセットの間のカ
ウントは０となり、これもやはりカウントウィンドウ
（例えば３から１４）の外側であり、この場合には、１
次論理回路１１４は水晶エラーフラグ１を出力する。
【００２４】ＲＣ発振器が故障することもある。故障し
たＲＣ発振器は、水晶発振器が正しく動作しているかど
うかを判定するために使用することができないので、こ
の状態も検出しなければならない。この場合には、とも
にＲＣ発振器回路１０４によってクロッキングされるカ
ウンタ１１０および１次論理回路１１４は動作しなくな
るが、ともに３２ｋＨｚの水晶発振器によってクロッキ
ングされるカウンタ１１２および２次論理回路１１６は
動作し続ける。また、（動作不能の）ＲＣ発振器から得
られる１６ｋＨｚのリセット信号が着信しないので、カ
ウンタ１１２はリセットされない。したがって、３２ｋ
Ｈｚの水晶発振器は、カウンタ１１２に、２カウントを
超えてカウントを継続させる。２次論理回路１１６は、
カウンタ１１２のカウントが検出しきい値であるカウン
ト２を超えることを検出すると、ＲＣエラーフラグ
「１」を出力し、ＲＣ発振器１０４が故障していること
を示す。ＲＣ発振器１０４は水晶発振器より精度が低い
ことがあるので、カウント２の代わりに３以上のカウン
トの検出しきい値を使用することもできる。
【００２５】水晶エラーフラグまたはＲＣエラーフラグ
のいずれかが検出されたとき、およびラッチすることが
望ましい場合には、イオン導入システムは、電流回路を
遮断する、またはシステムの故障が起こっていることを
ユーザに警告するためのその他の何らかの警告アクショ
ンを行う、あるいはその両方を行うことができる。例え
ば、いずれかのフラグが「１」にセットされているとき
には、そのフラグを使用して、出力電流制御ＦＥＴを、
そのゲートを低に引き寄せることによってオフにするこ
とができる。これにより、電流がパッチに投入されるこ
とが防止されることになる。他の方法として、またはそ
れと同時に、光、音声、またはブザー音を発生させて、
ユーザに警告することもできる。その場合、ユーザは、
故障した制御装置を作動している制御装置と交換するな
ど代替のアクションを行い、薬剤を投入することができ
る。
【００２６】図１１に示す本発明の第２の実施形態で
は、水晶発振器６０１が完全に故障すると、以下のよう
にパッチ電流が遮断されることになる。マイクロプロセ
ッサ６０２は、この特定のイオン導入システムでは、起
動時にその入出力（ｉ／ｏ）線が高インピーダンス（入
力）状態にデフォルト設定される性質を有するように選
択される。（図示していない電池その他の電源からの）
電力は、（通常は開いているボタン、すなわちＮＯボタ
ン６０８、またはその他のトリガ機構などからの）過渡
入力を使用して電力をオンにラッチし、それにより回路
の残りの部分に電圧Ｖccを供給する電力ラッチ回路６０
７を介して、制御装置に供給される。
【００２７】起動時に、通常は開いている入力（ＮＯ
Ｉ）線６０５は、プルアップ抵抗６０９を介してＶccだ
け高に引き上げられる。ＮＯＩ線６０５が高であるとき
には、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ６１０はオンであり、電
流制御ＦＥＴ６１１へのゲートは低である。したがっ
て、電流制御ＦＥＴ６１１はオフとなり、陽極および陰
極を通る電流投入のための経路は存在しない。
【００２８】水晶発振器６０１により、マイクロプロセ
ッサは、電流制御回路６０３に電流投入命令を提供する
ことも含めて、事前にプログラムされたソフトウェア命
令の実行を開始することができる。電流投入中、すなわ
ち動作状態である間に、マイクロプロセッサは、そのデ
ジタルｉ／ｏ線を高インピーダンス（入力）状態からデ
ジタル出力線に変化させ、ＮＯＩ線６０５を低に駆動す
る。これによりＭＯＳＦＥＴ６１０がオフになり、それ
により電流制御回路６０３は、電流制御ＦＥＴ６１１を
介してパッチの陽極６１から陰極６２への電流を調節す
ることができるようになる。電流レベル情報は、電流感
知抵抗器６１２との接続を介して、電流制御回路６０３
にフィードバックされる。
【００２９】水晶が完全に故障している場合には、マイ
クロプロセッサ命令はそれ以上起こることはできない。
これにより、マイクロプロセッサ中の独立した発振器に
よってクロッキングされる内部ウォッチドッグタイマ
が、タイムアウト時にマイクロプロセッサをリセットす
る、すなわちマイクロプロセッサをリセット状態に切り
替える。マイクロプロセッサがリセットされるので、Ｎ
ＯＩ線は再度高インピーダンス入力状態となる。プルア
ップ抵抗６０９があるので、ＭＯＳＦＥＴ６１０がオン
となり、電流制御ＦＥＴ６１１がオフとなり、電流投入
は停止する。さらに、事前にプログラムされたソフトウ
ェア命令中で障害が発生した場合には、ウォッチドッグ
タイマは、マイクロプロセッサを動作状態からリセット
状態に切り替え、それにより電流投入を停止させる。ソ
フトウェア障害の例としては、事前にプログラムされた
ソフトウェア命令中で予想された以外の事象のシーケン
ス、無限ループなどを引き起こすソフトウェア命令中の
エラーなどがあるが、これらに限定されない。
【００３０】本発明の第３の実施形態では、図１２に示
すように、電圧基準２００は、電池Ｂから給電される。
電圧基準２００は、電池電圧の範囲にわたる一定の出力
電圧を供給するように設計される。例えば、電池が１．
５ボルトから３．０ボルトの間であるときには、電圧基
準２００は、１．２ボルトの一定の固定された出力電圧
を供給するように設計することができる。電圧基準の実
装は当技術分野では周知であり、その内部の構成要素は
示していない。ある一定の電池電圧以下、例えば１．５
ボルト以下では、基準電圧が不正確になることがあり、
これにより、上述のように、出力電流および薬剤の投与
量が不正確になることがある。電池が電力を失ったとき
に電圧基準がこの程度の不正確さに到達しないようにす
るために、以下のようにして、電圧基準回路が許容でき
る最低限の電池電圧以下に電池電圧が降下する前に、電
池電圧を検出しなければならない。
【００３１】電池Ｂは、２つの抵抗器Ｒ１およびＲ２で
ある分圧器回路にも給電する。抵抗器Ｒ１およびＲ２そ
れぞれの抵抗は、電池が完全な動作電圧であるときに基
準電圧を超える電圧を提供するように選択される。例え
ば、完全な電池電圧が３ボルトであるときに、Ｒ２：Ｒ
１を２：１となるように選択して、１．２ボルトの基準
電圧を超える２ボルトの電圧をＲ２の両端間に与えるこ
とができる。Ｒ２の両端間の電圧は、やはり電池Ｂから
給電される電圧比較器つまり演算増幅器２０２の負端子
に入力され、電圧基準２００の出力電圧は演算増幅器２
０２の正端子に入力される。電池電圧が完全であるとき
には、Ｒ２の両端間の電圧２ボルトが基準電圧１．２ボ
ルトより大きいので、演算増幅器２０２の出力は約０と
なる。
【００３２】しかし、Ｒ２の両端間の電圧が基準電圧以
下に降下すると、演算増幅器２０２の出力はほぼ電池電
圧（およそ電池電圧より数十分の１ボルト低い電圧）に
変化する。演算増幅器２０２の出力のこの電圧変化は容
易に検出することができ、これを使用して、第１の実施
形態に関連して述べたように、電流生成回路をオフにす
ることも、または警告アクションをトリガすることもで
きる。例えば、電池電圧が３．０ボルトから１．７ボル
トに降下したときには、Ｒ２の両端間の電圧は１．７ボ
ルトの約３分の２、すなわち約１．１３ボルトとなり、
これは１．２ボルトの基準電圧より低い。この場合、電
圧比較器から出力される電圧は、０ボルトから約１．６
ボルトまで変化することになり、これがその他の論理回
路（図示せず）によって検出される。このようにして、
電圧基準回路が許容最低限の電池電圧（例えば１．５ボ
ルト）以下で動作し、それにより不正確な基準電圧を生
成するようになる前に、電池電圧が１．７ボルトまで降
下したことが検出され、処置が施される。
【００３３】図１３に示す本発明の第４の実施形態で
は、図１２の演算増幅器２０２を、ともに電池Ｂから給
電されるアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３０２お
よびマイクロプロセッサ３０４で置き換える。この実施
形態では、基準電圧およびＲ２の両端間の電圧は１つの
時間多重Ａ／Ｄ変換器、または２つの別個のＡ／Ｄ変換
器に入力され、いずれの場合も、その出力はそれぞれの
電圧を表すデジタル値となる。これらのデジタル値はマ
イクロプロセッサ３０４に入力され、マイクロプロセッ
サはこれらを比較し、電圧基準の出力が許容不可能とな
る程度まで電池電圧が降下しているかどうかを判定す
る。マイクロプロセッサを使用することにより、基準電
圧とＲ２の両端間の電圧の間の精密な比較を行うことが
でき、また、マイクロプロセッサを再プログラミングす
ることによって検出しきい値を容易に調整することがで
きる。
【００３４】本発明の第５の実施形態では、マイクロプ
ロセッサ８０１は、２つの電源のうちの一方をアナログ
−デジタル変換の基準として使用してアナログ入力８０
５（電流および電圧）を変換することができるように選
択される。マイクロプロセッサは、供給電圧Ｖcc８０３
を基準として使用するか、または独立した電圧基準回路
８０２によって生成された電圧Ｖref８０４を使用する
ことができる。基準Ｖc cまたはＶrefの選択はソフトウ
ェアの制御下で行われる。
【００３５】例えば、マイクロプロセッサは、電流投入
中にＡ／Ｄ基準電圧としてＶref８０４を使用すること
ができる。この場合には、アナログ線８０５上の値０ボ
ルトおよびＶrefボルトは、それぞれ０から２５５（カ
ウント）のデジタル値を生成する。これに対して、Ｖcc
がマイクロプロセッサによってＡ／Ｄ基準電圧として選
択された場合には、アナログ線８０５上の値０ボルトお
よびＶccボルトは、それぞれ０および２５５（カウン
ト）のデジタル値を生成する。
【００３６】後者の場合には、マイクロプロセッサは、
Ｖref線８０４をアナログ入力として読み取ることがで
きる。その結果行われるマイクロプロセッサ内のＡ／Ｄ
回路による変換で、２５５（カウント）*（Ｖref／
Ｖcc）の値が生じることになる。この数式により、マイ
クロプロセッサは、電池の電圧を間接的に決定すること
ができる。イオン導入法による薬剤投入サイクルを開始
する前に、十分な電池のエネルギーをその投入に利用す
ることができることを保証すると有利である。例えば、
この装置が使用される間にＶccが６ボルトから３．５ボ
ルトまで変化する場合には、電池放電曲線（図１５）上
の点Ａ（例えば４ボルト）を選択し、電池が有するエネ
ルギーが不十分でその薬剤投入サイクルを完了すること
ができないことがあるいう理由で、マイクロプロセッサ
が薬剤投入サイクルを開始しないようにすることができ
る。
【００３７】例えば、図１４を参照して、Ｖrefが３．
５ボルトである場合には、マイクロプロセッサは、電池
が新しい（Ｖcc＝６ボルト）ときには、Ｖref線８０４
を読み取る。上記の数式によって得られる値は、以下に
示す数式となる。
【００３８】２５５カウント*（３．５ボルト／６．０
ボルト）＝１４８カウント以下の表１は、Ｖccが６．０
ボルトから３．９ボルトまで低下するにつれてマイクロ
プロセッサがＶref線８０４を読み取るときのＡ／Ｄ値
を示している。
【００３９】
【表１】 Ｖref Ｖcc カウント ３．５ボルト ６．０ボルト １４８ ３．５ボルト ５．０ボルト １７８ ３．５ボルト ４．０ボルト ２２３ ３．５ボルト ３．９ボルト ２２８
【００４０】この例では、任意のしきい値４．０ボルト
は、それ以下になると残っている電池のエネルギーが少
な過ぎ、最後の１回の投入サイクルを実行することがで
きなくなる電圧Ｖccとして選択される。ソフトウェア
は、Ｖrefをアナログ入力として読み取り、そのＡ／Ｄ
値と４．０ボルトのしきい値に対応するカウント２２３
とを突き合わせて比較する。Ａ／Ｄ値が２２３を超える
場合には、電圧Ｖccが低すぎることになる。この値が２
２３以下である場合には、もう１回のイオン導入法によ
る投入サイクルに十分なエネルギーが電池にあることに
なる。このようにして、ソフトウェアにより、不十分な
電池のエネルギーによる不完全な薬剤の投入を防止する
ことができる。
【００４１】言うまでもなく、本発明は、上述した形態
以外の形態をとることもできることを理解されたい。さ
らに、上述の種々の構成要素および関係について記載し
た値は単なる一例であり、これらの構成要素または関係
は、本明細書及び図面が提案した以外の値をとることも
できる。ただし、本発明の観点は、特許請求の範囲によ
ってのみ決定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】パッチおよび制御装置を含むイオン導入システ
ムを示す斜視図である。
【図２】水晶発振器が薬剤投入サイクルを通じて動作可
能であるときの電流プロフィル（Ａ）、ならびに薬剤投
入サイクル中の様々な時点で水晶発振器が故障したとき
の電流プロフィル（ＢおよびＣ）の一例を示す図であ
る。
【図３】イオン導入システムおよびその制御回路を示す
概略図である。
【図４】本発明の一実施形態による水晶発振器の故障を
検出する回路を示す図である。
【図５】図４の回路に対応する信号を示す図である。
【図６】図４の回路に対応する信号を示す図である。
【図７】図４の回路に対応する信号を示す図である。
【図８】図４の回路に対応する信号を示す図である。
【図９】図４の回路に対応する信号を示す図である。
【図１０】図４の回路に対応する信号を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態による水晶発振器の故
障を検出する回路を示す図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態による電圧基準
の故障を検出する回路を示す図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態による電圧基準
の故障を検出する回路を示す図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態による電池のエ
ネルギーを検出するためのマイクロプロセッサ（ソフト
ウェア実装）への入力を示す図である。
【図１５】完全なイオン導入法による投入回数の増加に
伴う電池電圧の放電を示す図である。
【符号の説明】
１００ 水晶 １０２ インバータ １０４ 抵抗コンデンサ（ＲＣ）発振器回路 １０６ 分周器回路 １０８ 分周器回路 １１０ カウンタ １１２ カウンタ １１４ １次論理回路 １１６ ２次論理回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 595117091 １ ＢＥＣＴＯＮ ＤＲＩＶＥ， ＦＲＡ ＮＫＬＩＮ ＬＡＫＥＳ， ＮＥＷ ＪＥ ＲＳＥＹ 07417−1880， ＵＮＩＴＥＤ ＳＴＡＴＥＳ ＯＦ ＡＭＥＲＩＣＡ (72)発明者 ロナルド ジェイ． フラワー アメリカ合衆国 30350 ジョージア州 アトランタ スプリング クリーク レー ン 3829 (72)発明者 ケネス イー． ガーデ アメリカ合衆国 12553 ニューヨーク州 ニュー ウィンザー ストーンクレスト ドライブ 10 (72)発明者 スティーブン ディー． ウォルター アメリカ合衆国 07462 ニュージャージ ー州 バーロン ヒル ストリート ４

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御装置と、高電圧供給源と、それらの
    間に電気的に接続された薬剤を投入するためのパッチと
    を有するイオン導入法による薬剤投入装置であって、前
    記制御装置が、 動作状態とリセット状態の間で選択的に切り替えること
    ができ、前記動作状態にあるときに事前にプログラムさ
    れたソフトウェア命令に従って前記パッチへの電流の投
    入を制御するマイクロプロセッサであり、動作状態では
    低にセットされ、リセット状態では高にセットされる出
    力線を有するマイクロプロセッサと、 該マイクロプロセッサに接続されて該マイクロプロセッ
    サをクロッキングする水晶発振器と、 ゲートが前記出力線に接続されていて、該出力線が低
    で、オフになったときに前記パッチへの電流投入を行う
    ことができ、前記出力線が高で、オンになったときに電
    流投入が停止するようになっているトランジスタと、 前記マイクロプロセッサが、動作状態からリセット状態
    に切り替え、それにより前記トランジスタに電流投入を
    停止させるウォッチドッグタイマを含むことを特徴とす
    るイオン導入法による薬剤投入装置。
  2. 【請求項２】 前記ウォッチドッグタイマが、水晶発振
    器の故障が起こった時に、前記マイクロプロセッサを動
    作状態からリセット状態に切り替えることを特徴とする
    請求項１に記載のイオン導入法による薬剤投入装置。
  3. 【請求項３】 前記ウォッチドッグタイマが、前記事前
    にプログラムされたソフトウェア命令の障害が起こった
    時に、前記マイクロプロセッサを動作状態からリセット
    状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のイ
    オン導入法による薬剤投入装置。
  4. 【請求項４】 イオン導入システムのパッチへの投入を
    不能にする回路であって、 パッチに投入される電流の量を制御するための、水晶発
    振器によってクロッキングされ、最初に電力が供給され
    たときにその入出力線が高インピーダンス状態となるマ
    イクロプロセッサと、 前記入出力線に接続されたゲートおよび第２のトランジ
    スタのゲートに接続されたソースを有する第１のトラン
    ジスタと、パッチの電流投入経路中にソースおよびドレ
    インを有する第２のトランジスタとを有し、 前記電力が最初に前記マイクロプロセッサに供給された
    ときに、前記入出力線が高インピーダンス状態となり、
    前記第１のトランジスタがオンとなり、それにより前記
    第２のトランジスタがオフとなり、電流投入経路が開い
    た投入不能状態となることを特徴とする回路。
  5. 【請求項５】 前記水晶が動作中であり、前記マイクロ
    プロセッサが電流制御命令を処理するときに、入出力線
    が低インピーダンス状態であり、それにより前記第１の
    トランジスタがオフとなり、前記第２のトランジスタが
    オンとなり、電流投入経路が閉じた投入可能状態となる
    ことを特徴とする請求項４に記載の回路。
  6. 【請求項６】 前記水晶が故障した後で、前記マイクロ
    プロセッサ中のウォッチドッグタイマがタイムアウトと
    なり、これにより前記マイクロプロセッサがパワーオン
    リセットとなり、入出力線が高インピーダンス状態とな
    り、それにより電流投入経路が開いた投入不能状態とな
    ることを特徴とする請求項４に記載の回路。
  7. 【請求項７】 電圧ＶBを供給する電源と、 許容最低限の電圧レベルＶminより上で確実に動作す
    る、基準電圧Ｖrを供給する電源の両端間に接続された
    電圧基準と、 電源の両端間に直列に接続された、第１抵抗器および電
    圧ＶR2を供給する第２抵抗器を含む分圧器回路と、 電源の両端間に接続された演算増幅器であり、Ｖrがそ
    の電圧比較器の正端子に入力され、ＶR2がその電圧比較
    器の負端子に入力される演算増幅器と、 演算増幅器から出力される電圧の約０ボルトから約ＶB
    への変化を検出する検出回路とを含む回路であって、第
    １抵抗器の抵抗値および第２抵抗器の抵抗値が、ＶBが
    Ｖminのすぐ上のレベルまで降下したときに出力電圧の
    変化を引き起こすように選択されることを特徴とする回
    路。
  8. 【請求項８】 電圧ＶBを供給する電源と、 許容最低限の電圧レベルＶminより上で確実に動作す
    る、基準電圧Ｖrを供給する電源の両端間に接続された
    電圧基準と、 電源の両端間に直列に接続された、第１抵抗器および電
    圧ＶR2を供給する第２抵抗器を含む分圧器回路と、 ＶrおよびＶR2が順次入力され、それぞれデジタル値に
    変換する、電源の両端間に接続された時間多重Ａ／Ｄ変
    換器と、 ＶrおよびＶR2のデジタル値が入力され、ＶrとＶR2を比
    較して状態Ｖr＞ＶR2であるかどうかを判定するための
    マイクロプロセッサとを含み、第１抵抗器の抵抗値およ
    び第２抵抗器の抵抗値が、ＶBがＶminのすぐ上のレベル
    まで降下したときに状態Ｖr＞ＶR2を発生させるように
    選択されることを特徴とする回路。
  9. 【請求項９】 電圧ＶBを供給する電源と、 許容最低限の電圧レベルＶminより上で確実に動作す
    る、基準電圧Ｖrを供給する電源の両端間に接続された
    電圧基準と、 電源の両端間に直列に接続された、第１抵抗器および電
    圧ＶR2を供給する第２の抵抗器を含む分圧器回路と、 Ｖrが入力され、これを第１のデジタル値に変換する、
    電圧基準の両端間に接続された第１のＡ／Ｄ変換器と、 ＶR2が入力され、これを第２のデジタル値に変換する、
    第２抵抗器の両端間に接続された第２のＡ／Ｄ変換器
    と、 ＶrおよびＶR2それぞれの第１および第２のデジタル値
    が入力され、ＶrとＶR2を比較して状態Ｖr＞ＶR2である
    かどうかを判定するためのマイクロプロセッサとを含
    み、第１抵抗器の抵抗値および第２抵抗器の抵抗値が、
    ＶBがＶminのすぐ上のレベルまで降下したときに状態Ｖ
    r＞ＶR2を発生させるように選択されることを特徴とす
    る回路。
  10. 【請求項１０】 イオン導入システム中の電池の予測さ
    れる故障を検出する回路であって、 アナログ入力をデジタル出力に変換するためのＡ／Ｄ変
    換器を有するマイクロプロセッサを含み、前記マイクロ
    プロセッサが、前記Ａ／Ｄ変換器の基準として電圧基準
    の電圧Ｖrefおよび電池電圧Ｖccを選択することがで
    き、ＶccがＡ／Ｄ基準として選択されたときには、Ｖ
    refがアナログ入力として前記マイクロプロセッサの前
    記Ａ／Ｄ変換器によって読み取られ、Ａ／Ｄ変換器が比
    （Ｖref／Ｖc c）に比例するデジタルカウントを出力
    し、 このデジタルカウントが所定しきい値より大きいとき
    に、電池の故障が起きたと判定されることを特徴とする
    回路。
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