Vorrichtung zum dosierten Ausstoßen eines flüssigen Wirkstoffes und
Infusionspumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dosierten Ausstoßen eines flüssigen Wirkstoffes nach Anspruch 1 sowie eine Infusionspumpe zur Langzeitabgabe eines Wirkstoffes nach Anspruch 21 mit einer solchen Vorrichtung. Eine besonders bevorzugte Verwendung betrifft die wiederholte Abgabe vergleichsweise kleiner Dosen eines medizinischen Wirkstoffs über einen vergleichsweise langen Zeitraum, um eine möglichst gleichmäßige Verabreichung des Wirkstoffs zu erzielen.
Bei der Medikamentation von Patienten ist es häufig von Vorteil, den Patienten über einen vergleichsweisen langen Zeitraum mit kleinen Dosen eines medizinischen Wirkstoffs zu versorgen anstatt dem Patienten zu relativ wenigen Zeitpunkten vergleichsweise große Dosen eines Medikaments zu injizieren. Beispielsweise ist es zur Behandlung der Diabetes von Vorteil, den hierzu erforderlichen Wirkstoff Insulin in Mikrodosen quasi kontinuierlich über einen längeren Zeitraum zuzuführen. Dies eröffnet die Möglichkeit, den Blutzucker des Patienten optimal einzustellen. In jüngster Zeit werden zunehmend Diagnostiksysteme entwickelt, die eine quasi kontinuierliche Überwachung medizinisch relevanter Parameter, beispielsweise Blutzucker, ermöglichen. Im Zusammenspiel mit einer quasi kontinuierlichen Mikrodosierung kann somit eine optimale Medikamentierung erzielt werden.
Zu diesem Zweck sind Infusionspumpen erhältlich, die ein Reservoir für den zu verabreichenden flüssigen Wirkstoff und einen Verabreichungsmechanismus, beispielsweise eine Mikrodosierpumpe, umfassen. Damit die Infusionspumpen am
Patienten getragen werden können, verfügen diese über eine eigene Energieversorgung. Üblicherweise ist das Reservoir als Ampulle ausgebildet, mit einem Kolben bzw. Stopfen, der zum Ausstoß des Wirkstoffs in Richtung auf eine Ampullenöffnung zu vorgetrieben wird. Die Lebensdauer der Energieversorgung hängt dabei wesentlich von den im Reservoir vorherrschenden Reibungskräften ab. Ziel ist es jedoch, dass die Energieversorgung möglichst langlebig ist, so dass sich der Patient jederzeit darauf verlassen kann, dass der für ihn so wichtige Wirkstoff auch tatsächlich verabreicht wird. Bekanntermaßen ist das Wiederaufladen von Akkus umständlich, zeitaufwendig und kann vergessen werden. Wenn hingegeben Batterien als Energieversorgung verwendet werden, erfordert der Austausch der Batterien üblicherweise ein Öffnen der Infusionspumpe. Diese sollte jedoch aus hygienischen Gründen möglichst hermetisch dicht abgeschlossen sein, so dass ein Batterieaustausch nachteilig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum dosierten Ausstoßen eines flüssigen Wirkstoffes zu schaffen, die energiesparend betreibbar und einfach und zuverlässig bedienbar ist. Außerdem soll eine Infusionspumpe mit einer solchen Vorrichtung geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 sowie durch eine Infusionspumpe mit den Merkmalen nach Patentanspruch 21. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der rückbezogenen Unter ansprüche.
Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Behältnis zur Aufbewahrung eines flüssigen Wirkstoffs und einen Vortriebsmechanismus, um einen Kolben zum Ausstoß des Wirkstoffs auf einen Auslass des Behältnisses vorzutreiben, wobei der Vortriebsmechanismus den Kolben permanent mit einer Vortriebskraft beaufschlagt und ein Sperrmechanismus vorgesehen ist, der einen Kolbenvortrieb permanent sperrt und zum Ausstoß des Wirkstoffs kontrolliert freigibt. Vorteilhaft ist, dass zum Ausstoß des Wirkstoffs Energie nur zum Betätigen des Sperrmechanismus verbraucht wird, nicht jedoch zum Vortreiben des Kolbens des Behältnisses, denn
erfindungsgemäß kann der Vortriebsmechanismus vor Inbetriebnahme der Vorrichtung so vorgespannt werden, dass Wirkstoffdosen wiederholt ohne erneutes Vorspannen des Vortriebsmechanismus ausgestoßen werden können. Die Energie zum Vorspannen des Vortriebsmechanismus kann somit vor Inbetriebnahme der Vorrichtung beispielsweise von einer externen Energiequelle, einem externen Mechanismus oder manuell bereitgestellt werden. Zum Betrieb der Vorrichtung selbst ist deshalb vergleichsweise wenig Energie erforderlich.
Gleichzeitig trägt die vorliegende Erfindung Sicherheitserwägungen Rechnung, da der Sperrmechanismus so ausgebildet, dass der Kolbenvortrieb permanent gesperrt ist, so dass eine Überdosierung wirksam ausgeschlossen ist, etwa im Falle eines Versagens der Geräteelektronik, etc. Erfindungsgemäß wird der Sperrmechanismus nur zum Zeitpunkt des Ausstoßes des Wirkstoffs freigegeben. Bevorzugt ist der Sperrmechanismus so ausgebildet, dass bei Freigabe des Kolbenvortriebs der Kolben nur um jeweils eine vorgegebene Hublänge vorgetrieben wird und dass der Sperrmechanismus nach dem Vortreiben des Kolbens um die vorgegebene Hublänge automatisch wieder sperrt. Zweckmäßig entspricht die vorgegebene Hublänge einer minimal vorgebbaren Dosis. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform kann somit eine Langzeitabgabe des Wirkstoffs in einfacher Weise gesteuert werden. Denn statt jedes Mal einen Sollwert für die Verstellung des Kolbens vorzugeben, um eine gewünschte Dosierung zu erzielen, braucht eine Steuerelektronik gemäß dieser Ausführungsform einfach nur zu zählen, wie oft der Sperrmechanismus den Kolbenvortrieb freigegeben hat. Denn in Kenntnis der Wirkstoffdosis, die bei einer einfachen Freigabe des Sperrmechanismus ausgestoßen wird, kann in einfacher Weise die ausgestoßene Gesamtdosis durch Multiplizieren der Einfachdosis mit der Anzahl an Freigaben des Sperrmechanismus berechnet werden. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann somit eine einfache zeitliche Steuerung zur Steuerung der Langzeitdosierung verwendet werden.
Vorteilhaft ist auch, dass der Dosiermechanismus praktisch ständig ruht, da er nur zu den vergleichsweise wenigen Zeitpunkten eines Wirkstoffausstoßes aktiviert zu werden braucht. Dies hilft Energie zu sparen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform spannt der Vortriebsmechanismus den Kolben relativ zu einem Bezugspunkt vor, der relativ zum Sperrmechanismus ortsfest gehalten ist. Dieser Bezugspunkt kann somit beispielsweise ein Gehäuse oder eine Wand des Wirkstoffbehältnisses einer Infusionspumpe sein.
Als Vortriebsmechanismus sind gemäß der vorliegenden Erfindung grundsätzlich sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Mechanismen verwendbar, die zur wiederholten Verstellung eines Kolbens vorgespannt werden können. Beispielsweise kann der Vortriebsmechanismus eine Druckfeder umfassen, deren eines Ende auf den Kolben einwirkt, und deren anderes Ende ortsfest gehalten ist, beispielsweise relativ zum Gehäuse der Infusionspumpe. Vor Inbetriebnahme der Vorrichtung wird erfindungsgemäß die Druckfeder vorgespannt. Bei Freigabe des Sperrmechanismus kann die Druckfeder die Vorspannung schrittweise abbauen, bis zum Einreichen einer entspannten Endstellung. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Vortriebsmechanismus auch eine Torsionsfeder sein, wie sie aus anderen mechanischen Vorrichtungen, beispielsweise mechanischen Uhren, bekannt ist. Beispielsweise kann die Torsionsfeder eine gewundene Biegefeder bzw. Spiralfeder von rundem oder rechteckigem Querschnitt sein, die in einem Gehäuse aufgenommen ist, wobei das eine Ende der Torsionsfeder eine Drehbewegung im Vortriebsmechanismus erzeugt, die in eine Vortriebskraft des Kolbens in bekannter Weise umgesetzt wird, beispielsweise mit Hilfe eines Getriebes oder durch Gewindeeingriff einer drehbeweglichen angetriebenen Gewindestange.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Vortriebsmechanismus eine Überdruckkammer umfassen, in der ein Gas unter Überdruck aufbewahrt ist und die eine flexible Kammerwand aufweist, so dass das Gas zum Vortrieb des Kolbens expandieren kann, wenn der Sperrmechanismus freigegeben ist. Somit wird bei dieser Ausführungsform die Überdruckkammer vor Inbetriebnahme der Vorrichtung aufgepumpt bzw. wird ein geeignetes Druckgasreservoir in die Vorrichtung eingesetzt, beispielsweise eine Druckgasflasche, wie diese kostengünstig im Handel erhältlich sind. Selbstverständlich können gemäß der vorliegenden Erfindung grundsätzlich auch
magnetische Kräfte verwendet werden, um den Kolben vorzutreiben. Hierzu können am Gehäuse der Vorrichtung und am Kolben des Behältnisses ausreichend starke Permanentmagnete vorgesehen sein, wie diese kostengünstig im Handel erhältlich sind.
Bevorzugt umfasst der Sperrmechanismus ein Sperrmittel und eine mit diesen zusammenwirkende Sperrklinke, die beweglich ist und den Kolbenvortrieb in einer ersten Stellung sperrt und in einer zweiten Stellung freigibt, um den Ausstoß des Wirkstoffes zu bewirken. Zweckmäßig erfordert die Verstellung der Sperr klinke vergleichsweise wenig Energie, so dass der Wirkstoffausstoß energiesparend bewerkstelligt werden kann. Zweckmäßig ist die Verstellbewegung als einfache Hin- und Herbewegung ausgebildet, beispielsweise als Kippbewegung oder Verschwenkbewegung eines Hebels.
Bevorzugt ist die Verstellung der Sperrklinke mit einer Verstellung einer anderen Sperrklinke so koordiniert, dass stets eine Sperrklinke einen unkontrollierten Vertrieb des Kolbens über die vorgegebene Hublänge hinaus verhindert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sperrmechanismus vergleichbar zu einer Sperrhemmung eines mechanischen Uhrwerks ausgebildet, die ein Sperrmittel, beispielsweise einem mit einer Verzahnung versehenen Sperrrad oder einer mit einer Verzahnung versehenen Kolbenstange, und eine Sperrklinke umfasst, die mit dem Sperrmittel zusammenwirkt, um eine Verstellung des Sperrmittels zu sperren und kontrolliert freizugeben.
Zweckmäßig ist die Sperrklinke als verschwenkbarer Hakenanker ausgebildet, mit zwei Sperrhaken, die in die Verzahnung des korrespondierenden Sperrmittels eingreifen. Durch einfache und energiesparende Hin- und Herbewegung des Hakenankers wird somit das Sperrmittel um jeweils einen Zahn der Verzahnung weiterbewegt. Die Bewegung des Sperrmittels wird dabei erfindungsgemäß in einen Vortrieb des Kolbens umgesetzt, wobei die Vortriebskraft von dem Vortriebsmechanismus und nicht von dem Sperrmittel aufgebracht wird. Bevorzugt ist der Kolben dabei starr mit dem Sperrmittel verbunden, so dass der Kolben aufgrund der permanenten Kraftbeaufschlagung permanent eine
Zugkraft auf das Sperrmittel ausübt, die durch Außereingriffbringen eines Sperrhakens mit der Verzahnung freigegeben wird, so dass das Sperrmittel verstellt wird, solange bis die Verzahnung mit dem anderen Sperrhaken in Eingriff gelangt, was den Vortritt des Kolbens automatisch stoppt. Somit wird die auszustoßende Dosis eindeutig durch die Verzahnung vorgegeben, nämlich durch ein ganzzahliges Vielfaches der Zahnabstände, insbesondere dem einfachen der Zahnabstände, der Verzahnung. Durch Zurückbewegen der Sperr klinke bzw. des Hakenankers wird der Sperrmechanismus dann in seine Ausgangslage zurückbewegt, in der der Kolbenvortrieb permanent gesperrt wird.
Zweckmäßig ist der Hakenanker der Sperrklinke so ausgebildet, dass beim Eingriff des einen Sperrhakens in die Verzahnung des Sperrmittels der andere Sperrhaken in der Mitte zwischen zwei Zähnen der Verzahnung steht. Wird nun der Hakenanker verschwenkt, so wird der vorstehend beschriebene Bewegungsablauf ausgelöst.
Die mit der Sperrklinke zusammenwirkende Verzahnung kann an geeigneter Stelle in dem Mechanismus vorgesehen sein, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Gemäß einer Ausführungsform ist die Verzahnung am Außenumfang eines Sperrrads vorgesehen. In diesem Fall wird eine Drehbewegung des Sperrrads in den Kolbenvortrieb übertragen. Zweckmäßig ist bei dieser Ausführungsform ein Haltemittel, beispielsweise ein Seil oder Band, um eine Drehachse oder einen Außenumfang des Sperrrads gewickelt und wird dieses Haltemittel beim Vortrieb des Kolbens abgewickelt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Verzahnung an einer Zahnstange angebracht, deren Verstellung mittelbar oder unmittelbar auf den Kolbenvortrieb übertragen wird. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass ein Haltemittel eingespart werden kann, so dass eine potentielle Fehlerquelle der Vorrichtung eliminiert ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Sperrmechanismus als Spindelsperrung ausgebildet, vergleichbar zu einer aus dem Uhrenbau bekannten Spindelhemmung. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Sperrklinke einen drehbeweglichen Schaft, der zwei
Sperrnasen trägt, die mit einer Verzahnung auf einer Oberseite auf gegenüberliegenden Seiten der Drehachse des Sperrrads zusammenwirken, wobei eine Verdrehung des Schafts den Eingriff einer Sperrnase mit der Verzahnung freigibt und so eine Weiterdrehung des Sperrrads auslöst, bis ein anderer Zahn der Verzahnung des Sperrrads mit der gegenüberliegenden Sperrnase in Anschlag gerät, was den Kolbenvortrieb automatisch beendet. Die Sperrverzahnung kann dabei auf einer Oberseite eines gesonderten Sperrrads vorgesehen sein, in welchem Fall zweckmäßig ein Haltemittel, beispielweise ein Band oder Seil, um die Drehachse oder einen Außenumfang des Sperrrads gewickelt ist, das den Kolben zurückhält. Zum Kolbenvortrieb wird das Haltemittel kontrolliert abgewickelt. Die Sperrverzahnung kann alternativ auch auf einer Oberseite eines gesonderten Sperrrads angebracht sein, dessen Drehbewegung mittels einer Getriebemechanismus auf eine Kolben- oder Gewindestange oder ein anderes Vorschubmittel übertragen wird. Schließlich kann die Sperrverzahnung auch unmittelbar auf einer Stirnseite der Kolben- oder Gewindestange angeordnet sein, die mittelbar oder unmittelbar dem Kolbenvortrieb dient.
Zweckmäßig sind die Sperrnasen der Spindelsperrung versetzt an dem drehbeweglichen Schaft angebracht, so dass stets eine der Sperrnasen eine unkontrollierte Verdrehung des Sperrrads sperrt, wobei in einer ersten Winkelstellung des Schafts eine erste Sperrnase in eine Verzahnung des Sperrmittels eingreift und die zweite Sperrnase in der Mitte zwischen zwei Zähnen der Verzahnung steht und wobei in einer zweiten Winkelstellung des Schafts die zweite, gegenüberliegende Sperrnase in die Verzahnung des Sperrmittels eingreift und die erste Sperrnase zwischen zwei Zähnen der Verzahnung steht. Durch einfaches Hin- und Herschwenken des drehbeweglichen Schafts kann somit das Sperrrad um einen Zahn weitergedreht werden, wobei die Vortriebskraft durch den Vortriebsmechanismus und nicht durch den Sperrmechanismus bereitgestellt wird.
Bevorzugt wird die Sperrklinke zum Auslösen des Wirkstoffausstoßes gegen eine Rückstellkraft eines Rückstellmittels verstellt, das die Sperrklinke in eine Ruhe- bzw. Ausgangsstellung zurückzustellen trachtet. Somit kehrt der Sperrmechanismus automatisch in seine Ruhe- bzw. Ausgangsstellung zurück und ist zum Auslösen des
Wirkstoffausstoßes nur die Energie erforderlich, um die Sperr klinke gegen die Rückstellkraft zu verstellen. Die Freigabe des Sperrmechanismus kann dabei durch eine Mechanik ausgelöst werden, beispielsweise durch Knopfdruck, falls die Vorrichtung manuell bedienbar ist, oder mittels eines Betätigungsmittels, das von einer Steuerelektronik der Vorrichtung angesteuert wird.
Vorzugsweise kann der Vortriebsmechanismus über den gesamten Hub des Kolbens vorgespannt werden, so dass der Kolben bis zum vollständigen Ausstoß des Wirkstoffes aus dem Behältnis vorgetrieben werden kann, ohne dass der Vortriebsmechanismus erneut vorgespannt werden muss. Vorteilhaft ist, dass die hierzu erforderliche Vorspannarbeit vor Inbetriebnahme der Vorrichtung manuell oder mittels einer externen Energiequelle aufgebracht werden kann, so dass die Energieversorgung der Vorrichtung insgesamt geschont werden kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann jedoch der Vortriebsmechanismus auch nur über einen Teil des maximalen Kolbenhubs vorgespannt sein, so dass bis zum vollständigen Ausstoß des Wirkstoffes der Vortriebsmechanismus ein oder mehrere Male erneut vorgespannt werden muss. Hierzu ist zweckmäßig eine Anzeigevorrichtung vorgesehen, die dem Benutzer anzeigt, dass die durch den Vortriebsmechanismus bereitgestellte Vortriebskraft einen vorgebbaren oder vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Diese Anzeigevorrichtung kann mechanisch erfolgen, beispielsweise durch mechanisches Auslösen eines Farbfeldes als Hinweis, oder kann elektronisch angesteuert werden, beispielsweise in Form eines Warnhinweises auf einem LCD-Display oder dergleichen, gegebenenfalls unterstützt durch ein akustisches Warnsignal, als Hinweis darauf, dass die Vorrichtung wieder vorgespannt werden muss.
Grundsätzlich kann die zum Vorspannen des Vortriebsmechanismus erforderliche mechanische Arbeit von dem Benutzer der Vorrichtung auch manuell aufgebracht werden, oder durch Anschließen an eine externe Energiequelle. Wird jedoch der Vortriebsmechanismus auch nach mehrmaliger Aufforderung des Benutzers nicht vorgespannt, so wird die erforderliche Energie zweckmäßig von der Energiequelle der
Vorrichtung bereitgestellt, so dass sichergestellt ist, dass die Vorrichtung jederzeit betriebsbereit ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Sperrmechanismus auch als Bandsperre ausgebildet sein, wobei die Bandsperre ein Band klemmt, das den Kolben gegen die permanent wirkende Vortriebskraft des Vortriebsmechanismus zurückhält und wobei bei Freigabe der Bandsperre das Durchrutschen des Bands in den Kolbenvortrieb umgesetzt wird. Zweckmäßig ist die Bandsperre dabei so ausgebildet, dass diese das Band permanent klemmt, wozu dem Fachmann auf diesem Gebiet geeignete Maßnahmen aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Grundsätzlich kann der Bandsperrenmechanismus mit der vorgenannten Hakenanker oder Spindelsperrung kombiniert werden. Bei dieser Ausführungsform ist die Verstellung der Bandsperre und der Haken- oder Spindelsperrung zweckmäßig koordiniert, so dass zunächst der Hakenanker bzw. der drehbewegliche Schaft mit den Sperrnasen von einer Endstellung zu der anderen Endstellung verschwenkt wird. Dabei wird ein Verdrehen des Sperrrads noch durch die Bandsperre gesperrt. Durch Lösen der Bandsperre kann dann das Sperrrad solange verdreht werden, bis ein Zahn seiner Verzahnung an dem Sperrhaken bzw. der Sperrnase anstößt. Anschließend sperrt die Bandsperre wieder permanent. Für einen erneuten Wirkstoffausstoß wird dann der Hakenanker bzw. der Schaft mit den Sperrnasen in die andere Endstellung zurückgeschwenkt. Somit braucht für einen Wirkstoffausstoß die Sperrklinke nur einmal verstellt werden.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben werden, worin
Figur 1 eine Ausstoßvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Hakenankersperrung darstellt;
Figur 2 eine Variante der ersten Ausführungsform mit einer Spindelsperrung darstellt;
Figur 3 eine zweite Ausführungsform der Ausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, bei der ein Sperrrad an einer Stirnseite einer Zahn- oder Gewindestange angebracht ist, das mit einer Spindelsperrung zusammenwirkt;
Figur 4 eine Variante der Ausführungsform gemäß Figur 4 darstellt, bei der eine
Hakenanker Sperrung vorgesehen ist, die mit der Verzahnung einer Zahnstange zusammenwirkt;
Figur 5 schematisch eine Ausstoßvorrichtung gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, bei der der Kolbenvortrieb durch Expansion eines druckbeaufschlagten Gasreservoirs erzeugt wird; und
Figur 6 eine vierte Ausführungsform der Ausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder gleichwirkende Bauelemente bzw. Bauelementgruppen.
Figur 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Ausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese ist bevorzugt Teil einer Infusions- oder Injektions Vorrichtung, beispielsweise einer Infusionspumpe zur
Langzeitmedikamentierung von Patienten oder Tieren, beispielsweise zur Blutzuckereinstellung. Wie in Figur 1 gezeigt ist, umfasst die Vorrichtung ein Reservoir 1, in dem eine den Wirkstoff enthaltende Flüssigkeit aufbewahrt wird. Das Behältnis 1 weist an seinem vorderen Ende eine Öffnung auf, durch die der Wirkstoff ausgestoßen wird, beispielsweise zu einer Hohlkanüle. Gegenüberliegend der Ausstoßöffnung befindet sich der axial verschiebbare Kolben 2, dessen axiale Verstellung in Richtung auf die Ausstoßöffnung den Ausstoß des Wirkstoffes bewirkt. Der Kolben 2 ist mittels der Druckfeder 3 permanent gegen einen festen Bezugspunkt 5 vorgespannt, der ortsfest zu dem Sperrmechanismus im rechten Bildteil und/oder zum Behältnis 1 ist. An der Rückseite des Kolbens 2 ist ein Haltemittel 4, beispielsweise ein Seil oder Band, befestigt, das den Kolben gegen die Rückstellkraft der Feder 3 zurückhält. Das
Haltemittel 4 ist an den Umlenkpunkten 6 und 7 umgelenkt, beispielsweise an Umlenkrollen oder Umlenkzapfen. Das andere Ende des Haltemittels ist mit dem im rechten Bildteil dargestellten Sperrmechanismus verbunden.
Wie in Figur 1 gezeigt ist, ist hierzu das andere Ende des Haltemittels 4 am Sperrrad 9 aufgewickelt, sei es unmittelbar in einer Umfangsrinne des Sperrrads 9 oder auf einem auf der Drehachse 8 des Sperrrads 9 angeordneten Zapfen. Gemäß Figur 1 weist das Sperrrad 9 an seinem Außenumfang eine in Drehrichtung erstreckte, vorzugsweise umlaufende, Sperrverzahnung 10 auf, deren Zähne mit den Sperrhaken 13, 14 des Hakenankers 11 zusammenwirken. Der Sperrmechanismus gemäß Figur 1 ist insgesamt vergleichbar zu einer Hakenankerhemmung ausgebildet, wie sie aus dem Uhrenbau bekannt ist. Somit kann der Hakenanker 11 um die Achse 12 zwischen einer ersten Endstellung, in der der Sperrhaken 14 an einem Zahn der Verzahnung 10 anliegt, und einer zweiten Endstellung, in der der Sperrhaken 13 an einem Zahn der Verzahnung 10 anliegt, hin- und hergeschwenkt werden. Der Hakenanker 11 kann von einem nicht dargestellten Rückstellmittel in eine der Endstellungen zurückgestellt werden. Somit ist gewährleistet, dass das Sperrrad 9 nicht unkontrolliert weiterdrehen kann.
Wie in Figur 1 schematisch dargestellt ist, ist der Hakenanker 11 so ausgebildet, das beim Eingriff des Sperrhakens 14 in die Sperrverzahnung 10 der andere Sperrhaken 13 in der Mitte zwischen zwei Zähnen der Verzahnung steht. Beim Weiterdrehen des Sperrrads 9 wird somit der Sperr haken 13 von einer Verzahnungsfläche mitgeführt und so der Hakenanker in die andere Endstellung zurückgekippt.
Zur Inbetriebnahme der Vorrichtung wird die Druckfeder 3 vorgespannt, beispielsweise durch Einführen eines neuen Behältnisses 1 mit maximal zurückgeschobenem Kolben 2. Dabei wird das Sperrrad 9 solange zurückgedreht, bis das Haltemittel 4 gespannt ist. Zum Zurückdrehen des Sperrrads 9 kann ein nicht dargestelltes Rückstellmittel, beispielsweise eine Torsionsfeder oder ein elektrischer Rückstellmechanismus, vorgesehen sein. Zum Wirkstoffausstoß wird der Hakenanker 10 von einer ersten Endstellung zu der zweiten Endstellung geschwenkt. Aufgrund der Vorspannung durch
die Druckfeder 3 wird dabei der Kolben 2 vorgetrieben und ein Wirkstoffausstoß bewirkt. Gleichzeitig dreht das um die Umlenknute 6 und 7 umgelenkte Haltemittel 4 das Sperrrad 9 solange weiter, bis einer der Sperrhaken 13, 14 des Hakenankers an einem Zahn der Sperrverzahnung 10 zum Anliegen kommt. Eine Weiterdrehung des Sperrrads 9 ist dann ausgeschlossen. Dass Sperrrad 9 kann erst nach einem Zurückschwenken des Hakenankers 11 in die andere Endstellung weiterverdreht werden. Somit ist die ausgestoßene Dosis des Wirkstoffes eineindeutig durch die Sperrverzahnung 10 des Sperrrads 9 vorgegeben. Die Winkelverstellung des Sperrrads 9 um einen Zahn wird eineindeutig in einen vordefinierten Hub des Kolbens 2 umgesetzt.
Figur 2 zeigt eine Variante der ersten Ausführungsform, bei der der Sperrmechanismus vergleichbar zu einer aus dem Uhrenbau bekannten Spindelsperrung ausgebildet ist. Bei dieser Variante ist auf einer Oberseite des Sperrrads 9 eine Verzahnung 15 vorgesehen, die mit den zwei Sperrnasen 16, 17 eines Schafts 18 zusammenwirkt. Der Schaft 18 ist um eine Drehachse radial zu der Drehachse 8 des Sperrads 9 drehbar gelagert. Der Schaft 18 ist so drehgelagert, dass er nur zwischen einer ersten Endstellung, in der die Sperrnase 17 an einem der Zähne der Sperrverzahnung 15 anliegt, und einer zweiten Endstellung, in der die andere Sperrnase 16 mit einem der Zähne der Sperrverzahnung 15 anliegt, hin- und hergedreht werden kann, so dass eine der beiden Sperrnasen 16 und
17 entsprechend in und die andere aus dem Eingriff schwenkt. Somit ist gewährleistet, dass das Sperrrad 9 nicht unkontrolliert weiterdrehen kann. Vielmehr kann das Sperrrad stets nur um einen Zahn weiterverdreht werden, was durch eine Verdrehung des Schafts
18 von der einen in die andere Endstellung bewirkt wird. Auch bei dieser Ausführungsform ist das andere Ende des Haltemittels 4 entweder in einer Umfangsrille des Sperrrads 9 oder um einen auf die Drehachse 8 des Sperrrads 9 aufgesteckten Zapfen aufgewickelt und wird beim Vortrieb des Kolbens 2 abgewickelt.
Grundsätzlich kann der Sperrmechanismus jedoch auch so in die Vorrichtung integriert werden, dass ein Haltemittel überflüssig ist. Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Ausstoßvorrichtung gemäß der Erfindung, die ohne ein Haltemittel auskommt. Gemäß Figur 3 ist das Sperrrad 9 unmittelbar an einem Ende einer dem Kolbenvortrieb
dienenden Gewindestange 21 angebracht. Vor Inbetriebnahme der Vorrichtung wird das Sperrrad 9 gegen die Rückstellkraft einer Torsionsfeder 23 oder eines anderen geeigneten Rückstellmittels zurückgedreht. Die schematisch in Figur 3 dargestellte Spindelsperrung löst dann eine in der vorstehend beschriebenen Weise Verdrehung des Sperrrads 9 um jeweils einen Zahn aus. Das Außengewinde der Gewindestange 21 greift in ein an einem Gehäuse einer Infusionspumpe oder an der Ampulle 1 vorgesehenen Innengewinde eines Abschnittes 22 ein, so dass die Verdrehung der Gewindestange 21 in einen Kolbenvortrieb umgesetzt wird. Falls der Abschnitt 22 fest mit dem Gehäuse verbunden ist, kann die Gewindestange verdrehgesichert und axial bewegbar mit dem Sperrad 9 verbunden sein und selbst eine Kolbenstange bilden. Alternativ kann die Gewindestange 21 fest mit dem Sperrad verbunden sein. In diesem Fall wird der Abschnitt 22 von dem Gehäuse axial linear geführt und kann die Kolbenstange bilden.
Selbstverständlich kann das Sperrrad 9 gemäß Figur 3 anstatt mit einer Sperrverzahnung 15 auf einer Oberseite auch mit einer Sperrverzahnung am Außenumfang des Sperrrads 9, vergleichbar zu Figur 1, versehen sein. Wie dem Fachmann ersichtlich sein wird, kann das Sperrrad 9 auch über einen Getriebemechanismus mit der dem Kolbenvortrieb dienenden Gewindestange 21 verbunden sein, so dass die Drehbewegung des Sperrrads 9 über den Getriebemechanismus auf die Gewindestange 21 übertragen wird.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Aus stoß Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die ohne ein Haltemittel auskommt. Bei dieser Vorrichtung dient eine Stange 24 dem Kolbenvortrieb, die als Zahnstange mit einer Sperr Verzahnung 25 ausgebildet ist. Die Sperrverzahnung 25 wirkt mit dem drehbeweglich gelagerten Hakenanker 11 zusammen, der in der Art der in Figur 1 dargestellten Hakenanker Sperrung funktioniert. Somit liegt in einer ersten Endstellung des Hakenankers 11 der Sperrhaken 14 an einem der Zähne der Sperrverzahnung 25 an. Durch Verschwenken des Hakenankers 11 in die andere Endstellung gelangt der Sperrhaken 14 außer Eingriff mit der Sperrverzahnung 25 und gelangt der andere Sperrhaken 13 in Eingriff mit einem anderen Zahn der Sperrverzahnung 25. Aufgrund der von dem nicht dargestellten Vortriebsmechanismus erzeugten, permanent wirkenden
Vortriebskraft wird die Zahnstange 24 vorgeschoben, um den Ausstoß des Wirkstoffes aus dem Behältnis 1 zu bewirken. Dabei gleitet der Sperrhaken 13 an dem Profil eines Sperrzahns entlang und wird angehoben, so dass der Hakenanker 11 in die Ausgangslage zurückgeschwenkt wird, in der der Sperrhaken 14 den weiteren Kolbenvortrieb sperrt. Dabei wird der Hakenanker 11 beim Verschwenken von der in Figur 4 gezeigten ersten Endstellung in die nicht dargestellte andere Endstellung gegen die Rückstellkraft eines nicht dargestellten Rückstellmittels verschwenkt, so dass das Zurückschwenken des Hakenankers 11 in die in Figur 4 dargestellte Sperrstellung sichergestellt ist.
Die Figur 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Ausschüttungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß Figur 5 wird die Kraft zum Kolbenvortrieb von einem in einer Überdruckkammer 26 aufbewahrten Gas aufgebracht. Vor Inbetriebnahme der Vorrichtung wird die Überdruckkammer 26 in der hinteren Endstellung des Kolbens 2 mit einem unter hohem Druck stehenden Druckgas gefüllt. Die Überdruckkammer 26 weist eine flexible Wand auf, so dass das Gas expandieren und die Überdruckkammer 26 sich aufweiten kann, wenn der Sperrmechanismus den Kolbenvortrieb freigibt. Wie in Figur 5 gezeigt ist, stützt sich die Überdruckkammer 26 an einem Gehäuseabschnitt 5 und an dem rückwärtigen Boden des Kolbens 2 ab und wird seitlich von einer Hülse 27 geführt, so dass das Gas die Überdruckkammer 26 nur in eine Richtung aufweiten kann, nämlich in die Kolbenvortriebsrichtung, d.h. in Axialrichtung des Behältnisses 1. Grundsätzlich kann der Sperrmechanismus gemäß irgendeiner der hierin beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Damit die Überdruckkammer 26 sich aufweiten kann, müssen zumindest die Seitenwände derselben flexibel ausgebildet sein. Die Überdruckkammer kann beispielsweise ringförmig sein, so dass das Haltemittel 4 durch sie bis zum Kolben 2 geführt werden kann.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ausschlussvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Statt der vorstehend beschriebenen Hakenankersperrung (vergleiche Figur 1, 4) oder Spindelsperrung (vergleiche Figur 2, 3) umfasst der Sperrmechanismus eine erste Sperrklinke 28 und eine zweite, nicht dargestellte zweite Sperr klinke, die identisch zur ersten Sperr klinke ausgebildet ist. Das Sperrrad 9 weist am
Außenumfang eine Sperrverzahnung 10 auf, die mit der ersten Sperrklinke 28 zusammenwirkt. Ferner ist eine zweite, nicht dargestellte Sperrverzahnung vorgesehen, die mit der zweiten Sperrklinke zusammenwirkt. Die zweite Sperrverzahnung kann auf demselben oder einem anderen Sperrrad vorgesehen sein. Die beiden Sperrklinken können verschwenkt werden, wie durch den Doppelpfeil angedeutet, wobei jedoch gewährleistet ist, dass beim Wegschwenken der einen Sperrklinke von der korrespondierenden Sperrverzahnung die andere Sperrklinke automatisch in Eingriff gelangt mit der anderen korrespondierenden Sperrverzahnung. Somit ist stets gewährleistet, dass das Sperrrad 9 nicht unkontrolliert durchdrehen kann. Durch koordiniertes Verstellen der Sperrklinken 28 wird somit das Sperrrad 9 um einen halben Zahn weiter gedreht. Beim koordinierten Zurückschwenken der beiden Sperrklinken wird das Sperrrad erneut um einen halben Zahn weitergedreht und kehren die beiden Sperr klinken in ihrer Ausgangslage zurück. Beim Verdrehen des Sperrrads 9 wird das andere Ende des Haltemittels 4 abgewickelt. Aufgrund der permanent wirkenden Vortriebskraft der Druckfeder 3 wird der Kolben 2 zum Ausstoß des Wirkstoffs vorgetrieben.
Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Variante dieser Ausführungsform ist die Sperrklinke gemäß Fig. 6 gabelförmig ausgebildet, mit zwei Sperrnasen, die je nach Winkelstellung der Gabel entweder am linken oder am rechten Umfangsrand des Sperrrads 9 in die Sperrverzahnung 10 eingreifen. Die Abstände der beiden Sperrnasen sind dabei so bemessen, so dass beim Verschwenken der gabelförmigen Sperrklinke stets eine der beiden Sperrnasen in die Sperrverzahnung eingreift.
Zum Betrieb der Ausstoßvorrichtung wird zunächst der Vortriebsmechanismus vorgespannt, beispielsweise durch Zurückschieben der Druckfeder oder Zurückdrehen einer Torsionsfeder. Gleichzeitig wird der Sperrmechanismus in eine Ausgangslage gebracht, in der ein Sperrhaken oder eine Sperrnase in die Sperrverzahnung 10 bzw. 15 eingreift. Durch Verstellen des Sperrmechanismus, beispielsweise durch Verschwenken des in Figur 1 bzw. 4 gezeigten Hakenankers oder der in Figur 2 bzw. 3 gezeigten Sperrspindel, wird ein Weiterdrehen des Sperrrads 9 ausgelöst, solange bis ein Zahn der
Sperrverzahnung 10, 15 wieder mit einem Sperrhaken bzw. einer Sperrnase in Eingriff gelangt. Die Bewegung des Sperrrads oder der in Figur 4 gezeigten Kolbenstange wird dabei in den Kolbenvortrieb umgesetzt. Die hierfür erforderliche Vortriebskraft stammt von dem Vortriebsmechanismus und nicht von dem Sperrmechanismus. Zum erneuten Ausstoß des Wirkstoffs wird der Sperrmechanismus erneut betätigt.
Grundsätzlich kann die Betätigung des Sperrmechanismusses von Hand erfolgen, beispielsweise durch Drücken eines Knopfes an einem mechanisch zu betätigenden Injektionsgerät, beispielsweise einem Injektionspen für Diabetespatienten. Vorzugsweise wird die Ausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch elektronisch gesteuert, wozu eine nicht dargestellte Steuerelektronik vorgesehen ist, die mit Hilfe eines nicht dargestellten Betätigungsmittels den Sperrmechanismus kontrolliert freigibt. Durch einfaches Zählen der Ereignisse, wenn der Sperrmechanismus freigegeben wird, kann jederzeit die verabreichte Dosis berechnet werden. Da der Kolbenvortrieb, wie vorstehend beschrieben, eineindeutig durch die Sperrverzahnung vorgegeben ist, kann in Kenntnis des Übersetzungsverhältnisses dem Verstellen des Sperrmittels um einen Zahnrad der Sperrverzahnung eineindeutig ein Kolbenhub und damit eine ausgestoßene Wirkstoffdosis zugeordnet werden. Durch einfaches Multiplizieren der Anzahl Ereignisse mit dieser Wirkstoffdosis kann somit jederzeit die Gesamtwirkstoffdosis berechnet werden.
Während vorstehend beschrieben wurde, dass der Sperrmechanismus eine Sperrverzahnung und eine mit dieser zusammenwirkende Sperrklinke umfasst, können grundsätzlich sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten geeigneten Sperrmechanismen für die Ausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann das Haltemittel ein Band sein, das von einer aus dem Stand der Technik bekannten Bandsperre permanent gesperrt wird und das bei Freigabe der Bandsperre durchrutscht, solange bis die Bandsperre erneut das Band klemmt. Selbstverständlich kann eine solche Bandsperre mit jedem der vorstehend beschriebenen Sperrmechanismen kombiniert werden. Bei einer solchen Variante würde die auszustoßende Dosis, wie vorstehend beschrieben, eineindeutig durch eine
Sperrverzahnung und eine mit dieser zusammenwirkende Sperrklinke festgelegt werden. Die Sperrklinke könnte jedoch ohne größere Widerstandskräfte zwischen den beiden Endstellungen hin- und herbewegt werden. Das eigentliche Weiterdrehen des Sperrmittels würde dann durch Freigabe der Bandsperre ausgelöst werden. Wenn die Sperrklinke wieder mit der Sperrverzahnung in Eingriff gelangt, wird der weitere Kolbenvortrieb beendet. Anschließend klemmt die Bandsperre wieder das Band.
Selbstverständlich kann die Sperrklinke, z. B. der Hakenanker oder die drehbewegliche Spindel, in jeder ihrer Endstellungen verriegelt werden, um eine unkontrollierte Verstellung der Sperr klinke zu verhindern.
Wie vorstehend beschrieben, kann die erfindungsgemäße Ausstoßvorrichtung sowohl in manuell betätigte als auch in elektronisch betätigte Infusions- oder Injektionsgeräte eingebaut werden. Diese können zur Injektion eines medizinischen Wirkstoffs, aber auch eines diagnostischen Wirkstoffs, in menschliches, tierisches oder pflanzliches Gewebe verwendet werden. Aufgrund des geringen Energiebedarfs der erfindungsgemäßen Ausschlussvorrichtung eignet sich diese insbesondere zum Einsatz in Infusionspumpen zur wiederholten Abgabe vergleichsweise kleiner Dosen eines therapeutischen Wirkstoffs über einen vergleichsweise langen Zeitraum.
Eine ganz besonders bevorzugte Verwendung betrifft die Langzeitabgabe von Insulin zum Einstellen des Blutzuckerspiegels von Diabetespatienten. Hierzu kann die Infusionspumpe von einer Regelung gesteuert werden, die mit einer Sensorik zur Bestimmung des Blutzuckerspiegels verbunden ist. Die minimal verabreichbare Wirkstoffdosis ist dabei im Wesentlichen durch die Sperrverzahnung des Sperrmittels und durch das jeweils gewählte Übersetzungsverhältnis der Ausstoßvorrichtung vorgegeben und kann geeignet niedrig gewählt werden. Durch einfaches Zählen, wie oft der Sperrmechanismus freigegeben wird, weiß die Regelelektronik stets, wie groß die ausgestoßene Dosis ist. Dies vereinfacht den Regelaufwand erheblich, da einfache Zeitsteuerschaltungen verwendbar sind. Aufgrund des geringeren Energieaufwands der
Ausstoßvorrichtung kann die Infusionspumpe über einen vorteilhaft langen Zeitraum betrieben werden. Insbesondere zur Diabetesbehandlung könnte eine solche Infusionspumpe das Insulin durch eine 31-Gauge-Nadel ausstoßen.