DE60028531T2

DE60028531T2 - Fluidaustragungsvorrichtung mit stabilisiertem fluidfluss

Info

Publication number: DE60028531T2
Application number: DE60028531T
Authority: DE
Inventors: J. Henri La Jolla MAGET
Original assignee: Baxter International Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2020-08-02
Also published as: TWI229002B; KR100526363B1; JP2003509170A; CN1321096A; US6413238B1; CO5280035A1; KR20010089470A; AR025697A1; EP1131117B1; AU6753600A; EP1131117A1; DE60028531D1; WO2001021234A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die Erfindung hierin betrifft Fluidaustragungsvorrichtungen, in welchen ein erzeugter Gasdruck einen Austrag eines Fluids, das in der Vorrichtung enthalten ist, über eine ausgedehnte Zeitdauer bewirkt.
Beschreibung des Standes der Technik:
Ein Austrag bzw. eine Ausbringung von Fluiden aus Behältern über ausgedehnte Zeiträume bzw. -perioden ist in vielen Gebieten eine Notwendigkeit. Zum Beispiel müssen viele Medikationen bzw. Medikamente an Patienten in kleinen, inkrementalen bzw. zunehmenden Dosen über die Zeit entweder kontinuierlich oder intermittierend verabreicht werden. Ähnlich verlangen viele chemische und biologische Prozesse und Tests, die in Laboratorien durchgeführt werden, eine prolongierte bzw. anhaltende Infusion von Reaktanten in kleinen Mengen über den Verlauf des Prozesses oder Tests. Um dieses Erfordernis zu erfüllen, wurden viele Vorrichtungen auf dem Markt eingeführt, welche ein intermittierendes oder kontinuierliches Austragen bzw. Abgeben von flüssigen Medikationen, Reaktanten, usw. zur Verfügung stellen. Um die Flüssigkeiten abzugeben, haben einige Vorrichtungen elektrische Miniatur-Flüssigkeitspumpen enthalten, andere haben Miniatur-Gasdruckgeneratoren enthalten, und einige haben auf einen hohen Anfangsgasdruck innerhalb der Vorrichtung gebaut. Unter den Vorrichtungen, welche beschrieben oder benutzt worden sind, sind jene, die in meinen früheren U.S. Patenten Nr. 4,402,817; 4,522,698; 4,687,423; 4,886,514; 4,902,278; 5,038,821; 5,149,413; 5,788,682; 5,928,194 und 5,938,640 beschrieben worden sind.
Solche Vorrichtungen vom Stand der Technik wurden im wesentlichen an einem Modus eines "stationären Zustands" betrieben, so daß sie, wenn sie arbeiten, normalerweise die Flüssigkeit bei einer Rate abgeben, welche als eine konstante Rate bzw. Geschwindigkeit beabsichtigt ist. Jedoch wird in vielen Arbeits- bzw. Betriebssituationen der Strom bzw. Fluß von der Vorrichtung wenigstens, für ein Teil der Zeit blockiert oder eingeschränkt, oder muß gemäß interner oder externer Parameter oder der Vorrichtung oder ihrer Umgebung variiert werden. Zum Beispiel werden Schwankungen bzw. Variationen im Gegendruck bzw. Rückdruck von der Zielumgebung (wie beispielsweise ein intravenöser oder intraarterieller Druck in einem Patienten) die Strömungsgeschwindigkeit bzw. -rate der abgebenden bzw. Austragungsvorrichtung beeinflussen. In der Vergangenheit konnten solche Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit nur durch ein manuelles Einstellen der Vorrichtung kompensiert werden, normalerweise basierend auf der Beobachtung der Tätigkeit der Vorrichtung durch den Benutzer oder Bedienungsperson. Ein Erfordern einer manuellen Korrektur oder Kompensation einer Tätigkeit bzw. eines Betriebs einer Vorrichtung ist selbstverständlich unerwünscht, weil es zeitraubend ist und konstante oder häufige Wartung bzw. Bedienung durch den Benutzer oder die Bedienungsperson erfordert, und weil in vielen Fällen Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere kleine, nicht durch einen Benutzer oder eine Bedienungsperson beobachtbar sind, bis die kumulative Wirkung solcher kleiner Änderungen signifikant bzw. merklich und vielleicht schädlich wurde.
US-5,242,406 offenbart eine Liefervorrichtung für ein Liefern bzw. Ausbringen einer Flüssigkeit, die ein Arzneimittel bzw. Medikament enthält. Die Vorrichtung beinhaltet ein erstes Diaphragma innerhalb eines Gehäuses, das eine erste zusammenziehbare Kammer auf einer Seite des Diaphragmas für ein Halten einer Lieferung bzw. eines Vorrats der Flüssigkeit, die abzugeben ist, und eine zweite zusammenziehbare Kammer auf der gegenüberliegenden Seite des Diaphragmas definiert, die eine elektrolytische bzw. Elektrolysezelle enthält, die fähig ist, ein Gas gemäß dem elektrischen Strom zu erzeugen bzw. zu generieren, der durch den Zellelektrolyt hindurchgeleitet wird. Die Vorrichtung beinhaltet weiterhin ein zweites Diaphragma, ein Regel- bzw. Steuerventil, und eine Feder zum Kompensieren der Lieferrate der Flüssigkeit hinsichtlich Schwankungen in Umgebungsdruck und Temperatur.
US-5,855,761 offenbart eine Fluidabgabevorrichtung, die aufeinanderfolgende Gasproduktions- bzw. -herstellungsverfahren nutzt. Die Fluidabgabevorrichtung beinhaltet einen Behälter mit einer inneren Oberfläche. Eine erste Gasabgabe- bzw. -liefervorrichtung für ein Herstellen eines ersten Gases, wie beispielsweise eine elektrochemische Pumpe, ist in einem Ende des Behälters angeordnet. Ein bewegbares Glied, wie beispielsweise ein Kolben, ein Ball bzw. eine Blase oder eine Membran ist innerhalb des Behälters positioniert und definiert zusammen mit der Innenfläche des Behälters und der elektrochemischen Zelle eine fluiddichte Kammer. Das erste Gas, das erzeugt bzw. generiert wird, reagiert mit einem chemischen Reagens innerhalb des Behälters, um ein zweites Gas zu erzeugen. Das zweite Gas wirkt auf ein bewegbares Glied, um dieses Glied anzutreiben und so eine Flüssigkeit von einem Reservoir ab zugeben bzw. zu liefern, das dem bewegbaren Glied benachbart ist. In einer Ausführungsform ist ein Durchflußmesser bzw. Strömungsmeßgerät mit dem Rohr verbunden bzw. assoziiert, das von einer Öffnung führt, die mit dem Reservoir verbunden ist. Dieser Durchflußmesser ist mit einem Regel- bzw. Steuerschaltkreis verbunden, so daß, wenn die Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit durch das Rohr sich über einen vorbestimmten Bereich verringern oder ansteigen sollte, die Regel- bzw. Steuerschaltung die Menge an Elektrizität erhöht bzw. verringert, die durch die elektrochemische Zelle hindurchtritt, so daß mehr oder weniger des ersten Gases erzeugt wird und die Strömungsgeschwindigkeit geeignet bzw. entsprechend verändert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Fluidaustragungs- bzw. -abgabevorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung gemäß Anspruch 20 bereitgestellt.
Die vorliegende Erfindung ist eine Fluidaustragungsvorrichtung, welche sowohl eine Gasdruckerzeugungs- bzw. -generierungsvorrichtung als auch ein internes Feedback- bzw. Rückkopplungssystem beinhaltet, welches erlaubt, daß die Vorrichtung Änderungen in ihrem eigenen Betrieb veranlaßt, um in einer rechtzeitigen und gemessenen Art und Weise auf Änderungen, sogar kleine in der austragenden Strömungsgeschwindigkeit bzw. -rate des Fluids zu antworten, das in der Vorrichtung enthalten ist. Das Feedback- bzw. Rückkopplungssystem arbeitet sogar unter Bedingungen effektiv bzw. wirksam, wo die Ursache einer Be- bzw. Einschränkung oder Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Flußrate nicht eindeutig bekannt ist oder vernünftigerweise zu einer direkten Messung fähig ist.
Die Vorrichtung dieser Erfindung umfaßt ein Fluidreservoir, welches einen Fluidauslaß aufweist, welcher fakultativ eine Druck- oder Strömungswiderstandeinheit in den Auslaß eingebaut bzw. aufgenommen aufweisen kann. Es weist auch ein elektrisches Gaserzeugungs- bzw. -bildungsmodul auf, welches ein treibendes Gas, vorzugsweise durch elektrochemische Mittel erzeugt bzw. generiert, um einen Gasdruck bereitzustellen, um das enthaltene Fluid aus dem Reservoir durch den Auslaß (und Widerstandseinheit, wenn vorhanden) zur Zielumgebung zu beaufschlagen bzw. zu treiben. Das Reservoir ist in getrennte, aber angrenzende Kammern für das erzeugte bzw. gebildete antreibende Gas und für das Fluid (Flüssigkeit, Dampf oder Gas), das auszutragen ist, geteilt. Die Kammern sind durch eine bewegbare fluiddichte Trennwand bzw. Unterteilung getrennt, gegen welche der Gasdruck auf eine Kammer ausgeübt wird, und welche sich in Antwort auf einen solchen Gasdruck bewegt, um das Fluid in der anderen Kammer aus dem Reservoir und durch einen Auslaß, gewöhnlich eine Fluidleitung, wie beispielsweise ein starres oder flexibles Rohr oder eine Gasentlüftung, wie beispielsweise ein Gitter auszutreiben.
Auch ist ein Sensor zum Detektieren und Messen eines variablen Parameters vorhanden, welcher intern oder extern zur Vorrichtung ist, aber welcher direkt oder invers zum Betrieb der Vorrichtung und zum Austrag oder Austragen bzw. Abgeben des Fluids in Beziehung steht. Ein derartiger Parameter kann ein physikalischer, chemischer oder biologischer sein, wie beispielsweise Fluiddruck oder Volumen innerhalb jeder Kammer des Reservoirs, Austrags- bzw. Ausflußfluid strömungsgeschwindigkeit bzw. -rate oder Austragsfluiddruck am Auslaß, oder Konzentration einer Komponente des Fluids. Der Sensor sendet ein Signal, das die Rate bzw. Geschwindigkeit, Richtung und/oder Größe irgendeiner Änderung in dem Parameter definiert, an eine Regel- bzw. Steuereinrichtung bzw. einen Controller, welche (r) den elektrischen Strom regelt bzw. steuert, der das Gaserzeugungs- bzw. -generierungsmodul betreibt. Die Menge und Rate bzw. Geschwindigkeit einer Gaserzeugung werden dadurch durch die Variation bzw. Veränderung der Regel- bzw. Steuereinrichtung des Stroms reguliert, der das Gaserzeugungsmodul betreibt, welches seinerseits den Gasdruck innerhalb des Reservoirs bzw. Vorratsbehälters und somit die Strömungsgeschwindigkeit und Menge des Fluids variiert, welches ausgetragen wird, wie beispielsweise ein Austragen, das somit auf Änderungen in den gemessenen Parameter anspricht.
Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung arbeitet in Antwort auf Signale aus dem Sensor von Änderungen in dem gemessenen Parameter, um den Fluß des elektrischen Stroms in einer Art und Weise zu regeln bzw. zu steuern, welche das Gaserzeugungs- bzw. -bildungsmodul veranlaßt, die Gaserzeugungs- bzw. -generierungsrate des Moduls zu erhöhen oder zu verringern, um die Strömungsgeschwindigkeit einer Fluidaustragung innerhalb von vorgeschriebenen Grenzen beizubehalten.
Da die Vorrichtung deshalb eine wesentliche konstante Strömungsgeschwindigkeit basierend auf einer Antwort auf einen spezifischen internen oder externen Parameter beibehält, welcher in einer gewissen Art anzeigend ist für die Fluidaustragungsrate bzw. -geschwindigkeit der Vorrichtung, sind ihre Regelung bzw. Steuerung und Wirksamkeit nicht von einer Detektion oder Messung höchst variablen und schwierig gemessenen System- oder Zieleigenschaften abhängig, welche die Quelle der Änderung in dem gemessenen Parameter sind oder sein können. Beispielsweise wird ein Fluidstrom von einer hypodermen Spritze in eine Arterie oder Vene eines Patienten behindert oder beschleunigt durch Änderungen im intraarteriellen bzw. intravenösen Blutdruck des Patienten. Diese Drücke sind schwierig oder beschwerlich zu detektieren und zu messen, aber ihre Wirkung auf den Fluidaustragungsstrom führt zu einem Anstieg oder einer Abnahme im Gasdruck im Reservoir, der erforderlich ist, um das Fluid gegen den intraarteriellen oder intravenösen Druck zu bewegen. Ein derartiger Gasdruck innerhalb des Reservoirs kann dagegen mühelos durch einen Sensor detektiert und gemessen werden, welcher dann die oben beschriebenen Arbeitsvorgänge einleiten kann, um den elektrischen Strom und die Gaserzeugungs- bzw. -bildungsrate einzustellen, um die Variationen bzw. Veränderungen im intraarteriellen oder intravenösen Druck zu kompensieren, ungeachtet davon, daß der letztere nicht direkt gemessen worden ist.
Das Fluid, das auszutragen ist, kann eine Flüssigkeit sein, wie beispielsweise eine flüssige Medikation, ein Dampf, wie beispielsweise ein parfümierter Dampf für Innenraumluftauffrischung oder ein medizinischer Dampf, wie beispielsweise für einen Gebrauch als ein Inhalationsmittel durch Patienten mit Atmungsschwierigkeiten, oder ein Gas, wie beispielsweise ein Inhalationsmittel oder ein chemisch reaktives bzw. reaktionsfähiges Gas, welches für einen Gebrauch in einem chemischen oder biologischen Prozeß ausgetragen wird.
In einer Ausführungsform involviert die Erfindung eine Fluidaustragungsvorrichtung, umfassend ein Gehäuse, das eine interne bzw. innere Fluidkammer aufweist, die ein Gasabteil und ein Flüssigkeitsabteil umfaßt, die durch ein bewegbares, auf Druck reagierendes bzw. ansprechendes Glied getrennt sind, wobei das Flüssigkeitsabteil eine eingeschränkte Flüssigkeitsauslaßleitung aufweist, die eine Flüssigkeitskommunikation bzw. -verbindung zwischen dem Flüssigkeitsabteil und einem Auslaßende der Leitung bereitstellt, wobei das Auslaßende zu einem Äußeren des Gehäuses öffnet bzw. mündet; Pumpmittel, umfassend eine elektrochemische Zelle in Gaskommunikation bzw. -verbindung mit dem Gasabteil, um Gas in das Gasabteil zu pumpen, welches Gas einen Druck gegen das auf Druck reagierende Glied ausübt, welches eine reagierende Bewegung davon in das Flüssigkeitsabteil verursacht, wodurch die Flüssigkeit innerhalb des Flüssigkeitsabteils veranlaßt wird, sich in Richtung zu und durch die Flüssigkeitsauslaßleitung zum Äußeren des Gehäuses zu bewegen; einen Drucksensor zur Messung eines Gasdrucks im Gasabteil; Detektionsmittel zum Bestimmen einer Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit bzw. -rate am Auslaßende der Flüssigkeitsauslaßleitung; und Stromregel- bzw. -steuermittel, die auf eine Gasdruckmessung des Gasdrucksensors und eine Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit zum Einstellen des elektrischen Stroms in der Zelle ansprechen; wodurch bei einer Änderung im Gasdruck oder der Umgebungstemperatur, welche in einer Änderung in der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit am Auslaßende der Flüssigkeitsauslaßleitung resultiert, die Stromsteuer- bzw. -regelmittel zum Einstellen des elektrischen Stroms in der Zelle den Strom ansteigen oder verringern und das Pumpen von Gas in das Gasabteil ansteigen oder verringern läßt, um die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit auf einen Wert zurückzuführen, der unmittelbar vor der Änderung im Gasdruck oder der Umgebungstemperatur zugehörig war, so daß über eine Betriebsdauer bzw. -periode der Vorrichtung die Fluidströmungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, die durch das Auslaßende der Flüssigkeitsauslaßleitung ausgebracht wird, im wesentlichen konstant bleibt.
In einer anderen Ausführungsform involviert die Erfindung ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern einer Fluidausbringrate bzw. -austragsgeschwindigkeit von einer Fluidaustragungsvorrichtung, welches ein Bereitstellen einer Fluidaustragungsvorrichtung umfaßt, umfassend ein Gehäuse, das eine interne Fluidkammer aufweist, die ein Gasabteil und ein Flüssigkeitsabteil umfaßt, die durch ein bewegbares, auf Druck reagierendes bzw. ansprechendes Glied getrennt sind, wobei das Flüssigkeitsabteil eine eingeschränkte Flüssigkeitsauslaßleitung aufweist, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Flüssigkeitsabteil und einem Auslaßende der Leitung bereitstellt, wobei das Auslaßende zu einem Äußeren des Gehäuses öffnet bzw. mündet, und Pumpmittel, die eine elektrochemische Zelle in Gaskommunikation bzw. -verbindung mit dem Gasabteil umfassen, um Gas in das Gasabteil zu pumpen, welches Gas einen Druck gegen das auf Druck reagierende Glied ausübt, welches eine reagierende bzw. antwortende Bewegung davon in das Flüssigkeitsabteil bewirkt, wodurch die Flüssigkeit innerhalb des Flüssigkeitsabteils veranlaßt wird, sich in Richtung zu und durch die Flüssigkeitsauslaßleitung zum Äußeren des Gehäuses zu bewegen; ein Messen des Gasdrucks im Gasabteil; ein Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeit bzw. -rate der Flüssigkeit am Auslaßende der Flüssigkeitsauslaßleitung; und in Antwort auf den gemessenen Wert der Gasdruckmessung und der Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit ein Bestimmen, ob die Änderung im Gasdruck oder der Umgebungstemperatur eingetreten ist, was in einer Änderung der Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit am Auslaßende der Flüssigkeitsauslaßleitung resultiert, und daraufhin ein Erhöhen oder Verringern des elektrischen Stroms in der Zelle, wodurch entsprechend das Pumpen von Gas in das Gasabteil erhöht oder verringert wird, wie dies erforderlich ist, um die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit auf einen Wert zurückzuführen, der unmittelbar vor der Änderung im Gasdruck oder der Umgebungstemperatur zugehörig war, so daß über eine Betriebsperiode der Vorrichtung die Fluidströmungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, die durch das Auslaßende der Flüssigkeitsauslaßleitung ausgebracht wird, im wesentlichen konstant bleibt.
Andere Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung werden aus der Beschreibung unten ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenaufrißansicht einer Vorrichtung dieser Erfindung, veranschaulicht bzw. beispielhaft dargestellt als eine Spritze und ein Flüssigkeitsstromrohr und abgebende bzw. austragende Nadeln, wobei die Spritze teilweise weggeschnitten gezeigt ist, und die Struktur einer derartigen Vorrichtung und ihr Verfahren eines Betriebs illustriert wird.
2 ist ein Blockflußdiagramm, das die Feedback- bzw. Rückkopplungsregelung bzw. steuerung und den Betrieb der Vorrichtung dieser Erfindung illustriert.
3 ist ein Graph, der typische feedback- bzw. rückkopplungsgeregelte bzw. -gesteuerte Strömungsgeschwindigkeiten bzw. -raten über die Zeit von Vorrichtungen dieser Erfin dung im Vergleich zu typischen nicht feedback- bzw. rückkopplungsgesteuerten Strömungsgeschwindigkeiten über die Zeit von Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik illustriert.
4 und 5 illustrieren Beispiele von alternativen Ausführungsformen der Vorrichtung dieser Erfindung und die Verfahren ihres Betriebs.
6 illustriert schematisch die Verwendung eines steuernden bzw. regelnden Parameters extern zu einer Vorrichtung dieser Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG UND BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird am besten durch eine einleitende Bezugnahme auf die Figuren verstanden. 1 illustriert bzw. veranschaulicht eine typische Vorrichtung 2 dieser Erfindung, die als eine Spritze beispielhaft dargestellt ist, zum Austragen eines Fluids 4 von einem internen Reservoir 6 durch einen Auslaß 8. Zweckmäßigerweise mündet der Auslaß 8 in eine Leitung 10, welche durch ein Abgabe- bzw. Austragungsglied 12 (illustriert als eine hypoderme Nadel) jeweils beim Austragen des Fluids 4 an eine Zielumgebung (nicht gezeigt) beendet wird. Innerhalb der Vorrichtung 2 ist das Reservoir 6 durch eine bewegbare Unterteilung bzw. Trennwand 14, in diesem Fall ein Kolben bzw. Tauchkolben, in eine Fluidkammer 16 und eine Gaskammer 18 unterteilt. Die Zielumgebung (versinnbildlicht durch 3 in 6) kann ein Körper eines chemischen oder biologischen Materials, ein chemischer oder biologischer Prozeß, die Umgebungsatmosphäre oder dgl. sein. Das Fluid 4, das ausgetragen wird, kann eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Dampf sein.
Der Kolben bzw. Plunger 14 ist durch die Länge des Reservoirs 6, wie dies durch einen Pfeil 20 angezeigt wird, unter dem Einfluß des Gasdrucks in der Kammer 18 bewegbar, um das Fluid 4 von der Vorrichtung 2 auszutragen. Wenn gewünscht, kann ein Restriktor bzw. eine Beschränkungsvorrichtung 22 in das Ende des Austragungsrohrs 10 eingesetzt oder daran angefügt sein, um einen geregelten bzw. gesteuerten und bekannten Widerstand gegen einen Strom des Fluids 4 oder gegen Rück- bzw. Gegendruckänderungen von der Zielumgebung, wie beispielsweise Änderungen im intravenösen oder interarteriellen Druck im Patienten zur Verfügung zu stellen.
Ein Gaserzeugungs- bzw. -bildungsmodul 24 ist auf die Spritze 2 benachbart zu und in Fluidkommunikation bzw. -verbindung mit dem Abschnitt der Gaskammer 18 des Reservoirs 6 montiert. Das Modul wird elektrisch betätigt, wie beispielsweise durch eine Batterie 26, um Luft, Sauerstoff oder ein anderes Gas durch elektrochemische Reaktionen zu erzeugen, die unten zu beschreiben sind, wobei das Gas in die Kammer 18 geleitet wird und den Gasdruck bereitstellt, um den Kolben 14 anzuregen, sich entlang der Länge des Reservoirs 6 zu bewegen und die Flüssigkeit 4 zu zwingen bzw. zu beaufschlagen, von der Vorrichtung 2 ausgetragen zu werden. Eine Bewegung des Kolbens bzw. Tauchkolbens 14 resultiert in einer kontinuierlichen Änderung in den relativen Größen der Kammern 16 und 18 innerhalb des Reservoirs 6. Der Kolben 14 behält seine gasdichte Eigenschaft bei, die notwendig ist, um sich unter dem Einfluß des Gases in der Kammer 18 mittels einer Umfangsdichtung 28, wie beispielsweise einem O-Ring oder X-Ring zu bewegen. Ähnlich ist das Gaserzeugungs- bzw. -bildungsmodul 24 in einer gas dichten Beziehung mit der Trommel 30 der Spritze 2 durch eine Dichtung 32 abgedichtet.
Alternativ kann das Gaserzeugungsmodul 24 als eine reversible bzw. umkehrbare Pumpe funktionieren, welche wirkt, um Gas aus einer atmosphärischen Quelle zu erzeugen bzw. zu generieren, und es in die Gaskammer 18, wie oben beschrieben, zu pumpen oder mit umgekehrter Polarität des Stroms zu arbeiten und das Gas in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen, d.h. um Gas aus dem Reservoir 6 als der Quelle zu erzeugen und es an der entgegengesetzten Seite des Moduls 24 an die Atmosphäre abzugeben.
Details der Konstruktion und des Betriebs von derartigen Modulen/Pumpen (auch als elektrochemische Zellen bezeichnet) werden in einem oder mehreren meiner Patente, die oben erwähnt sind, gefunden. Die gleichen oder ähnliche Vorrichtungen sind auch in diesem Fall anwendbar. Alle der in meinen früheren Patenten erwähnten Modul/Pumpen/Zell-Vorrichtungen können in dieser Erfindung verwendet werden, da alle durch das feedback- bzw. rückkopplungsreagierende Regel- bzw. Steuersystem der vorliegenden Erfindung geregelt bzw. gesteuert werden können.
Ein Sensor 34 mißt einen betrieblich relevanten physikalischen, chemischen oder biologischen Parameter. Die Fachleute auf dem Gebiet werden ohne weiteres imstande sein, den optimalen oder zweckmäßigsten betrieblich bezogenen Parameter zu bestimmen, um ihn als den Regel- bzw. Steuerparameter in irgendeinem System unter Verwendung einer Vorrichtung 2 dieser Erfindung zu verwenden. Zum Beispiel kann man in der Vorrichtung und dem System, die bzw. das in 1 illustriert ist, einen oder mehrere eines Fluiddrucks innerhalb der Gaskammer 18 oder der Fluidkammer 16, eines Fluiddrucks P_O am Auslaß des Fluidauslasses 12, einer Konzentration einer Komponente des Fluids, einen Druckabfall ΔP_p über den Kolben 14, einer Temperatur innerhalb des Reservoirs 6, eines Volumens des Fluids 4 innerhalb der Fluidkammer 16, einer Volumengeschwindigkeit bzw. -rate des Austrags des Fluids 4 von der Fluidkammer 16 oder dem Fluidauslaß 12, oder einer Spannung bzw. Beanspruchung in einer Wand des Gehäuses oder der Trommel 30 detektieren und messen, das bzw. die das Reservoir 6 definiert. Verschiedene alternative Stellen können verwendet werden, wie dies durch 34' angegeben ist, abhängig vom spezifischen Parameter oder den Parametern, der bzw. die für eine Regelung bzw. Steuerung ausgewählt ist bzw. sind. (Wenn es mehrere Regel- bzw. Steuerparameter gibt, wird eine der Funktionen des Sensors 34 und/oder der Regel- bzw. Steuereinrichtung 44 eine Konfliktlösung sein, um zu bestimmen, welcher Parameter regeln bzw. steuern wird, wenn wiederstreitende Signale von mehreren Sensoren empfangen werden.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist bzw. wird allgemein bevorzugt, daß der Sensor 34 ein Drucksensor ist, der entweder den Gasdruck P_G des Gases in der Kammer 18 oder den Fluiddruck P_F innerhalb der Fluidkammer 16 des Reservoirs 6 mißt. Zweckmäßig ist der Sensor 34 direkt in das Modul 24, wie gezeigt, integriert, aber alternativ kann er getrennt vom Modul 24 montiert sein, aber noch in Fluidkommunikation bzw. -verbindung mit dem Inneren der Gaskammer 18, wie an dem oberen 34' gezeigt, und an das Modul 24 durch Drähte 36 angeschlossen, oder in Fluidkommunikation mit dem Inneren der Fluidkammer 16, wie an dem mittleren 34' gezeigt, und durch Drähte (nicht gezeigt) an das Modul 24 in der eben erwähnten Art angeschlossen.
Für eine Beschreibung hierin des Betriebs der Vorrichtung wird die folgende Nomenklatur verwendet:
P_G oder P = der Gasdruck innerhalb der Gaskammer 18 des Reservoirs 6; dies ist der Druck des Gases, das durch das Modul 24 erzeugt bzw. gebildet wird.
ΔP_P = der Druckabfall über den Kolben bzw. Tauchkolben 14.
P_F = der Flüssigkeitsdruck innerhalb der Fluidkammer 16 des Reservoirs 6; dies ist der Druck P_G oder P des Gases, das durch das Modul 24 erzeugt wird, minus ΔP_P.
P_O = der Auslaßdruck des Fluids 4 an seinem Kontakt mit der Zielumgebung, wie beispielsweise dem Auslaßende der hypodermen Nadel 12.
ΔP_R = der Druckabfall in der Flüssigkeit über den Restriktor bzw. die Beschränkungsvorrichtung 22, wenn eine (r) vorhanden ist.
R = die Strömungsgeschwindigkeit bzw. -rate der Flüssigkeit 4.
T = Umgebungstemperatur des Gases und der Flüssigkeit.
I = der Strom, der das Gaserzeugungs- bzw. -bildungsmodul 24 betreibt.
V = Volumen der Flüssigkeit 4 in der Kammer 16 des Reservoirs 6.
Alle Parameter sind in herkömmlichen und übereinstimmenden Einheiten definiert.
Der Betrieb der Vorrichtung basiert auf der zugrundeliegenden Beziehung PG = PO + ΔPR + ΔPP = PF + ΔPP weil der Druckabfall innerhalb des Rohrs 10 als vernachlässigbar im Vergleich zu diesen Druck- und Druckabfallwerten betrachtet werden kann.
Weiterhin müssen für die Zwecke der Feedback- bzw. Rückkopplungsbetätigung zwei abgeleitete Koeffizienten α und β definiert werden. α ist ein Koeffizient, der vom Faraday'schen Gesetz abgeleitet ist, das die Fluidströmungsgeschwindigkeit in der folgenden Art und Weise beeinflußt: R = (αI)/Pdas die Korrelation zwischen der Rate bzw. Geschwindigkeit einer Gaserzeugung und dem elektrochemischen Strom beschreibt. Da ein Gas erzeugt bzw. generiert wird, ist α temperaturabhängig. Unter stationären Zustandsbedingungen ist α definiert als α = (R/I)(PG + (R/β))β seinerseits ist eine Korrelation zwischen dem Restriktor-Druckabfall und der Fluidströmungsgeschwindigkeit, und ist definiert als: β = R/(PF – PO),oder β = (k/μ)(R/PF – PO)),wo k eine Konstante ist, die von den Restriktorabmessungen abhängig ist (d.h. Durchmesser und Länge) und μ ist die Fluidviskosität bei der Umgebungstemperatur. Es wird gesehen bzw. erkannt werden, daß sowohl α als auch β tempera turabhängig sind. Es wird auch gesehen werden, daß, wenn kein Restriktor vorhanden ist, P_F – P_O sich 0 annähert (wobei der vernachlässigbare Rohrdruckabfall die Differenz ist) und β sich ∞ annähert oder nicht definiert ist.
Der gesamte Betrieb des Systems ist in 2 illustriert. Eine Energiequelle (Batterie 26) betreibt eine Spannungsreguliereinrichtung 40, die in die Elektronik des Gaserzeugungsmoduls 24 eingebaut bzw. aufgenommen ist. Der Signalprozessor 42, der auch im Modul 24 ist, empfängt eine Eingabe von einem oder mehreren Parametersensor(en) 34, welche (r) einen Gasdruck P (bei 34a), eine Behälter- bzw. Reservoirtemperatur T (bei 34b), oder eine Spannung V der elektrochemischen Zelle (bei 34c) abtasten kann bzw. können. Andere Eingabevariablen, wie beispielsweise Gas- oder Flüssigkeitsvolumen können auch als der abgetastete bzw. erfaßte Parameter verwendet werden, wie beispielsweise durch ein Bestimmen der Position des Tauchkolbens 14 in bezug auf irgendein Ende des Reservoirs 6. Der Signalprozessor 42 kann, wenn notwendig, auch als ein Analog-Digital-Wandler dienen. Information von Signalprozessor 42 basierend auf den Signalen, die von den Parametersensoren 34 empfangen wurden, wird an den Mikroprozessor 44 übermittelt, welcher seinerseits den neuen geeigneten Strom I für das elektrochemische Modul 24 bestimmt und die Stromregel- bzw. -steuereinrichtung 46 betreibt, um den Strom I an bzw. bei 48 so einzustellen, daß das Modul 24 danach bei dem neuen Strom arbeitet und die Strömungsgeschwindigkeit bzw. -rate R innerhalb des gewünschten Bereichs beibehalten wird.
Eine typische betreibende Betätigung ist in 3 illustriert. Weil P_O selten für längere Zeitperioden konstant ist, ist es nicht praktisch zu versuchen, die Strömungsgeschwindigkeit R bei einem konstanten Wert beizubehalten, wie beispielsweise bei 50 angezeigt wird. Eher werden eine akzeptable maximale Strömungsgeschwindigkeit 52a und eine minimale Strömungsgeschwindigkeit 52b bestimmt, welche einen Bereich definierten, der durch die Pfeile 54 angegeben ist. Die optimale Strömungsgeschwindigkeit 50 kann oder kann nicht in der Mitte des definierten Bereichs sein, abhängig von der relativen Signifikanz bzw. Wichtigkeit von höheren und niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten für den gewünschten Betrieb der Vorrichtung. Danach arbeitet das System normal, wie dies durch die verallgemeinerte Kurve 56 angezeigt ist, welche innerhalb des definierten Bereichs fluktuiert bzw. schwankt. Zum Vergleich ist auch eine verallgemeinerte Kurve 58 gezeigt, welche schematisch Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zeigt, in welchen Änderungen in P_O, welche durch diese Vorrichtungen nicht kompensiert werden können, den Kolben 14 veranlassen zu stoppen, und dann anschließend abrupt in eine Bewegung durch einen wesentlichen Anstieg im Druck P angetrieben wird, wobei dies zu extremen Schwankungen in der Strömungsgeschwindigkeit führt, wie dies durch die Kurve 58 angezeigt ist.
Der Restriktor 22 ist normalerweise ein Restriktor bzw. eine Drosseleinrichtung für einen fixierten bzw. festgelegten Wert, wie beispielsweise ein Stück eines Rohrs vom kleineren Durchmesser als das Rohr 10, welches auf die geeignete bzw. entsprechende Länge geschnitten ist, so daß der gesamte gewünschte Druckabfall ΔP_R erhalten wird. Der Restriktor wird ausgewählt, um die Wirkung bzw. den Effekt einer Änderung in den mehreren Variablen der gesamten Strömungsgeschwindigkeit zu minimieren.
Der Druckabfall über den Kolben 14 (ΔP_P) ist üblicherweise eine signifikante Variable, da die Reibungskräfte eines Kolbens mit der Schmierfähigkeit, Trommel- bzw. Zylinderdurchmesser, Temperatur, Druck, Alter, und Materialeigenschaften des Materials variieren, aus welchem der Kolben hergestellt ist. Das Regel- bzw. Steuersystem der vorliegenden Erfindung ist bis zu einem signifikanten Ausmaß gedacht bzw. beabsichtigt, eine automatische Kompensation hinsichtlich einer Variation bzw. Veränderung des Kolbenbetriebs bereitstellen.
4 und 5 illustrieren beispielhafte alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung (In diesen Figuren ist die tatsächliche Vorrichtung in vereinfachter Form illustriert.) In 4 ist die Trennwand 14 als ein flexibles gasdichtes Blatt gezeigt, vorzugsweise eines Gummi- oder Elastomermaterials, das an die Innenwand 9 der Trommel oder des Gehäuses 30 bei 7 angefügt bzw. festgelegt ist, um die Gaskammer 18 und die Fluidkammer 16 auszubilden. Eine Hinzufügung von Gas in die Kammer 18 bewirkt, daß sich das Blatt 14 zum Auslaß 8 bewegt und das Fluid 4 von der Kammer 16 durch die Leitung 10 zum Austragungsglied 12 treibt. Ein Restriktor 22 kann, wie oben angegeben, vorhanden sein. In dieser Ausführungsform ist das Austragungsglied 12 als ein faseriges oder poröses Austragungskissen 74 illustriert, das unter dem Auslaß 72 festgelegt ist. Das Fluid 4 (wie beispielsweise eine flüssige Medikation zur örtlichen Verabreichung an einen Patienten) fließt in einer geregelten bzw. gesteuerten Art und Weise in die Kammer 70, von welcher es durch den Auslaß 72 auf das Kissen 74 fließt. Die Vorrichtung 2 kann an der Oberfläche der Haut eines Patienten angeordnet sein, wobei das Kissen 74 in Kontakt mit der Haut ist. Das medizinische Fluid 4 fließt dann oder diffundiert durch das Kissen 74 auf die Haut des Patienten, und gelangt transdermal in den Patienten, oder verteilt sich örtlich über die Oberfläche der Haut des Patienten.
In der Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, ist die Gaskammer 18 als ein aufblasbarer Beutel oder Ballon illustriert, welcher innerhalb des Reservoirs 6 angeordnet ist, aber normalerweise nicht an den Innenwänden der Trommel oder des Gehäuses 6 angefügt ist. Es gibt eine Fluidverbindung zwischen dem Gaserzeugungsmodul 24 und dem Inneren des Beutels oder Ballons 18 durch das Gasventil 5. Wenn sich der Beutel oder der Ballon 18 aufbläht, expandiert er innerhalb des Reservoirs 6, stellt eine Druckabdichtung gegen die Innenwand 9 des Gehäuses oder Trommel 30 her, um die Fluidkammer 16 zu definieren, und treibt bzw. beaufschlagt das Fluid 4 aus der Kammer 16 durch den Auslaß 8 in die Leitung 10. In 5 ist das Austragungsfluid 4 als ein Dampf 4' illustriert, welcher von einem Material oder Behälter 78 emittiert wird. Eine Emission kann in einer Anzahl von Weisen bewirkt werden. Beispielsweise kann der Behälter 78 eine dünnwandige Glasphiole mit Dampf im Inneren sein, wobei der Dampf 4' freigegeben wird, wenn die Phiole gebrochen wird, wie durch ein Schütteln der Vorrichtung 2 oder durch das Erhöhen des Drucks in der Kammer 16 aus einem Aufblasen des Beutels oder Ballons 18; das Material 78 kann einem Erwärmen zugänglich sein, um den Dampf 4' abzugeben (Wärme kann außen an die Vorrichtung angewendet bzw. angelegt werden, oder intern in der Kammer 16 durch ein Heizelement, nicht gezeigt); eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser kann in die Kammer 16 (durch nicht gezeigte Mittel) eingespritzt werden, um das Material 78 zu veranlassen, zu reagieren und den Dampf 4' zu entwickeln; usw.
In der Ausführungsform von 5 ist das Austragungsglied 12 eine Entlüftung oder ein Gitter, durch welches der Dampf 4' austritt. Der Dampf 4' kann in die Umgebungsatmosphäre austreten, wo der Dampf/Geruch, Feuchtigkeit, statische Elektrizitätsregelung bzw. -steuerung oder eine andere Eigenschaft an die Atmosphäre bereitstellen soll.
Alternativ kann der Ausstoß bzw. Austritt in eine chemische oder biologische Reaktionskammer, Behälter oder dgl. sein, wo der Dampf beispielsweise eine inerte Atmosphäre, einen Reaktanten oder ein Beschichtungsmaterial bereitstellt.
Das entwickelte Fluid 4' in der Ausführungsform von 5 kann alternativ ein Gas, wie beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Kohlendioxid, usw. sein. Die Entwicklung kann von einer Phiole 78 sein, wie oben diskutiert, oder aus einer physikalischen oder chemischen Reaktion des Materials 78. Selbstverständlich wird, ob das Fluid 4 ein Gas oder ein Dampf ist, es gewöhnlich inert für die Materialien der Vorrichtung 2 selbst sein, wie beispielsweise die Trennwand 14, so daß ein Betrieb der Vorrichtung 2 nicht nachteilig beeinflußt wird. Wo die Vorrichtung 2 als entbehrlich betrachtet wird, muß das Fluid 4 nicht inert gegenüber den Materialien der Vorrichtung sein, solange die Einwirkung durch das Fluid 4 ausreichend langsam ist, daß die gewünschte Menge des Fluids 4 ausgetragen wird, bevor die Vorrichtung 2 versagt.
Ein wichtiges Element der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie unabhängig von der Notwendigkeit einer externen Messung der Parameter der Zielumgebung sein kann. Dies bedeutet, daß es nicht notwendig ist, unabhängig den Wert von P_O zu bestimmen, um manuell bzw. händisch den Betrieb der Vorrichtung 2 einzustellen, weil P_O Teil der obigen Differenzgleichung ist. Da das Element ΔP_R in der Gleichung bekannt ist und das Element P_G durch den Sensor 34 gemessen wird, und wobei der akzeptable Strömungsgeschwindigkeitsbereich, der in 3 illustriert ist, vorherbestimmt ist, wird die Änderung in P_O automatisch durch das Gesamt-Feedback- bzw. -Rückkopplungssystem der vorliegenden Erfindung kompensiert, ohne Notwendigkeit unabhängig P_O zu messen. Dieses Merkmal bzw. diese Eigenschaft ist wertvoll, wenn die Umgebung, wo P_O existiert, es schwierig oder nicht ratsam macht, einen Sensor 34 an dieser Stelle zu positionieren.
Ungeachtet des Obigen ist die Erfindung ausreichend vielseitig bzw. wandelbar, daß, wenn es gewünscht wird, sie nicht direkt durch eine der internen Systemvariablen selbst gesteuert werden muß, sondern durch einen externen Parameter gesteuert werden kann, wie dies in 6 angezeigt bzw. angegeben ist. Beispielsweise kann es, wenn die Vorrichtung 2 verwendet wird, um eine Medikation an einen Patienten (angegeben bei 3) zu liefern, wünschenswert sein, das System basierend auf der gelieferten Dosierung oder der Wirkung auf ein oder mehrere der Körpersysteme des Patienten zu betreiben. Ähnlich kann, wenn die Vorrichtung 2 zur Lieferung von Chemikalien oder biologischen Agenzien an einen chemischen oder biologischen Prozeß verwendet wird (alternativ angegeben bei 3), das System auf der Basis von gemessenen Änderungen in den Prozeßparametern betrieben werden. Diese Art eines Betriebs kann durch eine Verwendung von einer oder mehreren getrennten Eigenschaft(en) erreicht werden. Beispielsweise kann es in einigen Fällen möglich sein, den Mikroprozessor 44 zu programmieren, um eine Korrelation zwischen der Antwort bzw. Reaktion des Patienten, der Änderung des Parameters des chemischen Prozesses oder einer anderen externen Variablen und des gemessenen internen Parameters (beispielsweise Gasdruck) zu enthalten, so daß, wenn der Signalprozessor 42 die Ablesung 34a des Drucksensors 34 (34' in 6) empfängt, der Mikroprozessor 44 diese Ablesung in Antwort auf die vorprogrammierte Korrelation interpretiert und eine Stromregel- bzw. -steuereinrichtung 46 betätigt, um den Strom 48 basierend auf der Korrelation eher als auf einer direkten Ablesung des internen Gasdrucks zu ändern. In einer anderen Ausführungsform kann es notwendig sein, einen externen Sensor implantiert oder festgelegt an einem Patienten oder aufgenommen in einen chemischen oder biologischen Prozeß zu haben, wobei der externe Sensor ein externes Signal 60 an den Signalprozessor 42 oder ein externes Signal 60' an den Mikroprozessor 44 sendet, und daß dieses Signal zusammen mit dem Signal des erfaßten Parameters vom Sensor 34 durch eine Korrelation, die in den Mikroprozessor 44 aufgenommen ist, zwischen dem internen Signal vom Sensor 34 und dem externen Signal 60 oder 60' be- bzw. verarbeitet wird, um das geeignete bzw. entsprechende Signal vom Mikroprozessor 44 zu erzeugen, um die Stromregel- bzw. -steuereinrichtung 46 zu regeln bzw. zu steuern.
Die Vielseitigkeit der vorliegenden Erfindung wird in Tabellenform in der Tabelle unten illustriert. Diese Tabelle illustriert die drei Hauptvariablen, die am üblichsten für die vorliegende Erfindung verwendet werden, d.h. Druck P, Systemtemperatur, wie sie den Koeffizienten a beeinflußt, oder Systemtemperatur, wie sie den Koeffi zienten β beeinflußt. Die Pfeile in der Tabelle illustrieren graphisch, ob eine Variable, Wirkung oder Korrektur eine Zunahme (↗), eine Abnahme (↘) oder keine Änderung (→) involviert bzw. zur Folge hat. Die sechs aufgelisteten Bedingungen illustrieren jeweils eine Zunahme oder Abnahme im Druck, eine Zunahme oder Abnahme in der Temperatur oder a, und eine Zunahme oder Abnahme in der Temperatur oder β, mit den resultierenden Effekten bzw. Wirkungen, falls vorhanden, auf den Gasdruck P, Flüssigkeitsdruck, Restriktordruck oder Strömungsgeschwindigkeit bzw. -rate, derartige Änderungen, und die automatische Feedback- bzw. Rückkopplungskorrektur des vorliegenden Systems, was zur Änderung im Strom an das Modul 24 führt, um das System zurück zur optimalen Strömungsgeschwindigkeit zu bewegen. Es wird augenscheinlich bzw. ersichtlich sein, daß diese Tabelle nur beispielhaft ist und daß eine äquivalente Tabelle leicht bzw. einfach durch Fachleute auf dem Gebiet für andere Variable, wie beispielsweise Flüssigkeitsvolumen bestimmt werden kann. In jedem der sechs illustrierten Fälle wurde nur eine Variable zu. einem Zeitpunkt geändert. Es wird auch augenscheinlich sein, daß eine ahnliche Tabelle leicht für Änderungen in zwei oder mehr Variablen gleichzeitig gewonnen werden kann, sei es, daß es Änderungen in der gleichen Richtung (d.h. beide zunehmend oder abnehmend) oder in entgegengesetzten Richtungen sind.
Es wird aus der Tabelle ersichtlich, daß der Feedback- bzw. Rückkopplungsmechanismus der vorliegenden Erfindung kontinuierlich und in einer zeitgerechten Art und Weise arbeitet, um mit jeglichen Fluktuationen bzw. Schwankungen im erfaßten Parameter, beispielsweise Gasdruck fertig zu werden, welcher als der Regel- bzw. Steuerparameter verwendet wird. Unerwünschte weite Regel- bzw. Steuerschwankungen werden vermieden, da der Sensor 34 prompt auf jede Änderung im erfaßten bzw. abgetasteten Parameter reagiert, das geeignete bzw. entsprechende Signal an den Signalprozessor 42 sendet, welcher seinerseits interpretierte Information an den Mikroprozessor 44 sendet, welcher die Stromregel- bzw. -steuereinrichtung 46 einstellt, um das Modul 24 an dem im wesentlichen optimalen Regel- bzw. Steuerpunkt arbeitend zu halten. Eine Sensitivität bzw. Empfindlichkeit des Systems auf Änderungen kann dadurch vorbestimmt sein, ob ein Restriktor bzw. eine Drosseleinrichtung 22 in dem System ist oder nicht, was der Grad eines Druckabfalls dieses Restriktors ist, oder was der voreingestellte Grad einer Empfindlichkeit des Sensors 34 ist. Diese Auswahlen werden wirksam bzw. effektiv durch die zulässige Breite des akzeptablen Betriebsbereichs (3) bestimmt. Ein schmaler akzeptabler Bereich wird einen Sensor 34 von hoher Empfindlichkeit auf Änderungen in der gemessenen Variable erfordern, während ein weiter Betriebsbereich eine Verwendung eines weniger empfindlichen Sensors erlauben wird. Ähnliche Grade von Empfindlichkeit können in den Signalprozessor 42 oder den Mikroprozessor 44 eingebaut oder programmiert sein.
Es wird ersichtlich sein, daß es zahlreiche Ausführungsformen dieser Erfindung gibt, welche Variationen von dem oben beschriebenen und in den Figuren gezeigten Beispiel beinhalten. Beispielsweise ist in der beispielhaften Ausführungsform das druckangetriebene Glied, welches die Flüssigkeit 4 kontaktiert und sie aus dem Reservoir treibt, der Kolben bzw. Tauchkolben 14. Jedoch ist es völlig geeignet, ein flexibles Diaphragma oder einen gasgetriebenen Kolben für den Tauchkolben 14 zu substituieren. Ähnlich ist Sensor 34 (entweder an 34 oder 34') gezeigt, der positioniert ist, um den Gasdruck P_G in der Kammer 18 zu messen. Alternativ kann man jedoch den Sensor 34 innerhalb der Flüssigkeit 4 in der Kammer 16 positionieren und den Wasserdruck messen. Ein Positionieren von Sensoren, um andere Betriebsparameter zu messen, wird auch leicht durch die Fachleute auf dem Gebiet verstanden werden. Man kann auch einen gesonderten Sensor haben, um ΔP_R über den Restriktor 22 zu messen. Auch kann, obwohl eines der Merkmale dieser Erfindung ist, daß sie ohne Messung von P_O direkt arbeitet bzw. funktioniert, wenn die Zielumgebung es erlaubt, es jedoch als zweckmäßig gefunden werden, einen Sensor zu haben, um P_O direkt zu messen, speziell wenn der Benutzer oder Betätiger der Vorrichtung es wünscht, eine Aufzeichnung von P_O über die Zeit zu erzeugen.
Es kann eine Anzahl von anderen Vorrichtungen, Zubehören und dgl. geben, die in das System eingebaut sind, wie beispielsweise Signale oder Alarmvorrichtungen für eine niedrige Batteriespannung, eine Überspannung der elektrochemischen Zelle, einen Überdruck innerhalb des Reservoirs, eine sich anhäufende Menge von Fluid, die zu irgendeinem Zeitpunkt abgeliefert wird, usw.
Die Erfindung hierin sorgt einzigartig für eine gesteuerte bzw. geregelte und eine steuerbare bzw. regelbare Erzeugung bzw. Bildung eines Gases, um eine Bewegung der Flüssigkeit, des Gases oder Dampfs augenblicklich und auf Verlangen zu erzeugen. Tatsächlich dient das elektrochemische Modul 24 als ein steuerbarer bzw. regelbarer Mikroprozessor, in welchem die variable Gasabgabe abhängig von der Stromeingabe ist, und die Stromeingabe ihrerseits durch Feedback bzw. Rückkopplung von dem System selbst durch ein Erfassen des Drucks oder anderer Betriebsparameter bestimmt wird.
Vorrichtungen dieser Erfindung werden in vielen Gebieten und Anwendungen Verwendung finden. Sie können als Fluidverabreichungsvorrichtungen zur Anordnung auf, benachbart zu oder innerhalb eines menschlichen oder tierischen Körpers, Gewebe, Knochen oder Organs verwendet werden, um pharmazeutische, physiologische, heilende, medizinische, homöopathische, nahrhafte bzw. nährende oder anästhetische Fluide an einen Menschen oder Tier abzugeben; Chemikalien oder biologische Materialien auszutragen bzw. abzugeben; Gase und Dämpfe zu emittieren, um Eigenschaften der Umgebungsatmosphäre zu stärken, zu steigern oder zu steuern bzw. zu regeln; oder dgl. Die Fachleute auf dem Gebiet werden zahlreiche andere Anwendungen und Gebiete einer Verwendung erkennen.

Claims

Fluidaustragungsvorrichtung [2] umfassend: ein Gehäuse [30], das ein inneres bzw. internes Fluidreservoir [6] aufweist, das durch eine bewegbare fluiddichte Unterteilung [14] in erste [18] und zweite [16] Kammern auf gegenüberliegenden Seiten der Unterteilung bzw. Trennwand unterteilt ist; ein elektrisch betätigtes Gasbildungs/Extraktionsmodul [24], welches fähig ist, ein Gas in und aus der ersten Kammer [18] zu bewegen, wobei das Gas darin einen Druck auf die Trennwand [14] ausübt oder diesen reduziert; eine steuer- bzw. regelbare Quelle von elektrischem Strom [26] zur Betätigung des Moduls [24]; eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung [44], die mit der Quelle des elektrischen Stroms [26] verbunden ist, welche fähig ist, die Quelle zu steuern bzw. zu regeln, um die Menge und die Polarität des elektrischen Stroms zu dem Modul [24] in Antwort auf einen meßbaren Parameter zu variieren, der mit der Vorrichtung assoziiert ist, und dadurch das Modul zu betätigen, um seine Rate bzw. Geschwindigkeit einer Gasbildung oder Extraktion zu verändern; einen Fluidauslaß [8] aus der zweiten Kammer [16] zum Abgeben bzw. Austragen von Fluid, das in der zweiten Kammer enthalten ist, nach außerhalb der Vorrichtung in Antwort auf den Druck auf die Trennwand; und einen Sensor [34] zur Detektion und Messung des Parameters über die Zeit und Bildung bzw. Erzeugung eines Signals an die Steuer- bzw. Regeleinrichtung [44], welches die Menge und Richtung von jeglicher Änderung in dem Parameter anzeigt, wobei die Steuer- bzw. Regelrichtung in Antwort auf das Signal, das die Änderung des Parameters anzeigt, den elektrischen Strom zu dem Modul verändert, um die Geschwindigkeitsänderung einer Gasbildung oder Extraktion zu bewirken; wodurch die Änderung in der Geschwindigkeit der Gasbildung oder Extraktion eine Änderung in einem Gasdruck in der ersten Kammer [18] und eine resultierende Änderung des Drucks auf die Trennwand [14] bewirkt, wobei die Druckänderung in einer Richtung und Menge auftritt, die ausreichend ist, um den Fluidstrom von der zweiten Kammer [16] zu jeder Zeit an einem Übersteigen von vorbestimmten minimalen und maximalen Werten des Parameters zu hindern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor [34] einen physikalischen, chemischen oder biologischen Parameter detektiert und mißt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Sensor [34] einen Parameter detektiert und mißt, gewählt aus wenigstens einem aus: Fluiddruck in der ersten Kammer [18] oder der zweiten Kammer [16], Fluiddruck an einem Austritt bzw. einer Ausflußöffnung aus dem Fluidauslaß [8], Konzentration einer Komponente des Fluids, Druckabfall über die Trennwand [14], Temperatur in dem Reservoir [6], Volumen eines Fluids in der zweiten Kammer, Volumengeschwindigkeit bzw. -rate eines Austrags des Fluids aus der zweiten Kammer oder dem Fluidauslaß oder einer Spannung bzw. Beanspruchung in einer Wand des Reservoirs.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor [34] zwischen dem Gasbildungsmodul [24] und der ersten Kammer [18] oder vollständig oder teilweise in der ersten Kammer [18] oder der zweiten Kammer [16] oder an einem Austritt bzw. einer Ausflußöffnung des Fluidauslasses [8] angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Kammer [16] ein Gas, einen Dampf oder eine dampf- oder gasemittierende Substanz beinhaltet und das Fluid, das aus der zweiten Kammer abgegeben ist bzw. wird, Gas oder Dampf enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Kammer [16] eine Flüssigkeit oder eine flüssigkeitsemittierende Substanz enthält und das Fluid, das aus der zweiten Kammer abgegeben ist bzw. wird, Flüssigkeit enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor [34] außerhalb der Vorrichtung angeordnet ist, um einen Parameter von außerhalb der Vorrichtung zu detektieren und zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Sensor [34] einen Parameter detektiert und mißt, welcher gewählt ist aus einer Reaktionsbedingung einer chemischen oder biologischen Reaktion, zu welcher das Fluid abgegeben ist, einem Körperzustand eines Menschen oder eines Tiers, dem das Fluid verabreicht ist bzw. wird, einem Umgebungsbedingungszustand benachbart der Vorrichtung, oder einer Eigenschaft des abgegebenen bzw. ausgetragenen Fluids an einem Ort außerhalb der Vorrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuer- bzw. Regeleinrichtung [44] einen Mikroprozessor umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die bewegbare Trennwand [14] einen Kolben bzw. Tauchkolben, einen Kolbenkopf oder ein flexibles Blatt oder Blech umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend eine Spritze.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Spritze einen länglichen hohlen zylindrischen Körper [30] umfaßt, welcher ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes zweites Ende aufweist, wobei die bewegbare auf einen Druck ansprechende Trennwand [14] einen bewegbaren Kolben bzw. Tauchkolben innerhalb des hohlen zylindrischen Körpers umfaßt und zwischen dem ersten und zweiten Ende angeordnet ist, wobei der Abschnitt des Körpers [30] benachbart dem ersten Ende die erste Kammer [18] umfaßt und der Abschnitt des Körpers benachbart dem zweiten Ende die zweite Kammer [16] umfaßt, wobei der Kolben bzw. Tauchkolben die Kammern trennt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das elektrisch betätigte Gasbildungs/Extraktionsmodul [24] eine elektrochemische Zelle umfaßt, welche an dem ersten Ende derart angeordnet ist, daß Gas, das durch die elektrochemische Zelle generiert bzw. erzeugt ist bzw. wird, direkt in die erste Kammer [18] gepumpt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Sensor [34] ein Drucksensor ist, welcher an einer Zwischen- bzw. Grenzfläche zwischen dem Gasbildungs/Extraktionsmodul [24] und der ersten Kammer [18] angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine transdermale Verabreichungsvorrichtung [74].
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Fluidverabreichungsvorrichtung [12] zur Anordnung auf, benachbart zu oder in einem menschlichen oder tierischen Körper, Gewebe, Knochen oder Organ.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Auslaß [8] in eine Auslaßleitung [10] zuführt bzw. mündet, die ein hohles Rohr oder eine Entlüftung umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Auslaß [8] in ein hohles Rohr [10] mündet, an dessen Auslaßende eine Hohlnadel oder Kanüle angeordnet ist, durch welche Fluid, das von der Vorrichtung abgegeben ist, in einen Menschen oder ein Tier injiziert werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Auslaß [8] in ein hohles Rohr [10] mündet, an dessen Auslaßende ein Administrations- bzw. Verabreichungskissen [74] angeordnet ist, durch welches Fluid, das von der Vorrichtung abgegeben ist, zu einem Menschen oder Tier transdermal oder durch direkte Aufbringung bzw. Applikation auf ein Organ, Gewebe oder Knochen verabreicht werden kann.
Verfahren zum Abgeben bzw. Austragen von Fluid aus einer Fluidaustragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 9 bis 11 und 15 bis 19 zu einer Zielumgebung verschieden von einem Mensch oder Tier, wobei das Verfahren umfaßt: Betätigen des Sensors [34], so daß er eine Änderung in dem Parameter über einen Zeitraum detektiert und ein Signal zu der Steuer- bzw. Regeleinrichtung [44] generiert; und Betätigen der Steuer- bzw. Regeleinrichtung [44], so daß sie die Strommenge absenkt oder erhöht oder eine Polarität des Stroms ändert, wobei das Absinken, Erhöhen oder Ändern der Polarität eine Änderung in einem Gasdruck in der ersten Kammer [18] mit einer resultierenden Änderung in dem Druck auf die Trennwand [14] bewirkt, so daß die Fluidstromgeschwindigkeit bzw. -rate von der zweiten Kammer [16] zu jeder Zeit innerhalb von vorbestimmten minimalen und maximalen Werten beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Parameter, welcher detektiert und gemessen wird, aus wenigstens einem gewählt wird aus: Fluiddruck innerhalb der ersten Kammer [18] oder der zweiten Kammer [16], Fluiddruck an einem Auslaß bzw. Austritt des Fluidauslasses [8], Konzentration einer Komponente des Fluids, Druckabfall über die Trennwand [14], Temperatur innerhalb des Reservoirs [6], Volumen eines Fluids innerhalb der zweiten Kammer [16], Volumengeschwindigkeit bzw. -rate des Austrags von Fluid aus der zweiten Kammer oder des Fluidauslasses oder einer Spannung bzw. Belastung in der Wand des Reservoirs.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die zweite Kammer [16] ein Gas, einen Dampf oder eine dampf- bzw. gasemittierende Substanz beinhaltet und das Fluid, das von der zweiten Kammer abgegeben wird, ein Gas oder einen Dampf umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die zweite Kammer [16] eine Flüssigkeit oder eine flüssigkeitsemittierende Substanz beinhaltet und das Fluid, das von der zweiten Kammer abgegeben wird, eine Flüssigkeit umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Parameter, welcher durch den Sensor [34] detektiert und gemessen wird, einen physikalischen, chemischen oder biologischen Parameter umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Parameter, welcher detektiert und gemessen wird, außerhalb der Vorrichtung angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Parameter eine Reaktionsbedingung einer chemischen oder biologischen Reaktion, zu welcher das Fluid abgegeben wird, einen Körperzustand eines Menschen oder Tiers, zu dem das Fluid abgegeben wird, eine Umgebungsbedingung benachbart der Vorrichtung oder eine Eigenschaft von abgegebenem Fluid an einem Ort außerhalb der Vorrichtung umfaßt.