用于药物输送系统的状态指示器的制作方法

本发明涉及用于输送、施用、注射、输注或分配包括药物、药剂或活性成分的液体的药物输送系统。本发明的优选变体从可附接到用后即丢注射设备的电子模块出发。

背景技术：

存在要求通过皮下施用药剂进行常规治疗的多种疾病，并且已经开发了多种药物输送设备来在自施用过程中准确且可控地输送一定量的药物方面支持患者。输送设备包括在每个药品事件或药物输送过程之后从注射位点移除的注射设备，以及具有在长久时间段内保留在患者皮肤中的套管或针头的输注设备。用后即丢输送设备被适配为从诸如预填充输注器（syringe）之类的容器输送药物，该容器不意图由患者更换或重新填充。可重复使用、半可重复使用或混合输送设备至少具有容器，并且还可能具有可以由患者更换的容器保持器，或可以被重新填充的药筒，同时设备的一些部件可以与更换或重新填充的药物容器一起重复使用。作为举例，糖尿病可以通过患者自己在多变剂量（multi-variable-dose）的胰岛素注射笔或输注泵的帮助下施用胰岛素而得以治疗。

固定剂量的用后即丢注射设备包括诸如自动注射器或贴片注射器之类的单剂量注射设备，以及诸如固定剂量注射器之类的多剂量注射设备。自动注射器借助于使活塞杆偏置并使输注器筒中的活塞移位的预应变注射弹簧，从预填充输注器自动地输送固定剂量的液体药物。鉴于单次剂量注射花费三十秒钟与若干分钟之间，因此将贴片注射器或即用型预填充可佩戴浓注型注射器贴附或粘附到患者皮肤。固定剂量注射器具有单个、不可变的剂量体积，或者最终提供有限数量的固定的、不可变的注射剂量体积供用户从中选择。

用后即丢输送设备可以由监视或控制单元来补充，该监视或控制单元是可重复使用的电子模块或辅助设备的部分，该电子模块或辅助设备被适配为接续地附接到多个用后即丢输送设备的设备外壳。监视单元用于监视输送过程，以便主动地防止或追溯地识别设备的错误处置，并保持对已经施加的剂量的跟踪。除了生成与输送设备的瞬时状态、状况或使用相关的数据之外，监视单元还可以评估关于药物类型、药筒批次和/或失效期的信息。为此，电子模块包括输送状态感测单元，该输送状态感测单元用于跟踪借助于输送设备执行的药品事件的进展和/或用于读取被存储在安装到设备外壳的机器可读标签上的药物信息。该模块可以进一步包括用于向用户发信号通知状态和药物信息的状态指示器，以及用于向附近的移动设备或医学网关传送状态和药物信息的无线通信单元。从电子模块的能量存储单元为所有这些单元供应功率。在pct/ch2017/050004中公开了一种示例性的电子模块，其具有能够辨别用后即丢自动注射器的各种操作状态的感测单元。

具有前面提到的传感器、指示器和通信功能性的监视或控制单元可以是可重复使用的电子输送设备的部分，并且照此被集成到包括可重复使用部件的输送设备的设备外壳中。在这种情况下，电子输送设备可以是具有监视单元和手动供电的输送驱动器的可重复使用的注射笔，该手动供电的输送驱动器要求用户手动提供能量来移动活塞或为驱动器弹簧充电。电子输送设备也可以是可重复使用的输注泵，其具有监视单元并且具有自动驱动活塞的电机。监视模块的所有感测、读取、评估、指示、数据处理和通信设施由可重复使用的输送设备的能量存储单元供电。

电池供电的移动设备中众所周知的节能功率管理策略包括以选择性的方式非永久地——具体地仅在对应于占空比的最小时间段内——激活包括传感器、处理器和通信单元的功耗部件。例如，移动设备的蓝牙通信单元可以每几秒钟仅在几毫秒内被激活或供电，而不损害通信服务。另一方面，由led照明并终止于设备外壳上的光导频繁地被用作移动设备中的状态指示器，使得照明led必须在延长的时间段内被激活。因此，led或其他光学指示器、以及包括蜂鸣器或振动元件的听觉或触觉hmi元件可能在总功耗中占相当大的份额。在具有长久的空闲黑暗时间的脉冲型模式下操作led对于指示常规或活动设备操作模式是不实际的，并且具有快速开/关的闪烁模式可以优选地保留用于报警信令。减小led信号的幅度是节省电池功率的另一种选择，但在明亮的日光下可能不实际。

专利us6658577主张，由周期性的、即每秒一次的相同电能脉冲产生的led闪烁效果不提供视觉上吸引观察者的模式，而与平静时段相组合的逐渐变化的电脉冲强度模拟了心理上吸引人的呼吸节奏，并为用户提供了优选的视觉体验。在us6658577中，膝上型计算机的睡眠模式状态指示器的能耗是一个次要问题，并且在任何情况下，功率节省主要是通过可变持续时间的平静时段、而不是通过进一步优化的led信号形状来实现的。

在本上下文中，术语“物质”、“药物”、“药剂”和“药品”要被理解为包括适合于通过诸如例如套管或空心针头之类的装置进行受控施用的任何可流动的医学制剂，并且包括含有一种或多种医学活性成分的液体、溶液、凝胶或细悬浮液。药剂可以是包括单个活性成分的合成物，或者是具有在单个容器中存在的多于一种活性成分的预混合或共同配制的合成物。药品包括诸如以下各项的药物：肽（例如，胰岛素、含胰岛素的药物、含glp-1的药物或者衍生的或类似的制品）、蛋白质和激素、从生物源衍生或由生物源收获的活性成分、基于激素或基因的活性成分、营养制剂、酶和以固体（悬浮）形式或液体形式二者的其他物质，而且还有多糖、疫苗、dna、rna、寡核苷酸、抗体或抗体部分，而且还有适当的碱性、辅助和载体物质。

技术实现要素：

本发明的目的是要利用吸引用户的呼吸型信号和减小的功耗来指示药物输送设备的状态。该目的通过根据独立权利要求的电子模块和药物输送设备来实现。优选实施例根据从属专利权利要求而清楚。

根据本发明，提供了一种电子模块，用于可移除地附接到保持具有液体药物的容器的用后即丢药物输送设备的设备外壳。该电子模块包括用于监视输送设备的输送状态的输送状态感测装置、具有指示器元件的状态指示器、以及状态指示器控制器，该指示器元件诸如是可控制或被控制以指示输送或模块状态的发光二极管（led）。状态指示器控制器被适配为或被配置为代表状态指示器元件处理指示器控制信号，该指示器控制信号进而定义或产生用户可感知的状态信号或状态指示器的输出。指示器控制信号具有在基本周期的第一间隔中的最小值与最大值之间以及在基本周期的第二间隔中的最大值与最小值之间在时间上单调变化的幅度。在第一和第二间隔中的至少一个中，指示器控制信号的平均值在指示器控制信号的最大值和最小值的平均数以下，或者等效地，指示器控制信号曲线的积分小于所述平均数和间隔长度的乘积。具体地，如果最小值等于零，则平均值小于最大值的0.5，并且优选小于其0.375，并且最优选小于其0.25。有利地，该标准单独地适用于第一和第二间隔中的每一个。

用于指示器控制信号的替代标准要求具有在最大值和最小值的平均数以上的值的指示器控制信号的持续时间短于具有在该平均数以下的值的指示器控制信号的持续时间。换言之，具有在平均数以上的值的第一或第二间隔的指示器控制信号的时间方面的分数或份额小于0.5，并且优选小于0.375，并且最优选小于0.25。

指示器控制信号要被理解为低频信号，其描述或定义了意图的用户可感知的状态信号的形状，而不管用户不可单独感知的任何调制的高频载波信号或脉冲如何。换言之，指示器控制信号可以是鉴于意图的状态信号而选择并提供给控制器调制器的目标、占空比或调制函数。指示器控制信号可以是控制器调制器输出信号的包络或低通滤波器输出，该控制器调制器输出信号例如借助于脉冲宽度调制在这样的目标函数基础上被生成，并且意图被馈送到指示器元件。状态指示器控制器的指示器控制信号也可以表示施加到状态指示器的连续变化的电压或者供应到状态指示器的连续变化的电流。

第一和第二间隔被定义为仅包括导致状态信号的用户可感知的逐渐改变的单调或连续增加的、或者单调或连续减少的指示器控制信号值。这样的逐渐改变明显慢于闪烁或以其他方式不连续的状态信号改变，并且可能花费至少0.2秒、优选至少0.5秒来完成。该间隔定义明确地排除了处于恒定控制信号值的任何前导或拖尾间隔。前导或拖尾间隔很可能在重复周期中出现，该重复周期诸如处于零强度的平静时段或提供微弱的发光型视觉信号的处于小于最大强度的百分之几的最小信号时段。在第二间隔的结束与下一个第一间隔的开始之间提供的具有这样的非变化控制信号的任何间隔或时段可以用于适配信号最大值的频率，但是出于本发明的目的而被忽略。任何潜在的用户可感知的中间平稳期导致第一或第二间隔被分成两个或更多个子间隔，所提出的标准确实单独适用于所述子间隔。

状态指示器包括诸如led和/或蜂鸣器之类的特定指示器元件，该指示器元件将产生具有用户可感知的亮度、音量、强度、功率等的指示器输出信号。由于led的亮度与led电流成比例变化，因此减小的平均控制电流值暗示着由led消耗并先前存储在能量存储单元处的时间积分电流或电荷的减小。用于表征指示器输出的其他量可以根据不同于指示器控制信号的输出函数而变化，并且取决于指示器元件的具体细节。例如，在具有恒定电阻的指示器元件的情况下，消散的功率将根据所施加的电压的平方而变化，使得三角或正弦指示器控制信号电压引起功率输出函数，对该功率输出函数的积分——指示消散的能量——分别是对应于连续最大功率输出的值的恰好三分之一或大约38%。然而，对于具有任何电流-电压特性的指示器元件，根据本发明的指示器控制信号将导致甚至更集中的功率输出函数，其具有与三角或正弦控制信号相比进一步减小的平均值。因此，实现了增加的能量节省并且减小了电流消耗，这有益于能量存储单元的定尺寸，特别是电池的容量要求。

本发明基于如下认识：即常规用户体验到一种接近重复led指示器信号的标称最大强度的饱和效应，并且可能很难区分信号的较亮部分中的任何细节。特别地，对最大强度的平滑逼近可能不与具有不连续导数的信号峰值进行区分。在自然呼吸的总体印象主导性地由处于较低至中等强度的信号形状确定的情况下，本发明提出缩短或减小处于较高强度的所得状态输出信号的分数，并且扩展处于较低强度的份额。对应地，与具有等于最大值一半的平均值的指示器控制信号（诸如三角或正弦占空比函数）相比，可以减小与每个周期消耗的能量成比例或至少指示每个周期消耗的能量的输出信号的积分强度。

监视模块或单元中包括的状态传感器可以具有适合于检测输送设备的当前状态、或者由输送设备正在执行的操作或过程、或者在输送设备上执行的用户活动的任何类型。传感器可以包括光学、电（接触、磁性、电感、rfid）、力、压力和温度传感器中的任一个，以及能够检测输送设备被抓住的加速度计，或者甚至是用户的单次或多次轻敲移动。因此，可辨别的设备状态包括以下各项中的任一个：设备被抓住或轻敲、在输送前药物温度被平衡、设备盖被移除、通信接口被激活、电子模块被附接、设备标签被读取、输送设备与注射位点相邻放置、药物输送开始、药物输送结束、保持时间正在进行、输送设备从注射位点移除、针头护罩被锁定、电子模块从输送设备移除。

在优选实施例中，电子模块被适配为或被配置为处理指示器控制信号，该指示器控制信号的值在第一间隔期间在时间上呈指数增加，和/或在第二间隔期间呈指数减少。具体地，该定义涵盖具有时间变量t的函数的指数的项，即。指示器控制信号形状的替代算术定义包括幂函数，其具有与时间变量t成比例的项，时间变量t自乘超过一的幂，即，其中。

在本发明的另外的有利变体中，指示器控制信号在第一间隔结束处呈现或展现最大值处的不连续导数；第二间隔的减少信号与第一间隔的增加信号对称；第二间隔紧接在第一间隔之后，因此排除了在两个间隔之间具有最大控制信号值的平稳期；和/或在基本周期的重复中，在第二间隔的结束与随后的第一间隔的开始之间不存在平静时段。

在另外的实施例中，电子模块包括产生指示环境光强度的传感器输出的环境光传感器，并且根据传感器输出来调整指示器控制信号。具体地，当更多的环境光正在与状态指示器的信号竞争时，具有经适配的控制参数的经调整的指示器控制信号产生进一步变窄的光脉冲，并且同时增加幅度，使得来自能量存储单元的功率消耗大致不改变。在较低的环境光强度处，可以选择较低的最大幅度连同较宽的、即不太集中的控制信号形状一起，这两者相组合而仍然有助于节省能量存储单元的能量。并行地，最小控制信号值和/或接续周期之间的平静时段也可以取决于所述传感器输出进行适配。以类似的方式，在声学状态指示器的情况下，可以测量和补偿背景噪声水平。

在其他优选实施例中，电子模块包括电池，该电池以防止非破坏性更换和没有用于再充电的任何装置的方式安装或嵌入在模块中，作为用于给状态感测装置和状态指示器供源的能量存储单元。不可更换电池还可以为电子模块的通信单元供电以用于与移动设备进行数据交换。优选地，电子模块附接到用后即丢注射设备，并且注射状态由电子模块的状态感测装置确定。

根据本发明，一种移动且可重复使用的药物输送设备被提供有用于液体药物的可更换容器并且被提供有电子监视单元，该电子监视单元包括用于监视该输送设备的输送状态的输送状态感测装置。该输送设备包括状态指示器，该状态指示器可控制以通过重复发射状态信号来指示输送状态。该输送设备包括被适配为处理指示器控制信号的状态指示器控制器，该指示器控制信号用于控制状态指示器的状态信号，该指示器控制信号在第一间隔中的最小值与最大值之间、以及在第二间隔中的最大值与最小值之间单调变化，其中，在第一间隔中或在第二间隔中，指示器控制信号的平均值在指示器控制信号的最大值和最小值的平均数以下。换言之，本发明可以替代地与包括监视单元的可重复使用的药物输送设备一起使用，该监视单元具有集成到该输送设备的设备外壳中的前面提到的感测、读取、评估、数据处理和通信功能性。该输送设备包括不可更换的、不可再充电的能量存储单元，诸如用于自主地为监视单元和状态指示器二者供电的电池。优选地，该电池不同于用于移动活塞以便输送液体药物的能量源。

附图说明

将在以下文本中参考附图中图示的优选示例性实施例更详细地解释本发明的主题，附图中：

图1描绘了具有自动注射器的医学监视系统的变体；

图2描绘了替代的电子模块，并且

图3和图4描绘了各种指示器控制信号形状。

附图中使用的参考符号及其主要意义在名称列表中以汇总形式列出。原则上，在各图中以相同参考符号提供相同部分。

具体实施方式

图1描绘了医学监视系统的变体，其包括作为示例性用后即丢注射设备1的自动注射器、可释放地附接到注射设备的设备外壳的电子模块2、以及移动设备31，诸如运行专用应用程序的智能电话或平板设备；或者相应配置的膝上型计算机。移动设备经由数据通信网络（例如，互联网）通信地连接到远程服务器、基于云的计算设施或专家系统32。电子模块2包括状态感测装置，状态感测装置包括电或机械反馈传感器21和标签读取器22，标签读取器22用于从安装到设备外壳的标签或标记读取药物信息。电子模块进一步包括用于代表状态指示器25生成指示器控制信号的状态指示器控制器23。后者包括led或任何其他类型的hmi元件，用于基于指示器控制信号提供关于注射状态（诸如正在进行的注射过程的进展）的视觉、听觉或触觉反馈。存储器或数据存储单元24被适配为存储状态或输送信息。电子模块还包括通信单元26，通信单元26用于经由蓝牙低能量（btle）或等效的短程或近程无线通信技术向移动设备无线传输注射状态或药物状态。电子模块2具有后端或近端部分，如所述的一些或所有电子部件位于该后端或近端部分。

包括在电子模块的模块外壳中的是锁定/释放机构，以固定电子模块到注射设备的附接，以便特别是在从自动注射器移除针头保护盖期间保护以免意外脱离。自动注射器意图用于借助于预应变注射弹簧从预填充输注器自动输送固定剂量的液体药物，提供该预应变注射弹簧用于使活塞杆偏置并使输注器中包括的活塞移位。自动注射器包括针头保护套筒或覆盖套筒，用于在从注射位点移除之后保护输注器的针头。在将自动注射器从注射位点移除时，针头保护套筒通过覆盖套筒弹簧被偏置到针头保护位置，并且通过生成锁定声音的锁定装置被锁定在该位置中。物质输送的开始和结束以及注射设备的提升（lift-off）可以由注射状态感测装置检测，并且有利地组合以获得正在进行的注射过程或药品事件的表征，以便跟踪注射事件是否已经根据药品计划而发生、而且还有该注射是否被成功完成。注射状态感测装置可以包括电传感器，诸如无接触电感或电容传感器。示例性电感传感器可以取决于磁性或导电设备部件的位置或位移来检测静态或交变磁场或磁通量中的初始值、中间值以及最终值和/或对应的改变或差异。

无线通信单元连接到存储器或数据存储单元和/或处理单元，并且被适配为无线通信，具体地，将从存储装置或处理单元检索的注射信息上传到附近的移动设备或专用医学网关。注射信息可以包括指示药品事件时间的时间戳、以及从安装到设备外壳的标签或标记读取的排出剂量或其他药物信息。注射信息可以被即时传输，或者存储在连接到处理单元的存储器单元中，用于稍后的上传或批量传递。附加地或替代地，注射信息可以包括注射过程的质量度量，诸如指示已经符合最小保持时间要求的二进制标志。

图2公开了安装到注射设备的外壳10的电子模块2的稍微不同的实施例的后视图。该模块包括位于模块后端或近端表面上的点状状态指示器元件25b，以及位于电子模块近端边缘周围的环状状态指示器元件25a。环状状态指示器由于其外围位置而即使在模块被用户握住时也是可见的，并且由于其圆周形状而可以从所有侧面以及在不同角度下被观察，特别是当注射设备已经与注射位点相邻放置时的输送期间。蓝牙低能量连接状态指示器元件25c进一步被提供来发信号通知通信单元的连接状态。

返回到两个不同的状态指示器25a、25b允许进一步细化电子模块要传达给用户的视觉消息。除了适配如下所述的单个指示器的更改模式之外，点状与环状状态指示器之间的相互作用促进优化的能量管理和延长的电池寿命。例如，根据本发明的具有信号的点状状态指示器的排他使用例如当药物物质被加热几分钟以达到输送温度时可以指示等待模式。由于照明led对于给定的强度要求较少的功率，因此点状指示器的较小表面促进其在延长的间隔期间对于状态指示的使用。检测用户活动的计时器或加速度传感器可以后续引起模式从等待模式切换到激活，并将视觉接口从点状指示器切换到环状指示器。

图3描绘了由第一和第二间隔组成的、并且具有通常在一秒钟与五秒钟之间的总持续时间2*tmx的单个基本周期之上的两条适当缩放的指示器控制信号曲线。顶部图表示出正弦或偏置正弦指示器控制信号曲线，并且底部图表示出指数指示器控制信号曲线，其在第一间隔中被描述为

。

两条曲线关于指示器控制信号的最大值csmx的时间tmx对称。对于正弦信号，所描绘的曲线的积分恰好是图表面积的一半，后者由2*tmx*csmx给出，并且平均指示器控制信号值同样是最大指示器控制信号值max的一半。对于指数信号，具有为1.5和3.6的示例性参数值a*tmx，积分和平均指示器控制信号值分别总计为图表面积的或最大指示器控制信号值csmx的分别0.38和0.25。图3中描绘的曲线是基于为5.2的进一步增加的参数a*tmx，其使曲线的积分和平均指示器控制信号值减少分别总计为图表面积的或最大指示器控制信号值csmx的0.19。对于正弦信号，在等于最大指示器控制信号值csmx的一半的信号值处，控制信号曲线的宽度恰好等于基本周期的一半，而对于指数信号，该宽度低得多，如两个水平箭头所指示。此外，对于指数信号，一阶导数在t=tmx和最大指示器控制信号csmx处以及在t=0、t=2*tmx和最小指示器控制信号处都是不连续的。

图4描绘了由第一和第二间隔组成的、并且具有为2*tmx的总持续时间的单个基本周期之上的两条适当缩放的指示器控制信号曲线。这两条曲线关于指示器控制信号的最大值csmx的时间tmx对称，并且在第一间隔中被定义为

。

对于为a=l（顶部）的参数值，积分和平均指示器控制信号值分别总计为图表面积的或最大指示器控制信号值csmx的0.38，其中分数在为0.35的平均数以上。对于为a=3的参数值，平均值减少到0.24。对于a=4.2（底部）的参数值，积分和平均指示器控制信号值分别进一步减小到图表面积的或最大指示器控制信号值csmx的0.2，其中信号曲线的份额具有在为0.18的最小值和最大值的平均数以上的值。

状态指示器控制器可以准备控制器调制器输出信号作为一系列脉冲宽度调制（pwm）脉冲，该脉冲宽度调制（pwm）脉冲发生在范围从100hz到500khz的频率处，其中该系列中的每个脉冲具有对应于最大led电流的相同峰值电流水平。电脉冲包括根据占空比或目标函数而变化的脉冲宽度，所述占空比或目标函数指示电脉冲要保持在其峰值电流水平处的基本时段的百分比。因此，表示控制信号形状的占空比函数确定了单独脉冲的长度。例如，最大脉冲宽度对应于在最大电流处的整个基本时段，而20%的占空比值对应于基本间隔的五分之一在开启状态中。基本时段进而对应于所选择的调制频率，例如对于200hz的示例性调制频率为5ms。

如果要在不在电池大小或质量方面过度投资的情况下、特别是当从能量存储单元供源时实现电子模块或配备有监视单元的输送设备的意图寿命，能量管理变得至关重要，该能量存储单元在组装完成之后不意图被更换或再充电。在初始投入服务后，电子模块或输送设备可以在接续输送事件之间长达几天或甚至几周的模块或设备空闲时段期间关闭或至少置入睡眠。然而，关闭的模块或设备要求机械开关来在下一注射事件之前为主处理单元重新供电。在电子模块的情况下，该开关可以通过将电子模块附接到输送设备、或者通过将注射设备的盖从与附接的电子模块的接触中移除来被致动。在睡眠模式中具有一些剩余功能性仍然可用的模块或设备要求电子开关、捕获用户引发的设备移动的加速度传感器、或接收用户引发的rfid脉冲的rfid标签，作为触发器以在下一注射事件之前为主处理单元重新供电。

电子模块或输送设备的状态指示器包括作为人类对接装置的视觉、听力和/或触觉状态指示器元件。指示器元件可以包括单个多色led或用于生成独立于语言的声音或简单旋律的扬声器。状态指示器可以明确排除任何高级人机对接能力。特别地，状态指示器可以没有用于视觉上传输可读指令的显示器、屏幕或投影仪，并且同样排除用于大声读出指令的人工语音助手。包括精细图形显示和语音输出能力的这样的高级hmi功能性优选地由通信地连接到电子模块或输送设备的移动设备提供。为此，电子模块或输送设备可以包括通信单元以将状态信息传输到移动设备，所述移动设备诸如是运行专用应用程序的智能电话或平板设备，或者相应配置的膝上型计算机。到移动设备的通信可以优选地经由蓝牙低能量（btle）或等效的短程或近程无线通信技术进行。

虽然已经在附图和前述的描述中详细描述了本发明，但是这样的描述要被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的。从对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员和实践所要求保护的发明的人员可以理解和实现对所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数。在不同的权利要求中记载某些元件或步骤的仅有事实并不指示这些元件或步骤的组合不能被有利地使用，具体地，除了实际的权利要求从属性之外，任何另外有意义的权利要求组合都应认为被公开。

名称列表

1注入设备

10设备外壳

2电子模块

21电感传感器

22标签读取器

23状态指示器控制器

24存储器单元

25状态指示器

26通信单元

31移动设备

32远程服务器