(57)【要約】  本発明は、バッテリ駆動式の電気モータの一定の目標速度を保証する方法に関する。本方法において、このバッテリ駆動式電気モータは、注射装置内のピストンロッドを動かすことにより、設定された投与量の薬剤を注射装置から注射する。本方法は、モータが到達すべき第１の目標速度を設定するステップ、第１の目標速度に到達できるかを判定するステップ、及び第１の目標速度に到達できる場合には、設定された投与量の薬剤が注射装置から注射されるまでこの第１の目標速度を維持し、第１の目標速度に到達できない場合には、第２の目標速度を設定するステップを含む。
2008529689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注射装置内のピストンロッドを動かして、設定された投与量の薬剤を注射装置から注射するバッテリ駆動式の電気モータを、確実に一定の目標速度に保つ方法であって、
−  ピストンロッドが到達すべき第１の目標速度を設定するステップ、
−  第１の目標速度に到達できるかどうかを判定するステップ、及び
−  第１の目標速度に到達できる場合、設定された投与量の薬剤を注射装置から注射し終わるまで第１の目標速度を維持するか、又は
−  第１の目標速度に到達できない場合、第２の目標速度を設定するステップ
を含む方法。
【請求項２】
第２の目標速度に到達できるかどうかを判定するステップ、及び
−  第２の目標速度に到達できる場合、設定された投与量の薬剤を注射装置から注射し終わるまで第２の目標速度を維持するか、又は
−  第２の目標速度に到達できない場合、第３の目標速度を設定するステップ
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第３の目標速度に到達できるかどうかを判定するステップと、第３の目標速度に到達できる場合、設定された投与量の薬剤を注射装置から注射し終わるまで第３の目標速度を維持するか、又は第３の目標速度に到達できない場合、モータを停止するステップとを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ピストンロッドの速度を判定することが、モータの速度を測定するステップを含む、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
モータに供給される電流を測定するステップを更に含む、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
モータに供給される電流が所定の値を超える場合にモータを停止させるステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第１の目標速度が第２の目標速度よりも大きく、第２の目標速度が第３の目標速度よりも大きい、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
第２の目標速度を設定する時にバッテリ警告信号を生成するステップを更に含み、バッテリ警告信号が注射装置の制御モジュールに供給されることにより、第１の目標速度に達するためにはバッテリの容量が不十分であることを装置の使用者に警告する、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法を実施するためのシステムであって、
−  方向感知可能なコード化ユニットに動作可能に接続される電気モータ、及び
−  制御モジュールであって、ユーザインターフェース、マイクロプロセッサ、メモリモジュール、モータ制御装置及び当該制御モジュールに入力されるアナログ信号をデジタル形式に変換するための少なくとも１つのＡ／Ｄ変換器を含む制御モジュール
を備えたシステム。
【請求項１０】
設定された投与量の薬剤を、薬剤を収容するアンプルから注射するため注射装置であって、請求項９に記載のシステムを備えた注射装置。
【請求項１１】
マイクロプロセッサ上で実行されると、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法を実行するコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
技術分野
本発明は、注射装置内のバッテリ駆動式のモータを確実に一定速度に保つ方法に関する。特に、本発明は、好ましい目標速度を設定し、バッテリの容量が、好ましい目標速度を達成又は維持するのに十分でない場合に、この好ましい目標速度を第２の目標速度に落とす方法に関する。更に本発明は、目標速度の達成又は維持ができない場合、警告信号を生成する方法に関する。
【０００２】
背景技術
米国特許第５５０５６９７号明細書は、プランジャ推進部をプランジャに衝突させ、人の皮膚を穿孔するための高い初期圧力パルスを生成する電動ジェット注射器を開示している。プランジャ駆動部は、その後、それよりも低い送達圧力を、例えばインシュリンの注射が完了するまで生成し続ける。注射器内のマイクロプロセッサが、プランジャ駆動部を動かす電気モータの速度及び方向を制御する。この注射器によって、糖尿病を処置するためのインシュリンの注射に特に有用な皮下注射が得られる。
米国特許第５５０５６９７号明細書は、注射の初期穿孔期間中に、圧力が約４，０００ｐｓｉのピーク圧力へと極めて急速に上昇することを開示している。このピーク圧力は、皮膚に穴を開け、皮下組織内に短く且つやや細長いチャネルを生成する。初期圧力ピークに到達するおおよその時点で、ＣＰＵは、電力切換回路基板に新たなコマンドを送ることにより、送達段階の間に安定な状態の送達圧力を加えるためにモータの速度を低下させる。送達圧力は、通常、得られるピーク圧力の約１／２〜１／３である。高い圧力が必要なのは、皮膚に穴を開け、その下の組織内に小さなチャネルを形成する極めて短時間だけである。その後、後続の低く安定な送達圧力は、更なる組織破壊を起こすことなく、既にできているチャネルを流体で満たすだけである。送達段階の圧力の制御は、モータ速度の閉ループ制御によって行われる。具体的には、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して、ＣＰＵ内の固定周波数パルス発生器の「オン時間」を変動させ、モータに供給される平均電流を変調する。この閉ループ制御によって、この装置は、バッテリ電圧の変動、摩耗又は周囲温度変化による摩擦、又はアンプルのパラメータ、特にプランジャの摩擦の変動を補償することができる。
米国特許第５５０５６９７号明細書では、バッテリ電圧の変動の補償方法は言及されていない。つまり、米国特許第５５０５６９７号明細書は、バッテリ電圧がバッテリの公称電圧レベルを下回るレベルに低下した場合に、モータの速度を一定に保持する方法については言及していない。よって、バッテリ電圧がバッテリの公称電圧レベルを下回るまで降下した場合にも、モータ速度を確実に一定に維持できる方法が必要とされる。
【０００３】
本発明の課題は、注射装置内のバッテリ駆動式モータの速度を確実に一定に保持する方法を提供することである。
本発明の更なる課題は、バッテリ電圧がバッテリの公称電圧を下回った場合に、バッテリ駆動式のモータの速度を確実に一定に保持する方法を提供することである。
【０００４】
発明の概要
上記の課題は、第１の態様において、バッテリ駆動式の電気モータの速度を確実に一定の目標速度に保つ方法を提供することによって達成され、このバッテリ駆動式の電気モータが注射装置内のピストンロッドを動かすことにより、設定された投与量の薬剤が注射装置から注射される。本方法は、
−  ピストンロッドが到達すべき第１の目標速度を設定するステップ、
−  第１の目標速度に到達できるかどうかを判定するステップ、及び
−  第１の目標速度に到達できる場合、設定された投与量の薬剤を注射装置から注射し終わるまでこの第１の目標速度を維持し、
−  第１の目標速度に到達できない場合、第２の目標速度を設定するステップ
を含む。
本発明による方法は、第２の目標速度に到達できるかどうかを判定するステップ、及び
−  第２の目標速度に到達できる場合、設定された投与量の薬剤を注射装置から注射し終わるまでこの第２の目標速度を維持し、
−  第２の目標速度に到達できない場合、第３の目標速度を設定するステップ
を更に含む。
【０００５】
本発明による方法は、第３の目標速度に到達できるかどうかを判定するステップ、及び第３の目標速度に到達できる場合、設定された投与量の薬剤を注射装置から注射し終わるまでこの第３の目標速度を維持し、第３の目標速度に到達できない場合、モータを停止させるステップを更に含むことができる。モータを停止することは、目標速度をゼロに設定することを意味する。
第１の目標速度は第２の目標速度より大きくすることができ、第２の目標速度は第３の目標速度よりも大きくすることができる。よって、開始時に、注射装置システムの制御モジュールが、好ましい目標速度を設定する。この好ましい目標速度に到達できない場合、わずかに低い目標速度を設定する。このわずかに低い目標速度に到達できない場合、更に低い目標速度を設定する。この手順は、原則的に任意の回数だけ繰り返すことができるが、注射装置の使用者は、適度な時間内に、この注射装置が、設定された投与量の薬剤の注射を一定速度で完了させることができるかどうかを知る必要があるので、通常は、モータを停止し、注射装置の使用者に警告信号を発して、バッテリを交換する必要があることを知らせるまでに、３つの目標速度が設定される。
【０００６】
ピストンロッドの速度を決定することは、ある種のエンコーダユニット及び付属の電子検出回路を使用してモータの速度を測定するステップを含むことができる。本発明による方法は、モータに供給される電流を測定するステップを更に含むことができる。このような測定は、バッテリとモータとの間に電流センサを挿入することによって、又はモータの端子の１つに動作可能に接続された外部抵抗器の電圧降下を測定することによって行うことができる。
本発明による方法は、モータに供給される電流が所定の値を超えた場合、モータを停止させるステップを更に含むことができる。モータが何らかの形でブロックされると、例えば機械的にブロックされた場合、又は設定された投与量が高速で細い注射針を通過させられる場合、高い電流が流れる。
本発明による方法は、既に第２の目標速度が設定されている場合、バッテリ警告信号を生成するステップを更に含むことができる。このバッテリの警告信号を注射装置の制御モジュールに供給することにより、装置の使用者に対し、第１の目標速度に到達するにはバッテリの容量が十分でないことを警告することができる。
【０００７】
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様による方法を実施するシステムに関する。本システムは、
−  方向感知可能なコード化ユニットに動作可能に接続された電気モータ、及び
−  制御モジュールであって、ユーザインターフェース、マイクロプロセッサ、メモリモジュール、モータ制御装置及び当該制御モジュールに入力されるアナログ信号をデジタル形式に変換する少なくとも１つのＡ／Ｄ変換器を含む制御モジュール
を備える。
エンコーダユニットは、ＤＣモータのモータシャフトに直接接続することができ、これにより、モータシャフトの角度位置に関する情報及びモータシャフトの回転方向に関する情報が提供される。ユーザインターフェースは、原則的には、注射装置の使用者と装置の間の通信をサポートすることができるあらゆる種類のユーザインターフェースとすることができる。例えば、プッシュボタン及び圧力感知フラットパネルディスプレイが、適切なユーザインターフェースとなり得る。このディスプレイは、注射装置の状態に関する情報も使用者に提供できる。また、このようなフラットパネルディスプレイを介して、バッテリの残容量に関する警告信号を注射装置の使用者に伝達することができる。マイクロプロセッサは、ピストンロッドの逆方向の工程を制御するために、所定のステップを実行又は実施するＡＳＩＣとすることができる。例えば、測定された電流及びピストンロッドの実際の位置といった信号の処理は、マイクロプロセッサによって行うことができる。モータ制御装置は、４つのトランジスタを備えている従来のＨブリッジを含むことができる。このようなＨブリッジは、前進方向及び後退方向のいずれの方向にもモータを駆動させることができる。Ｈブリッジからの出力電圧は、１つ以上のトランジスタへのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号のデューティーサイクルを調節することによって変化させることができる。Ａ／Ｄ変換器は、モータに供給される電流を表すアナログ信号を、更なる処理のためにデジタル形式に変換することができる。
【０００８】
本発明の第３の態様は、薬剤を収容するアンプルから設定された投与量の薬剤を注射する注射装置であって、本発明の第２の態様によるシステムを備える注射装置に関する。注射装置から注射される薬剤は、インシュリンとすることができる。
本発明の第４の態様は、コンピュータ又はマイクロプロセッサ、例えばＡＳＩＣ上で実行されると、本発明の第１の態様による方法を実施するコンピュータプログラム製品に関する。
【実施例】
【０００９】
後述では、本発明を、図１を参照して詳細に説明する。
本発明には、様々な変形及び代替形態が可能であるが、本明細書では、具体的な実施形態を例として図面に示し、詳細に説明する。しかしながら、本発明は、ここに開示する特定の形態に限定されるものではない。むしろ、本発明は、特許請求の範囲に規定される発明の思想及び範囲内に含まれる全ての変形、均等物及び代替形を包含する。
【００１０】
発明の詳細な説明
本発明の最も一般的な態様は、注射装置内のバッテリ駆動式モータに電力を供給するため、及び設定された投与量の薬剤を注射する間、そのモータを確実に一定の速度で駆動するための方法に関する。モータは、アンプルに収容されている薬剤に作用するピストンロッドを駆動するので、ピストンロッドがアンプルに向かって一定速度で前進し、これにより、アンプル内の薬剤、例えばインシュリンが、注射装置から時間単位当たり一定の体積で注射されることは極めて本質的なことである。
設定された投与量の薬剤を注射装置から注射しようとする時、制御モジュールは、モータが到達すべき好ましい目標速度を設定する。注射の間、モータの速度及びモータに供給される電流を定期的に測定する。モータが、好ましい目標速度に達し且つこれを維持できる場合、注射が完了するまでこの好ましいモータ速度でモータを駆動させることにより、設定された投与量が注射される。バッテリの電圧低下のために好ましい目標速度に達することができない場合、又は好ましい目標速度が維持できない場合、制御モジュールは、前記好ましい目標速度より低い第２の目標速度を設定する。同時に、好ましい目標速度でモータを運転させるのにバッテリの残容量が不十分であることを注射装置の使用者に伝える警告信号を生成する。第２の目標速度が設定される前に、好ましい目標速度に到達するための更なる試みが開始される。このような試みは、モータに供給される電圧レベルの増大を含むことができる。このような増大は、１つ以上のトランジスタへのＰＷＭ制御信号を調節することによって達成される。
【００１１】
モータが第２の目標速度に達し且つこれを維持できる場合、このモータ速度で設定された投与量が注射される。第２の目標速度に到達することができないか又は第２の目標速度が維持できない場合、更に低い第３の目標速度が、制御モジュールにより設定される。この第３の目標速度に到達できないか又はこれを維持できない場合、制御ユニットがモータを停止させ、バッテリを直ちに交換する必要があることを使用者に伝える警告信号を生成する。
本発明を実施する１つの方法を、図１に示すフローチャートに例示する。「開始」と記されたボックスから開始して、好ましい目標速度を設定する。所定の時間の後、モータが好ましい目標速度に到達したかどうかを点検する。モータ速度は、モータのモータシャフトに動作可能に接続されたエンコーダを使用して測定する。好ましい目標速度に到達でき、且つこれを維持できる場合、注射を完了させ、ボックス「終了、注射完了」に到達し、注射装置は新たな投与量の薬剤を注射する準備が整う。
【００１２】
好ましい目標速度に到達できない場合、モータが過負荷状態にあるかどうかを点検する。モータの過負荷は、例えばモータシャフトの機械的なブロック又はモータによって駆動されているピストンロッドの機械的なブロックによって生じ得る。このようなブロックが検出されると、モータは直ちに停止する。モータの過負荷状態は、モータに供給される電流を測定することによって検出され、過負荷状態が生じていれば、モータに供給される電流のレベルが所定の値を超えており、制御モジュールがモータを停止させる。
モータが、好ましい目標速度に到達できず且つ過電流が検出されない場合、目標速度を、前記好ましい目標速度から、それより低い第２の目標速度に低下させる。既に述べたように、モータは、好ましい目標速度に到達するための所定の時間を有している。この所定の時間は、１〜２のサンプリングレートから複数のサンプリングレートまで変化させることができる。第２の目標速度が設定された場合、モータは、好ましい目標速度に達するまでに付与された時間に相当する時間内に、第２の目標速度に達しなくてはならない。第２の目標速度に到達でき且つこれを維持できる場合、注射装置は第２の到達速度で注射を完了させる。維持できない場合に、更に低い第３の目標速度が設定されたら、モータは、所定の時間内にこの第３の目標速度に到達しなくてはならない。第３の目標速度に到達でき且つこれを維持できる場合、注射装置は、この第３の目標速度で注射を完了させる。そうでない場合又は過電流が検出される場合、モータは停止し、エラー信号が生成される。エラー信号は、バッテリの交換が必要であることを注射装置の使用者に知らせる。
【００１３】
好ましい目標速度、第２の到達速度及び第３の目標速度の間の典型的な比は、好ましい目標速度を１００％とすると、第２の到達速度及び第３の目標速度はそれぞれ７０％及び４０％である。しかし、これ以外の比、並びに４以上又は３未満の数の目標速度も利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の方法のフロー図である。
【図１】
2008529689.tif 000003
【国際調査報告】
2008529689.tif 000004
2008529689.tif 000005
2008529689.tif 000006