УПРАВЛЕНИЕ ТОКОМ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕНОСА ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ
CURRENT CONTROL FOR ELECTRIC TRANSPORTATION OF DRUGS

Сведения, включенные в описание изобретения посредством ссылки
Все упомянутые в настоящем описании публикации и заявки на патент включены в описание посредством ссылки в той мере, как если бы было конкретно и отдельно оговорено, что каждая отдельная публикация или заявка на патент включена в спецификацию посредством ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение в основном относится к устройству электропереноса лекарственных препаратов. В частности, изобретение касается схемы стабилизированного источника тока, характеризующейся повышенной безопасностью.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известно множество систем доставки лекарственного препарата, включая автоматические системы доставки лекарственных препаратов. Ввиду того что доставка несоответствующей дозы (слишком большой или слишком маленькой) лекарственного препарата может представлять угрозу для жизни, критически важно, чтобы системы доставки лекарственных препаратов были очень точными. Для систем доставки лекарственных препаратов, предназначенных для доставки медикаментов пациентам, должна быть исключена даже малейшая вероятность случайной доставки. В частности, системы доставки лекарственных препаратов, доставляющие лекарственные препараты пациенту посредством электропереноса, включая устройства трансдермального или другого электропереноса лекарственных препаратов, должны не допускать случайной доставки лекарственных препаратов пациенту.
Используемый в настоящем описании изобретения термин "электроперенос" относится к доставке препарата в общем смысле (например, лекарственного препарата) через мембрану, такую как кожа, слизистая оболочка или ногти. Доставка стимулируется или вызывается приложением электрического потенциала. Например, лечебное терапевтическое средство может быть введено в большой круг кровообращения человеческого тела посредством электропереноса через кожу. Широко используемый процесс электропереноса - электромиграция (также называемая ионофорезом) предусматривает электрически индуцируемый перенос заряженных ионов. Другой тип электропереноса - электроосмос вызывает движение жидкости. Жидкость содержит препарат, который должен быть доставлен под воздействием электрического поля. Еще один тип электропереноса - электропорация предполагает формирование временно существующих пор в биологической мембране путем приложения электрического поля. Препарат может быть доставлен через поры либо пассивно (т.е. без помощи электрического поля), либо активно (т.е. под воздействием электрического потенциала). Однако при любом заданном процессе электропереноса может одновременно происходить в известном смысле более одного из этих процессов. Соответственно, термин "электроперенос", используемый в настоящем описании, следует интерпретировать в самом широком смысле, подразумевая электрически индуцированный или усиленный перенос по меньшей мере одного препарата, который может быть заряженным, незаряженным или смесью того и другого, независимо от конкретного механизма или механизмов, посредством которых в действительности осуществляется перенос препарата.
В целом, устройство электропереноса имеет по меньшей мере два электрода, которые находятся в электрическом контакте с кожей, ногтями, слизистой оболочкой или другим участком тела. Один электрод, обычно называемый "донорским" или "активным" электродом, и является электродом, с которого препарат доставляется в тело. Другой электрод, обычно называемый "противоэлектродом" или "возвратным электродом" служит для замыкания электрической цепи через тело. Например, если препарат, который необходимо доставить, заряжен положительно, т.е. состоит из катионов, то анод является активным или донорским электродом, в то время как катод служит для завершения цепи. И наоборот, если препарат заряжен отрицательно, т.е. состоит из анионов, то катод является донорским электродом. Кроме того, как анод, так и катод могут считаться донорскими электродами, если необходимо доставить как анионы, так и катионы препарата или незаряженные растворенные препараты.
Кроме того, в системах электропереноса обычно необходима по меньшей мере одна емкость или источника препарата, который необходимо доставить в тело. Примерами таких донорских емкостей являются мешочек или полость, пористая губка или подушка, легко поглощающий воду полимер или гелиевая матрица. Такие донорские емкости электрически соединяются с анодом или катодом и располагаются между анодом или катодом и поверхностью тела и обеспечивает стационарный или сменный возобновляемый источник одного или нескольких препаратов или лекарств. Устройства электропереноса также имеют источник питания, такой как один или несколько элементов питания. Обычно один полюс источника питания электрически соединен с донорским электродом, в то время как противоположный полюс соединяется с противоэлектродом. Кроме того, некоторые устройства электропереноса имеют электрический контроллер, который управляет током, протекающим через электроды, тем самым регулируя скорость доставки препарата. Кроме того, потенциально в состав устройства электропереноса могут входить мембраны пассивного регулирования потока, связующие вещества для обеспечения контакта устройства с поверхностью тела, изолирующие элементы, водонепроницаемые поддерживающие элементы и т.д.
Из уровня техники известны небольшие автономные устройства электропереноса лекарственных препаратов, пригодные для размещения на коже на продолжительный период времени. См., например, патентные документы US 6171294, US 6881208, US 5843014, US 6181963, US 7027859, US 6975902 и US 6216033. В таких устройствах электропереноса лекарственных препаратов обычно используют электрическую цепь для соединения источника питания (например, элемента питания) с электродами. Электрические компоненты в таких устройствах лекарственного ионофореза также предпочтительно миниатюрные и могут быть выполнены в виде интегральных схем (например, микросхем) или небольших печатных плат. Электрические компоненты, такие как элементы питания, сопротивления, генераторы импульсов, конденсаторы и т.д., электрически соединяются друг с другом в электрическую цепь, которая управляет амплитудой, полярностью, формой временной диаграммы и т.п. электрического тока, подаваемого источником питания. Другие примеры небольших автономных устройств электропереноса лекарственных препаратов раскрыты в патентных документах US 5224927, US 5203768, US 5224928 и US 5246418.
Стабилизированные источники тока для нагрузок с переменным сопротивлением, пригодные для использования с устройством электропереноса лекарственных препаратов, описывались ранее, однако в таких системах необходимо использовать катод для определения напряжения и/или тока на нем. Например, в патенте US 5804957 описана система стабилизированного источника тока для нагрузки с переменным сопротивлением. Такая система включает в себя схему стабилизированного тока, подключенную ко второму выходному контакту (например, к аноду) для обеспечения заданного тока через нагрузку (пациента) и схему управления. Схема управления подаваемым напряжением контролирует напряжение на втором контакте через схему стабилизированного тока и регулирует подачу напряжения, чтобы поддерживать выбранное напряжение на втором контакте для поддержания заданного тока при нагрузке с переменным сопротивлением. См., например, Фиг. 1, на которой приведена система из предшествующего уровня техники, включающая в себя схему управления напряжением, которая непосредственно контролирует катод (посредством компараторного "дроссельного" ("throttle") элемента 140).
Однако в некоторых случаях полезно управление и контроль протекающего тока без непосредственного контроля второго контакта пациента (например, катода). Такая конфигурация позволяет отделить регулирующий аспект схемы от аспекта схемы, касающегося рискованного управления.
Например, в настоящем описании приведены способы, устройства и системы для контроля и управления устройствами электропереноса лекарственных препаратов, включающие непрямой контроль и управление схемой, не подключенной напрямую к контакту пациента (например, к катоду), с использованием переключающего элемента.
Сущность изобретения
В общем раскрыты устройства и способы управления подачей тока и/или напряжения для доставки лекарственного препарата с контактов пациента устройства электропереноса лекарственных препаратов путем косвенного управления и/или контроля подаваемого тока без непосредственного измерения с выхода, связанного с пациентом, являющегося катодом. В частности, раскрыты системы электропереноса лекарственных препаратов, включающие в себя системы электропереноса со стабилизированным током, содержащие модуль управления с обратной связью по току и/или напряжению, который изолирован от контактов пациента (т.е. анода и катода). В некоторых вариантах модуль обратной связи изолирован от контактов пациента транзистором; измерения для управления с обратной связью по току и/или напряжению осуществляются на транзисторе, а не контакте пациента (например, на катоде).
Например, раскрыты системы электропереноса лекарственных препаратов со стабилизированным источником тока. В некоторых вариантах система включает в себя: источник питания; первый контакт пациента, соединенный с источником питания; второй контакт пациента, соединенный с транзистором управления током, и измерительную схему для измерения напряжения на транзисторе, причем второй контакт пациента соединен с измерительной схемой только через транзистор управления током, так что второй контакт пациента электрически изолирован от измерительной схемы. В некоторых вариантах первый контакт пациента может также быть опосредованно соединен с источником питания.
Транзистор управления током может управляться усилителем, получающим входной сигнал от микроконтроллера. Может использоваться любой подходящий транзистор. Например, транзистор может быть полевым или биполярным. В вариантах, в которых используется полевой транзистор, второй контакт пациента может подключаться к стоку полевого транзистора.
В некоторых вариантах измерительная схема выполнена с возможностью сравнения напряжения на транзисторе с пороговым напряжением. Измерительная схема может обеспечивать входной сигнал для цепи обратной связи. В некоторых вариантах упомянутая цепь обратной связи может выдавать сигнал предупреждения на основании результатов сравнения напряжения на транзисторе (например, на затворе полевого транзистора, если сток контактирует с пациентом) с пороговым напряжением для извещения о невозможности поддержания постоянного тока. Цепь обратной связи может автоматически управлять указанным источником питания на основе сравнения напряжения на транзисторе с пороговым напряжением для поддержания постоянного тока, в то же время минимизируя потребление мощности. Например, в некоторых вариантах ток может поддерживаться на уровне 170 мкА.
Также раскрыты системы электропереноса лекарственных препаратов со стабилизированным источником тока, содержащие: источник питания; первый контакт пациента, соединенный с источником питания; второй контакт пациента, подключенный к транзистору (например, к стоку транзистора); цепь обратной связи по току для выработки управляющего сигнала для транзистора, когда соединение между первым контактом пациента и вторым контактом пациента замкнуто; при этом транзистор соединен со вторым контактом пациента; и измерительную схему для измерения прикладываемого к транзистору напряжения, когда указанное соединение замкнуто; причем указанный второй контакт пациента соединен с цепью обратной связи управления по току и с измерительной схемой только через транзистор. Например, второй контакт пациента может быть подключен к стоку полевого транзистора, отделенного от цепи обратной связи и/или измерительной схемы, которые могут быть соединены с затвором транзистора.
Как уже упоминалось выше, транзистор может быть любым транзистором подходящего типа, включая биполярный транзистор и/или полевой транзистор (FET). Например, если используется полевой транзистор, то второй контакт пациента может быть подключен к стоку транзистора, а управляющий сигнал представлять собой напряжение, прикладываемое к затвору транзистора. В некоторых вариантах транзистор может быть биполярным, а второй контакт пациента соединяться с коллектором, при этом управляющий сигнал представляет собой ток, подводимый к базе транзистора. В общем, указанный управляющий сигнал может быть напряжением и/или током, подаваемым на транзистор.
В некоторых вариантах поступающий на транзистор управляющий сигнал может регулироваться усилителем, на вход которого сигнал подается с микроконтроллера.
Цепь обратной связи может регулировать напряжение, подаваемое к источнику питания. Например, в некоторых вариантах цепь обратной связи сравнивает напряжение на транзисторе (например, на затворе) с опорным напряжением. Цепь обратной связи управляет указанным источником питания на основе сравнения напряжения на затворе с опорным напряжением. Цепь обратной связи может обеспечивать источника питания, достаточный для подачи постоянного тока. Например, цепь обратной связи может обеспечивать источник питания, достаточный для подачи постоянного тока приблизительно 170 мкА. Цепь обратной связи может содержать цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) для обеспечения постоянного тока.
В общем, измерительная схема может быть изолирована (например, электрически изолирована) от первого и второго контактов пациента с помощью транзистора. Транзистор может располагаться между вторым электродом пациента и измерительным резистором.
Первый контакт пациента может быть анодом, а второй контакт пациента может быть катодом. Соединение между первым контактом пациента и вторым контактом пациента обычно выполнено с возможностью замыкаться (например, связываться) через кожу пациента.
Также раскрыты способы работы системы электропереноса лекарственных препаратов со стабилизированным источником тока, способ включает в себя: приведение кожи пациента в контакт с анодом и катодом, чтобы сформировать цепь между анодом и катодом; приложение анодного напряжения к аноду; подачу управляющего сигнала на транзистор (например, на затвор транзистора), подключенный к катоду (например, к катоду может быть подключен сток транзистора); измерение напряжения на транзисторе, причем катод изолирован транзистором от указанного измерения напряжения; сравнение напряжения на транзисторе с пороговым напряжением и управление анодным напряжением, прикладываемым к аноду, на основе сравнения напряжения на транзисторе с пороговым напряжением.
В указанных способах может использоваться подходящий транзистор. Например, транзистор может быть полевым транзистором, а управляющий сигнал содержит напряжение, прикладываемое к затвору транзистора. Анодное напряжение может прикладываться к аноду в ответ на входной сигнал. Управляющий сигнал, прикладываемый к транзистору, может подаваться на транзистор с усилителя, причем усилитель изолирован от анода и катода транзистором. Как уже подчеркивалось выше, может использоваться любой соответствующий управляющий сигнал, в частности, электрическое напряжение и/или ток.
В любом из этих вариантов ток, подаваемый из транзистора, является постоянным током. Например, подаваемый ток может регулироваться на уровне приблизительно 170 мкА.
В некоторых вариантах способ включает регулирование прикладываемого к аноду напряжения на основе сравнения напряжения на транзисторе с опорным напряжением. Краткое описание чертежей
Элементы новизны изобретения подробно изложены в нижеследующей формуле изобретения. Лучшего понимания отличительных признаков и преимуществ настоящего изобретения можно добиться, обратившись к нижеследующему подробному описанию вариантов, в которых реализованы принципы настоящего изобретения, сопровождаемому чертежами, на которых:
Фиг. 1 - схема трансдермальной системы ионофореза лекарственных препаратов предшествующего уровня техники,
Фиг. 2 - блок-схема примерной схемы электропереноса лекарственных препаратов для использования в системе электропереноса лекарственных препаратов, включающей в себя контроллер, схему электропереноса лекарственных препаратов, цепь обратной связи, анод и катод,
Фиг. 3 - принципиальная схема изображенной на фиг. 2 цепи обратной связи,
Фиг. 4 - принципиальная схема изображенной на фиг. 2 схемы электропереноса лекарственных препаратов,
Фиг. 5 - блок-схема алгоритма работы примерной схемы электропереноса лекарственных препаратов.
Подробное описание изобретения
Далее подробно рассматриваются варианты осуществления изобретения, примеры которых представлены на приложенных чертежах. Несмотря на то, что изобретение описано в сочетании с примерными вариантами, следует иметь в виду, что изобретение не ограничивается этими вариантами. Наоборот, изобретение призвано охватить все возможные альтернативные варианты, модификации и эквиваленты, которые могут быть включены в пределы сути и объема изобретения, ограниченные формулой изобретения.
Один из способов трансдермальной доставки действующих веществ включает в себя использование электрического тока для активного переноса действующего вещества в тело пациента через неповрежденную кожу посредством электропереноса. Электроперенос включает ионофорез, электроосмос и электропорацию. Устройства электропереноса, такие как ионофоретические устройства, известны из уровня техники. Один из электродов, называемый активным или донорским электродом, представляет собой электрод, с которого действующее вещество доставляется в тело. Другой электрод, называемый противоэлектродом или возвратным электродом, служит для замыкания электрической цепи через тело пациента. Совместно с тканью тела пациента, например, с кожей, цепь замыкается при подсоединении электродов к источнику электрической энергии и обычно к схеме, способной управлять током, протекающим через устройство, когда на устройстве включен ток доставки. Если материал, который необходимо доставить в тело пациента, представляет собой ионы и имеет положительный заряд, то активным электродом будет положительный электрод (анод), а отрицательный электрод (катод) будет служить в качестве противоэлектрода. Если ионный материал, который необходимо доставить в тело пациента, имеет отрицательный заряд, то активным будет катод, а анод будет противоэлектродом.
Коммутируемое терапевтическое устройство доставки терапевтического средства может обеспечивать доставку одной или нескольких доз терапевтического средства пациенту путем активации выключателя. После активации такое устройство доставляет терапевтическое средство пациенту. Управляемое пациентом устройство дает пациенту возможность самостоятельно управлять подачей терапевтического средства по мере необходимости. Например, терапевтическое средство может быть анальгетиком, подачу которого пациент инициирует при возникновении ощутимой боли.
Как более подробно описано ниже, с помощью настоящего устройства может быть доставлен любой подходящий лекарственный препарат (или препараты). Например, препарат может быть анальгетиком, таким как фентанил (например, гидрохлорид фентанила) или суфентанил.
В некоторых вариантах различные компоненты системы электропереноса лекарственных препаратов хранят отдельно и собирают вместе для использования. Примерами устройств электропереноса лекарственных препаратов, собираемых вместе для использования, являются устройства, описанные в патентных документах US 5320597; US 4731926, US 5358483, US 5135479, GB 2239803, US 5919155, US 5445609, US 5603693, WO 1996036394 и в US 20080234628.
В общем раскрытые системы и устройства содержат анод и катод для электропереноса лекарственного препарата или препаратов в тело пациента (например, через кожу или другую мембрану) и контроллер для управления доставкой (т.е. ее включением или выключением); все приведенные в настоящем описании варианты могут также содержать модуль отключенного тока анода и катода устройства в выключенном состоянии (когда оно еще находится под напряжением), предназначенный для определения наличия напряжения и/или тока между анодом и катодом (превышающих пороговое значение), когда контроллер отключил устройство, т.е. когда подача лекарственного препарата пациенту уже не должна осуществляться. Контролер может включать в себя контроллер активации (например, модуль активации или цепь активации) для регулирования, когда устройство включено, т.е. подает ток и/или напряжение между анодом и катодом и тем самым обеспечивает доставку лекарственного препарата.
В настоящем описании, если особо не оговорено иное, термины в единственном числе подразумевают также множественное число. Таким образом, например, слово "полимер" в единственном числе подразумевает как единственный полимер, так и композицию из двух и более различных полимеров, слово "контакт" может подразумевать несколько контактов, а слово "штифт" может означать несколько штифтов и т.д.
В настоящем описании термин "пользователь" означает лицо, которое использует устройство, будь то работник здравоохранения, пациент или другое лицо, использующее устройство для доставки терапевтического средства пациенту.
В общем, раскрытые устройства могут содержать логику управления и/или схему регулирования подачи тока устройством. Например, на фиг. 2 представлена блок-схема управления подачей тока для доставки лекарственного препарата. Цепь обратной связи может управляться или регулироваться контроллером и быть частью схемы доставки лекарственного препарата (или быть отдельной схемой). Контроллер и схема могут содержать аппаратные средства, программное обеспечение, встроенное программное обеспечение или их комбинацию (включая логику управления). Например, как показано на фиг. 2, система может включать в себя анод, катод и цепь обратной связи. Цепь обратной связи может быть частью модуля доставки лекарственного препарата (или использоваться модулем доставки лекарственного препарата) для обеспечения тока между анодом и катодом и доставки лекарственного препарата. Устройство также может включать в себя контроллер для управления работой устройства. Контроллер может включать в себя процессор или специализированную интегральную схему.
В общем, цепь обратной связи может называться цепью автоматической самодиагностики устройства. На фиг. 3 приведен один из вариантов цепи обратной связи для управления током и/или напряжением между электродами пациента (анодом и катодом), включенный в состав схемы на фиг. 4 и более подробно рассматриваемый ниже.
На фиг. 4 приведен один из вариантов принципиальной схемы управления током для доставки лекарственного препарата пациенту. В этом примере доза лекарственного препарата регулируется посредством управления током через электроды (от анода к катоду). Ток в этом примере программируется (например, с помощью 10-битного ЦАП), но может быть заранее установлен. Например, может быть заранее установлен ток для доставки дозы с использованием тока 170 мкА, как это показано на фигуре.
На фиг. 4 пунктирной линией схематично показаны компоненты ASIC (специализированная интегральная схема); такая интегральная схема может быть отделена от резистора Rsense. Ткань ("tissue") тела пациента замыкает цепь между анодом и катодом. В некоторых вариантах Rsense выполнен на печатной плате. Rsense может быть на монтажной плате (например, но не в ASIC). Например, Rsense и все, что находится в пределах области, обозначенной пунктирной линией, может быть на печатной плате. Анод и катод могут быть соединены с пациентом.
На фиг. 4 над анодом показан источник напряжения VHV, который подает напряжение для подачи тока, и таким образом обеспечивается подача лекарственного препарата. В некоторых вариантах может также быть включено Vboost как VHV (или в соединении VHV). Дополнительно, в качестве программно-управляемого выключателя для правления напряжением на аноде может использоваться ключ S1. Ключ S1 может действовать в качестве защитного средства, предназначенного для управления (посредством программы), когда ток не подается. Напряжение может быть выключено полостью и выключатель разомкнут, так что даже если присутствует какое-либо другое напряжение, анод будет под "плавающим" потенциалом. Таким образом, ток не смог бы проходить через анод к катоду, т.к. анод "плавающий" (и отсутствует источник электронов для протекания тока, поскольку цепь полностью разомкнута).
В приведенном примере, если ключ S1 замкнут, то ток может протекать от анода через ткань тела и возвращаться через катод к ключу М2 (транзистору). В этом примере ключ М2 является транзистором (например, полевым транзистором), который функционирует как клапан для управления протеканием тока. Ключ М2 можно назвать клапаном регулирования тока или дросселем, который регулирует ток, протекающий к Rsense, откуда он идет на землю. Ток условно «дросселируется» ключом М2, который позволяет управлять током на различных уровнях. Например, на фиг.4 ток установлен на уровне приблизительно 170 мкА. В этом примере Rsense может использоваться для установки диапазона тока и/или максимального значения тока. Ток может подаваться в виде прямоугольных импульсов.
Кроме того, ключ М2 может управляться усилителем (например, АМР1). В этом примере АМР1 является аналоговым усилителем; на входе АМР1 установлен цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), который установлен с заданным уровнем 170 мкА. Таким образом, микроконтроллер, использующий аналогового-цифровой преобразователь, может использоваться для установки цифрового сигнала, соответствующего заданному току доставки (например, 170 мкА).
Таким образом, при функционировании контролер (например, микроконтроллер) может быть настроен таким образом, что когда ток не должен подаваться, ЦАП может быть установлен на 0, а когда ток должен подаваться, ЦАП может быть установлен на 170 мкА, обеспечивая подачу аналогового сигнала на усилитель АМР1, который позволяет току протекать к Rsense. Таким образом, входной сигнал на ключе М2 (на затворе) может использоваться для контроля напряжения на затворе транзистора с помощью компаратора, например, CMP 1. В некоторых вариантах напряжение на затворе сравнивается с пороговым напряжением (Vth). Если напряжение на затворе ключа М2 низкое, оно может быть увеличено, а если напряжение высокое, оно может быть понижено. Такая обратная связь может использоваться для регулировки VHV, как это показано на фиг. 4.
Ввиду того что катод подключен только к транзистору управления током и не подключен напрямую к измерительной схеме, потенциально возможные короткие замыкания в измерительной схеме изолированы от второго контакта пациента и не могут привести к дополнительному току от анода к катоду, и поэтому не могут привести к дополнительной доставке лекарственного препарата пациенту.
Для установки тока напряжение может изменяться с помощью указанного ЦАП и АМР1. Например, ток может быть установлен на уровне 170 мкА, и описанная система управления предотвращает его превышение над 170 мкА, обеспечивая стабилизированный источник тока. Упомянутые ЦАП, АМР1 и М2 ограничивают максимальную величину тока, который может протекать через М2. установка ЦАП на ток 170 мкА предотвращает превышение тока над 170 мкА независимо от напряжения. В указанной конфигурации, если напряжение выше, чем должно быть, по закону Ома V=IR, где R - сопротивление кожи, а I - заданный ток 170 мкА, напряжение может быть ограничено. М2 "дросселирует" максимальную величину тока, чтобы ограничить его до 170 мкА, обеспечивая возможность регулировать напряжение. Мощность равна току, умноженному на напряжение, поэтому при фиксированном токе (например, 170 мкА) величина мощности может быть минимизирована путем использования только минимальной величины напряжения. Это может помочь сохранить энергию элемента питания путем использования лишь минимальной необходимой величины напряжения. На практике схема управления и контроля может делать это путем поднастройки напряжения, автоматически снижая напряжение, когда необходимо. Осуществляется контроль на затворе М2 для поддержания режима насыщения, так чтобы величина напряжения источника VHV поддерживалась выше уровня, достаточного для того, чтобы пропускался тока установленный величины (например, 170 мкА). Ниже уровня насыщения затвор может пропускать ток менее 170 мкА. Чтобы не допустить этого разрешается падение напряжения до тех пор, пока напряжение не достигнет предела режима насыщения, и как только этот порог достигается, компаратор может распознать указанный предел насыщения и может отрегулировать напряжение. Такая обратная связь (обратная связь по напряжению) имеет место на уровне затвора М2 (дросселя) и обеспечивается постоянный контур обратной связи посредством постоянного сравнения напряжения на затворе М2 с пороговым значением.
Ввиду того что такой контур обратной связи имеет место на дросселе, а, например, не на катоде (посредством, например, контроля напряжения на катоде), могут быть получены дополнительные преимущества. Контроль напряжения на затворе (транзистора М2) для управления VHV позволяет управлять добавочным напряжением, совершенно не влияя (например, не касаясь) на катод, например, осуществляя аспекты контроля и управления системы при электрической изоляции. Это позволяет разделять аспект регулирования от аспекта рискованного управления устройством, предотвращая подачу ненадлежащего тока и вследствие этого лекарственного препарата. При работе самоконтроль напряжения на аноде-катоде может осуществляться независимо от управления напряжением и/или током через анод и катод, поскольку катод (и/или анод) не используется для осуществления контроля. Вместо этого катод используется для доставки лекарственного препарата.
Такая конфигурация позволяет управлять напряжением для снижения потребления мощности и/или контролировать и управлять напряжением без необходимости контроля на катоде, приводя к повышению кпд системы посредством контроля в точке дросселирования, где система может соответствовать требованиям безопасности, и всего лишь осуществляя измерения на аноде и катоде, которые относятся к току, протекающему через анод катод. Таким образом, для катода не требуется, чтобы было соединение измерительной линии с электродом (например, катодом). Поэтому управление напряжением не зависит от мер обеспечения безопасности, таких как обнаружение неисправностей (например, выявление тока утечки). Более того, такая структура отделяет механизм управления напряжением от упомянутого механизма обнаружения неисправностей. Механизмы обнаружения неисправностей могут включать в себя (например, в ASIC) аналого-цифровой преобразователь, причем указанный аналогово-цифровой преобразователь мультиплексирован для измерения напряжения на аноде, катоде, напряжения VHV и т.п. Однако контроль обратной связи и управление напряжением и током могут регулироваться от катода (например, затвора М2), а не по уровню катода.
Преимущество такого логического разделения может включать в себя осуществление только тех измерений на аноде и катоде, которые относятся к наличию или отсутствию тока утечки (имеется ли проблема безопасности). Измерения на затворе М2 могут проводиться постоянно (например, каждую пару тактов тактового генератора); при указанной конфигурации нет необходимости проводить измерения на катоде, так что катод остается изолированным от цепи обратной связи посредством затвора М2. Анодно-катодное измерение представляет собой независимую проверку отсутствия тока между ними. При такой конфигурации системы катод изолирован от обратной связи, которая управляет напряжением. Разделение позволяет отделить механизм обратной связи от фактического соединения с пациентом, через которое протекает ток. Таким образом, напряжение является менее критичным для безопасности пациента, а контроль и управление напряжением выполнены таким образом, что обеспечивается эффективное использование системы и энергии батареи. Ток может протекать через сток к истоку транзистора, при этом, не требуя дополнительной цепи между катодом и землей, что снижает возможность возникновения неисправности (например, дополнительного тока) через этот дополнительный путь для протекания тока. Безопасность пациента может сильно зависеть даже от небольших неисправностей в электрических схемах. Таким образом, в некоторых вариантах система ограничена, так имеются только такие соединения с анодом/катодом, которые должны быть, как это показано и описано в настоящем описании.
В некоторых вариантах, в описанных системах и способах используется затвор (например, транзистор М2) для изоляции контактов пациента, например, анода и катода, от модуля обратной связи, используемого для управления подаваемым напряжением и регулирования тока между контактами пациента. В этом примере модуль обратной связи выполнен в виде цепи, содержащей компаратор, который сравнивает напряжение на транзисторе с пороговым напряжением.
В некоторых вариантах указанная цепь регулирует ток между контактами пациента таким образом, что он поддерживается на заданном уровне тока или ниже заданного уровня тока (например, 170 мкА). Цепь может обнаруживать, когда ток превышает 170 мкА.
На Фиг. 5 приведена схема одного из вариантов способа регулирования напряжения и/или тока через контакты пациента (например, анод и катод) системы электропереноса лекарственных препаратов. В настоящем примере пара контактов пациента выполнена таким образом, чтобы контактировать с тканью пациента (например, кожей) для замыкания цепи пациента. Первый контакт пациента (в некоторых вариантах это анод, в других вариантах - катод) соединяется с источником возбуждающего напряжения. Соединение между источником возбуждающего напряжения и первым контактом пациента может регулироваться ключом или затвором, которые могут регулироваться или управляться (например, микроконтроллером). Второй контакт пациента (например, в некоторых вариантах катод, в других вариантах - анод) затем подключается последовательно к стоку транзистора (или другому дроссельному элементу), и модуль обратной связи для контроля и управления током и напряжением, приложенным между первым и вторым контактами пациента, изолирован от второго контакта пациента указанным затвором транзистора.
При работе напряжение сначала подается на первый контакт пациента (например, анод) после или до того, как через кожу установлено соединение между первым и вторым контактами пациента. При этом ток течет к стоку транзистора, подключенного после второго контакта пациента, а модуль обратной связи определяет напряжение на затворе транзистора, который изолирован от первого и второго соединений пациента. Напряжение на затворе транзистора сравнивается с пороговым напряжением, и результат сравнения используется для поднастройки напряжения, поданного на первый контакт пациента. В этом же примере заданный ток может подаваться (например, от микроконтроллера) на транзистор для стабилизации тока между первым и вторым контактами пациента.
Описанный выше стабилизированный источник тока может быть использован для контроллирования дозировки системы для подачи заданного тока (например, тока доставки лекарственного препарата) при низком напряжении даже при переменных сопротивлениях пациента. Например, показанная на фиг. 3 и 4 схема может быть использована для обеспечения дозы лекарственного препарата путем подачи предварительно установленного тока доставки лекарственного препарата 170 мкА в течение периода подачи дозы (например, 10 минут). Приведенная на фиг. 3 и 4 схема управления анодом и катодом включает в себя блок управления, содержащий цепь для подключения выхода повышающего преобразователя напряжения (VHV) к аноду (EL_A) через ключ S1. 10-битный ЦАП используется для настройки выходного тока на заданное значение, пропорциональное необходимой величине дозирующего тока. ЦАП запускает АМР1, который управляет током, протекающим через анод EL_A и катод EL_C посредством управляющего сигнала на затворе транзистора М2. Исток транзистора М2 определяет ток через резистор Rsense, падение напряжения на котором подается в виде сигнала обратной связи на усилитель АМР1. По мере изменения сопротивления кожи пациента между анодом EL_A и катодом EL_C изменяется также ток через резистор Rsense, что вызывает изменение выходного сигнала АМР1. АМР1 переходит в режим насыщения, если отсутствует достаточное напряжение для передачи запрограммированного тока между анодом EL_A и катодом EL_C при имеющемся между ними сопротивлении. Имеется возможность контроля и управления рядом точек указанной цепи.
Представленные выше описания конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения представлены для иллюстрации и описания. Они не претендуют на исчерпывающий характер и не ограничивают изобретение конкретными описанными вариантами, и очевидно, что в свете предложенной выше идеи возможны ее различные модификации и варианты. Указанные варианты были выбраны и описаны для того, чтобы лучше пояснить принципы изобретения и его практического применения, тем самым позволив специалистам в данной области техники наилучшим образом применить изобретение и различные варианты его реализации с различными модификациями, которые могут потребоваться в зависимости от конкретного применения. Предполагается, что объем изобретения определяется приложенной к описанию формулой изобретения и ее эквивалентами.