DE69624109T2

DE69624109T2 - Vorrichtung zur iontophoretischen verabreichung von medikamenten mit spannungserhöher-schaltung

Info

Publication number: DE69624109T2
Application number: DE69624109T
Authority: DE
Inventors: D. Badzinski; A. Mcnichols; A. Riddle
Original assignee: Alza Corp
Current assignee: Alza Corp
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2016-05-31
Also published as: CN1099300C; KR19990014954A; SE9704478D0; US7708731B2; CN1186449A; SE520344C2; WO1996038199A1; EP0830176A1; DK0830176T3; US20030018296A1; DE19681422T1; MX9709365A; AU5963096A; PT830176E; US6842640B2; IE960312A1; ATA903496A; ES2184867T3; BE1009518A5; CH690818A5

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft eine Elektrotransportvorrichtung zum transdermalen oder transmucosalen Zuführen eines nützlichen Mittels (z. B. eines Arzneimittels) an einen Patienten. Insbesondere betrifft die Erfindung eine tragbare bzw. transportable oder vom Patienten getragene Elektrotransportzuführvorrichtung mit einer verbesserten Stromversorgung.

Technischer Hintergrund

Der Begriff "Elektrotransport", wie hier verwendet, betrifft allgemein die Zuführung bzw. Abgabe eines Mittels (z. B. eines Arzneimittels) durch eine Membran, wie Haut, Schleimhaut oder Nägel, wobei die Zuführung durch Anlegen eines elektrischen Potentials eingeleitet oder unterstützt wird. Zum Beispiel kann ein nützliches therapeutisches Mittel in den systemischen Kreislauf eines Lebewesens (bspw. eines Menschen) mittels Elektrotransportzuführung durch die Haut eingebracht werden.
Das Elektrotransportverfahren erwies sich als nützlich zur transdermalen Verabreichung von Arzneimitteln einschließlich Lidocainhydrochlorid, Hydrocortison, Fluorid, Penicillin, Dexamethansonnatriumphosphat und vieler anderer Arzneimittel. Die vielleicht gebräuchlichste Verwendung des Elektrotransports ist bei der Diagnose von cystischer Fibrose durch iontophoretisches Zuführen von Pilocarpinsalzen. Pilocarpin stimuliert die Schweißproduktion; der Schweiß wird aufgefangen und auf seinen Chloridgehalt untersucht, um das Vorliegen der Erkrankung nachzuweisen.
Zur Zeit bekannte Elektrotransportvorrichtungen verwenden mindestens zwei Elektroden, die in innigem Kontakt mit einem Teil des Körpers (z. B. der Haut) angebracht sind. Eine erste Elektrode, die als aktive oder Donorelektrode bezeichnet wird, führt das Therapeutikum (z. B. ein Arzneimittel oder Prodrug) mittels Elektrotransport in den Körper ein. Die zweite Elektrode, die man als Gegen- oder Rückleitelektrode bezeichnet, schließt einen elektrischen Schaltkreis mit der ersten Elektrode durch den Körper des Patienten. Eine Quelle für elektrische Energie, wie eine Batterie, liefert elektrischen Strom über die Elektroden an den Körper. Ist zum Beispiel das dem Körper zuzuführende Therapeutikum positiv geladen (d. h. ein Kation), ist die Anode die aktive Elektrode, und die Kathode dient als Gegenelektrode, um den Schalt- bzw. Stromkreis zu vervollständigen. Ist das zuzuführende Therapeutikum negativ geladen (d. h. ein Anion), ist die Kathode die Donorelektrode, und die Anode ist die Gegenelektrode.
Alternativ können sowohl Anode als auch Kathode zum Zuführen von Arzneimitteln der entgegengesetzten elektrischen Ladung in den Körper verwendet werden. In diesem Fall werden beide Elektroden als Donor- und Gegenelektroden angesehen. Zum Beispiel kann die Anode gleichzeitig ein kationisches Therapeutikum zuführen und als "Gegen"elektrode zu der Kathode wirken. Ebenso kann die Kathode gleichzeitig ein anionisches Therapeutikum in den Körper zuführen und als "Gegen"elektrode zu der Anode wirken.
Ein weit verbreitet eingesetztes Elektrotransportverfahren, Elektromigration (auch als Iontophorese bezeichnet), umfaßt den elektrisch eingeleiteten Transport geladener Ionen. Ein weiterer Elektrotransporttyp, Elektroosmose, umfaßt den Strom eines flüssigen Lösungsmittels aus dem Donorreservoir, wobei die Flüssigkeit das zuzuführende Mittel enthält, unter dem Einfluss des angelegten elektrischen Feldes. Noch ein weiterer Elektrotransporttyp, Elektroporation, umfaßt die Bildung vorübergehend existierender Poren in einer biologischen Membran durch Anlegen von Hochspannungsimpulsen. Ein Therapeutikum kann aufgrund des Konzentrationsunterschiedes zwischen der Arzneimittelkonzentration in dem Donorreservoir der Elektrotransportvorrichtung und der Arzneimittelkonzentration in den Geweben des Patientenkörpers teilweise mittels passiver Diffusion durch die Haut zugeführt werden. Bei jedem beliebigen Elektrotransportverfahren können mehr als einer dieser Prozesse in gewissem Maße gleichzeitig auftreten. Folglich sollte der Begriff "Elektrotransport", wie hier verwendet, so breit wie möglich interpretiert werden, so daß dieser den elektrisch eingeleiteten oder verstärkten Transport mindestens eines Therapeutikums, ob geladen, ungeladen oder ein Gemisch daraus, umfaßt.
Die Begriffe "Arzneimittel" und "Therapeutikum" werden austauschbar verwendet und sollen auf die breiteste Weise aufgefasst werden, nämlich als jede therapeutisch wirksame bzw. aktive Substanz, die einem lebenden Organismus zugeführt wird, um eine gewünschte, gewöhnlich nützliche bzw. vorteilhafte Wirkung zu erzielen. Dies umfaßt Therapeutika in allen hauptsächlichen therapeutischen Feldern einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Antiinfektiosa, wie Antibiotika und antivirale Mittel; Analgetika einschließlich Fentanyl, Sufentanil, Buprenorphin und Analgetikakombinationen; Anästhetika; Anoretika; Antiarthritika; Asthmolytika, wie Terbutalin; Antikonvulsiva; Antidepressiva; Antidiabetika; Antidiarrhoika; Antihistaminika; entzündungshemmende Mittel; Antimigränezubereitungen; Zubereitungen gegen Fahrkrankheit, wie Scopolamin und Ondansetron; Mittel gegen Übelkeit; antineoplastische Mittel; Mittel gegen Parkinson-Krankheit; Antipruriginosa; Antipsychotika; Antipyretika; Spasmolytika einschließlich gastrointestinaler und urinärer; Anticholinergika; Sympathomimetika; Xanthinderivate; kardiovaskuläre Zubereitungen einschließlich Calciumkanalblockern, wie Nifedipin; Betablocker; Beta-Agonisten, wie Dobutamin und Ritodrin; Mittel gegen Arrythmie; Antihypertonika, wie Atenolol; ACE-Hemmer, wie Ranitidin; Diuretika; Vasodilatatoren einschließlich allgemeiner, koronarer, peripherer und zerebraler; Stimulatoren des Zentralnervensystems; Husten- und Erkältungszubereitungen; Dekongestitionsmittel; Diagnostika; Hormone, wie Parathyroidhormon; Hypnotika; Immunsuppressiva; Muskelrelaxantien; Parasympatholytika; Parasympathomimetika; Prostaglandine; Proteine; Peptide; Psychostimulantien; Sedative und Tranquilizer.
Elektrotransport eignet sich auch zur kontrollierten Zuführung von Peptiden, Polypeptiden, Proteinen und anderen Makromolekülen. Diese makromolekularen Substanzen haben gewöhnlich eine Molekülmasse von mindestens 300 Dalton und üblicher eine Molekülmasse von 300-40.000 Dalton. Spezifische Beispiele für Peptide und Proteine in diesem Größenbereich umfassen ohne Beschränkung die folgenden: LHRH, LHRH- Analoga, wie Buserelin, Gonadorelin, Nafarelin und Leuprolid; Insulin; Insulotropin; Calcitonin; Octreotid; Endorphin; TRH; NT-36 (chemische Bezeichnung N=[[(s)-4-Oxo-2- azetidinyl]-carbonyl]-L-histidyl-L-prolinamid); Liprecin; Hypophysenhormone, wie HGH, HMG und Desmopressinacetat; Follikelluteoide; aANF; Wachstumsfaktoren, wie Wachtumsfaktor-Releasing-Faktor (GFRF oder GHRH); bMSH; Somatostatin; Bradykinin; Somatotropin; Plättchen-Wachstumsfaktor; Asparaginase; Chymopapain; Cholecystokinin; Chorion- Gonadotropin; Corticotropin (ACTH); Erythropoetin; Epoprostenol (Hemmstoff der Plättchenaggregation), Glucagon; HCG; Hirulog; Hyaluronidase; Interferon; Interleukine; Menotropine (Urofollitropin (FSH) und LH); Oxytocin; Streptokinase; Gewebe-Plasminogenaktivator; Vasopressin; Desmopressin; ACTH-Analoga; ANP; ANP-Clearance-Hemmstoffe; Angiotensin-II-Antagonisten; Antagonisten des antidiuretischen Hormons; Bradykinin-Antagonisten; CD-4; Ceredase; CSFs; Enkephaline; FAB-Fragmente; IgE-Peptid-Suppressoren; IGF-1; neurotrophe Faktoren; Kolonie-stimulierende Faktoren; Parathyroidhormon und Agonisten; Parathyroidhormon- Antagonisten; Prostaglandin-Antagonisten; Pentigetid; Protein C; Protein S. Renininhibitoren; Thymosin alpha-1; Thrombolytika; TNF; Impfstoffe; Vasopressin-Antagonisten- Analoga; alpha-1-Antitrypsin (rekombinant) und TGF-beta.
Elektrotransportvorrichtungen erfordern in der Regel ein Reservoir oder eine Quelle für das Mittel oder einen Vorläufer dieses Mittels, das mittels Elektrotransport dem Körper zugeführt werden soll. Beispiele für Reservoirs oder Quellen für, vorzugsweise ionisierte oder ionisierbare, Mittel sind u. a. eine Tasche, wie in Jacobsen, U.S.-Patent 4,250,878 beschrieben, oder ein vorgeformter Gelkörper, wie in Webster, U.S.-Patent 4,383,529 offenbart. Diese Reservoirs sind mit der Anode oder der Kathode einer Elektrotransportvorrichtung elektrisch verbunden und stellen eine feste oder erneuerbare Quelle für eine oder mehrere gewünschte therapeutische Spezies bereit.
Neuerdings sind eine Reihe von U.S.-Patenten aus dem Elektrotransportgebiet veröffentlicht worden, was das kontinuierliche Interesse an dieser Art der Arzneimittelzuführung zeigt. Zum Beispiel beschreiben Vernon et al., U.S.-Patent 3,991,755, Jacobsen et al., U.S.-Patent 4,141,359; Wilson, U.S.-Patent 4,398,545, und Jacobsen U.S.-Patent 4,250,878, Beispiele für Elektrotransportvorrichtungen und einige Anwendungen dafür.
Seit kurzem sind Elektrotransportzuführvorrichtungen insbesondere mit der Entwicklung miniaturisierter elektrischer Schaltkreise (z. B. integrierter Schaltkreise) und leistungsfähigerer Leichtgewichtbatterien (z. B. Lithiumbatterien) viel kleiner. Das Aufkommen kostengünstiger miniaturisierter elektrischer Stromschaltungen und kompakter Hochenergiebatterien bedeutet, daß die gesamte Vorrichtung klein genug gemacht werden kann, daß sie unsichtbar auf der Haut der Patienten unter Kleidung getragen werden kann. Dadurch bleibt der Patient vollständig beweglich und kann sogar in den Zeiträumen, in denen die Elektrotransportvorrichtung Arzneimittel aktiv verabreicht, alle normalen Aktivitäten verrichten.
Dennoch verbleiben einige Einschränkungen, welche die breitere Anwendung dieser wertvollen Technik beschränken. Eine Einschränkung sind die Größe und die Kosten von Elektrotransportzuführvorrichtungen. Insbesondere die Batterien, die die Energie für Elektrotransportvorrichtungen liefern sollen, liefern einen erheblichen Beitrag zu der Gesamtgröße und dem Gesamtgewicht sowie zu den Kosten dieser kleineren, vom Patienten getragenen Elektrotransportzuführvorrichtungen. Eine Verringerung der Anzahl und/oder der Kosten dieser Batterien würde die Verkleinerung von Elektrotransport-Arzneimittelzuführvorrichtungen bei geringeren Kosten ermöglichen.
Ein Verfahren zur Verringerung der Anzahl an Batterien, die die Energie für eine Elektrotransportvorrichtung liefern, ist die Verwendung eines Spannungsverstärker-Schaltkreises.
Verstärkerschaltkreise sind im Elektro-Fachgebiet bekannt. Herkömmliche Verstärkerstromkreise erhalten eine Eingangsspannung (z. B. 3,0 Volt) und verstärken diese um einen vorbestimmten Faktor (z. B. · 2), wobei eine "verstärkte" Ausgangsspannung (z. B. 6,0 V = 3,0 V · 2) erhalten wird. Spannungsverstärker-Schaltkreise werden in transdermalen Elektrotransportzuführvorrichtungen verwendet. Siehe Maurer et al., U.S.-Patent 5,254,081 (in Spalte 2, Zeilen 34-39).
Diese Stromkreise ermöglichen es einer Elektrotransportvorrichtung, ein vorbestimmtes Niveau an elektrischem Strom mit weniger Batterien oder (einer) Batterie(n) mit niedriger Spannung abzugeben als ansonsten ohne Verwendung eines Verstärkerstromkreises benötigt würde. Somit tragen herkömmliche Verstärkerstromkreise zur Verringerung der Größe und der Kosten einer Elektrotransportzuführvorrichtung bei, indem weniger Batterien und/oder Batterien niedrigerer Spannung zum Betreiben der Vorrichtung benötigt werden.
Das Problem der Kostenreduktion der Leistungsquelle für eine Elektrotransportzuführvorrichtung wird durch die Tatsache kompliziert, daß der elektrische Widerstand der Körperoberfläche des Patienten (z. B. der Haut) während der Elektrotransportzuführung nicht konstant ist. Da die Spannung (V), die zum Fließenlassen eines bestimmten elektrischen Stromniveaus (i) durch die Haut des Patienten nötig ist, proportional zu dem Widerstand (R) der Haut ist (d. h. nach dem Ohmschen Gesetz, wobei V = iRHaut), sind die Spannungsanforderungen an die Leistungsquelle während der Elektrotransportzuführung nicht konstant. Wird beispielsweise die Elektrotransport Verabreichung begonnen, ist der anfängliche Hautwiderstand des Patienten relativ hoch, so daß die Leistungsquelle eine relativ hohe Spannung erzeugen muß, um ein vorbestimmten Niveau an Elektrotransportstrom zu liefern. Nach einigen Minuten (d. h. nach etwa 1 bis 30 Minuten Strom, der durch die Haut angelegt wird) fällt jedoch der Hautwiderstand, so daß der Spannungsbedarf, der zur Abgabe eines bestimmten Niveaus an elektrischem Strom erforderlich ist, erheblich kleiner wird als die zu Beginn der Elektrotransportzuführung benötigte Spannung. Siehe zum Beispiel Haak et al., U.S.-Patent 5,374,242, das den variablen Hautwiderstand und die Verwendung von 2 oder mehreren Batterien beschreibt, die entweder parallel oder in Reihe geschaltet sind, um dem wechselnden Hautwiderstand Rechnung zu tragen.
Obwohl herkömmliche Spannungsverstärker-Stromkreise die Ausgangsspannung liefern können, die zur Überwindung des hohen anfänglichen Hautwiderstands nötig ist, verringern diese die Effizienz der Apparatur und erfordern mehr Batterieausgangsspannung in Zeiträumen, in denen der Hautwiderstand niedriger als im Anfangszustand ist, was zu geringerer Effizienz, gesteigerter Batteriegröße und höheren Kosten führt.
Jacobsen et al., U.S.-Patent 4,141,359, beschreibt einen Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer mit einem Transformator zur induktiven Kopplung periodischer Stromschwankungen in einer Primärspule mit Stromimpulsen in einer Sekundärspule bei einem festen Spannungsfaktor für die Primärleistungsquelle. Diese Sekundärspulenstromimpulse werden mittels therapeutischer Elektroden durch die Haut geleitet. Der durchschnittliche oder Gleichstromwert des Sekundärstroms wird durch eine Fehlerspannung und einen Rückkopplungsschaltkreis so gesteuert, daß der Durchschnittswert des Sekundärstroms konstant gehalten wird. Ein Nachteil des Jacobsen-Stromkreises ist, daß der Maximalwert der festen und multiplizierten Spannung direkt über den Elektroden auftritt. Die Maximalspannung ist unnötig für Bedingungen, unter denen der Hautwiderstand niedrig ist, und führt zu unnötig hohen Stromimpulsen des therapeutischen Stroms und möglichen nachteiligen Wirkungen für die Haut.
Teillaud et al., U.S.-Patent 5,426,387, beschreibt eine Vorrichtung, mit einer Leistungsquelle mit Schaltmodus, die mit einem elektronischen Schaltelement ausgerüstet ist, dessen Schließen die an einen Induktor geleitete Spannung kontrolliert, der sich beim erneuten Öffnen des elektronischen Schaltbauteils in einen Kondensator entlädt, an dessen Ausgängen die Ausgangsspannung der Vorrichtung auftritt. Die Vorrichtung umfaßt einen getakteten digitalen Zähler und eine Mikrosteuervorrichtung zum nacheinander Beladen des Zählers mit einer vorbestimmten Zahlenfolge, die als eine Grenze für die vom Zähler durchzuführende Zählung dient, wobei der Zähler zyklisch das Schließen des elektronischen Schaltelements für ein vorbestimmtes Zeitintervall steuert, so daß die Ausgangsspannung der Vorrichtung eine vorbestimmte Wellenform verfolgt, die der Zahlenfolge entspricht. Ein Nachteil der Teillaud-Vorrichtung ist, daß diese eine relativ teure, komplizierte und physisch große Mikrosteuervorrichtung/Zähler-Anordnung erfordert, um ein bestimmtes Niveau an therapeutischem Strom bereitzustellen. Dadurch ist die Teillaud-Vorrichtung für bestimmte Anwendungen möglicherweise ungeeignet, bei denen eine kleine, leichte und kostengünstige Elektrotransportzuführvorrichtung wünschenswert oder erforderlich ist.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird eine Elektrotransportzuführvorrichtung bereitgestellt zum Zuführen eines therapeutischen Mittels durch eine Körperoberfläche eines Lebewesens, wobei die Vorrichtung eine Quelle für elektrische Energie mit einer Ausgangsspannung und zwei Elektroden zum Anlegen eines Elektrotransportstroms durch die Körperoberfläche aufweist und wobei die Vorrichtung einen spannungserhöhenden Schaltregler bzw. -controller hat zum Verstärken der Leistungsquellenausgangspannung auf eine Arbeitsspannung, die verwendet wird, um einen Elektrotransportstrom durch die Körperoberfläche des Lebewesens zu treiben, und einen Körperoberflächenparametersensor, wobei der Sensor einen Körperoberflächenparameter wirksam erfaßt, der aus der Gruppe ausgewählt ist, mit einem elektrischen Widerstand der Körperoberfläche, einem Spannungsabfall über die Körperoberfläche und einem Elektrotransportstrom, der durch die Körperoberfläche angelegt wird, und wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch eine Einstelleinrichtung zum Einstellen eines Steuerausgangs des spannungserhöhenden Schaltreglers, um dadurch die Arbeitsspannung als Reaktion auf den erfaßten Körperparameter einzustellen.
Die Vorrichtung hat eine Quelle für elektrische Leistung (bspw. eine oder mehrere Batterien) mit einer Ausgangsspannung. Die Ausgangsspannung der Leistungsquelle wird mit einem Spannungsverstärker erhöht, der einen einstellbaren Verstärkungsfaktor aufweist und eine Arbeitspannung bereitstellt. Ein Körperoberflächenparameter, ausgewählt aus dem elektrischen Widerstand der Körperoberfläche, dem Spannungsabfall über der Körperoberfläche und/oder dem Strom, der durch die Körperoberfläche geführt wird, wird gemessen, und der Verstärkungsfaktor wird auf der Grundlage des gemessenen Körperoberflächenparameters eingestellt, so daß eine eingestellte Arbeitsspannung erhalten wird. Durch Einstellen des Verstärkungsfaktors auf der Grundlage des gemessenen Körperparameters (z. B. des Hautwiderstands) legt die Vorrichtung nur das Spannungsniveau an, das zum Zuführen eines vorbestimmten Niveaus an Elektrotransportstrom benötigt wird, ohne daß durch den Verstärkerstromkreis überschüssige Spannung verbraucht wird. Somit bietet die vorliegende Erfindung eine höhere Effizienz beim Betrieb einer Elektrotransportzuführvorrichtung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorstehenden und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden schriftlichen Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Elektrotransportarzneimittelzuführvorrichtung.
Fig. 2 zeigt eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Elektrotransportarzneimittelzuführvorrichtung.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das die Abnahme des Hautwiderstands eines Patienten mit der Zeit wiedergibt.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen einstellbaren Spannungsverstärker- Stromkreises.
Fig. 5 zeigt ein Zeitgebungsdiagramm von dem Betrieb des Stromkreises der Fig. 4.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen einstellbaren Spannungsverstärker-Stromkreises.
Fig. 7 zeigt ein Zeitgebungsdiagramm von dem Betrieb des Stromkreises der Fig. 6.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen einstellbaren Spannungsverstärker-Stromkreises.

Arten der Ausführung der Erfindung

Der erfindungsgemäße elektronische Stromkreis kann im wesentlichen in jeder Elektrotransportzuführvorrichtung verwendet werden, obwohl die Schaltung besonders für solche Vorrichtungen geeignet ist, die an die transdermale Zuführung von Mitteln durch Elektrotransport angepaßt sind. Beispiele für Elektrotransportzuführvorrichtungen, die mit der erfindungsgemäßen Schaltung verwendet werden können, sind in Fig. 1 und 2 dargestellt. In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Elektrotransportvorrichtung 10 gezeigt mit einem optionalen aktivierbaren Schalter in Form eines Tastschalters 12 und einer optionalen lichtemittierenden Diode (LED) 14, die sich beim Betrieb der Vorrichtung 10 anschaltet.
Fig. 2 zeigt eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung einer zweiten erfindungsgemäßem Vorrichtung 10'. Die Vorrichtung 10' der Fig. 2 unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 der Fig. 1 in der Position der LED 14'. LED 14' befindet sich nahe dem Tastschalter 12 an einem Ende der Vorrichtung 10' bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform. Vorrichtung 10' umfaßt ein oberes Gehäuse 16, eine Schaltbildanordnung 18, ein unteres Gehäuse 20, Anodenelektrode 22, Kathodenelektrode 24, Anodenreservoir 26, Kathodenreservoir 28 und hautverträglichen Kleber 30. Das obere Gehäuse 16 hat seitliche Flügel 15, die zum Festhalten der Vorrichtung 10' an der Haut des Patienten beitragen. Das obere Gehäuse 16 besteht vorzugsweise aus einem spritzformbaren Elastomer (z. B. Ethylenvinylacetat). Die gedruckte Schaltbildanordnung 18 umfaßt einen integrierten Schaltkreis 19, der mit diskreten Komponenten 40 und einer Batterie 32 verbunden ist. Die Schaltbildanordnung 18 ist an dem Gehäuse 16 mittels Tragestützen (in Fig. 2 nicht dargestellt) befestigt, die durch die Öffnungen 13a und 13b ragen. Die Enden der Tragestützen werden erhitzt/geschmolzen, um die Schaltbildanordnung 18 mit dem Gehäuse 16 mittels Wärme zu verbinden. Das untere Gehäuse 20 ist an dem oberen Gehäuse 16 mit Kleber bzw. Klebeband 30 befestigt, wobei die obere Oberfläche 34 des Klebebands 30 sowohl an dem unteren Gehäuse 20 als auch an dem oberen Gehäuse 16 einschließlich der Unterseiten der Flügel klebt.
Auf der Unterseite der Schaltbildanordnung 18 ist (teilweise) eine Knopfzellenbatterie 32 gezeigt. Andere Batterietypen können ebenfalls zum Betreiben der Vorrichtung 10' eingesetzt werden.
Die Vorrichtung 10' umfaßt gewöhnlich die Batterie 32, die elektronische Schaltung 19, 40, die Elektroden 22, 24 und die Arzneimittel/Chemikalien-Reservoirs 26, 28, die sämtlich in einem in sich geschlossenen Gerät integriert sind. Die Ausgänge (in Fig. 2 nicht gezeigt) der Schaltbildanordnung 18 treten mithilfe der elektrisch leitenden Klebestreifen 42, 42' in elektrischen Kontakt mit den Elektroden 24 und 22 durch Öffnungen 23, 23' in den Vertiefungen 25, 25', die in dem unteren Gehäuse 20 gebildet werden. Die Elektroden 22 und 24 stehen ihrerseits in direktem mechanischen und elektrischen Kontakt mit den Oberseiten 44', 44 der Arzneimittelreservoirs 26 und 28. Die Unterseiten 46', 46 der Arzneimittelreservoirs 26, 28 treten durch die Öffnungen 29', 29 in dem Klebeband 30 in Kontakt mit der Haut des Patienten.
Beim Drücken des Tastschalters 12 liefert die elektronische Schaltung auf der Schaltbildanordnung 18 für ein Zuführintervall vorbestimmter Länge einen vorbestimmten Gleichstrom an die Elektroden/Reservoirs 22, 26 und 24, 28. Vorzugsweise sendet die Vorrichtung an den Benutzer mittels der LED 14', die aufleuchtet, oder durch ein hörbares Tonsignal, z. B. von einem "Piepser", eine visuelle und/oder hörbare Bestätigung, daß die Arzneimittelzuführung eingesetzt hat. Dadurch wird Arzneimittel aus einem der Reservoirs 26, 28 durch die Haut des Patienten mittels Elektrotransport zugeführt.
Die Anodenelektrode 22 besteht vorzugsweise aus Silber und die Kathodenelektrode 24 vorzugsweise aus Silberchlorid. Beide Reservoirs 26 und. 28 umfassen vorzugsweise Polymer- Hydrogel-Materialien. Die Elektroden 22, 24 und die Reservoirs 26, 28 werden von dem unteren Gehäuse 20 gehalten. Eines der Reservoirs 26, 28 ist das "Donor"reservoir und enthält das zuzuführende Therapeutikum (z. B. ein Arzneimittel), und das andere Reservoir enthält gewöhnlich einen biologisch verträglichen Elektrolyten.
Der Tastschalter 12, die elektronische Schaltung auf der Schaltbildanordnung 18 und die Batterie sind zwischen oberem Gehäuse 16 und unterem Gehäuse 20 mittels Klebeband bzw. Kleber "abgedichtet". Das obere Gehäuse 16 besteht vorzugsweise aus Gummi oder einem anderen Elastomermaterial. Das untere Gehäuse 20 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff- oder Elastomer-Folienmaterial (z. B. Polyethylen), das sich leicht unter Bildung der Vertiefungen 25, 25' formen und unter Bildung der Öffnungen 23, 23' schneiden läßt. Die zusammengebaute Vorrichtung 10' ist vorzugsweise wasserbeständig (d. h. spritzwassergeschützt) und am stärksten bevorzugt wasserdicht. Das System hat ein niedriges Profil, das sich leicht dem Körper anpaßt und dadurch freie Beweglichkeit an und um die Tragestelle ermöglicht. Die Reservoirs 26, 28 befinden sich auf der mit der Haut in Kontakt tretenden Seite der Vorrichtung 10' und sind ausreichend voneinander entfernt, daß unabsichtliche elektrische Kurzschlüsse bei normaler Handhabung und Verwendung verhindert werden.
Die Vorrichtung 10' haftet an der Körperoberfläche (bspw. der Haut) des Patienten mittels eines peripheren Klebstoffs 30, der eine Oberseite 34 und eine Körperkontaktseite 36 aufweist. Die Klebeseite 36 hat Klebeeigenschaften, die gewährleisten, daß die Vorrichtung 10' bei normaler Aktivität des Benutzers an Ort und Stelle bleibt, und ermöglicht dennoch nach dem vorbestimmten Tragezeitraum (von z. B. 24 Stunden) eine vernünftige Entfernung. Die obere Klebebandseite 34 haftet an dem unteren Gehäuse 20 und hält die Elektroden und Arzneimittelreservoirs innerhalb der Gehäusevertiefung 25, 25' sowie das untere Gehäuse 20 an dem oberen Gehäuse 16 befestigt.
Der Tastschalter 12 befindet sich geeigneterweise auf der Oberseite der Vorrichtung 10' und wird leicht durch Bekleidung hindurch ausgelöst. Ein Doppeldruck auf den Tastschalter 12 innerhalb eines kurzen Zeitraums, bspw. drei Sekunden, wird vorzugsweise zur Aktivierung der Vorrichtung zur Arzneimittelzuführung verwendet, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer unabsichtlichen Betätigung der Vorrichtung 10' minimiert wird.
Beim ersten Einleiten der Mittelzuführung ist der Hautwiderstand des Patienten gewöhnlich relativ hoch, wohingegen der Hautwiderstand nach einem Zeitraum deutlich abfällt. Fig. 3 veranschaulicht diese Eigenschaft graphisch und zeigt, daß die Abnahme des Hautwiderstands R im wesentlichen asymptotisch bis zu einem Gleichgewichtswert verläuft. Für eine Entladungsrate von 0,1 mA/cm² ist dieser Gleichgewichtswert gewöhnlich in der Größenordnung von 20 bis 30 kOhm/cm², während der Anfangswert des Hautwiderstands mehrere oder viele Male so hoch ist.
Bei Elektrotransportzuführvorrichtungen des Standes der Technik wurde(n) die Spannung der Leistungsquelle und/oder der Verstärkungsfaktor des Spannungsverstärker- Schaltkreises groß genug gewählt, um den hohen Hautwiderstand zu überwinden, der zu Beginn des Betriebs vorliegt. Hat der Betrieb aber einmal ein Gleichgewicht mit dem damit einhergehenden Abfall des Hautwiderstands erreicht, hatten die Vorrichtungen des Standes der Technik eine zu hohe Arbeitsspannung. Bei bestimmten Vorrichtungen des Standes der Technik betrug die angelegte Spannung, die zur Zuführung eines bestimmten Stroms bei Gleichgewichtsbetrieb nötig war, die Hälfte oder weniger der Spannung, die zum Fließenlassen des gleichen Stromniveaus zu Beginn der Elektrotransportzuführung erforderlich war. Folglich waren diese Vorrichtungen des Standes der Technik aufgrund der Spannung, die im Spannungsverstärker-Stromkreis verschwendet wurde, wenn der Hautwiderstand von seinem ursprünglichen hohen Niveau abgenommen hatte, nicht sehr kostengünstig.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Spannungsverstärker-Elektrotransportschaltkreises 100 mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor, der gemäß dem gefühlten therapeutischen Laststromniveau eingestellt wird. Dies ermöglicht die effizientere Verwendung von Batterien und führt zu signifikanten Einsparungen bei Größe und Kosten verglichen mit dem gerade beschriebenen Stand der Technik. Die Schaltung 100 enthält eine Leistungsquelle in Form einer Batterie 102 und eine spannungsgesteuerte elektrische Verbindung 104, die mit einer Elektrodenanordnung 108 elektrisch verbunden ist. Die Elektrodenanordnung 108 ist mit einem Bereich eines Lebewesenkörpers 110 mit herkömmlichen Mitteln, wie Klebeband, Bändern, Gurten oder dergleichen, verbunden. Die Lebewesenkörperoberfläche ist schematisch als variabler Widerstandsbelag Rv dargestellt, um die für Haut übliche Schwankung des Lastwiderstands beim Anlegen eines elektrischen Stroms II dort hindurch zu zeigen.
Eine Elektrodenanordnung 112 ist ebenfalls mit einem anderen Bereich des Lebewesenkörpers 110 verbunden. Die Elektrodenanordnung 112 ist mit einem stromfühlenden Reihenwiderstand 114 verbunden. Die Elektroden 108, 112, die Körperoberfläche 110 und der Meß- bzw. Fühlwiderstand 114 bilden einen Laststrompfad zum Leiten des Laststroms II. Die Elektrodenanordnungen 108, 112 sind äquivalent zu den in Fig. 2 gezeigten Elektrode/Reservoir-Kombinationen 22, 26 und 24, 28. Mindestens eine der Elektrodenanordnungen 108, 112 enthält eine Therapeutikum (z. B. ein Arzneimittelsalz) in einer Form (z. B. in wässriger Lösung), die sich zur Elektrotransportzuführung in den Lebewesenkörper 110 eignet.
Ein Energiespeicher-Induktor 118 ist zwischen die Batterie 102 und die Anode der Gleichrichtungsdiode 120 geschaltet. Die Kathode der Diode 120 ist mit der spannungsgesteuerten elektrischen Verbindung 104 verbunden. Ein Glättungskondensator 122 ist zwischen die Verbindung 104 und Systemerde geschaltet.
Ein gesteuerter Schalter 124 mit einem Kontrolleingang 126 hat einen Anschluß 128, der mit der Verbindung der Anode der Diode 120 und dem Induktor 118 verbunden ist, und einen weiteren Anschluß 130, der mit Systemerde verbunden ist. Der Kontrolleingang 126 kann abwechselnd den Schalter 124 öffnen und schließen, was eine niederohmige Verbindung zwischen den Anschlüssen 128 und 130 schafft, wodurch der Induktor 118 über einen niederohmigen Pfad mit Systemerde verbunden oder nicht verbunden wird. Der Schalter 124 kann eine elektronische Schaltvorrichtung sein, wie ein bipolarer oder FET-Transistor.
Ein Steuer- bzw. Kontrollschaltkreis 132 hat einen Kontrollausgang 134, der mit einem Schaltkontrolleingang 126 verbunden ist. Der Kontrollschaltkreis 132 umfaßt einen Rückkopplungseingang 133 zum Regeln bzw. Steuern des Kontrollausgangs 126 und einen Schalteingang 136.
Der Betrieb des einstellbaren Spannungsverstärker- Schaltkreises 100 läßt sich anhand von Fig. 5 verstehen. Nach Anschalten des Schaltkreises 100, bspw. mit einem Tastschalter 12, siehe Fig. 1, wird der Kontrollschaltkreis 132 so eingerichtet, daß dieser zuerst den Eingang 136 mit Systemerde verbindet. Dadurch kann der Fühlwiderstand 114 damit beginnen, den Laststrom II von der Last 110 zu leiten.
Der Kontrollstromkreis 132 ist konfiguriert, den Kontrollausgang 134 dann zu kippen (toggle), so daß der Schalter 124 das eine Ende des Induktors 118 für einen Zeitraum T1 gegen Erde verbindet. In der Zeit T1 erhöht sich der von der Batterie 102 angetriebene Induktorstrom Ii auf einen Maximalwert Ip.
Nach Ende der Zeit T1 wird der Kontrollstromkreis 132 so eingerichtet, daß dieser den Ausgang 134 verändert, den Schalteingang 126 wieder zu kippen (toggle), der den Schalter 124 für einen Zeitraum T2 öffnet. Während T2 fließt der Induktorstrom Ii nicht zur Erde, sondern wird so gesteuert, daß dieser durch die Diode 120 in die elektrische Verbindung 104 leitet. Der Glättungskondensator 122 liefert einen niederohmigen Pfad für den Momentanstrom Ii, der dann während der Zeit T2 gegen Null abfällt, wenn die Spannung an der elektrischen Verbindung 104 durch das Aufladen des Kondensators 122 verstärkt wird.
In der Zeit T1 speichert der Induktor 118 Energie durch Aufladen mit dem Strom Ii. In dem Zeitraum T2 entlädt der Induktor 118 Energie in den Glättungskondensator 122 durch die Diode 120. Der Induktor 118 überträgt dadurch Energie von der Batterie 102 in den Kondensator 122 mit geringem Verlust, die nur durch den Abfall an der Diode 122 und den vernachlässigbaren Serienwiderstand von Induktor 182, Batterie 102 und der elektrischen Verbindungen beschränkt wird. Somit ist die Energiequelle für den Laststrom II nicht direkt die Batterie 102, sondern entweder der Kondensator 122 (d. h. während T1) oder eine Kombination aus Kondensator 122 und Induktor 118 (d. h. während T2).
Der Kontrollstromkreis 132 ist so eingerichtet, daß dieser den T1, T2-Zyklus unendlich wiederholt, oder wird wie nachstehend beschrieben gestoppt. Die Spannung VW an der Verbindung 104 wird dabei je nach den Werten der Zeiträume T1 und T2 auf einen einstellbaren Faktor der Spannung der Batterie 102 verstärkt. Der Verstärkungsfaktor kann somit durch Einstellen der Werte T1 und T2 eingestellt werden.
Gepunktete Linien in Fig. 5 zeigen fehlende oder verzögerte Impulse, wie sie vom Kontrollstromkreis 132 gesteuert werden. Dies kann auftreten, wenn Impulse nicht notwendig sind, um aus dem Kondensator 122 entnommene Ladung zu ersetzen, zum Beispiel wenn der benötigte therapeutische Strom II sehr niedrig ist. Die gepunkteten Linien in Fig. 5 zeigen, daß das Mittel zur Kontrolle des Verstärkungsfaktors über Impulsbreitenmodulation (PWM), Impulsfrequenzmodulation (PFM), Auslassen von Impulsen oder irgendeine Kombination davon erfolgen kann.
Die einstellbare Arbeitsspannung VW bewirkt, daß der Lastsrom II durch die Lebewesenkörperlast 110, durch den Fühlwiderstand 114 und in den Schalteingang 136 gegen Erde fließt.
Der Rückkopplungseingang 133 fühlt bzw. mißt die Spannung über dem Fühlwiderstand 114, die von dem Laststrom II verursacht wird. Der Kontrollstromkreis 132 ist so eingerichtet, daß dieser auf den Rückkopplungseingang 133 reagiert, um die Arbeitsspannung VW zu Verstärken, indem die Zeiträume T1 und T2 eingestellt werden. Dies erfolgt durch Vergleichen der Spannung, die am Eingang 133 gemessen wird, mit einer Bezugsspannung in dem Kontrollschaltkreis 132. Ist die an dem Eingang 133 gemessene Spannung kleiner als die Bezugsspannung, öffnet und schließt der Kontrollstromkreis 132 den Schalter 124 mit hoher Frequenz, bis VW auf das entsprechende Niveau verstärkt worden ist. Allgemein gilt, daß je länger der Schalter 124 geschlossen ist (d. h. je länger T1 ist), die Spannung umso höher ist, die im Induktor 118 erzeugt wird, und der Verstärkungsfaktor umso größer ist. Die Spannung der Batterie 102 kann aufgrund des Induktors 118 verstärkt werden. Die in dem Induktor 118 erzeugte Spannung ist gleich dem Induktionswert (L) multipliziert mit der Rate, mit der Strom durch den Induktor fließt:
Vind = L(dIi/dt)
Somit kommt aus dem Induktor 118 eine höhere Spannung (die teilweise durch den Induktionswert des Induktors 188 und teilweise durch die Stromflußrate durch den Induktor 118 bestimmt wird, die durch die Werte T1 und T2 gesteuert wird) bei niedrigerem Strom, weil die in den Induktor 118 gehende Leistung gleich der Leistung sein muß, die aus dem Induktor 118 kommt.
Der Kontrollschaltkreis 132 ist zudem so eingerichtet, daß in Kombination mit den Werten des Induktors 118, dem Wert des Lastwiderstands 110 und dem Kapazitätswert des Kondensators 122 die Zeiträume T1, T2 als Reaktion auf die Spannung an dem Rückkopplungseingang 133 so angeordnet sind, daß der Glättungskondensator 122 die Spannung VW glättet und einstellt, um einen Laststrom II aus einem im wesentlichen konstanten (Gleich-)strom mit vorbestimmtem Wert bereitgestellt wird.
Die Elektrodenanordnungen 108 und 112 und somit der Lebewesenkörper 110 werden nicht wie im Stand der Technik hohen Maximalspannungen ausgesetzt, sondern erhalten statt dessen nur den minimalen Spannungswert, der zum Fließenlassen des gewünschten Laststroms II ausreicht.
Die Zeiträume T1 und T2 werden durch den Kontrollschaltkreis 132 so eingestellt, daß VW auf den minimalen Absolutwert verstärkt wird, der den Laststrom II bereitstellt und auf einem gewünschten vorbestimmten Wert hält. Ist der Widerstand der Last 110 zu hoch, um das Erreichen eines vorbestimmten Werts von II zu ermöglichen, ohne daß VW ein sicheres Niveau übersteigt, beschränkt eine spannungsbegrenzende Vorrichtung, wie eine Zenerdiode 116, die über die Elektrodenanordnungen 108 und 112 geschaltet ist, die an der Last 110 angelegte Spannung. Ein üblicher sicherer maximaler. Grenzwert für VW ist etwa 24 Volt. Andere Spannungsgrenzwerte können durch Zenerdioden 116 mit verschiedenen Durchbruchs- bzw. Durchschlagsspannungen oder durch Verwendung anderer Schutzeinrichtungen, wie nachfolgend beschrieben, erreicht werden.
Wenn der Widerstand der Last 110 ausreichend sinkt, daß der Laststrom II das gewünschte vorbestimmte Niveau bei sicherer Maximalspannung erreichen kann, reagiert der Kontrollschaltkreis auf die Rückkopplung an dem Rückkopplungseingang 133 und stellt T1 und T2 so ein, daß VW um einen Faktor verstärkt wird, der gerade ausreicht, daß der Strom unabhängig von weiterer Abnahme des Widerstands auf dem vorbestimmten Niveau gehalten wird.
Die Arbeitsspannung VW an der gesteuerten elektrischen Verbindung 104 wird so um einen Verstärkungsfaktor der Spannung der Batterie 102 verstärkt, der gerade ausreicht, daß der Laststrom II auf dem vorbestimmten Niveau gehalten wird, solange die Lastspannung kleiner als die durch die Zenerdiode 116 eingestellte Grenzspannung ist.
Der verlustarme Transfer von Energie von der Batterie 102 zu der Last 110 und zu dem Kondensator 122 maximiert die Nutzungsdauer der Batterie 102 bei gegebener Batteriekapazität. Dadurch können für einen gegebenen Therapiebereich kleinere Batterien eingesetzt oder die Dauer der therapeutischen Behandlung bei gegebenen Kosten verlängert werden.
Der vorbestimmte Strom II, der über die Last 110 angelegt wird, kann konstant sein oder mit der Zeit variieren. In jedem Fall ist der Kontrollschaltkreis 132 mit Mitteln zum Einrichten eines vorbestimmten anzuwendenden Strom-Zeit- Profils ausgestattet. Dies kann durch im Fachgebiet wohlbekannte Maßnahmen erfolgen, wie einen Differentialkomparator, dessen einer Eingang mit dem Fühlwiderstand 114 verbunden ist, dessen anderer Eingang mit einer konstanten Bezugsspannung verbunden ist oder dessen anderer Eingang mit dem Ausgang eines Digital-Analog-Wandlers verbunden ist, der von einem getakteten ROM mit einem vorprogrammierten Muster (in Fig. 4 nicht gezeigt) angetrieben bzw. angesteuert wird.
Der Schaltkreis 100 kann auch mit einem Schutzschaltkreis 138 ausgestattet sein. Der Schutzschaltkreis 138 hat hochohmige und niederohmige Kontrollfunktionen und umfaßt einen Eingang 140, der den Spannungsabfall über der Last 110 fühlt bzw. erfaßt und den gefühlten Spannungsabfall mit einer zuvor eingestellten Minimalgrenze dafür vergleicht. Der Stromkreis 138 umfaßt zudem einen Eingang 142, der den Strom II fühlt, der durch die Last 110 angelegt wird, und den gefühlten Strom mit einer zuvor eingestellten Maximalgrenze dafür vergleicht. Schutzschaltkreise, die Impedanzkontrolle und Abschaltschutz bereitstellen, sind im Fachgebiet wohlbekannt. Siehe beispielsweise die in Fig. 1 von Jacobsen et al., U.S.-Patent 4,141,359, gezeigten Schutzschaltkreise.
Der Schutzschaltkreis 138 überwacht den Widerstand der Last 110 durch den Spannungseingang 140 und den Stromeingang 142 und schaltet die spannungsverstärkende Funktion des Stromkreises 100 ab, wenn der Widerstand der Last 110 eine vorbestimmte Obergrenze übersteigt oder unter eine vorbestimmte Untergrenze fällt. Ein Einbau des Schutz- und Abschaltstromkreises 138 des im U.S.-Patent 4,141,359 beschriebenen Typs in den Verstärkerstromkreis 100 liegt in den Fähigkeiten eines Durchschnittsfachmanns auf dem Elektrofachgebiet.
Beim Betrieb sind die Elektrodenanordnungen 108 und 112 durch herkömmliche Mittel an der Hautoberfläche 110 befestigt, und der therapeutische Strom wird durch eine Schalteinrichtung (nicht gezeigt), wie den in Fig. 1 gezeigten Schalter 12, angeschaltet. Der Kontrollschaltkreis 132 beginnt mit der Steuerung des An- und Abschaltens von Schalter 124. Wiederholte Impulse des Induktorstroms Ii werden abwechselnd während der An-Zeiträume T1 durch den Schalter 124 gegen Erde geladen und während der Aus-Zeiträume T2 in den Kondensator 122 entladen. Diese Impulse des Induktorstroms Ii bewirken, daß die Spannung VW durch Einstellen der An- und Aus-Zeiten T1, T2 mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor multipliziert wird, bis das Signal an den Rückkopplungseingang 133 anzeigt, daß der Laststrom II in Justierung ist.
Fig. 6 zeigt einen anderen erfindungsgemäßen einstellbaren Verstärkerschaltkreis 200. Der Schaltkreis 200 umfaßt eine Batterie 202, einen Induktor 204, eine Diode 206, eine spannungsgesteuerte elektrische Verbindung 207, einen niederohmigen Glättungskondensator 208 und Elektrodenanordnungen 210, 212, die mit herkömmlichen Mitteln an voneinander entfernt liegenden Bereichen eines Lebewesenkörpers 213 befestigt sind. Der Lebewesenkörper 213 ist schematisch als variabler Widerstandsbelag RV dargestellt, um zu betonen, daß der Widerstand der Last 213 mit der Zeit und mit dem Strom schwankt.
Zumindest eine der Elektrodenanordnungen 210, 212 enthält ein Therapeutikum in einer Form, die sich zur Elektrotransportzuführung in den Lebewesenkörper 213 eignet.
Der Stromkreis 200 umfaßt einen n-Kanal- Feldeffekttransistor- (FET-) Schalter 218 zum Schalten eines Induktorstroms Ii, einen Induktorstromfühlwiderstand 220 und einen Laststromfühlwiderstand 214. Der Schaltkreis umfaßt zudem einen einstellbaren Hochleistungs-Gleichstrom- Gleichstrom-Aufspannregler 216. Ein bevorzugter Regler 216 ist der Maxim-MAX773, hergestellt von Maxim Integrated Products, Inc., Sunnyvale, CA.
Fig. 6 zeigt ein vereinfachtes Schema des MAX773-Reglers 216, das für erfindungsgemäße Zwecke ausreicht. Ein detaillierteres Schema des MAX773-Reglers läßt sich der MAX773- Produktbeschreibung 19-0201; Rev 0; 11; 93 entnehmen, die vom Hersteller erhältlich ist. Der Regler 216 ist ein integrierter Schaltkreis, dessen interne Komponenten mittels Leitungsspuren verschaltet sind, die während des Herstellungsverfahrens des integrierten Schaltkreises gebildet werden. Äußere Stifte werden bereitgestellt für eine elektrische Verbindung zu externen Komponenten durch herkömmliche gedruckte Schaltkreisvorrichtungen, wie plattiertes oder abgeschiedenes Kupfer oder andere Leiter, die auf isolierenden Substraten abgeschieden und geformt werden. Die Bezugnahme auf elektrische Verbindungen in der vorliegenden Beschreibung ist als intern oder extern zu verstehen, wie in Fig. 6 gezeigt. Bezugnahmen auf die Komponenten des MAX773-Reglerstromkreises dienen der Veranschaulichung, um die Funktionen des Schaltkreises 216 zu beschreiben. Im Gegensatz zu herkömmlichen Impuls-Frequenz- (PFM-) Wandlern, die eine Fehlerspannung von einem Spannungsteilerstromkreis zur Steuerung bzw. Regelung der Ausgangsspannung des Wandlers auf konstantem Wert verwenden, ist der Regler 216 so verschaltet, daß dieser den Fühlwiderstand 214 zur Erzeugung einer Fehlerspannung verwendet, um den durchschnittlichen Laststrom II zu steuern. Der MAX773-Regler arbeitet zudem mit hohen Frequenzen (bis zu 300 kHz), was die Verwendung kleiner externer Komponenten ermöglicht. Der Regler 216 umfaßt einen Bezugsspannungsstift 256, einen Erdestift 258, einen Erdungsschalteingang 260, einen Niedrigschwelleneingang 262, einen Rückkopplungseingang 264, einen Abschalteingang 266, einen Stromfühleingang 268 und einen Leistungssammelschieneneingang 270.
Der Regler 216 umfaßt zudem einen ersten Zwei-Eingänge- Komparator 230 mit einem Ausgang 231, einen zweiten Zwei- Eingänge-Komparator 232 mit einem Ausgang 233, eine erste Bezugsspannung 242, eine zweite Bezugsspannung (z. B. 1,5 Volt) 244, einen dritten Zwei-Eingänge-Komparator 246 mit einem Ausgang 247, einen PFM/PWM-Treiberschaltkreis 240 mit einem Schaltreglerausgang 252 und einem Schaltreglerausgang 254 und einen zweiten n-Kanal-FET-Schalter 250.
Der Betrieb des Schaltkreises 200 läßt sich anhand der Fig. 6 und 7 verstehen. Der Stromkreis 200 verwendet den Regler 216 auf neue Weise, um eine Hochleistungsumwandlung von Energie der Batterie 202 in eine einstellbar verstärkte Spannung VW an der spannungsgesteuerten elektrischen Verbindung 207 bereitzustellen und gleichzeitig den Laststrom II zu steuern.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, wird erfindungsgemäß ein Teil des Laststroms II zu dem Rückkopplungseingang 264 zurückgeleitet. Ein Anschluß des Fühlwiderstands 214 ist mit dem Rückkopplungseingang 264 verbunden. Der gleiche Anschluß des Widerstands 214 ist außerdem mit der Elektrodenanordnung 212 verbunden, um den Laststrom II zu empfangen. Der andere Anschluß des Widerstands 214 ist mit dem Eingang 260 des Reglers 216 verbunden. Der Eingang 260 ist intern mit dem Drain des n-Kanal-Schalters 250 verbunden. Die Source des Schalters 250 ist mit Systemerde verschaltet. Das Gate des Schalters 250 ist mit dem Ausgang 247 des Komparators 246 verbunden. Der Umkehreingang des Komparators 246 ist mit dem Eingangsstift 262 verbunden. Der Eingangsstift 262 ist mit Systemerde verbunden. Der nicht umkehrende Eingang des Komparators 246 ist mit der Bezugsspannung 244 verbunden. Die Bezugsspannung 244 ist zudem mit dem Bezugsspannungsstift 256 verbunden. Der Komparator 246 wird so angetrieben, daß der Ausgang 247 immer hoch ist. Der Schalter 250 wird deshalb so angetrieben, daß der Stift 260 gegen Erde verschaltet wird, was den Laststrom II durch den Fühlwiderstand 214 gegen Erde leitet.
Der Eingang 264 ist mit dem Umkehreingang des Komparators 232 verbunden. Der nicht umkehrende Eingang des Komparators 232 ist mit der Bezugsspannung 244 verbunden. Der Ausgang 233 des Komparators 232 ist mit dem PFM/PWM- Treiberstromkreis 240 verbunden.
Der Ausgang 231 des Komparators 230 ist mit dem PFM/PWM- Treiberstromkreis 240 verbunden. Der Umkehreingang des Komparators 230 ist mit der Bezugsspannung 242 verbunden. Der nicht umkehrende Eingang des Komparators 230 ist dem stromfühlenden Eingang 268 verbunden. Eingang 268 ist mit einem Anschluß des Induktorstromfühlwiderstands 220 verbunden. Der andere Anschluß des Widerstands 220 ist mit Systemerde verbunden. Der Erdungsstift 258 des Reglers 216 ist ebenfalls mit Systemerde verbunden.
Ein Ausgang des, PFM/PWM-Treiberschaltkreises 240 ist mit dem Ausgang 252 verbunden. Der Eingang 270 ist mit einem Anschluß der Batterie 202 verbunden. Der andere Anschluß der Batterie 202 ist mit Systemerde verbunden. Ein Ausgang des PFM/PWM-Treiberschaltkreises 240 ist mit dem Ausgang 254 verbunden. Beide Ausgänge 252 und 254 sind mit dem Gate des externen n-Kanal-Schalters 218 verbunden. Der Drain des Schalters 218 ist mit einer Knotenverbindung an einem Ende des Energiespeicher-Induktors 204 und der Anode der Gleichrichtungsdiode 206 verbunden. Die Source des Schalters 218 ist mit einem Anschluß des Induktorstromfühlwiderstands 220 verbunden, der mit dem Stromfühleingang 268 verbunden ist.
Der andere Anschluß des Induktors 204 ist mit dem Leistungssammelschieneneingang 270 und dem Anschluß der Batterie 202 verbunden. Ein Glättungskondensator 276 ist zwischen den Eingang 270 und Erde geschaltet. Ein Glättungskondensator 278 ist zwischen den Spannungsstift 256 und Erde geschaltet. Die Glättungskondensatoren 276 und 278 haben bei den interessierenden Impulsfrequenzen eine niedrige dynamische Impedanz.
Die Kathode der Diode 206 ist mit einer elektrischen Verbindung 207 verbunden. Die Verbindung 207 ist außerdem mit einem Anschluß eines Glättungskondensators 208, der Kathode einer Zenerdiode 280 und der Elektrodenanordnung 210 verbunden. Die Anode der Zenerdiode 280 und der andere Anschluß des Kondensators 208 sind mit Erde verbunden. Die Verbindung 207 vervollständigt den Schaltkreis 200, der die Arbeitsspannung VW an der Verbindung 207 um einen einstellbaren Faktor der Spannung der Leistungsquelle, d. h. der Batterie 202, verstärkt.
Die Zenerdiode 280 liefert ein Mittel zur Beschränkung der Maximalspannung über den Elektrodenanordnungen 210 und 212 und somit der Maximalspannung, die der Lebewesenkörper 213 erfährt.
Anhand Fig. 6 und 7 läßt sich der Betrieb des Schaltkreises für den einstellbaren Spannungsverstärkungsfaktor 200 verstehen. Wenn eine Leistung durch die Batterie 202 an den Eingang 270 abgegeben wird und das Eingangssignal 266 den richtigen logischen Pegel aufweist, nimmt der Regler 216 den Betrieb auf. Weil der Eingang 262 niedrig gehalten wird und der nicht umkehrende Eingang des Komparators 247 bei bspw. 1,5 Volt der Bezugsspannung 244 liegt, ist der Ausgang des Komparators 246 hoch. Bei hoher Spannung an dem Gate des Schalters 250 wird den Eingang 260 durch den Drain des Schalters 250 gegen Erde geleitet. Dadurch kann der Widerstand 214 den Laststrom II von der Elektrodenanordnung 212 erhalten.
Wie bei herkömmlichen PFM-Wandlern wird der Schalter 218 nicht angeschaltet, bis der Spannungskomparator 232 fühlt, daß der Outputstrom nicht im Bereich bzw. außerhalb der Regelung liegt. Im Gegensatz zu herkömmlichen PFM-Wandlern verwendet aber MAX773 die Kombination aus Induktormaximalstromfühlwiderstand 220, Bezugsspannung 242 und Komparator 230 zusammen mit der maximalen Anschaltdauer und der minimalen Abschaltdauer, die von dem PFM/PWM-Treiberschaltkreis 240 erzeugt werden; es gibt keinen Oszillator. Die übliche maximale Anschaltdauer T1 beträgt 16 Mikrosekunden. Die übliche minimale Abschaltdauer T2 beträgt 2, 3 Mikrosekunden.
Im ausgeschalteten Zustand hält die minimale Aus-Zeit den Schalter 218 für die Zeit T2 ausgeschaltet. Nach dieser minimalen Dauer bleibt der Schalter 218 (1) entweder ausgeschaltet, wenn der Strom II im Bereich ist, oder (2) schaltet sich wieder an, wenn der Strom II nicht im Bereich ist.
Während der Schalter 218 ausgeschaltet ist, fließt der Induktorstrom Ii durch die Diode 206 in den Kondensator 208 an der Verbindung 207 und füllt jegliche Ladung wieder auf, die von der Last 213 entnommen wurde. Es ist ersichtlich, daß dieses Schaltverfahren für den Ladestrom Ii einen einstellbaren Verstärkungsfaktor für die Spannung der Batterie 202 auf eine Arbeitsspannung VW an der Verbindung 207 bereitstellt, die gerade ausreicht, daß der gewünschte konstante Strom II bereitgestellt wird. Die vom Induktor 204 gelieferte Maximalspannung ist gerade so hoch, wie zur Überwindung des Diodenabfalls an der Diode 206 und der Arbeitsspannung VW benötigt, und minimiert somit den Energieverlust aus der Batterie 202.
Die Schaltung des Reglers 216 ermöglicht, daß der Stromkreis 200 im kontinuierlichen Leitungsmodus (continuous conduction mode, CCM) arbeitet und gleichzeitig eine hohe Effizienz bei schweren Lasten aufrechterhält. Wird der Leistungsschalter 218 angeschaltet, bleibt er an, bis entweder (1) er durch die maximale An-Zeit ausgeschaltet wird (gewöhnlich 16 Mikrosekunden später) oder (2) der Induktorstrom Ii die Maximalstromgrenze Ip erreicht, die durch den Induktorstrombegrenzungswiderstand 220, die Bezugsspannung 242 und den Komparator 230 eingestellt wird. In diesem Fall ist die An-Zeit kleiner als die maximale An-Zeit T1. Ein Beschränken des Induktorspitzenstroms auf einen vorbestimmten Wert Ip vermeidet, daß der Induktor 204 gesättigt wird, und ermöglicht die Verwendung kleinerer Induktorwerte und somit kleinerer Komponenten.
Ist der durchschnittliche Laststrom II kleiner als der gewünschte Wert, der durch den Wert Vref der Bezugsspannung 244 und den Widerstandswert Rs des Fühlwiderstands 214 nach der Gleichung
Vref > II·Rs
eingestellt wurde, dann stellt der PFM/PWM-Treiberstromkreis 240 die An-Zeit T1 und die Aus-Zeit T2 automatisch ein und schaltet den Schalter 218 abwechselnd an und aus, bis der Laststrom II im Bereich liegt.
Der Betrieb des einstellbaren Verstärkungsfaktor- Schaltkreises 200 kann eingeleitet werden, indem der Abschalteingang 266 mit einem Schaltmittel mit hohem logischen Pegel, wie dem in Fig. 1 gezeigten Schalter 12, verbunden wird. Wenn der Abschalteingang 266 hoch ist, tritt der MAX773-Schaltkreis in einen Abschaltmodus ein. In diesem Modus wird die interne Vorspannungsschaltung abgeschaltet (einschließlich des Bezugs), Schalter 250 nimmt einen hochohmigen Zustand an und die Arbeitsspannung VW fällt um einen Diodenabfall unter die Spannung der Batterie 202 (aufgrund des Gleichstrompfades durch den Induktor 204 von der Batterie 202 zur Elektrodenanordnung 210). Der Einspeisungsstrom von der Batterie 202 wird gleich Vw/II. Im hochohmigen Zustand des Schalters 250 ist jedoch kein Strompfad vorhanden und der Laststrom II ist Null.
Bei alternativen Ausführungsformen dieser Erfindung kann der Strom II so programmiert werden, daß dieser einem vorbestimmten Profil folgt, indem der Wert des Laststromfühlwiderstands 214 programmiert wird. Der Wert des Widerstands 214 kann programmiert werden, indem weitere Widerstände parallel oder in Reihe mit dem Laststrom II geschaltet werden. Diese Schaltreglereinrichtungen sind im Fachgebiet bekannt.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrotransportvorrichtung 300 mit einem alternativen Spannungsverstärker-Schaltkreis. Im Gegensatz zu den in Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen 10 und 10' hat die Vorrichtung 300 einen wiederverwendbaren Regler 302, der so ausgelegt ist, daß dieser separat jeweils nacheinander mit mehreren Einmal-, vorzugsweise Einweg-, Arzneimitteleinheiten 304 gekoppelt werden kann. Die Einweg-Arzneimitteleinheit 304 ist an einer Körperoberfläche, wie der Haut 306, eines Lebewesens (z. B. eines Menschen) befestigt, die in Fig. 8 als Widerstand mit variablem Lastwiderstand R&sub1; schematisch dargestellt ist. Die Arzneimitteleinheit 304 hat ein Elektrodenpaar (d. h. eine Anodenelektrode 308 und eine Kathodenelektrode 310), von denen zumindest eine ein Therapeutikum enthält, das durch die Haut 306 mittels Elektrotransport zugeführt werden soll. Die Arzneimitteleinheit 304 und der Regler 302 können durch ein Paar Metallschnappverbindungen 336, 338 mechanisch und elektrisch gekoppelt werden. So wird der Elektrotransportlaststrom 12 über die leitenden Schnappverbindungen 336, 338 zu der Arzneimitteleinheit 304 und zu dem Patientenkörper geleitet.
Der Regler 302 umfaßt zwei Schalkreisabschnitte: einen Spannungsverstärker-Schaltkreis 312 zum Verstärken der Netzspannung V&sbplus;, die von der Leistungsquelle (z. B. einer Batterie) 318 zugeführt wird, auf eine Arbeitsspannung VW und einen Stromsinkschaltkreis 314 bei niedriger Lastspannung. Ist die Spannung VW am Lastwiderstand R&sub1; hoch, d. h. ist VW höher als V&sbplus; minus der Diodenspannung Vd (die über der Reihendiode 315 abgefallen ist), liefert der Spannungsverstärker-Schaltkreis 312 Leistung an die Last 306 durch den Induktor 320 und die Diode 315, wie nachstehend ausführlicher beschrieben.
Wenn der Lastwiderstand R&sub1; auf einen niedrigen Wert abnimmt, so daß gilt
[(II·R&sub1;) + Vref] < (V&sbplus; - Vd),
verschiebt sich die Steuerung des Laststroms II zu dem Stromsinkschaltkreis 314, der es dem Regler ermöglicht, bei niedrigerem Hautwiderstand (R&sub1;) mit verbesserter Effizienz verglichen mit den in Fig. 4 und 6 beschriebenen Schaltkreisen zu arbeiten.
Der Betrieb des Spannungsverstärker-Stromkreises 312 in Kooperation mit dem Stromsinkschaltkreis 314 läßt sich in Kombination mit der Verwendung eines beispielhaften PFM/PWM-Reglers 322 erklären. Ein veranschaulichendes Beispiel für einen solchen Regler ist MAX771, erhältlich von Maxim Integrated Products, Inc., Sunnyvale, CA, obwohl auch andere im Fachgebiet erhältliche PFM/PWM-Schaltregler verwendet werden können.
Die Leistungsquelle 318 ist gewöhnlich eine Batterie mit einem Plus- und einem Minuspol. Der Pluspol V&sbplus; ist mit dem Spannungseingangsstift 323 auf dem Schaltkreis 322 und mit einem Anschluß des Induktors 320 verbunden. Der Minuspol der Batterie 318 ist mit Systemerde verbunden.
Der andere Ausgang des Induktors 320 ist mit der Verbindung der Anode der Diode 315 und dem Drain 324 eines n-Kanal- Schalters 326 verbunden.
Die Source des Schalters 326 ist mit einem Anschluß eines Maximalstromfühlwiderstands 328 verbunden. Der andere Anschluß des Widerstands 328 ist mit Systemerde verbunden. Das Gate des Schalters 326 ist mit einem Schaltkontrollausgang 330 des Schaltkreises 322 verbunden.
Ein Fühleingang 332 des Stromkreises 322 ist ebenfalls mit der Verbindung zwischen der Source des Schalters 326 und einem Anschluß des Maximalstromfühlwiderstands 328 verbunden.
Die Kathode der Diode 315 ist mit einem Anschluß eines Glättungskondensators 334 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators 334 ist mit Systemerde verbunden. Die Verbindung von Kondensator 334 und Kathode der Diode 315 ist über die Schnappverbindung 336 mit der Anodenelektrode 308 verbunden, die mit der Haut des Patienten 306 in Kontakt steht. Die Kathodenelektrode 310 steht ebenfalls in Kontakt mit der Haut des Patienten 306 und ist mit der Schnappverbindung 338 verbunden.
Die Schnappverbindung 338 ist mit dem Drain eines zweiten n-Kanaltransistors 340 verbunden, der Gate und Source aufweist. Drain und Source des Transistors 340 sind in Reihe geschaltet und bilden einen Teil des Stromsinkschaltkreises 314, der den Laststrom II empfängt. Die Quelle des Transistors 340 ist mit einem Anschluß eines ersten Laststromquellwiderstands 342 verbunden, der einen Widerstandswert R&sub2; aufweist. Der andere Anschluß des Widerstands 342 ist mit einem zweiten Laststromquellwiderstand 343 verbunden, der einen Widerstandswert R&sub3; aufweist. Der andere Anschluß des Widerstands 344 ist mit Systemerde verbunden.
Die Verbindung von Widerstand 342 und Widerstand 344 ist mit dem Umkehreingang eines hochohmigen Zwei-Eingänge- Differential-Operationsverstärkers 346 verbunden, der eine hohe Spannungsverstärkung AV aufweist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 346 ist mit dem Gate des Transistors 340 verbunden. Der nicht umkehrende Eingang des Operationsverstärkers 346 ist mit einem Bezugsspannungsausgang 348 (Vref) des Schaltkreises 322 verbunden.
Die Verbindung der Source des Transistors 340 und einem Anschluß des Widerstands 342 ist mit einem Rückkopplungseingang 350 (FB) des Schaltkreises 322 verbunden, wodurch die Steuerung des Laststroms II durch den Patienten bereitgestellt wird.
Der Betrieb des Stromkreises 302 läßt sich in zwei Bereichen betrachten: (i) wenn der Hautwiderstand R&sub1; hoch ist und (ii) wenn der Hautwiderstand R&sub1; niedrig ist. Der Betrieb im Bereich (i) ist wie folgt. Wenn der Hautwiderstand R&sub1; hoch ist, so daß gilt
[(II·R&sub1;) + Vref] > (V&sbplus; - Vd),
wird der Strom II durch den Schaltkreis 322 gesteuert. Es kommt zu einer Rückkopplung der Spannung an einem Anschluß des Laststromfühlwiderstands 342, der mit dem Eingang 350 verbunden ist. Der Stromkreis 322 vergleicht die Spannung am Eingang 350 mit der Spannung am Vref-Eingang 348 und stellt die Schaltgeschwindigkeit bzw. -rate und die Impulsbreite des Ausgangs 330 so ein, daß abwechselnd der Induktor 320 mit dem Strom Ii aufgeladen und durch die Diode 315 in den Kondensator 334 entladen wird, bis die Rückkopplungsspannung am Eingang 350 (die durch den Laststrom Ii mal der Summe aus (R&sub2; + R&sub3;), d. h. der Summe aus den Widerstandswerten der Rückkopplungswiderstände 342 und 344, angegeben wird) gleich der Spannung Vref 348 ist.
Der Wert der Widerstände 342 und 344, die Verstärkung Av des Operationsverstärkers 346 und der Wert von Vref am Ausgang 348 werden so gewählt, daß bei gewünschtem Laststrom II der Unterschied zwischen der Spannung Vref am Ausgang 348 und der Rückkopplungsspannung an der Verbindung von Widerstand 342 und Widerstand 344 mit dem Umkehreingang des Operationsverstärkers 346 bewirkt, daß der Ausgang des Operationsverstärkers 346 das Gate des Transistorschalters 340 ausreichend antreibt, daß dieser ganz angeschaltet ist.
Ein Teil der Rückkopplungsspannung über den Widerständen 342, 344 wird an den Umkehreingang des Operationsverstärkers 346 zurückgeleitet. Das Verhältnis der Widerstandswerte R&sub2; : (R&sub2; + R&sub3;) und die Verstärkung AV des Operationsverstärkers 346 werden so ausgewählt, daß der Ausgang des Operationsverstärkers 346 den Transistorschalter 340 in einen niederohmigen Zustand treibt, so daß dieser im wesentlichen keinen Widerstand bezogen auf den Widerstand 344 darstellt.
Wenn der Durchschnittswert von II zu klein ist, d. h. wenn II mal (R&sub3; + R&sub2;) kleiner ist als Vref 348, bewirkt daher der Rückkopplungseingang 350 in Kombination mit dem Maximalstromfühlwiderstand 328 das Kippen (toggle) des Schaltausgangs 330 mit einer Rate und Impulsbreite, die ausreichen, daß der Induktor 320 mit dem Strom II so aufgeladen und entladen wird, daß der Durchschnittsstrom II durch die Haut 306 im richtigen Bereich liegt, ohne den Induktor 320 zu sättigen.
Der Schaltkreis 322 bewirkt eine Beschränkung von Ii auf einen Maximalstrom, so daß der Induktor 320 nicht gesättigt wird, indem die Maximalspannung über dem Widerstand 328 gefühlt und die An-Impulsbreite des Transistors 326 beschränkt wird.
Der Betrieb im Bereich (ii) wird dagegen durch den Stromsinkschaltkreis 314 wie folgt gesteuert. Wenn der Hautwiderstand R&sub1; des Patienten zu einem niedrigen Wert tendiert, so daß gilt
[(II·R&sub1;) + Vref] < (V&sbplus; - Vd),
wird der Laststrom II nicht durch den Hautwiderstand R&sub1; beschränkt und neigt zur Erhöhung.
Wenn sich R&sub1; Null nähert, erhöht sich II innerhalb der Grenzen und wird nur durch die Spannung V&sbplus;, geteilt durch den Reihenwiderstand der Widerstände 342, 344 und den Widerstand des Transistors 340 beschränkt.
Eine Erhöhung von II treibt die Spannung an der Source des Transistors 340 in den positiven Bereich, bis der Rückkopplungseingang 350 bewirkt, daß der Verstärkerstromkreis die Kontrolle über den Laststrom II zu verlieren beginnt, weil der Stromkreis 322 den Schalter 326 nicht kippen (toggle) muss, um den Laststrom II aufrechtzuerhalten.
In dem Schaltkreis der Fig. 8 werden die Widerstände 342 und 344 so gewählt, daß das Verhältnis R&sub3; : (R&sub2; + R&sub3;) ausreichend nahe bei eins liegt, d. h. der Widerstandswert R&sub2; viel kleiner ist als der Widerstandswert R&sub3; (z. B. R&sub2; = 3 Ohm; R&sub3; = 1,5 kOhm). Im Bereich (ii) verringert sich mit der Zunahme von II und der Erhöhung der Spannung über dem Widerstand R&sub3; der Spannungsunterschied an den Eingängen des Operationsverstärkers 346 ausreichend, daß der Ausgang des Operationsverstärkers 346 die Spannung am Gate des Transistors 340 senkt.
Der Transistor 340 ist dann nicht mehr gesättigt und beginnt, eine variable Impedanz in Reihe mit R&sub2; und R&sub3; darzustellen. Die Transistorimpedanz variiert und wird vom Operationsverstärker 346 und den Eingängen, Vref und dem Teil der negativen Rückkopplungsspannung (d. h. der Rückkopplungsspannung zum Operationsverstärker 346, die gleich dem Laststrom mal dem Widerstandswert R&sub3; ist, d. h. II·R&sub3;) gesteuert. Die Schwankung der zusätzlichen, von dem Transistor 340 bereitgestellten Impedanz verhindert die Tendenz von II, kontinuierlich anzusteigen.
Die Verstärkung AV des Operationsverstärkers 346 und das Verhältnis R&sub3; : (R&sub2; + R&sub3;) werden so gewählt, daß der Unterschied zwischen dem Strom II im Bereich (i) und im Bereich (ii) ausreichend eng ist. Ein Operationsverstärker mit einer Verstärkung über 1000 und ein Widerstand R&sub2; von 3 Ohm, ein Widerstand R&sub3; von 1,5 kOhm unterscheiden sich viel weniger als 5%. Zuvor wurde diese Situation mit zusätzlicher Kontrollogik (z. B. einem Mikroprozessor), Widerständen und Schaltern überwunden. Die Logik würde eine "unter Einspeisungsspannung"-Situation nachweisen und einen Widerstand in Reihe mit der Last 306 einschalten, was den Verstärkerschaltkreis 312 wieder anschalten würde, um die Stromsteuerung erneut aufzunehmen. Der Zusatz eines Mikroprozessors und anderer Komponenten verursachen zusätzliche Kosten und den Betrieb weiterer Strom-Drains, was die Effizienz verringert. Es ist zudem weniger effizient, den Verstärkerschaltkreis ständig zu betreiben, wenn dieser nicht benötigt wird. Dies wird noch wichtiger, wenn die Einspeisungsspannung höher ist.
Der Stromsinkschaltkreis 314 in Kombination mit dem Verstärkerstromkreis 312 liefert ein einfaches, kostengünstiges, elektrisch effizientes und wirksames Mittel zur Steuerung bzw. Regelung des therapeutischen Stroms II auf einen vernünftigen konstanten Wert über einen sehr weiten Bereich des Hautwiderstands R&sub1;.
Die vom Transistor 340 im Bereich (ii) bereitgestellte zusätzliche Impedanz könnte durch andere Vorrichtungen bereitgestellt werden, wie einen p-Kanal-Transistor oder einen bipolaren pnp- oder npn-Transistor oder dergleichen. Die Stromfühlung könnte durch einen Hall-Effekt-Sensor oder andere magnetische Fühlvorrichtungen bereitgestellt werden, wie einen schaltbaren Stromsammel- bzw. -abtasttransformator. Eine geeignete Rückkopplungsverstärkung könnte auch durch diskrete Transistoren und einen Widerstand, einen Kondensator-Schaltkreis, der in einem Differentialverstärker angeordnet ist, bereitgestellt werden, was innerhalb der Fähigkeiten des Fachmanns liegt.
Diese Erfindung wurde zwar mit einigen Besonderheiten in Bezug auf ihre Ausführungsformen beschrieben, die zusammen genommen das beste den Erfindern bekannte Verfahren zur Durchführung ihrer Erfindung umfassen, aber es können viele Änderungen vorgenommen werden und somit viele alternative Ausführungsformen abgeleitet werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich wird der Bereich der Erfindung nur durch die folgenden Patentansprüche bestimmt.

Claims

1. Elektrotransportliefer- bzw. -zuführvorrichtung (10) zum Liefern bzw. Zuführen eines therapeutischen Mittels durch eine Lebewesenkörperoberfläche (110), wobei die Vorrichtung (10) eine Quelle für elektrische Leistung (32) mit einer Ausgangsspannung und zwei Elektroden (22, 26 und 24, 28) zum Anlegen bzw. Einspeisen eines Elektrotransportstroms (Ii) durch die Körperoberfläche (110) aufweist und wobei die Vorrichtung (10) eine schrittweise bzw. ansteigende Schaltsteuerung (132, 216, 322) zum Verstärken der Leistungsquellenausgangspannung auf eine Arbeitsspannung (Vw) hat, die verwendet wird, um einen Elektrotransportstrom (Ii) durch die Lebewesenkörperoberfläche (110) zu treiben und einen Körperoberflächenparametersensor, wobei der Sensor wirksam ist, einen Körperoberflächenparameter zu erfassen bzw. zu fühlen, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die einen elektrischen Widerstand (Rv) der Körperoberfläche (110), einen Spannungsabfall (VR) über der Körperoberfläche (110) und einen Elektrotransportstrom (Ii), der durch Körperoberflächen (110) angelegt ist, umfaßt, und wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch:

eine Einstelleinrichtung (214) zum Einstellen eines Steuerausgangs der Schrittweise-Schaltsteuerung, um dadurch die Arbeitsspannung (VW) als Reaktion auf den erfaßten Körperoberflächenparameter einzustellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Leistungsquelle (102) eine Gleichstromleistungsquelle aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Leistungsquelle (102) eine Batterie aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der der Steuerausgang eingestellt ist, um den Elektrotransportstrom (Ii) konstant zu halten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der der Steuerausgang eingestellt ist, um einen Elektrotransportstrom (Ii) anzulegen, der ein vorgegebenes Stromzeitprofil hat.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der erfaßte Körperoberflächenparameter ein Elektrotransportstrom (Ii) ist, der durch die Lebewesenkörperoberfläche (110) angelegt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der erfaßte Körperoberflächenparameter der elektrische Widerstand (Rv) der Lebewesenkörperoberfläche (110) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Lebewesenkörperoberfläche (110) Haut ist und der Körperoberflächenparameter ein Hautwiderstand (Rv) ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Arbeitsspannung (Vw) auf einen minimalen Wert eingestellt ist, der erforderlich ist, um den Elektrotransportstrom (Ii) auf einem spezifizierten Niveau zu halten.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem ersten gesteuerten Schaltmittel (132, 124, 134, 126, 128) zum Verbinden eines Induktors (118) mit der Leistungsquelle (102) für eine Zeit T1, damit der Induktor (118) auf einen augenblicklichen bzw. momentanen Spitzenstrom (Ip) geladen wird und mit einem zweiten gesteuerten Schaltmittel (124, 126, 128, 132, 134) zum Entladen des Stroms in dem Induktor (118) für eine Zeit T2 durch eine unidirektionale gleichrichtende Vorrichtung (120) in einen Glättungs- bzw. Filterkondensator (122).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10 mit einem Sensor zum Erfassen des momentanen Spitzeninduktorstroms (Ip) und mit einem Begrenzer zum Begrenzen des momentanen Spitzeninduktorstroms, um eine Sättigung des Induktors (118) zu vermeiden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 mit einem Zeitgeber (132) zum Begrenzen der Zeit T1.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 mit einem Zeitgeber (132) zum Einstellen der Zeit T2.

14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Arbeits- bzw. Laststromsinkvorrichtung (340, 342, 344, 346, 348) zum Erhalten des Elektrotransportstroms, wenn der Spannungsabfall (Vw) über die Elektroden (308, 310) geringer ist als die Ausgangsspannung (V&sbplus;).

15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Schrittweise-Schaltsteuerung die Ausgangsspannung (V&sbplus;) auf eine Arbeitsspannung (Vw) verstärkt, die ausreichend ist, um den Elektrotransportstrom (Ii) durch die Lebewesenkörperoberfläche (306) zu treiben, nur wenn der Lastwiderstand (R&sub1;) ausreichend groß ist, daß der Spannungsabfall (Vw) über die Elektroden (308, 310) die Versorgungsspannung (V&submin;) übersteigt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Schrittweise-Steuerung auf einen Stromsensor reagiert.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Stromsinkvorrichtung einen Stromerfassungswiderstand (344) in Reihe mit dem Laststrom (II) enthält.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Stromsinkvorrichtung einen Transistor (340) mit Ablauf bzw. Drain und Quelle bzw. Source in Reihe mit dem Laststrom (II) umfaßt, wobei der Transistor (340) ein Gatt bzw. Gate zum Bewirken einer Variation der Impedanz zwischen Drain und Source hat, wobei die Variation auf den Laststrom (II) reagiert und einen Operationsverstärker (346) mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang eines Stromsensors (344) verbunden ist und mit einem zweiten Eingang, der mit einer Referenzspannung (348) verbunden ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Sensor eine Widerstandslast umfaßt, die in Reihe mit der Lebewesenkörperoberfläche verbunden ist und bei der der Elektrotransportstrom, der durch die Lebewesenkörperoberfläche angelegt ist, durch Erfassen, entweder einer Spannung über oder eines Stroms durch die Widerstandslast, bestimmt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das spezifizierte Niveau ein fixiertes vorbestimmtes Niveau ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das spezifizierte Niveau ein zeitveränderliches Niveau ist, das einem vorgegebenen Stromzeitprofil folgt.