DE60132909T2

DE60132909T2 - Implantierbare medizinische vorrichtung zum abgeben einer flüssigkeit

Info

Publication number: DE60132909T2
Application number: DE60132909T
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Stergiopulos
Original assignee: Allergan Medical GmbH
Current assignee: Allergan Medical GmbH
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2021-10-20
Also published as: ATE386560T1; EP1330276A1; DE60132909D1; US20040044332A1; WO2002036184A1; AU2001295350A1; US6974445B2; EP1330276B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine implantierbare medizinische Vorrichtung zur Verabreichung von Medikamenten in flüssiger Form.
Der Stand der Technik weist mehrere Typen von implantierbaren Vorrichtungen auf, die für die Verabreichung von Medikamenten in flüssiger Form konzipiert sind. Zur Veranschaulichung können die folgenden Patentdokumente erwähnt werden: EP-A-409511 , US 4673391 , WO 87/04629 , WO 99/56803 , US 5088983 , EP-B-532561 , EP-A-420620 und US 4299220 .
Meist weisen diese Vorrichtungen ein Reservoir auf, das dazu bestimmt ist, die Flüssigkeit zu enthalten, ehe diese mittels einer Leitung, zum Beispiel eines Katheters, an die zu behandelnde Stelle gebracht wird. Bei mehreren Vorrichtungen, und insbesondere denjenigen, die in US 5088983 , WO 87/04629 , US 4299220 und EP 0387439 A1 beschrieben sind, ist das Reservoir elastisch, was unter bestimmten Bedingungen des innerhalb und/oder außerhalb des Reservoirs herrschenden Drucks den passiven Ausstoß der im Inneren des Reservoirs enthaltenen Flüssigkeit ermöglicht.
Um die Regulierung des Durchsatzes der unter solchen Bedingungen ausgestoßenen Flüssigkeit zu verbessern, wurden verschiedene Flussregler entwickelt.
Die in der US 4299220 beschriebene Vorrichtung ist durch einen Durchsatzregler gekennzeichnet, der eine Kammer mit veränderlichem Volumen, die aus einer als Ventil dienenden Membran besteht, und eine Leitung aufweist, die das Reservoir mit der Kammer mit variablem Volumen verbindet, wobei die Leitung einen oder mehrere Durchsatzbegrenzer aufweist, deren Länge in Abhängigkeit von dem Durchsatz gewählt wird, den man einrichten möchte. Je nach den vordefinierten Druckbedingungen in der Kammer mit variablem Volumen lässt das von der Membran gebildete Ventil den Durchgang von Flüssigkeit zur zu behandelnden Stelle zu oder verhindert ihn.
Mir den Vorrichtungen des Stands der Technik, wie sie oben beschrieben wurden, ist es zur Definition der zu verabreichenden Medikamentmenge immer notwendig, auf ein Ventil oder ein ähnliches System zurückzugreifen, das man hinter dem Durchsatzregler anordnet. Die Präzision des zu verabreichenden Medikamentvolumens hängt also hauptsächlich von der Präzision der Steuerung des Ventils oder des ähnlichen Systems ab. Eine perfekte Steuerung kann mit den Vorrichtungen des Stands der Technik aber nicht gewährleistet werden, die Ungewissheit, die auf dieser Ebene verbleibt, bedingt, dass das zu verabreichende Medikamentvolumen nicht mit zufriedenstellender Präzision festgelegt werden kann. Dieses Problem ist besonders bedeutend bei Therapien, die die Verabreichung eines sehr präzisen Volumens von Medikamenten erfordern.
Die vorliegende Erfindung hat unter anderem zum Ziel, diesen Nachteil zu beheben, indem sie eine Vorrichtung vorschlägt, die eine verbesserte Steuerung des zu verabreichenden Flüssigkeitsvolumens zur zu behandelnden Stelle bietet. Sie bezieht sich auf eine implantierbare Vorrichtung zur Verabreichung von Medikamenten in flüssiger Form, die aufweist:

– ein Reservoir, das mit einer Eingangsöffnung und mit einer Ausgangsöffnung versehen ist, wobei das Reservoir geeignet ist, um Flüssigkeit auszustoßen,
– eine Kammer mit variablem Volumen, die mit einer Eingangsöffnung und mit einer Ausgangsöffnung versehen ist, wobei das Volumen der Kammer mit variablem Volumen deutlich kleiner ist als dasjenige des Reservoirs,
– eine erste Leitung, die die Ausgangsöffnung des Reservoirs mit der Eingangsöffnung der Kammer mit variablem Volumen verbindet, um ein Füllen dieser letzteren zu gewährleisten, wobei die erste Leitung Unterbrechungs- und Öffnungsmittel für das Fließen der Flüssigkeit aufweist,
– eine zweite Leitung, deren eines Ende mit der Ausgangsöffnung der Kammer mit variablem Volumen verbunden ist.

Die Originalität der Erfindung liegt hauptsächlich darin, dass:

– die zweite Leitung kein Ventil oder eine beliebige andere ähnliche Vorrichtung aufweist, die es ermöglicht, das zu verabreichende Volumen zu bestimmen,
– die Kammer mit variablem Volumen geeignet ist, um ein vordefiniertes Volumen an Flüssigkeit ab dem Moment auszustoßen, in dem ihre Ausdehnung einen bestimmten Wert erreicht hat.

Wie man nachfolgend feststellen kann, und im Gegensatz zu den Vorrichtungen des Stands der Technik, hängt im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Bestimmung des zu verabreichenden Volumens nicht von einem Ventil oder ähnlichen Mitteln ab, die hinter der Kammer mit variablem Volumen angeordnet sind.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von den Vorrichtungen des Stands der Technik insbesondere dadurch, dass die Verabreichung des Medikaments durch eine Folge von kleinen Volumen V_exp erfolgt. Unter einem "kleinen Volumen" muss ein Volumen verstanden werden, das sehr viel kleiner ist als dasjenige des Reservoirs, vorzugsweise mindestens 5 Mal kleiner.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Bewegung der Kammer mit variablem Volumen mit Hilfe von Begrenzern zwischen zwei Werten V_inf und V_sup gehalten. Bei einer solchen Konfiguration ist das ausgestoßene Volumen V_exp dann gleich V_sup–V_inf In einer anderen Ausführungsform kann die Stellung der Begrenzer variiert werden, was es für die gleiche Vorrichtung ermöglicht, das ausgestoßene Volumen V_exp zu wählen, das für die Behandlung am besten geeignet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der folgenden Figuren beschrieben:
1 stellt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar;
2 ist eine Grafik, die den Durchsatz der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Zeit darstellt.
Die in 1 dargestellte, implantierbare Vorrichtung (1) weist ein elastisches Reservoir (2) in Form eines Faltenbalgs auf, das dazu bestimmt ist, das Medikament in flüssiger Form aufzunehmen, das durch eine Eingangsöffnung (3) eingeführt wird. Letztere kann aus einem Septum bestehen, wobei das Medikament dann mittels einer Spritze (4) eingeführt wird, deren Nadel das Septum durchbohrt.
Das Reservoir ist über eine mit einem Ventil (7) versehene Leitung (6) mit einer Kammer mit variablem Volumen (5) verbunden. Die Kammer mit variablem Volumen (5), deren Volumen beträchtlich kleiner ist als dasjenige des Reservoirs (2), hat ebenfalls die Form eines Faltenbalgs. Eine zweite Leitung (8) ist über eines ihrer Enden mit der Ausgangsöffnung (12) der Kammer mit variablem Volumen verbunden, während das andere Ende der zweiten Leitung (8) zur zu behandelnden Stelle hin mündet.
Zwei Begrenzer (9, 14) sind so angeordnet, dass sie die Volumenänderung der Kammer mit variablem Volumen (5) zwischen einem unteren Volumen V_inf mittels des unteren Begrenzers (9) und einem oberen Volumen V_sup mittels des oberen Begrenzers (14) begrenzen.
Das auf der ersten Leitung (6) angeordnete Ventil (7) kann auf verschiedene Weise aktiviert werden. Vorzugsweise muss es sich schließen, wenn die Ausdehnung der Kammer mit variablem Volumen (5) einen bestimmten Wert erreicht hat. Diese Aktivierung kann elektronisch oder mechanisch durchgeführt werden. Zu diesem Zweck kann man zum Beispiel vorsehen, dass ein Sensor, der sich auf der Begrenzerfläche (14) befindet, ein Signal an ein Steuergehäuse (15) sendet, das anschließend den Schließmechanismus des Ventils (7) auslöst, wenn die Kammer mit variablem Volumen ein gewisses Volumen erreicht hat, oberes Volumen V_sup genannt. Das Steuergehäuse (15) kann ebenfalls eine telemetrische Funktion für den Empfang von telemetrischen Signalen (durch Funk oder anderes) ausüben, die von außen gesendet werden und dazu dienen, die Steuer- und Betriebsparameter des Geräts zu übertragen. Solche Parameter sind zum Beispiel die Periode des Öffnungs-/Schließzyklus des Ventils (7) und die Stellung der Begrenzer (9, 14).
Das Betriebsprinzip der in 1 gezeigten Vorrichtung ist wie folgt:
In einem ersten Schritt wird das elastische Reservoir (2) mittels einer Spritze (4) gefüllt, wobei das Ventil (7) geschlossen ist. Ab einem bestimmten Ausdehnungsgrad des elastischen Reservoirs (2) ist dessen Rückstellkraft derart, dass die Flüssigkeit in die Leitung (6) ausgestoßen werden kann.
Wenn das Ventil (7) offen ist, wird die Flüssigkeit zur Kammer mit variablem Volumen (5) transportiert. Sobald das obere Volumen V_sup der Kammer mit variablem Volumen erreicht ist, schließt sich das Ventil (7) und die Flüssigkeit wird durch die Rückstellkraft der Kammer mit variablem Volumen (5) in der zweiten Leitung (8) zur zu behandelnden Stelle transportiert.
Wenn die Kammer mit variablem Volumen (5) sich auf ihrem unteren Volumenpegel V_inf befindet, gibt es keinen Ausstoß von Flüssigkeit mehr aus ihr hinaus. Am Ende eines Zeitintervalls Δt, das in Abhängigkeit von der gewünschten Dosierung bestimmt wird, öffnet das Ventil (7) sich erneut, und der oben beschriebene Prozess wird wiederholt. Die Verabreichung des Medikaments wird also durch eine Folge von Ausstößen von Dosen hergestellt, deren Volumen V_exp = V_sup – V_inf genau bekannt ist. Daraus folgt, dass die Gesamtmenge des zu verabreichenden Medikaments mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr genau bestimmt werden kann.
2 stellt ein grafisches Beispiel des Betriebs des Geräts dar. Der linke Teil des Graphs zeigt die Veränderung des Volumens des elastischen Reservoirs (2) V_d und diejenige des Volumens der Kammer mit variablem Volumen (5) V_c während 10 Betriebszyklen des Geräts. In diesem Beispiel ist die Periode jedes Zyklus eine Stunde, das Anfangsvolumen des elastischen Reservoirs (2) V_d beträgt 30 ml, und sinkt auf 5 ml, wenn die gesamte Flüssigkeit ausgestoßen ist, das obere V_sup und das untere Volumen V_inf der Kammer mit variablem Volumen (5) betragen 0,5 ml bzw. 0,2 ml. Das aus der Kammer mit variablem Volumen in jedem Betriebszyklus ausgestoßene Volumen V_exp beträgt also 0,3 ml, was einen mittleren Durchsatz von ausgestoßener Flüssigkeit von V_exp/T ergibt, d. h. 0,3 ml/Stunde. Die Nachgiebigkeit des elastischen Reservoirs (2) beträgt 0,1 ml/mmHG, während diejenige der Kammer mit variablem Volumen (5) 0,02 ml/mmHG beträgt. Der Widerstand am Eingang der Kammer mit variablem Volumen (5) beträgt 20000 mmHg/(ml/s), während der Ausgangswiderstand sich auf 100000 mmHg/(ml/s) beläuft.
Zusammengefasst müssen die Parameter so gewählt werden, dass der Druck im elastischen Reservoir (2) immer höher ist als derjenige in der Kammer mit variablem Volumen (5), um ein ausreichendes Füllen und einen ausreichenden Druck in der Kammer mit variablem Volumen (5) zu gewährleisten, um einen Ausstoß von Flüssigkeit aus dieser hinaus zu erlauben.
Der rechte Teil der 2 zeigt zwei Vergrößerungen ihres linken Teils, nämlich die Veränderung der Volumen V_d und V_c während eines Betriebszyklus. Die Punkte A und V entsprechen dem Öffnungs- und Schließmoment des Ventils (7). Der Punkt C entspricht dem Moment, in dem der Ausstoß der Flüssigkeit durch die Kammer mit variablem Volumen (5) vom Begrenzer (9) unterbrochen wird.
Es muss betont werden, dass beim Füllen der Kammer mit variablem Volumen (5) eine winzige Menge von Flüssigkeit direkt in die zweite Leitung (8) übergehen kann, so dass in jedem Zyklus außer dem ausgestoßenen Volumen V_exp ein zusätzliches Volumen verabreicht wird. Dieses zusätzliche Volumen ist minimal, wenn die Füllphase der Kammer mit variablem Volumen (5) sehr kurz ist im Vergleich mit der Ausstoßphase der Flüssigkeit (d. h. die Zeit zwischen den Punkten A und B ist sehr viel kürzer als die Zeit zwischen den Punkten B und C). In manchen Fällen kann es sich als nützlich erweisen, dieses zusätzliche Volumen zu minimieren oder sogar zu unterdrücken, um die Menge an zu verabreichendem Medikament so präzise wie möglich zu bestimmen. Dies kann durchgeführt werden, indem eine zweite Leitung (8) verwendet wird, deren Widerstand gegen das Fließen der Flüssigkeit deutlich größer ist als derjenige der ersten Leitung (6). Alternativ oder außerdem kann man vorsehen, ein Ventil vom Typ ON/OFF auf der zweiten Leitung (8) vorzusehen, wobei letzteres sich schließt, wenn das Ventil (7) des ersten Leitung (6) sich öffnet.
Es muss betont werden, dass ein zur zu behandelnden Stelle ausgestoßenes Volumen V_exp mit einem hohen Präzisionsgrad bekannt ist. Seine Bestimmung wird nämlich durch eine statische Methode durchgeführt, d. h. die Messung der Differenz zwischen dem oberen Volumen V_sup und dem unteren Volumen V_inf, wobei diese zwei Volumen indirekt durch die Stellung der Begrenzer (9, 14) bekannt sind.
Falls die Vorrichtung keine Begrenzer enthält, kann das ausgestoßene Volumen in der Fabrik bestimmt werden.
Abgesehen davon, dass V_exp sehr präzise festgelegt werden kann, wird der wert Δt mit einem hohen Präzisionsgrad bestimmt. Dadurch wird es möglich, die genaue Medikamentmenge, die tatsächlich verabreicht wird, sowie den mittleren Verabreichungsdurchsatz vorherzusehen. Dagegen wird bei den Vorrichtungen des Stands der Technik die Bestimmung des ausgestoßenen Volumens durch dynamische Messung durchgeführt, d. h. in Abhängigkeit vom Durchsatz und von der Öffnungszeit des Ventils. Die Kenntnis des ausgestoßenen Volumens kann in diesem Fall nur ungenauer sein.
Im Prinzip ist die mittlere Durchflussmenge der ausgestoßenen Flüssigkeit gleich V_exp/T, wobei dieser Wert selbst gleich der Volumenänderung des Reservoirs (2) V_d bezüglich der Zeit ist. Es ist also möglich, einen Sensor zu verwenden, der mit großer Präzision das Volumen V_d zu jeder Zeit misst, um eine Sicherheitsüberwachung des mittleren Durchsatzes durchzuführen.
Es ist anzumerken, dass die Erfindung nicht auf elastische Reservoirs begrenzt ist, die die Flüssigkeit passiv ausstoßen. Man kann genauso gut ein System konzipieren, bei dem das Reservoir in einem mit einem Gas gefüllten Hohlraum angeordnet ist und der Druckanstieg des Gases in dem Hohlraum das Volumen des Reservoirs verringert, um die Flüssigkeit auszustoßen. Es ist außerdem nicht notwendig, auf ein elastisches Reservoir zurückzugreifen, jedes implantierbare Reservoir, das mit einem Ausstoßsystem für die Flüssigkeit versehen ist, kann in Betracht gezogen werden.
In gleicher Weise hat die Kammer mit variablem Volumen nicht unbedingt die Form eines Faltenbalgs. Man kann zum Beispiel einen Ballon verwenden, dessen Nachgiebigkeit bei seinem Füllen hoch ist und praktisch Null ist, wenn er gefüllt ist.
Es ist schließlich noch anzumerken, dass die Anzahl von mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten elastischen Reservoirs unbegrenzt ist. Man kann durchaus in Betracht ziehen, mindestens zwei Reservoirs zu verwenden, die je ein anderes Medikament enthalten, wobei das öffnen jedes Reservoirs nacheinander und/oder abwechselnd oder gleichzeitig erfolgt, wenn die zwei Medikamente vor ihrer Verabreichung gemischt werden müssen.
Bei einer solchen Konfiguration kann ein einziges Mehrfachventil verwendet werden, wobei jedes elastische Reservoir mit dem Mehrfachventil verbunden wird.

Claims

Implantierbare Vorrichtung (1) zur Verabreichung von Medikamenten in flüssiger Form, die aufweist: – ein Reservoir (2), das mit einer Eingangsöffnung (3) und mit einer Ausgangsöffnung (10) versehen ist, wobei das Reservoir (2) geeignet ist, um Flüssigkeit auszustoßen, – eine Kammer mit variablem Volumen (5), die mit einer Eingangsöffnung (11) und mit einer Ausgangsöffnung (12) versehen ist, wobei das Volumen der Kammer mit variablem Volumen (5) deutlich kleiner ist als dasjenige des Reservoirs (2), – eine erste Leitung (6), die die Ausgangsöffnung (10) des Reservoirs (2) mit der Eingangsöffnung (11) der Kammer mit variablem Volumen (5) verbindet, um ein Füllen dieser letzteren zu gewährleisten, wobei die erste Leitung (6) Unterbrechungs- und Öffnungsmittel für das Fließen der Flüssigkeit (7) aufweist, – eine zweite Leitung (8), deren eines Ende mit der Ausgangsöffnung (12) der Kammer mit variablem Volumen (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass: – die zweite Leitung (8) kein Ventil oder eine andere ähnliche Vorrichtung aufweist, die es ermöglicht, das zu verabreichende Volumen zu bestimmen, – die Kammer mit variablem Volumen (5) geeignet ist, um ein vordefiniertes Volumen (V_exp) an Flüssigkeit ab dem Moment auszustoßen, in dem ihre Ausdehnung einen bestimmten Wert erreicht hat.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungsmittel (7) strukturell geeignet sind, um in dem Moment aktiviert zu werden, in dem die Ausdehnung der Kammer mit variablem Volumen (5) einen bestimmten Wert erreicht hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsmittel (7) strukturell geeignet sind, um in regelmäßigen Zeitintervallen (Δt) aktiviert zu werden, so dass der Transport der Flüssigkeit aus der Kammer mit variablem Volumen durch eine Folge von Ausstößen mit vordefinierten Volumen (V_exp) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand gegen das Fließen des Fluids in der zweiten Leitung (8) deutlich größer ist als derjenige der ersten Leitung (6).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (8) Unterbrechungsmittel der Flüssigkeit vom Typ ON/OFF aufweist, die so konzipiert sind, dass sie das Fließen der Flüssigkeit anhalten, wenn die Öffnungsmittel (7) aktiviert werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Reservoirs (2) mindestens 5 mal größer ist als dasjenige der Kammer (5).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Volumenbegrenzer (9, 14) aufweist, die dazu bestimmt sind, das ausgestoßene Volumen (V_exp) zu definieren.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Begrenzer (9, 14) variabel ist.