JP4165659B2 - 安全性が改良され、乱用可能性が低下した電気的移送式投与デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、改良された安全性と低下した乱用可能性とを有する、治療剤(例えば、薬物)を投与するための電気的移送式デバイスに関する。特に、本発明のデバイスは皮膚又は粘膜を通しての電気的移送によって身体へ作用剤を投与するように予定される。
背景技術
本明細書で用いる“電気的移送”なる用語は、例えば皮膚、粘膜又は爪のような膜を通しての作用剤(例えば、薬物)の投与を意味する。投与は電位の印加によって誘導又は助成される。例えば、有効な治療剤を電気的移送によって人体の全身循環系に導入することができる。広範囲に用いられる電気的移送式プロセス、電気移動法(イオン導入法とも呼ばれる)は、荷電イオンの電気的に誘導される移送を含む。他の種類の電気的移送である電気的浸透(electroosmosis)は液体の流動を含む。この液体は電界の影響下で投与されるべき作用剤を含有する。さらに別の種類の電気的移送であるエレクトロポレーション(electroporation)は電界の適用による生物学的膜における一時的に存在する孔の形成を含む。作用剤は孔を通して受動的に(即ち、電気的補助なしに)又は能動的に(即ち、電位の影響下で)投与されることができる。しかし、いずれの特定の電気的移送プロセスにおいても、これらのプロセスの1つより多くがある程度同時に生ずることができる。したがって、本明細書で用いる電気的移送なる用語は、作用剤(単数又は複数)が実際に移送される特定の機構(単数又は複数)に関係なく、荷電作用剤及び無荷電作用剤又はこれらの混合物の電気的に誘導又は強化された移送を包含するように、その最も広い、可能な解釈を与えられるべきである。
電気的移送式デバイスは、皮膚、爪、粘膜又は身体の他の表面の一部と電気的に接触する少なくとも2個の電極を用いる。一般に“ドナー”又は“アクティブ”電極と呼ばれる、1つの電極は、それから作用剤が身体中に投与される電極である。典型的に“カウンター”又は“リターン”電極と呼ばれる、他方の電極は、身体を通して電気回路を閉じるために役立つ。例えば、投与されるべき作用剤が正に荷電する、即ち、カチオンである場合には、アノードはアクティブ又はドナー電極であり、カソードは回路を完成するために役立つ。或いは、作用剤が負に荷電する、即ち、アニオンである場合には、カソードがドナー電極になる。さらに、アニオンとカチオンの両方の作用剤イオンを又は非荷電の溶解した作用剤を投与すべき場合には、アノードとカソードの両方をドナー電極と見なすことができる。
さらに、電気的移送式投与系は一般に身体に投与されるべき作用剤の少なくとも1個の溜め又はソースを必要とする。このようなドナー溜めの例は、ポウチ、キャビティ、多孔質スポンジ又はパッド、及び親水性ポリマー又はゲルマトリックスを包含する。このようなドナー溜めはアノード又はカソードと体表とに電気的に接続し、これらの間に配置されて、1種以上の作用剤又は薬物の固定した又は再生可能なソースを形成する。電気的移送式デバイスは例えば1個以上のバッテリーのような電力源をも有する。典型的に、電源の1極はドナー電極に電気的に接続し、反対極はカウンター電極に電気的に接続する。さらに、幾つかの電気的移送式デバイスは電極を通して印加される電流を制御する電気的制御器を有して、それによって作用剤の投与速度を制御する。さらに、受動的な流動制御膜(passive flux control membrane)、デバイスを体表に接触維持するための接着剤、絶縁性膜及び不透性バッキング膜が電気的移送式デバイスの考えられる他の幾つかの要素である。
全ての電気的移送式作用剤投与デバイスは、米国特許第4,474,570号においてAriura等によって開示されるような非常に簡単なデバイスにおいて電源(例えば、バッテリー)と電極とを電気的に接続するために電気回路を用いる、この“回路”はバッテリーを電極に接続するために用いられる導電性ワイヤであるに過ぎない。他のデバイスは電源によって供給される電流の振幅、極性、タイミング、波形等を制御するために種々な電気的要素を用いる。例えば、McNichols等に発行された米国特許第5,047,007号を参照のこと。
現在、商業的な薬物経皮イオン導入式薬物投与デバイス(例えば、Phoresor、Iomed社(ユタ州,サルトレイクシティ)によって販売;Dupal Ionotophoresis System、Empi社(メネソタ州,セントポール)によって販売;Webster Sweat Inducer,モデル3600、Wescor社(ユタ州,ローガン)によって販売)は一般にデスクトップ型電源ユニットと皮膚接触電極対とを用いている。ドナー電極は薬物溶液を含み、カウンター電極は生体適合性の電解質塩の溶液を含有する。“サテライト”電極は長い(例えば、1〜2m)導電性ワイヤ又はケーブルによって電源ユニットに接続される。“サテライト”電極アセンブリを用いるデスクトップ型電源ユニットの例はJacobsen等の米国特許第4,141,359号(図3と4参照);LaPradeの米国特許第5,006,106号(図9参照);及びMaurer等の米国特許第5,254,081号(図1と2参照)に開示される。
さらに最近では、皮膚に、時には衣服の下にさりげなく長時間にわたって着用されるのに適した小型自給式電気的移送式投与デバイスが提案されている。このような小型化されたイオン導入式薬物投与デバイス中の電気的要素も小型化されるのが好ましく、集積回路(マイクロチップ)又は小型印刷回路のいずれかの形状であることができる。例えば、バッテリー、抵抗器、パルス発生器、キャパシター等のような電子的要素が電気的に接続されて、電源によって供給される電流の振幅、極性、タイミング、波形等を制御する電子回路を形成する。このような小型自給式電気的移送式投与デバイスは、例えばTapperの米国特許第5,224,927号;Haak等の米国特許第5,203,768号;Sibalis等の米国特許第5,224,928号;及びHaynes等の米国特許第5,246,418号に開示される。投与されるべき薬物をそれらの中に既に含んで製造される小型自給式電気的移送式投与デバイスに特に関する1つの問題は、長期間のデバイス貯蔵後の考えられる効力低下である。バッテリーとその他の電子的要素を用いる電気的移送式デバイスでは、全ての要素は種々な保存寿命を有する。例えば、これらの小型投与デバイスに電力を供給するために用いられるバッテリーが徐々に劣化することが知られるならば、薬物投与速度は規格から逸れる可能性がある。この考えられるデバイス効力低下を防止するためにデバイス製造後のある一定期間(例えば、数か月間)に投与デバイスの有効寿命を限定するための手段を有することが有利であると考えられる。
電気的移送法又はより伝統的な投与法(dosing)のいずれによっても、治療剤の投与は時にはある一定の患者に望ましくない反応を惹起する可能性がある。これらの反応は心拍数の変化、体温の変化、発汗、震え等を包含する、多くの形態をとる可能性がある。このような“望ましくない”反応に直面したときに電気的移送式薬物投与デバイスを自動的にかつ永久的に無効にすることが有利であると考えられる。
麻酔性及びその他の精神活性薬物の経口的ルート又は非経口的ルートによる乱用の可能性は周知である。例えば、合成麻酔薬フェンタニールの乱用の可能性は、それが薬物に接近する麻酔科医その他の病院従業者の主要な死因になっているほど大きい。これらの物質の乱用を防止するために、乱用可能な物質に、この薬物の投与が予定された目的である他の治療利益を除去することなく、この物質の乱用に関連した“ハイの状態(high)”を除去するために充分な量の乱用可能物質アンタゴニストを組合せる投与形を形成することが提案されている。例えば、本明細書に援用される米国特許第4,457,933号、第3,493,657号及び第3,773,955号を参照のこと。
皮膚又は粘膜、即ち、鼻腔粘膜、膣粘膜、口腔粘膜若しくは直腸粘膜に薬物を直接投与することによって、多くの薬物が身体に投与されることができる。例えば、Gale等の米国特許第4,588,580号を参照のこと。これらの薬物は電気的移送によって身体に投与されることもできる。本明細書に援用される、Theeuwes等の米国特許第5,232,438号を参照のこと。例えば麻酔性鎮痛薬(narcotic analgesic pain killing drug)のような乱用可能な薬物を投与するように予定される電気的移送式デバイスも乱用を受けやすいと考えられる。
特定の患者が痛みを抑制するために必要とする薬物投与レベルに依存して、デバイスが廃棄されるときに投与デバイス中にかなりの薬物量が残される可能性がある。慣用的な電気的移送式デバイスが廃棄されるときに、このデバイスが回収されて、残留薬物を投与するために再使用される(乱用者によって)ことが考えられる。
デバイス又は投与される乱用可能物質の予定される治療効力を減ずることなく、デバイスの乱用可能性を減ずる条件下でこのようなデバイスを利用可能にすることが明らかに望ましいと考えられる。
発明の開示
予め確立された規格(pre-established specification)に従った薬物投与の安全性、効力及び確実性を改良された電気的移送によって体表(例えば、皮膚)を通しての薬物を投与するためのデバイス及び方法を提供することが、本発明の目的である。
電気的移送によって身体に薬物を投与するためのデバイス及び方法であって、乱用の可能性が低いデバイス及び方法を提供することが、本発明の他の目的である。
本発明は、上記必要性を満たすための自動的かつ不可逆的な電流停止手段を有する、電気的移送式デバイスとその操作方法を提供する。
本発明の1実施態様は、永久的かつ不可逆的な停止手段を始動させるタイマーを備える。これは(i)予定の短期間(例えば、1時間又は1日間)、(ii)予定の中程度の期間(例えば、数日間又は1週間以上)又は(iii)予定の長期間(例えば、デバイスの製造後数か月間又は数年間)後に投与電流を永久的かつ不可逆的に停止させる。
本発明の他の実施態様は、投与回数を数えて、所定の投与回数の投与後に電気的移送式デバイスを永久的に停止するためのカウンターを備える。これは所定投与回数に配分された治療剤を消耗する前にデバイスの停止を生じさせる。
本発明のさらに他の実施態様は、投与の最初の開始後のかなり長い時間電流が中断されたときに投与電流を永久的に停止する手段を備える。これはデバイスが意図された患者からひと度取り出されたならば、デバイスを永久的に停止して、許可されない人によるその後の使用(例えば、乱用)を防止することを可能にする。
本発明のさらなる実施態様は、感知された身体パラメータが何らかの所定限界を越える場合に、投与電流を永久的に停止する手段を備える。
本発明のさらに他の実施態様は、複数個の使い捨て式及び/又は一回使用式薬物含有要素と共に用いられるために適した再使用可能な要素を有する電気的移送式投与デバイスの使い捨て式及び/又は一回使用式薬物含有要素の作用性(operability)を永久的に停止する手段を備える。使い捨て式及び/又は一回使用式要素はもろい電気回路接続を破壊することによって、永久的に停止される。使い捨て式及び/又は一回使用式要素が再使用可能な要素から切断されると、もろい電気回路接続は自動的に破壊される。
本発明のさらに他の実施態様は、導電性であるが、デバイスの所定作用期間中に電気化学的に消耗される物質から成る導電性部材を有する回路を含む。この物質がひと度電気化学的に消耗されたならば、この物質が消耗されたことをセンサーが感知して、永久的かつ不可逆的にデバイスを停止させる停止シグナルを発生するように、回路が破壊されるか又は電圧が有意に変化する。所定期間が経過した後に又は所定電荷量が患者に転送された後に、デバイスの電源を切る(turn off)ために、好ましくは、一定レベルの電流を供給する電気的移送式デバイスの場合にはタイマー又は経時的に変化する電流レベルを供給する電気的移送式デバイスの場合には電流インテグレーター(current integrator)も備えられる。このようにして、タイマー又は電流インテグレーターはデバイスの電流出力を停止するための主要手段として作用し、電気化学的に消耗される物質はデバイスの電流出力を停止するための二次的な又はバックアップ手段として作用する。
【図面の簡単な説明】
本発明の目的及び利点をさらに理解するために、添付図面と共に、下記の詳細な説明を参照すべきである、図面において同様な部品には同様な参照数字を与える:
図1は、本発明による永久的停止手段を操作するタイマーを有する電気的移送式デバイスの概略図である。
図2は、本発明による永久的停止手段を操作するカウンターを有する電気的移送式デバイスの概略図である。
図3は、デバイスの製造後の所定期間後にデバイスを永久的に停止するためのタイマーを有する電気的移送式デバイスの概略図である。
図4は、デバイスを永久的に停止するためにバッテリー電源を迅速に放電させるためのシリコーン制御整流器(SCR)を有する電気的移送式デバイスの概略図である。
図5は、デバイスを永久的に停止するために投与電極からの投与電流をシャントする(shunting)ために電界効果形トランジスタ(FET)を有する電気的移送式デバイスの概略図である。
図6は、身体パラメータが何らかの所定限界を超えるときに、デバイスを永久的に停止するための身体パラメータ感知・比較回路を有する電気的移送式デバイスの概略図である。
図7は、デバイスの製造後の所定期間にわたって投与電流が中断された場合に、デバイスを永久的に停止するための回路を有する電気的移送式デバイスの概略図である。
図8は、所定量の電流がデバイスによって供給された後に電気的移送式デバイスを永久的に停止するための電流積分制限回路の概略図である。
図9は、もろい導電性部材を包含する電気接続回路を有する使い捨て式及び/又は一回使用式電極アセンブリの分解組み立て透視図である。
図10は、酸化性/還元性導電性被膜を有する非導電性物質から成る電極を有する使い捨て式及び/又は一回使用式電極の側断面図である。
発明の実施態様
本発明は一般に、電気的移送式薬物投与の安全性と効力とを強化するために用いられる装置(例えば、電気回路)に関する。電気的移送によって投与される薬物が乱用可能性(abusable)薬物(例えば、麻酔性鎮痛薬)である、特定の1実施例では、本発明は電気的移送式投与デバイスの許可されない使用の可能性を限定することによって安全性を強化する。本発明のこの特定の実施態様が低下させることを目的とする乱用可能性は、電気的移送以外の投与形式(例えば、電気的移送式デバイスの薬物溜めから取り出された薬物の注射又は摂取)による薬物溜め組成物の使用に関連した乱用可能性ではない。その代わりに、本明細書で言及される乱用可能性とは、その治療用に意図されたと同じ投与形式で本発明の電気的移送式デバイスを不法に、処方されずに又は気晴らしのために使用することに関する。特定の乱用可能性を有する薬物は天然若しくは合成の麻酔薬及び他の精神活性物質を包含する。このような薬物の代表的なものは、非限定的に、例えばフェンタニール、スフェンタニール、カルフェンタニール、ロフェンタニール、アルフェンタニール、ヒドロモルフォン、オキシコドン、プロポキシフェン、ペンタゾシン、メタドン、チリジン、ブトルファノール、ブプレノルフィン、レボルファノール、コデイン、オキシモルホン、メペリジン、ジヒドロコデイノン及びコカインのような、鎮痛薬である。
電気的移送式薬物投与の技術分野に熟練した人々は、本発明が許可されない使用/乱用の可能性を単に制限するだけではなく有意に広範囲な用途を有することを容易に理解するであろう。例えば、本発明を用いて、所定の保存寿命内で操作される、それ故、まだ効力を有する電気的移送式投与デバイスのみが確実に用いられるようにすることができる。本発明はまた、薬物投与速度がまだ仕様(supecification)通りであることを保証するために、デバイスの薬物溜め内の薬物が消耗する前に電気的移送式投与デバイスを停止するためにも用いることができる。本発明は、薬物に対する望ましくない反応を経験した患者への電気的移送式薬物投与を自動的に停止するためにも用いることができる。
次に、図1では、数字20によって一般的に表示される電気的移送式投与デバイスを示す。デバイス20は電源22と、電流発生及び制御回路24と、作動/停止回路26とを包含する。回路26は本発明による永久的な不可逆的停止機能を包含する。デバイス20は患者の体表(例えば、皮膚)34と接触するための電流出力電極30、32をも包含する。電極30、32は電流制御回路24に接続する。デバイス20は任意に負荷電流感知回路28を包含することができる。
電源22(バッテリーとして表示)はDC供給電圧Vccを生じる。電流発生及び制御回路24、作動/停止回路26及び感知回路28は、Vccとして表示される電源22の1端子から電力を得、デバイス20のアース44にリターン接触する(return connections to a ground 44)(図示せず)。
電極30、32は液体、ゲル又は他の適当な形状の1種以上の治療剤を含有するように構成されることができる。電極30、32の少なくとも一方は投与されるべき治療剤を含有する。電極30、32は接着性オーバーレイによって又は皮膚に受動的経皮投与デバイスを固定するために用いられる慣用的方法のいずれかによって患者上の適所に維持されることができる。
本発明の電気的移送式投与デバイスは身体の輪郭に適合するために充分に可撓性であることが好ましい。図1に説明するデバイスは、特定のサイズ又は形状に限定されないが、典型的に約5〜10cmの長さ、約2〜5cmの幅、約0.5〜3cmの厚さを有する。電極30、32の総合皮膚接触面積は1cm2未満から200cm2を越えるまでの変化することができる。しかし、平均的デバイスは約5〜50cm2の範囲内の総合皮膚接触面積を有する電極を有する。構成された状態で、電極30、32を有するデバイス20は電極30、32を人体に施用するような時まで開放回路を形成し、人体に施用されたときにヒトの組織を通しての回路が電極30、32の間に完成される。
作用剤投与の作動
電流制御回路24は電流出力電極30、32を有する。電極30、32は、負荷電流ILが電極30、32と皮膚34とを通って流れるときに、対象の皮膚34を通って1種以上の治療剤が電気的補助投与されるように構成される。回路24は電極30、32を通して出力電流ILを作動及び停止させるための制御入力36をも有する。回路24は、シグナル36がロー(low)の状態に留まる限り、負荷電流ILが出力されないように構成される。回路24は、シグナル36がハイになるときに当面の(at hand)治療の必要条件によって指示されるような、例えばDC、AC、パルス化DC、パルス化AC、又は任意の適当な波形組合せのような、1種以上の電流を発生させるように構成される。シグナル36に対するハイレベルの作動について以下に説明する。
作動/停止回路
本発明の1実施態様では、作動/停止回路26はVccから抵抗器42の1端子に接続したユーザー始動スイッチ(user activated switch)38を包含する。抵抗器42の他方の端子は系アース44に接続する。
パワーオンリセット回路(power on reset circuit)(POR)48は入力シグナル46と、出力シグナル50を有する。POR回路48が電源22に接続されると、POR回路48はポジティブゴーイングシグナル(positive going signal)46によって始動される。これはデバイス20が製造されたときに典型的に生じる。POR回路48は短い遅延時間後にシグナル50にハイレベルを惹起する。シグナル50はハイ状態になるとフリップフロップ(FF)52上のリセットrを始動させる。FF52のリセットrはFF52の相補的出力シグナル54をハイ状態にさせる。シグナル54のハイレベルは2−入力ANDゲート56の1入力を作動させる。
抵抗器42の端子40はANDゲート56の他方の入力に接続する。スイッチ38の閉塞はシグナル40にハイレベルを惹起する。シグナル40とシグナル54とのハイレベルの組合せはANDゲート56にシグナル36のハイレベルを出力させる。シグナル36のハイレベルは電流発生及び制御回路24を作動させて、電極30、32が皮膚34に適当に接触するときに治療剤を投与するために電極30、32を介して適当な電流波形ILを供給する。
電極30、32の少なくとも一方から皮膚34を通しての治療剤の投与は、電極30、32が皮膚34から除去されるまで又は電流発生及び制御回路24が停止されるまで続く。
電流発生及び制御回路24は、スイッチ38が閉鎖される毎に所定投与量の治療剤が所定期間Tdelにわたって投与されるように、スイッチ38を始動させた後の所定時間Tdelにわたって所定電流波形ILを投与するためのプレセットタイマー(preset timer)(図示せず)をも包含する。これはデバイス20を装着した患者に、必要に応じて痛覚緩和剤(pain relieving agent)を投与する機会を与える。これは作用剤を入手して、投与するために例えば看護婦のような付き添い人を存在させる必要性を回避する。これはまた、適当な投与量レベルと、安全かつ効果的な接続を設定し、維持することの関連費用と危険性とを有する静脈内(IV)又は皮下(SC)注入系に患者を結合する必要性を回避する。
個人は痛覚に対する広範囲に変化する耐性を有する。デバイス20は、患者によって知覚される痛覚を効果的に制御するために投与される薬物(例えば、麻酔性鎮痛薬)量を各患者が個別に制御することを可能にする。本発明による自動的かつ永久的な停止特徴は、可能な乱用を制限するための安全及び制御の必要な要素を提供する。
作用剤投与の永久的な停止
出力シグナル60は第2の2−入力ANDゲート62の入力の1つに接続する。ゲート62の他方の入力は抵抗器端子40に接続する。ANDゲート62は、シグナル60とシグナル40の両方がハイであるときにハイ状態になる出力64を有する。出力64はタイマー66を有し、このタイマー66はシグナル64がハイになった後の何らかの所定期間(Tmax)後にシグナル68のハイレベルを出力するように構成される。
シグナル68はFF52のセット入力sに接続する。FF52はs入力がハイ状態になるときにシグナル54のローレベルを出力する。シグナル54のローレベルはシグナル36のローレベルを出力し、このシグナル36のローレベルは電流発生回路24が電極30、32と皮膚34とにさらに電流I1を供給することを停止させる。FF52はリセット入力シグナル50又はセット入力シグナル68のいずれかのハイレベルの最後の発生によって惹起される状態に留まる。POR回路48の出力50はもはや変化することができないので、セット入力シグナル68は変化する最後のシグナル(the last to change)であり、FF54はローのシグナル54による永久的なセット状態である。それ故、電流発生及び制御回路24は電極30、32を通して負荷電流ILを供給することを永久的かつ不可逆的に停止させられる。
それ故、治療剤の電気的補助投与はタイマー66によって時間Tmaxの満了時に永久的に停止される。
不注意による永久的停止からの保護
電極30、32が皮膚34と良好に接触しない場合には、電気的移送式デバイス20の望ましくない停止を防止するために本発明の永久的停止機能の始動を阻止することが有利である。これは、デバイスを皮膚34上に配置する前に、例えばデバイスの包装中、輸送中又はそのパッケージからの取り出し時にスイッチ38を不注意に押圧することによって生じうる。停止機能の適用を延期するために電流感知回路が備えられる。これの1つの実施法(implementation)を図1をさらに参照して説明する。
電流感知シグナル58は電極30、32の一方に結合する。電流感知シグナル58は負荷電流I1が何らかの予め選択された最低値、Imin、即ち、25μAを越えるときに、電流感知回路28を始動させる。作用中の負荷電流ILは典型的に1mAのオーダーの所定値loであるように設計される。電流感知回路58は、電極30、32が皮膚34上の適当な位置に存在し、電流発生及び制御回路24がANDゲート56の作動出力36によって作動されるときにハイ状態になる出力シグナル60を有する。
適当な電極30、32と皮膚34とが接触する前にスイッチ38が不注意に閉鎖されるならば、ILは予め選択された最低値、Iminに達しない。電流感知回路28の出力60がローになり、それによって、ANDゲート62の出力64をローに留まらせ、その結果、タイミング回路66は始動されない。回路24からの電流ILの投与は電極30、32と皮膚34との接触にのみ依存するので、電流発生及び制御回路24はその後にもまだスイッチ38を押し下げることによって作動される。
適当な接触がなされ、電流ILが最低レベルIminを越えて増加するときに、上述したように、感知回路28がANDゲート62と電流発生及び制御回路24とを作動させる。
治療剤の有効な投与の開始は、スイッチ38の閉塞によって表されるような作用剤への要求と、所定電流限界Iminを越える負荷電流ILによって表されるような有効な皮膚接触との両方が満たされるときであると判定される。
投与量カウントによる永久的停止
図2に関して、本発明の永久的投与停止特徴の別の実施態様を示す。電気的移送式デバイス80は電源22と、上述したような電流発生及び制御回路24と、代替えの作動/停止回路86とを包含する。回路86はPOR回路48と、スイッチ38と、抵抗器42と、FF52と、ANDゲート56とを上記と同様に包含する。回路86はまた、本発明による永久的な不可逆的停止機能を与えるために投与量カウンター回路82も包含する。
電極30、32を皮膚34に装着した後に電流ILを流動させるスイッチ38の各始動に関して、電流発生及び制御回路24は所定レベルで所定持続期間の電流を供給する。スイッチ38の各連続的な閉塞はシグナル40のハイレベルを生じる。感知回路28が最低値Iminを越える電流ILを感知する限り、シグナル60はハイになる。感知回路28の出力シグナル60は第2の2−入力ANDゲート62の入力の一方に接続する。ANDゲート62の他方の入力は抵抗器端子40に接続する。ANDゲート62の出力64は、シグナル60とシグナル40の最後のシグナルがローからハイに遷移するときに、ローからハイに遷移する。
出力64のローからハイへの遷移は投与量カウンター回路82を作動させて、各投与量の投与開始時に1カウント増量する。投与量カウンター回路82は各投与量の投与に対して1カウント増量するように構成される。カウンター回路82は、シグナル64がハイになった後にデバイス80によって投与される投与量の何らかの所定投与量カウント数(Nb)においてシグナル68のハイレベルを出力するように構成される。
シグナル58はFF52のセット入力に接続する。FF52は、s入力がハイ状態になるときにシグナル54のローレベルを出力するように構成される。シグナル54のローレベルはANDゲート56にシグナル36のローレベルを出力させ、このローレベルは電流発生回路24が電極30、32と皮膚34とにさらなる電流ILを供給するのを停止させる。それ故、カウンター回路82が所定投与量カウントNbに達すると、対象治療剤の投与は停止される。FF52はリセット入力シグナル50又はセット入力シグナル68のいずれかのハイレベルの最後の発生によって生じる状態に留まる。POR回路48の出力50がもはや変化することができないので、セット入力シグナル68は変化する最後のシグナルであり、FF54はローのシグナル54による永久的セット状態になる。それ故、電流発生回路24は負荷電流ILを供給することを永久的かつ不可逆的に停止される。
許容される保存寿命を越えたデバイスの使用を防止するための永久的停止
図3に関しては、本発明による永久的停止能力を有する電気的移送式デバイス90のさらに他の実施態様を示す。デバイス90は、図1の“タイマー”停止回路66と、さらに第2長範囲タイマー92及びORゲート98とを組み入れる作動/停止回路88を有する。デバイス(又は、例えば電源/バッテリー22のようなその部分)又は電極30、32の一方に含まれる治療剤が有効保存寿命を越えた後にデバイス90の望ましくない使用を防止するために、デバイス90は図1の第1タイマー66の他にデバイス90を永久的に停止するための第2タイマー92を包含する。第2タイマー92は、タイマー92が始動された後の、例えば2年間のような、所定時間に出力シグナル96のハイレベルを出力するように構成される。
POR回路48と、感知回路28と、スイッチ38と、電流発生回路24と、FF52と、ANDゲート56、62との接続と操作とは図1に関して前述した通りである。タイマー92の入力はPOR回路48の出力50に接続する。タイマー9292はORゲート98の1入力に接続した出力96を有する。タイマー66はORゲート98の他方の入力に接続した出力94を有する。ORゲート98はFF52のセット入力sに出力シグナル68を供給する。シグナル94又は96のいずれかのハイレベルの発生は出力68をハイ状態にさせる。シグナル68のハイレベルはFF52をリセットし、それによって、前述したように、電流発生回路24を停止させる。
デバイス90が製造されたときに、バッテリー22が取り付けられ、それによって、POR回路48を始動させるシグナル46のハイレベルを惹起する。POR回路48は短い遅延後にシグナル50のハイレベルを出力する。タイマー92はシグナル50のハイレベルによって始動されて、カウンティングを開始する。タイマー92は製造からの所定期間(T2max)の終了時にシグナル96のハイレベルを出力する。ORゲート98は入力94又は96のいずれかのハイレベルの発生時にシグナル68のハイレベルを出力するので、デバイス90は、デバイス90の最初の使用からタイマー66の24時間限度の経過までに、又はタイマー回路91が製造されたときから2年間限度の経過までにのどちらか最初に来る方までに、永久的にかつ不可逆的に停止される。
バッテリー放電による停止
代替えの永久的電流停止回路101を有する電気的移送式投与デバイス100の実施態様を図4に示す。POR回路48と、感知回路28と、スイッチ38と、電流発生回路24と、FF52と、ANDゲート56、62との接続と操作とは図1に関して前述した通りである。FF52は、FF52がセットされるときにハイ状態になる出力106をも包含する。デバイス100はバッテリー22を迅速にかつ永久的に放電させるためにシリコン制御整流器(SCR)102を包含する。SCR102は制限抵抗器(limiting resistor)112を介してバッテリー22の正端子に接続したコレクター104を有する。SCR102は出力106に接続したゲート108と、アース44に接続したカソード110とを有する。
作用中に、上述したように、タイマー66は所定期間(例えば、24時間)の終了時に停止し、FF52のセット入力68にハイレベルを与える。FF52はシグナル106のハイレベルを出力して、SCR102を始動させる(fire)。抵抗器112の値はバッテリー22を迅速ではあるが安全に放電させるように選択される。バッテリー22の完全な放電は電極30、32への電流を永久的にかつ不可逆的に停止させる。
投与電流のシャンティング(shunting)による停止
代替え永久的電流停止回路103を有する電気的移送式投与デバイス120を図5に示す。POR回路48と、感知回路28と、スイッチ38と、電流発生回路24と、FF52と、ANDゲート56、62との接続と操作とは図1に関して前述した通りである。FF52は、FF52がセットされるときにハイ状態になる出力106をも包含する。デバイス120は電界効果形トランジスター(FET)122を包含する。FET122は一方の電極30に接続したドレン124と、他方の電極32に接続したソース126とを有する。FET122は出力106に接続したゲート128を有する。
作用中に、上述したように、タイマー66は所定期間(例えば、24時間)の終了時に停止し、FF52のセット入力68にハイレベルを与える。FF52はシグナル106のハイレベルを出力し、これがFET122をオンにして、ドレン124からソース126までの低い抵抗路を電極30、32と平行して設置する。この低い抵抗路は負荷電流ILを電極30、32から分流させ、それによって、電極30、32の少なくとも一方に含まれる治療剤の電気的補助投与を永久的にかつ不可逆的に停止させる。
身体パラメーター限界の感知及び比較による停止
代替え永久的電流停止回路138を有する電気的移送式投与デバイス130を図6に示す。POR回路48と、感知回路28と、スイッチ38と、電流発生回路24と、FF52と、ANDゲート56、62との接続と操作とは、図1とデバイス20の操作とに関して前述した通りである。
デバイス130は例えば心拍数、体温、発汗、呼吸速度、血液若しくは組織の酸素含量、血液若しくは組織の二酸化炭素含量、血圧、血糖値(blood glucose content)、汗の組成、モーション(運動)のような身体パラメーターを検出するための身体パラメーターセンサー134と、感知した身体パラメーターを何らかの所定限界値、LPと比較する感知/比較回路132とを包含する。センサー134は投与デバイス130の“組込み(on-board)”要素であることも、又は投与デバイス130から離れた、但し標準電気的コネクター(例えば、ケーブル)を用いて出力132に接続した分離自給式ユニットであることもできる。感知/比較回路132の1入力はANDゲート62の出力64に接続する。感知/比較回路132の他方の入力はシグナル136によってパラメーターセンサー134に接続する。感知/比較回路132は、出力64がハイであり、センサー134によって測定された身体パラメーターが所定限界値LPを越えるときにシグナル68のハイレベルを出力するように構成される。
デバイス20の操作に関して上述したように、シグナル68はFF52のセット入力sに接続する。FF52はs入力がハイ状態になるときにシグナル54のローレベルを出力する。シグナル54のローレベルはANDゲート56にシグナル36のローレベルを出力させ、電流発生回路24が電極30、32と皮膚34とにさらに電流I1を供給することを停止させる。FF52はリセット入力シグナル50又はセット入力シグナル68のいずれかのハイレベルの最後の発生によって惹起された状態に留まる。POR回路48の出力50はバッテリー22が接続した後に(即ち、デバイス130が製造された時に)もはや変化することができないので、セット入力シグナル68は変化する最後のシグナルであり、FF52はローのシグナル54による永久的なセット状態である。それ故、電流発生回路24は負荷電流ILを電極30、32に供給することを永久的かつ不可逆的に停止される。
電極の不注意による短時間の除去後の永久的停止の防止
図7に関しては、タイムフロームリムーバル(time-from-removal)回路144を包含する作動/停止回路142を有する電気的移送式デバイス140を示す。回路142は、ユーザー始動スイッチ38と、抵抗器42と、POR回路48と、電源22と、FF52と、ANDゲート56と、電極30、32に駆動電流ILを供給する電流発生回路24とを包含する、図1に示す回路26中に見い出される要素と同様な幾つかの要素を有する。
タイムフロームリムーバル回路144は2つのエッジトリガセット−リセットFlip−Flop(FF)150、151と、インバーター152と、2個の3−入力ANDゲート154、156と、2−入力ANDゲート155、156と、セット−リセットタイマー回路146とを包含する。
POR回路出力50はFF150と151のリセット入力に接続する。回路28の出力60は2−入力ANDゲート155の1つの入力と、FF150のセット入力と、インバーター152の入力と、ANDゲート154の第1入力とに接続する。ANDゲート155の出力157はFF151のセット入力に接続する。FF151の出力153はANDゲート154と156の3入力の中の第2入力に接続する。FF150の出力160はANDゲート154と156の第3入力とANDゲート168の第1入力とに接続する。インバーター152の出力158はANDゲート156の第1入力に接続する。
ANDゲート156の出力162はタイマー回路146のエッジトリガセット入力に接続する。ANDゲート154の出力164はタイマー回路146のエッジトリガリセット入力に接続する。タイマー回路146の出力166はANDゲート168の第2入力に接続する。タイマー回路146の出力はFF52のエッジトリガセット入力に接続する。スイッチ38と、抵抗器42と、POR回路48と、FF52と、ANDゲート56と、電流発生回路24と、感知回路28とに関する他方の接続は前述した通りである。
治療剤の投与は、電極30、32の皮膚34への装着後に、スイッチ38と、POR回路48と、FF52との作用によって上述したように開始される。電極30、32からの皮膚34を通しての投与は、電極30、32の少なくとも一方が皮膚34から除去されるか又は電流発生回路24が停止されるまで続く。電極30、32の短時間の除去が生じる(例えば、衣服を脱ぐ際にデバイス140が患者の皮膚34から外れる)場合に、自動的停止回路を始動させずに、デバイス140を皮膚に迅速に再装着することができる。
これは次の方法で達成される。感知回路28は、電流ILが所望の所定レベルに達したときにシグナル60のハイレベルに遷移し、電極30、32の一方又は両方が皮膚34から除去されて電流ILがゼロに低下するときにローレベルに遷移するように構成される。
しかし、電極30、32が皮膚34と接触するように配置され、スイッチ38が始動される後まで、電流は流れない。スイッチ38が始動されると、シグナル40のハイレベルが生ずる。シグナル54はPOR回路48によってFF52のリセットから既にハイであるので、ANDゲート56は電流発生回路24にシグナル36のハイレベルを出力する。電極30、32が適所に置かれると、電流は流れ始め、感知回路28はシグナル60のポジティブな遷移を出力する。
シグナル60のハイレベルへの遷移はエッジトリガFF150を出力160のハイレベルへ遷移させる。インバーター152は出力158のローレベルへの遷移を生じる。
シグナル60のハイレベルと共にシグナル40のハイレベルはANDゲート157に、シグナル157のポジティブな遷移を出力させる。シグナル157のポジティブな遷移はエッジトリガFF151にシグナル153のハイレベルを出力させる。シグナル153とシグナル160とのハイレベルはANDゲート154と156の両方を作動させる、ANDゲート154と156の両方の出力ロジック状態は相補的シグナル152と158のみに依存する。
この状態において、回路140は電極30、32に皮膚34を通して電流ILを投与している。電流投与が中断されるならば、感知シグナル(sense signal)58はローになり、感知回路28の出力60のローレベルを惹起する。シグナル60のローになる遷移はインバーター152にシグナル158のポジティブ遷移(positive going transition)を出力させる。シグナル158のポジティブ遷移はANDゲート156の出力156のポジティブ遷移を惹起する。タイマー146のエッジトリガセット入力のポジティブ遷移は所定値Trまでのタイマー計数を開始する。所定値Trを越える期間、電流が中断された状態であるならば、タイマー146はシグナル166のハイレベルを出力する。シグナル160は既にハイであるので、2−入力ANDゲート168の両方の入力はハイになる。ANDゲート168はシグナル68をハイにさせ、それによって、FF52のエッジトリガセット入力に出力シグナル54をローにリセットさせる。シグナル54のローレベルは電流発生回路24を停止させるので、電極30、32が再接続されたとしても、負荷電流ILは流れない。これは電気的移送式デバイス140の永久的かつ不可逆的に停止させる。
タイマー146が所定限界に達する前に、電極30、32が皮膚34に再接続されるならば、回路24はなお作動され、負荷電流ILがもう一度流れることになる。したがって、感知回路28がシグナル60のポジティブ遷移を出力する。シグナル60のポジティブ遷移はANDゲート154の出力164にタイマー回路146のエッジトリガリセット入力をポジティブ遷移させる。タイマー146のリセットはシグナル166の出力遷移を防止する。したがって、何らかの他の手段によって停止されるまで、負荷電流は流れ続ける。
所定電流量が供給された後の永久的停止
図7と8に関しては、永久的停止式電気的移送式デバイスの別の実施態様を示す。図8は、図7に説明される回路内に組込まれることができる、数字170によって一般に表示される電流制御及び総電流制限回路の詳細を示す。回路170は電流集積回路173と電流発生及びロジック停止回路185との組合せとして示す。回路173は、電極30、32と皮膚34とを通して、図7の発生回路24によって供給される総電流ILを集積し、累積投与電流量が何らかの所定値Qrに達したときに、電流発生回路を停止させるシグナルを供給するように構成される。
回路170は3個の高ゲイン、高入力インピーダンス、差動増幅器180、182及び184を包含し、各増幅器は出力ノード198、200、202をそれぞれ有する。各増幅器180、182及び184はインバーティング及び非インバーティング(inverting and non-inverting)入力を有する。回路170は2個の入力抵抗器174、176とフィードバックキャパシター178とをも包含する。抵抗器174の1端子は負荷電流ILに比例するフィードバックシグナル210に接続する。抵抗器174の他方の端子は増幅器180のインバーティング入力に接続する。
フィードバックキャパシター178の一方の側は増幅器180の出力198に接続する。キャパシター178の他方の側は増幅器180のインバーティング入力に接続する。増幅器180の非インバーティング入力とアース44との間に第2入力抵抗器176が接続される。
増幅器180の出力は増幅器182のインバーティング入力にも接続する。増幅器182の非インバーティング入力はアース44に接続する。増幅器182の出力200は増幅器184の非インバーティング入力に接続する。増幅器184のインバーティング入力は例えば電圧分割器のような基準電圧源(図示せず)によって供給される基準電圧171に接続する。基準電圧171は、電極30、32に供給される予定である負荷電流ILの最大積算値(Qrによって表示)を確立する。
電流発生及び停止ロジック回路185は、非インバーティング入力204と、インバーティング入力206と、出力212とを有する高ゲイン差動増幅器192を包含する。回路185はまた、入力抵抗器188と、フィードバック抵抗器190と、出力208を有する2入力ORゲート186と、FET194と、感知抵抗器196とを包含する。入力抵抗器188の1端子は例えば電圧分割器のような基準電圧源(図示せず)からの基準電圧172に接続する。電圧172は、電極30、32によって皮膚34に投与される電流ILの所定値を確立する。抵抗器188の他方の端子は増幅器192の非インバーティング入力に接続する。フィードバック抵抗器190の1端子は増幅器192のインバーティング入力に接続する。抵抗器190の他方の端子は感知抵抗器196の感知端子210に接続する。
2入力ORゲート186の1入力は増幅器184の出力202に接続する。ORゲート186の他方の入力は図7に示す停止シグナル36に接続する。ORゲートの出力208はFET194の入力ゲートに接続する。FET194のドレン204は増幅器192の非インバーティング入力に接続する。増幅器192の出力212は電極30に接続する。リターン電極30、3232は抵抗器190と196の共通感知点210に接続する。
入力抵抗器174、176、188及び190の値は典型的に感知抵抗器196よりも数桁大きい。感知抵抗器196の値は10オームであるように選択することができるが、入力抵抗器174、176、188及び190の値は100キロオームになりうる。それ故、実質的に全ての負荷電流ILは感知抵抗器196を通って流れ、その結果、シグナル210への電圧は負荷電流ILに比例することになる。
増幅器180、182、184及び192の電圧増加(voltage gain)は数千であるように選択されるので、非常に小さい入力シグナルが大きく増幅される。増幅器180、182、184及び192は正確な作用を生じるために充分に低い入力ノイズと入力漏出とを有するように選択される。増幅器180、182、184及び192は他の出力要素に無視できるほどの負荷を与えるほど充分に高い入力インピーダンスを有するように選択される。適当な要素の選択は増幅器設計の技術分野に熟練した人々の能力の範囲内である。
操作においてはに、電極30、32を皮膚34に装着する。最初に、電流はゼロである。それ故、感知シグナル210もゼロである。電気的移送式デバイス140を操作する人によって、電流ILが開始される。電圧分割器(図示せず)によって、シグナル172に電圧基準が確立される。ORゲート186の入力36と202の初期状態は両方ともローであるので、出力208もローである。ローであるFET194のゲートはFET194のドレンにシグナル204への本質的な開放回路を与えさせる。増幅器192の非インバーティング入力の高いインピーダンスはシグナル172の電圧の本質的に全てをシグナル204に出現させる。増幅器192の高ゲイン(high gain)は出力シグナル212を、感知抵抗器196の抵抗のIL倍が増幅器192の非インバーティング入力206に本質的に等しい電圧を生じるような値に負荷電流ILを高めるために充分な値にまで上昇させる。
シグナル電圧210は入力抵抗器174によって増幅器180のインバーティング入力に移される。増幅器180の非インバーティング入力はアースであるので、増幅器180のインバーティング入力もほぼアース(near ground)であるように強制される。これは、入力電流Iinと正確に平衡する(balance)、フィードバックキャパシター178におけるフィードバック電流Ifによって達成される。必要な電流Ifはシグナル210の感知電圧の逆積分(inverted integral)として表される出力198の電圧によって得られる。例えば、シグナル178の入力基準電圧が正の一定値である場合に、シグナル198の出力電圧はネガティブゴーイングランプ(negative going ramp)になる。キャパシターに流れる電流Ifは入力電流Iinと正確に平衡する。
負荷電流ILの積分(integral)に比例するポジティブな値が増幅器202の非インバーティング入力に現れるように、インバーティング増幅器182は−1のゲインを有する増幅器である。増幅器202は高ゲイン域値検出器として、シグナル171の基準電圧によって与えられる基準切り換え値によって操作される。シグナル171は電圧分割器(図示せず)から生ずる。シグナル171の値は所望の総投与量Qtを表すように選択される。シグナル200の値がシグナル171の基準値よりも大きくポジティブになると、増幅器184の出力202が迅速にゼロから最大供給電圧Vccに切り換わる。シグナル202のポジティブ電圧はORゲート186の出力208をポジティブにさせ、FET194のドレン204を高導電性状態へ駆動する。それによって、FET194のドレン204は増幅器192の非インバーティング入力をアースする(ground)。このように、増幅器192の出力212はアースするように駆動され、負荷電流ILを停止させる。バッテリー22によって電力が供給されるかぎり、回路170はアクティブな状態であるので、負荷電流ILは永久的かつ不可逆的に停止される。
電気的移送電流の機械的停止
電気的移送式デバイスのための電気的移送電流の永久的停止は、本発明の他の態様による非電子的手段によっても達成することができる。この永久的停止手段は、典型的に電気回路と長期間使用に適した他のハードウェアとを含有する再使用可能な要素と、典型的に薬物(ドナー)溜めと電解質塩(カウンター)溜めを含み、任意に電源(例えば、バッテリー)を含有する一回使用式/使い捨て式要素とを有する電気的移送式デバイスに特に良好に適する。このような2部式電気的移送式デバイスはNewmanの米国特許第4,942,883号と、Block等の米国特許第5,037,381号と、Sibalis等の米国特許第4,731,926号、第5,135,479号及び第5,167,617号と、Devane等の公開英国特許出願第2,239,803A号(これらは全て本明細書に援用される)に開示されている。これらの2部式電気的移送式デバイスでは、電気回路と他の比較的高価なハードウェアとを含有する再使用可能な部分が永久的に機能不能にならないように、薬物含有一回使用/使い捨て式部分のみを永久的に停止させることが最も望ましい。図9に関しては、一般に数字300によって表示する一回使用/使い捨て式電極アセンブリの実施態様を示す。アセンブリ300は電気的移送電流源の永久的かつ不可逆的停止を可能にし、この停止は本発明による機械的手段によって行われる。アセンブリ300は、下記で説明する、機械的かつ電気的なファスナ(fastener)アセンブリを備え、このファスナアセンブリは電極アセンブリ300を、電気的移送式デバイスの再使用可能な部分に設置した、導電性レシービングカソードソケット(receiving cathode socket)302及び導電性アノードソケット(receiving anode socket)304に除去可能に接続する。ソケット302と304は、以下で説明するように、電気的移送式投与を作動させるために脱着可能な電極アセンブリ300によって用いられる電源を与える供給ノードである。
電極アセンブリ300の機械的かつ電気的ファスナアセンブリは、導電性カソードリベット306と導電性アノードリベット308とを包含する。カソードリベット306とアノードリベット308とはそれぞれソケット302と304に挿入されるように位置合わせされる。ソケット302と304はそれぞれカソードリベット306とアノードリベット308とを、慣用的な弾性スプリング部材(図示せず)によって又は締まりばめによって、受容し、除去可能に保持するように構成される。リベット306と308はそれぞれソッケト302と304によって除去可能に係合し、保持されるように構成される。
リベット306、308とソケット302、304とはそれぞれ、本明細書で述べる機械的ファスナアセンブリの第1除去可能な電気的接続部分を形成する。リベット306と308は例えば高品質ステンレス鋼のような商業的に入手可能な金属から製造するか、又は好ましくは例えば黄銅若しくは銅のような卑金属から製造して、電気的腐食(electro-corrosion)に関する問題を最小にするために充分な銀層によってメッキ又は被覆することができる。リベット306と308は例えば金又は白金のような貴金属から製造することもできる。或いは、リベット306と308は、それらの外面に連続的導電性を与えるために例えば黒鉛、銀又は貴金属のような導電性材料の充分な被覆を有する例えばABSコポリマー又はポリスチレンのような絶縁性材料から製造することができる。
絶縁層314はリベット306、308と第2基体層338との間に配置される。層314は好ましくは、例えば、約0.01〜0.08mm(0.05〜3mil)厚さのポリエチレン又はポリスチレンのような、薄い、伸張可能でかつ引き裂き可能な物質である。
層338はリベット306、308の反対側の層314に対して固定する。層314と338をそれらの接触部分において一緒に保持するために接着剤(図示せず)を用いることができる。
層338は好ましくは、例えば、約0.3〜7mm(10〜250mil)厚さのポリエチレン又はウレタンフォームのような、発泡絶縁性物質から構成される。層314と338は、下記で説明するように装着されるときに、通常の身体の輪郭に従うために充分に可撓性である。第2層338は間隔を置いて離れたキャビティ340と344とを備え、1つのキャビティ340はアノードゲル溜め342を含有し、他方のキャビティ344はカソードゲル溜め346を含有する。溜め342と346の一方は治療薬又は治療剤を含有し、他方の溜めは電解質塩を含有する。
層338はそれを貫通する開放キャビティ358をも有し、層338はキャビティ358をキャビティ340と344から分離するように構成される。キャビティ358はその中にスタッド328と330を含むように構成され、位置合わせされる。
アノード電極334は層314と層338との間に配置される。電極334はアノードゲル溜め342のかなりの部分と接触するように大きさを定められ、位置合わせされる。カソード電極336は層314と層338との間に同様に配置され、カソードゲル溜め346と接触するように大きさを定められ、位置合わせされる。電極334と336は好ましくは、例えば、金属(例えば、銀アノード又は塩化物化銀カソード)ホイルのような薄い導電性物質、金属若しくは黒鉛被覆外面を有するポリエチレンフィルムのような導電性表面を有する薄い物質、又は例えばMyersによる米国特許第5,147,297号(本明細書に援用される)に開示されるような、導電性フィラーを含有するポリマー複合体から製造される。この複合体は押出成形又は圧延して、薄いシート形にして、所望の電極形状に合わせて切断又は打ち抜くことができる。
電極334と336はそれぞれの、開放キャビティ358に一部重複する延長されたアノード端子320とカソード端子322を有する。端子320と322は電気的移送電流をそれぞれのアノード溜めとカソード溜め342、346に導くための電極アセンブリ300の入力ノードを形成する。アノード端子320はアノードリベット308の底部に備えられたアノードリベットソケット312と位置合わせされる。カソード端子322はカソードリベット306の底部に備えられたカソードリベットソケット310と位置合わせされる。
アノードスタッド328はアノードリベットソケット312と位置合わせされる。カソードスタッド330はカソードリベットソケット310と位置合わせされる。スタッド328と330はそれぞれの、アノードポスト348とカソードポスト350を備える。スタッド328と330は好ましくはリベット306、308と同じ材料から、即ち、銀被覆鋼、黄銅又は銅から製造される。ソケット312と310は、ポストがそれぞれの開口324、326と層314とを通してそれぞれのソケット中に挿入されるときに、それぞれのポスト348と350をを受容し、保持するように構成される。リベットとポスト対312、348と310、350とはそれらの間にそれぞれの電極端子320と322を捕捉するように構成される。リベット310、312とスタッド328、330との導電性外面は端子320、322とソケット302、304との間にそれぞれ、連続的導電性接触を生じる。
スタッド328、330とリベットソケット312、310とは本明細書で述べる機械的ファスナアセンブリの第2電気的接続部分を形成する。
スタッド絶縁層356をスタッド底部352及びスタッド底部354と患者身体360との間に設置することが好ましい。層356は患者の皮膚360を金属スタッド328、330との直接の接触から単離して、皮膚360中への金属イオンの望ましくない移動を防止する。
アノード端子320とアノード電極334との間のもろい導電性部材332はそれらの間に連続的伝導路を形成する。部材332に関して用いる“もろい(frangible)”なる用語は、電極アセンブリ300が電気的移送式デバイスの再使用可能な部分から離れるときに部材が破壊して、物理的に分離した部分になることを意味する。“もろい”なる用語は特に、引っ掻き落とされるのに適する導電性被覆は除外する、この理由は非導電性基体から導電性被覆を引っ掻き落とす作用による電気的接続の破壊の信頼性が高くないからである。したがって、“もろい”なる用語は、以前から接続しているその一部の物理的分離によって破壊されるような導電性部材のみを含むものとする。
もろい部材332は電極物質334の連続的な延長であることができる。もろい部材332は予め形成された溝、罫書き又は穿孔を有する導電性物質から製造されることが好ましく、このような溝、けがき又は穿孔は端子320と電極334との間で充分な側方の力(lateral force)にさらされたときにそれが破壊し、物理的に分離するための弱化部分を与えるように形成される。
使用の準備では、スタッド328、330をリベット308、306中に嵌合させ、それらの間にそれぞれの端子320、322を捕捉する。
使用の際には、電極アセンブリ300を、ソケット302、304を有する電気的移送式デバイスの再使用可能な部分(図示せず)と位置合わせする。リベット306、308をそれぞれのアノードソケット304とカソードソケット302の中に挿入する。再使用可能な部分と一回使用/使い捨て式電極アセンブリ300とを包含する完全な電気的移送式デバイスを次に患者の皮膚360に装着し、ゲル溜め342、346と接触する電極334、336に電源から電気的移送電流を供給することによって電気的移送式治療が開始される。
供給ノードソケット302、304、リベット306、308及びスタッド330、328は、使い捨て式電極アセンブリ300を除去することによって生じる引き出し力の作用下で確実であるが、永久的でない保持を与えるために適する。この保持は、電気的移送式デバイスの再使用可能な部分から電極アセンブリ300を除去するときに、リベット306、308とスタッド330、328との間に電極端子320、322を保持するために充分である。
望ましい処理の終了時に、電源とアセンブリ300とを患者の皮膚360から除去する。電気的移送式デバイスの再使用可能な部分から層314と338を分離することによって、電極アセンブリ300を再使用可能な部分から除去する。スタッド328、330は依然としてリベット306、308に挿入された状態であり、リベット306、308はソケット302、304中に挿入された状態である。層314と338が分離するときに、もろい部材332は破壊して、物理的に分離した部分になり、それによって電極アセンブリ300を永久的かつ不可逆的に停止させる。もろい部材332が内部的に破壊して、スタッド328、330とリベット306、308とをそれぞれソケット302、304に結合した状態に残さず、それによって電極アセンブリ300を電気的移送式デバイスの同じ又は別の再使用可能な部分と組合せても実質的に使用不能であるようにすることが好ましい。或いは、電極アセンブリ300が電気的移送式デバイスの再使用可能な部分からひと度分離されて、それによってソケット304と電極334との間の電気的結合が永久的かつ不可逆的に破壊されるならば、端子320、並びにスタッド328とリベット308とがソケット304に結合して留まる。次に、リベット306、308とをソケット302、304から手動で又は例えばスクリュードライバーのような小さいツールによって除去することができる。電気的移送式デバイスの再使用可能な部分におけるソケット302、304からのリベット306、308の除去は、この再使用可能部分を再使用のために新たな一回使用/使い捨て式電極アセンブリ300に接続させることを可能にする。
異なる形態のファスナアセンブリ及び電極アセンブリが本発明の範囲及び要旨内で可能であることも考えられる。例えば、“Tinnerman”ナットを用いて、デバイスの再使用可能な部分に設けられたソケット中に挿入される形状であるポストを保持することができ、また、除去可能な保持クリップを用いて、電極端子をタブの形状を有する電源コネクターにクランプすることができる。
導電性部材の電気化学的消耗による電気的移送電流の停止
次に図10に関しては、一回使用/使い捨て式電極アセンブリ401と再使用可能な部分402とから成る電気的移送式投与デバイス400を示す。図9に示すデバイスと同様に、一回使用/使い捨て式電極アセンブリ401を再使用可能な部分402に機械的かつ電気的に接続するために、再使用可能な部分402はリベット306、308を受容するのに適したソケット302、304を有する。
図9に示す、一回使用/使い捨て式電極アセンブリ300と同様に、一回使用/使い捨て式電極アセンブリ401は、絶縁層314と、それらにキャビティ342と346を有するフォーム層338をも包含する。キャビティ342と346には、それぞれ、ゲル溜め342と346が充填される。ゲル溜め342と346の少なくとも一方はデバイスによって投与されるべき治療剤を含有する。或いは、溜め342と346は、薬物又は電解質塩の液体溶液を吸収することができるスポンジ又は繊維質物質の形状であることができる。
図9に示す電極アセンブリ300とは異なり、電極アセンブリ401はそれぞれゲル346、342上に配置された電流分配部材対434、436を包含する。電極434は、リベット308と結合するのに適したポスト450を包含する。同様に、電極436は、リベット306と結合するのに適したポスト448を包含する。電極434、436とポスト448、450とは全て、例えばABSコポリマー又はポリスチレンのような電気的に非伝導性物質から構成される。電極30、32434、436とポスト448、450とを次に、これらの部材に導電性を与えるために、導電性物質で被覆する。
本発明の1実施態様によると、電極434と436を(1)導電性であり、(2)(i)アノードの場合には、電気化学的酸化によって消耗されるか又は電気化学的に酸化されて、電気的に非伝導性である物質を生成し、(ii)カソードの場合には、電気化学的還元によって消耗されるか又は電気化学的に還元されて、電気的に非伝導性である物質を生成する、所定量の物質によって被覆する。“非導電性”又は“抵抗器”である又は“非導電性”又は“抵抗器”になる物質とは、これらの用語を本明細書で用いるかぎり、アノード及び/又はカソード被覆物質の電気化学的転化が、電源/電気的制御器の最大出力電圧(Vmax)をデバイスによって供給される所望の出力電流(I)によって除すことによって算出される抵抗(R)(即ち、R=Vmax/I)よりも少なくとも5倍大きく抵抗性である、好ましくは少なくとも10倍大きく抵抗性である電極を生じることを意味する。
アノード電極上の導電性被覆は好ましくは、例えば亜鉛、銀、スズ、銅又は鉄のような酸化可能な金属である。この導電性被覆物質は電気化学的に酸化されて非導電性物質を形成する、例えばタングステン酸ナトリウムのような、インターカレーション(intercalation)化合物であることもできる。これらの被覆物質の中で、銀が最も好ましい。
カソード電極のために適当な導電性被覆は、電気化学的に還元されたときに、非導電性物質を形成する、例えば導電性ポリマーのような、インターカレーション化合物を包含する。これらのインターカレーション化合物の例はポリピロールとポリアニリン(両方とも導電性ポリマー)と、酸化インジウムとを包含する。
操作においては、一回使用/使い捨て式電極アセンブリ401を再使用可能部分402に接続し、デバイスを患者の体表(例えば、皮膚)に装着する。患者にひと度装着したならば、デバイスはソケット302、304;リベット306、308;ポスト448、450;電極436、434;イオン含有ゲル342、346;及び患者の身体を通して電流を投与する。電流がアノード電極434からゲル346含有電解質媒質(例えば、水溶液)まで運ばれると、電極434とゲル346との界面において電気化学的酸化が行われる。この界面は例えば銀のような酸化可能な物質の所定厚さの被覆から構成される。そのうちに、電極434のますます多くの銀被覆が酸化されて、ゲル346中に移行するイオンを形成する。結局、電極434上の実質的に全ての銀被覆がこの酸化プロセスによって消耗されて、電気的に非伝導性である裸のABSコポリマー/ポリスチレン基体のみを残すことになる。この時点において、部分402とゲル346との間の電気的回路は永久的かつ不可逆的に破壊されて、一回使用/使い捨て式電極アセンブリ401は永久的に停止される。或いは、酸化された銀イオンがゲル346中に存在する塩化物イオンと反応して、ABS基体上に塩化銀被覆を形成する。塩化銀は非常に低い導電性を有するので、塩化銀被覆層の形成は電極アセンブリ401を非導電性にし、永久的に停止させる。
アノード電極434の酸化可能な金属被覆の代替え手段として又はこれと組合せて、カソード電極436を、電気化学的還元時に電気的絶縁性物質を形成する、電気化学的還元可能な物質(例えば、ピロール)の所定量で被覆することができる。カソード電極436からゲル432に電流が供給されると、界面において電気化学的還元が行われる。電極436の界面は例えばポリピロールの被覆層から構成される。電流の供給中に、ポリピロールは電気化学的に還元される。その還元形においてポリピロールは電気的に非伝導性である。結局、全てのポリピロールがこの電気化学的に還元されて、カソード電極436は電気的に非伝導性になる。この時点において、一回使用/使い捨て式電極アセンブリ401は永久的かつ不可逆的に停止される。
電極434及び/又は電極436上に与えられる電気化学的酸化可能な及び/又は還元可能な物質の被覆量が電極アセンブリ401の所望の動作寿命(operating life)によって算出されうることを、当業者は理解するであろう。例えば、電極アセンブリ401が90クーロンの電流に相当する全体で25mA・時で操作されるのに適する場合には、電極434及び/又は電極436上に与えられる導電性かつ酸化可能な及び/又は還元可能な被覆量はファラデーの法則を用いて算出されることができる。ファラデーの法則によると、酸化又は還元によって1グラム当量の物質を遊離させるには96,487クーロンを要する。したがって、90クーロンの電流の適用によって、90/96,487又は9.3x10-4グラム当量の物質が酸化又は還元される。したがって、例えばアノード電極上の銀又はカソード電極上のポリピロールの被覆は、25mA・時の電流の供給後にデバイスが停止することを保証するために、約9.3x10-4グラム当量を提供すべきである。グラム当量からグラムへの換算は化学分野に熟練した人にとって周知である。例えば、9.3x10-4グラム当量の銀は0.10gの銀に等しい
[即ち、(9.3x10-4グラム当量の銀)x(108gのAg/モルAg)x(1モルAg/グラム当量Ag)=0.10gのAg]。
導電性被膜で被覆された電気的非伝導性物質から成る電極434、436とポスト448、450を用いることの代替え手段として、電極434、436とポスト448、450とを酸化可能でもなく還元可能でもない導電性物質から製造することもできる。適当な物質はステンレス鋼、白金、金又は炭素を包含する。このような物質を所定量の、アノード電極上の電気化学的酸化可能物質及び/又はカソード電極上の電気化学的還元可能物質によって上述したように被覆する。導電性基体を被覆することができる、適当な電気化学的に酸化可能な及び還元可能な物質は、Untereker等の米国特許第5,135,477号(本明細書に援用される)に述べられる物質を包含する。これらの物質の中で、酸化可能な銀と還元可能な塩化銀が最も好ましい。酸化可能な/還元可能な物質が消耗されると、電極434とゲル346との間及び/又は電極436とゲル342との間に電流を維持するために必要な電圧が測定可能に増加する。抵抗は、非導電性ポリマーから製造された電極とポストとを用いた前記実施態様ほど劇的に増加しないが、電圧変化は測定可能であり、したがって、ゲル342及び/又はゲル346内に配置された基準電極(図示せず)を用いる電圧センサー(図示せず)は酸化可能な/還元可能な被覆物質が消耗されて、電圧低下が増大するときを感知することができる。前述したような電流発生回路24の電流出力を停止させるために有効である停止シグナルを発生するために、このようなセンサーをデバイスに電力を与える電子回路に慣用的に接続することができる。或いは、電流を維持するために必要な総電圧を電子回路24によって測定して、被覆物質の酸化及び/又は還元のために総電圧の所定の上昇又は所定の上昇率が生ずるときに停止モードを始動させることができる。この代替え実施態様は基準電極を必要としないという利点を有する。
最も好ましくは、導電性部材の電気化学的消耗によって永久的に停止される電気的移送式デバイスは、タイマー(即ち、一定レベルの電流を供給する電気的移送式デバイスの場合)又は電流インテグレーター(即ち、経時的に変化する電流レベルを供給する電気的移送式デバイスの場合)のいずれかを備える。タイマー又は電流インテグレーターは、図1に説明するタイマー66の操作と同様な方法で作用するようにセットすることができる。タイマーはデバイスの望ましい着用時間に相当する所定期間(例えば、24時間)作動するようにセットされる。次に、所定期間が経過した後に、タイマーはデバイスのスイッチを切る。或いは、電流インテグレーターの場合には、デバイスによって所定量のチャージが供給された後に、インテグレーターがデバイスのスイッチを切る。
最も好ましくは、タイマー/電流インテグレーターは2部式電気的移送式デバイスの再使用可能な制御装置(controller)の一部である。このようなデバイスでは、新たな一回使用/使い捨て式部分(例えば、図9に示すアセンブリ300)がデバイスの再使用可能な部分に取り付けられる度毎に、タイマー/電流インテグレーターがリセットされることができる。或いは、治療の終了後に所定量の時間(例えば、ロックアウト(lock-out)時間)が経過した後に、タイマー/電流インテグレーターが自動的にリセットされることができる。このようなデバイスでは、タイマー/電流インテグレーターがセット時間(例えば24時間)の終了後に又は電流インテグレーターの場合には、所定量のチャージが投与されたときに使い捨て部分の使用を防止するための主要な手段として作用する。電気化学的に消耗される被覆物質は、その予定有効寿命を越えた一回使用/使い捨て式部分の許可されない使用を防止するための二次的又はバックアップ手段として作用する。最も好ましくは、タイマー/電流インテグレーターは電気化学的反応性被覆が完全に消耗する直前に制御装置のスイッチを切るように制御装置にシグナルを発するようにセットされる。
本発明の種々な実施態様を種々な組合せで結合させて、例えば、図1に関して説明した系の効果と図2に関して説明した系の効果とを組合せた実施態様、又は図面に示し、上述した種々なデバイスの組合せを提供することができると考えられる。
上記の詳細な説明は本発明による永久的かつ不可逆的停止可能な電気的移送式デバイスを述べるものであるが、上記説明が単なる例示であり、開示される説明を限定しないことを理解すべきである。停止回路の数及び種類、構成材料と方法、ロジック形と相互接続を変更すること及び種々な要素を包含又は除外することが本発明の範囲と要旨の範囲内で可能であることは理解されるであろう。したがって、本発明は以下の請求の範囲によってのみ限定されることになる。
本発明の実施態様は、次のとおりでりある。
1.電極対(30、32)と、投与されるべき治療剤を含有する電極(30、32)の少なくとも1つと、電極対(30、32)に電気的に接続した回路手段(24、26、28)であって、電気的移送によって治療剤を投与するための電流(IL)を発生する電源(22)を包含する電流発生回路(24)を含む回路手段(24、26、28)とを包含する、電気的移送によって治療剤を投与するためのデバイス(20)であって、
所定イベント時に電流発生回路(24)を自動的かつ不可逆的に停止させるための停止手段(26)を特徴とするデバイス(20)。
2.停止手段(26)がタイマー(66)を包含し、前記タイマーが所定時間を測定した後に停止手段(26)が始動される、上記1記載のデバイス。
3.電流発生回路(24)が最初に作用を開始されたときにタイマー(66)が始動される、上記2記載のデバイス。
4.デバイス(90)が製造されたときにタイマー(92)が始動される、上記2記載のデバイス。
5.停止手段(173、185)が印加された電流の累積量を測定し、印加された電流の累積量が所定レベルに達したときに電流発生回路(185)を自動的かつ不可逆的に停止させる、上記1記載のデバイス。
6.電流発生回路(24)を始動させて、電気的移送によって所定時間、治療剤を投与するために前記電流を発生させるための手動始動スイッチ(38)と;
前記スイッチ(38)の始動を計数して、前記スイッチ(38)の所定回数(Nb)の始動の発生時に停止シグナルを発生するためのカウンター(82)と;
前記停止シグナルの受容時にこの停止シグナルに反応して、電気的移送式電流発生回路(24)を自動的かつ不可逆的に停止させるための停止手段(86)とをさらに包含する、上記1記載のデバイス。
7.停止手段(142)が、電極(30、32)の少なくとも一方が身体組織(34)から外れたときを感知して、それに応じて、前記停止手段を始動させる感知回路(28)を包含する、上記1記載のデバイス。
8.デバイス(130)が装着される患者の身体パラメーターを感知して、前記身体パラメーターが何らかの所定レベルに達したときに前記停止手段(136)に停止シグナルを与えるためのセンサー(134)と組合せた、上記1記載のデバイス。
9.感知される身体パラメーターが体温、心拍数、呼吸数、血液若しくは組織の酸素含量、血液若しくは組織の二酸化炭素含量、血圧、血糖含量、汗の組成、及び身体の運動から成る群から選択される、上記8記載のデバイス。
10.治療剤が乱用可能性薬物を含む、上記1記載のデバイス。
11.乱用可能性薬物が麻酔性鎮痛薬である、上記10記載のデバイス。
12.乱用可能性薬物がフェンタニール、スフェンタニール、カルフェンタニール、ロフェンタニール、アルフェンタニール、ヒドロモルホン、オキシコドン、プロポキシフェン、ペンタゾシン、メタドン、チリジン、ブトルファノール、レボルファノール、コデイン、オキシモルホン、メペリジン、ジヒドロコデイノン及びコカインから成る群から選択される、上記1記載のデバイス。
13.使用され、使用後に廃棄されるのに適した第1部分(300)であって、電極と、回路手段の一部とを含有する第1部分(300)と;
多重の第1部分(300)と共に用いられるのに適した第2部分(402)であって、回路手段の一部を含有する第2部分(402)と;
第1部分(300)を第2部分(402)に機械的かつ電気的に接続するための手段(302、304、306、308)と
を包含し、
第1部分と第2部分との分離が電流発生回路(24)を自動的かつ不可逆的に停止させる、上記1記載のデバイス。
14.第1部分と第2部分との分離によって破壊される、もろい電気的接続(332)を包含する、上記13記載のデバイス。
15.停止手段が、デバイスの作用中に消耗される酸化性又は還元性の導電性部材(434、436)を含む、上記1記載のデバイス。
16.導電性部材(434、436)が非導電性基体を含み、この非導電性基体が、導電性で電気化学的に反応性であり、デバイスの作用中に消耗される所定量の被覆を有する、上記15記載のデバイス。
17.導電性部材(434、436)が容易に酸化又は還元されない導電性基体から成り、この導電性基体が、デバイスの作用中に消耗される所定量の導電性で酸化性又は還元性の被覆を有する、上記15記載のデバイス。
18.被覆の電気化学的消耗によって生じる電圧の変化を感知するための電圧センサーを包含する、上記17記載のデバイス。
19.少なくとも一方の電極(30、32)が投与されるべき治療剤を含有する電極対(30、32)と、電極対(30、32)に電気的に接続するのに適した電源(22)と、電極対(30、32)に電気的に接続した回路手段(24、26、28)と、電気的移送によって治療剤を投与するための電流出力を発生する電源(22)を包含する電流発生回路(24)とを包含する、電気的移送によって治療剤を投与するためのデバイス(20)の操作方法において、
(i)所定期間の経過;
(ii)デバイスによる所定累積量の電流の供給;
(iii)患者の体表(34)からの電極(30、32)の少なくとも一方の除去;
(iv)センサー(134)による患者の身体パラメーターの所定レベルの感知;
(v)所定レベルに電流出力(IL)を一時的に設定するための手動始動スイッチ(38)の所定数の始動の計数;
(vi)使用され、使用後に廃棄されるのに適した第1部分(300)であって、電極(334、342、336、346)と回路手段の一部(334、320、348、308、336、322、350、306)を含有する第1部分を、デバイスの再使用可能な第2部分(402)であって、多重の第1部分(300)と共に用いられるのに適し、回路手段の一部(302、304)を含有する、再使用可能な第2部分(402)から分離する時のもろい電気的接続(332)の破壊;並びに
(vii)導電性部材(434、436)の電気化学的消耗
から成る群から選択される所定イベント後に、電流発生回路(24)の電流出力(IL)を自動的かつ不可逆的に停止させることを特徴とする方法。
20.所定期間がデバイスの大体の保存寿命である、上記19記載のデバイス。
21.所定期間がデバイスの所定作用寿命を含む、上記19記載のデバイス。
Claims (10)
- 電気的移送によって治療剤を投与するためのデバイスであって、該デバイスは、患者の皮膚上に装着可能であり、少なくとも一方の電極が投与されるべき治療剤を含有する電極対;該電極対に電気的に接続された回路手段であって、電源を含み電気的移送によって治療剤を投与するための電流(IL)を発生する電流発生及び制御回路を含んでなる回路手段;を包含し、
電流発生及び制御回路は、該電流発生及び制御回路への電流シグナルがローのとき電流の出力がなく、該電流発生及び制御回路への電流シグナルがハイのとき電流を発生するよう構成され;電流停止回路が該電流発生及び制御回路と接続し、該電流停止回路はハイシグナルまたはローシグナルのみを出力して、それぞれ該電流発生及び制御回路が電極に電流を供給するか、または該電流発生及び制御回路が電極に電流を供給するのを停止するよう構成され、該電流停止回路は、出力をハイシグナルからローシグナルへと変化させて該電流発生及び制御回路の電極への電流の供給を永久的かつ不可逆的に停止させるような、自動的、永久的かつ不可逆的機能を供給するよう構成された回路停止要素をさらに包含することを特徴とするデバイス。 - 該回路停止要素が、印加された電流の累積量を測定し、印加された電流の累積量が所定レベルに達したときに該電流発生及び制御回路を自動的かつ不可逆的に停止させる、請求項1記載のデバイス。
- 電流発生及び制御回路を始動させて、電気的移送によって所定時間、治療剤を投与するために前記電流を発生させるための手動始動スイッチと;
前記スイッチの始動を計数して、前記スイッチの所定回数(Nb)の始動の発生時に停止シグナルを発生するためのカウンターと;をさらに包含し、
該回路停止要素が、前記停止シグナルの受容時にこの停止シグナルに反応して、電気的移送式電流発生及び制御回路を自動的かつ不可逆的に停止させる、請求項1記載のデバイス。 - 該回路停止要素が、電極の少なくとも一方が身体組織から外れたときを感知して、それに応じて、前記停止手段を始動させる感知回路を包含する、請求項1記載のデバイス。
- 該回路停止要素が、所定イベントの後に出力をハイシグナルからローシグナルへ変化させるよう構成されており、該所定イベントがデバイスが装着される患者の身体パラメーターを感知することである、請求項1記載のデバイス。
- 感知される身体パラメーターが体温、心拍数、呼吸数、血液若しくは組織の酸素含量、血液若しくは組織の二酸化炭素含量、血圧、血糖含量、汗の組成、及び身体の運動から成る群から選択される、請求項5記載のデバイス。
- 治療剤が麻酔性鎮痛薬又は精神性活性薬物を含む、請求項1記載のデバイス。
- 治療剤が麻酔性鎮痛薬である、請求項7記載のデバイス。
- 該回路停止要素が、使用され、使用後に廃棄されるのに適した第1部分であって、電極と、電流発生及び制御回路の一部とを含有する第1部分と;
多重の第1部分と共に用いられるのに適した再使用可能な第2部分であって、電流発生及び制御回路の一部を含有する第2部分と;
第1部分を第2部分に機械的かつ電気的に接続するための手段と
をさらに包含し、
第1部分と第2部分との分離が、電流発生及び制御回路を自動的かつ不可逆的に停止させる、請求項1記載のデバイス。 - 第1部分と第2部分との分離によって破壊される、もろい電気的接続を包含する、請求項9記載のデバイス。
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