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WO2017197420A1 - Anordnung zur bestimmung des füllstands der flüssigkeit in der karpule - Google Patents

Anordnung zur bestimmung des füllstands der flüssigkeit in der karpule Download PDF

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WO2017197420A1
WO2017197420A1 PCT/AT2017/060122 AT2017060122W WO2017197420A1 WO 2017197420 A1 WO2017197420 A1 WO 2017197420A1 AT 2017060122 W AT2017060122 W AT 2017060122W WO 2017197420 A1 WO2017197420 A1 WO 2017197420A1
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septum
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Robert LURF
Martin BEISTEINER
Michael Meindl
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AIT Austrian Institute of Technology GmbH
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    • A61M2205/3389—Continuous level detection

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for determining the content of the liquid in a carpule.
  • the invention therefore has the object of minimizing the influences which the mostly metallic needle has on the detected capacitance and thus on the detected fill level.
  • the invention solves this problem in an arrangement of the type mentioned above with the characterizing features of claim 1.
  • the carpule contains a liquid, in particular an active ingredient
  • the carpule has a piston with which the liquid contained in it can be discharged through an outlet opening
  • a support which carries a pierceable with a needle septum and fixes the septum in front of the outlet opening of the carpule, so that the septum closes the carpule, a measuring circuit is provided for measuring the capacity in the region of the carpule for determining the content of the liquid in the carpule,
  • a septum surrounding conductive, in particular metallic, shielding element is provided, characterized
  • the shielding element is connected to the measuring circuit and is set to a relation to a reference potential of the measuring circuit or an excitation voltage of the measuring circuit used for the measurement predetermined potential.
  • a particularly simple embodiment of a carpule provides that the carrier of the septum is conductive and forms the shielding element.
  • the shielding element is possible.
  • the shield has a conductive foil which is wound around the septum.
  • FIG. 1 shows a carpule as used in an inventive arrangement.
  • Fig. 2 shows an embodiment of an inventive arrangement and the measuring electronics used in this case.
  • Fig. 3 shows in Fig. 2 illustrated embodiment with an alternative interconnection.
  • Fig. 4 shows an alternative embodiment of such a carpule with the use of a conductive foil.
  • a carpule is shown, as used for example in a first embodiment of the inventive arrangement.
  • the carpule 10 is preferably a container made of glass or plastic, which is filled with a liquid which in particular carries an active substance.
  • the active ingredient may be, for example, a drug.
  • the carpule 10 has an outlet opening through which the liquid can escape from the carpule 10. The outlet opening is closed by a septum 12. The septum 12 closes the outlet opening of the carpule 10 sealing.
  • a hollow needle 16 is pushed through the septum, so that the liquid can be brought out of the carpule by the hollow needle 16 and advantageously injected into a person or an animal.
  • a measuring circuit (FIG. 2) which measures a capacitance in the region of the carpule 10 relative to the needle 16.
  • an electrode 1 1 is arranged on the container wall of the carpule 10 for this purpose.
  • 10 further electrode disposed opposite to one of the electrode 1 1 on the container of the carpule, wherein for determining the amount of liquid in the carpule 10, the capacitance between the two electrodes 1 1 can be measured.
  • the piston is displaced toward the needle 16 through the body of the carpule 10
  • the liquid is removed from the carpule 10 and air flows into the area behind the piston.
  • the electrical permittivity of the medium between the two electrodes 1 1 changes, so that a different capacity can be determined, which can be inferred in further on the level of the liquid in the cartridge 10.
  • a metallic closure is provided which surrounds the septum in the region of the outlet opening.
  • this metallic sheath is used as the shielding element 14.
  • the shielding element 14 is contacted and connected to a processing unit 20 comprising a measuring circuit 21, the shielding element 14 being connected to a predetermined potential, namely the system ground GND, relative to a reference potential of the measuring circuit 21 or an excitation voltage of the measuring circuit 21 used for the measurement. Because of this procedure, influences of a metallic needle 16, with which the liquid can be discharged out of the carpule 10 through the septum 12, are largely reduced since, in the specific case, the electrostatic effects of the existing needle 16 on the field configuration in the region of the outlet opening are largely suppressed , A measurement of the capacitance by means of the two electrodes 1 1 is thus independent of whether a needle 16 is in the septum 12 or not.
  • the measured values determined by the measuring unit 21 are transmitted to a microcontroller 22 of the processing unit 20 and transmitted by the latter to a processing unit 20 via an external data communication device.
  • the shielding element 14 is not placed on the system ground GND of the measuring circuit, but is placed on a predetermined potential with respect to a reference potential of the measuring circuit V M (FIG. 3).
  • the voltage on the shielding element 14 is set in such a way that the shielding element 14 is set to a potential which is predetermined with respect to an excitation voltage.
  • an excitation voltage can be, for example, an alternating voltage with which the capacitance between the two electrodes 11 is measured.
  • the measuring unit 21 forwards the determined measured values to a microcontroller 22.
  • the measured values can be transmitted via a data transmission unit 23 to an external data communication device.
  • An alternative embodiment of a carpule according to the invention uses instead of a conductive septum support, as shown in Fig. 1, a conductive foil 15 connected to the processing unit 20, which is wound around the septum (Fig. 4).
  • the carrier of the septum 12 need not be made conductive: If the carrier of the septum 12 is formed conductive, the suppression of the influences of a metallic needle 16 on the capacitance measurement or the fill level determination is further suppressed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung des Füllstands der Flüssigkeit in der von einem Karpulenhalter getragenen Karpule 10 wobei der Karpulenhalter eine Karpule trägt, wobei die Karpule 10 eine Flüssigkeit, insbesondere einen Wirkstoff, enthält, wobei die Karpule 10 einen Kolben aufweist, mit dem die in ihr befindliche Flüssigkeit durch eine Austrittsöffnung ausbringbar ist, wobei im Bereich der Austrittsöffnung der Karpule 10 ein Träger 13 vorgesehen ist, der ein mit einer Nadel 16 durchstechbares Septum 12 trägt und das Septum 12 vor der Austrittsöffnung der Karpule 10 fixiert, sodass das Septum 12 die Karpule 10 verschließt, wobei eine Messschaltung 21 zur Messung der Kapazität im Bereich der Karpule 10 zur Bestimmung des Inhalts der Flüssigkeit in der Karpule 10 vorgesehen ist, wobei ein das Septum 12 umgebendes leitfähiges, insbesondere metallisches, Abschirmelement 14, 15 vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Abschirmelement 14, 15 an die Messschaltung 21 angeschlossen ist und auf ein gegenüber einem Bezugspotential der Messschaltung 21 oder einer für die Messung verwendeten Erregungsspannung der Messschaltung 21 vorgegebenes Potential gelegt ist.

Description

Anordnung zur Bestimmung des Füllstands der Flüssigkeit in der Karpule
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung des Inhalts der Flüssigkeit in einer Karpule.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass solche Karpulen in einem Karpulenhalter angeordnet werden, wobei mittels des Karpulenhalters die in der Karpule befindliche Flüssigkeit durch eine Austrittsöffnung ausgebracht wird. Diese Austrittsöffnung ist üblicherweise durch ein Septum verschlossen. Hierbei handelt es sich normalerweise um einen nicht leitfähigen, elastischen Verschlussteil, der mit einer Nadel durchgestochen werden kann. Wird das Septum von einer Nadel durchstochen, kann die in der Karpule befindliche Flüssigkeit durch die Austrittsöffnung durch die Nadel durchtreten, sodass die in der Karpule befindliche Flüssigkeit indiziert werden kann.
Wird die in der Karpule befindliche Flüssigkeit kapazitiv gemessen, so wird durch das Einbringen der Nadel in das durchstechbare Septum eine Veränderung des elektrischen Felds verursacht, die letzen Endes dazu führt, dass erhebliche Abweichungen des Kapzitätsmesswerts sowie damit einhergehende Abweichungen des Füllstandsmesswerts in der Karpule vorhanden sind. Auch wenn es möglich ist, mittels einzelner Detektions- oder Korrekturmaßnahmen die Einflüsse der Nadel auf die Messergebnisse zu reduzieren, bleibt aufgrund der Beeinträchtigung des elektrischen Feldes im Bereich der Karpule stets ein gewisser Restmessfehler.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe die Einflüsse, die die zumeist metallische Nadel auf die detektierte Kapazität und damit auf den detektierten Füllstand hat, weitestgehend zu minimieren. Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Anordnung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 .
Anordnung zur Bestimmung des Füllstands der Flüssigkeit in der von einem
Karpulenhalter getragenen Karpule
- wobei der Karpulenhalter eine Karpule trägt,
- wobei die Karpule eine Flüssigkeit, insbesondere einen Wirkstoff, enthält
- wobei die Karpule einen Kolben aufweist, mit dem die in ihr befindliche Flüssigkeit durch eine Austrittsöffnung ausbringbar ist,
- wobei im Bereich der Austrittsöffnung der Karpule ein Träger vorgesehen ist, der ein mit einer Nadel durchstechbares Septum trägt und das Septum vor der Austrittsöffnung der Karpule fixiert, sodass das Septum die Karpule verschließt, - wobei eine Messschaltung zur Messung der Kapazität im Bereich der Karpule zur Bestimmung des Inhalts der Flüssigkeit in der Karpule vorgesehen ist,
- wobei ein das Septum umgebendes leitfähiges, insbesondere metallisches, Abschirmelement vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Abschirmelement an die Messschaltung angeschlossen ist und auf ein gegenüber einem Bezugspotential der Messschaltung oder einer für die Messung verwendeten Erregungsspannung der Messschaltung vorgegebenes Potential gelegt ist.
Durch diese vorteilhafte Maßnahme wird erreicht, dass eine Messung des Füllstands unabhängig davon vorgenommen werden kann, ob sich eine Nadel im Septum der Karpule befindet oder nicht. Die Messung der Kapazität kann damit einfacher und mit geringerem elektronischen Messaufwand vorgenommen werden.
Eine besonders einfache Ausprägung einer Karpule sieht vor, dass der Träger des Septums leitfähig ist und das Abschirmelement ausbildet. Hierbei ist eine einfache Abschirmung der Nadel möglich.
Für beliebig ausgestaltete Karpulen kann auch vorgesehen sein, dass das Abschirmelement eine leitfähige Folie aufweist, die um das Septum gewickelt ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den vorliegenden Zeichnungsfiguren näher dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Karpule wie sie bei einer erfindungsgemäßen Anordnung verwendet wird. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung sowie die hierbei verwendete Messelektronik. Fig. 3 zeigt in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform mit einer alternativen Verschaltung. Fig. 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer solchen Karpule mit Verwendung einer leitfähigen Folie.
In Fig. 1 ist eine Karpule dargestellt, wie sie bei einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung beispielsweise verwendet wird. Bei der Karpule 10 handelt es sich vorzugsweise um einen Behälter aus Glas oder Kunststoff, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die insbesondere einen Wirkstoff trägt. Beim Wirkstoff kann es sich beispielsweise um ein Arzneimittel handeln. Die Karpule 10 weist eine Austrittsöffnung auf, durch die die Flüssigkeit aus der Karpule 10 austreten kann. Die Austrittsöffnung ist durch ein Septum 12 verschlossen. Das Septum 12 verschließt die Austrittsöffnung der Karpule 10 dichtend. Soll die Flüssigkeit durch Fortbewegung eines Kolbens durch den Raum der Karpule 10 aus der Karpule 10 gepresst werden, so wird üblicherweise eine hohle Nadel 16 durch das Septum gestoßen, sodass die Flüssigkeit durch die hohle Nadel 16 aus der Karpule gebracht und vorteilhafterweise einer Person oder einem Tier injiziert werden kann.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann bestimmt werden, wie viel Flüssigkeit sich in der Karpule 10 befindet. Hierfür ist eine Messschaltung (Fig. 2) vorgesehen, die eine Kapazität im Bereich der Karpule 10 zur Nadel 16 hin misst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck eine Elektrode 1 1 an der Behälterwand der Karpule 10 angeordnet. Vorteilhafterweise ist an einer der Elektrode 1 1 am Behälter der Karpule 10 gegenüberliegende weitere Elektrode angeordnet, wobei zur Bestimmung der Flüssigkeitsmenge in der Karpule 10 die Kapazität zwischen den beiden Elektroden 1 1 gemessen werden kann. Wird der Kolben durch den Körper der Karpule 10 zur Nadel 16 hin verschoben, so wird die Flüssigkeit aus der Karpule 10 entfernt und es strömt Luft in den Bereich hinter dem Kolben. Hierdurch verändert sich die elektrische Permittivität des Mediums zwischen den beiden Elektroden 1 1 , sodass eine unterschiedliche Kapazität festgestellt werden kann, mit der in weiteren auf den Füllstand der Flüssigkeit in der Karpule 10 rückgeschlossen werden kann.
Darüber hinaus ist bei der in Fig. 1 dargestellten Karpule 10 ein metallischer Verschluss vorgesehen, der im Bereich der Austrittöffnung das Septum umgibt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird diese metallische Ummantelung als Abschirmelement 14 verwendet.
Das Abschirmelement 14 ist kontaktiert und an eine Verarbeitungseinheit 20 umfassend eine Messschaltung 21 angeschlossen, wobei das Abschirmelement 14 auf ein gegenüber einem Bezugspotential der Messschaltung 21 oder einer für die Messung verwendeten Erregungsspannung der Messschaltung 21 vorgegebenes Potential namentlich die Systemmasse GND gelegt ist. Aufgrund dieses Vorgehens sind Einflüsse einer metallischen Nadel 16, mir der die Flüssigkeit durch das Septum 12 aus der Karpule 10 ausgebracht werden kann, weitestgehend reduziert, da im konkreten Fall die elektrostatischen Auswirkungen der vorhandenen Nadel 16 auf die Feldkonfiguration im Bereich der Austrittsöffnung weitestgehend unterdrückt sind. Eine Messung der Kapazität mittels der beiden Elektroden 1 1 ist folglich unabhängig davon, ob sich eine Nadel 16 im Septum 12 befindet oder nicht. Die von der Messeinheit 21 ermittelten Messwerte werden an einen Mikrokontroller 22 der Verarbeitungseinheit 20 übertragen und von dieser mittels einer Datenübertragungseinheit 23 an ein externes Datenkommunikationsgerät übertragen. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, dass das Abschirmelement 14 nicht auf die Systemmasse GND der Messschaltung gelegt wird, sondern auf ein gegenüber einem Bezugspotential der Messschaltung VM vorgegebenes Potential gelegt wird (Fig. 3). Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Spannung am Abschirmelement 14 derart festgelegt wird, dass das Abschirmelement 14 auf ein gegenüber einer Erregungsspannung vorgegebenes Potential gelegt wird. Eine solche Erregungsspannung kann beispielsweise eine Wechselspannung sein, mit der die Kapazität zwischen den beiden Elektroden 1 1 gemessen wird. Insgesamt ist es bei sämtlichen der vorgeschlagenen Maßnahmen möglich die elektrostatischen Einflüsse einer durch das Septum 12 durchgeführten metallischen Nadel 16 auf die Messung der Kapazität zwischen den beiden Elektroden 1 1 und letztendlich auf die Bestimmung des Füllstands der Flüssigkeit in der Karpule 10 zu reduzieren. Der Träger des Septums ist leitfähig und bildet im vorliegenden Fall das Abschirmungselement 14 aus. Wie auch in Fig. 3 dargestellt, leitet die Messeinheit 21 die ermittelten Messwerte an einem Mikrokontroller 22 weiter. Die Messwerte können über eine Datenübertragungseinheit 23 an ein externes Datenkommunikationsgerät übertragen werden.
Eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Karpule verwendet anstelle eines leitfähigen Septumträgers, wie in Fig. 1 dargestellt eine leitfähige an die Verarbeitungseinheit 20 angeschlossene Folie 15, die um das Septum gewickelt ist (Fig. 4). In diesem Fall braucht der Träger des Septums 12 nicht leitfähig ausgeführt zu sein: Sofern auch der Träger des Septums 12 leitfähig ausgebildet ist, wird die Unterdrückung der Einflüsse einer metallischen Nadel 16 auf die Kapazitätsmessung bzw. die Füllstandsbestimmung weiter unterdrückt.

Claims

Patentansprüche
1 . Anordnung zur Bestimmung des Füllstands der Flüssigkeit in der von einem Karpulenhalter getragenen Karpule (10)
- wobei der Karpulenhalter eine Karpule trägt,
- wobei die Karpule (10) eine Flüssigkeit, insbesondere einen Wirkstoff, enthält
- wobei die Karpule (10) einen Kolben aufweist, mit dem die in ihr befindliche Flüssigkeit durch eine Austrittsöffnung ausbringbar ist,
- wobei im Bereich der Austrittsöffnung der Karpule (10) ein Träger (13) vorgesehen ist, der ein mit einer Nadel (16) durchstechbares Septum (12) trägt und das Septum (12) vor der Austrittsöffnung der Karpule (10) fixiert, sodass das Septum (12) die Karpule (10) verschließt,
- wobei eine Messschaltung (21 ) zur Messung der Kapazität im Bereich der Karpule (10) zur Bestimmung des Inhalts der Flüssigkeit in der Karpule (10) vorgesehen ist,
- wobei ein das Septum (12) umgebendes leitfähiges, insbesondere metallisches, Abschirmelement (14, 15) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
- dass das Abschirmelement (14, 15) an die Messschaltung (21 ) angeschlossen ist und auf ein gegenüber einem Bezugspotential der Messschaltung (21 ) oder einer für die Messung verwendeten Erregungsspannung der Messschaltung (21 ) vorgegebenes Potential gelegt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (14) des Septums (12) leitfähig ist und das Abschirmelement ausbildet.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement eine leitfähige Folie (15) aufweist, die um das Septum (12) gewickelt ist.
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