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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verneblereinheit mit wechselbarem Mundstück, wobei Erstere in ihrem Innern einen durch einen Dichtring und eine Haltestruktur gehaltenen Aerosolerzeuger einschließt und an welcher auf einer Ausgangsseite des Aerosolerzeugers ein Anschlussstück für ein wechselbares Mundstück angeformt ist, und wobei das Mundstück einen im Wesentlichen zylinder- oder kegelstumpfförmigen, vorderen Abschnitt zum Aufstecken auf das Anschlussstück der Verneblereinheit umfasst sowie einen hinteren Abschnitt zur Aufnahme in einen Mund eines Patienten.
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Zur medizinischen Behandlung von Atemwegerkrankungen werden häufig Inhalationstherapien eingesetzt, bei denen der Patient eine Medikamentenlösung respiratorisch in Aerosolform aufnimmt. Dazu wird eine Verneblereinheit mit Aerosolerzeuger verwendet, welche den Patienten mittels eines daran angeschlossenen Mundstücks versorgt.
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Bei dem Aerosolerzeuger handelt es sich üblicherweise um eine metallene Meshmembran mit mikrometergroßen Poren, die durch einen elektrisch angeregten, kreisringförmigen Piezokristall in Schwingung versetzt wird und dadurch eine aus einem Reservoir zugeführte Medikamentenlösung zu mikrometerfeinen Aerosoltröpfchen zerstäubt.
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Das an die Verneblereinheit angeschlossene Mundstück ist derart ausgeformt, dass es von den Lippen des Patienten bequem umgriffen werden kann, wodurch ein weitestgehend luftdichter Abschluss gebildet wird. Beim Einatmen wird das ausgangsseitig der Verneblereinheit an das Mundstück abgegebene, mit medikamentenhaltigem Aerosol beaufschlagte Luftvolumen vom Patienten eingesogen, um seine Wirkung unmittelbar in Bronchien und Lunge zu entfalten. An der Verneblereinheit sind typischerweise axial verlaufende Belüftungsschlitze ausgeformt, durch die beim Einatmen Frischluft zu dem Aerosol zuströmt und durch die verbrauchte Atemluft beim Ausatmen entweichen kann.
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In fortschrittlichen Inhalationsgeräten wird die Aerosolabgabe durch die Atemtätigkeit des Patienten getriggert, d.h. Medikamentenabgabe findet nur während der Einatemphasen statt. Dazu wird über einen in das Innere des Mundstücks endenden sog. Flow-Kanal die Atemtätigkeit über Druck- oder Durchflusssensoren registriert und entsprechende Befehle an ein Steuergerät weitergegeben.
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Bei Verneblereinheiten mit zugehörigen Mundstücken nach dem Stand der Technik hat das beim Einatmen vom Patienten angesogene Aerosol-Luft-Gemisch ausgangsseitig der Verneblereinheit ein divergentes, d.h. sich in Hauptausbreitungsrichtung kegelförmig aufweitendes Strömungsprofil, welchem ferner Verwirbelungen überlagert sind. Ein solches Strömungsprofil führt zu dem Effekt, dass sich im Bereich des Mundstücks Aerosoltröpfchen an den Wänden niederschlagen und ansammeln. Der darin enthaltene Anteil der medikamentösen Dosis gelangt somit nicht zum beabsichtigten Wirkungsort in Bronchien oder Lunge, sondern fließt entweder in die Mundhöhle des Patienten, wo er ohne die beabsichtigte Wirkung absorbiert wird, oder zurück in die Verneblereinheit, welche dadurch in ihrer Aerosolerzeugungsleistung herabgesetzt und fortwährender Kontamination ausgesetzt wird. Diese Wirkstoffverluste beeinträchtigen insbesondere den Therapieerfolg, weil dadurch die vom Patienten effektiv über die Atemwege aufgenommene Medikamentendosis unkontrolliert und unbestimmt ist.
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Die vorliegende Erfindung möchte daher die Aufgabe lösen, den Niederschlag von Aerosoltröpfchen an den Wänden des Mundstücks zu minimieren oder zu verhindern, um eine wohldosierte medikamentöse Inhalationstherapie zu ermöglichen und Kontaminationen der Verneblereinheit zu minimieren.
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Erreicht wird dies durch eine Verneblereinheit mit Mundstück gemäß Anspruch 1. Die wesentliche Idee der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, das vom Patienten angesogene Aerosol mit einem Hüllluftstrom zu umschließen, welcher für im Wesentlichen laminare Strömungsverhältnisse sorgt und die Aerosoltröpfchen von den Wänden des Mundstücks fernhält. Ein solcher Hüllstrom wird durch einen luftdurchlässigen Spalt gespeist, welcher den unmittelbar an die Verneblereinheit anschließenden vorderen Abschnitt des Mundstücks radial umläuft. Beim Einatmen wird durch diesen Spalt Frischluft aus dem Außenraum des Mundstücks eingesogen und in Form eines einhüllenden Luftpolsters um den die Aerosoltröpfchen enthaltenden Luftstrom mitgeführt. Es hat sich gezeigt, dass dadurch eine vorteilhafte, radiale Konzentration des Aerosols auf den zentralen Bereich des Luftstromes einhergeht, wodurch der Kontakt mit den Wänden des Mundstücks vermieden und eine vollständige Inhalation der Medikamentenlösung gewährleistet wird.
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Der Begriff „Spalt“ ist im Rahmen der Erfindung weit auszulegen und soll auch solche Ausgestaltungen ausdrücklich umfassen, die aus einzelnen voreinander beabstandeten und entlang einer Linie angeordneten Bohrungen gebildet werden.
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Im Weiteren werden vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Mundstücks vorgestellt, welche in geeigneter Form miteinander kombiniert werden können.
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Um einen möglichst radialsymmetrischen Hüllstrom zu erzeugen, sollte vorteilhaft für eine entsprechend symmetrische Anordnung der radial umlaufenden Spalte Sorge getragen werden. Ausgehend von dem Idealbild eines vollumlaufenden Radialspaltes sollten die ihn unterbrechenden Stege, welche zur Gewährleistung der mechanischen Integrität des Mundstücks vonnöten sind, somit von gleicher Breite und äquidistant über den Umfang des Mundstücks verteilt sein. Der an die Verneblereinheit anschließende, vordere Abschnitt des Mundstücks, auf dessen Umfang der Spalt radial verläuft, hat üblicherweise eine im Wesentlichen zylinder- oder kegelstumpfförmige Gestalt, so dass auch der Hüllstrom vorteilhaft die Form eines Hohlzylinders oder -kegels annimmt. Die axiale Position des Spaltes sollte an die Divergenz des Aerosolstromes derart angepasst sein, dass eine Lufteinleitung in Strömungsrichtung vor dem Auftreffbereich des Aerosolkegels auf die Wand des Mundstücks sichergestellt ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform hat der Verlauf des luftdurchlässigen Spalts neben der Radial- auch eine Axialkomponente, so dass er eine spiralförmige Gestalt auf dem vorderen Abschnitt des Mundstücks einnimmt. Es hat sich gezeigt, dass mit einer solchen Konfiguration beim Einatmen ein Hüllstrom entsteht, welcher zu einer sehr effektiven Einschnürung und axialen Konzentration des Aerosols führt.
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Des Weiteren konnte der Anmelder nachweisen, dass sich durch spezielle Ausgestaltungen des Spaltprofils vorteilhafte Reduktionen von Verwirbelungen im Hüllstrom herbeiführen lassen.
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So kann in einer speziellen Ausführungsform der Spalt derart schräg durch die Wand des Mundstücks verlaufen, dass die hindurchgesogene Luft nicht im Wesentlichen vertikal auf die Zylinder- oder Kegelachse des Mundstücks zuströmt, sondern eine signifikant axiale, auf den hinteren Abschnitt des Mundstücks gerichtete Strömungskomponente aufweist. Durch ein solches, stärker tangentiales Auftreffen der eingesogenen Luft auf den Strom des Aerosols wird die Tendenz zur Bildung von Turbulenzen reduziert und die Ausprägung eines effektiven Hüllstromes gefördert. Des Weiteren kann die Turbulenzbildung bei der Einleitung der eingesogenen Luft in das Innere des Mundstücks dadurch reduziert werden, dass die Spaltkanten abgerundet ausgeformt werden. Im Gegensatz zu einem rechtwinkligen Strömungshinderniss wird durch diese Abrundung die Aufrechterhaltung einer laminaren Grenzschicht begünstigt.
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Es hat sich ferner gezeigt, dass eine vorteilhafte Beeinflussung der Ausbildung des Hüllstroms dadurch möglich ist dem Spalt ein sich in Strömungsrichtung verjüngendes Profil aufzuprägen, wodurch die eingesogene Luft eine Beschleunigung erfährt.
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Bezüglich der Querschnittsfläche des Spaltes in Strömungsrichtung gilt zu beachten, dass diese groß genug dimensioniert sein muss, um dem Patienten ein unbeschwertes Einatmen zu ermöglichen. Dabei ist sowohl die Konstitution des Patienten zu berücksichtigen als ggfs. auch das Vorhandensein weiterer Lufteinlässe an der Verneblereinheit. Bei einer Ausführungsform der Verneblereinheit mit Flow-Kanal zur Druck- oder Durchflussmessung und Triggerung der Aerosolabgabe mit der Atemfrequenz des Patienten ist zu beachten, dass das gemessene Triggersignal mit der Querschnittsfläche des Spaltes abnimmt. Für einen im Wesentlichen vollumlaufenden Spalt hat sich eine Spaltbreite im Bereich von 0,5-5 mm als zweckmäßig erwiesen.
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Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile vorliegender Erfindung ergeben sich aus der im Folgenden anhand der Figuren näher erläuterten, beispielhaften Ausführungen. Diese sollen vorliegende Erfindung nur illustrieren und in keiner Weise einschränken.
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Es zeigen:
- 1: Querschnittansicht einer Ausführungsform erfindungsgemäßer Verneblereinheit und Mundstück mit schematischen Strömungsverläufen
- 2: Draufsicht einer Ausführungsform erfindungsgemäßen Mundstücks mit spiralförmigem Spalt
- 3: Draufsicht der Anschlussseiten von Ausführungsformen erfindungsgemäßer Verneblereinheit und Mundstücks
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1 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verneblereinheit 1. An den von Dichtring 102 und Haltestruktur 103 eingefassten Aerosolerzeuger 101 schließt ein Medikamentenreservoir 13 an, aus welchem die zu vernebelnde Medikamentenlösung auf die Eingangsseite der Meshmembran im Aerosolerzeuger 101 appliziert wird. Die Injektion der Medikamentenlösung aus dem Medikamentenreservoir 13 kann vorteilhaft diskontinuierlich erfolgen, derart, dass eine Triggerung durch die Atemtätigkeit des Patienten vorgenommen wird. Zu diesem Zwecke ist ein Flow-Kanal 14 an einer Seite der Verneblereinheit 1 vorgehalten, dessen eines Ende in das Innere des Mundstücks 2 mündet. Darüber können anhand von Druck- oder Durchflussmessungen die Ein- und Ausatemphasen des Patienten bestimmt und ein entsprechendes Triggersignal für die Medikamentenabgabe generiert werden. Über das Anschlussstück 12 ist der vordere Abschnitt 21 des Mundstücks 2 luftdicht aber wechselbar an die Verneblereinheit 1 angeschlossen. Der hintere Abschnitt 22 des Mundstücks 2 dient schließlich der Aufnahme in den Mund des Patienten. Dem in das Mundstück 2 abgegebene Aerosol wird durch den Aerosolerzeuger 101 ein Strömungsverlauf 6 aufgeprägt, welcher sich kegelförmig in Richtung der Zylinder- oder Kegelachse 40 des vorderen Abschnitts 21 aufweitet. In Mundstücken nach dem Stand der Technik führt diese Divergenz zu dem eingangs beschriebenen Problem des Niederschlagens von Aerosoltröpfchen an den Wänden des Mundstücks. Durch Vorhalten des luftdurchlässigen Spalts 3 wird beim Einatmen der Hüllluftstrom 5 eingesogen, welcher das Aerosol 6 von den Wänden des Mundstücks 2 fernhält und zu einer radialen Fokussierung des Aerosols 6 um die Zylinder- oder Kegelachse 40 führt. Die axiale Position des Spalts 3 muss dazu so gewählt werden, dass der Hüllstrom 5 das Aerosol 6 vor dessen Auftreffen auf die Wände umleitet. In der hier gezeigten, vorteilhaften Ausführung verläuft der Spalt 3 schräg durch die Wand des vorderen Abschnitts 21 des Mundstücks 2, d.h. die Luftdurchtrittrichtung 50 bildet einen spitzen Winkel mit der axialen Hauptströmungsrichtung 40 des Aerosols 6. Zur Minimierung von Turbulenzen bei der Einleitung des Hüllstroms 5 in das Aerosol 6 sind die Kanten 31, 32 des Spalts 3 hier abgerundet ausgeformt. Die Breite 30 des Spalts 3 sollte an seiner engsten Stelle 0,5 bis 5 mm aufweisen, um etwa in Abhängigkeit der Spaltlänge für ein zur Patientenversorgung ausreichendes Luftvolumen durchlässig zu sein ohne das Signal-zu-Rausch Verhältnis des über den Flow-Kanal 14 gemessenen Triggersignals zu stark zu beeinträchtigen.
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In 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mundstücks 2 mit einem luftdurchlässigen Spalt 3 gezeigt, welcher den vorderen Abschnitt 21 spiralförmig um mehr als eine volle Drehung um die Zylinder- oder Kegelachse 40 umläuft.
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3 zeigt die Anschlussseite 121 des Anschlussstücks 12 der Verneblereinheit 1 und die Anschlussseite 211 des vorderen Abschnitts 21 des Mundstücks 2 in vorteilhafter Ausführungsform. Die kreisringförmigen Anschlussseiten 121, 211 sind dabei so dimensioniert, dass der Außendurchmesser 120 der Seite 121 kleiner ist als der Innendurchmesser 210 der Seite 211. Durch diese Fehlpassung entsteht beim Aufsetzen des Mundstücks 2 auf die Verneblereinheit 1, d.h. beim Ineinanderfügen von Anschlussstück 12 und vorderem Abschnitt 21, der erfindungsgemäße luftdurchlässige Spalt. Eine formschlüssige Verbindung zwischen Verneblereinheit 1 und Mundstück 2 kommt dabei dadurch zustande, dass an dem vorderen Abschnitt vier, in sein Inneres weisende Stege 212-215 angeformt sind, die in regelmäßigen Abständen von π/2 auf dem Innendurchmesser der Anschlussseite 211 angeordnet sind und an deren Stirnflächen das Anschlussstück 12 im verbundenen Zustand anliegt. Die Stirnflächen paarweise gegenüberliegenden Stege 212-215 weisen dazu einen Abstand voneinander auf, der dem Außendurchmesser 120 der Anschlussseite 121 entspricht. Um ein komfortables Einführen und robustes Verklemmen des Anschlussstücks 12 zwischen den Stegen 212-215 zu gewährleisten, sollte der Abstand paarweise gegenüberliegender Stirnflächen an der Anschlussseite 211 größer als der Außendurchmesser 120 sein und sich in Richtung des hinteren Abschnitts 22 des Mundstücks 2, d.h. in die Bildebene von 3 hinein, auf ein Maß kleiner als der Außendurchmesser 120 verringern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verneblereinheit
- 101
- Aerosolerzeuger
- 102
- Dichtring
- 103
- Haltestruktur
- 12
- Anschlussstück
- 120
- Außendurchmesser Anschlussseite Anschlussstück
- 121
- Anschlussseite Anschlussstück
- 13
- Medikamentenreservoir
- 14
- Flow-Kanal
- 21
- vorderer Abschnitt
- 210
- Innendurchmesser Anschlussseite vorderer Abschnitt
- 211
- Anschlussseite vorderer Abschnitt
- 212-215
- Steg
- 22
- hinterer Abschnitt
- 3
- Spalt
- 30
- Spaltbreite
- 31, 32
- abgerundete Kante
- 40
- Zylinder- oder Kegelachse
- 5
- Strömungsverlauf Hüllstrom
- 50
- Luftdurchtrittrichtung
- 6
- Strömungsverlauf Aerosol
