DE19953317C1 - Inhalationsvernebler - Google Patents
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Abstract
Der erfindungsgemäße Inhalationsvernebler umfasst einen Aerosolgenerator (2) mit einer Membran (22), die von einem Schwingungsgenerator (23) in Schwingungen versetzt wird. Durch die Öffnungen der Membran wird eine an der Membran anliegende Flüssigkeit in eine Mischkammer (3) hinein zerstäubt.
Description
Die Erfindung betrifft Inhalationsvernebler für ein zu
vernebelndes flüssiges Medikament oder eine zu vernebelnde
medikamenthaltige Flüssigkeit.
Mit Inhalationsverneblern werden therapeutisch wirksame oder
medikamenthaltige Flüssigkeiten mit Hilfe eines
Aerosolerzeugers zu einem Aerosol vernebelt, das regelmäßig
aus lungengängigen Partikeln besteht. Das erzeugte Aerosol
wird einem Patienten im Rahmen einer Inhalationstherapie zum
Einatmen dargeboten, wodurch die therapeutisch wirksame
Flüssigkeit oder das Medikament in die Atemwege des Patienten
gelangen.
Inhalationsvernebler dieser Art sind in unterschiedlichen
Ausgestaltungen bekannt. So offenbart beispielsweise EP 0 170
715 A1 einen Inhalationsvernebler, bei dem unter anderem
flüssige Stoffe mittels eines Druckgasstromes vernebelt
werden. Dazu ist eine Düse als Aerosolerzeuger in einem
Verneblungsraum des Inhalationsverneblers angeordnet und
besitzt zwei neben einem Druckgaskanal angeordnete
Ansaugkanäle. Wenn Druckluft durch den Druckgaskanal strömt,
wird die zu zerstäubende Flüssigkeit durch die Ansaugkanäle
angesaugt. Dazu ragen die Ansaugkanäle in einen Behälter, in
dem die zu zerstäubende Flüssigkeit bevorratet wird.
Dieser bekannte Vernebler ist repräsentativ für
Inhalationsvernebler mit kontinuierlicher Aerosolproduktion.
Bei kontinuierlich arbeitenden Inhalationsverneblern wird das
Aerosol ohne Unterbrechung erzeugt, so dass der
Aerosolgenerator nicht nur während des Einatmens, sondern
auch während des Ausatmens des Patienten das Aerosol
produziert. Dieser Zusammenhang ist schematisch in Fig. 1A
dargestellt, in der ein Atemmanöver, bestehend aus einer
Einatemphase und einer Ausatemphase dargestellt ist. Nur in
der Einatemphase wird das vom Aerosolgenerator produzierte
Aerosol tatsächlich eingeatmet, während in der übrigen Zeit
das erzeugte Aerosol aus verschiedenen Gründen, wie Abgabe an
die Umgebungsluft, Niederschlagen im Inhalationsvernebler
etc. verloren geht.
Um die Aerosolverluste zu vermeiden wurde versucht, die
Aerosolerzeugung auf die Einatemphase oder Teile davon zu
beschränken, um den in Fig. 1B schematisch dargestellten
Ablauf zu erreichen. Dazu wurde entweder dem Patienten die
Möglichkeit gegeben, die Aerosolproduktion manuell zu
unterbrechen, oder es wurde mit Hilfe von Sensoren die Atmung
des Patienten erfasst und die Aerosolproduktion automatisch
gesteuert. Während die manuelle Steuerung der
Aerosolproduktion den Patienten zusätzlich belastet und oft
zu unzureichenden Ergebnissen führt, stellt die automatische
Steuerung der Aerosolproduktion einen erheblichen technischen
Aufwand dar, der in der Regel in keinem Verhältnis zu dem
erzielten Effekt steht und darüber hinaus oftmals die
geforderte Genauigkeit und Zuverlässigkeit nicht erreicht.
Vor diesem Hintergrund besteht das der Erfindung zugrunde
liegende technische Problem darin, einen Inhalationsvernebler
zu schaffen, der mit geringem konstruktivem Aufwand die
Bereitstellung einer erhöhten Aerosolmenge in der
Einatemphase bei gleichzeitiger Reduzierung von
Aerosolverlusten während der Ausatemphase erzielt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Inhalationsvernebler,
bei dem ein Aerosolmembrangenerator und eine angepasste
Mischkammer miteinander kombiniert sind. Der
Aerosolmembrangenerator umfasst einen
Flüssigkeitsvorratsbehälter, in den ein flüssiges Medikament
oder eine medikamenthaltige Flüssigkeit einfüllbar ist, eine
Membran, die auf einer Seite mit dem
Flüssigkeitsvorratsbehälter derart in Verbindung steht, dass
eine in den Flüssigkeitsvorratsbehälter eingefüllte
Flüssigkeit in Berührung mit der einen Seite der Membran
gelangt, und einen Schwingungsgenerator, durch den die
Membran in Schwingungen versetzbar ist, so dass eine in den
Flüssigkeitsvorratsbehälter eingefüllte Flüssigkeit durch die
Öffnungen der Membran hindurch auf der anderen Seite der
Membran zerstäubt wird. Die erfindungsgemäße Mischkammer, in
die hinein der Aerosolmembrangenerator das Aerosol erzeugt,
besitzt ein Einatemventil, das in einer Einatemphase den
Zustrom von Umgebungsluft in die Mischkammer zulässt und das
in einer Ausatemphase das Austreten des Aerosols aus der
Mischkammer verhindert, und ein Ausatemventil, das in der
Ausatemphase das Austreten der Atemluft eines Patienten in
die Umgebung zulässt und das in der Einatemphase den Zustrom
von Umgebungsluft verhindert.
Zwar sind Aerosolgeneratoren mit Membran grundsätzlich
bekannt, wie beispielsweise aus EP 0432 992 A oder EP 0 682
570 A, aber erst durch die erfindungsgemäße Kombination eines
Aerosolmembrangenerators mit einer Mischkammer mit Einatem-
und Ausatemventil wird der in Fig. 2 gezeigte Ablauf erzielt.
Denn erfindungsgemäß erzeugt der Aerosolmembrangenerator das
Aerosol kontinuierlich, so dass sich das Aerosol in der
Mischkammer sammelt, auch wenn der Patient in den
Inhalationsvernebler hinein ausatmet. Denn das Ausatemventil
sorgt dafür, dass die Atemluft des Patienten unmittelbar an
die Umgebung abgegeben wird, ohne in nennenswertem Umfang in
die Mischkammer zu gelangen, während das Einatemventil in
dieser Phase geschlossen ist und ein Ausströmen des Aerosols
aus der Mischkammer verhindert. Der kontinuierlich arbeitende
Aerosolmembrangenerator reichert während der Ausatemphase das
Aerosol in der Mischkammer an, so dass in der Einatemphase
nicht nur die aufgrund der kontinuierlichen Produktion
erzeugte Aerosolmenge für die Einatmung zur Verfügung steht,
sondern zu Beginn der Einatemphase ein Aerosolbolus
eingeatmet werden kann, der wegen der Aerosolanreicherung in
der Ausatemphase zur Verfügung steht. Dabei nutzt die
Erfindung die besonderen Charakteristika der Verneblung einer
Flüssigkeit durch einen Aerosolmembranegenerator,
insbesondere die vergleichweise niedrige Geschwindigkeit und
bereits unmittelbar nach der Erzeugung gute Lungengängikeit
der Aerosolpartikel. Dies bewirkt, dass sich der in der
Ausatemphase bildende Aerosolbolus schnell stabilisiert, d. h.
dass die Aerosolpartikel ihre Größe aufgrund von Verdunstung
nicht mehr stark ändern, da das der Aerosolmenge zur
Verfügung stehende Volumen der Mischkammer vergleichsweise
gering ist und erfindungsgemäß während der Ausatemphase, in
der das Aerosol für den Aerosolbolus erzeugt wird, praktisch
keine Umgebungsluft in die Mischkammer gelangt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet die Membran einen
Teil der Wand des Flüssigkeitsvorratsbehälters und begrenzt
so den Flüssigkeitsvorratsbehälter in diesem Bereich, so dass
eine in den Flüssigkeitsvorratsbehälter eingefüllte
Flüssigkeit die Membran unmittelbar berührt. Dadurch wird
erreicht, dass aufgrund des unmittelbaren Kontakts die
kontinuierliche Aerosolerzeugung sichergestellt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der
Schwingungsgenerator ein piezoelektrisches Element.
Das Ausatemventil kann an der Mischkammer, d. h. in der Wand
der Mischkammer angeordnet sein. Vorzugsweise liegt das
Ausatemventil in der Nähe der Stelle, an der die Atemluft des
Patienten in den Inhalaltionsvernebler gelangt, in der Regel
also in der Nähe des Munstücks bzw. Mundstücksanschlusses. Um
die möglichst direkte Abgabe der Ausatemluft an die Umgebung
zu unterstützen, ist in einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung das Ausatemventil in bzw. an dem Mundstück
selbst angeordnet, das an der Mischkammer lösbar befestigt
ist und durch das hindurch der Patient das Aerosol aus der
Mischkammer einatmet. Das Mundstück kann dabei so gestaltet
sein, dass es die Mischkammer erweitert und zusätzliches
Volumen bereitstellt. Gleichzeitig gestattet die Anordnung
des Ausatemventils im Mundstück, dass dieses Ventil in der
Nähe der Mundstücköffung liegt, was zu einer direkten
Ableitung der Ausatemluft in die Umgebung zusätzlich
beiträgt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der
Flüssigkeitsvorratsbehälter ein Zylinder, die in einer
Stirnseite des Zylinders angeordnete Membran eine
Kreisscheibe und der Schwingungsgenerator ein die Membran
umgebender Kreisring. Die Umgebungsluft wird bei dieser
Gestaltung durch einen ringförmigen Raum oder Spalt, der
konzentrisch zur Zylinderachse des
Flüssigkeitsvorratsbehälters liegt, in die Mischkammer
geführt. Ein Ventilelement des Einatemventils ist dabei
ebenfalls als Kreisscheibe ausgebildet.
Grundsätzlich ist die rotationssymmetrische Gestaltung des
Aerosolgenerators und auch der Mischkammer, zumindest in dem
den Aerosolgenerator aufnehmenden Abschnitt, vorteilhaft. Die
Membran kann senkrecht zur Rotationsachse liegen, sie kann
aber auch geneigt sein.
Da bei dem erfindungsgemäßen Inhalationsvernebler die
Aerosolproduktion kontinuierlich erfolgen kann, entfällt die
Notwendigkeit einer technisch aufwendigen Ansteuerung des
Aerosolmembrangenerators. Dennoch wird ein nahezu optimaler
Verlauf der Aerosolproduktion und -bereitstellung für den
Patienten erzielt, da insbesondere zu Beginn der Einatemphase
ein Aerosolbolus dargeboten wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren genauer
beschrieben, in denen zeigt:
Fig. 1A und 1B den zeitlichen Ablauf eines Atemmanövers
bei kontinuierlicher bzw. gesteuerter Aerosolproduktion bei
Inhalationsverneblern gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 den zeitlichen Ablauf eines Atemmanövers
bei kontinuierlicher Aerosolproduktion eines
erfindungsgemäßen Inhalationsverneblers; und
Fig. 3 eine geschnittene Darstellung eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Inhalationsverneblers.
Der in Fig. 3 gezeigte Inhalationsvernebler 1 umfaßt einen
Aerosolmembrangenerator 2 und eine Mischkammer 3 mit
Einatemventil 31 und Ausatemventil 32.
Der Aerosolmembrangenerator 2 umfaßt einen zylindrischen
Flüssigkeitsvorratsbehälter 21, der auf einer Stirnseite von
einer Membran 22 in Form einer Kreisscheibe begrenzt wird.
Eine in den Flüssigkeitsvorratsbehälter eingefüllte
Flüssigkeit (nicht dargestellt) berührt die eine Seite der
Membran 22. Ein Schwingungsgenerator 23, beispielsweise ein
Piezo-Kristall, umgibt die Membran 22 kreisförmig und ist mit
dieser so verbunden, daß die Membran 22 mit Hilfe des
Schwingungsgenerators 23 in Schwingungen versetzt werden
kann. Dazu ist eine (nicht dargestellte) elektrische
Ansteuerschaltung für den Schwingungsgenerator erforderlich,
deren Aufbau und Funktion dem einschlägigen Fachmann
grundsätzlich bekannt sind. Durch die Öffnungen der in
Schwingung versetzten Membran 22 hindurch wird die auf der
einen Seite an die Membran 22 grenzende Flüssigkeit auf der
anderen Seite der Membran 22 und somit in die Mischkammer 3
hinein zerstäubt.
Bei einer zylindrischen Gestaltung des
Flüssigkeitsvorratsbehälters 21 ist eine kreisförmige
Gestaltung der Membran 22 bzw. ringförmige Gestaltung des
Schwingungsgenerators 23 vorteilhaft, wie sich aus dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ergibt. Vorteilhaft ist dann
der Aerosolmembrangenerator 2 in einem Abschnitt der
Mischkammer 3 angeordnet, der ebenfalls zylindrisch gestaltet
ist, wie in Fig. 3 gezeigt. Dadurch ergibt sich um den
Aerosolmembrangenerator 2 ein Ringspalt 33, durch den in der
Einatemphase Umgebungsluft in die Mischkammer 3 strömen kann.
An die Mischkammer 3 ist bei dem in Fig. 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel ein Mundstück 4 angeformt, wobei das
Mundstück auch von der Mischkammer lösbar sein kann. Durch
das Mundstück 4 atmet der Patient das Aerosol ein, das von
dem Aerosolmembrangenerator 2 in die Mischkammer 3 hinein
erzeugt wird. Die Größe und Form des Mundstücks 4 kann so
gewählt werden, daß es die Mischkammer 3 erweitert und
gleichzeitig Raum für die Anordnung des Ausatemventils 32
bietet. Dieses Ventil liegt dann vorzugsweise, wie bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 gezeigt, in der Nähe der dem
Patienten zugewandten Öffnung 41 des Mundstücks 4. Atmet der
Patient in die Öffnung 41 des Mundstücks 4 hinein aus, öffnet
sich das Ausatemventil 32, so daß die Atemluft des Patienten
in die Umgebung abströmt. Dazu hebt sich ein Ventilelement
321 des Ausatemventils 32 ab und gibt die Öffnung 322 des
Ausatemventils 32 frei. Das Einatemventil 31 ist geschlossen,
wenn der Patient in den Inhalationsvernebler hinein ausatmet,
da das Ventilelement 311 des Einatemventils 31 die Öffnung
312 dieses Ventils verschließt.
Atmet der Patient durch die Öffnung 41 des Mundstücks 4
hindurch ein, öffnet sich das Einatemventil 31 und gibt die
Öffnung 312 frei, da sich das Ventilelement 311 abhebt.
Dadurch strömt Umgebungsluft durch das Einatemventil 31 und
den Ringspalt 33 in die Mischkammer 3 und wird zusammen mit
dem Aerosol von dem Patienten eingeatmet. Da sich in der
Mischkammer 3 während des Ausatmens aufgrund der
kontinuierlichen Aerosolproduktion des
Aerosolmembrangenerators 2 Aerosol angesammelt hat, steht dem
Patienten während des Einatmens und insbesondere zu Beginn
der Einatemphase eine erhöhte Aerosolmenge, ein sogenannter
Aerosolbolus zur Verfügung.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Einatemventil
an die zylindrische Gestalt des Aerosolgenerators 2 und des
Ringspalts 33 angepasst. Das flexible Ventilelement 311
besitzt die Form einer Kreisscheibe, die an einem mittig
angeordneten Befestigungsvorsprung 51 eines Deckels 5
befestigt ist, der an dem zylindrischen Abschnitt der
Mischkammer 3 angebracht, beispielsweise aufgeschraubt wird.
Der Deckel 5 umfasst ferner einen Zylinderstutzen 52, der in
Wechselwirkung mit der Außenwand 24 des
Flüssigkeitsvorratsbehälters 21 das Ventilelement 311
einklemmt.
An der dem Flüssigkeitsvorratsbehälter 21 zugewandten Seite
des Zylinderstutzens 52 ist ferner eine erste
Kreisringscheibe 53 angeformt, in der die Öffnungen 312 des
Einatemventils 31 ausgebildet sind. Entsprechende Öffnungen
54 sind in dem Deckel 5 vorgesehen, so daß durch die
Öffnungen 54 und 312 die Umgebungsluft während der
Einatemphase in die Mischkammer 3 hineinströmen kann. Der
Aerosolmebrangenerator 2 weist an der die Membran
enthaltenden Stirnseite eine zweite Kreisringscheibe 25 mit
Öffnungen 26 auf, durch die die Umgebungsluft in den
Eintatemphasen strömt. Die Kreisringscheibe 25 liegt auf
einem Vorsprung 34 auf, der an der Innenwand des
zylindrischen Abschnitts der Mischkammer 3 ausgebildet ist.
Bei aufgesetztem bzw. aufgeschraubtem Deckel 5 ist so der
Aerosolmembrangenerator 2 ebenso wie des flexible
Ventilelement 311 des Einatemventils 31 sicher fixiert.
Neben der zuvor beschriebenen zylindrischen Gestaltung des
Aerosolmembrangenerators und eines Abschnitts der Mischkammer
eignen sich vorteilhaft andere rotationssymmetrische
Gestaltungen. Ferner kann die Membran des Aerosolgenerators
nicht nur, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, mit ihrer
Membranebene senkrecht zur jeweiligen Rotationsachse
angeordnet werden, sondern auch in einer geneigten Stellung,
wodurch die Ausbreitung des von dem Aerosolmembrangenerators
erzeugten Aerosols beeinflusst und damit im Hinblick die
konkrete Gestaltung der Mischkammer und auch des Mundstücks
optimiert werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Inhalationsvernebler reichert sich
in der Ausatemphase das kontinuierlich produzierte Aerosol in
der Mischkammer 3 an, so daß zu Beginn der Einatemphase ein
Aerosolbolus zur Verfügung steht. Während der Ausatemphase
gibt es nur geringe Verluste, da ein Aerosolgenerator mit
einer Membran verwendet wird.
Aerosolverluste können durch geeignete konstruktive Maßnahmen
im Mundstück 4 weiter verringert werden, beispielsweise durch
eine Trennwand im Bereich des Ausatemventils 32.
Claims (9)
1. Inhalationsvernebler mit
- a) einem Aerosolmembrangenerator (2) mit
- 1. einem Flüssigkeitsvorratsbehälter (21), in den ein flüssiges Medikament oder eine medikamenthaltige Flüssigkeit einfüllbar ist,
- 2. einer Membran (22), die auf einer Seite mit dem Flüssigkeitsvorratsbehälter (21) derart in Verbindung steht, dass eine in den Flüssigkeitsvorratsbehälter (21) eingefüllte Flüssigkeit in Berührung mit der einen Seite der Membran (22) gelangt, und
- 3. einem Schwingungsgenerator (23), durch den die Membran (22) in Schwingungen versetzbar ist, so dass eine in den Flüssigkeitsvorratsbehälter (21) eingefüllte Flüssigkeit durch Öffnungen der Membran (22) hindurch auf der anderen Seite der Membran (22) zerstäubt wird,
- b) einer Mischkammer (3), in die hinein der Aerosolmembrangenerator (2) das Aerosol erzeugt,
- c) einem Einatemventil (31), das in einer Einatemphase den Zustrom von Umgebungsluft in die Mischkammer (3) zulässt und das in einer Ausatemphase das Austreten des Aerosols aus der Mischkammer (3) verhindert, und
- d) einem Ausatemventil (32), das in der Ausatemphase das Austreten der Atemluft eines Patienten in die Umgebung zulässt und das in der Einatemphase den Zustrom von Umgebungsluft verhindert.
2. Inhalationsverneber nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Membran (22) einen Teil der Wand des
Flüssigkeitsvorratsbehälters (21) bildet und den
Flüssigkeitsvorratsbehälter (21) bereichsweise begrenzt, so
dass eine in den Flüssigkeitsvorratsbehälter (21) eingefüllte
Flüssigkeit die Membran (22) unmittelbar berührt.
3. Inhalationsvernebler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsvorratsbehälter (21) ein
rotationssymmetrischer Körper, insbesondere ein Zylinder, die
an einer Stirnseite des rotationssymmetrischen Körpers oder
Zylinders angeordnete Membran (22) eine Kreisscheibe und der
Schwingungsgenerator (23) ein die Membran umgebender
Kreisring ist.
4. Inhalationsvernebler nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Mischkammer (3) einen
rotationssymmetrischen, insbesondere zylindrischen Abschnitt
aufweist und der Aerosolmembrangenerator (2) eine
Kreisringscheibe (25) umfasst, die an dem
Flüssigkeitsvorratsbehälter umlaufend angebracht ist und die
auf einem in dem zylindrischen Abschnitt der Mischkammer (3)
vorgesehen Vorsprung (34) aufliegt.
5. Inhalationsvernebler nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Deckel (5) den
rotationssymmetrischen oder zylindrischen Abschnitt der
Mischkammer (3) verschließt und ein flexibles Ventilelement
(311) des Einatemventils (31) fixiert.
6. Inhalationsvernebler nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (22) des
Aerosolmembrangenerators (2) senkrecht zur Rotationsachse des
rotationssymmetrischen oder zylindrischen Abschnitts der
Mischkammer (3) angeordnet ist.
7. Inhalationsvernebler nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (22) des
Aerosolmembrangenerators (2) zur Rotationsachse des
rotationssymmetrischen oder zylindrischen Abschnitts der
Mischkammer (3) geneigt angeordnet ist.
8. Inhalationsvernebler nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ausatemventil (32) an einem
Mundstück (4) angeordnet ist, das an der Mischkammer (3)
lösbar befestigt ist und durch das hindurch der Patient das
Aerosol aus der Mischkammer einatmet.
9. Inhalationsvernebler nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ausatemventil (32) in einer
Wand der Mischkammer (3) angeordnet ist.
Priority Applications (15)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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