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Die vorliegende Erfindung betrifft die Befeuchtung in Atmungskreisläufen für die Intensivpflege mechanisch beatmeter Patienten.
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Über einen normalen Zeitraum von 24 Stunden verliert der Atmungstrakt 250–350 ml Wasser.
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Bei normaler Atmung befeuchtet und filtert der obere Atmungstrakt die eingeatmete Luft. Diese Aufgabe findet hauptsächlich im Nasenrachenraum statt, wo Luft einer großen Fläche von hoch vaskulärer, feuchter Schleimmembran ausgesetzt ist. Beim Ausatmen wird ein Teil der Feuchtigkeit, die zum Befeuchten der Luft während des Einatmens aufgenommen worden ist, wiedergewonnen, aber die Differenz, die 250–350 ml, wird über die Zeit aus systemischen Reserven ersetzt. Nach der Intubation von Patienten auf mechanischer Beatmung werden jedoch diese normalen Feuchtigkeitsaustauschstrukturen im oberen Luftweg umgangen und die Last der Befeuchtung der Gase wird an den unteren Atmungstrakt weitergegeben, der für diese Aufgabe nicht geeignet ist.
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Ein Beatmungsgerät wird zum mechanischen Bewegen von Atmungsluft in die und aus der Lunge von Patienten eingesetzt. Bei Patienten, die langfristig von einem Beatmungsgerät abhängig sind, wird ein Endotrachealtubus (ET) unmittelbar in die Luftröhre des Patienten eingeführt, um sicherzustellen, dass die Luft die Lunge erreichen kann. Der ET ist über einen Schlauch mit einer Y-Kopplung verbunden, auch als Ypsilon bekannt, die an das Beatmungsgerät angeschlossen ist. Ein Glied des Ypsilons ist während einer Einatmungsphase aktiv, in der Luft in die Lunge befördert wird, und das andere Glied ist während einer Ausatmungsphase aktiv, in der ausgeatmete Luft aus der Lunge ausgestoßen wird.
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Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschgeräte (HME1
- 1
- Heat and Moisture Exchanger (HME)
) werden häufig in Atmungskreisläufen eingesetzt. Sie extrahieren Wärme und Feuchtigkeit aus befeuchtetem Gas, das ein Patient während der Ausatmungsphase ausatmet, und nutzen die extrahierte Wärme und Feuchtigkeit zur Befeuchtung des trockenen Einatmungsgases aus dem Beatmungsgerät.
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In passiven HME Geräten wird ausgeatmete Wärme und Feuchtigkeit absorbiert und auf eingeatmetes Gas übertragen. Diese passiven Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschsysteme gewinnen im Allgemeinen höchstens 70% der ausgeatmeten Feuchtigkeit wieder, wodurch ein Feuchtigkeitsdefizit entsteht, das bei Patienten mit chronischer Luftwegerkrankung dicke verstopfende Absonderungen und entzündliche Atemwegsreaktionen hervorrufen kann. Folglich wird ein passiver HME weitgehend auf den Einsatz bei Patienten mit relativ gesunder Lunge beschränkt.
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Es ist auch bekannt, passive HME Geräte mit dem Zusatz von Wärme und Wasser anzureichern, um die inhalierte absolute Feuchtigkeit zu steigern. In einem bekannten System findet eine direkte Aufbringung von Wasser auf das HME Element statt und dem HME Element wird Wärme zugeführt. In einem weiteren bekannten System wird Wasser erhitzt und Dampf gelangt durch eine Goretex Membran zwischen dem HME Gerät und dem Atemweg des Patienten.
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In einem dritten bekannten System wird ein aktiver erhitzter Befeuchter eingesetzt, bei dem Wärme auf einen Wasserkörper aufgebracht wird und Gas aus dem Beatmungsgerät über oder durch das Wasser geleitet wird, wenn das Gas durch den Kreislauf zu dem Patienten fließt, wobei dem Gas Wasserdampf zugesetzt wird. Derartige Systeme können beheizte Drähte in dem Einatmungsglied des Beatmungsschlauches aufweisen, um Wärme zuzusetzen oder einen Wärmeverlust des Gases auf dem Weg zum Patienten zu reduzieren.
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Einige der Probleme bei bekannten aktiven erhitzten Wasserbefeuchtungssystemen bestehen darin, dass der erhitzte Befeuchter sperrig und schwer ist und nahe des Beatmungsgerätes in einer Entfernung vom Patienten platziert werden muss. Außerdem besteht die Wahrscheinlichkeit eines Niederschlages unten in dem Schlauch des Beatmungsgerätekreislaufs, der den Schlauch verstopfen, den Ausatmungsfilter durchtränken oder den Patienten überschwemmen kann. Wenn erhitztes befeuchtetes Gas durch das Einatmungsglied des Beatmungskreislaufs fließt, kühlt es sich ab und Wasser kondensiert in dem Schlauch. Dieses Kondensat kann den Atemweg behindern, die Beatmung stören und/oder das Wachstum von Krankheitserregern erhöhen. Diese Probleme können durch Erhitzen des Kondensats mit beheizten Drähten gelindert werden, allerdings führen derartige beheizte Drähte zu erhöhten Kosten und einem komplexeren System.
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Zusammenfassend erhöhen aktive HME Systeme die Kosten bei nur marginalen Vorteilen bezüglich der Feuchtigkeit. Außerdem machen sie den Atemweg sperriger und schwerer.
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Die vorliegende Erfindung ist auf die Bereitstellung eines Aerosoleinführgeräts zur Befeuchtung in Atemkreisläufen gerichtet, das zumindest einige dieser Probleme löst.
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Erfindungsgemäß wird ein Aerosoleinführgerät bereitgestellt, zum Einführen eines aerosolierten Befeuchtungsmittels und/oder eines Medikaments in einen Beatmungskreislauf mit einem Endotrachealtubus, einer sich von einem Beatmungsgerät erstreckenden Einatmungsleitung und einer sich von dem Beatmungsgerät erstreckenden Ausatmungsleitung, wobei das Aerosoleinführgerät einen Aerosolerzeuger und Steuerungsmittel zum Steuern des Betriebes des Aerosolerzeugers umfasst, wobei der Aerosolerzeuger ein kuppelförmiges Schwingungselement mit einer Vielzahl von sich verjüngenden Öffnungen aufweist, die sich zwischen einer ersten Oberfläche, die zum Aufnehmen des zu aerosolierenden Befeuchtungsmittels und/oder Medikaments geeignet ist, und einer zweiten Oberfläche, an welcher ein Aerosol erzeugt wird, desselben erstrecken, wobei die Öffnungen in dem Schwingungselement so bemessen sind, dass sie das Befeuchtungsmittel und/oder das Medikament durch den Ausstoß von Tröpfchen des Befeuchtungsmittels und/oder Medikaments derart aerosolieren, dass die Mehrzahl der Tröpfchen massebezogen eine Größe von weniger als 5 Mikrometer aufweist, wobei der Aerosolerzeuger einen Behälter für das zu aerosolierende Befeuchtungsmittel und/oder Medikament aufweist und wobei der Behälter eine obere Öffnung zum Einführen des zu aerosolierenden Befeuchtungsmittels und/oder Medikaments aufweist, welche durch einen abnehmbaren Stopfen oder Deckel verschließbar ist, und wobei das Aerosoleinführgerät ferner ein T-Stück Anschluss mit einem Beatmungsgasleitungseinlass und einen Auslass aufweist.
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Des Weiteren wird erfindungsgemäß ein Aerosoleinführgerät gemäß Anspruch 4 und ein Beatmungskreislauf gemäß Anspruch 19 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
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In einer Ausführungsform ist die Steuerung zum Steuern des Betriebes des Aerosolerzeugers in Abhängigkeit des Gasdurchflusses in der Einatmungsleitung eingerichtet.
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In einem Fall ist die Steuerung zum Steuern der Durchflussrate des zu aerosolierenden Befeuchtungsmittels und/oder Medikaments eingerichtet.
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In einer Ausführungsform umfasst das Gerät eine Einrichtung zur Bestimmung der Durchflussrate des Gases in der Einatmungsleitung. Die Bestimmungseinrichtung kann einen Durchflusssensor aufweisen.
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In einer Ausführungsform umfasst der Beatmungskreislauf eine Kopplung zum Anschließen der Einatmungsleitung und der Ausatmungsleitung sowie einer Patientenleitung, die sich zwischen der Kopplung und dem Endotrachealtubus erstreckt, und wobei der Aerosolerzeuger zur Abgabe von aerosoliertem Befeuchtungsmittel und/oder Medikament in die Patientenleitung zwischen der Kopplung und dem Endotrachealtubus eingerichtet ist.
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Der Beatmungskreislauf kann eine Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscheinheit umfassen, die in der Patientenleitung angebracht wird.
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In einer Ausführungsform ist der Aerosolerzeuger zur Abgabe von aerosoliertem Befeuchtungsmittel und/oder Medikament in die Patientenleitung zwischen der Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscheinheit und dem Endotrachealtubus eingerichtet.
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Der Aerosolerzeuger kann an einem Anschluss zur Verbindung in der Patientenleitung angebracht sein.
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In einem Fall ist der Aerosolerzeuger an der Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscheinheit angebracht.
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In einer Ausführungsform ist der Aerosolerzeuger einstückig mit der Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscheinheit ausgeführt.
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Das Schwingungselement kann ein Piezoelement aufweisen.
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Die Öffnungen in dem Schwingungselement können derart bemessen sein, dass sie das Befeuchtungsmittel und/oder das Medikament durch den Ausstoß von Tröpfchen davon aerosolieren, so dass die Mehrzahl der Tröpfchen massebezogen eine Größe von weniger als 3 Mikrometer aufweist.
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In einem Fall ist die Steuerung derart eingerichtet, dass sie die Impulsrate bei einer eingestellten Schwingungsfrequenz des Schwingelementes steuert.
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In einer Ausführungsform ist die Steuerung bezüglich der Impedanz an den Aerosolerzeuger angepasst.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Gerät eine Einrichtung zur Bestimmung, ob das Befeuchtungsmittel und/oder Medikament in Kontakt mit dem Aerosolerzeuger steht.
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Die Bestimmungseinrichtung kann zur Bestimmung von mindestens einer elektrischen Eigenschaft des Aerosolerzeugers eingerichtet sein.
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Die Bestimmungseinrichtung kann zur Bestimmung von mindestens einer elektrischen Eigenschaft des Aerosolerzeugers über einen Bereich von Schwingungsfrequenzen eingerichtet sein.
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In einem Fall ist die Bestimmungseinrichtung zum Vergleichen der mindestens einen elektrischen Eigenschaft mit einem vorgegebenen Datensatz eingerichtet.
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Nachfolgend wird zu Illustrationszwecken ein nicht zur Erfindung gehöriges Verfahren beschrieben, welches mit dem erfindungsgemäßen Aerosoleinführgerät ausgeführt werden kann.
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Das Verfahren zur Befeuchtung von Gas in einem Beatmungskreislauf weist die folgenden Schritte auf:
Aerosolieren eines Befeuchtungsmittels unter Verwendung eines Aerosolerzeugers, wobei der Aerosolerzeuger ein Schwingungselement mit einer Vielzahl von Öffnungen umfasst, die sich zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche desselben erstrecken; sowie
Abgeben des aerosolierten Befeuchtungsmittels an einen Beatmungskreislauf, der mit dem Atmungstrakt eines Patienten gekoppelt ist.
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Das Verfahren kann den Schritt des Steuerns der Aerosolierung umfassen. Eine genaue Steuerung kann über eine Hochgeschwindigkeitstaktung des elektrischen Signals an den Aerosolerzeuger erzielt werden. Präzise Änderungen der Pulsfrequenz erzeugen präzise und wiederholbare Änderungen in der Aerosolausgabe.
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Die Aerosolierung kann in Abhängigkeit des Durchflusses von Beatmungsgas in der Einatmungsleitung gesteuert werden. Größere Gasmengen benötigen proportional eine größere Strömungsgeschwindigkeit von aerosoliertem Befeuchtungsmittel, um eine 100%ige Sättigung bei einer vorgegebenen Temperatur zu erreichen. Der Gasdurchfluss wird (über einen Durchfluss- oder Differenzdrucksensor) gemessen, um die erforderliche Menge an Befeuchtungsmittel zu bestimmen und abzugeben, um 100% RH zu erreichen. Eine rasche und genaue Messung des Gasdurchflusses ermöglicht die geforderte Ansprechbarkeit.
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Das Verfahren kann eine Steuerung der Durchflussrate des aerosolierten Befeuchtungsmittels und/oder des Medikaments umfassen.
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Das Verfahren kann den Schritt der Bestimmung der Durchflussrate von Beatmungsgas in der Einatmungsleitung umfassen.
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Das Verfahren kann den Schritt der Bestimmung, ob das Befeuchtungsmittel und/oder das Medikament in Kontakt mit einem Aerosolerzeuger steht umfassen. Dies kann die Bestimmung von zumindest einer elektrischen Eigenschaft des Aerosolerzeugers einschließen. In einem Fall werden zumindest elektrische Eigenschaften des Aerosolerzeugers über einen Bereich von Schwingungsfrequenzen bestimmt.
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Das Verfahren kann den Schritt des Vergleichens der zumindest einen elektrischen Eigenschaft mit einem vorgegebenen Datensatz umfassen.
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In einem Fall ist in der Nähe des Patienten ein Feuchtigkeitsmesser aufgenommen, um den Befeuchtungsgrad des in den Körper eintretenden Gases zu messen. In diesem Fall ist eine Rückkopplungsschleife zu der Steuerung möglich, um die Ausgabe aus dem Vernebler so zu steuern, dass das Vorliegen von ausreichender Feuchtigkeit in dem Beatmungsgas gewährleistet ist.
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Der Beatmungskreislauf kann eine Einatmungsleitung und eine Ausatmungsleitung, die an einer Kopplung verbunden sind, sowie eine Patientenleitung, die sich von der Kopplung zum Anschluss an einen Endotrachealtubus erstreckt umfassen, und das Verfahren umfasst den Schritt der Abgabe des aerosolierten Befeuchtungsmittels und/oder des Medikaments in die Patientenleitung zwischen der Kopplung und dem Endotrachealtubus.
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Der Beatmungskreislauf kann eine Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscheinheit in der Patientenleitung umfassen, und das Verfahren umfasst den Schritt der Abgabe des aerosolierten Befeuchtungsmittels und/oder des Medikaments in die Patientenleitung zwischen der Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscheinheit und dem Endotrachealtubus.
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Der Beatmungskreislauf kann eine Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscheinheit in der Patientenleitung aufweisen und das Verfahren umfasst die Abgabe des aerosolierten Befeuchtungsmittels und/oder des Medikaments in die Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscheinheit (HME).
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In einer Anordnung wird ein Vernebler eingesetzt, um auf der Patientenseite der HME Feuchtigkeit bereitzustellen, um Feuchtigkeitsverluste zu ersetzen, so dass Patienten die HME über längere Zeiträume verwenden können.
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Alternativ kann ein Vernebler in die HME integriert werden („HME Booster“), wobei einem beatmeten Patienten Feuchtigkeit über längere Zeiträume zugeführt wird als mit einer herkömmlichen HME möglich.
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Das Einatmungsgas kann erhitzt werden, indem ein die Feuchtigkeit liefernden Vernebler für eine Heizeinrichtung wie z.B. einen beheizten Draht bereitgestellt wird. In diesem Fall wäre keine getrennte HME oder kein Hotpot erforderlich.
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Das aerosolierte Befeuchtungsmittel und/oder das Medikament kann in die Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscheinheit auf der Patientenseite der HME Einheit abgegeben werden.
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Die Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung einiger ihrer Ausführungen, die nur beispielhaft dargestellt sind, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen klarer verständlich, in welchen:
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1A ein Schaubild eines erfindungsgemäßen Abgabesystems zeigt;
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1B eine perspektivische Ansicht eines Gerätes zur Gasbefeuchtung in einem erfindungsgemäßen Beatmungskreislauf zeigt;
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2 eine schematische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Gerätes zeigt;
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3 eine schematische Darstellung eines Teils des Gerätes aus 1 zeigt;
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4 eine isometrische Explosionsansicht eines in der Erfindung eingesetzten Aerosolerzeugers darstellt;
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5 eine Querschnittsansicht des zusammengebauten Aerosolerzeugers aus 4 darstellt;
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6 eine perspektivische Ansicht eines in der Erfindung eingesetzten Steuerungsgehäuses zeigt;
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7(a) und 7(b) Kurven von Gleichspannung gegenüber Zeit bzw. Wechselspannung gegenüber Zeit zur Erzielung einer 100%igen Aerosolausgabe sind;
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8(a) und 8(b) Kurven von Gleichspannung gegenüber Zeit bzw. Wechselspannung gegenüber Zeit zur Erzielung einer 50%igen Aerosolausgabe sind – wobei 8(a) die wellenförmige Ausgabe aus einem Mikroprozessor an einer Treiberschaltung veranschaulicht und 8(b) die wellenförmige Ausgabe aus einer Treiberschaltung an einen Vernebler veranschaulicht;
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9(a) und 9(b) Kurven von Gleichspannung gegenüber Zeit bzw. Wechselspannung gegenüber Zeit zur Erzielung einer 25%igen Aerosolausgabe sind – wobei 9(a) die wellenförmige Ausgabe aus einem Mikroprozessor an einer Treiberschaltung veranschaulicht und 9(b) die wellenförmige Ausgabe aus einer Treiberschaltung an einen Vernebler veranschaulicht;
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10 eine Kurve von Wechselspannung gegenüber Zeit darstellt und eine Ausgabewelle von einer Treiberschaltung an einen Vernebler veranschaulicht;
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11 eine Kurve von Frequenz gegenüber Strom für ein weiteres erfindungsgemäßes Gerät zeigt;
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12 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Gerätes der Erfindung zeigt; und
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13 eine Querschnittsansicht eines weiteren Gerätes der Erfindung zeigt.
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Die Erfindung stellt ein Gerät zur Befeuchtung von Gas in einem Beatmungskreislauf bereit. In der Erfindung wird das Befeuchtungsmittel (steriles Wasser oder sterile Kochsalzlösung) und/oder ein Medikament aerosoliert und danach an einen mit dem Atmungssystem eines Patienten gekoppelten Beatmungskreislauf abgegeben.
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Das Befeuchtungssystem der Erfindung ist besonders brauchbar bei der Abgabe des aerosolierten Befeuchtungsmittels und/oder Medikaments an einen Patienten, dessen Atmung von einem Beatmungsgerät 100 unterstützt wird, wie in 1A diagrammatisch dargestellt. Eine Inhalations- oder Einatmungsleitung 101 erstreckt sich von dem Beatmungsgerät 100. Eine Rückführ- oder Ausatmungsleitung 102 erstreckt sich auch zu dem Beatmungsgerät 100.
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Die Einatmungs- und Ausatmungsleitungen sind mit einem Kopplungsteil 103 verbunden, das eine Ypsilon-Kopplung darstellen kann. Eine Patientenleitung 105 erstreckt sich von dem Ypsilon 103 zu einem Endotrachealtubus 106, der zu der Patientenlunge führt. Im Allgemeinen werden die verschiedenen Leitungen 101, 102, 105, 106 durch Längen von Kunststoffschläuchen bereitgestellt, welche miteinander verbunden sind. Die Schläuche definieren Lumina für den Durchgang von Beatmungsluft während der Einatmungsphase entlang der Einatmungsleitung 101, der Patientenleitungen 105 und den Endotrachealtuben 106 in die Patientenlunge. Während der Ausatmungsphase ausgeatmete Luft wird über den Endotrachealtubus 106, Patientenleitungen 105 und die Ausatmungsleitung 102 abgegeben. Die Ypsilon-Kopplung 103 stellt einen gemeinsamen Pfad für die Einatmung und Ausatmung zwischen der Kopplung 103 und der Patientenlunge bereit. Das Beatmungsgerät 100 unterstützt mechanisch den Durchfluss von mit Sauerstoff angereicherter Luft zu dem Patienten während der Einatmungsphase, und in der Ausatmungsphase atmet ein Patient entweder natürlich oder durch das einen Unterdruck aufbringende Beatmungsgerät aus.
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Das Gerät umfasst einen Behälter 1 zur Speicherung von sterilem Wasser oder Kochsalzlösung, den Aerosolerzeuger 2 zum Aerosolieren des Wassers sowie eine Steuerung 3 zum Steuern des Betriebes des Aerosolerzeugers 2.
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Unter einem Aspekt der Erfindung wird ein Aerosolerzeuger 2 zur Abgabe eines aerosolierten Befeuchtungsmittels und/oder Medikaments in die Beatmungsluft während der Einatmungsphase eingesetzt.
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In der Anordnung von 1B umfasst das Gerät auch einen Sensor 11 zur Bestimmung des Luftstroms in der Einatmungsleitung 10. Der Sensor 11 ist über eine Steuerleitung 9 mit der Steuerung 3 verbunden und der Aerosolerzeuger 2 ist ebenfalls mit der Steuerung 3 verbunden.
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Das Befeuchtungsmittel kann steriles Wasser oder sterile Kochsalzlösung mit einer Salzkonzentration im Bereich von 1 Mikromolar bis 154 Millimolar sein. Diese Kochsalzlösungskonzentrationen können unter Einsatz der in der Erfindung verwendeten Aerosolierungstechnik problemlos vernebelt werden.
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In der Erfindung wird ein Aerosol in den Atmungskreislauf abgegeben. Der Unterschied zwischen Aerosol und Dampf besteht in der Größe der Teilchen. Die Mehrzahl von Aerosolteilchen, die der Aerosolerzeuger produziert, liegen im Bereich von 0,5 bis 5,0 Mikrometer Durchmesser. Wasserdampf enthält dagegen einzelne Wassermoleküle von ca. 0,00001 Mikrometer, d.h. 10.000 Mal kleiner als die Aerosolteilchen.
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In der Erfindung werden medizinische Gase für Patienten auf mechanischer Beatmung befeuchtet. Die Lunge ist so konditioniert, dass sie Gas mit nahezu 100%iger relativer Feuchtigkeit (RH) aufnimmt. Erfindungsgemäß weist das Gas bei mechanischer Beatmung auch 100% RH auf, wenn es aus dem Endotrachealtubus austritt.
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Die Menge an Wasser, die ein Gas enthalten kann, ist direkt proportional zur Temperatur des Gases. Die nachstehende Tabelle zeigt die Wassermenge, die Luft bei unterschiedlichen Temperaturen enthalten kann, um 100% relative Feuchtigkeit zu ergeben.
| Lufttemperatur °C | Pro l erforderliche Menge an H2O für 100% RH |
| 10 | 9,4 mg |
| 20 | 17,4 mg |
| 30 | 30,5 mg |
| 37 | 44,1 mg |
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Somit ergibt die Zugabe von 0,044ml H2O zu 1l trockener Luft bei 37°C Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 100%, welche somit für Patienten unter mechanischer Beatmung geeignet ist.
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Dieser Aerosolerzeuger 2 wandelt das Wasser in ein Aerosol von genau definierbarer Teilchengröße um. Der mittlere Volumendurchmesser (vmd2
- 2
- volume mean diameter (vmd)
) liegt normalerweise im Bereich von 2–10 Mikrometer.
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Die Steuerung 3 wird zur Bereitstellung von elektrischem Strom zum Betreiben des Aerosolerzeugers eingesetzt. Damit wird der Aerosolierungsvorgang zur Übertragung von Befeuchtung auf den Atmungskreislauf bereitgestellt.
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Bezugnehmend auf die 1A und 1B ist in diesem Fall ein Aerosolerzeuger zwischen dem Ypsilon 103 und dem Endotrachealtubus (ET) 106 zu dem Patienten angeordnet. Der Aerosolerzeuger wird zur Erzeugung eines Aerosols aus sterilem Wasser oder steriler Kochsalzlösung zur Befeuchtung des an den Patienten abgegebenen Gases eingesetzt.
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In der Anordnung aus 1B wird am Ende des ET Schlauches 100%ige Feuchtigkeit erzielt, indem der Vernebler getrennt von der HME arbeitet, um die Feuchtigkeit aufzufüllen (zu steigern), die bei der Verwendung von passiver Befeuchtung über einen HME verloren geht.
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Im Falle eines HME-Boosters wird der Aerosolerzeuger 2 zwischen dem ET und einer HME 120 angeordnet, wie in 1B dargestellt.
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Für Anwendungen ohne Booster, wie z.B. aktive Befeuchtung, ist keine HME Einheit erforderlich und es wird ein Aerosolerzeuger 2 zwischen der Y-Kopplung 103 und dem Endotrachealtubus 106 platziert, wie in 12 veranschaulicht. In der Anordnung aus 12 wird 100% Feuchtigkeit am Ende des ET Schlauches 106 erzielt, da die gesamte Feuchtigkeit für den Patienten von dem Vernebler 2 ohne passive Befeuchtung bereitgestellt wird.
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Aerosol kann durchgehend, in kurzen Stößen unterbrochen abgegeben oder nur beim Einatmen erzeugt werden. Ein Durchflussmesser (Sensor) 11 kann in dem Beatmungsschlauch 101 derart platziert sein, dass die Aerosolabgabe an den Beatmungsstrom angepasst werden kann. Damit wird eine Rückmeldung an die Steuerung 3 gegeben, um Aerosol bereitzustellen, während der Sensor 11 einen Strom zum Patienten erfasst, der in dem inhalierten Atem auftritt. Steriles Wasser oder sterile normale Kochsalzlösung wird als Befeuchtungsmittel verwendet und das System ist gegenüber der Atmosphäre abgedichtet, um eine Kontaminierungsgefahr zu reduzieren.
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Eine weitere Variante ist in 13 dargestellt. Diese zeigt eine Kombination eines Aerosolerzeugers 200 und eines HME(Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch-)Filters 201, der einen eingebauten Flüssigkeitsbehälter 202 aufweist. Dieser arbeitet als Verstärker für passive Befeuchtung. In der Anordnung von 13 wird am Ende des ET Schlauches 100%ige Feuchtigkeit erzielt, indem ein Auffüllen (eine Steigerung) der Feuchtigkeit vorgesehen ist, wenn passive Befeuchtung über die HME eingesetzt wird, was durch einen eingebauten Aerosolerzeuger 200 mit einer vibrierbaren Platte mit Öffnungen vorgesehen ist, die in der HME aufgenommen ist. Die HME Einheit 201 weist ein hydrophobe Membran 205 auf und ist mit einer Ableitung 206 versehen. Die HME Einheit weist außerdem eine von einem Deckel verschließbare Ablauföffnung auf.
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Der eingebaute Flüssigkeitsbehälter 202 kann nach Bedarf wieder aufgefüllt werden, um eine angemessene Zufuhr von zusätzlicher Feuchtigkeit in den Kreislauf zu gewährleisten.
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Wässrige Lösung kann in dem Behälter 1 des Verneblers gespeichert werden oder die wässrige Lösung kann an den Behälter 1 des Aerosolerzeugers 2 in diesem Fall von einem Zufuhrbehälter 25 über eine Abgabeleitung 26 abgegeben werden. Der Durchfluss von wässriger Lösung kann durch Schwerkraft erfolgen und/oder kann von einer Reihen-Durchflussregelungsvorrichtung 27 wie einer Pumpe und/oder einem Ventil unterstützt werden, die/das in der Abgabeleitung 26 positioniert werden kann. Die Betätigung der Durchflussregelungsvorrichtung 27 kann von der Steuerung 3 über einen Steuerungsdraht 28 gesteuert werden, um sicherzustellen, dass der Aerosolerzeuger 2 eine Zufuhr von wässriger Lösung während des Betriebes aufweist, aber trotzdem keinen Strömungsaufbau ermöglicht, der den Betrieb des Aerosolators beeinträchtigen könnte. Die Vorrichtung 27 kann von jedem geeigneten Typ sein.
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Der Aerosolerzeuger mit Schwingungsnetz kann mit zahlreichen Arten von Mikropumpen arbeiten. Durchsätze von Pumpen sind abhängig von der Anwendung und Aerosolausgabeerfordernissen, aber sie liegen normalerweise im Bereich von 50 Nanoliter pro Minute bis zu 5 Milliliter pro Minute. Derartige Mikropumpen können unterschiedliche Einrichtungen zur Bereitstellung der Pumptätigkeit aufweisen und können Membranpumpen, elektrohydrodynamische (EDH) Pumpen, elektrokinetische (EK) Pumpen, Rotationspumpen, peristaltische Pumpen, Phasenwechselpumpen und einige andere Pumpenarten umfassen. Membranpumpen, die durch Piezoaktivierung betrieben werden, sind von besonderem Interesse, da ein Großteil des eingesetzten Steuerkreises dem entspricht, der zum Antrieb von Schwingungsnetztechnik eingesetzt wird, und damit kann der Einbau der Kreisläufe einfacher und kostengünstiger erfolgen.
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Die Erfindung ermöglicht die Vernebelung von Flüssigkeiten mit geringeren Oberflächenspannungen als Wasser. Diese Lösungen können vernebelt werden, aber sie laufen aufgrund der Oberflächenspannung durch die Platte mit Öffnungen aus, wenn sie auf dieser abgesetzt werden. Wenn sie tropfenweise auf die Platte mit Öffnungen auf kontrollierte Art und Weise dispergiert werden, tritt das Problem des Auslaufens durch die Platte mit Öffnungen nicht auf.
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Die Vorrichtung vereinfacht außerdem die Vernebelung von Lösungen, die zum Schäumen neigen. Die Möglichkeit, die Lösung auf die Platte mit Öffnungen kontrolliert abzugeben, verhindert den Aufbau der Lösung auf der Platte mit Öffnungen und die Neigung zum Schäumen wird unterbunden.
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Die Vorrichtung verringert die unnötige Freilegung von Lösungen, die anfällig für Oxidierung sind oder lichtempfindlich sind.
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Da sich die Pumpenzufuhr unmittelbar hinter der Aerosolplatte befinden kann, beseitigt sie die abhängige Strömungsbegrenzung der Flüssigkeitszufuhr und ermöglicht die Erzeugung von Aerosol durch die 360° Ausrichtung der Vorrichtung.
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Bezugnehmend auf 14 wird ein weiteres erfindungsgemäßes Gerät veranschaulicht, das dem in 1B dargestellten entspricht und bei dem gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. In diesem Fall weist der Verneblerbehälter 1 eine obere Öffnung 400 auf, die durch einen abnehmbaren Stopfen 401 verschließbar ist. Flüssigkeit, Kochsalzlösung oder Wasser für Befeuchtungszwecke und/oder Medikament wird durch die Öffnung 400 in den Verneblerbehälter abgegeben. Die Öffnung 400 ist in geeigneter Weise bemessen, um eine Standardnebel enthaltende Zerstäubungsflüssigkeit aufzunehmen. Die Flüssigkeit kann durch eine Spritze oder andere geeignete Abgabemittel eingebracht werden.
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Es ist außerdem möglich, den Vernebler 1 mit einem zuvor beladenen Medikament bereitzustellen, damit dem System das Medikament nicht separat zugesetzt werden muss.
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Das Gerät aus 14 wird ähnlich den in Bezug auf die 2 bis 11 beschriebenen Betriebsweisen betrieben.
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Bezugnehmend auf 15 ist ein weiteres Gerät der Erfindung veranschaulicht, das dem vorstehend in Bezug auf 12 beschriebenen entspricht, und gleichen Teilen sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet. In diesem Fall weist der Verneblerbehälter 1 eine obere Öffnung 400 und einen abnehmbaren Stopfen/Deckel 401 auf, wie mit Bezug auf 14 beschrieben, und das Gerät wird wie vorstehend beschrieben betrieben, wobei die Flüssigkeit durch die Öffnung 400 eingeführt wird. Wiederum kann der Vernebler vorab mit einem Medikament beladen werden.
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Das Gerät umfasst einen Anschluss 30, in diesem Fall einen Anschluss 30 als T-Stück mit einem Einlass 31 der Beatmungsgasleitung und einem Auslass 32. Der Anschluss 30 umfasst außerdem eine Aerosolzufuhrleitung 34 zur Abgabe des Aerosols aus dem Aerosolerzeuger 2 in die Gasleitung 105, um das Aerosol mit dem durch die Gasleitung 105 fließenden Beatmungsgas mitzureißen. Die mitgerissene Mischung aus Aerosol/Beatmungsgas gelangt aus dem Anschluss 30 durch den Auslass 32 und wird an den Endotrachealtubus 106 abgegeben.
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Die Aerosolzufuhrleitung 34 und die Beatmungsgasleitung 105 treffen an einer Kopplung zusammen. Bezugnehmend insbesondere auf die 4 und 5 kann in dem zusammengebauten Gerät die Aerosolzufuhrleitung des Anschlusses 30 lösbar an einem Hals 36 des Aerosolerzeugergehäuses mit Hilfe einer Steckanordnung angebracht werden. Dadurch kann der Anschluss 30 einfach von dem Aerosolerzeugergehäuse 36 abgenommen werden, zum Beispiel zur Reinigung. Der Hals 36 beschichtet zumindest teilweise das Innere der Aerosolzufuhrleitung 34.
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Der Vernebler (oder Aerosolerzeuger)
2 weist ein Schwingungselement auf, das bei Ultraschallfrequenzen zur Erzeugung von Flüssigkeitströpfchen in Schwingung versetzt wird. Einige spezielle, nicht beschränkende Beispiele von Techniken zur Erzeugung feiner Flüssigkeitströpfchen bestehen in der Zufuhr von Flüssigkeit zu einer Platte mit einer Vielzahl von sich verjüngenden Öffnungen, die sich zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche derselben erstrecken, und Vibrieren der Platte mit Öffnungen zum Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen durch die Öffnungen. Derartige Techniken sind allgemein in den
US Patenten Nr. 5,164,740 ;
5,938,117 ;
5,586,550 ;
5,758,637 ;
6,014,970 ;
6,085,740 und
US2005/021766A beschrieben, deren vollständige Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme aufgenommen werden. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den Gebrauch mit derartigen Vorrichtungen beschränkt ist.
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Verschiedene Verfahren zur Steuerung des Betriebes derartiger Vernebler oder Aerosolerzeuger sind in den Schriften
US 6,540,154 ,
US 6,845,770 ,
US 5,938,117 und
US 6,546,927 beschrieben, deren vollständige Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme aufgenommen werden.
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Im Gebrauch wird die zu aerosolierende Flüssigkeit an der ersten Fläche aufgenommen und der Aerosolerzeuger 2 erzeugt die aerosolierte Flüssigkeit an der zweiten Fläche, indem Tröpfchen der Flüssigkeit beim Vibrieren des Schwingungselements ausgestoßen werden. Die Öffnungen in dem Schwingungselement sind so bemessen, dass sie die Flüssigkeit durch den Ausstoß von Tröpfchen der Flüssigkeit derart aerosolieren, dass die Mehrzahl der Tröpfchen massebezogen eine Größe von weniger als 5 Mikrometer aufweist.
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Bezugnehmend insbesondere auf die 4 und 5 umfasst der Aerosolerzeuger 2 in einem Fall ein Schwingungselement 40, ein Piezoelement 41 und eine Unterlegscheibe 42, welche in einer Silikonüberspritzung 43 eingeschlossen sind und ortsfest innerhalb des Gehäuses 36 unter Verwendung eines Sicherungsrings 44 gesichert sind. Das Schwingungselement 40 weist eine Vielzahl von sich verjüngenden Öffnungen auf, die sich zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche desselben erstrecken. Die erste Oberfläche des Schwingungselements 40, die im Gebrauch nach oben weist, nimmt die Flüssigkeit aus dem Behälter 1 auf, und die aerosolierte Flüssigkeit wird an der zweiten Oberfläche des Schwingungselements 40 durch den Ausstoß von Flüssigkeitströpfchen bei Vibration des Elements 40 erzeugt. Im Gebrauch weist die zweite Oberfläche nach unten. In einem Fall können die Öffnungen in dem Schwingungselement 40 so bemessen sein, dass sie ein Aerosol erzeugen, in dem die Mehrzahl der Tröpfchen gewichtsbezogen eine Größe von weniger als 5 Mikrometer aufweist.
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Das Schwingungselement 40 könnte nicht eben sein und kann eine kuppelförmige Geometrie aufweisen.
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Der vollständige Vernebler kann in steriler Form bereitgestellt werden, was einen wesentlichen Vorteil für den Einsatz in Atmungskreisläufen darstellt.
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Bezugnehmend insbesondere auf 3 steuert die Steuerung 3 den Betrieb eines Aerosolerzeugers 2 und liefert eine Stromzufuhr zu diesem. Der Aerosolerzeuger weist ein Gehäuse auf, das den Behälter 1 definiert. Das Gehäuse weist einen an dem unteren Abschnitt des Behälters 1 befestigten Signalschnittstellenanschluss 38 auf, um ein Steuersignal von der Steuerung 3 zu empfangen. Die Steuerung 3 kann mit Hilfe einer Steuerleitung 39, die ein dem Anschluss 38 entsprechendes Dockingteil 50 aufweist, mit dem Signalschnittstellenanschluss 38 verbunden werden. Ein Steuersignal und Strom können von der Steuerung 3 durch die Leitung 39 und den Anschluss 38 zu dem Aerosolerzeuger 2 geleitet werden, um den Betrieb des Aerosolerzeugers 2 zu steuern bzw. dem Aerosolerzeuger 2 Strom zuzuführen.
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Die Stromquelle für die Steuerung 3 kann eine eigene Stromquelle sein, wie z.B. ein Akkumulator, oder eine separate Stromquelle, wie z.B. eine Netzstromquelle oder eine Stromquelle eines Insufflationsapparats. Wenn die separate Stromquelle eine Wechselstrom-Netzstromquelle ist, kann ein AC-DC Wandler zwischen der Wechselstromquelle und der Steuerung 3 angeschlossen werden. Eine Stromanschlussleitung kann zur Verbindung einer Steckdose der Steuerung 3 mit der separaten Stromquelle vorgesehen sein.
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Bezugnehmend insbesondere auf 6 weist die Steuerung 3 ein Gehäuse und eine Benutzerschnittstelle zur wahlweisen Steuerung des Betriebes des Aerosolerzeugers 2 auf. Vorzugsweise ist die Benutzerschnittstelle an dem Gehäuse vorgesehen, das sich im Gebrauch von dem Aerosolerzeugergehäuse entfernt befindet. Die Benutzerschnittstelle kann beispielsweise in Form einer Ein-Aus-Taste vorliegen. In einer Ausführungsform kann eine Taste zur Auswahl voreingestellter Werte zur vereinfachten Verwendung eingesetzt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Wählmechanismus zur Auswahl aus einer Reihe von Werten von 1–100% eingesetzt werden.
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Zustandsanzeigeeinrichtungen sind ebenfalls an dem Gehäuse vorgesehen, um den Betriebszustand des Aerosolerzeugers 2 anzuzeigen. Beispielsweise kann die Zustandsanzeigeeinrichtung in Form von zwei sichtbaren LED vorliegen, wobei eine LED zur Anzeige von Strom und die andere LED zur Anzeige der Aerosolabgabe verwendet wird. Alternativ kann eine LED zur Anzeige eines Betriebszustandes des Aerosolerzeugers 2 eingesetzt werden und die andere LED kann zur Anzeige eines Ruhezustandes des Aerosolerzeugers 2 eingesetzt werden.
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Außerdem kann eine Fehleranzeige in Form einer LED an dem Gehäuse vorgesehen sein. Eine Batterieladeanzeige in Form einer LED kann seitlich am Gehäuse vorgesehen sein.
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Insbesondere bezugnehmend auf die 1A und 1B fließt die Flüssigkeit in dem Behälter 1 schwerkraftbedingt in Richtung des Aerosolerzeugers 2 an dem unteren Medikamentauslass. Die Steuerung 3 kann sodann zur Zufuhr von Strom und einem Steuersignal zu dem Aerosolerzeuger 2 betätigt werden, wodurch das piezoelektrische Element 41 das nicht ebene Element 40 in Schwingung versetzt. Diese Schwingung des nicht ebenen Elements 40 bewirkt, dass die wässrige Lösung an der oberen Fläche des Elements 40 durch die Öffnungen zur unteren Fläche gelangt, wo die wässrige Lösung durch den Ausstoß kleiner Tröpfchen der Lösung aerosoliert wird.
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Insbesondere bezugnehmend auf die 4 und 5 gelangt das Aerosol von dem Aerosolerzeuger 2 in den Hals 36 des Aerosolerzeugergehäuses, der in der Aerosolzufuhrleitung des Anschlusses 30 angebracht ist, sowie in die Gasleitung des Anschlusses 30 (Durchfluss A). Das Aerosol wird in der Beatmungsgasleitung mit dem Gas mitgerissen, das durch den Einlass 31 in die Gasleitung gelangt (Durchfluss B). Die mitgerissene Mischung aus dem Aerosol und dem Beatmungsgas fließt daraufhin aus der Gasleitung durch den Auslass 32 aus (Durchfluss C) und weiter zu dem Endotrachealtubus 106.
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Der Durchflusssensor/-messer 11 bestimmt die Durchflussrate des Beatmungsgases. In Abhängigkeit der Strömungsdurchflussrate des Beatmungsgases nimmt die Steuerung 3 den Betrieb des Aerosolerzeugers 2 zum Aerosolieren der wässrigen Lösung auf. Die aerosolierte wässrige Lösung wird mit dem Beatmungsgas mitgerissen und an den Patienten abgegeben.
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Im Falle einer Änderung der Strömungsdurchflussrate des Beatmungsgases bestimmt der Durchflusssensor/-messer 11 die Änderung, und die Steuerung 3 ändert dementsprechend die Impulsrate des Schwingungselements des Verneblers.
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Die Steuerung 3 steht in Verbindung mit dem Durchflusssensor/-messer 11. Die Steuerung 3 ist zum Steuern des Betriebes des Aerosolerzeugers 2 in Abhängigkeit der Strömungsdurchflussrate des Beatmungsgases und nach Bedarf auch unabhängig von der Strömungsdurchflussrate des Beatmungsgases eingerichtet.
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In einem Fall ist die Steuerung 3 zum Steuern des Betriebes des Aerosolerzeugers 2 eingerichtet, indem sie die Impulsrate mit einer eingestellten Schwingungsfrequenz des Schwingungselements steuert und somit die Strömungsdurchflussrate der wässrigen Lösungen steuert.
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Die Steuerung 3 kann einen Mikroprozessor 4, einen Verstärkungskreis 5 sowie eine Treiberschaltung 6 umfassen. 2 veranschaulicht den Mikroprozessor 4, den Verstärkungskreis 5, die Treiberschaltung 6 mit bezüglich der Impedanz passenden Bauteilen (Induktor), den Vernebler 2 und das Aerosol. Die Induktorimpedanz wird an die Impedanz des Piezoelements des Aerosolerzeugers 2 angepasst. Der Mikroprozessor 4 erzeugt eine rechteckige Wellenform von 128 KHz, die an die Treiberschaltung 6 gesendet wird. Der Verstärkungskreis 5 erzeugt eine von der Treiberschaltung 6 benötigte 12V Gleichspannung aus einer Eingabe von entweder einer 4,5V Batterie oder einem 9V AC/DC Adapter. Die Schaltung wird an die Impedanz des Piezokeramikelements angepasst, um eine verbesserte Energieübertragung zu gewährleisten. Eine Antriebsfrequenz von 128 KHz wird erzeugt, um den Vernebler nahe seiner Resonanzfrequenz anzutreiben, so dass eine ausreichende Amplitude erzeugt wird, um Tröpfchen abzureißen und das Aerosol zu erzeugen. Wird diese Frequenz bei einer niedrigeren Frequenz derart abgehackt, dass Aerosol für kurze Zeit erzeugt wird und daraufhin für kurze Zeit gestoppt wird, ergibt dies eine gute Steuerung des Durchflusses des Verneblers. Diese niedrigere Frequenz bezeichnet man als Impulsrate.
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Die Antriebsfrequenz kann unter Einsatz des Mikroprozessors 4 je nach Bedarf gestartet und gestoppt werden. Dies ermöglicht eine Steuerung der Durchflussrate, indem der Vernebler 2 bei jeder erforderlichen Impulsrate angetrieben wird. Der Mikroprozessor 4 kann die Ein- und Auszeiten mit einer Genauigkeit von Millisekunden steuern.
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Der Vernebler 2 kann mit einer bestimmten Impulsrate kalibriert werden, indem gemessen wird, wie lange es dauert, eine bekannte Menge an Lösung abzugeben. Es besteht eine lineare Beziehung zwischen der Impulsrate und der Durchflussrate des Verneblers. Dadurch ist eine präzise Kontrolle über die Abgabegeschwindigkeit der wässrigen Lösung möglich.
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Die Treiberschaltung des Verneblers besteht aus den elektronischen Bestandteilen, die eine Ausgangssinuswelle von ca. 100V Wechselstrom erzeugen sollen, der dem Vernebler 2 zugeführt wird, wodurch Aerosol erzeugt wird. Die Treiberschaltung 6 des Verneblers nutzt Eingaben von dem Mikroprozessor 4 und dem Verstärkerkreis 5, um ihre Leistung zu erzielen. Die Schaltung ist an die Impedanz des Piezokeramikelements angepasst, um eine gute Energieübertragung zu gewährleisten.
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Der Aerosolerzeuger 2 kann so ausgeführt sein, dass er in vielen verschiedenen Betriebsarten wie einem durchgehenden und/oder Phasen- und/oder optimierten Modus arbeitet.
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Beispielsweise zeigt 7(a) einen 5V DC Rechteckwellenausgabe des Mikroprozessors 4 an Treiberschaltung 6. 7(b) zeigt eine schwache, ~100V AC Sinuswellenausgabe von der Treiberschaltung 6 an den Vernebler 2. Beide Wellen weisen eine Periode p von 7,8µs auf, die ihnen eine Frequenz von 1/7,8µs verleiht, welche ca. 128 kHz beträgt. Beide Wellenformen sind durchgehend ohne eine Taktung. Der Aerosolerzeuger kann in diesem Modus betrieben werden, um eine Aerosolausgabe von 100% zu erzielen.
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Bezugnehmend auf 8(a) ist dort in einem weiteren Beispiel eine 5V DC Rechteckwellenausgabe von dem Mikroprozessor 4 an die Treiberschaltung 6 dargestellt. 8(b) zeigt eine schwache, ~100V AC Sinuswellenausgabe von der Treiberschaltung 6 an den Vernebler 2. Beide Wellenformen weisen eine Periode p von 7,8µs auf, die ihnen eine Frequenz von 1/7,8µs verleiht, welche ca. 128KHz beträgt. In beiden Fällen werden die Wellen über einen Zeitraum x zerhackt (angehalten/AUS). In diesem Fall ist die Ruhezeit x gleich der Einschaltzeit x. Der Aerosolerzeuger kann in diesem Modus betrieben werden, um eine Aerosolausgabe von 50% zu erzielen.
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In einem anderen Fall ist bezugnehmend auf 9(a) eine 5V DC Rechteckwellenausgabe von dem Mikroprozessor 4 an die Treiberschaltung 6 veranschaulicht. 9(b) zeigt eine schwache, ~100V AC Sinuswellenausgabe von der Treiberschaltung 6 an den Vernebler 2. Beide Wellenformen weisen eine Periode p von 7,8µs auf, die ihnen eine Frequenz von 1/7,8µs verleiht, welche ca. 128KHz beträgt. In beiden Fällen werden die Wellen über einen Zeitraum x zerhackt (angehalten/AUS). In diesem Fall beträgt die Ruhezeit 3x, während die Einschaltzeit x beträgt. Der Aerosolerzeuger kann in diesem Modus betrieben werden, um eine Aerosolausgabe von 25% zu erzielen.
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Bezugnehmend auf 10 wird in einer Anwendung die Taktung durch die Festlegung einer Einschaltzeit und Ruhezeit für die Schwingung der Platte mit Öffnungen erzielt. Wenn die Einschaltzeit auf 200 Schwingungen eingestellt wird und die Ruhezeit auf 200 Schwingungen eingestellt wird, beträgt die Impulsrate 50% (½ ein ½ aus). Dies bedeutet, dass die Durchflussrate die Hälfte von dem einer voll angetriebenen Platte mit Öffnungen beträgt. Es kann jede beliebige Anzahl von Schwingungen festgelegt werden, aber zur Erzielung einer linearen Beziehung zwischen der Durchflussrate und der Impulsrate wird eine minimale Anzahl von Einschaltzeit-Schwingungen festgelegt, da die Platte mit Öffnungen eine endliche Zeitmenge benötigt, um ihre maximale Schwingungsamplitude zu erreichen.
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Die Antriebsfrequenz kann von dem Mikroprozessor nach Bedarf gestartet und gestoppt werden; damit wird die Steuerung der Durchflussrate ermöglicht, indem der Vernebler für jede erforderliche Impulsrate angetrieben wird. Der Mikroprozessor kann die Einschalt- und Ruhezeiten mit einer Genauigkeit von Mikrosekunden steuern.
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Ein Vernebler kann mit einer bestimmten Impulsrate kalibriert werden, indem gemessen wird, wie lange es dauert, eine bekannte Menge der Lösung abzugeben. Es besteht eine lineare Beziehung zwischen der Impulsrate und der Durchflussrate des Verneblers. Damit wird eine genaue Steuerung der Abgabegeschwindigkeit der aerosolierten wässrigen Lösung ermöglicht.
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Die Impulsrate kann derart gesenkt werden, dass die Geschwindigkeit des austretenden Aerosols stark verringert wird, so dass ein Aufprallniederschlag verringert wird.
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Die Erkennung, wann die Platte mit Öffnungen trocken ist, ist durch die Nutzung der Tatsache, dass eine trockene Platte mit Öffnungen eine korrekt definierte Resonanzfrequenz aufweist, möglich. Wenn die Antriebsfrequenz von 120 kHz auf 145 kHz angehoben wird und der Strom gemessen wird, dann muss, falls ein minimaler Strom unter einem eingestellten Wert erfasst wird, die Platte mit Öffnungen trocken geworden sein. Eine nasse Platte mit Öffnungen hat keine Resonanzfrequenz. Das Gerät der Erfindung kann so ausgeführt werden, dass es feststellt, ob eine erste Flüssigkeit in Kontakt mit dem Aerosolerzeuger 2 steht. Durch die Feststellung einer elektrischen Eigenschaft des Aerosolerzeugers 2, beispielsweise des durch den Aerosolerzeuger 2 fließenden Stroms, über einen Bereich von Schwingungsfrequenzen und den Vergleich dieser elektrischen Eigenschaft mit einem vorgegebenen Datensatz ist es möglich festzustellen, ob der Aerosolerzeuger 2 eine Lösung in Kontakt mit dem Aerosolerzeuger 2 aufweist. 11 veranschaulicht eine Kurve 80 von Frequenz gegenüber Strom, wenn ein Teil der Lösung mit dem Aerosolerzeuger 2 in Kontakt steht, und veranschaulicht eine Kurve 90 von Frequenz gegenüber Strom, wenn sich gar keine Lösung in Kontakt mit dem Aerosolerzeuger 2 befindet. 11 zeigt die Kurve 80 der nassen Platte mit Öffnungen und die Kurve 90 der trockenen Platte mit Öffnungen.
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Wenn eine Anwendung eine gleichbleibende Zufuhr aus einem Tropfbeutel benötigt, kann eine Pumpe in Reihe hinzugefügt werden, um eine genaue Steuerung des Flüssigkeitsdurchsatzes zu liefern, der tropfenweise vernebelt werden kann. Die Geschwindigkeit wird in diesem Fall so eingestellt, dass sich keine Flüssigkeit in dem Vernebler aufbaut. Dieses System ist besonders geeignet für eine gleichbleibende Abgabe einer geringen Menge.
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In der Erfindung wird der Aerosolgenerator an dem Endotrachealtubus des Patienten platziert, damit in dem Schlauch wenig bis gar kein Niederschlag auftritt.
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Die Vorrichtung ist anders als das vollständige Hitzdrahtsystem sehr leicht und anders als der Luftzerstäuber sehr leise. Es kann ein nicht erwärmter Beatmungsschlauch zur Einmalverwendung bei einem Patienten eingesetzt werden. Dies bietet erhebliche Vorteile:
- – verringerte Unterhaltskosten (Betreuungszeit)
- – verringerte Wärme-/Stromkosten (mehr als 10-fach)
- – verringerte Kosten für Betriebsmittel und Kreisläufe
- – verringerte Hintergrundgeräusche
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Die Zufuhr zu dem Aerosolerzeuger ist gegenüber der Atmosphäre abgedichtet, da sie sich in einem geschlossenen Kreislauf befindet und somit die Infektionsgefahr auf ein Minimum reduziert, auch wenn die Aerosolteilchengröße groß genug ist, um Bakterien mitzuführen.
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Es können unterbrochene kurze Aerosolstöße programmiert werden, um die Wasser- und Wärmeauffüllung der HME zu optimieren, ohne dass komplizierte Aerosolerzeugungsmuster erforderlich sind.
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Eine in einen kleinen Behälter eingeführte Tropfenzuführleitung ermöglicht dem Vernebler, in nahezu jeder Ausrichtung zu arbeiten, was die Arbeit und die Gefahr für das Pflegepersonal reduziert. Damit kann außerdem eine sehr leichte, flache Vorrichtung bereitgestellt werden.
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Mit dem zur Erhöhung des HME eingesetzten Aerosol kann ein weiterer Vernebler für die Medikamentenabgabe zwischen der HME und dem ET des Patienten platziert werden, wie beispielsweise in der
US2005/0139211A beschrieben, deren vollständiger Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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Die Erfindung kann auf Systeme angewandt werden, die zur Beatmung aller Patienten eingesetzt werden, welche mechanische Beatmung benötigen oder einen Bypass der oberen Luftwege haben, wodurch ergänzende Befeuchtung erforderlich ist.
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Alle Patienten auf mechanischer Beatmung benötigen eine Befeuchtung entweder mit einem Hitzdraht-Befeuchter oder einem Wärme-Feuchtigkeitstauscher. Dieses System kann zur Zugabe von ergänzender Feuchtigkeit zu einem reinen HME (Wärme-Feuchtigkeits-Austausch) System vorgesehen sein, wodurch die Leistungsfähigkeit des Systems erhöht wird, um Patienten angemessen über längere Zeiträume zu befeuchten, als dies mit aktuellen Ausführungsformen möglich ist. Das System kann auch zum vollständigen Austausch des Befeuchtungselements eines Hitzdraht-Befeuchtersystems ausgeführt sein, indem der eingeatmeten Luft ausreichende Mengen von Aerosol zugesetzt werden.
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Ein Hauptproblem bei der Verwendung von Verneblern bestand in der Vergangenheit in der Kontaminierung des Patienten. Dies wurde im Allgemeinen der Tatsache zugeschrieben, dass die Aerosolteilchen groß genug sind, um Bakterien mitzuführen, während dies bei Dampfteilchen nicht der Fall ist. Dadurch, dass die Aerogen-Vernebler sterilisiert werden können und auch eine ununterbrochene Zufuhr von steriler Flüssigkeit gewährleisten können, wird dieser genannte Nachteil überwunden.
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Die wichtigsten vorteilhaften Merkmale der Erfindung sind wie folgt:
- – klein/kompakt
- – leise
- – Zufuhr aus einem sterilen versiegelten System
- – keine große Stromzufuhr
- – geringere Kosten
- – lageunabhängiger Betrieb
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, welche in ihrer Konstruktion und im Detail verändert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5164740 [0094]
- US 5938117 [0094, 0095]
- US 5586550 [0094]
- US 5758637 [0094]
- US 6014970 [0094]
- US 6085740 [0094]
- US 2005/021766 A [0094]
- US 6540154 [0095]
- US 6845770 [0095]
- US 6546927 [0095]
- US 2005/0139211 A [0130]
