DE212013000114U1 - Vernebler - Google Patents

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Abstract

Vernebler, der einen Verneblerkopf (3) zum Erzeugen eines Aerosols, eine Steuerung (2) zum Bereitstellen von Strom- und Steuersignalen an den Kopf und einen gewöhnlichen universellen Bus (5, 4) zum Bereitstellen von Strom- und Steuersignalen an die Steuerung (2) aufweist, wobei der gewöhnliche universelle Bus einen universellen Stecker (4) und ein universelles Kabel (5) aufweist, das vom Stecker (4) zur Steuerung (2) verläuft, wobei die Steuerung (2) über ein Kabel (6) und einen Stecker (7) mit dem Kopf (3) verbunden ist; und wobei die Steuerung eine Spannungsanhebungs-Schaltung (10) aufweist, die am Eingang davon mit dem universellen Bus, einem Prozessor (11) und einer Steuerungsschaltung (12) zur Bereitstellung von Strom an den Verneblerkopf (3) unter Steuerung des Prozessors (11) verbunden ist.

Description

  • Einführung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Vernebler, und im Besonderen auf die Stromversorgung und Steuerung der Aerosolgenerierung in Verneblern.
  • Erörterung des Stands der Technik
  • Aerosolabgabesysteme können eine breite Palette an Flüssigkeiten über einen Partikelbereich von 1–50 μm MMAD mit Aerosol versehen. Solche Systeme weisen eine Öffnungsplatte mit Löchern einer bestimmten Größe auf und diese ist mit einem von einem Piezoelement betriebenen Vibrationsmechanismus verbunden. Die Öffnungsplatte wird mit einer Frequenz von in der Regel 120 bis 150 kHz vibriert, und dies bewirkt, dass in der Flüssigkeit die Oberflächenspannung aufbricht und einen Aerosolnebel erzeugt, wenn Tröpfchen durch die Öffnungsplatte durchfließen. Ein Beispiel wird in WO 2010035252 (Stamford Devices Ltd) beschrieben.
  • WO 2012/026963 (Rubin) beschreibt ein Aerosolabgabesystem mit einem integrierten USB-Stecker.
  • Übersicht über die Erfindung
  • Gemäß der Erfindung wird ein Vernebler vorgesehen, der einen Verneblerkopf zum Erzeugen eines Aerosols, eine Steuerung zum Bereitstellen von Strom- und Steuersignalen an den Kopf und einen gewöhnlichen, universellen Bus zur Bereitstellung von Strom- und Steuersignalen an die Steuerung aufweist,
    wobei der gewöhnliche universelle Bus einen universellen Stecker und ein universelles Kabel aufweist, das vom Stecker zur Steuerung verläuft,
    wobei die Steuerung über ein Kabel und einen Stecker mit dem Kopf verbunden ist; und
    wobei die Steuerung aufweist eine Spannungsanhebungs-Schaltung, die am Eingang mit dem universellen Bus verbunden ist, einen Prozessor und eine Steuerungsschaltung zur Bereitstellung von elektrischem Strom für den Verneblerkopf unter Steuerung des Prozessors.
  • In einer Ausführungsform ist der universelle Bus ein USB-Bus und wobei der Gesamtstrombedarf der Steuerung und des Verneblerkopfes im Rahmen der Leistungsspezifikation des USB-Standardprotokolls liegen.
  • In einer Ausführungsform stellt die Steuerung dem Verneblerkopf nicht mehr als 500 mA bei nominal 5 V bereit.
  • In einer Ausführungsform ist die Steuerungsschaltung dazu ausgebildet, eine Wellenform im Bereich von 120 kHz bis 150 kHz zu generieren.
  • In einer Ausführungsform ist die Anhebungsschaltung dazu ausgebildet, dem Prozessor und der Steuerungsschaltung eine Spannungsversorgung bereitzustellen. Vorzugsweise liegt der Spannungspegel bei 12 V.
  • In einer Ausführungsform ist der Prozessor dazu ausgebildet, die folgenden Informationen über den universellen Bus auf einen Host hochzuladen:
    Stromverbrauch, und/oder
    nass/trocken Zustand des Verneblerkopfes, und/oder
    Trennungsstatus des Verneblers, und/oder
    Trennungsstatus des Kabels, und/oder
    Fehler- oder Störungszustände, und/oder
    Dauer der Nebelbildung und Zeitpunkt der Nebelbildung.
  • In einer anderen Ausführungsform ist die Steuerung dazu ausgebildet ist, die folgenden Signale von einem Host über den universellen Bus zu erhalten und damit Steuerungssignale für den Verneblerkopf zu generieren:
    Beginn/Ende der Nebelbildung, und/oder
    Nebelbildungszeit, und/oder
    Nebelbildungs-Fließrate, und/oder
    Nebelbildungs-Impulsrate, und/oder
    Einatmungs-/Ausatmungssignal zur Ermöglichung einer phasenweisen Nebelbildung
  • In einem anderen Aspekt sieht die Erfindung ein Verneblersystem vor, das einen wie oben in einer beliebigen Ausführungsform beschriebenen Vernebler aufweist, und ein Hostsystem, das dazu ausgebildet ist, Steuersignale für die Steuerung über den Bus bereitzustellen.
  • In einer Ausführungsform ist das Hostsystem dazu ausgebildet, die Steuersignale gemäß einem Patientendosierungsplan bereitzustellen.
  • In einer Ausführungsform weist das Hostsystem eine Komponente auf, die dazu ausgebildet ist, mit einem entfernten Server zum Herunterladen von Steuerungsanweisungen und/oder zum Hochladen von Verneblerdaten zu kommunizieren.
  • In einer Ausführungsform weist das Hostsystem ein tragbares Gerät wie ein Smartphone oder einen Tablet-Computer auf.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung wird durch die Beschreibung einiger Ausführungsformen davon, die nur als Beispiel mit Bezugnahme auf die Zeichnungen im Anhang dargelegt werden, verdeutlicht, in denen
  • 1 ein Blockdiagramm ist, das die Architektur eines Verneblers der Erfindung veranschaulicht; und
  • 2 eine perspektivische Ansicht des Verneblers ist.
  • 3 den Vernebler in einem Beispiel im Einsatz darstellt, wobei die Steuerung an einem Beatmungsschlauch angebracht ist.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Ein Vernebler 1 weist eine Steuerung 2 auf, die mit einem Vibrating Mesh(Vibrierende Membran)-Verneblerkopf 3 verbunden ist. Der Vernebler 1 weist ebenso einen USB-Stecker 4 zum Anschluss an einem Hostsystem oder ein Hostgerät auf.
  • Die Verbindung zwischen dem Stecker 4 und der Steuerung 2 ist ein USB(Universal Serial Bus)-Kabel 5 mit Strom- und Datenkanälen. Die Verbindung zwischen der Steuerung 2 und dem Verneblerkopf 3 ist ein proprietäres Kabel mit Strom- und Datenkanälen und einem proprietären Stecker 7.
  • Die Steuerung 2 weist eine Anhebungsschaltung 10 auf, die aus einem proprietären, optimierten hocheffizienten Hochfrequenz-Gleichspannungswandler mit integriertem Stromschalter besteht, der dazu ausgestaltet ist, eine Ausgangsspannung und ein aktuelles Profil bereitzustellen, die zur Steuerung der Vernebelungslast geeignet sind. Weiterhin ist eine Steuerungsschaltung 12 vorhanden, die einen Reiheninduktor zur Erzeugung der Wechselspannung AC nutzt. Die Steuerungsschaltung 12 beinhaltet einen MOSFET-Hochgeschwindigkeitstreiber, der von einem pulsbreitenmodulierten Signal vom Mikrocontroller gesteuert wird. Weiterhin gibt es einen Mikrocontroller 11 mit einem integrierten Peripheriemodul, das eine USB 2.0-kompatible Schnittstelle bereitstellt, die automatisch Taktfrequenzquellen und Leistungsniveau bei Verbindung mit einem Host ändern kann. Dieser stellt Strom- und Steuersignale dem Kopf 3 über das Kabel 6 und den Stecker 7 bereit. Diese Signale stellen Strom und Steuerung einer vibrierenden Membran bereit, die eine mit Aerosol zu versetzende Flüssigkeit aus einem Zufuhrbehälter aufnimmt. Ein Beispiel des Verneblerkopfes wird in unserer vorhergehenden PCT-Anmeldung WO 2012/046220 beschrieben. Die Steuerung 2 und der Verneblerkopf 3 benötigen zum Generieren eines gewünschten Aerosols nicht mehr als 500 mA bei nominal 5 V.
  • Die Steuerung 2 weist ein Gehäuse 25 mit LED-Statuslampen 30 und einen AN/AUS-Schalter 32 auf. Der Datenaustausch findet zwischen der Steuerung 2 und der USB-Stromquelle 4 gemäß dem USB-Protokoll statt.
  • Die Steuerungsschaltung 12 des Verneblers besteht aus Komponenten zum Generieren einer Ausgangs-Sinuswellenform von ungefähr 100 V Wechselstrom, der dem Verneblerkopf 3 zugeleitet wird, was die Generierung des Aerosols veranlasst. Dabei werden Eingaben vom Mikrocontroller 11 und der Anhebungsschaltung 10 zur Erzielung der Ausgabe verwendet. Die Steuerungsschaltung 12 wird mit der Impedanz des Piezo-Keramikelements abgeglichen, das die Vibration der Membran verursacht, um eine gute Energieübertragung sicherzustellen.
  • Der Mikrocontroller 11 generiert eine Rechteck-Wellenform von 120 bis 150 kHz, die an die Steuerungsschaltung 12 gesendet wird. Die Anhebungsschaltung 10 generiert eine von der Steuerungsschaltung 12 benötigte nominale Gleichstromspannung von 12 V im Bereich von 4,75 V bis 5,25 V Gleichstrom gemäß dem Stromeingangsbedarf von USB 2.0 (im April 2000 veröffentlicht). Die Schaltung wird mit der Impedanz des Piezo-Keramikelements im Kopf 3 abgeglichen, um einen optimierte Energieübertragung sicherzustellen. Eine Steuerungsfrequenz von 120 bis 150 kHz wird zur Steuerung der Membran des Verneblerkopfes nahe der Resonanzfrequenz davon generiert, sodass eine ausreichend große Amplitude generiert wird, um Tropfen abzuschneiden und das Aerosol zu erzeugen. Wird diese Frequenz auf eine kleinere Frequenz reduziert, sodass das Aerosol für eine kurze Zeit generiert wird und dann für eine kurze Zeit angehalten wird, bietet dies eine gute Steuerung der Fließrate des Verneblers. Diese niedrigere Frequenz wird als die „Impulsrate” bezeichnet.
  • Die Steuerungsfrequenz kann nach Bedarf mithilfe des Mikrocontrollers 11 gestartet und gestoppt werden. Dies ermöglicht die Steuerung der Fließrate durch Steuern des installierten Gerätekopfes 3 für jede erforderliche Impulsrate. Der Mikrocontroller 11 kann die AN- und AUS-Zeiten in einer Genauigkeit im Millisekundenbereich steuern.
  • Der Verneblerkopf 3 kann auf eine bestimmte Impulsrate kalibriert werden, indem gemessen wird, wie lange für die Zuführung einer bekannten Menge der Lösung benötigt wird. Es besteht eine lineare Beziehung zwischen der Impulsrate und der Vernebler-Fließrate. Dies kann die exakte Steuerung der Zuführungsrate der wässrigen Lösung ermöglichen.
  • Aufgrund der Verwendung des universellen Busses, in diesem Fall das USB-Kabel 5 und der Stecker 4, kann die Steuerung 2 eine sehr breite Steuerung des Verneblerkopfes 3 verwirklichen. Ebenso kann die Steuerung 2 mit einem Host mit einer Datenverarbeitungs- und USB-Datenaustauscheinrichtung (wie ein Hostcomputer oder ein tragbares Gerät) zum Hochladen von Informationen, die zuvor vom Verneblerkopf 3 erfasst wurden oder zum Herunterladen von Konfigurationseinstellungen oder anderen Daten auf die Steuerung 2 verbunden sein. Zusammen bilden der Host und der Vernebler 1 ein System, das zweckmäßigerweise z. B. für klinische Versuche oder überwachte Behandlungspläne im Krankenhaus oder zuhause verwendet werden kann.
  • Die Steuerung 2 kann in verschiedenen Ausführungsformen die folgenden Merkmale des Verneblers auf den Host hochladen:
    Stromverbrauch, und/oder
    nass/trocken Zustand, und/oder
    Trennungsstatus des Verneblers, und/oder
    Trennungsstatus des Kabels, und/oder
    Fehler- oder Störungszustände, und/oder
    Dauer der Nebelbildung und Zeitpunkt der Nebelbildung.
  • Der Host kann in verschiedenen Ausführungsformen der Steuerung 2 die folgenden Anweisungen bereitstellen:
    Beginn/Ende der Nebelbildung, und/oder
    Nebelbildungszeit, und/oder
    Nebelbildungs-Fließrate, und/oder
    Nebelbildungs-Impulsrate, und/oder
    Einatmungs-/Ausatmungssignal zur Ermöglichung einer phasenweisen Nebelbildung.
  • Dadurch kann die Steuerung 2 über einen Host, entweder lokal oder über einen Fernstandort, gesteuert werden. Die Steuerung 2 kann als Slave-Einrichtung arbeiten, wobei der Dosierungsplan vom Host bestimmt wird. Dies ermöglicht eine umfassende Steuerung und eine Behandlungsüberwachung für eine Vielzahl von Situationen, wie zum Beispiel zuhause oder in Kliniken. Wenn sich die Steuerung in Datenaustausch mit einem externen Gerät befindet, kann es als Slave-Gerät agieren und Befehle von dem externen Gerät empfangen. Wenn es durch ein externes Gerät betrieben wird, wird der Betriebsmodus durch die Benutzereingabe über die Einschalttaste 32 bestimmt, und in diesem Fall kann die Steuerung dergestalt vorgestellt werden, dass sie sich Mastermodus befindet.
  • In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung die Form eines in der Hand haltbaren Endgeräts annehmen, und kann de facto ein Mobiltelefon sein, dass dazu programmiert ist, eine Benutzeroberfläche zur Steuerung des Verneblers zu generieren. Eine spezielle Mobiltelefonanwendung könnte generiert werden, um die Steuerung der Nebelbildung zu ermöglichen
  • Die Anordnung mit dem USB-Stecker 4, dem USB-Kabel 5, der kleinen in der Hand haltbaren Steuerung 2, dem Kabel 6 und dem Stecker 7 ermöglicht eine praktische und vielseitige Verwendung. Z. B., wie in 3 dargestellt, können die Kabel 5 und 6 zusammen mit der Steuerung 2 an einem Beatmungsschlauch mit Binder befestigt sein. Sie können jedoch auch an jedem anderen schlauchförmigen oder längsförmigen Element befestigt sein. Dies ermöglicht einen gleichermaßen bequemen Zugang für Pflegepersonal und Patienten.
  • Es versteht sich ebenso, dass der Vernebler an jedes beliebige Hostsystem angesteckt werden kann. Die Anordnung bietet Flexibilität in einer Pflegeumgebung mit mehreren Beatmungsgeräten und Patienten. Die USB-Schnittstelle ermöglicht die Verbindung mit einem Hostgerät, um die Fernsteuerung z. B. durch einen Pfleger zu ermöglichen, zur Steuerung über das Internet eines Host-Laptopcomputers, an den der Vernebler angeschlossen ist.
  • Weiterhin kann der Umfang der zulässigen lokalen Steuerung auf die Ein-/Ausschaltsteuerung beschränkt sein, indem der Umfang der Schnittstelle der Steuerung 2 beschränkt wird, wobei die Dosierungssteuerung (Impulsrate, Fließrate, Frequenz etc.) von einen Fernstandort aus über das Hostsystem gesteuert wird. Die Steuerung kann ein Programm wie eine „App” ausführen, die das Herunterladen eines patientenspezifischen Dosierungsplans von einem Mobiltelefon/Tablet/PDA ermöglicht. Das lokale Programm implementiert dann den neuen Dosierungsplan.
  • Es besteht eine exzellente Vielseitigkeit, da der Vernebler mit einem Beatmungsgerät, einem Stromanschluss in Fahrzeugen, einem Laptopcomputer, einem Desktopcomputer oder mit einem Batterieset verwendet werden kann. Da die Steuerung eine wesentliche Komponente der Verkabelung ist, kann sie nicht versehentlich übersehen werden.
  • Folgende weitere Vorteile ergeben sich aus der Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen:
    • – Eine bessere Transportfähigkeit, da keine weiteren Zubehörteile erforderlich sind, wie Batteriesets oder Wechselstrom-Gleichstrom-Netzteile. Diese sind aufgrund der allgemeinen Verwendung von USB-Ports in gängigen elektrischen Geräten, wie Mobiltelefonen, Computern und medizinischen elektrischen Geräten, nicht mehr erforderlich.
    • – Kein Bedarf mehr an Halterungen.
    • – Kein Bedarf an landesspezifischen Stromsteckern.
    • – Kann in abgelegenen Gebieten verwendet werden, in denen kein Strom verfügbar ist, z. B. mit Solarstrom, Handkurbel-Batteriesets
    • – Weniger Komponenten.
    • – Geringerer Stromverbrauch.
    • – Plug-and-Plag-Betrieb
    • – Kann mit einer Host-Steuerung kommunizieren, wobei Dosierungsdaten für den Patienten gesammelt werden und dem Host übermittelt werden können.
    • – Es muss keine Steuerplatine in die medizinische elektrische Ausrüstung integriert werden, um über die ME GUI (grafische Benutzeroberfläche) betrieben zu werden. Z. B. ist es derzeit bekannt, eine AerogenTM-Steuerplatine in ein Beatmungsgerät einzubauen, um den Betrieb von Verneblern über die Beatmungsgeräteschnittstelle zu ermöglichen. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine solche Integration nicht mehr erforderlich.
    • – Kompatibilität/Verwendbarkeit mit einer breiten Vielzahl von medizinischen elektrischen Geräten (d. h., alle mit einem USB-Port ausgestatteten).
    • – Kann durch ein beliebiges oder eine Palette von Geräten betrieben werden, wie USB-Batteriesets oder tragbaren Solarpanelen.
  • Die Steuerung kann in der Hand haltbar sein, wobei die Batterie- und Stromversorgung der eines Mobiltelefons entsprechen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in Ausgestaltung und im Detail abgewandelt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2010035252 [0002]
    • WO 2012/026963 [0003]
    • WO 2012/046220 [0021]

Claims (12)

  1. Vernebler, der einen Verneblerkopf (3) zum Erzeugen eines Aerosols, eine Steuerung (2) zum Bereitstellen von Strom- und Steuersignalen an den Kopf und einen gewöhnlichen universellen Bus (5, 4) zum Bereitstellen von Strom- und Steuersignalen an die Steuerung (2) aufweist, wobei der gewöhnliche universelle Bus einen universellen Stecker (4) und ein universelles Kabel (5) aufweist, das vom Stecker (4) zur Steuerung (2) verläuft, wobei die Steuerung (2) über ein Kabel (6) und einen Stecker (7) mit dem Kopf (3) verbunden ist; und wobei die Steuerung eine Spannungsanhebungs-Schaltung (10) aufweist, die am Eingang davon mit dem universellen Bus, einem Prozessor (11) und einer Steuerungsschaltung (12) zur Bereitstellung von Strom an den Verneblerkopf (3) unter Steuerung des Prozessors (11) verbunden ist.
  2. Vernebler nach Anspruch 1, wobei der universelle Bus ein USB-Bus ist und wobei der Gesamtstrombedarf der Steuerung (2) und des Verneblerkopfes (3) im Rahmen der Stromspezifikation des Standard-USB-Protokolls liegen.
  3. Vernebler nach Anspruch 2, wobei die Steuerung (2) dem Verneblerkopf (3) nicht mehr als 500 mA bei nominal 5 V bereitstellt.
  4. Vernebler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungsschaltung (11) dazu ausgebildet ist, eine Wellenform im Bereich von 120 kHz bis 150 kHz zu generieren.
  5. Vernebler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anhebungsschaltung (10) dazu ausgebildet ist, eine Spannungsversorgung für den Prozessor (11) und die Steuerungsschaltung (12) zu generieren.
  6. Vernebler nach Anspruch 5, wobei der Spannungspegel bei 12 V liegt.
  7. Vernebler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (11) dazu ausgebildet ist, die folgenden Informationen über den universellen Bus auf einen Host hochzuladen: Stromverbrauch, und/oder nass/trocken Zustand des Verneblerkopfes, und/oder Trennungsstatus des Verneblers, und/oder Trennungsstatus des Kabels, und/oder Fehler- oder Störungszustände, und/oder Dauer der Nebelbildung und Zeitpunkt der Nebelbildung.
  8. Vernebler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, die folgenden Signale von einem Host über den universellen Bus zu erhalten und damit Steuerungssignale für den Verneblerkopf zu generieren: Beginn/Ende der Nebelbildung, und/oder Nebelbildungszeit, und/oder Nebelbildungs-Fließrate, und/oder Nebelbildungs-Impulsrate, und/oder Einatmungs-/Ausatmungssignal zur Ermöglichung einer phasenweisen Nebelbildung
  9. Nebelbildungssystem, das einen Vernebler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, und ein Hostsystem, das dazu ausgebildet ist, der Steuerung (2) Steuersignale über den Bus (4, 5) bereitzustellen.
  10. System nach Anspruch 9, wobei das Hostsystem dazu ausgebildet ist, die Steuersignale gemäß einem Patientendosierungsplan bereitzustellen.
  11. System nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei das Hostsystem eine Komponente aufweist, die dazu ausgebildet ist, mit einem entfernten Server zum Herunterladen von Steueranweisungen und/oder zum Hochladen von Verneblerdaten zu kommunizieren.
  12. System nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei das Hostsystem ein tragbares Gerät wie ein Smartphone oder einen Tablet-Computer beinhaltet.
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