DE4009067A1 - Verfahren und vorrichtung zum einleiten eines aerosols in einen luftstrom - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum einleiten eines aerosols in einen luftstrom

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einleiten eines Aerosols in einen Luftstrom, insbesondere eines Allergens in einen einzuatmenden Luftstrom.
Es ist bekannt, einen über einen Vernebler mit einem Aerosol beladenen Luftstrom von einer Person einatmen zu lassen, um bei der Person eine Reaktion auszulösen, aus der auf eine Krankheit der Person und auf die erforderliche Medikamentierung ein Hinweis gewonnen werden soll. Bei dem bekannten Verfahren ist es nicht möglich, eine genaue feine Dosierung des Aerosolanteiles in der Luft herbeizuführen. Es ist somit nicht möglich, einen Hinweis auf den jeweiligen Zustand einer Krankheit, z. B. des Asthmas, genau zu erhalten, um danach die zutreffende Dosierung eines Medikamentes festzulegen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einem Luftstrom, gesteuert von der Strömung dieses Luftstroms, ein Aerosol in vorbestimmter Menge fein und genau dosiert zuzuführen. Es soll insbesondere, bei Anwendung zum Einleiten eines Allergens in einen einzuatmenden Luftstrom, durch genau dosierte Beigabe des Allergens bei der Person ein bestimmter Zustand der Krankheit herbeigeführt werden, der es erlaubt, eine zutreffende Diagnose zu stellen und die zutreffende Medikamentierung in der optimalen Dosierung des Medikaments zu ermöglichen. Andererseits soll auch eine Testmöglichkeit für die Tauglichkeit eines jeweiligen Medikaments erreicht werden. Als Allergene werden z. B. verwendet: Histamin, Acetylcholin, Pollensuspensionen, Sporensuspensionen oder dergleichen; als Medikament Cortisonderivate, Beta-Symphatomimetika.
Die gestellte Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Die Unteransprüche nennen Ausführungsarten der Erfindung.
Die je Atemzug, also je Auslösung einer Vernebelung, zuzuführende Allergensmenge soll bei 100 bis 200 Mikrogramm liegen. Die Zufuhr erfolgt etwa zu 100 Mikrogramm in 0,6 Sekunden. Bei unvorhergesehener Unterbrechung des Atems ergeben sich höchstens Mengenunterschiede von 5 bis 10%. Es wird also eine hohe Genauigkeit erreicht.
Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform der neuen Vorrichtung zur dosierten Zugabe eines Aerosols in einen Luftstrom am Beispiel eines einzuatmenden Luftstroms, in
Fig. 1 als Blockschaltbild der einzelnen Bauteile der Vorrichtung, in
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Mundstücks mit Anschlüssen für Zuluft und Abluft sowie einen Vernebler und einen Luftstromsensor, in
Fig. 3a/b ein Ventil im Querschnitt und in Ansicht,
Fig. 4 ein Schaltbild eines Steuergerätes für den Vernebler und das Mundstück und in
Fig. 5 ein Schaltbild der Anschlüsse der Frontplatte des Steuergerätes
Die Fig. 1 zeigt das Mundstück 1, dessen Einzelteile in Fig. 2 dargestellt sind. Sie zeigt ferner den Vernebler 2, einen Kompressor 3, ein Wegeventil 4 und ein Steuergerät 5 für den Vernebler 2 und das Mundstück 1. Mit 6 ist ein IR- Fernbedienungsgerät für das Steuergerät und mit 7 ein Schalldämpfer am Wegeventil 4 für die Rückentlüftung des Verneblers 2 bezeichnet. Von dem Steuergerät 5 führt ein Verbindungskabel 8 zum Mundstück 1 und ein Verbindungskabel 9 zum Wegeventil 4. Dieses ist über einen Druckluftschlauch 10 mit dem Kompressor 3 und über einen weiteren Druckluftschlauch 11 mit zwischengeschalteter Steckkupplung mit dem Vernebler 2 verbunden. Der Vernebler 2 ist über einen Anschlußflansch 12 mit zwischengeschalteter Steckkupplung mit dem Mundstück 1 verbunden. Das Mundstück 1 weist Öffnungen 13 für Zuluft bzw. Frischluft und eine Öffnung 14 für Abluft auf und weist den als Atemsensor bezeichneten Induktivsensor 15 sowie eine Ventileinheit 16 auf.
In Fig. 2 sind die letztgenannten Teile in Baueinheit mit dem Mundstück dargestellt. Das Mundstück 1 weist außer dem Flansch 12 für den Vernebler einen Anschlußstutzen 1a für die Zuluft und einen Anschlußstutzen 1b für die Abluft auf. Im Anschlußstutzen 1a befindet sich die Zuluftöffnung 13 in Form von Löchern für die Einatemluft sowie ein Induktivsensor 15 als Luftstromsensor. Die Ventileinheit 16 besteht aus einem Ventil 16a für die Einatmung im Anschlußstutzen 1a und einem Ventil 16b für Ausatmung im Anschlußstutzen 1b. Die Ventile 16a und 16b bestehen jeweils aus einer zwischen Anschlagstücken 17 über eine Feder 19 gehaltenen Ventilplatte 18 in Form einer Kunststoffscheibe mit Metallbeschichtung. Das Ventil 16a für Zuluft weist, wie Fig. 3b zeigt, eine quadratische Ventilplatte 18 auf. Senkrecht zum oberen Anschlagstück 17 liegt ein Haltering 17a für die Feder 19, der zugleich Anschlag für die Ventilplatte 18 ist und Bohrlöcher 17b zum Luftdurchtritt aufweist. Vor der Abluftöffnung 14 ist ein Bakterienfilter 20 für Aerosolreste mit einer Packung aus Filterwatte 21 angeordnet.
Einige Bauteile der Vorrichtung sind handelsüblich und bedürfen somit keiner näheren Erläuterung. Als Vernebler 2 können die Geräte De Vilbis Nr. I-4101 oder Kendall Nr. 00 952, als Induktivsensor 15, das Gerät Klöckner-Möller ATI 08 DD 2, als Ventil 4 das Gerät Euromatic 80200750.02010000 der Firma Herion und als Bakterienfilter 20 das Gerät De Vilbis Nr. I-2100 eingesetzt sein.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Sobald die Luftströmung im Mundstück in Richtung auf das vordere Ende, z. B. durch Einatmen, einsetzt, bewegt sich die Ventilplatte 18 des Ventils 16a nach unten und gibt den Zuluftweg zum Mundstück 1 über die Öffnungen 13 frei. Bei einem Abstand der Platte 18 größer als 1 mm vom Induktivsensor schaltet dieser seinen Ausgang auf 0 Volt und dadurch über die Leitung 8 das Steuergerät 5 frei (invertierte Logik), so daß dieses über die Leitung 9 das Wegeventil 4 auf Preßluftdurchgang vom Kompressor 3 über die Schläuche 10, 11 zum Vernebler 2 schalten kann. Das dadurch in einer Venturidüse des Verneblers gebildete Aerosol kann dann in das Mundstück 1 eintreten. Sobald die über die vorgegebene Zeiteinheit bestimmte Menge des Aerosols erreicht ist, schaltet das Steuergerät 5 aufgrund einer Soll-Istzeit-Vergleichschaltung 22 das Wegeventil 4 wieder ab. Die erforderliche Ventilöffnungszeit ist im Steuergerät über BCD-Kodierschalter 30 voreingestellt. Es vergleicht in einem Vergleicher 22 die voreingestellte Zeit mit der Sollzeit und schaltet über eine Gatterschaltung 23 das Wegeventil 4 auf oder zu. Sobald der Luftstrom im Mundstück 1 aufhört oder beim Ausatmen in Richtung auf das Ventil 16b für Ausatmen strömt, gelangt die Ventilplatte 18 im Ventil 16a in ihre Schließlage zurück. Ihr Abstand von Induktivsensor 15 ist dann kleiner als 1 mm. Darauf schaltet der Sensor 15 über seinen Anschluß 31 den Zeitgenerator 25 im Steuergerät ab. Nach einer Unterbrechung der Strömung im Mundstück vor Erreichen der durch die Sollzeit bestimmten Sollmenge wird bei Wiedereinsetzen der Strömung im Luftrohr das Steuergerät, wie vor beschrieben, vom Induktivsensor 15 wieder eingeschaltet und schaltet das Wegeventil 4 für die noch nicht abgelaufene Restzeit der Sollzeit wieder ein. Das Steuergerät gibt an das als Magnetventil ausgebildete Wegeventil 4 Steuerimpulse von zwischen 0 bis 9999 ms einstellbarer Länge ab. Dadurch wird die sehr feinfühlig genaue Einstellung der jeweiligen Sollmenge möglich. Eine weitere Schaltung im Steuergerät zählt alle vollständig ablaufenden Verneblungen und blockiert eine Starttaste, wenn eine vorher eingestellte Anzahl im Bereich von 1 bis 9 Verneblungen Fig. 5/35 erreicht ist. Durch Betätigen einer Taste "Zähler Rücksetzen" kann das Gerät wieder in den Grundzustand zurückgebracht werden. Es kann auch eine Null für die Zahl der Verneblungen eingestellt werden, so daß beliebig viele Verneblungen nacheinander ausgelöst werden können. Die Anzahl der abgelaufenen Verneblungen wird durch eine Sieben-Segment-Anzeige (einstellig) am Steuergerät angezeigt. Sie wird an eine Steckleiste 29 angeschlossen. Auch die abgelaufene Zeit wird im Steuergerät durch eine Sieben-Segment-Anzeige (vierstellig) angezeigt. Sie wird an eine Steckleiste 28 angeschlossen. Mit der IR-Fernbedienung 6 kann Start und Stopp und Rückstellen des Anzahlzählers der Verneblungen ausgelöst werden. Als Fernbedienung und als Empfänger 26 im Steuergerät kann ein handelsüblicher Teilesatz der Firma Siemens aus den IC's SLB 3801, TDA 4054, SLB 3802 eingesetzt sein. Der einzusetzende Kompressor 3 oder eine Druckluftflasche mit Druckstabilisierung und Aktivkohlefilter muß folgende Bedingungen erfüllen:
Um Anlagetoleranzen auszugleichen muß ein Ausgangsdruck von mindestens 2 bar±0,5 bar einstellbar sein. Seine Leistung muß 15 Liter Luft je Minute erreichen. Seine Ausgangsluft muß frei von Kondenswasser und Öl sein.
Als Wegeventil 4 wird vorzugsweise ein schnell schaltendes rückentlüftetes Pneumatikventil verwendet. Dadurch wird beim Abschalten der Druck zwischen Vernebler und Ventil schneller abgebaut. Das ergibt einen genaueren Druckluftimpuls (höhere Flankensteilheit), und ein Nachtröpfeln des Verneblers wird vermieden. Außerdem wird der Einfluß der Länge des Preßluftschlauchs 11 kleiner. Das Steuergerät weist eine Digitalschaltung mit einem Quarzoszillator 25a als Zeitbasis auf. Durch sie und die Teilkette 25 wird ein Impuls von genau vorgegebener Länge, 1 ms, erzeugt. Außer aus diesem Zeitgenerator 25, 25a weist das Steuergerät folgende wesentlichen Bauteile auf: den Vergleicher 22, die Gatterschaltung 23, den Schaltungsteil 26 für das Zählen der abgelaufenen Verneblungen, die Steckleiste 28 für die Anzeige der abgelaufenen Zeit, die Steckleiste 29 für die Anzeige der Anzahl der abgelaufenen Vernebelungen sowie Teil 24 für das Zählen der 1-ms-Zeittakte (Istzeiterzeugung und Speicherung) und Teil 27 für die Dekodierung des BCD-Codes in den 7-Segment-Code der Zeitanzeige. Die Impulse aus dem Teil 25 werden im Teil 24 gezählt und ergeben die abgelaufene Istzeit (BCD-Code). Im Teil 27 wird dieser Code dekodiert und in den 7-Segment-Code für die Anzeige transformiert. Der Vergleicher 22 vergleicht den BCD- Code der Istzeit mit dem BCD-Code der Sollzeit aus dem Schalterblock 30.
Die Gatterschaltung 23 steuert den Gesamtablauf. Sie wertet die Impulse vom Vergleicher, dem Bedienteil und dem Zähler für die Anzahl der Verneblungen aus und gibt die Impulse an das Ventil weiter.
Fig. 5 zeigt im oberen Teil die Anschlußteile an der vorderen Deckplatte des Steuergerätes. Mit 30 ist der Schalterblock für die Einstellung der Sollzeit bezeichnet. 32 bezeichnet die Taster für die Bedienung, 33 den Anschluß für den Vernebler 2, 34 den Anschluß für den Induktivsensor 15. Mit 35 ist der Schalterblock für die Einstellung der Anzahl der Verneblungen bezeichnet. Im unteren Teil der Fig. 5 ist die zugehörige Stromversorgung Teil 36 dargestellt. Als Luftstromsensor kann statt des Induktivsensors 15 an der in Fig. 2 mit A gekennzeichneten Stelle ein Spirometer mit seiner rohrförmigen Meßzelle eingesetzt sein, der das Steuergerät (5) schaltet. Statt des Induktivsensors kann auch die Meßzelle eines Bodyplethysmographen an der mit A gekennzeichneten Stelle an das Mundstück angeschlossen sein, dessen Meßelektronik das Steuergerät schaltet. In diesem Fall entfallen die Ventile 16a und 16b und die Filter 20, 21.
Das mit dem neuen Gerät auszuübende Verfahren kann so erfolgen, daß die Strömung im Rohr von einem Luftstromsensor 15 registriert wird, der über ein elektronisch digital einstellbares Steuergerät 5 den Vernebler 2 ein- bzw. ausschaltet.
Es kann auch so erfolgen, daß die Zufuhr des Aerosols in das Rohr unmittelbar bei Beginn der Strömung im Rohr, z. B. bei Beginn des Einatmens, oder nach einer Verzögerungszeit eingeleitet wird, oder, daß bei unvorhergesehener Unterbrechung der Strömung im Rohr, z. B. Unterbrechen des Einatmens durch Husten, die Aerosolzufuhr aus dem Vernebler unterbrochen wird und nach Wiederherstellung einer stabilen Strömung im Rohr, z. B. einer stabilen Atemlage bei Wiedereinatmen, die Aerosolzufuhr solange wieder aufgenommen wird, bis eine eingestellte Menge erreicht ist. Bei dem Verfahren kann die Zufuhrmenge des Aerosols durch die Vernebelungszeit einstellbar sein.

Claims (17)

1. Verfahren zum Einleiten eines Aerosols in einen Luftstrom, insbesondere eines Allergens in einen einzuatmenden Luftstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem Rohr, z. B. einem Mundstück (1), strömende, z. B. einzuatmende, Luftstrom die Aerosolzufuhr aus einem Vernebler in einstellbarer Menge auslöst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung im Rohr von einem Luftstromsensor (15), registriert wird, der über ein elektronisch digital einstellbares Steuergerät (5) den Vernebler (2) ein- bzw. ausschaltet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Aerosols in das Rohr unmittelbar bei Beginn der Strömung im Rohr, z. B. bei Beginn des Einatmens, oder nach einer Verzögerungszeit eingeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei unvorhergesehener Unterbrechung der Strömung im Rohr, z. B. Unterbrechen des Einatmens durch Husten, die Aerosolzufuhr aus dem Vernebler unterbrochen wird und nach Wiederherstellung einer stabilen Strömung im Rohr, z. B. einer stabilen Atemlage bei Wiedereinatmen, die Aerosolzufuhr solange wieder aufgenommen wird, bis eine eingestellte Menge erreicht ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrmenge des Aerosols durch die Vernebelungszeit einstellbar ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Luftstromsensor ein Induktivsensor, ein Spirometer oder ein Bodyplethysmograph verwendet wird.
7. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Einleiten eines Aerosols in einen Luftstrom, insbesondere eines Allergens in einen einzuatmenden Luftstrom, dadurch gekennzeichnet, daß ein einendig offenes Luftrohr, z. B. ein Mundstück (1), eine offene Verbindung zu einem von einem elektronisch, digital einstellbaren Steuergerät (5) zu schaltenden Vernebler (2) und einen Zuluftanschluß (1a) mit einem Einlaßventil (16a) und einem das Steuergerät (5) schaltenden Luftstromsensor z. B. als Induktivsensor (15) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftrohr an seinem dem vorderen offenen Ende gegenüberliegenden Ende einen Abluftanschluß (1b) mit einem Auslaßventil (16b) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Packung Filterwatte (21) und ein Bakterienfilter (20) für Aerosolreste vor der Abluftöffnung (14) des Abluftanschlusses (1b).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch ein vom Steuergerät (5) zu schaltendes Wegeventil (4) (2/2 oder 2/3 Wege) zwischen einem Kompressor (3) oder einem Druckluftanschluß und dem Vernebler (2).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Schalldämpfer (7) am Wegeventil (4) für Rückentlüftung des Verneblers (2).
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Preßluftkupplung zwischen Wegeventil (4) und Vernebler (2), deren Betätigungsteil eine über den Umfang der Kupplung etwa fingerbreit hinausragende Betätigungsscheibe aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch ein Ventil (16a) für Zuluft bestehend aus einer quadratischen über eine Feder (19) zwischen Anschlagstücke (17) gehaltenen Ventilplatte (18) und einem senkrecht zum oberen Anschlagstück (17) angeordneten Haltering (17a) für die Feder (19) mit Bohrlöchern (17b) für den Luftdurchtritt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (1) mit Induktivsensor (15) mit dem Vernebler (2) und dem Wegeventil (4) durch Steckkupplungen zu einem Bauteil vereinigt ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, gekennzeichnet durch ein elektronisch digital einstellbares Steuergerät (5) mit den Teilen: Quarzoszillator (25a) und Teilekette (25) als Zeitgenerator (25/25a), Vergleicher (22), Gatterschaltung (23), Zähler der Zeittakte (24), Anzahlzähler (26) und Dekodierer (27).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß am Mundstück als Luftstromsensor ein Spirometer eingesetzt ist, dessen Elektronik das Steuergerät (5) schaltet.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Luftstromsensor der Pneumotachograph eines Bodysplethysmographen eingesetzt werden kann, dessen Meßelektronik das Steuergerät (5) schaltet.
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