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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf oszillierende Vorrichtungen
zum Zusammenpressen des Brustkorbs und insbesondere auf Vorrichtungen, wie
sie zum Entfernen von Schleim aus den Lungen verwendet werden, beispielsweise
bei Patienten mit einer cystischen Fibrose oder Mukoviszidose.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
cystische Fibrose ist eine tödliche
vererbliche Erkrankung. Wenn eine von 20 Personen das rezessive
Gen in sich trägt,
tritt die Empfängnis eines
Kindes, das die cystische Fibrose hat, ungefähr in einer von jeweils 400
Ehen mit Kindern auf. Es wurde noch keine Heilung für die Erkrankung
entdeckt. Die cystische Fibrose beeinflusst die schleimsekretierenden
Drüsen
des Körpers,
was zu einer Überproduktion
an Schleim führt.
Die Lungen füllen sich
dauernd mit dem überschüssigen Schleim,
der dann täglich
entfernt werden muss, um die Ansammlung und die Gefahr einer Infektion
zu verringern. Derzeit beinhaltet die Behandlung allgemein eine
Aerosol-Therapie drei oder vier Mal am Tag, um eine Bronchialdrainage
zu erzielen, und ein tägliches
Drücken
auf die Brustkorb-Wand, um den Schleim für einen Auswurf zu lockern.
Die tägliche
Behandlung kann von vier bis mehr als 6 Stunden reichen und einen
Beatmungs-Therapeuten oder zumindest eine geübte Person erfordern, um das
Eintrommeln auf dem Brustkorb durchzuführen.
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Die
Technik auf dem Gebiet der Ausübung mechanischer
Schwingungen auf dem Körper
zeigt Dinge, wie zum Beispiel aufblasbare Jacken oder Bekleidungsstücke, die
eine Person anziehen kann, um die Atmung zu unterstützen, wie
zum Beispiel die künstliche
Beatmung. Die
US Patente 3 043
292 ,
2 354 397 und
2 588 192 zeigen Beispiele
hiervon. Weiterhin ist ein Bekleidungsstück, das Schwingungen zum Zweck
des Massierens des Körpers
erzeugt, in dem
US Patent 3 310
050 gezeigt.
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In
den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von eine hohe Frequenz aufweisenden
Systemen zur Brustkorb-Kompression oder Zusammendrückung („HFCC"-Systeme) entwickelt,
um das Entfernen des Schleims aus der Lunge zu unterstützen. Derartige Systeme
beinhalten typischerweise die Verwendung einer Luftzuführungs-Vorrichtung in Kombination
mit einer von einem Patienten zu tragenden Weste, wobei diese beiden
Teile über
ein Ventil oder ein anderes Gerät
verbunden sind, das die impulsförmige Strömung von
Luft an die Weste ermöglicht.
Derartige Westen wurden für
Patienten mit der cystischen Fibrose entwickelt, und sie sind so
ausgelegt, dass sie eine Luftwege-Freimachungs-Therapie ergeben. Der
Patient trägt
eine aufblasbare Weste, die mit einem Luftimpuls-Generator verbunden
ist, der die Weste während
des Einatmens und/oder des Ausatmens sehr schnell aufbläst und entleert.
Die Zusammendrückungs-
oder Kompressions-Impulse erzeugen kurzzeitige vom Kopf hin gerichtete
Luftströmungsspitzen
in den Atemwegen, durch die der Schleim in Richtung auf die größeren Atemwege
bewegt wird, von denen aus er durch Husten entfernt werden kann.
Die bekannten Westen-Systeme unterscheiden sich voneinander in zumindest
einer Hinsicht durch die Ventile, die sie verwenden (falls vorhanden)
und andererseits durch Merkmale wie zum Beispiel ihr Gesamtgewicht
und die Wellenform der erzeugten Luft.
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Verwandte
Patente beschreiben Systeme mit einer Vielzahl von Merkmalen, beispielsweise
solche, bei denen ein Luftstrom unterbrochen wird, wie zum Beispiel
durch die Verwendung eines regenerativen Gebläses mit einem rotierenden Unterbrechungsventil.
Derartige Systeme weisen typischerweise ein ein hohes Volumen aufweisendes „Schnellablass"-Drehschieberventil
auf (das auch als ein „Schlauchventil" oder „Zerhackerventil” bekannt
ist). Diese Arten von Ventilen erzeugten typischerweise eine Impulsform,
die am weitestgehendsten Rechteckschwingungs-Impulsen mit ungefähr 10 bis
20 Hz angenähert
ist (d. h. keine echten Sinusschwingungen), von denen jedoch gesagt
wurde, dass sie stärker
sinusförmig
werden, wenn die Frequenz auf 5 Hz abgesenkt wird.
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Das
US-Patent 4 838 263 (Warwick
et al.) beschreibt eine Vorrichtung, bei der die Anwendung der Druckimpulse
und die Impulsrate jeweils durch den Patienten steuerbar ist. Die
Vorrichtung berücksichtigt
den Wunsch mancher Patienten nach einer Vorrichtung, die einen geringeren „Schlag" während des
Einatmens ergibt. Die Vorrichtung ermöglicht es andererseits dem
Benutzer, den Schlag-Druck in steuerbarer Weise zu verringern. Im
Betrieb liefert der Tank Luft an die Blase, und der Patient verwendet entweder
ein Pedal, um mehr Luft zuzuführen, und/oder
einen Daumen, der über
einen Schlauch angeordnet wird, um den Druck abzulassen.
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Das
US Patent 5 056 505 mit
dem Titel „Chest
compression apparatus" von
Warwick und Hansen bezieht sich auf eine oszillierende Brustkorb-Kompressionsvorrichtung
zur Unterstützung des
Lockerns und Entfernens von Schleim aus den Lungen eines an cystischer
Fibrose erkrankten Patienten. Das '505-Patent beschreibt eine Vorrichtung unter
Einschluss eines Ventils, das zur Zuführung eines eine scharfe Spitze
aufweisenden Luftimpulses derart verwendet werden kann, dass die
Steigung (Anstiegszeit) des Impulses so definiert ist, dass sie zumindest
doppelt so schnell ist, wie die einer Sinusschwingung mit der gleichen
Frequenz und Amplitude. Das Ventil selbst beinhaltet die Verwendung
von voreilenden und nacheilenden Kanten, die zum abrupten Starten
und Stoppen der Luftströmung
dienen. Während
der Einatmung, der atmosphärischen Phase,
kann die Überdruck-Seite
des Systems blockiert werden. Die Druckimpuls-Wellenform ist eine Funktion
der Form und Größe der Öffnungen
des Drehschieberventils und des dem Ventil zugeführten Druckes. Die Schnellablass-Konstruktion
der Ventilanschlüsse
ermöglicht
eine maximale Öffnung
in kurzer Zeit. Ein Luftstrom mit konstantem Druck wird in Impulse
zerhackt und an die aufblasbare Weste gelenkt.
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Das
US Patent 5 569 170 von
Hansen (übertragen
auf Electromed, Inc., Minnetonka, MN) ist auf eine weitere Alternative
gerichtet, bei der eine Lautsprecher-artige Membran verwendet wird,
um die Impulse in Form von sich wiederholenden Druckimpulsen zu
liefern, sehr ähnlich
der Art eines pulsierenden Lautsprechers.
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Das
US Patent 4 977 889 (Budd)
beschreibt andererseits einen Algorithmus zur Verwendung bei der
Abstimmung einer derartigen Vorrichtung auf einen bestimmten Patienten.
Der Algorithmus kann zur Verbesserung der Wirksamkeit (Schleimerzeugung und
Luftströmungs-Spitzen)
irgendeiner Westen-Kompressions-Vorrichtung
verwendet werden. Derzeit können Ärzte, die
diese Software haben, den Algorithmus dazu verwenden, irgendeine
spezielle Vorrichtung auf irgendeinen speziellen Patienten einzustellen.
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Das
US Patent 5 769 797 von
Van Brunt et al. mit dem Titel „Oscillatory chest compression
device" beschreibt
eine Kompressionsvorrichtung, die einen eine oszillierende Luftströmung erzeugenden
Generator und einen Druckluft-Generator einschließt. Ein erstes
Rückführungs-System
steuert die Oszillations-Rate des einer oszillierende Luftströmung liefernden
Generators, und ein zweites Rückführungssystem
steuert den Spitzendruck, der von dem Druckluft-Generator erzeugt
wird.
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Die
WO98/49993 beschreibt eine
Vorrichtung zur Zuführung
von Druckimpulsen an eine Umschließung zur Aufnahme des Rumpfes
eines Patienten, wobei die Vorrichtung ein Ventil zur Steuerung der
Gasströmung
an die Umschließung
einschließt, wobei
das Ventil die Form eines Scheibenventils aufweist, das gegenüber ersten
und zweiten Einlassöffnungen
und einer Auslassöffnung
drehbar ist, um abwechselnd die erste Einlassöffnung und die zweite Einlassöffnung mit
der Auslassöffnung
zu verbinden.
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Einige
der vorstehend beschriebenen Lösungen
wurden in verschiedenen Prototypen und/oder im Handel erhältlichen
Vorrichtungen verwendet, die bisher entwickelt wurden.
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Das
ursprüngliche „Model
101" und spätere „Model
102" des Anmelders
selbst wurden bereits entwickelt und vorher verwendet, wobei beide
ein Drehschieber(„Zerhacker"-)Ventil von der
Art verwendeten, wie es in dem oben erwähnten '505 Patent beschrieben ist. Diese Vorrichtungen
ergaben Schwingungsformen mit einer nahezu rechteckigen Schwingungsform.
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Derzeit
vertreibt die Firma American Biosystems, Inc. eine Vorrichtung („Model 103") unter dem Markennamen „ThAlRapy
Vest" als eine Vorrichtung, die
für die
Selbst-Verabreichung einer physikalischen Brust-Therapie für Patienten
mit einer cystischen Fibrose und anderen chronischen Lungenerkrankungen
ausgelegt ist.
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Die
Weste soll eine tragbare Vorrichtung sein, die eine Technologie
verwendet, die als Hochfrequenz-Brustwand-Oszillation bezeichnet
wird, um eine Atemweg-Freimachungs-Therapie zu schaffen. Die Weste
schließt
eine aufblasbare Weste ein, die mit einem Luftimpuls-Generator verbunden
ist, der die Weste von 5 bis 25 mal pro Sekunde aufbläst und die
Luft abläßt. Dies
erzeugt eine hohe Ausatmungs-Strömung in
den Lungen, wodurch Schleim in Richtung auf die größeren Atemwege
bewegt wird, aus denen es durch Husten entfernt werden kann. Die
Vorrichtung scheint die Verwendung einer Membran einzuschließen, die
durch einen Elektromagneten angetrieben wird, der eine sinusförmige Impulsform
zu liefern scheint.
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Die
derzeit in kommerziellen Betrieb verwendeten Einheiten sind jedoch
weiterhin sehr aufwendig und sehr groß und schwer und werden daher
nicht als besonders transportabel betrachtet. Die Gemeinschaft der
Patienten, die an diesen Erkrankungen leidet, sucht daher weiterhin
nach preisgünstigen
Vorrichtungen, die vergleichbare oder verbesserte Merkmale und Betriebsleistungen
ergeben können,
und dies in einer Weise, die eine besser transportabel ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der Luftströmung für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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2 einen
Prototyp eines Fächer-Ventils zur
Verwendung in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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3 eine
vergleichende Kurvendarstellung einer Wellenform (a), die von einer
rotierenden Schaufel gemäß der Erfindung
erzeugt wird, verglichen mit einer Wellenform (b), die von einer
sich hin und her bewegenden Membran der vorstehend beschriebenen
Art geliefert wird;
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4 eine
schematische Darstellung einer geeigneten Druckregeleinheit zur
Verwendung in einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung zur Zusammendrückung oder Kompression der
Brustkorbes gemäß dem Anspruch
1 geschaffen. Die vorliegende Vorrichtung und andererseits die Impulsform,
die diese liefert, ergeben verschiedene Vorteile gegenüber früheren Vorrichtungen,
beispielsweise denen nach dem '505-Patent, das
vorstehend beschrieben wurde (bei dem ein Drehschieberventil verwendet
wird, um eine Impulsform zu liefern, von der gesagt wird, dass sie
eine Anstiegszeit aufweist, die zumindest doppelt so schnell wie
die Anstiegszeit eines sinusförmigen
Impulses mit äquivalenter
Amplitude und Frequenz ist). Zusätzlich
zu der Betriebsleistung, die mit der bekannter Vorrichtungen vergleichbar,
wenn nicht besser ist, kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
mit beträchtlichen
niedrigeren Kosten hergestellt und vertrieben werden, als derzeitige
Vorrichtungen, und sie kann in einer Form bereitgestellt werden,
die wesentlich stärker
modular und transportabel ist, als vorhandene Vorrichtungen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl von Komponenten, unter Einschluss
einer Luftströmungs-Generator-Komponente,
einer Impulsfrequenz-Steuerungs-Komponente, einer Druck-Steuerungs-Komponente
und einer Patienten-Weste, wobei die Impulsfrequenz-Steuerungs-
und Druck-Steuerungs-Komponenten
von dem Patienten unabhängig verwendet
und/oder voreingestellt und durch den Hersteller oder den Arzt so
festgelegt sein können, dass
Zusammendrückungs-
oder Kompressions-Impulse mit im Wesentlichen sinusförmigen Wellenformen
geliefert werden.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ergibt die Erfindung eine Vorrichtung zum Zusammendrücken des
Brustkorbs, die Folgendes umfasst:
- a) eine
Luftströmungs-Generator-Komponente, die
zur Lieferung einer kontinuierlichen Druckluft-Strömung ausgebildet
ist,
- b) eine Impulsfrequenz-Steuerungs-Komponente in Strömungsverbindung
mit dem Luftströmungs-Generator,
die ein Gebäseventil
umfasst, das zur periodischen Unterbrechung des Luftstromes zur
Lieferung von Impulsen ausgebildet ist, die eine im Wesentlichen
sinusförmige
Schwingungsform aufweisen,
- c) wahlweise eine Druck-Steuerungs-Komponente in Strömungsverbindung
mit der Impulsfrequenz-Steuerungs-Komponente, die so ausgebildet
ist, dass sie es einem Benutzer ermöglicht, den Druck der Impulse
zu steuern; und
- d) eine Patienten-Weste, die von einem Benutzer getragen werden
kann, um die Impulse in Form einer entsprechenden Kraft zu empfangen,
die auf dem Brustkorb-Bereich ausgeübt wird.
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Die
Komponenten einer derartigen Vorrichtung können in Form einer Anzahl von
tragbaren Modulen geliefert werden, die ein kombiniertes Gewicht von
9,1 kg (20 englische Pfund) oder weniger haben, vorzugsweise ungefähr 6,8 kg
(15 Pfund) oder weniger, und die Vorrichtung ergibt einen maximalen Druck
von ungefähr
60 mm Hg oder weniger. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
kann zum Ausüben
scharfer Kompressions-Impulse auf dem gesamten Brustkorb über eine aufblasbare
Weste verwendet werden, die von dem Patienten getragen wird. Die
Kompressions-Impulse ergeben vorübergehende,
auf dem Kopf gerichtete Luftströmungs-Spitzen
in den Atemwegen. Die Luftströmungen
in den Lungen sind ähnlich
denen einer ruckartigen Bewegung mit der zugehörigen Schleim-Scherströmung. Diese
höheren
Luftströmungs-Spitzen
erzeugen die wünschenswerteren
Scherkräfte,
die für
eine wirkungsvolle Schleimentfernung erforderlich sind.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Fächerventil zur Festlegung und
Bestimmung der Rate und Dauer der Luftimpulse verwendet, die in
die Blase von der Druckseite aus eintreten, und das Ventil ermöglicht es
der Luft, die Blase auf der Druckentlastungs-Seite zu verlassen.
Ein Luftgenerator (beispielsweise ein Gebläse) wird auf der mit Druck
beaufschlagten Seite des Fächerventils
verwendet. Das Fächerventil
ergibt in vorteilhafter Weise einen im Wesentlichen sinusförmigen Impuls,
der über
eine Anschlussöffnung
geliefert werden kann, die geöffnet
wird, um eine Verbindung zwischen dem Gebläse und der Blase herzustellen.
Obwohl dies nicht erforderlich ist, schließt die bevorzugte Ausführungsform
weiterhin eine Druckregeleinheit ein, die einen Steuerschalter einschließt. Der
Steuerschalter kann ein Magnetspulen-Ventil auf der mit Druck beaufschlagten
Seite des Fächerventils
betätigen,
um die Druckbeaufschlagung während des
Einatmungs-Teils des Atmungszyklus des Patienten in Abhängigkeit
von den Wünschen
des Patienten zu stoppen.
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Die
vorliegende Vorrichtung ergibt eine Vielzahl von Lösungen und
Optionen für
das Behandlungsproblem, dem sich Personen gegenübersehen, die eine cystische
Fibrose oder Mukoviszidose haben. Die Vorteile der Erfindung beziehen
sich auf den Nutzen, der sich aus einem Behandlungprogramm unter
Verwendung der vorliegenden Erfindung anstelle einer herkömmlichen
Vorrichtung mit einem Drehschieberventil und entsprechenden Impulsen
ergibt. In dieser Hinsicht ergibt ein Behandlungsprogramm mit der
vorliegenden Erfindung für
einen Patienten, der an einer cystischen Fibrose erkrankt ist, eine
Unabhängigkeit
dahingehend, dass die Person die Maschine selbst manipulieren, bewegen
und betreiben kann. Er/Sie muss nicht mehr länger eine Behandlung mit einer
trainierten Person abstimmen. Dies führt zu einer vergrößerten psychologischen und
physikalischen Freiheit und Selbstachtung. Die Person wird hinsichtlich
ihrer Behandlung flexibel und kann zusätzliche Behandlungen hinzufügen, falls erwünscht, beispielsweise
um eine übliche
Erkältung zu
bekämpfen.
Ein zusätzlicher
Vorteil besteht in der entsprechenden Verringerung der Behandlungskosten
sowie in einer beträchtlichen
Verringerung des Gewichtes (und damit andererseits einer vergrößerten Transportmöglichkeit)
der Vorrichtung selbst.
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Die
wahlweise modulare Art der vorliegenden Vorrichtung ergibt besondere
Vorteile bei der Herstellung und Verwendung der vorliegenden Vorrichtung.
Die modulare Art ergibt dem Ergebnis eine noch größere Transportmöglichkeit,
weil ein oder mehrere Module einzeln ersetzt oder repariert werden
können,
falls erforderlich, so dass die Gesamtkosten und die Unbequemlichkeiten
für den
Patienten verringert werden. Weiterhin kann der Patient zusätzliche
oder unterschiedliche Versionen von einem oder mehreren Modulen
an unterschiedlichen Orten haben, beispielsweise an der Arbeitsstelle
oder zu Hause, was bedeutet, dass er oder sie lediglich die verbleibenden
Module transportieren muss, um die Vorrichtung zu verwenden.
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Ausführliche Beschreibung
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 einen
Prototypen eines Luftströmungs-Diagramms,
das mit einer Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung
verbunden ist. Die Vorrichtung schließt eine Luftströmungs-Generator-Komponente 12 ein,
die in Strömungsverbindung
mit einem Impulsfrequenz-Steuerungs-Modul 14 steht, das
seinerseits strömungsmäßig mit
einer Druck-Steuerungs-Einheit 16 und schließlich mit
einer von dem Patienten getragenen Weste 18 verbunden ist.
Im Betrieb liefert der Luftströmungs-Generator
(beispielsweise ein motorgetriebenes Gebläse) Druckluft über eine
Impulsfrequenz-Steuereinheit, die vorzugsweise ein oder mehrere
rotierende (beispielsweise fächerartige)
Schaufeln einschließt,
an die Weste.
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Eine
derartige Schaufel ist in 2 gezeigt, in
der die Einheit 14 im Querschnitt (2a) und in
einer Endansicht (2b) gezeigt ist. Der gezeigte Prototyp schließt eine
allgemein kreisförmige
Ventil-Schaufel-Baugruppe 20 ein, die um eine Mittelachse
drehbar ist und ein oder mehrere Ausschnitt-Teile 22 aufweist.
Die Schaufeln werden von eine in der Mitte liegenden motorgetriebenen
Welle 24 getragen, die zum Drehantrieb der Schaufeln dient,
und sie ergeben ihrerseits einen Luftströmungs-Zugang an und durch den
oder die Ausschnitt-Teile) vor den Endplatten von Luft-Anschlüssen 26a beziehungsweise 26b. Wahlweise
und in der gezeigten Weise sind die Schaufeln mit der Antriebswelle
mit Hilfe eines Schaufel-Tragringes 28 und
einer Madenschraube 30 verbunden.
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Bei
einer einen Prototyp darstellenden Ausführungsform wird der Luftstrom-Generator in Form einer
kompakten Luftimpuls-Zuführungsvorrichtung bereitgestellt,
die beträchtlich
kleiner als die ist, die derzeit oder früher auf dem Markt waren (beispielsweise
in der Größenordnung
von einem Fünftel
und einem Zehntel der Größe und des
Gewichtes des ursprünglichen „Model
101)", wobei keine
einzige modulare Komponente der vorliegenden Vorrichtung mehr als
ungefähr
4,5 kg (10 Pfund) wiegt. Daher kann das Gesamtgewicht der vorliegenden
Vorrichtung in der Größenordnung
von 9,1 kg (20 Pfund) oder weniger und vorzugsweise in der Größenordnung
von 6,8 kg (15 Pfund) oder weniger liegen, so dass sie beträchtlich
leichter und einfacher transportabel ist, als Vorrichtungen, die
derzeit auf dem Markt sind. Bei einem anfänglichen Prototypen wird das Luftströmungs-Generator-Modul
in Form einer üblichen
Motor- und Gebläse-Baugruppe
bereitgestellt und ist in einem Gehäuse enthalten, das Luft-Einlass- und
Auslass-Öffnungen
aufweist. Der Luft-Einlass-Anschluss kann zur Atmosphäre hin offen
sein, während
der Auslass-Anschluss
in Strömungsverbindung
mit dem Impulsfrequenz-Modul gekoppelt werden kann.
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Trotz
der kompakten und wahlweise modularen Art und ihres relativ geringen
Gewichtes kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
Druckimpulse in der Größenordnung
von 60 mm Hg oder weniger liefern, verglichen mit der derzeitigen
Version des oben erwähnten „Model
103", das auf Impulse in
der Größenordnung
von 40 mm Hg oder weniger beschränkt
zu sein scheint. Die Fähigkeit,
Impulse mit einem höheren
Druck zu liefern, während
gleichzeitig die Gesamtgröße und das
Gesamtgewicht der Einheit zu einem Minimum gemacht wird, ist ebenfalls
ein besonderer Vorteil der vorliegenden Vorrichtung. Impulse oberhalb
von ungefähr
60 mm Hg sind allgemein nicht wünschenswert,
weil sie zu Prellungen führen
können.
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Wie
dies in der entsprechenden 2b gezeigt
ist, sind zwei Endplatten 32a und 32b auf einer Achse
konzentrisch zu der der Motor-Antriebswelle befestigt, und sie schichten
effektiv die Schaufelanordnung zwischen sich ein. Die Endplatten
sind mit entsprechenden Luft-Anschlüssen 34a und 36a (in der
Platte 32a) und 34b und 36b (in der Platte 32b) versehen.
Die Luft-Anschlüsse überlappen
einander, so dass von der Aussenoberfläche einer der Endplatten zugeführte Luft
frei aus dem entsprechenden Luft-Anschluss in der gegenüberliegenden
Platte zu denjenigen Zeiten austreten kann, zu denen sich der Schaufel-Ausschnitt-Teil
der Ventilschaufel selbst in einer überlappenden Beziehung zwischen
diesen Anschlüssen
befindet. Aufgrund der Drehung der Ausschnitt-Teile an den überlappenden
Luft-Anschlüssen
vorbei wirkt im Verlauf der konstanten Luftzuführung von einem Luft-Anschluss
zu dem anderen die rotierende Fächer-Schaufel effektiv
als ein Ventil, um es Luft zu ermöglichen, in den entsprechenden
Luft-Anschluss in einer semi-kontinuierlichen und steuerbaren Weise
zu gelangen. Die resultierende Zuführung neigt dazu, eine Sinusschwingungs-Form
aufgrund der Form und Anordnung der Fächer-Schaufel-Ausschnitt-Teile
anzunehmen.
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Das
Impulsfrequenz-Modul wird in der bevorzugten Ausführungsform
in Form einer motorgetriebenen rotierenden Schaufel („Fächerventil") bereitgestellt,
die so ausgebildet ist, dass sie periodisch den Luftstrom von dem
Luftströmungs-Modul
(2) unterbricht. Während dieser kurzen Unterbrechungen
baut sich der Luftdruck hinter der Schaufel auf. Wenn sie freigegeben
wird, wie durch den Durchlauf der Schaufel, bewegt sich die Luft
als ein Druckimpuls an die von dem Patienten getragene Weste. Die resultierenden
Impulse haben die Form von einen schnellen Anstieg aufweisenden
sinusförmigen
Druckimpulsen. Diese Impulse können
ihrerseits eine beträchtlich
schnellere Luftbewegung in den Lungen, in dem therapeutischen Frequenzbereich
von ungefähr
6 Hz bis 15 Hz, gemessen am Mund, erzeugen. Dies kann mit den sinusförmigen Impulsen
verglichen werden, wie sie durch die sich hin- und herbewegende
Membran erzeugt werden (3). In Kombination mit den höheren Strömungsraten
in die Lungen, wie sie unter Verwendung der vorliegenden Vorrichtung
erzielt werden, führen
diese Faktoren zu einer stärkeren
Schleim-Scherwirkung und somit zu einer wirksameren Therapie in
einer kürzeren
Zeitperiode.
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Der
Fachmann wird die Art und Weise erkennen, in der ein Fächerventil
der vorliegenden Erfindung angepasst werden kann (beispielsweise
durch Konfigurieren der Abmessungen, der Steigung usw. von einer
oder mehreren Fächer-Schaufeln),
um Schwingungsimpulse in einer Vielzahl von Formen unter Einschluss
von Sinusschwingungen, nahezu Sinusschwingungen (beispielsweise
Schwingungen, die steile Anstiegs- und/oder Abfallteile haben, wie dies
beispielsweise durch das Drehschieberventil des obengenannten '505-Patentes erzeugt
wird) und komplexe Schwingungen zu liefern. Wie der Begriff hier
verwendet wird, kann eine Sinusschwingung allgemein als eine gleichförmige Schwingung
definiert werden, die mit einer einzigen Frequenz erzeugt wird,
und insbesondere als eine Schwingung, deren Amplitude der Sinus
einer linearen Funktion der Zeit ist, wenn sie auf einer Kurvendarstellung
dargestellt wird, die die Amplitude gegenüber der Zeit darstellt. Die
Impulse können
weiterhin ein oder mehr relativ kleine Störungen oder Schwankungen innerhalb
von und/oder zwischen einzelnen Schwingungen derart einschließen, dass
die Gesamt-Schwingungsform im Wesentlichen so ist, wie dies vorstehend
beschrieben wurde. Derartige Störungen
können
beispielsweise wünschenswert
sein, um eine wirkungsvollere Schleim-Erzeugung in einer Weise hervorzurufen, die ähnlich zu
traditionellen Brustkorb-Massagen von Hand ist. Weiterhin kann das
Impulsfrequenz-Modul der vorliegenden Erfindung so programmiert
und elektronisch gesteuert werden, dass eine automatisch zeitgesteuerte Änderung
der Frequenzen hervorgerufen wird, mit der Option einer manuellen Übersteuerung
bei irgendeiner Frequenz.
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Als
weitere Komponente schließt
die Vorrichtung eine Druck-Steuerungs-Eeinheit ein, die beispielsweise
die Merkmale und Funktionen des Prototyps 50 haben kann,
der in 4 gezeigt ist. Die Komponente schließt einen
Luft-Einlass-Anschluss 52 ein, der zum Empfang von Luft
von dem Auslass-Anschluss des Impulsfrequenz-Steuerungs-Moduls ausgebildet ist, und
sie ergibt effektiv einen Verteiler zur steuerbaren Zuführung dieser
Luft an die Weste oder die Atmosphäre mit Hilfe irgendeiner geeigneten
Kombination von Westen-Austritts-Anschlüssen 54, 56 und 58 und
zu der Atmosphäre
hin mit Hilfe eines Auslass-Anschlusses 60. Schließlich kann
eine Impuls-Druck-Steuerung zwischen dem Frequenz-Steuerungs-Modul
und der von dem Patienten getragenen Weste angeordnet sein (4). Ein
geringes Gewicht aufweisende flexible Schläuche verbinden die Weste, das
Druck-Steuerungs- und
das Impulsfrequenz-Modul. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
besteht die Druck-Steuerungs-Einheit aus einem fünf Anschlüsse aufweisenden Verteiler,
von dem zwei mit der Weste selbst verbunden sind und zwei mit dem
Impulsfrequenz-Steuerungs-Modul verbunden sind. Der fünfte Anschluss ist
der Impuls-Druck-Anschluss, der durch eine frei bewegliche Gummikugel
abgedeckt ist, die an ihrem Platz über dem Anschluss über ein
Feder-Seil gehalten wird, das eine einstellbare Spannung hat. Die Einstellung
der Spannung der Feder ermöglicht
eine Steuerung der Amplitude der Impulse unter Aufrechterhaltung
einer scharfen Impulsform. Die Spannung kann weiterhin elektronisch
gesteuert werden, um einen zwei Pegel aufweisenden Impuls-Druck
zu ermöglichen
(4). In dieser Betriebsart kann eine Atmungs-Messeinrichtung
verwendet werden, um der Druck-Steuerungs-Einheit
ein Signal für
ein Umschalten auf eine niedrigere Impuls-Druck-Amplitude beim Einatmen und auf eine
höhere
Amplitude bei der Ausatmung zu geben. Dennoch kann die scharfe Impuls-Wellenform
unabhängig
von dem Druckbereich aufrechterhalten werden, wobei eine manuelle Übersteuerung
eine Option zu jedem Zeitpunkt über den
gesamten Zyklus hinweg sein kann.
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Während des
Einatmens des Patienten kann der Impuls-Druck der Vorrichtung durch Öffnen der Kugel 70 zur
Atmosphäre
hin verringert werden. Dies kann entweder manuell oder elektronisch
erreicht werden. Während
des Ausatmens durch den Patienten befindet sich das Kugelventil 70 für einen
maximalen Spitzenimpuls-Druck in der geschlossenen Stellung, oder
es kann als ein Maximaldruck-Entlastungsventil
betrieben werden, das durch die Einstellfeder 76 gesteuert
ist. Der Verteiler empfängt
HFCC-Impuls-Druckschwingungen über
den Anschluss 52 von dem Frequenz-Steuer-Anschluss 26a.
Der Anschluss 24 ist als mit dem Anschluss 26b des
Frequenz-Steuerungs-Moduls verbunden dargestellt und wird zur Atmosphäre hin geschlossen,
wenn 26a offen ist, und er öffnet sich, wenn 26a geschlossen wird.
Die Anschlüsse 56 und 58 sind
mit der aufblasbaren Weste über
flexible Schläuche
verbunden, wobei die Weste als solche von dem Patienten getragen wird.
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Die
HFCC-Therapie wird entweder als ein Zusatz oder als vollständiger Ersatz
für die
manuelle Brustkorb-Physiotherapie verschrieben. Die Gesamt-Therapie-Zeit
pro Tag ändert
sich zwischen ungefähr
30 Minuten und ungefähr
240 Minuten, verteilt auf eine bis vier Behandlungen pro Tag. Patienten können in
eine der kontinuierlichen intermittierenden Betriebsarten der HFCC-Therapie
eingewiesen werden, was die kontinuierliche Verwendung von Aerosol
einschließen
kann. Während
der HFCC-Therapie sitzt der Patient aufrecht, obwohl das Anlehnen
gegen eine Stuhl-Rückenlehne
annehmbar ist, solange wie die Luftströmung in der Weste nicht beschränkt wird.
In der kontinuierlichen Betriebsart betreibt der Patient die Weste über 5 Minuten
bei jeder von sechs vorgeschriebenen Frequenzen (die durch eine „Abstimmung" bestimmt werden,
die während
eines Klinik-Besuchs durchgeführt
wird). Der Patient verwendet die Hand-Steuerung, um die Impulssteuerung
so oft wie möglich
zu stoppen, wie dies zum Husten erforderlich ist, üblicherweise
jeweils nach mehreren Minuten.
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In
der intermittierenden Betriebsart verwendet der Patient die Handsteuerung
zum Stoppen des Impulsbetriebs während
des Einatmens, um es einfacher zu machen, maximal einzuatmen. Die
Impulssteuerung wird während
jedes Ausatmens wieder aktiviert. Längere Pausen zum Husten werden
eingefügt,
wie erforderlich. Der Patient durchläuft den Zyklus der vorgeschriebenen
Frequenzen, der während der
Abstimmung während
des Klinikbesuchs bestimmt wurde.
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Eine
Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
kann in der folgenden Weise verwendet werden. Eine mit Vinyl beschichtete
aufblasbare Polyester-Weste wird für jeden Patienten hergestellt, um
den gesamten Rumpf von den Schultern bis zum Beckenkamm zu bedecken
und eng zu passen, wenn der Patient bis zur Gesamt-Lungenkapazität einatmet.
Die optimale Konstruktion, Funktion und das Betriebsverhalten einer
derartigen Weste kann für
den Fachmann auf der Grundlage der vorliegenden Beschreibung bestimmt
werden.
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Die
Weste wird auf jeder einzelne Person „abgestimmt", um das Volumen
der aus der Lunge ausgedrückten
Luft und die Rate der Strömung
dieser Luft für
jede Brustkorb-Kompressionsfrequenz zu bestimmen (beispielsweise
von ungefähr
5 Hz bis ungefähr
22 Hz). Die Strömungsraten
und das Volumen werden mit Hilfe eines Computerprogramms aus Strömungsdaten
berechnet, die während
der tidalen Atmung unter Verwendung eines Hans Rudolph Pulmonal-Pneumotachometers
mit zugehaltener Nase gewonnen werden. Die Frequenzen, die den höchsten Strömungsraten
zugeordnet sind, sind üblicherweise
größer als
13 Hz, während
die dem größten Volumen
zugeordneten Frequenzen üblicherweise kleiner
als ungefähr
10 Hz sind. Diese besten Frequenzen ändern sich von Patient zu Patient.
Weil die höchsten
induzierten Strömungsraten üblicherweise nicht
den größten induzierten
Volumina entsprechen, und weil 2 bis 3 üblicherweise sehr nahe in ihrem Wert
beieinander liegen, werden die drei höchsten Strömungsraten und die drei größten Volumina
für die
Therapie jedes Patienten ausgewählt.
Gelegentlich wird eine Frequenz zweimal ausgewählt, weil sie eine der drei
höchsten
Strömungsraten
und eine der drei größten Volumina
erzeugt. Jede dieser sechs Frequenzen wird für fünf Minuten für eine Gesamtzeit von
30 Minuten bei jeder Therapie-Sitzung verschrieben. Weil sich die
besten Frequenzen über
die Zeit bei der Verwendung der Weste ändern, sollte eine Neuabstimmung
alle 3 bis 6 Monate durchgeführt werden.
Eine Erläuterung
der Art und Weise, wie die HFCC den Schleim bewegt, wird aus Beobachtungen der
Störungen
der Luftströmung
während
des tidalen Atmens und während
der maximalen Einatmung und Ausatmung auf ein Restvolumen abgeleitet.
Jede Brust-Zusammendrückung
erzeugt einen vorübergehenden
Strömungsimpuls,
der sehr ähnlich
zu der Strömung
ist, die bei einem spontanen Husten beobachtet wird. Die Abstimmung
identifiziert diejenigen vorübergehenden
Strömungen
mit den größten Strömungen und
Volumina, im Ergebnis den stärksten Husten,
und analog mit der größten Leistung
zur Bewegung von Schleim in den Luftwegen.