DE9113049U1 - Medizinisches Inhalationssystem - Google Patents

Description

91/24886-ITA

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung
der angewandten Forschung e.V.

INHALATIONSSYSTEM

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen aus Flüssigkeiten.

Medizinische Inhalationsgeräte sind bekannt und kommerziell erhältlich. Die Dispergierung von Flüssigkeiten erfolgt mittels Druckluft oder mit Hilfe von Ultraschallwellen. Die Inhalatoren werden beispielsweise in der Therapie von Atemwegserkrankungen und Atemwegsreizungen eingesetzt. Nachteilig bei allen medizinischen Inhalatoren ist, daß

1) die Konzentration des Aerosols, wenn überhaupt, nur in sehr engen Grenzen (+/- 20 %) variiert werden kann;

2) die Konzentration des Aerosols nicht überwacht wird;

3) mindestens einige Milliliter einer Substanz für eine bestimmungsgemäße Funktion der Generatoren benötigt werden;

4) zur Schaumbildung neigende Flüssigkeiten nicht vernebelt werden können;

5) die Konzentration des Inhalationsaerosols nicht konstant bleibt.

Diese Nachteile sind gravierend und nicht zu tolerieren bei einem Einsatz der Vernebler für klinische und tierexperimentelle Forschungszwecke beispielsweise zur Etablierung von Dosis-Wirkungsbeziehungen, zur definierten Atemwegsprovokation mit diversen Reizmitteln oder auch für Wirkungsuntersuchungen von inhalativ verabreichten Medikamenten. Häufig sind eigens für Forschungszwecke synthetisierte Präparate sehr teuer und stehen daher nur in geringsten Mengen zur Verfügung. Sollen diese geringen Mengen vernebelt werden, so eignen sich kommerzielle Vernebler nicht.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein universell einsetzbares, variables und einfach zu bedienendes Inhalationssystem anzugeben, wobei unter anderem angestrebt wird, daß sogenannte Inhalationsprotokolle gefahren werden können, d.h., Applikationsdauer und Konzentration des Aerosols vom Anwender vorgegeben werden können und diese genau und reproduzierbar eingehalten werden.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhaft Weiterbildungen dar.

Erfindungsgemäß wird danach vorgeschlagen mittels einer Vorrichtung zur Flüssigkeitsdosierung die Flüssigkeit geeigneten Behältnissen zu entnehmen und die Flüssigkeit wie auch die für die Aerosolbildung nötige Luftmenge in getrennten Zuleitungen dem Vernebler zuzuführen. Dem gebildeten Aerosolstrom der dem Inhalationsobjekt zugeführt wird, wird dann erfindungsgemäß ein Teilstrom entnommen und einer Meßeinrichtung zugeleitet.

Erfindungsgemäß wird sowohl die zu vernebelnde Flüssigkeit als auch die zur Vemeblung und zur eventuellen Verdünnung benötigte Luftmenge automatisch nach einem vorgegebenen Programm geregelt. Die Flüssigkeitsdosierung geschieht vorzugsweise mittels einer schrittmotorgesteuerten Mikrodosierpumpe. Diese Pumpe kann die Flüssigkeit wahlweise aus einem Vorratstank, einer Spritze (für kleine zu vernebelnde Mengen) oder einer Weichampulle (für sterile Bedingungen) entnehmen, so daß für medizinische Anwendungen die bestimmungsgemäße Handhabung der Flüssigkeit sichergestellt ist. Die Flüssigkeit wird einem Vernebler zwangsweise zugeführt. Damit läßt sich das Verhältnis zwischen dem Massenstrom der Flüssigkeit und dem Massenstrom der die Flüssigkeit aufnehmenden Luft über einen weiten Bereich einstellen. Sollen beispielsweise Aerosole aus in Wasser lösbaren festen Substanzen hergestellt werden, so muß das Massenstromverhältnis so sein, daß das vernebelte Wasser auch vollständig verdampfen kann, damit nach der Verdampfung des Wassers ein Feststoffaerosol übrig bleibt.

Als Vernebler findet vorzugsweise ein pneumatischer Vernebler Anwendung. Dieser Vernebler scheidet allerdings große Tropfen ab, die dann in den Vernebler zurückfließen. Das führt bei zur Schaumbildung neigenden Flüssigkeiten zu Fehlfunktionen. Der Überschuß muß daher aus der Verneblereinheit entfernt werden.

Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, daß eine vollständige Entfernung und Rückgewinnung des Flüssigkeitsüberschusses möglich ist. Dies wird dadurch erreicht, daß ein geschlossener Flüssigkeitskreislauf hergestellt wird, so daß keine Flüssigkeit verloren geht.

Das vernebelte Aerosol wird nach Verlassen der Verneblereinheit hinsichtlich seiner Konzentration vermessen. Dazu wird dem den Vernebler verlassenden Aerosolstrom ein Teilstrom entnommen und der Meßeinrichtung zugeführt. Die Konzentrationsbestimmung geschieht beispielweise mittels eines Streulichtaerosoldetektors wie er z.B. in der Patentanmeldung Nr. P 41 05 190.4 beschrieben ist. Das Meßsignal wird einem Steuerrechner zugeführt, der dieses kontinuierlich erfaßt und aufzeichnet. Es ist nun eine Rückkoppelung zur Dosiervorrichtung und zum Massendurchflußregler vorgesehen. Die Steuer- und Regelsoftware hat als Option u.a. auch eine automatische Regelung, d.h. es wird die Dosiereinrichtung nach Vorgabe der Sollkonzentration und des Luftdurchflußes automatisch eingestellt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß sowohl die Vorratsbehältnisse für die Flüssigkeit, wie auch die Einrichtungen zur Flüssigkeitsdosierung, wie auch die Einrichtungen zur Steuerung und Regelung des Luftstromes in einer einzigen Einheit in.ainer sogenannten Dosiereinheit zusammengefaßt werden.

Die Kombination aus ansteuerbarer Dosiereinheit und Rechner garantiert einen sehr flexiblen Einsatz des Verneblungssystems. Mit dem erfindungsgemäßen System ist es deshalb möglich, daß beliebige Inhalationsprotokolle gefahren werden können, d.h. Applikationsdauer und Konzentration des Inhalationsaerosols wird vom Anwender vorgegeben werden können und genau

und reproduzierbar automatisch eingehalten werden können. In Verbindung mit gleichzeitigen lungenphysiologischen Messungen wie z.B. des Atemminutenvolumens können dann exakte Dosisberechnungen vorgenommen werden.

Die Erfindung wird beispielhaft an den Abbildungen 1 und 2 näher erläutert. Das Beispiel betrifft die Ausgestaltung der Erfindung bei der eine Dosiereinheit (1) vorliegt.

Figur 1 zeigt die Funktionsweise des Inhalationssystems.
Figur 2 einen beispielhaften Aufbau des Systems.

Wie aus Figur 1 hervorgeht, erfüllt erfindungsgemäß die Dosiereinheit 1 mehrere Funktionen. In der beispielhaften Ausgestaltung in Abbildung 1 begrenzt die gestrichelte Linie die Dosiereinheit 1. Die Flüssigkeitsentnahme wird von der Dosierpumpe 4 die vorzugsweise eine schrittmotorgesteuerte Mikrodosierpumpe ist, vorgenommen. Diese Pumpe entnimmt die Flüssigkeit entweder einem Vorratstank 5, einer Spritze 6 oder einer Weichampulle 7. Durch diese vorteilhafterweise vorgeschlagene wahlweise Entnahmemöglichkeit ist sichergestellt, daß für die jeweilige medizinische Anwendung eine bestimmungsgemäße Entnahme erfolgt. Die entnommene Flüssigkeit wird dann zwangsweise über die Ringleitung 8 dem Vernebler 2 zugeführt. Die Leitung 8 bildet dabei einen geschlossenen Kreislauf und zwar in der Weise, daß aus dem Vernebler 2 die Leitung 8 im Kreislauf überschüssige Flüssigkeit in die Vorratskammer 5 zurückführt. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß in der Leitung 8 und zwar in dem Teil des Kreislaufes, der vom Vernebler 2 die überschüssige Flüssigkeit zum Vorratstank 5 zurückführt, zwischen Vernebler 2 und Vorratstank 5 ein Auffangtank 9 vorgesehen ist, der in die Ringleitung 8 geschaltet wird, wenn aus bestimmten Gründen eine Wiederverwendung nicht dispergierter Flüssigkeit ausgeschlossen ist. Die Luftzufuhr zum Vernebler 2 wird bei der beispielhaften Ausgestaltung in Abbildung 1 durch eine Leitungssystem 12 bewerkstelligt, wobei die Preßluft über die Leitung 12 mittels des Massendurchflußreglers 10 dem Vernebler 2 zugeführt wird. Vorteilhafterweise ist dem Massendurchflußregler 10 noch ein Filter 13 zur Reinigung der Luft vorgeschaltet. Die Ausführungsform die in Abbildung 1 wiedergegeben ist, weist weiterhin einen zweiten Massendurchflußregler 11 auf, der eine eventuelle Verdünnung des Aerosols vornehmen kann. Dazu wird die Preßluft, die über die Leitung 12 zugeführt wird, wahlweise auch über den Massendurchflußregler 11 dem Inhalationsobjekt zugeführt. Erfindungsgemäß sind sowohl der Massendurchflußregler 10 bzw. 11 sowie auch die Dosierpumpe 4 mittels der Meß- und Regeleinrichtung 3 steuerbar. Dies ist durch die gestrichelten Linien angedeutet. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung läßt sich das Verhältnis zwischen dem Massenstrom der Flüssigkeit und dem Massenstrom der die Flüssigkeit aufnehmenden Luft über einen weiten Bereich einstellen.

Der Vernebler 2 in den die Flüssigkeit über die Leitung 8 sowie die Druckluft über das Leitungssystem 12 zugeführt wird, ist dabei so ausgestaltet, daß die Flüssigkeit zu Tröpfchen dispergiert wird. Bevorzugterweise wird ein pneumatischer Vernebler eingesetzt. Diese pneumatischen Vernebler scheiden allerdings größere Tropfen ab, die dann in den Vernebler 2 zurückfließen. Dies führt bei zur Schaumbildung neigenden Flüssigkeiten zu Fehlfunktionen. Der Überschuß wird daher aus dem Vernebler 2 entfernt und zwar in der Weise, daß über die Leitung 8 die überschüssige Flüssigkeit im Kreislauf zurückgeführt wird. Das Aerosol, das sich im Vernebler 2 gebildet hat, wird mittels einer Leitung 14 in das Leitungssystem 12 geleitet und wird somit zum Inhalationsobjekt transportiert. Erfindungsgemäß wird dem Aerosolstrom bevor er das Inhalationsobjekt

erreicht, ein Teilstrom mit der Leitung 18 von z.B. 0,3 l/Minute entnommen. Dieser Teilstrom wird der Meß- und Regeleinheit 3 zugeführt. Der Aerosoldetektor 15 stellt dabei dann die Konzentration des Aerosols fest. Als Streulichtaerosoldetektor ist hier z.B. eine Vorrichtung, wie sie in der Patentanmeldung Nr. P 41 05 190 beschrieben ist, einsetzbar. Dieses Meßsignal wird dann einem Steuerrechner 16 zugeführt, der dies kontinuierlich erfaßt und aufzeichnet. Erfindungsgemäß ist nun eine Rückkopplung zur Dosiereinheit 1 vorgesehen. Die Steuer- und Regelsoftware hat dabei als Option auch eine automatische Regelung, d.h. es wird die Dosiereinrichtung nach Vorgabe der Sollkonzentration und des Luftdurchflusses automatisch eingestellt.

Die Kombination aus ansteuerbarer Versorgungseinheit und Rechner garantiert daher einen flexiblen Einsatz des medizinischen Verneblungssystems.

Figur 2 zeigt beispielhaft den gerätemäßigen Aufbau des Inhalationssystems wie er in Figur 1 beschrieben wurde. Die Bezugszeichen stimmen mit dem Funktionsschema der Figur 1 überein. Figur 2 zeigt noch die Expositionskammer 17, in die das Aerosol eingeleitet wird. In dieser Ausgestaltung ist die Kammer 17 über die Leitung 18 mit der Meßeinrichtung verbunden. Die Meßeinrichtung 18 verfügt noch aus mechanischen Gründen über einen Druckluftanschluß 19 und einem Vakuumanschluß 20.

Claims (8)

91/24886-ITA Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Inhalationssystem isprüche

1. Inhalationssystem, zur Erzeugung von Aerosolen aus Flüssigkeiten, insbesondere für den medizinischen Bereich, bestehend aus einer Verrichtung (4) für die Flüssigkeitsdosierung und einer Einrichtung (10,11) zur Kontrolle bzw. Regelung der zur Vernebelung und gegebenenfalls zur Verdünnung benötigten Luftmenge, einem Vernebler (2), in den die zu vernebelnde Flüssigkeit wie auch die zur Verneblung bzw. Verdünnung nötige Luftmenge zugeführt wird mit einem Ausgang für den Aerosolstrom und einer Meßeinrichtung (15) in die ein Teilstrom des Aerosols eingeleitet wird, zur Bestimmung der Konzentration des Aerosols und einer Regeleinheit mit einem Rechner (16) der die Vorrichtung (4) und die Einrichtung (10, 11) regelt.

2. Inhalationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (4) zur Dosierung der Flüssigkeit eine Dosierpumpe ist und daß die Kontrolleinrichtung (10, 11) für die Luftmenge mindestens ein Massendurchflußregler ist, wobei die Vorrichtung (4) und die Einrichtung (10, 11) manuell oder über den Rechner ansteuerbar sind.

3. Inhalationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe (4) die zu vernebelnde Flüssigkeit entweder aus einem Vorratstank (5), einer Spritze (6) oder einer Weichampulle (7) entnimmt und mittels der Leitung (8) dem Vernebler (2) zuführt und daß die Luftversorgung über ein geeignetes Leitungssystem (12) erfolgt.

4. Inhalationssystem nach Anspruch 1-3, dadurchgekennzeichnet, daß der Vernebler (2) ein pneumatischer Vernebler ist, der so ausgebildet ist, daß die zu vernebelnde Flüssigkeit zu Tröpfchen dispergiert wird und daß die Flüssigkeit vom Luftstrom aufgenommen "wird und über eine Leitung (14) dem Inhalationsobjekt zugeführt wird.

5. Inhalationssystam nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aerosolstrom nach Verlassen des Verneblers (2) ein Teilstrom entnommen wird und dieser TeiistrorrrtJer Meßeinrichtung (15) zugeführt v/ird.

6. Inhalationssystem nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rücklaufleitung (8) aus dem Vernebler (2) vorgesehen ist, die eventuell nicht dispergierte Flüssigkeit rückführt, wobei die Leitung (8) einen geschlossenen Kreislauf bildet.

7. Inhalationssystem nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (15) ein Streulichtaerosoldetektor ist und der Rechner (16) über ein vorgegebenes Programm die Vorrichtung (4) zur Flüssigkeitsdosierung wie auch die Einrichtung (10, 11) zur Kontrolle der Luftmenge regeln kann.

8. Inhalationssystem nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (4) für die Flüssigkeitsdosierung sowie die Einrichtung (10,11) zur Kontrolle und Regelung der Luft eine Dosiereinheit (1) bilden.