DE19734022C2 - Inhalationstherapiegerät mit einem Ventil zur Begrenzung des Inspirationsflusses - Google Patents
Inhalationstherapiegerät mit einem Ventil zur Begrenzung des InspirationsflussesInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Inhalationstherapiegeräte
und insbesondere ein Ventil zur Begrenzung des
Inspirationsflusses.
Aus EP-B-0 281 650 ist ein Aerosolzerstäuber bekannt, der aus
einem im wesentlichen zylindrischen Grundkörper besteht, in
dem eine Zerstäuberdüse für die Erzeugung eines Aerosols
angeordnet ist und in den ein Zuluftkamin für die Zuführung
von Umgebungsluft hineinragt. Die äußere Öffnung des
Zuluftkamins ist durch ein Einlaßventil verschlossen, das als
Einwegventil ausgebildet ist. Es erlaubt das Zuströmen von
Umgebungsluft in das Verneblergehäuse beim Einatmen des
Patienten durch ein Mundstück des Aerosolzerstäubers,
verhindert aber das Entweichen des Aerosols aus dem
Zerstäuberinnenraum während der Atempausen und für den Fall,
daß der Patient in den Aerosolzerstäuber hinein ausatmet. Das
bekannte Inhalationstherapiegerät ist demnach so gestaltet,
daß der Patient ein beliebiges Atemluftvolumen einatmen kann,
begrenzt lediglich von dem durch die Gestalt des Zerstäubers
gegebenen Strömungswiderstand.
Ziel einer Inhalationstherapie ist jedoch stets die effektive
und nebenwirkungsarme Applikation des in Aerosolform
dargebotenen Medikaments in erkrankten Lungenbereichen. Dazu
wird in einem Inhalationstherapiegerät ein Aerosol mit
geeignetem Tröpfchenspektrum und in geeigneter Menge erzeugt.
Dieses Aerosol soll der Patient nach einem bestimmten
Atemmuster inhalieren, so daß die Aerosoltröpfchen an den
gewünschten Depositionsort in der Lunge gelangen. Bislang war
es erforderlich, den Patienten im Hinblick auf dieses
Atemmuster und auf eine Optimierung der Atemparameter zu
trainieren, was jedoch in vielen Fällen zu erheblichen
Schwierigkeiten führte.
Bei diesen Bemühungen stehen sich zwei widersprechende
Anforderungen gegenüber. Denn einerseits soll dem Patienten
das Einatmen des Aerosols so leicht wie möglich gestaltet
werden und andererseits tritt eine Maximierung des Effekts
der Inhalationstherpie nur dann ein, wenn ein Aerosol in
einer Art und Weise eingeatmet wird, daß eine Deposition an
der gewünschten Stelle der Lunge stattfindet. Dieser Vorgang
wird durch die Tröpfchengröße, die Aerosolmenge, die
Zuluftmenge, den Inspirationsfluß und andere Parameter
beeinflußt. Im Hinblick auf den Inspirationsfluß wurde
bislang nur versucht, durch Querschnittsreduzierungen
(Stenosen) im Inspirationspfad des Inhalationstherapiegerätes
eine Begrenzung zu erreichen. Aufgrund des erhöhten
Strömungswiderstandes in dem zu realisierenden Flowbereich
geht dies jedoch oft zu Lasten der in der Regel ohnehin schon
geschwächten Atemleistung des Patienten.
Aerosolphysikalisch wünschenswert ist ein Inspirationsfluß
bis maximal 30 l/min. um die Trägheitsabscheidung, die
sogenannte Impaktion, der Aerosoltröpfchen in den oberen
Atemwegen zu minimieren und um die
Depositionswahrscheinlichkeit in der Lunge an dem
beabsichtigten Depositionsort zu erhöhen.
Von geringerer Bedeutung ist der Ausatmungsvorgang. Aber auch
beim Ausatmen sollte sich der Expirationsfluß in einem
bestimmtem Bereich bewegen.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung
darin, ein Inhalationstherapiegerät so auszugestalten, daß
für den Patienten die Einhaltung aerosolphysikalisch
wünschenswerter Bereiche bei der Atmung erleichtert wird,
ohne daß bei der Atmung in diesen Bereichen eine zusätzliche
Belastung des Patienten auftritt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Inhalationstherapiegerät
mit einem Vernebelungsraum, in dem mit Hilfe einer
Zerstäuberdüse ein Aerosol erzeugt wird, einem
Anschlußstutzen, über den das Aerosol aus dem
Vernebelungsraum herausgeführt wird, einer
Lufteinlaßeinrichtung, durch die Umgebungsluft in den
Vernebelungsraum gelangt, und einem Einlaßventil, das
zumindest eine Einlaßöffnung und ein die Einlaßöffnung
verschließendes Ventilelement umfaßt und das in der
Lufteinlaßeinrichtung derart angeordnet ist, daß ein
Unterdruck im Vernebelungsraum das Ventilelement bewegt, um
die Einlaßöffnung freizugeben, wobei im Einlaßventil ein
Begrenzerelement vorgesehen ist, das die Bewegung des
Ventilelements derart beschränkt, daß die Freigabe der
Einlaßöffnung nur bis zu einem Schwellwert des Unterdrucks im
Vernebelungsraum im wesentlichen proportional zum Unterdruck
ist.
In einer besonderen Gestaltung dieser Lösung weist das
Begrenzerelement zumindest eine Durchtrittsöffnung auf, die
von dem Ventilelement teilweise verschlossen wird, wenn das
Ventilelement durch einen den Schwellwert übersteigenden
Unterdruck in dem Vernebelungsraum bis an das
Begrenzerelement bewegt wird.
Generell wird das der Erfindung zugrunde liegende Problem
ferner gelöst durch ein Inhalationstherapiegerät mit einem
Ventil, das zumindest eine Durchlaßöffnung und ein
Ventilelement aufweist, das aufgrund einer über dem Ventil
vorhandenen Druckdifferenz bewegt wird, so daß es die
Durchlaßöffnung verschließt, wenn die Druckdifferenz über dem
Ventil in der einen Richtung vorhanden ist, und die
Durchlaßöffnung freigibt, wenn die Druckdifferenz über dem
Ventil in der anderen Richtung vorhanden ist, sofern ein
Begrenzerelement vorgesehen ist, das die Bewegung des
Ventilelements derart beschränkt, daß die Freigabe der
Durchlaßöffnung nur bis zu einem Schwellwert der
Druckdifferenz im wesentlichen proportional zur
Druckdifferenz ist.
In einer besonderen Gestaltung dieser Lösung weist das
Begrenzerelement zumindest eine Durchtrittsöffnung auf, die
von dem Ventilelement teilweise verschlossen wird, wenn das
Ventilelement durch eine den Schwellwert übersteigende
Druckdifferenz über dem Ventil bis an das Begrenzerelement
bewegt wird.
Vorteilhaft ist bei beiden Lösungen das Ventilelement ein
kreisförmiges Ventilplättchen, wobei die Durchtrittsöffnung
des Begrenzerelements im Bereich der äußeren Kante des
Ventilplättchens zumindest abschnittsweise über die Kontur
des Ventilplättchens hinausragt.
Von Vorteil ist ferner, wenn die mit dem Ventilplättchen
wechselwirkende Kontur der Luftdurchtrittsöffnung (17) des
Begrenzerelements (16) wellenförmig oder zick-zack-förmig
gestaltet ist.
Vorzugsweise besteht das Ventilelement aus Silikon oder einem
anderen elastischen Material.
Für die Anwendung bei der Aerosoltherapie bedeutet die
Erfindung, daß das Inhalationstherapiegerät mit einem
Begrenzerventil ausgestattet ist, das an die
lungenphysiologischen Parameter des Patienten anpaßbar ist
und als passiver Schweliwertregler den Inspirationsfluß des
Patienten steuert. Durch eine oberhalb eines bestimmten Flow-
Schwellwertes stark progressive Druck/Flow-Charakteristik
wird erreicht, daß der Patient an dem beim Einatmen
verspürten Strömungswiderstand erkennt, daß er außerhalb des
aerosolphysikalisch wünschenswerten Bereichs liegt. Er kann
daraufhin sein Atemverhalten entsprechend anpassen. Innerhalb
des aerosolphysikalisch wünschenswerten Bereiches verspürt
der Patient praktisch keine Erhöhung des Strömungswiderstands
im Vergleich zu einem Inhalationstherapiegerät ohne das
erfindungsgemäße passive Begrenzerventil.
Das im folgenden noch näher anhand eines Ausführungsbeispiels
beschriebene Begrenzerventil besitzt ferner den Vorteil, daß
es extrem einfach realisiert ist und so die gewünschten Ziele
auf kostengünstige Weise erreicht werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren genauer
erläutert, in denen zeigt:
Fig. 1 ein Inhalationstherapiegerät mit einem
Begrenzerventil gemäß der Erfindung;
Fig. 2A
bis 2C das Begrenzerventil aus Fig. 1 in verschiedenen
Ansichten, und
Fig. 3 ein Diagramm der Druck/Fluß-Verhältnisse bei einem
erfindungsgemäß ausgestalteten
Inhalationstherapiegerät.
In Fig. 1 ist ein Inhalationstherapiegerät dargestellt, das
aus einem zylindrischen Grundkörper 1 und einem daran
angeformten Anschlußstutzen 2 besteht. Im Inneren des
zylindrischen Grundkörpers 1, d. h. im Verneblungsraum ist
eine Zerstäuberdüse (nicht dargestellt, vgl. beispielsweise
EP-B-0 281 650) angeordnet, die aus einem in dem
Inhalationstherapiegerät bevorrateten Medikament ein Aerosol
erzeugt. Dazu wird der Zerstäuberdüse über eine
Druckmittelzuleitung 3 komprimierte Luft zugeführt. Am
Anschlußstutzen 2 ist üblicherweise ein Mundstück angeordnet,
über das der Patient das im Vernebelungsraum erzeugte Aerosol
einatmen kann. Vom in Fig. 1 oberen Ende des zylindrischen
Grundkörpers 1 her ragt ein zylindrischer Zuluftkamin (nicht
dargestellt, vgl. beispielsweise EP-B-0 281 650) in den
Vernebelungsraum hinein. Durch diesen Zuluftkamin kann
Umgebungsluft in das Innere des Inhalationstherapiegeräts
nachströmen, wenn der Patient über das am Anschlußstutzen 2
angesetzte Mundstück das Aerosols einatmet. Die nach außen
weisende Öffnung des Zuluftkamins ist verschlossen durch ein
passives Begrenzerventil 4, das als Einwegventil ausgestaltet
ist und dessen Aufbau im folgenden unter Bezugnahme auf Fig.
2 genauer beschrieben ist.
Fig. 2A zeigt das passive Begrenzerventil 4 von der nach
außen gewandten Seite, d. h. von der Seite, die auch in Fig. 1
erkennbar ist. Fig. 2B zeigt das passive Begrenzerventil 4
auf der dem Zuluftkamin zugewandten Seite, die in Fig. 1
nicht sichtbar ist. Fig. 2C zeigt einen Querschnitt durch das
passive Begrenzerventil entlang der Linie A-A in Fig. 2B.
In den Fig. 2A bis 2C ist erkennbar, daß das passive
Begrenzerventil 4 des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels
der Erfindung aus einem zylindrischen Grundkörper 10 mit
einer in mehreren Stufen gestalteten Mantelfläche und einer
senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Verschlußwand 11
besteht. In der Verschlußwand 11 sind mehrere
Lufteinlaßöffnungen 12 vorgesehen, die auch als
Durchlaßöffnungen bezeichnet werden können und durch die
Umgebungsluft in das Innere des Inhalationstherapiegeräts
strömen kann. In dem Zylinderabschnitt 10a mit dem kleinsten
Außendurchmesser ist ein Ventilelement 13 angeordnet, das die
Form eines kreisförmigen Ventilplättchens mit einer mittigen
Befestigungsöffnung besitzt. Das Ventilplättchen 13 besteht
aus einem elastischen Material, beispielsweise Silikon, mit
einer ausreichenden Eigensteifigkeit, die gewährleistet, daß
das Ventilplättchen 13 in der nicht ausgelenkten Ruhestellung
die Lufteinlaßöffnungen 12 des Begrenzerventils 4
verschließt. Wie in Fig. 2C erkennbar, kann dazu
unterstützend auf der dem Ventilplättchen zugewandten Seite
der Verschlußwand 11 eine kreisförmig umlaufende Dichtlippe
14 vorgesehen sein. Das Ventilplättchen 13 ist zur
Befestigung auf einen sich entlang der Zylinderachse
erstreckenden Zapfen 15 auf der dem Innenraum des
Inhalationstherapiegerätes zugewandten Seite des
Begrenzerventils 4 aufgesteckt.
Durch diesen Aufbau wird folgende Funktion realisiert. Atmet
der Patient durch das Inhalationstherapiegerät ein, wird das
Ventilplättchen ausgelenkt und erlaubt dabei das Zuströmen
von Zuluft durch die Lufeinlaßöffnungen 12 des
Begrenzerventils 4. Der sich einstellende Öffnungsquerschnitt
ist weitgehend proportional zu dem im Verneblerraum
aufgebauten Unterdruck. In Atempausen oder beim Ausatmen des
Patienten in das Inhalationstherapiegerät hinein verschließt
das Ventilelement 13 die Öffnungen 12.
Erfindungsgemäß ist auf der der Verschlußwand 11
gegenüberliegenden Seite des Ventilplättchens 13 ein
Begrenzerelement 16 angeordnet, das die Auslenkung des
Ventilplättchens 13 beschränkt. Das Begrenzerelement 16
besitzt die Form einer kreisrunden Scheibe mit mittig
angeordneter Befestigungsöffnung. Der Außendurchmesser des
Begrenzerelements 16 entspricht im wesentlichen dem
Innendurchmesser des Zylinderabschnitts 10a. Das
Begrenzerelement 16 ist ebenfalls auf den sich entlang der
Zylinderachse erstreckenden Zapfen 15 aufgesteckt, so daß das
Ventilplättchen 13 und das Begrenzerelement 16 zueinander
ausgerichtet sind. Das Begrenzerelement 16 besitzt
Luftdurchtrittsöffnungen 17, die ausreichend groß
ausgestaltet sind, um dem Hindurchströmen der angesaugten
Luft dann keinen großen Widerstand entgegenzusetzen, wenn das
Ventilplättchen 13 nur soweit ausgelenkt wird, daß es noch
nicht an dem Begrenzerelement 16 anschlägt. Die Umgebungsluft
strömt dann durch die Lufteinlaßöffnungen 12 hindurch und um
das Ventilplättchen 13 herum, um anschließend durch die
Luftdurchtrittssöffnungen 17 in das Innere des
Inhalationstherapiegeräts zu gelangen. Durch die dem
Ventilplättchen 13 eigene Rückstellkraft wird ein
Strömungsweg mit einem Öffnungsquerschnitt geschaffen, der dem
Unterdruck im Inneren des Inhalationstherapiegeräts, d. h. der
Druckdifferenz über dem Ventil, proportional ist, solange der
Patient in dem aerosolphysikalisch wünschenswerten Druck-
/Flowbereich atmet.
Überschreitet der Unterdruck eine bestimmte Grenze legt sich
das Ventilplättchen 13 an die ihm zugewandte Oberfläche des
Begrenzerelements 16 an. Dabei werden die
Luftdurchtrittsöffnungen 17 des Begrenzerelements nahezu
vollständig verschlossen. Aufgrund der Gestaltung der
Luftdurchtrittsöffnungen 17 bleiben jedoch Öffnungen für den
Luftdurchtritt mit stark reduziertem Querschnitt geöffnet.
Die verbleibenden Öffnungen werden im folgenden als
Luftdurchtrittsnebenöffnungen bezeichnet; sie können getrennt
von den Luftdurchtrittsöffnungen 17 vorgesehen oder als Teil
dieser Öffnungen realisiert werden. Der Querschnitt dieser
Öffnungen ändert sich nicht mehr, wenn der Unterdruck weiter
erhöht wird, d. h. wenn der Patient versucht, stärker
einzuatmen. Dies führt zu einem exponentiell ansteigenden
Durchströmwiderstand bei weiterer Erhöhung des Unterdrucks,
wie dem Diagramm in Fig. 3 (vgl. Verläufe x, y und z) zu
entnehmen ist. Letztlich führt dies zu einer Reduzierung des
Inspirationsflusses in den gewünschten Sollwertbereich.
Dieser Sollwertbereich ist abhängig von der Auslenkung des
Ventilplättchens und des Querschnitts der Nebenöffnungen und
deshalb in weiten Grenzen einstellbar.
Die Luftdurchtrittsöffnungen 17 des Begrenzerelements 16 sind
vorteilhaft so ausgelegt, daß sie eine möglichst große Fläche
besitzen und mit den Ventilplättchen 13 ausgerichtet sind.
Die entlang des äußeren Randes des Ventilplättchens
verlaufende Kontur 17a der Luftdurchtrittsöffnungen 17 ist in
dem gezeigten Ausführungsbeispiel so gestaltet, daß auch bei
anliegendem Ventilplättchen 13 ein Teil der
Luftdurchtrittsöffnungen 17 als Nebenöffnungen 17b
unverschlossen bleiben, durch die weiterhin Luft
hindurchströmen kann. Diese Nebenöffnungen sind sehr viel
kleiner als die Luftdurchlaßöffnungen. Die zuvor
angesprochene Kontur der Luftdurchtrittsöffnungen 17 ist
beispielsweise Wellen- oder zickzackförmig.
In Fig. 2B erkennt man eine wellenförmige Gestaltung der
Kontur 17a der Luftdurchtrittsöffnungen 17 in dem der äußeren
Kante des Ventilplättchens entsprechenden Bereich. Wenn das
Ventilplättchen 13 am Begrenzerelement 16 anliegt, bleiben
nur die radial nach außen vortretenden Abschnitte der
Luftdurchtrittsöffnungen 17 als Nebenöffnungen 17b
unverschlossen, während der weitaus größere Teil der
Luftdurchtrittsöffnungen von dem Ventilplättchen 13
verschlossen wird.
Mit der äußeren Kante des Ventilplättchens 13 wirkt somit die
entsprechende Kontur 17a der Luftdurchtrittsöffnung 17 des
Begrenzerelements 16 zusammen, so daß auch bei anliegendem
Ventilplättchen 13 Öffnungen unverschlossen bleiben, durch
die Luft hindurchströmen kann. Zwar handelt es sich bei
diesen Öffnungen vorzugsweise um Teile der
Luftdurchtrittsöffnungen 17, die bei nicht an dem
Begrenzerelement anliegendem Ventilplättchen als Ganzes für
das Hindurchströmen der Luft zur Verfügung stehen. Bei
anliegenden Ventilplättchen stellen sich diese Abschnitte
jedoch als Nebenöffnungen dar, durch die weiterhin Luft
strömen kann, jedoch aufgrund des verringerten Querschnitts
gegen einen erhöhten Strömungswiderstand. Das Zusammenwirken
des äußeren Randes des Ventilplättchens mit der
korrespondierenden Kontur der Luftdurchlaßöffnung stellt eine
besondere Eigenschaft der Erfindung dar. Durch diese
Gestaltung wird ein Ventil geschaffen, das der
durchströmenden Luft mit steigender Druckdifferenz zunächst
proportionale Luftdurchtrittöffnungen mit maximalem
Querschnitt und ab einem Schwellwert der Druckdifferenz nur
Luftdurchtrittsnebenöffnungen mit deutlich verkleinerter und
konstanter Querschnittsfläche zur Verfügung steht.
Claims (6)
1. Inhalationstherapiegerät mit
- - einem Vernebelungsraum, in dem mit Hilfe einer Zerstäuberdüse ein Aerosol erzeugt wird,
- - einem Anschlußstutzen, über den das Aerosol aus dem Vernebelungsraum herausgeführt wird.
- - einer Lufteinlaseinrichtung, durch die Umgebungsluft in den Vernebelungsraum gelangt, und
- - einem Einlaßventil, das zumindest eine Einlaßöffnung und ein die Einlaßöffnung verschließendes Ventilelement umfaßt und das in der Lufteinlaßeinrichtung derart angeordnet ist, daß ein Unterdruck im Vernebelungsraum das Ventilelement bewegt, um die Einlaßöffnung freizugeben,
- - im Einlaßventil (4) ein Begrenzerelement (16) vorgesehen ist, das zumindest eine Durchtrittsöffnung (17) aufweist, die von dem Ventilelement (13) teilweise verschlossen wird, wenn das Ventilelement(13) durch einen einen Schwellwert übersteigenden Unterdruck in dem Vernebelungsraum bis an das Begrenzerelement bewegt wird.
2. Inhalationstherapiegerät mit einem Ventil (4), das
zumindest eine Durchlaßöffnung (12) und ein
Ventilelement (13) aufweist, das aufgrund einer über dem
Ventil (4) vorhandenen Druckdifferenz bewegt wird, so
daß es die Durchlaßöffnung (12) verschließt, wenn die
Druckdifferenz über dem Ventil (4) in der einen Richtung
vorhanden ist, und die Durchlaßöffnung (12) freigibt,
wenn die Druckdifferenz über dem Ventil (4) in der
anderen Richtung vorhanden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Begrenzerelement (16) vorgesehen ist, das die
Bewegung des Ventilelements (13) derart beschränkt, daß
die Freigabe der Durchlaßöffnung (12) nur bis zu einem
Schwellwert der Druckdifferenz im wesentlichen
proportional zur Druckdifferenz ist.
3. Inhalationstherapiegerät nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Begrenzerelement
(16) zumindest eine Durchtrittsöffnung (17) aufweist,
die von dem Ventilelement (13) teilweise verschlossen
wird, wenn das Ventilelement (13) durch eine den
Schwellwert übersteigende Druckdifferenz über dem Ventil
bis an das Begrenzerelement bewegt wird.
4. Inhalationstherapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ventilelement (13) ein kreisförmiges Ventilplättchen ist
und daß die Durchtrittsöffnung (17) des
Begrenzerelements (16) im Bereich der äußeren Kante des
Ventilplättchens zumindest abschnittsweise über die
Kontur des Ventilplättchens (13) hinausragt.
5. Inhalationstherapiegerät nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die mit dem
Ventilplättchen wechselwirkende Kontur der
Luftdurchtrittsöffnung (17) des Begrenzerelements (16)
wellenförmig oder zick-zack-förmig gestaltet ist.
6. Inhalationstherapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ventilelement (13) aus Silikon oder einem anderen
elastischen Material besteht.
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