DE102005005540B4

DE102005005540B4 - In verschiedenen Moden ansteuerbare Inhalationstherapievorrichtung

Info

Publication number: DE102005005540B4
Application number: DE102005005540A
Authority: DE
Inventors: Andreas Pfichner; Markus Borgschulte
Original assignee: PARI GmbH Spezialisten fuer Effektive Inhalation; PARI GmbH
Current assignee: PARI Pharma GmbH
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2025-02-08
Also published as: US20060213503A1; DE102005005540A1

Abstract

Inhalationstherapievorrichtung für die Bereitstellung eines Medikamentes in Form eines Aerosols (7) zur Inhalation mit
– einer Verneblereinrichtung (2), die eine Membran (3) aufweist,
– einer Betätigungseinrichtung (4), die derart ausgestaltet ist, dass sie die Membran (3) der Verneblereinrichtung (2) in Schwingung versetzt, und
– einer Steuerungseinrichtung (5), die derart ausgestaltet ist, dass sie die Betätigungseinrichtung (2) in einem ersten Modus und in einem zweiten Modus ansteuert,
– wobei bei der Ansteuerung in dem ersten Modus die Ansteuerung der Membran mit einer ersten Arbeitsfrequenz (f₁) erfolgt, und bei der Ansteuerung in dem zweiten Modus die Ansteuerung der Membran mit einer zweiten Arbeitsfrequenz (f₂) erfolgt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung behandelt eine Inhalationstherapievorrichtung, und insbesondere eine Inhalationstherapievorrichtung mit einer Steuerungseinrichtung, die eine Aerosolerzeugungseinrichtung gleichzeitig in verschiedenen Moden ansteuert.
Stand der Technik
Es sind Inhalationsvorrichtungen mit Membranen bekannt, die durch eine Betätigungseinrichtung zu Schwingungen angeregt werden, so dass aus einer medikamenthaltigen Flüssigkeit mit Hilfe der schwingenden Membran ein Aerosol erzeugt wird, das einem Patienten zum Einatmen dargeboten wird.
Zum Beispiel beschreibt DE 101 22 065 A1 eine Inhalationstherapievorrichtung, bei der durch eine in Schwingungen versetzte Membran ein Aerosol erzeugt wird. Dabei ist die Membran auf einem Substrat angeordnet. Ferner ist eine Betätigungseinrichtung in Form eines Piezoelementes vorgesehen, das ebenfalls auf dem Substrat befestigt ist. Das Piezoelement wird angesteuert und lenkt sich in Abhängigkeit einer angelegten Spannung aus. Durch eine Ansteuerung mit einer hohen Frequenz wird durch das Piezoelement das Substrat beziehungsweise die Membran in Schwingung versetzt. Ein der Membran zugeführtes Fluid wird durch die Schwingung der Membran vernebelt und als Aerosol abgegeben. Dieses Aerosol wird der Einatemluft des Patienten beigemischt und gelangt so in die vorgesehenen Bereiche der Atemwege.
Ferner beschreibt DE 101 22 065 A1 für das Auffinden einer Resonanzbetriebsfrequenz eine Ansteuerung der Betätigungseinrichtung mit einer in einem engen Bereich veränderbaren Frequenz. Da Membranvernebler oft mit Batterien betrieben werden, ist eine möglichst energiesparende Betriebsweise wünschenswert. Diese kann unter anderem dadurch erreicht werden, dass die Membrane in ihrer Resonanzfrequenz angesteuert wird. Die Resonanzfrequenz hängt jedoch maßgeblich von der Geometrie des Schwingers ab, der aus der Membran mit dem an der Membran befindlichen, zur Vernebelung vorgesehenen Fluid besteht. Durch Veränderung des Fluids durch beispielsweise Mengenabnahme bei der Verneblung oder eine Temperaturveränderung verschiebt sich die Resonanzfrequenz. Damit die Membran jedoch trotzdem bei einer Resonanzfrequenz betrieben werden kann, wird in einem engen Frequenzbereich, in dem die Resonanzfrequenz angenommen wird, die Frequenz systematisch verändert, um die optimale Betriebsfrequenz, das heißt Resonanzfrequenz, zu ermitteln.
Die Membran eines Aerosolerzeugers weist oftmals eine Lochstruktur auf, sodass von der Rückseite der Membran ein zu vernebelndes Fluid herangeführt werden kann, dass dann bei einer Schwingung der Membran durch die Öffnungen der Lochstruktur der Membran auf der anderen Seite der Membran als Aerosol abgegeben wird.
Das von der Membran abgegebene Aerosol weist ein gewisses Tröpfchenspektrum auf, dass das abgegebene Aerosol hinsichtlich der mittleren Tröpfchengröße und der Verteilung der Tröpfchengröße charakterisiert. Das Tröpfchenspektrum ist durch die Lage des Maximums und durch die Streuung definiert.
Die Tröpfchengröße ist entscheidend für den Deponierungsort des Aerosols. Große Tröpfchen sind verhältnismäßig schwer und träge und folgen somit nicht dem Atemluftstrom in den Atemwegen, sondern prallen durch ihre Trägheit bedingt schon bald an die Wände der Atemwege anstelle einer Krümmung der Atemwege zu folgen und schlagen sich dort, beispielsweise an den Mund- und Rachenschleimhäuten nieder. Kleinere Tröpfchen folgen im Gegensatz dazu eher dem Atemluftstrom und gelangen in tiefere und engere Regionen der Atemwege und deponieren dort, dass heißt, sie schlagen sich dort nieder. Sind die Tröpfchen jedoch zu klein, so kann es vorkommen, dass sie überhaupt nicht deponieren. Sie verlassen dann beim Ausatmen die Atemwege und sind somit für die Therapie wirkungslos verloren sind. Ferner ist es bei bestimmten Krankheitsbildern notwendig, das Medikament nicht in den tiefsten Atemwegsregionen, beispielsweise den Alveolen zu deponieren, sondern vielleicht schon in den Bronchien. Für derartige Anwendungen ist beispielsweise eine etwas größere Tröpfchengröße notwendig.
Der Deponierungsort des Aerosols hängt somit im wesentlichen von der Geometrie der Atemwege und der Tröpfchengröße beziehungsweise des Tröpfchenspektrums des Aerosols ab. Die Geometrie der Atemwege ist patientenspezifisch und erstreckt sich von Erwachsenen über Kinder bis zu Säuglingen über eine große Bandbreite.
Anwendungen eines Medikamentes an einem gewünschten Deponierungsort in den Atemwegen des Patienten, die Atmungscharakteristika des Patienten und andere therapiebezogene Aspekte lassen es wünschenswert erscheinen, eine Inhalationstherapievorrichtung zur Verfügung zu haben, die unterschiedliche Aerosole erzeugt. Dann können spezielle Aerosole in Bezug auf den im Vordergrund der Therapie stehenden Aspekt erzeugt werden. Der Wechsel zwischen unterschiedlichen Aerosolen sollte dabei für den Patienten und/oder den behandelnden Therapeut ohne großen Aufwand zu bewerkstelligen sein.
Aerosole unterscheiden sich zum Beispiel in Bezug auf ihr Tröpfchenspektrum, also die Verteilung der Menge der Tröpfchen unterschiedlicher Größe. Es existieren verschiedene Messverfahren zur Ermittlung des Tröpfchenspektrums bzw. von die Tröpfchenverteilung beschreibenden Kenngrößen, wie zum Beispiel den Mass Median Diameter (MMD). Das Tröpfchenspektrum, beispielsweise ausgedrückt durch den MMD-Wert eignet sich daher als Bezugsgröße für die Unterscheidung von zwei durch ein und die dieselbe Inhalationstherapievorrichtung erzeugte Aerosole.
Die Erfindung hat das Ziel eine Inhalationstherapievorrichtung bereitzustellen, die es gestattet, ohne großen Aufwand Aerosole mit zumindest zwei unterschiedlichen Tröpfchenspektren zu erzeugen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Inhalationstherapievorrichtung für die Bereitstellung eines Medikamentes in Form eines Aerosols zur Inhalation mit einer Vernebelungseinrichtung, mit einer Membran, einer Betätigungseinrichtung, die derart ausgestaltet ist, dass sie die Membran der Vernebelungseinrichtung in Schwingung versetzt, und einer Steuerungseinrichtung, die derart ausgestaltet ist, dass sie die Betätigungseinrichtung in einem ersten Modus und in einem zweiten Modus ansteuert, wobei bei der Ansteuerung in dem ersten Modus die Ansteuerung der Membran mit einer ersten Arbeitsfrequenz erfolgt, und bei der Ansteuerung in dem zweiten Modus die Ansteuerung der Membran mit einer zweiten Arbeitsfrequenz erfolgt.
Indem erfindungsgemäß die Betätigungseinrichtung durch eine entsprechende Ansteuerung durch die Steuereinrichtung die Membran zu Schwingungen bei unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen anregt, erfolgt die Erzeugung des Aerosols auf derart unterschiedliche Weise, dass unterschiedliche Tröpfchenspektren einstellbar sind. Allein die Anregung bei unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen ist ausreichend. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen werden bei der erfindungsgemäßen Inhalationstherapievorrichtung zwei oder mehr Arbeitsfrequenzen (Betriebsfrequenzen) vorgesehen, die jeweils zu unterschiedlichen Tröpfchenspektren führen.
Obwohl nur eine einzige Membran in der Inhalationstherapievorrichtung zur Verfügung gestellt wird, ist es somit möglich durch die Ansteuerung mit zwei verschiedenen Arbeitsfrequenzen f₁ und f₂ in einem ersten Modus bzw. in einem zweiten Modus ein erstes bzw. ein zweites Tröpfchenspektrum zur Verfügung zu stellen. Dabei kann das erste Tröpfchenspektrum beispielsweise auf die Atemwegsgeometrie eines Erwachsenen ausgelegt sein, während das zweite Tröpfchenspektrum auf die Atemwegsgeometrie eines Kindes oder eines Säuglings ausgelegt ist. Alternativ kann das Tröpfchenspektrum aus dem ersten Modus für eine Therapie in den oberen Atemwegen ausgelegt sein, während das Tröpfchenspektrum eines zweiten Modus für die Therapie der unteren Atemwege ausgelegt sein kann. Somit kann mit einem einzigen Inhalationstherapiegerät durch lediglich eine unterschiedliche Ansteuerung verschiedener Membranbereiche bzw. durch die Ansteuerung in verschiedenen Moden der Membran erreicht werden, dass verschiedene Tröpfchenspektren zu verschiedenen Anwendungszwecken bereitgestellt werden können.
Die Erzeugung von bezüglich des Tröpfchenspektrums unterschiedlichen Aerosolen kann gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezielt unterstützt werden, indem Bereiche der Membran, die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden, mit Löchern unterschiedlicher Größe und/oder Verteilung versehen werden.
Dadurch kann erreicht werden, dass in einem ersten Modus durch einen Bereich, der im ersten Modus angeregt wird, ein Tröpfchenspektrum erreicht wird, dass sich von einem Tröpfchenspektrum unterscheidet, dass in einem zweiten Modus durch einen Bereich der Membran erzeugt wird, der in einem zweiten Modus angeregt wird. Durch ein Anregen unterschiedlicher Bereiche in den unterschiedlichen Moden können somit bei einer unterschiedlichen Löchergröße beziehungsweise Löcherverteilung unterschiedliche Tröpfchenspektren erzeugt werden, die dann für verschiedene Therapiezwecke verwendet werden können, ohne wesentliche bauliche Veränderungen an der Inhalationstherapievorrichtung vornehmen zu müssen.
Alternativ kann ein zu vernebelndes Fluid auch von der Vorderseite der Membran herangeführt werden und bei einer Schwingung der Membran auf der selben Seite der Membran als Aerosol abgegeben werden. In diesem Fall sind nicht zwingend Löcher in der Membran notwendig. Vielmehr kann in diesem Fall die Aerosolerzeugung durch eine Oberflächenstruktur günstig beeinflusst werden. Eine Oberflächenstruktur kann jedoch auch bei einer Membran mit Löchern vorteilhaft sein, sodass beispielsweise bei einem Heranführen eines Fluids an die Rückseite der Membran und einer Aerosolerzeugung durch die Löcher, etwaige Flüssigkeitsansammlungen auf der Vorderseite nachvernebelt werden können. Eine Oberflächenstruktur kann insbesondere eine Ansammlung von Erhebungen oder Vertiefungen unterschiedlicher Geometrien und Größen darstellen, beispielsweise Würfel, Quader, Pyramiden, Sphären oder Mischungen daraus.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Inhalationstherapievorrichtung in solchen Bereichen der Membran, die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden, in Bereichen höherer Schwingungsauslenkung eine höhere Lochdichte oder Oberflächenstrukturdichte auf als in Bereichen mit niedrigerer Schwingungsauslenkung.
An Stellen der Membran, die eine hohe Auslenkung erfahren, ist die Erzeugung eines Aerosols besonders effektiv, wenn eine größere Anzahl von Löchern oder Oberflächenstrukturen vorhanden ist. In Bereichen kleiner Auslenkung oder an Schwingungsknoten, die überhaupt keine Auslenkung erfahren, ist auch bei vorhandenen Löchern oder Strukturen nicht mit einer Aerosolerzeugung zu rechnen. Aufgrund der Tatsache, dass in einem gängigen Herstellungsverfahren jedes Loch einzeln in der Membran gefertigt wird, können aus Effizienzgründen an Stellen mit geringer oder gar keiner Aerosolerzeugung die Löcher auch entfallen. Gleiches gilt für die Oberflächenstrukturen. Ferner kann durch Weglassen von Löchern und Strukturen an Schwingungsknoten oder Schwingungsknotenlinien, die nicht zur Aerosolerzeugung beitragen, vermieden werden, dass dort durch Löcher Fluid durch die Membran tritt oder sich an den Strukturen ungewollt Flüssigkeit ansammelt. Derartiges nicht vernebeltes Fluid führt zu einer Bildung von großen Tropfen auf der Membran, die die Membran benetzen und eine weitere Vernebelung erschweren oder verhindern können.
Die Erzeugung von bezüglich des Tröpfchenspektrums unterschiedlichen Aerosolen kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezielt unterstützt werden, indem Bereiche der Membran, die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden, mit unterschiedlicher Flächenkrümmung versehen werden, beziehungsweise, dass eine Flächenkrümmung eines im ersten Modus angeregten Bereichs und eines im zweiten Modus angeregten Bereichs verschieden ist.
Durch veränderte Krümmungsradien in verschiedenen Bereichen der Membran können die einzelnen Schwingungsmoden örtlich ausgeprägt werden, sodass bestimmte Bereiche ausgeprägter schwingen und bei einer entsprechenden Anregung einen größeren Beitrag zum Tröpfchenspektrum liefern als andere Bereiche.
Die Erzeugung von bezüglich des Tröpfchenspektrums unterschiedlichen Aerosolen kann gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung gezielt unterstützt werden, indem Bereiche der Membran mit unterschiedlichen Dicken ausgelegt werden, die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden.
Durch eine Auslegung der Membran mit Bereichen verschiedener Dicke verändert sich das Grundschwingungsverhalten der Membranbereiche in Abhängigkeit von der Dicke. Somit kann auch durch eine entsprechende Wahl der Membrandicke in einem bestimmten Bereich die Schwingung bei einer vorbestimmten Frequenz begünstigt oder auch unterdrückt werden, wenn dort bei einem bestimmten Modus keine oder nur eine geringe Schwingung gewünscht ist.
Die Erzeugung von bezüglich des Tröpfchenspektrums unterschiedlichen Aerosolen kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezielt unterstützt werden, indem Bereiche der Membran, die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden, entsprechend einer Kombination der zuvor erwähnten Ausprägungen ausgestaltet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung entsprechen die Arbeitsfrequenzen im wesentlichen einer Resonanzfrequenz der Membran bzw. eines der Bereiche der Membran oder einer Harmonischen der Resonanzfrequenz.
Im Resonanzfall ist der Verlust eines Schwingers am geringsten und die zur Schwingung angeregte Membran benötigt zum Schwingen einen geringeren Energieumfang. Ein geringer Energiebedarf ist immer dann wichtig, wenn die Energie nur begrenzt zur Verfügung steht, beispielsweise bei einer batteriebetriebenen Inhalationstherapievorrichtung. Ferner kann durch Ausprägung verschiedener Resonanzen in verschiedenen Bereichen der Membran erreicht werden, dass die jeweils nicht in Resonanzfrequenz schwingenden Bereiche sich selber dämpfen und so weniger zu Aerosolerzeugung beitragen. Somit kann ein von diesen Bereichen erzeugtes Tröpfchenspektrum vermindert werden im Vergleich zu einem Tröpfchenspektrum, dass von einem bei Resonanzfrequenz schwingenden Bereich erzeugt wird. Die Einstellung bzw. Beibehaltung einer Resonanzarbeitsfrequenz kann auf bekannte Weise erfolgen, z. B. gemäß DE 101 22 065 A1 .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbiegen sich bei der Betätigung solche Bereiche der Membran, die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zum Schwingungen angeregt werden, sodass sich beim Betätigen die Flächenkrümmung verändert.
Bei einer Veränderung der Flächenkrümmung verbiegt sich die Membran in sich. Durch eine derartige Verbiegung der Membran sind insbesondere die ausgelenkten Bereiche für die Aerosolerzeugung aktiv, so dass bei einem Schwingen der Membran die Bildung der Aerosoltröpfchen und deren Abgabe aus den Löchern beziehungsweise den Öffnungen begünstigt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist bei einer Anregung in wenigstens einem des ersten oder zweiten Modus die Anregung des anderen des ersten oder zweiten Modus wesentlich geringer oder findet im wesentlichen nicht statt.
Dadurch kann im wesentlichen erreicht werden, dass bei einem ersten Modus, der einen ersten Bereich zum Schwingen anregt, das von diesem Bereich erzeugte Tröpfchenspektrum ausgeprägter ist, als das von einem anderen Bereich, der bei einem Betrieb in dem erstem Modus geringer oder gar nicht angeregt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schwingt bei einer Anregung in dem ersten Modus ein Bereich im wesentlichen im Biege- bzw. Krümmungsmodus und ein anderer Bereich im wesentlichen im Verschiebungs- bzw. Auslenkungsmodus.
Durch ein Schwingen im Auslenkungsmodus verändert sich die Bildung der Tröpfchen im Vergleich zu einem Schwingen im Biegemodus. Im Biegemodus schwingt die Membran in sich, wodurch die Tröpfchenerzeugung effizienter wird, während im Auslenkungsmodus die Membran als ganzes verschoben wird. Auf diese Art und Weise kann ebenfalls das Tröpfchenspektrum eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind ein im ersten Modus schwingender Bereich und ein im zweiten Modus schwingender Bereich konzentrisch angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Medikamentenzuführungseinrichtung vorgesehen, die ein Medikament von der Seite der Membran zuführt, die der Seite abgewandt ist auf der ein Aerosol erzeugt und abgegeben wird.
Auf diese Weise wird ein Fluid so zugeführt, dass weder das Fluid, noch eine Zuführungseinrichtung der Aerosolabgabe im Weg steht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein im ersten Modus schwingender Bereich und ein im zweiten Modus schwingender Bereich eine verschiedene innere mechanische Spannung auf.
Eine innere mechanische Spannung in einem Bauteil verändert das Schwingungsverhalten des Bauteils. Durch gezieltes Einbringen verschiedener Vorspannungen in verschiedene Bereiche der Membran kann so Einfluss auf das Schwingungsverhalten verschiedener Bereiche der Membran genommen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Bereiche der Membran, die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden, durch einen Bereich abgegrenzt, der eine wesentlich höhere Flächenkrümmung aufweist, als die Bereiche der Membran, die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden. Ferner kann der Bereich derart ausgestaltet sein, dass in dem Bereich mit der wesentlich höheren Flächenkrümmung beim Betätigen der Membran ein Schwingungsknoten liegt.
Ein derartiger Bereich einer wesentlich höheren Flächenkrümmung kann beispielsweise ein Falz oder eine Nut sein. Durch entsprechende Ausformungen dieses Bereiches kann erreicht werden, dass sich dort gezielt ein Schwingungsknoten ausbildet. Somit kann bei geeigneter Gestaltung der Oberfläche der Membran ein Bereich mit einem bestimmten Schwingungsverhalten gegenüber anderen Bereichen abgegrenzt werden. Auf diese Weise können auch Vorspannungen in diesem Bereich eingebracht werden, die ebenfalls das Schwingungsverhalten beeinflussen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können auch mehr als zwei Moden d.h. Arbeitsfrequenzen vorgesehen sein.
Durch Vorsehen von drei oder mehr Moden können drei oder mehr verschiedene Tröpfchenspektren bereitgestellt werden, die ein noch breiteres Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäße Inhalationstherapievorrichtung eröffnen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können mehrere Moden gleichzeitig angesteuert werden.
Durch eine Kombination mehrerer Moden wird ebenfalls ein breiteres Anwendungsgebiet und eine größere Vielfalt von Tröpfchenspektren bereitgestellt.
Die vorliegende Erfindung und deren Ausführungsformen werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert, wobei die Zeichnungen lediglich zum Verständnis dienen und keinesfalls den durch die Ansprüche im Lichte der Beschreibung und der Zeichnungen unter Schutz gestellten Gegenstand einschränken.
1 zeigt eine schematische Anordnung einer Inhalationstherapievorrichtung;
2a zeigt eine schematische Darstellung einer Membran mit einem prinzipiellen Schwingungsmuster in einem ersten Modus;
2b zeigt eine schematische Darstellung einer Membran mit einem prinzipiellen Schwingungsmuster in einem zweiten Modus;
3a zeigt schematisch eine Membran mit einer verstärkten Schwingung einem ersten Bereich in einem ersten Modus;
3b zeigt schematisch eine Membran mit einer verstärkten Schwingung in einem zweiten Bereich in einem zweiten Modus;
4 zeigt eine Membran mit zwei Bereichen und einer sich im ersten Bereich einstellenden Schwingung sowie eine Lochverteilung in einem Unterbereich des ersten Bereiches;
5 zeigt eine Lochanordnung bezüglich Lochgrößen und Lochverteilung in einem ersten Bereich; und ferner eine Lochanordnung bezüglich einer Lochgröße und einer Lochverteilung in einem zweiten Bereich;
6 zeigt eine Membran mit mehreren Bereichen, die unterschiedliche Materialdicken aufweisen;
7 zeigt eine Anregung der Membran derart, dass ein erster Bereich in einem bzw. Krümmungsmodus, und ein zweiter Bereich in einem Auslenkungsmodus arbeitet.
1 zeigt eine schematische Anordnung einer Inhalationstherapievorrichtung 1 mit einer Verneblungseinrichtung 2, die eine Membran 3 aufweist. Die Membran 3 ist mit einer Betätigungseinrichtung 4 verbunden. Die Membran ist derart angeordnet, dass von der Rückseite ein Fluid 6 an der Membran ansteht, so dass bei einer Betätigung der Membran das auf der Rückseite anstehende Fluid durch Löcher in der Membran (in dieser Figur nicht gezeigt) als Aerosol 7 abgegeben wird. Die Betätigungseinrichtung 4 ist mit einer Steuerung 5 verbunden, die in der Lage ist, die Betätigungseinrichtung 4 derart anzusteuern, dass die Membran in einem ersten Modus bei einer ersten Arbeitsfrequenz angesteuert wird und in einem zweiten Modus bei einer zweiten Arbeitsfrequenz angesteuert wird.
Die Arbeitsfrequenz ist dabei die Frequenz, bei der die Membran schwingt und ein auf der Rückseite anstehendes Fluid 6 als Aerosol 7 auf der anderen Seite der Membran 3 abgibt. In der 1 ist die Membran lediglich schematisch dargestellt, um die Lage in einer Inhalationstherapievorrichtung 1 zu verdeutlichen und das grundsätzliche Arbeitsprinzip einer Inhalationstherapievorrichtung mit einer Membran darzustellen.
Das von der Membran abgegeben Aerosol 7 wird in eine Kammer abgegeben, in der sich das Aerosol 7 mit der in der Kammer befindlichen Luft vermischt, so dass der Patient das Luft-Aerosolgemisch zu Therapiezwecken abatmen kann. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind sämtliche Ventile, die für die Atemluftbereitstellung und die Strömungsleitung der Ein- bzw. Ausatemluft notwendig sind in dieser Figur nicht dargestellt.
Die 2a und 2b zeigen schematisch eine Membran, wobei in der 2a eine Schwingung bei der Arbeitsfrequenz f₁ gezeigt ist, die eine Arbeitsfrequenz der Membran in einem ersten Modus darstellt. 2b zeigt ebenfalls eine schematische Darstellung der Membran 3, jedoch bei einer Arbeitsfrequenz f₂, die sich durch die Ansteuerung in einem zweiten Modus auf der Membran einstellt. Beide Darstellungen sind schematisch und dienen der Erläuterung der Erfindung; es ist nicht beabsichtigt tatsächliche Schwingungszustände wiederzugeben.
Durch die hier nicht gezeigte Betätigungseinrichtung 4 wird die Membran 3 in Schwingung versetzt, so dass sie in einem ersten Modus die Membran 3 in einer ersten Arbeitsfrequenz f₁ anregt und in einem zweiten Modus die Membran in einer zweiten Arbeitsfrequenz f₂ anregt, die von der Arbeitsfrequenz f₁ verschieden ist. Durch die verschiedenen Arbeitsfrequenzen und die sich auf der Membran einstellenden Schwingungsmuster entstehen bei der Arbeitsfrequenz f₁ die Wellentäler und die Wellenberge an anderen Stellen als bei der Arbeitsfrequenz f₂, sodass sich die Membran 3 bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen f₁ und f₂ vom Schwingungsmuster auf der Membranoberfläche unterscheiden. Auf diesem Weg werden Aerosole mit unterschiedlichen Tröpfchenspektren erzeugbar.
Die unterschiedlichen Schwingungsmuster haben zur Folge, dass sich bei ein und derselben Membran 3 bei der Arbeitsfrequenz f₁ andere Bereiche stark auslenken als bei der Arbeitsfrequenz f₂. Diese Eigenschaft kann genutzt werden, um verschiedene Bereiche auf der Membran mit Löchern verschiedener Dichte und Größe zu versehen, so dass weiter unterstützt werden kann, dass sich bei der Arbeitsfrequenz f₁ ein anderes Tröpfchenspektrum bei der Vernebelung einstellt als bei der Arbeitsfrequenz f₂, da die Vernebelung durch andere Bereiche der Membran stattfindet und sich aufgrund der Tatsache, dass an den verschiedenen Stellen unterschiedliche Löchergeometrien und Löcherdichte vorhanden sind dadurch ein anderes Tröpfchenspektrum einstellt.
3a zeigt eine Membran, die mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufweist. Dabei ist die Membran so ausgelegt, dass sich in einem ersten Bereich 32 bei einer Anregung mit einer Arbeitsfrequenz f₁ in einem ersten Modus eine stärkere Schwingung ausprägt als im zweiten Bereich 31. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der erste Bereich 32 bei der Arbeitsfrequenz f₁ eine Resonanzfrequenz oder einer Harmonische der Resonanzfrequenz aufweist, so dass bei einer Anregung diese Bereiche der Membran stärker ausgelenkt werden. In einem zweiten Bereich 31 ist bei der Anregung mit der gleichen Arbeitsfrequenz f₁ die Auslenkung geringer, da die Resonanzfrequenz dieses Bereiches nicht der Arbeitsfrequenz f₁ oder einer Harmonischen davon entspricht, und somit die Auslenkung aufgrund einer höheren Dämpfung gering bleibt. Somit kann erreicht werden, dass bei einer Ansteuerung mit einer ersten Arbeitsfrequenz f₁ in einem ersten Modus verstärkt der erste Bereich angesteuert und ausgelenkt wird, so dass das sich ergebende Tröpfchenspektrum entscheidend von der Schwingung bzw. der unterstützenden Löchergeometrie und Löcherdichte im ersten Bereich der Membran abhängt. Im Gegensatz dazu ist in der 3b die gleiche Membran dargestellt, die jedoch bei einer zweiten Arbeitsfrequenz f₂ in einem zweiten Modus angeregt wird. Die zweite Arbeitsfrequenz f₂ ist jedoch z. B. derart bemessen, dass sie mit der Resonanzfrequenz des zweiten Bereiches 31 oder einer harmonischen davon übereinstimmt, so dass sich im Vergleich zum ersten Bereich 32 aufgrund der Resonanzbedingungen und der geringeren Dämpfung im zweiten Bereich 31 eine stärker ausgeprägte Schwingung bei der zweiten Arbeitsfrequenz f₂ im zweiten Modus einstellt. Somit ist im zweiten Modus bei der zweiten Arbeitsfrequenz f₂ das sich bei der Vernebelung ergebende Tröpfchenspektrum im wesentlichen abhängig von der Schwingung bzw. der unterstützenden Löchergeometrie und Löcherverteilung in dem zweiten Bereich 31 der Membran.
4 zeigt eine Vernebelungseinrichtung 2 mit einer Membran 3 und einer Betätigungseinrichtung 4, wobei die Membran auch hier mehrere Bereiche 31, 32, 33 aufweist, auf denen sich verschiedene Schwingungen bei einer Ansteuerung in verschiedenen Moden ausbilden können. Der erste Bereich 32 der Membran ist in 4 in der Mitte und rechts vergrößert dargestellt, wobei in dem ersten Bereich 32 der Membran eine Schwingung mit drei Halbwellen schematisch angedeutet ist, die Wellenberge 37 und Wellenknoten 36 aufweist. Durch die Befestigung der Membran am Rand und einen Bereich 33, der den ersten Bereich 32 von dem zweiten Bereich 31 abgrenzt und eine wesentlich höhere Flächenkrümmung aufweist als der erste und zweite Bereich, können sowohl die Einspannung der Membran am Rand als auch der Bereich mit einer wesentlich höheren Flächenkrümmung 33 als feste Enden aufgefasst werden, so dass sich zwischen diesen festen Enden eine stehende Welle ausbildet. Diese stehende Welle weist an festen Punkten Wellenknoten 36 auf, ohne dass es notwendig ist diese Wellenknotenpunkte fest einzuspannen. Eine starke Auslenkung erfahren lediglich die Bereiche der Wellentäler beziehungsweise Wellenberge 37. Ein weiterer Ausschnitt aus der Vergrößerung ist wiederum vergrößert dargestellt, wobei dieser vergrößerte Ausschnitt einen Wellenberg 37 zwischen zwei Wellenknoten 36 zeigt. Die Wellenknoten 36 erfahren eine sehr geringe oder überhaupt keine Auslenkung, während der Wellenberg 37 eine starke Auslenkung und eine starke Verbiegung erfährt.
Eine Aerosolerzeugung findet in der Regel nur an solchen Stellen einer gelöcherten Membran statt, die eine große Auslenkung erfährt. Somit werden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Löcher vornehmlich in den Bereichen der Membran vorgesehen, die eine starke Auslenkung erfahren, d.h. den Wellenbergen 37. Die Bereiche, die keine starke Auslenkung erfahren, d.h. die Wellenknoten 36, können folglich Löcher entbehren, da selbst bei vorhandenen Löchern an diesen Stellen keine Vernebelung stattfinden würde. Zur Verdeutlichung zeigt 4 in dem Bereich des Wellenbauchs 37 eine große Löcherdichte, bei denen die Löcher 38 sehr eng aneinander angeordnet sind, während sich der Abstand in Richtung der Wellenknoten 36 vergrößert, somit die Lochdichte auf der Membran in Richtung der Wellenknoten 36 abnimmt. Die Herstellung der Löcher in einer Membran sind mit den derzeit bekannten Verfahren zwar verhältnismäßig aufwendig, da jedes einzelne Loch beispielsweise mittels eines Laserdrillverfahrens einzeln in der Membran gefertigt werden muss. Jedoch eignen sich gerade die Verfahren, bei denen die Löcher einzeln hergestellt werden, in besonderem Maße für die Anwendung der Erfindung. Denn es kann der Herstellungsaufwand zum Fertigen einer gelöcherten Membran wesentlich geringer ausfallen, wenn nur an den Stellen Löcher vorgesehen werden müssen, an denen tatsächlich auch eine Vernebelung stattfinden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Löcherdichte in unterschiedlichen Bereichen der Membran unterschiedlich hoch, beziehungsweise die Löchergeometrie in unterschiedlichen Bereichen der Membran unterschiedlich. 5 zeigt einen Membranausschnitt in einem ersten Bereich 32 der Membran 3, der mit Löchern 38 versehen ist, die in der 5a einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweisen, jedoch eng beieinander liegen. Ferner zeigt 5 die Löcherverteilung in einem zweiten Bereich 31, bei dem die Löcher im Vergleich zu den Löchern 38 des ersten Bereichs verhältnismäßig groß sind, jedoch weiter auseinander liegen, so dass in diesem zweiten Bereich die Löcherdichte geringer ist als im ersten Bereich 32. Die Kombination der Löcherdurchmesser und der Löcherverteilung kann jedoch auch umgekehrt sein, d.h. im ersten Bereich können größere Löcher, jedoch mit einem größeren Abstand vorgesehen sein, während im zweiten Bereich 31 kleinere Löcherdurchmesser mit einem geringeren Abstand vorgesehen sein können. Ebenso können Löcher mit einem kleinen Durchmesser jedoch einen großen Abstand, d.h. einer geringeren Löcherdichte, in einem Bereich und Löcher mit einem größeren Durchmesser und einem größeren Abstand, d.h. eine geringere Löcherdichte, in einem anderen Bereich vorgesehen sein, so dass an dieser Stelle jede Kombination von Löcherdurchmesser und Löcherdichte bei einer Anordnung in verschiedenen Bereichen auf der Membran denkbar ist. Die Positionierung der Löcher mit entsprechenden Löcherdurchmessern und Löcherverteilungen auf entsprechenden Bereichen der Membran obliegt dem Fachmann bei der Auslegung einer für den Anwendungsfall geeigneten Inhalationstherapievorrichtung.
6 zeigt eine Membran, die in einem ersten Bereich eine dünnere Materialstärke aufweist als in einem zweiten Bereich 32. Die Materialstärke und damit die Masse verändern das Schwingungsverhalten der Membran beziehungsweise der Membranbereiche, so dass durch eine veränderte Dicke der Membran und durch Bereiche, in denen sich die Dicke sprunghaft ändert, entsprechend Randbedingungen für das schwingungsfähige Gebilde Membran einstellen und an diesen Übergängen Schwingungsknoten erwartet werden können.
7 zeigt eine schematische Darstellung der Membran 3 mit einer Betätigungseinrichtung 4, wobei die Membran wiederum einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist. Der erste Bereich schwingt in dieser Ausführungsform in einem Biege- bzw. Krümmungsmodus 35, während der zweite Bereich 34 in einem Auslenkungsmodus schwingt. Ein derartiges Schwingungsverhalten kann sich aufgrund der äußeren Randbedingungen einstellen, die beispielsweise durch eine unterschiedliche Dicke oder eine unterschiedliche geometrische Ausgestaltung der Membranbereiche gegeben werden kann. Ein derartiges Schwingungsverhalten kann sich auch aufgrund unterschiedlicher Resonanzfrequenzen in den verschiedenen Bereichen der Membran einstellen. Ebenso ist denkbar, dass sich der erste Bereich in einem Auslenkungsmodus bewegt und der zweite Bereich in einem Krümmungs- bzw. Biegemodus schwingt. Auch an dieser Stelle sind verschiedene Kombinationen denkbar, die der Fachmann aus seinem Fachwissen auswählt, um eine geeignete Auslegung einer Inhalationstherapievorrichtung vorzunehmen.

Claims

Inhalationstherapievorrichtung für die Bereitstellung eines Medikamentes in Form eines Aerosols (7) zur Inhalation mit – einer Verneblereinrichtung (2), die eine Membran (3) aufweist, – einer Betätigungseinrichtung (4), die derart ausgestaltet ist, dass sie die Membran (3) der Verneblereinrichtung (2) in Schwingung versetzt, und – einer Steuerungseinrichtung (5), die derart ausgestaltet ist, dass sie die Betätigungseinrichtung (2) in einem ersten Modus und in einem zweiten Modus ansteuert, – wobei bei der Ansteuerung in dem ersten Modus die Ansteuerung der Membran mit einer ersten Arbeitsfrequenz (f₁) erfolgt, und bei der Ansteuerung in dem zweiten Modus die Ansteuerung der Membran mit einer zweiten Arbeitsfrequenz (f₂) erfolgt.
Inhalationstherapievorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in solchen Bereichen (31, 32) der Membran (3), die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden, Löcher (38) oder Oberflächenstrukturen unterschiedlicher Größe und/oder Verteilung vorgesehen sind.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in solchen Bereichen der Membran (3), die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden, die Lochdichte oder die Oberflächenstrukturdichte in Bereichen höherer Schwingungsauslenkung (37) höher ist als in Bereichen mit niedrigerer Schwingungsauslenkung (36).
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass solche verschiedene Bereiche (31, 32) der Membran (3), die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden, unterschiedliche Flächenkrümmungen aufweisen.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass eine Flächenkrümmung eines im ersten Modus angeregten Bereichs (31) und eines im zweiten Modus angeregten Bereichs (32) verschieden ist.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in solchen Bereichen (31, 32) der Membran (3), die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden, die Membran (3) unterschiedliche Dicken aufweist.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfrequenzen im Wesentlichen einer Resonanzfrequenz der Membran (3) bzw. eines der Bereiche (31, 32) der Membran oder einer Harmonischen der Resonanzfrequenz entsprechen.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass solche Bereiche (31, 32) der Membran, die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden, sich bei der Betätigung verbiegen, sodass sich beim Betätigen die Flächenkrümmung verändert.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass bei einer Anregung eines Bereiches (31, 32) in wenigstens einem des ersten oder des zweiten Modus die Anregung eines Bereiches (31, 32) des anderen des ersten oder des zweiten Modus wesentlich geringer ist oder im wesentlichen nicht stattfindet.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass bei einer Anregung in dem ersten Modus ein Bereich (35) im Wesentlichen im Biege- bzw. Krümmungsmodus schwingt und ein anderer Bereich (34) im wesentlichen im Verschiebungs- bzw. Auslenkungsmodus schwingt.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass ein im ersten Modus schwingender Bereich und ein im zweiten Modus schwingender Bereich konzentrisch angeordnet sind.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass eine Medikamentenzuführungseinrichtung (6) vorgesehen ist, die ein Medikament von der Seite der Membran (3) zuführt, die der Seite abgewandt ist auf der ein Aerosol (7) erzeugt wird.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass ein im ersten Modus schwingender Bereich und ein im zweiten Modus schwingender Bereich eine verschiedene innere mechanische Spannung aufweisen.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Bereiche (31, 32) der Membran, die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden, durch einen Bereich (33) abgegrenzt sind, der eine wesentlich höhere Flächenkrümmung aufweist, als die Bereiche (31, 32) der Membran, die bei den unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen in besonderem Maße zu Schwingungen angeregt werden.
Inhalationstherapievorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet dass in dem Bereich (33) mit der wesentlich höheren Flächenkrümmung beim Betätigen der Membran ein Schwingungsknoten (36) liegt.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Moden vorgesehen sind.
Inhalationstherapievorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Moden gleichzeitig angesteuerte werden.