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Die
Erfindung betrifft ein atemgesteuertes Inhalationstherapiegerät sowie
ein Inhalationstherapiegerät
mit einer Sensoreinrichtung zur Erzeugung eines für Steuerungszwecke
geeigneten Signals.
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Inhalationstherapiegeräte, mit
denen Patienten ein medikamenthaltiges Aerosol zur Einatmung dargeboten
wird, sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Eine Gruppe
von Aerosoltherapiegeräten
umfasst einen primären
Aerosolgenerator, der kontinuierlich ein Aerosol in einer Verneblerkammer
erzeugt, das der Patient über
ein Mundstück aus
der Verneblerkammer entnimmt und einatmet. Bei dem primären Aerosolerzeuger
kann es sich zum Beispiel um eine mit Druckluft betriebene Verneblerdüse oder
einen piezoelektrischen Membranvernebler handeln. Aerosolerzeuger
dieser Art sind bekannt und beschrieben z.B. in
EP 0 170 715 A und
EP 0 615 470 A .
Der kontinuierlichen Aerosolerzeugung steht nicht entgegen, dass
der primäre
Aerosolerzeuger ein- und
ausgeschaltet werden kann, um die kontinuierliche Produktion zu
unterbrechen. So wird die Aerosolproduktion gestartet, indem der
Verneblerdüse Druckluft
zugeführt,
d.h. der Kompressor des Inhalationsgeräts eingeschaltet wird oder
indem die Piezoelemente des Membranverneblers angesteuert werden,
wodurch dessen poröse
Membran in Schwingungen versetzt wird. Bislang war der Patient für das Ein-
und Ausschalten des primären
Aerosolerzeugers zuständig,
d.h. er musste entscheiden, wann er den Kompressor eines Düsenverneblers
einschaltet, um mit der Therapiesitzung zu beginnen, und wann er
ihn wieder ausschaltet, weil er die Therapiesitzung beendet hat.
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Unterbricht
der Patient die Therapiesitzung, sollte er die Aerosolproduktion
auch unterbrechen, damit das Medikament nicht weitervernebelt und
ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Insbesondere wenn die
Dosis des Medikaments erfasst werden soll, ist die Unterbrechung
der Aerosolproduktion unverzichtbar, da ansonsten eine nicht erfassbare
Medikamentmenge zwar vernebelt aber nicht eingeatmet wird.
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Während der
Therapiesitzung sollte der Patient einem idealen Atmungsmuster folgend
ein- und ausatmen. Sowohl ein zu flaches als auch ein zu schnelles
Einatmen wirken einer optimalen Deposition des in dem eingeatmeten
Aerosol enthaltenen Medikaments entgegen. Um die Deposition des
Medikaments in den gewünschten
Abschnitten der Atemwege zu erreichen, sollte der Patient einem
vorgegebenen Atmungsmuster entsprechen atmen, damit die Strömungsgeschwindigkeiten
für die
Deposition des Medikaments nicht ungünstig sind. Das Einhalten der
Vorgaben bereitet dem Patienten oft Schwierigkeiten, so dass eine
nicht unerhebliche Menge des Medikaments sich in den oberen Atemwegen
niederschlägt
und somit nicht zur Dosis des tatsächlich verabreichten Medikaments
beiträgt.
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Nur
wenn das Einatmen im Rahmen eines für das Therapiegerät idealen
Bereichs erfolgt, wird die beabsichtigte Deposition des Medikaments
zuverlässig
erreicht. Erst eine zuverlässige
Deposition des Medikaments erlaubt eine verlässliche Aussage über die
verabreichte Dosis.
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Vor
diesem Hintergrund besteht das von der Erfindung zu lösende Problem
darin, ein Inhalationstherapiegerät zu schaffen, dessen Handhabung
für den
Patienten vereinfacht ist, vorzugsweise durch eine Steuerung des
primären
Aerosolerzeugers und/oder durch eine Erfassung der unter vorgegebenen
Atmungsbedingungen verabreichten Dosis.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem, in dem ein Inhalationstherapiegerät der oben
beschriebenen Art mit einer Sensoreinrichtung ausgestattet wird,
die ein Signal abgibt, das für
Steuerungszwecke herangezogen werden kann. Als Sensoreinrichtung
ist erfindungsgemäß eine IR-Sender/Empfänger-Einrichtung
vorgesehen, die vorzugsweise als IR-Reflex-Sender/Empfänger-Einrichtung
ausgebildet ist. Entscheidenden Einfluss hat neben der Art der Sensoreinrichtung
der Ort, an dem die Sensoreinrichtung in dem Inhalationstherapiegerät angeordnet
wird. Denn nur eine Anordnung der Sensoreinrichtung derart, dass
der Dektektionsbereich der Sensoreinrichtung in einem Bereich liegt,
in dem das Aerosol in einem beruhigten Zustand vorliegt, ist geeignet,
um mit einer Sensoreinrichtung, insbesondere einer IR-Sender/Empfänger-Einrichtung
ein tatsächlich
für Steuerungszwecke
nutzbares Ausgangssignal bereitzustellen.
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Unter
dem Detektionsbereich der Sensoreinrichtung ist der Bereich zu verstehen,
dessen Zustand mit Hilfe der Sensoreinrichtung erfasst wird. Bei
einer IR-Sender/Empfänger-Einrichtung
ist dies der Bereich, in den das IR-Licht abgestrahlt und aus dem
reflektiertes IR-Licht emfangen wird. Bei einer IR-Reflex-Sender/Empfänger-Einrichtung liegt
der Detektionsbereich unmittalbr vor dem Sender- bzw. Empfängerteil;
bei einer Sensoreinrichtung in Form einer IR-Lichtschranke wird
der Detektionsbereich durchstrahlt und liegt zwischen dem Sender-
und dem Empfängerteil.
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Ein
beruhigtes Aerosol liegt in der Regel nicht in unmittelbarer Nähe des primären Aerosolerzeugers
vor. Beispielsweise kann von einem beruhigten Aerosol bei einem
Inhalationstherapiegerät
mit Verneblerdüse
erst im Mundstück
gesprochen werden, also erst nachdem das Aerosol einen vergleichsweise
weiten Weg zurückgelegt
hat, so dass die Aerosolpartikel/-tröpfchen teilweise abgetrocknet (stabilisiert)
sind und ihre Bewegung verlangsamt ist (beruhigtes Aerosol). Bei
einem Inhalationstherapiegerät
mit Membranvernebler ist der Abstand des Bereichs beruhigten Aerosols
zum Ort der primären
Aerosolerzeugung deutlich geringer, da die primäre Aerosolerzeugung nicht mit
Hilfe eines sehr schnell aus einer Düsenöffnung ausströmenden Druckgases
erfolgt, sondern mit Hilfe einer in Schwingung versetzten Membran,
die zu wesentlich niedrigeren Anfangsgeschwindigkeiten der Aeroslpartikel/-tröpfchen führt. Letztlich
muss die Positionierung des erfindungsgemäßen Sensors in Abhängigkeit
vom Typ und der konkreten Auslegung des Inhalationstherapiegeräts erfolgen;
jedoch ist die Anordnung in der Regel unproblematisch, da nur in
Bereichen mit beruhigtem Aerosol ein nutzbares Ausgangssignal gewonnen
wird. Somit können
die Bereiche, in denen eine dort angeordnete Sensoreinrichtung ein
nutzbares Ausgangssignal abgibt, als Bereiche beruhigten Aerosols
im Sinne der Erfindung angesehen werden.
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Durch
die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung
wird die Grundlage dafür
geschaffen, ein Inhalationstherapiegerät mit einer automatischen Steuerung
des primären
Aerosolerzeugers auszustatten, die das Ein- bzw. Ausschalten des
Aerosolerzeugers vornimmt, so dass es dem Patienten nur noch obliegt,
das Inhalationsgerät
als ganzes in Betrieb zu nehmen (Stand-By-Betrieb). Vorzugsweise
erfolgt die Steuerung erfindungsgemäß so, dass das Ein- bzw. Ausschalten
des primären
Aerosolerzeugers und damit das Starten und Stoppen der Aerosolproduktion
in Abhängigkeit
von der Atmung des Patienten während
der Therapiesitzung erfolgt.
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Schließlich wird
bei einem Inhalationstherapiegerät
mit erfindungsgemäßer Sensoreinrichtung dem
Patienten angezeigt, ob seine Atmung zu einer therapeutisch wirksamen
Deposition des Medikaments in den Atemwegen führt.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen genauer erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
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1 den Aufbau eines ersten
erfindungsgemäßen Inhalationstherapiegeräts in der
Ausgestaltung mit Verneblerdüse,
Kompressor und einer im Mundstück
angeordneten Sensoreinrichtung;
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2 einen Querschnitt des
Mundstücks aus 1 im Bereich der erfindungsgemäß angeordneten
Sensoreinrichtung;
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3 eine schematische Darstellung
einer IR-Reflex-Sender/Empfänger-Einrichtung,
die als erfindungsgemäße Sensoreinrichtung
einsetzbar ist;
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4 ein Diagramm eines Ausgangssignals der
erfindungsgemäßen IR-Sender/Empfänger-Einrichtung
gem. 3;
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5 ein Flussdiagramm eines
beispielhaften Steuerungsablaufs eines erfindungsgemäßen Inhalationstherapiegeräts;
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6 ein Flussdiagramm eines
ersten Teilschritts des Steuerungsablaufs gem. 5;
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7 ein Flussdiagramm eines
zweiten Teilschritts des Steuerungsablaufs gem. 5;
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8 ein Flussdiagramm eines
dritten Teilschritts des Steuerungsablaufs gem. 5;
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9 ein Flussdiagramm eines
vierten Teilschritts des Steuerungsablaufs gem. 5;
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10 ein Flussdiagramm eines
fünften Teilschritts
des Steuerungsablaufs gem. 5;
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11 ein Flussdiagramm eines
sechsten Teilschritts des Steuerungsablaufs gem. 5; und
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12 den Aufbau eines zweiten
erfindungsgemäßen Inhalationstherapiegeräts in der Ausgestaltung
mit Membranvernebler und einer im Mundstück angeordneten Sensoreinrichtung.
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Die
Erfindung basiert auf der experimentell abgesicherten Erkenntnis,
dass eine vergleichsweise einfache IR-Sender/Empfänger-Einrichtung, die in einen
mit Aerosol gefüllten
bzw. von einem Aerosol durchströmten
Raum gerichtet ist, ein Empfängerausgangssignal
abgibt, das zur Beurteilung bzw. Messung des Atemverhaltens des
Patienten und damit zur Ermittlung der vom Patienten über das
Aerosol aufgenommenen Medikamentendosis herangezogen werden kann.
Die IR-Sender/Empfänger-Einrichtung
kann überraschenderweise
einfach aufgebaut sein, ohne dass sich dies auf die Nutzbarkeit und
Verlässlichkeit
der Ausgangssignale negativ auswirkt. Dabei ist aber zu beachten,
dass die IR-Sender/Empfänger-Einrichtung nicht
unmittelbar im Bereich der primären
Aerosolproduktion angeordnet ist, sondern erfindungsgemäß in einem
Abschnitt des Inhalationstherapiegeräts platziert wird, in dem ein
beruhigtes Aerosol auftritt, was im Bereich des Mundstücks regelmäßig der
Fall ist.
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Wie
im folgenden noch genauer anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, kann
das Ausgangssignal des Empfängerteils
der IR-Sender/Empfänger-Einrichtung
einerseits zum Ein- und Ausschalten des primären Aerosolerzeugers und andererseits zur
Anzeige des Atmungsverhaltens herangezogen werden.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Inhalationstherapiegeräts in einer Übersichtsdarstellung
gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
umfasst das Inhalationstherapiegerät einen Vernebler 1,
der in seinem Inneren eine Verneblerdüse 40 beherbergt,
die als primärer
Aerosolerzeuger dient. Die Verneblerdüse 40 wird von einem Kompressor 2 über einen
Schlauch 3 mit Druckluft versorgt, wenn der Kompressor
eingeschaltet ist. Die Verneblerdüse saugt dann aus einem Vorratsbehälter 41,
in dem sie angeordnet ist, die zu zerstäubende Flüssigkeit an. Der Kompressor
kann über
einen Kippschalter 4 manuell eingeschaltet werden. An dem
Vernebler ist ein Mundstück 5 angebracht, über das
der Patient das in dem Vernebler von der Verneblerdüse erzeugte
Aerosol einatmet. An dem Mundstück 5 ist
erfindungsgemäß eine IR-Sender/Empfänger-Einrichtung
angeordnet, die einen Senderteil 7 und einen Empfängerteil 8 aufweist.
Der Senderteil 7 emittiert IR-Licht in den Innenraum des
Mundstücks 5 hinein.
Der Empfängerteil 8 empfängt das
reflektierte IR-Licht und gibt ein Ausgangssignal ab, das einer Steuereinheit 9 zugeführt wird.
Die Steuereinheit 9 umfasst Anzeigeeinrichtungen 10, 11 und 12.
Bei den Anzeigeeinrichtungen 10, 11 und 12 handelt
es sich bei dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
um Leuchtdioden (LED). Die Leuchtdiode 10 strahlt rotes Licht
ab, die Leuchtdiode 11 gelbes Licht und die Leuchtdiode 12 grünes Licht.
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Wenn
der Kompressor 2 eingeschaltet wird und über den
Schlauch 3 Druckluft an die Verneblerdüse des Verneblers 1 liefert,
wird das in dem Vernebler 1 bevorratete Medikament zerstäubt. Der
Vernebler 1 füllt
sich mit Aerosol, bis das Aerosol den Bereich des Mundstücks 5 erreicht
und aus dem Mundstück
ausströmt.
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Die
Steuereinheit 9 ist mit dem Kompressor 2 verbunden,
um alternativ oder zusätzlich
zu dem Kippschalter 4 den Kompressor ein- bzw. auszuschalten.
Die Steuereinheit 9 kann in das Gehäuse des Kompressors integriert
sein oder, wie in 1 gezeigt,
in einem separaten Gehäuse
untergebracht sein, das von der Form her an die Form des Kompressorgehäuses angepasst
werden kann, um ein einheitlich handhabbares Gerät zu erhalten.
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In 2 ist ein Querschnitt durch
das Mundstück 5 des
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Inhalationstherapiegeräts gezeigt.
Man erkennt in 2, wie
die IR-Sender/Empfänger-Einrichtung 6 in
der Wand des Mundstücks 5 angeordnet ist,
so dass über
die Oberfläche 13 der
Senderteil 7 IR-Licht in das Innere des Mundstücks abstrahlen und
der Empfängerteil 8 reflektiertes
Licht empfangen kann. Damit ist der Detektionsbereich der Sensoreinrichtung
so ausgerichtet, dass er in einen Bereich beruhigten Aerosols fällt. Bei
dem in 1 gezeigten Vernebler
sind aber auch andere Positionierungen der Sensoreinrichtung möglich, die
ebenfalls das erfindungsgemäße Erfordernis
erfüllen,
so dass der Detektionbereich der Sensoreinrichtung in einen Bereich
beruhigten Aerosols fällt.
Beispielsweise könnte die
Sensoreinrichtung im (in der 1)
oberen Abschnitt der Verneblerkammer angeordnet werden, d.h. vergleichsweise
weit entfernt von dem (in der 1)
unten angeordneten primären
Aerosolerzeuger, sofern die Verneblerkammer ausreichend groß gestaltet
ist, um eine Verlangsamung des Aerosols zuzulassen, bevor das Aerosol
den Detektionsbereich erreicht.
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Eine
IR-Reflex-Sender/Empfänger-Einrichtung
besitzt den Vorteil, dass keine aufwendige Ausrichtung zwischen
Sender und Empfänger
während der
Montage erforderlich ist. Bauteile dieser Art sind vorgefertigt
und definiert aufeinander ausgerichtet erhältlich, so dass ohne weitere
Maßnahmen
eine sehr gute Abstimmung zwischen Senderteil und Empfängerteil
vorliegt.
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In 3 ist ein elektrisches Schaltbild
einer IR-Sender/Empfänger-Einrichtung
gezeigt, die bei einem erfindungsgemäßen Inhalationstherapiegerät eingesetzt
werden kann. Der Senderteil 7 besteht aus einer IR-lichtemittierenden
Diode 14 und der Empfängerteil 8 aus
einer Darlington-Schaltung 15. Der Senderteil 7 sendet über die
lichtdurchlässige Oberfläche 13 Infrarotlicht
aus, das der Empfängerteil 8 durch
die lichtdurchlässige
Oberfläche 13 als Reflexionslicht
zumindest teilweise empfängt.
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In 4 ist das Ausgangssignal
des Empfängerteils 8 dargestellt,
das sich während
eines Atemzyklus des Patienten ergibt. Man erkennt wie im Abschnitt
I das Sensorsignal bei einem Grundwert C liegt, der sich einstellt
und messbar ist, wenn in dem Mundstück 5 kein Aerosol
vorhanden ist. Der Grundwert C wird primär hervorgerufen durch das Umgebungslicht,
das in das Mundstück
eindringt und auf den Empfängerteil 8 fällt, und
durch die von der Innenwand des Mundstücks reflektierten Anteile des von
dem Senderteil 7 abgestrahlten IR-Lichts, das auf den Empfängerteil 8 fällt.
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Bei
eingeschaltetem Aerosolerzeuger erreicht das Aerosol zum Zeitpunkt
t1 den Messbereich der IR-Sender/Empfänger-Einrichtung 6 im Mundstück 5 des
erfindungsgemäßen Inhalationstherapiegeräts. Durch
das Aerosol wird nun ein sehr großer Anteil des vom Senderteil 7 abgestrahlten
IR-Lichts auf den
Empfängerteil 8 reflektiert,
so dass das Ausgangssignal des Empfängerteils 8 schnell
ansteigt und einen Maximalwert D erreicht. Wenn der Aerosolerzeuger
eingeschaltet bleibt und der Patient das Aerosol nicht abatmet,
bleibt das Ausgangssignal des Empfängerteils 8 im wesentlichen
bei diesem Maximalwert D. In deisem Fall kann die Steuerabfolge
so gestaltet sein, dass der primäre
Aerosolerzeuger abgeschaltet wird, um eine unnötige Aerosolproduktion zu vermeiden.
Automatisch eingeschaltet wird der primäre Aerosolerzeuger, wenn das
Aerosol aus dem Detektionsbereich veschwindet oder der Patient beginnt,
das Aerosol abzuatmen. In 4 ist jedoch
der Fall gezeigt, bei dem der Patient unmittelbar nach Erreichen
des Maximalwerts D zum Zeitpunkt t2 durch das Mundstück 5 das
im Vernebler 1 erzeugte Aerosol einatmet. Die Einatemphase
ist in 4 mit II gekennzeichnet
und dauert bis zum Zeitpunkt t3. Das Einatmen führt zu einem schnellen Abfall
des Ausgangssignals des Empfängerteils 8 bis auf
einen Betriebswert, der sich bei kontinuierlicher Aerosolproduktion
und therapeutisch wirksamem Atemmuster reproduzierbar einstellt.
Der Einatemvorgang dauert bis zum Zeitpunkt t3, bei dem der Patient
vom Einatmen zum Ausatmen übergeht.
Da der Patient in das Mundstück
des Inhalationstherapiegeräts
hinein ausatmet, wird das Aerosol aus dem Messbereich der IR-Sender/Empfänger-Einrichtung 6 ausgeräumt, so
dass das Ausgangssignal des Empfängerteils 8 sehr
rasch abfällt
und einen sehr niedrigen Wert im Bereich des Grundwerts C einnimmt.
Die Ausatemphase ist in 4 mit
III gekennzeichnet. Zum Zeitpunkt t4 wechselt der Patient vom Ausatmen
zum Einatmen, was sehr schnell dazu führt, dass eine ausreichend
große
Aerosolmenge den Messbereich der IR-Sender/Empfänger-Einrichtung 6 erreicht
und das von dem Senderteil 7 emittierte IR-Licht zum Empfängerteil 8 reflektiert.
Das Ausgangssignal des Empfängerteils 8 steigt
daraufhin unmittelbar nach dem Zeitpunkt t4 rasch an, bis das Einatmen
des Patienten zum Zeitpunkt t5 wieder zu einem Abfall des Ausgangssignals
des Senderteils 8 führt
und der Betriebswert erreicht wird. Zum Zeitpunkt t6 wechselt der
Patient erneut vom Einatmen zum Ausatmen und der zuvor beschriebene
Atemzyklus, der sich auf das Ausgangssignal des Empfängerteils 8 unmittelbar
auswirkt, wiederholt sich, in den Abschnitten II' und III'.
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Ein
therapeutisch wirksamer Atmungsvorgang liegt dann vor, wenn das
Ausgangssignal des Empfängerteils 8 möglichst
lange im Bereich zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert
liegt, die beide vorzugsweise in Abhängigkeit vom Maximalwert D
gerätebezogen
festlegbar sind. In 4 ist
der therapeutisch günstigste
Bereich durch den oberen Grenzwert D – h2 und den unteren Grenzwert
D – h1
begrenzt. Wie weiter unten noch im einzelnen beschrieben ist, wird
dem Patienten über
die grüne
Leuchtdiode 12 angezeigt, wenn das Ausgangssignal des Empfängerteils 8 im
Bereich zwischen D – h1
und D – h2
liegt. Sollte das Ausgangssignal des Empfängerteils 8 unter
die untere Grenze D – h1
sinken, wird dies über
die rote Leuchtdiode 10 angezeigt, während ein Ausgangssignal des
Empfängerteils 8 oberhalb
der oberen Grenze D – h2 über die
gelbe Leuchtdiode 11 angezeigt wird.
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Zu
Steuerungszwecken können
weitere Grenzwerte festgelegt werden, beispielsweise ein Grenzwert
D – d über den
festgestellt wird, ob der Patient mit dem Einatmen begonnen hat.
Ein weiterer Grenzwert C + c dient dazu festzustellen, ob eine Aerosolproduktion
stattfindet. Ein weiterer Grenzwert, der vom Grundwert C aus festgelegt
werden kann, bestimmt, ob der Patient, wie zu dem Zeitpunkt t3 und
t6 in 4 von der Einatemphase
zur Ausatemphase gewechselt hat. Schließlich bestimmt ein Grenzwert
D – h4,
ob ein Wechsel von der Ausatemphase zur Einatemphase stattgefunden
hat. Die Nutzung dieser Grenzwerte wird im folgenden anhand eines
exemplarischen Steuerungsablaufs beschrieben.
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In 5 ist ein Beispiel einer
erfindungsgemäßen Steuerungsschrittfolge
in einer Übersichtsdarstellung
gezeigt. Nach dem Einschalten des Inhalationstherapiegeräts wird
in einem ersten Schritt 100 ein Grundwert C ermittelt.
In einem zweiten Schritt 200 wird ein Maximalwert D ermittelt.
In einer Schleife werden dann die Schritte 300, 400 und 500 durchlaufen.
Im Schritt 300 wird ein Anfangswert ermittelt, im Schritt 400 die
Einatemphase ausgewertet und dem Patienten Hinweise über sein
Atemverhalten gegeben. In Schritt 500 wird die Ausatemphase
des Patienten ausgewertet. Diese fünf Schritte werden im folgenden
genauer erläutert.
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Wie
sich aus 6 ergibt, umfasst
der Schritt 100 gemäß 5 mehrere Einzelschritte,
mit denen der Grundwert C ermittelt wird. Der Grundwert C stellt
einen Wert dar, der einem Empfängerausgangssignal
zu Beginn der Inhalationstherapiesitzung entspricht, ohne dass ein
Aerosol von dem primären
Aerosolerzeuger des Inhalationstherapiegeräts erzeugt wird. Im einzelnen
ergibt sich folgender prinzipieller Ablauf zur Ermittlung des Grundwertes C.
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In
einem ersten Schritt 101 wird die rote LED 10 des
Inhalationstherpiegeräts
eingeschaltet. Dies signalisiert dem Patienten, dass das Inhalationstherapiegerät eingeschaltet
ist und eine Initialisierung durchgeführt wird. Der Patient kann
darauf hingewiesen worden sein, dass, solange die rote LED 10 eingeschaltet
ist, der primäre
Aerosolerzeuger nicht eingeschaltet werden darf, was für ein Inhalationstherapiegerät mit Verneblerdüse bedeutet,
dass der Kompressor 2 ausgeschaltet bleiben muss. Sofern
der primäre
Aerosolerzeuger von der Steuereinheit 9 direkt ansteuerbar
ist, kann in einem Schritt 102 gem. 6 vorgesehen sein, dass der primäre Aerosolerzeuger,
also auch z.B. der Kompressor 2 eines Therapiegeräts nach
dem Einschalten des Geräts
ausgeschaltet bleibt.
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Im
Schritt 103 schaltet die Steuereinheit 9 den Senderteil 7 der
IR-Sender/Empfänger-Einrichtung 6 aus,
damit im folgenden Schritt 104 ein Messwert A am Ausgang
des Empfängerteils 8 der IR-Sender/Empfänger-Einrichtung 6 gemessen
werden kann, der dem Umgebungslicht entspricht. In dem darauf folgenden
Schritt 105 schaltet die Steuereinheit 9 den Senderteil 7 der
IR-Sender/Empfänger-Einrichtung 6 ein,
um in einem darauf folgenden Schritt 106 am Ausgang des
Empfängerteils 8 der IR-Sender/Empfänger-Einrichtung 6 einen
Messwert B zu messen. Der Messwert B wird durch das vom Senderteil 7 abgegebene
Licht hervorgerufen, dass von den Oberflächen des Inhalationstherapiegeräts insbesondere
des Mundstücks 5 reflektiert
wird. Im Schritt 107 wird der Grundwert C ermittelt, beispielsweise
durch folgende Gleichung C = B – A
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Danach
ist die Ermittlung des Grundwertes C abgeschlossen.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann auf den Schritt 107 folgend
in einem Schritt 108 eine Überprüfung der Werte A, B oder C
stattfinden, um festzustellen, ob es sich um plausible Werte handelt. Dies
erfolgt beispielsweise durch Vergleich mit Werten, die für das Inhalationstherapiegerät als typische Werte
in einem Datenspeicher der Steuereinheit 9 abgespeichert
sind. Im Schritt 109 wird überprüft, ob bei dem Vergleich ein
Ergebnis erzielt wurde, das auf einen Fehler hindeutet. Falls ein
Fehler auftritt, wird zu einer Fehlerbehandlungsroutine E verzweigt.
Falls die Überprüfung der
Werte im Schritt 108 auf keinen Fehler hindeutet, wird
die Ermittlung des Grundwertes C abgeschlossen.
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Wie
in 5 gezeigt, wird anschließend in Schritt 200 ein
Maximalwert D ermittelt. Dieser Wert wird erzielt, wenn der primäre Aerosolgenerator
des Inhalationstherapiegeräts
ein Aerosol über
einen gewissen Zeitraum erzeugt, ohne dass der Patient das Aerosol
abatmet. Im einzelnen laufen dabei folgende Schritte ab, die in 7 dargestellt sind.
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Im
Schritt 201 wird der primäre Aerosolerzeuger eingeschaltet,
z.B. indem der Kompressor 2 eines Inhalationstherapiegeräts mit Verneblerdüse eingeschaltet
wird. Das Einschalten kann automatisch geschehen, wenn die Steuereinheit 9 den
Aerosolerzeuger ansteuern kann, d.h. wenn die Steuereinheit 9 mit
dem Kompressor 2, wie in 1 gezeigt,
verbunden ist. Andernfalls muss dem Patienten ein Signal gegeben
werden, das ihn veranlasst, den primären Aerosolerzeuger einzuschalten.
Ein Beispiel eines solchen Signals ist ein blinkender Betrieb der
gelben LED 11. Im Schritt 202 wird dann ein erster
Zeitgeber T1 auf Null gesetzt und gestartet. Danach wird in Schritt 203 überprüft, ob der
erste Zeitgeber T1 einen Wert von z.B. 15 s überschritten hat. Da dies zunächst nicht
der Fall ist, wird der Steuerungsablauf von der Steuerungseinheit
fortgesetzt mit Schritt 204 und der Maximalwert D gemessen.
Im Schritt 205 wird der im Schritt 204 gemessene
Maximalwert D überprüft, z.B.
durch Vergleich mit Maximalwerten, die für das Inhalationstherapiegerät typisch
sind und die in einem Datenspeicher der Steuereinheit 9 abgelegt
sind. Wird bei dem Vergleich ein Fehler festgestellt, d.h. wird
festgestellt, dass der gemessene Maximalwert D zu klein oder zu
groß ist, verzweigt
der Ablauf zurück
zu der Stelle unmittelbar nach Schritt 202, so dass im
Schritt 203 erneut überprüft wird,
ob der erste Zeitgeber T1 bereits eine vorgegebene Zeitspanne (z.B.
15 s) läuft.
Ist dies der Fall, verzweigt der Steuerungsablauf zur Fehlerroutine
E, da über
einen zu langen Zeitraum der gemessene Maximalwert D keinem für das Inhalationstherapiegerät typischen
Wert entspricht. Sofern im Schritt 206 festgestellt wird,
dass die Überprüfung des
Maximalwerts D positiv verlaufen und kein Fehler aufgetreten ist,
wird die Ermittlung des Maximalwerts D abgeschlossen.
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Im
folgenden tritt der Steuerungsablauf in eine Schleife ein, die aus
den Schritten 300, 400 und 500 besteht,
wie sich aus 5 ergibt.
In diesen drei Schritten wird zunächst ein Anfangswert überwacht (Schritt 300),
der den Beginn der Einatemphase kennzeichnet, dann die Einatemphase
des Patienten detektiert (Schritt 400) und schließlich die
Ausatemphase des Patienten erfasst (Schritt 500). Danach kehrt
der Steuerungsablauf zurück
zur Ermittlung des Anfangswertes (Schritt 300).
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Wie
sich aus 8 ergibt, umfasst
die Ermittlung des Anfangswertes die folgenden Schritte.
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Im
Schritt 301 wird ein zweiter Zeitgeber T2 auf Null gesetzt
und gestartet. Danach wird der Steuerungsablauf fortgesetzt mit
Schritt 302, in dem überprüft wird,
ob der zweite Zeitgeber T2 bereits länger als eine vorgegebene Zeitspanne
(z.B. 30 s) läuft. Dies
ist zunächst
nicht der Fall, so dass der Steuerungsablauf fortgesetzt wird mit
Schritt 303, in dem ein Anfangswert G gemessen wird. In
Schritt 304 wird überprüft, ob der
gemessene Wert G einen ersten Grenzwert unterschritten hat, der
in Abhängigkeit
von dem in Schritt 200 ermittelten Maximalwert D bestimmt
wird, beispielsweise indem ein erster Offset d vom Maximalwert D
subtrahiert wird.
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Wird
in Schritt 304 festgestellt, dass der gemessene Wert G
größer ist
als der erste Grenzwert D-d, verzweigt der Steuerungsablauf zurück unmittelbar
hinter den Schritt 301, so dass der Steuerungsablauf fortgesetzt
wird durch den Schritt 302, in dem der zweite Zeitgeber
T2 überprüft wird.
Wenn der zweite Zeitgeber T2 schon länger als die vorgegebene Zeitspanne
läuft,
wird in Schritt 302 zur Fehlerroutine E verzweigt, da angenommen
werden muss, dass der Patient nicht mit der Therapiesitzung begonnen
hat, also das am Mundstück
dargebotene Aerosol nicht einatmet.
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Wenn
in Schritt 304 vor Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne festgestellt
wird, dass der gemessene Wert G unter den ersten Grenzwert D – d sinkt, wird
der Steuerungsablauf fortgesetzt mit Schritt 305, in dem überprüft wird,
ob der gemessene Wert G unter einem zweiten Grenzwert liegt, der
aus dem Grundwert C und einem zweiten Offset c bestimmt wird, beispielsweise
in dem der zweite Offset c zu dem Grundwert C addiert wird.
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Sofern
der gemessene Wert nicht unter dem zweiten Grenzwert C + c liegt,
wird die Ermittlung des Anfangswertes abgeschlossen, und der Steuerungsablauf
mit dem Schritt 400 gemäß 5 fortgesetzt, da davon
ausgegangen werden kann, dass der Patient mit der Therapiesitzung
begonnen hat.
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Wenn
aber der Anfangswert G, der in Schritt 303 gemäß 8 gemessen wurde, unter
dem zweiten Grenzwert C + c liegt, muss festgestellt werden, ob
ein Fehler vorliegt oder der Patient nur die Therapiesitzung dadurch
beginnt, dass er in das Mundstück
hinein ausatmet. Dazu wird vom Schritt 305 zum Schritt 306 verzweigt,
in dem ein dritter Zeitgeber T3 auf Null gesetzt und gestartet wird.
Danach wird der Steuerungsablauf fortgesetzt mit Schritt 307, in
dem überprüft wird,
ob der dritte Zeitgeber T3 bereits länger als eine vorgegebene Zeitspanne
(z.B. 10 s) läuft.
Dies ist zunächst
nicht der Fall, so dass der Steuerungsablauf fortgesetzt wird mit
Schritt 308, in dem der Anfangswert G erneut gemessen wird.
Danach wird im Schritt 309 überprüft, ob der nun gemessene Wert
G unter dem zweiten Grenzwert C + c liegt. Ist dies der Fall, kehrt
der Steuerungsablauf zurück
zu einer Stelle unmittelbar hinter dem Schritt 303, so
dass im Schritt 307 erneut überprüft wird, ob der dritte Zeitgeber
T3 bereits mehr als z.B. 10 s läuft. Wenn
dies festgestellt wird, verzweigt der Steuerungsablauf zur Fehlerroutine
E. Wenn aber in Schritt 309 festgestellt wird, dass der
gemessene Wert G über
dem zweiten Grenzwert C + c liegt, wird zu einem Punkt zurückverzweigt,
der unmittelbar hinter dem Schritt 302 liegt, so dass der
Steuerungsablauf fortgesetzt wird mit Schritt 303. Nach
erneuter Messung des Anfangswerts G in Schritt 303 und Überprüfung des
Wertes in den Schritten 304 und 305 kann der Steuerungsablauf
dann mit der Ermittlung des Anfangswerts abgeschlossen werden. Damit
wurde festgestellt, dass der Patient die Therapiesitzung begonnen
hat und das Aerosol einatmet.
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Danach
wird der Steuerungsablauf fortgesetzt mit der Überwachung der Einatemphase
gemäß Schritt 400 aus 5. In 9 sind die einzelnen Schritte der Einatemphase
dargestellt.
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Zunächst wird
im Schritt 401 ein vierter Zeitgeber T4 auf Null gesetzt
und gestartet. Danach wird der Steuerungsablauf fortgesetzt im Schritt 402,
in dem überprüft wird,
ob der vierte Zeitgeber T4 länger als
eine vorgegebene Zeitspanne (z.B. 30 s) läuft. Dies ist zunächst nicht
der Fall, so dass der Steuerungsablauf fortgesetzt wird mit Schritt 403,
in dem ein Betriebswert H gemessen wird.
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Im
Schritt 404 wird überprüft, ob der
gemessene Betriebswert H zwischen einem dritten und einem vierten
Grenzwert liegt, der aus dem Maximalwert D, einem dritten Offset
h1 und einem vierten Offset h2 bestimmt wird. Wenn in Schritt 404 festgestellt wird,
dass der gemessene Wert H über
dem dritten Grenzwert D – h1
und unter dem vierten Grenzwert D – h2 liegt, verzweigt der Steuerungsablauf
zum Schritt 405, in dem die grüne LED 12 eingeschaltet wird.
Dies signalisiert dem Patienten, dass er im optimalen Bereich einatmet.
Im Schritt 406 wird überprüft, ob der
gemessene Wert H über
dem vierten Grenzwert D – h2
liegt. Ist dies der Fall, wird zum Schritt 407 verzweigt,
indem die gelbe LED 11 eingeschaltet wird. Dadurch wird
dem Patienten angezeigt, dass er zu flach einatmet. Im Schritt 408 wird überprüft, ob der
gemessene Wert H kleiner ist als der dritte Grenzwert D – h1. Ist
dies der Fall, verzweigt der Steuerungsablauf zum Schritt 409,
in dem die rote LED 10 eingeschaltet wird, mit der den
Patienten angezeigt wird, dass er zu schnell einatmet. Den Schritten 405, 407 und 409 ist
gemeinsam, dass die jeweils anderen LED ausgeschaltet werden.
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Der
Steuerungsablauf wird fortgesetzt mit Schritt 410, in dem überprüft wird,
ob der gemessene Wert H über
einem fünften
Grenzwert liegt, der sich aus dem Grundwert C und einem fünften Offset
h3 ergibt. Der fünfte
Grenzwert C + h3 ist so bestimmt, dass festgestellt werden kann,
dass der Patient von der Einatemphase in die Ausatemphase übergewechselt
hat. Bei diesem Übergang
geht der Messwert regelmäßig erheblich
und schnell zurück,
so dass ein Unterschreiten des fünften
Grenzwertes C + h3 durch den gemessenen Betriebswert H zum Abschluss
der Einatemphase führt.
Sofern aber in Schritt 410 festgestellt wird, dass der
gemessene Wert H über
dem fünften
Grenzwert C + h3 liegt, verzweigt der Steuerungsablauf zu einer
Stelle unmittelbar hinter Schritt 401, so dass in Schritt 402 erneut überprüft wird,
ob der vierte Zeitgeber T4 länger
als z.B. 30 s läuft.
Da eine Einatemphase von mehr als z.B. 30 s unrealistisch ist, verzweigt
der Steuerungsablauf in Schritt 402 zur Fehlerroutine E,
wenn der vierte Zeitgeber T4 die vorgegebene Zeitspanne überschritten
hat.
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Sofern
kein Fehler in der Einatemphase aufgetreten ist, geht der Steuerungsablauf
von Schritt 400 gemäß 5 zum Schritt 500 über. Der
Schritt 500 betrifft die Ausatemphase, die in 10 im einzelnen wiedergegeben
ist.
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Im
Schritt 501 wird ein fünfter
Zeitgeber T5 auf Null gesetzt und gestartet. Im Schritt 502 wird überprüft, ob der
fünfte
Zeitgeber T5 länger
als eine vorgegebene Zeitspanne (z.B. 10 s) läuft. Dies ist zunächst nicht
der Fall, so dass im Schritt 503 ein Betriebswert H gemessen
wird. Im Schritt 504 wird überprüft, ob der gemessene Wert H
unter einem sechsten Grenzwert liegt, der aus dem Maximalwert D
und einem sechsten Offset h4 bestimmt wird. Liegt der Messwert H
unter dem sechsten Grenzwert D – h4, verzweigt
der Steuerungsablauf zurück
unmittelbar hinter den Schritt 501, so dass in Schritt 502 erneut überprüft wird,
ob der fünfte
Zeitgeber T5 schon länger
als z.B. 10 s läuft.
Ist dies der Fall, verzweigt der Steuerungsablauf zur Fehlerroutine
E, da eine derart lange Ausatemphase unrealistisch ist und eine
Fehlersituation angenommen werden muss.
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Ansonsten
erreicht der Messwert H innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne des
Zeitgebers T5 wieder einen Wert, der über dem sechsten Grenzwert
D – h4
liegt, wobei der Patient wieder vom Ausatmen zum Einatmen wechselt.
Durch den Wechsel zum Einatmen wird sehr schnell eine große Aerosolmenge
zum Messbereich der IR-Sender/Empfänger-Einrichtung geführt, die
zu einem Anstieg des Messwertes H führt. Aus diesem Grund wird
im Schritt 504 dann festgestellt, dass der Messwert H über dem
sechsten Grenzwert D – h4
liegt, woraufhin die Ausatemphase abgeschlossen wird.
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Wie
aus 5 ersichtlich, schließt sich
an die Ausatemphase die Anfangswertermittlung gemäß Schritt 300 an,
wodurch der Anfang eines neuen Atemzyklus beginnend mit dem Einatmen,
festgestellt wird. Die Schleife aus den Schritten 300, 400 und 500 wird
solange durchlaufen, bis der Steuerungsablauf in einem der Schritte 302, 307, 402 oder 502 zur
Fehlerroutine E verzweigt, oder der Patient die Therapiesitzung
beendet und das Gerät
abschaltet.
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In
der Fehlerroutine E, die in 11 gezeigt ist,
werden in einem ersten Schritt 601 die rote, die gelbe
und die grüne
LED 10, 11 und 12 blinkend eingeschaltet.
Dadurch wird dem Patienten signalisiert, dass eine Fehlersituation
vorliegt und er die Therapiesitzung abbrechen muss. Der Patient
ist darauf hingewiesen worden, dass in diesem Fall der primäre Aerosolerzeuger
abgeschaltet werden sollte, z.B. indem der Kompressor 2 eines
Inhalationstherapiegeräts
mit Verneblerdüse
abgeschaltet wird. In einer automatisierten Variante des Inhalationstherapiegeräts kann
die Steuereinheit 9 den primären Aerosolerzeuger ausschalten,
indem beispielsweise der Kompressor 2 des Inhalationstherapiegeräts mit Verneblerdüse abgeschaltet
wird, wie in Schritt 602 der Fehlerroutine gemäß 11 angegeben ist.
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Zu
dem geschilderten Steuerungsablauf in einem erfindungsgemäßen Inhalationstherapiegerät ist anzumerken,
dass es sich bei dem in den 5 bis 11 gezeigten Abläufen um
Beispiele handelt, die modifiziert werden können. So können unterschiedliche oder
von den erwähnten
Werten abweichende Zeitspannen für
die Zeitgeber T1 bis T5 vorgesehen werden, die in den Schritten 203, 302, 307, 402 und 502 abgefragt
werden. Für
jeden dieser Schritte kann eine eigene Fehlerroutine E1 bis E5 vorgesehen
sein oder es können einige
dieser Schritte gemeinsam zu einer Fehlerroutine E' und andere zu einer
anderen Fehlerroutine E'' verzweigen. Auch
die Ermittlung der sechs Grenzwerte kann auf andere Weise erfolgen, beispielsweise
auch indem der vierte Grenzwert D – h1 und der fünfte Grenzwert
C + h3 gleichgesetzt werden. Die Grenzwerte können auch in Abhängigkeit
vom Bezugswert bestimmt werden, z.B. D – 0,1 D oder c + 0,05 C.
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In 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Inhalationstherapiegeräts mit Sensoreinrichtung
gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
handelt es sich um ein Inhalationstherapiegerät mit einem Membranvernebler.
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Wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
besitzt das Inhalationstherapiegerät eine Verneblerkammer 1,
die mit einem Mundstück 5 verbunden
ist, um den Patienten das Einatmen eines in die Verneblerkammer 1 hinein
erzeugten Aerosols zu ermöglichen.
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Das
Aerosol wird erzeugt von einem primären Aerosolerzeuger, der bei
diesem Ausführungsbeispiel
ein Membranvernebler 52 ist. Der Membranvernebler 52 weist
eine Membran 53 auf, die an einem Piezoelement 54 in
Ringform angebracht ist. Durch die Öffnung des Piezoelementringes 54 steht die
zu vernebelnde Flüssigkeit 55 an
der Membran 53 an und wird durch die Öffnungen der Membran 53 hindurch
vernebelt, wenn das Piezoelement 54 die Membran 53 in
Schwingungen versetzt. Dazu wird das Piezoelement 54 angesteuert
mit Hilfe einer Erregereinrichtung 56.
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Wie
beim ersten Ausführungsbeispiel
ist erfindungsgemäß im Mundstück 5 eine
Sensoreinrichtung 6 angeordnet, die aus einem Senderteil 7 und
einem Empfängerteil 8 besteht.
Die IR-Sender/Empfänger-Einrichtung 6 steht
mit einer Steuereinheit 9 in Verbindung, die den Senderteil 7 ansteuert
und das Ausgangssignal des Empfängerteils 8 empfängt und auswertet.
Auf der Basis des Ausgangssignals des Empfängerteils 8 steuert
die Steuereinheit 9 die Erregereinrichtung 56 an,
so dass in Abhängigkeit
von dem Ausgangssignal des Empfängerteils 8 die
Aerosolproduktion gestartet bzw. gestoppt wird.
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Aufgrund
der Eigenschaften des Membranverneblers 52 besitzen die
Aerosolpartikel und -tröpfchen
unmittelbar nach ihrer Erzeugung eine geringere Anfangsgeschwindigkeit
und eine geringere Tröpfchengröße als dies
mit anderen Verneblern, beispielsweise einer mit Druckluft betriebenen
Verneblerdüse
gemäß 1 erzielt wird. Aus diesem
Grund ist der Bereich, in dem ein primär erzeugtes Aerosol vorliegt,
vergleichsweise klein, so dass auch die Verneblerkammer sehr rasch
in das Mundstück 5 übergeht.
Im Bereich des Mundstücks 5 und
damit im Detektionsbereich der IR-Sender/Empfänger-Einrichtung 6 liegt
ein beruhigtes Aerosol vor, so dass das Ausgangssignal des Empfängerteils 8 der
IR-Sender/Empfänger-Einrichtung 6 erfindungsgemäß ausgewertet
werden kann.
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Auch
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 12 umfasst die Steuereinheit 9 Anzeigeelemente 10, 11 und 12.
Bezüglich
der Aufgabe und Funktion dieser Anzeigeelemente wird auf die Beschreibung
des ersten Ausführungsbeispiels
verwiesen. Ebenso kann die oben geschilderte Abfolge von Steuerungsschritten
grundsätzlich
auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
eingesetzt werden.