EP0258637B1 - Ultraschall-Taschenzerstäubergerät - Google Patents

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EP0258637B1
EP0258637B1 EP87111004A EP87111004A EP0258637B1 EP 0258637 B1 EP0258637 B1 EP 0258637B1 EP 87111004 A EP87111004 A EP 87111004A EP 87111004 A EP87111004 A EP 87111004A EP 0258637 B1 EP0258637 B1 EP 0258637B1
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cartridge
housing portion
vibration system
ultrasonic
electronic circuit
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Martin Dipl.-Ing.(FH) Rüttel
Klaus Van Der Linden
Jürgen Friedrich
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0623—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers coupled with a vibrating horn

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  • Special Spraying Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Taschenzerstäubergerät, insbesindere zum Zerstäuben von Arzneimitteln für Inhalationszwecke, mit einem herausnehmbaren und wiederaufladbaren Akkusatz, mit einem piezoelektrischen Schwingsystem, mit einer Elektronikschaltung, mit einer Stromzuführung zum piezoelektrischen Schwingsystem, mit einem Vorratsbehälter, mit Dosiermöglichkeit und einer Zuführung für die zu zerstäubende Flüssigkeit zum Schwingsystem und mit einem Gehäuse.
  • Bei Erkrankungen des Lungen- und Bronchialraums ist es vielfach wünschenswert, die Arzneimittel bzw. deren Wirkstoffe zu inhalieren. Am Markt sind Sprüh- und Spritzpistolen und mechanische Handverneblergeräte, mit welchen es möglich ist, das Medikament als Aerosol zu zerstäuben. Diese Geräte erzeugen keine besonders feine Verteilung des Aerosols und keine homogenen Gemische von Aerosol und Luft. Mechanische Handvernebler erfordern zudem einen hohen Kraftaufwand für die Betätigung des Pumpballes.
  • Bekannte Aerosolsprühdosen haben den Nachteil, bei der Applikation einen Kältereiz zu erzeugen. Auch sind die Nebenwirkungen der Treibgase schädlich. Schließlich führt die sehr hohe Geschwindigkeit des Aerosols zu Schwierigkeiten bei der Koordination zwischen der Betätigung der Sprühdose und dem Inhalieren durch den Patienten. Dies gilt vor allem beim Einsatz zur Behandlung der Atemwege und der Lunge. Ganz allgemein führen die hohen Geschwindigkeiten der Arzneimittelpartikel, wie sie allen Geräten, die mit Treibgasen arbeiten, eigen sind, dazu, daß ein gewisser Anteil des Aerosols nicht in die Lunge gelangt, sondern beispielsweise in der Speiseröhre oder vorher schon an den Wänden der Mundhöhle hängen bleibt.
  • Für die Zerstäubung von Flüssigkeiten sind auch Ultraschall-Zerstäubergeräte geeignet. So ist aus der DE-PS 2 032 433 ein Gerät mit einem piezoelektrischen Schwingsystem bekannt, mit dem sich hinreichend große Schwingungsamplituden erreichen erreichen lassen. Mit solchen Zerstäubergeräten ist eine Erzeugung von sehr feinen Tröpfchen mit relativ homogener Verteiler der Tröpfchengröße möglich. Ein Ultraschall-Zerstäubergerät, in der Ausführung als Handgerät, mit einem solchen piezoelektrischen Schwingsystem mit einer Anregungselektronik, ist aus der DE-PS 2 239 950 bekannt. Aber auch hier wird das Aerosol durch einen künstlich erzeugten Luftstrom beschleunigt. Darüber hinaus ist mit diesem Gerät nur eine mäßige Verteilung des Aerosols im Luftstrom und keine Dosierung desselben möglich.
  • Durch die DE-AS 2 537 765 ist ein medizinisches Inhalationsgerät zur Behandlung von Krankheiten der Atemwege bekannt. Bei diesem Gerät ist eine Niederspannungsanregungselektronik und ein piezoelektrisches Schwingsystem in einem flüssigkeitsdichten Schutzgehäuse angeordnet. Dabei ist der Schallüberträger mittels eines Halterings im Bereich einer Schwingungsknotenlinie am Schallüberträger befestigt. Dieses Gerät wird über einen lageabhängigen Schalter eingeschaltet und läßt sich daher nur in dieser Lage betreiben. Beim Betrieb dieses Inhalationsgerätes fallen die schwereren Aerosolpartikel schwerkraftbedingt nach unten aus dem Aerosol heraus und in das Innere des Gehäuses, wo sie aufgefangen und wieder zurückgeführt werden. Das Gehäuse ist hierzu zugleich als Flüssigkeitsbehälter ausgebildet. Es ist eine Eigenart dieses Inhalationsgeräts, daß auch von dem in der Schwebe verbleibenden Aerosolpartikeln nur ein kleiner Prozentsatz in die Bronchien und in die Lunge gelangt. Eine sterile Aufbewahrung des Medikaments ist hier nicht möglich.
  • Schließlich ist durch die französische Patentschrift 2 444 504 ein für die medizinische Anwendung geeignetes Ultraschallzerstäubungsgerät bekannt, bei dem mittels einer Drucktaste aus einem geschlossenen eindrückbaren Medikamentenbehälter eine keine Flüssigkeitsmenge über ein Ablenkblech auf ein Zerstäuberelement aufgespritzt wird. Bei diesem Gerät wird mit dem Betätigen der Drucktaste zugleich auch die Anregungselektronik eingeschaltet. Das Gerät enthält einen auswechselbaren Batteriesatz für die Versorgung der Anregungselektronik. Es ist eine Eigenart dieses Gerätes, daß auch hier nur ein geringer Prozentsatz des Aerosols in die Lunge gelangt. Auch wird die innere Verdrahtung des Geräts mit der Zeit von Medikamenten verunreinigt. Eine Desinfizierung aller mit dem Medikament in Berührung kommenden Oberflächen ist bei diesem Gerät nicht möglich.
  • Für die Behandlung der Atemwege genügen alle diese zur Zeit bekannten Ultraschallgeräte aber noch nicht. Insbesondere hinsichtlich des Tröpfchengrößenspektrums sowie der genauen Arzneimitteldosierung, aber auch hinsichtlich Einsatzbereitschaft und Handhabung sind Verbesserungen wünschenswert.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgab', zugrunde, ein in der Tasche tragbares Ultrascnallzerstäubungsgerät zu schaffen, welches eine überwiegend schwebfähiges und lungengängiges Aeroso! erzeugt und daher auch für die Applikation vor: Arzneimitteln im Trachiobronchialraum und in der Lunge geeignet ist. Die Applikation sollte ohne Treibgas erfolgen und es sollte kein Kältereiz auftreten. Für den medizinischen Einsatz sollten darüber hinaus die Einsatzbereitschaft des Ultraschall-Taschenzerstäubungsgerätes leicht überprüfbar und gegebenenfalls schnell wiederherstellbar sein. Auch sollten alle mit dem Medikament in Berührung kommenden inneren Oberflächen einer Reinigung bzw. Desinfektion zugänglich sein.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen 1 bis 10 zu entnehmen.
  • Dadurch, daß das Gehäuse in ein Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil aufgeteilt ist und das piezoelektrsiche Schwingsystem zusammen mit dem aufladbaren Akkusatz und der Elektronikschaltung im Gehäuseunterteil flüssigkeitsdicht eingebaut sind, wobei das piezoelektrische Schwingsystem mit einem Zerstäuberteller aus dem Gehäuseunterteil hervorschaut, ist sichergestellt, daß kein Medikament in das die Elektronik enthaltende Unterteil gelangen kann und daß umgekehrt von hier auch keine Verunreinigungen der mit dem Medikament in Berührung kommenden Oberflächen des Gehäuseoberteils möglich ist. Weil das Gehäuseoberteil eine mit der zu zerstäubenden Flüssigkeit gefüllte und bewegbar gelagerte Kartusche sowie einen von der Kartusche bewegbaren Magneten enthält, der ein Schalter im Gehäuseunterteil betätigt, wird es möglich, die Elektronik im Gehäuseunterteil ein- und auszuschalten ohne daß dabei eine Brücke entsteht, durch die Keime oder Medikamente vom Gehäuseoberteil in das Gehäuseunterteil und umgekehrt gelangen können. Infolge der Auslegung der Elektronikschaltung auf eine Betriebsfrequenz von 1 bis 5 MHz wird sichergestellt, daß das Maximum der Tröpfchengröße, die dabei erzeugt wird, im Bereich kleiner als 20 µm liegt. Diesem Gedanken liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Aerosoltröpfchen, die größer als 20 µm sind, in überwiegendem Maße von den Wänden des Rachens und Mundes aufgefangen werden und nur eben solch kleinere Tröpfchen mit einem guten Wirkungsgrad durch die Atmungswege bis in den Bronchialraum und die Lunge gelangen. Der Erfindung liegt die weitere Erkenntnis zugrunde, daß die Betriebsfrequenz in ganz wesentlichem Maße für die durchschnittliche Tröpfchengröße verantwortlich ist, weil beim Abschleudem von Flüssigkeit die nachfolgende Rückziehphase zu einer rückwärtigen Einschnürung und Tröpfchenbildung führt und diese umso früher nach dem Beginn des Abschleudervorgangs einsetzt je höher die Frequenz ist.
  • Dieses Ultraschall-Taschenzerstäubergerät ermöglicht eine geräuscharme Applikation von Stoffen ohne Anwendung eines Treibgases und daher auch ohne Kältereiz. Die Dosierung des zu zerstäubenden Stoffes kann mit einer Genauigkeit von über 95% erfolgen, was insbesondere bei Arzneimitteln sehr wichtig ist. 50% der erzeugten Tröpfchen des Aerosols haben dabei einen Durchmesser von kleiner als 20 wm, welcher optimal für einen Transport der Wirkstoffe in den Bronchialraum und in die Lunge ist. Das erfindungsgemäße Gerät ist lageunabhängig betreibbar, sehr handlich, leicht in der Tasche oder in der Bekleidung unterzubringen. Alle mit dem Medikament in Berührung kommenden Oberflächen sind desinfizierbar und von dem die Elektronik enthaltenen Gehäuseunterteil hermetisch abgetrennt. Die Auffüllung mit dem zu zerstäubenden Mittel erfolgt durch einfaches Auswechseln von Kartuschen. Der im Geräteunterteil integrierte Akkusatz ist herausnehmbar und wieder aufladbar. Der Batteriebetrieb ist möglich und einfach.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben, wobei Figur 2 ein Längsschnitt von Figur 1 ist.
  • Ein Ultraschall-Taschenzerstäubergerät gemäß der Erfindung besteht aus einem piezoelektrischen Schwingsystem 1 mit einer Betriebsfrequenz im Bereich von 1 bis 5 MHz, das flüssigkeitsdicht in das Gehäuseunterteil 13 des Kunststoffgehäuses eingebaut ist. Geeignete Kunststoffe hierfür sind beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS). Die Dichtheit wird erreicht durch Eingießen des Schwingsystems 1 in die Halterung 2 oder aber durch Abdichtung mit O-Ringen 28. Eine besonders geeignete Vergußmasse ist Silikonkautschuk.
  • Das Schwingsystem 1 wird durch eine Elektronikschaltung 3 zu Ultraschallschwingungen im MHz-Bereich angeregt und zerstäubt das durch die Kartusche 4 auf das Schwingsystem 1 aufgebrachte Arzneimittel 5. Die Elektronikschaltung wird über den wiederaufladbaren Akkusatz 6 mit elektrischer Energie versorgt. Durch eine zusätzliche parallele Herausführung der Kontakte 7 nach außen kann das Gerät mit dem integrierten Akku nachgeladen werden. Durch eine Schiebevorrichtung 8 ist der Akkusatz herausnehmbar austauschbar und auch ohne das Gerät nachladbar.
  • Die mit Arzneimittelflüssigkeit gefüllte Dosierkartusche 4 ist in dem Gehäuseoberteil 9 bewegbar gelagert. Durch Druck auf den Knopf 10 bewegt sich die Kartusche zum Schwinger. Gleichzeitig schließt ein an der Kartusche angebrachter Magnet 11 einen am Unterteil 13 des Gerätes angebrachten Schalter 12. Durch den Magnetschalter 11, 12 ist es möglich,- das Gehäuseunterteil 13 flüssigkeitsdicht zum Gehäuseoberteil 9 abzuschließen.
  • Durch Schließen des Schalters wird die Elektronik aktiviert und nach einer elektronisch vorgegebenen Zeitspanne wird der Ultraschallzerstäuber mit Energie versorgt.
  • Die Zeitspanne ist so bemessen, daß ausreichend Zeit verbleibt zwischen dem Betätigen des Magnetschalters und dem Zerstäubungsbeginn. Nach dem Schließen des Magnetschalters wird die Kartusche weiter nach vorne, d.h. in Richtung Schwingsystem, bewegt und stößt schließlich mit dem verdickten Teil des Körpers gegen eine Wand 14. Da der mechanische Widerstand der Kunststofffeder 15 geringer ist als der in der Kartusche integrierten Feder 21, wird die Kartusche durch den weiter auf ihr lastenden Druck durch den Bedienenden erst jetzt etwas zusammengedrückt und eine genau dosierte Arzneimittelmenge 5 wird abgegeben. Durch Entlastung der Kartusche fährt sie in ihre Ausgangsposition wieder zurück. Die an der Kartuschenspitze abgegebene Arzneimittelmenge wird beim Zurückgehen in die Ausgangsposition an dem Zerstäuberteller 24 abgestreift und nach dem Abstreifen zerstäubt.
  • Das Aerosol kann in dem Ansaugstutzen 17 gespeichert werden und wird durch den Benutzer eingeatmet.
  • Die in der Wand 14 vorhandenen Offnungen 18 sind so bemessen, daß in dem Ansaugstutzen während des Einatmungsvorgangs ausreichend Luft nachgeführt werden kann.
  • Mit der speziellen Kontur des Ansaugstutzens 19 ist es möglich, daß der Mund des Benutzers den Ansaugstutzen gut umschließen kann. Dabei kann der Stutzen an einer Kante des Gehäuses bündig abschließen und die Geräteabmessungen können gering gehalten werden.
  • Aus hygienischen Gründen soll der Ansaugstutzen nach dem Inhalationsvorgang wieder verschlossen werden. Für das Verschließen des Ansaugstutzens ist ein Deckel 20 vorgesehen, der unverlierbar über ein Kunststoff-Film-Scharnier 22 an dem Geräteoberteil befestigt ist.
  • Da das Gehäuseoberteil 9 leicht entfernbar und kostengünstig herstellbar ist, kann es nach dem Entleeren der mit Arzneimittel gefüllten Kartusche 4 verworfen werden. Es ist eine sehr hygienische Lösung.
  • Für den Benutzer ist es wichtig, die noch in der Kartusche befindliche Arzneimittelmenge zu kennen. Dafür ist an dem Oberteil ein durchsichtiges Fenster 23 aus Kunststoff integriert, das die noch vorhandene Flüssigkeitsmenge zeigt. Es ermöglicht den Füllstand des Arzneimittels in der Kartusche zu beobachten.
  • Da der für das Zerstäuben erforderliche Energievorrat in den Akkus nicht mit der Anzahl der Arzneimitteldosen in der Kartusche übereinstimmt, zeigt ein elektrisches Signal 25 den Ladezustand des Akkus an. Geeignet ist z.B. eine Leuchtdiode.
  • Leuchtet beim Betätigen des Gerätes diese Diode erstmalig nicht mehr, wird dem Benutzer angezeigt, daß der Akkusatz bald nachgeladen werden muß. Der Energieinhalt des Akkus ist jedenfalls noch so hoch, daß noch einige weitere Inhalationsvorgängen möglich sind. Dieses ist erforderlich, da gegebenenfalls der Akku nicht sofort nachgeladen werden kann und trotzdem der Bedarf für eine Inhalation besteht.
  • Die äußeren Konturen des Gerätes 26 sind abgerundet, damit dem Benutzer zwangsläufig ein entsprechender Ort vorgegeben wird, an dem das Gerät abgestellt werden kann. Dieser Aufbewahrungsbehälter kann beispielsweise so ausgeführt werden, daß beim Aufbewahren gleichzeitig der Akku nachgeladen wird.
  • Da die integrierten Kontakte asymmetrisch bezüglich der Geräteunterseite angeordnet sind, kann sogar eine bestimmte Lage im Aufbewahrungsbehälter vorgegeben werden.
  • Das Gehäuseoberteil 9 ist mit dem Gehäuseunterteil 13 durch eine Schnapp-Rastverbindung 16 leicht trennbar verbunden.
  • Das Gerät kann auch so ausgeführt werden, daß beispielsweise der Magnetschalter 11, 12 erst beim Anstoßen des verdickten Teils der Kartusche gegen die Wand auslöst.
  • Geräte gemäß der Erfindung werden mit besonderem Vorteil für medizinische Applikationen insbesondere bei Asthmatikern eingesetzt. Eine Anwendung als Raum- und Körperspraygerät ist aber ebenfalls möglich, sowie als Luftbefeuchter.

Claims (10)

1. Ultraschall-Taschenzerstäubergerät (26), insbesondere zum Zerstäuben von Arzneimitteln für Inhalationszwecken, mit einem herausnehmbaren und wiederaufladbaren Akkusatz (6), mit einem piezoelektrischen Schwingsystem (1), mit einer Elektronikschaltung (3), mit einer Stromzuführung zum piezoelektrischen Schwingsystem, mit einem Vorratsbehälter (4) mit Dosiermöglichkeit und einer Zuführung für die zu zerstäubende Flüssigkeit (5) zum Schwingsystem und mit einem Gehäuse (9, 13), dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in ein Gehäuseunterteil (13) und ein Gehäuseoberteil (9) aufgeteilt ist, das piezoelektrische Schwingsystem (1) zusammen mit dem aufladbaren Akkusatz (6) und der Elektronikschaltung (3) im Gehäuseunterteil flüssigkeitsdicht eingebaut sind, wobei das piezoelektrische Schwingsystem mit seinem Zerstäuberteller (24) aus dem Gehäuseunterteil hervorschaut, das Gehäuseoberteil (9) eine mit der zu zerstäubenden Flüssigkeit gefüllte, im Gehäuseoberteil (9) verschiebbar gelagerte Kartusche (4) sowie einen mit der Kartusche bewegbaren Magneten (11) enthält, der einen Schalter (12) im Gehäuseunterteil (13) betätigt wodurch das piezoelektrische Schwingsystem von der Elektronikschaltung mit einer Betriebsfrequenz im Bereich von 1 bis 5 MHz angeregt wird.
2. Ultraschall-Taschenzerstäubergerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseoberteil (9) mit dem Gehäuseunterteil (13) durch einen Schnapp-Rastverschluß (16) verbunden ist.
3. Ultraschall-Taschenzerstäubergerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daspiezoelektrische Schwingsystem (1) mit Silikonkautschuk in die Halterung (2) eingegossen ist.
4. Ultraschall-Taschenzerstäubergerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Schwingsystem (1) in einer spritzgegossenen Halterung (2) aus elastischem Kunststoff angeordnet ist.
5. Ultraschall-Taschenzerstäubergerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Schwingsystem (1) mit 0-Ringen (28) abgedichtet ist.
6. Ultraschall-Taschenzerstäubergerät nach Patentanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kartusche (4) durch Druck auf den Knopf (10) bewegbar ist.
7. Ultraschall-Taschenzerstäubergerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseoberteil (9) ein durchsichtiges Fenster (23) aufweist.
8. Ultraschall-Taschenzerstäubergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wiederaufladbare, aus dem Geräteunterteil (13) herausnehmbare Akku (6), dessen Ladezustand ein elektronisches Signal anzeigt, mit einer Elektronikschaltung (3) verbunden ist.
9. Ultraschall-Taschenzerstäubergerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronisches Signal eine Leuchtdiode (25) dient.
10. Ultraschall-Taschenzerstäubergerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronisches Signal ein akkustisches Signal dient..
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