吸入設(shè)備、控制方法和計(jì)算機(jī)程序的制作方法
【專利說明】吸入設(shè)備、控制方法和計(jì)算機(jī)程序
[0001]本申請要求2013年3月15日提交的US 61/792607和2013年11月29日提交的US 61/910179的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益。
[0002]本發(fā)明涉及吸入設(shè)備，尤其但不排他地涉及干粉藥物的吸入。
[0003]已知類型的干粉藥物吸入設(shè)備包括具有一組泡罩的泡罩包裝，該組泡罩每個(gè)都包括一劑粉末藥物。在“劑量推進(jìn)”步驟中推進(jìn)泡罩包裝。
[0004]當(dāng)前可用的吸入設(shè)備缺乏確保釋放的劑量由患者根據(jù)需要吸入的能力:更具體地，當(dāng)前可用的設(shè)備無法將劑量推進(jìn)和輸送機(jī)構(gòu)適當(dāng)?shù)伛詈现料嚓P(guān)觸發(fā)信號。
[0005]因此，所需要的是改進(jìn)的藥物輸送設(shè)備，借此，這種設(shè)備響應(yīng)于觸發(fā)而輸送合適劑量的治療藥物。尤其需要的是，響應(yīng)觸發(fā)(諸如吸入，例如，如通過連接至吸入器的面罩檢測的吸入)的設(shè)備。理想地，這種設(shè)備最小化或者減少治療藥物的錯(cuò)誤釋放。
[0006]本發(fā)明由權(quán)利要求限定。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，提供了用于通過流動(dòng)通道從容器向患者輸送粉末藥物的吸入設(shè)備，所述吸入設(shè)備包括:
[0008]電驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)元件；
[0009]用于啟動(dòng)/停止振動(dòng)元件的控制器；以及
[0010]傳感器布置系統(tǒng)，包括物理地布置為面向吸入氣體以生成吸入流動(dòng)信號的第一傳感器以及物理地布置為面向呼出氣體以生成呼出流動(dòng)信號的第二傳感器，
[0011]其中控制器適合于處理吸入流動(dòng)信號和呼出流動(dòng)信號，以生成用于控制振動(dòng)元件的操作時(shí)序的觸發(fā)信號。
[0012]通過在吸入氣體和呼出氣體進(jìn)行區(qū)分，可以構(gòu)造更精確地表示用戶的呼吸模式的函數(shù)。該函數(shù)可以隨后用于提供用于控制振動(dòng)元件的觸發(fā)點(diǎn)。例如，振動(dòng)元件包括壓電振動(dòng)器。
[0013]使用的傳感器系統(tǒng)允許吸入器檢測呼吸開始時(shí)出現(xiàn)的非常低的流動(dòng)速率，并且在患者以潮汐方式自發(fā)地呼吸時(shí)控制藥物輸送。吸入檢測系統(tǒng)可以適合于范圍從新生兒到成人的患者的使用。
[0014]設(shè)備的容器可以包括泡罩包裝，并且設(shè)備還可以包括泡罩推進(jìn)機(jī)構(gòu)。隨后還可以基于觸發(fā)信號控制該泡罩推進(jìn)機(jī)構(gòu)。
[0015]第一傳感器和第二傳感器可以各自包括自加熱的熱敏電阻傳感器。這些熱敏電阻傳感器檢測冷卻的水平，該水平取決于經(jīng)過傳感器的氣體流動(dòng)。
[0016]優(yōu)選地用恒定電流偏置第一傳感器和第二傳感器，以便維持溫度高于周圍環(huán)境(具體地如在設(shè)備的工作溫度范圍內(nèi)指定的最高周圍溫度)。以這種方法，可以一直檢測冷卻的度數(shù)。例如，可以用恒定電流偏置熱敏電阻器以便維持溫度高于大約50°C。
[0017]設(shè)備優(yōu)選地具有電路或者處理器，該電路或者處理器組合來自第一熱敏電阻器和第二熱敏電阻器的信號并且將那些信號放大以生成指示氣體流動(dòng)方向的信號。
[0018]例如，可以從吸入流動(dòng)傳感器信號與呼出流動(dòng)傳感器信號之間的差導(dǎo)出該方向信號?？梢詫⒃摬罘糯笠蕴峁┓较蛐盘枴怏w流動(dòng)方向的演變提供涉及用戶的呼吸流動(dòng)速率的時(shí)間信息，其可以用于構(gòu)造呼吸流動(dòng)速率函數(shù)。
[0019]設(shè)備還可以包括用于處理來自第一熱敏電阻器的信號以生成與氣體流動(dòng)成比例的流動(dòng)信號的電路或者處理器。可以從吸入氣體流動(dòng)信號和吸入氣體流動(dòng)信號的關(guān)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)的組合導(dǎo)出該流動(dòng)信號。可以在組合兩個(gè)信號之前，賦予導(dǎo)數(shù)信號更強(qiáng)的加權(quán)。
[0020]設(shè)備還可以包括用于將信號從吸入熱敏電阻器去耦以生成指示工作溫度的信號的電路或者處理器。
[0021]控制器還可以包括用于處理流動(dòng)信號和方向信號以生成相應(yīng)的基線信號以及提供基線校正的流動(dòng)信號和方向信號的電路或者處理器。
[0022]這使得能能夠?qū)嵤┭a(bǔ)償函數(shù)以及基線跟蹤?？梢杂玫谝粫r(shí)間常量操作基線跟蹤，使得基線定義為緊接著跟蹤的函數(shù)，同時(shí)等待吸入。當(dāng)檢測到吸入時(shí)可以使用較慢的第二時(shí)間常量，使得基線在發(fā)生吸入呼吸時(shí)更慢慢地跟蹤流動(dòng)信號和方向信號。在吸入和呼出之后可以隨后重新開始緊密的基線跟蹤。
[0023]控制器優(yōu)選地適合于處理基線校正的流動(dòng)信號和方向信號以生成流動(dòng)函數(shù)，以及由流動(dòng)函數(shù)生成觸發(fā)信號。以這種方法，由已經(jīng)在基線跟蹤之后導(dǎo)出的流動(dòng)函數(shù)獲得觸發(fā)信號，使得流動(dòng)函數(shù)中的變化可以可靠地和迅速地檢測吸入呼吸。
[0024]本發(fā)明還提供控制用于通過流動(dòng)通道從容器向患者輸送粉末藥物的吸入設(shè)備的方法，該方法包括:
[0025]使用面向吸入氣體的第一傳感器生成吸入流動(dòng)信號；
[0026]使用面向呼出氣體的第二傳感器生成呼出流動(dòng)信號，
[0027]處理吸入流動(dòng)信號和呼出流動(dòng)信號以生成用于控制電驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)元件的操作時(shí)序的觸發(fā)信號，該振動(dòng)元件用于將藥物釋放到流動(dòng)通道中。
[0028]該方法利用對吸入和呼出氣體流動(dòng)的測量以提供設(shè)備空氣通道中的氣體流動(dòng)的重建。這隨后用于控制劑量輸送的時(shí)序。
[0029]生成吸入流動(dòng)信號和生成呼出流動(dòng)信號可以各自包括測量冷卻熱敏電阻傳感器的度數(shù)，以及該方法包括用恒定電流偏置熱敏電阻器以便維持溫度高于周圍環(huán)境。
[0030]可以組合第一熱敏電阻器信號和第二熱敏電阻器信號以生成指示氣體流動(dòng)方向的方向信號，以及可以處理來自第一傳感器的信號以生成與氣體流動(dòng)成比例的流動(dòng)信號。流動(dòng)信號還可以用于導(dǎo)出指示工作溫度的信號。
[0031]方法還可以包括處理流動(dòng)信號和方向信號以生成相應(yīng)的基線信號，以及使方向信號和流動(dòng)信號適配以提供基線校正的流動(dòng)信號和方向信號。該基線校正僅使能要檢測的信號中的顯著期望的變化，例如減小錯(cuò)誤的觸發(fā)。
[0032]方法還可以包括:
[0033]獲得導(dǎo)數(shù)信號，該導(dǎo)數(shù)信號是關(guān)于基線校正的方向信號的時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；以及
[0034]創(chuàng)建表示通過流動(dòng)通道的氣體流動(dòng)的多項(xiàng)式函數(shù)，該多項(xiàng)式函數(shù)具有包括多個(gè)基線校正的方向信號的項(xiàng)、包括多個(gè)基線校正的流動(dòng)信號的項(xiàng)以及包括多個(gè)導(dǎo)數(shù)信號的項(xiàng)。
[0035]該多項(xiàng)式函數(shù)是用于表示空氣通道中的流動(dòng)的三項(xiàng)多項(xiàng)式。
[0036]隨后從多項(xiàng)式函數(shù)導(dǎo)出觸發(fā)信號。觸發(fā)信號用于在喚醒吸入器之后檢測到第一有效吸入時(shí)發(fā)起劑量推進(jìn)功能，或者在劑量推進(jìn)之后進(jìn)行觸發(fā)時(shí)以及貫穿整個(gè)給藥期時(shí)啟動(dòng)振動(dòng)元件以輸送藥物粉末的噴發(fā)。
[0037]本發(fā)明還提供計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)程序代碼，所述計(jì)算機(jī)程序代碼適合于在所述程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行本發(fā)明的方法的步驟。
[0038]現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例，其中:
[0039]圖1示出了本發(fā)明的設(shè)備中使用的傳感器布置的示例；
[0040]圖2示出了傳感器如何裝配到具有面罩的吸入設(shè)備的流動(dòng)通道布置中；
[0041]圖3示出了用于生成吸入信號的電路。類似的電路用于生成呼出信號；
[0042]圖4示出了用于從吸入和呼出信號生成流動(dòng)方向信號的電路；
[0043]圖5示出了用于從吸入信號生成溫度測量值的電路；
[0044]圖6示出了用ESD 二極管對吸入和呼出熱敏電阻器進(jìn)行保護(hù)；
[0045]圖7是示出了室溫下的流動(dòng)和方向信號的時(shí)序圖；
[0046]圖8是示出了在3度下的流動(dòng)和方向信號的時(shí)序圖；
[0047]圖9是示出了在40度下的流動(dòng)和方向信號的時(shí)序圖；
[0048]圖10是示出了在各種溫度下的一個(gè)吸入器的流動(dòng)和方向信號的時(shí)序圖；
[0049]圖11示出了可以使用的溫度補(bǔ)償傳遞函數(shù)；
[0050]圖12用于解釋可以如何使用基線估計(jì)器信號；
[0051]圖13示出了針對工作溫度、流動(dòng)速率和呼吸速率的范圍的觸發(fā)點(diǎn)(即，當(dāng)致動(dòng)振動(dòng)元件以釋放劑量時(shí))處的流動(dòng)速度；
[0052]圖14示出了針對工作溫度、流動(dòng)速率和呼吸速率的范圍的觸發(fā)延遲點(diǎn)；
[0053]圖15示出了針對不同溫度的觸發(fā)流動(dòng)速率；以及
[0054]圖16是用以圖示形成流動(dòng)函數(shù)的本發(fā)明的方法的第一流程圖；
[0055]圖17是用以圖示控制劑量噴發(fā)的本發(fā)明的方法的第二流程圖；以及
[0056]圖18示出了由系統(tǒng)使用的不同信號之間的關(guān)系，包括FLOW信號和DIR信號，另外以及TRIGGER信號。
[0057]本發(fā)明提供了使用用于將藥物劑量(典型地粉末藥物劑量)釋放到流動(dòng)通道中的電驅(qū)動(dòng)振動(dòng)元件和用于啟動(dòng)/停止振動(dòng)元件的控制器的吸入設(shè)備。傳感器布置能夠區(qū)分通過流動(dòng)通道的吸入流和呼出流，并且?guī)椭纬捎脩舻暮粑Ｊ降哪Ｐ?。本發(fā)明可以包括軟件，該軟件包括當(dāng)檢測有效呼吸時(shí)使能觸發(fā)藥物釋放的合適機(jī)構(gòu)的呼吸驗(yàn)證算法。以這種方式，本發(fā)明可以拒絕不必要的觸發(fā)并且排斥錯(cuò)誤輸入(諸如不相關(guān)的設(shè)備移動(dòng))。
[0058]吸入設(shè)備可以例如使用泡罩包裝，其中泡罩定位在釋放位置處并且隨后被打開，并且釋放內(nèi)容物。該內(nèi)容物的釋放例如部分地由用戶在泡罩上的吸入導(dǎo)致的氣體流動(dòng)引起，而且壓電振動(dòng)布置用于幫助將泡罩內(nèi)容物排空到氣體流動(dòng)通道中，該氣體流動(dòng)通道通向設(shè)備的藥物輸送孔。壓電致動(dòng)與“劑量噴發(fā)”相對應(yīng)，在“劑量噴發(fā)”期間藥物將要被吸入。
[0059]劑量推進(jìn)機(jī)構(gòu)和壓電振動(dòng)布置的操作的時(shí)序?qū)τ诖_保釋放的劑量由患者根據(jù)需要吸入以及控制輸送至患者的劑量非常關(guān)鍵。
[0060]具體地，設(shè)備應(yīng)當(dāng)在患者每次通過連接至吸入器的面罩吸入時(shí)輸送粉末藥物的噴發(fā)，并且應(yīng)當(dāng)避免藥物的錯(cuò)誤釋放。
[0061]本發(fā)明因此涉及由吸入設(shè)備執(zhí)行的劑量輸送功能的時(shí)序的控制。其尤其涉及用戶的每次吸入呼吸的時(shí)序的可靠檢測。
[0062]圖1示出了本發(fā)明的設(shè)備中使用的傳感器布置的示例。
[0063]示出了存在于吸入設(shè)備的進(jìn)氣端口與向患者輸送藥物的開口之間的流動(dòng)通道10。患者可以例如戴面罩。沿著通路10的氣體流動(dòng)是被動(dòng)的，即由患者的吸入和呼出所引起。在沿著通路10的點(diǎn)處，粉末藥物被引導(dǎo)到通路中以用于由患者吸入。為了該目的，以如12的簡化示意形式示出了藥物輸送膠囊的泡罩包裝，以及壓電振動(dòng)器14用于幫助將打開的泡罩排空到流動(dòng)通道中。振動(dòng)器的操作時(shí)間稱為“劑量噴發(fā)”。泡罩包裝由如嵌齒輪16示意性示出的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)推進(jìn)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的操作稱為“劑量推進(jìn)”。
[0064]適合于與本發(fā)明一起使用的壓電振動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和藥物膠囊的描述為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知。藥物典型地從泡罩膠囊釋放到給藥室中，藥物從該給藥室夾帶到通路10中的氣體流動(dòng)中。
[0065]提供了傳感器布置，包括以面向吸入氣體流動(dòng)20的熱敏電阻器形式的吸入流傳感器18和以面向呼出氣體流動(dòng)24的熱敏電阻器形式的呼出流傳感器22。
[0066]提供控制器26用于啟動(dòng)和停止振動(dòng)元件14，并且還控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)16?？刂破魇褂昧鲃?dòng)傳感器信號來在通過流動(dòng)通道10的吸入流和呼出流之間進(jìn)行區(qū)分。如圖所示，控制器接收傳感器信號，并且向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)16和振動(dòng)器元件14提供控制信號。
[0067]盡管顯示為獨(dú)立單元，但是控制器可以集成到安裝有傳感器18、22的印刷電路板27上，該印刷電路板27被墊圈28密封到空氣通道壁中。
[0068]將藥物輸送到氣體流動(dòng)通道中的位置可以在感測布置的位置之前或者之后。
[0069]圖2以橫截面示出了吸入器設(shè)備內(nèi)安裝的傳感器布置。吸入流顯示為箭頭20，其通向面罩30。示出了傳感器頭18、22、壓電振動(dòng)器14和墊圈28以及給藥室29。
[0070]傳感器提供吸入檢測系統(tǒng)。通常，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成滿足下列一般要求和設(shè)計(jì)方針:
[0071]-當(dāng)通過吸入器的流動(dòng)通道的吸入氣體流動(dòng)超過最小流動(dòng)速率時(shí)，使能劑量推進(jìn)和給藥噴發(fā)的觸發(fā)。該最小流動(dòng)速率典型地為0.2-5LPM(公升每分鐘)，優(yōu)選地大于0.5LPM，但是該目標(biāo)可以根據(jù)要治療的患者群體而改變。在一些應(yīng)用中，將上限設(shè)置在觸發(fā)必須發(fā)生的流動(dòng)速度上也可以是合乎需要的。
[0072]-能夠以兒童和成人呼吸遇到的流動(dòng)速率和潮氣量操作。
[0073