CN101175523B - 前向计量阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过液体相位服用的计测剂量的吸入器。该吸入器使用旋转计量元件，该旋转计量元件将计量好的剂量从加压罐输送到咬嘴。计量得到了改进，在于能够有效地防止外部空气渗入，并且在于通过防止所述旋转计量元件向后旋转而对剂量的计数进行改进。

Description

前向计量阀
背景技术
吸入器的一般类型
在可以通过吸入药物进行治疗的哮喘、慢性阻塞性肺病(COPD)、糖尿病、全身性疼痛等疾病的治疗中，广泛使用了带有一定量医用药物的吸入装置。
通常使用两种不同的医用药物配方——一种以干粉末的形式提供药物(干粉吸入器，DPI)，另一种则是药物以加压的形式被混合进入合适的促进剂(propellant)中的液体形式(加压定量吸入器，pMDI)。
新调整的决议要求DPI和pMDI都要配备有可靠的剂量指示器，指示吸入器中患者所剩的剂量数。
医用药物的目标是通过肺部服用，尤其是在糖尿病和消除疼痛中，这种药物配方的新发展提高了对剂量计量和动态计量滴定的准确性要求，其中动态计量滴定以在同一吸入时间段内多种药剂的快速顺序释放为例。
计量阀应优选地涉及几个部件，并且适合于自动装配以及具有低制造成本。
pMDI
在pMDI中，医用药物混合在促进剂液体中，并在压力作用下容纳于罐中。为了以统一剂量计量和释放药物，罐安装有计量阀，即如Meshberg的US 3,756,465所公开的。
普通阀是压缩并释放类型的阀。从这一点上，更通用的名字“挤压并呼吸(press-and-breathe)”被赋予给了pMDI(图1)。当患者通过pMDI(11)的咬嘴(mouthpiece)吸气时，设想他手动压缩并释放pMDI罐(12)以获得他吸入的药物，由图2中的曲线表示。初始位置(21)在曲线上处于左侧，此时罐是完全伸展状态。
当通过咬嘴吸入时，罐被手动压缩(22)，经过先前计量的剂量的释放点(23)直到其达到完全压缩状态(24)。一定延迟后(25)，罐被释放(26)，经过下一剂量的计量点(27)直到其再次达到完全伸展状态(28)(复位)。
已知在目前的pMDI装置中有几个问题，可能引起不适当的剂量释放：
A、在吸入过程中，患者必须能够克服30-50N的罐压缩力，以释放先前计量的药物剂量(23)(罐的压力典型情况为0.3-0.6MPa)。此力中的大部分需要用于压缩内置的复位弹簧，该弹簧足够硬以保证阀的复位(28)。
B、吸入后，计量下一剂量时(27)，患者必须竖直地持着pMDI，否则在下次使用时他不能获得全部剂量药物。对于患者来说，这样做的原理很难理解。
C、延迟(25)必须不超过5-10秒，否则下一剂量的计量(27)将不准确，下次使用时患者将不能获得准确的药物剂量。
不准确的剂量释放的主要原因是：
1、从非均匀溶解的溶液中计量。为了使药物在罐内的液体溶液中均匀溶解，要求使用者在吸入之前摇晃吸入器。如果从摇晃到下一剂量的计量所经过的时间太长，溶液变得不均匀溶解，导致为下次使用所计量的药物剂量过低或过高。
2、空气进入计量腔中。输送当前剂量后，由于延迟下一剂量的计量，空气将从外部进入计量阀。空气将滞留在计量阀内从而占用体积，导致量出的剂量太小。
此外，由于罐压缩过程中计量阀内的密封圈被施加了较小的载荷，在延迟过程中还有药物从罐泄漏到外部的风险。这可能导致当使用者需要时药物的严重不足。
为了克服问题(A)并且改善吸入和剂量分配之间的配合，已开发出了呼吸引动式吸入器(breath actuated inhaler，BAI)。但是由于在吸入后必须由患者手动执行复位，例如通过关闭BAI的顶盖，(B)和(C)的风险变得更严重。
D、如果剂量之间的时间太长(例如几天)，量好的剂量有减少的风险(首次损失)。在首次使用前以及如果pMDI已经几天或更长时间未使用后再次使用前，要求患者执行初始喷射(priming shot)。
E、向pMDI或BAI加入可靠的剂量指示器引入了新的问题。在压缩和释放过程中，由于罐的位置公差的量值相当于罐的行程(stroke)，如何设计既不会计算太多剂量也不会计算太少剂量的防误操作(tamper-proof)的剂量指示器并不是那么显而易见的。
罐的填充问题：
F、概括地说，安装了计量阀设计的罐必须符合用药物和促进剂填充罐的工厂的工业实际。一般过程是在填充前将计量阀安装在罐上，因此当向计量阀出口施加高压以填充罐时，阀的设计必须允许反向流动。
发明内容
本发明涉及具有固定计量腔的密封的单向旋转计量阀，该计量阀与基于加压罐的气雾吸入器(aerosol inhaler)一起使用。本发明解决了现存的加压气雾吸入器固有的上述几个问题：
由于计量阀不需要预先加载的复位弹簧，驱动力被最小化。
使用者为口服或鼻子吸入而把吸入器放在竖直位置后，在一次动作中计量阀被填充并且量好的剂量被释放。因此将可靠并准确地计量全部剂量，而且避免了先前计量好的剂量长期迁移(migration)的问题。
由于罐内的液体将自由流动进入计量腔，因此不再需要复位时间。
由于计量阀的单向旋转运动显然非常适合于简单的计数机构，可靠的可视剂量指示器可轻易地连接到该阀。
揭示了弹性阀密封部件的实施方案，其容许标准的罐填充程序。
前向计量阀可以是药物罐的一部分，或者其可以是药物罐的附加装置。
本发明的另一方面是前向计量阀特别适合于多剂量操作，因为阀的机械运动可以是旋转的、连续的和单向的。
附图说明
图1显示了传统pMDI吸入器。
图2显示了与传统吸入器相关的时间状态。
图3显示了前向计量阀的一个实施方案。
图4显示了一次吸入动作中涉及的前向计量阀的功能步骤。
图5显示了可选单向阀的定位。
图6显示了剂量计数轮的联接状态的一个实施方案。
图7显示了后向锁定机构的一个实施方案。
图8显示了步进锁定机构的一个实施方案。
图9显示了指轮驱动机构的一个实施方案。
图10显示了按钮/棘齿机构的一个实施方案。
图11显示了呼吸引动式剂量释放机构的一个实施方案。
图12a显示了整体位于罐内的前向计量阀的一个实施方案。
图12b显示了通过前向计量阀填充罐的一个原理。
图13显示了一种吸入器结构，其中在呼吸引动机构和控制单元控制下前向计量阀通过电池供电的电动机驱动。
图14显示了利用呼吸引动式释放机构的单一剂量释放的时间状态。
图15显示了利用呼吸引动式释放机构的多个剂量释放的时间状态。
图16显示了由吸入流的连续测量所控制的适应性多个剂量释放的时间状态。
具体实施方式
在涉及干粉吸入器的现有技术中，旋转式计量阀是公知的，例如Auvinen的GB 2165159。然而，这些阀不受压力和密封，而只依靠重力。
在例如汽油泵中，用于流体的旋转式剂量计量装置是公知的，并且在医学领域，在Weston的US 6,179,583和Cox的US 6,516,796中已经公开一些例子。这些阀设计来在低压下与不含促进剂的液体一起工作，它们的制造复杂且昂贵，并且未被证明可在0.3-0.6Mpa的典型罐压力下工作。
在图3中显示了本发明中所揭示的前向计量阀的一个可能实施方案。
所示的阀转子(31)是球形。其他形状也是可能的，例如圆柱形，只要该形状是旋转对称即可。阀转子包括一个或多个计量腔(32)。在吸入过程中，翻转转子轴(33)，将一个计量腔从通往加压药物容器(34)的入口旋转到通过喷嘴(35)的出口。
在图4中显示了吸入过程中阀的周期。
阀转子(31)从初始位置(41)顺时针旋转到计量位置(42)，在计量位置计量腔(32)与入口(34)隔离。经过计量腔完全与周围封闭的中途位置(43)后，当计量腔朝出口打开时，进行剂量释放(44)。最后一个段是停止位置(45)，同时也是下一剂量的初始位置。所示的实施方案将旋转大约180°以释放一个剂量(每旋转360°释放两个剂量)。其他选择是每旋转360°释放1、3、4、5、6以及更多剂量。
由于当前剂量是在分配前几秒钟内计量的，因此问题(C)和(D)被排除了。也无需初始喷射。
由于缺少复位弹簧，驱动计量阀的力将远远低于30-50N，并且问题(A)的影响将被显著降低。
由于当前剂量的计量是在吸入过程中完成，要求在吸入过程中保持吸入器竖直。对于患者来说，这比在吸入后保持吸入器竖直更容易理解，从而降低了问题(B)的影响。
所提出的阀设计的潜在问题是当朝入口位置旋转空的计量腔时，可能将外部空气和杂质引入加压药物体中。这可以通过在计量阀出口添加单向阀从而防止外部空气进入空的计量腔来解决。在图5中显示了附加单向阀的一个可能实施方案。通常，单向阀将处于其封闭位置(51)，使得外部空气不能进入计量腔。剂量释放期间，单向阀将打开(52)，使得药物从计量腔通过喷嘴排到外部。
在前向计量阀与罐为一整体的情况下，单向阀可位于附加喷嘴部件中，仍然允许标准的罐填充程序。
在所提出的阀设计中添加剂量指示器将是简单的工作。因为计量阀将只沿着一个方向运动，剂量计数器可以与阀连续接合，并与阀的运动同步，消除了根据问题(E)的位置公差问题以及干扰的影响。在图6中显示了剂量指示器的一个可能实施方案。转子齿轮(61)与指示器齿轮(62)啮合，保证阀转动的周数和可视剂量指示器(63)的位置之间的固定关系。可视剂量指示器(63)可以通过所示的花样或彩色区域显示罐中剩余的药物水平，或者可以安装数字或代码以显示罐中剩余剂量的大致或精确数量。
与所提出剂量指示器设计结合的所提出的阀设计的一个潜在风险是，当向后翻转剂量指示器时，存在使得阀向后移动而释放剂量的风险。这将导致剂量指示器状态和罐中剩余药物的实际量之间缺乏同步性，这是药物剂量指示器的严重错误。在图7中显示了后向锁定的一个可能实施方案。
当在转子轴(33)添加后向锁定棘齿(71)并在吸入器底板添加后向锁定弹簧(72)时，将无法使阀向后移动，从而消除了少计数的风险。
所提出的阀设计的另一个潜在风险是每次吸入释放出比所需剂量更多的剂量。为防止这一问题，可应用步进锁。它将保证在吸入期间，已经释放所需数量的剂量后，阀将停止转动。可以在不同实施方案中实现步进锁。在图8中显示了一个可能选择，每次动作释放一个剂量。
阀驱动器(81)安装在转子轴(33)上，可自由旋转。为了驱动阀并释放一个剂量，必须将阀驱动器从其靠着驱动器反向档块(82)的竖直位置顺时针移动到由驱动器前向档块(83)所终止的向下位置。在此过程中，步进锁定弹簧(84)将与步进锁定棘齿(85)啮合，使得转子轴(33)和阀转子(31)向前转动。
为了使阀准备下一剂量，阀驱动器(81)必须回到其靠着驱动器反向档块(82)的竖直位置。在此过程中，后向锁定弹簧(72)将与后向锁定棘齿(71)啮合，保证阀转子(31)不会向后转动。
用旋转阀分配单一剂量需要在吸入过程中向阀轴旋转输入，以驱动阀。
基本地，可以用两种不同方式驱动阀的旋转：
1、手动驱动
2、呼吸引动
手动驱动可以通过要求使用者手动驱动阀旋转来实现。在图9中显示了一个可能实施方案，其中指轮(91)直接安装在转子轴(33)上，以直接旋转阀转子(31)并由此释放一个药物剂量。
在图10中显示了另一可能实施方案，其中机构要求用户执行线性输入运动(101)以使得阀转子(31)旋转。在用户输入的过程中，齿条(102)向下运动行。小齿轮(103)与安装在转子轴(33)上的转子齿轮(104)啮合，导致阀转子(31)顺时针旋转，由此释放一个药物剂量。吸入后，复位弹簧(105)起到棘齿的作用，可以使齿条(102)回到初始位置，而不使阀转子(31)逆时针转动。
通过使用储存的能量可实现呼吸引动，以驱动阀转动。储存的能量由使用者的吸入通过吸入器触发。能量可通过几种方式储存。
在图11中显示了一个可能实施方案，其中储存在承载弹簧(111)中的能量施加于转子轴(33)，直接使得阀转子(31)逆时针旋转，从而释放一个药物剂量。为通过使用者的吸入流(112)触发承载弹簧(111)，在吸入器的气流路径中安装铰链板(113)，使得板锁(114)释放转子锁(115)。从而允许承载弹簧(111)旋转阀转子(31)，从而释放一个药物剂量。
图12显示了与罐(123)为一整体的球形前向计量阀(122)的一个实施方案。在这个具有两个计量腔的实施方案中，一个吸入过程引起阀的180°旋转。在前向计量阀与罐为一整体的情况下，只要向阀出口(124)施加了加压流体，阀必须允许通过阀的反向流动。在图12a中显示了一个实施方案，其中弹性密封部件(121)有效地密封罐(123)中的受压液体，使其不从阀泄漏。在图12b中的罐填充状态下，阀出口(124)的压力高于罐的内部压力。该压力差将迫使密封元件以与自行车内胎的充气阀相同的方式打开(125)，因此使得加压液体可以流入罐中，直到穿过阀的压力平衡。因此解决了问题(F)。
本发明的另一方面是这里揭示的前向计量阀特别适用于多个剂量操作，因为阀的机械运动是旋转的和单向的。在旋转过程中，计量腔可以以合理的翻转速度被填充和清空，这使得在吸入程序中可以释放几个计量好的剂量。
这一方面展现了可解决与药物服用有关的几个问题的应用：
胰岛素的肺部服用(pulmonary administration)是一种有前途的新的药物服用疗法。与每次输送相同剂量的多数哮喘吸入器不同，胰岛素吸入器必须能够根据一天中的时间、进餐和运动水平预先设置并输送不同的剂量。
用于有慢性疼痛的病人的去痛药物的肺部服用也需要根据实际疼痛水平对剂量进行调节。
吸入器研究表明，在图15所示的吸入程序期间释放较小剂量部分而不是在如图14所示的吸入程序开始时一次释放大量喷雾对于最优药物沉积(drug deposition)是有利的。通过选择计量腔体积、阀的转速和释放剂量数之间的正确关系，可以通过前向计量阀轻易地实现这一点。
本发明的另一方面是前向计量阀的单向旋转很容易连接到图13中所示的简单电动机并且被该电动机所驱动。采用电池(131)供电的电动机(132)可以单独由计时(timing)控制，或者更有利地通过测量流通道中的实际吸入流并使剂量释放模式适应于实际吸入流轮廓图16。流量传感器可以是压差式、热线风速测定(hot wire anemometry)式甚至机械位移式传感器(113)。除了阀释放控制，控制器(133)还可以解决安全问题，例如通过在成功执行吸入程序后的一段时间内使剂量释放不能进行，来获得可靠的剂量计数以及服药过量保护。

Claims (13)

1.一种计量阀，其特征在于：
所述计量阀包括入口和出口，
所述计量阀包括阀转子，所述阀转子包括至少一个计量腔，所述阀转子构成转子轴的一部分，
所述阀转子只能以一个方向旋转，
所述转子轴连接到用于使得转子轴旋转的驱动装置，以及
所述计量腔充满一个剂量，并且在同一驱动过程中，所述剂量相继被释放，
所述转子轴直接连接到剂量指示器机构，
所述计量阀与罐为一整体，
所述阀转子构造在罐结构内，
所述计量阀的阀转子是刚性的，所述计量阀包括弹性密封圈部件，所述计量阀具有三种运行模式，
第一模式是在密封圈部件中阀转子的线性运动，当流体承受比罐内的压力大的压力时，允许所述流体从出口进入罐中，
第二模式是静止阀转子，当罐内的压力大于周围环境时，所述阀转子通过密封圈部件使罐中物质与外部密封，以及
第三模式是计量动作，其中阀转子在所述密封圈部件中转动，将剂量从入口输送到出口。
2.如权利要求1所述的计量阀，其特征在于，所述计量阀用于加压罐气雾吸入装置。
3.如权利要求1所述的计量阀，其特征在于，所述计量阀入口具有连接至罐的密封的连接形式，所述罐包含处于压力下的介质，其中所述阀转子旋转地连接在所述罐和出口之间，从而计量腔可以从与罐内部的介质连通的位置旋转到所述计量腔与出口连通的位置。
4.如权利要求1所述的计量阀，其特征在于，在运行的第一模式中，流体和阀转子以促进流体进入的方式，使得密封圈部件偏转。
5.如前述权利要求任一项所述的计量阀，其特征在于，所述阀转子是旋转对称形状。
6.如权利要求5所述的计量阀，其特征在于，所述阀转子是球形或圆柱形。
7.如权利要求1-4中任一项所述的计量阀，其特征在于，在阀转子和出口之间布置另一单向阀，其中单向阀防止介质通过出口流入计量腔内。
8.如权利要求1-4中任一项所述的计量阀，其特征在于，转子轴连接到可视剂量指示器，所述可视剂量指示器显示所述罐中剩余剂量的大致数量。
9.如权利要求1-4中任一项所述的计量阀，其特征在于，阀转子连接到锁定装置，所述锁定装置包括锁定弹簧，所述锁定弹簧与后向锁定棘齿相互作用，以保证阀转子的单向旋转。
10.如权利要求1-4中任一项所述的计量阀，其特征在于，阀转子连接到机械传输装置，所述机械传输装置连接到启动装置，该启动装置用于在所述启动装置被启动时产生阀转子的旋转运动。
11.如权利要求10所述的计量阀，其特征在于，所述启动装置为按钮，所述启动装置连接到驱动装置。
12.如权利要求10所述的计量阀，其特征在于，所述启动装置包括呼吸引动部件，该呼吸引动部件连接到用于控制所述驱动装置的触发装置。
13.如权利要求1-4中任一项所述的计量阀，其特征在于，计量阀包括用于控制每一吸入的剂量或子剂量的数量的装置，该控制装置保证在确定数量的剂量或子剂量后，阀转子停止旋转。
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