CN101959616B - 驱动一吸入装置的转换器的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一吸入器，其中利用一振动器压电转换器将一平底容器内的药品喷雾化。转换器被一信号所驱动，该信号激发多谐振频率来产生振荡的一复杂样式。本发明还公开一用以产生驱动信号至转换器的电路。
Description
技术领域
本发明涉及吸入装置，更特定来说，是有关于使用振动来促进一药品的颗粒进入一吸入气流(例如，吸入的空气)后悬浮的吸入装置。尽管其它的功效(特别是包括液滴的供给)也被仔细考虑，但本发明将对于将粉状药物供给至一病患的内容进行详细叙述，并将对此功效进行叙述。
背景技术
已知某些呼吸道疾病对直接应用的治疗药剂的治疗方式产生反应。由于这些药剂大部份可以干粉的形式即刻取得，所以他们的应用大部份可通过口腔或鼻子藉由吸入粉状材料的方式来便利地完成。因为此药正好被置于所需地点与其效果可能需要的地方，所以此干粉形式会使药剂被较佳地利用。因此，非常少剂量的药通常会和由其它方式所施打的较大剂量的药一样地有效，并且可随之显著的降低不想要的副作用与药品成本。在替代方案中，此形式的药品可被用于除了呼吸系统治疗外的疾病。当此药品被放在肺部上相当大的表面积时，它可被非常快速地吸收到血流中。因此，本申请的方法可取代注射、药片、或其它传统方式。
制药业的意见是当被送到呼吸道的药品颗粒在尺寸上是介于1到5微米之间时，药品的生物利用度是最佳的。当药品颗粒需要在此尺寸范围时，干粉供给系统需要解决一些问题如下：
(1)小尺寸的颗粒在制造与储存期间可在其上形成一静电电荷。此可导致颗粒发生结块或是聚集，并造成实际尺寸大于5微米的颗粒丛集。接着减少这些大尺寸丛集进入肺部深处的概率。此继而使得包装药品中可供病患吸收的比率较低。
(2)需要被供给予病患的有效药品的量可在10微克的等级。举例来说，在沙丁胺醇的例子中，被用在气喘的药品通常是25到50微克。在可接受的精确度下，目前的制造设备可有效地供给于毫克剂量范围的小剂量药品。所以标准 的粒子是将作用药品与填料或填充剂(例如乳糖)混合。此添加物也使得药品“容易流动”。由于药品颗粒也通过静电或化学连接来黏附于这些颗粒上，此填料也称为一载体。这些载体粒子在尺寸上远大于药品颗粒。干粉吸入器将药品与载体分离的能力在设计的有效性上是一重要的效能参数。
(3)尺寸大于5微米的作用药品颗粒将被沉积在口腔或喉咙。由于在这些位置上药品的生物利用度与吸收度与肺部不同，这会引入另一层次的不确定性。干粉吸入器需要将沉积在这些位置上的药品最小化，以降低与药品生物利用度相关的不确定性。
熟知的干粉吸入器(DPI)通常具有将药品(作用药品加上载体)引进一高速空气流的构件。此高速空气流被用作破坏微米化颗粒的丛集或将药品颗粒自载体分离的主要机制。对于干粉形式药品的配药来说有用的一些吸入装置是在现有技术中已知的。举例来说，在美国专利申请3,507,277、3,518,992、3,635,219、3,795,244、以及3,807,400中揭露吸入装置，吸入装置具有用以刺穿一含粉状药剂的胶囊的构件，当有吸入动作时，将粉状药剂自被刺穿的胶囊牵引出并进入使用者的口腔。一些专利揭露螺旋桨构件，当有吸入动作时，螺旋桨构件有助于自胶囊分配粉末，好让其无需仅依赖来自胶囊对于吸收粉末的吸入空气。举例来说，在美国专利案2,517,482中揭露一装置，此装置具有一含粉末的胶囊，其在吸入前被放在一下层腔室，在此被使用者藉由手动按下一刺针来刺穿胶囊。在刺穿动作后，开始吸入动作并且胶囊被牵引到此装置的一上层腔室，在此其在所有的方向上四处移动以透过被刺穿的洞来造成粉末的分配并进入被吸入的空气流。在美国专利案3,831,606中揭露一吸入装置，此吸入装置具有多刺针、螺旋桨构件、以及一自备电力源，此自备电力源用以通过额外的手动操控来操作螺旋桨构件，好让螺旋桨构件在吸入动作时有助于将粉末分配到被吸入的空气流中。还请参见美国专利案5,458,135。
这些已知装置显示了一些问题并具有一些缺点，而这些问题与缺点则被本发明的吸入装置所补救。举例来说，这些已知装置需要使用者在吸入动作上运用相当大的力气，以自一被刺穿胶囊分配或是自刺穿胶囊抽出粉末至被吸入的空气流中。藉由这些已知装置，由吸入动作所造成的在胶囊内通过被刺穿孔洞的粉末吸气，通常不会从胶囊抽出所有或甚至大部份的粉末，因此造成了药品的浪费。这些已知装置也造成被吸入到使用者口腔的粉末材料会有无法控制的 数量或团块，而不是细微散布粉末的经控制数量的定量吸入。
以上关于已知技术的讨论大部份来自于Wilke等人的美国专利3,948,264，其揭露用以促进吸入粉末药品的一装置(其包括一本体部份，此本体部份具有主要与次要空气入口信道以及一出口信道)。此次要入口通道对于含粉末药品的胶囊提供一封闭区域，而出口信道则形成一自本体伸出的短管口。提供一胶囊刺穿结构，当旋转胶囊刺穿结构时在胶囊上形成一或多个洞，好让粉末药品可藉由电子机械振动器的胶囊振动从胶囊释放出来。在Wilke等人所揭露的此刺穿构件包括放置在一圆椎状腔室的三只经放射状安置、弹簧偏压的刺穿针。藉由手部转动腔室，这些针的同步向内辐射运动将胶囊刺穿。此腔室的进一步转动允许这些针被他们的弹簧安置部份收回到他们原来的位置上，以将这些针从胶囊收回。
此电子机械振动器在其最深处端包括一振动活塞棒(其朝向入口信道与出口信道的交叉口突出)。一机械螺旋蜂鸣器被连接到活塞棒，该机械螺旋蜂鸣器提供电力给棒以使其振动。一高能量电子电池提供电力给蜂鸣器，并被一外部按钮开关所触发。根据Wilke等人的揭露，同时按压一出口通道与一开关时，经由吸入动作触发电子机械振动构件，空气经由入口通道被吸入、且次要入口通道的空气流将胶囊紧靠着一振动活塞棒举起。因此，胶囊被快速振动，而粉末自其内的刺穿孔洞来流动与分配。(此技术通常被用在通过一漏斗来对粉末分配的制造程序，在此振动漏斗以使粉末流动并通过漏斗出口来移动粉末。在胶囊内被刺穿的孔洞代表漏斗出口。)根据Wilke等人的揭露，通过入口通道的空气流有助于自胶囊抽出粉末，并且将此粉末通过出口通道携带至使用者的口腔中。(Wilke等人，第3栏，45至55行)。Wilke等人另揭露出电子机械振动器构件可被放置在入口腔室的一恰当角度，并揭露出振动的振幅与频率可被改变以调节吸入器的分配特性。
已知装置(例如如上所述已知装置)有一些缺点，这些缺点会使得他们在将干粉运送至肺部时较不理想。一些缺点包括：
·已知吸入器的效能仰赖由使用者所产生的流动速率。较低的流动速率会导致粉末不被完全地解聚，因此不利于要供给予病人的药剂。
·由于在解聚程序上缺乏一致性，因而来自药剂对药剂的药品的生物利用度上的不一致。
·用以驱动以电子机械为基础的吸入器的高能量需求，增加了该等装置的尺寸，因而使其不适于携带使用。
·来自打开胶囊或顶端胶囊的药品损失。
·由于曝露在氧气中或是潮湿，在打开胶囊或顶端胶囊内的药品变质。
在此被并入作为参考并被让与给本案共同受让人MicroDose科技公司的早先美国专利7,318,434与7,334,577中，提供在已知吸入器上的一改进，其利用振动来促使进入一吸入的气流的粉末的悬浮，其并利用一合成喷射器从一泡封装(blister pack)或相似物喷雾药粉。如同在前述美国专利7,318,434与7,334,577中所教示的，在此提供一干粉吸入器，此干粉吸入器具有一第一腔室(例如一泡封装或其它容器)以及一通过通道来连接至第一腔室的第二腔室；第一腔室用以容纳一干粉，而第二腔室用以接收来自第一腔室的一喷雾形式的干粉并用以将喷雾化的干粉供给予一使用者。一振动器耦合至第一腔室内的干粉。此振动器被致能并耦合至第一腔室，并藉由合成喷射驱动粉末离开此腔室。
干粉吸入器的药品通常被包含在一泡封装或其它平底容器(其被放在接触一压电转换器或振动器的表面)，因此此转换器的振动能量便被转换到药品颗粒。然而，在泡封装或其它容器的接合表面与转换器的表面之间的摩擦损失可限制转换器表面的运动并减少装置的整体效率。
发明内容
本发明藉由提供一具有压电转换器的一吸入器，提供在例如如上讨论的已知装置上的改良，以将含在一泡封装或其它平底容器内的药品喷雾化，其中对于该转换器的驱动信号具有一波形，该波形激发该压电转换器的一主要共振频率与一次要共振频率两者。对于该转换器的较佳驱动信号应包含一具有一基本频率的波形，以及此外在该基本频率的谐波处的显著能量，该基本频率等于该转换器的该主要共振频率。
转换器的该些次要共振频率被该驱动信号的该些谐波所激发，该些谐波导致转换器表面的一更复杂运动。该转换器表面以类似于鼓的振动表面的方式来移动。此包括一相当数量模式的振动。该转换器表面的更复杂运动降低在泡封装或其它平底容器的接合表面与该转换器表面之间的接触面积，并相应地降低介于两表面间的摩擦。此主要原因是因为，泡封装或容器底部倾向于遵循该转换器表面的偏斜样式的该些峰值，而非遵循由于复杂运动所产生的变形的复杂性。一介于泡封装或容器底部与该转换器表面之间的相对运动的部份是位于辐射方向，当其在一垂直于该表面的平面的方向上振动时，有必要藉由该转换器表面的改变的辐射维度。此相对运动是必要的，以避免显著的能量损失，而能量损失与尝试周期性地延展包含容器或泡封装的底部表面的材料有关，用以在振动期间让其符合或稳稳地维持贴附于(即接触)转换器表面。
附图说明
本发明的进一步特征与优点将与附图一起呈现于实施方式中，其中：
图1是根据本发明的一压电致动器的剖面图；
图2是表示根据本发明的对于一压电转换器的一驱动信号的波形的图；
图3是表示由图2所示波形所产生的压电转换器的谐振能量的图；
图4是表示在各式谐振频率处的一压电转换器的导纳的图；以及
图5是表示根据本发明的对于一压电转换器的一驱动电路的图。
【主要组件符号说明】
5 转换器
10 电源供应器
15 二极管
20 铝柱
21、23场效晶体管
24 盖子
26 正导线
28 负导线
具体实施方式
在以下描述中参照附图，该附图来自在此的一部份并在此藉由图解方式来显示本发明的各种实施例。应理解到，其它的实施例可被使用并且改变可发生而无需脱离本发明的范围。
本发明提供一方法与装置，用以藉由使用一压电转换器将药品自一吸入器供给至一病患的肺部，以对被含在泡封装或其它容器的药品进行解聚与喷雾化。此压电转换器由一驱动信号所触发，此驱动信号激起转换器在两或更多不同频率(包括其主要共振频率与接近主要共振频率的一谐振的至少一次要频率)下振动。
也就是说，驱动信号被选择来激起压电转换器的该些次要共振频率，该些次要共振频率导致在转换器表面的一复杂样式的变形。在不被理论限制的情况下，发明人观察发现转换器表面的复杂运动造成，泡封装的底部平面与转换器表面接触的接触表面面积的减少，且藉由此一接触表面面积的减少使得在两表面间的摩擦相应地降低。此可能会发生的原因为，泡封装底部倾向于遵循转换器表面的偏转样式的该些峰值，而非遵循由于复杂运动所产生的变形的复杂性。此致使介于泡封装底部与转换器表面之间在辐射方向上的相对运动，由于当转换器表面因为包含转换器表面的材料的弹性而振动时，转换器表面改变辐射维度，发明人认为此为必要的，此弹性导致转换器的振动运动。尽管不希望受限于理论，发明人观察支持以下概念：此相对运动对于避免重大的能量损失而言是必要的，此能量损失与尝试周期性地延展此聚合材料(其包含泡封装底部的底部，用以在振动期间让其符合或稳稳地维持贴附于(亦即接触)转换器表面)相关。
根据本发明一示范性实施例，压电转换器由一信号所驱动，此信号具有一如图2所示的波形。此波形较佳地用以驱动在一压电转换器(被用在受让人公司的一干粉吸入器内)内的上述运动。压电转换器(图1)是一为特定目的设计的转换器，其包含一铝柱20(其高12.24mm且具有外径13.32mm)，在一端以一0.25mm厚的压电碟22封闭，压电碟22相应地贴附于一压接于与接近铝柱20的盖子24的平坦表面。一正导线26被焊接于压电碟22的内表面并使用一硅树脂黏剂来黏附于盖子24的内墙表面以提供应力释放。一负导线28则被贴附在铝柱20。
图3是图2所示波形的谐振能量的图。如图所示，在每一谐振处有一相当量的谐振能量由此波形产生。
图4显示被用在干粉吸入器的压电转换器的电导纳。在导纳响应内的该些峰值指示转换器的机械共振的该些频率。如图所示，除了主要共振频率35kHz，还有一些重要的机械共振点。然而，不同的压电转换器可具有不同的共振频率。在发明人观察中，发明人发现前述压电转换器在285kHz处被大量激发，其对应至驱动波形的第八个谐振。然而，其它的转换器可在靠近此驱动波形的其它谐振处(第二个、第四个、第六个等等)强烈地共振，因此以一类似于在范例转换器中揭示的方式来执行。很重要地，发明人的实验已一致地发现具有大量谐振能量的一驱动信号，此对使已被检验的转换器类型与平底泡封装类型的所有组合能可靠地产生一强烈的合成喷射而言是有必要的。
图5是一驱动电路的范例，其可产生图2的较佳波形。转换器5接收来自电源供应器10的电力。场效晶体管21、23包含一电子开关，其在转换器的主要共振频率处被打开与关闭。在替代方案中，可利用一单一晶体管建构驱动电路。当电子开关被关闭时，电感12储存能量。当电子开关被打开时，在电感12内的所有能量被转换到压电转换器5。当电感的能量已被转换至转换器之后，二极管15将电感从转换器有效地解除连接，因此在一循环期间确保最大的能量转换。
也可使用其它波形。主要的需求是驱动波形能产生足够的谐振能量，以使得压电转换器的一次要谐振频率能被激发，藉以发生在次要谐振处的一机械振荡。也可能产生一波形，其包含在两不同频率(对应于转换器的主要与次要共振频率)的两正弦信号。在主要与次要共振频率两者处，有足够能量的任何可让转换器表面在该二频率产生显著机械运动的信号，产生压电转换器表面的运动，该运动具有将转换器表面与泡封装底部之间的摩擦最小化的所需功效。
应被强调的是，关于本装置与程序的上述该些实施例(以及特别是“较佳”实施例)仅为实施的可能范例并仅作为本发明该些原理的一清楚理解。在此所述的本发明的许多不同实施例可被设计及(或)制造而不脱离本发明的精神与范围。所有这些与其它的这些修正与变化形式在此意欲被包含于本发明的范围内并被以下的权利要求所保护。因此，除了在所附权利要求中所指示之外，本发明的范围并非有意被限制。
Claims (12)
1.一种在一使用一压电转换器来作为一振动器的吸入器内驱动转换器的方法，该方法包含：提供一信号至该转换器以产生振荡，该信号包含具有与所述转换器的主要频率相等的基本频率的波形，该信号激发该转换器的主要共振频率并且还激发该转换器的至少一次要共振频率。
2.如权利要求1所述的方法，其中该信号是一波形，该波形包含对应至该主要共振频率以及该次要共振频率的两频率的两正弦波。
3.如权利要求1所述的方法，其中该转换器被用来将在一泡封装内所含有的药品喷雾化。
4.如权利要求3所述的方法，其中由于这些振荡，所产生的介于该泡封装与该转换器之间的摩擦被最小化。
5.如权利要求3所述的方法，其中该药品是一干粉。
6.如权利要求3所述的方法，其中该药品是一液体。
7.如权利要求1所述的方法，其中该转换器在其主要共振频率的一n阶谐波处共振，其中n是一整数，其选自数字2、4、6、8所组成的群组。
8.一种用以驱动在一吸入器内的一压电转换器的电路，该吸入器包括压电转换器以用来促使药品的颗粒在吸入的气流中悬浮，该吸入器使用实质接触于该转换器的表面的一平底药品容器，该电路至少包含：一电源供应器；一二极管；一电感；以及一电子开关，其中该电源供应器、该二极管、该电感以及该电子开关被串联，该压电转换器连接于该开关上，以及其中该开关在该压电转换器的主要共振频率处打开与关闭；其中该电路供给在该转换器的该主要共振频率处的实质能量并且还供给该转换器的至少一次要共振频率处的实质能量。
9.如权利要求8所述的电路，其中该电子开关包含至少一晶体管。
10.如权利要求9所述的电路，其中当该开关被打开时，该电感被改变大小以将其所有能量实质地倾卸到该转换器内。
11.一种将在一转换器振荡表面以及与之接触的一组件间的摩擦最小化的方法，该方法至少包含以下步骤：在对应至一主要共振频率以及还在至少一次要共振频率的两或更多频率处来驱动该转换器。
12.如权利要求11所述的方法，其中该转换器在其主要共振频率的一n阶谐波处被驱动，其中n是一整数，其选自数字2、4、6、8所组成的群组。
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