CN114423479B - 用于确定气溶胶的给药速率的传感器模块和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于确定气溶胶流(112)的气溶胶的给药速率的传感器模块(110)和方法(210)，其中所述气溶胶流(112)通过吸入设备提供给患者，还涉及一种吸入设备。在此，所述传感器模块(110)包含：‑设计用于将所述传感器模块(110)附接到所述吸入设备的自适应结构(160)；‑测量体积(114)；‑浓度测量单元(124)，其设计用于根据所述测量体积(114)内的气溶胶浓度产生至少一个第一测量信号；‑流量测量单元，其设计用于根据通过所述测量体积(114)的气溶胶流(112)的流量产生至少一个第二测量信号，其中所述流量测量单元包含压力测量单元(140)，其中所述压力测量单元(140)包含差压传感器(148)，其中所述差压传感器(148)的第一端口(146)指定用于确定所述测量体积(114)包含的收流结构(152)前面的第一压力，并且其中所述差压传感器(148)的第二端口(154)指定用于确定所述收流结构(152)后面的第二压力，其中所述差压传感器(148)适于根据第一压力和第二压力之间的差产生至少一个第二测量信号；以及‑评估单元(156)，其设计用于基于来自所述至少一个第一测量信号的气溶胶浓度和来自所述至少一个第二测量信号的吸入流量的同期确定来确定所述吸入设备中的气溶胶的给药速率。所述传感器模块(110)和方法(210)允许准确确定患者在使用所述吸入设备时从气溶胶流(112)实际接收的气溶胶的给药速率、每次呼吸的吸入剂量和每次应用的总吸入剂量。所述传感器模块(110)可与现有的或新型的吸入设备一起使用，这些吸入设备受益于实际接收的气溶胶给药速率的确定，而所述患者可以继续使用熟悉的吸入设备。

Description

用于确定气溶胶的给药速率的传感器模块和方法
发明领域
本发明涉及一种用于确定气溶胶流的气溶胶的给药速率的传感器模块和方法，其中通过吸入设备将气溶胶流提供给患者，以及涉及吸入设备。所述传感器模块、方法和吸入设备主要可用于治疗肺部或呼吸系统疾病。
背景技术
肺部或呼吸系统疾病，包括但不限于哮喘或慢性阻塞性肺部疾病(COPD)，一般通过吸入药物来治疗，这些药物应用吸入设备以气溶胶流中的液体或固体颗粒形式提供给患者。为此目的，可使用已知的具有电子辅助设备的医疗吸入设备或“吸入器”(也称作“智能吸入器”)。特别是，所述智能吸入器可以采用无线传输以便检测患者对吸入器的使用，可以提醒患者服药，并且可以收集数据以支持规范护理。因此，智能吸入器可能有潜力提高患者对处方疗法的依从性。
更多智能吸入器，如在US2017/0290527A1或US2017/0340844A1中公开的，设计为不仅用于测量患者的使用频率，而且还用于在患者使用智能吸入器期间测量流量模式，特别是如下文更详细描述的吸入流量，特别是提供对吸入药物的粗略评估。
此外，IN2017/41002256A1公开了一种智能吸入器，其能够在智能吸入器的出口处感测一剂气溶胶的均匀流出以便监测所述患者的吸入活动。
文献US4370986A、US5887586A、WO2019/014373A1、L.Vecellio等人在2009年4月17日发表的“Influence of realistic airflow rate on aerosol generation bynebulizers”,Int.J.Pharmaceutics,Elsevier,Vol.371,No.1-2,99-105，以及J.Heyder等人在1973年1月1日发表的“Experimental studies of the total deposition ofaerosol particles in the human respiratory tract”,J.AerosolScience,Elsevier,Vol.4,191-208中公开了用于确定气溶胶流的气溶胶的给药速率的更多传感器模块和方法，其中通过吸入设备将气溶胶流提供给患者。
然而，医学上需要提高患者依从性，尤其是剂量准确性，为此目的，确定吸入流量是不够的，因为它不允许确定患者从所述吸入设备的气溶胶流中实际接收的气溶胶的给药速率。
因此，本发明的目的是提供一种用于确定气溶胶流的气溶胶的给药速率的传感器模块和方法，其中通过吸入设备将气溶胶流提供给患者，以及提供一种至少部分避免上述问题的吸入设备。
特别地，人们希望所述传感器模块和相应的方法不仅可以确定吸入流量，而且可以确定通过吸入设备提供给患者的气溶胶流的至少一个进一步的特性，从而允许在使用吸入设备时准确确定患者从气溶胶流中实际接收的气溶胶的给药速率。
此外，人们希望所述传感器模块可以与各种、优选大多数现有的或新的吸入设备一起使用。以这种方式，人们特别希望一方面许多现有的吸入设备可以受益于实际接收的气溶胶的给药速率的改进的确定法，而另一方面患者可以继续使用熟悉的吸入设备。
发明内容
此问题通过用于确定气溶胶流的气溶胶的给药速率的传感器模块和方法得到解决，其中通过吸入设备以及具有独立权利要求特征的吸入设备向患者提供所述气溶胶流。可以以单独方式或以任何任意组合方式实施的优选实施方式是从属权利要求的主题。
如在下文中使用的，术语“具有”、“包含”或“包括”或其任意语法变体以非排它方式使用。因此，这些术语既可以指除了这些术语引入的特征之外，在此上下文中描述的实体中不存在更多特征的情况，也可以指存在一个或多个更多特征的情况。例如，表述“A具有B”、“A包含B”和“A包括B”都可以指除B之外A中不存在更多元素的情况(即A完全且排它地由B组成的情况)，以及除B之外实体A中还存在一个或多个更多元素，诸如元素C、元素C和D甚至更多元素。
此外，如在下文中使用的，术语“优选地”、“更优选地”、“特别地”、“更特别地”、“具体地”、“更具体地”或类似术语与任选特征结合使用，而不限制替代可能性。因此，这些术语引入的特征是任选特征并且不旨在以任何方式限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到，本发明可以通过使用替代特征来执行。类似地，“在本发明的实施方式中”或类似表述所引入的特征旨在为任选特征，对本发明的替代实施方式没有任何限制，对本发明的范围没有任何限制，并且对以这种方式引入的特征与本发明的其它任选或非任选特征组合的可能性没有任何限制。
在第一方面，本发明涉及一种用于确定气溶胶流的气溶胶的给药速率的传感器模块，其中通过吸入设备将气溶胶流提供给患者。如通常使用的，术语“气溶胶”是指包含悬浮在气相中的物质的固体或液体颗粒的可雾化材料，其中所述颗粒特别可以是或包含药物制剂的颗粒，诸如肺表面活性剂。为了将所述颗粒转化为这种状态(可雾化材料，即粉末或液体溶液)，在“气溶胶发生器”(也称作“雾化设备”)中通过振动筛网、超声波或其它手段进行处理，以便夹带固体或液体颗粒进入载气(诸如吸入的空气或呼吸气体)的气流。在这种状态下，所述颗粒优选分布在所述载气的整个体积上，特别是以均匀和精细分散的形式。因此，所述气溶胶作为“气溶胶流”提供，其中固体或液体气溶胶颗粒由载气流运载和/或携带。
如进一步通常使用的，“气溶胶的给药速率”是指患者实际接收的气溶胶的数量、体积或质量以及测量体积中的任一物理量。因此，气溶胶的给药速率可以指在时间间隔(如一秒、一分钟或一小时)内递送到的气溶胶的数量、体积或质量。然而，更多种类的单位也是可行的。下面提供了关于气溶胶的给药速率的更多细节。
如进一步通常使用的，术语“患者”是指任何年龄的人，特别是包括儿童、婴儿、新生儿和早产儿的人。此外，术语“换气”是指实现呼吸气体在患者气道中运动的过程，特别是通过交替的吸气和呼气步骤。与能够在没有任何附加辅助设备的情况下进行循环的正常呼吸患者相比，在自主呼吸或机械通气期间接受呼吸支持的患者需要呼吸机通过换气回路至少部分地提供呼吸气体。此外，术语“患者接口”是指配置为提供吸入设备和患者呼吸道之间的连接的单元，因此通常位于患者附近。
如通常使用的，术语“吸入设备”或简称为“吸入器”是指指定用于向患者提供气溶胶流的器械。为此目的，吸入设备可以包含气溶胶发生器和用于向患者提供气溶胶流的患者接口。在吸入设备作为智能吸入器提供的情况下，吸入设备还可以包含电子辅助设备，其特别指定用于采用无线传输以便检测患者对吸入器的使用，提醒患者服药，并收集数据以支持规范护理。此外，吸入设备可以包含至少一个传感器，然而，所述传感器直接引入吸入设备的壳体中并且通常既不能从壳体移除也不能单独在吸入设备外部使用。
与此相反，如本文所用，术语“传感器模块”是指设计用于通过使用至少一种感测功能来确定至少一种可测量特性的设备，其中所述可测量特性与被提供以供患者接收的气溶胶有关。如通常使用的，术语“感测功能”是指获取至少一个可测量特性的方式。因此，传感器模块不是吸入设备，因为传感器模块不执行如上定义的吸入设备的全部功能，特别是因为它既不包含气溶胶发生器也不包含患者接口而是专注于感测功能。然而，如下文更详细地描述，传感器模块可附接到吸入设备，用于附加或替代可能已经由吸入设备本身包含的传感器提供的感测功能来执行感测功能。特别地，传感器模块可以放置在所述吸入设备和所述患者之间，尤其是在所述吸入设备的患者接口和所述患者之间。
按照本发明，所述传感器模块包含：
-设计用于将所述传感器模块附接到所述吸入设备的自适应结构；
-测量体积；
-浓度测量单元，其设计用于根据测量体积内的气溶胶浓度产生至少一个第一测量信号；
-流量测量单元，其设计用于根据通过测量体积的气溶胶流的流量产生至少一个第二测量信号，其中所述流量测量单元包含压力测量单元，其中所述压力测量单元包含压差传感器，其中，所述差压传感器的第一端口指定用于确定测量体积包含的收流结构前面的第一压力，并且其中所述差压传感器的第二端口指定用于确定收流结构后面的第二压力，其中所述压差传感器适于根据第一压力和第二压力之间的差产生至少一个第二测量信号；以及
-评估单元，其设计用于基于来自至少一个第一测量信号的气溶胶浓度和来自至少一个第二测量信号的吸入流量的同期确定来确定所述吸入设备中的气溶胶的给药速率。
因此，根据本发明的传感器模块指定用于所述吸入设备中气溶胶流的吸入流量和气溶胶浓度的同期确定，从而能够通过使用传感器模块附接其上的吸入设备来确定应用于患者的气溶胶的气溶胶的给药速率。如下所述，特别是对于图1，更详细地，术语“吸入流量”v(t)是指形成由患者在时间间隔内产生的呼吸曲线的流量模式。此外，术语“气溶胶浓度”c(t)是指气溶胶发生器，特别是吸入设备的气溶胶发生器在相同时间间隔内提供的气溶胶的量。
基于来自至少一个第一测量信号的气溶胶流的气溶胶浓度c(t)和来自至少一个第二测量信号的吸入流量v(t)的确定，所述患者在时间t接收的气溶胶的给药速率D(t)因此是由公式(1)定义的乘积。
D(t)＝c(t)·v(t) (1)
对从初始时间t0到最终时间t1的单个吸入步骤中的气溶胶的给药速率D(t)进行积分，根据公式(2)得出每次呼吸的吸入剂量Di。
在通过吸入设备进行第n次呼吸后，每次应用的总吸入剂量D符合公式(3)。
因此，如果在每个吸入步骤(i＝0…n)中同时测量吸入流量v(t)和气溶胶浓度c(t)，则可准确确定总吸入剂量D。如通常使用的，术语“同期”是指在同一时间间隔中第一测量信号和第二测量信号适用于用来根据公式(1)确定乘积的方式在同一时间间隔[t0,t1]内测量第一测量信号和第二测量信号。
按照本发明，所述传感器模块包含至少一个测量体积。如通常使用的，“测量体积”是指指定用于允许气溶胶流穿过以确定可测量的气溶胶量的空间区域。特别是，测量体积设计用于测量所述测量体积内的气溶胶浓度和穿过测量体积的气溶胶流量。为此目的，所述测量体积可以包含单个部分，或者优选地，至少两个不同的部分，这些部分尤其可以设计用于特定的感测功能，优选地，第一部分适于测量气溶胶的浓度，第二部分用于测量气溶胶的流量。然而，所述测量体积的其它布置也是可以想到的。
在特别优选的实施方式中，所述测量体积可以特别地是或包含下述空间区域，其可以由沿传感器模块内表面的圆周界定，因此所述内表面可以形成所述测量体积的表面。在此实施方式中，所述传感器模块可以包含至少一个壳体，其中所述壳体可以设计为以传感器模块可以容易地由用户(如由患者或医务人员)操作的方式为传感器模块提供机械稳定性。本文中，测量体积的表面可以特别地相对于气溶胶流的流量是流线型的。为此目的，测量体积可以优选地相对于气溶胶流的流量方向具有同轴对称性。然而，其它形式的测量体积仍然是可能的。本文中，所述测量体积的第一部分的表面可以包含壁，所述壁可以是光滑的并且尽可能没有边缘、凹陷和突起，用于测量气溶胶浓度而尽可能不受表面形式和布置的影响，而所述测量体积的第二部分可以包含如下更详细描述的收流结构。这种布置一方面可以提供准确的测量结果，另一方面可以避免气溶胶可能沉积在测量体积的壁上，特别是为了避免对测量体积的表面造成不希望的污染。
根据本发明进一步地，所述传感器模块包含浓度测量单元，其设计用于根据所述测量体积内的气溶胶浓度产生至少一个第一测量信号。如上所述，术语“气溶胶浓度”，缩写为c(t)，是指在选定时间间隔内通过测量体积的每体积数量或优选为每体积中的质量的气溶胶量。通常，可以以任何合适的方式测量气溶胶浓度，然而，在此可能尤其优选采用气溶胶与入射光的相互作用。如通常使用的，术语“相互作用”是指气溶胶与入射光的相遇，通过所述作用，入射光可以以此种方式改变：当穿过测量体积时，其经历与入射光相遇的气溶胶的至少一种物理特性相关的改变。结果，在与穿过测量体积的气溶胶相遇之后入射光的改变能够允许确定气溶胶的物理特性，前提是所述入射光的改变与所述气溶胶颗粒的物理特性之间的关系是已知的。
为此目的，至少一个光学测量单元用作浓度测量单元，其中所述光学测量单元设计用于产生第一测量信号，所述第一测量信号在此取决于入射光与通过测量体积的气溶胶的相互作用。如本文所用，“光学测量单元”是指具有至少一个光检测元件的设备，所述光检测元件指定用于通过监视入射光的改变来产生第一测量信号，从而，如上所述，允许确定所述气溶胶的物理特性。如通常使用的，术语“光的”和“光”是指可见光谱范围内的电磁辐射，所述范围还可以包括相邻的红外光谱范围和紫外光谱范围。参考适用于本文件申请日期的ISO标准ISO-21348，“可见光谱范围”通常是指380nm至760nm的波长，而“红外光谱范围”通常是指760nm至1000μm的波长，其中760nm至1.4μm的波长一般表示为“近红外光谱范围”，而“紫外光谱范围”是指1nm至380nm的波长，优选为100nm至380nm。优选地，结合本发明使用的光是选自可见光或近红外光谱范围的光。
在此，光束的改变可以是在气溶胶通过时测量体积中的入射光的散射或消减。如通常使用的，术语“散射”是指在气溶胶穿过测量体积时入射光的方向的改变，而术语“消减”是指在光与测量体积内的气溶胶相遇后光的衰减。因此，光发生散射或消减的程度产生第一测量信号，其可以用作取决于测量体积内气溶胶浓度的用于确定气溶胶的希望的浓度测度的第一测量信号。替选地或附加地，可以测量光束的其它种类的改变，诸如入射光的衍射、反射、折射或偏振的改变。
可以用于与测量体积内的气溶胶相互作用的光可以由光学测量单元包含的至少一个光源提供，其中所述光源指定用于发射为此目的的所希望的光。本文中，所述光源可选自以下至少一种：激光器，特别是激光二极管，但是原则上，替选地或附加地，其它类型的激光器也可使用；发光二极管；有机光源，特别是有机发光二极管；结构化光源。替选地或附加地，其它光源也是可行的。在一个具体实施方式中，所述光源可以是延伸光源，其延伸部可设计为适配于所述测量体积的横截面。优选地，所述延伸光源可以以发光环的形式提供，所述发光环可适于测量体积相对于如本文其它地方所述的气溶胶流的流量方向的优选同轴对称。此外，其它类型和布置的光源也是可行的。
所述入射光的改变，诸如散射光或消光率，可通过至少一个光检测元件来测量，所述光检测元件还包含在所述光学测量单元中。在优选的实施方式中，一个或多个光检测元件可放置在各种位置用于测量光散射。在进一步优选的实施方式中，一个或多个光检测元件可以相对于光源相对式定位，使得所述气溶胶可在所述光源和所述光检测元件之间通过，从而能够测量由通过的气溶胶引起的消光率。在光源可以是延伸光源的具体实施方式中，所述光检测元件也可以具有延伸部，所述延伸部可设计用于适配于所述光源的横截面。因此，优选地，所述光检测元件可以是光检测器环，其可以相对于延伸光源(诸如以发光环的形式提供)对称地布置，其中，具体而言，所述光检测器环可以放置于至所述发光环恒定距离处。然而，所述光检测元件的更多种类的数量和布置也是可以想到的。
根据本发明进一步地，所述传感器模块包含至少一个流量测量单元，所述流量测量单元设计用于产生至少一个第二测量信号，所述第二测量信号取决于通过所述测量体积的气溶胶流的流量。在特别优选的实施方式中，可以通过使用产生第二测量信号的压力传感器观测沿形成测量体积表面的传感器模块的内表面(特别是沿收流结构，特别是沿洞)的圆周的压降来测量通过所述测量体积的取平均值的总流量，优选所述测量体积相对于气溶胶流的流量方向具有同轴对称性。这种布置可认为是压力测量单元，特别是所谓的“Prantl探针”或“Pitot探针”。
因此，如下面的实例中进一步描述的，差压传感器用作所述压力测量单元，其中术语“差压传感器”是指具有两个单独端口的特定种类的压力传感器，一般表示为“p+压力端口”和“p-压力端口”，可以测量两者之间的压力差。为此目的，在收流结构前面沿着测量体积表面的圆周的第一小孔组与第一压力测量室压力连通，其中第一压力测量室本身可以与压差传感器的p+压力端口连通，由此测量收流结构前面的第一压力。类似地，在收流结构之后沿着测量体积表面的圆周的第二小孔组与第二压力测量室压力连通，第二压力测量室本身与差压传感器的p-压力端口连通，由此测量收流结构之后的第二压力。本文中，关于收流结构的术语“在前面”和“在后面”是对于气溶胶流的方向来考虑的。然而，也可以设想压力传感器的其它种类和布置。
根据本发明进一步地，所述传感器模块包含至少一个评估单元，所述评估单元设计用于基于来自至少一个第一测量信号的气溶胶流的气溶胶浓度c(t)和来自至少一个第二测量信号的吸入流量v(t)的同期确定来确定希望的信息项，即，在所述吸入装置中的气溶胶的给药速率D(t)。如通常使用的，术语“评估单元”是指设计用于生成如上所示的希望的信息项的设备。为此目的，所述评估单元可以是或可以包含一个或多个集成电路，诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)，和/或一个或多个数据处理设备，诸如一台或多台计算机，优选为一台或多台微型计算机和/或微控制器。可以包含附加组件，诸如一个或多个预处理设备和/或数据获取设备，诸如一个或多个用于接收和/或预处理传感器信号的设备，诸如一个或多个模拟数字转换器和/或一个或更多个滤波器。本文中，所述评估单元可以作为单个组件提供，或者可以优选包含至少两个单独的组件，其中至少一个组件可以完全或部分地集成到电子设备中，特别是诸如作为智能手机或平板电脑的电子通信单元中。然而，更多类型的评估单元或电子设备也是可以想到的。
进一步地，所述评估单元可以包含一个或多个数据存储设备。进一步地，如上所述，所述评估单元可以包含一个或多个接口，诸如一个或多个无线接口，或者优选为一个或多个有线接口，其中这些接口一方面可以在所述光学测量单元和所述评估单元之间通信，另一方面可以在所述流量测量单元和所述评估单元之间通信。此外，本发明的评估单元尤其可以指定用于进一步与作为智能吸入器的吸入设备的电子辅助设备通信，优选地，通过一个或多个无线接口，优选为一个或多个蓝牙模块。由于与所述吸入装置的电子辅助设备的这种通信，所述智能吸入器可配置为使用由传感器模块的评估单元提供的信息项来检测患者对吸入器的合理使用，并且用于收集附加数据以支持规范护理。因此，配备有根据本发明的传感器模块的智能吸入器有可能进一步提高患者对处方疗法的依从性。
此外，所述评估单元可设计为执行如上更详细地定义的用于确定患者从吸入设备中的气溶胶流接收的气溶胶的给药速率D(t)、每次呼吸的吸入剂量Di和每次应用的总吸入剂量D中的至少一个的方法。为此目的，所述评估单元可以适于执行至少一个计算机程序，特别是通过实施如本文所述的任何一个或所有方法步骤。作为实例，可以实施一种或多种算法，其通过使用光测量信号作为输入变量，可以确定希望的信息项。
具体地，所述评估单元尤其可以设计用于将第一测量信号转换为关于气溶胶浓度c(t)的希望的信息。在优选实施方式中，这种类型的转换可以优选几乎是精确的，其中穿过所述测量体积的气溶胶流的气溶胶浓度c(t)与测量体积内的气溶胶对入射光的改变(如散射光或消光率)强度之间的关系已经通过校准测量建立，优选在此处执行的光测量之前建立，用于特定类型的吸入装置。然而，假如可以接受较低的测量的气溶胶浓度c(t)准确性，也可使用平均校准函数。尽管如此，在这两种情况下都可实现高且相同的可重复性。
类似地，所述评估单元尤其可以设计用于将第二测量信号转换为关于吸入流量v(t)的希望的信息。特别是，通过了解优选地由本文其它地方更详细描述的压差传感器测量的压降与穿过测量体积的气溶胶流量之间的关系，诸如传感器模块的具体校准函数所包含的关系，可以由测量的压降来确定吸入流量v(t)。
根据本发明进一步地，所述传感器模块包含设计用于将传感器模块附接到吸入设备以向患者提供气溶胶流的自适应结构。在特别优选的实施方式中，所述自适应结构可以设计用于将传感器模块放置在吸入设备和患者之间，尤其是吸入设备的患者接口和患者之间。如本文所用，术语“自适应结构”是指传感器模块的一部分，其允许将本发明的传感器模块以如下方式附接、优选为紧密附接到各种、优选为大多数现有或新的吸入设备上：传感器模块可以补充可能已经由吸入设备本身包含的传感器提供的潜在现有传感功能。因此，一方面，许多现有的吸入设备可以受益于对实际接收的气溶胶的给药速率D(t)、每次呼吸的吸入剂量Di和/或每次应用的总吸入剂量D的改进的确定法(所有这些可由根据本发明的传感器模块测量)，而另一方面，患者可以继续使用熟悉的吸入设备。
为了能够适合于尽可能多的现有吸入设备，所述适应性结构可以优选地采用能够附接到大多数现有吸入设备的形式。由于大多数现有吸入设备优选地具有相对于气溶胶流的流量方向的同轴对称性，因此自适应结构可以优选地也呈现出相对于气溶胶流的流量方向的同轴对称性。因此，在特别优选的实施方式中，所述自适应结构可以以转接环的形式提供，所述转接环可以沿着呈现同轴对称性的传感器模块的壳体。因此，所述转接环因而可以附接到壳体或管上，所述壳体或管处于所述吸入设备的延伸部，也呈现出同轴对称性。进一步地，所述转接环可以包含锥形形状，因此，允许所述转接环附接到不同直径的管，由此可以进一步增加本发明的传感器模块的适用范围。此外，尽管通常不需要，但所述自适应结构还可以包含一个或多个凹陷或突起，其可以适于将所述自适应结构固定到(所述自适应结构所附接的)吸入设备的壳体或管上。
在另一方面，本发明涉及一种用于向患者提供气溶胶流的吸入设备。为此目的，所述吸入设备包含气溶胶发生器和用于向患者提供气溶胶流的患者接口，并且还配备有用于确定如本文其它地方所述的气溶胶流的气溶胶的给药速率的传感器模块。在所述吸入设备为智能吸入器的情况下，所述吸入设备还可以包含电子辅助设备，这些电子辅助设备特别指定用于为各种目的采用无线传输。此外，所述吸入设备可以包含至少一个传感器，然而，所述传感器直接引入所述吸入设备的壳体中并且通常既不能从壳体移除也不能单独在所述吸入设备外部使用。关于所述吸入设备的进一步细节，可以参考如本文所述的传感器模块、其示例性实施方式和方法的描述。
在另一方面，本发明涉及一种用于确定患者从所述吸入设备中的气溶胶流接收的气溶胶的给药速率的方法，其中所述吸入设备指定用于向患者提供气溶胶流。如本文所用，所述方法包括以下步骤：
-将传感器模块附接到所述吸入设备，其中所述吸入设备设计用于向患者提供气溶胶流；
-根据所述传感器模块包含的测量体积内的气溶胶浓度产生至少一个第一测量信号；
-根据通过所述测量体积的气溶胶流的流量产生至少一个第二测量信号；以及
-基于来自至少一个第一测量信号的气溶胶浓度c(t)和来自至少一个第二测量信号的吸入流量v(t)的同期确定来确定所述吸入设备中的气溶胶的给药速率D(t)。
在本文中，可以按照给定的顺序执行所指出的步骤，其中，优选地，可以至少部分地同时执行所指出的步骤中的任何或所有步骤。无论是否在本文件中描述，都执行进一步的方法步骤，诸如以下可选的(或无、附加的)步骤。
此外，在如上所指出确定所述吸入设备中的气溶胶的给药速率D(t)之后，可以执行以下可选的方法步骤：
-通过对从初始时间t0到最终时间t1的单个吸入步骤中的气溶胶的给药速率D(t)进行积分来确定每次呼吸的吸入剂量Di。
此外，还可在确定每次呼吸的吸入剂量Di的前置步骤之后执行进一步的以下可选的方法步骤：
-通过吸入设备进行第n次呼吸后，通过将每次呼吸的吸入剂量Di相加来确定每次应用的总吸入剂量D。
本文中，优选地，所述评估设备还可以适于在通过所述吸入设备进行第n次呼吸后确定每次呼吸的吸入剂量Di和每次应用的总吸入剂量D。
在另一方面，本发明涉及一种计算机程序产品，其包含用于执行如本文其它地方所述的任何或所有方法步骤的可执行指令。
关于所述方法或计算机程序产品的进一步细节，可以参考本文件中其它地方对传感器模块及其示例性实施方式的描述。
因此，根据本发明的传感器模块和方法可以因此不仅允许确定吸入流量v(t)而且允许确定气溶胶浓度c(t)(作为由所述吸入装置提供给患者的气溶胶流的至少一个更多的特性)。因此，所述传感器模块和相应的方法允许准确确定如上进一步定义的患者在使用所述吸入设备时从气溶胶流中实际接收的气溶胶的给药速率D(t)、每次呼吸的吸入剂量Di和每次应用的总吸入剂量D。在本文中，所述传感器模块可与各种、优选为大多数现有的或新的吸入设备一起使用。此情况的结果是，一方面，许多现有的吸入设备可以受益于实际接收的气溶胶的给药速率的改进的确定法，而另一方面，所述患者可以继续使用熟悉的吸入设备。
附图说明
本发明的进一步任选特征和实施方式在优选实施方式的后续描述中更详细地公开，优选地结合从属权利要求。其中，如技术人员所意识到的，各个任选特征可以以单独方式以及以任何任意可行的组合实施。需要强调的是，本发明的范围可以不受优选实施方式的限制。实施方式在附图中示意性地绘出。在本文中，相同的附图标记指代相同或功能相当的元件。
附图中：
图1示意性地示出了关于确定患者从吸入设备中的气溶胶流接收的气溶胶的给药速率的基本原理；
图2以截面图示出了用于确定气溶胶的给药速率的传感器模块的优选实施方式；
图3以截面图示出了用于确定气溶胶的给药速率的传感器模块的进一步优选的实施方式；以及
图4示意性地示出了用于确定气溶胶的给药速率的方法的优选的实施方式。
具体实施方式
为了更好地理解用于确定患者从吸入设备中的气溶胶流112接收到的气溶胶的给药速率D(t)的传感器模块110的功能，图1示意性地示出了关于确定气溶胶的给药速率D(t)的基本原理。
根据本发明，所述传感器模块110设计用于基于来自第一测量信号的气溶胶流112气溶胶浓度c(t)和来自第二测量信号的吸入流量v(t)的同期确定来确定患者从所述吸入设备中的气溶胶流112实际接收的气溶胶的给药速率D(t)，其中第一测量信号取决于测量体积114内的气溶胶浓度，而第二测量信号取决于所述测量体积114上的气溶胶的压降。
图1以实线示意性地绘出了任意单位的呼吸曲线的时间变化线，其对应于患者在吸入设备内以秒为单位的时间t产生的吸入流量v(t)。进一步地，图1以点状线示意性地示出了任意单位的气溶胶浓度c(t)的时间变化线，其对应于由所述吸入设备的气溶胶发生器在以秒为单位的同一时间t提供的气溶胶量。
进一步地，图1以虚线示意性地绘出了在时间t时患者接收的任意单位的气溶胶的给药速率D(t)的时间变化线，其由公式(1)定义为气溶胶流112的气溶胶浓度c(t)和吸入流量v(t)的乘积。
D(t)＝c(t)·v(t) (1)
进一步地，图1以气溶胶的给药速率D(t)的时间变化线下的阴影区域示意性地示出了根据公式(2)的任意单位的每次呼吸的吸入剂量Di，其是通过对从初始时间t0到最终时间t1的单个吸入步骤中的气溶胶的给药速率D(t)进行积分而获得的。
在通过吸入设备进行第n次呼吸后，每次应用的总吸入剂量D可以根据公式(3)确定(此处未绘出)。因此，如果在每个吸入步骤(i＝0…n)中同期测量吸入流量v(t)和气溶胶浓度c(t)，则可准确地确定总吸入剂量D。
图2示意性地示出了用于确定气溶胶的给药速率D(t)和可选的每次呼吸的吸入剂量Di以及患者从吸入设备提供的气溶胶流112接收的总吸入剂量D的传感器模块110的优选实施方式。在此实施方式中，所述传感器模块110包含至少一个壳体116，所述壳体116可以特别地设计用于为传感器模块110提供机械稳定性，因此允许用户(如患者或医务人员)容易地操作传感器模块110。如此处所示，所述壳体116可以界定出所述传感器模块110的内表面118，其中所述内表面118可以构成用于传感器模块110的测量体积114的空间区域。此处，由此形成测量体积114的表面的内表面118可以特别地相对于气溶胶流112的流量是流线型的。如图2中所绘出的，所述壳体116和所述测量体积114两者都可以相对于气溶胶流112的流量方向具有同轴对称性。此外，所述内表面118可以包含壁，所述壁可以是光滑的并且尽可能没有边缘、凹陷和突起。因此，所述气溶胶流112的流量因此能够以尽可能小的影响通过所述测量体积114。这种布置一方面可以提供准确的测量结果，另一方面可以避免气溶胶可能沉积在内表面118上。因而，所述气溶胶流112通过所述测量体积114，在所述测量体积114中测量气溶胶浓度c(t)和气溶胶压降。为此目的，所述测量体积114可以包含其中可以测量气溶胶浓度c(t)的第一部分120和其中可以测量气溶胶压降的第二部分122。
因而，如图2所示，设计用于根据所述测量体积114内的气溶胶浓度产生第一测量信号的浓度测量单元124位于所述测量体积114的第一部分120。在图2的实施方式中，所述浓度测量单元124以光学测量单元126的形式提供，其包含光源128和光检测元件130。如此处示意性绘出的，所述光源128可以是激光二极管或发光二极管132，其可以位于与测量体积114相邻的壳体116的内表面118处并且可以将至少一种希望波长的光发射到测量体积114中，其中通过的气溶胶流112可以改变发射的光，特别是通过散射光或通过吸收一部分光，其中对于特定的气溶胶，散射光或透射光的强度可以与气溶胶浓度c(t)成比例。可以是或包含光敏半导体元件的光检测元件130可以位于相对于所述光源128的相对位置，因而，允许所述气溶胶流112在所述光源128和所述光检测元件130之间通过。
图3示意性地示出了光学测量单元126的进一步优选的实施方式。此处，所述光源128设计为发光环134，而所述光检测元件130设计为光检测环136。此处，所述发光环134可以包含多个发光二极管，这些发光二极管沿环彼此跟随布置。类似地，所述光检测环136可以包含多个沿环彼此跟随的光敏半导体元件。在此具体实施方式中，优选地，所述发光环134和所述光检测环136可以以相对于彼此同轴的方式布置，从而保持所述测量体积114相对于所述气溶胶流112的方向的优选的同轴对称性。作为此实施方式的优势，与图2所示的实施方式相比，所述发射的光可以显著改进的方式照射测量体积114的第一部分120。进一步地，所述光检测环136增加了此优势，所述光检测环136允许在所述测量体积114上明显分布更佳地进行检测，由此可以获得对所述测量体积114的第一部分120的空间区域内的气溶胶浓度c(t)的更准确的检测。
如图2和3进一步绘出的，所述光学测量单元126包含气溶胶检测器电子设备138，其设计用于触发所述光源128，诸如图2的发光二极管132或图3的发光环134，并且用于产生取决于测量体积114的第一部分120内的气溶胶浓度c(t)的第一测量信号。
如图2和图3所示，所述传感器模块110还包含压力测量单元140，其设计用于根据气溶胶在测量体积114上的压降产生第二测量信号。在所绘出的实施方式中，沿与测量体积114的第二部分122相邻的壳体116的内表面118的圆周的第一小孔组142与所述压力测量室144压力连通，所述压力测量室144本身与差压传感器148的p+压力端口146连通。因此，测量在用作收流结构152的洞150前面主宰的第一压力。此外，在所述洞150后面测量第二压力，其中沿与所述测量体积114的第二部分122相邻的壳体116的内表面118的圆周的第二小孔组142'与另一个压力测量室144'压力连通，所述压力测量室144'本身与差压传感器148的p-压力端口154连通。在此，测量在用作收流结构152的洞150后面主宰的第二压力。进一步地，所述差压传感器148设计用于通过确定第一压力和第二压力之间的差来测量压降。进一步地，通过了解压降与穿过测量体积114的气溶胶流112的流量之间的关系，诸如通过使用特定的校准函数，可根据用这种方式测量的压降来确定吸入流量v(t)。然而，用于确定所述吸入流量v(t)其他程序也是可以想到的。
如图2和3所示，所述传感器模块110还包含评估单元156，其设计用于基于作为所需信息项的来自第一测量信号的气溶胶流112气溶胶浓度c(t)和来自第二测量信号的吸入流量v(t)的同期确定来确定吸入设备中的气溶胶的给药速率D(t)。如此处示意性绘出的，所述评估单元156可以形成为独立于光学测量单元126和压差传感器148的单独的评估单元156，但是优选地可以连通至所述光学测量单元126和所述压差传感器148两者，诸如通过使用有线引线(此处未绘出)或无线连接以便接收相应的第一和第二测量信号。替选地(此处未绘出)，所述评估单元154可以与所述光学测量单元126和/或所述压差传感器148一起构成组合单元。如此处进一步绘出的，蓝牙接口158可以用于向吸入单元包含的接收单元(此处未绘出)转发所确定的信息项。然而，其它类型的接口也是可行的。
此外，所述传感器模块110还包含自适应结构160，其设计用于将传感器模块110附接到所述吸入设备以向患者提供气溶胶流112。如图2和图3所示，所述自适应结构160作为转接环162提供，其可以通过呈现同轴对称性而沿着传感器模块110的壳体116。因而，所述转接环162可在所述吸入设备的延伸部(此处未示出)附接到所述壳体或管，所述壳体或管也可以呈现出同轴对称性。如此处进一步说明的，所述转接环162可以包含锥形形状，使得所述转接环162可以附接到不同直径的管。然而，所述自适应结构160的更多种类和布置也是可行的。因此，所述传感器模块110可与各种现有的或新型的吸入设备一起使用。因而，一方面，许多现有的吸入设备可以受益于气溶胶的给药速率D(t)的改进的确定法，而另一方面，患者可以继续使用熟悉的吸入设备。
图4示意性地示出了用于确定患者从吸入设备中的气溶胶流112接收的气溶胶的给药速率D(t)的方法210的优选实施方式，其中所述吸入设备指定用于向患者提供气溶胶流112。
在附接步骤212中，所述传感器模块110附接到吸入设备以通过使用自适应结构160向患者提供气溶胶流112。
在浓度测量步骤214中，通过使用浓度测量单元124产生取决于测量体积114内的气溶胶浓度c(t)的第一测量信号。
在压力测量步骤216中，通过使用压力测量单元140产生取决于气溶胶在测量体积114上的压降的第二测量信号。
在确定步骤218中，通过使用评估单元156，基于来自第一测量信号的气溶胶流112的气溶胶浓度c(t)和来自第二测量信号的吸入流量v(t)的同期确定来确定吸入装置中的气溶胶的给药速率D(t)。
在进一步可选的确定步骤220中，通过再次使用评估单元156对从初始时间t0到最终时间t1的单个吸入步骤的气溶胶的给药速率D(t)进行积分来确定每次呼吸的吸入剂量Di。
在进一步可选的确定步骤222中，在患者通过吸入设备进行第n次呼吸后，通过将每次呼吸的吸入剂量Di相加来确定每次应用的总吸入剂量D，从而再次使用评估单元156。
因此，所述方法210不仅允许确定吸入流量v(t)而且允许确定气溶胶浓度c(t)，由此可实现患者在使用吸入设备时从气溶胶流112实际接收的气溶胶的给药速率D(t)、每次呼吸的吸入剂量Di和每次应用的总吸入剂量D的准确确定。
附图标记列表
110 传感器模块
112 气溶胶流
114 测量体积
116 壳体
118 内表面
120 第一部分
122 第二部分
124 浓度测量单元
126 光学测量单元
128 光源
130 光检测元件
132 发光二极管
134 发光环
136 光检测环
138 气溶胶检测器电子设备
140 压力测量单元
142,142’ 小孔
144,144’ 压力测量室
146 p+压力端口
148 压差传感器
150 洞
152 收流结构
154 p-压力端口
156 评估单元
158 蓝牙接口
160 自适应结构
162 转接环
210 方法
212 附接步骤
214 浓度测量步骤
216 压力测量步骤
218 确定步骤
220 确定步骤
222 确定步骤

Claims (10)

1.一种用于确定气溶胶流(112)的气溶胶的给药速率的传感器模块(110)，其中所述气溶胶流(112)通过吸入设备提供给患者，其中所述传感器模块(110)包含：
-设计用于将所述传感器模块(110)附接到所述吸入设备的自适应结构(160)；
-测量体积(114)；
-浓度测量单元(124)，其设计用于根据所述测量体积(114)内的气溶胶浓度产生至少一个第一测量信号；
-流量测量单元，其设计用于根据通过所述测量体积(114)的气溶胶流(112)的流量产生至少一个第二测量信号，其中所述流量测量单元包含压力测量单元(140)，其中所述压力测量单元(140)包含压差传感器(148)，其中所述压差传感器(148)的第一端口(146)指定用于确定所述测量体积(114)包含的收流结构(152)前面的第一压力，并且其中所述压差传感器(148)的第二端口(154)指定用于确定所述收流结构(152)后面的第二压力，其中所述压差传感器(148)适于根据所述第一压力和所述第二压力之间的差产生所述至少一个第二测量信号；以及
-评估单元(156)，其设计用于基于来自所述至少一个第一测量信号的气溶胶浓度和来自所述至少一个第二测量信号的吸入流量的同期确定来确定所述吸入设备中的气溶胶的给药速率。
2.根据前一权利要求所述的传感器模块(110)，其中所述测量体积(114)是或包含由沿所述传感器模块(110)内表面(118)的圆周界定的空间区域。
3.根据前一权利要求所述的传感器模块(110)，其中所述自适应结构(160)设计为可紧密附接到所述吸入设备的适配环(162)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器模块(110)，其中所述浓度测量单元(124)包含光学测量单元(126)，其中所述光学测量单元(126)设计用于根据光与所述测量体积(114)内的气溶胶的相互作用产生所述至少一个第一测量信号。
5.根据前一权利要求所述的传感器模块(110)，其中所述光学测量单元(126)包含至少一个光源(128)和至少一个光检测元件(130)。
6.根据前一权利要求所述的传感器模块(110)，其中所述光源(128)设计为发光环(134)，并且其中所述光检测元件(130)设计为光检测环(136)。
7.根据前一权利要求所述的传感器模块(110)，其中所述发光环(134)和所述光检测环(136)以相对于彼此同轴的方式布置。
8.根据权利要求1所述的传感器模块(110)，其中在所述收流结构(152)前面沿所述测量体积(114)的圆周设置第一小孔组(142)，其中在所述收流结构(152)后面沿测量体积(114)的圆周设置第二小孔组(142')，其中每个小孔组(142、142')流体连通到相应的压力测量室(144、144')，其中每个压力测量室(144、144')流体连通到所述压差传感器(148)的相应端口(146、154)。
9.根据权利要求1所述的传感器模块(110)，其中所述评估单元(156)进一步设计用于基于所确定的所述吸入设备中的气溶胶的给药速率来确定每次呼吸的吸入剂量和每次应用的总吸入剂量。
10.一种用于向患者提供气溶胶流(112)的吸入设备，其中所述吸入设备包含：
-根据前述权利要求中任一项所述的用于确定气溶胶流(112)的气溶胶的给药速率的传感器模块(110)；
-接收结构，其设计用于接收通过附接传感器模块(110)而被包含的自适应结构；
-设计用于产生所述气溶胶流(112)的气溶胶发生器；以及
-设计用于向所述患者提供气溶胶流(112)的患者接口。
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