ES2562682T3 - Sistema para liberar aerosoles del espacio muerto anatómico efectivo - Google Patents

Sistema para liberar aerosoles del espacio muerto anatómico efectivo Download PDF

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ES2562682T3 ES03729690.2T ES03729690T ES2562682T3 ES 2562682 T3 ES2562682 T3 ES 2562682T3 ES 03729690 T ES03729690 T ES 03729690T ES 2562682 T3 ES2562682 T3 ES 2562682T3
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Abstract

Un dispositivo de aerosolización (10) que comprende: un alojamiento (12) que tiene 5 una boquilla (14); un generador de aerosol (16) colocado en el alojamiento; y un sensor de flujo (32) para medir una velocidad de flujo; caracterizado por que el dispositivo de aerosolización comprende: un controlador (28) para controlar el funcionamiento del generador de aerosol; en donde el generador de aerosol comprende una placa (20) que tiene una pluralidad de aberturas y un transductor piezoeléctrico (22) que está acoplado al controlador para hacer vibrar la placa de aberturas; en donde el controlador está configurado para iniciar el funcionamiento del generador de aerosol (16) en el momento de la recepción de una señal procedente del sensor de flujo (32) indicando que un usuario ha alcanzado una velocidad de flujo umbral al inhalar a través de la boquilla (14) y para detener el funcionamiento del generador de aerosol una vez transcurrido un periodo de tiempo de funcionamiento que se selecciona de forma que la continuación de la respiración administre sustancialmente todo el aerosol producido a los pulmones del usuario, en donde el controlador (28) incluye un valor almacenado predeterminado que es una estimación de un periodo de tiempo de administración para llenar esencialmente un volumen de espacio muerto predeterminado con aire de empuje generalmente libre de aerosol a partir de una respiración, y en donde el controlador está configurado para calcular el periodo de tiempo de funcionamiento utilizando el valor almacenado, estando el controlador (28) configurado para calcular y almacenar un periodo de tiempo de inicialización que es igual al periodo de tiempo que la velocidad de flujo está por encima de la velocidad de flujo umbral durante una fase de inicialización del dispositivo de aerosolización, y estando el controlador también configurado para calcular el periodo de tiempo de funcionamiento sustrayendo el valor almacenado predeterminado del periodo de tiempo de inicialización.

Description

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DESCRIPCION
Sistema para liberar aerosoles del espacio muerto anatomico efectivo Antecedentes de la invencion
Esta invencion se refiere en general al campo de la aerosolizacion y, en particular a la aerosolizacion de Kquidos, tales como formulaciones de farmacos para su inhalacion por parte de un usuario. En un aspecto espedfico, la invencion se refiere a la produccion de un aerosol utilizando un generador de aerosol, estando el generador de aerosol configurado para detener la produccion de aerosol en un momento seleccionado para permitir que el resto de una respiracion inhalada libere cualquier aerosol inhalado del espacio muerto anatomico efectivo y desplazar el aerosol inhalado al interior de una parte dirigida del tracto respiratorio tal como los pulmones.
La inhalacion de aerosol es util en varias aplicaciones de administracion de farmacos. La administracion de aerosol ofrece numerosas ventajas con respecto a otros canales de administracion de farmacos tales como la inyeccion, la ingestion y la administracion intravenosa. Existen varios aparatos para aerosolizar medicamentos. A modo meramente enunciativo, las patentes de Estados Unidos N° 5.140.740, 5.938.117, 5.586.550, 5.758.637, y 6.014.970 describen diversos aparatos utiles en la aerosolizacion de medicamentos liquidos que un usuario puede inhalar a traves de una boquilla. El documento FR 2 783 431 desvela un nebulizador que genera vapor a partir de un liquido y que permite modificar el flujo de vapor durante la inhalacion. Los aparatos para aerosolizar medicamentos liquidos tambien pueden incorporarse en el circuito de flujo de aire de un ventilador cuando se utilice un ventilador para proporcionar flujo de aire inspiratorio a un paciente.
Un factor que puede ser de interes con respecto a la administracion de farmacos en aerosol inhalado es la cantidad de farmaco que llega a areas diana predeterminadas del tracto respiratorio, donde el farmaco puede ser mas efectivo, en comparacion con la cantidad total de farmaco que se aerosoliza. Es posible que una parte del farmaco aerosolizado que se inhala hacia el final de una respiracion inspiratoria no alcance el tejido diana y permanezca en partes no dirigidas del tracto respiratorio, tal como el tracto respiratorio superior, donde no sera efectivo. Por consiguiente, puede decirse que aquella zona donde un farmaco inhalado no sera efectivo comprende el espacio muerto anatomico efectivo del tracto respiratorio, porque el farmaco inhalado no alcanzara las partes dirigidas del tracto respiratorio y se exhalara sin que el cuerpo del usuario lo haya utilizado.
De este modo, es posible que un usuario reciba una cantidad de farmaco menor que una dosis de aerosol elegida. Esto podria dar lugar a que un usuario reciba una medicacion insuficiente o al calculo de una cantidad de dosis inadecuada. Ademas, dichas cantidades de farmaco perdidas pueden tener un impacto negativo en el coste financiero de una terapia particular. Asimismo, puede que dicho farmaco no utilizado, cuando se exhala en el aire ambiente en lo que puede denominarse un soplo, sea inhalado por otras personas cercanas al usuario. Dichas personas pueden verse afectadas por inhalar lo que podria denominarse medicacion pasiva.
En consecuencia, existe una necesidad de sistemas y metodos para reducir la cantidad de farmaco aerosolizado que no se utiliza, ya que permanece en el espacio muerto anatomico efectivo, mediante la liberacion de dicho aerosol del espacio muerto en el tracto respiratorio para que una mayor parte del farmaco aerosolizado alcance una zona diana elegida.
Breve sumario de la invencion
Se proporcionan tecnicas y dispositivos que estan disenados para facilitar la transmision de un aerosol a los pulmones. Las tecnicas y los dispositivos son particularmente utiles en aplicaciones donde se genera un aerosol a peticion. Esto puede ocurrir, por ejemplo, cuando un usuario inhala de una boquilla para causar la produccion del aerosol. A medida que el usuario sigue inhalando, el aerosol se administra a los pulmones. En algunos casos, la ultima parte del aerosol generado puede no llegar a los pulmones. Esta ultima parte del aerosol simplemente llena un denominado espacio muerto entre la salida de la boquilla inhaladora y la entrada a la parte del tracto respiratorio dirigida, tal como el pulmon.
La invencion proporciona un dispositivo de aerosolizacion ejemplar para administrar un aerosol a los pulmones. Un dispositivo de aerosolizacion comprende un alojamiento que tiene una boquilla, un generador de aerosol dispuesto en el alojamiento, un sensor de flujo o sensor de presion, y un controlador para controlar el funcionamiento del generador de aerosol. El controlador se configura para iniciar el funcionamiento del generador de aerosol en el momento de la recepcion de una senal del sensor indicando que un usuario que esta inhalando una respiracion a traves de la boquilla ha alcanzado una velocidad de flujo umbral. El controlador tambien se configura para detener el funcionamiento del generador de aerosol una vez transcurrido un periodo de tiempo de funcionamiento que se selecciona para que la continuacion de la inspiration de la respiracion administre casi todo el aerosol producido a una zona predeterminada del tracto respiratorio, tal como los pulmones del usuario.
De esta manera, la produccion de aerosol empieza cuando el usuario ha alcanzado una velocidad de flujo de inspiracion aceptable. Ademas, la produccion de aerosol se detiene durante la ultima parte de la parte inspiratoria de
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la respiracion de manera que el resto de la respiracion inspiratoria, que carece de farmaco aerosolizado y, de este modo, puede denominarse de empuje, desplaza el aerosol a lo traves de las v^as respiratorias del paciente y al interior de la parte del tracto respiratorio dirigida, tal como los pulmones, para que basicamente no quede aerosol en las vias respiratorias altas del usuario durante la inhalacion.
El volumen de espacio muerto anatomico efectivo puede definirse de manera conveniente como el volumen del tracto respiratorio en el que una medicacion seleccionada es basicamente inefectiva, tal como las vias respiratorias altas en el caso de una medicacion dirigida a las partes bajas del tracto respiratorio. El espacio muerto anatomico efectivo tambien puede denominarse el espacio muerto efectivo o simplemente, espacio muerto.
Por ejemplo, para la medicacion dirigida a los pulmones y la traquea, las vias respiratorias altas pueden definir el espacio muerto anatomico efectivo. Para medicaciones dirigidas para tratamientos sistemicos, la parte dirigida del sistema respiratorio puede ser lo que puede denominarse el pulmon profundo, el espacio muerto anatomico efectivo puede definirse como el volumen de las vias respiratorias altas y las vias respiratorias de conduccion que incluyen la traquea.
El espacio muerto efectivo para un usuario determinado y un regimen determinado puede estimarse utilizando mediciones o criterios anatomicos de facil medicion. Por ejemplo, puede utilizarse el peso medio o ideal de una persona basado en la altura, el sexo y la edad para aproximarse a lo que puede denominarse el espacio muerto anatomico, que consiste en las vias respiratorias altas y las vias respiratorias de conduccion que incluyen la traquea, en funcion de una relacion de un 1 centimetro cubico, o 1 mililitro, por libra de peso. Si el espacio muerto anatomico efectivo para un regimen determinado va a comprender solamente la parte de las vias respiratorias altas del espacio muerto anatomico, este volumen puede estimarse, por ejemplo, como una mitad o un tercio del espacio muerto anatomico. De esta forma, por ejemplo, para aplicaciones dirigidas a las vias respiratorias de conduccion y los pulmones, el espacio muerto anatomico efectivo sera el volumen de las vias respiratorias altas, que puede variar entre aproximadamente 30 cc y aproximadamente 100 cc. Asi, puede calibrarse un dispositivo de aerosolizacion de acuerdo con la presente invencion para una amplia variedad de usuarios.
El controlador incluye un valor almacenado que es una estimacion de un periodo de tiempo de administracion para llenar basicamente un volumen de espacio muerto con aire de empuje generalmente libre de aerosol a partir de una respiracion tidal. El controlador puede utilizar el valor almacenado para calcular el periodo de tiempo de funcionamiento para producir que se produzca aerosol. El controlador puede incluir una memoria de acceso aleatorio para almacenar el periodo de tiempo de funcionamiento. En un aspecto de la invencion, el controlador puede calcular y almacenar un periodo de tiempo de inicializacion. El periodo de tiempo de inicializacion puede calcularse como el periodo de tiempo durante el que la velocidad de flujo de la respiracion inspiratoria esta por encima de una velocidad de flujo umbral. El controlador puede calcular entonces el periodo de tiempo de funcionamiento sustrayendo el valor almacenado del periodo de tiempo de inicializacion. De esta manera, cada vez que el usuario inhala, la produccion de aerosol empieza cuando se alcanza la velocidad de flujo umbral y termina despues del periodo de tiempo de funcionamiento que ya se ha calculado y almacenado en el controlador. La continuacion de la inhalacion, ahora con aire que carece de aerosol, que puede denominarse empuje o aire de empuje, desplaza entonces casi todo el aerosol al interior de la zona dirigida del tracto respiratorio, tal como los pulmones.
El generador de aerosol comprende una placa que tiene una pluralidad de aberturas y un transductor piezoelectrico que se acopla al controlador para hacer vibrar la placa de aberturas. De forma conveniente, la placa de aberturas puede tener forma geometrica de cupula y las aberturas pueden ser ahusadas. El sensor de flujo puede configurarse para producir una senal electrica que esta relacionada con la velocidad de flujo y para enviar la senal electrica al controlador. De esta forma, el generador de aerosol puede activarse cuando se recibe una senal umbral.
Un usuario inhala una respiracion tidal a traves de una boquilla para producir un flujo de aire a traves de la boquilla. El flujo de aire se detecta con el sensor de flujo para determinar un momento de inicio para el generador de aerosol. En el momento de inicio, el controlador dirige el generador de aerosol durante una parte inicial de la respiracion para producir un aerosol, y entonces detiene el funcionamiento del generador de aerosol en un momento seleccionado de forma que la continuacion de la respiracion libera las vias respiratorias altas y administra casi todo el aerosol producido a los pulmones.
Una respiracion inspiratoria puede empezar de forma conveniente en un momento designado como T0. El generador de aerosol puede empezar el funcionamiento en un momento T1 cuando el sensor detecta que el flujo producido por la respiracion inhalada supera una velocidad de flujo umbral. El generador de aerosol puede detenerse entonces antes de que la respiracion inspiratoria se haya completado en un momento T2. La respiracion inspiratoria continua y el momento en el que el flujo inspiratorio cae por debajo de la velocidad de flujo umbral puede designarse como momento T3 y el momento en el que la inhalacion se detiene puede designarse como momento T4. El periodo de tiempo entre T2 y T3 es una estimacion del tiempo necesario para desplazar casi todo el aerosol producido desde un volumen de espacio muerto y tambien al interior del tracto respiratorio con la inhalacion continuada de aire de empuje generalmente libre de aerosol. El momento T3 puede ser un momento medido previamente en el que el flujo producido por inhalacion cayo por debajo de la velocidad de flujo umbral. La velocidad de flujo umbral puede ser de aproximadamente 8 litros por minuto. El usuario puede tomar respiraciones repetidas a traves de la boquilla del
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Para inicializar un aerosolizador, se toma una respiracion inicial a traves de la boquilla para producir un flujo de aire a traves de la boquilla, y el flujo de aire se detecta con el sensor de flujo. El controlador mide y almacena un periodo de tiempo de inicializacion donde la respiracion inhalada supera una velocidad de flujo umbral, que puede representarse como T3 - T1. El controlador tambien calcula un periodo de tiempo de funcionamiento del generador de aerosol que es igual al periodo de tiempo de inicializacion menos un valor almacenado en el controlador que es una estimacion de un periodo de tiempo para desplazar casi todo un aerosol producido desde el generador de aerosol a traves de un volumen de espacio muerto con aire de empuje generalmente libre de aerosol de una respiracion. El valor almacenado puede ser un porcentaje del periodo de tiempo T3 - T1 o puede ser un valor tomado de una tabla de busqueda de valores que representan el momento durante el que un flujo inspiratorio llenaria el espacio muerto efectivo basandose en criterios de respiracion y estimaciones anatomicas de acuerdo con las estadisticas individuales de un paciente. De esta forma, con dicha informacion proporcionada en la memoria del controlador, puede calibrarse y utilizarse un dispositivo de acuerdo con la presente invencion con una amplia variedad de patentes y regimenes. Por ejemplo, puede elegirse un regimen de respiracion tidal, en el que un paciente simplemente mantiene un patron respiratorio tranquilo y normal. Como alternativa, un regimen elegido puede ser una maniobra de apnea forzada en la que el paciente inhala y despues aguanta la respiracion durante un intervalo de tiempo particular antes de relajarse y permitir la exhalacion. De forma similar, pueden utilizarse otras maniobras de respiracion, por ejemplo, en las que se pide a un usuario que respire profundamente o que inhale durante un periodo de tiempo especifico. Ademas, un usuario puede estar en un ventilador en el que un aparato suministra aire al tracto respiratorio del usuario, bien en un intento de inhalacion o automaticamente. Ya sea mediante una fase de inicializacion o mediante valores almacenados o calculados, o una combinacion de los mismos, un dispositivo o metodo de acuerdo con la presente invencion determinara el momento para la aerosolizacion de forma que el aerosol liberara el espacio muerto efectivo mediante el resto de la respiracion inhalada.
Se preve la medicion del periodo de tiempo necesario para tomar una respiracion tidal o cualquier otra maniobra de respiracion, y para estimar el tiempo para llenar el volumen de espacio muerto. Una vez estimado el tiempo para llenar el espacio muerto, el dispositivo inhalador puede utilizar esta informacion para detener la produccion de aerosol en un momento adecuado en respiraciones posteriores para que la respiracion restante libere el aerosol residual del volumen de espacio muerto. Tambien puede controlarse cada nueva respiracion para cualquier cambio desde la respiracion inicial para que el controlador pueda actualizar continuamente el tiempo de funcionamiento del aerosol, basandose en los cambios en el tiempo de inhalacion, para respiraciones posteriores. De esta forma, el sistema puede adaptarse a diversos patrones respiratorios con actualizaciones respiracion a respiracion. Esto da lugar a un aumento de la eficiencia en la administracion de aerosol y reduce asi la cantidad de farmaco desaprovechado. Ademas, dicho funcionamiento puede reducir la cantidad de aerosol exhalado en el medioambiente. De este modo, puede reducirse la cantidad de lo que puede denominarse aerosol pasivo que puede exhalarse de forma involuntaria a la atmosfera.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama esquematico transversal de un dispositivo de aerosolizacion que tiene un sensor de
flujo de acuerdo con la presente invencion.
La Figura 2 ilustra un dispositivo de aerosolizacion de la Figura 1 cuando el aire esta fluyendo a traves del
dispositivo para activar el sensor de flujo.
La Figura 3 es una vista en perspectiva de un sensor de flujo de acuerdo con la presente invencion.
La Figura 4 ilustra un grafico de la velocidad de flujo frente al tiempo cuando se toma una respiracion de un
inhalador y como se calcula el tiempo de funcionamiento del aerosol de acuerdo con la presente invencion.
Descripcion detallada de la invencion
Se proporcionan tecnicas y dispositivos que estan disenados para facilitar la transmision de un aerosol a los pulmones u otras zonas diana del tracto respiratorio. Las tecnicas y los dispositivos son particularmente utiles en aplicaciones en las que se genera un aerosol a peticion. Esto puede ocurrir, por ejemplo, cuando un usuario inhala de una boquilla para causar la produccion del aerosol. A medida que el usuario sigue inhalando, el aerosol se administra a los pulmones. En algunos casos, puede que la ultima parte del aerosol generado no alcance los pulmones. Esta ultima parte del aerosol simplemente llena un denominado espacio muerto entre la salida de la boquilla inhaladora y la entrada a la parte del tracto respiratorio dirigida, tal como los pulmones.
La invencion proporciona un dispositivo de aerosolizacion ejemplar para administrar un aerosol a los pulmones. Un dispositivo de aerosolizacion comprende un alojamiento que tiene una boquilla, un generador de aerosol dispuesto en el alojamiento, un sensor de flujo o sensor de presion, y un controlador para controlar el funcionamiento del generador de aerosol. El controlador se configura para iniciar el funcionamiento del generador de aerosol en el momento de recepcion de una senal del sensor indicando que un usuario ha alcanzado una velocidad de flujo
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umbral inhalando una respiracion a traves de la boquilla. El controlador tambien se configura para detener el funcionamiento del generador de aerosol una vez transcurrido un periodo de tiempo de funcionamiento que se selecciona de forma que la continuacion de la inspiracion de la respiracion administra casi todo el aerosol producido a una zona predeterminada del tracto respiratorio, tal como los pulmones del usuario.
De esta forma, la produccion de aerosol comienza cuando el usuario ha alcanzado una velocidad de flujo de inspiracion aceptable. Ademas, la produccion de aerosol se detiene durante la ultima parte de la parte inspiratoria de la respiracion para que el resto de la respiracion inspiratoria, que carece de farmaco aerosolizado y, de este modo, puede denominarse de empuje, desplace el aerosol a traves de las vias respiratorias del paciente y al interior de la parte del tracto respiratorio dirigida, tal como los pulmones, para que basicamente no quede aerosol en las vias respiratorias altas del usuario durante la inhalacion.
Se desvela un sistema que administra aerosol durante toda la primera inhalacion o durante toda la primera inhalacion durante la cual se detecta una inhalacion, o durante un periodo fijo predeterminado de tiempo durante la primera inhalacion, tal como, por ejemplo, el primer medio segundo de la primera inspiracion o el primer medio segundo de la primera inspiracion despues de detectarse una inhalacion. En respiraciones posteriores, el aerosol se administra de acuerdo con parametros determinados de acuerdo con los otros aspectos limitativos del aerosol de la invention descritos en el presente documento. En dicho sistema, el usuario se asegura de que el dispositivo esta funcionado ya que una parte de aerosol se administra con la primera respiracion, con el fin de no dar motivos de preocupacion a un usuario por una respiracion inicial sin action de aerosol mediante el dispositivo, mientras que el aerosol se libera del espacio muerto efectivo durante el resto de respiraciones tomadas por un usuario.
El volumen de espacio muerto anatomico efectivo puede definirse de forma conveniente como el volumen del tracto respiratorio en el que una medication seleccionada es basicamente inefectiva, tal como las vias respiratorias altas en el caso de una medicacion dirigida a las partes bajas del tracto respiratorio. El espacio muerto anatomico efectivo tambien puede denominarse el espacio muerto efectivo o simplemente espacio muerto.
Por ejemplo, para la medicacion dirigida al pulmon profundo a traves de la traquea, las vias respiratorias altas pueden definir el espacio muerto anatomico efectivo. Las vias respiratorias altas pueden definirse, cuando la inhalacion es por via oral, como el volumen del aire ambiente al arbol traqueobronquial, incluidas la boca, faringe y laringe. El volumen entre las vias respiratorias altas y las 16 primeras generaciones de las vias respiratorias, que pueden denominarse las vias respiratorias de conduction, comprende la traquea, el bronquio y los bronquiolos terminales. Para medicaciones dirigidas para tratamiento sistemico, la parte del sistema respiratorio dirigida puede ser lo que puede denominarse el pulmon profundo, desde la 17a generation de las vias respiratorias a los alveolos. En este caso, el espacio muerto anatomico efectivo puede definirse como el volumen de las vias respiratorias altas y las vias respiratorias de conduccion, a traves de las 16 primeras generaciones de las vias respiratorias. Este volumen puede denominarse el espacio muerto anatomico. Las diversas partes del tracto respiratorio se describen en Clinical Practice in Respiratory Care, Fink & Hunt, (Lippincott, Williams & Winters, Philadelphia, PA, 1999).
El espacio muerto efectivo para un usuario determinado y un regimen determinado puede estimarse utilizando mediciones o criterios anatomicos de facil medicion. Por ejemplo, puede utilizarse el peso medio o ideal de una persona basado en la altura, el sexo y la edad para aproximarse al espacio muerto anatomico, en funcion de una relation de un 1 centimetro cubico, o 1 mililitro, por libra de peso. Si el espacio muerto anatomico efectivo para un regimen determinado va a comprender solamente la parte de las vias respiratorias altas del espacio muerto anatomico, este volumen puede estimarse, por ejemplo, como una mitad o un tercio del espacio muerto anatomico. De esta forma, por ejemplo, para aplicaciones dirigidas a las vias respiratorias de conduccion y los pulmones, el espacio muerto anatomico efectivo sera el volumen de las vias respiratorias altas, que puede variar entre aproximadamente 30 cc y aproximadamente 100 cc. Asi, puede calibrarse un dispositivo de aerosolizacion de acuerdo con la presente invencion para una amplia variedad de usuarios.
El controlador incluye un valor almacenado que es una estimation de un periodo de tiempo de administration para llenar basicamente un volumen de espacio muerto con aire de empuje generalmente libre de aerosol a partir de una respiracion tidal. El controlador puede utilizar el valor almacenado para calcular el periodo de tiempo de funcionamiento para que se produzca aerosol. El controlador puede incluir una memoria de acceso aleatorio para almacenar el periodo de tiempo de funcionamiento. El controlador puede calcular y almacenar un periodo de tiempo de initialization. El periodo de tiempo de initialization puede calcularse como el periodo de tiempo durante el que la velocidad de flujo de la respiracion inspiratoria esta por encima de una velocidad de flujo umbral. El controlador puede calcular entonces el periodo de tiempo de funcionamiento sustrayendo el valor almacenado del periodo de tiempo de inicializacion. De esta manera, cada vez que el usuario inhala, la produccion de aerosol empieza cuando se alcanza la velocidad de flujo umbral y termina despues del periodo de tiempo de funcionamiento que ya se ha calculado y almacenado en el controlador. La continuacion de la inhalacion, ahora con aire que carece de aerosol, que puede denominarse empuje o aire de empuje, desplaza entonces casi todo el aerosol al interior de la zona dirigida del tracto respiratorio, tal como los pulmones.
El generador de aerosol comprende una placa que tiene una pluralidad de aberturas y un transductor piezoelectrico que se acopla al controlador para hacer vibrar la placa de aberturas. De forma conveniente, la placa de aberturas
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puede tener forma geometrica de cupula y las aberturas pueden ser ahusadas. El sensor de flujo puede configurarse para producir una senal electrica que esta relacionada con la velocidad de flujo y para enviar la senal electrica al controlador. De esta forma, el generador de aerosol puede activarse cuando se recibe una senal umbral.
Un usuario inhala una respiracion tidal a traves de una boquilla para producir un flujo de aire a traves de la boquilla. El flujo de aire se detecta con el sensor de flujo para determinar un momento de inicio para el generador de aerosol. En el momento de inicio, el controlador dirige el generador de aerosol durante una parte inicial de la respiracion para producir un aerosol, y entonces detiene el funcionamiento del generador de aerosol en un momento seleccionado de forma que la continuation de la respiracion libera las vias respiratorias altas y administra casi todo el aerosol producido a los pulmones.
Una respiracion inspiratoria puede empezar de forma conveniente en un momento designado como T0. El generador de aerosol puede iniciar el funcionamiento en un momento T1 cuando el sensor detecta que el flujo producido por la respiracion inhalada supera una velocidad de flujo umbral. El generador de aerosol puede detenerse entonces antes de que la respiracion inspiratoria se haya completado en un momento T2. La respiracion inspiratoria continua y el momento en el que el flujo inspiratorio cae por debajo de la velocidad de flujo umbral puede designarse como momento T3 y el momento en el que se detiene la inhalation puede designarse como momento T4. El periodo de tiempo entre T2 y T3 es una estimation del tiempo necesario para desplazar casi todo el aerosol producido desde un volumen de espacio muerto mas al interior del tracto respiratorio con la inhalacion continuada de aire de empuje generalmente libre de aerosol. El momento T3 puede ser un momento medido previamente en el que el flujo producido por inhalacion cayo por debajo de la velocidad de flujo umbral. La velocidad de flujo umbral puede ser de aproximadamente 8 litros por minuto. El usuario puede tomar respiraciones repetidas a traves de la boquilla del dispositivo. Cada vez que se toma una respiracion, el generador de aerosol se inicia en un nuevo momento T1 cuando el sensor de flujo lo detecta y se detiene despues de que el periodo de tiempo de generation de aerosol ha expirado en el momento T2.
Se desvela un metodo para inicializar un dispositivo de aerosolizacion o nebulizador. De acuerdo con el metodo, se toma una respiracion inicial a traves de la boquilla para producir un flujo de aire a traves de la boquilla, y el flujo de air se detecta con el sensor de flujo. El controlador mide y almacena un periodo de tiempo de initialization donde la respiracion inhalada supera una velocidad de flujo umbral, que puede representarse como T3 - T1. El controlador tambien calcula un periodo de tiempo de funcionamiento del generador de aerosol que es igual al periodo de tiempo de inicializacion menos un valor almacenado en el controlador que es una estimacion de un periodo de tiempo para desplazar casi todo un aerosol producido del generador de aerosol a traves de un volumen de espacio muerto con aire de empuje generalmente libre de aerosol a partir de una respiracion. El valor almacenado puede ser un porcentaje del periodo de tiempo T3 - T1 o puede ser un valor tomado de una tabla de busqueda de valores que representan el momento durante el que un flujo inspiratorio llenaria el espacio muerto efectivo basandose en criterios de respiracion y estimaciones anatomicas de acuerdo con las estadisticas individuales de un paciente. De esta forma, con dicha information proporcionada en la memoria del controlador, puede calibrarse y utilizarse un dispositivo de acuerdo con la presente invention con una amplia variedad de patentes y regimenes. Por ejemplo, puede elegirse un regimen de respiracion tidal, en el que un paciente simplemente mantiene un patron respiratorio tranquilo y normal. Como alternativa, un regimen elegido puede ser una maniobra de apnea forzada en la que el paciente inhala y despues aguanta la respiracion durante un intervalo de tiempo particular antes de relajarse y permitir la exhalation. De forma similar, pueden utilizarse otras maniobras de respiracion, por ejemplo, en las que se pide a un usuario que respire profundamente o que inhale durante un periodo de tiempo especifico. Ademas, un usuario puede estar en un ventilador en el que un aparato suministra aire al tracto respiratorio del usuario, bien en un intento de inhalacion o automaticamente. Ya sea mediante una fase de inicializacion o mediante valores almacenados o calculados, o una combination de los mismos, un dispositivo o metodo de acuerdo con la presente invencion determinara el momento de aerosolizacion de forma que el aerosol despejara el espacio muerto efectivo mediante el resto de la respiracion inhalada.
Tambien es posible calcular el tiempo necesario para llenar el espacio muerto efectivo en relation con un regimen especifico mediante bancos de pruebas con la ayuda de un dispositivo simulador de respiracion y un dispositivo generador de aerosol. Como alternativa, pueden utilizarse tubos de diferentes longitudes entre el generador de aerosol y el simulador de respiracion, junto con un filtro para atrapar el aerosol. El simulador se dirige entonces para simular un patron o regimen respiratorio, y puede administrarse aerosol durante una parte fija de la inhalacion, cada vez con un tubo de diferente longitud que incluya un volumen conocido, tal como 50 ml, 100 ml u otros volumenes de espacio muerto efectivo. Entonces pueden observarse los volumenes que se liberaran mediante la action del simulador de respiracion en el volumen del tubo para un porcentaje especifico de inhalacion durante la que se ha detenido la generacion de aerosol. De esta manera, un periodo de tiempo fijo puede estimarse, u observarse, como un tiempo fijo que proporcionaria la liberation del espacio muerto efectivo a lo largo de varios volumenes de espacio muerto efectivo, tales como, por ejemplo, apagar el aerosol en un momento en el que el 15 % de la respiracion sigue para liberar el espacio muerto efectivo.
El volumen de espacio muerto puede estimarse en funcion de mediciones o parametros anatomicos, y los diferentes tiempos de inhalacion pueden introducirse en una tabla con porcentajes estimados de tiempos de aerosolizacion interrumpidos que se utilizarian para liberar un volumen determinado basandose en el periodo de tiempo de la
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inhalacion. Por ejemplo, puede estimarse que, para liberar un espacio muerto efectivo de las vias respiratorias altas, con una inhalacion de 0,5 a 1 segundo, el ultimo 33 % de la respiracion deberia ser sin aerosol, para una inhalacion de 1 a 2 segundos, el ultimo 25 % seria sin aerosol, para una inhalacion de 2-3 segundos, el ultimo 15 % deberia ser sin aerosol, y para una inhalacion de mas de 3 segundos, el ultimo 10 % deberia ser sin aerosol. Con esa informacion incorporada en la memoria del controlador, la generacion de aerosol puede detenerse con diferentes porcentajes de inhalacion residual liberando el espacio muerto efectivo, basandose en la duracion de la inhalacion.
La invencion puede utilizarse basicamente con cualquier atomizador que atomice un medicamento liquido, tal como los descritos en las patentes de Estados Unidos N.° 5.140.740, 5.938.117, 5.586.550, 5.758.637, y 6.014.970. Sin embargo, se apreciara que la invencion no pretende limitarse solamente a estos atomizadores especificos, sino que puede utilizarse con cualquier dispositivo de atomizacion donde se proporcione un flujo de aire a traves del dispositivo como se acaba de describir. Ademas, la invencion tambien puede utilizarse basicamente con cualquier tipo de ventilador que se active con la respiracion. A modo meramente de ejemplo, un tipo de ventilador que puede utilizarse con la invencion se describe en la Solicitud relacionada de Estados Unidos N.° 09/849,194, presentada el 4 de mayo de 2001.
Haciendo referencia ahora a la Figura 1, se describira un dispositivo de aerosolizacion 10. El dispositivo 10 comprende un alojamiento 12 para albergar los diversos componentes del dispositivo de aerosolizacion 10. El alojamiento 12 tambien incluye una boquilla 14 y uno o varios conductos (que no se muestran) para permitir que el aire entre en el alojamiento 12 cuando un usuario inhala desde la boquilla 14. Dispuesto dentro del alojamiento 12 hay un generador de aerosol 16 que comprende un miembro en forma de copa 18 al que se acopla una placa de aberturas 20. Un elemento piezoelectrico 22 anular esta en contacto con el miembro en forma de copa 18, de forma que, cuando se suministra corriente electrica al elemento piezoelectrico 22, el miembro en forma de copa 18 vibra, haciendo que la placa de aberturas 20 vibre. La placa de aberturas 20 tiene forma geometrica de cupula e incluye una pluralidad de aberturas ahusadas que se estrechan desde la superficie concava posterior a la superficie convexa delantera. En las patentes de Estados Unidos N.° 5.140.740, 5.938.117, 5.586.550, 5.758.637, y 6.014.970 se describen placas de aberturas y generadores de aerosol ejemplares que pueden utilizarse en el dispositivo de aerosolizacion 10.
El dispositivo de aerosolizacion 10 tambien incluye un envase 24 que tiene un suministro de liquido que va a aerosolizarse mediante el generador de aerosol 16. El envase 24 puede incluir una valvula dosificadora u otro sistema de suministro de liquido para colocar una cantidad dosificada de liquido en la superficie concava posterior de la placa de aberturas 20. Aunque no se muestra, puede utilizarse un interruptor, un solenoide electrico, o un aparato similar para dispensar el volumen de liquido cuando lo solicita el usuario. Como alternativa, el envase 24 puede ser una ampolla de farmaco de dosis unitaria, y dicha ampolla de dosis unitaria puede abrirse, por ejemplo, mediante rasgadura o perforacion antes, o en el momento, de la insercion en el dispositivo 10. Ademas, el envase 24 puede suministrarse desde otro envase (que no se muestra) o un tubo o deposito de fluido puede situarse entre el envase y la placa de aberturas 20 para facilitar la administracion de fluido a la placa de aberturas 20.
El dispositivo 10 incluye una zona electronica 26 para albergar los diversos componentes electricos del dispositivo de aerosolizacion 10. Por ejemplo, la zona electronica 26 puede incluir una placa de circuito impreso 28 que actua como un controlador para controla el funcionamiento del generador de aerosol 16. La placa de circuito 28 puede enviar una senal electrica al elemento piezoelectrico 22 para hacer vibrar la placa de aberturas 20. La placa de circuito 28 tambien puede incluir una memoria adecuada. Una fuente de alimentacion 30, tal como una o varias baterias, se acopla electricamente a la placa de circuito 28 para proporcionar un dispositivo de aerosolizacion 10 con alimentacion.
El alojamiento 12 de un dispositivo de aerosolizacion 10 contiene un sensor de flujo 32 que se acopla electricamente a la placa de circuito 28. El sensor de flujo 32 se coloca a lo largo de una trayectoria de flujo que se extiende entre uno o varios conductos de entrada y la boquilla 14. El sensor de flujo 32 se configura como un sensor de flexion que se dobla cuando un usuario inhala desde la boquilla 14 para crear un flujo de aire a traves del alojamiento 12 como se muestra en la Figura 2. El sensor de flujo 32 se mezcla en proporcion a la velocidad de flujo de aire que fluye a traves del alojamiento 12. El sensor de flujo 32 tambien se configura para producir una senal electrica que es proporcional a la cantidad de flexion. La senal se transmite a la placa de circuito 28 que puede configurarse para enviar una senal electrica al elemento piezoelectrico 22 cuando el sensor 32 ha producido una senal umbral, tal como una bajada de tension. En la medida en que se mantenga la bajada de tension umbral, el circuito suministrara una senal electrica al elemento piezoelectrico 22 para que el generador de aerosol 16 aerosolice el liquido que le ha sido proporcionado. Sin embargo, si el usuario produce una velocidad de flujo que provoca que la bajada de tension caiga por debajo del valor umbral, la placa de circuito 28 detendra el suministro de corriente electrica al generador de aerosol 16, deteniendo asi el proceso de aerosolizacion. Ademas, la placa de circuito 28 puede configurarse para registrar la velocidad del flujo de aire con el paso del tiempo para medir el volumen de aire que fluye a traves de la boquilla 14. De esta forma, puede emplearse la placa de circuito 28 para determinar el volumen tidal del usuario o el volumen de aire que inhala el usuario de acuerdo con un regimen de respiracion determinado.
Haciendo referencia ahora a la Figura 3, se describira con mas detalle el sensor de flujo 32. El sensor de flujo 32 comprende una fina lamina 34 flexible que tiene una fina capa de polimero 36 sensible a la presion que se coloca
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sobre la lamina 34. Un par de cables 38 y 40 electricos pueden acoplarse electricamente al polimero 36 para medir un cambio de tension que es proporcional a la cantidad de flexion de la lamina 34. En consecuencia, la placa de circuito 28 (vease la Figura 1) puede acoplarse electricamente a los cables 38 y 40 e incluir circuiteria para medir una bajada de tension a medida que el usuario inhala de la boquilla 14. Esta informacion puede emplearse despues para medir la velocidad de flujo a traves de la boquilla 14. En una realization particular, la lamina 34 flexible puede tener una anchura de aproximadamente 5 mm, una altura de aproximadamente 20 mm, y un grosor de aproximadamente 20 micrometros. Ejemplos de sensores que pueden utilizarse en el dispositivo de aerosolizacion incluyen el Bend Sensor®, disponible en el mercado a traves de Flexpoint Flexible Sensor Systems de Midvale, Utah. Otros tipos de sensores que pueden utilizarse incluyen los descritos en la patente de Estados Unidos N.° 6.014.970, y en la Solicitud relacionada de Estados Unidos N.° 09/705,063, presentada el 2 de noviembre de 2000. Sin embargo, se entendera que la invention no pretende limitarse solamente a los sensores descritos en el presente documento. Por ejemplo, el sensor puede ser un sensor de presion que detecta una bajada de presion en el alojamiento en una bajada de presion predeterminada creada por un usuario que inhale a traves de la boquilla.
Haciendo referencia ahora a la Figura 4, se describira una tecnica para inicializar y dirigir un inhalador, tal como el dispositivo de aerosolizacion 10. Para inicializar el dispositivo 10, un usuario toma una respiration inicial de la boquilla 14. El sensor 32 detecta el flujo de aire a traves del alojamiento 12 y la placa de circuito 28 registra la velocidad de flujo con el paso del tiempo. Esto se ilustra en el grafico de la Figura 4. Cuando se inicializa el dispositivo 10, un usuario puede colocar el dispositivo 10 en un modo de initialization, manejando un interruptor o boton que envia una senal a la placa de circuito 28, para que el generador de aerosol no se active.
El controlador de placa de circuito 28 determina y almacena en la memoria un momento de inicio T0 y fin del tiempo de respiracion T4. Asimismo, el controlador almacena en la memoria de acceso aleatorio un momento en el que la velocidad de flujo supera una velocidad de flujo umbral, momento T1, y despues vuelve a bajar por debajo de la velocidad de flujo umbral en el momento T3. La velocidad de flujo umbral es una velocidad a la que se configura el controlador para iniciar el funcionamiento del generador de aerosol 16. Generalmente es de aproximadamente 8 litros por minuto tanto para el momento T1 como el momento T3. Almacenada en la memoria hay una estimation de un momento T2 a un momento T3 que se define como una estimacion del tiempo necesario para desplazar casi todo el aerosol del volumen de espacio muerto.
El periodo de tiempo de T2 a T3 puede determinarse gracias a varios factores, tales como mediciones o criterios anatomicos de un usuario, como, por ejemplo, el peso medio o ideal generalmente aceptado para una altura, sexo o edad determinados. Pueden realizarse ajustes a dicha estimacion basados en la condition individual del usuario, tal como, por ejemplo, una condicion fisica que reduzca el volumen del tracto respiratorio, como secreciones excesivas dentro del tracto respiratorio o un tejido hinchado. Ademas, el controlador puede utilizar informacion basada en la respiracion detectada de un usuario, y asi, por ejemplo, determinar una media de diversas respiraciones del momento T1 y el momento T3 y, por tanto, el valor del periodo de tiempo T3 - T1. Esta informacion puede tenerse en cuenta en el calculo de la longitud del momento T3 - T2 para determinar cuando deberia fijarse el momento T2. El periodo de tiempo T3 - T2 puede calcularse como un porcentaje del periodo de tiempo de t3 - T1. Como alternativa, para un usuario y regimen determinados, el periodo de tiempo T3 - T2 puede fijarse como una constante. Cualquiera de estos valores puede almacenarse en la memoria de acceso aleatorio del dispositivo para estar disponibles para la calibration, o la administration de farmacos, para un usuario y regimen individual: el periodo de tiempo desde T1 a T3, 2) la media de varias respiraciones anteriores, 3) un porcentaje de T3 - T1, 4) un valor fijo y 5) un calculo para determinar el espacio muerto basado en un periodo de tiempo t3 - T2. Con esta informacion, el dispositivo 10 es capaz inicializarse calculando un tiempo de funcionamiento o administracion de aerosol de acuerdo con la formula: (T3 - T1) - (T3 - T2). Ademas, el tiempo T3 - T1 puede verificarse en respiraciones posteriores y los cambios pueden tenerse en cuenta o recalcularse en la formula de (T3 - T1) - (T3 - T2).
Una vez inicializado, el dispositivo 10 puede ponerse en modo operativo. A medida que el usuario toma una respiracion tidal de la boquilla 14, el sensor de flujo 32 detecta cuando se ha alcanzado la velocidad de flujo umbral. El controlador activa entonces el generador de aerosol para iniciar la production del aerosol. El controlador detiene entonces el funcionamiento del generador de aerosol una vez transcurrido el tiempo de funcionamiento del aerosol anteriormente calculado y almacenado en la memoria como se ha descrito en el presente documento. Cuando la produccion de aerosol se detiene, el usuario continua inhalando hasta el final de la respiracion. Esto provoca que el aire fresco atraviese el alojamiento y las vias respiratorias del usuario para administrar el aerosol residual desde el volumen de espacio muerto y al interior de la zona dirigida del tracto respiratorio, tal como el pulmon profundo. Cada vez que el usuario inhala, se repite este mismo proceso. Esto puede ser necesario, por ejemplo, cuando se toman respiraciones repetidas para recibir una dosis unitaria de un farmaco.
Mediante la administracion de casi todo el aerosol a los pulmones, se aumenta la eficiencia y efectividad del inhalador. Ademas, se reducen las probabilidades de exhalar involuntariamente el denominado aerosol pasivo.
La invencion se ha descrito ahora en detalle para facilitar su comprension. Sin embargo, hay que entender que pueden realizarse determinados cambios y modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo de aerosolizacion (10) que comprende:
    un alojamiento (12) que tiene una boquilla (14); un generador de aerosol (16) colocado en el alojamiento; y
    un sensor de flujo (32) para medir una velocidad de flujo; caracterizado por que el dispositivo de aerosolizacion comprende:
    un controlador (28) para controlar el funcionamiento del generador de aerosol;
    en donde el generador de aerosol comprende una placa (20) que tiene una pluralidad de aberturas y un transductor piezoelectrico (22) que esta acoplado al controlador para hacer vibrar la placa de aberturas; en donde el controlador esta configurado para iniciar el funcionamiento del generador de aerosol (16) en el momento de la recepcion de una senal procedente del sensor de flujo (32) indicando que un usuario ha alcanzado una velocidad de flujo umbral al inhalar a traves de la boquilla (14) y para detener el funcionamiento del generador de aerosol una vez transcurrido un periodo de tiempo de funcionamiento que se selecciona de forma que la continuacion de la respiracion administre sustancialmente todo el aerosol producido a los pulmones del usuario, en donde el controlador (28) incluye un valor almacenado predeterminado que es una estimacion de un periodo de tiempo de administracion para llenar esencialmente un volumen de espacio muerto predeterminado con aire de empuje generalmente libre de aerosol a partir de una respiracion, y en donde el controlador esta configurado para calcular el periodo de tiempo de funcionamiento utilizando el valor almacenado, estando el controlador (28) configurado para calcular y almacenar un periodo de tiempo de inicializacion que es igual al periodo de tiempo que la velocidad de flujo esta por encima de la velocidad de flujo umbral durante una fase de inicializacion del dispositivo de aerosolizacion, y estando el controlador tambien configurado para calcular el periodo de tiempo de funcionamiento sustrayendo el valor almacenado predeterminado del periodo de tiempo de inicializacion.
  2. 2. Un dispositivo como en la reivindicacion 1, en el que la placa de aberturas (20) tiene forma geometrica de cupula y las aberturas son ahusadas.
  3. 3. Un dispositivo como en la reivindicacion 1, en el que el sensor de flujo (32) esta configurado para producir una senal electrica que esta relacionada con la velocidad de flujo y para enviar la senal electrica al controlador (28).
  4. 4. Un dispositivo como en la reivindicacion 1, en el que el volumen de espacio muerto es una estimacion de un volumen de las vias respiratorias superiores.
  5. 5. Un dispositivo como en la reivindicacion 1, en el que el controlador (28) incluye una memoria de acceso aleatorio para almacenar el periodo de tiempo de funcionamiento.
  6. 6. Un dispositivo como en la reivindicacion 1, que comprende ademas un suministro de liquido colocado en el alojamiento para proporcionar liquido al generador de aerosol (16).
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