JP2013517082A - 温度に基づくエアロゾル検出 - Google Patents
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Abstract
エアロゾル供給システム(例えば、エアロゾル化された薬品を患者に供給するためのMDI又はネブライザ)は、システムのエアロゾル出力経路内に温度センサを含む。センサが経路内の所定の温度変化を感知するとき、コントローラが、システムのエアロゾル生成器が放出されたエアロゾルを有することを決定する。温度センサは、ヒータ、上流温度センサ、及び、下流温度センサを含む、熱流動センサも含み得る。コントローラは、上流温度と下流温度とを比較し、経路内の流体流の存在、方向、及び/又は、大きさを決定する。コントローラは、システムの所望の使用の遵守を監視し且つ/或いはシステムの適切な使用のために実時間指示を使用者にもたらす、エアロゾル検出及び流動検出を使用し得る。コントローラは、後の分析のために、エアロゾル化及び流動データを記録し得る。
Description
本発明は、一般的には、エアロゾルを例えば患者の気道に供給するために使用されるエアロゾル供給システム(例えば、計量投与量吸入器(MDI)及びネブライザ)の経路を通じるエアロゾル及び/又は流体流の存在を感知することに関する。
膵臓繊維症、喘息、及び、COPDのような呼吸器疾患は、エアロゾル(精細なミスト)形態の薬品を直接的に呼吸系に供給することによって治療されることが多い。このエアロゾル化された薬品の供給は、計量投与量吸入器(MDI)及びネブライザのようなエアロゾル供給システムによって容易化されるのが普通である。
MDIは、典型的には、アクチュエータ/エアロゾル生成器と、加圧キャニスタとを含み、加圧キャニスタは、1つ又はそれよりも多くの医薬物質及び促進剤とを収容し、しばしば、安定化賦形剤を収容する。製剤は、アクチュエータを備えるバルブを通じてエアロゾル化される。1つのキャニスタは、最大で数百又はそれよりも多くの計量投与量の医薬物質を収容し得る。薬品に依存して、各アクチュエータは、典型的には25〜100マイクロリットルの間の容積内に供給される数マイクログラムから最大でミリグラムの活性成分を収容し得る。MDIの使用の容易さ及び有効性を向上するために、スペーサを加えてもよく、エアロゾル雲がスペーサを通過して患者に達する。MDIの操作は、典型的には、3つのステップを包含する。最初に、MDIを振り動かし、医薬を促進剤及び賦形剤と混合する。次に、キャニスタを押圧することによって、スペーサ内にボーラスを放出する。第3のステップにおいて、医薬を吸引する。
ネブライザは、典型的には、マウスピースと、空気入口/出口と、エアロゾル生成器と、液体医薬製剤を収容する液体容器とを含む。加えて、ネブライザは、呼吸パターンを検出するために、圧力センサ又は流動センサを含み得る。一例として、RespironicsのI−nebネブライザでは、エアロゾルは高周波数(超音波)で振動するピストンによって生成され、ピストンはメッシュを通じて医薬製剤を押し込む。I−nebにおいて、エアロゾル生成は連続的でないが、圧力センサによって提供される情報に基づき呼吸パターンに適合される。これは治療を最適化し且つ薬品を損なうのを避けるためである。治療は、典型的には、容器が空になるまで運転した後に完了する。
本発明は従来技術の問題点を解決することを目的とする。
本発明の1つ又はそれよりも多くの実施態様は、経路内のエアロゾルの存在を検出する方法を提供する。当該方法は、流体経路の温度を感知し、エアロゾルが経路内に存在するか否かを感知温度から決定することを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、経路は、エアロゾル供給システムの経路を含み、エアロゾル供給システムは、更に、エアロゾル生成器と、エアロゾル出力開口とを含む。流体経路は、エアロゾル生成器とエアロゾル出力開口との間に延び、エアロゾル生成器をエアロゾル出力開口に流体的に接続する。当該方法は、エアロゾル生成器を使用して流体をエアロゾル化することも含み得る。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、エアロゾル出力開口は、エアロゾル生成器によって生成されるエアロゾルを患者の気道内に方向付けるよう構成され且つ配置される患者インターフェースを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、エアロゾル供給システムは、計量投与量吸入器を含み、流体のエアロゾル化は、加圧キャニスタからエアロゾルのボーラスを放出することを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、当該方法は、計量投与量吸入器からのエアロゾルのボーラスの放出を検出するために温度信号を使用することを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、当該方法は、ボーラス放出表示器を介して、エアロゾルのボーラスの放出の検出に基づきエアロゾルのボーラスの放出を示すことを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、当該方法は、計量投与量吸入器から放出されるボーラスの数を計数するために温度信号を使用することを更に含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、当該方法は、計量投与量吸入器から放出されたボーラスの計数済みの数をディスプレイの上に表示することを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、当該方法は、経路内のエアロゾルの検出に応答して、エアロゾル供給システムの使用者に表示をもたらすことを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、表示をもたらすことは、視覚表示をもたらすこと、音声表示をもたらすこと、又は、触覚表示をもたらすことのうちの1つを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、エアロゾル供給システムは、ネブライザを含み、ネブライザは、エアロゾル化されるべき液体を貯蔵する容器を含む。エアロゾル生成器を使用して流体をエアロゾル化することは、容器からの液体をエアロゾル化することを含む。当該方法は、エアロゾル生成器が容器からの液体をエアロゾルしているときを検出するために温度信号を使用することを更に含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、当該方法は、エアロゾル生成器が容器からの液体をエアロゾル化する期間を決定するために温度信号を使用し、決定される時間の長さをメモリ内に記録することを更に含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、当該方法は、流体経路内にエアロゾルが存在しないことに基づき、エアロゾル生成器が容器からの流体をエアロゾル化することを停止したときを検出することを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、当該方法は、容器内の液体が空になったときを検出するために温度信号を使用することを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、当該方法は、容器が空になったことの検出に応答して、容器が空になったという表示を提供することを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、流体経路内の温度を感知することは、基準連結点と感知連結点とを有するサーモカップルを使用して温度を感知することを含む。感知連結点の温度が基準連結点の場所よりも迅速に経路の温度を追跡する場所に感知連結点を配置し得る。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、当該方法は、感知連結点での温度が所定の閾値差だけ基準連結点での温度よりも低いことをサーモカップルの温度信号が示すときに、エアロゾルが存在することを決定することを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、当該方法は、温度信号が所定の時間の量の内に所定の温度差よりも多い温度差だけ変化するときに、エアロゾルが経路内に存在することを決定することを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、サーモカップルは、温度センサの一部であり、温度センサは、シリコンフレームと、シリコンフレームに接続される膜とを含み、シリコンフレーム及び膜は、経路内に配置され、シリコンフレームは、膜よりも高い熱容量を有し、第一連結点は、膜の温度を感知する場所に配置され、第二連結点は、シリコンフレームの温度を感知する場所に配置される。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、エアロゾルが経路内に存在するか否かを感知温度から決定することは、コントローラがオンにされるときの基線温度を決定し、感知温度が所定の閾値よりも多い温度だけ基線温度から逸脱するときに、エアロゾルが存在することを決定することを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、流体経路内の温度を感知することは、温度センサを使用して温度を感知することを含み、温度センサは、フレームと、フレームに接続される膜と、膜の温度を感知するために膜の上に配置される温度感応抵抗器とを含む。膜を経路内に配置し得る。フレームは、膜よりも高い熱容量を有し得る。温度を感知することは、抵抗器の抵抗を感知することを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、経路は、エアロゾル生成器からエアロゾル出力開口まで延びる空気空間と、空気空間を定める壁とを含む。
これらの実施態様のうちの1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、温度は、温度に相関させられる測定値の単位に関して感知される。
本発明のこれらの及び他の特徴、並びに、構造の関連素子の動作方法及び機能、部品の組み合わせ、及び、製造経済は、添付の図面を参照して以下の記載及び付属の請求項を検討した後により明らかになるであろう。それらの全ては本明細書の一部を形成し、同等の参照番号は、様々な図面を通じて対応する部分(部品)を指す。本発明の1つの実施態様において、ここに例示する構造的な構成部品は、原寸で描写されている。しかしながら、図面は例示及び記載の目的のためだけであり、本発明の限界を定めるものとして意図されていないことが明白に理解されるべきである。加えて、本明細書中の任意の1つの実施態様中に示され或いは記載される構造的な機能を他の実施態様においても使用し得ることも理解されるべきである。明細書及び請求項中で使用されるとき、文脈が明白にその他を指図しない限り、不定冠詞及び定冠詞の形態の単一形は、複数の指示物を含む。
本発明の実施態様、並びに、本発明の他の目的及び更なる機能のより十分な理解のために、添付の図面と共に使用されるべき以下の記載を参照する。
本発明の様々な実施態様によれば、エアロゾル供給システム/装置(例えば、MDI100又はネブライザ200,300(図1乃至3を参照))は、センサ10を含み、センサ10は、供給システム(例えば、センサ400,500,700,900内のエアロゾルを感知し(図4乃至6及び9を参照))、且つ/或いは、エアロゾル供給システムを通じる流体流を感知する(例えば、センサ700,900)。エアロゾル供給システム100,200,300は、センサ10に動作的に接続されるコントローラ600も含む。
図1乃至3は、本発明の代替的な実施態様に従った様々なエアロゾル供給システムを例示している。
例えば、図1に例示されるように、本発明のある実施態様に従ったエアロゾル供給システムは、MDI100を含む。このMDI100の一般的な機能は、米国特許出願公開第2004/0231665A1号に記載されており、その全文をここに参照として援用する。MDI100は、加圧薬品のキャニスタ120に接続されるよう構成され且つ配置されるエアロゾル生成器110を含む。エアロゾル生成器110は、使用者がキャニスタ120をエアロゾル生成器110に向かって下向きに押すときに、エアロゾル化された薬品のボーラスをキャニスタ120からMDI100のスペーサ130内に放出することによってエアロゾルを生成するよう構成され且つ配置される。MDI100は、エアロゾル生成器110とは反対のスペーサ130の側に配置されるエアロゾル出力開口140も含む。
例示の実施態様において、MDI100は、スペーサ130を含む。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、スペーサ130を省略し得る。
例示の実施態様において、エアロゾル出力開口140は、フェースマスク150を含む。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、フェースマスク150の代わりに、他の任意のエアロゾル出力開口140(例えば、ストローのようなマウスピース、ベンチレータ管等)を使用し得る。
流体経路160は、エアロゾル生成器110からエアロゾル出力開口140に延びる。センサ10は、センサ10が経路160の温度を感知し得る場所でMDI100に取り付けられる。例えば、センサ10を経路160内(例えば、エアロゾル生成器110とスペーサ130との間、スペーサ130の内側、スペーサ130とエアロゾル出力開口140との間)に配置し得る。代替的に、経路160を定める壁の内又は上(例えば、スペーサ130又はエアロゾル生成器110の壁内)にセンサ10を配置し得る。代替的に、センサ10が経路160内の温度増減に迅速に追従することを可能にする任意の場所にセンサ10を配置し得る。
図2に例示されるように、本発明のある実施態様に従ったエアロゾル供給システムは、噴射ネブライザ200を含む。このネブライザ200の一般的な機能は、米国特許出願公開第2005/0087189A1号に記載されており、その全文をここに参照として援用する。ネブライザ200は、噴射に基づくエアロゾル生成器210を含み、エアロゾル生成器210は、容器220内に保持される流体215をエアロゾル化するために加圧ガスの流れに依存する。一連の通路230がエアロゾル生成器210からエアロゾル開口240に延び、流体経路260を定める。例示の実施態様において、エアロゾル出力開口240は、マウスピース250を含む。
図2に示されるように、センサ10は、センサ10が経路260の温度を感知し得る場所で、ネブライザ200に取り付けられる。例えば、経路260内に(例えば、エアロゾル生成器210とエアロゾル出力開口240との間に)センサ10を配置し得る。代替的に、経路260を定める壁の内又は上にセンサ10を配置し得る。代替的に、センサ10が経路260内の温度変動に迅速に追従することを可能にする任意の場所にセンサ10を配置し得る。
図3に例示されるように、本発明のある実施態様に従ったエアロゾル供給システムは、超音波ネブライザ300を含む。このネブライザ300の一般的な機能は、米国特許出願公開第2007/0277816A1号に記載されており、その全文をここに参照として援用する。ネブライザ300のエアロゾル生成器310が、容器320内の流体315をエアロゾル化するために、噴射ネブライザの代わりに超音波送受波器310を含む点を除き、ネブライザ300は、ネブライザ200と類似する。具体的には、送受波器は、超音波エネルギを流体315内に伝搬し、それは流体315を流体315の表面でエアロゾル化させる。一連の通路330がエアロゾル生成器310からエアロゾル出力開口340に延び、流体経路360を定める。ネブライザ200に関して上記に説明したように、任意の適切な場所(例えば、経路360内、経路360を定める壁の内又は上、センサ10が経路360内の温度変動に迅速に追従することを可能にする場所)にセンサ10を配置し得る。
代替的な実施態様によれば、エアロゾル生成器310は、超音波振動するメッシュ板を使用するエアロゾル生成器と交換され、メッシュが振動するに応じて、流体の小さな液滴にメッシュを通過させることによって、流体をエアロゾル化する。
図4乃至6は、エアロゾル供給装置100,200,300のセンサ10として使用し得る3つの異なる温度センサ400,500,700を例示している。
図4は、温度センサ400を例示している。温度センサ400は、その抵抗が温度に応じて異なる温度感受性抵抗器410を含む。抵抗器410は、抵抗器410のための基部(ベース)を創成するようシリコンフレーム430内の開口を横断して懸架される膜420の上に配置される。よって、抵抗器410は、(例えば、基部に取り付けられて、基部と一体に構成されて、基部内に形成されて、基部に当接して)基部の上に配置される。膜420及び抵抗器410が経路160,260,360内の温度変化に迅速に追従するよう、膜420は低い(例えば、シリコンフレーム430よりも低い)熱容量を有する。
図5は、本発明の代替的な実施態様に従った温度センサ500を例示している。センサ500は、温度を感知するために、抵抗器410の代わりに、サーモカップル(熱電対)540又は(サーモパイル510としても既知の)直列の複数のサーモカップルを使用する。センサ400と同様に、センサ500は、シリコンフレーム530内の開口を横断して懸架される膜520を含む基部を含む。各サーモカップル540は、基準連結点(reference junction)540aと、感知連結点(sensing junction)540bとを含む。基準連結点540aは、シリコンフレーム530の上に配置され、シリコンフレーム530の温度を感知する。感知連結点540bは、膜520の上に配置され、膜520の温度を感知する。膜520はシリコンフレーム530よりも低い熱容量を有するので、膜520は、シリコンフレーム530よりも一層迅速に、経路160,260,360内のセンサ500を通過する流体内の温度変化に追従する。結果的に、経路160,260,360内の温度変化は、シリコンフレーム530と膜520との間の温度差をもたらし、サーモカップル540は、サーモカップル540に亘って均衡の取れた電圧差を生成する。
例示の実施態様において、基準結合点540aは、(より少ない迅速さではあるが)経路160,260,360内の温度に追従し得る。ある代替的な実施態様によれば、経路160,260,360内の温度による基準結合点540aでの温度に対する影響がより少ないよう、基準結合点540aを経路160,260,360から十分に遠くに離間し得る。そのような間隔は、より正確でより高い信号対雑音比をもたらし得る。しかしながら、そのような間隔は、さもなければスタンドアローンの集積装置であるのが好ましいセンサ500の製造を複雑化し、コストを増大する。
図4及び5は、本発明の様々な実施態様に従った2つの例示的な温度センサ400,500を例示している。しかしながら、本発明の範囲から逸脱せずに、これらのセンサ400,500の代わりに、任意の適切な代替的な温度センサをセンサ10として使用し得る。例えば、温度センサ10は、温度感応性トランジスタ又は赤外温度センサを含み得る。温度センサ10は、膜の上に配置されるPTAT回路であってよく、絶対温度に比例する信号をもたらす。
図7に示されるように、コントローラ600は、プロセッサ610と、視覚ディスプレイ620と、音声出力装置630と、メモリ640と、ユーザ入力装置650と、触覚出力装置660とを含む。しかしながら、本発明の様々な実施態様によれば、本発明の範囲から逸脱せずに、1つ又はそれよりも多くのこれらのコントローラ600構成部品(例えば、ディスプレイ620、メモリ640、音声出力装置630、ユーザ入力装置650、及び/又は、触覚出力装置660)を省略し得る。
図1乃至3に例示されるエアロゾル供給システム100,200,300に戻ると、温度センサ400,500の形態のセンサ10は、適切なワイヤ615(又は無線通信のような他のデータ伝送手段(例えば、RF伝送、誘導データ伝送等))を介して、図7に示されるようなコントローラ600に動作的に接続する。コントローラ600は、センサ400,500に接続し、経路160,260,360の温度と相関させられる温度信号をセンサ400,500から受信する。例えば、抵抗センサ400において、抵抗器の抵抗が温度信号であるよう、温度はセンサ400の抵抗器410の抵抗に相関させられる。従って、コントローラ600は、抵抗器410に亘る抵抗を測定することによって、抵抗器410での温度を決定し得る。サーモカップルに基づくセンサ500において、温度(特に、基準連結点540aと感知連結点540bとの間の温度差)は、電圧が温度信号であるよう、サーモパイル510のサーモカップル540によって生成される電圧に相関させられる。従って、コントローラ600は、サーモカップル540及びサーモパイル510に亘る電圧を測定することによって、(基準連結点540aに対する)感知連結点540bでの温度を決定し得る。
以下に説明するように、コントローラ600は、感知温度/温度信号(例えば、流体経路160,260,360内のエアロゾルの存在を検出するために、センサ400の抵抗器410の抵抗、センサ500のサーモパイル510の電圧)を使用するよう構成され且つ配置される。
図1に示されるように、エアロゾル110がエアロゾル化された薬品のボーラス(bolus)をスペーサ130内に放出するとき、放出ガスの膨張及びボーラスの揮発性促進成分の急激な蒸発の故に、経路160温度は降下する。例えば、液滴の大きな全表面及び促進剤の低い沸点の故に、エアロゾルのボーラス内の小さな液滴は急激に蒸発する。蒸発は吸熱プロセスであるので、エアロゾルはその環境からエネルギを引き出し、それによって、環境、特に、経路160,260,360内のガスの温度を下げる。結果的に、エアロゾル生成器110,210,310の下流の経路160,260,360の温度は、このエアロゾルが通過するときに下がる。温度センサ10,400,500は、この温度降下を感知する。
図7に示されるように、コントローラ600のプロセッサ610は、センサ10,400,500に動作的に接続し、経路160,260,360内のエアロゾルの存在又はボーラス放出に起因する温度降下を監視する。
1つの実施態様によれば、コントローラ600はセンサ500を監視し、温度信号が所定の閾値(例えば、1.0a.u.)を超えるとき、ボーラスが放出されたことを決定する。センサ500において、センサ信号の大きさは、膜520とシリコンフレーム530との間の温度差に比例する。エアロゾルが存在し、膜の比較的より低い熱容量の故にシリコンフレーム540よりも迅速に膜520を冷却するとき、膜520とシリコンフレーム530との間には大きな温度差がある。
上述のセンサ500は、絶対温度よりもむしろ、膜520とシリコンフレーム530との間の温度差を感知するので、上述のセンサ500は、周囲温度に無反応であり得る。例えば、センサ500が冷たい周囲環境において使用されるか或いは熱い周囲環境において使用されるかに拘わらず、膜520及びシリコンフレーム530の温度が均衡するために、周囲温度における如何なる変化の間にもセンサ500に十分な時間が与えられる限り、温度差をもたらす経路160,260,360内の事象(例えば、エアロゾルの存在)が欠如する場合、センサ500は温度差を感知しない。
温度センサの1つ又はそれよりも多くの実施態様、例えば、センサ400、又は、水銀系又はバイメタル系の温度計によれば、エアロゾル供給システム100,200,300が使用される直ぐ前にコントローラ600がオンにされるとき、コントローラ600は基線(ベースライン)温度を構築し得る。コントローラ600は、この感知した初期的な基線温度をそのメモリ640内に記憶し、引き続き感知される温度が所定の閾値よりも大きい温度だけ基線温度から逸脱する(例えば、基線温度よりも冷たい)ときには、エアロゾルが存在することを決定し得る。
ある代替的な実施態様によれば、コントローラ600は、コントローラ600が経路160内の温度降下を検出するとき、ボーラスが放出されたことを決定する。例えば、時間ベースの速度(time-based rate)の温度降下が所定の閾値を超えるならば、プロセッサ610はボーラスが放出されたことを決定し得る。例えば、所定の閾値よりも多くの温度信号降下が所定の時間枠内に起こるならば、プロセッサ610はボーラスが放出されたことを決定し得る。様々な実施態様によれば、温度降下閾値(例えば、抵抗器410の抵抗変化、サーモパイル510の電圧変化)は、少なくとも摂氏1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14又は15度の温度降下に相関し得る。これらの様々な実施態様によれば、温度降下閾値を検出するための所定の時間枠は、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10秒よりも少なくあり得る。しかしながら、経路160の種類に依存して、エアロゾル生成器の種類、エアロゾルの種類、センサ400,500に亘って予期される流体流速、及び、様々な追加的及び/又は代替的な要因に依存して、より精密且つ/或いは正確なボーラス放出の検出を促進するために、これらの閾値を増大又は減少し得る。
プロセッサ610は如何なる適切な種類のプロセッサであってもよい。例えば、プロセッサ610は、集積回路を含み得る。プロセッサ610は、デジタル又はアナログであり得る。デジタルプロセッサ610の場合、プロセッサ610は、アナログ温度信号をデジタル信号に変換するA/D変換器を含み得る。プロセッサ610は、コンピュータを含み得る。プロセッサ610は、コンピュータ上のプログラム(例えば、プロセッサ610の様々な機能を実施する実行可能なコードを有するコンピュータ実行可能な媒体)の動作を介して、その監視、計算、及び、他の機能を実行し得る。本発明の範囲から逸脱せずに、プロセッサ610は、2つ又はそれよりも多くの別個のプロセッサの組み合わせを含み得る。
ディスプレイ620は、如何なる種類の適切な視覚ディスプレイ(例えば、各LEDの意味を示すコントローラ600上の恒久的な印を備える1つ又はそれよりも多くのLED表示器、文字及び/又は図式的印を表示し得るLEDスクリーン)であってもよい。プロセッサ610は、様々な情報を表示するために、ディスプレイ620に接続する。例えば、プロセッサ610は、ボーラスが放出される度毎に、ディスプレイ620を介して視覚表示をもたらし得る。
図7に示されるように、追加的に及び/又は代替的に、プロセッサ610は、音声出力装置630に、ボーラスが放出されたときを使用者に表示させ得る。音声出力装置630は、如何なる適切な種類の雑音生成装置(例えば、スピーカ、ブザー等)であってもよい。音声表示は、使用者にボーラスが放出されたことを知らせるビープであってもよい。代替的に、音声表示は、話し言葉(例えば、「ある投与量の薬品が放出されました」)を含み得る。
図7に示されるように、視覚信号及び音声信号に加えて或いはそれらの代わりに、コントローラ600は、触覚フィードバック(例えば、ボーラスが放出されたときに振動する、故障が検出されたときに振動する等)を使用者にもたらすよう、触覚表示器600(例えば、モータ及び偏心フライホイールを使用する振動)を含み得る。よって、コントローラ600は、ボーラスが放出されたときに音声的、視覚的、及び/又は、触覚的な表示を患者にもたらす、ボーラス放出表示器を提供し得る。
使用者がシステム100のそれらの使用をボーラスの放出に合わせるのを助けるために、プロセッサ610を使用し得る。例えば、プロセッサ610がボーラス放出を検出した後の所定の時間に、プロセッサ610は、患者がエアロゾル出力開口140を通じて吸気すべきことの(ディスプレイ620を介した)視覚表示及び/又は(音声出力装置630を介した)音声表示及び/又は(触覚出力装置660を介した)触覚表示をもたらし得る。所定時間は、如何なる適切な時間であってもよい(例えば、0秒、1秒、2秒)。例えば、ボーラスが放出された後の所定の時間に、プロセッサ610は、音声出力装置630に、「いまマウスピースを通じて吸気して下さい」と使用者に対して言わせ得る。
プロセッサ610は、放出されたボーラスの数を数える増分カウンタ機能を有し得る。プロセッサ610は、ディスプレイ620に、放出されたボーラスの数を視覚的に表示させ得る。プロセッサ610はメモリ640に接続し、プロセッサ610及びセンサ10を介して得られた情報を記憶するためにメモリ640を使用する。例えば、増分数の放出ボーラスを記憶するためにメモリ640を使用し得る。プロセッサ610は、日時クロックや、ボーラス放出を放出の時間及び日付と関連付ける機能も含み得る。プロセッサ610は、このログ付けされた日時/放出データをメモリ640内に記憶し得る。プロセッサ610は、ディスプレイ620にそのような情報を表示させ得る。例えば、プロセッサ610は、ディスプレイ620に、最後のボーラス放出の日時を表示させ得る。そのような歴史的なデータは、患者がシステム100の使用を記録し、患者が次にシステム100を使用すべきときを知るのを助け得る。プロセッサ610自体は、患者が次に医薬投与量を受け取るべきときを記録し、次の投与量のためのときに視覚的、音声的、及び/又は、触覚的な表示を患者にもたらし得る。
図7に示されるように、コントローラ600は、プロセッサ610に接続されるユーザ入力装置650を含み得る。ユーザ入力装置650は、使用者がコントローラ600に情報を提供することを可能にするための如何なる適切な装置をも含み得る。例えば、ユーザ入力装置650は、キーパッド又はキーボードのような1つ又はそれよりも多くのボタンを含み得る。ユーザ入力装置650は、ディスプレイ620内に組み込まれるタッチスクリーン入力装置を含み得る。ユーザ入力装置650のボタン/スイッチのうちの1つは、コントローラ600のためのオン/オフスイッチであり得る。
様々な情報をコントローラ600に提供するためにユーザ入力装置650を使用し得る。例えば、ユーザ入力装置650は、計数リセットボタンを有し、使用者が使用済み薬品キャニスタ120を新しいキャニスタ120と交換するときにはいつでも、使用者は計数リセットボタンを押し得る。ユーザ入力装置650を介してリセット信号を受信した後、プロセッサ610は、どれぐらいの数の薬品のボーラスがキャニスタ120から放出されたかの計算を再開するために、カウンタを0(ゼロ)にリセットし得る。
キャニスタ120がほぼ空であることを使用者に示すようプロセッサ610を構成し且つ配置し得る(例えば、計数が所定の閾値を超えたときに表示をもたらす)ので、使用者は、キャニスタ120を交換するのか、或いは、新しいキャニスタを利用可能にする準備を行うのかを知る。使用者は、システム100に取り付けられるキャニスタ120の種類に基づき、ユーザ入力装置650を介して、コントローラ600内に閾値(又はコンピュータが適切な閾値を計算し得る何らかの他のデータ)を入力し得る。代替的に、コントローラ600は、キャニスタ120自体(例えば、キャニスタ上のRFID)を介して、そのような情報を決定し得る。
本発明の代替的な実施態様によれば、プロセッサ610は、ディスプレイ620上に表示されるカウンタを減らすために、キャニスタ120内の投与量の数に関連する情報を使用し得る。結果的に、カウンタは、およそどれぐらいの投与量がキャニスタ120内に残っているかを図示する。
活性化機構が活性化されたときをプロセッサ610が決定し得るよう、コントローラ600はエアロゾル生成器110の活性化機構に接続し得る。例えば、コントローラ600は、ボーラスを放出するためにキャニスタ120が押されるときを検出する圧力スイッチを使用し得る。そのような活性化信号の受信後、プロセッサ610は、ボーラスが実際に放出されたか否かをセンサ10から決定し得る。活性化機構が始動されたが、ボーラスが感知されないならば、プロセッサ610は、故障が起こった(例えば、エアロゾル生成器が誤作動した、キャニスタ120が空である)ことの視覚的又は音声的(可聴)な信号を使用者にもたらし得る。
図2及び3に示されるように、コントローラ600は、ネブライザ200,300と関連して類似の機能を供し得る。例えば、プロセッサ610は、経路260,360内のエアロゾルの存在を検出するために、システム100内のボーラスの放出の検出に関連して上記に説明したのと同じ又は類似の方法において、温度信号を使用し得る。
例えば、エアロゾル生成器210,310がキャニスタ220,230から流体をエアロゾル化し始めるとき、エアロゾル化された液滴の蒸発は、エアロゾルが存在する経路260,360内の温度を迅速に減少する。上記で説明したように、急激な温度降下が検出されるとき(例えば、温度降下が所定の時間に亘る所定の温度差閾値を超えるとき)、プロセッサ610は、エアロゾルが経路260,360内に存在すること(従って、エアロゾル生成器210,310が液体をエアロゾル化していること)を決定し得る。
逆に、急激な温度増大は、エアロゾル生成器210,310がキャニスタ220,230内の流体のエアロゾル化を停止したことを示す。プロセッサ610は、この急激な温度上昇を検出することによって、エアロゾル化の停止を検出し得る。例えば、プロセッサ610は、急激な温度増大(例えば、所定の時間に亘る所定の温度差閾値を超える温度上昇)が検出されるとき、エアロゾル生成が停止したことを決定し得る。アエロゾル化の停止(及び経路260,360内のエアロゾルの付随的な不存在)を検出するために使用される温度差及び所定時間は、エアロゾル化の開始を検出するために使用される閾値と同じであっても異なっていてもよい。
代替的に、コントローラ600は、温度信号からエアロゾル化の開始及び/又は停止を検出するための如何なる他の適切な方法(例えば、温度が所定閾値よりも大きい温度だけ基線温度から逸脱するときを検出することのようなMDI100に関連して上述した如何なる方法)をも使用し得る。
エアロゾルが経路260,360内に存在するとき、プロセッサ610は(ディスプレイ620を介した)視覚表示、(音声出力装置630を介した)音声表示、及び/又は、(触覚出力装置660を介した)触覚表示をもたらし得る。コントローラ600は、エアロゾル生成器210,310がキャニスタ220,230内の流体をエアロゾル化し始めるとき及び/又はキャニスタ220,320からの流体のエアロゾル化を停止するとき(例えば、キャニスタ220,320が枯渇したとき)を、使用者に表示し得る。例えば、コントローラ600は、エアロゾルが経路260,360内で検出されるとき、エアロゾル出力開口240,340から吸気することを患者に視覚的、音声的、及び/又は、触覚的に指図し得る。
ネブライザのための典型的な投与量は、全ての薬品/流体がエアロゾル化されるまで患者がシステム200,300を使用し続けることを要求するので、コントローラ600は、エアロゾル生成器210,310によってエアロゾルが最早生成されていないことを検出することによって容器220,320が枯渇したことをプロセッサ610が検出するまで、エアロゾル出力開口240,340を通じて呼吸を続けることを使用者に示し得る。コントローラ600は、枯渇が検出されるや否やネブライザ200,300を使用するのを停止することを、使用者に視覚的、音声的、及び/又は、触覚的に示し得る。例えば、音声出力装置630は、「投与量が完了しました。ネブライザの使用を停止しても構いません。」と患者に言葉で指示し得る。コントローラ600は、枯渇が検出されるとき、エアロゾル生成器210,310を自動的に停止し得る。
ここで使用されるとき、「枯渇」という用語は、エアロゾル生成器210,310の継続的な作動が不十分な量の追加的な流体をエアロゾル化するように(例えば、エアロゾル出力が、十分な流体が容器220,320内にあるときの通常出力の20%、15%、及び/又は、10%未満であるように)、容器220,320内の実質的に全てのエアロゾル化可能な流体がエアロゾル化されたことを意味する。よって、たとえ何らかの流体が容器220,320内に残存しているとしても、容器220,320は「枯渇」し得る。
一部のネブライザは、例えば、患者が吸気するときにだけ或いは患者の吸気の所望の部分だけで薬品をエアロゾル化するよう、噴霧化を患者の呼吸周期に合わせる。そのようなネブライザでは、エアロゾル生成器210,310が動作しているが、エアロゾルが経路260,360内で依然として検出されないときにのみ、プロセッサ610は、容器220,320が枯渇したことを決定し得る。
MDI100におけるように、使用データを記録するよう、コントローラ600をネブライザ200,300と共に使用し得る。例えば、プロセッサ610は、時間、日付、及び/又は、ネブライザ200,300の各使用の期間をメモリ640内に記録し得る。プロセッサ610は、時間を追って記録されたデータ(例えば、最終使用の時間及び/又は日付、次の使用のためにスケジュールされた時間等)をディスプレイ620の上に表示し得る。時間を追って記録されたデータの分析を容易化するために、メモリ640は使用者及び/又は医療提供者によってアクセス可能であり得る。
図1に示される実施態様において、コントローラ600は、MDI100の残部に取り付けられている。図2及び図3に示される実施態様において、コントローラは、システム200,300から分離されているが、接続ワイヤ615を介して、システムに繋ぎ止められている。本発明の代替的な実施態様によれば、コントローラ600は、本発明の範囲から逸脱せずに、システム100,200,300の残部に対する任意の他の適切な物理的な関係を有し得る(例えば、如何なるシステムのハウジング内に組み込み得るし、システムの残部から分離し得る)。
図6は、エアロゾル供給システム100,200,300を含む本発明の様々な実施態様と関連してセンサ10として使用し得る熱流動センサ700を例示している。熱流動センサ700は、上流温度センサ710と、下流温度センサ715と、シリコンフレーム730内の開口を横断して懸架される膜720を含む基部(ベース)と、膜720の上に中心化されて配置されるヒータ750とを含む。
1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、(フレーム430,530,730、膜420,520,720、及び、様々な電気構成部品410,510,710,715,750を含む)センサ400,500,700は、既知のチップ/半導体製造技法を使用して製造される。その全文を参照としてここに援用する「THERMAL FLOW SENSOR INTEGRATED CIRCUIT WITH LOW RESPONSE TIME AND HIGH SENSITIVITY」という名称の添付の特許出願に開示される方法を使用してセンサ(400,500,700)を製造し得る。
基部は、上流方向及び下流方向を定め、下流方向は、流動方向矢印によって図6に示されている。様々な実施態様によれば、センサ700は、流体がエアロゾル生成器110,210,310からエアロゾル出力開口140,240,340に向かって流れるときに、センサ700/基部の下流方向が流体流の方向と整列されるよう、経路160,260,360に対して位置付けられる。換言すれば、センサ700の下流方向において感知される流れがエアロゾル出力開口140,240,340に向かう経路160,260,360内の流体流を示すよう(即ち、患者による吸気を示すよう)、逆に、センサ700の上流方向において感知される流れがエアロゾル生成器110,210,310に向かう経路160,260,360内の流れを示すよう(即ち、呼気ガスがセンサ700を通るようセンサ700が位置付けられるシステム内の患者による呼気を示すよう)、基部の下流方向は、エアロゾル出力開口140,240,340に向かって流体経路160,260,360に沿って方向付けられる。
ヒータ750は、コントローラ600から電流を受け取るよう、コントローラ600に接続し、電流はヒータ750を加熱する。ヒータ750は、任意の適切なヒータ、例えば、抵抗器であり得る。ヒータ750は、膜720を加熱し、それによって、ヒータ750の場所にある中心で最大であり且つヒートシンクとして作用するシリコンフレーム730で最少である温度プロファイルを創成する。
センサ730の動作中、コントローラ600は、一定の電流をヒータ750にもたらし得る。しかしながら、代替的な実施態様によれば、コントローラ600は、本発明の範囲から逸脱せずに、電流を変化し得る。
例示の温度センサ710,715は、サーモパイル710,715を含み、サーモパイル710,715の各々は、複数のサーモカップル540を含み、各サーモカップル540は、基準連結点740aと、感知連結点540bとを含む。基準連結点740aは、シリコンフレーム730の上に配置され、シリコンフレーム730の温度を感知する。上流温度センサ710の感知連結点540bは、膜720の上に配置され、ヒータ750から上流の場所で、膜720の上流温度を感知する。従って、サーモパイル710は、サーモパイル710の基準連結点740aにあるシリコンフレーム730とヒータ750から上流のサーモパイル710の感知連結点540bとの間の温度差に比例する電圧の形態の上流温度信号を生成する。
下流温度センサ715の感知連結点740bは、ヒータ750から下流の場所で膜720の上に配置され、膜720の下流温度を感知する。従って、サーモパイル715は、サーモパイル715の基準連結点740aにあるシリコンフレーム730とヒータ750から下流にあるサーモパイル715の感知連結点740bとの間の温度差に比例する電圧の形態の下流温度信号を生成する。
膜720は、シリコンフレーム730よりも低い熱容量を有するので、膜720は、シリコンフレーム730よりも一層迅速に、経路160,260,360内でセンサ700を通る流体内の温度変化に追従する。結果的に、経路160,260,360内の温度変化は、シリコンフレーム730と膜720との間の温度差をもたらし、そのために、サーモカップル740は、比例的な温度差を生成する。
1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、膜420,520,720は、経路160,260,360内の温度変化に迅速に追従する基板(例えば、低い熱容量を備える材料)を含む。例えば、膜420,520,720は、周囲環境内の温度変化に迅速に応答するよう、低い熱容量を有する材料の比較的薄い層を含み得る。様々な実施態様によれば、膜420は、シリコン、窒化珪素、酸化珪素、ポリイミド、パリレン、及び/又は、ガラスを含む。そのような特性は、ヒータ750内の放散電力に対する流動異存温度差の比率を向上し得る。
例示の実施態様において、フレーム430,530,730は、シリコンを含む。しかしながら、代替的に、フレーム430,530,730は、任意の他の適切な材料を含み得る。1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、フレーム430,530,730は、仮に温度変化があるとしても、膜420,520,720よりも一層遅く経路160,260,360内の温度変化に追従する材料(例えば、膜420,520,720よりも厚い材料及び/又は膜420,520,720よりも高い熱容量を備える材料)を含む。
様々な実施態様において、シリコンフレーム730の上流側と下流側との間の温度変動は、シリコンフレーム730の高い比熱拡散率(relative thermal diffusivity)の故に、膜720の上流側と下流側との間の温度差に比べて小さい。結果的に、シリコンフレーム730の上流側と下流側との間(即ち、基準連結点740aが配置される場所)の温度差は、膜720内(即ち、感知連結点740bが配置される場所)の温度変動よりも一層小さく、従って、本発明の1つ又はそれよりも多くの実施態様に従って上記温度差を無視し得る。
図6に示されるように、温度センサ710,715は、ヒータ750から熱対称的に上流及び下流にそれぞれ配置される。ヒータ750が膜720の上に中心的に配置され、且つ、膜720の上流及び下流熱容量及び拡散率がヒータ750に対して対称的である実施態様において、上流温度センサ710とヒータ750との間の上流距離は、下流温度センサ715とヒータ750との間の下流距離と実質的に等しくあり得る。
センサ710,715のそのような対称的な配置の結果、センサ700を越える上流/下流方向における流体流が存在しない場合、ヒータ750がオンにされる間、上流温度及び下流温度(並びに上流温度信号及び下流温度信号)は、互いに実質的に等しい(例えば、互いに摂氏10、5、4、3、2又は1度内にある)。ヒータ750がオンにされる間、流体がセンサ700を越えて下流に流れるとき、その流れがヒータ750からの熱を上流センサ710から離れる方向に下流センサ715に向かって下流に押す/運ぶので、下流温度は上流温度に対して上昇する。逆に、ヒータ750がオンにされる間、流体がセンサ700を越えて上流に流れるとき、その流れが熱を下流センサ715から離れる方向に上流センサ710に向かって上流に押すので、下流温度は上流温度に対して下がる。しかしながら、いずれの方向の流体流も上流及び下流の絶対温度をも降下させ得ることが付記されなければならない。何故ならば、その流れは、ヒータ750が膜720を加熱するよりも多く経路160,260,360及びセンサ700を冷却するからである。
より速い流体流速は、より多くの熱を流れの方向に押す/運ぶので、上流温度と下流温度との間の温度差の大きさは、流体流の大きさに比例する。例示の実施態様において、流動センサの温度差は、実際の上流温度及び下流温度に相関させられるサーモパイル710,715における電圧差に関して定められる。センサ710,715がヒータ750に対して熱対称的に配置される実施態様において、流動センサ温度差の符号(sign)は、センサ700を越える流れの方向を示す。例えば、感知連結点740bが基準連結点740aよりも冷たいとき、複数のセンサ710,715が正電極電圧を記録するよう構成されるならば、流動センサ温度差(例えば、上流センサ710電圧信号から下流センサ715電圧信号を引いたものとして定められる電圧差)は、流れが下流であるときに正電極を有し、流れが下流であるときに負電極を有する。差の絶対的な大きさ(電圧の大きさ)は、センサ700を越える絶対流速に比例する(典型的には、非直線的であるが、それに限定されない)。
ヒータ750に対する上流センサ及び下流センサ710,715の熱対称的な配置は、(a)偏りのない(offset free)流速決定(流れはゼロ信号をもたらさない)、及び、(b)差分信号の符号(sign)から流動方向を決定する能力をもたらし、(d)上流及び下流の流速を差分信号の絶対値に等しく相関させ得る。センサ710,715の対称性の故に、差分信号(例えば、流速信号)は、周囲温度の変動に反応しなくてもよい。これは両方のサーモパイル710,715が同じ絶対量を伴って変化し、それは2つの信号を減じ或いは除するときに相殺するからである。
センサ710,715は、例示されるセンサ700内のヒータ750から対称的に上流及び下流にそれぞれ配置されるが、上流センサ710を本発明の代替的な実施態様に従って代替的に配置し得る。例えば、下流の流れだけを測定するのが好ましいならば、ヒータ750から離れ且つヒータ750の影響を概ね受けない経路160,260,360の区画内に上流センサ710を配置し得る。しかしながら、ここに説明する理由のために、1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、センサ710,715の対称的な配置は、とりわけ、較正、正確性、及び、精度を向上する傾向を有する。
例示の温度センサ710,715は、サーモパイルを含むが、温度センサは、本発明の範囲から逸脱せずに、任意の他の適切な種類の温度センサを代替的に含み得る。
特定の流動センサ700をここに記載しているが、本発明の範囲から逸脱せずに、本発明の様々な実施態様と共に様々な代替的な流動センサを使用し得る。
熱流動センサ700を様々な方法で使用するようコントローラ600を構成し且つ配置し得る。図7に示されるように、コントローラ600は、ワイヤ615を介して、センサ10,700に接続される。上記に説明したように、コントローラ600は、これらのワイヤ615を介して、ヒータ750に電流を供給する。上流温度及び下流温度にそれぞれ相関する上流及び下流の温度信号をセンサ710,715からそれぞれ受信するために、コントローラ600は、ワイヤ615を介して、センサ710,715にも接続する。コントローラ600は、上流及び下流の温度信号を比較し、上流及び下流の温度信号を比較することによって経路160,260,360内の流体流を検出する。
コントローラ600は、上流及び下流の温度/信号を比較することによって経路160,260,360内の流体流の存在及び方向を決定するよう構成され且つ配置される。例えば、上流温度及び下流温度がほぼ等しいことをコントローラ600が決定するならば、コントローラ600は、経路160,260,360を通じる流体流がないことを決定する。下流温度が上流温度に対して上がったこと(或いは、様々な熱対称的な実施態様において、下流温度が上流温度よりも高いこと)をコントローラ600が決定するならば、コントローラ600(又はそのプロセッサ610)は、流体がエアロゾル出力開口140,240,340に向かって下流に流れていることを決定する。逆に、下流温度が上流温度に対して下がったこと(或いは、様々な熱対称的な実施態様の場合において下流温度が上流温度よりも低いこと)をコントローラ600が決定するならば、コントローラ600(又はそのプロセッサ610)は、流体がエアロゾル生成器110,210,310に向かって上流に流れていることを決定する。
コントローラ600は、上流及び下流の温度/信号を任意の適切な方法において比較し得る。例えば、コントローラ600は、下流温度から上流温度を減じ、その結果の符号を使用して流れの方向を決定し、ゼロは流体流がないことを示す。代替的に、コントローラ600は、一方によって他方を除し且つその商が1よりも大きいか或いは小さいかによって流動方向を決定することによって、上流及び下流の温度/信号を比較してもよく、1の商は、流れがないことを示す。
コントローラ600は、センサ700を越える流体の流速を決定するためにセンサ700も使用し得る。決定される流体流速は、定数項(例えば、メートル/秒又はリットル/秒)中にある必要はない。むしろ、流体流速と相関する変数の項中で流体流速を決定し且つ表現し得る。例えば、コントローラ600が(ボルトを単位とする)サーモパイル715からの下流温度信号から(ボルトを単位とする)サーモパイル710からの上流温度信号を減じる実施態様では、結果としての流体流速をボルト(又は使用される温度センサの種類に基づく任意の他の適切な絶対尺度若しくは相対尺度)で表現し得る。コントローラ600は、(例えば、ボルトを単位とする)様々な温度差分信号を実際の流速(例えば、メートル/秒、リットル/秒等)と関連付ける所定の変換アルゴリズムを介して、センサ700を越える流体の実際の線形流速又は経路160,260,360内の実際の容量流速を決定し得る。アルゴリズムを算数的に計算し得るし、或いは、代替的に、既知の流速での温度差分信号を決定する制御された試験を通じて経験的に生成し得る。
コントローラ600は、センサ700の温度センサ710,715の一方又は両方を上記に議論したセンサ500のサーモパイル510に類似する温度センサとしても使用し得る。例えば、両方のセンサ710,715が使用されるならば、それらの信号を加算して、温度と共に変化する信号を生み出し得る。従って、経路160,260,360内のエアロゾルの存在を検出するために、センサ500に類似する方法でセンサ700を使用し得る。
流動センサ700の動作中、ヒータ750は膜720を加熱し、膜はセンサ700を越える空気流によって冷却される。図8に例示するように、最大流速で膜720の最少温度に達し、逆も同様である。図8において、y軸(「サーモパイル出力(a.u.)」は、センサの1つの実施態様に従った両方のセンサ710,715からの累積温度信号を表す。x軸は、流速を表す。図8に示すように、累積温度信号/累積温度は、流速に反比例する。ヒータ750は基準連結点740aに対して感知連結点740bを加熱するので、累積信号は正である。
図8に示すように、累積温度信号は、エアロゾルの存在と共にも変化する。温度対流速曲線810(図8の底部にある曲線)は、エアロゾルがセンサ700によって感知される経路内に存在するときの例示的な湾曲である。膜720の温度変動は、ヒータ750内で放散される熱の量によって決定され、例えば、少量の電力は、可変の流れに伴って小さな温度変化をもたらす。エアロゾルが存在するとき、加熱された膜720の温度は冷める。小さなヒータ750の放散レベルに関して、エアロゾルの存在は、膜720をエアロゾルが存在しない場合における最大流速での温度よりも下に冷却する。換言すれば、全ての他の変数が一定であるならば、エアロゾルが存在する状態で、ゼロ流速での累積温度は、エアロゾルが存在しない場合における最大流速での累積温度よりも低い。閾値レベル820は、アエロゾルが存在しない場合における最大流速での最少温度の直ぐ下に設定される。温度がこの閾値レベル820より下に降下するとき、エアロゾルの通過が検出される。例示のセンサ700において、膜720がシリコンフレーム730よりも冷たいとき、累積温度信号は負である。例示のセンサ700において、エアロゾルが存在しない場合、累積温度信号は正である。何故ならば、ヒータ750は、シリコンフレーム730上のヒータ750から離れた基準連結点740aに対する膜720上のヒータ750付近でセンサ710,715の感知連結点740bを加熱するからである。
競合する変数を釣り合わせるために、ヒータ750の熱出力を最適化し得る。上記に説明したように、ヒータ750出力を減少することは、エアロゾルが存在しない場合の速い流速とエアロゾルが存在する場合の遅い流速との間を区別するのをより容易にする。他方、流速を検出し且つ定量化するセンサの能力の信号対雑音比を最適化するために、予期される流速の間に上流温度と下流温度との間の差を最大限化するためにもヒータ750出力を最適化し得る。
代替的な実施態様によれば、コントローラ600は、エアロゾルの存在をより正確に検出するために、適合性温度閾値82を利用する。図8中の湾曲を介して示すように、エアロゾルが存在しないとき、(シリコンフレームに対する)膜720の累積温度信号と流速との間の関係は既知である。コントローラ600は、上記に説明したように上流及び下流の温度信号を比較することによって流速を計算するためにセンサ700を使用し得るので、コントローラ600は、エアロゾルが存在しない場合において累積温度信号が何であるかを決定するために、(エアロゾルが存在しない場合における)既知の累積温度信号対流速関係と共に既知の流速を使用し得る。従って、コントローラ600は、適合性エアロゾル検出温度信号が、エアロゾルが存在しない場合における既知の流速で予期される信号よりも僅かに下であるよう設定し得る。(温度信号が膜720温度と共に上昇及び下降する実施態様において)感知累積温度信号が瞬間適合性閾値より下に下降するならば、コントローラ600は、エアロゾルが存在することを決定する。よって、適合性閾値820は、感知流速と共に減少する。適合性閾値820を使用する1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、実際の膜720温度と閾値レベル820との間の差は小さくあることができ、よって、より小さな温度降下(従って、より少量のエアロゾル)を検出し得る。また、適合性閾値820を使用する1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、適合性閾値レベル820は、より高いヒータ750熱出力の使用を促進し、それはセンサがガス流を感知する能力の信号対雑音比を増大し得る。適合性閾値820を使用する1つ又はそれよりも多くの実施態様によれば、閾値レベル820を設定するために最少温度を決定するよう最大流速を定める必要はない。
図9は、本発明の代替的な実施態様に従った熱流動センサ900を例示している。本発明の範囲から逸脱せずに、ここに記載するセンサ400,500,700のいずれかの代わりにセンサ900を使用し得る。センサ900は、別個の温度センサ910が追加され且つ膜720に取り付けられている点を除き、センサ700と同じである。例示の実施態様において、センサ900は、センサ400の上記抵抗器410のような抵抗性温度センサである。代替的に、センサ400及びセンサ700の両方を実際に使用することによって、センサ900のようなセンサを製造し得る。
コントローラ600は、コントローラ600が上記に議論したセンサ400の抵抗器410に接続するのと類似の方法において抵抗性温度センサ910に接続する。コントローラは、センサ700に関して上記に議論したのと類似の方法においてヒータ750及びセンサ710,715に接続する。そのような抵抗性温度センサ910の使用は、センサが(サーモカップルのようなセンサを使用する相対温度とは対照的に)絶対温度を測定するのを可能にし得る。
図10は、センサ900を使用する経路内の温度及び流れを感知するコントローラ600の使用の経験的な結果を例示している。x軸は、時間を表している。頂線920は、使用者の呼吸パターンに対する流動センサ900の応答を示している(約5回の完全な呼吸が示されている)。頂線920のy軸は、(例えば、実際の温度(例えば、摂氏度)、温度信号差(例えば、センサ710,715がサーモパイルであるならばボルト、抵抗性上流及び下流温度センサのためにオーム)に関して)上流及び下流の温度センサ710,715の間の温度差に相関している。頂線920において、(センサ900が下流温度から上流温度を減じるように構成されるか或いはその逆であるかに依存して)、下方の平坦部分は、吸息及び呼息の一方を表しているのに対し、上方の平坦部分は、吸息及び呼息の他方を表している。エアロゾルが放出されるとき、小さなスパイク(spike)が流動センサ900信号内に観察され、流動センサ900がエアロゾルによって殆ど影響されないことを示している。
図10では、下方線940のy軸が、(例えば、オームにおける抵抗に関して、実際の温度に関して)経路温度に相関させられるよう、下方線940は、(サーミスタとも呼び得る)抵抗器910によって感知される温度に相関させられる。下方線940の騒々しいパターンは、流れ内の変化によって引き起こされるヒータ750の温度変動によって引き起こされる。エアロゾルが放出されるとき、エアロゾルが存在しないならば、抵抗器910の抵抗は、最少レベルより遥かに下のレベル950に降下する。センサ700に関して上記に説明したように、コントローラ600は、事前設定された又は適合性の温度閾値960を利用し、下方線940/温度信号が閾値960を交差するときには、エアロゾルが存在することを決定する。
ある代替的な実施態様によれば、センサ900に関して上記に記載したのと同じ方法において温度を感知するために、センサ700が使用され、別個の抵抗器910よりもむしろヒータ750自体の抵抗が使用される。
エアロゾル供給装置100,200,300に追加的又は代替的な機能性をもたらすために、それらのエアロゾル装置と関連して熱流動センサ700,900を使用し得る。
例えば、MDI100の使用中、使用者はボーラスの吸入に対するボーラスの放出のタイミングを適切に合わせなければならない。異なる意図される使用によれば、ボーラスが放出された直後に(或いはボーラスが放出された後の所定量の時間に)患者が吸気するか、或いは、吸気中にボーラスを放出することが望ましくあり得る。上記に説明したように、コントローラ600は、エアロゾル化された薬品のボーラスの放出を検出するために、センサ700,900を使用し得る。その上、コントローラ600は、経路160内の流れの存在、方向、及び/又は、大きさを検出するために、センサ700,900を使用し得るので、コントローラ600は、使用者がエアロゾル出力開口140を通じて吸引しているときを決定し得る。従って、コントローラ600は、所望の放出/吸入タイミングの患者遵守を監視し、且つ/或いは、患者が放出及び吸入のタイミングをより良好に合わせるのを助ける指示を患者にもたらし得る。
監視に関して、コントローラ600は、各ボーラス放出と各吸入との間のタイミング調節された関係(例えば、相対的な開始時間、停止時間、期間)をメモリ640内に記録し得る。MDI100の所望の使用の患者遵守を評価するために、使用者又は医療専門家は上記記録データにアクセス可能である。
コントローラ600は、感知される放出/吸入の間の関係を所定の所望の関係と比較し、患者が放出及び吸入のタイミングを適切に合わせたか否かについて(例えば、ディスプレイ620を介して視覚的に、音声出力装置630を介して音声的に、及び/又は、触覚出力装置660を介して触覚的に)表示を提供し得る。患者のタイミングが適切でないならば、コントローラ600は、患者が将来的に所望のタイミングにどのようにより良好に従い得るかについての表示(例えば、「次回はエアロゾルの放出に対して吸気をより早く(或いはより遅く)して下さい」のような視覚的又は音声的な表示)を提供し得る。
コントローラ600は、追加的に及び/又は代替的に、ボーラスをいつ放出及び/又は吸入するかに関する実時間表示を患者に提供し得る。例えば、ボーラスが患者の吸気を通じた中途(又は他の所望の地点)で放出されなければならないならば、患者が吸気を通じた中途にあることをコントローラ600が流動センサ700,900を介して検出するとき、コントローラ600は、エアロゾル生成器を活性化するよう、視覚的、音声的、又は、触覚的な支持をもたらし得る。代替的に、コントローラ600がエアロゾル生成器110,210,310をオン/オフするのを許容するような方法においてコントローラ600がエアロゾル生成器110,210,310に接続される実施態様では、それが患者の感知される呼吸パターンに対して適切であることをコントローラ600が決定するとき、コントローラ600自体がエアロゾル生成器110,210,310をオンにし得る。
代替的に、ボーラスを放出した後の所定の時に患者が吸気することが望ましいならば、コントローラ600は、適切に時間調節された吸気の視覚的、音声的、又は、触覚的な指示を提供し得る。
ネブライザ200,300と関連して、コントローラ600は、MDI100と関連して上記に記載したのと類似の方法において流動センサ700,900を使用し得る。例えば、コントローラ600は、エアロゾル生成器210,310によってエアロゾル化される時、期間、及び、相対的なタイミング、並びに、エアロゾル出力開口240,340を通じた患者吸気を監視し、メモリ640内に記録し得る。所望の治療養生法の患者遵守を評価するために、使用者、医療専門家、又は、他の適切な人若しくは機械は、このデータを引き続き使用し得る。そのデータは、装置200,300を異なって使用することを患者に指示することを保証し、且つ/或いは、装置200,300がどのように動作するかに対する調節(例えば、患者の呼吸パターンにより良好に一致させるよう、例えば、各エアロゾル放出の時及びタイミングを調節することによって、装置の独自の動作を調節すること)を保証し得る。
当該技術分野において既知であるように、患者の呼吸パターンをネブライザ200,300によるエアロゾル化に合わせるのがしばしば望ましい。他の理由の中でもとりわけ、薬品の浪費を削減するために、例えば、様々なネブライザは、患者が吸気するときに薬品をアエロゾル化するが、患者が呼気するときにエアロゾル化しないよう設計される。コントローラ600は、エアロゾル生成器210,310の活性化のタイミングを相応して合わせるよう吸気及び呼気を検出するために、流動センサ700,900を使用し得る。そのような実施態様において、コントローラ600は、コントローラ600がエアロゾル生成器210,310を始動及び停止し得るよう、エアロゾル生成器210,310に動作的に接続される。
例示的なエアロゾル生成器110,210,310を備える例示的なエアロゾル供給装置100,200,300を上に記載したが、本発明の範囲から逸脱せずに、これらの例示的なエアロゾル供給装置100,200,300及び/又はエアロゾル生成器110,210,310を代替的な種類のエアロゾル供給装置及びエアロゾル生成器と置換し得る。
例示の実施態様において、センサ10は、エアロゾル供給装置100,200,300内の例示的な場所に配置されている。しかしながら、本発明の範囲から逸脱せずに、センサ10を代替的な場所に配置し得る。例えば、吸気、呼気、及び/又は、エアロゾルを検出するセンサの能力を向上するよう、センサ10を位置付け得る。様々な条件を感知するという競合する目標を釣り合わせるよう、センサ10の位置を最適化し得る。
例えば、図1に例示されるエアロゾル供給装置100において、センサ10をエアロゾル生成器110の付近に配置することは、エアロゾルの存在を検出するセンサの能力を向上し得る。しかしながら、この位置では、センサ10は患者の呼気を検出し得ないかもしれない。何故ならば、特に呼気弁がマウスピース140に近接して配置されるならば、有意な呼気流がセンサ10に達し得ないからである。代替的に、(例えば、センサ10aとして図1中に仮想線で示すように)、そのような吸気/呼気流を検出するのに適した場所にセンサ10を配置し得る。しかしながら、センサ10aの配置はエアロゾル生成器110から更に遠く離れるので、そのような配置はエアロゾルを検出するセンサ110の感度との妥協(トレードオフ)を包含し得る。
同じ理由により、エアロゾル供給装置200に関連して図2に示されるセンサ10を、センサ10bとして図2中に仮想線で示すように位置付け得る。センサ10bのそのような配置は、患者の呼気及び吸気を検出するセンサの能力を向上し得るが、センサ10bはエアロゾル生成器210から更に遠く離れて配置されるので、そのような配置はエアロゾルを検出するセンサの感度を低減し得る。
更に、1つ又はそれよりも多くの実施態様では、エアロゾルの存在ではなく流れを検出するためにセンサ10を使用し得る。そのような実施態様では、エアロゾルに基づくセンサ10の汚染を最小限化するよう、エアロゾルとの相互作用を最小限化する或いは排除する場所にセンサ10を配置し得る。例えば、図2中にセンサ10cを介して仮想線で示すように、センサ10cの下流で生成されるエアロゾルからの有意な汚染のない吸気を感知するよう、センサ10cをエアロゾル生成器210から上流で吸気流体経路内に配置し得る。同様に、図2中にセンサ10dを介して仮想線で示すように、汚染するエアロゾルへのセンサの露出を制限しながら患者の呼気を感知するセンサの能力を向上するよう、センサ10dを呼気経路内に配置し得る。
優先測定(例えば、エアロゾルの存在、吸気、呼気)に対する感度を向上するために、図3のエアロゾル供給装置300内のセンサ10のための類似の代替的な場所を利用し得る。
例示の実施態様において、センサ位置10b,10c,10dは、センサ10のための代替的な場所を提供する。しかしながら、更なる実施態様によれば、エアロゾル供給装置100,200,300は、各センサ10が異なる測定に焦点を合わせる、多数のセンサ10を使用し得る。例えば、エアロゾル供給装置200において、エアロゾル供給装置200は、エアロゾルを検出するためにセンサ10bを使用し、吸気を検出するためにセンサ10cを使用し、呼気を検出するためにセンサ10dを使用し得る。
例示の実施態様において、エアロゾル供給装置100,200,300は、薬品をエアロゾル化するよう設計され、エアロゾル出力開口140,240,340は、エアロゾル化された薬品を患者の口及び/又は通風管を介して患者の気道(例えば、喉、気管支、肺)内に供給するのを容易化するよう設計される。しかしながら、本発明の代替的な実施態様によれば、エアロゾル供給システムは、本発明の範囲から逸脱せずに、代替的な機能(例えば、加湿、空気清新剤のような香気エアロゾルの拡散)を有し得る。追加的に及び/又は代替的に、所与の場所でエアロゾルの存在を感知し且つ/或いは(流れの存在、流れの方向、及び/又は、流れの大きさに関して)流体流を感知するのが好ましい任意のシステム中で本発明の1つ又はそれよりも多くの実施態様を使用し得る。例えば、流れを感知するためにガスパイプライン中で上述の流動センサ700,900を使用し得る。よって、本発明の様々な実施態様は、エアロゾル生成器及び/又は供給の脈絡における使用に限定されない。
本明細書中に記載する様々な温度センサは、直接的に(例えば、経路内に配置されるセンサ)或いは間接的に(例えば、センサが壁内の温度を感知することによって経路内の温度を間接的に感知するよう、経路の壁内に配置されるセンサ)、経路160,260,360内の温度を感知し得る。
本明細書中で使用するとき、温度を感知することは、絶対温度を感知することを要求しない。むしろ、温度を感知することは、温度に相関させられる何らかの種類の信号又は情報を生成することを要求するに過ぎない。例えば、温度測定値は、(例えば、サーモパイルの基準連結点及び感知連結点を介した)基準場所からの温度差に関し得る。温度測定値は、標準温度単位(例えば、華氏、摂氏、ケルビン)に変換される必要はない。むしろ、温度測定を例えば抵抗温度センサのためのオーム/抵抗又はサーモカップルセンサのためのボルトに関して行い得るよう、温度測定値を温度に単に相関(比例、反比例)させ得る。
本明細書中で使用するとき、エアロゾル化の開始及び停止という用語は、絶対的ではない。むしろ、アエロゾル化が所定の閾値より上又は下であるとき、エアロゾル化の開始及び停止を検出し得る。例えば、エアロゾル化がエアロゾル生成器の通常動作中に起こるエアロゾル化に対して所定の閾値より下(例えば、通常エアロゾル化の20%、15%、10%未満)に減少したとき、エアロゾル化が停止したことを決定し得る。
経路160,260,360は、気体/空気がエアロゾル生成器110,210,310からエアロゾル出力開口140,240,340に移動する空気空間を含み得る。代替的に、経路160,260,360は、気体/空気がエアロゾル生成器110,210,310からエアロゾル出力開口140,240,340に移動する空気空間を定める表面も含み得る。経路160,260,360は、空気空間お表面を定める壁も含み得る。
上記に例示した実施態様は、本発明の構造的及び機能的な原理を例示するために提供されており、限定的であることは意図されていない。逆に、本発明の原理は、以下の請求項の精神及び範囲内のありとあらゆる変更、改変、及び/又は、置換を包含することが意図されている。
Claims (23)
- 経路内のエアロゾルの存在を検出する方法であって、
前記流体経路の温度を感知すること、及び、
エアロゾルが前記経路内に存在するか否かを前記感知温度から決定することを含む、
方法。 - 前記経路は、エアロゾル供給システムの経路を含み、前記エアロゾル供給システムは、エアロゾル生成器とエアロゾル出力開口とを更に含み、前記流体経路は、前記エアロゾル生成器と前記エアロゾル出力開口との間に延び、前記エアロゾル生成器を前記エアロゾル出力開口に流体的に接続する、請求項1に記載の方法。
- 前記エアロゾル出力開口は、前記エアロゾル生成器によって生成されるエアロゾルを患者の気道内に方向付けるよう構成され且つ配置される患者インターフェースを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記システムは、計量投与量吸入器を含み、前記流体の前記エアロゾル化は、加圧キャニスタからエアロゾルのボーラスを放出することを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記計量投与量吸入器からのエアロゾルのボーラスの放出を検出するために前記温度信号を使用することを更に含む、請求項4に記載の方法。
- ボーラス放出表示器を介して、エアロゾルのボーラスの放出の前記検出に基づきエアロゾルのボーラスの放出を示すことを更に含む、請求項5に記載の方法。
- 前記計量投与量吸入器から放出されるボーラスの数を計数するために前記温度信号を使用し、該計数される数をメモリ内に記録することを更に含む、請求項5に記載の方法。
- 前記計量投与量吸入器から放出されたボーラスの前記計数済みの数をディスプレイの上に表示することを更に含む、請求項7に記載の方法。
- 前記経路内のエアロゾルの前記検出に応答して前記システムの使用者に表示をもたらすことを更に含む、請求項2に記載の方法。
- 前記表示をもたらすことは、視覚表示をもたらすこと、音声表示をもたらすこと、又は、触覚表示をもたらすことのうちの1つを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記システムは、エアロゾル化されるべき液体を貯蔵する容器を含むネブライザを含み、前記エアロゾル生成器を使用して流体をエアロゾル化することは、前記容器からの液体をエアロゾル化することを含み、当該方法は、前記エアロゾル生成器が前記容器からの液体をエアロゾルしているときを検出するために前記温度信号を使用することを更に含む、請求項2に記載の方法。
- 前記エアロゾル生成器が前記容器からの液体をエアロゾル化する期間を決定するために前記温度信号を使用すること、及び、前記決定される時間の長さをメモリ内に記録することを更に含む、請求項0に記載の方法。
- 前記流体経路内にエアロゾルが存在しないことに基づき、前記エアロゾル生成器が前記容器からの流体をエアロゾル化することを停止したときを検出することを更に含む、請求項0に記載の方法。
- 前記容器内の液体が枯渇したときを検出するために前記温度信号を使用することを更に含む、請求項0に記載の方法。
- 前記容器が枯渇したことの前記検出に応答して前記容器が枯渇したという表示をもたらすことを更に含む、請求項14に記載の方法。
- 前記流体経路内の前記温度を感知することは、基準連結点と感知連結点とを有するサーモカップルを使用して前記温度を感知することを含み、前記感知連結点は、その温度が前記基準連結点の場所よりも迅速に前記経路の温度を追跡する場所に配置される、請求項1に記載の方法。
- 前記感知連結点での温度が所定の閾値差だけ前記基準連結点での温度よりも低いことを前記サーモカップルの温度信号が示すとき、エアロゾルが存在することを決定することを更に含む、請求項16に記載の方法。
- 前記温度信号が所定の時間の量の内に所定の温度差よりも多い温度差だけ変化するとき、エアロゾルが前記経路内に存在することを決定することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記サーモカップルは、温度センサの一部であり、
該温度センサは、シリコンフレームと、該シリコンフレームに接続される膜とを含み、
前記シリコンフレーム及び前記膜は、前記経路内に配置され、
前記シリコンフレームは、前記膜よりも高い熱容量を有し、
前記第一連結点は、前記膜の前記温度を感知する場所に配置され、
前記第二連結点は、前記シリコンフレームの前記温度を感知する場所に配置される、
請求項18に記載の方法。 - エアロゾルが前記経路内に存在するか否かを前記感知温度から決定することは、
前記コントローラがオンにされるときの基線温度を決定すること、及び、
前記感知温度が所定の閾値よりも多い温度だけ前記基線温度から逸脱するときにエアロゾルが存在することを決定することを含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記流体経路内の前記温度を感知することは、温度センサを使用して前記温度を感知することを含み、前記温度センサは、
フレームと、
該フレームに接続される膜と、
該膜の温度を感知するために該膜の上に配置される温度感応抵抗器とを含み、
前記膜は、前記経路内に配置され、
前記フレームは、前記膜よりも高い熱容量を有し、
前記温度を感知することは、前記抵抗器の抵抗を感知することを含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記経路は、前記エアロゾル生成器から前記エアロゾル出力開口まで延びる空気空間と、該空気空間を定める壁とを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記温度は、温度に相関させられる測定値の単位に関して感知される、請求項1に記載の方法。
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