JP2014530736A5

JP2014530736A5 -

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Publication number: JP2014530736A5
Application number: JP2014537783A
Authority: JP
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2032-10-23

Description

しかしながら、エーロゾルの速度と体積流の両方を、光学的に測定することができる。そのため、エーロゾル密度は、マウスピース内の流れの方向に沿った2つの位置で測定され、エーロゾル内での外乱（変動）の伝播は、可変時間遅延を有する信号の相互相関により、監視され同定される。従って、進行する液滴の集団の平均の波形速度を計算することができる。これは、一つの検出器から隣の検出器までの特性信号の動きを定めることに基づく。これは、時間とともに変化するエーロゾルの集団に依存し、測定される検出器信号は、時間変化する信号となる。ネブライザーのPWM制御は、既に時間とともに変動する信号を提供し、そのため相互相関を用いて、同じ光検出器の（時間に対する）関数がエーロゾルの流れ方向における後続の地点に到達した時点を特定することができる。

本発明は、検出用に少なくとも2種類の異なる波長信号を用いる。精度の向上は、3種類以上の異なる波長を用いて得ることができる。
図面および前述の記載により、本発明を詳細に例示し説明した。そのような例示および記載は、一例または例示的なものであって、限定的なものではなく、本発明は、示された実施例に限定されるものではない。
図面、開示、および添付の特許請求の範囲の精査から、当業者は、請求項に記載された発明を実施する際に、示された実施例に対する他の変更例を理解することができ、実施することができる。請求項において、「有する」と言う用語は、他の要素またはステップを排除するものではなく、「一つの」と言う用語は、複数の存在を排除するものではない。単一のプロセッサまたは他のユニットで、請求項に記載の複数の部材の機能が満たされても良い。単に、ある手段が相互に異なる従属請求項に記載されていることから、これらの手段の組み合わせを有意に使用することはできないと解してはならない。請求項におけるいかなる参照符号も、その範囲を限定するものと解してはならない。

患者の呼吸パターンもまた重要である。現在のシステムでは、エーロゾル密度や粒径は測定されておらず、ましてやシステム又は患者へのフィードバックを与えるのにも用いられていない。この結果、過小投与、過剰投与、薬剤の浪費、不必要な環境の汚染、及び高コストにつながる恐れがある。

エーロゾルビームの密度を測定することによってエーロゾルの放出速度を推定するシステムが提案された。よってこのシステムは、電力を調節するためにフィードバック制御ループ内で用いられる。エーロゾル密度は、エーロゾルビームに対して垂直な光ビームによって測定されて良い。光ビームは、発光ダイオード(LED)によって生成されて良い。LEDからの光のビーム形状は発散する。光ビームは、1つ以上のレンズ又はミラーを用いることにより、平行なまたはほぼ平行なビームにコリメートされて良い。ビームは、円形又は長方形のダイアフラムを用いることによってさらに整形されて良い。

吸光度は、エーロゾルビーム内での液滴密度及び光がエーロゾルビームを通り抜ける距離の関数である。たとえば（微分圧力センサ又は流量センサを用いることによって）別個の空気流速測定を介して、エーロゾルビームの粘性が既知である場合、エーロゾル放出速度は、エーロゾル密度及び単位時間あたりに光ビームを通過するエーロゾルビームの体積から計算することができる。体積は、エーロゾルビームの断面積とエーロゾルビームの速度の積から計算することができる。

吸光度の大きさ自体は、エーロゾル密度の値も粒径の値も与えない。粒径が既知である場合にのみ、エーロゾル密度を吸光度から得ることができる。実際には、しばしば、完成品としてのエーロゾル発生装置の設計及び構成から、公称粒径は、ほとんど場合あらかじめ定められる。

本発明は、光センシングが、従来の粒子密度（あるいは体積分率としても知られている）の導出のみならず、前記エーロゾル流の粒径パラメータの導出に用いられ得るという認識に基づいている。特に少なくとも2種類の波長で測定を行うことによって、新たな自由度が生じ、前記粒子密度のみならず前記粒径の決定も可能となる。

前記制御装置はさらに、前記の検出された光信号から前記エーロゾル密度を得るように構成されて良い。よって当該システムは密度と粒径の情報を供することができる。

流量装置用制御装置が、前記流量装置の制御に用いられて良い。当該システムは、前記流量装置用制御装置が前記エーロゾル流の監視されたパラメータ（粒径、任意で粒子密度及び流速の1種類以上）を考慮するように、フィードバックループを有して良い。前記流量装置の制御は、電力及び/又はデューティサイクルに基づいて良い。

本発明はエーロゾル生成システムを供する。当該エーロゾル生成システムでは、光源装置が第1波長の信号と第2波長の信号を供し、かつ、検出された光信号が記録される。検出された光信号は、少なくともエーロゾルの粒径を示す値を得るように処理される。これは、従来測定されてきた他のパラメータ−具体的にはエーロゾルの密度と流速−と併用されて良い。よって光学測定（場合によっては空気流測定と共に）を、粒径のみならずエーロゾルの放出速度を推定するのに用いることができる。

図1のシステムは、エーロゾル密度の光学測定（ネフェロメータ）を実施し、加えて粒径情報を供することを目的とする。

透過の大きさはT-T_rと解される。反射の大きさはR-R_rと解される。これらの値は、（既知の方法で）エーロゾル密度の情報を得るのに用いられ、かつ、（ここでも既知の方法で）放出速度を求めるように流速と一緒にされて良い。

エーロゾルの放出速度とエーロゾル密度は、互いに1次関数的に変化する。すべてのエーロゾルはいつでも同一のチャネルを介して来る。よって（試験プロセスの一部としての）排気速度の設定は、空気によるエーロゾルの希釈を決定し、エーロゾル密度とエーロゾル放出量との間の比を決定する。

上の議論では、時間的にも空間的にも媒質が（統計的に）均一であると仮定されている。上述したすべてのパラメータは、何らかの形で媒質の光学密度に関係する。体積がVの統計的に均一な媒体では以下の関係が成立する（ここで、rは粒子の半径、nは粒子の屈折率、n_medは媒質の屈折率、λは真空中での波長、Nは粒子数、及び、n₀=N/Vは粒子の個数密度である）。

このことは、液滴の直径dが1.24[μm]<d<3.72[μm]であることを示唆する。光学密度が低い−たとえば不透明度が典型的には30%未満のネブライザーである−場合、次式のように1回散乱のみが仮定され得る。
I=I₀exp(-z/l_ext)≒I₀(1-z/l_ext)
距離zは既知である。すべてのエーロゾルはビームを通過しなければならない。よって、局所的な不透明度が多重散乱を防止するのに十分な程度に低い限り、小さな濃度差は問題にならない。光吸収は重要ではない。そのため消滅断面積と散乱断面積は等しい(Q_sca=Q_ext)。

本発明は、ネブライザーのマウスピース内での粒径と密度の光センシングを可能にする。速度が得られる場合には、光学装置は、エーロゾル流速を得るのにも用いられて良い。上述したように、流量計がこの目的のために用いられて良い。

別な情報が、偏光散乱の寄与と非偏光散乱の寄与とを比較することによって得られて良い。特に多重散乱の多さが、光の非偏光の程度によって推定されうる。光源の直線偏光に対して平行に偏光する散乱光と、前記直線偏光に対して垂直に偏光する散乱光との比は、特に吸光度が低い場合には、エーロゾル密度の指標となりうる。低吸光度では、一回散乱（偏光が保存される）が起こりやすい。高密度かつ高吸光度では、多重散乱によって偏光の方向がばらばらになる。

ルックアップテーブルが用いられて良い。たとえば液滴と液体束の平均速度は、液滴密度と前記平均波の速度の両方を入力パラメータとして含むルックアップテーブルから計算されて良い。

Claims

エーロゾル生成システムであって、
エーロゾル流を生成する流れ装置と、
光源装置及び前記エーロゾル流と相互作用した光を検出する光検出器と、
前記光源装置を制御し、検出光信号を解析する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
（１）前記光源装置を制御し、第1の波長における第1信号が提供され、第1の検出光信号が記録され、
（２）前記光源装置を制御し、第2の波長における第2信号が提供され、第2の検出光信号が記録され、
（３）前記第1及び第2の検出光信号を処理し、前記エーロゾルの粒径を示す値が得られる
ように適合され、
前記（３）の処理は、
前記第1及び第2の検出光信号を処理して、前記第1及び第2の波長の各々での吸光度の測定値を決定し、
前記第1及び第2の波長の各々での吸光度の測定値と、エーロゾル流による光散乱の量の変調を粒径変化に関連づける関数とを比較し、
前記比較の結果から前記エーロゾルの粒径を示す値を得る、
ことにより実施される、エーロゾル生成システム。
前記光検出器は、前記エーロゾル流を透過した光を検出することを目的とする、請求項1に記載のシステム。
前記エーロゾル流に加えられる色素をさらに有する、請求項2に記載のシステム。
前記光検出器は、前記エーロゾル流によって反射又は散乱された光を検出することを目的とする、請求項1に記載のシステム。
前記エーロゾル流に加えられる蛍光添加物をさらに有する、請求項4に記載のシステム。
前記制御装置はさらに、前記検出光信号から前記エーロゾルの密度を得るように適合される、請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載のシステム。
前記光源装置は、前記エーロゾル流に沿った異なる位置の複数の光源を有し、
各光源用に検出器が提供され、
前記制御装置は、前記エーロゾル流に沿った前記異なる位置での前記検出光信号から、前記エーロゾルの速度を導出するように適合される、請求項6に記載のシステム。
前記制御装置は、前記異なる位置で受信された信号に、可変の時間遅延との相互相関を適用することにより、前記エーロゾル流に沿った異なる位置の間での前記エーロゾル流の時間遅延を決定するように適合される、請求項7に記載のシステム。
前記光検出器は、偏光と非偏光の寄与を分離し、散乱の量を決定するように適合される、請求項1乃至8のうちいずれか一項に記載のシステム。
さらに、前記流れ装置を制御する流れ装置用制御器を有し、
当該システムは、前記流れ装置用制御器が前記エーロゾル流の監視されたパラメータを考慮するような、フィードバックループを有し、
前記監視されたパラメータは、前記エーロゾルの粒径、密度、および流速の少なくとも一つを有する、請求項1乃至9のうちいずれか一項に記載のシステム。
エーロゾルを生成する方法であって、
エーロゾル流を生成する段階と、
光源装置を制御して、第1の波長における第1の信号を提供し、第1の検出光信号を記録する段階と、
前記光源装置を制御して、第2の波長における第2の信号を提供し、第2の検出光信号を記録する段階と、
前記第1及び第2の検出光信号を処理し、前記エーロゾルの粒径を示す値を得る段階と、
を有し、
前記エーロゾルの粒径を示す値を得る段階は、
前記第1及び第2の検出光信号を処理し、前記第1及び第2の波長の各々での吸光度の測定値を決定し、
前記第1及び第2の波長の各々での吸光度の測定値と、エーロゾル流による光散乱の量の変調を粒径変化に関連づける関数とを比較し、
前記比較の結果から前記エーロゾルの粒径を示す値を得る、
ことにより実施される、方法。
前記エーロゾル流を透過した光を検出する段階、又は
前記エーロゾル流により、反射若しくは散乱された光を検出する段階
を有する、請求項11に記載の方法。
前記検出光信号から、前記エーロゾルの密度を得る段階を有する、請求項11又は12に記載の方法。
前記エーロゾル流に沿った異なる位置で受信された信号に、可変の時間遅延との相互相関を適用することにより、前記エーロゾル流に沿った前記異なる位置での前記検出光信号から、前記エーロゾルの速度を導出する段階を有し、これにより、前記異なる位置間での前記エーロゾル流の時間遅延が定められる、請求項13に記載の方法。
さらに、前記エーロゾル流の監視されたパラメータを考慮するフィードバックループを利用して、前記エーロゾル流を制御する段階を有し、
前記監視されたパラメータは、前記エーロゾルの粒径、密度、および流速の少なくとも一つを有する、請求項11乃至14のうちいずれか一項に記載の方法。