JP2018538093A - 音響発生を低減させたエアロゾル発生 - Google Patents

Abstract

本発明は、エアロゾルの発生に関する。ユーザフレンドリー性が向上した改善されたエアロゾル発生を提供するために、複数のアパーチャを備えるアパーチャ構造（１２）と、トランスデューサ（１４）と、エアロゾルを発生するために液滴を生成する液体を受け入れるための貯水空間（１６）と、制御ユニット（１８）を備えるエアロゾル発生器（１０）が提供される。貯水空間はアパーチャ構造に隣接して配置される。トランスデューサは、液体とアパーチャ構造との間の相対運動として伝えられる振動運動を生成するように構成される。制御ユニットは、第１時間を有する第１期間の間振動して液体とアパーチャ構造との間の相対運動を生成するよう、トランスデューサを活性化させるように構成され、その運動は、アパーチャ構造に対して横断方向であり、複数の液滴を生成するために複数のアパーチャを通過するように液体を促し、また制御ユニットは、第２時間を有する第２期間の間、トランスデューサを一時停止させ、活性化と一時停止を交互に連続的に繰り返すように構成される。制御ユニットは、少なくとも決定された最大反復回数の後に次の繰り返しループについて少なくとも第２時間をランダムに変化させるように更に構成される。

Description

本発明は、エアロゾルの発生に関し、特に、エアロゾル発生器、ネブライザシステム及びネブライザの作動方法、並びにコンピュータプログラム要素及びコンピュータ読取可能媒体に関する。

例えば肺への薬の投与のために、エアロゾルの吸入が提供されることがある。例えば特定の薬のエアロゾルをネブライザによって発生し、肺内での薬の沈着を可能にすることができる。一例として、特許文献１には、ネブライザと、パルス動作モードでアクチュエータを作動させることによるエアロゾルの発生が説明されている。しかしながら、エアロゾルの発生はノイズの発生を伴うことがあり、そのようなノイズの発生は、ユーザの受け入れに影響を及ぼすことがある。

国際公開第２００３／０７２８６３号パンフレット

したがって、ユーザフレンドリー性が向上した改善されたエアロゾル発生を提供するニーズが存在し得る。

本発明の目的は独立請求項の主題によって解決され、更なる実施形態は、従属請求項に組み込まれる。

本発明によると、複数のアパーチャを含むアパーチャ構造を備えるエアロゾル発生器が提供される。エアロゾル発生器は更に、トランスデューサと、エアロゾルを発生するために液滴が生成される液体を受け入れる貯水空間を備える。さらに、制御ユニットも設けられる。貯水空間は、アパーチャ構造に隣接して配置される。トランスデューサは、液体とアパーチャ構造との間の相対運動として伝えられる振動運動を発生するように構成される。制御ユニットは、トランスデューサを活性化して、第１時間を有する第１期間の間振動させて液体とアパーチャ構造との間の相対運動を生成し、該運動は、アパーチャ構造に対して横断方向（transverse direction）であり、複数の液滴を生成するために複数のアパーチャを通過するよう液体を促す。制御ユニットは更に、第２時間を有する第２期間の間、トランスデューサを一時停止するように構成される。制御ユニットは更に、活性化と一時停止を交互に連続的に繰り返すように構成される。制御ユニットは更に、少なくとも、決定された最大反復回数の後に、次の繰り返しループについて少なくとも第２時間をランダムに変化させるように構成される。

結果として、すなわち、少なくとも第２時間のランダムな変化に起因して、エアロゾルの発生は、ユーザに不快であると知覚される可能性のある特定の周波数の代わりに、多少の定義されていないノイズを伴う。少なくとも第２時間の変化は、例えばユーザにはあまり気づかれないように知覚されるネブライザの動作モードを達成するために提供される。まだいくらかのノイズは生成されるが、このモードをサイレントモードと呼ぶことができる。

「横断」という用語は、アパーチャ構造の表面に対して横断する運動、例えば垂直（perpendicular manner）な運動に関する。横断運動により、例えば液滴がメッシュ構造によって生成される。

一例によると、アパーチャ構造は、開口を形成する複数の接続されたストランドを有するメッシュ構造と、中間に複数のネット部材（net-members）及びアパーチャを有するネット又はウェブと、複数のノズルを有するベース構造のノズルプレートと、のグループのうちの少なくとも１つとして提供される。

一例によると、トランスデューサはピエゾ素子である。

一例によると、制御ユニットは、カウントモジュールと乱数発生器が設けられたマイクロコントローラである。カウントモジュールは、パルスをカウントし、オン状態とオフ状態との間をトグルするように構成される。乱数発生器は、新たなパルス時間を生成するように構成される。

一例によると、制御ユニットは、バーストモードで液滴を供給するようトランスデューサを活性化するように構成され、バーストモードでは、第１期間内に複数の後続の液滴が提供される。

本発明によると、空気入口と空気出口を有する空気流経路を備えるネブライザシステムも提供される。さらに、上記の例のいずれか１つによるエアロゾル発生器が設けられる。エアロゾル発生器は、複数の液滴を気流に供給してエアロゾルを発生するように、空気流経路と流体連通して配置される。

本発明によると、以下のステップを含む、ネブライザの作動方法も提供される：
ａ）第１時間を有する第１期間の間振動して液体とアパーチャ構造との間の相対運動を生成するように、トランスデューサを活性化するステップであって、該運動はアパーチャ構造に対して横断方向であるステップ。
ｂ）第２時間を有する第２期間の間、トランスデューサを一時停止するステップ。
ステップａ）とｂ）は、交互に連続的に繰り返される。繰り返しのために最大反復回数を決定し、その後、少なくとも第２時間が次の繰り返しループのためにランダムに変化する。

一例によると、第２時間は、所定の範囲内からランダムに選択される。

一例によると、第１時間は、繰り返しループについて一定である。

別の例によると、第１時間は、繰り返しループについてランダムに変化し、第１時間の変化は、所定の一定時間の周りを中心とする。

一態様によると、動作モードが提供され、該動作モードでは、トランスデューサが、第１時間の間に活性化され、その後、第２時間の間一時停止するよう待機されるが、第２時間は、エアロゾル発生の決定された周波数を回避するために、連続するステップの間に変更される。

本発明のこれら及び他の態様は、以下で説明される実施形態から明らかになり、これらの実施形態から解明されるであろう。

本発明の例示的な実施形態は下記の図面を参照して以下で説明される。
エアロゾル発生器の一例のセットアップを概略的に示す図である。 エアロゾル発生器の３つの異なる例を概略的に示す図である。 ネブライザシステムの一例を概略的に示す図である。 ネブライザを作動させる方法の一例を概略的に示す図である。 ネブライザの動作を示す更なる図である。

図１は、複数のアパーチャ（詳細には図示せず）を有するアパーチャ構造１２を含むエアロゾル発生器１０を示す。さらに、トランスデューサ１４が設けられ、液体を受け入れるための貯水空間１６が設けられ、エアロゾルを発生するためにこの貯水空間１６から液滴が生成される。さらに、制御ユニット１８が設けられる。貯水空間１６は、アパーチャ構造１２に隣接して、例えばトランスデューサ１４とアパーチャ構造１２との間に配置される。さらに、トランスデューサ１４は、（貯水空間１６内の）液体とアパーチャ構造１２との間の相対運動として伝えられる振動運動を発生させるように構成される。制御ユニット１８は、第１時間を有する第１期間の間に振動して液体とアパーチャ構造１２との間の相対運動を発生するよう、トランスデューサ１４を活性化するように構成される。その相対運動は、点線の矢印２０で示されるように、アパーチャ構造１２に対して横断方向であり、複数の液滴を生成するために複数のアパーチャを通過するよう液体を促す。制御ユニット１８は更に、第２時間を有する第２期間の間にトランスデューサ１４を一時停止させ、休止を置いて交互に活性化を繰り返すように構成される。制御ユニット１８は更に、少なくとも最大反復回数の決定の後に、次の繰り返しループについて少なくとも第２時間をランダムに変化させるように構成される。

一例では、第２時間の変化は、所定の一定の時間の周りを中心とする。

一例では、液体はタンク容積（図示せず）内に配置され、タンク容積は、液体を受け入れるための貯水空間１６に流体接続される。

一例では、液体を受け入れるための貯水空間は、液体を収容するために設けられる液体リザーバである。

一例によると、詳細には図示されていないが、アパーチャ構造１２は、開口を形成する複数の接続されたストランドを有するメッシュ構造と、中間に複数のネット部材及び開口を有するネット又はウェブと、複数のノズルを有するベース構造のノズルプレートとのグループのうちの少なくとも１つとして提供される。

一例では、ベース構造はプレート状に形成される。 一例では、貯水空間はキャビティである。

図２は、エアロゾル発生器の形状の３つの例を概略的に示している。左側の部分では、トランスデューサ１４が貯水空間１６の下に設けられ、貯水空間１６の上にアパーチャ構造１２、例えばアパーチャプレートが設けられている。液滴２２は概略的に示されている。

真ん中の部分には更なる例が示されており、トランスデューサ１４は、アパーチャプレート１２が液滴２２を提供するように、それぞれの相対運動を提供するために更なる結合要素２４と組み合わせて提供される。

右側の部分では、トランスデューサ１４は、アパーチャプレート１２が例えばドーム状に取り付けられるベース状の構造に取り付けられるよう配置される。貯水空間１６は下方に設けられている。

一例によれば、トランスデューサ１４には、貯水空間１６内の液体に動きを伝えるためにプレート状のトランスデューサ構造（例えば図２の左側の部分を参照されたい）が設けられる。アパーチャ構造１２は、複数のアパーチャを含むプレート状の構造として提供される。好ましくは、プレート状のトランスデューサ構造とプレート状のアパーチャ構造は平行に配置されて編成される。

一例では、エアロゾル発生器は、フラットプレートのエアロゾル発生器である。

一例では、トランスデューサはピエゾ素子である。

一例では、更には図示されていないが、制御ユニット１８は、カウントモジュールと乱数発生器が設けられたマイクロコントローラである。カウントモジュールは、パルスをカウントし、オン状態とオフ状態との間をトグルする。乱数発生器は新たなパルス時間を生成する。

一例では、貯水空間は、少なくともトランスデューサ１４が液体と接触するように配置される。

一例では、貯水空間は、メッシュ構造が液体と接触するように配置される。

一例では、更には図示されていないが、制御ユニット１８は、バーストモード（下記を参照されたい）で液滴を供給するようにトランスデューサを活性化させるよう構成される。バーストモードでは、複数の後続の液滴が第１期間に提供される。

一例では、ランダムな変化の適応により可聴音の不存在を制御するために、フィードバック構成が提供されてよい。

例えば、変化は方程式に基づいてもよく、閾値を超える可聴音が検出されると、方程式が修正又は適応される。

図３は、空気入口１０４と空気出口１０６を有する空気流経路１０２を含むネブライザシステム１００を示す。さらに、先の例のうちの１つによるエアロゾル発生器１０が提供される。矢印１０８は空気流を示し、エアロゾル発生器１０によって生成された液滴１１０が示されている。

図４は、ネブライザの作動方法２００を示し、以下のステップを含む：ステップａ）とも呼ばれる第１ステップ２０２において、第１時間を有する第１期間の間振動して液体とアパーチャ構造との間の相対運動を生成するように、トランスデューサを活性化する。この運動は、アパーチャ構造に対して横断方向である。ステップｂ）とも呼ばれる第２ステップ２０４において、トランスデューサは、第２時間を有する第２期間の間一時停止される。さらに、繰り返しの矢印ループ２０６で示されるように、ステップａ）及びｂ）は交互に連続的に繰り返される。繰り返しについて最大反復回数が決定され、その後、次の繰り返しループについて少なくとも第２時間がランダムに変化する。

一例では、第２時間の変化は、所定の一定時間の周りを中心にする。「連続的に繰り返される」とは、トランスデューサの活性化と待機（holding）の連続的な繰り返しを指す。これらのステップは、ある種の繰り返しループで繰り返される。

「振動させる」という用語は、トランスデューサの揺動運動に関連する。「一時停止」という用語は、トランスデューサを非活性化すること、あるいは揺動又は振動するトランスデューサを待機又は停止させること、あるいは揺動又は振動の強度を大幅に低下させることを意味する。

更なる例では、第２時間は、所定の範囲内からランダムに選択される。

一例では、ランダムに選択された第２時間はランダムに変化するが、第２時間について所定の平均値を提供する。一例では、第１時間は、トランスデューサが脈動運動を生成するパルスオン時間である。第２時間は、トランスデューサが脈動運動を生成しないパルスオフ時間である。

一例では、第２時間は約１〜１８００マイクロ秒（μｓ）の間で変化するが、平均時間は約９００マイクロ秒である。

一例では、平均サイクル時間は１０００マイクロ秒である。したがって、その結果得られる周波数は平均値に関して１ｋＨｚである。しかしながら、ランダムな変化に起因して、１ｋＨｚトーンの代わりにホワイトノイズが生成される。

与えられた例は、改善された音響的外観を達成する際の特定のアプローチを説明するための例として提供されていることに留意されたい。当然、他の変形も提供される。

例えばt_random＝９００、活性化時間t_on＝１００であり、したがって、t_{burst period}＝１０００である。言い換えると、これは１００＋９００＝１０００となる。

一例では、第１時間は繰り返しループについて一定である。別の例では、第１時間は約１００マイクロ秒である。

第１時間は、繰り返しループについてランダムに変化してもよく、第１時間の変化は、所定の一定の時間の周りを中心とする。

別の例では、第２時間の持続時間を決定するためにカウントが提供され、第２期間について乱数が生成され、連続する第２期間について異なる数が生成される。

図５では、回路を駆動するパルス３０２が示されている第１の部分を示す図が示されている。これは矢印３０４で示される活性化時間t_onとしても参照される。t_on時間の後に、両矢印３０６で示される非活性化時間t_offが続く。しかしながら、次に続くオフ時間には、両矢印３０８で示されているように、t_randomとも呼ばれるランダムな長さが与えられる。t_on時間、t_off時間及びt_random時間は、両矢印３１０で示されるようにt_{burst period}時間を提供している。更なる矢印３１２は、個々のパルスからの実際の駆動期間を示す。駆動期間はt_{drive period}としても示される。

結果として生じるデューティサイクルとして、t_on時間をt_{burst period}時間で割る。

一例では、固定されたt_off時間はゼロであってもよいが、変化してもよい。
一例として、５０〜５００μｓのt_on時間が与えられ、t_off時間は１００μｓであるが、好ましくはより小さい。t_random時間について、この時間は、クロック周期にnビットの乱数の平均値を掛けた時間に基づいてもよいことに留意されたい。例えば８ビットの乱数が生成される場合、平均数は２^８−１＝１２８となり、t_randomはクロック周期の１２８倍になる。したがって、下記を提供することができる：
クロック周期 ５．３３μｓ
０ビット＝乱数なし（０）
モード１： ７ビット＝１と１２８の間の乱数（５．３３μｓ〜６８２．６６μｓを取得）
モード２： ８ビット＝１と２５６の間の乱数（５．３３μｓ〜１．３６５３ｍｓを取得）
モード３： ９ビット＝１と５１２の間の乱数（５．３３μｓ〜２．７３０６ｍｓを取得）
モード４：１０ビット＝１と１０２４の間の乱数（５．３３μｓ〜５．４６１３ｍｓを取得）
モード１：１１ビット＝１と２０４８の間の乱数（５．３３μｓ〜１０．９２２ｍｓを取得）
t_drive時間、典型的には５００ｎｓ〜１０μｓが与えられる。

発生器をバーストモードで駆動するために、液滴形成に必要な一定の振幅を駆動するときに、平均電流を減少させてトランスデューサの寿命を改善するために、これを提供することができることに更に留意されたい。さらに、特に低表面張力液体について、アパーチャプレート表面からの液体を取り除く（clear）ためにこれが提供されることもある。さらに、バーストモードを使用して液滴のサイズを制御することができ、より長いt_on時間では、液滴サイズを増大させることができる。

本発明の別の例示的な実施形態では、適切なシステムにおいて、先の実施形態のうちの１つによる方法の方法ステップを実行するように適合されることにより特徴付けられるコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。

したがって、コンピュータプログラム要素はコンピュータユニットに格納されてもよく、これも本発明の実施形態の一部であってよい。このコンピューティングユニットは、上記で説明される方法のステップの実行を実行又は誘導するように適合されてよい。さらに、上述の装置の構成要素を動作させるように適合されてよい。コンピューティングユニットは、自動的に動作するよう、かつ／又はユーザの注文を実行するように適合され得る。コンピュータプログラムは、データプロセッサのワーキングメモリにロードされてよい。したがって、本発明の方法を実行するようにデータプロセッサを装備することができる。

本発明のこの例示的な実施形態は、本発明を初めから使用するコンピュータプログラムと、最新の手段によって既存のプログラムを、本発明を使用するプログラムに変換するコンピュータプログラムの双方をカバーする。

さらに、コンピュータプログラム要素は、上述の方法の例示的な実施形態の手順を満たすよう全ての必要なステップを提供することができる。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、CD-ROM等のコンピュータ読取可能媒体が提示され、コンピュータ読取可能媒体は、その上に格納されたコンピュータプログラム要素を有する。コンピュータプログラム要素は以下のセクションで説明される。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又は半導体媒体のような適切な媒体上に記憶及び／又は分散されてよいが、インターネットや他の有線又は無線の電気通信システムを介するような他の形で分散されてもよい。

しかしながら、コンピュータプログラムを、ワールドワイドウェブのようなネットワークを介して提示してもよく、そのようなネットワークからデータプロセッサのワーキングメモリにダウンロードすることができる。本発明の更なる例示的な実施形態によれば、ダウンロードに利用可能なコンピュータプログラム要素を作成するための媒体が提供され、コンピュータプログラム要素は、本発明の先に説明した実施形態のうちの１つによる方法を実行するように構成される。

本発明の実施形態は、様々な主題に関連して説明されることに留意されたい。特に、一部の実施形態は、エアロゾル発生器に関連して説明されるが、他の実施形態は、ネブライザシステム及びネブライザの作動方法に関連して説明される。しかしながら、当業者には、別段の記載がない限り、ある主題に属する特徴の任意の組合せに加えて、異なる主題に関連する特徴間の任意の組合せも、本出願で開示されるように考えられることが上記から推測されるであろう。しかしながら、全ての特徴を組み合わせて、特徴の単純な合計以上の相乗効果を提供することができる。

本発明を、図面及び前述の説明において詳細に図示し、説明してきたが、そのような図示及び説明は、説明的又は例示的であって、限定的ではないとみなされるべきである。本発明は開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形は、図面、本開示及び従属請求項の研究から、特許請求に係る発明を実施する際に当業者によって理解され、達成され得る。

特許請求の範囲において、「備える（comprising）」という用語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数を排除しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される幾つかの項目の機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に用いることができないことを示すものではない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. エアロゾル発生器であって：
   複数のアパーチャを含むアパーチャ構造と；
   トランスデューサと；
   エアロゾルを発生するために液滴が生成される液体を受け入れるための貯水空間と；
   制御ユニットと；
   を備え、
   前記貯水空間は、前記アパーチャ構造に隣接して配置され、
   前記トランスデューサは、前記液体と前記アパーチャ構造との間の相対運動として伝えられる振動運動を発生するように構成され、
   前記制御ユニットは、
   第１時間を有する第１期間の間振動して液体と前記アパーチャ構造との間の相対運動を生成するよう前記トランスデューサを活性化し、該運動は、前記アパーチャ構造に対して横断方向であり、複数の液滴を生成するために前記複数のアパーチャを通過するよう液体を促し、
   第２時間を有する第２期間の間、前記トランスデューサを一時停止し、
   前記の活性化と一時停止を交互に連続的に繰り返す、
   ように構成され、
   前記制御ユニットは、少なくとも、決定された最大反復回数の後に、次の繰り返しループについて少なくとも前記第２時間をランダムに変化させるように更に構成される、
   エアロゾル発生器。
2. 前記アパーチャ構造は、
   開口を形成する複数の接続されたストランドを有するメッシュ構造と、
   中間に複数のネット部材及びアパーチャを有するネット又はウェブと、
   複数のノズルを有するベース構造のノズルプレートと、
   のグループのうちの少なくとも１つとして提供される、
   請求項１に記載のエアロゾル発生器。
3. 前記トランスデューサは、運動を前記貯水空間内の前記液体に伝えるためのプレート状のトランスデューサ構造が設けられ、前記アパーチャ構造は、前記複数のアパーチャを備えるプレート状の構造として設けられ、
   好ましくは、前記プレート状のトランスデューサ構造と前記プレート状のアパーチャ構造は平行に配置されて構成される、
   請求項１又は２に記載のエアロゾル発生器。
4. 前記トランスデューサがピエゾ素子である、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエアロゾル発生器。
5. 前記制御ユニットは、カウントモジュールと乱数発生器が設けられたマイクロコントローラであり、
   前記カウントモジュールは、パルスをカウントし、オン状態とオフ状態との間をトグルするように構成され、
   前記乱数発生器は、新たなパルス時間を生成するように構成される、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエアロゾル発生器。
6. 前記制御ユニットは、バーストモードで前記液滴を供給するように前記トランスデューサを活性化するよう構成され、前記バーストモードでは、前記第１期間内に複数の後続の液滴が提供される、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエアロゾル発生器。
7. ランダムな変化の適応により可聴音の不存在を制御するためにフィードバック構成が提供される、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエアロゾル発生器。
8. ネブライザシステムであって：
   空気入口と空気出口を有する空気流経路と；
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエアロゾル発生器と；
   を備え、前記エアロゾル発生器は、複数の液滴を気流に供給してエアロゾルを発生するように、前記空気流経路と流体連通して配置される、
   ネブライザシステム。
9. ネブライザの作動方法であって：
   ａ）第１時間を有する第１期間の間振動して液体とアパーチャ構造との間の相対運動を生成するように、トランスデューサを活性化させるステップであって、該運動は前記アパーチャ構造に対して横断方向であるステップと；
   ｂ）第２時間を有する第２期間の間、前記トランスデューサを一時停止するステップと；
   を備え、
   ステップａ）とｂ）は、交互に連続的に繰り返され、
   前記の繰り返しのために最大反復回数を決定し、その後、次の繰り返しループについて少なくとも第２時間がランダムに変化する、
   方法。
10. 前記第２時間は、所定の範囲内からランダムに選択される、
    請求項９に記載の方法。
11. 前記第１時間は、前記繰り返しループについて一定である、
    請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記第１時間は、前記繰り返しループについてランダムに変化し、前記第１時間の変化は、所定の一定時間の周りを中心とする、
    請求項９又は１０に記載の方法。
13. 前記第２時間の持続時間を決定するためにカウントが提供され、
    前記第２期間について乱数が生成され、連続する第２期間について異なる数が生成される、
    請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 処理ユニットによって実行されると、請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の方法ステップを実行するように適合される、請求項１乃至８のいずれか一項による機器を制御するためのコンピュータプログラム要素。
15. 請求項１４に記載のプログラム要素を格納するコンピュータ読取可能媒体。

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