JP2021529953A - エアロゾル送達を判定するデバイスおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、エアロゾル流(112)のエアロゾル送達(210)を判定するデバイス(110)および方法、ならびにエアロゾル粒子(220)上の液体の吸収および/または吸着を判定する方法に関する。デバイス(110)は、エアロゾル流(112)によって運搬されるエアロゾル粒子(120)を収集するように指定されたフィルタ(118)、エアロゾル生成器(114)に接続可能な第1の流体連通点(122)、および周期呼吸をシミュレートするように指定された呼吸シミュレータ(126)に接続可能な第2の流体連通点(124)を有する収集ユニット(116)と、少なくとも一つの光ビームとエアロゾル流(112)によって運搬されて測定体積(130)を通過するエアロゾル粒子(120)とを相互作用させるように設計された少なくとも一つの測定体積(130)と、少なくとも一つの光ビームと測定体積(130)を通過するエアロゾル粒子(120)との相互作用に応じて、少なくとも一つの光学測定信号を生成するように設計された少なくとも一つの光学測定ユニット(136)と、少なくとも一つの光学測定信号から、エアロゾル流(112)のエアロゾル送達(210)を判定するように設計された少なくとも一つの評価ユニット(140)とを備える。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、吸収液および/または吸収液を含むエアロゾル流、特に乾燥エアロゾル流または湿潤エアロゾル流のエアロゾル送達を判定するデバイスおよび方法、ならびにエアロゾル粒子上の液体の吸収および/または吸着を判定する方法に関する。

それだけに限定されるものではないが喘息または慢性閉塞性肺疾患(COPD)を含む肺または呼吸器疾患は、通常、エアロゾル流中に液体または固体の粒子として提供される薬物の吸気によって治療される。本明細書では、エアロゾル生成器を使用することによって生成される粒子は、好ましくは、それらの粒子が肺胞および肺による呼吸に適したものになるようなサイズを呈する。この点で、エアロゾル生成器によって提供される吸収液および/または吸収液を含むエアロゾル流、特に乾燥エアロゾル流または湿潤エアロゾル流のエアロゾル送達を判定するデバイスおよび方法が、関連する試験パラメータを開発するために使用される。

DIN EN 13544-1:2007+A1:2009は、エアロゾル生成器によって提供されるエアロゾル流のエアロゾル送達を判定する方法およびデバイスを記載している。デバイスは、エアロゾル流によって提供されるエアロゾル粒子を収集するためのフィルタを有する収集ユニットを備える。収集ユニットは、エアロゾル流の方向に対してフィルタの前に位置し、エアロゾル生成器に接続された第1の流体連通点と、エアロゾル流の方向に対してフィルタの後ろに位置し、呼吸シミュレータに接続された第2の流体連通点とを有し、呼吸シミュレータは、連続した吸気および呼気によって特徴付けられる周期呼吸をシミュレートするように指定される。

エアロゾル生成器によって提供されるエアロゾル流、特に乾燥エアロゾル流または湿潤エアロゾル流のエアロゾル送達を判定するために、エアロゾル生成器は、呼吸の流れをシミュレートするように指定された呼吸シミュレーションユニット、特に正弦波ポンプに接続される。フィルタは、エアロゾル生成器と呼吸シミュレーションユニットとの間に配置される。エアロゾル生成器は、一定量のエアロゾル化可能な物質、具体的には1モルのフッ化ナトリウム(NaF)水溶液で充填され、エアロゾルの生成が終了するまで動作する。その後、定量的化学分析が実行される。

フィルタは、エアロゾルの少なくとも95%を保持することが可能になるように選択される。この目的で、特にポリプロピレンの高性能フィルタを使用することができる。しかし、患者インターフェースの遠位端とフィルタの対応する表面との間の死容積は、一回呼吸量または一回換気量の10%以下に制限されるべきであり、一回呼吸量または一回換気量は、成人の場合は0.5リットル、または早産児の場合は5ml未満の近似体積に対応する。この要件を満たすために、通常はフラットフィルタが用いられる。

しかし、フラットフィルタは、一般に容量が小さい。この特徴は、頻繁なフィルタ交換により、定量的化学分析を必要とする個々のフィルタの数がかなり多くなるため、大きいエアロゾル量に対するフラットフィルタの適用範囲を大幅に制限する。その結果、測定結果の送達が遅くなる。加えて、エアロゾルサンプルの重量判定の場合、加湿エアロゾルの使用により、フィルタの高度な調整がさらに必要とされ、その結果、測定結果の送達がさらに遅れる。

独国特許発明第102013103152号は、エアロゾル生成器によって提供されるエアロゾル流のエアロゾル送達を判定する方法およびデバイスを開示している。このデバイスは、エアロゾル流によって提供されるエアロゾル粒子を収集するためのフィルタを有する収集ユニットを備える。DIN EN 13544-1:2007+A1:2009にすでに記載されているエアロゾル生成器に接続された第1の流体連通点および呼吸シミュレータに接続された第2の流体連通点に加えて、収集ユニットは、ガス流を生成するためのガス流ユニットに接続された少なくとも一つの第3の流体連通点を有する。第3の流体連通点は、エアロゾル流がガス流によってフィルタへ少なくとも部分的に誘導されるように配置される。

本明細書では、エアロゾル生成器と正弦波ポンプとの間に閉じた換気回路が確立される。したがって、エアロゾル流は、閉回路内で患者インターフェースの遠位端からフィルタの対応する表面へ誘導される。したがって、エアロゾル粒子は、正弦波ポンプが吸気行程を作用させた場合にのみ、患者インターフェースの近位端を離れる。この場合、粒子は、患者インターフェースから抽出され、フィルタ上に堆積する。その結果、患者インターフェースの遠位端と近位端との間の容積のみを、死容積と見なすことができる。したがって、エアロゾル送達を判定するこの方法およびデバイスは、特に幼児、乳児、新生児、および早産児に典型的な小さい一回換気量にも適用可能である。

国際公開第2017/133045号は、レーザビームを放出し、試験すべき空気流の粒子励起位置に線状レーザスポットを形成するレーザ光源アセンブリと、密閉された光電測定室であって、密閉された光電測定室の後端に位置するレーザ入口ポートにレーザ光源アセンブリが設けられ、密閉された光電測定室内で、試験すべき空気流とレーザ光源アセンブリによって進行方向に放出されるレーザビームの光軸とが、線状レーザスポットが位置する粒子励起位置で交差する、密閉された光電測定室と、レーザ光源アセンブリによって放出されたレーザビームと試験すべき空気流との交差によって形成される測定点を中心に位置決めするように、双方向かつ対称に設けられた散乱光信号反射鏡および蛍光信号反射鏡と、反射鏡の開口を通過する散乱光信号および蛍光信号を検出するために使用される散乱光信号検出器および蛍光信号検出器とを備えるエアロゾル実時間モニタを開示している。この携帯型モニタは、オンライン監視が可能である。

米国特許出願公開第2005/073683号は、個々のエアロゾル粒子を実時間で識別する方法および装置を開示している。所定の適性または選択基準に基づいて、サンプルエアロゾル粒子を視準、追跡、および選別し、どのエアロゾル粒子が質量分析に適格であるかを判定する。選別技法は、粒子径、形状、対称性、および蛍光のうちの一つ以上を判定することを含む。すべての選別基準を満たした適格な粒子だけが、脱着および/またはイオン化ならびに単一粒子質量分析を受けて、対応する試験スペクトルをもたらし、そのような試験スペクトルを使用して、この試験スペクトルを公知の粒子型に対する所定のスペクトルと比較することによって、適格なエアロゾル粒子の各々の識別を判定する。しかし、この方法および装置を適用する結果、粒子のイオン化によって粒子が変化する。

米国特許第8,711,338号は、気体を蒸気で飽和させ、その気体を入ってくる気体の温度とは異なる温度の壁を有するチャンバに流し、それによってチャンバ内に気体の乱流を生じさせて気体を蒸気で過飽和にし、その過飽和蒸気が粒子上で凝縮して小滴を形成し、次いで光学式光散乱検出器によってそれらの小滴を検出して数えることによって、気体中の粒子を検出する方法および装置を開示している。しかし、この方法および装置は、粒子を実時間で検出することができない。

国際公開第2018/010954号は、患者の人工呼吸または補助呼吸中における粉末状のエアロゾルの呼吸制御式のデバイスを開示しており、このシステムは、人工呼吸または補助呼吸を行うべき患者の気道に接触することができるインターフェースと、周囲圧力以上の第1の圧力を有する呼吸気流を生成するユニットと、呼吸気流がインターフェースに伝えられる少なくとも一つの吸気ラインと、エアロゾル生成器と、生成された粉末状のエアロゾルが通されてエアロゾル生成器からインターフェースへ導かれる少なくとも一つのエアロゾルラインと、呼吸センサとを含む要素を備える。

欧州特許出願公開第0539674号は、吸気研究のために湿潤または乾燥エアロゾルを制御可能かつ再現可能に生じさせる噴霧器として有用なエアロゾル生成器を開示しており、このエアロゾル生成器は、液体および空気流からエアロゾルを生じさせるネブライザと、霧状にすべき液体をネブライザへ制御可能に送り込むステップ投与ポンプなどの液体投与デバイスと、液体を霧状にするために必要とされる量を提供するようにネブライザへの空気流の流量を調節し、任意選択で、その結果得られるエアロゾルを希釈する質量流量コントローラなどの装置と、ネブライザ内で形成されたエアロゾルをエアロゾル露出チャンバへ運搬する導管と、エアロゾルの濃度を判定するためにエアロゾルのサンプルが導入される光散乱拡散光度計などの測定デバイスと、所定の所望の濃度を有するエアロゾルを生じさせるように液体供給デバイスおよび調整可能な空気供給を制御する制御ユニットとを含み、制御ユニットは、測定デバイスによって判定された測定値に応答して、手動でまたはコンピュータによって動作される。

国際公開第2015/189089号は、エアロゾル中の粒子濃度および質量濃度を測定するセンサシステムを開示している。粒子濃度を測定するために光センサが使用され、収集された粒子の質量を測定するために機械センサが使用される。粒子生成事象が検出されるまで、エアロゾル中の粒子濃度は、光センサを使用して監視される。粒子生成事象が検出されると、機械センサを使用した質量測定が実行され、この質量測定を使用して、光センサを較正する。

米国特許出願公開第2016/000358号は、人工呼吸器によって人工呼吸されるときの肺などの患者の気道からの粒子の特性評価および/またはその制御のための診断デバイスを開示しており、この診断デバイスは、前記患者からの呼気流を通す導管に接続されて、前記患者の気道から吐き出された粒子に関係するデータを取得するように構成された粒子検出ユニットを備える。

加えて、粒子による液体、特に水もしくは水溶液の吸収または粒子の表面上の液体の吸着を判定するための公知の方法およびデバイスは、粒子を含むサンプルの化学分析を必要とし、それによって粒子が変化し、最終的に破壊される。

したがって、本発明の目的は、上述した問題を少なくとも部分的に回避する、エアロゾル流のエアロゾル送達を判定するデバイスおよび方法を提供することである。

特に、成人だけでなく幼児、乳児、新生児、および早産児にも適用可能にするために大小両方の一回換気量に対して、液体または固体の粒子を含むエアロゾル流のエアロゾル送達を実時間で簡単かつ定量的に判定することを可能にするデバイスおよび方法を使用できることが望ましいはずである。これによって、特に呼吸と同期させることができる粒子の解放が引き起こされた場合にもこの判定を使用することができれば望ましいはずである。

加えて、別法または追加として、実時間で実行することができるエアロゾル粒子上の液体、特に水または水溶液の吸収および/または吸着を判定する方法において本デバイスを使用することが望ましいはずである。

この課題は、独立請求項の特徴を有するエアロゾル流のエアロゾル送達を判定するデバイスおよび方法、ならびにエアロゾル粒子上の液体の吸収および/または吸着を判定する方法によって解決される。別個にまたはあらゆる任意の組合せで実施することができる好ましい実施形態は、従属請求項の主題である。

以下で使用されるとき、「有する(have)」、「備える、含む(comprise)」、もしくは「含む(include)」という用語、またはそれらのあらゆる任意の文法的変化形は、非排他的に使用される。したがって、これらの用語は、これらの用語によって導入される特徴のほかに、その文脈に記載されている実体内にさらなる特徴が存在しない状況と、一つ以上のさらなる特徴が存在する状況との両方を指すことができる。一例として、「AがBを有する(A has B)」、「AがBを備える、含む(A comprises B)」、および「AがBを含む(A includes B)」という表現は、BのほかにAに他の要素が存在しない状況(すなわち、Aが単独かつ排他的にBからなる状況)と、Bのほかに実体A内に要素C、要素CおよびD、またはさらなる要素などの一つ以上のさらなる要素が存在する状況との両方を指すことができる。

さらに、以下で使用されるとき、「好ましくは(preferably)」、「より好ましくは(more preferably)」、「特に(particularly)」、「より詳細には(more particularly)」、「具体的には(specifically)」、「より具体的には(more specifically)」という用語、または類似の用語は、代替の可能性を制限することなく、任意選択の特徴とともに使用される。したがって、これらの用語によって導入される特徴は、任意選択の特徴であり、特許請求の範囲の範囲を何らかの形で制限することを意図したものではない。本発明は、当業者には理解されるように、代替の特徴を使用することによって実行することができる。同様に、「本発明の一実施形態では(in an embodiment of the invention)」または類似の表現によって導入される特徴は、任意選択の特徴であることを意図したものであり、本発明の代替実施形態、本発明の範囲、および本発明の他の任意選択または任意選択でない特徴によって導入された特徴を組み合わせる可能性に関して何ら制限するものではない。

第1の態様では、本発明は、エアロゾル生成器によって生成されるエアロゾル流のエアロゾル送達を判定するデバイスを指す。

普通に使用されるとき、「エアロゾル」という用語は、気相中に浮遊している物質の固体または液体の粒子を含むエアロゾル化可能な材料を指し、これらの粒子は、特に、たとえば肺表面活性剤などの医薬品の粒子とすることができ、またはそのような粒子を含むことができる。粒子をこの状態に変換するために、エアロゾル化可能な材料、すなわち粉末または溶液は、「エアロゾル化デバイス」とも呼ばれる「エアロゾル生成器」内で、振動メッシュまたは超音波によって、固体または液体の粒子を呼吸ガスなどのキャリアガスのガス流に同伴するように処理される。この状態で、粒子は、好ましくは、特に均一かつ精細に分散した形態で、キャリアガスの体積全体にわたって分散する。その結果、エアロゾルは、固体または液体のエアロゾル粒子がキャリアガス流によって保持および/または運搬される「エアロゾル流」として提供される。特に、エアロゾル流は、乾燥エアロゾル流または湿潤エアロゾル流を含むことができ、「湿潤エアロゾル」または「加湿エアロゾル」という用語は、その表面の少なくとも一つに液体が吸収および/または吸着したエアロゾル粒子を指す。この目的で、固体粒子は、いわゆる「加湿器」内で、キャリアガスに加えて相対量の蒸気を含む加湿エアロゾルを生成するようにさらに処理することができる。

本明細書でさらに使用されるとき、「エアロゾル送達」という用語は、事前定義された体積、特に患者インターフェースまたは測定体積へエアロゾルを提供することを指す。本明細書では、「測定体積」は、エアロゾルの測定可能な量が判定される体積を規定し、この体積は、好ましくは、エアロゾル生成器と患者インターフェースとの間のその経路上でエアロゾル流が通過する場所に、または別法もしくは追加として、その経路から延びる分岐に配置される。普通に使用されるとき、「患者」という用語は、特に小児、乳児、新生児、および早産児を含む、あらゆる年齢の人間に関する。さらに、「呼吸」という用語は、特に吸気および呼気の交互のステップを介して、患者の気道内の呼吸ガスの動きを実現するプロセスに関する。いかなる追加の支援もなく循環を実行することが可能な正常に呼吸している患者とは対照的に、自発呼吸または機械呼吸中に呼吸補助を受けている患者は、少なくとも部分的に換気回路を介して人工呼吸器から提供される呼吸ガスを必要とする。普通に使用されるとき、「機械呼吸」は、具体的には不十分な自発呼吸またはその完全な破綻の際、外部支援による生理的呼吸を部分的または完全に採用することを指す。さらに、「呼吸補助」は、特に呼気中の肺胞およびより小さい呼吸導管の崩壊を回避するために、呼吸周期全体にわたって持続性気道陽圧(CPAP)を適用することによる自発呼吸中の補助を指す。これによって、患者は、それだけに限定されるものではないが、呼吸の深さ、呼吸速度、または空気流を含むパラメータを調整することができ、それには、概して、患者が依然として自身の呼吸が可能であることが必要である。

さらに、「換気回路」という用語は、人工呼吸器によって患者に提供され、また患者から再び人工呼吸器に提供される呼吸ガスの呼吸補助または機械呼吸のために構成されたデバイスを指し、これは、患者の呼吸路を除外する。さらに、「患者インターフェース」という用語は、換気回路と患者の呼吸路との間の接続を提供するように構成されたユニットに関し、したがって、概して患者に隣接して位置する。この目的で、患者インターフェースは、換気回路に一体化することができ、または取り付けることができ、換気回路は、概して、人工呼吸器から患者インターフェースへまたその逆に気体を案内するように適合された人工呼吸器およびチューブを備えることができる。特に、好適なマウスピース、呼吸マスク、鼻カニューレ、または気管カニューレを、患者インターフェースの一部とすることができ、または患者インターフェースに取付け可能とすることができる。しかし、患者インターフェースの他の配置も実行可能とすることができる。

本発明によれば、測定体積内でエアロゾル送達が判定され、「エアロゾル送達」は、測定体積を通過するエアロゾル粒子の数、体積、または質量のうちのいずれか一つを参照する物理量である。別法または追加として、「エアロゾル送達」という用語が使用されるとき、本発明を用いることによって、エアロゾル送達速度を判定することもできる。普通に使用されるとき、「エアロゾル送達速度」は、事前定義された時間間隔内に測定体積を通過するエアロゾル粒子の数、体積、または質量のうちのいずれか一つを参照する物理量である。例として、エアロゾル送達は、患者インターフェースへ送達されるエアロゾル粒子の数、体積、または質量を指すことができる。同様に、エアロゾル送達速度は、1秒、1分、または1時間などの時間間隔内に患者インターフェースへ送達されるエアロゾル粒子の数、体積、または質量を指すことができる。しかし、さらなる種類のユニットを実行可能とすることもできる。

さらに本発明によれば、別法または追加として、エアロゾル粒子上の液体の吸収および/または吸着を判定することができ、「エアロゾル粒子上の液体の吸収および/または吸着」は、エアロゾル粒子によって吸収されかつ/またはエアロゾル粒子の表面上に吸着された液体、特に水または水溶液の数、表面積、体積、または質量のうちのいずれか一つに関する物理量である。例として、水の吸収および/または吸着は、加湿エアロゾル粒子によって含まれる水の相対的な体積または質量を指すことができる。しかし、さらなる種類のユニットを実行可能とすることもできる。

したがって、本発明によるデバイスは、
- エアロゾル流によって運搬されるエアロゾル粒子を収集するように指定されたフィルタ、エアロゾル生成器に接続可能な第1の流体連通点、および周期呼吸をシミュレートするように指定された呼吸シミュレータに接続可能な第2の流体連通点を有する収集ユニットと、
- 少なくとも一つの光ビームとエアロゾル流によって運搬されて測定体積を通過するエアロゾル粒子とを相互作用させるように設計された少なくとも一つの測定体積と、
- 少なくとも一つの光ビームと測定体積を通過するエアロゾル粒子との相互作用に応じて、少なくとも一つの光学測定信号を生成するように設計された少なくとも一つの光学測定ユニットと、
- 少なくとも一つの光学測定信号から、エアロゾル流のエアロゾル送達を判定するように設計された少なくとも一つの評価ユニットとを備える。

したがって、本発明によるデバイスは、収集ユニット、少なくとも一つの測定体積、少なくとも一つの光学測定ユニット、および少なくとも一つの評価ユニットを備える。本明細書では、上記に挙げた構成要素は、別個の構成要素とすることができる。別法として、上記に挙げた構成要素のうちの二つ以上を一体化して、一つの構成要素にすることができる。さらに、少なくとも一つの評価ユニットは、光学測定ユニットから独立した別個の評価ユニットとして形成することができるが、好ましくは、対応する光学測定信号を受信するように、光学測定ユニットに接続することができる。別法として、少なくとも一つの評価ユニットを完全または部分的に一体化して、光学測定ユニットにすることができる。

上述したように、収集ユニットは、エアロゾル流によって運搬されるエアロゾル粒子を収集するように指定されたフィルタと、エアロゾル生成器に接続可能な第1の流体連通点と、周期呼吸をシミュレートするように指定された呼吸シミュレータに接続可能な第2の流体連通点とを有する。普通に使用されるとき、収集ユニットは、エアロゾル流によって運搬されるエアロゾル粒子を収集するために使用されるフィルタへエアロゾル流を供給し、次にフィルタから離れる方へエアロゾル流を案内するように設計されたデバイスである。普通に使用されるとき、「フィルタ」という用語は、ガス流の方向を向いているフィルタの表面上に粒子の少なくともいくつかを堆積させることによって、ガス流によってフィルタの表面へ供給される粒子を収集することが可能なデバイスを指す。本明細書では、ガス流は、エアロゾル生成器によって供給され、収集ユニットは、第1の流体連通点を使用することによって、エアロゾル生成器に接続可能である。さらに、収集ユニットは、第2の流体連通点を使用することによって、呼吸シミュレータに接続可能であり、呼吸シミュレータは、フィルタを通過した後のエアロゾル流を離れる方へ案内する際に収集ユニットを支持する。普通に使用されるとき、「呼吸シミュレータ」は、上記で引用したDIN EN 13544に記載されているように、具体的には連続した吸気および呼気によって周期呼吸をシミュレートするように指定されたデバイスに関する。その結果、エアロゾル粒子は、患者によって吸い込まれる粒子と同様にフィルタ上に堆積し、したがって患者によって吸気に利用可能なエアロゾル流のエアロゾル送達の現実的な推定を可能にする。

本発明によれば、デバイスは、上記で引用したDIN EN 13544に記載されているように実施することができる収集ユニットを備える。したがって、第1の流体連通点は、エアロゾル流の方向に対してフィルタの前に位置することができ、第2の流体連通点は、この場合もエアロゾル流の方向に対してフィルタの後ろに位置することができ、第2の流体連通点は、呼吸シミュレータに接続される。さらなる詳細は、DIN EN 13544を参照されたい。普通に使用されるとき、「流体連通点」は、気体またはエアロゾル流を運搬する特定の流体ライン内において、追加のガス流を特定の流体ライン内へ導入することができ、または特定の流体ラインから離れる方へ案内することができる場所に関する。別法として好ましい実施形態では、収集ユニットは、独国特許発明第102013103152号に基づくことができ、したがってガス流を生成するガス流ユニットに接続することができる少なくとも一つの第3の流体連通点を有することができ、第3の流体連通点は、エアロゾル流をガス流によってフィルタへ少なくとも部分的に誘導することができるように配置することができる。さらなる詳細は、独国特許発明第102013103152号の開示を参照されたい。しかし、収集ユニットに対するさらなる実施形態を考えることもできる。

さらに本発明によれば、デバイスは、少なくとも一つの測定体積を備える。普通に使用されるとき、「測定体積」は、所望の測定を実行するように指定された空間内の拡張体積を指す。本明細書では、測定体積は、具体的には、特に測定体積内で光ビームおよび粒子の両方の適合された案内を使用することによって、エアロゾル粒子と少なくとも一つの光ビームとの相互作用(または逆も同様)を可能にするように設計される。エアロゾル流によって運搬されるすべてのエアロゾル粒子を測定することを可能にするために、測定体積は、好ましくは、第1の流体連通点とフィルタとの間に位置することができ、すなわちすでに上述したように、エアロゾル粒子を収集するように設計されたフィルタに対して上流に位置することができる。

したがって、測定体積は、エアロゾル流が測定体積を通過することを可能にするように設計される。特に、測定体積は、好ましくは、可能な限り縁部、凹部、および突起のない平滑な内面を有する壁を備えることができる。したがってその結果、エアロゾル流は、測定体積の形成および配置による影響を可能な限り受けることなく、測定体積を通過することが可能になる。この効果により、より詳細には上述したように、フィルタ上に堆積する前に測定体積の壁上に堆積し得るエアロゾル粒子が可能な限り少なくなることを確実にすることができる。したがって、このようにして、光ビームの望ましくない信号損失を招き得る測定体積の密閉面、特に光学窓の望ましくない汚染を回避することができる。

本明細書では、「相互作用」という用語は、エアロゾル粒子が光ビームに遭遇することを指し、この作用によって、測定体積を通過するときに光ビームに遭遇したエアロゾル粒子の少なくとも一つの物理特性に関係し得る変化を受けるように、光ビームを変化させることができる。その結果、こうして測定体積を通過するエアロゾル粒子に遭遇したことに続く光ビームの変化により、光ビームの変化とエアロゾル粒子の物理特性との関係が分かっていることを条件として、エアロゾル粒子の物理特性の判定を可能にすることができる。この関係を判定する特に好ましい方法は、以下でより詳細に説明する。

さらに本発明によれば、デバイスは、少なくとも一つの光ビームと測定体積を通過するエアロゾル粒子との相互作用に依存する少なくとも一つの光学測定信号を生成するように設計された少なくとも一つの光学測定ユニットを備える。本明細書では、「光学測定ユニット」は、光ビームの変化を監視し、したがって上述したようにエアロゾル粒子の物理特性の判定を可能にすることによって、少なくとも一つの光学測定信号を生成するように指定された少なくとも一つの光センサを有するデバイスを指す。普通に使用されるとき、「光学」および「光」という用語は、可視スペクトル範囲内の電磁放射を指し、電磁放射はまた、隣接する赤外スペクトル範囲および紫外スペクトル範囲を含むことができる。ISO規格ISO-21348を参照すると、不確かな場合、本明細書の出願日に該当するバージョンで、「可視スペクトル範囲」は、概して380nm〜760nmの波長に関し、「赤外スペクトル範囲」は、概して760nm〜1000μmの波長を指し、通常、760nm〜1.4μmの波長は、「近赤外スペクトル範囲」と呼ばれており、「紫外スペクトル範囲」は、1nm〜380nm、好ましくは100nm〜380nmの波長を指す。好ましくは、本発明の範囲内で使用される光は、可視光であり、すなわち380nm〜760nmの波長を有する可視スペクトル範囲内の光である。

特に好ましい実施形態では、光学測定によって監視される光ビームの変化は、エアロゾル粒子が通過したときの測定体積内の光ビームの消滅とすることができる。普通に使用されるとき、「光ビームの消滅」は、光ビームがエアロゾル粒子の一つ以上に遭遇したことに続いて測定体積内で生じる光ビームの減衰に関する。したがって、光ビームの消滅の度合いの結果として光学測定信号が生じ、以下でより詳細に説明するように、この光学測定信号を使用して、エアロゾル粒子の所望の物理特性を判定することができる。別法または追加として、光ビームの伝送、吸収、回折、反射、屈折、散乱、または偏光の変化など、光ビームの他の種類の変化を光学測定ユニットによって測定することもできる。

測定体積内でエアロゾル流によって運搬されるエアロゾル粒子と相互作用するために使用される光ビームは、この目的で、少なくとも一つの光ビームを放出するように指定された少なくとも一つの照射源によって提供することができる。本明細書では、照射源は、レーザ、原則的に別法または追加として他のタイプのレーザを使用することもできるが特にレーザダイオード、発光ダイオード、有機光源、特に有機発光ダイオード、構造化光源を含む照射源のうちの少なくとも一つを備えることができる。別法または追加として、他の照射源を実行可能とすることもできる。

特に好ましい実施形態では、光学測定ユニットは、少なくとも一つの光ビームを提供するようにさらに指定することができる。この目的で、光学測定ユニットは、レーザ測定システムとすることができ、またはレーザ測定システムを備えることができ、レーザ測定ユニットはまた、光ビームの変化を監視することによって少なくとも一つの光学測定信号を生成するように指定された少なくとも一つの光センサを有することに加えて、少なくとも一つの光ビームを提供するように設計することができる。本明細書では、レーザ測定ユニットは、少なくとも一つのレーザビームを生成することが可能であり、少なくとも一つのレーザビームは、具体的には、測定体積を静的または動的に通過することができる単一のナロービームの形態で提供することができる。好ましくは、光ビーム、特にレーザビームは、エアロゾル流の方向に直交する方向を除き、すべての方向に小さいアパーチャを呈することができ、したがってエアロゾル粒子がエアロゾル流の方向に光ビームのアパーチャを通過するために必要とされる時間間隔内で測定体積を通過するエアロゾル粒子の少なくとも一部、好ましくはすべての監視を可能にすることができる。本明細書では、「直交」という用語は、90°の値を指すが、直交配置から±15°、好ましくは±5°、より好ましくは±1°、具体的には±0.1°の偏差を含むこともできる。特定の実施形態では、したがって、光ビームは、測定体積内の光シート、具体的にはエアロゾル流の方向に直交することができるシートを照射するように適合させることができる。普通に使用されるとき、「シート」という用語は、ビーム内の光の1次元の広がりとは対照的に、光の2次元の広がりを指す。

特に好ましい実施形態では、測定体積は、少なくとも一つの光学窓によって光学測定ユニットから分離することができる。普通に使用されるとき、「光学窓」という用語は、測定体積に出入りするときに少なくとも一つの光ビームによって通過されるように指定されたデバイスを指す。したがってその結果、光学窓は、光ビームが測定体積に出入りすることによって、可能な限り小さい偏差で、測定体積を通ってエアロゾル流を案内することを可能にする。さらに、光ビームへの影響を可能な限り小さくするために、光学窓は、光学的に少なくとも部分的に透過性の材料、好ましくは光ビームの少なくとも一つの波長で高い光透過性を呈することができる材料を含むことができる。この目的で、光学的に少なくとも部分的に透過性の材料は、加えて、実質上均質で、埋め込まれた粒子がないようにすることができ、具体的には、たとえば埋め込まれた粒子における光ビームの散乱に続く望ましくない信号損失を回避することができる。本明細書では、光学窓および測定体積のそれぞれの壁は、同じ材料または異なる材料から提供することができる。したがって、光学窓は、壁によって構成することができ、またはたとえば接着剤を使用することによって、測定体積に対して内側または外側から壁に取り付けられた別個のユニットとして提供することができる。

さらに特に好ましい実施形態では、光学窓は、光ビームが光学窓を直交して通過することができるように配置することができる。ここで使用される場合も、「直交」という用語は、90°の値を指すが、直交配置から±15°、好ましくは±5°、より好ましくは±1°、具体的には±0.1°の偏差を含むこともできる。したがって、この配置の結果、概して測定体積によって含まれる少なくとも一つの物質の屈折率とは異なる屈折率を呈し得る光学窓に出入りする光ビームの望ましくない屈折に続くさらなる望ましくない信号損失を少なくとも部分的に回避することができる。

さらに特に好ましい実施形態では、光学窓は、可能な限り小さい厚さを呈することができ、それによって光学窓の機械的安定性を所望の範囲内に維持することができる。したがって、光学窓を通過する光ビームの減衰に続くさらなる望ましくない信号損失を部分的に回避することができる。

特に好ましい実施形態では、レーザビームは、レーザエミッタから放出することができ、第1の光学窓を通って測定体積の方へ進むことができ、測定体積内には、好ましくはエアロゾル粒子が存在する。エアロゾル粒子の存在によって、レーザビームは、減衰させることができ、反対側に位置する第2の光学窓を通過することができ、レーザレシーバによって捕捉することができる。

代替実施形態では、光ビームは、測定体積の反対側に当たることができ、そこで光ビームを反射させて、光学測定ユニットへ案内することができる。本明細書では、光ビームは、測定体積を少なくとも部分的に再び通過することができるように、好ましくは測定体積を少なくとも部分的に再び通過することができないように、反射させることができる。したがって、特定の実施形態では、光ビームは、再び測定体積を通って、該当する場合は光学窓を通って、光学測定ユニットへ同じ経路をとることができるように、反射させることができる。この種類の配置は、光学測定信号を約2倍増大させること、したがって光学測定信号の感度を増大させることを可能にすることができる。

したがって、特に好ましい実施形態では、測定体積は、二つの対向する光学窓によって光学測定ユニットから分離することができ、二つの対向する光学窓は、互いに対して平行に配置することができる。本明細書では、「平行」という用語は、180°の値を指すが、平行配置から±15°、好ましくは±5°、より好ましくは±1°、具体的には±0.1°の偏差を含むこともできる。さらに、二つの対向する光学窓を互いに対して適度に近づけて配置することが有利となり得る。二つの対向する光学窓の近い配置は、光学測定信号の感度を減少させる可能性があり、同時に測定体積内で望ましくない多重散乱を増大させる可能性がある。信号損失を低減させるために、照射源および/または光センサを対応する光学窓の可能な限り近くに配置することがさらに有利となり得る。

さらなる特定の実施形態では、デバイスは、加えて、少なくとも一つの光学窓を加熱するように指定することができる加熱ユニットを備えることができる。その結果、少なくとも一つの光学窓は、いかなる湿気および粒子の堆積もないように維持することができ、したがって具体的には、光学窓を通過する光ビームが粒子および湿気の堆積によって汚染される望ましくない信号損失を回避することができる。具体的には、加熱ユニットは、測定体積と、測定体積を光学測定ユニットから分離する少なくとも一つの光学窓とを備えるデバイスまたはその少なくとも一部を受け入れることが可能な加熱キャビネットの形態で提供することができる。

さらなる特定の実施形態では、デバイスは、二つの個々の測定体積を備えることができる。本明細書では、少なくとも一つの第1の光学測定ユニットは、少なくとも一つの第1の光ビームと呼吸シミュレータの吸気相中に第1の測定体積を通過するエアロゾル粒子との相互作用に応じて、少なくとも一つの第1の光学測定信号を生成するように設計することができ、評価ユニットは、第1の光学測定信号から、吸気相中のエアロゾル流の第1のエアロゾル送達を判定するように設計することができる。同様に、少なくとも一つの第2の光学測定ユニットは、少なくとも一つの第2の光ビームと呼気相中に第2の測定体積を通過するエアロゾル粒子との相互作用に応じて、少なくとも一つの第2の光学測定信号を生成するようにさらに設計することができ、評価ユニットは、第2の光学測定信号から、呼気相中のエアロゾル流の第2のエアロゾル送達を判定するように設計することができる。したがって、この特定の実施形態では、吸気相中のエアロゾル流の第1のエアロゾル送達および呼気相中のエアロゾル流の第2のエアロゾル送達を別個に判定することができる。

さらに本発明によれば、デバイスは、少なくとも一つの光学測定信号から、所望の情報、すなわちエアロゾル流のエアロゾル送達ならびに任意選択でエアロゾル粒子上の液体の吸収および/または吸着を判定するように設計された少なくとも一つの評価ユニットを備える。好ましくは、具体的には液体の吸収および/または吸着によって引き起こされるずれを判定するために、乾燥エアロゾル流には一つの光学測定信号で十分であるが、湿潤エアロゾル流には少なくとも二つの光学測定信号が好ましい。本明細書では、「評価ユニット」という用語は、少なくとも一つの光学測定信号から、所望の情報、すなわちエアロゾル流のエアロゾル送達を生成するように設計されたデバイスを指す。この目的で、評価ユニットは、一つ以上の特定用途向け集積回路(ASIC)などの一つ以上の集積回路、ならびに/または一つ以上のコンピュータ、好ましくは一つ以上のマイクロコンピュータおよび/もしくはマイクロコントローラなどの一つ以上のデータ処理デバイスとすることができ、またはそれらを備えることができる。一つ以上の前処理デバイスおよび/またはデータ取得デバイス、センサ信号を受信および/または前処理する一つ以上のデバイス、一つ以上のAD変換器および/または一つ以上のフィルタなど、追加の構成要素を備えることもできる。本明細書では、光学測定信号は、通常、センサ信号のうちの一つを指すことができる。さらに、評価ユニットは、一つ以上のデータ記憶デバイスを備えることができる。さらに、上記で略述したように、評価ユニットは、一つ以上の無線インターフェースおよび/または一つ以上の有線インターフェースなどの一つ以上のインターフェースを備えることができる。デバイスは、上述したように、少なくとも一つの評価ユニットを有する。特に、少なくとも一つの評価ユニットは、デバイスを完全または部分的に制御または駆動するようにさらに設計することができ、具体的には、評価ユニットは、少なくとも一つの光学測定ユニットを制御するように設計される。

評価ユニットは、少なくとも一つの測定周期を実施するように設計することができ、少なくとも一つの測定周期では、一つまたは複数の光学測定信号が、評価ユニット内でのさらなる評価のために記録される。この目的で、少なくとも一つの評価ユニットは、特に本明細書に記載する方法ステップのうちのいずれか一つまたはすべてを実施することによって、少なくとも一つのコンピュータプログラムを実行するように適合させることができる。一例として、一つ以上のアルゴリズムを実施することができ、一つ以上のアルゴリズムは、光学測定信号を入力変数として使用することによって、所望の情報を判定することができる。

デバイスに関するさらなる詳細は、本明細書に記載するデバイスの説明、その例示的な実施形態、および方法を参照されたい。

さらなる態様では、本発明は、エアロゾル流のエアロゾル送達を判定する方法を指す。本明細書では、この方法は、
a)エアロゾル生成器によって生成されるエアロゾル流を提供するステップと、
b)エアロゾル流によって運搬されるエアロゾル粒子を少なくとも一つの測定体積を通して案内し、測定体積内でエアロゾル粒子と少なくとも一つの光ビームとの相互作用を提供するステップと、
c)少なくとも一つの光ビームと測定体積を通過するエアロゾル粒子との相互作用に応じて、少なくとも一つの光学測定信号を生成するステップと、
d)少なくとも一つの光学測定信号から、エアロゾル流のエアロゾル送達を判定するステップとを含み、光学測定信号とエアロゾル送達との間の変換関数が使用される。

本明細書では、示されているステップは、所与の順序で実行することができるが、好ましくは、示されているステップはすべて、少なくとも部分的に同時に実行することができる。加えて、本明細書に記載されているか否かにかかわらず、ステップe)などのさらなる方法ステップを実行することもできる。

ステップa)によれば、エアロゾル流が提供され、エアロゾル流は、エアロゾル生成器によって生成される。本明細書では、エアロゾル流は、吸収液および/または吸収液を含む乾燥エアロゾル流または湿潤エアロゾル流とすることができ、エアロゾル流の送達および/または送達速度は、本方法によって判定される。

ステップb)によれば、エアロゾル流によって運搬されるエアロゾル粒子は、測定体積内でエアロゾル粒子と少なくとも一つの光ビームとの相互作用が生じるように、少なくとも一つの測定体積を通って案内される。

ステップc)によれば、少なくとも一つの光学測定信号は、光学測定信号、好ましくは複数の光学測定信号が、少なくとも一つの光ビームと測定体積を通過するエアロゾル粒子との相互作用に依存するように生成される。

ステップd)によれば、エアロゾル流のエアロゾル送達は、少なくとも一つの光学測定信号から判定され、その判定のために、光学測定信号とエアロゾル送達との間の変換関数が使用される。この目的で、評価ユニットによって含まれる記憶デバイス内に記憶されている表などの表から、変換係数などの変換関数を入手することができる。
好ましくは、変換関数は、好ましくはステップd)の前に判定することができるが、
e)エアロゾル流によって運搬されるエアロゾル粒子をフィルタ内で収集し、フィルタにかかる粒子負荷を測定し、粒子負荷と光学測定信号との関係から変換関数を判定するステップを、少なくとも一回だけ、好ましくは一回だけ実行することによって、ステップd)と同時またはその後に判定することもできる。

ステップe)によれば、収集デバイスによって含まれるフィルタは、エアロゾル粒子の負荷の重量判定を受ける。この目的で、フィルタの重さが量られ、その後、システムに挿入されたときに第1の時点で、またシステムがエアロゾル粒子による負荷を受けた後に第2の時点で、エアロゾルサンプリングが開始される。その結果、第2の時点で測定された第2の重量と第1の時点で測定された第1の重量との差により、第1の時点と第2の時点との間でフィルタによって受け取られるエアロゾル粒子の重量負荷を判定することが可能になる。同時に、少なくとも一つの光学測定信号から、特に第1の時点と第2の時点との間の時間間隔にわたって記録された複数の光学測定信号から、エアロゾル粒子の光信号が判定される。同じエアロゾル流内の同じエアロゾル粒子の光信号と重量負荷との関係を生成することによって、変換係数を判定することができる。ステップe)によるこの手順は、所望される場合、回帰アルゴリズム、具体的には線形回帰を使用することなどによって、変換係数を所望の精度で判定するために、複数回、好ましくは異なる粒子負荷に対して繰り返すことができる。

次に、エアロゾル流に対する知られている値をさらに考慮して、ステップe)によるエアロゾル粒子の負荷の重量判定をさらに実行することなく、ステップd)で変換関数を使用することができる。その結果、好ましくは、エアロゾル粒子の負荷の一回の重量判定のみで、エアロゾル流のエアロゾル送達を判定するのに十分である。しかしそれでもなお、所望される場合、任意の後の時点で、エアロゾル粒子の負荷を重量測定で判定することは可能である。

さらなる態様では、本発明は、エアロゾル粒子上の液体、特に水もしくは水溶液の吸収および/または吸着を判定する方法を指す。この方法は、前述のステップe)と、
f)エアロゾル粒子の少なくとも二つの異なる粒子負荷に対して少なくとも二つの光学測定信号を生成し、少なくとも二つの異なるフィルタにかかるエアロゾル粒子の少なくとも二つの異なる粒子負荷を測定し、仮定されたゼロの光学測定信号から、エアロゾル粒子上の液体の吸収および/または吸着を判定するステップとを含む。

ステップf)によれば、光学測定信号は、少なくとも二つの異なるフィルタにかかるエアロゾル粒子の少なくとも二つの異なる負荷に対して測定され、少なくとも二つの異なるフィルタにかかるエアロゾル粒子の負荷の各々が、好ましくはステップe)に関して記載した重量測定で判定される。少なくとも二つの異なる負荷の各々に対して測定された光学測定信号から、線形回帰などの好適なアルゴリズムを用いることによって、フィルタにかかるゼロの粒子負荷に対する光学測定信号を外挿することができる。フィルタにかかるゼロの粒子負荷に対するこの無視できない外挿された光学測定信号は、本明細書で使用される方法による光学測定によって取得された光学測定信号が、エアロゾル粒子上に吸収および/または吸着された液体、特に水もしくは水溶液のために追加の寄与をさらに含むという観察の結果であり、乾燥したフィルタの重量判定は、あらゆる液体成分が除去された後にフィルタにかかる乾燥エアロゾル粒子の負荷だけを判定する。特に、仮定されたゼロの光学測定信号に対する負のx軸の捕捉は、エアロゾル粒子上に吸収および/または吸着されたたとえばmg単位の液体の質量に対応する。

これらの方法に関するさらなる詳細は、本明細書に別途記載のデバイスおよびその例示的な実施形態の説明を参照されたい。

したがってその結果、本発明によるデバイスおよび方法は、実時間で実行することができる後の光学測定の前に、エアロゾル粒子の負荷の一回の重量判定を実行すれば十分であるため、エアロゾル流のエアロゾル送達、ならびに任意選択でエアロゾル粒子上の液体の吸収および/または吸着を各々簡単かつ定量的に実時間で判定することを特に可能にすることができる。エアロゾル送達を判定するこの方法およびデバイスはまた、特に幼児、乳児、および新生児にとって典型的な小さい一回換気量でも適用可能である。

本発明のさらなる任意選択の特徴および実施形態は、好ましくは従属請求項と併せて、次の好ましい実施形態の説明により詳細に開示されている。好ましい実施形態では、当業者には理解されるように、それぞれの任意選択の特徴をあらゆる任意の実行可能な組合せで別個に実施することができる。本発明の範囲は、好ましい実施形態によって制限されるものではないことが強調される。これらの実施形態は、図中に概略的に示されている。これらの図では、同一の参照番号は、同一または機能的に同等の要素を指す。

エアロゾル生成器によって生成されるエアロゾル流のエアロゾル送達を判定するデバイスの好ましい実施形態を概略的に示す図である。 エアロゾル生成器によって生成されるエアロゾル流のエアロゾル送達を判定するデバイスの好ましい実施形態を概略的に示す図である。 エアロゾル生成器によって生成されるエアロゾル流のエアロゾル送達を判定するデバイスの好ましい実施形態を概略的に示す図である。 エアロゾル生成器によって生成されるエアロゾル流のエアロゾル送達を判定するデバイスの好ましい実施形態を示す等角図である。 エアロゾル生成器によって生成されるエアロゾル流のエアロゾル送達を判定するデバイスの好ましい実施形態を示す上面断面図である。 エアロゾル生成器によって生成されるエアロゾル流のエアロゾル送達を判定するデバイスの好ましい実施形態を示す側面断面図である。 第1のコネクタの好ましい実施形態を示す等角図である。 第1のコネクタの好ましい実施形態を示す側面断面図である。 第1の部分的デバイスの好ましい実施形態を示す等角図である。 第1の部分的デバイスの好ましい実施形態を示す背面図である。 第2の部分的デバイスの好ましい実施形態を示す等角図である。 第2の部分的デバイスの好ましい実施形態を示す上面断面図である。 レーザマウントの好ましい実施形態を示す等角図である。 エアロゾル流のエアロゾル送達を判定する方法を概略的に示す図である。 エアロゾル粒子の光信号と重量負荷と関係を示す図である。

図1Aおよび図1Bは、エアロゾル生成器114によって生成することができる吸収液および/または吸収液を含むエアロゾル流112、特に乾燥エアロゾル流112または湿潤エアロゾル流112のエアロゾル送達を判定するデバイス110の二つの好ましい実施形態を概略的に示す。図1Aおよび図1Bに示すように、デバイス110は、エアロゾル流112によって運搬されるエアロゾル粒子120を収集するように指定されたフィルタ118と、エアロゾル生成器114に接続可能な第1の流体連通点122と、周期呼吸をシミュレートするように指定された正弦波ポンプ128などの呼吸シミュレータ126に接続可能な第2の流体連通点124とを有する収集ユニット116を備える。

さらに、デバイス110は、測定体積130を備えており、測定体積130は、好ましくは、患者インターフェースを配置することができる領域132のエアロゾル流112に対して下流に位置することができる。本明細書では、測定体積130は、少なくとも一つの光ビーム(ここには図示せず)とエアロゾル流112によって運搬されて測定体積130を通過するエアロゾル粒子120とを相互作用させるように設計される。本明細書では、測定体積130は、エアロゾル流112をエアロゾル生成器114からフィルタ118へ案内するために事前に提供することができる導管134の壁によって画定することができる。ここに示す実施形態では、第1の流体連通点122は、エアロゾル流112の方向に対してフィルタ118の前に位置し、測定体積130は、第1の流体連通点122とフィルタ118との間に位置する。

さらに、デバイス110は、光学測定ユニット136を備えており、光学測定ユニット136は、好ましくは、レーザ測定システム138であるかまたはレーザ測定システム138を備えており、レーザ測定システム138は、少なくとも一つの光ビームと測定体積130を通過するエアロゾル粒子120との相互作用に応じて、少なくとも一つの光学測定信号を生成するように設計される。特に、光学測定ユニット136は、エアロゾル粒子120が測定体積130を通過したときの測定体積130内の光ビームの消滅に応じて、光学測定信号を生成するように設計される。しかし、光ビームの回折、反射、屈折、散乱、または偏光など、光学測定信号を生成する他の方法を実行可能とすることもできる。

さらに、デバイス110は、少なくとも一つの光学測定信号から、エアロゾル流112の所望のエアロゾル送達を判定するように設計された評価ユニット140を備える。本明細書では、評価ユニット140は、測定体積130を通過するエアロゾル粒子120の数、体積、または質量を判定するように設計することができる。別法または追加として、エアロゾル送達速度を判定することもでき、エアロゾル送達速度は、1秒、1分、または1時間など、事前定義された時間間隔内に測定体積130を通過するエアロゾル流112のエアロゾル送達を指す。

ここに概略的に示すように、評価ユニット140は、光学測定ユニット136から独立した別個の評価ユニット140として形成することができるが、好ましくは、対応する光学測定信号を受信するために、有線または無線のリード142などによって、光学測定ユニットに接続することができる。別法として(ここには図示せず)、評価ユニット140は、光学測定ユニット136内へ完全または部分的に一体化することができる。ここにさらに示すように、オンライン監視が可能なモニタ144を使用して、エアロゾル流112の判定されたエアロゾル送達を提示することができる。しかし、他の種類の出力デバイスを実行可能とすることもできる。

図1Bは、デバイス110のさらに好ましい実施形態を示し、収集ユニット116は、図1Aに示す実施形態に加えて、ガス流148を生成するガス流ユニットに接続された二つの第3の流体連通点146をさらに有し、第3の流体連通点146は、エアロゾル流112がガス流148によってフィルタ118へ少なくとも部分的に誘導されるように配置される。図1Bに示す特定の実施形態では、収集ユニット116内に気体の閉回路152を生成するために、遠心ポンプ150が使用される。しかし、気体の閉回路の他の実装形態を実行可能とすることもできる。

図1Cは、二つの個々の測定体積130、130'を備えるデバイス110のさらに好ましい実施形態を示す。本明細書では、第1の光学測定ユニット136は、図1Bに示す実施形態と同様に、少なくとも一つの第1の光ビームと吸気相中に第1の測定体積130を通過するエアロゾル粒子120との相互作用に応じて、少なくとも一つの第1の光学測定信号を生成するように設計され、評価ユニット(ここには図示せず)は、第1の光学測定信号から、吸気相中のエアロゾル流112の第1のエアロゾル送達を判定するように設計される。本明細書では、患者インターフェース132は、患者インターフェース132からフィルタ118へ粒子を吸い込むことによって、吸気相のシミュレーションのために使用することができる。

呼気相のシミュレーションをさらに提供するために、吐き出されたエアロゾルは、別個の呼気導管153へ案内され、呼気導管153は、少なくとも一つの第2の光ビームと呼気相中に第2の測定体積130'を通過するエアロゾル粒子120との相互作用に応じて、少なくとも一つの第2の光学測定信号を生成するようにさらに設計された少なくとも一つの第2の光学測定ユニット136'を備えており、評価ユニット(ここには図示せず)は、第2の光学測定信号から、呼気相中のエアロゾル流の第2のエアロゾル送達を判定するように設計される。以下、エアロゾル粒子は、第2のフィルタ118'内に収集され、その際、粒子のないガス流153aを生成することができ、たとえば持続性気道陽圧(CPAP)を使用する呼吸補助または機械呼吸のための呼吸ガスを生成するデバイス153bを介して、ガス流153aをアダプタ153cへ案内し、エアロゾル生成器114によって提供されるエアロゾル流112へ再び導入することができる。

特に、図1Cの実施形態は、具体的にはたとえば国際公開第2018/010954号に開示されているエアロゾルの呼吸制御式のデバイスとともに、早産児に対するエアロゾル送達を判定するために使用することができる。しかし、この実施形態の他の適用例も実行可能である。

図2A〜図2Cは、エアロゾル生成器114によって生成されるエアロゾル流112のエアロゾル送達を判定するデバイス110の好ましい実施形態を、等角図(図2A)、上面断面図(図2B)、および側面断面図(図2C)に示すが、フィルタ118および第2の流体連通点124なしで示されている。この好ましい実施形態では、デバイス110は、第1の部分的デバイス154、フィルタ118および第2の流体連通点124が取り付けられた第2の部分的デバイス156、レーザエミッタ158、ならびにレーザレシーバ160の形態で提供される。本明細書では、第1の部分的デバイス154は、測定体積130(ここでは見えない)と、第1の部分的デバイス154と第1の流体連通点122を含む第1のコネクタ162との間の接続(ここには図示せず)と、第3の流体連通点146とを備えており、第2の部分的デバイス156は、フィルタ118および第2の流体連通点124への第2のコネクタ164である。さらに、光学測定ユニット136は、ここではレーザ測定システム138の形態で提供されており、ここに示すように、レーザ測定システム138は、レーザエミッタ158およびレーザレシーバ160に分割される。レーザエミッタ158が、レーザビーム166を提供するように設計されるのに対して、レーザレシーバ160は、レーザビーム166を受け取り、レーザビーム166と測定体積130を通過するエアロゾル粒子120との相互作用に応じて、少なくとも一つの光学測定信号を生成するように指定される。さらに示すように、少なくとも一つの光学測定信号から、エアロゾル流112のエアロゾル送達を判定するように設計された評価ユニット140は、ここでは、レーザレシーバ160内へ一体化される。しかしここでは、上述したように、評価ユニット140の他の実施形態を実行可能とすることもできる。さらに、レーザ測定システム138は、レーザマウント168上に配置されており、レーザマウント168の好ましい実施形態は、以下により詳細に説明する。

図3Aおよび図3Bは、第1のコネクタ162の好ましい実施形態を等角図(図3A)および側面断面図(図3B)に示す。上記ですでに示したように、第1のコネクタ162は、第1の流体連通点122を含む。ここでさらに示すように、第1のコネクタ162は、第1の部分的デバイス154と第1の流体連通点122との間の接続170を備えており、距離172は、第1のコネクタ162を第1の部分的デバイス154内へ導入することができる長さを示す。

図4Aおよび図4Bは、第1の部分的デバイス154の好ましい実施形態を等角図(図4A)および背面図(図4B)に示す。上記ですでに示したように、第1の部分的デバイス154は、測定体積130、第1の部分的デバイス154と第1のコネクタ162との間の接続170、および第3の流体連通点146を備える。ここでさらに示すように、第1の部分的デバイス154は、レーザ測定システム138の一部を受け入れる少なくとも一つの第1の凹部174と、レーザ測定システム138を測定体積130から分離するように指定された光学窓178と、レーザマウント168を受け付けるさらなる接続180とをさらに備えることができる。

概して、光学窓178は、光ビームが測定体積130に出入りするとき、可能な限り小さい偏差で、測定体積130を通ってエアロゾル流112を案内することができるように設計される。さらに、光学窓178は、同時に測定体積130を通過する光ビームが可能な限り小さくそらされるように設計される。この目的で、光学窓178は、光学的に少なくとも部分的に透過性の材料、好ましくは光ビームの少なくとも一つの波長において高い光透過性を呈することができる材料を含むことができる。これによって、光学的に少なくとも部分的に透過性の材料は、実質上均質で、埋め込まれた粒子がないようにすることができる。さらに、光学窓178は、好ましくは、光ビームが光学窓を直交して通過することができるように配置することができる。さらに、光学窓178は、可能な限り小さい厚さを呈することができ、それによって光学窓の機械的安定性を所望の範囲内で維持することができる。

さらに、図4Aおよび図4Bの特に好ましい実施形態に示すように、測定体積130は、互いに対して平行に配置することができる二つの対向する光学窓178によって、光学測定ユニット136から分離することができる。別法として、二つの光学窓178は、互いに対して傾斜配置を備えることができる。

さらに、二つの対向する光学窓178を互いに対して適度である限り近づけて配置することが有利となり得る。さらに、光学測定ユニット136の照射源および/または光センサを、対応する光学窓178の可能な限り近くに配置することが有利となり得る。さらに、光学窓178の一方または両方を加熱するように設計することができる加熱キャビネットなどの加熱ユニット(ここには図示せず)を設けることができ、したがって少なくとも一つの光学窓178を、いかなる粒子の堆積もないように維持することができ、したがって具体的には、粒子および湿気の堆積によって汚染された光学窓178を通過する光ビームの望ましくない信号損失を回避することができる。しかし、そのすべてまたは他の構成要素で収集ユニット116を加熱することを実行可能とすることもできる。

図5Aおよび図5Bは、第2の部分的デバイス156の好ましい実施形態を等角図(図5A)および上面断面図(図5B)に示す。上記ですでに示したように、第2の部分的デバイス156は、第1の部分的デバイス154とフィルタ118との間の接続を提供するように設計される。この目的で、第2の部分的デバイス156は、好ましくは、フィルタ118へ、次に第2の流体連通点124への第2のコネクタ164として実施される。したがって、ここでさらに示すように、第2の部分的デバイス156は、第1の部分的デバイス154へのさらなる接続176を備えることができる。

図6は、レーザマウント168の好ましい実施形態を等角図に示す。ここに示すように、レーザマウント168は、好ましくは、第1の部分的デバイス154へのさらなる接続180と、レーザ測定システム138への調整可能な接続を提供するように設計することができる細長いスロット182とを備えることができる。距離184は、レーザマウント168の長さを示し、この長さは、好ましくは、十分な機械的安定性をレーザ測定システム138に提供するように選択することができる。

図7は、エアロゾル生成器114によって生成されるエアロゾル流112のエアロゾル送達を判定する方法200の好ましい実施形態を概略的に示す。したがって、エアロゾル生成器114によって生成されるエアロゾル流112は、送達ステップ202であるステップa)中に提供される。ステップb)中、エアロゾル流122によって運搬されるエアロゾル粒子120は、測定体積130を通って案内され、それによって、相互作用ステップ204で、測定体積130内でエアロゾル粒子120と少なくとも一つの光ビームとの相互作用が提供される。この相互作用の結果、測定ステップ206におけるステップc)中に、少なくとも一つの光ビームと測定体積130を通過するエアロゾル粒子120との相互作用に依存する光学測定信号が生成される。判定ステップ208で、ステップd)中に、記録されている光学測定信号から、エアロゾル流112の所望のエアロゾル送達210が判定される。

この目的で、これによって、光学測定信号とエアロゾル送達との間の変換関数、特に変換係数を使用することができる。本明細書では、評価ユニット140に備えられた記憶デバイス内に記憶されている表などの表から、変換係数などの変換関数を入手することができる。特に好ましい実施形態では、ステップe)中に、好ましくは判定ステップ208前に、較正ステップ212を実行することによって、判定ステップ208と同時にまたはその後、少なくとも一回だけ、好ましくは一回だけ、変換関数を判定することができる。ステップe)によれば、エアロゾル流112によって運搬されるエアロゾル粒子120は、フィルタ118内で収集され、エアロゾル粒子120に起因するフィルタ118にかかる粒子負荷が、特にフィルタ118にかかる測定負荷の重量判定によって測定され、変換は、フィルタ118にかかる粒子負荷と少なくとも一つの光学測定信号との間の関係から判定される。

この測定に対する特に好ましい例では、フィルタ118の重さが量られ、デバイス110に挿入されたとき、第1の時点の開始から第2の時点の終了まで、エアロゾル粒子120による負荷を受ける。その結果、第2の時点で測定された第2の重量と第1の時点で測定された第1の重量との差により、第1の時点と第2の時点との間でフィルタ118によって受け取られるエアロゾル粒子120の重量負荷を判定することが可能になる。同時に、第1の時点と第2の時点との間の時間間隔にわたって記録された光学測定信号から、第1の時点と第2の時点との間のエアロゾル粒子120の光学測定信号に対する積分を判定することができる。同じエアロゾル流112内の同じエアロゾル粒子120の光学測定信号の積分と重量測定で判定された負荷との関係を生成することによって、変換係数などの変換関数を判定することができる。ステップe)によるこの手順は、所望される場合、変換関数を所望の精度で判定するために、複数回、好ましくは異なる粒子負荷に対して繰り返すことができる。

同じエアロゾル粒子120の光信号と重量負荷との関係に対する好ましい例が、図8に示されている。線図214に、光消滅に関する様々な光信号Sが、
S=log(I₀/I)
などによって、この線図214の水平x軸に対する測定点として提示される同じエアロゾル粒子120の重量負荷L[mg]に対して垂直y軸に提示されており、ここで、I₀は、測定体積130を通過する前の光ビームの強度を示し、Iは、測定体積を通過した後の光ビームの強度を示し、logは、任意の公知の底に対する対数を示す。特に線形回帰などの線形フィット手順を適用することによって、その結果得られる線216を、同じエアロゾル粒子120の光信号と重量負荷との関係として取得することができる。例として、この関係は、
y=0.0829x+0.0303
という等式によって記述することができ、ここで、yは、x軸上の場所xにおける対応する重量負荷Lでの光信号Sの振幅から計算される消滅に関する。別法または追加として、ここでは、この関係を判定するために、他の回帰アルゴリズムなどの他の手順を適用することもできる。別法または追加として、光学測定ユニット136によって、光ビームの回折、反射、屈折、散乱、または偏光の変化など、光ビームの他の種類の変化を測定することができる。

次に、エアロゾル流112に関する知られている値をさらに考慮して、判定ステップ208中に、較正ステップ212を繰り返す必要なく、こうして判定することができる変換係数などの変換関数を使用することができる。上述したように、エアロゾル流112のエアロゾル送達210を判定するには、好ましくはエアロゾル粒子120の負荷の一回の重量判定で十分である。それにもかかわらず、所望される場合、較正ステップ212を繰り返すことがなお可能である。

較正ステップ212に使用されることに対する別法または追加として、図8の線図214はまた、エアロゾル粒子120上の液体220の吸収および/または吸着を判定する方法で適用することができる。図8に概略的に示すように、光学測定信号は、ステップf)中に、フィルタ118にかかるエアロゾル粒子120の少なくとも二つの異なる負荷に対して測定され、フィルタ118にかかるエアロゾル粒子120の負荷の各々はまた、上述したように重量測定で判定される。図8に示す様々な光学測定信号から、上述したように、線形回帰などの同じ回帰アルゴリズムを用いることによって、ゼロの光学測定信号に対する外挿された粒子負荷x₀を判定することができる。上述した例では、y=0に対して、x₀=-0.36の値を取得することができる。したがって、線形回帰と負のx軸との交点が、エアロゾル粒子120上の吸収液および/または吸着液の質量に対応する値218を提供することができ、したがってエアロゾル粒子120上の液体の吸収および/または吸着の質量および/または重量の判定を可能にすることができる。

110 デバイス
112 エアロゾル流
114 エアロゾル生成器
116 収集ユニット
118、118' フィルタ
120 エアロゾル粒子
122 第1の流体連通点
124 第2の流体連通点
126 呼吸シミュレータ
128 正弦波ポンプ
130、130' 測定体積
132 患者インターフェースのための領域
134 導管
136、136' 光学測定ユニット
138、138' レーザ測定システム
140 評価ユニット
142 リード
144 モニタ
146 第3の流体連通点
148 ガス流
150 遠心ポンプ
152 閉回路
153 呼気導管
153a 粒子のないガス流
153b 持続性気道陽圧(CPAP)を使用する呼吸補助または機械呼吸のための呼吸ガスを生成するデバイス
153c アダプタ
154 第1の部分的デバイス
156 第2の部分的デバイス
158 レーザエミッタ
160 レーザレシーバ
162 第1のコネクタ
164 第2のコネクタ
166 レーザビーム
168 レーザマウント
170 接続
172 距離
174 凹部
176 さらなる接続
178 光学窓
180 さらなる接続
182 細長いスロット
184 距離
200 エアロゾル送達を判定する方法
202 送達ステップ
204 相互作用ステップ
206 測定ステップ
208 判定ステップ
210 エアロゾル送達
212 較正ステップ
214 図
216 線
218 外挿されたゼロの粒子負荷に対する測定信号
220 液体の吸収および/または吸着を判定する方法

Claims (15)

1. エアロゾル生成器(114)によって生成されるエアロゾル流(112)のエアロゾル送達(210)を判定するデバイス(110)であって、
   - エアロゾル流(112)によって運搬されるエアロゾル粒子(120)を収集するように指定されたフィルタ(118)、エアロゾル生成器(114)に接続可能な第1の流体連通点(122)、および周期呼吸をシミュレートするように指定された呼吸シミュレータ(126)に接続可能な第2の流体連通点(124)を有する収集ユニット(116)と、
   - 少なくとも一つの光ビームと前記エアロゾル流(112)によって運搬されて前記測定体積(130)を通過する前記エアロゾル粒子(120)とを相互作用させるように設計された少なくとも一つの測定体積(130)と、
   - 前記少なくとも一つの光ビームと前記測定体積(130)を通過する前記エアロゾル粒子(120)との前記相互作用に応じて、少なくとも一つの光学測定信号を生成するように設計された少なくとも一つの光学測定ユニット(136)と、
   - 前記少なくとも一つの光学測定信号から、前記エアロゾル流(112)の前記エアロゾル送達(210)を判定するように設計された少なくとも一つの評価ユニット(140)とを備えるデバイス(110)。
2. 前記光学測定ユニット(136)は、前記エアロゾル粒子(120)が通過したときの前記測定体積(130)内の前記光ビームの消滅または散乱のうちの少なくとも一つに応じて、前記光学測定信号を生成するように設計される、請求項1に記載のデバイス(110)。
3. 前記光学測定ユニット(136)は、レーザ測定システム(138)であるかまたはレーザ測定システム(138)を備えており、前記レーザ測定ユニット(138)は、前記少なくとも一つの光ビームを提供するようにさらに設計される、請求項1または2に記載のデバイス(110)。
4. 前記光ビームは、前記測定体積(130)内のシートを照射するように適合される、請求項1から3のいずれか一項に記載のデバイス(110)。
5. 前記測定体積(130)は、少なくとも一つの光学窓(178)によって前記光学測定ユニット(136)から分離され、前記光学窓(178)は、前記測定体積(130)に出入りするときに前記少なくとも一つの光ビームによって通過されるように指定され、前記光学窓(178)は、光学的に少なくとも部分的に透過性の材料を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のデバイス(110)。
6. 前記光学的に少なくとも部分的に透過性の材料は、均質であり、埋め込まれた粒子がない、請求項5に記載のデバイス(110)。
7. 前記光学窓(178)は、前記光ビームが前記光学窓(178)を直交して通過するように配置される、請求項5または6に記載のデバイス(110)。
8. 前記少なくとも一つの光学窓(178)を加熱するように指定された加熱ユニットをさらに備える、請求項5から7のいずれか一項に記載のデバイス(110)。
9. 前記測定体積(130)は、縁部、凹部、および突起のない平滑な内面を備える、請求項1から8のいずれか一項に記載のデバイス(110)。
10. 前記第1の流体連通点(122)は、前記エアロゾル流(112)の方向に対して前記フィルタ(118)の前に位置し、前記測定体積(130)は、前記第1の流体連通点(122)と前記フィルタ(118)との間に位置する、請求項1から9のいずれか一項に記載のデバイス(110)。
11. 前記収集ユニットは、ガス流(148)を生成するガス流ユニットに接続された少なくとも一つの第3の流体連通点(146)を有し、前記第3の流体連通点(146)は、前記エアロゾル流(112)が前記ガス流(148)によって前記フィルタ(118)へ少なくとも部分的に誘導されるように配置される、請求項1から10のいずれか一項に記載のデバイス(110)。
12. 二つの個々の測定体積(130)を備えており、前記少なくとも一つの第1の光学測定ユニット(136)は、少なくとも一つの第1の光ビームと吸気相中に前記第1の測定体積(130)を通過する前記エアロゾル粒子(120)との相互作用に応じて、少なくとも一つの第1の光学測定信号を生成するように設計され、前記評価ユニット(140)は、前記第1の光学測定信号から、前記吸気相中の前記エアロゾル流(112)の第1のエアロゾル送達(210)を判定するように設計され、前記少なくとも第2の一つの光学測定ユニット(136')は、少なくとも一つの第2の光ビームと呼気相中に前記第2の測定体積(130')を通過する前記エアロゾル粒子(120)との相互作用に応じて、少なくとも一つの第2の光学測定信号を生成するようにさらに設計され、前記評価ユニット(140)は、前記第2の光学測定信号から、前記呼気相中の前記エアロゾル流(112)の第2のエアロゾル送達(210)を判定するように設計される、請求項1から11のいずれか一項に記載のデバイス(110)。
13. エアロゾル流(112)のエアロゾル送達(210)を判定する方法(200)であって、
    a)エアロゾル生成器(114)によって生成されるエアロゾル流(112)を提供するステップと、
    b)前記エアロゾル流(112)によって運搬されるエアロゾル粒子(120)を少なくとも一つの測定体積(130)を通して案内し、前記測定体積(130)内で前記エアロゾル粒子(120)と少なくとも一つの光ビームとの相互作用を提供するステップと、
    c)前記少なくとも一つの光ビームと前記測定体積(130)を通過する前記エアロゾル粒子(120)との前記相互作用に応じて、少なくとも一つの光学測定信号を生成するステップと、
    d)前記少なくとも一つの光学測定信号から、前記エアロゾル流(112)の前記エアロゾル送達(210)を判定するステップとを含み、前記光学測定信号と前記エアロゾル送達(210)との間の変換関数が使用される、方法(200)。
14. 前記変換関数は、
    e)前記エアロゾル流(112)によって運搬される前記エアロゾル粒子(120)をフィルタ(118)内で収集し、前記フィルタ(118)にかかる粒子負荷を測定し、前記粒子負荷と前記少なくとも一つの光学測定信号との関係から、前記変換関数を判定するステップを、少なくとも一回だけ実行することによって判定される、請求項13に記載の方法(200)。
15. エアロゾル粒子(120)上の液体(220)の吸収および/または吸着を判定する方法であって、請求項13または14に記載のステップa)〜e)と、
    f)前記エアロゾル粒子(120)の少なくとも二つの異なる粒子負荷に対して少なくとも二つの光学測定信号を生成し、少なくとも二つの異なるフィルタ(118)にかかる前記エアロゾル粒子(120)の前記少なくとも二つの異なる粒子負荷を測定し、仮定されたゼロの光学測定信号から、前記エアロゾル粒子(120)上の前記液体の前記吸収および/または吸着を判定するステップとを含む方法。

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