JP6455961B2 - ネブライザ、ネブライザを制御する制御ユニット及びネブライザの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばネブライザのユーザによる吸入のために、ネブライザに格納される液体を霧状化して微細液滴にするネブライザに関し、特に、メッシュ又はメンブレンのような霧状化素子がネブライザに正しく位置付けられているかどうか検出することが可能な、ネブライザ用制御ユニット及びネブライザ制御方法に関する。

ネブライザ又は噴霧器（ネブライザはこのようにも呼ばれる）は、液体から微細スプレー又はエアゾールを生成する装置である。ネブライザに関する特に有用なアプリケーションは、吸入によって患者に投与される、溶解された又は懸架された粒子薬剤を含む微細スプレーを供給することである。

ピエゾ−メッシュを用いるネブライザが、このような薬剤供給装置においてエアゾールを生成するために一般に使用されており、かかる装置において、圧電素子が、微細エアゾールスプレーを生成するためにメッシュを振動させる。特に、メッシュに与えられる液滴は、スプレーを生成するために、圧電素子によって振動される。あるネブライザでは、圧電素子が、メッシュ素子に結合され、他のネブライザでは、メッシュ素子は、圧電素子から隔てられている（すなわち接触しない）（ピエゾ−キャビティ−メッシュを利用するネブライザとも呼ばれる）。圧電素子から隔てられたメッシュ素子を有する利点は、メッシュ素子が、ネブライザから取り外され、清浄され又は有用な特定の使用の量の後、完全に置き換えられることができる。

しかしながら、液滴生成レートに関して測定されうるネブライザの性能は、ネブライザ内の圧電素子とメッシュとの間の隔たりに非常に影響されやすいことが分かった。特に、圧電素子及びメッシュの間の液体キャビティのサイズは、メッシュにおける圧力に影響を与え、それにより液滴生成レートに影響を与える。

図１は、圧電素子のさまざまな振動周波数並びに圧電素子及びメッシュの間のさまざまな距離（水位さとも呼ばれる）に関して、ネブライザのメッシュに生成される圧力を示す。こうして、最適位置からわずか何十ミクロン（何十マイクロメートル）のずれが、メッシュの圧力に、ゆえに液滴生成レートに、大きな影響を与えうることが分かる。

従って、ネブライザの一貫した性能は、清浄又は置き換えの後、ネブライザにメッシュを正確に位置付けし直すことに依存する。更に、メッシュが正しく位置付けし直されない場合、ネブライザは全く機能することができず、又はネブライザのコンポーネントが動作中に損傷を受けることがある。

従って、メッシュが正しく位置付けられているかどうか検出することができるネブライザ用制御ユニット及びネブライザ制御方法が必要とされている。

本発明の第１の見地によれば、ネブライザの動作を制御する制御ユニットであって、ネブライザのアクチュエータのインピーダンスを測定し、測定されたインピーダンスに基づいて、ネブライザの霧状化素子がアクチュエータに対して正しく位置付けられているかどうかを判定するように構成される制御ユニットが提供される。

一実施形態において、制御ユニットは、アクチュエータの測定されたインピーダンスが予め決められたインピーダンス値に等しいか又は予め決められたインピーダンス値の予め決められたレンジ内にある場合に、霧状化素子が正しく位置付けられていると判定するように構成される。

代替の実施形態において、制御ユニットは、アクチュエータが第１及び第２の周波数で動作しているときにアクチュエータのインピーダンスを測定し、測定されたインピーダンスの両方が個々の予め決められたインピーダンス値に等しいか又は予め決められたインピーダンス値の予め決められたレンジ内にある場合に、霧状化素子が正しく位置付けられていると判定するように構成される。この実施形態は、霧状化素子の位置を判定する際の誤判定エラーを防ぐことができる。

好適には、制御ユニットは、霧状化素子がネブライザに正しく位置付けられていると判定される場合に液体を霧状化するように、アクチュエータを活性化するように構成される。このようにして、ネブライザは、最適な又はほぼ最適な液滴生成レートで動作される。

１つの実現例において、制御ユニットは、霧状化素子が正しく位置付けられていないと判定される場合に、アクチュエータを非活性化するように構成される。このようにして、ネブライザのコンポーネントが霧状化素子の不正確な位置付けによって損傷を受けることを回避することが可能である。

他の実現例において、制御ユニットは、霧状化素子がユーザによって位置付けし直される必要があるという標示を、ネブライザのユーザに提供するように構成される。

一実施形態において、制御ユニットは、霧状化素子が正しく位置付けられていないと判定される場合にアクチュエータの振動周波数を調整するように構成される。

別の実施形態によれば、制御ユニットは、霧状化素子が正しく位置付けられていないと判定される場合に、ネブライザの第２のアクチュエータを使用してアクチュエータ及び霧状化素子の相対位置を調整するように構成される。

好適には、制御ユニットは、上述の調整後、アクチュエータのインピーダンスを再び測定して、ネブライザの動作が許容されるかどうか判定するように構成される。

一実施形態において、制御ユニットは、特定の振幅をもつ正弦波電圧をアクチュエータに印加し、派生電流の振幅と、派生電流及び印加電圧の間の位相シフトと、を測定することによって、アクチュエータのインピーダンスを測定するように構成される。

代替の実施形態によれば、制御ユニットは、動作中、アクチュエータの両端の電圧及びアクチュエータを通る電流を測定することによって、アクチュエータのインピーダンスを測定するように構成される。

本発明の第２の見地によれば、霧状化されるべき液体を格納するリザーバチャンバと、リザーバチャンバに格納される液体を振動させるアクチュエータと、上述した制御ユニットと、を有するネブライザが提供される。

好適には、ネブライザは、リザーバに位置付けられ、アクチュエータが液体を振動させるときに液体を霧状化する霧状化素子を更に有し、より好適には、霧状化素子は、ネブライザから取り外し可能である。

本発明の第３の見地によれば、ネブライザを制御する方法であって、ネブライザのアクチュエータのインピーダンスを測定するステップと、測定されたインピーダンスに基づいて、ネブライザの霧状化素子がアクチュエータに対して正しく位置付けられているかどうかを判定するステップと、を含む方法が提供される。

一実施形態において、アクチュエータの測定されたインピーダンスが予め決められたインピーダンス値に等しいか又は予め決められたインピーダンス値の予め決められたレンジ内にある場合に、霧状化素子が正しく位置付けられていると判定される。

代替の実施形態において、アクチュエータのインピーダンスを測定するステップは、第１及び第２の周波数においてアクチュエータのインピーダンスを測定することを含み、判定するステップは、測定されたインピーダンスの両方が個々の予め決められたインピーダンス値に等しいか又は予め決められたインピーダンス値の予め決められたレンジ内のある場合に、霧状化素子が正しく位置付けられていると判定することを含む。

好適には、方法は、霧状化素子がネブライザに正しく位置付けられている場合に液体を霧状化にするように、アクチュエータを活性化するステップを更に含む。

１つの実現例において、方法は、霧状化素子が正しく位置付けられていないと判定される場合にアクチュエータを非活性化するステップを更に含む。好適には、この実現例において、方法は、霧状化素子がユーザによって位置付けし直される必要があるという標示を、ネブライザのユーザに提供することを更に含む。

一実施形態において、方法は、霧状化素子が正しく位置付けられていないと判定される場合にアクチュエータの振動周波数を調整するステップを更に含む。

別の実施形態において、方法は、霧状化素子が正しく位置付けられていないと判定される場合に、ネブライザの第２のアクチュエータを使用して、アクチュエータ及び霧状化素子の相対位置を調整するステップを更に含む。

好適には、方法は、調整ステップの後、アクチュエータのインピーダンスを再び測定するステップを更に含む。

一実施形態において、アクチュエータのインピーダンスを測定するステップは、特定の振幅をもつ正弦波電圧をアクチュエータに印加し、派生電流の振幅と、派生電流及び印加電圧の間の位相シフトとを測定することを含む。

別の実施形態において、アクチュエータのインピーダンスを測定するステップは、動作中、アクチュエータの両端の電圧及びアクチュエータを通る電流を測定することを含む。

本発明の第４の見地によれば、コンピュータプログラムコードが組み込まれるコンピュータ可読媒体を有するコンピュータプログラム製品であって、コンピュータプログラムコードが、コンピュータ又はプロセッサによって実行される際、上述のいずれかの方法の各ステップをコンピュータ又はプロセッサに実施させるように構成されるコードを含む、コンピュータプログラム製品が提供される。

本発明の第５の見地によれば、ネブライザの動作を制御する制御ユニットであって、霧状化された液体の要求される又は最大出力レートを提供するように、ネブライザをその非共振周波数で動作させるように構成される制御ユニットが提供される。

第５の見地に述べたような制御ユニットと、霧状化される液体を格納するリザーバチャンバと、リザーバチャンバに格納された液体を霧状化するアクチュエータと、を有するネブライザが提供されることができる。ネブライザは、リザーバに位置付けられ、アクチュエータが活性化されるときに液体を霧状化する霧状化素子を更に有することができる。

本発明の第６の見地によれば、ネブライザを制御する方法であって、霧状化された液体の要求される又は最大出力レートを提供するように、ネブライザをその非共振周波数で動作させることを含む方法が提供される。

上述の本発明の第５及び第６の見地において、ネブライザの共振周波数は、最大パワー伝達がネブライザに生じる周波数（すなわち、インピーダンスが最小である周波数）に対応することが分かるであろう。

圧電素子のさまざまな振動周波数並びに圧電素子及びメッシュの間のさまざまな距離に関する、メッシュにおける圧力を示す図。 本発明の一実施形態によるネブライザのブロック図。 圧電素子及び霧状化素子の間の隔たりによって変化する液滴生成レートの変動及び圧電素子のインピーダンスの変動を示すグラフ。 圧電素子及び霧状化素子の間のさまざまな距離に関して、圧電素子に印加されるパワーがどのように圧電素子のピークツーピーク電圧によって変化するかを示すグラフ。 ネブライザ内の正しい位置にそれぞれ位置付けられるさまざまな異なるプラチナメッシュに関して、圧電素子に印加されるパワーがどのように圧電素子のピークツーピーク電圧によって変化するかを示すグラフ。 本発明の一実施形態による、ネブライザを制御する方法を示すフローチャート。 本発明の一実施形態による、ネブライザを制御する方法を示すフローチャート。 本発明の一実施形態による、ネブライザを制御する方法を示すフローチャート。 本発明の一実施形態による、ネブライザを制御する方法を示すフローチャート。 本発明の一実施形態による、ネブライザを制御する代替の方法を示すフローチャート。

本発明の例示的な実施形態が、添付の図面を参照して単なる例示によって記述される。

本発明の一実施形態によるネブライザ２が、図２に示されている。ネブライザ２は、ネブライザ２のユーザが出口８を通じて吸入する際に、空気は、入口６を通じてネブライザ２に引き込まれ、ネブライザ２を通り、出口８を通じてユーザの身体に引き込まれるように構成される、入口６及び出口８を具えるボディ部４を有する。ある実施形態において、出口８は、マウスピース、顔マスク、又は鼻マスクの形で提供される。代替として、出口８は、別個の置き換え可能なマウスピース、顔マスク又は鼻マスクへの接続を可能にするように構成されうる。

霧状化される（すなわち、微細なミスト又はスプレーに変えられる）薬剤又は薬物のような液体１２を格納するリザーバチャンバ１０が、ネブライザ２のボディ部４内の、入口６及び出口８の間に設けられる。ネブライザ２は、薬剤又は薬物の或る量をユーザに供給するために、ユーザが吸入する際に、霧状化される液体１２の微細液滴がネブライザ２に引き込まれる空気と合わさるように、構成される。この動作は、矢印１３ａ（入口６を通じてネブライザ２に引き込まれる空気を表す）、矢印１３ｂ（リザーバチャンバ１０からの霧状化された液体を表す）、矢印１３ｃ（ユーザによって出口８を通じてネブライザ２から引き出される霧状化された液体を含む空気を表す）によって示される。

リザーバチャンバ１０に格納される液体１２を攪拌する又は振動させるアクチュエータ１４が、液体１２が振動されるときに液体１２を霧状化する霧状化素子１６と共に、リザーバチャンバ１０に設けられる。アクチュエータ１４は、リザーバチャンバ１０のところに、その近くに又はその下部に設けられ、霧状化素子１６は、リザーバチャンバ１０内の、アクチュエータ１４より上に位置し、アクチュエータ１４から間隔をおいて配置される。霧状化素子１６は、アクチュエータ１４から距離ｈの間隔をおいて配置され、距離ｈは、液体１２が霧状化素子１６の高さまでリザーバチャンバ１０を満たしている場合、「水位」と呼ばれる。ネブライザ２が動作されるにつれて、リザーバチャンバ１０の液体１２は減少し、液体１２を高さｈに維持してネブライザ２の動作を続行させるために、より多くの液体１２が、リザーバチャンバ１０に加えられなければならないことが分かる。従って、ネブライザ２は、リザーバチャンバ１０に液体１２を補充するために液体を格納する他のチャンバ（図２に示さず）を有し又はかかるチャンバに結合されることができる。他のチャンバからの液体は、重力及び毛管充填の作用により、リザーバチャンバに１０内に流れ込むことができる。

以下に詳しく記述される本発明の実施形態では、アクチュエータ１４が、圧電素子の形で設けられている。しかしながら、ネブライザの分野の当業者であれば、アクチュエータ１４の他の形態が、本発明によるネブライザにおいて使用されることができることが分かるであろう。更に、圧電素子１４は、圧電素子及び液体１２の間の直接的な接触を回避するために、プラスチック又は金属のカバー層でカバーされることができることも分かるであろう。

本発明の好適な実施形態において、霧状化素子１６は、少量の液体が通過することができる複数の小さい孔を有するメッシュ又はメンブレンの形である。１つの特定の実施形態において、メッシュ又はメンブレンは、アクチュエータ１４が活性化される際に液体の液滴が通過することができる約５０００個の２μｍ孔の領域を含む。

図２を再び参照して、ネブライザ２は、ネブライザ２の動作を制御する回路を有する制御ユニット１８を更に有する。特に、制御ユニット１８は、アクチュエータ１４に接続され、必要に応じてアクチュエータ１４を活性化し、非活性化する。

ある実施形態において、制御ユニット１８は、ネブライザ２のボディ部４内にあってネブライザ２と一体的なコンポーネントである。しかしながら、代替の実施形態によれば、制御ユニット１８は、ネブライザ２のボディ部４から隔てられ、更には取り外し可能であるユニットに設けられることができる。

上述したように、ネブライザ２から一貫した性能を得ることは、清浄又は置き換え後に、ネブライザ２に霧状化素子１６を正確に位置付けし直すことに依存する。更に、霧状化素子１６が正しく位置付けし直されない場合、ネブライザ２は全く機能しないことがあり、又は動作が試みられるとき、ネブライザ２のコンポーネントが損傷されることがある。従って、本発明によれば、制御ユニット１８は、霧状化素子１６がネブライザ２に正しく位置付けられているかどうか、特に、アクチュエータ１４に対して正しく位置付けられているかどうかを判定するように構成される。

上述したように、図１は、圧電素子１４のさまざまな振動周波数並びに圧電素子１４及び霧状化素子１６の間のさまざまな距離に関して、ネブライザ２の霧状化素子１６に生成される圧力を示しており、最適位置からほんの何十ミクロン（何十マイクロメートルも）のずれが、霧状化素子１６における圧力に、ゆえに液滴生成レートに、大きな影響を与えうることが分かる。

これらの結果は、図３Ａに代替の形で示されており、図３Ａは、圧電素子１４の３つの異なる振動周波数に関して、圧電素子１４及び霧状化素子１６の間の距離に対する液滴生成レートの変化を示す。

ネブライザ２の圧電素子１４のインピーダンス（及びより詳しくは圧電素子１４の複素インピーダンスの実数部分）が、ネブライザ２内の霧状化素子１６の圧電素子１４に対する位置に関連することが分かった。これらの知見は、同じｘ軸を共有する図３Ａ及び図３Ｂのグラフの組み合わせにおいて示される。こうして、図３Ｂから、圧電素子１４のインピーダンスが、圧電素子１４及び霧状化素子１６の間の隔たりによって（更には圧電素子１４の動作周波数によって）変わることが分かる。更に、圧電素子１４のインピーダンスは、液滴生成レートが最適であるときに特定の値を有することが分かる（このインピーダンス値は、インピーダンスの最大又は最小値ではなく、中間値であることに注意すべきである）。従って、本発明によれば、インピーダンスの測定は、霧状化素子１６がネブライザ２に正しく位置付けられているかどうか（すなわち、霧状化素子１６が、最適な又はほぼ最適な液滴生成性能が実現される位置にあるかどうか）を判定するために使用されることができる。

更に、ネブライザ２（特にリザーバチャンバ１０、圧電素子１４及び霧状化素子１６）が共振状態にあるとき、インピーダンスの最小値が現れ、かかる共振状態は、最大エネルギーが伝達される（すなわち、パワーが最大である）特定の周波数で起こることが理解されるであろう。こうして、図３Ａ及び図３Ｂから、最適液滴生成レートが、インピーダンスの中間値に対応し、従って、最適液滴生成レートが、共振周波数以外の（ゆえに、インピーダンスが最小ではなく、パワーが最大ではない）周波数でネブライザ２を動作させることによって達成されることが理解されうる。

更に、圧電素子１４の最適なインピーダンス値（すなわち、ネブライザ２の霧状化素子１６の、圧電素子１４に対する正しい位置付けに対応する圧電素子１４のインピーダンス値）は、霧状化素子に特有であり、すなわち、それは、それぞれ異なるタイプ及び／又は構成の霧状化素子１６に関して異なる。これに関して、それぞれ異なるタイプ及び／又は構成は、霧状化素子１６を作成するために使用される材料、霧状化素子１６の厚み、霧状化素子１６の孔の数及び／又は大きさに関連しうる。本発明のある実施形態において、制御ユニット１８は、ネブライザ２のユーザにより、霧状化素子１６に関して適当なインピーダンス値によってプログラムされることができ、又は制御ユニット１８は、リザーバチャンバ１０の特定の液体（すなわち薬剤）及び／又は（例えば現在入手可能なPhilips Respironics I-nebネブライザにおいて用いられているような）霧状化素子１６に関連する電子データチップ（図２に示さず）から、自動的に情報を取得することができる。

図４のグラフは、圧電素子１４と、霧状化素子１６として使用される特定の厚さをもつプラチナメッシュとの間の多様な距離に関係して、圧電素子１４に印加されるパワー（ワット）が、どのように圧電素子１４の両端のピークツーピーク電圧（Ｖｐｐ）によって変化するかを示している。

理論的に、電圧独立のインピーダンスの場合、パワー及び電圧の間の関係は、インピーダンスの実数部分によって完全に決定される二次関数であるべきである。実験的に、図４に示されるように、二次関係が観察され、１３０Ω及び５００Ωの間のインピーダンス値が求められた。こうして、図４は、圧電素子１４のインピーダンスが、どのように圧電素子１４及びプラチナメッシュ１６の間の距離に依存するかを示す。

図５のグラフは、ネブライザ２において正しい（最適な）位置に又はほぼ最適な位置にそれぞれ位置付けられるさまざまな異なるプラチナメッシュに関して、圧電素子１４に印加されるパワー（ワット）が、どのように圧電素子１４の両端のピークツーピーク電圧（Ｖｐｐ）によって変化するかを示す。こうして、図５から、これらのプラチナメッシュの最大（又はほぼ最大）の液滴生成のために、圧電素子１４のインピーダンスが３１０Ω又はその周辺の値であることが分かる。

上述したように、特定の霧状化素子１６に関する最適インピーダンス値は、霧状化素子１６の組成に依存する。例えば、ニッケル−パラジウム（ＮｉＰｄ）で作られるメッシュは、上述のプラチナメッシュと同様の振る舞いを呈するが、それらのメッシュに関する最適インピーダンス値は、６００Ωであることが分かった。

概して、特定の霧状化素子１６に関する最適インピーダンス値は、ネブライザ２において当該タイプの霧状化素子１６を使用する前に、テスティングを通じて決定される。一旦最適なインピーダンス値が決定されると、その値は、同じ材料から生成され、同じジオメトリを有するすべての他のメッシュに適用可能である。

本発明による制御ユニット１８の動作は、図６Ａ−図６Ｄを参照して以下に更に詳しく記述される。以下に記述される方法は、霧状化素子１６がネブライザ２に最初に位置付けられるとき、ユーザがネブライザ２を使用することを試みるとき、及び／又はネブライザ２の使用中に、制御ユニット１８によって始動されることができる。

最初に、図６Ａを参照して、本発明による動作は、ステップ１０１で開始し、ステップ１０１において、ネブライザ２の圧電素子１４のインピーダンスが、制御ユニット１８によって測定される。具体的には、制御ユニット１８は、圧電素子１４の複素インピーダンスの実数部分を測定する。この測定は、液体１２がリザーバチャンバ１０に存在する間に実施されることが理解されるであろう。

ステップ１０１は、ネブライザ２が活性化される前に（すなわち、液体１２を霧状化させるために十分な電流が圧電素子１４に供給される前に）、又はネブライザ２の動作中に（すなわち、圧電素子１４が液体１２を霧状化させるときに）、制御ユニット１８によって実施されることができることが理解されるであろう。

第１の例において、制御ユニット１８は、特定の振幅Ｖａｍｐをもつ小さい正弦波電圧を圧電素子１４に印加し（電圧は、圧電素子１４に液体１２を霧状化させるために必要とされる電圧を下回るという意味で、小さい）、派生電流Ｉ_ａｍｐと、印加電圧信号及び派生電流信号の間の位相シフトφ_ａｍｐと、を測定することができる。

制御ユニット１８は、下式を使用して圧電素子１４のインピーダンスの実数部分を計算することができる：

代替として、上述の第２の（すなわち、ネブライザ２の動作中にインピーダンスを測定する）例において、制御ユニット１８は、任意の駆動信号での動作中にインピーダンスを決定することができる。この場合、制御ユニット１８は、下式を使用して、ある時間を通じて素子１４に印加される電圧Ｖ（ｔ）及びある時間を通じて素子１４を通る測定電流Ｉ（ｔ）から、圧電素子１４のインピーダンスの実数部分を求める。

一旦圧電素子１４のインピーダンスが測定されると、制御ユニット１８は、測定されたインピーダンス値を使用して、霧状化素子１６がネブライザ２に正しく位置付けられるかどうかを判定する（ステップ１０３）。図５に示されるような上述の解析に従って、霧状化素子１６がネブライザ２に位置付けられる前に、最適な又はほぼ最適な液滴生成性能で現れる霧状化素子１６の最適インピーダンス値が知られる。従って、ステップ１０３において、制御ユニット１８は、測定されたインピーダンス値を、知られている最適インピーダンス値と比較して、霧状化素子１６がネブライザ２に正しく位置付けられているかどうかを判定することができる。

一実施形態において、制御ユニット１８は、測定されたインピーダンス値が最適インピーダンス値の予め決められたレンジ内にある場合に、霧状化素子１６が正しく位置付けられていると判定することができる。予め決められたレンジは、最適インピーダンス値の特定のパーセンテージ値の範囲内にあるという点で（すなわち、測定されたインピーダンスは、例えば制御ユニット１８が霧状化素子１６が正しく位置付けられていると判定するために、最適インピーダンス値の１％、５％又は１０％以内になければならない）、又は最適インピーダンス値の近辺のインピーダンス値の特定のレンジに関して（すなわち、上述のプラチナメッシュの場合、正しい位置付けであると決定するための予め決められたレンジは、例えば２８０Ω乃至３４０Ωでありうる）、特定されうることが分かるであろう。

制御ユニット１８が、霧状化素子１６がネブライザ２に正しく位置付けられていると判定する場合（ステップ１０３及び１０５）、制御ユニット１８は、圧電素子１４に十分な電圧信号を供給することによって、ネブライザ２の動作を始動する（又は続行する）ことができる（ステップ１０７）。制御ユニット１８は、ユーザがネブライザ２を通じた呼吸を止めるまで、又は液体中の薬剤又は薬物の必要とされる量が霧状化されるまで、ネブライザ２の動作を許容する。

制御ユニット１８が、測定されたインピーダンスに基づいて、霧状化素子１６がネブライザ２に正しく位置付けられていないと判定する場合（ステップ１０３及び１０５）、制御ユニット１８は、後述されるように、更なるアクションをとる。

図６Ｂに示されるネブライザ２の１つの実現例において、霧状化素子１６が正しく位置付けられていないと判定されると、制御ユニット１８は、最適以下の液滴生成性能を防ぐために及びネブライザ２のコンポーネントに対する可能性のある損傷を回避するために、ネブライザ２の動作を阻止し又は中止する（すなわち、圧電素子１４に電圧信号を供給しないことによる）（ステップ１０９）。

制御ユニット１８は、ネブライザ２が適切に動作されることが可能になる前に、霧状化素子１６が不正確に位置付けられ、位置付けし直される必要があることを、ネブライザ２のユーザに知らせることができる。制御ユニット１８は、これを任意の通常のやり方で、例えば可聴アラーム、警告信号又は話されるメッセージを始動することによって、及び／又は警告灯又はＬＥＤのような視覚的標示を提供することによって、又は、ネブライザ２のディスプレイ（図２に示さず）に書き込まれるメッセージ又はシンボルを提供することによって、ユーザに知らせることができる。

ユーザが、ネブライザ２に霧状化素子１６を位置付けし直す場合、制御ユニット１８は、ステップ１０１に戻り、圧電素子１４のインピーダンスの測定を繰り返すことができる。測定が、霧状化素子１６がネブライザ２に正しく位置付けられていることを示す場合、制御ユニット１８は、ステップ１０７に示されるように、ネブライザ２の動作を始動することができる。

図６Ｃに示されるネブライザ２の代替の実現例において、霧状化素子１６が正しく位置付けられていないと判定されると、制御ユニット１８は、圧電素子１４に印加される電圧信号を調整して、圧電素子１４の振動周波数を変えることができ、それによって、ネブライザ２の性能を改善することができる（ステップ１１３）。特に、図１及び図３のグラフによって示されるように、圧電素子１４及び霧状化素子１６の間の距離（水位）と、圧電素子１４が振動する周波数との間には関係があるので、最適値からの水位の小さいずれは、制御ユニット１８が圧電素子１４の振動周波数を調整することによって、補償されることができる。

一実施形態において、制御ユニット１８は、測定されたインピーダンス値及びルックアップテーブルを使用して決定される量によって、圧電素子１４の振動周波数を調整することができる。代替の実施形態において、制御ユニット１８は、測定されたインピーダンス値と最適インピーダンス値との間の差の大きさに基づく量によって、圧電素子１４の振動周波数を調整することができる。別の代替の実施形態において、制御ユニット１８は、測定されたインピーダンス値及び最適値の間の差に関係なく、固定量によって圧電素子１４の振動周波数を調整することができる。

上の段落に記述される実施形態において、制御ユニット１８は、ステップ１０１に戻り、圧電素子１４のインピーダンスを再び測定して、ネブライザ２の動作が許容されうるか否か判定することができる。否である場合、制御ユニット１８は、ネブライザ２の液滴生成性能が許容できる値に達するまで、ステップ１０１、１０３、１０５及び１１３を通ってループすることができる。

一実施形態において、圧電素子１４の振動周波数が変化するので、記述される再測定ステップが変更された最適インピーダンス値を使用することが可能である。ルックアップテーブルが使用される実施形態において、ルックアップテーブルは図３Ａ及び図３Ｂに示されるものに対応するデータを含むことが可能であり、これは、制御ユニット１８が、（ｉ）圧電素子１４及び霧状化素子１６の間の実際の隔たり、（ｉｉ）最適駆動周波数、及び（ｉｉｉ）対応する変更された最適インピーダンス、をルックアップするために、測定されたインピーダンスを使用することを意味する。

ある実施形態において、制御ユニット１８が、（例えば、測定されたインピーダンス値及び最適インピーダンス値の間の閾値を越える差に基づいて、又は、要求される性能の達成を生じさせないステップ１０１、１０３、１０５及び１１３の１又は複数のループに従って、）圧電素子１４の振動周波数の調整が許容できる液滴生成性能を与えないと判定する場合、制御ユニットは、ステップ１０９及び１１１を実施し、霧状化素子１６がネブライザ２に手動で位置付けし直される必要があることを、ネブライザ２のユーザに知らせることができる。

図６Ｄに示されるネブライザ２の他の代替の実現例において、制御ユニット１８は、霧状化素子１６がネブライザ２に正しく位置付けられていないと判定する場合に、ネブライザ２の霧状化素子１６の位置をそれ自身で調整することができる。この実施形態において、ネブライザ２は、ネブライザ２における霧状化素子１６及び圧電素子１４の相対位置を調整するために使用されることができる他のアクチュエータを備える。好適には、他のアクチュエータは、制御ユニット１８の制御下で、ネブライザ２の霧状化素子１６を移動させるように構成されるが、代替の実現例において、代わりに他のアクチュエータが、圧電素子１４を移動させるために使用されることができることが分かるであろう。当業者であれば、霧状化素子１６又は圧電素子１４を移動させるためにネブライザ２に設けられることができる適切なアクチュエータを知っており、従って、更なる詳細はここに示さない。

霧状化素子１６が正しく位置付けられていないと判定されると、制御ユニット１８は、他のアクチュエータを制御して（すなわち、霧状化素子１６を圧電素子１４に近づける又は圧電素子１４から遠ざけることによって、）圧電素子１４に対する霧状化素子１６の相対位置を調整することができ、それによって、圧電素子１４のインピーダンスを最適インピーダンス値に近付け、ネブライザ２の性能を改善することができる（図６Ｄのステップ１１５）。

一実施形態において、制御ユニット１８は、他のアクチュエータを制御して、測定されたインピーダンス値及び最適インピーダンス値の間の差の大きさに基づく或る量によって霧状化素子１６の位置を調整することができる。代替の実施形態において、制御ユニット１８は、他のアクチュエータを制御して、測定されたインピーダンス値及び最適値の間の差に関係なく固定量によって霧状化素子１６の位置を調整することができる。

上の段落に記述される両方の実施形態において、制御ユニット１８は、ステップ１０１に戻り、圧電素子１４のインピーダンスを再び測定して、ネブライザ２の動作が許容されうるか否か判定することができる。否である場合、制御ユニット１８は、ネブライザ２の液滴生成性能が許容値に達するまで、ステップ１０１、１０３、１０５及び１１５を通ってループすることができる。

ある実施形態において、制御ユニット１８が、（例えば測定されたインピーダンス値及び最適インピーダンス値の間の差が閾値を越えることに基づいて、又は必要とされる性能の達成をもたらさないステップ１０１、１０３、１０５及び１１５の１又は複数のループに従って、）霧状化素子１６の位置の調整が許容できる液滴生成性能を与えないと決定する場合、制御ユニットは、ステップ１０９及び１１１を実施し、ネブライザ２のユーザに、霧状化素子１６がネブライザ２に手動で位置付けし直される必要があることを知らせることができる。

更に、図６Ｃ及び図６Ｄに示される実施形態の両方を実現することができる制御ユニット１８が提供されることができる。この場合、制御ユニット１８が、霧状化素子１６がネブライザ２に正しく位置付けられていないと判定すると、制御ユニット１８は、ネブライザ２の液滴生成性能を改善するために、圧電素子１４の振動周波数及びネブライザ２の霧状化素子１６の位置を調整することができる。

図３Ｂを再び参照して、周波数ｆで動作する圧電素子１４に関する最大液滴生成レートは、ｈ_ｆの隔たりに関して得られ、圧電素子１４は、インピーダンスＺ_ｆを有することに注意されたい。上述の実施形態に記述されるように、圧電素子１４のインピーダンスを測定し、それを最適値（すなわちＺ_ｆ）と比較することによって、霧状化素子１６が正しく位置付けられているかどうかを判定することが可能である。しかしながら、図３Ｂから、「最適」インピーダンス値Ｚ_ｆは、圧電素子１４及び霧状化素子１６の間の２つの可能な距離ｈ_ｆ及びｈ_ｆ'に実際に対応することに注意されたい。

第２の可能な距離ｈ_ｆ'がネブライザ２において起こりえないことがあり（例えばｈ_ｆ'が、リザーバチャンバ１０の寸法より大きくなりうる）、その場合、霧状化素子１６及び圧電素子１４がこの距離（ｈ_ｆ'）によって隔てられる可能性は、図６Ａに示される方法の実現例では無視されることができる。

しかしながら、第２の可能な距離ｈ_ｆ'が起こりうることもあり、その場合、図６Ａに示される方法を実行することは、誤判定の結果をもたらしうる（すなわち、制御ユニット１８は、霧状化素子１６が正しく位置付けられていないときに正しく位置付けられていると判定しうる）。従って、ネブライザ２を動作させる代替の方法が図７に示される。

ステップ２０１において、圧電素子１４は、第１の振動周波数で動作される。ある例では、これは、周波数ｆでありえ、すなわち最良の液滴生成性能が得られる周波数でありうる（図３Ａにおいて、異なる振動周波数に関して異なる最大液滴生成レートがあることに注意されたい）。

次に、ステップ２０３において、圧電素子１４のインピーダンスが測定される。この測定ステップは、図６Ａのステップ１０１と同じやり方で実行されることができる。

制御ユニット１８は、ステップ２０５において、第１の周波数ｆ（すなわちＺ_ｆ）に関して、測定されたインピーダンスが所望のインピーダンス値に等しいか又は所望のインピーダンス値の予め決められたレンジ内にあるかどうかを判定する。否である場合、制御ユニット１８は、上述の図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄのいずれかに示されるように進行することができ、プロセスは、インピーダンスが再び測定される必要がある場合、ステップ２０１に戻る。

測定されたインピーダンスが、所望のインピーダンス値Ｚ_ｆに等しいか又はそれに近い場合、制御ユニット１８は、第１の周波数と異なる第２の振動周波数で、例えば図３Ａ及び図３Ｂに示されるｆ＋Δｆ又はｆ−Δｆで、圧電素子１４を動作させ（ステップ２０７）、圧電素子１４のインピーダンスを再び測定する（ステップ２０９）。一実施形態において、第２の周波数は、第１の周波数とは約０．２％異なりうるが、より小さい及びよりより大きい周波数差が使用されることができることが理解されるであろう。

ステップ２１１において、制御ユニット１８は、ステップ２０９において測定されたインピーダンス値が、第２の周波数及び隔たりｈ_ｆに関して適当なインピーダンス値に等しいか又はインピーダンス値の予め決められたレンジ内にあるかどうか判定する。例えば、第２の周波数がｆ＋Δｆである場合、制御ユニット１８は、ステップ２０９において測定されるインピーダンス値がＺ_ｆ＋Δｆに等しいか又はＺ_ｆ＋Δｆの予め決められたレンジ内にあるかどうか判定する。

ステップ２０９において測定されたインピーダンス値が、第２の周波数及び隔たりｈ_ｆに関して適当なインピーダンス値の予め決められたレンジ内にある場合、制御ユニット１８は、ネブライザ２の動作を始動させ又は続けることができる（ステップ２１３）。否である場合、制御ユニット１８は、上述の図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄのいずれかに示されるように進行することができ、プロセスは、インピーダンスが再び測定される必要がある場合、ステップ２０１に戻る。

当業者であれば、図７に示される方法のバリエーションを実現することが可能であることが分かるであろう。例えば、動作周波数の両方におけるインピーダンスの測定（図７のステップ２０３及び２０７）が、個々の予め決められたインピーダンス値との比較（図７のステップ２０５及び２１１）の前に行われうることが可能である。

従って、霧状化素子が正しく位置付けられているかどうか検出することができる、ネブライザ用制御ユニット及びネブライザ制御方法が提供される。更に、本発明の特定の実施形態は、霧状化素子が正しく位置付けられていないと判定される場合にネブライザの性能を改善することができる制御ユニット及び方法を提供する。

更に、上述の制御ユニットに加えて、本発明は、図６Ａ及び図６Ｂ−図６Ｄのいずれかに示される各ステップをネブライザ用制御ユニットのプロセッサに実行させるように構成される、コンピュータ可読媒体に担持されるコンピュータプログラムの形で提供されうることが分かるであろう。

当業者には明らかなように、「ネブライザ」という語は、薬剤供給装置又は噴霧器という語と交換可能に使用されることができ、「ネブライザ」という語の使用は、上述され図示される特定のタイプ以外の形式及び設計のネブライザもカバーすることが意図される。

本発明は、図面及び上述の説明において詳しく図示され記述されているが、このような図示及び記述は、制限的なものではなく、説明的又は例示的ものとして考えられるべきであり、本発明は、開示された実施形態に制限されない。

開示される実施形態に対する変更は、図面、開示及び添付の請求項の検討から、特許請求の範囲に記載された本発明を実施する際に当業者によって理解され実現されることができる。請求項において、「含む、有する」という語は、他の構成要素又はステップを除外せず、「a」又「an」の不定冠詞は複数性を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に列挙される幾つかのアイテムの機能を果たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。コンピュータプログラムは、例えば、他のハードウェアの一部と共に又は一部として供給される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体に記憶され／分散されることができることができるが、他の形式で、例えばインターネット又は他のワイヤード又はワイヤレス通信システムを通じて、分配されてもよい。請求項における参照符号は、本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。

Claims (15)

1. ネブライザの動作を制御する制御ユニットであって、前記ネブライザは、アクチュエータと、前記ネブライザから取り外し可能であり、前記アクチュエータが活性化されるとき、液体を霧状化する霧状化素子とを有し、前記霧状化素子及び前記アクチュエータは、接することなく互いに隔てられ、前記制御ユニットは、前記ネブライザの前記アクチュエータのインピーダンスを測定し、前記測定されたインピーダンスと予め決められたインピーダンス値との比較に基づいて、前記ネブライザの前記霧状化素子が前記アクチュエータに対して正しく位置付けられているかどうか判定する、制御ユニット。
2. 前記制御ユニットは、前記アクチュエータの前記測定されたインピーダンスが予め決められたインピーダンス値に等しいか又は予め決められたインピーダンス値の予め決められたレンジ内にある場合に、前記霧状化素子が正しく位置付けられていると判定する、請求項１に記載の制御ユニット。
3. 前記制御ユニットは、前記アクチュエータが第１及び第２の周波数で動作している際、前記アクチュエータのインピーダンスを測定し、前記測定されたインピーダンスの両方が個々の予め決められたインピーダンス値に等しいか又は予め決められたインピーダンス値の予め決められたレンジ内にある場合に、前記霧状化素子が正しく位置付けられていると判定する、請求項１に記載の制御ユニット。
4. 前記制御ユニットは更に、前記霧状化素子が前記ネブライザに正しく位置付けられていると判定される場合に、液体を霧状化するように前記アクチュエータを活性化する、請求項１、２又は３に記載の制御ユニット。
5. 前記制御ユニットは、前記霧状化素子が正しく位置付けられていないと判定される場合に、前記アクチュエータを非活性化する、請求項１、２、３又は４に記載の制御ユニット。
6. 前記制御ユニットは更に、前記ネブライザのユーザに、前記霧状化素子がユーザによって位置付けし直される必要があるという標示を提供する、請求項５に記載の制御ユニット。
7. 前記制御ユニットは更に、前記霧状化素子が正しく位置付けられていないと判定される場合に、前記アクチュエータの振動周波数を調整する、請求項１、２、３又は４に記載の制御ユニット。
8. 前記制御ユニットは更に、前記霧状化素子が正しく位置付けられていないと判定される場合に、前記ネブライザにおける第２のアクチュエータを使用して前記アクチュエータ及び前記霧状化素子の相対位置を調整する、請求項１、２、３、４又は７に記載の制御ユニット。
9. 前記制御ユニットは更に、前記調整後に前記アクチュエータのインピーダンスを再び測定する、請求項７又は８に記載の制御ユニット。
10. 前記制御ユニットは、
    （ｉ）特定の振幅をもつ正弦波電圧を前記アクチュエータに印加し、派生電流の振幅と、前記派生電流及び前記印加電圧の間の位相シフトと、を測定する；又は
    （ｉｉ）動作中、前記アクチュエータの両端の電圧と、前記アクチュエータを通る電流とを測定する、
    ことによって、前記アクチュエータのインピーダンスを測定する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の制御ユニット。
11. 霧状化されるべき液体を格納するリザーバチャンバと、
    前記リザーバチャンバに格納される液体を振動させるアクチュエータと、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の制御ユニットと、
    を有するネブライザ。
12. ネブライザを制御する方法であって、前記ネブライザは、アクチュエータと、前記ネブライザから取り外し可能であり、前記アクチュエータが活性化されるとき、液体を霧状化する霧状化素子とを有し、前記霧状化素子及び前記アクチュエータは、接することなく互いに隔てられ、前記方法は、
    前記ネブライザの前記アクチュエータのインピーダンスを測定するステップと、
    前記測定されたインピーダンスと予め決められたインピーダンス値との比較に基づいて、前記ネブライザの前記霧状化素子が前記アクチュエータに対し正しく位置付けられているかどうか判定するステップと、
    を含む方法。
13. 前記アクチュエータの前記測定されたインピーダンスが予め決められたインピーダンス値に等しいか又は予め決められたインピーダンス値の予め決められたレンジ内にある場合、前記霧状化素子が正しく位置付けられていると判定される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記測定するステップが、第１及び第２の周波数において前記アクチュエータのインピーダンスを測定することを含み、
    前記判定するステップが、前記測定されたインピーダンスの両方が個々の予め決められたインピーダンス値に等しいか又は予め決められたインピーダンス値の予め決められたレンジ内にある場合に、前記霧状化素子が正しく位置付けられていると判定することを含む、請求項１２に記載の方法。
15. コンピュータ又はプロセッサによって実行されるとき、請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の方法の各ステップを前記コンピュータ又はプロセッサに実施させるコンピュータプログラムコードが組み込まれたコンピュータ可読媒体。

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