JP6799529B2 - 小型圧力センサ起動を備えるタイダルドライパウダー吸入器 - Google Patents

Description

本願は、２０１４年８月２８日付けで出願されたタイトル「小型圧力センサ起動を備えるタイダルドライパウダー吸入器」の米国特許出願第６２／０４３，１２６の優先権を主張するものであり、その内容は参照によって本願に完全に組み込まれる。

本開示は、一般的に、例えば薬剤投与用の吸入器に関する。特に、本開示は、タイダルドライパウダー吸入器内の吸入検出用の小型圧力センサの使用に関する。

吸入及び／又は吐出の検出は、しばしば肺の状況の診断および治療で必要とされており、ピークフローメーターおよび肺活量計のような装置がしばしば用いられている。

肺活量計は、患者の肺によって吸われおよび吐かれた空気の体積を測定するための装置である。肺活量計は、通気、つまり肺へのおよび肺からの空気の移動を測定する。肺容量曲線として知られ、肺活量計によって出力された記録波形から、異常な（閉塞性または拘束性のある）通気パターンを識別することができる。既存の肺活量計は、圧力変換器、超音波および水ゲージを含む様々な異なる測定方法を用いる。

吸入器またはプッファー（手動作動式吸入器）は、肺を経由して体内に薬剤を送達するために用いられる。これらは、例えば喘息や慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）の治療に用いることができる。吸入器のタイプは、定量吸入器（ＭＤＩｓ）、ドライパウダー吸入器（ＤＰＩｓ）、および、噴霧吸入器（ネブライザイザー）を含む。

現代の呼吸制御式の噴霧吸入器は、一般的に２つのカテゴリー（呼吸強化式または呼吸作動式）に分類される。呼吸強化式の噴霧吸入器は、患者の気流を用いて、患者へのエアロゾルを含む薬の流れを制御する。エアロゾルは、これらの噴霧吸入器内で連続的に発生されるので、いくらかは環境へ逃げていく。呼吸作動式の噴霧吸入器は、患者の呼吸でエアロゾル発生器をオンおよびオフにするために、吸入及び／又は吐出の検出を用いる。薬が環境へ失われることがあったとしてもほんのわずかであるため、これは、呼吸強化式の噴霧吸入器と比較して効率性を改善する。呼吸作動式の装置での検出は、一般的に熱及び／又は圧力センサによる。

タイダル（自発）呼吸と関連する流れを監視するために、圧力センサが最も便利である、というのも、圧力情報は、流れを測定するために用いることができ、その後に体積を測定するために用いることができるからである。

呼吸検出のために用いられる圧力センサは、一般的に、気道（該気道を通じて患者は吸入する）の一部分にわたる圧力差を測定する。これは、一般的には、管材や他の適切な導管によって、センサを前記気道に接続する２つの接続を用いて行なわれる。他方のポートを大気へ開放して、気道への単一の接続を用いることもできる。気道内の圧力が、流れが適用される前および後の双方で測定されるのであれば、シングルポートゲージタイプのセンサが用いられてもよく、測定値の差は、空気経路抵抗にわたる所望の圧力差を示す。しかしながら、最初の測定値（流れなしの測定値）に関連する不確実性は一般的に高い。

用いられる圧力センサのタイプに関わらず、圧力センサは、一般的に、フレキシブルな管材を用いて、患者の気道に接続される。このようなシステムの欠点は、薬漏れ、または、患者の分泌液（粘液、唾液等）の形式での液体汚染に関係するセンサ損傷の可能性である。圧力センサをこのような汚染から隔離するために、製造業者は、しばしば、エラストマー管材を用いて、圧力センサを測定箇所からいくらか離して位置させる。しかしながら、液体は、それでも管材内で濃縮していることがあり、患者に対して露出されるが一般的には清掃のためにアクセスできないエリアでの細菌繁殖のための環境を作りかねない。

従来の圧力センサの別の問題は、熱ドリフトである；圧力測定値が局所温度の変化で経時的に変化しうる現象である。追加の回路を用いて当該ドリフトを補償することができるが、これはコストおよび体積を増やし、必要電力を増加させる。当該回路は、圧力センサ自体内に位置されてもよいが、センサは一般的に測定されているガスからいくらか離されていることを考慮すると、検出された温度は、そのガスを表すものにならないかもしれない。温度監視回路が、患者に置かれてもよいが、これはさらなる構成要素を追加し、コストおよび複雑性を増加させる。

従来の圧力センサのさらに別の問題は、高周波（ＲＦ）暴露に対しての影響の受けやすさである。これは、携帯電話のようなラジオトランスミッタに接近させて作動させたときに、実際に問題になりうる。他の潜在源は、ＷｉＦｉルーターやコードレス電話のような無線通信装置、および、無線ネットワークプリンタのような他の様々な形式の情報技術（ＩＴ）装備を含む。従来の圧力センサの問題はヒステリシスであり、変形後に元の形態、形状、または位置に戻るダイアフラムのような圧力検出材料のリラクタンスである。これは、異なる方向から（目標圧力の上方または下方のどちらかから）同じ圧力を通過するときに出力の差異として観測される。非常に低い圧力変化を取り扱うとき、このようなオフセットは、測定されている信号を隠すほど十分に大きくなりうる。

（例えば、非通気マスクまたはマウスピースを含む噴霧吸入器や装置、特に呼吸障害を患った小児や患者に用いられるものにおける）タイダル呼吸検出に用いられるセンサは、典型的には０から１０ｋＰａまでのレンジをカバーするが、当該レンジのとても低い端部分（例えば０から２００Ｐａ）だけが実際に用いられる。ヒステリシス効果は、このレンジでは顕著である、というのも、センサは、非応力状態（０Ｐａ）から応力状態（＞０Ｐａ）へ遷移せしめられるからである。かくして、圧力が最初に適用されたとき、この応力が克服されない限り、センサは、線形応答を提供しないしであろうし、最適未満の感度を示すであろう。

しかしながら、構成要素の小型化により、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）圧力センサおよびナノエレクトロメカニカルシステム（ＮＥＭＳ）圧力センサのような小型圧力センサが改良されてきている。ＭＥＭＳ圧力センサは、呼吸器系の用途に用いられ始めている。

上記で述べられた欠点のいくらかまたは全部を回避するドライパウダー吸入器を起動する新規な手段が以下で記載される。

第１の態様によれば、タイダルドライパウダー吸入器が備えられ、該吸入器は：小型圧力センサを備え、前記圧力センサのセンサポートは、流路に通気連結（空気的に連結）されており、該流路を通じてユーザは吸入することができるものであり；プロセッサを備え、該プロセッサは、圧力センサの検出素子から受信されたデータを処理して、前記流路を通じた自発呼吸の吸入が進行中であることの判定を下すように構成されており；コントローラを備え、該コントローラは、前記判定に応答して、投与開始信号を発するように構成されており；および、投与機構を備え、該投与機構は、前記投与開始信号の受信に応答して、前記自発呼吸の吸入中に、ドライパウダー薬剤を前記流路に放出するように構成されている。

小型圧力センサは、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）圧力センサ、または、ナノエレクトロメカニカルシステム（ＮＥＭＳ）圧力センサでよい。

プロセッサは、前記検出素子から受信された前記データが、流路での空気流量が所定の投与開始閾値に達したことを示しているとき、前記判定を下すように構成されてよい。前記所定の閾値は、所定のピーク吸気流量（ＰＩＦ）値の５０％未満、例えば、３０％と３５％との間、例えば３２％でよい。

前記投与機構は、離散タイムパケット（discrete time packets、離散時間単位）に薬を放出するように構成されてよい。前記離散タイムパケットは、約５０ｍｓから約５００ｍｓの、例えば、約５０ｍｓから約２００ｍｓの、好ましくは１００ｍｓから約２００ｍｓの、最も好ましくは１００ｍｓの、継続時間を有していることが好ましい。

前記プロセッサは、前記流路を通じた自発呼吸の吸入が進行中であることの判定を下した後に、前記検出素子から受信されたデータを処理して、ユーザの肺の目標体積が満たされたことの判定を下すように構成されてよい。前記コントローラは、さらに、ユーザの肺の目標体積が満たされたことの前記判定に応答して、投与停止信号を発するように構成されてよい。投与機構は、さらに、前記投与停止信号の受信に応答して、ドライパウダー薬剤の流路への放出を停止するように構成されてよい。

プロセッサは、検出素子から受信された前記データが、時間的に平均化された前記流路での空気流量が所定の投与停止閾値に達していることを示すとき、ユーザの肺の標的体積が満たされたことの判定を下すように構成されてよい。

吸入器は、再使用可能な部品および取替え可能な薬カートリッジを備えてよい。前記の再使用可能な部品は、電子カートリッジ識別手段を備えてよい。前記電子カートリッジ識別手段は、直接接続によって、または無線技術を用いることによって実施されてよい。直接接続は、プルアップ抵抗のような論理回路、または、ジャンパ、または、電気的消去可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）のような不揮発性メモリ、または、再使用可能な部品によって読取り可能なフラッシュを含んでよい。無線接続は、ＢＬＥ、または、無線ＩＤ（ＲＦＩＤ）タグのような近距離無線通信（ＮＦＣ）を含んでよい。

圧力センサは、ＭＥＭＳ気圧センサでよい。当該センサは、ピエゾ抵抗素子ＭＥＭＳ圧力センサまたは容量ＭＥＭＳ圧力センサでよい。

前記プロセッサは、センサに備えられてよい。

吸入器は、前記プロセッサに連結された無線トランスミッタまたはトランシーバをさらに備えてよい。

吸入器は、肺活量計機能を備えてよい。

センサは、流路の内部に位置されてよい。該センサは、流路の内壁の凹部内に位置されてよい。

センサは、流路の外部に位置されてよい。前記センサポートは、流路の壁の開口を経由して流路に通気連結されてよい。吸入器は、センサポートを前記開口に通気連結するように配置されたシールをさらに備えてよい。前記シールの少なくとも一部は、センサと壁との間に挟まれてよい。前記シールの少なくとも一部は、前記壁の外面から、センサが取り付けられる面までのびて、壁に隣接する空気チャンバ内にセンサを包囲してもよい。

装置は、センサと壁との間に挟まれた熱伝導ガスケットをさらに備えてよい。前記熱伝導ガスケットは、シールとして機能してよい。

装置は、前記センサポートを前記流路から分離する通気性、非通水性フィルタをさらに備えてよい。

前記壁および前記シールは、二段階成形工程によって形成されてよい。

センサは、金属製のハウジングを備えてよい。吸入器は、センサの検出素子から受信されたデータを格納するように構成されたデータバッファをさらに備えてよい。前記データバッファは、任意で、センサ内に備えられてよい。前記データバッファは、１つの吸入／吐出の波形に対応するデータを格納するように構成されてよい。前記データバッファは、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）データバッファでよい。

吸入器は、環境気圧活動を監視するための追加のＭＥＭＳ気圧センサをさらに備えてよい。

吸入器は、センサから及び／又はセンサへ、データを通信するように構成されたトランスミッタ、レジーバ、または、トランシーバをさらに備えてよい。前記トランスミッタ、レジーバ、または、トランシーバは、無線のトランスミッタ、レジーバ、または、トランシーバでよい。前記無線のトランスミッタ、レジーバ、または、トランシーバは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）サブシステム、任意で、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）集積回路またはシステムオンチップ（ＳｏＣ）でよい。前記トランスミッタ、レジーバ、または、トランシーバ、および、センサは、単一の集積回路またはＳｏＣに備えられてよい。センサは、プリント回路基板（ＰＣＢ）に取り付けられてよい。

吸入器は、センサに電力を供給するように配置されたバッテリを、任意でコイン型電池をさらに備えてよい。

センサは、２０パスカルまたはそれ未満の感度を有してよい。

センサは、検出素子を備えてよい。プロセッサは、１００Ｈｚ以上の周波数で前記検出素子をポーリングするように構成されてよい。

吸入器は、センサのスイッチを入れるための及び／又はセンサを低電力状態から起ち上げるための制御手段をさらに備えてよい。プロセッサは、前記検出素子から風袋値を取得し、検出素子から受信されたデータを較正し、その後に前記風袋値を用いることによって、前記制御手段が圧力センサのスイッチを入れ及び／又は圧力センサを立ち上げることに応答するように構成されてよい。

プロセッサは、センサによって測定値の移動平均から動的ゼロを測定し、センサを前記動的ゼロに従って動的に較正するように構成されてよい。

プロセッサは、センサの検出素子から受信されたデータにおけるセンサに固有の電気的ノイズ及び／又は環境異常を除去するように構成されてよい。吸入器は、温度センサを、任意で圧力センサと一体化された温度センサをさらに備えてよい。プロセッサは、任意で圧力センサおよび温度センサのどちらか１つに備えられてよく、温度センサの検出素子から受信されたデータから測定された温度補償を、圧力センサの検出素子から受信されたデータに適用してよい。

吸入器は、マウスピースをさらに備え、前記センサポートは、前記マウスピースと通気連通して流路に通気連結されてよい。センサは、投与計画に対するアドヒアランス及び／又は薬送達のコンプライアンスを監視する処理のために、データを収集するように構成されてよい。

第２の態様によれば、タイダル吸入器によるドライパウダー薬剤投与の方法が備えられ、該方法は：センサポートを備える前記吸入器の小型圧力センサが、前記センサポートでの圧力変化を検出し、前記センサポートは、流路に通気連結されており、該流路を通じてユーザは吸入することができ；前記検出に応答して、前記流路を通じた自発呼吸の吸入が進行中であることの判定を下し；前記判定に応答して、投与開始信号を発し；そして、前記投与開始信号の受信に応答して、吸入器の投与機構が、前記自発呼吸の吸入中に、ドライパウダー薬剤を流路に放出する。

小型圧力センサは、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）圧力センサ、または、ナノエレクトロメカニカルシステム（ＮＥＭＳ）圧力センサでよい。

センサポートでの前記圧力変化が、流路での空気流量が所定の投与開始閾値に達したことを示すとき、上記の判定がなされてよい。前記所定の投与開始閾値は、センサの内部ハードウェアレジスタにプログラムされてよい。上記の判定は、センサによって実施されてよい。投与信号を発することは、センサによって実施されてよい。前記所定の閾値は、所定のピーク吸気流量（ＰＩＦ）値の５０％未満、例えば３０％と３５％との間、例えば３２％でよい。

前記放出は、１または複数の離散タイムパケット中続いてよい。前記離散タイムパケットは、約１００ｍｓの継続時間を有してよい。

方法は、前記流路を通じた自発呼吸の吸入が進行中であることの判定に続いて、ユーザの肺の目標体積が満たされたことの判定を下すステップをさらに備えてよい。方法は、ユーザの肺の目標体積が満たされたことの判定に応答して、投与停止信号を発するステップをさらに備えてよい。方法は、前記投与停止信号の受信に応答して、投与機構が、ドライパウダー薬剤の流路への放出を停止するステップをさらに備えてよい。

センサポートでの前記圧力変化が、時間的に平均化された流路での空気流量が所定の投与停止閾値に達していることを示すものであるとき、ユーザの肺の目標体積が満たされたことの判定がなされてよい。当該方法は、複数の連続する自発呼吸にわたって繰り返えされてよい。当該方法は、センサによって収集されたデータ、及び／又は、センサによって収集されたデータに由来するデータを、吸入器の外部の装置へ無線送信するステップをさらに備えてよい。

方法は：センサのスイッチを入れまたはセンサを低電力状態から立ち上げ；前記センサのスイッチが入ること、センサが立ち上がることに応答して、センサの検出素子から風袋値を取得し；そして、検出素子から受信されたデータを較正し、その後に前記風袋値を用いるステップをさらに備えてよい。

方法は：センサによって測定値の移動平均から動的ゼロを測定し、センサを前記動的ゼロに従って動的に較正するステップをさらに備えてよい。

方法は：追加のＭＥＭＳ気圧センサを用いて環境気圧活動を監視し；そして、流路に通気連結されたセンサポートを有するセンサを、前記追加のセンサと対比して較正するステップをさらに備えてよい。方法は、センサの検出素子から受信されたデータをデータバッファに格納するステップをさらに備えてよい。前記データは、１つの吸入／吐出波形に対応してよい。

方法は、センサから及び／又はセンサへデータを通信するステップをさらに備えてよい。前記通信は、無線でよい。前記無線通信は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）プロトコル、任意でＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）プロトコルでよい。

方法は、１００Ｈｚ以上の周波数でセンサの検出素子をポーリングするプロセッサをさらに備えてよい。

方法は、センサの検出素子から受信されたデータにおける固有の電気的ノイズ及び／又は環境異常を除去するステップをさらに備えてよい。

方法は、温度センサの検出素子から受信されたデータを用いて、温度補償を圧力センサの検出素子から受信されたデータに適用するステップをさらに備えてよい。

方法は、吸入器のユーザによって吸入または吐出された空気の体積を、センサの検出素子によって検出されたデータから測定するステップをさらに備えてよい。

方法は、センサの検出素子によって検出されたデータを用いて、投与計画に対するアドヒアランス及び／又は薬送達のコンプライアンスを監視するステップをさらに備えてよい。第３の態様によれば、第２の態様の方法を実施するコンピュータプロセッサによる実行用の指示を備えるコンピュータプログラム製品が備えられる。

第４の態様によれば、添付の図面を参照してここで実質的に記載されるような吸入器が備えられる。

第５の態様によれば、添付の図面を参照してここで実質的に記載されるような方法が備えられる。第６の態様によれば、添付の図面を参照してここで実質的に記載されるようなコンピュータプログラム製品が備えられる。

本発明の例示は、添付の図面を参照して以下で記載される。

呼吸検出用の小型圧力センサのための配置例を流路と関連付けて示す。 呼吸検出用の小型圧力センサのための配置例を流路と関連付けて示す。 呼吸検出用の小型圧力センサのための配置例を流路と関連付けて示す。 呼吸検出用の小型圧力センサのための配置例を流路と関連付けて示す。 呼吸検出用の小型圧力センサのための配置例を流路と関連付けて示す。 一例に係るセンサ電子機器の回路図である。 ＣＯＰＤを患った高齢の患者の自発呼吸中の流量と体積との関係を示す。 一例に係る薬投与方法を示すフローチャートである。

図中に示される構成要素は正寸ではなく、働きを示すだけにすぎない。同様の構成は、同様の参照符号によって示される。

上記で述べたような、差分（２ポート）タイプの圧力センサや、使用前および使用後のそれぞれで測定がなされるシングルポートゲージタイプのセンサに加えて、絶対圧または気圧センサを利用することができる。気圧センサは、真空を参照する。高度は気圧測定値から推測することができるので、これらはときに高度計とも呼ばれる。このタイプのセンサは、その極端に広いレンジ（２０から１１０ｋＰａ）および低い分解能ゆえに、呼吸検出での使用が考慮されていない。どのように典型的な呼吸プロファイルがたった０．２ｋＰａのオーダーの圧力変化を生じさせうるかを考慮すると、これは、その作動レンジの極端に狭い部分に渡りセンサを作動させることを要求するであろう。しかしながら、ＭＥＭＳおよびＮＥＭＳの技術の導入を含む小型化により、さらに改良されたセンサを現在利用することができる。典型的なＭＥＭＳ気圧センサは、２０ｋＰａから１１０ｋＰａまで作動する能力を有しており、そして、既知の流体抵抗を有する流れ経路に通気連結されているとき、３０ｌｐｍ（リッター／分）未満の流量を検出することができる。

気圧センサを使用することで、気圧を、測定サイクルを通じたベースラインとして用いることができ、それによって、他のシングルポートのアプローチの不確実性に対処することができる。

また、局所の気圧の知識を有することで、患者の肺機能への洞察を提供することができる。大気圧の変化が、例えば接近する暴風雨前線と関連するようなそれが、おそらく喘息やＣＯＰＤの事象にすら関連する患者の呼吸に影響を与えるかは疑わしい。

気圧センサは、すでに圧力が加えられた状態であり、装置内において真空下でシールされた内蔵の参照ポートを有している。これは、これらが関心領域で低いヒステリシスを有するこということである。

それらの検出素子の極端に小さいサイズと質量により、ＭＥＭＳセンサは、極端に小さい圧力変化に対して反応することができる。１Ｐａほどの低い圧力変化を分析できるものもある。

ＭＥＭＳ気圧センサは、必須のアナログ回路の全てをセンサパッケージ内に含んでよい。温度補正及び／又はデジタルインターフェースは、圧力センサに組み込まれてもよい。

例えば、ＦｒｅｅｓｃａｌｅＭＰＬ３１１５Ａ２ＭＥＭＳ気圧計／高度計チップ（圧力センサ）は、デジタルであり、圧力情報をホストマイクロコンピュータへ通信するＩ＜２＞Ｃインターフェースを使用する。

ＭＥＭＳ気圧センサは、金属内に包まれてよい。これは、ＲＦ遮蔽、および、温度補償に対する良好な熱伝導性を提供する。

ＭＥＭＳ気圧センサは、また、ローコストで、低電力で、とても小さい。これは、これらを、例えばコイン型電池のようなバッテリによって電力供給されるような、持ち運び可能及び／又は使い捨て可能な装置での使用に特に適したものにする。

ＭＥＭＳ気圧センサの小さいサイズにより、これらを既存の設計の吸入器に組み込むことが容易になる。これらをマウスピース内またはマウスピースに隣接して組み込んで、患者の吸入または吐出によりもたらされる圧力変化をより正確に測定することがより容易になるであろう。

小型気圧センサは、あらゆる種類の管材を必要としない空気の経路への小さな穴だけを用いて、患者の気道に直接的に接続されてよい。これは、エラストマー管材に関連する結露および潜在的な細菌繁殖の可能性を最小限にする。汚染から検出素子を保護する、例えばジェルシールのような内部シールが含まれてよい。

このタイプの配置例が図１に示されている。小型気圧センサ１１０が、流路１２０に向けて配置されており、該流路を通じて患者は呼吸する。気流は、実質的に、矢印１３０によって示される軸方向となる。センサポート１１１は、空気（気密）シール１４０によって流路壁１２２の開口１２１と一直線になるようにシールされている。（センサポートと流路との間の通気接続がある限り、当該シールが完全に気密である必要はない。）。センサポート１１１は、任意で、フィルタを、例えば通気性、非通水性のフィルタを備える。流路およびシールは、二段階成形工程によって形成されてよい。圧力センサ１１０は、電源および他の電子機器への接続を提供するプリント回路基板（ＰＣＢ）に取り付けられてよい。

シール１４０を開口１２１とセンサポート１１１との間の通路の周りに配置する代わりに、小型センサ全体が、図２に示される通り、流路に隣接するチャンバ内に包囲されてよい。空気シール２４０は、センサ設置面の外側に位置され、流路壁２２２の外面から、センサ２１０が取り付けられる面２５０（例えばＰＣＢの構成要素の面）まで、ずっとのびている。図２は、断面を示し；空気シール２４０は、円形状、正方形状、長方形や他の任意の形状であってよく、センサ２１０の周囲を囲む。シール２４０、センサ取付面２５０、及び、流路壁２２２は、したがって、開口２２１の位置においての流路を除いて外部環境から通気不能に隔離された空洞を形成する。センサポート２１１における圧力は、したがって、開口２２１における流路内の圧力と等しい。

ＭＥＭＳセンサは、内蔵された温度補償を利用することができるので、外部温度センサを使用しなくてもよい。補償は測定位置で正しくなされ、補償の正確さは増加する。温度補償内蔵のＭＥＭＳセンサは、小型呼吸温度計として機能することもでき、追加の情報を患者及び／又はその世話人へ提供する。センサのハウジングが金属であるなら、感度の高い内部回路が、ＲＦ場、例えば携帯電話や近くの外乱と関連するそれから隔てられるだけでなく、センサは、最適な温度補償を提供するために、迅速に局所の温度と平衡になるであろう。

図１および図２の実施形態では、小型センサは、空気隙間によって流路壁から離されている。流路の温度の変化を迅速に検出する小型センサの能力を改善するために、熱伝導ガスケットが図３に示されるように使用されてよい（図３は、他の点では図２と同様である）。

図３の配置例では、トランジスタヒートシンク用のシリコンタイプのような熱伝導ガスケット３６０が、小型センサ３１０の（任意で金属製の）ハウジングと、流路壁３２２との間に設けられる。ガスケットによってカバーされた隣接表面積が大きい程、温度平衡がより素早くなる。ガスケット３６０は、したがって、流路壁３２２を向くセンサ３１０の面全体に実質的にわたってのびてよい。

図４は、配置例を示すものであり、熱伝導ガスケット４６０は、非通気性材料からなり、センサ４１０の表面の輪郭と流路壁４２２に対して歪み、これらの間で圧縮される。これは、したがって、良好な熱接続を提供し、同時に空気シールとして機能し、別のシール要素の必要性を除去する。

センサを流路に隣接して配置することに対しての代替案は、図５に示される通り、センサ全体を、監視される装置の低圧力気道内に配置することである。例えば、センサは、ＤＰＩの本体内または加圧式定量吸入器（ｐＭＤＩ）の“ブーツ”内に配置されてよい。（“ブーツ“という用語は、一般的に薬キャニスタを保持する吸入器の本体を言う。）。この配置では、センサは、気流自体の圧力（および任意で温度）を本当に測定し、改善された正確さを提供する。したがって、流路５２０とセンサポート５１１との間の空気導管を作るシール要素の、または、これらの間での熱平衡を補助する熱伝導ガスケットの必要性もない。また、センサに、参照目的のための外部圧力環境へのアクセスを設ける必要もない、というのも、参照は、真空参照の形式でセンサ自体に既に内蔵されているからである。

図５の実施例では、小型気圧センサ５１０は、流路壁５２２の内部に取り付けられ、任意で、ＰＣＢ５５０を経由して取り付けられる。流路壁５２２は、示されるように、センサ５１０が５３０で示される気流に対する乱れを低減するように位置された凹部５２３を備えてよい。例えば、このような凹部５２３の深さは、センサ５１０の厚さに実質的に等しくてよく、センサポート５１１を備えるセンサの表面が、センサ５１０のどちらかの側で流路壁５２２の内側面の一部と同一平面上になる。凹部５２３は、壁５２２から除去された体積や、示されるように、残りの部分に対して径方向外方へのびる壁の一部でよい。

小型圧力センサは、その小さいサイズゆえに、例えば噴霧吸入器、ＤＰＩｓ、またはｐＭＤＩｓを通じた患者の流れを監視するために用いることができ、したがって、アドヒアランス監視に加えて／代えて、低コストなコンプライアンス監視を容易にし、装置の作動を確認する。前記コンプライアンス監視は、観測される気道への小さい穴を通じて投与装置に、または投与装置自体内に連結する付属の装置を用いて実施されてよい。ＭＥＭＳセンサの小さいサイズ、高いパフォーマンス、および低コストは、それらを、サイズおよび重量が常に吸入器を持ち運ばなければならないであろうユーザにとって主要な動機となるアプリケーションに理想的に適したものにする。

例えば、小型気圧センサは、マウスピース内にまたはマウスピースの近くにあってよい。代わりに、小型気圧センサは、吸入器に取り付けられて吸入器と流体連通するモジュール内に含まれ、かつ、シールがモジュールの内壁と吸入器の本体との間で同じ圧力を維持するように配置されてよい。モジュールは、電子機器、電源、および、小型気圧センサを制御する及び／又は小型気圧センサに電力供給する、及び／又は、有線または無線の手段によってトランシーバへ測定値を送信する通信手段のうち１または複数を任意で備えてよい。モジュールは、固定手段を経由して吸入器に接続（任意で可逆的に接続）され、吸入器の内部と、したがって吸入器本体の１または複数の開口を経由して気流経路と流体連通してよい。

小型圧力センサからの出力がデジタルであるなら、すべての低レベル信号処理は、センサ内でなされてよく、それを外部干渉から遮蔽する。これは、外部回路を有する従来のセンサで挑戦されていたであろうことを、数十オーダーのパスカルの信号で難なくできるようにする。図６は、一例に係る小型気圧センサのいくつかの電気構成要素を概略的に示す。検出素子６０１が、アナログ信号を、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）６０２に送る。ＡＤＣ６０２のデジタル出力信号は、それから、ノイズを低減するために、ローリング平均フィルタによって多くのサイクルに渡って平均化される。様々な平均が、応答時間に対してノイズのバランスをとるために、プログラムコントロール下で選択されてよい。

一例として、ブロック６０３は、６０４での出力に対する８つの異なるオーバーサンプル（即ちフィルタ）比のうち１つを選択する手段を表す。最も早い応答は、ＯＳＲ＝１に対応するが、これはまた最もノイズがある設定である。反対に、ＯＳＲ＝１２８は、最も小さいノイズを導入するが、最も遅い応答を有する。最適な設定は、特定の用途に応じて選択されてよい。１６のＯＳＲ設定であれば、出力は、ほとんどの呼吸器系の用途に対して、十分にクリーンであり、アップデートタイムは十分素早い。

例えば患者の流れプロファイルを記録するために、センサによって検出された圧力のリアルタイム変動と関連する波形を作ることが望ましい。新しいデータが利用可能になる度に、このような波形をセンサの単一の測定値から作成すると、各タップと関連する遅延により、結果として得られる波形は、なめらかな波形というよりは、むらのあるアーチファクトを示すであろう。しかしながら、ＡＤＣ６０２を、例えば約１００Ｈｚといった、適切な周波数で駆動し、そして、同じ速度でデータを読み取ることによって、各タップに示されるデータは、さらに平均化され、その結果、よりいっそうなめらかな波形となる。

それから、平均出力は、データが装置内に組み込まれ接続されたプロセッサよって処理されうるまで、または、オフロード処理のために送信されうるまでの格納のためのサーキュラー先入れ先出し（ＦＩＦＯ）バッファ（図示略）へ送られてよい。このようなＦＩＦＯバッファは、例えば、１つの典型的な呼吸波形とほぼ同じまたはこれより僅かに大きな複数のサンプルを格納し、１つの吸入／吐出プロファイル全体がキャプチャーされることを保障するようにしてよい。波形がリアルタイムで必要とされない場合、バッファを使用することで、センサのシリアルポートの需要が減少する。無線通信の付加により、患者のアドヒアランスおよびコンプライアンスを監視し、このような情報を、例えば患者の流れプロファイルを含むような情報を、スマートフォンまたはタブレットのようなユーザ装置へ通信することができる。ユーザ装置から、データは、任意で、例えば医者のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）のような世話人の装置へ通信されてよい。これは、例えばユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートを経由するといったように、有線接続を用いてなされてもよい。代わりに、無線技術を用いて、製品のハウジングを著しい方法で干渉することなく、結果を外部へ通信することができる。適切な無線技術は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１のようなＷｉＦｉ技術、ＩＥＥＥ８０２．１５のようなメディカルボディエリアネットワーク（ＭＢＡＮ）技術、近距離無線通信（ＮＦＣ）技術、３Ｇのような携帯技術、および、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）のようなＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）技術でよい。無線トランシーバが、例えばＢＬＥチップの形式で、小型センサに接続され、または、それに組み込まれてもよい。

前記無線の接続性は、例えば、装置の作動及び／又は検出された吸入を、リアルタイムで、日付およびタイムスタンプと共に報告するために、用いられてよい。このデータは、外部で処理されてよく、当該処理の結果が、処方箋が再提出されるべきであると判定されたものであるなら、アラートが、患者、及び／又は、世話人、及び／又は、薬剤師へ送られてよい。アラートは、１または複数の吸入器のインターフェース（例えばＬＥＤ及び／又はブザー）を経由して、または、テキストメッセージまたはＥメールを経由して、提供されてよい。他の例として、投与（投薬）レポートが、予定された投与時刻後、所定の期間内に受けられてないなら、リマインダが、患者及び／又は世話人へ送られてよい。アラートは、例えば使用頻度が安全閾値を越えているときに、発生されるようにしてもよい。

代わりに、有線コネクタが、記載されたような小型圧力センサを有する吸入器に、センサと、患者及び／又世話人の装置との間のデータの転送のために設けられてもよい。

噴霧吸入器からのエアロゾル送達は、吸気流量（吸気流速）を調整することによって、肺の特定のエリアに向けられうる。例えば、薬は、特別に形成された高抵抗のマウスピースにより１８−２０ｌｐｍの範囲で定められた流量での持続吸入中に患者へ放出されうる。肺へ入り込む空気の流量を制御することによって、薬送達からあるエリアを排除することが、最初にそれらを新鮮な空気で満たし、それから一旦満たされると、エアロゾル発生器を起動して、まだ満たされうる肺のエリアが薬剤を受けることができるようにすることによって、可能となる。

このようなシステムの予測可能性は、吸気中に調整された流量を有することに依存するものであり、これは多くの患者にとって自分自身で達成することが難しく、例えば幼い子ども達のようなケースでは不可能である。患者の呼吸に対して制限を意図的に導入することによって、ある程度の流量調整が実施され、それから肺充填におけるある程度の制御が発揮できるようになる。最適な肺沈殿のために、このような技術は、患者が数秒間続く単一の吸入を実施することを要求する。しかしながら、ある患者にとって、気道の制限および長期間（延長された）吸入のどちらも許容することができない。

加えて、制限を受けた呼吸は、負の胸腔内圧を生む可能性があり、より小さな気道を、そして、潜在的に、目的とされている肺のそれらの部分を実際に遮断しうる。

これらのシステムによって必要とされる長期間吸入は、また、ある患者にとって難しいかもしれない。ドライパウダー吸入器は、水性噴霧吸入器よりも素早く薬剤をエアロゾル化することができる。ドライパウダー薬剤は、また、水溶液よりもより濃縮されがちである。従って、長期間吸入は、ドライパウダー吸入器に必要とされないかもしれない。

流量調整に必要とされる長期間吸入および制限は、定義上当然に患者に単純なタイダル呼吸以上のことを要求しないタイダル吸入器での使用に適していない。このような用途のために、以下で述べられる離散タイムパケットでの時限の薬送達は、特別な利益を提供するであろう。

吸気タイダル流れ曲線上のどの点を見ても、流れは急速に変化しているようであり、したがって、それを目標とされた薬堆積にとって不適切にする。しかながら、非常に小さな期間にわたって、流れは実際に比較的に一定である。したがって、計量された用量のドライパウダーをこれらのとても短いタイムスロット内に送達することによって、通常のタイダル呼吸を用いて、目標とされた薬堆積の利益を達成することができる。薬は、一定の流れの期間中に放出されるにもかかわらず、目標とされる肺の特定のエリアは、複数回の呼吸にわたって投与されうる。この方法は、患者が単一の長い吸入を実施することから解放し、そして制約のあるマウスピースの必要性を除去する。

この方法が信頼可能に機能するために、吸入器は、１つの呼吸からその次までの吸入曲線上の正確に同じ点で離散パケットに薬を放出しなければならない。前記曲線は、制約のあるマウスピースを使用しないときにより容易に変化しうるので、当該点は、非常に特別な流れにならなければならないであろう。これは、小型圧力センサを使用することで可能である。薬は常に同じ流量で放出されうるので、小型圧力センサを用いて流量を測定することは、患者の呼吸パターンの変化が自動的に提供されるということである。

圧力検出が薬送達のタイミングを測定するのに用いられるとき、考慮する鍵となるパラメータは、ピーク吸気流量（ＰＩＦ）であり、これは、吸気流量が減少しはじめる点を定義する。ＰＩＦはまた、最大圧力変化に対応し、したがってセンサの必要な作動レンジを知らせる。呼吸器薬送達の目的のために、ＰＩＦに達する前に薬を患者へ導入することが重要である、というもの、主として、そのときまでに肺体積のほとんどが既に満たされているからである。薬をエアロゾル化しそれを取り込みのために患者の気道へ提供するのに必要な時間を考慮して、吸気サイクルのできるだけ初期に薬を放出することが望ましい。

健康な成人は、典型的には、３０ｌｐｍより高いピーク吸気流量を示し、一方、ＣＯＰＤの成人は、よりいっそう高い流量を示す。嚢胞性線維症（ＣＦ）に苦しむ成人は、１６から１９ｌｐｍくらいの僅かに低いピーク流量を示す。したがって、このようなピーク流量から、センサは、１６から６０ｌｐｍのレンジを取り扱うことができるべきである。

上記データは、気道抵抗をほとんど用いない様々な研究のレビューから得られたことに留意すべきである。あらゆる種類の吸入器で、気流に対するある程度の抵抗は常にあるであろう。圧力センサを用いて患者の流れを測定する装置は、測定される圧力降下を発生させるために、実際にこの抵抗に頼っている。ある程度の抵抗が必要とされるが、ＣＯＰＤの患者にとってのこのパラメータに対する感度についてのデータがないことから、患者にとって快適なほどに十分に小さくしかも必要な圧力降下を発生させるほどに十分に大きな抵抗を用いることが好ましい。約０．０６ｃｍＨ２０＜０，５＞／ｌｐｍのＲ値が適切である。

上記データは、安静時の患者の呼吸と関連するピーク吸気流量のレンジを示しており、エアロゾルが送達されるべきときの流量を示していない。どちらかといえば、それは、エアロゾル送達が停止されるべきときの流量を示す。エアロゾル発生の実際の点は、肺がまだ満たされてきている吸気サイクルにおける初期に存在すべきである。

ピーク流量は、出合うであろう患者のレンジに対して定められているのだから、適切なトリガー閾値を特定することができる。ピーク流量は、典型的な成人ではおおよそ３０ｌｐであり、典型的な小児ではおおよそ１５ｌｐｍである。エアロゾル発生器が、約１２ｌｐｍで始動するとすれば、薬は、成人のＰＩＦまでの道筋のおおよそ３分の１で放出されるが、小児のＰＩＦの３分の２近くで放出されるであろう。これは、固定の閾値が低いＰＩＦ値の患者にとっては吸気サイクルの非常の遅くに薬を放出するであろうことを示唆している。

このような患者に適応するために低いトリガー閾値を用いることができるであろう一方で、代わりのアプローチは、１、又は２以上のサイクルに対して患者の呼吸を監視することであろう。これは、ワンタイム“吸入器パーソナライゼーション”ルーチンとしてなされうるものであり、例えば医者のアポイントメントで、または、装置上の表示器によってまたはｅメールやテキストメッセージで患者へ提供されたリマインダに応答して、または、（投与が、例えば喘息発作に対する応答のように、スピードが重視される緊急の応答として意図されないのであれば）患者が１用量を摂取する度に、定期的にアップデートされてよい。パーソナライゼーションルーチンが投与により近づいて実施されるのであれば、投与中における患者の呼吸パターンは当該パーソナライゼーション中のそれとよりマッチしやすくなり、したがって、ターゲティングはより正確になる。この方法では、個々のＰＩＦ値を決定することができ、そして、適切な固定の閾値を、特別な患者およびＰＩＦに対して設定することができる。この可変の閾値のアプローチは、閾値を、任意の患者のＰＩＦのある割合とすることを可能にする。その後に続くＰＩＦが、そうして決定された固定の閾値に近付きすぎるまで落ちると、吸入器は、始動が妨げられ、低流量の状態の患者に警報してよい。この場合、患者は、治療を受けるためにより強く呼吸をしなければならないであろう。実際、閾値は、実際の患者の吸入履歴に基づくであろうものなので、履歴が設けられているとき、彼らは自分たちがしていたように呼吸をするだけでよいだろう。上記の可変アプローチによって促進されるように、エアロゾル発生器を吸気曲線上のある点で常に始動することは、一貫性のある投与を補償する一方、十分に低いトリガーを達成することができるのであれば、関連するコンプライアンスは必要ないかもしれない。信頼できるトリガーが、典型的な小児のＰＩＦの約５０％で達成されうるのであれば、当該同じトリガーは、成人の患者にとってはよりいっそう初期に生じるであろう。ゆえに、別のアプローチは、トリガーを、予測される最も低い患者のＰＩＦに対してできる限り低くすることであろう。上で示されたデータに基づけば、これは、およそ１６ｌｐｍであろう。

以下のパラグラフにおいて、達成されるうることを理解するために、考慮が可変および固定の双方の閾値に対して与えられるであろう。ＭＥＭＳ気圧センサは、経時的に変化しうる環境気圧に応答するので、後に続くトリガーが基準とする最初の測定値に注意を払うべきことに、留意すべきである。自動ゼロ値・ゼロリーディング（即ち風袋）は、吸入信号を監視する直前に実行されてよい。この値を局所の環境気圧の変化に応答して経時的に変化させることもできるが、治療が数分内で完了されるのであれば、問題を生じさせるようなことは望まれないであろう。代わりに、第２の気圧計チップが気圧の活動の経過を記録するために用いられてよく、これにより、第１のチップを呼吸検出のためにもっぱら使用することができる。

検出閾値がなんであろうと、それはソフトウェアまたはハードウェアのどちらで実施されもよい。前者は、圧力データをセンサからリアルタイムで収集するマイクロコントローラ上で作動するソフトウェアを用いて実施されてよい。後者は、一方、内部ハードウェアレジスタを閾値でプログラミングし、装置の内蔵の割込み機能を該閾値に達したときの信号に対して用いることによって、センサとマイクロコントローラとの間のデジタル通信のこのようなボリュームの必要性を回避する。この方法では、ホストマイクロコンピュータは、装置とのさらなる通信の必要なしに、装置内で閾値を設定して、割込みが生じることを待つ。例えば、センサは、２０Ｐａまたはそれより大きい圧力変化が検出されるときに割込みを生じさせるように設定されてよい。検出素子が、約１００Ｈｚの周波数でポーリングされるなら、センサの内部フィルタは、十分なサンプルを有しており、その内部平均はノイズと区別可能な出力を生じさせるであろう。

流量に加えて、体積（容量）が考慮されるべきである。吸入された体積の大半がすでに起こっている時点で、流量がエアロゾル放出を引き起こすことに用いられるなら、ほとんどの薬は肺へ達しないであろう。これは、最後の約１５０ｃｃ（成人での）がおそらく肺胞にさえ達していないからであろう。むしろ、それは、器官や大きな気道と関連する身体構造上のデッドスペースを満たすであろう。一旦、ＰＩＦに達すると、おおよそ全０．７ｌのうち０．６ｌが既に成人対処者によって吸入されている。これは、ちょうど１つの呼吸で吸入される体積の８５％を示す。言い換えれば、ＰＩＦが達成されたときまでに、タイダル体積（一回換気量）のたった１５％だけがこれから吸入される状態になっている。

図７（"The relationship between spontaneous expiratory flow-volume curve configuration and airflow obstruction in elderly COPD patients", Nozoe et. al, RESPIRATORY CARE Paper in Press, 9 April 2013に基づく）は、年配のＣＯＰＤ患者での自発呼吸中の流量と体積との関係を示す。図７は、おおよそ２．５ｌｐｓ（リッター／秒）でのＰＩＦまでの途中における任意のトリガー点を示し、両波形の第１セクションを通る垂直な実線で表記される。該ラインは、体積波形とおおよそ０．３６ｌで交わり、１回の呼吸で吸入された全体積の０．３６／０．７＝５１％を示す。言い換えると、単一の呼吸の体積のおおよそ半分が既に吸入されている。これは、吸気流量に基づくトリガー点がＰＩＦの５０％またはそれ未満にまで制限されるべきである、ことを示唆する。

考慮されるべき呼吸器薬送達システムの重要な制限は、エアロゾル／パウダー発生器がそのトリガーに応答するのにかかる時間である。例えば、１呼吸あたり１回だけに制限され１００ｍｓの継続時間の離散パケットでエアロゾルを送達する噴霧吸入器を考える。それは、エアロゾル発生器が最初に起動された（即ち始動された）ときからエアロゾルを排出するのにおおよそ４０ｍｓを要求するものとする。また、最大呼吸数が約３３ＢＰＭ（呼吸／分）であり、各呼吸が１．８秒続くものとする。Ｉ：Ｅ（吸入対吐出）比が１：３であるとすると、吸入は、１．８／４＝４５０ｍｓ続くであろう。ＰＩＦに達する時間は、それならおおよそこの半分、即ち２２５ｍｓである。これは、エアロゾル発生がＰＩＦまでの途中で、この実施例では１１３ｍｓで始動されるなら、エアロゾルは、４０ｍｓ後まで、即ち１５３ｍｓ時点まで実際には放出されないであろう。これは、ＰＩＦまでの道筋の１５３／２２５＝６８％である。とりわけエアロゾルは１００ｍｓにわたって放出されるので、これは、エアロゾル発生の観点からは遅いであろう。この場合、エアロゾル発生は、１５３＋１００＝２５３ｍｓ時点で、即ちＰＩＦを２８ｍｓだけ過ぎて止まる。これはまだ許容できるであろうが、実際に薬を（トリガリングとは対照的に）ＰＩＦまでの途中で放出するために、トリガーは、ＰＩＦに対して約（１１３−４０）／２２５＝３２％であるべきである。この場合、エアロゾル発生は、８５＋１００＝１７３ｍｓ時点で停止し、これはＰＩＦから５２ｍｓ前である。

離散パケットで薬剤を放出する吸入器にとって、トリガー点を調整することにより、上述の呼吸作動式の噴霧吸入器の目標薬体積モードをエミュレートすることが可能となる。これは、患者が特別に調整された流量で長期呼吸をする必要性を回避する。薬パケットが、吸気サイクルの初期で投与されるのであれば、それらは、肺の末端領域内にまで深く流れる。当該サイクルの末期で放出されると、それらは、肺の上部内へ流れるだけである。これらの間のどこかで放出されると、肺の中間エリアが目標とされる。吸気流量が、薬送達の期間にわたって比較的に一定であるなら、各パケット放出の特定の時刻および継続時間を制御することによって、薬送達を肺の異なる部分に向けることができる。この方法では、単純なタイダル呼吸を用いて、流量制限・目標薬堆積・呼吸作動式の噴霧吸入器の療法をエミュレートすることができる。これは、目標薬送達を、あらゆる理由により長期呼吸をすることができない幼児、小児および成人に対して利用可能なものとする。

このような吸入器のためのドライパウダー薬剤は、単一の用量に対しての正確な量の薬剤を収容するブリスタにパッケージされてよい。これは、１吸入ごとに１回、圧電性のバイブレータを起動することによって、複数回の、例えば５−１０回の、吸入にわたって放出されてよい。トレードオフが、任意のトリガー閾値と、気圧計チップにより発生される内部圧力ノイズとの間に存在することに留意されなければならない。トリガー閾値がますます低い流量（つまり圧力）に調整されるにつれて、チップ内で発生される圧力ノイズが実際の呼吸信号に似始める点に達し、偽のトリガーの可能性をもたらす。実際の呼吸波形をチャプチャーするとき、この同様のノイズが、観測されたトリガー位置で変動性をもたらす。また、このチップは気圧計であるので、トリガー閾値が低いほど、急速な環境変化が実際の信号に似るより高い可能性が存在する。この問題は、ソフトウェアでこれらの異常をフィルターリングすることによって軽減されてよい。

１０−２０個（例えば１２個サンプル）のローリング平均での５ｌｐｍのトリガー閾値は、（０．０４９ｃｍＨ２Ｏ＜０．５＞／ｌｐｍの抵抗を用いると）この実施形態では上手く機能する。上記の３２％トリガーを適用することは、５ｌｐｍ／０．３２＝１５．６ｌｐｍのＰＩＦまで制限するであろう。これは、ＣＦ患者において上記で特定された１６ｌｐｍ未満であるので、これを固定の閾値として使用することができる。しかしながら、必要に応じて、個々の患者のＰＩＦに基づいて可変の閾値を実施することもできる。

可変のトリガー閾値は、様々な病気や病状を治療する点で好ましいであろう。より大きな軌道の狭窄によって特徴付けられるある病気（慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）、嚢胞性線維症（ＣＦ）、および、喘息を含む）は、インパクションを通じてこれらの同様のエリアで薬堆積を強化する傾向がある。これは、インパクションは流量の増加に伴って増加し、局所の流量は狭窄気道によって増加されるからである。ある局所の薬にとって、これは送達の観点から望ましいものになりうるけれども、より大きな気道でのインパクションを通じた薬のロスは、また、肺の周囲（肺胞）で利用可能な薬の量を減少もさせる。さらに、肺の周囲に達する薬は、あまり長くそこに滞在しない、というのも、より高い流量は、沈殿および拡散、つまり該周囲での堆積の主たる方法に利用可能な時間を減少させるからである。

多くの吸入器は、薬を患者へ送達するために高い流量を必要とする。しかしながら、このような高い流量は、インパクションを、したがって制御できない方法での薬の堆積を助長する。タイダル吸入器は、一方で、よりいっそう低い流量で機能し、したがって、インパクション損失を低減する。一般には、流量が低いほど、より少ない薬が口および喉でインパクションに失われ、意図したインパクションを通じた損失に対して利用可能なより多くの薬剤を（例えば、ＣＯＰＤ、ＣＦ、または喘息の患者の）制約された気道上部に、または、（例えば、肺気腫の患者のように）このような制約が存在しない場合には、肺の周囲に残す。薬の放出が開始される及び／又は停止されるときの流量を制御することにより、薬は、肺の様々な部分に向けられうる。非目標箇所上でのインパクションによる薬の消耗も減少され、したがって、より少ない薬が必要とされ、例えばブリスタのような吸入器の薬の収容部分はより小さくなりうる。吸入器は、常に携帯されることを必要とされることがしばしばあるので、このようなサイズの減少は望ましい。これは、とりわけ、使い捨て可能な薬カートリッジが、再使用可能な吸入器本体とは別々に提供される場合に都合がよい、というのも、カートリッジをより小さくおよびより軽くすることができ、輸送コストは減少し、より効果的な包装が可能になるからである。別の例として、閉塞（例えば腫瘍）が気道上部を閉じ、該閉塞を過ぎた肺へのより深い薬送達が望ましいなら、薬は、インパクションを通じた該腫瘍への薬の損失を最小限にするために、低い流量で放出されてよい。一方、腫瘍への直接的な薬送達が望ましいなら、薬が、高い流量で放出されてよく、腫瘍上で直接的なインパクションを最大限にしうる。

このような正確なオンザフライ（on-the-fly、臨機応変）のターゲッティングは、（例えば、凝集されたパウダーの塊から細かいパウダーの破裂を生む圧電性のバイブレータのような）薬放出機構の応答時間が比較的に速いドライパウダー吸入器では可能である。液体噴霧吸入器の技術は、十分に速い応答を可能にしない、というのも、かなり多くの時間が、メッシュを通じて液体を押し出してそれをエアロゾル化するために必要とされるからである。一例として、ある超音波液体タイプの噴霧吸入器は、０．４秒の超音波振動の開始後に噴霧化の遅延時間を有し、これは、典型的なドライパウダーに関連するそれよりも大きい規模である。別の例として、ＵＳ５５１５８４１Ａは、メッシュ上での液滴形成を伴うメッシュタイプ液体噴霧吸入器に関連する噴霧化での遅延を記載しており、前記液滴は、噴霧化を開始することができるまでに取り除かれなければならない。このような問題は、ドライパウダー吸入器では存在しない。

可変のトリガー点の使用は、再使用可能な部品および使い捨て可能な薬カートリッジを備える吸入器において、様々な目標領域を有する様々な薬を同様の装置に取り付けることができることを意味する。異なるカートリッジが、例えば、直接接続によってまたは無線技術を用いるかのどちからで、電子的に識別されてよい。直接接続は、プルアップ抵抗のような論理回路、または、ジャンパ、または、電気的消去可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）のような不揮発性メモリ、または、再使用可能な部品によって読取り可能なフラッシュを含んでよい。無線接続は、ＢＬＥ、または、無線ＩＤ（ＲＦＩＤ）タグのような近距離無線通信（ＮＦＣ）を含んでよい。

さらに、可変のトリガー点を用いて、目標を臨機応変に変化させてよい。例えば、少量の薬が肺の一部に送達されて、大量の薬が一連の複数のタイダル吸入にわたり別の部分に送達されてよい。これは、単一の長い吸入を用いて実施することができなかった新規な治療を促進する。例えば、肺のより高い場所にある制約されたエリアによってブロックされた肺の深いエリアを目標にすることが望ましい。吸入と吸入との間でトリガー点を調整することによって、最初の吸入では、目標エリアをブロックしているこれらの気道を開くために比較的高い流量で放出され吸入された薬を用いることができ、それから、第２番目の吸入では、残りの容量を、比較的低い流量でより末端の目標エリアに送達することができる。

用いられる小型気圧センサの複雑さに依存するが、チップ自体が、それ自身の圧力測定値の監視に基づいて投与トリガー信号を発生させてよい。上記で記載の通り、ホストプロセッサによって設定されたプログラム可能な閾値は、実際のトリガー点を設定してよい。同様の方法で気道抵抗をプログラムすることも可能であり、したがって、単一のチップが多様な吸入器の用途にそれらに特有の抵抗値をそれぞれ用いて適用されることを可能にする。その後の検索のためにそのＦＩＦＯ内に１つの波形全体を格納するチップは、ホストコンピュータがリアルタイムでこの情報をキャプチャーしなければならないことから解放し、それが別のタスクを実行することを可能にする。

（例えばＢＬＥモジュールを備える）無線スキームが、患者の流れプロファイルをアプリへ送信するために用いられ、該アプリがそれから特定の呼吸パラメータを計算するようにしてよい。吸入器は、それによって、このようなタスクのために必要とされる処理を、例えばスマートフォンプロセッサにオフロードしてよい。呼吸数（ＲＲ）、ＰＩＦのように、このようなアプリによって特定された鍵となる結果は、それから、吸入器にフィードバックされてよい。このような“アプリアプローチ”の別の利点は、患者データの処理を、薬送達装置からアプリへオフロードすることであり、それによって、ハードウェアの必要性を減少し、吸入器とってふさわしい最小のフォームファクターを容易にするであろう。このアプローチのさらなる利点は、スマートフォンを動かすソフトウェアが吸入器を動かすソフトウェアより、より容易に変化させることができることにある。

上記の吸入器の機能に加えて、吸入器用の肺活量計機能がＭＥＭＳ気圧センサを用いて改良されてよい。例えば、ＭＰＬ３１１５Ａ２気圧計チップのようなチップは、タイダル吸入器の用途に必要なリアルタイム圧力のアップデートを提供するのに加えて、それが検出した最大および最小圧力を自動的に記憶することができる。これは、低コストＤＰＩまたはｐＭＤＩ実行監視で用いられてよく、当該装置を用いて患者によって達成されるピーク圧力（したがって、ピーク流量）の単純な評価を提供する。この用途でチップを用いるために、単純なプロセッサが、１）使用前に最大／最小圧力記録をリセットし；２）現在の気圧を“風袋”参照としてキャプチャーし；３）測定される操作手順を監視し；そして、４）記録を読み直す、ために用いられてよい。これらの最後の記録測定値と風袋測定値との間の差は、ピーク呼気または吸気圧力を示す。これらおよび各装置の既知の抵抗から、実際のピーク流量、および、（吸気されたおよび呼気された）体積が計算されてよい。このような機能は、例えば、通信のために使用されないダウンタイム中にＢＬＥモジュールによって提供されてよい。

別の例として、タイダル呼気流れ曲線の検査が、従来の肺活量測定に特有の努力呼気操作手順の必要性なしに、一秒間努力呼気容量（ＦＥＶ１）を、したがって気道閉塞を予測するために用いられてよい。ＦＥＶ１は、普通のタイダル呼吸中に得られたポストピーク呼気流れ情報に基づいて測定されてよい。したがって、普通のタイダル呼吸中に、もっといえば薬送達中に、患者の呼気流れプロファイルをキャプチャーすることによって、気道閉塞をリアルタイムで評価することができる。患者の治療に加えて、吸入器は、それによって、時間をかけた前記治療の有効性も測定してよく、場合により改良された結果につながる。

図８は、一例に係る吸入器による薬投与の方法８００のフローチャートである。ステップ８１０で、ユーザは、マウスピースを通じて呼吸を開始する。ステップ８２０で、マウスピースに通気連結されたセンサポートを備える小型気圧センサは、前記センサポートでの圧力変化を検出する。ステップ８３０で、検出されたデータは、データバッファに格納される。ステップ８４０で、検出されたデータは、プロセッサへ送られる。ステップ８５０で、前記プロセッサは、吸入が進行中であることを判定する。ステップ８６０で、前記判定に応答して、投与信号は、コントローラによって発せられる。ステップ８７０で、前記投与信号の受信に応答して、吸入器の投与機構は、薬を流路へ放出する。ステップ８８０で、吸入は完了し、ユーザは息を吐く。方法８００の全てのステップは、単一のタイダル呼吸サイクル中に起こる。

ブリスタのような単一用量薬剤コンテナを開くことが、方法８００に先行してよい。ブリスタは、ステップ８７０中に完全に空になってよい。代わりに、方法８００は、連続する一連の呼吸サイクルにわたって繰り返されてよく、例えば６、７回の吸入後、ブリスタが空になるまで、ブリスタの内容物の一部が各吸入中にユーザへ投与されてもよい。

上記は、本発明の例示に係る用途に関するものであり、他の実施形態および変形が可能であることが理解されよう。

加えて、当業者は、装置の特定の特徴における特定の幾何学形状および配置を修正または変更させることができる。他の変形および修正も、当業者にとって自明である。当該変形および修正は、既に知られ、かつ、ここで記載された特徴に代えてまたは加えて用いられうる同等のおよび他の特徴を含むことができる。それぞれの実施形態で関連して記載された特徴は、単一の実施形態にて組合せで備えられてよい。逆に、単一の実施形態で関連して記載された複数の特徴は、別々に、または、適切な部分的組合せで備えられてもよい。

Claims (19)

1. タイダルドライパウダー吸入器であって、
   前記吸入器は：
   気圧センサを備え；
   流路を備え、前記流路を通じてユーザは吸入することができ；
   前記気圧センサのセンサポートを備え、前記センサポートは、前記流路に通気連結されており；
   プロセッサを備え、前記プロセッサは：
   前記気圧センサから受信された複数の測定値の移動平均から動的ゼロを測定するように；
   タイダル呼吸の吸入中に前記気圧センサから受信された複数の前記測定値を前記動的ゼロと比較して、前記タイダル呼吸の前記吸入中のピーク吸気圧力を測定するように；
   前記気圧センサから受信された複数の測定値を前記動的ゼロと比較することにより、前記流路を通じた前記ユーザによる前記タイダル呼吸の前記吸入が進行中であることを、判定するように；
   前記タイダル呼吸の前記吸入中に前記気圧センサから受信された複数の前記測定値、および、前記動的ゼロに基づいて、前記タイダル呼吸の空気流れプロファイルを測定するように、前記空気流れプロファイルは、前記ピーク吸気圧力を含んでおり；かつ、
   前記流路を通じた前記タイダル呼吸の前記吸入が進行中であるとの判定に応答して、投与開始信号を生成するように構成されており；および、
   投与機構を備え、前記投与機構は、前記投与開始信号を受信するように、かつ、前記タイダル呼吸の前記吸入中に、ドライパウダー薬剤を前記流路に放出するように構成されている、
   吸入器。
2. 前記プロセッサは、前記流路での空気流量が所定の投与開始閾値に達していることを示す前記気圧センサからの複数の前記測定値に基づいて、前記流路を通じた前記タイダル呼吸の前記吸入が進行中であると判定するように構成されている請求項１に記載の吸入器。
3. 前記投与機構は、ドライパウダー薬剤を、５０ｍｓから５００ｍｓの継続時間を有する離散タイムパケットに放出するように構成されている請求項１または請求項２に記載の吸入器。
4. 前記プロセッサは、さらに、前記タイダル呼吸の前記吸入が進行中であることの判定を下した後に、前記気圧センサから受信された複数の測定値を処理して、前記ユーザの肺の目標体積が満たされたことの判定を下すように構成されており；
   前記プロセッサは、さらに、前記ユーザの肺の目標体積が満たされたことの判定に応答して、投与停止信号を発するように構成されており；そして、
   前記投与機構は、さらに、前記投与停止信号の受信に応答して、ドライパウダー薬剤の前記流路への放出を停止するように構成されている請求項１に記載の吸入器。
5. 前記プロセッサは、前記気圧センサから受信された複数の前記測定値が、時間的に平均化された前記流路での空気流量が所定の投与停止閾値に達していることを示すとき、前記ユーザの肺の目標体積が満されたことの判定を下すように構成されている請求項４に記載の吸入器。
6. 再使用可能な部品および交換可能な薬カートリッジをさらに備え、前記再使用可能な部品は、電子カートリッジ識別手段を備えている請求項１に記載の吸入器。
7. 前記プロセッサは、さらに、ピーク空気流量を用いて前記投与開始信号を生成するように構成されている請求項１に記載の吸入器。
8. 前記気圧センサは、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）気圧センサ、または、ナノエレクトロメカニカルシステム（ＮＥＭＳ）気圧センサを備える請求項１に記載の吸入器。
9. タイダル吸入器を制御する方法であって、
   当該方法は：
   前記タイダル吸入器の気圧センサから受信された複数の測定値の移動平均から動的ゼロを測定し、前記気圧センサは当該気圧センサのセンサポートを通じて前記タイダル吸入器の流路に通気連結されており；
   タイダル呼吸の吸入中に前記気圧センサから受信された複数の前記測定値を前記動的ゼロと比較して、前記タイダル呼吸の前記吸入中のピーク吸気圧力を測定し；
   前記気圧センサから受信された複数の測定値を前記動的ゼロと比較することにより、前記流路を通じたユーザによる前記タイダル呼吸の前記吸入が進行中であると判定し；
   前記タイダル呼吸の前記吸入中に前記気圧センサから受信された複数の前記測定値に基づいて、前記タイダル呼吸の空気流れプロファイルを測定し、前記空気流れプロファイルは、前記ピーク吸気圧力を含んでおり；
   前記タイダル呼吸の前記吸入が進行中であると判定すると、投与開始信号を生成し；そして、
   前記投与開始信号に基づいて前記タイダル呼吸の前記吸入中に投与機構を用いてドライパウダー薬剤を前記流路へ放出する、
   方法。
10. 前記センサポートでの圧力変化が、前記流路での空気流量が所定の投与開始閾値に達することを示すときに、前記タイダル呼吸の前記吸入が進行中であるとの判定がなされる請求項９に記載の方法。
11. 前記所定の投与開始閾値は、前記気圧センサの内部ハードウェアレジスタにプログラムされ、
    前記タイダル呼吸の前記吸入が進行中であるとの判定、および、前記投与開始信号を発することが、前記気圧センサによって実施される請求項１０に記載の方法。
12. 前記タイダル呼吸の前記吸入中における前記ドライパウダー薬剤の前記流路への放出は、５０ｍｓから５００ｍｓの継続時間を有する１または複数の離散タイムパケット中続いている請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記タイダル呼吸の前記吸入が進行中であるとの判定を下した後に、前記ユーザの肺の目標体積が満たされたことを判定し；
    前記ユーザの肺の目標体積が満たされたと判定すると、投与停止信号を発し；そして、
    前記投与停止信号の受信に応答して、ドライパウダー薬剤の前記流路への放出を停止する、
    請求項９に記載の方法。
14. 前記気圧センサによって測定された圧力変化が、時間的に平均化された前記流路での空気流量が所定の投与停止閾値に達していることを示すとき、前記ユーザの肺の目標体積が満たされたとの判定が下される請求項１３に記載の方法。
15. 前記気圧センサのスイッチを入れまたは前記気圧センサを低電力状態から立ち上げ；
    前記気圧センサのスイッチが入ったことまたは前記気圧センサが立ち上がったことに応答して、前記気圧センサを前記動的ゼロに従って動的に較正する請求項９に記載の方法。
16. ピーク流量を用いて前記投与開始信号を生成する請求項９に記載の方法。
17. 前記方法は、コンピュータプロセッサによる実行のための指令を備えるコンピュータプログラム製品によって実施される、
    請求項９に記載の方法。
18. 前記気圧センサは、温度計を備え、
    前記プロセッサは、前記気圧センサの前記温度計からのフィードバックを用いて、前記流路を通じた前記タイダル呼吸の前記吸入が進行中であるか否かを判定するように構成されている請求項１に記載の吸入器。
19. 前記気圧センサは、前記流路を通じた前記ユーザの呼吸の温度を検出するように構成された温度計を備え、
    前記プロセッサは、さらに、前記ユーザの呼吸の前記温度に基づいて、前記ユーザまたは当該ユーザの世話人に、情報を提供するように構成されている請求項１に記載の吸入器。

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