KR102660867B1 - 에어로졸 전달 장치 - Google Patents

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Abstract

에어로졸 전달 시스템은 에어로졸 발생기를 포함하며, 이것은 환자에게 전달되도록 유체를 에어로졸로 만든다. 에어로졸 발생기는 하우징 유입부 및 하우징 유출부와 유체 소통되는 유체 챔버를 가진 하우징을 구비한다. 하우징 안에, 에어로졸 발생기는 하우징 유출부와 유체 소통되는 통공을 가진 지지 플레이트를 구비한다. 진동 가능 부재는 통공을 가로질러 지지 플레이트에 결합된다. 압전 액튜에이터도 지지 플레이트에 결합되고, 작동시에 팽창 및 수축하여 진동 가능 부재를 진동시켜서, 유체를 에어로졸로 만든다. 에어로졸 발생기는 하우징에 결합된 유체 도관을 통하여 유체를 수용한다.

Description

에어로졸 전달 장치
본원은 미국 가출원 No. 62/475,635 (2017. 3.23)의 우선권을 주장하며, 상기 미국 가출원의 전체 내용은 모든 목적을 위하여 본원에 포함된다. 상기 출원은 또한 미국 가출원 NO.62,475,603 (2017.3.23) 및 미국 가출원 No. 62/475,618 (2017.3.23)에 관한 것으로, 상기 출원 모두는 모든 목적을 위하여 본원에 참고로서 포함된다.
이 단원은 아래에서 설명되고 그리고/청구될 본 발명의 다양한 양상들에 관련될 수 있는 다양한 양상의 기술을 소개하기 위한 것이다. 이러한 설명은 본 발명의 다양한 양상들에 대한 이해를 용이하게 하는 배경 정보를 제공하는데 도움이 될 것으로 믿어진다. 따라서, 이들 내용은 그에 비추어 읽혀져야 하며, 종래 기술을 받아들이는 것으로 읽혀져서는 아니된다는 점이 이해되어야 한다.
정상적으로 호흡하는 환자들의 능력에 영향을 미칠 수 있는 여러가지 유형의 호흡기 질병이 있다.이러한 질병들은 보통의 감기로부터 낭성 섬유증 까지의 범위일 수 있다. 현대적인 약품들은, 구강 복용, 호흡, 의료용 분무기(nebulizer) 등을 포함하는 다양한 방법으로 질병들을 치료한다. 의료용 분무기는 호흡을 통해 환자에게 전달되도록 유체(즉, 약품)를 에어로졸로 변화시키는 장치이다. 환자는 입, 코 및/또는 기관 절개술등(즉, 목구멍을 수술적으로 절단함)을 통하여 에어로졸을 수용할 수 있다. 그러나, 만약 에어로졸 액적이 크고 그리고/또는 에어로졸 형성이 환자의 호흡 사이클과 타이밍이 잘 맞지 않는다면 의료용 분무기(nebulizer)는 호흡 질환을 효과적으로 치료할 수 없다.
본 발명의 목적은 개선된 에어로졸 전달 장치를 제공하는 것이다.
일부 실시예에서, 에어로졸 전달 시스템은 환자에게 전달하기 위하여 유체를 에어로졸로 만드는 에어로졸 발생기를 구비한다. 에어로졸 발생기는 유체 챔버를 가진 하우징을 구비하며, 상기 유체 챔버는 하우징 유입부 및 하우징 유출부와 유체 소통된다. 에어로졸 발생기는 통공을 가진 지지 플레이트를 구비한다. 진동 가능 부재는 통공을 가로질러 위치되도록 지지 플레이트에 결합된다. 압전 액튜에이터도 지지 플레이트에 결합되며, 작동시에 진동 가능 부재를 진동시키도록 팽창 및 수축되며, 진동 가능 부재는 유체를 에어로졸로 만든다. 이러한 방식으로, 유체가 진동 가능 부재의 표면에 공급될 때, 유체는 에어로졸로 변환되고 하우징 유출부를 통해 전달되도록 이용될 수 있다. 에어로졸은 하우징에 결합된 유체 도관을 통하여 유체를 수용한다.
유체 도관은 유체가 (예를 들어 표면 장력을 통하여) 유체 전달 도관으로부터 배출될 때 유체를 진동 가능 부재로 유인하는 거리로써 진동 가능 부재로부터 이격된다. 따라서 유체 전달 도관은 에어로졸 발생기의 그 어떤 방위에서도 또는 실질적으로 전체 방위에서 진동 가능 부재에 유체를 전달할 수 있다. 거리는 분배되지 않은 유체를 유체 전달 도관으로부터 유인/제거하는 진동 가능 부재의 성능을 차단 또는 감소시키도록 튜닝될 수도 있다 (예를 들어, 진동 가능 부재가 진동할 때 유체 전달 도관의 단부와 진동 가능 부재 사이의 거리를 변화시킨다). 거리는 또한 진동 가능 부재에 걸쳐 유체의 펼쳐짐을 제어하도록 제어될 수도 있다. 예를 들어, 유체 전달 도관이 진동 가능 부재에 가까워질수록, 진동 가능 부재와 유체와 유체 전달 도관 사이의 상호 작용은 유체가 펼쳐지는 성능을 감소시킬 수 있다. 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 유체가 더 큰 표면적에 걸쳐 펼쳐질 때 진동 가능 부재에 있는 더 많은 통공들이 유체에 노출되고, 이것은 에어로졸의 특성들을 변화시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 에어로졸 전달 시스템은 환자에게 전달되도록 유체를 에어로졸로 만드는 에어로졸 발생기를 구비한다. 에어로졸 발생기는 하우징 유입부 및 하우징 유출부와 유체 소통되는 유체 챔버를 가진 하우징을 포함한다. 에어로졸 발생기는 통공을 가진 지지 플레이트를 구비한다. 진동 가능 부재는 통공을 가로질러 위치되도록 지지 플레이트에 결합된다. 압전 액튜에이터도 지지 플레이트에 결합되고, 작동시에 팽창 및 수축되어 진동 가능 부재를 진동시킴으로써 유체를 에어로졸로 만든다. 이러한 방식으로, 유체가 진동 가능 부재의 표면에 공급될 때, 유체는 하우징 유출부를 통해 전달되도록 이용 가능한 에어로졸로 변환된다. 에어로졸 발생기는 유체를 진동 가능 부재로 전달하는 복수개의 도관들을 통해 유체를 수용한다.
복수개의 도관들은 진동 가능 부재의 표면에 걸친 유체의 신속한 분배 및 진동 가능 부재의 표면을 가로지른 액체의 제어된 분배를 용이하게 할 수 있다 (예를 들어, 진동 가능 부재의 일부는 다른 부분보다 더 많은 유체를 수용할 수 있다). 복수개의 도관들은 하우징 안으로 연장되고, 진동 가능 부재로부터의 거리를 두고 있는데, 이것은 진동 가능 부재가 (예를 들어 표면 장력을 통해서) 유체를 유인하여 복수개의 도관들로부터 배출되는 것을 보장한다. 이러한 방식으로, 유체는 그 어떤 방위로도 또는 실질적으로 모든 방위로 진동 가능 부재에 전달될 수 있다. 거리는 복수개의 도관들로부터 분배되지 않은 유체를 제거/유인하도록 진동 가능 부재의 성능을 차단 또는 감소시키도록 튜닝될 수도 있다 (예를 들어, 진동 가능 부재가 진동할 때, 진동 가능 부재와 복수개의 도관들의 단부들/유출부들 사이의 거리를 변화시킨다). 즉, 거리는 에어로졸을 만들기 위한 정확한 유체 배출을 용이하게 할 수 있다. 거리는 또한 진동 가능 부재에 걸친 유체의 펼침을 제어하도록 튜닝될 수도 있다. 예를 들어, 복수개의 도관들이 진동 가능 부재에 근접할수록, 진동 가능 부재와 유체와 복수개의 도관들 사이의 마찰은 유체가 펼쳐지는 성능을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수개의 도관들중 하나 이상은 진동 가능 부재로부터 상이한 거리에 배치될 수 있고 그리고/또는 상이한 크기들을 가질 수 있다. 따라서, 복수개의 도관들중 일부는 진동 가능 부재의 부분들에 걸쳐 유체의 더욱 신속한 펼쳐짐을 가능하게 할 수 있는 반면에, 다른 도관들은 진동 가능 부재의 다른 부분들에 걸쳐 유체의 펼쳐짐을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 양상은 유체를 에어로졸로 만드는 방법을 개시한다. 상기 방법은 유체가 표면 장력에 의해 표면에 부착되도록 에어로졸 발생기에서 진동 가능 부재의 표면에 유체의 체적을 공급하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 진동 가능 부재를 압전 액튜에이터를 가지고 진동시킴으로써 유체를 에어로졸로 변환시킨다. 진동 가능 부재의 표면에 부착되는 액체의 체적을 공급함으로써, 표면에서 액체를 저장하는 저장부는 불필요하다. 이러한 방식으로, 에어로졸 발생기는 그 어떤 위치로도 움직일 수 있고 여전히 액체를 에어로졸로 만들 수 있다. 더욱이, 액체는 수요에 기초하여 공급되고 에어로졸로 만들어지기 때문에 값비싼 약품의 손실이 최소화될 수 있다.
본 발명의 다양한 특징들, 양상들 및 장점들은 다음의 설명을 도면을 참조하여 읽음으로써 더 잘 이해될 것이며 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 지시한다.
도 1 은 호흡 시스템에 연결된 에어로졸 전달 시스템의 실시예에 대한 개략적인 도면이다.
도 2 는 에어로졸 발생기의 실시예에 대한 사시도이다.
도 3 은 에어로졸 발생기의 실시예에 대한 단면도이다.
도 4 는 진동 가능 부재의 실시예에 대한 부분적인 평면도이다.
도 5 는 도 3 의 라인(5-5)에서 진동 가능 부재의 실시예에 대한 부분적인 단면도이다.
도 6 은 유체를 진동 가능 부재를 가지고 에어로졸로 만드는 에어로졸 발생기의 실시예에 대한 단면도이다.
도 7 은 유체를 진동 가능 부재를 가지고 에어로졸로 만드는 에어로졸 발생기의 실시예에 대한 단면도이다.
도 8 은 에어로졸 발생기의 실시예에 대한 사시도이다.
도 9 는 에어로졸 발생기의 실시예에 대한 단면도이다.
도 10 은 도 9 의 라인(10-10)을 따르는 에어로졸 발생기의 실시예의 단면도이다.
도 11 은 도 9 의 라인(10-10)을 따른 에어로졸 발생기의 실시예에 대한 단면도이다.
도 12 는 도 9 의 라인(10-10)을 따른 에어로졸 발생기의 실시예에 대한 단면도이다.
도 13 은 도 9 의 라인(13-13)내에서 제 2 도관의 실시예에 대한 단면도이다.
본 발명의 하나 이상의 구체적인 실시예들이 아래에 설명될 것이다. 이러한 실시예들은 본 발명의 예시적인 실시예들일 뿐이다. 더욱이, 예시적인 실시예들에 대한 간결한 설명을 제공하기 위하여, 실제 구현예의 모든 특징들이 명세서에 설명되지 않을 수 있다. 그 어떤 실제 구현예의 개발에 있어서, 그 어떤 엔지니어링 또는 디자인 프로젝트에서와 같이, 시스템과 관련되고 사업과 관련된 제한들과의 부합과 같은, 개발자들의 특정 목표를 달성하도록 여러가지 구현예에 특정된 결정들이 이루어져야만 하며, 이것은 구현예마다 변화될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 더욱이, 그러한 개발의 노력은 복잡하고 시간 소비적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고, 본 개시 내용의 혜택을 보는 당업자에게는 설계, 구성 및 제조에 대한 일상적인 작업일 것이라는 점이 이해되어야 한다.
아래에 설명된 실시예들은 흡입 가능 약품의 생성 및 전달 시간을 맞추기 위하여 환자가 흡입을 예측할 수 있는 에어로졸 전달 시스템(aerosol delivery system)을 포함한다. 예를 들어, 에어로졸 전달 시스템은 약품이 흡입되기 전에 에어로졸로 만들어질 수 있도록 흡입을 예측할 수 있다. 흡입 이전에 약품을 에어로졸로 만듦으로써, 에어로졸 전달 시스템은 호흡마다 환자에게 전달되는 약품의 양을 증가시킬 수 있고, 약품의 효능을 향상시키고, 그리고/또는 약품을 환자 폐 안의 더 넓은 영역으로(예를 들어 폐 안으로 더 깊게) 전달한다. 에어로졸 전달 시스템은 환자에 의한 흡입을 검출하도록 하나 이상의 호흡 센서들을 사용한다. 이들 호흡 센서들은 강제, 보조 및 자발을 포함하는 모든 벤틸레이션 모드(ventilation modes)에 걸친 흡입을 검출할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전달 시스템은 환자에 의한 흡입을 검출하도록 호흡 센서로서 유동 센서를 사용할 수 있다. 아래에서 설명되는 바로서, 유동 센서들은 흡입의 시작 및 정지를 검출할 때 압력 센서보다 더 효과적이다.
에어로졸 전달 시스템은 1 마이크론 또는 그 미만의 체적 중간 직경 (volume median diameter,VMD)을 가진 액적/입자를 구비한 80 % 미만의 미세 입자 분량(fine particle fraction, FPF)을 생성할 수 있는 에어로졸 발생기를 가지고 전달 효율을 증가시킬 수도 있다. 즉, 에어로졸 발생기는 캐리어 유체(예를 들어,공기, 산소, 산소/공기 혼합물등)에 의해 유지되고 캐리어 유체 안에 용이하게 현탁되는 매우 미세한 에어로졸을 생성시킬 수 있다. 마지막으로, 아래에서 설명된 에어로졸 전달 시스템은 이들 시스템을 재설계하거나 또는 리엔지니어링(reengineering) 하지 않으면서 현존의 호흡 시스템들에 결합시킬 수 있다. 이것은 에어로졸 시스템이 현존의 유통, 가습기, 연속적인 포지티브 에어웨이 압력 기계(positive airway pressure (CPAP) machines)등과 사용될 수 있게 한다.
아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 에어로졸 전달 시스템은 진동 부재의 후방 표면에 부착되는 유체의 공급을 수용하는 에어로졸 발생기를 구비함으로써, 액체의 저장부가 후방 표면에서 저장될 필요가 없다. 이러한 방식으로, 에어로졸 발생기는 그 어떤 위치로도 움직일 수 있고 여전히 유체를 에어로졸로 만들 수 있다. 더욱이, 유체가 수요 기반(on-demand basis)으로 공급되고 에어로졸로 만들어지기 때문에, 값비싼 약품의 손실이 최소화될 수 있다.
유체는 하나 이상의 유체 도관들을 통하여 공급된다. 도관 또는 도관들은 에어로졸 발생기의 하우징 안으로 연장되고 진동 가능한 부재로부터 거리를 두고 이격되며, 이것은 진동 가능 부재가 유체를 유인하여 복수개의 도관으로 (예를 들어 표면 장력을 통해) 배출되는 것을 보장한다. 이러한 방식으로, 유체는 그 어떤 방위로도 또는 실질적으로 모든 방위로 진동 가능 부재로 전달될 수 있다. 분배되지 않은 유체를 도관(들)으로부터 유인/제거하기 위하여 진동 가능 부재의 성능을 차단 또는 감소시키도록 거리가 튜닝(tuning)될 수 있다. 예를 들어, 진동 가능 부재에 도관(들)이 더 근접할수록, 진동 가능 부재, 유체, 도관(들) 사이의 마찰은 유체가 펼쳐지는 성능을 감소시킬 수 있다.
진동 가능 부재는 상이한 특성(예를 들어, VMD, 플륨 속도(plume velocity), 플륨 밀도, 평균 유량, 방향 등)들을 가진 에어로졸을 만들도록 주문 제작할 수도 있다. 예를 들어, 상이한 진동 가능 부재들은 통공들의 크기, 개수, 위치등에서 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 주문 제작은 진동 가능 부재상의 상이한 위치들에서 상이한 에어로졸의 발생을 가능하게 할 수 있다. 즉, 동일한 진동 가능 부재의 부분들은 통공들의 개수 및 크기에 있어서 상이할 수 있어서, 진동 가능 부재의 상이한 부분들은 상이한 크기, 밀도등을 가진 에어로졸을 생성할 수 있다. 진동 가능 부재를 주문 제작할 수 있는 성능은 상이한 유체, 상이한 치료, 상이한 적용등을 위하여 에어로졸 발생을 용이하게 한다.
도 1 은 호흡 시스템(12)에 연결된 에어로졸 전달 시스템(10)의 실시예에 대한 개략적인 도면이다. 도 1 에서 호흡 시스템(12)은 벤틸레이터(ventilator, 14)를 구비하며, 이것은 공기(예를 들어, 공기, 산소, 공기/산호 혼합물 등)를 환자에게 강제할 수 있고 공기를 환자로부터 회수할 수 있다. 아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 에어로졸 전달 시스템(10)은 다양한 현존의 호흡 시스템(12)에 연결될 수 있어서 환자 치료를 위한 에어로졸 유체(예를 들어 약품)를 제공한다. 즉, 에어로졸 전달 시스템(10)은, 상기 에어로졸 전달 시스템(10)과 작동하도록 호흡 시스템(12)을 재설계 또는 리엔지니어링하지 않으면서 현존의 호흡 시스템(12)(예를 들어, 벤틸레이터, 가습기, 연속적인 포지티브 에어웨이 압력(CPAP) 기계 또는 이들의 조합체)에 개장(retrofit)될 수 있다.
에어로졸 전달 시스템(10)은 기관내 삽관(18), 코 캐뉼러(nasal cannula)/마스크, 기관 절개 튜브등과 같은, 다양한 공기 유동 장치들에 결합될 수 있는 에어로졸 발생기(16)를 구비한다. 에어로졸 발생기(16)는 유체 전달 도관(22)을 통하여 유체원(20)으로부터 유체를 수용한다. 유체원(20)(예를 들어, 콘테이너, 약병)은 약품, 표면 활성제, 이들의 조합등을 포함하는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 작동시에, 유체원(20)으로부터의 유체는 유체 전달 도관(22)을 통하여 에어로졸 발생기(16)로 펌프(24)로써 펌핑되며, 에어로졸 발생기에서 유체는 환자가 흡입하기 전에 그리고/또는 흡입하는 동안 에어로졸로 된다. 일부 실시예들에서, 유체 전달 도관(22)은 치료전에 유체로 프라이밍(priming)됨으로써 신속한 전달을 보장한다 (예를 들어, 에어로졸 발생기(16) 안에 유체를 미리 장전(preloading)한다). 펌프(24)는 유체의 전달 및 투약의 시간을 맞추는 콘트롤러(26)로써 제어된다.
콘트롤러(26)는 하나 이상의 프로세서(28)를 구비하며, 이것은 펌프(24) 및 에어로졸 발생기(16)의 작동을 구동하도록 하나 이상의 메모리(30)상에 저장된 명령을 수행한다. 예를 들어, 메모리(30)는 에어로졸 발생기의 각각의 작동에서 각각의 1 회분(dose)에 에어로졸 발생기(16)로 펌핑될 유체의 양을 지시하고, 특정의 시간 기간 또는 특정의 횟수에 걸쳐 얼마나 많은 유체가 펌핑되는지를 지시하는 명령을 포함할 수 있다. 저장된 명령들은 환자의 크기, 환자의 나이, 환자의 성별, 약품의 유형, 유체 첨가제, 에어로졸의 소망되는 양 등에 기초할 수 있다. 메모리(30)는 에어로졸 발생기(16)를 활성화시키기 위한 명령들도 포함한다. 도시된 바와 같이, 콘트롤러(26)는 케이블(32)(즉, 전기 케이블)로써 그리고/또는 무선 연결을 이용하여 에어로졸 발생기(16)에 연결된다. 케이블(32)은 에어로졸 발생기(16) 내부의 압전(또는 다른) 액튜에이터를 활성화시키는 신호를 전달한다. 압전 액튜에이터(piezoelectric actuator)가 작동될 때, 이것은 진동 가능 부재를 진동시키며, 진동 가능 부재는 환자에게 (즉, 흡입을 통하여) 전달되도록 유체를 에어로졸로 만든다. 따라서 메모리는 압전 액튜에이터가 시작하고, 정지할 때 진동 주파수 또는 주파수들 등을 제어하기 위한 명령을 포함할 수 있다.
에어로졸 전달 시스템(10)은 에어로졸 발생의 시간을 맞춤으로써 치료 효능을 향상시킨다. 예를 들어, 에어로졸 전달 시스템(10)은 환자가 흡입하기 전에 약품을 에어로졸로 만들기 시작할 수 있다. 이러한 방식으로, 에어로졸 전달 시스템(10)은 흡입의 시작시에 공기 유동이 증가되는 장점을 취한다. 이것은 흡입된 공기가 약품을 환자의 폐 안으로 더욱 운반하므로 환자에 대한 약품 전달을 증가시킨다. 에어로졸 전달 시스템(10)은 흡입이 검출되자마자 (예를 들어, 자발 호흡에 대하여) 약품을 에어로졸로 만들 수도 있다.
에어로졸 전달 시스템(10)은 환자가 흡입할 때를 판단하고 얼마나 오래 동안 흡입하는지를 판단하도록 하나 이상의 호흡 센서(34)를 사용하여 약품 전달과 조화시킨다. 호흡 센서(34)는 유동 센서(36)(예를 들어, 전기적인 유동 센서), 레이더 센서(38)(예를 들어, 흉부 변위를 측정하기 위한 UWB 레이더 센서), CO2 센서, 고속 온도 센서(40), 음향 센서(40), 임피던스 플레시스모그래피 센서(impedance plethysmography sensor, 40), 호흡 인덕턴스 플레시스모그래피 센서(respiratory inductance plethysmography sensor), 압력 센서등을 포함할 수 있다. 이러한 호흡 센서(34)는 와이어 연결 및/또는 무선 연결을 통하여 콘트롤러(26)와 통신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 에어로졸 전달 시스템(10)은 호흡 센서(34)의 조합을 이용하여 (예를 들어, 1, 2, 3,4,5) 환자 호흡 사이클의 더 정확한 모니터링 및/또는 잉여를 제공한다. 예를 들어, 에어로졸 전달 시스템(10)은 공기 유동 및 흉부 움직임 양쪽을 모니터하도록 레이더 센서(38)와 조합된 유동 센서(36)를 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, 에어로졸 전달 시스템(10)은 유동 센서(36), 레이더 센서(38) 및 플레시스모그래피 센서(40)를 사용하여 호흡 사이클을 모니터할 수 있다.
도시된 바와 같이, 유동 센서(36)는 개스 전달 도관(42)에 결합되어 (예를 들어, 강제, 보조, 또는 자발 호흡의) 흡입하는 동안 공기 유동의 변화를 감지한다. 일부 실시예들에서, 유동 센서(36)는 개스 복귀 도관(44)에 결합되어 날숨(exhalation)의 시작과 끝을 검출할 수 있다. 또한 다른 실시예에서, 에어로졸 전달 시스템(10)은 유동 센서(36)들을 포함할 수 있으며, 이것은 개스 전달 도관(42) 및 개스 복귀 도관(44)에 결합된다. 콘트롤러(26)가 유동 센서(36)로부터 데이터를 수신할 때, 콘트롤러(26)는 호흡 패턴을 모니터하여 환자가 숨쉬기 시작할 때를 예측할 수 있다. 흡입이 시작될 때를 예측하는 성능은 에어로졸 전달 시스템(10)이 즉각적인 흡입을 위하여 에어로졸로 만들어진 약품을 준비할 수 있게 한다. 보다 상세하게는, 에어로졸 전달 시스템(10)은 에어로졸 발생기(16)에 있는 진동 가능 부재상에 유체를 미리 장전(preload)할 수 있어서, 유체는 흡입 이전에 에어로졸이 될 수 있다. 유동 검출은 지체 지시기(lagging indicator)가 아니기 때문에, 유동 센서(36)는 에어로졸 전달을 위한 자발 흡입 또는 이상 흡입을 신속하게 검출할 수 있다(예를 들어 흡입의 시작으로부터 10 밀리초(millisecond) 미만으로 검출한다).
환자의 흡입 예측은 환자의 호흡 패턴 및/또는 (만약 환자가 강제적으로 벤틸레이션된다면) 벤틸레이션 사이클을 추적하는 하나 이상의 호흡 및/또는 유동 센서(36)를 이용함으로써 시작될 수 있다. 콘트롤러(26)는 차후의 흡입이 언제 시작될 것인지를 예측하도록 추적 데이터(tracked data)를 이용한다. 이것은 흡입 이전에 콘트롤러(26)가 펌프(24)에게 유체를 유체원(20)으로부터 에어로졸 발생기(16)로 전달하도록 지령할 수 있게 한다. 콘트롤러(26)는 예측된 흡입 이전에 그리고/또는 예측된 흡입 동안에, 미리 결정된 시간 기간(예를 들어 +/- 0.5 초) 이내와 같은 적절한 시간에 유체를 에어로졸로 만들기 시작하도록 에어로졸 발생기(16)에 신호할 수도 있다. 이러한 방식으로, 에어로졸은 흡입의 시작시에 환자를 위하여 준비된다. 에어로졸 전달 시스템(10)은 환자를 위하여 에어로졸을 생성하도록 호흡 사이클을 예측할 수 있지만, 에어로졸 전달 시스템(10)은 호흡 센서(34)를 이용하여 정상 패턴의 일부가 아닌 불규칙/자발 호흡을 인식할 수도 있다. 일단 자발 호흡이 인식되면, 에어로졸 전달 시스템(10)은 즉각적으로 유체를 에어로졸 발생기(16)로 펌핑하여 환자에게 전달한다.
환자가 강제적으로 (예를 들어, 벤틸레이터(14)로써) 벤틸레이션될 때 또는 보조된 벤틸레이션을 받을 때, 벤틸레이터(14)가 공기를 환자에게 강제하는 것과 환자로부터 공기를 유인하는 것 사이에서 교번될 때 유동 센서(36)는 유동에서의 변화를 검출할 수 있다. 콘트롤러(26)는 유동에서의 이러한 변화를 모니터하고 다음에 위에서 설명된 바와 같이 약품을 언제 에어로졸로 만들기 시작할지를 계산한다. 이러한 방식으로, 에어로졸 전달 시스템(10)은 시스템들을 함께 연결하거나 프로그래밍하지 않으면서 현존의 호흡 시스템(12)으로 통합될 수 있다. 즉, 에어로졸 전달 시스템(10)과 호흡 시스템(12)은 환자로의 에어로졸 생성 및 전달을 조화시키고/타이밍을 맞추도록 서로 통신할 필요가 없다.
주목되어야 할 바로서, 유동 센서(36)는 환자가 언제 흡입을 시작할지 검출함에 있어서 압력 센서보다 더 성능이 좋다. 압력 센서는 압력이 공기 회로에 축적되는데 시간이 걸리므로 지체 또는 지연 지시기를 제공한다. 따라서 압력 센서는 호흡이 끝난 이후 또는 거의 끝난 이후에 흡입을 검출한다. 압력 센서는 유지된 호흡 중지(즉, 날숨과 들숨 사이에서 환자가 정지할 때의 안정 압력(plateau pressure))를 필요로 하기 때문에, 압력 센서들은 흡입이 완료될 때를 판단함에 있어서 비효율적이다. 더욱이, 배관에서의 비틀림 및/또는 공기 회로에서의 누설의 경우에, 압력 센서들의 정확성은 현저하게 감소된다. 마지막으로, 벤틸레이터 호흡은 공기 회로에서 양의 압력을 발생시키는 반면에 자발 호흡은 공기 회로에서 음의 압력을 발생시키기 때문에, 압력 센서를 이용하는 시스템은 강제, 보조 및 자발 호흡 상황들에 걸쳐서 작동하도록 강력한 적합화 제어 알고리듬(adaptive control algorithm)이 필요하다. 그러나, 어떤 상황에서는 에어로졸 생성 및 전달의 타이밍이 덜 필요로 할 때 압력 센서가 에어로졸 전달 시스템(10)과 사용될 수 있다.
도 2 는 에어로졸 발생기(16)의 실시예에 대한 사시도이다. 위에서 설명된 바와 같이, 유체원(20)(도 1 참조)은 유체 전달 도관(22)으로써 에어로졸 발생기(16)에 유체 결합된다. 유체 전달 도관(22)은 에어로졸 발생기(16)의 하우징(62)에서 유체 유입부(60)에 결합된다. 작동시에, 유체원(20)으로부터의 유체는 유체 유입부(60)를 통하여 유체가 에어로졸로 만들어지는 에어로졸 발생기(16)로 펌핑된다. 에어로졸은 다음에 환자로 전달되도록 유체 유출부(64)를 통하여 에어로졸 발생기(16)로부터 배출된다. 유출부(64)는 기관내 삽관, 코 캐뉼러/마스크, 기관 절개 튜브, 마우스피스등과 같은 임의 개수의 공기 유동 장치들에 결합될 수 있다. 예를 들어, 유출부(64)는 스냅핏 연결(snap-fit connection), 프레스 핏 연결(press-fit connection), 나사 연결, 나사 고정구(threaded fasteners), 글루(glue), 용접(weld) 또는 이들의 조합에 의해 공기 유동 장치에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하우징(62)은 하나 이상의(예를 들어, 1, 2, 3, 4 또는 그 이상) 벤트 통공(66)을 포함할 수 있다. 벤트 통공(66)은 유체가 유체 전달 도관(22)으로 진입할 때 공기가 에어로졸 발생기(16)로부터 빠져나갈 수 있게 함으로써 유체 전달 도관(22)의 프라이밍(priming)을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 벤트 통공(66)은 에어로졸 발생기(16)로의 유체의 과도 프라이밍(over priming)/오버 펌핑(over pumping)을 용이하게 검출할 수 있다. 예를 들어, 벤트 통공(66)들의 크기는 하우징(62) 밖으로 과도한 유체의 신속한 유동을 용이하게 하지 않을 수 있다. 과도 프라이밍/과도 펌핑으로부터 압력이 하우징(62) 안에 축적될 때, 콘트롤러(26)는 압력 스파이크(pressure spike)를 검출할 수 있다. 증가된 압력은 압력 센서로 검출될 수 있으며 그리고/또는 펌프(24)에 의한 증가된 압력 수요로써 검출될 수 있다 (도 1 참조). 일부 실시예들에서, 벤트 통공(66)들은 진동 가능 부재의 대향하는 측들에서 압력을 균등화함으로써 에어로졸 생성을 용이하게도 할 수 있다.
유체를 에어로졸로 만들기 위하여, 에어로졸 발생기는 케이블(32)로 콘트롤러(26)에 전기적으로 결합된다 (도 1 참조). 케이블(32)은 하우징(62)에 있는 케이블 유입부(68)를 통하여 에어로졸 발생기(16)에 결합된다. 하우징(62) 내부에서, 케이블(32)은 압전 액튜에이터(또는 다른 액튜에이터)에 연결되며, 압전 액튜에이터는 진동 가능 부재를 진동시켜서, 이것은 유체를 에어로졸로 만든다.
도 3 은 에어로졸 발생기(16)의 실시예에 대한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 하우징(62)은 함께 결합되는 제 1 부분(80)(예를 들어, 제 1 절반) 및 제 2 부분(82)(예를 들어, 제 2 절반)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 부분(80,82)은 스냅 핏 연결, 프레스 핏 연결, 나사 연결, 나사 고정구, 글루, 용접 또는 이들의 조합에 의하여 함께 결합될 수 있다. 제 1 및 제 2 부분(80,82)은 진동 가능 부재(86)(예를 들어, 통공 플레이트, 메쉬) 및 압전 액튜에이터(88)를 수용하는 공동(84)을 형성한다. 작동시에, 압전 액튜에이터(88)는 에너지를 지지 플레이트(90)를 통해 전달함으로써 진동 가능 부재(86)를 진동시킨다. 진동 가능 부재(86)가 진동할 때 이것은 에어로졸을 발생시킨다. 에어로졸이 에어로졸 발생기(16)를 빠져나가기 위하여, 진동 가능 부재(86)는 통공(92) 둘레에서 지지 플레이트(90)에 결합된다. 통공(92)은 하우징(62)을 통하여 유입부(60)로부터 유출부(64)로 유체를 소통시킬 수 있어서, 진동 가능 부재(86)에 의해 생성된 에어로졸은 에어로졸 발생기(16)에서 배출될 수 있다.
지지 플레이트(90)는 다음의 재료인, 금속, 합금, 폴리머등의 하나 이상으로 만들어질 수 있다. 진동 가능 부재(86)는 마찬가지로 금속, 합금 또는 폴리머로 만들어질 수 있다. 지지 플레이트(90)의 두께를 변화시킴으로써, 에어로졸 발생기(16)는 진동 가능 부재(86)의 진동 특성들을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 두껍고 그리고/또는 경직된(stiffer) 지지 플레이트(90)는 진동의 전달에 저항할 수 있는 반면에, 얇은 지지 플레이트(90)는 진동의 전달을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 지지 플레이트(90)는 케이블(32)에 있는 접지 와이어에 결합되는 도전체(예를 들어, 금속 플레이트)일 수 있다. 지지 플레이트(90)는 따라서 압전 액튜에이터(88)에 전력을 제공하는 회로를 완성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 지지 플레이트(90) 및 진동 가능 부재(86)는 함께 결합되는 2 개의 분리된 구성 요소들인 대신에 하나의 부재/일체형일 수 있다. 다른 실시예에서, 진동 가능 부재(86)는 지지 플레이트(90)에 걸쳐 몰딩될 수 있다 (예를 들어 그 둘레에 랩핑(wrapping)된다).
압전 액튜에이터(88)를 진동 가능 부재(86)에 지지 플레이트(90)를 가지고 간접 결합함으로써, 에어로졸 발생기(16)는 압전 액튜에이터(88) 및 케이블(32)을 하우징(62) 안에 진입하고 그로부터 배출되는 유체로부터 격리시킬 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 발생기(16)는 제 1 시일(95) 및 제 2 시일(96)을 구비할 수 있다. 제 1 시일(94)은 지지 플레이트(90)의 제 1 표면(98)과 하우징(62)의 제 1 부분(80) 사이에서 시일을 형성하는 반면에, 제 2 시일(96)은 지지 플레이트(90)의 제 2 표면(100)과 하우징(62)의 제 2 부분(82) 사이에 시일을 형성한다. 지지 플레이트(90)가 진동할 때, 시일(94,96)들은 하우징(62)의 개별의 홈(102,104)(예를 들어, 원주상의 홈) 안의 제위치에서 유지된다. 일부 실시예들에서, 시일(94,96)들은 플라스틱, 고무, 엘라스토머등으로 만들어진 O 링 시일들이다. 일단 조립되면, 제 1 및 제 2 하우징 부분(80,82)들은 시일(94,96)들을 지지 플레이트(90)와 접촉되게 압축시켜서 유체 챔버(106) 및 상기 유체 챔버(106)와 압전 액튜에이터(88) 사이의 유체 밀폐 시일을 형성한다. 이러한 시일(94,96)들은 케이블 유입부(68)를 통하여 유체 챔버(106)로 진입하는 오염물을 차단함으로써 살균된 환경을 유지할 수도 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 하우징(62)은 벤트 통공(66)들을 구비한다. 일부 실시예에서, 벤트 통공(66)은 하나 이상의 필터(107)를 구비할 수 있다. 필터(107)들은 오염물이 유체 챔버(106)로 진입하는 것을 차단함으로써 살균된 환경을 용이하게 할 수 있다. 필터(107)는 유체 전달 도관(22)을 프라이밍할 때 유체 챔버(106)로부터 개스가 이탈할 수 있게 하고 유체 챔버(106)로부터의 유체의 이탈을 차단/감소시킬 수 있게 한다.
유체 챔버(106)는 하우징(62)의 유입부(60)에 결합된 유체 전달 도관(22)으로부터 유체를 수용한다. 유체 전달 도관(22)은 유체 챔버(106) 안으로 연장됨으로써 유체 전달 도관(22)의 유출부/단부(108)는 진동 가능 부재(86)로부터 거리(110)를 둔다(예를 들어, 1 mm 내지 0.001 mm의 거리). 거리(110)는 진동 가능 부재(86)가 유체로 하여금 (예를 들어, 표면 장력을 통하여) 유체 전달 도관(22)으로부터 빠져나가게 유인하는 것을 보장한다. 이러한 방식으로, 유체 전달 도관(22)은 에어로졸 발생기(16)의 그 어떤 방위로도 또는 실질적으로 모든 방위로 유체를 진동 가능 부재(86)에 전달할 수 있다. 거리(110)는 또한 진동 가능 부재(86)의 성능을 차단하거나 또는 감소시키도록 튜닝될 수도 있어서 (예를 들어, 진동 가능 부재(86)가 진동하여 유체 전달 도관(22)의 단부(108)와 진동 가능 부재(86) 사이의 거리(110)를 변화시킬 때) 유체 전달 도관(22)으로부터의 분배되지 않은 유체를 유인/제거한다. 거리(110)는 진동 가능 부재(86)에 걸쳐 유체의 펼침을 제어하도록 튜닝될 수도 있다. 예를 들어, 유체 전달 도관(22)이 진동 가능 부재(86)에 근접할수록, 진동 가능 부재(86)와 유체와 유체 전달 도관(22) 사이에서 마찰이 유체의 펼쳐지는 성능을 감소시키는데 미치는 영향은 커진다. 이후에 추가적으로 상세하게 설명되는 바와 같이, 유체가 큰 표면적에 걸쳐 펼쳐질 때 진동 가능 부재(86)에 있는 더 많은 통공들이 유체에 노출되며, 이것은 에어로졸의 특성을 변화시킬 수 있다.
거리(100)는 유체 전달 도관(22)이 얼마나 멀리 하우징(62) 안에 삽입되는지 또는 삽입될 수 있는지에 의하여 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유체 전달 도관(22)은 커넥터 또는 분배 팁(dispensing tip, 112)(예를 들어, 도관, 튜브)을 포함할 수 있으며, 이것은 유체 전달 도관(22) 안에 놓이고 유체 유입부(60)를 통하여 하우징(62)에 결합된다. 커넥터(112)는 유체 전달 도관(22) 또는 분리 가능한 부재와 일체형일 수 있다. 일부 실시예들에서, 커넥터(112)는 커넥터를 통한 진동 가능 부재(86)로의 유동을 증진시키도록 표면 에너지를 감소시키는 코팅 또는 처리(예를 들어, 습윤성 코팅(wettability coating) 또는 처리)를 포함할 수 있다.
분리 가능한 커넥터(112)를 가진 실시예들에서, 카운터보어(counterbore, 114)의 깊이(116) 및 커넥터(112)의 전체 길이는 진동 가능 부재(86)와 커넥터 단부/유출부(108) 사이의 거리(110)를 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, 유체 전달 도관(22)은 상이한 길이를 가진 복수개의 커넥터(112)(예를 들어, 키트)를 가지고 제조될 수 있다. 이러한 교환 가능 커넥터(112)는 사용자가 적용예에 따라서(예를 들어, 유체 유형, 에어로졸 유형, 상이한 도징 비율(dosing rate), 약의 혼합, 제로 G 사용에 따라서) 거리(110)를 조절할 수 있게 한다. 예를 들어, 거리(110)는 유체와 진동 가능 부재(86) 사이의 끄는 힘(attraction)을 여전히 유지하면서 진동 가능 부재(86)에 걸쳐 유체가 펼쳐질 수 있도록 유체의 점도와 함께 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리(110)를 감소시키는 커넥터(112)는 진동 가능 부재(86)에 걸쳐 유체의 펼침을 제한하도록 사용될 수 있으며, 이것은 에어로졸의 특성을 변화시킬 수 있다 (예를 들어, 작은 플륨(smaller plume)). 커넥터(112)는 에어로졸 발생기(16)로 전달되는 유체의 양을 제어하도록 폭(118)이 상이할 수도 있다 (예를 들어, 매취 환자 도징(match patient dosing). 폭(118)을 변화시키는 것은 각각의 호흡 사이클 동안에 에어로졸 발생기(16)로 전달되는 유체의 양을 감소 또는 증가시킴으로써 유체의 분량(dosage)을 변경시킬 수 있다. 커넥터(들)(112)의 폭(118)은 진동 가능 부재(86)에 걸쳐서 유체의 펼쳐짐을 변화시킴으로써 에어로졸의 특성들을 변화시킬 수도 있다. 그러나, 커넥터의 폭(118)을 최소화시키는 것은 방출되지 않은 유체가 개스, 오염물등에 노출되는 것을 최소화시킨다. 작은 폭(118)은 투약의 정확성에 영향을 미칠 수 있는 커넥터(112) 안의 기포 포착을 감소시킬 수도 있다. 마지막으로, 폭(118)을 최소화시키는 것은 유체 챔버(106)의 크기를 증가시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 거리(110)는 유체 전달 도관(22)의 단부(120)와 하우징(62)의 외측 표면(122) 사이에 하나 이상의 워셔(예를 들어, 금속, 플라스틱)를 삽입함으로써 변화될 수 있다. 다른 실시예들에서, 시스템(10)은 복수개의 유체 전달 도관(22)들을 포함할 수 있으며, 이것은 상이한 깊이(116)에서 카운터보어(114)들을 구비함으로써 사용자가 표준 크기의 커넥터(112)를 가지고 거리(110)를 변화시킬 수 있게 한다. 위에서 설명된 거리 변경의 선택은 거리(110)를 변화시키도록 분리되어 사용될 수 있거나 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
도시된 바와 같이, 커넥터(112), 유입부(60), 유출부(64) 및 진동 가능 부재(86)는 축(124)과 정렬되거나 또는 실질적으로 정렬된다 (예를 들어, 하우징(62)의 중심축, 도관(22)의 중심축, 진동 가능 부재(86)의 중심축과 정렬된다). 이것은 유체가 에어로졸 발생기(16)로 유동하는 것을 용이하게 할 수 있고 에어로졸 발생기(16)로부터 에어로졸이 유동하는 것을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 커넥터(112), 유입부(60), 유출부(64) 및/또는 진동 가능 부재(86)는 서로에 대하여 오정렬(misalign)될 수 있다. 예를 들어, 커넥터(112)는 진동 가능 부재(86)의 특정 영역 또는 부분에 걸쳐 유체를 지향시키도록 진동 가능 부재(86)에 대하여 오정렬될 수 있다. 이하에 상세하게 설명되는 바와 같이, 진동 가능 부재(86)는 균일한 통공들을 가지지 않을 수 있고 그리고/또는 균일하게 진동되지 않을 수 있다. 따라서, 진동 가능 부재(86)의 일부에 걸쳐 유체 유동을 지향시킴으로써, 에어로졸 발생기(16)는 에어로졸의 특성들을 변화시킬 수 있다. 에어로졸 발생기(16) 밖으로의 에어로졸 유동을 용이하게 하도록, 유출부(64)는 지지 플레이트(90)에서의 통공(92)의 폭/직경(128)보다 크거나 또는 그것과 같은 폭/직경(126)을 가질 수 있다. 이것은 에어로졸 발생기(16) 밖으로의 에어로졸의 유동에 대한 장애를 최소화시키며, 이는 환자에게로 전달되는 에어로졸 양을 증가시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 유출부(64)는 테이퍼진 내부 표면(130)을 가질 수 있다. 테이퍼진 내부 표면(130)은 특정 공기 유동 장치의 크기 또는 다양한 공기 유동 장치들에 대한 에어로졸 발생기(16)의 부착을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 유출부(64)의 외부 표면(132)은 마찬가지로 상이한 공기 유동 장치들 또는 공기 유동 장치의 크기들에 대한 에어로졸 발생기(16)의 부착을 용이하게 할 수 있도록 테이퍼질 수 있다.
도 4 는 진동 가능 부재(86)의 실시예에 대한 평면도이다. 위에서 설명된 바와 같이 진동 가능 부재(86)는 압전 액튜에이터(88)에 응답하여 진동하여 유체를 에어로졸로 만든다. 진동 가능 부재(86)는 미국 특허 공보 2016/0130715 (2016.5.12)에 설명된 광형성 진동 가능 부재(photo-defined vibratable member)일 수 있으며, 상기 문헌은 모든 목적을 위하여 본원에 포함된다. 작동시에, 진동 가능 부재(86)는 4 마이크론 또는 그 미만의 체적 중간 직경(VMD)을 가진 액적/입자들을 구비한 99.6 % 또는 그 이상의 미세 입자 분량(fine particle fraction, FPF)을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 진동 가능 부재(86)를 사용하는 에어로졸 발생기(16)는 1 마이크론 또는 그 미만의 VMD(volume median diameter)를 가진 액적을 구비한 80 % 또는 그 이상의 FPF 를 생성할 수 있다. 이러한 특성들을 가진 에어로졸은 캐리어 유체(예를 들어, 공기, O2, O2/공기 혼합물 등)에 용이하게 현수되고 그에 의해 유지되어 환자에게 효과적으로 전달된다 (예를 들어, 환자의 폐 안에 깊은 깊이로 약품을 전달한다).
도시된 바와 같이, 진동 가능 부재(86)는 하나 이상의 카운터보어(142) 안에 위치된 하나 이상의 에어로졸 통공(140)을 구비한다. 예를 들어, 각각의 카운터보어(142)는 대략 20 개의 통공(140)을 구비할 수 있다. 일부 실시예들에서, 통공(140)의 수 및/또는 크기는 각각의 카운터보어(142) 내에서 상이할 수 있다. 예를 들어, 일부 카운터보어(142)들은 5 개의 통공(140)을 가질 수 있는 반면에, 다른 것들은 10 개의 통공(140)들을 가질 수 있다. 더욱이, 카운터보어(142)는 진동 가능 부재(86)에 걸쳐 균일하게 또는 불균일하게 분포될 수 있고, 통공(140)들은 카운터보어(142)내에 균일하게 또는 불균일하게 분포될 수도 있다. 통공(140) 및 카운터보어(142) 양쪽의 크기, 개수, 위치등을 변화시키는 성능은 진동 가능 부재(86), 압전 액튜에이터(88) 및/또는 지지 플레이트(90)의 진동 특성들에 대한 적합화를 가능하게 한다. 예를 들어, 지지 플레이트(90) 및/또는 압전 액튜에이터(88)는 다른 부분들보다도 진동 가능 부재(86)의 부분들을 더 진동시킬 수 있다. 따라서 이러한 부분들은 다른 부분들보다 더 많은 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 따라서 통공(140) 및 카운터보어(142)의 주문 제작은 상이한 특성들(예를 들어, VMD, 플륨(plume) 속도, 플륨 밀도, 평균 유량, 방향 등)을 가진 에어로졸 발생을 가능하게 한다. 일부 실시예들에서, 주문 제작은 진동 가능 부재(86)상의 상이한 위치들에서 상이한 에어로졸의 발생을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 진동 가능 부재(86)의 일부 부분들은 4 마이크론 또는 그 미만의 VMD 를 가진 에어로졸을 발생시킬 수 있지만, 다른 것들은 1 마이크론 또는 그 미만의 VMD 를 가진 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 진동 가능 부재(86)를 주문 제작하는 성능은 상이한 유체, 상이한 치료, 상이한 적용등에 대한 에어로졸 발생을 용이하게 한다.
도 5 는 도 3 의 라인(5-5) 안에서 진동 가능 부재(86)에 에어로졸 통공(140)들을 포함하는 카운터보어(142)의 실시예에 대한 부분적인 단면도이다. 위에서 설명된 바와 같이, 통공(140) 및 (깊이(146)를 포함하는) 카운터보어(142) 의 크기는 적용예에 따라서 변화될 수 있다.
도 6 은 진동 가능 부재(86)를 가지고 유체를 에어로졸로 만드는 에어로졸 발생기(16) 실시예의 단면도이다. 위에서 설명된 바와 같이, 커넥터(112)의 단부(108)는 진동 가능 부재(86)로부터 거리(110)를 가지고 이격됨으로써 진동 가능 부재(86)는 유체를 유인하여 유체 전달 도관(22)을 (예를 들어 표면 장력을 통해) 빠져나가도록 보장한다. 거리(110)는 장애물(obstruction)을 변위시키는 풀(pool, 170)의 형성을 용이하게 함으로써, 유체는 에어로졸을 만드는 동안 진동 가능 부재(86)와 접촉되어 유지된다. 예를 들어, 에어로졸을 만드는 동안 기포 또는 포말(172)이 형성될 수 있고 만약 변위되지 않는다면 포말은 유체의 에어로졸 만들기와 간섭될 수 있다. 따라서 에어로졸 발생기(16)는 유체 챔버(106)를 구비하며, 이것은 변위된 포말을 위한 공간을 제공한다. 유체 챔버(106)는, 형성되는 그 어떤 포말(172)의 파괴를 동시에 증진시키면서, 포말(172)의 생성을 감소시킬 수도 있다.
거리(110)는 진동 가능 부재(86)에 걸쳐서 유체의 펼침(spreading)을 제어하도록 튜닝될 수도 있다. 예를 들어, 유체 전달 도관(22)이 진동 가능 부재(86)에 근접할수록, 진동 가능 부재(86)와 유체와 유체 전달 도관(22) 사이의 마찰이 유체의 펼쳐짐 성능을 감소시키는데 미치는 충격은 더 커지며, 따라서 에어로졸의 특성(예를 들어, 풀륨 속도(plume velocity), 플륨 밀도, 평균 유량, 방향 등)을 변화시킨다.
도 7 은 유체를 진동 가능 부재(86)로 에어로졸로 만드는 에어로졸 발생기(16)의 실시예에 대한 단면도이다. 위에서 설명된 바와 같이, 진동 가능 부재(86)의 통공(140)들 및 카운터보어(142)들은 상이한 특성들(예를 들어, VMD, 플륨 속도, 플륨 밀도, 평균 유량, 방향 등)을 가진 에어로졸을 생성하도록 주문 제작될 수 있다. 일부 실시예들에서, 주문 제작은 진동 가능 부재(86)상의 상이한 위치들에서 상이한 에어로졸들의 발생을 가능하게 할 수 있다. 제시된 바와 같이, 진동 가능 부재(86)는 2 개의 VMD 를 가진 에어로졸을 생성하였다. 예를 들어, 진동 가능 부재(86)의 외측 부분은 4 마이크론 또는 그 미만의 VMD 를 가진 에어로졸을 발생시킬 수 있는 반면에, 내측 부분은 1 마이크론 또는 그 미만의 VMD 를 가진 에어로졸을 발생시킨다. 진동 가능 부재(86)를 주문 제작하는 성능은 상이한 유체, 상이한 치료, 상이한 적용예등을 위한 에어로졸 발생을 용이하게 한다.
도 8 은 유체 전달 도관(22)이 하우징(62)에 있는 유체 유입부(60)에 결합된 에어로졸 발생기(16)의 실시예에 대한 사시도이다. 작동시에, 유체원(20)으로부터의 유체는 유체 유입부(60)를 통하여 에어로졸 발생기(16)로 펌핑되며, 에어로졸 발생기에서 유체는 에어로졸로 만들어지고 유체 유출부(64)를 통하여 배출된다. 그러나, 유체를 진동 가능 부재(86)로 전달하는 단일 도관 대신에, 유체 전달 도관(22)은 복수개의 제 2 도관을 포함하는 매니폴드 커넥터(190)에 결합되거나 그것을 포함할 수 있다. 제 2 도관들은 진동 가능 부재(86)의 표면에 걸쳐 유체의 신속한 분배를 용이하게 할 수 있고 진동 가능 부재(86)의 표면을 가로질러 액체의 제어된 분배를 용이하게 할 수 있다 (예를 들어,진동 가능 부재(86)의 일부분은 다른 부분들보다 더 많은 유체를 수용할 수 있다).
도 9 는 에어로졸 발생기(16)의 실시예에 대한 단면도이다. 에어로졸 발생기(16)는 함께 결합되는 제 1 부분(80)(예를 들어, 제 1 절반) 및 제 2 부분(82)(예를 들어, 제 2 절반)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 부분(80,82)들은 스냅 핏 연결, 프레스 핏 연결, 나사 연결, 나사 고정구, 글루, 용접 또는 이들의 조합으로 함께 결합될 수 있다. 제 1 및 제 2 부분(80,82)들은 공동(84)을 형성하며, 이것은 진동 가능 부재(86) 및 압전 액튜에이터(88)를 수용한다.
진동 가능 부재(86) 및 압전 액튜에이터(88)는 공동(84)내에서 지지 플레이트(90)에 결합된다. 작동시에, 지지 플레이트(90)는 압전 액튜에이터(88)로부터 진동 가능 부재(86)로 에너지 전달(예를 들어, 진동)을 가능하게 한다. 지지 플레이트(90)는 다음의 재료들, 즉, 금속, 합금, 폴리머등중 하나 또는 그 이상으로부터 제작될 수 있다. 지지 플레이트(90)의 두께를 변화시킴으로써, 에어로졸 발생기(16)는 진동 가능 부재(86)의 진동 특성을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 두껍고 그리고/또는 경직된(stiffer) 지지 플레이트(90)는 진동의 전달에 저항할 수 있는 반면에, 얇은 지지 플레이트(90)는 진동을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 지지 플레이트(90)는 케이블(32)에 있는 접지 와이어에 결합되는 도전체(예를 들어, 금속 플레이트)일 수 있다. 따라서 지지 플레이트(90)는 압전 액튜에이터(88)에 전력을 제공하는 회로를 완성할 수 있다.
에어로졸 발생기(16)는 제 1 시일(94) 및 제 2 시일(96)을 포함할 수 있으며, 이들은 하우징(62)의 제 1 부분(80)과 지지 플레이트(90)의 제 1 표면(98) 사이의 시일 및, 하우징(62)의 제 2 부분(82)과 지지 플레이트(90)의 제 2 표면(100) 사이의 시일을 형성한다. 지지 플레이트(90)가 진동하면, 시일(94,96)들은 수용 홈(102,104)(예를 들어, 원주 홈)내에서 제 위치에 유지된다. 일부 실시예에서, 시일(94,96)들은 플라스틱, 고무, 엘라스토머등으로부터 만들어진 O 링 시일일 수 있다. 일단 조립되면, 제 1 및 제 2 하우징 부분(80,82)들은 시일(94,96)들을 지지 플레이트(90)와 접촉되게 압축하여 유체 챔버(106)와 압전 액튜에이터(88) 사이에 유체 밀폐 시일을 형성한다. 이러한 시일(94,96)들은 오염물이 케이블 유입부(680를 통하여 유체 챔버(106)로 진입하는 것을 차단함으로써 살균 환경을 유지할 수도 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 하우징(62)은 하나 이상의 벤트 통공(vent aperture, 66)들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 벤트 통공(66)들은 하나 이상의 필터(107)들을 포함할 수 있다. 필터(107)들은 오염물이 유체 챔버(106)로 진입하는 것을 차단함으로써 살균 환경을 용이하게 할 수 있다. 필터(107)들은 유체 전달 도관(22)을 프라이밍(priming)할 때 유체 챔버(106)로부터 개스가 빠져나갈 수 있게 하고 유체가 유체 챔버(106)로부터 이탈되는 것을 차단 및/또는 감소시킬 수 있게 한다.
유체 전달 도관(22)은 유체 챔버(106)에 유체 결합되어 유체가 유체원(20)으로부터 에어로졸 발생기(16)로 유동할 수 있게 한다. 그러나, 유체를 진동 가능 부재(86)로 전달하는 단일 도관 대신에, 유체 전달 도관(22)은 복수개의 제 2 도관(200)들에 공급하는 매니폴드 커넥터(190)를 포함할 수 있거나 또는 그에 결합될 수 있다. 제 2 도관(200)은 진동 가능 부재(86)의 표면(202)에 걸쳐 유체의 신속한 분배를 용이하게 할 수 있고, 진동 가능 부재(86)의 표면을 가로질러 액체의 제어된 분배를 용이하게 할 수 있다 (예를 들어, 진동 가능 부재(86)의 일부는 다른 부분보다 더 많은 유체를 수용할 수 있다). 제 2 도관(200)은 유체 챔버(106) 안으로 연장됨으로써 그들의 단부들/유출부들(204)은 진동 가능 부재(86)로부터 거리(110)를 둔다. 거리(110)는 진동 가능 부재(86)가 유체를 유인하여 제 2 도관(200)을 (예를 들어 표면 장력을 통해) 빠져나가는 것을 보장한다. 이러한 방식으로, 유체는 그 어떤 방위로도 또는 실질적으로 모든 방위로 진동 가능 부재(86)에 전달될 수 있다. 거리(110)는 제 2 도관(200)으로부터의 분배되지 않은 유체를 유인/제거하도록 진동 가능 부재(86)의 성능을 차단 또는 감소시키게끔 튜닝될 수도 있다 (예를 들어, 진동 가능 부재(86)가 진동하면서 제 2 도관(200)의 단부들/유출부들과 진동 가능 부재(86) 사이의 거리(110)를 변화시킨다). 즉, 거리(110)는 에어로졸을 만들기 위한 정확한 유체 배출을 용이하게 할 수 있다. 거리(110)는 진동 가능 부재(86)에 걸쳐 유체의 펼침을 제어하도록 튜닝될 수도 있다. 예를 들어, 제 2 도관(200)이 진동 가능 부재(86)에 접근할수록, 진동 가능 부재(86)와 유체와 제 2 도관(200)들 사이의 마찰은 유체가 펼쳐지는 성능을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 제 2 도관(200)들은 진동 가능 부재(86)로부터 상이한 거리(110)들에 배치될 수 있다. 따라서, 제 2 도관(200)들중 일부는 진동 가능 부재(86)의 부분들에 걸친 유체의 더욱 신속한 펼침을 가능하게 할 수 있는 반면에, 다른 것들은 진동 가능 부재(86)의 부분들에 걸친 유체의 펼침을 감소시킬 수 있다.
매니폴드 커넥터(190)는 유체 전달 도관(22)과 일체일 수 있거나 또는 분리된 부재일 수 있다. 일부 실시예들에서, 에어로졸 발생기(16) 및/또는 유체 전달 도관(22)은 상이한 길이들 및/또는 폭들을 가진 제 2 도관(200)들을 가진 복수개의 매니폴드 커넥터(190)를 가질 수 있다(예를 들어, 키트). 이들 상호 교환 가능한 매니폴드 커넥터(190)는 플륨 밀도, 평균 유량, 방향등을 포함하는, 진동 가능 부재(86)에 의해 생성되는 에어로졸의 특성들을 사용자가 변화시킬 수 있게 한다.
도 10 은 도 9 의 라인(10-10)을 따른 에어로졸 발생기(16)의 실시예에 대한 단면도로서, 유체를 진동 가능 부재(86)로 공급하는 복수개의 제 2 도관(200)들을 도시한다. 도 10 에서, 제 2 도관(200)들은 등간격으로 이격되고, 같은 크기의 통공 폭(210)들을 가진다. 7 개의 제 2 도관(200)들이 도시되어 있으나, 일부 실시예들은 상이한 개수의 제 2 도관들(예를 들어, 2, 3, 4, 5, 6,7,8,9, 10 또는 그 이상)을 가질수 있다는 점이 이해되어야 한다. 작동시에, 동등한 크기이고 이격된 제 2 도관(200)들은 동등한 양의 유체를 진동 가능 부재(86)의 전체 표면(202)으로 공급할 수 있다. 표면(202)의 큰 부분을 덮음으로써, 진동 가능 부재(86)상의 통공(140)들은 더 많은 유체를 에어로졸로 만들 수 있고, 플륨 크기(plume size)를 증가시킬 수 있고, 액적 크기를 변화시킬 수 있다.
도 11 은 도 9 의 라인(10-10)을 따른 에어로졸 발생기(16)의 실시예에 대한 단면도로서, 상이한 크기의 제 2 도관(200)들을 도시한다. 예를 들어, 매니폴드 커넥터(190)는 진동 가능 부재(86)상에 중심을 둔 제 2 도관(200)을 구비할 수 있으며, 작은 제 2 도관(200)들이 중심에 위치된 제 2 도관(200)을 둘러싼다. 그러나, 다른 실시예에서, 제 2 도관(200)들의 크기 및 위치는 상이할 수 있다(예를 들어, 작은 제 2 도관(200)들은 진동 가능 부재(86)의 중심에 인접하여 집중되고, 큰 제 2 도관(200)들은 주위 둘레에 위치된다). 상이한 크기의 제 2 도관(200)들을 구비함으로써, 매니폴드 커넥터(manifold connector, 190)는 진동 가능 부재(86)의 부분들로의 유체 유동을 증가시킬 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 진동 가능 부재(86)는 전체 표면(202)에 걸쳐 동등하게 진동되지 않을 수 있고, 그리고/또는 통공(140)들의 집중은 동등하게 분산되지 않을 수 있다. 따라서, 진동 가능 부재(86)에 걸쳐 상이한 크기의 제 2 도관(200)들을 위치시키는 것은 소망 특성들(예를 들어, 액적 크기, 산출 비율, 배출되는 액적의 적절한 속도)을 가진 에어로졸의 생산이 가능할 수 있다.
도 12 는 도 9 의 라인(10-10)을 따른 에어로졸 발생기(16)의 실시예에 대한 단면도이다. 진동 가능 부재(86)는 전체 표면(202)에 걸쳐 동등하게 진동하지 않을 수 있고 그리고/또는 통공(140)들의 집중은 동등하게 분산되지 않을 수 있기 때문에, 제 2 도관(200)들은 특정 위치에 집중될 수 있다. 도 12 에서, 에어로졸 발생기(16)는 진동 가능 부재(86)의 일부에 걸쳐서 집중된 제 2 도관(200)들을 구비한다. 3 개의 제 2 도관(200)들이 도시되었지만, 다른 실시예들은 상이한 수의 제 2 도관(200)(예를 들어, 2,3,4,5,6,7,8,9,10 또는 그 이상)을 가질 수 있다. 제 2 도관(200)들은 서로에 대하여 상이한 크기를 가질 수도 있다.
도 13 은 도 9 의 라인(13-13)에서 제 2 도관(200)의 실시예에 대한 단면도이다. 위에서 설명된 바와 같이, 진동 가능 부재(86)의 표면(202)과 유출부(204) 사이의 거리(110)는 진동 가능 부재(86)로의 유체 부착과 유체의 펼쳐짐 제어를 용이하게 한다. 일부 실시예들에서, 진동 가능 부재(86)는 오목할 수 있다. 진동 가능 부재(86)의 중심으로부터 이탈되게 위치된 제 2 도관(200)들 사이의 거리(110)를 유지하기 위하여, 제 2 도관(200)들은 각이 형성되거나 테이퍼진 단부/유출부(204)를 가질 수 있으며, 이것은 진동 가능 부재(86)와 제 2 도관(200) 사이의 적절한 거리(110)를 유지한다. 테이퍼진 단부/유출부(204)들의 각은 직선일 수 있고 그리고/또는 만곡될 수 있다. 예를 들어, 테이퍼진 단부/유출부(204)들중 하나 또는 그 이상은 특정의 테이퍼진 단부/유출부(204) 아래의 위치에서 진동 가능 부재의 표면(202) 윤곽과 유사한 윤곽을 가질 수 있다.
본 발명은 다양한 변형 및 대안의 형태를 받아들일 수 있지만, 도면의 예로서 특정 실시예들이 개시되었으며 상세하게 설명되었다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 형태들에 제한되는 것으로 의도되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 오히려, 본 발명은 다음의 첨부된 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범위에 속하는 모든 변형예, 균등예 및 대안들을 포괄한다.
10. 에어로졸 전달 시스템 12. 호흡 시스템
14. 벤틸레이터 16. 에어로졸 발생기
20. 유체원 22. 전달 도관

Claims (20)

  1. 에어로졸 발생기를 포함하는 에어로졸 전달 시스템(aerosol delivery system)으로서, 상기 에어로졸 발생기는:
    하우징 유입부 및 하우징 유출부를 가진 챔버를 형성하는 하우징;
    하우징에 작동 가능하게 결합되고 통공을 형성하는, 지지 플레이트; 통공을 가로질러 위치되도록 지지 플레이트에 작동 가능하게 결합된 진동 가능 부재;
    지지 플레이트에 결합된 압전 액튜에이터로(piezoelectric actuator)로서, 유체를 에어로졸로 만드는 진동 가능 부재를 진동시키도록 팽창 및 수축되는, 압전 액튜에이터; 및,
    유체를 진동 가능 부재로 전달하도록 구성되기 위하여 진동 가능 부재로부터 이격된 말단 단부를 가진 유체 도관으로서, 유체가 진동 가능 부재의 진동에 의해 에어로졸로 만들어질 때까지 하우징의 방위에 무관하게 표면 장력을 이용하여 진동 가능 부재로 전달된 유체의 부착을 용이하게 하도록 상기 유체 도관의 말단 단부는 진동 가능 부재로부터 1.0 mm 내지 0.001 mm 로 위치되는, 유체 도관:을 포함하며,
    상기 하우징은 하우징의 두께를 통과하여 연장되어 하우징의 외부의 환경에 대하여 하우징의 내부를 유체 유동 가능하게 결합하며 상기 챔버에 유체 유동가능하게 결합된 벤트 통공(vent aperture)을 형성하고,
    상기 벤트 통공은 개스, 액체 및 포말 중 적어도 하나를 하우징의 내부로부터 하우징의 외부의 환경으로 배출하도록 된, 에어로졸 전달 시스템.
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  3. 제 1 항에 있어서, 유체 도관은 커넥터 도관을 포함하고, 유체 도관은 유체원에 결합되는, 에어로졸 전달 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 커넥터 도관은 하우징 유입부를 통과하여 유체 챔버내에 놓이는, 에어로졸 전달 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 유체 도관은 유체를 진동 가능 부재로 공급하도록 이용될 수 있는 하우징 안의 복수개의 유체 도관들중 하나를 포함하는, 에어로졸 전달 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 하우징과 지지 플레이트 사이를 밀봉하는 제 1 시일을 포함하는, 에어로졸 전달 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 하우징과 지지 플레이트 사이를 밀봉하는 제 2 시일을 포함하고, 상기 제 1 시일 및 제 2 시일은 지지 플레이트의 대향하는 측들에 대하여 밀봉하는, 에어로졸 전달 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 하우징은 함께 결합되는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 제 1 부분은 하우징 유입부를 형성하고 제 2 부분은 하우징 유출부를 형성하는, 에어로졸 전달 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 진동 가능 부재 및 지지 플레이트는 일체인, 에어로졸 전달 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 유체 도관을 통하여 진동 가능 부재로의 유체 전달을 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함하는, 에어로졸 전달 시스템.
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