TW458787B - Spray data acquisition system - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 458787 A7 ---、_m______ 五、發明說明（/ ) 本發明與使_質喷«式特徵化的系統斑方法有 關，更特別的’與照明煙霧質喷霧柱與使用光學技術使相 關聯之喷霧樣柄徵化的线與方法有關。 TT劑量喷4 I和計量藥劑吸人^散發之煙 的 5流體力學的贿化，在蚊吸人賴_送裝置(ddd)整 體性月b上非常的重要。除了治療呼吸上直接的病痛外，以 mi絲礎的藥劑遞送裝置⑽D)如今已用來遞送諸如 感目疫田 '胰島素以及偏頭痛的消除劑，因為它可 將藥劑遞送至組織上使其更有效的吸收藥劑，更易於解除 10病患的病痛。喷霧特徵亦成為食品及藥物管理”舰，，認可 上新有及現存之以吸入器為基礎之Ddd研究與發展許 可、品質保證、以及穩定性測試程序所需整體法規提交仲 裁的一部份。 發現喷霧幾何之完整特徵化是對大多數以吸入器為基 15礎_之整體性能的最佳指標。特別是當由裝置嗔出後 霧心散角（噴霧柱幾何）’喷霧橫戴面的橢圓率，均勻度 ^粒/藥滴的分佈（喷霧樣式）’以及喷霧形成的時間演變 、®度已是以吸入器為基礎131)〇性能上最具代表性之量 化資料。 在研發的過程中，量測典型的是用來將噴霧杲的性能 Λ與液體/固體藥劑溶液流體特徵作最佳化的匹配，造成 、成本效益及有效的產品設計。值是，準確、可靠和易 ;使用的準則，以及一個以吸入器為基礎的DDD喷霧器的 特徵拖述並不存在。在以吸入器為基礎的DDD品質保證與 本纸張尺度舶巾^ϋ1^π·10χ 297公笼了 ------------裘--------訂---------線 . <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i.( i.( 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ________B7 --2------ 五、發明說明（2 ) 穩定度的職巾，喷霧㈣何及噴霧樣式量度為驗證對以 吸入益為基礎的DDD核准資料準則之—致性及符合度的 主要指標。 目前藥物公司現行所採用的吸人器喷霧測試標準，涉 5及將喷霧泵對-個固態薄層的色層分析（tlc)板嗔灑，該 TLC板具有-個塗層會響應於入射紫外線輕射產生榮光。 TLC板係置於“ D埠上方1定的高度然後分析在板 上所沉積噴霧的樣式。 在傳統的測試組態中，對曝光板的分析是以紫外線輻 10射對此板照射開始。入射紫外線輻射造成板上塗層產生營 光並有助於突顯喷霧樣式的輪廓，然後以標示裝置及機械 測徑器繪出並量度板上沉積樣式的輪麻，接著以較大或較 小的直徑來記錄噴霧樣式橢圓率的量度。 +此種組態的-項缺點為TLC板的存在，徹底的改變喷 15務自然的流體力學，使得從自由的煙霧質嗔出轉變成為衝 撞的喷出。 此種組態的另一項缺點為大量的喷霧顆粒彈跳脫離 板面，u成喷霧未受限時所不存在之樣式的改變。特別是 在以乾粉為基本的DDD時產生問題。因為顆粒完全不會粘 20著在TLC板上，造成因外在因素所導致之低密度噴霧樣式 量度及結果報告。 此種組態還有另—項的缺點為喷霧樣式量度對操作 者的判斷非常敏感而有可靠度較低的傾向。 此種組態的另一項缺點為相關的量度技術受限於僅 4 本紙張尺度邮 (eNS)A4 --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------訂 --------線. A7

發明說明（ 能測量靜態的喷霧樣式。它不可用於探測喷霧之任 間演變的或柱狀幾何之特性。 ’ 本發明之目的為實質的克服上述諸項缺點與習知 術不利之處。 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 發明概述 在一較佳實施例中，本發明提供一種產生影像資料以 代表喷霧柱之至少一組連續影像的裝置。每一影像資料代 表⑴沿著與喷霧柱相交的幾何平面，及(ii)預定的時間點之 喷霧柱密度特徵。本裝置包括沿著至少與噴霧柱相交的幾 何平面對喷霧柱提供照明之照明器。本裝置亦包括用以產 生代表沿著幾何平面照明與喷霧柱之相交處之影像資料的 換能器。 在本發明所達成前述及其它的目標的一個觀點中，包 3—個喷·霧資料獲取系統包括支撑泵送裝置的外殼。果送 裝置是用來反應所施加力量而經由其上的出口埠沿著喷霧 軸產生一煙霧質噴霧柱。系統更包括了一個噴霧泵啟動 器’能夠控制泵送力量以及泵送裝置所產生煙霧質喷霧柱 的持續期間。本系統亦包括一個照明裝置，至少沿著與煙 務質贺霧柱相交的第一幾何平面對煙霧質嗜霧柱提供照 明。本系統更包括一個成像裝置，可獲取表示至少沿著一 個幾何平面之照明與煙霧質喷霧柱間交互作用的資料。 在另一觀點中，本發明包括產生影像資料以代表喷霧 柱之至少一組連續影像的裝置。每一影像代表⑴沿著與喷 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7 五、發明說明（4 ) 霧柱相交的幾何平面，及（ii)預定的時間點之噴霧柱密度特 性。本裝置包括沿著至少與喷霧柱相交的幾何平面對喷霧 柱提供照明之照明器。本裝置亦包括用以產生代表沿著至 少一幾何平面照明與喷霧柱間相交處之影像資料的換能 5 器。 在本發明另一實施例中，一組連續的影像代表時間的 演進。 在本發明另一實施例中，第一組時序的影像對應於沿 著第一幾何平面軸向橫戴面密度特性，該第一幾何平面大 10 致與流向的中心線垂直，以及第二組時序的影像對應於沿 著第二幾何平面縱向密度特性，該第二幾何平面大致與流 向的中心線平行且相交。 在本發明之另一實施例中，照明與喷霧柱間的相互作 用包括光學散射作用。 15 在本發明之另一實施例中，照明與噴霧柱間的相互作 用包括光學吸收作用。 在本發明之另一實施例中，換能器包括產生並記錄影 像資料的數位成像系統。 在本發明之另一實施例中，數位成像系統包括其取樣 20 率約為每秒500個影像。 在本發明之另一實施例中，照明器包括具有扇形輸出 樣式的雷射糸統。 在本發明之另一實施例中，該扇形輸出樣式包括大約 45度之扇角，以及大約1毫米之雷射線厚度，其係於噴霧之 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於--------訂------1!線- 4 4 10 15 A7 B7 五、發明說明（5 . 中心線所測量的。 在本發明之另—實施例中，雷射系統包括一4瓦’ 81〇 奈米的雷射輸出。 在本發明之另一實施例中，照明裝置沿著與煙霧質喷 霧枉相父的第二幾何平面照亮噴霧柱，且成像裝置獲得代 表照明與沿著第二幾何平面之煙霧質喷霧柱間第二相互作 用的資料。在一實施例中，第一及第二幾何平面大致正交。 圖式簡單說明 本發明之前述及其它目的，其各種特徵以及發明之本 身’經由閱讀後續的描述以及所附的圖示應可更為完全的 了解，其中： 圖1為依據本發明實施例噴霧資料獲取系統之概要 圖； 圖2顯示照明裝置照亮圖1中實施例喷霧之橫軸向橫裁 面切片圖；以及 圖3顯示照明裝置照亮圖1實施例中沿著噴霧軸之喷霧 切片圖。 20 較佳實施例說明 本發明之噴霧資料獲取系統提供煙霧質噴霧時間演 化、顆粒散佈、以及發散角度等之影像。喷霧資料獲取系 統是一個非入侵式的，以光學為設計基礎的系統，可捕捉 代表對於相當完整的幾何（發散角及喷霧柱幾何）及樣式 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣111--訂----- 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 7 3 7 A7 B7 五、發明說明（6 ) (橫截面均勻度及橢圓率）成像方面之煙霧質喷霧時間演變 的資訊。系統模組化的硬體可以容易的按規格改製以符合 研究發展、穩定度測試、及生產環境等各種噴霧測試之應 用的需求。 5 圖1顯示一噴霧資料獲取系統10產生代表由喷霧泵22 噴出的煙霧質喷霧特性的資料。本系統10包括一喷霧泵22 的喷霧泵外殼21、一個啟動器18、一個照明裝置26，以及 一成像裝置12。噴霧泵外殼21提供噴霧泵22之配置，導引 煙霧質噴霧經由外殼21的埠沿著喷霧軸SA喷霧。 10 本發明資料獲取系統10的成像裝置12包括一個攝影機 鏡頭14及控制單元16。與啟動器18相關聯的是喷霧啟動器 控制單元20及施力控制元件19,對喷霧控制單元20響應， 控制喷霧泵22煙霧質喷霧柱之泵送力量及持續期間。雖然 其它之習知技術’例如液壓、氣壓、或簡單的機械連接也 15可使用，啟動器18較佳的是一個電氣-機械換能器，轉換來 自控制單元20之電氣控制信號。啟動器18選擇性的啟動果 22產生一喷霧柱供系統10評估。煙霧質喷霧柱之中心線為 如圖示之喷霧軸SA。 照明裝置26採用同時或依續的以薄扇形光束沿著噴霧 20轴SA及橫向於喷霧軸SA對喷霧照明。成像裝置12用來獲取 代表以照明裝置26照亮喷霧部份之光學密度分佈的資料。 第一組產生的資料表示噴霧杈橫向之橫截面切片。此組資 料對提供有關於喷霧發散以及從喷霧軸往各方向輻射的嗔 霧均勻度甚有助益。所產生的第二組資料代表沿著噴霧軸 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^------ 訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 458787 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7 ) 的嘴務切片。此組資料對提供有關於沿著嘴霧軸及立它從 出口埠偏離之軸的噴霧發散以及喷霧均勻度甚有助益。 由於可程式化喷霧泵啟動器18、施力控制元件19以及 控制單元20使得以控制包括泵送力量及持續期間在内的與 5噴霧質喷霧泵相關的主要參數。此外，啟動器18包括一輸 出觸發信號在噴霧泵啟動時觸發成像裝置。由於录22的單 次抽吸所造成的喷霧柱持續的時間僅為一秒鐘之譜，因此 在喷霧泵啟動器18及成像裝置12間的準確同步就非常的重 要。InnovaSystem (Pennsauken，NJ)的鼻式喷霧泵啟動器為 10 —種使用本發明之較佳啟動器的範例。此InnovaSystem啟 動器包括内建的可程式能力，控制許多在此描述之煙霧質 噴霧泵主要參數。此外InnovaSystem啟動器配備有數位輸 出信號可於泵發動時觸發成像裝置。此信號與國家儀器公 司的PCI-1424以及Dalsa公司CA-D6-0256(—個影像獲取裝 15 置12的較佳範例）的數位輸入觸發器相容，並提供系統10 幾近完美的同步。 成像裝置12較佳係具有影像獲取速度（幀率）及空間解 析度能力，以準確的捕捉幾何及樣式測試之噴霧時間演 變。成像裝置12最佳能提供在解析度為256x256像素以及8 20 位元的灰度時，約為1000/秒(fps)的幀率’以準確的捕捉噴 霧柱幾何及喷霧樣式測試之喷霧時間演化。如此之獲取速 度及空間解析度值造成一個與現行TLC-板法相較’有關煙 霧質喷霧枉完整流體力學相關資訊之量增加80至100倍。玉 如在此所述，國家儀器公司（Austin，TX)的PCi-1424影像獲 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格mo X 297公釐） n * n n 1 1 I IV · I n n I T (請先閱讀背面之注寺^►項再填寫本頁> 458 78 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8 ) 取板，以及來自Dalsa (Water丨0o,Ontario, Canada)公司的 CA'D6-0256高速數位相機的組合，是較佳成像裝置12的— 個範例。CA-D6-0256具有在解析度為256x256像素，256灰 階（8位元）時，從1至955fps的可程式化幢率。此外，ρα_1424 5影像獲取板直接與照相機通訊並可在電腦軟體系統下獲取 並顯示這些影像。此外照相機裝有Schneider光學公司 (Hauppauge，NY)的Cinegon鏡片，可有效的將被顆粒反射 至照相機影像感測器上的雷射光聚焦及發射。較佳照明裝 置（在此所描述的為Magnum 4000)的功率及波長規格最好 10 與Cinegon鏡片及CA-D6-0256的頻譜響應匹配。因此，較 佳照相機及雷射組合產生明亮的影像清楚的顯示喷霧顆 粒0 照明裝置26最佳能夠隨時間演化以大約5〇〇fps的幀率 照明喷霧顆粒。最佳的，照明裝置是一個諸如雷射光面產 15 生器之連續波的光源（但是也可與影像獲取一致而閃光以 提供較佳之飛行顆粒的畫面凍結）。再者，來自照明裝置26 的光源能夠形成薄面以準確的照亮量度喷霧樣式及發散的 顆粒。最佳的，照明裝置26可產生約為4瓦的照明功率並以 810奈米的波長及45°的扇形角直接的投射成非常薄的光 20 面，當然亦可視狀況採用其它的扇形角度。來自Lasiris公 司（St. Laurent, Quebec, Canada)的Magnum 4000雷射面產 生器為照明裝置26的較佳範例。此固態二極體雷射產生4w 的照明功率並直接投射一波長為810奈米非常薄的光面，且 其扇形角可為30、45、及60 。 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — * — — — n tilt — — — — — I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 58 7 8 7

五、發明說明（9 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在一較佳實施例中，喷霧資料獲取系統1〇的機械托架 硬體的設計是使得噴霧泵外殼、噴霧泵啟動器18、照明裝 置26、以及成像裝置12精確而可調整地安置，並鎖定位置 在一個標準2吋厚的光學工作檯上。在此實施例中，硬體亦 5包含了因應客戶設計的校準標的物提供獲得的影像之空間 k準及透視修正。在其它的實施例中，喷霧資料獲取系統 10的各種元件可經由其它習知的方法相互關聯的設置。 成像裝置12的控制單元16對噴霧啟動器控制單元20響 應。在一個實施例中，成像裝置12的控制單元16連接至電 10腦系統24作成像裝置獲得資訊後續的分析，因而將被分析 之喷霧柱相關聯的參數特性化。或者由成像裝置12所蒐集 的資料可依據此項技藝之一般技術者所知的其它方法來作 分析。 在操作中’將喷霧泵22填充測試流體並置入啟動器18 15的開口内，並將壓縮力及持續期間預先依每一條標準藥物 喷霧測試準則校準。將成像裝置12設定在500fps捕捉’解 析度為256x256像素。輸入觸發器對準並設定為等待啟動器 18擊發。將照明裝置26開啟，當照射至喷霧顆粒平面時將 其光面聚焦至厚度約為1厘米。 20 當喷霧資料獲取系統丨〇用作噴霧樣式測試時，將照明 裝置2 6定位以於一個薄面照明噴霧之預定的噴霧橫轴向橫 切面，其就在喷霧泵尖端30下游如圖2所示。煙霧質喷霧柱 的中央線為如圖所示之喷霧軸線SA。將成像裝置12定位以 可由上方一個稍微偏軸的視角看到喷霧樣式處，以防止噴 11 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） I-----------一衣 -------訂·---I I---, <請先、閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5 8 7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（10 / 霧顆粒直接撞擊成像跤置12及鏡頭36。接著將校準標的物 32暫置於照亮裝置的光面28的平面上且將成像裝置的鏡頭 %調整至標的物聚焦為止。接著以成像裝置12捕捉聚焦標 的物32之影像並可依據此項技藝之一般技術人士習知方法 5的技術’將之下载至電腦上或機械的加以分析。標的物32 疋用作校準喷霧樣式影像實體座標系統的基礎，並對影像 執行因偏軸視角所必要的透視修正。接著將標的影像32由 場不移出並觸發在啟動器18上的觸發器34，使成像裝置12 開始捕捉噴霧樣式的時間演變影像。此大約進行兩秒的時 1〇間。或者，可依據此項技藝之一般技術人士習知技術一般 的方法分析此影像。 當本發明之嗔霧資料獲取系統用於嗔霧幾何測試時， 將照明裝置12放置以照明與沿著喷霧中心線或嗜霧袖sA 之流向平行的顆粒平面如圖3中所示《成像裝置以則垂直於 照明裝置薄光面38。類似於噴霧樣式之夠試，接著將校準 標的物32暫置於由照明裝置26所發出光線的薄光面％之平 面上，並將成像裝置的鏡頭36調整至標的物32聚焦為止。 因為在此狀況下，成像裝置12係垂直觀察場景不^作透視 修正，所以標的物影像32僅用來校正喷霧幾何影像的實體 座標系統。再次的，將標的物影像32由場景移^並觸發在 啟動器觸發器34。或者，可依據此項技藝之—般技術人士 習知的方法分析此影像D 由Image Therm Engineering公司於1999年所出版的 Spray VIEW噴霧特徵化系統使用者指南第—版，是依據本 15 20 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 458787 9 A7 - B7 五、發明說明（11 ) 發明噴霧資料獲取系統之使用者指南的範例。此使用者指 南是整個噴霧特徵化系統的手冊，包括獲取、處理、建置、 校準、安全議題等相關資訊。因此，在使用手冊中的一些 資訊超出本規格的範圍。本發明可内建於其它特定的形式 5内而不會偏離本發明之精神及重要特徵。本發明實施例因 而可視為說明性而非限制性，本發明之範疇係由所附申請 專利範圍而非前述說明所指明，因此所有在本方法及等效 專利申請範圍内之變更均在本專利包含範圍之内。 (請先‘閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

我--------訂--------I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 458787 _B7 五、發明說明（12 ) 圊示之代號說明 代表符號 名稱 10 喷霧資料獲取系統 12 成像裝置 5 14 照相機鏡頭 16 控制單元 18 噴霧泵啟動器 20 控制單元 21 喷霧泵框罩 10 22 噴霧泵 24 電腦糸統 26 照明裝置 28 薄光面 30 喷霧泵頂端 15 32 校準標的物 34 觸發器 36 鏡頭 38 薄光面 14 ------------^--------訂---------線 * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 1 _ 一種喷霧資料獲取系統，包括： 一個支撐泵送裝置的外殼，其中泵送裝置是用來對所施 加力畺的反應經由其上的出口埠沿著喷霧軸產生一煙 霧質喷霧柱： 一個噴霧泵啟動器，能夠控制泵送裝置之煙霧質噴霧柱 的泵送力量以及持續期間； -個照明裝置’於至少沿著與煙霧質噴霧柱相交的〆幾 何平面對煙霧質噴霧柱提供照明；以及 -個成像裝置，可獲取代表至少沿著—㈣何平面照明 與煙霧質喷霧柱間第一交互作用的資料。 2· -個產生影像資料以代表謂柱之至少—組連續影像 的裝置’每-影像代表⑴沿著與喷霧柱相交的幾何平面 ，及⑻預定時間點之喷霧柱密度特性，該裝置包括： -個沿著至少與喷霧柱相交的幾何平面對喷霧柱提供 照明之照明器；以及 柱= 代表沿者至少—個幾何平面照明與喷霧 柱間交互作用之影像資料的換能器。 3.如申請專利範圍第2項所述之農置，其中— 像代表時間的進展。 、連π的办 4·如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中卜 影像對應m第—幾何平面之轴 戶 -幾何平面大致與流向的中心線垂直，以;; ，該第二幾何平面大致與二:幾:平面縱向密度特性 興ά的中心線平行且相交。 5 10 15 線 20 i紙張尺度剌中(CNS)A4規格⑵： χ 297公釐） 15

   六、申請專利範圍 5.如申請專利範圍第2項所述之裝置 其中照明與噴霧柱 5 10 15 經濟邹智慧財產局員X消費合作社印裝 20 間的相互作用包括光學散射作用。 6·如申請專利範圍第2項所述之裝置， 間的相互作用包括光學吸收作用。 7.如申請專利範圍第2項所述之裝置， 生並記錄影像資料的數位成像系統 8，如申請專利範圍第7項所述之裝置， 包括其取樣率約為每秒5〇〇個影像。 9·如申請專利範圍第2項所述之裝置， 有扇形輸出樣式的雷射系統》 10_如申請專利範圍第9項所述之裝置， 式包括一個約為45的扇形角，及大致位於噴出之喷霧 中心線厚度約為一毫米的雷射光線。 11·如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中雷射系統包括 一4瓦’ 810奈米的雷射輸出。 12·如申請專利範圍第丨項所述之喷霧資料獲取系統，其中 照明裝置沿著與煙霧質喷霧柱相交的第二幾何平面照 梵喷霧柱，且成像裝置獲得代表照明與煙霧質喷霧柱間 沿著第二幾何平面之第二相互作用的資料。 13.如申請專利範圍第12項所述之噴霧資料獲取系統，其中 第一及第二幾何平面大致正交。 其中照明與喷霧柱 其中換能器包括產 〇 其中數位成像系統 其中照明器包括具 其中該扇形輸出樣

   (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ I i Γ 1 I I 1 — — — — — — — — I -n I. I ^ I I ·