TWI532509B - 驅動一吸入裝置之轉換器的方法與裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於吸入裝置，更特定來說，是有關於使用振動來促進一藥品之顆粒進入一吸入氣流(例如，吸入的空氣)後懸浮的吸入裝置。儘管其他的功效(特別是包括液滴的供給)亦被仔細考量，本發明將對於將粉狀藥物供給至一病患之內容進行詳細敘述，並將對此功效進行敘述。
已知某些呼吸道疾病對直接應用之治療藥劑的治療方式產生反應。由於這些藥劑大部份可以乾粉的形式即刻取得，所以他們的應用大部份可透過口腔或鼻子藉由吸入粉狀材料的方式來便利地完成。因為此藥正好被置於所需地點與其效果可能需要之處，所以此乾粉形式會使藥劑被較佳地利用。因此，非常少劑量的藥通常會和由其他方式所施打的較大劑量的藥一樣地有效，並且可隨之顯著的降低不想要的副作用與藥品成本。在替代方案中，此形式之藥品可被用於除了呼吸系統治療外之疾病。當此藥品被放在肺部上相當大的表面積時，它可被非常快速地吸收到血流中。因此，申請案之方法可取代注射、藥片、或其他傳統方式。
製藥業的意見是當被送到呼吸道的藥品顆粒在尺寸上是介於1到5微米之間時，藥品的生物利用度是最佳的。當藥品顆粒需要在此尺寸範圍時，乾粉供給系統需要解決一些問題如下：
(1)小尺寸的顆粒在製造與儲存期間可在其上形成一靜電電荷。此可導致顆粒發生結塊或是聚集，並造成實際尺寸大於5微米之顆粒叢集。接著減少這些大尺寸叢集進入肺部深處的機率。此繼而使得包裝藥品中可供病患吸收之比率較低。
(2)需要被供給予病患之有效藥品的量可在10微克的等級。舉例來說，在沙丁胺醇的例子中，被用在氣喘的藥品通常是25到50微克。在可接受的精確度下，目前的製造設備可有效地供給於毫克劑量範圍的小劑量藥品。所以標準的粒子係將作用藥品與填料或填充劑(例如乳糖)混合。此添加物亦使得藥品「容易流動」。由於藥品顆粒亦透過靜電或化學連接來黏附於這些顆粒上，此填料亦稱為一載體。這些載體粒子在尺寸上遠大於藥品顆粒。乾粉吸入器將藥品與載體分離的能力在設計的有效性上是一重要的效能參數。
(3)尺寸大於5微米之作用藥品顆粒將被沉積在口腔或喉嚨。由於在這些位置上藥品的生物利用度與吸收度與肺部不同，此會引入另一層次的不確定性。乾粉吸入器需要將沉積在這些位置上的藥品最小化，以降低與藥品生物利用度相關之不確定性。
習知乾粉吸入器(DPI)通常具有將藥品(作用藥品加上載體)引進一高速空氣流的構件。此高速空氣流被用作破壞微米化顆粒的叢集或將藥品顆粒自載體分離的主要機制。對於乾粉形式藥品之配藥來說有用的一些吸入裝置係已知於習知技藝。舉例來說，在美國專利案3,507,277、3,518,992、3,635,219、3,795,244、以及3,807,400中揭露吸入裝置，吸入裝置具有用以刺穿一含粉狀藥劑之膠囊的構件，於吸入動作時，將粉狀藥劑自被刺穿的膠囊牽引出並進入使用者的口腔。一些專利揭露螺旋槳構件，於吸入動作時，螺旋槳構件有助於自膠囊分配粉末，好讓其無需僅依賴來自膠囊對於吸收粉末的吸入空氣。舉例來說，在美國專利案2,517,482中揭露一裝置，此裝置係具有一含粉末之膠囊，其在吸入前被放在一下層腔室，在此被使用者藉由手動按下一刺針來刺穿膠囊。在刺穿動作後，開始吸入動作並且膠囊被牽引到此裝置的一上層腔室，在此其在所有的方向上四處移動以透過被刺穿的洞來造成粉末的分配並進入被吸入的空氣流。在美國專利案3,831,606中揭露一吸入裝置，此吸入裝置具有多刺針、螺旋槳構件、以及一自備電力源，此自備電力源係用以透過額外的手動操控來操作螺旋槳構件，好讓螺旋槳構件在吸入動作時有助於將粉末分配到被吸入的空氣流中。亦請參見美國專利案5,458,135。
這些習知裝置顯示了一些問題並具有一些缺點，而這些問題與缺點則被本發明之吸入裝置所補救。舉例來說，這些習知裝置需要使用者在吸入動作上運用相當大的力氣，以自一被刺穿膠囊分配或是自刺穿膠囊抽出粉末至被吸入的空氣流中。藉由這些習知裝置，由吸入動作所造成之在膠囊內透過被刺穿孔洞的粉末吸氣，通常不會從膠囊抽出所有或甚至大部份的粉末，因此造成了藥品的浪費。這些習知裝置亦造成被吸入到使用者口腔之粉末材料會有無法控制之數量或團塊，而非細微散布粉末之經控制數量的定量吸入。
以上關於習知技術的討論係大部份來自於美國專利案3,948,264至Wilke等人，即揭露用以促進吸入粉末藥品之一裝置(其包括一本體部份，此本體部份係具有主要與次要空氣入口通道以及一出口通道)之人士。此次要入口通道係對於含粉末藥品之膠囊提供一封閉區域，而出口通道則形成一自本體伸出之短管口。提供一膠囊刺穿結構，當旋轉膠囊刺穿結構時在膠囊上形成一或多個洞，好讓粉末藥品可藉由電子機械振動器之膠囊振動自膠囊釋放出來。在Wilke等人所揭露之此刺穿構件包括放置在一圓椎狀腔室之三只經放射狀安置、彈簧偏壓的刺穿針。藉由手部轉動腔室，這些針的同步向內輻射運動將膠囊刺穿。此腔室的進一步轉動允許這些針被他們的彈簧安置部份收回到他們原來的位置上，以將這些針從膠囊收回。
此電子機械振動器在其最深處端包括一振動活塞棒(其朝向入口通道與出口通道之交叉口突出)。一機械螺旋蜂鳴器被連接到活塞棒，該機械螺旋蜂鳴器提供電力給棒以使其振動。一高能量電子電池提供電力予蜂鳴器，並被一外部按鈕開關所觸發。根據Wilke等人之揭露，同時按壓一出口通道與一開關時，經由吸入動作觸發電子機械振動構件，空氣係經由入口通道被吸入、且一次要入口通道之空氣流係將膠囊緊靠著一振動活塞棒來舉起。因此，膠囊被快速振動，而粉末自其內之刺穿孔洞來流動與分配。(此技術通常被用在透過一漏斗來對粉末分配之製造程序，在此振動漏斗以使粉末流動並透過漏斗出口來移動粉末。在膠囊內被刺穿的孔洞係代表漏斗出口。)根據Wilke等人之揭露，透過入口通道之空氣流有助於自膠囊抽出粉末，並且將此粉末透過出口通道攜帶至使用者的口腔中。(Wilke等人，第3欄，45至55行)。Wilke等人另揭露出電子機械振動器構件可被放置在入口腔室之一恰當角度，並揭露出振動的振幅與頻率可被改變以調節吸入器的分配特性。
習知裝置(例如如上所述之習知裝置)有一些缺點，這些缺點會使得他們在將乾粉運送至肺部時較不理想。一些缺點包括：
●習知吸入器的效能係仰賴由使用者所產生之流動速率。較低的流動速率會導致粉末不被完全地解聚，因此不利於要供給予病人的藥劑。
●由於在解聚程序上缺乏一致性，而來自藥劑對藥劑之藥品之生物利用度上的不一致。
●用以驅動以電子機械為基礎之吸入器的高能量需求，增加了該等裝置的尺寸，因而使其不適於攜帶使用。
●來自打開膠囊或頂端膠囊之藥品損失。
●由於曝曬在氧氣中或是潮濕，在打開膠囊或頂端膠囊內之藥品變質。
在此被併入作為參考並被讓與給本案共同受讓人MicroDose科技公司之早先美國專利案7,318,434與7,334,577中，係提供在習知吸入器上之一改進，其利用振動來促使進入一吸入的氣流之粉末的懸浮，其並利用一合成噴射器自一泡封裝(blister pack)或相似者噴霧藥粉。如同在前.述美國專利案7,318,434與7,334,577中所教示者，在此係提供一乾粉吸入器，此乾粉吸入器具有一第一腔室(例如一泡封裝或其他容器)以及一透過通道來連接至第一腔室之第二腔室；第一腔室係用以容納一乾粉，而第二腔室係用以接收來自第一腔室之一噴霧形式的乾粉並用以將噴霧化的乾粉供給予一使用者。一振動器係耦合至第一腔室內之乾粉。此振動器被致能並耦合至第一腔室，並藉由合成噴射驅動粉末離開此腔室。
乾粉吸入器的藥品通常被包含在一泡封裝或其他平底容器(其被放在接觸一壓電轉換器或振動器的表面)，因此此轉換器的振動能量便被轉換到藥品顆粒。然而，在泡封裝或其他容器之接合表面與轉換器的表面之間的摩擦損失可限制轉換器表面的運動並減少裝置的整體效率。
本發明藉由提供一具有壓電轉換器之一吸入器，提供在例如如上討論之習知裝置上之一改良，以將含在一泡封裝或其他平底容器內之藥品噴霧化，其中對於該轉換器之驅動信號具有一波形，該波形激發該壓電轉換器之一主要與一次要共振頻率兩者。對於該轉換器之較佳驅動信號應包含一具有一基本頻率之波形，以及此外在該基本頻率之諧波處的顯著能量，該基本頻率等於該轉換器之該主要共振頻率。
轉換器之該等次要共振頻率係被該驅動信號之該等諧波所激發，該等諧波導致轉換器表面之一更複雜運動。該轉換器表面以類似於一鼓之振動表面的方式來移動。此包括一相當數量模式之振動。該轉換器表面之更複雜運動降低在泡封裝或其他平底容器之接合表面與該轉換器表面之間的接觸面積，並相應地降低介於兩表面間之摩擦。此主要原因是因為，泡封裝或容器底部傾向於遵循該轉換器表面之偏斜樣式的該等峰值，而非遵循由於複雜運動所產生之變形的複雜性。一介於泡封裝或容器底部與該轉換器表面之間的相對運動的部份係位於輻射方向，當其在一垂直於該表面之平面的方向上振動時，藉由該轉換器表面之改變的輻射維度而成為必要。此相對運動是必要的，以避免顯著的能量損失，而能量損失係與嘗試週期性地延展包含容器或泡封裝之底部表面的材料有關，用以在振動期間讓其符合或穩穩地維持貼附於(亦即接觸)轉換器表面。
在以下描述中，係參照於隨附圖式，其來自在此之一部份並在此藉由圖式方式來被顯示本發明之各種實施例。應理解到，其他的實施例可被使用並且改變可發生而無需脫離本發明的範圍。
本發明提供一方法與裝置，用以藉由使用一壓電轉換器將藥品自一吸入器供給至一病患的肺部，以對被含在泡封裝或其他容器之藥品進行解聚與噴霧化。此壓電轉換器係由一驅動信號所觸發，此驅動信號係激起轉換器在兩或更多不同頻率(包括其主要共振頻率與接近主要共振頻率之一諧振的至少一次要頻率)下振動。
也就是說，驅動信號被選來激起壓電轉換器之該等次要共振頻率，該等次要共振頻率係導致在轉換器表面之一複雜樣式的變形。在不被理論限制的情況下，吾等觀察發現轉換器表面之複雜運動造成，泡封裝的底部平面與轉換器表面接觸之接觸表面面積的減少，且藉由此一接觸表面面積的減少使得在兩表面間的摩擦相應地降低。此可能會發生的原因為，泡封裝底部傾向於遵循轉換器表面之偏轉樣式的該等峰值，而非遵循由於複雜運動所產生之變形的複雜性。此致使介於泡封裝底部與轉換器表面之間在輻射方向上的相對運動，由於當轉換器表面因為包含轉換器表面之材料的彈性而振動時，轉換器表面改變輻射維度，吾等認為此上述必要的東西，此彈性導致轉換器之振動運動。儘管不希望受限於理論，吾等觀察支持以下概念：此相對運動對於避免重大的能量損失而言是必要的，此能量損失係與嘗試週期性地延展此聚合材料(其包含泡封裝底部之底部，用以在振動期間讓其符合或穩穩地維持貼附於(亦即接觸)轉換器表面)相關。
根據本發明一示範性實施例，壓電轉換器係由一信號所驅動，此信號具有一如第2圖所示之波形。此波形較佳地用以驅動於一壓電轉換器(被用在受讓人公司之一乾粉吸入器內)內之上述運動。壓電轉換器(第1圖)是一客製設計轉換器，其包含一鋁柱20(其高12.24mm且具有外徑13.32mm)，在一端以一0.25mm厚的壓電碟22封閉，壓電碟22係相應地貼附於一壓接於與接近鋁柱20之蓋子24的平坦表面。一正導線26被焊接於壓電碟22的內表面並使用一矽樹脂黏劑來黏附於蓋子24的內牆表面以提供應力釋放。一負導線28則被貼附在鋁柱20。
第3圖是第2圖所示波形之諧振能量的圖。如圖所示，在每一諧振處有一相當量之諧振能量由此波形產生。
第4圖顯示被用在乾粉吸入器之壓電轉換器的電導納。在導納響應內的該等峰值指示轉換器之機械共振的該等頻率。如圖所示，除了主要共振頻率35kHz，還有一些重要的機械共振點。然而，不同的壓電轉換器可具有不同的共振頻率。在吾等觀察中，吾等發現到前述壓電轉換器在285kHz處被大量激發，其對應至驅動波形的第八個諧振。然而，其他的轉換器可在靠近此驅動波形之其他諧振處(第二個、第四個、第六個等等)強烈地共振，因此以一類似於在範例轉換器中揭示的方式來執行。很重要地，吾等實驗己一致地發現到具有大量協振能量之一驅動信號，對使已被檢驗之轉換器類型與平底泡封裝類型之所有組合能可靠地產生一強烈的合成噴射而言是有必要的。
第5圖是一驅動電路的範例，其可產生第2圖之較佳波形。轉換器5接收來自電源供應器10的電力。場效電晶體21、23包含一電子開關，其在轉換器之主要共振頻率處被打開與關閉。在替代方案中，可利用一單一電晶體建構驅動電路。當電子開關被關閉時，電感12儲存能量。當電子開關被打開時，在電感12內的所有能量被轉換到壓電轉換器5。當電感的能量己被轉換至轉換器之後，二極體15將電感自轉換器有效地解除連接，因此在一循環期間確保最大的能量轉換。
亦可使用其他波形。主要的需求是驅動波形能產生足夠的諧振能量，好讓壓電轉換器之一次要諧振頻率能被激發，藉以發生在次要諧振處之一機械振盪。亦可能產生一波形，其包含在兩不同頻率(對應於轉換器之主要與次要共振頻率)之兩正弦信號。在主要與次要共振頻率兩者，有足夠能量之任何可讓轉換器表面在該二頻率產生顯著機械運動的信號，產生壓電轉換器表面的運動，其具有將轉換器表面與泡封裝底部之間的摩擦最小化的所需功效。
應被強調的是，關於本裝置與程序之上述該等實施例(以及特別是「較佳」實施例)僅為實作之可能範例並僅作為本發明該等原理的一清楚理解。在此所述之本發明之許多不同實施例可被設計及(或)製造而不脫離本發明之精神與範圍。所有這些與其他之此等修正與變化形式在此係意欲被包含於本揭露之範圍內並被以下的申請專利範圍所保護。因此，除了在所附申請專利範圍中所指示之外，本發明的範圍並非意欲被限制。
5．．．轉換器
10．．．電源供應器
15．．．二極體
20．．．鋁柱
22、23．．．場效電晶體
24．．．蓋子
26．．．正導線
28．．．負導線
本發明之進一步特徵與優點將與隨附圖式一起見於實施方式中，其中：
第1圖是根據本發明之一壓電致動器的剖面圖；
第2圖是根據本發明之一圖形，顯示對於一壓電轉換器之一驅動信號之波形；
第3圖是一圖形，顯示由第2圖所示波形所產生之壓電轉換器的諧振能量；
第4圖是一圖形，顯示在各式諧振頻率處之一壓電轉換器的導納；以及
第5圖是根據本發明之一圖形，顯示對於一壓電轉換器之一驅動電路。
5．．．轉換器
10．．．電源供應器
15．．．二極體
22、23．．．場效電晶體
Claims (16)
- 一種使用一驅動電路驅動在一吸入器內的一壓電轉換器之方法，該吸入器具有該壓電轉換器來作為一振動器，該方法包含以下步驟：提供一信號至該轉換器，該信號包含一波形，該波形具有一基本頻率等於該轉換器之一主要共振頻率以產生振盪，該信號激發該轉換器之該主要共振頻率以及還激發該轉換器之至少一次要共振頻率，其中該驅動電路包含：一電源供應器；一二極體；一電感；以及一電子開關，其中該電源供應器、該二極體、該電感以及該電子開關被串聯，該壓電轉換器係跨接於該開關上，以及其中該開關係在該壓電轉換器之該主要共振頻率處打開與關閉。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該信號係一包含在兩頻率處的兩正弦信號之波形，該兩頻率對應至該主要共振頻率以及該次要共振頻率。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該轉換器被用來將在一泡封裝內所含有之藥品噴霧化。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中由於該等振盪所產生之介於該泡封裝與該轉換器之間的摩擦被最小化。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該藥品係一乾粉。
- 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該藥品係一液體。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該轉換器在其主要共振頻率之一n階諧波處共振，其中n是一整數，其選自數字2、4、6、8所組成之群組。
- 一種用以驅動在一吸入器內之一壓電轉換器的電路，該吸入器使用實質接觸於該壓電轉換器之表面的一平底藥品容器，該電路包含：一電源供應器；一二極體；一電感；以及一電子開關，其中該電源供應器、該二極體、該電感以及該電子開關被串聯，該壓電轉換器係跨接於該開關上，以及其中該開關係在該壓電轉換器之一主要共振頻率處打開與關閉，且其中該電路供給在該壓電轉換器之該主要共振頻率處的顯著能量以及供給在該壓電轉換器之至少一次要共振頻率處的顯著能量。
- 如申請專利範圍第8項所述之電路，其中該電子開關包含至少一電晶體。
- 如申請專利範圍第9項所述之電路，其中該電子開關係由兩場效電晶體所組成，該兩場效電晶體在該壓電轉換器之該主要共振頻率處打開與關閉。
- 如申請專利範圍第9項所述之電路，其中當該開關被打開時，該電感被改變大小以將其所有能量實質地傾倒於該轉換器內。
- 如申請專利範圍第8項所述之電路，其中該吸入器包含該壓電轉換器以用來促使一藥品的顆粒於一吸入的氣流中懸浮。
- 如申請專利範圍第12項所述之電路，其中該藥品係一乾粉。
- 如申請專利範圍第12項所述之電路，其中該藥品係一液體。
- 一種將在一振盪轉換器表面以及與該振盪轉換器表面接觸之一元件間的摩擦最小化的方法，該方法包含以下步驟：使用一驅動電路在對應至該轉換器之一主要共振頻率以及至少一次要共振頻率之兩或更多頻率處來驅動該轉換器，其中該驅動電路包含：一電源供應 器；一二極體；一電感；以及一電子開關，其中該電源供應器、該二極體、該電感以及該電子開關被串聯，該壓電轉換器係跨接於該開關上，以及其中該開關係在該壓電轉換器之該主要共振頻率處打開與關閉。
- 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該轉換器在其主要共振頻率之一n階諧波處被驅動，其中n是一整數，其選自數字2、4、6、8所組成之群組。
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