专利名称：方向流传感器吸入器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及吸入装置领域，更具体地说，涉及利用声控帮助吸入装置的不同系统的吸入激励的吸入装置。本发明特别用于帮助吸入粉末药物的领域中。
背景技术：
已知某些呼吸系统疾病通过直接应用治疗剂响应治疗。因为这些治疗剂最容易以干燥的粉末形式得到，通过经鼻子或嘴吸入粉末材料使得能够最方便地应用这种治疗剂。另外，这种形式的药物可用于治疗呼吸系统之外的疾病。当药物沉积在呼吸道的非常大的表面区域上时，其可被非常快地吸收进入血流，因而，这种施加方法可以代替通过注射、药片、或其它常规的给药方法。
现有技术中已知有许多对于分配这种粉末形式的药物有用的吸入装置。例如，在美国专利3507277、3518992、3635219、3795244以及3807400中，披露了一些具有刺穿含有粉末状药物的胶囊的装置的吸入装置，在吸入时，粉末状药物被吸出刺穿的胶囊进入用户的口中，因而进入用户的肺和呼吸系统。若干个这样的专利中披露了推进装置，当吸入时，推进装置帮助粉末从胶囊中排出，因此不必仅仅依靠吸入的空气从胶囊中吸出粉末。例如，授予Hall的美国专利2517482、披露了一种具有含粉末的胶囊的装置，胶囊由用户利用刺针的手动按压被刺穿。美国专利3831606披露了一种吸入装置，其具有多个刺针、推进装置以及自含的功率源，用于通过外部手动操纵操作推进装置，因此在吸入时，推进装置帮助把粉末送入吸入的空气的气流中。还见美国专利5458135。
上述的现有技术大部分取自Wilke等人的美国专利3948264，其披露了一种用于帮助吸入粉末药物的装置。提供了一种胶囊刺穿结构，当该结构转动时，便在含有药物的胶囊上形成一个或多个孔，因此当通过机电振动器使胶囊振动时，便可以从胶囊释放粉末状药物。这种机电振动器在其最内的端部包括振动柱塞杆，其和用于激励该柱塞杆振动的机械螺线管蜂鸣器相连。蜂鸣器由高能电池供电，并由外部按钮开关启动。此外，如上所述，在Wilke等人披露的装置中，粉末的振动借助于按下按钮被启动。对于某些用户(例如患关节炎的病人)可能是困难而痛苦的。最后，为了最有效地使用Wilke等人披露的吸入器，用户必须精确地在其开始吸入的同时按压振动启动按钮。对于某些用户(例如非常年轻的病人，患有神经肌肉紊乱的病人等)这可能也是困难的。
现有技术，例如上面披露的，主要包括借助于一些机械启动装置例如气流传感器启动的吸入装置，其包括挡板阀、涡轮阀、旋涡发生器、旋涡测量装置、热丝、定向压力下降、超声、多普勒飘移测量等。
在2000年11月28日公开的我们的先有的美国专利6152130中，我们提供了一种吸入装置，其具有流体传感器，用于启动和控制该装置的各个元件。该流体传感器包括声学元件例如麦克风，其位于吸入装置内，用于检测装置内的流体，并输出表示流体的频率和/或幅值的信号。这些信号控制和启动一个静电板和/或高频振动器。借助于确保当病人呼吸时释放药物的全部(合适的)剂量，这种吸入装置提供了改进的药物利用率。不过，这种声学传感器流没有检测气流方向的能力。如果传感器在用户呼气时检测到气流，则药物可能在错误的时间被释放，因而病人不能接受全部剂量。
因而在本领域中需要解决上述的缺陷和不足。
发明内容
本发明提供一种对现有技术的吸入装置例如上述的美国专利6152130的吸入装置的改进。本发明提供了一种用于操作吸入器的定向的声学流传感器。这种方向声学流传感器检测进入吸入器的气流的检测，当用户吸气时允许启动吸入器，而当用户呼气时则不允许启动吸入器。一个优选实施例包括声控器，其中所述声控器包括声学元件，用于检测在该元件周围的气流，并用于产生表示所述气流的频率、方向和大小的信号，该信号用于控制(例如启动、停止、施加增加的电压等)吸入装置的某些部件。这个特征有助于使吸入器和用户更好地配合，把为使用这种装置所需的训练减到最小，并改善对于儿童的可用性。
优选地，所述声学元件是位于吸入装置(例如干粉末吸入器)的空气通路内的麦克风元件或压力变换器，其响应吸入气流而产生信号。这些信号用于控制吸入器的某些部件，例如高频振动器、静电板、定时器、计数器等。此外，优选地，这些信号用于启动/控制吸入装置的某些部件，使得吸入的有效性最大，以从药物获得最大病人利益。
因而，本发明提供一种全部自动化的吸入装置，其仅在吸入时被启动，这使得能够最佳地利用特定药物。例如，声信号可用于仅在病人达到最佳(例如最大)吸入效果时触发高频振动器，借以确保全部(合适的)药物剂量正确地进入病人的呼吸系统。此外，这些信号(呼吸启动的信号)可用于逐渐地施加增加的功率，以便启动/停止吸入装置的各个部件，使得达到最佳的吸入剂量。
本领域技术人员应当理解，虽然下面的详细说明是针对优选实施例和使用方法进行的，但是本发明不限于这些优选实施例和使用方法。而是，本发明具有宽的范围，其仅由所附权利要求限定。
参照附图可以更好地理解本发明的许多方面。这些元件不必按照比例绘制，而把重点置于清楚地说明本发明的原理上面。在附图中，相同的标号被赋予所有附图的对应的部分。
图1是一种典型的吸入装置和本发明的声控器的截面图；图2是扩展的图1的截面图；
图3是本发明的定向声控器的优选实施例的功能方框图；图4是定向声电路的原理图；以及图5是定向声电路的定时图。
具体实施例方式
参见图1和图2，其中示出了吸入装置2的气流通路12的截面图。首先应当注意，图1所示的气流通路12是一种典型的吸入装置的一般化的气流通路，例如上述的那些。不过，本发明旨在适应于任何的吸入装置，而和气流通路的具体几何结构无关。在其最基本的程度上，本发明通过提供气流传感器8来操作，该传感器用于检测在其周围的气流湍流(即吸入器的用户的呼吸气流速率)，并根据检测的气流湍流的幅值、方向和/或频率控制吸入装置2的各个部件，如下所述。
如图1所示，一般借助于在装置2上吸入的病人的呼吸活动，空气10(或任何其它流体)进入气流通路12，其中的一部分经过开口6流入腔体4。气流检测装置8被置于腔体4内。优选地，气流检测装置8是声检测元件，例如麦克风。还优选地，麦克风8适用于响应在腔体4内检测到的气流产生合适的噪声信号48。腔体4内的气流的大小、方向和频率是装置2内的气流通路12内的气流速率10的函数。因而，从麦克风8输出的噪声信号将根据腔体内气流速率和方向(其是通路12内的气流速率的函数)而改变频率和幅值，因而可用于根据频率和/或幅值控制吸入器2的各个部件，如下所述。腔体4的形状以及开口6的尺寸应当按照气流通路12的几何形状、通过通路12的气流速率10、和/或麦克风的频率响应和/或灵敏度被选择，所有这些变量都在本发明的范围内。优选地，如上所述，腔体4的形状和开口6的尺寸被选择使得通路2内的空气的具有足够大小的至少一部分进入腔体4，以便引起麦克风8的响应。
现在参见图2，其中示出了在干粉末吸入器，例如在美国专利5694920中披露的，中的气流传感器(上面参照图1所述)的实施例的扩大的截面图。图2中示出了典型的干粉末吸入器2的部件。为用户(即病人)提供了口部件46，用于在装置2上吸入。提供有高频振动机构28(例如压电元件、超声传感器或其它的电/机械振动机构等)，用于振动干粉末药物50的容器20(例如小泡或胶囊)，以便使药物颗粒悬浮在气流通路12中。为了帮助颗粒的悬浮，可以提供静电电位板26，以便把某种电荷(即和静电电位板26的电荷相反的电荷)的颗粒吸入气流10中。在这个实施例中，要由麦克风元件8检测的被吸入气流通路12的空气的一部分10’被引入腔体4内。在检测到气流时，麦克风元件产生噪声信号48。噪声信号48用于控制高频振动器28和/或静电板26，或者吸入器的其它元件，如下所述。
图3是用于干粉末吸入器的本发明的声控系统的方框图。如上所述，麦克风元件8响应检测到的气流10’产生噪声信号48。这些信号被处理电路30处理，以调节信号48并确定气流的方向和大小，和/或噪声信号48的频率。处理器电路30产生两个信号BREATH信号60和INHALE信号62。
BREATH信号60是表示在吸入装置中存在气流的一种逻辑值信号。INHALE信号62在BREATH信号60的上升沿作为气流的方向的指示器被栓锁。在BREATH信号的上升沿INHALE信号的状态是在呼吸期间在通路内的气流的方向的可靠的指示。这些信号用于控制高频振动器和/或静电板。为此，BREATH信号60被输入到比较器电路40和/或32，并和参考阈值信号52和/或54分别比较。此外，当比较器电路40和/或32首先检测到BREATH信号60的上升沿时，INHALE信号62被比较器电路40和/或32栓锁。高频振动器阈值42产生代表用于启动高频振动器控制器44(其又启动高频振动器26)所需的最小电压和/或频率的信号52。比较器40比较信号52和BREATH信号60，如果这些信号具有相等的幅值和/或频率(在某个预定误差范围内)，并且栓锁的INHALE信号62是真，则比较器40启动高频振动器控制器44，其启动并直接控制高频振动器26，如图5所示。即，如果BREATH信号60在参考阈值之上，则在气流通路12中存在足够的气流而意味着呼吸。因而，栓锁的INHALE信号62为真和BREATH信号60大于参考阈值(即真)的组合表示用户正在吸气。类似地，静电板偏转器控制器36借助于由比较器32进行的BREATH信号60和信号54的相等匹配以及INHALE信号62是真被启动。静电板检测器阈值34产生信号54，其代表用于启动静电板26所需的最小电压和/或频率。
独立于INHALE信号62的随后的改变，高频振动器控制器44和/或静电板控制器36只要BREATH信号60保持为真便认为吸入要被继续。当BREATH信号60成为假即该信号下降到阈值电压以下时，高频振动器28和/或静电板偏转器26便被去激励。
图4是包括麦克风和处理器电路的原理图。加于在吸入装置中使用的麦克风8的功率通过电阻70被提供。在这个电路中，由加于麦克风8的气流产生的噪声信号通过电容器72被从麦克风传递，并被放大电路100放大。放大电路由运算放大器74及其相关的元件构成。放大器电路100还提供低通滤波，用于减少对不希望的信号的灵敏度。电容器76、二极管78、二极管80、电容器82和电阻84构成整流电路102，其输出逻辑值信号BREATH，该信号指示吸入的存在。比较器电路104包括运算放大器86、电阻88、电阻90、电容92和电阻94。比较器电路104是用于检测通路内的气流的初始方向并输出信号INHALE的比较器。
该比较器电路按照下述工作通过低通滤波器(70，72以及虚地74)对比较器施加信号48。当呼吸开始时，由于气流通路12内的压力的改变，信号48相对于当没有呼吸时具有瞬时的电压偏移。通过比较信号48的瞬时电压和信号48的长期的型式或低通滤波的型式，即在电阻88和电容器92的交点产生的信号，比较器检测这个电压偏移。在呼吸开始的瞬间，在这两个信号之间的差表示呼吸的方向，或者是吸气或者是呼气。这个差值由比较器86检测，其产生INHALE信号62。使用在呼吸开始时声学传感器的信号的瞬时偏移之间的差的其它方案或电路也落在本发明的构思和范围内。
应当理解，噪声信号48表示上述的气流10的速度和方向。优选地，本发明旨在可以根据噪声信号40的频率和/或幅值进行控制，因而，可以使处理器电路适应于根据幅值或频率或者根据二者调整噪声信号48。
本发明的另一个特征是一种改进的用于处理药物的变动的输送的装置。因为哮喘、减小的肺活量等原因，一些用户需要多次呼吸来吸入预定剂量的药物。在这种情况下，吸入器将这样控制剂量当吸入的气流的速度减小到一个阈值以下时(吸入信号变成假)，则停止给药；在另一次吸入开始时(INHALE信号和BREATH信号变成真)，则继续给药，直到或者1)给药完成，或者2)气流速度下降到所述预定阈值之下。这个处理继续，直到给药完成，或者用于吸入所花费的累计时间超过预定的限制。
提供呼吸容量处理器38用于计算病人的峰值呼吸流量10(由信号48表示)。虽然图中未示出，这个信息可用于调整高频振动器阈值42和/或静电板检测器阈值34的阈值信号。当然，为实现此，高频振动器阈值42和/或静电板检测器阈值34必须是可编程的，如本领域熟知的那样。用这种方式，麦克风8可被编程用于触发吸入器的各个元件，以对于不同的病人的不同的呼吸流速分别进行调节。因而，例如，本发明的呼吸者控制方法可以是自调节的，以顾及例如因肺活量的减小而引起的病人的呼吸流速的减小。或者，可以修改处理器38，使得在最佳的吸入时刻(例如峰值吸入效果)顺序地接通这里所述的各个元件(例如振动器、静电板等)。这样，例如，处理器38可以被修改，使得刚好在用户的峰值吸入效果之前的瞬间启动振动器，接着启动静电板，借以在产生药物的最佳的呼吸吸收的时刻把药物引入气流。此外，可以使处理器38具有合适的存储器，以跟踪病人的呼吸流速，这可用于调节粉末状药物50，以达到最大的治疗效果。
因而，显然，本发明提供了一种具有声控的吸入装置和用于操作该装置的方法，其完全实现了前面提出的目标和目的。应当理解，虽然提出了特定实施例和使用的方法，可能具有许多改型、替代方案和等效物。例如，处理电路30、阈值信号发生器34和42、比较器42和32可以是任何已知的数字(例如微处理器)或模拟电路和/或相关的软件，以实现这里所述的功能。虽然以模块形式说明了图3所示的各个元件，这些元件的每一个可以是离散的元件或常规元件，或者可被包括在一个一体化的系统中。
此外，可以使阈值电路42和34、幅值/频率处理器30和呼吸容量处理器38适用于允许用户(病人)控制和用户定义预先设置值(即用于启动的最小流速等)。
此外，可以使比较器40和32适用于允许根据不同的信号强度和/或频率产生启动信号。因而，例如，可以使高频振动器适用于只有当达到1KHz的频率时才启动，同时静电板只有当达到35mV的信号强度时才启动。
其它的修改也是可能的。例如，代替被设置在腔体4内，麦克风8可被直接设置在装置2的气流通路12的内壁上。此外，如图1所示，可以提供湍流发生器14，用于在空气通路12内产生空气湍流。这种修改例如可用于否则将不允许空气10的一部分10’进入腔体4中的吸入装置中。此外，代替麦克风8，声学元件可以是根据流体压力(幅值)和/或频率输出合适的信号的任何已知的流体压力变换器(例如空气压力变换器)。因而，本发明可以被合适地修改，以在任何流体介质(空气之外的)中操作，以提供自动的声控。
还有其它的可能的修改。例如，虽然图中未示出，本发明可以具有由信号60和62控制的计时器。该计时器可被合适地修改用于控制装置可被启动的时间安排，例如以避免药物过量。因而，该计时器可被修改使得只允许在一天的某些时刻启动装置的元件。此外，计时器可被合适地修改，使得允许下载和使用相关的数据(例如使用的一天的时间，药物的剂量，吸入效果等)这些数据可能尤其和临床试验相关，此时跟踪推荐的剂量和给药的次数是重要的。当然，上面的说明可以用计数器或其类似物实现，其简单地记录装置被使用的时间。此外，可以使用计数器跟踪在一个特定的给药期间或者在一个固定的时间长度内装置被用户使用的累计时间。
虽然本发明针对一种用于干粉末吸入器2的声控方案，但本发明不限于此。相反地，本发明旨在适用于需要基于呼吸(吸入)方向的控制机构的任何吸入装置。例如，麻醉装置可被利用这里提供的呼吸检测器和控制器修改，以监视和控制病人接收的麻药的数量。因而，声检测元件可用于测量特定病人的峰值吸气和/或呼气流量，并记录这些信息供下载和分析。
虽然上面的详细说明提供了几个使用代表吸气的幅值、方向和/或频率的声信号控制吸入装置的各个元件的实施例，但这些只是作为实现声控方案的例子提供的，不脱离本发明的原理和构思，可以作出许多其它的实施例。所有这些改型和改变都应当包括在本发明的范围内，并受到下面的权利要求的保护。
权利要求
1.一种用于向用户提供药物的空气吸入装置，所述装置包括声控制器，所述声控制器包括声检测元件，被配置用于检测所述声检测元件周围的气流，并产生用于标识所述气流的方向和幅值的信号；以及高频振动器，被配置用于当所述信号表示用户吸气时把所述药物引入所述气流中。
2.如权利要求1所述的吸入装置，还包括被设置在所述气流中的静电板，用于向其本身吸引选择的药物颗粒，所述静电板被配置使得当所述信号表示所述用户吸气时被启动。
3.如权利要求1所述的吸入装置，其中所述声控制器适用于当所述信号表示吸气停止时停止所述高频振动器的振动。
4.如权利要求3所述的吸入装置，其中所述高频振动器适用于以气流的幅度被切断和接通。
5.如权利要求1所述的吸入装置，其中所述信号控制一个计时器的启动，所述计时器跟踪累计的吸入时间。
6.如权利要求5所述的吸入装置，其中所述计时器适用于当累计的吸入时间超过预定级时对所述用户提供反馈。
7.如权利要求1所述的吸入装置，其中所述声检测元件包括声学麦克风元件。
8.如权利要求1所述的吸入装置，其中所述声检测元件包括空气压力变换器。
9.如权利要求1所述的吸入装置，其中所述药物包括干粉末状药物。
10.如权利要求1所述的吸入装置，其中所述药物由容器提供。
11.一种用于向用户提供粉末状药物的吸入装置，包括气流通路；包括位于所述气流通路内的声检测元件的声控制器，所述控制器被配置用于检测所述声检测元件周围的气流，并产生代表所述气流的频率、幅值和方向的信号；以及用于把所述粉末状药物引入所述气流的高频振动器，其中所述高频振动器适于当所述信号表示吸气时被启动，当所述信号表示吸气停止时被停止。
12.如权利要求11所述的吸入装置，其中所述高频振动器被接通和停止多次，直到提供了规定数量的粉末状药物。
13.如权利要求11所述的吸入装置，其中所述信号控制一个计时器的启动，所述计时器跟踪累计的吸入时间。
14.如权利要求11所述的吸入装置，其中所述药物由容器提供。
15.一种气流定向的吸入传感器，包括声检测元件，被配置用于当空气在所述声学麦克风元件周围流动时产生信号，以及变换电路，用于把所述信号变换成关于所述气流的方向和幅值的信息。
16.如权利要求15所述的定向吸入传感器装置，其中所述变换电路包括比较器电路，用于检测所述气流的初始方向。
17.如权利要求15所述的定向吸入传感器装置，其中所述变换电路包括整流电路，用于检测所述气流的速度。
全文摘要
一种用于启动并控制吸入装置的各个元件的流体传感器。所述流体传感器包括声学元件，例如麦克风，其位于所述吸入装置内，用于检测在所述装置内的流体，并输出代表所述流体的频率、方向和/或幅值的信号。这些信号控制和启动一个静电板和/或高频振动器。
文档编号A61M16/00GK1925887SQ200580005997
公开日2007年3月7日 申请日期2005年2月23日 优先权日2004年2月24日
发明者阿纳德·V.·古马斯特, 约翰·鲍尔斯 申请人:微计量技术有限公司