吸入设备、控制方法和计算机程序的制作方法
【专利说明】吸入设备、控制方法和计算机程序
[0001]本申请要求2013年3月15日提交的US 61/792607和2013年11月29日提交的US 61/910179的优先权的权益。
[0002]本发明涉及吸入设备，尤其但不排他地涉及干粉药物的吸入。
[0003]已知类型的干粉药物吸入设备包括具有一组泡罩的泡罩包装，该组泡罩每个都包括一剂粉末药物。在“剂量推进”步骤中推进泡罩包装。
[0004]当前可用的吸入设备缺乏确保释放的剂量由患者根据需要吸入的能力:更具体地，当前可用的设备无法将剂量推进和输送机构适当地耦合至相关触发信号。
[0005]因此，所需要的是改进的药物输送设备，借此，这种设备响应于触发而输送合适剂量的治疗药物。尤其需要的是，响应触发(诸如吸入，例如，如通过连接至吸入器的面罩检测的吸入)的设备。理想地，这种设备最小化或者减少治疗药物的错误释放。
[0006]本发明由权利要求限定。
[0007]根据本发明，提供了用于通过流动通道从容器向患者输送粉末药物的吸入设备，所述吸入设备包括:
[0008]电驱动的振动元件；
[0009]用于启动/停止振动元件的控制器；以及
[0010]传感器布置系统，包括物理地布置为面向吸入气体以生成吸入流动信号的第一传感器以及物理地布置为面向呼出气体以生成呼出流动信号的第二传感器，
[0011]其中控制器适合于处理吸入流动信号和呼出流动信号，以生成用于控制振动元件的操作时序的触发信号。
[0012]通过在吸入气体和呼出气体进行区分，可以构造更精确地表示用户的呼吸模式的函数。该函数可以随后用于提供用于控制振动元件的触发点。例如，振动元件包括压电振动器。
[0013]使用的传感器系统允许吸入器检测呼吸开始时出现的非常低的流动速率，并且在患者以潮汐方式自发地呼吸时控制药物输送。吸入检测系统可以适合于范围从新生儿到成人的患者的使用。
[0014]设备的容器可以包括泡罩包装，并且设备还可以包括泡罩推进机构。随后还可以基于触发信号控制该泡罩推进机构。
[0015]第一传感器和第二传感器可以各自包括自加热的热敏电阻传感器。这些热敏电阻传感器检测冷却的水平，该水平取决于经过传感器的气体流动。
[0016]优选地用恒定电流偏置第一传感器和第二传感器，以便维持温度高于周围环境(具体地如在设备的工作温度范围内指定的最高周围温度)。以这种方法，可以一直检测冷却的度数。例如，可以用恒定电流偏置热敏电阻器以便维持温度高于大约50°C。
[0017]设备优选地具有电路或者处理器，该电路或者处理器组合来自第一热敏电阻器和第二热敏电阻器的信号并且将那些信号放大以生成指示气体流动方向的信号。
[0018]例如，可以从吸入流动传感器信号与呼出流动传感器信号之间的差导出该方向信号。可以将该差放大以提供方向信号。气体流动方向的演变提供涉及用户的呼吸流动速率的时间信息，其可以用于构造呼吸流动速率函数。
[0019]设备还可以包括用于处理来自第一热敏电阻器的信号以生成与气体流动成比例的流动信号的电路或者处理器。可以从吸入气体流动信号和吸入气体流动信号的关于时间的导数的组合导出该流动信号。可以在组合两个信号之前，赋予导数信号更强的加权。
[0020]设备还可以包括用于将信号从吸入热敏电阻器去耦以生成指示工作温度的信号的电路或者处理器。
[0021]控制器还可以包括用于处理流动信号和方向信号以生成相应的基线信号以及提供基线校正的流动信号和方向信号的电路或者处理器。
[0022]这使得能能够实施补偿函数以及基线跟踪。可以用第一时间常量操作基线跟踪，使得基线定义为紧接着跟踪的函数，同时等待吸入。当检测到吸入时可以使用较慢的第二时间常量，使得基线在发生吸入呼吸时更慢慢地跟踪流动信号和方向信号。在吸入和呼出之后可以随后重新开始紧密的基线跟踪。
[0023]控制器优选地适合于处理基线校正的流动信号和方向信号以生成流动函数，以及由流动函数生成触发信号。以这种方法，由已经在基线跟踪之后导出的流动函数获得触发信号，使得流动函数中的变化可以可靠地和迅速地检测吸入呼吸。
[0024]本发明还提供控制用于通过流动通道从容器向患者输送粉末药物的吸入设备的方法，该方法包括:
[0025]使用面向吸入气体的第一传感器生成吸入流动信号；
[0026]使用面向呼出气体的第二传感器生成呼出流动信号，
[0027]处理吸入流动信号和呼出流动信号以生成用于控制电驱动的振动元件的操作时序的触发信号，该振动元件用于将药物释放到流动通道中。
[0028]该方法利用对吸入和呼出气体流动的测量以提供设备空气通道中的气体流动的重建。这随后用于控制剂量输送的时序。
[0029]生成吸入流动信号和生成呼出流动信号可以各自包括测量冷却热敏电阻传感器的度数，以及该方法包括用恒定电流偏置热敏电阻器以便维持温度高于周围环境。
[0030]可以组合第一热敏电阻器信号和第二热敏电阻器信号以生成指示气体流动方向的方向信号，以及可以处理来自第一传感器的信号以生成与气体流动成比例的流动信号。流动信号还可以用于导出指示工作温度的信号。
[0031]方法还可以包括处理流动信号和方向信号以生成相应的基线信号，以及使方向信号和流动信号适配以提供基线校正的流动信号和方向信号。该基线校正仅使能要检测的信号中的显著期望的变化，例如减小错误的触发。
[0032]方法还可以包括:
[0033]获得导数信号，该导数信号是关于基线校正的方向信号的时间的导数；以及
[0034]创建表示通过流动通道的气体流动的多项式函数，该多项式函数具有包括多个基线校正的方向信号的项、包括多个基线校正的流动信号的项以及包括多个导数信号的项。
[0035]该多项式函数是用于表示空气通道中的流动的三项多项式。
[0036]随后从多项式函数导出触发信号。触发信号用于在唤醒吸入器之后检测到第一有效吸入时发起剂量推进功能，或者在剂量推进之后进行触发时以及贯穿整个给药期时启动振动元件以输送药物粉末的喷发。
[0037]本发明还提供计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码适合于在所述程序在计算机上运行时执行本发明的方法的步骤。
[0038]现在将参考附图详细地描述本发明的示例，其中:
[0039]图1示出了本发明的设备中使用的传感器布置的示例；
[0040]图2示出了传感器如何装配到具有面罩的吸入设备的流动通道布置中；
[0041]图3示出了用于生成吸入信号的电路。类似的电路用于生成呼出信号；
[0042]图4示出了用于从吸入和呼出信号生成流动方向信号的电路；
[0043]图5示出了用于从吸入信号生成温度测量值的电路；
[0044]图6示出了用ESD 二极管对吸入和呼出热敏电阻器进行保护；
[0045]图7是示出了室温下的流动和方向信号的时序图；
[0046]图8是示出了在3度下的流动和方向信号的时序图；
[0047]图9是示出了在40度下的流动和方向信号的时序图；
[0048]图10是示出了在各种温度下的一个吸入器的流动和方向信号的时序图；
[0049]图11示出了可以使用的温度补偿传递函数；
[0050]图12用于解释可以如何使用基线估计器信号；
[0051]图13示出了针对工作温度、流动速率和呼吸速率的范围的触发点(即，当致动振动元件以释放剂量时)处的流动速度；
[0052]图14示出了针对工作温度、流动速率和呼吸速率的范围的触发延迟点；
[0053]图15示出了针对不同温度的触发流动速率；以及
[0054]图16是用以图示形成流动函数的本发明的方法的第一流程图；
[0055]图17是用以图示控制剂量喷发的本发明的方法的第二流程图；以及
[0056]图18示出了由系统使用的不同信号之间的关系，包括FLOW信号和DIR信号，另外以及TRIGGER信号。
[0057]本发明提供了使用用于将药物剂量(典型地粉末药物剂量)释放到流动通道中的电驱动振动元件和用于启动/停止振动元件的控制器的吸入设备。传感器布置能够区分通过流动通道的吸入流和呼出流，并且帮助形成用户的呼吸模式的模型。本发明可以包括软件，该软件包括当检测有效呼吸时使能触发药物释放的合适机构的呼吸验证算法。以这种方式，本发明可以拒绝不必要的触发并且排斥错误输入(诸如不相关的设备移动)。
[0058]吸入设备可以例如使用泡罩包装，其中泡罩定位在释放位置处并且随后被打开，并且释放内容物。该内容物的释放例如部分地由用户在泡罩上的吸入导致的气体流动引起，而且压电振动布置用于帮助将泡罩内容物排空到气体流动通道中，该气体流动通道通向设备的药物输送孔。压电致动与“剂量喷发”相对应，在“剂量喷发”期间药物将要被吸入。
[0059]剂量推进机构和压电振动布置的操作的时序对于确保释放的剂量由患者根据需要吸入以及控制输送至患者的剂量非常关键。
[0060]具体地，设备应当在患者每次通过连接至吸入器的面罩吸入时输送粉末药物的喷发，并且应当避免药物的错误释放。
[0061]本发明因此涉及由吸入设备执行的剂量输送功能的时序的控制。其尤其涉及用户的每次吸入呼吸的时序的可靠检测。
[0062]图1示出了本发明的设备中使用的传感器布置的示例。
[0063]示出了存在于吸入设备的进气端口与向患者输送药物的开口之间的流动通道10。患者可以例如戴面罩。沿着通路10的气体流动是被动的，即由患者的吸入和呼出所引起。在沿着通路10的点处，粉末药物被引导到通路中以用于由患者吸入。为了该目的，以如12的简化示意形式示出了药物输送胶囊的泡罩包装，以及压电振动器14用于帮助将打开的泡罩排空到流动通道中。振动器的操作时间称为“剂量喷发”。泡罩包装由如嵌齿轮16示意性示出的驱动机构推进。驱动机构的操作称为“剂量推进”。
[0064]适合于与本发明一起使用的压电振动器、驱动机构和药物胶囊的描述为本领域技术人员已知。药物典型地从泡罩胶囊释放到给药室中，药物从该给药室夹带到通路10中的气体流动中。
[0065]提供了传感器布置，包括以面向吸入气体流动20的热敏电阻器形式的吸入流传感器18和以面向呼出气体流动24的热敏电阻器形式的呼出流传感器22。
[0066]提供控制器26用于启动和停止振动元件14，并且还控制驱动机构驱动机构16。控制器使用流动传感器信号来在通过流动通道10的吸入流和呼出流之间进行区分。如图所示，控制器接收传感器信号，并且向驱动机构16和振动器元件14提供控制信号。
[0067]尽管显示为独立单元，但是控制器可以集成到安装有传感器18、22的印刷电路板27上，该印刷电路板27被垫圈28密封到空气通道壁中。
[0068]将药物输送到气体流动通道中的位置可以在感测布置的位置之前或者之后。
[0069]图2以横截面示出了吸入器设备内安装的传感器布置。吸入流显示为箭头20，其通向面罩30。示出了传感器头18、22、压电振动器14和垫圈28以及给药室29。
[0070]传感器提供吸入检测系统。通常，该系统设计成满足下列一般要求和设计方针:
[0071]-当通过吸入器的流动通道的吸入气体流动超过最小流动速率时，使能剂量推进和给药喷发的触发。该最小流动速率典型地为0.2-5LPM(公升每分钟)，优选地大于0.5LPM，但是该目标可以根据要治疗的患者群体而改变。在一些应用中，将上限设置在触发必须发生的流动速度上也可以是合乎需要的。
[0072]-能够以儿童和成人呼吸遇到的流动速率和潮气量操作。
[0073