Система доставки аэрозоля
Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к двум вариантам системы доставки аэрозоля и способу преобразования текучей среды в аэрозоль. В первом варианте система включает в себя аэрозольный генератор, содержащий корпус, образующий камеру и имеющий вход и выход. Выход корпуса содержит коническую внутреннюю поверхность. Корпус имеет вентиляционный проем, связанный по текучей среде с указанной камерой и предназначенный для выпуска газа, и/или жидкости, и/или пены из корпуса. Аэрозольный генератор содержит опорную пластину, функционально связанную с корпусом и образующую отверстие. Аэрозольный генератор имеет вибрационный элемент, функционально связанный с опорной пластиной так, что расположен поперек отверстия. Аэрозольный генератор включает пьезоэлектрический исполнительный элемент, связанный с опорной пластиной, который, при его расширении и сжатии, вызывает вибрацию вибрационного элемента для преобразования текучей среды в аэрозоль. Аэрозольный генератор содержит первое уплотнение, которое изолирует пьезоэлектрический исполнительный элемент от текучей среды, поступающей в корпус. Аэрозольный генератор имеет трубку подачи текучей среды, имеющую дистальный конец, находящийся от вибрационного элемента на расстоянии, позволяющем доставлять текучую среду к вибрационному элементу. Расстояние между дистальным концом трубки подачи текучей среды и вибрационным элементом составляет от 1,0 до 0,001 мм для облегчения притяжения подаваемой текучей среды к вибрационному элементу, используя силы поверхностного натяжения, независимо от ориентации корпуса, пока текучая среда не будет преобразована в аэрозоль посредством вибрации вибрационного элемента. Во втором варианте система включает в себя от 2 до 11 трубок, которые доставляют текучую среду к вибрационному элементу. Одна из указанных трубок отличается по размеру от остальных трубок. Способ включает в себя этап, на котором подают из дозирующего наконечника трубки подачи текучей среды объем текучей среды к поверхности вибрационного элемента, расположенного в камере корпуса аэрозольного генератора. Способ включает в себя этап, на котором выпускают из корпуса газ, и/или жидкость, и/или пену через вентиляционный проем, образованный корпусом и связанный по текучей среде с указанной камерой. Способ включает в себя этап, на котором приводят в действие пьезоэлектрический исполнительный элемент, вызывающий вибрацию вибрационного элемента, для преобразования текучей среды в аэрозоль. Способ включает в себя этап, на котором прерывают между дозами поток текучей среды к вибрационному элементу, вибрирующему под действием пьезоэлектрического исполнительного элемента для преобразования в аэрозоль текучей среды на вибрационном элементе. Техническим результатом является повышение эффективности лечения респираторного заболевания при помощи небулайзера. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 13 ил.
Предшествующий уровень техники
Указанный раздел предназначен для ознакомления читателя с разными отраслями техники, к которым имеют отношение различные аспекты изобретения, описанные и/или заявленные далее. Предполагается, что приведенные комментарии будут полезны для читателя как дополнительная информация, способствующая пониманию различных аспектов изобретения. Соответственно, приведенные комментарии следует понимать в свете вышесказанного, а не как приобщение к известному уровню техники.
Существует большое разнообразие респираторных заболеваний, оказывающих негативное влияние на дыхательную функцию пациентов. Этих заболевания могут варьироваться от простуды до муковисцидоза. В современной медицине для лечения респираторных заболеваний применяется множество методов с использованием пероральных лекарственных препаратов, ингаляторов, небулайзеров и т.д. Небулайзер является устройством, доставляющим пациенту при дыхании текучую среду (то есть лекарственный препарат), преобразованную в аэрозоль. Пациент может получать аэрозоль через рот, нос и/или трахеотомию (то есть хирургический разрез горла). Однако лечение респираторного заболевания при помощи небулайзера может быть неэффективным, если формируются большие частицы аэрозоля и/или образование аэрозоля не согласовано с дыхательным циклом пациента.
Раскрытие изобретения
Система доставки аэрозоля согласно некоторым вариантам осуществления изобретения содержит аэрозольный генератор, преобразующий текучую среду в аэрозоль, доставляемый пациенту. Аэрозольный генератор содержит корпус, образующий камеру для текучей среды, которая сообщается по текучей среде с входом и выходом корпуса. К тому же, аэрозольный генератор содержит опорную пластину с отверстием. Вибрационный элемент присоединен к опорной пластине так, что расположен поперек отверстия. Пьезоэлектрический исполнительный элемент также присоединен к опорной пластине и, расширяясь и сжимаясь во время работы, вызывает вибрацию вибрационного элемента для преобразования текучей среды в аэрозоль. Таким образом, текучая среда, подаваемая на поверхность вибрационного элемента, преобразуется в аэрозоль, который через выход корпуса доставляется пациенту. Аэрозольный генератор получает текучую среду по трубке подачи текучей среды, присоединенной к корпусу.
Трубка подачи текучей среды расположена на расстоянии от вибрационного элемента, что позволяет текучей среде, выходящей из трубки подачи текучей среды, притягиваться к вибрационному элементу (например, под действием сил поверхностного натяжения). Таким образом, трубка подачи текучей среды может доставлять текучую среду к вибрационному элементу при любой ориентации или, по существу, при всех ориентациях аэрозольного генератора. Указанное расстояние можно регулировать с целью блокировки или снижения способности вибрационного элемента извлекать/удалять недозированную текучую среду из трубки подачи текучей среды (например, при изменении расстояния между концом трубки подачи текучей среды и вибрационным элементом в процессе вибрации вибрационного элемента). Изменяя расстояние между трубкой подачи текучей среды и вибрационным элементом можно регулировать распространение текучей среды по вибрационному элементу. Например, чем ближе трубка расположена к вибрационному элементу, тем больше взаимодействие между вибрационным элементом, текучей средой и трубкой может снизить способность текучей среды распространяться по поверхности вибрационного элемента. Как будет описано более подробно далее, когда текучая среда распространяется по большей площади поверхности, большее количество отверстий в вибрационном элементе воздействует на текучую среду, что влияет на характеристики аэрозоля.
Система доставки аэрозоля согласно одному варианту осуществления изобретения содержит аэрозольный генератор, преобразующий текучую среду в аэрозоль, доставляемый пациенту. Аэрозольный генератор содержит корпус, образующий камеру для текучей среды, которая сообщается по текучей среде с входом и выходом корпуса. Аэрозольный генератор содержит опорную пластину с отверстием. Вибрационный элемент присоединен к опорной пластине так, что расположен поперек отверстия. Пьезоэлектрический исполнительный элемент присоединен к опорной пластине и, расширяясь и сжимаясь во время работы, вызывает вибрацию вибрационного элемента для преобразования текучей среды в аэрозоль. Таким образом, текучая среда, подаваемая на поверхность вибрационного элемента, преобразуется в аэрозоль, который через выход корпуса доставляется пациенту. Аэрозольный генератор получает текучую среду по множеству трубок подачи текучей среды, которые доставляют текучую среду к вибрационному элементу.
Использование множества трубок позволяет ускорить распространение текучей среды по поверхности вибрационного элемента, а также позволяет регулировать распространение текучей среды по поверхности вибрационного элемента (например, на некоторые части вибрационного элемента можно подавать большее количество текучей среды, чем на другие части). Множество трубок выступает в корпус, находясь на расстоянии от вибрационного элемента, что позволяет текучей среде, выходящей из трубок подачи текучей среды, притягиваться к вибрационному элементу (например, под действием сил поверхностного натяжения). Таким образом, текучая среда доставляется к вибрационному элементу при любой ориентации или, по существу, при всех ориентациях. Указанное расстояние можно регулировать с целью блокировки или снижения способности вибрационного элемента извлекать/удалять недозированную текучую среду из трубок подачи текучей среды (например, при изменении расстояния между концами/выходами трубок подачи текучей среды и вибрационным элементом в процессе вибрации вибрационного элемента). Таким образом, регулируя расстояние между множеством трубок и вибрационным элементом, можно обеспечить точность выпуска текучей среды, преобразуемой в аэрозоль. Кроме того, изменение расстояния между множеством трубок подачи текучей среды и вибрационным элементом позволяет регулировать распространение текучей среды по поверхности вибрационного элемента. Например, чем ближе множество трубок расположено к вибрационному элементу, тем больше трение между вибрационным элементом, текучей средой и множеством трубок может снизить способность текучей среды распространяться по поверхности. Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения, одна или более трубок могут быть расположены на разных расстояниях от вибрационного элемента и/или иметь разные размеры. Соответственно, некоторые из множества трубок могут обеспечить ускоренное распространение текучей среды по частям вибрационного элемента, в то время как другие могут обеспечить замедленное распространение текучей среды по другим частям вибрационного элемента.
Один из аспектов изобретения относится к способу преобразования текучей среды в аэрозоль. Способ включает в себя подачу объема текучей среды к поверхности вибрационного элемента в аэрозольном элементе так, что текучая среда притягивается к указанной поверхности под действием сил поверхностного натяжения. Способ обеспечивает преобразование текучей среды в аэрозоль посредством вибрации вибрационного элемента, вызываемой пьезоэлектрическим исполнительным элементом. Таким образом, чтобы обеспечить дозированную подачу текучей среды, которая сцепляется с поверхностью вибрационного элемента, не требуется расположение вблизи указанной поверхности резервуара для хранения текучей среды. Следовательно, аэрозольный генератор можно перемещать, поскольку преобразование текучей среды в аэрозоль не зависит от его местоположения. Кроме того, минимизируются потери дорогостоящих лекарственных препаратов, поскольку подача текучей среды для преобразования в аэрозоль осуществляется по требованию.
Краткое описание чертежей
Различные особенности, аспекты и преимущества изобретения будут хорошо понятны из последующего подробного описания изобретения со ссылками на чертежи, на которых аналогичные детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг. 1 схематично показана система доставки аэрозоля, соединенная с дыхательным аппаратом, согласно варианту осуществления;
на фиг. 2 - аэрозольный генератор согласно варианту осуществления, вид в перспективе;
на фиг. 3 - аэрозольный генератор согласно варианту осуществления, вид в разрезе;
на фиг. 4 - вибрационный элемент согласно варианту осуществления, частичный вид сверху;
на фиг. 5 - вибрационный элемент согласно варианту осуществления, частичный вид в разрезе по линии 5-5 на фиг. 3;
на фиг. 6 - аэрозольный генератор согласно варианту осуществления, преобразующий текучую среду в аэрозоль посредством вибрационного элемента, вид в разрезе;
на фиг. 7 - аэрозольный генератор согласно варианту осуществления, преобразующий текучую среду в аэрозоль посредством вибрационного элемента, вид в разрезе;
на фиг. 8 - аэрозольный генератор согласно варианту осуществления, вид в перспективе;
на фиг. 9 - аэрозольный генератор согласно варианту осуществления, вид в разрезе;
на фиг. 10 - аэрозольный генератор согласно варианту осуществления, вид в разрезе по линии 10-10 на фиг. 9;
на фиг. 11 - аэрозольный генератор согласно варианту осуществления, вид в разрезе по линии 10-10 на фиг. 9;
на фиг. 12 - аэрозольный генератор согласно варианту осуществления, вид в разрезе по линии 10-10 на фиг. 9;
на фиг. 13 - вспомогательная трубка согласно варианту осуществления, вид в разрезе в пределах линии 13-13 на фиг. 9.
Варианты осуществления изобретения
Далее будут подробно описаны один или более конкретных вариантов осуществления изобретения. Эти варианты осуществления являются только примерами изобретения. Кроме того, в попытке предоставить краткое описание этих примеров вариантов осуществления, все особенности фактического выполнения могут быть не раскрыты в описании. Следует принимать во внимание, что при разработке практической реализации, аналогично любому техническому или конструкторскому проекту, рассматривается множество специфичных для реализации технических решений с целью решения конкретных задач разработчиков при непременном условии соответствия системным и бизнес-ограничениям, которые могут варьироваться от одной реализации к другой. Кроме того, для специалистов в данной области техники, с учетом преимуществ настоящего изобретения, является очевидным, что любая разработка является не простым процессом и требует больших усилий и временных затрат, направленных на решение рядовых задач по проектированию, изготовлению и производству.
В раскрытых далее вариантах осуществления изобретения рассматривается система доставки аэрозоля, способная прогнозировать вдох пациента для определения времени изготовления и доставки вдыхаемого лекарственного препарата. Точнее говоря, система доставки аэрозоля, прогнозирующая вдох, способна преобразовывать лекарственный препарат в аэрозоль непосредственно перед вдохом. Следовательно, система доставки аэрозоля, способная преобразовывать лекарственный препарат в аэрозоль непосредственно перед вдохом, позволяет увеличить дозу лекарственного препарата, доставляемого пациенту при каждом вдохе, благодаря чему, повышается эффективность лекарственного препарата и/или лекарственный препарат поступает в большую область легких пациента (например, глубже в легкие). Система доставки аэрозоля оснащена одним или более датчиками дыхания, способными обнаружить вдох пациента. Указанные датчики дыхания способны обнаруживать вдох при всех режимах вентиляции, включая принудительный, вспомогательный и спонтанный. Например, система доставки аэрозоля может использовать датчик расхода в качестве датчика дыхания для обнаружения вдоха пациента. Как будет уточнено далее, для обнаружения начала и завершения вдоха датчики расхода более эффективны, сравнительно с датчиками давления.
Указанная система доставки способна повысить эффективность доставки аэрозоля посредством аэрозольного генератора, способного производить фракции мелкодисперсных частиц (ФМЧ) с содержанием более 80% капель/частиц, имеющих объемный медианный диаметр (ОМД) 1 мкм или менее. Точнее говоря, аэрозольный генератор способен производить мелкодисперсные аэрозоли, которые находятся во взвешенном состоянии и легко переносятся текучей средой-носителем (например, воздухом, O2, смесью O2/воздух и т.д.). Вдобавок к вышесказанному, рассматриваемые далее системы доставки аэрозоля могут подключаться к существующим дыхательным аппаратам без перепроектирования или реконструкции указанных аппаратов. Следовательно, система доставки аэрозоля может использоваться с существующими вентиляторами, увлажнителями и аппаратами, обеспечивающими положительное непрерывное давление в дыхательных путях (continuous positive airway pressure (CPAP)) и т.д.
Как будет подробно описано далее, система доставки аэрозоля содержит аэрозольный генератор, принимающий дозу текучей среды, которая сцепляется с задней поверхностью вибрационного элемента, при этом отсутствует необходимость в расположении на указанной задней поверхности резервуара для хранения текучей среды. Следовательно, аэрозольный генератор можно перемещать, поскольку преобразование текучей среды в аэрозоль не зависит от его местоположения. Кроме того, минимизируются потери дорогостоящих лекарственных препаратов, поскольку подача текучей среды для преобразования в аэрозоль осуществляется по требованию.
Для подачи текучей среды используется одна или более трубок. Трубка или трубки проходят в корпусе аэрозольного генератора, находясь на расстоянии от вибрационного элемента, что позволяет текучей среде, выходящей из множества трубок, притягиваться к вибрационному элементу (например, под действием сил поверхностного натяжения). Таким образом, текучая среда переносится к вибрационному элементу при любой ориентации или, по существу, при всех ориентациях. Указанное расстояние можно регулировать с целью блокировки или снижения способности вибрационного элемента извлекать/удалять недозированную текучую среду из трубки(ок). Изменяя расстояние можно регулировать распространение текучей среды по поверхности вибрационного элемента. Например, чем ближе трубка(и) расположена(ы) к вибрационному элементу, тем больше сила трения между вибрационным элементом, текучей средой и трубкой(ми) может снизить способность текучей среды распространяться по поверхности.
Вибрационный элемент может быть приспособлен для создания аэрозолей с различными характеристиками (например, объемный медианный диаметр (ОМД), скорость струи, плотность струи, средний расход, направление и т.д.). Например, разные вибрационное элементы могут отличаться друг от друга размером, количеством, местоположением и другими характеристиками отверстий. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, на разных участках вибрационного элемента можно получать аэрозоли, отличающиеся по характеристикам в соответствии с индивидуальными требованиями заказчика. То есть, части одного и того же вибрационного элемента могут различаться по количеству и размеру отверстий, таким образом, на разных участках вибрационного элемента можно получить аэрозоли, которые будут отличаться друг от друга по размеру частиц, плотности и т.д. Поскольку вибрационные элементы могут быть изготовлены в соответствии с индивидуальными требованиями заказчика, имеется возможность создания аэрозолей разных текучих сред с учетом различных методов лечения, способов применения и т.д.
На фиг. 1 схематично представлена система 10 доставки аэрозоля, соединенная с дыхательным аппаратом 12. Представленный на фиг. 1 дыхательный аппарат содержит вентилятор 14, способный нагнетать воздух (например, воздух, O2, смесь воздуха/O2 и т.д.) и отводить воздух от пациента. Как будет подробно описано далее, система 10 доставки аэрозоля приспособлена для соединения с существующими дыхательными аппаратами 12 с целью доставки преобразованной в аэрозоль текучей среды (например, лекарственного препарата), требуемой для лечения пациента. То есть, система 10 доставки аэрозоля может быть дооснащена существующими дыхательными аппаратами 12 (например, вентиляторами, увлажнителями, аппаратами, обеспечивающими положительное непрерывное давление в дыхательных путях (CPAP) или их сочетаниями) без перепроектирования или реконструкции дыхательного аппарата 12 для работы с системой 10 доставки аэрозоля.
Система 10 доставки аэрозоля содержит аэрозольный генератор 16, приспособленный соединяться с различными устройствами, обеспечивающими прохождение воздушного потока, таких как эндотрахеальные трубки 18, носовые канюли/маски, трахеостомические трубки и т.д. В аэрозольный генератор 16 текучая среда поступает из источника 20 текучей среды по трубке 22 подачи текучей среды. Источник 20 текучей среды (например, емкость, флакон) может содержать различные вещества, включая лекарственный препарат, поверхностно-активное вещество, их сочетание и т.д. В процессе работы текучая среда из источника 20 текучей среды перекачивается посредством насоса 24 по трубке 22 подачи текучей среды к аэрозольному генератору 16, преобразующему текучую среду в аэрозоль до и/или при вдохе пациента. Трубка 22 подачи текучей среды согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может быть заполнена текучей средой перед проведением терапии для ускорения доставки (например, текучая среда предварительно подается в аэрозольный генератор 16). Насос 24 управляется блоком 26 управления, который задает время подачи и дозировку текучей среды.
Блок 26 управления может содержать один или более процессоров 28, которые выполняют команды, хранящиеся в одном или более запоминающих устройствах 30, для управления насосом 24 и аэрозольным генератором 16. В качестве примера, среди данных, хранящихся в запоминающем устройстве 30, могут быть команды, устанавливающие требуемое количество текучей среды, подаваемой при каждом приведении в действие аэрозольного генератора 16 согласно каждой дозе, и устанавливающие количество текучей среды, подлежащей подаче в течение определенного периода или периодов времени и т.д. Хранящиеся команды могут быть составлены с учетом габаритов пациента, возраста пациента, пола пациента, типа медикамента, жидких добавок, требуемого количества аэрозоля и т.д. В запоминающем устройстве 30, к тому же, хранятся команды для приведения в действие аэрозольного генератора 16. Как показано, блок 26 управления соединен с аэрозольным генератором 16 посредством кабеля 32 (т.е. электрического кабеля) и/или с использованием беспроводных соединений. По кабелю 32 подается сигнал, который приводит в действие пьезоэлектрический (или другой) исполнительный элемент, находящийся внутри аэрозольного генератора 16. Пьезоэлектрический исполнительный элемент в процессе работы вызывает вибрацию вибрационного элемента для преобразования текучей среды в аэрозоль, доставляемый пациенту (то есть посредством вдоха). Кроме того, запоминающее устройство может хранить команды регулирования работы пьезоэлектрического исполнительного элемента, а именно, запуска, остановки, частоты или частот вибрации и т.д.
Система 10 доставки аэрозоля способна задавать временной период создания аэрозоля, что повышает эффективность терапии. Например, в системе 10 доставки аэрозоля может активизироваться процесс преобразования лекарственного препарата в аэрозоль перед вдохом пациента. Следовательно, система 10 доставки аэрозоля использует увеличенный воздушный поток, который создается в начале вдоха. Таким образом, повышается эффективность доставки лекарственного препарата, поскольку вдыхаемый воздух переносит лекарственный препарат в легкие пациента на большую глубину. В системе 10 доставки аэрозоля выполняется преобразование лекарственного препарата в аэрозоль немедленно после обнаружения вдоха пациента (например, при спонтанном дыхании).
Система 10 доставки аэрозоля координирует доставку лекарственного препарата, используя один или более датчиков 34 дыхания, которые определяют начало вдоха и его продолжительность. Датчики 34 дыхания могут содержать датчик 36 расхода (например, электрический датчик расхода), радиолокационный датчик 38 (например, радиолокационный датчик со сверхширокой полосой пропускания для измерения смещения грудной клетки), датчик CO2, высокоскоростной датчик 40 температуры, акустический датчик 40, реоплетизмографический датчик 40, респираторный индуктивной плетизмографический датчик, датчик давления и т.д. Указанные датчики 34 дыхания могут быть связаны с блоком 26 управления посредством проводных и/или беспроводных соединений. Система 10 доставки аэрозоля согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может использовать комбинацию датчиков 34 дыхания (например, 1, 2, 3, 4, 5), чтобы обеспечить дублирование и/или более точный мониторинг дыхательного цикла пациента. Например, система 10 доставки аэрозоля может использовать датчик 36 расхода в сочетании с радиолокационным датчиком 38 для мониторинга как воздушного потока, так и движения грудной клетки. Система 10 для доставки аэрозоля согласно другому варианту осуществления изобретения может использовать датчик 36 расхода, радиолокационный датчик 38 и плетизмографический датчик 40 для мониторинга дыхательного цикла.
Как показано, датчик 36 расхода соединен с трубкой 42 подачи газа для определения изменения воздушного потока во время вдоха (например, при принудительном, вспомогательном или спонтанном дыхании). Датчик 36 расхода согласно некоторым вариантам осуществления изобретения также может быть соединен с трубкой 44 возврата газа с целью определения начала и завершения выдоха. Система 10 доставки аэрозоля согласно другим вариантам осуществления изобретения может включать в себя датчики 36 расхода, которые соединены с трубкой 42 подачи газа и трубкой 44 возврата газа. При получении данных от датчика(ов) 36 расхода блок 26 управления способен выполнить мониторинг характера дыхания, что позволяет прогнозировать начало вдоха пациента. Способность прогнозирования начала вдоха позволяет системе 10 доставки аэрозоля подготовить аэрозольный лекарственный препарат для безотлагательной ингаляции. Конкретнее говоря, система 10 доставки аэрозоля может предварительно подавать текучую среду к вибрационному элементу в аэрозольном генераторе 16, чтобы текучая среда могла быть преобразована в аэрозоль перед вдохом. Поскольку обнаружение воздушного потока не является запаздывающим индикатором, датчик 36 расхода может быстро обнаруживать необычное или спонтанное дыхание для инициирования доставки аэрозоля (например, менее чем через 10 мсек после начала вдоха).
Для прогнозирования вдоха пациента один или более датчиков 36 дыхания и/или расхода отслеживают характер дыхания пациента и/или цикл вентиляции (при принудительной вентиляции легких пациента). Полученные данные передаются на блок 26 управления, на основании которых блок 26 управления прогнозирует начало очередных вдохов. Затем контроллер 26 направляет команду насосу 24 на подачу текучей среды из источника 20 текучей среды в аэрозольный генератор 16 до начала вдоха. Также блок 26 управления может подать сигнал аэрозольному генератору 16 для запуска процесса преобразования текучей среды в аэрозоль в требуемый момент времени, например, в пределах заданного промежутка времени (например, +/-0,5 с) до и/или во время предсказанного вдоха. Таким образом, аэрозоль приготавливается перед началом вдоха пациента. Система 10 доставки аэрозоля способна прогнозировать дыхательный цикл для создания аэрозоля, доставляемого пациенту, наряду с этим система 10 доставки аэрозоля способна с использованием датчиков 34 дыхания распознавать спонтанное/нерегулярное дыхание. При распознавании спонтанного дыхания система 10 доставки аэрозоля может немедленно закачать текучую среду в аэрозольный генератор 16 для доставки пациенту.
Когда проводится принудительная вентиляция легких пациента (например, с помощью вентилятора 14) или проводится вспомогательная вентиляция легких, датчик 36 расхода способен обнаружить изменение характеристик потока в процессе чередования нагнетания воздуха и отсоса воздуха посредством вентилятора 14. Блок 26 управления отслеживает указанные изменения характеристик потока и производит расчет начального момента времени проведения процесса преобразования лекарственного препарата в аэрозоль, как описывалось выше. Таким образом, система 10 доставки аэрозоля может быть интегрирована в существующий дыхательный аппарат 12 без программирования или дополнительного согласования систем между собой. Другими словами, для координации/времени создания аэрозоля и доставки аэрозоля пациенту не требуется взаимодействие системы 10 доставки аэрозоля с дыхательным аппаратом 12.
Следует отметить, что датчик 36 расхода по сравнению с датчиком давления более эффективен для обнаружения начала вдоха пациента. Данные, полученные датчиком давления, являются запаздывающим показателем или отсроченным показателем, поскольку для создания давления в воздушном контуре требуется время. Поэтому датчик давления будет обнаруживать вдох на стадии завершения цикла вдоха или почти на стадии его завершения. Датчики давления также неэффективны при определении момента завершения вдоха, поскольку возникает инспираторная пауза (то есть, плато давления при паузе между вдохом и выдохом пациента). Кроме того, при наличии утечки в воздушном контуре и/или перегибов в трубке точность датчиков давления значительно снижается. Наконец, для системы, в которой используется датчик давления, требуется алгоритм надежного адаптивного управления для работы в ситуациях принудительного, вспомогательного и спонтанного дыхания, поскольку при искусственной вентиляции создается положительное давление, а при спонтанном дыхании в воздушном контуре создается отрицательное давление. Однако в некоторых случаях, например, когда сроки создания и доставки аэрозоля являются менее критичными, датчик давления может использоваться с системой 10 доставки аэрозоля.
На фиг. 2 представлен аэрозольный генератор 16 согласно варианту осуществления, вид в перспективе. Как описано выше, источник 20 текучей среды (показанный на фиг. 1) связан по текучей среде с аэрозольным генератором 16 посредством трубки 22 подачи текучей среды. Трубка 22 подачи текучей среды подсоединена ко входу 60 для текучей среды корпуса 62 аэрозольного генератора 16. В процессе работы текучая среда из источника 20 текучей среды нагнетается через вход 60 для текучей среды в аэрозольный генератор 16, в котором текучая среда преобразуется в аэрозоль. Для доставки пациенту полученный аэрозоль выпускается из аэрозольного генератора 16 через выходной патрубок 64 для текучей среды. Выход 64 приспособлен для соединения с любым количеством устройств, обеспечивающих прохождение воздушного потока, таких как эндотрахеальные трубки, носовые канюли/маски, трахеостомические трубки, мундштук и т.д. Например, выход 64 может быть соединен с устройством, обеспечивающим прохождение воздушного потока, посредством защелок, прессовой посадки, резьбового соединения, резьбовых крепежных элементов, клея, сварки или их сочетания. Корпус 62 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может содержать один или более вентиляционных проемов 66 (например, 1, 2, 3, 4 или более). Вентиляционные проемы 66 могут облегчать заполнение трубки 22 доставки текучей среды, позволяя воздуху выходить из аэрозольного генератора 16 при поступлении текучей среды в трубку 22 подачи текучей среды. Вентиляционные каналы 66 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения могут облегчить обнаружение чрезмерного заполнения аэрозольного генератора 16 или перекачки текучей среды в аэрозольный генератор 16. В частности, размер вентиляционных проемов 66 не позволяет обеспечить быстрый отток избыточной текучей среды из корпуса 62. Поскольку в корпусе 62 повышается давление из-за чрезмерного заполнения/чрезмерной перекачки текучей среды, блок 26 управления способен обнаружить скачок давления. Повышенное давление может быть обнаружено посредством датчика давления и/или по повышению потребления мощности насосом 24 (показан на фиг. 1). Вентиляционные проемы 66 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения также могут облегчать образование аэрозоля путем выравнивания давления на противоположных сторонах вибрационного элемента.
Кабель 32 обеспечивает электрическое соединение блока 26 управления (показанного на фиг. 1) с аэрозольным генератором, преобразующим текучую среду в аэрозоль. Для соединения кабеля 32 с аэрозольным генератором 16 используется вход 68 для кабеля, выполненный в корпусе 62. Внутри корпуса 62 кабель 32 соединяется с пьезоэлектрическим (или другим) исполнительным элементом, приводящим в действие вибрационный элемент, который преобразует текучую среду в аэрозоль.
На фиг. 3 представлен аэрозольный генератор 16 согласно варианту осуществления, вид в разрезе. Как показано, корпус 62 может содержать первую часть 80 (например, первую половину) и вторую часть 82 (например, вторую половину), которые соединены между собой. Первая часть 80 и вторая часть 82 могут соединяться посредством защелок, прессовой посадки, резьбовым соединением, резьбовыми крепежными элементами, клея, сварки или их сочетания. Первая часть 80 и вторая часть 82 образуют полость 84, которая принимает вибрационный элемент 86 (например, диафрагму, сетку) и пьезоэлектрический исполнительный элемент 88. В процессе работы пьезоэлектрический исполнительный элемент 88 вызывает вибрацию вибрационного элемента 86, передавая энергию через опорную пластину 90. Вибрационный элемент 86 в процессе вибрации генерирует аэрозоль. Вибрационный элемент 86 связан с опорной пластиной 90 и расположен вокруг отверстия 92, что позволяет аэрозолю выходить из аэрозольного генератора 16. Поскольку отверстие 92 обеспечивает сообщение по текучей среде между входом 60 и выходом 64 корпуса 62, аэрозоль, созданный вибрационным элементом 86, может выходить из аэрозольного генератора 16.
Опорная пластина 90 может быть выполнена из одного или более из следующих материалов: металл, металлический сплав, полимер и т.д. Аналогично, вибрационный элемент 86 может быть изготовлен из металла, металлического сплава или полимера. Изменение толщины опорной пластины 90 может привести к изменению вибрационных характеристик вибрационного элемента 86 в аэрозольном генераторе 16. Например, более толстая и/или более жесткая опорная пластина 90 может оказывать сопротивление передаче вибрации, в то время как более тонкая опорная пластина 90 может способствовать передаче вибрации. Опорная пластина 90 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может быть проводником (например, является металлической пластиной) и соединена с проводом заземления кабеля 32. Следовательно, опорная пластина 90 может замыкать цепь, которая питает пьезоэлектрический исполнительный элемент 88. Опорная пластина 90 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения и вибрационный элемент 86 могут быть неразъемными/составлять одно целое вместо двух отдельных компонентов, которые соединены друг с другом. Вибрационный элемент 86 согласно одному из вариантов осуществления изобретения может быть отформован поверх опорной пластины 90 (например, охватывает опорную пластину).
В аэрозольном генераторе 16 пьезоэлектрический исполнительный элемент 88 косвенно соединен с вибрационным элементом 86 через опорную пластину 90, благодаря чему, пьезоэлектрический исполнительный элемент 88 и кабель 32 изолированы от текучей среды, входящей и выходящей из корпуса 62. Например, аэрозольный генератор 16 может содержать первое уплотнение 94 и второе уплотнение 96. Первое уплотнение 94 образует уплотнение между первой поверхностью 98 опорной пластины 90 и первой частью 80 корпуса 62, в то время как второе уплотнение 96 образует уплотнение между второй поверхностью 100 опорной пластины 90 и второй частью 82 корпуса 62. Когда опорная пластина 90 вибрирует, уплотнения 94, 96 удерживаются внутри соответствующих канавок 102, 104 (например, окружных канавок) корпуса 62. Уплотнения 94, 96 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения могут представлять собой уплотнительные кольца, изготовленные из пластмассы, резины, эластомеров и т.д. После сборки первая часть 80 и вторая часть 82 корпуса сжимают уплотнения 94, 96, приводя в контакт с опорной пластиной 90, при этом формируется камера 106 для текучей среды, а также герметичное уплотнение между камерой 106 для текучей среды и пьезоэлектрическим исполнительным элементом 88. Указанные уплотнения 94, 96 также могут поддерживать стерильность среды, блокируя попадание загрязняющих веществ через вход 68 для кабеля в камеру 106 для текучей среды.
Как описывалось выше, корпус 62 содержит вентиляционные проемы 66. Вентиляционные проемы 66 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения могут содержать один или более фильтров 107. Фильтры 107 способны обеспечивать стерильность среды, блокируя попадание загрязняющих веществ в камеру 106 для текучей среды. Кроме того, фильтры 107 дают возможность газу выходить из камеры 106 для текучей среды при заполнении трубки 22 подачи текучей среды и способны блокировать/уменьшать просачивание текучей среды из камеры 106.
Камера 106 для текучей среды получает текучую среду из трубки 22 подачи текучей среды, которая соединена с входом 60 корпуса 62. Трубка 22 подачи текучей среды выступает в камеру 106 для текучей среды, при этом расстояние 110 от выхода/конца 108 трубки 22 подачи текучей среды до вибрационного элемента 86 составляет, например, от 1 мм до 0,001 мм. Указанное расстояние 110 позволяет текучей среде, выходящей из трубки 22 подачи текучей среды, притягиваться (например, под действием сил поверхностного натяжения) к вибрационному элементу 86. Таким образом, трубка 22 подачи текучей среды способна доставлять текучую среду к вибрационному элементу 86 при любой ориентации или, по существу, при всех ориентациях аэрозольного генератора 16. Расстояние 110 также можно регулировать с целью блокировки или снижения способности вибрационного элемента 86 извлекать/удалять недозированную текучую среду из трубки 22 подачи текучей среды (например, при изменении расстояния 110 между концом 108 трубки 22 подачи текучей среды и вибрационным элементом 86 в процессе вибрации вибрационного элемента 86). Изменение расстояния 110 позволяет регулировать распространение текучей среды по поверхности вибрационного элемента 86. Например, чем ближе трубка 22 подачи текучей среды расположена к вибрационному элементу 86, тем больше трение между вибрационным элементом 86, текучей средой и трубкой 22 подачи текучей среды снижает способность текучей среды распространяться по поверхности. Как будет описано более подробно далее, чем больше площадь поверхности, по которой распространяется текучая среда, тем больше отверстий вибрационного элемента 86 контактирует с текучей средой, что влияет на характеристики аэрозоля.
Расстояние 110 можно регулировать за счет глубины введения в корпус 62 трубки 22 подачи текучей среды. Трубка 22 подачи текучей среды согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может содержать соединитель или дозирующий наконечник 112 (например, патрубок, трубку), который располагается внутри трубки 22 подачи текучей среды и присоединяется к корпусу 62 через вход 60 для текучей среды. Соединитель 112 может составлять единое целое с трубкой 22 подачи текучей среды или может являться отделяемым элементом. Соединитель 112 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может иметь покрытие или может быть обработан (например, может иметь смачиваемое покрытие или может быть подвергнут обработке, обеспечивающей смачиваемость) с целью уменьшения поверхностной энергии, а, следовательно, для облегчения прохождения потока текучей среды через соединитель к вибрационному элементу 86.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, при наличии съемного соединителя 112 можно регулировать расстояние 110 между концом/выходом 108 соединителя и вибрационным элементом 86 за счет изменения глубины 116 расточенного отверстия 114, а также за счет изменения общей длины соединителя 112. Трубка 22 подачи текучей среды согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может быть изготовлена с множеством соединителей 112 разной длины (то есть, комплект). Указанные взаимозаменяемые соединители 112 позволяют пользователю регулировать расстояние 110 в зависимости от применения (например, в зависимости от типа текучей среды, типа аэрозоля, скорости дозирования, состава смеси лекарственных препаратов, использования нулевой гравитации). Например, при высокой вязкости текучей среды расстояние 110 необходимо увеличить, чтобы облегчить распространение по вибрационному элементу 86 текучей среды при условии сохранения притяжения текучей среды к вибрационному элементу 86. В некоторых вариантах осуществления изобретения соединитель 112, уменьшающий расстояние 110, используется для ограничения распространения текучей среды по поверхности вибрационного элемента 86, что позволяет изменить характеристики аэрозоля (например, уменьшить струю). Соединители 112 также могут отличаться по ширине 118, что позволяет регулировать количество текучей среды, подаваемой в аэрозольный генератор 16 (например, соответственно дозировке для пациента). Изменение ширины 118 позволяет изменить дозировку текучей среды за счет уменьшения или увеличения количества текучей среды, подаваемой в аэрозольный генератор 16 во время каждого цикла дыхания. Использование соединителей 112 разной ширины 118, к тому же позволяет изменять характеристики аэрозоля за счет изменения распространения текучей среды по вибрационному элементу 86. Однако при использовании соединителя с минимальной шириной 118 минимизируется воздействие не выпущенной текучей среды на газы, загрязняющие вещества и т.д. Кроме того, при использовании минимальной ширины 118 может быть уменьшен захват пузырьков в соединителе 112, что может повлиять на точность дозировки. Наконец, при минимальной ширине 118 размер камеры 106 для текучей среды увеличивается.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, расстояние 110 можно изменить за счет использования одной или более шайб (например, пластмассовых или металлических), устанавливаемых между концом 120 трубки 22 подачи текучей среды и наружной поверхностью 122 корпуса 62. Система 10 согласно другим вариантам осуществления изобретения может содержать множество трубок 22 подачи текучей среды, которые имеют расточенные отверстия 114 на разной глубине 116, что позволяет пользователю изменять расстояние 110 с помощью соединителя 112 стандартного размера. Следует отметить, что описанные выше методы изменения расстояния можно применять как по отдельности, так и в любом сочетании для изменения расстояния 110.
Как показано, соединитель 112, вход 60, выход 64 и вибрационный элемент 86 выровнены или, по существу, выровнены с осью 124 (например, центральной осью корпуса 62, центральной осью трубки 22, центральной осью вибрационного элемента 86). Это может облегчить прохождение потока текучей среды, подаваемой в аэрозольный генератор 16, а также прохождение потока аэрозоля, выпускаемого из аэрозольного генератора 16. В некоторых вариантах осуществления изобретения соединитель 112, вход 60, выход 64 и/или вибрационный элемент 86 могут быть смещены относительно друг друга. Например, соединитель 112 может быть смещен относительно вибрационного элемента 86, что позволяет направлять текучую среду через конкретную область или часть вибрационного элемента 86. Как будет описано подробно далее, вибрационный элемент 86 может не иметь одинаковых проемов и/или одинаково вибрировать. Соответственно, при направлении потока текучей среды на определенные части вибрационного элемента 86 в аэрозольном генераторе 16 можно изменять характеристики аэрозоля. Ширина/диаметр 126 выхода 64 может быть больше или равна ширине/диаметру 128 отверстия 92 в опорной пластине 90, благодаря чему облегчается прохождение потока аэрозоля из аэрозольного генератора 16, выпускаемого из аэрозольного генератора 16. Точнее говоря, минимизируются препятствия для выпуска потока аэрозоля из аэрозольного генератора 16, следовательно, увеличивается количество аэрозоля, доставляемого пациенту. Выход 64 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может иметь коническую внутреннюю поверхность 130. Коническая внутренняя поверхность 130 может облегчить прикрепление аэрозольного генератора 16 к различным устройствам, обеспечивающим прохождение воздушного потока. Наружная поверхность 132 выхода 64 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может иметь коническую форму, благодаря чему также облегчается прикрепление аэрозольного генератора 16 к различным устройствам, обеспечивающим прохождение воздушного потока, или к размерам конкретного устройства, обеспечивающего прохождение воздушного потока.
На фиг. 4 представлен вибрационный элемент 86 согласно варианту осуществления, вид сверху. Как описано выше, вибрационный элемент 86 под действием пьезоэлектрического исполнительного элемента 88 вибрирует и преобразует текучую среду в аэрозоль. Вибрационный элемент 86 может представлять собой фотолитографический вибрационный элемент, как описано в патентном документе US2016/0130715, опубликованном 12/12/2016, содержание которого полностью включено для всех целей. В процессе работы вибрационный элемент 86 способен производить фракцию мелкодисперсных частиц (ФМЧ) с содержанием 99,6% или более капель/частиц, имеющих объемный медианный диаметр (ОМД) 4 мкм или менее. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, аэрозольный генератор 16, содержащий вибрационный элемент 86, способен производить фракцию мелкодисперсных частиц (ФМЧ) с содержанием 80% или более капель, имеющих объемный медианный диаметр (ОМД) 1 мкм или менее. Аэрозоль с указанными характеристиками легко переходит во взвешенное состояние и переносится несущей текучей средой (например, воздухом, O2, O2/смесь воздуха и т.д.) для эффективной доставки пациенту (например, для доставки лекарственного препарата на большую глубину в легкие пациента).
Как показано, создающий вибрационный элемент 86 включает одно или более преобразующих в аэрозоль отверстий 140, расположенных в одном или более расточенных отверстиях 142. Например, в каждом из расточенных отверстий 142 может быть расположено приблизительно двадцать отверстий 140. В некоторых вариантах осуществления количество и/или размеры отверстий 140 могут разными внутри каждого расточенного отверстия. Например, в некоторых глухих отверстиях 142 может быть расположено пять отверстий 140, в то время как в других отверстиях может быть расположено десять отверстий 140 и т.д. Кроме того, расточенные отверстия 142 могут быть как равномерно, так и неравномерно распределены по вибрационному элементу 86, а отверстия 140 внутри расточенного отверстия 142 тоже могут быть распределены как равномерно, так и неравномерно. Возможность изменять размер, количество, расположение и т.д. как отверстий 140, так и расточенных отверстий 142 способствует их адаптации к вибрационным характеристикам опорной пластины 90, пьезоэлектрического исполнительного элемента 88 и/или вибрационного элемента 86. Например, опорная пластина 90 и/или пьезоэлектрический исполнительный элемент 88 могут вызывать большую вибрацию одних частей вибрационного элемента 86 по сравнению с другими частями. Следовательно, эти части могут генерировать большее количество аэрозоля, чем другие части. Таким образом, целевой подбор отверстий 140 и расточенных отверстий 142 может обеспечить генерирование аэрозоля с различными характеристиками (например, ОМД, скоростью потока, плотностью потока, средним расходом, направлением и т.д.). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, указанный целевой подбор может обеспечить генерацию разных аэрозолей на разных частях вибрационного элемента 86. Например, некоторые части вибрационного элемента 86 могут генерировать аэрозоль с частицами, имеющими ОМД 4 мкм или менее, в то время как другие части могут генерировать аэрозоль с частицами, имеющими ОМД 1 мкм или менее. Возможность целевого подбора отверстий 140 и расточенных отверстий 142 вибрационного элемента 86 облегчает генерирование аэрозоля для разных текучих сред, терапии, применений и т.д.
На фиг. 5 представлено расточенное отверстие 142, содержащее преобразующие в аэрозоль отверстия 140 в вибрационном элементе 86, согласно варианту осуществления, частичный вид в разрезе по линии 5-5 на фиг. 3. Как уточнялось выше, размер отверстий 140 и расточенных отверстий 142 (включая глубину 146) может варьироваться в зависимости от применения.
На фиг. 6 представлен аэрозольный генератор 16, преобразующий текучую среду в аэрозоль посредством вибрационного элемента 86, согласно варианту осуществления, вид в разрезе. Как указывалось выше, конец 108 соединителя 112 должен отстоять от вибрационного элемента 86 на расстояние 110, которое гарантирует притяжение к вибрационному элементу 86 (например, под действием сил поверхностного натяжения) текучей среды, выходящей из трубки 22 подачи текучей среды. К тому же, расстояние 110 может способствовать формированию ванны 170, которая во время процесса преобразования в аэрозоль обеспечивает беспрепятственный постоянный контакт текучей среды с вибрационным элементом 86. Например, во время преобразования в аэрозоль могут образовываться пузырьки или пена 172, и, если она не вытесняется, пена может препятствовать преобразованию текучей среды в аэрозоль. В связи с этим камера 106 для текучей среды аэрозольного генератора 16 обеспечивает пространство для вытесняемой пены. Камера 106 для текучей среды также может уменьшать образование пены 172, одновременно способствуя разрушению любой пены 172, которая образуется.
Изменение расстояния 110 позволяет регулировать распространение текучей среды по вибрационному элементу 86. Например, чем ближе трубка 22 подачи текучей среды расположена к вибрационному элементу 86, тем больше трение между вибрационным элементом 86, текучей средой и трубкой 22 подачи текучей среды снижает способность текучей среды распространяться по поверхности вибрационного элемента 86, в результате чего изменяются свойства аэрозоля (например, скорость струи, плотность струи, средний расход, направление и т.д.).
На фиг. 7 представлен аэрозольный генератор 16, преобразующий текучую среду в аэрозоль посредством вибрационного элемента 86, согласно варианту осуществления, вид в разрезе. Как указывалось выше, целевой подбор отверстий 140 и расточенных отверстий 142 вибрационного элемента 86 дает возможность получить аэрозоль с различными характеристиками (например, ОМД, скоростью потока, плотностью потока, средним расходом, направлением и т.д.). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, указанный целевой подбор позволяет генерировать разные аэрозоли на разных частях вибрационного элемента 86. На чертеже показан вибрационный элемент 86, способный производить аэрозоль с двумя группами частиц, отличающихся ОМД. Например, наружная часть вибрационного элемента 86 может генерировать аэрозоль с частицами, имеющими ОМД 4 мкм или менее, в то время как внутренняя часть может генерировать аэрозоль с частицами, имеющими ОМД 1 мкм или менее. Возможность целевого подбора отверстий 140 и расточенных отверстий 142 вибрационного элемента 86 облегчает генерацию аэрозоля для разных текучих сред, терапии, применений и т.д.
На фиг. 8 представлен аэрозольный генератор 16 согласно варианту осуществления с трубкой 22 подачи текучей среды, соединенной с входом 60 для текучей среды корпуса 62, вид в перспективе. В процессе работы текучая среда из источника 20 текучей среды перекачивается через вход 60 для текучей среды в аэрозольный генератор 16, в котором текучая среда преобразуется в аэрозоль и выпускается через выход 64 для текучей среды. Однако вместо единичной трубки, подающей текучую среду к вибрационному элементу 86, трубка 22 подачи текучей среды может содержать или соединяться с коллекторным соединителем 190, включающим в себя множество вспомогательных трубок. Использование вспомогательных трубок позволяет ускорить распространение текучей среды по поверхности вибрационного элемента 86, а также позволяет регулировать распространение текучей среды по поверхности вибрационного элемента 86 (например, на некоторые части вибрационного элемента 86 можно подавать большее количество текучей среды, чем на другие части).
На фиг. 9 представлен аэрозольный генератор 16 согласно варианту осуществления, вид в разрезе. Аэрозольный генератор 16 может содержать первую часть 80 (например, первую половину) и вторую часть 82 (например, вторую половину), которые соединены друг с другом. Первая часть 80 и вторая часть 82 могут быть соединены посредством защелок, прессовой посадки, резьбового соединения, резьбовых крепежных элементов, клея, сварки или их сочетания. Первая часть 80 и вторая часть 82 образуют полость 84, которая принимает вибрационный элемент 86 и пьезоэлектрический исполнительный элемент 88.
Вибрационный элемент 86 и пьезоэлектрический исполнительный элемент 88, размещенные внутри полости 84, связаны с опорной пластиной 90. В процессе работы опорная пластина 90 обеспечивает передачу энергии (например, вибрации) от пьезоэлектрического исполнительного элемента 88 к вибрационному элементу 86. Опорная пластина 90 может быть выполнена из одного или более из следующих материалов: металл, металлический сплав, полимер и т.д. В зависимости от толщины опорной пластины 90 изменяются вибрационные характеристики вибрационного элемента 86 в аэрозольном генераторе 16. Например, более толстая и/или более жесткая опорная пластина 90 может оказывать сопротивление передаче вибрации, в то время как более тонкая опорная пластина 90 может способствовать передаче вибрации. Опорная пластина 90 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может быть проводником (например, является металлической пластиной) и соединена с проводом заземления кабеля 32. Следовательно, опорная пластина 90 может замыкать цепь, которая питает пьезоэлектрический исполнительный элемент 88.
Аэрозольный генератор 16 может содержать первое уплотнение 94, которое образует уплотнение между первой частью 80 корпуса 62 и первой поверхностью 98 опорной пластины 90, и второе уплотнение 96, которое образует уплотнение между второй частью 82 корпуса 62 и второй поверхностью 100 опорной пластины 90. Когда опорная пластина 90 вибрирует, уплотнения 94, 96 удерживаются внутри соответствующих канавок 102, 104 (например, продольных канавок). Уплотнения 94, 96 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения могут представлять собой уплотнительные кольца, изготовленные из пластмассы, резины, эластомеров и т.д. После сборки первая часть 80 и вторая часть 82 корпуса сжимают уплотнения 94, 96, приводя в контакт с опорной пластиной 90, при этом формируется герметичное уплотнение между камерой 106 для текучей среды и пьезоэлектрическим исполнительным элементом 88. Указанные уплотнения 94, 96 также могут поддерживать стерильность среды, блокируя попадание загрязняющих веществ через вход 68 для кабеля в камеру 106 для текучей среды.
Как указано выше, корпус 62 содержит один или более вентиляционных проемов 66. Вентиляционные каналы 66 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения могут содержать один или более фильтров 107. Фильтры 107 могут создавать стерильную среду, препятствуя проникновению загрязняющих веществ в камеру 106 для текучей среды. Кроме того, фильтры 107 дают возможность газу выходить из камеры 106 для текучей среды при заполнении трубки 22 подачи текучей среды и способны блокировать/уменьшать просачивание текучей среды из камеры 106.
Трубка 22 подачи текучей среды связана по текучей среде с камерой 106 для текучей среды, что позволяет текучей среде поступать из источника 20 текучей среды к аэрозольному генератору 16. Однако вместо единичной трубки, подающей текучую среду к вибрационному элементу 86, трубка 22 подачи текучей среды может содержать или соединяться с коллекторным соединителем 190, который питает множество вспомогательных трубок 200. Использование вспомогательных трубок позволяет ускорить распространение текучей среды по поверхности 202 вибрационного элемента 86, а также позволяет регулировать распространение текучей среды по поверхности вибрационного элемента 86 (например, на некоторые части вибрационного элемента 86 можно подавать большее количества текучей среды, чем на другие части). Вспомогательные трубки 200 выступают в камеру 106 для текучей среды, при этом концы/выходы 204 указанных вспомогательных трубок 200 отстоят от вибрационного элемента 86 на расстояние 110. Расстояние 110 позволяет текучей среде, выходящей из вспомогательных трубок 200, притягиваться (например, под действием сил поверхностного натяжения) к вибрационному элементу 86. Таким образом, текучая среда может доставляться к вибрационному элементу 86 при любой ориентации или, по существу, при всех ориентациях. Расстояние 110 также можно регулировать с целью блокировки или уменьшения способности вибрационного элемента 86 извлекать/удалять недозированную текучую среду из вспомогательных трубок 200 (например, при изменении расстояния 110 между концами/выходами 204 вспомогательных трубок 200 и вибрационным элементом 86 в процессе вибрации вибрационного элемента 86). Другими словами, расстояние 110 может влиять на точность выпуска текучей среды для преобразования в аэрозоль. Изменение расстояния 110 позволяет регулировать распространение текучей среды по вибрационному элементу 86. Например, чем ближе вспомогательные трубки 200 расположены к вибрационному элементу 86, тем больше сила трения между вибрационным элементом 86, текучей средой и вспомогательными трубками 200 снижает способность текучей среды распространяться по поверхности. Одна или более вспомогательных трубок 200 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения могут быть расположены на разном расстоянии 110 от вибрационного элемента 86. Таким образом, некоторые из вспомогательных трубок 200 будут ускорять распространение текучей среды по частям вибрационного элемента 86, тогда как другие из них будут замедлять распространение текучей среды по частям вибрационного элемента 86.
Коллекторный соединитель 190 может составлять единое целое с трубкой 22 подачи текучей среды или являться отдельным элементом. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, аэрозольный генератор 16 и/или трубка 22 подачи текучей среды могут быть укомплектованы множеством коллекторных соединителей 190, имеющих вспомогательные трубки 200 разной длины и/или ширины (например, набором коллекторов). Указанные взаимозаменяемые коллекторные соединители 190 позволяют пользователю изменять характеристики аэрозоля, создаваемого вибрационным элементом 86, включая плотность струи, средний расход, направление и т.д.
На фиг. 10 представлен аэрозольный генератор 16 согласно варианту осуществления с множеством вспомогательных трубок 200, предназначенных для подачи текучей среды к вибрационному элементу 86, вид в разрезе по линии 10-10 на фиг. 9. На фиг. 10, вспомогательные трубки 200 находятся на одинаковом расстоянии друг от друга и имеют отверстия 210 одинаковой ширины. Хотя показаны семь вспомогательных трубок 200, следует понимать, что согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, количество вспомогательных трубок 200 может быть другим (например, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или более). Вспомогательные трубки 200, имеющие одинаковый размер и расположенные с одинаковым интервалом, в процессе работы могут подавать равные количества текучей среды к поверхности 202 вибрационного элемента 86. Если текучая среда покрывает большую часть поверхности 202, отверстия 140 вибрационного элемента 86 способны обеспечить большее преобразование текучей среды в аэрозоль, увеличить размер струи, изменить размер капли.
На фиг. 11 представлен аэрозольный генератор 16 согласно варианту осуществления с вспомогательными трубками 200 разного размера, вид в разрезе по линии 10-10 на фиг. 9. Например, коллекторный соединитель 190 может содержать вспомогательную трубку 200 большого размера, которая расположена по центру вибрационного элемента 86, и вспомогательные трубки 200 меньшего размера, окружающие центрально расположенную вспомогательную трубку 200. Однако размер и расположение вспомогательных трубок 200 согласно другим вариантам осуществления изобретения могут быть другими (например, вспомогательные трубки 200 меньшего размера могут быть сконцентрированы вблизи центра вибрационного элемента 86, а вспомогательные трубки 200 большего размера могут быть расположены по периметру). Благодаря использованию коллекторного соединителя 190 с вспомогательными трубками 200 разного размера можно увеличить подачу текучей среды к частям вибрационного элемента 86. Как объяснено выше, вибрационный элемент 86 вибрировать неодинаково по всей поверхности 202, и/или концентрация отверстий 140 может быть распределена неравномерно. Соответственно, расположение над вибрационным элементом 86 вспомогательных трубок 200 разного размера может обеспечить получение аэрозоля с требуемыми характеристиками (например, размером капель, интенсивностью выходящего потока, скоростью выхода капель).
На фиг. 12 представлен аэрозольный генератор 16 согласно варианту осуществления, вид в разрезе по линии 10-10 на фиг. 9. Поскольку вибрационный элемент 86 может вибрировать неодинаково по всей поверхности 202, и/или концентрация отверстий 140 может быть распределена неравномерно, вспомогательные трубки 200 могут быть сосредоточены в определенных местах. Как показано на фиг. 12, аэрозольный генератор 16 содержит вспомогательные трубки 200, которые сосредоточены над одной из частей вибрационного элемента 86. Хотя показаны три вспомогательные трубки 200, в других вариантах осуществления изобретения может быть иное количество вспомогательных трубок 200 (например, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или более). Вспомогательные трубки 200 также могут иметь разный размер.
На фиг. 13 представлена вспомогательная трубка 200 согласно варианту осуществления, вид в разрезе по линии 13-13 на фиг. 9. Как указано выше, расстояние 110 между выходом 204 и поверхностью 202 вибрационного элемента 86 облегчает притяжение текучей среды к вибрационному элементу 86, а также позволяет регулировать распространение текучей среды. Вибрационный элемент 86 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может быть вогнутым. Чтобы поддерживалось расстояние 110 между отдаленными от центра вибрационного элемента 86 вспомогательными трубками 200 и вибрационным элементом 86, вспомогательные трубки 200 могут иметь наклонные или скошенные концы/выходы 204, при этом сохраняется требуемое расстояние 110 между вспомогательными трубками 200 и вибрационным элементом 86. Углы скошенных концов/выходов 204 вспомогательных трубок 200 могут быть прямыми и/или криволинейными. Например, один или более скошенных концов/выходов 204 могут иметь контур, который повторяет контур части поверхности 202 вибрационного элемента, расположенной под конкретным скошенным концом/выходом 204.
Выше в качестве примера подробно описывались со ссылками на чертежи конкретные варианты осуществления изобретения, наряду с этим допускаются всевозможные модификации и альтернативные варианты осуществления изобретения. При этом следует понимать, что изобретение не ограничивается конкретными раскрытыми вариантами. Изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, в пределах существа и объема изобретения, как определено формулой изобретения.
1. Система доставки аэрозоля, включающая в себя:
аэрозольный генератор, содержащий:
корпус, образующий камеру и имеющий вход и выход, причем выход корпуса содержит коническую внутреннюю поверхность, корпус имеет вентиляционный проем, связанный по текучей среде с указанной камерой и предназначенный для выпуска газа, и/или жидкости, и/или пены из корпуса;
опорную пластину, функционально связанную с корпусом и образующую отверстие;
вибрационный элемент, функционально связанный с опорной пластиной так, что расположен поперек отверстия;
пьезоэлектрический исполнительный элемент, связанный с опорной пластиной, который, при его расширении и сжатии, вызывает вибрацию вибрационного элемента для преобразования текучей среды в аэрозоль;
первое уплотнение, которое изолирует пьезоэлектрический исполнительный элемент от текучей среды, поступающей в корпус;
трубку подачи текучей среды, имеющую дистальный конец, находящийся от вибрационного элемента на расстоянии, позволяющем доставлять текучую среду к вибрационному элементу, при этом указанное расстояние между дистальным концом трубки подачи текучей среды и вибрационным элементом составляет от 1,0 до 0,001 мм для облегчения притяжения подаваемой текучей среды к вибрационному элементу, используя силы поверхностного натяжения, независимо от ориентации корпуса, пока текучая среда не будет преобразована в аэрозоль посредством вибрации вибрационного элемента.
2. Система по п. 1, в которой трубка подачи текучей среды содержит соединитель, при этом трубка подачи текучей среды подсоединена к источнику текучей среды.
3. Система по п. 2, в которой соединитель проходит через вход корпуса внутрь камеры для текучей среды.
4. Система по п. 1, дополнительно содержащая от 2 до 10 вспомогательных трубок для текучей среды, которые применимы для подачи текучей среды к вибрационному элементу.
5. Система по п. 1, в которой первое уплотнение расположено между корпусом и опорной пластиной.
6. Система по п. 5, содержащая второе уплотнение, расположенное между корпусом и опорной пластиной, причем первое и второе уплотнения расположены с прижиманием к противоположным сторонам опорной пластины.
7. Система по п. 1, в которой корпус содержит первую часть и вторую часть, соединенные друг с другом, при этом первая часть образует вход корпуса, а вторая часть образует выход корпуса.
8. Система по п. 1, в которой вибрационный элемент и опорная пластина выполнены за одно целое.
9. Система по п. 1, содержащая блок управления, предназначенный для регулирования подачи текучей среды по трубке подачи текучей среды к вибрационному элементу.
10. Система доставки аэрозоля, включающая в себя:
аэрозольный генератор, содержащий:
корпус, образующий камеру для текучей среды, которая связана по текучей среде с входом корпуса и выходом корпуса;
опорную пластину, связанную с корпусом и определяющую отверстие, связанное по текучей среде с выходом корпуса;
вибрационный элемент, связанный с опорной пластиной вокруг отверстия;
пьезоэлектрический исполнительный элемент, связанный с опорной пластиной, который, при его расширении и сжатии, вызывает вибрацию вибрационного элемента для преобразования текучей среды в аэрозоль;
первое уплотнение, которое изолирует пьезоэлектрический исполнительный элемент от текучей среды, поступающей в корпус; и
от 2 до 11 трубок, которые доставляют текучую среду к вибрационному элементу, причем по меньшей мере одна из указанных трубок отличается по размеру от остальных трубок.
11. Система по п. 10, в которой трубки включены в коллектор.
12. Система по п. 10, в которой по меньшей мере одна из трубок имеет наклонный выход.
13. Система по п. 12, в которой контур наклонного выхода трубки повторяет контур части поверхности вибрационного элемента, расположенной под наклонным выходом.
14. Система по п. 1, в которой дистальный конец каждой из трубок расположен на расстоянии от поверхности вибрационного элемента, составляющем от 0,001 до 1 мм, чтобы обеспечивалось притяжение текучей среды к поверхности вибрационного элемента под действием сил поверхностного натяжения.
15. Способ преобразования текучей среды в аэрозоль, включающий в себя этапы, на которых:
подают из дозирующего наконечника трубки подачи текучей среды объем текучей среды к поверхности вибрационного элемента, расположенного в камере корпуса аэрозольного генератора, причем дозирующий наконечник трубки подачи текучей среды расположен на расстоянии от поверхности вибрационного элемента, составляющем от 0,001 до 1 мм, для обеспечения притяжения текучей среды к поверхности вибрационного элемента под действием сил поверхностного натяжения, причем первое уплотнение изолирует пьезоэлектрический исполнительный элемент от текучей среды, при этом дозирующий наконечник содержит покрытие или обработан с целью уменьшения поверхностной энергии для облегчения прохождения потока текучей среды через дозирующий наконечник к вибрационному элементу;
выпускают из корпуса газ, и/или жидкость, и/или пену через вентиляционный проем, образованный корпусом и связанный по текучей среде с указанной камерой;
приводят в действие пьезоэлектрический исполнительный элемент, вызывающий вибрацию вибрационного элемента, для преобразования текучей среды в аэрозоль; и
прерывают между дозами поток текучей среды к вибрационному элементу, вибрирующему под действием пьезоэлектрического исполнительного элемента для преобразования в аэрозоль текучей среды на вибрационном элементе.
16. Способ по п. 15, в котором подача объема текучей среды включает в себя перекачивание текучей среды к поверхности вибрационного элемента, когда пьезоэлектрический исполнительный элемент вызывает вибрацию.
17. Способ по п. 15, в котором подача объема текучей среды включает в себя предварительный подвод текучей среды к поверхности вибрационного элемента до начала вибрации, вызываемой пьезоэлектрическим исполнительным элементом.
18. Способ по п. 15, в котором подача объема текучей среды включает в себя предварительный подвод части объема текучей среды к поверхности вибрационного элемента до начала вибрации, вызываемой пьезоэлектрическим исполнительным элементом, и перекачивание оставшейся части объема текучей среды к поверхности вибрационного элемента, когда пьезоэлектрический исполнительный элемент вызывает вибрацию.
