УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ПОСТОЯННОГО КОЛИЧЕСТВА АЭРОЗОЛЯ Российский патент 2019 года по МПК A61M11/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для подачи аэрозоля, полученного из способного к аэрозолизации материала и к системе управления, управляющей клапаном типа «утиный нос».

Уровень техники

Известны устройства для аэрозолизации («сухого распыления») сухого способного к аэрозолизации материала, в которых предусмотрен резервуар, содержащий такой материал. Способный к аэрозолизации материал подают из резервуара в канал аэрозолизации, в котором способный к аэрозолизации материал смешивают с газом-носителем, который передают по каналу аэрозолизации с помощью импульсов давления. В канале аэрозолизации способный к аэрозолизации материал преобразуют в состояние, называемое аэрозолем. В этом случае частицы материала, которые присутствуют по всему объему газа-носителя предпочтительно в однородной и мелкодисперсной форме, затем выпускают из канала аэрозолизации.

Такие устройства могут применять для введения лекарственных веществ самостоятельно дышащим пациентам и пациентам с искусственной вентиляцией. В случае применения для самостоятельно дышащих пациентов эти устройства, как правило, подключают к соответствующему интерфейсу пациента (например, мундштуку или дыхательной маске). При инвазивном применении или для пациентов с искусственной вентиляцией эти устройства подают аэрозолируемое лекарственное вещество в систему вентиляции, которая затем доставляет аэрозолированный материал пациенту. Возможные конфигурации такого устройства для подачи аэрозоля описаны в 2006/108558 A1 и 2010/122103 A1.

Способный к аэрозолизации материал содержит терапевтически активное вещество. Во многих клинических ситуациях необходимо вводить это активное вещество в дыхательные пути пациента. Для обеспечения того, чтобы как можно большая часть вдыхаемых частиц осаждалась в требуемом участке дыхательных путей (обычно альвеол в глубине легких), важно, чтобы эти частицы имели правильный размер. На примере было установлено, что частицы, достигающие глубины легких, должны иметь масс-медианный аэродинамический диаметр частицы (MMAD) в аэрозоле от 0,05 до 10 мкм, предпочтительно от 1 до 5 мкм или приблизительно 3 мкм.

В зависимости от конкретного состава аэрозолируемого терапевтически активного вещества были предложены различные технические решения. Жидкие составы, например, растворы или суспензии, могут быть аэрозолированы с помощью распылителей, например, струйного распылителя, гидрозвукового распылителя или компрессорного дозирующего ингалятора (MDI). Сухие порошковые составы могут быть аэрозолированы с помощью ингалятора сухого порошка (DPI). Одна из возможных областей применения представляет собой введение пациенту легочного сурфактанта или сурфактанта легких.

У позвоночных внутренние поверхности легких, участвующие в газообмене, покрыты тонкой пленкой из смеси веществ, называемой «легочным сурфактантом» или «сурфактантом легких». Наиболее важными компонентами легочного сурфактанта являются фосфолипиды и так называемые сурфактантные белки, SP-A, SP-B, SP-C и SP-D.

Легочный сурфактант имеет определенные поверхностно-активные свойства и снижает поверхностное натяжение в альвеолах и малых дыхательных путях до такой степени, что при выдохе не происходит коллабирования альвеол. Поверхностное натяжение регулируется динамически таким образом, что коллабирование альвеол и малых дыхательных путей (большего из них), которое следует ожидать в соответствии с законом Лапласа, предотвращается благодаря соответствующей адаптации поверхностного натяжения. С другой стороны, снижение поверхностного натяжения в альвеолярной области повышает податливость легких к растяжению, а значит облегчает расширение легких при дыхании. Наличие легочного сурфактанта обуславливает поддержание хорошо сбалансированной и физиологически стабильной структуры легких и имеет исключительно важное значение для нормального функционирования этого органа. Хотя в момент рождения легкие млекопитающих содержат достаточное количество эндогенного легочного сурфактанта для обеспечения естественного функционирования легких начиная с первого дыхания, легкие недоношенных детей (родившихся ранее, чем по прошествии 32 недель беременности, и особенно родившихся ранее, чем по прошествии 29 недель беременности) совсем не способны или не способны в достаточной степени вырабатывать легочный сурфактант. Это приводит к опасному для жизни недостаточному усвоению кислорода (дыхательное расстройство у новорожденного, IRDS). Дыхательное расстройство у новорожденного (IRDS) является основной причиной смерти недоношенных детей.

Препараты легочного сурфактанта, применяемые для лечения дыхательного расстройства (RDS), например, дыхательного расстройства у новорожденного (IRDS), могут быть получены из легких животных или могут быть изготовлены из отдельных компонентов, применяемых в качестве исходного материала. Например, в 92/06703 описано изготовление синтетических препаратов легочного сурфактанта путем выпаривания хлороформа из раствора, содержащего фосфолипиды (например, дипальмитоилфосфатидилхолин (DPPC) и диолеилфосфатидилэтаноламин (DOPE)) и холестерин, с помощью ротационного испарителя, в ходе которого получают тонкую пленку, которую ресуспендируют в буферном растворе, при необходимости вместе с подходящими белками. В европейском патенте 0877602 описано получение синтетического легочного сурфактанта путем высушивания распылением раствора дипальмитоилфосфатидилхолина (DPPC), пальмитоилолеоилфосфатидилглицерина (POPG), пальмитиновой кислоты, хлорида кальция и сурфактантного белка SP-C.

В некоторых системах, известных из уровня техники, способный к аэрозолизации материал подают в канал аэрозолизации с помощью импульсов давления, прикладываемого к каналу аэрозолизации. Примеры таких устройств описаны в 2006/108558 A1 и 2010/122103 A1. В таком устройстве обычно имеется открытое соединение между резервуаром, содержащим способный к аэрозолизации материал и каналом аэрозолизации. Перепады давления, возникающие при вдохе или выдохе пациента или которые имеют место у пациентов с искусственной вентиляцией легких, также передаются в резервуар, содержащий способный к аэрозолизации материал. Изменения давления также могут иметь место у пациентов с искусственной вентиляцией легких при частичном или полном блокировании трубки, подающей пациенту воздух для дыхания, или при отламывании одной из трубок системы вентиляции. При возникновении закупоривания также может возрастать давление в резервуаре. Поскольку количество способного к аэрозолизации материала подаваемого в канал аэрозолизации, в основном зависит от перепада давления между резервуаром и каналом аэрозолизации, повышенное давление в резервуаре может привести к подаче в канал аэрозолизации большего количества способного к аэрозолизации материала которое, таким образом, может быть слишком большим для равномерного диспергирования в сжатом газе.

Раскрытие сущности изобретения

Соответственно, существует необходимость в создании устройства, подающего аэрозоль, которое во время применения подает по существу постоянное количество аэрозолированного материала и которое подает аэрозоль, характеризуемый по существу постоянной плотностью аэрозолированного материала. Хотя в предпочтительном варианте осуществления способный к аэрозолизации материал представляет собой порошок, настоящее изобретение может быть применено и для аэрозолизации жидкости (например, раствора или эмульсии). Эта потребность удовлетворяется настоящим изобретением, содержащим отличительные признаки в независимых пунктах формулы изобретения. Другие варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с первым аспектом предложено устройство для получения аэрозоля из способного к аэрозолизации материала, причем это устройство содержит канал аэрозолизации, предпочтительно расположенный внутри блока аэрозолизации, через который передают импульсы давления газа-носителя. Кроме того, предусмотрен резервуар, содержащий способный к аэрозолизации материал, из которого материал поступает в канал аэрозолизации, в котором способный к аэрозолизации материал увлекается газом-носителем. В 2006/108558 раскрыто такое устройство, в котором импульсы сжатого газа проходят через капиллярную трубку, конец которой находится в канале аэрозолизации, в область, расположенную ниже отверстия резервуара, в направлении канала аэрозолизации.

Такая конфигурация приводит к возникновению эффекта Вентури, при котором способный к аэрозолизации материал всасывается из резервуара в канал аэрозолизации, где он увлекается потоком газа. Помимо этих отличительных признаков устройство согласно настоящему изобретению содержит клапан подачи материала, расположенный между резервуаром и каналом аэрозолизации, который открывается в направлении канала аэрозолизации и который выполнен с возможностью открытия или закрытия при возникновении перепада давления между резервуаром и каналом аэрозолизации. Клапан подачи материала в открытом состоянии подает способный к аэрозолизации материал в канал аэрозолизации. Клапан подачи материала позволяет поддерживать давление в резервуаре по существу постоянным и, в частности, позволяет предотвращать распространение избыточного давления (или положительного давления), если оно возникает в канале аэрозолизации, в резервуар.

Вследствие этого, можно избежать ситуации, когда избыточное давление в резервуаре приводит к нежелательному увеличению количества аэрозолированного материала в получаемом аэрозоле, как только давление в резервуаре превысит давление в канале аэрозолизации.

Предпочтительно клапан подачи материала выполняют таким образом, что он закрыт, когда между резервуаром и каналом аэрозолизации отсутствует перепад давления, и открыт, когда перепад давления между резервуаром и каналом аэрозолизации превышает заданное положительное значение. Другими словами, если давление в канале аэрозолизации ниже, чем в резервуаре (что обычно имеет место во время прохождения вышеупомянутых импульсов давления из-за индуцируемого эффекта Вентури), клапан подачи материала будет находиться в открытом положении. Следует понимать, что существует не одно открытое положение. Предпочтительно степень открытия клапана подачи материала (или, другими словами, площадь поперечного сечения проходного отверстия клапана) может изменяться, в частности, в зависимости от перепада давления между резервуаром и каналом аэрозолизации. Как правило, чем больше перепад давления между резервуаром и каналом аэрозолизации, тем большей будет степень открытия клапана подачи материала (тем шире будет открыт клапан). В одном варианте осуществления клапан подачи материала представляет собой клапан типа «утиный нос» (также называемый обратным клапаном типа «утиный нос»). Было установлено, что этот тип клапана, в частности, подходит для подачи способного к аэрозолизации материала, в канал аэрозолизации. Наряду с прочим, этот тип клапана имеет то преимущество, что способный к аэрозолизации материал проходит через клапан по существу линейным путем, благодаря чему предотвращают или минимизируют засорение клапана из-за уплотнения способного к аэрозолизации материала. Следует понимать, что для подачи порошкообразного сухого материала или жидкости в канал аэрозолизации может быть применен любой другой клапан. Клапан типа «утиный нос» может быть выполнен из гибкого синтетического материала, например силикона, резины или любого другого гибкого материала. Количество способного к аэрозолизации материала, выдаваемое клапаном типа «утиный нос» при достижении заданного перепада давления между резервуаром и каналом аэрозолизации, может быть установлено путем выбора длины «утиного носа», применяемого материала, в частности эластичности материала, и/или геометрических параметров «утиного носа».

Устройство может дополнительно содержать модуль управления для управления клапаном подачи материала, который выполнен с возможностью регулирования количества способного к аэрозолизации материала, подаваемого в канал аэрозолизации. В одном варианте осуществления модуль управления содержит элемент обеспечения приложения усилия, способный прикладывать механическое усилие к клапану подачи материала. Элемент обеспечения приложения усилия путем приложения механического усилия влияет на количество способного к аэрозолизации материала, подаваемого в канал аэрозолизации, регулируя степень открытия клапана подачи материала (т. е. регулируя площадь поперечного сечения проходного отверстия клапана). Элемент обеспечения приложения усилия может прикладывать предварительную нагрузку к клапану подачи материала для влияния на степень открытия при наличии перепада давления между резервуаром и каналом аэрозолизации. Элемент обеспечения приложения усилия может иметь форму клина, который может прикладывать усилие к продольной боковой поверхности клапана типа «утиный нос».

Модуль управления может дополнительно содержать блок передачи усилия, который передает созданное механическое усилие к элементу обеспечения приложения усилия, который затем прикладывает механическое усилие к клапану подачи материала.

Модуль управления может дополнительно содержать исполнительный элемент, который выполнен с возможностью создания и регулирования механического усилия, прилагаемого к клапану подачи материала. Исполнительный элемент может быть применен для регулирования величины прикладываемой силы и, как будет объяснено позже, также может управлять направлением приложения силы. Исполнительный элемент может прикладывать созданное механическое усилие к блоку передачи усилия, который передает созданное механическое усилие на элемент обеспечения приложения усилия.

Элемент обеспечения приложения усилия может быть соединен с клапаном типа «утиный нос» таким образом, чтобы иметь возможность прикладывать тяговое усилие к клапану типа «утиный нос» для принудительного открытия этого клапана. Элемент обеспечения приложения усилия может дополнительно прикладывать сжимающее усилие в направлении, противоположном направлению тягового усилия, с помощью которого предварительную нагрузку прикладывают к клапану типа «утиный нос» для регулирования степени открытия клапана типа «утиный нос», когда этот клапан открывают импульсом давления. Сжимающее усилие прикладывают с помощью элемента обеспечения приложения усилия, когда последний прижимается к боковой поверхности клапана типа «утиный нос». При неподвижном соединении между элементом обеспечения приложения усилия и клапаном типа «утиный нос» тяговое усилие также может быть приложено к клапану типа «утиный нос» для принудительного открытия этого клапана. Эта тяговое усилие может быть необходимо для открытия клапана типа «утиный нос» независимо от создаваемых импульсов давления. В качестве примера, во время применения способный к аэрозолизации материал может застревать на выступах клапана типа «утиный нос» или способный к аэрозолизации материал может образовывать сгусток, засоряя клапан. В такой ситуации клапан может быть принудительно открыт путем приведения в действие исполнительного элемента и путем создания тяговой силы, которая притягивает клапан типа «утиный нос», открывая его. С этой целью элемент обеспечения приложения усилия может быть жестко соединен с клапаном типа «утиный нос», а исполнительный элемент может быть жестко соединен с элементом обеспечения приложения усилия. Затем, следующий импульс или импульсы давления будут устранять налипание материала в клапане или засорение клапана «утиный нос». В одном варианте осуществления блок передачи усилия и элемент обеспечения приложения усилия могут быть выполнены в виде одного цельного элемента.

В этом варианте осуществления достаточно жестко соединить исполнительный элемент с блоком передачи усилия. В качестве примера исполнительный элемент может представлять собой винт или аналогичный элемент, соединенный с блоком передачи усилия или элементом обеспечения приложения усилия. Винт может быть установлен в резьбовой части модуля управления и поворотом винта в одном из двух направлений к клапану типа «утиный нос» может быть приложено тяговое или сжимающее усилие.

Резервуар может дополнительно содержать клапан впуска воздуха, который открывается в направлении резервуара и который выполнен с возможностью поддерживать в резервуаре заданное давление воздуха. Если резервуар был герметичен по отношению к окружающему воздуху, при подаче способного к аэрозолизации материала в канал аэрозолизации в резервуаре возникнет отрицательное давление, в результате чего в канал аэрозолизации будет поступать меньшее количество способного к аэрозолизации материала или он вообще не будет туда поступать. С этой целью устанавливают клапан впуска воздуха, который позволяет поддерживать заданное давление воздуха в резервуаре.

В другом варианте осуществления резервуар может содержать клапан компенсации давления, который соединяет резервуар со вспомогательным воздушным каналом и который приводят в действие, когда клапан подачи материала застревает в открытом положении. Такой клапан компенсации давления открывается в направлении вспомогательного воздушного канала, когда давление в резервуаре выше, чем давление в блоке аэрозолизации. Если клапан подачи материала застревает в открытом положении, избыточное давление в резервуаре может создавать, например, устройство искусственной вентиляции легких, подключенное к пациенту, или оно может возникать при дыхании пациента. В таком случае клапан компенсации давления позволит снизить давление в резервуаре. Этот клапан компенсации давления соединен через соответствующую трубку или канал с частью вспомогательного воздушного канала, в котором импульсы давления для выработки аэрозоля уже отсутствуют или по меньшей мере понижены до приемлемого уровня. Этот клапан компенсации давления может быть выполнен с возможностью открытия при перепаде давления, который приблизительно от десяти до двадцати раз ниже, чем перепад давления, требуемый для открытия клапана подачи материала. В качестве примера, перепад давления, требуемый для открытия клапана подачи материала, может составлять свыше 100 мбар, а клапан компенсации давления может быть уже открыт при перепаде давления приблизительно 5 мбар.

Устройство может дополнительно содержать чувствительный элемент, который выполнен с возможностью определения количества аэрозолированного материала в полученном аэрозоле. Чувствительный элемент может быть применен в цепи регулирования с обратной связью. В качестве примера, чувствительный элемент может быть выполнен с возможностью управления элементом обеспечения приложения усилия в зависимости от отклонения определенного количества аэрозолированного материала в получаемом аэрозоле от заданного количества аэрозолированного материала в получаемом аэрозоле. Если измерительное устройство определяет, что вырабатываемый аэрозоль содержит слишком мало аэрозолированного материала, элементом обеспечения приложения усилия могут управлять таким образом, чтобы к клапану подачи материала была приложена меньшая предварительная нагрузка, с тем, чтобы достичь большей степени открытия клапана. С другой стороны, если определено, что количество аэрозолированного материала в вырабатываемом аэрозоле слишком высоко, может быть увеличена предварительная нагрузка, создаваемая элементом обеспечения приложения усилия, для уменьшения степени открытия клапана и для уменьшения количества способного к аэрозолизации материала подаваемого клапаном, в ответ на поступление импульса давления. Кроме того, изобретение относится к системе управления, содержащей клапан типа «утиный нос», выполненный с возможностью подачи текучей среды в направлении потока и предотвращения протекания текучей среды в направлении, противоположном требуемому направлению потока. Применяемый в данном документе термин «текучая среда» следует понимать в обычном смысле (вещество, обладающее текучестью при приложении сдвигающего усилия) и, в частности, он относится к порошкообразным твердым веществам (например, к лекарственному сухому порошковому составу) и жидкостям (например, растворам и суспензиям).

Система управления дополнительно содержит модуль управления, выполненный с возможностью регулирования количества текучей среды, подаваемой клапаном типа «утиный нос» в направлении потока в открытом положении клапана типа «утиный нос». Модуль управления содержит элемент обеспечения приложения усилия, выполненный с возможностью приложения механического усилия к клапану типа «утиный нос», и причем элемент обеспечения приложения усилия выполнен с возможностью влияния на количества текучей среды, подаваемой клапаном типа «утиный нос» в его открытом положении, с помощью прикладываемого механического усилия. Модуль управления может быть выполнен так, как описано выше более подробно в части, касающейся устройства. Текучая среда может представлять собой способный к аэрозолизации материал. Текучую среду могут подавать в виде сухого порошка или она может представлять собой жидкость. Текучая среда может содержать терапевтически активное вещество, например, легочный сурфактант или любое другое терапевтически активное вещество.

Ниже настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан схематический вертикальный вид сбоку устройства для подачи аэрозоля, содержащего клапан подачи материала,

На фиг. 2 показано перспективное изображение с пространственным разделением различных компонентов устройства по фиг. 1,

На фиг. 3 показано перспективное изображение с пространственным разделением компонентов модуля управления, с помощью которого можно регулировать количество способного к аэрозолизации материала, подаваемого устройством для подачи материала,

На фиг. 4 представлен вид в разрезе модуля управления по фиг. 3 в собранном виде,

Фиг. 5 представляет собой схематическое изображение пневматической системы устройства по фиг. 1,

Фиг. 6 представляет собой схематическое изображение чувствительного элемента, который выполнен с возможностью определения количества способного к аэрозолизации материала в вырабатываемом аэрозоле,

Фиг. 7 представляет собой схематическое изображение встраивания чувствительного элемента в устройство для аэрозолизации, и

Фиг. 8 представляет собой схематическое изображение создания цепи управления с обратной связью с помощью чувствительного элемента для управления количеством способного к аэрозолизации материала в вырабатываемом аэрозоле.

Осуществление изобретения

Устройство для подачи аэрозоля будет описано более подробно со ссылкой на фиг.1 и 2, а по фиг. 3 и 4 более подробно будет объяснен механизм управления, выполненный с возможностью управления количеством способного к аэрозолизации материала подаваемого в канал аэрозолизации устройства.

Устройство для подачи аэрозоля содержит резервуар 100 для способного к аэрозолизации материала, т.e. порошкообразного материала, подлежащего аэрозолированию. Резервуар 100 содержит наружную стенку 101 и внутреннюю цилиндрическую стенку 102. Резервуар дополнительно содержит воронкообразную конусную стенку 103. Некоторые или все из стенок 102, 103 могут быть самовозбуждающимися мембранами, изготовленными, например, из медицинского силикона, предпочтительно имеющего толщину стенки приблизительно 0,5 мм. В случае, если стенка является самовозбуждающейся мембраной, между наружной стенкой 101 и цилиндрической и конической стенками 102 и 103 имеются пространства. Подробное описание применения самовозбуждающихся мембран в качестве внутренних стенок устройства для аэрозолизации приведено в 2010/122103 A1. В нижней части резервуара находится отверстие 105, которое расположено над блоком 300 аэрозолизации, который содержит капиллярную трубку 350, камеру, канал 360 аэрозолизации и диспергирующую насадку 370. Блок 300 аэрозолизации выполнен таким образом, что капиллярная трубка 350 через камеру и канал 360 аэрозолизации соединена с возможностью переноса текучей среды с диспергирующей насадкой 370. Кроме того, блок 300 аэрозолизации выполнен таким образом, что, когда устройство находится в своем рабочем положении под резервуаром внутри устройства для подачи аэрозоля и при условии, что клапан 210 подачи материала находится в открытом состоянии, капиллярная трубка 350 через камеру и отверстие 105 соединена с возможностью переноса текучей среды с резервуаром 100. На верхней части резервуара 100 установлена крышка 106, которая плотно закрывает резервуар.

Предусмотрен клапан 120 впуска воздуха, который открывается в направлении резервуара и который выполнен с возможностью поддерживать в резервуаре давление окружающего воздуха. Когда способный к аэрозолизации материал подают через отверстие 105 в блок 300 аэрозолизации, клапан 120 впуска воздуха пропускает такое количество воздуха, которое необходимо для поддержания давления внутри резервуара по существу неизменным.

Кроме того, предусмотрен клапан 130 компенсации давления, который соединяет резервуар со вспомогательным воздушным каналом 30. Функционирование этого клапана компенсации давления будет объяснено более подробно ниже со ссылкой на фиг. 5, на которой более подробно пояснены пневматические условия во всем устройстве.

Согласно варианту осуществления по фиг. 1 и 2 сжатый газ-носитель импульсно подают в капиллярную трубку 350, конец которой выходит в камеру. На противоположной стороне камера сообщается с каналом 360 аэрозолизации, который, в свою очередь, сообщается с диспергирующей насадкой 370, поперечное сечение которой постоянно возрастает в направлении, проходящем от капиллярной трубки 350. При функционировании устройства с помощью импульсов давления газ-носитель подают в канал 360 аэрозолизации устройства через капиллярную трубку 350 и из-за перепада давления, создаваемого в соответствии с принципом Вентури между газом, возбуждающим капилляр, и резервуаром, способный к аэрозолизации материал всасывается из резервуара в канал 360 аэрозолизации, диспергируется и увлекается газом-носителем. В то же время этот импульс давления также действует на конусную мембранную стенку 103 в нижней части резервуара 100 и на мембранные стенки 401 и 402 разделителя 400, вызывая их деформирование и вибрирование с частотой импульсов давления. Таким образом, способный к аэрозолизации материал, способный к аэрозолизации, налипший на стенки (если таковой имеется), высвобождается и снова свободно увлекается потоком газа-носителя. Диспергирующая насадка 370 открывается в разделитель, который содержит дистальную часть 410 с конической внутренней стенкой 411 и проксимальную часть 420 с конической внутренней стенкой 402, которая проксимально сужается, причем дистальная часть 410 и проксимальная часть 420 соединены центральной частью 430 с цилиндрической внутренней стенкой 401. Как и стенки резервуара, стенки разделителя могут представлять собой самовозбуждающиеся мембраны, изготовленные из, например, силикона. Дополнительные сведения об устройстве, показанном на фиг. 1 и 2 также приведены в 2010/122103 A1.

Однако помимо устройства, описанного в 2010/122103 A1, устройство, соответствующее настоящему изобретению, дополнительно содержит клапан 210 подачи материала, который показан на фиг. 3 и который включен в модуль 200 управления. Клапан 210 подачи материала открывают в направлении канала 360 аэрозолизации и его в основном приводят в действие с помощью перепада давления между давлением в резервуаре и давлением в канале 360 аэрозолизации. Когда в соответствии с принципом Вентури в канале 360 аэрозолизации возникает импульс давления, это давление в канале аэрозолизации будет ниже, чем давление в резервуаре, и клапан 210 подачи материала будет открыт из-за этого перепада давления.

В варианте осуществления по фиг. 3 клапан подачи материала представляет собой клапан типа «утиный нос» (иногда называемый обратным клапаном типа «утиный нос»).

Клапан типа «утиный нос» позволяет текучей среде протекать через трубку в одном направлении, но закрывается и блокирует обратное или возвратное течение при обратном направлении перепада давления на клапане. Клапан 210 подает некоторое количество способного к аэрозолизации материала в канал 360 аэрозолизации. Количеством способного к аэрозолизации материала, подаваемого клапаном типа «утиный нос», можно управлять. С этой целью применяют модуль 200 управления, который будет описан ниже со ссылкой на фиг. 3 и 4.

Этот модуль управления содержит элемент 250 обеспечения приложения усилия. Как показано на фиг. 4, этот элемент обеспечения приложения усилия способен прикладывать механическое усилие к широкой боковой стороне клапана типа «утиный нос», подверженного предварительному нагружению. Предварительной нагрузкой, прилагаемой к клапану типа «утиный нос», можно управлять с помощью исполнительного элемента 260.

Исполнительный элемент соединен с элементом 250 обеспечения приложения усилия, либо непосредственно, либо посредством блока 230 передачи усилия. Блок 230 передачи усилия, который может представлять собой элемент, изготовленный из эластомера, может быть размещен между исполнительным элементом 260 и элементом 250 обеспечения приложения усилия. Усилие, прикладываемое к поверхности боковой стороны клапана типа «утиный нос», регулирует степень открытия клапана типа «утиный нос», когда в канал 360 аэрозолизации поступает импульс давления. Чем большую предварительную нагрузку элемент обеспечения приложения усилия прилагает к боковой поверхности клапана типа «утиный нос», тем меньшей будет степень открытия клапана типа «утиный нос». Модуль 200 управления устанавливают в корпус 240 с цилиндрической боковой поверхностью 270.

Клапан 210 типа «утиный нос» устанавливают в седло 220, которое содержит отверстие 221, через которое способный к аэрозолизации материал из резервуара будут подавать к клапану 210 типа «утиный нос». Уплотнительное кольцо 280 позволяет обеспечить непроницаемое для воздуха соединение модуля управления с каналом 360 аэрозолизации. При необходимости блок, состоящий из клапана 210, седла 220, корпуса 240 и уплотнительного кольца 280, может быть изготовлен в виде одной цельной детали, которая также дополнительно может содержать элемент 250 обеспечения приложения усилия.

Элемент обеспечения приложения усилия может не только прикладывать предварительную нагрузку и, таким образом, сжимающее усилие к боковой поверхности 211 клапана типа «утиный нос», но также может создавать тяговое усилие. С этой целью элемент 250 обеспечения приложения усилия может быть жестко соединен (т.е. скреплен) с клапаном 210 типа «утиный нос». Исполнительный элемент, который также жестко соединен с элементом обеспечения приложения усилия, теперь может притягивать боковую поверхность 211 клапана таким образом, что модуль управления принудительно открывает клапан типа «утиный нос». При обычном использовании клапан типа «утиный нос» будет открываться за счет перепада давления, создаваемого импульсами давления. Однако при налипании способного к аэрозолизации материала в клапане типа «утиный нос», когда способный к аэрозолизации материал препятствует открытию клапана типа «утиный нос», может понадобиться принудительное открытие клапана для удаления агломераций частиц, застрявших в клапане типа «утиный нос», которые препятствуют надлежащему функционированию клапана.

В одном варианте осуществления элемент 230 передачи усилия и элемент 250 обеспечения приложения усилия могут быть выполнены в виде одного цельного элемента, при этом исполнительный элемент 260 должен быть жестко соединен с этим цельным элементом для возможности создания тягового усилия, которое открывает клапан.

Количество способного к аэрозолизации материала, подаваемого клапаном 210, также зависит от надлежащего выбора материала клапана типа «утиный нос» и от выбора геометрических параметров и ширины «утиного носа».

Исполнительный элемент может представлять собой винт, установленный в резьбовое отверстие в модуле управления. Этим винтом может управлять пользователь или двигатель, например, линейный двигатель.

Со ссылками на фиг. 6-8 описан вариант осуществления, в котором исполнительным элементом управляют с помощью чувствительного элемента 500, который выполнен с возможностью определения количества аэрозолированного материала в полученном аэрозоле. Определение количества аэрозолированного материала в полученном аэрозоле может быть осуществлено, например, путем определения степени рассеивания света аэрозолем. Аэрозоль, выходящий из устройства, описанного по фиг. 1 и 2, подают на чувствительный элемент 500. Чувствительный элемент может содержать источник света и детектор рассеянного света. Этот чувствительный элемент может представлять собой чувствительный элемент, описанный в документе DE 4 105 190 A1. Чувствительный элемент, расположенный в корпусе 510, содержит источник 530 света, обозначенный стрелкой на фиг. 6, и свет подводят через прозрачное окно 520. Концентрация частиц в аэрозоле может быть дополнительно определена из уменьшения освещенности при прохождении света от источника 530 света через полученный аэрозоль. Следует понимать, что налипание аэрозолированных частиц на окно 520 необходимо предотвращать. Этого можно достичь путем применения соответствующей формы и материала внутренней поверхности прозрачного окна 520.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 7, применяют соединительный элемент 700, через который в направлении, указанном стрелкой, аэрозоль поступает в чувствительный элемент 500 и выходит из чувствительного элемента через соединитель 50, к которому может быть присоединена трубка для дальнейшего направления аэрозоля.

Чувствительный элемент определяет концентрацию частиц в аэрозоле. Если концентрация частиц находится в пределах заданного диапазона или если концентрация частиц соответствует заданному значению, никаких действий не предпринимается. Если измеренная концентрация частиц слишком низка, чувствительный элемент может передавать эту информацию в модуль управления, например на линейный двигатель, управляющий регулирующим элементом, а линейный двигатель затем может управлять исполнительным элементом 260 таким образом, что предварительная нагрузка, прилагаемая к боковой поверхности 211 клапана 210 типа «утиный нос», уменьшается.

Если концентрация частиц в аэрозоле слишком высока, линейным двигателем управляют таким образом, что исполнительный элемент передает большее усилие на элемент обеспечения приложения усилия с тем, чтобы увеличить предварительную нагрузку на боковую поверхность клапана. Вследствие этого увеличения предварительной нагрузки уменьшится степень открытия клапана подачи материала при поступлении импульса давления в блок 300 аэрозолизации, и, таким образом, уменьшится количество способного к аэрозолизации материала, всасываемого в канал 360 аэрозолизации благодаря импульсу давления.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 8, устройство для аэрозолизации соединено с увлажнителем 600. Как описано в 2012/025496 A1, полученный аэрозоль могут увлажнять перед его введением пациенту. Стадия увлажнения позволяет предотвратить слипание частиц аэрозоля. В варианте осуществления, показанном на фиг. 8, чувствительный элемент устанавливают непосредственно на выходе 610 увлажнителя 600.

Однако следует понимать, что чувствительный элемент также может быть установлен непосредственно на выходе 11 устройства для аэрозолизации, как показано на фиг. 6, или в любом другом месте пути потока аэрозоля.

На фиг. 5 показан пневматический план устройства для аэрозолизации. Источник 20 сжатого газа передает импульсы давления в блок 300 аэрозолизации после прохождения ими фильтра 60. Схематично показан резервуар 100, который соединен через клапан 120 впуска воздуха с окружающим воздухом, а фильтр 70 может быть установлен перед впуском окружающего воздуха в резервуар 100. Как можно видеть из фиг. 5, клапан впуска воздуха открывается в направлении резервуара. Клапан 210 подачи материала схематически показан между резервуаром 100 и блоком 300 аэрозолизации. Кроме того, схематически показан исполнительный элемент 260, с помощью которого можно управлять количеством текучей среды, подаваемой клапаном. Полученный аэрозоль подают из канала аэрозолизации в разделитель 400, содержащий внутренние стенки 401.

Между разделителем и блоком аэрозолизации 300 по вспомогательной соединительной линии 30 в разделитель подают воздух в неимпульсном режиме, чтобы таким образом промыть разделитель от остатков способного к аэрозолизации материала. Фильтр 75 предусмотрен для предотвращения загрязнения нежелательными частицами. Клапан 35 установлен между разделителем и подачей воздуха в неимпульсном режиме для предотвращения распространения импульсов давления в направлении источника подачи воздуха и гарантированного поступления подаваемого воздуха в устройство. Как показано на фиг. 5, предусматривают клапан 130 компенсации давления, который присоединен между резервуаром 100 и линией, соединяющей блок 300 аэрозолизации с разделителем 400. Эта клапан компенсации давления открывается только в направлении разделителя или блока аэрозолизации и может устранять нежелательное повышенное давление в резервуаре. Если клапан подачи материала засорен способным к аэрозолизации материалом, например, если в клапане типа «утиный нос» образовались агломераты материала, которые уже не позволяют закрыть клапан типа «утиный нос», источник подачи воздуха 30 в неимпульсном режиме может создавать высокое давление в резервуаре. Например, воздух в неимпульсном режиме могут подавать со скоростью 0,7 л/мин. При этом в случае применения клапана 130 компенсации давления можно избежать возникновения повышенного давления в резервуаре 100. Этот клапан компенсации давления может открываться при перепаде давления между резервуаром и разделителем или блоком аэрозолизации, например, 5 мбар. Клапан компенсации давления открывается, когда давление в резервуаре выше, чем в разделителе или в блоке аэрозолизации, и направляет давление обратно в канал аэрозолизации через обратный канал 150, показанный на фиг. 1 и 2. Клапан 130 компенсации давления открывается при перепаде давления, который значительно ниже, чем перепад давления, необходимый для открытия клапана подачи материала, если он работает должным образом.

В качестве примера, перепад давления, необходимый для открытия правильно работающего клапана подачи материала, может составлять приблизительно 100 мбар. Клапан компенсации давления передает давление, создаваемое в резервуаре, обратно в систему.

Этот клапан компенсации давления позволяет обеспечить минимизацию количества дополнительного способного к аэрозолизации материала, подаваемого в блок аэрозолизации.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Устройство для подачи аэрозоля, полученного из способного к аэрозолизации материала, содержит блок аэрозолизации, через который проходят импульсы давления газа-носителя, резервуар, содержащий способный к аэрозолизации материал и соединенный с блоком аэрозолизации с возможностью подачи в него способного к аэрозолизации материала, увлекаемого газом-носителем, клапан подачи материала, представляющий собой клапан типа «утиный нос», расположенный между резервуаром и блоком аэрозолизации и выполненный с возможностью: открытия в направлении блока аэрозолизации, открытия или закрытия при возникновении перепада давления между резервуаром и блоком аэрозолизации и подачи, в открытом положении, способного к аэрозолизации материала в блок аэрозолизации. Модуль управления содержит элемент обеспечения приложения усилия, который имеет возможность обеспечивать создание механического усилия, прикладываемого к клапану подачи материала, и влиять путем приложения механического усилия на количество способного к аэрозолизации материала, подаваемого в блок аэрозолизации, посредством регулирования степени открытия клапана подачи материала. Исполнительный элемент выполнен с возможностью создания и регулирования механического усилия, прилагаемого к клапану подачи материала. Элемент обеспечения приложения усилия жестко соединен с клапаном типа «утиный нос». Исполнительный элемент жестко соединен с элементом обеспечения приложения усилия таким образом, чтобы прикладывать тяговое усилие к клапану типа «утиный нос» с принудительным его открытием и прикладывать сжимающее усилие в направлении, противоположном направлению тягового усилия, посредством чего предварительная нагрузка прикладывается к клапану типа «утиный нос» для регулирования степени его открытия, когда он открыт импульсом давления. Раскрыта система управления клапаном типа «утиный нос» в устройстве для подачи аэрозоля. Технический результат состоит в обеспечении подачи постоянного количества аэрозолизированного материала. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство (10) для подачи аэрозоля, полученного из способного к аэрозолизации материала, содержащее:

блок (300) аэрозолизации, через который проходят импульсы давления газа-носителя (60),

резервуар (100), содержащий способный к аэрозолизации материал и соединенный с блоком (300) аэрозолизации с возможностью подачи в него способного к аэрозолизации материала, увлекаемого газом-носителем (60),

клапан (210) подачи материала, представляющий собой клапан типа «утиный нос», расположенный между резервуаром (100) и блоком (300) аэрозолизации и выполненный с возможностью: открытия в направлении блока (300) аэрозолизации, открытия или закрытия при возникновении перепада давления между резервуаром (100) и блоком (300) аэрозолизации и подачи, в открытом положении, способного к аэрозолизации материала в блок (300) аэрозолизации,

модуль (200) управления, содержащий элемент (250) обеспечения приложения усилия, который имеет возможность обеспечивать создание механического усилия, прикладываемого к клапану (210) подачи материала, и влиять путем приложения механического усилия на количество способного к аэрозолизации материала, подаваемого в блок (300) аэрозолизации, посредством регулирования степени открытия клапана подачи материала, и

исполнительный элемент (260), который выполнен с возможностью создания и регулирования механического усилия, прилагаемого к клапану (210) подачи материала,

при этом элемент обеспечения приложения усилия жестко соединен с клапаном типа «утиный нос», а исполнительный элемент жестко соединен с элементом обеспечения приложения усилия таким образом, чтобы прикладывать тяговое усилие к клапану типа «утиный нос» с принудительным его открытием и прикладывать сжимающее усилие в направлении, противоположном направлению тягового усилия, посредством чего предварительная нагрузка прикладывается к клапану типа «утиный нос» для регулирования степени его открытия, когда он открыт импульсом давления.

2. Устройство (10) по п. 1, в котором клапан (210) подачи материала выполнен таким образом, что он закрыт, когда между резервуаром (100) и блоком (300) аэрозолизации отсутствует перепад давления, и открыт, когда перепад давления между резервуаром (100) и блоком (300) аэрозолизации превышает заданное положительное значение.

3. Устройство по п. 1, в котором элемент (250) обеспечения приложения усилия выполнен с возможностью приложения механического усилия к боковой поверхности (211) клапана (210) типа «утиный нос».

4. Устройство по п. 1 или 3, в котором модуль (200) управления дополнительно содержит блок (230) передачи усилия, выполненный с возможностью передачи созданного механического усилия к элементу обеспечения приложения усилия, прикладывающему это механическое усилие к клапану подачи материала.

5. Устройство по пп. 1 и 4, в котором исполнительный элемент (260) выполнен с возможностью прикладывания созданного механического усилия к блоку (230) передачи усилия, который передает созданное механическое усилие на элемент (250) обеспечения приложения усилия.

6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором резервуар (100) содержит клапан (120) впуска воздуха, выполненный с возможностью открытия в направлении резервуара (100) и с возможностью поддерживать в резервуаре (100) давление окружающего воздуха.

7. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором резервуар (100) содержит клапан (130) компенсации давления, который соединяет резервуар (100) с блоком (300) аэрозолизации и который открыт, когда клапан подачи материала застревает в открытом положении, и который открывается в направлении блока аэрозолизации, когда давление в резервуаре (100) выше, чем давление в блоке аэрозолизации.

8. Устройство по п. 7, в котором клапан (130) компенсации давления выполнен с возможностью открытия при перепаде давления, который является от 10 до 20 раз меньше, чем перепад давления, требуемый для открытия клапана (210) подачи материала.

9. Устройство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащее чувствительный элемент (500), который выполнен с возможностью определения количества материала, способного к аэрозолизации, в вырабатываемом аэрозоле.

10. Устройство по п. 1 или 9, в котором чувствительный элемент (500) выполнен с возможностью управления элементом (250) обеспечения приложения усилия в зависимости от отклонения определенного количества способного к аэрозолизации материала в вырабатываемом аэрозоле от заданного количества способного к аэрозолизации материала в вырабатываемом аэрозоле.

11. Система управления клапаном типа «утиный нос» в устройстве для подачи аэрозоля по п. 1, содержащая:

клапан типа «утиный нос», выполненный с возможностью подачи текучей среды в направлении потока и с возможностью предотвращения протекания текучей среды в направлении, противоположном направлению потока, и

модуль (200) управления, выполненный с возможностью регулирования количества текучей среды, подаваемой клапаном (210) типа «утиный нос» в направлении потока, в открытом положении клапана типа «утиный нос», и содержащий элемент (250) обеспечения приложения усилия, выполненный с возможностью приложения механического усилия к клапану (210) типа «утиный нос» и влияния с помощью прикладываемого механического усилия на количество текучей среды, подаваемой клапаном типа «утиный нос» в его открытом положении, и

исполнительный элемент (260), который выполнен с возможностью создания и регулирования механического усилия, прилагаемого к клапану (210) типа «утиный нос»,

при этом элемент обеспечения приложения усилия жестко соединен с клапаном типа «утиный нос», а исполнительный элемент жестко соединен с элементом обеспечения приложения усилия таким образом, чтобы прикладывать тяговое усилие к клапану типа «утиный нос» с принудительным открытием этого клапана и прикладывать сжимающее усилие в направлении, противоположном направлению тягового усилия, посредством чего предварительная нагрузка прикладывается к клапану типа «утиный нос» для регулирования степени его открытия, когда он открыт импульсом давления.

12. Система управления по п. 11, в которой элемент (250) обеспечения приложения усилия выполнен с возможностью приложения механического усилия к боковой поверхности (211) клапана типа «утиный нос» для регулирования степени открытия клапана типа «утиный нос».

13. Система управления по п. 11 или 12, в которой модуль (200) управления дополнительно содержит блок (230) передачи усилия, выполненный с возможностью передачи созданного механического усилия к элементу обеспечения приложения усилия, прикладывающему это механическое усилие к клапану (210) типа «утиный нос».

14. Система управления по п. 13, в которой исполнительный элемент (260) выполнен с возможностью прикладывания созданного механического усилия к блоку (230) передачи усилия, который передает созданное механическое усилие на элемент (250) обеспечения приложения усилия.