УСТРОЙСТВО РАЗДАЧИ И СПОСОБ ЗАХВАТА ПОРОШКООБРАЗНОГО СРЕДСТВА В ПОТОКЕ ВОЗДУХА 537
POWDER DISPENSER AND METHOD OF POWDER CAPTURE IN AIR FLOW 537

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу захвата в потоке воздуха порошкообразного лекарственного средства, находящегося в полости. Настоящее изобретение также относится к устройству раздачи лекарственного средства, имеющего содержащую порошок полость.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Существует много устройств для введения порошкообразных лекарственных средств в легкие, которые используют пропелленты, такие как сжатый газ, например, воздух, или пропелленты на основе сжиженного газа, чтобы осуществлять раздачу и распылять лекарственное средство. Существует также большое количество известных приводимых в действие дыханием устройств ингаляции для введения порошкообразного лекарственного средства в легкие, которые имеют мундштуки, через которые вдыхают лекарственное средство. Патенты Великобритании №1521000, №1520062, №1472650 и №1502150 раскрывают более сложные устройства, в которых вся капсула вставлена в устройство, обеспечивая, таким образом, отсутствие пролива лекарственного средства до ингаляции, при этом доступ к лекарственному средству получают, прокалывая капсулу или разрезая ее пополам в устройстве раздачи. При ингаляции воздух протекает в или через капсулу, и порошкообразное средство внутри нее выпускается в воздушный поток и поступает в рот.
Патент США №4210140 раскрывает устройство, в котором доступ к порошкообразному лекарственному средству получают, разделяя половины капсулы так, чтобы лекарственное средство было высвобождено в подходящее положение для захвата в потоке воздуха, вызванном ингаляцией.
Патент США №6655381 относится к узлу предварительно отмеренной дозы для последовательной доставки точных доз лекарственного средства для приводимого в действие дыханием сухого порошкового ингалятора. Узел содержит колпачок, ограничивающий проход доставки сухого порошкообразного средства для обеспечения поступления воздуха в отверстие доставки сухого порошкообразного средства вихревой камеры приводимого в действие дыханием сухого порошкового ингалятора, и кассету, содержащую резервуары для хранения предварительно измеренных доз сухого порошкообразного средства. Кассета и колпачок выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга для последовательного размещения резервуара внутри прохода доставки колпачка. Вызванное дыханием низкое давление в выходном отверстии ингалятора приводит к потоку воздуха, проходящему через проход доставки сухого порошкообразного средства узла и в отверстие доставки сухого порошкообразного средства, который захватывает сухое порошкообразное средство из резервуара, помещенного в проход для ингаляции пациентом, использующим ингалятор. Проход снабжен трубкой Вентури около резервуара, предназначенной для создания потока через резервуар и захвата оттуда порошкообразного средства.
Несмотря на существование многочисленных известных устройств желательно обеспечить простое, но все же эффективное введение порошкообразных лекарственных средств в альвеолярную область легких. Действительно, желательно обеспечить возможность эффективной дезагрегации порошкообразного лекарственного средства прежде, чем оно будет введено в альвеолярную область легких.
В дополнение к вышеупомянутым известным способам предоставления возможности дезагрегации, существуют различные способы обеспечения дезагрегации путем выполнения вибрации, встряхивания или обеспечения альтернативных препятствий в проточном проходе и т.д. Обычным делом является попытка достижения дезагрегации, которая создает существенное количество частиц порошкообразного средства, имеющих размер и вес в соответствии с требуемыми размером и весом. Это часто упоминается как классификация порошковых частиц. Применение этих известных устройств дезагрегации может привести к загрязнению расположенного вниз по потоку проточного прохода, поскольку порошкообразное лекарственное средство может накапливаться в расположенной вниз по потоку области устройства, например, определенными альтернативными препятствиями. Конечно, желательно уменьшить или избежать риска управления неточным количеством порошкообразного лекарственного средства. Таким образом, желательно обеспечить общее сокращение задержания порошкообразного средства внутри устройства.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вышеупомянутая цель достигается путем создания способа и устройства раздачи, как определено в приложенной формуле изобретения.
Настоящее изобретение основано на понимании того, что рост завихрения в содержащей порошкообразное средство полости может способствовать захвату порошкообразного средства в проходящий поток воздуха. Изобретение также основано на понимании того, что рост завихрения способствует дезагрегации порошкообразного средства внутри полости. Было найдено, что такое завихрение может быть создано фактическим потоком проходящего воздуха. Изобретение далее основывается на понимании того, что обеспечение одного или большего количества завихрений, имеющих трехмерное направление вращения, а не по существу двумерное направление вращения, способствует захвату. Было обнаружено, что такое завихрение или завихрения, которые перескакивают назад и вперед в полости, доступны, вверх по потоку от полости, управляя структурой воздушного потока, проходящего мимо полости. В частности, было обнаружено, что поток воздуха, который проходит мимо отверстия полости и который имеет структуру, имеющую относительно большие вихри (по сравнению со структурой потока, имеющей относительно небольшие вихри или вовсе никаких вихрей), создает завихрение в полости, которое приводит к сравнительно увеличенному захвату порошкового средства из полости.
Хотя нет никакого семантического различия между терминами "вихрь" и "завихрение" или "вихри" и "завихрения", в этом документе, чтобы избежать путаницы, термины "вихрь" и "вихри" используются для описания движения воздуха вне полости, тогда как термины "завихрение" и "завихрения" используются для описания движения воздуха внутри полости.
В соответствии с первым аспектом изобретения, предложен способ захвата в потоке воздуха порошкообразного лекарственного средства, содержащегося в полости, имеющей отверстие. Способ включает:
- обеспечение прохождения потока воздуха снаружи полости вдоль отверстия полости, причем указанный поток воздуха первоначально имеет первую структуру,
- изменение, выше по потоку от отверстия полости, указанной первой структуры потока на вторую структуру потока, имеющую вихри большего размера, чем первая структура потока, и
- пропускание, вдоль отверстия полости, потока воздуха, имеющего указанную вторую структуру, создавая, таким образом, завихрение в полости, которое способствует захватыванию порошкообразного средства в указанном потоке воздуха.
Завихрение может быть создано в полости потоком воздуха, который изначально не имеет вихри или имеет относительно маленькие вихри, причем такой поток воздуха может быть расценен как имеющий, в среднем, довольно симметричный профиль скорости и структуру. Завихрение, созданное таким потоком воздуха, будет главным образом иметь двумерное направление вращения, то есть геометрическая ось, вокруг которой вращается завихрение, будет, главным образом, ограничена одним направлением. Указанная геометрическая ось будет, как правило, проходить перпендикулярно направлению проходящего мимо потока воздуха, но ограничиваться плоскостью, параллельной направлению проходящего мимо потока воздуха.
Однако, обеспечивая проходящий мимо поток воздуха, имеющий относительно большие вихри (поток воздуха может быть расценен как имеющий асимметричный профиль скорости и структуру), турбулентный поток воздуха оказывает влияние на созданное завихрение, перемещая его назад и вперед в полости. Таким образом, завихрение становится наклоненным под различными углами, когда продолжение геометрической оси завихрения изменяется между несколькими направлениями. Это завихрение, с большой вероятностью, достигает больше частей полости и, таким образом, увеличивает количество порошкообразного средства, захваченного в проходящем мимо потоке воздуха, по сравнению с вышеупомянутым описанным завихрением, геометрическая ось которого, главным образом, проходит в одном направлении.
В соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения изобретения изменение на указанную вторую структуру потока (имеющую вихрь большего размера, чем указанная первая структура потока) достигается посредством препятствия, выполненного в пути потока вверх по потоку от полости. Поток воздуха вынужден проходить вокруг препятствия. Препятствие может быть Выполнено в форме твердого объекта, такого как имеющего форму многогранника, стороны которого образованы треугольником, прямоугольником и/или другими многоугольниками. В качестве альтернативы, препятствие может иметь искривленные ил закругленные поверхности, такие как выполненные в форме цилиндра. Также могут быть предусмотрены другие формы, такие как U-образные, V-образные формы, и т.д. Хотя препятствие может быть расположено по центру относительно главного направления потока, оно может, в качестве альтернативы, быть смещено от центра. Расположение полости вверх по потоку может быть как далеко, так и рядом с полостью, если вторая структура потока с большими вихрями может быть образована и поддерживаться при прохождении через полость. Перпендикулярно главному направлению потока, препятствие может, например, иметь площадь поперечного сечения, которая составляет приблизительно 5-25% от площади поперечного сечения проточного прохода, соответственно приблизительно 5-20%, например приблизительно 5-15%.
Хотя препятствие может быть по существу не затронуто проходящим мимо потоком воздуха и, таким образом, оставаться неподвижным, оно может быть выполнено как податливое тело или быть выполнено из податливого материала так, чтобы поток воздуха вызывал вибрацию препятствия, которая, в свою очередь, может создавать колебания в потоке воздуха.
Первая изначальная структура потока может содержать несколько маленьких вихрей и, в таком случае, она не представляет собой реальное ламинарное течение. Однако препятствие вызывает различимое изменение структуры потока. Вихри вниз по потоку от препятствия будут иметь больший размер, а профиль скорости будет более асимметричен, чем вверх по потоку от препятствия. Таким образом, препятствие может считаться стимулятором турбуленции и/или создающим асимметрию (или ломающим симметрию) объектом в проточном проходе. Кроме того, так как препятствие, предусмотренное вверх по потоку от полости, изменяет поведение завихрения внутри полости (по сравнению со случаем, когда нет никакого препятствия), препятствие может также быть расценено как управляющий завихрением элемент.
Из вышеизложенного должно теперь быть ясно, что поток воздуха, имеющий указанную вторую структуру и проходящий мимо отверстия полости, будет положительно влиять на захват порошкообразного средства из полости в проходящий мимо поток воздуха. Это происходит из-за колеблющегося завихрения, достигающего большую часть полости. Однако для потока воздуха, который направлен как струя в полость, а не параллельно краю, ограничивающему отверстие полости, не имеет большого значения, имеет ли указанная струя первую структуру потока или указанную вторую структуру потока. Это происходит потому, что, в отличие от эффекта, который проходящий мимо поток воздуха имеет на созданные в полости завихрения, в случае струи, направленной в полость, сама струя будет иметь основной опорожняющий эффект, при этом любая турбуленция будет играть в нем только маленькую роль.
В соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения скорость потока воздуха и размер и форма препятствия являются такими, чтобы создавать вихри фон Кармана вниз по потоку от препятствия. Было обнаружено, что вихри фон Кармана создают колеблющееся завихрение, которое влияет на большую область внутри полости, обеспечивая, таким образом, захват большего количества порошкообразного средства из полости, чем когда в полости имеется по существу двумерное движение завихрения. Трение о препятствие заставляет поток воздуха замедляться, увеличивая, тем самым, давление. Вихри фон Кармана образуются по следу, созданному вниз по потоку от препятствия, когда число Рейнольдса (Re) больше чем 47, Re=Vd/v, где V = установившаяся скорость потока вверх по потоку от препятствия; d=диаметр препятствия (или некоторая другая подходящая мера ширины некруглых тел); и v=кинематическая вязкость потока воздуха. Дальнейшее обсуждение вихрей фон Кармана может быть найдено в книге Марселя Лесиере, «Турбуленция в Текучих Средах - Стохастическое и Численное Моделирование» (1990), Клувер Академик Паблишерз, Дордрехт, Нидерланды.
В соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения изобретения способ включает направление потока воздуха, имеющего указанную вторую структуру таким образом, что его главное направление по существу параллельно плоскости, совпадающей с ободком, ограничивающим отверстие полости. Таким образом, хотя поток воздуха может и в альтернативных вариантах выполнения проходить мимо, полость расположена под углом к плоскости ободка полости, например, в зависимости от конфигурации ободка, было найдено, что параллельный поток обеспечивает подходящий захват порошкообразного средства внутри полости. Это как раз то, что создает инициированный сдвигающим усилием поток в полости. Более подробно, потоку воздуха может быть придано требуемое параллельное направление благодаря подходящей конструкции ограничивающих стенок проточного прохода, таких, что проточный проход направляет поток воздуха указанным параллельным образом. Соответственно, стороны полости проходят перпендикулярно в область плоской поверхности.
В соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения способ включает направление потока воздуха, имеющего указанную первую структуру потока, под углом относительно плоскости, совпадающей с ободком, ограничивающим отверстие полости, и выполнение указанного изменения в указанную вторую структуру потока прежде, чем поток воздуха будет направлен по существу параллельно с указанной плоскостью. Другими словами, может быть предусмотрен уклон или скошенная поверхность; которая предусмотрена вверх по потоку и повернута относительно плоскости ободка. В случае, когда указанное изменение вызвано посредством указанного препятствия, препятствие может, соответственно, быть предусмотрено с таким уклоном или скошенной поверхностью, поскольку это может облегчить процесс сборки устройства раздачи, с которым выполняют указанный способ. В частности, при изготовлении, когда порошкообразное средство вводят в полость устройства раздачи, препятствие может быть меньше, в том смысле, например, если используется шабер, чтобы ввести порошкообразное средство в полость. Конечно, также можно предусмотреть препятствие в области плоской поверхности, которая может совпадать с плоскостью ободка.
В соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения угол указанного уклона составляет приблизительно от 30 градусов до 60 градусов относительно плоскости, совпадающей с ободком, ограничивающим отверстие полости.
Способ в соответствии с первым аспектом изобретения может соответственно быть осуществлен в медицинском устройстве раздачи, например, в ингаляторе, распылителе, респираторе или другом медицинском устройстве, в котором порошкообразное средство должно быть захвачено в потоке воздуха.
Таким образом, в соответствии со вторым аспектом изобретения, предложено медицинское устройство раздачи. Медицинское устройство раздачи содержит:
полость, содержащую порошкообразное средство,
проточный проход, содержащий область плоской поверхности, расположенную как вверх, так и вниз по потоку от полости,
причем указанная область плоской поверхности имеет отверстие в указанную полость, а отверстие ограничено ободком, при этом область плоской поверхности находится в плоскости, совпадающей с ободком, или в плоскости, лежащей параллельно плоскости, совпадающей с ободком, и
препятствие, выполненное в проточном проходе вверх по потоку от полости и заставляющее поток воздуха обходить вокруг препятствия.
В соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения указанное препятствие выступает от стенки, ограничивающей проточный проход. Как обсуждалось ранее, препятствие может быть, соответственно, предусмотрено на уклоне или скошенной части. Это отражено по меньшей мере в одном иллюстративном варианте выполнения, в соответствии с которым указанная стенка, ограничивающая проточный проход, предусмотрена вверх по потоку от указанной плоской области поверхности и проходит в нее, а также выполнена наклонной относительно указанной плоской области поверхности.
Медицинское устройство раздачи может представлять собой устройство раздачи одной дозы или устройство раздачи многократной дозы. Таким образом, в соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения указанная полость, содержащая порошкообразное средство, представляет собой одну из большого количества полостей, содержащих порошкообразное средство, имеющих отдельные проточные проходы, причем указанное препятствие представляет собой одно из большого количества препятствий, при этом каждое препятствие связано с соответствующим проточным проходом. Альтернативой будет использование одного препятствия, которое выполнено с возможностью перемещения с обеспечением совпадения с проточным проходом и полостью, из которой должна быть распределена следующая доза.
В соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения указанная стенка, ограничивающая проточный проход, наклонена относительно указанной плоской области поверхности под углом, равным приблизительно от 30 градусов до 60 градусов.
В соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения медицинское устройство раздачи выполнено в форме ингалятора, содержащего мундштук или назальный адаптер, через который содержащееся в указанной полости порошкообразное лекарственное средство может быть введено путем вдоха.
В соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения медицинское устройство раздачи содержит держатель конструкции полости, имеющей несколько полостей, содержащих соответствующие дозы порошкообразного средства. Держатель конструкции полости образует часть по меньшей мере одной из стенок проточного прохода. Форма проточного прохода обеспечивает простую конструкцию, которая, в свою очередь, позволяет использовать меньшее количество элементов, что приводит к облегченному производственному процессу. Соответственно, указанное большое количество полостей целиком выполнено в указанной конструкции полости.
В соответствии с по меньшей мере одним иллюстративным вариантом выполнения медицинское устройство раздачи содержит уплотнительный элемент, который с возможностью открытия закрывает указанное отверстие полости, в состоянии перед вдохом. Соответственно, уплотнительный элемент отверстия полости открывается при приведении в действие дыханием.
Нужно понимать, что второй аспект изобретения охватывает любые варианты выполнения или любые признаки, описанные в связи с первым аспектом изобретения, при условии что эти варианты выполнения или признаки совместимы с медицинским устройством раздачи второго аспекта. Медицинское устройство раздачи, когда оно выполнено в форме ингалятора, может содержать различные лекарственные средства и/или биологически активные агенты, предназначенные для ингаляции.
Биоактивное средство может быть выбрано из любого терапевтического или диагностического средства. Например, оно может быть выбрано из группы антиаллергических средств, бронхолитических средств, бронхоконстрикторов, легочных сюрфактантов, аналгетиков, антибиотиков, ингибиторов или антагонистов лейкотриена, антихолинергических средств, ингибиторов мастоцитов, антигистаминных препаратов, противовоспалительных средств, противоопухолевых средств, болеутоляющих средств, антитуберкулезных средств, отображающих агентов, сердечно-сосудистых средств, ферментов, стероидов, генетического материала, вирусных векторов, антисенсорных средств, белков, пептидов и их комбинации.
Примеры конкретных препаратов, которые могут быть включены в содержащую лекарственного препарата полость, в соответствии с изобретением, включают мометазон, ипратропиум бромид, тиотропиум и его соли, сальметерол, флютиказон пропионат, беклометазон дипропионат, репротерол, кленбутерол, рофлепонид и соли, недокромил, хромглюкат натрия, флюнизолид, будезонид, формотерол фумарат дигидрат, Симбикорт (Symbicort) (TM) (будезонид и формотерол), тербуталин, тербуталин сульфат, основание сальбутамола и сульфат, фенотерол, 3-[2-(4-Гидрокси-2-оксо-3Н-1,3-бензотиазол-7-ил) этиламино]-N-[2-[2-(4-метилфенил)этокси]этил]пропан-сульфонамид, гидрохлорид. Все вышеупомянутые составы могут присутствовать в форме свободного основания или как фармацевтически приемлемые соли, как это известно в уровне техники.
Также могут использоваться комбинации лекарственных препаратов, например, формотерол/будезонид; формотерол/флютиказон; формотерол/мометазон; сальмотерол/флютиказон; соли формотерол/тиотропиум; зафирлукаст/формотерол, зафирлукаст/будезонид; монтелукаст/формотерол; монтелукаст/будезонид; лоратадин/монтелукаст и лоратадин/зафирлукаст. Дальнейшие комбинации включают тиотропиум и флютиказон, тиотропиум и будезонид, тиотропиум и мометазон, мометазон и сальмотерол, формотерол и рофлепонид, сальмотерол и будезонид, сальмотерол и рофлепонид, и тиотропиум и рофлепонид.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 иллюстрирует ингалятор, выполненный в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения.
Фиг.2 иллюстрирует разобранный частичный вид некоторых схематических общих деталей в ингаляторе.
Фиг.3 иллюстрирует схематический вид в разрезе области проточного прохода в полости ингалятора.
Фиг.4 иллюстрирует схематический вид в разрезе области проточного прохода в полости, имеющей альтернативную конфигурацию.
Фиг.5а-5а схематично иллюстрируют последовательность ингаляции, посредством схематического вида в аксонометрии, в разрезе.
Фиг.6а представляет собой схематическую иллюстрацию завихрения, созданного в полости ингалятора.
Фиг.6b представляет собой схематическую иллюстрацию завихрения, созданного в полости ингалятора, на которой препятствие изображено вверх по потоку от полости.
Фиг.7 иллюстрирует частичный вид в аксонометрии конструкции полости, годной к использованию по меньшей мере в одном иллюстративном варианте выполнения изобретения.
Фиг.8а иллюстрирует профиль скорости в области проточного прохода в полости ингалятора.
Фиг.8b иллюстрирует профиль скорости в области проточного прохода в полости ингалятора, в котором препятствие выполнено вверх по потоку от полости.
Фиг.9а иллюстрирует схематичный разрез области проточного прохода, в которой уклон переходит в область плоской поверхности в плоскости, совпадающей с ободком, ограничивающим отверстие полости.
Фиг.9b иллюстрирует разрез по линии b-b на фиг.9а.
Фиг.9с иллюстрирует разрез по линии с-с на фиг.9а.
Фиг.10а-10с по фиг.17а-17с иллюстрируют различные примеры препятствий в области проточного прохода, которые могут использоваться в примерных вариантах выполнения изобретения. Все эти виды соответствуют видам, показанным на фиг.9а-9с.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 иллюстрирует ингалятор 1, выполненный в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения. Пользователь может вдыхать последовательные дозы лекарственного препарата в форме сухого порошкообразного средства. Хотя проиллюстрированное устройство представляет собой ингалятор многократных доз, общая изобретательская концепция также применима и охватывает ингалятор одной дозы. Ингалятор 1 содержит кожух и мундштук 3. Мундштук 3 может быть открыт линейным движением крышки мундштука. Крышка мундштука, в соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения, шарнирно поддерживается кожухом ингалятора 1.
Идея изобретения, касающаяся изменения, вверх по потоку от отверстия полости, первой структуры потока на вторую структуру потока, имеющую вихри большего размера, чем первая структура потока, будет обсуждена в связи с Фиг.6а-6b далее. Как введение в это обсуждение, в отношении Фиг.2-5, будет сначала представлена идея изобретения, касающаяся использования принципа сдвигающего усилия для полости в ингаляторе, причем поток воздуха, обходящий полость, создает завихрение в полости для дезагрегации и захвата порошкообразного средства, содержащегося в полости.
Фиг.2 иллюстрирует разобранный частичный вид некоторых схематических общих деталей в ингаляторе. В кожухе ингалятора предусмотрена конструкция 18 полости, содержащая большое количество полостей 5. В соответствии с проиллюстрированным примером, конструкция 18 полости помещена в держателе 19 конструкции полости. Конструкция 18 полости, соответственным образом, имеет полости 5, расположенные кольцевым образом. Кроме того, конструкция 18 полости, в соответствии с проиллюстрированным примером, является кольцевой со сравнительно большим отверстием в своем центре. Уплотнительный элемент 21, здесь проиллюстрированный как фольга, выполненная в форме кольца, присоединен к конструкции 18 полости, чтобы герметично закрыть полость 5, содержащую порошкообразное средство. Удаление части уплотнительного элемента 21 выше полости 5 позволяет вдыхаемому потоку воздуха захватывать порошкообразное средство, содержащееся в полости.
Фиг.3 представляет собой схематический вид в разрезе области проточного прохода в полости 5 ингалятора. Полость 5 имеет форму прямоугольного параллелепипеда, а отверстие полости имеет ободок 6, где стороны полости 5 переходят в плоскую область 7 поверхности проточного прохода. В полости 5 завихрение развивается эффективно и имеет круговую структуру своего движения. Преимущественно, рассматриваемая полость/полости 5 выполнена так, чтобы обеспечить внутри полости 5 структуру потока в форме «цилиндрического ветра». Цилиндрическая структура потока в полости будет развиваться вокруг оси, расположенной поперек направлению потока и в середине полости, когда устройство удерживается в условиях нормальной работы. Соответственно, стороны полости преобразуются перпендикулярно в плоскую область 7 поверхности конструкции 18 полости, которая, в свою очередь, совмещается с плоской поверхностью держателя 19 конструкции полости, обеспечивая соответствующее направления потока в проточном проходе (не показано на Фиг.2).
Часть проточного прохода 4 проходит вдоль области 7 плоской поверхности. Область 7 плоской поверхности, которая образует нижнюю часть проточного прохода 4, когда ингалятор находится в своем предназначенном к использованию состоянии, содержит отверстие 20 полости, проходящее в указанную содержащую порошкообразное средство полость 5. Прохождение потока воздуха в главном направлении (F) потока вдоль указанной области 7 плоской поверхности и снаружи указанной полости 5 создает завихрение в полости 5, причем созданное завихрение способствует дезагрегации порошкообразного средства 2 в указанной полости 5. Частицы порошкообразного средства приводятся в соприкосновение со сторонами внутри полости 5, в результате чего создается завихрение, приводимое в действие сдвигающим усилием в полости. Когда частицы порошкообразного средства ударяются о стороны полости 5, они становятся дезагрегированными и, таким образом, подходящими для введения. Кроме того, созданное завихрение способствует выпуску средства 2 из указанной полости 5.
В частности, длина 10 полости 5 и отверстия 20 полости в главном направлении (F) потока прохода 4 имеет значение в диапазоне от 65% до 135% глубины 22 полости. Более подходяще, длина 10 полости 5 и отверстия 20 в главном направлении (F) потока прохода 4 имеет значение в диапазоне от 85% до 115% глубины 22 полости, а более предпочтительно, в диапазоне от 95% до 105% глубины 22 полости указанной полости 5. Более подробно одна сторона полости, если смотреть в поперечном сечении полости сверху, когда устройство находится в условии нормального использования, и когда отверстие полости обращено вверх, ширина 8 в направлении прохода 4 имеет значение, которое находится в диапазоне от 35% до 135% от длины 10 полости 5, предпочтительно в диапазоне от 45% до 115% от длины 10 полости 5, и, более предпочтительно, в диапазоне от 50% до 100% от длины 10 полости 5.
Соответственно, расстояние от вершины полости 5 до вершины основания порошкообразных частиц в начальном состоянии составляет 1 мм или больше чем 1 мм. Это расстояние упоминается как свободное верхнее пространство 11 полости. Полость 5 имеет свободное верхнее пространство 11 между верхом порошкообразных частиц и ободком 6 полости 6; свободное пространство 11 составляет по меньшей мере 1 мм. Подходящим будет свободное пространство, имеющее значение между 1 и 3 мм, но зависит также от полной глубины полости. Возможно, свободное пространство может изменяться между 10 и 80% от глубины полости, при условии, что форма полости приспособлена для дезагрегации, как описано выше. Также было найдено, что массовая скорость потока устройства 1 довольно нечувствительна к глубине 22 полости, по меньшей мере после начального периода индукции, приблизительно равного от 5 до 10 миллисекунд. Протяженность свободного пространств 11 находится, соответственно, между 10 и 35% от глубины полости 22, а глубина полости 22, от ободка 6 к основанию полости 5 формы прямоугольного параллелепипеда, находится между 4 и 10 мм.
Следовательно, подходящей формой поперечного сечения полости 5, если смотреть сбоку, является квадратная форма. Внутренние углы полости чрезвычайно остры. Края 16, 17 полости 5, которые проходят поперек направлению воздушного потока и имеются в основании полости 5, могут иметь немного кривую форму (не показаны на Фиг.3), чтобы обеспечить некоторую направленность вращательному движению созданного завихрения.
Фиг.4 представляет собой схематический вид в разрезе области проточного прохода в полости, имеющей альтернативную конфигурацию. Стороны полости 5 расположены под углом (А) относительно перпендикулярного направления к основному направлению (F) потока. Ободок 6 отверстия 20 полости все еще совмещен с плоскостью, параллельной главному направлению (F) потока воздуха в проходе 4 полости 5. Наклон боковых стенок относительно прохода 4 делает для созданного завихрения более трудным обеспечение раздачи порошкообразного средства из полости 5. Следовательно, конструкция, в соответствии с этой альтернативой, увеличит время, в течение которого порошкообразное лекарственное средство 2 подвергается воздействию ударного контакта со стенкой и, следовательно, период времени дезагрегации может быть увеличен. С другой стороны, время опорожнения, по аналогии с вышеупомянутым объяснением, будет также больше для этой альтернативы, по сравнению с подобным типом но с конструкцией, выполненной в соответствии с Фиг.3. Было также обнаружено, что поток в устройстве качественно подобен для большинства скоростей потока.
Продолжая со ссылкой в отношении Фиг.4 и формы полости 5, соответственно, самая нижняя часть краев 16, 17 полости, имеющей по существу форму прямоугольного параллелепипеда, расположенной в поперечном направлении относительно направления (F) потока, может иметь криволинейную форму. Первый край 17, расположенный в более нижнем по потоку положении относительно второго края 16, имеет меньший радиус кривизны, чем указанный второй край 16. Первая стрелка 9 указывает, как измеряют глубину порошкообразного средства в полости. Свободное пространство 11 представляет собой расстояние между верхом сухого порошкообразного средства и ободком 6 полости 5. Длина 10 полости также проиллюстрирована на Фиг.4, причем номер позиции 10 изображен стрелкой.
Фиг.5a-5d схематично иллюстрируют последовательность ингаляции, посредством схематического вида в аксонометрии в поперечном сечении. Проиллюстрированная конструкция устройства предусматривает использование явления, обозначенного, как принцип «приведения в действие полости сдвигающим усилием» во время дезагрегации порошкообразного средства 2 в полости 5 и операции опорожнения порошкообразного средства 2 из этой полости. Соответственно, проход 4 выполнен так, чтобы следовать в целом по горизонтальной линии от места вверх по потоку до места вниз по потоку от полости. Проход 4 выполнен с возможностью направления потока воздуха, проходящего мимо отверстия 20 полости 5 снаружи отверстия 20 полости.
На Фиг.5а раскрыта полость 5, которая заполнена порошкообразным средством 2 с подходящим свободным пространством 11. Поток воздуха вдоль прохода 4 инициируется в направлении (F) потока, при этом начинается опорожнение полости 5. Переходя к описанию Фиг.5b, в котором часть порошкообразного средства 2 покинула полость 5, начинается нарастание воздушного потока завихрения в полости 5, при этом видно, что полость 5 опорожняется в расположенной вниз по потоку области, а далее в расположенной вверх по потоку области, переходя уже к рассмотрению Фиг.5с. Период времени, прошедший от ситуации, изображенной на Фиг.6а, к ситуации, изображенной на Фиг.5d, когда опорожнение полости 5 полностью завершено, зависит, конечно, от размера и величины потока, глубины, состава порошкообразного средства, его глубины, свободного пространства и т.д. По меньшей мере в одном иллюстративном варианте выполнения время опорожнения, включая дезагрегацию, равно более 30 миллисекунд. Например, время опорожнения, включая дезагрегацию, может составлять 500 миллисекунд.
Приводимая в действие сдвигающим усилием полость является моделью для потока в полости 5, где верхняя граница перемещается в требуемом направлении (F) потока и, таким образом, вызывают вращение газа/воздуха в полости 5. Поток характеризуется числом Рейнольдса, которое, вероятно, выше чем 4000, таким образом, в общих случаях верхний граничный поток можно предположить турбулентным. Структуры во время этого процесса довольно сложны. Противолежащие боковые поверхности прохода 4 выполнены с возможностью расширяющегося прохождения относительно друг друга в направлении потока. Можно упомянуть пример, в котором устройство содержит диск, выполненный в соответствии с иллюстрацией, показанной на Фиг.2, у которого есть 60 полостей с боковыми стенками проточного прохода, которые расширяются под углом в 4 градуса относительно средней линии проточного прохода. В альтернативном варианте выполнения, в котором диск имеет 30 полостей, боковые стенки проточного прохода расширяются под углом в 12 градусов относительно средней линии проточного прохода. Проход 4 может быть выполнен имеющим постоянное расстояние между верхней и нижней областью плоской поверхности в расположенной вверх по потоку области относительно полости 5. Кроме того, проход 4 в расположенной вниз по потоку области относительно полости 5 может иметь то же самое расстояние, что и в области вверх по потоку. Форма поперечного сечения прохода 4 в области полости выполнена тем же самым образом. Форма поперечного сечения прохода 4 является, соответственно, по существу прямоугольной с размерами в диапазоне между 1 и 5 мм. Принцип приведения в действие полости сдвигающим усилием может также быть осуществлен в одном ингаляционном устройстве, содержащем одну полость с порошкообразным лекарственным средством.
Прямоугольные полости 5 являются привлекательными, при условии, что они имеют адекватную глубину. Для этих полостей ожидается увеличение времени опорожнения и фактора осаждения на стенки с увеличением глубины. Также ожидается уменьшение вероятности дезагрегации с увеличением глубины больше чем 5 мм, но локальный максимум был найден для глубин около 4 мм.
Осмотр поведения потока предполагает, что дезагрегация стимулируется устройствами, для которых α>0, потому что полость 5 влияет на воздушный поток таким образом, что порошкообразные 2 частицы, которые собираются покинуть полость, более вероятно повторно войдут в эту полость. Частицы, которые не в состоянии покинуть полость 5, вместо этого соударяются с расположенной вниз по потоку стенкой полости 5, что вызывает дезагрегацию. Поскольку частицы для устройств с α>0 менее вероятно покидают полость, время опорожнения больше.
В целях иллюстрации и объяснения на Фиг.5а-5d показано полное опорожнение полости от порошкообразного средства, однако, в действительности там обычно остается некоторое количество порошкообразного средства после того, как пользователь осуществил ингаляцию. В связи со следующими чертежами будут описаны некоторые иллюстративные варианты выполнения, которые уменьшают удержание порошкообразного средства в полости.
Со ссылкой на Фиг.6а-6b и далее будет описана изобретательская идея изменения, вверх по потоку от отверстия полости, первой структуры потока на вторую структуру потока, имеющую вихри большего размера, по сравнению с первой структурой потока.
Фиг.6а представляет собой схематическую иллюстрация завихрения, созданного в полости ингалятора. Порошкообразное средство захватывается тем же самым образом, как проиллюстрировано на Фиг.5а-5d. Таким образом, поток воздуха (прямая стрелка) проходит через проход 4 по существу прямолинейно. Основное направление потока воздуха является по существу параллельным плоскости, ограниченной ободком 6 полости 5. Когда поток воздуха обходит полость 5, он влияет на слой воздуха, имеющегося в полости 5 и, следовательно, в полости 5 создается завихрение (изогнутая стрелка). Созданное завихрение вращается вокруг геометрической оси, которая по существу указывает в одном направлении через полость 5, а именно, перпендикулярно основному направлению потока, и в плоскости, параллельной плоскости, ограниченной ободком 6 полости 5. Другими словами, указанная геометрическая ось проходит вдоль ширины полости 5.
Фиг.6b представляет собой схематическую иллюстрацию завихрения, созданного в полости 5 ингалятора, в котором вверх по потоку от полости 5 предусмотрено препятствие 40. На этом чертеже изображено, что препятствие 40 будет влиять на поток воздуха в проходе 4. Прежде, чем достигнуть препятствия 40, то есть вверх по потоку от препятствия 40, поток воздуха имеет первую структуру, которая по существу соответствует структуре потока в случае, проиллюстрированном на Фиг.6а. У первой структуры потока нет никаких вихрей или имеются лишь небольшие вихри. Это показано с помощью прямой широкой стрелки. Однако когда поток воздуха достигает препятствия 40, последнее вынуждает поток воздуха обходить препятствие 40, изменяя, тем самым, структуру потока воздуха на вторую структуру потока, у которой есть относительно большие вихри. Это показано большим количеством маленьких стрелок в различных направлениях и с различной кривизной. Вниз по потоку от препятствия 40 поток воздуха, теперь имеющий вторую структуру, будет все еще иметь основное направление потока вдоль прохода 4, поскольку поток воздуха обходит полость 5. Таким образом, это будет также аналогично случаю, проиллюстрированному на Фиг.6а, создавать завихрения в полости 5. Однако, поскольку вторая структура потока в случае, проиллюстрированном на Фиг.6b, имеет вихри большего размера, и которые более асимметричны, завихрение будет колебаться. Это показано двусторонней стрелкой. Таким образом, геометрическая ось, вокруг которой вращается завихрение, будет менять направления. Это означает, что большая часть, такая как угловые части полости, будет достигаться колеблющимся завихрением (Фиг.6b), по сравнению с теми частями, которые достигаются относительно постоянным завихрением (Фиг.6а). В результате колеблющегося завихрения, достигающего большей части полости 5, удержание порошкообразного средства будет меньше, как схематично проиллюстрировано на Фиг.6b. Нужно отметить, что Фиг.6а и 6b были приведены лишь для схематичной иллюстрации и объяснения принципа изобретения.
Фиг.7 иллюстрирует частичный вид в аксонометрии конструкции 118 полости, используемой по меньшей мере в одном иллюстративном варианте выполнения изобретения. По сравнению со структурой 18 полости, изображенной на Фиг.2, структура 118 полости, показанная на Фиг.7, имеет отличающуюся конструкцию внутренней периферии. Вверх по потоку от каждой полости 105 предусмотрен соответствующий уклон 130. Уклон 130 повышается от внутренней периферии и достигает вершины в области 107 плоской поверхности, расположенной вниз по потоку от уклона 130, но вверх по потоку от полости 105. Область 107 плоской поверхности лежит в плоскости обода 106, ограничивающего отверстие 120 полости. Большое количество уклонов 130 отделено друг от друга промежуточными вертикальными боковыми стенками 132, которые образуют части ограничивающих проточный проход частей стенки. От каждого уклона 130 соответствующее препятствие 140 проходит вверх в направлении к плоскости обода 106, ограничивающего отверстие 120 полости. В этом иллюстративном варианте выполнения препятствие 140 имеет форму многогранника, имеющего по существенно треугольное поперечное сечение. Верхняя поверхность препятствия 140 лежит в плоскости, которая параллельна или совпадает с областью 107 плоской поверхности.
Нужно понимать, что Фиг.7 является лишь иллюстративным вариантом выполнения и что есть много других альтернативных вариантов выполнения. Например, полость может быть выполнена без уклонов (такая как на Фиг.2) так, чтобы каждое препятствие проходило бы от области плоской поверхности вверх по потоку от полости (такая как на Фиг.6b). Аналогично, препятствие может иметь форму многогранника другого типа или даже быть округленной формы, при этом высота и ширина препятствия могут также варьироваться.
Далее будет сделано сравнение между профилем скорости в области проточного прохода в полости 105, с препятствием 140, расположенным вверх по потоку от полости 105, и без него. На Фиг.8а изображен профиль скорости в области проточного прохода в полости 105 ингалятора. На чертеже показан вид, полученный, если смотреть сверху полости 105. Более плотные области представляют более высокую скорость потока воздуха, чем менее плотные области. Как может быть замечено, профиль скорости по существу симметричен вдоль основного направления потока в плоскости, параллельной плоскости, ограниченной ободком отверстия полости.
Фиг.8b изображает профиль скорости в области проточного прохода в полости 105 ингалятора, причем препятствие 140 предусмотрено вверх по потоку от полости 105. Профиль скорости в этом случае более асимметричен по сравнению с профилем скорости, показанным на Фиг.8а. Этот асимметричный профиль скорости является признаком вихрей большего размера, имеющихся в потоке воздуха, обходящем полость 105, чем если бы никакое препятствие не присутствовало бы вверх по потоку от полости 105. Таким образом, наличие препятствия оказывает влияние на профиль скорости и структуру потока. Вверх по потоку от препятствия 140 любые вихри являются относительно маленькими, тогда как вниз по потоку от препятствия вихри являются относительно большими.
Как упомянуто в разделе «Сущность Изобретения», с обходящим потоком воздуха, имеющим вихри относительно большого размера, турбулентный поток воздуха влияет на завихрения, создаваемые в полости, путем перемещения их назад и вперед в полости. Таким образом, завихрение становится наклоненным под различными углами, когда проходящая геометрическая ось завихрения изменяется между несколькими направлениями. Это завихрение с большей вероятностью достигает большего количества частей полости и, таким образом, увеличивает количество порошкообразного средства, захватываемого в проходящий мимо поток воздуха, по сравнению с завихрением, описанным со ссылкой на Фиг.5а-5а, у которого есть геометрическая ось, проходящая главным образом в одном направлении.
Далее захват порошкообразного средства в полости 105 будет обсужден для проточных проходов 104, снабженных различными препятствиями (Фиг.10a-10c до 17a-17c) и по сравнению с проходом 104 без препятствия (Фиг.9а-9с). В каждом случае в полости 105 имеется от 14 до 16 мг порошкообразного состава, включающего лактозу и будезонид (5%). Дозы забираются при давлении в 1,5 кПа (приблизительно 40 Ipm). Объем всасывания составлял 4 литра.
Начиная с Фиг.9а, изображен схематический вид в разрезе области проточного прохода, в которой уклон 130 изменяется в область 107 плоской поверхности в плоскости, совпадающей с ободком 106, ограничивающим отверстие 120 полости. Фиг.9b показывает разрез вдоль линии b-b, изображенной на Фиг.9a, а Фиг.9c показывает разрез вдоль линии c-c изображенной на Фиг.9a. Вверх по потоку от полости 105 нет никакого препятствия для изменения структуры потока воздуха, имеющей вихри маленького размера, в структуру потока воздуха, имеющей вихри большого размера. Способность задержания полости, то есть количество порошкообразного средства, остающегося в полости после забора дозы, как описано выше, равнялось 10% суммарной дозы.
Фиг.10a-10c до 17a-17c иллюстрируют различные примеры препятствий в области проточного прохода, которые могут использоваться в иллюстративных вариантах выполнения изобретения. Виды соответствуют показанным на Фиг.9a-9c.
На Фиг.10a-10c препятствие 140 присутствует и соответствует иллюстративному варианту выполнения, изображенному на Фиг.7. Самая высокая относительно уклона 130 часть препятствия 140 выступает на высоту (h) приблизительно 0,6 мм от поверхности уклона 130. Верхняя поверхность препятствия представляет собой уровень с плоскостью области 107 плоской поверхности и ободка 106, ограничивающей отверстие 120 полости. Длинная сторона препятствия 140 имеет длину (I) приблизительно 0,85 мм. Короткая сторона препятствия 140 имеет ширину (w) приблизительно 0,5 мм. Препятствие 140 повернуто своей длинной стороной под углом (φ), равным приблизительно 135 градусов, к центральной геометрической оси проточного прохода 104. Как можно видеть из чертежей, проход 104 расширяется в направлении вниз по потоку. Таким образом, относительная площадь поперечного сечения препятствия 140, по сравнению с площадью поперечного сечения прохода 104, варьируется в направлении потока. Однако, в среднем, перпендикулярно основному направлению потока площадь поперечного сечения препятствия 140 составляет приблизительно 5,2% от площади поперечного сечения прохода 104. Наименьшее расстояние между препятствием 140 и полостью 105 в этом примере составляет приблизительно 1,69 мм. Способность задержания полости 105 составляет 5%. Другими словами, наличие препятствия 140 уменьшает количество порошкообразного средства, остающегося в полости 105 после ингаляции до половины того количества, что остается в случае, когда нет никакого препятствия (как на Фиг.9а-9с).
Фиг.11a-11c показывают препятствие 240, которое выполнено аналогично препятствию, показанному на Фиг.10a-10c, например, имеет ту же самую длину (1), ширину (w) и угол (φ). Однако самая высокая часть препятствия относительно уклона 130 выступает на высоту (h), равную приблизительно 1 мм от поверхности уклона 130. Поэтому, верхняя поверхность препятствия 240 лежит на 0,4 мм выше плоскости области 107 плоской поверхности и ободка 106, ограничивающего отверстие 120 полости. Кроме того, перпендикулярно основному направлению потока средняя площадь поперечного сечения препятствия 240 составляет приблизительно 10,7% от площади поперечного сечения проточного прохода. Наименьшее расстояние между препятствием 240 и полостью 105 в этом примере составляет приблизительно 1,19 мм. Способность задержания полости составляет только 3%.
На Фиг.12a-12c изображено препятствие 340, которое имеет аналогичные размеры с препятствием, показанным на Фиг.10a-10c, например, имеет ту же самую длину (1), ширину (w) и угол (φ), однако, оно выступает вниз приблизительно на 0,6 мм из верхней части 150 ингалятора выше уклона 130. Таким образом, препятствие 340 отстоит от уклона 130 на некоторое расстояние. Верхняя часть 150 способствует ограничению прохода 104. Перпендикулярно основному направлению потока средняя площадь поперечного сечения препятствия 340 составляет приблизительно 8,1% от площади поперечного сечения прохода 104. Способность задержания полости составляет 5%.
Фиг.13a-13c показывают препятствие 440, которое имеет аналогичные размеры с препятствием, показанным на Фиг.12a-12c, например, имеет ту же самую длину (1), ширину (w) и угол (φ), однако, оно выступает вниз приблизительно на 1 мм из верхней части 150. Нижняя поверхность препятствия расположена по существу заподлицо с плоскостью области 107 плоской поверхности и ободком 106, ограничивающим отверстие 120 полости. Перпендикулярно основному направлению потока средняя площадь поперечного сечения препятствия 340 составляет приблизительно 13,5% от площади поперечного сечения прохода 104. Способность задержания полости составляет 4%.
На Фиг.14a-14c изображено препятствие 540, которое расположено симметрично относительно центральной геометрической оси проточного прохода, и которое выступает из верхней части 150. Препятствие 540 выполнено в форме прямоугольной скобы с ножками, выступающими под углом в 90 градусов относительно друг другу, и которые встречаются друг с другом в расположенном вверх по потоку конце препятствия. Ширина (w) каждой ножки составляет приблизительно 0,5 мм, а наибольшая протяженность (1) препятствия 540 поперек пути потока составляет приблизительно 1,3 мм. Высота (h) препятствия составляет 0,6 мм. При наибольшей протяженности (1) препятствия 540 проточный проход имеет ширину приблизительно 3,39 мм, а высота от верхней части 150 до уклона 130 составляет приблизительно 1,57 мм. Таким образом, перпендикулярно основному направлению потока площадь поперечного сечения препятствия 540 составляет приблизительно 14,7% ((1,3*0,6)7(3,39*1,57)) от площади поперечного сечения прохода 104. Расстояние между полостью 105 и препятствием 540 составляет приблизительно 2 мм. Способность задержания полости составляет 7%.
На Фиг.15a-15c Изображено препятствие 640 в форме цилиндра, которое выступает из верхней части 150. Высота (h) цилиндра составляет 0,6 мм, а диаметр (d) составляет 1,3 мм. Таким образом, по сравнению с расположенным под углом препятствием 540, показанным на Фиг.14a-14c, которое перпендикулярно основному направлению потока, цилиндрическое препятствие 640 занимает приблизительно 14,7% площади поперечного сечения прохода 104. Расстояние между полостью 105 и препятствием 640 составляет приблизительно 1,7 мм. Способность задержания полости составляет 4%.
На Фиг.16a-16c изображено препятствие 740 из двух частей, которое является по существу комбинацией препятствия 140, показанного на Фиг.10a-10c, и препятствия 440, показанного на Фиг.13a-13c. Таким образом, препятствие 740 из двух частей проходит по существу по всей длине от уклона 130 до верхней части 150. Перпендикулярно основному направлению потока средняя площадь поперечного сечения препятствия 740 из двух частей составляет приблизительно 20,9% от площади поперечного сечения прохода 104. Способность задержания полости составляет 6%.
На Фиг.17a-17c изображено препятствие 840 из двух частей, которое является по существу комбинацией препятствия 140, показанного на Фиг.10а-10с, и препятствия 340, показанного на Фиг.12a-12c. Таким образом, одна часть 140 препятствия выступает из уклона 130, а другая часть 340 препятствия выступает из верхней части 150, причем между этими двумя частями имеется зазор. Перпендикулярно основному направлению потока средняя площадь поперечного сечения препятствия 840 из двух частей составляет приблизительно 14,6% от площади поперечного сечения прохода 104. Способность задержания полости составляет 6%.
Следует понимать, что признаки вышеупомянутых представленных вариантов выполнения не представляют собой полное описание всех аспектов изобретения, и что возможны дальнейшие комбинации признаков различных вариантов выполнения, которые не выходят за пределы объема изобретения. Следовательно, можно сочетать различные признаки с различными варианты выполнениями в пределах заявляемого объема изобретения для получения дополнительных аспектов изобретения. Кроме того, различные признаки на чертежах прежде всего являются иллюстративными и описательными и, таким образом, не обязательно приведены в масштабе.