РАСПЫЛИТЕЛЬ

ВВЕДЕНИЕ
Область техники
Полезная модель относится к распылителю и, в частности, к электропитанию и управлению для образования аэрозолей в распылителях.
Обсуждение известного уровня техники
Системы подачи аэрозолей могут распылять широкий диапазон жидкостей с размером частиц 1-50 мкм MMAD (mass median aerodynamic diameter, масс-медианный аэродинамический диаметр). Такие системы имеют дырчатую пластину с отверстиями заранее установленного размера, которая связана с колебательным механизмом, приводимым в действие пьезоэлементом. Дырчатая пластина вибрирует с частотой, как правило, от 120 до 150 кГц, и такое действие вызывает нарушение поверхностного натяжения жидкости, что создает аэрозольную струю по мере того, как капли проходят через дырчатую пластину. Пример описан в WO 2010035252 (Stamford Devices Ltd.).
WO 2012/026963 (Rubin) описывает систему подачи аэрозолей, имеющую встроенный USB-разъем.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В соответствии с полезной моделью предлагается распылитель, состоящий из головки распылителя для создания аэрозоля, контроллера для подачи сигналов электропитания и управления и стандартной универсальной шины для передачи сигналов электропитания и управления в контроллер,
при этом стандартная универсальная шина содержит универсальный разъем и универсальный кабель, идущий от упомянутого разъема к контроллеру,
контроллер связан посредством кабеля и разъема с головкой; и
контроллер содержит схему повышения напряжения, подключенную своим входом к универсальной шине, процессор и схему возбуждения для подачи электропитания на головку распылителя под управлением процессора.
В одном варианте осуществления универсальная шина является USB-шиной, и в этом варианте общая потребляемая мощность контроллера и головки распылителя находится в пределах спецификации мощности стандартного протокола USB.
В одном варианте осуществления контроллер обеспечивает для головки распылителя не более 500 мА при номинальных 5 В.
В одном варианте осуществления схема возбуждения выполнена с возможностью генерирования сигнала в диапазоне от 120 кГц до 150 кГц.
В одном варианте осуществления схема повышения напряжения выполнена с возможностью генерирования электропитания для процессора и схемы возбуждения. Предпочтительно уровень напряжения составляет 12 В.
В одном варианте осуществления процессор выполнен с возможностью загрузки следующей информации в хост по универсальной шине:
потребление энергии, и/или
влажное/сухое состояние головки распылителя, и/или
состояние отсоединения распылителя, и/или
состояние отсоединения кабеля, и/или
состояния ошибки или отказа, и/или
продолжительность распыления и время распыления.
В еще одном варианте осуществления контроллер выполнен с возможностью приема следующих сигналов от хоста с помощью универсальной шины и использования их для генерирования управляющих сигналов головки распылителя:
старт/стоп распылителя, и/или
время распыления, и/или
расход при распылении, и/или
частота следования импульсов распыления, и/или
сигнал вдоха/выдоха для обеспечения поэтапного распыления.
В другом аспекте полезная модель предлагает распылительную систему, состоящую из распылителя, как определено выше в любом варианте осуществления, и хост-системы, выполненной с возможностью подачи сигналов управления в контроллер посредством упомянутой шины.
В одном варианте осуществления хост-система выполнена с возможностью подачи сигналов управления в соответствии с режимом дозирования для пациента.
В одном варианте хост-система содержит компонент, выполненный с возможностью обмена информацией с удаленным сервером для загрузки команд управления и/или выгрузки данных распылителя.
В одном варианте осуществления хост-система содержит портативное устройство, такое как смартфон или планшетный компьютер.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Полезная модель будет более понятна из последующего описания некоторых вариантов ее осуществления, приводимых только в качестве примеров, со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет структурную схему, иллюстрирующую архитектуру распылителя согласно полезной модели; и
Фиг. 2 представляет перспективный вид распылителя.
Фиг. 3 показывает распылитель в действии в одном примере, с контроллером, прикрепленным к трубке дыхательного аппарата.
Описание вариантов осуществления
Со ссылкой на чертежи, распылитель 1 содержит контроллер 2, связанный с головкой 2 распылителя с вибрационной сеткой. Распылитель 1 также содержит разъем USB для подключения к хост-системе или хост-устройству.
Связь между разъемом 4 и контроллером 2 представляет собой USB (универсальная последовательная шина)-кабель 5 с каналами питания и передачи данных. Соединение между контроллером 2 и головкой 3 распылителя представляет собой специализированный кабель 6 с каналами питания и передачи данных и специализированный разъем 7.
Контроллер 2 содержит схему 10 повышения напряжения, состоящую из изготовленного на заказ оптимизированного высокочастотного высокоэффективного преобразователя постоянный ток/постоянный ток со встроенным силовым выключателем, способным обеспечивать профиль выходного напряжения и тока, подходящий для управления головкой распылителя. Также имеется схема 12 возбуждения, использующая последовательный индуктор для генерирования переменного напряжения. Схема 12 возбуждения включает высокоскоростной драйвер на полевых МОП-транзисторах, управляемых сигналом широтно-импульсной модуляции от микроконтроллера. Также имеется микроконтроллер 11 со встроенным периферийным модулем, имеющим высокоскоростной совместимый интерфейс USB 2.0, который может автоматически изменять источники синхронизирующих импульсов и уровни мощности питания при подключении к хост-компьютеру. Последний выдает силовые и управляющие сигналы посредством кабеля 6 и разъема 7 в головку 3. Эти сигналы обеспечивают питание и управление для вибрационной мембраны, принимающей жидкость, которая подлежит распылению, из питающего контейнера. Пример головки распылителя описывается в нашей предыдущей заявке РСТ WO 2012/046220. Контроллер 2 и головка 3 распылителя требуют не более 500 мА при номинальных 5 В для создания необходимого аэрозоля.
Контроллер 2 имеет корпус 25 со светодиодными лампами 30 состояния и кнопкой 32 включения/выключения. Передача информации происходит между контроллером 2 и источником 4 питания USB в соответствии с протоколом USB.
Схема 12 возбуждения распылителя состоит из компонентов для генерирования выходного синусоидального сигнала приблизительно 100 В переменного тока, который подается на головку 3 распылителя, в результате чего создается аэрозоль. Схема использует входные сигналы из микроконтроллера 11 и схемы 10 повышения напряжения для получения своего выходного сигнала. Схема 12 возбуждения согласована по импедансу с пьезокерамическим элементом, который вызывает колебание мембраны, для обеспечения хорошей передачи энергии.
Микроконтроллер 11 генерирует прямоугольный сигнал частотой от 120 до 150 кГц, который подается в схему 12 запуска. Схема 10 повышения напряжения генерирует номинальное напряжение 12 В постоянного тока, которое необходимо схеме 12 возбуждения, из входного сигнала в пределах диапазона от 4,75 В до 5,25 В постоянного тока, в соответствии с требованиями к электрическим входам USB 2.0 (выпущены в апреле 2000 г. ). Схема согласована по импедансу с пьезокерамическим элементом внутри головки 3 для обеспечения улучшенной передачи энергии. Частота возбуждения от 120 до 150 кГц генерируется для приведения в движение мембраны головки распылителя близко к резонансной частоте для того, чтобы создавалась амплитуда, достаточная для разделения капель и создания аэрозоли. Если эта частота прерывается с более низкой частотой, так что аэрозоль создается в течение короткого интервала времени, а затем происходит остановка на короткий интервал времени, это дает возможность хорошо контролировать расход распылителя. Упомянутая более низкая частота называется "частотой следования импульсов".
Частота возбуждения может быть включена или остановлена по мере необходимости с помощью микроконтроллера 11. Это обеспечивает управление расходом за счет настройки головки 3 распылителя на любую требуемую частоту следования импульсов. Микроконтроллер 11 может управлять интервалами времени нахождения во включенном состоянии и выключенном состоянии с точностью до миллисекунд.
Головка 3 распылителя может быть откалибрована при определенной частоте следования импульсов путем измерения того, сколько времени нужно для доставки известного количества раствора. Существует прямая зависимость между частотой следования импульсов и расходом распылителя. Это может создать возможность для точного контроля скорости подачи водного раствора.
Вследствие использования универсальной шины, в данном случае USB-кабеля 5 и разъема 4, контроллер 2 может обеспечить контроль головки 3 распылителя в очень широком диапазоне. Кроме того, это позволяет подключать контроллер 2 к хосту, обладающему способностью обработки данных и USB-коммуникации (такому как хост-компьютер или портативное устройство), для выгрузки информации, ранее собранной от головки 3 распылителя, или для загрузки параметров конфигурации или других данных в контроллер 2. Хост вместе с распылителем 1 образуют систему, которая может успешно использоваться, например, при клинических испытаниях или для контролируемых режимов стационарного или домашнего лечения.
Контроллер 2 может загружать на хост в различных вариантах осуществления следующие характеристики распылителя:
потребление энергии, и/или
влажное/сухое состояние, и/или
состояние отсоединения распылителя, и/или
состояние отсоединения кабеля, и/или
состояния ошибки или отказа, и/или
продолжительность распыления и время распыления.
Хост может в различных вариантах осуществления предоставлять следующие команды контроллеру 2:
старт/стоп распылителя, и/или
время распыления, и/или
расход при распылении, и/или
частота следования импульсов распыления, и/или
сигнал вдоха/выдоха для возможности поэтапного распыления.
Это дает возможность контроллеру 2 управляться посредством хоста, либо локально, либо удаленно. Контроллер 2 может функционировать в качестве ведомого устройства с режимом дозирования, задаваемым хостом. Это позволяет проводить всеобъемлющий контроль и мониторинг использования для широкого набора ситуаций, как в домашних условиях, так и в больницах. Если контроллер сообщается с внешним устройством, то он может действовать в качестве подчиненного устройства и получать команды от внешнего устройства. Если он получает питание от внешнего устройства, режим работы будет определяться вводом пользователя посредством кнопки 32 питания, и в данном случае можно считать, что контроллер находится в режиме "главный".
В других вариантах осуществления контроллер может быть выполнен в виде портативного устройства и может фактически быть мобильным телефоном, запрограммированным для создания пользовательского интерфейса для управления распылителем. Чтобы дать возможность производить управление распылением, может быть создано специальное приложение мобильного телефона.
Конструкция, состоящая из USB-разъема 4, USB-кабеля 5, небольшого портативного контроллера 2, кабеля 6 и разъема 7, обеспечивает удобство и универсальность в процессе использования. Например, как показано на фиг. 3, кабели 5 и 6 наряду с контроллером 2 могут быть прикреплены с помощью стяжек к трубке дыхательного аппарата. Однако они могут быть прикреплены и к любому другому цилиндрическому и вытянутому элементу. Это обеспечивает удобство доступа со стороны как лиц, осуществляющих уход за больными, так и со стороны самих пациентов.
Следует также понимать, что распылитель может быть подключен к любой хост-системе. Такая конструкция предоставляет гибкость в обстановке ухода за больными, когда имеется множество дыхательных аппаратов и пациентов. Интерфейс USB дает возможность осуществить стыковку с хост-устройством для того, чтобы позволить лицу, осуществляющему уход за больным, производить дистанционное управления, например, для управления через Интернет портативным хост-компьютером, с которым состыкован распылитель.
Кроме того, степень допустимого местного управления может быть ограничена включением/выключением путем ограничения интерфейса на контроллере 2, при этом управление дозированием (частота следования импульсов, расход, частота и т.д.) осуществляется из удаленного местоположения посредством хост-системы. Контроллер может выполнить некоторую программу, такую как "арр", которая дает возможность загрузить персонифицированный режим дозирования из мобильного телефона/планшета/КПК (карманный персональный компьютер). Местная программа затем будет осуществлять этот новый режим дозирования.
Достигнут высокий уровень универсальности, поскольку распылитель может быть использован с дыхательным аппаратом, электрическим разъемом автомобиля, портативным компьютером, настольным компьютером или аккумуляторной батареей. Поскольку контроллер является по существу частью кабеля, он не может быть исключен из цепи случайным образом.
Далее представлены другие преимущества, которые вытекают из настоящей полезной модели в различных вариантах осуществления:
- Повышенная портативность в связи с устранением необходимости в дополнительных аксессуарах, таких как аккумуляторные батареи, адаптеры питания AC/DC. Эти элементы устраняются в связи с совместным использованием USB-портов в общем электрическом оборудовании, таком как мобильные телефоны, компьютеры и медицинское электрооборудование
- Устраняется необходимость в опорных кронштейнах
- Устраняется необходимость в специфических для страны адаптерах питания
- Могут использоваться в удаленных районах, в которых отсутствует электроэнергия, например, используя солнечную энергию, аккумуляторную батарею с заводной рукояткой
- Меньшее количество элементов
- Низкое потребление энергии
- Работа в режиме автоматического конфигурирования ("подсоединяй и работай", "Plug and Play")
- Можно обмениваться информацией с хост-контроллером с возможностью сбора данных дозирования для пациента и передачи их хосту
- Упразднение необходимости встраивания платы управления в медицинское электрооборудование с целью управления от ME GUI (графический интерфейс пользователя). Например, в настоящее время известно о встраивании платы управления Aerogen™ в дыхательный аппарат для обеспечения работы распылителей через интерфейс дыхательного аппарата. Настоящая полезная модель устраняет необходимость в таком встраивании
- Совместимость/применимость с широким диапазоном медицинского электрооборудования (например, любым оборудованием с USB-портом)
- Могут снабжаться питанием от любого устройства из набора таких устройств как аккумуляторные батареи USB или портативные солнечные панели.
Контроллер может быть портативным, имеющим батарею и электропитание, как в мобильном телефоне.
Полезная модель не ограничена описанными вариантами осуществления, но может быть изменена с точки зрения конструкции и деталей.