一種呼吸道給藥的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種呼吸道給藥的裝置及方法，包括讓藥物或含有藥物的顆粒帶上某種極性的電荷，讓人體帶上與藥物顆粒同樣極性的電荷，直到藥物顆粒隨氣流到達(dá)預(yù)定沉積的部位；立即讓人體所帶電荷的極性轉(zhuǎn)變，使得此時(shí)人體帶電與藥物顆粒帶電的極性相反，使得藥物顆粒在電場(chǎng)力作用下快速沉積在該預(yù)定部位的呼吸道表面；讓呼吸道給藥分為若干次進(jìn)行，采用電流計(jì)或電壓計(jì)，監(jiān)測(cè)每一次藥物顆粒在呼吸道表面沉積放電所形成的電信號(hào)量，將信號(hào)量累加后得到多次給藥的總電信號(hào)量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到放電信號(hào)量和藥物沉積量之間的數(shù)值比例關(guān)系，計(jì)算出藥物在指定呼吸道部位上的總沉積量。本發(fā)明克服了影響藥物吸收效率的多種因素，減少不良反應(yīng)的發(fā)生。
【專利說明】一種呼吸道給藥的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種呼吸道給藥的裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著對(duì)肺功能以及鼻炎，流感，支氣管炎，哮喘、肺氣腫、慢性阻塞性肺病， 囊性纖維化和肺癌等疾病的深入丁解，人們已認(rèn)識(shí)到呼吸道給藥（包括口腔，鼻腔給藥和 肺部給藥，可統(tǒng)稱為吸入給藥）是治療上述疾病最為簡(jiǎn)單有效的給藥途徑。與其它給藥途 徑相比，肺部給藥具有吸收表面積大，吸收部位血流豐富，能避免肝臟的首過效應(yīng)，酶活性 較低，上皮屏障較薄及膜通透性高等優(yōu)點(diǎn)。尤其適用于蛋白質(zhì)和多肽藥物的給藥。β_腎上 腺素拮抗劑、抗膽堿劑、皮質(zhì)激素、強(qiáng)效麻醉劑、抗偏頭痛藥等小分子藥物以及胰島素、生長(zhǎng) 激素、疫苗和新的生物技術(shù)產(chǎn)品等大分子藥物均可制成肺部給藥制劑，起局部或全身治療 作用。目前，胰島素氣霧劑已進(jìn)入II期臨床試驗(yàn)階段。亮丙瑞林氣霧劑已進(jìn)入III期臨床試 驗(yàn)階段，有望成為第一個(gè)肺部給藥而發(fā)揮全身治療作用的多肽藥物。
[0003] 呼吸道由口、鼻、咽喉、氣管、支氣管、終末細(xì)支氣管、呼吸細(xì)支氣管、肺泡管、肺泡 囊及肺泡組成。呼吸道表面覆蓋著上皮細(xì)胞，不同部位的上皮細(xì)胞功能不同。從氣管到支 氣管的上皮細(xì)胞主要由纖毛細(xì)胞組成，纖毛有助于肺內(nèi)異物的清除。人肺泡的總表面積大 于100m 2,肺泡表面至毛細(xì)血管間的距離僅約1 μ m，是藥物吸收的良好場(chǎng)所。
[0004] 給藥時(shí)，藥物粒子的惰性嵌入、沉降及擴(kuò)散決定藥物的有效沉積率。粒子的動(dòng)量 越大，在經(jīng)呼吸道分支處時(shí)越易因碰撞而沉積下來。而微粒的大小及速度是決定氣霧劑 有效給藥的關(guān)鍵因素。直徑5. 0-8. 0 μ m的粒子，由于粒子間慣性碰擊而沉積在咽、喉及 大呼吸道；直徑1. 0-5. 0 μ m的粒子主要以重力沉積形式分別沉積在10-17級(jí)支氣管壁； 直徑0. 5-1. 0 μ m的粒子沉積于呼吸性細(xì)支氣管及肺泡壁；直徑〈0. 2 μ m以下粒子，則以 布朗運(yùn)動(dòng)的形式沉積于肺泡。其中直徑〈1. 0 μ m的粒子大部分會(huì)隨呼氣流排出，而直徑 1. 0-3. Ομπι的粒子在細(xì)支氣管和肺泡內(nèi)沉降率最高，其在全部粒子中所占的比例越大，療 效越好。此外，藥物形態(tài)、吸入裝置、呼吸的潮氣量、頻率、吸氣流速、吸入裝置到口腔的距 離、吸氣壓、屏氣時(shí)間及呼吸道口徑和形態(tài)等的影響也不容忽視。
[0005] 肺部給藥的劑型和制劑主要有定量吸入劑、噴霧劑、干粉吸入劑、微球和脂質(zhì)體。 定量吸入劑因使用方便，可靠耐用，藥液不易被細(xì)菌感染等優(yōu)點(diǎn)而成為目前廣泛使用的吸 入給藥劑型.但由于存在啟動(dòng)和吸入不協(xié)調(diào)，病人個(gè)體差異大，35%的成年人和所有的兒 童要完成規(guī)定動(dòng)作都有相當(dāng)難度。此外，啟動(dòng)時(shí)拋射劑快速蒸發(fā)產(chǎn)生的制冷效應(yīng)，拋射劑氟 里昂對(duì)大氣臭氧層的破壞以及藥物在口咽部的大量沉積等缺點(diǎn)，都使得定量吸入劑在使用 上受到較大限制。
[0006] 噴霧劑能使較大劑量的藥物到達(dá)肺深部，且避免了藥物和拋射劑不相容以及吸入 和啟動(dòng)不協(xié)調(diào)等問題。根據(jù)霧化原理不同，常用的噴霧劑有兩種類型：噴射噴霧劑和超聲 噴霧劑。傳統(tǒng)的噴射噴霧劑有噴出霧滴大、噴出劑量小且需較大體積的液體等缺點(diǎn)。采用 高振動(dòng)強(qiáng)度超聲和低通風(fēng)水平能有效地將藥物送入肺深部。但對(duì)于因超聲波作用易產(chǎn)生分 解，所以濃度高、溶液有粘性的藥物不適用，此外價(jià)格昂貴、需要?jiǎng)恿υ矗w積大、不能攜帶， 也使應(yīng)用受到了限制。此外，兩種噴霧器的一個(gè)共有缺點(diǎn)就是藥物的霧化是連續(xù)的，而吸氣 循環(huán)的時(shí)間僅約占整個(gè)吸入-呼出循環(huán)時(shí)間的40%，許多藥物就這樣被浪費(fèi)了。
[0007] 干粉吸入劑是將微粉化藥物與載體以膠囊、泡囊或多劑量?jī)?chǔ)庫(kù)形式，采用特殊的 干粉吸入裝置，由患者主動(dòng)吸入霧化藥物的制劑。同定量吸入劑相比，因采用呼吸啟動(dòng)，克 服了藥物釋放和吸入不協(xié)調(diào)的問題它適用于多種藥物.包括蛋白質(zhì)和多肽等生物大分子 藥物。但所有干粉吸人裝置中，患者的吸入氣流是藥粉霧化進(jìn)入呼吸道的唯一動(dòng)力，為了使 藥物有效的沉積于肺部，吸氣流速必須要能夠產(chǎn)生足夠大的湍流氣流，這樣才能使藥物霧 化，形成到達(dá)肺深部的"粉霧云"。此外，裝置的內(nèi)在阻力也會(huì)影響到粉末的霧化效果，一般 來說，阻力越高，產(chǎn)生的細(xì)粉量越多，霧化效果越好，然而阻力越大對(duì)吸氣的要求越高，這對(duì) 于老弱或年幼患者是相當(dāng)不利的。
[0008] 微球是近年來發(fā)展起來的新劑型。微球沉積于肺部可以延緩藥物的釋放，且可保 護(hù)藥物不受酶水解。改變制備工藝，可獲得大小、形狀和孔隙率等均符合要求的微球，加上 微球不易吸濕。這些性質(zhì)決定微球?yàn)檩^好的肺部給藥制劑。脂質(zhì)體主要由卵磷脂組成，而磷 脂是肺泡表面活性劑的重要成分，因此脂質(zhì)體特別適合用于肺內(nèi)控釋給藥，是目前研究較 多的肺內(nèi)給藥系統(tǒng)。研究表明，將藥物包入脂質(zhì)體可延長(zhǎng)藥物在肺部的滯留時(shí)間，副反應(yīng)發(fā) 生率低，耐受性好，安全性高。近年來，許多藥物用脂質(zhì)體作為肺部給藥載體，包括抗癌藥、 肽類、酶類、基因、抗哮喘藥和抗過敏藥等。
[0009] 人體鼻黏膜有豐富的由靜脈血管組成的海綿狀組織，黏膜表面上皮細(xì)胞遍布纖 毛，表面積很大，可大大增加藥物吸收的有效表面積。鼻腔上皮與血管緊密相連，藥物易被 吸收進(jìn)入血液循環(huán)，對(duì)某些藥物有良好的滲透性且吸收迅速，因此鼻腔局部用藥不僅適合 于治療鼻腔、鼻竇疾病，還可代替口服或靜脈途徑治療某些全身性疾病。此外，鼻腔給藥還 是一種有實(shí)用價(jià)值的腦靶向給藥途徑。在我國(guó)，古老的提神醒腦劑，就屬于鼻腔給藥途徑的 應(yīng)用。研究表明，大分子多膚蛋白質(zhì)類藥物的經(jīng)鼻給藥比小分子藥物更具應(yīng)用前景。一方 面，這類藥物脂溶性差，難以透過血腦屏障；另一方面，許多神經(jīng)肽在結(jié)構(gòu)上與激素相似，通 常具有較大的不良反應(yīng)，經(jīng)鼻給藥能顯著減少血液中的藥物含量，減輕系統(tǒng)激素樣不良反 應(yīng)。
[0010] 但到目前為止，呼吸道給藥（吸入給藥）還不是主流的技術(shù)，因?yàn)榇嬖谝恍┟黠@的 缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了該給藥方式的發(fā)展。首先是吸入藥物的肺部沉積量遠(yuǎn)小于藥物的標(biāo)示量。 其原因有以下幾方面：小部分藥物殘留于給藥裝置或消散在空氣中；一部分沉積在其他作 用部位如口腔、鼻腔未起到療效；還有一部分沉積在咽部，被吞咽進(jìn)入胃腸道，然后經(jīng)過肝 臟的代謝后進(jìn)入血循環(huán)。因此實(shí)際上的肺部的沉積量只有設(shè)定標(biāo)示劑量的10%?30%。
[0011] 其次，藥物吸收效率與藥物形態(tài)、吸入裝置效率、呼吸潮氣量、呼吸頻率、吸氣流 速、吸入裝置到口腔的距離、吸氣壓力、屏氣時(shí)間及呼吸道口徑和形態(tài)等多種因素相關(guān)。至 今仍然缺少克服這些影響因素的革命性技術(shù)創(chuàng)新。
[0012] 通過臨床觀察發(fā)現(xiàn)，由于操作復(fù)雜，很多患者不能熟練掌握吸入給藥裝置的使用 方法，沒能達(dá)到預(yù)定療效，甚至因吸入方法不當(dāng)，藥物達(dá)到不該作用的部位，增加了不良反 應(yīng)發(fā)生率。即使醫(yī)藥工作者對(duì)患者進(jìn)行吸入給藥裝置的使用指導(dǎo)，也難以從根本上減少不 良反應(yīng)的發(fā)生。
[0013] 由于使用者呼吸功能的差異和變化，即便是同一人用同樣的操作，每次進(jìn)入呼吸 道的藥物量也難以達(dá)到一致。這對(duì)于劑量要求十分嚴(yán)格的藥物，如控制血糖的胰島素，很難 滿足其準(zhǔn)確性。
[0014] 對(duì)于藥物需要到達(dá)的部位不能準(zhǔn)確控制，達(dá)不到預(yù)定治療效果。比如稀釋粘附在 支氣管壁上痰液的藥物可能在咽腔或氣管就沉積了。
[0015] 在現(xiàn)有技術(shù)的水平上，藥物在呼吸道的沉積和吸收率取決于藥物顆粒的大小。過 大過小都會(huì)有影響，這對(duì)于藥物的制造工藝提出了很高要求，增加了藥物成本，甚至花費(fèi)巨 資也達(dá)不到所需尺寸要求，使大量藥物白白浪費(fèi)。
[0016] 對(duì)于霧化吸入給藥，雖然使用方法無需患者特殊配合，但受儀器的體積影響，不易 攜帶，只能在家庭或醫(yī)院使用；而定量氣霧劑與干粉吸入劑，對(duì)患者的自身認(rèn)知能力與熟練 掌握能力有較高的要求，尤其是定量氣霧劑因含有拋射劑對(duì)吸入技巧要求高，若達(dá)不到要 求則容易引起嗆咳。干粉吸入劑對(duì)于患者的吸氣流量要求達(dá)到30?120mL/min，因此不能 用于兒童或有嚴(yán)重肺功能障礙的患者。
[0017] 最后，現(xiàn)有市面上，吸入給藥裝置類型較多，使用方法各有不同。價(jià)格相差極大。好 的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高昂，也限制了呼吸道給藥技術(shù)的普及。
[0018] 所以，給藥技術(shù)的簡(jiǎn)便化，藥量的可控性和藥物作用的靶向性以及相關(guān)設(shè)備的便 攜性和合理的價(jià)格，成為目前吸入給藥的研究重點(diǎn)。
[0019] 由于呼吸道給藥的技術(shù)突破有一定難度，相關(guān)的國(guó)內(nèi)外專利不是很多。日本在中 國(guó)申請(qǐng)的專利（00108982. X)公開了以抑制血糖值上升為目的的加熱揮散用水性液狀組合 物，以及從含有上述液狀組合物的容器中通過加熱或者噴霧使?jié)饪s成分揮散到空氣中的揮 散器，以及將揮散后的有效成分經(jīng)呼吸道吸收的抑制血糖值上升的方法。中國(guó)臺(tái)灣專利 (01115575. 2)涉及一種呼吸道給藥方法及其所用給藥裝置。該呼吸道給藥裝置的儲(chǔ)藥室內(nèi) 部可裝有粉末狀藥劑，其一側(cè)部并插入有一帶有手把的推桿。該藥劑混合室連接于該推桿 的槽，其前端設(shè)有塞鼻部，而塞鼻部的最前端設(shè)有吸藥孔。藥劑混合室上方設(shè)有進(jìn)氣口。儲(chǔ) 藥室內(nèi)的粉末狀藥劑落入推桿的取藥部，拉動(dòng)推桿藥劑掉入藥劑混合室。將該塞鼻部塞入 鼻孔并吸氣，使藥劑與空氣混合，經(jīng)過吸藥孔被吸入鼻孔內(nèi)，直接進(jìn)入人體呼吸道被粘膜附 著，以有效發(fā)揮藥效，可達(dá)到良好給藥功效。美國(guó)在中國(guó)申請(qǐng)的專利（200580016173. d)提 供了治療患有肺癌的患者的方法。該方法包括在至少2個(gè)治療周期過程中向患者呼吸道給 藥含有順鉬的脂質(zhì)組合物。在每個(gè)治療周期中給藥至少約15mg/m2的順鉬，并且在治療周 期之間不超過2周。中國(guó)實(shí)用新型專利（200720140651.6)公開了一種呼吸道給藥的電子 霧化器。包括呼吸道給藥的電子霧化器和與該電子霧化器相配合的藥芯，所述電子霧化器 霧化藥芯內(nèi)的可霧化藥液。所述電子霧化器由電源通過電阻可調(diào)式開關(guān)接入控制電路；氣 壓轉(zhuǎn)換器、提示燈和高頻發(fā)生器分別接在控制電路的三個(gè)輸出端；霧化腔上游部位固定的 壓電超聲霧化器接于高頻發(fā)生器，壓電超聲霧化器包含藥芯承載孔，藥芯承載孔內(nèi)設(shè)置有 可更換藥芯。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種呼吸道給藥的裝置及方法，旨在提供一種有效 實(shí)用的技術(shù)，使得呼吸道給藥的劑量可控，藥物沉積和吸收的部位可選擇，讓藥物的肺部沉 積量接近藥物的標(biāo)示量，解決影響藥物吸收效率影響因素較多，操作復(fù)雜，不良反應(yīng)發(fā)生率 較高的問題。
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種呼吸道給藥的方法，該呼吸道給藥的方法包括 以下步驟：
[0022] 讓藥物顆粒帶上某種極性的電荷，在人體主動(dòng)或被動(dòng)吸入這些帶電藥物顆粒的同 時(shí)或之前，讓人體帶上與藥物顆粒同樣極性的電荷，直到藥物顆粒隨氣流到達(dá)預(yù)定沉積的 部位；
[0023] 立即讓人體所帶電荷的極性轉(zhuǎn)變，使得此時(shí)人體帶電與藥物顆粒帶電的極性相 反，使得藥物顆粒在電場(chǎng)力作用下快速沉積在該預(yù)定部位的呼吸道表面；
[0024] 讓呼吸道給藥分為若干次進(jìn)行，采用電流計(jì)或電壓計(jì)，監(jiān)測(cè)每一次藥物顆粒在呼 吸道表面沉積放電所形成的電信號(hào)量，將信號(hào)量累加后得到多次給藥的總電信號(hào)量，根據(jù) 實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到放電信號(hào)量和藥物沉積量之間的數(shù)值比例關(guān)系，計(jì)算出藥物在指定呼吸道部 位上的總沉積量。
[0025] 進(jìn)一步，讓藥物顆粒帶上所需電荷的方法包括：
[0026] 對(duì)于水溶性液體藥物，讓液體直接與某一極性的電極連接，由于水的導(dǎo)電能力，從 帶電藥液中噴射出來的液體顆粒會(huì)帶上一定電量的同極性電荷，并能順利進(jìn)入呼吸道，到 達(dá)肺部或所需沉積的任何部位；
[0027] 對(duì)于非水溶性液體藥物，電阻率不大于1(Γ5 Ω . m，均可采用上述水溶性藥物的方式 產(chǎn)生帶電藥物顆粒；
[0028] 對(duì)于電阻率較大的液態(tài)藥物，通過添加電阻率較小而又不影響藥物療效的液體， 如生理鹽水，使混合液體藥物的電阻率減小，從而可用讓液體直接與某一極性的電極連接 的方法，使液體顆粒也帶電荷；
[0029] 對(duì)于電阻率較大的液態(tài)藥物，如脂溶性藥物，讓藥物先通過小口徑的導(dǎo)電材質(zhì)噴 嘴，然后噴射成霧狀，噴嘴需要與電極連接，液體被擠壓通過噴嘴時(shí)被帶上靜電荷，使隨后 形成的霧滴也帶電荷；
[0030] 對(duì)于電阻率較大的液態(tài)藥物，讓藥物先通過至少一層小孔徑導(dǎo)電材質(zhì)網(wǎng)被分散成 霧狀，電材質(zhì)網(wǎng)與電極連接，液體穿過導(dǎo)電網(wǎng)時(shí)被帶上電荷，使隨后形成的霧滴也帶電荷；
[0031] 對(duì)于電阻率較大的液態(tài)藥物，讓已形成的霧化藥物通過至少一層小孔徑導(dǎo)電材質(zhì) 網(wǎng)，需要與電極連接，霧滴穿過導(dǎo)電網(wǎng)時(shí)被荷電；
[0032] 對(duì)于粉狀藥物，讓藥物先通過小口徑的導(dǎo)電材質(zhì)噴嘴，然后噴射成霧狀，噴嘴需要 與電極連接，粉狀顆粒被擠壓通過噴嘴時(shí)被荷電；
[0033] 對(duì)于粉狀藥物，讓已形成的霧化藥物通過至少一層小孔徑導(dǎo)電材質(zhì)網(wǎng)，需要與電 極連接，粉狀顆粒穿過導(dǎo)電網(wǎng)時(shí)被荷電；
[0034] 對(duì)于粉狀藥物，讓粉狀顆粒預(yù)先與已帶電的生理鹽水混合，或被后者潤(rùn)濕，然后被 霧化，霧化后的顆粒物表面帶有液體并荷電；
[0035] 對(duì)于粉狀藥物，讓霧化后的藥物顆粒與預(yù)先已帶電的水霧混合，讓粉狀顆粒與水 霧粒子結(jié)合后帶電；
[0036] 對(duì)于粉狀藥物，讓粉狀顆粒預(yù)先通過充滿某種極性離子，如負(fù)離子的區(qū)域，讓顆粒 與離子結(jié)合后帶上與離子相同的電荷，充滿離子的區(qū)域可通過尖端放電，離子風(fēng)或電暈場(chǎng) 方式產(chǎn)生。
[0037] 進(jìn)一步，人體帶上所需電荷的方法：
[0038] 人體與大地絕緣后，讓身體的某部位通過導(dǎo)線連接電極，比如讓手指帶上與電極 連接的導(dǎo)電環(huán)或用手握住儀器手柄，而儀器手柄與電極連接；
[0039] 人體與大地連接，相應(yīng)電極也接地，即人體處于0電位，讓藥物顆粒帶上正或負(fù)電 荷，進(jìn)入人體后，因靜電力作用而很快在呼吸道壁內(nèi)表面沉積。
[0040] 進(jìn)一步，讓霧化氣流準(zhǔn)確沉積在指定部位的方法包括：
[0041] 計(jì)算使用者呼吸道各部位長(zhǎng)度、計(jì)算霧化氣流到達(dá)預(yù)定沉積部位的總行程、測(cè)量 霧化氣流初始速度、計(jì)算霧化氣流流量、估計(jì)霧化氣流在呼吸道中的阻力、計(jì)算霧化氣流到 達(dá)預(yù)定沉積部位所需時(shí)間、根據(jù)計(jì)算出的氣流到達(dá)時(shí)間，轉(zhuǎn)換人體荷電極性，讓藥物顆粒在 電場(chǎng)力作用下沉積在預(yù)定部位。
[0042] 進(jìn)一步，計(jì)算霧化氣流的流量方法為：
[0043] 根據(jù)測(cè)出的霧化氣流初始速度以及噴嘴或霧化氣流出口處的孔徑，按下式計(jì)算霧 化氣流流量：
[0044] 1 = Ji D2V0/4。
[0045] 進(jìn)一步，估算驅(qū)動(dòng)霧化氣流流動(dòng)的壓差p方法為：
[0046] 空氣能夠進(jìn)入肺泡的動(dòng)力來自肺泡壓力pt與外界氣壓之差，平靜吸氣時(shí)，壓差約 為l-2mmHg，深呼吸時(shí)；
[0047] 1)定量噴射，噴霧噴射或超聲噴射主要靠?jī)x器噴射壓力P(l，使用者只需配合進(jìn)行 平靜吸氣即可，所以，驅(qū)動(dòng)霧化氣流流動(dòng)的壓差是：
[0048] P = P〇 - Pt
[0049] 2)干粉吸入全靠自身呼吸驅(qū)動(dòng)，所以驅(qū)動(dòng)壓差是大氣壓p。和肺泡壓力之差：
[0050] p = pc_pt。
[0051] 進(jìn)一步，計(jì)算霧化氣流到達(dá)預(yù)定沉積部位所需的時(shí)間t :
[0052] 將含有藥物顆粒的霧化氣流作為粘滯流體看待，從噴出到預(yù)定沉積部位所通過的 途徑簡(jiǎn)化為一根長(zhǎng)為H，直徑為h的管道，霧化氣流從噴出開始計(jì)算，到達(dá)管道中某一指定 部位所需時(shí)間t是霧化氣流總行程s，氣流流量1，氣流流經(jīng)管道的兩端壓差p，呼吸道阻力 F，氣流粘滯系數(shù)η和模擬管道幾何尺寸Η和h的復(fù)雜函數(shù)：
[0053] t = f (s, 1, p, F, n , H, h)
[0054] 1)對(duì)于定量噴射，噴霧噴射或超聲噴射這一類靠?jī)x器噴射藥物的情況，可忽略Ft 的影響，并假定當(dāng)氣流速度不太高時(shí)Fe的影響也很小，使得氣流流動(dòng)呈現(xiàn)層流狀態(tài)，則有：
[0055] 1 = Gp (5)
[0056] 其中氣導(dǎo)系數(shù)：
[0057] Θ = πΡρ4/(128ηΗ) (6)
[0058] 其中管道平均壓力：
[0059] Pj = (p0+pt)/2 (7)
[0060] 因?yàn)椋?br> [0061] It = s π h2/4 (8)
[0062] 由方程1 = 3iD2VQ/4和（5)-⑶可推出：
[0063] t = 256sH η / [ π D2v0h2 (p0+pt) ] (9)
[0064] 根據(jù)前述測(cè)量和計(jì)算方法可以得到s，D，V(I，P(I和p t各參數(shù)值，合理設(shè)定H和h后， 即可按（9)計(jì)算出霧化氣流到達(dá)預(yù)定沉積部位所需的時(shí)間t ;
[0065] 2)對(duì)于干粉吸入或者定量噴射，噴霧噴射或超聲噴射的速度超過一定限度的情 況，不可忽略Ft和Fe的影響，氣流流動(dòng)呈現(xiàn)湍流狀態(tài)；
[0066] 判斷是否達(dá)到湍流狀態(tài)的臨界速度用下列公式表示：
[0067] Vp = Rc n / ( P h) (10)
[0068] 其中P是氣流密度，R。是臨界雷諾數(shù)。
[0069] 進(jìn)一步，計(jì)算藥物顆粒在電場(chǎng)作用下的沉降速度u :
[0070] 在無電場(chǎng)作用的情況下，霧化氣流中，直徑5. 0-8. Ομπι的藥物粒子由于慣性碰 擊而沉積在咽、喉及大呼吸道；直徑1. 0-5. Oym的粒子主要以重力沉積形式分別沉積在 10-17級(jí)支氣管壁；直徑0. 5-1. 0 μ m的粒子沉積于呼吸性細(xì)支氣管及肺泡壁；直徑小于 0. 2μπι以下粒子，則以布朗運(yùn)動(dòng)的形式沉積于肺泡，其中直徑小于1. Ομπι的粒子大部分會(huì) 隨呼氣流排出，而直徑1. 0-3. 0 μ m的粒子在細(xì)支氣管和肺泡內(nèi)沉降率最高；
[0071] 根據(jù)斯托克斯定律，在電場(chǎng)力作用下，荷電顆粒物的沉積速度u可表示為：
[0072] u = d2(p k-p )a/(18 n) (11)
[0073] 其中a是電場(chǎng)力作用下，荷電顆粒的沉積加速度，d是顆粒直徑，P k是顆粒密度， P是氣體密度，η是氣體粘度，根據(jù)庫(kù)倫定律，顆粒沉積加速度：
[0074] a = kq1q2/ (p kr2) (12)
[0075] 其中qi和q2是顆粒荷電和人體荷電量，r是顆粒和呼吸道管壁之間的距離，k是 比例常數(shù)，由（11)和（12)式，得到：
[0076] u = kq1q2d2 ( p k- p ) / (18 n p kr2) (13)
[0077] 計(jì)算表明，在qi，q2足夠的條件下，藥物顆粒在電場(chǎng)力作用下的沉降速度u遠(yuǎn)大于 霧化氣流速度，所以一旦人體帶電的極性轉(zhuǎn)變?yōu)榕c顆粒荷電極性相反，藥物顆粒就能迅速 沉積在氣流到達(dá)部位的呼吸道表面。
[0078] 本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種呼吸道給藥的裝置，該呼吸道給藥的裝置 包括：超聲噴霧器、容器室、液體藥液、霧化氣流噴出口、藥物顆粒、導(dǎo)電板、第一導(dǎo)線、第一 高壓靜電輸出電極、第二高壓靜電輸出電極、第二導(dǎo)線、導(dǎo)電環(huán)、靜電發(fā)電器、中央控制器、 電源、呼吸道主氣管、人體肺部、速度探頭、超聲振動(dòng)晶片、吹風(fēng)扇、觸摸屏、聲光報(bào)警器、第 一電流計(jì)或電壓計(jì)、第一信號(hào)線、第二信號(hào)線、第三信號(hào)線、第四信號(hào)線；
[0079] 超聲噴霧器設(shè)置在容器室的底部，超聲噴霧器內(nèi)部設(shè)置超聲振動(dòng)晶片，液體藥物 中設(shè)置導(dǎo)電板，導(dǎo)電板通過第一導(dǎo)線連接第一高壓靜電輸出電極，導(dǎo)電環(huán)通過第二導(dǎo)線連 接第二高壓靜電輸出電極，電源連接靜電發(fā)電器，靜電發(fā)電器連接中央控制器，中央控制器 連接觸摸屏和聲光報(bào)警器，速度探頭設(shè)置在霧化氣流噴出口的頂端，第一信號(hào)線連接中央 控制器，超聲振動(dòng)晶片設(shè)置在超聲噴霧器內(nèi)，吹風(fēng)扇設(shè)置在容器室中，吹風(fēng)扇通過第四信號(hào) 線連接中央控制器，吹風(fēng)強(qiáng)度和時(shí)間受到中央控制器通過第四信號(hào)線進(jìn)行的控制，第二導(dǎo) 線通過第一電流計(jì)或電壓計(jì)連接第二靜電發(fā)生器輸出電極。
[0080] 進(jìn)一步，速度探頭還包括：藥物噴嘴、環(huán)形圈、螺旋線圈、第二電流計(jì)或電壓計(jì)；
[0081] 環(huán)形圈設(shè)置在藥物噴嘴上，螺旋線圈纏繞在環(huán)形圈上，螺旋線圈連接第二電流計(jì) 或電壓計(jì)。
[0082] 本發(fā)明提供的呼吸道給藥的裝置及方法，通過讓分散的藥物顆粒帶上某種極性的 電荷，人體也帶上與藥物顆粒同樣極性的電荷，同性電荷相斥大部分進(jìn)入人體呼吸道的荷 電藥物顆粒不能在呼吸道內(nèi)表面上沉積，直到藥物顆粒隨氣流到達(dá)所需沉積的部位為止； 本發(fā)明根據(jù)測(cè)量出的或預(yù)先輸入的參數(shù)，自動(dòng)計(jì)算出到達(dá)指定部位的時(shí)間，時(shí)間一到，立即 讓人體所帶電荷的極性轉(zhuǎn)變，使得此時(shí)人體帶電與藥物顆粒帶電的極性相反，藥物顆粒將 因異性相吸原理而快速沉積在該部位的呼吸道表面。此外，本發(fā)明為達(dá)到準(zhǔn)確控制用藥量 的目的，將原一次性的呼吸道給藥分為若干次進(jìn)行，自動(dòng)監(jiān)測(cè)每一次藥物顆粒在呼吸道表 面放電所形成的電信號(hào)量，累加后得到多次給藥的總放電電信號(hào)量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到放 電信號(hào)量和藥物沉積量之間的數(shù)值比例關(guān)系，計(jì)算出藥物在指定呼吸道部位上的總沉積 量。
[0083] 本發(fā)明使得呼吸道的靶向定量給藥成為現(xiàn)實(shí)，不僅藥物沉積和吸收的部位可任意 選擇，藥物的沉積量也將接近藥物的標(biāo)示量，能克服影響藥物吸收效率的多種影響因素，簡(jiǎn) 化操作，從根本上減少不良反應(yīng)的發(fā)生，不論使用者呼吸功能的差異和變化，每次進(jìn)入呼吸 道的藥物量都能達(dá)到一致，同時(shí)還能降低藥物的制造工藝要求，有效減小藥物成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0084] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的呼吸道給藥的方法流程圖；
[0085] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的呼吸道給藥的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0086] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的流速探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0087] 圖中：1、超聲噴霧器；2、容器室；3、液體藥液；4、霧化氣流噴出口；5、藥物顆粒； 6、導(dǎo)電板；7、第一導(dǎo)線；8、第一高壓靜電輸出電極；9、第二高壓靜電輸出電極；10、第二導(dǎo) 線；11、導(dǎo)電環(huán)；12、靜電發(fā)電器；13、中央控制器；14、電源；15、呼吸道主氣管；16、人體肺 部；17、速度探頭；18、超聲振動(dòng)晶片；19、吹風(fēng)扇；20、觸摸屏；21、聲光報(bào)警器；22、第一電 流計(jì)或電壓計(jì)；23、第一信號(hào)線；24、第二信號(hào)線；25、第三信號(hào)線；26、第四信號(hào)線；27、藥物 噴嘴；28、環(huán)形圈；29、螺旋線圈；30、第二電流計(jì)或電壓計(jì)。

【具體實(shí)施方式】
[0088] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0089] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0090] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的呼吸道給藥的方法包括以下步驟：
[0091] S101 :讓藥物顆粒帶上某種極性的電荷，在人體主動(dòng)或被動(dòng)吸入這些帶電藥物顆 粒的同時(shí)或之前，讓人體帶上與藥物顆粒同樣極性的電荷，直到藥物顆粒隨氣流到達(dá)預(yù)定 沉積的部位；
[0092] S102 :立即讓人體所帶電荷的極性轉(zhuǎn)變，使得此時(shí)人體帶電與藥物顆粒帶電的極 性相反，使得藥物顆粒在電場(chǎng)力作用下快速沉積在該預(yù)定部位的呼吸道表面；
[0093] S103:讓呼吸道給藥分為若干次進(jìn)行，采用電流計(jì)或電壓計(jì)，監(jiān)測(cè)每一次藥物顆粒 在呼吸道表面沉積放電所形成的電信號(hào)量，將信號(hào)量累加后得到多次給藥的總電信號(hào)量， 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到放電信號(hào)量和藥物沉積量之間的數(shù)值比例關(guān)系，計(jì)算出藥物在指定呼吸 道部位上的總沉積量。
[0094] 本發(fā)明的技術(shù)原理是：首先通過各種措施讓分散的藥物顆粒帶上某種極性的電 荷，在人體主動(dòng)或被動(dòng)吸入這些帶電藥物顆粒的同時(shí)或之前，讓人體也帶上與藥物顆粒同 樣極性的電荷，由于同性相斥的原理，大部分進(jìn)入人體呼吸道的藥物顆粒不能在呼吸道內(nèi) 表面上沉積，直到藥物顆粒隨氣流到達(dá)所需沉積的部位為止，此時(shí)給藥設(shè)備將根據(jù)測(cè)量出 的或預(yù)先輸入的多個(gè)參數(shù)，自動(dòng)計(jì)算出霧化藥物到達(dá)指定部位的時(shí)間，時(shí)間一到，立即讓人 體所帶電荷的極性轉(zhuǎn)變，使得此時(shí)人體帶電與藥物顆粒帶電的極性相反，大部分藥物顆粒 將因異性相吸原理而快速沉積在該部位的呼吸道表面。
[0095] 本發(fā)明的技術(shù)原理可用圖2進(jìn)行說明，圖中超聲噴霧器1 ;盛放藥物液體的容器室 2 ;液體藥液3 ;霧化氣流噴出口 4 ;從噴出口 4噴出的霧化荷電藥物顆粒5,將隨氣流通過口 鼻進(jìn)入人體；放入液體藥液3中的導(dǎo)電板6 ;連接導(dǎo)電板6和某一極性的第一高壓靜電輸出 電極8的第一導(dǎo)線7, 一旦通電，液體藥液3就帶上電荷，噴出的霧化顆粒也就能荷電；第二 高壓靜電輸出電極9,該電極的極性將根據(jù)需要而改變，即當(dāng)霧化氣流到達(dá)所需沉積時(shí)，其 極性立即轉(zhuǎn)變?yōu)榕c藥物顆粒荷電相反；連接接觸人體的導(dǎo)電環(huán)11和第二高壓靜電輸出電 極9之間的第二導(dǎo)線10 ;輸出所需高壓靜電的靜電發(fā)生器12 ;中央控制器13,可以控制靜 電發(fā)生器12輸出的電壓和電流；提供靜電發(fā)生器12所需電能的電源14 ;呼吸道主氣管15 ; 人體肺部16的輪廓；
[0096] 另一方面，為達(dá)到準(zhǔn)確控制用藥量的目的，將原一次性的呼吸道給藥分為若干次 進(jìn)行，儀器自動(dòng)監(jiān)測(cè)每一次藥物顆粒在呼吸道表面放電所形成的電信號(hào)量，累加后得到多 次給藥的總放電電信號(hào)量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的電信號(hào)量與藥物沉積量之間的比例關(guān)系， 估算出藥物在指定呼吸道部位上的總沉積量。
[0097] 結(jié)合以下的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：
[0098] 一、藥物顆粒荷電措施：
[0099] 本發(fā)明提出下列讓藥物顆粒帶上所需電荷的方法：
[0100] 1.對(duì)于水溶性液體藥物，讓液體直接與某一極性的電極連接（見圖2所示），實(shí) 驗(yàn)表明，不論采用哪種霧化方式（定量氣霧拋射，噴射噴霧或超聲噴霧），由于水的導(dǎo)電能 力，從帶電藥液中噴射出來的液體顆粒都會(huì)帶上一定電量的同極性電荷，并能順利進(jìn)入呼 吸道，到達(dá)肺部或所需沉積的任何部位；
[0101] 2.對(duì)于非水溶性液體藥物，只要本身具有一定導(dǎo)電能力，如電阻率不大于1(Γ5Ω. m，均可采用上述水溶性藥物的方式產(chǎn)生帶電藥物顆粒；
[0102] 3.對(duì)于電阻率較大的液態(tài)藥物，通過添加電阻率較小而又不影響藥物療效的液 體，如生理鹽水，使混合液體藥物的電阻率減小，從而可用讓液體直接與某一極性的電極連 接的方法，使液體顆粒也帶電荷；
[0103] 4.對(duì)于電阻率較大的液態(tài)藥物（如脂溶性藥物），不論采用哪種霧化方式（定量 氣霧拋射，噴射噴霧或超聲噴霧），讓藥物先通過小口徑的導(dǎo)電材質(zhì)噴嘴（如金屬噴嘴），然 后噴射成霧狀，噴嘴需要與電極連接，液體被擠壓通過噴嘴時(shí)被帶上靜電荷，使隨后形成的 霧滴也帶電荷；
[0104] 5.對(duì)于電阻率較大的液態(tài)藥物（如脂溶性藥物），不論采用哪種霧化方式（定量 氣霧拋射，噴射噴霧或超聲噴霧），讓藥物先通過至少一層小孔徑導(dǎo)電材質(zhì)網(wǎng)（如金屬網(wǎng)） 被分散成霧狀，該網(wǎng)需要與電極連接，液體穿過導(dǎo)電網(wǎng)時(shí)被帶上電荷，使隨后形成的霧滴也 帶電荷；
[0105] 6.對(duì)于電阻率較大的液態(tài)藥物（如脂溶性藥物），不論采用哪種霧化方式（定量 氣霧拋射，噴射噴霧或超聲噴霧），讓已形成的霧化藥物通過至少一層小孔徑導(dǎo)電材質(zhì)網(wǎng) (如金屬網(wǎng)），該網(wǎng)需要與電極連接，霧滴穿過導(dǎo)電網(wǎng)時(shí)被荷電；
[0106] 7.對(duì)于粉狀藥物（如脂質(zhì)體或微球），不論采用哪種霧化方式（定量氣霧拋射，噴 射噴霧，超聲噴霧或干粉吸入），讓藥物先通過小口徑的導(dǎo)電材質(zhì)噴嘴（如金屬噴嘴），然后 噴射成霧狀，噴嘴需要與電極連接，粉狀顆粒被擠壓通過噴嘴時(shí)被荷電；
[0107] 8.對(duì)于粉狀藥物（如脂質(zhì)體或微球），不論采用哪種霧化方式（定量氣霧拋射，噴 射噴霧，超聲噴霧或干粉吸入），讓已形成的霧化藥物通過至少一層小孔徑導(dǎo)電材質(zhì)網(wǎng)（如 金屬網(wǎng)），該網(wǎng)需要與電極連接，粉狀顆粒穿過導(dǎo)電網(wǎng)時(shí)被荷電；
[0108] 9.對(duì)于粉狀藥物（如脂質(zhì)體或微球），不論采用哪種霧化方式（定量氣霧拋射，噴 射噴霧，超聲噴霧或干粉吸入），讓粉狀顆粒預(yù)先與已帶電的液體（如生理鹽水）混合，或被 后者潤(rùn)濕，然后被霧化，霧化后的顆粒物表面帶有液體并荷電；
[0109] 10.對(duì)于粉狀藥物（如脂質(zhì)體或微球），不論采用哪種霧化方式（定量氣霧拋射， 噴射噴霧，超聲噴霧或干粉吸入），讓霧化后的藥物顆粒與預(yù)先已帶電的水霧混合，讓粉狀 顆粒與水霧粒子結(jié)合后帶電；
[0110] 11.對(duì)于粉狀藥物（如脂質(zhì)體或微球），不論采用哪種霧化方式（定量氣霧拋射， 噴射噴霧，超聲噴霧或干粉吸入），讓粉狀顆粒預(yù)先通過充滿某種極性離子（如負(fù)離子）的 區(qū)域，讓顆粒與離子結(jié)合后帶上與離子相同的電荷，這種充滿離子的區(qū)域可通過尖端放電， 離子風(fēng)或電暈場(chǎng)等方式產(chǎn)生；
[0111] 二·人體荷電措施：
[0112] 本發(fā)明提出下列讓人體帶上所需電荷的方法：
[0113] 1.人體與大地絕緣后，讓身體的某部位通過導(dǎo)線連接電極，比如讓手指帶上與電 極連接的導(dǎo)電環(huán)（見圖2所示）或用手握住儀器手柄，而儀器手柄與電極連接；
[0114] 2.人體與大地連接，相應(yīng)電極也接地，即人體處于0電位，讓藥物顆粒帶上正或負(fù) 電荷，進(jìn)入人體后，因靜電力作用而很快在呼吸道壁內(nèi)表面沉積；
[0115] 三·藥物和人體荷電的電學(xué)參數(shù)：
[0116] 本發(fā)明采用的電源參數(shù)如下：
[0117] 1.如采用電池或可充電電池作為電源，為了達(dá)到有效控制荷電藥物顆粒與呼吸道 之間相斥或相吸的目的，必須采用足夠高的電壓，所以要求將原電池的低壓升高，使其輸出 電極之間的電勢(shì)差（即未接外電路時(shí)兩電極之間測(cè)量出的電壓）達(dá)到一定高值，常用的輸 出電勢(shì)差范圍在100-100000V之間；
[0118] 2.在電源功率不變的條件下，電壓升高，電流強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)減小，這樣可以減小霧化 藥物顆粒在呼吸道放電（即顆粒荷電與人體荷電中和）時(shí)，人體產(chǎn)生的不適，電源功率一般 不超過l〇w，電流強(qiáng)度一般不超過10mA ;
[0119] 3.如采用室內(nèi)交流電源（110或220V)，需要先將交流整流為直流電，然后升壓到 所需電壓，由于室內(nèi)電源功率大，所以要求將電流強(qiáng)度減小到不對(duì)人體產(chǎn)生危害的程度，避 免藥物顆粒在呼吸道放電時(shí)產(chǎn)生的不適感；
[0120] 四.人體荷電安全性措施：
[0121] 本發(fā)明采用下列措施保證呼吸道用藥病人的安全：
[0122] 1.控制電源功率，使其不超過一定界限，在升高電壓的同時(shí)，降低電流，以普通一 節(jié)1. 5V的堿性干電池為例，兩輸出電極之間的電勢(shì)差為1. 5V，一般內(nèi)阻在0. 5歐姆左右，電 池利用效率最高的時(shí)候外電阻等于內(nèi)電阻，這種情況下輸出功率大約為lw，當(dāng)電壓升高到 10000V后，電流將減小到100微安左右，所以即便讓該電流直接通過人體，其電流的沖擊感 也很??；
[0123] 2.實(shí)際上，藥物顆粒的放電是通過一個(gè)一個(gè)荷電顆粒與呼吸道內(nèi)表面接觸而失去 電荷來進(jìn)行的，是一個(gè)斷續(xù)的電荷傳輸過程，形成的是一種非連續(xù)的電流，完全不同于將兩 個(gè)電極直接連接人體形成的連續(xù)通電過程，所以荷電顆粒的放電，對(duì)人體的沖擊感要輕微 得多，根據(jù)
【發(fā)明者】自身的體會(huì)，從連接10000V高壓的水溶液中產(chǎn)生的霧化粒子，接觸到帶 異種電荷的人體時(shí)，感覺不到任何不適，完全沒有任何觸電的感覺；
[0124] 3.通過控制霧化顆粒的濃度（單位體積內(nèi)的藥物顆粒數(shù)）來控制單位時(shí)間內(nèi)放電 的荷電顆?？倲?shù)，以減小人體承受的非連續(xù)電流密度，對(duì)電荷敏感人群，兒童，老人，孕婦或 呼吸道病患者，可以采用較小的霧化藥物濃度；
[0125] 4.通過控制連續(xù)給藥時(shí)間，減小連續(xù)放電帶來的不適，將原來連續(xù)的長(zhǎng)時(shí)間給藥， 改為多次短時(shí)間給藥，也便于總給藥量的控制
[0126] 5.呼吸道給藥完成后，連接電源輸出電極的導(dǎo)線自動(dòng)與大地接觸，釋放掉人體殘 余的電荷；
[0127] 6.在戶外遇到雷雨時(shí)，嚴(yán)禁使用呼吸道給藥儀；
[0128] 7.如有任何短路，過載或其他故障發(fā)生，儀器自動(dòng)關(guān)機(jī)
[0129] 8.身體狀況異常時(shí)（如嘔吐，惡心，昏迷，神智不清，高熱，中風(fēng)，心梗等），禁止使 用呼吸道給藥儀；
[0130] 9.為安全起見，凡使用人工呼吸器，吸氧儀，藥物泵或身體內(nèi)安裝有起搏器，人工 耳蝸，金屬人工瓣膜，金屬關(guān)節(jié)或有其它金屬異物的人，禁止使用這種呼吸道給藥方法；
[0131] 五.使藥物準(zhǔn)確到達(dá)所需部位的控制措施：
[0132] 本發(fā)明采用下列措施使霧化藥物準(zhǔn)確到達(dá)所需作用部位或最佳吸收部位：
[0133] 1.計(jì)算攜帶藥物顆粒的霧化氣流所需通過的距離（即霧化氣流總行程s);
[0134] 1)估算使用者呼吸道各部位（包括口腔或鼻腔、咽喉、氣管、支氣管、終末細(xì)支氣 管、呼吸細(xì)支氣管、肺泡管）通道的長(zhǎng)度及呼吸道總長(zhǎng)度；
[0135] (1)根據(jù)解剖學(xué)文獻(xiàn)，找出性別，年齡，身高與上述部位長(zhǎng)度的關(guān)系，比如身高 170cm的成年男性，其氣管平均長(zhǎng)度（從上端環(huán)狀軟骨算起，到下端連接左右支氣管為 止）10. 5cm，直徑2. 0cm，右支氣管長(zhǎng)2. 0-3. 0cm，左支氣管長(zhǎng)4. 0-5. 0cm，成年女性的氣管和 支氣管尺寸略小，兒童的氣管短而細(xì)；
[0136] (2)根據(jù)使用者的性別，年齡和身高，估算出各呼吸道部位長(zhǎng)度；
[0137] (3)計(jì)算使用者呼吸道總長(zhǎng)度；
[0138] (4)根據(jù)使用者具體生理狀況（如頸部長(zhǎng)短）適當(dāng)修正計(jì)算結(jié)果；
[0139] (5)如病情較嚴(yán)重，最好根據(jù)使用者呼吸道的X光片，具體測(cè)量出呼吸道各部位的 尺寸和總長(zhǎng)度；
[0140] 2)估算使用者從口鼻外面到所需用藥部位，其霧化氣流的總行程s ;
[0141] (1)對(duì)于需要沉積在肺部，由肺泡表面吸收的藥物（如蛋白質(zhì)或多肽藥物），其總 行程等于按上述步驟計(jì)算出的使用者呼吸道總長(zhǎng)度加上儀器藥物出口到口鼻處的距離；
[0142] (2)對(duì)于需要沉積在特定部位的藥物，醫(yī)生應(yīng)根據(jù)X光片確定該部位具體位置并 測(cè)量出該位置距離口鼻外端的總長(zhǎng)度，加上藥物出口處到口鼻處的距離，即為霧化氣流的 總行程；
[0143] (3)對(duì)于需要沉積在較淺部位的情況（如鼻腔或咽腔），可以根據(jù)上述估算出的較 淺部位尺寸，加上藥物出口處到口鼻處的距離，即為霧化氣流的總行程；
[0144] 2.測(cè)量攜帶藥物顆粒的霧化氣流初始速度V(l，計(jì)算霧化氣流流量1 ;
[0145] 1)測(cè)量霧化氣流的初始速度V。：
[0146] 如果采用現(xiàn)有的定量拋射或噴射噴霧方式，其霧化氣流的噴出速度（即初始速 度）往往固定的，用市售的流速儀測(cè)量一次，就可知道以后每次噴出的初始速度，不必再 測(cè)，但對(duì)于超聲噴霧，尤其是干粉吸入方式，其干粉顆粒的初始速度與使用者肺泡負(fù)壓和呼 吸道阻力相關(guān)，其初始流速必須要高到能夠產(chǎn)生足夠大的湍流氣流，而吸氣流量至少要達(dá) 到30?120mL/min，才能使藥物霧化，形成到達(dá)肺深部的〃粉霧云〃，即使是同一人，每次吸 入干粉顆粒的初始速度都可能不一致，所以需要采用專門設(shè)置的流速探頭，以監(jiān)測(cè)噴嘴處 霧化氣流的初始速度，用以計(jì)算藥物達(dá)到作用部位的時(shí)間，一旦初始速度達(dá)不到要求，儀器 將發(fā)出聲光警報(bào)信號(hào)；
[0147] 2)流速探頭的設(shè)計(jì)和制造：
[0148] (1)流速探頭可以購(gòu)買市售現(xiàn)有產(chǎn)品，如：
[0149] 1)皮托管流速儀：價(jià)格低，體積大，霧化藥物需通過皮托管；
[0150] 2)機(jī)械式風(fēng)速儀：價(jià)格低，但霧化藥物氣流需推動(dòng)扇葉旋轉(zhuǎn)；
[0151] 3)超聲風(fēng)速儀：根據(jù)超聲多普勒效應(yīng)測(cè)量顆粒物速度，體積稍大；
[0152] 4)激光風(fēng)速儀：根據(jù)激光多普勒效應(yīng)測(cè)量氣流速度，體積小，價(jià)格高；
[0153] (2)可以自制流速探頭：流速探頭的工作原理如圖3所示，圖中藥物噴嘴27 ;設(shè)置 在噴嘴或出口出的磁性材質(zhì)環(huán)形圈28,纏繞在磁環(huán)型圈上的螺旋線圈29,連接線圈的靈敏 第二電流計(jì)或電壓計(jì)30,讓荷電的藥物顆粒從環(huán)形圈28中穿過時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，環(huán) 形圈28中將產(chǎn)生磁感應(yīng)通量，該磁感應(yīng)通量將使得螺旋線圈29中產(chǎn)生感應(yīng)電流，并被第二 電流計(jì)或電壓計(jì)30測(cè)出，感生電流或相應(yīng)電壓的大小與荷電藥物顆粒的濃度，荷電電量和 穿過磁環(huán)的流速成正比，當(dāng)顆粒濃度和荷電量不變時(shí)，就只與流速相關(guān)，該方法靈敏度高， 體積小，成本低，可以利用呼吸道給藥儀的控制電路完成其檢測(cè)功能；
[0154] 3)計(jì)算霧化氣流的流量1 :
[0155] 根據(jù)測(cè)出的霧化氣流初始速度V(l以及噴嘴或霧化氣流出口處的孔徑D，按下式計(jì) 算霧化氣流流量1 :
[0156] 1 = Ji D2V〇/4 (1)
[0157] 3.估算驅(qū)動(dòng)霧化氣流流動(dòng)的壓差p :
[0158] 空氣能夠進(jìn)入肺泡的動(dòng)力來自肺泡壓力pt與外界氣壓之差，平靜吸氣時(shí)，壓差約 為l-2mmHg，深呼吸時(shí)，壓差可增大到5-20mmHg甚至更高；
[0159] 1)定量噴射，噴霧噴射或超聲噴射主要靠?jī)x器噴射壓力P(l，使用者只需配合進(jìn)行 平靜吸氣即可，所以，此類情況下，驅(qū)動(dòng)霧化氣流流動(dòng)的壓差是：
[0160] p = p0 - pt (2)
[0161] 2)干粉吸入全靠自身呼吸驅(qū)動(dòng)，所以驅(qū)動(dòng)壓差是大氣壓p。和肺泡壓力之差：
[0162] p = pc-pt (3)
[0163] 4.估算呼吸道通氣阻力F :
[0164] 呼吸道通氣阻力包括兩個(gè)方面：彈性阻力和非彈性阻力，前者來自肺組織和胸廓 壁的回縮，后者來自呼吸道氣流摩擦阻力；
[0165] 1)彈性阻力Ft:
[0166] 彈性阻力的倒數(shù)稱為順應(yīng)性，用單位壓力作用下（用以克服阻力）所能引起的肺 部和胸腔容量改變，正常成年人的肺部順應(yīng)性和胸廓順應(yīng)性均約為〇. 21/cmH20(水柱高）， 總順應(yīng)性為二者之和，下降為0. ll/cmH20(水柱高）；
[0167] 肺順應(yīng)性因肺充血，肺不張，表面活性物質(zhì)減少和肺纖維化等原因減退，胸廓順應(yīng) 性會(huì)因肥胖，胸廓畸形，胸膜增厚和腹內(nèi)占位等病變而下降，但對(duì)肺氣腫患者，在彈性纖維 已破壞，尚未被纖維組織替代之前，順應(yīng)性反而增大；
[0168] 肺部順應(yīng)性還與個(gè)人肺容量大小相關(guān)，如果考慮單位肺容量下的順應(yīng)性，成為比 順應(yīng)性，比順應(yīng)性因人而異，比順應(yīng)性越低，呼吸道通氣的彈性阻力就越大，可通過醫(yī)學(xué)檢 測(cè)得到個(gè)人與正常人的彈性阻力差距，用改變比例系數(shù)的方式來估計(jì)使用者的通氣阻力大 小，比如某塵肺病患者，其呼吸道總順應(yīng)性僅為0. 05/cmH20(水柱高），為正常人的一半，所 以其通氣的彈性阻力約為后者的2倍；
[0169] 2)非彈性阻力Fe:
[0170] 非彈性阻力的大小與呼吸的速度和深度有關(guān)，平靜呼吸時(shí)，呼吸形成的氣流速度 很小，非彈性阻力的數(shù)值很小，可以忽略，相反，深呼吸形成的氣流速度大，與呼吸道內(nèi)表面 的摩擦增大，非彈性阻力會(huì)顯著增大，定量噴射，噴霧噴射或超聲噴射是儀器噴射藥物，噴 射速度快，所以非彈性阻力大，使用者只需配合進(jìn)行吸氣即可，所以彈性阻力反而小，對(duì)于 干粉吸入，必須用力吸氣，彈性阻力和非彈性阻力都較大，需要根據(jù)使用者的比順應(yīng)性和霧 化氣流的初始速度來分別估算彈性阻力和非彈性阻力的大??；
[0171] 5.計(jì)算霧化氣流到達(dá)預(yù)定沉積部位所需的時(shí)間t :
[0172] 將含有藥物顆粒的霧化氣流作為粘滯流體看待，從其噴出到預(yù)定沉積部位所通過 的途徑簡(jiǎn)化為一根長(zhǎng)為H，直徑為h的管道，霧化氣流從噴出開始計(jì)算，到達(dá)管道中某一指 定部位所需時(shí)間t是霧化氣流總行程s，氣流流量1，氣流流經(jīng)管道的兩端壓差p，呼吸道阻 力F，氣流粘滯系數(shù)η和模擬管道幾何尺寸Η和h的復(fù)雜函數(shù)：
[0173] t = f (s, 1, p, F, η , H, h) (4)
[0174] 1)對(duì)于定量噴射，噴霧噴射或超聲噴射這一類靠?jī)x器噴射藥物的情況，可忽略Ft 的影響，并假定當(dāng)氣流速度不太高時(shí)Fe的影響也很小，使得氣流流動(dòng)呈現(xiàn)層流狀態(tài)，則有：
[0175] 1 = Gp (5)
[0176] 其中氣導(dǎo)系數(shù)：
[0177]

【權(quán)利要求】
1. 一種呼吸道給藥的方法，其特征在于，該呼吸道給藥的方法包括以下步驟： 讓藥物或含有藥物的顆粒帶上某種極性的電荷，在人體主動(dòng)或被動(dòng)吸入這些帶電藥物 顆粒的同時(shí)或之前，讓人體帶上與藥物顆粒同樣極性的電荷，直到藥物顆粒隨氣流到達(dá)預(yù) 定沉積的部位； 立即讓人體所帶電荷的極性轉(zhuǎn)變，使得此時(shí)人體帶電與藥物顆粒帶電的極性相反，使 得藥物顆粒在電場(chǎng)力作用下快速沉積在該預(yù)定部位的呼吸道表面； 讓呼吸道給藥分為若干次進(jìn)行，采用電流計(jì)或電壓計(jì)，監(jiān)測(cè)每一次藥物顆粒在呼吸道 表面沉積放電所形成的電信號(hào)量，將信號(hào)量累加后得到多次給藥的總電信號(hào)量，根據(jù)實(shí)驗(yàn) 測(cè)量得到放電信號(hào)量和藥物沉積量之間的數(shù)值比例關(guān)系，計(jì)算出藥物在指定呼吸道部位上 的總沉積量。
2. 如權(quán)利要求1所述的呼吸道給藥的方法，其特征在于，讓藥物顆粒帶上所需電荷的 方法包括： 對(duì)于水溶性液體藥物，讓液體直接與某一極性的電極連接，由于水的導(dǎo)電能力，從帶電 藥液中噴射出來的液體顆粒會(huì)帶上一定電量的同極性電荷，并能順利進(jìn)入呼吸道，到達(dá)肺 部或所需沉積的任何部位； 對(duì)于非水溶性液體藥物，電阻率不大于1(Γ5 Ω . m，均可采用上述水溶性藥物的方式產(chǎn)生 帶電藥物顆粒； 對(duì)于電阻率較大的液態(tài)藥物，通過添加電阻率較小而又不影響藥物療效的液體，如生 理鹽水，使混合液體藥物的電阻率減小，從而可用讓液體直接與某一極性的電極連接的方 法，使液體顆粒也帶電荷； 對(duì)于電阻率較大的液態(tài)藥物，讓藥物先通過小口徑的導(dǎo)電材質(zhì)噴嘴，然后噴射成霧 狀，噴嘴需要與電極連接，液體被擠壓通過噴嘴時(shí)被帶上靜電荷，使隨后形成的霧滴也帶電 荷； 對(duì)于電阻率較大的液態(tài)藥物，讓藥物先通過至少一層小孔徑導(dǎo)電材質(zhì)網(wǎng)被分散成霧 狀，電材質(zhì)網(wǎng)與電極連接，液體穿過導(dǎo)電網(wǎng)時(shí)被帶上電荷，使隨后形成的霧滴也帶電荷； 對(duì)于電阻率較大的液態(tài)藥物，讓已形成的霧化藥物通過至少一層小孔徑導(dǎo)電材質(zhì)網(wǎng)， 需要與電極連接，霧滴穿過導(dǎo)電網(wǎng)時(shí)被荷電； 對(duì)于粉狀藥物，讓藥物先通過小口徑的導(dǎo)電材質(zhì)噴嘴，然后噴射成霧狀，噴嘴需要與電 極連接，粉狀顆粒被擠壓通過噴嘴時(shí)被荷電； 對(duì)于粉狀藥物，讓已形成的霧化藥物通過至少一層小孔徑導(dǎo)電材質(zhì)網(wǎng)，需要與電極連 接，粉狀顆粒穿過導(dǎo)電網(wǎng)時(shí)被荷電； 對(duì)于粉狀藥物，讓粉狀顆粒預(yù)先與已帶電的生理鹽水混合，或被后者潤(rùn)濕，然后被霧 化，霧化后的顆粒物表面帶有液體并荷電； 對(duì)于粉狀藥物，讓霧化后的藥物顆粒與預(yù)先已帶電的水霧混合，讓粉狀顆粒與水霧粒 子結(jié)合后帶電； 對(duì)于粉狀藥物，讓粉狀顆粒預(yù)先通過充滿某種極性離子，如負(fù)離子的區(qū)域，讓顆粒與離 子結(jié)合后帶上與離子相同的電荷，充滿離子的區(qū)域可通過尖端放電，離子風(fēng)或電暈場(chǎng)方式 產(chǎn)生。
3. 如權(quán)利要求1所述的呼吸道給藥的方法，其特征在于，人體帶上所需電荷的方法： 人體與大地絕緣后，讓身體的某部位通過導(dǎo)線連接電極，比如讓手指帶上與電極連接 的導(dǎo)電環(huán)或用手握住儀器手柄，而儀器手柄與電極連接； 人體與大地連接，相應(yīng)電極也接地，即人體處于〇電位，讓藥物顆粒帶上正或負(fù)電荷， 進(jìn)入人體后，因靜電力作用而很快在呼吸道壁內(nèi)表面沉積。
4. 如權(quán)利要求1所述的呼吸道給藥的方法，其特征在于，讓霧化氣流準(zhǔn)確沉積在指定 部位的方法包括： 計(jì)算使用者呼吸道各部位長(zhǎng)度、計(jì)算霧化氣流到達(dá)預(yù)定沉積部位的總行程、測(cè)量霧化 氣流初始速度、計(jì)算霧化氣流流量、估計(jì)霧化氣流在呼吸道中的阻力、計(jì)算霧化氣流到達(dá)預(yù) 定沉積部位所需時(shí)間、根據(jù)計(jì)算出的氣流到達(dá)時(shí)間，轉(zhuǎn)換人體荷電極性，讓藥物顆粒在電場(chǎng) 力作用下沉積在預(yù)定部位。
5. 如權(quán)利要求4所述的呼吸道給藥的方法，其特征在于，計(jì)算霧化氣流的流量方法為： 根據(jù)測(cè)出的霧化氣流初始速度以及噴嘴或霧化氣流出口處的孔徑，按下式計(jì)算霧化氣 流流量：
6. 如權(quán)利要求4所述的呼吸道給藥的方法，其特征在于，估算驅(qū)動(dòng)霧化氣流流動(dòng)的壓 差P方法為： 空氣能夠進(jìn)入肺泡的動(dòng)力來自肺泡壓力Pt與外界氣壓之差，平靜吸氣時(shí)，壓差約為 l-2mmHg，深呼吸時(shí)； 1) 定量噴射，噴霧噴射或超聲噴射主要靠?jī)x器噴射壓力Ρ〇,使用者只需配合進(jìn)行平靜 吸氣即可，所以，驅(qū)動(dòng)霧化氣流流動(dòng)的壓差是： Ρ = Ρ〇 - Pt 2) 干粉吸入全靠自身呼吸驅(qū)動(dòng)，所以驅(qū)動(dòng)壓差是大氣壓p。和肺泡壓力之差： P = Pc_Pt°
7. 如權(quán)利要求4所述的呼吸道給藥的方法，其特征在于，計(jì)算霧化氣流到達(dá)預(yù)定沉積 部位所需的時(shí)間t : 將含有藥物顆粒的霧化氣流作為粘滯流體看待，從噴出到預(yù)定沉積部位所通過的途徑 簡(jiǎn)化為一根長(zhǎng)為H，直徑為h的管道，霧化氣流從噴出開始計(jì)算，到達(dá)管道中某一指定部位 所需時(shí)間t是霧化氣流總行程s，氣流流量1，氣流流經(jīng)管道的兩端壓差p，呼吸道阻力F，氣 流粘滯系數(shù)Π 和模擬管道幾何尺寸Η和h的復(fù)雜函數(shù)： t = f (s, 1, p, F, n , H, h) 1)對(duì)于定量噴射，噴霧噴射或超聲噴射這一類靠?jī)x器噴射藥物的情況，可忽略Ft的影 響，并假定當(dāng)氣流速度不太高時(shí)Fe的影響也很小，使得氣流流動(dòng)呈現(xiàn)層流狀態(tài)，則有： 1. Gp (5) 其中氣導(dǎo)系數(shù)：
(6) 其中管道平均壓力： Pj = (p〇+Pt)/2 (7) 因?yàn)椋? It = s Jr h2/4 (8) 由方程
和（5)-⑶可推出： t = 256sH η / [ π D2v〇h2 (p〇+pt) ] (9) 根據(jù)前述測(cè)量和計(jì)算方法可以得到s，D，V(l，P(l和pt各參數(shù)值，合理設(shè)定H和h后，即可 按（9)計(jì)算出霧化氣流到達(dá)預(yù)定沉積部位所需的時(shí)間t ; 2)對(duì)于干粉吸入或者定量噴射，噴霧噴射或超聲噴射的速度超過一定限度的情況，不 可忽略Ft和Fe的影響，氣流流動(dòng)呈現(xiàn)湍流狀態(tài)； 判斷是否達(dá)到湍流狀態(tài)的臨界速度用下列公式表示： Vp = Rcn/(ph) (10) 其中P是氣流密度，R。是臨界雷諾數(shù)。
8. 如權(quán)利要求4所述的呼吸道給藥的方法，其特征在于，計(jì)算藥物顆粒在電場(chǎng)作用下 的沉降速度u: 在無電場(chǎng)作用的情況下，霧化氣流中，直徑5. 0-8. 0 μ m的藥物粒子由于慣性碰擊而沉 積在咽、喉及大呼吸道；直徑1. 0-5. 0 μ m的粒子主要以重力沉積形式分別沉積在10-17級(jí) 支氣管壁；直徑〇. 5-1. 0 μ m的粒子沉積于呼吸性細(xì)支氣管及肺泡壁；直徑小于0. 2 μ m以 下粒子，則以布朗運(yùn)動(dòng)的形式沉積于肺泡，其中直徑小于1. 〇 μ m的粒子大部分會(huì)隨呼氣流 排出，而直徑1. 0-3. Ομπι的粒子在細(xì)支氣管和肺泡內(nèi)沉降率最高； 根據(jù)斯托克斯定律，在電場(chǎng)力作用下，荷電顆粒物的沉積速度u可表示為： u = d2(p k-p )a/(18 n) (11) 其中a是電場(chǎng)力作用下，荷電顆粒的沉積加速度，d是顆粒直徑，Pk是顆粒密度，Ρ是 氣體密度，Π是氣體粘度，根據(jù)庫(kù)倫定律，顆粒沉積加速度： a = kq!q2/ ( p kr2) (12) 其中qi和q2是顆粒荷電和人體荷電量，r是顆粒和呼吸道管壁之間的距離，k是比例 常數(shù)，由（11)和（12)式，得到： u = kq1q2d2 ( p k- ρ ) / (18 n ρ kr2) (13) 計(jì)算表明，在Ql，q2足夠的條件下，藥物顆粒在電場(chǎng)力作用下的沉降速度u遠(yuǎn)大于霧化 氣流速度，所以一旦人體帶電的極性轉(zhuǎn)變?yōu)榕c顆粒荷電極性相反，藥物顆粒就能迅速沉積 在氣流到達(dá)部位的呼吸道表面。
9. 一種呼吸道給藥的裝置，其特征在于，該呼吸道給藥的裝置包括：超聲噴霧器、容器 室、液體藥液、霧化氣流噴出口、藥物顆粒、導(dǎo)電板、第一導(dǎo)線、第一高壓靜電輸出電極、第二 高壓靜電輸出電極、第二導(dǎo)線、導(dǎo)電環(huán)、靜電發(fā)電器、中央控制器、電源、呼吸道主氣管、人體 肺部、速度探頭、超聲振動(dòng)晶片、吹風(fēng)扇、觸摸屏、聲光報(bào)警器、第一電流計(jì)或電壓計(jì)、第一信 號(hào)線、第二信號(hào)線、第三信號(hào)線、第四信號(hào)線； 超聲噴霧器設(shè)置在容器室的底部，超聲噴霧器內(nèi)部設(shè)置超聲振動(dòng)晶片，液體藥物中設(shè) 置導(dǎo)電板，導(dǎo)電板通過第一導(dǎo)線連接第一高壓靜電輸出電極，導(dǎo)電環(huán)通過第二導(dǎo)線連接第 二高壓靜電輸出電極，電源連接高壓靜電發(fā)生器，高壓靜電發(fā)生器連接中央控制器，中央控 制器連接觸摸屏和聲光報(bào)警器，速度探頭設(shè)置在霧化氣流噴出口的頂端，第一信號(hào)線連接 中央控制器，超聲振動(dòng)晶片設(shè)置在超聲噴霧器內(nèi)，吹風(fēng)扇設(shè)置在容器室中，吹風(fēng)扇通過第四 信號(hào)線連接中央控制器，吹風(fēng)強(qiáng)度和時(shí)間受到中央控制器通過第四信號(hào)線進(jìn)行的控制，第 二導(dǎo)線通過第一電流計(jì)或電壓計(jì)連接第二高壓靜電輸出電極。
10.如權(quán)利要求9所述的呼吸道給藥的裝置，其特征在于，速度探頭還包括：藥物噴嘴、 環(huán)形圈、螺旋線圈、第二電流計(jì)或電壓計(jì)； 環(huán)形圈設(shè)置在藥物噴嘴上，螺旋線圈纏繞在環(huán)形圈上，螺旋線圈連接第二電流計(jì)或電 壓計(jì)。
【文檔編號(hào)】A61M31/00GK104138630SQ201410369988
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】何宗彥 申請(qǐng)人:北京銀河之舟環(huán)?？萍加邢薰?br>