Пристрій для дозування й аерозолізації аерозолізованого матеріалу та система для дозування й сухого розпилення матеріалу, що розпорошується (варіанти)

Реферат: Винахід належить до пристрою для дозування й аерозолізації аерозолізованого матеріалу. Запропонований у винаході пристрій містить корпус із каналом аерозолізації, який має дистальну приєднувальну частину, що з'єднується з джерелом газу-носія, яке подає імпульси тиску у канал аерозолізації, проксимальну приєднувальну частину для виводу аерозолізованого матеріалу й резервуар для розміщення аерозолізованого матеріалу. Резервуар має стінки, герметично з'єднаний з корпусом і сполучається з каналом аерозолізації. Щонайменше частина стінок пристрою являє собою самозбудні мембрани, що приводяться у коливальний рух імпульсами тиску. UA 103921 C2 (12) UA 103921 C2 UA 103921 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до пристрою для дозування й аерозолізації аерозолізованого матеріалу, зокрема порошкоподібних лікарських речовин, таких, наприклад, як фармацевтичні препарати для інгаляції. Пристрій особливо підходить для аерозолізації порошкоподібних препаратів легеневих сурфактантів. Рівень техніки Фахівцеві відомі пристрої для аерозолізації ("сухого розпилення") аерозолізованого ("розпорошуваного") сухого матеріалу. Наприклад, у відношенні аерозолізації порошкоподібних фармацевтичних препаратів були описані так звані порошкові інгалятори, що розпорошують сухі порошки. У таких пристроях на аерозолізований матеріал, наприклад порошкоподібну лікарську речовину, у спеціально передбаченій камері впливають стисненим газом, або газом-носієм, і всередині цієї камери аерозолізований матеріал переводиться у стан, який називається аерозолем або сухим туманом. При цьому частинки матеріалу перебувають у вигляді тонкодисперсної суспензії, розподіленої - переважно рівномірно - за всім об'ємом стисненого газу, або газу-носія, і потім у цьому стані випускаються з камери за допомогою відповідних пристроїв. Такі пристрої можуть використовуватися для введення лікарських речовин в організм пацієнтів зі спонтанним (самостійним) диханням або пацієнтів зі штучною вентиляцією легенів. Для застосування у випадку пацієнтів зі спонтанним диханням ці пристрої звичайно підключаються до відповідного мундштука або дихальної маски. При інвазивному застосуванні, тобто у випадку пацієнтів зі штучною вентиляцією легенів, ці пристрої подають аерозолізовану лікарську речовину у систему штучної вентиляції легенів, що потім доставляє аерозолізований матеріал у легені пацієнта. Однак відомим дотепер пристроям для аерозолізації порошкоподібного матеріалу властива та проблема, що доставка пацієнтові лікарських речовин у великих кількостях, якщо й можлива, то лише зі значними витратами на апаратурне оформлення, наприклад за допомогою складних механічних дозуючих пристроїв. Як правило, відомі пристрої підходять для аерозолізації фармацевтичних кількостей у діапазоні приблизно від 1 мкг приблизно до 20 мг. Деякі ж лікарські речовини, такі, наприклад, як препарати легеневих сурфактантів, тобто поверхневоактивних речовин легені (ПАРл), потрібно вводити в організм у великих кількостях, що наприклад перевищують 100 мг або навіть у кількостях, вимірюваних грамами, що при використанні звичайних порошкових інгаляторів вимагає проведення інгаляції протягом дуже довгого часу. Другою проблемою пристроїв, відомих із рівня техніки, може бути відтворюваність кількості аерозолізованого матеріалу, що доставляється пацієнтові. Ця проблема особливо актуальна, коли при зберіганні аерозолізованого матеріалу або навіть під час роботи інгалятора частинки аерозолізованого матеріалу злипаються у більші частинки, що мають інші аеродинамічні характеристики. У великих частинок шансів потрапити у місце їх призначення, углиб легені, набагато менше, оскільки вони схильні осідати у верхніх дихальних шляхах або у гортані, або навіть де-небудь в інгаляційному апараті. Проблема введення в організм великих кількостей аерозолізованого матеріалу, такого як препарати легеневих сурфактантів, точно у заданих дозах, стосується всіх ділянок устаткування, яке використовується для інгаляції: пристрою подачі повітря і його контролера, самого аерозолізуючого вузла, системи трубопроводів і клапанів (включаючи внутрішні поверхні системи штучної вентиляції легенів, якщо така передбачена) і кінцеві дихальні пристрої (маска, трубка), іншими словами, всі ділянки, на яких можуть мати місце неконтрольована втрата аерозолізованих частинок, обумовлена їхнім небажаним осадженням, що тягне зменшення дози, яка доставляється пацієнтові, а також закупорення просвітів. Однією проблемою, з якою звичайно зіштовхуються у випадку звичайних аерозолізуючих вузлів, є те, що аерозолізований матеріал, що перебуває у вигляді пухкого заряду у контейнері для його зберігання, наприклад у наявному на ринку фармацевтичному флаконі, схильний до злипання його частинок, обумовленому якістю їх поверхні й/або вмістом у ньому вологи, що може привести до закупорення порівняно вузького прохідного перетину отвору флакона. Такому злипанню піддаються також препарати легеневих сурфактантів. Подібні закупорення звичайно усуваються тільки придатними механічними засобами, які використовуються для того, щоб забезпечити безперервне дозування аерозолізованого матеріалу протягом досить довгого періоду часу. Крім того, як уже було відзначено вище, частинки аерозолізованого матеріалу, що злиплися, наприклад препаратів легеневих сурфактантів, звичайно нездатні проникати у легені з тією же ефективністю й за тією же схемою локального розподілу/осадження, що й менше великі, незлиплі частинки. У відомому з рівня техніки аерозолізуючому вузлі, розкритому у публікації GВ 24848 А, резервуар аерозолізованого матеріалу з'єднаний вузьким проходом з камерою, в яку за 1 UA 103921 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 допомогою шприца нагнітають повітря. При нагнітанні у резервуар повітря і його завихренні у резервуарі злиплі аерозолізовані частинки розділяються, після чого розсіяний аерозолізований матеріал витісняється через камеру й випускається з сопла у напрямку до пацієнта. У публікації FR 2598918 А аерозолізований матеріал, на відміну від попереднього рішення, подається архімедовим гвинтом у струмінь стисненого повітря, де відбувається розсіювання частинок. У багатьох випадках необхідно забезпечити швидке введення у легені високої дози аерозолізованого матеріалу у формі, здатній проникати в альвеоли, при забезпеченні сталості дозування, швидкою чергою й за час у декілька хвилин. Однак обидві вищезгадані системи не можуть забезпечити введення в організм високих доз аерозолізованого матеріалу й, через їхню геометрію й механізм розсіювання, як і раніше піддані злипанню частинок, що відбувається, наприклад, у камері або у забезпеченому шнеком бункері, так що точне дозування залишається проблематичним. У дійсності, таке введення якщо й було взагалі можливим, то лише зі значними витратами на апаратурне оформлення. У публікації WO 2006/108558 А1 розкривається пристрій для дозування й аерозолізації порошку, в якому поділ злиплих частинок аерозолізованого матеріалу, такого як порошкоподібний препарат легеневого сурфактанта, досягається за допомогою компенсації тиску між імпульсами тиску, що посилаються у канал аерозолізації пристрою. Сила, що зрушує, необхідна для поділу злиплих частинок, створюється за допомогою високого тиску під час імпульсів. Хоча ця система за досягнутими результатами й перевершує відомі з рівня техніки системи відносно доставленої концентрації аерозолізованого матеріалу, не вирішеною залишається проблема прилипання залишків аерозолізованого матеріалу до внутрішніх поверхонь системи, таких як поверхні стінок резервуара або нижня поверхня каналу аерозолізації. Ще одна проблема стосується вихідних характеристик дозуючого пристрою, такого як розкрито у публікації WО 2006/108558 А1. Оскільки дозуючий пристрій використовує для поділу злиплих частинок імпульси тиску, виникає питання про можливий вплив таких пульсацій тиску на пацієнта. Імпульси тиску мають значну величину, а виходить, дозуючий пристрій не можна прямо підключати до кінцевих дихальних пристроїв пацієнта, таких як маски у випадку пацієнтів зі спонтанним диханням. Для пацієнтів зі штучною вентиляцією легенів вихід дозуючого пристрою повинен бути підключений до апарата штучної вентиляції легенів, щоб забезпечити як достатнє, так і точне дозування, а також подачу необхідної кількості кисню. Крім того, у випадку дітей молодшого віку об'єм і дозування подаваного аерозолю, а також парціальний тиск кисню й тиск у дихальних шляхах є ще більше критичними, ніж у дорослих, і вимагають особливої уваги. Оскільки у випадку дітей молодшого віку звичайний підхід до подачі ліків, що зважуються у повітрі, через передаючі тиск респіратори й трубки створює вкрай високе навантаження на організм, для цього необхідні спеціалізовані встаткування й приміщення. Розкриття винаходу Таким чином, мета даного винаходу полягає у створенні пристрою для дозування й аерозолізації аерозолізованого сухого матеріалу, яке дозволило б перебороти описані вище проблеми наявності залишків аерозолізованого матеріалу й забезпечило б аерозолізацію й доставку пацієнтові практично всього наявного у пристрої аерозолізованого матеріалу, тим самим забезпечивши раніше не досягнуту точність дозування також якщо буде потреба введення в організм великих об'ємів сухого порошку. Оскільки сфера застосування запропонованого у винаході пристрою не обмежена дозуванням і аерозолізацією речовин медичного призначення, таких як речовини, які використовують для діагностики й/або для лікування, ще одна мета винаходу полягає у створенні пристрою для дозування й аерозолізації аерозолізованого сухого матеріалу, яке дозволило б перебороти описані вище проблеми наявності залишків аерозолізованого матеріалу й забезпечило б аерозолізацію практично всього наявного у пристрої аерозолізованого матеріалу. Також мета винаходу полягає у створенні системи для дозування й аерозолізації аерозолізованого сухого матеріалу, яке забезпечило б можливість лікування пацієнтів зі спонтанним диханням, а також зі штучною вентиляцією легенів і могло б використовуватися у відношенні як дорослих, так і дітей. Ці мети досягаються за допомогою охарактеризованого у пункті 1 формули пристрою для дозування й аерозолізації аерозолізованого сухого матеріалу. Часткові й кращі варіанти здійснення винаходу охарактеризовані у відповідних залежних пунктах формули. Першим об'єктом винаходу є новий пристрій для дозування й аерозолізації аерозолізованого сухого матеріалу, що містить корпус із каналом аерозолізації, який має дистальну приєднувальну частину, що з'єднується з джерелом пульсуючого потоку газу-носія, 2 UA 103921 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 який подає імпульси тиску газу у канал аерозолізації, і проксимальну приєднувальну частину для виводу аерозолізованого матеріалу ("аерозолю") у напрямку до пацієнта, а також резервуар для розміщення аерозолізованого матеріалу (терміни "проксимальна" і "дистальна" використовуються у контексті винаходу по відношенню до пацієнта, тобто як "ближня до пацієнта" і "віддалена від пацієнта"). Переважно, щоб пристрій також мав приєднувальну ділянку, яка з'єднується з джерелом непульсуючого потоку газу-носія, що служить для транспортування аерозолю, який утворився, з каналу аерозолізації або з резервуара у напрямку до пацієнта. Резервуар має стінки, герметично з'єднаний з корпусом і сполучається з каналом аерозолізації. Щонайменше частини стінок являють собою мембрани, що приводяться у коливальний рух. Хоча останній може бути реалізований будь-яким типом приводу, переважно, щоб мембрани являли собою самозбудні мембрани, що приводяться у коливальний рух імпульсами тиску. Переважно, щоб запропонований новий пристрій містив засоби для передачі енергії коливань між різними зонами мембран. Зазначені засоби можуть вигідним способом утилізувати енергію коливань, порушуваних імпульсами тиску. Енергію коливань переважно передавати з сильніше коливних зон мембран у слабкіші коливні зони. Це дозволяє вирівнювати (компенсувати) різниці тисків між мембранами, активізуючи у такий спосіб слабкіші коливні зони. Подібна передача енергії може бути реалізована, наприклад, за допомогою трубки, що з'єднує проксимальну приєднувальну частину й/або канал аерозолізації й дистальний резервуар пристрою. Під "мембраною" у контексті винаходу розуміється будь-яка структура, що має вигляд аркуша, непроникна для газу, рідини й аерозолізованого матеріалу й утворює щонайменше частину оболонки, що втримує аерозолізований матеріал у резервуарі. Поняття "самозбудна" відноситься у контексті винаходу до властивості мембрани пружно деформуватися й коливатися (вібрувати), реагуючи на подавані у пристрій імпульси тиску газу-носія. У цьому зв'язку варто мати на увазі, що, залежно від матеріалу мембрани, мембрана повинна бути досить тонкою і гнучкою, щоб деформуватися під дією імпульсів тиску. Як приклади матеріалу мембран можна назвати еластичні полімери, такі як силікон, але фахівцеві буде очевидна можливість застосування також інших матеріалів. Завдяки тому, що запропонований у винаході пристрій забезпечений виконаними у вигляді мембран стінками (мембранні стінки), він здатний використовувати практично всю кількість аерозолізованого сухого матеріалу, що зберігається у резервуарі, й перетворювати його в аерозоль, оскільки коливання мембранних стінок резервуара збивають і розпушують аерозолізований матеріал, що дозволяє йому падати у дозуючу камеру під резервуаром. Процес аерозолізації описаний, наприклад, у публікації WО 2006/108558. Таким чином, винахід дозволяє після кожного імпульсу тиску розпоряджатися рівномірно пухким зарядом аерозолізованого сухого матеріалу, що перебуває у пристрої дозування й аерозолізації, у результаті чого виключається ущільнення матеріалу, що поступово підсилюється, а рівномірне дозування гарантується протягом значного періоду часу. Таким чином, запропонований у винаході пристрій легко дозволяє дозувати аерозолізований матеріал у великих кількостях з високим ступенем відтворюваності й, що переважно, без використання деталей, що рухаються. Крім того, під час вирівнювання тисків між каналом аерозолізації й резервуаром, досягається розпушення заряду аерозолізованого матеріалу. Таким чином, стає можливим те, що суміш стисненого газу-носія й матеріалу містить переважно розділені частинки, у кращому випадку - винятково або майже винятково частинки, за розміром відповідають первинним, незлиплим частинкам аерозолізованого матеріалу. Якщо аерозолізованим матеріалом є порошкоподібна лікарська речовина, така, наприклад, як порошкоподібний легеневий сурфактант, стає можливим те, що у суміші стисненого газу й цього матеріалу присутні первинні частинки лікарської речовини, що перебувають у резервуарі. Щодо цього запропонований у винаході пристрій забезпечує, переважно не маючи взагалі ніяких механічних деталей, що рухаються, оптимальну аерозолізацію аерозолізованого сухого матеріалу, навіть розбиваючи грудки частинок до розміру первинних частинок. У тому кращому випадку, коли запропонований у винаході пристрій використовується для дозування й аерозолізації речовин, призначених для терапевтичних і/або діагностичних потреб, розмір первинних частинок аерозолізованого матеріалу переважно відповідає середньому масовому аеродинамічному діаметру (ММАD - скор. від англ. "mass median аеrоdуnаmіс diameter"), значення якого таке, що частинки здатні проникати у легені, тобто попадати у місце їх дії у дихальних шляхах або в альвеолах легенів. Значення ММАD частинок, здатних проникати у легені, перебуває у діапазоні від 1 до 5 мкм. Отже, відповідно до винаходу бажаний діапазон значень ММАD частинок у суміші стисненого газу й матеріалу становить від 1 до 5 мкм. 3 UA 103921 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Переважно, щоб у корпусі між резервуаром і каналом була передбачена лійкоподібна частина, яка звужується до каналу аерозолізації, і щоб стінки лійкоподібної частини являли собою самозбудні мембрани. Лійкоподібна частина перебуває там, куди аерозолізований матеріал із резервуара падає й збирається, перше ніж потрапити у канал аерозолізації. Імпульси перепаду тисків, що виникають у результаті проходження імпульсів тиску, використовуючи принцип Вентури, створюють градієнт тиску, що забезпечує усмоктування аерозолізованого матеріалу у канал аерозолізації й захоплення цього матеріалу потоком газуносія, чим створюється висококонцентрований аерозоль. Оскільки стінки лійкоподібної частини являють собою самозбудні мембрани, матеріал, що збирається у лійкоподібній частині, не залишається прилиплим до її стінок, і практично весь цей матеріал може захоплюватися газомносієм. Резервуар переважно забезпечений кришкою, що містить мембрану, звернену у резервуар. Якщо кришка як така дозволяє заповнювати резервуар і поповнювати його, то мембрана на кришці також буде коливатися й сприяти повному поділу злиплих частинок аерозолізованого матеріалу та їх відділенню від внутрішніх поверхонь резервуара. При бажанні між мембраною й кришкою може бути розміщений поглинач газів і/або вологи. Додатково самозбудна мембрана може бути передбачена як частина дна (нижньої стінки) каналу аерозолізації під його з'єднанням із резервуаром. Коли аерозолізований матеріал падає у канал аерозолізації, не завжди весь цей матеріал відразу захоплюється потоком газу-носія, і частина матеріалу може осісти й зібратися під згаданим з'єднанням. Завдяки тому, що ця зона забезпечена самозбудною мембраною, імпульси тиску, що посилаються через канал аерозолізації, збуджують цю мембрану, змушуючи її коливатися, у результаті чого осілий матеріал захоплюється газом-носієм. Цю конфігурацію можна назвати мембраною з "пасивним" керуванням. Також можливий варіант із установкою приводу (актюатора), з'єднаного з мембраною таким чином, щоб приводити мембрану у коливальний рух. У цьому випадку мова йде про "активне" керування. Нарешті, переважно, щоб резервуар і корпус були виконані за одне ціле. Перевага цього полягає у можливості створення одноразового пристрою, в якому повна доза аерозолізованого матеріалу, що міститься, ретельно контролюється виробником, і можна виключити внесення забруднень і неправильне дозування, обумовлене неточністю заповнення резервуара. Другим об'єктом винаходу є система для дозування й аерозолізації аерозолізованого сухого матеріалу, що включає у себе описаний вище пристрій для дозування й аерозолізації аерозолізованого сухого матеріалу. Крім того, з проксимальною приєднувальною частиною пристрою для дозування й аерозолізації аерозолізованого матеріалу з'єднаний перший порожнистий розширювач, що має дистальну частину з внутрішніми стінками, які звужуються у напрямку до проксимальної приєднувальної частини зазначеного пристрою, і проксимальну частину з внутрішніми стінками, які звужуються у напрямку до пацієнта, причому між дистальною й проксимальною частинами першого порожнистого розширювача переважно розташована центральна циліндрична частина. Під "розширювачем" у контексті винаходу розуміється додатковий елемент газового тракту, за яким проходить дихальний газ або газ-носій/аерозоль і який привносить у тракт простір для розширення пульсуючого газового потоку. Геометрія першого порожнистого розширювача забезпечує гасіння імпульсу тиску газу, що несе пацієнтові аерозоль, і одночасне зменшення пов'язаного з цим шуму, причому розширювач діє багато у чому аналогічно заглушувачу. Таким чином, як у випадку пацієнтів зі спонтанним диханням, так і у випадку пацієнтів зі штучною вентиляцією легенів аерозоль надходить до пацієнта більше рівномірно й без неприйнятних сплесків тиску. Відповідно до кращого варіанта здійснення винаходу внутрішні стінки дистальної частини, центральної частини й/або проксимальної частини першого порожнистого розширювача містять самозбудні мембрани. Коли у систему входить імпульс перепаду тисків (імпульс надлишкового тиску), мембрани у силу своєї пружності роблять коливальні рухи, завдяки чому ця конструкція дозволяє уникнути прилипання частинок із складу аерозолю до стінок розширювача, через який прилиплі частинки залишаються на стінках. Також переважно, щоб між дистальною й центральною частинами першого порожнистого розширювача був передбачений кільцевий зазор, що підключається до джерела допоміжного повітря. У цей кільцевий зазор можна подавати допоміжне повітря, яке омиває розширювач зсередини й не дозволяє аерозолізованому матеріалу залишатися у розширювачі, прилипаючи до його стінки. Найбільше переважно, щоб геометрія кільцевого зазору забезпечувала формування захисного потоку допоміжного повітря уздовж стінок циліндричної частини 4 UA 103921 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розширювача, у такий спосіб розміщуючи потік аерозолю, що входить у розширювач, у повітряну оболонку й ефективно допомагаючи уникати осадженню аерозолізованих частинок на стінках розширювача. У кращому варіанті здійснення винаходу запропонована у винаході система містить у собі також другий порожнистий розширювач, приєднаний до проксимальної частини першого порожнистого розширювача й дистально до з'єднувача з боку пацієнта, причому у дистального кінця другого порожнистого розширювача передбачений вхід зі зворотним клапаном для атмосферного повітря, а у проксимального кінця - вихід для видихуваного газу. Другий порожнистий розширювач переважно має більший поперечний переріз і об'єм, ніж вищезгаданий перший порожнистий розширювач, і у кращому виконанні може бути циліндричним, хоча винахід не передбачає обмежень його форми. Це компонування особливо вигідне для введення аерозолізованого матеріалу пацієнтам зі спонтанним диханням. Як і перший порожнистий розширювач, другий порожнистий розширювач служить для гасіння імпульсів перепаду тисків, що надходять від джерела стисненого повітря й проходять через пристрій дозування й аерозолізації, а також для зменшення пов'язаного з ними шуму. Разом із тим, він також виконує функцію вмістища, або ресивера, для проміжного зберігання аерозолю, тобто аерозолізованого матеріалу, зваженого у газі-носії. З цього ресивера, що підключений до мундштука пацієнта, пацієнт зі спонтанним диханням може вдихати задану дозу аерозолізованого матеріалу. Завдяки розширенню другого порожнистого розширювача у поперечному перерізі та його великому об'єму стосовно першого порожнистого розширювача, негативний дихальний тиск (розрідження), який необхідно створювати для втягування й вдихування аерозолізованого матеріалу з другого порожнистого розширювача, не стає надмірним, як це було б у випадку, якби пристрій дозування й аерозолізації й перший порожнистий розширювач були б підключені до пацієнта прямо. Крім того, інгаляція аерозолізованого матеріалу з першого або другого розширювача додатково полегшується подачею допоміжного повітря, описаною вище. В альтернативному кращому варіанті здійснення винаходу пристрій аерозолізації підключений до системи штучної вентиляції легенів, що працює як система підтримки постійно позитивного тиску у дихальних шляхах (ППТДШ, англ. скор. СРАР від "continuous positive airway pressure") і забезпечує пацієнтові респіраторну підтримку у формі допоміжної вентиляції легенів. У такій установці аерозоль вводиться у систему штучної вентиляції легенів або у систему підтримки ППТДШ через трійник (Т-подібний з'єднувач), який веде до кінцевого дихального пристрою пацієнта. Ця система забезпечує численні переваги пацієнтам, що перебувають на механічній вентиляції легенів або на допоміжній вентиляції легенів, особливо у випадку дітей молодшого віку й немовлят. В екстрених ситуаціях ці маленькі пацієнти можуть мати потребу у ретельно контрольованому введенні аерозолізованих лікарських речовин. Завдяки підключенню апарата штучної вентиляції легенів або системи підтримки ППТДШ і пристрою дозування й аерозолізації за допомогою трійника (Т-подібного з'єднувача), що приєднує запропонований у винаході пристрій паралельно з апаратом дихальної підтримки, можна керувати як кількістю повітря або кисню, що подається пацієнтові апаратом штучної вентиляції легенів (шляхом керування тиском повітря й/або кисню), так і окремо кількістю подаваного пацієнтові аерозолізованого матеріалу. Крім того, на відміну від подачі аерозолю у гілку вдихуваного газу апарата штучної вентиляції легенів, ця конфігурація дозволяє доставляти пацієнтові аерозоль при більше високих концентраціях аерозолю у газі, оскільки зводиться до мінімуму розведення аерозолю. Як було згадано вище, можуть бути передбачені засоби для передачі енергії коливань з однієї зони мембран в іншу. Переважно, щоб між внутрішнім простором першого порожнистого розширювача й внутрішнім простором лійкоподібної частини була передбачена порівняльна (компенсаційна) трубка. Ця трубка служить для вирівнювання різниць тисків між розширювачем і резервуаром і одночасно для активізації лійкоподібної мембрани. Описані вище системи можуть бути інтегровані у стандартні системи штучної вентиляції легенів для регулярного введення в організм, або додавання у дихальний газ, аерозолізованого матеріалу, такого як легеневий сурфактант. Фахівцеві очевидно, що описаний вище пристрій аерозолізації може використовуватися у самих різних галузях техніки. Насправді, запропонований у винаході пристрій буде застосовним скрізь, де потрібна ефективна й рівномірна аерозолізація порошків. Хоча кращі варіанти застосування запропонованого у винаході пристрою перебувають у галузі терапії й введення в організм інгальованих ліків, фармацевтичних препаратів та інших лікарських речовин, зокрема легеневого сурфактанта, цей пристрій буде корисним для аерозолізації будь-якого роду 5 UA 103921 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 аерозолізованих речовин у кількостях, що становлять від менше 100 мг до декількох грам речовини. Можливо навіть, що при виконанні запропонованого у винаході пристрою у варіанті, що має відповідний розмір, він дозволить здійснювати аерозолізацію речовин у ще більших кількостях, аж до промислових масштабів. Розмір частинок або розподіл розмірів частинок підлягаючого аерозолізації матеріалу буде залежати від конкретного застосування. Наприклад, як це відомо з рівня техніки, частинки, які повинні вводитися у легені шляхом інгаляції, в ідеалі повинні мати розмір ММАD у діапазоні 1-5 мкм. Безумовно, можливості застосування запропонованого у винаході пристрою не обмежені аерозолізацією частинок із розмірами у цьому діапазоні значень. Навпроти, для аерозолізації шляхом застосування цього пристрою підійдуть як менше великі, так і більші частинки. Для прикладу, можливим варіантом застосування винаходу може бути нанесення на оброблювані вироби порошкового покриття, що в останні роки придбало важливе значення й при якому аерозолізувати необхідно відносно великі кількості частинок, що мають дуже малий розмір (наприклад < 1 мкм). Відповідно, даний винахід відноситься до пристрою для дозування й аерозолізації аерозолізованого матеріалу, що містить корпус із каналом аерозолізації, який має дистальну приєднувальну частину, що з'єднується з джерелом газу-носія, яке подає імпульси тиску газу у канал аерозолізації, і проксимальну приєднувальну частину для виводу аерозолізованого матеріалу у напрямку до пацієнта, резервуар для розміщення аерозолізованого матеріалу, що має стінки, герметично з'єднаний з корпусом і сполучений з каналом аерозолізації, який відрізняється тим, що щонайменше частина стінок являє собою самозбудні мембрани, що приводяться у коливальний рух імпульсами тиску. Даний винахід також відноситься до описаного вище пристрою, у корпусі якого між резервуаром і каналом аерозолізації передбачена лійкоподібна частина, яка звужується до каналу аерозолізації, причому стінки лійкоподібної частини являють собою самозбудні мембрани. Даний винахід також відноситься до будь-якого з описаних вище пристроїв, у якому резервуар забезпечений верхньою кришкою, причому верхня кришка містить самозбудну мембрану, звернену у резервуар. Даний винахід також відноситься до будь-якого з описаних вище пристроїв, у якому самозбудна мембрана передбачена у стінці каналу аерозолізації під його з'єднанням із резервуаром. Даний винахід також відноситься до будь-якого з описаних вище пристроїв, у якому резервуар і корпус виконані за одне ціле. Даний винахід також відноситься до будь-якого з описаних вище пристроїв, у якому резервуар з'єднаний з каналом аерозолізації за допомогою клапана. В одному варіанті здійснення винаходу клапан являє собою поворотний клапан. Таким чином, даний винахід використовує для порушення пружних елементів енергію імпульсу тиску, створюваного, наприклад, розширенням стисненого газу. Як було згадано вище, ці елементи можуть бути мембранами, особливо самозбудними мембранами. Порушення мембран віднімає енергію спочатку створеного імпульсу тиску, у такий спосіб послабляючи цей імпульс тиску. У результаті аерозолізований матеріал аерозолізується у більше безперервній, постійній і однорідній формі у порівнянні зі швидким викидом, який викликається неослабленим імпульсом тиску. Завдяки такому ослабленню імпульсу тиску пацієнтові стає комфортніше дихати приготовленим аерозолем. Додатково запобігається злипання частинок аерозолізованого матеріалу, особливо у резервуарі. Короткий опис креслень На фіг. 1 у поздовжньому розрізі зображений варіант виконання запропонованої у винаході системи дозування й аерозолізації. На фіг. 2 запропонована у винаході система дозування й аерозолізації схематично представлена у варіанті для використання стосовно до дорослих пацієнтів зі спонтанним диханням. На фіг. 3 запропонована у винаході система дозування й аерозолізації схематично представлена у варіанті для використання стосовно до дітей молодшого віку зі штучною вентиляцією легенів. На фіг. 4 запропонована у винаході система дозування й аерозолізації схематично представлена у варіанті для використання стосовно до дорослих зі штучною вентиляцією легенів. Докладний опис кращих варіантів здійснення винаходу 6 UA 103921 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 1 показаний вигляд у поздовжньому розрізі запропонованої у винаході системи дозування й аерозолізації у першому варіанті її виконання. Система 100 містить у собі пристрій 1 дозування й аерозолізації, всередині корпусу 2 якого розташований канал 3 аерозолізації. У свого дистального кінця (на фіг. 1 праворуч) корпус 2 має гніздо 4, в яке встановлений тримач 14 капілярної трубки, який служить опорою капілярної трубки 13. Цей тримач 14 капілярної трубки, у свою чергу, може бути підключений за допомогою сполучних ліній і клапана (обидва на кресленні не показані) до джерела, або пристрою подачі, пульсуючого стиснутого газу-носія. У свого проксимального кінця (на фіг. 1 ліворуч) канал 3 аерозолізації переходить у сопло 5, що розсіює, поперечний переріз якого безупинно збільшується у напрямку від капілярної трубки 13. Над каналом 3 аерозолізації розташований резервуар 9, який входить до складу пристрою 1, для розміщення порошкоподібного матеріалу, що підлягає аерозолізації. Резервуар 9 має зовнішню стінку 10 і внутрішню частину, що має циліндричну стінку 11 і стінку 12, що конічно звужується. Стінки 11 і 12 являють собою самозбудні мембрани, виготовлені, наприклад, з медичного силікону, і мають товщину близько 0,5 мм. Між зовнішньою стінкою 10 і циліндричною й конічною стінками 11 і 12 утворені проміжки 6 і 7, відповідно. Внизу резервуар 9 утворює отвір 19, що розташований над каналом 3 аерозолізації, який частково становить одне ціле з дозуючою камерою 8. Над цим отвором 19 розташовується заряд порошку, що підлягає аерозолізації (на кресленні не показаний), який може злежатися настільки, що у канал 3 аерозолізації не потрапить практично ні однієї частинки аерозолізованого матеріалу. Щоб перешкодити падінню частинок у камеру 8 і у такий спосіб перекрити резервуар, весь конструктивний вузол, що складається з частин 5, 3, 15, 8, 13 і 4, можна повернути щодо поздовжньої осі апарата на 90 градусів. Відповідно, зазначений вузол разом із корпусом 2 утворює поворотний клапан, що дозволяє перервати надходження порошку, який зберігається у резервуарі 9, у дозуючу камеру 8 і канал 3 аерозолізації. Нагорі резервуара 9 передбачена кришка 16, яка щільно закриває резервуар. З нижньої сторони кришки передбачена звернена у резервуар самозбудна мембрана 17, що ущільнює верхній отвір резервуара 9. Над мембраною розташований встановлений у кришку поглинач 18 вологи (або у загальному випадку газів), що усуває залишкову вологість або інші незначні газові домішки у резервуарі, які у противному випадку могли б робити шкідливий вплив. Крім того, між мембраною 17 і поглиначем 18 вологи утворений проміжок (на кресленні не показаний). У розглянутому варіанті здійснення винаходу резервуар 9 і корпус 2 із каналом 3 аерозолізації виконані за одне ціле, що гарантує повну герметичність (газонепроникність) і стерильність. Разом із тим, варто мати на увазі, що вони також можуть являти собою окремі елементи конструкції, герметично підігнані один до одного. Сопло 5, що розсіює, проходить у проксимальну приєднувальну частину 2а, яка виконана за одне ціле з корпусом 2. На приєднувальній частині 2а герметично встановлений порожнистий розширювач 20. Розширювач 20 має циліндричну зовнішню стінку 21, дистальну частину з конічними внутрішніми стінками 22, які звужуються у дистальному напрямку, проксимальну частину з конічними внутрішніми стінками 24, які звужуються у проксимальному напрямку, і центральну частину з циліндричними стінками 23, розташовану між дистальною частиною й проксимальною частиною. Як і у випадку резервуара, стінки 22, 23, 24 розширювача 20 являють собою самозбудні мембрани, виготовлені, наприклад, з силікону. Між зовнішньою стінкою 21 і стінками 22, 23, 24 передбачені відповідні проміжки 25, 26, 27. Між дистальною й центральною частинами розширювача 20 утворений кільцевий зазор, підключений до джерела допоміжного газу (на кресленні не показаний). Під час роботи пристрою імпульси тиску газу-носія надходять у канал 3 аерозолізації пристрою 1 через капілярну трубку 13 і внаслідок перепаду тисків, що виникає між газом на виході з капілярної трубки 13 і резервуаром 9, аерозолізований матеріал за принципом Вентури всмоктується з резервуара 9 у канал 3 аерозолізації, розсіюється у газі-носії й захоплюється ним. Одночасно цей імпульс перепаду тисків також діє на мембранні стінки 11, 12 резервуара 9 і на мембранні стінки 22, 23, 24 розширювача 20, змушуючи їх вигинатися й коливатися відповідно до частоти імпульсів тиску. Таким чином, аерозолізований матеріал, що прилип до стінок, повертається в основну масу матеріалу й вільно може надходити у потік газу-носія. Варто мати на увазі, що в альтернативних варіантах здійснення винаходу у вигляді самозбудних мембран можуть бути виконані лише деякі з внутрішніх стінок пристрою. Наприклад, в одному альтернативному варіанті здійснення винаходу тільки стінка 12, що звужується, являє собою самозбудну мембрану. Очевидно, що кожна внутрішня стінка пристрою, яка не виконана у вигляді самозбудної мембрани, не вимагає наявності проміжку у вигляді порожнього простору між цією внутрішньою стінкою й відповідною зовнішньою стінкою. 7 UA 103921 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Наприклад, якщо у вигляді самозбудної мембрани виконана тільки стінка 12, що звужується, без проміжків 6 і 25-27 можна обійтися. Кількість аерозолізованого матеріалу, яку можна вводити в організм за допомогою запропонованих у винаході пристроїв і систем, перевищує 50 мг, і ця кількість сполучається з високою точністю дозування. З одного боку, висока точність дозування дозволяє використовувати лікарські речовини, що мають дуже вузьке "терапевтичне вікно", а з іншого боку, великі об'єми аерозолізованого матеріалу роблять систему придатною для використання з речовинами, які необхідно вводити у великих кількостях. Наприклад, до аерозолізованих лікарських речовин, які можна вводити в організм за допомогою запропонованого у винаході пристрою, відносяться, крім легеневих сурфактантів, антибіотики, нуклеїнові кислоти, ретардформи (форми з уповільненим вивільненням), пептиди/білки, вакцини, антитіла, інсулін, осмотично активні речовини, такі як манітол, гідроксіетиловий крохмаль, хлорид натрію, бікарбонат натрію та інші солі, ферменти (наприклад, дезоксирибонуклеаза), N-ацетилцистеїн тощо. На фіг. 2 показаний варіант виконання системи 200 дозування й аерозолізації, який використовують для інгаляції великих об'ємів сухого порошку пацієнтами зі спонтанним диханням. Система 200 містить у собі описані вище як перший варіант здійснення винаходу пристрій 1 дозування й аерозолізації й перший розширювач 20, причому додатково передбачена порівняльна (компенсаційна) трубка 29, що з'єднує проміжки 6, 7 резервуара з проміжками 25, 26, 27 розширювача 20. На стороні впуску система 200 містить у собі контролер 50, з'єднаний лінією 51 стисненого повітря з джерелом 52 стисненого повітря (наприклад, лікарняним джерелом стисненого повітря), що подає стиснене повітря за головною сполучною лінією 41 у пристрій 1 дозування й аерозолізації. Головна сполучна лінія 41 підключена до тримача 14 капілярної трубки (дистальної приєднувальної частини) пристрою 1. Витрата стисненого повітря, що надходить у пристрій, регулюється швидкодіючим електромагнітним клапаном 40, що відкривається й закривається за допомогою імпульсів 43 струму, що посилаються контролером, таким чином, щоб забезпечити певне число, тривалість і частоту імпульсів тиску повітря. При використанні системи стиснене повітря може впускатися контролером автоматично, але також воно може впускатися відповідно до дихання пацієнта таким чином, щоб погоджувати часовий графік аерозолізації та об'єм аерозолізованого матеріалу, який забезпечується у другому розширювачі, з характеристиками дихання пацієнта. Допоміжна сполучна лінія 42 подає непульсуючий потік повітря у кільцевий зазор 28 розширювача 20 (підключення цієї лінії на кресленні не показане), щоб у такий спосіб продувати розширювач для видалення залишків аерозолізованого матеріалу. Обидві сполучних лінії 41 і 42 забезпечені фільтрами F, що перешкоджають забрудненню аерозолю небажаними частинками. На стороні випуску до першого розширювача 20 підключений другий розширювач 30. Одночасно у дистального кінця другого розширювача 30 передбачений вхід 31 для атмосферного повітря, забезпечений зворотним клапаном 32. У проксимального кінця другого розширювача 30 розташований прямий з'єднувач 34 із мундштуком 35, а від прямого з'єднувача 34 перпендикулярно йому відгалужується вихід 36 для видихуваного газу (який як опція може бути забезпечений фільтром F). На фіг. 3 показаний варіант виконання системи для дозування й аерозолізації, що особливо підходить для екстреної респіраторної терапії дуже маленьких дітей, таких як діти молодшого віку й немовлята. Деякі компоненти системи, які ідентичні або еквівалентні тим, що були описані з посиланням на фіг. 1 і 2, позначені тими ж номерами позицій і повторно не розглядаються. Система 300 містить у собі пристрій 1 дозування й аерозолізації й розширювач 20, а також контролер 50, що включений у систему так само, як і у варіанті, представленому на фіг. 2. До виходу розширювача 20 підключена трубка 60 апарата штучної вентиляції легенів, що, у свою чергу, приєднана до першого отвору трійника 61. Далі, у цьому варіанті здійснення винаходу передбачений апарат штучної вентиляції легенів, що працює у режимі 70 підтримки постійно позитивного тиску у дихальних шляхах (ППТДШ) і подає дихальний газ по лінії 64 подачі дихального газу у колектор 65, підтримуючи тиск в апараті штучної вентиляції легенів на постійному рівні. З колектора 65 виходить загальна вентиляційна лінія 62, приєднана до другого отвору трійника 61. Третій отвір трійника з'єднаний з носоглотковою трубкою 66, введеною дитині через ніс таким чином, щоб її кінець перебував трохи вище голосової щілини. Далі, для вимірювання витрати V3 газу у загальній лінії 62 у колектора розташований датчик 67 витрати. По лінії зворотного зв'язку вимірювальні сигнали датчика посилають в апарат 70 штучної вентиляції легенів, що прямо керує тиском у лінії 64 і у лінії 63, регулюючи відповідні витрати, і у такий спосіб побічно регулює витрату V3. За допомогою такого регулювання тиску 8 UA 103921 C2 5 10 15 20 25 30 35 додатковий потік із розпилювально-дозуючого пристрою забезпечує регулювання V3 на зниження, у результаті чого тиск, а значить і сумарна витрата газу до дитини (V5) підтримується постійною. Крім того, у третього отвору трійника, або Т-подібного з'єднувача, 61 встановлений датчик 69 концентрації кисню, що контролює вміст кисню у дихальній газовій суміші, яку фактично подають у легені дитини. По лінії зворотного зв'язку відповідні вимірювальні сигнали датчика посилають в апарат 70 штучної вентиляції легенів, що разом із інформацією про витрату газу одержує повну картину властивостей подаваної дихальної газової суміші. Потім ці властивості відповідно регулюються апаратом 70 штучної вентиляції легенів. Таким чином, включення пристрою 1 паралельно з системою респіраторної підтримки дозволяє подавати як збагачений киснем дихальний газ, так і точну дозу аерозолізованого матеріалу, такого як легеневий сурфактант. Нарешті, на фіг. 4 показаний ще один варіант виконання системи дозування й аерозолізації. Система 400 використовується стосовно до дорослих пацієнтів зі штучною вентиляцією легенів і містить у собі пристрій 1 дозування й аерозолізації, контролер 50, апарат 71 штучної вентиляції легенів і порожнистий розширювач 80. Контролер описаним вище способом підключений до лікарняного джерела 52 повітря й з'єднаний з пристроєм 1 головною сполучною лінією 41 з клапаном 40 так само, як і у розглянутих вище варіантах здійснення винаходу. Однак у цьому варіанті розширювач 80 виконаний значного більшим у діаметрі й в об'ємі, ніж розширювач 20, з урахуванням потреб дорослого пацієнта зі штучною вентиляцією легенів. У свого дистального кінця розширювач 80 з'єднаний з проксимальною приєднувальною частиною 2а пристрою 1, а у свого проксимального кінця він має прямий з'єднувач 84, що веде до дихальної маски 85. Збоку на дистальному кінці розширювача 80 розташований вхід 81 для дихального газу, забезпечений зворотним клапаном 82 і з'єднаний з апаратом 71 штучної вентиляції легенів звичайним чином через фільтр і лінію 64 подачі дихального газу. Аналогічним чином, із проксимальної сторони розташований вихід 86 для видихуваного газу, з'єднаний з апаратом штучної вентиляції легенів через зворотний клапан 82 і лінію 63 повернення видихуваного газу. Кількість аерозолізованого матеріалу, яку можна вводити в організм за допомогою запропонованих у винаході пристроїв і систем, перевищує 50 мг, і ця кількість сполучається з високою точністю дозування. З одного боку, висока точність дозування дозволяє використовувати лікарські речовини, що мають особливо вузьке "терапевтичне вікно", а з іншого боку, великі об'єми аерозолізованого матеріалу роблять систему придатною для використання з речовинами, які необхідно вводити у великих кількостях. Наприклад, до аерозолізованих лікарських речовин, які можна вводити в організм за допомогою запропонованого у винаході пристрою, відносяться, крім легеневих сурфактантів, контрастні речовини, антибіотики, нуклеїнові кислоти, ретард-форми (форми з уповільненим вивільненням), пептиди/білки, вакцини, антитіла, інсулін, осмотично активні речовини, такі як манітол, гідроксіетиловий крохмаль, хлорид натрію, бікарбонат натрію та інші солі, ферменти (наприклад, дезоксирибонуклеаза), N-ацетилцистеїн тощо. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 60 1. Пристрій для дозування й аерозолізації аерозолізованого матеріалу, що містить: корпус із каналом аерозолізації, який має дистальну приєднувальну частину, що з'єднується з джерелом газу-носія, яке подає імпульси тиску газу у канал аерозолізації, і проксимальну приєднувальну частину для виводу аерозолізованого матеріалу у напрямку до пацієнта, резервуар для розміщення аерозолізованого матеріалу, що має стінки, герметично з'єднаний з корпусом і сполучений з каналом аерозолізації, який відрізняється тим, що щонайменше частина стінок являє собою самозбудні мембрани, які приводяться у коливальний рух імпульсами тиску. 2. Пристрій за п. 1, у корпусі якого між резервуаром і каналом аерозолізації передбачена лійкоподібна частина, яка звужується до каналу аерозолізації, причому стінки лійкоподібної частини являють собою самозбудні мембрани. 3. Пристрій за п. 1 або 2, у якому резервуар забезпечений верхньою кришкою, причому верхня кришка містить самозбудну мембрану, звернену у резервуар. 4. Пристрій за будь-яким із попередніх пунктів, у якому самозбудна мембрана передбачена у стінці каналу аерозолізації під його з'єднанням із резервуаром. 5. Пристрій за будь-яким із попередніх пунктів, у якому резервуар і корпус виконані як одне ціле. 6. Пристрій за будь-яким із попередніх пунктів, у якому резервуар з'єднаний з каналом аерозолізації за допомогою клапана. 9 UA 103921 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 7. Пристрій за п. 6, у якому клапан являє собою поворотний клапан. 8. Система для дозування й сухого розпилення матеріалу, що розпорошується, яка включає у себе пристрій для дозування й сухого розпилення матеріалу, що розпорошується, виконаний за будь-яким із пп. 1-7, у якій до проксимальної приєднувальної частини зазначеного пристрою приєднаний перший порожнистий розширювач, що має дистальну частину з внутрішніми стінками, які звужуються у напрямку до проксимальної приєднувальної частини зазначеного пристрою, і проксимальну частину з внутрішніми стінками, які звужуються у напрямку до пацієнта, причому між дистальною й проксимальною частинами першого порожнистого розширювача переважно розташована центральна циліндрична частина. 9. Система за п. 8, у якій внутрішні стінки дистальної частини, центральної частини й/або проксимальної частини першого порожнистого розширювача містять самозбудні мембрани. 10. Система за п. 8 або 9, у якій між дистальною й центральною частинами першого порожнистого розширювача передбачений кільцевий зазор, що підключається до джерела допоміжного повітря. 11. Система за п. 10, що також включає у себе другий порожнистий розширювач, з'єднаний дистальною стороною з проксимальною частиною першого порожнистого розширювача й проксимальною стороною з мундштуком, причому у дистальному кінці другого порожнистого розширювача передбачений вхід зі зворотним клапаном для атмосферного повітря, а у проксимальному кінці передбачений вихід для видихуваного газу. 12. Система за п. 10, що також включає у себе апарат штучної вентиляції легенів або клапан підтримки постійно позитивного тиску у дихальних шляхах, причому проксимальна частина першого порожнистого розширювача й апарат штучної вентиляції легенів або клапан підтримки постійно позитивного тиску у дихальних шляхах з'єднані за допомогою трійника з кінцевим дихальним пристроєм пацієнта. 13. Система за п. 12, у якій в апараті штучної вентиляції легенів отвір подачі повітря й отвір прийому видихуваного газу з'єднані зі зазначеним трійником за допомогою колектора. 14. Система за п. 12 або 13, у якій дихальний пристрій пацієнта являє собою носоглоткову трубку. 15. Система для дозування й сухого розпилення матеріалу, що розпорошується, яка включає у себе пристрій для дозування й сухого розпилення матеріалу, що розпорошується, виконаний за будь-яким із пп. 1-7, що також включає у себе порожнистий розширювач, з'єднаний дистальною стороною з проксимальною приєднувальною частиною зазначеного пристрою, а проксимальною стороною - з кінцевим дихальним пристроєм, і апарат штучної вентиляції легенів, причому розширювач біля свого дистального кінця з'єднаний через зворотний клапан із отвором подачі повітря апарата штучної вентиляції легенів, а біля свого проксимального кінця - з отвором прийому видихуваного газу апарата штучної вентиляції легенів. 16. Система за будь-яким із пп. 12-15, у якій між апаратом штучної вентиляції легенів або клапаном підтримки постійно позитивного тиску у дихальних шляхах і пацієнтом передбачений датчик витрати й/або датчик концентрації кисню. 17. Система за п. 13 або 14, у якій у колекторі передбачений датчик витрати, а у ведучому до пацієнта бічному отворі трійника передбачений датчик концентрації кисню. 18. Система за будь-яким із пп. 8-17, у якій між внутрішнім простором першого порожнистого розширювача або порожнистого розширювача й внутрішнім простором лійкоподібної частини передбачена порівняльна трубка. 19. Система за будь-яким із пп. 8-18, яка включає у себе блок керування, призначений для забезпечення подачі у пристрій дозування й сухого розпилення імпульсів тиску газу-носія, що підключається до лікарняного джерела стисненого повітря, з'єднаний з дистальною приєднувальною частиною корпусу пристрою дозування й сухого розпилення за допомогою клапана й виконаний з можливістю керування числом і частотою імпульсів тиску газу-носія й витратою газу-носія шляхом керування зазначеним клапаном. 10 UA 103921 C2 11 UA 103921 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12