TWI793016B - 自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器 - Google Patents

Abstract

一種自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器，其包括感測器模組、波形樣式決定模組、高頻震盪電路、信號調變模組、壓電裝置與多孔篩網。感測器模組感測患者的身體狀態，其中身體狀態包括呼吸狀態。波形樣式決定模組根據身體狀態產生調變控制信號。高頻震盪電路提供高頻震盪信號。信號調變模組使用調變控制信號對高頻震盪信號進行調變，以產生震動信號。壓電裝置根據震動信號產生震動。多孔篩網根據壓電裝置的震動，擠壓藥劑液體通過多孔篩網的多個孔洞以產生對應於調變控制信號之粒徑的多個藥劑氣膠。

Description

自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器

本發明有關於用於產生藥劑氣膠的霧化器與霧化方法，且特別是有關於一種依照患者的身體狀態、使用藥劑或其他因子來自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器與霧化方法。

藥劑氣膠是一種帶有藥物微粒的霧化液體，而這個藥劑氣膠可以進入到人體的上呼吸道、下呼吸道與肺部，被上呼吸道、下呼吸道與肺部所吸收，以進一步透過藥物微粒對特定疾病進行治療。然而，上呼吸道、下呼吸道與肺部之各部分所能吸收的藥劑氣膠之粒徑並不相同，通常藥劑氣膠之粒徑以空氣動力質量中位直徑(mass medium aerodynamic diameter，簡稱為MMAD)來表示。

舉例來說，上呼吸道(例如，鼻子、喉嚨、氣管)可以吸收的藥劑氣膠之氣動力質量中位直徑大概是5至50微米(μm)，甚至大於50微米；下呼吸道可以吸收的藥劑氣膠之氣動力質量中位直徑大概是2至5微米；肺泡區域可以吸收的藥劑氣膠之氣動力質量中位直徑大概是1至3微米；以及肺部的薄壁組織可以吸收的藥劑氣膠之氣動力質量中位直徑大概是小於0.1微米。

針對不同徵狀的患者，有需要將藥物微粒送到患者的不同組織，然而，目前霧化器僅能產生特定粒徑的藥劑氣膠，故有需要使用多台產生不同粒徑的藥劑氣膠的霧化器，才能滿足各種治療需求。另外一方面，患者之間仍然有體質差異，因此，同樣針對同一組織的藥劑氣膠仍可能要有粒徑差異，才能滿足精準治療的目的，又或者，可能因為藥劑不同，藥劑氣膠的粒徑也必須有差異，才能讓患者吸收。

舉例來說，同樣針對喉嚨發炎的治療，A患者的喉嚨可以有效地吸收40微米的藥劑氣膠，但B患者卻只能有效地吸收45微米的藥劑氣膠。在舉例來說，同樣針對肺泡區域感染的治療，C藥劑之2微米的藥劑氣膠可以被A患者的肺泡區域有效吸收，但D藥劑之3微米的藥劑氣膠才可以被A患者的肺泡區域有效吸收。簡單地說，目前有需要提供一種依照患者的身體狀態、使用藥劑或其他因子來自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器與霧化方法。

本發明的主要目的即在於提供一種能夠依照患者的身體狀態、使用藥劑或其他因子來自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器與霧化方法。針對不同患者的身體狀態、針對不同疾病、針對不同藥劑、針對不同濕度或溫度等因子，本發明實施例的霧化器與霧化方法會產生動態地產生不同粒徑大小的藥劑氣膠，藉此達到精準治療的目的。

本發明實施例提供一種自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器，且霧化器包括感測器模組、波形樣式決定模組、高頻震盪電路、信號調變模組、壓電裝置與多孔篩網。感測器模組用於感測患者的身體狀態，其中身 體狀態包括呼吸狀態。波形樣式決定模組電性連接感測器模組，並用於根據身體狀態產生調變控制信號。高頻震盪電路用於提供高頻震盪信號。信號調變模組電性連接波形樣式決定模組與高頻震盪電路，並用於使用調變控制信號對高頻震盪信號進行調變，以產生震動信號。壓電裝置電性連接信號調變模組，並用於根據震動信號產生震動。多孔篩網物理連接壓電裝置，並用於根據壓電裝置的震動，擠壓藥劑液體通過多孔篩網的多個孔洞以產生對應於調變控制信號之粒徑的多個藥劑氣膠。

根據本發明的實施例，霧化器更包括資料傳輸介面。資料傳輸介面電性連接波形樣式決定模組，並用於獲取輔助資訊，其中信號調變模組根據輔助資訊與身體狀態產生調變控制信號，其中輔助資訊包括藥劑類型與疾病類型的至少一者，以及身體狀態更包括患者的臉部表情、心跳、心律、血壓、血糖與體溫的至少一者。

根據本發明的實施例，霧化器更包括手動開關。手動開關電性連接波形樣式決定模組，用於根據患者或操作者對手動開關的操作產生切換信號，其中波形樣式決定模組更根據切換信號產生調變控制信號。

根據本發明的實施例，霧化器更包括交流/直流轉換裝置與功率放大裝置。交流/直流轉換裝置電性連接高頻震盪電路，並用於將交流輸入電壓轉換為直流輸入電壓，以提供高頻震盪電路產生對應直流輸入電壓之頻率的高頻震盪信號。功率放大裝置電性連接於壓電裝置與信號調變模組之間，用於對震動信號進行放大後，輸出放大後的震動信號給壓電裝置。

根據本發明的實施例，波形樣式決定模組包括信號處理模組、核心計算模組與調變控制信號產生模組。信號處理模組電性連接感測器模組，並 用於對身體狀態的感測信號進行雜訊濾波處理。核心計算模組電性連接信號處理模組，並用於根據雜訊濾波處理後的感測信號計算出波形樣式。調變控制信號產生模組電性連接核心計算模組與信號調變模組，並根據計算出的波形樣式產生調變控制信號。

根據本發明的實施例，核心計算模組包括基於類神經網路的分類器，以根據雜訊濾波處理後的感測信號計算出波形樣式。

根據本發明的實施例，感測器模組包括麥克風模組。

根據本發明的實施例，霧化器更包括液體容器與噴嘴。液體容器用於容置藥劑液體。噴嘴設置於液體容器的外表面上，並對應於多個孔洞設置，以噴出多個藥劑氣膠。

根據本發明的實施例，信號調變模組包括混波器與濾波模組。混波器電性連接高頻震盪電路與波形樣式決定模組，並用於對調變控制信號與高頻震盪信號進行混波，以產生混波信號。濾波模組電性連接混波器與壓電裝置，用於對混波信號進行中頻濾波處理，以產生震動信號。

根據本發明的實施例，調變控制信號為方波、三角波與弦波的一者或其組合。

本發明實施例提供一種自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化方法，且此霧化方法包括以下步驟。使用感測器模組感測患者的身體狀態，其中身體狀態包括呼吸狀態；使用波形樣式決定模組根據身體狀態產生調變控制信號；使用高頻震盪電路提供高頻震盪信號；使用信號調變模組以調變控制信號對高頻震盪信號進行調變，以產生震動信號；以及使用壓電裝置根據震動 信號產生震動以使多孔篩網擠壓藥劑液體通過多孔篩網的多個孔洞以產生對應於調變控制信號之粒徑的多個藥劑氣膠。

綜合以上所述，本發明實施例提供一種霧化器與霧化方法，此霧化器與霧化方法會獲取各種因子，並據此調整高頻震盪信號的波形樣式，以產生可以讓患者之特定組織可以有效吸收藥劑微粒的藥劑氣膠，藉此達到精準治療的目的。

10:霧化器

11:噴嘴

12:感測器模組

13:波形樣式決定模組

131:信號處理模組

132:核心計算模組

133:調變控制信號產生模組

14:信號調變模組

15:高頻震盪電路

16:交流/直流轉換裝置

17:功率放大裝置

18:壓電裝置

19:多孔篩網

191:孔洞

20:藥劑氣膠

30:患者

31:肺部

40:藥劑液體

CT:液體容器

DI:資料傳輸介面

S51~S54:步驟

P:手動開關

本發明的各圖式說明如下：第1圖是本發明實施例的霧化器的使用示意圖；第2圖是本發明實施例的霧化器的功能方塊示意圖；第3圖是本發明實施例的波形樣式決定模組的功能方塊示意圖；第4圖是本發明實施例的壓電裝置與多孔篩網產生藥劑氣膠的示意圖；以及第5圖是本發明實施例的霧化方法的流程示意圖。

為利瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

使用藥劑氣膠來對患者進行治療，必須要考量到多個因子，以產生一個或多個不同粒徑的藥劑氣膠來對患者治療，也就是必須自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠才能有效地達到精準治療的目的。因此，本發明提供一種霧化器與霧化方法，此霧化器與霧化方法會獲取各種因子(例如，透過麥克風獲取患者的呼吸狀態與透過無線通訊界面獲取患者使用的藥劑類型)，並據此調整高頻震盪信號的波形樣式(例如，產生調變控制信號對做為載波的高頻震盪信號進行強度、頻率或相位的調變來產生送給壓電裝置的震動信號)，以產生可以讓患者之特定組織可以有效吸收藥劑微粒的藥劑氣膠。

請參照第1圖，第1圖是本發明實施例的霧化器的使用示意圖。自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠20的霧化器10會考量到多個因子，以產生一個或多個不同粒徑的藥劑氣膠20來對患者30治療。通常上述需要考量的多個因子可以透過霧化器10的感測器模組12感測獲得，或是透過其他方式來獲取，例如無線或有線連接其他輔助資訊來源，以獲得輔助資訊作為考量的因子。另外，霧化器10的噴嘴11(設置於霧化器10的液體容器CT的外表面上，液體容器CT請見第2圖)可以將霧化器10產生藥劑氣膠20噴出至患者30的上呼吸道，以讓患者30吸入藥劑氣膠20，並讓上呼吸道或下呼吸道，例如患者30的肺部31的組織吸收藥劑氣膠20中的藥劑微粒，從而對患者30進行特定且精準的治療。

進一步，霧化器10可以是根據至少一個因子來動態地於不同時間產生不同粒徑之多個藥劑氣膠20，也可能是在同一個時間產生多個不同粒徑的多個藥劑氣膠20，又在另一個時間產生多個不同粒徑的多個藥劑氣膠20，且兩個時間的多個藥劑氣膠20的粒徑分布情況並不相同，例如，第一個時間產生50%的A粒徑的藥劑氣膠20與50%的B粒徑的藥劑氣膠20，以及第二時間產生25%的A 粒徑的藥劑氣膠20、25%的B粒徑的藥劑氣膠20與50%的C粒徑的藥劑氣膠20。上述藥劑氣膠20的粒徑可以是指空氣動力質量中位直徑，但本發明不以此為限制，在其他實施例中，粒徑也可能是指空氣動力質量均值直徑。

請接著，參照第2圖，第2圖是本發明實施例的霧化器的功能方塊示意圖。霧化器10除了包括第1圖的感測器模組12與噴嘴11之外，霧化器10更包括波形樣式決定模組13、資料傳輸介面DI、高頻震盪電路15、交流/直流轉換裝置16、功率放大裝置17、信號調變模組14、壓電裝置18、液體容器CT與多孔篩網19(繪示於第4圖，未繪於第2圖)。波形樣式決定模組13電性連接感測器模組12，資料傳輸介面DI電性連接波形樣式決定模組13，信號調變模組14電性連接波形樣式決定模組13與高頻震盪電路15，交流/直流轉換裝置16電性連接高頻震盪電路15，以及壓電裝置18透過功率放大裝置17電性連接信號調變模組14。多孔篩網19物理連接壓電裝置18，以及多孔篩網19與壓電裝置18設置於液體容器CT之內。

感測器模組12用於感測患者的身體狀態，其中身體狀態包括呼吸狀態。感測器模組12例如可以是麥克風模組，但本發明不以此為限制，透過麥克風模組感測患者呼吸的聲音，便能獲取患者的身體狀態。感測器模組12更可以包括其他類型的感測器以感測患者的臉部表情、心跳、心律、血壓、血糖與體溫與使用者所處環境的溫度與溫度的至少一者，且對應地，感測器模組12更可以包括攝影裝置、心跳計、心律計、血壓計、血糖計、體溫計、濕度計與環境溫度感測計的至少一者。資料傳輸介面DI用於獲取輔助資訊，且輔助資訊包括藥劑類型與疾病類型的至少一者，其中資料傳輸介面DI可以是有線或無線通訊模組，其本身信號連接外部的輔助資訊來源。

波形樣式決定模組13用於根據身體狀態與輔助資訊產生調變控制信號，也就是，依據各種可以考量的因子，來決定應該產生何種粒徑的藥劑氣膠或者決定產生何種粒徑分布的藥劑氣膠，簡單地說，波形樣式決定模組13依靠著各類數據(甚至是大數據)來決定應該如何產生特定波形樣式的震動信號給壓電裝置18，使壓電裝置18震動，從而產生相應之粒徑(例如，在0.1微米與10微米之間變化)或粒徑分布的藥劑氣膠，以精準地對患者進行治療。調變控制信號可以為方波、三角波與弦波的一者或其組合(即任意波形)，且通常是低頻率信號，例如0.05赫茲至10赫茲的低頻率信號，但本發明不以此為限制。在其中一個實施例中，資料傳輸介面DI可以移除，且波形樣式決定模組13僅根據身體狀態產生調變控制信號。

交流/直流轉換裝置16用於將交流輸入電壓轉換為直流輸入電壓，以提供高頻震盪電路15產生對應直流輸入電壓之頻率的高頻震盪信號，例如100千赫茲的弦波信號。交流/直流轉換裝置16可以是各類型的橋式整流電路，且本發明不以此為限制。另外，在其他實施例中，可以是直接輸入直流輸入電壓，而將交流/直流轉換裝置16移除。

信號調變模組14用於使用調變控制信號對高頻震盪信號進行調變，以產生震動信號給壓電裝置18。在其中一個實施例中，信號調變模組14可以是一個電子開關，根據調變控制信號是否讓高頻震盪信號，以產生震動信號。在其中另一個實施例中，信號調變模組14包括混波器與濾波模組。混波器電性連接高頻震盪電路15與波形樣式決定模組13，以及濾波模組電性連接混波器與透過功率放大裝置17電性連接壓電裝置18。混波器用於對調變控制信號與高頻震盪信號進行混波，以產生混波信號。濾波模組用於對混波信號進行中頻濾波 處理，以產生震動信號。信號調變模組14進行調變的方式有許多種方式，雖然上述調變方式是以強度調變為例進行說明，但調變方式可以是強度調變、相位調變與頻率調變的其中一者或其組合，且本發明不以此為限制。

功率放大裝置17用於對震動信號進行放大後，輸出放大後的震動信號給壓電裝置18。在其中一個實施例中，若震動信號受到雜訊影響不大且震動信號的功率足夠使壓電裝置18震動，則可以選擇移除功率放大裝置17。功率放大裝置17可以例如是低雜訊放大器(low noise amplifier)或著其他類型的放大器，且本發明不以此為限制。

另外，請繼續同時參照第1圖與第2圖，霧化器10更可以設置有手動開關P。手動開關P電性連接波形樣式決定模組13，並設於霧化器10外殼的表面，且用於根據患者30或操作者(例如，護理師或醫師)對手動開關P的操作(例如，按壓一下、長按壓數秒、快速按壓數下等)產生切換信號，其中波形樣式決定模組13更根據切換信號產生調變控制信號。如此，霧化器10除了可自動地根據患者30的身體狀態變化藥劑氣膠20的粒徑之外，也可以是透過對手動開關P的操作來手動地變化藥劑氣膠20的粒徑。較佳地，在本發明實施例中，切換信號的優先順序大於身體狀態，也就是霧化器10在收到切換信號時，不考慮患者30的身體狀態，而是以切換信號來決定藥劑氣膠20的粒徑，然而，本發明並不以此為限制。

請同時參照第2圖與第4圖，液體容器CT用於容置藥劑液體40。壓電裝置18例如包括多個壓電片，多孔篩網19設置於任兩個相鄰的壓電片。壓電裝置18用於根據震動信號產生震動。多孔篩網19用於根據壓電裝置18的震動，擠壓藥劑液體40通過多孔篩網19的多個孔洞191以產生對應於調變控制信號 之粒徑的多個藥劑氣膠20。另外，第1圖的噴嘴11設置於液體容器CT的外表面上，並對應於多個孔洞191設置，以噴出多個藥劑氣膠20。

在此請注意，若假設使用的調變控制信號為方波信號，信號調變模組14以電子開關實現，以及高頻震盪信號為100千赫茲的弦波信號，則當方波信號為邏輯高準位與邏輯低準位的時間長度皆為1.5秒時，產生出來的藥劑氣膠的空氣動力質量中位直徑為3.5微米。另外，當方波信號為邏輯高準位與邏輯低準位的時間長度皆為1.5秒與3.0秒時，產生出來的藥劑氣膠的空氣動力質量中位直徑為1.85微米。簡單地說，考量各種因子找出適合患者之特定組織能夠吸收之藥劑氣膠的粒徑所對應的調變控制信號，便能夠達到精準治療的目的。

請接著參照第3圖，第3圖是本發明實施例的波形樣式決定模組的功能方塊示意圖。在本發明其中一個實施例中，波形樣式決定模組13包括信號處理模組131、核心計算模組132與調變控制信號產生模組133。信號處理模組131電性連接感測器模組12，核心計算模組132電性連接信號處理模組131，以及調變控制信號產生模組133電性連接核心計算模組132與信號調變模組14。

信號處理模組131用於對身體狀態的感測信號進行雜訊濾波處理，且在其中一個實施例中，信號處理模組131可以是非必要元件。核心計算模組132用於根據雜訊濾波處理後的感測信號計算出波形樣式，波形樣式對應於預定的藥劑氣膠的粒徑或粒徑分布。調變控制信號產生模組133根據計算出的波形樣式產生調變控制信號。在本發明實施例中，核心計算模組132包括基於類神經網路的分類器，以根據雜訊濾波處理後的感測信號計算出波形樣式。在其他實施例中，核心計算模組132可以是其他類型的分類器或執行其他特定演算法的核心計算模組。

請同時參照第2圖、第4圖與第5圖，第5圖是本發明實施例的霧化方法的流程示意圖。自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化方法包括步驟S51至S54。在步驟S51中，使用感測器模組12感測患者的身體狀態，其中身體狀態包括呼吸狀態。在步驟S52中，使用波形樣式決定模組13根據身體狀態產生調變控制信號。在其中一個實施例中，霧化方法更包括獲取輔助資訊的步驟，以及步驟S52可以修改成根據身體狀態與輔助資訊產生調變控制信號。

在步驟S53中，使用高頻震盪電路15提供高頻震盪信號，以及使用信號調變模組14以調變控制信號對高頻震盪信號進行調變，以產生震動信號。在步驟S54中，使用壓電裝置18根據震動信號產生震動以使多孔篩網19擠壓藥劑液體40通過多孔篩網19的多個孔洞191以產生對應於調變控制信號之粒徑的多個藥劑氣膠20。

綜合以上所述，針對不同患者的身體狀態、針對不同疾病、針對不同藥劑、針對不同濕度或溫度等因子，本發明實施例的霧化器與霧化方法會產生動態地產生不同粒徑大小的藥劑氣膠，藉此達到精準治療的目的。

綜上所述，本發明之自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器與霧化方法的確能達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

10:霧化器

12:感測器模組

13:波形樣式決定模組

14:信號調變模組

15:高頻震盪電路

16:交流/直流轉換裝置

17:功率放大裝置

18:壓電裝置

CT:液體容器

DI:資料傳輸介面

P:手動開關

Claims (10)

1. 一種自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器，包括：感測器模組，用於感測患者的身體狀態，其中所述身體狀態包括呼吸狀態；波形樣式決定模組，電性連接所述感測器模組，用於根據所述身體狀態產生調變控制信號；高頻震盪電路，用於提供高頻震盪信號；信號調變模組，電性連接所述波形樣式決定模組與所述高頻震盪電路，用於使用所述調變控制信號對所述高頻震盪信號進行調變，以產生震動信號；壓電裝置，電性連接所述信號調變模組，用於根據所述震動信號產生震動；以及多孔篩網，物理連接所述壓電裝置，用於根據所述壓電裝置的震動，擠壓藥劑液體通過所述多孔篩網的多個孔洞以產生對應於所述調變控制信號之粒徑的多個藥劑氣膠。
2. 如請求項1所述的自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器，更包括：資料傳輸介面，電性連接所述波形樣式決定模組，用於獲取輔助資訊；其中所述信號調變模組根據所述輔助資訊與所述身體狀態產生所述調變控制信號，其中所述輔助資訊包括藥劑類型與疾病類型的至少一者，以及所述身體狀態更包括所述患者的臉部表情、心跳、心律、血壓、血糖與體溫的至少一者。
3. 如請求項1所述的自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器，更包括： 手動開關，電性連接所述波形樣式決定模組，用於根據所述患者或操作者對所述手動開關的操作產生切換信號，其中所述波形樣式決定模組更根據所述切換信號產生所述調變控制信號。
4. 如請求項1所述的自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器，更包括：交流/直流轉換裝置，電性連接所述高頻震盪電路，用於將交流輸入電壓轉換為直流輸入電壓，以提供所述高頻震盪電路產生對應所述直流輸入電壓之頻率的所述高頻震盪信號；以及功率放大裝置，電性連接於所述壓電裝置與所述信號調變模組之間，用於對所述震動信號進行放大後，輸出放大後的震動信號給所述壓電裝置。
5. 如請求項1所述的自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器，其中所述波形樣式決定模組包括：信號處理模組，電性連接所述感測器模組，用於對所述身體狀態的感測信號進行雜訊濾波處理；核心計算模組，電性連接所述信號處理模組，用於根據雜訊濾波處理後的所述感測信號計算出波形樣式；調變控制信號產生模組，電性連接所述核心計算模組與所述信號調變模組，根據所述計算出的所述波形樣式產生所述調變控制信號。
6. 如請求項5所述的自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器，其中所述核心計算模組包括基於類神經網路的分類器，以根據雜訊濾波處理後的所述感測信號計算出所述波形樣式。
7. 如請求項1所述的自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器，其中所述感測器模組包括麥克風模組。
8. 如請求項1所述的自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器，更包括：液體容器，用於容置所述藥劑液體；噴嘴，設置於所述液體容器的外表面上，並對應於所述多個孔洞設置，以噴出所述多個藥劑氣膠。
9. 如請求項1所述的自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器，其中所述信號調變模組包括：混波器，電性連接所述高頻震盪電路與所述波形樣式決定模組，用於對所述調變控制信號與所述高頻震盪信號進行混波，以產生混波信號；濾波模組，電性連接所述混波器與所述壓電裝置，用於對所述混波信號進行中頻濾波處理，以產生所述震動信號。
10. 如請求項1所述的自適應性產生不同粒徑之藥劑氣膠的霧化器，其中所述調變控制信號為方波、三角波與弦波的一者或其組合。

Images