JP3619176B2 - エアロゾル粒子分別装置及び吸入器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、呼吸器系疾患者が薬剤を吸入するために用いる吸入器に使用されるエアロゾル粒子分別装置、並びにその装置を備えた吸入器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
喘息患者など呼吸器系疾患者の病状をコントロール若しくは改善するために、粉体状の薬剤を吸入するドライパウダ吸入器が上市されている。ドライパウダ薬剤は、賦形剤である数１０μｍから百μｍ前後の乳糖に数μｍの薬剤（薬効成分）が付着したものである。ドライパウダ吸入器は、患者による吸入作動性であり、患者の吸入気流で乱流を発生させ、この乱流によって乳糖から薬剤を分離させて吸入している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのような従来の吸入器においては、次のような問題点▲１▼〜▲３▼があった。
▲１▼患者の吸入によって発生する乱流の度合いは、患者の吸気流速に大きく依存するため、例えば、重等症患者や小児など充分な吸気流速が得られない場合、乱流の発生度合いが不足し、乳糖からの薬効成分の剥離が充分でなくなる。薬剤が付着したままとなった乳糖は、比較的大きな慣性力のため咽頭に衝突したり、大径のため上気道に沈着したりするので、目的とする治療患部である肺内深部に到着できない。
▲２▼薬剤の剤型形状は球形でなく、針状であったり、縦長偏平形状であったりする。上市されているドライパウダ吸入器から発生する薬剤粒子は様々な配向角を持つため、空気力学的径が一定でなく幅広い分布を持ち、薬剤の体内沈着部位も幅広い分布を示していた。このため、患者により治療効果にばらつきがあったり、たとえ同一患者でも治療効果にばらつきが生じていた。
▲３▼従来の吸入器においては、分布範囲の広い粒子径分布を一括で噴霧していたが、噴霧する粒子径分布を任意に選ぶことができなかった。
【０００４】
本発明は、そのような問題点に着目してなされたものであって、患者の吸気量によらず乳糖から薬剤を効率良く分離させること、薬剤の配向角を一定にすること、薬剤の粒子径分布を変更できるようにすることを実現するエアロゾル粒子分別装置及び吸入器を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、この発明のエアロゾル粒子分別装置は、薬剤を吸入するために用いる吸入器に使用される装置であって、薬剤の流路において薬剤の供給源側に斜面を向けて配置される円錐形状、半球形状、円錐の底面に基部を設けた形状、半球の底面に基部を設けた形状の中から選ばれる形状の回転子と、この回転子を回転駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
この装置では、回転子が回転することで、回転子の斜面近傍には層流が発生し、層流内に分布する薬剤には、薬剤内に生じる速度差によって発生する剪断応力が作用する。従って、薬剤の供給源から分散した薬剤が回転子を通過する際に剪断応力により乳糖から容易に分離する。この結果、薬剤を目的とする治療患部（例えば肺内深部）に確実に到達させることができ、吸入による治療効果が高まる。
【０００７】
更に、乳糖から剥離した薬剤は、回転する回転子の斜面上を浮遊している間に、例えば針状結晶上の薬剤や偏平形状の薬剤には、一定の配向角を持って浮遊する効果が付与され、薬剤の空気力学的粒子径を均一化でき、薬剤の体内への沈着効率を向上させることができる。
【０００８】
上記基本構成に加えて、薬剤の供給源と回転子との間に、薬剤を回転子側に分散させて送るファンを配置することで、薬剤の供給源から分散した薬剤を回転子の斜面に向かって強制的に送ることができるので、より一層、乳糖からの薬剤の剥離効果が高くなる。
【０００９】
また、回転子の回転速度を検出する検出手段と、この検出手段で検出された回転子の回転速度に応じて回転子の回転速度を制御する制御手段とを備えることにより、検出手段の検出結果に応じて様々な制御が可能となる。例えば、回転子の回転速度（回転数）を変化させて、薬剤の粒子径分布を任意に変えることができる。或いは、患者の吸入速度を計測し、吸入速度に応じて回転子を回転させる制御が可能となる。この場合、患者の吸入速度に依存しない粒子径の薬剤を発生させることができる。この他、患者の吸気に同期して回転子の回転を開始するようにしてもよい。
【００１０】
他方、回転子とファンを同一の回転軸に取付ければ、１つの駆動手段で済み、部品点数及びコストを削減できるだけでなく、省スペース化を達成できる。これに関連して、更に回転子、ファン及び駆動手段を同一の回転軸上に位置させることにより、３つの要素が一直線上に並び、省スペース化は勿論のこと、薬剤の供給源からの分散、薬剤の乳糖からの分離、分離後の薬剤の送出といった空気流れの中での一連の作用を効率良く行うことができる。
【００１１】
一方、本発明の吸入器は、内部が薬剤の流路となる筒状のケースと、このケースの一端側に配置された薬剤供給源と、ケース内部において薬剤供給源側に斜面を向けて回転可能に配置された円錐形状、半球形状、円錐の底面に基部を設けた形状、半球の底面に基部を設けた形状の中から選ばれる形状の回転子と、この回転子を回転駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする。この吸入器は、上記エアロゾル粒子分別装置を備えるもので、同様の作用効果が得られる。
【００１２】
なお、本発明において、円錐とは頂点が先鋭な形状だけを指すのではなく、円錐の先端部（頂点部）を少し裁断した形状も含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態により、この発明を更に詳細に説明する。
【００１４】
実施形態に係る吸入器の外観斜視図を図１に、その吸入器の構造の一例を示す分解斜視図を図２に、同吸入器の縦断面図を図３に示す。
【００１５】
この吸入器は、内部が薬剤の流路となる筒状のケース１０を備える。ケース１０は、電源として２個の電池２０を収納する電池収納部１２を有し、電池収納部１２の両端には電池端子２１が取付けられ、電池収納部１２には電池カバー２２が着脱可能に取付けられる。
【００１６】
また、ケース１０は、電池収納部１２の反対側に電子回路収納部１４を有し、電子回路収納部１４には制御手段としてのＣＰＵ３１やスイッチ３２等が実装された基板３０が収納され、電子回路収納部１４にはカバー３４が装着されている。スイッチ３２は、カバー３４に形成された挿通孔３４ａに挿通されてケース１０の表側に現出する。
【００１７】
ケース１０の一端側の開口にはマウスピース４０が着脱自在に嵌着され、他端側の開口にはボトムカバー４２が嵌着されている。ボトムカバー４２は空気孔４２ａを有する。ボトムカバー４２の空気孔４２ａには、部分的に開口するニードル４４が挿入され、ニードル４４は薬剤を収容したカプセル４５を貫通し、ニードル４４の開口がカプセル４５内に位置する。カプセル４５は、ボトムカバー４２の内側に突設された支持枠４２ｂに嵌入されることで支持される。
【００１８】
ケース１０内部には、カプセル４５側に斜面を向けて円錐形状の回転子５０が回転可能に配置されている。回転子５０は、円錐形状の斜面部５１と円板状の基部５２とからなり、基部５２の外周面とケース１０の内周面との間には僅かな間隙が設けられている。回転子５０の基部５２の中心には、回転子５０を回転駆動するモータ（駆動手段）５５の回転軸が固定され、モータ５５はケース１０の内部に設けられたモータ取付部１６の中心に取付けられている。勿論、モータ取付部１６はその中心以外に空気及び薬剤が流れる空隙を有する。モータ５５の回転軸、回転子５０の中心軸、ニードル４４は、ケース１０の中心で一直線上に並んでいる。
【００１９】
回転子５０のサイズは、吸入器の大きさにもよるが、二例を示すと図４のとおりである。図４では、回転子５０における斜面部５１の斜面と基部５２との成す角度をθ、基部５２の厚さをｈ、基部５２の外径（幅）をｗとすると、サンプル１ではθを２０度に、サンプル２ではθを３０度に設定してある。サンプル１，２のいずれでもｈ，ｗは同じ値に設定される。
【００２０】
このように構成された吸入器では、スイッチ３２をＯＮにすると、モータ５５が作動し、回転子５０が回転する。ここで、患者がマウスピース４０から吸引すると、ケース１０内部が負圧になるので、空気がボトムカバー４２の空気孔４２ａからニードル４４内を通り、ケース１０内部に流入する。空気がニードル４４内を通過するとき、カプセル４５内の薬剤がニードル４４の開口から吸い込まれ、ケース１０内部に分散され、回転子５０の方向に移動する。
【００２１】
一方、回転子５０の回転により、その斜面部５１の近傍には層流が発生し、層流内に分布する薬剤には、薬剤内に生じる速度差によって発生する剪断応力が作用する。一般的に剪断応力は、その場所の速度勾配に比例する。例えば、図５のように物体表面に垂直な方向をｙ軸とすると、各位置での剪断応力τは速度勾配に比例し、次式で示される。
【００２２】
τ＝η（ｄｕ／ｄｙ）、η：粘度
この剪断応力によって乳糖と薬剤が分離される。つまり、図６の（ａ）において、回転子５０に対し、斜面部５１に沿う方向をｘ軸、このｘ軸に垂直な方向をｙ軸、ｚ軸とすると、図６の（ｂ）のようにｘ軸方向に吸引力が、ｙ軸方向に剪断応力τが作用する。
【００２３】
通常は当該装置はマウスピース４０側を上向きにして使用するので、分離された乳糖は重力により装置の下部に落下し、微小粒子の薬剤のみマウスピース４０側に吸引される。従って、薬剤を目的とする治療患部（例えば肺内深部）に確実に到達させることができ、吸入による治療効果が高まる。更に、薬剤が回転中の斜面部５１の表面を浮遊している間に、例えば針状結晶上の薬剤や偏平形状の薬剤は、一定の配向角度を持って浮遊する効果を持つようになる。これにより、薬剤の空気力学的粒子径を均一化することができ、体内への沈着効率を向上させることができる。
【００２４】
別実施形態に係る吸入器の縦断面図を図７に示す。この吸入器は、上記実施形態の吸入器と比べて、薬剤を回転子５０側に分散させて送るファン６０を有する点だけが異なるので、それ以外の同じ要素には同一符号を付してある。ファン６０は、ケース１０内部におけるカプセル４５と回転子５０との間において、回転子５０の中心に取付けられたシャフト６１に取付けられ、回転子５０と同軸上で一体に回転する。ファン６０が回転子５０と共に回転することで、カプセル４５から分散した薬剤を回転子５０の斜面部５１に向かって強制的に送ることができるので、より一層、乳糖からの薬剤の剥離効果が高くなる。
【００２５】
また、回転子５０、ファン６０及びモータ５５を同一の回転軸上に位置させてあるので、３つの要素が一直線上に並び、省スペース化は勿論のこと、薬剤のカプセル４５からの分散、薬剤の乳糖からの分離、分離後の薬剤の送出といった空気流れの中での一連の作用を効率良く行うことができる。
【００２６】
更に、別実施形態に係る吸入器の構造の一例を示す分解斜視図を図８に、その吸入器の縦断面図を図９に示す。この吸入器は、図７の吸入器の構成に加えて、回転子５０の回転速度を検出する検出手段としてフォトセンサ６５が設けられている。ここでは、反射型のフォトセンサ６５に対応して、ファン６０の先端に被検出部６０ａが設けられている。フォトセンサ６５は、基板３０の裏側に実装され、ケース１０内部に現出している。ファン６０の被検出部６０ａは、例えば黒線が施されたもので、フォトセンサ６５に対向しており、ファン６０、すなわち回転子５０の回転速度がフォトセンサ６５で検出される。
【００２７】
この場合の概略ブロック図を図１０に示す。吸気センサ７０は、フォトセンサ６５とファン６０の被検出部６０ａで構成され、フォトセンサ６５で検出された回転子５０の回転速度は制御部（ＣＰＵ）３１に取り込まれる。ＣＰＵ３１は、回転子５０の回転速度に応じてモータ５５の回転速度をいわばフィードバック制御する。
【００２８】
ＣＰＵ３１により回転子５０の回転を様々に制御できる。例えば、回転子５０の回転速度（回転数）を変化させて、薬剤の粒子径分布を任意に変えることができる。或いは、患者の吸入速度を計測し、吸入速度に応じて回転子５０の回転を調整できる。この場合、患者の吸入速度に依存しない粒子径の薬剤を発生させることができる。例えば、図１１は回転子５０の回転数に対する薬剤の粒子径とその分布度合をグラフで示す。このグラフから分かるように、回転子５０が回転しないとき（回転子５０を設けないとき）は、粒子径は約７μｍを中心として分布するが、回転子５０の回転数が７０００ｒｐｍのときは約５μｍ、１００００ｒｐｍでは約２μｍをそれぞれ中心とする分布状態に変化する。従って、患者の吸入速度に関係なく、回転子５０の回転速度を制御することで、任意の粒子径分布状態を発生させることができる。
【００２９】
この他、患者の吸気に同期して回転子５０の回転を開始するように制御してもよい。この場合、スイッチ３２は不要である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、薬剤の供給源から分散した薬剤に回転子の回転により剪断応力が加わるので、薬剤が乳糖から容易に分離する。この結果、薬剤を目的とする治療患部（例えば肺内深部）に確実に到達させることができ、吸入による治療効果が高まる。
【００３１】
また、乳糖から剥離した薬剤は、回転する回転子の斜面上を浮遊している間に、例えば針状結晶上の薬剤や偏平形状の薬剤には、一定の配向角を持って浮遊する効果が付与され、薬剤の空気力学的粒子径を均一化でき、薬剤の体内への沈着効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係る吸入器の外観斜視図である。
【図２】図１の吸入器の構造を示す分解斜視図である。
【図３】図１の吸入器の縦断面図である。
【図４】同吸入器における回転子の各部の寸法例を示す図である。
【図５】同吸入器において薬剤に作用する剪断応力を説明する図である。
【図６】同吸入器において回転子の回転により薬剤に作用する剪断応力を説明する図である。
【図７】別実施形態に係る吸入器の縦断面図である。
【図８】更に別実施形態に係る吸入器の構造を示す分解斜視図である。
【図９】図８の吸入器の縦断面図である。
【図１０】図８の吸入器の概略ブロック図である。
【図１１】同吸入器における回転子の回転数に対する薬剤の粒子径とその分布度合を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ ケース
２０ 電池
３１ ＣＰＵ（制御手段）
４５ カプセル（薬剤供給源）
５０ 回転子
５１ 斜面部
５２ 基部
５５ モータ（駆動手段）
６０ ファン
６０ａ 被検出部
６５ フォトセンサ（検出手段）

Claims (6)

1. 薬剤を吸入するために用いる吸入器に使用される装置であって、
   薬剤の流路において薬剤の供給源側に斜面を向けて配置される円錐形状、半球形状、円錐の底面に基部を設けた形状、半球の底面に基部を設けた形状の中から選ばれる形状の回転子と、この回転子を回転駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするエアロゾル粒子分別装置。
2. 前記薬剤の供給源と回転子との間に、薬剤を回転子側に分散させて送るファンを配置したことを特徴とする請求項１記載のエアロゾル粒子分別装置。
3. 前記回転子の回転速度を検出する検出手段と、この検出手段で検出された回転子の回転速度に応じて回転子の回転速度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエアロゾル粒子分別装置。
4. 前記回転子とファンは同一の回転軸に取付けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のエアロゾル粒子分別装置。
5. 前記回転子、ファン及び駆動手段は同一の回転軸上に位置することを特徴とする請求項２又は請求項３記載のエアロゾル粒子分別装置。
6. 内部が薬剤の流路となる筒状のケースと、このケースの一端側に配置された薬剤供給源と、ケース内部において薬剤供給源側に斜面を向けて回転可能に配置された円錐形状、半球形状、円錐の底面に基部を設けた形状、半球の底面に基部を設けた形状の中から選ばれる形状の回転子と、この回転子を回転駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする吸入器。

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