技术领域
本发明涉及用在通过口服吸入进行的颗粒药物施用中的计量剂量吸入 器装置及其元件，尤其涉及具有增强性能的喷射器元件和呼吸致动的增压 型计量剂量吸入器（pressurized metered dose inhaler），所述增压型计量 剂量吸入器使用增强型的喷射器来增加虹吸管压力降，同时在操作流量范 围内使增加的压力降最小化。
背景技术
多年来，药物气雾剂到肺部的口服吸入式用药是有效的用药方式。一 种用于供给颗粒药物的有效的装置是计量剂量吸入器，其包括容纳药物配 方的具有计量阀的增压罐。在计量剂量吸入器的“施压和吸气”形式中， 该罐布置在包括壳体的致动器内，壳体覆盖该罐的下部，该罐上部露出。 计量阀就位于壳体的基部内部的槽/孔中。所述孔关于阀杆成锐角定位并且 大致通过以90度连接到所述壳体并且在嘴件处终止的管道引导具体药物 配方的排出。为了控制药物，用户将其嘴唇围绕装置的嘴件封闭并同时吸 气（呼吸作用吸气），同时将罐的露出部分压入壳体中。该罐以致动计量 阀的方式向下平移，从而使药物作为气雾流被释放，然后该气雾流在用户 吸气时被吸入呼吸道。对于一些用户来说，将气雾流的释放与他们的呼吸 进行协调是困难的。
为了解决“施压和吸气”致动的吸入器的问题，开发了改进的吸入器 装置，其在用户进行吸气时自动释放药物气雾流。这些被称作“呼吸致动 的增压型计量剂量吸入器”（BApMDI）。在示例性的BApMDI装置中， 可以使用通过打开盖而被压缩的弹簧来实施致动。该弹簧能量被存储直到 用户的吸气触发BApMDI，此时施加弹簧力来下压增压的罐，并使气雾化 的药物流被释放到用户的吸气气流中。这种触发机构基于包括文氏管的喷 射器元件，该文氏管具有在收缩区中变窄的流动路径并且用于增加吸气流 的局部速度以形成适合于致动该装置的虹吸管。
尽管BApMDI装置显示了对现有技术的改进，但是发现触发弹簧能量 （从而致动该装置）所需的能量（压力降）可能超出正常人呼吸可以施加 的能量。在用户具有受损的肺部功能时，或者在用户是没有成人的肺活量 的青少年时，这特别地是有问题的。因此在现有技术中仍然存在提供改进 的BApMDI装置的需要，该BApMDI装置具有触发机构，所述触发机构 能够通过正常人呼吸而进行致动。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有改进性能特性的增强型的喷射器元件。 本发明起因于发现将一凸起或结构引入传统喷射器的虹吸管的入口顶点周 围的收缩区中会显著增加由流速决定的虹吸管压力降，而没有明显增加喷 射器两侧的压力降。这是预料不到的或者是与现有技术中的认识相矛盾的， 现有技术中的认识是，沿着喷射器的空心内孔的内壁包含任何结构或调整 构件（modification member）可以有助于增加该元件的虹吸管压力降，但 是，也会导致喷射器两侧更高的压力降，从而对修改后的喷射器的性能不 利。本发明的增强型的喷射器可以用于减小触发呼吸致动的吸入器装置所 需的吸气流速，从而便于更年幼的病人和那些肺部功能受到损害的病人的 口服吸入式用药。
在本发明的一个方面中，提供了一种增强型的喷射器元件，包括：（a） 具有入口和出口的管道；（b）外表面和内表面，其中，该内表面构成从入 口到出口延伸的空心内孔，并且是大体平滑连续的弯曲表面；（c）收缩区， 通过在入口与出口之间的一位置上使空心内孔的一部分的直径的减小而形 成该收缩区，其中，收缩区具有比主要入口和出口的直径更小的直径；（d） 定位在内表面空心内孔上和收缩区中的调整构件，其中，调整构件是局部 地减小收缩区的直径和横截面积的结构或凸起；（e）虹吸管通道，通过该 通道在喷射器的外表面与空心内孔的内表面之间建立了流体连通，其中所 述通道靠近调整构件定位或者由调整构件围绕。
在一些变型中，增强型的喷射器包括具有高度（H）的调整构件，收 缩区具有半径（R），其中调整构件高度（H）的实体尺寸不超过收缩区半 径（R）的实体尺寸的0.65倍。在其它变型中，调整构件高度（H）的实 体尺寸与收缩区半径（R）的实体尺寸的比在大约0.16至大约0.55的范围 内。仍然在其它变型中，增强型的喷射器具有沿着喷射器的主轴具有长度 （L）的调整构件，收缩区沿着喷射器的主轴具有长度（LCZ），其中，调 整构件长度（L）的实体尺寸不超过收缩区长度（LCZ）的实体尺寸的0.75 倍。此外，调整构件长度（L）与收缩区长度（LCZ）的实体尺寸的比可以 在大约0.25至大约0.75之间。在其它变型中，增强型的喷射器包括沿着喷 射器的主轴具有长度（L）的调整构件，收缩区具有半径（R），其中调整 构件长度（L）的实体尺寸与收缩区半径（R）的实体尺寸的比在大约1.2 至大约3.0的范围内。可选地，调整构件定尺寸成将收缩区的横截面积减 小21%或更小；和/或调整构件围绕收缩区半径（R）的周边的跨度可以在 60至120度之间。仍然在进一步的变型中，与没有这种调整构件、但是具 有与增强型的喷射器相同的入口和出口直径、相同的收缩区直径和相同的 总体喷射器长度（LE）的喷射器元件相比，在增强型的喷射器元件中存在 调整构件以不超过10%的程度限制了供气流通过空心内孔的面积。
在本发明的另一个方面中，提供了一种呼吸致动的吸入装置。该装置 具有致动组件，该致动组件包括如上所述的增强型的喷射器元件，其中随 着吸气而流过喷射器元件的空气用于在虹吸管通道处形成适于致动该装置 的低压力降。在一些变型中，呼吸致动的吸入装置是增压型计量剂量吸入 器。在其它变型中，呼吸致动的吸入装置还包括增压罐，该增压罐含有药 物颗粒的气雾配方，其中该增压罐还包括非保持阀/非触发阀（primeless valve），以用于在装置致动后将气雾配方释放到该装置中。
仍然在本发明的另一个方面中，提供了一种喷射器。该喷射器包括具 有如下元件的细长管道：（a）外表面和形成管道内表面的内孔，其中该内 孔沿着细长管道的一部分长度具有减小的直径以形成收缩区；（b）位于收 缩区内的开口，其中该开口在喷射器的外表面与所述内孔之间形成了一通 道；（c）自内表面向内突出到所述内孔中的结构，其中该结构临近所述开 口或围绕所述开口布置，并且该结构的存在在流体流穿过细长管道运动时 在该开口附近产生了增强的负压，但是该结构的存在不会使穿过细长管道 的流体流的压阻显著地随之增加。
在一些变型中，该结构具有高度（H），收缩区具有半径（R），其中 结构高度（H）的实体尺寸不超过收缩区半径（R）的实体尺寸的0.65倍。 在其它变型中，该结构高度（H）的实体尺寸与收缩区半径（R）的实体尺 寸的比在大约0.16至大约0.55的范围内。仍然在其它变型中，该结构沿着 管道的主轴具有长度（L），收缩区沿着喷射器的主轴具有长度（LCZ）， 其中，该结构长度（L）的实体尺寸不超过收缩区长度（LCZ）的实体尺寸 的0.75倍。此外，该构件长度（L）与收缩区长度（LCZ）的实体尺寸的比 可以在大约0.25至大约0.75之间。在其它变型中，该结构沿着管道的主轴 具有长度（L），收缩区具有半径（R），其中该结构长度（L）的实体尺 寸与收缩区半径（R）的实体尺寸的比在大约1.2至大约3.0的范围内。可 选地，该结构定尺寸成使收缩区的横截面积减小21%或更小。仍然在进一 步的变型中，与没有这种结构、但是具有与所述喷射器相同的实体尺寸的 喷射器相比，在所述喷射器中存在所述结构以不超过10%的程度限制了通 过所述内孔的气流。
在本发明的另一个方面中，提供了一种呼吸致动的吸入装置。该装置 具有致动组件，该致动组件包括如上所述的喷射器，其中随着吸气而流过 喷射器的空气用于在虹吸管通道处形成适于致动该装置的低压力降。在一 些变型中，所述呼吸致动的吸入装置是增压型计量剂量吸入器。在其它变 型中，所述呼吸致动的吸入装置还包括增压罐，所述增压罐含有药物颗粒 的气雾配方，其中所述增压罐还包括非保持阀，以用于在所述装置致动后 将气雾配方释放到该装置中。
本发明的一个突出优点是可以通过根据本发明修改后的喷射器元件获 得改进的性能。增强型的喷射器可以用在呼吸致动的增压型计量剂量吸入 器（BApMDI）中，以增加吸气气流的局部速度和形成适于致动所述装置 的虹吸管，从而能够使肺部功能受到损害的病人或者没有显著肺部功能的 青少年能够使用这些方便有效的药物分配装置。本发明的又一个突出优点 是可以使用简单且可再现的生产方法来生产本发明的增强型的喷射器。
在阅读了本文的描述和说明之后，本领域普通技术人员将会容易地了 解本发明的这些和其它目的、方面、变型和优点。
附图说明
图1是传统喷射器元件的截面图。
图2是图1的传统喷射器元件的透视剖视图。
图3是示出了多个重要参数的传统喷射器元件的示意图。
图4是根据本发明生产的增强型的喷射器元件的截面图。
图5是图4的增强型的喷射器元件的透视剖视图。
图6A是图4和5的增强型的喷射器实施方式的调整构件的侧向剖视 透视图。
图6B是图4和5的增强型的喷射器实施方式的调整构件的轴向剖视 图。
图7绘出了两个喷射器元件（传统喷射器和根据本发明生产的增强型 的喷射器元件）的性能测试结果（虹吸管压力降相对于伴随的喷射器两侧 的压力降的图示）。
图8A呈现了根据本发明生产的具有轻度、中度和重度调整构件的增 强型的喷射器元件的性能测试结果（在两个不同流体流速下调整构件高度 （H）相对于虹吸管压力降的图示）。
图8B呈现了根据本发明生产的具有轻度、中度和重度调整构件的增 强型的喷射器元件的性能测试结果（在两个不同流体流速下调整构件高度 （H）相对于喷射器阻力（喷射器两侧的压力降）的图示）。
图9A比较了传统喷射器和根据本发明生产的增强型的喷射器的性能 测试结果（在两个不同流体流速下调整构件高度（H）相对于虹吸管压力 降的图示）。
图9B比较了传统喷射器和根据本发明生产的增强型的喷射器的性能 测试结果（在两个不同流体流速下调整构件高度（H）相对于喷射器阻力 （喷射器两侧的压力降）的图示）。
图10绘出了结合有根据本发明生产的增强型的喷射器作为致动机构 的的BApMDI的剖视图。
具体实施方式
在详细描述本发明之前，应该理解的是，本发明并不局限于具体示例 性描述的喷射器元件、呼吸致动的增压型计量剂量吸入器装置或者制造工 艺参数，因为当然可以对上述内容做出改变。还应该理解的是，这里使用 的技术术语仅是为了描述本发明的具体实施方式，并不旨在构成限制。
正如这里使用的，“喷射器”是具有入口和出口的细长管道（空心内 孔或通道）或文氏管，在施加在喷射器的入口与出口两侧的压力降的影响 下通过所述喷射器抽吸或泵送流体。通过所述管道的空心内孔通常具有圆 筒形截面，但是也可以具有椭圆形、卵形、平滑矩形或者其它非对称截面。 所述空心内孔具有位于其中的收缩区，其中入口直径在一部分轴向长度上 收敛成更小的直径以形成收缩区，然后在出口处扩张成接近入口直径的直 径。收敛半角通常在离开轴向中心线17-25度的范围内。扩张半角通常在 离开轴向中心线3.5-7.5度的范围内。收缩区的轴向长度通常在2-5倍空心 内孔直径的范围内。入口直径与收缩直径的比称作节流系数（choke）或 1/β。当流体在收缩区内通过喷射器时，由于流过收缩区的增加的流速，正 如由伯努利方程描述的文氏管效应的结果，产生了减小的压力。虹吸管从 喷射器的外壁（虹吸管入口）穿过所述管道到达与收缩区同轴的管状导管 的内壁（虹吸管出口）上的位置。由于以Giovanni Venturi命名的文氏管 效应，在虹吸管通道两侧产生了压力降，所述压力降等于喷射器外壁上的 压力差，小于管状导管的内壁上的压力。虹吸管压力降可以用于通过虹吸 管抽吸流体并使流体进入该管中。
喷射器在许多商业应用中是有用的。喷射器可以用作罐内混合器（tank mixer）。通过将喷射器浸入罐的内容物中并通过喷射器泵送流体，喷射器 将对于通过喷射器泵送的每个体积抽取高达4-5（倍）的流体体积。以这种 方式，在使用喷射器的情况下，利用显著较小的泵可以获得相同量的混合 物。
喷射器在消防设备的泡沫产生中也是有用的。在这些设备中，通过作 为特殊起泡喷嘴的元件的喷射器泵送水。通过喷射器的水流抽入各种起泡 剂。然后将空气泵送到该混合物上，使得从喷嘴喷射出泡沫并用于灭某些 种类的火。在需要泵送可燃液体时喷射器也是非常有用的，直接用泵泵送 可燃液体是危险的。
图1中绘出了传统喷射器的截面视图。在图中，箭头A示出了流体流 通过喷射器（100）的空心内孔（110）的方向，从喷射器入口（115）到喷 射器出口（120）。虹吸管入口（115）向收缩区（125）变窄。虹吸管入口 （140）位于喷射器壁（135）内，在收缩区（125）内的一点上。存在穿过 喷射器的侧壁（135）并且在虹吸管出口（160）处穿过内壁（150）的虹吸 管通道（130）。内壁（150）的表面在虹吸管出口（160）处是平滑连续的 并且全部均沿着空心内孔（110）的整个长度。这是因为标准技术规定了在 喷射器内表面上不应存在会造成流体流扰动从而降低喷射器效率的不规则 结构。图2绘出了图1的喷射器（100）的透视剖视图，其中箭头A示出 了通过空心内孔（110）的流体流的方向。在虹吸管出口（160）上方的加 速后的流体流造成压力降以在虹吸管入口（140）上抽吸。
可以将正如在图1和2中绘出的传统喷射器用在BApMDI装置中来增 加呼吸作用吸入流的局部速度以形成适合于致动该装置的虹吸管。示例性 BApMDI装置包括US专利号5,954,047；6,026,808；和6,905,141中描述 的那些装置，其中可以通过用户的呼吸触发弹簧能量以致动该装置。此外， 喷射器结合在US专利号5,657,749和6,948,496中描述的吸入器装置中。 在操作中，喷射器一般包括文氏管，所述文氏管具有从入口到收缩区变窄 的流动路径直径，从而增加吸入流的局部速度。虹吸管位于收缩区内，并 且根据伯努利方程，在虹吸管的入口顶点（Inlet Apex）上的增加后的速度 产生了低于进入喷射器的环境压力（PAmbient）的压力（Pinlet apex），从而形 成了虹吸。在BApMDI装置中，虹吸管连接到可变容积室。当虹吸管将空 气吸入喷射器的收缩区中时，可变容积室被排空。在触发点上，可变容积 室已经被足够排空而倒塌/变扁/失去支撑，从而启动BApMDI的排出机构 （例如压缩弹簧的释放）。通过合适选择设计参数，比如室容积、喷射器 尺寸、形状和结构以及虹吸管直径，可以将BApMDI设计成利用所需量的 呼吸作用吸入力造成致动。该机构能够实现适合于肺部用药的一致的排出 时机并且自动调节以适应广大范围内的用户的吸气形式。
在现有技术中一般理解的是，通过应用伯努利方程，可以通过将收缩 区的直径变窄、即通过增加喷射器的节流系数来增加由喷射器产生的虹吸 管压力降。对于需要相当大的力来以适时方式致动该装置的配置中，为了 调节BApMDI装置中的触发机构，这是非常有用的参数。但是，当收缩区 直径变窄时，使空气通过喷射器运动变得更加困难，并且根据Pousieulles 方程，喷射器两侧的压力降增加。结果，改动喷射器以增加收缩（节流） 可能致使BApMDI装置不可操作，因为一些用户可能不具有足够的肺部功 能来触发具有这种增加的收缩和增加的喷射器压力降的装置。因此，在设 计一种用在BApMDI装置中的改进的喷射器方面存在明显的工程上的权 衡。具体地，喷射器的收缩的任何增加（增加的节流）预期将导致在虹吸 管上引起的压力降（虹吸管压力降）的随之增加，从而增加致动力。但是， 收缩区直径的任何这种减小将对流过喷射器的流体造成更大的阻力，导致 喷射器两侧的压力降，可能阻止利用增强的虹吸管压力降实现的任何增加。 这可以认为是就像试图从杯子通过一系列越来越小的吸管吸取流体一样。 因此，应用显著增加的节流的工程技术来增加虹吸管压力降（并从而增加 致动力）预期将致使喷射器不可操作，因为试图通过收缩的喷射器进行吸 气的用户将会发现在这种具有这样显著收缩的喷射器的横断面上进行正常 的吸气是困难的或不可能的。
已经偶然发现，在收缩区内临近虹吸管入口顶点引入一占据高度局部 化区域的凸起或结构（有效地，结构收缩部）可以显著增加喷射器中的虹 吸管压力降而不显著增加喷射器两侧的压力降。这些局部化的结构或凸起 在这里称作“调整构件”。在BApMDI中使用增强型的喷射器设计以致动 该装置意味着即使甚至受到损害的用户现在也可以致动这种装置，尽管这 些装置需要增加的虹吸管压力降来正确操作该装置。所述调整构件（高度 局部化的凸起或结构）是在发明人将锋利的探针从喷射器的外部插入传统 喷射器的虹吸管开孔中而作为将该喷射器插入试验台测试装置中的过程的 一部分时无意中发现的。将探针插入塑料喷射器开孔中造成开孔的内周周 围的塑料变形并且在喷射器的收缩区内孔中形成了小的截头圆锥形状的凸 起。在利用试验台测试装置的喷射器性能的后续测试之后，发现喷射器虹 吸管压力明显增加，但是在喷射器两侧没有明显的（不利的）压力降。后 续的测试确认了该现象，现在已经将这种特殊的修改设计到增强型的喷射 器设计中（以及制作的注模设备中）以在喷射器的收缩区中形成有效的调 整构件。
现参见图3，为了描述本发明，绘出了喷射器的多个重要的特征。喷 射器的三个主要的参数包括喷射器的长度（LE）、入口的内径（Di）和出 口的内径（Do）。另一个重要的参数是喉部的直径（Dt）。喷射器从Di到Dt变窄，称作收敛区。然后具有直径是所述喉部的直径（Dt）的称作收 缩区的区域。然后直径再次增加直到达到通常等于入口直径（Di）的出口 直径（Do）。该区域称作扩张区。虹吸管压力降以及喷射器两侧的压力降 可以使用如下测量确定：喷射器的出入处的压力（PInlet）；喷射器的出口 处的压力（POutlet）；在虹吸管处进入喷射器的环境压力（PAmbient）；以及 入口顶点处的压力（PInlet Apex）。
参见“Fluid Meters,Their Theory and Application,Report of ASME Research Committee on Fluid Meters”，第六版（1971），通过伯努利方 程描述了用于非粘性低马赫数流动（invisid subMach 1）的由喷射器虹吸 管产生的虹吸管压力降（ΔPsiphon）：
ΔPsiphon=(PAmbient－PInlet Apex)=Q2ρ(1/A2－1/a2)2gc (gf/cm2)，其中
ρ=标准温度和压力（STP）各处空气密度=0.001193gm/cm3；
gc=重力常数=982.14(gm/gf)(cm/秒2)；
a=喉部横截面积=πDt2/4；以及
A=入口横截面积=πDi2/4。
通过任何具有层流的管道的流量和压力降可以由Poiseulle方程描述：
Q＝体积流量=gcρ(PInlet－POutlet)d4/128mLE (cm3/s)。
因此，然后可以通过重新整理Pouiseulle方程并且通过包含作为文氏 管α2和β的函数的损失因子（1－ΔPEloss）来确定喷射器两侧的压力降 （ΔPeductor）：
ΔPeductor=(PInlet－POutlet)=Q128μLE/πgcDmean4(1－ΔPEloss) (gf/cm2)，其中
α2=扩张喷嘴的1/2角度=7.5度；
β=喉部直径与如扩直径之比（Dt/Di）=0.339gm/秒-cm;
STP下的空气粘度μair=0.000179；以及
ΔPEloss=压力损失差（%）=e(1.883+(0.253α2)+(-0.327βα2)+(0.494β))
使用上述数学手段，对于提出的具有已知尺寸的喷射器设计，可以在 各种流速下预测虹吸管压力降和整个喷射器两侧的压力降。然后可以将这 些预测到的压力降与各种模型喷射器的测量到的压力降的值进行比较。令 人惊讶的是，当将上述手段应用到本发明的增强型的喷射器设计上时，预 测到的值没有足够描述测量到的喷射器性能。特别地，当（基于由收缩区 中的调整构件提供的附加收缩而）存在预测到的虹吸管压力降的增加时， 喷射器两侧的压力降的相应的预测值显著地过高估计了该压力降的大小。 事实上，虹吸管压力降显著的增加可以利用本发明的增强型的喷射器设计 来实现，而喷射器两侧的压力降没有不希望的随之的增加。在一些情况下， 本发明的增强型的喷射器设计显著增加了虹吸管压力降，而喷射器两侧的 压力降具有10%或更少的最小的减小。这导致喷射设计具有明显改进的性 能特征。
本发明的增强型的喷射器包括位于收缩区中喷射器内壁上的调整构件 （凸起或结构）。凸起或结构的尺寸和形状被限制到围绕虹吸管出口的体 积上，该体积由沿着收缩区的长轴的长度（L）、所述凸起或结构最多能 伸到收缩区表面上方的高度（H）、以及由收缩区壁构成的一段曲线表面 （θ）（关于收缩区的短轴具有角度的截面弧）进行限定。在某些实施方式 中，虹吸管通道穿过所述调整构件延伸，优选地所述虹吸管通道穿过构成 所述调整构件的凸起或结构的轴向中部延伸。在其它实施方式中，所述凸 起或结构临近虹吸管出口。所述凸起或结构刚好在虹吸管入口顶点周围的 位置上造成增加的压力减小，这增大了流体流的局部速度，并导致顶点处 的压力减小。但是，如果满足了如下的凸起或结构的关键参数，则由于喷 射器管道的横截面积的减小而导致的流阻增加会很小或没有增加：所述凸 起或结构的高度（H）不超过收缩区半径（R）的0.65倍；所述凸起或结 构沿着喷射器长轴（L）的长度不超过收缩区长度（LCZ）的0.75倍；所述 凸起或结构围绕所述收缩区半径周边的跨度（θ）不超过120度，从而构成 所述调整构件的凸起或结构使收缩区横截面积减小大约21%或更少。在某 些实施方式中，所述凸起部或结构的高度（H）与收缩区的半径（R）之间 的比在大约0.16至0.55之间。在另外的实施方式中，所述凸起或结构沿着 喷射器长轴（L）的长度与收缩区的半径（R）之间的比在大约1.2至3.0 之间。仍然在另外的实施方式中，所述凸起或结构围绕收缩区半径周边的 跨度在大约30至80度之间。
在图4中绘出了本发明的增强型的喷射器的一个实施方式的截面视 图。在图中，箭头A示出了流体流通过喷射器（200）的空心内孔（210） 从喷射器入口（215）到喷射器出口（220）的方向。虹吸管入口（215）向 收缩区（225）变窄。虹吸管入口（240）位于喷射器壁（235）内，在收缩 区（225）的一个点上。存在穿过侧壁（235）并通过内壁（250）的虹吸管 通道（230）。虹吸管通道（230）还通过由调整构件（265）提供的凸起或 结构，在虹吸管出口（260）处终止。图5绘出了图4的喷射器（200）的 透视剖视图，其中箭头A示出了通过空心内孔（210）的流体流的方向。 在所述调整构件（265）和虹吸管出口（260）上加速后的流体流造成增强 的虹吸管压力降，以被在虹吸管入口（240）上抽吸而不伴生喷射器两侧压 力降的不合适的增加。因此，只有很小的或没有显著的通过喷射器的流阻 的增加——尽管存在喷射器内孔中收缩区的横截面积的减小。
图6A是图4和5的喷射器实施方式的调整构件（265）的剖切侧向透 视图，其中所述调整构件沿着收缩区长轴的长度（L）关于图4和5的实 施方式中的收缩区总体长度（LCZ）示出。图6B是图4和5的喷射器实施 方式的调整构件（265）的剖切轴向视图，其中还示出了调整构件（265） 的高度（H）以及由调整构件的收缩区壁构成的一段曲线表面（θ）。
为了说明根据本发明的增强型的喷射器元件的改进的性能，生产了两 个具有相同的主要喷射器参数（相同的喷射器长度（LE）、相同的入口内 径（Di）、相同的出口内径（Do）、相同的喉部直径（Dt）和相同的收缩 区长度（LCZ））的喷射器。第一喷射器（002）是传统的喷射器，第二喷 射器（003）在收缩区中包括根据本发明生产的调整构件。测试这两个喷射 器元件的虹吸管压力降和喷射器两侧的压力降。图7绘出了在各个流速下 喷射器的测试结果，特别地，示出了相对于传统喷射器（002）和根据本发 明修改的增强型的喷射器（003）产生的虹吸管压力降（竖轴）绘出的通过 喷射器的流量图（水平轴）。在每个水平数据点上存在4个数据点。菱形 （◆）表示通过传统喷射器（002）的阻力（喷射器两侧的压力降），三角 形（▲）表示通过增强型的喷射器（003）的阻力（喷射器两侧的压力降）。 正如可以看出的，在各个测试流速下（每分钟5，10，15，20，25，30， 35，40，45和55升（LPM）），表示两个不同喷射器的喷射器两侧的压 力降的两个数据点（◆和▲）几乎相同，表明增强型的喷射器（003）中调 整构件的添加没有导致通过该喷射器的流阻的增加——尽管存在喷射器内 孔中收缩区的横截面积的减小。
但是，当测量两个喷射器的虹吸管压力降时，在传统的喷射器（002） 与增强型的喷射器（003）之间看到存在显著的差别。再次参见图7，传统 喷射器（002）的虹吸管出口处产生的虹吸管压力降由圆（●）表示，增强 型的喷射器（003）的虹吸管出口处产生的虹吸管压力降由正方形（■）表 示。正如可以看出的，当流速值增加时（沿着水平轴从左到右），传统喷 射器（002）与增强型的喷射器（003）之间的虹吸管压力降之间的差别明 显增加。例如，在40LPM下（一般是正常的呼吸作用吸气的速度），增 强型的喷射器虹吸管压力降（■）比传统喷射器压力降（●）高差不多60 mbar，这是令人惊讶的，因为两喷射器两侧的伴生压力降彼此仅2-3mbar 的差别。事实上，在大多数与正常的呼吸作用吸气相关联的流速下（25-40 LPM），当与传统喷射器（002）相比时，增强型的喷射器（003）具有显 著增加的虹吸管压力降和伴生的较低的阻力（喷射器两侧的压力降）。这 是根据一般的喷射器设计原理预料不到的结果，一般的喷射器设计原理教 导流动路径中增加任何阻碍（存在调整构件）应该导致更高的阻力。
为了进一步说明根据本发明生产的增强型的喷射器元件的改进的性 能，生产了许多具有相同主要喷射器参数（相同的喷射器长度（LE）、相 同的入口内径（Di）、相同的出口内径（Do）、相同的喉部直径（Dt）和 相同的收缩区长度（LCZ））的喷射器。第一喷射器（Rev 002）是通过注 塑生产的传统喷射器。第二喷射器（Rev 003）也是通过注塑生产的并且在 收缩区中和围绕虹吸管出口包括模制的调整构件（具有0.45mm的凸起高 度）以形成根据本发明的增强型的喷射器元件。接下来，手动改变通过与 用于生产（Rev 002）喷射器相同的注塑工艺生产的传统喷射器以生产三组 根据本发明的调整构件。特别地，在这里分别称作重度、中度和轻度的三 组增强型的喷射器是通过将锥形工具引入到虹吸管通道中而手动形成的。 锥形工具插入到虹吸管通道中造成了喷射器的模制塑料的变形，导致在喷 射器的空心内孔中和围绕虹吸管出口的“火山形”的调整构件。用于插入 所述锥形工具的力的大小作为轻度、中度和重度主观地施加以产生具有不 同凸起高度（H）范围的调整构件。然后目测轻度、中度和重度调整构件 组中每个喷射器元件的实际凸起高度（H）。所有喷射器元件的收缩区中 的空心内孔的直径是2.54mm，因此收缩区的半径（R）是1.27mm。轻度、 中度和重度增强型的喷射器组中的调整构件的目测高度（H）范围从大约 0.2mm到大约0.7mm。
现参见图8A，呈现了轻度、中度和重度调整构件组在两个流速（28.3 LPM和45LPM）下调整构件高度（H）相对于虹吸管压力降的图。正如 可以看出的，所有手动修改后的增强型的喷射器示出了增加的喷射器效率， 其中在较低流体流速（28.3LPM）下的虹吸管压力降范围从大约80mbar （轻度调整构件组）到大约120mbar（重度调整构件组）。在较高流体流 速（45LPM）下的虹吸管压力降范围从大约250mbar（轻度调整构件组） 到大约375mbar（重度调整构件组）。在图8B中呈现出了轻度、中度和 重度调整构件组的伴生的喷射器阻力（喷射器两侧的压力降）。特别地， 在图8B中呈现出了轻度、中度和重度调整构件组在两个流速（28.3LPM 和45LPM）下调整构件高度（H）相对于喷射器阻力（喷射器两侧的压力 降）的图。正如可以看出的，在较低流速（28.3LPM）下的喷射器阻力范 围从大约0.060KPa∧0.5/LPM（轻度调整构件组）到大约0.063 KPa∧0.5/LPM（重度调整构件组）。在较高流速（45LPM）下的喷射器 阻力范围从大约0.063KPa∧0.5/LPM（轻度调整构件组）到大约0.070 KPa∧0.5/LPM（重度调整构件组）。因此，尽管轻度、中度和重度调整构 件组显示了随着调整构件高度（H）的增加而以基本线性方式增加的显著 增强的虹吸管压力降性能，但是伴生的喷射器阻力性能在三组中均保持相 对不变。
相比于利用手动修改后的增强型的喷射器（轻度、中度和中度调整构 件组）获得的喷射器性能结果，使用相同的测试参数测试了传统喷射器 （Rev 002）和注塑增强型的喷射器（Rev 003）的性能。现参见图9A，呈 现出了传统喷射器（Rev 002）（其中（H）=0）和注塑增强型的喷射器（Rev 003）（其中（H）=0.45mm）在两个流速（28.3LPM和45LPM）下的 调整构件高度（H）相对于虹吸管压力降的图。正如可以看出的，增强型 的喷射器（Rev 003）相比于传统喷射器（Rev 002）示出了增加的喷射器 效率，其中在较低流体流速（28.3LPM）下的虹吸管压力降为大约60mbar （Rev 002传统喷射器）对比250mbar（Rev 003增强型的喷射器）；在 较高流体流速（45LPM）下的虹吸管压力降为大约175mbar（Rev 002传 统喷射器）对比255mbar（Rev 003增强型的喷射器）。图9B中呈现出 了传统喷射器（Rev 002）和注塑增强型的喷射器（Rev 003）的伴生喷射 器阻力结果（喷射器两侧的压力降）。特别地，图9B中呈现出了传统喷 射器（Rev 002）和注塑增强型的喷射器（Rev 003）在两个流速（28.3LPM 和45LPM）下的调整构件高度（H）相对于喷射器阻力（喷射器两侧的压 力降）的图。正如可以看出的，在较低流速（28.3LPM）下Rev 002传统 喷射器的喷射器阻力大约是0.059-0.060KPa∧0.5/LPM（相比于Rev 003 增强型的喷射器的大约0.053-0.055KPa∧0.5/LPM）。在较高流速（45LPM） 下Rev 002传统喷射器的喷射器阻力大约是0.059KPa∧0.5/LPM（相比于 Rev 003增强型的喷射器的大约0.057KPa∧0.5/LPM）。因此，增强型的 喷射器（Rev 003）显示了与通过轻度、中度和重度调整构件增强后的喷射 器相当的性能增强（增加的虹吸管压力降而没有阻力压力的伴生增加）， 并且在虹吸管压力降和阻力压力性能方面可证明优于传统喷射器（Rev 002）。
由本发明的增强型的喷射器设计提供的好处的又一个示例是，增强型 的喷射器显示了大为改进的触发一致性，这是BApMDI装置的关键质量性 能品质。在这方面，含有喷射器元件的BApMDI装置必须被测试质量以说 明用在人体药用产品中的可接受性。因此，测试为了用在人体药用产品中 而制成的装置的致动压力性能和一致性以确保可接受的药用性能。测试参 数将装置（呼吸）致动压力的可接受的上下限分别设定在47和25mbar 上。下限设定在足够高的压力下以避免吸入器的意外触发，上限设定在反 映正常人感觉舒服的呼吸作用吸气压力的上限值的经验设定值上。在含有 传统喷射器的BApMDI装置的样本的所需致动压力的质量测试中，发现显 著数量的受测试单元在致动压力上限之上，因此70%的受测试装置没有满 足质量规格。但是，当对含有根据本发明生产的增强型的喷射器元件的 BApMDI装置的类似样本进行质量测试时，仅15%的受测试装置没有满足 质量规格。这表明，由于从使用传统喷射器转变到本发明的喷射器，制造 效率得到了显著提高，这可以从用于这些药用产品的货品的总体消耗方面 的显著改善中反映出来。
本发明的增强型的喷射器可以使用现有技术中对于本领域技术人员公 知的标准工艺和技术并且使用容易获得的材料制造。因此，增强型的喷射 器可以由塑料材料——例如诸如聚碳酸酯之类的药用级别的塑料 （Makrolon，部件号2458-550115，Bayer MaterialScience）——使用标准 的注塑工艺成型。在一个优选的实施方式中，增强型的喷射器是由聚碳酸 酯材料使用注塑技术利用三个销（一个销从喷射器入口延伸到的虹吸管出 口中部上的调整构件的中部；第二销从喷射器出口延伸到虹吸管出口中部 上的调整构件的中部并与第一销接触；第三销从虹吸管入口延伸到虹吸管 出口并且接触第一和第二销）成型的。包括这些销的模制元件优选地被精 细地抛光以避免在喷射器内孔的内部表面上和沿着整个长度（包括调整构 件表面）产生任何表面不规则性。
制造完成后，本发明的增强型的喷射器可以有利地被应用的许多应用 场合。一种这样的应用场合是在呼吸致动的吸入器的触发机构中，其中人 的吸气提供了用于装置致动的触发能量。在这方面，触发呼吸致动的吸入 器所需的能量（压力降）高于可以由正常人呼吸施加的能量是常见的情况。 本发明提供了用于放大虹吸管两侧的压力降的装置，其如果有利地连接到 触发机构就能够利用正常人呼吸实现致动。使增强型的喷射器的虹吸管两 侧的压力降增加而不成比例地增加喷射器压力降的能力使得即使是比如小 孩和那些健康状况受到损害的人也能操作该呼吸致动的触发机构。
通过向肺部分配粉末、喷雾和气雾而进行局部的或全身的用药已经使 用了数十年。喷雾器一般产生被分配到病人吸入的气流中的喷雾或气雾。 通常通过使压缩空气受力通过药物溶液或者通过使用振动网筛而产生气雾 和喷雾，所述振动网筛使药物溶液受力通过网筛中的孔来产生非常小的药 物溶液液滴。产生的气雾通过导管和/或在正常呼吸的病人的鼻子和嘴上保 持就位的面罩被传送给病人。该特征的优点是仅需要病人以正常方式呼吸 通过所述面罩即可。不需要使呼吸与喷雾器同步，因为喷雾器持续地将药 物喷雾传送给病人，这使喷雾器尤其对治疗儿科病人有用。
对于非儿科病人，开发计量剂量吸入器（MDI，也称作增压型MDI 或pMDI），它们用手保持并且不需要辅助设备或电力。MDI装置一般是 由含有增压气体和药物配方（是药物溶液和/或悬浮液）的小铝罐组成的。 所述罐具有计量阀，所述计量阀在阀杆被压缩时将分配一小剂（一般25-100 mL）药物配方。MDI吸入器装置可以由简单的塑料壳体制成，罐插入到 所述壳体中，其中罐的阀端放置到所述壳体中。所述罐的底部的一部分露 在所述壳体上方以便于可以将其手动地进一步向下推入所述壳体中。该动 作使得阀杆被推入阀体中并且将一剂药物释放到所述壳体中。
在使用中，病人将MDI装置的口部保持到他/她的嘴的高度上，开始 呼吸，然后通过在所述罐上向下推来手动地释放一剂药物。这将药物气雾 剂释放到通过病人的吸气产生的空气流中。手动的灵活性和呼吸时机的这 种结合有效地排除了小孩有效地使用MDI装置的可能性，但是许多成人也 发现正确地使用该MDI装置是困难的。为了解决这些担心，开发了呼吸致 动的MDI装置。早期的形式包括改进的壳体，标准手动MDI装置放置在 所述壳体中。存在机械和电子形式，其检测由病人吸气造成的空气流，然 后使所述罐自动被压下以便于分配药物。
存在许多呼吸致动的吸入器装置，其中增压罐通过病人的吸气以各种 方式启动。许多通过放置可枢转的板来启动，所述可枢转的板定位在空气 流中并且机械地连接成使得所述板的转动触发某种类型的存储能量来启动 计量剂量吸入器（MDI）罐阀。US专利号5,954,047；6,026,808；和6,905,141 描述了一种呼吸致动的增压型MDI（BApMDI）装置，其中通过打开一盖 来压缩弹簧，然后通过病人经由嘴件的呼吸来释放弹簧存储的能量。吸入 空气流通过传统的喷射器，其通过在真空室上经由虹吸管抽真空来减小可 变容积室的体积。当真空室尺寸减小时，机械地使触发器释放并且使用存 储的弹簧能量向下偏压药物罐，从而启动计量阀并且分配一剂量药物。存 在多种当前制造的这种BApMDI装置，比如装置 （MAP医药品公司）、和EasiBreathe MDI装置 （Teva）。由于本发明的增强型的喷射器实际上可以用于放大任何流体流 的作用力，因此这些元件可以用在如果使用这种压力放大则会具有好处的 任何种类的装置和设备中。
在本发明的某些实施方式中，增强型的喷射器用于提供TEMPO BApMDI装置（MAP医药品公司）的改进形式。该装置包括含有增压罐 的呼吸致动的MDI吸入器装置（致动器），其具有非保持阀组件并且含有 具有粉末药物悬浮物的气雾配方。所述阀组件包含热塑性的芯部、本体和 计量室与弹簧。所述阀组件具体设计成允许所述罐的增压的内容物自由流 入和流出所述计量室。配方的自由流入和流出计量室是通过所述罐与计量 室之间的流动路径的特殊设计实现的。当阀倒置备用时，不需要喷射出任 何被浪费掉的保持的射流。所述阀旨在以倒置（阀朝下）取向被使用，与 合适的分配致动器一起使用。
通过将所述芯部压入所述阀中（通过在与致动器一起使用时推到倒置 的阀上的罐基部上）来启动所述阀。所述阀设计成，在压缩所述芯部时并 且在所述芯部的侧孔进入计量室之前，在所述室内，所述芯部的下端上的 狭槽运动超过内座，从而相对于配方封闭所述室。所述芯部的进一步下压 使所述芯部的侧孔进入计量室，从而允许其通过空心管分配配方。当通过 弹簧使所述芯部返回到其休止位置时，所述芯部的下端上的狭槽进入所述 计量室，从而允许重新填充所述室。因此该阀是非保持的/无保持功能的 （primeless）并且具体旨在排出计量剂量的配方。
TEMPO吸入器是能够实现从填充好的罐向病人肺部进行呼吸同步化 药物配方分配的致动器。当病人吸气时其自动分配药物并且能将药物分配 到肺部深处。该吸入器将计量剂量的气雾排出到一小的整体式流量控制室 （FCC）中。通过将气雾流旋成涡流来在该室中减慢气雾流以增加驻留时 间，并且通过使气雾流与垂直侧壁气流相冲击来减小侧壁沉积。增加的驻 留时间实现了配方助推剂的蒸发，在喷雾流中留下了高比例的可吸入药物 颗粒。吸入器的呼吸同步化触发器设计成在第一半个吸气周期中致动填充 好的罐并且排出气雾（交换体积），这与峰值流速或吸入体积无关。
TEMPO装置的触发器和致动组件是由多个元件组成的：喷射器、隔 膜、歧管、触发器和支架。通过嘴件的吸气使气流通过吸入器。在喷射器 的虹吸管孔处通过流过该元件的空气而形成低压真空。该真空在隔膜上“拉 动”，从而使触发器运动。触发器运动从支架去除支撑作用，从而支架能 在弹簧力作用下自由运动。这种运动导致支架使填充好的罐移动并且导致 药物配方通过所述阀的释放。关闭压簧杆的动作会释放弹簧压缩并且盖住 所述嘴件。
TEMPO装置的FCC设计成用于减慢和控制排出的配方气雾流。该动 作能够增加了气雾在所述室中的驻留时间，以促进助推剂的蒸发和在吸入 的气流中夹带药物颗粒。FCC是由多个元件组成的：涡流板；FCC背壁/ 雾化喷嘴；多孔管和FCC前部。通过这些元件中每个元件来引导吸气。
FCC涡流板位于雾化喷嘴的上游。吸气气流的一部分通过FCC涡流 板引导，使空气以旋转（涡流）的形式流动。该涡流作用减小了气流中颗 粒的轴向速度，增加了在FCC中的驻留时间，以实现助推剂蒸发。涡流形 式是通过专门的涡流板设计获得的。
整体成型到FCC背壁中的雾化喷嘴将气雾流释放到由涡流板形成的 涡流气流中。通过增加FCC背壁/喷嘴元件中的流动面积来减慢来自于涡 流板的气雾和空气的混合物。通过FCC背壁/喷嘴的通风口抽吸的吸入空 气用于（1）减小整体流阻以提高病人的舒适度，和（2）提供足够的轴向 动量来驱动受控的涡流气雾流，使其经过空气流、经由FCC前部和嘴件进 入病人的呼吸道。
还通过TEMPO装置中的多孔管的多孔壁抽吸空气。该气流沿着室的 内壁形成了缓冲层，从而阻止气雾在壁上的沉积。被吸引通过吸入器的另 一部分空气经由FCC前部被抽吸并且横过喷雾被引导。该交叉流冲击射流 减慢了气雾流的速度，将气雾流速度减小到大致与吸入空气流相同的速度。
在图10中绘出了结合有根据本发明生产的增强型的喷射器的 BApMDI装置的剖视图。吸入器装置（500）包括增强型的喷射器元件（510） 和包含非保持阀（530）的增压罐（520）。通过以大致135度的角度提升 和打开压簧杆来准备好可供使用的吸入器装置（500）。提升所述杆的动作 使嘴件（540）被打开并使吸入器准备好供使用。当提升压簧杆（550）时， 杆上的凸轮压缩两个弹簧，这些弹簧在保持增压罐（520）的支架上施加力 并且提供在致动所述装置时用来致动填充好的罐的能量。为了操作该装置， 病人利用其嘴唇在所述嘴件（540）的边缘周围形成密封并且开始进行正常 的吸气。当正如由箭头（A）所绘出的将空气流吸入吸入器装置（500）中 时，吸入的空气正如由箭头（B）所绘出的通过增强型的喷射器（510）， 并且提供了足够释放弹簧能量和正如由箭头（E）绘出的使所述阀将一剂 气雾药物排到涡流空气流中的虹吸管压力降，在FCC（560）中进一步形 成涡流之后，正如由箭头（D）所绘出的，该涡流空气流通过嘴件与空气 流一起从吸入器出来，从而使药物能被吸入病人的肺部中。
本发明的实例
实例1：增强型的喷射器元件的生产
根据本发明的增强型的喷射器是使用注塑技术由普通的聚碳酸酯材料 生产的。增强型的喷射器元件具有如下的相对物理参数：
-凸起（调整构件）的高度（H）与收缩区的半径（R）之间的比在大 约0.16至0.65之间；
-凸起（调整构件）沿着喷射器长轴（L）的长度与收缩区的长度（LCZ） 之间的比在0.25至0.75之间；
-凸起（调整构件）围绕收缩区半径的周边的跨度在60至120度之间； 以及
-收缩区横截面积的减小值不超过大约21%。
特别地，增强型的喷射器的一个示例，正如在图5-6B中图示出的 “Rev003”具有如下的在下表1中列出的实体尺寸：
表1
喷射器特征 尺寸
喷射器的总体长度（LE） 28.05mm 入口内径（Di） 6.62mm 出口内径（Do） 4.17mm 虹吸管的中心线距离入口 9.35mm 收缩区的起点距离入口 5.74mm 虹吸管在内表面开口处的直径 0.79mm 收缩区的直径（Dt） 2.53mm 收缩区的长度（LCZ） 8.66mm 调整构件高度（H） 0.40mm 调整构件的位移角度（θ） 66度 调整构件的长度（L） 2.80mm
实例2：由增强型的喷射器虹吸管产生的压力降
使用标准数学手段估计了传统喷射器（Rev 002）和根据本发明生产的 增强型的喷射器元件（Rev 003）的虹吸管压力降和喷射器两侧的压力降， 然后将这些预测值与测量值进行比较。Rev 002和Rev 003喷射器具有相同 的主要喷射器参数（相同的喷射器长度（LE）、相同的入口内径（Di）、 相同的出口内径（Do）、相同的喉部直径（Dt）和相同的收缩区长度（LCZ））。 使用伯努利方程计算这些喷射器在各个流速下的预测到的压力降值：
ΔPsiphon=(PAmbient－PInlet Apex)=Q2ρ(1/A2－1/a2)2gc (gf/cm2)，其中
ρ=标准温度和压力（STP）各处空气密度=0.001193gm/cm3；
gc=重力常数=982.14(gm/gf)(cm/秒2)；
a=喉部横截面积=πDt2/4；以及
A=入口横截面积=πDi2/4。
然后将Rev 002和Rev 003喷射器的测量性能与预测到的压力降值进 行比较。比较结果显示在下表2中。
表2
表2中的Δ%列表示传统喷射器（Rev 002）和包含本发明的调整构件 的增强型的喷射器（Rev 003）的通过伯努利方程预测到的虹吸管压力降与 测量到的虹吸管压力降之间的百分比差。正如可以看出的，伯努利方程精 确地预测了传统喷射器（Rev 002）的大部分流速范围（10-53.2LPM）上 的压力降，因此Δ%较小。但是，对于增强型的喷射器（Rev 003），伯努 利方程没有精确地预测压力降，因此大部分流速下的Δ%较大。增强型的 喷射器（Rev 003）的虹吸管压力降的绝对增加显著大于基于喷射器设计的 现有技术所预料或预测到的。
另一个出人意料的好处是，虽然通过有效地减小增强型的喷射器（Rev 003）中的收缩区直径而增加了虹吸管压力降，但是在相当的流速下喷射器 压力降没有显著增加。这与由Poiseuelle方程预测到的相反，Poiseuelle方 程预测到凸出到收缩区中的调整构件的凸起使其有效直径变窄时会增加喷 射器压力降。虹吸管压力降出人意料地增加，而喷射器压力降出人意料地 没有增加，这对于使用增强型的喷射器的BApMDI装置的用户是非常有好 处的，因为这使得用户能不费力地在较低的流速下触发该装置。已经发现， 调整构件凸起可以具有最多是喷射器收缩区直径的半径的0.65倍的高度， 并且能够将横截面积减小高达大约21%，而没有显著影响喷射器压力降 （例如10%或更少），同时在一般为30-60LPM的吸入流速范围上使虹吸 管压力降增加高达大约45%。
虽然这里描述了某些实施方式，但是本领域技术人员应理解的是，本 发明的方法、系统和装置可以以其他特殊形式具体体现而不脱离其精神。 因此，本发明的这些实施方式在所有方面都应被认为是说明性的而不是限 制性的。本发明的范围和精神是由所附权利要求具体体现的。