[发明专利]一种胶囊型干粉吸入装置的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种胶囊型干粉吸入装置的设计方法。

背景技术

干粉吸入剂是一种不含抛射剂的微粉化气雾吸入剂，它是指微粉化药物或载体以胶囊、泡囊或多剂量贮库形式使用特制的干粉吸入装置，由患者主动吸入的制剂。近年来，随着人们对哮喘、肺气肿、慢性阻塞性肺病以及囊性纤维化等疾病的深入了解，更多的学者致力于肺部吸入给药这种靶向性与非侵犯性于一身的药物传递系统的研发。

肺部吸入给药是指借助特制的吸入装置完成对药物的分散、雾化作用，后经呼吸道传递进肺部。它与传统的给药方式如：注射、口服、外敷等相比，肺部吸入给药具有其独特的优势，主要包括：(1)肺部的表面积大；(2)肺部的血管丰富、酶含量低；(3)患者对药物适应性好；(4)药效快，作用迅速；(5)适合生物大分子传递等。基于肺部吸入给药的优势及其广阔的应用前景，肺部吸入给药装置作为影响肺部给药系统传递的重要因素，逐渐成为研究的热点。

二十世纪五十年代至今，肺部吸入给药装置主要有三种：雾化吸入装置、压力定量吸入器、干粉吸入器。雾化吸入装置是将药物通过射流、超声等方式雾化成微小的颗粒，药物通过患者呼吸吸入的方式进入呼吸道和肺部沉积，从而达到无痛并迅速治疗的目的。但是雾化吸入器体积较大，多适用于医院治疗，不适合随身携带。压力定量吸入器适用于各类支气管哮喘病的治疗，其优点是体积小、便于携带、可以反复定量给药、不需要定期消毒等，但是压力定量吸入器对患者的操作技术要求比较高，年幼的儿童和老年人难以掌握其操作过程，因此，会造成药物经肺部递送效率低、治疗效果差等缺点。并且传统的压力定量吸入器以氟利昂作为抛射剂，易破坏大气层造成污染。因此为了避免压力定量吸入器的弊端，人们在1967年提出了干粉吸入器的概念。

干粉吸入器是通过患者进行主动吸气引发药物干粉雾化分散的一种装置，它不需要使用抛射剂，并消除患者的协同配合过程而且由于它便捷、无污染等特点正逐渐成为肺部吸入给药装置的主流。

但目前胶囊型干粉吸入装置的设计主要依靠仿制及实验试制，设计方法存在缺乏理论指导的问题。

发明内容

本发明是为了解决目前胶囊型干粉吸入装置的设计主要依靠仿制及实验试制，其设计方法缺乏理论指导的问题，而提供一种胶囊型干粉吸入装置的设计方法。

本发明的一种胶囊型干粉吸入装置流道设计方法通过以下步骤实现：

步骤一、对胶囊型干粉吸入装置进行实验，获得关键结构参数；所述关键结构参数包括进气口尺寸、胶囊腔尺寸及出气口尺寸；

步骤二、以一个标准大气压的进气口压强、40L/min的出气口流量及相对一个标准大气压-4000Pa的出气口压强为边界条件，采用Boda-Canow公式得到流道进气口直径、胶囊腔直径及出气口直径的直径比值，计算得到阶梯型流道各截面面积的比值，再根据胶囊型干粉吸入装置的形状及尺寸确定流道的整体结构尺寸，运用2D/3D建模软件建立胶囊型干粉吸入装置的三维模型；

步骤三、将三维模型导入到有限元软件中，通过有限元仿真进行流场分析，确定关键结构参数的尺寸，得到优化后的胶囊型干粉吸入装置。

有益效果：

本发明是结合流体力学理论计算方法与有限元仿真分析手段的流道设计方法，通过本发明设计的胶囊型干粉吸入装置具有较高的肺部沉积率，同时将患者个体差异对干粉吸入装置性能的影响降至最低，而且使用简单，易于被患者接受。体积小便于患者携带、外形美观、结构简单、对环境无污染、价格便宜等要求。本发明所设计的胶囊型干粉吸入装置结构设计合理，其排空率大于90％。

附图说明

图1为一种胶囊型干粉吸入装置的结构示意图；

图2为一种胶囊型干粉吸入装置的分解结构示意图；

图3为进气口直径为3mm的有限元分析流速云图；

图4为进气口直径为3mm的有限元分析压强云图；

图5为进气口直径为4mm的有限元分析流速云图；

图6为进气口直径为4mm的有限元分析压强云图；

图7为进气口直径为5mm的有限元分析流速云图；

图8为进气口直径为5mm的有限元分析压强云图；

图9为胶囊腔底部进气口长度为5.5mm的有限元分析速度云图；

图10为胶囊腔底部进气口长度为5.5mm的有限元分析压强云图；

图11为胶囊腔底部进气口长度为6.5mm的有限元分析速度云图；

图12为胶囊腔底部进气口长度为6.5mm的有限元分析压强云图；