PT2686049E - Inalador - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

INALADOR A presente invenção refere-se a um inalador, mais concretamente a um inalador de cápsula. Há muitos tipos de inalador conhecidos, através dos quais um utilizador pode receber um medicamento nele através da inalação. Alguns inaladores contêm várias doses de medicamento que podem ser acedidas sequencialmente pelo utilizador, enquanto outros possuem capsulas e requerem a inserção de, pelo menos, uma cápsula no interior do dispositivo para cada entrega, por parte do utilizador. Pode ser difícil monitorizar com precisão a maneira como o utilizador usa o dispositivo, e quando não diretamente supervisionados alguns utilizadores podem não fazer um uso preciso. Isso pode conduzir a uma baixa adesão à terapêutica em que não seja visível, de forma clara para o médico, a causa de um sintoma persistente. Os dispensadores têm sido propostos para permitir ao utilizador ou a um terceiro, avaliar o número de doses tomadas pelo utilizador, mas isso não significa necessariamente que seja possível apurar com precisão o número de doses corretas efetivamente tomadas pelo utilizador. Por exemplo, as cápsulas podem ser removidas do distribuidor, ou nunca postas ou colocadas dentro do inalador, mas o medicamento pode não ser entregue por uma outra razão. A patente WO2005113042 divulga um inalador de pó seco, o qual dispensa o medicamento a partir de uma cápsula e a patente W02009075794 divulga um inalador com uma cápsula diferente. A patente W02007101438 divulga um inalador que inclui um sensor de fluxo adaptado para detetar som/vibração no intervalo de 100-3000 Hz, obtendo-se um parâmetro do fluxo no circuito de fluxo do inalador. A EP1898977 descreve um dispositivo com um contador de doses para um inalador, que irá registar a dose administrada a partir de um recipiente instalado no interior do inalador, e que ao mesmo tempo irá reduzir substancialmente o risco de registrar falsamente uma dose não entregue. A GB2398065 divulga um distribuidor que inclui um sensor de pressão e os meios para processamento. O sensor de pressão deve ser capaz de detetar uma assinatura de pressão produzida na dispensa do medicamento a partir de um dispensador, gerando os sinais que são processados pelo processador para analisar e comparar referidos sinais com um ou mais conjuntos de dados indicativos de uma ou mais assinaturas de pressão. Os meios de processamento são programados para utilizar o resultado da referida comparação para detetar a quantidade de medicamento distribuído fazendo uma comparação entre volume pretendido e volume da dose calibrada. A presente invenção proporciona um inalador que compreende um invólucro de cápsula para conter uma cápsula de medicamento, um circuito de fluxo de ar através do qual o ar flui durante a ocorrência de fluxo de ar gerado por, pelo menos, uma entrada de ar durante a tomada, o circuito do fluxo de ar que passa através do invólucro da cápsula, um primeiro sensor, um processador e uma fonte de energia para alimentar o processador, o invólucro da cápsula a ser definido por pelo menos uma parede e configurado de modo que, quando uma cápsula está localizado no invólucro e flui ar suficiente ao longo do circuito do fluxo de ar através do invólucro da cápsula, a cápsula move-se dentro do invólucro, e o primeiro sensor é disposto no inalador de modo a ser possível detetar o movimento da cápsula no interior do invólucro e gerar um primeiro sinal indicativo do referido movimento, e o processador recebe o sinal do primeiro sensor e usa o referido primeiro sinal para determinar se o primeiro sinal é indicativo da presença, ou ausência, de uma cápsula no invólucro durante a ocorrência do fluxo de ar e gerar um sinal indicativo da cápsula. 0 inalador destina-se a permitir o fornecimento de medicamento a partir da cápsula para uma das vias respiratórias, como por exemplo o pulmão, de um paciente. 0 medicamento pode ser um pó seco, uma mistura adequada de líquidos ou outros e pode incluir um ou mais componentes ativos para o tratamento de um ou mais estados de doença. 0 medicamento pode incluir um ou mais componentes não ativos que podem destinar-se a aumentar a estabilização, ou de outro modo alterar uma ou mais características da mistura. 0 medicamento pode ainda, não incluir qualquer componente ativo, por exemplo o medicamento pode ser um placebo. 0 circuito do fluxo de ar inclui uma entrada para permitir que o ar entre para o circuito do fluxo de ar. 0 termo "ar" deve ser lido de forma a incluir qualquer gás adequado, por exemplo um gás que possa ser fornecido a um paciente que não pode ter uma composição idêntica ao ar, por exemplo o gás de oxigénio enriquecido. A saída do circuito de fluxo de ar pode ser um bocal ou um adaptador nasal através qual um utilizador inala, a fim de receber a medicação a partir da cápsula.

Considera-se que ocorre um fluxo de ar quando o ar flui através do circuito do fluxo de ar. Isto pode ser causado por um utilizador ao inalar através do inalador, por exemplo, a inalação através de um bocal, através do nariz, ou pode ser causada por uma fonte de pressão causadora de ar, ou de outro gás, que vai fluir através do circuito do fluxo de ar a partir da entrada para a saída e para o utilizador. Habitualmente, o fluxo de ar através o inalador situa-se na gama entre 15 e 150 litros por minuto. O processador pode ser eletrónico por exemplo, pode incluir um ou mais circuitos digitais análogos ou integrados, circuitos discretos ou processadores digitais programáveis. O processador pode necessitar de uma fonte de alimentação para funcionar como por exemplo, uma fonte de energia elétrica. O sensor pode ser eletrónico e podem também requerer uma fonte de alimentação ou energia elétrica para funcionar, ou pode ser um sensor passivo.

Os sinais gerados pelo sensor e/ou processador podem ser eletromagnéticos e podem ser uma variável de tempo, como por exemplo uma forma de onda, pode ser um sinal eletrónico de ligar/desligar, um sinal de alto/baixo, ou qualquer outra forma adequada de sinal. O sensor pode ser um qualquer tipo adequado de sensor, capaz de gerar um sinal, capaz de ser processado para fornecer uma determinação de se está presente uma cápsula no inalador. Por exemplo, pode ser instalado um sensor ótico para monitorizar o invólucro da cápsula e a partir do dito sensor pode ser processado um sinal para determinar se o referido sinal é indicativo de ocorrência de movimento da cápsula no invólucro da cápsula. Espera-se que um algoritmo básico e de tentativa e erro produza, de uma forma adequada, o processamento do referido sinal.

Numa forma de realização, o inalador inclui um primeiro sensor que é um sensor de impacto e o primeiro sinal é um sinal do impacto. O invólucro da cápsula é constituído por pelo menos uma parede e é configurado de modo que, à medida que uma cápsula se move dentro do invólucro que abriqa a cápsula, ocorram repetidamente impactos sobre pelo menos uma parede. 0 sensor de impacto está disposto no inalador de modo a ser capaz de detetar os impactos da cápsula na parede do invólucro e gerar um sinal indicativo de impacto, a cada impacto. 0 primeiro sensor está disposto no inalador de modo a ser capaz de detetar o movimento da cápsula no interior do involucro. 0 movimento pode ser detetado diretamente, por exemplo, através de um sensor ótico para visualização do movimento da cápsula. Numa forma de realização alternativa do sensor, o movimento pode ser detetado indiretamente através da deteção de um parâmetro que pode ser analisado para determinar a presença ou ausência de uma característica relacionada com o movimento da cápsula, por exemplo, o impacto da cápsula com uma parede, ou uma variação no padrão do fluxo de ar em que a cápsula se move entre as entradas e saídas de ar. A vantagem de um sensor de impacto, por exemplo um sensor ótico, é que nenhuma parte do sensor de impacto precisa de ser colocada no circuito do fluxo de ar, o que pode simplificar a conceção do circuito do fluxo de ar e pode tornar mais fácil a reabilitação do referido sensor num projeto de inalador já existente. Num sensor ótico seria necessário pelo menos uma amplitude no circuito do fluxo de ar através do qual se pode "ver" o invólucro da cápsula e gerar um sinal de modo a que o inalador possa processar o sinal ao detetar uma cápsula. 0 sensor de impacto pode ser um qualquer sensor adequado, como por exemplo um transdutor de pressão, um microfone, ou um elemento piezo. Numa forma de realização, o sensor é um microfone disposto no inalador numa localização onde os impactos da cápsula na parede do invólucro podem ser "ouvidos", ou "sentidos" pelo sensor. À saida, podem ser combinados mais do que um tipo de sensor para produzir um sinal de impacto adequado. Deve também salientar-se que a cápsula pode ser modificada para ser mais facilmente detetável por um sensor, por exemplo, a cápsula pode incluir um metal ou uma parte magnética que pode ser detetada por um sensor adequado. Numa outra forma de realização, o sensor é um elemento piezo disposto no inalador numa localização onde os impactos da cápsula na parede do invólucro podem ser "ouvidos", ou "sentidos", pelo sensor. 0 inalador pode ainda incluir uma memória para armazenar o sinal para a cápsula, de uma ou mais ocorrências de fluxo de ar para posterior recuperação. Tal pode ser uma qualquer forma adequada de memória e pode ser temporária ou permanente. Por exemplo, a memória pode ser eletronicamente legível e/ou gravável e/ou regravável e incluindo as memórias do tipo flash, RAM ou EPROM. A memória também pode guardar o primeiro sinal, os dados sobre o momento em que o sinal foi gerado ou quaisquer outros dados. 0 inalador pode incluir sensores adicionais, que podem fornecer os dados de utilização do paciente para um médico e esses dados podem ser armazenados numa memória e posteriormente recuperados. Os dados poderiam ser associados a ocorrências de fluxo de ar específicos. 0 inalador pode incluir ainda uma saída a partir da qual o sinal de cápsula e/ou o conteúdo de uma memória podem ser acedidos através de um dispositivo externo, como um computador. A saída pode incluir um encaixe onde pode ser inserido um cabo de comunicações. Além disso, ou em alternativa, a saída pode incluir um gerador de sinal, para formação e a transmissão de um sinal sem fios que pode ser recebido através de um recetor externo. A saída pode ser um transmissor sem fio, como por exemplo, um transmissor wi-

p -j_TM 0 processador pode analisar o primeiro sinal utilizando um ou mais algoritmos diferentes. 0 processador pode analisar o primeiro sinal recebido pelo sensor, utilizando um algoritmo de busca de picos e determinar se o pico de frequência calculado está dentro dos limites predeterminados, a fim de produzir um sinal de cápsula. Estes limites serão determinados comparando a frequência normal da rotação da cápsula com os valores esperados dentro da geometria do inalador. Durante a ocorrência do fluxo de ar tem sido verificado que a frequência dos impactos da cápsula da parede do invólucro é substancialmente consistente e está dentro dos limites apropriados, e por conseguinte, pode ser gerado o sinal. É usado um algoritmo de busca de picos para reduzir os efeitos do ruido de sinal na deteção de ocorrências de impacto e pela relativamente baixa complexidade de processamento. 0 processador pode analisar o impacto do sinal no sensor, utilizando um algoritmo discriminante no domínio da frequência e determinar se a razão entre a intensidade do sinal e as duas gamas de frequências predeterminadas diferentes está a dentro dos limites predeterminados, a fim de produzir um sinal de cápsula. Durante uma ocorrência de fluxo de ar, verificou-se que os sinais de impacto diferem em especial nas faixas de frequência entre os sinais de presença de cápsula e os de cápsula não presente. 0 comparativo da relação da intensidade do sinal entre as duas gamas de frequências predeterminadas diferentes reduz os efeitos do ruído no sinal. 0 processador pode analisar o sinal do sensor de impacto utilizando um algoritmo estatístico de duas variáveis que calcula duas variáveis estatísticas para caracterizar o sinal e determina se as medidas estatísticas calculadas se enquadram num domínio predeterminado de um gráfico de dispersão de uma variável face à outra, a fim de produzir um sinal de cápsula.

Através da realização de análise estatística para calcular as variáveis estatísticas para caracterizar o sinal de impacto descobriu-se que, algumas medidas do sinal de impacto diferem para sinais de presença da cápsula e para os sinais de ausência da cápsula. A curtose é uma variável estatística potencialmente útil para este fim. Num campo de probabilidades de uma determinada variável (x), se a variável x é gaussiana, então K = 0. Se, no entanto, K> 0 as caudas da distribuição são mais significativas em comparação com o pico central. Contrariamente, se K< 0 então a distribuição tem as caudas menos significativas e um pico mais alargado e mais amplo. O K é, portanto, uma medida bidirecional de não gaussianidade. A curtose (K) pode ser usada para detetar as colisões ocasionais da cápsula uma vez que estas ocorrências tendem a empurrar as caudas da distribuição da amostra para o exterior de uma forma visivelmente previsível tornando o resultado distintamente não-gaussiano. O ruído da respiração por si só é muito gaussiano. No entanto, o ruído de fundo que ocorre quando o inalador não está a ser inalado tem um valor muito baixo de energia (e, portanto, uma variância relativamente baixa (σ2) ) e, pode ter uma curtose extremamente elevada porque mesmo as ocasionais muito pequenas podem ter um impacto proporcionalmente grande nas caudas dos sinais. Isto gera dois tipos de sinal que necessitam ser distinguidos: • barulho da respiração, cápsula ausente, ( K baixo, σ2 baixo a médio) • barulho da respiração, cápsula presente (K médio, σ2 baixo a alto. 0 pico da relação, tanto do próprio sinal como do quadrado do sinal, significa que pode ser usado como um sinal de ausência de cápsula e tende a ter menos picos altos (ocorrência de impactos) e, portanto, quer dizer uma relação mais baixa entre picos.

As variáveis calculadas podem ser a curtose e a variância, ou pode ser a razão do pico do quadrado da média, ou da magnitude do sinal de impacto e da variância.

Para todos estes algoritmos, os limites que podem ser usados para classificar os tipos de sinal de "cápsula presente" ou "cápsula ausente", que irá variar consoante o tipo de inalador, e podem ser determinados utilizando a experimentação simples e os métodos de erro. É provável que as variações mínimas sejam iguais para inaladores do mesmo tipo e assim, estes limites podem ser prontamente calculados para um tipo de inalador. 0 invólucro da cápsula pode ser de uma qualquer forma adequada, dentro da qual a cápsula se possa mover o suficiente para permitir que um sensor produza os sinais apropriados. 0 invólucro da cápsula pode permitir que a cápsula se mova de uma ou mais maneiras e dentro dos seguintes procedimentos, para trás longitudinalmente, radial ou rotativamente, seja totalmente rotativas ou por uma extensão angular limitada. 0 invólucro da cápsula pode incluir uma zona que é substancialmente cilíndrica com um diâmetro maior do que a cápsula a ser contida no seu interior e uma altura maior do que o diâmetro da cápsula, mas menos do que o comprimento da cápsula e o circuito do fluxo de ar é disposto de modo a fazer a rotação da cápsula dentro do invólucro. Esta disposição permite à cápsula girar em torno de um eixo que passa substancialmente através do seu diâmetro. A rotação pode ser também, uma forma substancial de oscilação aleatória criada pelo fluxo de ar sobre os outros eixos. 0 inalador pode incluir, pelo menos, um dispositivo que pode ser acionado por um utilizador para fazer com que o elemento de abertura possa abrir uma cápsula no interior do inalador. 0 inalador pode incluir ainda um sensor de arranque para iniciar o dispositivo do sensor e gerar um sinal de arranque. 0 processador pode ser configurado para receber o sinal de arranque. 0 dispositivo pode ser um botão montado num elemento de abertura, por exemplo um elemento perfurante ou uma lâmina de corte que é adaptado para criar uma abertura na cápsula de forma a permitir o acesso ao medicamento ali contido. Pode haver dois dispositivos, cada com um elemento de abertura associado de modo que possam ser criadas duas aberturas numa cápsula. Os dispositivos dos sensores podem ser acionados alternando um botão. Cada dispositivo pode ser associado a um sensor de arranque, mas neste caso não é necessário. 0 dispositivo dos sensores podia ser usado para "despertar" o resto dos componentes eletrónicos com o pressionar dos botões, mas deverá feito por um utilizador imediatamente antes da inalação através do dispositivo. 0 processador pode ser concebido para gerar um sinal indicativo da dose e de se o utilizador tem seguido uma sequência correta ao usar o inalador. 0 processador pode gerar o sinal de dose com base no sinal de cápsula e no sinal de arranque, a ordem em que foram gerados os sinais e o tempo entre os sinais.

Em qualquer um destes exemplos, podem ser aplicados um ou mais filtros para o sinal a partir do, ou em cada, sensor, antes de um ou mais algoritmos de ser aplicado ao mesmo. Os filtros podem incluir um ou mais tipos de filtro de alta frequência, um filtro de baixa frequência, um filtro de redução de ruido ou um qualquer outro filtro apropriado. 0 inalador pode ser substancialmente semelhante a, ou o mesmo que, à cápsula do inalador descrito em W02005/113042.

Deve ser entendido que ao longo desta especificação e nas reivindicações que se seguem, a menos que o contexto o exija de outra forma, a palavra "compreendem", ou as variações como "compreende" ou "compreendendo", implicam a inclusão na totalidade ou de um passo, ou grupos na totalidade ou de alguns passos. A invenção irá agora ser descrita, ainda a titulo de exemplo apenas, com referência aos seguintes desenhos, nos quais: A Figura 1 mostra um inalador; A Figura 2 mostra um diagrama de dispersão comparativo entre a curtose e a variância; A Figura 3 mostra um diagrama de dispersão comparativo do rácio do pico-da-Média com a variância; A Figura 4 mostra um gráfico de um exemplo de uma análise discriminante no domínio da frequência;

As Figuras 5a e 5b mostram um gráfico que mostra um exemplo de uma análise dos picos de espera; A Figura 6 mostra um exemplo de hardware com base na eletrónica de processamento digital; e A Figura 7 mostra um exemplo de um algoritmo de processamento de sinal. A Figura 1 mostra um inalador 1 que inclui um invólucro da cápsula 2 contendo uma cápsula de medicamento 4. 0 inalador 1 compreende um circuito de fluxo de ar 6, através do qual o ar flui durante a ocorrência de fluxo de ar. 0 circuito do fluxo de ar 6 estende-se a partir de, pelo menos uma entrada de ar 8 a uma saida 10 e passa através do invólucro da cápsula 2. A entrada 8 entra no invólucro da cápsula 2 longe, a partir de uma linha central. Neste exemplo, a parte superior 10 da parte de invólucro da cápsula 2 é substancialmente cilíndrico e a entrada de ar 8 entra substancialmente tangencial ao invólucro da cápsula 2 para estimular o ar a rodar no interior do invólucro da cápsula 2. A parte superior 10 do invólucro da cápsula 2 é de uma forma substancialmente cilíndrica com um diâmetro maior do que uma cápsula 4 nela contida e uma altura maior do que o diâmetro da cápsula, mas menos do que o comprimento da cápsula 4. O involucro que abriga a cápsula 2 inclui uma parte de fundo 12, ou caixa, onde a cápsula 4 fica inicialmente. A cápsula 4 contém uma mistura de medicamento em pó seco 14. O inalador 1 compreende ainda um sensor 16, neste caso um microfone, colocado adjacente à parte inferior 12 do invólucro da cápsula 2. O sensor 16 é ligado a um processador 18, o qual é alimentado por uma fonte de alimentação 20, neste caso uma bateria. O invólucro da cápsula 2 é definida por, pelo menos, uma parede 22 e é configurado de modo que, quando uma cápsula 4 está localizada no invólucro da cápsula 2 e há fluxos de ar suficientes ao longo do circuito do fluxo de ar 6, o invólucro 4 é arrastado para a parte superior 10 do invólucro da cápsula 2 e gira no fluxo de ar. À medida gue a cápsula 4 gira, ele produz impactos repetidos sobre a parede 22 e o sensor 16 está disposto de modo a ser capaz de detetar estes impactos dentro do invólucro da cápsula 2. O sensor 16 gera um sinal indicativo dos impactos. O processador 18 recebe o sinal proveniente do sensor 16. O inalador 1 também inclui um par de botões de dispositivo 24, que são ligados aos elementos de perfuração 26. Os botões 24 podem ser pressionados por um utilizador para fazer com que os elementos de perfuração 26 perfurem orifícios nas extremidades de uma cápsula 4 dispostos na parte inferior 12 do invólucro da cápsula 2. Há dispositivos de sensores 28 que podem gerar sinais de ação indicativos de se o botão do dispositivo 24 foi pressionado ou não. O processador 18 recebe os sinais dos sensores 16 e 28 e produz um sinal de saída que pode ser indicativo da presença de uma ou mais cápsulas, durante uma ocorrência de fluxo de ar, a ação dos botões do dispositivo 24, o uso correto do inalador (na sequência correta, tempo de atuação e estar presente uma cápsula durante uma ocorrência de fluxo de ar). A saída do processador 18 e/ou a saída em bruto dos sensores, são armazenados numa memória 30 e podem ser acedidos utilizando uma saída 32, neste caso, um transmissor sem fios.

Deve salientar-se pode ser detetada uma quantidade significativa de ruído com um microfone do sensor, para além da deteção das ocorrências de impacto desejadas. O ruído pode ser ambiental, ou causado pelo fluxo de ar através do inalador. Este ruído pode variar consideravelmente em termos de volume e tipo, sendo necessário a distinguir entre um sinal indicativo de impacto e um que não indique tais impactos.

Para utilizar o dispositivo corretamente é necessário que o utilizador carregue uma cápsula no inalador, pressione os botões para perfurar a cápsula e então inale através do dispositivo de modo que, a cápsula se agite e gire no fluxo de ar de modo que, um pó do medicamento seja distribuído a partir da cápsula e arrastado no fluxo de ar para o paciente. A forma de funcionamento dos componentes eletrónicos do inalador é a seguinte: 1. 0 utilizador pressiona os botões e sinais de ação são recebidos pelo processador. 2. 0 processador trabalha os dados de amostragem do primeiro sensor durante um período de tempo predefinido. Os dados são processados em linha de acordo com um dos ou mais algoritmos aqui discutidos. Os dados intermédios são armazenados. 3. Os dados intermédios são verificados quanto à plausibilidade. Os dados das várias abordagens são comparados, se necessário. 4. Os resultados são armazenados para uma transmissão posterior.

Alguns exemplos da maneira como o processador pode processar o sinal de impacto estão descritos a seguir.

Um modo para detetar um impacto no sinal do inalador, quando está cheio com uma cápsula é comparando o sinal com um limiar específico. Por exemplo, para as taxas de fluxo de respiração baixas a médias, os impactos da cápsula podem ser identificados pela aplicação ao sinal de um limiar e supor que cada ultrapassagem do limiar foi causada por um impacto da cápsula. Se durante o processamento de um número suficiente de impactos for encontrado um sinal, o sinal pode ser interpretado como um indicador da presença de uma cápsula. 0 número de impactos depende da frequência de rotação da cápsula que depende do projeto de inalador e das necessidades de calibração de cada tipo de inalador.

Um outro método de análise do sinal do sensor, é uma abordaqem estatística nas quais as variáveis estatísticas são calculadas para caracterizar o sinal. A cápsula dentro do inalador provoca um barulho de impacto muito distinto, com sinal de picos altos numa frequência baixa. Isto cria uma distribuição distintiva da amplitude do sinal.

Para esta análise, o sinal é passado primeiro através de um filtro de alta frequência (HPF) com transformação z na equação (1)

Isto tem o duplo efeito de (i) a redução de ruído de baixa frequência, compensa qualquer DC e (ii) reforça o ruido de alta frequência e colisão transitórios da cápsula.

Um algoritmo de amplitude variável é, então aplicado, trabalhando com N amostras de dados (tipicamente N = 2048) e movimentando N amostras de cada vez, para ser mais rentável. Em cada amplitude, a curtose K e variância σ2 são calculadas usando as equações (2) e (3). A amplitude variável que tem potência máxima (empiricamente associada ao ciclo de "informação" no máximo uso), gera a saída requerida no detetor (K, σ2) . Como os dados são assumidos como sendo de média zero após o HPF, os somatórios podem ser feitos instantaneamente, sem o conhecimento prévio da média.

Tal como já descrito anteriormente, a curtose é assim uma medida de bidirecional de não gaussianidade. Se uma variável aleatória x é gaussiana, então K = 0. Se no entanto, K> 0, as caudas da distribuição são mais significativas à custa do pico central. Por outro lado, se K <0, em seguida, a distribuição tem caudas mais finas e um pico mais largo e achatado. K A curtose é adequada para detetar as ocorrências de impactos da cápsula porque essas ocorrências tendem a empurrar as caudas de distribuição das amostras para o exterior de uma forma previsivelmente observável tornando o resultado distintamente não-gaussiano. O barulho da respiração por si só é muito mais gaussiano.

Isto gera dois tipos de sinal que é necessário distinguir: • barulho da respiração, cápsula ausente, (K baixo, σ2 de baixa para média); • barulho da respiração, cápsula presente (K médio, σ2 de baixa para alta.

Foram conduzidos ensaios de simulação com o objetivo de ser possível classificar um sinal de entrada como pertencendo a uma de duas classes (Hl = ruído respiração + cápsula presente, HO = rejeita Hl). Alguns resultados deste exemplo são mostrados no diagrama de dispersão na Figura 2. 0 diagrama mostra todos os conjuntos de dados gravados utilizando um tipo exemplar de microfone. Podem ser identificadas duas áreas distintas de resultados no diagrama de dispersão. Entre elas, há uma área em que não houve resultados. As duas áreas representam respetivamente o som da respiração com uma rotação de cápsula e apenas o som da respiração.

Como já referido, o ruido ambiental tem uma curtose inferior. Quando tal sinal é adicionado à cápsula + sinal de ruido de respiração, a curtose global torna-se menor. Assim, os pontos de dados irão movimentar-se para baixo no diagrama de dispersão.

Depois de calcular a variância e a curtose, deve ser tomada uma decisão de classificação sobre os resultados. Isto é feito verificando em qual das três áreas delimitadas pelas linhas na Figura 2, se encontra o ponto de dados.

Tudo o que se encontra sobre a linha superior "C" representa um sinal indicativo de que está presente uma cápsula. Se nada houver abaixo da linha inferior 'D', tal representa apenas o som da respiração. Qualquer som que se enquadre entre as duas linhas representa uma cápsula com o ruido.

De salientar que os niveis muito elevados de ruido ambiente podem dissimular o ruido da cápsula e, portanto, deslocar os dados a partir da região da cápsula presente para a região de cápsula ausente. A fim de detetar tais problemas, podem ser utilizadas as técnicas descritas mais tarde.

Este algoritmo é útil, pois é robusto, de baixa complexidade operacional e apresenta baixos requisitos de memória. De salientar que, o cálculo da curtose requer uma grande gama dinâmica de quadrados e à medida que os quadrados dos quadrados estão ser calculados.

Esta técnica funciona para taxas de amostragem tão baixas como uns poucos kilohertz. A amostragem de Nyquist não é necessária desde que os picos possam ser a catalogados. 0 método estatístico de ordem superior, anteriormente descrito, pode ser simplificado. 0 objetivo deste método é o de detetar a presença de elevados picos no sinal, enquanto a maior parte do sinal é muito baixo. Isto foi feito através do cálculo da curtose. Um método potencialmente mais simples é utilizar o rácio de pico da média do quadrado do sinal.

Por este método, o sinal é novamente passado através do filtro de alta frequência descrito na equação (1) . De seguida, é calculada novamente a variância para uma amplitude de tipicamente 2.048 amostras. Além disso, é registado o maior quadrado de uma amostra de sinal para cada amplitude. O seu valor é dividido pelo valor médio para tornar a relação pico-média significativa. A variância e relação pico-média são então utilizadas como a variância e a curtose anteriores. Isto é ilustrado na Figura 3. É executado o tratamento anterior, onde os pontos de dados são classificados de acordo com sua posição na área do gráfico de dispersão.

Este método tem os mesmos requisitos de pouca memória, tal como o método estatístico de ordem superior. Além disso requer menos operacionalizações e tem uma gama dinâmica menor. Isto simplifica a operação, usando processadores mais baratos e pequenos de baixa potência que normalmente só fornecem cálculos de pontos fixo.

Um outro algoritmo que pode ser usado para analisar o sinal do sensor é o da análise discriminante no domínio da frequência. A Figura 4 mostra uma comparação da análise de um sinal a partir da ocorrência do fluxo de ar (50 1/min) no inalador com uma cápsula presente - Linha A, e sem cápsula presente- Linha B. É evidente que o espectro da frequência de dados com presença de uma cápsula e sem cápsula presente são semelhantes em amplitude na faixa de frequência de 1 kHz a 2,5 kHz, mas muito diferente em frequências acima de 4 kHz, o que é devido aos sinais distintos dos impactos da cápsula no interior do inalador.

Este algoritmo compara a energia do sinal na banda 1 - 2.5 kHz com o sinal acima de 3 kHz. Isto pode afastado através da realização de uma transformação de Fourier rápida e da soma de energia nas diferentes bandas, ou mais simplesmente ainda através do domínio do tempo, com a utilização de uma combinação de filtros de passagem de banda e de alta frequência. Estes filtros, a energia e subsequente comparação podem ser implementados utilizando técnicas analógicas ou digitais. Este algoritmo é útil porque não há um modelo operacional de baixa complexidade, implementado no domínio do tempo que utilize filtros. A partir de testes em diferentes caudais e com simulação de perfis de ruído e de respiração, verificou-se que este método proporciona um método razoavelmente robusto para detetar a presença de uma cápsula no inalador, mesmo na presença de níveis altos de ruído. Notou-se que a maioria do conteúdo espectral do ruído ambiente testado foi abaixo de 1000 Hz e por isso, não iria afetar o cálculo do rácio de energia aqui realizado.

Outro método consiste em aplicar um algoritmo de deteção de pico, que tem como objetivo identificar todos os picos no sinal gerados pelos impactos da cápsula. Mais uma vez, o sinal é filtrado por alta frequência como na equação (1). O restante do algoritmo pode ser executado nos quadrados da amostra do sinal filtrado, ou apenas no sinal filtrado em si. O sinal pode ser processado numa amplitude variável para permitir o cálculo de um perfil ao longo do tempo, mas tal não é necessário.

Para este algoritmo, as amplitudes das amostras ou o seu quadrado são comparados com um valor do pico de espera. Se a amostra é maior do que o valor de pico de espera, considera-se que ocorreu um novo pico de espera. Neste caso, o contador melhorado e o valor do pico de espera está definido para o valor da amostra. Se, no entanto, a amostra seguinte tiver a amplitude inferior ao valor do pico de espera, é registada a ocorrência do pico de espera, e o valor do pico de espera é simplesmente reduzido pela multiplicação por um valor de redução adequado (neste caso um valor adequado é de cerca de 0,99). O pseudo código para este algoritmo é dado a seguir em que, d (k) é o k-ésimo da amostra de dados, e pk_hold é o valor atribuído ao pico de espera.

Se d (k)> pk_hold pk_hold = d (k) peak_counter = + 1 peak_counter peak_event (k) = 1;

Então

pk_hold = 0,999 * pk_hold FIM Não mostrado no pseudo código, numa forma de realização do presente algoritmo, pelo menos, era necessário processar 20 amostras antes do pico de espera para ser poder considerar como tendo ocorrido. Isso impede que um aglomerado de acontecimentos de picos de espera, ocorra em torno do aparecimento de uma ocorrência de impacto de cápsula e assegura que cada impacto é contado apenas uma vez.

Além disso, o ruido de baixo nivel pode ser removido usando um limite. Apenas os valores da amostra acima de um limiar são considerados para ser picos válidos. Isto evita a contagem de muitos picos muito pequenos que não correspondam a impactos reais da cápsula.

Tendo sido registada a ocorrência de picos de espera, o algoritmo mede o tempo entre cada ocorrência a partir da qual o elemento fundamental da frequência pode ser calculado. Em seguida, são contadas a quantidade de ocorrências de determinadas frequências fundamentais dentro de 10 Bandas Hz. Os resultados dos testes com o atual tipo inalador apresentado que, devido à bem definidas ocorrências de impacto da cápsula, uma medida completa do sinal de impacto de cápsula tem mais conteúdo de baixa frequência do que o conteúdo de alta frequência, e assim comparar a energia do sinal abaixo de 110 Hz e acima de 300 Hz, constitui uma métrica adequada para diferenciar as ocorrências de cápsula presente e de cápsula ausente.

As figuras 5a e 5b mostram os resultados do processamento de pico de espera, respetivamente para a medição de ocorrências de cápsula presente e cápsula. Ambos os testes foram realizados em fluxo de 20 1/min através do inalador e os gráficos mostram a amplitude do sinal no eixo vertical e o número da amostra no eixo horizontal. O símbolo "o" representa a ocorrência de um pico de espera e as linhas que unem "o" mostram o quanto ele decai entre cada uma destas ocorrências. Deve ser notado, a partir das figuras, que os picos de impacto proeminentes da cápsula foram utilizados para medir as ocorrências com capsula presente, mas para a medição de cápsula ausente o algoritmo apenas localiza picos estreitamente espaçados devido a natureza do ruido em forma de onda.

Os testes nos caudais mais elevados (150 1 / min) , têm demonstrado que os picos individuais de impacto estão mais próximos em conjunto para que haja mais conteúdo de alta frequência nas medições de cápsula presente e, como tal, na relação entre sub-110 Hz a 300-1000 Hz a energia não é tão grande como nas medições das taxas de fluxo mais baixas, mas mesmo assim é utilizável.

Enquanto todos os algoritmos descritos até agora proporcionam um bom desempenho em condições de silêncio, o ruído ambiental ou o ruído causado pelo manuseio do inalador pode causar resultados adulterados. A fim de evitar falsos resultados, podem ser utilizadas as seguintes técnicas: o manuseamento ruído pode provocar picos individuais altos no sinal. Estes são bastante similares aos causados por picos dos impactos da cápsula. No entanto, apenas um número muito limitado de picos é causado por, por exemplo deixar cair o inalador ou embater com o mesmo numa superfície dura. Enquanto os algoritmos estatísticos ou no domínio da frequência discriminatória não podem distinguir tais ocorrências das ocorrências com a presença de cápsula, podem ser complementados pelo método dos picos de espera. A classificação atual de um sinal indicativo de presença de cápsula, só pode ser considerada válida se houver um número suficiente de picos presentes numa amplitude de tempo. Caso contrário, o resultado é classificado como ruído.

Os ruídos de fundo elevados podem disfarçar os picos de sinais que são utilizados para a deteção de uma cápsula usando os diversos algoritmos. Como a respiração tem uma duração de tempo limitada, há um tempo antes e depois da respiração onde não são esperados nem ruídos de respiração nem de cápsula. Assim, a primeira parte do sinal após os botões terem sido pressionados (normalmente 0.1 a 0,5 segundos após o botão ter sido pressionado), e a última parte antes de se parar para avaliar o sinal (normalmente após 10 a 30 segundos), pode ser utilizada para verificar os níveis de ruído de fundo do ambiente. Se estes estão acima de um determinado nível que torna o algoritmo empregue (s) para a deteção de cápsula não confiável, será criada uma sequência de ruído. A Figura 6 mostra o equipamento utilizado no exemplo. O sinal a partir do microfone 16 é passado para um de alta frequência análogo 50, que é um primeiro filtro de ordem RC simples, com uma frequência de 3 dB a 1 kHz. De lá, o sinal passa para um conversor analógico-para-digital (ADC) 52, para as amostras a 9,6 kHz e tem uma resolução de 12 bits. O ADC pode ser integrado num chip microprocessador 54. A Figura 7 mostra um exemplo da combinação de algoritmos que pode ser aplicada nas amostras, uma vez que os algoritmos são enviados para o microprocessador 54. Em primeiro lugar, o sinal é dividido em amplitudes de comprimento de 2048 amostras numa operação de amplitudes 56.

Estes sinais são processados por um filtro de alta frequência simples 58. A implementação mais simples é uma subtração da amostra anterior à atual. Isso anula quaisquer compensações de DC que possam estar presentes devido a problemas de circuitos na ADC. Como exemplo de sinal, pode haver uma inalação com cerca de dois segundos de duração no inicio do sinal, o qual é seguido por um período de silêncio. A amplitude de pesquisa tem que ser muito mais do que uma respiração, sendo que o tempo que o utilizador demora entre perfurar a cápsula e a inalação é desconhecido. O sinal é, então, o quadrado 60 e a média do quadrado das amostras é calculado sobre todos as 62 amostras de 2048 da amplitude. Isto é executado no ramo superior do diagrama algoritmo na Figura 7. Além disso, o maior valor registado é o quadrado 64 no ramo central. Isto pode ser feito ao calcular os quadrados ou através de uma pesquisa sobre todos os quadrados das amostras se estes estiverem armazenados na memória. Depois de calcular todos os quadrados da amostra e sua média e encontrar seu valor de pico, o rácio do pico da média calculado é 66. Ambos os quadrados da média (variância) e relação do pico da média são armazenados para esta amplitude para posterior classificação.

No ramo inferior do diagrama da Figura 7, o algoritmo conta os picos no interior da amplitude 68. Em primeiro lugar, é utilizado um limiar para remover pequenos picos provocados pelo ruído. De seguida, é aplicado o algoritmo de deteção de pico para encontrar os picos causados pelos impactos da cápsula.

Este processo é repetido para cada amplitude até que todas as amplitudes são processadas. Espera-se que haverá um conjunto de resultados em cerca de zero na variância e com baixa relação pico da média. Estes são os resultados das amplitudes que incluem apenas ruido ambiental a ocorrer, por exemplo, após a inalação. As amplitudes durante a inalação tendem a produzir resultados com a maior variância e pico da proporção da média. A classificação 70 começa com a procura da amplitude com a maior variância. Uma vez que este contém o sinal com mais energia, origina a informação mais confiável na presença de outros ruídos. Outras medidas são possíveis, como a procura por um conjunto contínuo de amplitudes com maior energia, para obter a melhor confiabilidade. Para a amplitude com a maior variância, é procurada nos resultados a proporção pertencente ao pico da proporção da média. É necessário agora classificar o resultado, comparando-o com um conjunto de limites. Esses limites foram determinados através da execução de um grande número de experiências, com e sem cápsula, para as várias taxas de fluxo. Um gráfico de dispersão dos resultados destas experiências pode, normalmente, ser dividido em quatro regiões: 1. "cápsula" está normalmente no topo. Esta é a região de elevada relação de pico da média (PMR), significativo devido aos picos da cápsula. 2. "silencio". Esta região tem uma variância muito baixa e uma baixa PMR. 3. "sem cápsula". Esta região tem uma baixa variância e baixa PMR. A máxima variância é muito menor do que o alcançado para "cápsula" uma vez que há impactos sem cápsula, o que pode aumentar o nível de ruído. 4. "cápsula com ruído". Esta região fica entre "cápsula" e "sem cápsula". Os resultados enquadram-se nessa região se um sinal de cápsula foi sujeito a níveis elevados de ruído ambiente. Como nível de ruído ambiental tem uma menor PMR do que o ruído da cápsula, reduz a PMR em geral.

Por fim, são executadas as verificações dos dois problemas que podem surgir a partir dos processamentos efetuados até o momento. Os ruídos de manuseio do inalador 72, por exemplo uma queda acidental do disco numa superfície, causa grandes picos no sinal. Estes podem dominar a variância e causar uma PMR muito alta. Isso levaria a uma classificação errada como "cápsula". Tal manipulação de ocorrências de ruído revela normalmente apenas dois a quatro picos por amplitude, enquanto numa rotação da cápsula surgem mais de 10. Além disso, devido à duração de uma inspiração, a cápsula gira durante pelo menos um segundo. Assim, é resumido o número de picos nas cinco amplitudes consecutivas. Se essa soma for maior que 50, a classificação "cápsula" é confirmada. Caso contrário, o veredicto da classificação é revisto para "ruído".

Em alguns casos, um sinal cápsula quieta pode ser mascarado pelo elevado ruído ambiente. Devido à baixa PMR este ficaria na região "sem cápsula". Para reconhecer esta situação, a variância 74 é verificada na última amplitude processada. Se for maior do que cerca de duas vezes o limite atribuído ao silêncio, o veredicto de classificação é alterado para "ruído". Isto ajuda a garantir que são relatados nenhum, ou muito poucos, resultados falso-negativos.

Deve ser entendido que a invenção acima foi descrita apenas a titulo de exemplo, e que podem ser feitas modificações em detalhe sem se afastar do âmbito das reivindicações.

Claims (14)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Um inalador (1) que compreende um invólucro de cápsula (2) para conter uma cápsula de medicamento (4), um circuito de fluxo de ar (6) através do qual o ar flui durante uma ocorrência de fluxo de ar de, pelo menos, uma entrada de ar (8) para uma salda (10), o circuito do fluxo de ar (6) de passagem através do invólucro da cápsula (2), o invólucro da cápsula (2) é definido por pelo menos uma parede (22) e configurado de modo que, quando uma cápsula (4) está localizada no invólucro (4) e flui ar suficiente ao longo do caminho de fluxo de ar (6) através do invólucro da cápsula (2), a cápsula (4) move-se no interior do invólucro (2), o inalador (1) inclui um primeiro sensor (16), um processador (18) e uma fonte de alimentação (20) para a alimentação do processador (18), o primeiro sensor (16) está disposto no inalador (1), de modo a ser capaz de detetar o movimento da cápsula (4) no interior do invólucro (2) e gerar um primeiro sinal indicativo do referido movimento, o processador (18) que recebe o primeiro sinal a partir do primeiro sensor e utiliza o referido primeiro sinal, para determinar se o primeiro sinal é indicativo da presença, ou ausência, de uma cápsula (4) no involucro (2), durante a ocorrência de fluxo de ar e gerar um sinal indicativo desse facto.
2. 2. Um inalador de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiro sensor (16) é um sensor de impacto e o primeiro sinal é um sinal de impacto e o invólucro da cápsula é definido por pelo menos uma parede (22), o invólucro da cápsula (2) é configurado de forma que uma cápsula (4) se mova no interior do invólucro (2) com impactos repetitivos sobre pelo menos uma parede (22), o sensor de impacto (16) está disposto no inalador (1), de modo a ser capaz de detetar os impactos da cápsula na parede do involucro (22) e gerar um sinal indicativo de impacto a cada impacto.
3. 3. Um inalador de acordo com a reivindicação 1, em que o inalador inclui ainda uma memória (30) para armazenar o sinal da cápsula em uma ou mais ocorrências de fluxo de ar para posterior recuperação.
4. 4. Um inalador de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, em que o inalador inclui ainda uma saida (32) a partir da qual o sinal da cápsula, ou o conteúdo da memória pode ser acedido.
5. 5. Um inalador de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que o processador (18) analisa o sinal do sensor de impacto (16) utilizando um algoritmo de deteção de picos e determina se o pico de frequência calculado está dentro dos limites predeterminados, a fim de produzir um sinal de cápsula.
6. 6. Um inalador de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que o processador (18) analisa o sinal do sensor de impacto (16) utilizando um algoritmo no domínio da frequência discriminante e determina se a razão entre a intensidade do sinal entre duas diferentes gamas de frequências predeterminadas está dentro de limites predeterminados, a fim de produzir um sinal de cápsula.
7. 7. Um inalador de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que o processador (18) analisa o sinal do sensor de impacto (16) utilizando um algoritmo de variável estatística, que calcula duas variáveis estatísticas para caracterizar o sinal e determina se as medidas estatísticas calculadas estão no domínio predeterminado de um gráfico de dispersão de uma variável em relação à outra, a fim de produzir um sinal de cápsula.
8. 8. Um inalador, de acordo com a reivindicação 7, em que as variáveis calculadas são a curtose e a variância.
9. 9. Um inalador, de acordo com a reivindicação 7, em que as variáveis calculadas são a proporção de pico do quadrado da média, ou a amplitude do sinal de impacto e a variância.
10. 10. Um inalador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o processador (18) analisa o sinal do sensor de impacto (16) utilizando, pelo menos, dois algoritmos diferentes .
11. 11. Um inalador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o primeiro sensor (16) é um microfone ou um elemento piezo.
12. 12. Um inalador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o invólucro da cápsula (2) inclui uma parte substancialmente cilíndrica com um diâmetro maior do que uma cápsula (4) que deve conter e uma altura maior do que o diâmetro da cápsula (4), mas menor que o comprimento da cápsula e o circuito de fluxo de ar (6) seja colocado de modo a possibilitar a rotação da cápsula dentro do invólucro.
13. 13. Um inalador, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o inalador inclui, pelo menos, um dispositivo (24) que pode ser acionado por um utilizador para fazer com que um elemento de abertura (26) abra uma cápsula no interior do inalador, o inalador inclui adicionalmente um sensor de dispositivo (28), para detetar o arranque do dispositivo (24) e gerar um sinal de ação, e o processador colocado vai receber o sinal de ação.
14. 14. Um inalador de acordo com a reivindicação 13, em que o processador (18) está colocado para gerar um sinal indicativo da dose e, caso o utilizador tenha seguido uma sequência correta para o uso do inalador, o processador (18) gere o sinal de dose com base no sinal de cápsula e ao sinal de ação, a ordem em que foram gerados os sinais e o tempo entre os sinais.