用于加压药物输送系统中的面罩转让专利
申请号 : CN200480035539.5
文献号 : CN1886175B
文献日 : 2010-11-24
发明人 : 杰拉尔德·C·斯马尔多内
申请人 : 杰拉尔德·C·斯马尔多内
摘要 :
本发明涉及用在加压药物输送应用如气雾剂药物输送系统中的面罩，以及减少眼部区域的气雾剂沉积的方法。根据本文公开的各个实施例的面罩包含减小鼻周区域内的雾化药物的惯性的特征部。这导致通过惯性冲击而沉积在眼部区域的雾化药物量减少，同时，所述特征部被构造成保持雾化药物流入面罩中，从而将雾化药物有效地输送给患者的呼吸系统。
权利要求 :
1.一种用在加压药物输送系统中的面罩，该面罩包括：
至少局部可变形的体部，该体部具有用于靠置在患者脸部的表面和在该体部的上部形成的鼻梁部分，该体部具有体部的一部分在该处弯折的底部弯折部分，该底部弯折部分用于靠置在脸部上，该体部内形成有一对眼部出口，一个眼部出口形成于所述鼻梁部分的一侧而另一个眼部出口形成于所述鼻梁部分的另一侧，当面罩靠置于患者脸部时所述眼部出口位于患者眼睛下方，其中，所述体部构造为当面罩紧贴脸部时所述底部弯折部分至少局部地塌陷，所述眼部出口被构造为当所述体部靠置于脸部且在所述底部弯折部分至少局部地塌陷时在所述眼部出口的最内边缘和眼睛下方的脸部之间形成开口且该开口保持敞开，以允许排放。
2.根据权利要求1所述的面罩，其特征在于，该面罩联接到用于通过面罩输送雾化药物的喷雾器药物输送系统上。
3.根据权利要求1所述的面罩，其特征在于，所述一对出口中的每一个都包括通过去除所述体部的材料而形成的眼部切口。
4.根据权利要求1所述的面罩，其特征在于，所述体部包括当面罩紧贴脸部并且该体部至少局部变形时接触脸部的最底表面。
5.根据权利要求1所述的面罩，其特征在于，在所述底部弯折部分内形成有中央开口，该中央开口用于放置在患者的嘴上，并且由第一体部边缘限定。
6.根据权利要求5所述的面罩，其特征在于，所述眼部出口从内边缘延伸到所述中央开口，从而所述中央开口和所述眼部出口相互连通。
7.根据权利要求1所述的面罩，其特征在于，所述眼部出口至少部分形成于所述底部弯折部分内。
8.根据权利要求1所述的面罩，其特征在于，所述眼部出口邻接并限定所述鼻梁部分。
9.根据权利要求1所述的面罩，其特征在于，每个眼部出口是至少部分形成于所述底部弯折部分内的具有完整边界的眼部出口，眼部出口在底部弯折部分内的位置使得当面罩紧贴脸部时该眼部出口靠近脸部从而在内边缘和脸部之间形成开口。
10.根据权利要求9所述的面罩，其特征在于，所述具有完整边界的眼部出口的形状选自卵形、圆形和矩形。
11.根据权利要求9所述的面罩，其特征在于，所述具有完整边界的眼部出口的形状为正方形。
12.根据权利要求5所述的面罩，其特征在于，所述体部的材料完全围绕与所述中央开口间隔开的眼部出口。
13.根据权利要求1所述的面罩，其特征在于，每个眼部切口的一端限定所述鼻梁部分的外侧部分。
14.根据权利要求1所述的面罩，其特征在于，所述眼部出口所占面积大于面罩体部的总表面积的10％。
15.一种用在加压药物输送系统中的面罩，该面罩包括：
至少局部可变形的体部，该体部具有用于与药物输送系统的设备联接的前部和用于靠置在患者脸部的后部，该后部具有弯折体部构型，其中限定所述体部的壁至少部分弯折并通向用于放置在患者的嘴上的中央开口，当向所述前部施力以将所述体部靠置在脸部时弯折体部可变形，所述后部包括鼻梁部分和在该鼻梁部分的每一侧形成的一对眼部出口，当面罩靠置在患者脸部时所述眼部出口位于患者的眼睛下方，其中，所述眼部出口至少局部地沿所述弯折体部形成，并且构造为当所述体部压靠在脸部时所述弯折体部至少局部地塌陷且在所述眼部出口的最内边缘和眼睛下方的脸部之间形成开口以允许排放。
16.根据权利要求15所述的面罩，其特征在于，当从眼部出口的内边缘到面罩的最底部测量时，所述眼部出口具有未压缩状态下的第一深度以及当面罩应用于脸部时的压缩状态下的第二深度，所述第二深度比所述第一深度小大约30％-70％。
17.根据权利要求16所述的面罩，其特征在于，所述第二深度比所述第一深度小大约40％-60％。
18.一种用在加压药物输送系统中的面罩，该面罩包括：
至少局部可变形的体部，该体部具有用于靠置在患者脸部的表面和在该体部上部形成的鼻梁部分，该体部具有体部的一部分在该处弯折的底部弯折部分，该底部弯折部分用于靠置在脸部上，该体部还具有在所述底部弯折部分内形成的一对眼部出口，一个眼部出口形成于鼻梁部分的一侧而另一个眼部出口形成于鼻梁部分的另一侧，当面罩靠置于患者脸部时所述眼部出口位于患者眼睛下方，该体部包括从面罩体部向外延伸的凸缘部件，该凸缘部件用于接纳与药物输送系统相关联的杆件，以在加压药物输送系统和面罩之间建立连接，其中，所述体部构造为当面罩紧贴脸部时所述底部弯折部分至少局部地塌陷，而所述眼部出口仍保持敞开以便在内边缘和脸部之间限定开口以允许排放；优化所述杆件的远端到脸部的距离，使得与仅在其中形成眼部出口的面罩体部相比脸部沉积减少至少20％。
19.根据权利要求18所述的面罩，其特征在于，该面罩联接到用于通过面罩输送雾化药物的喷雾器药物输送系统上。
20.根据权利要求18所述的面罩，其特征在于，所述一对出口中的每一个都包括通过去除所述体部的材料而形成的眼部切口。
21.根据权利要求18所述的面罩，其特征在于，所述体部包括当面罩紧贴脸部并且该体部至少局部变形时接触脸部的最底表面。
22.根据权利要求18所述的面罩，其特征在于，在所述底部弯折部分内形成有中央开口，该中央开口用于放置在患者的嘴上，并且由第一体部边缘限定。
23.根据权利要求22所述的面罩，其特征在于，所述眼部出口从内边缘延伸到所述中央开口，从而所述中央开口和所述眼部出口相互连通。
24.根据权利要求18所述的面罩，其特征在于，所述眼部出口至少部分形成于所述底部弯折部分内。
25.根据权利要求18所述的面罩，其特征在于，所述眼部出口邻接并限定所述鼻梁部分。
26.根据权利要求18所述的面罩，其特征在于，每个眼部出口是至少部分形成于所述底部弯折部分内的具有完整边界的眼部出口，眼部出口在底部弯折部分内的位置使得当面罩紧贴脸部时该眼部出口靠近脸部从而在内边缘和脸部之间形成开口。
27.根据权利要求18所述的面罩，其特征在于，每个眼部切口的一端限定所述鼻梁部分的外侧部分。
28.根据权利要求18所述的面罩，其特征在于，所述凸缘部件包括环形凸缘，该环形凸缘与面罩体部一体地形成，并接纳所述杆件以便该杆件位于环形凸缘内靠近在环形凸缘和面罩体部之间的接口的位置处。
29.根据权利要求18所述的面罩，其特征在于，由于所述距离的优化而导致的脸部沉积的减少大于40％。
30.根据权利要求18所述的面罩，其特征在于，由于所述距离的优化而导致的脸部沉积的减少大于50％。
31.根据权利要求18所述的面罩，其特征在于，所述杆件的远端与所述脸部之间的距离至少约为5cm。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种面罩，更具体地，涉及一种用于将雾化药物等输送给患者的面罩。
背景技术
面罩通常具有广泛的应用范围，并在大量医疗设施中具有普遍应用。例如，面罩通常用于给患者使用如麻醉剂等气体，而且最近，面罩已越来越多地用于药物输送系统中，这些系统包括喷雾器(nebulizer)药物输送系统和使用有阀保持室的定剂量吸入器(MDI/VHC)。喷雾法是通过气流所产生的气雾剂将药物施用给患者。当患者吸气时，气雾剂和药物通过面罩被吸入并进入患者的呼吸系统。MDI/VHC通过在VHC内使挥发性液体膨胀成气体而获得气雾剂。
喷雾法尤其在儿科领域中用作输送药物等的方法。在患者中，例如在合作和注意范围有限的小孩中，主要使用面罩进行雾化药物的输送。面罩被放置在患者的鼻子和嘴上，由护理者或通过使用传统的带等定位。面罩连接到气雾剂药物输送装置上。在喷雾器的情况中，面罩被来自喷雾器的流体加压，并且气雾剂充满面罩，从而可以经鼻子或嘴吸入。当患者吸气时，面罩容器被施加负压，雾化药物被吸入并进入患者的呼吸系统。
定剂量吸入器也和面罩一起使用以将药物分配给患者。这些装置在被致动时分配预定量的药物，而且患者被要求吸气，以便将雾化药物吸入面罩容器并接着将药物吸入患者的呼吸系统。
喷雾器药物输送尤其在面罩的受压程度上与使用定剂量吸入器的药物输送不同。定剂量吸入器可以将面罩加压至某种程度，尤其是如果气雾剂被直接喷入面罩中而不使用间隔件时。间隔件是一种放置在面罩和气雾剂源(通常为瓶)之间的装置。通常，间隔件具有单向阀并因此被称作“有阀保持室”(VHC)。面罩既用于喷雾器药物输送又用于定剂量应用，但是存在一些相关的缺点。
喷雾器容易给面罩加压并输送较多的药物，但面部周围的泄漏也增加，导致面部药物沉积增加。因此，面罩周围的泄漏影响特定装置的性能，而且在喷雾器的情况下，泄漏实际上增强了药物的输送；但是，这种增强是以面部沉积增加和潜在的局部副作用为代价的。为了有效地使雾化药物进入患者的呼吸系统，面罩应该罩住患者的整个嘴和鼻孔。
面罩通常设置成可支承在患者的面颊上并横过患者鼻梁的上部延伸。因为患者的鼻梁相对于患者脸部的其余部分如面颊升高，所以面罩的上部相对于面罩的横过面颊并在患者嘴下方延伸的周围部分稍微抬高。即使患者试图在面罩和脸之间进行紧密的密封也是如此。对于喷雾器，这会产生某些泄漏区域，在这些泄漏区域中，雾化药物可能在面罩下面被排出并进入大气。由于面罩的设计和它们位于面部之上的上述设置，在鼻子任一侧的鼻周(perinasal)区域中普遍存在泄漏。这导致一股定向于并直接沉积到患者眼里的泄漏的气雾剂。换句话说，气雾剂在这些鼻周区域中的面罩下面被排放并直接流向患者眼睛，而且不幸的是，许多传统面罩以这样一种方式构造，即，由于流体在面罩下面流动并沿面部直接进入眼睛时具有的高速确实出现的泄漏的特征为高能(高动能)泄漏。
这可能会导致一些不希望的副作用。例如，泄漏的雾化药物的沉积可能会与眼睛及相关组织的直接损伤有关。当泄漏出现时，这些器官暴露在雾化药物中。存在这样一种推测，即，由于雾化药物直接沉积在患者眼中而导致产生白内障的危险增加。至少，当高速行进的气雾剂在面罩下面被排放并沉积在鼻周区域包括眼睛中时，雾化药物的泄漏会引起不适。另外，由于面部皮肤与气雾剂之间的有害反应，某些气雾剂的泄漏会在一些患者中引起皮肤病学的问题。雾化药物泄漏并沉积到脸上可能会导致其它不希望的情况。
从图1、1a和2中可清楚地看到与传统的面罩结构相关的缺点。图1是一个典型的面罩100(可以从Laerdal Medical Corporation ofWappingers Falls，NY购得)的正面透视图。虽然图1和1a中示出面罩100由成人佩戴，但是可以理解，面罩100可以被设计成供小孩佩戴，并在患者不能或不愿配合服药的儿科护理中具有特定的应用。面罩100具有体部102，该体部包括用于接合患者脸部的周边缘104。体部102限定一面罩容器，在该容器中患者的鼻孔和嘴是相通的。体部102通常由诸如热塑性材料如PVC材料的柔性材料制成。体部102具有由环形凸缘状部件108部分地限定的中央开口106，所述部件108从体部102的外表面109向外延伸。在使用时，部件108联接到药物输送系统的其它部件(未示出)以容许雾化药物的输送。开口106用作将雾化药物输送给患者的装置。根据所使用的药物输送组件的类型例如定剂量吸入器或喷雾器系统，当雾化药物被输送到体部102所限定的面罩容器时，开口106接纳所述药物。患者的呼吸作用使雾化药物被使用者吸入并被导入患者的呼吸系统。
如前所述，面罩100的一个不足之处是在周边缘104周围形成泄漏区域。更具体地，周边缘104没有和患者的脸部形成完全的密封，因此在沿面罩100周边的某些区域尤其是在鼻周区域105内形成局部速度高的泄漏流路107。实际上，使沿边缘104的泄漏减少的行为会增大鼻周区域105内的泄漏速度。鼻周区域105特别倾向于形成泄漏，这导致雾化药物直接排入眼睛和相关组织中。如前所述，至少有两种不同类型的通常和面罩如面罩100一起使用的雾化药物输送系统。一种类型使用加压的定剂量吸入器(MDI/VHC)，另一种类型使用喷射喷雾器。
图1和1a示出作为使用喷射喷雾器200的气雾剂药物输送系统的一部分的面罩100。喷雾器200可操作地联接到产生通过喷雾器200的压缩空气的压缩机(未示出)上。喷雾器200具有联接到软管220的体部210，所述软管在第一部分222处连接到压缩机并被构造成压缩空气从其中流过。使用常规技术将待输送的药物储存在体部210中。喷雾器200的第二部分224与面罩容器连通，以便将雾化药物输送到面罩容器中。体部210可包括常规的通风和过滤机构。
在气雾剂产生期间，压缩空气流经体部210并流入面罩容器。这导致面罩100受压并促使面罩100周围的不同位置处(尤其是鼻周区域)的泄漏，使得面部沉积增加。当面罩100完全受压时，多余的压缩空气(包括雾化药物)通过排气孔排出。这导致一些雾化药物损失在周围环境中。当患者吸气时面罩100局部减压，但患者一停止吸气并呼气时，面罩100就由于压缩空气的连续流动而再次全面受压。
当面罩被放置在患者(脸部)上时，通常由于若干因素(包括具体患者的面部轮廓)而导致面罩100的周边缘104与患者脸部之间的不完全密封。这种情况对于小孩、儿童和成人都会出现。由于面罩100的加压而发生的泄漏导致雾化药物按照箭头107标示的流动路径流动。这些泄漏在患者的鼻子周围(鼻周区域)、面颊以及下巴处发生。还已经发现，为了试图改善面罩和脸部之间的密封而向面罩施加一定程度的压力不一定会改善患者吸气并将雾化药物吸入面罩容器时鼻周区域内的雾化药物的泄漏情况，反而实际上会使情况恶化。在治疗期间，标准面罩上的局部压力可能会促进可导致眼部沉积的局部高速。例如，护理者按压面罩可密封沿面颊的泄漏，但会促进眼睛周围的泄漏。雾化药物在鼻周区域的泄漏导致雾化药物由于流体的高动能以高速朝向患者眼睛排放。这决不是理想的，因为它至少会引起不适，而且还可能由于药物排放到患者眼中而引起其它医学并发症。
因此，对于那些对面罩施加很大压力和/或在压力下保持面罩容器的药物输送系统而言，眼部沉积尤其是一个问题。因为面罩100的加压在喷雾器药物输送系统中起重要作用，而喷雾器已经成为一种日益流行的、用于以面罩高度受压的方式将雾化药物输送给患者的装置，所以由于与喷雾器的使用相关的面罩加压会促进眼部周围较高程度的泄漏，因此本申请人已经研究了当面罩100与喷雾器200结合使用时产生的眼部沉积量。
图2是使用模拟脸获得的γ照相图像，这是结合使用图1的面罩100和喷雾器200进行的放射性同位素示踪脸部沉积研究的一部分。在这些研究中，将面罩100连接到模拟特定类型患者的呼吸模式的呼吸仿真器(未示出)上。该呼吸仿真器包括具有一定轮廓的三维小型模拟脸(bench modelface)，面罩100连接到该脸上。在小型模拟脸的嘴内放置过滤器以便最佳地确定吸入量(吸入的实际气雾剂量)，这是因为过滤器代表微粒进入患者的最终通路。
通过使用雾化的放射性同位素示踪盐水作为喷雾器200中的药物代用品，可容易地确定微粒的沉积模式(图案)。图2表示在每分钟换气量为1.25升的情况下进行50ml的潮式呼吸(tidal breathing)(也称为潮气量)之后的沉积，这是小孩的典型沉积模式。来自喷雾器200的气流是4.7升/分钟，因此面罩100被高度加压。在这些条件下，如图像中出现的集中区域所显示的那样，雾化药物在脸上的不同位置处从面罩泄漏。从图2中可以看出，在患者的眼部区域中具有高度沉积，而且在患者的下巴和颌区域也有高度沉积。应当理解，导致面罩受压的其它气雾剂药物输送系统很可能产生类似的显示雾化药物的眼部沉积的数据。
尽管已经研制出具有用于应对喷雾器等的加压需求的通风机构的面罩，但是这些面罩仍然具有下述缺点，即，它们的结构不仅容许雾化药物在鼻周区域排放，而且更重要的是，由于面罩和脸之间的不完善分界面，雾化药物以高速朝向眼睛排放。实际上，这种不完善的分界面使雾化药物“漏走(funnel)”，因此雾化药物朝向眼睛以高速离开面罩。
本领域中需要的而且迄今还未得到的是这样一种面罩，该面罩减小了雾化药物在鼻周区域的惯性，因此减少了由惯性撞击引起的眼部区域中的沉积，同时保持气雾剂流入面罩中，从而将雾化药物有效地输送到患者的呼吸系统。本文公开的示例性面罩满足这些和其它需要。
喷雾法尤其在儿科领域中用作输送药物等的方法。在患者中，例如在合作和注意范围有限的小孩中，主要使用面罩进行雾化药物的输送。面罩被放置在患者的鼻子和嘴上，由护理者或通过使用传统的带等定位。面罩连接到气雾剂药物输送装置上。在喷雾器的情况中，面罩被来自喷雾器的流体加压，并且气雾剂充满面罩，从而可以经鼻子或嘴吸入。当患者吸气时，面罩容器被施加负压，雾化药物被吸入并进入患者的呼吸系统。
定剂量吸入器也和面罩一起使用以将药物分配给患者。这些装置在被致动时分配预定量的药物，而且患者被要求吸气，以便将雾化药物吸入面罩容器并接着将药物吸入患者的呼吸系统。
喷雾器药物输送尤其在面罩的受压程度上与使用定剂量吸入器的药物输送不同。定剂量吸入器可以将面罩加压至某种程度，尤其是如果气雾剂被直接喷入面罩中而不使用间隔件时。间隔件是一种放置在面罩和气雾剂源(通常为瓶)之间的装置。通常，间隔件具有单向阀并因此被称作“有阀保持室”(VHC)。面罩既用于喷雾器药物输送又用于定剂量应用，但是存在一些相关的缺点。
喷雾器容易给面罩加压并输送较多的药物，但面部周围的泄漏也增加，导致面部药物沉积增加。因此，面罩周围的泄漏影响特定装置的性能，而且在喷雾器的情况下，泄漏实际上增强了药物的输送；但是，这种增强是以面部沉积增加和潜在的局部副作用为代价的。为了有效地使雾化药物进入患者的呼吸系统，面罩应该罩住患者的整个嘴和鼻孔。
面罩通常设置成可支承在患者的面颊上并横过患者鼻梁的上部延伸。因为患者的鼻梁相对于患者脸部的其余部分如面颊升高，所以面罩的上部相对于面罩的横过面颊并在患者嘴下方延伸的周围部分稍微抬高。即使患者试图在面罩和脸之间进行紧密的密封也是如此。对于喷雾器，这会产生某些泄漏区域，在这些泄漏区域中，雾化药物可能在面罩下面被排出并进入大气。由于面罩的设计和它们位于面部之上的上述设置，在鼻子任一侧的鼻周(perinasal)区域中普遍存在泄漏。这导致一股定向于并直接沉积到患者眼里的泄漏的气雾剂。换句话说，气雾剂在这些鼻周区域中的面罩下面被排放并直接流向患者眼睛，而且不幸的是，许多传统面罩以这样一种方式构造，即，由于流体在面罩下面流动并沿面部直接进入眼睛时具有的高速确实出现的泄漏的特征为高能(高动能)泄漏。
这可能会导致一些不希望的副作用。例如，泄漏的雾化药物的沉积可能会与眼睛及相关组织的直接损伤有关。当泄漏出现时，这些器官暴露在雾化药物中。存在这样一种推测，即，由于雾化药物直接沉积在患者眼中而导致产生白内障的危险增加。至少，当高速行进的气雾剂在面罩下面被排放并沉积在鼻周区域包括眼睛中时，雾化药物的泄漏会引起不适。另外，由于面部皮肤与气雾剂之间的有害反应，某些气雾剂的泄漏会在一些患者中引起皮肤病学的问题。雾化药物泄漏并沉积到脸上可能会导致其它不希望的情况。
从图1、1a和2中可清楚地看到与传统的面罩结构相关的缺点。图1是一个典型的面罩100(可以从Laerdal Medical Corporation ofWappingers Falls，NY购得)的正面透视图。虽然图1和1a中示出面罩100由成人佩戴，但是可以理解，面罩100可以被设计成供小孩佩戴，并在患者不能或不愿配合服药的儿科护理中具有特定的应用。面罩100具有体部102，该体部包括用于接合患者脸部的周边缘104。体部102限定一面罩容器，在该容器中患者的鼻孔和嘴是相通的。体部102通常由诸如热塑性材料如PVC材料的柔性材料制成。体部102具有由环形凸缘状部件108部分地限定的中央开口106，所述部件108从体部102的外表面109向外延伸。在使用时，部件108联接到药物输送系统的其它部件(未示出)以容许雾化药物的输送。开口106用作将雾化药物输送给患者的装置。根据所使用的药物输送组件的类型例如定剂量吸入器或喷雾器系统，当雾化药物被输送到体部102所限定的面罩容器时，开口106接纳所述药物。患者的呼吸作用使雾化药物被使用者吸入并被导入患者的呼吸系统。
如前所述，面罩100的一个不足之处是在周边缘104周围形成泄漏区域。更具体地，周边缘104没有和患者的脸部形成完全的密封，因此在沿面罩100周边的某些区域尤其是在鼻周区域105内形成局部速度高的泄漏流路107。实际上，使沿边缘104的泄漏减少的行为会增大鼻周区域105内的泄漏速度。鼻周区域105特别倾向于形成泄漏，这导致雾化药物直接排入眼睛和相关组织中。如前所述，至少有两种不同类型的通常和面罩如面罩100一起使用的雾化药物输送系统。一种类型使用加压的定剂量吸入器(MDI/VHC)，另一种类型使用喷射喷雾器。
图1和1a示出作为使用喷射喷雾器200的气雾剂药物输送系统的一部分的面罩100。喷雾器200可操作地联接到产生通过喷雾器200的压缩空气的压缩机(未示出)上。喷雾器200具有联接到软管220的体部210，所述软管在第一部分222处连接到压缩机并被构造成压缩空气从其中流过。使用常规技术将待输送的药物储存在体部210中。喷雾器200的第二部分224与面罩容器连通，以便将雾化药物输送到面罩容器中。体部210可包括常规的通风和过滤机构。
在气雾剂产生期间，压缩空气流经体部210并流入面罩容器。这导致面罩100受压并促使面罩100周围的不同位置处(尤其是鼻周区域)的泄漏，使得面部沉积增加。当面罩100完全受压时，多余的压缩空气(包括雾化药物)通过排气孔排出。这导致一些雾化药物损失在周围环境中。当患者吸气时面罩100局部减压，但患者一停止吸气并呼气时，面罩100就由于压缩空气的连续流动而再次全面受压。
当面罩被放置在患者(脸部)上时，通常由于若干因素(包括具体患者的面部轮廓)而导致面罩100的周边缘104与患者脸部之间的不完全密封。这种情况对于小孩、儿童和成人都会出现。由于面罩100的加压而发生的泄漏导致雾化药物按照箭头107标示的流动路径流动。这些泄漏在患者的鼻子周围(鼻周区域)、面颊以及下巴处发生。还已经发现，为了试图改善面罩和脸部之间的密封而向面罩施加一定程度的压力不一定会改善患者吸气并将雾化药物吸入面罩容器时鼻周区域内的雾化药物的泄漏情况，反而实际上会使情况恶化。在治疗期间，标准面罩上的局部压力可能会促进可导致眼部沉积的局部高速。例如，护理者按压面罩可密封沿面颊的泄漏，但会促进眼睛周围的泄漏。雾化药物在鼻周区域的泄漏导致雾化药物由于流体的高动能以高速朝向患者眼睛排放。这决不是理想的，因为它至少会引起不适，而且还可能由于药物排放到患者眼中而引起其它医学并发症。
因此，对于那些对面罩施加很大压力和/或在压力下保持面罩容器的药物输送系统而言，眼部沉积尤其是一个问题。因为面罩100的加压在喷雾器药物输送系统中起重要作用，而喷雾器已经成为一种日益流行的、用于以面罩高度受压的方式将雾化药物输送给患者的装置，所以由于与喷雾器的使用相关的面罩加压会促进眼部周围较高程度的泄漏，因此本申请人已经研究了当面罩100与喷雾器200结合使用时产生的眼部沉积量。
图2是使用模拟脸获得的γ照相图像，这是结合使用图1的面罩100和喷雾器200进行的放射性同位素示踪脸部沉积研究的一部分。在这些研究中，将面罩100连接到模拟特定类型患者的呼吸模式的呼吸仿真器(未示出)上。该呼吸仿真器包括具有一定轮廓的三维小型模拟脸(bench modelface)，面罩100连接到该脸上。在小型模拟脸的嘴内放置过滤器以便最佳地确定吸入量(吸入的实际气雾剂量)，这是因为过滤器代表微粒进入患者的最终通路。
通过使用雾化的放射性同位素示踪盐水作为喷雾器200中的药物代用品，可容易地确定微粒的沉积模式(图案)。图2表示在每分钟换气量为1.25升的情况下进行50ml的潮式呼吸(tidal breathing)(也称为潮气量)之后的沉积，这是小孩的典型沉积模式。来自喷雾器200的气流是4.7升/分钟，因此面罩100被高度加压。在这些条件下，如图像中出现的集中区域所显示的那样，雾化药物在脸上的不同位置处从面罩泄漏。从图2中可以看出，在患者的眼部区域中具有高度沉积，而且在患者的下巴和颌区域也有高度沉积。应当理解，导致面罩受压的其它气雾剂药物输送系统很可能产生类似的显示雾化药物的眼部沉积的数据。
尽管已经研制出具有用于应对喷雾器等的加压需求的通风机构的面罩，但是这些面罩仍然具有下述缺点，即，它们的结构不仅容许雾化药物在鼻周区域排放，而且更重要的是，由于面罩和脸之间的不完善分界面，雾化药物以高速朝向眼睛排放。实际上，这种不完善的分界面使雾化药物“漏走(funnel)”，因此雾化药物朝向眼睛以高速离开面罩。
本领域中需要的而且迄今还未得到的是这样一种面罩，该面罩减小了雾化药物在鼻周区域的惯性，因此减少了由惯性撞击引起的眼部区域中的沉积，同时保持气雾剂流入面罩中，从而将雾化药物有效地输送到患者的呼吸系统。本文公开的示例性面罩满足这些和其它需要。
发明内容
在一个示例性实施例中，提出了一种用在加压药物输送应用如气雾剂药物输送系统中的面罩，以及一种减少眼部区域的气雾剂沉积的方法。根据本文公开的各实施例的面罩包含降低鼻周区域内的雾化药物的惯性的特征。这导致由于惯性冲击而沉积在眼部区域的雾化药物量减少，而同时，所述特征被构造成保持雾化药物流入面罩中，从而将雾化药物有效地输送给患者的呼吸系统。
根据一个示例性实施例，面罩具有体部，该体部具有用于靠置于患者脸部的最底边缘或表面。在面罩体部的上部形成鼻梁部分，以便当应用期间面罩靠置于脸部时该鼻梁部分支承在患者的鼻子上。该体部内形成有一对眼部出口，一个眼部出口形成于鼻梁部分的一侧，另一个眼部出口形成于鼻梁部分的另一侧。当患者佩戴面罩时，眼部出口通常被定位在患者眼睛的下方。因此，眼部出口是通过去除面罩材料而沿面罩体部的周边缘形成的眼部切口或开口。本申请人已经发现，在不希望存在雾化药物流的最危险的部位(即眼部)给面罩开口，可迫使并确保在面部损害和刺激危险最大的部位处的微粒惯性局部减少。因此，用作眼部出口的面罩中的切除部使局部速度和微粒惯性最小，从而微粒不会撞击在脸表面和眼睛上，而且实际上会如图3中的箭头所示越过脸部和眼睛而不会沉积在其上。这使得与传统面罩相比眼部区域的沉积大大减少。
可以根据雾化药物的应用中所希望的性能特性(即，吸入量值、面部沉积量等)使眼部切口或开口形成为任何不同的尺寸和不同的形状(例如半圆形)。眼部出口还可与一也形成于面罩体部内的辅助出口结合使用。例如，辅助出口可以是在面罩内靠近周边缘的较低的下巴部分内形成的开口。通过在面罩内设置眼部出口，提供了一种基本缓解或消除与在鼻周区域内具有泄漏的面罩相关联的不适以及潜在的有害后果的面罩，所述泄漏会导致雾化药物在面罩的周边缘和脸之间“漏走”，并使雾化药物以高速流入患者眼中。
此外，通过优化从脸部到喷雾器插入面罩的连接部分内的插入位置的距离，可实现在鼻周区域以及脸部的雾化药物的惯性减小，并且这会导致脸部包括眼部区域沉积的雾化药物量减少。
从附图和相关的文字说明中可以理解本发明的其它方面和特征。
根据一个示例性实施例，面罩具有体部，该体部具有用于靠置于患者脸部的最底边缘或表面。在面罩体部的上部形成鼻梁部分，以便当应用期间面罩靠置于脸部时该鼻梁部分支承在患者的鼻子上。该体部内形成有一对眼部出口，一个眼部出口形成于鼻梁部分的一侧，另一个眼部出口形成于鼻梁部分的另一侧。当患者佩戴面罩时，眼部出口通常被定位在患者眼睛的下方。因此，眼部出口是通过去除面罩材料而沿面罩体部的周边缘形成的眼部切口或开口。本申请人已经发现，在不希望存在雾化药物流的最危险的部位(即眼部)给面罩开口，可迫使并确保在面部损害和刺激危险最大的部位处的微粒惯性局部减少。因此，用作眼部出口的面罩中的切除部使局部速度和微粒惯性最小，从而微粒不会撞击在脸表面和眼睛上，而且实际上会如图3中的箭头所示越过脸部和眼睛而不会沉积在其上。这使得与传统面罩相比眼部区域的沉积大大减少。
可以根据雾化药物的应用中所希望的性能特性(即，吸入量值、面部沉积量等)使眼部切口或开口形成为任何不同的尺寸和不同的形状(例如半圆形)。眼部出口还可与一也形成于面罩体部内的辅助出口结合使用。例如，辅助出口可以是在面罩内靠近周边缘的较低的下巴部分内形成的开口。通过在面罩内设置眼部出口，提供了一种基本缓解或消除与在鼻周区域内具有泄漏的面罩相关联的不适以及潜在的有害后果的面罩，所述泄漏会导致雾化药物在面罩的周边缘和脸之间“漏走”，并使雾化药物以高速流入患者眼中。
此外，通过优化从脸部到喷雾器插入面罩的连接部分内的插入位置的距离，可实现在鼻周区域以及脸部的雾化药物的惯性减小，并且这会导致脸部包括眼部区域沉积的雾化药物量减少。
从附图和相关的文字说明中可以理解本发明的其它方面和特征。
附图说明
图1为传统面罩的正视图，其示出为喷雾器药物输送系统的一部分并且处于典型的位于患者上的给药位置，该面罩被设置为覆盖患者的鼻子和嘴；
图1a为图1的面罩的侧视图，一部分被切除以示出当患者佩戴面罩时雾化药物的流路；
图2为使用γ照相扫描脸模型所得到的图像，其为使用图1的传统面罩进行放射性同位素示踪脸沉积研究的一部分，该图示出对应于一种儿科呼吸模式(潮气量：50ml；呼吸频率：每分钟25次呼吸；吸呼比(duty cycle)：0.4)而出现的微粒沉积(气雾剂药物)；
图3为根据第一示例性实施例的面罩在放置在患者上的典型给药位置之前的顶部透视图，该面罩用作喷雾器药物输送系统的一部分；
图4为图3的面罩的底部透视图；
图5为放置在患者上的典型给药位置处的图3的面罩的透视图，部分弯折的体部被压缩和弯折，使得眼部出口的尺寸减小；
图6为根据第二示例性实施例的面罩在放置在患者上的典型给药位置之前的顶部透视图，该面罩用作喷雾器药物输送系统的一部分；
图7为图6的面罩的底部透视图；
图8为放置在患者上的典型给药位置处的图6的面罩的透视图，部分弯折的体部被压缩和弯折，使得眼部出口的尺寸减小；
图9为根据第三示例性实施例的面罩在放置在患者上的典型给药位置之前的顶部透视图，该面罩用作喷雾器药物输送系统的一部分；
图10为图9的面罩的底部透视图；
图11为放置在患者上的典型给药位置处的图9的面罩的透视图，部分弯折的体部被压缩和弯折，使得眼部出口的尺寸减小；
图12为条形图形式的示意图，该图对通过测试在此公开的一组示例性面罩得到的药物输送和面部沉积数据进行比较，测试中使用示踪盐水作为雾化药物；
图13为条形图形式的示意图，该图对通过测试在此公开的一组示例性面罩得到的药物输送和面部沉积数据进行比较，测试中使用Budesonide作为雾化药物；
图14A-D示出若干不同的面罩实施例，其中示出了在喷雾器和脸表面之间测量的管嘴插入距离；
图15为比较通过测试在此公开的一组示例性面罩得到的药物输送和面部沉积数据的表；
图16A和16B为使用γ照相扫描脸模型所得到的图像，其为使用传统面罩进行放射性同位素示踪脸沉积研究的一部分，其中一个图像示出眼部周围较大区域的较大的Budesonide眼部轮廓以显示其上的微粒沉积；
图17为作为使用Salter类型的面罩进行放射性同位素示踪脸沉积研究的一部分的脸模型的γ照相扫描。
图1a为图1的面罩的侧视图，一部分被切除以示出当患者佩戴面罩时雾化药物的流路；
图2为使用γ照相扫描脸模型所得到的图像，其为使用图1的传统面罩进行放射性同位素示踪脸沉积研究的一部分，该图示出对应于一种儿科呼吸模式(潮气量：50ml；呼吸频率：每分钟25次呼吸；吸呼比(duty cycle)：0.4)而出现的微粒沉积(气雾剂药物)；
图3为根据第一示例性实施例的面罩在放置在患者上的典型给药位置之前的顶部透视图，该面罩用作喷雾器药物输送系统的一部分；
图4为图3的面罩的底部透视图；
图5为放置在患者上的典型给药位置处的图3的面罩的透视图，部分弯折的体部被压缩和弯折，使得眼部出口的尺寸减小；
图6为根据第二示例性实施例的面罩在放置在患者上的典型给药位置之前的顶部透视图，该面罩用作喷雾器药物输送系统的一部分；
图7为图6的面罩的底部透视图；
图8为放置在患者上的典型给药位置处的图6的面罩的透视图，部分弯折的体部被压缩和弯折，使得眼部出口的尺寸减小；
图9为根据第三示例性实施例的面罩在放置在患者上的典型给药位置之前的顶部透视图，该面罩用作喷雾器药物输送系统的一部分；
图10为图9的面罩的底部透视图；
图11为放置在患者上的典型给药位置处的图9的面罩的透视图，部分弯折的体部被压缩和弯折，使得眼部出口的尺寸减小；
图12为条形图形式的示意图，该图对通过测试在此公开的一组示例性面罩得到的药物输送和面部沉积数据进行比较，测试中使用示踪盐水作为雾化药物；
图13为条形图形式的示意图，该图对通过测试在此公开的一组示例性面罩得到的药物输送和面部沉积数据进行比较，测试中使用Budesonide作为雾化药物；
图14A-D示出若干不同的面罩实施例，其中示出了在喷雾器和脸表面之间测量的管嘴插入距离；
图15为比较通过测试在此公开的一组示例性面罩得到的药物输送和面部沉积数据的表；
图16A和16B为使用γ照相扫描脸模型所得到的图像，其为使用传统面罩进行放射性同位素示踪脸沉积研究的一部分，其中一个图像示出眼部周围较大区域的较大的Budesonide眼部轮廓以显示其上的微粒沉积；
图17为作为使用Salter类型的面罩进行放射性同位素示踪脸沉积研究的一部分的脸模型的γ照相扫描。
具体实施方式
2004年6月15日发布的共同转让的美国专利No.6748949内公开了与本发明有关的其它细节，该专利全文结合在此作为参考。
还应当理解，尽管根据本发明的面罩尤其适合于儿童，但是本发明的面罩以及本文公开的教导也适用于成人使用。换句话说，上文提及的与传统面罩相关联的缺陷不仅存在于儿童尺寸的面罩中，而且还存在于成人尺寸的面罩中，因此在成人面罩内也会发生不希望的药物沉积。因此，在此公开的包括眼部出口和/或其它面罩特征的优化的面罩并不局限于儿童面罩构造，而是可同样应用于其它面罩包括成人面罩。
下面转到图3-5，其中示出根据第一示例性实施例的面罩300，该面罩用作喷雾器药物输送系统的一部分。图3和4示出在放置到患者的典型给药位置处之前的面罩300，该给药位置设置为面罩覆盖患者的鼻子和嘴，图5示出处于典型给药位置的面罩300。
在一个实施例中，面罩300由柔性的聚合材料形成，该面罩可从Laerdal购得，并作为用于恢复正常呼吸(resuscitation)的儿科硅树脂面罩在市场上销售。更具体地，面罩300由体部310形成，该体部由于由柔性的聚合材料形成而刚性不太大而是可压缩，因此当面罩300靠置在使用者脸部时，体部310轻微地变形。应当理解，所示出的面罩300仅是示例性的并且仅用于说明，存在许多其它的可依照本发明使用的柔性儿科面罩。体部310具有部分地由环形凸缘状部件314限定的第一中央开口312，部件314从体部310的外表面316向外延伸。体部310由柔性材料形成，从而当向面罩施力时例如当用户将面罩300应用于患者脸部时该体部易于变形或压缩。
体部310从凸缘状部件314向外延伸，然后向内弯折(卷曲)到第二中央开口320之下，该中央开口放置在患者的嘴上。体部310的边缘322限定第二中央开口320，由于体部310的弯折的或拱形的特性，边缘322并不是体部310的最底部。相反，体部310的最底部324由体部310的弯折或卷曲部分形成。如图5所示，正是该部分324最开始与患者的脸部接触，并且由于体部310可变形，所以当用户将面罩300压靠在脸部时体部310变形并轻微地塌陷(collapse)。如图5所示，面罩300实际在最底部324弯折得更多。
在该实施例中，与更刚性的面罩不同，面罩300并不包括支承在患者的脸部的清楚界定的周边缘，而支承在患者脸部的部分是面罩300的弯折部分。
类似于其它实施例，面罩300包括一对眼部出口330，该眼部出口在体部310的鼻梁部分332的每一侧通过去除该位置处的面罩材料形成。图3-5示出根据一个实施例的并具有一种示例性形状的眼部出口330，每个眼部出口330具有内边缘334，并且眼部出口330构造为从内边缘334延伸到第二中央开口320。因此，眼部出口330形成于体部310的弯折的最底部324内。眼部出口330可具有多种不同的形状，例如卵形、正方形、矩形、椭圆形、三角形等，因为只要眼部出口可提供适当的排放药物的出口，眼部出口的形状并不重要。
如图5所示，当在应用期间将面罩300靠置在脸部时，体部310稍微压缩，最底部324进一步弯折(即向内塌陷)。这样的结果是如可观察到的那样面罩300的内边缘334和最底部324之间的距离减小。换句话说，眼部出口330的开口面积由于该弯折动作而相应地减小。从图5中可见，每个眼部开口330从鼻梁部分332延伸并开口到与面罩300的最底边缘相关联的另一个相对边缘或表面。但是，即使面罩300自身进一步弯折和压缩，眼部出口330仍然敞开，这是因为在内边缘334和患者脸部之间仍然形成开口。换句话说，通常在患者的一只眼睛下方的位置处在内边缘334和患者脸部之间存在狭缝或开口，这使得可发生希望的排放效果，并且即使在本实施例中都可实现前文所述的所有优点，其中在本实施例中面罩300是柔性的，当压靠在脸部上时会沿脸部压缩。
眼部出口330从面罩向眼部区域排放雾化药物。与不直接在不希望雾化药物流动的区域内设置出口的初衷相反，申请人已发现，在眼部区域内设置眼部出口330实际上可通过改变眼部区域(即鼻周区域)内的雾化药物的流动特性大大改善面罩330的性能和安全性。一种理解眼部出口330所提供的优点的方法是研究在所关心的区域即眼部区域内的流体的微粒惯性。通常，微粒的沉积与微粒的直径(下文称为“a”)、在面罩内通过泄漏而产生的局部流动所导致的微粒运动速度(下文称为“U”)，以及面罩和脸部之间的局部几何形状(下文称为“D”)有关。所有这些参数可通过局部斯托克斯(Stokes)数(在下文为“Stk”)一起描述。Stk是与微粒惯性有关的无量纲项。微粒的惯性越大，这些微粒撞击脸部(眼部)并沉积在脸上的可能性就越大。方程式(1)给出各个变量之间的一般关系：
Stk∝[a2(U)]/D (方程式1)
方程式(2)给出D与U的关系：
U∝Q/D (方程式2)
其中Q是从显示泄漏的面罩区域流出的体积流率。应当理解，泄漏位置的局部直径增加，则局部线速度减小。即，微粒惯性受微粒的直径(a)、流体的局部速度(U)影响，并与局部直径(D)成反比。
示例性面罩300通过增大D来减小Stk，增大D导致U(方程式2)和Stk减小。由于减小面罩内的压力进一步减小Q，因此通过面罩减压可进一步影响U。经由用作出口的开口D实现面罩的减压。
面罩300提供了一种保持进入面罩的气雾剂流动(这对于有效的药物输送是必需的)的面罩，同时，面罩300的结构通过在眼部区域将面罩300开口减少了气雾剂在眼部区域和脸的其它部分的沉积。在最危险的部位以及在不希望雾化药物流动的部位(眼部)将面罩300开口可迫使并确保在面部最容易受到伤害和刺激的部位处的微粒的惯性局部减小。有利地，眼部出口330的设置通过增加面罩之间的空间(斯托克斯直径(D)增大)并且对面罩容器(当佩戴面罩300时脸部和面罩300的内表面之间的区域)减压来减小微粒速度，面罩容器内的压力减小，这使朝眼睛的线性流动(即方程式2中的变量(U))最小化。应当理解，局部斯托克斯数仅是说明本发明的面罩的优点的工具，而决没有限制本发明的面罩的范围，因为也可通过其它方法理解本发明的原理。
用作眼部出口330的面罩300中的宽切口使局部速度和微粒惯性最小化，从而微粒(即雾化药物)不会撞击到脸表面和眼睛上，实际上会越过脸部和眼睛而不会沉积在其上。因此，眼部出口330通常在眼睛下方形成(同时保持面罩的鼻梁部分完整无缺)，以便消除以前在面罩300的最底部324处观察到的由于雾化药物以高速从该区域漏出而造成的高压影响。通过去除面罩300的一些部分包括面罩的最底部324的一些部分以形成眼部出口330，消除了该区域中最底部324和脸部之间的交界面，由此雾化药物不再以高速在鼻周区域从面罩300“漏走”。因此，与其它多个不可控变量(面罩在脸上的压力，进入面罩的喷雾器流)无关地确保了该区域内的低速，并且总使沉积最小化。
因此，通过由于在眼部区域消除了面罩/脸部交界面而减小从面罩300排放的雾化药物的速度，提高了面罩300的安全性能。在本实施例中，眼部出口330与其它实施例相比尺寸较小。
由于越来越多的面罩材料被切除以形成眼部出口330会削弱面罩300的总体结构刚度，所以眼部出口330可形成为每个出口均具有增强件(未示出，但是类似于前面并入的专利申请内公开的增强件)，该增强件用于增强面罩300的结构刚度，并确保面罩300的坚固性。因此，增强件优选地绕限定眼部出口330的内边缘334和其它边缘形成，以便增加眼部出口330区域内的结构刚度。这可确保当将面罩300放置在患者头上并且施加压力以在面罩300和脸部之间形成某种类型的密封时，眼部出口330基本保持其形状和形式。
增强件可以是任何结构，或者可与面罩300本身成一体，或者在面罩300制造完成并形成眼部出口330之后被连接并固定到面罩300上。例如，增强件可以是加强的刚性塑料件的形式，使用传统技术如使用粘合剂、粘接等可靠地连接到面罩300上。通过将刚性元件结合到面罩结构中，在面罩300的使用期间，包括眼部出口330的面罩300区域变形或塌陷的可能性较小，而是保持被很好地限定。增强件还可以是金属衬套的形式，使用传统技术如上文公开的技术连接到面罩300上。此外，当制造面罩300时，可使增强件与面罩300的其余部分一体地形成。例如，可将用于各眼部出口330的增强件引入模具，然后绕其形成面罩300，从而增强件与面罩300成为一体。还应当理解，如果使用模制工艺形成面罩300，则可使用两种或多种不同的材料来形成被加强的面罩，其中一种材料可用于形成增强件，另一种材料可用于形成面罩300的其余部分。
在另一个实施例中，示例性面罩300在面罩300内形成辅助出口(未示出)，在面罩靠置在脸部时的正常工作期间，该辅助出口用于使面罩300减压，并改变在面罩300下面(尤其是鼻周区域内)流动的雾化药物流。示例性出口总体为圆形开口，但是，出口的形状不是关键的。该出口形成于面罩体部310中6点钟的位置处。换句话说，该出口通常形成于面罩300的下巴区域。周边缘完全围绕面罩300延伸，因此出口形成为稍微远离患者的脸部。这是所期望的，因为出口用于排放气雾剂，因此，优选地引导气雾剂向下并远离患者脸部。出口的尺寸可根据确定的应用场合、面罩的尺寸等若干因素变化，只要出口具有容许所需量的雾化药物被患者吸入的足够尺寸，同时使脸部和眼部沉积减少即可。
尽管出口确实用于减少面部区域内的气雾剂沉积，并用于使面罩300减压，但是申请人认识到：(1)即使是那些具有出口的面罩仍在面罩和脸部(尤其是脸部的鼻周区域)之间具有容许雾化药物排出的泄漏，(2)为了增加面罩的安全性，更理想的是控制在鼻周区域排放的雾化药物的流动特性。根据此信息，申请人设计了一种通过改变鼻周区域内的雾化药物的流动特性来减少脸部和眼部沉积的面罩。
应当理解，在面罩内设置(尺寸可变的)眼部出口不仅可保持可接受的吸入量(在大多数情况下，导致吸入量增加)，而且更重要的是，眼部出口用于以这样的方式改变雾化药物的流动特性(即，减小雾化药物的微粒惯性)，即，由于消除了困扰传统面罩结构的漏出的雾化药物在眼部区域内的局部高速而使得安全性增加。换句话说，通过控制雾化药物在眼部区域的速度来减小雾化药物在眼部区域的动能。
在儿科病人中，对于药物输送系统而言，认为大约4％的吸入量是有效的。因为由于药物从面罩排出或滞留在喷雾器中等而导致浪费了大量药物，所以对于儿科的药物输送系统低百分比是固有的。虽然沉积在脸和眼上的量的百分比较低，但是基于药物输送则相当高，因此应当理解，这种加压的药物输送系统中的脸部和眼部沉积是一个值得关注的问题，因为它可能会导致患者不适，并可能潜在地导致较严重的尤其是眼部的并发症。
在将与加压的药物输送系统如喷雾器一起使用的面罩内形成眼部出口的另一个优点在于，通过使用传统技术，如切削工艺或能够沿区分线去除或切除面罩材料以形成眼部出口的任何其它类型的工艺，在眼部区域内仅形成眼部出口即可容易地对现有面罩进行改进。
本申请人已经认识到，某些药物输送系统尤其是喷雾器药物输送系统使脸部和眼部更多地暴露在气雾剂中。使用面罩的喷雾器气雾剂输送使面罩加压并促使面罩周围多个位置处泄漏，使面部沉积增加。减轻这种加压的操作可减少泄漏和伴随的沉积。通过将眼部出口结合到面罩中，已基本消除传统面罩的缺陷。眼部出口用于降低眼部区域内的微粒惯性。根据图像中显示的以及在表中量化的数据，包含眼部出口可使沉积在眼部区域的雾化药物量大大减少。应当理解，可改变和优化眼部出口的尺寸和截面形状以使泄漏最小化，且使药物输送最大化。对于给定的应用，应将眼部出口的尺寸设计为使吸入量值在可接受的范围内。
应当理解，本文所公开的任何面罩可用在各种应用中，其中面罩通过流体加压到使面罩内的加压导致在面罩周围形成泄漏的程度。优选地，该面罩用于那些希望保持吸入量值的应用中。换句话说，面罩的使用应该容许足够量的雾化药物流入面罩容器中，然后进入患者的呼吸系统。
可将眼部出口结合到用于在药物输送系统等中使用的大量医疗面罩中。此外，任何示例性面罩的使用并非仅局限于气雾剂药物输送系统。应当理解，面罩可用在具有与所讨论的气雾剂药物输送系统相同或相似的特性例如面罩的加压和泄漏等的其它类型的流体输送系统中。尽管大量的说明和实验数据是针对各种面罩在儿科应用中的使用，但是应当理解，根据本发明实施例的面罩可用在儿科应用之外的其它应用中。例如，该面罩可由成人佩戴以施用雾化药物等。
图6-8示出另一个实施例，其中出口无论在面罩300应用于脸部之前面罩300松弛的状态下，还是在面罩300由于向脸部施力而被压缩之后的状态下，眼部出口330都更为明显。换句话说，图6-8中的眼部出口330大于图3-5中所形成的眼部出口330。与其它实施例一样，图6和7中的眼部出口330可形成为多种不同的形状。图6-8的实施例用于说明眼部出口可形成为不同的尺寸，这会直接导致当将面罩压靠在用户脸部时排放口的尺寸不同。因此应当理解，在松弛状态下具有较大表面积的眼部出口330的面罩在处于面罩接触或支承在患者脸部上的正常工作或应用状态下将具有较大的眼部出口。在任一个实施例中，如前文所述，在内边缘324和脸部之间至少存在小的狭缝等以容许药物排出。
如文中使用的，术语“最底边缘或表面”是指在将面罩应用于患者脸部的正常应用期间，接触并支承在患者脸上的面罩的边缘或表面。这样，最底边缘或表面的至少一部分将接触并支承在患者的面部组织(脸颊)上。
现在参照图9-11，在另一个实施例中，眼部出口340在局部可变形的面罩300内形成为每个眼部出口340是具有完整边界的开口。换句话说，眼部出口由完全围绕该眼部出口的面罩体部限定(“具有完整边界”)。但是，当面罩300靠置在用户脸部时，面罩的最底部压缩(或塌陷)或者进一步弯折，从而眼部开口相对于脸部定位成在患者的眼睛下方在眼部出口的内边缘342和脸部之间形成开口。在该实施例中，眼部出口340没有开口到形成于面罩体部并用于放置在患者的嘴上的第二中央开口320并与该第二中央开口320连通。
眼部出口340可具有多种不同的形状，例如圆形、卵形、正方形、矩形、椭圆形等和大小，只要各个眼部出口是位于最底部的具有完整边界的开口，以便当面罩靠置并保持在脸部导致面罩塌陷时，眼部出口紧靠脸部从而在内边缘342和脸部之间形成开口以允许药物通过或排放即可。尽管眼部出口340可形成为其最初并不是面罩的最底部的一部分，但是面罩体部的可变形性使得体部塌陷(进一步弯折)，从而使眼部出口340进一步靠近脸部。在任何情况下以及如同其它实施例一样，位于眼睛下方的眼部出口340直接作用于患者的脸部，以便至少在内边缘342和脸部本身之间形成开口以允许内部腔内存在的雾化药物通过并流出。换句话说，面罩体部的塌陷或进一步弯折使得眼部出口340移动到紧靠用户脸部的位置。应当理解，眼部出口340并不是一定要与患者的脸部直接接触，而是眼部出口340可以靠近脸部，在眼部出口340和第二开口320之间的面罩材料形成贴靠患者脸部的表面。但是即使在这种构型内，眼部出口340仍如文中所公开的那样正好在眼睛下方并用于有效地排放雾化药物。
还应当理解，眼部出口340可形成于与先前公开的专利申请中的面罩相同或类似的更刚性的面罩中。换句话说，眼部出口340与在给药期间接触并支承于患者脸部的刚性面罩的周边缘间隔开。在该实施例中，面罩自身没有“卷拢”，因此眼部出口340在整个应用期间保持被非常好地限定，同时它们仍与周边缘间隔开。但是，眼部出口应在非常靠近周边缘的位置形成，因为如图5总体所示，排放作用应该使被排放的药物直接越过患者眼睛前方而不接触眼睛。
如下面的表1中包含的数据所反映的，与喷雾器一起使用传统的Laerdal面罩(用于恢复正常呼吸的儿科硅树脂面罩)导致最初在喷雾器内的雾化药物(在该情况下为Tc99m示踪盐水)的1.00％沉积在患者的眼部区域(1.54％的雾化药物沉积在脸上)。面罩的吸入量是喷雾器中所容纳的量的6.09％。
当使用图3的面罩300时，如表1中所示，吸入量增加到8.05％，而同时，与使用传统的、标准面罩时沉积在眼部区域的雾化药物量为1.00％相比，沉积在眼部区域的雾化药物量为0.12％。因此，与标准的、传统面罩相比，面罩300的使用使得在眼部区域沉积的雾化药物量大大减小。但是，该数据仅量化了结果，而没有表示出确实在面罩下漏出并朝向眼睛流动的雾化药物的流动特性。换句话说并如前所述，如果不仅在眼部区域以及脸上沉积的雾化药物较少，而且还改变了漏出的雾化药物在眼部区域的流动特性，则可提高面罩提供的安全性优点。在面罩中设置眼部出口实现了这些目标并提高了面罩的整体安全性。
当使用图6的面罩300时，如表1中所示，吸入量增加到6.92％，而同时，与使用传统的、标准面罩时沉积在眼部区域的雾化药物量为1.00％相比，沉积在眼部区域的雾化药物量大大减小到0.10％。因此，与标准的、传统面罩相比，面罩300的使用使得在眼部区域沉积的雾化药物量大大减小。更具体地，通过形成眼部出口对面罩进行的改变大大减小了眼部沉积，同时吸入的雾化药物的百分比增加。前文已经说明了眼部出口的全部优点。
图12是表示表1中给出的第一组数据的条形图。
进行第二组实验，其中使用类固醇Budesonide作为雾化药物，并在喷雾系统中使用上述三种面罩。如下面的表1中包含的数据所反映的，与喷雾器一起使用传统的Laerdal面罩导致最初在喷雾器内的雾化药物(Budesonide)的2.20％沉积在患者的眼部区域(3.48％的雾化药物沉积在脸上)。面罩的吸入量是喷雾器中所容纳的量的12.90％。
当使用图3的面罩300时，如表1中所示，吸入量没有很大改变，为12.68％，而同时，与使用传统的面罩时沉积在眼部区域的雾化药物量为2.20％相比，沉积在眼部区域的雾化药物量大大减小到0.48％(1.86％沉积在脸上)。因此，与标准的、传统面罩相比，面罩300的使用使得在眼部区域沉积的雾化药物量大大减小。但是，该数据仅量化了结果，而没有表示出确实在面罩下漏出并朝向眼睛流动的雾化药物的流动特性。换句话说并如前所述，如果不仅在眼部区域以及脸上沉积的雾化药物较少，而且还改变了漏出的雾化药物在眼部区域的流动特性，则可提高面罩提供的安全性优点。在面罩中设置眼部出口实现了这些目标并提高了面罩的整体安全性。
当使用图6的面罩300时，如表1中所示，吸入量没有很大改变，为12.84％，而同时，与使用传统面罩时沉积在眼部区域的雾化药物量为2.20％相比，沉积在眼部区域的雾化药物量大大减小到0.21％(1.30％沉积在脸上)。因此，与标准的、传统面罩相比，面罩300的使用使得在眼部区域沉积的雾化药物量大大减小。更具体地，通过形成眼部出口对面罩进行的改变大大减小了眼部沉积，同时吸入的雾化药物的百分比增加。前文已经说明了眼部出口的全部优点。
图12是表示表1中给出的一些数据的条形图。
表1：
LAERDAL面罩及变型：组合试验 试验描述 Laerdal 面罩 “类型” 试验数目 N 平均沉积量占喷嘴填充量的％ 吸入量 脸 眼
LAERDAL面罩及变型：组合试验 (组合) Tc99m 示踪盐水 标准 8 5.93 1.95 1.39 8.02 1.34 0.92 6.54 1.24 0.75 5.18 0.50 0.11 4.90 2.94 2.31 7.09 1.11 0.51 6.46 1.55 0.77 4.60 1.72 1.25 MEAN SD SE 6.09 1.54 1.00 1.17 0.71 0.66 0.41 0.25 0.23 小眼部 切口 7 9.57 0.97 0.15 8.53 0.65 0.16 6.82 0.54 0.17 6.98 0.62 0.07 6.10 0.44 0.05 11.63 1.00 0.20 6.75 0.70 0.07 MEAN SD SE 8.05 0.70 0.12 1.98 0.21 0.06 0.75 0.08 0.02 大眼部 切口 2 6.57 0.40 0.09 7.26 0.55 0.11 MEAN SD SE 6.92 0.48 0.10 0.49 0.11 0.01 0.34 0.07 0.01
LAERDAL面罩及变型：组合试验 (组合) BUDESONIDE 标准 3 13.66 2.63 1.31 12.32 3.29 2.32 12.73 4.52 2.97 MEAN SD SE 12.90 3.48 2.20 0.69 0.96 0.84 0.40 0.55 0.48 小眼部 切口 3 14.38 1.79 0.39 12.71 2.13 0.63 10.95 1.67 0.42 MEAN SD SE 12.68 1.86 0.48 1.72 0.24 0.13 0.99 0.14 0.08 大眼部 切口 3 15.27 1.21 0.20 11.60 1.28 0.20 11.64 1.42 0.23 MEAN SD SE 12.84 1.30 0.21 2.11 0.11 0.02 1.22 0.06 0.01
下面的示例仅用于说明而不会以任何方式限制本发明。
示例1：
构造根据第一实施例的如图3-5所示的面罩，该面罩的尺寸如下。面罩体部310的外径约为77mm，凸缘314的外径约为20mm。第二开口320的直径约为46mm。通过观察附图可以理解，眼部出口330具有渐缩结构，其宽度在内边缘334处最大，在眼部出口330与第二开口320连通的位置较小。根据一个实施例，眼部出口330在内边缘334处的宽度约为20mm，然后在眼部出口330与第二开口320连通的位置处逐渐缩减到直径约为10mm。当从内边缘340到最底部324测量时，眼部出口330的深度在图3-4所示的松弛状态下约为9mm，当给药期间应用于脸部时，该深度减小到大约5mm。
示例2：
构造根据第一实施例的如图6-8所示的面罩，该面罩的尺寸如下。除了以下尺寸之外，该面罩的尺寸与上述示例1中给出的尺寸相同。出口当从内边缘334到最底部324测量时，眼部出口330的深度在图3-4所示的松弛状态下约为27mm，当给药期间应用于脸部时，该深度减小到大约17mm。
应当理解，根据一个实施例，在应用期间，眼部出口330或图9-11的实施例中的眼部出口340的深度在任何位置处相对于其初始深度减小了大约30％到70％。在另一个实施例中，深度减小了其初始深度的大约40％到大约60％，例如大约50％。
本申请人已经确定，在使用加压的湿喷雾器系统吸入雾化药物期间的面部沉积的主要决定因素是面罩的设计对气雾剂微粒靠近脸部表面时的弹道特性的影响。脸部沉积的两个区域可以说明这些原理，即(1)承载气雾剂颗粒的气体穿过面罩和脸部的交界面的泄露处的速度很重要，以及(2)在整个脸部包括前额、脸颊和其它脸部区域的沉积模式受颗粒从与连接到喷雾器本身的连接件进入面罩时的总体速度影响。
对于第一区域，上文中的数据和说明证实了尤其在鼻唇褶和眼部区域内承载气雾剂颗粒的气体的速度的重要性。该区域内的高速度将颗粒引导到眼部导致沉积。该沉积模式通过在面罩内形成的局部眼部出口或“眼部切口”大大减轻，该局部出口减小了气雾剂颗粒的线速度，防止沉积。
对于第二区域，在整个脸部的沉积模式受颗粒从喷雾器连接件进入面罩时的总体速度影响，利用垂直于嘴的轴线插入的喷雾器和传统面罩如通常称为“Salter”面罩系统的面罩系统(见图14d)可最佳地示出该模式。在这些条件下，微粒均匀地沉积在脸部以及眼部。实验已经确定，通过增大喷雾器在面罩内的插入位置距离脸部的距离可大大减小该沉积。
更具体地且如图5所示，一示例性面罩300包括面罩体部310和凸缘状部件314，该凸缘状部件从体部310的外表面316向外延伸，并且在其中限定有第一中央开口312。凸缘状部件314用作喷雾器和面罩300之间的连接件或接口。喷雾器通常具有被接纳在凸缘状部件314内部以便将喷雾器和该部件联接在一起的杆件等。因此，从喷雾器排出药物的位置并不是凸缘状部件314的远端，而是更接近凸缘状部件314接合并一体地连接到体部310的一端。因此，所关心的距离从喷雾器杆件终止的位置开始并延伸到脸部。该距离在图14A-D中示出为距离“A”。
该距离的增大使得微粒以减小的整体速度通过面罩，这是因为离开喷雾器进入面罩的微粒流有可能与面罩内的流动环境相混合，由于横截面的增大而导致线速度减小，通过查看附图中示出的结构和数据就可理解这一点。
通过优化和改变离开脸部表面的渐增距离(“管嘴插入距离”)，所有不同面罩设计的面部沉积都可大大减小，并且在“Panda”面罩的脸部沉积的组成中得到最好的体现，该面罩在进行“眼部切口”修改之后在与眼部隔开的脸部上的沉积最少。
观察图15的表2中的数据以及图16A-B和17的说明性图像，可见考虑眼部切口以及管嘴插入距离可使在脸部所有区域的脸部和眼部沉积最小化(具体地，眼部沉积从最大值4.8％变为0.11-0.35％，而脸部其余部分的沉积从最大值1.74％变为0.98％)。研究表2(图15)可见，标准构型的Laerdal面罩的眼部沉积最高。通过眼部切口修改使眼部沉积最小。但是，在脸的其余部分上的沉积尽管大大减少，但是并不象进行了眼部切口修改的Panda面罩那样低。Laerdal和Panda构型之间的主要区别在于，Panda面罩的管嘴插入位置的距离比Laerdal面罩增加了大约1.7cm。因此，结合这两个原理(眼部切口+从脸部到喷雾器的最优管嘴长度)的面罩设计将导致脸部和眼部沉积最大程度地减少。当针对不同年龄的儿童和成人的脸部设定面罩的尺寸时，对离开脸部的管嘴插入位置的距离的限制将由面罩的构造限制确定。
在一个示例性实施例中，优化从喷雾器在面罩中的插入位置到脸部测量的管嘴插入距离，使得与仅包含眼部切口而不改变管嘴插入距离的相同面罩相比，总脸部沉积率减小大约至少10％，优选地大约20％并更优选地大于20％。应当理解，这些值仅是示例性的，可接受的值可以落在这些范围之外。例如，可实现小于10％的减小，而该减少仍是非常有效和可接受的。
因此，根据一个实施例，优化脸部沉积率的过程至少分两步进行，更具体地，包括如前文所述地在所选的预定位置处形成眼部切口，其次，选择管嘴插入距离以便优化脸部沉积的减少。换句话说，通过在面罩内形成眼部切口改变并控制排放到面罩内的雾化药物的速度，然后通过增加从喷雾器插入位置到脸部的距离来减小该速度。
在表2中，在标题“面罩类型”下，用一组缩写词列出许多不同类型的面罩。例如，缩写词“STD”是指不包含任何修改的标准的现货供应的面罩；术语“LEC”是指在面罩体部内形成有大的眼部切口的面罩；术语“LEC-MOD”是指具有大的眼部切口并具有如前文所述的在6点钟位置处的出口的面罩。另外，当在该标题下使用术语“EYECUT”时，该术语与术语“LEC”代表的大尺寸的眼部切口不同，是指其中形成有标准的眼部切口的面罩。
还应当理解，管嘴插入距离应选择为使得即使脸部和眼部沉积减少吸入的药物量(例如以吸入量百分比测量)仍保持在可接受的范围内。例如根据一个实施例，管嘴插入距离大于5cm，并优选地大于5.5cm。在其它实施例中，管嘴插入距离可以小于5cm或者大于5.5cm，只要增加凸缘状部件314的长度不会损害药物输送的效率以及面罩的坚固性即可。
再次说明，前述面罩设计和构造不仅适用于儿童面罩，而且同样适用于年轻人和成人面罩。
通过观察表2(图15)中的数据并且更具体地参考用于观察使用包含上述眼部切口并且管嘴被优化的面罩获得的结果的Budesonide实验可以了解本发明的这一方面。具体地，可在“Bubble Eyecut”面罩和“OriginalPP LEC”面罩之间进行比较。为了实用目的，这些面罩是大体相同的面罩，除了管嘴长度不同之外，控制该实验中的所有因素例如眼部切口、微粒大小、喷雾器等。具体地，管嘴长度从5.0增加到7.1(尺寸增大42％)，这导致脸部沉积值从2.40变为1.33(脸部沉积减少55％)。类似地进行另一个比较，通过比较Laerdal LEC(大的眼部切口)和Panda LEC可看到相同的效果；同样，这两种面罩大体相同或者非常相似，而且除管嘴长度之外其它因素保持基本相同。在该比较中，管嘴长度从3.5(Laerdal)增加到5.2(Panda)，管嘴长度增加49％，这导致脸部沉积从2.42减少为1.50(减少62％)。对大体相同的面罩的其它比较如下：Laerdal stnd与Pandastnd比较，这两种面罩都密封在脸部(没有切口)，唯一的区别是管嘴长度，这里脸部沉积从2.42减少为1.72；另一个比较是Laerdal标准面罩与Panda标准面罩的比较，脸部沉积从6.51减少为1.72。因此，根据本发明的一个方面，通过将管嘴长度增加至少40％(与初始长度相比)优化面罩的管嘴长度，同时，与未修改的面罩相比脸部沉积减少至少50％。应当理解，这仅是本发明的一个示例，使用其它范围来同样可实现本发明的目的，即，优化面罩的管嘴长度从而减少脸部沉积。
前述说明是本发明的优选实施例和具体特征，对本发明的多种应用或范围没有限制，本发明的范围由所附的权利要求及其基本等同物限定。
相关申请的交叉参考
本申请要求2003年10月29日提交的美国专利申请No.60/515,382和2004年4月27日提交的美国专利申请No.60/566,117的权益，这两个申请全文在此引入作为参考。
还应当理解，尽管根据本发明的面罩尤其适合于儿童，但是本发明的面罩以及本文公开的教导也适用于成人使用。换句话说，上文提及的与传统面罩相关联的缺陷不仅存在于儿童尺寸的面罩中，而且还存在于成人尺寸的面罩中，因此在成人面罩内也会发生不希望的药物沉积。因此，在此公开的包括眼部出口和/或其它面罩特征的优化的面罩并不局限于儿童面罩构造，而是可同样应用于其它面罩包括成人面罩。
下面转到图3-5，其中示出根据第一示例性实施例的面罩300，该面罩用作喷雾器药物输送系统的一部分。图3和4示出在放置到患者的典型给药位置处之前的面罩300，该给药位置设置为面罩覆盖患者的鼻子和嘴，图5示出处于典型给药位置的面罩300。
在一个实施例中，面罩300由柔性的聚合材料形成，该面罩可从Laerdal购得，并作为用于恢复正常呼吸(resuscitation)的儿科硅树脂面罩在市场上销售。更具体地，面罩300由体部310形成，该体部由于由柔性的聚合材料形成而刚性不太大而是可压缩，因此当面罩300靠置在使用者脸部时，体部310轻微地变形。应当理解，所示出的面罩300仅是示例性的并且仅用于说明，存在许多其它的可依照本发明使用的柔性儿科面罩。体部310具有部分地由环形凸缘状部件314限定的第一中央开口312，部件314从体部310的外表面316向外延伸。体部310由柔性材料形成，从而当向面罩施力时例如当用户将面罩300应用于患者脸部时该体部易于变形或压缩。
体部310从凸缘状部件314向外延伸，然后向内弯折(卷曲)到第二中央开口320之下，该中央开口放置在患者的嘴上。体部310的边缘322限定第二中央开口320，由于体部310的弯折的或拱形的特性，边缘322并不是体部310的最底部。相反，体部310的最底部324由体部310的弯折或卷曲部分形成。如图5所示，正是该部分324最开始与患者的脸部接触，并且由于体部310可变形，所以当用户将面罩300压靠在脸部时体部310变形并轻微地塌陷(collapse)。如图5所示，面罩300实际在最底部324弯折得更多。
在该实施例中，与更刚性的面罩不同，面罩300并不包括支承在患者的脸部的清楚界定的周边缘，而支承在患者脸部的部分是面罩300的弯折部分。
类似于其它实施例，面罩300包括一对眼部出口330，该眼部出口在体部310的鼻梁部分332的每一侧通过去除该位置处的面罩材料形成。图3-5示出根据一个实施例的并具有一种示例性形状的眼部出口330，每个眼部出口330具有内边缘334，并且眼部出口330构造为从内边缘334延伸到第二中央开口320。因此，眼部出口330形成于体部310的弯折的最底部324内。眼部出口330可具有多种不同的形状，例如卵形、正方形、矩形、椭圆形、三角形等，因为只要眼部出口可提供适当的排放药物的出口，眼部出口的形状并不重要。
如图5所示，当在应用期间将面罩300靠置在脸部时，体部310稍微压缩，最底部324进一步弯折(即向内塌陷)。这样的结果是如可观察到的那样面罩300的内边缘334和最底部324之间的距离减小。换句话说，眼部出口330的开口面积由于该弯折动作而相应地减小。从图5中可见，每个眼部开口330从鼻梁部分332延伸并开口到与面罩300的最底边缘相关联的另一个相对边缘或表面。但是，即使面罩300自身进一步弯折和压缩，眼部出口330仍然敞开，这是因为在内边缘334和患者脸部之间仍然形成开口。换句话说，通常在患者的一只眼睛下方的位置处在内边缘334和患者脸部之间存在狭缝或开口，这使得可发生希望的排放效果，并且即使在本实施例中都可实现前文所述的所有优点，其中在本实施例中面罩300是柔性的，当压靠在脸部上时会沿脸部压缩。
眼部出口330从面罩向眼部区域排放雾化药物。与不直接在不希望雾化药物流动的区域内设置出口的初衷相反，申请人已发现，在眼部区域内设置眼部出口330实际上可通过改变眼部区域(即鼻周区域)内的雾化药物的流动特性大大改善面罩330的性能和安全性。一种理解眼部出口330所提供的优点的方法是研究在所关心的区域即眼部区域内的流体的微粒惯性。通常，微粒的沉积与微粒的直径(下文称为“a”)、在面罩内通过泄漏而产生的局部流动所导致的微粒运动速度(下文称为“U”)，以及面罩和脸部之间的局部几何形状(下文称为“D”)有关。所有这些参数可通过局部斯托克斯(Stokes)数(在下文为“Stk”)一起描述。Stk是与微粒惯性有关的无量纲项。微粒的惯性越大，这些微粒撞击脸部(眼部)并沉积在脸上的可能性就越大。方程式(1)给出各个变量之间的一般关系：
Stk∝[a2(U)]/D (方程式1)
方程式(2)给出D与U的关系：
U∝Q/D (方程式2)
其中Q是从显示泄漏的面罩区域流出的体积流率。应当理解，泄漏位置的局部直径增加，则局部线速度减小。即，微粒惯性受微粒的直径(a)、流体的局部速度(U)影响，并与局部直径(D)成反比。
示例性面罩300通过增大D来减小Stk，增大D导致U(方程式2)和Stk减小。由于减小面罩内的压力进一步减小Q，因此通过面罩减压可进一步影响U。经由用作出口的开口D实现面罩的减压。
面罩300提供了一种保持进入面罩的气雾剂流动(这对于有效的药物输送是必需的)的面罩，同时，面罩300的结构通过在眼部区域将面罩300开口减少了气雾剂在眼部区域和脸的其它部分的沉积。在最危险的部位以及在不希望雾化药物流动的部位(眼部)将面罩300开口可迫使并确保在面部最容易受到伤害和刺激的部位处的微粒的惯性局部减小。有利地，眼部出口330的设置通过增加面罩之间的空间(斯托克斯直径(D)增大)并且对面罩容器(当佩戴面罩300时脸部和面罩300的内表面之间的区域)减压来减小微粒速度，面罩容器内的压力减小，这使朝眼睛的线性流动(即方程式2中的变量(U))最小化。应当理解，局部斯托克斯数仅是说明本发明的面罩的优点的工具，而决没有限制本发明的面罩的范围，因为也可通过其它方法理解本发明的原理。
用作眼部出口330的面罩300中的宽切口使局部速度和微粒惯性最小化，从而微粒(即雾化药物)不会撞击到脸表面和眼睛上，实际上会越过脸部和眼睛而不会沉积在其上。因此，眼部出口330通常在眼睛下方形成(同时保持面罩的鼻梁部分完整无缺)，以便消除以前在面罩300的最底部324处观察到的由于雾化药物以高速从该区域漏出而造成的高压影响。通过去除面罩300的一些部分包括面罩的最底部324的一些部分以形成眼部出口330，消除了该区域中最底部324和脸部之间的交界面，由此雾化药物不再以高速在鼻周区域从面罩300“漏走”。因此，与其它多个不可控变量(面罩在脸上的压力，进入面罩的喷雾器流)无关地确保了该区域内的低速，并且总使沉积最小化。
因此，通过由于在眼部区域消除了面罩/脸部交界面而减小从面罩300排放的雾化药物的速度，提高了面罩300的安全性能。在本实施例中，眼部出口330与其它实施例相比尺寸较小。
由于越来越多的面罩材料被切除以形成眼部出口330会削弱面罩300的总体结构刚度，所以眼部出口330可形成为每个出口均具有增强件(未示出，但是类似于前面并入的专利申请内公开的增强件)，该增强件用于增强面罩300的结构刚度，并确保面罩300的坚固性。因此，增强件优选地绕限定眼部出口330的内边缘334和其它边缘形成，以便增加眼部出口330区域内的结构刚度。这可确保当将面罩300放置在患者头上并且施加压力以在面罩300和脸部之间形成某种类型的密封时，眼部出口330基本保持其形状和形式。
增强件可以是任何结构，或者可与面罩300本身成一体，或者在面罩300制造完成并形成眼部出口330之后被连接并固定到面罩300上。例如，增强件可以是加强的刚性塑料件的形式，使用传统技术如使用粘合剂、粘接等可靠地连接到面罩300上。通过将刚性元件结合到面罩结构中，在面罩300的使用期间，包括眼部出口330的面罩300区域变形或塌陷的可能性较小，而是保持被很好地限定。增强件还可以是金属衬套的形式，使用传统技术如上文公开的技术连接到面罩300上。此外，当制造面罩300时，可使增强件与面罩300的其余部分一体地形成。例如，可将用于各眼部出口330的增强件引入模具，然后绕其形成面罩300，从而增强件与面罩300成为一体。还应当理解，如果使用模制工艺形成面罩300，则可使用两种或多种不同的材料来形成被加强的面罩，其中一种材料可用于形成增强件，另一种材料可用于形成面罩300的其余部分。
在另一个实施例中，示例性面罩300在面罩300内形成辅助出口(未示出)，在面罩靠置在脸部时的正常工作期间，该辅助出口用于使面罩300减压，并改变在面罩300下面(尤其是鼻周区域内)流动的雾化药物流。示例性出口总体为圆形开口，但是，出口的形状不是关键的。该出口形成于面罩体部310中6点钟的位置处。换句话说，该出口通常形成于面罩300的下巴区域。周边缘完全围绕面罩300延伸，因此出口形成为稍微远离患者的脸部。这是所期望的，因为出口用于排放气雾剂，因此，优选地引导气雾剂向下并远离患者脸部。出口的尺寸可根据确定的应用场合、面罩的尺寸等若干因素变化，只要出口具有容许所需量的雾化药物被患者吸入的足够尺寸，同时使脸部和眼部沉积减少即可。
尽管出口确实用于减少面部区域内的气雾剂沉积，并用于使面罩300减压，但是申请人认识到：(1)即使是那些具有出口的面罩仍在面罩和脸部(尤其是脸部的鼻周区域)之间具有容许雾化药物排出的泄漏，(2)为了增加面罩的安全性，更理想的是控制在鼻周区域排放的雾化药物的流动特性。根据此信息，申请人设计了一种通过改变鼻周区域内的雾化药物的流动特性来减少脸部和眼部沉积的面罩。
应当理解，在面罩内设置(尺寸可变的)眼部出口不仅可保持可接受的吸入量(在大多数情况下，导致吸入量增加)，而且更重要的是，眼部出口用于以这样的方式改变雾化药物的流动特性(即，减小雾化药物的微粒惯性)，即，由于消除了困扰传统面罩结构的漏出的雾化药物在眼部区域内的局部高速而使得安全性增加。换句话说，通过控制雾化药物在眼部区域的速度来减小雾化药物在眼部区域的动能。
在儿科病人中，对于药物输送系统而言，认为大约4％的吸入量是有效的。因为由于药物从面罩排出或滞留在喷雾器中等而导致浪费了大量药物，所以对于儿科的药物输送系统低百分比是固有的。虽然沉积在脸和眼上的量的百分比较低，但是基于药物输送则相当高，因此应当理解，这种加压的药物输送系统中的脸部和眼部沉积是一个值得关注的问题，因为它可能会导致患者不适，并可能潜在地导致较严重的尤其是眼部的并发症。
在将与加压的药物输送系统如喷雾器一起使用的面罩内形成眼部出口的另一个优点在于，通过使用传统技术，如切削工艺或能够沿区分线去除或切除面罩材料以形成眼部出口的任何其它类型的工艺，在眼部区域内仅形成眼部出口即可容易地对现有面罩进行改进。
本申请人已经认识到，某些药物输送系统尤其是喷雾器药物输送系统使脸部和眼部更多地暴露在气雾剂中。使用面罩的喷雾器气雾剂输送使面罩加压并促使面罩周围多个位置处泄漏，使面部沉积增加。减轻这种加压的操作可减少泄漏和伴随的沉积。通过将眼部出口结合到面罩中，已基本消除传统面罩的缺陷。眼部出口用于降低眼部区域内的微粒惯性。根据图像中显示的以及在表中量化的数据，包含眼部出口可使沉积在眼部区域的雾化药物量大大减少。应当理解，可改变和优化眼部出口的尺寸和截面形状以使泄漏最小化，且使药物输送最大化。对于给定的应用，应将眼部出口的尺寸设计为使吸入量值在可接受的范围内。
应当理解，本文所公开的任何面罩可用在各种应用中，其中面罩通过流体加压到使面罩内的加压导致在面罩周围形成泄漏的程度。优选地，该面罩用于那些希望保持吸入量值的应用中。换句话说，面罩的使用应该容许足够量的雾化药物流入面罩容器中，然后进入患者的呼吸系统。
可将眼部出口结合到用于在药物输送系统等中使用的大量医疗面罩中。此外，任何示例性面罩的使用并非仅局限于气雾剂药物输送系统。应当理解，面罩可用在具有与所讨论的气雾剂药物输送系统相同或相似的特性例如面罩的加压和泄漏等的其它类型的流体输送系统中。尽管大量的说明和实验数据是针对各种面罩在儿科应用中的使用，但是应当理解，根据本发明实施例的面罩可用在儿科应用之外的其它应用中。例如，该面罩可由成人佩戴以施用雾化药物等。
图6-8示出另一个实施例，其中出口无论在面罩300应用于脸部之前面罩300松弛的状态下，还是在面罩300由于向脸部施力而被压缩之后的状态下，眼部出口330都更为明显。换句话说，图6-8中的眼部出口330大于图3-5中所形成的眼部出口330。与其它实施例一样，图6和7中的眼部出口330可形成为多种不同的形状。图6-8的实施例用于说明眼部出口可形成为不同的尺寸，这会直接导致当将面罩压靠在用户脸部时排放口的尺寸不同。因此应当理解，在松弛状态下具有较大表面积的眼部出口330的面罩在处于面罩接触或支承在患者脸部上的正常工作或应用状态下将具有较大的眼部出口。在任一个实施例中，如前文所述，在内边缘324和脸部之间至少存在小的狭缝等以容许药物排出。
如文中使用的，术语“最底边缘或表面”是指在将面罩应用于患者脸部的正常应用期间，接触并支承在患者脸上的面罩的边缘或表面。这样，最底边缘或表面的至少一部分将接触并支承在患者的面部组织(脸颊)上。
现在参照图9-11，在另一个实施例中，眼部出口340在局部可变形的面罩300内形成为每个眼部出口340是具有完整边界的开口。换句话说，眼部出口由完全围绕该眼部出口的面罩体部限定(“具有完整边界”)。但是，当面罩300靠置在用户脸部时，面罩的最底部压缩(或塌陷)或者进一步弯折，从而眼部开口相对于脸部定位成在患者的眼睛下方在眼部出口的内边缘342和脸部之间形成开口。在该实施例中，眼部出口340没有开口到形成于面罩体部并用于放置在患者的嘴上的第二中央开口320并与该第二中央开口320连通。
眼部出口340可具有多种不同的形状，例如圆形、卵形、正方形、矩形、椭圆形等和大小，只要各个眼部出口是位于最底部的具有完整边界的开口，以便当面罩靠置并保持在脸部导致面罩塌陷时，眼部出口紧靠脸部从而在内边缘342和脸部之间形成开口以允许药物通过或排放即可。尽管眼部出口340可形成为其最初并不是面罩的最底部的一部分，但是面罩体部的可变形性使得体部塌陷(进一步弯折)，从而使眼部出口340进一步靠近脸部。在任何情况下以及如同其它实施例一样，位于眼睛下方的眼部出口340直接作用于患者的脸部，以便至少在内边缘342和脸部本身之间形成开口以允许内部腔内存在的雾化药物通过并流出。换句话说，面罩体部的塌陷或进一步弯折使得眼部出口340移动到紧靠用户脸部的位置。应当理解，眼部出口340并不是一定要与患者的脸部直接接触，而是眼部出口340可以靠近脸部，在眼部出口340和第二开口320之间的面罩材料形成贴靠患者脸部的表面。但是即使在这种构型内，眼部出口340仍如文中所公开的那样正好在眼睛下方并用于有效地排放雾化药物。
还应当理解，眼部出口340可形成于与先前公开的专利申请中的面罩相同或类似的更刚性的面罩中。换句话说，眼部出口340与在给药期间接触并支承于患者脸部的刚性面罩的周边缘间隔开。在该实施例中，面罩自身没有“卷拢”，因此眼部出口340在整个应用期间保持被非常好地限定，同时它们仍与周边缘间隔开。但是，眼部出口应在非常靠近周边缘的位置形成，因为如图5总体所示，排放作用应该使被排放的药物直接越过患者眼睛前方而不接触眼睛。
如下面的表1中包含的数据所反映的，与喷雾器一起使用传统的Laerdal面罩(用于恢复正常呼吸的儿科硅树脂面罩)导致最初在喷雾器内的雾化药物(在该情况下为Tc99m示踪盐水)的1.00％沉积在患者的眼部区域(1.54％的雾化药物沉积在脸上)。面罩的吸入量是喷雾器中所容纳的量的6.09％。
当使用图3的面罩300时，如表1中所示，吸入量增加到8.05％，而同时，与使用传统的、标准面罩时沉积在眼部区域的雾化药物量为1.00％相比，沉积在眼部区域的雾化药物量为0.12％。因此，与标准的、传统面罩相比，面罩300的使用使得在眼部区域沉积的雾化药物量大大减小。但是，该数据仅量化了结果，而没有表示出确实在面罩下漏出并朝向眼睛流动的雾化药物的流动特性。换句话说并如前所述，如果不仅在眼部区域以及脸上沉积的雾化药物较少，而且还改变了漏出的雾化药物在眼部区域的流动特性，则可提高面罩提供的安全性优点。在面罩中设置眼部出口实现了这些目标并提高了面罩的整体安全性。
当使用图6的面罩300时，如表1中所示，吸入量增加到6.92％，而同时，与使用传统的、标准面罩时沉积在眼部区域的雾化药物量为1.00％相比，沉积在眼部区域的雾化药物量大大减小到0.10％。因此，与标准的、传统面罩相比，面罩300的使用使得在眼部区域沉积的雾化药物量大大减小。更具体地，通过形成眼部出口对面罩进行的改变大大减小了眼部沉积，同时吸入的雾化药物的百分比增加。前文已经说明了眼部出口的全部优点。
图12是表示表1中给出的第一组数据的条形图。
进行第二组实验，其中使用类固醇Budesonide作为雾化药物，并在喷雾系统中使用上述三种面罩。如下面的表1中包含的数据所反映的，与喷雾器一起使用传统的Laerdal面罩导致最初在喷雾器内的雾化药物(Budesonide)的2.20％沉积在患者的眼部区域(3.48％的雾化药物沉积在脸上)。面罩的吸入量是喷雾器中所容纳的量的12.90％。
当使用图3的面罩300时，如表1中所示，吸入量没有很大改变，为12.68％，而同时，与使用传统的面罩时沉积在眼部区域的雾化药物量为2.20％相比，沉积在眼部区域的雾化药物量大大减小到0.48％(1.86％沉积在脸上)。因此，与标准的、传统面罩相比，面罩300的使用使得在眼部区域沉积的雾化药物量大大减小。但是，该数据仅量化了结果，而没有表示出确实在面罩下漏出并朝向眼睛流动的雾化药物的流动特性。换句话说并如前所述，如果不仅在眼部区域以及脸上沉积的雾化药物较少，而且还改变了漏出的雾化药物在眼部区域的流动特性，则可提高面罩提供的安全性优点。在面罩中设置眼部出口实现了这些目标并提高了面罩的整体安全性。
当使用图6的面罩300时，如表1中所示，吸入量没有很大改变，为12.84％，而同时，与使用传统面罩时沉积在眼部区域的雾化药物量为2.20％相比，沉积在眼部区域的雾化药物量大大减小到0.21％(1.30％沉积在脸上)。因此，与标准的、传统面罩相比，面罩300的使用使得在眼部区域沉积的雾化药物量大大减小。更具体地，通过形成眼部出口对面罩进行的改变大大减小了眼部沉积，同时吸入的雾化药物的百分比增加。前文已经说明了眼部出口的全部优点。
图12是表示表1中给出的一些数据的条形图。
表1：
LAERDAL面罩及变型：组合试验 试验描述 Laerdal 面罩 “类型” 试验数目 N 平均沉积量占喷嘴填充量的％ 吸入量 脸 眼
LAERDAL面罩及变型：组合试验 (组合) Tc99m 示踪盐水 标准 8 5.93 1.95 1.39 8.02 1.34 0.92 6.54 1.24 0.75 5.18 0.50 0.11 4.90 2.94 2.31 7.09 1.11 0.51 6.46 1.55 0.77 4.60 1.72 1.25 MEAN SD SE 6.09 1.54 1.00 1.17 0.71 0.66 0.41 0.25 0.23 小眼部 切口 7 9.57 0.97 0.15 8.53 0.65 0.16 6.82 0.54 0.17 6.98 0.62 0.07 6.10 0.44 0.05 11.63 1.00 0.20 6.75 0.70 0.07 MEAN SD SE 8.05 0.70 0.12 1.98 0.21 0.06 0.75 0.08 0.02 大眼部 切口 2 6.57 0.40 0.09 7.26 0.55 0.11 MEAN SD SE 6.92 0.48 0.10 0.49 0.11 0.01 0.34 0.07 0.01
LAERDAL面罩及变型：组合试验 (组合) BUDESONIDE 标准 3 13.66 2.63 1.31 12.32 3.29 2.32 12.73 4.52 2.97 MEAN SD SE 12.90 3.48 2.20 0.69 0.96 0.84 0.40 0.55 0.48 小眼部 切口 3 14.38 1.79 0.39 12.71 2.13 0.63 10.95 1.67 0.42 MEAN SD SE 12.68 1.86 0.48 1.72 0.24 0.13 0.99 0.14 0.08 大眼部 切口 3 15.27 1.21 0.20 11.60 1.28 0.20 11.64 1.42 0.23 MEAN SD SE 12.84 1.30 0.21 2.11 0.11 0.02 1.22 0.06 0.01
下面的示例仅用于说明而不会以任何方式限制本发明。
示例1：
构造根据第一实施例的如图3-5所示的面罩，该面罩的尺寸如下。面罩体部310的外径约为77mm，凸缘314的外径约为20mm。第二开口320的直径约为46mm。通过观察附图可以理解，眼部出口330具有渐缩结构，其宽度在内边缘334处最大，在眼部出口330与第二开口320连通的位置较小。根据一个实施例，眼部出口330在内边缘334处的宽度约为20mm，然后在眼部出口330与第二开口320连通的位置处逐渐缩减到直径约为10mm。当从内边缘340到最底部324测量时，眼部出口330的深度在图3-4所示的松弛状态下约为9mm，当给药期间应用于脸部时，该深度减小到大约5mm。
示例2：
构造根据第一实施例的如图6-8所示的面罩，该面罩的尺寸如下。除了以下尺寸之外，该面罩的尺寸与上述示例1中给出的尺寸相同。出口当从内边缘334到最底部324测量时，眼部出口330的深度在图3-4所示的松弛状态下约为27mm，当给药期间应用于脸部时，该深度减小到大约17mm。
应当理解，根据一个实施例，在应用期间，眼部出口330或图9-11的实施例中的眼部出口340的深度在任何位置处相对于其初始深度减小了大约30％到70％。在另一个实施例中，深度减小了其初始深度的大约40％到大约60％，例如大约50％。
本申请人已经确定，在使用加压的湿喷雾器系统吸入雾化药物期间的面部沉积的主要决定因素是面罩的设计对气雾剂微粒靠近脸部表面时的弹道特性的影响。脸部沉积的两个区域可以说明这些原理，即(1)承载气雾剂颗粒的气体穿过面罩和脸部的交界面的泄露处的速度很重要，以及(2)在整个脸部包括前额、脸颊和其它脸部区域的沉积模式受颗粒从与连接到喷雾器本身的连接件进入面罩时的总体速度影响。
对于第一区域，上文中的数据和说明证实了尤其在鼻唇褶和眼部区域内承载气雾剂颗粒的气体的速度的重要性。该区域内的高速度将颗粒引导到眼部导致沉积。该沉积模式通过在面罩内形成的局部眼部出口或“眼部切口”大大减轻，该局部出口减小了气雾剂颗粒的线速度，防止沉积。
对于第二区域，在整个脸部的沉积模式受颗粒从喷雾器连接件进入面罩时的总体速度影响，利用垂直于嘴的轴线插入的喷雾器和传统面罩如通常称为“Salter”面罩系统的面罩系统(见图14d)可最佳地示出该模式。在这些条件下，微粒均匀地沉积在脸部以及眼部。实验已经确定，通过增大喷雾器在面罩内的插入位置距离脸部的距离可大大减小该沉积。
更具体地且如图5所示，一示例性面罩300包括面罩体部310和凸缘状部件314，该凸缘状部件从体部310的外表面316向外延伸，并且在其中限定有第一中央开口312。凸缘状部件314用作喷雾器和面罩300之间的连接件或接口。喷雾器通常具有被接纳在凸缘状部件314内部以便将喷雾器和该部件联接在一起的杆件等。因此，从喷雾器排出药物的位置并不是凸缘状部件314的远端，而是更接近凸缘状部件314接合并一体地连接到体部310的一端。因此，所关心的距离从喷雾器杆件终止的位置开始并延伸到脸部。该距离在图14A-D中示出为距离“A”。
该距离的增大使得微粒以减小的整体速度通过面罩，这是因为离开喷雾器进入面罩的微粒流有可能与面罩内的流动环境相混合，由于横截面的增大而导致线速度减小，通过查看附图中示出的结构和数据就可理解这一点。
通过优化和改变离开脸部表面的渐增距离(“管嘴插入距离”)，所有不同面罩设计的面部沉积都可大大减小，并且在“Panda”面罩的脸部沉积的组成中得到最好的体现，该面罩在进行“眼部切口”修改之后在与眼部隔开的脸部上的沉积最少。
观察图15的表2中的数据以及图16A-B和17的说明性图像，可见考虑眼部切口以及管嘴插入距离可使在脸部所有区域的脸部和眼部沉积最小化(具体地，眼部沉积从最大值4.8％变为0.11-0.35％，而脸部其余部分的沉积从最大值1.74％变为0.98％)。研究表2(图15)可见，标准构型的Laerdal面罩的眼部沉积最高。通过眼部切口修改使眼部沉积最小。但是，在脸的其余部分上的沉积尽管大大减少，但是并不象进行了眼部切口修改的Panda面罩那样低。Laerdal和Panda构型之间的主要区别在于，Panda面罩的管嘴插入位置的距离比Laerdal面罩增加了大约1.7cm。因此，结合这两个原理(眼部切口+从脸部到喷雾器的最优管嘴长度)的面罩设计将导致脸部和眼部沉积最大程度地减少。当针对不同年龄的儿童和成人的脸部设定面罩的尺寸时，对离开脸部的管嘴插入位置的距离的限制将由面罩的构造限制确定。
在一个示例性实施例中，优化从喷雾器在面罩中的插入位置到脸部测量的管嘴插入距离，使得与仅包含眼部切口而不改变管嘴插入距离的相同面罩相比，总脸部沉积率减小大约至少10％，优选地大约20％并更优选地大于20％。应当理解，这些值仅是示例性的，可接受的值可以落在这些范围之外。例如，可实现小于10％的减小，而该减少仍是非常有效和可接受的。
因此，根据一个实施例，优化脸部沉积率的过程至少分两步进行，更具体地，包括如前文所述地在所选的预定位置处形成眼部切口，其次，选择管嘴插入距离以便优化脸部沉积的减少。换句话说，通过在面罩内形成眼部切口改变并控制排放到面罩内的雾化药物的速度，然后通过增加从喷雾器插入位置到脸部的距离来减小该速度。
在表2中，在标题“面罩类型”下，用一组缩写词列出许多不同类型的面罩。例如，缩写词“STD”是指不包含任何修改的标准的现货供应的面罩；术语“LEC”是指在面罩体部内形成有大的眼部切口的面罩；术语“LEC-MOD”是指具有大的眼部切口并具有如前文所述的在6点钟位置处的出口的面罩。另外，当在该标题下使用术语“EYECUT”时，该术语与术语“LEC”代表的大尺寸的眼部切口不同，是指其中形成有标准的眼部切口的面罩。
还应当理解，管嘴插入距离应选择为使得即使脸部和眼部沉积减少吸入的药物量(例如以吸入量百分比测量)仍保持在可接受的范围内。例如根据一个实施例，管嘴插入距离大于5cm，并优选地大于5.5cm。在其它实施例中，管嘴插入距离可以小于5cm或者大于5.5cm，只要增加凸缘状部件314的长度不会损害药物输送的效率以及面罩的坚固性即可。
再次说明，前述面罩设计和构造不仅适用于儿童面罩，而且同样适用于年轻人和成人面罩。
通过观察表2(图15)中的数据并且更具体地参考用于观察使用包含上述眼部切口并且管嘴被优化的面罩获得的结果的Budesonide实验可以了解本发明的这一方面。具体地，可在“Bubble Eyecut”面罩和“OriginalPP LEC”面罩之间进行比较。为了实用目的，这些面罩是大体相同的面罩，除了管嘴长度不同之外，控制该实验中的所有因素例如眼部切口、微粒大小、喷雾器等。具体地，管嘴长度从5.0增加到7.1(尺寸增大42％)，这导致脸部沉积值从2.40变为1.33(脸部沉积减少55％)。类似地进行另一个比较，通过比较Laerdal LEC(大的眼部切口)和Panda LEC可看到相同的效果；同样，这两种面罩大体相同或者非常相似，而且除管嘴长度之外其它因素保持基本相同。在该比较中，管嘴长度从3.5(Laerdal)增加到5.2(Panda)，管嘴长度增加49％，这导致脸部沉积从2.42减少为1.50(减少62％)。对大体相同的面罩的其它比较如下：Laerdal stnd与Pandastnd比较，这两种面罩都密封在脸部(没有切口)，唯一的区别是管嘴长度，这里脸部沉积从2.42减少为1.72；另一个比较是Laerdal标准面罩与Panda标准面罩的比较，脸部沉积从6.51减少为1.72。因此，根据本发明的一个方面，通过将管嘴长度增加至少40％(与初始长度相比)优化面罩的管嘴长度，同时，与未修改的面罩相比脸部沉积减少至少50％。应当理解，这仅是本发明的一个示例，使用其它范围来同样可实现本发明的目的，即，优化面罩的管嘴长度从而减少脸部沉积。
前述说明是本发明的优选实施例和具体特征，对本发明的多种应用或范围没有限制，本发明的范围由所附的权利要求及其基本等同物限定。
相关申请的交叉参考
本申请要求2003年10月29日提交的美国专利申请No.60/515,382和2004年4月27日提交的美国专利申请No.60/566,117的权益，这两个申请全文在此引入作为参考。