一种用于IVIVC评价的呼吸模拟系统及其使用方法与流程

本申请涉及吸入制剂体外空气动力学评价设备的领域，尤其是涉及一种用于ivivc评价的呼吸模拟系统及其使用方法。

背景技术：

1、吸入制剂作为呼吸道疾病靶向治疗的核心剂型，凭借起效快、局部药物浓度高、全身副作用小等优势，广泛应用于哮喘、慢性阻塞性肺疾病、肺部感染等呼吸系统疾病的临床治疗。吸入制剂的临床疗效核心取决于气溶胶颗粒的空气动力学粒径分布、呼吸道沉积位置及沉积量，而体外体内相关性（ivivc）是连接吸入制剂体外质量评价与体内临床药效的关键技术手段，可通过标准化体外测试数据精准预测药物人体肺部沉积、吸收及起效规律，是吸入制剂研发、质量一致性评价、临床试验方案优化的核心依据，也是国内外药监机构审评审批的重要技术支撑。

2、新一代撞击器（ngi）是现行《中国药典》《美国药典》法定的吸入制剂气溶胶粒径及沉积性能检测核心设备，基于惯性撞击原理可精准分级收集不同空气动力学粒径的气溶胶颗粒，能够稳定获取吸入制剂微细粒子沉积量、粒径分布等核心体外参数，目前已成为吸入制剂常规体外质量检测的标准装置，广泛应用于各类吸入粉雾剂、气雾剂、雾化液的性能检测工作。

3、当前行业常规ivivc实验测试体系，均采用稳态恒定气流驱动ngi完成气溶胶检测，测试过程中气流流速恒定、无呼吸节律变化，完全脱离人体真实呼吸生理特征。人体呼吸过程存在周期性吸气、呼气、屏气动态节律，且吸气流量、呼吸潮气量、呼吸频率均为动态波动，不同人群、不同生理状态下的呼吸参数差异显著，成人、儿童、老年患者及病患静息、运动、发病状态的呼吸流量、潮气量均存在明显区别。

4、常规稳态气流测试模式无法模拟人体真实的动态呼吸节律，与人体实际吸入药物的气流环境存在巨大偏差，导致ngi检测得到的气溶胶粒径分布、颗粒沉积数据均为理想化稳态测试结果，无法真实复刻药物在人体呼吸道的吸入、撞击、沉积全过程，有待改进。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种用于ivivc评价的呼吸模拟系统及其使用方法。

2、本申请提供的一种用于ivivc评价的呼吸模拟系统及其使用方法采用如下的技术方案：

3、一种用于ivivc评价的呼吸模拟系统，包括药物发生模块、呼吸模拟模块以及控制模块；

4、所述药物发生模块包括依次连通的空气压缩机、流量控制装置、混合组件、ngi撞击器和真空泵；所述混合组件包括流量计、药物发生装置、人工喉和混合器，且所述混合组件设有两种组装模式，

5、模式一：所述流量计、所述人工喉、所述混合器、所述ngi撞击器依次连通；

6、模式二：所述药物发生装置、所述人工喉、所述混合器、所述ngi撞击器依次连通；

7、所述呼吸模拟模块包括呼吸气缸、伺服驱动组件和电磁换向阀；所述伺服驱动组件用于驱动所述呼吸气缸按照人体吸气拟合曲线往复动作；所述电磁换向阀设于所述流量控制装置与所述混合组件之间并分别与二者连通，用于切换所述呼吸气缸与所述流量控制装置、所述混合组件之间的通断，同时实现所述呼吸气缸的排气；

8、所述控制模块用于统筹控制所述药物发生模块、所述呼吸模拟模块协同完成测试动作。

9、可选的，所述流量计或所述药物发生装置通过适配器与所述人工喉进气端密封连接，所述人工喉出气端与所述混合器密封连通。

10、可选的，所述伺服驱动组件包括伺服电机与运动控制卡；

11、所述伺服电机通过精密丝杠组件与所述呼吸气缸刚性连接；所述运动控制卡分别与所述伺服电机、所述控制模块电连接；所述控制模块经所述运动控制卡输出驱动信号，驱动所述伺服电机带动精密丝杠组件运动，使所述呼吸气缸复刻人体吸气拟合曲线。

12、可选的，所述电磁换向阀设有气源通路与排气支路两条独立流道；

13、当所述呼吸气缸处于吸气阶段时，所述电磁换向阀导通气源通路、关闭排气支路，所述呼吸气缸与所述流量控制装置、所述混合组件连通；

14、单次吸气流程完成后，所述电磁换向阀切换流道，关闭气源通路、开启排气支路，断开所述呼吸气缸与所述流量控制装置、所述混合组件的连通，所述呼吸气缸内部气体经排气支路排出。

15、可选的，所述控制模块内置流量平衡控制程序，用于同步调节所述空气压缩机供气速率与所述真空泵抽气速率，并配合所述流量计实时采集所述人工喉进气端流量以完成气流平衡校准。

16、可选的，所述ngi撞击器为药典标准新一代撞击器，用于分级捕获不同空气动力学粒径的气溶胶颗粒。

17、一种用于ivivc评价的呼吸模拟系统的使用方法，具体包括以下步骤：

18、s1，基线管路装配：选取模式一组装，将所述流量计与所述人工喉进气端密封装配；

19、s2，气流平衡校准：启动所述空气压缩机与所述真空泵，所述控制模块调节所述流量控制装置输出气量，所述流量计实时采集管路入口流量，直至所述流量计归零，完成进气气流与抽气气流平衡校准；

20、s3，呼吸曲线预设：在所述控制模块内录入目标人体呼吸拟合曲线，配置对应人群、生理状态的吸气流量参数；

21、s4，气溶胶管路换装：拆除所述流量计，切换为模式二组装，将所述药物发生装置与所述人工喉进气端密封装配；

22、s5，气溶胶释放与吸气模拟：所述控制模块同步启动所述药物发生装置释放气溶胶、驱动所述伺服驱动组件带动所述呼吸气缸执行预设吸气波形；

23、s6，气缸排气：单次吸气周期结束后，所述控制模块控制所述电磁换向阀切换流道，切断气源通路、导通排气支路，将所述呼吸气缸内气体从排气支路排出；

24、s7，颗粒沉积检测：关停所述空气压缩机与所述真空泵，拆解所述ngi撞击器，对各级收集层沉积药物进行定量检测，得到气溶胶粒径分布、呼吸道沉积量数据；

25、s8，系统复位：待所述呼吸气缸完全排净气体、管路气流恢复至平衡状态后，整机复位，以待下一组平行实验。

26、综上所述，本申请包括以下有益技术效果：本发明通过双模式混合组件设计、高精度伺服呼吸模拟、动态气流平衡调控以及自动化时序控制，有效解决了传统吸入制剂ivivc评价实验中呼吸模拟精度低、气流工况不稳定、实验数据重复性差的问题。

1.一种用于ivivc评价的呼吸模拟系统，其特征在于：包括药物发生模块(1)、呼吸模拟模块(2)以及控制模块(3)；

2.根据权利要求1所述用于ivivc评价的呼吸模拟系统，其特征在于：所述流量计(131)或所述药物发生装置(132)通过适配器与所述人工喉(133)进气端密封连接，所述人工喉(133)出气端与所述混合器(134)密封连通。

3.根据权利要求1所述用于ivivc评价的呼吸模拟系统，其特征在于：所述伺服驱动组件(22)包括伺服电机(221)与运动控制卡(222)；

4.根据权利要求1所述用于ivivc评价的呼吸模拟系统，其特征在于：所述电磁换向阀(23)设有气源通路(231)与排气支路(232)两条独立流道；

5.根据权利要求1所述用于ivivc评价的呼吸模拟系统，其特征在于：所述控制模块(3)内置流量平衡控制程序，用于同步调节所述空气压缩机(11)供气速率与所述真空泵(15)抽气速率，并配合所述流量计(131)实时采集所述人工喉(133)进气端流量以完成气流平衡校准。

6.根据权利要求1所述用于ivivc评价的呼吸模拟系统，其特征在于：所述ngi撞击器(14)为药典标准新一代撞击器，用于分级捕获不同空气动力学粒径的气溶胶颗粒。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述用于ivivc评价的呼吸模拟系统的使用方法，其特征在于：