一种呼吸道给药的装置及方法.pdf

本发明公开了一种呼吸道给药的装置及方法，包括让药物或含有药物的颗粒带上某种极性的电荷，让人体带上与药物颗粒同样极性的电荷，直到药物颗粒随气流到达预定沉积的部位；立即让人体所带电荷的极性转变，使得此时人体带电与药物颗粒带电的极性相反，使得药物颗粒在电场力作用下快速沉积在该预定部位的呼吸道表面；让呼吸道给药分为若干次进行，采用电流计或电压计，监测每一次药物颗粒在呼吸道表面沉积放电所形成的电信号量，将信号量累加后得到多次给药的总电信号量，根据实验测量得到放电信号量和药物沉积量之间的数值比例关系，计算出药物在指定呼吸道部位上的总沉积量。本发明克服了影响药物吸收效率的多种因素，减少不良反应的发生。

1.  一种呼吸道给药的方法，其特征在于，该呼吸道给药的方法包括以下步骤：
让药物或含有药物的颗粒带上某种极性的电荷，在人体主动或被动吸入这些带电药物颗粒的同时或之前，让人体带上与药物颗粒同样极性的电荷，直到药物颗粒随气流到达预定沉积的部位；
立即让人体所带电荷的极性转变，使得此时人体带电与药物颗粒带电的极性相反，使得药物颗粒在电场力作用下快速沉积在该预定部位的呼吸道表面；
让呼吸道给药分为若干次进行，采用电流计或电压计，监测每一次药物颗粒在呼吸道表面沉积放电所形成的电信号量，将信号量累加后得到多次给药的总电信号量，根据实验测量得到放电信号量和药物沉积量之间的数值比例关系，计算出药物在指定呼吸道部位上的总沉积量。

2.  如权利要求1所述的呼吸道给药的方法，其特征在于，让药物颗粒带上所需电荷的方法包括：
对于水溶性液体药物，让液体直接与某一极性的电极连接，由于水的导电能力，从带电药液中喷射出来的液体颗粒会带上一定电量的同极性电荷，并能顺利进入呼吸道，到达肺部或所需沉积的任何部位；
对于非水溶性液体药物，电阻率不大于10^-5Ω.m，均可采用上述水溶性药物的方式产生带电药物颗粒；
对于电阻率较大的液态药物，通过添加电阻率较小而又不影响药物疗效的液体，如生理盐水，使混合液体药物的电阻率减小，从而可用让液体直接与某 一极性的电极连接的方法，使液体颗粒也带电荷；
对于电阻率较大的液态药物，让药物先通过小口径的导电材质喷嘴，然后喷射成雾状，喷嘴需要与电极连接，液体被挤压通过喷嘴时被带上静电荷，使随后形成的雾滴也带电荷；
对于电阻率较大的液态药物，让药物先通过至少一层小孔径导电材质网被分散成雾状，电材质网与电极连接，液体穿过导电网时被带上电荷，使随后形成的雾滴也带电荷；
对于电阻率较大的液态药物，让已形成的雾化药物通过至少一层小孔径导电材质网，需要与电极连接，雾滴穿过导电网时被荷电；
对于粉状药物，让药物先通过小口径的导电材质喷嘴，然后喷射成雾状，喷嘴需要与电极连接，粉状颗粒被挤压通过喷嘴时被荷电；
对于粉状药物，让已形成的雾化药物通过至少一层小孔径导电材质网，需要与电极连接，粉状颗粒穿过导电网时被荷电；
对于粉状药物，让粉状颗粒预先与已带电的生理盐水混合，或被后者润湿，然后被雾化，雾化后的颗粒物表面带有液体并荷电；
对于粉状药物，让雾化后的药物颗粒与预先已带电的水雾混合，让粉状颗粒与水雾粒子结合后带电；
对于粉状药物，让粉状颗粒预先通过充满某种极性离子，如负离子的区域，让颗粒与离子结合后带上与离子相同的电荷，充满离子的区域可通过尖端放电，离子风或电晕场方式产生。

3.  如权利要求1所述的呼吸道给药的方法，其特征在于，人体带上所需电荷的方法：
人体与大地绝缘后，让身体的某部位通过导线连接电极，比如让手指带上与电极连接的导电环或用手握住仪器手柄，而仪器手柄与电极连接；
人体与大地连接，相应电极也接地，即人体处于0电位，让药物颗粒带上正或负电荷，进入人体后，因静电力作用而很快在呼吸道壁内表面沉积。

4.  如权利要求1所述的呼吸道给药的方法，其特征在于，让雾化气流准确沉积在指定部位的方法包括：
计算使用者呼吸道各部位长度、计算雾化气流到达预定沉积部位的总行程、测量雾化气流初始速度、计算雾化气流流量、估计雾化气流在呼吸道中的阻力、计算雾化气流到达预定沉积部位所需时间、根据计算出的气流到达时间，转换人体荷电极性，让药物颗粒在电场力作用下沉积在预定部位。

5.  如权利要求4所述的呼吸道给药的方法，其特征在于，计算雾化气流的流量方法为：
根据测出的雾化气流初始速度以及喷嘴或雾化气流出口处的孔径，按下式计算雾化气流流量：
l＝πD²V₀/4。

6.  如权利要求4所述的呼吸道给药的方法，其特征在于，估算驱动雾化气流流动的压差p方法为：
空气能够进入肺泡的动力来自肺泡压力p_t与外界气压之差，平静吸气时，压差约为1-2mmHg，深呼吸时；
1)定量喷射，喷雾喷射或超声喷射主要靠仪器喷射压力p₀，使用者只需配合进行平静吸气即可，所以，驱动雾化气流流动的压差是：
p＝p₀–p_t
2)干粉吸入全靠自身呼吸驱动，所以驱动压差是大气压p_c和肺泡压力之差：
p＝p_c-p_t。

7.  如权利要求4所述的呼吸道给药的方法，其特征在于，计算雾化气流到达预定沉积部位所需的时间t：
将含有药物颗粒的雾化气流作为粘滞流体看待，从喷出到预定沉积部位所通过的途径简化为一根长为H，直径为h的管道，雾化气流从喷出开始计算，到达管道中某一指定部位所需时间t是雾化气流总行程s，气流流量l，气流流经管道的两端压差p，呼吸道阻力F，气流粘滞系数η和模拟管道几何尺寸H和h的复杂函数：
t＝f(s,l，p，F，η，H，h)
1)对于定量喷射，喷雾喷射或超声喷射这一类靠仪器喷射药物的情况，可忽略Ft的影响，并假定当气流速度不太高时Fe的影响也很小，使得气流流动呈现层流状态，则有：
l＝Gp     (5)
其中气导系数：

其中管道平均压力：
Pj＝(p₀+p_t)/2     (7)
因为：
lt＝sπh²/4     (8)
由方程l＝πD²V₀/4和(5)-(8)可推出：
t＝256sHη/[πD²v₀h²(p₀+p_t)]     (9)
根据前述测量和计算方法可以得到s，D，v₀，p₀和p_t各参数值，合理设定H和h后，即可按(9)计算出雾化气流到达预定沉积部位所需的时间t；
2)对于干粉吸入或者定量喷射，喷雾喷射或超声喷射的速度超过一定限度的情况，不可忽略Ft和Fe的影响，气流流动呈现湍流状态；
判断是否达到湍流状态的临界速度用下列公式表示：
V_p＝R_cη/(ρh)     (10)
其中ρ是气流密度，R_c是临界雷诺数。

8.  如权利要求4所述的呼吸道给药的方法，其特征在于，计算药物颗粒在电场作用下的沉降速度u：
在无电场作用的情况下，雾化气流中，直径5.0-8.0μm的药物粒子由于惯性碰击而沉积在咽、喉及大呼吸道；直径1.0-5.0μm的粒子主要以重力沉积形式分别沉积在10-17级支气管壁；直径0.5-1.0μm的粒子沉积于呼吸性细支气管及肺泡壁；直径小于0.2μm以下粒子，则以布朗运动的形式沉积于肺泡，其中直径小于1.0μm的粒子大部分会随呼气流排出，而直径1.0-3.0μm的粒子在细支气管和肺泡内沉降率最高；
根据斯托克斯定律，在电场力作用下，荷电颗粒物的沉积速度u可表示为：
u＝d²(ρ_k-ρ)a/(18η)     (11)
其中a是电场力作用下，荷电颗粒的沉积加速度，d是颗粒直径，ρ_k是颗粒密度，ρ是气体密度，η是气体粘度，根据库伦定律，颗粒沉积加速度：
a＝kq₁q₂/(ρ_kr²)     (12)
其中q₁和q₂是颗粒荷电和人体荷电量，r是颗粒和呼吸道管壁之间的距离， k是比例常数，由(11)和(12)式，得到：
u＝kq₁q₂d²(ρ_k-ρ)/(18ηρ_kr²)     (13)
计算表明，在q₁，q₂足够的条件下，药物颗粒在电场力作用下的沉降速度u远大于雾化气流速度，所以一旦人体带电的极性转变为与颗粒荷电极性相反，药物颗粒就能迅速沉积在气流到达部位的呼吸道表面。

9.  一种呼吸道给药的装置，其特征在于，该呼吸道给药的装置包括：超声喷雾器、容器室、液体药液、雾化气流喷出口、药物颗粒、导电板、第一导线、第一高压静电输出电极、第二高压静电输出电极、第二导线、导电环、静电发电器、中央控制器、电源、呼吸道主气管、人体肺部、速度探头、超声振动晶片、吹风扇、触摸屏、声光报警器、第一电流计或电压计、第一信号线、第二信号线、第三信号线、第四信号线；
超声喷雾器设置在容器室的底部，超声喷雾器内部设置超声振动晶片，液体药物中设置导电板，导电板通过第一导线连接第一高压静电输出电极，导电环通过第二导线连接第二高压静电输出电极，电源连接高压静电发生器，高压静电发生器连接中央控制器，中央控制器连接触摸屏和声光报警器，速度探头设置在雾化气流喷出口的顶端，第一信号线连接中央控制器，超声振动晶片设置在超声喷雾器内，吹风扇设置在容器室中，吹风扇通过第四信号线连接中央控制器，吹风强度和时间受到中央控制器通过第四信号线进行的控制，第二导线通过第一电流计或电压计连接第二高压静电输出电极。

10.  如权利要求9所述的呼吸道给药的装置，其特征在于，速度探头还包括：药物喷嘴、环形圈、螺旋线圈、第二电流计或电压计；
环形圈设置在药物喷嘴上，螺旋线圈缠绕在环形圈上，螺旋线圈连接第二 电流计或电压计。

一种呼吸道给药的装置及方法
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种呼吸道给药的装置及方法。
背景技术
近年来，随着对肺功能以及鼻炎，流感，支气管炎，哮喘、肺气肿、慢性阻塞性肺病，囊性纤维化和肺癌等疾病的深入丁解，人们已认识到呼吸道给药(包括口腔，鼻腔给药和肺部给药，可统称为吸入给药)是治疗上述疾病最为简单有效的给药途径。与其它给药途径相比，肺部给药具有吸收表面积大，吸收部位血流丰富，能避免肝脏的首过效应，酶活性较低，上皮屏障较薄及膜通透性高等优点。尤其适用于蛋白质和多肽药物的给药。β-肾上腺素拮抗剂、抗胆碱剂、皮质激素、强效麻醉剂、抗偏头痛药等小分子药物以及胰岛素、生长激素、疫苗和新的生物技术产品等大分子药物均可制成肺部给药制剂，起局部或全身治疗作用。目前，胰岛素气雾剂已进入Ⅱ期临床试验阶段。亮丙瑞林气雾剂已进入Ⅲ期临床试验阶段，有望成为第一个肺部给药而发挥全身治疗作用的多肽药物。
呼吸道由口、鼻、咽喉、气管、支气管、终末细支气管、呼吸细支气管、肺泡管、肺泡囊及肺泡组成。呼吸道表面覆盖着上皮细胞，不同部位的上皮细胞功能不同。从气管到支气管的上皮细胞主要由纤毛细胞组成，纤毛有助于肺内异物的清除。人肺泡的总表面积大于100m²，肺泡表面至毛细血管间的距离仅约1μm，是药物吸收的良好场所。
给药时，药物粒子的惰性嵌入、沉降及扩散决定药物的有效沉积率。粒子的动量越大，在经呼吸道分支处时越易因碰撞而沉积下来。而微粒的大小及速度是决定气雾剂有效给药的关键因素。直径5.0-8.0μm的粒子，由于粒子间 惯性碰击而沉积在咽、喉及大呼吸道；直径1.0-5.0μm的粒子主要以重力沉积形式分别沉积在10-17级支气管壁；直径0.5-1.0μm的粒子沉积于呼吸性细支气管及肺泡壁；直径<0.2μm以下粒子，则以布朗运动的形式沉积于肺泡。其中直径<1.0μm的粒子大部分会随呼气流排出，而直径1.0-3.0μm的粒子在细支气管和肺泡内沉降率最高，其在全部粒子中所占的比例越大，疗效越好。此外，药物形态、吸入装置、呼吸的潮气量、频率、吸气流速、吸入装置到口腔的距离、吸气压、屏气时间及呼吸道口径和形态等的影响也不容忽视。
肺部给药的剂型和制剂主要有定量吸入剂、喷雾剂、干粉吸入剂、微球和脂质体。定量吸入剂因使用方便，可靠耐用，药液不易被细菌感染等优点而成为目前广泛使用的吸入给药剂型.但由于存在启动和吸入不协调，病人个体差异大，35％的成年人和所有的儿童要完成规定动作都有相当难度。此外，启动时抛射剂快速蒸发产生的制冷效应，抛射剂氟里昂对大气臭氧层的破坏以及药物在口咽部的大量沉积等缺点，都使得定量吸入剂在使用上受到较大限制。
喷雾剂能使较大剂量的药物到达肺深部，且避免了药物和抛射剂不相容以及吸入和启动不协调等问题。根据雾化原理不同，常用的喷雾剂有两种类型：喷射喷雾剂和超声喷雾剂。传统的喷射喷雾剂有喷出雾滴大、喷出剂量小且需较大体积的液体等缺点。采用高振动强度超声和低通风水平能有效地将药物送入肺深部。但对于因超声波作用易产生分解，所以浓度高、溶液有粘性的药物不适用，此外价格昂贵、需要动力源，体积大、不能携带，也使应用受到了限制。此外，两种喷雾器的一个共有缺点就是药物的雾化是连续的，而吸气循环的时间仅约占整个吸入-呼出循环时间的40％，许多药物就这样被浪费了。
干粉吸入剂是将微粉化药物与载体以胶囊、泡囊或多剂量储库形式，采用特殊的干粉吸入装置，由患者主动吸入雾化药物的制剂。同定量吸入剂相比，因采用呼吸启动，克服了药物释放和吸入不协调的问题它适用于多种药物.包括蛋白质和多肽等生物大分子药物。但所有干粉吸人装置中，患者的吸入气流是药粉雾化进入呼吸道的唯一动力，为了使药物有效的沉积于肺部，吸气流速 必须要能够产生足够大的湍流气流，这样才能使药物雾化，形成到达肺深部的"粉雾云"。此外，装置的内在阻力也会影响到粉末的雾化效果，一般来说，阻力越高，产生的细粉量越多，雾化效果越好，然而阻力越大对吸气的要求越高，这对于老弱或年幼患者是相当不利的。
微球是近年来发展起来的新剂型。微球沉积于肺部可以延缓药物的释放，且可保护药物不受酶水解。改变制备工艺，可获得大小、形状和孔隙率等均符合要求的微球，加上微球不易吸湿。这些性质决定微球为较好的肺部给药制剂。脂质体主要由卵磷脂组成，而磷脂是肺泡表面活性剂的重要成分，因此脂质体特别适合用于肺内控释给药，是目前研究较多的肺内给药系统。研究表明，将药物包入脂质体可延长药物在肺部的滞留时间，副反应发生率低，耐受性好，安全性高。近年来，许多药物用脂质体作为肺部给药载体，包括抗癌药、肽类、酶类、基因、抗哮喘药和抗过敏药等。
人体鼻黏膜有丰富的由静脉血管组成的海绵状组织，黏膜表面上皮细胞遍布纤毛，表面积很大，可大大增加药物吸收的有效表面积。鼻腔上皮与血管紧密相连，药物易被吸收进入血液循环，对某些药物有良好的渗透性且吸收迅速，因此鼻腔局部用药不仅适合于治疗鼻腔、鼻窦疾病，还可代替口服或静脉途径治疗某些全身性疾病。此外，鼻腔给药还是一种有实用价值的脑靶向给药途径。在我国，古老的提神醒脑剂，就属于鼻腔给药途径的应用。研究表明，大分子多肤蛋白质类药物的经鼻给药比小分子药物更具应用前景。一方面，这类药物脂溶性差，难以透过血脑屏障；另一方面，许多神经肽在结构上与激素相似，通常具有较大的不良反应，经鼻给药能显著减少血液中的药物含量，减轻系统激素样不良反应。
但到目前为止，呼吸道给药(吸入给药)还不是主流的技术，因为存在一些明显的缺点，严重限制了该给药方式的发展。首先是吸入药物的肺部沉积量远小于药物的标示量。其原因有以下几方面：小部分药物残留于给药装置或消散在空气中；一部分沉积在其他作用部位如口腔、鼻腔未起到疗效；还有一部 分沉积在咽部，被吞咽进入胃肠道，然后经过肝脏的代谢后进入血循环。因此实际上的肺部的沉积量只有设定标示剂量的10％～30％。
其次，药物吸收效率与药物形态、吸入装置效率、呼吸潮气量、呼吸频率、吸气流速、吸入装置到口腔的距离、吸气压力、屏气时间及呼吸道口径和形态等多种因素相关。至今仍然缺少克服这些影响因素的革命性技术创新。
通过临床观察发现，由于操作复杂，很多患者不能熟练掌握吸入给药装置的使用方法，没能达到预定疗效，甚至因吸入方法不当，药物达到不该作用的部位，增加了不良反应发生率。即使医药工作者对患者进行吸入给药装置的使用指导，也难以从根本上减少不良反应的发生。
由于使用者呼吸功能的差异和变化，即便是同一人用同样的操作，每次进入呼吸道的药物量也难以达到一致。这对于剂量要求十分严格的药物，如控制血糖的胰岛素，很难满足其准确性。
对于药物需要到达的部位不能准确控制，达不到预定治疗效果。比如稀释粘附在支气管壁上痰液的药物可能在咽腔或气管就沉积了。
在现有技术的水平上，药物在呼吸道的沉积和吸收率取决于药物颗粒的大小。过大过小都会有影响，这对于药物的制造工艺提出了很高要求，增加了药物成本，甚至花费巨资也达不到所需尺寸要求，使大量药物白白浪费。
对于雾化吸入给药，虽然使用方法无需患者特殊配合，但受仪器的体积影响，不易携带，只能在家庭或医院使用；而定量气雾剂与干粉吸入剂，对患者的自身认知能力与熟练掌握能力有较高的要求，尤其是定量气雾剂因含有抛射剂对吸入技巧要求高，若达不到要求则容易引起呛咳。干粉吸入剂对于患者的吸气流量要求达到30～120mL/min，因此不能用于儿童或有严重肺功能障碍的患者。
最后，现有市面上，吸入给药装置类型较多，使用方法各有不同。价格相差极大。好的设备结构复杂，价格高昂，也限制了呼吸道给药技术的普及。
所以，给药技术的简便化，药量的可控性和药物作用的靶向性以及相关设 备的便携性和合理的价格，成为目前吸入给药的研究重点。
由于呼吸道给药的技术突破有一定难度，相关的国内外专利不是很多。日本在中国申请的专利(00108982.x)公开了以抑制血糖值上升为目的的加热挥散用水性液状组合物，以及从含有上述液状组合物的容器中通过加热或者喷雾使浓缩成分挥散到空气中的挥散器，以及将挥散后的有效成分经呼吸道吸收的抑制血糖值上升的方法。中国台湾专利(01115575.2)涉及一种呼吸道给药方法及其所用给药装置。该呼吸道给药装置的储药室内部可装有粉末状药剂，其一侧部并插入有一带有手把的推杆。该药剂混合室连接于该推杆的槽，其前端设有塞鼻部，而塞鼻部的最前端设有吸药孔。药剂混合室上方设有进气口。储药室内的粉末状药剂落入推杆的取药部，拉动推杆药剂掉入药剂混合室。将该塞鼻部塞入鼻孔并吸气，使药剂与空气混合，经过吸药孔被吸入鼻孔内，直接进入人体呼吸道被粘膜附着，以有效发挥药效，可达到良好给药功效。美国在中国申请的专利(200580016173.d)提供了治疗患有肺癌的患者的方法。该方法包括在至少2个治疗周期过程中向患者呼吸道给药含有顺铂的脂质组合物。在每个治疗周期中给药至少约15mg/m2的顺铂，并且在治疗周期之间不超过2周。中国实用新型专利(200720140651.6)公开了一种呼吸道给药的电子雾化器。包括呼吸道给药的电子雾化器和与该电子雾化器相配合的药芯，所述电子雾化器雾化药芯内的可雾化药液。所述电子雾化器由电源通过电阻可调式开关接入控制电路；气压转换器、提示灯和高频发生器分别接在控制电路的三个输出端；雾化腔上游部位固定的压电超声雾化器接于高频发生器，压电超声雾化器包含药芯承载孔，药芯承载孔内设置有可更换药芯。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种呼吸道给药的装置及方法，旨在提供一种有效实用的技术，使得呼吸道给药的剂量可控，药物沉积和吸收的部位可选择，让药物的肺部沉积量接近药物的标示量，解决影响药物吸收效率影响因素 较多，操作复杂，不良反应发生率较高的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种呼吸道给药的方法，该呼吸道给药的方法包括以下步骤：
让药物颗粒带上某种极性的电荷，在人体主动或被动吸入这些带电药物颗粒的同时或之前，让人体带上与药物颗粒同样极性的电荷，直到药物颗粒随气流到达预定沉积的部位；
立即让人体所带电荷的极性转变，使得此时人体带电与药物颗粒带电的极性相反，使得药物颗粒在电场力作用下快速沉积在该预定部位的呼吸道表面；
让呼吸道给药分为若干次进行，采用电流计或电压计，监测每一次药物颗粒在呼吸道表面沉积放电所形成的电信号量，将信号量累加后得到多次给药的总电信号量，根据实验测量得到放电信号量和药物沉积量之间的数值比例关系，计算出药物在指定呼吸道部位上的总沉积量。
进一步，让药物颗粒带上所需电荷的方法包括：
对于水溶性液体药物，让液体直接与某一极性的电极连接，由于水的导电能力，从带电药液中喷射出来的液体颗粒会带上一定电量的同极性电荷，并能顺利进入呼吸道，到达肺部或所需沉积的任何部位；
对于非水溶性液体药物，电阻率不大于10^-5Ω.m，均可采用上述水溶性药物的方式产生带电药物颗粒；
对于电阻率较大的液态药物，通过添加电阻率较小而又不影响药物疗效的液体，如生理盐水，使混合液体药物的电阻率减小，从而可用让液体直接与某一极性的电极连接的方法，使液体颗粒也带电荷；
对于电阻率较大的液态药物，如脂溶性药物，让药物先通过小口径的导电材质喷嘴，然后喷射成雾状，喷嘴需要与电极连接，液体被挤压通过喷嘴时被带上静电荷，使随后形成的雾滴也带电荷；
对于电阻率较大的液态药物，让药物先通过至少一层小孔径导电材质网被分散成雾状，电材质网与电极连接，液体穿过导电网时被带上电荷，使随后形 成的雾滴也带电荷；
对于电阻率较大的液态药物，让已形成的雾化药物通过至少一层小孔径导电材质网，需要与电极连接，雾滴穿过导电网时被荷电；
对于粉状药物，让药物先通过小口径的导电材质喷嘴，然后喷射成雾状，喷嘴需要与电极连接，粉状颗粒被挤压通过喷嘴时被荷电；
对于粉状药物，让已形成的雾化药物通过至少一层小孔径导电材质网，需要与电极连接，粉状颗粒穿过导电网时被荷电；
对于粉状药物，让粉状颗粒预先与已带电的生理盐水混合，或被后者润湿，然后被雾化，雾化后的颗粒物表面带有液体并荷电；
对于粉状药物，让雾化后的药物颗粒与预先已带电的水雾混合，让粉状颗粒与水雾粒子结合后带电；
对于粉状药物，让粉状颗粒预先通过充满某种极性离子，如负离子的区域，让颗粒与离子结合后带上与离子相同的电荷，充满离子的区域可通过尖端放电，离子风或电晕场方式产生。
进一步，人体带上所需电荷的方法：
人体与大地绝缘后，让身体的某部位通过导线连接电极，比如让手指带上与电极连接的导电环或用手握住仪器手柄，而仪器手柄与电极连接；
人体与大地连接，相应电极也接地，即人体处于0电位，让药物颗粒带上正或负电荷，进入人体后，因静电力作用而很快在呼吸道壁内表面沉积。
进一步，让雾化气流准确沉积在指定部位的方法包括：
计算使用者呼吸道各部位长度、计算雾化气流到达预定沉积部位的总行程、测量雾化气流初始速度、计算雾化气流流量、估计雾化气流在呼吸道中的阻力、计算雾化气流到达预定沉积部位所需时间、根据计算出的气流到达时间，转换人体荷电极性，让药物颗粒在电场力作用下沉积在预定部位。
进一步，计算雾化气流的流量方法为：
根据测出的雾化气流初始速度以及喷嘴或雾化气流出口处的孔径，按下式 计算雾化气流流量：
l＝πD²V₀/4。
进一步，估算驱动雾化气流流动的压差p方法为：
空气能够进入肺泡的动力来自肺泡压力p_t与外界气压之差，平静吸气时，压差约为1-2mmHg，深呼吸时；
1)定量喷射，喷雾喷射或超声喷射主要靠仪器喷射压力p₀，使用者只需配合进行平静吸气即可，所以，驱动雾化气流流动的压差是：
p＝p₀–p_t
2)干粉吸入全靠自身呼吸驱动，所以驱动压差是大气压p_c和肺泡压力之差：
p＝p_c-p_t。
进一步，计算雾化气流到达预定沉积部位所需的时间t：
将含有药物颗粒的雾化气流作为粘滞流体看待，从喷出到预定沉积部位所通过的途径简化为一根长为H，直径为h的管道，雾化气流从喷出开始计算，到达管道中某一指定部位所需时间t是雾化气流总行程s，气流流量l，气流流经管道的两端压差p，呼吸道阻力F，气流粘滞系数η和模拟管道几何尺寸H和h的复杂函数：
t＝f(s,l，p，F，η，H，h)
1)对于定量喷射，喷雾喷射或超声喷射这一类靠仪器喷射药物的情况，可忽略Ft的影响，并假定当气流速度不太高时Fe的影响也很小，使得气流流动呈现层流状态，则有：
l＝Gp     (5)
其中气导系数：

其中管道平均压力：
Pj＝(p₀+p_t)/2     (7)
因为：
lt＝sπh²/4     (8)
由方程l＝πD²V₀/4和(5)-(8)可推出：
t＝256sHη/[πD²v₀h²(p₀+p_t)]     (9)
根据前述测量和计算方法可以得到s，D，v₀，p₀和p_t各参数值，合理设定H和h后，即可按(9)计算出雾化气流到达预定沉积部位所需的时间t；
2)对于干粉吸入或者定量喷射，喷雾喷射或超声喷射的速度超过一定限度的情况，不可忽略Ft和Fe的影响，气流流动呈现湍流状态；
判断是否达到湍流状态的临界速度用下列公式表示：
V_p＝R_cη/(ρh)     (10)
其中ρ是气流密度，R_c是临界雷诺数。
进一步，计算药物颗粒在电场作用下的沉降速度u：
在无电场作用的情况下，雾化气流中，直径5.0-8.0μm的药物粒子由于惯性碰击而沉积在咽、喉及大呼吸道；直径1.0-5.0μm的粒子主要以重力沉积形式分别沉积在10-17级支气管壁；直径0.5-1.0μm的粒子沉积于呼吸性细支气管及肺泡壁；直径小于0.2μm以下粒子，则以布朗运动的形式沉积于肺泡，其中直径小于1.0μm的粒子大部分会随呼气流排出，而直径1.0-3.0μm的粒子在细支气管和肺泡内沉降率最高；
根据斯托克斯定律，在电场力作用下，荷电颗粒物的沉积速度u可表示为：
u＝d²(ρ_k-ρ)a/(18η)     (11)
其中a是电场力作用下，荷电颗粒的沉积加速度，d是颗粒直径，ρ_k是颗粒密度，ρ是气体密度，η是气体粘度，根据库伦定律，颗粒沉积加速度：
a＝kq₁q₂/(ρ_kr²)     (12)
其中q₁和q₂是颗粒荷电和人体荷电量，r是颗粒和呼吸道管壁之间的距离，k是比例常数，由(11)和(12)式，得到：
u＝kq₁q₂d²(ρ_k-ρ)/(18ηρ_kr²)     (13)
计算表明，在q₁，q₂足够的条件下，药物颗粒在电场力作用下的沉降速度 u远大于雾化气流速度，所以一旦人体带电的极性转变为与颗粒荷电极性相反，药物颗粒就能迅速沉积在气流到达部位的呼吸道表面。
本发明实施例的另一目的在于提供一种呼吸道给药的装置，该呼吸道给药的装置包括：超声喷雾器、容器室、液体药液、雾化气流喷出口、药物颗粒、导电板、第一导线、第一高压静电输出电极、第二高压静电输出电极、第二导线、导电环、静电发电器、中央控制器、电源、呼吸道主气管、人体肺部、速度探头、超声振动晶片、吹风扇、触摸屏、声光报警器、第一电流计或电压计、第一信号线、第二信号线、第三信号线、第四信号线；
超声喷雾器设置在容器室的底部，超声喷雾器内部设置超声振动晶片，液体药物中设置导电板，导电板通过第一导线连接第一高压静电输出电极，导电环通过第二导线连接第二高压静电输出电极，电源连接静电发电器，静电发电器连接中央控制器，中央控制器连接触摸屏和声光报警器，速度探头设置在雾化气流喷出口的顶端，第一信号线连接中央控制器，超声振动晶片设置在超声喷雾器内，吹风扇设置在容器室中，吹风扇通过第四信号线连接中央控制器，吹风强度和时间受到中央控制器通过第四信号线进行的控制，第二导线通过第一电流计或电压计连接第二静电发生器输出电极。
进一步，速度探头还包括：药物喷嘴、环形圈、螺旋线圈、第二电流计或电压计；
环形圈设置在药物喷嘴上，螺旋线圈缠绕在环形圈上，螺旋线圈连接第二电流计或电压计。
本发明提供的呼吸道给药的装置及方法，通过让分散的药物颗粒带上某种极性的电荷，人体也带上与药物颗粒同样极性的电荷，同性电荷相斥大部分进入人体呼吸道的荷电药物颗粒不能在呼吸道内表面上沉积，直到药物颗粒随气流到达所需沉积的部位为止；本发明根据测量出的或预先输入的参数，自动计算出到达指定部位的时间，时间一到，立即让人体所带电荷的极性转变，使得此时人体带电与药物颗粒带电的极性相反，药物颗粒将因异性相吸原理而快速 沉积在该部位的呼吸道表面。此外，本发明为达到准确控制用药量的目的，将原一次性的呼吸道给药分为若干次进行，自动监测每一次药物颗粒在呼吸道表面放电所形成的电信号量，累加后得到多次给药的总放电电信号量，根据实验测量得到放电信号量和药物沉积量之间的数值比例关系，计算出药物在指定呼吸道部位上的总沉积量。
本发明使得呼吸道的靶向定量给药成为现实，不仅药物沉积和吸收的部位可任意选择，药物的沉积量也将接近药物的标示量，能克服影响药物吸收效率的多种影响因素，简化操作，从根本上减少不良反应的发生，不论使用者呼吸功能的差异和变化，每次进入呼吸道的药物量都能达到一致，同时还能降低药物的制造工艺要求，有效减小药物成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的呼吸道给药的方法流程图；
图2是本发明实施例提供的呼吸道给药的装置结构示意图；
图3是本发明实施例提供的流速探头的结构示意图；
图中：1、超声喷雾器；2、容器室；3、液体药液；4、雾化气流喷出口；5、药物颗粒；6、导电板；7、第一导线；8、第一高压静电输出电极；9、第二高压静电输出电极；10、第二导线；11、导电环；12、静电发电器；13、中央控制器；14、电源；15、呼吸道主气管；16、人体肺部；17、速度探头；18、超声振动晶片；19、吹风扇；20、触摸屏；21、声光报警器；22、第一电流计或电压计；23、第一信号线；24、第二信号线；25、第三信号线；26、第四信号线；27、药物喷嘴；28、环形圈；29、螺旋线圈；30、第二电流计或电压计。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例的呼吸道给药的方法包括以下步骤：
S101：让药物颗粒带上某种极性的电荷，在人体主动或被动吸入这些带电药物颗粒的同时或之前，让人体带上与药物颗粒同样极性的电荷，直到药物颗粒随气流到达预定沉积的部位；
S102：立即让人体所带电荷的极性转变，使得此时人体带电与药物颗粒带电的极性相反，使得药物颗粒在电场力作用下快速沉积在该预定部位的呼吸道表面；
S103：让呼吸道给药分为若干次进行，采用电流计或电压计，监测每一次药物颗粒在呼吸道表面沉积放电所形成的电信号量，将信号量累加后得到多次给药的总电信号量，根据实验测量得到放电信号量和药物沉积量之间的数值比例关系，计算出药物在指定呼吸道部位上的总沉积量。
本发明的技术原理是：首先通过各种措施让分散的药物颗粒带上某种极性的电荷，在人体主动或被动吸入这些带电药物颗粒的同时或之前，让人体也带上与药物颗粒同样极性的电荷，由于同性相斥的原理，大部分进入人体呼吸道的药物颗粒不能在呼吸道内表面上沉积，直到药物颗粒随气流到达所需沉积的部位为止，此时给药设备将根据测量出的或预先输入的多个参数，自动计算出雾化药物到达指定部位的时间，时间一到，立即让人体所带电荷的极性转变，使得此时人体带电与药物颗粒带电的极性相反，大部分药物颗粒将因异性相吸原理而快速沉积在该部位的呼吸道表面。
本发明的技术原理可用图2进行说明，图中超声喷雾器1；盛放药物液体的容器室2；液体药液3；雾化气流喷出口4；从喷出口4喷出的雾化荷电药物颗粒5，将随气流通过口鼻进入人体；放入液体药液3中的导电板6；连接导电板6和某一极性的第一高压静电输出电极8的第一导线7，一旦通电，液体药液3就带上电荷，喷出的雾化颗粒也就能荷电；第二高压静电输出电极9，该 电极的极性将根据需要而改变，即当雾化气流到达所需沉积时，其极性立即转变为与药物颗粒荷电相反；连接接触人体的导电环11和第二高压静电输出电极9之间的第二导线10；输出所需高压静电的静电发生器12；中央控制器13，可以控制静电发生器12输出的电压和电流；提供静电发生器12所需电能的电源14；呼吸道主气管15；人体肺部16的轮廓；
另一方面，为达到准确控制用药量的目的，将原一次性的呼吸道给药分为若干次进行，仪器自动监测每一次药物颗粒在呼吸道表面放电所形成的电信号量，累加后得到多次给药的总放电电信号量，根据实验测试得到的电信号量与药物沉积量之间的比例关系，估算出药物在指定呼吸道部位上的总沉积量。
结合以下的实施例对本发明做进一步的说明：
一、药物颗粒荷电措施：
本发明提出下列让药物颗粒带上所需电荷的方法：
1.对于水溶性液体药物，让液体直接与某一极性的电极连接(见图2所示)，实验表明，不论采用哪种雾化方式(定量气雾抛射，喷射喷雾或超声喷雾)，由于水的导电能力，从带电药液中喷射出来的液体颗粒都会带上一定电量的同极性电荷，并能顺利进入呼吸道，到达肺部或所需沉积的任何部位；
2.对于非水溶性液体药物，只要本身具有一定导电能力，如电阻率不大于10^-5Ω.m，均可采用上述水溶性药物的方式产生带电药物颗粒；
3.对于电阻率较大的液态药物，通过添加电阻率较小而又不影响药物疗效的液体，如生理盐水，使混合液体药物的电阻率减小，从而可用让液体直接与某一极性的电极连接的方法，使液体颗粒也带电荷；
4.对于电阻率较大的液态药物(如脂溶性药物)，不论采用哪种雾化方式(定量气雾抛射，喷射喷雾或超声喷雾)，让药物先通过小口径的导电材质喷嘴(如金属喷嘴)，然后喷射成雾状，喷嘴需要与电极连接，液体被挤压通过喷嘴时被带上静电荷，使随后形成的雾滴也带电荷；
5.对于电阻率较大的液态药物(如脂溶性药物)，不论采用哪种雾化方式 (定量气雾抛射，喷射喷雾或超声喷雾)，让药物先通过至少一层小孔径导电材质网(如金属网)被分散成雾状，该网需要与电极连接，液体穿过导电网时被带上电荷，使随后形成的雾滴也带电荷；
6.对于电阻率较大的液态药物(如脂溶性药物)，不论采用哪种雾化方式(定量气雾抛射，喷射喷雾或超声喷雾)，让已形成的雾化药物通过至少一层小孔径导电材质网(如金属网)，该网需要与电极连接，雾滴穿过导电网时被荷电；
7.对于粉状药物(如脂质体或微球)，不论采用哪种雾化方式(定量气雾抛射，喷射喷雾，超声喷雾或干粉吸入)，让药物先通过小口径的导电材质喷嘴(如金属喷嘴)，然后喷射成雾状，喷嘴需要与电极连接，粉状颗粒被挤压通过喷嘴时被荷电；
8.对于粉状药物(如脂质体或微球)，不论采用哪种雾化方式(定量气雾抛射，喷射喷雾，超声喷雾或干粉吸入)，让已形成的雾化药物通过至少一层小孔径导电材质网(如金属网)，该网需要与电极连接，粉状颗粒穿过导电网时被荷电；
9.对于粉状药物(如脂质体或微球)，不论采用哪种雾化方式(定量气雾抛射，喷射喷雾，超声喷雾或干粉吸入)，让粉状颗粒预先与已带电的液体(如生理盐水)混合，或被后者润湿，然后被雾化，雾化后的颗粒物表面带有液体并荷电；
10.对于粉状药物(如脂质体或微球)，不论采用哪种雾化方式(定量气雾抛射，喷射喷雾，超声喷雾或干粉吸入)，让雾化后的药物颗粒与预先已带电的水雾混合，让粉状颗粒与水雾粒子结合后带电；
11.对于粉状药物(如脂质体或微球)，不论采用哪种雾化方式(定量气雾抛射，喷射喷雾，超声喷雾或干粉吸入)，让粉状颗粒预先通过充满某种极性离子(如负离子)的区域，让颗粒与离子结合后带上与离子相同的电荷，这种充满离子的区域可通过尖端放电，离子风或电晕场等方式产生；
二.人体荷电措施：
本发明提出下列让人体带上所需电荷的方法：
1.人体与大地绝缘后，让身体的某部位通过导线连接电极，比如让手指带上与电极连接的导电环(见图2所示)或用手握住仪器手柄，而仪器手柄与电极连接；
2.人体与大地连接，相应电极也接地，即人体处于0电位，让药物颗粒带上正或负电荷，进入人体后，因静电力作用而很快在呼吸道壁内表面沉积；
三.药物和人体荷电的电学参数：
本发明采用的电源参数如下：
1.如采用电池或可充电电池作为电源，为了达到有效控制荷电药物颗粒与呼吸道之间相斥或相吸的目的，必须采用足够高的电压，所以要求将原电池的低压升高，使其输出电极之间的电势差(即未接外电路时两电极之间测量出的电压)达到一定高值，常用的输出电势差范围在100-100000V之间；
2.在电源功率不变的条件下，电压升高，电流强度会相应减小，这样可以减小雾化药物颗粒在呼吸道放电(即颗粒荷电与人体荷电中和)时，人体产生的不适，电源功率一般不超过10w，电流强度一般不超过10mA；
3.如采用室内交流电源(110或220V)，需要先将交流整流为直流电，然后升压到所需电压，由于室内电源功率大，所以要求将电流强度减小到不对人体产生危害的程度，避免药物颗粒在呼吸道放电时产生的不适感；
四.人体荷电安全性措施：
本发明采用下列措施保证呼吸道用药病人的安全：
1.控制电源功率，使其不超过一定界限，在升高电压的同时，降低电流，以普通一节1.5V的碱性干电池为例，两输出电极之间的电势差为1.5V，一般内阻在0.5欧姆左右，电池利用效率最高的时候外电阻等于内电阻，这种情况下输出功率大约为1w，当电压升高到10000V后，电流将减小到100微安左右，所以即便让该电流直接通过人体，其电流的冲击感也很小；
2.实际上，药物颗粒的放电是通过一个一个荷电颗粒与呼吸道内表面接触 而失去电荷来进行的，是一个断续的电荷传输过程，形成的是一种非连续的电流，完全不同于将两个电极直接连接人体形成的连续通电过程，所以荷电颗粒的放电，对人体的冲击感要轻微得多，根据发明者自身的体会，从连接10000V高压的水溶液中产生的雾化粒子，接触到带异种电荷的人体时，感觉不到任何不适，完全没有任何触电的感觉；
3.通过控制雾化颗粒的浓度(单位体积内的药物颗粒数)来控制单位时间内放电的荷电颗粒总数，以减小人体承受的非连续电流密度，对电荷敏感人群，儿童，老人，孕妇或呼吸道病患者，可以采用较小的雾化药物浓度；
4.通过控制连续给药时间，减小连续放电带来的不适，将原来连续的长时间给药，改为多次短时间给药，也便于总给药量的控制
5.呼吸道给药完成后，连接电源输出电极的导线自动与大地接触，释放掉人体残余的电荷；
6.在户外遇到雷雨时，严禁使用呼吸道给药仪；
7.如有任何短路，过载或其他故障发生，仪器自动关机
8.身体状况异常时(如呕吐，恶心，昏迷，神智不清，高热，中风，心梗等)，禁止使用呼吸道给药仪；
9.为安全起见，凡使用人工呼吸器，吸氧仪，药物泵或身体内安装有起搏器，人工耳蜗，金属人工瓣膜，金属关节或有其它金属异物的人，禁止使用这种呼吸道给药方法；
五.使药物准确到达所需部位的控制措施：
本发明采用下列措施使雾化药物准确到达所需作用部位或最佳吸收部位：
1.计算携带药物颗粒的雾化气流所需通过的距离(即雾化气流总行程s)；
1)估算使用者呼吸道各部位(包括口腔或鼻腔、咽喉、气管、支气管、终末细支气管、呼吸细支气管、肺泡管)通道的长度及呼吸道总长度；
(1)根据解剖学文献，找出性别，年龄，身高与上述部位长度的关系，比如身高170cm的成年男性，其气管平均长度(从上端环状软骨算起，到下端连 接左右支气管为止)10.5cm，直径2.0cm，右支气管长2.0-3.0cm，左支气管长4.0-5.0cm，成年女性的气管和支气管尺寸略小，儿童的气管短而细；
(2)根据使用者的性别，年龄和身高，估算出各呼吸道部位长度；
(3)计算使用者呼吸道总长度；
(4)根据使用者具体生理状况(如颈部长短)适当修正计算结果；
(5)如病情较严重，最好根据使用者呼吸道的X光片，具体测量出呼吸道各部位的尺寸和总长度；
2)估算使用者从口鼻外面到所需用药部位，其雾化气流的总行程s；
(1)对于需要沉积在肺部，由肺泡表面吸收的药物(如蛋白质或多肽药物)，其总行程等于按上述步骤计算出的使用者呼吸道总长度加上仪器药物出口到口鼻处的距离；
(2)对于需要沉积在特定部位的药物，医生应根据X光片确定该部位具体位置并测量出该位置距离口鼻外端的总长度，加上药物出口处到口鼻处的距离，即为雾化气流的总行程；
(3)对于需要沉积在较浅部位的情况(如鼻腔或咽腔)，可以根据上述估算出的较浅部位尺寸，加上药物出口处到口鼻处的距离，即为雾化气流的总行程；
2.测量携带药物颗粒的雾化气流初始速度v₀，计算雾化气流流量l；
1)测量雾化气流的初始速度v₀：
如果采用现有的定量抛射或喷射喷雾方式，其雾化气流的喷出速度(即初始速度)往往固定的，用市售的流速仪测量一次，就可知道以后每次喷出的初始速度，不必再测，但对于超声喷雾，尤其是干粉吸入方式，其干粉颗粒的初始速度与使用者肺泡负压和呼吸道阻力相关，其初始流速必须要高到能够产生足够大的湍流气流，而吸气流量至少要达到30～120mL/min，才能使药物雾化，形成到达肺深部的"粉雾云"，即使是同一人，每次吸入干粉颗粒的初始速度都可能不一致，所以需要采用专门设置的流速探头，以监测喷嘴处雾化气流的初 始速度，用以计算药物达到作用部位的时间，一旦初始速度达不到要求，仪器将发出声光警报信号；
2)流速探头的设计和制造：
(1)流速探头可以购买市售现有产品，如：
1)皮托管流速仪：价格低，体积大，雾化药物需通过皮托管；
2)机械式风速仪：价格低，但雾化药物气流需推动扇叶旋转；
3)超声风速仪：根据超声多普勒效应测量颗粒物速度，体积稍大；
4)激光风速仪：根据激光多普勒效应测量气流速度，体积小，价格高；
(2)可以自制流速探头：流速探头的工作原理如图3所示，图中药物喷嘴27；设置在喷嘴或出口出的磁性材质环形圈28，缠绕在磁环型圈上的螺旋线圈29，连接线圈的灵敏第二电流计或电压计30，让荷电的药物颗粒从环形圈28中穿过时，根据电磁感应原理，环形圈28中将产生磁感应通量，该磁感应通量将使得螺旋线圈29中产生感应电流，并被第二电流计或电压计30测出，感生电流或相应电压的大小与荷电药物颗粒的浓度，荷电电量和穿过磁环的流速成正比，当颗粒浓度和荷电量不变时，就只与流速相关，该方法灵敏度高，体积小，成本低，可以利用呼吸道给药仪的控制电路完成其检测功能；
3)计算雾化气流的流量l：
根据测出的雾化气流初始速度v₀以及喷嘴或雾化气流出口处的孔径D，按下式计算雾化气流流量l：
l＝πD²V₀/4     (1)
3.估算驱动雾化气流流动的压差p：
空气能够进入肺泡的动力来自肺泡压力p_t与外界气压之差，平静吸气时，压差约为1-2mmHg，深呼吸时，压差可增大到5-20mmHg甚至更高；
1)定量喷射，喷雾喷射或超声喷射主要靠仪器喷射压力p₀，使用者只需配合进行平静吸气即可，所以，此类情况下，驱动雾化气流流动的压差是：
p＝p₀–p_t     (2)
2)干粉吸入全靠自身呼吸驱动，所以驱动压差是大气压p_c和肺泡压力之差：
p＝p_c-p_t     (3)
4.估算呼吸道通气阻力F：
呼吸道通气阻力包括两个方面：弹性阻力和非弹性阻力，前者来自肺组织和胸廓壁的回缩，后者来自呼吸道气流摩擦阻力；
1)弹性阻力Ft：
弹性阻力的倒数称为顺应性，用单位压力作用下(用以克服阻力)所能引起的肺部和胸腔容量改变，正常成年人的肺部顺应性和胸廓顺应性均约为0.21/cmH₂O(水柱高)，总顺应性为二者之和，下降为0.11/cmH₂O(水柱高)；
肺顺应性因肺充血，肺不张，表面活性物质减少和肺纤维化等原因减退，胸廓顺应性会因肥胖，胸廓畸形，胸膜增厚和腹内占位等病变而下降，但对肺气肿患者，在弹性纤维已破坏，尚未被纤维组织替代之前，顺应性反而增大；
肺部顺应性还与个人肺容量大小相关，如果考虑单位肺容量下的顺应性，成为比顺应性，比顺应性因人而异，比顺应性越低，呼吸道通气的弹性阻力就越大，可通过医学检测得到个人与正常人的弹性阻力差距，用改变比例系数的方式来估计使用者的通气阻力大小，比如某尘肺病患者，其呼吸道总顺应性仅为0.05/cmH₂O(水柱高)，为正常人的一半，所以其通气的弹性阻力约为后者的2倍；
2)非弹性阻力Fe：
非弹性阻力的大小与呼吸的速度和深度有关，平静呼吸时，呼吸形成的气流速度很小，非弹性阻力的数值很小，可以忽略，相反，深呼吸形成的气流速度大，与呼吸道内表面的摩擦增大，非弹性阻力会显著增大，定量喷射，喷雾喷射或超声喷射是仪器喷射药物，喷射速度快，所以非弹性阻力大，使用者只需配合进行吸气即可，所以弹性阻力反而小，对于干粉吸入，必须用力吸气，弹性阻力和非弹性阻力都较大，需要根据使用者的比顺应性和雾化气流的初始 速度来分别估算弹性阻力和非弹性阻力的大小；
5.计算雾化气流到达预定沉积部位所需的时间t：
将含有药物颗粒的雾化气流作为粘滞流体看待，从其喷出到预定沉积部位所通过的途径简化为一根长为H，直径为h的管道，雾化气流从喷出开始计算，到达管道中某一指定部位所需时间t是雾化气流总行程s，气流流量l，气流流经管道的两端压差p，呼吸道阻力F，气流粘滞系数η和模拟管道几何尺寸H和h的复杂函数：
t＝f(s,l，p，F，η，H，h)     (4)
1)对于定量喷射，喷雾喷射或超声喷射这一类靠仪器喷射药物的情况，可忽略Ft的影响，并假定当气流速度不太高时Fe的影响也很小，使得气流流动呈现层流状态，则有：
l＝Gp     (5)
其中气导系数：

其中管道平均压力：
Pj＝(p₀+p_t)/2     (7)
因为：
lt＝sπh²/4     (8)
由方程(1)和(5)-(8)可推出：
t＝256sHη/[πD²v₀h²(p₀+p_t)]     (9)
根据前述测量和计算方法可以得到s，D，v₀，p₀和p_t各参数值，合理设定H和h后，即可按(9)计算出雾化气流到达预定沉积部位所需的时间t；
2)对于干粉吸入或者定量喷射，喷雾喷射或超声喷射的速度超过一定限度的情况，不可忽略Ft和Fe的影响，气流流动呈现湍流状态；
判断是否达到湍流状态的临界速度用下列公式表示：
V_p＝R_cη/(ρh)     (10)
其中ρ是气流密度，R_c是临界雷诺数，它与管道尺寸和流体性质无关，却与管壁性质密切相关，普通光滑的自来水管，临界雷诺数约1200-2000，由于呼吸道表面覆盖着上皮细胞，不同部位的上皮细胞功能不同，从气管到支气管的上皮细胞主要由纤毛细胞组成，纤毛虽有助于肺内异物的清除，但对气流的摩擦阻力Fe较大，呼吸道有炎症，粘附物(痰)和肿瘤的患者，呼吸道中气流的摩擦阻力更大，所以R_c值与个人的Fe相关，需要根据实验测试才能确定各种病况状态下的R_c值范围；
大多数干粉吸入都呈现湍流状态，可通过实验测试，在考虑呼吸阻力F的基础上，建立经验公式，计算出雾化气流到达预定沉积部位所需的时间t，也可通过引入Fe的影响，修改公式(9)，使之近似符合湍流气流运动的条件；
6.计算药物颗粒在电场作用下的沉降速度u：
在无电场作用的情况下，雾化气流中，直径5.0-8.0μm的药物粒子由于惯性碰击而沉积在咽、喉及大呼吸道；直径1.0-5.0μm的粒子主要以重力沉积形式分别沉积在10-17级支气管壁；直径0.5-1.0μm的粒子沉积于呼吸性细支气管及肺泡壁；直径小于0.2μm以下粒子，则以布朗运动的形式沉积于肺泡，其中直径小于1.0μm的粒子大部分会随呼气流排出，而直径1.0-3.0μm的粒子在细支气管和肺泡内沉降率最高；
在电场力作用下，荷电药物离子的运动规律有很大改变，表现在：
(1)当人体带电与药物颗粒荷电的极性一致时，由于电场力的作用，雾化气流中直径不是太大(不超过10-20μm)的荷电颗粒，大部分不会因惯性碰撞沉积在咽腔，喉头或大呼吸道上，但会因重力沉积在细支气管及肺泡壁，而直径小于1.0-2.0μm的粒子大部分会随呼气流排出；
(2)当人体带电与药物颗粒荷电的极性相反时，由于电场力的作用，雾化气流中直径不是太大(不超过10-20μm)的荷电颗粒，大部分会迅速沉积在气流到达部位的呼吸道内表面上，即使是直径小于1.0μm的粒子也不会随呼气流排出；
根据斯托克斯定律，在电场力作用下，荷电颗粒物的沉积速度u可表示为：
u＝d²(ρ_k-ρ)a/(18η)     (11)
其中a是电场力作用下，荷电颗粒的沉积加速度，d是颗粒直径，ρ_k是颗粒密度，ρ是气体密度，η是气体粘度，根据库伦定律，颗粒沉积加速度：
a＝kq₁q₂/(ρ_kr²)     (12)
其中q₁和q₂是颗粒荷电和人体荷电量，r是颗粒和呼吸道管壁之间的距离，k是比例常数，由(11)和(12)式，得到：
u＝kq₁q₂d²(ρ_k-ρ)/(18ηρ_kr²)     (13)
计算表明，在q₁，q₂足够的条件下，药物颗粒在电场力作用下的沉降速度u远大于雾化气流速度，所以一旦人体带电的极性转变为与颗粒荷电极性相反，药物颗粒就能迅速沉积在气流到达部位的呼吸道表面；
六.药物在所需呼吸道部位沉积量的准确控制措施：
按现有的呼吸道给药方法，承载药物的雾化气流是一次性喷射出来的，药物颗粒将随气流陆续进入呼吸道，并在一段时间内充满大部分呼吸道，如果在电场力作用下仍按此方式进行，一旦人体电的极性转变为与颗粒荷电极性相反，药物颗粒就会沉积在大部分呼吸道表面，既达不到准确给药的目的，又不能控制药物的用量，还造成药物浪费，本发明采取下列措施以准确控制药物的用量；
1)间断喷射或间断吸入雾化药物，即将总用药量分成若干次分别喷射或吸入，每一次喷射或吸入的雾化云团在到达所需沉积部位后，人体荷电极性开始转变，使得该部位的呼吸道能够准确沉积药物，经多次沉积后，达到总需药量；
2)通过高精度电流计，监测每一次药物颗粒沉积量的多少，荷电药物颗粒在带相反电荷的呼吸道上沉积的过程，是一个断续的放电过程，用连接在人体与给药仪电极之间的高精度电流计或电压计，能够测量出每次放电量的大小，将多次沉积过程的放电量累计起来，即为药物颗粒在该部位呼吸道上的总放电量，通过实验测量，找出放电量和药物沉积量之间的数值比例关系并预先输入给药设备，由此根据总放电量推算出药物的总沉积量。
七.呼吸道靶向定量给药设备的设计
按上述技术，可以设计出可控呼吸道给药装置，以进行测试和试用，图2是采用超声喷射液态药物的给药装置组件示意图，超声喷雾器1、容器室2、液体药液3、雾化气流喷出口4、药物颗粒5、导电板6、第一导线7、第一高压静电输出电极8、第二高压静电输出电极9、第二导线10、导电环11、静电发电器12、中央控制器13、电源14、呼吸道主气管15、人体肺部16、速度探头17、超声振动晶片18、吹风扇19、触摸屏20、声光报警器21、第一电流计或电压计22、第一信号线23、第二信号线24、第三信号线25、第四信号线26；
超声喷雾器1设置在容器室2的底部，超声喷雾器1内部设置超声振动晶片18，液体药物3中设置导电板6，导电板6通过第一导线7连接第一高压静电输出电极8，导电环11通过第二导线10连接第二高压静电输出电极9，电源14连接静电发电器12，静电发电器12连接中央控制器13，中央控制器13连接触摸屏20和声光报警器21，速度探头17设置在雾化气流喷出口4的顶端，第一信号线23连接中央控制器13，超声振动晶片18设置在超声喷雾器1内，超声振动晶片18振动的频率和时间受到中央控制器13通过第二信号线24进行的控制；吹风扇19设置在容器室2中，使雾化药物吹出雾化气流喷出口4的吹风扇19，吹风扇19通过第四信号线26连接中央控制器13，吹风强度和时间受到中央控制器13通过第四信号线26进行的控制，可以输入个人信息，选择给药模式，输入药物沉积部位和沉积量的触摸屏20，第二导线10通过第一电流计或电压计22连接第二静电发生器输出电极9，检测得到的信号通过第三信号线25传输到中央控制器13；
工作过程如下：
1)根据医生建议，选择合适的药物，定量注入药液容器室内；
2)开启设备电源；
3)在触摸屏上输入使用者个人信息，包括性别，年龄，身高，体重和呼吸道病理状况，仪器自动估算使用者呼吸道各部位长度及总长；
4)根据医生建议，选择给药模式：
(1)呼吸道深部给药(适合于除口腔和鼻腔之外的其余呼吸道部位的给药)，需要人体与大地完全绝缘，以便控制人体荷电的大小和极性，人体与大地的绝缘由设备自动监测，绝缘程度达不到要求，仪器自动显示声光报警；
(2)呼吸道浅部给药(适合于除口腔和鼻腔的给药)，不需要人体与大地绝缘，人体可以是0电位；
5)根据医生建议，输入药物沉积的准确位置：
(1)首先在触摸屏上选择药物的沉积部位：口腔、鼻腔、咽喉、气管、支气管、终末细支气管、呼吸细支气管、肺泡管、肺泡囊及肺泡；
(2)输入药物沉积具体位置：比如气管1/3处(从上向下计算)或支气管1/2处；
6)根据医生建议，输入药物沉积总量；
7)根据医生建议，选择对药物吸收量的准确度要求，分为高，中，低等档次，设备将根据选择，自动确定总药量分批给药的次数，并显示在触摸屏上，要求使用者完成多次给药；
8)使用者手执设备把手，启动超声喷雾开关，人体和药液自动荷电；
9)喷嘴出口处的速度探头自动检测雾化药物的喷出速度，送入控制电路，根据预先输入的各项参数和测出的喷出速度，自动计算出雾化药物到达沉积部位的时间，时间一到，立即转换人体荷电极性，使药物颗粒沉积在所需部位(呼吸道浅部给药模式不需转换极性)；
10)重复上述给药过程，设备自动监测计算每次药物颗粒的沉积量，累计达到给药总量后，设备显示或语音提示给药完成；
11)设备自动释放人体荷电；
12)关机。
本发明采用生理盐水作为药液，开启超声后，让水雾进入呼吸道，输入实验者个人参数和选择水雾沉积部位，用高精度电流计监测水雾滴在呼吸道运行时的放电情况，在极性转换之前，流过电流计的放电量为零，但转换时间一到， 放电量剧增，表明大量水雾已沉积在呼吸道上，多次重复后，将放电量累加，估算出水雾沉积总量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。