(57)【要約】【課題】水頭症治療用の脳脊髄液シャントを提供する。【解決手段】本開示は、水頭症治療用の脳脊髄液(CSF)シャントに関し、CSFシャントは、脳脊髄液(CSF)を排液するための入口ポートおよび出口ポートを有するバルブと、制御ポートに付与された、患者の体位に依存する静水圧に応じて、前記バルブを通過する脳脊髄液(CSF)の排液を調節するための制御ポートと、を含む。本開示はさらに、水頭症の治療方法に関し、前記患者の前記体位に依存する静水圧に基づいて、脳脊髄液(CSF)の排液を調節することを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脳脊髄液(CSF)を排液するための入口ポートおよび出口ポートと、
制御ポートに付与された、患者の体位に依存する静水圧に応じて、前記バルブを通過するCSFの排液を調節するための制御ポートと、
を有するバルブを含む水頭症治療用のCSFシャント。
【請求項２】
前記制御ポートにおける圧力が増加すると、CSFの排液のための前記バルブの開放圧が増加するように構成されている、請求項１に記載のシャント。
【請求項３】
前記バルブは、前記入口ポートおよび／または前記出口ポートに接続された前記バルブの入口スペースおよび／または出口スペースを、前記制御ポートに接続された前記バルブの制御スペースから分離する膜を含み、
前記膜は、前記入口スペースおよび／または出口スペースと前記制御スペースとの圧力差が、前記バルブの前記入口ポートから前記出口ポートへCSFを排液するための前記バルブの開放圧を調節するように配置されている、請求項１または２に記載のシャント。
【請求項４】
さらに、前記患者の脳室腔に接続するための、前記バルブの前記入口ポートに接続された脳室カテーテルを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシャント。
【請求項５】
さらに、前記患者の腹腔または右心房に接続するための、前記バルブの前記出口ポートに接続された遠位カテーテルを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシャント。
【請求項６】
さらに、前記制御ポートに接続された静水圧デバイスを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシャント。
【請求項７】
静水圧が、前記静水圧デバイスの液柱によって発生する、請求項６に記載のシャント。
【請求項８】
前記静水圧デバイスは、前記液柱を規定する液体充填補償カテーテルを含み、
前記液柱の第１の端部を規定する前記カテーテルの第１の端部が、前記制御ポートに接続されている、請求項７に記載のシャント。
【請求項９】
前記液柱の第２の端部を規定する前記補償カテーテルの第２の端部が、周囲圧力にさらされる静水圧伝達手段を含む、請求項８に記載のシャント。
【請求項１０】
前記静水圧伝達手段は、例えば圧力伝達嚢に含まれている膜を含む、請求項９に記載のシャント。
【請求項１１】
補償カテーテルおよび脳室カテーテルは、並んで延在する二重カテーテルとして形成される、請求項４および請求項８〜１０のいずれか１項に記載のシャント。
【請求項１２】
前記バルブは、前記入口ポートおよび前記制御ポートに等しい静水圧がかけられたときにそれらが相殺されるように構成されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシャント。
【請求項１３】
前記バルブは、シリコンマイクロマシニングによって形成される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のシャント。
【請求項１４】
前記バルブは圧力バランスされており、
前記制御ポートは、前記制御ポートにかかる圧力が、入口から前記出口ポートへの流体フローにおける圧力−フロー関係に変化をもたらす入口圧力とバランスするように、静水圧生成カテーテルに接続される、請求項１に記載の受動MEMSベースのシャント。
【請求項１５】
前記制御ポートは、前記制御ポートにかかる圧力バイアスによって前記入口ポートと前記出口ポートとの間のフロー−圧力関係を変化させるために、前記バルブのフロー特性を制御するよう配置されており、
カテーテルシステムは、
前記患者の脳室腔に接続するための、前記バルブの前記入口ポートに接続された脳室カテーテルと、
前記患者の腹腔に接続するための、前記バルブの前記出口ポートに接続された遠位カテーテルと、
静水圧デバイスを含み、排液速度を前記患者の体位に適応させるために、静水圧の変化をバイアスとして前記制御ポートに付与するように前記バルブの前記制御ポートに接続された静水圧カテーテルと、を含む、請求項１に記載の埋め込み可能な受動MEMSベースのシャント。
【請求項１６】
患者の体位に依存する静水圧に基づいて、脳脊髄液(CSF)の排液を調節することを含む、水頭症の治療方法。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のCSF排液調節用のCSFシャントを提供することを含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、水頭症治療用の埋め込み可能な脳脊髄液(CSF)シャント（または髄液シャント）、および患者の体位に応じて脳脊髄液(CSF)の排液を調節する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
脳脊髄液(CSF)は、脊椎管だけでなく、脳と頭蓋の間の空間と脳内部の空間（脳室）とを満たす水のような体液である。それは脳内で生産されて、免疫学的保護のみならず、クッション性および恒常性環境（ホメオスタティック環境）を提供する。脳脊髄液(CSF)は0.3〜0.6ml/分の速度で生産され、そしてその流速と同じ速さの吸収によって、圧力は平衡状態に維持される。しかしながら、水頭症と診断された場合、例えば吸収の低下または脳脊髄液(CSF)の流れの閉塞によって脳脊髄液(CSF)循環系内に障害が生じており、それは脳室を拡大させ、いくつかの症例では正常値を超えて圧力を上昇させる。障害された脳脊髄液(CSF)系は、頭痛、意識不明、歩行およびバランス障害、ならびに認知機能低下などの症状を引き起こし得る。
【０００３】
水頭症の治療は一般に外科手術を意味しており、その場合、カテーテルとバルブを備えたシャントシステムが設置され、入口は頭蓋内腔内に、出口は液体を再吸収できる体内の適所、最も一般的には腹腔内に置かれる（脳室−腹腔(ventriculo-peritoneal)、VP CSFシャント)。公知のシャントはUS 4,861,331に開示されている。
【０００４】
既知の解決方法の欠点は、排液(drainage)が体位、例えば、患者が立位（直立姿勢）であるか、または臥位（横たわった姿勢）であるかに依存することである。そのため、排液は、体位の変化により、小さくなり過ぎたり、大きくなり過ぎたりし得る。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、上記の欠点を低減した、水頭症治療用の改善された脳脊髄液シャント(CSFシャント)を提供することである。
【０００６】
本発明は、水頭症治療用の脳脊髄液シャント(CSFシャント)に関し、CSFシャントは、脳脊髄液(CSF)を排液するための入口ポートおよび出口ポートと、制御ポートに付与された、患者の体位に依存する静水圧に応じて、バルブを通過する脳脊髄液(CSF)の排液を調節するための制御ポートと、を有するバルブを含む。
【０００７】
制御ポートを備えたバルブを備え、バルブを通過する脳脊髄液(CSF)の排液を制御ポートに付与された静水圧に応じて調節することにより、静水圧が患者の体位に依存するので、シャントは、患者が立位か臥位かに依存して脳脊髄液(CSF)の過剰排液(over drainage)または過小排液(under drainage)となるリスクを低減する。
【０００８】
静水圧はさらに、他の内圧／外圧の変化に依存してもよい。これにより、例えば腹部内の圧力上昇などの他の外圧または内圧からの影響が低下されてもよい。
【０００９】
バルブは、埋め込みに適したミリメートルオーダーの小寸法の小型化バルブが好ましい。バルブのサイズは、10×10×5mm未満、または7×7×2mm未満であってもよい。シャントはMEMSベースのバルブを含むMEMSベースのCSFシャントであってもよい。MEMSは微小電気機械システム(microelectromechanical systems)の短縮形で、マイクロマシニング技術で形成されたデバイスを包含する、定義される。マイクロマシニングは、10μｍ未満、好ましくは1μｍ未満の範囲のレベルの精度の製造技術を含む、と定義される。マイクロマシニングは、リソグラフィ、ウェットエッチング、ドライエッチング（例えば、深掘り反応性イオンエッチング(deep reactive ion etching)：DRIE）等の１つ以上を含んでいてもよく、さらに、電子ビームまたはイオンビーム加工、プラズマビーム加工、レーザ加工、放電加工、マイクロミリング(micromilling)、マイクロモールディング(micromolding)、ポリマー中の微細複製(microreplication)、微細固形自由形状造形(micro solid freeform fabrication)、マイクロステレオリソグラフィ(micro stereo lithography)、電気めっき等を含んでいてもよい。マイクロマシニングによって、小型化されたデバイスを非常に高い寸法精度でバッチ作成することができ、かつ低コストで製造することができる。
【００１０】
シャントは、制御ポートにおける圧力が増加すると、脳脊髄液(CSF)の排液のためのバルブの開放圧(opening pressure)が増加するように構成されてもよい。
【００１１】
これにより、アクセスしやすいバルブを例えば胸部内に有するシャントが、患者の体内に配置され、そして、例えば脳室腔からのCSFの排液が、流体静力学的な重力の影響を補償（または相殺）してもよい。
【００１２】
バルブは、入口ポートおよび／または出口ポートに接続されたバルブの入口スペースおよび／または出口スペースを、制御ポートに接続されたバルブの制御スペースから分離する膜(メンブレン：membrane)を含んでいてもよく、膜は、入口スペースおよび／または出口スペースと制御スペースとの圧力差が、バルブの入口ポートから出口ポートへ脳脊髄液(CSF)を排液するためのバルブの開放圧を調節するように配置されている。
【００１３】
それにより、バルブは、簡単な方法で、患者の体位に依存して脳脊髄液(CSF)の排液を自己調節するように配置されてもよい。
【００１４】
バルブは、入口ポートと圧力伝達的に接触した膜の一部が、出口ポートと圧力伝達的に接触した膜の一部よりも大きくなるように、またははるかに大きくなるように、構成されてもよい。
【００１５】
シャントは、さらに、患者の脳室腔に接続するための、バルブの入口ポートに接続された脳室カテーテルを含んでいてもよい。
【００１６】
これにより、脳室腔からの脳脊髄液(CSF)の排液を調節し得る。
【００１７】
シャントは、さらに、腹腔または右心房に接続するための、バルブの出口ポートに接続された遠位カテーテルを含んでいてもよい。
【００１８】
これにより、脳脊髄液(CSF)を、再吸収に適した体内の体腔内に排液し得る。
【００１９】
シャントは、さらに、制御ポートに接続された静水圧デバイスを含んでいてもよい。静水圧は、静水圧デバイスの液柱(a liquid column)によって発生してもよい。
【００２０】
これにより、体位に関連する排液の調節を、静水圧デバイス内の液柱からの静水圧によって達成し得る。
【００２１】
静水圧デバイスは、液柱を規定する液体充填補償カテーテル(a liquid filled compensation catheter)を含んでいてもよく、その場合には、液柱の第１の端部を規定するカテーテルの第１の端部は制御ポートに接続される。
【００２２】
これにより、液柱は、患者の体内への埋め込みに適した簡単なカテーテルシステム内で実現される。
【００２３】
液柱の第２の端部を規定する補償カテーテルの第２の端部は、周囲圧力にさらされる静水圧伝達膜を含み得る。
【００２４】
よって、補償カテーテルの第２の端部は、周囲圧力にさらされるように体内に配置されてもよく、これにより、補償カテーテルに沿った静水圧を、純粋に補償（または相殺）してもよい。さらに、小型化された、および/またはMEMSベースのバルブは、脳脊髄液(CSF)の排液を調節するために、制御ポートを通る最小限の流体フローを必要とするだけなので、補償カテーテルは、実質的に静水圧だけを伝達するのに適していてもよい。さらに、患者の体位に応じておよび周囲圧力に関連してCSFの排液を調節した状態で、バルブを体内の別の場所に埋め込んでもよい。
【００２５】
したがって、脳室腔内における脳室カテーテルの位置について、補償カテーテルの静水圧伝達膜の位置は、正常な機能的・生理学的システムに似るように選択されてもよい。静水圧伝達膜の位置は、患者の頸部に近接して選択されてもよい。
【００２６】
静水圧伝達膜は、圧力伝達嚢に含まれていてもよい。
【００２７】
これにより、静水圧伝達装置、例えば補償カテーテルは、小型のおよび/またはMEMSベースのバルブに、制限されたフローを伝達しながら、静水圧を伝達するのに適し得る。
【００２８】
制御ポートは、体内の所望のレベルにおいて、静水圧伝達装置を介して制御ポートを接続することによって、静水的均等点(a hydrostatic indifference point)の基準レベルを選択するのに使用されてもよい。体内のレベルは、例えば、頚部のレベルに相当する。これにより、横たわった状態(臥位)では約10cmH2Oの正の頭蓋内圧(ICP)をもたらし、立位では僅かに負の頭蓋内圧(ICP)を生じる。
【００２９】
静水圧伝達装置の配置に関連して、制御ポートと入口ポートにかかる静水成分(hydrostatic component)が効率よく相殺されるので、体内でのバルブのレベルは、バルブシステムの開放圧に影響を及ぼさないだろう。これにより、静水圧伝達装置のレベルは、頭蓋内圧(ICP)の調節のための制御レベルとして残される。よって、バルブの体内での配置位置とは無関係で、静水圧伝達装置の配置レベルを通して選択される生理学的レベルに対応してバルブの開放圧を制御する、シャントシステムを提供し得る。
【００３０】
補償カテーテルおよび脳室カテーテルは、並んで延在する二重カテーテルとして形成され得る。
【００３１】
これにより、脳室カテーテル内の静水圧の一部は、二重カテーテルの共に延在する(coextending)補償カテーテル内の静水圧による排液の調節によって、補償され得る。
【００３２】
バルブは、入口ポートと制御ポートに等しい静水圧がかけられたときにそれらが相殺されるように構成されていてもよい。
【００３３】
これにより、シャントの開放圧は、制御ポートに接続された静水圧デバイスの位置の注意深い選択により、異なる条件、例えば個々の患者に適合されてもよい。
【００３４】
排液の調節は受動的であるのが好ましく、そのため自動調節が好ましい。これにより、シャントは、能動的制御に依存せず、エレクトロニクスおよび電源等の必要性を回避した、簡単かつ比較的安価なユニットとして形成することができる。
【００３５】
バルブは、シリコンマイクロマシニングによって形成されていてもよい。これにより、バルブは精密に規定され、そして患者の体内での長期的な埋め込みに適した機械的にロバストな（または堅牢な:robust）材料から、低コストでバッチ作成することができる。
【００３６】
バルブは圧力バランス(pressure balanced)されていてもよく、制御ポートは、制御ポートにかかる圧力が、入口から出口ポートへの流体フローにおける圧力−フロー関係(圧力とフローの関係:the pressure to flow relationship)に変化をもたらす入口圧力とバランスするように、静水圧生成カテーテルに接続されてもよい。
【００３７】
このように、本発明は代替的に、水頭症の治療に適応するフロー特性を備えたMEMSベースの受動シャントに関するものであって、シャントは、入口と出口と制御ポートとを有する圧力バランスバルブを含み、制御ポートは、制御ポートにかかる圧力が、入口から出口ポートへの流体フローにおける圧力−フロー関係に変化をもたらす入口圧力とバランスするように、静水圧生成カテーテルに接続されている。
【００３８】
制御ポートは、制御ポートにかかる圧力バイアスによって入口ポートと出口ポートとの間のフロー−圧力関係(the flow to pressure relationship)を変化させるために、バルブのフロー特性を制御するように配置されてもよい。また、シャントは、
- 患者の脳室腔に接続するための、バルブの入口ポートに接続された脳室カテーテルと、
- 患者の腹腔に接続するための、バルブの出口ポートに接続された遠位カテーテルと、
- 静水圧デバイスを含み、排液速度(the rate of drainage)を患者の体位に適応させるために、静水圧の変化をバイアスとして制御ポートに付与するようにバルブの制御ポートに接続された静水圧カテーテルと、
を含むカテーテルシステムを含んでもよい。
【００３９】
このように、本発明は代替的に、入口ポート、出口ポートおよび制御ポートを有するバルブを含む埋め込み可能なMEMSベースの受動シャントに関するものであってもよい。制御ポートは、制御ポートにかかる圧力バイアスによって入口ポートと出口ポートとの間のフロー−圧力関係を変化させるために、バルブのフロー特性を制御するように配置される。さらにシャントは、患者の脳室腔に接続するための、バルブの入口ポートに接続された脳室カテーテルと、患者の腹腔に接続するための、バルブの出口ポートに接続された遠位カテーテルと、静水圧検出デバイスを含み、排液速度を患者の体位に適応させるために、静水圧の変化をバイアスとして制御ポートに付与するようにバルブの制御ポートに接続された静水圧カテーテルと、を含む。
【００４０】
さらに本発明は、本明細書に開示される水頭症治療用の脳脊髄液シャント(CSFシャント)の使用に関する。
【００４１】
さらに本発明は、患者の体位に依存する静水圧に基づいて、脳脊髄液(CSF)の排液を調節することを含む水頭症の治療方法に関する。
【００４２】
この方法は、さらに、本明細書に開示されているようなCSFの排液を調節するためのCSFシャントを提供することを含む、
【００４３】
以下に、本願に係る発明を、添付の図面を参照しながら、例示として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、脳脊髄液(CSF)排液用の従来のシャントを示す。
【図２】図２は、本願の開示に係るシャントを示す。
【図３】図３ａおよび図３ｂは、本願の開示に係る別のシャントを示す。
【図４】図４ａはバルブの断面図を示し、図４ｂは部分切欠斜視図を示す。
【図５】図５は、本願の開示に係るシャント用バルブの製造例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下に、シャントの様々な実施形態をより詳細に説明する。
【００４６】
図１に示すように、既存の水頭症シャント101は、２つのフローポート（流れポート:flow ports）を備えたバルブ102を含み、フローポートの１つは入口103、１つは出口104である。脳室カテーテル105は入口に接続され、患者の脳室腔106へ延在する。遠位カテーテル107は出口に接続され、患者の腹部108へ延在する。シャントシステムのバルブは、再吸収のために脳脊髄液(CSF)を脳室腔から腹部に排液するために、所定の過圧で開くように構成される。しかしながら、重力の影響により、バルブのレベルでのCSF圧(脳脊髄液圧)は、患者の体位によって著しい影響を受けるだろう。図１には、立位における静水圧差109および臥位における静水圧差110が図示されている。
【００４７】
従来のシャントシステムにおける入口と出口との間の静水圧差が、ヒトでは、体位によっては50cmH2Oまでなりえて、そして頭蓋内のCSF圧(脳脊髄液圧)における、望ましい調節された姿勢の影響(a preferred regulated posture effect)が、10〜15cmH2Oオーダーの低下であることを考えれば、正確な排液を達成するためには、重力効果の補償（または相殺）が不可欠であることは明らかである。臨床的改善の最適化、および過剰な排液による硬膜下血腫などの有害事象のリスクの低減の両方である。
【００４８】
本願の開示は、患者の現在の体位に応じてその排液速度を適応させ得る、微細加工された埋め込み可能な水頭症シャント(an implantable micro fabricated hydrocephalus shunt)を提示する。これは、シャント内における静水圧の変化をバイアスとして利用することにより達成される。これにより、シャントは、体位の変化による過剰排液および過小排液の問題を解消し得る。
【００４９】
図２は、本願の開示に係るシャント201の一例を示す。シャントは、患者の脳室腔205に延在する脳室カテーテル204に接続された入口ポート203と、患者の腹腔208に延在する遠位カテーテル207に接続された出口ポート206と、を備えたバルブ202を含み、バルブはさらに、第３のポートである制御ポート209を含んでおり、バルブのフロー特性を制御しかつ体位に応じて脳脊髄液(CSF)排液を適応させるために、静水圧を利用する。バルブの構築を、図４との関連でさらに詳細に説明する。
【００５０】
例えば水などの適切な液体で満たされた補償カテーテル210は、制御ポートに必要なバイアスを付与する静水圧デバイスとして使用されてもよい。液体は代替的に、形成された液柱によって生じる静水圧を増加させるために、水よりも高密度の(more dense)液体であってもよい。圧力補償カテーテル(pressure compensating catheter)は、水で満たされ、柔軟な嚢(a flexible bladder)または膜211で封止され、カテーテルとバルブとの間で少量の流体が移動可能にされた閉鎖区画であってもよい。バルブは、このカテーテルから受ける静水圧を利用して、脳脊髄液(CSF)の排液に使用される通常の入口ポート(the regular inlet port)にかかる静水圧バイアスとバランスさせる。
【００５１】
２つの等しい静水圧が、バルブの、１つは入口に、１つは制御ポートにかかると、それらは、それらはうまく相殺され、シャントシステムは重力による影響を受けないだろう。
【００５２】
図３ａは、シャント301の別の例を示す。シャントは、患者の胸部に埋め込まれるバルブ302を含む。バルブは、患者の脳室腔305に延在する脳室カテーテル304に接続された入口ポート303と、患者の腹腔308に延在する遠位カテーテル307に接続された出口ポート306と、を備えている。バルブは、さらに制御ポート309を含んでおり、バルブのフロー特性を制御するために、静水圧を利用する。制御ポートは、液体充填補償カテーテル310の形態で、静水圧デバイスに接続される。補償カテーテルの第２の端部は、膜を含む静水圧伝達嚢(a pressure transmitting bladder)31を含んでいる。静水圧伝達嚢は、患者の頸部で周囲圧力に接続される。
【００５３】
図３ｂは、シャントのさらに別の例を示す。バルブ302は患者の頭蓋に埋め込まれ、患者の脳室腔に延在する脳室カテーテルに近接して接続される。制御ポートは、液体充填補償カテーテル310の形態で、静水圧デバイスに接続される。補償カテーテルの第２の端部は、膜を含む静水圧伝達嚢31を含んでいる。前述の例のように、静水圧伝達嚢は、患者の頸部で周囲圧力に接続される。
【００５４】
これにより、脳脊髄液(CSF)は、臥位のときには頭蓋内圧(ICP)が周囲圧力に対応するレベルまで低下し、立位のときには周囲圧力に比べして僅かに低い圧力まで低下するように、シャントによって排液されてもよい。これは正常な機能的・生理学的条件に相当する。
【００５５】
図４ａおよび４ｂは、シャントシステムのバルブ401の例を示す。バルブは、入口スペース403に接続された入口ポート402を含む。出口スペース405に接続された出口ポート404は、バルブ突起(valve boss)406およびバルブシート(valve seat)407によって、入口スペースから封止されている。突起は、バルブの膜408に支持されている。突起の面積は、膜の面積よりはるかに小さい。膜は、入口スペースを、制御ポート410に接続された制御スペースから分離する。入口ポート402にかかる圧力が増加すると、膜408が変形して開口が生じ、入口ポートから出口ポート404への流体フローが可能になる。制御ポート410にかかる圧力は、圧力−流量比の変化をもたらす入口圧力とバランスするだろう。入口ポートに相対する制御ポートにかかる正または負の圧力バイアスは、バルブのフロー−圧力関係を変化させてもよい。
【００５６】
MEMSベースのバルブは、挟まれた（または重ねられた：sandwiched）３枚のシリコンウェハから作成されており、流体を接続するための３つのポートを含んでいる。図４に図示するように、積層体(the stack)の中央のウェハは、圧力バランス膜(a pressure balanced membrane)を形成するために使用されるSOIウェハであり、そして外側のウェハは、流体ポートと、膜が動作できるキャビティとを形成するために使用される。入口ポートにかかる圧力が増加すると、膜が変形して開口が生じ、入口ポートから出口ポートへの流体フローが可能になる。バルブ突起の面積が膜の面積よりはるかに小さいので、入口ポート圧力pinと制御ポート圧力Pcompensateとにおいて見なされる有効膜面積(the effective membrane area)はほぼ同一である。従って、制御ポートにかけられたとある圧力は、入口ポートでは、同量の低下として機能するだろう。
【００５７】
【数１】
2018089417.tif 000003
ここで、ｐmembraneは、膜に作用する有効正味圧力(effective net pressure)である。
【００５８】
図２および図３に示すように、バルブをとある長さの補償圧力カテーテル(a compensation pressure catheter)に接続することにより、シャントシステムは、バルブの幾何学的形状および補償圧力カテーテルの長さを変更することによって、臥位および立位における排液レベルを、互いに無関係に設定することができる、という独特の特徴を可能にする。例えば、もし、頭蓋内圧(ICP)が臥位で10cmH2Oに低下しかつ補償圧力カテーテル内の補償水柱(the compensating water column)の長さ（hcompensate）が30cmになるまで脳脊髄液(CSF)が排液されるように、バルブの幾何学的形状を規定したなら、立位のときに膜にかかる有効入口圧力(the effective input pressure)は、補償圧力カテーテルによって与えられたのと同じ圧力だけ低下するだろう。
【００５９】
【数２】
2018089417.tif 000004
ここで、ρは脳脊髄液(CSF)の密度、ｇは重力、ｈstandingは立位における静水的な高さの差である。
【００６０】
臥位での圧力は次の通りである。
【００６１】
【数３】
2018089417.tif 000005
ここで、ｈlyingは臥位における静水的な高さの差である。従って、立ち上がったときに膜にかかる有効圧力は、脳脊髄液(CSF)の排液の増加を引き起こす20cmH2Oのバイアスに伴って増加するだろう。CSFの生産は0.3〜0.6ml/分でほぼ一定であるので、頭蓋内圧(ICP)を20cmH2Oだけ低下させるまで排液増加は続き、追加のバイアスを補償（または相殺）し、臥位と同じフロー/圧力平衡へと回復するだろう。健常者では、ICPは、臥位でのおよそ10cmH2Oから、立位での-10cmH2Oまで低下すると予想される。したがって、ICPに対する体位の影響は、健康な人で観察されるレベルまで低下し得る。
【００６２】
本願の開示に係るシャントの実験では、圧力1500Paで流速がおよそ1.1ml/分、1000Paで0.7ml/分、そして500Paで0.3ml/分を示した。これは、脳脊髄液(CSF)の所定の生産速度では、結果として生じるシャントにかかる圧力差(the resulting pressure difference on the shunt)はおよそ500〜900Paになるだろう、ということを示す。遠位カテーテルにおける腹部の逆圧(the abdominal counter pressure)は、クモ膜下腔および脳室における最終的なCSF圧(脳脊髄液圧)が高くなるように、この圧力差に追加されて、水頭症の治療にとって必要な圧力/フローの範囲(window)を満足するだろう。
【００６３】
本願の開示に係るシャントのMEMSベースのバルブ501の製造プロセスの例を、図５に示す。３枚のウェハであるW1（シリコンウェハ、厚さ300μｍ）、W2（SOIウェハ、厚さ525/10μｍ）およびW3（シリコンウェハ、厚さ300μｍ）を、最初に1100℃でのウェット熱酸化により、1μｍの厚さまで酸化した。
【００６４】
そして、ウェハW1を、フォトレジスト(photo resist:PR)(シプレイ社製 720-1.2)でスピンコートし、標準的なUVリソグラフィによってパターン化した。その後、膜を動作可能としかつ制御スペースを形成するために、酸化物を反応性イオンエッチング(RIE)でエッチングし、180pmの深いキャビティを深掘りRIE（STS社製 ICP Multiplex ASE）でエッチングした（図５ａ）。ウェハW1の反対側から制御ポートをエッチングする前に、フォトレジストマスクをO2プラズマ（Tepla社製 モデル300）で除去し、1:2:10 AZ9260 PR、RER600エッジビードリムーバー、およびメチルエチルケトン(MEK)をスプレーコーティングしてエッチング停止層を形成した（図５ｂ）。
【００６５】
ウェハW1をSOIウェハW2に結合する前に（図５ｃ）、ウェハW1は、（O2プラズマにより）フォトレジストから、および（BHFにより）酸化物から剥離され、そしてウェハW2は、（BHFにより）デバイス層上の酸化物から剥離され、そして両方のウェハは、100ppmHFを添加したH2O2:H2SO4 1:4の中で、2分洗浄された。洗浄液へのHFの添加により、酸化とエッチングの競合化学プロセスが生じて、結合強度を増加させる原子スケールの表面の滑らかさをもたらす。
【００６６】
洗浄工程では、脱イオン水で10分バブリングし、その後に５分より長く（＞５分）すすぎ、そして乾燥して仕上げした。W1とW2との融着を、基板ボンダー（ズース マイクロテック社製 CB8）により、真空状態および室温で、3kNの接合力で1分間行い、その後にN2アニールを2時間1100℃で行った。
【００６７】
接合したウェハ積層体W1/W2に、パターン化およびエッチングを２工程行い、脳脊髄液(CSF)バルブの突起とシートを作成した（図５ｄ〜図５ｅ）。そして、ウェハW3にパターン化およびエッチングを行い、直径0.4mmの入口ポートと出口ポート（図４ｆ）が作成される。その後、バルブシートは、ウェハW3のデバイス層内でエッチングされる。フォトレジストを除去した後、ウェハ積層体W1/W2とウェハW3とをダイスカット(diced)して(ディスコ社製 DAD320)、チップレベルで最終組立された。
【００６８】
チップ状部品を、顕微鏡下で整列させ（図５ｈ）、チップ状積層体の外周に低粘度接着剤(ロックタイト420)を塗布して、W1/W2チップとW3チップとの間の隙間を毛細管現象により充填する（図５ｉ）。膜の直径は約5.6mmであってもよく、作成されたバルブは、脳神経外科のインプラントによく適したサイズである6x6x1.1mm3であってもよい。
【図１】
2018089417.tif 000006
【図２】
2018089417.tif 000007
【図３ａ】
2018089417.tif 000008
【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
2018089417.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月14日(2018.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブであって、脳脊髄液(CSF)を排液するための、患者の脳室腔に接続するための脳室カテーテルに接続される入口ポート、および出口ポートと、前記バルブを通過するCSFの排液を調節するための制御ポートと、を有するバルブと、
前記制御ポートに接続され、患者の体位に依存する静水圧を発生させるための液柱を規定する液体充填補償カテーテルを含む静水圧デバイスと、を含み、
前記液柱の第１の端部を規定する前記液体充填補償カテーテルの第１の端部が、前記制御ポートに接続され、
前記液柱の第２の端部を規定する前記液体充填補償カテーテルの第２の端部が、周囲圧力にさらされる静水圧伝達手段を含み、
前記バルブは、前記入口ポートおよび前記出口ポートに接続された前記バルブの入口スペースおよび出口スペースを、前記制御ポートに接続された前記バルブの制御スペースから分離する膜を含み、
前記膜は、前記入口スペースと前記制御スペースとの圧力差が、前記バルブの前記入口ポートから前記出口ポートへCSFを排液するための前記バルブの開放圧を調節するように配置されている、水頭症治療用のCSFシャント。
【請求項２】
前記制御ポートにおける圧力が増加すると、CSFの排液のための前記バルブの開放圧が増加するように構成されている、請求項１に記載のシャント。
【請求項３】
さらに、前記患者の脳室腔に接続するための、前記バルブの前記入口ポートに接続された脳室カテーテルを含む、請求項１または２に記載のシャント。
【請求項４】
さらに、前記患者の腹腔または右心房に接続するための、前記バルブの前記出口ポートに接続された遠位カテーテルを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシャント。
【請求項５】
前記静水圧伝達手段が、静水圧伝達膜を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシャント。
【請求項６】
前記静水圧伝達膜は、前記患者の頸部に近接するように適合される、請求項５に記載のシャント。
【請求項７】
前記静水圧伝達膜は、圧力伝達嚢に含まれている、請求項５または６に記載のシャント。
【請求項８】
前記液体充填補償カテーテルおよび前記脳室カテーテルは、並んで延在する二重カテーテルとして形成される、請求項３に記載のシャント。
【請求項９】
前記バルブは、前記入口ポートおよび前記制御ポートに等しい静水圧がかけられたときにそれらが相殺されるように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシャント。
【請求項１０】
前記バルブは、シリコンマイクロマシニングによって形成される、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシャント。
【請求項１１】
前記バルブは圧力バランスされており、
前記制御ポートは、前記制御ポートにかかる圧力が、入口から前記出口ポートへの流体フローにおける圧力−フロー関係に変化をもたらす入口圧力とバランスするように、静水圧生成カテーテルに接続される、受動MEMSベースの請求項１に記載のシャント。
【請求項１２】
前記制御ポートは、前記制御ポートにかかる圧力バイアスによって前記入口ポートと前記出口ポートとの間のフロー−圧力関係を変化させるために、前記バルブのフロー特性を制御するよう配置されており、
カテーテルシステムは、
前記患者の脳室腔に接続するための、前記バルブの前記入口ポートに接続された脳室カテーテルと、
前記患者の腹腔に接続するための、前記バルブの前記出口ポートに接続された遠位カテーテルと、
静水圧デバイスを含み、排液速度を前記患者の体位に適応させるために、静水圧の変化をバイアスとして前記制御ポートに付与するように前記バルブの前記制御ポートに接続された静水圧カテーテルと、を含む、埋め込み可能な受動MEMSベースの請求項１に記載のシャント。
【請求項１３】
前記膜によって支持されたバルブ突起と、協働して前記入口ポートの圧力と前記制御ポートの圧力との間のバランスに応じて前記出口ポートを開閉するように構成された対応するシートと、を含む、請求項１に記載のシャント。
【請求項１４】
前記バルブ突起の面積は、前記膜の面積よりも小さい、請求項１３に記載のシャント。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
チップ状部品を、顕微鏡下で整列させ（図５ｈ）、チップ状積層体の外周に低粘度接着剤(ロックタイト420)を塗布して、W1/W2チップとW3チップとの間の隙間を毛細管現象により充填する（図５ｉ）。膜の直径は約5.6mmであってもよく、作成されたバルブは、脳神経外科のインプラントによく適したサイズである6x6x1.1mm3であってもよい。
なお、本明細書の開示内容は、以下の態様を含み得る。
（態様１）
脳脊髄液(CSF)を排液するための入口ポートおよび出口ポートと、
制御ポートに付与された、患者の体位に依存する静水圧に応じて、前記バルブを通過するCSFの排液を調節するための制御ポートと、
を有するバルブを含む水頭症治療用のCSFシャント。
（態様２）
前記制御ポートにおける圧力が増加すると、CSFの排液のための前記バルブの開放圧が増加するように構成されている、態様１に記載のシャント。
（態様３）
前記バルブは、前記入口ポートおよび／または前記出口ポートに接続された前記バルブの入口スペースおよび／または出口スペースを、前記制御ポートに接続された前記バルブの制御スペースから分離する膜を含み、
前記膜は、前記入口スペースおよび／または出口スペースと前記制御スペースとの圧力差が、前記バルブの前記入口ポートから前記出口ポートへCSFを排液するための前記バルブの開放圧を調節するように配置されている、態様１または２に記載のシャント。
（態様４）
さらに、前記患者の脳室腔に接続するための、前記バルブの前記入口ポートに接続された脳室カテーテルを含む、態様１〜３のいずれか１項に記載のシャント。
（態様５）
さらに、前記患者の腹腔または右心房に接続するための、前記バルブの前記出口ポートに接続された遠位カテーテルを含む、態様１〜４のいずれか１項に記載のシャント。
（態様６）
さらに、前記制御ポートに接続された静水圧デバイスを含む、態様１〜５のいずれか１項に記載のシャント。
（態様７）
静水圧が、前記静水圧デバイスの液柱によって発生する、態様６に記載のシャント。
（態様８）
前記静水圧デバイスは、前記液柱を規定する液体充填補償カテーテルを含み、
前記液柱の第１の端部を規定する前記カテーテルの第１の端部が、前記制御ポートに接続されている、態様７に記載のシャント。
（態様９）
前記液柱の第２の端部を規定する前記補償カテーテルの第２の端部が、周囲圧力にさらされる静水圧伝達手段を含む、態様８に記載のシャント。
（態様１０）
前記静水圧伝達手段は、例えば圧力伝達嚢に含まれている膜を含む、態様９に記載のシャント。
（態様１１）
補償カテーテルおよび脳室カテーテルは、並んで延在する二重カテーテルとして形成される、態様４および態様８〜１０のいずれか１項に記載のシャント。
（態様１２）
前記バルブは、前記入口ポートおよび前記制御ポートに等しい静水圧がかけられたときにそれらが相殺されるように構成されている、態様１〜１１のいずれか１項に記載のシャント。
（態様１３）
前記バルブは、シリコンマイクロマシニングによって形成される、態様１〜１２のいずれか１項に記載のシャント。
（態様１４）
前記バルブは圧力バランスされており、
前記制御ポートは、前記制御ポートにかかる圧力が、入口から前記出口ポートへの流体フローにおける圧力−フロー関係に変化をもたらす入口圧力とバランスするように、静水圧生成カテーテルに接続される、態様１に記載の受動MEMSベースのシャント。
（態様１５）
前記制御ポートは、前記制御ポートにかかる圧力バイアスによって前記入口ポートと前記出口ポートとの間のフロー−圧力関係を変化させるために、前記バルブのフロー特性を制御するよう配置されており、
カテーテルシステムは、
前記患者の脳室腔に接続するための、前記バルブの前記入口ポートに接続された脳室カテーテルと、
前記患者の腹腔に接続するための、前記バルブの前記出口ポートに接続された遠位カテーテルと、
静水圧デバイスを含み、排液速度を前記患者の体位に適応させるために、静水圧の変化をバイアスとして前記制御ポートに付与するように前記バルブの前記制御ポートに接続された静水圧カテーテルと、を含む、態様１に記載の埋め込み可能な受動MEMSベースのシャント。
（態様１６）
患者の体位に依存する静水圧に基づいて、脳脊髄液(CSF)の排液を調節することを含む、水頭症の治療方法。
（態様１７）
態様１〜１５のいずれか１項に記載のCSF排液調節用のCSFシャントを提供することを含む、態様１６に記載の方法。
【外国語明細書】
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