(57)【要約】  皮膚の下に埋め込み型シャントチューブにおけるＣＳＦ流を定量的に測定するためのシステム。本システムには、３つの部位に集まったアレイ状の温度センサと、皮膚表面に置かれた冷却装置と、付随するデータ取り込み・分析装置と、が含まれる。２つのセンサ部位は、シャント上方の皮膚上に置かれ、ＣＳＦの動作に関連したリアルタイムの温度応答を測定する。冷却装置の隣に置かれた１つのアレイは、皮膚熱伝導率、比熱、拡散率、灌流、及び熱的慣性を含む皮膚の熱特性に関するデータを収集する。その方法には、皮膚の熱特性の評価と、シャントチューブにおけるＣＳＦ流の測定が含まれる。本方法は、シャント開通性評価、ＣＳＦ弁調整手順、及びＣＳＦ過大排出に関連したＣＳＦ流測定に有用である。他の選択肢として、相対的ＣＳＦ流を決定する場合、熱的な皮膚特性を決定する必要がなく、また、冷却装置を連続的に適用することによって、１つの部位のセンサだけを用いればよい。
2013529963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントにおけるＣＳＦ流量を決定するための装置において、
ＣＳＦシャントの位置の上方において患者の皮膚に接して置かれるパッドであって、該パッドには、
ＣＳＦシャントに対して横断方向に整合する第１の複数の温度センサであって、第１の複数の温度センサの内の１つは、ＣＳＦシャントと整合する、前記第１の複数の温度センサと、
第１の複数の温度センサの下流側において、ＣＳＦシャントに対して横断方向に整合する第２の複数の温度センサであって、第２の複数の温度センサの内の１つは、ＣＳＦシャントと整合する、前記第２の複数の温度センサと、
パッドが皮膚に接して置かれる時はいつでも、ＣＳＦシャントの上方に位置決めされる温度源に付随する第３の複数の温度センサと、
が含まれる、前記パッドと、
パッドに電気的に結合され、複数の温度センサの各々から温度データを受信するとともに、温度源がパッドに貼付されるときに、ＣＳＦシャントを通過するＣＳＦの流量を決定するためのセンサ処理装置であって、温度データを用いて、第１の複数の温度センサ、第２の複数の温度センサ及び第３の複数の温度センサによって収集された温度データからＣＳＦ埋め込みの皮膚埋め込み深さ、皮膚熱伝導率及び皮膚熱拡散率の影響を除去する、前記センサ処理装置と、
が含まれる装置。
【請求項２】
センサ処理装置は、第１の複数の温度センサの下流側に配置された第２の複数の温度センサによって検出された最大温度低下と、該最大温度低下が起こるのに要した時間との比を計算することによって、ＣＳＦ埋め込みの皮膚埋め込み深さの影響を除去する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１の複数の温度センサ及び第２の複数の温度センサの各々には、埋め込み型ＣＳＦの両側に配置された温度センサが含まれ、センサ処理装置は、第２の複数の温度センサの内の第１温度センサの検出温度値から第２の複数の温度センサの内の第２温度センサ及び第３温度センサの検出温度値の平均値を減算する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
センサ処理装置は、所定時間にわたる温度源の温度が、所定時間後の定常状態位置における温度センサからの温度値によって除算された値を検出する、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
センサ処理装置は、温度源によって吸収された熱対皮膚熱伝導率の比を、時間領域勾配を形成する直交軸における２階偏導関数に加算することによって、皮膚熱拡散率を決定する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
温度源は、第１の複数の温度センサの上流側においてパッド上に位置決めされる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
温度源が、ペルチェ素子である、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
ペルチェ素子が、角氷である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ペルチェ素子が、加熱装置である、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
パッドには、皮膚に固定するための接着材が含まれる、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
パッドは、皮膚に固定するために真空を用いる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
温度センサの各々は、サーミスタである、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントにおけるＣＳＦ流量を決定するための方法において、
ＣＳＦシャントの位置の上方において皮膚に接して第１の複数の温度センサを貼付するステップであって、第１の複数の温度センサの内の１つだけがＣＳＦシャントと整合する、前記ステップと、
第１の複数の温度センサの下流側において、ＣＳＦシャントの位置の上方における皮膚に接して第２の複数の温度センサを貼付するステップであって、第２の複数の温度センサの内の１つだけがＣＳＦシャントと整合する、前記ステップと、
第３の複数の温度センサを温度源に関連付けるステップであって、温度源は、ＣＳＦシャントと整合する皮膚に接して貼付される、前記ステップと、
所定時間が経過した後に、第１の複数の温度センサ、第２の複数の温度センサ及び第３の複数の温度センサから温度データを収集するステップと、
ＣＳＦ埋め込みの皮膚埋め込み深さ、皮膚熱伝導率及び皮膚熱拡散率の影響を除去するステップと、
得られた温度信号からＣＳＦシャントを通過するＣＳＦの流量を決定するステップと、が含まれる方法。
【請求項１４】
影響を除去するステップには、第３の複数の温度センサを用いて、収集された温度データからＣＳＦ埋め込みの皮膚埋め込み深さ、皮膚熱伝導率及び皮膚熱拡散率の影響を除去するステップが含まれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ＣＳＦ埋め込みの皮膚埋め込み深さの影響を除去するステップには、第１の複数の温度センサの下流側に配置された第２の複数の温度センサによって検出された最大温度低下と、該最大温度低下が起こるのに要した時間との比を計算するステップが含まれる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
最大温度低下には、
第２の複数の温度センサを構成するステップであって、第１温度センサが埋め込み型ＣＳＦの上方に配置されるとともに、第２温度センサ及び第３温度センサが、それぞれ埋め込み型ＣＳＦの両側に配置されるように、第２の複数の温度センサを構成するステップと、
第１温度センサの検出温度値から、第２温度センサ及び第３温度センサの検出温度値の平均値を減算するステップと、
が含まれる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
皮膚熱伝導率の影響を除去するステップには、所定時間にわたる温度源の温度が、所定時間後の定常状態位置における温度センサからの温度値によって除算された値を検出するステップが含まれる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
皮膚熱拡散率は、温度源によって吸収された熱対皮膚熱伝導率の比を、時間領域勾配を形成する直交軸における２階偏導関数に加算することによって得られる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第３の複数の温度センサを関連付けるステップには、温度源を第１の複数の温度センサの上流側に貼付することが含まれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
第３の複数の温度センサを関連付けるステップには、温度源を第２の複数の温度センサの下流側に貼付することが含まれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
第３の複数の温度センサを温度源に関連付けるステップには、第３の複数の温度センサをペルチェ素子に関連付けるステップが含まれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
ペルチェ素子は、角氷である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ペルチェ素子は、加熱装置である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
複数のセンサの各々は、接着材により皮膚に固定される、請求項１３に記載の方法。
【請求項２５】
複数のセンサの各々は、真空によって皮膚に固定される、請求項１３に記載の方法。
【請求項２６】
温度センサの各々は、サーミスタである、請求項１３に記載の方法。
【請求項２７】
調整可能シャント弁付きの埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントを有する患者の頭蓋内圧力（ＩＣＰ）を決定するための装置において、
複数の温度センサ及び温度源が含まれるパッドであって、該パッドは、埋め込み型ＣＳＦの一部の上方において患者の皮膚に固定するのに適合可能であり、複数の温度センサは、ＣＳＦシャントのＣＳＦに導入される温度パルスの動作を検出する、前記パッドと、
パッドに電気的に結合され、複数の温度センサの各々から温度データを受信するとともに、ＣＳＦ流有り状態又はＣＳＦ流無し状態をオペレータに表示するためのセンサ処理装置と、
調整可能シャント弁を調整するためのリモートコントローラと、
が含まれ、
装置のオペレータは、センサ処理装置を監視して、何らかのＣＳＦ流があるか否かを判断し、オペレータは、リモートコントローラを用いて、調整可能シャント弁の開口弁圧力を現在の弁圧力から既知の開口圧力に変化させ、以前は流れていなかったＣＳＦ流の起動又は現在のＣＳＦ流の停止のいずれかを行い、また、これらのシナリオのいずれかから、既知の開口圧力に基づきＩＣＰを決定する装置。
【請求項２８】
調整可能シャント弁を、リモート且つワイヤレスで調整するコントローラがさらに含まれる、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
調整可能シャント弁付きの埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントを有する患者の頭蓋内圧力（ＩＣＰ）を決定するための方法において、
ＣＳＦシャント内を通過するＣＳＦによって変化する温度変化の経過を検出し得る複数の温度センサアレイと、温度源とを、ＣＳＦシャントの位置の上方において患者の皮膚に接して位置決めするステップと、
複数の温度センサアレイによって収集された温度データを分析して、ＣＳＦシャントに何らかのＣＳＦ流が有るか又はＣＳＦ流が無いかを決定するステップであって、流れ有り状態又は流れ無し状態は、ユーザが確認することができる、前記ステップと、
調整可能シャント弁を調整して、現在の弁圧力から既知の開口弁圧力に開口弁圧力を変化させて、
以前は流れていなかったＣＳＦ流の起動、又は
現在のＣＳＦ流の停止、
のいずれかを行うステップと、
既知の開口弁圧力に基づきＩＣＰを決定するステップと、
が含まれる方法。
【請求項３０】
調整可能シャント弁を調整するステップには、コントローラを用いて、調整可能シャント弁をリモート且つワイヤレスで調整するステップが含まれる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
調整可能シャント弁付きの埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントにおけるＣＳＦ流を制御するための装置において、
複数の温度センサ及び温度源が含まれるパッドであって、該パッドは、埋め込み型ＣＳＦの一部の上方において患者の皮膚に固定するのに適合可能であり、複数の温度センサは、ＣＳＦシャントのＣＳＦに導入される温度パルスの動作を検出する、前記パッドと、
パッドに電気的に結合され、複数の温度センサの各々から温度データを受信するとともに、ＣＳＦ流有り状態又はＣＳＦ流無し状態をオペレータに表示するためのセンサ処理装置と、
調整可能シャント弁を調整するためのリモートコントローラと、
が含まれ、
装置のオペレータは、センサ処理装置を監視して、ＣＳＦシャントにおけるＣＳＦの流量を決定し、また、リモートコントローラを用いて、調整可能シャント弁の開口弁圧力を変化させて所望のＣＳＦ流量を達成する装置。
【請求項３２】
調整可能シャント弁を、リモート且つワイヤレスで調整するコントローラがさらに含まれる、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
調整可能シャント弁付きの埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントにおけるＣＳＦ流を制御するための方法において、
ＣＳＦシャント内を通過するＣＳＦによって変化する温度変化の経過を検出し得る複数の温度センサアレイと、温度源とを、ＣＳＦシャントの位置の上方において患者の皮膚に接して位置決めするステップと、
複数の温度センサアレイによって収集された温度データを分析して、ＣＳＦ流量に関してユーザに通知するステップと、
調整可能シャント弁をユーザによって調整して、調整可能シャント弁の開口弁圧力を変化させて、ＣＳＦ流量を所望のＣＳＦ流量に変化させるステップと、
が含まれる方法。
【請求項３４】
調整可能シャント弁を調整するステップには、コントローラを用いて、調整可能シャント弁をリモート且つワイヤレスで調整するステップが含まれる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントにおけるＣＳＦ流量を決定するための装置において、
ＣＳＦシャントの位置の上方において患者の皮膚に接して置かれるパッドであって、該パッドには、
ＣＳＦシャントに対して横断方向に整合する第１の複数の温度センサであって、第１の複数の温度センサの内の１つは、ＣＳＦシャントと整合する、前記第１の複数の温度センサと、
パッドが皮膚に接して置かれる時はいつでも、ＣＳＦシャントの上方に位置決めされる温度源に付随する少なくとも１つの温度センサであって、温度源は、連続的に皮膚に接して貼付される、前記少なくとも１つの温度センサと、
が含まれる、前記パッドと、
パッドに電気的に結合され、温度源の連続貼付中に、温度センサの各々から温度データ
を受信するとともに、温度データからＣＳＦシャントを通過するＣＳＦ流量を決定するためのセンサ処理装置と、
が含まれる装置。
【請求項３６】
センサ処理装置は、温度源の起動を制御する、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
温度源は、ペルチェ素子である、請求項３５に記載の装置。
【請求項３８】
ペルチェ素子は、皮膚温度と異なる温度を維持する、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記温度は、皮膚温度と約７℃乃至１４℃だけ異なる、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
温度源の連続的貼付は、少なくとも５分間である、請求項３７に記載の装置。
【請求項４１】
第１の複数の温度センサの下流側において、ＣＳＦシャントに対して横断方向に整合する第２の複数の温度センサをさらに含み、また、第２の複数の温度センサの内の１つは、ＣＳＦシャントと整合する、請求項３５に記載の装置。
【請求項４２】
温度源に付随する少なくとも１つの温度センサには、温度源上に位置決めされるか又は温度源と皮膚表面との間に位置決めされる温度センサが含まれる、請求項３５に記載の装置。
【請求項４３】
温度源に付随する少なくとも１つの温度センサには、温度源に隣接して配置された少なくとも１つの他の温度センサがさらに含まれる、請求項４１に記載の装置。
【請求項４４】
埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントにおけるＣＳＦ流量を決定するための方法において、
ＣＳＦシャントの位置の上方において皮膚に接して第１の複数の温度センサを貼付するステップであって、第１の複数の温度センサの内の１つだけがＣＳＦシャントと整合する、前記ステップと、
少なくとも１つの温度センサを温度源に関連付けるステップと、
ＣＳＦシャントと整合するとともに、皮膚に接して連続的に温度源を起動するステップであって、温度源の起動には、皮膚温度と異なる温度を皮膚に連続的に加えるステップが含まれる、前記ステップと、
温度源の連続起動中に、温度センサから温度データを収集するステップと、
温度データからＣＳＦシャントを通過するＣＳＦの流量を決定するステップと、
が含まれる方法。
【請求項４５】
温度源は、ペルチェ素子である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
ペルチェ素子は、皮膚温度と異なる温度を維持する、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記温度は、皮膚温度と約７℃乃至１４℃だけ異なる、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
温度源の連続起動は、少なくとも５分間である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
第１の複数の温度センサを貼付するステップには、第１の複数の温度センサの下流側において、ＣＳＦシャントの位置の上方の皮膚に接して第２の複数の温度センサを貼付するステップであって、第２の複数の温度センサの内の１つだけがＣＳＦシャントと整合する、前記ステップが含まれる、請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
少なくとも１つの温度センサを温度源に関連付けるステップには、温度センサを温度源上に位置決めするか、又は、温度源と皮膚表面との間に温度センサを位置決めするステップが含まれる、請求項４４に記載の方法。
【請求項５１】
温度センサを温度源上に位置決めするか、又は、温度センサを温度センサと皮膚表面との間に位置決めするステップには、少なくとも１つの他の温度センサを温度源に隣接して配置するステップがさらに含まれる、請求項５０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントに関し、特に、皮膚の下に埋め込まれたシャントチューブにおける流れの有無及び／又は流量の検査を行うための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国では、毎年、約６９，０００人の人々が、水頭症と診断される［１］（非特許文献１参照）。米国には、約３００，０００人のシャント施術水頭症患者がいる［３］［４］（非特許文献２，３参照）。シャントの年間シャント不具合率は、約４０％であり［１５，１６］（非特許文献４，５参照）、不具合に至るまでの平均期間は、通常、わずか５乃至１０年である［１７］（非特許文献６参照）。脳室カテーテルの閉塞が、圧倒的な最大の原因である［４，１５，１８−２０］（非特許文献３，４，７〜９参照）。カテーテル交換には外科手術を必要とすることから、シャント変更の必要性は、相応に確認しなければならない。水頭症は、ＣＳＦ異常調節となる症状であり、脳室に液体が蓄積する結果生じる。これにより、神経縮退に至り、治療しない場合、死に至ることがある。最も一般的には、これは、恒久的な補綴シャントによってＣＳＦを腹膜腔に迂回させることによって治療する。
【０００３】
シャント不具合の通常の臨床的症状発現（頭痛、嘔吐）は、非特異的であり、特に、３つの誤警報がどの真性機能不全にも見られる小児科の患者では、シャント閉塞をあまり深刻でない病気から区別するのが困難である［４］。物理的な検査、例えば、シャント貯槽のポンピングは、信頼できない［２１］（非特許文献１０参照）。ＣＴ（コンピュータ断層撮影）は、至適基準である［４，９］（非特許文献３，１１参照）が、高度な造影法が提供するのは静的な結果であり、高価であり、また、全ての頭痛を詳細に調べるために用いることはできず、また、患者（子供が多い）は、放射線被曝を繰り返し受けることになる。シャント流れの現在の動的計量法は、「流れ有り」又は「流れ無し」の二変量の分析結果を生成するだけである（図７）。開発中の新技術は、複雑であり（気泡の超音波追跡）、精度が欠如しており（ＦＬＩＲ）、あるいは埋め込みを必要とし（埋め込み型熱流技術）、臨床応用に至っていない。
【０００４】
従って、造影又は二変量流れ計量法では不可能な２つの臨床的に重要な用途を有するＣＳＦ絶対流量を求め得る装置に対するニーズが存在する。即ち、（１）差し迫った破局的シャント不具合の予測、即ち、日常的な診察におけるシャント流の監視により、欠陥シャントにおける流量の漸減傾向の早期認識及び破局的不具合の先取りが可能になり、また、（２）シャント弁設定値を監視及び調整して、ＣＳＦ排液に対する個々のニーズに対応する。ＣＳＦを排出する際の障害の程度は、水頭症患者毎に変わる。調整可能シャント弁は、シャントによる過少排液及び過大排液を回避する。各患者のこれらの弁の設定値は、幾週にも渡って実験的に決定しなければならないが、本出願の発明は、神経外科医に手引を提供し、また、ＣＳＦホメオスタシスをより迅速に安定化する。これらの臨床的な応用に加えて、ここで開発したシャント流検出装置は、水頭症患者におけるＣＳＦ流挙動に対する重要な研究ツールを提供する。
【０００５】
本明細書に引用した全ての参考文献は、それら全体を本明細書に引用・参照する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｂｏｎｄｕｒａｎｔ，Ｃ．及びＤ．Ｊｉｍｉｎｅｚ、「脳脊髄液シャンティングの疫学（Ｅｐｉｄｅｍｉｏｌｏｇｙ  ｏｆ  ｃｅｒｅｂｒｏｓｐｉｎａｌ  ｆｌｕｉｄ  ｓｈｕｎｔｉｎｇ）．」  Ｐｅｄｉａｔｒ＿Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ，１９９５．２３：ｐ．２５４−２５８．
【非特許文献２】Ｐａｔｗａｒｄｈａｎ，Ｎ．，「米国における埋め込み脳室シャント：年間十億ドルのコストの水頭症治療（Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ  ｓｈｕｎｔｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ：  ｔｈｅ  ｂｉｌｌｉｏｎ  ｄｏｌｌａｒ  ａ  ｙｅａｒ  ｃｏｓｔ  ｏｆ  ｈｙｄｒｏｃｅｐｈａｌｕｓ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）．」  Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇｅｒｙ，２００５．５６：ｐ．１３９−１４５．
【非特許文献３】Ｚｏｒｃ，Ｊ．，他，「擬似脳脊髄液シャント閉塞のための放射線写真評価（Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ  ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｓｕｓｐｅｃｔｅｄ  ｃｅｒｅｂｒｏｓｐｉｎａｌ  ｆｌｕｉｄ  ｓｈｕｎｔ  ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）．」  Ｐｅｄｉａｔｒ＿Ｅｍｅｒｇ＿Ｃａｒｅ，２００２．１８：ｐ．３３７−３４０．
【非特許文献４】Ｄｒａｋｅ，Ｊ．，他，「小児水頭症における脳脊髄液シャント弁設計のランダムな試行（Ｒａｎｄｏｍｉｚｅｄ  ｔｒｉａｌ  ｏｆ  ｃｅｒｅｂｒｏｓｐｉｎａｌ  ｆｌｕｉｄ  ｓｈｕｎｔ  ｖａｌｖｅ  ｄｅｓｉｇｎ  ｉｎ  ｐｅｄｉａｔｒｉｃ  ｈｙｄｒｏｃｅｐｈａｌｕｓ）．」  Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ，１９９８．４３：ｐ．２９４−３０５．
【非特許文献５】Ｋｅｓｔｌｅ，Ｊ．，他，「内視鏡による脳室腹膜シャント挿入の恩典の欠如：多中心ランダム試行（Ｌａｃｋ  ｏｆ  ｂｅｎｅｆｉｔ  ｏｆ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ  ｖｅｎｔｒｉｃｕｌｏｐｅｒｉｔｏｎｅａｌ  ｓｈｕｎｔ  ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ：  ａ  ｍｕｌｔｉｃｅｎｔｅｒ  ｒａｎｄｏｍｉｚｅｄ  ｔｒｉａｌ）．」  Ｊ＿Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ，２００３．９８：ｐ．２８４−２９０．
【非特許文献６】ＭｃＧｉｒｔ，Ｍ．，他，「シャント存続及び不具合の病因（Ｓｈｕｎｔ  ｓｕｒｖｉｖａｌ  ａｎｄ  ｅｔｉｏｌｏｇｙ  ｏｆ  ｆａｉｌｕｒｅｓ）．」  Ｐｅｄｉａｔｒ＿Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ，２００２．３６：ｐ．２４８−２５５．
【非特許文献７】Ｃｏｌｌｉｎｓ，Ｐ．，Ａ．Ｈｏｃｋｌｅｙ，及びＤ．Ｗｏｏｌｌａｍ，「脳室カテーテルを閉塞する組織の表面超微細構造（Ｓｕｒｆａｃｅ  ｕｌｔｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ｔｉｓｓｕｅｓ  ｏｃｃｌｕｄｉｎｇ  ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ  ｃａｔｈｅｔｅｒｓ）．」  Ｊ＿Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ，１９７８．４８：ｐ．６０９−６１３．
【非特許文献８】Ｓａｉｎｔｅ−Ｒｏｓｅ，Ｃ，「シャント閉塞：予防可能な合併症？（Ｓｈｕｎｔ  ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ：  Ａ  ｐｒｅｖｅｎｔａｂｌｅ  ｃｏｍｐｌｉｃａｔｉｏｎ？）」  Ｐｅｄｉａｔｒ＿Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ，１９９３．１９：ｐ．１５６−１６４．
【非特許文献９】Ｖｅｎｔｕｒｅｙｒａ，Ｅ．及びＭ．Ｈｉｇｇｉｎｓ，「脳脊髄液シャントにおける基端閉塞の予防及び治療のための新脳室カテーテル（Ａ  ｎｅｗ  ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ  ｃａｔｈｅｔｅｒ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｆ  ｐｒｏｘｉｍａｌ  ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｃｅｒｅｂｒｏｓｐｉｎａｌ  ｆｌｕｉｄ  ｓｈｕｎｔｓ）．」  Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ，１９９４．３４：ｐ．９２４−９２６．
【非特許文献１０】Ｐｉａｔｔ，Ｊ．，「脳脊髄液シャントを備えた患者の理学的診察：シャントのポンピングにおいて有用な情報があるか？（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐａｔｉｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  ｃｅｒｅｂｒｏｓｐｉｎａｌ  ｆｌｕｉｄ  ｓｈｕｎｔ：  ｉｓ  ｔｈｅｒｅ  ｕｓｅｆｕｌ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｐｕｍｐｉｎｇ  ｔｈｅ  ｓｈｕｎｔ？）」  Ｐｅｄｉａｔｒｉｃｓ，１９９２．８９：ｐ．４７０−４７３．
【非特許文献１１】Ｉｓｋａｎｄａｒ，Ｂ．，他，「脳室シャント機能不全の診断における落とし穴：放射線医学報告及び脳室サイズ（Ｐｉｔｆａｌｌｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｄｉａｇｎｏｓｉｓ  ｏｆ  ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ  ｓｈｕｎｔ  ｄｙｓｆｕｎｃｔｉｏｎ：  ｒａｄｉｏｌｏｇｙ  ｒｅｐｏｒｔｓ  ａｎｄ  ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ  ｓｉｚｅ）．」  Ｐｅｄｉａｔｒｉｃｓ，１９９８．１０１：ｐ．１０３１−１０３６．
【発明の概要】
【０００７】
埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントにおけるＣＳＦ流量を決定するための装置が開示される。本装置には、ＣＳＦシャントの位置の上方において患者の皮膚に接して置かれるパッドが含まれる。このパッドには、ＣＳＦシャントに対して横断方向に整合する第１の複数の温度センサ（例えば、サーミスタ）であって、第１の複数の温度センサの内の１つは、ＣＳＦシャントと整合する、第１の複数の温度センサと、第１の複数の温度センサの下流側において、ＣＳＦシャントに対して横断方向に整合する第２の複数の温度センサであって、第２の複数の温度センサの内の１つは、ＣＳＦシャントと整合する、第２の複数の温度センサと、パッドが皮膚に対向して置かれる時はいつでも、ＣＳＦシャントの上方に位置決めされる温度源（例えば、ペルチェ素子、角氷等）に付随する第３の複数の温度センサと、が含まれる。本装置には、更に、パッドに電気的に結合され、複数の温度センサの各々から温度データを受信するとともに、温度源がパッドに貼付される場合に、ＣＳＦシャントを通過するＣＳＦの流量を決定するためのセンサ処理装置であって、第１の複数の温度センサ、第２の複数の温度センサ及び第３の複数の温度センサによって収集した温度データからＣＳＦ埋め込みの皮膚埋め込み深さ、皮膚熱伝導率及び皮膚熱拡散率の影響を、温度データを用いて除去するセンサ処理装置が含まれる。
【０００８】
埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントにおけるＣＳＦ流量を決定するための方法が開示される。本方法には、ＣＳＦシャントの位置の上方において皮膚に接して第１の複数の温度センサを貼付するステップであって、第１の複数の温度センサ（例えば、サーミスタ）の内の１つだけがＣＳＦシャントと整合するステップと、第１の複数の温度センサの下流側において、ＣＳＦシャントの位置の上方において皮膚に接して第２の複数の温度センサを貼付するステップであって、第２の複数の温度センサの内の１つだけがＣＳＦシャントと整合するステップと、第３の複数の温度センサを温度源（例えば、ペルチェ素子、角氷等）に関連付けるステップであって、温度源は、ＣＳＦシャントと整合する皮膚に接して貼付されるステップと、所定時間が経過した後に、第１の複数の温度センサ、第２の複数の温度センサ及び第３の複数の温度センサから温度データを収集するステップと、ＣＳＦ埋め込みの皮膚埋め込み深さ、皮膚熱伝導率及び皮膚熱拡散率の影響を除去するステップと、温度データからＣＳＦシャントを通過するＣＳＦの流量を決定するステップと、が含まれる。
【０００９】
調整可能シャント弁（例えば、コッドマン・ハキム（Ｃｏｄｍａｎ＿Ｈａｋｉｍ）プログラマブル弁）付きの埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントを有する患者の頭蓋内圧力（ＩＣＰ）を決定するための装置が開示される。本装置には、複数の温度センサ（例えば、サーミスタ）及び温度源が含まれるパッドであって、このパッドは、埋め込み型ＣＳＦの一部の上方において患者の皮膚に固定するのに適合可能であり、複数の温度センサは、ＣＳＦシャントのＣＳＦに導入される温度パルスの動作を検出する、パッドと、パッドに電気的に結合され、複数の温度センサの各々から温度データを受信するとともに、ＣＳＦ流有り状態又はＣＳＦ流無し状態をオペレータに表示するためのセンサ処理装置と、調整可能シャント弁を調整するためのリモートコントローラと、が含まれ、本装置のオペレータは、センサ処理装置を監視して、何らかのＣＳＦ流があるか否かを判断し、また、オペレータは、リモートコントローラを用いて、調整可能シャント弁の開口弁圧力を現在の弁圧力から既知の開口圧力に変化させ、以前は流れていなかったＣＳＦ流を起動させるか又は現在のＣＳＦ流を停止させ、また、これらのシナリオのいずれかから既知の開口圧力に基づきＩＣＰを決定する。
【００１０】
調整可能シャント弁（例えば、コッドマン・ハキム（Ｃｏｄｍａｎ＿Ｈａｋｉｍ）プログラマブル弁）付きの埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントを有する患者の頭蓋内圧力（ＩＣＰ）を決定するための方法が開示される。本方法には、このＣＳＦシャント内を通過するＣＳＦによって変化する温度変化の経過を検出し得る複数の温度センサアレイ（例えば、サーミスタ）と、温度源（例えば、ペルチェ素子、角氷等）とを、ＣＳＦシャントの位置の上方において患者の皮膚に接して位置決めするステップと、複数の温度センサアレイによって収集した温度データを分析して、ＣＳＦシャントに何らかのＣＳＦ流が有るか又はＣＳＦ流が無いかを決定するステップであって、流れ有り・流れ無し状態は、ユーザが確認することができるステップと、調整可能シャント弁を調整して、現在の弁圧力から既知の開口弁圧力に開口弁圧力を変化させて、以前は流れていなかったＣＳＦ流の起動又は現在のＣＳＦ流の停止のいずれかを行うステップと、既知の開口弁圧力に基づきＩＣＰを決定するステップと、が含まれる。
【００１１】
調整可能シャント弁付きの埋め込み型ＣＳＦシャントにおける脳脊髄液（ＣＳＦ）流を制御するための装置（例えば、コッドマン・ハキム（Ｃｏｄｍａｎ＿Ｈａｋｉｍ）プログラマブル弁）が開示される。本装置には、複数の温度センサ（例えば、サーミスタ）及び温度源が含まれるパッドであって、パッドは、埋め込み型ＣＳＦの一部の上方において患者の皮膚に固定するように適合可能であり、複数の温度センサは、ＣＳＦシャントのＣＳＦに導入される温度パルスの動作を検出する、パッドと、パッドに電気的に結合され、複数の温度センサの各々から温度データを受信するとともに、ＣＳＦ流有り状態又はＣＳＦ流無し状態をオペレータに表示するためのセンサ処理装置と、調整可能シャント弁を調整するためのリモートコントローラと、が含まれ、本装置のオペレータは、センサ処理装置を監視して、ＣＳＦシャントにおけるＣＳＦの流量を決定し、また、リモートコントローラを用いて、調整可能シャント弁の開口弁圧力を変化させて所望のＣＳＦ流を達成する。
【００１２】
調整可能シャント弁（例えば、コッドマン・ハキム（Ｃｏｄｍａｎ＿Ｈａｋｉｍ）プログラマブル弁）付きの埋め込み型ＣＳＦシャントにおける脳脊髄液（ＣＳＦ）流を制御するための方法が開示される。本方法には、ＣＳＦシャント内を通過するＣＳＦによって変化する温度変化の経過を検出し得る複数の温度センサアレイ（例えば、サーミスタ）と、温度源とを、ＣＳＦシャントの位置の上方において患者の皮膚に接して位置決めするステップと、複数の温度センサアレイによって収集された温度データを分析して、ＣＳＦ流量に関してユーザに通知するステップと、調整可能シャント弁をユーザによって調整して、調整可能シャント弁の開口弁圧力を変化させて、ＣＳＦ流量を所望のＣＳＦ流量に変化させるステップと、が含まれる。
【００１３】
埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントにおけるＣＳＦ流量を決定するための装置が開示される。本装置には、ＣＳＦシャントの位置の上方において患者の皮膚に接して置かれるパッドが含まれる。本パッドには、ＣＳＦシャントに対して横断方向に整合する第１の複数の温度センサ（例えば、サーミスタ）であって、第１の複数の温度センサの内の１つは、ＣＳＦシャントと整合する第１の複数の温度センサと、パッドが皮膚に接して置かれる時はいつでも、ＣＳＦシャントの上方に位置決めされる温度源（例えば、ペルチェ素子）に付随する少なくとも１つの温度センサであって、温度源は、連続的に（例えば、５分以上）皮膚に接して貼付される少なくとも１つの温度センサと、パッドに電気的に結合され、温度源の連続貼付中に、前記温度センサの各々から温度データを受信するとともに、温度データからＣＳＦシャントを通過するＣＳＦの流量を決定するためのセンサ処理装置と、が含まれる。
【００１４】
埋め込み型脳脊髄液（ＣＳＦ）シャントにおけるＣＳＦ流量を決定するための方法が開示される。本方法には、ＣＳＦシャントの位置の上方において皮膚に接して第１の複数の温度センサを貼付するステップであって、第１の複数の温度センサの内の１つだけがＣＳ
Ｆシャントと整合する前記ステップと、少なくとも１つの温度センサを温度源（例えば、ペルチェ素子）に関連付けるステップと、ＣＳＦシャントと整合するとともに、皮膚に接して連続的に温度源を起動するステップであって、温度源の起動には、皮膚温度と異なる温度を皮膚に連続的に（例えば、５分以上）加えるステップが含まれる前記ステップと、温度源の連続起動中に、温度センサから温度データを収集するステップと、温度データからＣＳＦシャントを通過するＣＳＦの流量を決定するステップと、が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のＣＳＦシャント流測定用の２センサアレイ構成であって、ＣＳＦシャントが皮膚の下に埋め込まれた構成の説明図。
【図２】皮膚表面上の等温線及び温度センサ分布の上面図。
【図３】埋め込み型ＣＳＦシャントの上方に位置決めされた冷却・加熱装置を備えるセンサを示す本発明の説明図。
【図３Ａ】図３と同様な構成の上面図であるが、わずかに異なる方位において冷却・加熱装置に付随する温度センサを示す上面図。
【図４】脳室腹膜シャント配置の説明図。
【図５】皮膚から角氷を除去した後の等温線の説明図であって、左図は、動物（すなわち、ブタ）の皮膚における等方性伝熱を示し、右図は、人間の皮膚における等方性伝熱を示す説明図。２つの皮膚の下にはシャントがないこと、及び、等温線は、図２に示すような「三角」形を示さないことに留意されたい。
【図６】ブタ・モデルにおける皮下シャントのシャント・チェック温度低下対流量を示す図。
【図７】シャント・チェック手順（氷応用例）及び対応する二変量出力（この場合、流れ確認）を有するその結果生じる温度グラフの説明図。
【図８】各皮膚厚について４つの流量を用いて、Ｔ’対埋め込みの深さ（シャントを覆う皮膚厚）を示すグラフ。
【図９】本発明の冷却装置及び単一アレイのセンサの可能な実施形態の説明図であって、Ａが、プラスチックで被覆された角氷である冷却装置の横断面であり、Ｂが検出パッチの底面図である説明図。
【図１０】時間と共に変化する真の流量を示す下のグラフと、ペルチェ可変流における、温度対時間を示す上のグラフと、を含む図。
【図１１】埋め込まれたシャント及び調整可能シャント弁を示す患者の頭蓋及び鎖骨の部分断面図であって、シャント・チェック装置が鎖骨の皮膚表面に配置される図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の図面と共に、本発明について述べるが、図中、同様な参照符号は同様な要素を示す。
本発明２０は、最大限の効果が得られるように皮膚表面に置かれた温度センサのシステム及び冷却システムを提供することによって、従来技術の欠陥を克服する。特に、本発明２０は、変化する皮膚の熱特性を補償することが可能であり、また、皮膚厚み（例えば、シャントチューブ埋め込みの深さ）を補償することが可能なＣＳＦリアルタイム熱流測定方法及びシステムを提供する。本発明２０は、更に、３つの組（アレイ）のセンサ及び冷却装置に基づくＣＳＦリアルタイム熱流測定システムの方法を提供する。また、本発明２０は、更に、ＣＳＦ流測定システムによって提供される情報に基づくシャント弁調整の方法を提供する。更に、本発明２０は、ＣＳＦ流測定システムによって提供される情報及び調整可能シャント弁の設定値に基づくＩＣＰ評価の方法を提供する。
【００１７】
本発明２０（図１及び３参照）は、水頭症患者内のシャントを通過するＣＳＦ流量を決定するための最も迅速で且つ非侵襲性の方法である。本発明２０は、シャント・チェック技術に関する改善である。用語「シャント・チェック（ＳｈｕｎｔＣｈｅｃｋ）」は、譲
受人、即ち、ＮｅｕｒｏＤｘ＿Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＿ＬＬＣによって用いられる用語であって、患者の皮膚３０１に貼付され、また、埋め込まれたＣＳＦシャント３１０の上方に配置されたセンサパッチ３２０と、センサパッチ上のセンサからのデータを収集し、そして、このデータを直接分析してＣＳＦ流の結果を提供するか又はそのようなデータをＣＳＦ流分析のために他の装置に送信する付随のＣＳＦ分析器４００と、を用いて、ＣＳＦシャント流を検出するその装置の構成を識別するために用いられる用語である。
【００１８】
既存のシャント・チェックＦＤＡ５１０ｋ認定装置（参照：米国出願第１２／９３６，１６２号、２０１０年１０月１日出願、表題「複数の制御センサを用いた熱流及び流量測定パッドを有する脳脊髄液評価システム（Cerebrospinal Fluid Evaluation System Having Thermal Flow and Flow Rate Measurement Pad Using a Plurality of Control Sensors）」、本明細書においてその全体を引用・参照する）が、皮下シャントを通過する液体の絶対流量を決定できる新規システムを開発するための開始プラットホームである。このプラットホームは、単回使用の使い捨ての温度センサと、温度・時間データを分析して、二変量「流れ有り」又は「流れ無し」の結果（図７）を提供するＰＤＡベースの手持ち式装置４００（図３）と、から成る。シャント上流側の上方において皮膚に貼付された氷によって、下流側の皮膚の表面温度変化が生じ、これによって内部のＣＳＦ流が示される。温度センサは、シャントが鎖骨を横切る皮膚上に置かれる温度センサ付き接着性パッチである（一例として、サーミスタ。サーミスタには、静止している水の中での熱的な応答時間が２．０秒であるＭＡ１００カテーテル・アッセンブリを含んでよい。他の代表的なサーミスタは、ＧＥ＿ＮＴＣサーミスタである）。氷が、シャントカテーテル上方の皮膚上に、且つ、サーミスタの「上流側」に置かれて、ＣＳＦ内部を冷却する。温度変化は、冷却された液体がそのサーミスタの真下を流れる際に、温度センサによって測定される。この第１世代の装置では、液体流の有無が、時間の経過に伴う温度のしきい値の大きさ（＞＝０．２℃）の変化によって解釈される。本プラットホームがシャント液体の流量を決定することが可能であると確信する根拠は、シャント・チェックによって検出された温度変化の大きさがシャント流量の大きさと相関することを、動物モデルにおいて得られたデータが示す（図６）ことである。本発明において解決されるが、絶対流量を決定するための本方法の限界は、皮膚表面温度が、シャント中の液体の流量ばかりでなく、患者間で変動する他の要因にもまた関係するということである。
【００１９】
【表１】
2013529963.tif 000003
予備データは、皮膚厚み及び熱特性変動性に依存する熱希釈データの成分を識別してデータ分析から除去し、液体流量に依存する結果だけを残し得ることを示す。これによって、検査間や人毎に高い信頼度で（相対流量ではなく）絶対流量を測定し得る「定量的シャント・チェック」の開発が可能になる。
【００２０】
更に、ペルチェ素子によって低いレベルの（皮膚組織には安全な）持続的な冷却を提供する（皮膚は約２０℃に冷却される）ことによって、ＣＳＦ流の長期間に渡るリアルタイムの測定が可能になると判断した（図１０参照）。図１０の下のグラフは、時間と共に変化するシャントにおける真の流量を示し、図１０の上のグラフは、定量的なシャント・チェック装置からの対応する温度出力を示す。熱出力が、シャントにおける模擬ＣＳＦ流に密接に対応することは、明らかである。従って、この方法は、ＣＳＦ流のリアルタイムの監視に適する。
【００２１】
この動作モードは、氷又は他の冷却剤を繰り返し加えることを必要とせずに、ペルチェ素子を介してシステムへの持続的な冷温入力を維持し、また、ＣＳＦ流を測定することによって、長期間に渡る患者の監視に適用可能である。
【００２２】
皮膚厚み補償と組み合わせたこの特徴及び皮膚熱特性評価により、長期間に渡るリアルタイムの正確なＣＳＦ流測定が提供される。
予備データ
皮膚表面温度変化とシャント流量との間には有意な相関関係がある。
【００２３】
動物モデルにおける第１世代シャント・チェックを用いて収集された熱希釈データは、温度センサによって検出された温度変化の大きさが、流量と高い相関関係にあることを示す（図６）。その皮膚は、人間のものと最も類似していることから、若いブタ・モデルをモデルとして選択した［２２−２７］。生後７日のブタの仔（ｎ＝５）に皮下シャントを埋め込み、それを通して、容量ポンプを用いて、温い液体（３７℃）を既知の流量で流した。生理学的な範囲で流量を増大させるにつれて、シャント・チェックによって記録された温度変化の大きさは、線形的に増大した。温度変化は、中央センサ１２３（図１）温度と、皮膚深さｄ（１３０）にある埋め込まれたシャント１１０の上方で皮膚１００に接して位置決めされた２つの外側センサ温度１２２、１２４の平均と、の間の差異として計算する。第２アレイ状センサ１２０、１２１及び１２５についても同様である。これが示唆することは、ここではシャントを通過する流れの有無を決定するためだけに用いているが、熱希釈技術は、皮膚厚み、熱伝導率、及び拡散率等、熱希釈に寄与する流量以外の要因の患者間変動性を測定できる場合に、皮下シャントを通過する液体の絶対流量を得るために用い得るということである。
【００２４】
図２は、図１の温度センサの位置に関連して、皮膚表面における温度等温線を示すセンサパッチ貼付部位の平面図を提供する。図２の温度センサの上流側に用いられる温度源が、例えば、角氷（アイスキューブ）であれば、等温線ＴＡは、最も冷たい検出温度であり、等温線ＴＢは、わずかに温かく、ＴＣは、最も温かい。従って、参照箇所２１５、２１０及び２１１は、それぞれ温度センサ１２４、１２３及び１２２の位置に対応する。同様に、参照箇所２２２、２１３及び２１２は、それぞれ温度センサ１２５、１２１及び１２０の位置に対応する。
【００２５】
Ｔプライム（Ｔ’）は、流量に関係しない皮膚厚みの指標である。
卓上装置を作製し確認して、我々の動物モデルをシミュレートしたが、このモデルは、加熱された本体コア（３５℃）であって、シリコン模型皮膚によって覆われており、シャント・チェック検査を既知の流量で行えるように（シリコーンに埋め込まれた）埋め込みシャントがシリンジポンプに取り付けられている。皮膚厚み３、４、６及び７ｍｍを検査した。予想されたように、シャントの上に横たわる「皮膚」上で検出された個々の温度変化は、シャントの埋め込み深さによって影響を受けることが分かった。次に、シャント上方の温度測定の深さ依存要素を特定するために様々な分析技法を調査した。２つの温度センサアレイ３２１及び３２２（各々、それぞれ３つのサーミスタ３３０、３３１、３３２及び３３３、３３４、３３５からなり、シャントに対し垂直な直線上にあり、１つのセンサがシャント上方にあり、２つが制御用に隣接するようになっている）を、互いの間の距離７ｍｍで配置した。４つの皮膚厚み各々について４つの流量（５、１０、１５、２０ｍｌ／ｈ）を用いて、一連の１６のシャント・チェックの検査を行った。１つの分析特徴（これは、Ｔ’と称する）が、皮膚厚みに高度に依存し（図８）、また、流量にはあまり依存しないことが分かった。従って、組織の熱特性が既知である場合に、シャント埋め込みの深さを決定することができる。一旦、埋め込みの深さがＴ’から決定されると、その特定の皮膚厚みの実験式は、流量を決定するために用い得る。幾つかの流れのデータ点が重
なり合うことに留意されるべきである。Ｔ’は、２つのセンサアレイ間の温度勾配を、第１センサアレイ（インセット）での最大温度低下に達するのに要した時間によって除算した値であり、誤差バーは、１標準誤差を表す。この式は、図６に示す関係を記述するが、特定の皮膚厚みに合わせて較正される。重要なことは、これらのデータが実証することは、シャントの深さが、表面温度データから決定でき、また、その分析から除外されて、絶対流量を熱希釈データから（部分的に）決定し得るということである。
【００２６】
Ｔ’は、第２アレイ３２１上の最大温度低下とこの最大温度降下が起こるのに要した時間との間の比として計算した。第２アレイ上での温度低下は、センサ３３１によって測定された温度からセンサ３３０及び３３２によって測定された温度の平均を減算して計算した。
【００２７】
各検査について皮膚の熱特性を決定するための方法
皮膚伝導率（ｋ）の変動性及び拡散率（α）は、シャントにおけるＣＳＦの流量を正確に測定するために補償しなければならない最終的な要因である。このことを達成するために、各々の定量的な流量検査時に、各被験者の実効的なｋ及びαを見つけなければならないが、その理由は、これらが被験者間で異なるからである。
【００２８】
【数１】
2013529963.tif 000004
ペンネ（Ｐｅｎｎｅ）の生体伝熱方程式を、実効伝導率によって灌流を除去するがそれを説明する簡約版と共に上に示す。後者は、皮膚伝熱問題において一般的に用いられ、温度について解くために、ｋｅｆｆ（実効皮膚伝導率）及びαｅｆｆ（実効拡散率）を必要とする。それらのパラメータは既知ではないことから、逆問題を解かなければならないが、この場合、各検査時に、それらを決定するために温度を用いる。各シャント・チェック検査は、皮膚表面を氷で冷却することによって、系（皮膚及び組織）から特定の量のエネルギを一様に除去する。角氷は、良好に定義された冷却源であり、熱断熱カップによって環境から断熱され（図９参照）、皮膚のみに曝され、既知の体積、比熱及び密度を有する。特に、図９に示すように、図Ａは、熱断熱体内におけるプラスチックで覆われた角氷である冷却装置の断面である。組織は、角氷の底部露出側において角氷に接触する。サーミスタをこの角氷内に置くことによって、組織から排出されたｑを推定し得る。図９の図Ｂは、１つのアレイ状の熱センサが、冷却後の皮膚表面上の下流側の温度変化を測定する検出パッチの底面図を示し、この設計は、ｄ、ｋ、ｃ、及びρが固定されている場合に、流れを測定することが可能である。更にもう１つのアレイを下流側に追加すると、皮膚厚みを補償できるが、もう一方の側のアレイを追加すると、組織の熱特性の測定ができる。角氷温度を測定することによって、角氷によって吸収されるエネルギの量を推定することができる。定常状態（これは、非シャント皮膚において約ｔ＝１５０ｓで起こる。図７参照）下では、固定された距離における皮膚表面上で測定された温度低下は、皮膚伝導率及び組織から排出されたエネルギの量に比例する。温度センサが、氷が６０秒間貼付された箇所から約１０ｍｍの非シャント皮膚上に置かれた場合に、温度対時間冷却曲線は、最小に達し、それが自己調節によって再度温められる前は、定常状態に近い状態を示す。その形状は、図７に示すグラフと同様であるが、シャントがない又は流れがないため、底部が浅く平坦である。そして、定常状態伝熱式をｋｅｆｆについて解くことができる。
【００２９】
【数２】
2013529963.tif 000005
上式において、ｑは、所定期間の時間において角氷によって吸収された熱であり、
ｄＴ／ｄｘは、６０秒の冷却後の定常状態の時点においてセンサアレイによって記録された温度勾配であり、
Ｃｏｎｓｔは、既知の伝導率ｋの材料で較正によって得ることができるセットアップ配置に特有の定数であり、
そして、実効拡散率αｅｆｆは、下式により、時間領域勾配測定を追加することによって得ることができる。
【００３０】
【数３】
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これらの方法により、正確な流量測定に必要な全ての有意なパラメータは、各シャント・チェック検査に対して、決定することが可能になる。一旦、これらの値が分かると、特定の伝導率及び拡散率に対する正しい温度対時間特性を用いて、流量を決定することができるが、この流量は、患者内で変動する要因を説明することから正確である。
【００３１】
好適な実施形態２０では、図３に示すように、３つのセンサアレイ３２１、３２２、３２３がある。１つのセンサアレイ３２３（温度センサ３３６、３３７及び３３８が含まれ、「サイドアレイ」とも称する）は、冷却装置３４０の温度、皮膚冷却装置インターフェイス３３７、及び皮膚３０１の温度（シャントチューブ３１０から遠い）に関するデータを収集する。第２センサアレイ３２２（温度センサ３３３、３３４及び３３５が含まれ、「基端アレイ」とも称する）及び第３センサアレイ３２１（温度センサ３３０、３３１及び３３２が含まれ、「末端アレイ」とも称する）は、シャントチューブに重なる（図１、センサ１２０、１２１、１２２、１２３、１２４）。それら２つのアレイは、ＣＳＦ流に関連した熱的変化の測定を行う。センサアレイは、接着性パッチ３２０によって皮膚表面３０１に取り付けられる。更に他の実施形態では、それらは、真空又は粘着ペースト（図示せず）によって取り付けられる。第２センサアレイ及び第３センサアレイには、皮膚３０１に接して置かれるセンサパッチ３２０の表面に位置決めされたそれらそれぞれの温度センサがあることを理解されたい。センサ３３７及び３３８についても同様である。
【００３２】
好適な実施形態２０には、更に、センサアレイ３２２、３２０及び３２３の隣に置かれた冷却・加熱装置３４０が含まれる。冷却・加熱装置３４０は、電気的に電力供給し、制御することができる（例えば、ペルチェ素子）。他の好適な実施形態では、それは、水、他の液体、氷（図９）、ドライアイス、又は冷却／加温噴霧等の冷／温媒体を利用する。冷却装置は、皮膚表面３０１、その皮膚表面真下の組織３００、及びシャントチューブ３１０の部位（皮膚深さｄ又は３１１に埋め込まれている）をＣＳＦ液体で冷却又は加熱する。冷却・加熱装置は、第２のセンサアレイ３２２及び第３のセンサアレイ３２１の上流
側又は下流側に置かれる。冷却装置３４０は、接着性パッチ３２０を介して、皮膚３０１に取り付けられる。更に他の実施形態では、それは、真空又は粘着ペースト（図示せず）によって取り付けられる。センサアレイ３２３は、皮膚特性を計算するために用いるが、部分的にシャントチューブに重ならない位置の皮膚の上に置かれる。
【００３３】
冷却・加熱装置の下流側の位置決めは、ＣＳＦ流があるか否かを考慮すると最も良く理解できる。例えば、ＣＳＦ流がなく、冷却・加熱装置（例えば、角氷）が末端アレイ３２１の下流側に位置決めされている（が、遠すぎることはない）状況では、冷温は、角氷の位置から全ての方向に移り、その「冷温移動」の一部は、末端アレイ３２１によって検出され、そして、基端アレイ３２２によって検出される。他の選択肢として、ＣＳＦ流があり、角氷が末端アレイ３２１の下流側に置かれる（が、遠すぎることはない）場合に、温かいＣＳＦ流の温度は、角氷を温ため、この「加温移動」は、末端アレイ３２１によって検出され、そして、基端アレイ３２２によって検出される。従って、冷却・加熱装置を温度センサアレイの下流側に配置することは、依然、ＣＳＦ流を検出する有効な方法である。
【００３４】
本システムには、更に、（ケーブル３４０を介して又はワイヤレス構成を介して、図示せず）全てのセンサからデータを収集する読み取り・コントローラユニット４００（例えば、Ｉ／Ｏを備えたプロセッサが含まれるＣＳＦ分析器）が含まれる。読み取り・コントローラユニット４００には、表示装置４０２及びキーパッド又は他の入力メカニズム４０４が含まれる。読み取り・コントローラユニット４００は、更に、冷却装置によって生成された又は吸収された１）温度又は２）熱を増加、減少又は安定化することによって、冷却・加熱装置３４０を制御できる。読み取り・コントローラユニット４００は、オペレータ又は他の外部装置によってトリガされたタイムスタンプを記録することが可能である。タイムスタンプは、タイムスタンプがオペレータ又は外部機械によってトリガされた場合に、熱のデータストリーム上で時間的に精確な点を示す。読み取り・コントローラユニット４００は、更に、上述したように、加熱又は冷却のいずれかのために、温度源３４０（例えば、ペルチェ素子）の起動を制御する。
【００３５】
図３Ａは、リアルタイムの多点測定で皮膚深さ及び熱特性補償を達成するために必要なセンサパッチの測定構成を示す図である。特に、図３Ａは、図３と同様な構成の上面図であるが、わずかに異なる方位で冷却・加熱装置に付随する温度センサを示す。特に、センサ３３７及び３３８は、ＣＳＦシャントに平行なｘ軸に沿って整合されたセンサ３３７’及び３３８’として示し、また、それらは、垂直な軸、即ち、ｙ軸に沿ってＣＳＦシャントから遠くにずらしてある。図３Ａからも分かるように、アレイ３２２及び３２１の各々のセンサは、ＣＳＦシャントに平行な方向に整合する。更に、各アレイにおいて、２つの外側、又は、「制御」センサ（即ち、アレイ３２２の３３３／３３５及びアレイ３２１の３３２／３３０）は、ＣＳＦシャントからｙ軸に沿って対称的にずらされている（「ｓ」）。
【００３６】
ＣＳＦ流量を実際に計算するための方法（１つ又は複数）について以下に述べる。また、用語Ｔ１、Ｔ２及びＴ３は、シャント上方に配置された中央温度センサ（例えば、３３４及び３３１）によって検知された温度（Ｔ１）と、「右」制御センサ（例えば、３３３及び３３０）によって検知された温度（Ｔ２）と、「左」制御センサ（例えば、３３５及び３３２）によって検知された温度（Ｔ３）と、を指す。
【００３７】
温度源３４０は、冷却装置又は加熱装置のいずれかであり得ることを理解されたい。
流量の計算
一般的に、この方法は、各モデルについて実験的に構築しなければならないルックアップ・テーブル（１つ又は複数）を必要とする。ルックアップ・テーブルを用いると、モデ
ル式に用いられる定数Ａ、Ｂ、Ｃ等を簡単に見つけられる（下記参照）。そして、式は、流量（Ｆ）を計算するために用いられる。
１．熱伝導率ｋｅｆｆを（上述したように）決定する。
２．熱拡散率αｅｆｆを（上述したように）決定する。
３．シャント深さ（Ｔ’パラメータ）を決定する。
温度源３４０（例えば、冷却装置）は、短い時間の間（例えば、６０秒）起動し、そして、オフにしければならない。この期間中（冷却及びその後の数分の間）、２つのアレイ３２１及び３２２上の温度を測定する。
４．流量を計算する。以下の計算は、絶対流量を計算するための幾つかのオプションを提供する。
オプション１：線形近似式を用いて、流れを計算する（この解法は、例えば、０−２０ｍｌ／ｈの低い流量について最適に機能する）。
α、ｋ及びＴ’が既知である場合に、ルックアップ・テーブルを参照して、対応する定数Ａ、Ｂを見つける。
Ａ及びＢ及び線形式を用いて、流量（Ｆ）を計算する。
任意のアレイ３２１又は３２２からのＴ１、Ｔ２及びＴ３を用いて、Ｆ＝Ａ＊［Ｔ１−（Ｔ２＋Ｔ３）／２］＋Ｂを求める。
オプション２：多項近似式を用いて、流量を計算する（この解法は、例えば、０−６０ｍｌ／ｈの広い範囲又は流量について最適に機能する）。
α、ｋ及びＴ’が既知である場合に、ルックアップ・テーブルを参照して、対応する定数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥを見つけ、下式を用いて、流量（Ｆ）を計算する。
任意のアレイ３２１又は３２２からのＴ１、Ｔ２及びＴ３を用いて、Ｆ＝Ａ＊［Ｔ１−（Ｔ２＋Ｔ３）／２］＾４＋Ｂ＊［Ｔ１−（Ｔ２＋Ｔ３）／２］＾３＋Ｃ＊［Ｔ１−（Ｔ２＋Ｔ３）／２］＾２＋Ｄ＊［Ｔ１−（Ｔ２＋Ｔ３）／２］＋Ｅを求める。
オプション３Ａ：指数近似式
α、ｋ及びＴ’が既知である場合に、ルックアップ・テーブルを参照して、以下の指数近似式を用いて、対応する定数Ａ、Ｂ及びＣを見つける。
任意のアレイ３２１又は３２２からの（例えば、図３の３３３、３３４、３３５）Ｔ１、Ｔ２及びＴ３を用いて、Ｆ＝Ａ＾［（Ｂ＊（Ｔ１−（Ｔ２＋Ｔ３）／２））］＋Ｃを求める。温度センサは、同じ（従来のシャント・チェック構成と同様な）アレイに属さなければならない。
オプション３Ｂ：指数近似式
α、ｋ及びＴ’が既知である場合に、ルックアップ・テーブル並びにＡ’、Ｂ’及びＣ’を参照して、下式から流量を計算する。
Ｆ＝Ａ’＾［（Ｂ’＊（τ）］＋Ｃ’）を求める。
上式において、τは、シャントチューブ上方に置かれた任意の対をなす温度センサ（例えば、サーミスタ）（例えば、Ｔ１用の３３４及び３３１）間の温度差であり、従って、この場合に、温度センサは、同じアレイに属する必要はない。
【００３８】
読み取り・制御ユニット４００には、受信された温度センサのデータについてこれらの様々な計算を用い得るマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラが含まれること、又は、それは、流量計算を実施又は（目視表示又は可聴式に）出力する所へ温度センサのデータを（有線又は無線で）リモート送信し得ることを理解されたい。
【００３９】
本発明は、相対的ＣＳＦ流（例えば、流れ無し、流れ増加、流れ減少等）又は絶対ＣＳＦ流量（「ｚ」ｍｌ／ｈ）を決定し得ることを理解されたい。上述したように、絶対ＣＳＦ流量を決定する場合に、皮膚厚Ｔ’、ｋｅｆｆ（実効皮膚伝導率）及びαｅｆｆ（実効拡散率）のパラメータをまず決定しなければならず、そして、様々な温度センサアレイからの温度データを分析しなければならない。
【００４０】
相対的ＣＳＦ流を決定する場合に、これら３つのパラメータをまず決定することは、必要ではなく、その代わり、温度センサアレイからの温度データを分析することができ、また、相対的流れを、上述したＴ１、Ｔ２及びＴ３を伴う式から決定し得る。上述したように、米国出願第１２／９３６，１６２号、２０１０年１０月１日に出願した、表題「複数の制御センサを用いた熱流及び流量測定パッドを有する脳脊髄液評価システム(Cerebrospinal Fluid Evaluation System Having Thermal Flow and Flow Rate Measurement Pad Using a Plurality of Control Sensors)」（その全開示は、本明細書において引用・参照する）には、同様なプロセスが開示されている。しかしながら、ＡＳＮ１２／９３６，１６２とは異なり、本発明２０は、ＡＳＮ１２／９３６，１６２に開示されたような短い又は急峻なパルスの温度よりもむしろ連続的な時間の間、所定の温度を加える制御可能な温度源３４０を用いる。例えば、角氷が、ＡＳＮ１２／９３６，１６２において、短い時間（例えば、６０秒）の間、貼付され、そして、除去された場合に、本発明２０では、温度源３４０（例えば、ペルチェ素子）は、患者の皮膚に実質的により小さい温度ステップを、且つ、連続的な時間の間（例えば、１時間、５時間、１０時間、２４時間等）加える。従って、本明細書に用いる用語「連続的」は、５分を超えるかなりの時間を意味する。更に、ＡＳＮ１２／９３６，１６２では、一旦、温度源（例えば、角氷）が除去されると、温度センサがデータを収集するが、これに対して、本発明では、温度センサアレイは、温度源３４０が活性状態である間は、温度データを連続的に収集している。このことを達成するために、温度源３４０は、温度センサアレイによって検出し得るが患者にとって不快ではない温度の大きさを加える。この理由は、温度源３４０（例えば、ペルチェ素子）が、この温度を連続的な時間の間加えているためである。従って、例えば、ペルチェ素子３４０をプログラムして、又は読み取り・コントローラユニット４００によって制御して、皮膚温度より７℃乃至１４℃低い温度を皮膚に加えることができる。そのような温度差は、温度センサがＣＳＦシャントにおけるＣＳＦ流中の「冷温」ボーラスを検出するのに充分であるが、それでいて、検査中、患者にとって不快ではない。更に、そのような相対的流れを決定する際に、第２のアレイ状温度センサの使用は必要ではなく、従って、相対的流れは、センサアレイ３２２又は３２１のいずれかで決定し得る。更に、この相対的流れの決定は、温度源３４０に付随する１つの温度センサだけの使用を介しても実現し得る。例えば、温度源３４０上に置かれた温度センサ（例えば、３３６）又はその温度源と皮膚との間に置かれた温度センサ（例えば、３３７）は、相対的流れを決定するのに充分である。
【００４１】
シャント・チェックを用いた頭蓋内圧（ＩＣＰ）の決定又はＣＳＦ流の設定
本システムは、患者のＩＣＰを評価するために、「Ｃｏｄｍａｎ＿Ｈａｋｉｍプログラマブル弁」等の調整可能な（プログラム可能な）弁と共に用いることもできる。図１１に示すように、一例として、調整可能なＣＳＦシャント弁８００は、埋め込まれたＣＳＦシャント３１０の一部を形成し、弁８００は、通常、患者の耳１４の後ろに配置される。従って、この弁８００は、使用時、センサパッチ３２０が位置決めされる場所のかなり上流側（例えば、通常、（図７にも示すように）患者の鎖骨１５の上方）に位置決めされる。そのような２つの方法の詳細について以下に述べる。
【００４２】
ＩＣＰ評価の方法について述べる。調整可能シャント弁の「開口圧力」は、既知のパラメータ（例えば、１２ｃｍＨ２Ｏ）であることから、本方法は、シャントに自然なＣＳＦ流がない場合に用い得る。オペレータは、以下のステップを採る。即ち、１）シャント・チェック装置によって測定される流れを連続的に観察し、２）同時にＣＳＦシャント弁の開口圧力を減少させる。シャント弁開口圧力は、図１１に示すように、リモートコントローラ８０２を用いて（例えば、磁気結合を介して）、オペレータによって制御し得る。シャント・チェックがＣＳＦ流を検出した瞬間、それは、弁８００の開口圧力と互いに関係づけられる。即ち、調整可能シャント弁８００の開口圧力は、最初のＣＳＦ流検出と合致し、従って、これによりＩＣＰを識別する。リモートコントローラ８０２のオペレータに
は、調整可能シャント弁８００の開口圧力の現設定値を示す表示装置、目盛り盤又は他の出力メカニズム（例えば、可聴式クリック等）が備えられる。
【００４３】
本方法では、シャントにＣＳＦ流がある場合に、本システムを用いることを次のように述べる。即ち、オペレータは、１）シャント・チェック装置によって測定されるＣＳＦ流を連続的に観察し、２）同時にオペレータは、調整可能シャント弁の開口圧力を（再度、リモートコントローラを用いて）増加させる。シャント・チェックがもはやＣＳＦ流がないことを観察した瞬間、再度、このことは、弁の開口圧力と互いに関係づけられる。調整可能シャント弁の開口圧力は、最初の「流れ無し」検出と合致し、そして、開口圧力がＩＣＰに等しくなる。
【００４４】
同様に、本シャント・チェック装置及び調整可能シャント弁構成は、所望のＣＳＦ流を得るために用いることができる。特に、本方法は、次のように、この構成を用いることについて述べる。ＣＳＦシャントにＣＳＦ流がない場合に、医師は、患者の年齢、体重、大きさ、及び／又は他のパラメータに基づき、何らかのＣＳＦ流が存在するはずであるという判断を行う。医師は、シャント・チェック装置を監視しながら、所望のＣＳＦ流がシャント・チェック装置に表示されるまで、リモートコントローラ８０２を用いて弁８００の開口圧力を減少させ、その時、医師は、弁の調整を停止する。逆に、患者が「過剰排出」（即ち、ＣＳＦ流が過剰であり、これによって、負の圧力が頭蓋内に生成され、このため、大量出血になり得る）を被っている場合、医師は、シャント・チェック装置を監視しながら、所望のＣＳＦ流がシャント・チェック装置に表示されるまで、リモートコントローラ８０２を用いて、弁８００の開口圧力を増大させ、その時、医師は、弁８００の調整を停止する。
【００４５】
本発明について、詳細に又その具体的な例を参照して説明したが、その精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更及び修正をそれらにおいて行い得ることは、当業者には明らかである。
【００４６】
引用参考文献
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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