(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移植可能な体液排出システムであって、
計測シャントであって、前記計測シャントは、（ａ）内部チャンバを伴う筐体と、（ｂ）前記チャンバを第１の区分および第２の区分に分割する、可動障壁であって、前記障壁は、差圧によって変位させられる、可動障壁と、（ｃ）前記チャンバの前記第１の区分への充填経路を提供する、第１の電動入口弁と、（ｄ）前記チャンバの前記第１の区分からの排出経路を提供する、第１の電動排出弁とを含み、前記可動障壁は、それを横断する差圧がない場合に非変位位置に弾性によって戻るように構成され、前記第１の電動入口弁および第１の電動出口弁は、電流または電気刺激によって動力を与えられる、計測シャントと、
ＣＳＦ空間を前記第１の電動入口弁に接続するように構成される、ＣＳＦ入口導管と、
前記第１の電動出口弁を排出場所に接続するように構成される、ＣＳＦ出口導管と、
コントローラであって、前記コントローラは、（ａ）前記障壁およびチャンバ幾何学形状によって画定される体積まで前記第１の区分を充填するために、前記第１の電動入口弁を開放して前記第１の電動排出弁を閉鎖することと、（ｂ）前記出口導管を通して前記第１の区分から充填された体積を排出するために、前記第１の電動入口弁を閉鎖して前記第１の電動排出弁を開放することとを行うように構成される、コントローラと
を備える、移植可能な体液排出システム。
【請求項２】
前記チャンバの前記第２の区分をＣＳＦ圧力に接続するように構成される、第１の電動ブリード弁と、前記第２の区分を前記排出場所の圧力に接続するように構成される、第２の電動ブリード弁とをさらに備え、前記コントローラはさらに、（ａ）前記第１の区分を充填するために、前記第１の電動ブリード弁を閉鎖して前記第２の電動ブリード弁を開放することと、（ｂ）前記出口導管を通して前記第１の区分から前記充填された体積を排出するために、前記第１の電動ブリード弁を開放して前記第２の電動ブリード弁を閉鎖することとを行うように構成される、請求項１に記載の移植可能な体液排出システム。
【請求項３】
前記第１の電動入口弁は、前記チャンバの前記第１の区分または前記第２の区分のいずれかをＣＳＦ入口導管に選択的に接続するように構成される、三方弁であり、前記第１の電動出口弁は、前記チャンバの前記第１の区分または前記第２の区分のいずれかを前記ＣＳＦ出口導管に選択的に接続するように構成される、三方弁であり、前記コントローラはさらに、（ａ）前記ＣＳＦ入口導管から前記第２の区分を遮断しながら、前記ＣＳＦ入口導管から前記第１の区分にＣＳＦを送達するために、第１の電動三方入口弁を位置付けることと、（ｂ）前記排出導管から前記第２の区分を遮断しながら、前記出口導管を通して前記第１の区分から前記充填された体積を排出するために、前記第１の電動排出弁を位置付けることとを行うように構成される、請求項１に記載の移植可能な体液排出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１４年４月７日に出願された米国仮出願番号第６１／９７６，４６４号（代理人種類番号第４５２２４−７０３．１０２）の利益を主張しており、その全体の内容は参考として本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
正常圧水頭症（ＮＰＨ）およびアルツハイマー病（ＡＤ）は、重要な公衆衛生上の危機を構成し、シャント術によって処置され得る。しかしながら、ＮＰＨにおけるシャント処置は、混合結果をもたらしており、現在の処置は、以下の問題を有する。全ての患者が、標準圧力制御シャントを使用するシャント術で改善するわけではなく、改善が見られたとしても、多くの場合は数年の時間で消散する。ＮＰＨにおける過剰シャント術および過少シャント術は、複数の開放圧力設定が可能であるプログラム可能シャントの開発にもかかわらず、有意な臨床的問題になっている。ＡＤもまた、シャント術によって処置され得るが、臨床試験は、疾患の進行を改変する処置法を識別することができていない。ＮＰＨおよびＡＤにおける認知機能障害は、アミロイドベータペプチド（Ａβ）蓄積および「アミロイドカスケード」に結び付けられる（Ｑｕｅｒｆｕｒｔｈ  ａｎｄ  ＬａＦｅｒｌａ  ２０１０、Ｓｉｌｖｅｒｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ．ＢＲＥＳ  ２０１０、Ｓｉｌｖｅｒｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ．Ｌａｎｃｅｔ  Ｎｅｕｒｏｌ  ２００３）。加齢において、ＮＰＨおよびＡＤでは、Ａβ産生の増加はなく、むしろ、脳からのＡβクリアランスが減少する（Ｍａｗｕｅｎｙｅｇａ  ｅｔ  ａｌ．２０１０、Ｓｉｌｖｅｒｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ  ＢＲＥＳ  ２０１０、Ｓｉｌｖｅｒｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ  Ｊ  Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ  ２００２）。脳脊髄液（ＣＳＦ）代謝回転および代謝産物クリアランスを向上させることは、ＮＰＨおよびＡＤ患者の両方に有意に利益を与え得る。加齢は、ＡＤの発生において単一の最も重要な危険因子であり（ＮＩＨ  ２００２，Ｌｕ  ２００４，Ｙａｎｋｎｅｒ  ２００８）、突発性ＮＰＨは、高齢患者の疾患である。年齢依存性Ａβ蓄積において役割を果たす、年齢の関数としてのいくつかのＡβクリアランス経路欠陥が識別されている（Ｓｉｌｖｅｒｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ．２００３，２０１０ａ，２０１０ｂ，Ｐａｓｃａｌｅ  ｅｔ  ａｌ．２０１１、Ｃｈｉｕ  ｅｔ  ａｌ．２０１２）。脳関門。血管脳関門（ＢＢＢ）、および血管−ＣＳＦ関門（ＢＣＳＦＢ）におけるＡβ輸送は、年齢、Ａβトランスポーター発現のＮＰＨおよびＡＤ依存性改変、ＣＳＦ産生ならびに代謝回転速度の減少により、損なわれる（Ｍａｙ  ｅｔ  ａｌ．１９９０，Ｐｒｅｓｔｏｎ  ２００１、Ｓｉｌｖｅｒｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ．２００１，２００２，２００３、Ｃｈｉｕ  ｅｔ  ａｌ  ２０１２）。これらの認知症における認知低下を軽減することにおける改善されたＣＳＦ動態は、ＮＰＨおよびＡＤ、ならびにおそらく他のタンパク質症のためにも、新しくより効果的な処置オプションを定義し得る。そのような新規の処置法は、差し迫った公衆衛生上、不可欠である。
【０００３】
ＣＳＦシャント設計および機能性は、約５０年前のそれらの導入以来、ほとんど変化していない。それらは、弁の制御下でＣＳＦが中枢神経系（ＣＮＳ）から漏出するための代替的経路を提供すること、典型的には、側脳室のうちの１つから腹膜腔にＣＳＦを「分路すること（ｓｈｕｎｔｉｎｇ）」によって、頭蓋内圧（ＩＣＰ）を調整するように設計される。従来の利用可能なシャントの大部分は、受動圧力緩和弁として動作する。１つの顕著な例外は、生理学的に低い圧力そして高い圧力において圧力緩和弁として、ならびに圧力の「正常」範囲にわたる流量制御（可変抵抗弁）として動作するハイブリッドである。いくつかの圧力制御デバイスは、磁気的によって調節可能であり、それらの性能特性、圧力の関数としての流量が、埋込後に所定数の設定のうちの１つに修正される。これらのデバイスのうちのいずれも、シャント流出を監視する任意の手段を組み込むことも、臨床的に有意なパラメータについての情報を臨床医に提供することもしない。侵襲性技法とは別に、現在、移植されたシャントを通した圧力または流量を測定する手段がないため、シャント機能の評価は困難である。それらの流出は、デバイスの入口と出口との間の圧力差に影響を及ぼす、患者特有の境界条件に依存している。これらは、姿勢、身体活動のレベル、睡眠（ＲＥＭ）、およびＣＳＦ産生の変化等の条件を含む。したがって、現在利用可能ないかなるデバイスも、ＣＳＦの既知であって、かつ一貫した体積を排出すること、もしくは異なるおよび／または様々な患者特有の境界条件に適応するように、性能のリアルタイム修正を行うことが可能ではない。ポンプおよび計測器は、患者特有の境界条件から独立して、ＣＳＦの一貫した体積を移送することが可能であり、従来のシャントと比べて有意な利点を提供し得る。そのようなデバイスを市場に出すことと関連付けられる主要な課題は、所要電力の最小限化および小型化である。
【０００４】
現在、ＮＰＨは、多くの場合、ＣＳＦシャント術によって処置され、臨床試験が、シャント術によってＡＤを処置することの有効性を評価するために実行されている。しかしながら、ＮＰＨでは、ＣＳＦ圧力は、大部分の時間で正常であり、ＡＤでは、完全に正常または低い。ＣＳＦ圧力、弁開放圧力、およびシャントシステム２０のコンダクタンスに依存している従来のシャント性能と関連付けられる、高度に可変である流量を考慮すると、そのような使用および試験からの結果は、多様となっている。興味深いことには、低抵抗シャント（より高い流量を有する可能性が高いもの）を移植されたＮＰＨ患者は、より高い圧力の弁を移植された患者よりも良好な結果を有するが、同時に、過剰シャント術の兆候である、硬膜下液収集のより高い発生率を有する（Ｂｏｏｎｅ  ｅｔ  ａｌ．１９９８）。
【０００５】
ＣＳＦ流出の改良された制御およびＣＳＦ循環のさらなる改良によって、新規のシャントシステムは、これらの患者の症状および苦悩を緩和または低減させ得る。現在利用可能なシャントシステムが、ＣＳＦ流量を認知することなく正常なＩＣＰを維持することに焦点を合わせる一方で、本明細書に説明されるような新規のシャントは、依然としてＩＣＰを監視しながら、正常なまたは改善されたＣＳＦ流量および代謝回転速度を維持することに焦点を合わせる。代謝回転は、通常、１日に通常は４〜５回である、ＣＳＦの全体積が１日に置換される回数として定義される。ＣＳＦ代謝回転は、脳毛細血管を横断する輸送が年齢とともにあまり効率的ではなくなるときに特に重要である、脳からの潜在的に毒性の代謝産物、例えば、アミロイドおよびタウタンパク質のクリアランスのための主要な経路である。
【０００６】
現在利用可能なシャントシステムはまた、適切な感知入力を用いて、能動的に動力を与えられ、かつプログラム可能シャントシステムによって行われることができる、診断および制御能力が欠けている。そのような感知入力は、限定されないが、実質（ｐａｒｅｎｃｈｙｍａｌ）の灌流、ＣＮＳコンプライアンス、ＣＮＳ生成、およびＯ２飽和等の関連する生理学的パラメータを含む。加えて、これらは、ＩＣＰ、静水頭（ＨＨ）、および流出圧力を区別することができない。これは、ＨＨおよび流出圧力が処置に臨床的関連性がほとんどなく、多くの場合、誤差および臨床的危険性の原因を構成するため、有意である。現在利用可能なシャントシステムはまた、ＣＮＳコンプライアンス、脳灌流、およびＣＮＳ頻度応答等の他の関連特性に基づいて測定または処置する能力が欠けている。それらは、一日の時刻または前の処置の結果の関数として性能を修正する手段を欠いている。それらはまた、患者診断、シャント性能、またはシャントの閉塞等の臨床的関連データを臨床医に伝達する手段が欠けている。現在利用可能な「プログラム可能」シャントは、所定の流量−圧力性能曲線のセットを切り替える手段のみを提供し、これらの懸念に対処しない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓｉｌｖｅｒｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ．ＢＲＥＳ  ２０１０
【非特許文献２】Ｓｉｌｖｅｒｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ．Ｌａｎｃｅｔ  Ｎｅｕｒｏｌ  ２００３
【非特許文献３】Ｓｉｌｖｅｒｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ  Ｊ  Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ  ２００２
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の要旨）
本発明のデバイスおよび方法は、患者の中枢神経系（ＣＮＳ）からの脳脊髄液（ＣＳＦ）のプログラム可能な体積移送を提供する。本デバイスおよび方法は、特に、ＣＳＦの保持、ＣＳＦ中の毒性および他の物質の過剰な蓄積、ならびにＣＳＦの損なわれた循環によって引き起こされるか、または別様にそれらに関連する、水頭症、アルツハイマー病、および他の症状の処置のために意図されている。ＣＳＦ操作によるこれらの疾患の処置のための制御可能なデバイスは、本明細書に説明される特性および能力の任意の組み合わせを含む。
【０００９】
ＣＳＦの体積移送は、ＣＳＦ計測器によって仲介されてもよい。ＣＳＦ計測器は、本明細書では、制御された様式でＣＳＦの既知の体積の移送を駆動するために、ＣＮＳと排出場所との間の圧力差を使用するデバイスとして画定される。計測器および流量の制御は、流れを防止し、そして／または駆動圧力差を改変するような弁の使用によって達成されてもよい。計測器の移送体積は、移送体積を既知の一定量に機械的に制約することによって、または計測器を通る可変流れを監視して記録することによって判定されてもよい。
【００１０】
計測器と関連付けられる主要な課題は、デバイスの能動的構成要素を構成する弁を操作するために必要とされる電力を貯蔵および／または提供する能力である。電力消費は、本明細書で議論される計測器設計によって対処される重要な設計パラメータである。弁を伴う計測器は、通常、バッテリまたは外部から動力を与えられて流体を移動させるために電力を必要とするポンプとは対照的に、流体の移送が自然に利用可能な生理学的圧力勾配によって駆動されるため、ポンプと比較して、全体的な電力消費を低下させることができる。
【００１１】
本発明による計測器は、チャンバ、ダイヤフラム、および弁を含む特徴を形成するために使用される、弾性および非弾性材料を含んでもよい。部分的または完全に弾性材料で形成されるチャンバは、デバイスのコンプライアンス（伸展性）を増加させ、流体圧力の変化と関連付けられる機能的変位を有してもよい。そのような構造の一実施形態は、弾性ダイヤフラムによって分割される２つのチャンバである。本実施形態では、弾性ダイヤフラムの位置は、それを横断する圧力差の関数であり、ダイヤフラムの変位は、オリフィスを密閉するため、および／または流体を変位させるために使用されてもよい。異なる直径におけるこれらの構造のうちの２つが、付随する圧力減衰を伴ってピストンを作成するように接続されてもよい。
【００１２】
本デバイスは、以下の能動的電動弁のうちの１つまたはそれを上回るものを組み込んでもよい。弁は、Ｎｉｔｉｎｏｌ（登録商標）またはナイロン等の固体の熱変形等の材料位相変化によって作動させられてもよい。本形状変化は、オリフィスのサイズを増大または縮小する様式で膜を変形させることによって、スリット弁を操作するために使用されることができる。代替として、固体の熱変形が、２つの面によって形成される弁シール、およびポペット弁等のオリフィスを変位させるために、使用されることができる。スリット弁およびポペット弁は両方とも、非通電状態で閉鎖されるか、または開放するかのいずれかである実施形態を有する。加えて、固体の熱変形は、特定の状態で弁を機械的に拘束または係止し、それによって、ラッチ弁を作成し得る、ラッチまたはラチェットを作動させるために使用されることができる。
【００１３】
弁は、変形可能容積内に含まれるシリコーン油等の誘導的、抵抗的、または伝導的に加熱された流体の熱膨張によって操作されてもよい。そのようなデバイスでは、流体体積の変形は、弁状態の変化と関連付けられるであろう。これは、オリフィスの閉塞または開放、もしくは流路の収縮によって達成されることができる。
【００１４】
弁は、外部場所から変形可能容積の中または外への流体のポンプ駆動移送によって操作されてもよい。変形可能容積内に拘束されるヒドロゲルの熱または電気膨張もまた、弁を操作するために使用されてもよい。受動的逆止弁もまた、スリット弁または事前に応力を加えられたダイヤフラム弁の形態で組み込まれてもよく、ＣＳＦの吸い上げもしくは逆流を防止し得る。
【００１５】
容積型ポンプが、弁を操作する作業流体を送出するために使用されてもよい。ポンプは、Ｎｉｔｉｎｏｌ（登録商標）またはナイロン等の固体の熱変形によって作動させられてもよい。シリコーン油等の流体の熱変形および／またはヒドロゲルの熱もしくは電気的変形が、作業流体を駆動するために使用されてもよい。電気−浸透圧ポンプまたは静電ポンプもまた、作業流体を送出するために使用されてもよい。
【００１６】
デバイス制御入力は、以下の感知入力のうちの１つもしくはそれを上回るもの、および／またはこれらの入力から導出されるパラメータを含んでもよい。圧力入力は、頭蓋内圧力（ＩＣＰ）、静水頭（ＨＨ）、弁流出圧力、およびシャント流出圧力を含む。Ｏ２飽和または組織灌流入力は、光学プレチスモグラフィによって判定されてもよい。時間入力は、一日の時刻、動作の持続時間、または動作中の持続時間を含む。心拍数および呼吸は、プレチスモグラフィまたはＣＳＦ圧力波形の圧力変動を介して判定されてもよい。ＣＮＳコンプライアンスもまた、排出された体積の関数としてのＣＳＦ圧力、またはＣＳＦの既知の体積が修正Ｍａｓｓｅｒｍａｎ技法を介して排出された後の圧力回復時間の関数としてのＣＳＦ産生の測定から導出されてもよい。位置は、加速度計、静水頭、または両方によって判定されてもよい。内部動作状態は、ダイヤフラムの可動障壁の位置を含む。これらの入力を取得するために使用されるセンサは、以下、すなわち、光学検出器、光学エミッタ、圧力センサ、加速度計、近接度センサのうちのいずれかまたは任意の組み合わせを含んでもよい。
【００１７】
デバイス動作モードは、以下のうちの１つまたは組み合わせを含んでもよい。本デバイスは、ＣＮＳコンプライアンス、灌流、組織Ｏ２飽和、およびＣＳＦ産生速度についてのデータを収集するように、主要診断モードで動作してもよい。本モードでは、データは、臨床使用のためにＲＦリンクを介して伝送されてもよく、または性能を修正するためにデバイスによって使用されてもよい。本デバイスは、流量もしくは圧力設定点および／または灌流制御を維持する、動作モードを含んでもよい。本デバイスは、時間または他の制御入力に基づくスケジュールで実施する、動作モードを含んでもよい。動作は、患者位置によって判定されてもよい。本デバイスはまた、シャントが既知のシャントの圧力−流量性能を模倣する、プログラムされた動作モードに従うことも可能であり得る。本デバイスは、これらのモードの任意の組み合わせで動作してもよい。
【００１８】
長年の間の従来のシャントに関する一貫した問題が閉塞であったことを考慮して、本発明は、閉塞防止または低減に寄与し得る、複数のデバイス能力および特性を提供する。作動させられる弁、具体的には、熱流動的に駆動される弁は、従来の受動的な弁よりも高い閉鎖圧力を有し、弁内の生物学的障害物の蓄積を防止することができる。デバイスの断続的動作は、既知の連続流弁に対してより高い動作流速および流体シア（ｓｈｅｅｒ）を生成し、したがって、流出を向上させ得る。
【００１９】
設計は、最小限の流体死空間を備え、または全く備えず、もしくは流体剪断、したがって、障害物を含み得る物質の蓄積を増加させる、完全に洗浄された空間を備える。いくつかの実施形態では、閉塞速度は、インプラントと関連付けられる流体システムの誘導もしくは抵抗加熱によって達成され得る、弁機構および／またはデバイスの生体内（ｉｎ  ｖｉｖｏ）殺菌によって低減させられる。デバイスを加熱する電力は、外部源を介して送達されてもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態はまた、制御入力センサまたは処理されたセンサデータから判定されるような、デバイス故障もしくは他の臨床的関連情報をユーザまたは臨床医に伝達する能力を含むこともできる。
【００２１】
本明細書に説明される実施形態のうちのいくつかは、加えて、ＣＳＦ流出に対するさらなる制御が必要とされるときに、従来のシャントの代替品として使用されることができ、そして／または以下で説明される新規のシャントデバイスは、調節可能でプログラム可能な一貫したＣＳＦ流量および代謝回転率速度を正確かつ安全に提供し、代謝産物クリアランスを有意に改善し、過剰シャント術を防止し、ＮＰＨおよびＡＤと関連付けられる認知症、歩行、ならびに尿障害を処置し得る。
【００２２】
本発明の第１の具体的側面では、移植可能な体液排出システムは、内部チャンバを伴う筐体を有する、計測シャントを含む。可動障壁は、チャンバを第１の区分および第２の区分に分割し、この障壁は、差圧によって変位させられることができる。第１の電動入口弁は、チャンバの第１の区分への充填経路を提供し、第１の電動排出弁は、チャンバの第１の区分からの排出経路を提供する。ＣＳＦ入口導管は、ＣＳＦ空間を第１の電動入口弁に接続する。ＣＳＦ出口導管は、第１の電動出口弁を排出場所に接続する。コントローラは、上記障壁およびチャンバ幾何学形状によって画定される体積まで第１の区分を充填するように、第１の電動入口弁を開放し、そして第１の電動排出弁を閉鎖し、出口導管を通して第１の区分から充填された体積を排出するように、第１の電動入口弁を閉鎖し、そして第１の電動排出弁を開放する。
【００２３】
本発明の第１の側面の具体的実施形態では、可動障壁は、それを横断する差圧がない場合に非変位位置に弾性によって戻るように構成される。これらの実施形態のうちの一変形例では、実施形態はさらに、チャンバの第２の区分をＣＳＦ圧力に接続するように構成される、第１の電動ブリード弁と、第２の区分を排出場所の圧力に接続するように構成される、第２の電動ブリード弁とを備えてもよい。コントローラはさらに、（ａ）第１の区分を充填するために、第１の電動ブリード弁を閉鎖し、そして第２の電動ブリード弁を開放し、（ｂ）出口導管を通して第１の区分から充填された体積を排出するために、第１の電動ブリード弁を開放し、そして第２の電動ブリード弁を閉鎖するように構成され得る。これらの実施形態の他の変形例では、第１の電動入口弁は、チャンバの第１の区分または第２の区分のいずれかをＣＳＦ入口導管に選択的に接続するように構成される、三方弁であり、第１の電動出口弁は、チャンバの第１の区分または第２の区分のいずれかをＣＳＦ出口導管に選択的に接続するように構成される、三方弁であり、コントローラはさらに、（ａ）ＣＳＦ入口導管から第２の区分を遮断しながら、ＣＳＦ入口導管から第１の区分にＣＳＦを送達するために、第１の電動三方入口弁を位置付け、（ｂ）排出導管から第２の区分を遮断しながら、出口導管を通して第１の区分から充填された体積を排出するために、第１の電動排出弁を位置付けるように構成される。
【００２４】
本発明の第２の具体的側面では、患者内の脳脊髄液（ＣＳＦ）を排出するための方法は、移植された計測システム内のチャンバの第１の区分をＣＳＦで充填するように、およびチャンバの第２の区分からチャンバの第１の区分を隔離する可動障壁を変位させるように、第１の移植された入口弁を開放するステップを含む。ＣＳＦは、ＣＳＦ圧力と出口圧力との間の差圧に応答して、第１の区分に流入し、充填される体積は、障壁およびチャンバ幾何学形状によって画定される。第１の区分から出口部位にＣＳＦの充填体される積を排出するように、第１の移植された入口弁が閉鎖され、第１の移植された出口弁が開放され、障壁は、第１の区分からＣＳＦを排出するように、元の位置に戻る。このようにして、ＣＳＦの離散的な既知の体積が、定量的な制御された様式でＣＳＦ空間から除去されてもよい。
【００２５】
本発明の第２の側面の具体的実施形態では、チャンバの第２の区分は、第１の区分がＣＳＦで充填されている間に、出口圧力に暴露される。通常、チャンバの第１の区分は、ＣＳＦが第１の区分から排出されている間に、ＣＳＦ圧力に暴露され、そして、障壁が、最初に、第１の区分がＣＳＦで充填されている間に変位させられ、ＣＳＦが、第１の移植された出口弁を開放し、第２の区分をＣＳＦ圧力に暴露した後に、障壁の亢進された戻り力によって排出されるように、可動障壁は、それを横断する差圧がない場合に非変位位置に弾性によって戻るように構成される。典型的には、可動障壁は、第２の区分がＣＳＦ圧力に暴露され、出口弁が開いているときに、ＣＳＦ圧力と出口圧力との間の差異によって変位させられるように構成され、第２の区分は、ＣＳＦが第１の区分から排出されている間に、ＣＳＦで充填され、次いで、ＣＳＦは、第１の区分がＣＳＦで充填されている間に、第２の区分から出口部位に排出される。全ての実施形態では、ＣＳＦは、ＣＳＦ排出の所定の体積を達成するように、いくつかのサイクルにわたって患者のＣＳＦ空間から排出されてもよい。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
（ａ）内部チャンバを伴う筐体と、（ｂ）前記チャンバを第１の区分および第２の区分に分割する、可動障壁であって、前記障壁は、差圧によって変位させられる、可動障壁と、（ｃ）前記チャンバの前記第１の区分への充填経路を提供する、第１の電動入口弁と、（ｄ）前記チャンバの前記第１の区分からの排出経路を提供する、第１の電動排出弁とを含む、計測シャントと、
ＣＳＦ空間を前記第１の電動入口弁に接続するように構成される、ＣＳＦ入口導管と、
前記第１の電動出口弁を排出場所に接続するように構成される、ＣＳＦ出口導管と、
（ａ）前記障壁およびチャンバ幾何学形状によって画定される体積まで前記第１の区分を充填するために、前記第１の電動入口弁を開放して前記第１の電動排出弁を閉鎖し、（ｂ）前記出口導管を通して前記第１の区分から充填された体積を排出するために、前記第１の電動入口弁を閉鎖し、そして前記第１の電動排出弁を開放するように構成される、コントローラと、
を備える、移植可能な体液排出システム。
（項目２）
前記可動障壁は、それを横断する差圧がない場合に非変位位置に弾性によって戻るように構成される、項目１に記載の移植可能な体液排出システム。
（項目３）
前記チャンバの前記第２の区分をＣＳＦ圧力に接続するように構成される、第１の電動ブリード弁と、前記第２の区分を前記排出場所の圧力に接続するように構成される、第２の電動ブリード弁とをさらに備え、前記コントローラはさらに、（ａ）前記第１の区分を充填するために、前記第１の電動ブリード弁を閉鎖し、そして前記第２の電動ブリード弁を開放し、（ｂ）前記出口導管を通して前記第１の区分から前記充填された体積を排出するために、前記第１の電動ブリード弁を開放し、そして前記第２の電動ブリード弁を閉鎖するように構成される、項目２に記載の移植可能な体液排出システム。
（項目４）
前記第１の電動入口弁は、前記チャンバの前記第１の区分または前記第２の区分のいずれかをＣＳＦ入口導管に選択的に接続するように構成される、三方弁であり、前記第１の電動出口弁は、前記チャンバの前記第１の区分または前記第２の区分のいずれかを前記ＣＳＦ出口導管に選択的に接続するように構成される、三方弁であり、前記コントローラはさらに、（ａ）前記ＣＳＦ入口導管から前記第２の区分を遮断しながら、前記ＣＳＦ入口導管から前記第１の区分にＣＳＦを送達するために、第１の電動三方入口弁を位置付け、（ｂ）前記排出導管から前記第２の区分を遮断しながら、前記出口導管を通して前記第１の区分から前記充填された体積を排出するために、前記第１の電動排出弁を位置付けるように構成される、項目２に記載の移植可能な体液排出システム。
（項目５）
患者内の脳脊髄液（ＣＳＦ）を排出するための方法であって、
移植された計測システム内のチャンバの第１の区分をＣＳＦで充填するように、および前記チャンバの第２の区分から前記チャンバの前記第１の区分を隔離する可動障壁を変位させるように、第１の移植された入口弁を開放するステップであって、前記ＣＳＦは、ＣＳＦ圧力と出口圧力との間の差圧に応答して、前記第１の区分に流入し、充填される体積は、前記障壁およびチャンバ幾何学形状によって画定される、ステップと、
前記第１の区分から出口部位にＣＳＦの前記充填される体積を排出するように、前記第１の移植された入口弁を閉鎖し、そして第１の移植された出口弁を開放するステップであって、前記障壁は、前記第１の区分から前記ＣＳＦを排出するように、元の位置に戻る、ステップと、
を含む、方法。
（項目６）
前記チャンバの前記第２の区分は、前記第１の区分がＣＳＦで充填されている間に、前記出口圧力に暴露される、項目５に記載の患者内の脳脊髄液（ＣＳＦ）を排出するための方法。
（項目７）
前記チャンバの前記第１の区分は、ＣＳＦが前記第１の区分から排出されている間に、ＣＳＦ圧力に暴露される、項目６に記載の患者内の脳脊髄液（ＣＳＦ）を排出するための方法。
（項目８）
前記可動障壁は、それを横断する差圧がない場合に非変位位置に弾性によって戻るように構成され、前記障壁は、最初に、前記第１の区分がＣＳＦで充填されている間に変位させられ、前記ＣＳＦは、前記第１の移植された出口弁を開放し、そして前記第２の区分をＣＳＦ圧力に暴露した後に、前記障壁の亢進された戻り力によって排出される、項目７に記載の患者内の脳脊髄液（ＣＳＦ）を排出するための方法。
（項目９）
前記可動障壁は、前記第２の区分がＣＳＦ圧力に暴露され、そして前記出口弁が開いているときに、前記ＣＳＦ圧力と出口圧力との間の差異によって変位させられるように構成される、項目７に記載の患者内の脳脊髄液（ＣＳＦ）を排出するための方法。
（項目１０）
ＣＳＦが前記第１の区分から排出されている間に、前記第２の区分をＣＳＦで充填し、次いで、前記第１の区分がＣＳＦで充填されている間に、前記第２の区分から前記出口部位にＣＳＦを排出するステップをさらに含む、項目９に記載の患者内の脳脊髄液（ＣＳＦ）を排出するための方法。
（項目１１）
ＣＳＦは、ＣＳＦ排出の所定の体積を達成するように、いくつかのサイクルにわたって前記患者の前記ＣＳＦ空間から排出される、項目５に記載の患者内の脳脊髄液（ＣＳＦ）を排出するための方法。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、移植可能な部分および移植可能でない部分を組み込む、プログラム可能な計測シャントシステムのブロック図を図示する。
【図２】図２は、インプラント部分内に電力貯蔵能力を伴う、特定の計測シャントシステムのブロック図を図示する。
【図３】図３は、移植可能な部分内にオンボード電力貯蔵を伴わない、別の計測シャントシステムのブロック図を図示する。
【図４】図４は、別個の交換可能流体取扱構成要素を組み込む、プログラム可能な計測シャントシステムのブロック図を図示する。
【図５】図５は、２つのオン／オフ弁を組み込む、単位変位流体計測構成要素を図示する。
【図６】図６は、２つのオン／オフ弁を組み込む、単位変位流体計測構成要素の機能的状態を図示する。
【図７】図７は、２つのオン／オフ弁を組み込む、２弁単位変位流体計測構成要素を備える、プログラム可能な計測シャントシステムの実施形態の断面図を図示する。
【図８】図８は、プログラム可能な計測システムで使用するための図６で図示されるような２弁単位変位計測構成要素の動作状態の表である。
【図９】図９Ａは、４つのオン／オフ弁を組み込む、単位変位流体計測構成要素を図示する。図９Ｂは、２つの二方弁を組み込む、単位変位流体計測構成要素を図示する。図９Ｃは、２つの二方弁を組み込む、単位変位流体計測構成要素の動作状態を図示する。
【図１０】図１０は、２つのオン／オフ弁を組み込む、２弁単位変位流体計測構成要素を備える、プログラム可能な計測シャントシステム用の代替的回路を図示する。
【図１１】図１１は、単一の弁と、２つの圧力変換器とを備える、プログラム可能な計測シャントシステム用の非単位変位流体計測構成要素を図示する。
【図１２】図１２は、図７に図示されるプログラム可能な計測シャントシステムの実施形態の全体図を図示する。
【図１３】図１３は、熱駆動記憶材料によって変形させられるダイヤフラムを備える、オン／オフ流体弁の２つの状態を図示する。
【図１４】図１４は、熱駆動記憶材料によって変形させられる、開放状態におけるオン／オフプレーナ流体弁を図示する。
【図１５】図１５は、閉鎖状態における図１４の弁の等角図を図示する。
【図１６】図１６は、熱駆動ワイヤおよびベローズを組み込む、熱駆動弁を図示する。
【図１７】図１７は、ラッチを組み込む、プレーナオン／オフ弁を図示する。
【図１８】図１８は、ベローズ内の材料の体積の熱駆動変化によって駆動されるオン／オフ弁を図示する。
【図１９】図１９Ａおよび１９Ｂは、ダイヤフラムが弁を起動するように含有材料によって変位させられる、オン／オフ弁の２つの状態を図示する。
【図２０】図２０Ａおよび２０Ｂは、含有材料によって変位させられるダイヤフラムが、管を圧縮し、それによって、弁を作成するために使用される、オン／オフ弁の２つの状態を図示する。
【図２１】図２１Ａおよび２１Ｂは、含有材料によって変位させられるダイヤフラムが、流体経路を閉塞し、それによって、弁を作成するために使用される、オン／オフ弁の２つの状態を図示する。
【図２２】図２２Ａおよび２２Ｂは、ダイヤフラムが、流体経路を閉塞し、それによって、弁を作成するように、ヒドロゲル膨張によって変位させられる、オン／オフ弁の２つの状態を図示する。
【図２３】図２３Ａおよび２３Ｂは、ダイヤフラムが、流体経路を閉塞し、それによって、弁を作成するように、境界を横断する流体をポンプ輸送することによって変位させられる、オン／オフ弁の２つの状態を図示する。
【図２４】図２４は、ＣＮＳコンプライアンスと血圧と関連付けられるＩＣＰの圧力変動との間の関係の先行技術の提示を図示する。
【図２５】図２５は、その性能が本明細書に説明されるシステムによって複製可能である、水頭症シャントと関連付けられる圧力流量性能曲線を図示する。
【図２６】図２６は、本明細書に説明されるシステムによって複製可能である圧力流量性能曲線を図示する。
【図２７】図２７は、本明細書に説明されるシステムによって複製可能である圧力流量性能曲線を図示する。
【図２８】図２８は、本明細書に説明されるシステムによって複製可能である圧力流量性能曲線を図示する。
【図２９】図２９は、ＲＦ電力結合リンクと、移植可能な部分内にコロニー形成した感染性微生物を死滅させる際に使用するためのシステムの移植された部分の移植可能な部分において熱を生成する能力とを備える、プログラム可能な流体計測シャントシステムを図示する。
【図３０】図３０は、図４のプログラム可能流体シャントシステムの移植可能な部分の実施形態を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（発明の詳細な説明）
図１は、一般的なプログラム可能な計測シャントシステム１０を図示する。本デバイスは、２つの主要構成要素、すなわち、外部デバイス（ＥＤ）１４と、内部デバイス（ＩＤ）１１とを備える。ＥＤ１４は、身体の外側で使用され、ＩＤ１１は、体内に埋め込まれる。ＩＤ１１は、内部コントローラ（ＩＣ）１２と、流体デバイス（ＦＤ）１３とを備える。ＩＣは、内部電源と、通信インターフェースと、ＦＤ１３にサービス提供するために必要とされる全ての制御回路とを備える。ＦＤ１３は、順に、計測チャンバおよび制御弁を含む計測器を備える。ＦＤ１３は、加えて、圧力、デバイス配向、加速、ＣＳＦの化学特性、光学特性、ＣＳＦの電気特性、環境と関連付けられる入力を監視するためのセンサ、または他のセンサを備えてもよい。
【００２８】
図２は、移植可能なデバイス２１が電気貯蔵デバイスを備える、プログラム可能な計測シャントシステム２０の実施形態を図示する。バッテリまたは高容量コンデンサ等の内部の長期貯蔵デバイスは、点線によって示される患者の皮膚を横断する、外部デバイス２４と内部デバイス２１との間のＲＦリンクを介して充電される。本同一のＲＦリンクは、プログラミング情報をＩＤ２１に伝達し、および／またはＩＤ２１からＥＤ２４にＩＤ２１性能もしくは測定と関連付けられるデータを伝送するために使用されてもよい。そのような実施形態では、ＩＤ２１は、必要に応じてＥＤ２４を介して充電されるであろう。いくつかの実施形態では、ＩＤ２１は、それらが適切に整合させられるときに充電を必要とすることをＥＤ２４に知らせる。本構成では、ＩＤ２１は、ＥＤ２４にインターフェースされることなく、長期間にわたって機能することができる。いくつかの実施形態では、ＩＤ２１は、内部電力で動作している期間に診断情報を記憶し、インターフェースされたときに本情報をＥＤ２４に伝送することができる。そのようなシステムでは、ＩＤ１１上にプロセッサまたは内部データ記憶装置が存在し得る。データは、性能データ、プログラムデータ、および／または患者診断データを含んでもよい。
【００２９】
代替実施形態では、バッテリは、原子力バッテリと置換されてもよい。そのような実施形態では、ＲＦリンクが、データを伝送するために使用されるであろう。
【００３０】
図３は、ＩＣ３２内にバッテリ等の長期内部電力貯蔵デバイスがない、代替的なプログラム可能な計測シャントシステム３０を図示する。代わりに、ＩＤ３１は、システムが動作するためにＥＤ３４がＩＤ３１にインターフェースされることを要求する。そのような実施形態では、ＩＤ３１内のＩＣ３２は、プロセッサを必要としなくてもよい。
【００３１】
図２および３に説明されるもののハイブリッド実施形態では、診断およびデータ収集能力の動作を可能にするが、計測器を操作する電力を提供しない、小型バッテリが、ＩＤ１１に含まれてもよい。
【００３２】
図４は、図３に説明されるタイプのプログラム可能な計測シャントシステム４０の詳細ブロック図を図示する。本構成では、計測器は、計測チャンバおよび２つの制御弁を含む。図４のシステムはまた、ＣＳＦによって湿潤させられるシステムの部分、計測部分４３が、隔離され、ＩＣ４２から容易に分離可能であり、それによって、ＣＳＦ空間に接触せずにＣＮＳ感染の危険にさらすことなく、ＩＣの交換を可能にするように、構成される。
【００３３】
図５は、これまで説明されたシステムのうちのいずれかで有用な流体計測システムを描写する。左側の線は、計測デバイスを横断して作用する種々の圧力を示す。ＩＣＰ、シャントシステム２０の流出導管と関連付けられる静水頭に等しいデルタＨ、およびシャントシステム２０が排出している腹腔内圧力（ＩＡＰ）がある。ＩＡＰは、最も一般的な流出場所であるため、流出圧力として使用されているが、いくつかの状況では、流出は、体内の別の場所の中へ排出し、その場所における圧力は、ＩＡＰに取って代わり得る。計測器は、エラストマー膜または可動障壁５０１によって分離される２つのチャンバＡおよびＢと、２つの弁「ａ」および「ｂ」と、圧力変換器Ｐと、随意の流体レジスタＲとを含む。図６は、３つの動作状態のそれぞれにおける図５の計測器を描写する。左から始めて、計測器は、全ての弁が無流動位置（閉鎖）にある、静止位置にある。本構成では、チャンバＡおよびＢは、相互から隔離され、デバイスを通した流動がない。弁「ｂ」が流動構成（開放）に切り替えられるとき、本デバイスは、空の構成に移行する。本構成では、ダイヤフラムを横断する圧力は、静止位置からチャンバＢの中へダイヤフラムを駆動し、可動障壁５０１、例えば、ダイヤフラムが、チャンバＢの底部に到達し、その時点で流動が停止するまで、チャンバＢ内の流体を流出導管から外へ変位させる。本時点で、ダイヤフラムによって変位させられる流体の体積は、デバイスを横断して計測されている。次いで、弁ａが閉鎖され、弁ｂが開放されるとき、障壁は、随意のレジスタＲを通して、その静止位置に戻される。次いで、本システムがその静止構成に戻されるように、弁「ａ」は、閉鎖され、弁「ｂ」は、開放される。これら３つの構成、すなわち、静止、空、回復を通した遷移は、単位またはボーラスもしくは体積が移送される、１つの計測サイクルを含む。
【００３４】
ダイヤフラムが、ある最小値を上回る任意の差圧に対する既知の一貫した量で変位する、設計を考慮すると、移送ボーラスは、一定の体積であり得る。したがって、全流量は、ボーラス体積を乗じたサイクル数であり、流量の精密な記録は、各移送が起こる時間および／または発生の数を記録することによって、維持されることができる。そのような設計は、図７に図示されるプログラム可能計測シャントシステム７０の断面図で描写されるような球形区分の中へ変位する、エラストマー膜に含まれる。図７では、障壁またはダイヤフラム７０１は、静止位置で、チャンバの最上部に対して着座し、チャンバＡの容積は、非常に小さい。計測器が空の構成にシフトされるとき、ダイヤフラムは、シフトしてチャンバＢの球形底面と一致し、チャンバＡの容積は、静止または回復構成におけるチャンバＢの容積になる。これらのチャンバは、チャンバ内の流体移送が、２つのチャンバを分離する膜を横断して印加される負荷によって仲介され、入力および出力弁が、先行技術で説明されるものと異なる場所にあり、したがって、異なる機能を提供するという点で、ＵＳ  米国特許第６，６８９，０８５号または米国特許出願公開第２００３０００４４９５Ａ１号によって説明されるようなアキュムレータと実質的に異なる。
【００３５】
直径が約１．２インチの厚さ５ミルのシリコーンエラストマー膜を使用して、そのような設計は、水の５センチメートルの最小動作圧力下で約１ｍＬの一貫した体積を移送するように構成されることができる。ＩＣＰが水の５センチメートルをはるかに下回ることを可能にすることは、患者にとって危険であり得る。図８の表は、図６に説明される構成における弁の４つの可能な状態を要約する。
【００３６】
本計測器構成では、空の位置から回復構成への回復は、部分的に、エラストマーダイヤフラムに貯蔵されたエネルギーによって仲介される。エラストマー膜は、代替実施形態では、ばね荷重ピストン、またはチャンバの形状に合致するように構成される弾性膜において荷重されるばねによって置換されてもよい。
【００３７】
図９Ａは、４つの弁９０４を備え、ダイヤフラム９０１内でエネルギー貯蔵を必要としない、代替的設計を描写する。本設計では、弁「ａ」および「ａ’」ならびに「ｂ」および「ｂ’」は、ａおよびａ’が１つの状態にあり、ｂおよびｂ’が反対の状態にあるようにサイクルされる。描写されるように、入口９０２は、ＩＣＰ内の場所とインターフェースし、出口９０３は、ＩＡＰ内の場所とインターフェースする。図９Ａの表は、計測器の動作と関連付けられる弁の状態を特徴付ける。
【００３８】
図９Ｂに図示される代替実施形態は、２つの二方弁９０５を必要とする。「ａ」、「ｂ」、「ａ’」、および「ｂ’」が流体経路と見なされる場合、図９Ａの隣接状態表は、図９Ｂの計測器の動作を表す。図９の実施形態または本明細書に説明される任意の他の実施形態で使用されるチャンバは、所定の最小圧力差で可動障壁の進行を一貫して制限する、図７に説明されるような球形または任意の他の形状を備えてもよい。
【００３９】
代替的なプログラム可能な計測シャントシステム１００が、図１０で描写されている。図５および図１０のシステムの間の主要な区別は、弁ｂが入口とチャンバＡとの間に位置することである。図１０で描写される弁は、図５の弁と性能が機能的に類似し、成果も図８に表される。
【００４０】
図１１は、２つの圧力センサおよび単一の弁を伴うチャンバがない計測器を表す。本構成では、既知の圧力条件および弁抵抗が、弁「ａ」を通る体積流れを計算するために使用されることができる。本設計変動は、潜在的なサイズ利点を提供するが、流量データをコンパイルすることに関して、圧力測定および弁抵抗の変動にはるかに敏感である。
【００４１】
図１２は、図６および７に説明されるような、計測器７０７と、バッテリ７０５と、ＩＣ７０６とを備える、およそ神経刺激装置のサイズである、移植可能な計測器内の主要構成要素の説明図である。本設計のための弁ＡおよびＢは、開放および閉鎖状態の両方において図１３で描写される。弁は、ダイヤフラム１３０１内の底面の近くに埋め込まれ、２本のアンカワイヤ１３１０を跨架するＮｉｔｉｎｏｌ（登録商標）ワイヤ（図示せず）に電流を印加することによって、起動される。Ｎｉｔｉｎｏｌワイヤは、電流の通過によって加熱されるときに収縮し、強制的にダイヤフラム１３０１を弁内の開口上の流出ポートから離れて屈服させる。次いで、流体は、流入から流出までダイヤフラムの外周の周りで流される。描写されるように、弁を横断する最小限の陽圧差、入−出または出−入が、強制的に弁を閉じ、したがって、非通電状態で、弁は、逆止弁の役割を果たし、流れを妨害する。
【００４２】
図１４および１５は、代替的な弁実施形態の２つの図を描写する。図１４の弁は、アンカ１４１１に接続されたＮｉｔｉｎｏｌ（登録商標）ワイヤ１４１２と、シリコーン膜１４１３内に包み込まれた剛性ポリマー支持構造１４１６とから成る。本構成におけるＮｉｔｉｎｏｌ（登録商標）１４１２ワイヤは、ワイヤの収縮ならびにアンカおよび膜の変位を引き起こす、ワイヤのジュール加熱をもたらす電流の印加によって、熱で加熱されることができる。シリコーン膜１４１３およびアンカ１４１１に隣接する支持構造の一部は、オリフィス１４１５を画定する。本場所における支持構造１４１６は、起動時に支持構造から分離可能なままであるシリコーンを機械的に拘束しない、平らな面を提示する。残りの３つの側面では、支持構造１４１６の幾何学形状は、図１５で描写されるように、貫通孔１４１８を使用してシリコーン膜を機械的に拘束するように設計される。このようにして、オリフィスは、受動的に閉鎖されるが、シリコーン膜がＮｉｔｉｎｏｌ（登録商標）ワイヤの起動によって変位させられるときに流動を可能にするように開放する。図１４は、アクティブおよび開放構成における本弁を描写する。そのような弁構成を開放するために必要とされる力は、弁を横断する差圧に対して比較的低感受性である。
【００４３】
図１４で描写される構成では、アンカは、シリコーンがその周りでキャストされる前に、事前に応力を加えられる。本事前荷重は、Ｎｉｔｉｎｏｌ（登録商標）ワイヤ１４１２が、収縮の間にその元の（収縮前）長さに戻ることを可能にするが、弁を閉鎖する復元力に寄与する。Ｎｉｔｉｎｏｌ（登録商標）ワイヤは、エポキシを用いて事前に応力を加えられたビームに固定され、その周りで機械的にループ状にされ、または両方であってもよい。本構成では、ソーシング（ｓｏｕｒｃｉｎｇ）および電力送達要素が静的であり、構造の他の要件によって、サイズ、それによって、コンダクタンスが制限されないように、Ｎｉｔｉｎｏｌワイヤのループが使用される。
【００４４】
図１６は、熱的に隔離されたチャンバ１６２０に埋め込まれたＮｉｔｉｎｏｌ（登録商標）ワイヤ１６１２から成る弁を描写する。本チャンバの一部は、電気的に起動されたときにワイヤが収縮することを可能にする、可撓性または膨張性ベローズ１６１９から成る。隔離チャンバ１６２０の一方の端部は、面に接続され、反対面と弁を形成する。熱によって起動されたとき、ワイヤ１６１２は、収縮し、ベローズ１６１９を圧縮し、チャンバの端部およびそれに接続された弁面１６２２を変位させる。弁面は、能動変位が弁を開放するか、または閉鎖するかのいずれかであるように、構成されることができる。図１６は、能動的変位が２つの面の間の流れ、および入口１６０２と出口１６０３との間の流体の移送を可能にする構成を描写する。描写されるように、Ｎｉｔｉｎｏｌ（登録商標）ワイヤの一方の端部は、構造に電気的に結合され、他方は、非伝導材料１６２１によって構造から隔離され、それが電気的に起動されることを可能にする。
【００４５】
図１６で描写される構成の１つの利点は、Ｎｉｔｉｎｏｌ（登録商標）ワイヤ１６１２の熱的隔離である。絶縁チャンバ１６２０内のワイヤを熱的に隔離することは、膜に埋め込まれたワイヤに対して熱損失を有意に低減させることができる。隔離の可能な方法は、密閉真空またはエアロゲル材料を含む。そのような効率は、シャントの耐用年数に影響を及ぼす。
【００４６】
可撓性ベローズを伴うそのような高精度弁は、Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａ  Ｉｎｃ（Ｖａｎ  Ｎｕｙｓ，ＣＡ）によって市販されているもの等の層状構築プロセスを使用して、ミリメートル未満レジメン（ｒｅｇｉｍｅｎ）で加工されることができる。代替として、レーザ焼結または他の３Ｄ印刷技法が使用されてもよい。そのような設計および製作方法では、全ての要素がともに加工され、それによって、いかなる組立の許容誤差も導入されないため、性能に重要な弁要素許容誤公差が維持され得る。
【００４７】
付加的固体材料の体積または線形膨張が、図１３−１６で描写されるＮｉｔｉｎｏｌ（登録商標）ワイヤと同様に採用されることができる。体積または線形膨張は、材料の熱膨張係数、金属原子格子構造の変化、またはポリマー構造の結合および架橋の変化を使用して、熱によって駆動されてもよい。ポリマーアクチュエータの１つの可能な実施形態は、捻転前負荷および／またはねじ曲がりを伴う１つもしくは多くのＮｙｌｏｎ（登録商標）フィラメントから成る、「人工筋肉」を採用する。そのようなフィラメントは、加熱されたときに収縮を通して線形変位を生じることが可能である。そのような設計では、加熱は、ポリマーを用いてコイル状にされた抵抗ワイヤによって、または外部源への暴露によって誘発されてもよい。
【００４８】
エネルギー消費は、ラッチ機構または複数の安定点を伴う弁によって低減させられることができる。そのような弁は、開放および閉鎖状態の間で遷移するために電力を必要とするが、開放または閉鎖状態のいずれかを維持するために電力を必要としないであろう。これは、閉鎖状態から遷移し、開放状態を維持するために電力を必要とするが、閉鎖状態に戻って閉鎖状態を維持するために電力を必要としない、図１４に説明される弁と明確に異なる。
【００４９】
ラッチ弁の例示的実施形態が、図１７で挙げられる。そのような弁は、剛性ポリマー構造１７２５内でシリコーン膜１７２４をキャストすることによって、製造されることができる。本弁の特徴は、スリット弁１７２６と、アンカ構造１７１１と、ラッチ機構１７２３と、２つのアクチュエータＡおよびＢとを含む。アクチュエータＡが収縮するとき、シリコーン膜に埋め込まれるばね要素１７４４を備える、アンカ構造１７１１は、変位させられ、スリット弁は、開放される。アンカ構造１７１１が変位させられると、ラッチ機構１７２３は、アクチュエータＡがもはや給電されていないときに変位位置でアンカを保持する役割を果たす。アクチュエータＢが収縮するとき、ラッチ機構１７２３は、アンカ構造１７１１との係合を解除し、シリコーン膜１７２４およびアンカ構造１７１１によって提供される復元力は、アンカ構造を元の位置に戻し、スリット弁１７２６を閉鎖する。弁は、アクチュエータＢがもはや給電されていないときに本位置にとどまる。
【００５０】
弁１６の流体駆動弁変形例が、図１８で描写される。本弁は、主に作動の手段において図１６で描写されるものと異なる。図１８では、Ｎｉｔｉｎｏｌ（登録商標）ワイヤは、シリコーン油等の加熱されたときに膨張する流体によって置換される。本流体の熱膨張は、誘導または抵抗加熱要素によって達成されることができ、ベローズの膨張および弁面の変位をもたらす。誘導加熱が使用されるとき、磁鉄鉱等の強磁性材料のマイクロまたはナノ粒子が、シリコーン油に導入されてもよい。図１６で描写される構成では、面の能動的変位が、入口と出口との間の流れを可能にするように弁を開放する。
【００５１】
図１８では、誘導的に加熱される流体１８２７の体積は、リザーバ１８２８の中に位置し、熱伝導を制限する狭い機械的収縮によって、ベローズ１８１９内に含まれる体積から隔離される。これは、ベローズの広い表面積が伝導性および対流熱伝達率を大いに増加させるため有意である。２つの体積の間の熱抵抗を増加させることによって、弁１８０２のエネルギー消費およびＣＳＦに伝達される熱の量は、大いに低減させられる。
【００５２】
流体駆動弁１９００が、図１９Ａで開放構成において、および図１９Ｂで閉鎖構成において図示される。以前に説明されたベローズ構造は、変形可能流体チャンバ１９２９を形成するようにダイヤフラム１９０１によって置換される。内部容積は、チャンバ内または接続されたリザーバ（図示せず）内の流体の熱膨張によって変形させられることができる。ダイヤフラム１９０１の変形および／または変位は、図１９で描写されるように、隣接オリフィスとシールを形成する。そのような変位は、流れ１９３２を低減させ、または防止するように、中間構造（図示せず）を通して伝達されてもよい。代替実施形態では、流体駆動弁２０００は、それぞれ、開放（図２０Ａ）および閉鎖（図２０Ｂ）構成において、拘束された管２０４８に隣接するダイヤフラムを有する。管は、圧潰され、それによって、ダイヤフラム２００１または変形可能構造の偏向によって閉塞される。本構造の１つの利点は、ＣＳＦの流路２０３１に最小限の複雑性を導入し、閉塞の危険性を低減させることである。代替として、ダイヤフラム２１０１は、図２１Ａおよび２１Ｂで描写されるように、弁２１００内の流路の壁に組み込まれることができる。
【００５３】
流体動作弁の１つの有意な利点は、Ｎｉｔｉｎｏｌ（登録商標）作動デバイスより高い開放および閉鎖圧力とともに動作する能力である。これは、弁および弁オリフィス内で蓄積し始め得る崩壊性生物学的物質を密閉し、それによって、閉塞の機会を低減させるために有利であることを証明することができる。本構成の他の利点は、流体リザーバの初期容積および温度のいずれか、または両方を改変することによって、弁変位、それによって、弁流体抵抗を変動させる能力を含む。より大きい流体体積がリザーバ内に含まれるとき、機械的利得が呈される。
【００５４】
開放および閉鎖構成に対応する、図２２Ａおよび２２Ｂに図示される代替的な弁実施形態２２００は、弁を作成するようにダイヤフラムまたは膜を変位させる、ヒドロゲル構造を備える。ヒドロゲルは、水飽和構造であり、熱もしくは電気刺激に応答して膨張そして／または収縮するように調合されることができる。ヒドロゲルの体積膨張は、外部場所から流体を引き出すようにヒドロゲルに要求する。流体体積２２２８は、ヒドロゲル２２３４を含む。示されていない手段によって、チャンバ２２２８内の流体が加熱されるか、または電場がヒドロゲル２２３４を横断して印加されるかのいずれかであるとき、ヒドロゲルは、膨張させられ、それによって、図２２Ｂに図示されるように流体経路を閉鎖する。
【００５５】
図２３Ａおよび２３Ｂは、２つの伸展性チャンバ２３２８の間で流体の体積を移動させる電気浸透ポンプ２３３５を備える、弁を図示する。本体積の変化は、弁座の役割も果たすダイヤフラムまたは膜によって適応されることができる。
【００５６】
代替実施形態では、それぞれ、随意のポート１９２８および２０２８を介して、図１９および２０で構成されるような弁を駆動するために、電気浸透ポンプが使用されることができる。
【００５７】
ポンプ動作弁内で流体を駆動するための潜在的ポンプ機構は、電気浸透ポンプ、静電ポンプ、Ｎｉｔｉｎｏｌ（登録商標）作動ポンプ、および固体または流体の熱膨張によって駆動されるポンプを含むが、それらに限定されない。
【００５８】
ＩＣＰ、ＩＡＰ、ＣＳＦ産生、ＣＮＳコンプライアンス等の臨床パラメータは、本明細書に説明されるデバイスによって測定され、デバイス制御アルゴリズムで、または臨床精査もしくは診断目的で使用されてもよい。図１および５のデバイスの測定能力のうちのいくつかは、以下に記述されるように、流量計および／または圧力センサを含む。
【００５９】
ＩＣＰは、患者を仰向けの横臥姿勢にさせることによって測定されてもよい。本姿勢では、圧力変換器および脳室が、ほぼ同一のレベルになるであろう。測定を行うために、図６で描写される回復位置によって示されるように、弁「ｂ」は、閉鎖され、弁「ａ」は、開いている。本構成では、圧力変換器Ｐは、脳室内のダイヤフラムの上流側の圧力を測定する。ＩＡＰは、大体同様に測定されてもよいが、弁「ａ」が閉鎖され、弁「ｂ」が開いている。
【００６０】
ＣＳＦ産生はまた、以下のように本設定で推定されてもよい。初期ＩＣＰ０値は、上記で説明されるように測定される。これは、初期の期間にわたって取得される平均値を含んでもよい。次いで、計測器は、最小限の時間で入力から出力にＣＳＦの既知の体積を移送する。次いで、ＩＣＰは、再度、経時的に測定されて監視される。ＣＳＦの除去後、ＩＣＰは、低下し、産生は、ＩＣＰがＩＣＰ０値に戻るために要する時間でＣＳＦの既知の移送体積を除算することによって推定されることができる。
【００６１】
患者が、活動中である、または静止している、任意の姿勢にあるとき、ＩＣＰおよびデルタＨ＋ＩＡＰは、計測器の通常のサイクルの間に、測定され、将来の精査のために記録されることができる。ＩＣＰは、計測器が回復構成であるときに測定され、ΔＨ＋ＩＡＰは、計測器が移送構成であるときに測定される。ＣＮＳコンプライアンスは、排出されたＣＳＦ体積の関数として圧力の変化を監視することによって測定されることができる。
【００６２】
ＣＳＦ産生は、ベースラインＩＣＰを監視し、次いで、ＣＳＦの所定の体積を排出し、低減したＩＣＰを測定し、次いで、時間の関数としてＩＣＰの増加を記録する手順によって、測定されることができる。次いで、ＣＳＦ産生速度は、ベースラインＩＣＰを再獲得するための排出される体積／時間である。圧力／排出治療は、加えて、ＣＮＳコンプライアンスを推定するために使用されることができる。
【００６３】
ＣＮＳコンプライアンスは、加えて、図２５で描写され、米国特許第７，０２５，７３９号で説明されるように、ＩＣＰ波形の心臓および呼吸成分の圧力特異的修正によって判定されてもよい。これらの波形成分の振幅は、ある場合には、患者特有の圧力−コンプライアンス曲線を作成するように、平均／ベースラインＩＣＰと関連付けられる帯域通過フィルタリングによって隔離されることができる。次いで、本データは、デバイス制御パラメータとして使用され、および／または臨床医に伝えられてもよい。同様に、心臓および呼吸成分の頻度は、脈拍数および呼吸速度を測定するために隔離されてもよい。
【００６４】
脳室内カテーテル上の１つまたはそれを上回るセンサは、臨床医の精査のために記憶され、もしくは計測制御のためのフィードバック機構に組み込まれ得る、付加的データを収集してもよい。１つの例示の目的の計測は、実質（ｐａｒｅｎｃｈｙｍａ）内または穿頭孔における脳室内カテーテル上に位置するフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）もしくは生体インピーダンスセンサによって測定され得る、血液灌流である。上昇したＩＣＰによって引き起こされる低い灌流は、水頭症における神経損傷の支配的機構であり、灌流速度の直接測定は、流量制御フィードバックのための有益な入力を提示し得る。
【００６５】
いくつかの実施形態では、フォトプレチスモグラフィおよび／またはＯ２飽和測定は、脳室内カテーテルの中に搭載されるセンサによって行われてもよい。
【００６６】
コントローラ内のリアルタイムクロックが、流体移送の持続時間および／または流体移送の間の持続時間、データ収集の持続時間ならびに／もしくはデータ収集の間の持続時間、および一日の時刻を記録することができる。
【００６７】
Ｏ２センサまたはプレチスモグラフィセンサが本明細書に説明されるような計測システムに含まれるとき、例示的制御戦略は、低い灌流が検出されるときのＣＳＦの計測を含む。計測は、灌流レベルが所望のレベルに戻る場合、ＣＳＦの所定の体積が移送された場合、またはＣＳＦの所定の移送から生じる灌流への影響がない場合に、中断されてもよい。ハイブリッド流量制御戦略は、灌流およびＩＣＰ測定の組み合わせを使用して望ましくあり得る。そのような戦略は、ＩＣＰまたは灌流条件に達したか、もしくは作用のために両方の条件に達することが要求されるときのいずれかで、ＣＳＦの移送を開始または停止することができる。
【００６８】
本デバイスはまた、一定のレベルで、または定義された範囲内で、ＣＮＳ特性を維持するように、設定点流量、圧力、または灌流コントローラとして操作されてもよい。
【００６９】
付加的動作モードは、一日の時刻または利用可能な感知入力の任意の組み合わせによって判定されるスケジュールでのＣＳＦの計測であってもよい。これの２つの例示的実施形態は、夜間のＣＳＦの計測、および患者が水平位置にもある場合に夜間にＣＳＦを条件付きで計測することであろう。
【００７０】
本デバイスはまた、一定または可変流体抵抗を伴うシャントの圧力流量性能と同等であろう、線形もしくは非線形圧力依存性流動応答とともに動作するようにプログラムされてもよい。
【００７１】
図２５〜２８は、本明細書に説明される計測システムの実施形態がそれぞれ、複製が可能である、複数の圧力流量性能曲線を図示する。図２５は、Ｉｎｔｅｇｒａ  ＮｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅｓからのＯＳＶＩＩ等の市販の静的流量制御シャントを用いて利用可能である、一般的な圧力依存性流量制御を描写する。図２６は、設定点流量制御性能を描写する。制御された流量範囲内で、流量は、圧力から独立し、本デバイスは、患者において生理学的に可能な全ての圧力にわたって制御された流量範囲を維持することが可能である。本流量は、動作範囲内の任意の定数に設定され、一定のままとなることができる。設定点圧力制御は、図２７で描写されるように、所望の圧力を維持するように流量を変動させることができる。設定点圧力と設定点流量制御との間のハイブリッドモードは、図２８で描写されるもの等の制御可能な圧力および流量範囲内にある任意の性能曲線を画定することができる。加えて、流量および圧力制御レジメンは、時間または位置もしくは姿勢等の変数の関数として変化させられることができ、これらの特性は、以前は臨床医に利用不可能であった処置方法を可能にする。
【００７２】
本明細書に説明される実施形態は、新しいプログラムを移植されたシャントにダウンロードすることによって、所定のシャントの性能特性が臨床医によって再定義されることを可能にし、多くのシャント改正の必要性を排除する。
【００７３】
本明細書に説明されるデバイスは、計測器の断続的動作に起因して、既知の連続流れ弁に対してより高い動作流量および流体剪断を経験し得る。さらに、既知の移送体積および動作応答時間は、デバイス内で経験される流動条件の範囲をより良好に制御し、システムを通した流れのより正確な計算モデルを可能にし、死空間を縮小し得る。
【００７４】
本明細書に説明されるいくつかの実施形態では、シャント内の要素または材料の抵抗もしくは誘導加熱の使用、およびシャント内の本熱伝達によって、シャント、シャントの一部、またはその弁の生体内（ｉｎ  ｖｉｖｏ）加熱殺菌が達成される。これは、シャントシステムまたはシャントの特定のサブドメイン内の抵抗もしくは誘導結合加熱要素によって達成される。いくつかの実施形態では、これらの要素は、シャント内の弁またはポンプを作動させるために使用されるものと同一であってもよい。いくつかの実施形態では、本特徴は、シャントが外部電源に接続される、または電力が臨床設定内の外部源によって直接印加されるときにのみ、利用可能であり得る。
【００７５】
移植されたデバイス内の磁鉄鉱粒子を加熱するために外部誘導エネルギー源３１３８が使用される、一例示的実施形態が、図２９で描写される。図２９は、磁鉄鉱粒子が、シャント内の湿潤表面３１４０を取り囲むサブドメインまたは層３１３９内のみに位置する、実施形態を描写する。このようにして、加熱されたサブドメインと患者の組織との間の熱抵抗が増加される。
【００７６】
図３０は、本明細書に説明される特徴の多くを組み込む、図１０に説明されるようなプログラム可能な計測シャントシステム３２００の実施形態を描写する。図３０のデバイスは、修正または故障の場合に独立して移植され、そして交換されるときに、ともに固定されることができる、２つのサブ構成要素から成る。一方の「湿潤」構成要素３２６０は、流入ポート３２０２および流出ポート３２０３、ならびに計測チャンバＡおよびＢを備える、ＣＳＦ湿潤表面の全てを含む。他方の「乾燥」構成要素３２５０は、電源３２４２ならびに弁「ａ」および「ｂ」を伴う全ての移植された電子機器を備える。本実施形態で描写される流入弁は、圧潰され、上記の図２０に説明されるような膨張要素によって閉塞される、流入管３２０２の一部を含む。流出弁は、順に、図２０に説明されるものと同様に第２の膨張要素３２７１によって閉塞される、管３２０３を含む。本実施形態の弁に含まれる膨張要素は、代替として、以前に説明された他の駆動機構のうちのいずれかを含んでもよい。電力およびデータ通信は、電気接続３２４１を介して乾燥構成要素から湿潤構成要素に伝達されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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