(57)【要約】本発明の実施形態は、膀胱充満監視システム及びそのような監視のための関連する方法を提供する。１つは、コントローラと、患者の膀胱に取り付けられたアクティブな光学センサーを含む。センサーは、膀胱に光を放出し、膀胱から反射された光をさらに検出して、放出された光の量が検出器に反射して戻されたことを示す出力信号を生成する。コントローラは、例えば膀胱が満杯であるときを決定するために、出力信号を受信して解釈するために光学センサーに結合されている。コントローラは、出力信号を使用して、自発的に排尿する能力を失った患者の排尿をトリガーする尿制御装置に動作可能に結合することができる。実施形態は、膀胱感覚及び／又は自発的な排尿能力を失い、排尿するために尿制御装置に依存している患者の膀胱充満を監視するのに特に有用である。
2021506436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膀胱監視システムは、以下を備える：
膀胱の内壁を貫通することなく膀胱の外壁に固定して配置可能なセンサーデバイスであって、前記センサーデバイスは光放出器と検出器とを含み、前記光放出器は前記膀胱の外壁へ光を放出するように配置され、前記検出器は前記膀胱の外壁からの反射放出光を検出するように配置され、
ここにおいて、前記センサーデバイスは、前記反射放出光の量を示す出力信号を生成し、及び
前記センサーデバイスに動作可能に結合されたコントローラであって、前記コントローラは、前記センサーデバイスの前記出力信号に基づいて前記膀胱の充満度を決定するロジックを含む。
【請求項２】
前記センサーデバイスの出力信号が、前記センサーデバイスによって検出され得ないように、前記膀胱の外壁によって散乱される放出光の量を示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記センサーデバイスの出力信号は、反射放出光の強度を示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラが、前記膀胱の充満度と前記センサーデバイスの前記出力信号の大きさとの間の逆関係に基づいて前記膀胱の充満度を決定するロジックを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記膀胱の決定された充満度が閾値を超えたときに患者によって検出可能な出力を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記膀胱の決定された充満度が閾値を超えたときに、患者のモバイルデバイスに通知を送信するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記センサーデバイスは少なくとも一対の縫合糸開口部を含み、前記少なくとも一対の縫合糸開口部は、前記膀胱の内壁を貫通することなく前記センサーデバイスを前記膀胱の前記外壁に固定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記センサーデバイスは、前記膀胱の１つ又は複数の内壁に光を放出するように構成され、前記１つ又は複数の内壁は、前記センサーデバイスに近接する壁及び前記センサーデバイスに対して遠位の壁を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記センサーデバイスの前記出力信号が所定の閾値を超えるときに、関連する尿制御装置に機能を実行させるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記尿制御装置によって実行される前記機能は、排尿を誘発することを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記尿制御装置と一体化されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記尿制御装置から分離している、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記光放出器と前記検出器との間の間隔は、約８．２から１０．４ｍｍの範囲である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
患者の膀胱の充満を検出するためのセンサーデバイスであって、前記センサーデバイスは、以下を備える：
前記膀胱の内壁を貫通することなく、前記膀胱の外壁にしっかりと取り付けられるベース面、
前記ベース面に結合された光源と光検出器であって、前記光源と前記光検出器とは、前記患者の膀胱の外壁に光を放出し、前記外壁から散乱する光を検出するように配置及び構成され、これによって、散乱の量は、前記患者の膀胱の充満度と相関し、
ここにおいて、前記光検出器は、前記膀胱の外壁による散乱の量に相関する出力を生成するように構成される。
【請求項１５】
前記出力は、前記膀胱の充満度が所定の閾値をいつ超えるかを決定するために、前記センサーデバイスに動作可能に結合されたコントローラによって利用されるように構成される、請求項１４に記載のセンサーデバイス。
【請求項１６】
前記光源が発光ダイオードである、請求項１４に記載のセンサーデバイス。
【請求項１７】
前記光検出器はフォトダイオードである、請求項１４に記載のセンサーデバイス。
【請求項１８】
光学窓をさらに備え、前記光学窓はサファイアから形成される、請求項１４に記載のセンサーデバイス。
【請求項１９】
光学バリアをさらに備え、前記光学バリアは、前記光源と前記光検出器との間の光の直接透過を防止するように配置及び構成される、請求項１４に記載のセンサーデバイス。
【請求項２０】
患者の膀胱の充満を監視する方法であって、前記方法は、以下を備える：
光源と検出器とを含むセンサーを患者の膀胱の外壁に配置し、
前記センサーからの光を前記膀胱の外壁に放出し、
前記センサーを用いて、前記膀胱の前記外壁によって反射された光の量を検出し、検出された光の量に対応する出力信号を生成し、及び
前記検出された光信号と、反射された光の量と膀胱の充満との間の逆関係とを利用して、前記患者の膀胱の充満度を決定する。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、さらに以下を備える：
前記センサーの電気出力が所定の閾値を超えたときに、前記センサーに関連付けられた尿制御装置において機能を実行し、ここにおいて、前記センサーの前記電気出力は、前記膀胱の前記外壁によって散乱された光に関連する。
【請求項２２】
前記尿制御装置が陰部神経刺激デバイスを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記機能は、前記患者に通知を送信することを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記通知は、前記膀胱の充満度又は排尿の必要性に関する情報を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記機能が排尿の電子的開始を備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
患者の膀胱液中の発色団の濃度を決定する方法であって、前記方法は、以下を備える：
光源と検出器とを含むセンサーを前記患者の前記膀胱の外壁に配置し、
前記センサーから第１の波長範囲の光を前記患者の膀胱壁に放出し、
前記センサーによって、前記膀胱の流体によって散乱された前記第１の波長範囲の光を検出し、
前記センサーから第２の波長範囲の光を前記患者の膀胱壁に放出し、
前記センサーによって、前記膀胱の流体によって散乱された前記第２の波長範囲の光を検出し、
前記第１の波長範囲に関連する発色団の第１の濃度と、前記第２の波長範囲に関連する発色団の第２の濃度と、の比率を決定し、及び
前記コントローラによって、前記第２の濃度に対する前記第１の濃度の変化の比率を監視する。
【請求項２７】
前記膀胱によって収集された尿の色の変化を検出することをさらに備える、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年１２月２１日に提出された「膀胱内圧を感知するための装置及び方法」という名称の米国仮特許出願第６２／６０９，０９０号（代理人整理番号ＩＣＵＢ．Ｐ０５４Ｐ）の優先権の利益を主張し、その内容の全体がすべて、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
［発明の分野］
本発明の実施形態は、医療装置及び方法に関し、より具体的には、膀胱の充満を感知するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
［背景］
多くの障害は、膀胱機能を自発的に制御する患者の能力の喪失をもたらす可能性がある。最も一般的には、脊髄損傷に苦しんでいる患者は、排尿を自発的に制御する能力だけでなく、膀胱が満杯になったことを感知する能力も失う可能性がある。このような患者は通常、フォーリーカテーテルなどの尿道カテーテルの長期使用に頼らなければならない、これらのカテーテルは、その末端部分が膀胱に到達するまで患者の尿道を通って伸長され、尿を吸い込んで膀胱を空にすることができる。しかしながら、尿道カテーテルには多くの欠点がある。特に、尿道カテーテルの使用は、汚染物質を導入したり、外傷を引き起こしたり、膀胱を十分に空にすることができないため、患者に感染のリスクが常に発生する。さらに、尿道カテーテルは通常、患者が自宅や治療施設から離れているときに携帯しなければならないバッグに排出される。患者は尿道カテーテルの使用に抵抗し、排尿減少や感染のリスクが高くなる。
【０００４】
脊髄損傷に苦しむ患者にとって、尿道カテーテルの使用によって引き起こされる問題は悪化する。例えば、フォーリーカテーテルは患者による頻繁な交換を必要とする。尿道カテーテルの交換は敏感な手作業であり、脊髄損傷に苦しむ患者にとって不可能ではないにしても、困難である。
【０００５】
尿道カテーテルのいくつかの欠陥に対処するために、種々の試みが行われてきた。例えば、陰部神経刺激システム（ｐｕｄｅｎａｌ  ｎｅｒｖｅ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ）により、患者とその介護者は、選択的に陰部神経を刺激して膀胱の排尿を制御することができる。しかしながら、そのような陰部神経刺激システムは膀胱の充満を検出しないため、膀胱が充満していることを患者に警告することができない。膀胱が満杯になったことを感知する能力を失った患者にとって、従来の陰部神経刺激システムは、患者が自分の膀胱を空にするのに時間がかかりすぎる可能性があるリスクを高め、患者への感染のリスクを高める。従来の陰部神経刺激システムが充満を検出できないことは特に問題である、患者の膀胱が満杯になるときの頻度は、患者の最近の水分摂取量、水分補給レベル、及び／又はダイエットのような患者が気付かない多くの理由により、大幅に変動する可能性があるためである。
【発明の概要】
【０００６】
［発明の概要］
本発明の種々の実施形態は、患者の膀胱の充満の程度及び／又は状態に関するリアルタイム情報を提供するための膀胱監視システムを提供する。システムは、センサーデバイス及びコントローラを含むことができる。センサーデバイスは、膀胱の内壁を貫通することなく、膀胱の外壁に取り付けることができる。膀胱内に配置されないようにするか、又は膀胱の内壁を貫通しないようにすることにより、センサーデバイスは、膀胱内圧又は充満度の従来の測定方法に関連する感染のリスクを低減することができる。
【０００７】
多くの実施形態では、センサーデバイスは、光エミッタ及び検出器を含むことができる。光エミッタは、膀胱の外壁で光を放出するように配置することができ、検出器は、膀胱外壁から反射された放出光を検出するように配置することができる。更に、センサーデバイスは、反射された放出光の量を示す出力信号を生成することができる。コントローラは、センサーに動作可能に結合することができ、センサーデバイスの出力信号に基づいて膀胱充満度を決定するロジックを含むことができる。このようにして、膀胱監視システムは、膀胱の充満を感知する能力を失った患者、及び／又は脊髄損傷又は排尿プロセスに関与する１つ又は複数の脊髄、陰部神経又はその他の神経経路の機能に影響を与える状態に起因して自発的に排尿する能力を失った患者にとって特に有用であり得る。
【０００８】
いくつかの実施例では、コントローラは、決定された膀胱充満度が閾値を超えたときに患者に通知する（例えば、携帯電話通知）ように構成することができる。更に、コントローラは、関連する尿制御装置に排尿を誘発させるように構成することができる。変形例では、コントローラは、尿制御装置と統合又は分離することができる。
【０００９】
他の実施例では、センサーデバイスは、患者の膀胱液中の発色団の濃度を決定することができる。そのような実施例では、センサーデバイスは、複数の波長範囲で患者の膀胱壁に光を放出することができ、各波長範囲ごとに膀胱の流体によって散乱された光を検出することができる。各波長範囲の発色団の濃度は、例えば膀胱によって収集された尿の色の変化を検出するために、互いに対する変化についてコントローラによって決定及び監視することができる。
【００１０】
他のセンサーテクノロジーに対するいくつかの実施例で提供される主な利点は、そのような実施例では、カテーテル法によって膀胱内に配置する必要のない光学センサーを使用して膀胱の容積を決定できること、つまり、フォーリーカテーテル又は患者の尿路内に永久的に留置されるデバイスのようなものに取り付ける必要はない（フォーリーカテーテルに関連する感染のリスクを軽減するため、これは有利である）。代わりに、種々の実施形態では、アクティブな光学センサーを膀胱壁に直接取り付けることができる（例えば、医療分野において知られている縫合糸又は他の取り付け手段を使用する）。また、いくつかの実施形態によれば、光学センサーは、電気的に誘発される排尿を提供し、その後、患者が必要とするさらなる動作なしに機能するように構成される関連する電気刺激装置又はシステムとともに埋め込むことができる。
【００１１】
実施例では更に、種々の代替構成で光学センサーを膀胱に取り付けることができる。特定の実施例では、光学センサーは、膀胱壁を突き刺さない、またはそうでなければ膀胱壁を貫通しないように、膀胱壁の外面に縫合することができる。このような実施形態は、膀胱壁を突き刺すために必要とされる電極又は他のセンサーから生じる感染又は石灰化（例えば、膀胱における石の形成をもたらすミネラルの沈着）のリスクを回避する。光学センサーはまた、膀胱への外傷又は損傷を最小限にするために、移植中に膀胱の表面上の単一又は複数の点に縫合されるように構成され得る。
【００１２】
実施例はまた、膀胱の充満を感知する能力を失った、及び／又は脊髄損傷又は排尿プロセスに関与する１つ又は複数の脊髄、陰部神経又はその他の神経経路の機能に影響を与える状態に起因して自発的に排尿する能力を失った患者の膀胱の充満度に関する監視及び情報提供に特に有用である。光学センサーは機能するのに高電圧又は磁場を必要としないため（散乱光の放出と収集に基づく）、腹部の表面又は表面近くに配置された充電デバイスとの誘導結合により再充電可能に構成されている可能性のある低電圧の長時間持続するバッテリーから電力を供給できる。
【００１３】
本発明の性質及び利点をより完全に理解するために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照する。図面は、例証として本発明の実施形態を表す。従って、これらの実施形態の図面及び説明は、本質的に例示的であり、限定的ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
［図面の簡単な説明］
【図１】図１Ａは、１つ又は複数の例による、膀胱監視システムの例を示す。図１Ｂは、図１Ａの例示的な膀胱監視システムの例示的な光散乱モードを示す。
【図２】図２は、図１Ａの例示的な膀胱監視システムによる、電気信号対膀胱充満時間の変化のグラフである。
【図３】図３Ａは、患者の膀胱の充満を監視するためのセンサーの例を示す。図３Ｂは、図３Ａで説明したようなセンサー用の縫合スカート（ｓｕｔｕｒｅ  ｓｋｉｒｔ）の例を示す。
【図４】図４Ａから図４Ｈは、患者の膀胱の充満を検出するためのセンサーの種々の例を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、１つ又は複数の例による、膀胱の充満を監視するための実験セットアップを示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実験用センサーの異なるチャネル間の間隔の違いを決定するための実験を示す。
【図６】図６は、図５Ｂのセンサーを使用する膀胱監視システムの応答を示す、測定されたフォトダイオード電圧対膀胱充満時間のグラフである。
【図７】図７は、図５Ｂのセンサーに対する各チャネルのデルタ（Δ）の平均及び標準偏差のグラフである。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、種々の例によって説明される、ブタ膀胱とともに使用するための例示的なセンサーのブタの生体内試験のための設定を示す写真である。
【図９】図９は、図８Ａ及び図８Ｂの例で示されるように、測定されたフォトダイオード電圧対膀胱充満時間のグラフである。
【図１０】図１０は、患者の膀胱の充満を監視する例示的な方法を示す。
【図１１】図１１は、患者の膀胱液中に存在する細菌又は血液などの発色団の相対濃度を決定するための例示的な方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［発明を実施するための形態］
説明される実施形態は、患者の膀胱の充満を検出し、それに関する情報を提供するためのデバイス、システム、及び方法を含む。いくつかの実施形態は、例えば、尿量による膀胱拡張に基づいて、患者の膀胱充満に関するリアルタイム情報を測定及び提供するための光学ベースのセンサーシステムを含む。
【００１６】
本明細書で使用される場合、「約」という用語は、述べられた特性、寸法又は他の値の±１０％以内、より好ましくは、述べられた値の±５％を意味する。また、本明細書で使用される場合、「実質的に」という用語は、指定された特性又は品質の±１０％以内、より好ましくは、指定された値の±５％を意味する。
【００１７】
いくつかの実施形態は、随意の膀胱制御を失った患者、及び／又は脊髄損傷を負った患者などの膀胱の充満を感知する能力を失った患者の排尿（別名放尿）を開始するために、充満の程度及び／又は徴候について患者の膀胱を継続的に監視するセンサーを含む。いくつかの実施形態では、膀胱監視システムは、膀胱監視システムが尿制御装置に排尿トリガーを生成するように、尿制御装置に結合されるか、そうでなければ統合される。
【００１８】
説明される実施形態は、いくつかの従来のアプローチによって提供されるように、時間間隔ではなく膀胱の充満に応答することができる膀胱監視システムを提供する。他の利点の中でも、説明される実施形態は、患者の膀胱の充満に影響を与える可能性のある要因（例えば、水分補給）によりよく対応するため、患者の排尿の間の期間が過度に延びるリスクを回避すると同時に、より便利で効率的である。
【００１９】
説明される実施形態は、患者の膀胱の充満を監視し、患者に膀胱を排尿すべき時を示すフィードバックを患者に提供する膀胱監視システムを提供する。実施例によって説明される膀胱監視装置は、種々のタイプの障害を有する患者の尿機能に利益をもたらすことができる。例えば、膀胱を空にするために尿道カテーテル（例えば、フォーリーカテーテル）を使用しているが、膀胱の充満を検出する能力もない患者（例えば、脊髄損傷の患者）の場合、膀胱監視システムの例では、膀胱の排尿がいつ発生するかを検出し、少なくともいくつかの側面では、感染の可能性を減らすために患者が膀胱を排尿する間の頻度を最適化する。陰部神経刺激システムを使用する患者の場合、説明される膀胱監視システムは、患者と介護者に通知を提供できる。更に、例示的な膀胱監視装置を使用して、陰部神経刺激システムをトリガーして患者の膀胱の排尿を誘発することができる。
【００２０】
図１Ａ及び図１Ｂは、１つ又は複数の例による、例示的な膀胱監視システムを示す。例示的な膀胱監視システム１００は、光学膀胱容積感知装置（「ＢＶＳＤ」）１１０、コントローラ１３０、及び通信インターフェース１４０を含む。ＢＶＳＤ  １１０は、患者の膀胱１０１に、又はその近くに取り付けられるように、患者の体内に配置することができる。位置決めされると、ＢＶＳＤ  １１０は、膀胱容積の測定値としてコントローラ１３０によって解釈可能な出力信号１１１を生成する。出力信号１１１を生成するために、ＢＶＳＤ  １１０は、光を放出し、反射を検出するアクティブな光学センサーを含む。いくつかの実施形態では、出力信号１１１は、電圧信号の形態とすることができ、電圧信号の値は、膀胱の容積レベル又は測定値を示す。追加又は変形として、出力信号１１１は、膀胱容積の測定値を解釈可能なパターン又は他の特性を反映することができる。
【００２１】
コントローラ１３０は、出力信号１１１を受信するためにＢＶＳＤ  １１０に通信可能に結合され得る。いくつかの実施では、コントローラ１３０は、ＢＶＳＤ  １１０に動作可能に近接して（例えば、患者の皮膚の下で）、患者の体内に埋め込まれる。そのような実施形態では、コントローラ１３０をＢＶＳＤ  １１０に直接接続して、（例えば、通信ケーブル１０９を介して）出力信号１１１を受信することができる。他の変形例では、コントローラ１３０は、出力信号１１１を受信するためにＢＶＳＤ  １１０に無線で結合され得る。コントローラ１３０は、出力信号１１１を解釈し、対応する出力を生成することができ、これにより、コントローラの出力１３１に示されているように、患者、介護者、又は関連する尿制御装置による膀胱１０１の排尿誘発するか、そうでなければ排尿させることができる。実施例では、出力１３１は、通信インターフェース１４０に通信することができ、通信インターフェース１４０は、例えば、関連する出力デバイス１５２（例えば、ライト又はスピーカを備えた通知デバイス）、モバイルデバイス１５４（例えば、患者又は介護者への通知）又は関連する尿制御装置１５６に出力を送信又は別様に通信する。後者の場合、出力１３１は、関連する尿制御装置１５６のトリガーとして機能することができる。さらに、コントローラ１３０がその場で配置される特定の実施形態が説明されているが、変形例では、コントローラ１３０は、患者の体外に配置することができる。尿制御装置１５６の例は、米国特許出願第１５／４１０，６９２号、患者対応膀胱制御のためのシステム及び方法と題されて記述されており、前述の出願は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２２】
他の変形例では、コントローラ１３０は、出力信号１１１を受信するためにＢＶＳＤ  １１０に間接的に結合されてもよい。例えば、ＢＶＳＤ  １１０は、出力信号１１１を通信インターフェース１４０に直接通信することができ、通信インターフェース１４０は、出力１１１をコントローラ１３０に通信する。そのような実施形態では、電気的接続（例えば、ケーブル）は、ＢＶＳＤ  １１０と通信インターフェース１４０との間に延在することができ、別個の接続（例えば、ケーブル、無線接続）は、通信インターフェース１４０とコントローラ１３０との間に延在することができる。そのような実施形態では、コントローラ１３０は、患者の体外に配置することができ、一方、通信インターフェース１４０は、患者の体内（例えば、皮膚の下）に配置される。
【００２３】
更に、いくつかの実施形態は、コントローラ１３０を別個のデバイスであると説明しているが、変形例では、コントローラ１３０の機能の一部又はすべてをＢＶＳＤ  １１０と統合することができる。例えば、いくつかの実施では、ＢＶＳＤ  １１０はＢＶＳＤ  １１０の生のセンサー出力を解釈するために、マイクロ回路及び／又は集積論理を含むことができる。追加又は変形として、ＢＶＳＤ  １１０はまた、コントローラ１３０と、通信インターフェース１４０と、又は代替的に、患者の体外に配置されたコントローラ１３０と無線通信するためのトランシーバを含むことができる。
【００２４】
出力信号１１１（又は仲介デバイスからの対応する信号）を受信すると、コントローラ１３０は膀胱容積の決定を示す出力１３１を生成することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１３０の出力は、「満杯」又は「満杯でない」のいずれかを示すようにバイナリである。他の変形例では、コントローラ１３０の出力１３１は、患者の膀胱１０１の充満レベル（例えば、「空」、「部分的に満杯」、「満杯」及び「非常に満杯」）を示すことができる。さらに、他の実施形態では、コントローラ１３０の出力は、膀胱の充満レベルを示す１から１０などのスコアの形とすることができる。
【００２５】
いくつかの実施形態によれば、ＢＶＳＤ  １１０は、膀胱１０１の外壁１０２に取り付けられるか、そうでなければ取り付けられるように構成される。取り付けられるとき、膀胱１０１に対するＢＶＳＤ  １１０の位置は一定であり得る（例えば、ＢＶＳＤ  １１０は、膀胱容積と共に移動し得るが、膀胱１０１に対して同じ実質的に同じ位置に留まる）。
【００２６】
変形例では、ＢＶＳＤ  １１０は、膀胱外壁１０２から設定された距離に配置され得る。さらに、他の変形例では、ＢＶＳＤ  １１０は、膀胱１０１の内部、膀胱内壁１０４の上又は近くに配置することができる。
【００２７】
ＢＶＳＤ  １１０が膀胱１０１の外壁１０２に取り付けられている実施形態では、ＢＶＳＤ  １１０は、少なくとも縫合糸開口部（ｓｕｔｕｒｅ  ｏｐｅｎｉｎｇｓ）を含むことができる。縫合糸開口部は、ＢＶＳＤ  １１０を膀胱１０１の外壁１０２に固定するのに役立つ縫合糸を受け入れることができる。いくつかの実施形態では、縫合糸開口部は、膀胱外壁１０２の貫通又は突き刺すを防止するのに十分な寸法（例えば、横断−直径）の縫合糸を受容するような寸法である。変形例では、縫合糸開口部は、代替的に、ＢＶＳＤ  １１０を膀胱１０１の内壁１０４に固定するために縫合糸を受け入れることができる。さらに、いくつかの実施形態では、ＢＶＳＤ  １１０は、膀胱外壁１０４に固定されるように成形されたベース構造、厚さ、又は表面１０５を含むことができる。ベース表面１０５は、例えば、刺激を回避するために滑らかであり得、及び／又はコーティングされ得る。加えて、ベース表面１０５は、ＢＶＳＤ  １１０内からの感知を促進するか、さもなければ可能にするように構造化することができる。例えば、ベース表面１０５の部分は、エミッタ１１４からの光透過、及び検出器１１２の光検出を促進するために半透明であり得る。ＢＶＳＤ  １１０を外壁１０２に取り付けることにより、ＢＶＤ  １１０は、測定に関して不正確を引き起こし得る組織、流体、又は動的粒子がない状態で、膀胱１０１の比較的妨げられていない感知視野を有することができる。
【００２８】
図１Ａによって示されるような実施形態では、コントローラ１３０は、ケーブル１０９（例えば、絶縁ケーブル）のワイヤ又はワイヤの束を介してＢＶＳＤ  １１０に接続するように埋め込まれる。コントローラ１３０はＢＶＳＤ  １１０の出力信号１１１を解釈するために、マイクロプロセッサ、集積回路又は他のロジックを含み得る。いくつかの変形例では、コントローラ  １３０は、ＢＶＳＤ  １１０による光透過を制御するための別個の又は統合された電力コントローラを含むこともできる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、患者の膀胱１０１が空の状態と満杯の状態の両方にある間、コントローラ１３０はＢＶＳＤ  １１０から電気出力を受け取る。それぞれの空の状態及び満杯の状態、並びに中間状態に対する膀胱１０１の容積の変化は、出力信号１１１の電気的特性の変化によって反映され得る。いくつかの実施形態では、膀胱状態の変化は、出力信号１１１の電圧レベルの変化によって反映され得る。電圧値の変化は、膀胱１０１の容積の変化にさらに相関し得る。例えば、ＢＶＳＤ  １１０からの電気出力の変化率が所定の閾値を超える場合、コントローラ１３０は、膀胱１０１が満杯であると決定することができる。他の実施では、追加の閾値を使用して、追加の閾値をマークできる。いくつかの実施形態では、空及び満杯の状態にある患者の膀胱１０１に対するＢＶＳＤ  １１０からの電気出力を使用して、ＢＶＳＤ  １１０から作成される読み取り値を較正することもできる。
【００３０】
いくつかの実施形態によれば、電気出力は、ＢＶＳＤ  １１０のフォトダイオード（例えば、光検出器１１２）によって生成された光電流から得られる。フォトダイオードは、光電流を生成することによって検出された光に応答することができ、光電流は次に、膀胱１０１の充満と相関する検知された電圧電位に発展させることができる。所定の閾値は、「空」を表す膀胱の容積ｓと充満の程度（例えば、半分満杯、満杯など）との間のＢＶＳＤ  １１０の電気出力の変化率に基づくことができる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、コントローラ１３０は、ＢＶＳＤ  １１０の出力信号１１１を、膀胱１０１の種々の構成要素の１つ又は複数の光散乱値の合計の測定値として解釈することができる（例えば、膀胱１０１内腔、粘膜、粘膜下組織、筋層、漿膜、外膜、及び細胞間の間質領域などを含む細胞）。膀胱１０１の充満レベルにより、膀胱１０１の光散乱値の測定値は変動する場合がある。例えば、１つ又は複数の光散乱値は、膀胱１０１の充満レベル、より具体的には膀胱壁の厚さに相関することがある。具体的には、膀胱がいっぱいになると、膀胱壁が伸張し、それによって細胞層だけでなく、細胞間の間質領域も薄くなる。膀胱壁が伸びるにつれて、膀胱壁への変化は、散乱対反射される光の量に影響を与える可能性があり、散乱が大きいほど反射光が少なくなり、出力信号１１１が減少することを意味する。しかしながら、本発明の実施形態は、満杯の膀胱状態と空の膀胱状態との間で測定される反射光の量が、異なる生理学的変化に起因する寄与を含み得ること、及び寄与が相反する寄与と結合寄与の両方であり得ることをさらに認識する。例えば、膨張する膀胱１０１は、より多くの放出光を散乱させ得るが、容積拡大の性質、放出光が反射される領域及び／又は他の生理学的変化により、放出光が間接的に反射されて検出器１１２に戻る散乱を引き起こす可能性がある。（例えば、膀胱内壁１０２の複数の場所から放出された光）。このようにして、満杯の膀胱と空の膀胱との間の出力測定値の違いにより、膀胱の充満のリアルタイム監視中に行われた測定を測定できる範囲又はデルタ（本明細書では「「Δ」）が確立される。いくつかの実施では、検出される光の量の値の範囲は、膀胱の容積の比例指標と見なすことができる。例えば、膀胱の容積が大きいほど、検出される光が少なくなる（従って、検出器１１２からの光起電電圧の発生が少なくなる）。他の変形例では、検出された光の量の値の範囲は、放出された光が局所的な最小変曲点に到達する原因となる膀胱容積の増加、続いて間接的に反射して検出器１１２に戻る光散乱の量の結果として、光検出の値が増加する期間のような条件を考慮するために、パターンに一致させることができる。このような状態は、間接的に反射して検出器１１２に戻る光散乱の量が、光が検出器１１２から離れる方向に偏向される光散乱の量に等しいか又はそれより多い状態を作り出す生理学的状態の結果として発生し得る。そのような実施形態によって示されるように、反射光から生成されるような感知された光学特性は、体積、従って膀胱の充満との関係で変化する可能性がある。さらに、感知された光学特性は、膀胱壁の弾性（例えば、弾性の低下）が変化する条件などの他の条件と相関する可能性がある。
【００３２】
多くの実施形態では、システム１００は、以下の仮定の下で動作することができる：反射光から生成される感知された光学特性が、膀胱壁の相対的な厚さに相関して変化し得、これは、膀胱１０１の容積を示す。場合によっては、コントローラ１３０によって受信される電気出力（例えば、ＢＶＳＤ  １１０からの出力信号１１１の大きさ）の約３０％の変化は、膀胱液量の約４００ｍＬの変化に変換され得る。上述のように、電気出力及びその対応する体積変化の他の変化が観察され、実施形態は、電気出力の変化を膀胱充満及び／又は他の生理学的変化に一致させるために代替の相関技術を使用できることを認識する。
【００３３】
コントローラ１３０から受け取った電気出力の変化率が所定の閾値を超えると判断すると、コントローラ１３０は、患者又は介護者に膀胱の充満レベルを通知するように通信インターフェース１４０に信号を送るなど、出力１３２を生成することができる（例えば、通知デバイス１５２又はモバイルデバイス１５４を介して）。更に、コントローラ１３０は、膀胱１０１を監視し続けて、出力信号１３１が排尿された膀胱を示す（例えば、出力信号１３１が最小閾値に到達する）ときを検出し得る。膀胱が空にされたことの検出に応答して、コントローラ１３０は、通知デバイス１５２及び／又はモバイルデバイス１５４に通知を提供して、膀胱が空になったときに許容可能な残余量（例えば、空、ほぼ空など）になるまで患者又は介護者に通知し、手動での排尿を中止することができる。
【００３４】
追加又は代替として、コントローラ１３０は、尿制御装置１５６をトリガして排尿を刺激するために出力１３２を生成することができる（例えば、患者の陰茎神経（ｐｅｎａｌ  ｎｅｒｖｅ）に信号を送る代替インプラントを使用して）。更に、コントローラ１３０は、膀胱１０１を監視し続けて、出力信号１３１が排尿された膀胱１０１を示すときを検出することができる。例えば、出力信号１３１が、排尿された膀胱１０１に関連する閾値に達すると、システム１００は、膀胱１０１の刺激を停止するように尿制御装置１５６をトリガーすることができる。このようにして、膀胱１０１の排尿を開始及び停止するためのＢＶＳＤ  １１０からのフィードバックに基づいて、システム１００は、膀胱１０１の充満レベルを調節するための閉ループシステムを作成する。更に、いくつかの実施形態では、コントローラ１３０が受け取った出力の変化率が所定の閾値を超えると判断すると、コントローラ１３０は、関連するインプラント１４０に排尿を誘発させることができる。
【００３５】
変形例では、システム１００は、患者の尿中の細菌、血液又はタンパク質の異常なレベル（例えば、尿路感染症、腎臓病などから生じる可能性があるもの）の存在を決定する診断ツールとして利用され得る。いくつかの実施形態によれば、システム１００は、膀胱１０１及び／又は膀胱１０１内の尿中に存在する細菌、タンパク質、血液又は他の発色団の相対濃度を特徴付けるように構成され得る。例えば、システム１００は、例えば、細菌及びタンパク質が最も高い光吸収を有する紫外範囲（例えば、＜  ４００ｎｍ波長）で動作するようにＢＶＳＤ  １１０を調整することによって一方又は両方を検出するための分光分析を実行するように構成され得る。他の実施形態では、例えば、システム１００  は、膀胱１０１の流体中の血液の存在を検出するために、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビン（例えば、５３２ｎｍと５８５ｎｍとの間）の十分確立された吸収ピークを含む波長範囲にＢＶＳＤ  １１０を調整するように構成され得る。このようにして、ＢＶＳＤ  １１０は、膀胱１０１  内に含まれる流体中の、又は膀胱壁の組織中の相対的な発色団含有量中のあらゆる色の変化を検出することができる。
【００３６】
図１Ｂは、１つ又は複数の実施形態による、膀胱監視システム１００の一部として患者の膀胱１０１上で動作しているＢＳＶＤ  １００の実施形態を示している。ＢＶＳＤ  １１０は、光源又はエミッタ１１４及び光検出器１１２を含み、エミッタ１１４は、膀胱外壁１０２上に光を放出し、検出器１１２は、膀胱１０１から反射される放出光を検出するように配置される。いくつかの実施形態では、光のかなりの部分が散乱又は反射して検出器１１２に戻る前に、エミッタ１１４から放出された光が浸透して膀胱１０１の様々な深さ及び／又は内部フィーチャー（例えば、内壁）に到達できるように、ＢＶＳＤ  １１０を操作することができる。いくつかの実施形態では、膀胱１０１の内部から反射され、次に検出器１１２によって検出される放出光の量は、ＢＶＳＤ  １１０によって生成される出力信号１１１の基礎を形成することができる。本発明の実施形態は、場合によっては、反射光は、散乱するが間接的に反射して検出器１１２に戻る光からの寄与を含み得ることを認識し、例えば、最初は膀胱１０１内で散乱されるが、その後一連の偏向を受けて検出器１１２に戻る放出光など。逆に、放出された光対検出された光の量の差は、膀胱１０１を通過した光及び／又は散乱するか、そうでなければ検出器１１２から離れるように偏向する光を含み得る。さらに、いくつかの実施形態では、コントローラ１３０は、膀胱１０１の充満が検出器１１２に反射して戻される放出光の量に直接及び反比例する構成の下で動作することができる。従って、検出器１１２  によって検出される光の量に基づくことができる  ＢＶＳＤ  １１０の出力信号１１１は、また、膀胱１０１の充満に反比例することもできる。
【００３７】
種々の実施形態では、ＢＶＳＤ  １１０は、エミッタ１１４が膀胱１０１内の標的領域に光を放出するように動作可能である。ＢＶＳＤ  １１０の動作はモーダルであってもよく、放出された光の深さ及び方向は、放出された光の少なくともいくらかが標的領域で反射するようになる。実施形態で示されるように、放出された光を方向付けるための標的領域を選択することにより（例えば、放出光の方向、強度、及び／又は波長特性を使用して）、膀胱１０１の充満に関する情報を含む、患者の膀胱１０１に関する様々なタイプの情報を決定することができる。
【００３８】
第１のモードでは、エミッタ１１４は、放出された光を膀胱の外壁１０２と内壁１０４との間にある領域１をターゲットとする。エミッター１１４がこの標的領域に光を放出するとき、検出器１１２に反射して戻される光の量と膀胱１０１の充満との間に直接及び逆相関が存在する（例えば、膀胱１０１が伸張すること、及び／又はその体積の増加から薄くなることによって引き起こされる）。
【００３９】
第２のモードでは、エミッタ１１４は、放出された光を膀胱１０１の遠位内壁と一致する領域２をターゲットとする。このモードでは、ＢＶＳＤ  １１０によって放出された光は、少なくとも最初は、膀胱１０１内に保持されている流体を通過しない可能性がある。従って、コントローラ１３０は、遠位壁から反射して戻った光に基づいて飛行時間測定を決定することができる。例えば、飛行時間測定は、ＢＶＳＤ  １１０に対する膀胱１０１の近位壁（例えば、１０２）と遠位壁（例えば、１０６）との間の距離を計算するために使用され得る。追加又は変形として、飛行時間測定は、膀胱１０１が流体で拡張するときの比較の基準として使用され得るベースラインを提供することができる。従って、いくつかの実施形態では、計算された距離は、膀胱容積を決定するための計算の一部として入力されてもよい。一例として、初期充填（例えば、充填の第１の四分の一）中に、膀胱１０１の遠位壁を標的とする光を利用することは、ＢＶＳＤ  １１０の出力信号１１１の急激な減少を説明することができ、検出器１１２は、例えば、光が移動する距離の増加の結果である強度低下を反射することができる（例えば、膀胱１０１が満たされるにつれて近位壁１０２と遠位壁１０６との間の距離が増加し、反射した反射光がより遠くに移動し、強度の損失が大きくなる）。膀胱１０１が満たされ続け、膀胱１０１の流体レベルが光検出器の位置より上に上昇すると、反射光は検出器１１２から離れて散乱し、検出されずになり、ＢＶＳＤ  １１０の電気出力をさらに減少させる。更に、流体媒体の存在は、間接的に反射して検出器１１２に戻る光散乱の量を低減することができる。
【００４０】
第３の又は代替のモードでは、放出された光は、沈められた領域３に向けられ得る。検出器１１２は、光散乱（例えば、検出器に反射して戻る光の損失による）を示すことができ、検出は、近位壁（例えば、１０２）、遠位壁１０６及び膀胱１０１の液体内容物の間のいずれかのような光学的不整合と相関することができる。このモードで感知される光は、膀胱壁組織と膀胱１０１の液体内容物との間の屈折率の差に比例し得る。コントローラ１３０は、屈折率の差を示す情報を、膀胱１０１の充満を含む、患者の膀胱１０１の状態と相関させることができる。
【００４１】
第４のモードでは、光は領域４に向けられ、そこでは、液体膀胱容積に存在する固体によって散乱され得る。このモードでＢＶＳＤ  １１０によって検出された光は、タンパク質、細菌、ヘモグロビン、及び液体膀胱内に存在する他の発色団の濃度を表すことができる。このモードは膀胱容積の決定には直接適用できないが、このモードは、以下でより詳細に説明する追加の診断機能（例えば、尿路感染症、腎臓病など）を提供する場合がある。
【００４２】
いくつかの変形例では、色素造影剤は、移植部位（例えば、ＢＶＳＤ  １１０の下の領域）で膀胱１０１の壁に導入され得る。色素造影剤を導入することにより、膀胱１０１内の細胞及び細胞の間質領域の光散乱係数が増加し、膀胱１０１の「空」及び「満杯」表現について測定された変化に関連する増加を引き起こし得る。色素造影剤は、例えば、インディアインク（例えば、スポット、エンドマーク等）、インドシアニングリーン（例えば、カーディオグリーン）等を用いて移植領域に入れ墨をすることにより導入され得る。
【００４３】
図２は、膀胱がいっぱいになるときの経時的なＢＶＳＤ  １１０の電気信号のグラフ表示である。図１Ａ、１Ｂ及び２を参照すると、ＢＶＳＤ  １１０は、電圧出力として電気出力１１１を生成し、電圧値は、膀胱の標的領域（例えば、外壁）から反射して戻る放出された光の量を反映する。いくつかの実施形態では、コントローラ１３０は、膀胱がいっぱいになる状態を検出器１１２に反射される反射光の量と相関させるロジックを実装し、その関係は逆になる。追加又は変形として、コントローラ１３０は、光散乱を膀胱の充満と相関させるロジックを実装し、ここで、例えば、光散乱の量は、ＢＶＳＤ  １１０からの信号放出の強度によって示され、その結果、信号強度は散乱の量に反比例する。実施形態では、ＢＶＳＤ  １１０の出力信号１１１は、出力信号１１１の電圧レベルが膀胱の充満に反比例するように、電圧出力の形態とすることができる。図２のグラフに示されるように、膀胱の容積が空の膀胱状態と満杯の膀胱状態との間で変化するにつれて、ＢＶＳＤ  １１０の出力信号１１１は減少する。例えば、図２では、ＢＶＳＤ  １１０の出力信号１１１は、約０．０１１Ｖから約０．００８Ｖに減少し、膀胱の容積の約３３％の増加を表す。
【００４４】
図３Ａは、膀胱の充満を監視する際に使用するためのＢＶＳＤの実施形態を示す。ＢＶＳＤ  ３００は、光源３１０（本明細書ではエミッタ３１０とも呼ばれる）、光検出器３２０、バッキング３３０、光学窓３４０、光バリア３５０及び縫合スカート３６０を含む。ＢＶＳＤ  ３００の側壁３０２は、光源３１０と光検出器３２０に気密シールを提供するのに役立つ任意の生体適合性材料（例えば、チタン）から形成することができる。
【００４５】
光源３１０は、活性化されたときに光を放出する任意の光源（例えば、発光ダイオード）に対応し得る。追加又は変形として、光源３１０は、任意の波長（例えば、紫外、可視、近赤外、赤外など）に調整することができる。いくつかの実施では、ＢＶＳＤ  ３００は、赤外光波長放射を利用して、空の膀胱と満杯の膀胱との間の変化を決定する。さらに、光源  ３１０は、インコヒーレント及びコヒーレント光源（例えば、ＬＥＤ、レーザーなど）の一方又は両方を含み得る。例えば、いくつかの変形例では、コヒーレント光源を利用して、膀胱の遠位壁（例えば、図１Ｂの１０６）などにより大きな組織浸透を提供することができる。
【００４６】
光検出器３２０は、光を検出し、光を電気出力（例えば、フォトダイオード電圧）に変換するための任意のデバイスに対応し得る。例えば、光源３１０によって放出された光は、膀胱組織によって散乱され、光検出器３２０によって検出され得、次いで、光検出器３２０は、膀胱の体積の増加に比例する光電流を生成し得る。
【００４７】
図３Ａ、又は図４Ａから図４Ｈに示されるように、いくつかの変形例では、光源  ３１０及び／又は光検出器３２０は、光学窓３４０／４４０上、又はＢＶＳＤ  ３００（例えば、バッキング３３０によって示されるような）の非組織接触表面（例えば、光学窓３４０／４４０の反対側に配置される）上に取り付けられ、配置されてもよい。変形例では、光源３１０  はバッキング３３０に取り付けられてもよく、光検出器３２０は光学窓３４０に取り付けられてもよく、又はその逆も同様である。
【００４８】
バッキング３３０は、光源及び検出器３１０、３２０を対として取り付けるのに適した任意の材料から形成することができる。バッキングはまた、ＢＶＳＤ  ３００が膀胱に取り付けられたときに、ＢＶＳＤ  ３００の種々の構成要素（例えば、セラミック材料など）のための気密シールを形成することができる材料で形成されてもよい。バッキング３３０はまた、コントローラ又は他のデバイスへの直接又は間接接続を容易にするために、ＢＶＳＤ  ３００内の内部又はカプセル化された空間からＢＶＳＤ  ３００の外側の領域に導線３１２／３２２を導くためのフィードスルー３３２を含み得る。
【００４９】
ここで図３Ａを参照すると、光学窓３４０は、ＢＶＳＤ  ３００へ／から光を伝達するための透明な媒体を提供する任意の光学材料（例えば、サファイア）から形成され得る。光学窓３４０は、ＢＶＳＤ  ３００によって利用されるある範囲の波長（例えば、紫外、可視、近赤外など）の透過を可能にするように構成され得る。例えば、一変形例では、ＢＶＳＤ  ３００は、細菌及びタンパク質が膀胱の流体含有量の分光分析を実行するために最も高い光吸収を示す紫外範囲（例えば、＜４００ｎｍ）の光を利用することができる（例えば、膀胱に存在する発色団の相対濃度を決定する）。
【００５０】
多くの実施形態によれば、光学窓３４０  は、例えば、平坦な構造を含む剛性構造として構成されてもよい。変形例では、光学窓３４０は、膀胱の外壁に対して実質的に面一である（又は完全に押し付けられる）光学窓３４０の配置及び／又は品質を提供するように構成された湾曲又は可撓性構造であり得る。膀胱の外壁と面一である光学窓３４０の配置は、ＢＶＳＤ  ３００の組織接触表面と膀胱の外壁との間の流体の導入を防止又は少なくとも最小化する。ＢＶＳＤ  ３００の組織接触面と膀胱壁との間に流体を導入すると、膀胱の膨張の変化によって流体の光学特性が変化しない可能性があり、膀胱壁の弾性の変化が検出されなくなる可能性があるため、不正確な測定値が生じる可能性がある。
【００５１】
光バリア３５０は、光源３１０と光検出器３２０との間の光の直接透過を最小化又は防止するために提供される任意の材料（例えば、不透明材料、フォトクロミック材料など）を含み得る。図３Ａの実施形態では、光バリア３５０は、光学窓３４０と接触するが、バッキング３３０とは接触しない。いくつかの構成では、光バリア３５０は、光学窓３４０とバック３３０の両方に接触するように構成することができる。ＢＶＳＤ  ３００の他の構成では、光バリア３５０は、ＢＶＳＤ  ３００の組織接触表面まで光学窓３４０内に延在してもよく（図４Ｃ及び図４Ｈに示されるように）、又は光学窓  ３４０内に延在せずに光学窓３４０に接触してもよい（図３Ａ、図４Ｄ、及び図４Ｇに示されるように）。他の変形例では、光バリア３５０は、部分的にのみ光学窓３４０内に延ばされてもよい。さらに、他の変形例では、光バリア３５０は、ＢＶＳＤ  ３００の光学窓３４０と接触しない。
【００５２】
図３Ｂは、ＢＶＳＤ  ３００のための縫合スカート３６０の実施形態を示す。縫合スカート３６０は、膀胱の正常な充満中に起こり得る膀胱組織の二軸延伸を妨害又は妨げないように、移植領域の膀胱組織（例えば、ＢＶＳＤ  １１０／３００下の膀胱組織）に最大数の自由度を提供するように構成される縫合糸開口部３６２を含む。一変形例では、ＢＶＳＤ  ３００は、４対の縫合糸開口部３６２を含み、ＢＶＳＤ  ３００を膀胱の外壁（例えば、１０２）に固定するために、４つの縫合糸結び目がそれぞれ  縫合糸経路３６４に沿って結ばれ得る。縫合糸開口部  ３６２が設定された数のペア（例えば、２、３、４、５など）として提供されるそのような実施形態は、縫合糸がＢＶＳＤ  ３００を膀胱に固定するとき、膀胱の伸張を最小限にする、又は少なくとも妨げない又は妨げるという利点を提供する。膀胱が伸張し続けることができるので、縫合糸開口部３６２のペアワイズ配置は、膀胱が自然に拡張することを可能にし（例えば、ＢＶＳＤ  ３００が存在しないかのように）、不自然なサイズ制限又は患者への痛みがないようにする。他の変形例では、ＢＶＳＤ  ３００は、ＢＶＳＤ  ３００と膀胱の外壁との間の細胞及び／又はタンパク質カプセル化などのカプセル化を促進するために、当該技術分野において知られている成長因子でコーティングするか、そうでなければ含浸することができる。
【００５３】
いくつかの変形例では、ＢＶＳＤ  ３００は、患者の組織への曝露により、自然にカプセル化され得る。例として、自然のカプセル化は、瘢痕組織及び／又はタンパク質沈着物の自然な発達を可能にするのに十分な期間、ＢＶＳＤ  ３００が患者の膀胱に隣接するか又は患者の膀胱上の位置に取り付けられるか、そうでなければ固定される場合に生じ得、患者の膀胱の周囲の領域で、ＢＶＳＤ  ３００が膀胱の壁に固定されるような方法を使用する。そのような自然なプロセスの使用は、患者の膀胱壁に関してＢＶＳＤ  ３００に追加又は代替の取り付け機構を提供することができる。さらに、いくつかの実施形態では、自然なプロセスの使用により、時間の経過とともに初期の取り付け機構を置き換えることができる。例えば、縫合キットを使用して、最初にＢＶＳＤ  ３００を膀胱壁に取り付けることができ、次に、自然なプロセスを患者の体内で許可又は有効にして、ＢＶＳＤ  ３００を実質的に固定し、及び／又は患者の膀胱外壁と接触させることができる。
【００５４】
図４Ａから図４Ｈは、１つ又は複数の実施形態による、ＢＶＳＤの代替実施形態を示す。説明した実施形態では、ＢＶＳＤ  ４００は、代替構成で互いに取り付けられた光エミッタ４１０及び光検出器４２０を含む。図４Ａから図４Ｄの実施形態では、光源４１０及び光検出器４２０は、バッキング４３０に取り付けられる。図４Ｅから図４Ｈの実施形態では、光源４１０及び光検出器４２０は、光学窓４４０に取り付けられる。
【００５５】
図４Ａでは、光源４１０と光検出器４２０のペア（「４１０／４２０ペア」）は、４１０／４２０ペアが露出している「ポートなし」構成でバッキング４３０に取り付けられている。図４Ａとは対照的に、図４Ｂから図４Ｄは、４１０／４２０ペアが気密封止されている４００の代替構成を示している。図４Ｂでは、デバイスは、４１０／４２０ペアがバッキング４３０、光学窓４４０、及びサイディング４０２の間で気密封止される「単一ポート」構成で構成される。図４Ｃは、「デュアルポート」構成を含み、バリア４５０は、４１０／４２０ペアの間の光の直接透過を防ぐように構成される。
【００５６】
バリア４５０は、バリア４５０の長さによって特徴付けられるような代替構成を含み得る。図４Ｃの実施形態では、バリア４５０は、バッキング４３０から、及び光学窓４４０まで／光学窓４４０を通って延びるように構成される。図４Ｄの実施形態では、バリア４５０は、バッキング４３０から光学窓４４０まで延びるが、光学窓４４０の中までは延びない。他の変形例（ここには示されていない）では、バリア４５０は、部分的に光学窓４４０内に延在してもよい。図３Ａによって示されるような他の実施形態では、バリア３５０は、光学窓から延在してもよいが、バッキング３３０まで完全には延在しなくてもよい。
【００５７】
図４Ｅから図４Ｈの実施形態では、４１０／４２０ペアは、光学窓４４０に取り付けられてもよい。図４Ｅの実施形態では、４１０／４２０ペアは、「ポート−ウィンドウが結合されていない」構成で構成され、４１０／４２０ペアは、周囲の環境にさらされている。図４Ｆから図４Ｈの実施形態では、４１０／４２０ペアは、ポリマー、エポキシ樹脂又は他の任意の生体適合性成形カプセル化の保護層にカプセル化される。図４Ｆの実施形態では、ＢＶＳＤ  ４００は、「ポート−ウィンドウが結合／カプセル化されていない」構成で構成される。図４Ｇの実施形態では、ＢＶＳＤ  ４００  は、「デュアルポート」構成を含み、バリア４５０は、４１０／４２０ペア間の光の直接透過を防止するように構成される。上述のように、バリア４５０は、図４Ｇの実施形態に示されるように種々の長さで光学窓４４０まで延びるように、又は、図４Ｈの実施形態によって示されるように、光学窓、ならびに種々の他の長さを通って延びる。
【００５８】
図４Ａから図４Ｈの実施形態では、光源４１０と光検出器４２０との間の距離を固定することができる。いくつかの変形例では、光源４１０と光検出器４２０との間の距離が増加するにつれて、膀胱の充満を監視する効率のいくつかの改善が起こり得る：（ｉ）膀胱の「空」と「満杯」の測定値の間の変化が増加する可能性がある。及び（ｉｉ）ＢＶＳＤ  ４００によって生成された信号の信号対雑音比が増加する可能性がある。場合によっては、光源４１０と光検出器４２０との間で約１０ｍｍの距離が利用されているが、他の距離も企図される。
【００５９】
実施例
本発明の種々の実施形態を、例示の目的で、かつ説明された本発明のいかなる実施形態又は態様も特定の例に限定することなく以下に例示する。
【００６０】
［実施例１（インビトロ）］
この実施例では、外植されたブタの膀胱を使用したＢＶＳＤの実施形態のインビトロ試験が行われた。
【００６１】
実験セットアップ：図５Ａは、光源（例えば、光源又はエミッター３１０、４１０、５１０）と光検出器（例えば、検出器３２０、４２０、５２０）との間の異なる間隔の影響を決定するための特定の実験的インビトロセットアップを示す。図５Ａに示すように、膀胱監視システムが試験され、このシステムには、外植されたブタの膀胱に縫合され、膀胱水タンク内の水に沈められたＢＶＳＤ（例えば、ＢＶＳＤ  ３００、４００、５００）が含まれていた。輸液ポンプと圧力トランスデューサーを組み合わせて３６０  ｍＬ／ｈｒの膀胱充満率を提供する一方で、電源は、ＢＶＳＤの光源を操作するための電力を提供するように構成され、電圧計は、ＢＶＳＤの光検出器（例えば、フォトダイオード）によって生成された対応する電気信号を測定するように構成された。
【００６２】
図５Ｂは、光源と光検出器のペアの間隔が、空の膀胱と満杯の膀胱との間の結果として生じる変化に関連しているかどうかを決定するためのＢＶＳＤ  ５００の実験構成を示す。光源５１０及び複数の光検出器５２０は、光学窓５４０に取り付けられ、バリア５５０によって分離された。図５Ｂの実施では、光源５１０  は、ＬＥＤ、具体的にはＡＰＴ２０１２ＳＦ４Ｃ−ＰＲＶ  ＬＥＤを含み、光検出器５２０はそれぞれ、フォトダイオード（「ＰＤ」）、具体的には、ＬＥＤから徐々に遠ざかる間隔で配置されたＶＥＭＤ１０６０Ｘ０１フォトダイオードを含む。例えば、１つの実験セットアップでは、ＬＥＤ  ５１０の中心からチャネル１（「チャネル１」）に配置されたＰＤ  ５２０の中心までの距離は、２．９ｍｍと測定された。ＬＥＤ  ５１０の中心からチャネル２（「チャネル２」）に配置されたＰＤ  ５２０の中心までの距離は、５．５ｍｍと測定された。ＬＥＤ  ５１０の中心からチャネル３（「チャネル３」）に配置されたＰＤ  ５２０の中心までの距離は、８．２ｍｍと測定された。そして、ＬＥＤ  ５１０の中心からチャネル４（「チャネル４」）に配置されたＰＤ  ５２０の中心までの距離は、１０．４ｍｍと測定された。
【００６３】
図５Ａと図５Ｂに示されている実験セットアップは、輸液ポンプを使用して膀胱を生理食塩水で満たしながら、各ペアの間隔に順次通電し、それぞれのＰＤ電圧をサンプリングすることにより、各ＬＥＤ／ＰＤペアの独立した評価を提供した。さらに、各チャネルが１秒間連続してオンになり、対応するＰＤ電圧がＬＥＤ発光の個々のチャネルごとにサンプリングされた。３６０ｍＬ／ｈｒの充満率を利用して、平均膀胱容積変化は、各チャネルの記録された電気信号の最初と最後の１００サンプルを使用して計算された。
【００６４】
結果：図６は、膀胱を満たす過程で測定されたＰＤ電圧のグラフ表示である。グラフは、ＢＶＳＤの例（図５Ｂに示すチャネル１−４に対応）を利用したシステムのＬＥＤとＰＤの異なる間隔構成の膀胱の充満／伸張に対する応答を示している。図６に示すように、膀胱が満たされるにつれて経時的に測定されたＰＤ電圧の差である膀胱容積の変化は、チャネル１からチャネル４へと大きくなる。言いかえれば、ＬＥＤ  ５１０とＰＤ  ５２０との距離が離れるほど、膀胱容積の変化が大きくなる。更に、図７は、この現象を各チャネルの変化の平均と標準偏差の観点から示している。最大の平均値と標準偏差は、ＰＤ  ５２０が他のチャネルに対してＬＥＤ  ５１０から最も遠くに配置されるように構成されたチャネル４で観察された。この結果は、以下で説明する少なくとも２つの点で予想外だった。
【００６５】
第１に、当業者は、他のチャネルに対して最も近くに配置されたＬＥＤ／ＰＤペア（例えば、チャネル１）が、膀胱が満たされるにつれて、経時的に最大の平均及び標準偏差をもたらすと予想した。この予想される結果は、ＬＥＤとＰＤが近づくと散乱による光の損失が減少することに加え、ＬＥＤとＰＤが近づくと皮膚表面からの光の反射角とより密接に整列することに基づいている。
【００６６】
第二に、以前の研究は、伸ばされた皮膚表面からの反射光の測定された強度が、皮膚表面の伸張の増加に伴って直線的に増加することを示した。Ｆｅｄｅｒｉｃｉ，Ｊ．  らのＮｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ−Ｌｉｇｈｔ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｓｏｆｔ  Ｔｉｓｓｕｅ  Ｓｔｒｅｔｃｈ．  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ．  １９９９  Ｎｏｖ  １；３８（３１）：６６５３−６０を参照のこと。対照的に、上記の例では、測定された光の強度は、膀胱壁の伸張の増加に伴って（例えば、膀胱の充満を介して）減少し、非線形に見えるように減少した。従って、ここでもまた、実験結果は、当業者がＢＶＳＤの実施形態を使用して実施された実験について、それらが最新技術に反して実行した場合に予想したであろうものとは逆であった。
【００６７】
［実施例２  （インビボ研究）］
の例は、ブタモデルにおけるＢＶＳＤの実施形態のインビボ試験を含んだ。
【００６８】
実験セットアップ：３５ｋｇのブタは、別の研究（ＢＶＳＤ研究とは別）の人道的エンドポイントの後で、良好な動物の再利用ポリシーに従って、優れた状態で入手された。ブタの膀胱にカテーテルを挿入し、４２０ ｍＬ／ｈｒのＤＲＥ輸液ポンプセットに接続した。図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、切開が行われ、ＢＶＳＤセンサーが膀胱の表面に縫合された。切開を閉じ、生理食塩水の一定速度の注入を開始した。１０ｋ負荷抵抗器の両端のＢＶＳＤフォトダイオードの電圧出力は、約１時間である膀胱の充満の持続時間について記録された。サンプルレートは１秒あたり１サンプルだったので、１時間の実験では、膀胱容積の４２０ｍＬ充填に対して３６００サンプルがあった。データは、ベンチトップテストで使用されるケースレーＤＭＭを使用して記録された。
【００６９】
結果：図９に示す結果は、平均変化が４８％であり、標準偏差が０．２％であることを示している。
【００７０】
図１０は、患者の膀胱の充満を監視する例示的な方法を示す。図１０の例によって説明されるような例は、図１Ａから図９の例を含む他の例で説明されるようなデバイス及びセンサーを使用して実施することができる。従って、説明されているステップ又はサブステップを実施するための適切なコンポーネントを示すために、図１Ａから図９で説明された要素を参照することができる。
【００７１】
いくつかの例によれば、患者の膀胱の充満は、患者の膀胱の外壁に配置されたアクティブな光学センサーを使用して監視することができ、センサーは膀胱の壁上及び／又は壁に光を放出するように機能する（１０１０）。センサーは、センサーの組織接触表面上に少なくとも一対の縫合糸開口部を含むことができ、膀胱の内壁（例えば、１０４）を貫通することなくセンサーを膀胱の外壁（例えば、１０２）に固定することができる。このアプローチは、膀胱内に留置カテーテル又は他のデバイスを残すいくつかの従来のアプローチで持続する感染のリスクを低減する。センサーはまた、光学窓を含み得る。光学窓が膀胱壁の表面に直接結合されていない場合、光学窓の有効性が低下する可能性があるため、いくつかの変形例では、光学センサーは、デバイスの組織接触表面と膀胱の外壁との間の直接結合を提供するだけでなく、移植部位の膀胱組織が伸びることを可能にするために、最大４対の縫合糸開口部（例えば、縫合スカートの四隅に）を含み得る。他の構成及び他の数の縫合糸開口部も企図される。
【００７２】
さらに、センサーは、膀胱の外壁によって散乱された光を検出する（１０２０）。変形例では、センサーは、一定範囲の組織貫通深さを可能にする一定範囲の波長で動作し得る。例えば、図１Ｂを参照すると、１つの波長範囲は、第１のモードに示されるように、膀胱の近位壁（例えば、１０２と１０４の間）の膀胱組織で光散乱のみを引き起こす可能性がある。一方、別の波長は、第２のモードで示されているように、膀胱の遠位壁（例えば、１０６）の膀胱組織で光散乱を引き起こす可能性がある。
【００７３】
図１０の方法では、コントローラは、センサーの電気出力が所定の閾値を超えると、関連するインプラントに機能を実行させる（１０３０）。センサーによって生成される電気出力は、膀胱によって散乱される光の量に比例し、「空」の膀胱及び「満杯」の膀胱（例えば、Δ）を表す所定の範囲の出力と比較することができる。光散乱測定の精度に悪影響を与える可能性のある、光源と光検出器の間の光の直接透過を最小化又は排除するために、光バリアを光源と光検出器の間に配置することができる。図３Ａによって示されるような例では、光バリア３５０は、光学窓３４０内に延在して、ＢＶＳＤ  ３００の組織接触表面の一部を形成することができる。図４Ｄ及び図４Ｇに示される変形例では、光バリア４５０は、光学窓４４０に接触するように延びてもよいが、光学窓４４０内に延びて、組織接触表面の一部を形成しなくてもよい。
【００７４】
種々の実施形態では、コントローラはまた、センサーによって受け取られた出力のパーセント変化が所定の閾値を超えるかどうかを（例えば、ソフトウェア又はハードウェアによって）決定するように構成されてもよい。一変形例では、コントローラは、電気出力のパーセント変化が所定の閾値を超えると判断すると、関連するインプラントに膀胱の充満レベルを患者に通知させるか、関連するインプラントに排尿を誘発させることができる。
【００７５】
図１１は、患者の膀胱液中に存在する発色団の相対濃度を決定するための例示的な方法を示す。そのような発色団は、細菌（又は他の単細胞生物）、タンパク質及び血液のうちの１つ又は複数を含む。図１１によって説明されるような例は、図１Ａから図９の例によって説明されるようなデバイス及びセンサーの実施形態を使用して実施することができる。従って、説明されているステップ又はサブステップを実施するための適切なコンポーネントを示すために、図１Ａから図９で説明された要素を参照することができる。
【００７６】
図１１の例を参照すると、膀胱の外壁に配置されたセンサーは、第１の波長範囲で光を放出し、さらに、膀胱の流体によって散乱された第１の波長範囲の光を検出することができる（１１４０）。例えば、センサーは、細菌及びタンパク質が最も高い光吸収を持つ紫外光を放出する場合がある。
【００７７】
さらに、センサーは、第２の波長範囲で光を放出し、膀胱の流体によって散乱された光を検出することができる（１１２０）。例えば、センサーは５３２−５８５ｎｍの範囲の光を放出する場合があり、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンには、十分確立された吸収ピークがある。
【００７８】
センサーに接続するコントローラは、第１の波長範囲に関連する発色団の第１の濃度と、第２の波長範囲に関連する発色団の第２の濃度との比率を決定することができる（１１３０）。例えば、コントローラは、アルゴリズム又は方程式（例えば、ベール−ランベルトの法則）を利用して、膀胱に存在するタンパク質及び細菌の濃度を解くことができる。例えば、コントローラは次の方程式を利用できる：
【００７９】
【数１】
2021506436.tif 000003
【００８０】
ここに、Ｉλｕｖ  はセンサーから測定された電流を表し、εタンパク質＋細菌はタンパク質と細菌のモル吸光係数（既知量）を表し、λｕｖ  は放出される光の波長（既知量）を表し、そしてｃ細菌＋タンパク質は、タンパク質と細菌の相対濃度比を表す。
【００８１】
コントローラは、同様の手段によって膀胱に存在する発色団の第２の濃度を決定することができる。例えば、コントローラは、アルゴリズム又は方程式（例えば、ベール−ランベルトの法則）を利用して、膀胱に存在するヘモグロビンの濃度を解くことができる。例えば、コントローラは次の方程式を利用できる：
【００８２】
【数２】
2021506436.tif 000004
【００８３】
ここに、Ｉλ５３２−５８５  は光センサーから測定された電流を表し、εヘモグロビンはヘモグロビンのモル吸光係数（既知量）を表し，λ５３２−５８５  は放出される光の波長（既知量）を表し、そしてｃヘモグロビンはヘモグロビンの相対濃度比を表す。
【００８４】
コントローラは、第２の濃度に対する第１の濃度の変化の比率を監視することができる（１１４０）。更に、第３の波長が放出され、コントロール又はベースライン濃度として検出される。これは、前のアルゴリズムで使用された吸収ピークから遠く離れた近赤外領域にある可能性がある。従って、３つの方程式のシステムを得ることができ、タンパク質／細菌及びヘモグロビンの相対濃度を、第３のコントロールの相対濃度に対して測定することができる。
【００８５】
［結論］
本明細書に記載される実施形態は、他の概念、アイデア又はシステムとは無関係に、本明細書に記載される個々の要素及び概念に拡張すること、並びに例として、本出願の任意の場所で列挙される要素の組み合わせを含むことが企図される。実施形態は、添付の図面を参照して本明細書に詳細に記載されているが、概念はそれらの正確な例に限定されないことを理解すべきである。従って、概念の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの同等物によって定義されることが意図されている。さらに、個別に又は実施形態の一部として記載される特定の特徴は、他の特徴及び例が特定の特徴について言及していなくても、他の個別に記載される特徴又は他の実施形態の一部と組み合わせることができると考えられる。従って、組み合わせを説明しないことは、そのような組み合わせに対する権利を有することを妨げるべきではない。
【００８６】
本発明の種々の実施形態の前述の説明は、例示及び説明の目的で提示されてきた。本発明を開示された正確な形態に限定することは意図されていない。当業者には、多くの修正、変更及び改良が明らかであろう。例えば、デバイスの例は、種々の小児科及び新生児の用途ならびに種々の獣医の用途に合わせてサイズ決定及びその他の方法で適合させることができる。それらはまた男性と女性の両方の尿路に適合させることができる。さらに、当業者は、日常的な実験のみを使用して、本明細書に記載されている特定のデバイス及び方法に対する多数の同等物を認識し、又は確認することができるであろう。そのような同等物は、本発明の範囲内であると考えられ、以下の添付の特許請求の範囲によってカバーされる。
【００８７】
一実施形態からの要素、特性、又は動作は、本発明の範囲内の多数の追加の実施形態を形成するために、他の例からの１つ又は複数の実施形態、特性、又は動作と容易に再結合又は置換できる。更に、他の要素と組み合わされるものとして図示又は説明される要素は、種々の実施形態において、独立型要素として存在することができる。また、要素、特性、構成要素、特徴、又はステップの肯定的な列挙については、本発明の実施形態は、その要素、値、特性、構成要素、特徴、又はステップの除外を具体的に企図する。従って、本発明の範囲は、記載された実施例の詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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