CN104519926B - 具有浮动质量传感器驱动泵的可植入流体输送系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于在听力系统中使用的可植入流体输送系统，包括可植入流体泵，该可植入流体泵具有：流体室，该流体室具有至少一个壁，该至少一个壁具有隔膜；进口和出口，该进口和出口与流体室流体连通；以及被联接到隔膜的浮动质量传感器。该隔膜构造成在第一方向上移动从而增大流体室的容积，并且在第二方向上移动从而减小流体室的容积，并且该浮动质量传感器构造成促使隔膜在第一和第二方向上移动。该系统进一步包括可植入听力装置，该可植入听力装置具有与流体泵流体连通的一个或更多个流体通道。

Description

具有浮动质量传感器驱动泵的可植入流体输送系统
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2012年7月13日提交的美国临时专利申请No.61/671,263的优先权，该美国临时专利申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明总体涉及流体输送系统，且更具体地，本发明涉及用于在听力系统中使用的可植入流体输送系统。
背景技术
对于有听力损伤的许多患者而言，存在几个类型的可植入听力装置，诸如可以恢复部分或全部听觉的中耳和内耳植入物。例如，耳蜗植入物可以通过直接电刺激耳蜗的神经组织来恢复一些听觉。耳蜗植入物通常包括具有电极引线和电极阵列的电极载体，该电极载体螺接到耳蜗中。电极阵列通常在其表面上包括多个电极，这些电极利用由沿着电极阵列分布的电极输送的小电流电刺激听觉神经组织。这些电极通常被定位成朝向电极载体的端部并且与电子学模块电连通，该电子学模块产生用于植入电极的电刺激信号以刺激耳蜗。在另一个示例中，当损伤涉及中耳的操作时，传统助听器可以被用来为听觉系统提供以放大的声音的形式的声刺激。此外，听觉神经轴突群可以受到被放置在耳蜗轴内的电极的刺激，或脑中的听觉结构可以受到被放置在这些结构之上或之内(例如，在耳蜗核之上或之内)的电极的刺激。
对于许多可植入听力装置，期望能够在局部利用听力装置输送诸如药物溶液的流体，以便有效地治疗失调或在植入听力装置或甚至在恢复听力之后防止疾病、发炎或细胞死亡(例如，干细胞、神经生长因子)。因此，长期或间歇流体输送能力在这些类型的装置中是期望的。然而，极低的流率对于非常小的隔室是必须的，所述非常小的隔室诸如具有约70μl的总容积的内耳，或内耳的一部分诸如具有约30μl的容积的鼓阶。目前，可植入的可用泵一般被设计用于植入到较大的隔室诸如人体的腹区中。适合于输送到诸如循环系统(例如，其平均包含约5-7L的血液)或鞘内(例如，到脑脊液中，其通常包含大于100ml)的较大的流体空间中的流体输送率不适合于较小的空间。在小隔室中，流体输送应以如下流率发生，该流率在隔室内不导致大量压力增大或导致仅最小的压力增大。然而，具有较低流率的泵通常不适合于植入。
发明内容
根据本发明的一个实施例，可植入流体输送系统包括流体泵，该流体泵具有：流体室，该流体室具有至少一个壁，该至少一个壁具有隔膜；进口和出口，该进口和出口与该流体室流体连通；以及浮动质量传感器，该浮动质量传感器联接到隔膜。该隔膜被构造成在第一方向上移动从而增大流体室的容积以及在第二方向上移动从而减小流体室的容积，并且浮动质量传感器被构造成促使隔膜沿第一和第二方向移动。该系统进一步包括可植入听力装置，该可植入听力装置具有与流体泵流体连通的一个或更多个流体通道。
在一些实施例中，可植入听力装置可以包括耳蜗植入物。该耳蜗植入物可以包括电极阵列和至少一个流体出口，该电极阵列具有至少一个刺激电极，该至少一个流体出口与所述一个或更多个流体通道流体连通。流体输送系统可以进一步包括与流体泵流体连通的一个或更多个存储器。存储器可以是可植入的并且联接到流体泵，和/或存储器在系统外部并且利用流体连接系统联接到流体泵。流体输送系统可以进一步包括将浮动质量传感器联接到隔膜的连接构件。浮动质量传感器可以布置在流体室内。流体室可以包括由隔膜分隔开的两个室。在双室构造中，隔膜构造成在一个方向上移动从而增大一个流体室的容积而减小另一个流体室的容积，并且隔膜构造成在相反的方向上移动从而减小一个流体室的容积而增大另一个流体室的容积。流体输送系统可以包括两个存储器。第一存储器可以与第一室流体连通，而第二存储器可以与第二室流体连通。当使用了双室构造时，可植入听力装置可以具有与一个流体室流体连通的一个或更多个流体通道以及与另一个流体室流体连通的一个或更多个流体通道。在双室构造中，浮动质量传感器的一部分可以布置在两个室中的每一个中，或浮动质量传感器可以布置在这些室中的仅一个室内。进口和出口可以在相同的壁上或可以在相反的壁上。
附图说明
本发明的前述特征将通过参考下文中结合附图所作的详细描述而更加容易地理解，在附图中：
图1示意性地示出包括耳蜗植入系统的典型的人类耳朵；
图2示意性地示出根据本发明的实施例的具有耳蜗电极的流体输送系统；
图3A示意性地示出具有浮动质量传感器的可植入流体泵，并且图3B示出根据本发明的实施例的由激活的浮动质量传感器引起的隔膜移动；
图4示意性地示出根据本发明的实施例的利用连接构件而联接到隔膜的浮动质量传感器；
图5示意性地根据本发明的实施例的具有沿着相同的壁的进口和出口的可植入流体泵；
图6A示意性地示出具有双室系统的可植入流体泵，并且图6B示出根据本发明的实施例的由激活的浮动质量传感器引起的隔膜移动；
图7示意性地示出根据本发明的实施例的流体输送系统，该流体输送系统具有耳蜗电极和双室泵，该双室泵具有循环流模式；并且
图8示意性地示出根据本发明的实施例的流体输送系统，该流体输送系统具有耳蜗电极和双室泵，该双室泵具有交替流体流模式。
具体实施方式
本发明的各种实施例提供用于在听力系统中使用的流体输送系统。输送系统包括：可植入隔膜泵，该可植入隔膜泵由浮动质量传感器驱动；和听力装置，该听力装置联接到该可植入隔膜泵。该听力装置可以包括中耳和/或内耳植入物。可植入隔膜泵可以是单室或双室泵。用于与听力系统一起使用的浮动质量传感器驱动泵的益处在于，流率低到足以在植入听力装置的区域内大体不产生压力增大或产生仅最小的压力增大。下面讨论说明性实施例的细节。
图1示意性地示出标准人类耳朵的解剖。耳朵通常通过外耳101将诸如语音声音的声音传输至鼓膜(耳鼓)102，该鼓膜(耳鼓)102使中耳103的骨骼(锤骨、砧骨和镫骨)移动，这些骨骼使耳蜗104的卵圆窗膜振动。耳蜗104是螺旋地缠绕其轴线大约二又四分之三圈的长窄导管。它包括沿着其长度的三个室，被称为前庭阶的上室，被称为中阶的中室，和被称为鼓阶的下室。耳蜗104形成竖直螺旋锥体，该锥体的中心被称为耳蜗轴，听觉神经的轴突驻留于耳蜗轴中。这些轴突在一个方向上突出到脑干中的耳蜗核，并且它们在另一个方向上突出到螺旋神经节细胞和耳蜗中细胞外围的神经突。响应于由中耳103传输的接收声音，耳蜗104中的感觉毛细胞用作传感器以将机械运动和能量转换成听觉神经中的放电。这些放电被传送至耳蜗核，并且核中的感应神经活动的模式然后被传送至脑中的其它结构以便进一步的听觉处理和感知。
图1也示出听力系统的一些部件，诸如典型的耳蜗植入系统，但是其它听力系统可以与本发明的实施例一起使用。耳蜗植入物系统包括外部麦克风(未示出)，该外部麦克风为外部信号处理器105提供音频信号输入，各种信号处理方案可以在外部信号处理器105中实施。外部传输器/刺激器106然后将已处理的信号转换成刺激模式，并且刺激模式/信号通过连接线(未示出)被传输至植入的电极载体107。电极载体107具有电极引线108和电极阵列110，该电极阵列110通过圆窗或耳蜗底转部位(cochleostomy site)116中的开口而插入到耳蜗104中。通常，电极阵列110在其表面上具有为耳蜗104提供选择性刺激的多个电极112。
当在将来自外部的声音传输至内耳的能力上存在问题或在内耳内的传感器功能上存在问题时，听力受损。为了改善受损的听力，已经研发了听觉假体。例如，当损害涉及中耳103的操作时，可以使用传统助听器来对听觉系统提供以放大的声音的形式的声刺激。当损害与耳蜗104中的传感器功能相关联时，耳蜗植入系统能够利用由多个刺激电极输送的小电流来电刺激听觉神经组织，所述多个刺激电极沿着耳蜗长度的至少一部分分布。这样的刺激电极触头的阵列通常被插入到鼓阶中。
图2示意性地示出根据本发明的实施例的流体输送系统10。该流体输送系统10包括可植入流体泵12，该可植入流体泵12具有：流体室14，该流体室14具有带隔膜18的至少一个壁16；进口20和出口22，该进口20和出口22与流体室14流体连通；以及浮动质量传感器24，该浮动质量传感器24联接到隔膜18。该流体输送系统10进一步包括可植入听力装置，该可植入听力装置具有与流体泵12流体连通的一个或更多个流体通道28。在一个实施例中，听力装置是耳蜗植入电极30。电极30包括在其远端处的电极引线34和在其近端处的电极阵列36，且刺激电极38沿着阵列36分布。电极30包括与一个或更多个流体通道28流体连通的一个或更多个流体出口40。流体出口40可以布置在电极30的一侧上、多于一侧上，和/或朝向近端布置流体出口40。
如图3A和图3B中更详细地所示，在操作中，当浮动质量传感器24被激活时，浮动质量传感器24促使隔膜18例如在如图3B中所示的竖直方向上上下移动。例如，随着隔膜18沿着第一方向(朝浮动质量传感器24指向上的箭头)移动，流体室14的容积增大，并且流体通过进口20流入从而促使流体室14充满流体。随着隔膜18沿着第二方向(朝流体室14指向下的箭头)移动，流体室14的容积减小，这导致流体通过出口22被推出或从流体室14释放。浮动质量传感器24可以布置在壳体26(例如，由诸如钛的任意生物相容性材料制成)内，并且可以通过壳体26供给引线27以便为浮动质量传感器24提供电力。隔膜18可以由具有充分的柔性的任意材料(例如，医用级有机硅)制成以允许隔膜18由浮动质量传感器24移动。
浮动质量传感器24的频率和隔膜18的挠曲限定泵12的流率。例如，在耳蜗植入系统中，约每天10-20μl可以用于一些应用。泵送可以连续地或以间隔方式(例如，每小时1分钟)发生。与连续泵送模式相比，间隔泵送模式节省能量。可植入泵12能够输送活性剂，该活性剂不能够被合并且从电极30材料本身释放。取决于特定应用，可以限定和调节释放率和间隔。优选地，可以从约一赫兹至约几千赫兹操作浮动质量传感器24。然而，应注意，由于机械刺激，患者无法感知浮动质量传感器24频率。例如，如果患者在1kHz以上是耳聋的，则可以在那个频率之上操作浮动质量传感器24。可替代地，可以在低赫兹频率操作浮动质量传感器24，在该频率处，患者可能无法感知移动。由浮动质量传感器24引起的患者的可能的声感知能够通过将浮动质量传感器24与内耳在声学上去联接来避免，这可以通过如下方式实现，即将浮动质量传感器24定位和定向成使得在内耳中存在最小的或不存在声感知。对微流体通道和结构的适当的设计可以进一步减小或消除由浮动质量传感器24引起的内耳的可能的声感知。如本领域的技术人员已知的，在流体填充通道或管中声压波的传播取决于各种变量。例如，管的小直径和低杨氏模量E(弹性模量)可以减少声压波的传输。此外，附加微流体特征或元件可以一体化在系统中以进一步减少或排除传播到内耳的可能的声压波。例如，可以增大通道直径中的一个或更多个，和/或可以在流体室中使用可压缩/吸收性缓冲器，和/或可以使用附加室(有或无缓冲器)。
再次参照图2，流体输送系统10可以进一步包括流体地连接到流体泵12的一个或更多个流体存储器42。如图2中所示，存储器42中的一个或更多个可以是可植入的，例如，联接到可植入流体泵12且与可植入流体泵12一体化，和/或存储器42中的一个或更多个可以在外部并且通过诸如管、导管等的连接系统(未示出)连接到流体泵12。例如，流体泵12可以连接到诸如由Jolly等人在美国专利公开No.2010/0121256中描述的可植入且可再填充的药物输送存储器，该美国专利公开在此通过引用以其整体并入本文。
浮动质量传感器24可以以各种方式联接到隔膜18。例如，浮动质量传感器24可以一体化到隔膜18中(诸如下面在图6A和图6B中更详细地描述的以及双室构造)，可以直接放置到隔膜18上(诸如图3A和图3B中所示)或可以借助于连接构件42(诸如图4中所示)而联接到隔膜18。连接构件42可以具有任意形状，例如，锥形，诸如图4中所示。
进口和出口20、22可以构造为引导泵系统中的流体运动的阀。优选地，这些阀具有非移动部分并且使用不对称的流动阻力来引导运动。例如，进口和出口20、22可以构造为扩散器/喷嘴阀(诸如图中所示)和/或泰斯拉阀。进口和出口20、22还可以是止回阀或能够用来引导流体的任意其它类型的阀。进口和出口20、22可以相对于流体室14以任意构造定位。例如，进口和出口20、22可以定位在流体室14的彼此相反的侧处(诸如图3A和图3B中所示)，可以定位成沿相同的壁彼此相邻(诸如图5中所示)，或一个可以定位在一侧处而一个可以定位成与隔膜18相对(未示出)。
虽然流体泵12在图2-5中已经被示出为单室系统，但是流体泵12可以替代地具有双室构造。例如，如图6A和图6B中所示，流体室14可以被划分成第一流体室14a和第二流体室14b，室14a、14b中的每一个均具有进口(20a或20b)和出口(22a或22b)。第一和第二流体室14a、14b由流体室14的内壁16a分隔开。当浮动质量传感器24定位在流体室14内时，内壁16a可以包括隔膜18(如图6A和图6B中所示)，和/或当浮动质量传感器24定位在流体室14的外部时，流体室14的外壁16b可以包括隔膜18(诸如图3A和图3B所示)。当内壁16a包括隔膜18时，浮动质量传感器24可以一体化到隔膜18中，使得浮动质量传感器24的一部分定位在流体室14a、14b中的每一个内(如图6A和图6B中所示)。可替代地，浮动质量传感器24可以联接到隔膜18并且定位在隔膜18的一侧上，使得浮动质量传感器24定位在流体室14a、14b(未示出)中的仅一个内。
类似于单室构造，当浮动质量传感器24在操作期间被激活时，浮动质量传感器24促使隔膜18移动(例如，如图6B中所示的竖直方向上的上下)。例如，如图6B中所示，随着隔膜18沿第一方向(指向上的箭头)移动，第一流体室14a的容积增大，而第二流体室14b的容积减小。随着第一流体室14a中的容积增大，流体通过进口20a流入从而促使流体室14a填满流体。同时，在第二流体室14b中容积减小，促使流体通过出口22b被推出或从第二流体室14b释放。随着隔膜18沿第二方向(指向下的箭头)移动，第一流体室14a的容积减小，而第二流体室14b的容积增大，这促使流体通过出口22a被推出或从第一流体室14a释放，同时流体通过进口20b流入到第二流体室14b中。
该类型的双室泵12和进口/出口20a、20b、22a、22b构造的益处在于，它考虑到流体同时沿两个方向的流动，这可以提供循环流模式。循环流模式可以允许流体循环通过其中植入有听力装置的小区域。例如，如图7中所示，耳蜗电极30可以具有到耳蜗104中的多于一个流体通道28(带流体出口40)。诸如药物溶液的流体可以从第一存储器42a通过第一流体通道28a被泵送到耳蜗104中，然后，通过第二流体通道28b，溶液被从耳蜗取出，并且返回到第二存储器42b。第一和第二存储器42a、42b可以流体地连接，使得溶液能够回流至第一存储器42a，并且该过程可以如上文所描述的再一次开始。该类型的构造可以防止因药物输送而产生的内耳中的压力的大幅度增加。可替代地，第一和第二存储器42a、42b可以不流体地连接，而是可以连接到一个或更多个流体连接系统和/或一个或更多个外部存储器，所述一个或更多个流体连接系统和/或一个或更多个外部存储器可以或可以不流体地连接。
虽然图6A和图6B将两个室14a、14b示出为具有在泵12的相反侧上的进口20a、20b和在泵12的相反侧上的出口22a、22b，但是进口20a、20b可以沿着相同的侧，并且出口22a、22b可以沿着泵12的另一侧。该类型的双室泵12和进口/出口20a、20b、22a、22b构造的益处在于，它考虑到使例如来自两个存储器42的交替流体流，以便维持到指定区域中的相对恒定的流体输出或改变被分配到该区域中的药物的成分或浓度。
例如，图8示出双室构造，其中两个存储器42流体地连接到双室泵12。在该构造中，当隔膜18沿第一方向(朝向第二流体室14b指向右的箭头)移动时，第一流体室14a的容积增大，而第二流体室14b的容积减小。这促使流体通过进口20a从第一存储器42a流入并且促使流体(来自第二存储器42b)通过出口22b沿着一个或更多个流体通道28被推出并且从流体出口40出来。随着隔膜18沿第二方向(朝向第一流体室14a指向左的箭头)移动时，第一流体室14a的容积减小，而第二流体室14b的容积增大。这促使流体通过出口22a沿着一个或更多个流体通道28被推出或从第一流体室14a释放并且从流体出口40出来，同时流体从第二存储器42b通过进口20b流入到第二流体室14b中。在循环流模式或交替流体室分配构造中，取决于存储器构造和/或所使用的流体输送机构，流体通过流体泵12的输送可以持续听力装置的寿命。
虽然上面讨论了与听力装置相关的耳蜗植入电极30，但是其它听力装置也可以与可植入流体泵12一起使用。例如，代替或除了耳蜗植入物或脑干植入物，可以使用中耳植入物和/或助听器。
如本领域的技术人员将认识到的，可植入泵12可以用来将流体以低且精确的流率输送至身体的除了内耳以外的或不是内耳的其它区域。例如，可以与本发明的实施例一起使用的用于局部药物输送的其它靶标(target)包括中耳、脑、脊髓、一般神经结构、肿瘤等。例如，流体输送系统的实施例可以利用适当的输送装置将神经生长因子带入到内耳，该输送装置能够将治疗剂以低流率输送至脑的特定区域。
虽然上面的讨论公开了本发明的各种示例性实施例，但是很明显，在不脱离本发明真实范围的情况下，本领域的技术人员可以做出实现这些实施例的一些优点的各种修改。例如，虽然一些特征可以被包括在一些实施例和附图中而不在其它实施例和附图中，但是可以将这些特征与根据本发明的实施例的任意或所有其它结构结合，这对于本领域的技术人员而言基于本文的教义将显而易见的。

Claims (14)

1.一种用于治疗耳的可植入流体输送系统，所述系统包括：
可植入流体泵，包括：
由隔膜分隔开的第一流体室和第二流体室，所述隔膜构造成在第一方向上移动从而增大所述第一流体室的容积而减小所述第二流体室的容积，并且构造成在第二方向上移动从而减小所述第一流体室的容积而增大所述第二流体室的容积；
第一进口和第一出口，所述第一进口和所述第一出口与所述第一流体室流体连通；
第二进口和第二出口，所述第二进口和所述第二出口与所述第二流体室流体连通；和
浮动质量传感器，所述浮动质量传感器联接到所述隔膜并且构造成促使所述隔膜在所述第一和第二方向上移动；和
第一存储器，所述第一存储器与所述第一流体室流体连通；
第二存储器，所述第二存储器与所述第二流体室流体连通并且与所述第一存储器流体连通；
可植入听力装置，所述可植入听力装置具有与所述第一流体室和所述第二流体室流体连通的一个或更多个流体通道。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述可植入听力装置包括耳蜗植入物。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述耳蜗植入物包括：电极阵列，所述电极阵列具有至少一个刺激电极；和至少一个流体出口，所述至少一个流体出口与所述一个或更多个流体通道流体连通。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述可植入听力装置包括中耳植入物。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述可植入听力装置包括助听器。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一存储器、所述第二存储器或这两者利用流体连接系统而联接到所述可植入流体泵。
7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括连接构件，所述连接构件将所述浮动质量传感器联接到所述隔膜。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述浮动质量传感器的一部分布置在所述第一流体室中和所述第二流体室中。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述浮动质量传感器布置在所述第一流体室中或所述第二流体室中。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二进口在和所述第一和第二出口相同的壁上。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二进口在和所述第一和第二出口相反的壁上。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述可植入听力装置具有与所述第一流体室流体连通的一个或更多个流体通道以及与所述第二流体室流体连通的一个或更多个流体通道。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述耳是中耳、内耳或这两者。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述内耳是耳蜗、前庭系统或这两者。
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