CN108310477B - 一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，属于医疗器械领域。该发明包括通路控制阀、压力感知系统、自发电能量收集系统、体外控制系统及引流管。通过压力感知系统的压力反馈和体外控制系统的调节，通路控制阀对脑积水阀门开启压力或流量进行调节，并通过引流管将颅内脑脊液引流至体内另外某个合适位置，各系统用电均由自发电能量收集系统提供，引流管具有抗凝、抗菌药物涂层。本发明可对颅内压力进行实时监控，并自主调节，可有效降低分流过度或不足、分流管堵塞、感染等相关并发症。

Description

一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统

技术领域

本发明属于医疗器械领域。具体的涉及一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统。

背景技术

脑积水是CSF过量积聚在脑室或脑组织内的病症，常由病因病症、先天缺陷、感染、癌症、脑的出血性外伤或衰老引起。CSF的过量积聚会引起颅内压增大，增大的颅内压会对脑组织造成破坏，研究表明，利用分流器排出多余的CSF可有效降低颅内压，缓解患者症状。

分流器系统一般分为可调压系统和不可调压系统。不可调压系统存在过度分流或分流不足、分流管阻塞、感染等相关并发症，导致分流手术失败；相较而言可调压分流管可解决部分分流过度或不足的情况，但仍然存在，分流管堵塞、感染等并发症发病率也不能有效控制。分流失败后需重新调整手术，有的患者甚至反复手术失败。

在过去，已有尝试通过压力监测进行调压的分流系统。例如，西格马尔·施密特等人的申请号为CN201280018551.X的中国专利描述了与压力传感器相关联的可植入的分流系统。其利用三个压力传感器分别测量不同位置的压力测量，且互相关联，其信号传输所需能量为外界充电，电池电量持续续航问题有待解决。另外，W·J·贝特朗等人的申请号为CN201280012713的中国专利描述了用于脑积水分流阀的调节的医疗装置，通过调节电路组件的电阻元件联接与阀构件，操作相对于阀座定位阀构件，以响应施加于电阻元件的电流来改变压力调定值，其调压主要依赖于电阻元件。

一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，能够有效实时监测颅内压力并给出反馈，通过自动调节阀门开启压力控制患者所需的颅内压力。此外，在自动调压无法满足需要时，可进行体外无创调节。即使患者在变换不同的体位时，颅内压力如常人一样将一直保持在一定的水平，有效避免了引流过度的发生。另外，分流管通路控制阀结构简单，控制电路直接控制微型马达工作，通过柱状体等简单的结构控制阀门的大小及开闭，这将在很大程度上减少了阀门堵塞的发生。压力信息的传送以及体外调控信息的传达均是通过射频无线传输，且自身能量均来自自发电能量收集装置，因此也避免了导线或导管以及外界能量传输所引起的相关问题。引流管自身具有药物涂层，这将有效防止感染的发生。

发明内容

发明概述。

一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，包括通路控制阀、压力感知系统、自发电能量收集系统、体外控制系统及引流管。本发明的通路控制阀接收压力感知系统的压力反馈进行自主调压，也可接收体外控制系统的直接调压控制。此外当设定的自动调压水平不适应患者需求时，体外调控系统可对其进行重新设置。

本发明的压力感知系统包括载体、压力传感器及无线数据传输装置。载体包括具有第一和第二相互面对的基板，其中基板具有穿过相互面对的侧之间的基板延伸的压力入口端口。压力传感器模块安装在基板的第一面上并且包括安装在入口端的压力传感器，以便直接测量载体第二面的入口端存在的压力，并且提供对应于这样的测量的压力的数字信号。

压力传感器包含具有压力敏感的硅膜，膜是具有在暴露于要测量的压力环境的相对平行于膜布置的微机电系统的一个原件，其具有暴露于压力和压力变化而产生形变的能力。膜通过压力入口端口暴露于要测量的压力环境。

压力传感器基于膜的形变造成的电容器电容值产生变化，经微机电系统耦合到集成电路处理电容值的变化以改变电感线圈的负载，作为压力测量值，而该电感线圈的负载信息也将传递给体外控制系统及通路控制阀。

为防止腐蚀性体液的接触或细胞和组织的生长带来的干扰，压力传感器的膜暴露于要测量的压力环境的一面涂有硅凝胶涂层；膜的另一侧构成了压力传感器内的密封的腔壁。

无线数据传输装置安装在载体的第一面上且电耦合到压力传感器模块，并配置为处理适合于传输到体外控制系统及通路控制阀的压力信号。压力传感器借助于固定在载体的第一面上的密封装置，以为压力传感器和无线数据传输装置提供密封。

本发明的体外控制系统，包括无线数据传输装置及通路控制阀调节装置。无线数据传输装置接收压力感知系统的信号，并读数。当通路控制阀设置的压力调节范围不适用于患者时，可通过体外控制系统进行重新设定。

本发明的自发电能量收集装置，包括能量收集系统、储电装置及稳定供电装置。能量收集系统选择最优发电方式，例如生物发电、压电晶体发电等。储能装置选择最优可充电电池，例如锂电池、镍氢电池等。

本发明能量收集系统包括压电陶瓷材料薄膜贴敷于具有记忆弹性的柔性材料上，人体微振动推动压电材料不断产生形变，产生交流电流。

稳定供电装置包括AD-DC交流直流电转换电路以及过滤电路，转换电路将能量收集系统收集到的交流电转化为直流电，由整流桥电路组成。过滤电路包括一个超级电容，用于暂时存储转换后的直流电为可充电电池充电。

稳定供电装置具有充电控制模块，其具有充电阈值管理、短路保护等功能。

本发明的分流管，其外壁具有抗菌、抗凝药物涂层，可在相当长的一段时间内使患者不受细菌感染。

本发明的实施方式包括用于实时监测的压力感知系统、用于通路调控的通路控制阀、用于能量供应的自发电能量收集装置、用于系统调控的体外控制系统及用于液体输送的分流管。

附图简述。

图1是一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统整体系统示意图。

图2a是一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统运行图。

图2b是一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统工作模式图。

图3是压力感知系统的载体上的压力传感器的透视图。

图4是用于提供体内环境的压力感知的载体中的孔的图2的压力传感器装置的局部透视图。

图5是载体的透视图，示出了安装在载体的各种部件。

图6是包括附接到图2压力传感器的信号传输装置。

图7是自发电能量收集系统结构示意图。

图8a是通路控制阀其中通过流量控制的一个实施例的截面结构示意图。

图8b是通路控制阀其中通过压力控制的一个实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式：

以下是根据附图说明本发明具体的实施方式。

本发明是一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，系统运行如图1、图2a及2b所示，其中体外控制系统101及通路控制阀301可接收压力感知系统201的压力测量值，通路控制阀301接收到压力感知系统201测得的压力信息后，内部控制电路进行自动调节，使颅内压力稳定在设定的适合患者身体状况的压力阈值，或自动调压阈值不适合患者身体状况时，可通过体外控制系统101对通路控制阀301内的控制电路重新设定压力阈值。压力感知系统201及通路控制阀301的用电均由自发电能量收集装置301提供。分流管501作为液体输送介质及其入口和出口。

本发明的感知系统201的压力传感器212位于载体211的第一面，其中密封装置216将压力感知系统201的关键元部件进行密封。压力传感器212装有压力敏感的硅膜，膜是具有在暴露于要测量的压力环境的相对平行于膜布置的微机电系统的一个原件，其具有暴露于压力和压力变化而产生形变的能力。膜通过压力入口端口213暴露于要测量的压力环境。

压力传感器212基于膜的形变造成的电容器电容值产生变化，经微机电系统耦合到集成电路214处理电容值的变化以改变电感线圈215的负载，作为压力测量值，而该电感线圈的负载信息也将传递给体外控制系统及通路控制阀。

为防止腐蚀性体液的接触或细胞和组织的生长带来的干扰，压力传感器212的膜暴露于要测量的压力环境的一面涂有硅凝胶涂层；膜的另一侧构成了压力传感器212内的密封的腔壁。

本发明的自发电能量收集系统301如图6所示，由能量收集系统311、稳定供电装置312及储电装置313构成。其中能量收集系统311将机械振动、液体流动等机械能收集并转换成电能，包括压电陶瓷材料薄膜贴敷于具有记忆弹性的柔性材料上，其结构多样，可为十字架结构、折叠型结构或螺旋形结构。其中储电装置313将能量收集装置311收集到的电能储存起来。

稳定供电系统312包括AC-DC交流直流电转换电路以及过滤电路；AC-DC转换电路将能量转换模块收集到的交流电转化为直流电，由整流桥电路组成；过滤电路包括超级电容，用于暂时存储转换后的直流电为储电装置充电。

所述稳定供电装置312具有充电控制模块，其包括充电阈值管理，充电阈值可以根据不同的使用情况实现1%-99%设置，当电池电量低于阈值管理，打开充电控制开关，对电池进行充电，减少充电循环次数，从而延长电池寿命；过充保护，当充电完成时，及时关闭充电控制开关；短路保护，当发生短路时，及时关闭充电控制开关。

所述自发电能量收集系统301的储电装置313为可充电电池，可充电电池可为锂离子电池、镍氢电池等。储电装置313与用电部件直接相连并供电，电池可持续供应稳定直流电流，以供压力感知系统201及通路控制阀401使用。

所述通路控制阀401可为流量控制阀如图8a，也可为压力控制阀如图8b。

若使用流量控制系统进行控制，通路控制阀401中的信号接收器及控制电路414将接收到的压力感知系统201的压力信号进行处理，并根据设定的调节阈值对流量阀进行调节。

流量控制阀如图8a，具有微型马达413，当接收到信号接收器及控制电路414的调控指令时，微型马达413开始作业，调控柱状体411的升降，以控制阀门通路的大小，最终控制流量的大小。

流量控制系统的调节机制：体外控制系统101对通路控制阀设定适合于患者的压力阈值，根据设定的流量和高出阈值压力大小的关系进行调节，流量随高出阈值数值的增大而增大。

若使用压力控制系统进行控制，通路控制阀401中的信号接收器及控制电路414将接收到的压力感知系统201的压力信号进行处理，并根据设定的调节阈值对流量阀进行调节。

压力控制阀如图8b，具有微型马达413，当收到信号接收器及控制电路414的调控指令时，微型马达413开始作业，调控升降平台418的升降。升降平台418承载着弹性体417，同时弹性体承载着球体416。球体416与通路控制系统外壳415结合形成液体通路控制阀门。

压力控制系统的调节机制：体外控制系统101对压力控制阀设定适合患者的压力级别，弹性体417能够使得球体416始终与通路控制系统外壳415保持合适的相对位置，使得压力始终保持在该压力级别。

当患者颅内压力超过设定压力级别的开启压时，压力阀门开启，液体被引流，当引流至颅内压力等于设定压力级别的闭合压时，阀门关闭。弹性体417可根据压力大小调节其形变范围，已达到保持颅内压力稳定的目的。

当患者体内环境发生变化时，可能会出现原本设置的压力阈值或压力级别不适合患者需要，因此需要进行调节。体外控制系统101通过发出调控信号，信号接收器及控制电路414接收体外控制系统101的调控信号并发出指令，使得微型马达413进行作业。调控后，流量控制系统仍按照流量与高出阈值压力值大小关系进行调控；压力控制系统的微型马达则可保持不动，弹性体417可根据压力的大小产生对应的形变，以控制通路大小。

另外，分流管501作为连接脑室端、分流器及液体排除端的装置，其表面涂有抗菌、抗凝药物。

尽管已参照最佳实施例描述了本发明，但本领域技术人员应当认识到，可在不脱离本发明的精神和范围内对形式和细节方面进行各种改变。

Claims (16)

1.一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其包括：通路控制阀、压力感知系统、自发电能量收集系统、体外控制系统及引流管；通路控制阀可接收并处理压力感知系统传输的压力数据，并控制阀门压力形成自主调压；压力感知系统，包括载体、压力传感器、无线数据传输装置、密封装置；所述载体具有第一面和第二面，所述载体具有在所述第一面和所述第二面之间延伸的压力入口端口，所述压力传感器与所述无线数据传输装置均在所述载体的所述第一面，所述压力传感器安放在所述入口端并且适合测量植入部位存在的压力，并且由此提供对应于这一测量的压力信号；无线数据传输装置，其安装在所述载体的所述第一面上，电耦合到所述压力传感器模块，并配置为处理所述压力信号及将所述压力信号传输给所述通路控制阀或所述体外控制装置；密封装置，其将所述压力传感器及无线数据传输装置提供密封的壳体的方式固定在所述载体的第一面上；自发电能量收集系统收集体内机械及生物能为体内各系统运行供电；体外控制系统接收来自压力感知系统的压力信号，并可直接控制通路控制阀进行压力调节；系统均为可植入材料。

2.如权利要求1所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其包括的通路控制阀，由信号接收器、控制电路、微型马达及通路控制平台组成；所述信号接收器接收来源于压力感知系统及体外调控装置的信号；所述控制电路，根据所述信号接收器接收的信号，控制微型马达工作；所述微型马达，受所述控制电路的控制，从而控制通路控制平台；所述通路控制平台，控制阀门的开启压或流量的大小。

3.根据权利要求2所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其通路控制阀中的信号接收器包括第一接收器和第二接收器，控制电路包括自动控制部分和体外直接控制部分；第一接收器接收权利要求1所述的体外控制系统的信号并传输给自动控制部分，第二接收器接收权利要求1所述的压力感知系统信号并传输给体外控制部分。

4.根据权利要求2所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其通路控制阀中微型马达受权利要求3所述的控制电路的控制，并直接作用于通路控制平台。

5.根据权利要求1所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其压力感知系统中载体包括不导电材料，所述不导电材料包括玻璃。

6.根据权利要求1所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其压力感知系统中所述密封装置包含适合阳极键合到所述载体的玻璃或硅。

7.根据权利要求1所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其压力感知系统中所述压力传感器包括压力敏感元件，该压力敏感元件包含与所述入口端口连通的膜，其中所述膜选自包含电容性材料和压电材料的组,该膜涂有硅凝胶以使其与体液隔离。

8.根据权利要求1所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其压力感知系统中所述数据信号利用射频发射来传输。

9.如权利要求1所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其体外控制系统包括无线数据传输装置及通路控制阀调节装置；所述无线数据传输装置接收所述压力感知系统的信号，并读数，当操作所述通路控制阀调节装置时，无线数据传输装置将信号传至通路控制阀。

10.根据权利要求9所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其体外控制系统中通路控制阀调节装置包括调节按钮、显示屏、电脑端接口，控制程序可通过电脑端接口由电脑输入更新。

11.根据权利要求9所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其体外控制系统中控制程序根据患者治疗方案控制调节通路控制阀自动调控的压力值及其反馈机制。

12.如权利要求1所述一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压的分流系统，其特征在于其自发电能量收集装置包括能量收集系统、储电装置及稳定供电装置；所述能量收集系统选择生物发电、压电晶体发电；所述储电装置选择锂电池、镍氢电池。

13.根据权利要求12所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其自发电能量收集装置中能量收集系统包括压电陶瓷材料薄膜贴敷于具有记忆弹性的柔性材料上，人体微振动推动压电材料不断产生形变，产生交流电流。

14.根据权利要求12所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其自发电能量收集装置中稳定供电装置包括AC-DC交流直流电转换电路以及过滤电路，AC-DC转换电路有整流桥电路组成，过滤电路包括一个超级电容，用于暂时存储转换后的直流电为可充电电池充电。

15.根据权利要求12所述的一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其自发电能量收集装置中能量收集系统控制超级电容对电池的充电过程；其主要功能包括可充电电池充电阈值当量消耗70％时开始充电，过热保护，短路保护，过冲保护及防止电流从电池逆向移动。

16.如权利要求1所述一种具有程控功能的可充电的植入式自动调压分流系统，其特征在于其分流管包括患者体液引入部分及液体排出部分，其具有抗菌、抗凝血功能；直接连接到所述通路控制阀，且受通路控制阀控制。

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