CN114401671A - 具有用于测量药物分散体的质量的构件的鞘内导管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定局部脑脊液流速的方法。所述方法包括以下步骤：将导管的远端定位在患者的脑脊液流中，所述导管包括输注端口和定位在距所述输注端口固定距离处的至少一个温度传感器；通过所述输注端口将一团温控液体输注到所述脑脊液流中；以及监测由所述至少一个温度传感器感测到的温度，其中由所述至少一个温度传感器感测到的所述温度随时间的变化代表靠近所述输注端口的局部脑脊液流速。

Description

具有用于测量药物分散体的质量的构件的鞘内导管
技术领域
本技术总体上涉及植入式医疗装置，更具体地涉及利用植入式导管来量化患者脑脊液内的药物分散体的系统和方法。
背景技术
将处方治疗剂、营养素、药物和药剂，如抗生素、凝血剂、镇痛剂和其它液体和/或液体类物质(统称为“药剂”或“输液”)直接给药到患者的脑脊液中，这与其它形式的药剂给药相比具有许多重要优势。举例来说，口服给药通常是不可行的，因为在目标部位处达到治疗剂量所需的物质的系统剂量可能太大，以至于患者无法耐受，而不会产生不良副作用。此外，一些物质根本无法在肠道中充分吸收，从而使治疗剂量达到目标部位。此外，如果大脑需要，非脂溶性物质可能无法充分穿过血脑屏障。
由于这些优点，将药剂直接给药到患者的脑脊液中是治疗许多疾病和病症的优选选项；特别是那些需要定期慢性(即长期)药物干预的患者，包括震颤、痉挛、多发性硬化症、阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症(ALS)、亨廷顿病、癌症、癫痫、慢性疼痛、尿失禁或大便失禁、性功能障碍、肥胖和胃轻瘫，仅举几例。
目前，鞘内递送技术依赖于脑脊液的自然流动来进行药剂分散。药剂在脑脊液中的适当分散很大程度上取决于在输注位置处是否存在良好的脑脊液流动。不幸的是，给定患者鞘内空间内的脑脊液流速可能会因患者的解剖结构而显著变化。鞘内空间中的一些区域可具有高流速，而其它区域可具有低流速。由于患者解剖结构不同，进一步认为具有较高脑脊液流速的区域可能因患者而异。
目前，很少存在用于确定预期输注部位处的脑脊液流速的选项。一种已使用的方法是将造影剂注射到脑脊液中，同时对患者进行磁共振成像(MRI)。虽然这种方法是可行的，但由于它既昂贵又耗时，但它不适合临床频繁使用。此外，由所述方法产生的结果并不容易被所有临床医生解释。因此，临床医生目前没有良好的机制来确定鞘内导管的预期植入位置是否位于脑脊液流量良好的区域。在不知情的情况下将鞘内导管放置在脑脊液流量低的区域可能会导致治疗效果不佳。
本公开解决了这个问题。
发明内容
本公开的技术总体上涉及具有集成温度传感器的导管，所述集成温度传感器被配置为测量温控液体与预期鞘内输注部位附近的脑脊液的混合，以确定药剂在脑脊液内的分散体的质量。举例来说，在一个实施例中，可将冷的一团盐水输注到鞘内空间中，并且由集成温度传感器测量的影响温度变化所花费的时间可指示预期药物分散体的质量。在一些实施例中，可在选择最终输注部位之前进行多次测量以绘制鞘内空间，从而优化药剂输注到患者脑脊液中的治疗效果。因此，本公开的实施例提出了一种相对便宜、易于制造的装置，所述装置被配置为直接测量脑脊液流速以实现改进的药剂分散和更好的临床结果。
本公开的一个实施例提供了一种确定局部脑脊液流速的方法。所述方法可包括：将导管的远端定位在患者的脑脊液流中，所述导管包括输注端口和定位在距输注端口固定距离处的至少一个温度传感器；以及通过输注端口将一团温控液体输注到脑脊液流中；以及监测由至少一个温度传感器感测到的温度，其中由至少一个温度传感器感测到的温度随时间的变化代表靠近输注端口的局部脑脊液流速。
在一个实施例中，温控液体可为盐水溶液。在一个实施例中，温控液体可被冷冻，其温度范围在35℉至约46℉之间。在一个实施例中，温控液体可被加热，其温度范围在99℉至约150℉之间。在一个实施例中，温控液体可为通过磁共振成像(MRI)可见的造影剂。在一个实施例中，所述一团温控液体可经由注射泵输注。
在一个实施例中，所述方法进一步包括以图形方式显示由至少一个温度传感器在一段时间内感测到的温度。在一个实施例中，所述一段时间具有约10秒至约300秒之间的预定义持续时间。在一个实施例中，所述方法进一步包括在患者的鞘内空间内的不同位置处重复所述方法以确定不同位置处的局部脑脊液流速。
本公开的另一个实施例提供了一种绘制患者脑脊液内的液体流速的方法。所述方法可包括：将鞘内导管插入到患者体内，所述鞘内导管具有被配置为定位在脑脊液流内的远端、近端和限定沿导管纵向延伸的内腔的主体，所述内腔被配置为能够将一团温控液体从近端递送到靠近远端定位的输注端口，鞘内导管进一步包括定位在距输注端口固定距离处的至少一个温度传感器；通过输注端口将一团温控盐水溶液输注到脑脊液流中；以及在约10秒至约300秒的持续时间内监测由至少一个温度传感器感测到的温度，其中由至少一个温度传感器感测到的温度随时间的变化代表靠近输注端口的局部脑脊液流速。
应理解，只要教导保持可操作性，本教导的方法中使用的各个步骤可按任何顺序和/或同时执行。此外，应理解，只要教导保持可操作性，本教导的设备和方法可包括所描述的实施例中的任意数目或全部。
本公开的另一个实施例提供了一种被配置为确定局部脑脊液流速的医疗装置。医疗装置可包括导管和处理器。导管可具有被配置为定位在患者的脑脊液流内的远端、近端和限定沿导管纵向延伸的内腔的主体，所述内腔被配置为能够将一团温控液体从近端递送到靠近远端定位的输注端口。导管可进一步包括定位在距输注端口固定距离处的至少一个温度传感器。处理器可被配置为接收和处理由至少一个温度传感器在一段时间内感测到的数据，以确定离开输注端口的温控液体的速度，其中温控液体的速度代表靠近输注端口的脑脊液的流速。
在下文的附图和描述中阐述本公开的一个或多个方面的细节。本公开中所描述的技术的其它特征、目的和优点将从附图中的描述和权利要求中显而易见。
附图说明
结合附图，考虑到本公开的各种实施例的以下详细描述，可更全面地理解本公开，其中：
图1是描绘根据本公开的实施例的被配置为确定局部脑脊液流速的医疗装置的示意图。
图2是描绘根据本公开的实施例的导管的一部分的局部透视图。
图3A是描绘根据本公开的实施例的导管的纵向截面图。
图3B是描绘图3A的导管的横截面图。
图4A是描绘根据本公开的实施例的插入到患者蛛网膜下腔中的导管的透视图。
图4B描绘从图4A的导管开始输注大约7.5秒后液体在患者脑脊液内的分散。
图4C描绘从图4A的导管开始输注大约15秒后液体在患者脑脊液内的分散。
图5是描绘在分散时间内在局部输注部位处测量的温度的图形表示。
图6A是描绘根据本公开的实施例的代表脑脊液流速的患者的鞘内空间的平面图的图形表示。
图6B是描绘对应于图6A的平面图的平面图的图形表示。
图7是描绘根据本公开的实施例的具有两个或更多个温度传感器的导管的一部分的局部透视图。
虽然本公开的实施例可采用各种修改和替代形式，但是将详细描述附图中以示例方式示出的具体情况。然而，应理解，意图并不是将本公开限制于所描述的特定实施例。相反，意图在于涵盖落入如权利要求书所限定的本主题的精神和范围内的所有修改、等效物和替代方案。
具体实施方式
参考图1，根据本公开的实施例描述了一种医疗装置100，所述医疗装置被配置为测量温控液体与预期鞘内输注部位附近的脑脊液的混合，以确定预期鞘内药剂递送的质量。医疗装置100可包括导管102和任选处理器104和存储器105，在一些实施例中其可兼作输注泵106。在一些实施例中，导管102的远端108可插入在患者身体B中的脊柱S的蛛网膜下腔内。
另外参考图2，根据本公开的实施例描绘导管102的特写局部透视图。图3A-B提供了根据本公开的实施例的导管102的横截面图。导管102通常可包括被配置为定位在患者的脑脊液流内的远端108、近端110和限定沿导管102纵向延伸的内腔114(如图3B所示)的主体112。内腔114可被配置为能够将液体从近端110递送到靠近远端108定位的输注端口116，以及将液体从输注端口116抽出到导管102的近端110。在一些实施例中，导管102可为一次性使用的经皮导管。在其它实施例中，导管102可为手术植入式皮下导管。
继续参考图2，在一个实施例中，导管102可进一步包括定位在距输注端口116固定距离D1处的至少一个温度传感器118。举例来说，在一些实施例中，温度传感器118可定位在距输注端口116约5mm至约10mm之间；尽管也可考虑其它距离D1。温度传感器118可为被配置为检测或感测液体温度变化的任何传感器，例如热电偶或热敏电阻；尽管也可考虑其它类型的温度传感器。在一些实施例中，导管102可包括沿导管102纵向定位的温度传感器118中的两个或更多个。
在一些实施例中，温度传感器118可与处理器104电通信。举例来说，在一个实施例中，一个或多个电导管120沿导管102平行于内腔114纵向延伸，可将温度传感器118电耦合到处理器104。如图3B所示，在一个实施例中，导管102的主体112可进一步限定一个或多个电导管内腔122A/B，一个或多个电导管120A/B可穿过所述电导管内腔。因此，在一些实施例中，导管102可具有三腔配置，包括液体可通过的第一内腔114，以及被配置为容纳温度传感器电缆或导线120A/B的第二和第三内腔122A/B。在其它实施例中，温度传感器118可与处理器104无线通信。
图4A描绘定位在患者蛛网膜下腔内的导管102。具体而言，导管102在插入部位I处进入蛛网膜下腔，并且基本上平行于患者脊柱S的纵向轴线A延伸，从而能够通过导管102的输注端口116递送液体200。图4B和4C描绘了当液体200离开输注端口116并流入蛛网膜下腔时的导管102。具体而言，图4B描绘了在开始输注大约7.5秒后液体200的理论分散，而图4C描绘了在开始输注大约15秒后液体200的理论分散。
可使用液体动力学建模方法(如有限体积、有限元或有限差分技术)来模拟由导管102递送到蛛网膜下腔(和人体内的其它区域)的液体200的分散，以找到涉及偏方程的系统的近似解。在鞘内递送的情况下，可模拟质量和动量守恒的偏微分方程系统，也称为Navier-Strokes方程，可模拟脑脊液流动。更准确地说，性质类似于体温下的水的不可压缩液体的层流、振荡流动方程可用于模拟液体200的递送场景。液体200的分散体可进一步使用各种技术(包括欧拉被动定标器方法或拉格朗日粒子方法)建模。
如图4A-C所示，当液体200离开输注端口116并流入蛛网膜下腔时，液体200开始与脑脊液混合。在液体200以相对较慢的速率(例如，每小时1毫升的流速)从输注端口排出的情况下，液体200可能具有停滞在紧邻导管周围的缓慢移动的脑脊液中的趋势。此后，脑脊液的自然脉动流最终导致液体200从导管102漂移到更快移动的脑脊液中。将液体200适当混合到脑脊髓液中可能需要若干分钟。药剂与脑脊液的缓慢或延迟混合会降低药剂治疗的功效，以及由此产生的治疗效果。
不幸的是，给定患者的鞘内空间内的脑脊液流速可能会基于患者的解剖结构而显著变化。也就是说，鞘内空间中的一些区域可具有高脑脊液流速(具有理想的药剂混合质量)，而其它区域可具有低脑脊液流速(具有不理想的药剂混合质量)。由于患者解剖结构不同，人们进一步认为具有较高脑液流速的区域可能因患者而异。由于确定脑脊液流速的选择很少，大多数鞘内导管在不知道预期输注部位的脑脊液流速的情况下定位。在不知情的情况下将鞘内导管102定位在脑脊液流量低的区域可能导致不太理想的治疗结果，并且肯定会导致不太佳的输液混合。
本公开的实施例能够在预期鞘内输注部位附近将温控液体与脑脊液混合，以确定药剂在脑脊液内的分散体的质量。举例来说，在一个实施例中，可将冷的或温的一团液体输注到鞘内空间中。影响由温度传感器118测量的温度变化所花费的时间可指示预期药剂分散体的质量。鉴于质量传递(其控制药剂在鞘内空间内的运输)和热传递(由温度传感器118用来监测药剂与脑脊液的混合)之间的直接联系，本公开的实施例通过充分理解的物理原理直接测量鞘内分散体。
举例来说，在一个实施例中，在将导管102的远端108定位到患者的脑脊液流中后，可通过输注端口116将一团冷冻液输注到脑脊液流中，同时用温度传感器118监测温度。当冷冻液与脑脊液混合时，脑脊液以及冷冻液与脑脊液的后续混合物(经由温度传感器118可测量)的温度将降低。因此，由温度传感器118感测到的温度变化是已发生冷冻液与脑脊液的某种混合的肯定指示。给定温度传感器118和输注端口116之间的固定距离D1，温度变化的时间和变化的幅度可被认为代表靠近输注端口116的局部脑脊液流速。
再次参考图1，在一些实施例中，处理器104可包括显示器124，所述显示器被配置为显示由至少一个温度传感器118感测到的温度。在一些实施例中，显示的温度可表示为温度的数字读数。在其它实施例中，由温度传感器118感测到的温度可在监测脑脊液温度的一段时间内以图形方式表示。举例来说，如图5所示，根据本公开的实施例描绘了在分散时间(td)内上由温度传感器118感测到的温度(T)的图形表示。分散时间td可基于预期混合而变化。举例来说，在一个实施例中，分散时间td可具有约30秒至约300秒之间的预定义持续时间；尽管也可考虑其它持续时间。
继续参考图5，在输注液体200之前，由温度传感器118感测到的温度(T0)具有代表未混合的脑脊液的相对恒定的基线温度。温控液体200的输注可在初始时间(t0)开始并且可持续预定的时间长度，所述时间长度可以但不必对应于分散时间td。液体200可为任何温控液体，例如维持在约35℉(2.2℃)至约46℉(7.7℃)之间的温度范围内的冷冻盐水溶液；尽管也可考虑其它类型的温控液体和温度范围。举例来说，在另一个实施例中，冷冻液可为造影剂，从而能够使用磁共振成像作为测量患者脑脊液内液体流动的附加辅助。
预期由温度传感器118感测到的温度将保持在基线温度T0，即使在开始将温控液体输注到脑脊液中后并且在此后的短时间内(t1)，直到足够的液体200已与周围脑脊液混合以降低液体200和脑脊液的混合物的温度。由于液体200和脑脊液之间的混合很大程度上受脑脊液自然流动的影响，时间t1(或者称为初始分散时间)的持续时间指示脑脊液流速。具体而言，时间t1表示液体200在初始分散时间t1内穿过输注端口116和温度传感器118之间的距离D1时的速度。相对较长的初始分散时间t1指示较慢的脑脊髓液流速，而相对较短的初始分散时间t1指示较快的脑脊髓液流速。自然地，较快的脑脊液流速是可取的，因为它促进药剂在脑脊液内的更快速分散。
因此，在时间t1，由温度传感器118感测到的温度(T1)开始降低以反映液体200和脑脊液的混合物的温度。此后，由温度传感器118感测到的温度可基于脑脊液的自然脉动流动而波动，直到它返回到代表未混合脑脊液的基线温度的最终温度(T2)。温度降低的速率(δT)和最大温差(TΔ)也可指示脑脊液流速。举例来说，温度降低的更陡速率δT可表示液体200与脑脊液更快和更彻底的混合。同样，较大的温差TΔ可表示液体200与脑脊液的更快和更彻底的混合。
在一些实施例中，可在选择最终输注部位之前沿患者的脊柱S进行多次测量以绘制鞘内空间，从而能够选择药剂输注的最佳部位以最大化治疗的治疗效果。另外参考图6A-B，在一个实施例中，医疗装置或系统100可被配置为接收来自多个局部部位(部位1-5)的传感器数据，以辅助确定最佳输注部位130。举例来说，如图6A-B所示，在一个实施例中，处理器104可利用来自多个局部部位(部位1-5)的数据来创建鞘内空间的图，以表示其中的脑脊液流速。在一些实施例中，处理器104可在局部部位(部位1-5)之间内插入点以创建患者脑脊液内的液体流速的热图型图形表示，从而识别一个或多个最佳部位130，以定位用于药剂输注的鞘内导管。还考虑了脑脊液内流速的其它类型的图形表示。
参考图7，在一些实施例中，导管102可至少包括第一温度传感器118A和第二温度传感器118B，分别以固定距离D1和D2定位在输注端口116的任一侧，从而能够确定液体流动方向，以及液体速度和质量速度。举例来说，当冷冻液流从输注端口116流出并开始与周围的脑脊液混合时，液体混合物的温度变化可由第一温度传感器118A和第二温度传感器118B中的任一个或两个感测到。第一或第二温度传感器118A/B中的任一个的较短的初始分散时间或较大的最大温差可指示液体流动方向。在其它实施例中，第一和第二温度传感器118A-B可定位在输注端口116的同一侧。
在一个实施例中，第一温度传感器118A可紧邻输注端口116定位，以检测冷冻液何时开始流出输注端口116，从而提供精确的时间点来处理作为输注的开始，而不是依赖于计算的输注开始时间。
因此，本公开提供了一种相对便宜、易于制造的导管102，所述导管可被配置为直接测量脑脊液流速以实现改进的药剂分散和更好的临床结果。作为降低成本的辅助，在一些实施例中，导管102可与各种常规可用的处理器104和输注泵106兼容。举例来说，在一个实施例中，处理器104可为相对便宜的数字显示器，如被配置为显示温度传感器118输出(例如，温度、电压、电流、电阻等)的万用表。输注泵106可为可从各种制造商处获得的注射泵。
在其它实施例中，系统100可包括更复杂的处理器104或具有脑脊液流量计算和/或脑脊液标测能力的组合处理器-输注泵104/106。在又一些实施例中，系统100可包括具有接入端口的植入式泵，通过所述接入端口可施用温控液体200以检查导管的通畅性和/或周期性监测导管102所在局部部位的脑脊液流动状况。
应理解，本文所公开的各个方面可不同的组合而非说明书和附图中具体呈现的组合进行组合。还应理解，依据示例，本文所描述的过程或方法中的任一个的某些动作或事件可按不同顺序执行，可被添加、合并或完全省略(例如，所有描述的动作或事件对于执行技术可能不是必需的)。另外，尽管出于清楚的目的，将本公开的某些方面描述为由单个模块或单元来执行，但应理解，本公开的技术可通过与，例如，医疗装置相关联的单元或模块的组合来执行。
在一个或多个实例中，所描述的技术可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施。如果以软件实施，则可将功能以一个或多个指令或代码的形式存储在计算机可读介质上并且可由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包含非暂时性计算机可读介质，其对应于有形介质，诸如，数据存储介质(例如，RAM、ROM、EEPROM、闪存或可用于存储呈指令或数据结构形式的期望程序代码并且可由计算机访问的任何其它介质)。
指令可由一个或多个处理器执行，诸如，一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其它等效的集成或离散逻辑电路系统。因此，如本文中所使用的术语“处理器”可指任何前述结构或适合于实施所描述技术的任何其它物理结构。而且，所述技术可完全实施于一个或多个电路或逻辑元件中。

Claims (20)

1.一种确定局部脑脊液流速的方法，所述方法包含：
将导管的远端定位在患者的脑脊液流中，所述导管包括输注端口和定位在距所述输注端口固定距离处的至少一个温度传感器；
通过所述输注端口将一团温控液体输注到所述脑脊液流中；和
监测由所述至少一个温度传感器感测到的温度，其中由所述至少一个温度传感器感测到的所述温度随时间的变化代表靠近所述输注端口的局部脑脊液流速。
2.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述温控液体是盐水溶液。
3.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述温控液体的温度在约35℉至约46℉之间的范围内。
4.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述温控液体是通过磁共振成像可见的造影剂。
5.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述一团温控液体是经由注射泵输注。
6.根据权利要求1所述的医疗装置，其进一步包含以图形方式显示由所述至少一个温度传感器在一段时间内感测到的所述温度。
7.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述一段时间具有约10秒至约300秒之间的预定义持续时间。
8.根据权利要求1所述的医疗装置，其进一步包含在患者的鞘内空间内的不同位置处重复所述过程以确定在所述不同位置处的局部脑脊液流速。
9.一种绘制患者脑脊液内液体流速的方法，所述方法包含：
将鞘内导管插入到患者体内，所述鞘内导管具有被配置为定位在脑脊液流内的远端、近端和限定沿所述导管纵向延伸的内腔的主体，所述内腔被配置为能够将一团温控液体从所述近端递送到靠近所述远端定位的输注端口，所述鞘内导管进一步包括定位在距所述输注端口固定距离处的至少一个温度传感器；
通过所述输注端口将一团温控盐水溶液输注到所述脑脊液流中；和
在约10秒至约300秒的持续时间内监测由所述至少一个温度传感器感测到的温度，其中由所述至少一个温度传感器感测到的所述温度随时间的变化代表靠近所述输注端口的局部脑脊液流速。
10.一种医疗装置，其包含：
导管，其具有被配置为定位在患者的脑脊液流内的远端、近端和限定沿所述导管纵向延伸的内腔的主体，所述内腔被配置为能够将一团温控液体从所述近端递送到靠近所述远端定位的输注端口，所述导管进一步包括定位在距所述输注端口固定距离处的至少一个温度传感器；和
处理器，其被配置为接收和处理由所述至少一个温度传感器在一段时间内感测到的数据，以确定离开所述输注端口的所述温控液体的速度，其中所述温控液体的所述速度代表靠近所述输注端口的所述脑脊液的流速。
11.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述温控液体是盐水溶液。
12.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述温控液体的温度在约35℉至约46℉之间的范围内。
13.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述温控液体是通过磁共振成像可见的造影剂。
14.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述温控液体是经由注射泵输注。
15.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述一段时间是在开始输注所述一团温控液体时开始且在预定义持续时间后结束。
16.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述预定义持续时间在约10秒至约300秒之间的范围内。
17.根据权利要求1所述的医疗装置，其进一步包括显示器，所述显示器被配置为表示由所述温度传感器在一段时间内感测到的所述数据的图形绘图。
18.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述医疗装置包括第一温度传感器和第二温度传感器。
19.根据权利要求18所述的医疗装置，其中所述第一温度传感器定位在所述输注端口的近侧且所述第二温度传感器定位在所述输注端口的远侧。
20.根据权利要求1所述的医疗装置，其中所述医疗装置被配置为产生所述患者的椎管内空间的脑脊液流速图。
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