CN116249565A - 用于慢性疼痛控制的植入式鞘内给药系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种改进的植入式给药设备、方法和系统，由包含在可压缩波纹管内的惰性气体的压缩和膨胀来提供动力，并由生物相容性壳体包围，该壳体形成储器，该储器连接到用于流速控制的受限通道，并且另外连接到柔性增强导管，该柔性增强导管将药物从储器输送到鞘内空间或其他期望的身体组织。

Description

用于慢性疼痛控制的植入式鞘内给药系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年5月29日提交的美国临时申请63/032,359的优先权，该申请通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及一种改进的植入式鞘内给药设备(IDDS)、方法和系统。更具体地，本公开涉及由可压缩、充气或充药波纹管提供动力的设备、方法和系统，该波纹管允许减小尺寸和重量并缩短导管长度的IDDS泵。

背景技术

慢性疼痛是潜在的病症，具有癌症、背部受伤和其他病症的患者通常需要特殊的治疗来解决该病症。在严重的情况下常见的是，最初的治疗输送方法(如口服、肌肉注射或静脉注射方法)没有效果，医生转而使用放置在脊柱空间内或附近的药物和其他治疗的方法。在脊柱空间内的用于顽固性慢性疼痛的常见治疗方法是称为TENS单元的电子刺激设备和在鞘内给药的植入式泵。在鞘内或蛛网膜下腔中，药物输送、疼痛药物和/或用于痉挛的药物通过鞘内给药系统(intrathecal drug delivery system，IDDS)直接引入到脊髓液(鞘内空间)，该系统包括注射口、储器、低流速输液泵和输送导管。

鞘内空间通常从下背部的腰部区域进入。已知为了使口服、皮下或静脉内输送药物产生相同的成效或生物利用度，需要比鞘内输送相同镇痛剂所需的剂量更高的剂量。由于鞘内输送需要较少的药物，许多有害副作用显著减少。此外，有些药物只能通过鞘内注射。其中一种药物是齐考诺肽(ziconotide)，这是一种能够有效减轻疼痛的非阿片类药物，由于其无法穿过血脑屏障，因此必须鞘内注射。

在鞘内疼痛控制药物领域，使用了多种镇痛药物。由于鞘内输送的基本原理是较低剂量的镇痛效果，因此与其他形式的输送(如口服、静脉内、皮下、经皮等)相比，相同效果所需的体积大大减少。体积的减少使从业者能够利用植入体内的设备。由于体积显著减少，植入式泵设计需要较少频繁地填充储器。目前，填充植入式泵的储器的标准做法是每月一次。然而，在某些情况下，经由注入进行储器填充的频率为每周一次或几个月一次。

减少的体积和减少的剂量克服了通过其他途径(如口服、静脉注射、经皮和皮下注射)输送镇痛药物的许多其他不期望的副作用。例如，阿片类药物是一种常见的鞘内镇痛剂。已知这类药物会因肠胃中的阿片受体及其对肠道运动的影响而导致便秘。当鞘内注射同一类药物时，肠道的动力保持不变。在恶性和非恶性疼痛和痉挛的情况下，也有许多使用植入式给药设备的迹象。

一般而言，当其他保守疗法失败，且非鞘内治疗方案(即口服、皮下、肌肉注射、静脉注射或经皮)无法充分控制症状和/或非鞘内方案导致严重副作用时，应考虑植入式给药设备。目前，被美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration，FDA)批准用于鞘内注射的药物只有吗啡(morphine)、齐考诺肽和巴氯芬(baclofen)。然而，最近的文献支持许多其他阿片类和非阿片类药物用于不能耐受FDA标签药物的患者。其他药物必须通过特殊的复方药店获得，以确保无菌和适当的浓度。这在植入式给药系统中使用多种药物时尤为重要。值得注意的是，目前正在对有可能有助于治疗癌症疼痛的新型非阿片类药物进行研究，例如树胶脂毒素。

用于慢性疼痛控制的典型鞘内治疗方案是将导管插入脊柱的硬膜下区域(也称为蛛网膜下腔区域)和鞘内空间。通过将脊柱导管连接到植入式给药设备(恒定流量泵或可编程的可变流量泵)来实现向鞘内空间的输注。一旦连接，临床医生通过滴定推注并监测患者的镇痛效果水平来确定药物的适当剂量。一旦确定了适当的剂量和输注，经由通过自密封隔膜的注射来填充输送系统储器。在固定速率型设备中，当储器充满时，通过压缩设备中的气体室来控制泵的动作。可编程泵以类似的方式运行，但是能够通过与植入设备上的微电子控制系统的经皮通信来调节速率。可编程类型的系统需要电池功率来运行，而固定速率设备的运行不需要电流。因此，可编程设备需要临床医生的持续检查，以检查和调整必要的流速，以及监测剩余电池寿命。电池寿命耗尽后，需要进行外科手术来更换电池。

制造商的规定和建议要求每6个月对鞘内给药系统进行一次填充，但间隔时间可能有所不同。总的来说，IDDS被认为非常具有成本效益。在慢性非癌症疼痛患者中，大约两年后，IDDS比常规医疗管理更有效。然而，在癌症疼痛患者中，由于疼痛的动态性，IDDS能够在短短三个月内达到成本效益。

US 3,731,681、US 5,731,681、US 6,852,106和US 9,937,290教导了通过植入式和皮下恒速泵输注药物。公开了具有输送导管的泵机构，其利用了类似的结构和功能。尽管这些植入式泵在配置时是有用的，但存在几个问题。

大多数现有的植入式泵都是一些笨重的设备，需要将其手术插入前腹壁的袋中，并且导管通过皮下并横向穿过腹壁侧面，到达脊柱底部并进入鞘内空间。因此，期望具有尺寸较小的植入式泵，以减少体积和重量。随着时间的推移，可能发生的另一个不利事件是泵的位置可能发生变化，这会影响导管尖端的位置，并且另外会导致导管尖端从设备的远端或近端错位或移位。重量和尺寸的减少将允许更小的手术部位和腹部袋，这将为植入设备提供更大范围的替代位置，并将减少皮下植入较大设备的有害美容效果。较小的植入设备能够通过手术定位在较小的组织袋中，并放置在传统较大设备不希望的解剖部位。植入的优选位置是靠近脊柱区域的部位。该位置将允许外科医师缩短导管隧道的长度，这有助于减少外科组织解剖以及由此造成的创伤和手术时间。它还可以减少导管中的通常称为“死空间(dead space)”的流体体积。

因此，植入泵的理想特征包括尺寸和重量减小，导管长度缩短。植入泵的另一个期望的特征是无需经皮或经皮穿刺或进入就能远程询问设备的数据和位置信息。特别是，设备的标识、访问历史、植入日期和储器中剩余的药物量是在不直接访问设备的情况下确定的有用参数。

发明内容

本文公开了一种用于植入的鞘内输送泵的设备设计和使用这种设备的方法。植入的鞘内输送泵由于气体室中的压力下的气体对包含容纳在密封壳体中的流体(包括例如药剂和/或输液)的储器施加力而运行。流体在塌陷时被气体压缩，气体将流体通过毛细管挤出导管，然后进入脊髓鞘内空间的输送部位。所包含的压缩接收待存储的流体。该设计的另外的特点是减少了材料的体积，从而形成了一种极简、低轮廓、轻量化的结构。

该设备的主要目的是提供一种减轻疼痛的治疗剂。然而，该设备的其他用途也可预期，包括用于治疗痉挛、糖尿病、癌症等病症的药物输送应用。

某些实施例提供微通道面板或毛细管通道系统形式的流量控制机制。微通道面板接收来自储器的流体输入并将流体输出到导管以提供毛细管流动控制。流量控制面板能够通过微机械加工和/或电阻掩模技术形成，从而以精确和可重复的方式形成微通道。

某些方面允许用户通过手持式应答器远程询问植入泵，该应答器通过查询包含在嵌入植入泵结构中的RFID芯片上的数据来中继来自植入泵的信息。应答器发送识别(ID)码，并且ID码正确，数据、延迟和吞吐量，并且与植入物、扫描仪和无线数据链路的电磁兼容性(EMC)性能相协调。

在某些方面，传感器系统通过使用例如连接到波纹管式储器最底部的两部分霍尔效应传感器来间接测量储器体积状态。霍尔效应传感器的电枢部分连接到储器，传感器组件的接收器-读取器通道连接到储器的壳体。

一些实施例提供了触诊环，该触诊环能够通过皮肤触诊，以定位用于流体注射的可注射隔膜。所述环和与所述环相邻的储器容纳室部分能够嵌入由体外检测系统可检测的物质制成的检测材料。检测类型能够包括医院设置中常规使用的任何检测模式，例如射线照相、超声和磁成像。

在一些实施例中，还提供了增强的导管和导管连接机构，以防止输送导管的意外穿刺或分离。

不会干扰MRI系统的聚合物材料能够用于储器壳体和设备的其他部件。例如，柔性弹性体囊可用于储器，并且可由多种合适的植入式材料构成，例如，硅酮、TPES、聚氨酯和/或PETG。在储器壳体的情况下，可以使用更刚性的结构生物相容型聚合物，例如PEEK、UHMWPE、聚酰胺、聚砜等。

附图说明

包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图说明了本公开的各种实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。在图中：

图1是植入式鞘内给药设备的一个示例的截面图，其壳体和弹性体储器处于关闭的静态满位置。

图2是已组装的植入式鞘内给药设备的一个示例的等距俯视图和侧视图，示出为具有截断的导管。

图3是用于远程获取泵度量和识别信息的电子询问系统的示意图。

图4是RFID系统的示意图。

图5是植入式鞘内给药设备、加固导管和与口储器附接的导管的正面和侧面解剖视图。

图6是流量控制毛细管通道系统和制造所述流量控制毛细管通道系统的方法的图示。

图7A-图7D是植入式给药系统的设计的图示。

图8是植入式给药系统的一个示例的俯视图和等距视图。

图9A是植入式给药系统的一个示例的横截面图。图9B是再填充机构的一个示例的放大截面图。

图10A-10D是再填充机构的各种实施例的图示。

图11示出了能够用于植入式给药系统的阀机构的示例。

图12示出了结合有纹理的底部以增强设备的固定的设计的示例。

图13示出了再填充机构和再填充针设计的一个示例的操作。

图14A示出了能够与植入式给药系统一起使用以控制设备的流速的阀机构。

图14B示出了通过阀机构从低流量到无流量的旋转而引起的流量变化。

图15示出了导管耦合设计的示例。

具体实施方式

现在参考图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14和/或15示出了本发明实施例的各种立体图、示意图、图示和截面图。

现在参考图1，所示为植入式给药系统(IDDS)组件100的截面图，其中壳体101是存储流体117的生物相容性设备，流体117可以是(例如，储器104内的)药物和/或输液。气体室110是位于储器104内部的可膨胀波纹管111，并且包含惰性气体，该惰性气体经由气体口112充入波纹管111中并由气体口塞113永久密封。流体117由无芯注射针115通过自密封、可穿刺隔膜103来被放置到储器中，并且在注射时，流体117通过储器流入通道108流入储器104中。

环绕隔膜103的是凸起的边缘102，包括触诊环，该触诊环可以使用触感进行触诊，以允许将针定位并瞄准到可穿刺隔膜103。触诊环还能够包括位置传感器116和/或嵌入材料，这些传感器和/或嵌入材料对外部体外读取器作出反应以对隔膜进行机器定位。

流体117的流动遵循穿过储器流出通道109、进入过滤器114、进入微加工蚀刻毛细管通道系统105以及与出口导管107近端耦合的外部出口导管106的路径。导管可以是柔性增强导管。

IDDS组件100还可包括单独的线内(in-line)注入口119，用于经由导管107向组织内进行推注，导管107通过隧道通向鞘内空间或待注入的组织。

在一些实施例中还包括位于壳体101内的RFID芯片118，用于中继关于IDDS状态的嵌入信息和数据。

图2提供了IDDS组件200的等距俯视图和侧视图。示出了组装的IDDS的关键外部部件，包括壳体101、可穿刺隔膜103和相邻的触诊环102。触诊环可以具有位置传感器116，以引导可穿刺隔膜的位置从而将流体输送到IDDS。流体随后可经由出口导管107输送至身体组织，例如鞘内空间。壳体101上多个位置处的缝合孔201可提供用于将IDDS固定至手术部位处组织的连接点。图2中还示出了注入口119。

图3提供了传感器组件300的一个实施例的详细截面图，该传感器组件300能够用于间接测量储器中流体的体积状态。示出了传感器的两个状态301和302，该传感器包括密封的可膨胀且可折叠的波纹管111，该波纹管111包括包含惰性气体的气体室110。在301中，示出了满的储器状态，其中波纹管111处于膨胀状态并且气体室110充满气体。在302中，示出了空的储器状态，其中波纹管111处于折叠状态，气体室110的惰性气体被压缩。波纹管储器传感器臂303可以附接到波纹管111的底部，并且可以与线性位置传感器304近侧地对准，该线性位置传感器当传感器臂303在与波纹管111的状态相关的运动范围行进时感测该传感器臂的位置。波纹管111的状态能够由线性读取器带304传送到外部读取器(未示出)，以指示流体体积的变化，例如，从满的储器状态(膨胀的波纹管301，气体室110充满惰性气体)到空的储器状态(折叠的波纹管302，气体室110中充满压缩的惰性气体)。

图4是可从已植入IDDS 100内的传感器获取信息的远程应答器和读取器的示意图400。远程应答器/读取器可由电池供电。要获取的信息可以包括嵌入在无源RFID芯片上的信息和/或储器液位。远程应答器/读取器还可以控制IDDS的限流器，以提供从储器到组织的可变流速。

图5是一系列图示500，示出了可附接到给药设备200的增强导管502。给药设备可经由导管近端部分耦合到全长导管501，该全长导管具有位于组织部位的远端503。如图所示，IDDS能够附接到腹壁，并且隧道式导管501可以放置成使得远端503位于脊柱鞘内空间中。

图6示出了可以使用例如MEMS或PDMS复制模塑来制造601微加工蚀刻毛细管通道系统的工艺。在一些实施例中，制造的是由膜基体602、毛细管入口604和毛细管出口605制成的毛细管床构造，在膜基体602上蚀刻或形成通道603，毛细管入口604在近侧耦合到毛细管通道系统，毛细管出口605在远侧耦合到毛细管通道系统。

图7A至图7D提供了植入式给药系统的设计的图示。该设计包括经皮供应口102/103、药物储器104和能够流体连接到目标部位的输送导管107。该设备的主体能够是各种形状和几何形状，并且能够具有用于引导针或其他设备以填充或再填充储器的凹部。

图8是植入式给药系统的一个示例的俯视图和等距视图。在该特定实施例中，壳体(或主体)101被配置为易于操作，并且包括通向供应口103的凹部，供应口103能够被针115穿刺。在某些方面，本文所述的实施例中的任何一个能够具有被配置为具有人体工程学设计801以在植入前后易于抓握的设备的壳体，该设计包括在设备壳体的一个或更多个侧面上的外部凹痕或握把以容纳操作设备的人的手指和/或拇指。该设备配置有提供鞘内输送路径的导管107。植入式给药系统能够具有用于缝合的内环802。

图9A是植入式给药系统的一个示例的横截面图。图中示出了主体的凹部，该凹部提供了通向再填充口901及其阀机构902的通路(更多细节参见图9B)。阀机构902通过药物再填充通道903与储器/波纹管903流体连接，并将储器904与输送部件905流体连接。在第一配置中，待输送的溶液包含在主体体积中，同时气体填充波纹管。在第二配置中，待输送的溶液包含在波纹管中，同时气体填充设备主体体积。再填充口901能够包括可穿刺隔膜。主体形成空腔或主体体积906，其能够填充有惰性气体或类似气体。在某些方面，空腔906能够包含RFID传感器907和/或其他电子设备以监测、调制或控制设备的运行。主体空腔还将包含波纹管904，波纹管904是用于由设备输注的药物的储器。

图9B示出了能够采用的阀机构的一个示例。在这方面，双头柱塞908具有通过杆连接的顶部和底部。当使用时，顶部阻挡从再填充口901到储器904的流体路径909，底部定位成允许从储器904流到输送部件905。杆能够配置有弹簧机构910，该弹簧机构910能够在填充期间被压下，并在填充完成或停止后恢复柱塞的操作定位。在某些实施例中，待输送的药物存储在壳体的储器中，在其他实施例中，药物能够存储在波纹管内部形成的空腔中。此外，如果药物被储存在壳体的储器中，则气体能够被引入波纹管，并且替代地，如果药物储存在波纹管中，则能够将气体引入壳体的储器中。

图10A-10D是再填充机构的各种实施例的图示。已经设想了用于再填充兼容性阀设计的各种设计。阀机构允许在再填充波纹管或药物体积时暂时阻断药物输送管线。这能够通过扭转阀(图10C、10D)、压缩输送管线(见图13)和/或安装弹簧加载阀(图10A、10B)来实现。使用在再填充期间不产生大剂量药物的阀设计，能够改善再填充兼容性。再填充机构的某些方面能够包括在再填充期间捕获/捕捉再填充针的尖端的特征。图13示出了一种提供夹紧机构以调节流量的再填充机构和再填充针设计。

图11示出了在使用期间和再填充期间能够用于植入式给药系统中的扭转阀机构的示例。在某些方面，当输送路径关闭时，再填充通道向供应药物的针或类似器械开放。当填充完成且类似器械的针头被移除时，能够关闭再填充通道，然后能够打开输送通道。在某些方面，再填充机构是弹簧加载的，并且在再填充完成后返回到输送位置。在某些方面，能够通过转动或扭转阀构件、或阀构件的垂直运动、或导管通道的收缩/松弛来打开和/或关闭通道。

图12示出了结合有纹理的底部1201以增强设备的固定的设计的示例。本文所述的设备能够包括特征/唇缘1202，以允许导管管线绕设备缠绕，如图12所示，并能够在本文所述任何设备的设计中实施。此外，主体能够配置有1、2、3、4或更多个缝合环，以在展开时帮助固定设备。缝合环能够位于设备上的不同位置，包括但不限于主体的角落。能够包括的另一个特征是在设备上包括一个或更多个纹理表面，以减少设备的移动(图13中示出了两种变化(网格或肋变化))。

图14A-14B示出了能够与植入式给药系统一起使用以控制设备的流速的阀机构。各种流量的阀设计包括开/关(二元)阀、具有不同直径通孔的阀和/或具有刻痕/膛线的阀，以在阀被压下时引起阀的扭转运动。

图15示出了导管耦合设计的示例。在某些方面，IDDS能够在导管管线末端包括可调流量控制阀，如图15所示，其中能够减小导管与目标的连接直径以限制流速。

虽然本公开是根据一个或更多个特定实施例阐述的，但应理解，本领域技术人员可将本发明的设备和使用本发明的方法修改或更改为其他配置。因此，本公开仅由所附权利要求书的范围和精神进行广义解释和限制。

附图标记列表

下表列出了此处使用的名称或特征的附图标记：

编号特征或元素

100鞘内给药系统部分

101壳体

102触诊环

103可穿刺隔膜

104储器

105微加工蚀刻毛细管通道系统

106外部出口导管

107出口导管

108储器流入通道

109储器流出通道

110气体室

111波纹管

112气体注入口

113气体注入口密封

114储器出口过滤器

115无芯注射针

116位置传感器

117流体

118RFID芯片

119注入口

200IDDS的外部视图

201缝合孔

300传感器组件

301空的储器状态

302满的储器状态

303波纹管储器传感器臂

304线性位置传感器

400电子传感器和读取器的示意图

500导管放置和加固

501导管

502增强导管膜

503IDDS的解剖位置

600微加工毛细管通道

601制造方法

602膜基体

603毛细管通道

604毛细管入口

605毛细管出口

801人体工程学插图

802缝合环

901自密封再填充口

902阀机构

903再填充通道

904波纹管

905输送路线

906设备体积

907阀活塞

909储器的药物输送

910活塞弹簧

1201有纹理的底部

1202导管包唇

Claims (28)

1.一种植入式鞘内给药设备，包括：

壳体；

传感器组件，包括：

由所述壳体封闭的可压缩波纹管，所述波纹管包括填充有惰性气体的气体室；和

波纹管传感器臂，其耦合到波纹管的底部并与线性位置传感器近侧对准；和

由壳体的内壁和波纹管的外壁形成的储器；

其中所述储器包含流体，并且其中所述储器与用于将所述流体输送到终端部位的导管流体连接。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体以固定流速被输送到所述终端部位。

3.根据权利要求1或2所述的设备，还包括与所述储器流体连接的微加工毛细管通道，用于限制流体向所述导管的流动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述储器包括囊，并且其中所述囊由弹性材料制成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述传感器组件通过检测所述波纹管的膨胀或压缩状态来检测所述储器中流体的体积。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，当所述波纹管完全膨胀时，所述储器是空的。

7.根据权利要求5所述的设备，其中，当所述波纹管完全压缩时，所述储器是满的。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，包括数据信息存储介质，其中，能够使用外部应答器从所述设备经皮获取数据信息。

9.根据权利要求8所述的设备，包括与IDDS状态相关的嵌入式RFID芯片数据信息。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述外部应答器从所述传感器组件获取与所述储器内包含的流体的体积相关的数据信息。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，还包括与所述储器流体连通的可穿刺隔膜。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述可穿刺隔膜被能够触诊以定位所述可穿刺隔膜的凸起的边缘围绕。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，其中所述导管包括柔性增强导管。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的设备，其中所述流体包括药剂和/或输液。

15.一种植入式鞘内给药设备，包括：

壳体；

传感器组件，包括：

由所述壳体封闭的可压缩波纹管，所述波纹管形成用于待由所述设备输送的流体的储器；和

波纹管储器传感器臂，其耦合到波纹管的底部并与线性位置传感器近侧对准；和

由壳体的内壁和填充有惰性气体的波纹管的外壁形成的室；

其中所述储器包含流体，并且其中所述储器与用于将所述流体输送到终端部位的导管流体连接。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述流体以固定流速被输送到所述终端部位。

17.根据权利要求15或16所述的设备，还包括与所述储器流体连接的微加工毛细管通道，用于限制流体向所述导管的流动。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的设备，其中所述室包括囊，并且其中所述囊由弹性材料制成。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的设备，其中，所述传感器组件通过检测所述波纹管的膨胀或压缩状态来间接检测所述储器中流体的体积。

20.根据权利要求19所述的设备，其中，当所述波纹管完全膨胀时，所述储器是满的。

21.根据权利要求19所述的设备，其中，当所述波纹管完全压缩时，所述储器是空的。

22.根据权利要求15至19中任一项所述的设备，其中使用外部应答器从所述设备经皮获取在所述设备上生成或存储的数据信息。

23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述设备还包括RFID芯片，所述RFID芯片包含与IDDS状态相关的数据信息。

24.根据权利要求22或23所述的设备，其中，所述外部应答器从所述传感器组件获取与所述储器内包含的流体的体积相关的数据信息。

25.根据权利要求15至24中任一项所述的设备，还包括与所述储器流体连通的可穿刺隔膜。

26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述可穿刺隔膜被能够触诊以定位所述可穿刺隔膜的凸起的边缘围绕。

27.根据权利要求15至26中任一项所述的设备，其中所述导管是柔性增强导管。

28.根据权利要求15至27中任一项所述的设备，其中所述流体包括药剂和/或是输液。

Images