JP2021519641A - ワイヤレス方式の非侵襲的表皮電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、それぞれが本明細書と矛盾しない範囲で全体が参照により特に組み込まれている2018年3月30日に出願した米国仮特許出願第62/650,826号、および2019年1月11日に出願した米国仮特許出願第62/791,390号の利益および優先権を主張するものである。
該当なし。
脳室シャントは、脳室系で産生される脳脊髄液(CSF)の産生過剰および/または再吸収障害に起因する一般的で衰弱を引き起こす神経疾患である水頭症の臨床治療に不可欠な構成要素である[Rachel]。水頭症は、限定はしないが、癌、出血、外傷、先天性奇形を含む、多くの原因によって生じる。この病気は、米国だけでも推定750,000人の患者に影響を与え、全小児急性病患者治療コストの約3.1%を占める[Lam、Patwardhan、Shannon、Stone]。米国の125,000人の小児水頭症患者は、毎年400,000日を病院で過ごしている[Simon]。過剰なCSFを脳室から遠位の吸収部位、通常は腹膜、胸膜、または右心房に排出するために、シャントアセンブリは典型的には調節弁の上流および下流に接続されている2本のシリコーンカテーテルを伴う。発作、昏睡、神経損傷、および死亡を含む、水頭症のCSF分流および続発症防止には効果的であるが、シャントは線維素性カテーテル成長侵入、よじれ、途切れ、過剰排出、遠位吸収不良、および感染症により非常に失敗しやすい[Tervonen][Garton、Yuh]。シャントを受けた人の推定84.5%が修正手術を必要としている[Cochrane、Shah、Stone、Piatt]。シャント機能不全の臨床症状は、頭痛、吐き気、および眠気などの非特異的症状となる傾向があり、それによって、臨床診断が難しくなる[Kirkpatrick、Piatt、Garton]。誤診の悪影響は重症罹患率および死亡率を含む可能性があるので、水頭症患者の適切な医療では、失敗の場所と原因とを特定することが重要である。
ャントを受けた5人の成人を対象とした試験、ならびにCT、MRI、および放射性核種トレーシングとの比較により、インビボでのデバイス機能、および流量を定量的に決定するための高度な処理アルゴリズムが検証される。
一貫している、温度の特徴的な涙滴状分布を示している。
ベンチトップ実験:インビトロ評価のために、ファントム皮膚アセンブリが作製された。遠位シャントカテーテル(Medtronic、ミネアポリス、ミネソタ州所在)は、カテーテルのたるみを防止するために支柱を含む3Dプリント金型によって支持されるPDMS(Sylgard 184、Dow Corning)のマトリックスに埋め込まれた。このアセンブリの光学画像は、図13A〜図13Cに示されている。図13Bに見るとわかるように、PDMSの下のカテーテルの深さは1.1mmであり、センサは、図13Cに示されているように、アセンブリの自由表面上にラミネートされた。カテーテルは、シリンジポンプに接続され、これを通る流量を変化させて図3A〜図3Kに示されている実験データを得た。これらの実験のための試験流体として水が選択された。観察された流量は、ポンプ上に表示された値より33%高く、これは、単純な直線キャリブレーションを介して補正され、真の流量値は固定された時間間隔で化学天秤上の正確な重量測定により測定された。シリンジポンプを、測定が行われる前の180秒間の流量で定常状態にさせた。各測定は、Qactuator<0.001mW/mm2で60秒の「オフ」期間、続いてQactuator=1.45mW/mm2で600秒の作動(「オン」)期間、続いて180秒のオフ期間を経てセンサをベースラインである作動前温度値に戻すことからなる測定であった。それと同時に、高倍率レンズを搭載した赤外線カメラ(FLIR Systems、a6255sc)でサーモグラフが記録された。異なる皮膚厚さは、定められた高さを有するネガレリーフ構造の3Dプリント金型上にPDMSを鋳造し、その結果得られるシートを上で説明されている流体アセンブリ上にラミネートすることによって得られた。
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図24〜図28は、本明細書において説明されているデバイスおよび方法の様々な特徴を例示している。図24は、皮下導管(図24では「カテーテル」と記載されている)内の温度および流量を計算するために使用されるデバイスおよび温度センサの位置、ならびに様々なパラメータを例示している。未知の量は、皮膚表面からの導管の深さ(hskin)、さらには皮膚の熱伝導率(k)および拡散率(α)などの皮膚関係パラメータを含む。既知のパラメータは、導管および導管内の流体の熱伝導率(k)および拡散率(α)、導管の外径および内径、ならびにセンサとアクチュエータ(「ヒーター」とラベル付けされている)との間の上流、下流の距離、およびセンサによって測定され、ヒーターによって印加される熱の温度を含む。制御された状態では、導管内の流体の流量(Q)が知られている場合がある。これらのパラメータから、図25のフローチャートに要約されているように、流量が決定され得る。
要約
水頭症およびシャント関連の支出は米国のシステムにとって年間20億ドルを超える費用の負担となり、年間12万5000件のシャント手術が行われ、未治療死亡率は50〜60%と推定されている。既存の診断法は、高価で、不正確で、しばしば有害もしくは侵襲的であり、また不必要な入院、さらなる検査、または無用の手術が行われる可能性がある。John Rogers博士が率いるノースウェスタン材料エンジニア間の、Northwestern Memorial HospitalおよびLurie Children's Hospitalの神経外科医たちの指導の下での共同研究により、脳室シャント機能不全を診断できる非侵襲的な熱バイオセンサが作製され、その有効性が確認された。
シャント機能不全の非侵襲的で正確な高速検出。
現在、市場に出回っている類似の機能を有する最小のデバイス。
本明細書において提供されるデバイスは、自然のおよび埋め込まれた表面近くの導管を介して流体流を感知することを可能にするデバイスである。これらの導管の例は、静脈および動脈などの表面近くの血管、ならびに水頭症患者における過剰な脳脊髄液の排出のために埋め込まれたシリコーンシャントカテーテルを含む。センサは、表面近くの流れが熱輸送に影響を及ぼし、限局性熱源からの熱が流れの方向に沿って優先的に流れることを引き起こすという事実により、皮膚を通る熱輸送の測定値に依存する。以前の開示では、水頭症診断に関連する概念を取りあげていた。本開示では、患者および医師による高度な臨床的配備のための技術、製造可能性、および使い勝手について説明している。以下で説明されている技術の特徴は、臨床的配備に直ちに関わることである。具体的には、以下で説明されているコンポーネントおよび技術は、スケーラブルなISO:13485準拠製造アプローチと互換性を有し、説明される主要な特徴は、患者試験からの情報によるものである。これらの進歩は、たとえば、連邦食品医薬品局からの市販前承認(PMA)または510(k)の形で、規制当局の認可を求める関係技術にとって重要である。
図29は、本明細書で説明されているシステムおよび方法の新しいプラットフォーム技術ならびに様々な態様の概要を提示している。
一例として、感知ハードウェアは、皮膚全体に熱流をマッピングし最大8mmの深さまでの表面近くの流れおよびその大きさを明らかにすることを可能にするレイアウトおよびフォームファクタを有する熱アクチュエータ(たとえば、加熱素子)と温度センサとの集合体を伴う。それらのフォームファクタは、低熱質量および界面抵抗で皮膚に密接に結合することも可能にする。これを可能にする3つの異なる技術について説明する。
われわれは、次のことを目標として、パッケージングおよび封緘の戦略を開発した。
本開示は、特に水頭症患者のシャントを通る流れを監視する短期の機会がある、ワイヤレスウェアラブル流量センサの文脈において次の高度な電子機器の特徴を伴う。
1.Nordic Semiconductor NRF52開発ボードまたはシステムオンチップ(SoC)上で動作し得るファームウェア組み込みアプリケーション(以下、「アプリケーション」と称する)の作成。
8.アプリケーションはアプリケーションからデータストリームを読み取ることができる。
われわれは、操作者間のバラツキを低減し、患者と医師の使用を増やすために、センサと併せて開発された、臨床プロトコルおよびチェックリストを含めている。例は、図47〜図48に示されており、図47にこれらのプロトコルを検証する臨床データが載っている。
1.Gao, Lら、「Epidermal photonic devices for quantitative imaging of temperature and thermal transport characteristics of the skin.」Nat Commun、2014年、5:4938頁。
図50は、抵抗器142のアレイを熱アクチュエータ140として使用する熱感知デバイス100の一例を提示している。熱アクチュエータ140は、潜在的な流体流路、たとえば、動脈、静脈、またはシャントに沿って上流温度センサ120と下流温度センサ130との間に位置決めされる。温度センサ120、130および熱アクチュエータ140は両方とも、基板110によって支持されている。上流温度センサ120、下流温度センサ130、またはその両方のいずれかが、温度センサのアレイまたは複数の温度センサであってもよい。
水頭症は一般的で衰弱性の疾患で、脳室に脳脊髄液が溜まる病態である。これは米国では1,000,000人を超える人々に影響し、そのうち子供は350,000人を超える。水頭症に対する現在の標準的治療法は、脳室シャントアセンブリを外科的に埋め込み、過剰な流体を脳から排出し、腹膜腔などの遠位吸収部位に送り込むことである。残念ながら、シャントの故障率は極端に高く(最初の2年間で50%、その後は毎年約10%)、シャントの故障を正確に診断することは、頭痛および吐き気などの曖昧な症状のせいで臨床上の大きな課題となっている。それに加えて、リアルタイムのインビボCSF流体力学は理解が不十分であり、先進的なシャント技術の開発を挫折させている。一例として、シャント間欠はよく知られた現象であるが、患者ごとに頻度および大きさが異なる。その結果、シャントタップまたはアイスパック介在冷却などの他のよく知られている診断技術で検査したときに機能しているが間欠的であるシャントはシャットの故障である間違われることがある。われわれは、シャント流量の正確な測定を行うために異方性熱輸送に依存する熱輸送ベースのウェアラブルセンサを導入する。この例では、これらのプラットフォームをベースにして、市販のコンポーネントだけで、スケーラブルな製造に合わせた技術を使用して、製作された臨床に的を絞ったデバイスを提供する。その結果得られる完全にワイヤレス化され小型化された実施形態は、著しい改善を象徴する正確さ、精度、サイズ、重量、およびコストの一連の特性を有する。重要なことは、プラットフォームのサイズおよび構造により、長期間にわたって継続的に装着することが可能であり、初めてインビボでのCSF流体力学の長期連続測定をできるようにしたことである。
製作:センサの分解図が図53Aに示されている。プラットフォームは、商業的に成熟しているフレキシブル回路基板(flex-PCB)構造化技術を利用しており、動作のために市販(COTS)コンポーネントに完全に依存している。市販のUVレーザーは、銅-ポリイミド-銅(18μm-75μm-18μm)の高密度三層ラミネート材料上の導電性トレースおよび接着パッドを構造化する。低温ハンダペーストを使用するリフローハンダ付けは、基板上に小型化された表面実装デバイス(SMD)素子を正確高速に留置することを可能にする。別途、薄いシリコーンシート(Silbione、Bluestar Silicones 100μm)が滑らかなスライドガラス上にスピン鋳造され、疎水性になるように表面処理される。重要なことは、その接着性を高めるために半硬化されることである。アセンブリ全体を120秒かけて100℃でフラッシュ硬化させることにより、シリコーンとデバイスとの間に頑丈な接着性を確実にする。次いで、最上位シリコーン層がドロップキャストされ、60分かけて70℃で硬化させられて300μmのスーパーストラットを形成する。上面のUV-オゾン処理により親水性を高め、感知コンポーネントと作動コンポーネントの上に軟質の平坦な(3mm)ポリウレタン発泡体層(FlexFoam、Smooth On Inc.)をその場で硬化させることで、周囲熱雑音からの頑丈な絶縁を確実にする。別に、薄い(>2mm)シリコーン(Silbione)シェル(図61)が、液体前駆体を、カスタマイズされた一対のオスとメスの継手に鋳造し、3軸CNCフライス盤で市販のアルミニウムからフライス加工し、15分かけて100℃で硬化させることによって形成される。デバイスおよびシェル上のスーパーストレート層のUV-オゾン処理は、親水性界面を形成し、これら2つの表面は、6時間かけて70℃で硬化させることによって接着される。センサの輪郭をレーザーカットし、市販の皮膚安全レーザーカット接着剤を付けると、製造は完了である。
NTC上の温度誘発抵抗変化を2値化可能な電圧に変換することは、ホイートストンブリッジに依存する(図59)。ブリッジの2つの腕(感知と非感知)の間の電圧差は、オペアンプの反転入力および非反転入力に供給され、そのゲインはフィードバック抵抗器を介してチューニングされる。増幅された信号は、3.3Vの全感知範囲で、Bluetooth low energy (BLE)システムオンチップ(SoC)に組み込まれた12ビットのアナログ/デジタルコンバータ(ADC)を介して2値化される。その結果センサは、3.5mKの精度で28℃から40℃の温度範囲で直線的に動作する。制御された熱駆動は、BLE SoC上の汎用入出力(GPIO)ピンによってゲートが切り替えられる金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を介して制御できる方式で、制御電圧を抵抗器アレイに直接供給した結果生じる。作動出力は、MOSFETをプログラム可能なデューティサイクルでパルス動作させることによってチューニングされ得る。
本出願全体を通してのすべての参考文献、たとえば、発行されたもしくは付与された特許または同等の文書を含む特許文書、特許出願公開、および非特許文献または他の資料は、それぞれの参照が本出願の開示と少なくとも部分的に矛盾していない範囲で、参照により個別に組み込まれているかのように、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる(たとえば、部分的に矛盾している参照は、参照の部分的に矛盾する部分を除いて参照によって組み込まれる)。
2.患者は手術後に悪化し、腹部CTで重度の排便負担を有することが認められた。便秘治療レジメン投与後、患者は臨床的に改善し、センサの測定値は偽性閉塞の解消を検証するものとなった。
3.最終検査中にデバイスが不注意で破壊され、手術後の読み取り値が得られなかった。患者は、遠位および部分的近位閉塞を併発しているのでORで見られる低排液率に対応する吸気および呼気による流動パターンの変化があることが指摘された。
4.CTスキャンでは間隔脳室拡大を実証し、放射性核種テストでは流動パターンの異常を実証し、X線および腹部CTでは隣接流体捕集による肝臓付近の腹腔外位置異常のカテーテルを実証した。
20 基板
30 上流温度センサ
40 下流温度センサ
60 アクチュエータ基準センサ
65、85 分離距離
70 概念的な線
75 導管
80 周囲基準センサ
100 熱感知デバイス
110 基板
120 上流温度センサ
130 下流温度センサ
140 熱アクチュエータ
142 抵抗器
150 電源
160 マイクロプロセッサ
200 絶縁層
202 スーパーストレート
210 不連続熱伝導層
220 接着剤層
300 高密度アレイ
310 ワイヤレス通信コンポーネント
320 マイクロコントローラ
330 ハンドヘルドもしくはコンピュータ
350 電源
1700 封緘層
4600 コンピュータ実装プログラムまたはアプリケーション
4610 オンデマンド作動
5810 ワイヤレス通信コンポーネント
Claims (137)
- 皮下流体流を測定するための形状適合性デバイスであって、
軟質で伸縮自在であり、可撓性を有する基板と、
前記基板によって支持される熱アクチュエータと、
前記基板によって支持される上流温度センサと、
前記基板によって支持される下流温度センサであって、前記上流温度センサおよび下流温度センサは、前記熱アクチュエータに関して対向可能に位置決めされ、前記上流温度センサで前記熱アクチュエータよりも上流の上流温度を測定し、前記下流温度センサで前記熱アクチュエータよりも下流の下流温度を測定する、下流温度センサと、
前記基板によって支持されるアクチュエータ基準センサであって、前記アクチュエータ基準センサは、前記上流温度センサと前記下流温度センサとを接続する概念的な線から基準センサ分離距離だけ隔てられ、使用中に前記形状適合性デバイスの下にある導管内の流れに関係なくアクチュエータの効果を測定する、アクチュエータ基準センサと、
前記基板によって支持される周囲基準センサであって、前記周囲基準センサは、周囲参照センサ読み取り値が熱作動状態から実質的に独立するように十分に大きい周囲基準センサ分離距離だけ、前記上流および下流温度センサを接続する概念的な線から隔てられている、周囲基準センサと、
前記測定された上流および下流温度から前記導管内の皮下流体流を計算するように構成されている、アクチュエータ基準、周囲基準、下流および上流温度センサと電子的に通信するマイクロプロセッサとを備える形状適合性デバイス。 - 前記熱アクチュエータを囲む軟質可撓性基板によって支持される温度センサの高密度アレイを備える請求項1に記載の形状適合性デバイス。
- 温度センサは、薄膜温度センサまたはサーミスタのうちの1つまたは複数を備える請求項1および2のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 温度センサは、ダイオード温度センサ、正温度抵抗係数(PTC)センサ、負抵抗係数(NTC)センサ、または比色測定温度センサのうちの1つまたは複数である請求項1〜3のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 温度センサの高密度アレイは、少なくとも500μm程度の熱空間分解能および±20%の流量精度を提供する少なくとも100個のセンサを備える請求項2〜4のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 前記マイクロプロセッサを温度センサにワイヤレス方式で接続するためのワイヤレス通信コンポーネントをさらに備える請求項1〜5のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- デバイスをマイクロコントローラにワイヤレス方式で接続するためのワイヤレス通信コンポーネントをさらに備え、前記マイクロコントローラは、前記熱アクチュエータのオンデマンド作動を行わせる請求項1〜6のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 前記マイクロコントローラおよびマイクロプロセッサは、ハンドヘルドデバイス、ラップトップコンピュータ、またはワークステーションを含むポータブルデバイス内に位置決めされる請求項7に記載の形状適合性デバイス。
- 前記形状適合性デバイスを制御し、監視するために前記ポータブルデバイスまたはワークステーション上にコンピュータ実装アプリケーションをさらに備える請求項8に記載の形状適合性デバイス。
- 前記マイクロプロセッサは、ユーザ指定流量未満の前記導管内の流体流量に対する公差範囲外流動状態を信号で通知するように構成される請求項1〜9のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- マイクロコントローラは、管内の流量を調整するために流量制御コンポーネントに動作可能に接続される請求項7〜10のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 前記アクチュエータおよびマイクロプロセッサに電力を供給するために、ワイヤレス方式で充電可能な回路用の電池およびNFCコンポーネントの一方または両方をさらに備える請求項1〜11のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 前記マイクロプロセッサは、複数の流量計算パラメータに基づき皮下流体流量を計算するように構成され、前記複数の流量計算パラメータは
皮膚の熱伝導率(kskin)、
皮膚の熱拡散率(αskin)、
熱伝達係数(Hconvection)、
皮下導管内の流体の熱伝導率(kfluid)、
前記導管内に収容される前記流体の熱拡散率(αfluid)、
前記流体が流れる皮下導管の熱伝導率(kconduit)、
前記皮下導管の熱拡散率(αconduit)、
前記皮下流体流の深さ(hskin)、
前記皮下導管の内径(ID)および外径(OD)、ならびに
アクチュエータ温度(Ta)、のうちの1つまたは複数から選択される請求項1〜11のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。 - 前記マイクロプロセッサは、皮下流体流量を、一部は、
ΔT=(Td-Tu)Tactuator、
Tave=(Td+Tu)/2Tactuator、
皮膚熱特性を提供するために数値的または解析的に当てはめられた表皮過渡面源、および
封緘されたものと封緘されていないものの過渡応答の差の数値的当てはめによる対流熱伝達係数、
に基づき計算するように構成され、
Tdは前記下流温度センサによって測定される前記下流温度であり、
Tuは前記上流温度センサによって測定される前記上流温度であり、
Tactuaterは前記熱アクチュエータの温度である
請求項1〜11のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。 - 前記マイクロプロセッサは、
前記アクチュエータおよび熱センサを支持する前記基板とともにオンボードで、または
前記アクチュエータおよび熱センサを支持する前記基板からオフボードで、位置決めされ、
前記マイクロプロセッサは、前記熱センサとワイヤレス方式で通信する請求項1〜14のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。 - 100μm未満の全厚さ、および5MPa未満の有効デバイスヤング率、および100kPa未満の有効基板ヤング率を有する請求項1〜14のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 100mg/cm2未満の質量密度を有する請求項1〜16のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 下にある皮膚表面に形状適合性をもたらす曲げ剛性によって特徴付けられる可撓性を有し、前記曲げ剛性は1mNm以下である請求項1〜17のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 1cm2から25cm2の間の皮膚表面に装着可能な総設置面積を有する請求項1〜18のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- デバイスの伸縮自在性、可撓性、および曲げパラメータは、使用中に下にある皮膚の対応するパラメータにマッチングされる請求項1〜19のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- キャリア基板の中心部を通る開放通路を有するキャリア基板をさらに備え、前記形状適合性デバイスは、印加中の改善されたハンドリング特性および使用中の耐久性をもたらすために前記開放通路内に位置決めされる請求項1〜20のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 前記キャリア基板は、前記形状適合性デバイスの厚さ(tdev)より大きい厚さ(tsub)を有する請求項21に記載の形状適合性デバイス。
- 2≦tsub/tdev≦100である請求項22に記載の形状適合性デバイス。
- キャリア基板は、前記熱アクチュエータならびに前記上流および下流温度センサを支持する軟質可撓性基板の有効ヤング率より高い有効ヤング率を有する請求項20〜23のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 50μm≦tdev≦1mmである請求項20〜24のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 72時間以上の動作寿命、または少なくとも入院中の入院期間の長さに対応する動作寿命にわたり連続的に動作するように構成されている請求項1〜25のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 軟質可撓性基板の皮膚に面する表面と接着剤で接触する接着剤層をさらに備える請求項1〜26のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 軟質可撓性基板によって支持される電子的活性コンポーネントを封緘するための封緘層をさらに備える請求項1〜27のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- センサ、アクチュエータ、およびマイクロプロセッサに給電するための電源をさらに備え、デバイスは、前記電源の位置に対応する最大厚さと、温度センサの位置に対応する最小厚さとを有する請求項1〜28のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 前記導管は、皮膚表面から0.5mmと4mmとの間で皮下に位置決めされるカテーテルである請求項1〜29のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 前記導管は、脳室シャントに対応する請求項30に記載の形状適合性デバイス。
- 前記脳室シャントは、水頭症の治療のための脳脊髄シャントの一部であり、脳脊髄液(CSF)の流れを収容する請求項31に記載の形状適合性デバイス。
- 頭蓋内圧を自動的に逃すためにシャントに接続されている流量コントローラと動作可能に接続され、前記流量コントローラは、皮下埋め込み可能な流れ弁を備え、デバイスは、前記皮下埋め込み可能な流れ弁を制御するための磁気的または電磁気的アクチュエータをさらに備える請求項30〜32のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 非侵襲的かつワイヤレス方式でリアルタイムの定量的流量を提供するように構成される請求項1〜33のいずれか一項に記載の形状適合性デバイス。
- 皮下導管内の流体流量を決定する方法であって、
請求項1〜34のいずれか一項に記載の前記形状適合性デバイスの前記基板を、前記皮下導管の上にある皮膚に形状適合的に装着するステップと、
前記熱アクチュエータを作動させて前記下にある皮膚および皮下導管を加熱するステップと、
前記熱アクチュエータの上流および下流の温度を測定するステップであって、前記上流および下流の温度センサを用いて前記導管と空間的にアライメントされる、ステップと、
前記マイクロプロセッサにより、前記測定された温度を処理して前記皮下導管内の流量を決定するステップとを含み、
前記測定された温度または流量は、リアルタイム監視のためにハンドヘルドデバイスまたはコンピュータにワイヤレス方式で供給され、任意選択で、前記決定された流量は、ハンドヘルドデバイスまたはコンピュータ上のディスプレイに供給される方法。 - 前記皮下導管は、血管に対応する請求項35に記載の方法。
- 前記皮下導管は、人工的に留置されたシャントに対応する請求項35に記載の方法。
- 前記シャントは、水頭症の治療のために留置された脳室シャントである請求項37に記載の方法。
- 範囲外の流れの状態に関する前記ハンドヘルドデバイスまたはコンピュータへのアラートを生成するステップをさらに含む請求項38に記載の方法。
- 前記シャント内の流体流量を制御するために流動弁を作動させるステップをさらに含む請求項38または39に記載の方法。
- 温度測定の信号対雑音比を改善するために0.5から5mW/mm2の間である作動出力(Pactuator)を有する請求項35〜40のいずれか一項に記載の方法。
- 前記形状適合性デバイスからのデータは、ワイヤレス方式で取得される請求項35〜41のいずれか一項に記載の方法。
- デバイスを個別の患者に合わせて個人化するステップをさらに含む請求項35〜42のいずれか一項に記載の方法。
- 前記個人化するステップは、
手術直後に前記導管内の流量を定量的に評価するステップと、ベースライン流量を確定するためのその後の初期フォローアップ評価を行うステップとを含む請求項43に記載の方法。 - 臨床現場から一定の距離のところにいる患者に付けられている前記形状適合性デバイスと遠隔測定でインタラクティブにやり取りするステップをさらに含む請求項35〜44のいずれか一項に記載の方法。
- 皮下流体流を測定するための形状適合性デバイスであって、
軟質で伸縮自在であり、可撓性を有する基板と、
前記基板によって支持される熱アクチュエータと、
前記基板によって支持される上流温度センサと、
前記基板によって支持される下流温度センサであって、前記上流温度センサおよび下流温度センサは、前記熱アクチュエータに関して対向可能に位置決めされ、前記上流温度センサで前記熱アクチュエータよりも上流の上流温度を測定し、前記下流温度センサで前記熱アクチュエータよりも下流の下流温度を測定する、下流温度センサと、
前記測定された上流および下流温度から皮下流体流を計算するために、アクチュエータ基準、周囲基準、下流および上流温度センサと電子的に通信するマイクロプロセッサとを備える形状適合性デバイス。 - 皮下流体流パラメータを測定するためのデバイスであって、
基板と、
前記基板によって支持される少なくとも1つの上流温度センサと、
前記基板によって支持される少なくとも1つの下流温度センサと、
前記基板に支持され、前記上流温度センサと前記下流温度センサとの間に位置決めされている熱アクチュエータとを備え、
前記熱アクチュエータは、前記上流温度センサが上流温度を測定し、前記下流温度センサが下流温度を測定して、皮下流体流量パラメータの決定を可能にするように熱作動を行わせるのに十分な累積抵抗率を有する抵抗器のアレイを備え、前記熱アクチュエータの抵抗器の前記アレイは、前記上流温度センサと前記下流温度センサとの間の面積の10%から60%の範囲から選択される充填率をもたらすデバイス。 - 前記測定された上流温度および下流温度から皮下流体流量パラメータを計算するために前記下流温度センサおよび前記上流温度センサと電子的に通信するマイクロプロセッサをさらに備える請求項47に記載のデバイス。
- 前記上流温度センサと前記下流温度センサとの間の前記面積は、前記デバイスの総プリント基板設置面積の5%〜60%である請求項47または48に記載のデバイス。
- 前記熱アクチュエータは、電源に動作可能に接続されている10から30個の抵抗器を備える請求項47〜49のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記抵抗器の各々は、15オームから40オームの範囲から選択される電気抵抗を独立して有する請求項47〜50のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記アレイ内の前記抵抗器の各々は、隣接する抵抗器から1.5mm未満だけ独立して隔てられる請求項47〜51のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記アレイ内の隣接する抵抗器は、0.5mmから3mmの範囲にわたって選択された平均分離距離によって特徴付けられる請求項47〜52のいずれか一項に記載のデバイス。
- 抵抗器の前記アレイは、0.5mW/mm2から3mW/mm2の範囲にわたって選択された面積当たりの熱出力を提供するのに十分な間隔および累積抵抗によって特徴付けられる請求項47〜53のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記抵抗器は、円形アレイ、同心円形アレイ、正方形アレイ、一連の同心正方形アレイ、直線状アレイ、または任意の組合せのうちの1つまたは複数で配置構成される請求項47〜54のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記皮下流体流量パラメータは、流体流量、流体流の体積、流体流の有無、閉塞の有無、熱伝導率、熱容量、時間動的流量変化、またはこれらの任意の組合せからなる群から選択される請求項47〜55のいずれか一項に記載のデバイス。
- 2から8個の上流温度センサをさらに備える請求項47〜56のいずれか一項に記載のデバイス。
- 2から8個の下流温度センサをさらに備える請求項47〜57のいずれか一項に記載のデバイス。
- 皮下組織パラメータを測定するためのデバイスであって、
基板と、
前記基板によって支持される熱アクチュエータと、
前記基板によって支持される少なくとも1つの温度センサと、
前記基板に支持されている絶縁層であって、前記絶縁層は前記熱アクチュエータおよび前記温度センサを熱的に絶縁し、前記絶縁層は、0.1W/m*K以下の熱伝導率によって特徴付けられるデバイス。 - 前記絶縁層は、0.01W/m*Kから0.1W/m*Kの範囲から選択される熱伝導率によって特徴付けられる請求項59に記載のデバイス。
- 前記絶縁層は、少なくとも部分的に、前記熱アクチュエータおよび前記温度センサを封緘する請求項59または60に記載のデバイス。
- 前記絶縁層は、多相材料である請求項59〜61のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記絶縁層は、分散気相および連続固相または液相を備える請求項59〜62のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記絶縁層は、発泡体またはゲルを含む請求項63に記載のデバイス。
- 前記発泡体は、シリコーン発泡体、ポリウレタン発泡体、ポリスチレン発泡体、またはグラスファイバである請求項64に記載のデバイス。
- 前記発泡体は、20μmから1mmの範囲から選択される細孔サイズによって特徴付けられる請求項64または65に記載のデバイス。
- 前記絶縁層は、1mmから5mmの範囲から選択される厚さを有する請求項64〜66のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記絶縁層は、前記発泡体を支持するスーパーストレートをさらに備える請求項64〜67のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記スーパーストレートは、連続および非多孔質である請求項68に記載のデバイス。
- 前記スーパーストレートは、0.1mmから2mmの範囲から選択される厚さを有する請求項68または69に記載のデバイス。
- 前記スーパーストレートは、50μm未満の表面粗さを有する請求項68〜70のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記スーパーストレートは、シリコーンエラストマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、スチレンブタジエンゴム(SIS、SBS)、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、またはこれらの任意の組合せを含む請求項68〜71のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つの温度センサは、上流温度センサと下流温度センサとを含む請求項59〜72のいずれか一項に記載のデバイス。
- 測定された上流温度および下流温度から皮下流体流量を計算するために前記温度センサと電子的に通信するマイクロプロセッサをさらに備える請求項59〜73のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記基板と前記少なくとも1つの温度センサ、前記熱アクチュエータ、またはその両方との間に位置決めされている熱伝導層をさらに含む請求項59〜74のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記皮下組織パラメータは、流体流量、流体流の体積、流体流の有無、閉塞の有無、水和状態、熱伝導率、組織組成、組織密度、病状の発症、病状の素因、治療の有効性、比熱容量、時間動的熱特性評価、またはこれらの任意の組合せからなる群から選択される請求項59〜75のいずれか一項に記載のデバイス。
- 皮下組織パラメータを測定するためのデバイスであって、
基板と、
前記基板によって支持される熱アクチュエータと、
前記基板によって支持される少なくとも1つの温度センサと、
前記基板と前記少なくとも1つの温度センサ、前記熱アクチュエータ、またはその両方との間に位置決めされた不連続熱伝導層であって、熱伝導層は20W/m*K以上の熱伝導率によって特徴付けられる、不連続熱伝導層とを備えるデバイス。 - 前記熱伝導層は、20W/m*Kから2000W/m*Kの範囲から選択される熱伝導率によって特徴付けられる請求項77に記載のデバイス。
- 前記熱伝導層は、金属、炭素ベース材料、シリコーンベースポリマー複合材料、またはこれらの任意の組合せを含む請求項77または78に記載のデバイス。
- 前記熱伝導層は、銅、アルミニウム、コンスタンタン、ニッケル、金、銀、またはこれらの任意の組合せを含む請求項77〜79のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記熱伝導層は、ダイヤモンドまたはグラファイトである請求項77〜80のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記熱伝導層は、熱伝導性粒子またはチューブを装填されたシリコーンエラストマーマトリックスである請求項77〜81のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記熱伝導層は、前記基板の内部対向界面領域の5%から30%を覆う請求項77〜82のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記熱伝導層は、前記デバイスの総プリント基板設置面積の15%から30%を覆う請求項77〜83のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記熱伝導層は、5μmから100μmの範囲から選択される厚さを有する請求項77〜84のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記基板によって支持されている絶縁層をさらに備え、前記絶縁層は、前記熱アクチュエータおよび前記温度センサを熱的に絶縁する請求項77〜85のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つの温度センサは、上流温度センサと下流温度センサとを含む請求項77〜86のいずれか一項に記載のデバイス。
- 測定された上流温度および下流温度から皮下流体流量を計算するために前記温度センサと電子的に通信するマイクロプロセッサをさらに備える請求項77〜87のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記皮下組織パラメータは、流体流量、流体流の体積、流体流の有無、閉塞の有無、水和状態、熱伝導率、組織組成、組織密度、病状の発症、病状の素因、治療の有効性、またはこれらの任意の組合せからなる群から選択される請求項77〜88のいずれか一項に記載のデバイス。
- 皮下組織パラメータを測定するためのデバイスであって、
基板と、
前記基板によって支持される熱アクチュエータと、
少なくとも1つの温度センサであって、前記少なくとも1つの温度センサは電子的な温度センサではない、少なくとも1つの温度センサとを備えるデバイス。 - 熱センサは、光学センサ、機械センサ、比色測定センサ、音響センサ、圧電センサ、または熱センサである請求項90に記載のデバイス。
- 熱センサは、光学的熱撮像装置である請求項90または91に記載のデバイス。
- 前記光学的熱撮像装置は、50mKから300mKの範囲から選択される精度を有する請求項92に記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つの熱センサは、それぞれサーモクロミック色素を含むセルのアレイであり、前記サーモクロミック色素は、温度の変化により色を変化させ、それによって皮下流体流の有無を示す請求項90または91に記載のデバイス。
- 画像読取デバイスをさらに備え、前記画像読取デバイスは、セルの前記アレイの着色に基づき皮下流体流の量を定量化する請求項94に記載のデバイス。
- 各セルは、0.1mmから1mmの範囲から選択される有効な横方向寸法を有する請求項94または95に記載のデバイス。
- 前記サーモクロミック色素は、10mKから100mKの範囲から選択される温度分解能を有する請求項94〜96のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記基板によって支持されている絶縁層をさらに備え、前記絶縁層は、前記熱アクチュエータおよび前記温度センサを熱的に絶縁する請求項90〜97のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記基板と前記少なくとも1つの温度センサ、前記熱アクチュエータ、またはその両方との間に位置決めされている熱伝導層をさらに含む請求項90〜98のいずれか一項に記載のデバイス。
- 1つまたは複数の測定された温度から皮下流体流量を計算するために前記温度センサと電子的に通信するマイクロプロセッサをさらに備える請求項90〜99のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記皮下組織パラメータは、流体流量、流体流の体積、流体流の有無、閉塞の有無、水和状態、熱伝導率、組織組成、組織密度、病状の発症、病状の素因、治療の有効性、またはこれらの任意の組合せからなる群から選択される請求項90〜100のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記基板に接続されている接着剤層をさらに備える請求項47〜101のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記接着剤層は、前記基板の近くに位置決めされ、使用中に被験者の皮膚または組織に接着する請求項102に記載のデバイス。
- 前記接着剤層は、100N/mから500N/mの範囲から選択される接着エネルギーを供給する請求項102または103に記載のデバイス。
- 前記接着剤層は、シリコーンベースポリマーもしくはゲル、アクリレートベースポリマーもしくはゲル、シアノアクリレートベースポリマーもしくはゲル、アクリルアミドベースポリマーもしくはゲル、またはこれらの任意の組合せを含む請求項102〜104のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記接着剤層は、ヒドロゲルを含む請求項102〜105のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、ウェアラブルデバイスである請求項47〜106のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、組織装着デバイスである請求項47〜107のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、皮膚装着デバイスである請求項47〜108のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記デバイスと皮膚との界面は、100N/mから500N/mの範囲から選択される接着エネルギーによって特徴付けられる請求項109に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、内部組織装着デバイスである請求項47〜110のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、形状適合性デバイスである請求項47〜111のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、封緘層内に封緘される請求項47〜112のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、封緘層内に完全に封緘される請求項113に記載のデバイス。
- 前記封緘層は、基板、スーパーストレート、またはその両方を備える請求項113に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、電力を供給するために前記基板によって支持される充電式電池をさらに備える請求項47〜115のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記充電式電池は、ワイヤレス充電されるように構成される請求項116に記載のデバイス。
- ワイヤレス方式で給電されるように構成されているエナジーハーベスタをさらに備える請求項47〜117のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、1000MPa以下のヤング率を有する請求項47〜118のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、10mNm以下の正味曲げ剛性を有する請求項47〜119のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、10cm以下の厚さを有する請求項47〜120のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記基板は、100MPa以下のヤング率を有する請求項47〜121のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記基板は、表皮組織のヤング率以下であるヤング率を有する請求項47〜122のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記基板は、1mNm以下の正味曲げ剛性を有する請求項47〜123のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記基板は、100mm以下の厚さを有する請求項47〜124のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記基板は、80以下のショア00硬さを有する請求項47〜125のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、1cm2から25cm2の範囲から選択された設置面積を有する請求項47〜126のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記熱アクチュエータは、0.5mW/mm2および5mW/mm2の範囲から選択されるエネルギーを提供する請求項47〜127のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、皮下流体流量パラメータの閾値でユーザにフィードバック信号を供給する請求項47〜128のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記閾値は、前記ユーザに対して個人化される請求項129に記載のデバイス。
- ワイヤレス通信システムをさらに備える請求項47〜130のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記ワイヤレス通信システムは、双方向ワイヤレス通信システムである請求項131に記載のデバイス。
- 前記ワイヤレス通信システムは、前記デバイスからの出力信号を外部デバイスに送信するためのものである請求項131または132に記載のデバイス。
- リアルタイムメトリックを連続的に監視し、生成する請求項47〜133のいずれか一項に記載のデバイス。
- ワイヤレス通信デバイスは、臨床医または介護者にリアルタイムメトリックを提供する請求項131〜134のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記リアルタイムメトリックは、血管、シャント、カテーテル、またはステントを通る流れに対応する請求項134または135に記載のデバイス。
- 前記リアルタイムメトリックは、水頭症の治療のための脳室シャントを通る流れに対応する請求項134〜136のいずれか一項に記載のデバイス。
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