JP2023532671A - シャントを介した脳脊髄液の流れを無線で非侵襲的に連続してモニタすること - Google Patents

Abstract

シャントを介した脳脊髄液の流れをモニタするためのシステム及び方法が開示されている。無線のフレキシブルなフローセンサは、基板と、体液用の皮下コンジットと重なっている、身体の皮膚表面の一部に熱エネルギを供給するように構成された熱作動機構と、皮膚表面の一部に関する温度の変化を検出するように構成された温度センサと、基板によって支持されており皮下コンジットのセグメントに関する方向を検出するように構成された動作センサと、コントローラと無線通信するマイクロプロセッサとを含み得る。マイクロプロセッサは、コントローラから、熱作動機構を作動させるための第１の信号を受信し、温度センサから、皮膚表面の一部に関する温度の変化に関連する第２の信号を受信するように構成された回路を含んでもよい。

Description

関連出願へのクロスリファレンス
本出願は、米国仮特許出願第６３，０４３，７２０号に基づき、その優先権の利益を主張するものであり、その内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。

技術分野
本明細書は、一般に、脳脊髄液シャントの分野に関し、より詳細には、非侵襲的で着用可能な表皮電子機器を使用してシャント内の脳脊髄液の流れをモニタし測定するシステム及び方法に関する。
本発明は、米国国立科学財団（ＮＳＦ）から授与されたＮＳＦ Ａｗａｒｄ １９３８４７２の下、政府の支援を受けて行われたものである。政府は、この発明について一定の権利を有している。

水頭症は、頭痛、発作、昏睡、又は死亡を含む症状を伴う、脳内の脳脊髄液（ＣＳＦ）の蓄積によって引き起こされる一般的で費用のかかる状態である。特に小児に多く、出生１，０００人中１～５人に発生すると言われている。水頭症は通常、脳室シャントと呼ばれるカテーテルを外科的に埋め込み、脳内の過剰な髄液を腹腔などの遠位吸収部位に迂回させることによって治療される。米国では、年間１２５，０００個のシャントが挿入・交換されており、その費用は年間２０億ドルと推定されている。残念ながら、シャントは、閉塞、位置のずれ、ねじれなどのさまざまな要因によって非常に高い故障率を示している。シャント使用者の最大５１％が、最初の１年間に「再手術」と呼ばれるシャント修復手術を必要とする症状を示し、９９％のシャントが１０年以内に少なくとも１度は交換されている。また、シャント手術に関連する医療費の約半分は再手術に費やされていると推定されている。頭痛や吐き気といった非特異的な症状があるため、シャントの機能不全を診断することは非常に困難である。その結果、医師は、臨床的な決定を下すために、患者をかなりの放射線にさらすものを含む、複雑で高価で、しばしば決定的でない一連の検査に頼っている。

平均して、シャントを埋め込んだ一人の小児水頭症患者は、毎年複数回入院し、緊急部門への来院回数も多くなる。今日、シャント機能不全を評価するために用いられる標準的なケア方法には、（ｉ）シャント内の圧力を評価するために用いられる侵襲的手順である吸引ＣＳＦサンプリング、（ｉｉ）脳室系に放射性核種トレーサを注入して、放射性トレーサの腹部への移動をモニタすること、（ｉｉｉ）機械的シャント損傷を調べるためのＸ線「シャントシリーズ」検査、及び（ｉｖ）脳室サイズを評価するためのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）又は磁気共鳴画像（ＭＲＩ）、がある。注目すべきは、ＣＴとＸ線シャントシリーズは、患者をかなりの放射線に曝すということである。また、シャント内の髄液流量を直接測定する唯一の検査である放射性トレーサ検査は、侵襲的で痛みを伴い、感染の危険性がある。さらに、これらの検査の診断性能は低い。たとえば、Ｘ線シャントシリーズは、症状のある患者のシャント不全の判定に対して約１８％の感度を有している。最後に、シャント不全はしばしば脳室肥大を伴わないため、ＭＲＩとＣＴの性能は低い。これらの検査は、その重大な限界にもかかわらず定期的に採用されているが、それは、残念ながら、臨床医が現在利用できる最良のツールであるからである。

ＣＴは性能が悪いだけでなく、小児がかなりの放射線量に曝されるため、脳腫瘍のリスクが高くなる。ＭＲＩは、水頭症の評価においてＣＴに代わる有効な手段であると考えられているが、アクセスおよびコストが大きな障害となっている。重要なことに、実施されたＣＴのうち、１週間以内に再手術に至るのは１７％のみであり、これらのスキャンの大部分は不要であることを示唆している。

したがって、現在の標準的な治療である脳室カテーテル（シャント）は、頭痛、めまい、及び吐き気などの非特異的な症状を引き起こす可能性があり、失敗しがちである。ＣＴ、ＭＲＩ、放射性核種によるシャント開存試験（ＲＳＰＳ）、氷嚢による熱希釈など、現在のシャント不全の診断ツールは、高コスト、精度不良、不便、安全性の懸念などのデメリットがある。例えば、ＳｈｕｎｔＣｈｅｃｋ（登録商標）は、シャントモニタリングのニーズに対応するため、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） ＰＣ ＤＡＱに接続したアイスパックベースの熱冷却システムを利用している。しかし、その技術は面倒で時間がかかるものである。このデバイスは、面倒で多段階のプロトコルを必要とすること、過去の臨床研究が不確かまたは否定的であること、アイスパックによる冷却が必要であることから、その普及には限界がある。さらに、長時間の皮膚冷却による患者の不快感（小児診断に不利）、および慢性的なモニタリングの欠如により、その診断上の関連性がさらに制限されている。従って、皮膚に適合し、表皮のような機械的特性を有する、正確、迅速、使いやすい、無線、非侵襲的なシャント診断が必要とされている。

頭蓋内圧（ＩＣＰ）は、頭蓋骨内の圧力として定義され、したがって、脳組織及び脳脊髄液（ＣＳＦ）内の圧力として定義される。脳は非圧縮性であるため、頭蓋骨が無傷の場合、脳、ＣＳＦ、頭蓋内血液の体積の和は一定である。正常なＩＣＰは年齢や体位によって異なるが、一般に健康な仰臥位成人では５～１５ｍｍＨｇ、小児では３～７ｍｍＨｇ、乳児では１．５～６ｍｍＨｇとされている。ＩＣＰが２０ｍｍＨｇを超えると高値とみなされ、不可逆的な脳損傷や時には死に至る二次的損傷の重要な原因となると考えられている。ＩＣＰモニタリングは、外傷性脳損傷、脳内出血、くも膜下出血、水頭症、悪性梗塞、脳浮腫、ＣＮＳ感染症、肝性脳症など多くの状態で用いられるが、これらに限定されず、これらの状態のすべてにおいて、他のパラメータに照らしたＩＣＰモニタリングが、より良い結果のための管理に影響を与えることが可能である。

脳室腹腔（ＶＰ）シャントアセンブリは、典型的には、脳から過剰なＣＳＦを除去するために使用される。脳室腹腔シャントアセンブリは、近位カテーテル、遠位カテーテル、及び近位カテーテルと遠位カテーテルとを接続する圧力調整バルブから構成されてもよい。ＶＰシャントアセンブリのバルブは、ＩＣＰと流体の流れを関連付けるように工場で較正されてもよい。市販のバルブモデル（例えば、Ｓｔｒａｔａ、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｃ．）の中には、調節可能で、外付けの磁石に依存して、臨床患者で日常的に行われているバルブ設定の非侵襲的変更を行うものがある。正確な流量および弁の設定の知識は、ＩＣＰの直接的な決定を可能にし得る。従って、ＣＳＦの流量の定量的な測定が望まれる場合がある。

わずかな変動であっても管理の変更を必要とする場合があるため、ＩＣＰをモニタすることが重要であると考えられるいくつかの状態が存在する。ＩＣＰを監視するためのゴールドスタンダードは、外部圧力変換器に接続された脳室内カテーテルである；カテーテルは、バリ穴を通して脳室の１つに設置される。このカテーテルは、治療的髄液排出や薬物投与にも使用される。カテーテルは、ＩＣＰ監視のための正確で費用対効果の高い方法であるが、多くの合併症を伴う。例えば、感染、出血、閉塞、留置の困難さ、留置位置の誤りなどのリスクである。ＩＣＰ監視のための他の侵襲的な様式は、そのすべてが脳室内カテーテル挿入と同じ合併症を伴い、腰椎穿刺測定と同様に、脳実質内モニタ、硬膜下、および硬膜外デバイスを含む。従って、非侵襲的な技術を使用してＩＣＰを正確かつ確実に決定するシステム及び方法が必要とされている。

さらに、他の望ましい特徴及び特性は、添付の図面及びこの開示の背景と合わせて考慮される、その後の詳細な説明及び添付の請求項から明らかになるであろう。

本開示の実施形態は、シャントを介した脳脊髄液のフローをモニタするシステム及び方法を提供する。本明細書に開示されるのは、シャントの位置で皮膚の表面に優しく積層されたフレキシブルな非侵襲性デバイスを用いるフローの測定の例示的なシステム及び方法である。この成果は、これらの概念を拡張し、実際の環境において患者自身がＣＳＦ流量を連続的かつ非侵襲的にモニタリングできる、ユーザフレンドリの完全無線のシステムを実現するものである。また、熱輸送とシステムレベルメカニズムの理論的及び数値的モデルに基づいて最適化されたレイアウトで、低コストの市販の部品とフレキシブルな回路基板製造技術を利用した高度な設計と統合スキームが採用されている。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ－Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ（ＢＬＥ－ＳｏＣ）組込みシステムアーキテクチャにより、患者の通常の活動時にロバストで高品質なデータ転送が可能となり、小型化されたオンボードの充電式バッテリーにより数時間の連続動作に対応している。水頭症患者の体内での測定と実地試験により、短時間の「スポットチェック」と、身体の自然な動きにおける、及び様々な方向への、フローの長時間測定との両方において、信頼性の高い動作が確認された。この結果は、年齢層、病態、及び家庭を含む環境にわたる患者のシャントのモニタリングのための広い適用性を示唆する。

本開示の一態様では、身体に装着可能な無線のフレキシブルなフローセンサを開示する。センサは、基板と、基板によって支持され、身体の皮膚表面の一部に熱エネルギを供給するように構成された熱作動機構であって、皮膚表面の一部が、体液用の皮下コンジットと重なっている、熱作動機構と、基板によって支持され、皮膚表面の一部に関する温度の変化を検出するように構成された温度センサと、コントローラと無線通信するマイクロプロセッサであって、コントローラから、熱作動機構を作動させるための第２の信号を受信することと、及び、温度センサから、皮膚表面の一部に関する温度の変化に関連する第２の信号を受信することと、を行うように構成された回路を含む、マイクロプロセッサと、並びに、熱作動機構、温度センサ、及びマイクロプロセッサのうちの少なくとも１つに電力を供給するように構成された電源と、を含む。

本開示の別の態様では、身体に装着可能な無線のフレキシブルなフローセンサが開示される。感覚器は、基板と、基板によって支持され、身体の皮膚表面の一部に熱エネルギを供給するように構成された熱作動機構であって、皮膚表面の一部は体液用の皮下コンジットに重なっている、熱作動機構と、基板によって支持され、皮膚表面の一部に関する温度の変化を検出するように構成された温度センサと、基板によって支持され、皮下コンジットのセグメントに関連する方向を検出するように構成されたモーションセンサと、コントローラと無線通信するマイクロプロセッサであって、コントローラから、熱作動機構を作動させるための第１の信号を受信することと、温度センサから、皮膚表面の一部に関する温度の変化に関連する第２の信号を受信することと、を行うように構成された回路を含む、マイクロプロセッサと、並びに、熱作動機構、温度センサ、及びマイクロプロセッサのうちの少なくとも１つに電力を供給するように構成された電源と、を含み得る。モーションセンサは、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、３軸デジタル加速度計を含み得る。

本開示の別の態様では、無線の流体フローモニタリングシステムが開示される。本システムは、身体に装着可能なフレキシブルなフローセンサを含み得る。フローセンサは、身体の皮膚表面の一部に関連する温度の変化を連続的に検出するように構成された温度センサであって、皮膚表面の一部は体液用の皮下コンジットに重なっている、温度センサと、熱作動機構及び温度センサの少なくとも１つに電力を供給するように構成された電源と、電源と電気通信する受信回路と、を含み得、受信回路は電磁エネルギを受信するように構成されていてもよい。システムは、電磁エネルギを受信回路の受信機に無線送信するように構成された電力充電ユニットと、電力充電ユニット及びフレキシブルなフローセンサと無線通信するプロセッサであって、フレキシブルなフローセンサから、身体の皮膚表面の一部に関する温度の変化に関連するデータを受け取り、受け取ったデータに基づいて皮下コンジットのセグメントを介する体液の流量を判定し、データベースに、受信したデータ及び体液の判定された流量を記憶するように、構成されたプロセッサと、を更に含み得る。

本開示の更に別の態様では、モーションセンサを含む無線のフレキシブルなフローセンサを用いて体液の連続のフロー測定を行う方法を開示する。この方法は、表示用のユーザデバイスに、身体の皮膚表面の一部にフローセンサを装着する指示を送信することであって、皮膚表面の一部は体液の皮下コンジットに重なる、指示を送信することと、モーションセンサを用いて、身体の第１の位置を検出することと、表示用のユーザデバイスに、身体の位置を第１の位置とは異なる身体の第２の位置に調整するための第２の指示を送信することと、モーションセンサを用いて、身体の第２の位置を検出することと、身体の位置に関する変化に対応して、皮下コンジットのセグメントを介する体液に関連するフローの変化を判定することと、を含む。

本開示の更に別の態様では、皮下コンジットを介する体液の流量を連続的に判定するためのコンピュータ実装システムが開示される。このシステムは、命令を記憶するメモリと、フレキシブルなフローセンサの温度センサから、皮膚導管に重なる皮膚表面の一部に関する温度と、及び温度測定の時間とに、関連する情報を受信するための命令を実行するように構成されたプロセッサとを含んでもよく、温度センサは、フレキシブルなフローセンサの熱アクチュエータの上流の皮膚表面の一部に関する上流温度を検出するように構成された複数の上流温度センサと、フレキシブルなフローセンサの熱アクチュエータの下流の皮膚表面の一部に関する下流温度を検出するように構成された複数の下流温度センサと、を含む。プロセッサは、更に、モーションセンサから、皮下コンジットのセグメントの方向及び温度測定の時間に関連する情報を受信する指示と、上流温度と下流温度の差異を示す第１の値及び上流温度と下流温度の平均を示す第２の値を計算する指示と、有限要素解析と計算された第１及び第２の値との比較に基づいて体液の流量を判定する指示とを、実行するように構成されてもよい。

本開示の更に別の態様では、無線のフレキシブルなフローセンサを用いて頭蓋内圧（ＩＣＰ）を測定する方法が開示される。この方法は、フローセンサアセンブリの熱アクチュエータを用いて、体液の皮下コンジットに重なる皮膚表面の一部に熱を加えることと、フローセンサアセンブリの第１の熱センサを用いて、熱アクチュエータの上流に流れる体液の第１の温度を測定することと、フローセンサアセンブリの第２の熱センサを用いて、熱アクチュエータの下流に流れる体液の第２の温度を測定することと、体液の第１の温度と第２の温度との差に基づいて、皮下コンジットのセグメントを介する体液に関する第１の流量を判定することと、第１の流量及び皮膚の特性に基づいて、体液に関する第２の流量を判定することと、判定した第２の流量に基づいて、頭蓋内圧を判定することと、を含み得る。

図１は、開示された実施形態と一致する、無線フローセンサの例示的なオンシャント位置およびオフシャント位置の概略図である。 図２Ａは、開示された実施形態と一致する、図１の無線フローセンサの分解図の概略図である。 図２Ｂは、開示された実施形態と一致する、図１の無線フローセンサの電子コンポーネントを示す概略図である。 図２Ｃは、開示された実施形態と一致する、無線フローセンサとの無線読み出し及び通信のための例示的なアプリケーションの光学画像である。 図３は、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサの概略図である。 図４は、開示された実施形態と一致する、図３に示される例示的な無線フローセンサの構成要素の概略図である。 図５は、開示された実施形態と一致する、シリコーン皮膚ファントムに埋め込まれたシャント上の例示的な無線フローセンサのベンチトップモデルの概略図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、開示される実施形態と一致する、「ノーフロー」シナリオを示す下層のシャントの上に取り付けられた例示的なフローセンサの、それぞれ側面図及び上面図の赤外線（ＩＲ）サーモグラフの概略図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、開示される実施形態と一致する、「ノーフロー」シナリオを示す下層のシャントの上に取り付けられた例示的なフローセンサの、それぞれ側面図及び上面図の赤外線（ＩＲ）サーモグラフの概略図である。 図６Ｃ及び図６Ｄは、開示された実施形態と一致する、体液の「フロー」及びフロー方向を示す、下層のシャントの上に取り付けられた例示的なフローセンサの、それぞれ側面図及び上面図赤外線（ＩＲ）サーモグラフィの概略図を示している。 図６Ｃ及び図６Ｄは、開示された実施形態と一致する、体液の「フロー」及びフロー方向を示す、下層のシャントの上に取り付けられた例示的なフローセンサの、それぞれ側面図及び上面図赤外線（ＩＲ）サーモグラフィの概略図を示している。 図７は、開示された実施形態と一致する、基礎となるシャントに対するフローセンサの位置に基づく温度差（α）のデータグラフである。 図８Ａは、開示された実施形態と一致する、一定期間にわたる被験者の体位に基づくシャントを介した温度差（α）のデータグラフを示す図である。 図８Ｂは、開示された実施形態と一致する、オンシャント位置における時間にわたって平均化された温度差（α）のデータグラフを示す。 図９Ａ及び図９Ｂは、開示された実施形態と一致する、オンシャント位置で測定された、エレベータを下降及び上昇する被験者のそれぞれの温度差（α）のデータグラフである。 図９Ａ及び図９Ｂは、開示された実施形態と一致する、オンシャント位置で測定された、エレベータを下降及び上昇する被験者のそれぞれの温度差（α）のデータグラフである。 図１０Ａ～図１０Ｃは、開示された実施形態と一致する、延長された時間期間について測定された温度差（α）のデータグラフである。 図１０Ａ～図１０Ｃは、開示された実施形態と一致する、延長された時間期間について測定された温度差（α）のデータグラフである。 図１０Ａ～図１０Ｃは、開示された実施形態と一致する、延長された時間期間について測定された温度差（α）のデータグラフである。 図１１Ａ～図１１Ｄは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサの誤配置に関連する異なる角度で測定された回転許容度のデータグラフを示す図である。 図１１Ａ～図１１Ｄは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサの誤配置に関連する異なる角度で測定された回転許容度のデータグラフを示す図である。 図１１Ａ～図１１Ｄは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサの誤配置に関連する異なる角度で測定された回転許容度のデータグラフを示す図である。 図１１Ａ～図１１Ｄは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサの誤配置に関連する異なる角度で測定された回転許容度のデータグラフを示す図である。 図１２Ａ～図１２Ｄは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサの誤配置に関連する異なる距離で測定された並進許容度のデータグラフである。 図１２Ａ～図１２Ｄは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサの誤配置に関連する異なる距離で測定された並進許容度のデータグラフである。 図１２Ａ～図１２Ｄは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサの誤配置に関連する異なる距離で測定された並進許容度のデータグラフである。 図１２Ａ～図１２Ｄは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサの誤配置に関連する異なる距離で測定された並進許容度のデータグラフである。 図１３Ａ～図１３Ｄは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサにおける熱絶縁体の組み込みによる信号対雑音比（ＳＮＲ）の改善のデータグラフを示す図である。 図１３Ａ～図１３Ｄは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサにおける熱絶縁体の組み込みによる信号対雑音比（ＳＮＲ）の改善のデータグラフを示す図である。 図１３Ａ～図１３Ｄは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサにおける熱絶縁体の組み込みによる信号対雑音比（ＳＮＲ）の改善のデータグラフを示す図である。 図１３Ａ～図１３Ｄは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサにおける熱絶縁体の組み込みによる信号対雑音比（ＳＮＲ）の改善のデータグラフを示す図である。 図１４Ａ及び図１４Ｂは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線のフローセンサを使用したシャント内の流量測定を示す図である。 図１４Ａ及び図１４Ｂは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線のフローセンサを使用したシャント内の流量測定を示す図である。 図１５Ａ～図１５Ｅは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線のフローセンサを使用したシャントにおけるシミュレーションされた拡張流量測定値および測定された拡張流量測定値を示す図である。 図１５Ａ～図１５Ｅは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線のフローセンサを使用したシャントにおけるシミュレーションされた拡張流量測定値および測定された拡張流量測定値を示す図である。 図１５Ａ～図１５Ｅは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線のフローセンサを使用したシャントにおけるシミュレーションされた拡張流量測定値および測定された拡張流量測定値を示す図である。 図１５Ａ～図１５Ｅは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線のフローセンサを使用したシャントにおけるシミュレーションされた拡張流量測定値および測定された拡張流量測定値を示す図である。 図１５Ａ～図１５Ｅは、開示された実施形態と一致する、例示的な無線のフローセンサを使用したシャントにおけるシミュレーションされた拡張流量測定値および測定された拡張流量測定値を示す図である。 図１６は、開示された実施形態と一致する、例示的な無線のフローモニタリングシステムの構成要素を示すブロック図である。 図１７Ａ及び図１７Ｂは、開示された実施形態と一致する、図１６の無線のフロー感知システムにおける熱アクチュエータ及びアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）の例示的な相対配向を示す概略図である。 図１７Ａ及び図１７Ｂは、開示された実施形態と一致する、図１６の無線のフロー感知システムにおける熱アクチュエータ及びアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）の例示的な相対配向を示す概略図である。 図１８は、開示された実施形態と一致する、シャントを介する体液の流量を測定する例示的な方法を示すフローチャートである。 図１９Ａ及び図１９Ｂは、開示された実施形態と一致する、モデルに基づいて生データを変換するための代表的な較正チャートを示す図である。 図１９Ａ及び図１９Ｂは、開示された実施形態と一致する、モデルに基づいて生データを変換するための代表的な較正チャートを示す図である。 図２０は、市販の脳室腹腔シャントアセンブリバルブのための例示的な較正チャートを示す概略図である。 図２１は、ＣＳＦ流量の範囲、中央値及び平均値を示す例示的なチャートの模式図である。 図２２は、開示された実施形態と一致する、熱異方性の過渡応答のモデリングと実験値とを比較するデータグラフである。

次に、添付の図面に例示されている例示的な実施形態を詳細に参照する。以下の説明は、異なる図面における同じ番号が、他に表現されない限り、同じまたは類似の要素を表す添付の図面を参照する。例示的な実施形態に関する以下の説明に記載された実装は、本開示と一致する全ての実装を表すものではない。むしろ、それらは、添付の特許請求の範囲に記載された主題に関連する態様と一致する装置及び方法の例に過ぎない。以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。いくつかの例示的な実施形態が本明細書に記載されているが、修正、適応、および他の実施形態が可能である。例えば、図面に例示された構成要素及びステップに置換、追加、又は修正がなされてもよく、本明細書に記載された例示的方法は、開示された方法にステップを置換、並び替え、除去、又は追加することによって修正されてもよい。したがって、以下の詳細な説明は、開示された実施形態及び実施例に限定されない。その代わりに、本発明の適切な範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

図面における構成要素の相対的な寸法は、明確にするために誇張されている場合がある。以下の図面の説明内では、同一または類似の参照番号は、同一または類似の構成要素または実体を指し、個々の実施形態に関する相違点のみが説明される。

本明細書で使用される場合、特に断らない限り、用語「又は」は、実行不可能な場合を除き、全ての可能な組み合わせを包含する。例えば、データベースがＡまたはＢを含み得ると記載されている場合、特に別段の記載がない限り、または実行不可能でない限り、データベースはＡ、またはＢ、またはＡおよびＢを含み得る。第２の例として、データベースがＡ、Ｂ、またはＣを含み得ると記載されている場合、特に別段の記載または実行不可能である限り、データベースはＡ、またはＢ、またはＣ、またはＡおよびＢ、またはＡおよびＣ、またはＢおよびＣ、またはＡおよびＢおよびＣを含み得る。

一般に、本明細書で使用される用語及び語句は、当業者に既知の標準テキスト、雑誌文献及び文脈を参照することによって見出すことができる、それらの技術的に認識された意味を有する。以下の定義は、本発明の文脈におけるそれらの特定の用途を明確にするために提供される。

「柔らかい」とは、対応するデバイスによって生成される皮膚の変形を伴って、基礎となる皮膚に不当に力を及ぼすことなく、皮膚に適合するように材料自体が変形することによって、基礎となる皮膚に不快感又は刺激を与えずに、皮膚に対して快適に配置され得る材料をいう。軟らかさ／硬さは、任意に、デュロメータ、または材料の変形に対する抵抗力などの観点から定量化されてもよい。例えば、基材は、８０未満であるショア００などのショア００硬度スケールの観点で特徴付けされてもよい。また、軟質は、１００ｋＰａ以下であるヤング率などの弾性率の観点で特徴付けられてもよい。

「伸縮性」は、適用された歪みの下で可逆的な変形を受ける材料の能力を指す。これは、応力とひずみの比であるヤング率によって特徴付けることができる。バルクまたは実効ヤング率は、異なるヤング率を有する材料から形成された複合材料を指し、バルクまたは実効ヤング率が異なる材料のそれぞれによって影響を受け、全体的なデバイスレベルの弾性率を提供するようになる。

「フレキシブルな」は、破壊又は永久変形を伴う曲げを受ける材料の能力を意味し、曲げ弾性率の観点から説明されることがある。

本明細書では、いずれのデバイスも、皮膚、具体的にはデバイスが上に載る皮膚に「機械的に一致する」と説明することができる。デバイスと皮膚とのこのマッチングは、例えば、組織の表面との適合的な接触を確立するのに有用な、適合的なインターフェースを指す。デバイスおよび方法は、例えば、高分子材料および／またはエラストマ材料などの柔軟性および／または伸縮性を示す軟質材料からなる機械的に機能する基材を組み込んでもよい。機械的に適合した基材は、１００ＭＰａ以下、１０ＭＰａ以下、１ＭＰａ以下の弾性率を有していてもよい。機械的に適合した基材は、０．５ｍｍ以下、任意にいくつかの実施形態では１ｃｍ以下、任意にいくつかの実施形態では３ｍｍ以下の厚さを有してもよい。機械的に整合された基板は、１ｎＮｍ以下、任意には０．５ｎＮｍ以下の曲げ剛性を有していてもよい。

機械的に一致したデバイス、より詳細には基板は、皮膚の表皮層に対する同じパラメータの指定されたファクタ、例えばファクタ１０又はファクタ２内にある１又は複数の機械特性及び／又は物理特性によって特徴付けられる。例えば、基材は、本発明のデバイスとの界面において、皮膚の表皮層などの組織のファクタ２０以内、又は任意にいくつかの用途ではファクタ１０以内、又は任意にいくつかの用途ではファクタ２以内のヤング率又は厚さを有していてもよい。機械的に適合した基材は、皮膚の質量と等しいか、またはそれよりも低い質量または弾性率を有していてもよい。

「カプセル化する」とは、基板、接着剤層又はカプセル化層などの１つ以上の他の構造によって少なくとも部分的に、場合によっては完全に囲まれるように、１つの構造の配向を指す。「部分的にカプセル化された」とは、１つまたは複数の他の構造によって部分的に囲まれるような１つの構造の配向を指し、例えば、構造の外表面の３０％、または任意に５０％、または任意に９０％が１つまたは複数の構造によって囲まれているようなものである。「完全にカプセル化された」とは、１つの構造体が１つ以上の他の構造体によって完全に囲まれるような１つの構造体の配向を指す。

「ポリマ」とは、共有化学結合によって接続された反復構造単位からなる高分子、または１つ以上のモノマの重合生成物を指し、しばしば高分子量によって特徴付けられる。ポリマという用語は、ホモポリマ、または本質的に単一の繰り返しモノマサブユニットからなるポリマを含む。ポリマという用語には、コポリマ、または２つ以上のモノマサブユニットから本質的になるポリマ、例えばランダム、ブロック、交互、セグメント化、グラフト化、テーパー化などのコポリマも含まれる。有用なポリマには、非晶質、半晶質、結晶質または部分的に結晶質の状態であってもよい有機ポリマまたは無機ポリマが含まれる。連結されたモノマ鎖を有する架橋ポリマは、いくつかの用途に特に有用である。開示される方法、デバイス、およびコンポーネントにおいて使用可能なポリマには、プラスチック、エラストマ、熱可塑性エラストマ、エラストプラスチック、熱可塑性プラスチック、およびアクリレートが含まれるが、これらに限定されるものではない。例示的なポリマには、アセタールポリマ、生分解性ポリマ、セルロース系ポリマ、フルオロポリマ、ナイロン、ポリアクリロニトリルポリマ、ポリアミドイミドポリマ、ポリイミドが含まれるが、これらに限定されるわけではない。ポリアクリレート、ポリベンズイミダゾール、ポリブチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルイミド、ポリエチレン、ポリエチレンコポリマおよび変性ポリエチレン、ポリケトン、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリメチルペンテン。ポリフェニレンオキシドおよびポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリプロピレン、ポリウレタン、スチレン系樹脂、スルホン系樹脂、ビニル系樹脂、ゴム（天然ゴム、スチレンブタジエン、ポリブタジエン、ネオプレン、エチレン－プロピレン、ブチル、ニトリル、シリコーンなど）、アクリル、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィンあるいはこれらの任意の組み合わせが挙げられる。

「エラストマ」とは、延伸または変形され、実質的に永久変形することなく元の形状に戻すことができる高分子材料をいう。エラストマは、一般的に実質的に弾性変形を受ける。有用なエラストマには、ポリマ、コポリマ、複合材料、またはポリマとコポリマの混合物からなるものが含まれる。エラストマ層は、少なくとも１つのエラストマからなる層を指す。エラストマ層は、ドーパントおよび他の非エラストマ材料を含むこともできる。有用なエラストマには、熱可塑性エラストマ、スチレン系材料、オレフィン系材料、ポリオレフィン、ポリウレタン熱可塑性エラストマ、ポリアミド、合成ゴム、ＰＤＭＳ、ポリブタジエン、ポリイソブチレン、ポリ（スチレンブタジエン）、ポリウレタン、ポリクロロプレン及びシリコーンがあるが、それだけに留まらない。例示的なエラストマには、ポリ（ジメチルシロキサン）を含むポリシロキサンなどのケイ素含有ポリマが含まれるが、これに限定されない（すなわち、ＰＤＭＳ及びｈ－ＰＤＭＳ）、ポリ（メチルシロキサン）、部分アルキル化ポリ（メチルシロキサン）、ポリ（アルキルメチルシロキサン）及びポリ（フェニルメチルシロキサン）、シリコン変性エラストマ、熱可塑性エラストマが挙げられる。スチレン系材料、オレフィン系材料、ポリオレフィン、ポリウレタン熱可塑性エラストマ、ポリアミド、合成ゴム、ポリイソブチレン、ポリ（スチレンブタジエン－スチレン）、ポリウレタン、ポリクロロプレン及びシリコーンを挙げることができる。一実施形態では、ポリマはエラストマである。

「適合性」とは、デバイス、材料又は基板が、任意の所望の輪郭プロファイル、例えば、レリーフ特徴のパターンを有する表面との適合的な接触を可能にする輪郭プロファイルを採用することを可能にする、十分に低い曲げ剛性を有するデバイス、材料又は基板をいう。特定の実施形態では、所望の輪郭プロフィールは、皮膚のものである。

「コンフォーマルコンタクト」とは、デバイスと受容面、具体的には皮膚との間に確立される接触を指す。一態様では、コンフォーマル接触は、表面の全体的な形状に対するデバイスの１つ以上の表面（例えば、接触面）の巨視的な適応を伴う。別の態様では、コンフォーマル接触は、実質的に空隙のない親密な接触をもたらす表面に対するデバイスの１つ以上の表面（例えば、接触面）の微視的な適応を含む。実施形態において、コンフォーマル接触は、例えば、デバイスの接触面の表面積の２０％未満が受信面と物理的に接触しない、または任意にデバイスの接触面の１０％未満が受信面と物理的に接触しない、または任意にデバイスの接触面の５％未満が受信面と物理的に接触しないような、親密接触が達成されるようにデバイスの接触面（複数可）を受信面へ適合させることを含む。特定の態様のデバイスは、内部および外部組織との共形接触を確立することが可能である。特定の態様のデバイスは、平面、曲線、輪郭、マクロ特徴およびマイクロ特徴表面、ならびにこれらの任意の組み合わせを含む、一連の表面形態によって特徴付けられる組織表面との共形接触を確立することが可能である。特定の態様のデバイスは、動きを受けている組織に対応する組織表面と適合的な接触を確立することが可能である。

「ヤング率」は、材料、デバイス、または層の機械的特性であり、所定の物質に対する応力と歪みの比率を指す。「低弾性率」は、１０ＭＰａ以下、５ＭＰａ以下、又は１ＭＰａ以下のヤング率を有する材料を指す。

「曲げ剛性」は、適用された曲げモーメントに対する材料、デバイス、又は層の抵抗を記述する材料、デバイス、又は層の機械的特性である。一般に、曲げ剛性は、材料、デバイス、又は層の弾性率と面積慣性モーメントの積として定義される。不均質な曲げ剛性を有する材料は、任意に、材料の層全体に対する「バルク」又は「平均」曲げ剛性の観点から説明され得る。

「熱作動状態」は、オフ状態又はオン状態である熱アクチュエータを指す。この文脈では、「実質的に独立している」とは、基準センサの出力が熱アクチュエータがオンかオフかに依存しないようにアクチュエータから十分に離れている基準センサの位置を意味する。もちろん、本明細書に提示されるシステム及び方法は、アクチュエータがオフ状態にあるときと比較して、アクチュエータがオン状態にあるときの基準温度の５％以内、１％以内又は０．１％以内といった、基準センサに対する比較的小さな影響に適合している。特定のデバイス及び組織の特性に応じて、この距離は、約１０ｍｍ～２０ｍｍ、例えば、約１５ｍｍであってよい。

脳室シャントは、脳の脳室系で生成されるＣＳＦの過剰生成及び／又は再吸収障害に起因する一般的で衰弱した神経疾患である水頭症の臨床治療の必須構成要素である。水頭症は、がん、出血、外傷、先天性奇形など、さまざまな原因によって引き起こされる。水頭症は、米国だけでも７５０，０００人の患者がいると推定され、小児急性期医療費の３．１％を占めると言われている。米国では、約１２５，０００人の小児水頭症患者が、毎年４００，０００日を病院で過ごしている。シャントアセンブリは、通常、調節弁の上流と下流に接続された２本のシリコーンカテーテルを含み、過剰な髄液を脳室から遠位の吸収部位（通常は腹膜、胸膜、または心臓の右心房）に排出するためのものである。シャントは、ＣＳＦの転換や、発作、昏睡、神経損傷、死亡などの水頭症の後遺症の予防に有効であるが、線維性カテーテルの成長、キンク、不連続、過排水、遠位吸収不良、感染などが原因で非常に失敗しやすくなっている。シャント使用者の８４．５％が再手術を必要としている。シャント機能不全の臨床症状は、頭痛、吐き気、傾眠など非特異的な傾向があるため、臨床診断に困難が伴う。誤診の結果、重篤な罹患率と死亡率が生じる可能性があるため、シャント不全の部位と原因を特定することは、水頭症患者の適切なケアに有益であると考えられる。

次に、典型的なＣＳＦシャントアセンブリの解剖学１００と、無線フローセンサの「オンシャント」及び「オフシャント」位置とを示す図１を参照する。水頭症の最も一般的に使用される治療は、図１に例示されるように、ＣＳＦ－ＶＰシャント（脳室－腹膜）のような永久人工シャントによって、脳室から腹腔にＣＳＦを転換させることである。ＣＳＦシャントは、チューブに接続されたバルブから構成される場合がある。チューブの近位端は、本明細書では近位カテーテルとも呼ばれ、外科的に脳室内に挿入され、体内を皮下で走って腹腔または腹膜腔に入る。本開示の文脈では、「近位」は、脳に近い領域、領域、またはセクションを指し、「遠位」は、脳から遠い領域、領域、またはセクションを指す。通常の動作では、ＣＳＦの流れの方向は、脳室領域から腹腔領域へ、または近位カテーテルから遠位カテーテルへ、ＣＳＦの流れはバルブによって調節され得る。無線の、フレキシブルな非侵襲的なフローセンサは、シャントが最も表在する場所、典型的には首または鎖骨の近くにおいて、穏やかな接着剤でシャントに重なる患者の体の皮膚表面に配置されることがある。有益ではあるが、フローセンサの位置は鎖骨に限定されなくてもよい。いくつかの実施形態では、フローセンサは、適宜、又は患者の快適さ、皮膚の厚さ、フローセンサの利用可能性及びアクセス性などの他の要因に基づいて、カテーテルに沿った任意の位置に配置されてもよい。

人間の被験者に対する測定は、特に視覚的検査及び触感によって導かれる、本明細書において「オンシャント」と呼ばれる鎖骨上のシャントに沿った遠位位置へのフローセンサの配置を含む。いくつかの実施形態では、外科用ペンで形成された、デバイス上の位置合わせマーク及び皮膚上の一時的なマーキングが、位置合わせ及び位置決めを容易にすることができる。シャントに隣接するが表面付近の血管系がない皮膚の場所での追加の測定は、本明細書では「オフシャント」と呼ばれるが、図１に示されるように、「ゼロフロー」の場合を表す、コントロールスポットとして機能することができる。いくつかの実施形態では、皮膚及びその下にあるシャントチューブの画像を撮影するために、携帯型超音波測定器が使用されてもよい。いくつかの好ましい実施形態では、シャントチューブの上部外面から皮膚の表面までの距離は、１．４ｍｍであってよい。典型的には、シャントが容易に触知される場所は、典型的には、皮膚の表面から２ｍｍ未満である。

いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるデバイスは、小さく、正確に制御された熱出力（＜５ｍＷ／ｍｍ^２）を皮膚の表面に供給し、それによって温度（～５Ｋ）の感知できない局所的増加を作り出すように構成された小型（＜５ｍｍ直径）熱アクチュエータを含んでよい。シャントの位置に配置された場合、ＣＳＦの流れの方向性と大きさは、皮膚表面の温度分布に影響を与える可能性がある。アクチュエータから下流側の温度上昇（Ｔ_ＤＳ）は、上流側の温度上昇（Ｔ_ＵＳ）と同じ距離の温度上昇より大きい場合がある。温度センサを設置し、アクチュエータに電力を供給した後の時間の関数として、この差を記録することができる。これらのデータから、統合システム（シャント、デバイス、スキン）の基本的な幾何学パラメータと材料の構成特性を含むマルチフィジックス計算モデルを用いて、流量の定量的な値を求めることができる。

ここで、開示された実施形態と一致する、例示的なフローセンサデバイスの分解図を示す図２Ａを参照されたい。いくつかの実施形態では、フローセンサは、エラストマ基板、電子部品を支持し接続するためのフレキシブルプリント基板（ｆＰＣＢ）基板、熱絶縁層、及びエラストマ基板を含む層状構造を含んでいてもよい。フローセンサは、皮膚とエラストマ基板との間、及びエラストマ基板とエラストマ基板上に配置されたｆＰＣＢ基板との間に接着を提供するように構成された接着剤層を更に含んでもよい。

いくつかの実施形態では、ｆＰＣＢは、シャントが最も表在する場所、典型的には首又は鎖骨の近くで、穏やかな接着剤で皮膚の曲面に適合して接着するために低い曲げ剛性（４×１０^－４Ｎ－ｍ）及び十分な程度の柔軟性をもたらす厚さ～１１５μｍを有している。これは、曲げ歪みを相互接続された構造に集中させ、電子部品から遠ざけるように設計されたアイランドブリッジ構成からきている。その結果、（ｉ）皮膚との適合性を高めつつ、剥離の可能性を低減し、（ｉｉ）剛性の高い電子部品や部品とｆＰＣＢとのはんだ接合部への負担を最小にすることができる。機械的有限要素解析（ＦＥＡ）の結果（図示せず）、子供（曲率半径～４０ｍｍ）および大人（５５ｍｍ）の首への装着に伴う日常的な曲げにおいて、相互接続層の歪みは低いままである（１％未満）ことが示された。

フローセンサの通常の動作及び配置の下では、ｆＰＣＢは、平面領域及び非平面領域から構成されてもよい。平面領域は、ｆＰＣＢ上の薄く機械的に安定した導電性トレースを介して接続される電子部品を支持してもよい。図２Ａに示すように、軟質で低弾性のシリコーンエラストマ（ヤング率Ｅ～６０ｋＰａ）が、実質的にシステム全体を包み込むことができる。接着性、快適性、安全性、および熱輸送を含むいくつかの考慮事項が、機構、材料、およびフォームファクタの選択に影響を与える可能性がある。いくつかの実施形態では、デバイスの下側に厚さ１００μｍ、Ｅ＝１．４ＭＰａの薄く柔らかいシリコーン層があり、ｆＰＣＢの肌に面する側を実質的に覆っている。皮膚に強く、かつ繰り返し使用でき、刺激のない接触を確立する能力は、デバイスの薄く柔らかい構造と医療グレードの両面アクリレート－シリコーン接着剤によって促進される、重要な考慮事項であると考えられる。アクリレート層の高い接着エネルギー（～３５０Ｎ／ｍ）は、フローセンサとの強い接触を確立し、シリコーン層の比較的低い接着力（～３３Ｎ／ｍ）は、優れた熱結合を維持しながら皮膚に優しい界面を形成することがある。いくつかの実施形態では、フローセンサは、取り扱いおよび取り付け／取り外しを容易にすることができるカスタムレーザー構造のタブを有するライナー剥離層をさらに含むことができる。タブを剥がすと、皮膚に取り付けるための接着剤が露出することがある。シリコーン及び両面接着剤アセンブリ全体は、５００μｍ未満、例えば～１２０μｍの厚さを有してよく、厚さ５０μｍ未満の皮膚の層と同等の１４ｍＪ／ｃｍ^２・Ｋの熱質量を追加してよい。いくつかの実施形態では、シリコーン及び両面接着剤アセンブリの合計厚さは、５００μｍ以上であってよい。いくつかの実施形態では、シリコーン及び両面接着剤アセンブリの合計厚さは、４０～２０００μｍ、又は４０～１５００μｍ、又は４０～１０００μｍ、又は４０～５００μｍ、又は４０～４００μｍ、又は４０～３００μｍ、又は４０～２００μｍ、又は４０～１００μｍ、又は適宜の他の厚さの範囲内であってもよい。

いくつかの実施形態では、フローセンサは、被験者の皮膚上に配置される可撓性センサであってもよい。しかし、人間の首の領域における曲率半径は７０ｍｍ以下であってもよいが、フローセンサは、その操作性及び完全性を維持しながら、より大きな曲率半径に曲げられることができる。

ここで、開示された実施形態と一致する、フローセンサシステム２００の電子構成要素のブロック図を示す図２Ｂを参照する。これらの構成要素の１つ以上は、所望であれば、構成要素が相互接続され得るように、ｆＰＣＢによって支持されてもよい。構成要素は、熱感知及び作動構成要素、温度の抵抗測定値を対応する出力電圧に変換するアナログフロントエンド回路、これらのデータをデジタル化して送信し、また無線双方向通信をサポートするＢＬＥ－ＳｏＣ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｃｈｉｐ）とその関連タイマ及びアンテナ、種々のサブシステムに電力供給する電力管理エレクトロニクスなどを含むことができるが、それだけに限定されるものではない。電力管理エレクトロニクスは、充電式リチウムポリマ（Ｌｉ－Ｐｏ）電池、電力管理回路、および電池の無線充電のための誘導コイルを含むことができる。提案するフローセンサの完全無線設計は、スマートフォン、タブレット、コンピュータ、ラップトップ、またはデータを表示するためのグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を有する任意の適切な電子機器を含むがこれらに限定されない手持ちの電子機器に直接送信されるデータの連続ストリームを生成しながら患者が自由に動くことを可能にすることによって、既存の技術に対する重要な進歩を表している。

一例として、図２Ｂに示されるように、フローセンサシステム２００は、アナログフロントエンド回路２１０、ＢＬＥ－ＳｏＣ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｃｈｉｐ）２２０、電力管理モジュール２３０、およびグラフィカルユーザインターフェース２４０から構成されてもよい。例示的なフローセンサシステムにおいて、アナログフロントエンド回路２１０は、温度センサ２１２－１及び２１２－２と、アクチュエータ２１４と、アクティブＨブリッジ２１６及び２１８とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＢＬＥ－ＳｏＣ２２０は、アンテナ２２２および２２４と、入力／出力モジュール（ＧＰ Ｉ／Ｏ）２２６とを含んでもよい。いくつかの実施形態において、電力管理モジュール２３０は、電力管理回路２３２と、電源２３４とを含んでもよい。グラフィカルユーザインターフェース２４０は、スマートフォン、タブレット、コンピュータ、ラップトップ、ハンドヘルド機器、またはデータを受信、送信、保存、アップロード、ダウンロード、表示し、さらに有線または無線ネットワークと通信するように構成可能な任意の適切な電子デバイスを含んでもよいが、これらに限定されない。

ここで、開示された実施形態と一致する、例示的なソフトウェアアプリケーション有効化デバイスを示す図２Ｃを参照されたい。カスタムソフトウェアアプリケーションは、任意のＢＬＥ対応デバイス（スマートフォン、タブレットなど）上でデータを記録、保存、および表示する手段と同様に、制御インターフェースとして機能してもよい。ソフトウェアは、操作手順についてユーザをガイドするためのステップバイステップの画面上の指示を提供することもできる。一例として、グラフィカルユーザインターフェース２４０上の表示２４２は、例えばウォークスルーモードやクリニカルモードなどの操作モードをユーザが選択することを可能にしてもよい。グラフィカルユーザインターフェース２４０上のディスプレイ２４４は、グラフィカル、表形式、テキストなどを含むがこれらに限定されない選択可能な表現で、ユーザにデータを表示してもよい。ユーザインタフェース上のトグルスイッチは、ＢＬＥ－ＳｏＣを介して供給される電力で、抵抗性サーマルアクチュエータの動作を制御することができる。アクティブホイートストンブリッジネットワークに基づくアナログフロントエンド回路は、抵抗温度感知素子からのデータを電圧に変換するように構成されてもよい。ＢＬＥ－ＳｏＣは、これらのデータをデジタル化してＢＬＥ対応デバイスに送信し、そこでＣＳＦフローの速度を得るために分析することができるように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、フローセンサは、ＣＳＦ－ＶＰシャントを通るＣＳＦの流量を連続的にモニタするように構成されてもよい。自由に動く患者に対する連続的な流量測定は、モニタリングのための根本的に新しいモードを表す。フローセンサの有用性は、フロー／ノーフローの単純な二値評価を行うことを超えて、動的なリアルタイムの変化と患者の感覚／活動との間の相関を確立することにまで及ぶ。例えば、横になっているときや立ち上がった直後に頭痛がするという患者の訴えから示唆されるように、体の向きの変化はフローに影響を与える可能性がある。健康で無症状の外来患者において、体の向きを変える前、変えている間、変えた後に測定すると、対応する流れの変化を示唆することがある。例えば、無症状で健康な外来患者が、直立姿勢から前傾姿勢（４５°）に変化したときに、例えば読書中に頭痛がしたと話している。この患者に対する継続的なモニタリングの結果、前傾姿勢と後傾姿勢（４５°）の両方が、頭痛と同時に瞬間的かつ顕著な流量の減少をもたらすことがわかった。また、αがマイナスになることでフローが反転することも確認された。

図２Ａ～図２Ｃには図示されていないが、いくつかの実施形態では、フローセンサは、加速度計を含んでいてもよい。加速度計は、ＣＳＦシャントに対する被験者の身体の位置、加速度、又は向きの変化を検出するように構成されてもよい。位置の変化は、流れの減少、及び場合によっては軽度の逆流を伴うことがある。加速度計は、単軸又は多軸の加速度計から構成されてもよい。好ましい実施形態では、フローセンサは、フローセンサの集積技術に適合する３軸デジタル加速度センサを含んでもよい。３軸デジタル加速度計は、他の好適な特性のうち、サンプリング周波数、１６ビット分解能、広帯域応答、及び広いダイナミックレンジなどの高い特性を有していてもよい。

いくつかの実施形態では、加速度計データは、タイムスタンプを付与されてもよい。例えば、被験者の位置、方向、又は加速度データは、ＣＳＦシャントを通る流量の変化と関連付けられるようにタイムスタンプされてもよく、それによって、ＣＳＦの流量に対する患者の位置決めの影響を分析することができる。

いくつかの実施形態では、無線フローセンサは、熱絶縁層を含んでいてもよい。熱絶縁層は、感知要素及び作動要素の上に配置された熱絶縁性ポリウレタンフォームであってもよい。熱絶縁層を熱アクチュエータ及びセンサの上に配置することは、図１３に示されるように、信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善し、空気の流れによって誘発され得るノイズの源を大幅に低減することによって、本明細書に開示される設計の一態様を根本的に可能にすることができる。この効果は、自由対流による負の温度係数（ＮＴＣ）センサからその周囲への熱伝達率、および対流熱伝達率Ｈ_ｆｒｅｅに対する線形依存性を考慮することによって理解することができる。ＮＴＣの側壁は単純な垂直板としてモデル化でき、従って、Ｈ_ｆｒｅｅは以下のようになる。

ここで、ＬはＮＴＣ要素の高さ（～３００μｍ）、ｎとＣは層流に対してそれぞれ０．２５と０．５９であることが知られている経験的な適合係数、ＲａＬはＬを横切る自由対流のレイリー数であり、次式で与えられる。

ここで、ｇは重力加速度、βは空気の体積流体膨張係数、νは空気の熱拡散率、σは空気の動粘性率である。ＴＮＴＣとＴ∞はそれぞれＮＴＣとその周囲の温度である。発泡体層の追加により、ＮＴＣ周囲の空気循環が効果的に妨げられ、ＮＴＣの垂直面を横切る自由対流効果が、ここで調べた材料では、臨界厚さ～１ｍｍ以上では、発泡体の配合と孔径に弱く依存する程度の大きさで起こる。

流れによる熱異方性を定量化するために、下流と上流のＮＴＣセンサによって決定された平均温度間の差として、パラメータα≡（Ｔ_ＤＳ－Ｔ_ＵＳ）を考える。ここでＴ_ＵＳとＴ_ＤＳは作動前の定常ベースライン値からの温度変化を表している。流れがない場合、αは～０Ｋであり、流れがある場合、α＞０となり、水頭症患者に関連する実用シナリオでは、通常、ノイズの３０倍以上の値を持つ。流れの変化に対するαの時間的応答は、ＮＴＣとアクチュエータを含むｆＰＣＢアセンブリの熱質量と、皮膚からシャントへの熱輸送に関連する特性拡散時間ｔ_{ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ}～ｈ_ｓｋｉｎ ^２／ν_ｓｋｉｎの関数である。

シャントの上にある皮膚および／またはその下の皮下脂肪層の厚さｈ_ｓｋｉｎも、αに強く影響する場合がある。ｈ_ｓｋｉｎが大きくなると、感度が低下することがある。ｈ_ｓｋｉｎが４ｍｍより大きい場合は感度が不十分であるが、この制限はｈ_ｓｋｉｎが通常０．５ｍｍから２ｍｍである首／鎖骨領域での測定には関係しないと考えられる。ピーク値の両側でαの同一値に関連する流量を区別するために、第２のパラメータ、β≡（Ｔ_ＤＳ＋Ｔ_ＵＳ）／２、温度の平均変化を考慮することができる。Ｔ_ＤＳは流量に対して非単調に変化し、０＜Ｑ＜０．０７ｍｌ／分では流量とともに増加し、Ｑ＞０．０７ｍｌ／分では流量とともに減少する可能性がある。これに対し、Ｔ_ＵＳは全流量域で流量とともに減少する可能性がある。その結果、それらの平均値であるβは、低流量では比較的一定であり、定常的な測定では高流量で流量とともに減少する。事実上、βは対流による正味の熱輸送の増加（すなわち、無方向性）の指標であり、流量に伴って単調に減少する。その結果、βは流況（高流量と低流量）に関する情報を得るために使用でき、αは流量の指標として機能することができる。これら２つのパラメータを組み合わせることで、本開示で後述するように、流量を判定することができる。

ここで、いくつかの開示された実施形態と一致する、例示的な無線フローセンサ３００の概略図を示す図３を参照されたい。フローセンサ３００は、電源３１０（例えば、Ｌｉポリマ電池）、基板３５０、アクチュエータ又は作動機構３１４、温度センサ３１２－１及び３１２－２、アンテナ３２２、プロセッサ３７０、及び調節器３８０を含み得るが、これらに限定されるものではない。図示されていないが、無線フローセンサ３００は、より多くのアクチュエータ、温度センサ、レギュレータ、プロセッサ、アンテナ、電源などを含んでもよいことが理解されるであろう。さらに、図示されていないが、無線フローセンサ３００は、機能を実行するのに望ましいより多くの又はより少ない構成要素を適宜含んでもよい。いくつかの実施形態では、本明細書では表皮リニアアレイ（ＥＬＡ）とも呼ばれる無線フローセンサ３００は、軟質でコンフォーマルの熱感知及び作動コンポーネント、フレキシブルＰＣＢ（ｆＰＣＢ）基板、アンテナ、レギュレータなどの表面実装電子コンポーネントを含んでもよい。

図４は、複数の層からなる例示的な無線フローセンサ４００の分解図を示している。無線フローセンサ４００は、患者接着剤積層体４４０と、ハウジング接着剤層４４２と、フレキシブル回路基板４４４と、ハウジング４４６と、を含むことができる。これらは例示的な設計であり、無線フローセンサは、所望の機能を実行するために関連する、図示又は説明されていない他の構成要素を含んでいてもよいことが理解されよう。

次に、開示された実施形態と一致する、シャントを通るＣＳＦ流の測定に関連する流量、皮膚の厚さ及び皮膚の熱特性のシミュレーションのためのファントム皮膚モデルを含むベンチトップモデルシステムを示す図５を参照されたい。ベンチトップモデルシステムは、シリコーン皮膚ファントム５１０の内部に埋め込まれたＶＰシャントアセンブリの遠位カテーテル５２０（ＯＤ＝２．１ｍｍ、ＩＤ＝１．１ｍｍ）を、１．１ｍｍの深さで構成してもよい。例示的なシリコーン皮膚ファントムは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）とカーボンブラック微粒子をドープしたＰＤＭＳのよく混合された組み合わせから構成されてもよい。他の材料の組み合わせも、適宜、皮膚ファントムを作るために使用することができる。２つの材料の比率を変えることで、角質層（ｋ_ＳＣ～０．２５Ｗ／ｍ－Ｋ）、表皮（ｋ_{ｅｐｉｄｅｒｍｉｓ}～０．３５Ｗ／ｍ－Ｋ）、皮下脂肪層（ｋ_Ｆａｔ～０．２Ｗ／ｍ－Ｋ）に関連するｋ_ｓｋｉｎの値が得られた。厚さ（０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍ）と混合比の異なるシリコーンシートをファントムアセンブリにスピンキャストしてラミネートすると、ｈ_ｓｋｉｎとｋ_ｓｋｉｎの望ましい値をシミュレートすることができた。ＶＰシャントバルブ５３０を介して遠位カテーテルに接続された較正済みシリンジポンプ（図示せず）は、アセンブリを通る流れを供給するように構成されてもよい。水は、ＣＳＦの９９％を形成するため、試験流体として機能した。市販の医療グレードの接着剤を使用して、電源５３４（例えば、電池）を含む無線フローセンサ５００をファントムアセンブリに接着してもよい。いくつかの実施形態では、３Ｄプリントされた型は、患者に対する異なる皮膚取り付け位置の影響をシミュレートするために、様々な厚さの皮膚層の生成を可能にし得た。ベンチトップアセンブリは、（ｉ）皮膚の厚さ、（ｉｉ）周囲の対流、（ｉｉｉ）皮膚の熱特性、（ｉｖ）表面付近の血管、（ｖ）運動アーチファクト、及び（ｖｉ）熱作動電力の影響を探求し、デバイスの動作パラメータのセットを確立し、信頼性の高い動作の境界を確立するために使用されてもよい。

実験的検証は、２つのプロトコルに従った。プロトコル１では、リアルタイム感度および時間ダイナミクスを測定するために、流れのステップ変化をシミュレートした。流量のない（すなわち、０ｍｌ／分）皮膚ファントムアセンブリにデバイスを装着し、１２０秒間、表面温度と熱的に平衡させることができた。この平衡期間の後、アクチュエータを作動させると、１８０秒間に５Ｋ未満の局所的な温度上昇を生じた。流れは作動後ｔ＝１８０秒から始まり、さらに１８０秒続いた。作動後ｔ＝３６０秒で流れは止まり、温度は最後の１８０秒で再平衡化された。０．０５ｍｌ／分と０．５ｍｌ／分の２つの流量でこの実験を行ったところ、健全な流量の全範囲で予想される応答が得られた。これらの試験で使用された時間間隔は、無線フローセンサ５００、シリンジポンプ、及び皮膚ファントム５１０の自然な応答時間を超えている。

プロトコル２は、体内患者試験に直接関連するシナリオとして、定常流状態に対するＴ_ＤＳ、Ｔ_ＵＳ、α及びβの値を確立するために、５分間の測定期間中の一定流量をシミュレートしたものである。ここでは、あらかじめ決められた速度の流れが、最初は６０秒の間、平衡状態にある。シャント上の皮膚ファントムにデバイスを１２０秒間貼り付けると、プロトコル１と同様にシステムが熱的に平衡化された。アクチュエータを作動させ、４つのＮＴＣから３００秒間データを収集し、プロトコルは終了した。このプロトコルは、以下の流量で実施した。Ｑ＝０ｍｌ／分、０．０３ｍｌ／分、０．０５ｍｌ／分、０．０７ｍｌ／分、０．１ｍｌ／分、０．２ｍｌ／分、０．３ｍｌ／分、０．５ｍｌ／分、０．７ｍｌ／分で実施した。温度較正は、負温度係数（ＮＴＣ）の抵抗値の変化を温度測定値に変換することができた。

次に、開示された実施形態と一致する、ＣＳＦフローの存在下での熱パワー散逸の異方性に基づく表皮フローセンシングの概略図及び側面図を示す、図６Ａ～図６Ｄを参照する。フローセンサデバイスは、下敷きの非流動シャント又は流れるシャントの上に取り付けられたデバイスの側面図に示すように、被験者（患者）の皮膚表面上に配置されてもよい。図６Ｃ及び図６Ｄに示すように、熱アクチュエータが、表在血管又はシャントを通るような生体流の源に直接重なる皮膚に取り付けられると、熱パワーは、異方的に、流れる流体の方向に優先的に放散される。逆に、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、下層のフローコンジットがない皮膚では、熱出力は等方的に伝達される可能性がある。これらの効果は、アクチュエータに隣接して配置された正確な温度センサによって捉えることができ、その結果得られる温度測定値は、流れの直接的な相関関係として機能する。いくつかの実施形態では、システムは、熱アクチュエータの上流及び下流の流体の温度を測定するために、上流温度センサ及び下流温度センサを含んでいてもよい。本開示の文脈では、熱アクチュエータの上流とは、熱アクチュエータと弁との間及び脳室の近位にある部分を指し、熱アクチュエータの下流とは、熱アクチュエータと腹腔との間及び脳室から遠位にある部分を指す。

流れのない場合、または鎖骨のすぐ遠位の大胸筋の基部のような適切な「オフシャント」位置では、温度センサからの測定値は、５０ｍＫ以内でほぼ同じ値で滑らかに単調に増加し、（熱応答時間を表す）１００秒平均ウィンドウ全体で、８ｍＫのピークからピークへの変動でαＲＭＳ～１３ｍＫの二乗平均（ＲＭＳ）値をもたらす。シャント上の同様の測定では、高流量（低流量）の場合、αＲＭＳ～２５０ｍＫ（７５ｍＫ）、ピーク間変動６０ｍＫ（２５ｍＫ）と、明確な温度異方性を示している。これらのデータから、α＞５０ｍＫの値はノイズレベルを超えており、フローに起因すると仮定できることが立証された。観測はまた、応答の過渡期が～１００秒の持続時間を有することを明らかにする。

次に、開示された実施形態と一致する、基礎となるシャントに対するフローセンサの位置に基づく温度差（α）のデータグラフを示す図７を参照されたい。

追加の患者に関する評価は、シャントの誤動作を疑うことなく、年齢層及び病理の範囲にわたる動作の再現性及び堅牢性を確立する。いくつかの実施形態では、ソフトウェアアプリケーション、又はＧＵＩ（例えば、図２のグラフィカルユーザインターフェース２４０）を有するスマートフォンは、主治医又は常駐介護者によって操作され、デバイスから温度データを受信し、その結果をグラフィカルユーザインターフェース上にリアルタイムでプロットするように構成されてもよい。無線インターフェースは、患者のベッドから～６ｍの範囲内で、実質的な接続の損失または異常な信号なしに、医師が自由に動くことを可能にし得る。同様に、患者も病院のベッドの中や周囲で自由に動くことができ、無線接続の中断や測定における運動によるアーチファクトの発生はない。すべてのケースで、過渡期１００秒後の１００秒間で平均したオンシャント測定値（α_{ｏｎ ｓｈｕｎｔ}＝０．３５±０．１４Ｋ）とオフシャント測定値（α_{ｏｆｆ ｓｈｕｎｔ}＝－０．０３±０．０２Ｋ）は、一対のＳｔｕｄｅｎｔ－ｔテストで差が出た（ｐ＝０．００３）。これらの結果は、無線の形態が運動による部分的な剥離とひずみによる電気ノイズを最小限に抑え、断熱発泡体が周囲の熱変動と時間的な対流効果から測定システムを隔離することができるため、高い性能とデータの信頼性を実証している。

ここで、開示された実施形態と一致する、ある期間にわたる被験者の体位に基づくシャントを通る温度差（α）のデータグラフを示す図８Ａ～図８Ｂを参照されたい。温度差測定は、患者の体位の関数として、下流温度と上流温度との間の温度差（Ｔ_ＤＳ－Ｔ_ＵＳ）の測定を含んでもよい。温度差の測定値は、本開示で後述するように、流量と相関させてもよい。自由に動く患者に対する連続的な流量測定は、モニタリングのための根本的に新しいモードを示す可能性がある。ここで、本デバイスの有用性は、フロー／ノーフローの単純な二値評価を行うことを超えて、動的なリアルタイムの変化と患者の感覚／活動との間の相関を確立することにまで及ぶ。例えば、横になっているときや立ち上がった直後に頭痛がするという患者の訴えから示唆されるように、体の向きの変化がフローに影響を与えることがある。健康で無症状の外来患者において、図８Ａに示すように、体の向きを変える前、変えている間、変えた後の測定は、対応する流れの変化を示唆している。当初、患者が正座（９０°）した状態で行われた測定では、正常で健康な日中の一定速度（α～０．２～０．３Ｋ）の流量と一致する値が得られる。仰臥位（１８０°）にリクライニングすると、２００秒かけて流量が徐々に低下する。これは、外付けドレーンや埋め込み型シャントで行われた、放射性トレーサによる流量測定やシャント内に気泡を導入した超音波画像による他の知見と一致し、患者が正座（９０°）に戻り、測定値がベースライン流量に戻ることを示すまで継続する。無症状の健康な外来患者２名を対象とした追加試験でも同様の結果が得られ、一対のｔ検定で計算された最初の立位とその後の仰臥位での測定値の間に明確な差（ｐ＝０．０４）が認められた。シャントを外した対照測定では、予想通り、体の向きとは無関係に、熱異方性を示さなかった。

患者は、特徴的な頭痛の発生に基づいて、異常な流れの事例をしばしば特定することができる。いくつかの例では、そうでなければ健康な無症状の外来患者が、例えば読書中の頭痛の場合として、直立から前傾（４５°）への姿勢の変化を説明した。この患者に対する継続的なモニタリングの結果、４５°の角度で前方および後方に体を傾けると、頭痛と同時に瞬時に流量が著しく減少することが示された。また、αがマイナスになることで流量が反転することも確認された。どちらの場合も、流量はベースラインの正の値まで回復するように見えるが、その速度は異なる。

いくつかの実施形態では、そうでなければ健康な外来患者が、高層ビルのエレベータに乗ることに関連する急激な慣性変化の間に頭痛を訴えた。３つの日常的なエレベータの上昇及び下降の間に行われたこの患者の測定は、図９Ａ～図９Ｂに示されるように、下降が逆流のレベルまで流れを減少させ、上昇が流れを強化する加速の期間中の流れの対応する変化と一致する特性を明らかにした。

次に、開示された実施形態と一致する、下流と上流の温度センサ間の温度差（α）の測定値を示す図１０Ａ～図１０Ｃを参照されたい。図８Ａ～図８Ｂ及び図９Ａ～図９Ｂに記載されたエピソード的な変化に加えて、連続的なモニタリング又は繰り返される測定値の比較によって、より長い時間経過にわたって変動を測定することが可能である。スマートフォンをポケットに入れて、外来患者の通常の行動を１．５時間程度連続的にモニタリングすることで、これらの機能が明らかになった。これらのデータは、脳室外ドレーンを装着した患者について収集された先行データと一致する時間スケール（～２０分）の断続的な流れを実証している。シャントタップ中に抽出されたＣＳＦ総量は、患者の健康状態を診断する重要な指標となり、α（ｔ）の時間積分は、一定時間間隔の総量流量の相関として機能するパラメータ、γを生成する。１５分間隔の積分測定は、シャントの断続性の指標として、モニタリング期間中の流量出力の変化を強調することができる。より長い時間スケールでは、γ値はまた、日またはより長い期間にわたる比較のポイントとして機能することができる。本開示の文脈では、連続測定は、２０分以上、３０分以上、４０分以上、６０分以上、９０分以上、１２０分以上、又は２４０分以上の中断のない測定を指す場合がある。いくつかの実施形態では、測定の持続時間は、熱アクチュエータ、熱センサ、受信機、送信機、又は機能するために電力を必要とする他のサブシステムの１つ以上を動作させるためにフローセンサの電力源で利用できる電力によって制限され得る。

次に、開示された実施形態と一致する、生理的なＣＳＦの流れに関連する２つの流量についてベンチトップシャントアセンブリ上で測定された例示的な無線フローセンサの誤配置に関連する異なる角度で測定された回転許容度のデータグラフである、図１１Ａ～Ｄを参照されたい。図示されるように、ベンチトップシャントアセンブリは、少なくともアクチュエータ１１１４と、アクチュエータ１１１４を囲む温度センサ１１１２－１～１１１２－４とから構成されてもよい。図１１Ａは、無線フローセンサがシャントに対して位置合わせされたときに、時間にわたって測定された温度差を表す。図１１Ｂは、無線フローセンサがシャントを通る流体に対して２２．５°に配置されたときに、一定期間にわたって測定された温度差を表す図である。図１１Ｃは、無線フローセンサがシャントを通る流体に対して４５°に配置されたときに、一定期間にわたって測定された温度差を表す。図１１Ｄは、無線フローセンサがシャントを通る流体に対して９０°に配置されたときに、時間にわたって測定された温度差を表している。

図１２Ａ～図１２Ｄは、開示された実施形態と一致する、生理学的なＣＳＦの流れに関連する２つの流量に対する例示的な無線フローセンサの誤配置に関連する異なる距離で測定された並進許容度のデータグラフである。図示されるように、ベンチトップシャントアセンブリは、アクチュエータ１２１４と、アクチュエータ１２１４を取り囲む温度センサ１２１２－１～１１１２－４とを含んでよい。図１２Ａは、無線フローセンサがシャントに対して位置合わせされたときに、ある期間にわたって測定された温度差を表している。図１２Ｂは、無線フローセンサがシャントに対して２ｍｍオフセットして配置されているときに、時間にわたって測定された温度差を表す。図１２Ｃは、無線フローセンサがシャントに対して５ｍｍオフセットして配置されたときに、一定期間にわたって測定された温度差を表す。図１２Ｄは、無線フローセンサがシャントに対して５ｍｍを超えるオフセットで配置された場合に、一定期間にわたって測定された温度差を表す図である。

０．０７ｍｌ／分の流量に対応するｈ_ｓｋｉｎ＝１．４ｍｍにおけるαとβの有限要素解析（ＦＥＡ）シミュレーションデータ、および低流量（＜０．０７ｍｌ／分）と高流量（＞０．０７ｍｌ／分）に対するシミュレーションデータをそれぞれ示す図１４Ａ－図１４Ｂおよび図１５Ａ－図１５Ｅが、続いて参照される。γという指標を超える、流量の定量的な値をリアルタイムで測定することは、重要な能力であると思われる。超音波イメージングによりｈ_ｓｋｉｎ＝１．４ｍｍを考慮すると、０．００７ｍｌ／分－１ｍｌ／分（０．４ｍｌ／時－６０ｍｌ／時）の生理学的に適切なＣＳＦ流量の範囲にわたって、α（Ｑ）及びβ（Ｑ）の３Ｄ ＦＥＡモデルを使用することができる。モデルの他のパラメータは、皮膚の熱伝導率（ｋ_ｓｋｉｎ＝０．３Ｗ／ｍ－Ｋ）、密度（ρ_ｓｋｉｎ＝１０５０Ｋｇ／ｍ^３）及び熱容量（Ｃ_{ｐ，ｓｋｉｎ}＝３５００Ｊ／Ｋｇ－Ｋ）、並びにシャントの対応する特性（ｋ_{ｓｈｕｎｔ}＝０．２１Ｗ／ｍ－Ｋ，ρ_{ｓｈｕｎｔ}＝９６５Ｋｇ／ｍ^３，Ｃ_{ｐ，ｓｈｕｎｔ}＝１４６０Ｊ／Ｋｇ－Ｋ）を含んでもよい。３次元ＦＥＡで計算されたαとβの値は、関連する解剖学的構造（ｈ_ｓｋｉｎ＝１．７ｍｍ）を近似的に構成したベンチトップシャントシステムでの測定値と許容レベル（～１５％）で一致している。高流量域と低流量域の間の変曲点は、図１４Ｂに示すように、β＝１．３Ｋに対応する０．０７ｍｌ／分である。α（Ｑ）を低流量成分と高流量成分に分け、それぞれを別々にフィッティングすることで、αからＱに変換できる。低流量領域は指数関数関係（Ｑ＝０．００３８ｅ^{８．１６１α}）、高流量領域は乗法（Ｑ＝０．００７α^{－２．１２}）により、図１６に示すようにフィッティングされる。０．０１Ｋ＜α＜０．５Ｋでは、ＦＥＡモデルと強い一致が見られる。このようにして計算された代表的な高流量および低流量ケースは、それらに対応するβの値とともに、図１５Ａ～図１５Ｅに更に示されており、斜線領域は、フィッティングに固有の不確かさ推定値（±１５％）に対応するものであった。

同じ健康な外来患者に対して、３ 日間にわたって直立した状態で座るか立つか、して行った１２回のスポットチェック測定の結果を表１に示す。１００秒間の平均化により、高流量域と低流量域を定義するためのβの値が得られる。同じウィンドウのαの平均値は、適切な変換式によってＱの値をもたらし、フィッティングの不確かさに関連する±１５％の標準偏差を上限と下限とした。３日間の測定における最高流量と最低流量はそれぞれ０．２６±０．０５ｍｌ／分（１５．６±３ｍｌ／時）と＜０．０１ｍｌ／分（０．６ｍｌ／時）である．１２回の測定を通して、高流動（Ｑ＞０．０７ｍｌ／分、β＜１．３Ｋ）が４回、低流動（Ｑ＜０．０７ｍｌ／分、β＞１．３Ｋ）が６回、移行流（Ｑ～０．０７ｍｌ／分、β～１．３Ｋ）が２回発生した。すべての測定におけるＱの平均値は、０．０８±０．０７ｍｌ／分（４．８±４．２ｍｌ／時）であった。これらの流量は、外付けドレーンおよび留置シャントに関するいくつかの研究において、小児および成人患者に対する確立された値によく対応している。流量は６０分間に著しく変化し、図１５Ａ－図１５Ｅに示すように、ＣＳＦ流体力学の現在の理解や同一患者での長時間測定と一致している。これらのデータは、流れの特徴を正確に捉えるためには、１回の連続測定か、６０分間に数回の短時間の測定のどちらかが重要であることを示唆している。

表１は、３日間にわたる健康な外来患者の１２回のスポットチェック測定で算出された流量を、高流動域（β＜１．３Ｋ、緑）、低流動域（β＞１．３Ｋ、赤）、移行域（β～１．３Ｋ、青）に分類するβの値とともに示している。

ここで、本開示の実施形態と一致する、無線の流体フローモニタリングシステムのブロック図を示す図１６を参照されたい。このシステムは、コントローラと通信するための無線受信機／送信機１６０２、ＮＦＣベースの無線充電のための不可欠なアンテナ１６０４、３軸デジタル加速度計１６０６、及び繰り返し及び拡張使用のための交換可能な非刺激性粘着面１６０８からなる無線柔軟フローセンサ１６００を含んでもよい。システムは、他の構成要素のうち、無線充電ステーション１６２０、クラウドストレージサーバなどのストレージデータベース１６１０、ネットワーク、及びマイクロプロセッサをさらに含んでもよい。いくつかの実施形態では、システムの１つまたは複数の構成要素は、互いに無線で接続されてもよい。図示されていないが、流体フローモニタリングシステムのいくつかの構成要素は、有線接続を使用して通信してもよいことが理解される。

いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるフローセンサ１６００は、自宅、オフィスなどの病院ではない場所で外来患者によって使用されるように構成された遠隔医療適合性流量検出デバイスを構成することができる。遠隔医療は、特に、患者が病院の設定に不必要にさらされることが強く抑制され得る、慢性的な状態に苦しむ患者にケアを提供するための重要な手段を表す。また、病院へのアクセスが困難な患者様が質の高い在宅医療を受けられるようになれば、水頭症などの慢性疾患の治療がより充実する可能性がある。したがって、患者が自宅で装着して操作できる次世代の非侵襲性ウェアラブルセンサを開発することは、リモートケアパラダイムの開発にとって重要なニーズである。無線の、フレキシブルなフローセンサ１６００を含む流量モニタリングシステムは、シャントされた水頭症の患者、その家族、または介護提供者によって使用され得る。また、このシステムは、全体として、小児及び成人の集団に使用されてもよく、前者については、親がデバイスの主要な操作者であることが期待される。

いくつかの実施形態では、フレキシブルなフローセンサ１６００は、１日に数回、毎日１回、毎週１回、日中の所定の時間間隔で、又は任意の頻度で、適切に必要とされ又は介護提供者によって助言されるように再使用するように構成された再使用可能デバイスであってよい。このような場合、フローセンサは、１回の長い動作時間（１～１．５時間）または複数の短い動作時間（少なくとも２０分）を１日当たり１．５～２時間の測定回数に加算してサポートできる、充電式電池などの充電式電源から益を得てもよい。フローセンサは、無線充電ステーションから電磁エネルギを受信するように構成されたフレキシブルアンテナを含む近距離無線通信（ＮＦＣ）ベースの充電回路を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、充電回路は、必要に応じて、ソースを受信、蓄積、及び放電するのに有用な他の構成要素のうち、誘導コイル、過充電保護回路、コンデンサを含んでもよい。過充電保護回路は、バッテリーを過充電から保護するように構成されたツェナーダイオードベースの回路から構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、無線充電ステーション１６２０は、電磁エネルギを充電回路の受信機／アンテナに送信することによって、可撓性フローセンサに電荷を提供するように構成されてもよい。無線充電ステーション１６２０は、フレキシブルなフローセンサ１６００を受け取る、またはしっかりと保持するように構成されたスタンドアロン充電器であってもよい。いくつかの実施形態では、フローセンサ１６００は、フローセンサが無線充電ステーション１６２０の送信範囲内にあるように、無線充電ステーション１６２０の近傍に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、無線充電ステーションは、フローセンサ１６００を充電するのに必要な時間を最小化するためにフローセンサ１６００を受け取り、固定するように構成されたレセプタクルを含んでいてもよい。

無線流体フローモニタリングシステムは、フローセンサ１６００、無線充電ステーション１６２０、データベース（図示せず）、クラウドストレージサーバ１６１０、ネットワークなどのうちの１つ以上と無線通信する、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を有する手持ちデバイス１６３０（例えば、タブレット、スマートフォン、ノートパソコンなど）などの電子デバイスを更に含んでもよい。電子デバイスは、ＡＳＩＣチップ、ＶＬＳＩチップ、又は任意のデジタル集積回路などのマイクロプロセッサを含んでいてもよい。電子デバイスは、ディスプレイスクリーン、タッチスクリーン、オーディオビジュアルインターフェースなどを含むが、これらに限定されないグラフィカルユーザインターフェースをさらに含んでもよい。

いくつかの実施形態では、電子デバイス１６３０は、フローセンサ１６００と無線通信し、例えばＣＳＦシャントを通る流体の流れに関連するデータを受信するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、データは、プロンプトなしで、プロンプトに際して、又は所定の時間間隔で、リアルタイムで受信されてもよい。マイクロプロセッサは、フローセンサ１６００から受信したデータを記憶し、処理するように更に構成されてもよい。例えば、マイクロプロセッサは、生のデータストリームを熱異方性及び流れの定量的な測定基準に変換する、データ処理を実行してもよい。セルラー／ＷｉＦｉネットワークを介した無線データ伝送は、フローセンサデバイスからハンドヘルドデバイスのマイクロプロセッサへのデータ転送を促進してもよい。ハンドヘルド電子デバイス１６３０は、後日、患者及びその主治医によるリモートアクセスのために、このデータをクラウドストレージサーバ１６１０にアップロードしてもよい。したがって、デバイスは、データ転送速度を最大化し、ユーザコストを最小化するために、２つのデータモードを切り替える能力を有する、セルラー及びＷｉＦｉ接続を備えてもよい。第１のモードでは、未処理のデータがフローセンサ１６００からマイクロプロセッサに転送されてもよく、第２のモードでは、未処理又は処理されたデータがクラウドストレージサーバ１６１０、又は外部データベースに転送されてもよい。いくつかの実施形態では、クラウドへのデータアップロードは、（図１８を参照して後述する）高度な、機械学習ベースのアルゴリズムによる処理も促進することができる。

いくつかの実施形態では、ハンドヘルドデバイス（例えば、ラップトップ、又はスマートフォン）上のソフトウェアアプリケーションは、フローセンサ１６００と直接通信し、ユーザが、グラフ表示、表形式表示、テキスト要約、比較分析チャートなどを含むがこれに限定されないユーザフレンドリなフォーマットにてリアルタイムでデータ読み出しにアクセスすることを可能にしてよい。

ハンドヘルドデバイス上のＧＵＩは、特に、充電、動作、データアップロード、及びスリープモードなどの基本的なデバイス機能をユーザがモニタすることを可能にし得る。いくつかの実施形態では、ハンドヘルドデバイスは、例えば、アップロードイベントの間にデータを一時的に格納するためのメモリを構成してもよい。セルラーネットワーク及びＷｉＦｉネットワークの範囲及び接続性により、流量感知デバイスのユーザは、デバイスを使用しながら自宅、又は指定された空間を自由に動き回ることができ、例えば、半径１００ｍ以内の任意の場所からデータを送信することができるようにしてもよい。

いくつかの実施形態では、フローセンサ１６００は、患者が平らに横たわっているか、直立して座っているか、前に傾いているか、後ろに倒れているかなどの患者の位置を決定し検出するための加速度計１６０６を含んでいてもよい。患者の位置は、ＣＳＦ流体力学に強く影響する可能性がある。フローセンサ１６００は、フローセンサ１６００又は流体フローモニタリングシステムの残りの構成要素と互換性のある材料、力学及び統合スキームを有する、市販の加速度計で構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、フローセンサ１６００は、被験者の皮膚に柔らかく、非刺激性の接着のために、デバイス層の下側に容易に取り付けることができる接着剤層１６０８を含んでいてもよい。接着剤層１６０８は、エラストマ基板に対するｆＰＣＢ基板及び他の構成要素の強力な接着を提供することもできる。

ここで、開示された実施形態と一致する、無線流量感知システムにおける熱アクチュエータ及びアナログ－デジタル変換器の例示的な相対的配向の概略図である図１７Ａ及び１７Ｂを参照されたい。フローセンサ１７００は、熱アクチュエータ１７１４と、熱アクチュエータ１７１４の図１７Ａにおける上流の温度センサ１７１２－３及び１７１２－４と下流の温度センサ１７１２－１及び１７１２－２の組とからなり、合計４つの温度センサを含んでいてもよい。ＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）温度センサは、フローセンサデバイス上の温度検出回路の基礎を形成する。増幅ホイートストンブリッジ回路に基づくアナログフロントエンド回路は、温度誘導ＮＴＣ抵抗の変化を電圧信号に変換するように構成されてもよい。アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）は、電圧信号をデジタル化し、ハンドヘルドデバイスの受信機またはフローセンサデバイス自体の受信ユニットに無線送信することができる。いくつかの実施形態では、４つのＡＤＣチャンネルに加えて、フローセンサデバイスは、タイムスタンプを有する第５のチャンネルを含んでもよい。

負温度係数（ＮＴＣ）温度センサは、最小限のヒステリシス、良好な安定性、及び無視できるドリフトで、温度（＜５ｍＫ）の測定において高い精度及び正確さを提供し得る。冗長性のために、フローセンサデバイスは、例えばアクチュエータの端から１．５ｍｍの位置に、上流と下流に一対のＮＴＣ素子、合計４個のＮＴＣを組み込んでもよい。測定には、２～５ｍＷ／ｍｍ２ の熱パワーを皮膚に供給することが含まれる場合がある。典型的な構成では、サーマルアクチュエータは、７．０ｍｍ２の面積に１２～２４個の表面実装抵抗器（３００μｍ×２５０μｍ×６００μｍ）を円形に密集して配置し、印加電圧によって大きさを制御しながら空間的に均一な加熱を行うことが可能である。例えば、２０Ωの抵抗で構成されたサーマルアクチュエータに３．３Ｖの電圧をかけると、２４×２０Ω＝４８０Ωの総抵抗値となり、電流７ｍＡ、電力Ｐ＝２３ｍＷ、面積７ｍｍ２で３．３ｍＷ／ｍｍ２の電力密度となる。その結果、皮膚上又はベンチトップ・シャント・ファントム・システムに装着した場合、アクチュエータの領域にわたって一様に＜５Ｋの温度上昇となる。

図１７Ａに示されるように、フローセンサ１７００の方向１において、温度センサ１７１２－１及び１７１２－２は、熱アクチュエータ１７１４の下流に配置されてもよく、温度センサ１７１２－３及び１７１２－４は、熱アクチュエータ１７１４の上流に配置されてもよい。下流方向とは、脳室から腹腔に離れるＣＳＦの流れの方向を指す。図１７Ｂに示されるように、向き２では、温度センサ１７１２－１及び１７１２－２は、熱アクチュエータ１７１４の上流に配置されてもよく、温度センサ１７１２－３及び１７１２－４は、熱アクチュエータ１７１４の下流に配置されてもよい。流れの方向に対するフローセンサデバイスの向きは、ＮＴＣのどの組がそれぞれ「上流」および「下流」として分類されるかを決定してもよく、各組は、時間の関数として単一の上流および下流温度測定値をもたらすように平均化されてもよい。

次に、流れの変換、異常な皮膚接触の決定、熱平衡、及び信号調整のための処理ステップを概説するプロセスフローチャートである図１８を参照する。加えて、又は代替的に、フローチャートは、較正から流量を計算すること、確認されたフローなどの結論的な表示を生成すること、などを含む測定後の処理ステップを構成することができる。

患者の皮膚にデバイスを装着すると、ＮＴＣが体温に達するまでの熱平衡期間（～１２０秒）が発生することがある。このステップの後、一連の信号調整ステップによりデータ品質が確保される。最初の５秒間のデータは、残存する熱平衡の影響を省くために捨てられ、その後、次の１５秒間のデータが平均化され、ベースライン値が得られる。その後の温度測定は、すべてこのベースライン値との関係で行われる。ＡＤＣ値のベースラインからの変化（ΔＡＤＣ（ｔ））を対応する温度変化（ΔＴｎ（ｔ））に変換するために、単純な較正係数が使用される。流れの方向に対するフローセンサデバイスの向きは、ＮＴＣのどの組がそれぞれ「上流」および「下流」として分類されるかを決定してもよく、各組は、時間の関数として単一の上流および下流温度測定値をもたらすように平均化される（Ｔ_ＵＳ（ｔ）、Ｔ_ＤＳ（ｔ））。これら２つの温度データストリーム間の平均（β）及び差（α）を計算することは、流れの定量的な測定基準をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、α及びβを組み合わせて、臨床的に有用な相対的流量測定値を得ることができ、フロー対ノーフローの診断的に重要な決定、有限要素シミュレーションへの曲線フィッティングは、定量的絶対流量値を得ることができる。この後者の機能は、水頭症の患者に対する初の診断指標となる。さらに、このアルゴリズムには、皮膚との接触や温度ドリフトのチェックが組み込まれており、デバイスの配置が不正確な場合やデバイスが剥離した場合に、カスタマイズされたエラーメッセージでユーザをガイドすることができる。最後に、加速度計のデータは、流量データとタイムスタンプされ、時間と患者の位置の関数としての流量を含む単一の読み出しデータを得ることができるようになる。多段階信号処理と流量計算アルゴリズムは、リアルタイムの読み出しのために、ハンドヘルドデバイス（例えば、スマートフォン、タブレット）の組み込みファームウェアに組み込まれることがある。先に説明したように、この読み出しは、リアルタイムの無線伝送を介してハンドヘルドタブレットインタフェース上でもアクセス可能であろう。

ここで、ＡＤＣ－温度較正と、上流及び下流温度センサ間の温度差のＣＳＦシャントを通る流体の流量への変換とに関連するデータを示す図１９を参照すると、いくつかの開示される実施形態と一致している。一例として、図１９Ａに示すように、そのベースラインからのＡＤＣ値の変化を温度の対応する変化に変換する較正係数は、０．００３５℃／ビットであってよい。ＦＥＡモデルとの比較及び曲線フィッティングに基づいて、図１９Ｂに示されるように、ＣＳＦ流の定量的な絶対流量値が決定されてもよい。

ここで、市販の脳室腹腔（ＶＰ）シャントアセンブリバルブの例示的な較正チャートを示す図２０を参照されたい。ＣＳＦの流れを調節するための市販のバルブは、製造業者によって較正されてもよいし、工場の推奨、患者の年齢、体位、性別、病状などに基づいてエンドユーザによって調整されてもよい。ＩＣＰとＣＳＦ流量を関連付け較正チャートは、所定の性能レベルについて、所定の範囲のＣＳＦ流量に対するＩＣＰを推定するためのガイドとして使用され得る。このように、ＣＳＦ流量を測定することで、ＩＣＰをおおよそ決定することができる。例として、性能レベルが１．５の場合、３０ｍＬ／時のＣＳＦ流量は、８０ｍｍＨ_２ＯのＩＣＰを示すことができる。

いくつかの実施形態では、ＣＳＦ流量は、患者の年齢、患者の臥位、一日の時間などを含むがこれらに限定されない多くの要因に依存し得る。例えば、図２１に示されるように、年齢にわたるＣＳＦ流量の平均値は、大部分が５～３０ｍＬ／時の範囲に入り、水平面を基準にして約９０°に座った患者についてサージが認められる。

本明細書及び「Ｅｐｉｄｅｒｍａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｆｏｒ ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ， ｗｉｒｅｌｅｓｓ， ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ ｓｈｕｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎ ｐａｔｉｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｈｙｄｒｏｃｅｐｈａｌｕｓ」，Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ １０， ｅａａｔ８４３７ （２０１８）、「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ， Ｂａｔｔｅｒｙ－ｆｒｅｅ Ｅｐｉｄｅｒｍａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ， Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ， Ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ Ｔｈｅｒｍ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｋｉｎ」，Ｓｍａｌｌ， １８０３１９２ （２０１８），「Ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ Ｅｐｉｄｅｒｍａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ」，Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ ＆ ｎａｎｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ３， １－１１ （２０１７），「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ， ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｆｌｏｗ ｏｆ ｃｅｒｅｂｒｏｓｐｉｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｈｕｎｔｓ ｉｎ ｐａｔｉｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｈｙｄｒｏｃｅｐｈａｌｕｓ」，ＮＰＪ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ３， １－１１ （２０２０）、に記載されるように（なお、これらは全て、その全体が参照により組み込まれる）、熱異方性に基づくＣＳＦ流量の定量測定システムおよび方法について述べている。サーマルアクチュエータ（小型化された加熱要素）は、移植されたシャントの上にある皮膚の表面に制御された量の熱を直接正確に投与するように構成され得る。アクチュエータの下にある髄液は、対流効果によってその流れ方向に沿って優先的に熱を輸送し、その結果、熱輸送に異方性が生じる。この熱異方性は、流れ方向に沿ってアクチュエータの上流と下流に配置された精密な温度センサによって捕捉・測定することができる。相対流量（ＲＦＲ）から得られる生の熱異方性データは、真の流量（ＴＦＲ）（ｍＬ／時又はｍＬ／分などの従来の流量単位）を決定するために使用される場合がある。患者の皮膚の構成的・幾何学的特性は、熱伝導を支配するものであり、温度異方性をＴＦＲに直接変換する際に不可欠な未知数である。

皮膚の熱拡散率（ν）。
熱拡散率は、熱伝導率（ｋ）と体積熱容量（ρＣ、ρは密度、Ｃは一定圧力の比熱容量）の間の比である。この量は、広範な文献的測定に基づいて先験的にｋ＝０．３２Ｗ／ｍ－Ｋ、ν＝０．１１ｍｍ^２／秒であると仮定するか、同じセンサを用いて過渡平面源（ＴＰＳ）技術に基づいて測定することができる。後者の方法では、センサはシャントに隣接する鎖骨上で、大きな血管のような異方性の源がない領域に置かれる。この領域で６０～３００秒の測定を行うことで、熱輸送特性を測定することができる。

皮膚の厚さ（ｈ）。
作動素子とその下のシャントとの間の皮膚の厚さは、重要なパラメータである。熱特性と同様に、この未知のものに対処する２つの方法がある。最初のアプローチでは、皮膚の厚さは、携帯型超音波ドップラーツールを使用して、シャントを有する患者の鎖骨領域の上にある皮膚の厚さの多数（～１００）の測定に基づいて仮定され得る。これまでに収集されたデータは、鎖骨表層領域上の平均皮膚厚ｈ～２ｍｍ±０．５ｍｍを示唆している。

第２のアプローチでは、飛行時間法が使用され得る。皮膚が厚いと熱拡散距離が長くなり、その結果、平衡化までの時間が長くなる。０．５ｍｍ＜ｈ＜５ｍｍの範囲の皮膚の厚さの系統的な一連の曲線は、シャント－皮膚システムの主要な幾何学的および熱的特徴をシミュレートする現実的なベンチトップファントムアセンブリ上で生成することができる。モデリングデータは、皮膚の厚さが平衡化までの時間定数τ（平衡温度または温度差の６３．７％に達するまでの時間と定義）に大きく影響することを示唆している。さらに、このパラメータは流量に影響されない。これらの曲線を作成することで、皮膚の厚さｈを指標とした時定数τのインビボデータを比較するための簡単なルックアップテーブルを得ることができる。

真の流量（ＴＦＲ）測定。
いくつかの実施形態では、皮膚の熱拡散率及び皮膚の厚さの正確な測定は、相対流量（ＲＦＲ）測定値に基づいて真の流量（ＴＦＲ）を決定することを可能にし得る。ＲＦＲに基づくＴＦＲ測定を達成するいくつかの方法の１つは、ベンチトップデータ及びモデリング又はシミュレーションデータに基づくアルゴリズムを使用することである。（ΔＴ＝Ｔ_{Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ}－Ｔ_{Ｕｐｓｔｒｅａｍ}と定義される）熱異方性は、流量に対して単調に進行するわけではない。ΔＴはフローに対する感度が最も高い０．１ｍｌ／分（６ｍＬ／時）でピークを持ち、その両側で減少する。この曲線の両側にある縮退点を区別するには、第２の量である平均温度Ｔ_Ａｖｇ＝（Ｔ_{Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ}＋Ｔ_{Ｕｐｓｔｒｅａｍ}）／２の知識が必要であり、これは流量に対して逆単調に変化し、高流量でより敏感である。上記の技術（先験的仮定または飛行時間に基づく計算）のいずれかに基づいて皮膚厚さが決定されると、ΔＴと平均温度について繰り返し解くことにより、流量を判定することができるようになる。ΔＴ（ＴＦＲ）と平均値（ＴＦＲ）の関数関係は、現実的なベンチトップシステムに基づいて実験的に決定するか、ベンチトップ測定に対して検証された３Ｄ有限要素モデルに基づいて計算することができる。これらの実験手順の詳細は、「Ｅｐｉｄｅｒｍａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｆｏｒ ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ， ｗｉｒｅｌｅｓｓ， ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ ｓｈｕｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎ ｐａｔｉｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｈｙｄｒｏｃｅｐｈａｌｕｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ， １０， ｅａａｔ ８４３７ （２０１８）、及び「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ， ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｆｌｏｗ ｏｆ ｃｅｒｅｂｒｏｓｐｉｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｈｕｎｔｓ ｉｎ ｐａｔｉｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｈｙｄｒｏｃｅｐｈａｌｕｓ」、ＮＰＪ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ， ３， １－１１ （２０２０）、にて開示されており、両者はその全体において参照により組み込まれている。

いくつかの実施形態では、ＴＦＲは、外部脳室ドレーンに基づく直接的なインビボ較正を通じてＲＦＲに基づいて決定されてもよい。このアプローチは、同意した患者の外部脳室ドレーンに基づいてΔＴ（ＴＦＲ）及び平均値（ＴＦＲ）を測定するための較正曲線の直接的な生成を含む。滅菌したシリコーン皮膚ファントムを厚さの異なるＥＶＤアセンブリの上に置くことができる。ドレナージバッグの高さを変えると圧力差が直接変化し、その結果ＴＦＲも変化する。このような状況でΔＴ（ＴＦＲ）および平均値（ＴＦＲ）を測定することにより、ＴＦＲの直接測定用の較正曲線を生成するために使用できる方法で、皮膚の厚さの範囲について圧力差とΔＴ（ＴＦＲ）および平均値（ＴＦＲ）を直接相関させる曲線を機能的に生成することが可能になる。

いくつかの実施形態では、ＴＦＲ測定のために上述した２つのアプローチをＩＣＰの測定に使用することができる。外部脳室ドレーンに基づく直接的なインビボ較正を含む第２のアプローチも、計算なしでＩＣＰの直接測定を可能にし得るが、弁設定に相関させる能力は、データ検証及び試験のための組み込みシステムを可能にする。実験的洗練は、ＩＣＰ測定を最適化し得る測定時間、時間帯、及び患者位置におけるパラメータのセットを決定し得る。

本開示の実施形態は、上記で説明され、添付の図面に例示された正確な構造に限定されず、その範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更を行うことができることが理解されるであろう。本開示は、様々な実施形態に関連して説明されてきたが、本発明の他の実施形態は、本明細書に開示された発明の明細書及び実施例の検討から当業者には明らかであろう。明細書及び実施例は例示的なものでしかないと考えられることが意図されており、本発明の真の範囲及び精神は以下の特許請求の範囲によって示される。

上記の記載は、例示であって、限定するものではない。したがって、当業者には、以下に示す特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、記載されたように修正を加えることができることが明らかであろう。

Claims (29)

1. 身体に装着可能な無線のフレキシブルなフローセンサにおいて、
   基板と、
   前記基板に支持され、身体の皮膚表面の一部に熱エネルギを供給するように構成された熱作動メカニズムであって、前記皮膚表面の一部は体液のための皮下コンジットに重なる、熱作動機構と、
   前記基板に支持され、前記皮膚表面の一部に関連する温度の変化を検出するように構成された温度センサと、
   前記基板に支持され、前記皮下コンジットのセグメントに関連する方向を検出するように構成されたモーションセンサと、
   コントローラと無線通信するマイクロプロセッサであって、
   前記コントローラから、前記熱作動機構を作動させるための第１の信号を受信すること、及び、
   前記温度センサから、前記皮膚表面の一部に関連する温度の前記変化に関連する第２の信号を受信すること
   を行うように構成された回路を含む、マイクロプロセッサと、
   前記熱作動機構、前記温度センサ、及び前記マイクロプロセッサのうちの少なくとも一つに電力を供給するように構成された電源と
   を含む、センサ。
2. 前記熱作動機構が、前記コントローラから第１の信号を受信するように構成された熱アクチュエータを含む、請求項１に記載のセンサ。
3. 前記温度センサが、前記皮膚表面の上流部分に関連する温度の変化を検出するように構成された上流温度センサと、前記皮膚表面の下流部分に関連する温度の変化を検出するように構成された下流温度センサとを備える、請求項１に記載のセンサ。
4. 前記上流温度センサ及び前記下流温度センサは、互いに対向して配置され、前記熱作動機構によって分離される、請求項３に記載のセンサ。
5. 前記温度センサが、薄膜温度センサ、ダイオード温度センサ、抵抗の正の温度係数（ＰＴＣ）センサ、抵抗の負の温度係数（ＮＴＣ）センサ、比色温度センサ、またはサーミスターを含む、請求項１に記載のセンサ。
6. 更に、前記基板の皮膚対向表面に接着接触する接着剤層を含む、請求項１に記載のセンサ。
7. 更に、前記基板に支持された、電子能動素子をカプセル化するカプセル化層を含む、請求項１に記載のセンサ。
8. 更に、前記基板に支持された、前記熱作動機構と前記温度センサとを絶縁するための熱絶縁層を含む、請求項１に記載のセンサ。
9. 前記電源が、充電式電池、充電式リチウムポリマ電池、または全固体電池を含む、請求項１に記載のセンサ。
10. 前記皮下コンジットが、血管、カテーテル、脳脊髄液シャントのうちの少なくとも一つを含み、前記体液が、血液または脳脊髄液を含む、請求項１に記載のセンサ。
    
11. 無線の流体－フローモニタリングシステムにおいて、
    身体に装着可能なフレキシブルなフローセンサを含み、
    前記フローセンサは、
    身体の皮膚表面の一部に関連する温度の変化を連続的に検出するように構成された温度センサであって、前記皮膚表面の一部は体液のための皮下コンジットに重なる、温度センサと、
    熱作動機構と前記温度センサとの少なくとも一つに電力を供給するように構成された電源と、
    前記電源と電気的に通信する受信回路であって、該受信回路が電磁エネルギを受信するように構成されている、受信回路と、
    電磁エネルギを前記受信回路の受信機に無線で送信するように構成された電力チャージユニットと、
    前記フレキシブルなフローセンサと無線通信するプロセッサであって、
    身体の皮膚表面の一部に関連する温度の変化に関連するデータを、前記フレキシブルなフローセンサから受信することと、
    前記受信するデータに基づいて、前記皮下コンジットのセグメントを介する体液の流量を決定することと、
    前記受信するデータ及び前記決定する体液の流量をデータベースに保存することと
    を行うように構成されたプロセッサと
    を含む、システム。
12. 前記受信回路が、更に、前記電源への電力供給を調節するように構成された過充電保護回路を含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記フレキシブルなフローセンサは、更に、
    前記皮下コンジットのセグメントに関連する方向を検出するように構成されたモーションセンサと、
    前記皮膚表面の一部に熱エネルギを供給するように構成された熱作動機構と、
    熱センサを支持する基板の皮膚に面する表面と接着接触する接着剤層と、
    前記基板に支持された電子能動素子をカプセル化するカプセル化層と、
    前記熱作動機構と、前記基板に支持された前記温度センサとを絶縁する熱絶縁層と
    を含む、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記身体の前記皮膚表面の一部に関連する温度の変化の連続的な検出は、少なくとも２０分の時間期間の検出を含む、
    請求項１１に記載のシステム。
15. 更に、前記保存されたデータを表示するように構成されたグラフィカルユーザインターフェースを含み、
    該グラフィカルユーザインターフェースは、タッチスクリーン、視覚ディスプレイ、または視聴覚ディスプレイを含む、
    請求項１１に記載のシステム。
16. 前記プロセッサは、前記電力チャージユニットと無線通信する、
    請求項１１に記載のシステム。
17. モーションセンサを含む無線のフレキシブルなフローセンサを用いる体液の連続流量測定方法であって、
    身体の皮膚表面の一部にフローセンサを装着する指示を、表示用のユーザデバイスに、送信するステップであって、該皮膚表面の一部は体液の皮下コンジットに重なる、指示を送信するステップと、
    モーションセンサを用いて、身体の第１の位置を検出するステップと、
    表示用のユーザデバイスに、身体の位置を、前記第１の位置とは異なる身体の第２の位置に調整する第２の指示を送信するステップと、
    モーションセンサを用いて、身体の第２の位置を検出するステップと、
    身体の位置に関連する変化に対応する、前記皮下コンジットのセグメントを介する体液に関連するフローの変化を判定するステップと
    を含む、方法。
18. 皮下コンジットを介する体液の流量を連続的に判定するコンピュータ実装システムにおいて、
    命令を格納するメモリと、
    前記命令を実行するように構成されたプロセッサと
    を含み、
    前記命令は、
    フレキシブルなフローセンサの温度センサから、前記皮下コンジットに重なる皮膚表面の一部に関連する温度と、温度測定の時間とに関連する情報を受信する命令であって、該温度センサは、
    前記フレキシブルなフローセンサの熱アクチュエータの上流の皮膚表面の一部に関連する上流温度を検出するように構成された、複数の上流温度センサと、
    前記フレキシブルなフローセンサの熱アクチュエータの下流の皮膚表面の一部に関連する下流温度を検出するように構成された、複数の下流温度センサと
    を含む、受信する命令と、
    モーションセンサから、前記皮下コンジットのセグメントの方向と温度測定の時間とに関連する情報を受信する命令と、
    前記上流温度と前記下流温度との差を示す第１の値と、前記上流温度と前記下流温度との平均を示す第２の値とを計算する命令と、
    前記計算された第１と第２の値に少なくとも部分的に基づいて、体液の流量を判定する命令と
    を含む、コンピュータ実装システム。
19. 前記計算された第１と第２の値に少なくとも部分的に基づいて、体液の流量を判定する命令を実行することが、前記計算された第１と第２の値にモデルを適用することを含む、請求項１８に記載のコンピュータ実装システム。
20. 前記計算された第１と第２の値に少なくとも部分的に基づいて、体液の流量を判定する命令を実行することは、複数の、前記計算された第１と第２の値に、モデルを適用することを含む、請求項１９に記載のコンピュータ実装システム。
21. 前記モデルを適用することは、第１と第２の値のうちの少なくとも１つを、値のデータベースと比較することを含む、請求項１９に記載のコンピュータ実装システム。
22. 前記モデルを適用することは、第１と第２の値の少なくとも１つを、ルックアップテーブルと比較することを含む、請求項１９に記載のコンピュータ実装システム。
23. 前記モデルを適用することは、第１と第２の値の少なくとも１つを、有限要素解析と比較することを含む、請求項１９に記載のコンピュータ実装システム。
24. 前記モデルを適用することは、第１と第２の値の少なくとも１つを、従前に測定された第１と第２の値のセットと比較することを含む、請求項１９に記載のコンピュータ実装システム。
25. 前記計算された第１と第２の値に少なくとも部分的に基づいて、体液の流量を判定することは、推定される流量又は流量の範囲を判定することを含む、請求項１８に記載のコンピュータ実装システム。
26. 無線のフレキシブルなフローセンサアセンブリを用いて頭蓋内圧を測定する方法において、
    前記フローセンサアセンブリの熱アクチュエータを用いて、体液の皮下コンジットに重なる皮膚の表面の一部に熱を加えるステップと、
    前記フローセンサアセンブリの第１の熱センサを用いて、熱アクチュエータの上流を流れる体液の第１の温度を測定するステップと、
    前記フローセンサアセンブリの第２の熱センサを用いて、熱アクチュエータの下流を流れる体液の第２の温度を測定するステップと、
    体液の第１の温度と第２の温度との間の差に基づいて、前記皮下コンジットのセグメントを介する体液に関連する第１の流量を判定するステップと、
    前記第１の流量及び前記皮膚の特性に基づいて、体液に関連する第２の流量を判定するステップと、
    前記判定された第２の流量に基づいて頭蓋内圧を判定するステップと
    を含む、方法。
27. 前記第１の流量が体液の相対的な流量を含み、前記第２の流量が体液の真の流量を含む、請求項２６に記載の方法。
28. 前記皮膚の特性は、熱拡散性、又は皮膚の厚さを含む、
    請求項２６に記載の方法。
29. 皮下コンジットを介して流れる体液中の熱異方性を判定するステップを、更に含む、請求項26に記載の方法。

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