JP6587543B2 - 調節可能なパッシブ流量調整弁 - Google Patents

Description

本発明は、薬物送達（例えば、痛みの管理のための液体または気体の送達）の分野において、または水頭症患者の脳脊髄液（ＣＳＦ）を排出するために使用可能な、調節可能なパッシブ流量調整弁に関する。

パッシブ薬物注入デバイスは、アクティブ薬物注入デバイスとは対照的に、薬物を送達するポンプに依拠するのではなく、加圧薬物リザーバに依拠する。これらのパッシブデバイスの公知の問題として、例えば患者の体であり得る送達位置への薬物の流量は、リザーバ内の圧力がリザーバ内に残る薬物の量によって決まる限り、この量に応じて変化し得るということがある。したがって、そのようなパッシブデバイスは、通常、流体流量調整弁を含んで、リザーバ内に残る薬物の量に対して薬物の流量が確実にできるだけ一定になるようにする。

そのようなパッシブ薬物流量調整弁の例が、本出願人により「Ｃｈｒｏｎｏｆｌｏｗ」という登録名称で入手可能であり、特許文献１に開示されている。米国特許文献１の内容を、本明細書に参照によって組み入れる。このデバイスは、流体リザーバに連結するように適用された流体入口と、患者の体に連結するように適用された流体出口とを含む。デバイスは、周囲連結領域で共にしっかりと連結されて間にキャビティを画成する剛性基板と弾性膜とを含む。このキャビティは流体出口に連結され、膜は流体入口に連結される、キャビティと反対の第１の面を有する。膜は、キャビティと連続した中央貫通孔を有して、流体入口から流体出口までの流体用通路を画成する。膜は可撓性であって、流体が第１の所定の閾値よりも大きい圧力を第１の表面に加える場合に基板に接触することができるようになっている。膜は、その中央貫通孔の領域で基板に接触すると、中央貫通孔を塞いで、流体が中央貫通孔を通って流れないようにする。このデバイスは、膜の中央貫通孔に面した入口と、デバイスの出口に連結された出口とを有する基板にエッチングされた流量調整弁開口チャネルをさらに含む。このチャネルは、螺旋曲線の形状であって、膜に加わる圧力が大きいほど、膜がチャネルをしっかりと閉じて、流体をチャネルに流入させることによりキャビティから流出させる。したがって、膜に加わる圧力が増加すると、流量調整弁チャネル内に位置する流体通路の長さが増加するため、デバイスの流体抵抗も増加する。これにより、流量を、リザーバ圧力に関して所定の範囲内で略一定に維持することができる。

しかしながら、そのようなデバイスの作製は複雑で費用が掛かる。実際に、基板は、特定のパターンに従ってエッチングされなければならず、これは、流量調整を適切に操作するように考慮しなければならない精度レベルに関してかなり細心の注意を要する。したがって、基板の製造が特定の追加ステップを要するだけでなく、これらのステップの実行はさらに細心の注意を要する。デバイスの寸法に応じて、ＳＯＩなどの特定の材料を基板の製造に使用するが、これは依然として非常に費用が掛かる。このデバイスが粒子に敏感であることに注目することも重要である。高圧で膜と基板との接触領域が大きいと、この領域内の粒子が漏れを誘発するため問題となり得る。さらに、このプロセスを通じて製造されたデバイスは、その後、薬物の送達に関する特定の一連のパラメータ、すなわち所定のリザーバ圧力範囲および平均流量に向けて設計される。そのようなデバイスの複雑な流体シミュレーションは、螺旋形状を推定して、チャネル外側の流量制限を考慮に入れる必要があり、設計変更が困難となる。

Ｐａｒｋは、水頭症治療用の別の一定流量マイクロ弁を報告している（非特許文献１）。弁はまた、平坦な基板を覆う隔膜から作られ；チャネルの横断面が圧力上昇に伴って小さくなることにより、準定常流量となる。流れ抵抗が印加圧力に伴って直線状に増加すべきであり、チャネルの横断面の変化が非常に非直線状であるため、完全な定常流量を達成することはできないことを、報告された理論データおよび実験データの両方が示す。この非直線性は、螺旋チャネルを使用しても補償されない。

Ｋａｒｔａｌｏｖは、ニュートン流体のパッシブ流量調整のためのＰＤＭＳベースのデバイスを報告している（非特許文献２）。このデバイスは、重要な死容積を示す３次元構造から作られる。自動調整デバイスは、供給源と排気管との間に主チャネルを含み、押上げ弁と呼ばれる可撓性膜も含むこのチャネルに沿って流体が流れるときに静圧が低下する。静圧は、弁につながる行き止まりの迂回チャネルに沿って一定のままである。押上げ弁は、弁の上方のチャネルスプリットと主チャネルセグメントとの間の静圧低下に等しい有効圧力を受ける。圧力低下が大きくなると、弁膜が上方に変形して主チャネルを収縮させ、印加圧力との流体抵抗を増加させることにより、ニュートン流体の非直線性を生じさせる。そのようなデバイスに行き止まりがあることにより、プライミングが困難になる。弁の下方に閉じ込められた空気は、減衰効果を生じさせる。しかしながら、そのようなデバイスの主な欠点は、流量の精度である。

特許文献２の出願は、基板と弾性膜とを含む弁デバイスを開示している。前記膜は、少なくとも弁領域の周りで基板に接合される。前記弁は、プランジャを膜に押し付けて弁を閉じる圧力デバイスを含む。したがって、前記弁は前記圧力デバイスによって作動され、前記弁を通って流れる流体に応じて自動調整されない。

Ｓａａｓｋｉ他は、特許文献３において、キャビティと貫通孔を有する中央柱とを有する基板にしっかりと取り付けられた膜を有するデバイスを開示している。入口が基板の側面に位置する。特許文献３の内容を、本明細書に参照によって組み入れる。流体は、この入口から、基板柱の貫通孔の後に位置する出口に向かって流れる。柱と反対の膜側はリザーバ圧力を受ける。柱の上部と膜との間の小さい間隙が、大きい流体制限を形成する。リザーバ圧力を上昇させることにより、膜が柱側に偏向し、柱と膜との間の間隙高さを減少させる。デバイスは、リザーバ圧力が上昇するとき、すなわち、柱と膜との間の間隙高さがゼロに等しくなるときに遮断可能な弁とみなすことができる。その場合、膜の両側の圧力は、柱領域の上方を除いて等しい。逆止弁機能、遮断機能、貫通孔および穴開けされない柱のある膜を有するデバイスを含む様々な構成が開示される。したがって、各々の提案について、弁が閉じるまで流量をある程度制御することができるが、いずれの場合にも、間隙高さが変化するときに、その弁の流体抵抗が非直線状であるため、一定の流量を達成することができる。さらに、リザーバ圧力が膜の両側に直接加わるため、どの圧力でも柱と膜との間の小さい間隙を使用する必要がある。そうしないと、デバイスが流れを調整しない。わずか２．５ミクロンの開示された間隙が、この機能の例示である。したがって、デバイスは粒子に対して非常に敏感である。この間隙についての相対的な機械加工公差を達成することも困難である。

特許文献４は、製造がより容易で安価であり、その使用条件に関する限りより柔軟性の高い代わりのパッシブ流体流量調整弁を提案している。特許文献４の内容を、参照によって本明細書に組み入れる。特許文献４は、特に調整弁を含む発明を開示しており、この調整弁は、その膜が少なくとも１つの追加の貫通孔を含み、貫通孔は、キャビティと連続し、第１の所定の閾値よりも大きいが第２の所定の閾値よりも小さい圧力を膜の第１の表面に印加する場合においても、流体が通って流れることができるように配置されることを特徴とする。この調整弁はさらに、略第１の所定の閾値から第２の所定の閾値にわたる範囲において膜の第１の表面に印加される圧力に応じて、流体流量が略直線状、好ましくは一定になるように、膜および追加の貫通孔がさらに配置されることを特徴とする。膜は、キャビティと連続したｎ個の追加の貫通孔を含むことができ、各ｊ番目の追加の貫通孔は、ｊ番目の所定の閾値よりも大きいが（ｊ＋１）番目の所定の閾値よりも小さい圧力を第１の面に印加する場合に、流体が通って流れることができるように配置される。再び、膜およびｎ個の追加の貫通孔は、略第１の所定の閾値から（ｎ＋１）番目の所定の閾値にわたる範囲において第１の面に印加される圧力に応じて、流体流量が略直線状、好ましくは一定になるようにさらに配置される。しかしながら、その製造後、このデバイスを必要に応じて調節して患者の特定の必要に合わせることはできない。したがって、各デバイスは特定の必要に合わせて設計され、必要が変わると、デバイスも変えなければならない。

パッシブ流量調整弁を水頭症の治療に有利に使用することができる。水頭症は通常、脳室または脳を覆うくも膜下腔においてＣＳＦ流出が遮断されることが原因である。水頭症の治療は外科的なものである：この治療は、脳室内カテーテル（例えばシラスティックから作られるチューブ）を脳室に入れて、流れの閉塞／くも膜顆粒の機能不全、および流体を再吸収できる場所から他の体腔への過剰な流体の排出を回避することを含む。ＣＳＦシャントの大半が、ＣＳＦの流量に関係なく一定の頭蓋内圧（ＩＣＰ）を維持するという原理に基づいている。ＣＳＦシャントは、ＣＳＦシャントの入口と出口との差圧が、シャントの開口圧力と呼ばれる所定レベルまで低下するときに、ＣＳＦ流を遮断するように構成されている。

ＩＣＰシャントの例が、Ｈａｋｉｍの特許文献５に示され、これは、患者の体の異なる部分間の流体のドレナージを制御するため、特に脳脊髄液を脳室から血流中に排出するため（いわゆる、脳室−心房切開）に使用される外科用排水弁デバイスである。このシャンティングの原理は理想的な解決法でないことが、臨床経験から証明されている。例えば位置の変化、身体運動、または病的な圧力波を原因とするＩＣＰの急上昇によって、過剰なＣＳＦドレナージが生じる。非特許文献３のいくつかの報告は、このオーバドレナージによる問題に向けられ、特に、脳室の顕著な狭窄が、埋め込まれたシャンティングデバイスの機能不全につながる主要因であるとして指摘されている。その理由は、脳室壁が脳室ＣＳＦシャントデバイスの周りで崩壊するおそれがあり、粒子（細胞、破片等）がシャントデバイスに入るおそれがあるからである。

特許文献６、特許文献７、特許文献８、および特許文献９に記載のデバイスは、ＣＳＦの流れを調整する代わりの方法を示す。特許文献９および特許文献６の内容を、参照によって本明細書に組み入れる。このデバイスにより、広範囲の使用および粒子への高い耐性が可能になる。しかしながら、これらの弁の主な欠点の１つは、調節手段がないことにある。残念ながら、患者の生体の自然的特質に応じて、弁の特徴を各患者に適用させる必要があり、所与の患者について、病気が進む形に応じて、弁の特徴を経時的に修正する必要がある。１つの弁を異なる特徴を有する別の弁に置き換えるには、弁が患者の皮膚下に埋め込まれているため、初期の調節のためであっても病気の進行中であっても、手術を行う必要がある。所与の患者についての正常ＩＣＰは先験的に知られていないため、埋込み後に流量を調節可能な流量調整弁を有することが非常に望ましい。

調節可能な弁が、Ｈａｋｉｍ他の特許文献１０に記載されている。特許文献１０の内容を、参照によって本明細書に組み入れる。しかしながら、隔膜材料の弾性特性のため、埋め込まれた弁の維持が必要となり得る。さらに、埋込み後のこの調節可能な弁の流量調節には、外科的処置が必要となり得る。

Ｗａｔａｎａｂｅの特許文献１１に記載された別の調節可能な弁機構は、２つの平行な流体流路を含み、各流路が流量調整弁と開閉弁とを含む。流路を通って流れる流体は、頭皮を通して開閉弁を触知可能に作動させることにより、手動で制御することができる。Ｗａｔａｎａｂｅのデバイスにより、頭皮を通して、したがって、外科的介入なしで流量を触知可能に制御することができるが、患者および／または医師が弁設定に注意する必要がある。

非特許文献４におけるいくつかの報告は、このオーバドレナージの問題に向けられ、特に脳室の顕著な狭窄が、埋め込まれたシャンティングデバイスの機能不全につながる主要因であるとして指摘されている。その理由は、脳室壁が脳室ＣＳＦシャントデバイスの周りで崩壊するおそれがあり、粒子（細胞、破片等）がシャントデバイスに入るおそれがあるからである。したがって、これらのデバイスは、粒子に対して非常に敏感であり、この間隙についての相対的な機械加工公差を達成することも困難である。いくつかのデバイスは、調節不可能であるか、または容易に調節することができない。

さらに、一般的なパッシブ流量調整弁は、可変流体制限に基づく。通常、流れは層状であり、ポアズイユの法則に従い、粘度に伴って直線状に変化する。水の場合、粘度に対する温度の影響が重要であり、そのようなデバイスは、通常、病院などの制御された環境における埋め込み可能な適用または注入のためのものである。

したがって、これらの弁の主な欠点は、精度の不足、調節可能な手段、粒子に対する感度、使用範囲および／または温度に対する感度にある。

米国特許第６，２０３，５２３号 ＷＯ２００７／００４１０５Ａ１ 米国特許第５，８３９，４６７号 米国特許出願第２０１１／１３２４８０号 米国特許第３，２８８，１４２号 米国特許出願第２０１０／０３２４５０４号 米国特許出願第２０１２／００４８４０３号 米国特許出願第２０１１／０１３２４８０号 米国特許出願第２０１２／０３１６４９２号 米国特許第４，５５１，１２８号 米国特許第４，７８１，６７３号 ＦＲ２７２１５２０

Ｓ． Ｐａｒｋ、Ｗ． Ｈ． Ｋｏ、およびＪ． Ｍ． Ｐｒａｈｌ、「Ａ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆｌｏｗ−ｒａｔｅ ｍｉｃｒｏｖａｌｖｅ ａｃｔｕａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、Ｔｅｃｈ． Ｄｉｇ． １９８８ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓ． Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ（Ｈｉｌｔｏｎ Ｈｅａｄ ’８８）、Ｈｉｌｔｏｎ Ｈｅａｄ Ｉｓｌａｎｄ、ＳＣ、１９８８年６月６日〜９日、１３６〜１３９頁 Ｅ． Ｐ． Ｋａｒｔａｌｏｖ、Ｃ． Ｗａｌｋｅｒ、Ｃ． Ｒ． Ｔａｙｌｏｒ、Ｗ． Ｆ． Ａｎｄｅｒｓｏｎ、およびＡ． Ｓｃｈｅｒｅｒ、「Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ ｖｉａｓ ｅｎａｂｌｅ ｎｅｓｔｅｄ ｂｉｏａｒｒａｙｓ ａｎｄ ａｕｔｏｒｅｇｕｒａｔｏｒｙ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｎ Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄｓ」、Ｐｒｏｃ． Ｎａｔ． Ａｃａｄ． Ｓｅｔ． １０３、２００６年、１２２８０〜１２２８４頁 Ａｓｃｈｏｆｆ他、１９９５年 Ａｓｃｈｏｆｆ Ａ他、Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｈｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒａｄｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｈｅａｌｔｈ − Ｆｏｏｄ ａｎｄ Ｄｒｕｇ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ、Ｂｅｔｈｅｓｄａ、Ｍａｒｙｌａｎｄ、１９９９年１月８日

前述を考慮して、本発明の主な目的は、所定の流量を良好に管理可能な新規の改良された圧力調整弁を提供することである。本発明は、精度、使用範囲、治療中の適用性を向上させるとともに、粒子に対する感度を低下させる。一部の実施形態は、温度に対する感度を低下させることができる。

本発明を独立請求項において説明するとともに特徴付け、従属請求項は本発明の他の特徴を説明する。

本発明は、例えば埋込み後の治療中に調節可能であり、および／または温度に応じて自動調節可能であるパッシブ流量調整弁を開示する。流体流量調整の原理は、参照によって本明細書に内容を組み入れる特許文献８および特許文献９に記載された基板に接触する膜の弾性歪みに基づく。これらのパッシブ型流量調整弁は、流体リザーバに連結され得る流体入口と、送達位置に連結され得る流体出口とを含む。

前記調整弁は、所定の連結領域で共にしっかりと連結されて間にキャビティを画成する基板と膜とを含む。キャビティ深さが、膜の下面と基板の上面とにより限定される。言い換えると、キャビティ深さは、前記膜と前記基板との間の間隙である。

前記キャビティは、前記流体出口および前記流体入口に連結される。さらに、前記基板および／または前記膜は、前記キャビティと連続した貫通孔を有して、前記流体入口から前記流体出口まで流体の通路を画成する。

限定されないが明確にするために、キャビティに面した膜面を下面と呼び、膜の反対側の面を上面と呼ぶ。前記下面が基板に接触するように、前記膜または前記膜の少なくとも一部は可撓性である。さらに、流体は、膜の上面に圧力を及ぼして、膜が流体圧力に応じて曲がるようにする。前記膜により、流体圧力に応じて流れをパッシブに調整することができる。「パッシブに調整する」とは、物理的な作動部を用いることなく流れを調整することを意味する。

上面に加わる圧力が所定の閾値よりも大きいとき、可撓性膜は、前記基板の少なくとも一部に接触することができる。前記基板および／または前記膜の一部は、これにより弁を画成する前記貫通孔を含むことができ、弁は、流体抵抗を増加させることができ、流体が前記貫通孔を通って流れないようにすることができる。

基板が可撓性部分と剛性部分とを含むことが有利である。言い換えると、前記基板は、可撓性部分によって囲まれた剛性部分（メサとも呼ばれる）から作られ；前記可撓性部分により、剛性部分が動いてキャビティ深さを増減することができる。

一実施形態では、前記剛性部分を、調節手段、例えば、予圧ばね、プランジャおよび／またはねじによって押し引きすることができる。前記調節手段を、例えば磁気ロータを用いて、接触せずに調節することができ、予圧の増加（減少）によって前記弁の開口を増加（減少）させ、したがって流量を減少（増加）させる。

別の実施形態では、温度の上昇により基板に対する圧縮力を生じさせ、膜と前記基板との間の間隙を減少させるように、高い熱膨張率（ＣＴＥ）を有するポリマーロッドが基板に取り付けられる。そして／または、温度の低下によってキャビティ深さを増加させることができる。したがって、システムの弁は所与のリザーバ圧力についての流体抵抗を有し、温度が上昇すると、デバイスが液体の動粘度の低下を補償することができる。他の構成では、ロッドをモーフシステムに置き換えてもよい。

したがって、この流量調整弁は、流量を管理するための２つの別個の手段を含む。第１の手段は、例えば上面に加わる圧力に応じて前記基板の少なくとも一部に接触し得る可撓性膜である。前記第１の手段はパッシブ手段である。そして、第２の手段は、例えば外部作用を通じて調節され、またはいくつかの外部条件の変化に従って自動調節され得る調節手段によって、キャビティ深さを増減する。前記調節手段はアクティブ手段である。これらの両手段の目的は、外因性の変数の影響によって生じる衝撃を最小限にしつつ流量の精度を向上させること、および／または病気の異なる段階に合わせて治療を調節すること、および／または患者の生体の自然的特質に応じて、治療またはデバイスを各患者に適用させることである。

本発明は、以下の図に示す非限定的な例を含む、以下の詳細な説明に照らしてよりよく理解されるだろう。

穴開き膜と剛性部分および可撓性部分を有する基板とを含むパッシブ流量調整弁を示す図である。 柱を含む図１ａと同一の実施形態を示す図である。 メサに接着された剛性ボールを有する穴開き膜を含み、力が片持ちばね（ブレード）によって加えられる、調節可能なパッシブ流量調整弁を示す図である。 磁気要素を含む調節手段を有する、図２ａと同一の実施形態を示す図である。 ブレードに固定された円形要素と調節用ねじとを含む、図２ａと同一の実施形態を示す図である。 高い熱膨張率を有するポリマーロッドを含む実施形態を示す図である。 別の調節手段に連結された、図３ａと同一の実施形態を示す図である。 別の調節手段に連結された、図３ａと同一の実施形態を示す図である。 別の調節手段に連結された、図３ａと同一の実施形態を示す図である。 流量調整弁のいくつかのキャビティ高さ（間隙）に対する流量を示す図である。 間隙に対する１０〜４０ミリバールの平均流量を示す図である。 １０℃〜３０℃の水の動粘度を示す図である。 温度補償のないパッシブ流量調整弁の流量を示す図である。 圧力により自動調整され、温度に合わせて自動調節されるパッシブ調整弁の流量を示す図である。 接着剤を注入するための２つの孔を有するハウジングを示す図である。 別の可能な実施形態を示す図である。 調節手段が圧電素子である別の可能な実施形態を示す図である。 ハウジング内に調整弁を含む可能な実施形態を示す図である。 図１２の詳細なイメージを示す図である。

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、「頂部」、「底部」、「左」、「右」、「上部」、「下部」などの本明細書で言及される方向、およびその他の方向または方位は、図面を参照して明確にするために本明細書に記載されており、実際のデバイスまたはシステムを限定するものではない。本明細書に記載のデバイスおよびシステムを、いくつかの方向および方位で使用することができる。

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、「または」という用語は、特に明示のない限り、一般に「および／または」を含む意味で使用される。

本明細書で使用されるように、「有する（ｈａｖｅ）、（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）、（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）、（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などは、オープンエンドな意味で用いられ、一般に「含むが、これに限定されない」を意味する。

本発明を独立請求項において説明するとともに特徴付け、従属請求項は本発明の他の特徴を説明する。

一実施形態によれば、限定されないが、図１は膜（１）が上にしっかりと固定された基板（２）を含む流量調整弁を示す。前記調整弁は、前記基板（２）と前記膜（１）との間に位置するキャビティ（１０）をさらに含む。前記基板（２）と前記膜（１）との距離は、以下で間隙Ｇと呼ばれるキャビティの深さに対応する。前記基板（２）および／または前記膜（１）は、少なくとも１つの入口孔（３）および１つの出口孔（４）である貫通孔を有する。前記孔により、流体が前記調整弁を通って流れることができる。入口孔（３）および出口孔（４）は、前記キャビティ（１０）に直接、流体連通する。

参照によって組み入れる特許文献８および特許文献９に開示されたパッシブ流量調整弁の同一の原理によれば、前記膜（１）は、キャビティ（１０）に面した下面（１１）と、流体の圧力（Ｐとも呼ぶ）が加わる上面（１２）とを含む。前記膜（１）は、流体の圧力に応じて前記膜（１）が前記基板（２）に接触するように可撓性である。前記接触は全体的または部分的なものであってよく、この接触の主な目的は、前記流体の圧力が上昇しても流れを制御できるように、流体抵抗を増加させることである。流体の圧力が上昇すると、膜（１）が基板（２）に接触（少なくとも部分的に）するまでキャビティの深さ（間隙Ｇ）が減少するため、前記流体の流れを妨げるための流体抵抗が増加する。

調整弁は、いくつかの入口孔（３）を含むことができる。少なくとも第１の所定の閾値から少なくとも第２の所定の閾値にわたる流体圧力の範囲内で、流体圧力に応じて流体流量がパッシブに調整されるように、孔の位置および寸法が配置される。

図１ａは、柱のない実施形態を示す。図１ｂは、少なくとも１つの柱を含む別の実施形態を示す。前記柱を入口孔に心合わせすることができ、膜および／または剛性部分に位置させることができる。基板または膜の頂部もしくは底部もしくは側部に、出口を位置させることができる。入口および出口が同一の側にあってもよい。

基板（２）が、可撓性部分（５）によって囲まれた剛性部分（６）を含むと有利である。可撓性部分（５）により、前記剛性部分（６）は、下方および／または上方に動くことができる。言い換えると、剛性部分（６）は、間隙Ｇを減少または増加させるように膜（１）の方へ、または膜（１）から離れて動くことができる。前記剛性部分は、前記膜に接触することができる。

一実施形態では、調整弁が、前記剛性部分を動かし、および／または所与の位置で少なくとも一時的に維持するように設計された調節手段をさらに含む。前記調節手段は、図２ａ〜図２ｃおよび図３ａ〜図３ｄに示される。言い換えると、調節手段により、基板の剛性部分に力Ｆを加えて、キャビティの間隙Ｇを調節することができる。

前記調節手段によって間隙Ｇを調節可能であり、図４のグラフは流量に対する間隙の影響を示す。したがって、間隙の公称値前後の数ミクロンの変化が流量平坦域の偏りを生じさせ、調整の圧力範囲がわずかに変わる。図５は、間隙に応じた、１０〜４０ミリバールの調整範囲における平均流量値を示す。この曲線の直線性により、流量の調節にばねを使用することが可能になる。数ミクロンのみの変位を達成するために、剛性部分に加わる力を制御し、その変位を制御しないことがより適切である。

一実施形態では、膜が基板よりもはるかに可撓性が高い。基板との接触後に膜によって伝わる圧力は、基板の復元力と比べてわずかなものでなければならない。

図２および図３の実施形態の主な違いは、調節手段に関する。図２の調節手段は、手動または自動で作動させることのできる機械的要素を含む。前記機械的要素は、電子コントローラにより、または手動もしくは自動で制御することができる。図３の調節手段は、温度に応じて剛性部分を動かすように高い熱膨張係数を有する膨張要素（例えば、限定されないがポリマーロッド）を含む。前記膨張要素は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アセタール、アクリルアルミナ、アルミニウム、アンチモン、ヒ素、バリウム、バリウムフェライト、ベンゾシクロブテン、ベリリウム、ビスマス、真鍮、れんが積み、青銅、カドミウム、カルシウム、ねずみ鋳鉄、酢酸セルロース（ＣＡ）、酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）、硝酸セルロース（ＣＮ）、セメント、セリウム、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、クロム、粘土タイル構造、コバルト、コンクリート、コンスタンタン、銅、コランダム、キュプロニッケル３０％、ダイヤモンド、ジュラルミン、ジスプロシウム、エボナイト、エポキシ、エルビウム、エチレンエチルアクリレート（ＥＥＡ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ユーロピウム、フルオロエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ガドリニウム、ゲルマニウム、ガラス、パイレックス（登録商標）、金、花崗岩、砲金、ハフニウム、硬質合金Ｋ２０、ハステロイＣ、ホルミウム、インコネル、インジウム、インバール、イリジウム、鉄、カプトン、ランタン、鉛、石灰岩、リチウム、ルテチウム、マコール、マグネシウム、マンガン、大理石、石積み、水銀、マイカ、モリブデン、モネル、モルタル、ネオジウム、ニッケル、ニオブ、ナイロン、オーク材、オスミウム、パラジウム、充填材を含まないフェノール樹脂、リン青銅、石膏、プラスチック、白金、プルトニウム、ポリアロマ、ポリアミド（ＰＡ）、ポリブチレン（ＰＢ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＯ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、磁器、カリウム、プラセオジム、プロメチウム、石英、レニウム、ロジウム、ゴム、ルテニウム、サマリウム、砂岩、サファイア、スカンジウム、セレン、シリコン、炭化ケイ素、銀、Ｓｉｔａｌｌ、スレート、ナトリウム、ステアタイト、鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライトステンレス鋼（４１０）、ストロンチウム、タンタル、テルル、テルビウム、ターン、タリウム、トリウム、ツリウム、スズ、チタン、タングステン、ウラン、バナジウム、ビニルエステル、木材、イッテルビウム、イットリウム、亜鉛および／またはジルコニウムであってよい。

図３ｂ〜図３ｄに示す実施形態は、調節手段の機械的要素と前記膨張要素との両方を含む。一実施形態では、前記調節手段はプログラム可能であってよく、および／または前記膨張要素を含むことができる。

一実施形態では、前記調節手段が、ばね、例えば、図２ａに示すように剛性部分（６）に接着された硬質ボール（１３）に対して圧縮する可撓性ブレード（１４）、または図２ｃに示すように可撓性ブレード（１４）に固定され、剛性部分（６）に接触する円形要素（１５）によって力Ｆを及ぼすことができる。ボール（１３）または円形要素（１５）は、偶力を伝えないことによって、基板の曲げを防止する。

図２ｂ、図２ｃ、図３ｂ、図３ｃ、および図３ｄに示すように、剛性部分（６）に直接接触する、または接触しない楕円形カム（１７）またはねじ（１６）の回転によって、力Ｆを調節することができる。前記調節手段を、調整弁のハウジング（２’）に固定してもよい。

図２ｂでは、流量調整弁が患者の皮膚（１８）の下に埋め込まれ、調節手段は、磁気ツール（２０）によって流れを調節可能な磁気要素（１９）を含むことができる。特許文献１２に開示されたシステムロックを用いる一実施形態において、２つの軸方向に対向する磁石（１９）を含むロータ（１６）が、その回転軸の周りを回転することができる。特許文献１２の内容を、参照によって本明細書に組み入れる。磁気ツール（２０）は、同一の軸に沿って摺動可能な２つの磁石を含む。前記磁石は、２つの位置（ロッキングおよびロッキング解除）を有し、埋め込まれたデバイスの前に配置される。患者が磁気ツール（２０）によってロータ（１６）の磁石の位置を手動で変化させることができるように、磁気ツール（２０）の磁石とロータ（１６）の磁石（１９）とを連結してもよい。したがって、ロータ（１６）の回転がブレードの力を修正する。磁石は、ロータの中心に対して半径方向に対向する。ロータ（１６）の磁石（１９）は、同一の磁化方位および方向を有する硬質の磁気材料から作られる。磁石（１９）はロータ（１６）の半径方向軸に沿って摺動することができる。磁石に接触するばね要素により、磁石（１９）が最初に確実にロック位置に入り、ロータ（１６）の望ましくない回転を防止する。両方の磁石（１９）が所与の位置にロックされるので、外部磁場を加えることにより、１つの磁石のみをロック解除することができる。

図示しない別の実施形態では、調節手段が、可撓性ブレード（１４）を剛性部分（６）に接着することによって、およびばねをこの可撓性ブレード（１４）に取り付けることによって作ることのできるプッシュプルシステムであってよい。曲げによる基板の閉鎖は、メサに取り付けられたブレードの可撓性によって防止される。ばねおよび可撓性ブレードは、単一の予備成形ブレードであってよい。

図３に示す他の実施形態では、調整弁が、温度に応じて剛性部分（６）を動かすように、高い熱膨張係数を有する膨張要素（２１）を含む調節手段を含む。前記膨張要素（２１）は、ポリマーロッドまたはプラスチックロッドまたはその他のものであってよい。温度を上昇させるときに膨張する前記要素により、可変力が確保される。前記膨張要素は、温度が変化するときに、流体の粘度変化を補償することができる。したがって、システムの弁は、所与のリザーバ圧力についての流体抵抗を有することができ、温度が上昇すると、デバイスは液体の動粘度の低下を補償することができる。一実施形態では、膨張要素（２１）が、流体に少なくとも部分的に浸漬されるように配置される。

したがって、本実施形態の原理は、３つの異なる現象の「直線性」に基づく：
１．図１に示すように、（例えば）１０℃〜３０℃の温度に応じた水の粘度、
２．圧力の所与の範囲についての、膜と基板との間の間隙に応じた平均調整流量、
３．温度に応じたプラスチック材料の線膨張

図６のグラフは、水の動粘度を示し、図７のグラフは、温度の補償のないパッシブ流量調整弁による流量調整を示す。

粘度に対する熱影響のパッシブ補償を含む、同一のデバイスによる流量調整が、図８のグラフに示される。したがって、結果は決定的なものであり、膨張要素によって、温度に伴う流体粘度の変化を補償することができる。本明細書は、調整弁を通って流れる流体が水である試験について記載している。しかしながら、他の液体についても同一の原理であり、膨張要素がそれ自体の粘度特徴を補償するように適用される。気体の場合、特定の質量流量が必要な場合に、密度の変化を考慮に入れる必要がある。

例えば、限定されないが、間隙が１０℃で２４μｍに設定される。温度の影響により、ロッドの長さが増加し、間隙が１０℃について２μｍ減少する。ロッドは、長さ１．２ｍｍ、直径５ｍｍのポリエチレン部分を含む。２×１０^−４℃^−１（２Ｅ−４℃^−１）のＣＴＥを有する膨張要素（２１）の使用は、限定されたロッド寸法について基板偏向を得ることに特に関連する。２０℃の範囲で、ロッドの合計伸長は最大２０ミクロンになり得る。長さ６ｍｍ、直径５ｍｍを有するポリエチレンのロッドは、０．５Ｎ／μｍの復元力を有する基板について、１℃当たり約１μｍの基板変位を得るのに適している。基板に接触する膜によって伝わる圧力は、２００ミリバールの一般的な圧力について、熱膨張による力よりも少なくとも２桁小さい。

図９は、組立中に基板（２）の剛性部分（６）に応力を発生させることなく、膨張要素（２１）をハウジング（２’）に固定するための接着剤（２４）を注入可能な少なくとも１つの孔（２２）を有するハウジング（２’）を示す。

例えば、膨張要素（２１）は組立てに使用するクリップを有すると理想的である。デバイスの頂部および底部の熱溶接後、膨張要素（２１）のクリップを外し、ばね（２３）によって、確実に膨張要素（２１）が剛性部分（６）に十分に接触する。その後、接着剤（２４）をハウジング（２’）の底部または側部に位置する孔（２２）に導入する。この接着剤（２４）は、穴開きロッドと共にアンカを作り、重合プロセス中の接着剤の収縮による垂直変位を防止する。確実に膨張要素（２１）が常に圧縮状態にあるようにするため、重合は、調整弁の適用温度であり得る所与の温度で行われることが好ましい。この構成は、傾斜防止ボールの使用に適合する。

他の場合には、可撓性ブレードを基板（２）に接着することにより、デバイスを「プッシュプル」モードで使用してもよく、前記可撓性ブレードはＰＥロッドに成形される。この場合、ばねは必要ない。

調整弁を、患者に埋め込むことができ、または例えば灌流の流量を制御するために患者の外側で使用することができる。調整弁は、ハウジング内に配置され得る。調整弁を外側で使用するとき、調節手段として使用される膨張要素は、特に興味深い。したがって、流体の温度が変化すると、調整弁は、温度が変化したときに膨張要素が流体の粘度の変化を補償することができるように、基板の剛性部分の位置を調節することができる。

図１０に示す一実施形態では、前記調整弁は、基板（２）の少なくとも一部とハウジング（２６）の下部との間にキャビティ（２５）を含む。前記キャビティ（２５）は、第１の圧力と第２の圧力との間で流体を内部に維持するための手段を含むことができる。例えば、前記キャビティ（２５）を、流体（フロンなど）によって、または機械的手段（例えば、流体ポンプ）またはその他の手段（例えば、流体を膨張させるように流体を加熱するヒータ手段）によって加圧することができる。

他の実施形態では、剛性部分の変位を制御せずに防止するように、前記キャビティ（２５）を通気してもよい。したがって、ハウジングおよび／または調整弁は通気孔を含むことができる。

このキャビティ（２５）内の流体の圧力を制御および／または監視することができる。

図１１に示す一実施形態では、調節手段が電子手段により制御される。例えば、調節手段は、コントローラ（２９）によって加えられる張力に応じて基板（２）の剛性部分（６）を動かす圧電素子（２８）であってよい。したがって、リザーバ（３０）に含まれる流体は、ハウジングの上部（２７）の入口を通って流れた後、調整弁を通って流れ、出口（４）に到達する。前記流体は、調整弁の上流の流体の圧力に応じて膜を偏向させるように、調整弁の膜に力を加える。したがって、流体の流れは自動調整される。さらに、調節手段は、流れを調節するように、基板の剛性部分に力を加えることができる。したがって、流体の流れはまた、正確に調節される。

１つの可能な実施形態において、図１２は、上部（２７）と下部（２６）とを含むハウジング内の調整弁（３１）を開示する。本実施形態では、上部が入口（３）と出口（４）とを含む。最適な封止を得るように、かつ調整弁の上流の出口と入口との間の流体交換を防止するように、調整弁（３１）とハウジングとの間の出口通路にＯリング（９）が配置される。別のＯリング（８）がハウジングの下部（２６）と調整弁（３１）との間に配置されて、調整弁（３１）を通って流れる流体が、基板の下面とハウジングの下部との間のキャビティ内で調整弁の下を通過しないようにする。

図１３は、図１２の中央の拡大イメージである。基板の剛性部分（６）および／または膨張要素（２１）は、前記両要素の間にキャビティを含むことができる。このキャビティ内に１滴の接着剤を配置して、剛性部分（６）を膨張要素（２１）に固定することができる。このキャビティにより、接着剤はこのキャビティ内に残り、前記両要素の周りを流れることができない。支持部（３２）を膨張要素（２１）に固定することができ、この支持部の目的の１つは、剛性部分（６）の位置を調節することである。前記支持部をハウジングの下部（２６）に固定してもよい。

組立プロセスは、以下の工程を含むことができる。
− 前記調整弁の１つ、ハウジングの下部、および調節要素を設ける、
− 調節要素をハウジングの下部に配置する、
− 調整弁を調節要素に配置し固定する。
前記工程を連続して行ってもよい。

調節要素が膨張要素である場合、例えば２０℃の決められた温度または定格動作温度で組立てを行うことができる。

支持部（３２）を使用して、ハウジングの下部（２６）への調節要素の位置決めを調節することができる。調整弁をハウジングの下部に配置する前または後に前記調節を行うことができる。前記調節後、前記支持部をハウジングの下部に固定してもよく、または第２の調節要素として使用してもよい。前記支持部は、ねじ、ロッドなどであってよい。

ハウジングの上部（２７）または調整弁は、膜の偏向を制限するように、機械的止め具手段を含むことができる。前記機械的止め具手段は膜に配置され、膜の上面を、前記機械的止め具手段に接触するように設計することができる。前記膜および／または前記機械的止め具手段は、接着防止層を含むことができる。前記機械的止め具手段は、柱またはその他の要素であってよい。前記機械的止め具手段を：
− 流体が膜の少なくとも１つの孔を通って流れることができるように、および／または
− 基板の剛性部分が所定の位置にあるときに流れを止めるように、
設計および／または配置することができる。

プライミング方法は以下の工程を含むことができる：
− 前記調整弁の１つを設ける、
− 出口通路によって流体を導入する、
− 流体を流して、入力に到達する。

前記プライミングプロセス中、調整弁および／またはハウジングの上部が機械的止め具手段を含む場合、膜は前記機械的止め具手段に接触するまで偏向することができる。したがって、膜に損傷を与えることなく、決定された流量および／または決定された圧力で流体を導入することができる。

基板の剛性部分および／または膜の可撓性部分は略円形であってよい。前記剛性部分の直径は、膜の前記可撓性部分の直径と等しくても、それより小さくても大きくてもよい。前記直径は、０ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜２０ｍｍであってよい。基板の剛性部分は、略円形であり得る基板の可撓性部分によって囲まれる。したがって、前記可撓性部分は、リングを形成する。前記リングの内径は、前記剛性部分の直径と等しくてもよく、前記リングの外径は、膜の前記可撓性部分の直径と等しくても、それより小さくても大きくてもよい。前記リングの前記外径は、０．１〜１０００ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜３０ｍｍであってよい。

製造プロセスは以下の工程を含む：
− 上面および下面を含む第１のウェーハを設ける、
− 前記面の少なくとも１つにマスクを蒸着させる、
− 異方性エッチングを使用して、第１のウェーハを通る少なくとも１つの孔をパターン形成する、
− 上面および下面を含む第２のウェーハを設ける、
− 前記面の少なくとも１つにマスクを蒸着させる、
− 第２のウェーハの下面への異方性エッチングを使用して、可撓性部分をパターン形成する、
− 第１のウェーハの下面の一部および／または第２のウェーハの上面の一部に接着防止層を蒸着させる、
− 第１のウェーハの下面の一部および／または第２のウェーハの上面の一部にパリレンなどの接着層を蒸着させる、
− 第１の構造化ウェーハを第２の構造化ウェーハに配置する。

工程１〜３および／または４〜６を連続して行ってもよい。第１のウェーハおよび／または第２のウェーハを、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）から作ることができ、少なくとも１つのエッチングを絶縁層まで行うことができる。

さらに、製造プロセスは、少なくとも１つの追加の工程を含むことができる：
− 異方性エッチングを使用して、出口をパターン形成する、
− 第２のウェーハの上面への異方性エッチングを使用して、少なくとも１つの柱をパターン形成する、
− 異方性エッチングを使用して、第１のウェーハの可撓性部分をパターン形成する、
− 等方性エッチングを使用して、ウェーハのマスクを除去する、
− 等方性エッチングを使用して、ＳＯＩウェーハのインシュレータを除去する、
− エッチングを使用して、接着層を選択的に除去する、
− 等方性エッチングを使用して、前記ウェーハを洗浄する。

１ 可撓性膜
１’ 可撓性膜
２ 基板
２’ ハウジング
３ 入口
４ 出口
５ 可撓性部分
６ 剛性部分
７ 入口のＯリング
８ 調整弁のＯリング
９ 出口のＯリング
１０ キャビティ
１１ 膜の下面
１２ 膜の上面
１３ 硬質ボール
１４ 可撓性ブレード
１５ 円形要素
１６ ねじ
１７ 楕円形カム
１８ 皮膚
１９ 磁石要素
２０ 磁気ツール
２１ 膨張要素
２２ 孔
２３ ばね
２４ 接着剤
２５ キャビティ
２６ ハウジングの下部
２７ ハウジングの上部
２８ 圧電素子
２９ コントローラ
３０ リザーバ
３１ 調整弁
３２ 支持部

Claims (15)

1. 流体の流れを調節するための流量調整弁であって、膜（１）が上にしっかりと固定された基板（２）と、前記基板（２）と前記膜（１）との間のキャビティ（１０）と、前記膜（１）および／または前記基板（２）を貫通し、前記キャビティ（１０）に直接連通する少なくとも１つの入口孔（３）および１つの出口孔（４）とを含み；ここで、前記膜（１）は、キャビティ（１０）に面した下面（１１）と、流体の圧力が加わる上面（１２）とを含み、前記膜（１）は、流体の圧力に応じて前記膜（１）が前記基板（２）に接触するように可撓性であり；前記基板（２）は、剛性部分（６）が下方および／または上方に動くことができるように適合された可撓性部分（５）によって囲まれた剛性部分（６）を含む、前記調整弁。
2. 前記剛性部分（６）を動かし、および／または所与の位置で少なくとも一時的に維持するように設計された調節手段をさらに含む、請求項１に記載の調整弁。
3. 少なくとも１つの入口孔（３）は前記剛性部分（６）と心合わせされる、請求項１に記載の調整弁。
4. 前記調節手段は、手動または自動または電子的に作動される、請求項２に記載の調整弁。
5. 前記調節手段は、温度に応じて剛性部分（６）を動かすように高い熱膨張係数を有する膨張要素（２１）をさらに含む、請求項２または４に記載の調整弁。
6. 前記膨張要素（２１）は、温度に応じて流れを補償するように設計される、請求項５に記載の調整弁。
7. 前記膨張要素（２１）は、温度の変化とは独立に流れを維持するように設計される、請求項５に記載の調整弁。
8. 前記膨張要素（２１）は、温度に応じて流れを調節するように設計される、請求項５に
   記載の調整弁。
9. 前記調節手段の作動はプログラム可能である、請求項２、４および５のいずれか１項に記載の調整弁。
10. 前記キャビティ（１０）内に少なくとも１つの柱を含み、柱の高さがキャビティ（１０）の深さよりも小さい、請求項１〜９のいずれか１項に記載の調整弁。
11. 少なくとも１つの柱は、弁を形成するように入口孔に心合わせされる、請求項１０に記載の調整弁。
12. 少なくとも１つの柱は、前記少なくとも１つの柱と心合わせされた前記入口孔（３）の幅よりも大きい幅を有する、請求項１１に記載の調整弁。
13. 前記調節手段は、可撓性ブレード（１４）および／またはねじ（１６）および／または楕円形カム（１７）および／または磁気要素（１９）を含む、請求項２、４、５および９のいずれか１項に記載の調整弁。
14. 前記調節手段は、剛性部分（６）の曲げを防止するように円形または半円形の要素を含む、請求項２、４、５、９および１３のいずれか１項に記載の調整弁。
15. ハウジング（２’）は前記調節手段を固定して維持する、請求項２、４、５、９、１３および１４のいずれか１項に記載の調整弁。

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