可植入的流体分配装置和流体输送方法.pdf

描述了一种可植入的流体分配装置(32；132；300)。该装置包括第一入口(40；310)，其用于在压力下从远程泵(30；130)接收流体。也设置多个出口(50；312)，每个出口可连接到流体输送导管(36)上。阀机构(42；150；170；190；200)被布置成控制流体从所述第一入口到所述多个出口的流动。还描述了包括流体分配装置、可植入的泵(30；130)和多个药物输送导管(36)的设备。该流体分配装置(32；132；300)可被用来将药物输送到体内的多个区域，公开了将药物顺序输送到大脑内的不同部位。

1.  一种可植入的流体分配装置，其包括:
第一入口，其用于在压力下从远程泵接收流体；
多个出口，每个出口可连接到流体输送导管上；以及
阀机构，其用于控制流体从所述第一入口到所述多个出口的流动。

2.  根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀机构控制流过其的流体的流量和压力中的至少一个。

3.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述阀机构提供关闭状态，在所述关闭状态中，流体不能从所述第一出口流到所述多个出口中的任意出口。

4.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括两个或者多个相互排他的出口组，每个出口组包括所述多个出口中的至少一个，其中，所述阀机构允许流体在单个瞬时从所述第一入口流到仅一个出口组。

5.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括控制器，用于控制所述阀机构的操作。

6.  根据权利要求5所述的装置，包括两个或者多个相互排他的出口组，每个出口组包括所述多个出口中的至少一个，其中，所述控制器被布置操作所述阀机构，使得流体从所述第一入口顺序流到每个出口组。

7.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括至少一个传感器，用于感测流体压力和流体流量中的至少一个。

8.  根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述至少一个传感器位于所述阀机构内。

9.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括至少一个附加入口，其中，所述阀机构还控制流体从所述至少一个附加入口到所述多个出口的流动。

10.  根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述阀机构包括混合室，用于从所述第一入口和所述至少一个附加入口接收流体。

11.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括至少三个出口。

12.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括至少四个出口。

13.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述阀机构包括腔室，所述腔室与所述第一入口流体连通并具有多个出口开孔，其中，通过一个出口开孔流出所述腔室的任何流体被路由到所述多个出口中的一个。

14.  根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述阀机构包括与每个出口开孔相关联的可动插头，每个可动插头的运动控制通过所述相关联的开孔的流体流动。

15.  根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述阀机构包括多个电动致动器，每个电动致动器被布置成使至少一个所述可动插头运动。

16.  根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述阀机构包括单个可动构件，所述单个可动构件可将所述多个可动插头的每个推压成与其相关联的开孔接触。

17.  根据权利要求1-12中任一项所述的装置，其特征在于，所述阀机构包括内部构件，所述内部构件基基本上保持在外部构件中或可相对于所述外部构件运动。

18.  根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述内部构件限定有与所述第一入口流体连通的腔，所述外部构件包括多个输出端口，每个输出端口与所述出口中的一个流体连通，其中，所述内部构件具有形成在其中的至少一个开孔，所述内部构件相对于所述外部构件的运动允许流体从所述第一入口通过所述可动构件的所述至少一个开孔选择性地路由到所述多个出口中的任一个或者多个。

19.  根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述内部构件可相对于所述外部构件轴向平移和/或旋转。

20.  根据权利要求1-12中任一项所述的装置，其特征在于，所述阀机构包括:第一段可弹性变形的管，其用于从所述第一入口接收流体；以及一段或者多段附加的可弹性变形的管，其用于将流体输送到所述多个出口，其中，所述阀机构包括单个流量控制构件，所述单个流量控制构件可被选择性地推压在所述一段或者多段附加的可弹性变形的管的每个上由此控制通过其的流体流动。

21.  根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述阀机构包括电动致动器，用于使所述流量控制构件运动。

22.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括一体的电源。

23.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一入口和所述多个出口的每个包括用于与管连接的连接器。

24.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述阀机构的基本上全部流体接触表面由不会显著减小病毒活性的材料制成。

25.  根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述流体接触表面由聚丙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)、氟化乙丙烯(FEP)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚氨酯、玻璃和陶瓷中的至少一个形成。

26.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置被构造成皮下安装。

27.  根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述装置被构造成至少部分安装在形成于颅骨中的凹槽中。

28.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括基本上为圆柱形的外壳。

29.  一种药物输送设备，其包括根据前述权利要求中任一项所述的可植入的流体分配装置和至少一个泵组件，其中，设置柔性管以将流体从所述至少一个泵组件运送到所述流体分配装置。

30.  根据权利要求29所述的设备，其特征在于，设置单个控制器，以控制所述泵和所述流体分配装置的操作。

31.  一种药物输送设备，其包括根据权利要求1-28中任一项所述的可植入的流体分配装置和多个流体输送导管，其中，所述流体分配装置的每个出口连接到流体输送导管上。

32.  根据权利要求31所述的设备，其特征在于，每个出口通过一段柔性管连接到流体输送导管上。

33.  根据权利要求29-32中任一项所述的设备，包括:
一个或者多个传感器，用于感测在所述设备内的一个或者多个位置处的流体压力；以及
控制器，用于控制所述流体分配装置的阀机构的操作，
其中，所述控制器被布置成确保所述设备内的流体压力不会超过预定值。

34.  一种外科手术方法，包括植入根据权利要求1-28中任一项所述的装置和根据权利要求29-33中任一项所述的设备的步骤。

35.  一种用于将药物输送到大脑的方法，包括如下步骤:(a)获取其中植入了多个导管的目标大脑；以及(b)将流体顺序输送到两个或者多个相互排他的导管组。

36.  根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括将多个导管植入到目标大脑。

37.  根据权利要求36所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括将所述多个导管植入到允许药物输送到整个大脑的部位。

38.  根据权利要求35-37中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)包括确定输送到每个导管的流体的量。

39.  根据权利要求35-38中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)包括选择输送到每个导管的流体的量。

40.  根据权利要求35-39中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)被重复多次，由每个导管输送的流体的相对量在至少两个继发的所述步骤的重复之间被改变。

41.  根据权利要求35-40中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)包括输送药物的步骤。

42.  根据权利要求35-41中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)包括通过对流增强的输送方式输送流体。

可植入的流体分配装置和流体输送方法
技术领域
本发明涉及用于将流体例如药物输送到人体或者动物体的不同部位的可植入的装置。具体而言，本发明涉及一种用于与相关联的药物输送泵结合使用的可植入的药物分配装置以及将药物输送到脑部的方法。
背景技术
已知各种可植入的药物输送系统，其通常包括:药物泵组件，所述组件可以植入腹部中；以及一个或多个柔性导管，其使药物从泵路由到所需的解剖学部位。药物存储器可一体地结合于泵组件内或者可以远离泵设置。通常，药物存储器或者泵被设计用于邻近患者皮肤植入，从而其可以被经皮再填充。美国专利US3951147、US4013074和US4692147中描述了已知的药物输送泵的例子。
尽管对于某些医疗情况的治疗而言，使药物路由到一个解剖学部位是足够的，但是，通常需要将药物输送到体内多个解剖学部位。例如，美国专利US5752930描述了一种药物输送装置，其包括导管，该导管具有多个流体出口。同样，美国专利申请US2004/0220545描述了分支的和/或多腔的导管的使用，所述导管使得药物从泵组件路由到脊柱的不同部位。尽管分支导管和/或多开孔的导管的使用允许药物输送到体内不同部位，但是，来自导管的不同出口的药物的相对流动可能是不可预知的。特别的是，导管出口可被阻塞或者堵住，这可导致药物减小流动或者不流动到某个部位，而增加到其他部位的药物输送。这可严重降低治疗效果。
国际申请WO2005/105199描述了一种分支的导管系统，其包括多个流体控制阀、流量传感器和压力传感器。具体而言，国际申请WO2005/105199描述了打开和关闭阀门同时监控系统的不同部分的压力和流体流量的各种方法。这允许发现系统内的任何流体流动问题(例如，阻塞或者泄漏)。但是，国际申请WO2005/105199描述的系统实施相对复杂，而且植入患者体内相对复杂。
国际申请WO2004/105839描述了另一种可植入的药物输送泵，其允许精确剂量的药物从存储器泵送到体内的多个部位的每个处。通过将转子压在两段或者多段管子上使该泵操作，从而使得药物通过管子。各个长度的管子然后用来将药物从腹部植入的泵输送到每个导管。如果需要，泵内的管子的内径可以被选择以控制药物相对于每个导管的流动。
发明内容
根据根本发明的第一方面，提供一种可植入的流体分配装置，其包括:第一入口，其用于在压力下从远程泵接收流体；多个出口，每个出口可连接到流体输送导管上；以及阀机构，其用于控制流体从所述第一入口到所述多个出口的流动。
本发明因此提供可以植入到人体或者动物体中的流体分配装置，该流体分配装置具有第一入口，受压流体可从远程泵供应到该入口。该装置还具有多个出口，所述出口可与相关联的导管连接，下面将进行更详细的描述。根据本发明的装置的阀机构允许在第一入口和多个出口之间的流体连通根据需要被控制。如下面将更详细描述的，阀机构优选为单个N(N为至少是三的整数)端口的流量控制阀，其可在不同的构型中切换，由此在使用中提供对从第一入口到达装置的多个出口的流体的流动的有效控制。尽管该装置可以被用来路由任何类型的流体，但是该装置特别适于路由药液及其类似物。
根据本发明的流体分配装置允许药物输送装置被设置成相对于现有的药物输送系统具有很多优点。例如，该流体分配装置可以相比与泵组件具有相对小的体积，由此允许被植入到更靠近待输送药物的部位的区域中。在该系统用于将药物输送到大脑的情况下，该流体分配装置可以安装在患者的颅骨上，仅离被植入的导管几厘米。这种布置相比于例如在国际申请WO2004/105839中描述的泵提供改进的流体流量控制，在该国际申请中，每个导管通过长的管道连接到植入在患者的躯干中的泵上。这种布置也能减小郁积效应，在某些药物从泵组件释放之后可能发生这种郁积效应。
根据本发明的流体分配装置相比于国际申请WO2005/105199中公开的分支导管系统具有多个优点。例如，本发明的装置允许根据需要通过单个阀机构提供全部流体路由功能。具体地说，根据本发明的装置不需要两端口阀、流动限制器、压力传感器和各种植入在身体不同部位的互联管件的分布网络。本发明的流体分配装置从远程泵接收流体并可通过所需的方式分配所接收的流体到多个出口。因此，可以看出，根据本发明的整体式装置对流体分配造成的损害或者其失效的可能性相比于国际申请WO2005/105199中公开的网络式系统更小。
有利的是，根据本发明的装置包括流体流量控制部件，用于控制通过该装置的流体流量。该流体流量控制部件可方便地包括位于所述第一入口和所述多个入口中的至少一个之间的一个或者多个流量调节器。优选的是，任何这种分立流量调节器位于该流体分配装置的壳体内。每个流量调节器可具有固定的特性(例如，其可包括一段窄直径的管)或者可具有可变的特性(例如，其可以被布置成在入口和出口之间的流体通路中提供可变的压缩。该流体流量控制部件可包括固定的流量调节器，其与可变流量调节器串联，例如，固定流量调节器可减小压力，减小量为给定的量，可变流量调节器可“微调”流量到所需的水平。
尽管可提供分立的流量调节器，但是，在一种优选实施方式中，该阀机构本身包括一体的流体流量控制部件，以控制通过其的流体流量。该阀机构因此可提供“打开”、“关闭”和一个或多个中间流量状态。换句话说，该阀机构可执行流体路由和流量控制功能。提供这种单个阀机构用于选择性地将流体从第一入口路由到所需的出口和控制任何这种路由的流体的流量，从而可以提供更紧凑的装置。特别的是，这种装置不需要国际申请WO2005/105199中公开的类型的分布式流量限制器和阀的复杂网络。
如上所述的流量控制设置使得流体能够从出口以比在第一入口被接收时更低的压力排出，这例如允许流体以相对较高的压力被供应到流体分配装置，而流体以相对较低的压力路由到导管。如果设置可变流量调节器，则供应到每个导管的流体的压力可以根据需要动态调节，并且可连续调节，以最优化流体输送。应当理解，对于给定的装置，给定出口的流体流量以及该出口处的流体压力是相互依赖的。换句话说，对于给定的系统配置，减小对于某一出口的流体流量可减小该出口处的流体压力。
方便的是，该阀机构提供关闭状态，在所述关闭状态中，流体不能从所述第一出口流到所述多个出口中的任意出口。换句话说，该阀机构被构造成具有完全关闭的状态，其中，所述第一入口和全部出口之间的流体连通被阻止。阻止任何流体流过该装置的能力使得流体输送能够根据需要被中断。这在需要输送大丸剂时例如当药物以高流量输送与没有药物输送的时间段相互交替时特别有利。
有利的是，该装置包括两个或者多个出口组，每个出口组包括所述多个出口中的至少一个，其中，所述阀机构允许流体在单个瞬时从所述第一入口流到仅一个出口组。这些出口组可包括共同的出口，也就是说，它们不是排他的组。但是，这些出口组有利的是相互排他的。通过这种方式，该阀机构可以在单个瞬时将流体路由到仅一些出口。如下面描述的，这种布置可允许流体根据需要以顺序的方式路由到出口组。每组可包括单个出口，在这种情况下，可以根据需要在第一入口和所述多个出口中的任何所选择的一个(且仅一个)之间依次建立流体连通。
优选的是，该装置包括控制器，用于控制所述阀机构的操作。该控制器可以是电子装置或者电子-机械装置。该控制器优选被布置成对该阀机构施加适当的控制信号，使得其采取所需的状态。方便的是，该控制器可编程，也就是说，该控制器可存储一组用于控制该阀机构的操作的指令。可选择的是，该控制其可以被布置成从远程接口接收控制信号并相应调节该阀机构的配置。应当理解，尽管优选提供控制该阀机构的操作的控制器，但是该部件也不是必须的。如果需要，该阀机构可以是可手动重新配置。例如，用户能够通过皮肤在植入手动重新调节该阀机构。
该控制器可以有利地被编有一组指令，用于在阀机构植入在患者体内之前以所需的方式控制该阀机构。有利的是，该控制器可通过通信线路编程。例如，该控制器可以通过无线(例如感应、RF等)通信线路编程。对控制其编程或者重新编程的能力允许在该装置植入体内之前、期间或者之后改变流体输送过程。这在药物输送方式在装置植入后需要改变时尤其有利。该控制器也可以被编有用于在植入期间启动该装置的指令。例如，该装置可以被布置成在规定的时间段提供最大流体流量或者直到其接收(例如通过通信线路)已经发生植入和所需的药物输送程序应该被启动的指令。
有利的是，该装置包括两个或者多个出口组，每个出口组包括所述多个出口中的至少一个，其中，所述控制器被布置操作所述阀机构，使得流体从所述第一入口顺序流到每个出口组。这些组可以是非排他的(例如一个出口可以包括在不止一个组中)或者是相互排他的。应当理解，该阀机构可允许流体同时输入到每个出口，但是该控制器可以被布置成的流体依次传递到出口组(以例如提供顺序流体输送)。可选择的是，该阀机构可采取上述形式并且仅允许流体一次路由到一个出口组。在一种优选实施方式中，该控制器可被编程以重新配置阀机构，使得第一入口和每个出口组之间的流体连通被顺序建立。
该控制器有利地包括时钟，由此允许该阀机构以预定的时间间隔被自动调节。通过这种方式，在每个出口或者每个出口组之间的流体流动的切换可以被定时。例如，该控制器可以被布置成通过每个出口或者每个出口组依次路由流体预定的时间段。此外，该控制器可以被编程以改变流体通过不同的出口的流量或者某一出口处随着时间的流体压力。如果执行定时布置，则该控制器的时钟可以与远程电泵的时钟同步。例如，远程泵可以改变压力，流体在所述压力下被排出，以与将该流体理由到不同导管的流体分配装置相符。此外，该泵可以在没有流体通过流体分配装置的间隔期间被停止。
取代定时操作，该控制器可以将阀机构重新配置，以在某些条件满足时将流体引导到另一出口或者出口组。例如，可以响应于第一入口处减小的压力(例如，如果远程泵被编程以在不同的时间间隔以不同的压力提供流体)或者当一定量的流体(例如，一定的药剂)已经经过一出口时，切换该出口。可以通过远程单元例如通过无线线路直接操作该控制器。例如，可以从远程单元例如用户接口或者远程泵接收用于改变阀机构的指令。可以设置单个主控制器，以控制该流体分配装置和远程控制器。
提供可选择性地将流体路由到不同出口的流体分配装置具有许多优点，尤其是在控制器的控制下自动执行顺序输送时。具体而言，其使得药物能够顺序输送到身体(例如脑内)的多个不同部位。例如，这种顺序输送允许将化学治疗药物在一定的时间段输送到整个大脑。这种顺序输送不需要通过多个导管将大剂量的化学治疗药物同时泵送到整个大脑，由此减小了与化学治疗有关的副作用，而不会减小这种治疗的功效。减小最大所需流量还能够减少相关的泵组件的成本和尺寸。
为了监控流体输送，本发明的装置有利地包括至少一个传感器，用于感测流体压力和流体流量中的至少一个。换句话说，该装置可以包括一体的流体压力感测部件和/或流体流量感测部件。方便的是，所述至少一个传感器可以位于所述阀机构内。
所述至少一个传感器可有利地包括至少一个压力传感器。可以设置压力传感器来测量在入口接收的流体压力和/或通过一个或者多个出口排出的流体压力。每个压力传感器可例如包括硅应变仪。来自压力传感器的数据可以被记录或者根据需要例如通过遥测线路从该装置输出。
所述至少一个传感器可方便地包括一个或者多个流体流量传感器。可设置流量传感器来测量流体通过第一入口流到该装置的流速和/或流体通过一个或者多个出口输出的流速。应当理解，可以使用多个压力传感器测量流体流量，沿着流动通路的两点之间的压降提供对流量的度量。流体流量的测量使得由流体分配装置接收的流体的量和/或通过出口分配的流体的量被确定，由此允许药物剂量被测量。来自流量传感器的数据可以被记录或者根据需要例如通过遥测线路从该装置输出。
如果该装置包括至少一个上述传感器，则控制器可以被布置成接收流体压力和/或流体流量数据。例如，该控制器可从压力传感器接收流体压力数据，并从流量传感器接收流体流量数据。该控制器可以被布置成存储这种数据和/或将这种数据转送到远程接口。来自至少一个传感器的数据可被控制器用来控制该装置的操作，从而例如使得能够建立反馈控制环。在一种实施方式中，该控制器可以被编程，以响应于所测量的流量和/或流体压力控制阀机构。例如，当一定量的流体已经通过一出口时，可以改变通过流体的出口。当流体已经在规定的时间段被分配时，可以完全防止流体输送。
该控制器可方便地包括存储部分。这可被用来存储历史流体输送数据。例如，其可以存储药物输送数据，该数据时时间和/或输送药物的出口的函数。这种数据可通过通信线路下载到远程单元。在一个例子中，该通信线路可包括蓝牙连接。然后可以从该装置通过蓝牙兼容的移动电话或者类似物发送数据到远程计算机接口(例如在医院)。
该控制器有利地包括警报器。该警报器可以被布置成当识别出故障或者装置操作的其他问题时发出声音(例如嘟嘟声)或者其他指示。换句话说，该控制器可以被布置成执行自监控功能。可以例如当流体压力偏出预定范围时，当流体流量增加或者减小超过一定极限时，或者当电池快用尽时，该警报器发生声音。该控制器可以被布置成在发生警报时将该装置置于“安全”配置中。例如，如果电池快用尽或则后如果检测到流体流量增加和不希望的增加，该装置可以被切换到“关闭”状态，其中所有的流体流动被停止。在发生警报的情况下可以(例如通过蓝牙线路)发送信号到远程接口。
尽管可以仅提供第一入口，但是该装置可以有利地包括至少一个附加入口。换句话说，该装置可以包括多个入口。方便的是，该阀机构还控制流体从所述至少一个附加入口到所述多个出口的流动。每个入口可以被布置成在压力下从远程泵接收流体。每个入口可接收不同的流体，流体分配装置可包括某种室或者其他区，用于混着这些流体。有利的是，该阀机构包括混合室，用于从所述第一出口和从所述至少一个附加出口接收流体。可以根据需要控制混合比，以允许不同的混合物(例如，不同的药物组合)被路由到不同的出口或者出口组。混合比也可以随着时间变化。每个入口可以根据需要包括一段永久连接的柔性管。
尽管该装置可包括仅两个出口，但是可以设置更多出口。该装置可因此方便地包括三个或者更多、四个或者更多、五个或者更多、六个或者更多、七个或者更多、八个或者更多、或者四个或更多出口。应当理解，可以设置具有比通常所需要的更多的出口的装置。例如，可以在实际需要低于八个出口的应用中使用具有八个出口的装置。如果需要更少的出口，可以用盖来密封不使用的出口，来防止意外释放流体。出口可以被标记(例如标有数字或者颜色码)，以允许在植入后由外科医生容易识别。
除了包括连接到流体输送导管上的多个出口之外，该装置可以有利地包括一个或者多个流体回流出口，在入口处接收的流体可以路由到所述回流出口装置可以因此被构造成提供一个或者多个返回路径，以允许流体返回路由到远程泵。这种回流出口可以被用来压力释放或者排放的目的，并且也可以被用来防止装置内的流体郁积效应。流体可以通过一段管从装置返回路由到泵，该一段管与流体从泵供应的管是不同的，或者，多腔管可以用来分别疆流体路由到相关联的泵和从相关联的泵路由流体。
有利的是，该阀机构包括腔室，所述腔室与所述第一入口流体连通并具有多个出口开孔，其中，通过一个出口开孔流出所述腔室的任何流体被路由到所述多个出口中的一个。方便的是，该阀机构包括与每个出口开孔相关联的可动插头，每个可动插头的运动控制通过所述相关联的开孔的流体流动。每个可动插头可包括可弹性变形的部分(例如涂胶的端盖)，用于与想关联的开孔接合。取代设置与相应的孔直接接合的每个插头，可以将柔性隔膜设置在插头和开孔之间。在这种例子中，该插头可迫使该隔膜与开孔接触以提供流体流量控制。
所述阀机构可包括多个电动致动器，每个电动致动器被布置成使至少一个所述可动插头运动。在一种实施方式中，每个可动插头可包括相关联的电动致动器。每个电动致动器可以是双稳态的，由此使得每个插头能够被保持在“打开”或者“关闭”状态，而不必消耗任何能源。可选择的是，所述阀机构可方便地包括单个可动构件，所述单个可动构件可将所述多个可动插头的每个推压成与其相关联的开孔接触。该阀机构可因此方便地包括可动构件(例如，可旋转的盘，其中形成有凹槽或者突起)，用于可选择地将所述多个可动插头中的一个或者多个推压成与相关联的开孔接触或者脱离接触。每个可动插头可以被弹簧加载，以不需要外力的情况下返回到预定位置。例如，可动插头可以被弹簧加载以便当可动构件不施加力时返回到“打开”或者“关闭”状态。
尽管上述阀组件可有利地形成可植入的流体分配装置的部分，但是，该阀组件也可以用于其他(例如非医疗)应用中。可以设置阀组件，其包括腔室，所述腔室与入口流体连通并具有一个或者多个出口开孔，该阀组件还包括与每个出口开孔相关联的可动插头，其中，可动插头相对于开孔的运动控制通过所述相关联的开孔的流体流动。通过以上述方式适当地移动可动插头，流体可以通过任何选定的开孔流出该腔室。
方便的是，该阀机构包括基本上保持在其中的内部构件和可相对于所述内部构件运动的外部构件。有利的是，所述内部构件包围有或者限定有与所述第一入口流体连通的腔。所述内部构件还可或者替代地包括一个或者多个与所述第一入口流体连通的通道。该阀组件的所述外部构件优选包括多个输出端口，每个输出端口与所述出口中的一个流体连通。所述内部构件方便地具有形成在其中的至少一个开孔。所述内部构件相对于所述外部构件的运动有利地允许流体从所述第一入口通过所述可动构件的所述至少一个开孔选择性地路由到所述多个出口中的任一个或者多个。这种阀机构可包括单个开孔，其可与所述多个输出端口或者多个开孔中的任一个对准，其中，每个开孔与一个相关联的输出端口对准。所述内部构件可相对于所述外部构件以多种方式运动。有利的是，所述内部构件可以相对于所述外部构件轴向平移。方便的是，所述内部构件可以相对于所述外部构件旋转。所述内部构件的轴向平移或者旋转因此相应地控制通过该装置的流体路径。
因此这里描述了一种阀组件或者机构，该阀包括入口、具有一个或者多个出口的外部部分以及可相对于外部部分运动的内部部分，其中，内部部分相对于外部部分的运动允许可选择地在第一入口和出口的一个或者多个之间建立流体连通。所述内部可具有形成在其中的至少一个开孔以及可限定腔室，该腔室与所述入口流体连通。该内部部分可以运动到多个位置中的任一个，使得流体可通过可动构件的至少一个开孔从入口选择性地路由到多个出口中的任一个或者多个。这种阀可用于上述流体分配装置中，或者用于各种替代的(例如非医疗)装置的任一种中。
有利的是，根据本发明的阀机构包括:第一段可弹性变形的管，其用于从所述第一入口接收流体；以及一段或者多段附加的可弹性变形的管，其用于将流体输送到所述多个出口。所述阀机构可有利地包括单个流量控制构件，所述单个流量控制构件可被选择性地推压在所述一段或者多段附加的可弹性变形的管的每个上由此控制通过其的流体流动。尽管可以设置打开/关闭布置，该流量控制构件有利地提供每段相关联的可弹性变形的管的可变变形，由此控制通过其的流体流速。该阀机构可包括电动致动器，用于使所述流量控制构件运动。该致动器可例如包括步进电机和/或压电致动器。其中一段柔性管变形的阀机构具有不需要将阀的部件位于流体路径中的优点。这种装置也可以更不容易受到可导致流体泄漏的机械磨损。
该流量控制构件可包括一段或者多段，每段与一段可弹性变形的通向出口的管相邻。流量控制构件的每段可具有包括圆形部分和基本上平的部分的剖面。流量控制构件的旋转允许每段的平的或者圆形剖面部分根据需要与相关联的柔性管接触。每段的圆形剖面部分被布置成使得相关联的柔性管变形，由此防止流体流过该管，每段的基本上平的部分被布置成赋予减小的(或者零)管变形，由此允许流体流过该管。每段的平的部分可被偏移，从而任一时刻流体可仅通过多个可弹性变形的管中的一个。旋转流量控制构件，允许根据需要选择“打开”的一个管，并且可被用来控制通过“打开”的管的流量。
这里因此描述了一种阀或者流体路由装置，其包括可弹性变形的管(例如塑料管)和可动流量控制构件，其中，该可动流量控制构件可以被推压在所述可弹性变细的管上，以限制流体从其流过。该阀可包括:第一段可弹性变形的管，用于从第一入口接收流体；以及一段或者多段附加的可弹性变形的管，用于将流体输送到一个或者多个出口，其中，该流量控制构件可被推压在所述一段或者多段附加的可弹性变形的管的一个或者多个上。因此提供了一种流体路由装置，其包括用于运送流体的多个可变形的管和可选择地推压在所述多个可弹性变形的管的一个或者多个上的流量控制构件，以限制流体流过。这种流量控制装置可提供根据本发明的阀机构或者可以用于任何替代(例如非医疗)应用中。
有利的是，该装置包括一体的电源，用于对至少一个电动部件供电(例如对阀机构供电)。可选择的是，该装置可包括用于从远程电源接收电能的部件和构件。例如，电缆可以从远程植入的电池路由到该装置。优选的是，任何这种远程定位的电池包含在远程泵组件中。尽管能源优选是电池，电势，其可以替代地包括动能源或者RF捕获能源。也可以设置用于通过皮肤将外部能源耦合到该装置中(例如对电池充电)的构件，例如该装置可以包括电感耦合能源。
优选的是，所述第一入口和所述多个出口的每个包括连接器。例如，该连接器可包括喷嘴或者压入配合连接器，其中，管可以用缝线连接与喷嘴连接。可选择的是，一段或者多段管可以永久地连接到该装置上(例如在装置制造期间连接)。例如，该入口可包括一段柔性管(例如塑料管)，其长度足以延伸到远程泵。该管的连接到远程泵的端部可包括一体的连接器，例如螺纹接头，其牢固地固定到远程泵的互补的连接器上。类似地，每个出口可包括一段柔性管，其长度足以到达所需的解剖学部位，并且该管永久地连接到该装置上。如果设置多于一个出口，则每个出口可包括类似的一段永久连接的柔性管。提供永久的流体连通减小了在植入期间或者之后泄漏的风险，并减小了将装置植入体内所需的时间。
该装置可方便地包括一个或者多个细菌滤器。例如，至少一个出口或者全部出口可包括细菌滤器。也可以在入口设置细菌滤器，或者替代地在入口设置细菌滤器。此外，一个或者多个细菌滤器可以包含在阀机构自身中。提供适当定位的细菌滤器确保了没有细菌从与该装置连接的导管通过并从其排出。这在流体通过血脑屏障直接输送到大脑时尤其重要。
根据本发明的装置的一种潜在应用是将病毒(例如基因治疗)物质输送到体内区域。因此，优选的是，基本上全部流体接触表面由不会显著减小(例如基因治疗病毒载体的)病毒活性的材料制成。该装置因此可有利地包括流体接触表面，这些表面由聚丙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)、氟化乙丙烯(FEP)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚氨酯至少一个形成。分子治疗2000年5月第5期第一卷第一部分(MOLECULAR THERAPY Vol.1，No.5，May 2000，Part 1)中描述了这些材料与病毒载体的输送的相容性。这些流体接触表面也可方便地包括玻璃(例如石英玻璃、硅石、石英等)或者陶瓷(例如氧化锆)。可以根据需要设置这些材料的任何组合。
有利的是，所述流体分配装置适于皮下安装，也就是说，该装置可在皮肤下植入。优选的是，该装置被构造成适于至少部分安装在形成于颅骨中的凹槽或者孔中。该装置可具有一个或多个从其突出的凸缘，所述凸缘可以连接到颅骨上(例如通过螺钉)。方便的是，该装置包括基本上为圆柱形的外壳。该装置可具有半球形上表面，也就是说，不存在会导致部位感染的尖的边缘。该装置的入口和出口可从壳体径向伸出。该壳体可以由钛形成。可选择的是，该装置和/或包含在其中的部件可以由塑料或者其他非磁性材料形成，使得植入有这种装置的患者可接受核磁共振(MRI)扫描。
有利的是，使用一个或者多个微型机电系统(MEMS)部件形成该装置。例如，该装置可包括基于MEMS的致动器、压力传感器(例如，硅应变仪)等。
根据本发明，提供一种药物输送设备，其包括如上面描述的可植入的流体分配装置。该设备优选还包括至少一个泵组件。该泵组件可以植入并且可包括抗菌过滤器和类似物。可有利地设置一段可植入的柔性管以将流体从所述泵组件运送到所述流体分配装置的第一入口。如果流体分配装置包括多个入口，则可设置多个管(或者一个多腔管)，以将泵连接到每个入口。该管可由塑料制成(例如聚氨酯)。这种设备允许药物从一个或者多个远程泵通过流体分配装置输送到体内的一个或者多个不同部位。
如上所述，将泵连接到流体分配装置的柔性管可具有第一端，该第一端永久地连接到流体分配装置上，该柔性管还具有第二端，该第二端具有连接器。该泵组件可包括互补的连接器(例如具有内螺纹的端口)，适于与柔性管的第二段端的连接器连接。通过这种方式，该管可牢固地固定到泵组件和流体分配装置上。该泵组件可具有自关闭阀，其被布置成当相关联的管没有牢固连接时防止流体从泵组件流出。例如，泵上的连接器可以是自关闭连接器。可选择的是，泵组件可以被布置成测量流体流量或者输出流体压力，并如果流量增加或者压力减小到可能发生泄漏的程度停止供应流体。
有利的是，该泵组件包括恒压泵。该泵组件可包括一个或者多个存储器，用于存储包含药物的流体。该泵可被植入体内任何合适的部位，例如该泵适于植入腹部。包括任何存储器的泵组件可具有用于经皮再填充流体存储器的构件。方便的是，可设置一段柔性管已将流体从泵运送到流体分配装置。该管可以皮下穿过。该管可以长于10cm、长于20cm、长于50cm或者长于1m。该管可以足够长，使得设置在患者体内的一圈管子能够运动。
如果泵组件包括用于对流体分配装置和/或用于控制流体分配装置的供能的控制电子设备供电的电源，则管可以包括多个沿着其长度延伸的导电轨道。这些导电轨道或者线优选相互电绝缘并且被布置成在泵组件和流体分配装置之间运送必要的信号和/或电能。这些电线可以围绕管缠绕或者该管可以包括嵌置在外壁(例如塑料壁)中的这种电线。其中嵌置有电线的壁可形成管的内壁。该管可包括位于其一个或者两个端部(例如，连接到泵组件和/或流体分配装置的连接器)的连接器，该连接器提供流体和电连接。可选择的是，可根据需要设置单独的流体连接器和电连接器。如果在泵和流体分配装置建立通信连接，则可以设置单个控制器，以控制所述泵和所述流体分配装置的操作。
因此这里描述的可植入管包括限定用于运送流体的芯或者内腔的壁，其中该壁还包括一个或者多个导电轨道。这些导电轨道可有利地与流体运送芯同轴。可以根据需要在管的一端或者两端设置连接器。所述连接器可提供通向互补的连接器(例如泵上的连接器)的流体和电连接。这种管可以使用在上述类型的设备中，并且也可以用于不同的应用中。
有利的是，该设备包括多个导管，其中，所述流体分配装置的每个出口可连接或者连接到流体输送导管上。流体分配装置的每个出口可通过一段柔性管连接到流体输送导管上。该设备可因此包括柔性管，用于将流体从流体分配装置的出口运送到导管，任何这种管可以横过头皮在皮下穿过。如果需要输送到患者的大脑，导管可以是如国际申请WO03/077785中公开的类型的导管。
如上所述，该流体分配装置可包括一个或者多个传感器，用于感测流体压力和/或流体流量。可以方便地在设备内的一个或者多个位置处(例如在泵或者导管处)设置一个或多个用于感测压力和/或流量的传感器。一些或者全部这些传感器可以设置在流体分配装置外。如果设置用于控制流体分配装置的阀机构的控制器，则该控制器可以被布置成监控流体分配装置外部的位置出的流体压力(和/或流量)。有利的是，该控制器被布置成确保所述设备内的流体压力不会超过预定值。如上所述，该控制器可在所述预定值被超过时发送压力警报信号。
根据本发明的另一方面，提供一种外科手术方法，包括植入上面描述的的一个或者多个流体分配装置的步骤。方便的是，该方法还包括植入至少一个泵组件和柔性管的步骤。有利的是，该方法还包括植入至少一个导管的步骤。优选的是，植入至少一个导管的步骤包括植入允许将流体输送到中枢神经系统的一个或者多个部分的至少一个导管的步骤。优选的是，所述导管被植入以允许将流体输送到大脑。这种导管的位置取决于所需的特定的治疗。
根据本发明的又一方面，提供一种用于将药物输送到大脑的方法，包括如下步骤:(a)获取其中植入了多个导管的目标大脑；以及(b)将流体顺序输送到两个或者多个相互排他的导管子集。每个导管子集可包括一个或者多个导管。有利的是，所述步骤(a)包括将多个导管植入到目标大脑。优选的是，所述步骤(a)包括将所述多个导管植入到允许药物输送到整个大脑的部位。
将药物顺序输送到大脑内的不同部位可改进治疗功效。例如，使用七个导管可以更有效地将药物输送到整个大脑。例如，第一导管对(组A)可以被插入以将药物输送到左和右额叶。第二导管对(组B)可以然后被插入以允许输送到左和右顶枕叶。第三导管对(组C)可以被插入到左和右颞叶。导管(组D)也可被插入到脑桥以允许药物被向下驱动通过白质轨道进入小脑。
该方法可因此包括将药物顺序输送到组A、B、C、D的每个的导管中。例如，药物可以被泵送到组A的导管中一小时，然后泵送药物到组B的导管中一小时，然后泵送药物到组C的导管中一小时，然后泵送药物到组D的导管中一小时。根据需要该循环可以被重复多次。该循环可以与没有药物输送的时间交替，并且根据需要，药物被输送的时间可以对于不同的导管组而不同。根据需要，顺序(即，A、B、C、D)可以被该笔或者随着时间变化。
有利的是，所述步骤(b)包括确定输送到每个导管的流体的量。例如，可以测量或者估计流量。在这种情况下，在输送顺序中的下一步骤可以在已经输送一定量的流体时被触发。所述步骤(b)可包括选择输送到每个导管的流体的量。
如上所述，所述步骤(b)可以被有利地重复多次。例如，药物输送可以进行几小时、几天、几星期、几个月或者几年。另外，由每个导管输送的流体的相对量在所述步骤(b)的重复之间被改变。换句或说，可以随着时间改变通过每个导管输送药物的顺序和/或持续时间。如果例如神经营养被输送则可能需要这种药物输送机制的变化。神经营养可导致在大脑内的所需目标部位的神经生长或者神经轴突发芽。一旦建立生长/发芽，药物可以被输送到神经细胞体所处的更具体的区域，所述药物保持新发芽的轴突和神经连接的完整性。换句话说，当大脑结构被其接收的药物改变时可改变药物输送方式。此外，医生可以根据患者对治疗的反应，改变药物输送方式。
所述步骤(b)优选包括输送药物的步骤。下面更详细描述了治疗各种情况的药物。被输送的流体可以是溶解有活性组分(例如药物、染料等)的液体，或者可以是包含小固体颗粒的液体(例如，病毒、病毒载体、脂质体、毫微粒、基因治疗试剂等)。优选的是，所述步骤(b)包括通过对流增强的输送方式输送流体。换句话说，通过导管输出的流体的压力被选择成提供对流增强的输送。该方法可包括使用这里描述的根据本发明的设备或者其他任何类型的设备的步骤。
这里描述的可植入的流体分配装置包括用于在压力下从远程泵接收流体的第一入口以及一个或者多个出口，其中该装置包括可再配置的流体路由构件(例如流体路由阀或者阀机构)，其能够使得可选择地在所述第一入口和所述一个或者多个出口之间建立流体连通。
这里描述了可颅骨安装的流体分配装置，其包括至少一个入口和一个或者多个出口。该装置可适于至少部分安装在形成于颅骨中的凹槽或者孔中。该装置可具有一个或者多个从其突出的凸缘，该凸缘可连接到颅骨上(例如使用螺钉)。该装置可以是无源的(例如没有运动部件)或者可以包括有源部件例如上述类型的流体路由构件(例如阀组件等)。该装置也可包括泵和/或存储器。该装置可以由MEMS部件形成并且可具有小于5cm的尺寸或者更优选小于3cm的尺寸，或者更优选小于1cm的尺寸。该装置优选适于安装在人体颅骨上。优选的是，该装置包括多个出口。
这里描述了一种可植入的流体分配装置，其包括第一入口(例如用于在压力下从远程泵接收流体)和多个出口，所述多个出口被分成两组或者多组相互排他的出口组，其中该装置包括可再配置的流体路由构件(例如阀机构)，其能够使得可选择地在所述第一入口和所述两个或者多个相互排他的出口组的任一个之间建立流体连通。优选的是，每个相互排他的出口组包括一对出口。如上所述，每个出口与导管连接。该装置可以被布置成将流体顺序路由到每个相互排他的出口组(并因此路由到导管)。该装置还可包括泵和/或存储器。该装置可以由MEMS部件形成并且可具有小于5cm的尺寸或者更优选小于3cm的尺寸，或者更优选小于1cm的尺寸。该装置优选适于安装在人体颅骨上。
附图说明
以下将通过附图示例性地描述本发明。其中:
图1示意性示出了现有技术的药物输送装置，其用于将药物同时输送到大脑的不同部位；
图2示意性示出了根据本发明的药物输送装置，其用于将药物顺序输送到大脑的不同部位；
图3示出了图2示意性所示的流体分配装置的各个部件；
图4示出了图2和3所示的流体分配装置的外壳；
图5示出了根据本发明的一种替代药物输送装置，其用于将药物顺序输送到大脑的不同部位；
图6示出了适于用作流体分配装置的第一阀组件；
图7示出了适于用作流体分配装置的第二阀组件；
图8示出了适于用作流体分配装置的第三阀组件；
图9示出了适于用作流体分配装置的第四阀组件；
图10示意性示出了多个流体分配装置的结合；
图11是示出了本发明的流体输送装置的分解图；
图12示出了组装状态的图11的装置；
图13示意性示出了图11所示的装置的流体流动通路；
图14示出了图11-13所示的阀机构的隔膜形式；
图15示出了另一种类型的旋转阀机构；
图16示出了游标(Vernier)类型的旋转阀机构；以及
图17是列表，示出了本发明的各种药物输送应用。
具体实施方式
参照图1，其示出了国际申请WO2004/105839中描述的类型的现有技术的可植入药物输送系统的示意图。所示的存储器单元21皮下植入在患者的前腹壁上，优选在直肌前面的直肌鞘中。存储器单元21具有容纳用于注入的药物的功能，由于单元21容量很大以容纳尽可能多的药物，因此这种定位是非常合适的。
存储器单元21通向供应管22，供应管22通向泵单元23。供应管22穿过皮下，位于存储器单元21和泵单元23之间。泵单元23皮下植入在锁骨下区域中。由于泵单元23紧凑，其植入在这个部位是可行的，使得其可远离存储器单元21定位。泵单元23的这种定位被使用是因为其没有带来不便而且没有给患者带来不舒服，其离身体的表面足够近，经皮再填充相对容易。
泵单元23包括其前表面上的再填充端口24，该再填充端口24容易摸触。泵单元23包括一个或者多个出口25，药物从出口25泵入一个或者多个出口管。出口管26通向脑实质内导管27，该导管27被植入患者的大脑内。
神经外科领域已知脑实质内导管，其用于将药物输送到大脑的特定部位。这些导管是刚性管，其被定向插入且其远端在脑内待处理的目标附近被固定到颅骨上。脑实质内导管27连接到出口管26上，出口管26皮下穿过头皮和颈部。
图1所示类型的现有技术的可植入的药物输送系统允许药物在长的时间内注入到大脑内的多个部位。尽管供应到不同部位的流体的相对体积可通过泵内使用的管的直径来控制，但是药物同时供应到每个部位。然而，已经发现，这种药物输送方法并不总是提供最佳机制。具体地说，发明人已经发现通过将药物顺序(与同时相对)输送到大脑的不同部位可获得改进的治疗效果。
参照图2，其示出了根据本发明的药物输送装置，该装置允许将药物顺序输送到大脑的不同部位。该装置包括可植入的泵组件30，该泵组件30具有一体的药物存储器，该药物存储器通过一段柔性管34连接到可安装在颅骨上的流体分配装置32的入口上。流体分配装置32的是四个入口通过四个供应管38a-38d(以下总称为供应管38)分别连接到四个导管36a-36d(以下总称为导管36)上。下面将更详细描述的流体分配装置32被布置成在来自泵组件30的压力下通过管34接收流体，并将流体依次路由到每个导管36。尽管优选依次顺序输送药物到每一个导管，但是流体分配装置可以被布置成将流体顺序路由到导管的专有子集中。例如，流体可以依次路由到不同的导管对中。
整个药物输送装置可植入到患者体内。例如，泵组件30可以被植入在腹部中，柔性管34皮下穿过颅骨安装的流体分配装置32。类似地，供应管38可以皮下穿过头皮到达每个导管36。导管是定向插入的管，其远端在待处理的目标附近被固定到颅骨上。
应当理解，根据治疗特定医疗状况的要求，四个导管36可以是相同的或者是不同的。例如，一对小导管可以用来将药物输送到患者的脑干，而一对大导管可用来将药物输送到丘脑。国际申请WO2003/077785描述了合适的导管，该国际申请的内容通过引用结合于此。
在某些情况下，优选的是，药物输送装置提供对流增强的药物输送。换句话说，每个导管36的出口孔处的流体压力可以设置成足以克服组织的肿胀，但不至于高到使流体沿着导管-组织界面回流。通过这种方式，与使用扩散药物输送技术相比，药物可以更深入地到达组织。对流增强的药物输送发生的机制取决于每个目标部位的组织的肿胀、导管的出口孔的尺寸以及导管出口孔处的流体压力。本领域技术人员在需要的情况下能够将装置设置成提供对流增强的药物输送。
尽管泵组件30包括仅仅一个药物存储器，但也可是使用从多个存储器抽吸流体的泵组件。在这种布置中，泵组件可被布置成将不同的药物或者药物浓缩输送到流体分配装置32的单个入口。可选择的是，流体分配装置可以设置有多个入口，以通过单独的管段或者通过多个心管分别接收不同的流体。在该后一种情况下，流体分配装置可以被布置成混合来自两个或者多个入口的药物并将这种混合的流体选择性地路由到出口。当将流体引导到不同的出口时，来自两个或者多个入口的流体的相对混合比可以相同或者不同。
还应当理解，尽管这里包含的例子描述了将药物输送到大脑的区域，流体分配装置可用来输送药物或者任何类型的流体到体内的任何部位。例如，药物可以被供应到中枢神经系统的其他部位、主器官(例如肾脏、肝脏等)或者肌肉上。类似地，本领域技术人员应当理解，该装置可以根据需要植入人体或者动物体中。
现在参照图3，其示意性地示出了参照图2描述的可植入的流体分配装置32的各个部件。可植入的流体分配装置32包括用于通过柔性管34从相关联的泵组件30在压力下接收流体的入口40。在入口40处接收的流体通过可选择的压力传感器44和/或可选择的流量传感器46被路由到四通阀42。流体分配装置的四通阀42部分可以通过下面将更详细描述的各种不同方式实现，但阀42的基本功能是允许在入口40处接收的流体路由到四个出口50a-50d中的任一个。从阀42输出的流体可以通过可选择的流体压力传感器52a-52d和/或可选择的流量传感器54a-54d被路由到其相关联的出口。每个出口50a-50d通过管38a-38d连接到相关联的导管36a-36d。也设置控制器56，其控制阀42的操作并从装置的任何压力和/或流量传感器接收数据。尽管可提供单独的流动传感器，但是，本领域技术人员应当理解，可以根据沿着流动路径的两点之间的压降来确定流量。这将允许使用的一对压力传感器测量流量，而不提供单独的流量传感器。该对压力传感器中的一个可根据需要位于远程泵处。
在使用中，流体从入口40依次路由到每个出口50a-50d。一旦植入到患者体内，药物可因此通过四个导管36被顺序输送到大脑内的四个部位。已经发现，顺序(而不是同时)将药物输送到大脑内的不同部位可以显著改进某些治疗的效果和/或减小其副作用。例如，已经发现，将化学疗法药物顺序输送到脑瘤附近比将这种药物同时输入到相同的部位对患者具有更小的有害影响。还应当理解，四通阀42可具有“关闭”的第五种状态，其中防止流体流动到所有四个出口。换句话说，通过不同的导管顺序输入药物可以与不输送药物的期间交替。
控制器56控制流体分配装置32的操作。在最简单的构造中，控制器56被布置(例如被预编程)成使阀42致动，以便将流体顺序路由到每个出口预定时间。在这种布置中，流体可路由到每个出口50相同的时间，或者流体可路由到不同的出口不同的时间。控制器56也可被布置成使得存在所有流体流动被阻止的时间段。
流体分配装置32的预编程的路由机制可以与由泵组件30提供的流体压力和/或流体组合物同步。例如，该泵可以被布置成在流体分配装置将流体路由到第一导管期间以第一压力输送流体，并且在流体分配装置将流体路由到第二导管期间以第二压力输送流体。泵组件30也可被布置成在流体分配装置32处于流体被防止流动到所有出口的“关闭”状态期间停止流体流动。
控制器56也可被构造成使用可选的压力传感器44监控在入口40处接收的流体的压力。作为另一种选择或者除此之外，控制器56可以被布置成使用流量传感器46检测传递到流体分配装置32的流体的量。这种布置允许所测量的输入流体压力和/或输入流体流量被控制器56使用，以确定通过不同导管输送药物所需的时间。作为另一种选择或者除此之外，控制器56可以被布置成使用可选的压力传感器52和/或可选的流量传感器54监控每个出口处的流体压力和/或流体流量。通过这种方式，装置输出的流体的量和/或流体压力可以被测量。这种测量结果可以被控制器56使用，以计算通过每个导管36例如提供一定的药物剂量所需的输送流体的时间。
流体分配装置32也可以被布置成使得在所选择的出口50处的流体压力小于在入口40处接收的流体压力。例如，阀42可以不仅仅做路由器，而且可以被布置等提供对流到出口50的流体压力和/或流量的某种控制。可选择的是，可以设置单独的压力调节器(未示出)，使得路由阀42以比在入口40处更低的压力接收流体。流体压力调剂可以被预先确定(例如可以设置固定的压力传感器)，或者每个出口处的流体压力可以被控制器56动态地控制。提供这种流体压力调节是有利的，因为在入口40处接收的流体压力随着时间变化，而要求流体在每个出口的压力恒定。
控制器56可以被构造(例如，预编程)成在流体分配装置32植入患者体内之前提供某种药物输送机制。流体分配装置32也可包括通信装置(例如RF发送器/接收器)，以允许在植入后建立遥测线路。通过这种方式，当装置植入在患者体内时数据可以被从装置接收和/或被发送到该装置。遥测线路也可以被用来从植入的装置接收信息，以例如使得能够从该装置接收已经被输送的药物的量的信息、通过各个导管的流量的信息等。这种数据可以被用来确保药物输送系统在植入后正确操作。遥测线路也可以被用来对控制器56发送指令，从而允许药物输送程序根据需要改变。
用于将流体供应到流体分配装置32的入口40的泵组件30可以是任何已知的类型。例如，泵组件30可以是恒压泵。恒压泵通常包括位于壳体内的药物存储器，该壳体包含气体，使得当存储器被充满时，气体被压缩，从而提供排空存储器的压力。换句话说，在压力下排除流体所需的能量通过填充过程提供，不需要单独的功率源。可选择的是，可以提供电动泵组件。
参照图4，其示出了参照图2和3描述的类型的可植入的流体分配装置32的外壳。流体分配装置32基本上为圆柱形不能够具有半球形上表面64。流体分配装置32具有:上部66，该上部66容纳阀42和任何必要的管道等；以及下部68，该下部68容纳控制器56的电子设备和驱动该装置所需的电池。该装置的下部68的大部分可位于患者的颅骨中形成的凹槽或者孔中。凸缘72允许该装置32通过螺钉74被牢固地固定到颅骨上。该装置的入口40和出口50(注意图4仅仅示出了出口50a和50b)围绕上部66的半径分布并基本上从上部66垂直突出。入口40和每个出口50包括喷嘴，管道(例如，柔性管34和导管供应管38)可通过缝线牢固地固定到喷嘴上。可选择的是，这些喷嘴可包括具有倒钩的端部，管道可连接到该端部上，或者喷嘴可以包括“压入配合”连接器。
参照图2-4描述的流体分配装置32容纳所有必要的控制电子设备和电池。但是，也可以将电源和/或一些电子设备相对于流体分配装置远程定位。下面将参照图5描述这种药物输送装置的一个例子。
图5所示的装置包括泵组件130，该泵组件130通过一段柔性塑料管126连接到远程流体存储器128上。也示出了适合于安装在患者颅骨上的流体分配装置132。流体分配装置132具有用于通过柔性管134从泵组件130接收流体的入口。流体分配装置132通过四个供应管38a-38d(以下总称为供应管38)分别连接到四个导管36a-36d(以下总称为导管36)上。
流体分配装置132执行与参照图2-4描述的流体分配装置32类似的功能。但是，流体分配装置132不包括一体的电源。取而代之的是，柔性管134具有围绕其外表面缠绕或者形成在其外表面中的绝缘电缆135。电源(例如，电池)位于泵组件130中并且能量通过电缆135被供应给流体分配装置132。泵组件130可包括电泵，该电泵可通过与用来驱动流体分配装置132相同的电源驱动。将电池定位在泵组件130内，能够相对于上面参照图2-4描述的流体分配装置32减小流体分配装置132的尺寸。
除了远程电源之外，用来控制流体分配装置132的操作的一些或全部电子设备可定位在泵组件130中。在这种例子中，多芯电缆可用来从泵组件发送功率和控制信号到流体分配装置132。可选择的是，流体分配装置132可以由泵组件130内的电子设备通过无线电线路控制。在这种布置中，流体分配装置132的流体路由功能可以与泵控制同步，从而例如允许的流体压力或者药物组合物输出通过泵路由到不同的导管。
参照图6，其示意性示出了适于包含在上述类型的流体分配装置中的阀组件部分150。阀150包括输入管，输入分支成四个输出管152a-152d并包括可旋转的构件154，该可旋转的构件154具有四段156a-156d。虽然没有示出，可以设置电机(例如步进电机)，以使得可旋转的构件154旋转。
可旋转的构件154的四段156a-156d的每段与可变形的管152a-152d中的一个相邻，并具有包括圆形部分和基本上平的部分的剖面。旋转可旋转的构件154，允许每段的平的或者圆形剖面部分根据需要与相关联的柔性管相邻。每段的圆形剖面部分被布置成使得相关联的柔性管变形，由此防止流体流过该管，每段的基本上平的部分被布置成赋予最小的管变形，由此允许流体流过该管。每段的平的部分可被偏移，从而任一时刻流体可仅通过四个输出管152a-152d中的一个。旋转可旋转的构件154，允许根据需要选择“打开”的一个管。可旋转的构件154的旋转也可被用来控制管的变形量，由此提供对通过“打开”的管的流量的控制。
参照图7，其示意性示出了适于包含在上述类型的流体分配装置中的替代的阀组件170。该组件包括外壳172，该外壳具有四个出口174。可旋转的构件178容纳在该外壳172中，该可旋转的构件178具有开孔180和用于接收流体(例如从远程泵)的入口182。流体密封件被设置成使得任何从入口182进入可旋转的构件178的流体尽可通过开孔180从可旋转的构件178排出。可旋转的构件178的旋转允许开孔与任一个出口174对准，从而允许流体被选择从入口182路由到任一个出口174。
参照图8，其示意性示出了适于包含在上述类型的流体分配装置中的另一种阀组件190。该阀组件190包括基本上圆柱形的外壳191，该外壳191具有多个流体出口192。具有多个开孔196的基本上圆柱形的内部构件194被保持在外壳191内。内部构件194还包括入口198，用于在压力下接收流体。内部构件可在外壳191中旋转，在内部构件194和外壳191之间的流体密封件被设置成使得当开孔196与其相关联的流体出口192对准时从入口198接收的流体仅可通过该开孔196。通过这种方式，可通过在外壳191中旋转内部构件194可选择性地在入口198和任一个出口192之间建立流体连通。
参照图9，其示意性示出了适于包含在上述类型的流体分配装置中的替代的阀组件200。该阀组件200包括基本上圆柱形的外壳202，该外壳202具有多个径向偏移的流体出口204。具有多个开孔208的基本上圆柱形的内部构件206被保持在外壳202内。内部构件206还包括入口210，用于在压力下接收流体，该内部构件206可相对于外壳202轴向平移。在内部构件206和外壳202之间的流体密封件被设置成使得当开孔与其相关联的流体出口208对准时流体仅可通过该开孔。通过这种方式，可通过在外壳202中线性平移内部构件206可选择性地在入口210和任一个出口204之间建立流体连通。
单个流体分配装置(例如上面参照图2-9描述的流体分配装置32或者132)可以植入在患者体内，或者多个这种装置可以被植入并连接在一起。图10示出了可将流体分配装置连接在一起的两种方式。
参照图10a，其示出了流体输送装置，该流体输送装置包括第一流体分配装置230和第二流体分配装置232。第一流体分配装置230包括入口234和三个出口236。第二流体分配装置232包括入口238和两个出口240。第二流体分配装置232的入口238连接到第一流体分配装置230的一个出口236上。然后导管可连接到第一流体分配装置230的其他出口236和第二流体分配装置232的出口240上。这种布置允许流体路由到四个导管中的任一个。
参照图10b，其示出了流体输送装置，该流体输送装置包括连个流体分配装置240。每个流体分配装置240包括入口242和一对出口244。分支管246被布置成将来自远程泵组件(未示出)的流体路由到每个流体分配装置240的入口。这种布置也允许流体路由到与四个出口244连接的四个导管的任一个上。
如果设置两个或者多个流体分配装置，可实现协同的流体路由操作。例如，这些流体分配装置可被预编程，以将流体路由到某些出口一定的时间间隔。在这种情况下，两个流体分配装置的操作可以在植入之前同步。可选择的是，可以在两个流体分配装置之间设置某种数据线路248。在这种情况下，一个流体分配装置可以是主单元，另一个流体分配装置可以是从属单元。可选择的是，两个或者多个流体分配装置可以被电缆连接到远程控制单元，例如，相关联的泵组件可以包括分配装置操作所必须的电源和/或电子设备。尽管示出了两个流体分配装置的结合，但是，本领域技术人员应当理解，可以根据需要将任何数量的单元连接在一起。
参照图11-13，其示意性示出了根据本发明的流体分配装置300的替代设计。具体地说，图11给出了流体分配装置300的各个部件的分解图，图12示出了其组装状态。
参照图11，流体分配装置300包括步进电机302、控制电子设备304、五个压力传感器306、流体壳体308和可旋转的环状部分316，该环状部分316具有突出元件317。也设置端盖318和电池319。流体壳体308包括入口310和四个出口312(注意图11仅仅示出了两个出口)。流体壳体308包括流体通路，该流体通路从入口310延伸到中心内腔。四个腔中的每一个与相关联的出口312流体连通。这四个腔也通过开孔连接到中心内腔上，流体控制构件设置在每个开孔附近。
每个流体控制构件被弹簧加载，从而在不需施加外力的情况下，其与其相关联的开孔接合，并与该开孔流体密封。可旋转部分316的突起317被布置成使得其可被推压在任何选择的流体控制构件上，由此使得该流体控制构件与其相应的开孔脱离，并允许流体通向相关联的出口。通过这种方式，从中心内腔流到所选择的出口的流体的量可以通过改变通过可旋转部分316的突起317施加到该流体控制构件上的力来控制。五个压力传感器306允许入口压力和在四个出口的每个处的压力被单独监控。
步进电机302的操作由控制电子设备304控制，该步进电机302具有轴，该轴穿过形成在控制电子设备304和流体壳体308中的开孔，并与可旋转部分316接合。通过启动步进电机302使得可旋转部分316旋转，允许可旋转部分316的突起317与任意选定的一个流体控制构件对准。突起317具有倾斜表面，由此也提供流体控制。因此，可以看出，利用步进电机302使得可旋转部分316旋转，可以允许流体从入口到任一选定的出口以所需的流量流到。
参照图12，其示出了参照图11描述的流体分配装置300的组装状态。该装置300包括步进电机302、电子设备304、流体壳体308以及电池309。如上面参照图4所述，该装置适于植入位于颅骨的凹槽或者孔中。
参照图13a和13b，其更详细地示意性示出了参照图11和12描述的流体壳体308。
图13a示出了壳体308，其包括中心内腔340，该中心内腔340通过入口腔339与入口310流体连通。开孔形成在中心内腔340的壁上，通过这些开孔，流体可传递到出口腔341。每个出口腔341也与相关联的出口312流体连通。锥形插头326和弹簧加载的支座328被设置在每个出口腔341中。在没有任何外力的情况下，弹簧加载的支座328被布置成迫使锥形插头326与限定开孔的壁接合。可旋转部分316连接到步进电机302的轴330上。压力传感器306也设置在内腔339和出口强341中。可旋转部分316的旋转允许其中的突起与任一插头326对准，从而使得该插头与其相关联的开孔脱离，由此允许流体从其流过。提供适合形状的突起(例如斜面)允许相关联的涂胶的插头326相对于开孔的位置被控制。换句话说，可以通过使用可旋转部分316改变涂胶插头的位置以便根据需要部分阻塞该开孔来控制通过该开孔的流量。
图13b示出了壳体沿着图13a的线I-I的剖视图。可以看出，该壳体308被分成五个部分，该五个部分限定了四个出口腔341和一个入口腔339。入口腔339的开口360是通畅的。四个出口腔中的三个的开口被相关联的插头阻塞。一个出口腔的开口362没有被相关联的插头326密封，也就是说，在该构造中，如图13a所示的可旋转部分316的突起317已经迫使插头326与开孔362脱离接合。
应当理解，图11-13的图示仅仅是示意性的，本领域技术人员理解，可以对该基本概念进行变型。例如，壳体可以被设计成使得流体通路中的死区最小化。可以设置类似的布置，其中可旋转部分316和弹簧加载的机构被单独的压电致动器替代，这些致动器用于将插头推压到每个开孔，这些致动器可以是双稳态的，以最小化功率损耗。此外，插头可以被弹簧加载，从而他们不需要外力可以与每个相关联的开孔脱离接合。在这种情况下，可旋转部分316可包括凹槽，从而施加到插头上的物理力在凹槽与插头对准时被释放。
图14示意性示出了图11-13所示的装置的一种变型。如图14示出的装置不提供如图13a所示的用于选择性阻塞每个开孔的锥形插头326，而是采用柔性隔膜400来覆盖开孔402。也提供双稳态致动器404，其可被推压成与该隔膜接触。图14a示出了“关闭”状态，其中致动器404迫使隔膜400与开孔402接触，由此防止任何流体流过。图14b示出了“打开”装置，其中隔膜没有被推压在开孔上，由此允许流体流过。也可以根据需要设置中间流动状态。尽管图14仅仅示出了一个开孔，但是单个隔膜可覆盖多个开孔。相应的致动器可以设置，以迫使隔膜与每个开孔基础，或者可以采用类似于上述可旋转部分316的单个致动机构以控制通过所有开孔的流动。
图15示出了另一种旋转阀机构。中心部分450被设置成可相对于基部452旋转。基部452包括四个通道454a-454d，这些通道根据需要与该机构的入口/出口连接。中心部分450宝来两个通道456a和456b。在图15a所示的旋转位置，基部452的通道454a和454b与中心部分450的通道456a流体连通，基部452的通道454c和454d与中心部分450的通道456b流体连通。
如图15b所示，使得中心部分450旋转90°，可以改变通过该阀的流体通路。具体而言，可以从图15b看出，这种旋转使得基部452的通道454b和454c与中心部分450的通道456a流体连通，基部452的通道454a和454d与中心部分450的通道456b流体连通。如果通道454a与入口流体连通，可以看出，中心部分450的旋转允许流体路由到通道454b或者454d中的任一个，通道454b或者454d与相应的出口流体连通。此外，流体可被选择地从通道454c路由到通道454b或者454d中的任一个。尽管示出了四端口阀，但是可以根据需要设置更多或者更少端口。
图16示出了“游标(Vernier)”形式的图15所示的旋转阀机构，其中需要减小角度的旋转以改变通过该装置的流体路由路径。该阀机构包括基部500和可旋转部分502。基部包括多个通道504a-504g，这些通道终止与可旋转部分502。该可选装部分包括四个通道506a-506d。可旋转部分502的每个通道506的近端相互流体连通，这些通道的远端围绕可旋转部分502的周边分布。
在使用中，可旋转部分502的通道506的近端被设置成与基部500的所选择的通道流体连通。图16示出了基部500的通道504a与可旋转部分502的通道506a-506d的近端流体连通。图16还示出了可旋转部分502的通道506a的远端与基部500的通道504b对准，这种构造允许流体从通道504a通过可旋转部分502传递到通道504b。可旋转部分502的小量的逆时针旋转使得通道506a和通道504b之间的流体连通被打破，但是，在通道506b和通道504c之间建立流体连通。进一步逆时针旋转，然后在通道506c和通道540d之间建立流体连通，等等。通过这种方式，可旋转部分502的相对小量的旋转运动可以用来使得流体路由到不同的出口。更大的运动可以用来改变基部500的通道，通过该通道流体可传递到可旋转部分502的每个通道506的近端。换句话说，阀机构可提供多个入口。这里描述的装置被植入以将流体输送到人体或者动物体内的任何部位。但是，该装置特别适于用在涉及通过一个或多个植入的导管供应某种治疗剂/或药物到大脑的医疗治疗中。该流体可包括溶解在其中的药剂，或者其可包括流体承载的颗粒(例如，基因治疗药剂、毫微级颗粒、病毒载体、脂质体等)。
参照图17，提供了到大脑的对流增强的输送的多个潜在应用。具体而言，示出了药剂的类型和输送这种药剂所需的0.2mm外径的导管的数量。在一些情况下，输送机制可需要连续输送，而其他治疗可需要脉冲(大丸剂)输送。通过导管(或者导管组)依次顺序输送治疗药剂也可提供改进的治疗功效。应当注意，图17的列表不是穷举。本领域技术人员理解，各种应用可以采用上述类型的装置。