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一種通過誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)液體可控輸送治療疾病的醫(yī)療設(shè)備的制作方法

文檔序號:40594411發(fā)布日期:2025-01-07 20:34閱讀:4來源:國知局
一種通過誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)液體可控輸送治療疾病的醫(yī)療設(shè)備的制作方法

本發(fā)明涉及治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)(cns)和/或腦脊液(csf)系統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備,適用于多種用途,包括但不限于治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病,包括但不限于腦水腫、腦炎、中風(fēng)、腦外傷、腦腫瘤、腦出血、阿爾茨海默病、帕金森病,以及其他應(yīng)用,包括但不限于藥物輸送。本發(fā)明尤其涉及通過電滲流誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)和/或腦脊液(cns/csf)系統(tǒng)中的液體可控輸送治療疾病的醫(yī)療設(shè)備,該醫(yī)療設(shè)備通過以下主要機(jī)制實(shí)現(xiàn)上述目的:(1)誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)/腦脊液系統(tǒng)內(nèi)的液體流動(dòng);(2)調(diào)節(jié)神經(jīng)可塑性和興奮/抑制極化;(3)引導(dǎo)和清除中樞神經(jīng)系統(tǒng)/腦脊液系統(tǒng)內(nèi)的有害蛋白質(zhì)和顆粒等腦廢物。


背景技術(shù):

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù),并不必然構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

2、腦水腫是指神經(jīng)組織中水分含量增加,是腦外傷、中風(fēng)、腦炎、腦腫瘤和腦出血的主要神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥。大多數(shù)腦水腫患者都會出現(xiàn)顱內(nèi)壓升高,如果得不到有效治療,病情可能會惡化。腦出血又稱出血性中風(fēng),是指腦實(shí)質(zhì)和/或腦室突然出血。除非得到有效治療,否則會危及生命,需要立即就醫(yī)。腦出血會限制腦部供氧,導(dǎo)致頭痛、惡心、嘔吐、四肢刺痛或面癱。血腫增大是神經(jīng)系統(tǒng)早期惡化的主要原因。在腦出血發(fā)病三小時(shí)內(nèi),高達(dá)38%的血腫會擴(kuò)大,血腫體積是預(yù)測30天死亡率的重要指標(biāo)。阿爾茨海默病是一種漸進(jìn)性疾病,從輕度記憶力減退開始,可能導(dǎo)致喪失對話能力和對環(huán)境的反應(yīng)能力。它是癡呆癥的主要病因,正迅速成為本世紀(jì)最昂貴、最致命、負(fù)擔(dān)最重的疾病之一。帕金森病是一種腦部疾病,會導(dǎo)致無意或無法控制的動(dòng)作,如顫抖、僵硬、平衡和協(xié)調(diào)困難。它是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一種慢性退行性疾病,主要影響運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

3、目前,腦水腫通常采用皮質(zhì)類固醇或滲透性利尿劑治療。尤其是滲透療法一直被視為藥物治療的主流,但它可能會引起急性腎功能衰竭和腦灌注減少等副作用。此外,當(dāng)腦水腫的質(zhì)量效應(yīng)過高,僅靠滲透療法無法控制時(shí),神經(jīng)外科治療(如開顱減壓術(shù))是最嚴(yán)重腦外傷和腦卒中患者的最終選擇,目的是降低腦水腫引起的顱內(nèi)壓。開顱減壓術(shù)確實(shí)降低了死亡率,但卻增加了嚴(yán)重殘疾患者的存活率,有些患者甚至?xí)蔀橹参锶?,這可能是由于腦組織內(nèi)部和骨質(zhì)邊緣受到嚴(yán)重拉伸所致。治療腦出血的重點(diǎn)是止血、清除血凝塊和減輕腦部壓力。目前,還沒有特定的療法能改善出血后的預(yù)后。雖然重組因子viia能限制血腫的擴(kuò)大,但早期iii期研究結(jié)果顯示,90天后嚴(yán)重殘疾率或死亡率并未降低。阿爾茨海默氏癥是一種復(fù)雜的疾病,目前還沒有治愈阿爾茨海默氏癥的方法,不過有一些藥物可以暫時(shí)減輕癥狀,比如加蘭他敏、利伐斯敏和多奈哌齊,它們都是膽堿酯酶抑制劑,可用于治療輕度至中度阿爾茨海默氏癥癥狀。這些藥物可幫助減輕或控制某些認(rèn)知和行為癥狀。帕金森病是一種快速增長的神經(jīng)退行性疾病。左旋多巴是最常用的一線治療藥物。然而,帕金森病目前還無法治愈。目前,沒有任何療法可以減緩或阻止帕金森病的進(jìn)展。不過,對遺傳原因和神經(jīng)元死亡機(jī)制的新認(rèn)識為正在測試的幾種有望改變疾病的策略提供了依據(jù)。最佳治療方法需要根據(jù)患者的具體情況量身定制,并隨著病情的發(fā)展而不斷調(diào)整。

4、因此,盡管在過去幾十年中治療效果有所改善,但一些與中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的疾病,包括腦水腫、腦出血、阿爾茨海默病和帕金森病,仍然沒有明確而成功的治療方法。對于腦出血、阿爾茨海默病和帕金森病等疾病,需要一種有效的方法來緩解腦水腫積液,清除中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的有害蛋白質(zhì)和血凝塊等廢物。

5、在us2014/032412和us2017/0274207中,描述了一種用于治療腦積水的電滲驅(qū)動(dòng)流體的方法,其中在大腦中植入兩個(gè)絕緣電極,根據(jù)基于電容的電流驅(qū)動(dòng)流體在第一和第二電極之間流動(dòng)。這種通過植入電極的侵入式方法的缺點(diǎn)是增加了植入和系統(tǒng)操作的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn),并可能對植入電極附近的大腦造成二次損傷。此外,誘導(dǎo)流體流動(dòng)是由絕緣電極的電容電流驅(qū)動(dòng)的。其缺點(diǎn)是,絕緣電極誘導(dǎo)的電容電流導(dǎo)致效力和效率不確定,特別是在誘導(dǎo)流體流動(dòng)以移動(dòng)流體超過幾厘米的距離時(shí)。

6、us2019/0076653描述了一種利用三個(gè)電極減少大腦中淀粉樣β蛋白和/或tau蛋白等物質(zhì)聚集的方法。在該專利中,根據(jù)電泳和電滲原理,將物質(zhì)從大腦實(shí)質(zhì)驅(qū)入充滿腦脊液的大腦空間,然后再驅(qū)入上矢狀竇。直流電的平均幅度至少為1ma,不超過5ma,或平均幅度小于1.2v。然而,植入電極的侵入式方法有一個(gè)缺點(diǎn),即可能對植入電極附近的大腦造成二次損傷。此外,這樣的幅度可能會導(dǎo)致植入電極周圍發(fā)生電解,從而損害大腦。

7、在us9616221中,描述了一種通過電滲將蛛網(wǎng)膜下腔的液體驅(qū)動(dòng)到上矢狀竇,對確定為有阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)或患有阿爾茨海默病的受試者進(jìn)行治療的方法。中面治療電極位于上矢狀竇上方,側(cè)面治療電極位于顱骨矢狀中面1到12厘米之間。然而,這種電極配置用于驅(qū)動(dòng)蛛網(wǎng)膜下腔的液體流向上矢狀竇。雖然這會影響大腦表層灰質(zhì),但對深層白質(zhì)的影響微乎其微,甚至沒有效果。將治療電極設(shè)置在固定位置,而不是根據(jù)患者頭部的流體源位置調(diào)整電極位置,其缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)可控性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)和/或腦脊液系統(tǒng)中的流體傳輸。

8、在us11413455b1中,描述了一種通過清除從腦實(shí)質(zhì)到蛛網(wǎng)膜下腔的淀粉樣β蛋白、tau蛋白和/或金屬離子來治療被確定為有阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)或患有阿爾茨海默病的受試者的方法。然而,中央電極僅布置在顱骨矢狀中面一厘米范圍內(nèi),這限制了清除路徑,降低了廢物清除的集中性和效率。

9、在專利se543899c2中,描述了一種醫(yī)療設(shè)備,通過電滲流在患者的cns/csf系統(tǒng)中誘導(dǎo)液體可控輸送,其中陰極始終置于上矢狀竇。液體從陽極到陰極被輸送到上矢狀竇和腦室系統(tǒng)。

10、本發(fā)明在以下方面推進(jìn)了現(xiàn)有技術(shù):(1)本發(fā)明描述了一種方法和設(shè)備,通過新設(shè)計(jì)的電極系統(tǒng)將液體從靶組織驅(qū)動(dòng)到鄰近的中樞神經(jīng)系統(tǒng)區(qū)域和/或充滿腦脊液的空間;(2)新設(shè)計(jì)的電極系統(tǒng)可提高治療的聚焦性和有效性;(3)本發(fā)明既能控制液體運(yùn)動(dòng),又能調(diào)節(jié)神經(jīng)可塑性和興奮/抑制極化;(4)用于治療的電流可以是直流電或交流電,采用直流電可實(shí)現(xiàn)持續(xù)刺激、間歇治療或錘擊式刺激,通過更高的速度提高效率。此外,本發(fā)明還提出利用現(xiàn)有設(shè)備補(bǔ)充現(xiàn)有療法,從兩個(gè)方面加強(qiáng)對腦出血、阿爾茨海默病和帕金森病等中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的治療:(1)新穎之處在于與藥物相結(jié)合,在藥物分解大分子蛋白質(zhì)和/或血凝塊后,該設(shè)備將通過引導(dǎo)/清除腦廢物來調(diào)節(jié)因藥物治療而釋放的廢物;(2)新穎之處在于與腦深部刺激電極(dbs)相輔相成,通過耦合當(dāng)前設(shè)備來提高水腫、血腫、阿爾茨海默病和帕金森病的治療效率,其中dbs電極可設(shè)置為陽極或陰極。

11、因此,需要一種改進(jìn)的方法來控制或調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的流體流動(dòng),這種方法可廣泛應(yīng)用于治療各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病,包括但不限于治療腦水腫、腦出血、阿爾茨海默病、帕金森病等。此外,通過誘導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的液體流動(dòng)的方法適用于多種用途,包括但不限于藥物輸送。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種通過誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)液體可控輸送治療疾病的醫(yī)療設(shè)備,可以緩解上述問題和其他問題。

2、本發(fā)明的第一方面,提供了一種通過誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)液體可控輸送治療疾病的醫(yī)療設(shè)備,用于通過放置在患者頭部和/或腦內(nèi)選定位置的兩個(gè)或多個(gè)電極,通過電滲誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)患者cns和/或csf系統(tǒng)中的受控流體傳輸,該醫(yī)療設(shè)備接收電滲信息,即基于患者個(gè)體化的三維頭部模型,在患者頭部和/或大腦內(nèi)部的特定電極位置施加特定電勢和/或電流后產(chǎn)生的流體傳輸響應(yīng),接收患者頭部內(nèi)的流體源位置,利用電滲信息和流體源位置選擇一組電極位置,將兩個(gè)或多個(gè)電極與所述中樞神經(jīng)系統(tǒng)/腦脊液系統(tǒng)進(jìn)行電通信,每個(gè)電極放置在所選電極位置中的一個(gè)位置,并控制對所述電極施加所選電勢和/或電流,其中所選電勢和/或電流通過電滲信息被選為與所選電極位置相關(guān)的電勢和/或電流,以誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)所述中樞神經(jīng)系統(tǒng)/腦脊液系統(tǒng)中的受控流體傳輸。

3、本發(fā)明的第二個(gè)方面,提供了一種通過誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)液體可控輸送治療疾病的醫(yī)療設(shè)備,通過放置在患者頭部和/或大腦內(nèi)部選定位置的兩個(gè)或多個(gè)電極,利用電滲誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)和/或腦脊液系統(tǒng)中的受控流體傳輸。該醫(yī)療設(shè)備被配置為:

4、a)接收關(guān)于電極位置和/或關(guān)于電極電勢和/或電極電流的信息,以實(shí)現(xiàn)所述cns/csf系統(tǒng)中的受控流體傳輸,其中該信息通過在所述cns/csf系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型中對誘導(dǎo)流體傳輸進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬而生成;計(jì)算機(jī)模型是根據(jù)一組cns/csf系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)圖像生成的,模擬是通過模擬在所述計(jì)算機(jī)模型中與所述cns/csf系統(tǒng)進(jìn)行電通信的至少一個(gè)模擬陽極和至少一個(gè)模擬陰極施加電勢和/或電流所產(chǎn)生的流體傳輸響應(yīng)來進(jìn)行的;

5、b)將至少兩個(gè)電極與所述中樞神經(jīng)系統(tǒng)/腦脊液系統(tǒng)進(jìn)行電通信,以及

6、c)根據(jù)從計(jì)算機(jī)模擬中接收到的信息,用控制單元控制對所述電極施加電勢和/或電流,以誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)所述中樞神經(jīng)系統(tǒng)/腦脊液系統(tǒng)中的受控流體傳輸,和/或調(diào)節(jié)神經(jīng)可塑性和興奮/抑制極化。

7、最好的情況是,醫(yī)療設(shè)備包括在與模擬陰/陽極位置相對應(yīng)的位置上至少放置一個(gè)充當(dāng)陰極的電極和至少一個(gè)充當(dāng)陽極的電極。任何電極都可以根據(jù)需要設(shè)置為陽極或陰極。每個(gè)電極都被設(shè)計(jì)用于執(zhí)行電刺激和檢測各種指標(biāo),如大腦信號和顱內(nèi)壓。

8、優(yōu)選地,該醫(yī)療設(shè)備包括向放置在與模擬陰極/陽極位置相對應(yīng)位置的電極施加電勢和/或電流。

9、優(yōu)選地,醫(yī)療設(shè)備包括對電極施加與施加到模擬電極上的模擬電勢和/或電流相對應(yīng)的電勢和/或電流。用于治療的外加電流可以是直流電或交流電,從而對患者治療產(chǎn)生持續(xù)刺激、間歇治療或錘擊式刺激。

10、優(yōu)選地,醫(yī)療設(shè)備包括根據(jù)從計(jì)算機(jī)模擬中接收到的信息中的至少一個(gè)模擬結(jié)果,控制對所述電極施加電勢和/或電流。

11、根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案,該醫(yī)療設(shè)備選擇要排出液體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)/腦脊液系統(tǒng)區(qū)域和選擇要接收液體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)/腦脊液系統(tǒng)區(qū)域,該醫(yī)療設(shè)備執(zhí)行的步驟b)包括:

12、b1)從要排出流體的區(qū)域看去,將至少一個(gè)與cns/csf系統(tǒng)電通信的陰極放置在要接收流體區(qū)域的后面和/或內(nèi)部,以及

13、b2)從需要接收液體的區(qū)域看去,將至少一個(gè)與cns/csf系統(tǒng)電通信連接的陽極,放置在需要排出液體的區(qū)域后方和/或內(nèi)部的間隔位置。

14、接收液體的區(qū)域最好是鄰近的cns/csf區(qū)域,如腦實(shí)質(zhì)。接收液體的區(qū)域最好是充滿腦脊液和/或腦間隙液的區(qū)域,如蛛網(wǎng)膜下腔、上矢狀竇、腦室系統(tǒng)等。

15、在一個(gè)實(shí)施方案中,醫(yī)療設(shè)備執(zhí)行的方法包括選擇cns/csf系統(tǒng)的通路區(qū)域。通路區(qū)域最好包括位于需要排出液體的區(qū)域和需要接收液體的區(qū)域之間的區(qū)域,該區(qū)域在后兩個(gè)區(qū)域之間形成液體流動(dòng)的首選通路。

16、在一個(gè)實(shí)施方案中,醫(yī)療設(shè)備執(zhí)行的方法包括選擇一個(gè)優(yōu)選路徑,將流體從源區(qū)域驅(qū)動(dòng)到靠近源區(qū)域的周圍健康腦區(qū)。

17、在一個(gè)實(shí)施例中,醫(yī)療設(shè)備執(zhí)行的方法包括選擇一個(gè)優(yōu)選路徑,將流體從源區(qū)域驅(qū)動(dòng)到鄰近的腦脊液填充空間。

18、在一個(gè)實(shí)施方案中,醫(yī)療設(shè)備執(zhí)行的方法步驟c)包括:

19、c1)利用控制單元控制對至少一個(gè)陰極和至少一個(gè)陽極施加電勢和/或電流,以便將流體從選定的流體排出區(qū)域集中輸送到選定的流體接收區(qū)域;

20、c2)利用控制單元控制對至少一個(gè)陰極和至少一個(gè)陽極施加電勢和/或電流,以調(diào)節(jié)神經(jīng)可塑性和興奮/抑制極化。

21、將流體從待引流區(qū)域集中輸送到用于接收流體的區(qū)域,從而減輕腦水腫和/或血腫患者的水腫流體和離子在流體源位置的積聚。將流體從待引流區(qū)域輸送到接收流體的區(qū)域,集中到所選通路,以清除受控流體中的廢物,如血凝塊、淀粉樣β蛋白、tau蛋白和/或金屬離子,適用于腦出血、阿爾茨海默病和/或帕金森病患者。從要排出液體的區(qū)域到接收液體的區(qū)域的液體運(yùn)輸集中在所選的通路上,從而推動(dòng)受控液體內(nèi)的藥物到達(dá)目標(biāo)區(qū)域,在治療過程中實(shí)現(xiàn)聚焦。此外,電刺激還可以通過放置在患者頭部和/或大腦內(nèi)部選定位置的兩個(gè)或多個(gè)電極來調(diào)節(jié)神經(jīng)可塑性和興奮/抑制極化。

22、根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面,本發(fā)明提供了一種通過誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)液體可控輸送治療疾病的醫(yī)療設(shè)備,通過放置在患者頭部和/或大腦內(nèi)部選定位置的兩個(gè)或多個(gè)電極,利用電滲誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)cns/csf系統(tǒng)中的受控流體運(yùn)輸,以補(bǔ)充現(xiàn)有療法,從而加強(qiáng)對腦水腫、腦出血、阿爾茨海默病、帕金森病等中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的治療。

23、在一個(gè)實(shí)施方案中,該醫(yī)療設(shè)備適用于治療以積聚水腫液為特征的各種疾病,包括但不限于腦水腫、腦炎、中風(fēng)、腦外傷、腦腫瘤、腦出血。該醫(yī)療設(shè)備可以補(bǔ)充當(dāng)前的水腫療法,例如,補(bǔ)充水腫的高滲治療,以提高其效率。該醫(yī)療設(shè)備可促使水腫區(qū)域的多余液體分散地流入鄰近的腦組織,然后通過高滲療法將多余液體從腦實(shí)質(zhì)吸收至血管內(nèi)空間。

24、在一個(gè)實(shí)施方案中,該醫(yī)療設(shè)備所執(zhí)行的方法適用于治療各種疾病,這些疾病的特征是中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)廢物的累積,其中包括在各種神經(jīng)退行性疾病中出現(xiàn)的有害蛋白質(zhì)和血凝塊,包括但不限于腦出血、阿爾茨海默病和帕金森病。

25、在一個(gè)實(shí)施方案中,該醫(yī)療設(shè)備可在藥物將腦部廢物分解成小塊后清除/引導(dǎo)腦部廢物,從而補(bǔ)充現(xiàn)有的腦出血、阿爾茨海默病和帕金森病療法。使用藥物將血凝塊和較大的腦廢物(如淀粉樣β蛋白和tau蛋白)分解成粉末或更小的顆粒。然后,包括粉末或小顆粒在內(nèi)的液體被輸送到靠近病灶的充滿腦脊液的空間。

26、在一個(gè)實(shí)施方案中,該醫(yī)療設(shè)備可通過與侵入性電極(如現(xiàn)有的腦深部刺激(dbs)電極)耦合,補(bǔ)充現(xiàn)有的治療腦出血、阿爾茨海默氏癥和帕金森氏癥的療法??蓪F(xiàn)有的dbs電極設(shè)置為陽極,醫(yī)療設(shè)備中的電極設(shè)置為陰極,通過將液體驅(qū)動(dòng)到腦脊液填充空間來清除腦廢物和/或血凝塊,從而通過聯(lián)合腦深部刺激效應(yīng)和清除腦廢物的協(xié)同效應(yīng)實(shí)現(xiàn)更有效的治療。

27、通過對一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的以下詳細(xì)描述,本領(lǐng)域技術(shù)人員將對本發(fā)明的實(shí)施例有更全面的了解,并能認(rèn)識到本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解,相同的參考數(shù)字用于標(biāo)識一個(gè)或多個(gè)圖中所示的相同元件。

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