用于根据腹膜透析治疗慢性肝衰竭的系统与方法

摘要

一种用于治疗肝衰竭的人造肝脏系统，包括：贮存器，其用于将含白蛋白透析流体提供到患者腹膜；可植入设备，其包泵以经由相应的导管、控制电路、电池与收发器将所述流体从所述腹膜泵送到所述膀胱；充电与通信系统，其构造为使电池周期性的充电并且与可植入设备通信以获取反应患者健康的数据；以及监视与控制软件，其适于用于传统个人电脑，以便配置并且控制所述可植入设备与充电与通信系统的操作。监视与控制软件允许治疗医师根据反映患者健康的数据，远程地调节从腹腔泵送到膀胱的流体的体积、时间、与频率。

说明书

技术领域

本申请涉及用于根据腹膜透析从身体移除毒素和废物的装置与方法。

背景技术

肝衰竭是由肝不能充分地执行其功能造成的症状。肝衰竭可以是急性的，例如由诸如急性病毒性肝炎或中毒性肝炎的急性病造成的，或者其可以是慢性的(慢性肝衰竭，或“CLIF”)例如，由酒精中毒、乙型或丙型肝炎、或脂肪肝疾病造成的。CLIF是迄今对肝衰竭的最通常的表述，并且通常地与其中健康肝脏组织被疤痕组织取代的肝硬化相关，并且不能充分地清理血液的毒素与废物。CLIF通常地与几个若干其它器官的功能衰竭相关，包括心血管系统、大脑、肾脏及肾上腺、以及对抗内源性和外源性细菌性感染的免疫防御机制。此外，患有CLIF的患者容易患有慢加急性肝衰竭(AOCLIF)的复杂的综合症，其中诸如肝脏感染或损害的急性的促发因素致使与CLIF相关的并发症的急性发展以及其它器官的功能衰竭。具有CLIF的患者的存活的可能性很短，通常地少于3年，并且AOCLIF是与最差的预后相关的并发症。因此肝脏移植是具有晚期CLIF患者治疗的治疗选择。不幸地，由于潜在接受者与捐赠者之间的大的不平衡，因此仅一小部分患者可以接受移植。

CLIF的机制是复杂的并且与其它器官衰竭的情形类似，不仅与肝功能的损害相关。肝功能的损坏是由使肝脏质量减小的肝脏组织的渐进受损造成的，并且由此减少功能性肝细胞的数量。此减少的净效果是对合成和排泄功能的损害，这改变了血液中几种物质的水平并且由此可能不利地影响多个器官的功能。这些物质的血浓度的测量可以由此被用作肝衰竭的指示器，例如白蛋白或凝血因子的减少，和/或诸如氨或胆红素的毒素的增加。可能由该毒素的一部分的聚集加上炎症通路的激活导致肝原性脑病。可能损害免疫防御机制，造成活菌以及细菌产物(例如，内毒素)从腹膜腔到系统循环中的通过增加，造成诸如自发性细菌性腹膜炎的感染和/或诸如增加的破坏因子的循环水平的全身性炎症反应。肝质量的破坏还可以激活促使肝癌发展的再生机制，例如，肝细胞癌。肝细胞坏死还可能导致肝内循环的纤维化中断并且增加门静脉(称作门脉高压)中的静水压力，这可能造成可能破裂并且表现为胃肠出血的食管静脉曲张。门脉高压还可能造成腹水，其中流体在腹膜腔中长期地收集。随着CLIF发展还可能在心血管功能上存在改变，包括动脉血管舒张、心脏功能降低、以及诸如肾素和去甲肾上腺素的一系列血管收缩物质的增加释放，这可能造成次于肾血管收缩(肝肾综合征)的肾衰竭并且可能参与到AOCLIF中的多器官衰竭的发病机制中。

已经开发了用于与诸如腹水、感染、脑病、出血和肝癌的此症状相关的并发症的用于CLIF的当前疗法。例如，可以通过减少肠道中产生的氨气与其它有毒物质并且由此减少用于患病肝脏处理的毒素的数量的诸如益生菌、抗生素和/或泻药的制剂来治疗肝性脑病。循环功能障碍和肾衰竭的治疗可以包括管理白蛋白(一种结合到致使血管舒张的几种毒素的蛋白质)，其可以改进心脏功能。其它疗法可以专注于补偿过多流体保持(例如管理利尿剂以治疗腹水)的措施上；减小食管静脉曲张中的压力(例如管理β肾上腺素能阻滞剂)；根除静脉曲张(例如利用内窥镜的静脉曲张的带)；杀死造成感染的细菌(例如管理抗生素)；和/或增加血压(例如管理血管收缩剂以治疗循环功能障碍)。此方法是无功的并且主要地指向具有明显的并发症的患者的主动管理。

由于患有CLIF的患者的生命预期相对短并且由于肝脏移植的可获得性是不充足的，因此产生了提供人造装置来清理人体毒素与废物(诸如内源性代谢物，已知它在保持肝脏与其它器官的功能中是尤其关键的)的的需要。在二十世纪70年代开发了用于这样做的初始系统，并且以传统的透析形式为基础，其中患者的血液被从身体移除，经过透析机，并返回到身体。尽管此系统显示了一些益处，人们发现它们不足以能够移除非水溶性、白蛋白结合的有毒物质。在此方面的向前一步是引入活性炭血液灌流，但是相容性问题限制此种系统的使用。

目前，存在两种基本的人造肝脏支持系统(“ALSS”)，即生物人工和人工肝脏。二者均以将患者循环系统连接到体外循环为基础，其中患者的血液或血浆循环通过含有肝细胞(生物人工)的生物反应器或者通过具有富含对于水溶性毒素具有高的结合能力的白蛋白的透析流体的毛细血管柱(人工的)。尽管生物人工肝脏示出为提高了一些患者群中的存活，但它们是非常复杂与昂贵的，并且在此疗程期间具有要求可用的肝细胞的限制。

人造ALSS系统，诸如MARS(分子吸附再循环系统)与普罗米修斯(Prometheus)，利用含有白蛋白的透析溶液。MARS系统被广泛地使用。除了传统的透析以外，MARS利用可渗透小的与中等分子重量物质的膜提供针对含有白蛋白的透析溶液的血液透析。在血液中积聚的水溶性与非水溶性物质沿着浓度梯度传到含有白蛋白透析溶液的辅助回路。水溶性的这些通过辅助回路中的白蛋白，并且随后地通过再生用于结合额外水溶性物质的白蛋白的树脂与活性炭吸附柱瞬间地结合。水溶性物质被通过传统的透析移除。

尽管在患有AOCLIF的患者中的多项ALSS的研究已经在心血管功能、肝性脑病以及在患有肾功能衰竭的患者、血尿素和血清肌酐水平中显示了显著的有益效果，但是未显示出实质的存活受益。这可能因为到ALSS治疗开始的时候该疾病已经进展的太远。此外，由于ALSS涉及体外血液处理，其要求使用透析管、抗凝药、和严密的临床控制、并且因此需要住院。这可能显著增加治疗患者的成本并且降低他的生活质量，从而潜在地降低顺从性。

已经开发了用于根据腹膜透析清理血液的毒素与废物的另选的方法，其中透析液被引入到患者的腹膜腔中。例如，沙利文的美国专利No.7,169,303描述了将透析液传送到患者的腹膜腔中，然后从腹膜腔收回透析液并且将收回的透析液传送通过包括用于毒素移除的吸附剂悬浮液的体外治疗系统。尽管此方法可以避免需要如ALSS中那样收回血液，其仍然仅在CLIF的进展中的太晚的阶段使用并且由于其体外性质因此可能仍需要住院。

科廷的美国专利No.8,012,118描述了用于从遭受肾脏疾病的患者移除尿毒症代谢废物与流体的可穿戴透析系统，其中小型外部泵使腹膜透析溶液在腹腔(其中尿毒症代谢废物扩散通过腹膜进入透析溶液中)与清洁溶液并且当多个层变得饱和时可以被替换的可替换盒子之间持续地再循环。科廷描述了可以在蛋白质结合的毒素的移除中在腹膜透析溶液中增加白蛋白，并且可以使用细菌过滤器来将细菌污染从溶液移除。科廷还描述了包括可替换排放容器的流体环路，排放容器排放已经从患者身体通过反渗透增加到腹膜透析溶液的过多流体。可以经由血管移植将多个中空纤维膜连接到患者血液流以将过多的流体从血液流移除，并且此过多的流体可以排放到患者的膀胱。

尽管在科廷中描述的系统可以避免需要频繁住院并且改善患者的方便性，但透析仍在体外执行，要求周期性地替换盒子并且周期性地排放已经通过反渗透从患者身体增加到腹膜溶液的过多的流体，并且由于病原体足够小或者不循环通过过滤器，因此容易通过未被细菌过滤器捕获的病原体受到污染。此外，对于ALSS与先前已知的腹膜透析来说，在患者处于CLIF的更加晚期阶段以前可以不实施科廷的系统，并且由此不那么可能实现提高的寿命预期。此外，由于以办公室拜访为基础因此治疗医师的参与可能相对频繁，从而医师可能不会意识到，也不能在适当位置处以立即地处理患者健康的改变。

鉴于前述已知系统的上面指出的缺陷，可能期望的是提供用于利用具有最小数量的要求替换的部件的可植入设备治疗CLIF的方法与装置，避免对患者操作多种类型的流体的需要，并且降低感染的风险，允许持续的医师参与，并且其可以在CLIF的较早阶段使用并且由此减少与CLIF相关的并发症。

发明内容

本发明通过提供人造肝脏系统克服了前述已知治疗肝脏衰竭的系统与方法的缺陷，所述人造肝脏系统自动且自主地将含白蛋白透析液提供到患者的腹腔中，并且然后将其中具有毒素与废物的透析液移除到患者的膀胱，在患者上具有减小的负担。本发明的人造肝脏系统还将反应患者健康的数据周期性或持续地提供到治疗医师，治疗医师可以根据患者健康的变化远程地调节患者的透析治疗。

本发明的人造肝脏系统优选地包括：含有具有白蛋白的腹膜透析流体并且构造为将腹膜透析流体提供到患者的腹膜的贮存器；构造为植入到患者的腹膜中的腹膜导管；以及构造为植入到患者膀胱中的膀胱导管。此系统还优选地包括：可植入设备，其包括泵、控制器、电池与收发器，并且构造为将腹膜中的腹膜透析流体经由腹膜导管与膀胱导管泵送到患者的膀胱；充电与通信系统，其构造为周期性地使电池充电并且与植入设备通信；以及监视与控制软件，其适于用于传统个人电脑，以便配置并且控制可植入设备以及充电与通信系统的操作。优选地，监视与控制软件仅对于治疗医师是可获得的，使得患者基本上仅经由充电与通信系统与可植入设备相互作用以为了使可植入设备再充电的目的。监视与控制软件可以用于监视患者的健康并且如果需要的话用于调节透析治疗的参数，例如通过增加或减小透析液流入腹腔或流出腹腔的流速、透析液的体积、泵送的频率，和/或流体保留在腹腔内的时间，以便降低患者的CLIF恶化的可能性并且潜在地改善患者的肝脏与其它器官的健康。

在一些实施方式中，贮存器构造为用于外部使用。选择性地，系统包括构造为促进腹膜透析流体从贮存器流动到患者的腹膜的外部泵。此系统可以包括构造为将贮存器固定到患者身体的带子，并且贮存器可以包括沿着带子的长度布置的至少一个小袋。贮存器导管可以联接到透析液贮存器以及可植入设备，泵还构造为将腹膜透析流体从贮存器经由贮存器导管与腹膜导管泵送到患者的腹膜。第一阀与第二阀可以设置为与可植入设备可操作地连通，第二阀构造为被致动以便防止当腹膜透析流体从贮存器泵送到腹膜时从膀胱流到腹膜，第一阀构造为被致动以便防止当腹膜透析流体从腹膜泵送到膀胱时从腹膜流动到贮存器。

在其它实施方式中，透析液存储器构造为用于内部植入并且包括构造为容纳新鲜腹膜透析流体的端口。贮存器导管可以联接到透析液贮存器以及可植入设备，泵还构造为将腹膜透析流体从贮存器经由贮存器导管与腹膜导管泵送到患者的腹膜。此系统可以包括与可植入设备可操作地连通的第一与第二阀，第二阀构造为被致动以便当腹膜透析流体从贮存器泵送到腹膜时防止从膀胱流到腹膜，第一阀构造为被致动以便当腹膜透析流体从腹膜泵送到膀胱时防止从腹膜流动到贮存器。

充电与通信系统还可以包括：手持件，所述手持件容纳第二控制器、第二收发器、第二感应充电回路与第二电池；以及底座，所述底座包含用于使第二电池充电的回路。第二感应回路可以包括线圈，并且手持件可以构造为方便将手持件外部地定位为与可植入设备对准。

第一控制器可以编程为自动地激活电机与齿轮泵以响应于通过监视与控制软件通信的操作参数在预定时间期间并且以预定体积移动流体。第一控制器可以编程为自动地激活电机与齿轮泵以在泵送过程中以高流量移动流体，并且由此清理流入与流出导管以减小阻塞的风险。第一控制器可编程为，在基本上不使流体移动通过流出导管的情况下，以瞬动模式(tick mode)周期性地激活电机与齿轮泵以减少潜在的阻塞。第一控制器可以编程以轻摇模式(jog mode)操作电机与齿轮泵以使齿轮泵解锁，其中电机在向前与相反方向之间快速地交替。

可植入设备还可以包括传感器，所述传感器构造为测量呼吸速率、流体温度、流体粘度、腹膜中的流体压力、以及膀胱中的流体压力，并且可以构造为存储与通过所述传感器作出的测量相应的数据。充电与通信系统可以构造为经由第一与第二收发器将存储在可植入设备上的数据无线地下载到布置在充电与通信系统内的存储器。监视与控制软件可以构造为利用有线或无线连接与充电与通信系统周期性地通信，以获取存储在存储器中的数据。监视与控制软件还可以构造为根据测量的呼吸速率、流体温度、或流体粘度中的至少一个增加到预定阈值以上来探测患者健康的改变，并且将关于探测到的患者健康改变的信息视觉地显示到使用者。监视与控制软件还可以构造为根据探测到的患者健康的改变修改可植入设备的操作参数。修改的操作参数可以包括下面至少一个：腹膜透析流体的体积、腹膜透析流体被允许保持在患者腹膜内的时间期间、以及腹膜透析流体从患者腹膜移除到膀胱的频率。探测到的患者健康的改变可以例如是感染或肝功能的改变。

在一些实施方式中，可植入设备包括紫外线(UV)灯，并且第一控制器构造为将腹膜透析液暴露到来自UV灯的光足够时间量以抑制一种或多种病原体的群体的生长。

附图说明

图1A是根据本发明的第一实施方式构造的示例性人造肝脏系统的选定部件的立体图。

图1B是如植入在患者中的图1A的人造肝脏系统的选定部件的平面图。

图1C是如植入在患者中的另选人造肝脏系统的选定部件的平面图。

图1D是可以用于图1B或图1C的人造肝脏系统的透析液带的立体图。

图IE是如植入在患者中的另一个另选人造肝脏系统的选定部件的平面图。

图1F示出了利用图1A-图1E的人造肝脏系统的示例性方法的步骤。

图2A与图2B分别是适于用于本发明的人造肝脏系统的腹膜导管的示例性实施方式的侧视图与详细的立体图，其中图2B与图2A中的细节区域2B相应。

图3A和图3B分别是适于用于本发明的人造肝脏系统的膀胱导管的分别的第一实施方式与第二实施方式的侧视图与立体图。

图4是本发明的可植入设备的示例性实施方式的电子部件的示意图。

图5A和图5B分别是以轮廓示出壳体的本发明的可植入设备的立体图以及壳体与低水可渗透填料被移除的可植入设备的正面的立体图。

图6A、图6B、图6C和图6D分别是可植入设备的驱动组件的分解立体图；上壳体的前视图与平面图；以及可植入设备的示例性实施方式的歧管的立体图。

图7A与图7B分别是图5A的可植入设备的齿轮泵壳体的平面图，与根据本发明的原理构造的齿轮泵的模型的平面图。

图8A和图8B分别是本发明的示例性充电与通信系统的手持件部分的立体图与俯视图；

图9是本发明的充电与通信系统的示例性实施方式的电子部件的示意图。

图10是在本发明的人造肝脏系统的示例性实施方式中使用的监视与控制软件的功能部件的示意图。

图11-图15是示出本发明的监视与控制系统的用户界面的多个方面的示例性屏幕截图。

具体实施方式

本发明的实施方式提供了用于治疗肝衰竭尤其是CLIF的人造肝脏系统与方法。人造肝脏系统与方法以腹膜透析为基础，其中透析液引入到腹腔中，其中毒素与废物扩散到身体外部并且经由腹膜进入到透析液。然而，本系统与方法通过皮下可植入泵将透析液泵送到患者膀胱，以用于排出尿液而不是将透析液泵送到外部设备。因此，由于患者无需拜访医院或其它设施来接受复杂的体外透析处理，例如，如在沙利文的美国专利No.7,169,303中公开的，并且无需穿戴如在科廷的美国专利No.8,012,118中的外部泵与可替换盒子，因此为患者极大地提高了方便性。优选地，腹膜透析液富含可以与不溶于水或差水溶性的毒素或废物结合的白蛋白。此外，本系统与方法还可以减小患者的血液体积与移除腹水，由此增加患者的舒适性并且降低患者将发展与CLIF相关的一种或多种并发症的可能性。

如下面更加详细描述的，优选的实施方式包括可植入设备，所述可植入设备包括特别地构造为将流体移动到腹腔的外部并且进入膀胱的泵，并且其包括用于监视与记录与患者的健康相关的操作参数的多个传感器。外部保持的充电与通信系统周期性地充电并且与可植入设备通信，并且从设备下载记录的操作参数。在治疗医师的计算机上的监视与控制软件接收来自充电与通信系统的记录的操作参数，并且允许医师根据医师的通过记录的操作参数反应的患者的健康的感觉修改可植入设备的操作。选择性地，监视与控制软件可以构造为根据记录的操作参数警示医师关于感染的预测或探测。可植入设备选择性地还可以包括构造为抑制感染的一个或多个紫外(UV)灯。

系统与方法概述

参照图1A，提供了本发明的人造肝脏系统10的选定部件的概述。在图1A中，系统的部件未按照相对或绝对基础的比例描述。人造肝脏系统10包括可植入设备20、外部充电与通信系统30、基于软件的监视与控制系统40、以及腹膜透析液贮存器45。在示出的实施方式中，监视与控制系统40在由患者的医师使用的传统膝上电脑上安装与运行。在患者拜访期间，充电与通信系统30可以无线地或者利用缆线联接到监视与控制系统40以下载存储在可植入设备20上的检查数据，或者调节可植入设备的操作参数。监视与控制系统40还可以构造为将从充电与通信系统30获取的数据上传并且存储到远程服务器以用于通过医师或者充电与通信系统30随后访问。

可植入设备20包括具有构造为用于皮下植入的壳体21的电机械泵。如下面参照图1B进一步详细描述的，可植入设备20可以包括具有联接到腹膜导管23的入口端口22与联接到膀胱导管25的出口端口24的电驱动机械齿轮泵，并且腹膜透析流体单独地从贮存器45供给到患者的腹膜。腹膜导管23包括管子，所述管子具有构造为联接到泵入口23的第一(近)端与构造为定位在腹腔中的第二(远)端。膀胱导管25包括具有构造为联接到泵出口24的第一(近)端与构造为通过患者膀胱的壁插入并且固定在其中的第二(远)端的管子。在优选的实施方式中，两个导管都由医用级别硅胶制成并且在它们远端(未示出)包括聚合物封套以将导管保持在适当位置处。腹膜导管23与膀胱导管25利用构造为降低不适当安装与意外断开连接的风险的连接器26联接到泵壳体21，并且可以此外包括减小不适当安装的风险的不同的横截面。

贮存器45构造为将含白蛋白腹膜透析流体(这里也称作透析液、腹膜透析液、或流体)经由可以具有与下面参照图2A-图2B描述的腹膜导管具有类似的构造的导管46传送到患者的腹腔。在下面参照图1B进一步描述的实施方式中，导管46的近端可以构造为经由适当的联接可移除地联接到外部贮存器45以允许患者容易地以新贮存器替换耗尽的贮存器，并且导管46的远端可以构造为植入在患者的腹膜中，具有组织封套(未示出)以在导管46横跨患者皮肤的点处促进组织向内生长。与下面参照图2B讨论的这些类似，导管46的远端可以具有限定在其中的多个孔或穿孔。贮存器45可以通过任何适当机构将腹膜透析流体传送到腹腔。例如，可以使用外部泵以促进流体从贮存器45流动到腹膜，或者贮存器可以物理地升高到腹膜的高度以上使得重力将腹膜透析流体经由导管46抽入到腹膜中。在下面参照图1C-图1E描述的其它实施方式中，贮存器导管46的远端替代地可以附接到可植入设备20的入口端口22，并且可植入设备20可以构造为经由贮存器导管46与腹膜导管23将来自贮存器45的腹膜透析流体泵入到腹腔中。在此实施方式中，贮存器45可以是外部的或可植入的，并且可植入设备45还可以包括一个或多个被动或主动阀以防止在流体从贮存器泵送并且进入腹膜中的同时，流体泵送到膀胱外部并且进入到腹膜中。

透析液的组分可以包括例如，足够浓度的电解质与白蛋白，以便致使足够量的毒素与废物经由腹膜扩散到透析液中。特别地，白蛋白优选地以足以结合水溶性或差水溶性毒素或废物的浓度提供，并且由此方便经由膀胱将它们从身体移除。透析液的其它组分可以包括碳酸氢钠，尽管还可以适当的使用氯化钠或乳酸钠，以及葡萄糖。

优选地，可植入设备20构造为以选择为提供足够时间以便足够量的废物与毒素扩散到透析流体中的量和间隔而将腹膜透析流体从腹膜移动到膀胱，以保持或改善患者的肝脏与其它器官的健康。例如，可以在相对长的时间间隔(例如，每4-8个小时)中移动相对大的数量(例如，1-2.5升)。在其它实施方式中，可植入设备20可以构造为在短的(例如，10秒)间隔(例如每10-20分钟)中将流体从腹膜移动到膀胱。此短且频繁的间隔期望抑制材料积聚在导管23和25的内腔上，并且降低了组织向内生长的风险。可植入设备20的流体回路可以构造为提供约1-2.5升/小时的平均流量，但是如果需要的话远更高与更低的流量是可能的。如下面详细描述的，包括用于每日泵送的体积与允许透析液保持在腹腔中的时间的最大与最小极限的泵送时间与体积，可以如特定患者要求的而通过医师利用监视与控制系统40编程。

此外，如下面进一步描述的，可植入设备20包括监视腹腔与膀胱中的压力的压力传感器，使得在确定膀胱有足够的空间容纳额外流体以前使流体不能泵入到膀胱中。为了患者舒适性，可植入设备10可以选择性地编程为在夜间或者当包含在可植入设备中的加速度计指示患者入睡(并且由此不太可能能够排空膀胱)时不泵送。可植入设备20优选地包括多个单独的故障安全机构，以确保尿液不能从膀胱通过泵传送到腹腔，由此降低了传送感染的风险。

仍参照图1A，优选形式的外部充电与通信系统30包括底座31与手持件32。在此实施方式中，手持件32含有控制器、无线电收发器、感应充电回路、电池、充电质量指示器与显示器，并且可移除地联接到底座31以使其电池再充电。底座31可以含有当联接到底座31时用于将传统120V电力服务转变成适当的DC电流以使手持件32充电的变压器与电路。在另选实施方式中，手持件32可以包括此电路以及可拆卸电源线，由此允许手持件直接地插入到传统120V壁插座中以使电池充电。在优选的实施方式中，可植入设备20与手持件32中的每个都包括存储在存储器中的设备识别符，使得提供到患者的手持件32被编码为仅与患者特定的可植入设备20操作。

手持件32优选地包括具有多功能按钮34、显示器35、多个发光二极管(LED，未示出)与感应线圈部分36的壳体33。多功能按钮34为患者提供了将有限数量的指令发到可植入设备20的能力，同时显示器35提供了已经输入期望指令的可视确认；显示器还显示电池状态。感应线圈部分36容纳感应线圈，所述感应线圈用于传送来自手持件32的能量以使可植入设备20的电池再充电。当照亮时通过壳体33的材料可见的LED可以以每行两个LED布置成三行，并且联接到容纳在手持件32内的控制电路与感应充电电路。如下面进一步详细描述的，LED可以布置为点亮以反应在可植入设备20再充电期间在手持件32与可植入设备20之间实现的感应联接的程度。另选地，可以省略LED以及设置在显示器35上的指示感应联接质量的模拟显示器。

如下面进一步详细描述的，容纳在手持件32内的控制电路联接到感应充电回路、电池、LED和无线电收发器，并且包括用于存储来自可植入设备20的信息的存储器。手持件32还优选地包括诸如USB端口的数据端口，其允许手持件在患者拜访医师办公室的期间联接到监视与控制系统40。另选地，手持件32可以包括例如符合蓝牙或IEEE802.11无线标准的无线芯片，由此能够使手持件与监视与控制系统40直接地或者经由互联网无线地通信。

监视与控制系统40旨在主要地通过医师使用并且包括构造为在例如在图1A中示出的膝上电脑的传统计算机上运行的软件。软件使得医师能够配置、监视与控制充电与通信系统30以及可植入设备20的操作。如下面详细地描述的，软件可以包括用于配置与控制泵操作的例程，诸如每天或每次电机致动移动的流体的目标数量、泵致动之间的间隔、以及腹腔压力、膀胱压力、泵压力的限制、以及电池温度。系统40还可以经由充电与控制系统30为可植入设备20提供指示以控制可植入设备20的操作以便在特定期间(例如在晚上)不移动流体或者如果患者入睡的话推迟泵致动。系统40还可以构造为例如，将直接指令发送到可植入设备以使泵开始或停止，或者以反向或以高功率操作泵以使泵或相关的导管解锁。系统40的软件还可以构造为下载关于泵操作的实时数据，以及在可植入设备20的操作过程中存储的事件日志。根据下载数据，例如，根据对患者温度、呼吸速率和/或流体粘度作出的测量，系统40的软件可以选择性地构造为警示医师预测或探测到感染和/或患者健康的改变，为此可能需要调节泵操作的流量、体积、时间和/或频率。最后，系统40可以选择性地构造为通过安全的互联网通道远程地接收来自患者的手持件32的原始或过滤的操作数据。

现在参照图1B-图1E，现在将要描述当植入到遭受慢性肝衰竭的患者中时的可植入设备20与透析液贮存器45的多种可能构造的平面图。下面将参照图1F进一步提供利用包括如图1B-图1E中植入的设备20与透析液贮存器45的系统10来治疗遭受慢性肝衰竭的患者的方法。

具体地说，图1B示出了其中可植入设备20皮下地植入的实施方式，优选地在通过腹膜12限定的患者腹膜11的外部但是在主体的皮肤13的下方使得其可以容易地通过图1A中示出的充电与通信系统30充电并且与充电与通信系统30通信。设备20经由适当的连接器(未示出)联接到腹膜导管23与膀胱导管25。腹膜导管23构造为植入在患者腹膜11中并且优选地包括诸如下面参照图2A-图2B进一步详细描述的穿孔53。诸如下面参照图3A-图3B进一步详细描述的，膀胱导管25构造为植入在患者的膀胱13中并且优选地包括锚定件以将导管的出口端固定在膀胱13内。

如图1B中示出的，透析液贮存器45定位在身体的外部并且经由导管46流体地联接到腹腔。导管46经由连接器47联接到贮存器45，连接器47构造为允许患者容易地周期性地替换贮存器45。导管46优选地包括可以与穿孔53的尺寸与密度类似的穿孔53’，并且其允许透析液以相对扩散方式流入到腹膜11中。在示出的实施方式中，外部泵48构造为致使透析液以期望流量从贮存器45流入到腹膜11中。例如，贮存器45可以定位在带子57上，下面参照图1D进一步描述带子并且其包括泵48。泵48可以构造为与可植入设备20无线地通信以便协调将透析液传送到患者腹膜中。在另选实施方式中，透析液贮存器45定位在腹膜11上方的高度处使得重力致使透析液以期望流量从贮存器45流入到腹膜中。在任一实施方式中，贮存器45都优选地将流体以适于以透析液充分地填充腹膜的一定体积、一定流量、以及一定频率提供到腹膜11，以允许足够量的毒素与废物扩散到透析液中以维持或改善患者肝脏和/或其它器官的健康。此体积、流量、与频率可以是与可植入设备20将使用的透析液(其中具有毒素与废物)从腹腔移除到患者膀胱13的体积、流量、与频率大约相同的。

另选地，如图1C中所示，透析液贮存器45可以例如利用下面参照图1D进一步描述的带子57定位在患者身体外部，并且可以经由导管46’与连接器47联接到可植入设备20。可植入设备20构造为经由导管46’和23将透析液从贮存器45泵送到腹膜11中，并且然后在随后的时间经由导管23和25将透析液从腹膜11泵入膀胱13中。具体地说，可植入设备20的入口22包括导管23和46’均连接到那里的第一阀49，并且可植入设备20的出口24包括导管25连接到那里的第二阀49’。在泵送操作期间，可植入设备20控制阀49和49’以防止流体被无意地地从膀胱泵送到腹腔中。例如，为了将流体从贮存器45泵入到腹膜11中，可植入设备20可以通过适当地致动阀49’关闭到导管25的流体联通，可以通过适当地致动阀49打开导管46’与23之间的流体联通，并且可以沿着第一方向转动以便经由导管46’和23从贮存器45泵送流体。然后，在流体位于腹膜中预定时间量以后，可植入设备20可以通过关闭到导管46’的流体联通并且通过适当地致动阀49打开到导管23的流体联通，通过适当地致动阀49’打开到导管25的流体联通，以及沿着第二方向(与第一方向相反)旋转以便经由导管23和25将流体泵入到导管13中而将流体泵送到患者膀胱13。应该理解的是可以通过大约沿着导管23、25、和46’布置的并且通过可植入设备20例如经由图4中示出的阀控制器86可控制地致动的任意期望数量的阀来提供阀49和49’的功能性。在一些构造中，使用一个或多个被动阀(不通过可植入设备20被控制)可能是适当的，例如阀49’可以是沿着导管25布置的抑制流体从膀胱流动到设备20的被动止回阀。

图1D示出了可以用于将图1B和图1C中示出的贮存器45可移除地固定到患者的身体的带子57。带子57包括小袋58、柔性材料带59、紧固件59’、以及选择性泵48。小袋58可以包括一个含有腹膜透析流体的长的、连续小袋，或者另选地可以包括通过导管相互连接的多个小袋，并且可以经由连接器47联接到导管46或46’。优选地，小袋58保持用于一天或者一个治疗周期的足够数量的透析液，例如，1-2.5升，并且可以构造为用于单次使用并且容易替换，或者可以是可消毒与可填充的。小袋58可以沿着柔性材料带子59的长度大体上线性的布置，并且可以通过适当机构固定到那里，例如通过由卡扣、扣子、粘扣紧固件等固定的薄带材料。柔性材料带59可以由任何适当织物形成，包括但不限于可以不显眼地适配在患者衣服下的可伸展、合身的材料。紧固件59’构造为允许患者可反复地穿戴带子57，并且如示出的可以包括，例如卡扣、带扣、拉链、或者粘扣紧固件。

例如如上面参照图1B所描述的，选择性泵48(包括诸如电池的电源，未示出)构造为促进透析液流入到腹膜中。泵48可以包括与可植入设备20通信以协调新鲜透析液从贮存器到腹膜的传送与将使用后的透析液从腹膜到膀胱的移除的无线收发器。另外地，或者可替换地，诸如参照图4和图5B在以下描述的紫外线(UV)源，以及适当的能量源可以设置在带子57上并且构造为在其进入导管46或46’之前，或者当其进入导管46或46’时辐射流体。

图1E示出了图1B-图1D的这些的另选构造，其中透析液贮存器45’替代地植入在患者身体内，例如在腹膜11内。可植入设备20构造为将透析液从贮存器45泵送到腹膜11中，并且然后在随后时间利用导管46、23和25与阀49和49’以与上面参照图1D的描述类似的方式将透析液从腹膜11泵送到膀胱13中。然而，替代如在图1D中示出的将透析液贮存器45定位在带子47上，或者如上面参照图1B所述的将贮存器45挂在腹膜的高度上方，图1E中示出的实施方式还可以通过将透析液贮存器45’布置在腹腔内并且提供患者可以经由它周期性地填充贮存器的端口45”与端口导管46’进一步改进患者的便利。在一个说明性实施方式中，端口45”包括柔性、自密封膜，患者可以通过连接到含有用于再填充内部贮存器45’的新鲜透析液的外部贮存器(未示出)的针刺穿该自密封膜。

现在将参照图1F描述使用诸如图1A-图1E中示出的人造肝脏系统的方法。

图1F中示出的方法1000包括将含白蛋白透析液从在患者身体内部或外部的贮存器引入到腹腔(步骤1010)。例如，如上面参照图1B和图1D所述的，可以利用外部泵或重力引入透析液。或者，如上面参照图1C和图1E所述的，可以利用可植入设备20以及与其联通的一个或多个阀引入透析液。引入足够量的透析液以便当透析液从腹膜移除时允许足够数量的毒素与废物被移除。

毒素与废物然后例如经由腹膜扩散到透析液中，由此降低了患者血液中的这些毒素与废物的水平(步骤1020)。特别地，人们认为在透析液中的白蛋白将与水溶性与差水溶性毒素与废物结合，由此相对于缺少白蛋白的透析液增强了此毒素与废物到身体外部的传送。

然后通过可植入设备透析液被从腹腔泵送到膀胱(步骤1030)。可以在透析液已经在腹膜中足够时间量以后发生此泵送以将足够量的毒素与废物抽吸到身体外部以保持或者甚至改善肝脏和/或其它器官的健康。

利用诸如上面参照图1A简要地描述以及如下面参照图8A-图9更加详细地描述的充电与通信系统，能量可以无线地传送到可植入设备，以及从设备接收数据(步骤1040)。例如，可植入设备可以记录反映患者的健康与设备的操作的参数，所述参数可以通信到充电与通信系统。

例如通过可植入设备记录的参数的数据然后被提供到监视与控制软件，所述监视与控制软件同充电与通信系统通信并且处于治疗医师的控制之下(步骤1050)。

根据这些参数，可以利用软件来评估患者的健康，并且医师可以远程地通信对在将透析液移除到膀胱以前可植入设备将使透析液保持在腹腔中的流量、体积、持续时间、或频率的任何修改(步骤1060)。可以经由充电与通信系统执行此通信。

现在将参照图2A-图15提供图1A-图1F的人造肝脏系统的选定部件的其它细节与方法。

腹膜与膀胱导管

参照图2A和图2B，描述了根据本发明的原理构造的示例性腹膜导管50。腹膜导管50与上面参照图1A-图1E描述的腹膜导管23相应，并且优选地包括具有多个通壁孔53的入口(远)端52与出口(近)端54的医疗等级硅胶制成的管子51。腹膜导管优选地具有约40cm的长度L1，孔53从入口端52延伸超过约24cm的长度L2。如图2B中所示，孔53优选地布置为周向地偏移约90°并且纵向地偏移约8mm到10mm之间。在一个优选实施方式中，29个孔53布置成每行具有7个孔的四行，在每个位置处仅延伸通过腹膜导管的一个壁，并且具有2.0mm至2.5mm的尺寸。腹膜导管50优选地包括固态硅胶插头55，其填充管腔的远端约7-10mm的距离以减小组织向内生长，并且不透射线的带56布置在导管上或者嵌入其内，其延伸导管的全部长度，其使得导管在荧光检查或X射线图像中可见。腹膜导管50还可以在远离孔53的区域中包括聚酯封套(未示出)，以促进导管粘附到周围组织，由此将其锚定在适当位置处。

可替换地，腹膜导管50的入口端52可以具有螺旋构造，以及无创尖端，孔53在管子的长度上分布以减小堵塞的风险。作为另一个替代，入口端52可以包括如在美国专利No.4,657,530中公开的具有放大直径的部分，或者如在美国专利申请公开US2009/0318844的图9至图16中公开的贮存器，两个专利的全部内容都通过引用的方式包含于此，以进一步降低堵塞的风险。如例如在美国专利No.4,240,434中示出的，入口端52还可以以鸭嘴阀终止，由此通过使导管的出口端与可植入设备20断开连接并且使杆从导管50的出口端延伸通过入口端的鸭嘴阀以允许导管在原位被清理。

入口端52还可以包括聚酯封套以促进导管粘附到相邻组织壁，由此确保导管的入口端保持在适当位置处。出口端54还可以包括用于将腹腔导管的出口端固定到可植入设备20的连接器。在一个优选实施方式中，腹腔导管的远端直到向内生长封套，可以构造为穿过传统16F剥离护套。此外，腹膜导管的长度可以选定为确保其沿着身体腔体的底部放置，并且足以耐扭转运动以便在植入期间或以后不变得扭曲或弯折。

参照图3A，与图1A-图1E的膀胱导管25相应，描述了本发明的膀胱导管60的第一实施方式。膀胱导管60优选地包括医用级硅胶制成的管子61，其具有入口(近)端62与包括螺旋结构64的出口(远)端63，以及聚酯向内生长封套65。膀胱导管60包括从入口端62延伸到通常称为“猪尾”设计的螺旋结构64的尖端处的单个出口的单个内管腔。入口端62可以包括用于将膀胱导管的入口端固定到可植入设备20的连接器，或者可以具有可以被裁剪以适合特定患者的长度。在一个实例中，膀胱导管60可以具有约45cm的长度L3，封套65具有从螺旋结构64的约5至6cm的布置长度L4。膀胱导管60可以加载在探针上，其中螺旋结构64被直化并且利用其中利用探针使出口端63与螺旋结构64穿过患者的膀胱的壁的微创技术植入。当移除探针时，螺旋结构64返回到图3A中示出的螺旋形状。一旦膀胱导管60的出口端63布置在患者的膀胱内，就利用隧道技术植入导管的剩余部分，使得导管的入口端62可以联接到可植入设备20。螺旋结构64可以降低在围绕膀胱的组织充分地愈合以包含向内生长的封套65以前出口端63意外地拉到膀胱外面的风险，由此将膀胱导管锚定在适当位置处。

在优选的实施方式中，膀胱导管60构造为穿过传统的剥离护套。膀胱导管60优选地足够耐扭转运动以便在植入期间或以后不变得扭曲或弯折。在优选的实施方式中，腹膜导管50与膀胱导管60优选地是不同颜色，具有不同的外部形状(例如，正方形和圆形)或者具有不同的连接特征使得在连接到可植入设备20期间它们不能无意地互换。选择性地，膀胱导管60可以包括定位在导管的入口62与出口端63之间的中途的内部鸭嘴阀，以确保如果膀胱导管被意外地拉动脱离可植入设备20的泵出口和/或如果可植入设备20的泵被致动以便将腹膜透析液流体从贮存器45抽吸到患者的腹腔中，尿液不从膀胱流入到腹腔中。

在另选实施方式中，腹膜与膀胱导管设备可以包含一种或几种抗感染剂以抑制感染在身体腔体之间的扩散。可以利用的抗感染剂的实例可以包括例如抑菌材料、抗菌材料、一种或多种抗生素分配器、抗生素洗脱材料、以及防止细菌粘附的涂层、及其组合。此外，如下面参照图4和图5B进一步描述的，可植入设备20可以包括构造为在腹膜和/或膀胱导管中辐射流体的UV灯以便杀死任何可能存在并且由此抑制感染的发展的病菌。

另选地，不是包括单独的导管，腹膜与膀胱导管50、60可以共用共同的壁，由于膀胱与腹腔共用共同的壁因此这可以是方便的，由此方便插入单个双腔管。此外，腹膜导管或膀胱导管中的任一或二者都可以使用丝带或编织线或者嵌入或集成在导管内或者沿着导管嵌入或集成的线或丝带的长度而沿着其长度的一部分或者其全部长度被加强。可以由诸如不锈钢、诸如镍的超弹性金属的金属，或者由各种适当的聚合物制造编织或线。此加强还可以用于连接到贮存器45的导管46。

参照图3B，描述了本发明的膀胱导管的第二实施方式，其中类似部件以相似的附图标记标识。导管60’优选地包括具有入口端62’、出口端63’、以及聚酯向内生长封套65’的医用级硅胶制成的管子61’。根据此实施方式，出口端63’包括马莱科(Malecot)结构66,描述性地包括远离导管的轴线横向地扩展的四个弹性翼67以降低在布置以后导管的出口端63’将被意外地拉松的风险。入口端62’可以包括用于将膀胱导管的入口端固定到可植入设备20的连接器，或者可以具有可以被裁剪以适合特定患者的长度。

马莱科结构66优选地构造为使得当探针插入通过导管的腔体时翼67变形为基本上平坦的构造。通过此种方式，膀胱导管60’可以加载在探针上，并且利用微创技术，利用探针可以将出口端63’与马莱科结构66穿过患者的膀胱的壁。当移除探针时，马莱科结构的翼67返回到图3B中示出的扩展形状。一旦膀胱导管60’的出口端63’联接到患者的膀胱，就利用隧道技术植入导管的剩余部分，使得导管的入口端62’可以联接到可植入设备20。马莱科结构66可以降低在围绕膀胱的组织充分地愈合以包含向内生长的封套65’以前出口端63’意外地拉到膀胱外面的风险。对于图3A的实施方式来说，图3B的膀胱导管可以构造为穿过传统的剥离护套，并且优选地足够耐扭转运动以便在植入期间或以后不变得扭曲或弯折。

可植入设备

现在参照图4，描述了本发明的可植入设备20功能模块的示意图。可植入设备20包括控制电路，示意性处理器70，所述处理器经由数据总线联接到诸如闪存或电可擦除可编程只读存储器的非易失存储器71以及易失存储器72。处理器70电联接到电机73、电池74、感应电路75、无线电收发器76、UV灯85、以及多个传感器，所述传感器包括湿度传感器77、多个温度传感器78、加速度计79、多个压力传感器80、以及呼吸速度传感器81。感应电路75电联接到线圈84以便当收发器76联接到天线82时接收从充电与通信系统30传送的能量，并且同样地构造为与如下所述的充电与通信系统30中的收发器通信。选择性地，感应电路75还可以联接到红外光发光二极管83。电机73可以包括专用控制器，其响应于来自处理器70的指令解译并且致动电机73。选择性地，处理器70进一步与阀控制器86通信。如图5A中所示，图4中描述的全部部件都容纳在低空间密封生物相容壳体内。

处理器70执行存储在非易失存储器71中的固件，其响应于由电机73、传感器77-81产生的信号以及从收发器76接收的指令控制电机73的操作。处理器70还经由收发器76控制信息的接收与传送以及操作感应电路75以使电池74充电。此外，如下所述，处理器70接收由定位在电机73内的霍尔效应传感器产生的信号，其可以被用于计算齿轮泵的齿轮的方向与旋转，以及由此泵送的流体体积与此流体的粘度。处理器70优选地包括低功率操作模式并且包括内部时钟，使得处理器可以被周期性地唤醒以操作泵送、泵送瞬动模式、或者通信与充电功能，并且/或者被唤醒以操作通过收发器76从手持件32接收的指令。在一个实施方式中，处理器70包括可由德克萨斯州，达拉斯，德州仪器公司获得的MSP430族微控制器单元的构件，并且可以含有非易失存储器、易失存储器、以及图4中描述的无线电收发器部件。此外，在处理器70上执行的固件可以构造为直接地响应经由充电与通信系统30发送到可植入设备20的指令。如下所述，处理器70还构造为监视电机72(以及任意相关的电机控制器)与传感器77-81的操作，并且存储反应包括事件日志与警报的可植入设备的操作的数据。因此，当充电与通信系统接着无线地联接到可植入设备时，将数据报告到充电与通信系统。在优选实施方式中，在激活泵以前处理器70产生高达每秒八十个日志条目，当植入系统主动地泵送时约每秒八个日志条目并且当未泵送时约每小时一个日志条目。

非易失存储器71优选地包括闪存或EEPROM并且存储用于可植入设备20的唯一设备识别符、将要在处理器70上执行的固件、与可植入设备的操作相关的配置设定点数据，以及选择性地，将要在收发器76和/或感应电路75上执行的编码，以及单独的电机控制器(如果存在的话)。可以利用通过控制与监视系统40经由充电与通信系统30提供的新指令更新存储在非易失存储器71上的固件与设定点数据。易失存储器72联接到处理器70并且支持处理器70的操作，并且存储在可植入设备20的操作过程中收集的数据与事件日志信息。易失存储器72还用作用于发送到充电与通信系统30以及从充电与通信系统30接收的通信的缓冲器。

收发器76优选地包括无线电频率收发器并且构造为经由天线76与布置在充电与通信系统30的手持件32中的类似收发器电路双向地通信。收发器76还可以包括低功率操作模式，使得其周期性地唤醒以听取进入信息并且仅响应包括分配到那个可植入设备的唯一设备识别符的这些信息。另选地，由于收发器76仅与其相关的充电与通信系统30的手持件32中的相应的收发器通信，因此收发器76可以构造为仅当可植入设备的感应电路75起作用时发送或接收数据。此外，收发器76可以利用加密程序以确保从可植入设备发送或者通过可植入设备接收的信息不能被拦截或伪造。

感应电路75联接到线圈84，并且构造为当暴露到由充电与通信系统30的手持件32内的相应感应电路供给的磁场时使可植入设备的电池74再充电。在一个实施方式中，感应电路75联接到可选的红外LED83,当感应电路75起作用时红外LED发射红外信号。可以通过充电与通信系统30的手持件32接收红外信号以协助相对于可植入设备定位手持件，由此改进了到可植入设备的磁耦合与能量传送。

根据本发明的一个方面，感应电路75可以选择性地构造为不仅使电池74再充电，而且还将能量以“升压”模式或轻摇/晃动模式直接地提供到电机73以使泵解锁。特别地，如果处理器70探测到电机73堵转，例如，由于腹膜透析流体中的蛋白质形成的阻塞，那么警报就可以存储在存储器中。当可植入设备20接着与充电与通信系统30通信时，警报报告到手持件32，并且可以提供患者按压多功能按钮34的选择以将过压从感应电路75施加到电机73持续预定时间期间以清除泵堵塞。另选地，按压多功能按钮可以致使处理器70执行一组指令，通过该指令电机73轻摇或晃动，例如通过交替地运行电机反向并且然后向前，以干扰阻塞。由于在正常操作过程中此操作模式可能比期望的使用较高的能量消耗，因此有利的是在具有经由感应电路75供给的能量的程序期间驱动电机。

电池74优选地包括当植入人体时能够长期持久操作，例如高达三年的锂离子或锂聚合物电池，以便最小化再操作以替换可植入设备20的需要。在一个优选实施方式中，电池74供给3.6V的标定电压、当新的时候150mAh的容量、以及使用两年以后约120mAh的容量。优选地，电池74构造为当泵送时向电机73供应280mA的电流；当收发器与充电和通信系统30通信时供应25mA电流；当处理器70与相关电路起作用时但是未泵送或通信时供应8mA电流；以及当可植入设备位于低能量模式时供应0.3mA电流。更优选地，电池74应该尺寸设计为在每个充电周期期间允许10秒钟期间的至少450mAh以及25毫秒的1A的最小电流。

电机73优选地是无刷直流电机或具有如下所述的驱动作为齿轮泵操作的一组浮动齿轮的花键输出轴的电子整流电机。电机73可以包括与处理器70分离的专用电机控制器，以便控制电机的操作。电机73可以包括多个霍尔效应传感器，优选地两个或多个，以便确定电机位置与旋转方向。由于可能在可植入设备20中遇到的高湿度，处理器70可以包括编程以操作电机73，即使霍尔效应传感器的一部分或全部故障，虽然这具有降低的准确性。

在优选的实施方式中，电机73能够驱动齿轮泵以产生150毫升/分钟的标定流量并且对着以3000RPM的30cm水的压头施加约1mNm的转矩。在此实施方式中，电机优选地选择为以从1000到5000RPM驱动齿轮，分别对应于从50到260ml/min的流量。电机优选地具有在500mA，3V下的至少3mNm的堵转转矩，并且更优选地6mNm的堵转转矩以便压碎非固态腹水蛋白质材料。如上所述，当直接地通过感应电路75供电时，电机优选地还支持升压操作模式，例如以5V。电机73优选地还能够作为轻摇或晃动程序的一部分被反向地驱动以使齿轮泵解锁。

根据本发明的一个方面，处理器70可以编程以自动地并且周期性地唤醒与进入泵瞬动模式。在此操作模式中，在处理器70返回到低功率模式以前，齿轮泵略微地前进，例如如通过霍尔效应传感器测量的约120°。优选地，此间隔约为每20分钟，尽管其可以通过医师利用监视与控制系统调节。此泵瞬动模式期望防止可能具有高的蛋白质含量的腹膜透析流体部分地固化，并且阻塞齿轮泵。

此外，处理器70还可以编程为当单独在电池电源上操作时进入轻摇或晃动模式，以使齿轮泵解锁。与当通过充电与通信系统30的手持件使可植入设备充电时可用的升压模式类似，轻摇或晃动模式致使电机在向前与反向方向之间快速地交替齿轮以压碎或松动在齿轮泵中或者流体路径中的其它地方的蛋白质积聚。具体地说，在此操作模式中，如果电机不在其通电以后(例如，1秒)的一定时间期间内开始旋转,那么运动的方向反向很短的时间期间并且然后再次反向以允许电机沿着期望的方向旋转。如果电机仍未转动(例如，由于齿轮泵被卡住)，此方向再次反转一段时间期间(例如，另一个10毫秒)。如果电机仍不能前进，那么电机方向的逆转之间的时间间隔减小以允许电机发展更多能量，导致齿轮的晃动运动。如果电机向前转动不大于4秒钟，轻摇操作模式停止，并且警报写到事件日志。如果电机不能向前转动，处理器70将在下一次计划的流体移动以前引入向后的瞬动。向后的瞬动与瞬动相同(例如，电机轴的大约120°向前运动)但是沿着相反的方向，并且用于在向前转动以前向后推动电机，这应该允许电机获得动力。

传感器77-81，持续地监视湿度、温度、加速度、压力、以及呼吸速度，并且将相应的信号提供到处理器70，所述处理器将相应数据存储在存储器71中以便随后传送到监视与控制系统40。特别地，湿度传感器77布置为测量可植入设备的壳体内的湿度，以确保可植入设备的部件在期望的操作极限内操作。湿度传感器77优选地能够以高准确度感测并报告20％至100％的范围内的湿度。可以将一个或多个温度传感器78布置在壳体内并且监视可植入设备的温度，并且尤其是电池74的温度，以确保在充电过程中电池不过热，同时另一个或多个温度传感器78可以布置为以便与在入口62进入的流体接触并且由此监视流体的温度，例如以便用于估测患者的健康。加速度计79布置为测量植入件的优选地沿着至少两个轴的加速度，以探测非活动期间，例如，以确定患者是否入睡。此信息提供到处理器70以确保当患者身体不适于使膀胱排尿时泵是不操作的。

可植入设备20优选地包括在处理器的唤醒期间持续地被监视的多个压力传感器80。如下面参照图6A描述的，本发明的可植入设备优选地包括四个压力传感器：用于测量腹腔中的压力的传感器，用于测量环境压力的传感器，用于测量在齿轮泵的出口处的压力的传感器，以及测量膀胱中的压力的传感器。这些传感器优选地构造为测量450mBar与1300mBar之间的绝对压力同时在3V消耗小于50mW。优选地，测量泵出口处与膀胱中的压力的传感器横跨鸭嘴阀布置，这防止了尿液和/用过的透析液向回逆流到齿轮泵中并且还允许根据横跨鸭嘴阀的压降计算流量。

呼吸速率监视器81构造为测量患者的呼吸速率，例如用于在估测患者的健康中使用。另选地，可以根据一个或多个压力传感器80的输出，例如根据周围环境压力或者通过在呼气过程中周期性地压缩腔体的隔膜致使的腹腔中的压力的改变测量患者的呼吸速率。

应该指出的是用于测量患者的健康的任何期望数量的额外传感器还可以设置为与处理器70可操作通信并且可以输出用于存储在存储器71中并传输的可记录参数以监视与控制系统40，医师可以利用其估测患者的健康。例如，可以提供化学或生化传感器，其构造为监视腹膜透析流体中的一种或多种有毒物或废物的水平。

在优选的实施方式中，处理器70编程为在流体已经在腹腔中预定量的时间以后并且以预定的频率将预定体积的流体从腹腔泵送到膀胱。此体积、时间与频率优选地足以使足够量的毒素与废物经由腹膜扩散到流体中以保持或改善患者肝脏和/或其它器官的健康。可以根据患者肝脏、肾脏、和/或其它器官的健康、患者的活动与习惯、腹膜对毒素与废物的渗透性、以及透析液的渗透特征来选择体积、时间、与频率。例如，医师可以根据他对患者的健康与习惯的感知用第一时间、体积、以及频率初始地编程处理器70，并且随后可以根据他感知的患者健康改变来调节初始编程以改变体积、时间、和/或频率，例如根据通过可植入设备20测量的参数随着时间的改变，并且经由监视与控制软件40转发到医师。

在其它实施方式中，处理器70编程为仅当腹膜中的压力超过第一预定值，并且膀胱中的压力小于第二预定值时将流体从腹腔体泵送到膀胱，从而膀胱不会成为过满。考虑到患者从海平面的位置行进到较高海拔，可以利用环境压力测量计算腹膜压力的差值。通过此种方式，泵开始操作的预定压力可以减小，以针对较低的大气压力。同样，环境压力可以用于调节用于膀胱压力的预定值。通过此种方式，由于当位于高海拔位置时患者可能在较低压力下经历膀胱不适，因此泵送停止的阈值压力可能减小。

选择性地，控制器70与UV灯85可操作地通信，所述UV灯配置为在流体供给到腹腔体以前与以后放射并且由此杀死腹膜透析流体中的病原体。UV灯85优选地产生在UV-C光谱范围(约200-280nm)，尤其在约250-265nm范围内的光，由于在此光谱范围中的光分解微生物的DNA中的核酸，因此也称作为“杀菌光谱”。低压水银灯具有大约253.7nm的发射峰值，并且可以合适地用于UV灯85。另选地，UV灯85可以是UV发光二极管(LED)，其可以基于AlGaAs或GaN。

在控制器70的控制下，UV灯85辐射进入可植入设备的任意腹膜透析流体以足以杀死可能存在于此流体中的病原体的预选定时间量。具体地说，通过设备的流体的流量可以选择为(例如，预编程)使得以足够剂量的UV光辐射流体以抑制病原体菌落的生长。例如，已知约5,500-7,000μWs/cm²之间的253.7nmUV光的剂量对于多种有机体足以提供100％的杀死率，包括大肠杆菌、变形杆菌、克雷伯菌、粘质沙雷菌、钩端螺旋体病属、溶血葡萄球菌和肠球菌。可以要求例如在约8,500-12,000μWs/cm²之间的更高剂量，来提供对于包括克雷伯菌，肠杆菌，假单胞菌，和淋病奈瑟氏菌的其它生物的100％杀死率。然而，足以抑制菌落生长的剂量可以更低。例如，大肠杆菌仅要求3000μWs/cm²以抑制生长，然而可能需要6,600μWs/cm²以提供100％的杀死率。可以预编程控制器70以根据UV灯85的强度、其中使用UV灯85的壳体的部分(例如，下面参照图5B描述的上部93)内的反射情形、暴露到UV灯的管子的构造、管子与UV灯之间的距离、以及目标病原体对通过UV灯85发出的光谱的感受性设定通过管子的流体的足以抑制一个或多个目标病原体的群落生长的流量。

仍参照图4，在一些实施方式处理器70还可以与阀控制器86通信；另选地，阀控制器86可以是处理器70的功能性的一部分。阀控制器86控制可以用于控制在贮存器、腹膜与膀胱之间的腹膜透析流体的流动的任意阀的致动。例如，如上面参照图1C和图1E所述的，可植入设备20可以构造为将腹膜透析流体从外部或内部贮存器泵送到腹膜,同时致动阀49和49’以便关闭到膀胱的流体进入并且由此避免将流体意外地从膀胱泵送到腹膜中；并且可以构造为将腹膜透析流体从腹膜泵送到膀胱,同时致动阀49与49’以便关闭到贮存器的流体进入并且由此避免意外地将流体从腹膜泵入到贮存器中。阀控制器86可以以此种方式，或者以根据特定阀构造的任何其它适当方式协同阀49和49’的致动。

现在参照图5A与图5B，提供了可植入设备90的示例性实施方式的其它细节。在图5A中，壳体91示出为是透明的，尽管当然应该理解的是壳体包括不透明生物相容性塑料和/或金属合金材料。在图5B中，可植入设备示出为从上壳体93移除的壳体91的下部92并且没有用于防止雾气积聚在设备中的玻璃珠/环氧树脂填充材料。在图5A和图5B中，电机94联接到关于图6和图7更加详细描述的齿轮泵壳体95。上面参照图4讨论的电子部件布置在在支撑件97周围延伸并且紧固到支撑件97的柔性电路板基板96上。线圈98(与图4的线圈84相应)布置在基板的瓣99上并且通过柔性缆线部分101联接到瓣100上的电子部件。支撑件97紧固到上壳体93并且提供保持电池102(与图4的电池74相应)的腔体。壳体91的下部92包括端口103以便在壳体91的上部93与下部92紧固在一起以后注入玻璃珠/环氧树脂混合物，以减小其中雾气可以积聚的壳体中的空间。

壳体91还可以包括设计为一旦植入在患者内便减小可植入泵的移动的特征，诸如用于将可植入设备固定地锚定到周围组织的缝合孔。壳体91可以另外地包括在皮下植入以后方便将可植入设备附接到周围组织的聚合物向内生长补片。

此外，可植入设备选择性地可以包括抗堵塞制剂，具体针对腹水的蛋白质成分的酶洗脱材料，具体针对尿液的蛋白质以及结壳促进成分的酶洗脱材料、化学洗脱表面、防止蛋白质化合物的粘结的涂层、及其组合。此制剂，如果设置的话，可以集成在系统的多个部件内或者涂覆在其表面上。

如图5B中所示，上壳体93选择性地包括上面参照图4进一步描述的UV灯85。在上壳体93内，用于传导腹膜透析流体的流体通道88可以大约线性地延伸，或者另选地可以包括一个或多个曲线或弯曲以便增加可以同时地暴露UV灯86的流体的体积，并且由此允许流量的增加。例如，流体通道88可以包括大约螺旋、大约正弦波、或者大约“S”曲线以便增加可以同时地暴露到UV灯86的流体的体积。上壳体93还可以包括反射涂层87，例如诸如ZnO或其它扩散物的白色图层或朗伯反射器，以便增强管子的辐射并且防止患者受到潜在的UV光暴露。

现在参照图6A至图6D，描述了齿轮泵与流体路径的其它细节。在图6A-图6D中，相同的部件利用与图5A和图5B的相同的附图标记标示。图6A是示出具有齿轮泵壳体95与上壳体93的电机94的组件，以及可植入设备内的流体路径的部件的分解图。上壳体93优选地包括可以模制或机加工为包括用于容纳入口接套102、出口接套103、压力传感器104a-104d、歧管105和螺钉106的开口与通道的高强度塑料或金属合金材料。接套102和103优选地由高强度生物相容金属合金机械加工制成，并且出口接套103还包括接收弹性鸭嘴阀108的通道107。出口接套103还包括接收压力传感器104a的横向凹槽109，所述压力传感器104a布置为测量在与患者膀胱(或腹腔)中的压力相应的膀胱导管的入口端处的压力。

现在还参照图6B与图6C，入口接套102布置在开口110内，其在包括用于压力传感器104b的开口111与联接到歧管105的开口112的上壳体93中形成通道。压力传感器104b布置为测量与腹腔中的压力相应的腹膜导管的出口端处的压力。包括鸭嘴阀107的出口接套103布置在上壳体93的开口113内使得横向凹槽108与开口114对准以允许接近压力传感器104a的电触头。开口113形成通道115，所述通道包括用于压力传感器104c的开口116，以及联接到歧管105的开口117。上壳体93优选地还包括开口118，所述开口118形成包括用于接收压力传感器104d的开口119的通道。压力传感器104d测量环境压力，并且此传感器的输出用于计算如上所述的差压。上壳体还包括用于接收连接器26(参见图1A)的槽口120以便保持联接到入口与出口接套102和103的腹膜导管与膀胱导管。上壳体93还包括凹槽121以接收歧管105、以及,支撑件97(参见图5B)连接到那里的桩122。

如图6A和图6D中示出的，歧管105优选地包括具有两个单独的流体通道(在图5B中此通道以88指示)的模制的弹性部件，所述两个单独的流体通道将入口流动路径与出口流动路径通过上壳体93连接到齿轮泵。第一通道包括入口124与出口125，而第二通道包括入口126与出口127。入口124联接到腹膜路径的开口112(参见图6C)并且出口127联接到膀胱路径的开口117。歧管105构造为通过简化上壳体93的构造与排除铸造或机械加工具有复杂的非线性流动路径的部件的需要而改进可植入设备的可制造性。选择性UV灯86与表面87(在图6A-图6D中未示出)可以布置在壳体93内并且相对于歧管105的适当位置以当电机94将流体泵送通过壳体93时充分地辐射流体。

现在参照图6A、图7A和图7B，电机94利用配合螺纹130联接到齿轮泵壳体95，使得电机94的花键轴131穿过轴承132。本发明的齿轮泵包括通过O形环密封件135与板136封装在齿轮泵壳体95中的相互啮合齿轮133与134。齿轮泵是自吸的。板136包括分别与歧管105的出口125与入口126配合的开口137和138。电机94的花键轴131延伸进入齿轮133的开口139中以提供与此齿轮的浮动接合。下面参照图7B描述花键轴与齿轮的相互作用。

图7A描述了图6A的齿轮泵壳体95的正面，并且包括尺寸设计为接收齿轮133和134的凹槽140，以及接收O形环密封件135的凹槽141。齿轮133和134坐落在凹槽140内使得花键轴131延伸通过开口142并且在齿轮133的带键开口139内浮动。齿轮133和134的尺寸设计为使得定位在凹槽140内，具有到凹槽的壁143的紧公差(例如，0.2mm)，但是只要流体的粘度允许便尽可能自由地旋转。板136(参见图6A)的开口137与138定位在齿轮133和134的接合处上方(在图7A中以虚线示出)使得齿轮133沿着顺时针方向(当从上方观察时)的旋转形成抽吸，所述抽吸使流体通过开口137抽入到齿轮泵壳体中，并且通过开口138排出流体。同样地，如果电机94沿着逆时针方向(如从上方观察)驱动齿轮133，齿轮泵将使流体通过开口138抽入到齿轮泵壳体中并且通过开口137将其排出，由此倒流。

如在图7B的简化模型中描述的，齿轮134没有轴，而是替代地自由地漂浮在其凹槽140的部分内。花键轴131与齿轮133的带键开口139接合，以使齿轮133在花键轴131上浮动。有利地，此装置提高了泵效率与可制造性，并且通过降低制造变化的效应与热效应减小了由电机94的能量消耗。特别地，由制造公差或差别热膨胀产生的电机轴偏心或直线度的略微变化，将不会致使齿轮抵靠凹槽140的内部或者抵靠齿轮134困住。替代地，在轴131的旋转过程中轴131的表面与带键开口139的表面的不同部分相互接触以将旋转转矩持续地传送到齿轮133。然而，减小了由轴偏心、制造公差变化或者部件的不同热膨胀导致的浪费能量的力。此外，此浮动装置可以降低颗粒物质致使齿轮与壁143之间的困住的风险，因为此齿轮可以横向地移动以容纳此颗粒物质。

齿轮133和134包括当它们接合与脱离接合时基本上没有旁流地主动移动流体的相互啮合的叶片144。通过此种方式，可以通过由布置在电机94内的霍尔效应传感器感测的电机转数来计算通过齿轮133和134传送的流体的体积与粘度。如图7A与图7B中进一步示出的，齿轮泵壳体95的凹槽140包括两个相互连接、基本上圆形的叶片。此布置使齿轮133和134关于凹槽的壁143以及相对于彼此适当地保持。在优选的实施方式中，在两个叶片相互交叉的位置形成的尖顶145,构造为形成与从各个叶片的中心绘制的半径正切。有利地，通过此种方式构造尖顶减小了齿轮133和134撞击在壁143上的可能。

充电与通信系统

参照图8A、图8B和图9，现在更加详细地描述本发明的充电与通信系统150(与图1A的系统30相应)。在一个优选实施方式中，充电与通信系统150包括手持件151与底座31(参见图1A)。底座31提供包括用于再充电手持件151的托架，并且优选地含有用于将常规的120V电源服务转换到适当的直流电流以当手持件联接到底座时使手持件151充电的变压器。另选地，手持件151可以包括用于使手持件电池充电的回路,以及可拆卸电源线。在此实施方式中，手持件151可以直接地插入到常规120V壁式插座中以便充电，并且当使用手持件时移除的电源线用于对可植入设备再充电。

如图9中示出的，手持件151包括控制器152、说明性地联接到非易失存储器153(例如，EEPROM或闪存)的微控制器单元的处理器、易失存储器154、无线电收发器155、感应电路156、电池157、指示器158以及显示器159。控制器152、存储器153和154与无线电收发器155可以包含在单个微控制器单元中，诸如可通过德克萨斯州,达拉斯,德州仪器公司获得的MPS430族微处理器。收发器155联接到天线160以便发送与接收到可植入设备20的信息。电池157联接到与底座31中的连接器可移除地联接的连接器161以使电池充电。诸如USB端口或类似无线电路的端口162联接到控制器152以允许在手持件151与监视和控制系统之间交换信息。感应电路156联接到线圈163。输入设备164，优选地多功能按钮也联接到控制器152以使患者能够输入有限数量的指令。指示器158说明性地包括发光以指示在手持件与可植入设备之间实现的充电联接的质量并且由此在再充电期间协助使手持件151相对于可植入设备的定位最优化的多个LED。在一个优选实施方式中，省略指示器158，并且替代地在显示器159上设置指示条，其指示由线圈163和84产生的充电的质量。

在优选实施方式中，手持件151包括存储在非易失存储器153中的设备识别符，该设备识别符与存储在可植入设备的非易失存储器中的设备识别符相应，从而手持件151将仅与同其相应的可植入设备20通信。选择性地，用于在医师办公室中使用的可配置手持件可以包括询问可植入设备以要求该设备的唯一设备识别符，并且然后将监视与控制系统40的设备识别符改变到患者的可植入设备的设备识别符，以便模仿患者的手持件的能力。通过此种方式，如果患者在拜访医师办公室的过程中忘记随他携带他的手持件151，医师就可以调节可植入设备的配置。

控制器152执行存储在控制可植入设备的通信与充电的非易失存储器153中的固件。控制器152还构造为传送与存储从可植入设备上传到手持件151的数据，诸如事件日志，以便随后在拜访医师办公室期间经由端口162再传送到监视与控制系统40。另选地，手持件151可以构造为识别医师办公室内的指定的无线访问点，并且在办公室拜访期间与监视与控制系统40无线地通信。作为进一步另选，底座31可以包括电话电路以便自动拨号并且将存储在手持件151上的诸如警报信息的信息经由固定连接上传到医师的网站。

控制器152优选地包括低功率操作模式并且包括内部时钟，使得控制器周期性地唤醒以便与可植入设备通信以记录数据或者执行充电功能。控制器152优选地构造为当布置在可植入设备附近时唤醒以执行通信与充电功能，并且利用输入设备164传送指令输入。控制器152还可以包括用于评估从可植入设备接收的信息并且在显示器159上产生警报消息的编程。控制器152还可以包括用于利用输入设备164将指令输入传送到可植入设备，并且在执行此指令的过程中例如在齿轮泵的用于清除阻塞的升压或轻摇/晃动操作期间监视可植入设备的操作的固件。此外，控制器152控制并且监视手持件151的多种能量操作，包括在可植入设备的再充电期间感应电路156的操作、显示电池74的充电状态、以及控制用于电池157的充电与充电信息状态的显示。

非易失存储器153优选地包括闪存或EEPROM，并且存储用于其相关可植入设备的唯一的设备识别符，将要通过控制器152执行的固件，配置设定点，以及选择性地，将要在收发器155和/或感应电路156上执行的编码。可以利用通过控制与监视系统40经由端口162供给的信息更新固件与存储在非易失存储器153上的设定点数据。易失存储器154联接到并且支持控制器152的操作，并且存储从可植入设备20上传的数据与事件日志信息。

此外，在优选实施方式中，非易失存储器153存储程序，所述程序使得充电与通信系统能够在不与监视与控制系统通信的情况下执行一些初始启动功能。具体地，存储器153可以包括使得能够在植入过程中以“自吸模式”的操作单独利用充电与通信系统测试可植入设备的例程。在此情形中，可以设置允许医师手动地启动泵的按钮，并且显示器159用于提供此抽吸进程是否成功的反馈。充电与通信系统的显示器159还可以用于显示设计为协助医师调节可植入设备或腹膜导管或膀胱导管的位置的错误消息。在可植入设备的初始植入以后优选地禁止这些功能。

收发器155优选地包括射频收发器，例如符合蓝牙或IEEE802.11无线标准，并且构造为经由天线160与布置在可植入设备中的收发器电路76双向通信。收发器155还可以包括低功率操作模式，使得其周期性地唤醒以听取进入消息并且仅响应包括分配到其相关可植入设备的唯一设备识别符的这些消息。收发器155优选地利用加密程序以确保发送到可植入设备或者从可植入设备接收的消息不能被拦截或伪造。

感应电路156联接到线圈163，并且构造为与可植入设备的线圈84感应地联接以使可植入设备的电池74再充电。在一个实施方式中，感应电路156联接到指示器158，优选地发光以指示线圈163与84之间的磁耦合的程度(以及由此充电质量)的多个LED，由此协助手持件151相对于可植入设备的定位。在一个优选实施方式中，当以315kHz或更小的频率操作时感应线圈84与163能够通过35mm的间隙建立良好的联接。在其中可植入设备包括选择性红外LED83的实施方式中，充电与通信系统30可以包括探测由LED83发射的红外光并且还协助定位手持件151以使线圈163与84之间的磁耦合最优化的选择性红外传感器(未示出)，由此改进了到可植入设备的能量传送。

根据本发明的一个方面，控制器152可以构造为在电池74的感应充电期间与可植入设备周期性地通信以获取由温度传感器78产生并且存储在存储器72中的温度数据。控制器152可以包括用于分析电池温度，以及用于调节供给到感应电路163的充电能量以使可植入设备的温度保持在预定阈值以下，例如体温以上小于2℃的固件。此阈值可以设定为减少电池与周围电子设备和机械部件之间的热膨胀，例如以便减小电机与齿轮泵部件的热膨胀并且减小施加到壳体的下部92与上壳体93之间的密封部的热应变。在优选实施方式中，供给到感应线圈163的功率响应于在可植入设备内测量的温度在高功率(例如，120mA)与低功率(例如，40mA)充电间隔之间循环。

如上面关于可植入设备的感应电路75所述的，感应电路156可以选择性地构造为经由感应电路75与电池74将额外能量传送到可植入设备的电机73，以“升压”模式或轻摇模式解锁齿轮泵。具体地，如果电机73失速的警报传送到控制器152，例如，由于通过腹水形成的阻塞，可以提供患者利用输入设备164以在预定时间期间将过压从感应电路75施加到电机73以释放阻塞物的选择。另选地，激活输入设备164可以致使控制器152命令处理器70执行程序以通过沿着相反方向与向前方向快速地操作电机74轻摇或晃动齿轮泵以破坏阻塞。因为此操作模式可能比在正常操作期间所期望的使用较高的能量消耗，感应电路156和75可以构造为直接地从存储在电池157中的能量为此电机操作供给额外能量，而不是使可植入设备的电池74耗尽。

电池157优选地包括能够长期持久操作，例如高达三年的锂离子或锂聚合物电池。电池157具有足够的容量以当与底座31断开连接时并且在可植入设备的充电过程中将能量供给到手持件151以操作控制器152、收发器155、感应电路156与相关的电子设备。在优选的实施方式中，电池157具有在约2-4小时的期间中使可植入设备的电池74从耗尽状态充分地再充电的足够的容量。电池157还应该能够在约2-4小时内再充电。期望的是对于每天操作移动700ml流体来说，电池157与感应电路156应该能够经由感应电路75将足够电荷传送到电池74以在约30分钟内使电池再充电。优选地通过控制器152利用充电累加器算法监视电池容量。

再次参照图8A和图8B，手持件151优选地包括具有多功能按钮166的壳体165(与图9的输入设备164相应)与显示器167(与图9的显示器159相应)。多个LED168布置在手持件151的半透明部分下方，并且与图9的指示器158相应。端口169使得手持件能够联接到监视与控制系统40(并且与图9的端口162相应)，同时连接器170(与图9中的连接器161相应)允许手持件联接到底座31以使电池157再充电。多功能按钮166提供患者将有限数量的指令输入到可植入设备的能力。优选地OLED或LCD显示器的显示器167，提供了已经收到利用多功能按钮166输入的期望指令的可视确认。显示器167还可以显示可植入设备的电池74的充电状态与状况、手持件151的电池157的充电状态与状况、无线通信的信号强度、充电质量、错误与维护消息。壳体165的感应线圈部分171容纳感应线圈163。

当照亮时LED168通过壳体165的材料是可见的，并且优选地以每行两个LED布置成三行。在充电期间，LED照亮以显示感应线圈163与84之间的磁耦合的程度，例如如通过从感应电路156的能量损失确定，并且可以被患者使用以相对于可植入设备准确地定位手持件151。由此，例如，低程度的联接可以仅与两个LED的发光相应，中等程度的联接与四个LED的发光相应，并且优选程度的联接通过全部六个LED的发光反应。利用此信息，患者可以在其中可植入设备定位的区域上调节手持件151的位置以获得用于手持件的优选位置，产生最短的再充电时间。在一个优选实施方式中，通过指示充电联接质量的在显示器167上的模拟条显示替代LED168。

监视与控制系统

回到图10，现在将要描述实施图1A的监视与控制系统的软件。如在图10中示意性描述的，软件180包括多个功能模块，包括主模块184、事件日志模块182、数据下载模块183、配置设定模块184、用户接口模块185、包括健康监视器模块191与感染预测模块192的警报探测模块186、传感器校准模块187、固件更新模块188、设备识别符模块189与状态信息模块190。软件优选地以C++写入并且利用面向对象格式。在一个优选实施方式中，软件构造为运行在诸如传统地在台式机和笔记本电脑上使用的，Microsoft(华盛顿州,雷蒙德,微软公司的注册商标)或基于Unix的操作系统上。计算机运行监视与控制系统软件180优选地包括例如，USB端口或者类似无线连接的允许充电与通信系统的手持件151经由端口169联接的数据端口。另选地，如上所述，计算机可以包括例如符合IEEE802.11标准的无线卡，由此使手持件151能够与计算机运行软件180无线地通信。作为进一步另选，充电与通信系统可以包括自动地拨号与将诸如警报数据的数据从手持件151上传到通过患者的医师可访问的固定网站的电话电路。

主模块184优选地包括在医师的计算机上执行并且控制其它功能模块的全部操作的主软件程序。主模块184使得医师能够将存储在手持件151上的事件数据与警报信息下载到他的办公室电脑，并且当联接到手持件151时还允许控制与监视软件180直接地控制可植入设备的操作。主模块还使医师能够将固件更新与配置数据上传到可植入设备。

事件日志模块182是经由充电与通信系统从可植入设备下载的操作数据的记录，并且可以包括，例如，泵启动与停止时间、电机位置、用于腹腔和膀胱压力的传感器数据、患者温度、呼吸速率或流体温度、泵出口压力、湿度、泵温度、电池电流、电池电压、电池状态等。事件日志还可以包括诸如泵阻塞、在升压或轻摇模式中的操作、警报或者其它异常情形的事件的发生。

数据下载模块183是操作与手持件151的通信以在手持件联接到计算机运行监视与控制软件180以后从易失存储器154下载数据的程序。数据下载模块183可以自动地或者经由用户接口模块185在医师的教导下启动，下载存储在事件日志中的数据。

配置设定模块184是配置存储在非易失性存储器71内的控制可植入设备的操作的参数的程序。间隔时间参数可以确定，例如在被唤醒以听取无线电通信或者控制泵操作以前处理器保持在睡眠模式多久。间隔时间参数可以控制例如泵操作以使流体从腹膜移动到膀胱的持续时间以及抑制可植入设备与腹膜和膀胱导管的阻塞的周期性瞬动运动的间隔。从监视与控制软件180传送到可植入设备的间隔时间设置还可以确定何时以及多频繁地将事件数据写入到非易失存储器71，以及配置通过充电与通信系统的手持件151的处理器152执行的固件使用的定时参数。医师还可以使用模块184来配置存储在非易失存储器71内的与处理器70与电机73的操作的极限值相关的参数。这些值可以包括在腹膜导管与膀胱导管处的最小与最大压力、在充电期间的最大温差、泵可以或不可以操作的时间等。通过模块184设定的极限值还配置控制手持件151的处理器152的操作的参数。模块184还可以配置存储在可植入设备的非易失存储器71内的与处理器70与电机73的操作的控制相关的参数。这些值可以包括要运送的流体的目标每日体积、每泵送进程要运送的流体的体积、电机速度与每泵送进程的持续时间。当连联接到手持件151时在升压操作模式期间，以及当仅使用电池74运行可植入设备时的晃动/轻摇操作模式期间，模块184还可以具体指定电机73的操作的参数。此参数可以包括电机速度与电压、当在向前与反向方向之间交替时电机轴的旋转的持续时间/转数等。

用户接口模块185操作经由数据下载模块183从监视与控制系统与可植入设备获取的信息的显示，并且以直观的、对医师审查而言容易理解的格式呈现该信息。如下面参照图11到图15所述的，此信息可以包括可植入设备的状态、充电与控制系统的状态、测得的压力、每泵送进程或每天传送的流体的体积等。用户接口模块185还产生用户界面屏幕，其允许医师输入信息以配置上面参照模块184说明的间隔时间、极限与泵送操作参数。

警报探测模块186可以包括用于评估从可植入设备或充电与通信系统获取的数据，并且标记异常情形以便医师注意。例如，警报探测模块186可以包括健康监视模块191，所述健康监视模块构造为警告医师患者健康的任何改变，这可以确保改变透析液提供到患者腹膜的体积、时间、和/或频率。例如，如果由可植入设备20提供的数据指示有毒素或废物积聚，那么医师可以增加透析液提供到患者腹膜与从患者腹膜抽出的体积、时间和/或频率。或者，如果由可植入设备20提供的数据指示相对低体积的毒素或废物，那么医师可以减小透析液提供到患者腹膜与从患者腹膜抽出的体积、时间和/或频率。

警报探测模块186此外还，或者另选地可以包括感染预测模块192，其配置为根据例如患者温度增加到预定阈值以上、患者呼吸速率增加到预定阈值以上、和/或流体增加到预定阈值以上中的一个或多个预测或探测感染。可以通过改变由用户接口模块185呈现的状态指示器，或者通过经由用户接口模块185向医师显示关于患者温度、呼吸速率、或流体粘度的增加的具体信息，将此标识通信到医师。

传感器校准模块187可以包括用于测试或者测量例如由于老化或者湿度改变而在移植设备中使用的传感器70、78-81的漂移。然后模块187可以计算偏离值以便修正来自传感器的测量数据，并且将此信息传送到可可植入设备以便存储在非易失存储器71中。例如，压力传感器104a-104d可以经历由于老化或温度改变的漂移。模块187因此可以计算然后传送并且存储在可植入设备中以针对此漂移的偏离值。

固件更新模块188可以包括用于检查安装在可植入设备上的处理器或电机控制器固件的版本数量和/或在充电与通信系统上的处理器固件的程序，并且识别是否存在更新的固件。如果是这样，此程序可以通知医师并且允许医师将修正的固件下载到可植入设备以便存储在非易失存储器71中或者将修正的固件下载到充电与通信系统以便存储在非易失存储器153中。

设备识别符模块189包括用于存储在非易失存储器71中的可植入设备的唯一识别符以及当监视与控制系统经由充电与通信系统联接到可植入设备时用于读取该数据的程序。如上所述，设备识别符被可植入设备使用以确认从充电与通信系统接收的无线通信旨在用于此特定的可植入设备。同样地，该信息被充电与通信系统的手持件151利用来确定该消息是否通过与此手持件相关的可植入设备产生。最后，设备识别符信息被监视与控制软件180使用以确认手持件与可植入设备构成匹配组。

状态信息模块190包括当经由手持件151连接时用于询问可植入设备的程序，以从可植入设备、和/或手持件151获取当前状态数据。此信息可以包括，例如，电池状态、在可植入设备与手持件上的内部时钟上的日期与时间、用于当前使用中的固件与硬件的版本控制信息、以及传感器数据。

现在参照图11-图15，描述了用于腹水治疗系统的由软件180的用户接口模块187产生的示例性屏幕快照。图11示出了显示到医师运行监视与控制软件180的主屏幕200。主屏幕200包括状态区域，所述状态区域显示从通过与图10的模块190相应的程序从可植入设备与充电与通信系统获取的状态信息。更具体地说，状态区域包括用于充电与通信系统(称作为“智能充电器”)的状态区域201以及用于可植入设备(称作为“ALFA泵”)的状态区域202。各状态区域均包括示出通过勾选指示的相应系统是否适当操作的图标，用于此系统的设备识别符，以及此系统是否联接或起作用。如果参数通过警报探测模块186评估为在规格性能以外，那么图标可以替代地包括警报标志。菜单栏203识别医师可以通过高亮相应的菜单项而在其间移动的各种屏幕。工作空间区域204设置在状态区域下方，并且包括根据选定的菜单项而改变的显示器。在工作空间区域204下方，显示导航面板205，其包括软件180的版本号以及使在工作空间区域204中的显示能够更新的单选按钮。

在图11中，在菜单栏203中高亮具有子菜单项目“植入”的菜单项目“信息”。对于此菜单项目选择来说，针对可植入设备，工作空间区域204示意性示出了电池状态窗204a、测量的压力窗204b以及固件版本控制窗204c。电池状态窗204a包括表示电池74中剩余电荷的图标，并且可以描绘为充满、四分之三、一半、四分之一满或者显示电池几乎耗尽的警报。窗204a的时间组件表示如从可植入设备接收的当前时间，其中以DD/MM/YYYY格式表述日期并且以基于24小时时钟的小时/分钟/秒表示时间。测得压力窗204b显示分别通过传感器104a、104b和104d以毫巴测量的膀胱压力、腹腔压力以及环境压力(见图6A)。版本控制窗204c指示用于处理器70、用于电机控制器的固件版本，以及可植入设备的硬件版本。患者参数窗204d显示患者的温度、呼吸速率、以及流体粘度。应该指出的是如果可植入设备包括其它类型传感器，例如，测量流体中的毒素和/或废物的水平的传感器，然后通过此传感器测量的参数也可以显示在窗口204d中。

警报情形窗204e显示可以指示患者健康改变的参数的任何改变，诸如感染的可能的发展或者患者肝脏健康的改善或者恶化(图10中的模块191和192)。例如，如示出的，警报情形窗204e可以警示医师患者的温度异常高，从而然后医师可以跟踪患者关于感染的可能性。在一些实施方式中，医师可以根据在窗口204b、204d、和/或204e中显示的信息调节泵的操作参数，例如利用下面参照图14进一步描述的界面。

转到图12，描述了与图11中的“智能充电器”子菜单项的选择对应的屏幕显示器206。如上面参照图11说明的，图12包括用于充电与通信系统的状态区域201、用于可植入设备的状态区域202、菜单栏203、工作空间区域204、以及导航面板205。屏幕显示器206与屏幕显示器200的区别在于高亮了“智能充电器”子菜单项，并且对于充电与控制系统，工作空间区域204显示电池状态窗207a以及版本控制窗207b。电池状态窗207a包括表示电池157中剩余电荷的图标，并且可以描绘为充满、四分之三、一半、四分之一满或者显示电池几乎耗尽的警报。窗口207a的时间组件表示如从手持件151接收的当前时间，其中以DD/MM/YYYY格式表示日期并且以基于24小时时钟的小时/分钟/秒表述时间。版本控制窗口207b表示用于处理器152的固件版本，以及充电与控制系统的硬件版本。

现在参照图13，描述了与图11中的“下载”菜单项和“日志文件”子菜单项的选择相应的屏幕显示208，并且屏幕显示208实施软件180的模块183的功能性。图13包括用于充电与通信系统的状态区域201、用于可植入设备的状态区域202、菜单栏203、工作空间区域204、以及导航面板205，全部如上所述的。屏幕显示208与“信息”屏幕显示的区别在于高亮了“日志文件”子菜单项，并且工作空间区域204显示下载进程窗口209a与存储路径窗口209b。窗口209a包括用于目录的路径，可以经由充电与通信系统将事件日志从可植入设备下载到那。窗口209a还包括允许医师选择事件日志下载到的目录路径的“打开下载文件夹”单选钮,以及更新以反映下载的数据的量的进度条。窗口209b包括单选按钮，可以激活它以将事件日志下载到在窗口209a中具体指定的路径，并且还包括用于中断下载过程的“中止”单选按钮。

图14是屏幕显示210的示例性描述，与图11中“泵设定”菜单项与“流体传送”子菜单项的选择相应，并且执行软件180的模块184和190的功能。图14包括用于充电与通信系统的状态区域201、用于可植入设备的状态区域202、菜单栏203、工作空间区域204、以及导航面板205，全部如上所述的。屏幕显示210不同于“信息”屏幕显示之处在于高亮显示“流体传送”，并且工作空间区域204包括进程体积窗口211a、流体传送程序窗口21lb、最小每日体积窗口211c、压力窗口21Id、以及在导航面板205中的单选按钮，其允许在窗口211a、211b和21Id输入的值传送并且存储在可植入设备的非易失存储器71中。

进程体积窗口211a显示待通过可植入设备泵送的用于最大每日体积、在泵送进程之间的间隔时间、可以激活泵的日期时间、总的每日泵送时间以及每次泵送进程的进程体积的当前设置。显示在窗口211a中的最大每日体积与泵将与在24小时期间中传送到腹膜和/或膀胱的流体的上限相应，尽管如果可植入设备探测到低流体情形泵送的实际体积可能更低。医师可以根据感测到患者健康初始地设置此值，并且此值可以具有例如20ml到4000ml的允许的范围。窗口211a中显示的停留时间允许医师设定腹膜透析液保持在腹膜中的时间量。在窗口211a中显示的间隔时间允许医师设定腹膜透析液泵入到腹膜中到膀胱(以及从贮存器到腹膜)的频率。通过配置设定程序(图10的模块184)每日体积与间隔时间用来计算优选地在500ml到2500ml的范围中的进程体积。显示在窗口211a中的泵可以是起作用的时间段，选择性地可以被用于定义时间表，在此期间可可植入设备可以主动地将流体移动到膀胱；在这些时间段以外，可植入设备将不会移动流体而是可以执行上述的泵瞬动操作以便定期地旋转齿轮以防止齿轮的阻塞。根据感觉到的患者的健康，医师可以设定时间段使得泵可以在白天或夜晚的全部小时操作,由于在一些情形中保持健康可能优于方便。在窗口21la中显示的每日泵送时间以只读格式示出,因为这是在时间段箱中输入的时间段的汇总。最后，显示在窗口211a中的进程体积通过模块183计算为在单次泵送进程中传送到膀胱的流体量。

流体传送程序窗口21lb显示根据利用软件180的模块184设定的参数控制可植入设备的泵的操作的程序的状态。在出于一些原因必须停止泵活动的情形中，可以通过点击窗口21lb中的“关闭”按钮使流体传送程序停止，这将致使泵停止泵送直到手动地将其切换回打开。在一个实施方式中，可以通过按压窗口21lb中的“打开”按钮再次切换打开流体传送程序。由于优选地在泵关闭的情况下植入可植入设备，因此医师或外科医生可以在首次植入此可植入设备以后利用窗口21lb打开流体传送程序。

最小每日体积窗口211c显示将要通过可植入设备泵送到膀胱的流体的期望数量，并且根据规定的时间段与窗口211a中的间隔时间输入的长度通过配置设定程序被计算为进程体积乘以每天的进程次数。

图14的压力窗口21允许医师输入用于控制可植入泵的操作的最大膀胱压力与最小腹膜压力的值。由此，例如，如果通过压力传感器探测到的膀胱压力超过窗口21Id中具体指定的值，那么处理器70将命令电机73停止当前泵送进程，或者在窗口211a中识别的时间段期间跳过计划的泵送进程。同样地，如果通过压力传感器探测到的腹膜压力小于窗口211d中具体指定的值，那么处理器70将命令电机73停止当前泵送进程，或者在窗口211a中识别的时间段期间跳过计划的泵送进程。如果配置为以上述方式操作，可植入设备将既不通过使患者的膀胱满溢造成患者不适，也不造成腹腔变得过度干燥。

现在参照图15，描述了与图11中的“测试”菜单项与“手动测试运行”子菜单项的选择相应的屏幕显示212的示例性描绘。图15包括用于充电与通信系统的状态区域201、用于可植入设备的状态区域202、菜单栏203、工作空间区域204、以及导航面板205，全部如上所述的。屏幕显示212与“信息”屏幕显示的区别在于高亮了“手动测试运行”子菜单项，并且工作空间区域204包括手动泵送周期窗口213。手动泵送周期窗口213包括单选按钮“启动测试”，其经由充电与通信系统将指令传送到可植入设备以致使处理器70激活泵以预定时间期间，例如几秒钟。处理器70接收来自电机73中的霍尔效应传感器的位置数据以及横跨压力传感器104c和104d的测量压力数据。处理器70计算进程体积并且经由充电与通信系统将此信息转送回到软件10，其将测量的数量与目标进程体积进行比较并且提供测试结果，例如实现的进程目标体积的百分比，或者通过/失败图标。在窗口213中显示测量的进程体积、进程目标体积与测试结果。

尽管上面描述了本发明的多个说明性实施方式，对于本领域中的技术人员将会显而易见的是在不偏离本发明的情况下可以在其中作出多种改变与修改。例如，可以修改系统10以包括配置为评估患者的身体和心理健康的其它设备，诸如在患者的一滴血液中测量例如，氨、c-反应蛋白、血浆肾素、血清钠、血清肌酐、凝血酶原时间、和/或胆红素的毒素和/或废物的水平的手持生物传感器。或者，例如，系统10可以改变以包括手持或基于计算机的设备，其为患者呈现测量主体的心理健康或电生理活动的心理测试。此设备可以构造为无线地向监视与控制系统40提供结果以供医师在估测患者的健康以及调节可植入设备20的操作参数的可能的需要中使用。所附权利要求旨在覆盖落在本发明的真实精神与范围内的全部此种改变与修改。