专利名称：利用移植的磁通路泵(mbp)治疗软脑膜癌症的节拍式对流增强的鞘内化疗供给的制作方法当肿瘤在人体内形成时，可用治疗的选择非常窄。在肿瘤形成于要害器官诸如脑部或脊髓内时更是如此。众所周知，诸如形成在脑部的软脑膜和脊髓中或者软脑膜和脊髓周围的软脑膜癌症(leptomeningeal carcinomatosis)的疾病非常难以治疗，因此具有高的死亡率。软脑膜癌症是由来自系统癌症(通常乳腺、肺、以及黑素瘤)的软脑膜的转移种植(metastatic seeding)引起的。如果不治疗,病人一般在诊断的两个月内死亡。传统上，用于治疗在脊髓中或脊髓周围的软脑膜癌症的选择包括放射、化疗、以及局部鞘内或脑室内化疗。这些治疗软脑膜癌症的在先方法中的每一个都在过去具有一些形式的成功，但是它们中的每一个也都包括各种缺陷和隐患，使得它们在治疗病人时不那么理想。需要的是一种更加可靠的、更容易的、以及有效的用于治疗软脑膜癌症的方法。放射是一种用于软脑膜癌症的常见治疗模式。其通常被设定为分段(fractionated)剂量治疗，在六周的时间段内覆盖围绕脊柱的某一区域。包括射波刀(cyberknife)和伽马刀的空间局部形式的放射都已使用，并且在软脑膜增加的集中区域具有不同水平的成功。尽管放射仍被广泛认为是辅助治疗的最有效方式之一，但其具有的缺点是有限的一小部分和应用。用于对抗脑肿瘤的另一方法是系统化疗。系统化疗是作为放射的辅助的一个可行的选择。然而，其由于如下原因在脊柱的转移种植中的效力方面是受限的:1)供给通过血脑/脊髓屏障；2)癌细胞的抗药性的形成；以及3)来自化疗制剂的系统副作用。因为血脑/脊髓屏障仅在存在软脑膜癌症处部分失效，因此其仍削弱了有效地将系统化疗供给并传送至脊髓液。最后，化疗被系统分布在整个身体中。因为病人的整个身体都进行治疗(不仅是脊髓相关区域)，因此会出现不希望的副作用，诸如反胃、腹泻、脱发、食欲下降和能量的降低。一些副作用对于某些病人如此之强，使得化疗不可用作他们的治疗手段，从而减少了他们的总体生存机会。事实上，即使使用放射和系统化疗，患有软脑膜癌症的病人的中间目前存活时间仅为大约六个月。近来，利用DepoCyt (—种长效的脂质体Mra-C并由日本的EnzonPharmaceuticals生产)或者甲氨蝶呤的鞘内化疗已被使用，并具有一定程度的成功。大部分病人都通过用0_aya贮存器或腰椎穿刺的间隔注射化疗用品来治疗。不可避免地，尽管治疗，肿瘤仍会复发。因此，病人会形成脑积水，最后死亡。本发明所利用的使用混和给药(poIypharmacy )的潜在假设是基于如下的前提，即，组合治疗优于单一治疗。此外，以受控的节拍方法控制混和给药的供给的构思被提倡为一种更优控制的方法。因此，在给予细胞毒素剂中的第一步骤是确定最大容许剂量(MTD)。然而，当用在传统的治疗方法(诸如化疗)中时，细胞毒素剂被以如下方式供给到病人，即，允许细胞毒素剂或多或少全局地分布在病人的整个身体中。因为在任何给定时间在预期位置仅存在所给予剂量的一小部分，因此要求相对大的药物剂量。剩余的剂量将在身体的其他部分中。此外，常规化疗的主要问题是在对准(targeting)癌细胞时缺乏专一性。使用大剂量的有毒制剂通常导致严重的以及使人衰弱的副作用。此外，全局给药通常与协同使用多种药剂来治疗肿瘤或其他症状的组合疗法是不相容的。因此，全局给药来治疗肿瘤和其他这种医学症状是一种效率低并且通常危险的方法，通常导致严重的或使人衰弱的副作用。 最近，在医药供给系统的领域存在一些进展。这些系统中的大部分都采用将多种药物释放至病人身体内或周围的多个不同位置的泵或其他装置的形式。例如，在现有技术中发现的许多装置都非常类似于美国专利6,852,104( “Blonquist”)和6，659，978 ( “Kasuga”)中公开的发明。这两个发明都包括一个用于容纳治疗药物的小容器、一个用于将治疗药物泵送至病人身体的泵、以及一些电子控制系统，该电子控制系统允许使用者对具体量以及何时给予某一治疗药物进行编程。尽管这些设备对于向糖尿病病人给予某些药物诸如胰岛素可能是理想的，但是它们中任一个都不被设计为适合用于直接治疗在病人的脑部和脊髓内的软脑膜癌症。其他现有技术实例诸如美国专利5，242,406( “Gross”)和6，571,125( “Thompson”)提供了更小、更方便的替代物用于给予药物，然而它们分别依赖于保持一组特定的压力以及一定量的电流，使得它们太复杂并易于出错。美国专利7，351，239 (“Gill”)、7，288，085 (“Olsen”)以及 6，726，678 (“Nelson”)公开了一种能够将药物流体供给至脑部的泵或贮存器，但是要求所述泵和药物贮存器被移植在病人身体内的不同位置。这样的配置不仅对于病人而言是不舒适的，而且还增加了感染的可能性以及不必要地使移植过程复杂化。此外，每次病人需要重新填充药物贮存器或者更换泵电池时，医生必须侵入性地重新进入病人身体。最后，没有任何一个现有方法公开了一种测量脉管内皮生长因子(VEGF)的值的方法，使得能够修改所供给的药剂、毒性以满足具体的个体病人的需要。需要的是如下一种能够直接向脑部和脊髓的脑脊髓液(CSF)供给药剂的装置和方法，其易于操作并且相对容易移植，同时，易于在病人的整个治疗周期中保持并且根据病人的具体需要定制，而不导致与前述治疗方法相关的所有不良副作用。
一种磁控的泵被移植至病人的脑脊髓液(CSF)中，并且以对应于病人的具体需要的受控速率供给一剂量的治疗药剂，以治疗软脑膜癌症。本发明示出的实施方案通过利用移植到CSF中的多供给导管来有效治疗脑膜癌症，从而解决了现有技术中的上述局限和其他问题。通过至少两个近端端口，一个内部化(internalized)的外部受控的泵以对应于病人的具体需要的受控速率供给多达四种不同类型的化疗药剂。分析从病人中抽出的脊髓液。基于这些测量远程控制所述设备的运行以及治疗，并且通过一个外部控制器显示。多供给泵具有三个部件:近端头部贮存器、从所述近端头部延伸的导管、以及连接至所述导管的一个分析器单元。所述近端头部包括一个插入所述CSF的导管，本发明的示例实施方案包括如下一个近端供给装置，该装置将被移植到前角(frontal horn)的侧脑室或者被鞘内移植。袋的头罩(head cap)还包括如下一个阀，该阀允许设备的贮存器被重新填充，以及使已被吸入袋中的脑脊髓液通过一个吸嘴从病人的脊髓区域中取回。以这样的方式，所述泵还使得能够实现一种用于控制肿瘤内压力、以及用于取样流体的减压机构。本发明的一个实施方案包括一种多供给导管。用于向软脑膜癌症引起的肿瘤的对流增强供给的常规导管由用于脑室腹膜分流的腹膜管的尖端处的单个端口组成，或者由在导管尖端的顶部的Icm内具有切割的多个孔的近端分流导管组成。联接至所述设备的头罩的药物入口管线和脑脊髓液回路管线都罩在硅树脂导管内。所述导管在病人的皮肤下延伸，在颈部的后耳位置，并且在可容易进入的位置从病人显露出来，诸如在锁骨的头部下面，如在导管中的端口 M (Port-M-Cath)。导管联接至一个分析器单元，由此形成药物供给系统。所述分析器单元是一个用于所述设备的多个关键部件的外壳装置。已从病人返回的脑脊髓液和/或肿瘤液体通过一个实验室芯片(lab-on-a-chip)，该实验室芯片测量并监控脉管内皮生长因子(VEGF)水平，以指示病人的肿瘤负荷的进展或衰退。操作所述设备的使用者或医生接下来可基于这些测量调节或改变病人正在接受的药物疗程。联接至该单元的还有四个压电泵，所述压电泵通过导管发送多达四种不同的药剂。蓝牙 芯片还允许该单元被来自远程位置的医生控制。闪存芯片和人工智能处理器完成所需的电路，从而为病人提供了高效、容易地使用以 设定和受控速率供给药剂的设备。最后，分析器单元或化疗泵送装置(CPD)包括一个为单元本身供电的持续长久工作的锂离子电池。因此，本发明的一个目的是为病人提供持续的药物治疗，而不需要在每次病人需要治疗时都重新移植一个导管。因此，本发明的一个目的是提供药剂的节拍性的连续供给。本发明的再一个目的是为负责病人治疗的使用者或医生提供对各种肿瘤参数的即时监控和反馈，以便相应地改变或调整病人的治疗。本发明的再一个目的是为患有由软脑膜癌症引起的肿瘤的病人提供一种治疗他们病痛的有效方法，同时使化疗的副作用最小化。本发明的另一个目的是通过引入足够的肿瘤抗原来刺激病人的免疫系统，增强肿瘤逃避机制的疾病媒介(vectorial)变化机制。本发明的另一个目的是通过在病症消退能够发生之前，通过增加用于将细胞毒性细胞附接至目标细胞的细胞附着分子，帮助冲洗实体肿瘤。恶性细胞不能结合至细胞毒性细胞。使用本设备将改善和增强这样的过程。本发明的另一个目的是利用可编程的微控制器及其关联的阀机构，以改进的剂量、局部供给以及基于具体病例安排时间来给予生物学反应调节剂(BRM)。本发明的另一个目的是通过利用由其可编程性以及其逻辑(其被嵌入在微控制器查找表中)限定的设备控制模式，允许医生开出最佳生物剂量(OBD)的药剂而不是最大容许剂量(MTD)的药剂。本发明的另一目的是包括与化疗制剂相关联的药物动力学(pharamacokinetic)参数和药效参数，从而实现预期的结果，而没有本领域技术人员已知的毒副作用。本发明的另一目的是利用内置到设备中的通信链路，通过使用微控制器查找表的指令结构来实时改变过程，以在治疗过程中调节和修改药剂的输出。本发明的另一目的是通过修改位于所述设备中的阀的工作循环，来调节所述药剂的分配速率。本发明的另一目的是由于肿瘤BRM的多向性本质而调节肿瘤BRM的吸入量，并通过减少或增加在药物设备(MBP)中的各种制剂允许形成过程和机制，从而针对病人(例如，肿瘤、尺寸、消退等)提供具体的治疗。本发明的另一目的是为医生提供一种允许表示BRM级联效应的方法(由于细胞因子(cytokines)作为信使(messager)与影响目标肿瘤细胞的协同的、额外的或敌对的相互作用的通信)。本发明的另一目的是基 于药剂的毒性提供药剂(诸如细胞毒素化疗、BRM、以及其他)的时间安排，以及允许诸如生物药效率、溶度、浓度的测量以及基于局部性的循环，这二者都是用于消除软脑膜癌症的改进的方法。本发明的另一目的是通过设备的局部给药、定量供给和时间安排的能力，基于疾病阶段、免疫因素、身体重量、年龄以及时间生物学解决各种肿瘤的个体差异。本发明的另一目的是通过如下方法提供一种结合化学疗法供给BRM的有效模式作为组合疗法，即，使得带有IL-2的不同I FN、或者结合单克隆抗体和肿瘤坏死因子(TFN)的IL-2的局部给药变得可行，以及在节拍性的疗程下通过利用本发明调节时间。本发明的另一目的在于通过如下方法使得药物制造商能够在动物和临床研究中评估其药物的有效性，即，通过不是作为病人的症状历程的文字报告，而是作为肿瘤对药剂的反应的生物学测量，来提供关于药剂的使用、剂量、周期、生理节奏时间效果、以及整个药物动力学和药效性状的细节和反馈。本发明的另一目的是提供一种用于局部给予BRM、细胞毒性化疗制剂、以及其他的方法和设备，以增强那些支持降低肿瘤负荷以及消除肿瘤的重叠效果的机制。通过如下方法引起了改进的反应，即，使用生物调节器(通过产生细胞因子增强病人的抗肿瘤反应)、减少抑制器机制、增强病人的免疫反应、限制这种制剂的毒性(通过局部性)、使剂量最大化、增加细胞膜特性的易感性以在所述位置获得改善的化疗结果、以及减低肿瘤转移的能力。上述特性都是可测量的要素，这是因为定量供给和时间安排提高了化疗对于恶性细胞的有效性，并且降低了将这些毒素暴露给正常组织。一个实施方案提供了具有相对小的免疫抑制的改进的免疫调节。本发明的另一目的是提供限定改进剂量和时间安排的生物制剂，以使得每一制剂的抗肿瘤效果最大化，而不增加对于病人的毒性。通过利用组合疗法以及按照具体时间安排局部给予这种制剂的治疗形态是本发明的有益效果之一。本发明的另一目的是提供对药剂注入脊髓液的手术前模拟，以借助一个扩散模型使得注入效率最大化，并使局部毒性最小化。使用颅顶内部的药物扩散模型(DDM)允许将目标药物供给至脑室以及脊髓蛛网膜下隙(SMS)的系统设计。基于计算流体动力学(CFD)方法，模型允许基于所建立的描述在脑部中的CSF运动的传输和化学动力学模型，准确估计人脑颅顶中的药物扩散。在实际的放置手术之前，所述模型能够用计算机辅助脑部分析被模拟，从而减少对试错动物实验或人体试验中的直觉定量供给的需要。最后，本发明的另一目的是为操作医生提供一种治疗软脑膜癌症的方法，而不用担心药剂被血脑屏障稀释或阻碍(即，直接将抗体注入肿瘤中)。尽管已经或者将要出于语法流畅以及功能解释的目的而说明所述设备和方法，但应清楚理解的是，除非是在35 USC 112下明确阐明的，权利要求不应被理解为必然以任何方式受到“装置”的构造或“步骤”限制的限制，而是根据司法等同原则理解为由权利要求提供的定义的含义及其等同物的全部范围，并且在权利要求是根据35 USC 112明确阐明的情况下，应根据35 USC 112理解为完整法定等同物。现在通过转向下列附图，能够更好地理解本发明，其中在附图中相同元件由相同数字标示。


图1a是在可移植泵单元已经成功移植到病人的侧脑室以及CPD已经被移植到胸腔的皮肤以下之后的病人身体的示意性横截面图。图1b是与植入的设备通信的外部控制单元的架构的方框示意图。图1c是示出可移植的袋及其相关联的通信控制器的示意图。图2是CPD的等轴视图。

图3a是CPD的正视图。图3b是CPD的左侧视图。图3c是CPD的右侧视图。图3d是CPD的俯视图。图4a是突出显示供给连接器的CPD的右侧视图。图4b是图4a的供给连接器的放大视图。图4c是突出显示具有一个安瓿室(ampoule bay)的CPD的俯视图。图4d是图4c的安瓿室的放大视图。图5是CPD的局部分解图。图6是CPD的完全分解图。图7a是联接在一起的感应充电器组件和泵电子器件组件的顶部的立体图。图7b是联接在一起的感应充电器组件和泵电子器件组件的底部的立体图。图8a是泵电子器件组件的顶部的立体图。图8b是泵电子器件组件的底部的立体图。图9a是感应充电器组件的顶部的立体图。图9b是感应充电器组件的底部的立体图。图1Oa是可移植的软脑膜泵(leptomeningeal pump)的等轴视图。图1Ob是描绘限定可移植的脊髓泵(spinal pump)的“供应模式”的“静电肌(electrostatic muscle)” 的不意图。图1Oc是描绘限定可移植的脊髓泵的“泵送模式”的“静电肌”的示意图。
图1la是可移植的脊髓泵的等轴视图，其中泵-密封互连断开。图1lb是泵头组件的放大视图。图12是可移植的脊髓泵的截面图。图13a是可移植的脊髓泵的局部剖开横截面图，其中突出显示了多个注射器刺(injector spines)。图13b是图13a的圈起区域13a中的注射器刺的放大图。图13c是可移植的头颅泵的内膜和外膜的放大横截面图。图14a是中空的注射器针的侧视横截面图。图14b是螺旋形的注射器针的侧视横截面图。图15a是泵致动器组件的正视图。图15b是泵致动器组件的横截面图。图16a是泵致动器组件的分解仰视图。

图16b是泵致动器组件的分解俯视图。图17是泵致动器组件的功能方框图。现通过转向下面对优选实施方案的详细说明，能够更好理解本发明及其各种实施方案，所述优选实施方案被作为限定在权利要求中的本发明的示例实施例而阐释。显然明了的是，如权利要求所限定的本发明可宽于下面所描述的示例实施方案。

所例示的实施方案的可移植的泵单元100包括如图13c中所示的内膜107和外膜106。如图12中所示，内膜107封闭的空间是用于存储药剂或药剂混合物的药物贮存器129。药物贮存器129的尺寸和体积以及由此的脊髓泵100本身的尺寸和体积对于不同病人是可以变化的。医生将作出决定具体的病人需要多少药物，然后相应确定药物贮存器129的尺寸。例如，相比于仅需要小剂量的病人，需要大剂量药物的病人将接受具有较大药物贮存器129的脊髓泵100。转到图13c，外膜106进一步包括分布在其整个表面上的多个微孔112。当泵100处于吸入冲程时，由于在泵100的内侧和泵100外侧的周围区域之间存在压力差，脊髓液通过微孔112被吸入泵100中。经微孔112吸入的脊髓液的量通过内膜107和注射刺108的下部与药物贮存器129保持分离。接下来被包含在内膜107和外膜106之间的脊髓液的体积形成一个取样腔111。脊髓泵100的部件优选由硅树脂制成，因为这是目前用于脑室腹膜分流的材料。但是，在不偏离本发明的原始主旨和范围的情况下，可以使用其他材料，诸如生物可降解的材料或其他合成物。可移植的泵单元100进一步包括布置在泵100的顶部的泵头103和布置在泵100的底部的泵螺线管104。泵头103和泵螺线管104组件的具体部分在图15a-16b中示出。在图15a中，泵螺线管104由如下一个线圈119组成，所述线圈能够产生磁场，该磁场增强永久磁铁118的磁场或者削弱永久磁铁118的磁场。永久磁铁118由NbFe35陶瓷材料制成，但是在不偏离本发明的原始范围和主旨的情况下，可以使用其他材料。接下来根据线圈119的电流极性，线圈119可被拉向或推离永久磁铁118。线圈119联接至一个线筒120，并且由多个小的(40MWG)绕组构成。线筒120由多层线筒垫圈(washer) 121组成。因为线筒120附接至泵100的内膜107的挠性的皮肤状材料，线圈119的移动转化为药物贮存器129上的压力的增加或减小。

控制通过线圈119的电流的量产生了可变且经调节的药物压力，药物压力转而调节通过上述多个注射器刺108的药剂的量。相反，线圈119的受控运动用作向泵的外膜106提供吸力的泵送功能，由此从病人身体中吸入周围的脊髓液。所述设备使用类似于呼吸作用的方法，从而不仅将药物泵送至含有癌细胞的脊柱，而且还通过在取样腔111中形成负压来取样紧邻区域(immediate area)。如图12中可见，泵螺线管104和泵头103使用磁铁118和线圈109作为螺线管来形成在泵头103和线筒120之间的吸引或互斥。这样的动作接下来被传递到泵100。外膜106由比内膜107更刚性的高强度娃橡胶(durra silicon rubber)制成。当压力被泵螺线管104反向时，由于内膜107比外膜106更软，膜之间的间隙增加，负压通过外膜106上的刺108周围的抽吸器微孔112吸入脊髓液。回到图15a和15b，这样的取样流体接下来经过供给/取样头114中的取样收集管道128从取样垫圈115之间被去除，并通过连接器板113出来。连接器板113具有药物入口 122和取样管123连接。连接器板113还包括用于线圈119、压力传感器131 (在图12中示出)以及温度传感器132 (也在图12中示出)的所有电连接。药物入口 122和取样管123的顶部以及多个传感器和线圈连接可在图1lb中看到。图16a和16b最佳示出了电连接是通过一系列传感器和线圈销(coil pin)126再通过供给/取样头114传递到内部药物贮存器129中的多个传感器和线圈连接125。与线圈119的连接是用绝缘挠性线130 (示出在图12中)实现的。回到图16a和16b，内膜107和外膜106通过垫圈121附接并且压缩至线筒120。线筒120在永久的NdFeB磁铁118上自由行进。磁铁118永久地联接至供给/取样头114。内膜107和外膜106还直接地联接至供给/取样头114。取样垫圈115和线筒120还为药物贮存器129提供0.020英寸的必要间隙。压缩螺母117压缩一个内膜垫圈116，以将内膜107相对于供给/取样头114夹紧。如图15b中所示，供给/取样头114还包括药物分散管(dispersion tube) 124,该药物分散管将待要给予病人的药剂或药剂的混合物释放到药物贮存器129中。回到图10a，在脊髓泵100的头部，泵头组件103通过封装在泵-密封互连(pump-to-seal interconnect) 101中的一系列流体管线和电连接被联接至密封连接器102。密封连接器102本质上是一个控制允许进入或离开泵100的流体的量的阀。当需要更多药剂时，密封连接器102打开并允许药剂行经泵-密封互连101并且进入下面的药物贮存器129。当已经应用正确量的药剂时，密封连接器102闭合，并且所有进入的流体流都停止。附加地，密封连接器102罩住如下一个吸嘴(未示出)，该吸嘴向取样腔111施加吸力并且吸上来最近获取的脊髓液离开泵100并且通过密封连接器102。图1Ob和IOc进一步描绘了如由脊髓泵100使用的泵送模式(pump mode) 145和供应模式144。图1Ob和IOc描绘了在其闭合状态134的静电肌64，其也是供应模式144，其中药剂或BRM被从脊髓泵100中泵送出并传输到感兴趣的预期肿瘤位置或生物学组织。在图1Ob中，入 口喷嘴被示为136，此时出现一个增加的腔室体积141。腔室体积的增加导致来自入口 136的流138进入腔室142，并且同时，还存在少量从出口 137流入腔室142的流体。但是，由于入口 136和出口 137的文丘里作用(venturi action),总的净流是从脊髓泵100进入腔室142。在这样的情况下，入口 136呈现扩散器作用143，出口 137呈现喷嘴作用140。图1Oc呈现在打开状态135的静电肌64，这也是泵送模式145。在该情况下，腔室体积151减小，这导致发生从腔室150经过出148到肿瘤位置41的净流。尽管存在从腔室150到入口的少量的流147，但是净流还是相当大的并且是从腔室150到肿瘤位置41。在该模式中，入口 147呈现喷嘴作用152，以及出口呈现扩散器作用149。转向图1a,供给软管(delivery hose) 200联接至设备的密封连接器102以及化疗泵装置(CPD)I部分。供给软管200由此用作在本发明的泵送和分析部分之间的导管，并且罩住重新填充管线、取样流体回路管线、以及多个用于各种传感器和线圈119的电连接。密封连接器102联接至泵100并且牢固地嵌入在病人身体中，同时分流管的顶部从病人身体伸出。供给软管200联接至密封连接器102并且从泵100引出，并在皮肤下面到达病人的颈部后面。将导管200保持在皮肤下面的目的是为了在病人接受治疗时给病人一种常态感和自。图1b示出了一个与CPDl通信的外部分析器单元300。通过使用RF发射器304及其关联的天线302，以及带有其关联天线301的RF接收器303，CPDl与外部分析器300通信。在将CPDl皮下移植到病人39体内之后，系统允许装置可编程，从而在一段时间中以合适间隔并以处方剂量分配药剂。一旦CPDl和脊髓泵100被移植并且处在运行中，医生可决定改变运行参数，诸如分配到肿瘤位置的药物的量或者与分配过程相关的时间间隔。医生使用图1b中所示的外部分析器单元300与CPDl的内部电子器件通信，所述外部分析器单元可以是台式计算机或任何其他类似的合适装置的形式。外部分析器单元300能够通过其自身的微控制器305经由RF发射器304及其天线302、以及RF接收器303及其天线301与CPDl中的微控制器通信；或者经由位于外部分析器单元300中的串行通信端口 307与CPDl中的微控制器通信。接下来新的命令组被传递至脊髓泵100。这些新的命令数据接下来被存储在CPDl的微控制器的存储器中，所述存储器现在被重新编程以执行编码在新的指令组中的程序。在一个实施方案中，外部分析器单元300被用于执行如下的计算机软件，所述计算机软件提供药剂注入的手术前模拟，以通过扩散模型来最大化注入效率并且最小化局部毒性。药物扩散模型(DDM)考虑脑部几何形状，从来自血液的脉络丛中产生CSF的方式，还从来自被认为通过多孔的细胞外空间朝向脑室渗透的脑组织的脉络丛中产生CSF的方式，以及通过脑室和SMS的CSF流。该模型不考虑其他的颅内动态条件，诸如由于在心动周期中的心脏收缩期间软组织(parenchyma)和脉络丛的膨胀引起的脉动的CSF运动。在第一步骤中，特定病人的MRI被用于提取脑部内的CSF空间的解剖学准确几何形状，以及脑部选择区域中的CSF流速度。在第二步骤中，脑部区域被分为小的离散的体积网格。在第三步骤中，一组等式和边界条件描述在脑部区域中的有限体积之间的流物理特性和质量传递。在最后的步骤中，所述等式对有限体积和相邻体积之间的边界进行数学求解。病人特定的脑部成像数据不仅允许重构生理上准确的子结构以及在脑部中的各区域之间的边界，还使得能够测量体内CSF流场以及速度。脑部特性诸如多孔性、扩散率以及渗透率、以及CSF参数(诸如粘性和密度)能够根据脑部位置和参考文献被估计得出。这些参数结合基本的流体物理学使得能够量化如下的多向CSF流场，所述多向CSF流场与在脑部的主CSF通路段中的临床观察一致。通过应用Delauna y三角测量法,包括SMS的脑部被分为小的三角形和四边形元素。为了简化，脑组织被假设为同质的各向同性多孔介质。每个小的有限体积与其邻近体积关联从而形成逻辑连接的计算 网，该计算网可由商业网格生成器工具诸如Gambit生成。网格尺寸需要足够大以最少化用于计算的体积元素的数目，但是也要足够小以能够空间分解肿瘤区域的解剖学特性。典型的仿真由分布在整个脑部的大约100，000个体积元素组成。流传递和质量传递等式在由这些网组成的计算域上执行。向脑室给药被简单建模为将由药物溶质组成的水溶液通过注入导管灌入CSF的大池，该CSF的大池自然流动并且与周围的多孔脑组织相互作用。CSF和药物溶液都被假设为其在脑部内的运动能够通过质量和动量守恒等式被描述的不可压缩的牛顿流体。此外，药物扩散由物质传输和化学动力学等式被描述。药物扩散模型由四部分组成:导管内的流、脑室和蛛网膜下系统中的流、多孔脑组织中的流、以及关于CSF和各种脑组织之间的头颅内动态学的边界条件。对于导管内的流，模型将导管的腔内空间分为小的有限元。有限元之间的流体流分别由如等式I和2中示出的连续性等式和Navier-Stokes等式建模。连续性等式(等式I)描述了药物流体是不可压缩的。


一种磁控的泵被移植至病人的脑脊髓液中，并且以对应于病人的具体需要的受控速率供给多种药剂。本发明包括一个将被移植的挠性双壁腔的肿瘤内的导管。分析从病人身体中抽出的脊髓液。基于连续节拍，通过一个内部化的泵向CSF中供给药物。CSF被取出，并且通过分光光度分析或实验室芯片被分析用于VEGF和其他细胞因子。所述设备的操作以及治疗都基于这些测量而被远程控制，并且通过一个外部控制器显示。