專利名稱：帶導(dǎo)流器的血管內(nèi)擴(kuò)張植入物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種血管內(nèi)植入物，其可以使動脈壁徑向擴(kuò)張。這些植入物或擴(kuò)張器在透腔血管成形術(shù)(transluminal angioplasty)領(lǐng)域中稱作“展伸器”。透腔血管成形術(shù)需要沿著自然路徑插入器具，特別是導(dǎo)管，從而治療動脈系統(tǒng)的病變區(qū)域。這樣，可以實現(xiàn)局部手術(shù)，而不必借助于傳統(tǒng)的外科手術(shù)，因為傳統(tǒng)外科手術(shù)需要非常認(rèn)真并對患者有多種不利因素。這種技術(shù)特別適用于動脈被診斷出縮減或縮窄時。之后，將通過股動脈插入一個導(dǎo)管，導(dǎo)管遠(yuǎn)端帶有一個可膨脹血管成形術(shù)氣囊。接著，該導(dǎo)管被推動并在放射鏡的監(jiān)視下被引導(dǎo)著通過動脈系統(tǒng)到達(dá)動脈病變區(qū)域。一旦到達(dá)了這個區(qū)域，氣囊將膨脹以擴(kuò)張動脈中的縮窄區(qū)域。在放射鏡裝置的監(jiān)視下，這個過程將反復(fù)進(jìn)行，以使動脈重新具有足夠的直徑，以確保獲得可以接受的血流。然而，這種手術(shù)具有一些缺點。臨床發(fā)現(xiàn)，治療后有三分之一的病例在經(jīng)過一段時間之后又開始出現(xiàn)動脈縮減，這個時間可能是幾天或幾個月。這種現(xiàn)象稱為“再縮窄”，需要采用相同的方法或更嚴(yán)厲的技術(shù)對病變動脈實施手術(shù)。
為了解決這個問題，有人提出在動脈中永久性植入擴(kuò)張器或“展伸器”以避免反復(fù)縮減。這種植入物通常具有一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，其在兩段張開，以便不阻礙血液的流動。這些裝置除了它們的特定結(jié)構(gòu)，一般都具有下面的特征它們可以從一個能將它們插入動脈中的第一直徑擴(kuò)張到一個基本等于動脈直徑的第二較大直徑。在將動脈擴(kuò)張之后，它們被植入動脈中并支撐著動脈內(nèi)壁，從而利用機(jī)械作用防止動脈出現(xiàn)新的縮減。植入之后，這些展伸器對徑向壓縮具有一定的抵抗力，從而在保持動脈張開同時又允許血液流動。目前在實際中，采用了兩種不同類型的展伸器。第一種是在它們定位時通過一個氣囊膨脹；第二種即所謂的自動擴(kuò)張型。自動擴(kuò)張展伸器不需要外界機(jī)械作用即可從被插入時的第一直徑擴(kuò)張到工作位置上的第二較大直徑。這個效果既可以利用具有形狀記憶功能的材料，例如鎳鈦諾(商標(biāo))獲得，也可以通過彈簧獲得。還曾有人提出，例如在歐洲專利EP-433 011 B1中，展伸器中包含一種放射性同位素，用于通過放射療法減少再縮窄現(xiàn)象。在其它實施例中，展伸器上的與動脈或血管內(nèi)壁接觸的表面經(jīng)過了適宜的表面處理，從而使抗凝血酶原化學(xué)物質(zhì)局部分布。
雖然這些裝置可以降低再縮窄的速度，但仍然不能完全解決問題?？梢钥吹?，經(jīng)過血管成形術(shù)和展伸器植入治療后，有大約22％的病例出現(xiàn)了組織縮減，從而導(dǎo)致動脈內(nèi)層組織的厚度增加。如果這種現(xiàn)象穩(wěn)定下來并持續(xù)增加，則動脈將再次被堵塞。
本發(fā)明的目標(biāo)是克服上述缺點，為此，提出了一種擴(kuò)張植入物，其有助于降低再縮窄的速度，特別是通過其與動脈內(nèi)壁的作用而達(dá)到這個效果。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是采用這樣一種裝置，以提高動脈或血管中的血液/壁界面上的剪應(yīng)力。最后，本發(fā)明還有一個目標(biāo)是一種治療方法，其能夠提高動脈壁上的剪應(yīng)力量級。
為此，根據(jù)本發(fā)明的展伸器的獨(dú)特特征在權(quán)利要求1中確定。其它優(yōu)點見于下面的說明以及從屬權(quán)利要求中。
下面將通過參考附圖而對本發(fā)明進(jìn)行描述，各附圖中簡要地并以非限制性示例的形式顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個血管內(nèi)展伸器的實施例。


圖1是不帶植入物的動脈中的速度分布示意圖。
圖2是在中心帶有一個導(dǎo)流器的動脈中的速度分布示意圖。
圖3是一個圖表，顯示了相對內(nèi)膜剪應(yīng)力，其為導(dǎo)流器尺寸與動脈尺寸之比的函數(shù)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個展伸器的側(cè)視圖。
圖5是圖4中所示展伸器的端視圖。
在科研中，經(jīng)過嚴(yán)格觀察已證實，再縮窄的原因是內(nèi)膜組織的細(xì)胞增生，即所謂的內(nèi)膜增生。目前還沒有完全掌握這種反應(yīng)的機(jī)理。然而，可以肯定的是，防止或減少內(nèi)膜增生是治療縮窄即動脈閉鎖癥的關(guān)鍵。已經(jīng)證實，當(dāng)動脈中的血液流率高時，上述血管中的內(nèi)膜增生會減少。另一方面，當(dāng)流率低時，內(nèi)膜層會增加。這個現(xiàn)象還被心臟科專家和放射學(xué)家所證實，他們發(fā)現(xiàn)，在血管成形術(shù)之后，如果流率高則展伸器將保持張開，而流率低時展伸器會有堵塞的趨勢。因此，在血液流率與內(nèi)膜增生之間存在一定的關(guān)系。這個事實還被多個醫(yī)學(xué)研究證實，這些研究表明，內(nèi)膜增生不是一種病理過程，而是動脈或血管的一種適應(yīng)性反應(yīng)，即動脈或血管自身重塑以保持或恢復(fù)管壁的最佳剪應(yīng)力。
血液在動脈中的流動會在動脈內(nèi)壁上產(chǎn)生摩擦力。當(dāng)流率高時，動脈壁的內(nèi)皮細(xì)胞上的剪應(yīng)力高。反之，在流率不足時這些剪應(yīng)力低?，F(xiàn)在還知道內(nèi)壁上的剪應(yīng)力與流率(Q)成正比，而與動脈直徑的立方成反比。由此可以導(dǎo)出，當(dāng)灌注流率低時內(nèi)膜增生將減小動脈直徑，以恢復(fù)應(yīng)力的正常值。如果低流率持續(xù)保持，或者如果連續(xù)減小，則正常的剪應(yīng)力不能重建，而內(nèi)膜增生將繼續(xù)下去，直至最終導(dǎo)致再縮窄。相反，如果流率足以重建一個等于甚至超過正常剪應(yīng)力的應(yīng)力級別，則內(nèi)膜增生會停止而動脈保持永久張開。
從上面的結(jié)果可以得出，為了停止和防止內(nèi)膜增生，需要局部提高管壁上的剪應(yīng)力，特別是當(dāng)流率低時。本發(fā)明的目標(biāo)特別在于使管壁的剪應(yīng)力顯著局部提高。
由于血液流率是由構(gòu)成血管外圍的組織所受阻力自動控制的，因此血液流率不能局部提高，這就需要局部減小動脈的張開橫截面積，以降低動脈壁上的剪應(yīng)力。為此，這里提出將至少一個物體安置并保持位置于動脈中，優(yōu)選位于動脈中心，該物體用作導(dǎo)流器以引導(dǎo)動脈壁中的血液流動。該導(dǎo)流器將使內(nèi)皮細(xì)胞上的剪應(yīng)力顯著局部提高。圖1中簡要顯示了在半徑為r0的動脈中的速度分布。圖2中顯示了當(dāng)一個圓柱形導(dǎo)流器1安置在動脈中心時的速度分布。導(dǎo)流器1使得沿動脈壁2方向的血流跡線徑向偏移，并導(dǎo)致速度在鄰近于動脈壁2處的徑向梯度增加。出于這個原因，在血液/壁界面上的剪應(yīng)力增大了。請參考圖2，假定速度是漸開線形的，則沿長度方向?qū)ΨQ軸的Navier-Strokes方程(粘性流體方程)為1r·∂∂r·(r∂u∂r)=-1μ∂P∂x-----(1)]]>其中u是軸向速度，P是壓力，而μ是血液粘度。
通過二重積分，可得u(r)=14μ∂P∂xr2+c1ln(r)+c2-----(2)]]>代入邊界條件u(r＝ri)＝u(r＝r0)＝0，再經(jīng)過求導(dǎo)，可以得到最終的速度分布u(r)=14μ∂P∂x[r2-r02+ri2-r02ln(r0ri)lnrri]---(3)]]>這樣，通過簡單的積分可以計算出流率QQ=∫0iu(r)(2πr)dr=-π8μ∂P∂x[r04-ri4-(r02-ri2)2ln(r0ri)]--(4)]]>動脈壁上作用的剪應(yīng)力τ可由下面的方程給出τ=-μ∂u∂r|r=r0-----(5)]]>利用u(r)的表達(dá)式方程3，上面的方程變?yōu)?amp;tau;=-14∂p∂x[2r0+1r0ri2-r02ln(r0ri)]---(6)]]>利用壓力梯度的表達(dá)式方程4，可將方程6表示為流率Q的函數(shù)τ=2μπQr04-ri4-(r02-r12)2ln(r0ri)[2r0+1r0ri2-r02ln(r0ri)]---(7)]]>為了更好地理解導(dǎo)流器1對剪應(yīng)力量值的影響，可以利用Poiseuille(層狀粘滯)型層流下的剪應(yīng)力對方程7的后面部件進(jìn)行規(guī)范化處理，動脈中的血流即為這種層流。對于Poiseuille型層流，已知有下面的關(guān)系τPois=4μπr03Q---(8)]]>從而可以獲得下面的方程ττPois=12r03r04-ri4-(r02-ri2)2ln(r0ri)[2r0+1r0ri2-r02ln(r0ri)]---(9)]]>可以定義導(dǎo)流器與動脈的半徑之比為參數(shù)γ＝ri/r0，從而將方程9重新表達(dá)為無量綱形式ττPois=1+r2-12ln(r)1-r4-(1-r2)2ln(1r)-----(10)]]>剪應(yīng)力相對于參數(shù)γ的關(guān)系見圖3，圖中的縱坐標(biāo)表示的是相對內(nèi)膜剪應(yīng)力，而橫坐標(biāo)表示的是導(dǎo)流器半徑與動脈的半徑之比。例如，對于一個半徑為動脈半徑三分之一的圓柱形導(dǎo)流器，內(nèi)膜剪應(yīng)力在管壁處的增大系數(shù)為2。在上面的例子中，如果導(dǎo)流器半徑與動脈的半徑之比為三分之一，則導(dǎo)流器所占據(jù)的表面只為動脈橫截面積的11％，因此，根據(jù)流體力學(xué)，對血液量所造成的阻力可忽略不計。
由于動脈中心存在圓柱形物體，因此血流的偏移上升了，從而使管壁上的剪應(yīng)力顯著局部增加。該物體不會使血液流率降低太多。
圖4中顯示了根據(jù)本發(fā)明的展伸器的一個實施例，其可以有多個變型。該展伸器位于一個動脈或血管中，動脈或血管的壁2示意畫出。該展伸器包含一個中央部分3，其用于實現(xiàn)導(dǎo)流器的功能。導(dǎo)流器3由一個螺旋彈簧構(gòu)成，其各圈彼此接觸，即每圈均連接著相鄰圈，例如，通過激光焊接連接起來。焊點6沿螺旋形分布在彈簧的整個長度上。因此，導(dǎo)流器不能沿長度方向軸線變形，但又具有一定的柔性，從而便于其移向被治療區(qū)域。在導(dǎo)流器3的兩端以及分布的導(dǎo)流器整個長度上的一個或多個點處，有小的螺線4焊接在中央導(dǎo)流器3上。這些螺線4可以從大致等于導(dǎo)流器3直徑的第一直徑擴(kuò)展到等于動脈直徑的更大一些的第二直徑。在工作位置，螺線4支撐在動脈的內(nèi)壁2上，并且象傳統(tǒng)的自動擴(kuò)張展伸器那樣機(jī)械式作用在管壁上。一旦這些螺線4接觸到了動脈壁，它們可將導(dǎo)流器3保持在動脈中的一個對中位置上，并避免了導(dǎo)流器接觸到動脈的環(huán)形壁。請參考圖5，可以看到在導(dǎo)流器3的中心有一個通道5。這個伸展通過導(dǎo)流器3整個長度的長度方向通道5使得展伸器能夠在一個血管成形術(shù)導(dǎo)管一端安裝在一個導(dǎo)絲上，從而便于展伸器在被治療血管中定位。在制造螺線4時，優(yōu)選采用可以在一定溫度預(yù)壓縮并在更高溫度恢復(fù)原形的材料。鎳和鈦基合金，例如鎳鈦諾(商標(biāo))非常適合于制造螺線4。這樣，在制造展伸器時，螺線4被冷卻并具有很強(qiáng)的延展性。之后，它們被環(huán)繞著導(dǎo)流器3纏繞。接著，展伸器被安置在一個導(dǎo)管中。在展伸器的定位過程中，當(dāng)導(dǎo)管與展伸器分離之后，螺線4會在與血液接觸時被重新加熱并沿徑向擴(kuò)張以接觸血管壁。這樣，在自動擴(kuò)張的展伸器領(lǐng)域中的另一種現(xiàn)有技術(shù)可以采用。中央導(dǎo)流器3也可以是一個帶有長度方向中心孔的實心圓柱體的形式，或者也可以是一個空心圓柱體，這樣其可以用作一個儲存罐以容納將要就位施加的物質(zhì)。導(dǎo)流器3還可以有其它修改實施例，特別是采用多個組合在一起的元件，例如一個雙彈簧。還可以提供多個直徑較小并相互連接的導(dǎo)流器3，例如三個導(dǎo)流器3分別安置在一個等邊三角形的定點上。為了不干擾血液在動脈或血管中的流動，導(dǎo)流器3與動脈之間的半徑之比可以在0.1至0.8之間選擇，優(yōu)選為0.3。在制造根據(jù)本發(fā)明的展伸器時，優(yōu)選采用生物相容性材料，例如鎳鈦諾(商標(biāo))或不銹鋼。應(yīng)當(dāng)指出，經(jīng)過適宜的表面處理后，例如聚酯和特氟隆(商標(biāo))涂敷，某些銅合金也可以采用。
為了使內(nèi)膜增生最小化，如說明書的介紹部分中所述，可以通過表面處理而使抗縮窄物質(zhì)均勻地局部分布，或通過放射治療。這些技術(shù)可以容易地實施在本發(fā)明的展伸器上。因此，可以對螺線4上的與動脈壁接觸的表面進(jìn)行適宜的處理。管壁上的剪應(yīng)力增大后的累積效果可以和放射療法或化學(xué)療法同時起作用。應(yīng)當(dāng)指出，除了與動脈壁直接接觸的部分之外，導(dǎo)流器3也可以進(jìn)行適宜的表面處理。
顯然，根據(jù)本發(fā)明的展伸器也可以有其它形狀，但它們的基本特性應(yīng)保持，即帶有一個導(dǎo)流器以增大動脈內(nèi)壁上的剪應(yīng)力，并能夠保持就位于動脈中，優(yōu)選對中于動脈中。特別是，展伸器可以是一個環(huán)形體的形式，其兩端敞開并在中心包含一個柔性連接著外部環(huán)形體的圓柱體。
在某些情況下，不希望將展伸器永久留在動脈中。為此，某些展伸器由可生物降解的材料制成。顯然，這樣的材料可以制作根據(jù)本發(fā)明的展伸器。
用于局部提高血管或動脈壁上剪應(yīng)力的方法包含下來步驟。將一個上述類型的血管內(nèi)展伸器與一個導(dǎo)管和一個導(dǎo)絲一起插入動脈中將要治療的區(qū)域。在展伸器通過動脈系統(tǒng)時，動脈系統(tǒng)的直徑與導(dǎo)管大致相同。之后，展伸器從導(dǎo)管中分離出來而被定位；在這個操作過程中，展伸器的螺線4徑向擴(kuò)張并頂靠在動脈內(nèi)壁上。最后，抽出導(dǎo)管，再抽出導(dǎo)絲。
還應(yīng)指出，作為本發(fā)明目標(biāo)的展伸器容易制造并可以裝于一個導(dǎo)管中，從而可以被專業(yè)醫(yī)生直接使用。
權(quán)利要求
1.適用于插入動脈或血管中的展伸器，其特征在于，導(dǎo)流器(3)帶有保持裝置(4)，其在工作位置支撐在血管內(nèi)壁(2)上，上述裝置(4)可以防止導(dǎo)流器(3)與血管內(nèi)壁(2)接觸上，并通過機(jī)械作用而支撐著動脈壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的展伸器，其特征在于，導(dǎo)流器半徑與動脈半徑之比在0.1至0.8之間，優(yōu)選為0.3。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的展伸器，其特征在于，一個或多個導(dǎo)流器(3)具有大致圓柱形狀。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的展伸器，其特征在于，導(dǎo)流器(3)由一個一圈一圈纏繞的彈簧構(gòu)成，其中每圈分別通過一個焊點(6)連接著后面的一圈，而且保持裝置由至少兩個柔性的可徑向擴(kuò)張的螺線(4)構(gòu)成，螺線(4)分別在它們的一端連接著導(dǎo)流器(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的展伸器，其特征在于，焊點(6)沿螺旋形安置在導(dǎo)流器(3)的整個長度上。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的展伸器，其特征在于，其包含一組可徑向擴(kuò)張的螺線(4)，它們連接著導(dǎo)流器(3)并以相等的間距分布在導(dǎo)流器(3)的長度方向軸線上。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的展伸器，其特征在于，其由具有形狀記憶功能的材料制成。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的展伸器，其特征在于，其包含一種放射性同位素，以減少動脈壁的內(nèi)膜增生。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的展伸器，其特征在于，事實上，可徑向擴(kuò)張的螺線(4)和/或?qū)Я髌?3)經(jīng)過了特定的表面處理，或由生物活性材料制成，從而使一種對動脈內(nèi)壁有作用的物質(zhì)能夠擴(kuò)散。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的展伸器，其特征在于，導(dǎo)流器(3)中帶有一個伸展通過其整個長度的中心通道(5)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的展伸器，其特征在于，其由可生物降解的材料制成。
12.用于局部提高動脈或血管中的血液/壁界面上的剪應(yīng)力的方法，其特征在于，其包含下面的步驟沿一條自然路徑將根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的展伸器以及一個導(dǎo)管帶到將要被治療的區(qū)域；將展伸器定位并與導(dǎo)管分離，從而使導(dǎo)流器(3)的保持裝置(4)沿徑向擴(kuò)張，以支撐在動脈內(nèi)壁上，以及抽出導(dǎo)管。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的展伸器的應(yīng)用，以提高動脈或血管中的血液/壁界面上的剪應(yīng)力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種血管內(nèi)擴(kuò)張器,其包含一個中央體(3),其用作血流的導(dǎo)流器并因此提高動脈壁的剪應(yīng)力。焊接在導(dǎo)流器(3)上的柔性螺線(4)可以沿徑向從大致等于導(dǎo)流器(3)直徑的第一直徑擴(kuò)張到大于動脈直徑的第二直徑。在工作位置,上述螺線(4)頂靠在動脈內(nèi)壁上。
文檔編號A61F2/06GK1261261SQ98806396
公開日2000年7月26日 申請日期1998年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月20日
發(fā)明者尼古勞斯·斯泰約普洛斯 申請人:洛桑聯(lián)邦政府綜合工科學(xué)校