CN101360467A - 血管内修复物和相关的制造方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种圆柱螺旋形状的血管内修复物，且其包括：一个或多个复合元件，每个元件具有正弦曲线形状，包括基本上直线展开的第一部分(峰)，所述复合元件界定相应的层面，且通过基本上直线展开的第二部分(连接段)彼此连接；峰(1、2)和连接段(3)具有基本上遵循动脉弹性纤维的自然方向的方向。

Description

血管内修复物和相关的制造方法

发明领域

本专利涉及一种血管内修复物(endovascular prosthesis)和相关的制造方法。

已有技术

所谓血管内修复物，在下文中定义为支架，指的是一类用于永久植入的金属装置，其用于治疗血管狭窄(血管腔被动脉粥样硬化板(atherosclerotic plate)部分或完全闭塞)，比如中央循环系统的动脉、冠状动脉；或者周围动脉、股动脉、髂动脉、肾动脉等血管的狭窄。支架是血管治疗中可替代血管手术(在冠状动脉的情况下冠状动脉旁路，而在周围动脉的情况下用于闭合动脉瘤的操作)的治疗术。

为了恢复正常的血流，通常使用血管成形方法(angioplastic method)，或PTCA；但是在血管成形术不足以得到好的结果的情况下，使用借助气囊导管引入，直到狭窄处的支架，然后径向地扩张到它们的最终直径，该最终直径由有关血管的直径给定。用于引入支架的气囊被收回，将扩张的支架留在气囊的位置，扩张的支架执行保持血管腔打开的功能。

虽然植入支架几乎取得了一定的成功，但是所治疗的那一段动脉经常经历再闭塞，或再狭窄。

目前有两类支架被使用：裸支架(在下文中：“BMS”，裸金属支架)，以及加药支架(在下文中：“DES”，药物洗脱支架)，其在其外表面具有药物。

虽然植入由具有不同设计的不同金属材料制成的BMS几乎取得了一定的成功，但是目前根据患者的病状，它们出现了非常高百分比的再狭窄；该部门的操作者认为很高的此百分比对治疗后患者的生活质量和用于再入院治疗的卫生当局发生费用具有相当大的影响。

由于这些原因，引入了DES，其在治疗的血管内逐渐释放结合在其表面上的药物。关于这些装置的效果研究在不断地进行，以在如上所述最危险的病理案例中评估它们的功效，但是，自从它们出现，它们还没有被证明它们已经发现了抑制再狭窄危险的解决方法，而是仅将风险降低了约10％，并且它们成本较高，且在植入后要采用大量的药理治疗。

因此，本发明的目的是克服所有上面提到的不便处，并简要说明一种血管内修复物及相关的制造方法，如此以使再狭窄现象最小化。

发明内容

本发明涉及一种血管内修复物，其特征在于，其为圆柱螺旋形状，且包括：

一个或多个复合元件(multiple element)，每个元件具有正弦曲线形状，包括具有基本上直线展开的第一部分(峰)；所述复合元件界定相应的层面，且通过具有基本上直线展开的第二部分(连接段)彼此连接；且其中所述峰及所述连接段具有基本上遵循动脉弹性纤维的自然方向的方向。

在本发明的特定方面中，峰和连接段的方向相对于不包括杈的动脉部分中的所述圆柱螺旋的轴线为45°，且相应于杈，其在邻近所述杈的区域处于60°到75°之间。

为了实现这些目的，本发明涉及一种血管内修复物及相关的制造方法，如在形成本描述主要部分的权利要求中更好地描述的。

从以下本发明实施方式的详细描述中，以及从仅作为示例而非限定的给出的附图中，本发明进一步的目的和优点将是清楚的。

附图简要描述

图1显示了根据本发明的支架的实施方式；

图2和图4显示了支架螺旋在平面上展开的示例；

图3显示了在存在动脉杈的情况下支架的二维图像；

图5、6和7显示了成形在平面上展开的支架的阶段的方法示例；

图8、9和10显示了卷绕(rolling)在平面上展开的支架的后继阶段的方法示例；

图11显示了执行在平面上成形阶段的器具的示例；

图12和13显示了执行卷绕阶段的器具的示例。

发明的详细描述

上面已经提到，虽然植入支架几乎取得了一定的成功，但是所治疗的那一段动脉经常经历再闭塞，或再狭窄。这种再狭窄主要是由于支架和血管之间不合宜的机械适应(mechanical adaptation)，或者联结(coupling)，这成指数地影响血管的炎症反应。

动脉壁包括三层：外膜(最外层)、中膜和内膜(与血流接触的内层)。中膜占血管壁的约70％，且主要包括平滑的肌细胞和弹性蛋白；它在心脏收缩和舒张阶段期间的弹性行为影响动脉总弹性行为的约90％。外膜相对于中膜比较刚性，使得动脉系统为半顺应性机械系统，也就是说，能够在脉搏波(sphygmic wave)通道期间将其体积增加和减少到一定的预定限度。应注意，支架是机械系统，使得它的设计决定它的顺应性程度；也就是说，使支架结构为刚性的设计极大地降低了两个支架-动脉系统之间的机械相容性程度。

在心脏收缩和舒张的心动时相(cardiac phase)期间，动脉的运动是连续的扭转运动，具有两种结果：血液沿动脉方向流动，且跨壁压沿垂直于动脉的方向；跨壁压将血管的直径减少和增加约3％，且医疗操作者可通过血管造影图像看见。为了很好地操作循环系统，两个元件之间的关系必须保持不变，且是确保这种情况的半顺应性系统。

动脉扭转归于动脉的自然构造。它的弹性纤维相对于不包括杈的动脉部分中血流的轴线成约45％方向；然而，弹性纤维在动脉杈的层面中方向改变到60°-75°。已经发现，为了将两个支架和动脉系统之间的机械不相容性减至最小，并由此将再狭窄的危险减至最小，支架对动脉扭转必须是柔性的；实质上，支架必须随动脉壁一起运动，而不产生任何阻力，或产生尽可能最小的阻力，而不危及动脉的血管腔的不闭合。这样，获得了具有最大机械相容性的支架-动脉系统。

通过以这样的方式定位扩张式支架的设计，以便以基本准确的方式重造动脉弹性纤维的自然方向，可获得根据本发明方面的系统；因此，在不包括杈的动脉部分，约45°，或者在存在杈的动脉部分，在邻近杈的区域60°-75°。

这样，支架和动脉之间的机械不相容性被降至最低。

根据本发明进一步的方面，为了获得不同应用情况下支架的确定构造，使用合适的计算机程序执行计算程序，其计算在没有支架的情况下和在动脉中植入支架的情况下动脉壁应力-应变值的最小差值。术语“应力”指当血压波(脉搏波)在血管内通过时的力，而术语“应变”指当血压波(脉搏波)在血管内通过时动脉壁的变形。此外，在动脉中植入支架的情况下，在脉搏波效应下，在动脉壁连续运动期间，存在由动脉壁上的支架施加的剪切应力值的最小值，因此减小了壁的炎症效果；这样，再狭窄的可能性以及急性期或中期并发症进一步降低。

为了研究动脉和支架两者的弹性和塑形行为，使用有限元法(FEM)进行该计算程序。为了执行所有的计算，例如，使用由ANSYS Inc.-Canonsburg，PA-U.S.A制造的称为ANSYS

的专用计算程序。在这里描述的实施方式中，如图1和图2所示，支架S是圆柱螺旋形式，在下面定义为主要由复合元件组成的“螺旋体”，每个元件均为正弦曲线形状，包括在下面定义为“峰”的直线部分1、2，其在两个相对的方向成45°，以形成遵循在血流前进方向和返回方向动脉扭转运动的圆柱螺旋。

不同支架层面的复合元件通过也呈45°方向的在下面定义为“连接段”的其它部分3互相连接，以维持整个结构的弯曲柔韧性。

在动脉杈的情况下，如图3所示，支架包括主要由比第二分支直径大的圆柱分支组成的单件；第一分支植入主动脉分支4中，而第二在具有较小直径的第二分支5中。总之，支架具有“Y”形状。

分叉支架的各元件朝向不同的角度；远离杈的元件6维持45°方向，而更靠近杈点的元件呈60°(7)和75°(8)。这样，支架元件与中膜弹性纤维的方向保持一致，其在杈平面也呈60°和75°方向。

各种材料，金属和非金属，可用来制造支架。最有名的合金，且也是使用时间最长的合金是具有低碳含量(ASTM 138F)的医用级不锈钢316LVM。过去，其它合金与钽一起使用，其是具有非常高的射线不透性的材料，但很难加工。目前使用的合金是：

—用于冠状动脉支架的不锈钢316LVM；

—用于外周支架和主动脉支架的镍-钛形状记忆合金：事实上，在机械和临床执行的负面经验之后，已经放弃在冠状动脉中使用该合金。

—用于冠状动脉支架的钴-铬合金，其适合于减少材料的厚度；其参数有助于减少再狭窄以及急性并发症及中-长期并发症的发生率。

还可使用聚合物或生物可降解材料。

可用于制造支架的技术主要为以下两种类型：

—根据每种支架的设计，加工各种直径和截面的丝，以成形并模仿支架的金属连接；

—用激光切割具有不同直径和厚度的金属管来加工。支架设计用能够在管上重建载荷设计的专用计算机程序设定。用化学或电表面精加工完成该过程，以从激光束切割的边缘移除金属残余。

下面根据丝的加工描述用于制造上述支架的方法。该方法包括下列主要步骤。

—在平面上成形的步骤。

在此步骤中，如图4示意性显示的，各元件被成形为具有期望的方向角，然后按顺序排列峰1、2和连接段3，在N可变层面上采用期望的不同长度，获得平的锯齿形状S1。

在此步骤中，在下面描述的实施方式中，通过顺次闭合一系列成形器(shaper)F1、F2、F3来成形带有期望的方向角的各元件，如图5、6、7示意性显示的。

—卷绕步骤。

在此步骤中，卷绕在平面上成形的各元件，如图8示意性显示的，以赋予支架圆柱螺旋形状S2。

在参照图9和图10示意性描述的实施方式中，用在水平平面P3端部的心轴(mandrel)M1、M2夹持在平面上成形的各元件；借助心轴的同步旋转运动和平面的来回运动，各元件在芯部A上呈现具有预定直径的圆柱形式，从而获得螺旋体S2。

—精加工步骤，以获得具有期望的总长度和直径而没有杂质的支架，其然后被消毒。

下面描述用于实现支架制造方法的机器的示例。

参照图11、12和13，该机器实质上包括下列部件。

1)成形器具，图11，基本上包括下列元件：

—带有缠绕丝的卷轴(reel)R1，其具有展开丝的滑轮和调节丝的拉力/张力的电动机；

—钳状物P1，其夹持丝，并拉动丝，直到丝被成形循环所采用；

—成形器F1、......F12，其包括以镜像双重序列(specular doublesequence)组装的机械元件，其借助于压缩空气活塞以交替摆动运动，这种交替摆动接连地来自相对的序列。作为非限定的示例，图11显示了按镜像布置的两对摆动臂：第一臂B1、第二臂B2以及第三臂B3、第四臂B4，第一臂B1夹持三个成形器F1、F3、F5，第二臂B2夹持三个成形器F7、F9、F11，在相对于钳状物P1的一侧摆动移动，而第三臂B3夹持三个成形器F2、F4、F6，第四臂B4夹持三个成形器F8、F10、F12，在相对于钳状物P1的另一侧摆动移动。该摆动按F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12的顺序确定相反的运动。成形器包括相应的刀具C1、......C12，其具有楔形末端构造，其规定丝成形为期望的形状。弯曲丝所需要的成形器的数目取决于待成形的不同层面的丝的峰的数目；

—远距离摄影机，其与显示器(在图中未显示)一起连接到控制单元，以检查成形丝位于一定公差的可接受弯曲模板内。如果丝从模板突出，机器就停止，以采取正确的措施。

卷轴R1沿水平波动方向移动，且成形器以一个接一个地顺序闭合，从而以锯齿方式在它们之间弯曲丝。该丝得到平的锯齿形状，其部分具有相对的弯曲角(峰)，被分成数量为N的层面。

在两个连续层面之间的段中，形成最长部分(连接段)。

在工作循环的最后，获得了成形在平面上的丝S1，具有N个层面。

2)卷绕器具，如图12和13所示，实质上包括下列元件：

—芯部A，其自身旋转，用钳状物P2固定，在芯部A周围缠绕了先前获得的成形丝S1；

—机床(bed)P3，其用引导器G1在芯部A下滑动，所述引导器G1将成形丝S1夹持在槽中；钳状物P2自己开启；

—互锁电动机MT1，其用于不同的部件。

成形丝的端部固定到芯部A上，例如焊接。该芯部自己打开，丝被缠绕到芯部上，从而获得锯齿螺旋形状。在卷绕结束时，螺旋体被从芯部移去，并经历紧固过程。

更精确地，参照图13，连续实现下列步骤：

—首先将成形丝S1放置在旋转芯部A上，其中钳状物P1打开(阶段1)；

—闭合钳状物，从而夹持丝的一端(阶段2)；

—芯部旋转一图，将成形丝在芯部上缠绕一圈，同时机床P3向前移动(阶段3)；

—机床P3横向移动，且钳状物闭合(阶段4)；

—机床向回移动(阶段5)；

—打开钳状物(阶段6)；

—芯部横向移动(阶段7)；

—钳状物横向移动，且循环从阶段1再次开始。

3)用于最后精加工的另外器具。

将螺旋体插入在第二芯部上，其直径比第一芯部小，且压到其上，从而呈现具有较小直径的螺旋形状。

然后将螺旋体切割成最终的期望长度。

然后用激光束处理，精加工端部，并进行平滑，以消除切割缺陷。

之后，将端部焊接到螺旋体最近边缘的边上，例如用脉冲激光。

最后，再次压制螺旋体，以获得具有期望直径的最终螺旋形状。

接下来，进行最后的冲洗阶段，例如用超声波洗涤机，以获得完工的产品，其然后被消毒。

所描述的非限定性示例的各种执行方式是可能的，而不偏离本发明保护的范围，包括对本领域的技术人员所有的相等的执行方式。

从本发明的应用得到的优点是清楚的。

根据本发明用于冠状动脉或外周应用的支架解决了动脉系统的机械不相容性，从而将再狭窄的可能性降至最低。

从上述描述，本领域的技术人员能够意识到本发明的目的，而无需引入进一步的结构细节。

Claims (13)

1.圆柱螺旋形状的血管内修复物，其包括：

一个或多个复合元件，每个元件具有正弦曲线形状，包括基本上直线展开的第一部分(1、2)，所述第一部分在下面定义为“峰”；

所述复合元件界定相应的层面，且通过基本上直线展开的第二部分(3)彼此连接，所述第二部分在下面定义为“连接段”；

所述峰及所述连接段具有基本上遵循动脉弹性纤维的自然方向的方向。

2.如权利要求1所述的血管内修复物，其特征在于：峰和连接段的所述方向相对于所述圆柱螺旋的方向为45°。

3.如权利要求1所述的血管内修复物，其特征在于：在存在动脉杈的情况下，峰和连接段的所述方向相对于不包括杈的动脉部分中的所述圆柱螺旋的方向为45°，而相应于杈，在邻近所述杈的区域中，峰和连接段的所述方向处于60°到75°之间。

4.用于制造根据权利要求1至3中任一项所述的血管内修复物的方法，其特征在于：通过弯曲丝得到所述圆柱螺旋。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其包括下列步骤：

在平面上使所述丝成形，以峰(1、2)和连接段(3)的顺序形成所述元件，且在N个可变层面具有不同的长度，从而获得平的锯齿形状(S1)；

将平面上的所述元件卷绕，获得所述圆柱螺旋形状；

精加工，以获得没有杂质的确定的总长度和直径的所述血管内修复物。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：获得平的锯齿形状的所述成形步骤包括通过顺次闭合以楔形结尾的一系列成形器(F1...F2)来成形所述峰和连接段。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：在平面上成形的所述元件的所述卷绕步骤包括用装置(M1、M2、P3)将所述元件缠绕到第一圆柱芯部(A)上，以在所述第一圆柱芯部(A)上给予所述元件旋转-来回运动。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：在平面上的所述成形步骤借助包括以下部件的装置执行：

带有所述缠绕丝的卷轴(R1)，所述卷轴具有展开丝的滑轮和调节所述丝的拉力/张力的电动机；

第一钳状物装置(P1)，其用于夹持所述丝并拉动所述丝，直到所述丝被成形循环所采用；

所述成形器(F1、......F12)包括以镜像双重序列组装的机械元件，所述成形器借助于压缩空气活塞以交替摆动运动，这种交替摆动接连地来自相对的序列，所述成形器的数目取决于所述峰的数目；

远距离摄影机，其与显示器一起连接到控制单元，以检查成形丝位于一定公差的可接受弯曲模板内。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述成形元件的所述卷绕步骤借助包括以下部件的装置执行：

第一圆柱芯部(A)，其自身旋转，用钳状物装置(P2)固定，在所述第一圆柱芯部周围被缠绕有成形在平面上的所述元件(S1)；

机床(P3)，其用引导器(G1)在所述第一圆柱芯部(A)下滑动，所述引导器(G1)将成形在平面上的所述元件(S1)夹持在槽中；

互锁发动机(MT1)，其用于不同的部件；

紧固装置，其用于获得先前缠绕在所述芯部周围的所述元件的所述圆柱螺旋形状。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述精加工步骤借助包括以下部件的装置执行：

第二圆柱芯部，其比所述第一圆柱芯部的直径小，所述圆柱螺旋形状被缠绕且压到所述第二圆柱芯部上，从而呈现具有较小直径的螺旋体形状；

用于将所述螺旋体形状切割成最终要求长度的装置；

用于用激光束处理来精加工并使所述螺旋体形状的端部平滑以消除切割缺陷的装置；

用于将所述端部焊接到所述螺旋体的最近边缘的边上的装置；

用于进一步压制所述螺旋体形状以获得最终期望的直径的装置；

用超声波洗涤机最终冲洗的装置。

11.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述丝的材料包括：具有低碳含量(ASTM 138 F)的医用级不锈钢316 LVM，或者镍-钛形状记忆合金，或者钴-铬合金，或者聚合物，或者生物可降解材料。

12.用于制造根据权利要求1至3中任一项所述的血管内修复物的方法，其特征在于：通过激光切割金属管来获得所述圆柱螺旋。

13.用于通过计算机程序处理以确定所述血管内修复物的所述圆柱螺旋形状的方法，其特征在于：执行计算程序，计算在没有支架的情况下和在动脉中植入支架的情况下动脉壁的应力-应变值的最小差值。

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