CN111818876B - 几何适应性心脏瓣膜置换装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种置换心脏瓣膜装置。在一些实施方式中，该装置包括联接至一个或更多个瓣叶的框架，所述一个或更多个瓣叶能够在打开构型与关闭构型之间移动。在一些实施方式中，框架包括在一对连合柱处接合的至少两个框架部分。在一些实施方式中，该装置可以是几何适应性的以适于不同的脉管系统形状和尺寸以及/或者在被植入到成长中的患者体内时能够改变尺寸。

Description

几何适应性心脏瓣膜置换装置

相关申请的交叉参引

本申请要求于2017年11月16日提交的美国临时专利申请No.62/587,369的权益，上述申请的全部内容通过参引并入本文。

技术领域

所公开的实施方式涉及瓣膜置换装置。

背景技术

人的心脏包括一系列瓣膜，所述一系列瓣膜工作以确保血液正确地流动穿过心脏的各个室。出生缺陷、外伤或其他病理可能会对人的天然心脏瓣膜的功能产生负面影响。人工心脏瓣膜已经被开发来补充或完全置换有缺陷的天然心脏瓣膜。

发明内容

在一个实施方式中，瓣膜置换装置包括瓣膜框架，该瓣膜框架限定用于流体的通过的开口，该开口具有沿着开口的最大尺寸的直径。瓣膜框架能够扩张成允许开口的直径从5mm增大至50mm。该装置还包括联接至瓣膜框架的第一瓣叶。第一瓣叶具有打开构型和关闭构型，在该打开构型中开口暴露，并且在该关闭构型中第一瓣叶至少部分地覆盖开口。第一瓣叶能够在开口的直径从5mm扩张至50mm时在打开构型与关闭构型之间移动。

在另一实施方式中，瓣膜置换装置包括瓣膜框架，该瓣膜框架限定用于流体的通过的开口。瓣膜框架具有沿着开口的最大尺寸的直径。瓣膜框架还具有在垂直于直径的方向上的高度。瓣膜框架能够在操作构型中扩张以增大直径，并且能够在收缩构型中收缩以减小直径。瓣膜框架在操作构型中具有从0.5:1至2.5:1的范围内的高度与直径比。该装置还包括联接至框架的第一瓣叶。

应当理解的是，上述概念和以下讨论的另外的概念可以以任何合适的组合布置，因为本公开内容在该方面不受限制。此外，本公开内容的其他优点和新颖特征通过结合附图考虑的以下各种非限制性实施方式的详细描述将变得明显。

附图说明

附图并不意在按比例进行绘制。在附图中，在各个附图中图示的每个相同或几乎相同的部件可以由同样的附图标记来表示。出于清晰的目的，并未在每个图中标注每个部件。在附图中：

图1A是具有植入在其中的瓣膜置换装置的血管在扩张之前的局部立体截面图；

图1B是图1A的血管和瓣膜置换装置的局部立体截面图，其中，该装置已经经受一些扩张；

图2是图1A的瓣膜置换装置的框架在扩张过程中的立体图；

图3是图1A的瓣膜置换装置的框架在扩张过程中的俯视图；

图4是图1A的瓣膜置换装置的框架在扩张过程中的正视图；

图5A是图1A的瓣膜置换装置的框架在从左至右扩张的增加阶段期间的侧视图；

图5B是图1A的瓣膜置换装置的框架在从左至右扩张的增加阶段期间的立体图；

图6A是瓣膜置换装置的框架和外部框架支承件在扩张之前的侧视图；

图6B是瓣膜置换装置的框架和外部框架支承件在一些扩张之后的侧视图；

图7A是图6A的框架和外部框架支承件在扩张之前的俯视立体图；

图7B是图6A的框架和外部框架支承件在一些扩张之后的俯视立体图；

图8是根据一个实施方式的植入血管中的瓣膜置换装置的一个实施方式的横截面图；

图9是根据另一实施方式的植入血管中的瓣膜置换装置的一个实施方式的横截面图；

图10是生长适应性瓣膜置换装置的框架在扩张过程中的一个实施方式的立体图；

图11A是图10的框架在扩张过程中的侧视图；

图11B是图10的框架在扩张过程中的正视图；

图12是瓣膜置换装置的框架在扩张过程中的另一实施方式的立体图；

图13A是图12的框架经受一些扩张的侧视图；

图13B是图12的框架经受一些扩张的正视图；

图13C是图12的框架经受一些扩张的俯视图；

图14A是瓣膜置换装置的框架和瓣叶的另一实施方式的侧视图；

图14B是图14A的框架和瓣叶的俯视图；

图14C是图14A的框架和瓣叶的倒置立体图；

图14D是图14A的框架的立体图；

图15A是瓣膜置换装置的框架的另一实施方式的正视图；

图15B是图15A的框架的俯视图；

图15C是图15A的框架的侧视图；

图15D是图15A的框架的立体图；

图15E是图15A的框架的仰视立体图；

图16A是瓣膜置换装置的框架的另一实施方式的侧视图；

图16B是图16A的框架的正视图；

图16C是图16A的框架的俯视图；

图16D是图16A的框架的倒置立体图；

图17是瓣膜框架部分的另一实施方式的侧视图；

图18是瓣膜框架部分的一个实施方式的正视图；

图19是瓣膜框架部分的另一实施方式的正视图；

图20A是包括椭圆的平面和筒状体的立体图的图形可视化，椭圆的一部分被投影到该筒状体上，其中，该投影曲线定义瓣膜框架部分的一个实施方式的曲率；

图20B是图20A的平面和筒状体的侧视图的图形可视化；

图21是根据一个实施方式的瓣膜置换装置的瓣膜框架的处于未扩张状态以及扩张状态的一个实施方式的立体图；

图22是示出了在扩张过程中具有不同基线高度与直径比的瓣膜置换装置的瓣膜框架的不同实施方式的高度/直径比的线形图；

图23A是描绘了在不同的开口直径下具有图22的HB/DB＝1.7的瓣膜框架的整个瓣膜置换装置所测量的流量和压力变化两者的条形图；

图23B是图示了在不同的开口直径下具有图22的HB/DB＝1.7瓣膜框架的瓣膜置换装置的流量和流量波形特性随心搏周期的过程变化的线形图；

图23C是示出了对于具有图22的HB/DB＝1.7瓣膜框架的瓣膜置换装置的不同开口直径而言在两个不同的舒张压(代表左心室和右心室状况)下的反流分数的条形图；

图23D示出了使用有限元分析所模拟的具有图22的HB/DB＝1.7瓣膜框架的瓣膜置换装置的整个瓣叶在处于关闭构型时在20mmHg(右心室状况的近似值)的负荷下的模拟峰值应力(最大主应力，MPa)；

图24A是表示瓣膜置换装置的一个实施方式在20kg的羔羊体内进行测试的图；

图24B是表示瓣膜置换装置的一个实施方式在60kg的绵羊体内进行测试的图；

图24C是示出了具有植入的瓣膜置换装置的20kg的羔羊在心搏周期过程中的右心室与肺动脉之间的压力差(跨瓣压力梯度，ΔP)的线形图；

图24D是示出了具有植入的瓣膜置换装置的60kg的绵羊在心搏周期过程中的肺动脉与右心室之间的压力差(跨瓣压力梯度，ΔP)的线形图；

图24E是示出了在20kg的羔羊的心搏周期过程中由处于其基线构型(1倍)的瓣膜置换装置所产生的流量波形和反流体积的线形图；

图24F是示出了在60kg的成年绵羊的心搏周期过程中由处于其完全扩张构型(1.8倍)的瓣膜置换装置所产生的流量波形和反流体积的线形图；

图24G示出了20kg的羔羊中的一者的超声心动图，其示出了以14mm的内直径的基线构型(1倍)植入的瓣膜置换装置以及瓣膜置换装置的图；

图24H示出了60kg的绵羊中的一者的超声心动图，其示出了扩张至25mm(1.8倍)的瓣膜置换装置以及瓣膜置换装置的图；

图25A是瓣膜置换装置的瓣膜框架的一个实施方式的立体图；

图25B是图25A的瓣膜框架的俯视图；

图25C是图25A的瓣膜框架的正视图；

图25D是图25A的瓣膜框架的侧视图；

图26示出了瓣膜置换装置的瓣膜框架的一个实施方式的侧视图和正视图，其被注释以描绘用于顶部加强支柱的附接区域；

图27示出了瓣膜置换装置的瓣膜框架的一个实施方式的俯视图和侧视图，其被注释以描绘用于底部加强支柱的附接区域；

图28示出了图25A的瓣膜框架的侧视图，该瓣膜框架扩张成逐渐增大的开口直径；

图29是示出了与在瓣膜框架处不包括加强支柱的瓣膜置换装置的实施方式相比具有图25A的瓣膜框架的瓣膜置换装置的高度与直径比的散点图；

图30A是示出了在体外流体动力学测试期间，在模拟的循环流动回路过程中通过基线直径下的图25A的瓣膜置换装置的流量波形和反流体积的线形图；

图30B是包含具有在基线直径下的图25A的瓣膜框架的瓣膜置换装置的体外测试过程中获得的数据的表；

图31A是示出了在体外流体动力学测试期间，在模拟的循环流动回路过程中通过具有扩张尺寸为基线直径的1.8倍的图25A的瓣膜框架的瓣膜置换装置的流量波形和反流体积的线形图；

图31B是包含在具有扩张尺寸为基线直径的1.8倍的图25A的瓣膜框架的瓣膜置换装置的体外测试过程中获得的数据的表；

图32A是根据一个实施方式的瓣膜置换装置的X射线照片，该瓣膜置换装置被植入25kg的绵羊中；

图32B是处于经导管球囊扩张的过程中的图32A的瓣膜置换装置的X射线照片；

图32C是处于部分扩张构型的图32A的瓣膜置换装置的X射线照片；

图33A是根据一个实施方式的瓣膜置换装置的瓣膜框架的立体图；

图33B是根据图33A的实施方式的瓣膜框架的俯视图；

图33C是根据图33A的实施方式的瓣膜框架的正视图；

图33D是根据图33A的实施方式的瓣膜框架的侧视图；

图34A是瓣膜置换装置的瓣膜框架的一个实施方式的立体图；

图34B是根据图34A的实施方式的瓣膜框架的俯视图；

图34C是根据图34A的实施方式的瓣膜框架的正视图；

图34D是根据图34A的实施方式的瓣膜框架的侧视图；

图35A是瓣膜置换装置的瓣膜框架的一个实施方式的立体图；

图35B是根据图35A的实施方式的瓣膜框架的俯视图；

图35C是根据图35A的实施方式的瓣膜框架的正视图；

图35D是根据图35A的实施方式的瓣膜框架的侧视图；

图36A是瓣膜置换装置的瓣膜框架的一个实施方式的侧视图；

图36B是图36A的瓣膜框架的正视图；

图37A是图33A的瓣膜框架的立体图，其中，瓣叶附接至框架；

图37B是图37A的布置的正视图；

图37C是图37A的布置的侧视图；

图38A是处于扩张状态的图37A的布置的正视图；

图38B是处于扩张状态的图37A的布置的侧视图；

图39A是根据一个实施方式的瓣膜置换装置的瓣膜框架的立体图；

图39B是根据图39A的实施方式的瓣膜框架的俯视图；

图39C是根据图39A的实施方式的瓣膜框架的正视图；以及

图39D是根据图39A的实施方式的瓣膜框架的侧视图。

具体实施方式

本文中所描述的一些实施方式包括心脏瓣膜置换装置，该心脏瓣膜置换装置能够改变尺寸和/或形状以适于不同的植入环境。在一些实施方式中，这种几何适应性心脏瓣膜置换装置可能能够适于与不同类型的脉管系统配合以及/或者与不同大小的患者一起使用。在一些实施方式中，本文中所描述的一些心脏瓣膜置换装置可以与成长中的患者一起使用并且可以随该患者成长。

在一些实施方式中，可以考虑的是，该装置也可以在血管系统中除心脏之外的其他地方使用，例如，作为静脉瓣膜假体。

根据一个方面，心脏瓣膜置换装置的一些实施方式可以在尺寸范围内的各种结构环境中实现心脏瓣膜功能。发明人已经认识到需要能够改变尺寸和/或形状以适应变化的环境的心脏瓣膜置换装置。

根据一个方面，随着瓣膜开口尺寸的增加，心脏瓣膜置换装置的一些实施方式与患者一起成长并且在尺寸范围内保持功能性。当前的心脏瓣膜假体针对成人设计，并且根据患者和病情意在一次植入保持大概达到数十年。通常期望成年患者定期进行检查，以确保瓣膜没有变窄或移位，从而确保最佳功能。在一些情况下，调节或置换瓣膜可能需要进行心脏直视手术。在成人中，脉管腔直径和心脏的大小通常不会每年显著变化。然而，在儿童中，脉管系统和心脏的大小会随着他们成熟显著增长。因此，发明人已经认识到，对于当前的装置，已经进行瓣膜置换的儿童在他们成长为植入适当尺寸的瓣膜置换装置时必须经历多个过程。发明人已经认识到需要在一定尺寸范围内有效的瓣膜置换装置。

尽管本文中所描述的一些实施方式适于在成长中的患者中使用，但是应当理解的是，本文中所描述的心脏瓣膜置换装置不限于在成长中的患者中使用。这些装置也可以用于非成长型应用。例如，一些实施方式可以用作成人经导管瓣膜，该成人经导管瓣膜至少出于解决在现有经导管瓣膜中出现的瓣周漏的原因而可以在部署后进行尺寸调节。

在一些实施方式中，可以在患者生命的最初几年的生命中植入第一瓣膜置换装置，并且一旦该装置达到完全扩张的状态，就可以在初始植入的装置内部署第二瓣膜以使患者能够避免重复心脏直视手术。

在一些实施方式中，可以考虑的是，瓣膜置换装置还可以用作可扩张导管内的瓣膜，该可扩张导管可以是连接两个心脏结构的筒形管或一些其他可扩张导管系统。例如，一些实施方式的瓣膜置换装置可以贴附至由可扩张的合成材料制成的筒形管，该筒形管用作肺动脉导管的右心室。在这些实施方式中，瓣膜导管可以通过经导管球囊扩张或其他方法周期性地扩张以适应患者的体细胞生长以及/或者被调节成匹配期望的压力和/或流动条件。

心脏瓣膜功能可以通过不同的特性来表征。心脏瓣膜功能的一种量度是反流分数，该反流分数是逆着预期的流动方向通过瓣膜向后漏出的血液量除以一个冲程中流动通过心脏瓣膜的血液量。健康、起作用的瓣膜表现出少量的反流。发明人已经认识到，在一些情况下，0％至20％的反流分数是理想的。心脏瓣膜功能的另一种量度是由瓣膜表现出的平均和峰值跨瓣压力梯度的量。该压力度量很重要，因为该压力度量量化了允许无阻碍向前流动的瓣膜功能。发明人已经认识到，在一些情况下，对于心脏的右侧而言0mmHg至40mmHg的峰值跨瓣压力梯度是理想的，并且对于心脏的左侧而言0mmHg至30mmHg的峰值跨瓣压力梯度是理想的。

在一些实施方式中，瓣膜置换装置包括联接至框架的一个或更多个瓣叶。瓣叶围绕装置的开口，血液可以流动通过该开口。瓣叶具有打开构型和关闭构型。在打开构型中，瓣叶使装置的开口分开并暴露以允许血液流动通过开口。在关闭构型中，瓣叶接合并阻塞装置的开口以防止血液回流。瓣叶基于在心搏周期期间跨过瓣膜的压力差在打开构型与关闭构型之间移动。在一些实施方式中，装置包括两个瓣叶。然而，可以使用其他数目的瓣叶，比如三个、四个、五个或更多个瓣叶。在一些实施方式中，心脏置换装置包括仅一个瓣叶。单个瓣叶可以从框架的一侧延伸至另一侧。在一些实施方式中，瓣叶为月形形状，例如为3/4至1/2月形形状的瓣叶。

在一些实施方式中，框架可以包括在一对连合部处接合的一对半椭圆形框架部分。框架部分彼此远离而侧向向外弯曲，从而形成半沙漏形状。随着周围脉管系统变宽，两个框架部分在敞开的端部处进一步分开，从而增大了装置的开口，并与扩张腔的横截面面积相匹配以适应增长。每个瓣叶可以附接至框架部分中的每个框架部分的内边界，以模仿天然静脉瓣膜的瓣叶血管壁附接线。

在一些实施方式中，该装置包括联接至框架的外部框架支承件。在一些实施方式中，外部框架支承件可以是半刚性的筒形网。框架附接至外部框架支承件的内部，并通过外部框架支承件保持稳定。由于外部框架支承件的刚性，外部框架支承件的外表面压靠植入有该装置的脉管系统的内壁，从而使周围脉管系统的腔保持打开并且保持装置的取向和位置。外部框架支承件可以类似于支承架起作用，从而允许通过导管递送或直接手术植入来递送装置。然而，应当理解的是，在一些实施方式中，框架可以单独使用而无需添加外部框架。

根据一个方面，在一些实施方式中，瓣膜置换装置的框架在整个增长过程中保持恒定的边界长度(例如，瓣叶附接的部位不伸长)，即，边界长度在增长期间不拉伸或延长。替代地，随着框架部分分开以适应增长，连合部的高度会降低。在这种非伸长设计的一些实施方式中，通过使可塑性变形材料(例如，钢，钴铬等)球囊扩张来实现径向增长的适应性。因此，附接至框架部分的瓣叶在瓣膜开口扩张时不会变形(即，不会拉伸、伸长或展开)。瓣叶的对合程度(即，瓣叶材料在关闭状态下与其他瓣膜瓣叶接触的长度)可以随着开口的扩张而减小。

在一些实施方式中，框架的框架部分构造成在装置扩张以适应增长时保持其形状，并且因此瓣叶在增长过程中不被扩张或拉伸。

在替代性实施方式中，不是随着装置的开口增长而保持框架的恒定的边界长度，而是框架可以随着装置增长而伸长。这可以用来减少装置在开口扩张期间经历的高度变化量。框架可以由任何合适的材料制成以及/或者可以以任何合适的形式构造，以允许框架边界随着装置增长而伸长。例如，框架可以由下述弹性材料制成：该弹性材料可以弹性地拉伸和延长，该弹性材料可以包括伸缩部段，该弹性材料可以包括生物易侵蚀部段或者可以包括允许框架边界在框架部段彼此远离展开的同时延长的任何其他合适的机构。

在一些实施方式中，框架可以包括具有生物易侵蚀外套管的部段，该外套管具有包括伸缩或折叠的柔性部段的芯。当外套管侵蚀时，芯暴露出来。当脉管系统扩张时，框架上的径向拉力会导致芯扩张或展开，从而允许框架扩张。

在瓣膜置换装置的一些实施方式中，框架以非对称的方式侧向向外扩张，因为框架部分以不同的速率移开。每个框架部分的形状可以在整个增长/扩张过程中保持不变，但是开口可以在一个方向上比另一方向上增长得更多。为了实现非对称扩张，这些实施方式可以具有由不同刚度的材料制成的框架部分，或者可以具有成角度的连合部，使得扩张有利于一侧而不是另一侧。

框架和/或外部框架支承件可以是自扩张的，或者可以通过其他方式，比如通过球囊扩张来扩张。

瓣膜置换装置可以通过微创方法比如通过经导管方法递送，或者可以通过心脏直视手术植入。

在一些实施方式中，可以通过将椭圆象限投影到筒状体上来获得框架部分的弧段的曲线轮廓。可以考虑的是，筒状体可以代表血管的内壁的形状。该筒状体的半径等于由瓣膜框架保持的瓣膜的半径。另一框架部分将与投影的曲线轮廓匹配，但绕筒状体的中心线是镜像的。应当理解的是，也可以考虑其他框架部分形状和曲线轮廓。然而，还可以考虑的是，也可以考虑限定框架部分的形状的其他可能方法，并且当前公开内容不限于此。框架部分也可以具有其他形状。

在一些实施方式中，瓣膜置换装置可以包括诸如支柱之类的加强特征件，该支柱连接瓣膜框架的两个框架部分。这种加强支柱可以在扩张期间用于保持瓣膜框架的形状。瓣膜置换装置的一些实施方式可以包括连接两个框架部分的顶部加强支柱。顶部加强支柱可以在成对的连合部的顶部处或附近附接至框架。顶部加强支柱的长度可以等于或大于处于框架开口的最大扩张直径的框架开口的周长。顶部加强支柱可以形成环形或椭圆形，或者可以在其完全扩张状态下以不对称的方式定形状。在未扩张形状中，顶部加强支柱可以具有绕瓣膜置换装置的纵向轴线延伸的波浪形轮廓，使得当从顶部观察时，顶部加强支柱具有圆形或椭圆形或不对称的轮廓，而与瓣膜置换装置的扩张状态无关。在一些实施方式中，顶部加强支柱可以具有起伏部，该起伏部使顶部加强支柱在框架扩张之前具有较小的直径，但是允许顶部加强支柱随框架一起扩张。顶部加强支柱可以由具有足够的刚度且具有足够的柔性的材料构成，足够的刚度在框架扩张时为框架提供加强完整性，而足够的柔性允许起伏部伸直以允许顶部加强支柱扩张。

在其他实施方式中，顶部加强支柱可以具有多种不同的几何形状，所述几何形状可以根据瓣膜置换装置的应用而变化。例如，顶部加强特征件可以是菱形形状的，以更容易地允许瓣膜在导管上被压缩，以用于经皮静脉或经动脉的瓣膜部署。还可以考虑其他形状，并且当前公开内容不限于此。

还考虑了用于顶部加强特征件的其他形状。例如，顶部加强特征件可以包括连接框架部分而不是单个环套的多个可扩张部段。这些部段可以是伸缩部段，或者可以折叠或压缩以允许特征件扩张。只要特征件可以随框架扩张并适合植入环境，顶部加强支柱也可以采用非环形形状。

瓣膜置换装置的一些实施方式可以包括未附接至瓣膜框架的连合部的加强特征件。例如，一些实施方式可以具有下部加强支柱，该下部加强支柱将框架部分的相应的下侧部彼此连接。下部加强支柱还可以具有起伏的或其他方式压缩或折叠的形状，所述形状允许下部特征件随框架扩张。类似于顶部加强支柱，下部特征件可以由具有足够的刚度同时是足够的柔性的的材料构成，足够的刚度赋予瓣膜框架附加的结构强度，而足够的柔性允许下部加强支柱扩张和/或伸直或展开。

下部加强支柱可以张开到瓣膜框架开口的圆柱面之外，以允许将装置固定至天然心脏结构，或者在其他应用中，下部加强支柱可以用作用于支架内瓣膜经导管部署或瓣膜内瓣膜经导管部署的固定方法。

在其他实施方式中，下部加强支柱可以具有多种不同的几何形状，所述几何形状可以根据瓣膜置换装置的应用而变化。例如，顶部加强特征件可以是菱形形状的，以更容易地允许瓣膜在导管上被压缩，以用于经皮静脉或经动脉的瓣膜部署。还可以考虑其他形状，并且当前公开内容不限于此。

顶部加强支柱和下部加强支柱或任何其他加强支柱也可以被调节成在瓣膜扩张时改变或控制瓣膜的形状。加强支柱的材料特性、几何形状、厚度等可以被修改成随着扩张实现特定开口几何形状。加强支柱还可以在材料、几何形状或厚度方面不同，以随着扩张实现特定开口几何形状。一个加强支柱甚至可以在所述加强支柱内的材料或厚度方面不同，以随着扩张实现特定开口几何形状。在一些实施方式中，可以考虑的是，加强支柱可以控制框架的扩张，以使开口的形状为椭圆形、或非对称形状或圆形。也可以考虑其他形状。例如，加强支柱可以在一个侧部上实质上较厚，或者在一个侧部上较短，或者在一个侧部上由较硬的材料制成，以确保该侧部不会扩张至成框架的另一侧部相同的程度。

尽管描述了顶部加强特征件和下部加强特征件，但是应当理解的是，一些实施方式可以包括顶部加强特征件和下部加强特征件中的一者或两者。另外，一些实施方式可以包括附加特征件，附加特征件连接框架部分并且可以位于顶部加强特征件与下部加强特征件之间。

在一些实施方式中，瓣膜置换装置可以包括沿着框架间隔开的多个孔。孔可以用作缝合线的锚固点，以帮助将瓣叶附接至框架。在一些实施方式中，瓣叶具有附加的材料突出部段，附加的材料突出部段沿着瓣叶附接线的长度经由散布的凹槽贴附至框架，并且然后机械地固定在框架的外部上。

转向附图，对特定的非限制性实施方式进行进一步详细地描述。应当理解的是，相对于这些实施方式所描述的各种系统、部件、特征和方法可以单独地和/或以任何期望的组合来使用，因为本公开不仅限于本文中所描述的特定实施方式。

图1A示出了植入到代表性的血管内的瓣膜置换装置的一个实施方式。瓣膜置换装置100包括框架102和外部框架支承件108。框架102可以是对称的、具有在连合柱110处会聚的两个框架部分104。框架部分可以各自是U形弧段。每个框架部分104的弧段衬有瓣叶106。瓣叶106悬挂在框架部分104上，使得在装置的关闭构型中，瓣叶悬垂并接合，从而阻塞了装置的打开。当血液流动通过血管时(血液从如在图1A中观察的底部向上流动)，血液流将瓣叶推开，从而使开口露出并且将瓣叶置于打开构型。随着血液流开始减慢，瓣叶再次收缩至关闭构型，从而防止血液的回流。如在图1B中可以观察到，随着绕装置的血管增长，装置以类似的方式随血管扩张以继续有效地用作置换瓣膜。

图2、图3和图4示出了框架在其扩张时的一个实施方式的不同立体图。框架102示出了最初的框架，而102’示出了在一些扩张之后的框架。如图2和图3中最佳观察到，框架的开口从预扩张开口114扩张至更大的扩张开口114’。类似地，连合柱110示出了扩张之前的柱，而110’示出了一些扩张之后的柱。框架在扩张之前在其基线处可以具有的竖向高度(轴向长度)在5mm至50mm之间，并且可以具有的内直径在5mm至50mm之间。

在一些实施方式中，框架可以具有为约下述高度与直径比的高度与直径比：0.5:1至2.5:1、或0.6:1至2.4:1、或0.7:1至2.3:1、或0.8:1至2.2:1、或0.9:1至2.1:1、或1:0至2:1、或1.1:2.0、或1.2:1至1.9:1、或1.3:1至1.9:1、或1.3:1至1.8:1、或1.4:1至1.7:1、或1.5:1至1.8:1、或1.6:1至1.7:1、或0.6:1至2.5:1、或0.7:1至2.5:1、或0.8:1至2.5:1、或0.9:1至2.5:1、或1.0:1至2.5:1、或1.1:1至2.5:1、或1.2:1至2.5:1、或1.3:1至2.5:1、或1.4:1至2.5:1、或1.5:1至2.5:1、或1.6:1至2.5:1、或1.7:1至2.5:1。

当框架扩张时，两个框架部分104彼此远离而侧向移动。当框架部分104彼此远离移动时，连合柱110的高度减小。图5A和图5B示出了框架从小直径构型(左)扩张至大直径构型(右)的时间流逝。如从图3和图4中可以观察到，在一些实施方式中，当框架扩张时，框架可以在所有径向上均匀扩张。在一些实施方式中，框架部分104的在增长期间出现以使整个框架102扩张的扩张机构可以保留每个框架部分104的边界长度。如图5B中可以观察到，预扩张开口114随着框架扩张而扩张为更大的扩张开口114’。

框架可以由下述材料制成：镍钛合金、钛、钴铬合金、不锈钢、生物可降解的聚合物、生物可吸收的聚合物、合成材料、铂铱、镁或铁合金以及/或者任何其他合适的材料。

在一些实施方式中，每个瓣叶106可以具有3/4至1/2的月形形状，使得凹出侧部匹配附接有瓣叶的框架部分104的弧段。瓣叶106可以被缝合、粘附或以其他方式附接至框架部分。瓣叶的凹入侧部或自由边缘115(出于自由边缘的说明性示例，参见图1A、图1B)的长度可以达到处于基线状态/构型的瓣膜的直径的4倍，而瓣叶竖向高度可以达到处于基线状态/构型的瓣膜的直径的2.5倍。瓣叶的中心的高度可以在连合柱处的瓣叶的高度的0.2倍至0.8倍的范围内。随着框架扩张，瓣叶-连合部的附接角度增大，导致瓣叶的自由边缘115伸直。过量的瓣叶高度确保了装置具有足够的对合，以在装置扩张的整个范围内有效地充当瓣膜。在瓣膜框架扩张之前，对合高度可以达到开口直径的四分之三。尽管所描绘的实施方式示出了彼此对称的大小相同且形状相同的瓣叶，但是瓣膜瓣叶的尺寸和/或形状可以彼此不同。在一些实施方式中，一个较大的瓣叶在关闭位置中可以覆盖大部分瓣膜开口，并且一个或更多个较小的瓣叶在关闭位置中形成月牙状形状。

尽管上面提供了瓣叶的尺寸，但是应当理解的是，也可以考虑其他尺寸。例如，瓣叶的自由边缘的长度可以在2倍与6倍之间或某个其他范围内。瓣叶竖向高度可以在处于基线构型中的瓣膜直径的1.5倍与3.5倍之间，或者是2.2倍与2.7倍之间。瓣膜的中间高度可以是连合柱处的瓣叶的高度的0.1倍至1倍。还可以考虑其他范围。

尽管所描绘的实施方式示出了利用两个瓣叶的设计，但是也可以考虑使用具有两个或更多个框架部分的三个或更多个瓣叶的设计。也可以考虑使用单个瓣叶的设计。

瓣叶可以由下述材料制成：生物可吸收的聚合物、合成聚合物、组织工程化构造物、脱细胞同源组织工程化瓣叶、镍钛合金薄膜、扩张的PTFE膜、经戊二醛处理的牛心包膜、经戊二醛处理的猪心包膜、光氧化的牛心包膜、牛颈静脉瓣膜或任何其他合适的成分或材料。在一些实施方式中，瓣叶由在生理负荷下具有约60MPa的杨氏模量的GORE-TEX 0.1mm心包膜制成。还可以考虑具有下述范围的杨氏模量的瓣叶材料：从30MPa至4GPa、或从70MPa至4GPa、或从100MPa至4GPa、或从200MPa至4GPa、或从500MPa至4GPa。

图6A、图6B、图7A和图7B示出了根据该装置的一个实施方式的框架和外部框架支承件在不同的扩张阶段的视图。在该实施方式中，外部框架支承件108是具有开孔的网状筒状体。如图1A和图1B中所示，外部框架支承件可以为装置提供稳定性并保持框架相对于血管112的取向。当框架102扩张时，包括外部框架支承件108的网状管也可以扩张，从而减小了外部框架支承件的高度同时增大了外部框架支承件的直径，以匹配血管的直径。

尽管所描绘的实施方式示出了呈具有开孔的网状筒状体形式的外部框架支承件，但是应当理解的是，外部框架支承件也可以采用不同的形式。外部框架支承件可以具有闭孔，或者可以具有混合的开孔和闭孔。外部框架支承件还可以包括具有可扩张部段的部分实心的筒状体或者将允许外部框架支承件随框架一起扩张的任何其他布置。

在一些实施方式中，瓣膜置换装置可以包括外部柔性覆盖件，该外部柔性覆盖件可以绕外部框架支承件包绕，或者在没有单独的外部框架支承件的情况下，可以绕框架自身包绕。柔性覆盖件可以防止组织向内生长到外部框架支承件中，以及防止形成异常的纤维管层或肉芽组织层。框架和柔性覆盖件可以是化学惰性的，或者框架和柔性覆盖件可以用化合物处理以赋予期望的特性，所述期望的特性包括但不限于抗粘附特性或抗血栓形成特性。

图8示出了植入到血管112中的瓣膜置换装置的一个实施方式。在该实施方式中，外部框架支承件108通过沿着外部框架支承件108的长度间隔开的一系列缝合线118固定至血管112。缝合线118将外部框架支承件固定至血管，使得当血管增长时，血管在外部框架支承件上提供径向向外的力，该径向向外的力使外部框架支承件扩张，进而引起框架102的扩张。在一些实施方式中，外部框架支承件可以包括多个孔116以接纳这种缝合线。

在一些实施方式中，外部框架支承件可以在仅单个附接位置处固定至脉管系统。例如，外部框架支承件可以沿着装置的高度在仅单个附接线处固定至脉管系统。在图9中所示的实施方式中，外部框架支承件108沿着单个线117固定至血管112。脉管系统与装置之间具有单个附接位置可以帮助允许装置的高度和直径的改变，以及适应脉管系统的轴向生长。在一些实施方式中，装置还可以包括在该装置的任一轴向端部处的近端密封件和远端密封件119。近端密封件和远端密封件119可以防止瓣周漏、血液流停滞或其他异常的血液流分布。在一些实施方式中，瓣膜可以具有由可扩张的合成材料制成的外部覆盖件，该外部覆盖件延伸超出瓣膜的基部。该材料可以用作缝合环，以将瓣膜固定在天然瓣膜环的位置中。这可能是唯一的装置附接部位。

图10、图11A和图11B示出了框架的另一实施方式。在该实施方式中，随着框架202扩张，框架部分204伸长并彼此分开以增加开口214的尺寸。202’示出了在一些扩张之后的框架202。框架部分204表示扩张之前的框架部分的位置和形状，而204’表示在一些扩张之后的框架部分的位置和形状。在一些实施方式中，连合柱210的高度和整个框架的高度总体上随着开口直径的增大而保持。

在一些实施方式中，对于具有延长的框架边界长度的装置，瓣叶构造成随着开口直径增大而尺寸增加。例如，在一些实施方式中，瓣叶可以被缝合至框架部分，其中额外的材料在缝合线之间像手风琴一样折叠起来。当框架部分扩张时，缝合线之间的距离扩大，从而使手风琴状折叠部展开，从而提供了附加的瓣叶部分以适应伸长。在其他实施方式中，瓣叶通常缝合至框架部分，但是瓣叶是特别柔韧的或者是可扩张的，并且随着框架部分扩张而简单地拉伸。

尽管所描绘的实施方式描绘了对称瓣膜框架，该对称瓣膜框架具有圆形开口和均匀扩张的框架部分，但是应当理解的是，当前公开内容不限于此。在装置的其他实施方式中，开口可以是椭圆形或其他不规则形状，以适应不同的结构环境和生理瓣膜应用。

图12、图13A、图13B和图13C示出了框架的实施方式，在该实施方式中，两个框架部分以非对称的方式扩张。框架302在一高度处以连合柱310开始，然后在扩张之后，框架302’由于扩张具有处于减小的高度处的连合柱310’。在这些实施方式中，连合柱310或框架部分304在某种程度上可以不相等，以产生非对称的扩张。连合柱310或框架部分304可能向内张开5度至45度之间或者等于5度至45度，向外张开45度之间或者等于45度，在瓣膜框架扩张之前可能具有不相等的高度，可能具有不同的厚度，或者可能由具有不同刚度的材料组成。无论如何，当框架302试图随着脉管系统扩张时，两个框架部分以不同的速率侧向分开，从而形成椭圆形开口314。

图14A至图14D示出了限定椭圆形开口的框架402和瓣叶406的实施方式。在该实施方式中，框架部分404比先前实施方式中的框架部分宽，以产生如在图14B中从俯视图观察到的椭圆形。连合柱410位于沿着由装置的开口形成的椭圆的长轴的相反的侧部处。当框架部分发散时，装置的开口可以保持与周围脉管系统的垂直横截面共面。尽管附图示出了具有相等高度的连合柱，但是在一些实施方式中，连合柱可以具有不相等的高度，或者连合柱可以向内或向外张开5度至45度。在一些实施方式中，瓣膜置换装置可以用作流入瓣膜。在一些实施方式中，瓣膜置换装置可以模仿天然房室瓣膜的形状。

图15A至图15E示出了限定椭圆形开口514的框架502的另一实施方式。在该实施方式中，框架部分504a和504b的尺寸和/或形状在瓣膜框架扩张之前彼此不同。如在图15B中观察到，连合柱510中的仅一个连合柱位于由开口形成的椭圆的长轴上，而另一连合柱位于长轴的前面。由于瓣膜框架部分相对于彼此不同的尺寸和/或形状，该实施方式的瓣叶类似地彼此不同，以匹配它们相应的框架部分。在一些实施方式中，瓣叶可以具有彼此相同的机械性能或者可以具有彼此不同的机械性能，以适应不同的应用。例如，较大的瓣叶与较小的瓣叶相比可能更可扩张，以解决尺寸差异。在其他实施方式中，连合柱相对于周围脉管系统轴向地倾斜。具有倾斜的连合柱的各实施方式可以适应通过装置的弯曲流动模式，并且能够根据倾斜的程度在各种结构环境中保持瓣膜功能。这种倾斜可能产生与局部脉管系统的腔的垂直横截面不在同一平面中的开口。

图16A至图16D示出了具有框架部分604的框架602的另一实施方式。该实施方式具有限定椭圆形开口614的非对称框架602。然而，在该实施方式中，两个连合柱610均位于图16C中观察到的椭圆的长轴的前面。由于这种布置，框架602是非对称的，从而导致一个瓣叶覆盖大部分开口。

在一些实施方式中，由开口形成的平面可以与周围脉管系统中的流体流正交，或者可以相对于流体流偏移。在一些实施方式中，由开口形成的平面可以与周围脉管系统的垂直横截面共面，或者可以相对于该垂直横截面倾斜。例如，在图1A所示的实施方式中，由装置的开口114形成的平面与周围脉管系统的垂直横截面共面，该周围脉管系统是血管112。另外，由开口114形成的平面也与通过血管112的流体流正交。

在一些实施方式中，瓣膜置换装置包括在限定竖向的方向上延伸的一个或更多个连合柱。由开口形成的平面可以与连合柱的方向正交，或者可以相对于正交线倾斜。例如，在图1A中所示的实施方式中，由装置的开口114形成的平面与由连合柱110的方向所限定的竖向方向正交。相反，在图17中所示的实施方式中，其中，瓣膜框架具有不同长度的部分704a、704b，这是倾斜开口的示例。由开口714所限定的平面740不与由连合柱710的方向所限定的竖向方向720正交，而是替代地相对于正交线730倾斜。

在一些实施方式中，瓣膜框架可以由多于一个的框架部分组成。框架部分可以形成具有两个臂部的U形形状，所述两个臂部远离形成第一框架部分的基部的中间部分延伸。在一些实施方式中，中间部分位于单个平面上。例如，在图1A和图1B中所示的实施方式中，瓣膜框架具有框架部分，该框架部分具有位于单个平面上的中间部分130。这也可以在图4中观察到。

然而，应当理解的是，其他布置也是可能的。例如，在一些实施方式中，中间部分可以是非平面的，使得中间部分弯曲或以其他方式定形状成使得其不沿着单个平面定位。在一些实施方式中，中间部分具有鞍形曲线，该鞍形曲线在U形形状的相同方向上面向上，或者在与U形形状相反的方向上面向下。

在图18和图19中示出了具有非平面的基部的瓣膜框架部分的两个说明性实施方式。图18是瓣膜框架部分的正视图。框架部分804a具有包括第一臂部831和第二臂部832的U形形状，所述第一臂部831和第二臂部832远离中间部分830延伸，该中间部分830为面向与U形形状相同方向的鞍形曲线。在图19中所示的说明性实施方式中，图19也是瓣膜框架部分的正视图，框架部分904a具有包括第一臂部931和第二臂部932的U形形状，所述第一臂部931和第二臂部932远离中间部分930延伸，该中间部分930具有面向与U形形状相反的方向的鞍形曲线。

在一些实施方式中，由于张开或倾斜的连合柱，瓣膜框架可以是以非对称的的方式定形状或者可以非对称地扩张，或者在框架部分之间具有不同的厚度或材料。连合柱可以在尺寸和/或形状方面彼此镜像，或者连合柱可以彼此不同。瓣膜框架和两个连合柱可以表现出可变的弯曲刚度，以允许在心搏周期期间改变开口形状(即，筒形开口在峰值舒张负荷下变成长圆形/椭圆形)。

图20A和图20B示出了根据一些实施方式的瓣膜置换装置的瓣膜框架的框架部分中的一个框架部分的曲线轮廓。在该实施方式中，可以通过将椭圆象限904从平面902投影到筒状体906上来近似地定义曲线轮廓908，该筒状体906可以代表代表性血管的内壁。椭圆轮廓903可以具有与框架的高度(H)相等的半长轴长度并且具有其长度等于框架的半径(r)的半短轴。筒状体的半径可以等于框架开口的半径。经投影的椭圆共顶点可以与筒状体中心线、椭圆顶点和椭圆中心重合，从而当从图20B的侧视图观察时，它们都与筒状体的中央横截面的外边缘重合。在该构型中，从其导出椭圆象限的椭圆的中心与沿着筒状体的轴向端部的圆周的点重合，并且椭圆的短轴和长轴与筒状体的横截面的边缘同轴。

曲线轮廓908可以绕筒状体的中央平面镜像，以产生相对的框架部分的曲线轮廓。

还可以考虑的是，可以将复合曲线或多项式样条投影到筒状体上，以产生整个框架的曲线轮廓。

图21示出了处于两种不同状态的瓣膜置换装置的瓣膜框架的一个实施方式：未扩张状态1000a和扩张状态1000b。在该实施方式中，瓣膜框架1002的长度在瓣膜框架的扩张期间保持恒定。通过减小瓣膜框架高度而不是延长瓣膜框架的实际长度来适应框架的径向增长。图22示出了描绘当装置从基线直径DB扩张至最终直径2DB时，对于具有不同基线高度与直径比(HB/DB)的瓣膜框架的实施方式而言的高度与直径比(H/D)如何变化的线形图。尽管示出了具有基线HB/DB比为2、1.7和1.5的实施方式，但是如上所述也可以考虑其他比。

对瓣膜置换装置的一个实施方式进行了流体动力学性能测试。在瓣膜框架的五种不同扩张状态下(16mm、19.2mm、22.4mm、25.6mm和28.8mm)对瓣膜置换装置进行了测试。图23A是描绘了处于不同扩张状态下的具有图22的HB/DB＝1.7的瓣膜框架的整个瓣膜置换装置所测量的流量、反流体积和跨瓣压力梯度(在打开阶段心缩期期间整个瓣膜的压降的测量)这两者的柱线图。装置在整个扩张过程中都表现出畅通无阻的向前流动；当流量增加以匹配增加的瓣膜直径(模拟成长中的患者的生理状况)时，跨瓣压力梯度(ΔP)不会随瓣膜扩张而增加。

图23B示出了描绘随着瓣膜置换装置打开和关闭，流动特性随时间变化的线形图。描绘了两种瓣膜尺寸，内直径分别为16mm和28.8mm。图23C示出了在下述不同舒张压(即处于关闭状态的瓣叶上的压力负荷)下在各种瓣膜直径处所测量的反流分数：20mmHg(代表生理性右心舒张压)和80mmHg(代表生理性左心舒张压)。发现该装置在所有扩张状态(即，1倍内直径直到1.8倍内直径)的舒张期状态下均表现出轻微的瓣膜泄漏。图23D示出了有限元分析的结果，其被执行以估计处于加载状态(即，瓣叶处于关闭位置)的生长适应性瓣膜上的应力的大小和分布。给出的数据表明在20mmHg的负载压力下的峰值应力(最大主应力，MPa)。数据示出了在处于关闭状态的瓣膜瓣叶上的峰值应力的大小在从16mm至28.8mm(从基线直径的1倍至1.8倍)的整个扩张中相对较低。大部分应力分布在变形最大的位置处，并且在瓣叶框架附接的部位处没有应力集中。此外，框架连合部处的应力相对较低，这与现有技术中已知的传统的三瓣叶生物人工瓣膜设计有所不同。

图24A、图24C、图24E和图24G示出了通过将具有14mm内直径的瓣膜置换装置的一个实施方式植入四只羔羊中而进行的体内测试的结果。图24B、图24D、图24F和图24H示出了扩张至25mm(基线直径的1.8倍)并植入四只成年绵羊中的瓣膜置换装置的相同实施方式的体内测试的结果。在这些研究中，瓣膜置换装置用于置换羔羊和绵羊的肺动脉瓣膜。图24C和图24D示出了在动物的心搏周期的过程中右心室压力(靠近瓣膜)和肺动脉压力(远离瓣膜)的测量变化。已经发现，不管瓣膜扩张状态如何，整个瓣膜上都没有跨瓣梯度。图24E和图24F示出了在心搏周期过程中整个瓣膜置换装置上所测量的生理流的代表性流量波形。已经发现，不管开口的直径如何，生理流体的向前流动都没有受到阻碍，并且舒张期中的整个瓣膜置换装置上没有泄漏。图24G和图24H示出了被执行成使体内所植入的瓣膜置换装置可视化的超声心动图。框架高度和瓣叶对合高度在瓣膜直径扩张的不同状态下的变化在两个动物组之间变得明显。

图25A至图25D示出了瓣膜置换装置的瓣膜框架的一个实施方式。在该实施方式中，瓣膜框架2500包括顶部加强特征件，该顶部加强特征件比如为附接至框架的连合部2502的加强支柱2504。该装置还包括连接框架部分的下部部分的下部加强支柱2506。在该实施方式中，顶部加强支柱2504在完全扩张状态下具有圆形轮廓，并且顶部加强支柱2504在环套的在直径上相对的点处附接至连合部。该实施方式的顶部加强支柱包括起伏部2508，所述起伏部2508用于在特征件处于未扩张状态时减小顶部加强支柱的直径。随着框架扩张，一对连合部分离，从而增大了一对连合部之间的距离，并且将扩张应力施加至顶部加强支柱。起伏部通过使起伏部伸直而允许顶部加强支柱随特征件扩张。加强支柱的总长度可以等于或大于开口的最大可能周长，以确保框架可以扩张至最大可能周长而不会限制扩张、阻塞瓣膜开口或者使瓣叶附接框架的几何形状扭曲。

尽管在图25A、图25C和图25D中描绘了具有起伏部的环形顶部加强支柱，但是应当理解的是，还可以考虑在允许框架扩张的同时连接框架部分的连合部的任何形状或布置。例如，顶部加强支柱可以是椭圆形、菱形形状或多边形而不是环形形状，或者顶部加强支柱可以包括单独的连接部分而不是一个连续的闭环。顶部加强支柱也可以具有伸缩的设计，顶部加强支柱由在加强支柱扩张时可以可逆地变形的弹性材料制成，或者顶部加强支柱仅具有比附图中描绘的起伏部更多或更少或者更大或更小的起伏部。

图26示出了用于顶部加强支柱的附接区域2600。在一些实施方式中，顶部加强支柱在连合部的顶部高度的30％内附接至瓣膜框架。然而，应当理解的是，还可以考虑其中顶部加强支柱附接在装置的顶部30％区域之外的其他实施方式。

在一些实施方式中，顶部加强支柱在一对连合部的顶部处或一对连合部的顶部附近附接至框架。

如图25A至图25D的实施方式中所描绘的下部加强支柱2506包括起伏部2508，该起伏部2508允许下部支承特征件在瓣膜框架处于其未扩张构型时具有较小的直径。当框架部分在瓣膜直径增大时分开时，起伏部伸直，从而使下部加强支柱2506的直径扩张以允许下部特征件随框架扩张。

尽管描绘了具有在装置的框架下方延伸的明显的泪滴形状的下部加强支柱，但是下部特征件可以是允许下部特征件在整个扩张状态下帮助维持瓣叶附接框架的期望的几何轮廓的任何形状。下部加强支柱也可以用作用于经导管部署或者用于附接至天然心脏结构或者用于其他应用的固定部位。例如，下部支承特征件可以具有伸缩的设计，下部支承特征件由在特征件扩张时可以可逆地变形的弹性材料制成，或者下部支承特征件仅具有更多或更少或者更大或更小的起伏部。

图27示出了用于下部加强支柱的附接区域2700。图27示出了根据图25B的瓣膜框架的俯视图，该俯视图应用于根据图25D的侧视图上方。线2702是假想轴线，该假想轴线穿过开口的直径并且垂直于连接瓣膜框架的两个连合部的顶部的假想线。当观察俯视图时，如果线2702是x轴，并且垂直线2703是y轴，假设0°从线2702与框架之间的右交点开始(单位圆的0°处)并以逆时针方向打开，则附接区域2700在280°与330°之间。如图27中所示，280°至330°对应于框架部分的如在侧视图中观察到的弧段的下部部分。在一些实施方式中，下部特征件以310°附接，如由点2501所表示的。

应当理解的是，还可以考虑其中将下部加强支柱附接在装置的附接区域2700的外部的其他实施方式。

图28示出了处于不同扩张尺寸(分别为12.7mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm和24mm)的图25A的瓣膜框架的侧视图。

图29示出了描绘具有加强支柱的图25A至图25D的实施方式的高度与直径比以及不具有加强支柱的图21的实施方式的高度与直径比如何随着瓣膜直径的扩张而变化的曲线图。具有加强支柱的实施方式通过球囊扩张而扩张，而不具有加强支柱的实施方式在模拟中以20％的增量扩张。实线表示不具有加强支柱的瓣膜置换装置(例如，图21)的性能，而虚线表示具有顶部加强支柱和下部加强支柱两者的图25A至图25D的瓣膜置换装置的性能。这些装置各自具有1.7:1的基线高度与直径比，并且这些装置扩张为其基线直径的两倍。已经发现，这两种装置都获得了非常相似的扩张瓣膜框架的运动学轮廓，其中，高度与直径比随着瓣膜框架直径的增大而减小。

图30A至图32B和图31A至图31B示出了具有图25A至图25D的瓣膜框架的瓣膜置换装置的体外流体动力学性能测试的结果。该装置的功能原型在处于各种扩张状态下的复杂模拟循环流动回路中进行了测试。该装置在其基线构型(12.7mm的内直径，1倍)下进行测试，然后利用球囊导管扩张至23mm的内直径(1.8倍)，并在生理压力和流动条件下重新测试。图30A示出了在心搏周期过程中在12.7mm的开口直径下整个装置的流动分布。图30B示出了其他测量值，其包括跨瓣膜的跨瓣压力梯度、通过装置的流体流动分布，包括泄漏体积和反流分数。图31A示出了在心搏周期过程中在基线直径的1.8倍(23mm)下整个装置的流动分布。图31B反映了与图30B相同的测量类型，但是图31B针对在开口直径为23mm的扩张状态下的装置。发现的是瓣膜功能在每个测试的瓣膜直径下保持不变。

图32A至图32C示出了根据一个实施方式的瓣膜置换装置，该瓣膜置换装置被植入到25kg的绵羊中。未扩张的(12.7mm)瓣膜置换装置被植入到25kg的绵羊的肺动脉瓣膜位置中。使用经导管球囊扩张将该装置扩张至16mm、18mm和20mm。图32A示出了扩张至16mm的装置，图32B示出了扩张过程，并且图32C示出了在图32B的扩张之后处于18mm的装置。发现的是瓣膜的几何形状(瓣叶附接线和加强支柱)与扩张前后的几何轮廓匹配。瓣膜在植入的体内环境中使用由球囊制造商推荐的球囊压力在由临床标准球囊导管所产生的径向力下成功扩张，并且瓣膜框架在多次连续扩张后仍保持其结构完整性。

图33A至图33D示出了瓣膜框架3200的替代性实施方式，该瓣膜框架3200具有缩短的下部加强支柱3206。在该实施方式中，下部加强支柱起伏部具有较短的泪滴状起伏槽3208，该起伏槽3208不延伸超过瓣膜框架的底部。

图34A至图34D示出了瓣膜框架3300的替代性实施方式，该瓣膜框架3300具有沿着装置的框架的多个孔3303。可以考虑的是，沿着框架具有孔提供了用于将瓣叶缝合至框架的锚固点。应当理解的是，可以使用彼此间隔开任意距离的具有任何尺寸的任何数目的孔。孔可以不直接形成到框架的本体中，而是可以替代地形成在从框架本体伸出的部分中。

图35A至图35D示出了瓣膜框架3400的替代性实施方式，该瓣膜框架3400除了顶部加强支柱3402和下部加强支柱3406之外还包括中间加强支柱。在该实施方式中，中间加强支柱3410可以具有连接两个框架部分的两个半环形部分。中间加强支柱3410的各部分可以包括起伏部3412，所述起伏部3412可以减小中间附接特征件的尺寸轮廓。类似于顶部加强支柱和下部加强支柱，起伏部可以伸直，以允许中间加强支柱随框架扩张。中间加强支柱的长度可以等于或大于处于最大扩张下的开口的周长。

图36A至图36B示出了瓣膜框架3500的替代性实施方式，该瓣膜框架3500具有沿着装置的框架的多个孔3503以及中间加强支柱3510，所述多个孔3503可以提供用于将瓣叶缝合至框架的锚固点，该中间加强支柱3510有助于框架的加强。

尽管已经描述了不具有加强支柱或者具有顶部加强支柱、中间加强支柱和下部加强支柱中的一者或更多者的实施方式，但是应当理解的是，所考虑的实施方式可以具有位于任何数目的位置中的任何数目的加强支柱。加强支柱可以用于允许框架扩张至其完全扩张的直径，同时为框架提供结构支承，使得经扩张的框架的几何形状允许保留的瓣膜功能(例如，畅通无阻的前向流动以及无反流或最小的反流)。

在一些实施方式中，加强支柱和/或瓣膜框架可以由SS-316L或者CoCr-MP35N或者下述任何其他材料构成：所述任何其他材料具有足够的刚度以为装置提供结构完整性，同时具有足够的延展性以允许起伏部随瓣膜框架扩张而伸直，或者以其他方式允许其他扩张设计随瓣膜框架扩张而扩张。加强支柱的宽度和壁厚可以与框架的宽度和壁厚相同，或者可以比框架厚或薄。

在一些实施方式中，加强支柱可以从单个材料件激光切割、冲压或以其他方式切割而成。在其他实施方式中，加强支柱不必由单个材料件形成。例如，加强支柱可以由不同材料的组合制成，例如通过将单个材料件接合至另一材料件而制成。加强支柱可以具有均匀或不均匀的厚度。

图37A至图37C示出了附接至瓣叶106的图33A的实施方式的瓣膜框架3200，以图示瓣叶如何可以附接至瓣膜框架。对于图25A、图33A、图34A、图35A和图36A中所示的其他加强支柱实施方式，瓣叶可以以与图37A至图37C中所示的类似取向附接至这种瓣膜框架。图38A示出了处于扩张状态的图37A的瓣膜框架和瓣叶组合的正视图，并且图38B示出了图38A的侧视图。

图39A至图39D示出了瓣膜置换装置的替代性实施方式。在该实施方式中，瓣膜框架3900包括顶部加强支柱3904和连接框架部分的下部部分的下部加强支柱3906。该实施方式是框架支承特征件的机械性能和/或几何形状和/或宽度或厚度如何可以被修改成影响瓣膜框架3900的扩张几何形状(即，开口的形状)的示例。在该实施方式中，顶部加强支柱3904具有与瓣叶附接线的厚度和下部加强支柱3906的厚度相比而言减小的厚度，从而使顶部加强支柱3904比这些其他框架部件的刚度小。不希望受到理论的束缚，可以考虑的是，这些修改导致装置的扩张轮廓改变，其中，一对连合部由于较小的约束而在径向方向上经历了更大的变形，从而导致在瓣膜置换装置的上部端部处非对称/非圆形变宽。下部加强支柱在瓣膜的基部处保持圆形开口。

本公开的各个方面可以单独使用、组合使用或以未在前述实施方式中具体讨论的多种布置使用，并且因此不将其应用限于在上文描述中阐述的或在附图中举例说明的部件的细节和布置。例如，一个实施方式中所描述的各方面可以与其他实施方式中所描述的各方面以任何方式组合。

此外，本文中所描述的各实施方式可以体现为示例已经提供的方法。作为该方法的一部分所执行的动作可以以任何合适的方式排序。因此，可以构造其中以不同于所示的顺序执行动作的实施方式，其可以包括同时执行一些动作，即使在说明性实施方式中示出为顺序动作亦如此。

尽管已经结合各种实施方式和示例描述了本教导，但是并不意味着本教导被限于这样的实施方式或示例。相反，如本领域技术人员将理解的是，本教导包含各种替代方案、改型和等同内容。因此，前述描述和附图仅仅作为示例。

Claims (86)

1.一种瓣膜置换装置，包括：

瓣膜框架，所述瓣膜框架限定用于流体的通过的开口，所述开口具有沿着所述开口的最大尺寸的直径，所述瓣膜框架能够扩张成允许所述开口的所述直径从5mm增大至50mm；以及

第一瓣叶，所述第一瓣叶联接至所述瓣膜框架，所述第一瓣叶具有打开构型和关闭构型，在所述打开构型中所述开口暴露，在所述关闭构型中所述第一瓣叶至少部分地覆盖所述开口，

其中，所述瓣膜框架能够扩张成允许所述开口的所述直径增大，并且其中，所述第一瓣叶能够在所述瓣膜框架经历所述开口的所述直径的所述增大时在所述打开构型与所述关闭构型之间移动，

所述瓣膜框架包括侧向向外弯曲的框架部分；

所述第一瓣叶联接至所述框架部分中的至少一个框架部分；以及

所述框架部分中的每一者形成具有两个臂部的U形形状，所述两个臂部远离形成所述框架部分的基部的中间部分延伸。

2.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，还包括第二瓣叶，所述第二瓣叶具有打开构型和关闭构型，在该打开构型中所述开口暴露，并且在该关闭构型中所述第一瓣叶和所述第二瓣叶彼此接触以至少部分地覆盖所述开口，其中，所述第一瓣叶和所述第二瓣叶能够在所述开口的所述直径的尺寸范围内在打开构型与关闭构型之间移动。

3.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，还包括联接至所述瓣膜框架的外部框架支承件。

4.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述瓣膜框架能够减小成收缩形式以进行导管递送。

5.根据权利要求3所述的瓣膜置换装置，其中，所述外部框架支承件和所述瓣膜框架是自扩张的。

6.根据权利要求3所述的瓣膜置换装置，其中，所述外部框架支承件和所述瓣膜框架是能够球囊扩张的。

7.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶随着所述瓣膜框架的扩张或收缩保持恒定的表面积。

8.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述开口扩张同时保持所述瓣膜框架的边界长度恒定。

9.根据权利要求2所述的瓣膜置换装置，其中，在关闭构型中，所述第一瓣叶和所述第二瓣叶在所述开口的直径尺寸范围为5mm至50mm的范围内允许不大于0至20％的反流分数。

10.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述瓣膜框架通过在第一侧向方向上比在相反的侧向方向上扩张得更快而非对称地扩张。

11.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述瓣膜框架通过在第一侧向方向上比在相反的侧向方向上扩张得更远而非对称地扩张。

12.根据权利要求2所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶和所述第二瓣叶具有相同的尺寸和形状。

13.根据权利要求2所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶和所述第二瓣叶具有不同的尺寸和形状。

14.根据权利要求13所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶和所述第二瓣叶具有不同的机械性能。

15.根据权利要求13所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶和所述第二瓣叶具有相同的机械性能。

16.根据权利要求2所述的瓣膜置换装置，还包括联接至所述瓣膜框架的第三瓣叶。

17.根据权利要求16所述的瓣膜置换装置，还包括联接至所述瓣膜框架的第四瓣叶。

18.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶具有30MPa与4GPa之间的杨氏模量。

19.根据权利要求18所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶由选自由下述材料组成的组的材料制成：生物可吸收的聚合物、组织工程化构造物、脱细胞同源组织工程化瓣叶、镍钛合金薄膜、扩张的PTFE膜、经戊二醛处理的牛心包膜、经戊二醛处理的猪心包膜、光氧化的牛心包膜以及牛颈静脉瓣膜。

20.根据权利要求18所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶由合成材料制成。

21.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶具有0.01mm至1mm的厚度。

22.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述开口是圆形的。

23.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述开口是椭圆形的。

24.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述开口是非对称的。

25.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述框架部分包括由一对连合部连接的第一框架部分和第二框架部分。

26.根据权利要求25所述的瓣膜置换装置，其中，所述瓣膜框架是对称的，使得所述第一框架部分和所述第二框架部分是彼此的镜像。

27.根据权利要求25所述的瓣膜置换装置，其中，所述瓣膜框架是非对称的，使得所述第一框架部分和所述第二框架部分彼此不同。

28.根据权利要求27所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一框架部分的弧长长于所述第二框架部分的弧长。

29.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述中间部分是平面的。

30.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述中间部分是非平面的。

31.根据权利要求30所述的瓣膜置换装置，其中，所述中间部分包括鞍形曲线。

32.根据权利要求31所述的瓣膜置换装置，其中，所述鞍形曲线沿与所述U形形状相同的方向弯曲。

33.根据权利要求31所述的瓣膜置换装置，其中，所述鞍形曲线沿与所述U形形状相反的方向弯曲。

34.根据权利要求25所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一框架部分和所述第二框架部分中的每一者包括弧形形状。

35.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，

所述瓣膜框架具有沿着所述开口的最大尺寸的直径，所述瓣膜框架具有沿垂直于所述开口的方向的高度，所述瓣膜框架能够在操作构型中扩张以增大所述直径，并且能够在收缩构型中收缩以减小所述直径，所述瓣膜框架在所述操作构型中具有从0.5:1至2.5:1的范围内的高度与直径比。

36.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，还包括联接至所述瓣膜框架的第二瓣叶。

37.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，其中，所述高度与直径比在从1:1至2.5:1的范围内。

38.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶是能够扩张的。

39.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，其中，所述框架部分包括第一框架部分和第二框架部分，所述第一框架部分和所述第二框架部分构造成当所述瓣膜框架扩张时彼此远离而侧向移动。

40.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶在打开位置中的高度在所述瓣膜框架的高度的0.2倍与0.8倍之间的范围内。

41.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，其中，所述瓣膜框架能够增长以在不同直径处保持所述高度与直径比。

42.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，还包括联接至所述瓣膜框架的第二瓣叶，并且其中，所述第一瓣叶和所述第二瓣叶具有对合高度，所述对合高度随着所述瓣膜框架的直径变化而保持。

43.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，还包括联接至所述瓣膜框架的第二瓣叶，并且其中，所述第一瓣叶和所述第二瓣叶以包括手风琴状折叠部的构型附接至所述瓣膜框架，并且当所述瓣膜框架扩张时，所述手风琴状折叠部释放。

44.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，其中，所述瓣膜框架还包括下述部段：所述部段伸长以使所述瓣膜置换装置扩张。

45.根据权利要求44所述的瓣膜置换装置，其中，能够扩张的所述部段是伸缩部段。

46.根据权利要求44所述的瓣膜置换装置，其中，能够扩张的所述部段包括生物易侵蚀成分。

47.根据权利要求25所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一框架部分和所述第二框架部分中的至少一者具有通过将椭圆象限投影到筒状体上来定义的曲线轮廓。

48.根据权利要求47所述的瓣膜置换装置，其中，从其导出所述椭圆象限的椭圆的中心与沿着所述筒状体的轴向端部的圆周的点重合，并且所述椭圆的短轴和长轴与所述筒状体的横截面的边缘同轴。

49.根据权利要求39所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一框架部分和所述第二框架部分中的至少一者具有通过将椭圆象限投影到筒状体上来定义的曲线轮廓。

50.根据权利要求49所述的瓣膜置换装置，其中，从其导出所述椭圆象限的椭圆的中心与沿着所述筒状体的轴向端部的圆周的点重合，并且所述椭圆的短轴和长轴与所述筒状体的横截面的边缘同轴。

51.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，其中，当所述瓣膜框架扩张时，所述高度随着所述直径增大而减小。

52.根据权利要求25所述的瓣膜置换装置，还包括连接所述一对连合部的第一加强特征件。

53.根据权利要求52所述的瓣膜置换装置，还包括连接所述第一框架部分和所述第二框架部分的第二加强特征件。

54.根据权利要求53所述的瓣膜置换装置，还包括连接所述第一框架部分和所述第二框架部分的第三加强特征件。

55.根据权利要求54所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件、所述第二加强特征件和所述第三加强特征件中的至少一者构造成随着所述瓣膜框架扩张。

56.根据权利要求55所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件、所述第二加强特征件和所述第三加强特征件中的所述至少一者的长度至少等于瓣膜开口的在所述瓣膜开口已经扩张至所述瓣膜开口的最大尺寸时的周长。

57.根据权利要求39所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一框架部分和所述第二框架部分在一对连合部处连接，并且所述瓣膜置换装置还包括连接所述一对连合部的第一加强特征件。

58.根据权利要求57所述的瓣膜置换装置，还包括连接所述第一框架部分和所述第二框架部分的第二加强特征件。

59.根据权利要求58所述的瓣膜置换装置，还包括连接所述第一框架部分和所述第二框架部分的第三加强特征件。

60.根据权利要求59所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件、所述第二加强特征件和所述第三加强特征件中的至少一者构造成随着所述瓣膜框架扩张。

61.根据权利要求60所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件、所述第二加强特征件和所述第三加强特征件中的所述至少一者的长度至少等于瓣膜开口的在所述瓣膜开口已经扩张至所述瓣膜开口的最大尺寸时的周长。

62.根据权利要求53所述的瓣膜置换装置，其中，所述第二加强特征件用作用于经导管部署或者用于固定至天然结构的固定部位。

63.根据权利要求58所述的瓣膜置换装置，其中，所述第二加强特征件用作用于经导管部署或者用于固定至天然结构的固定部位。

64.根据权利要求25所述的瓣膜置换装置，还包括连接至所述一对连合部的顶部的第一加强特征件。

65.根据权利要求39所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一框架部分和所述第二框架部分在一对连合部处连接，并且所述瓣膜置换装置还包括连接至所述一对连合部的顶部的第一加强特征件。

66.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶的高度在所述开口的所述直径的从1.5倍至3.5倍的范围内。

67.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶的高度在所述开口的所述直径的从2.2倍至2.7倍的范围内。

68.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶的自由边缘是所述开口的所述直径的1.5倍至3.5倍。

69.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一瓣叶的自由边缘是所述开口的所述直径的4倍。

70.根据权利要求58所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件和所述第二加强特征件中的至少一者包括与所述第一加强特征件和所述第二加强特征件中的另一者不同的材料。

71.根据权利要求58所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件和所述第二加强特征件中的至少一者具有与所述第一加强特征件和所述第二加强特征件中的另一者不同的厚度。

72.根据权利要求58所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件和所述第二加强特征件中的至少一者具有与所述第一加强特征件和所述第二加强特征件中的另一者不同的形状。

73.根据权利要求57所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件包括至少两种不同的材料。

74.根据权利要求53所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件和所述第二加强特征件中的至少一者包括与所述第一加强特征件和所述第二加强特征件中的另一者不同的材料。

75.根据权利要求53所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件和所述第二加强特征件中的至少一者具有与所述第一加强特征件和所述第二加强特征件中的另一者不同的厚度。

76.根据权利要求53所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件和所述第二加强特征件中的至少一者具有与所述第一加强特征件和所述第二加强特征件中的另一者不同的形状。

77.根据权利要求52所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件包括至少两种不同的材料。

78.根据权利要求1所述的瓣膜置换装置，其中，所述开口具有下述形状中的一者：圆形、椭圆形或非对称的形状。

79.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，其中，所述开口具有下述形状中的一者：圆形、椭圆形或非对称的形状。

80.根据权利要求35所述的瓣膜置换装置，还包括联接至所述瓣膜框架的第二瓣叶，并且其中，所述第一瓣叶和所述第二瓣叶具有对合高度，所述对合高度随着所述瓣膜框架的直径增大而减小。

81.根据权利要求57所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件在所述第一加强特征件的不同部分处具有至少两个不同的厚度。

82.根据权利要求53所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件在所述第一加强特征件的不同部分处具有至少两个不同的厚度。

83.根据权利要求57所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件在所述第一加强特征件的不同部分处具有至少两个不同的刚度。

84.根据权利要求53所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件在所述第一加强特征件的不同部分处具有至少两个不同的刚度。

85.根据权利要求52、57、64和65中的任一项所述的瓣膜置换装置，其中，所述第一加强特征件包括第一加强支柱。

86.根据权利要求53和58中的任一项所述的瓣膜置换装置，其中，所述第二加强特征件包括第二加强支柱。