CN1907512A - 用于狭窄扩张的装置和方法 - Google Patents

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CN1907512A CNA2006101089094A CN200610108909A CN1907512A CN 1907512 A CN1907512 A CN 1907512A CN A2006101089094 A CNA2006101089094 A CN A2006101089094A CN 200610108909 A CN200610108909 A CN 200610108909A CN 1907512 A CN1907512 A CN 1907512A
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Abstract

本发明提供了用于扩张在腔体内的狭窄的多种方法和装置。在一个示范性实施例中，狭窄扩张装置设置有细长轴，至少一个可电扩张致动器与该细长轴连接，并适于沿径向扩张来扩张腔体中的狭窄。

Description

用于狭窄扩张的装置和方法
技术领域
本发明主要涉及外科装置，尤其涉及用于狭窄扩张的装置和方法。
背景技术
肥胖症治疗外科是对病态肥胖症的治疗，其涉及改变患者的消化道来促进减肥并帮助保持正常体重。肥胖症治疗外科的一种常见形式是胃旁路外科，其旨在减小患者胃部的尺寸。特别的，使用缝合器和/或缝合线将胃分成上部袋和下部袋。还将空肠(小肠的中间部分)分成两部分。空肠的一部分(称为“鲁氏分支”)被放置到结肠和下部胃袋的后面，并与上部胃袋结合或者“吻合”。空肠的另一端被连接到鲁氏分支侧。结果，形成新的消化通道，在这里食物从食道落下进入上部胃袋，并经过吻合部位进入鲁氏分支。来自胃部、肝脏和胰腺的消化液经过下部胃袋向下行进到十二指肠和空肠中，并进入连接空肠的两个部分并进一步发生消化的鲁氏分支中。
尽管很有效，但胃旁路外科很复杂。例如，在人造口(上部胃袋和鲁氏分支之间的结合处)中可形成疤痕组织，从而形成可导致消化困难的狭窄。结果，需要进行进一步的手术来除去狭窄。一些装置可用于扩张狭窄。例如，可将管向下插入患者的食道并操作其破碎围绕狭窄的组织。虽然这是有效的，但难以完全重新打开狭窄。该手术还非常费时。另一种用于消除狭窄的常用装置是囊导管，可将其向下插入患者的食道而将瘪缩的囊定位在狭窄中。然后使囊扩张对狭窄进行扩张，从而重新打开通道。囊导管是有效的，然而当扩张狭窄时囊可能破裂。
因此，需要用于扩张狭窄的改进的方法和装置。
发明内容
本发明总的提供了用于扩张狭窄的多种方法和装置。在一个示范性实施例中，提供了一种组织扩张装置，该装置具有大体为挠性的细长轴，该细长轴具有与手柄连接的近端和围绕其远侧部分设置有致动器的远端。当将能量输送到致动器时其适于沿径向扩张来扩张狭窄。
所述致动器可具有多种构造，并且其可由多种材料形成。在一个示范性实施例中，该致动器可以是可电扩张构件，更优选的是，它可采取电活性聚合物(EAP)的形式。例如，致动器可采取具有挠性导电外壳的纤维束的形式，多个电活性聚合物纤维和离子流体设置于该导电外壳中。作为替代，致动器可采取具有至少一个挠性导电层、电活性聚合物层和离子凝胶层的层压件的形式。多个层压件层可用于形成复合材料。该致动器还可包括与其相连的回流电极和输送电极，其中输送电极适于将能量从外部能量源输送到致动器。
本发明还提供了用于扩张狭窄的方法。在一个示范性实施例中，该方法包括将大体为挠性的细长轴插入到腔体中，并将设置在其远侧部分上的致动器定位在腔体中形成的狭窄中。然后可将致动器电致动，使其沿径向扩张，从而增加狭窄的直径。虽然所述致动器可具有各种构造，在一个示范性实施例中，所述致动器基本上为圆柱形，并且当对其输送能量时，其尺寸适于扩张至少大约30％。
更具体地说，本发明还涉及如下内容：
(1)一种组织扩张装置，包括：
基本上为挠性的细长轴，该细长轴具有与手柄连接的近端和适于定位在形成于腔体内的狭窄中的远端；以及
致动器，该致动器围绕挠性细长轴的远侧部分设置，并且在被输入能量时适于沿径向扩张来对狭窄进行扩张。
(2)如第(1)项所述的装置，其中，所述致动器包括电活性聚合物。
(3)如第(1)项所述的装置，其中，所述致动器具有大致为圆柱形的形状。
(4)如第(1)项所述的装置，其中，所述致动器紧邻挠性细长轴的远端设置。
(5)如第(1)项所述的装置，其中，所述致动器包括挠性导电外壳，在其中设置有电活性聚合物和离子流体。
(6)如第(1)项所述的装置，其中，所述致动器包括至少一个电活性聚合物复合材料，该电活性聚合物复合材料具有至少一个挠性导电层、电活性聚合物层和离子凝胶层。
(7)如第(1)项所述的装置，其中，当将能量输送到所述致动器时，该致动器适于沿径向扩张大约30％的尺寸。
(8)如第(1)项所述的装置，其中，所述致动器包括与其连接的回流电极和输送电极，所述输送电极适于将能量从能量源输送到致动器。
(9)如第(8)项所述的装置，还包括设置在手柄中并与输送电极连接的能量源。
(10)如第(1)项所述的装置，其中，所述挠性细长轴的长度在大约4英尺到6英尺范围内。
(11)如第(1)项所述的装置，其中，所述致动器的直径在未扩张构造时大约为16mm、在扩张构造时大约为25mm。
(12)一种用于扩张腔体中的狭窄的装置，包括：
手柄；
从所述手柄延伸的挠性细长轴；以及
可电扩张构件，该可电扩张构件围绕所述挠性细长轴的远侧部分设置并构造为在对其输送能量时可沿径向扩张。
(13)如第(12)项所述的装置，其中，所述挠性细长轴的远侧部分具有适于插入经过腔体中的狭窄的逐渐变细的末端。
(14)如第(12)项所述的装置，其中，所述可电扩张构件包括电活性聚合物。
(15)如第(12)项所述的装置，其中，所述可电扩张构件紧邻挠性细长轴的远端设置。
(16)如第(12)项所述的装置，其中，所述可电扩张构件包括挠性导电外壳，其中设置有电活性聚合物和离子流体。
(17)如第(12)项所述的装置，其中，所述可电扩张构件包括至少一种电活性聚合物复合材料，其具有至少一个挠性导电层、电活性聚合物层和离子凝胶层。
(18)如第(12)项所述的装置，其中，当将能量输送到所述可电扩张构件时，所述可电扩张构件适于沿径向扩张大约30％的尺寸。
(19)如第(12)项所述的装置，其中，所述可电扩张构件包括与其连接的回流电极和输送电极，所述输送电极适于将能量从能量源输送到该可电扩张构件。
(20)如第(12)项所述的装置，还包括设置在手柄中并与输送电极连接的能量源。
(21)如第(12)项所述的装置，其中，所述挠性细长轴的长度在大约4英尺到6英尺范围内。
(22)如第(12)项所述的装置，其中，所述可电扩张构件的直径在未扩张构造时大约为16mm、在扩张构造时大约为25mm。
(23)一种用于扩张狭窄的方法，包括：
将大致为挠性的细长轴插入腔体中；
将设置在大致为挠性的细长轴的远侧部分上的致动器定位在形成于腔体内的狭窄中；以及
将能量输送到致动器，使该致动器沿径向扩张，从而增大狭窄的直径。
(24)如第(23)项所述的方法，其中，所述致动器具有大致为圆柱形的形状。
(25)如第(23)项所述的方法，其中，当将能量输送到所述可电扩张构件时，所述可电扩张构件适于沿径向扩张大约30％的尺寸。
(26)如第(23)项所述的方法，其中，所述腔体为食道。
(27)如第(23)项所述的方法，其中，所述狭窄形成于人造口中。
附图说明
通过下列结合附图的详细描述可更充分地理解本发明，其中：
图1A是狭窄扩张装置的一个示范性实施例的透视图；
图1B是图1A中显示的狭窄扩张装置的远侧部分的透视图，显示了设置于其上的致动器；
图1C是图1B中显示的狭窄扩张装置的远侧部分的透视图，显示了扩张的致动器；
图2A是现有技术的纤维束型EAP致动器的剖视图；
图2B是图2A中显示的现有技术的致动器的径向剖视图；
图3A是现有技术的具有多个EAP复合材料层的层压型EAP致动器的剖视图；
图3B是在图3A中所示现有技术的致动器的多个复合材料层中的其中一层的透视图；
图4A是显示出使用中的图1A的狭窄扩张装置的视图，显示出设置在狭窄处的致动器；以及
图4B是显示出使用中的图4A的狭窄扩张装置的视图，显示出致动器在狭窄处扩张来扩张狭窄。
具体实施方式
下面将说明一些示例性实施例，来形成对此处所披露的装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的总体理解。参照附图给出这些实施例中的一个或多个实施例。本领域普通技术人员可以理解，此处具体说明并参照附图示出的装置和方法为非限制性的示例性实施例，并且本发明的范围仅由权利要求书限定。参照一个示例性实施例示出或说明的特征可与其它实施例的特征结合。这种变型和变化包括在本
发明的范围内。
这里公开了用于扩张腔体(诸如人造口、颈动脉、外周血管、尿道、食道、胆管、空肠和十二指肠)中的狭窄的方法和装置。在示范性实施例中，装置可包括一个或多个与其连接并适于沿径向扩张的致动器。在使用时，致动器的径向直径可增大来对狭窄的扩张。本领域技术人员将会理解，这里公开的方法和装置可具有多种构造，并且它们适于在各种医疗手术中使用。例如，方法和装置可在通过经皮经腔冠状动脉成形术(PTCA)、经皮经腔血管成形术(PTA)对狭窄进行压缩或者通过动脉粥样硬化斑切除术或其它方式除去之后在血管中使用，帮助改善手术的效果并降低再狭窄的可能性。而且，这里公开的方法和装置可用于任何其它本领域已知的需要狭窄扩张的手术。该狭窄扩张装置还可包含于各种其它装置中，允许与其它手术一道进行狭窄扩张。
图1A-1C示出了适于扩张腔体中的狭窄的扩张装置10的一个示范性实施例。装置10可具有多种构造，但在一个示范性实施例中，它可包括具有与手柄14连接的近端14a和适于定位在腔体中的远端14b的细长轴14，和与细长轴14的远侧部分连接并适于扩张来扩张狭窄的致动器16。
手柄12可具有允许用户手动控制装置10、特别是控制输送到致动器16的能量的任何构造，如下面将更详细的讨论的。如图1A所示，手柄12具有大致细长的形状以方便握持。手柄12还包括便于操作装置10的特征和组成元件。例如，在一个示范性实施例中，能源(例如电池)可设置在手柄12中，用于将能量输送到致动器16。作为替代，手柄12适于与能源(例如电源插座)连接。手柄12还可包括允许用户选择性地启动和关闭向致动器16的能量输送的机构。例如，手柄12包括按钮20，可使该按钮20运动或被压下而将能量输送到致动器16，如图1A中所示。作为替代或者附加，手柄12包括可用于控制输送能量的大小的滑杆或者转盘，从而允许对致动器16扩张的量进行控制，见下面更详细的讨论。
从手柄12伸出的细长轴14还可具有各种构造，并且细长轴14的形状和尺寸可根据装置10的使用意图而变化。在一个示范性实施例中，细长轴14可具有大致呈圆柱形的形状，并且它可以是挠性的，以便能被插入到食道中。轴14的长度可根据进行的特定手术而变化。例如，在人造口中扩张狭窄时，轴14可具有4英尺到6英尺的长度范围。细长轴14还包括各种便于经过腔体插入的零件，例如逐渐变细的远末端18。本领域技术人员将会理解，所述轴可以是刚性的，并且它可以具有各种其它构造。例如，虽然未显示，轴14可包括穿过其间延伸的腔，来提供到手术部位的诸如用于药物输送、成像、流体流等的接触口。
如前所述，装置10还可包括一个或多个与挠性细长轴14连接的一个或多个致动器来对狭窄进行扩张。虽然致动器可具有各种构造，一种合适的致动器是电活性聚合物致动器。电活性聚合物(EAP)(也称为人造肌肉)是能够响应于电场或机械场显示压电、热电或电致伸缩特性的材料。尤其是，EAP是一组当施加电压时改变形状的导电的掺杂质的聚合物。导电聚合物与一些形式的离子流体或凝胶使用电极配对。通过向电极施加电势，离子从流体/凝胶流入或流出导电聚合物，并且这种流动导致聚合物形状的变化。通常，可根据使用的具体的聚合物和离子流体或凝胶施加范围为1V-4kV的电势。应当十分注意的是，在赋能时EAP并不改变体积，而是仅在一个方向扩张而在横向方向收缩。
EAP的主要优点之一是能够电控并且微调其状态和特性。通过穿过EAP施加外部电压可使EAP反复变形，并且在使施加的电压的极性反转时，EAP能够迅速恢复它们的初始形状。可以选择具体的聚合物来产生不同类型的包括扩张、线性运动的运动结构以及弯曲结构。EAP还能够配对到诸如弹簧或挠性板的机械式机构上，以便在向EAP施加电压时改变EAP对所述机械式机构的作用。传递到EAP的电压量还能够对应于运动量或尺寸的变化量，由此可以控制能量传递来实现需要的变化量。
存在两种基本类型的电活性聚合物并且每种类型有多种结构。第一种类型是纤维束，其由捆绑到一起协同工作的大量纤维构成。所述纤维的尺寸通常大约为30-50微米。这些纤维可以类似纺织品那样被编织成束，并由此通常被称为EAP纱。在使用过程中，EAP的机械构造确定了EAP致动器及其运动能力。例如，可以将EAP形成为长的绞股并围绕单中央电极缠绕。挠性的外部护套将形成致动器的另一电极并且容纳实现所述装置功能所必需的离子流体。当施加电压时，EAP将扩张，从而导致绞股收缩或缩短。可从商业渠道获得的纤维EAP材料的一个例子是由Santa Fe Science and Technology制造，其作为PANIONTM纤维出售，这在美国专利No，6,667,825中有描述，该专利在此通过引用全部并入本文。
图2A和2B示出了由纤维束形成的EAP致动器100的一个示例性实施例。如图所示，所述致动器100大致包括挠性导电外护套102，该外护套102为具有形成于其上的相对的绝缘端帽102a和102b的细长圆柱形构件的形式。但是，所述导电外护套102取决于使用意图可具有各种其它形状和尺寸。如进一步示出的，导电外护套102连接到回流电极108a，并且能量输送电极108b延伸通过其中一个绝缘端帽(例如端帽102a)、经过导电外护套102的内腔并进入相对的绝缘端帽(例如端帽102b)。所述能量输送电极108b可以为例如铂阴极导线。所述导电外护套102还可包括设置在其中的离子流体或凝胶106，用于将能量从能量输送电极108b输送到设置在外护套102内的EAP纤维104。特别的，几个EAP纤维104平行布置，且在端帽102a、102b之间延伸并进入每个端帽102a、102b。如上所述，各纤维104可以各种方位布置，以提供需要的结果，例如径向扩张或收缩，或者弯曲运动。在使用过程中，能量可以通过有源的能量输送电极108b和导电外护套102(阳极)传递到致动器100。该能量将导致离子流体中的离子进入EAP纤维104，由此使纤维104沿一个方向(例如径向)扩张，这样每个纤维104的外径增大，而在横向方向(例如径向)收缩，这样各纤维的长度减小。结果，端帽102a、102b被拉向彼此，由此收缩和减小挠性外护套102的长度。
另一种类型的EAP是层压结构，该层压结构由一层或多层EAP、设置在每层EAP之间的一层离子凝胶或离子流体、以及固定到该结构的一层或多层挠性导电板(诸如正的板电极和负的板电极)组成。当施加电压时，层压结构沿一个方向扩张，并且在其横向或垂直方向收缩，由此导致连接到该结构上的一个或多个挠性板根据该EAP相对于它们的构造而缩短或加长，弯曲或挠曲。可从商业渠道获得的层压EAP材料可以从作为SRI Laboratories的一个部门的ArtificialMuscle Inc.获得。板状EAP材料(被称为薄膜EAP)也可以从日本的EAMEX获得。
图3A和3B示出了由层压件形成的EAP致动器200的一个示例性实施例。首先参照图3A，所述致动器200包括多层(例如图示为五层210、210a、210b、210c、210d)层压EAP复合材料，这些层通过在其间设置的粘合剂层103a、103b、103c、103d彼此附着。在图3B中更详细的显示了其中一个层(例如层210)，并且如图所示，层210包括第一挠性导电板212a、EAP层214、离子凝胶层216以及第二挠性导电板212b，所有这些层彼此固定形成层压复合材料。该复合材料还包括分别连接到所述挠性导电板212a、212b的能量输送电极218a和回流电极218b，如图3B进一步显示的。在使用过程中，能量可以通过有源的能量输送电极218a传递到致动器200。该能量将导致离子凝胶层216中的离子进入EAP层214，由此使层214沿一个方向扩张，而在横向方向收缩。结果迫使挠性板212a、212b挠曲或弯曲，或者与EAP层214一起改变形状。
仍参见图1A-1C，任一种类型的致动器都可用于进行狭窄扩张。然而，在一个示范性实施例中，致动器为EAP层压件或者由多个层压件形成的EAP复合材料的形式。虽然致动器的数目和位置可根据使用意图而变化，但在示出的实施例中，细长轴14包括单个致动器16，该致动器16连接到轴14的远端部分紧邻逐渐变细的末端18。致动器16可采用各种手段与轴14配合，并且配合手段取决于致动器的类型。当致动器16是EAP层压件或者EAP复合致动器时，致动器16可围绕轴14缠绕并使用粘合剂或其它配合手段粘附于轴14上。EAP致动器的方位可设置为当能量输送到其上时允许致动器16径向扩张并轴向收缩，从而允许增大致动器16的直径。虽然未显示，致动器16可任选地设置在轴的内腔中和/或嵌入轴14的壁中，或者作为替代，致动器16可与轴14形成为一个整体。在使用时，可将能量输送到致动器16，从而使致动器径向扩张并轴向收缩。虽然各种技术都可用于将能量输送到致动器16，在一个实施例中，致动器可与回流电极和适于将能量从外部电源传递到致动器的输送电极连接。电极可经细长轴14中的内腔延伸，或者嵌入细长轴14的侧壁中，或者它们可沿着细长轴14的外表面延伸。
图4A和4B示出了将装置10用于扩张腔体中的狭窄的示范性方法。如图所示，在致动器16未启动、也就是说处于无能量施加到其上的静止构造的条件下，可将装置10插入体内的腔60中。一旦例如通过对腔体成像而确定了狭窄62的位置，就将致动器16定位在狭窄中。然后可将能量输送到致动器16使致动器16径向扩张，如图4B所示，也就是说，增大致动器16的直径。致动器16径向扩张的量可通过调节输送的能量的大小来控制，并且只要能量持续输送到致动器16，致动器16的径向扩张就可保持。作为致动器16的径向扩张的结果，致动器16将扩张到与狭窄处的纤维组织抵靠，引起组织破裂并扩张狭窄。典型地，当向其输送能量时，致动器16的尺寸可扩张至少大约30％。例如，在某些示范性实施例中，致动器16可具有从未扩张状态的大约16mm到扩张状态的大约25mm的直径范围。当然，致动器16的形状和尺寸可根据使用意图而变化。一旦狭窄被扩张，输送到致动器的能量就可终止，使致动器恢复到其静止构造。如果装置包括形成于其上的一个以上的致动器，其它致动器还可选择性地启动和关闭、单独或者组合在一起进行扩张。
本领域技术人员将会理解本发明基于上述实施例的其它特征和优点。因而本发明并不由已经特别示出和描述的内容限制，而是由后附权利要求表明。在此引用的所有出版物和对比文件通过引用而明确地全部并入本文。

Claims (10)

1.一种组织扩张装置，包括：
基本上为挠性的细长轴，该细长轴具有与手柄连接的近端和适于定位在形成于腔体内的狭窄中的远端；以及
致动器，该致动器围绕挠性细长轴的远侧部分设置，并且在被输入能量时适于沿径向扩张来对狭窄进行扩张。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述致动器包括电活性聚合物。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述致动器具有大致为圆柱形的形状。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述致动器紧邻挠性细长轴的远端设置。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述致动器包括挠性导电外壳，在其中设置有电活性聚合物和离子流体。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述致动器包括至少一个电活性聚合物复合材料，该电活性聚合物复合材料具有至少一个挠性导电层、电活性聚合物层和离子凝胶层。
7.如权利要求1所述的装置，其中，当将能量输送到所述致动器时，该致动器适于沿径向扩张大约30％的尺寸。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述致动器包括与其连接的回流电极和输送电极，所述输送电极适于将能量从能量源输送到致动器。
9.如权利要求8所述的装置，还包括设置在手柄中并与输送电极连接的能量源。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述挠性细长轴的长度在大约4英尺到6英尺范围内。
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