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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Venenklappenersatz und insbesondere
den Venenklappenersatz in unteren Extremitäten.
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Chronische
Veneninsuffizienz (CVI) der unteren Extremitäten ist ein häufiges Krankheitsbild, das
ein ernsthaftes Problem des Gesundheitswesens und ein sozio-ökonomisches Problem darstellt. In
den Vereinigten Staaten gehen jedes Jahr ungefähr zwei Millionen Arbeitstage
verloren, und über
2 Millionen neue Fälle
von Venenthrombose werden jedes Jahr verzeichnet. Außerdem werden
jährlich etwa
800.000 neue Fälle
des Veneninsuffizienzsyndroms verzeichnet werden. Ambulante Behandlungskosten
von etwa 2.000 US-Dollar pro Patient und Monat tragen zu den geschätzten Kosten
von 16.000.000 US-Dollar pro Monat in den USA für die Behandlung von mit CVI
verbundenen Venostase-Geschwüren
bei.
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Es
wird geschätzt,
dass mehr als 3% der Medicare-Population
an einem Grad von CVI leiden, der als nicht heilende Geschwüre manifestiert
ist. Studien haben gezeigt, dass etwa 40% der ernsthaft erkrankten
Personen nicht arbeiten oder sogar das Haus nicht verlassen können, außer um medizinische
Versorgung zu erhalten: es wird geschätzt, dass 0,2% der amerikanischen
Erwerbstätigen
an CVI leiden.
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Chronische
Veneninsuffizienz entsteht aus lang andauernder venöser Hypertonie,
die durch Klappeninsuffizienz und/oder Venenverstopfung sekundär zu Venenthrombose
hervorgerufen wird. Weitere primäre
Ursachen von CVI sind Krampfaderleiden von langer Dauer, Venenhypoplasie
und arteriovenöse
Fistel: die Anzeichen und Symptome von CVI sind dazu verwendet worden,
den Schweregrad der Krankheit einzustufen, und es sind Berichtsstandards ver öffentlicht
worden. Studien zeigen, dass eine Verschlechterung des venösen hämodynamischen
Zustandes mit der Krankheitsschwere korreliert. Durch Ultraschalluntersuchungen
gemessener venöser
Reflux ist die Methode der Wahl bei der ersten Beurteilung von Patienten
mit Schmerzen und/oder Schwellungen in den unteren Extremitäten. Bei
den ernstesten Fällen
von CVI lassen Venostase-Geschwüre auf schlussunfähige Venenklappen
in allen Systemen schließen,
auch bei oberflächlichen,
gemeinsamen, tiefen und kommunizierenden Venen. Diese globale Beteiligung
betrifft mindestens 30% aller Fälle.
Die Standardprinzipien der Behandlung zielen auf die Beseitigung
des venösen
Reflux. Auf der Grundlage dieser Beobachtung wird die therapeutische
Intervention am besten durch Untersuchung des Ausmaßes der
Klappeninsuffizienz und der anatomischen Verteilung des Reflux bestimmt.
Klappeninsuffizienz ist ein Hauptbestandteil von venöser Hypertonie
und tritt bei etwa 60% der Patienten mit einer klinischen Diagnose
von CVI auf.
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Der
endovaskuläre
Klappenersatz bezieht sich auf ein neues Konzept und eine neue Technologie
bei der Behandlung von Klappenreflux. Das Konzept beinhaltet eine
perkutane Einführung
der Prothesenvorrichtung unter fluoroskopischer Führung. Die
Vorrichtung kann mit Führungsdrähten und
Kathetern zu der intravaskulären
Stelle geführt
werden. Das Einsetzen an einer ausgewählten Stelle kann ausgeführt werden,
um Klappeninsuffizienz zu korrigieren. Eine perkutane Platzierung
eines neuen Klappenapparates bietet im Vergleich zu einer chirurgischen
Transposition oder einer offenen Wiederherstellung einer Klappe
eine weniger invasive Lösung.
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Das
moderne Konzept eines Stents wurde in den sechziger Jahren eingeführt. Später ist
es erfolgreich in die Behandlung von arteriellen Aneurysmen und
Verschlusskrankheiten aufgenommen worden. Die Verwendung von endo vaskulären Stents
stellt eine der bedeutendsten Veränderungen auf dem Gebiet der
Gefäßchirurgie
seit der Einführung
von chirurgischen Transplantationsverfahren in den frühen fünfziger
Jahren dar.
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Am
Anfang galt das Hauptinteresse der Gefäßspezialisten der Anwendung
von Stents im Arteriensystem. Das Venensystem und Venenkrankheiten wurden
nicht als Bereiche für
die Stentanwendung angesehen. Die Nutzung endovaskulärer Behandlung
bei Venenkrankheiten wurde zunächst
auf die Behandlung von Verstopfung in den Beckenvenen [bei CVI]
sowie auf die Behandlung von verstopften Hämodialysezugangs-Transplantaten
und die Dekompression von Pfortaderhochdruck (TIPS) beschränkt. Obwohl
diese Verfahren weit verbreitet Anwendung finden, ist die tatsächliche
Anzahl davon betroffener Patienten verglichen mit der Anzahl der an
CVI und dem verwandten Syndrom leidenden Patienten relativ gering.
Daher entstand die Notwendigkeit einer Therapie, die eine endovaskuläre Technik zur
Behandlung von Venenkrankheiten verwendet. Die weite Verbreitung
von CVI und das Ausmaß ihrer Auswirkungen
erfordern die Entwicklung einer effektiven alternativen Therapie.
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Auf
dem Gebiet der endovaskulären
Behandlung hat keine vorhergehende Technik eine Ersatzklappe und
einen Stent in einer perkutan platzierten Vorrichtung effektiv kombiniert.
Tatsächlich
hat das Erkennen des Bedarfs an einer Vorrichtung, einem System
und einem Anwendungsverfahren dieser Art gefehlt. Versuche zur Wiederherstellung
von Venenklappen sind nicht häufig.
Tatsächlich
sind minimal invasive Wiederherstellungs- oder Ersatzverfahren ziemlich
selten. Dies liegt teilweise an der geringen Verfügbarkeit
von prothetischen Venenklappen in der passenden Größe und Ausgestaltung.
Das US-Patent 5.500.014 beinhaltet eine ausgezeichnete Erörterung
der verschiedenen Versuche, prothetische Venenklappen bereitzustellen. Für die Anatomie
von Venenklappen enthält
auch die Abhandlung Venous Valves von R. Gottlob und R. May, veröffentlicht
im Springer Verlag, Österreich,
1986, ein ausgezeichnetes Literaturverzeichnis. Das '014-Patent offenbart
eine biologische Klappenprothese, die durch eine chemisch gebundene,
biologisch gewonnene Gefäßstütze definiert
ist, die mindestens eine integral geformte Gewebeklappe besitzt.
Die Klappenprothese ist mit einem Stützkäfig ausgestattet, von dem verschiedene
Konfigurationen offenbart sind. Das US-Patent Nr. 5.855.601 ist
auf eine künstliche
Herzklappe sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung für deren
Implantation ausgerichtet. Die offenbarte Klappe weist ein relativ
starres, selbsttätig
expandierendes Stentelement auf, das eine zylindrische Gestalt und
eine darin angeordnete flexible Klappe besitzt. Die Klappe weist
einen zirkulären
Abschnitt auf, der eine Mehrzahl von Klappensegeln besitzt, die
von der Peripherie zum Zentrum der Klappe verlaufen. Der Durchmesser
des zirkulären
Abschnittes ist im Wesentlichen derselbe wie der Innendurchmesser
des Stentelementes, wenn das Stentelement expandiert ist.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Ersatzklappenvorrichtung,
die für eine
Implantation in einem Venenlumen konfiguriert ist, wobei die Klappenvorrichtung
einen selbsttätig expandierenden
Stent und eine Mehrzahl von flexiblen Elementen aufweist, wobei
die einzelnen flexiblen Elemente konform sind, sodass sie mit wenigstens einem
anderen flexiblen Element zusammenwirken, um Gefäßfluid durch die Klappenvorrichtung
unidirektional einzulassen und um einen Rückfluss des Gefäßfluids
durch die Klappenvorrichtung zu verhindern, dadurch gekennzeichnet,
dass der Stent einen bulbusförmigen
Abschnitt aufweist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
einer Ersatzklappen vorrichtung für
die Implantation in ein Venenlumen und für eine Funktion als Rückschlagklappe,
wobei die Klappenvorrichtung eine Mehrzahl von flexiblen Elementen
umfasst, wobei alle flexiblen Elemente konform sind, sodass sie
mit dem anderen wenigstens einen flexiblen Element zusammenwirken, um
Gefäßfluid unidirektional
durch die Klappenvorrichtung einzulassen, wobei das Verfahren die
folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen eines flexiblen,
biologisch verträglichen Materials;
Konstruieren
einer Mehrzahl von flexiblen Elementen aus dem flexiblen Material;
und
Anordnen der flexiblen Elemente in einem bulbusförmigen Abschnitt
eines röhrenförmigen Elementes
mit wenigstens einer Stufe, sodass es als direktionale Strömungsklappe
dient.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Abschnittes eines Venensystems.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Abschnittes
eines Venensystems mit einer geschlossenen Venenklappe.
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Abschnittes
eines Venensystems.
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4 ist
eine schematische Darstellung eines Abschnittes eines Venensystems.
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5 ist
eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Abschnittes
eines Venensystems mit einer geöffneten
Venenklappe.
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6 ist
eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Abschnittes
eines Venensystems, die ein Einsetzsystem für eine Vorrichtung der Erfindung
zeigt.
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7 ist
eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Abschnittes
eines Venensystems, die eine eingesetzte Vorrichtung der Erfindung
zeigt.
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8 ist
eine schematische Ansicht eines Venenklappenersatzes.
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9 ist
eine schematische Ansicht eines alternativen Venenklappenersatzes.
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10 ist
eine schematische Ansicht eines Venenklappenersatzes, die die Winkelbeziehungen der
Elemente veranschaulicht.
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11 ist
eine Draufsicht von oben, die entlang der Linie 11-11 von 9 aufgenommen
ist.
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12 ist
eine schematische Aufrissansicht eines Venenklappenersatzes.
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13 ist
eine schematische Ansicht von verschiedenen Ausführungsformen der Platzierung von
Klappenmaterial.
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14 ist
eine schematische Ansicht eines mehrstufigen Venenklappenersatzes.
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15 ist
eine Seitenrissansicht eines zweistufigen Venenklappenersatzes mit
sechs Verstrebungen.
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16 ist
eine Seitenrissansicht eines zweistufigen Venenklappenersatzes mit
sechs Verstrebungen und Kegelstumpf.
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17 ist
eine Fotoabbildung einer Ausführungsform
der Erfindung in vivo.
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18 ist
eine Fotoabbildung einer Ausführungsform
der Erfindung in vivo.
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19 ist
eine Fotoabbildung einer Ausführungsform
der Erfindung in vivo.
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20 ist
eine Fotoabbildung einer Ausführungsform
der Erfindung in vivo.
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21 ist
eine Fotoabbildung einer Ausführungsform
der Erfindung in vivo.
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22 ist
eine Fotoabbildung einer Ausführungsform
der Erfindung in vivo.
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23 ist
eine Fotoabbildung einer Ausführungsform
der Erfindung in vivo.
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24 ist
eine perspektivische Ansicht eines Venenklappenersatzes.
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25 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Herstellung eines Venenklappenersatzes
darstellt.
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26 ist
ein Ablaufdiagramm, das den Herstellungsprozess und den Einbau eines
Venenklappenersatzes darstellt.
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27 ist
eine Seitenrissdarstellung eines Venenklappenersatzes der Erfindung.
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28 ist
eine typische Größenansicht
der Erfindung gemäß 27.
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Es
wird eine für
optimierte Gestaltung und Passung konzipierte Ersatzklappenvorrichtung
zur Verfügung
gestellt, die für
eine Implantation in einem Gefäßlumen konfiguriert
ist. Die Klappenvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von flexiblen
Elementen, wobei die einzelnen flexiblen Elemente so angeordnet sind,
dass sie mit wenigstens einem anderen flexiblen Element zusammenwirken,
um Gefäßfluid durch die
Klappenvorrichtung unidirektional einzulassen. In einer Ausführungsform
weist wenigstens ein Abschnitt von einem der flexiblen Elemente
natürliches Skleragewebe
auf. In weiteren Ausführungsformen weisen
die flexiblen Elemente wenigstens einen Abschnitt aus SIS oder anderem
bekannten biologisch verträglichen
Mate rial auf. Verfahren zur Herstellung der flexiblen Elemente sind
ebenfalls vorgesehen.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
Erfinder haben eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren für das Einsetzen
einer Stent- und Klappenvorrichtung erfunden, wobei verschiedene
Materialien verwendet werden, die einen ausgezeichneten Preis haben,
biologisch verträglich
und einfach in der Nutzung sind. In einer Ausführungsform ist ein Stent zusammengesetzt,
der ausgezeichnete Längen-
und Stabilitätseigenschaften
sowie ein verbessertes Profil zur leichteren Platzierung und automatischen
Entfaltung an der gewünschten
Stelle besitzt. Die Vorrichtung ist nicht auf die Platzierung an
einer vorherigen Klappenstelle angewiesen, sondern kann aufgrund
der Selbstexpansionsmerkmale und der verbesserten Anti-Migrationseigenschaften der
Vorrichtung entweder benachbart oder distal zu der Stelle der schlussunfähigen Klappe
eingesetzt werden.
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Die
Verwendung des für
den endovaskulären Klappenersatz
gewählten
Materials in dieser Vorrichtung stellt eine einzigartige Anwendung
einer biologisch verträglichen
Substanz dar. Ganz gleich, ob das Material aus Elastomer, Sklera,
submukösem Dünndarm (SIS),
anderem Säugetiergewebe
oder anderem geeigneten Material geformt ist, dient die Venenstentvorrichtung
dieser Erfindung als Ersatz für
degenerierte Venenklappen, die durch Thrombose oder kongenitale
Hypoplasie verändert
worden sind. Die Klappenprothese in dem selbsttätig expandierenden Stent wird
perkutan mit einem kleinen Kathetereinführsystem eingeführt. Eine
Rechtfertigung für
die Entwicklung dieser Erfindung basiert auf der Häufigkeit
von Venenerkrankungen, bei denen es an adäquater endovaskulärer Therapie
mangelt. Patienten, die chirurgisch therapiert werden, un terziehen sich
einem invasiveren Verfahren, das höhere Kosten und weitere zahlreiche
potentielle Komplikationen mit sich bringt. Die minimal invasive
Technik dieser Erfindung wird die Länge des Krankenhausaufenthaltes
verringern, die Gesamtkosten senken und eine beinahe unmittelbare
Rückkehr
zur normalen Tätigkeit
ermöglichen.
In der Tat wird davon ausgegangen, dass die Verfügbarkeit dieser Behandlung das
Leben vieler Menschen dramatisch verändern wird, einschließlich derjenigen,
die eventuell nicht in der Lage gewesen sind, sich den vorigen chirurgischen
Techniken zur Wiederherstellung oder zum Ersatz von beschädigten Venenklappen
zu unterziehen.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines beispielhaften Abschnittes 10 eines
menschlichen Venensystems. In dem Venensystemabschnitt 10 ist
eine typische Venenklappe 15 veranschaulicht und in einer
geschlossenen Position gezeigt. Wie sich von selbst versteht, verläuft der
Blutfluss durch das Venensystem 10 in Richtung der Pfeile 17,
wobei der dominante Druck durch ein Symbol P1 veranschaulicht
ist. Obwohl das Venensystem dazu bestimmt ist, den Blutfluss von
den Extremitäten
zurück zum
Herzen sicherzustellen, veranschaulicht 1 außerdem das
Phänomen
eines Rückflusses
und Rückdruckes,
das in dem Venensystem vorhanden und durch das Symbol P2 veranschaulicht
ist. Die Ausgestaltung von schlussfähigen menschlichen Venenklappen
berücksichtigt
diesen Rückdruck.
Folglich bietet die Konfiguration der bikuspidalen Venenklappe 15 Platz
für das
Ansammeln des Blutes an einer Mehrzahl von Stellen, von denen jede
als Klappensinus 22 bekannt ist. Das zeitweilige Ansammeln von
Blut in jedem Sinus bzw. jeder Tasche verursacht einen Rückdruck
gegen die Klappensegel und erleichtert den Verschluss der freien
Ränder 27 des Klappensegels.
Obwohl die deutliche Mehrheit der menschlichen Venenklappen bikuspidalen
Typs ist, ist zu beachten, dass bestimmte Venenklappenformati onen
beim Menschen auch andere als bikuspidale Konfigurationen aufweisen
können.
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2 ist
eine Schnittansicht, die entlang der Linie 2-2 von 1 aufgenommen
ist. Aus 2 ist ersichtlich, dass die
freien Ränder 27 des
Segels 29 der Klappe 15 im Wesentlichen geschlossen
sind und ihnen die Aufrechterhaltung dieses Verschlusses durch den
Druck des Blutes, das sich in den Klappensinusbereichen 22 ansammelt,
erleichtert wird. Es ist erkennbar, dass die freien Ränder 27 des
Klappensegels eigentlich eher eine wellige Form als eine lediglich
im Wesentlichen gerade Form über
den Durchmesser der Klappe aufweisen können, wenn sie im Schnitt betrachtet
werden. Wie in der in 3 schematisch dargestellten
gesunden Venenklappe gezeigt, beträgt die vertikale Länge L des
Segels 29 der Klappe 15 häufig wenigstens etwa den zweifachen Durchmesser
d des entsprechenden Blutgefäßes. Dieses
Verhältnis
ist, obwohl nicht absolut, ziemlich häufig. Außerdem können die freien Ränder 27 der Klappensegel
der bikuspidalen Klappe 15, wenn diese geschlossen ist,
einander über
eine Länge
berühren,
die in etwa 1/5 bis 1/2 des Venendurchmessers d an der Stelle der
einzelnen Klappe entspricht. Daher nutzt die natürliche menschliche bikuspidale
Venenklappe in einem schlussfähigen
Zustand sowohl den Axial- und Rückdruck
des Blutes in dem Klappensinus als auch den Kontakt der sehr langen
freien Enden der Klappensegel, um den Verschluss aufrechtzuerhalten.
Mit anderen Worten wird der Kontakt der freien Enden durch den Axialdruck
weiter erhöht,
der durch das Gewicht und Volumen der Blutansammlung in den Sinusbereichen
erzeugt wird.
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Eine
Nachbildung dieses Phänomens
ist im Allgemeinen jenseits der technischen Leistungsfähigkeit
von bekannten Vorrichtungen oder Prothesen gewesen. Die Schwierigkeit
ist besonders erheblich angesichts der Anatomie des Venenklappensystems und
insbesondere der Beschaffenheit der Venen selbst. Ein Beispiel für die Schwierigkeit,
die mit dem Venenklappenersatz einhergeht, betrifft die Gestalt der
Venen in dem Venensystem. Tatsächlich
besitzen Venen im Innern des Körpers
Querschnitte von elliptischer Gestalt, besonders an den Venenklappenstellen.
Dies liegt am Zusammenspiel der Haut, der subkutanen Faszie und
anderen Gewebes, das die Venen zu den Muskeln drückt, oder die Muskeln drücken die
Venen zum Knochen. Dies hat zur Folge, dass die freien Enden der
Klappensegel im Allgemeinen entlang der Längsachse der oben beschriebenen
Ellipse ausgerichtet sind. Deshalb erfordert das richtige Einsetzen
bzw. die Wiederherstellung von Venenklappen eine präzise Ausrichtung
in dem Gefäß. Wie aus
der obigen Beschreibung hervorgeht, wird die optimale Apposition
der freien Enden der Venenklappensegel erreicht, wenn die Klappensegel auf
den längsten
Durchmesser der Ellipse ausgerichtet sind. Das Venensystem weist
außerdem,
wie in 3 gezeigt, eine leichte Verdickung der Gefäßwand nahe
jeder Venenklappe auf. 4 veranschaulicht den Venensystemabschnitt 10,
der mit dem in 1 gezeigten korrespondiert,
aber mit der Venenklappe 15 in einer geöffneten Konfiguration und einem
normalen Blutfluss durch die Klappe dargestellt ist. 5 veranschaulicht, ähnlich wie 2, die
Funktion der freien Enden 27 der Segel der Klappe 15.
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6 veranschaulicht
eine Ausführungsform
einer Technik zum Einsetzen einer Klappe und eines Stents in ein
Venensystem gemäß der Erfindung.
In dieser Figur umfassen Kathetermittel 38 einen Abschnitt
eines Eingriffssystems, das durch verschiedene Führungstechniken die Platzierung
und die Entfaltung einer Stent- und Klappenvorrichtung 43 an
einer optimalen Stelle in dem typischen Venensystem 10 erleichtert.
Es versteht sich, dass die optimale Stelle zur Platzierung der Stent-
und Klappenvorrichtung 43 im Allgemeinen in unmittelbarer
Nähe zu
vorhandenen Stellen von Venenklappen im Körper des Pati enten liegt, der
die Stent- und Klappenvorrichtung erhält. Dennoch ist klar, dass
es durch die Anwendung der Lehren dieser Erfindung möglich ist, eine
Stent- und Klappenvorrichtung 43 weiter zu optimieren und
möglicherweise
anzupassen, sodass sie sich zur Platzierung an verschiedenen Stellen entsprechend
der Anatomie der Patientenvene an den spezifischen Stellen eignet.
Eine weitere Erörterung
dieses Kennzeichens der Erfindung ist nachstehend aufgenommen. 6 veranschaulicht
die Stent- und Klappenvorrichtung 43, wobei der Stentabschnitt
teilweise von den Kathetermitteln 38 entfaltet ist.
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7 ist
eine typische schematische Darstellung eines Venenabschnittes 10,
wie in 6 gezeigt, mit einer darin vollständig entfalteten
Stent- und Klappenvorrichtung 43. In dieser Ausführungsform
umfasst der Stentabschnitt 51 der Stent- und Klappenvorrichtung 43 eine
funktionell einheitliche, netzartige Konstruktion. Wie nach dem
Stand der Technik selbstverständlich
ist, kann Stentmaterial entsprechend dem Lumen oder der anderen
Gewebestruktur, für
deren Unterstützung
es bestimmt ist, variieren. In diesem Fall bietet der Stentabschnitt 51 für das innere
Lumen des Venenabschnittes 10 ausreichend Platz, um dem
Klappenabschnitt 55 einen genügenden Durchmesser zu geben,
sodass er richtig als künstliche
Venenklappe funktionieren kann. In 7 ist der
Klappenabschnitt 55 in einer geschlossenen Position dargestellt.
Die Erfinder haben jedoch bestimmte optimale Merkmale und Eigenschaften
für die
Stent- und Klappenvorrichtung 43 entdeckt, welche weitere
Verbesserungen gegenüber
der in 7 veranschaulichten Ausführungsform darstellen können, obwohl
sie entsprechend der Ausgestaltung und den Erfordernissen des Patienten
variieren können.
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Die
Größe einer
bevorzugten Stent- und Klappenvorrichtung 43 wird primär durch
den Durchmesser des Gefäßlumens
(vorzugsweise bei einer gesunden Klappen-Lumen- Kombination) an der beabsichtigten Implantationsstelle
sowie die gewünschte
Länge der
gesamten Stent- und Klappenvorrichtung bestimmt. Dieses letztere
Merkmal dient der optimalen Platzierung, indem die beste Stabilität während der
Verwendung erreicht wird. Somit ist eine Initialdiagnostik der Stelle
der natürlichen
Venenklappen im Körper
des Patienten für
mehrere Aspekte der Prothesenausgestaltung bestimmend. Zum Beispiel wird
die Stelle die Anzahl abstützender
Verstrebungen, die Art des gewählten
Klappenmaterials, die Größe des zum
Einsetzen verwendeten Instruments (French-Kathetergröße oder
andere Einsetzmittel) und die Eigenschaften der sinusartigen Klappentaschen
bestimmen. Diese und andere Faktoren müssen entsprechend den Erfordernissen
des Patienten berücksichtigt
werden. In einer Ausführungsform
haben die Erfinder algorithmische Mittel zur Bestimmung der richtigen
Passung und Anpassung von Klappen verwendet, die sich zum Ersatz
von schlussunfähigen
oder insuffizienten Klappen im Körper
des Patienten eignen. Eine weitere Erörterung dieses Verfahrens wird
hier wiederum nachstehend dargelegt.
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Eine
typische Stent- und Klappenvorrichtung ist in 8 abgebildet.
In dieser Zeichnung ist die Stent- und Klappenvorrichtung 61 zur
Veranschaulichung der Vierpunkt-Verbindung des gewählten Klappenmaterials 73 an
den Verbindungsstellen 80 am Stentrahmen 84 vereinfacht
dargestellt. Der Stentrahmen 84 wiederum ist in einer sehr
vereinfachten Form abgebildet, die jedoch ausreicht, um die Schwierigkeit
zu veranschaulichen, wenn er nur eine sehr geringe Anzahl von Verbindungsstellen 80 besitzt.
Dies ist schwierig, da es wichtig ist, dass die Klappensinusse das
Blut über
der Klappe halten, wenn die Klappe geschlossen ist. Andernfalls
besteht ein als Reflux bekannter Zustand. Offensichtlich bietet
eine Einpunkt-Verbindung
an dem Stentrahmenabschnitt neben der Lumenwand wahrscheinlich keine
ausreichende Abdichtung des Klappenmaterials an der Wand, um einen
Rückfluss
von Blut an der Klappe vorbei zu verhindern. Tatsächlich ist
festgestellt worden, dass eine Mehrpunkt-Verbindung des Klappenmaterials
an der Stentstruktur erforderlich ist, um die natürliche schlussfähige Klappe
richtig nachzubilden.
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Mit
Bezug auf 9 und 10 umfassen ein
einstufiger Stent und eine Klappenvorrichtung 86 mehrfache
Verbindungspunkte 91 für
das gewählte Klappenmaterial 89 entlang
verschiedener Verstrebungen 93 der Stentrahmenstruktur 95.
Die Anzahl der Verstrebungen kann zwischen lediglich einzelnen Verstrebungen
und bis zu acht oder zehn Verstrebungen oder sogar mehr variieren,
wie es jeweils entsprechend der Lumengröße der Vene angebracht ist. Durch
die Verwendung von Klappenmaterial, das entweder natürlich vorkommendes
Skleragewebe oder natürlich
vorkommenden submukösen
Dünndarm
(SIS) oder andere vergleichbare Materialien oder eine Kombination
davon umfasst, ist es möglich, zwischen
etwa sechs bis zwölf
Verstrebungen zu verwenden und die Stent- und Klappenvorrichtung 86 mit
Hilfe eines ungefähr
zehn bis vierzehn French großen
Katheter-Einführsystems
einzusetzen.
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Eine
weitere Betrachtung bei der Ausgestaltung und Konstruktion der Stent-
und Klappenvorrichtung 86 betrifft den Winkel, in dem sich
das Klappenmaterial von der ringsum verlaufenden Wand, d. h. der
inneren Venenwand, ausdehnt. In 10 ist
eine partielle Stentrahmenstruktur als vertikale Wandverstrebung 101 dargestellt,
die der elastischen Membran und den Endothelzellen der Innenwand
eines Venenblutgefäßes entspricht.
Klappenmaterial 105 ist abgebildet, wie es sich von einem
Abschnitt der Verstrebung 101 mit einer ersten Seite 107 ausdehnt,
die dem lumenalen Teil entspricht, der dem Lumen des Gefäßes gegenüberliegt,
und einem parietalen Teil 109, der der Wand des Gefäßes gegenüberliegt.
Somit ist der zwischen der Verstrebung 101 (die der Venenwand
ent spricht) und dem Klappenmaterial 105 gebildete Winkel
als Winkel V definiert, wie in 10 gezeigt.
Der normale Blutfluss durch den Stent und die Klappenvorrichtung 86 gemäß Abbildung
in 10 verläuft
in Richtung des Pfeils F. Daher entspricht der Winkel V dem Winkel,
in dem sich die Venenklappenstruktur von der lumenalen Wand einer natürlichen
Venenklappe ausdehnt. Obwohl verschiedene Verbindungswinkel vorkommen,
wird angenommen, dass in der Zone des Verbindungsbereiches des natürlichen
Klappenwalls (der dem Bereich 113 von 10 entspricht)
der Winkel V in einem Bereich von etwa 35° bis 70° liegt. Außerdem sollte beachtet werden,
dass der lumenale Teil einer natürlichen
Venenklappe bei einem menschlichen Patienten eine Vielzahl von kryptenartigen
Spalten umfasst, die außerdem
Mittel zum Einfangen und Aufnehmen des Blutes bieten, das sich in
den Klappensinusbereichen ansammelt. Diese Krypten kommen nicht
auf der parietalen Seite der Klappe vor. Somit ist es unabhängig davon,
welcher Winkel für
eine künstlich hergestellte
Venenklappe gewählt
wird, zusätzlich wichtig
zu bemerken, dass es keine Offenbarung von irgendeinem bekannten
früheren
künstlichen
Klappensystem gibt, wie der Winkel V und die Kryptenstruktur anzupassen
sind. Dennoch ist es möglich, soweit
eine natürlich
vorkommende und nicht thrombolytische Substanz für ein Klappenmaterial verwendet
werden kann, dass die Struktur Unterstrukturen aufweisen kann, die ähnlich wie
die Sammeleigenschaften der natürlich
vorkommenden Krypten funktionieren. Wird zum Beispiel das Klappenmaterial 105 unter
Verwendung von natürlichem
Gewebe wie beispielsweise des oben erwähnten SIS oder Skleragewebes
an Stelle von Kunststoff- oder Elastomermaterial hergestellt, dann
kann der erhöhte
Nutzen der Gewebestruktur, die als Pseudokrypten dient, tatsächlich noch
nicht verwirklichte Vorteile in einer Venenklappenstruktur bieten.
Es sollte außerdem
verstanden werden, dass ein solcher Vorteil in Abhängigkeit
von den Kostenbegren zungen und Herstellungstechniken, die mit der
Herstellung der hierin offenbarten Erfindungen einhergehen, noch
genauer nachgeahmt werden kann. Es ist bemerkenswert, dass diese
und andere Kennzeichen der Erfindung auch zur Platzierung in einer
nicht venösen
Klappenvorrichtung geeignet sein können. 11 veranschaulicht
eine Draufsicht von oben von 9, in der die
Verbindungspunkte angedeutet und die freien Enden 27 der
Klappenmaterialsegel in Apposition gezeigt sind.
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12 und 13 veranschaulichen
den optionalen Radius R, der an den freien Enden 27 des Klappenmaterials 89 gebildet
werden kann. Eine bestimmte Radiusgröße ermöglicht in Abhängigkeit
von der Größe der Vorrichtung
und der Verwendungsstelle eine verbesserte Funktionalität für eine Klappen- und
Stentvorrichtung. 13 deutet außerdem verschiedene Optionen
für Befestigungsstellen
der freien Enden 27 an den Stentrahmenelementen an. Es kann
jede dieser Optionen gewählt
werden, obwohl eine bevorzugte Ausführungsform ebenfalls aus den anderen
Figuren hierin gewählt
werden kann. Es ist zu beachten, dass für bestimmte Anwendungen Klappensinusse
entweder tief oder flach sein können,
und dass die freien Enden des Klappenmaterials entweder zentriert
oder von einem Durchmesser versetzt sein können, wenn sie an den Stentrahmenverstrebungen
oder einer anderen Struktur befestigt werden.
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14 veranschaulicht
eine weitere Stent- und Klappenvorrichtung 133. Die Erfinder
erkannten, dass während
der Entfaltung unter bestimmten Bedingungen die selbsttätig expandierende
Rahmenstruktur 137 und die marginalen Halteelemente 140 ungeeignet
sind, um einen vorübergehenden Kontrollmangel
zu verhindern. Laut Abbildung wird sich die Rahmenstruktur 137 entsprechend
dem auf den Rahmen in den Axialrichtungen ausgeübten Druck dehnen und zusammenziehen,
wie es durch die Symbole E und C in 14 gezeigt
ist. Insbesondere wenn eine Einzelstapelvorrichtung aus einem Einsetzinstrument
herausgelassen oder auf andere Weise davon befreit wird, kann die
Vorrichtung in einem unerwünschten
Ausmaß expandieren.
Dies kann während
und nach der Entfaltung einen Stabilitätsmangel zur Folge haben. Um
diese Schwierigkeit zu bewältigen,
ist eine Doppelstapelvorrichtung 133 vorgesehen. Wie gezeigt,
ist die Vorrichtung 133 mit Klappenmaterial 146 konfiguriert,
das derart angeordnet ist, dass die freien Enden 153 eher
unmittelbar an einem Ende 149 der Vorrichtung als tiefer
im Volumen der Vorrichtung liegen. Wie in Bezug auf 13 bemerkt
wurde, ist es möglich,
die Stelle des Klappenmaterials soweit erforderlich zu verändern.
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Die
Doppelstapeleigenschaft dieser Vorrichtung ermöglicht die Entfaltung eines
Stapels sowie das Einrasten und die stabile Verankerung des eingesetzten
Stapels, bevor der zweite Stapel befreit wird. Der zweite Stapel
wird jedoch an der Stelle gehalten, bevor er durch das Einsetzmittel,
z. B. ein Katheter-Einführsystem,
losgelassen wird.
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15 und 16 veranschaulichen
Stent- und Klappenvorrichtungen 167, ähnlich wie diejenige, die in 14 dargestellt
ist, die aber lediglich sechs Verstrebungen 174 pro Stapel
bzw. Stufe besitzen. Diese Vorrichtungen sind mit Randdrähten oder
anderen dünnen
Haltemitteln 181 konfiguriert, die eine Verbindung durch Ösenschlaufen 184 an
jeder Verstrebung vorsehen. Die Kegelstumpfanordnung von 16 kann
in bestimmten Geometrien von Venenstellen besonders nützlich sein. 15 und 16 offenbaren
jeweils eine ausgezeichnete Ausgestaltung zur Verwendung als eine
modulare Konstruktion zum kontrollierten Entfalten. In der Tat ist
solch eine Konstruktion, wie sie in 15 abgebildet
ist, mit ausgezeichneten Ergebnissen für Stabilität und Klappenbetrieb in vivo
getestet worden.
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Beispiel 1
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17 ist
eine Fotoabbildung eines Venensystemabschnittes in vivo, in den
eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
eingesetzt wird, aufgenommen vom Versuchstier Schwein #5020 mit
dem Imaging-System DigiMed IITM der Firma
Emitron. Die Stent- und Klappenvorrichtung 202 ist in ihrer
komprimierten Konfiguration in dem Einsetzkatheter abgebildet. Die
Vorrichtung 202 ist ungefähr 2 cm lang und besitzt bei
voller Ausdehnung einen Durchmesser von etwa 15 mm. In diesem Beispiel
wird Klappenmaterial verwendet, das SIS enthält, obwohl Sklera bei ähnlichen
Versuchen erfolgreich verwendet wurde. 18 zeigt
die Vorrichtung 202, bei der die erste Stufe 205 entfaltet
ist, um eine stabile Plattform zu errichten, und eine zweite Stufe 208 (mit
dem Klappenmaterial darin) beim Entfaltungsprozess. 19 zeigt
die voll expandierte Vorrichtung 202, die sich dem inneren
Lumen der Venenstelle angepasst und das Klappenmaterial in Position
gebracht hat. 20 ist eine weitere Ansicht
der Vorrichtung 202 während des
systolischen Blutflusses durch die Vorrichtung 202, und
mit dem Messinstrument 213 des Imaging-Systems, das in
einem Verifikationsmodus gezeigt ist, um die richtige Entfaltung
sicherzustellen. Die Verifikation der Klappenfunktionalität ist ebenfalls in 21 abgebildet.
In dieser Figur ist der Venenabschnitt während der Diastole gezeigt,
wobei das Blut sich in den Klappensinusbereichen 220 und 221 ansammelt
(aufgrund der Ausrichtung des Bildes teilweise verdeckt). 21 veranschaulicht
deutlich die antiretrograde Eigenschaft der Vorrichtung 202 gemäß verschiedenen
Lehren der Erfindung.
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Beispiel 2
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22 ist
eine Fotoabbildung eines Venensystemabschnittes in vivo, in dem
eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
eingesetzt wird, aufgenommen vom Versuchstier Schwein #5022 mit
dem Imaging-System DigiMed IITM der Firma
Emitron. Die Stent- und Klappenvorrichtung 202 ist in ihrer
teilweise entfalteten Konfiguration in dem Einsetzkatheter abgebildet.
Die Vorrichtung 202 ist ungefähr 2 cm lang und besitzt bei
voller Ausdehnung einen Durchmesser von etwa 15 mm. In diesem Beispiel
wird Klappenmaterial verwendet, das SIS enthält, obwohl Sklera bei ähnlichen
Versuchen erfolgreich verwendet wurde. 22 zeigt
die Vorrichtung 202, bei der die erste Stufe 205 entfaltet
ist, um eine stabile Plattform zu errichten, und eine zweite Stufe 208 (mit
dem Klappenmaterial darin) beim Entfaltungsprozess. 23 zeigt
die voll expandierte Vorrichtung 202, die sich dem inneren
Lumen der Venenstelle angepasst hat und das Klappenmaterial in Position
gebracht hat. Die Verifikation der Klappenfunktionalität wurde
auf ähnliche
Weise wie diejenige bewiesen, die in 20 und 21 von
Beispiel 1 gezeigt ist.
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Beispiel 3
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Die
Durchführbarkeit
einer Stent-Klappen-Kombination wurde im Labor und am Schweinemodell
untersucht. Ein modifizierter selbsttätig expandierender Stent wurde
mit einem biologisch verträglichen
Material kombiniert, um die Wirksamkeit, Thrombogenizität und Histokompatibilität einer
neuen Prothese zu beurteilen. Das Material wurde in einer sphärischen
Gestalt konfiguriert und in angrenzenden Klappensegeln als zweiklappige
Ausführung hergestellt.
Die Klappensegel wurden mit Nylon 7-0 in Einzelstichnähten an
dem Stent befestigt. Hydrodynamische und barometrische Tests wurden
in einem durchsichtigen röhrenförmigen Apparat
mit variablem pulsierendem Fluss durchgeführt. Nach Bestätigung der
Klappenintegrität
wur de eine animalische Pilotstudie durchgeführt. In Vollnarkose wurden Prothesen
mit dem Markennamen ValvestentTM von einem
jugularen Zugang aus in die distale untere Hohlvene von 4 sechs
Monate alten Schweinen implantiert. Die Tiere wurden auf antikoagulierendem Warfarin
gehalten, um das Risiko einer Embolie zu verringern.
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Im
Anschluss an eine 30-tägige
Beobachtung ohne Mortalität
oder Extremitätenödem wurde eine
zweite Gruppe von 14 Schweinen einer initialen Phlebographie sowie
einer ValvestentTM-Prothesenplatzierung
unterzogen. Nach 30, 60 und 180 Tagen wurden Verlaufsstudien durchgeführt, die
aus Phlebographie, Aufbereitung der unteren Hohlvene und der Iliakalvenen
nach Perfusion zur histologischen Analyse und Autopsie auf Lungenembolus
bestanden.
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Die
initiale hämodynamische
Prüfung
zeigte 10–20%
Reflux, der mit Ausgestaltungsmodifikationen korrigiert wurde. Die
Klappe öffnet
sich mit Niedrigdruck und hält
die Form mit erhöhtem
hydrostatischem Druck oben. Alle Tiere erholten sich ohne Krankheitsfolgen
schnell von dem Implantationsverfahren. Die 30-Tage-Mortalität beträgt 78% (14/18). Ein
Tier starb an maligner Hyperthermie während des operativen Eingriffs,
und drei Tiere starben nach 6–8 Tagen
aufgrund von innerer Blutung im Zusammenhang mit verlängerter
Prothrombinzeit. Die primäre Durchgängigkeit
der Prothesen nach 30 Tagen beträgt
100%. Ein Pilotstent migrierte zu der Lungenarterie, blieb aber
durchgängig.
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Die
Kombination eines selbsttätig
expandierenden Stents und biologisch verträglichen Materials, das sich
zur Bildung eines haltbaren, flexiblen und nicht thrombogenen Klappenersatzes
eignet, der keinen Reflux bildet, scheint durchführbar. Ein perkutanes Einführen einer
solchen ValvestentTM-Prothesenvorrichtung
würde eine
minimal invasive Behandlung einer Klappeninsuffizienz der unteren
Extremitäten ermöglichen.
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24 veranschaulicht
eine Stent- und Klappenvorrichtung 234. Die Vorrichtung 234 besitzt eine
zweistufige Konfiguration des Stents 238, wobei das Klappenmaterial 241 sowohl
in dem Lumen, als auch außerhalb
der Struktur der im Allgemeinen röhrenförmig gestalteten Vorrichtung
angeordnet ist. Dieses Beispiel weist einen relativ flachen Sinustyp auf
und kann eine von verschiedenen Ausführungsformen sein, die eine
duale Anwendung für
sowohl venöse
als auch andere vaskuläre
Einsatzmöglichkeiten,
einschließlich
z. B. einer Vorrichtung zur Behandlung von arteriovenöser Fistel,
besitzen.
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25 ist
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Konfiguration einer Schicht
oder eines anderen Teils aus Klappenmaterial zur Verwendung in Stent-
und Klappenvorrichtungen gemäß dieser
Erfindung. Der Block 263 veranschaulicht, wie Basisgewebe
oder anderes geeignetes Material zur Verwendung als Klappenmaterial
gewonnen und in einer im Allgemeinen ebenen Form 266 zur
späteren
Verarbeitung bereitgestellt wird. In Block 272 wird das
Material über
konvexe/konkave Gestaltungsmittel weiter geformt, um eine optimale
Konkavität
zur Verwendung in der passend großen und gestalteten Klappensinuskonfiguration
bereitzustellen. Die Endgestaltung und das Zuschneiden werden in
Block 279 ausgeführt,
in dem die genaue Form zur Verwendung in einem Klappensegel aus
Klappenmaterial ausgebildet wird, einschließlich einer Mehrzahl von gebogenen
und möglicherweise
anderen Randabschnitten. Wie hierin offenbart, können verschiedene Formen von
Sklera in den Ausführungsformen
dieser Erfindung verwendet werden. Sie besitzt in fast jeder Hinsicht
ausgezeichnete Eigenschaften und kann mit sehr geringen Kosten leicht gewonnen
werden. Außerdem
wurde hierin die Verwendung des bekannten Materials erörtert, das
aus submukösem
Dünndarm, auch
als SIS bezeichnet, besteht. Beispiele für dieses Material sind, obwohl
nicht in dieser Verwendung und Anwendung, in den US-Patenten Nr.
4.902.508, 4.956.178, 5.516.533 und 5.641.518 zu finden.
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26 veranschaulicht
eine optionale Technik zur Herstellung der eigentlichen Stent- und
Klappenvorrichtung dieser Erfindung gemäß ihrer beabsichtigten Platzierung
im Körper
eines spezifischen Patienten. Bei dieser Technik ist es möglich, entweder
einige oder alle Schritte zu verwenden. Bei einer vollständigen Verwendung
dieser Methodik wird ein Patient zur Bestimmung der Größe mit Schritt 301 ausgewählt. Die
insuffiziente(n) oder schlussunfähige(n)
Klappenstelle(n) wird/werden anhand von Imaging-Mitteln wie den
hierin bezeichneten oder anderen Systemen mit hochgenauen Leistungsfähigkeiten mit
Schritt 305 ermittelt. Die Größenwerte für optimale Stent- und Klappenkonfigurationen
(308) werden anhand der Imaging-Mittel ermittelt, und die
Werte werden dann entweder gespeichert oder andernfalls an die Mittel
zur Herstellung der Stent- und Klappenvorrichtung übertragen
(311). Bei diesem Prozess können Abgussformen oder andere
Hilfsmittel effektiv verwendet werden. Um die Herstellung des Klappenmaterials
weiter anzupassen bzw. auf eine Art effektiver zu machen, ist erwünscht, eine
Gewebeprobe des Patienten oder ein geeignetes Objekt auszuwählen oder
zu erhalten (315). Die Gewebeprobe kann dann in bekannter
Weise verwendet werden, um einen maßgeschneiderten Klappenabschnitt
bzw. Abschnitte zur späteren
Verwendung in dem ausgewählten
Patienten zu konstruieren bzw. wachsen zu lassen/zu züchten (319).
Lehrbeispiele dieser Gewebetechnik sind in den US-Patenten Nr. 4.996.154, 5.326.357,
5.902.741 und 5.902.829 zu finden.
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Im
Anschluss an das eigentliche Wachsen bzw. Züchten des Klappenmaterials
wird das Material dann mit einem passend großen Stent zusammengesetzt (323)
und an der gezielt ausgewählten
Stelle in dem Patienten platziert (327). Ein Therapieprogramm
aus Überwachung
und Nachbeobachtung (331) dauert so lange, wie es erforderlich
ist. Es wird angenommen, dass die Lehren dieses Verfahrens zur Herstellung
und Verwendung der hierin beschriebenen Vorrichtungen die Behandlung
vieler Menschen aufgrund eines medizinischen Problems von großer Schwere
und kurzer Heilmittelgeschichte sehr erleichtern werden.
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27 veranschaulicht
einen Stent gemäß den Prinzipien
der Erfindung. Wie oben erörtert,
wird die richtige Platzierung und Akkommodation einer Ersatzvenenklappe
durch die Verwendung von Klappen erhöht, die zu der Physiologie
jedes Patienten passen. 27 zeigt
eine Stent- und Klappenvorrichtung 411, die einen zusammengesetzten
Durchmesser mit einem ersten Bereich L1 mit einer Länge besitzt,
die im Allgemeinen mit der korrespondiert, die in 3 als
die angepasste Länge
des spezifischen menschlichen Klappensegelbereiches abgebildet ist. Der
Bereich L1 besitzt in dieser Ausführungsform eine Bulbusform
mit variierendem Durchmesser, die durch Verstrebungen 419 der
Rahmenstruktur 425 gebildet wird. Es ist nachvollziehbar,
dass 27 einen Abschnitt der Klappe schematisch veranschaulicht
und dass die dargestellte Form um die gesamte Vorrichtung herum
verläuft.
Die zweiten Abschnitte L2 werden unter Verwendung der hierin beschriebenen
Passungs- und Anpassungstechniken so bemessen und ausgestaltet,
dass sie jene Abschnitte des inneren Lumens der Vene berühren, die
an die primäre
Klappenimplantationsstelle angrenzen.
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28 ist
ein typisches Größenbeispiel
einer Stent- und Klappenvorrichtung gemäß der in 27 gezeigten
Ausführungsform.
Es ist erkennbar, dass jede menschliche Klappe anders ist, und daher
rührt die
Bedeutung dieser Erfindung, aber dieses Beispiel zeigt ein Muster
von Verhältnissen,
das zur Gestaltung der optimalen Rahmenstruktur nützlich ist.
Wie gezeigt korrespondiert 28 mit 27 und
ist eine Seitenrissansicht, wobei D1 etwa 1,0 cm, D2 etwa 1,25 cm,
H1 etwa 1,25 cm und H2 etwa 2,0 cm betragen.
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Die
Klappen, die zur Platzierung mit den Rahmenstrukturen von 27 und 28 vorgesehen
sind, können
mit jeder bekannten Technik hergestellt werden, obwohl eine bevorzugte
Struktur bzw. Art der Klappenkonstruktion und -vorrichtung der in dieser
ganzen Offenbarung beschriebenen Form entspricht.
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Da
zahlreiche Modifikationen dieser Erfindung gemacht werden können, ist
der Rahmen der Erfindung nicht auf die veranschaulichten und beschriebenen
Ausführungsformen
zu begrenzen. Vielmehr ist der Rahmen der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und
ihre Entsprechungen zu bestimmen.