JP2005502429A - 医療装置のための高分子弁膜構造 - Google Patents

Abstract

弁付きプロテーゼは、支持構造体（１０８）と、支持構造体に接続された複数の柔軟な高分子弁膜（１０７，１０４，１０６）とを有している。この場合、弁膜は、改良された構造的デザインを有している。支持構造体は、複数の交連支持体（１１４，１１６，１１８）と、交連支持体間にあるスカラップ（１２０，１２２，１２４）とを有している。一般に、柔軟な高分子弁膜は、弁膜が支持構造体に対して接続する取付端部（Ａ）で、支持構造体から離れるように突出している。特定の実施形態において、弁膜は、取付端部において、弁軸と直交する面に対して約５°〜約８５°の角度を成している。幾つかの実施形態において、柔軟な高分子弁膜は、弁半径（Ｒ）の約０．３倍〜弁半径（Ｒ）の約０．８倍の接合深さ（Ｄ）を有している。更なる実施形態において、柔軟な高分子弁膜は、弁半径（Ｒ）の約１倍〜弁半径（Ｒ）の約２倍の弁高さ（Ｈ）を有する弁を形成するとともに、弁半径（Ｒ）よりも少なくとも約１ミリメートル長い弁膜長（Ｌ）を有している。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟な高分子弁膜を有する弁付きプロテーゼに関する。また、本発明は、改良された弁膜構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
医師は、様々なプロテーゼを使用して、循環系、特に心臓に関連する問題を解消する。例えば、病変した心臓弁を修復し或いはプロテーゼ装置と交換できることにより、病気や先天的欠陥に起因する心臓弁の欠陥を処置する方法が外科医に与えられた。一般的な処置としては、天然弁を除去して、外科的に人工心臓弁と交換することを挙げることができる。
【０００３】
人工心臓弁の弁膜または閉塞体は、開閉することにより、心臓弁を通じて流れる血流を調節する機能を果たす。一般に、心臓弁の弁膜は、各心臓サイクルに伴って旋回し或いは曲がって弁を開閉しなければならない。心臓弁は、開放して一方向に流し且つ圧力差に応じて閉じて逆流を制限する逆止弁として機能する。
【０００４】
プロテーゼは、組織等の天然材料、合成材料、あるいは、これらの組み合わせによって形成することができる。例えば生体適合性の金属、セラミック、グラファイト等のカーボン材料、ポリエステル等の高分子、これらの組み合わせから、合成材料だけから成るプロテーゼを製造することができる。旋回して弁を開閉する硬質の閉塞体（弁膜）、または、曲がって弁を開閉する柔軟な弁膜を用いて、合成材料だけから成る心臓弁プロテーゼを製造することができる。
【０００５】
硬質の旋回する閉塞体を有する機械的な心臓弁は、耐用年数数が十年に及ぶという利点を有しているが、人工弁上またはその周囲で血液凝固を引き起こすとともに、血栓塞栓症を生じさせる。血液凝固により、急性または亜急性の弁機能障害が引き起こされる虞がある。そのため、機械的な心臓弁を持つ患者は、弁が埋め込まれたままである限り、抗凝血剤を投与し続ける。抗凝血剤は、危険を伴うとともに、特定の個人によって安全に服用することができない。
【０００６】
柔軟な弁膜を有する心臓弁プロテーゼは、組織弁膜または高分子弁膜を用いて形成することができる。柔軟な弁膜を持つプロテーゼにおいて、弁膜は、一般に、天然の弁膜の機能に近づけるように形成される。弁膜は、柔軟でありつつ、圧力差に応じて各サイクルで弁を適切に開閉する洗練された安定した形状を有してなければならない。また、弁膜は、長年の使用にわたって安定した性能を与えるように丈夫でなければならない。
【０００７】
機械的な弁とは異なり、組織を基本とするバイオプロテーゼは、血栓塞栓症の発生率が低いため、長期間にわたって抗凝血剤を使用しなくて済む。組織弁膜は、所望の柔軟性および許容できる血行動態性能を有しているが、埋め込み（移植）後に石灰化する可能性があり、これにより、柔軟性が損なわれ、あるいは、弁の開閉が不適切になる虞がある。
【０００８】
高分子弁膜を有する弁プロテーゼは、組織弁構造および機械的弁構造の両方の欠点を解消する可能性を秘めている。心臓弁プロテーゼ中に組み込まれる高分子は、組織弁膜または機械的な弁膜の適切な代替物となるべく、長期にわたって安定して機能しなければならない。
【発明の開示】
【０００９】
第１の態様において、本発明は、支持構造体と、この支持構造体に接続される複数の柔軟な高分子弁膜とを有する弁付きプロテーゼに関する。支持構造体は、複数の交連支持体と、交連支持体間にあるスカラップとを有し、前記弁は、完全に開いたルーメンの少なくとも１０％であるルーメンを持つ弛緩状態を有している。柔軟な高分子弁膜は、所定の角度で弁膜の取り付け端部に接続している。特定の実施形態において、柔軟な高分子弁膜は、流入端部に最も近いスカラップに沿う部位で、弁軸と直交する面に対して流入端部の方へ約５°〜約８５°の角度を成して、支持構造体に接続している。
【００１０】
他の態様において、本発明は、支持構造体と、この支持構造体に接続される少なくとも３つの柔軟な高分子弁膜とを備えた弁付きプロテーゼに関する。前記支持構造体は、複数の交連支持体と、交連支持体間にあるスカラップとを有している。前記柔軟な高分子弁膜は、弁半径の約０．３倍〜弁半径の約０．８倍の接合深さを有している。
【００１１】
他の態様において、本発明は、支持構造体と、複数の柔軟な高分子弁膜とを備えた弁付きプロテーゼに関する。前記支持構造体は、複数の交連支持体と、交連支持体間にあるスカラップとを有している。前記柔軟な高分子弁膜は、弁半径の約１倍〜弁半径の約２倍の弁高さを有する弁を形成している。前記柔軟な高分子弁膜は、弁高さよりも少なくとも約１ミリメートル長い弁膜長を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
弁付きプロテーゼ（弁付き人工器官）のために、改良された高分子弁膜構造体を設計した。長期間にわたって十分なレベルで機能するためには、弁の開閉サイクルにわたって高分子弁膜における応力を軽減しなければならない。高分子弁膜の幾つかの構造的な特徴を取り入れて、サイクル中に弁膜内の応力を軽減することができるとともに、血行動態性能および弁膜の接合を向上させることができる。弁膜は、数年にわたる連続的な使用において機械的性能を維持しつつ、適した柔軟性および良好な閉塞性を有するように十分薄くなければならないため、高分子弁膜における性能基準は厳しい。特に、弁膜は、長期間の性能（動作）において、高い引き裂き抵抗および耐摩耗性を有していなければならない。特定の特徴を有する改良された高分子弁膜構造は、弁膜の弛緩状態で、完全に開弁し、部分的に開弁し、あるいは、完全に閉弁する弁のために与えられる。
【００１３】
改良された高分子弁膜は、弁付きプロテーゼ、特に心臓弁プロテーゼにおいて使用することができる。損傷した或いは病変した天然の心臓弁を弁付きプロテーゼと交換して弁機能を回復させることができる。当該心臓弁プロテーゼは、高分子によって形成された弁膜を有している。高分子は、天然組織弁膜に類似した柔軟な弁膜を形成する。高分子心臓弁プロテーゼは、任意の心臓弁、すなわち、大動脈弁、僧帽弁、三尖弁、あるいは、肺動脈弁のための代替物として設計することができる。また、改良された高分子弁プロテーゼは、血管弁の代替物として使用することができる。患者は、動物、特に哺乳類であっても良く、また、好ましくは人間である。
【００１４】
高分子弁膜を有する弁において、弁膜は支持構造体によって支持されており、支持構造体は、交連支持体（ｃｏｍｍｉｓｓｕｒｅ ｓｕｐｐｏｒｔ）と、交連支持体間にあるスカラップとを有している。弁の支持構造体は、患者の環体（ａｎｎｕｌｕｓ）、医療装置の他の構成要素、あるいは、解剖学的構造に対して弁を取り付けるための縫合カフス等を有していても良い。
【００１５】
幾つかの実施形態において、支持構造体は、弁を開閉する力に抗して弁の弁膜機能を維持する硬質の構成要素を有している。硬質の支持構造体を有する弁は、ステント弁と称され、また、硬質の支持体は、ステントと呼ばれる。ステントは、弁膜のための足場を形成する。ステントは、弁膜の自由端部の末端を支持する交連支持体を有している。交連支持体は、流れ方向で弁膜の取付点を超えて延びていても良く、あるいは、延びていなくても良い。弁膜の取付端部を支持するスカラップは、交連支持体間で延びている。ステントは一般に十分に硬いため、ステントの基部だけが患者または他の装置に取り付けられる。特定の実施例として、心臓弁ステントは、人工心臓弁内の弁膜の構成要素を支持するために使用される。
【００１６】
他の実施形態において、支持構造体は、弁を開閉する力に抗して弁の弁膜機能を維持できるほど十分に硬くない。これらの実施形態において、弁は、ステントレスと称される。ステントレス弁においても、支持構造体は、弁膜の自由端部を支持構造体に接続させる交連支持体と、弁膜の取付端部を支持するスカラップとを有している。しかしながら、ステントレス弁において、支持構造体はあまり硬くはないため、例えば縫合または他の固定手段によって、支持構造体の両端部、すなわち、流入端部および流出端部を血管壁等の他の解剖学的構造または他の装置構造体に対して固定して、流体圧によって弁が潰れないようにしなければならない。支持構造体は、交連支持体およびスカラップを規定する略円筒状の構造中に、または、弁膜の取付端部を保持する他の適当な界面に、弁膜で使用される高分子と同じ高分子あるいは他の柔軟な１または複数の材料を含んでいても良い。
【００１７】
弁は、複数の弁膜を有している。好ましい弁は３つの弁膜を有している。高分子弁膜は、血流の変化に応じて曲がるように形成されている。弁膜は、取付端部によって与えられる制約にしたがって、開形状と閉形状との間で曲がる。特に、好ましい実施形態における弁は、開くことにより所望方向の流れを許容し且つ圧力差に応じて閉じて逆流を制限する１方向逆止弁として機能する。したがって、血液が下流側に流れている場合、弁膜が完全に開いて、弁を通じた流れが許容される。開位置において、高分子弁膜の自由端部は、弁の下流側開口を形成するとともに、一般に、前方への血流を著しく妨害しない。
【００１８】
圧力差に応じて弁が閉じると、隣り合う弁膜の自由端部は、閉位置で、弁のルーメンを横切って延びる弁膜と接触する。弁のルーメンを横切る隣り合う弁膜の自由端部同士が接触することにより、弁を通じた逆流が阻止され或いは大きく軽減される。弁膜の接触部を接合領域と称する。
【００１９】
弁膜は、可撓性高分子膜によって形成されている。そのため、高分子膜は、血流に応じて曲がって、弁を開閉することができる。適した高分子は生体適合性材料である。なぜなら、生体適合性材料は、無害であり、発癌性が無く、溶血反応または免疫反応を誘発しないからである。高分子によって形成される心臓弁プロテーゼは、一般に、非血栓性（ｎｏｎ−ｔｈｒｏｍｂｏｇｅｎｉｃ）のものである。高分子の関連する機械的特性としては、例えば、剛性、強度、クリープ、硬さ、疲労抵抗、引き裂き抵抗を挙げることができる。好ましい高分子は、その柔軟性を著しく損なわず、また、長年の使用によってその機械的強度を著しく損なわないため、耐久性がある。
【００２０】
弁膜の弛緩状態は、力が弁膜に加わっていない時の弁膜形状に対応している。弁膜の弛緩状態は、弁の形成時に決定される。この弛緩状態は、ほぼ閉じられた弁膜形状、完全に開かれた弁膜形状、あるいは、部分的に開かれた弁膜形状に対応していても良い。高分子弁膜の弛緩状態をそれぞれ選択することは、特に有益である。弛緩状態の弁膜が完全に開かれた形状となっている弁は、最適な血行動態を与える。弛緩状態の弁膜がほぼ閉じられた形状となっている弁は、完全に閉じられた状態での応力を減少する。そのため、弁は、長持ちして、石灰化する（ｃａｌｃｉｆｙ）ようなことは殆どない。弛緩状態の弁膜が部分的に開かれた形状となっている弁は、弁サイクル中における曲げ応力を低減させる。
【００２１】
高分子弁膜および支持構造体に対する高分子弁膜の取付部の構造は、動作中に弁膜に生じる応力を含む弁の機械的性能に影響を与える。具体的には、弁膜応力を低減して、機械的性能を向上させるとともに、弁の寿命にわたって摩耗を低減し、また、血行動態および接合を向上させるべく、弁膜のサイズおよび形状を設計することができる。特定の改善が弁膜の弛緩状態に依存していても良い。
【００２２】
３つ以上の弁膜を有する弁の場合、弁オリフィスは、一般に、交連支持体が交連面上に突出する際に全ての交連支持体の最小二乗フィットによって得られる円に関連している。交連面は、弁膜の自由端部と支持構造体との取付点である交連支持体に関連する平面の最小二乗フィットによって得られる。交連支持体が３つの場合、交連面は、交連支持体によってフィットすることなく、独自に規定される。２つの交連支持体を有する弁の場合、交連面は、交連支持体に対して最小二乗距離をもって弁軸と直交する面である。弁半径は、弁のオリフィスの半径である。弁軸は、弁のオリフィスと直交し且つ弁の中心を通る軸である。また、弁は、流入端部での支持構造体の内径に関連付けられたオリフィス開口を、流入端部に有している。流入端部にあるこのオリフィス開口は、出力端部にあるオリフィス開口と略同じであっても良く、あるいは、支持構造体のテーパ形状に起因して僅かに大きく或いは小さくても良い。
【００２３】
弁膜の接合点は、弁膜を閉位置に至らせる最小の大きさの圧力が弁に生じた時に全ての弁膜が集まる最下点である。接合深さは、接合点と交連面との間の最短距離である。好ましい実施形態においては、自由端部が交連面に対して０でない角度を成すように接合深さが０以外に設定される。なぜなら、そのようにすると、弁膜は、ステントポストよりも効果的に圧力荷重を伝えるからである。
【００２４】
弁の高さは、交連面と取付端部の最下点との間の弁軸方向に沿う最長距離である。幾つかの好ましい実施形態において、弁の高さは、弁半径の約１倍〜約２倍である。弁膜の弁膜長は、自由端部の中心から、弁膜が支持構造体に対して取り付けられる対応するスカラップの中央までの距離である。３つ以上の弁膜を有する好ましい実施形態において、弁膜長は、スカラップの中心の取付端部から接合点までの最短距離よりも長い。
【００２５】
前述したように、弁膜は、２つの隣り合う交連支持体間に、支持構造体のスカラップに沿う取付端部を有している。隣り合う２つの弁膜の取付端部は、同じ交連支持体で終端する。好ましい弁膜構造は、弁膜が圧力下で閉位置に位置する際に取付端部の最下点を通る面の流入側にある流入端部に向かって延びる弁膜部位を有している。これらの実施形態において、取付端部に対して流入側にある高分子弁膜の部位は、弁膜の自由端部が弁の流出端部にほぼ向かって方向付けられるように所定の曲率を有している。弁膜の湾曲部は、弁膜が圧締圧下にある時に、下方の弁膜取付部に起因して、スカラップの底部に部分負荷を分配する。
【００２６】
以下、この構造について、図８を参照しながら説明する。この好ましい構造は、弁膜の自由端が支持構造体に対して取り付く交連領域によって支持される負荷全体を減らす。交連領域は、応力が最も高い点である。弁軸が垂直となる姿勢で弁が方向付けられ且つ流入端部が下側に向けられる場合、取付角は、取付点での弁膜カーブの接線と、特定の取付点における取付端部と直交する弁膜断面内の水平線との間の角度である。取付角は、スカラップの最下位置で最大に達するとともに、取付端部に沿って減少し、交連ポストで無くなる。弁膜は、閉位置で、滑らかな“反り”外形と所望の取付角を形成することにより、応力を効果的に分配することができる。
【００２７】
完全に開かれた位置は、一般的な心拍サイクル中に弁膜の自由端部によって取り囲まれる交連面上に投影された開口領域（開口面積）が最大に達する弁膜位置として規定される。一般的な心拍サイクルは、従来から、１分当たりの平均出力が５リットル、１分当たりの平均拍動が７０回、平均大動脈圧が１００ｍｍＨｇに対応していると考えられている。心臓弁プロテーゼにおいて承認されている試験条件は、ＩＳＯ ５８４０：１９９６公報（規格化のための国際機関）に更に詳しく説明されており、これを参照することにより本願に組み込まれる。この最大領域は、完全に開いたルーメンである。完全に開いたルーメンは、弁オリフィスよりも大きくても良い。
【００２８】
完全に開かれた形状と完全に閉じられた形状との間の中間に弛緩状態を含む弁膜構造は、弛緩状態でほぼ開かれる或いは弛緩状態でほぼ閉じられるいずれかの弁に対して有利である。弁膜が弛緩状態が中間にある弁は、一般に、弛緩状態の弁膜のルーメンが完全に開いたルーメンの約５０％〜約８０％である。弛緩状態が完全に開かれた形状と完全に閉じられた形状との間の中間であると、弛緩状態からの弁膜構造の偏りの大きさは、弛緩状態が完全に開かれた形状または完全に閉じられた形状に近い弁膜構造に対して減少する。したがって、開閉サイクル中における曲げ応力を小さくすることができる。一方、弛緩状態が完全に開いたルーメンに近い弁は、開弁を通じた流れを特に良好にするが、弁を閉じるために弛緩状態から大きく曲がる必要があるかもしれない。同様に、弛緩状態が閉じられた形状に近い弁は、閉時に応力が減少するが、ルーメンを全開して弁を通じた流れを生じさせるために、大きく曲げる必要があるかもしれない。
【００２９】
一般に、高分子弁膜は、様々な鋳造および成形プロセスによって形成することができる。好ましい実施形態において、弁膜は、マンドレルを浸漬コーティングすることによって形成される。マンドレルは、弁膜のための所望の外形を形成するために機械加工される。マンドレルの表面は、一般に浸漬コーティングによって薄い高分子層がマンドレルに加えられる際に弁膜が適合する面を形成する。弁膜は、マンドレルから除去されると、応力やテンションが無いその弛緩状態となる。したがって、サイズおよび形状に関する改良された弁膜の特徴的構成は、マンドレル表面上の外形に反映される。
【００３０】
幾つかの好ましい実施形態において、弁膜は、対応する支持構造体、すなわち、ステントまたは柔軟な支持構造体のいずれかに直接に関連付けられて形成される。これらの実施形態において、支持構造体は、コーティングプロセス中、マンドレルと共に高分子でコーティングされる。柔軟な支持構造体は、浸漬コーティングプロセス中に形成することができる。弁膜を形成している間に支持構造体を弁膜に関連付けることにより、高分子弁膜を支持構造体に関連付けることを含む別個の工程を回避することができる。
【００３１】
必要に応じて、弁膜形成後にマンドレルから取り除かれた高分子構造体は、切り取って及び／又は支持構造体に対して固定することができる。縫合リングを高分子構造体すなわち支持構造体の基部に対して取り付けて、弁を取付／移植できるようにしても良い。弁は、プロテーゼとして埋め込まれ（移植され）、プロテーゼとしての埋込のために管路等の別個の構造体に取り付けられ、あるいは、別個の構造体に接続されて患者の体外で動作する医療装置を形成することができる。
【００３２】
弁付きプロテーゼ
改良された高分子弁膜は、弁付きプロテーゼにおいて使用することができる。特に、人工心臓、心臓弁プロテーゼ、弁付き血管プロテーゼ、または、左心補助循環装置に弁膜を使用することができる。弁を通じた流れを制御するために、高分子弁膜が開閉する。
【００３３】
高分子弁膜を有する心臓弁プロテーゼは、損傷を負った或いは病変した天然の心臓弁の代替物として適している。哺乳類の心臓は、４つの主要な弁を有している。適切にサイズを設定して取り付けを行なうと、本発明の高分子弁膜は、任意の心臓弁の代替物として適している。僧帽弁および三尖弁との交換のための高分子心臓弁プロテーゼは、一般に、硬質のステントを有している。
【００３４】
以下の図面に示される心臓弁プロテーゼの実施形態は、３つの高分子弁膜を有しているが、心臓弁プロテーゼは、様々な数、例えば２つ、４つ、あるいは５つ以上の高分子弁膜を用いて構成することができる。しかしながら、適切に述べたように、幾つかの好ましいパラメータは３つ以上の弁膜を有する弁に最も適している。プロテーゼは、交換のために使用される天然の弁と同じ数の弁膜を有していてもいなくても良い。
【００３５】
哺乳類の静脈は、静脈内での逆流量を制限することにより血液循環を助ける弁を有している。静脈は、毛細血管から血液を集めて、その血液を心臓に戻す役目をする。一般に、血管弁は、血管の移植片の一部として管路の部分と交換される。
【００３６】
可撓性高分子弁膜を有する心臓弁プロテーゼの実施形態であって、弁膜がほぼ完全に開いた弛緩状態が図１に示されている。弁膜がその弛緩状態で完全に開いている場合、流入端部から弁を通じて流れる流体によって加わる力は、弁膜の位置を大きく変えない。弛緩状態でほぼ完全に開いていると見なされるように、弛緩状態の弁膜は、弁のルーメン全体の少なくとも約９０％の開度を形成している。幾つかの実施形態において、ほぼ完全に開いた弁は、弛緩状態の弁膜の開度が少なくとも約９５％であり、他の実施形態においては少なくとも約９８％の開度である。
【００３７】
完全に開いた弁膜は、弁膜の自由端部によって取り囲まれる交連面上に投影される開口面積が一般的な心拍サイクル中に最大に達する際に得られる。完全に開いた弁膜は、弁の流出端部の開ルーメン、すなわち、弁ルーメン全体を形成する。弁の流出端部の開ルーメンは、弁の流入端部の開ルーメンと同一でなくても良い。弁の流入端部の開ルーメンは、硬質のステントの寸法によって、あるいは、支持構造体が硬質でない場合には患者の環体によって決まる。流出端部の開ルーメンは、支持構造体のテーパ形状に起因して、流入端部の開ルーメンよりも大きくても小さくても良い。
【００３８】
心臓弁プロテーゼ１００は、弁膜１０２，１０４，１０６と、支持構造体／ステント１０８と、縫合リング１１０とを有している。支持構造体／ステント１０８は比較的硬質であっても良く、それにより、支持構造体は、ステントとして機能して、支持構造体１０８の基部１１２を患者に対して取り付けることにより弁膜機能を維持する。また、支持構造体１０８は、ステントレス弁の一部としてあまり硬質でなくても良い。この場合、支持構造体１０８は、解剖学的構造または他の装置に固定されて、弁膜機能を維持する。
【００３９】
支持構造体／ステント１０８は、交連支持体１１４，１１６，１１８と、交連支持体間にあるスカラップ１２０，１２２，１２４とを有している。弁膜１０２，１０４，１０６の自由端部１３０，１３２，１３４はそれぞれ、交連支持体１１４，１１６，１１８で結合する。また、弁膜１０２，１０４，１０６の取付端部１３６，１３８，１４０は、スカラップ１２０，１２２，１２４に沿って支持構造体に取り付く。支持構造体１０８が硬質でない場合には、他の装置の解剖学的構造に対して支持構造体１０８を固定して、適切な弁膜機能を維持しなければならない。支持構造体１０８の基部１１２は、一般に、弁１００の流入端部すなわち基端部１４２に弁内への開口を形成する円筒状のリングである。
【００４０】
幾つかの実施形態においては縫合リングを必要としない場合があるが、一般に、縫合リング１１０は、特に柔軟な支持構造体を伴う場合、支持構造体１０８の基部１１２から延びている。縫合リング１１０は、患者または装置の他の構成要素に対する心臓弁プロテーゼの取り付けを容易にする。縫合糸、ステープル、及び／又は、他の固定機構が縫合カフスを貫通することにより、患者の組織環体（ｔｉｓｓｕｅ ａｎｎｕｌｕｓ）、他の解剖学的構造、管路プロテーゼまたは医療装置の他の部分に対して縫合カフス１１０が固定される。
【００４１】
可撓性高分子弁膜を有する心臓弁プロテーゼ１５０の一実施形態が図２に示されている。図２は、弁膜がほぼ完全に閉じられた弛緩状態を成している。ほぼ完全に閉じられた弁膜は、一般に、完全に開かれたルーメンの少なくとも約９０％を閉塞し、他の実施形態においては少なくとも約９８％を閉塞し、更に他の実施形態では少なくとも約９９％を閉塞する。すなわち、これらの実施形態における弛緩弁膜間の開口面積は、完全に開かれたルーメンの約１０％以下である。心臓弁プロテーゼ１５０は、弁膜１５２，１５４，１５６と、支持構造体／ステント１５８とを有している。この場合も先と同様に、支持構造体／ステント１５８は、ステント弁の一部として比較的硬質であっても良く、あるいは、ステントレス弁の一部としてあまり硬質でなくても良い。
【００４２】
支持構造体／ステント１５８は、交連支持体１６０，１６２，１６４と、交連支持体間にあるスカラップ１６６，１６８，１７０とを有している。弁膜１５２，１５４，１５６の自由端部１７２，１７４，１７６はそれぞれ、交連支持体１６０，１６２，１６４で支持構造体／ステント１５８と接合している。また、弁膜１５２，１５４，１５６の取付端部１７８，１８０，１８２は、スカラップ１６６，１６８，１７０に沿って支持構造体に取り付いている。支持構造体１５８の基部１８４は、一般に、弁の上流側端部すなわち基端部に弁内への開口を形成する円筒状のリングである。
【００４３】
その弛緩状態で部分的に開口する弁膜は、完全に閉じられた形状と完全に開かれた形状との間で所定の開度を有している。すなわち、弛緩状態での開度は、完全に開かれたルーメンの約１０％〜約９０％である。好ましい実施形態において、弛緩状態の弁膜は、弁の完全に開かれたルーメンの約５０％〜約９０％の開度を有しており、他の実施形態においては、約６０％〜約８０％の開度を有している。弛緩状態の弁膜が完全に開かれたルーメンの約１０％〜約４９％で開口する弁は、本発明の特徴の幾つかを有利に組み込むことができるが、弛緩状態が好ましい範囲にある部分的に開口する弁膜は、曲げ応力を減少させることに関して特に有益である。部分的に開口する弁膜形状を有する弁膜の構造は、弁サイクル中における弁膜の一時的な点（過渡点）のうちの１つに近づける必要は必ずしもない。任意の場合における開位置と閉位置との間の弁膜形状を決定する圧力荷重の絶えず変化する大きさ及び弁膜上における圧力荷重分布に起因して、部分的に開口する選択された形状は、弁サイクルにおける弁膜の任意の位置と一致しない場合がある。
【００４４】
可撓性高分子弁膜を有する心臓弁プロテーゼ２００の一実施形態が図３Ａおよび図３Ｂに示されている。図３Ａおよび図３Ｂは、弁ルーメン全体の約９０％で開口する弛緩状態を成している。心臓弁プロテーゼ２００は、弁膜２０２，２０４，２０６と、支持構造体／ステント２０８とを有している。この場合も先と同様に、支持構造体／ステント２０８は、ステント弁の一部として比較的硬質であっても良く、あるいは、ステントレス弁の一部としてあまり硬質でなくても良い。
【００４５】
支持構造体／ステント２０８は、交連支持体２１０，２１２，２１４と、交連支持体間にあるスカラップ２１６，２１８，２２０とを有している。弁膜２０２，２０４，２０６の自由端部２２２，２２４，２２６はそれぞれ、交連支持体２１０，２１２，２１４で支持構造体／ステント２０８と接合している。また、弁膜２０２，２０４，２０６の取付端部２２８，２３０，２３２は、スカラップ２１６，２１８，２２０に沿って支持構造体に固定されている。支持構造体２０８の基部２３４は、一般に、弁の流入端部すなわち基端部２３６に弁内への開口を形成する円筒状のリングである。
【００４６】
同様に、可撓性高分子弁膜を有する心臓弁プロテーゼ２４０の一実施形態が図４Ａおよび図４Ｂに示されている。図４Ａおよび図４Ｂは、弁ルーメン全体の約７０％で開口する弛緩状態を成している。心臓弁プロテーゼ２４０は、弁膜２４２，２４４，２４６と、支持構造体／ステント２４８とを有している。また、可撓性高分子弁膜を有する心臓弁プロテーゼ２６０の一実施形態が図５Ａおよび図５Ｂに示されている。図５Ａおよび図５Ｂは、弁ルーメン全体の約５０％で開口する弛緩状態を成している。心臓弁プロテーゼ２６０は、弁膜２６２，２６４，２６６と、支持構造体／ステント２６８とを有している。
【００４７】
弁膜がその弛緩状態で弁ルーメンの約９０％、７０％、５０％で部分的に開口する弁の平面図がそれぞれ、図３Ｂ，４Ｂ，５Ｂに示されている。これらの平面図は、部分的に開口する弁膜を有する弁の好ましい実施例において、弛緩状態の弁膜形状に対応する開ルーメン範囲の明確な見方を与えている。
【００４８】
弛緩状態の弁膜形状は、弁サイクル中における弁膜の姿勢と一致していない場合があるが、部分的に開口する形状を表わすのに適した外形を選択することができる。部分的に開口する弁の場合、弁膜の自由端部は、その中心点を中心に滑らかな外形を形成する。図５Ｂに示されるように、弁膜２６２の外形は、５つの部分、すなわち、中心湾曲部２７０と、中心湾曲部の両側に位置する側方湾曲部２７２，２７４と、弁膜の両側にある接続部２７６，２７８とを有していると見なすことができる。中心湾曲部２７０は、曲率の中心が弁開口領域の内側にある外形の中心部を形成する。側方湾曲部２７２，２７４は、中心湾曲部２７０の両側の変曲点を介して中心湾曲部２７０に接続している。接続部２７６，２７８は、側方湾曲部２７２，２７４を、自由端部の外形の両側にある弁支持構造体の取付点に接続している。
【００４９】
部分的に開口する弁の場合、一般に、側方湾曲部の曲率半径の大きさは、中心湾曲部の曲率の約３０％以内、好ましくは中心湾曲部の曲率の１５％以内である。接続部は、ほぼ真直ぐであり、（（１００−％開度）／５）％によって計算される弁膜の自由端部長さのパーセンテージとほぼ等しい長さを有している。例えば、７０％開放弁は、自由端部長さの（（１００−７０）／５）％すなわち６％の長さを持つ接続部を有している。
【００５０】
部分的に開口する形状を有する実施形態は、完全に開いた形状と完全に閉じた形状との間での弁サイクル時において過度の応力が減少するという利点を有している。最大曲げ応力のこのような減少は、弁膜の弛緩状態からの弁膜の動きが弁開閉サイクル中にわたって少ないために生じる。弁膜は、完全に開いた形状と完全に閉じた形状との間に、弛緩状態の外形を有しているため、弁膜は、完全開位置から完全閉位置へと移動する際に殆ど変形しない。
【００５１】
プロテーゼにおいては、柔軟な弁膜が天然の弁膜の機能を引き継ぐ。これらの弁膜は、柔軟ではあるが、各サイクルで適切に閉じて逆流を防止する洗練された安定した形状を有していなければならない。また、弁膜は、長年の使用にわたって安定した性能を与えるように丈夫でなければならない。
【００５２】
高分子弁膜の構造は、弁の性能に影響を与え得る。特に、弛緩状態における弁膜の形状およびサイズは、任意の所定の圧力荷重における開閉サイクル中の複数の点での弁膜の形状および外形を規定する。したがって、ここで説明するように、弛緩状態における弁膜を構成することにより、開閉サイクルにわたって応力を減少させるように高分子弁膜構造を選択することができる。一般に、弁は、弁膜の弛緩状態とは無関係に、閉位置で最大応力に晒される。
【００５３】
弁膜の形状およびサイズに関連する４つのパラメータは、特に、弁膜応力に影響を与える。これらのパラメータは、接合深さ、弁高さ、弁膜長さ、取り付け角度である。これらのパラメータは、弁膜の弛緩状態とは無関係に、弁膜に適用される。
【００５４】
一般に、弁は、閉じられた形状において、最大応力を有する。閉じられた弁における接合深さの選択は、弁膜応力を減少させるために使用することができる。接合深さは、接合点から交連面までの最短距離である。３つの弁膜が同一の寸法を有し且つ軸を中心に対称に配置されている好ましい実施形態の場合、３つの弁膜は、弁が閉じられる時に弁ルーメンの中心に集まる。閉じられた弁膜の形状は、弁膜が十分に柔軟な場合、接合深さに応じて決まる。高分子弁膜の自由端部が弁の半径の約２倍の長さを有している場合、閉じられた弁の弁膜は、一般に、接合深さがほぼ０の面内で全ての自由端部同士が合流する。
【００５５】
接合深さを０にしないことにより、応力を減少させることができる。すなわち、これらの実施形態では、高分子弁膜の自由端部が弁の半径の２倍を超える長さを有している。弁膜の自由端部をそのような長さにすると、接合している弁膜の自由端部同士が、交連支持体上の弁膜の取付点によって形成される面の下方の流入側で集まる。接合深さを０にしないことが好ましいが、接合深さは、一般に、弁の半径の０．８倍よりも小さく、弁半径の約０．３倍〜弁半径の約０．６倍であることが好ましい。一般に、接合深さが大きいと、弁膜の自由端部と交連面との間の角度が大きくなる。角度は０よりも大きいことが望ましい。なぜなら、角度が０よりも大きいと、弁膜は、交連支持体よりも効果的に圧力荷重を伝えるからである。弁膜の自由端部が真直ぐである弁の場合、接合深さは、弁膜の自由端部の長さ、および、弁膜自由端部と交連面との間の角度を決定する。交連支持体での弁膜の自由端部の角度は、約３９°より小さくても良く、他の実施形態においては、約１６．７°〜約３５°である。
【００５６】
支持構造体から分離された開形状の弁膜が図６に示されている。閉形状の対応する弁膜が図７に示されている。図７に示されるように、弁膜は、接合深さＤを有している。図６に示されるように、弁膜２８０は、長さがＦの自由端部２８２を有している。自由端部長さＦは、自由端部２８２に沿う取付点２８４，２８６間の距離である。好ましい実施形態において、Ｆは、弁半径の少なくとも約２．０５倍、好ましくは弁半径の約２．１〜約２．６倍、更に好ましくは弁半径の約２．２倍〜約２．５倍である。弁半径は、弁オリフィスの半径である。
【００５７】
一般的な弁構造の場合、弁膜の自由端部が弁半径の２倍よりも大きいと、閉形状における弁膜２８０の自由端部２８２は、自由端部２８２の取付点２８４，２８６を通り且つ弁軸２９０と垂直な面の下方に位置する。この場合、自由端部２８２は、支持構造体および取付端部２９２と面一になる。一方、弁膜の自由端部の長さが弁半径の約２倍である場合、弁膜は、取付点２８４，２８６を通り且つ弁軸２９０と垂直な交連面２９４と面一になる。これは、自由端部の中心が弁の軸に沿っていなければならないからである。図７を参照すると、自由端部２８２の長さが弁半径の２倍よりも長いと、自由端部２８２は、取付点２８４，２８６を通る面に対して角度φを成す。
【００５８】
弁の弁膜の形状は、特にその閉位置において、弁の高さ及び弁膜の長さによって影響される。弁の高さは、弁の外形に関連している。弁の外形は、弁の高さと、弁膜の取付点を超えて延びる交連支持体の延出長との和、更にあるとすれば、弁を環体に取り付ける支持構造体の基部の延出長を加えた長さに等しい。外形が非常に高い弁は、埋め込み後に解剖学的構造と干渉してこれを損傷させる虞がある。しかしながら、外形が非常に低い弁は、背圧に耐えることができない場合がある。好ましい実施形態において、弁の高さは、弁半径の約１倍〜弁半径の約２倍の値を有しており、一般的には、弁半径の約１．２倍〜弁半径の約１．８倍である。
【００５９】
図６を参照すると、弁膜２８０の長さＬは、接合点２９６における自由端部２８２の中心と、取付端部２９２に沿うスカラップの中央２９８との間の距離である。閉形状において、長さＬは、弁の弁膜の曲率の大きさを決定する。この曲率度合いは、弁膜の応力に影響を与える。所定の取付端部形状において長さＬが更に長い場合、弁膜２８０は、閉形状において径方向に大きく曲がる。これは、Ｌが測定される点２９８での弁膜の取付端部と自由端部２８２の接合点２９６との間の距離が図７に示される接合深さによって決まるからである。
【００６０】
弁膜の長さは、少なくとも、弁の高さと、接合のための付加的な長さとの和であることが好ましい。任意の弛緩形状を有する弁膜の場合、弁膜の長さを弁の高さよりも長くして、閉位置で、弁膜が滑らかな反り外形と所望の取付角を形成することにより応力を効果的に分配できることが望ましい。幾つかの好ましい実施形態において、弁膜の長さは、約（弁の高さ＋１ミリメートル（ｍｍ））よりも長く、一般的には、約（弁の高さ＋１．５ｍｍ）〜（弁の高さ＋２ｍｍ）の約１．２倍である。
【００６１】
一般に、高分子弁は、取付端部において弁軸と垂直な面に対し傾きを持つように設計されてきており、また、弁の流出端部の方へと向けられる。すなわち、弁は、取付端部において、弁の流出端部に向かって直ちに傾斜し始める。しかしながら、弁膜が取付端部で支持構造体と所定の角度を成し、それが弁の流出端部ではなく弁の流入端部の方へと最初に向いている場合、弁膜の応力を減少させることができる。すなわち、弁膜の領域は、スカラップの最下点を通る面の流入側に位置される。弁膜の全体の向きとしては、自由端部が弁の流出端部に向かっているため、弁膜は、流入端部の最初の方向から曲がって、自由端部に達する。このような湾曲により、弁膜は、局所から離れて応力を分配する能力が大きくなる。スカラップの最下点を通る面の流入側にある弁膜のこの領域は、交連部で生じる最も高い応力を減少させる。
【００６２】
弁膜の取付端部における弁膜と弁軸に対して垂直な面との間の角度“θ”に起因する湾曲が図８に概略的に示されている。支持構造体３０８に対する弁膜３０２，３０４の取り付けを示すために、図８では、弁３００全体の一部が除去されている。弁膜３０２の断面が図９に示されている。図９には、取付角度θが明確に示されている。好ましい実施形態において、θは、少なくとも約５°であり、一般的には約５°〜約８５°であり、好ましくは約１０°〜約６０°であり、更に好ましくは約１０°〜約５０°である。
【００６３】
静脈弁の代わりに、あるいは、大静脈弁または右心弁の代わりに、移植片（ｇｒａｆｔ）内に弁プロテーゼを組み込むことができる。図１０には、弁付きプロテーゼ３７０が部分図で示されている。プロテーゼ３７０は、３弁膜高分子弁３７２を管路３７４内に有している。支持構造体／ステント３７６は、硬質であっても良く、あるいは、柔軟であっても良く、管路３７４に対する適当な対応する取付部を有している。例えば、支持構造体／ステント３７６が柔軟である場合、支持構造体は、その流出端部に沿って管路３７４に取り付けられて支持される。管路３７４は、牛の心膜、高分子等の合成物質、例えばポリエステルといった天然材料によって形成することができる。
【００６４】
また、ここで説明した高分子弁は、図１１に示されるように、左心補助循環装置３８０に組み込むことができる。左心補助循環装置は、心臓移植を待っている心臓に損傷を負った或いは心疾患を持つ患者の心臓のポンプ機能を維持するために一般に使用される埋め込み装置である。左心補助循環装置３８０は、駆動ユニット３８２と、流入チューブ３８４と、流出チューブ３８６と、接続部３８８とを有している。駆動ユニット３８２は、流入チューブ３８４から流出チューブ３８６へ向かう脈流を形成するポンプを有している。接続部３８８は、一般に患者の外部にある制御装置および電源から駆動ユニットに向けられる電気的または空圧的な制御信号を与える。流入チューブ３８４は流入弁３９０を有しており、また、流出チューブ３８６は流出弁３９２を有している。矢印は、弁３９０，３９２によって制御される流入チューブ３８４および流出チューブ３８６を通じた血流の方向を示している。流入弁３９０および流出弁３９２の一方または両方は、ここで説明する高分子弁であっても良い。
【００６５】
材料
一般に、当該弁の全てを生体適合性材料によって形成しなければならない。患者内に埋め込まれない弁の場合であっても、これらの弁が患者の血液または他の体液と接触する場合には、材料を生体適合性にすることが望ましい。好ましい材料は、一般に、弁部品の所望の機械的特性によって決まる。具体的には、支持構造体のための好ましい材料の性質は、支持構造体を硬質にしようとするか否かによって決まる。弁膜の材料および構造は、所望レベルの寿命、引き裂き抵抗、機械的性能を達成するように選択される。
【００６６】
任意の人工弁の実施形態において、支持構造体／ステントが弁膜を支持する硬質材料によって形成されている場合、適した硬質材料としては、例えば、硬質高分子、金属、セラミックス、カーボン材料、および、これらの組み合わせを挙げることができる。適した硬質高分子としては、例えば、デルリン（登録商標）およびセルコン（登録商標）等のポリアセタール、ポリサルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアリールサルフォン、ポリエーテルエーテル−ケトン、ポリエーテルイミドを挙げることができる。適した材料としては、ステンレススチール、チタン、チタン合金、Ｅｌｇｉｌｏｙ（登録商標）、コバルト−クロム−ニッケル合金、ＭＰ３５Ｎ、ニッケル−コバルト−クロム−モリブデン合金等のコバルト合金、ニチノール、ニッケル−チタン合金等の生体適合性金属を挙げることができる。Ｅｌｇｉｌｏｙ（登録商標）等のスプリングメタルによって形成される心臓弁ステントは、強度や疲労耐性等といった機械的特性が良好であり、また、対応する高分子ステントよりも小さい断面を有することができる。複合金属／高分子心臓弁ステントは、Ｒｅｉｍｉｎｋ等に対して付与された“高分子／無機物複合材料を用いた医療装置”と題する同時係属の同一出願人による米国特許出願第０９／４７５，７２１に記載されており、その内容は、これを参照することによって本願に組み込まれる。また、ステントは、パイロライトカーボン、シリコンカーバイトまたはメタルカーバイト、ヒドロキシアパタイト、アルミナ等のセラミック材料によって形成することができる。また、適したステントは、グラファイト等のカーボンによっても形成することができる。
【００６７】
柔軟な支持構造体は、例えば、可撓性高分子または金属によって形成することができる。適する可撓性高分子としては、例えば、ポリウレタン、ポリジメチルシロキサン、ポリテトラフルオロエチレンを挙げることができる。柔軟な支持構造対は、一般に、弁膜と同じ可撓性高分子、異なる可撓性高分子、あるいは、これらの組み合わせによって形成することができる。支持構造体を形成するため、可撓性高分子は、シート状に形成されるとともに、編み込まれて織物にされても良く、あるいは、後述する浸漬コーティングを含む他の様々な手法によって形成されても良い。
【００６８】
また、支持構造体に適する可撓性高分子としては、例えば、デキストラン、ヒドロキシエチル澱粉、ゼラチンの誘導体、ポリビニルピロリドン、ポリ［Ｎ−（２−ヒドロキシルプロピル）メタクリルアミド］、ポリグリコール、ポリエステル、ポリ（オルトエステル）、ポリ（エステルアミド）、ポリ無水物等の再吸着可能な高分子を挙げることができる。再吸着可能なポリエステルとしては、例えば、ポリ（ヒドロキシ酸）およびその共重合体、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリ（ジメチルグリコール酸）、ポリ（ヒドロキシブチラート）を挙げることができる。好ましい再吸着可能な高分子としては、例えば、Ｄ，Ｌ−ポリ乳酸、Ｌ−ポリ乳酸、ポリ（グリコール酸）、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸とグリコール酸との共重合体を挙げることができる。再吸着可能な高分子によって心臓弁ステントを形成することは、更に、Ｍｉｒｓｃｈ ＩＩ等に対して付与された“生体再吸着可能な心臓弁支持体”と題する米国特許第５，７２８，１５２号に記載されており、その内容はこれを参照することにより本願に組み込まれる。再吸着可能な高分子は、天然の構造体が硬質ステントのための代替物としての弁膜用支持体として成長すると見込まれる実施形態において使用することができる。
【００６９】
縫合カフスが存在する場合、この縫合カフスは、天然材料、合成材料、または、これらの組み合わせによって形成することができる。縫合カフス１１６に適した天然材料としては、例えば、牛または豚の心膜組織等の固定／クロスリンクされた（架橋）組織を挙げることができる。組織のクロスリンク（架橋）は、例えば組織の酵素分解を防止することにより、機械的な安定性を与える。また、組織のクロスリンクは、バイオプロテーゼに対する患者の拒否反応を生じさせる可能性がある抗原部位を除去する。グルタルアルデヒドまたはホルムアルデヒドは一般に固定のために使用されるが、エポキシド、ゲニピン（ｇｅｎｉｐｉｎ）、ポリイミド、他の二官能性アルデヒド等の他の固定剤を使用することができる。
【００７０】
縫合カフス１１６に適した合成材料としては、例えば、一般に編み込まれて織物にされる可撓性高分子を挙げることができる。好ましい材料としては、例えばポリエステルまたはポリテトラフルオロエチレンを挙げることができる。プロテーゼを患者に埋め込んだ後の感染の発生を減らすため、織物縫合カフスは、抗菌性金属または他の抗菌剤を含んでいても良い。
【００７１】
弁膜の形成に適した高分子材料としては、例えば、合成高分子、純粋な生体高分子、および、これらの組み合わせを挙げることができる。可撓性高分子は、構造上の欠陥を伴うことなく、著しい撓み、曲げ、捻れ、摩耗及び／又は変形に耐えることができるエラストマーおよび他の高分子を含んでいる。好ましい高分子は、生体適合性のものである。柔軟な弁膜の好ましい実施形態において、高分子弁膜は、一般に、約５０ミクロン〜約１０００ミクロンの厚さ、更に好ましくは、約１００ミクロン〜約３００ミクロンの厚さを有している。
【００７２】
適した合成高分子としては、例えば、ポリアミド（例えば、ナイロン）、ポリエステル、ポリアクリレート、ビニールポリマー（例えば、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、または、他のハロゲン化高分子、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエンモノマーコポリマー（ＥＰＤＭ）およびポリビニルクロライド）、ポリカーボネート、ポリアセタール（例えばデルリン（登録商標））、ポリウレタン、ポリシロキサン、セルロースアセテート、エチレンビニルアセテート、ポリサルフォン、ニトロセルロース、これらの誘導体、同様の共重合体、これらの混合物を挙げることができるが、これらに限定されない。柔軟な高分子心臓弁の弁膜の形成において特に好ましい可撓性高分子材料としては、例えば、ポリウレタン、ポリジメチルシロキサン、ポリテトラフルオロエチレン、これらの誘導体、これらの混合物を挙げることができる。
【００７３】
心臓弁プロテーゼの弁膜を形成するために使用される可撓性高分子は、代替心臓弁用途において必要な繰り返しのサイクルに耐える十分な耐久性を有する高分子であることが好ましい。人間の患者の場合、弁は、毎年約４千万回のサイクル動作を行なわなければならず、また、理想的には、弁は、患者の予期される残りの自然寿命にわたって機能を維持する。現在の生体弁は、約４億〜６億サイクル後に交換する必要があるかもしれない。したがって、高分子基質は、構造が著しく悪化することなく、少なくとも４億サイクルに耐えられ、更に好ましくは約６億サイクル以上に耐えられることが好ましい。これらの性能要件を達成するためには、ポリウレタンおよびシリコーン高分子が特に好ましい。
【００７４】
高分子弁膜は、弁膜を強化するため及び／又は弁膜の引き裂き抵抗を更に高めるため、１または複数の補強体を有していても良い。補強体は、可撓性高分子を厚くするためのものとして、あるいは、弁膜の肉厚化を伴って或いは伴うことなく弁膜の本体を形成する可撓性高分子に結合される別個の組成体として形成されても良い。補強体は、局所的に配置されても良く、あるいは、弁膜領域の重要な部分にわたって延在していても良い。
【００７５】
幾つかの好ましい実施形態においては、弁膜の自由端部が補強される。図１２Ａを参照すると、弁膜３２２の自由端部３２０を厚肉にして、自由端部が引き裂かれたり或いは他の損傷を受けたりする可能性を低減している。図１２Ｂを参照すると、弁膜３２６の自由端部３２４は、弁膜の本体３３０とは異なる組成の補強部材３２８を内部に有している。この補強部材によって自由端部の厚さが弁膜の本体に対して厚くなってもならなくても良い。図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように自由端部が補強体を局所的に有している場合、別個の補強体が自由端部から離れて設けられていても良い。図１２Ｃを参照すると、補強部材３３２は、弁膜３３４の本体の全体にわたって設けられている。補強部材３３２は、一般に、弁膜の本体の残りの部分を構成する可撓性高分子とは異なる組成を有している。
【００７６】
補強部材は、高分子膜、有孔高分子膜、または、織物によって形成されていることが好ましい。補強部材は、比較的柔軟であることが好ましく、また、一般に、弁膜本体の残りの部分を形成する可撓性高分子よりも強度が大きい。様々な他の補強構造および組成を使用することができる。高分子弁膜の補強については、Ｗｏｏ等に対して付与された“補強された高分子弁膜を有する弁付きプロテーゼ”と題する同時係属の同一出願人による米国特許出願第０９／６６６，８２３に記載されており、その内容は、これを参照することによって本願に組み込まれる。マンドレルを浸漬コーティングすることによって弁膜が形成される場合、弁膜の自由端部に沿って更に厚くするべく、マンドレルは、弁膜の自由端部に対応する面に沿う尖端部に隣接して溝を有していても良い。
【００７７】
弁付きプロテーゼの形成
支持構造体とは別個に弁膜を形成することができ、あるいは、支持構造体と直接に関連付けて弁膜を形成することができる。弁膜を支持構造体とは別個に形成する場合には、構成要素の特定の材料に適する手法によって、弁膜を支持構造体に対して取り付けることができる。例えば、ヒートシール（熱接着）、縫合、接着等によって高分子弁膜を適当な支持構造体に対して接続することができる。支持構造体が同じ材料によって形成されるかどうかにかかわらず、支持構造体と直接に関連付けて弁膜を形成することができる。支持構造体と直接に関連付けて弁膜を形成する場合、後述するように、弁膜形成プロセスに支持構造体を組み込むことができる。
【００７８】
高分子を成形、編み込み、押出し、浸漬コーティング、または、鋳造して適当な形状にすることにより、所定の高分子から弁膜を形成することができる。成形プロセスは、金型内に別個の支持構造体／ステントを含めて或いは含めることなく、行なうことができる。好ましい方法としては、鋳造および浸漬コーティングを挙げることができる。
【００７９】
浸漬コーティングを行なうため、所望の高分子から成る溶剤溶液中に、あるいは、加熱された溶融高分子（ポリマー・メルト）中にマンドレルが浸漬される。弁膜がマンドレル上に形成される場合、マンドレルの形状は、弁膜の弛緩状態と一致している。これは、高分子に対して応力を全く加えることなく、マンドレル上で液体から高分子が形成するためである。マンドレルは、高分子弁膜における所望の形状を成すように機械加工される。特に、弁膜のサイズおよび形状に関する改良された特徴は、対応する特徴をマンドレル表面上に機械加工することにより、弁膜構造中に導入することができる。
【００８０】
浸漬コーティング前に、支持構造体／ステントをマンドレル上に配置して、支持構造体上に直接にコーティングを行なうことができる。あるいは、浸漬コーティングプロセス中に、弁膜と同じ高分子によって、支持構造体をマンドレル上に形成しても良い。他の実施形態においては、マンドレルから弁膜を除去した後に、弁膜を支持構造体／ステントに関連付けても良い。
【００８１】
弁膜は、また、存在する場合には支持構造体も、コーティングプロセスの終了後にマンドレルから取り除かれる。溶融体の温度及び／又は溶液の高分子濃度を変えることにより、コーティング厚を変化させても良い。溶剤の冷却及び／又は蒸発時、高分子構造がマンドレル上に形成される。必要に応じて、複数の浸漬工程を使用しても良い。
【００８２】
成形プロセス中に弁膜補強体を形成するために、補強体が位置する弁膜の部位を肉厚にするべく金型を変更しても良い。あるいは、金型内の補強位置に補強材料を配置して、補強材料の周囲で高分子が弁膜を形成するようにしても良い。浸漬コーティングプロセスにおいて、マンドレルの形状を変更して、肉厚の端部を形成しても良い。あるいは、自由端部を付加的に何回か浸漬して、自由端部に厚肉部を形成しても良い。また、浸漬コーティングプロセスの開始時、あるいは、最初の高分子コーティングが形成された後、マンドレルに沿って補強材料を配置しても良い。
【００８３】
高分子弁膜を形成するための浸漬コーティング方法は、より一貫した特性を持つ高分子弁膜を生成する改良されたマンドレル構造を使用して行なうことができる。特に、マンドレルは、弁膜の自由端部の所望の場所に位置するマンドレルの上端に、尖端部を有していても良い。高分子が尖端部に沿って分離される場合、弁膜の自由端部は、マンドレルの尖端部によって再現可能に形成される。一方、所定の測定結果にしたがって弁膜の上端がカットされる手法では、測定の制限に起因して、また、カッティングプロセス中における高分子の見込まれる伸びに起因して、弁膜の自由端部の正確な位置が変動する。上端尖端部を有するこれらの改良されたマンドレル構造については、Ｋｕｒｔ等に対して付与された“浸漬コーティングによる高分子弁プロテーゼ”と題する同時係属の同一出願人による米国特許出願第０９／７２４，００７に記載されており、その内容は、これを参照することによって本願に組み込まれる。
【００８４】
弁膜が形成された後、プロテーゼの製造を完了するために、別個の処理工程が必要であっても良い。まず最初に、弁膜が支持構造体／ステントに直接関連付けられて形成されなかった場合、弁膜は、支持構造体に対して接続される。縫合カフス等の任意の別個の構造体が支持構造体に対して接続される。縫合カフス等は、一般に、流入端部またはその近傍に加えられる。弁が管路内に組み込まれる場合、管路が弁に接続され或いは弁の周囲に管路が形成されることにより、弁が管路に対して接続固定されても良い。縫合糸、ステープル、接着剤、他の固定機構、および、これらの組み合わせを使用して、支持構造体を他の構成要素に対して接続することができる。
【００８５】
包装、配送、および、使用
配送において、医療装置は、シールされて殺菌された容器内に収納される。医療装置の構成要素を永久に保管すべきでない場合、容器には、日付が望ましい最大保管期間を示すように、年月日が付されても良い。容器は、医療装置の適切な使用及び／又は移植のための指示書と、他の適当な及び／又は必要なラベリングと共に包装される。容器は、プロテーゼ等の移植といった適切な医療処置で使用するため、医療専門家へと配送される。例えば標準的な外科手術を使用して、心臓弁プロテーゼおよび弁付き血管プロテーゼを移植する（埋め込む）ことができる。
【００８６】
前述した実施形態は、単なる例示であって、限定しようとするものではない。別の実施形態も特許請求の範囲内に入る。好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、当業者であれば分かるように、本発明の思想および範囲から逸脱することなく、形態および内容を変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】弛緩状態で弁がほぼ完全に開いている弁膜を有する心臓弁プロテーゼの斜視図である。
【図２】弛緩状態で弁がほぼ完全に閉じられている弁膜を有する心臓弁プロテーゼの斜視図である。
【図３Ａ】弛緩状態で弁ルーメンが約９０％開いている弁膜を有する心臓弁プロテーゼの斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの弁の平面図である。
【図４Ａ】弛緩状態で弁ルーメンが約７０％開いている弁膜を有する心臓弁プロテーゼの斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａの弁の平面図である。
【図５Ａ】弛緩状態で弁ルーメンが約５０％開いている弁膜を有する心臓弁プロテーゼの斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａの弁の平面図である。
【図６】開形状に対応する姿勢でプロテーゼから分離された高分子弁膜の斜視図であって、弁膜の特定の寸法がマークされた斜視図である。
【図７】弁膜が閉形状に対応する姿勢を成す、図６の弁膜の斜視図である。
【図８】高分子弁膜を有する心臓弁プロテーゼの切取斜視図であって、高分子弁膜が弁の流入端部に向かって所定の角度で支持構造体に取り付いている切取斜視図である。
【図９】図８の９−９線に沿う弁の断面図である。
【図１０】高分子弁膜を有する弁を組み込んでいる血管プロテーゼの切取斜視図であって、プロテーゼの一部が取り除かれて弁が露出している切取斜視図である。
【図１１】高分子弁を有する左心補助循環装置の部分側面図であって、流入チューブおよび流出チューブの側が切り取られて流入弁および流出弁が露出している部分側面図である。
【図１２Ａ】接合端部で弁膜が厚くなっている補強された高分子弁膜の一実施形態であって、弁膜の中心で切断した断面図である。
【図１２Ｂ】弁膜の自由端部の近傍に補強部材を有する補強された高分子弁膜の他の実施形態であって、弁膜の中心で切断した断面図である。
【図１２Ｃ】補強層を有する補強された高分子弁膜の他の実施形態であって、弁膜の中心で切断した断面図である。

Claims (32)

1. 支持構造体と、この支持構造体に接続される複数の柔軟な高分子弁膜とを備え、前記支持構造体は、複数の交連支持体と、交連支持体間にあるスカラップとを有し、前記弁は、完全に開いたルーメンの少なくとも１０％であるルーメンを持つ弛緩状態を有し、柔軟な高分子弁膜は、流入端部に最も近いスカラップに沿う部位で、弁軸と直交する面に対して流入端部の方へ約５°〜約８５°の角度を成して、支持構造体に接続している弁付きプロテーゼ。
2. 前記支持構造体は、硬質なステントを含んでいる請求項１に記載の弁付きプロテーゼ。
3. 前記支持構造体は、柔軟な材料を含んでいる請求項１に記載の弁付きプロテーゼ。
4. 前記柔軟な材料は、柔軟な高分子弁膜に見出される高分子成分を含んでいる請求項３に記載の弁付きプロテーゼ。
5. 前記柔軟な高分子弁膜は、補強体を備えている請求項１に記載の弁付きプロテーゼ。
6. 前記柔軟な高分子弁膜は、補強された自由端部を有している請求項１に記載の弁付きプロテーゼ。
7. 前記柔軟な高分子弁膜は、流入端部の方へ約１０°〜約６０°の角度を成して支持構造体に接続している請求項１に記載の弁付きプロテーゼ。
8. 前記柔軟な高分子弁膜は、流入端部の方へ約１０°〜約５０°の角度を成して支持構造体に接続している請求項１に記載の弁付きプロテーゼ。
9. 前記弁は、完全に開いたルーメンの少なくとも９０％であるルーメンを持つ弛緩状態を有している請求項１に記載の弁付きプロテーゼ。
10. 前記弁は、完全に開いたルーメンの約５０％〜約８０％であるルーメンを持つ弛緩状態を有している請求項１に記載の弁付きプロテーゼ。
11. 前記複数の柔軟な高分子弁膜が３つの弁膜である請求項１に記載の弁付きプロテーゼ。
12. 前記柔軟な高分子弁膜は、ポリウレタン、シリコーン、ポリジメチルシロキサン、ポリテトラフルオロエチレン、これらの誘導体、これらの混合物から成る群から選択される高分子を含んでいる請求項１に記載の弁付きプロテーゼ。
13. 支持構造体と、この支持構造体に接続される少なくとも３つの柔軟な高分子弁膜とを備え、前記支持構造体は、複数の交連支持体と、交連支持体間にあるスカラップとを有し、前記柔軟な高分子弁膜は、弁半径の約０．３倍〜弁半径の約０．８倍の接合深さを有している弁付きプロテーゼ。
14. 前記弁膜は、補強された自由端部を有している請求項１３に記載の弁付きプロテーゼ。
15. 前記弁膜は、弁半径の約０．３倍〜弁半径の約０．６倍の接合深さを有している請求項１３に記載の弁付きプロテーゼ。
16. 前記弁は、完全に開いたルーメンの少なくとも９０％であるルーメンを持つ弛緩状態を有している請求項１３に記載の弁付きプロテーゼ。
17. 前記弁は、完全に開いたルーメンの約５０％〜約８０％であるルーメンを持つ弛緩状態を有している請求項１３に記載の弁付きプロテーゼ。
18. 前記弁は、完全に開いたルーメンの約１０％以下のルーメンを持つ弛緩状態を有している請求項１３に記載の弁付きプロテーゼ。
19. 前記支持構造体は、硬質なステントを含んでいる請求項１３に記載の弁付きプロテーゼ。
20. 前記支持構造体は、柔軟な材料を含んでいる請求項１３に記載の弁付きプロテーゼ。
21. 支持構造体と、複数の柔軟な高分子弁膜とを備え、前記支持構造体は、複数の交連支持体と、交連支持体間にあるスカラップとを有し、前記柔軟な高分子弁膜は、弁半径の約１倍〜弁半径の約２倍の弁高さを有する弁を形成するとともに、弁高さよりも少なくとも約１ミリメートル長い弁膜長を有している弁付きプロテーゼ。
22. 前記複数の弁膜が３つの弁膜である請求項２１に記載の弁付きプロテーゼ。
23. 前記弁膜は、補強された自由端部を有している請求項２１に記載の弁付きプロテーゼ。
24. 前記弁膜は、弁高さよりも約１．５ミリメートル長い長さ〜弁高さの約１．２倍＋２ミリメートルの長さの弁膜長を有している請求項２１に記載の弁付きプロテーゼ。
25. 弁高さは、弁半径の約１．２倍〜弁半径の約１．８倍である請求項２１に記載の弁付きプロテーゼ。
26. 前記弁は、完全に開いたルーメンの少なくとも９０％であるルーメンを持つ弛緩状態を有している請求項２１に記載の弁付きプロテーゼ。
27. 前記弁は、完全に開いたルーメンの約５０％〜約８０％であるルーメンを持つ弛緩状態を有している請求項２１に記載の弁付きプロテーゼ。
28. 前記弁は、完全に開いたルーメンの約１０％以下のルーメンを持つ弛緩状態を有している請求項２１に記載の弁付きプロテーゼ。
29. 前記柔軟な高分子弁膜は、弁軸と直交する面に対して流入端部の方へ約５°〜約８５°の角度を成して、支持構造体に接続している請求項２１に記載の弁付きプロテーゼ。
30. 前記柔軟な高分子弁膜は、流入端部の方へ約１０°〜約６０°の角度を成して、支持構造体に接続している請求項２９に記載の弁付きプロテーゼ。
31. 前記柔軟な高分子弁膜は、流入端部の方へ約１０°〜約５０°の角度を成して、支持構造体に接続している請求項２９に記載の弁付きプロテーゼ。
32. 前記複数の弁膜が３つの弁膜である請求項２１に記載の弁付きプロテーゼ。