JP2018526087A - 組織修正装置、システムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

組織修正装置は、組織のパッチの第1縁を固定するように適合された、平面において位置合わせされた少なくとも第1の複数のグリッパを含む。複数のグリッパは、各々、第1力アクチュエータに固定される。第1の複数のグリッパは、上記平面に対して垂直な軸を中心に第1力アクチュエータに対して枢動するようにそれぞれ適合される。場合により、複数のグリッパは、受動力伝達機構によって力アクチュエータに取り付けられる。場合により、個々の力アクチュエータは、個々のグリッパへの枢支接続部により取り付けられる。組織を処理する方法は、処理(たとえば、化学架橋剤による組織の架橋)中に張力を保持するように張力がかけられた組織をフレームに固定することができる。

Description

本願は、組織修正装置、システムおよび方法に関し、より詳細には、哺乳動物の体内に植え込むための生体組織の修正に関する。
心臓弁手術を用いて、罹患した心臓弁を修復または置換することができる。たとえば、一般に狭窄症と呼ばれる、自己心臓弁の狭窄がある場合、または自己弁が漏れるかもしくは逆流する場合、心臓弁置換の必要が示される場合がある。罹患した心臓弁の修復または置換は、たとえば、患者に対して異種の生体組織を含む人工心臓弁(たとえば、異種移植片)の導入を含む場合がある。
生体組織は、単一のドナー内および同じ種のいくつかのドナーの間の少なくとも一方で異なる機械的特性を有する場合がある。たとえば、単一のドナーからの生体組織は、非均一な厚さを有する場合があり、生体組織の平均厚さは、ドナーによって異なる可能性がある。置換心臓弁で使用される生体組織の機械的特性のばらつきは、患者に植え込まれる置換心臓弁の性能および耐久性の少なくとも一方に影響を与える可能性がある。
組織修正は、哺乳動物の体内に植え込むために使用される生体組織の1つまたは複数の機械的特性を変更する。場合により、本明細書で提供される組織修正装置は、生体組織が一貫しない弾性特性を有する場合であっても、生体組織の異なる部分に等しい大きさの張力が供給されるように、生体組織のパッチを伸張させることができる。
例1では、組織修正装置は、組織のパッチの第1縁を固定するように適合された、平面において位置合わせされた少なくとも第1の複数のグリッパを含むことができる。複数のグリッパは、各々、第1力アクチュエータに固定されている。第1の複数のグリッパは、各々、上記平面に対して垂直な軸を中心に第1力アクチュエータに対して枢動するように適合されている。
例2では、例1の組織修正装置は、第1の複数のグリッパに対向して上記平面において位置合わせされた第2の複数のグリッパであって、組織のパッチの第2縁を固定するように適合された第2の複数のグリッパをさらに含む。第2の複数のグリッパは、各々、上記平面に対して垂直な軸を中心に枢動するように適合されている。第1の複数のグリッパは、第1の複数のグリッパと第2の複数のグリッパとの間に固定された組織のパッチを第1方向に沿って伸張させることができるように、第2の複数のグリッパとは反対の方向に組織を引っ張るように適合されている。
例3では、例2の組織修正装置は、各々が第2力アクチュエータに固定された第2の複数のグリッパであって、第1力アクチュエータおよび第2力アクチュエータが、第1の複数のグリッパと第2の複数のグリッパとの間に固定された組織のパッチを第1方向に沿って伸張させることができるように、第1の複数のグリッパおよび第2の複数のグリッパを反対方向に引っ張るように適合されている、第2の複数のグリッパを有する。
例3では、例2の組織修正装置は、固定物体に取り付けられた第2の複数のグリッパを有する。
例4は、複数のグリッパが、各々、平面に対して垂直な軸を中心に、例2の第2力アクチュエータおよび例3の固定物体に対して枢動するように適合されている、例3または4の組織修正装置である。
例5では、例1〜5のうちの1つの組織修正装置は、第3の複数のグリッパおよび第4の複数のグリッパをさらに含む。第3の複数のグリッパは、第1の複数のグリッパに隣接して上記平面において位置合わせされ、第4の複数のグリッパは、第3の複数のグリッパに対向して上記平面において位置合わせされる。第3の複数のグリッパおよび第4の複数のグリッパは、各々、組織のパッチの第3縁および第4縁を固定するように適合される。少なくとも第3の複数のグリッパは、各々、第3力アクチュエータに固定される。第3の複数のグリッパは、各々、上記平面に対して垂直な軸を中心に第3力アクチュエータに対して枢動するように適合されている。第4の複数のグリッパは、第4力アクチュエータまたは固定物体のいずれかに固定され、各々が、上記平面に対して垂直な軸を中心に第4力アクチュエータまたは固定物体に対して枢動するように適合されている。第3力アクチュエータは、第1の複数のグリッパ、第2の複数のグリッパ、第3の複数のグリッパおよび第4の複数のグリッパの間に固定された組織のパッチを第1方向および第2方向の両方に沿って伸張させることができるように、第3の複数のグリッパを第4の複数のグリッパとは反対の方向に引っ張るように適合されている。
例6では、例5の組織修正装置は、第4力アクチュエータを含み、第3力アクチュエータおよび第4力アクチュエータは、第3の複数のグリッパおよび第4の複数のグリッパを反対方向に引っ張るように適合されている。
例7では、例5の組織修正装置は、第4の複数のグリッパが複数の枢支接続部によって固定される固定物体を含む。
例8は、グリッパの各々がビームの先端部に固定され、各ビームが力分割器に枢支接続されている、例1〜7のうちの1つの組織修正装置である。
例9は、各力分割器が、別の力分割器にまたは上記力アクチュエータのうちの1つに枢支接続され、各力分割器が少なくとも3つの枢支接続部を含む、例8の組織修正装置である。
例10では、例8または例9の組織修正装置は、上記複数のグリッパのうちの1つにおけるグリッパを所定間隔で係止するように適合されたビーム固定装置をさらに含む。ビーム固定装置は、グリッパが組織の縁に固定された後に枢動するのを可能にするように解除されるように適合されている。
例11は、各ビームが少なくとも1cm長、より好ましくは少なくとも2cm長である、例8〜10のうちの1つの組織修正装置である。
例12では、組織修正装置は、組織のパッチの外周部の周囲に固定されるように適合された複数のグリッパと、隣接するグリッパが組織のパッチの異なる部分の弾性特性の相違にかかわらず組織のパッチに等しい張力を供給するように適合されるように、複数のグリッパに取り付けられた複数の力アクチュエータとを備える。
例13は、各力アクチュエータが単一のグリッパに接続されている、例12の組織修正装置である。
例14は、各力アクチュエータが、グリッパが、組織のパッチの平面において力アクチュエータに対して枢動するのを可能にするように適合された枢支接続部を介して、単一グリッパに接続されている、例13の組織修正装置である。
例15は、アクチュエータが、各グリッパが組織に等しい張力を供給するように力を提供するように適合されている、例12〜14のうちの1つの組織修正装置である。
例16では、組織を処理する方法は、(a)組織のパッチをパッチの外周部の周囲で複数のグリッパに取り付けるステップと、(b)組織のパッチに張力を加えるようにグリッパのうちの少なくともいくつかに力を加えるステップと、(c)張力下にある間、組織が張力を保持するようにフレームにパッチを固定するステップと、(d)フレームに固定されかつ張力下にある間、組織のパッチを化学架橋剤に接触させて、張力下にある間にパッチを架橋するステップとを含む。
例17は、パッチの各側部に沿ったグリッパの各々が等しい大きさの力を加える、例16の方法である。
例18は、受動力伝達機構が、パッチの各側部に沿って力を等化するために使用される、例17の方法である。
例19は、各グリッパが等しい大きさの伸張力を加える、例16〜18のうちの1つの方法である。
例20は、パッチがおよそ矩形の形状であり、グリッパが、パッチの4つの側部に沿って、各側部が2に等しい数のグリッパに取り付けられるように取り付けられ、nが1以上の整数に等しく、好ましくは2以上の整数に等しい、例16〜19のうちの1つの方法である。
例21は、化学物質がグルタルアルデヒドである、例16〜20のうちの1つの方法である。
例22は、組織のパッチから弁尖を切り出すステップをさらに含む、例16〜21のうちの1つの方法である。
例23は、組織のパッチが心膜を含む、例16〜22のうちの1つの方法である。いくつかの実施形態では、組織片はグルタルアルデヒド溶液に暴露される。さらにまたは別法として、組織片は、組織片の第1応力負荷および第2応力負荷への暴露の少なくとも一部の間にグルタルアルデヒド溶液に暴露することができる。たとえば、組織片は、フレームに取り付けられることによる応力負荷下にある間、約15分間〜約2週間、グルタルアルデヒド溶液に暴露することができる。
いくつかの実施形態では、心膜組織の実質的に平面のパッチは、ウシ心膜、ウマ心膜またはブタ心膜である。
別の態様では、組織修正方法は、心膜組織片から実質的に平面の弁尖を形成するステップと、実質的に平面の弁尖を基部に対して固定位置に配置するステップと、実質的に平面の弁尖の実質的に平面の表面の少なくとも一部から組織を除去するステップとを含む。実質的に平面の弁尖は、接着部分と、接着部分に実質的に対向する弓形縁であって、第1端部および第2端部を有する弓形縁と、弓形縁から弓形縁の第1端部および第2端部によって画定された軸まで延在する腹部とを含む。
本発明の1つまたは複数の実施形態の詳細は、添付図面および以下の説明に示す。本発明の他の態様、特徴および利点は、説明および図面からかつ特許請求の範囲から明らかとなろう。
生体組織を用いて心臓弁を生成する例示的な方法を示すフローチャートである。 本明細書で提供される方法のいくつかの実施形態による組織を処理する方法を示すフローチャートである。 例示的な人工心臓弁である。 受動力均衡機構が個々のグリッパの間でいかに等しく力を分割するかを示す概略図である。 例示的な組織伸張装置を示す。 個々のグリッパを所定間隔で係止するために使用される例示的なジグを示す。 各個々のグリッパが等しい大きさの力を加えるように組織のパッチの4つの側部に沿っていかに力を加えることができるかを示す。 受動力均衡機構が不均一な弾性特定を有する組織に対して動的にいかに調整することができるかを示す。 伸張し処理された組織のパッチから弁尖がいかに切り出されるかを示す。 例示的なフレームを示す。
さまざまな図における同様の参照符号は同様の要素を示す。
人工心臓弁および他の植込み式医療デバイスは、所望の生物学的特性および機械的特性を得るために生体組織を用いることが多い。置換心臓弁で使用される生体組織の機械的特性のばらつきが医療デバイスの性能および耐久性の少なくとも一方に影響を与える可能性があるため、本明細書で提供される方法、装置およびシステムは、生体組織に対してより信頼性が高くかつ一貫した機械的特性を提供する。
図1Aは、人工心臓弁に生体組織を組み込むプロセス全体を示すフローチャートである。第1ステップ11は、ウシ心膜30等、人工心臓弁で使用するために生体組織を調達することである。場合により、ブタ心膜またはウマ心膜を取得することができる。場合により、本明細書で記載するプロセスにおいて、他の動物またはヒトの生体組織を取得し使用することができる。場合により、動物の生体組織は、薬剤または医療デバイスでの使用に好適な生体組織を提供するものとして1つまたは複数の政府組織または非政府組織によって認定される組織、および動物海綿状脳症の病原体を伝染させるリスクを低減させることができる、特定の規定に従って動物が飼育された組織の少なくとも一方から取得することができる。場合により、動物組織は、供給者によって前処理される場合がある。たとえば、供給者は、組織を事前に洗浄する場合があり、それには、付着する脂肪を除去すること、および血液および残骸を洗い流すことの少なくとも一方が含まれ得る。供給者はまた、1種または複数種の抗菌性溶液で組織を洗滌するか、または所定の張性要件を有する場合もある。
ウシ心膜30等の生体組織を取得した後、ステップ12において、生体組織を固定することができ、それについては後述する。ステップ13において、固定された生体組織から所定形状を有する弁尖が切断され、人工心臓弁で使用するために好適な弁尖が選択される。ステップ14において、切断された弁尖のうちの1つまたは複数を用いて、人工心臓弁が製作される。たとえば、生体組織を含む3つの弁尖をフレームに対して、および互いに対しての少なくとも一方で縫合して人工心臓弁を形成することができる。図2に例示的な心臓弁を示し、それについては後述する。ステップ15において、人工心臓弁が仕様を満たすことを確実にするために、それらについて検査および試験の少なくとも一方を行うことができる。場合により、検査の前に又は後に人工心臓弁を滅菌することができる。
生体組織12を固定する例示的なプロセスについては、図1Bのフローチャートにさらに示す。本明細書で提供される組織修正のプロセスは、図1Bに示すステップのうちの1つまたは複数を使用することができる。ステップ21において、ステップ22〜26に提供される組織修正プロセスを簡略化するために、生体組織のパッチが切断される。場合により、生体組織のパッチは、実質的に矩形であり得る。場合により、生体組織のパッチは、実質的に平坦形態で置くことができるように切断することができる。場合により、生体組織のパッチは、厚さのばらつきが最小限であるように切断することができる。パッチの特定のサイズおよび形状は、処理されている特定の生体組織によって決まる可能性がある。ステップ21は、図1Bに示すように、生体組織の形状に近似するテンプレートを用いて手で切断することができる。場合により、ステップ21は、対向するオス型部材およびメス型部材と制御システムとを用いて、所定の線に沿って生体組織を切断することにより、自動化することができる。ステップ21において、パッチにおける生体組織の機械的特性のばらつきを最小限にするように生体組織を切断することができるが、自然なばらつきは予測され、したがって、本明細書で提供される装置、システムおよび方法は、生体組織に信頼性が高くかつ一貫した機械的特性をもたらすように、生体組織にさらに張力をかけかつ生体組織を固定することができる。場合により、生体組織は、約0.05mm〜約0.7mmの初期厚さを有することができる。場合により、生体組織供給は、生体組織の事前切断パッチを供給することができ、それにより、ステップ21を行う必要がなくなる。
ステップ22において、生体組織に張力がかけられる。たとえば、複数のグリッパがフレームの上でウシ心膜パッチ32の周囲に配置され、かつパッチ32に張力をかけるように伸張される。ステップ23において、張力がかけられたパッチ32は、さらなる処理のために張力を保持するようにフレームに捕捉される。たとえば、図示するように、張力がかけられたパッチ32は、組織−フレームアセンブリ800を生成するように複数のステープル820によってフレームに固定することができる。ステップ24において、生体組織を固定するように、張力がかけられたパッチ32は化学的に架橋される。図示するように、ステップ24は、グルタルアルデヒドを用いることができる。場合により、組織−フレームアセンブリ800は、0.6wt%グルタルアルデヒドを含有する溶液に少なくとも15分間配置して生体組織を化学的に架橋することができる。場合により、グルタルアルデヒドの溶液に最大30日間、組織−フレームアセンブリ800を配置することができる。場合により、グルタルアルデヒドの溶液に30分間〜6時間、組織−フレームアセンブリ800を配置することができる。場合により、グルタルアルデヒドの溶液に1時間〜3時間、組織−フレームアセンブリ800を配置することができる。場合により、グルタルアルデヒドの溶液は、0.1wt%グルタルアルデヒド〜5wt%グルタルアルデヒド、0.2wt%グルタルアルデヒド〜2.0wt%グルタルアルデヒドまたは0.4wt%グルタルアルデヒド〜0.8wt%グルタルアルデヒドの濃度を有することができる。場合により、フレーム上で生体組織を化学的に架橋するために、ポリエポキシドおよびEDC(カルボジイミド)等の他の架橋化合物を用いることができる。場合により、緊張時間(たとえば、組織がフレームに取り付けられている時間)は、組織が架橋溶液に暴露される時間の長さとは異なり得る。場合により、フレームから組織を分離して、架橋溶液によって処理し続けることができる。場合により、組織は、組織−フレームの組合せが架橋溶液から取り除かれた後の複数の期間、フレームにあり続けるか、架橋溶液に暴露される前のある期間、フレームにあり続けるか、またはその両方とすることができる。ステップ25において、固定された生体組織をフレームから分離することができる。場合により、固定されかつ張力がかけられた生体組織が依然としてフレームに固定されている間、固定されかつ張力がかけられた生体組織から、固定された生体組織を切断することができる。場合により、固定されかつ張力がかけられた生体組織は、フレームから取り除いてその後切断することができる。ステップ26において、固定されかつ張力がかけられた生体組織は、それが仕様を満たすか否かを判断するために試験される。たとえば、固定されかつ張力がかけられた生体組織は、医療デバイスでの使用に好適であるか否かを判断するために、目視検査を受けるか、以下の特性、すなわち、厚さ、張力、垂下、外側寸法、収縮度、含水量および重量のうちの1つまたは複数が測定されるか、またはその両方とすることができる。
図2は、本明細書で提供される例示的な人工心臓弁100を示し、それは、本明細書で提供される張力がかけられかつ固定された生体組織を含む弁尖200を使用することができる。図2は、展開デバイス190に固定された人工心臓弁100の斜視図である。図示するように、人工心臓弁100は、拡張可能部材110(たとえば、編組ステント)と、3つの弁尖200と、弁尖200のスリーブ部分216を拡張可能部材110に固定する3つのアンカ要素120と、人工心臓弁100の血液流入端部の周囲に固定された管状シール130とを含む。よりよい理解を促進するために、図2は、管状シール130の下に位置する構成要素を示していない。アンカ要素120は、ポスト脚部圧縮要素122と、スリーブ部分216の両側に沿って支持を提供するように適合された締付け支持構造体126とを含むことができる。図2に示す拡張可能部材110は、編組ステント(編組アンカ要素とも述べることができる)であり、それは、小さい径を有する拘束状態と大きい径を有する拡張状態との間で遷移するように適合される。拡張可能部材110は、自己拡張型であるか、機械式に拡張するか、またはそれらの組合せであり得る。場合により、本明細書で提供される人工心臓弁に、1つまたは複数の放射線不透過性マーカを固定することができる。図示するように、拡張可能部材110は、放射線不透過性マーカ112を含む。放射線不透過性マーカ112における放射線不透過性材料として、任意の好適な放射線不透過性材料(白金、パラジウム、金、タンタルまたはそれらの合金)を使用することができる。弁が適切な位置に据え付けられていることを医師が確認するのに役立つように、撮像システムとともに1つまたは複数の放射線不透過性マーカを使用することができる。場合により、本明細書で提供される人工心臓弁は、少なくとも3つの放射線不透過性マーカを含む。拡張可能部材110は、任意の好適な構造、配置または材料を有することができる。場合により、拡張可能部材110は、編組ワイヤステントを含むことができる。たとえば、編組ワイヤステントに対するあり得る構造および材料の開示に対して参照により本明細書に組み込まれる、「心臓弁を血管内で置換する方法および装置(Methods and Apparatus for Endovascularly Replacing a Heart Valve)」と題し2004年11月5日に出願された米国特許出願公開第2005/0143809号明細書は、編組ワイヤステントを開示している。場合により、拡張可能部材110は、形状記憶材料(たとえば、ニッケル−チタン合金またはコバルト−クロム合金)を含む。
場合により、図示するように、人工心臓弁100は3つの弁尖200を含む。場合により、本明細書で提供される人工心臓弁は、2つ、3つ、4つ、5つまたはそれより多くの弁尖等、任意の好適な数の弁尖を有することができる。場合により、弁尖200は互いに固定される。場合により、1本の縫合糸(図示せず)または複数の縫合糸により、弁尖200を互いに固定することができる。弁尖200は、各弁尖の本体部分の縁に沿って縫合することができる。場合により、本明細書で提供される人工心臓弁は、単一の縫合線を含むことができ、それは、漏れを最小限にすること、継目の幅を最小限にすること、および経皮挿入中の置換心臓弁の外形を最小限にすることの少なくとも一つを実現するように適合することができる。場合により、本明細書で提供される心人工臓弁は、複数の縫合線を含むことができる。
図1B、ステップ22を参照すると、本明細書で提供される方法、装置またはシステムに従って、生体組織(たとえば、ウシ心膜32)のパッチに張力をかけることができる。場合により、パッチの縁を複数のグリッパに固定し、グリッパの各々に等しい大きさの作動力を加えることにより、生体組織のバッチに張力をかけることができる。場合により、本明細書で提供される生体組織のパッチは、単軸方向に対して単一の軸に沿うことができる。場合により、本明細書で提供される生体組織のパッチは、二軸方向に対して2つの軸に沿って伸張させることができる。場合により、2つの交差する軸に沿って供給される力の大きさは等しい。場合により、2つの交差する軸に沿って供給される力の大きさは異なる。場合により、軸は垂直である。場合により、力は、各グリッパが生体組織に等しい大きさの伸張力を供給するように、各軸に沿って供給される。
図3は、生体組織のパッチの1つの縁を引っ張る隣接するグリッパに等しい引張力を与えるように、本明細書で提供される方法、装置およびシステムで使用することができる、受動力均衡機構を示す。図示するように、力分割器232、234、236への複数の枢支接続部233、235、237、225を介して、単一の力アクチュエータ240を複数のグリッパ210に接続することができ、力分割器232、234、236は、各々、伸張している/張力がかけられている生体組織の自然の機械的特性の相違にも関わらず、グリッパに加えられる力の量を半分に分割する。各力分割器232、234および236は、3つの枢支接続部を有する。各枢支接続部233、235、237、および225は、複数のグリッパ210を通過する平面に対して垂直な軸を中心とする自由な回転を可能にする。生体組織は、平面に配置することができる。
力アクチュエータ240は、任意の好適な力アクチュエータであり得る。場合により、力アクチュエータ240は、開ループ力アクチュエータであり得る。たとえば、場合により、力アクチュエータ240は、精度調整器を備えた低摩擦エアシリンダであり得る。場合により、力アクチュエータ240は、閉ループ力アクチュエータであり得る。たとえば、場合により、力アクチュエータ240は、ロードセルフィードバックを備えるかまたは所定位置/距離に移動するサーボ制御アクチュエータであり得る。本明細書で提供される受動力均衡機構の使用により、生体組織に張力をかける/生体組織を伸張させるために使用されるグリッパに力を提供するために使用される独立して制御される力アクチュエータの数を最小限にすることができる。
複数の力分割器232、234、236および枢支接続部233、235、237、225により、各力分割器232、234、236は力の大きさを半分に分割するため、グリッパ210に分割される力が等しく分割されるようにすることができる。力の等しい分割は、グリッパの軸(図3におけるx軸)に対して垂直なそれぞれの枢支点からの隣接するグリッパの間隔が等しいことによることができる。力分割器は、V字形状を有するものとして示すが、三角形または矩形等、他の形状を有することができる。さらに、枢支点は、(図3のY次元において)広がっているように示すが、互いに位置合わせすることも可能である。生体組織パッチの1つの領域における生体組織が、パッチの他の領域より弾性が低い場合、パッチのより弾性の高い領域に所望の大きさの力を依然として供給するように、力分割器およびビーム220は、1つまたは複数の枢支接続部233、235、237、225を中心に枢動することができる。図示するように、8つのグリッパ210があるが、本明細書で提供される方法、装置およびシステムは、他の数のグリッパを使用することができる。場合により、各軸に沿って力を加えるように供給されるグリッパは、2のべき乗に等しい。いくつかの場合、本明細書で提供される方法、装置およびシステムは、各力アクチュエータ240に取り付けられた2つのグリッパ、4つのグリッパ、8つのグリッパ、16のグリッパおよび/または32のグリッパを有する。
ビーム220は、グリッパ210に固定された先端部と、第1力分割器232に対する枢支接続部225を有する基端部とを含み、第1力分割器232はまた、別のビーム220および第2力分割器234に枢支接続されている。第2力分割器234は、各々、第1力分割器232のうちの2つにかつ第3力分割器236に枢支接続されている。第3力分割器は、第2力分割器のうちの2つにかつ力アクチュエータ240に枢支接続されている。ビーム220は、少なくとも1cmである、枢支接続部225とグリッパ210の把持部分との間の長さを有することができる。場合により、枢支接続部225とグリッパ210の把持部分との間の長さは、少なくとも2cmである。場合により、枢支接続部225とグリッパ210の把持部分との間の長さは、少なくとも2.5cmである。場合により、枢支接続部225とグリッパ210の把持部分との間の長さは、1.0cm〜50cmである。場合により、枢支接続部225とグリッパ210の把持部分との間の長さは、2.0cm〜10cmである。枢支接続部225とグリッパ210の把持部分との間の長さは、隣接するグリッパ210が別の軸に沿ってパッチを伸張させるために使用されているグリッパに対する抵抗を最小限にして広がることができるようにするために、サイズを決めることができる。生体組織のパッチを伸張させ/パッチに張力をかけるときにグリッパ210が広がるのを可能にすることにより、垂直軸における生体組織の不均一な伸張が可能になる。しかしながら、ビームが広がる際、これにより、各グリッパ210に加えられる力の方向が変化するが、より長いビーム220により、各グリッパ210によって加えられる力のベクトルと力アクチュエータ240によって供給される力のベクトルとの間の角度が最小限になる。
ビーム220は剛性がある場合もあれば可撓性がある場合もある。場合により、ビーム220は、剛性材料(たとえば、鋼、アルミニウム)から構成することができる。場合により、ビーム220は、可撓性プラスチックから構成することができる。場合により、ビーム220は、所定の力を超える力を受けると弾性的にまたは塑性的に伸張するように適合された可撓性ケーブル/テザーを含むことができる。
図4は、本明細書で提供される特定の実施形態による例示的な組織伸張/緊張装置を示す。図示するように、生体組織32の実質的に矩形のパッチは、複数のグリッパ310a、310b、310c、310dによってフレーム360の上方に固定される。図示するように、パッチ32の各縁に沿ったグリッパ310a、310b、310cおよび310dは、受動力均衡機構350a、350b、350c、350dに接続される。図示するように、対向する受動力均衡機構350aおよび350bは、各々、8つのグリッパ310a、310bに接続されている。図示するように、対向する受動力均衡機構350cおよび350dは、各々、4つのグリッパ310c、310dに接続されている。力均衡機構350aは、枢支接続部337aにおいて力分割器336aに枢支接続された第1力アクチュエータ340aを含む。力分割器336aは、枢支接続部335aにおいて2つの力分割器334aに枢支接続されている。各力分割器334aは、枢支接続部333aにおいて2つの力分割器332aに接続されている。各力分割器332aは、枢支接続部225aにおいて2つのビーム320aに接続されている。各ビームの先端部は、グリッパ310aに接続されている。力均衡機構350bは、第2力アクチュエータを8つのグリッパ310aに接続する力均衡機構350aと同じ構造を有する。力均衡機構350cは、枢支接続部335cにおいて力分割器334cに枢支接続された第3力アクチュエータ340cを含む。力分割器334cは、枢支接続部333cにおいて2つの力分割器332cに枢支接続されている。各力分割器332aは、枢支接続部225cにおいて2つのビーム320cに接続されている。各ビームの先端部は、グリッパ310cに接続されている。力均衡機構350dは、第4力アクチュエータを4つのグリッパ310dに接続する力均衡機構350cと同じ構造を有する。図示するように、ビーム320a、320cは、少なくとも1cmの長さを有することができる。図示するように、ビーム320a、320cの長さは、およそパッチ32の幅であり得る。上述したように、ビームの長さは、ビームピボットとして各グリッパに加えられる力ベクトルの方向に影響を与える可能性がある。
グリッパ310a、310b、310cおよび310dは、任意の好適な構造を有することができる。場合により、グリッパ310a、310b、310cおよび310dは、空気圧式グリッパであり得る。場合により、グリッパ310a、310b、310cおよび310dは、ばね式のこぎり状クランプ(たとえば、アリゲータクリップ)であり得る。場合により、グリッパ310a、310b、310cおよび310dは、フック、クランプ、磁石、大釘/ピン/釘、自己締付機構、弾性グリッパおよびソレノイドの少なくとも一つを含むことができる。グリッパの表面質感は、材料の滑りを防止するように設計することができる。場合により、グリッパは、のこぎり状/刻み付き表面を有することができる。
パッチ32を取り付けるために、フレーム360の上にパッチを配置することができ、グリッパ310a、310b、310c、310dの各々にパッチ32の4つのそれぞれの縁を固定することができる。グリッパ310a、310b、310cおよび310dにパッチ32を固定するプロセス中、力アクチュエータに各グリッパを接続する枢支接続は、各縁に沿った各隣接するグリッパ間の間隔が所定間隔であるように係止することができる。場合により、グリッパ310a、310b、310c、310dを所定配置で係止するために、ジグを使用することができる。たとえば、図5は、各ビーム420から延在する突起422、424に対応する複数の開口部472、474を含むことができる、例示的なジグ470を示す。各開口部472、474は、尖端部および開放部分を含む。場合により、開口部472、474は切込み端部を有することができる。たとえば、ジグ470は、回転を防止するように切込み端部を有する先端開口部474を含むことができ、基端開口部は、尖端部(V字溝)を有することができ、一定のピッチを設定する。グリッパ410を所定間隔で係止するために、力アクチュエータ(図示せず)に向かってジグ470を後方に前進させることができ、それにより、各突起422、424は、各々、各開口部472、474の尖端部に着座し、それにより、各ビーム420は、開口部472、474の各対の尖端部を通過する平面に沿って位置合わせされる。ビーム420が互いに対して枢動するのを可能にするために、ジグ470は、各突起が自由に開放部分内を移動することができるように、前方に前進する。場合により、開口部472、474は、ジグ470の背面に尖端部を有することができ、それにより、グリッパ410を所定間隔関係で係止するように、力アクチュエータに対してジグを前方に前進させることができる。ジグおよびそのアクチュエータは、グリッパアクチュエータに固定して結合されている。図5は、グリッパ410の位置を係止するために使用されるジグの特定の実施形態を示すが、互いに対して、および力アクチュエータに対しての少なくとも一方でグリッパの間隔を係止するための他のジグ配置も企図される。たとえば、縁に切込み溝を含むジグを用いることができ、それは、2つの開口部を不要にする。図5はまた、給気部412に接続された空気圧チューブ414に接続された空気圧式グリッパ410も示す。
使用時、生体組織のパッチの両側におけるグリッパの第1組および第2組は、隣接するグリッパの間隔を固定するようにジグを係止位置まで移動させることができる。グリッパの第1組および第2組に隣接するグリッパの第3組および第4組もまた、隣接するグリッパの間隔を固定するようにジグを係止位置まで移動させることができる。グリッパの間隔が係止されると、グリッパは、生体組織のパッチの縁部分に固定することができる。パッチにグリッパを固定した後、係止解除位置までジグを移動させることができる。ジグが係止解除位置まで移動した後、各力アクチュエータは、パッチを伸張させるために所定の力を加えることができる。図6に示すように、各力アクチュエータによって加えられる力は、各グリッパが各グリッパに同じ大きさの力、Xポンド力を加えるように、適合させることができる。たとえば、グリッパの第1組および第2組は、各々、8つのグリッパを含み、グリッパの第3組および第4組は、各々、4つのグリッパを含む場合、第1力アクチュエータおよび第2力アクチュエータによって加えられる力は、8×Xポンドの力とすることができ、第3力アクチュエータおよび第4力アクチュエータによって加えられる力は、4×Xポンドの力とすることができ、それにより、各グリッパはXポンドの力で引っ張る。場合により、各グリッパは、少なくとも0.01ポンド(約4.54グラム)力でパッチを伸張させる。場合により、各グリッパは、0.01ポンド(約4.54グラム)力〜5ポンド(約2.27キログラム)力でパッチを伸張させる。場合により、各グリッパは、0.05ポンド(約22.68グラム)力〜3ポンド(約1.36キログラム)力の力でパッチを伸張させる。場合により、各グリッパは、0.1ポンド(約45.36グラム)力〜1ポンド(約453.59グラム)力の力でパッチを伸張させる。場合により、各グリッパは、0.2ポンド(約90.72グラム)力〜0.5ポンド(約226.80グラム)力の力でパッチを伸張させる。場合により、力アクチュエータは、ロードセルフィードバックで制御されるサーボとすることができ、それにより、より小さい力が供給されるようにすることができる。力アクチュエータがグリッパに力を加える際、生体組織のパッチの機械的特性の自然なばらつきにより、各セットにおける隣接するグリッパが相対的に移動することになる可能性があり、それにより、各セットにおけるグリッパ間で力が等化される。第1軸に沿った互いから離れるグリッパの第1組および第2組の相対移動と、第1軸に垂直な第2軸に沿った、互いから離れるグリッパの第3組および第4組の相対移動とにより、生体組織(たとえば、組織32)のパッチに二軸応力負荷が加えられることになる。
本明細書で用いる「応力負荷」は、組織に加えられる(たとえば、ポンド力で測定される)力である。本明細書で用いる「応力」は、組織の単位面積当たりの力(すなわち、応力負荷)であり、たとえば、1平方インチ(約6.45平方センチメートル)当たりのポンド力で測定することができる。したがって、組織に加えられる応力は、応力負荷と組織の断面積との関数である。たとえば、所与の応力負荷に対して、組織に加えられる応力は、組織の厚さによって変化する可能性がある。
図7は、特性の自然なばらつきを有する生体組織の緊張を枢支接続部がいかに改善することができるかを示す。図示するように、図7は、隣接するグリッパの位置合せおよび間隔を維持せず、したがって、組織の異なる領域の可変伸張がある。
場合により、グリッパの第1組、第2組、第3組および第4組は、生体組織を伸張させるように同時に作動させることができる。場合により、グリッパの第1組および第2組は、第1軸に沿って組織を伸張させるように駆動され、その後、グリッパの第3組および第4組が、第2軸に沿って組織を伸張させるように駆動される。場合により、組織は、最終緊張の前に少なくとも1回組織のパッチに張力をかけるように、1つまたは複数のサイクルで組織のパッチに負荷が加えられる、プレサイクルに入ることができる。場合により、各軸に沿って加えられる応力負荷は、約0.1N〜約2Nである。場合により、パッチに加えられる応力は、約0.01N/mm〜約2N/mmである。図1Bに関して上述したように、生体組織のパッチが所望の張力まで伸張した後、ステップ23においてフレームに組織を固定することができる。図8および図1Bに示すように、ステープル820を用いてパッチ32をフレームに固定し、パッチ32が跳ね返らないようにパッチ32を緊張形態で維持する、フレーム−組織の組合せ800をもたらすことができる。図9に、例示的なフレームを示す。図9に示すように、フレーム900は、ステープル820を受け入れるように適合された複数の厚化部分920を含むリム910を含む。フレーム900は、一続きの突起912を含むことができる。突起912は、グリッパが、近づいたときに妨げなしに組織にまたがることができるように、グリッパの平面に組織を吊り下げる棚として作用することができる。図示しない場合により、フレームは中空であり得る。場合により、フレーム900は、リム910にステープル留めされたときにリム910がゆがまないように適合された補強構造を含むことができる。場合により、複数の開口部930は、組織のパッチの上面および下面の両方が、生体組織のパッチの化学架橋等、後述する後続する処理ステップで処理されることを保証することができる。他のフレーム配置も使用することができる。
フレーム900または他のフレーム設計は、任意の好適な材料から作製することができる。場合により、フレーム900はプラスチックから作製される。場合により、フレーム900は、金属材料から作製される。場合により、フレーム900は、医療グレードまたは食品グレードのプラスチック、もしくは耐食ステンレス鋼、または依然として洗浄を可能にしながら腐食性環境での使用に好適な他の材料であり得る。
フレームに張力がかけられた生体組織のパッチを固定するために、任意の好適な締結手段を使用することができる。ステープルが示されているが、他の締結具も企図される。たとえば、場合により、フレームに張力がかけられた生体組織のパッチを固定するために、クランプを用いることができる。本明細書で提供されるシステムおよび方法での使用に好適な他の締結具としては、縫合糸、大釘、磁石、テザー、ピン、釘、ねじ、クランプおよび曲がりくねった経路が挙げられる。生体組織の張力がかけられたパッチがフレームに固定された後、生体組織は、フレームの外周部の周囲を切断することによってグリッパから切断し、またはグリッパから解放することができる。
場合により、固定する前により一貫した厚さを与えるように組織を平坦化するために、プラテンとともにフレームを使用することができる。下部プラテンは、組織固定フレーム内に適合するようなサイズとすることができ、上部プラテンは、下部プラテンと同じサイズの平坦な矩形プレートを含むように拡張することができる。上部プラテンは、一定厚さに圧縮されるようにプログラム制御することができる。別法として、機械的方法を用いて可動プラテンの移動を制限するように、スペーサを使用することができる。ともに同じ結果を達成し、可動プラテンの移動の量を一定距離に制限し、それにより、一定厚さの組織を提供する。場合により、下部プラテンは、上部プラテンが固定された可動プラテンとすることができる。平坦化プロセスは、上に示したように、別個のステーションで行うことができ、または、本明細書で提供される組織修正装置内に組み込むことができる。プラテン材料は、医療グレードまたは食品グレードのプラスチック、もしくは耐食ステンレス鋼、または依然として洗浄を可能にしながら腐食性環境での使用に好適な他の材料であり得る。場合により、プラテンから組織への特徴(たとえば、モールドライン、機械ライン等)のいかなる転写/刷込みも阻止するように、プラテン表面として高度に研磨されかつ平滑なステンレス鋼を用いることができる。
図1Bに関して上述したステップ24は、生体材料を架橋するように化学物質で張力がかけられた組織を処理することによる組織の固定を考察する。場合により、組織−フレームの組合せ800は、少なくとも5分間、化学処理される。場合により、組織−フレームの組合せ800は、5分間〜1週間、グルタルアルデヒド溶液への化学処理出現(chemically treated emersion)である。場合により、組織−フレームの組合せ800は、10分間〜6時間、グルタルアルデヒド溶液への化学処理出現である。場合により、組織−フレームの組合せ800は、20分間〜2時間、グルタルアルデヒド溶液への化学処理出現である。場合により、組織−フレームの組合せ800は、30分間〜1時間、グルタルアルデヒド溶液への化学処理出現である。さらにまたは別法として、組織−フレームの組合せ800は、グルタルアルデヒド溶液に暴露する前に非架橋溶液(たとえば、リン酸緩衝食塩水または食塩水)に暴露することができる。非架橋溶液への組織−フレームの組合せ800の暴露は、約4℃〜約37℃(たとえば、約20℃)で行うことができる。この組織−フレームの組合せ800の暴露により、組織が、その構造をグルタルアルデヒド等の架橋溶液により適所に係止する前に、応力に反応し向きを変えることができる。
場合により、生体組織のパッチの伸張および固定により、平均厚さを低減させることができる。たとえば、フレームに保持された張力がかけられかつ固定された組織の平均厚さは、約0.1mm〜約0.4mmであり得る。場合により、組織の二軸伸張および組織の固定により、組織の厚さの増大はほとんどないかまたはまったくない。
本発明の複数の実施形態について記載した。それにもかかわらず、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更を行うことができることが理解されよう。したがって、他の実施形態は以下の特許請求の範囲内にある。

Claims (35)

  1. 組織のパッチの第1縁を固定するように適合された、平面において位置合わせされた少なくとも第1の複数のグリッパを備え、前記複数のグリッパが各々第1力アクチュエータに固定されている、組織修正装置であって、前記第1の複数のグリッパが、各々、前記平面に対して垂直な軸を中心に前記第1力アクチュエータに対して枢動するように適合されていることを特徴とする組織修正装置。
  2. 前記第1の複数のグリッパに対向して前記平面において位置合わせされた第2の複数のグリッパであって、組織のパッチの第2縁を固定するように適合され、各々が第2力アクチュエータに固定され、各々が前記平面に対して垂直な軸を中心に前記第2力アクチュエータに対して枢動するように適合され、前記第1力アクチュエータおよび第2力アクチュエータが、前記第1の複数のグリッパと前記第2の複数のグリッパとの間に固定された組織のパッチを第1方向に沿って伸張させることができるように、前記第1の複数のグリッパおよび第2の複数のグリッパを反対方向に引っ張るように適合されている、第2の複数のグリッパをさらに備える、請求項1に記載の組織修正装置。
  3. 前記第1の複数のグリッパに隣接して前記平面において位置合わせされた第3の複数のグリッパであって、組織のパッチの第3縁を固定するように適合され、各々が第3力アクチュエータに固定され、各々が前記平面に対して垂直な軸を中心に前記第3力アクチュエータに対して枢動するように適合されている第3の複数のグリッパと、
    前記第3の複数のグリッパに対向して前記平面において位置合わせされた第4の複数のグリッパであって、組織のパッチの第4縁を固定するように適合され、各々が第4力アクチュエータに固定され、各々が前記平面に対して垂直な軸を中心に前記第4力アクチュエータに対して枢動するように適合され、前記第3力アクチュエータおよび前記第4力アクチュエータが、前記第1の複数のグリッパ、第2の複数のグリッパ、第3の複数のグリッパおよび第4の複数のグリッパの間に固定された組織のパッチを前記第1方向および第2方向の両方に沿って伸張させることができるように、前記第3の複数のグリッパおよび前記第4の複数のグリッパを反対方向に引っ張るように適合されている、第4の複数のグリッパと、
    をさらに備える、請求項1または2に記載の組織修正装置。
  4. 前記グリッパの各々がビームの先端部に固定され、各ビームが力分割器に枢支接続されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組織修正装置。
  5. 各力分割器が、別の力分割器にまたは前記力アクチュエータのうちの1つに枢支接続され、各力分割器が少なくとも3つの枢支接続部を含む、請求項4に記載の組織修正装置。
  6. 前記複数のグリッパのうちの1つにおけるグリッパを所定間隔で係止するように適合され、前記グリッパが組織の縁に固定された後に枢動するのを可能にするように解除されるように適合されたビーム固定装置をさらに備える、請求項4または5に記載の組織修正装置。
  7. 各ビームが少なくとも1cm長である、請求項4〜6のいずれか一項に記載の組織修正装置。
  8. 組織を処理する方法であって、
    a.組織のパッチを前記パッチの外周部の周囲で複数のグリッパに取り付けるステップと、
    b.前記組織のパッチに張力を加えるように前記グリッパのうちの少なくともいくつかに力を加えるステップと、
    c.張力下にある間、前記組織が前記張力を保持するようにフレームに前記パッチを固定するステップと、
    d.前記フレームに固定されかつ張力下にある間、前記組織のパッチを化学架橋剤に接触させて、張力下にある間に前記パッチを架橋するステップと、
    を含む方法。
  9. 前記パッチの各側部に沿った前記グリッパの各々が等しい大きさの力を加える、請求項8に記載の方法。
  10. 受動力伝達機構が、前記パッチの各側部に沿って力を等化するために使用される、請求項9に記載の方法。
  11. 各グリッパが等しい大きさの伸張力を加える、請求項8〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記パッチがおよそ矩形の形状であり、グリッパが前記パッチの4つの側部に沿って取り付けられ、各側部が2に等しい数のグリッパに取り付けられ、nが1以上の整数に等しく、好ましくはnが2以上の整数に等しい、請求項8〜11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記化学架橋剤がグルタルアルデヒドである、請求項8〜12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記組織のパッチから弁尖を切り出すステップをさらに含む、請求項8〜13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記組織のパッチが心膜を含む、請求項8〜14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 組織のパッチの第1縁を固定するように適合された、平面において位置合わせされた少なくとも第1の複数のグリッパであって、各々が第1力アクチュエータに固定され、各々が前記平面に対して垂直な軸を中心に前記第1力アクチュエータに対して枢動するように適合されている第1の複数のグリッパを備える組織修正装置。
  17. 前記第1の複数のグリッパに対向して前記平面において位置合わせされた第2の複数のグリッパであって、組織のパッチの第2縁を固定するように適合され、各々が前記平面に対して垂直な軸を中心に枢動するように適合され、前記第1の複数のグリッパが、前記第1の複数のグリッパと前記第2の複数のグリッパとの間に固定された組織のパッチを第1方向に沿って伸張させることができるように、前記組織を前記第2の複数のグリッパとは反対の方向に引っ張るように適合されている、第2の複数のグリッパをさらに備える、請求項16に記載の組織修正装置。
  18. 前記第2の複数のグリッパが、各々、枢支接続部を介して第2力アクチュエータに固定され、それにより、前記第1力アクチュエータおよび前記第2力アクチュエータが、前記第1の複数のグリッパと前記第2の複数のグリッパとの間に固定された組織のパッチを第1方向に沿って伸張させることができるように、前記第1の複数のグリッパおよび前記第2の複数のグリッパを反対方向に引っ張るように適合されている、請求項17に記載の組織修正装置。
  19. 前記第2の複数のグリッパが、枢支接続部を介して固定物体に取り付けられている、請求項17に記載の組織修正装置。
  20. 第3の複数のグリッパおよび第4の複数のグリッパであって、前記第3の複数のグリッパが、前記第1の複数のグリッパに隣接して前記平面において位置合わせされ、前記第4の複数のグリッパが、前記第3の複数のグリッパに対向して前記平面において位置合わせされ、前記第3の複数のグリッパおよび前記第4の複数のグリッパが、各々、組織のパッチの第3縁および第4縁を固定するように適合され、少なくとも前記第3の複数のグリッパが、各々、前記第1の複数のグリッパ、第2の複数のグリッパ、第3の複数のグリッパおよび第4の複数のグリッパの間に固定された組織のパッチを前記第1方向および第2方向の両方に沿って伸張させることができるように、前記第3の複数のグリッパを前記第4の複数のグリッパに対して反対の方向に引っ張るように適合された第3力アクチュエータに固定されている、第3の複数のグリッパおよび第4の複数のグリッパをさらに備える、請求項17に記載の組織修正装置。
  21. 第4力アクチュエータをさらに備え、前記第3力アクチュエータおよび前記第4力アクチュエータが、前記第3の複数のグリッパおよび前記第4の複数のグリッパを反対方向に引っ張るように適合されている、請求項20に記載の組織修正装置。
  22. 前記第3の複数のグリッパおよび前記第4の複数のグリッパにおける前記グリッパの各々が、複数の枢支接続部を介して前記平面において枢動するように適合されている、請求項20に記載の組織修正装置。
  23. 前記グリッパの各々がビームの先端部に固定され、各ビームが力分割器に枢支接続されている、請求項16に記載の組織修正装置。
  24. 各力分割器が、別の力分割器にまたは前記力アクチュエータのうちの1つに枢支接続され、各力分割器が少なくとも3つの枢支接続部を含む、請求項23に記載の組織修正装置。
  25. 前記複数のグリッパのうちの1つにおけるグリッパを所定間隔で係止するように適合され、前記グリッパが組織の縁に固定された後に枢動するのを可能にするように解除されるように適合されたビーム固定装置をさらに備える、請求項23に記載の組織修正装置。
  26. 各ビームが少なくとも1cm長である、請求項23に記載の組織修正装置。
  27. 組織のパッチの外周部の周囲に固定されるように適合された複数のグリッパと、隣接するグリッパが前記組織のパッチの異なる部分の弾性特性の相違にかかわらず前記組織のパッチに等しい張力を供給するように適合されるように、前記複数のグリッパに取り付けられた複数の力アクチュエータとを備える組織修正装置。
  28. 各力アクチュエータが単一のグリッパに接続されている、請求項27に記載の組織修正装置。
  29. 各力アクチュエータが、前記グリッパが、前記組織のパッチの平面において前記力アクチュエータに対して枢動するのを可能にするように適合された枢支接続部を介して、単一グリッパに接続されている、請求項28に記載の組織修正装置。
  30. 前記アクチュエータが、各グリッパが前記組織に等しい張力を供給するように力を提供するように適合されている、請求項27に記載の組織修正装置。
  31. 組織を処理する方法であって、
    a.組織のパッチを前記パッチの外周部の周囲で複数のグリッパに取り付けるステップと、
    b.前記組織のパッチに張力を加えるように前記グリッパのうちの少なくともいくつかに力を加えるステップと、
    c.張力下にある間、前記組織が前記張力を保持するようにフレームに前記パッチを固定するステップと、
    d.前記フレームに固定されかつ張力下にある間、前記組織のパッチを化学架橋剤に接触させて、張力下にある間に前記パッチを架橋するステップと、
    を含む方法。
  32. 前記パッチの各側部に沿った前記グリッパの各々が等しい大きさの力を加える、請求項31に記載の方法。
  33. 受動力伝達機構が、前記パッチの各側部に沿って力を等化するために使用される、請求項32に記載の方法。
  34. 各グリッパが等しい大きさの伸張力を加える、請求項31に記載の方法。
  35. 前記パッチがおよそ矩形の形状であり、グリッパが、前記パッチの4つの側部に沿って、各側部が2に等しい数のグリッパに取り付けられるように取り付けられ、nが1以上の整数に等しく、前記化学架橋剤がグルタルアルデヒドであり、前記組織のパッチが心膜を含む、請求項31に記載の方法。
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