人工心臟瓣膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及人工心臟瓣膜，其包括用于使用微創(chuàng)手術(shù)放置的人工心臟瓣膜的支架 和瓣葉。
【背景技術(shù)】
[0002] 心衰在世界上是最重要的死亡原因之一。常見心衰形式由于患病心臟瓣膜的機(jī)能 不良而發(fā)生，并且據(jù)計(jì)每年執(zhí)行在275000和370000之間的瓣膜置換手術(shù)。在這種手術(shù)期 間，通常在患病的、損壞的或者機(jī)能不良的自然瓣膜被手術(shù)摘除之后，人工瓣膜被植入到患 者心臟中的環(huán)形孔中。
[0003] 今天仍廣泛使用的傳統(tǒng)心臟瓣膜置換法需要患者經(jīng)歷開心手術(shù)。開心手術(shù)包括物 理分離患者胸骨，以便允許接觸到心臟。該置換法不僅留下明顯疤痕，而且還會(huì)造成感染、 出血的風(fēng)險(xiǎn)以及要求長期的住院和恢復(fù)。
[0004] 為了克服開心手術(shù)的缺點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)，已經(jīng)開發(fā)出若干微創(chuàng)技術(shù)或手術(shù)。用于心臟瓣 膜置換的微創(chuàng)手術(shù)的最常見形式已知為血管內(nèi)手術(shù)，其中切開或者接入點(diǎn)穿過血管，諸如 股動(dòng)脈。該手術(shù)使用脈管系統(tǒng)以經(jīng)皮和經(jīng)管方式執(zhí)行，以將適當(dāng)?shù)难b置輸送到體內(nèi)的期望 位置。微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)包括經(jīng)尖瓣技術(shù)，據(jù)此執(zhí)行微型胸廓切開術(shù)，并且置換心臟瓣膜直接通 過心尖插入。
[0005] 血管內(nèi)手術(shù)在心臟瓣膜置換期間的使用已經(jīng)引起置換瓣膜尺寸減小的發(fā)展，也稱 為卷縮，以便能夠移動(dòng)通過血管且隨后在展開時(shí)擴(kuò)張到期望尺寸。當(dāng)前使用的可擴(kuò)張心臟 瓣膜典型地將自擴(kuò)張性材料用于瓣膜支架，并且被壓縮到瓣膜展開裝置中。其中將諸如不 銹鋼或者鎳-鈷-鉻合金的材料用于支架的球囊擴(kuò)張瓣膜也被通常使用。
[0006] 典型地由諸如牛或者豬的心包的動(dòng)物源性的穩(wěn)定組織制成的瓣葉通過將瓣葉通 常沿著心包或者織物裙邊縫合到支架框架上而被附接到支架，或者在異種材料瓣膜的情況 下通過直連合合到支架框架上而被附接到支架。還已經(jīng)提出了聚合物瓣葉，其可以借助于 縫合、粘結(jié)或者其它手段附接到支架。
[0007] 在三葉瓣膜的情況下，瓣葉大體沿著附接接邊緣附接到芯柱的三個(gè)成形柱，并且 相鄰的瓣葉典型地在這種柱處接合以提供接縫處。在兩個(gè)接縫處之間延伸的瓣葉邊緣一般 稱為自由邊緣，而在自由邊緣和附接邊緣之間大體曲形的瓣葉區(qū)域已知為腹部。
[0008] 最近幾年中已經(jīng)開發(fā)出各種瓣葉設(shè)計(jì)，特別是聚合物瓣葉，但是，這些瓣葉構(gòu)造具 有若干潛在的缺陷。導(dǎo)致瓣葉的過于緊密接合的設(shè)計(jì)會(huì)限制在血液動(dòng)力學(xué)功能期間的血液 的泄放，特別是在接縫處的支架柱附近的區(qū)域中。這些區(qū)域也稱為滯流區(qū)域，會(huì)造成局部血 栓形成，并且會(huì)在較長時(shí)期內(nèi)引起對(duì)瓣膜孔口的進(jìn)一步限制。
[0009] -些現(xiàn)有設(shè)計(jì)的其它缺陷在于，瓣膜瓣葉在接合區(qū)域中不會(huì)完全閉合。這會(huì)在人 工瓣膜閉合時(shí)導(dǎo)致過大回流。此外，瓣膜瓣葉設(shè)計(jì)會(huì)在接縫處或者在瓣葉腹部的區(qū)域中引 起高應(yīng)力，這會(huì)導(dǎo)致瓣葉損傷或者瓣膜故障。
[0010] -些瓣葉設(shè)計(jì)會(huì)在人造瓣膜瓣葉處于打開位置時(shí)引起孔口尺寸不足。這會(huì)在瓣膜 兩側(cè)導(dǎo)致高壓降，而這又進(jìn)而限制人造瓣膜的血液動(dòng)力學(xué)性能。
[0011] 除了上述的潛在瓣葉設(shè)計(jì)缺陷之外，微創(chuàng)手術(shù)以及由此可以這種手術(shù)引入的人工 心臟瓣膜的主要缺點(diǎn)在于，該手術(shù)需要高度專業(yè)化的設(shè)備，其具有的效果是這種手術(shù)是非 常昂貴的。置換有缺陷的心臟瓣膜的花費(fèi)典型地在大約US$60, 000到US$100, 000的范圍 內(nèi)，從而使得這種手術(shù)通常僅可用于發(fā)達(dá)國家。
[0012] 術(shù)語"聚合物"在本說明書中應(yīng)有其最廣泛的含義，并且包括適用于人體的塑料材 料，諸如聚氨酯，并且還包括增強(qiáng)聚合物，諸如纖維強(qiáng)化聚合物，以及使用聚合物構(gòu)造的復(fù) 合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 根據(jù)本發(fā)明，提供了一種人工心臟瓣膜，其包括附接有三個(gè)瓣葉的支架，該支架能 夠被壓縮至壓縮狀態(tài)，在該壓縮狀態(tài)下，支架能夠通過微創(chuàng)手術(shù)被引入到患者體內(nèi)，并且支 架還能夠在瓣膜在患者體內(nèi)展開期間從壓縮狀態(tài)擴(kuò)張至工作狀態(tài)，支架具有環(huán)狀主體，環(huán) 狀主體帶有入口和出口，并且支架沿其高度限定三個(gè)拱形元件，每個(gè)拱形元件均具有拱弧 和從拱弧相反側(cè)延伸的一對(duì)拱腰，其中相鄰的元件的拱腰形成三個(gè)連合柱，瓣葉均具有附 接邊緣和自由邊緣，并帶有在自由邊緣和附接邊緣之間延伸的腹部，瓣葉能夠在打開狀態(tài) 和接合狀態(tài)之間移動(dòng)，在打開狀態(tài)下，允許在從入口到出口的方向上通過瓣膜的流體流動(dòng)， 而在接合狀態(tài)下，自由邊緣鄰接并阻止在從出口到入口的相反方向上通過瓣膜的流體流 動(dòng)，其特征在于，瓣葉由聚合物材料制成并且被直接模制到支架上，使得每個(gè)瓣葉的附接邊 緣沿著拱形元件的長度連續(xù)地附接。
[0014] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征允許：拱形由參數(shù)曲線和其沿Z軸線的鏡象限定，且拱形圍 繞具有人工心臟瓣膜直徑的圓柱體包繞；參數(shù)曲線由函數(shù)

:限定，其中P Q-p3是控制點(diǎn)；P。和P 3基于人工心臟瓣膜的直徑和高度選取；以 及P# 0彡Z彡Η的范圍選取，P 2從0彡X彡31 D/6的范圍選取，其中Η是人工心臟瓣膜 的高度，D是人工心臟瓣膜的直徑。
[0015] 本發(fā)明的再另外特征允許：瓣葉的自由邊緣由如下函數(shù)限定的三個(gè)曲線限定：y =mx 與-cb< x〈-c b+xs;y = Kcos (Lx) +t 與-c b+xs< x〈c b-xs;和 y = _mx 與 c b-xs< X < c b， 常數(shù)m在0. 1到1的范圍內(nèi)，常數(shù)K在-3到0的范圍內(nèi)，常數(shù)L在0. 05到1. 5的范圍內(nèi)， 并且常數(shù)t選擇為使得三個(gè)曲線的端點(diǎn)彼此相交。
[0016] 本發(fā)明的又一特征允許：腹部由二維平面中的參數(shù)曲線限定；該參數(shù)曲線由函數(shù) B(x) = (11)￥。+3(11)2見+3(11)辦2+辦3限定，PQ-P 3是控制點(diǎn)；P^P3保持恒定；并且 P。從0· 3D彡P(guān) Qx< 0· ?和0· 5H彡P(guān) Qy< 0· 8H的范圍選取，并且P ^人0· 4D彡P(guān) lx彡0· 6D 和0. 3H彡P(guān)ly彡0. 8H的范圍選取，其中Η是人工心臟瓣膜（10)的高度，D是人工心臟瓣膜 (10)的直徑。
[0017] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征允許：支架包括加強(qiáng)構(gòu)件，該加強(qiáng)構(gòu)件用以加強(qiáng)支架以便在 接合狀態(tài)和打開狀態(tài)之間移動(dòng)期間支撐瓣葉，并且用以將支架固定在瓣膜環(huán)中；以及加強(qiáng) 構(gòu)件橫跨在相鄰的拱形元件之間以及連合柱之間。
[0018] 本發(fā)明的再另外特征允許：每個(gè)拱弧，替代地拱腰，具有沿其長度的不同寬度；拱 形元件的拱弧比拱腰細(xì)，以減小在支架壓縮和擴(kuò)張期間在拱弧中的大應(yīng)力的發(fā)展；替代地， 拱弧和拱腰的末段比拱腰其余部分粗，由此在支架內(nèi)均勻地分配應(yīng)變，并降低在支架主體 和瓣葉中的峰值塑性應(yīng)變，以減少瓣葉和支架之間的相對(duì)移動(dòng)。
[0019] 本發(fā)明還涉及如上所述用在人工心臟瓣膜中的支架。
[0020] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征允許：所述支架包括偏壓構(gòu)件，該偏壓構(gòu)件能夠在支架的壓 縮期間至少部分彈性形變，并且作用于相鄰的拱腰上以將拱腰從壓縮狀態(tài)偏壓到工作狀 態(tài)；偏壓構(gòu)件位于拱形元件的拱腰之間，或者在相鄰的拱形元件的拱腰之間；替代地，偏壓 構(gòu)件圍繞連合柱的頂端延伸；以及偏壓構(gòu)件使得支架至少部分地自擴(kuò)張。
[0021] 本發(fā)明的再另外特征允許：支架包括定位構(gòu)件，該定位構(gòu)件從支架的主體向外延 伸，以有助于將瓣膜定位在自然心臟瓣膜的環(huán)中。
[0022] 本發(fā)明還涉及如上所述用在人工心臟瓣膜中的瓣葉。
[0023] 本發(fā)明的其它特征允許瓣葉通過浸漬模制和噴涂模制的處理制成。
【附圖說明】
[0024] 現(xiàn)在將參考附圖例示僅作為示例來描述本發(fā)明，其中：
[0025] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的人工三葉心臟瓣膜的三維圖；
[0026] 圖2示出了圖1例示的瓣膜的替代實(shí)施例的三維圖，其中支架具有加強(qiáng)構(gòu)件；
[0027] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的瓣膜的瓣葉的三維圖，其中瓣葉處于接合狀態(tài)；
[0028] 圖4示出了圖3例示的的瓣膜的瓣葉的三維圖，其中瓣葉處于打開狀態(tài)；
[0029] 圖5示出了用于根據(jù)本發(fā)明的瓣葉的附接接邊緣的設(shè)計(jì)的曲線；
[0030] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的通過設(shè)計(jì)參數(shù)變化可獲得的多個(gè)拱形元件的三維圖；
[0031] 圖7示出了現(xiàn)有技術(shù)的人工心臟瓣膜的頂視圖，其中瓣葉處于部分打開狀態(tài)；
[0032] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的瓣葉的頂視圖；
[0033] 圖9示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明的瓣葉的噴涂模具的三維圖；
[0034] 圖10示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明的瓣葉的浸涂模具的三維圖；
[0035] 圖11示出了通過用平面以角度Θ切割圓柱體來設(shè)計(jì)拱形的一個(gè)實(shí)施例的三維 圖；
[0036] 圖12示出了圖11的圓柱體的前視圖，示出了用平面切割圓柱體形成的角度Θ ;
[0037] 圖13示出了在圖11和12中例示的圓柱體的頂視圖；
[0038] 圖14是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有加強(qiáng)構(gòu)件的支架的示意圖；
[0039] 圖15是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的具有加強(qiáng)構(gòu)件的支架的示意圖；
[0040] 圖16是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有鎖定結(jié)構(gòu)的支架的示意圖；
[0041] 圖17是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的具有鎖定結(jié)構(gòu)的支架的示意圖；
[0042] 圖18是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的具有加強(qiáng)構(gòu)件的支架的示意圖，其中加強(qiáng)構(gòu)件 用作鎖定結(jié)構(gòu)；
[0043] 圖19A是具有加強(qiáng)構(gòu)件的支架的示意圖，加強(qiáng)構(gòu)件包括帶有菱形元件的柱；
[0044] 圖19B是具有加強(qiáng)構(gòu)件的支架的示意圖，加強(qiáng)構(gòu)件包括沿其長度帶有波紋形部分 的柱。
[0045] 圖19C是具有加強(qiáng)構(gòu)件的支架的示意圖，加強(qiáng)構(gòu)件包括帶有環(huán)形元件的柱；
[0046] 圖20A是在其入口和出口端處包括加強(qiáng)構(gòu)件的支架的示意圖；
[0047] 圖20B示出了根據(jù)本發(fā)明的支架的實(shí)施例的三維圖，其中支架在其入口和出口端 處包括加強(qiáng)構(gòu)件；
[0048] 圖20C示出了根據(jù)本發(fā)明的支架的實(shí)施例的三維圖，其中支架在其入口和出口端 處包括加強(qiáng)構(gòu)件；
[0049] 圖21是加強(qiáng)構(gòu)件如何在支架的壓縮和擴(kuò)張時(shí)保持拱形元件的形狀的示意圖；
[0050] 圖22示出了包括加強(qiáng)構(gòu)件的根據(jù)本發(fā)明的支架的實(shí)施例的三維圖；
[0051] 圖23是拱形元件的示意圖，其中拱弧和拱腰的頂端具有減小的寬度；
[0052] 圖24是拱形元件的示意圖，其中拱弧和拱腰的頂端具有增大的寬度；
[0053] 圖25示出了根據(jù)本發(fā)明的支架的實(shí)施例的三維圖，其包括加強(qiáng)構(gòu)件并且其中拱 形元件具有變化的寬度；
[0054] 圖26示出了根據(jù)本發(fā)明的支架的實(shí)施例的三維圖，其包括加強(qiáng)構(gòu)件和附接到拱 形元件的拱弧的細(xì)長柱；
[0055] 圖27示出了根據(jù)本發(fā)明的支架的實(shí)施例的三維圖，其包括加強(qiáng)構(gòu)件和附接到連 合柱的細(xì)長柱；
[0056] 圖28示出了根據(jù)本發(fā)明的支架的實(shí)施例的三維圖，其包括加強(qiáng)構(gòu)件和附接到連 合柱的細(xì)長柱；
[0057] 圖29示出了與圖28中相類似的支架的實(shí)施例的三維圖，其中支架進(jìn)一步包括定 位構(gòu)件；
[0058] 圖30是例示圖29的定位構(gòu)件如何可以借助于附接到展開裝置的系繩而被展開的 圖示；
[0059] 圖31示出了根據(jù)本發(fā)明的支架的實(shí)施例的前視圖，其在瓣膜的入口和出口端處 包括加強(qiáng)構(gòu)件，帶有附接到連合柱的附加的細(xì)長柱；和
[0060] 圖32示出了根據(jù)本發(fā)明的支架的實(shí)施例的三維圖，其中支架包括可彈性變形的 和可塑性變形的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
【具體實(shí)施方式】
[0061] 圖1示出了可壓縮人工心臟瓣膜（10)的一個(gè)實(shí)施例，其具有入口（9)和出口 (11)，并且包括由聚合物材料制成且附接到支架（14)的三個(gè)瓣葉（12)。支架（14)能夠被 壓縮至壓縮狀態(tài)，在該壓縮狀態(tài)下，瓣膜（10)具有減小的直徑以允許其通過微創(chuàng)手術(shù)被引 入到患者體內(nèi)，并且支架（14)然后在瓣膜（10)在患者體內(nèi)展開期間可從壓縮狀態(tài)擴(kuò)張至 工作狀態(tài)。支架具有環(huán)狀主體（16)，環(huán)狀主體（16)沿其高度限定三個(gè)拱形元件（18)，每個(gè) 拱形元件（18)均具有拱弧（20)和從拱?。?0)的相反側(cè)延伸的一對(duì)拱腰（22)。相鄰的拱 形元件（18)的拱腰（22)形成支架的三個(gè)連合柱（24)，連合柱（24)具有在拱腰（22)的端 部處的頂端（26)。
[0062] 每個(gè)瓣葉（12)均具有附接邊緣（28)和自由邊緣（30)，以及在自由邊緣（30