导管引导式瓣膜置换装置和方法
【专利说明】导管弓I导式瓣膜置换装置和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请N0.61/802，311的优先权，该申请以引用的方式并入本文。
【背景技术】
[0003]人的心脏中的四个心脏瓣膜(位于左侧的主动脉瓣和二尖瓣或位于右侧的肺动脉瓣和三尖瓣)中的每一个可能以各种不同的方式在任何时间变得不正常。包括感染、诸如二尖瓣腱索等某些部分的撕裂或破裂等结构破坏、或因瓣膜材料的遗传诱因等而造成的畸形在内的各种情况能够破坏血液在心脏中的正常单向流动，并且通常给身体的其余部分带来致命的后果。心脏瓣膜在以下方面执行关键的功能:通过充足供给由血液承载的营养来维持身体的每一个组织，以及保持脉动流穿过脉管系统来灌注人体内的各种器官。通常，当在出生时这些瓣膜中的一些或全部存在先天畸形时，婴儿的生命依赖于瓣膜的快速且结构良好的修复或置换。
[0004]用人工心肺机进行外心肺氧合作用的发展使得能够停止心脏跳动，以便于手术来修复或置换病变的或功能失调的瓣膜，以拯救生命，但存在创伤。开胸手术和开心手术的侵袭以及在此类手术中固有的术后并发症也将老年人口置于高风险的死亡率。年老体弱者在风险评估后往往被拒绝手术，取而代之的是用一系列相对低效的药物进行治疗，以使心脏瓣膜病变的影响变得更能承受，同时患者继续必然的衰弱直至死亡。
[0005]使用导管技术将血管支架输送和植入在冠状动脉中来再通或扩张这些动脉(以保持血液流向心脏肌肉)，从而允许除去堵塞并且使血液和氧气恢复流向心脏肌肉。随着在全世界范围内以相对安全且有效的方式放置了上百万个导管输送支架，此类技术已变得常规。此类技术激励着心瓣膜领域的开拓者尝试以类似的方式输送心脏瓣膜。该技术依赖于生产能够容纳瓣膜机构的框架或支架(称为瓣膜支架)的能力，瓣膜机构由能够保持瓣膜机构的结构且能够在安装在导管上的同时被引入穿过脉管系统且被引导的材料制成。瓣膜支架通常被放置在结合于导管远侧末端处的舱盒内，以在放置过程中尽量减小对瓣膜支架造成的损坏并将瓣膜支架放置到脉管壁。当末端靠近病变瓣膜时，则允许瓣膜支架从导管上的舱盒露出，自动展开或在因液体压力而膨胀的气囊的辅助下展开，达到该装置的公称尺寸。然后部署支架并将支架放置在适当的目标部位，其中，瓣膜支架将留下，并且瓣膜将执行预定的功能来替换病变的功能失调瓣膜的功能。
[0006]除了脉管路线之外，含有瓣膜支架的导管可以沿顺行路线被引入到心脏中，这意味着跟随血液的沿脉管或穿过心脏的流动。作为选择，可以以逆行的方式引入置换瓣膜，即与末端一起逆着血液的流动前进。如果通过股动脉引入主动脉瓣膜支架，则导管逆着血液的流动行进，穿过主动脉，直至它到达病变主动脉瓣膜，主动脉瓣膜支架将被放置在病变主动脉瓣膜处。如果通过刺穿末端而穿过心脏的前端到达主动脉瓣膜，则可以发现顺行路线，但这种方法需要穿过肋骨之间的切口手术进入，并且朝向直接通向主动脉瓣膜的左心室流出道引导导管穿过心室。这被称为心尖路线(transapical route)。
[0007]这条路线也可以以逆行的方式使用，以将二尖瓣膜支架放置在左心室与左心房之间的二尖瓣环，含有该瓣膜支架的末端逆着流向主动脉的血流行进。然而，被输送穿过静脉侧的二尖瓣膜支架将在股静脉处进行穿刺，继续穿过腔静脉到达右心房，并通过分隔心脏左侧的上部腔室的壁、左心房、经中隔的路线。在这种方法中，必须进行壁(也称为中隔)的穿刺，以允许导管末端到达心房并将其末端引导到放置瓣膜支架的二尖瓣环形平面。在无需重大手术技术的情况下，这种顺行路线显然是条到达心房和功能失调的二尖瓣的捷径。通过导管引导来植入的第一主动脉瓣膜实际上是以这样的方式完成的，穿过中隔、穿过二尖瓣和腱索团、并继续到达主动脉的导管在其基部处发现病变主动脉瓣膜，并将主动脉瓣膜支架放置在该病变主动脉瓣膜处。在二尖瓣的情况下，另一种可能的路线是经心房(transatrial)的路线，作为微创手术技术的另一顺行路线穿过胸部的相对小的切口(允许接近头盖面或上部方位)、左心房的顶部，这样，可以通过跟随血液流动的直接路径引入瓣膜支架支承导管，以将该装置放置到功能失调的二尖瓣中。
[0008]目前，技术的选择取决于患者的病情，并尽量减少纵向的或干预后的并发症。虽然用于主动脉瓣膜和肺动脉瓣膜的该导管引导技术已被广泛使用，现在已超过300,000例患者，但这些技术还没有转化为成熟的二尖瓣置换技术。出现上述情况的显而易见的原因是二尖瓣的复杂性。二尖瓣装置由连续体组成，该连续体开始于心脏的壁部，乳头肌从该壁部露出，乳头肌连接到一组称为腱索的腱状肌丝。这些结构具有伸入二尖瓣小叶边缘的降落伞绳的外观。小叶本身具有不同的形状和大小。具有较大表面的二尖瓣前叶与从主动脉垂下的心房下隔(atrial cur tain)连接，而二尖瓣后叶附接到心脏的壁部的外部或后部。这两个小叶和腱索团都包含在不那么连续的结构内，该结构通常被称为“瓣膜环”。从瓣膜的心房侧或心室侧接近其环形平面具有导航的困难，不仅对于接近而言，而且对于同轴地(支架与二尖瓣的中心轴线一致)精确放置瓣膜支架而言都存在困难，并且难以锁卡所需的小叶和将环形部分保持在适当位置，难以密封两个腔室之间的外周，并且难以提供所需的功會泛。
[0009]已经对成千上万例二尖瓣功能失调执行了开放性手术置换，直至人们认识到，带有一些病症的瓣膜组织全部或一部分仍保存完好。在开心手术中，由顶级的外科医生设计手术来修复疾病，但只有公认优异的心脏外科中心才能够进行复杂的手术。患有二尖瓣回流或瓣膜关闭不全症状的患者就其严重程度分级而言高于轻度(中度)的数量和许多重症患者的数量非常大，在全世界范围内到达数百万。Oern S , Liddicoat J.: EmergingOpportunities for Cardiac Surgeons withinStructural Heart Disease(结构性心脏病中的心脏外科医生的新兴机会).J Thorac and Card1vasc Surgery:132:1258-1261(2006)，作者描述了美国人口的心脏瓣膜的疾病发生率，并且表明:每年大约有230万患者具有处于各个阶段的功能失调二尖瓣，其中大约有22万重症患者。在这些重症患者中，只有约23 % (48000)接受到适当的治疗来矫治该病情。遗憾的是，有很大一部分得不到治疗，并且自该报告撰写以来超过一百万患者已经死亡。现在二尖瓣修复中心只能处理少部分患者。
[0010]手术修复技术到导管引导微创技术的转变开始于上世纪90年代末，这给二尖瓣手术修复技术带来了希望。当评估安全性的可靠性时，更具体而言，当评估此类方法的有效性时，这种希望遇到了许多失望。在许多情况下，结果是:仅部分令人满意，而二尖瓣回流的不完全修复占据相当大的百分比。虽然已经尝试了各种方法，圈闭二尖瓣小叶的中心边缘并将它们置于中央从而产生双孔(用导管再现手术阿尔菲里(Alfieri)边到边修复技术)来减少二尖瓣回流是最先进的。其他方法通过引入金属线材使之穿过冠状窦静脉外接二尖瓣环来减少环形扩张并通过塌缩减小其尺寸，但这也遇到了令人失望的结果。一些方法声称通过微创手术进行修复矫治该病情，但效果不佳。
[0011]在各个实施例中，置换心脏瓣膜可以包括用于置换心脏瓣膜的大多数设备所共有的某些部件。经常有作为支撑件、框架的部件，通常被称为支架。在框架或支架内，瓣膜机构被包围，往往在所谓的生物心脏瓣膜的情况下具有更大的灵活性，因为这些瓣膜机构将承担瓣膜功能的恢复。这些瓣膜机构由薄材料(通常是生物膜)的在血液的流动的作用下可动的部分组成。可以是单个部分或两个以上部分的这些部分通常被称为“小叶”或“瓣膜”。根据血液流动的方向，这些表面将沿同一方向移动，以便当血液从心脏的一个腔室流到下一个腔室或流向心脏外面时，在不损坏小叶的情况下尽可能大地打开由支架提供的孔口。接着，当心脏的栗送冲程完成时，血流瞬时发生反转并沿相反方向推动小叶，从而关闭瓣膜并阻止逆行的血流或回流，也称为反流。反流可能大大降低心脏的效率，并被认为是严重的、常危及生命的病情。
[0012]被作为植入物的主要部分而使用了几十年的瓣膜由相同的部件(S卩，一般由用线材增强了的聚合物制成的支架)和小叶机构组成。瓣膜治疗的“新时期”的瓣膜支架一般为由金属制成的圆管状框架，以这种方式切割并成形为被压缩到非常小的直径，在包括组织瓣膜机构的同时接近管的原始直径，使得整个瓣膜可以以较小的可能外形在导管的辅助下通过脉管系统。这些金属支架一般由无锈高纯的不锈钢(铁和其他金属的合金)制成，该不锈钢需要液体填充的球囊，以在压力作用下扩展到它们的最终直径或公称直径。然而，在它们的最终扩展直径中，此类支架仍然承受组织可能施加的压力，并且可能向内变形，从而导致试图复原的功能的丧失。所使用的其它金属合金是所谓的形状记忆金属，形状记忆金属可以在规定的低温范围内被压缩至所需的小直径，并且形状记忆金属因它们的分子组合物而可以凭借自身的力量在某温度(体温)下扩展到其原始的压缩前公称直径。心脏瓣膜治疗的“新时期”的支架(实际上为瓣膜)能够满足特定且严格的要求，以执行所需的功能，具体而言，保持在原生瓣膜环的目标部位而不移位或迀移的能力，使得在病人余生中，置换的瓣膜能够保持定位在适当的位置。瓣膜功能是必要的。此外，瓣膜支架必须密封周边，以避免可能对血液和患者健康非常有害的泄漏(实际上一些泄漏是反流)，否则可能就需要修正或手术进行矫治。
[0013]支架在主动脉瓣膜置换治疗中的使用多是因为主动脉瓣狭窄，主动脉瓣狭窄是因构成主动脉心脏瓣膜的组织的病理性矿化而经常发生的一种疾病。主动脉瓣膜的小叶变厚，并且钙从小叶组织内的血浆扩散而沉积并且有时沉积在组织的表面上，从而使小叶硬化并使它们的流动性达到以下程度:它们因从左心室通往主动脉的孔口变窄(狭窄)而几乎闭合，使得血液不能进行正常的流动。心室栗送过度地使用其肌肉，而使肌肉变厚，以试图通过主动脉瓣膜的较小的孔口栗血，并且慢慢使其功能衰减。身体丧失血液，并且器官状况和生活质量迅速下降。被用于矫治该疾病的导管引导植入瓣膜支架纯粹依靠支架对钙化小叶施加的力。瓣膜附近的这些支架是圆筒形的，圆筒壁部施加将瓣膜支架保持在原生主动脉瓣膜的区域中的压力。这种压