DE60317886T2 - Künstliche herzklappe - Google Patents
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Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine medizinische Vorrichtung für die Verwendung in einem Körperlumen.
- HINTERGRUND
- Eine Venenklappe verhindert einen Rückfluß von Blut und sorgt dafür, daß das Blut nur vorwärts zum Herzen fließt. In der
1A befindet sich eine gesunde Veneklappe12 in einem Blutgefäß10 . Die Klappe hat zwei Spitzen, wobei sich die Scheitelpunkte14 gegenüberliegen. Im geschlossenen Zustand liegen die Spitzen14 aneinander an und verhindern einen Rückfluß (Pfeil16 ) des Blutes. Wenn wie in der1B die Klappe mangelhaft ist, schließen die Spitzen14 nicht richtig ab, und es tritt ein Rückfluß des Blutes auf. Eine mangelhafte Venenklappe ergibt sich aus wenigstens zwei medizinischen Konditionen: Krampfadern und einer chronischen Veneninsuffizienz. - Die
WO-A-0156500 - ZUSAMMENFASSUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine medizinische Vorrichtung für die Verwendung in einem Körperlumen. Gemäß einem Aspekt umfaßt die Erfindung das im Patentanspruch 1 definierte Klappensegel mit einer Membran, die in ein Körperlumen implantierbar ist und die umkehrbar zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verformbar ist. Die Membran ändert ihre Form in Reaktion auf die Richtung des Blutflusses durch das Lumen und wird durch den Fluidfluß im Körperlumen verformt. Die Membran ändert ihre Form relativ zu der Radialrichtung des Körperlumens. Die Membran ist reversibel zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung verformbar.
- Die Ausführungen können ein oder mehrere der folgenden Elemente umfassen. Die Membran kann einen Teil eines Kegels bilden und an der Spitze des Kegels ein Ankerelement aufweisen. Das Ankerelement der Membran kann im Körperlumen verankert werden oder alternativ das Körperlumen durchdringen. Das Ankerelement kann zum Beispiel eine Schlinge oder ein Haken sein. Die Membran kann aus einem Polymer sein, zum Beispiel aus Polyurethan, Polyethylen oder einem Fluorkunststoff.
- Gemäß einem anderen Aspekt umfaßt die Erfindung ein medizinisches System nach Patentanspruch 8. Das System enthält eine Anzahl von Membranen, die jeweils in ein Körperlumen implantierbar sind und die umkehrbar zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verformbar sind. Jede Membran ändert ihre Form in Reaktion auf die Richtung des Blutflusses durch das Lumen.
- Die Ausführungen des Systems können ein oder mehrere der folgenden Elemente umfassen. Die Membranen können symmetrisch in das Körperlumen implantierbar sein. Jede Membran ändert ihre Form relativ zu der Radialrichtung des Körperlumens und wird durch den Fluidfluß im Körperlumen verformt. Wenigstens eine Membran ist umkehrbar zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung verformbar. Wenigstens eine Membran kann einen Teil eines Kegels bilden und an der Spitze des Kegels ein Ankerelement aufweisen. Das Ankerelement wenigstens einer der Membranen kann im Körperlumen verankert werden oder alternativ das Körperlumen durchdringen. Das Ankerelement kann zum Beispiel eine Schlinge oder ein Haken sein. Wenigstens eine der Membranen kann aus einem Polymer sein, zum Beispiel aus Polyurethan, Polyethylen oder einem Fluorkunststoff.
- Die Ausführungsformen weisen einen oder mehrere der folgenden Vorteile auf. An einer Behandlungsstelle kann mit einem Katheter eine oder eine Anzahl der umklappbaren Membranen implantiert werden, die als künstliche(s) Klappensegel dient/dienen. Die Implantation ist dabei minimalinvasiv und verringert die Möglichkeit von Komplikationen. Die Membran wird aus einem Polymer wie Polyurethan, Polyethylen oder einem Fluorkunststoff hergestellt. Diese Materialien sind leichter zu erhalten als natürliches Gewebe, das einem Tier entnommen wird, und können mit einer Gleichmäßigkeit und mit einem Nutzeffekt hergestellt werden, die bzw. der mit einem natürlichen Gewebe nur wesentlich schwieriger oder aufwendiger zu erhalten ist.
- Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Patentansprüchen hervor.
- BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1A und1B zeigen Darstellungen einer Venenklappe bzw. einer mangelhaften Venenklappe. -
2A ,2B und2C sind perspektivische Teilansichten einer Ausführungsform eines Klappensegels. -
3 ist eine Schnittansicht des Klappensegels der2A , gesehen längs der Linie 3-3. -
4 ist eine Schnittansicht des Klappensegels der2C , gesehen längs der Linie 4-4. -
5A ,5B ,5C ,5D und5E sind schematische Ansichten einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Implantieren eines Klappensegels. -
6A und6B sind perspektivische Teilansichten einer Ausführungsform eines Klappensegels. -
7A und7B sind perspektivische Teilansichten einer Ausführungsform eines Klappensegels. -
8 ist eine Schnittansicht des Klappensegels der7A , gesehen längs der Linie 8-8. -
9 ist eine Schnittansicht des Klappensegels der7B , gesehen längs der Linie 9-9. -
10 ist eine perspektivische Teilansicht einer Ausführungsform eines Ankerelements. -
11 ist eine perspektivische Teilansicht einer Ausführungsform eines Ankerelements. - GENAUE BESCHREIBUNG
- In den
2A bis2C und3 ,4 ist ein Paar von Klappensegeln30 dargestellt, das sich in einem Blutgefäß46 befindet, z. B. einer Vene. Die Segel30 können relativ zu einer mangelhaften Venenklappe, etwa der in der1B gezeigten Venenklappe, oberhalb oder unterhalb davon angeordnet werden. Jedes künstliche Klappensegel30 weist wenigstens ein Ankerelement38 auf, das an einem umklappbaren Abschnitt42 angebracht ist. Der umklappbare Abschnitt42 ist hier eine in etwa dreieckige, flexible Membran, wobei das Ankerelement38 an einer Spitze36 der Membran angebracht ist. Das Ankerelement38 ist so ausgestaltet, daß es den umklappbaren Abschnitt42 an der gewünschten Stelle im Blutgefäß46 hält. Zum Beispiel kann das Ankerelement38 in der Wand44 des Blutgefäßes46 verankert sein oder die Wand durchdringen, um das Segel30 im Blutgefäß zu halten. Der umklappbare Abschnitt42 kann sich in Reaktion auf den Fluß der Körperflüssigkeit im Gefäß46 zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verformen, z. B. zwischen einem offenen Zustand und einer geschlossenen Stellung, um den Blutfluß im Gefäß zu erlauben oder zu verringern. - In den
2A und3 sind die Segel30 in der ersten Stellung gezeigt, in der jedes Segel30 derart näherungsweise einen Halbkegel bildet, daß durch die gekrümmten Oberflächen der Segel30 eine Öffnung50 gebildet wird. Die Öffnung50 erlaubt den Vorwärtsfluß eines Fluids durch das Gefäß in der Richtung, die durch den Pfeil48 bezeichnet wird. Die Membranen der umklappbaren Abschnitte42 sind relativ dünn und können sich an die Gefäßwand44 anlegen, damit die Größe der Öffnung50 maximal wird. Durch das Ankerelement38 wird jedoch jedes Segel30 derart etwas von der Wand44 des Gefäßes weg gehalten, daß zwischen dem umklappbaren Abschnitt42 und der Wand44 ein Zwischenraum52 bleibt. - Wie insbesondere in der
2B gezeigt, kann sich der Rückwärtsfluß des Fluids (Pfeile51 ) im Gefäß im Zwischenraum52 sammeln und Druck auf den umklappbaren Abschnitt42 des Segels30 ausüben. Da der umklappbare Abschnitt42 flexibel ist, kann er sich unter dem ausgeübten Druck verformen und umstülpen, um näherungsweise einen anderen Halbkegel auszubilden, wie es in der2C gezeigt ist. Das heißt, daß jedes Segel30 , das in der ersten Stellung einen ersten Halbkegel bildet, relativ zur der Radialachse des Gefäßes46 umgestülpt oder umgeklappt werden kann, um einen zweiten Halbkegel zu bilden, der in etwa ein Spiegelbild des ersten Halbkegels ist. Wenn sich im Inneren32 des zweiten Halbkegels rückfließendes Fluid sammelt, wird Druck auf das Innere des Segels30 ausgeübt, wodurch sich das Segel von der Wand44 des Gefäßes weg bewegt. Im Ergebnis verengt sich der Spalt53 zwischen den beiden Segeln30 , die Größe der Öffnung50 nimmt ab, und der Fluidfluß durch das Gefäß an den Segeln vorbei ist verringert (4 ). - Die Segel
30 bleiben in der zweiten Stellung, bis ein Vorwärtsfluß ausreichend Druck auf die dem Inneren32 gegenüberliegende Oberfläche der Segel30 ausübt, damit die Segel in die erste Stellung zurückkehren. Die Segel30 bilden so eine künstliche Klappe, die automatisch auf den Fluidfluß oder auf Druckänderungen im Gefäß46 reagiert. - Die
5A bis5E zeigen ein Verfahren zum Anbringen der Segel30 an einer Behandlungsstelle im Gefäß46 mit einem Katheter18 , der perkutan in das Gefäß46 eingebracht werden kann. Der Katheter18 ist zum Vorschieben durch das Gefäß46 ausgebildet, z. B. unter Verwendung eines Führungsdrahtes. Der Katheter18 umfaßt einen langen, flexiblen Körper mit einem Mittelabschnitt21 und einer zurückziehbaren Hülle22 über dem Mittelabschnitt. Wie insbesondere in der5B , einem Querschnitt längs der Linie5-5 in der5A , gezeigt, sind auf den beiden Seiten des Mittelabschnitts21 zwei Nuten25 ausgebildet. In jeder der Nuten25 befindet sich ein Druckstab28 . Jedes Segel30 ist im zusammengelegten Zustand in eine Nut25 eingelegt und wird von der zurückziehbaren Hülle22 dort gehalten, bis es an der Behandlungsstelle abgegeben wird. - Der Katheter
18 kann mit Endoprothesetechniken an die Behandlungsstelle gebracht werden, z. B. durch Verfolgen eines eingebrachten Führungsdrahtes durch das zentrale Lumen101 . An der Behandlungsstelle wird die zurückziehbare Hülle22 proximal zurückgezogen, so daß sich am Ende jeder Nut25 eine Öffnung26 öffnet. Wie insbesondere in der5C gezeigt, werden die Druckstäbe28 dazu verwendet, die einzelnen Segel30 distal aus der Öffnung26 zu drücken, um das Ankerelement38 aus der Öffnung26 zu drücken. Die Segel30 werden aus den Öffnungen26 gedrückt, bis die Ankerelemente38 die Segel30 an der Wand44 des Gefäßes46 festhalten. Zum Beispiel können die Ankerelemente38 in der Wand44 verankert werden, oder sie können die Wand44 durchdringen und sich an der Außenwand des Gefäßes46 verankern. - Nachdem jedes Segel
30 am Gefäß46 befestigt ist, wird die zurückziehbare Hülle22 zurückgezogen, so daß die Segel30 vollständig freiliegen (5D ). Der Mittelabschnitt21 wird dann proximal an den flexiblen (und biegbaren) Segeln30 vorbei und aus dem Gefäß46 zurückgezogen (5E ). Die Segel30 , die nun an der Wand44 befestigt sind, können sich wie oben beschrieben zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung verformen. - Die Segel
30 bestehen vorzugsweise aus einem biokompatiblen Material, das zu der beschriebenen reversiblen Verformung in der Lage ist. Jedes Segel30 kann aus einem dünnen, flexiblen Material bestehen, etwa Polyurethan, Polyethylen oder einem Fluorkunststoff, zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE). Der umklappbare Abschnitt42 kann aus einem Material oder aus mehreren Materialen bestehen. Zum Beispiel kann der umklappbare Abschnitt42 einen Randabschnitt40 aufweisen, der relativ flexibler oder nachgiebiger ist als andere Abschnitte des umklappbaren Abschnitts, damit sich die Ränder leichter treffen und schließen, wenn sich die Segel30 in der zweiten Stellung befinden. Die Segel30 können zum Positionieren und Überwachen aus einem für Strahlen undurchlässigen Material bestehen, etwa einem Polymer mit einem strahlenundurchlässigen Füllstoff wie Tantalmetall oder Wismutoxychlorid. - Auch das Ankerelement
38 ist vorzugsweise biokompatibel. Das Ankerelement38 kann aus einem relativ steifen Material bestehen, etwa einem Polymer mit ausreichender Härte, zum Beispiel Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Es können auch andere Materialien verwendet werden, etwa Metalle (z. B. Tantal, Wolfram oder Gold), Legierungen (z. B. Edelstahl oder Nitinol) und Keramiken. Die Ankerelemente38 können zum Positionieren und Überwachen ein für Strahlung undurchlässiges Material enthalten. Die Ankerelemente können in den umklappbaren Abschnitt eingebettet sein oder zum Beispiel mit Kleber an einer Oberfläche des umklappbaren Abschnitts befestigt sein. - Andere Ausführungsformen
- In anderen Ausführungsformen kann jede beliebige Anzahl von Segeln an der Wand
44 des Gefäßes46 befestigt sein, um als Klappe zum Verhindern eines Rückflusses von Blut durch das Blutgefäß46 zu dienen. - Wie in den
6A und6B gezeigt, kann ein einziges Segel60 verwendet werden. Das Segel60 kann auf die gleiche Weise wie oben beschrieben mit einem Katheter zu der Behandlungsstelle gebracht und an der Wand44 eines Gefäßes46 verankert werden. In der ersten Stellung bildet das Segel60 näherungsweise einen Halbkegel, wobei die Ränder63 des Halbkegels der Wand44 gegenüber der Stelle gegenüberliegen, an der das Segel60 an der Wand44 verankert ist. Das Innere des Kegels bildet einen Kanal64 , durch den Fluid am Segel60 vorbei strömen kann. Das Ankerelement65 , das an der Spitze61 am Segel60 angebracht ist, halt das Segel30 etwas von der Wand44 weg, so daß zwischen dem Segel60 und der Wand44 ein Zwischenraum66 besteht. Zurückfließendes Fluid kann sich im Zwischenraum66 sammeln und Druck auf das Segel60 ausüben, wodurch das Segel60 verformt und der Zwischenraum66 vergrößert wird, bis der Druck auf das Segel60 das Segel umstülpt. Wie in der6B gezeigt, bildet um umgestülpten Zustand das Segel60 näherungsweise mit der Wand44 einen Kegel, so daß sich zurückfließendes Fluid in dem Sack68 sammelt, der vom Inneren des Kegels gebildet wird. Das angesammelte Fluid übt einen Druck auf das Segel60 aus, wodurch sich das Segel60 von der Wand44 weg bewegt. Im Ergebnis verengt sich der Spalt66 zwischen dem Segel60 und der Wand44 gegenüber dem Ankerelement, bis das Segel60 in der zweiten Stellung wie gezeigt die Wand44 berührt. In der zweiten Stellung ist der Fluß am Segel60 vorbei relativ zu dem Fluß verringert, wenn sich das Segel60 in der ersten Stellung befindet. Das Segel60 bleibt in der zweiten Stellung, bis der vom Vorwärtsfluß des Fluids ausgeübte Druck auf das Segel60 ausreicht, das Segel60 in die erste Stellung umzustülpen. - Wie in den
7A und7B gezeigt, können auf eine ähnliche Weise wie oben beschrieben drei Segel70a bis70c symmetrisch an der Wand44 eines Gefäßes46 befestigt werden. In der7A sind die Segel70a bis70c in der ersten Stellung gezeigt, in der der Fluß eines Fluids durch das Gefäß46 im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird. Wie in der8 gezeigt, entsprechen die Oberflächen der Segel70a bis70c der Wand44 des Gefäßes46 , so daß eine weite Öffnung72 für den Fluß an den Segeln70a bis70c vorbei entsteht. Jedes Segel70a bis70c wird von Ankerelementen71a bis71c derart von der Wand44 weg gehalten, daß zwischen den einzelnen Segeln und der Wand44 jeweils ein Zwischenraum76 entsteht. Wie oben beschrieben, sammelt sich rückwärts fließendes Fluid im Zwischenraum76 und übt Druck auf das jeweilige Segel70 aus, so daß sich das Segel von der Wand44 weg verformt, bis die Segel umklappen. - Wie in der
7B gezeigt, sammelt sich in der umgeklappten Stellung das rückwärts fließende Fluid im Inneren der einzelnen Segel70a bis70c . Der dadurch auf die Segel ausgeübte Druck bewirkt, daß sich diese aufeinander zu bewegen, bis die Segel70a bis70c in der zweiten Stellung aufeinandertreffen und den Durchfluß an den Segeln70a bis70c vorbei relativ zu der ersten Stellung der Segel70a bis70c verringern. Wie in der9 zu sehen, ist dabei die Öffnung72 stark eingeschränkt, so daß der Fluidfluß verringert wird. Die Segel70a bis70c bleiben in der zweiten Stellung, bis der von einem Vorwärtsfluß des Fluids ausgeübte Druck auf die Segel70a bis70c die Segel wieder in die erste Stellung umklappt. - Die beschriebenen Ausführungsformen weisen ein bis drei Segel auf. Es kann jedoch jede Anzahl von Segeln verwendet werden, um einen Rückfluß durch ein Gefäß zu verhindern. Die Segel können wie gezeigt symmetrisch oder in jeder anderen Konfiguration angeordnet werden. Die beschriebenen Ausführungsformen enthalten Segel ähnlicher Form und Konfiguration. Es können jedoch auch Segel verschiedener Form und Konfiguration in Verbindung miteinander verwendet werden.
- Das Ankerelement kann verschiedene Formen haben, die es erlauben, daß das Ende des Segels die Wand eines Blutgefäßes durchdringt, und die verhindern, daß das Ende des Segels wieder in das Blutgefäß eintritt. Zum Beispiel kann das Ankerelement ein Hakenelement sein, wie es bei den oben beschriebenen Ausführungsformen gezeigt ist. Alternativ kann das Ankerelement wie in der
10 gezeigt ein T-Haken80 sein, wobei der T-Haken80 die Wand eines Blutgefäßes durchdringt und die Haken82 verhindern, daß der Anker wieder in das Gefäß eintritt. In einer anderen Ausführungsform kann das Ankerelement eine Schlinge84 bilden, wie es in der11 gezeigt ist, wobei das Schlingenende86 verhindert, daß der Anker wieder in das Gefäß eintritt. - In anderen Ausführungsformen kann ein Segel mehr als ein Ankerelement aufweisen. Das Segel kann andere polygonale Konfigurationen haben. Zum Beispiel kann ein im wesentlichen rechteckiges Segel mit zwei Ankerelementen an zwei Ecken des Segels an einem Gefäß befestigt werden. Das Segel kann einen Halbzylinder bilden.
- Weitere Ausführungsformen liegen innerhalb des Umfangs der folgenden Patentansprüche.
Claims (11)
- Implantierbares Klappensegel (
30 ) zum Ausbilden einer Klappe innerhalb eines Körperlumens (44 ), mit einem dreieckigen Segel (42 ) aus einem dünnen flexiblen Material mit einer Innenseite und einer Außenseite; wobei das Segel umkehrbar deformierbar ist zwischen einer ersten Stellung, in der die Innenseite des Segels konkav ist, und einer zweiten Stellung, in der die Innenseite des Segels konvex ist; und mit einem Ankerelement (38 ); dadurch gekennzeichnet, daß das Ankerelement (38 ) an einer Spitze des dreieckigen Segels angeordnet ist und dazu dient, das Segel nur an der Spitze an der Wand des Körperlumens (44 ) zu befestigen. - Implantierbares Klappensegel (
30 ) nach Anspruch 1, wobei das Segel (42 ) einen nachgiebigen Randabschnitt (40 ) aufweist, der flexibler als der Hauptteil des Segels ist, wobei der nachgiebige Randabschnitt entlang des Randes des Segels verläuft, der der Spitze gegenüberliegt, an der sich das Ankerelement befindet. - Implantierbares Klappensegel nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Klappensegel in der ersten Stellung einen Halbkegel bildet und die Innenseite des Segels einen Strömungskanal definiert.
- Implantierbares Klappensegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ankerelement (
38 ) ein Haken, ein T-Haken (80 ) oder eine Schlinge (84 ) ist. - Implantierbares Klappensegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ankerelement dazu ausgebildet ist, sich in der Wand des Körperlumens einzubetten.
- Implantierbares Klappensegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ankerelement dazu ausgebildet ist, durch die Wand des Körperlumens hindurchzudringen.
- Implantierbares Klappensegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Klappensegel einstückig aus einem dünnen flexiblen Material wie etwa Polyurethan, Polyethylen oder Fluorkunststoff wie Polytetrafluorethylen ausgebildet ist.
- Implantierbares Klappensegel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Ankerelement (
38 ) aus einem Metall, einem keramischen Material, einer Legierung oder einem Polymer wie Acrylnitril-Butadien-Styrol ist. - Medizinisches System mit einem implantierbaren Klappensegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das dadurch innerhalb eines Körperlumens implantiert wird, daß sein Ankerelement derart an der Wand des Körperlumens befestigt wird, daß der Rand des Segels gegenüber der Spitze, an der sich das Ankerelement befindet, die Wand des Körperlumens gegenüber der Wand berührt, die mit dem Ankerelement in Eingriff ist, wenn das Segel des Klappensegels in seiner zweiten Stellung ist.
- Medizinisches System mit einer Anzahl von implantierbaren Klappensegeln nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die derart innerhalb eines Körperlumens implantiert werden, daß die Ränder (
40 ) der Segel (42 ) gegenüber ihren jeweiligen Spitzen, an denen sich ihre jeweiligen Ankerelemente (38 ) befinden, einander berühren, wenn die Segel der Klappensegel in ihren jeweiligen zweiten Stellungen sind. - Medizinisches System nach Anspruch 10, wobei die Anzahl der implantierten Klappensegel
2 ,3 oder größer ist, und wobei die Klappensegel in der Umfangsrichtung des Körperlumens symmetrisch verteilt sind.
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