Внутрисосудистый расширительный имплантат с дефлектором

 

Изобретение относится к медицине, а именно к сосудистой хирургии. Изобретение обеспечивает снижение частоты рестеноза, в частности, с помощью действия на внутреннюю стенку артерии. Стент включает, по меньшей мере, один дефлектор потока, позволяющий отклонять направление потока в радиальном направлении в сторону артериальных стенок, что приводит к увеличению радиального градиента скорости у стенок артерии с локальным увеличением касательного напряжения на внутренней стенке артерии. Дефлектор потока обеспечен фиксирующими средствами, упирающимися в рабочем положении во внутреннюю стенку сосуда, причем указанные фиксирующие средства выполнены с возможностью предотвращения контакта дефлектора с внутренней стенкой сосуда и оказания механического действия для поддержания артериальной стенки. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к внутрисосудистому имплантату, обеспечивающему возможность радиального расширения артериальных стенок. Эти имплантаты или расширители известны в области транслюминальной ангиопластики как "стенты". Транслюминальная ангиопластика состоит в лечении пораженных областей артериальной системы с помощью введения естественными путями устройства, в частности катетеров. Это позволяет произвести локализованное вмешательство без необходимости прибегать к помощи обычных хирургических вмешательств, которые ввиду их тяжести имеют для пациентов множество недостатков. Эта методика, в частности, используется при диагностике сужения или стеноза артерий. В этом случае через бедренную артерию вводится катетер, снабженный на его дистальном конце раздуваемым ангиопластическим баллоном. Затем этот катетер проталкивается и направляется с помощью рентгеноскопического контроля через артериальную систему к пораженной области артерии. По достижении этой области баллон раздувается для расширения суженной области артерии. Эта операция повторяется до тех пор, пока с помощью средства рентгеноскопического контроля не будет определено, что артерия снова имеет диаметр, достаточный для обеспечения приемлемого кровотока. Однако у этих вмешательств есть определенные недостатки. Так, клинические наблюдения показывают, что приблизительно в трети случаев лечения в течение периода времени, составляющего от нескольких дней до нескольких месяцев, вновь происходит ретракция артерии. Этот феномен, который называется "рестенозом", требует нового вмешательства в пораженной артерии или с помощью того же способа, или с помощью более тяжелых хирургических методик.

В попытке решить эту проблему во избежание повторного сокращения было предложено имплантировать в артерию постоянно находящиеся в ней расширители или "стенты". Эти имплантаты обычно имеют трубчатую структуру, открытую на ее концах с тем, чтобы не мешать кровотоку. Эти устройства независимо от их конкретных структур в целом имеют следующие характеристики: они могут растягиваться в радиальном направлении от их первого диаметра, обеспечивающего возможность их введения в артерию с помощью катетера, до их второго большего диаметра, соответствующего по существу диаметру артерии. После расширения артерии они имплантируются в эту артерию и упираются во внутреннюю стенку артерии, предотвращая таким образом с помощью механического действия новое сужение артерии. После имплантации эти стенты имеют определенное сопротивление радиальному сдавливанию и таким образом поддерживают артерию в открытом состоянии, в то же самое время обеспечивая возможность кровотока. На практике в настоящее время используются стенты двух различных типов. Первые стенты деформируются раздуванием баллона во время их размещения; вторые стенты представляют собой так называемые саморасширяющиеся стенты. Саморасширяющиеся стенты не требуют внешнего механического действия для прохождения от первого диаметра во время введения до второго большего диаметра в рабочем положении. Этот эффект получается или с помощью использования материала, имеющего память формы, такого как Нитинол (торговая марка), или с помощью пружинного эффекта. Например, в европейском патенте ЕР-433011 B1 был также предложен стент, который включает радиоактивный изотоп, который имеет тенденцию уменьшать феномен рестеноза с помощью лучевой терапии. В других вариантах реализации поверхность стента, контактирующая с внутренней стенкой артерии или сосуда, имеет обработанную подходящим образом поверхность, обеспечивающую возможность местного распределения антитромбогенных химических веществ.

Хотя эти устройства способствовали снижению частоты рестеноза, они тем не менее не полностью решили эту проблему. Так, приблизительно в 22% случаев лечения с помощью ангиопластики и имплантации стента наблюдается тканевая реакция, которая приводит к увеличению толщины внутреннего слоя артерии. Если этот феномен не стабилизируется, а продолжает нарастать, артерия снова становится закупоренной.

Задачей настоящего изобретения является преодоление упомянутых выше недостатков с помощью предоставления расширяющего имплантата, способствующего снижению частоты рестеноза, в частности, с помощью его действия на внутреннюю стенку артерии. Другая задача изобретения состоит в использовании такого устройства для увеличения касательного напряжения на поверхности раздела между кровью и стенкой в артерии или кровеносного сосуда. Наконец, задачей изобретения является способ, позволяющий увеличить касательное напряжение на уровне артериальной стенки. Стент в соответствии с настоящим изобретением отличается для этой цели характеристиками, определенными в п.1 формулы изобретения. Другие преимущества будут понятны из следующего описания и из зависимых пунктов формулы изобретения.

Теперь изобретение будет описано со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых схематически и путем не ограничивающего примера показан один вариант реализации внутрисосудистого стента в соответствии с изобретением.

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение, показывающее профиль скоростей в артерии без имплантата.

Фиг.2 представляет собой схематическое изображение, показывающее профиль скоростей в артерии, имеющей в ее центре дефлектор потока.

Фиг.3 представляет собой график, иллюстрирующий относительную поперечную силу, действующую на интиму, как функцию размеров дефлектора относительно размеров артерии.

Фиг. 4 представляет собой вид сбоку стента в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 представляет собой вид с торца стента, показанного на фиг.4.

Научные исследования, подтвержденные критическими наблюдениями, показали, что рестеноз связан с клеточной пролиферацией ткани интимы, которая называется гиперплазией интимы. В настоящее время механизмы этой реакции еще не полностью понятны. Однако определенно известно, что предотвращение или уменьшение гиперплазии интимы составляет ключевой элемент успешного лечения стеноза или окклюзии артерий. У животных было определено, что гиперплазия интимы снижается, когда в рассматриваемом сосуде имеется высокая скорость кровотока. С другой стороны, когда эта скорость потока низкая, слой интимы увеличивается. Такое же определение было выполнено кардиологами и рентгенологами, которые наблюдали, что после ангиопластики стент остается открытым, если скорость потока высокая, и что они имеют тенденцию закупориваться при наличии низкой скорости кровотока. В результате существует определенная связь между скоростью кровотока и гиперплазией интимы. Этот факт подтверждается несколькими медицинскими исследованиями, в которых выявлена тенденция, свидетельствующая о том, что гиперплазия интимы является не патологическим процессом, а скорее адаптированной реакцией артерии или сосуда, который перестраивается с тем, чтобы поддерживать или восстановить оптимальный уровень касательного напряжения у стенки.

Прохождение крови в артерии создает силы трения о внутреннюю стенку артерии. Когда скорость потока высокая, на эндотелиальные клетки стенки артерии действуют большие силы касательного напряжения. Напротив, при наличии недостаточного потока эти силы малы. Кроме того, известно, что касательное напряжение, действующее на внутреннюю стенку, прямо пропорционально потоку (Q) и обратно пропорционально диаметру артерии в кубе. В результате этого при низкой скорости потока перфузии гиперплазия интимы уменьшает диаметр артерии с тем, чтобы восстановить нормальную величину напряжения. Если низкая скорость потока сохраняется или прогрессивно уменьшается, нормальное касательное напряжение не может быть восстановлено, и гиперплазия интимы продолжается, приводя в конечном счете к рестенозу. Напротив, если поток достаточен для восстановления уровня напряжения, равного или даже превосходящего нормальное напряжение, гиперплазия интимы прекращается, и артерия остается постоянно открытой.

В результате указанных выше определений следует, что для прекращения и блокировки гиперплазии интимы необходимо местно увеличить силу касательного напряжения, действующую на стенку, в частности, при низкой скорости потока. Задачей изобретения является, в частности, обеспечение возможности существенного локального увеличения силы касательного напряжения, действующей на стенку.

Учитывая, что скорость кровотока нельзя увеличить локально ввиду того, что она автоматически регулируется организмом посредством сопротивления, которое оказывают периферические сосуды, в результате необходимо локально уменьшить открытое поперечное сечение артерии таким образом, чтобы увеличилась величина касательного напряжения, действующего на артериальную стенку. Для этого предложено размещать и удерживать на месте, предпочтительно в центре артерии, по меньшей мере, один корпус, который будет действовать в качестве дефлектора кровотока по стенке артерии. Этот дефлектор потока позволит таким образом существенно локально увеличить силы касательного напряжения, действующие на эндотелиальные клетки. На фиг.1 схематически показан профиль скоростей в артерии с радиусом r₀. На фиг.2 показан тот же профиль скоростей, когда в центре артерии расположен дефлектор потока 1 цилиндрической формы. Дефлектор 1 отклоняет направления потока в радиальном направлении по направлению к стенкам 2 артерии и приводит к увеличению радиального градиента скорости у стенок 2 артерии. Вследствие этого увеличивается касательное напряжение на поверхности раздела между кровью и стенкой, Ссылаясь на фиг. 2 и с учетом гипотезы о том, что поток представляет собой эволюту, уравнение Navier-Stokes вдоль продольной оси симметрии имеет следующий вид: где u представляет собой осевую скорость, P - давление и μ - вязкость крови.

С помощью двойного интегрирования получается С помощью применения ограничивающих условий u(r=r₁)=u(r=r₀)=0, затем с помощью взятия производной получается окончательное выражение распределения скорости Затем можно рассчитать скорость потока Q с помощью простого интегрирования
Силы касательного напряжения τ, действующие на стенку артерии, выражены уравнением

которая при использовании уравнения 3 для u(r) приобретает вид

Уравнение 6 может быть также выражено в виде функции скорости потока Q с помощью использования уравнения 4 для градиента давления

С тем, чтобы лучше оценить действие дефлектора 1 на величину поперечной силы, последняя нормализуется с помощью сил касательного напряжения в условиях ламинарного потока типа Poiseuille для такого же потока как в открытой материи. Для потока типа Poiseuille известно, что

Получается также следующее выражение:

Таким образом, можно определить соотношение радиусов дефлектора и артерии в виде показателя γ = r₁/r_0/ для преобразования уравнения 9 в неразмерную форму

Зависимость поперечной силы относительно параметра Δ показана па фиг.3, на которой по оси ординат показан относительный сдвиг интимы, а по оси абсцисс - соотношение между радиусом дефлектора и радиусом артерии. Если взять, например, цилиндрический дефлектор, радиус которого соответствует приблизительно одной трети радиуса артерий, поперечная сила, действующая на интиму, возрастает у стенки на фактор, равный 2. Если ситуация такая же, как в упомянутом выше примере, и соотношение между радиусом дефлектора и радиусом артерии составляет одну треть, то поверхность, занятая дефлектором, представляет только приблизительно 11% поперечного сечения артерии и, следовательно, в соответствии с механикой жидкости оказывает кровотоку лишь незначительное сопротивление, которым можно пренебречь.

Благодаря присутствию цилиндрического корпуса в центре артерии, вызывающего отклонение кровотока, локально значительно увеличивается сила касательного напряжения, действующая на стенку сосуда. Этот корпус ввиду его размеров не вызывает большого уменьшения кровотока.

На фиг. 4 показан возможный вариант реализации стента в соответствии с настоящим изобретением среди многочисленных вариантов. Этот стент размещен в артерии или в сосуде, стенка 2 которого была показана схематически. Он включает центральную часть 3, которая выполняет функцию дефлектора потока. Этот дефлектор 3 изготовлен из спиральной пружины, витки которой соприкасаются и в которой каждый виток соединен с прилегающим витком, например, с помощью лазерной пайки. Точки припоя 6 распределены вдоль спирали, простирающейся по всей длине пружины. Вследствие этого дефлектор не может деформироваться вдоль продольной оси, но тем не менее сохраняет определенную гибкость, которая облегчает его продвижение по направлению к области, подлежащей лечению. На двух концах дефлектора 3, а также в одной или нескольких точках, распределенных по его длине, мелкие спирали 4 припаяны к центральному дефлектору 3. Эти спирали 4 могут расширяться в радиальном направлении от первого диаметра, соответствующего приблизительно диаметру дефлектора 3, до второго большего диаметра, соответствующего диаметру артерий. В рабочем положении спирали 4 упираются во внутренние стенки 2 артерии и оказывают такое же механическое действие на стенку как обычные саморасширяющиеся стенты. При контакте со стенкой артерии эти спирали 4 поддерживают дефлектор 3 в центрированном положении в артерии и предотвращают контакт последней с кольцевой стенкой артерии. При ссылке на фиг.5 в центре дефлектора 3 будет виден канал 5. Этот продольный канал 5, который простирается по всей длине дефлектора 3, позволяет установить стент на конце катетера для ангиопластики на проволочный проводник для облегчения его размещения в сосуде, подвергаемом лечению. Для изготовления спиралей 4 предпочтительно используется материал, который может предварительно сдавливаться при определенной температуре и который восстанавливает свою первоначальную форму при более высокой температуре. Для изготовления спиралей 4 вполне подходят сплавы на основе никеля и титана, такие как Нитинол (торговая марка). Так, во время изготовления стента спирали 4 охлаждаются и поэтому становятся очень ковкими. Затем они наматываются вокруг дефлектора 3. Затем стент помещается в катетер. Во время размещения стента, после разъединения катетера и стента спирали 4 повторно нагреваются, контактируя с кровью, и разворачиваются в радиальном направлении для вступления в контакт со стенкой кровеносного сосуда. Из этого следует, что могут использоваться другие известные методики в области саморасширяющихся стентов. Центральный дефлектор 3 может также присутствовать в форме цельного цилиндрического корпуса, снабженного центральным продольным каналом, или может быть образован полым цилиндрическим корпусом, который в качестве кожуха может служить резервуаром для вещества, которое предполагается ввести in situ. Возможны другие модифицированные варианты реализации дефлектора 3, в частности использование нескольких собранных элементов, таких как, например, двойная пружина. Можно также предоставить несколько дефлекторов 3 потока меньшего диаметра и, например, взаимно соединенные три дефлектора, расположенные на вершинах равнобедренных треугольников. С тем, чтобы не мешать кровотоку в сосуде или артерии, будет выбрано соотношение между радиусом дефлектора 3 и радиусом артерии в диапазоне от 0,1 до 0,8, предпочтительно 0,3. Для изготовления стента в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно будет использоваться биологически совместимый материал, такой как Нитинол (торговая марка) или нержавеющая сталь. Следует отметить, что также могут рассматриваться определенные сплавы меди с использованием подходящей обработки поверхности, например покрытия полиэфиром или ТЕФЛОНОМ (торговая марка).

Для сведения к минимуму гиперплазии интимы, как упоминалось во вступительной части описания, рассматривается местное лечебное действие или с помощью обработки поверхности, позволяющей местное распределение вещества, препятствующего рестенозу, или с помощью лучевой терапии. Эти вещества могут легко наноситься на стент в соответствии с настоящим изобретением. Таким образом, достаточно обеспечить подходящую обработку поверхности спиралей 4, контактирующей с артериальной стенкой. Таким образом, кумулятивный эффект увеличения величин касательного напряжения у стенки комбинируется с радиотерапевтическим или химиотерапевтическим действием. Следует отметить, что подходящую обработку поверхности могут иметь не только части, непосредственно контактирующие с артериальной стенкой, но также дефлектор 3.

Очевидно, что стент в соответствии с настоящим изобретением может иметь другие формы, прячем его основным отличительным свойством остается наличие дефлектора потока, увеличивающего касательное напряжение у внутренней стенки артерии и поддерживаемого в артерии в определенном положении, предпочтительно в центре этой артерии. В частности, стент может иметь форму трубчатого корпуса, открытого на двух его концах и содержащего в его центре цилиндрический корпус, соединенный гибким образом с наружным трубчатым корпусом.

В определенных случаях нежелательно оставлять стент в артерии постоянно. С этой целью определенные стенты изготовлены из биодеградируемых материалов. Эти материалы конечно могут использоваться для изготовления стента в соответствии с настоящим изобретением. Способ, позволяющий местно увеличить касательное напряжение у стенки сосуда или артерии, включает следующие этапы. Внутрисосудистый стент описанного выше типа вводится в подлежащую лечению пораженную область артерии с помощью катетера и проволочного проводника. Во время проведения стента через артериальную систему последняя имеет диаметр, приблизительно идентичный диаметру катетера. Затем стент устанавливается с помощью отсоединения последнего от катетера; во время этой операции спирали 4 стента расширяются в радиальном направлении и упираются во внутреннюю стенку артерии. Наконец, удаляется катетер, а затем проволочный проводник.

Следует, кроме того, отметить, что стент, который является задачей настоящего изобретения, легко изготовить, и он может быть упакован с катетером таким образом, что практикующий врач может сразу его использовать.

Формула изобретения

1. Стенд, приспособленный для введения в артерию или кровеносный сосуд, отличающийся тем, что он включает, по меньшей мере, один дефлектор (3) потока, позволяющий отклонять направление потока в радиальном направлении в сторону артериальных стенок, что приводит к увеличению радиального градиента скорости у стенок артерии (2) с локальным увеличением касательного напряжения на внутренней стенке артерии (2), дефлектор (3) потока обеспечен фиксирующими средствами, упирающимися в рабочем положении во внутреннюю стенку сосуда (2), причем указанные фиксирующие средства выполнены с возможностью предотвращения контакта дефлектора (3) с внутренней стенкой сосуда (2) и оказания механического действия для поддержания артериальной стенки.

2. Стент по п. 1, отличающийся тем, что величина соотношения между радиусом дефлектора и радиусом артерии находится в диапазоне от 0,1 до 0,8, предпочтительно составляет 0,3.

3. Стент по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что дефлектор (3) или дефлекторы потока имеют цилиндрическую форму.

4. Стент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что дефлектор (3) составлен пружиной, намотанной виток на виток, в которой каждый виток соединен со следующим точкой припоя (6), фиксирующие средства состоят, по меньшей мере, из двух гибких радиально расширяемых спиралей (4), соединенных с дефлектором (3) одним из концов.

5. Стент по п. 4, отличающийся тем, что точки припоя (6) расположены в спирали, простирающейся по всей длине дефлектора (3).

6. Стент по пп. 4 и 5, отличающийся тем, что он включает в себя множество радиально расширяемых спиралей (4), соединенных с дефлектором (3) и распределенных через равномерные интервалы вдоль продольной оси дефлектора (3).

7. Стент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что расширяемые фиксирующие средства изготовлены из материала, имеющего память формы.

8. Стент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он включает в себя радиоактивный изотоп, оказывающий эффект снижения гиперплазии интимы артериальной стенки.

9. Стент по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что радиально расширяемые спирали (4) и/или дефлектор (3) имеют обработанную поверхность или состоят из биологически активного материала, что обеспечивает возможность диффузии вещества, оказывающего действие на артериальную стенку.

10. Стент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что дефлектор (3) имеет центральный канал (5), простирающийся по всей его длине.

11. Стент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он изготовлен из биодеградируемого материала.

12. Стент по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что дефлектор (3) изготовлен из материала, имеющего память формы.

13. Стент по любому из пп. 1-12, используемый для увеличения касательного напряжения у поверхности раздела между кровью и стенкой артерии или кровеносного сосуда.

14. Способ, позволяющий местно увеличить касательное напряжение у поверхности раздела между кровью и стенкой сосуда или артерии, отличающийся тем, что он включает введение стента в соответствии с любым из пп. 1-13 в подлежащую лечению область с помощью катетера, установку стента и отсоединения катетера, обеспечивая радиальное расширение фиксирующих средств дефлектора (3), которые упираются во внутреннюю стенку артерии или сосуда, и удаление катетера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5