專利名稱：涂層處理的心臟修復裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可植入的心臟修復裝置，尤其是表面經過涂層處理的修復裝置。
用修復裝置取代或修復病變的心臟瓣膜為外科醫生提供了一種治療由于疾病和先天不足而引起的瓣膜缺陷的方法。一種典型的程序包括天生瓣膜的去除和機械的或生物修復瓣膜的取代。另一種技術就是使用一個瓣環成形術環給對支撐瓣膜天生環面的天生根座提供結構支撐。
研究表明心臟結構的異常使得心臟容易發生細菌侵入性瓣膜的感染，即亞急性細菌性心內膜炎(SBE)。組織的異常在心臟內可以中斷血液流動模式，產生渦流和瘀積區域。流過的細菌可以附著到處于異常血液流動模式的區域內的心臟組織上，從而感染心臟組織(心內膜炎)。心內膜炎一旦發生就極難治愈。一旦天生的瓣膜因感染而被損害，就需要更換瓣膜。鑒于生物瓣膜的低感染傾向性，通常在更換瓣膜的病例中采用它。
在隨后的植入中，存在手術后全身感染的危險。修復瓣膜炎(PVE)是一種與心臟瓣膜假體相關聯的感染。心臟瓣膜包括一用于將心臟瓣膜縫合到心臟組織上的織物縫合套或其它織物部分。經過一段時間，纖維組織長到縫合套內并且將縫合套包住。細菌可以寄宿在與植入物和縫合套織物相關聯的傷口處。研究表明組織長進縫合套材料內的過程可以吸引流通循環中的細菌或其它病原體。為此，心臟瓣膜接受者應注意有關引起細菌進入他們的血液中的行為，如有關牙科的工作。
關于心臟瓣膜更換的問題，必須小心謹慎以確保瓣膜制造中的無菌性，以防止在瓣膜植入更換時被感染。例如，為了減少在手術前被感染的機會，一些外科醫生在植入前使用抗原體。然而，這些技術在效果上都存在很多缺點。另外，有人提出使用為抗體療法而設計的藥物傳遞系統，但這種系統也有缺點。盡管作了努力，但修復瓣膜炎(PVE)仍有2％-4％的發生率。
其它一些現有的技術包括頒發給Menaker的美國專利第5464438號。它告訴我們如何使用金屬涂層處理生物醫療裝置(如心臟瓣膜)。這種表面處理的目的是防止血栓形成。
與醫藥產品的使用相比，本發明的一個方面包括假體(通常為織物)部分上的金屬涂層，以增強可植入裝置的整體可接受性。這樣的金屬最好為銀，其被施加到暴露于心臟組織的表面上。機械的和生物心臟修復瓣膜可以得益于此涂層而且它還可以施加到瓣環成形術環，復合的帶瓣的植入物，縫線，小拭子，心臟環形物或者其它可植入的裝置上。由銀處理過的裝置部分抑制或極大減少了引起心臟瓣膜炎的細菌的寄宿，且不影響裝置的整體生物相容性。
下面參照附圖及實施例說明本發明的修復裝置。在所有的圖中，相同的標號表示相同的結構。其中

圖1示出了一個心臟修復瓣膜；圖2示出了一個具有附加的大動脈植入物的心臟瓣膜；圖3示出了一個修復瓣環成形術環；圖4示出了一個肺部的具有瓣膜的植入物的假體；圖5A和圖5B是示出本發明的使用一小拭子縫合附件的技術的透視圖；圖6是示出本發明的一個方面中的一個與心臟有關的被動輔助裝置的零件分解圖；圖7示出了一個用于對纖維或織物進行涂層處理的裝置。
圖1是一機械式心臟瓣膜10的截面圖。本發明公開了一個雙葉片瓣膜，但是，如同生物心臟修復瓣膜，也可考慮使用單個或多個咬合器。應這樣理解本技術可應用在其它的瓣膜和修復裝置中。心臟瓣膜10包括形成血流環面13的孔環12。孔環12位于并定位一對咬合器，如圖所示的咬合器14和咬合器16。這對咬合器可在第一開啟位置和第二關閉位置之間運動。在使用中，血液流過環面13并控制兩個咬合器的位置。瓣膜10的縫合套18由外科技術縫制在心臟組織上并且最后由纖維組織包住。
縫/縫合套或此處描述的任何修復裝置中所使用的織物最好由一個編織的聚酯或聚四氟乙烯(PTFE)材料組成，由編織的雙絲絨聚酯材料更好，如由Meadox Medical有限公司提供的。
有幾種方法可將銀涂到裝置表面上。第一種，在形成織物之后將使用到該裝置結構中的織物涂上銀。第二種，在織物形成之前，將制成織物的紗線或纖維涂上銀。第三種，在織物部分構成后，織物部分本身可被涂上銀。另外，銀涂層可直接施加于裝置上。在一個實施例中，所要求的銀的數量是很低的，一般是每克織物含1-100mg銀，最好是每克織物含20-50mg銀。涂纖維最好，這是因為此種技術可以使銀在成品上更好地分布。對于所有的涂層方法，織物必須保持多孔性以便具有足夠的組織生長特性。
對于有移植片固定模的心臟生物修復瓣膜，用與上述同樣的方法將用于縫合套的織物進行涂層處理。也可以考慮把銀涂到用于這些瓣膜的移植片固定模上以進一步增強裝置的抗感染能力。在沒有移植片固定模的生物心臟瓣膜內，外層織物外套也可用銀涂層處理。
圖2示出了一個大動脈瓣膜植入物，其包括一個連接到植入物20上的機械式心臟瓣膜10。植入物20部分最好由聚合物制成，例如由MeadoxMedical有限公司提供的編織雙絲絨聚酯材料。盡管在一些實例中，聚酯材料具有很好的耐藥性，但是依據外科醫生的偏好，也可使用聚四氟乙烯(PTFE)。植入物20可以用在上行的動脈的修復或修復更換并且必須接受其它的連接，如冠狀接合。植入之后，植入物暴露在由心臟左邊過來的相當高壓力的血流中，通常，植入物用不同的預先凝結劑涂層處理，如骨膠原或凝聚體。在此應用中，銀涂層可作預先凝結劑的襯里，而且它是否影響預先凝結劑的吸收率還不清楚。密封的植入物的表面是否影響銀涂層的益處還不清楚，而且僅有縫合套在一些應用中要求用銀處理也是在考慮之中。銀涂層也可以直接施加于骨膠原或其它的一些凝結劑中。
圖3是通常為圓形的瓣環成形術環22的剖面圖。瓣環成形術環22包括一個織物外層24，例如，編織的聚酯材料，其包圍著框23。不象瓣膜假體，織物覆蓋了瓣環成形術環22的整個內表面。框23可以是剛性的、半剛性的或柔性的，且可由金屬或聚合物材料制成。聚合物材料制成的框23的例子包括高密度的聚乙烯(HDPE)、聚乙烯對酞酸鹽或硅酮。例如，金屬框23可以包含埃爾基洛伊耐蝕游絲合金、鈷、鉻及鎳合金或鈦。在使用中，瓣環成形術環被用于重新構成和支撐天生的環面，而作為一個愈合反應的結果，整個瓣環成形術環通常由纖維組織包住。
圖4是示出一個肺部的具有瓣膜植入物的假體40的剖視圖。該裝置40被用于修復和重新構成肺部的瓣膜和動脈。瓣膜10部分放置在植入物部分41內，并且一小的織物縫合套42緊貼在瓣膜10位置處且在植入過程中起輔助作用。如果不使用預先凝結劑，最好用銀對植入物和縫合套42進行涂層處理。
圖5A和圖5B是示出用小拭子52和縫線54將縫合套18縫合在天生的心臟組織50上的透視圖。圖5A示出了用小拭子52和縫線54不翻轉褥墊的縫合技術，圖5B示出了用小拭子52和縫線54翻轉褥墊的縫合技術。本發明的一方面包括一個具有銀涂層的小拭子52和/或縫線54。在本實施例中，縫合套18、小拭子52和縫線54都進行涂層處理，并且天生的組織50的表面只可以暴露于涂銀的表面。通常，小拭子52是由聚四氟乙烯(PTFE)墊或聚酯制成。小拭子在醫學工業中被廣泛使用，例如，來自Ethicon、C.R.Bard和Johnson & Johnson的小拭子。本發明適用于各類附件技術，其中包括縫線且不含小拭子、鉤、環鉤、夾子、鉗子或其它倒鉤。
圖6是包含一個用于心臟62的被動輔助裝置60的本發明的一個方面的零件分解圖。被動輔助裝置60包括環形物64和適于安放在心臟62的心室頂部68上的縫合套66。環形物64由可擴張的具有彈性的且具有生物相容性的材料(如聚合物、橡膠、位于心臟周圍的組織及可伸縮的聚合物織物等等)組成，并且當安放在心室頂部68上時，它可以擴張到被擴張過的外部70處。包含適于縫合到纖維平面72處的瓣環成形術環的縫合套66可由上述的任何適用的縫合套材料制成。被動輔助裝置60用于提供一個病變心臟的所增加的心肌收縮性。環形物64由高彈性的具有生物相容性的材料制成并且包圍在心室周圍，以便在心臟收縮時提供一個壓力。在一些實施例中，用涂層處理裝置60可使它具有更好的生物相容性和較少的血栓形成。本領域技術熟練人員將注意到任何直接的心肌附件(如纖維平面)可用來將環形物附在心臟上，這些附件包括縫線、鉤、膠等等。裝置60可用不同材料進行涂層處理，這些材料包括銀或者其它的抗微生物材料，縮氨酸和磺酸化的水凝膠。
研究發現用薄銀片處理的心血管假體的涂層部分可以阻止裝置的感染。在一些例子中，修復裝置的整個結構部分并不都可以涂上銀，如在縫線標記處。另外，活體實驗還證明了沒有超量血栓形成的極好的組織生長。少量的銀游離到周圍的組織中可以進一步提高抗微生物保護性。
薄膜銀涂層可以放在或攜帶于織物部分、纖維或用公知的方法制成的縫合套上。在整個申請文件中，詞匯“涂上”或“被涂上”可以意味著根據銀的使用方法，銀可以被涂在裝置或元件的表面上或者可以在裝置或元件內植入或植進以及置于裝置或元件表面上。例如，用蒸發沉積工藝或噴涂工藝，可以施加銀涂層。蒸發沉積技術的使用已公開在頒發給Sawyer的美國專利第4167045號中。盡管可使用多種該技術中的任何一種產生銀涂層，但最重要的是涂層必須極為牢固地粘結在織物或別的材料上以防止具有細胞毒素的銀材料過多地在全身循環，同時還要為組織生長保持必要的多孔性。
現在人們已公知利用離子加速轉換系統(在高真空環境中)蒸發沉積金屬的工藝技術。轉讓給Spire公司的美國專利第5474797號中，就提供了適于銀涂于織物材料上的技術。
圖7示出一個給纖維涂層的例子，但不限于此。處理槽30包含一供卷軸32和一收卷軸34。當銀原子由離子源38加速并直接電鍍在纖維36上時，纖維36從一個軸到另一個軸移動。正如本技術所述，在涂銀涂層之前，其他金屬也可以粘結在纖維上。可以使用類似的方法通過使用固定架(如心軸)將織物或組合好的縫合套進行涂層處理，轉動或放置織物或縫合套以提供一均勻一致的銀涂層。
為了獲得均勻一致和高粘著性的銀涂層，在本發明中，考慮使用蒸發沉積技術，如離子束植入法和離子束輔助沉積法(IBAD)，并且最好選用離子束輔助沉積法。
可以理解，傳統的涂層處理技術，例如噴涂技術，會導致織物或裝置其余部分噴涂不到或某些部分沉積量過多。盡管認為在整個假體的被處理部分上銀原子分布均勻一致有利于修復的應用，但是也可以接受不均勻的分布。對用于制造假體的被處理部分的纖維或紗線進行涂層處理可解決該不均勻的問題，并且可使在被處理部分的銀的分布更均勻一致。使用傳統方法，可能形成用于制造縫合套18或上述的心血管修復裝置的其它部分的織物。
在織物或縫合套被編織好之后，將對之進行涂層處理的替代工藝被認為是在本公開的范圍內的一種取代技術。在本實施例中，必須保持必要的適于組織生長的多孔性。
在一個實施例中，銀被輕微地氧化，這可以提供一個加強了的生物活性抗菌表面。例如，一典型的涂于Dacron牌聚酯樣品上的銀表明含氧化銀為9％和金屬銀為91％。盡管該表面的電特性不為其特征，但電傳導特性也起著重要的作用。當銀與其它材料組合時，更易于電離銀，從而增強了抗微生物的效果。
實例1雙絲絨編織的聚乙烯對苯酸鹽(Meadox產品號33FR)(聚酯類)的織物由Meadox Medicals有限公司提供。正如在美國專利第5474797號中描述的，通過使用離子束輔助沉積工藝使銀得以應用。
可進行兩種不同的化驗分析來確定涂銀織物的抗微生物效果。在DowCorning Corporate測試方法0923中，三個750mg的涂銀織物試樣((表1中的1號樣品)和三個750mg的未涂銀織物試樣((表1中的2號樣品)分別暴露在包含表皮葡萄球菌ATCC29886、釀膿鏈球菌ATCC8668或白色念珠菌ATCC10231的75毫升溶液中，其濃度都為(1-2)×104CFU/ml。
表1
如表1所示，確定開始時的細菌數和接種一小時后的細菌數以確定細菌減少的百分比。結果顯示，與僅僅減少25％的細菌的對照(未涂銀)樣品相比，涂銀織物上的細菌減少了95％-99％。
在抑制細菌活性的NYS63測試中，1平方英寸的一片涂銀織物暴露在下面指定濃度的有機體中表皮葡萄球菌 (5.8×104CFU/0.2ml)釀膿鏈球菌(2.8×104CFU/0.2ml)白色念珠菌(3.0×104CFU/0.2ml)表2
如表2所示，確定暴露24小時后所殘留的細菌總數。結果顯示，對于涂銀織物，有機體中減少的百分數為94％-99.8％。
實例2如實例1所述，對織物進行涂層處理并將其用于制造由一半涂銀織物和一半未涂銀織物組成的縫合套。將混合的縫合套裝配到一個St.JudeMedical牌機械式心臟瓣膜假體上。
在綿羊的二尖瓣模型中，術后30天，對血容性和組織的生長特性進行評估。并對對照組部分和涂層處理部分的組織反應進行總體上和組織病理學上的評估。將縫合套樣品在成形外科上包埋，切片，為了組織病理學上的分析，用蘇木精和四溴熒光素染色。結果表明，關于組織生長和血容性對于涂層織物和未涂層織物的愈合情況是類似的，這就說明銀對裝置的安全性沒有影響。
用PTFE縫合套制造與上述聚酯瓣膜類似的混合瓣膜。也是一半涂銀材料，一半未涂銀材料。瓣膜植入到羊的二尖瓣模型中30天。總的檢查表明愈合的情況和組織反應類似于聚酯的縫合套和瓣膜。
本發明具有幾方面的優點。在不同生物醫療假體上放置一層薄薄的粘結牢固的銀涂層以為裝置提供抗微生物特性。結果，機械式心臟瓣膜可使用在其它裝置優先考慮的條件下，例如急性心內膜炎，從而為外科醫生和病人提供了更好的選擇。例如，自體植入物是患急性心內膜炎的病人的瓣膜的更換中首選的裝置。自體植入物供應量少，要求高并且通常是在小兒科病例中才出現。因此，具有抗微生物涂層的修復裝置為成人的心內膜炎患者提供了一意義重大的新的選擇，從修復裝置上瀝濾的銀很少的特點可提供持久的效果，其進一步增強了裝置抗微生物特性。銀涂層不影響附著在其上的物質。而且，在假體上使用銀涂層表明細菌數可大大減少。本發明也可以減少將瓣膜浸泡在抗原體的溶液中的情況下的外科手術的時間，因為在外科手術中去除了浸泡步驟。
盡管參照最佳實施例詳細描述了本發明，但本領域技術熟練人員可在不脫離本發明的宗旨和范圍的情況下在形式和細節上作些改變。例如即使在施加銀時蒸發沉積工藝被描述為最佳方法，但也可考慮在本發明中使用其它一些化學方法，包括在容解銀的溶液內浸泡纖維或織物，或者將纖維或織物浸漬或浸沒在銀溶液中，或者電鍍，或在織物/縫合套內混合進銀顆粒。而且，本發明還可用除銀之外的抗微生物材料，如金、鉑、鈀、銥(即貴重金屬)，銅、錫、銻、鉍和鋅或它們的合金。另外，本發明的銀涂層或銀植入可以用在用于植入到或接近天生心臟的任何裝置上并且不限于此處所闡述的具體的裝置。本發明的被動輔助裝置具有特別的作用，因為該裝置不是同體的而且能提供其它的選擇，尤其對于成年患者。
權利要求
1．一種可植入的心臟假體，其特征在于，所述假體包括一具有外圓周和內圓周的孔環，所述環限定了一環面；所述環面限定了一用于血液流動的通道；一織物部件至少連接在所述孔環的所述外圓周上；所述織物部件上攜帶有銀。
2．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述織物在離子束輔助的高真空環境下被涂上銀，這樣所述銀原子就插入所述織物表面中。
3．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述織物在高真空環境下被涂上銀，這樣所述銀原子被涂在所述織物表面上。
4．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述織物部件由多個攜帶有銀的纖維組成。
5．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，它還包括第一咬合器，第二咬合器，所述第一咬合器和第二咬合器可移動地安裝在所述環內，一連接在所述環上的縫合套；以及所述縫合套上攜帶有銀。
6．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，它包含一心臟瓣膜。
7．如權利要求6所述的裝置，其特征在于，它還包括一連接到所述環上的植入物；并且所述植入物由所述涂銀的織物制造。
8．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，它還包括一移植片固定模。
9．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，它包含一瓣環成形術環。
10．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，它包含一生物修復瓣膜。
11．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，它包含一瓣膜植入物。
12．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，它包含一縫合套。
13．如權利要求1所述的裝置，其特征在于，它包含一用于將可植入的心臟假體安裝到患者的天生組織上適于與涂銀的織物配合的涂銀小拭子。
14．一種可植入假體，其特征在于，它包括一假體本體；一放置在假體本體上的適于容納在此穿過的縫線的織物部件；一適于與織物部件配合并容納在此穿過的縫線以固定其間的天生組織的小拭子，并且該小拭子上涂銀。
15．一用于增強天生心臟心肌的收縮性的被動輔助裝置，其特征在于，它包括一適于在心臟心室上固定的環形物；該環形物由具有彈性的生物相容的材料構成并且其尺寸在松弛狀態時比心臟心室的頂部小，由此適于對心臟的心室提供一附加噴射力。
全文摘要
本發明包含在假體(10)部分上的一金屬涂層,以增強可植入裝置(10)或用于植入假體的織物或縫線的總體可接受性。最好的金屬物為銀,它被施加到暴露于心臟組織的表面。這些用銀處理過的裝置部分抑制或大大減少了引發心內膜炎的細菌的寄宿且不影響裝置的總體相容性。為了增加心肌的可收縮性,本發明還公開了一種以環形物形式安裝在心室上的被動彈性輔助裝置。
文檔編號A61F2/06GK1231591SQ97198387
公開日1999年10月13日 申請日期1997年9月30日 優先權日1996年9月30日
發明者凱瑟琳·S·特登, 威廉·R·霍姆伯格, 達林·J·伯格曼, 特里·L·謝波德 申請人:圣朱德醫療有限公司