支架监控组件及其使用方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35U.S.C. § 119(e)要求于2013年3月15日提交的第61/787, 861号 美国临时专利申请的权益，该申请整体以引用方式并入本文。
技术领域
[0003] 本发明整体涉及血管和非血管支架领域，更具体地讲，涉及用于监控多种医疗状 况包括例如再狭窄、支架阻塞和/或其他疾病的发展的支架。
【背景技术】
[0004] 相关领域说明
[0005] 支架通常为圆柱形、柔性、中空的网架状医疗装置，其可插入体腔中以在物理上使 得已变为堵塞或部分阻塞从而减少或消除物质通过它们移动的结构和/或通道（通常为管 状器官结构，诸如血管、胃肠道、尿道、呼吸道或男女性生殖道）保持打开。支架通常以压缩 形式经皮肤（例如，血管支架）或通过自然腔道（例如，口、鼻、肛门）插入而置于受累器官 中，然后膨胀就位（通常通过扩张球囊或通过使用"自膨式"支架）以打开器官内腔回到其 原始大小和形状。支架可用于治疗和/或预防多种疾病和/或病症，这些疾病和/或病症 因以下方面而导致：内腔变窄或阻塞；不论是由于血管壁受伤还是外部压缩（良性或恶性 肿瘤、脓肿、囊肿），在血管壁内发生的疾病过程（例如，癌症、动脉粥样硬化、炎症、瘢痕形 成或狭窄），和/或在血管壁的表面上（或在内腔中）发生的疾病过程（血栓、动脉粥样硬 化、再狭窄、肿瘤生长、炎症和瘢痕形成、胆结石和尿结石、粘液嵌塞等）。支架可用于各种管 状身体通道，以保持内腔物质（血液、消化道内含物、消化酶和胆汁、空气、尿液、生殖物质） 通过它们的正常移动，这些通道包括例如血管结构（例如，冠状动脉、颈动脉、脑动脉、椎动 脉、髂动脉、股动脉、胭动脉、胫动脉、肠系膜动脉、肺动脉和这些动脉的其他分支；大静脉， 诸如上下腔静脉和颈、上下肢静脉）、胃肠结构（例如，食道、十二指肠、小肠、结肠、胆管和 胰管）、肺结构（例如，以保持气管、支气管、细支气管或肺泡打开）、泌尿系统结构（收集系 统、输尿管、尿道）、男女性生殖系统结构（例如，以维持输卵管、前列腺尿道的开放）、头颅 部中的窦结构（上颂窦、颂窦、泪管）和内耳结构（鼓膜置管）。
[0006] 通常，支架由金属（不锈钢、钛、铂、镍钛诺、钴铬等）和/或聚合物部件（可降解 的和不可降解的聚合物）构成，并通常被构造成具有一体结构，或由多个部件构成（例如， 分叉支架系统）。支架可以为不可降解的、可部分降解的或可完全降解的。此外，支架可 涂有一种或多种不同的组合物，既包括聚合物也包括药物（参见例如第8, 003, 157号、第 7,294, 145 号、第 8, 277, 867 号、第 8, 277, 833 号美国专利以及第 US 2005/0181011 号美 国专利申请和第5, 716, 981号美国专利）。支架的代表性实例包括在第6, 852, 153号、第 7, 942, 923号、第7, 753, 947号、第7, 879, 082号和第8, 287, 588号美国专利中所公开的那 止匕 -、〇
[0007] 支架的主要用途之一是治疗冠状血管疾病、外周血管疾病和脑血管疾病。简而言 之，冠状血管疾病通常始于冠状脉管（右冠状动脉、左冠状动脉、左前降支动脉、左回旋支、 冠状窦和它们的分支）中狭窄或堵塞的发展；外周血管疾病最常见的原因是腿（髂总动脉、 髂动脉、股动脉、股浅动脉、胭动脉和它们的分支）、肾（肾动脉）或上肢动脉的狭窄或堵塞； 并且脑血管疾病涉及头颈动脉（颈总动脉、颈内动脉和它们的分支、脑动脉、椎动脉），但体 内的任何血管也可如此受累。一条或多条冠状动脉的部分堵塞通常是因为动脉硬化斑块形 成的发展和进展，并导致心绞痛（运动时疼痛和气短），而冠状动脉的完全堵塞通常是因为 斑块破裂和血栓形成，并导致急性冠脉综合征（ACS)和/或心肌梗塞（心脏病发作）。在 外周动脉疾病中，腿中血管的部分阻塞导致跛行（走路或运动时疼痛或"笨拙"）并且完全 的血管阻塞则导致急性缺血和坏疽；而在脑血管疾病中，供应脑的血管变窄导致晕厥（昏 厥）、头晕及短暂的麻木、虚弱和言语异常（仅举出几种症状），而完全阻塞则导致脑中的脑 血管意外（CVA或"中风"）和永久性神经功能缺失。为了解决因狭窄或阻塞而导致的问题， 可将支架递送到堵塞部位，通常在被设计为用于递送和布置支架的递送装置上，然后跨过 病变打开以恢复下游血流。布置支架的一般方法如下：将导管插入血流（通常经由腹股沟 中的股动脉）并穿过血流推进，直到其到达变窄或阻塞部位；然后将其跨过病变推进；然后 使用单独的球囊（血管成形术）或卷在可膨胀球囊导管上的支架（直接支架置入）打开病 变；在布置并打开动脉后，然后将膨胀的支架留在原位以保持之前堵塞的血管的内腔打开。 在"自膨式"支架中，不需要球囊来打开支架，而是支架在通过递送导管布置后膨胀到位。此 类程序的实例在第5, 749, 824号美国专利、WO 98/36709中有所描述。在非血管支架放置 中，采取类似的程序，但支架通常经由自然腔道（口、鼻、肛门）进入体内，并通常在膨胀和 布置之前在直视（内窥镜术）下调遣到位。
[0008] 虽然最近在支架的构造、药物负载和递送方面存在许多进展，但仍有许多尚未解 决的不足。
[0009] 支架的准确放置、布置和完全膨胀仍是一项挑战，尤其是在脉管中，其中主要将诸 如血管造影术的间接可视化技术用于支架放置；血管造影术（穿过血流行进的不透射线的 染料）仅显示血管内腔解剖结构而不能给出关于血管壁解剖结构（其通常为进行治疗的关 键患病段）的信息。支架的完全及完整的布置（完全打开）通常难以通过单独的血管造影 术来确认。长病变和分支病变（在动脉中的分叉点存在的疾病）通常需要使用多个支架、 重叠的支架或分叉支架；相邻支架之间的准确放置以及确定重叠的量（在连续的或相连的 支架之间重叠越大会增加最终故障的风险）也难以确认。包括能够为内科医生提供关于以 下方面的实时信息的传感器的支架将对主治医生大有裨益并显著降低长期并发症几率：血 管壁解剖结构、球囊和血管壁压力、支架在血管壁内的定位、支架的完全膨胀和布置、支架 内的开放/内腔大小、相邻/相连支架之间的接触和重叠、穿过装置的血流量以及布置后的 放置确认。
[0010] 在布置后，监控潜在并发症（扭结、支架断裂、再狭窄、血栓形成、贴壁不良）的发 展将有助于在术后更好地管理患者，并提醒患者和医生潜在严重的副作用的发展。另外，监 控支架的表面特性以确定装置在动脉内的愈合（内腔支架表面被内皮覆盖）可有助于确定 何时以及是否可将患者从其抗血小板（或抗凝）疗法中撤除。持续监控诸如脉搏率、脉压、 血压和血流量的生理参数通常可提供关于全身性和区域性心血管功能的有用信息。另外， 就可生物降解和可生物消蚀的支架而言，嵌在（通常为）聚合物支架的表面（内腔和近腔） 上和支架内不同深度处的传感器可提供关于支架的溶解速率和最终完全生物吸收的有用 信息。在药物洗脱支架中，可将传感器用于监控治疗剂从装置的释放。
[0011] 通过医务人员和医疗团队进行的个人访视、患者的体检、医疗监护（生命体征、遥 测等）以及需要时的诊断成像研究和血液检查，对接受支架的患者进行术后、院内监控。在 患者出院后，在定期的医生办公室访视期间对支架性能和患者进展进行检查，其中使用详 细的病史、体检和补充成像及诊断研究来监控患者进展并识别任何潜在并发症的发展。在 此类访视期间，临床医生通常评价身体体征和症状、根据指示进行研究（ECG、超声心动描记 术、血管造影术）并对患者提问以确定活动水平、日常机能、疼痛和康复进展。
[0012] 遗憾的是，大多数患者的恢复期在医院与办公室访视之间。因此，可能非常难以准 确地测量和跟随症状的发展或恶化，并将"现实生活的"支架性能与患者活动水平、运动耐 量、康复计划和用药相关联。对于这些信息中的许多，内科医生依赖于主观性患者自述来了 解术后疗效、恢复和康复进展；在许多情况下，这因不确定寻找的目标、不了解什么应是"正 常的/预期的"术后恢复、依从性差、或不能有效沟通其症状的患者而进一步复杂化。此外， 识别和跟踪在变得有症状之前的、在医生访视之间出现的或存在难以（或无法）检测的并 发症（在医院内和医院外）也将为支架患者的管理提供有益的、额外的信息。目前，内科医 生和患者均不能获得他们原本可能希望得到的类型的"实时"、连续、客观的支架性能测量 值。能够原位监控支架功能可在办公室访视期间为内科医生提供有价值的客观信息；此外， 患者可在家里在各个时间（例如，当经历疼痛时、在运动期间、在用药后等）获取另外的读 数以向医生提供重要的补充性临床信息（其甚至可以从远程位置通过电子方式发送给医 疗保健提供者），并且可以为患者提供寻求帮助的早期预警指标或使他们放心。
[0013] 本发明公开了解决之前支架的许多难题的新型支架，用于构造和使用这些新型支 架的方法，并且还提供了其他相关优点。
【发明内容】
[0014] 简而言之，提供了包括支架和传感器的组件以尤其监控围绕支架的组织的解剖结 构（和总体幸福感）、支架的完整性或效用、支架的完全打开和准确布置、支架与其他支架 或支架节段的关系、疾病过程、体液穿过支架的移动、支架在体内的愈合、支架由于疾病或 其他过程（例如，再狭窄、炎症、良性或恶性肿瘤生长、血块形成）而发生故障或即将发生故 障、受伤或介入手术（例如，外科手术）。适用于本发明的代表性支架包括例如血管（例如 冠状动脉、颈动脉、脑动脉、椎动脉、肾动脉、髂动脉、肠系膜动脉和上下肢动脉以及所有上 述动脉血管的分支；静脉支架）、胃肠（例如食道、胆道、十二指肠、结肠和胰管）、肺（例如， 以保持气管、支气管、细支气管或肺泡打开）、头颈（窦、泪道、鼓膜）和泌尿生殖器（例如， 输尿管、尿道、输卵管、前列腺）支架。
[0015] 在本发明的一个方面，提供了包括支架和设置在所述支架上或所述支架内的传感 器的组件。此类支架可设置在各种内腔内，包括例如天然存在的身体通道（例如，脉管，诸 如冠状血管、颈动脉血管、脑血管和椎体血管，以及肾、髂和下肢动脉；肺气道（例如，气管、 支气管和肺内的其他气道，包括细支气管或肺泡）、胃肠结构（例如，食道、十二指肠、结肠、 肛门、胆管和胰管）、头颈（窦、泪管、鼓膜置管）和泌尿生殖器（例如，输尿管和尿道、输卵 管、前列腺）、手术形成的身体通道（脑分流术、脊髓分流术、肺分流术、肝分流术、回肠造口 术、结肠造口术、手术引流、鼓膜置管）以及因受伤或疾病过程而形成或导致的通道。
[0016] 在多种实施方式中，所述组件包括支架和设置在支架上或支架内的一个或多个传 感器，包括例如设置在支架外壁、支架内壁上和/或支架材料本身内的一个或多个传感器。 在相关的实施方式中，所述一个或多个传感器可置于内腔表面上、近腔表面上和/或植入 或容纳在支架本身内。
[0017] 各种传感器可用于本发明，包括例如流体压力传感器、接触传感器、位置传感器、 加速计、振动传感器、脉压传感器、血容量传感器、血流传感器、血液化学传感器、血液代谢 传感器、机械应力传感器和温度传感器。在一个实施方式中，传感器可与其他可用于递送一 种或多种药物的医疗装置相连。在其他实施方式中，所述一个或多个传感器可以为无线传 感器，和/或连接到无线微处理器的传感器。
[0018] 在特别优选的实施方式中，多个传感器设置在支架上，并且在另外其他实施方式 中，多于一种类型的传感器设置在支架上。在其他相关的实施方式中，所述多个传感器以每 平方厘米大于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或20个传感器的密度设置在支架上或支架内。在其 他实施方式中，所述多个传感器以每立方厘米大于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或20个传感器 的密度设置在支架上或支架内。在这些实施方式的任一个中，每平方厘米或每立方厘米可 存在少于50、75、100或200个传感器。
[0019] 在本发明的其他实施方式中，每个组件具有唯一的装置识别号。在另外的实施方 式中，传感器中的一个或多个（或每一个）具有唯一的传感器识别号。在另外其他实施方 式中，传感器中的一个或多个（或每一个）唯一地限定在支架上或支架内的特定位置内。
[0020] 在本发明的另外其他方面，提供了包括支架和本文所提供的一个或多个传感器的 组件，其中传感器测量或检测心脏功能的一个或多个测量值，包括例如心输出量、心搏量、 射血分数、收缩压、舒张压、平均动脉压、全身血管阻力、总外周阻力、温度，和/或再狭窄、 凝血或受试者体内的腔液流动的完全或部分阻塞的发展。在本发明的其他方面，提供了包 括支架和本文所提供的一个或多个传感器的组件，其中传感器测量或检测表面（内腔）接 触并且能够测量愈合（在血管支架中，这通常为内皮化）和支架的内腔表面被生物组织的 覆盖程度/范围；此类信息可被临床医生用于确定患者是否仍存在血栓形成风险以及是否 需要继续抗凝治疗。
[0021] 在本发明的某些实施方式中，支架为药物洗脱支架，其可任选地涂有或含有一种 或多种聚合物。
[0022] 在本发明的其他方面，提供了本文所述的组件在测量心脏功能（如本文所述）和 /或对心脏功能、疾病、支架完整性和/或支架效用的一个或多个方面进行医学成像和/或 自我诊断方面的用途。
[0023] 在本发明的另外方面，提供了监控支架的方法，包括：(a)从身体外的位置向身体 内的位置传输无线电信号；b)在设置在身体内的支架上的传感器处接收信号；c)使用接收 的信号激励传感器；d)在传感器处感测数据；以及e)从传感器向位于体外的接收单元输出 感测的数据。在多种实施方式中，支架可包括本文所提供的任何组件。
[0024] 在其他方面，提供了非暂态计算机可读存储介质，其存储的内容对计算系统进行 配置以执行方法，该方法包括：a)识别受试者，被识别的受试者具有至少一个无线支架，每 个无线支架具有一个或多个无线传感器，b)指示无线询问单元从相应一个或多个无线传感 器中的至少一个收集传感器数据，以及C)接收收集的传感器数据。在某些实施方式中，此 类方法可任选地还包括以下步骤：a)识别多个受试者，每个识别的受试者具有至少一个无 线支架，并且每个无线支架具有一个或多个无线传感器，b)指示与每个识别的受试者相关 联的无线询问单元从相应一个或多个无线传感器中的至少一个收集传感器数据，c)接收所 收集的传感器数据，以及d)聚合所收集的传感器数据。在另外的实施方式中，此类方法可 任选地还包括以下步骤：a)从收集的传感器数据中移除敏感受试者数据，以及b)根据传感 器的类型解析聚合的数据。在相关的实施方式中，存储的内容对计算系统进行配置以执行 方法，其中指示无线询问单元包括指示与无线询问单元相关联的控制单元。本文所述的任 何组件、支架和/或传感器均可用于此类方法。
[0025] 在本发明的另一方面，提供了确定支架的降解的方法，其包括以下步骤：a)向受 试者的身体通道提供包括支架和设置在可生物降解的/可生物消蚀的支架的表面上和/或 设置在可生物降解的/可生物消蚀的支架内不同深度处的一个或多个传感器的组件，以及 b)检测传感器中的变化，并因而确定支架的降解速率和/或完全降解。在多种实施方式中， 所述传感器能够检测一个或多个生理（例如，接触、流体流动、压力和/或温度）和/或定 位（例如，受试者体内的定位）参数。在另外的实施方式中，检测步骤是随着时间的一系列 检测，并且任选地，该方法还可以包括确定支架的降解速率和/或估计支架完全降解的时 间的步骤。
[0026] 在本发明的另外其他方面，提供了对支架或包括具有传感器的支架的组件成像的 方法，其包括检测支架中、支架上和/或支架内的传感器随着时间的变化的步骤，并且其中 支架包括以每平方厘米大于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或20个传感器的密度放置的传感器。 在其他方面，支架以每立方厘米大于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或20个传感器的密度包括传 感器。在这些实施方式的任一个中，每平方厘米或每立方厘米可存在少于50、75、100或200 个传感器。
[0027] 如上所述，各种传感器可用于本文中，包括例如流体压力传感器、接触传感器、位 置传感器、加速计、振动传感器、脉压传感器、血容量传感器、血流传感器、血液化学传感器、 血液代谢传感器、机械应力传感器和温度传感器。在多种实施方式中，支架可以为血管、胃 肠 、肺、窦或泌尿生殖器支架，并且任选地，可以为可生物降解的、可部分生物降解的或不可 生物降解的。在另外其他实施方式中，传感器为无线传感器，和/或连接到无线微处理器的 传感器。通过以此方式对支架成像，可以用无线方式询问支架的完整性并定期地报告结果。 这允许定期地或在受试者和/或内科医生期望的任何时间对受试者的健康进行检查。
[0028] 在下面的说明中示出一个或多个实施方式的细节。其他特征、目标和优点通过说 明、附图和权利要求书将显而易见。此外，本文引用的所有专利和专利申请的公开内容均整 体以引用方式并入。
【附图说明】
[0029